(57)【要約】【課題】ソレノイド自体の内部温度の変化、あるいは負荷の変化などの外的要因の変化があってもソレノイドのプランジャを所望の時間内に確実に吸引させ、かつ騒音を低減する。【解決手段】プランジャの吸引開始と吸引完了を検知する検知手段として、電流検出抵抗１１３、微分回路１１４、演算装置１０１を備え、演算手段１０１はプランジャの吸引開始から吸引完了までの時間を予測し、検知手段（１１３，１１４，１１５，１１６，１０１）によってプランジャの吸引開始を検知したとき、予測した時間に基づいてコイルへ通電する電流を制御するが、その際、演算装置１０１は、プランジャの吸引開始から吸引完了までの予測時間と実測時間を比較し、次回以降の前記電流の制御を最適化し、あるいは、次回以降のプランジャの吸引開始と吸引完了までの時間の予測を最適化する。【選択図】図３
2011023588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルにより可動鉄心を吸引して直線運動を行うソレノイドの制御装置であって、
前記可動鉄心の吸引開始と吸引完了を検知する検知手段と、
前記可動鉄心の吸引開始から吸引完了までの時間を予測する予測手段と、
前記検知手段によって前記可動鉄心の吸引開始を検知したとき、前記予測手段によって予測した時間に基づいて前記コイルへ通電する電流を制御する制御手段と、
を備えたソレノイドの制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のソレノイドの制御装置であって、
前記制御手段は、前記可動鉄心吸引開始から吸引完了までの予測時間と実測時間を比較し、次回以降の前記電流の制御を最適化すること
を特徴とするソレノイドの制御装置。
【請求項３】
請求項１記載のソレノイドの制御装置であって、
前記制御手段は、前記可動鉄心の吸引開始から吸引完了までの予測時間と実測時間を比較し、次回以降の前記可動鉄心の吸引開始と吸引完了までの時間の予測を最適化すること
を特徴とするソレノイドの制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項にソレノイドの制御装置であって、
前記検知手段は、前記コイルに流れる電流の変化量に基づいて前記可動鉄心の吸引開始と吸引完了を検知すること
を特徴とするソレノイドの制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のソレノイドの制御装置であって、
前記予測手段は、前記コイルへの通電開始から前記可動鉄心の吸引開始までの時間に基づいて前記可動鉄心の吸引開始から吸引完了までの時間を予測すること
を特徴とするソレノイドの制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のソレノイドの制御装置であって、
前記制御手段が参照する電流制御パターンを予め複数記憶する記憶手段を備え、
前記制御手段は前記予測手段によって予測された前記可動鉄心の吸引開始から吸引完了までの時間に基づいて、前記記憶手段に記憶された複数の電流制御パターンから１つを選択し、当該選択された電流制御パターンに基づいて前記電流を制御すること
を特徴とするソレノイドの制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載のソレノイドの制御装置であって、
前記制御手段は、前記可動鉄心の吸引開始から吸引完了までの予測時間と実測時間を比較し、ソレノイドの異常を検知すること
を特徴とするソレノイドの制御装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のソレノイドの制御装置と、
この制御装置によって制御されるソレノイドと、
を備えた画像形成装置。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のソレノイドの制御装置と、
この制御装置によって制御されるソレノイドと、
を備えた用紙処理装置。
【請求項１０】
コイルにより可動鉄心を吸引して直線運動を行うソレノイドの制御方法であって、
前記可動鉄心の吸引開始と吸引完了を検知し、
前記可動鉄心の吸引開始から吸引完了までの時間を予測し、
前記可動鉄心の吸引開始を検知したとき、前記予測した時間に基づいて前記コイルへ通電する電流を制御するソレノイドの制御方法。
【請求項１１】
コイルにより可動鉄心を吸引して直線運動を行うソレノイドの制御をコンピュータによって実行するためのソレノイド制御プログラムであって、
前記可動鉄心の吸引開始と吸引完了を検知する手順と、
前記可動鉄心の吸引開始から吸引完了までの時間を予測する手順と、
前記可動鉄心の吸引開始を検知したとき、前記予測した時間に基づいて前記コイルへ通電する電流を制御する手順と、
を備えたソレノイド制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルによって可動鉄心を吸引することによって直線運動を行うソレノイドの制御装置、画像形成装置、用紙処理装置、ソレノイドの制御装置で実行されるソレノイドの制御方法、及びソレノイドの制御をコンピュータによって実行するためのソレノイド制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コイルによって可動鉄心（プランジャ）を吸引することによって直線運動するソレノイドは公知であり、可動部材の駆動に広く使用されている。このようなソレノイドはコイルへの通電制御によりプランジャの可動制御が行われる。
【０００３】
このようなソレノイドの制御装置として、例えば特許文献１及び２に記載された発明が知られている。このうち特許文献１（特開平６−１４０２３８号公報）には、所定範囲内を移動自在に支持された可動部材、該可動部材を動かす磁気エネルギを発生する電気コイル、及び該電気コイルの通電をオン／オフして前記可動部材を動かす付勢手段を備えるソレノイド制御装置において、前記付勢手段が電気コイルの通電のオン／オフを切り換えて前記可動部材を動かしている期間の、該可動部材がその周囲の部材と当接する前に、一時的に、電気コイルの通電エネルギをそれまでとは異なる値に変更して可動部材の移動速度を抑制する速度調整手段を設け、衝突時のプランジャの速度を抑制して音の発生や摩耗を防止しうるようにした発明が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２（特開２００７−１７３７０９号公報）には、鉄心が駆動時に電磁手段により非作動位置から作動位置へ移動する電磁ソレノイドにおいて、通電により駆動力が発生するソレノイドと、前記ソレノイドの駆動力で非作動位置から作動位置へ移動する鉄心部材と、前記鉄心部材の駆動時に前記ソレノイドの駆動力を所定の駆動力に可変する駆動力可変手段を備え、鉄心部材の作動終了時のソレノイドによる無駄な駆動力と動作音の発生を防止して、無駄な電力及び発熱を抑えるようにした発明が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１には、騒音を低減する目的で、プランジャを動かしている期間にソレノイドの通電エネルギを変化させる（低くする）、周囲温度とシリンダ圧力、電圧の３つを検知して予め定められた補正係数（定数）により通電エネルギを変化させることが開示されている。
【０００６】
しかし、これまでに知られているソレノイド自体の内部温度の変化によりソレノイドの抵抗値やインダクタンスが変化し、この変化に応じてソレノイドの吸引力が変動し、プランジャの速度が低下しすぎて吸引できないという問題、あるいは、通電エネルギを大きくする時間がプランジャ位置に対して早すぎてプランジャ衝突時の速度が大きくなり、騒音が増大するなどの問題に対して、特許文献１記載の発明では何ら解決できてはいない。また、特許文献２記載の発明においても、鉄心部材の作動終了時のソレノイドによる無駄な駆動力と動作音の発生を防止することが可能であるが、前記２つの問題の解決策とはなっていない。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、ソレノイド自体の内部温度の変化、あるいは負荷の変化などの外的要因の変化があってもソレノイドのプランジャを所望の時間内に確実に吸引させ、かつ騒音を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、第１の手段は、コイルにより可動鉄心を吸引して直線運動を行うソレノイドの制御装置であって、前記可動鉄心の吸引開始と吸引完了を検知する検知手段と、前記可動鉄心の吸引開始から吸引完了までの時間を予測する予測手段と、前記検知手段によって前記可動鉄心の吸引開始を検知したとき、前記予測手段によって予測した時間に基づいて前記コイルへ通電する電流を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
第２の手段は、第１の手段において、前記制御手段は、前記可動鉄心吸引開始から吸引完了までの予測時間と実測時間を比較し、次回以降の前記電流の制御を最適化することを特徴とする。
【００１０】
第３の手段は、第１の手段において、前記制御手段は、前記可動鉄心の吸引開始から吸引完了までの予測時間と実測時間を比較し、次回以降の前記可動鉄心の吸引開始と吸引完了までの時間の予測を最適化することを特徴とする。
【００１１】
第４の手段は、第１ないし第３のいずれかの手段において、前記検知手段は、前記コイルに流れる電流の変化量に基づいて前記可動鉄心の吸引開始と吸引完了を検知することを特徴とする。
【００１２】
第５の手段は、第１ないし第３のいずれかの手段において、前記予測手段は、前記コイルへの通電開始から前記可動鉄心の吸引開始までの時間に基づいて前記可動鉄心の吸引開始から吸引完了までの時間を予測することを特徴とする。
【００１３】
第６の手段は、第１ないし第５のいずれかの手段において、前記制御手段が参照する電流制御パターンを予め複数記憶する記憶手段を備え、前記制御手段は前記予測手段によって予測された前記可動鉄心の吸引開始から吸引完了までの時間に基づいて、前記記憶手段に記憶された複数の電流制御パターンから１つを選択し、当該選択された電流制御パターンに基づいて前記電流を制御することを特徴とする。
【００１４】
第７の手段は、第１の手段において、前記制御手段は、前記可動鉄心の吸引開始から吸引完了までの予測時間と実測時間を比較し、ソレノイドの異常を検知することを特徴とする。
【００１５】
第８の手段は、第１ないし第７のいずれかの手段に係るソレノイドの制御装置と、この制御装置によって制御されるソレノイドと、を備えた画像形成装置を特徴とする。
【００１６】
第９の手段は、第１ないし第７のいずれかの手段に係るソレノイドの制御装置と、この制御装置によって制御されるソレノイドと、を備えた用紙処理装置を特徴とする。
【００１７】
第１０の手段は、コイルにより可動鉄心を吸引して直線運動を行うソレノイドの制御方法であって、前記可動鉄心の吸引開始と吸引完了を検知し、前記可動鉄心の吸引開始から吸引完了までの時間を予測し、前記可動鉄心の吸引開始を検知したとき、前記予測した時間に基づいて前記コイルへ通電する電流を制御することを特徴とする。
【００１８】
第１１の手段は、コイルにより可動鉄心を吸引して直線運動を行うソレノイドの制御をコンピュータによって実行するためのソレノイド制御プログラムであって、前記可動鉄心の吸引開始と吸引完了を検知する手順と、前記可動鉄心の吸引開始から吸引完了までの時間を予測する手順と、前記可動鉄心の吸引開始を検知したとき、前記予測した時間に基づいて前記コイルへ通電する電流を制御する手順と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
なお、後述の実施形態では、コイルは符号２に、可動鉄心はプランジャ３に、ソレノイドは符号１に、検知手段、予測手段、及び制御手段は演算装置（ＣＰＵ）１０１に、吸引開始時間は時間ｔ１に、吸引開始から吸引完了までの予測時間は予測吸引時間ｔ２’に、実測時間は実吸引時間ｔ２に、それぞれ対応する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ソレノイド自体の内部温度の変化や外的要因の変化があってもソレノイドの可動鉄心を所望の時間内に確実に吸引させ、かつ騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るソレノイドの概略構成を示す縦断面図である。
【図２】ソレノイドに一定電圧をかけた場合のコイルに流れる電流、ＦＥＴを制御する電圧の波形、及び電流値の微分波形を示す図である。
【図３】本発明の実施形態におけるソレノイド制御装置のソレノイド制御回路の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態におけるソレノイド駆動回路の演算装置の制御手順を示すフローチャートである。
【図５】予測吸引時間より実吸引時間が短かった場合のソレノイド制御時の電流、電圧、電流の微分波形を示す図である。
【図６】予測吸引時間より実吸引時間が長かった場合のソレノイド制御時の電流、電圧、電流の微分波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、ソレノイドの電流値の変化からプランジャの衝突時刻を予測し、プランジャ動作中の電流値を決定し、その決定に基づき、ソレノイドの電流を制御してプランジャの移動速度を制御することを特徴とする。以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係るソレノイドの概略構成を示す縦断面図である。同図において、ソレノイド１は電線を筒状に巻いたコイル２と、コイル２の巻線の中心に形成される筒内に往復直線運動可能に配置された可能鉄心３、所謂プランジャとから基本的に構成される。コイル２に電流を流すと、磁界が発生し、プランジャ３がソレノイド１の内部へと吸引される。
【００２４】
図２はソレノイド１に一定電圧をかけた場合の３つの状態を示す波形図で、同図（ａ）はコイル２に流れる電流の波形を、同図（ｂ）は図３の回路図におけるＦＥＴを制御する電圧の波形を、同図（ｃ）は電流値の微分波形をそれぞれ示す。ソレノイド１のコイル２に図２（ｂ）に示すように一定電圧をかけた場合、コイル２の電流波形は図２（ａ）で示す波形になる。この図２（ａ）を参照すると、ソレノイド１のプランジャ３はコイル２に電流を印加してｔ１時間後のａ点で吸引され始める。すなわち、動き出す。プランジャ３がコイル２内部に引き込まれると磁界の変化によりコイルのインダクタンスが変化し、電流値が急激に減少する。ｂ点でプランジャ３のストッパ３ａがソレノイド１本体に衝突し、衝撃音が発生するとともに、この位置で停止する。このときインダクタンスの変化がなくなり電流値がソレノイドの定格電流値に上昇する。
【００２５】
そこで、本実施形態では、ソレノイド１のコイルに一定電圧をかけた場合のＯ点からａ点までの時間ｔ１から、ソレノイド１のコイル２に一定電圧をかけた場合のａ点からｂ点までの時間ｔ２を予測し、予め設定した時間ｔ３でプランジャ３の吸引が完了するように、プランジャ３が動作中のコイル２の電流値を制御する。これにより、定められた時間で騒音が少なくなるようソレノイド１を動作させることができる。なお、前記予め設定した時間ｔ３はコイル２に最大定格電圧をかけた状態での吸引時間ｔ１＋ｔ２より長く設定しておく必要がある。すなわち、
ｔ３＞ｔ１＋ｔ２
に設定される。
【００２６】
この設定に際し、まず、吸引開始時間ｔ１を測定する。吸引開始時間ｔ１を測定する例としてコイル２の電流値を微分すると、図２（ｃ）のような波形になる。同図から電流値微分波形が０になったときａ点であることが分かる。
【００２７】
吸引開始時間ｔ１、及び実吸引時間ｔ２はコイル２の抵抗値、インダクタンス、及び負荷などによって変化する。それらの条件が吸引開始時間ｔ１と実吸引時間ｔ２を決めるので、吸引開始時間ｔ１が分かれば実吸引時間ｔ２も予測することができる。そこで、
１）吸引開始時間ｔ１から吸引時間ｔ２’を予測する。  
２）予測した吸引時間ｔ２’から実吸引時間ｔ２を設定吸引時間ｔ３に近づけ、かつ騒音を小さくするにはどのような制御をしたら良いかを図３に示した制御装置によって決定する。  
３）プランジャ３がソレノイド１本体に衝突する騒音を小さくするには、プランジャ３がソレノイド１本体に衝突する速度を小さくすれば良いので、（ｔ３−ｔ１）間の限られた時間内でプランジャ３の速度を必要最小限になるよう制御する。  
４）必要な電流値は負荷などにより変化し、定電流で良いときもあれば、吸引中に負荷が変動する場合は複雑な電流制御が必要な場合がある。  
この４）の電流の制御方法の例としては、電流の制御パターンを数種類用意しておき、そのパターンの中から最適なものを選択する方法がある。この場合、コイル２に流れる電流を監視して、電流量を制御するフィードバック式と比べて、処理能力の低い制御装置でも制御でき、制御装置を安価にできる。
【００２８】
また、ｂ点は電流値が減少から増加へと急激に転じるので微分波形ではマイナスからプラスへと変化する。そこで、微分波形で符号が反転する点がｂ点であることが分かる。ａ点とｂ点が分かれば実吸引時間ｔ２も求まる。さらに、吸引開始時間ｔ１及び実吸引時間ｔ２の検出方法としては、電流値から検出する方法だけでなく、プランジャ３がスイッチを押すようにして検出する接触法、あるいは加速度センサやフォトセンサなどのセンサ類で検出する非接触法などの方法がある。
【００２９】
図３は、本実施形態におけるソレノイド制御装置のソレノイド制御回路の構成を示すブロック図である。
【００３０】
同図において、ソレノイド制御回路は、演算装置１０１、記憶装置１０２、及びソレノイド駆動回路１０３から構成されている。
【００３１】
演算装置１０１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭを含み、データを処理し、ソレノイド１のコイル２に印加する電流を制御する。ＲＯＭにはプログラムコードが格納され、ＣＰＵはこのプログラムコードをＲＯＭから読み出してＲＡＭに展開し、ＲＡＭをワークエリア及びデータバッファとして使用しながら前記プログラムコードで定義されたプログラムを実行し、前記コイルに印加する電流を制御する。
【００３２】
記憶装置（メモリ）１０２は、パターンデータあるいは予測データを記憶しておくもので、演算装置１０１が必要に応じて読み出し、使用する。本実施形態では、後述の電流制御パターンテーブルが格納される。
【００３３】
ソレノイド駆動回路１０３は、ＦＥＴ１１１、ダイオード１１２、電流検出抵抗１１３、微分回路１１４、Ａ／Ｄ変換器１１５，１１６、及びＤ／Ａ変換器１１７を含み、ソレノイド１のコイル２に電圧を印加し、コイル２に流れる電流値を検出する。この駆動回路では、コイル２と並列にダイオード１１２が接続され、ＦＥＴ１１１からコイル２の一端に電圧を印加するが、ダイオード１１２はコイル２への電流を遮断したときに発生する逆起電力を抑える。演算装置１０１から出力される電圧の指令値はＤ／Ａ変換器１１７でアナログ値に変換され、アナログ値に変換された電圧ｖがＦＥＴ１１１に印加される。ＦＥＴ１１１は、入力された電圧ｖに対応してコイル２に流れる電流を変化させ、その電流値は、一端がコイル２の他端に接続され、他端が接地された電流検出抵抗１１３によって検出される。
【００３４】
コイル２の他端には、前記電流検出抵抗１１３と並列に接続された微分回路１１４が接続され、微分回路１１４の出力端に接続されたＡ／Ｄ変換器１１５と微分回路の１１４の入力端に接続されたＡ／Ｄ変換器１１６の出力が演算回路１０１に入力される。微分回路１１４はコイル２の電流値を微分し、微分値を求める回路であり、Ａ／Ｄ変換器１１５は演算装置１０１で電流値を制御するために、微分回路１１４の微分値をデジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換器１１６は演算装置１０１で電流値を制御するためにコイル２の電流値をデジタル値に変換する。なお、図３の制御回路では、Ｄ／Ａ変換器１１７、Ａ／Ｄ変換器１１５、及びＡ／Ｄ変換器１１６、並びに記憶装置１０２は演算装置１０１とは別に設けられているが、演算装置１０１内に設けることも、また、演算装置１０１の機能として設けることも可能である。
【００３５】
このように構成されたソレノイド駆動回路では、演算装置１０１から指示され、Ｄ／Ａ変換器１１７でアナログ値に変換された電圧ｖ（図２（ｂ）に示す電圧値）がＦＥＴ１１１に入力され、その電圧に応じた駆動電流がソレノイド１のコイル２に印加される。コイル２の電流値は電流検出抵抗１１３で検出され、微分回路１１４で微分された微分値がＡ／Ｄ変換器１１５でデジタル値に変換され手演算装置１０１に入力される（図２（ｃ）に示す微分値）。一方、電流検出抵抗１１３で検出された電流値はそのままＡ／Ｄ変換器１１６でデジタル値に変換され、演算装置１０１に入力される（図２（ａ）に示す電流値）。演算装置１０１は、入力された微分値及び電流値に基づいて記憶装置１０２に格納された電流制御パターンテーブルを参照し、ＦＥＴ１１１に印加する電圧値を設定することになる。
【００３６】
なお、本実施形態では、微分回路１１４で電流値を微分し、その後、Ａ／Ｄ変換しているが、先にＡ／Ｄ変換し、その後、微分処理を演算装置１０１側で実行するように構成することもできる。
【００３７】
図４は、このように構成されたソレノイド駆動回路の演算装置１０１の制御手順を示すフローチャートである。この制御手順では、まず、ソレノイドＯＮ（コイル３への通電開始）からプランジャ３の動作開始までの時間（吸引開始時間）ｔ１を計測する（ステップＳ１）。吸引開始時間ｔ１中はソレノイドにかかる電圧を一定にする（図２（ｂ））。次いで、ステップＳ１で計測した計測値ｔ１電流の変化量からプランジャが吸引されるまでの時間ｔ２’を予測し（ステップＳ２）、予測時間（ｔ１＋ｔ２’）が設定吸引時間ｔ３より長いか短いかを判断する（ステップＳ３）。
【００３８】
このステップＳ３の判断で設定吸引時間ｔ３より予測時間（ｔ１＋ｔ２’）が短い場合（ｔ１＋ｔ２’＜ｔ３）には、予測吸引力と吸引時間から電流制御パターンテーブルを参照し、あるいは関数により制御パターンを算出する。なお、通常、予測時間（ｔ１＋ｔ２’）は設定吸引時間ｔ３よりも短くなるように当該設定吸引時間ｔ３は設定されている。電流制御パターンテーブルは、例えば、図２（ａ）に示した電流変化パターンに対応して設定され、前記関数もこのパターンに対応した関数である。そして、前記電流制御パターンテーブルを参照した結果、あるいは制御パターンの算出結果に基づいて演算装置１０１はＦＥＴ１１１に電圧ｖを印加し、プランジャ動作中の電流制御を行う（ステップＳ５）。
【００３９】
次いで、プランジャ３がコイル２によって完全に吸引されたかをチェックし（ステップＳ６）、プランジャ２が完全に吸引されたら実吸引時間ｔ２を計測し（ステップＳ７）、予測吸引時間ｔ２’と実吸引時間ｔ２を比較する（ステップＳ８）。比較結果で、予測吸引時間ｔ２’と実吸引時間ｔ２がほぼ同じの場合は、使用した電流制御パターンの優先度を上げる。すなわち、次回以降、優先的にステップＳ４で使用した電流制御パターンを使用する（ステップＳ９）。
【００４０】
一方、ステップＳ８で、予測吸引時間ｔ２’と実吸引時間ｔ２が大きく異なっている場合は、前記吸引開始時間ｔ１と実吸引時間ｔ２に基づいて電流制御パターンを修正する（ステップＳ１０）。パターンの修正は、パターンの電流値を大きくし、あるいは小さくすることにより行われる。また、予測関数のパラメータを修正して次回以降の予測精度を向上させる。修正されたパターンは前記吸引開始時間ｔ１と実吸引時間ｔ２とともに、電流パターンテーブルに追記し（ステップＳ１１）、この修正された電流制御パターンの優先度を上げ、修正前の電流制御パターンの優先度を下げる（ステップＳ１２）。次いで、吸引時間予測パラメータを修正し（ステップＳ１３）、処理を終える。
【００４１】
また、ステップＳ６でプランジャ３が完全に吸引されないと判断された場合には、吸引時間ｔ３を越えるまで待ち（ステップＳ１４−未超過）、吸引時間ｔ３を経過してもプランジャ３が完全に吸引されない場合には（ステップＳ１４−超過）、電流制御を中止してコイル２に最大電流を流し、プランジャ３を強制的に吸引させる（ステップＳ１５）。そして、故障検知度数ｅを１増分し（ステップＳ１６）、ステップＳ６に戻って故障検知度数ｅが規定値に達するまでプランジャ３の吸引制御を繰り返す（ステップＳ１７−規定値未満）。以後、故障検知度数ｅが規定値を越えた時点で（ステップＳ１７−規定値以上、プランジャ３の吸引が不能であり、ソレノイド１が故障していると判断する。
【００４２】
他方、前記ステップＳ３で、予測時間（ｔ１＋ｔ２’）が設定吸引時間ｔ３より長い場合（ｔ１＋ｔ２’＞ｔ３）には、電流制御を行わずにステップＳ１５と同様にコイル２に最大電流を流し、プランジャ３を強制的に吸引させる（ステップＳ１８）。次いで、プランジャ３が完全に吸引されたかどうかを判断し、完全に吸引されると、予測吸引時間ｔ２’と実吸引時間ｔ２を比較するステップＳ８の処理に移行する。
【００４３】
プランジャ３が完全に吸引されないと判断された場合には（ステップＳ１９−していない）、吸引時間ｔ３を越えるまで待ち（ステップＳ２０−未超過）、吸引時間ｔ３を経過してもプランジャ３が完全に吸引されない場合には（ステップＳ２０−超過）、故障検知度数ｅを１増分し（ステップＳ２１）、ステップＳ１９に戻って故障検知度数ｅが規定値に達するまでプランジャ３の吸引制御を繰り返す（ステップＳ２２−規定値未満）。そして、故障検知度数ｅが規定値を越えた時点で（ステップＳ２２−規定値以上）、プランジャ３の吸引が不能であり、ソレノイド１が故障していると判断する。なお、ステップＳ１９でプランジャ３が完全に吸引されたと判断されると、前述のようにステップＳ８の判断処理に移行する。
【００４４】
本実施形態では、ステップＳ８ないしステップＳ１３のようにしてフィードバックを行って電流制御パターンを修正している。これにより、ソレノイド１の温度上昇による特性値の変化や、急激な負荷変動があった場合などで吸引時間が変化したときに、演算装置１０１の電流制御の変更で対応することができる。それでも対応できない場合は、ステップＳ１７及びＳ２２の処理を経て故障とみなすことができる。
【００４５】
図５は予測吸引時間より実吸引時間が短かった場合のソレノイド制御時の波形を示す図、図６は予測吸引時間より実吸引時間が長かった場合のソレノイド制御時の波形を示す図である。これらの図において、（ａ）はコイル２に流れる電流の波形を、（ｂ）は図３の回路図におけるＦＥＴを制御する電圧の波形を、（ｃ）は電流値の微分波形をそれぞれ示す。これらの図から分かるように予測吸引時間ｔ２’でＦＥＴ１１１に印加する電圧ｖを上げる（図５−Ｗ１、図６−Ｗ２）ことによって、実吸引時間ｔ２が予測吸引時間ｔ２’より前にあるか後にあるか判別することができる。実吸引時間ｔ２が予測吸引時間ｔ２’より長かった場合は、図６に示すように予測吸引時間ｔ２’後に電流微分値が大きく変化する個所Ｗ３があり、予測吸引時間ｔ２’より実吸引時間ｔ２が短かった場合は、図５に示すように電流Ｗ４の変化がある。すなわち、前記変化の個所（時間）を検知することにより、実吸引時間ｔ２と予測吸引時間ｔ２’との関係を知ることができ、この関係に基づいて予測吸引時間ｔ２’を設定もしくは修正することにより、前記４）に示した電流の制御が実行される。
【００４６】
本実施形態では、プランジャの吸引の状態を回路上の電流の状態で検知するので、センサやスイッチなどの部品が不要となり、低コストでプランジャ３の状態を検知することが可能となる。また、プランジャ３の速度の制御も可能となる。
【００４７】
なお、本実施形態では、ソレノイド１のコイル２に印加する電流をＤ／Ａ変換器１１７でアナログ値に変換し、その後、ＦＥＴ１１１によって制御しているが、Ｄ／Ａ変換器１１７を省略し、演算装置１０１から高速にＯＮ、ＯＦＦされた電圧ｖをＦＥＴ１１１に入力することによりソレノイド１のコイル２に流れる電流を制御することができる。このようにして制御される所謂チョッピング（ＰＷＭ）制御を用いた場合には、Ｄ／Ａ変換器１１７が不要なことから、回路の簡略化を図ることができる。これに対し、図３に示すようなＤ／Ａ変換器１１７を含むアナログ回路を用いた場合には、連続的な変化で微細な制御が可能となる。
【００４８】
このように構成されたソレノイドは、例えば前述の特許文献２に記載されたような画像形成装置の搬送経路の方向切換爪の駆動に使用される。画像形成装置では、給紙装置から給紙された例えば用紙などのシート状記録媒体を画像形成部に搬送し、両面コピーを行う場合、複数ある排紙トレイのいずれかに排紙する場合など、搬送経路の切り換えに方向切換爪が設けられている。同様に画像形成装置から排紙された用紙に対して、整合、綴じ、仕分けなどの用紙処理装置においては、各部に用紙を搬送するためのさらに複雑な搬送経路を備え、それらの経路の交差部には方向切換爪が設けられている。これらの方向切換爪も本実施形態に係るソレノイド制御装置が使用される。
【００４９】
なお、本実施形態では、前記プランジャ３の吸引開始（ａ点）と吸引完了（ｂ点）を検知する検知手段（１１３，１１４，１１５，１１６，１０１）と、前記プランジャ３の吸引開始ｔ１から吸引完了ｔ２までの時間を予測する予測手段（１０１）と、前記検知手段（１１３，１１４，１１５，１１６，１０１）によって前記プランジャ３の吸引開始を検知したとき、前記予測手段（１０１）によって予測した時間に基づいてコイル２へ通電する電流を制御する制御手段（１０１）と、を備えている。従って、本実施形態では、演算装置（ＣＰＵ）１０１が検知手段、予測手段、及び制御手段として機能する。
【００５０】
この場合、制御手段（１０１）は、プランジャ３の吸引開始から吸引完了までの予測時間ｔ２’と実測時間ｔ２を比較し（ステップＳ８）、次回以降の前記電流の制御を最適化し（ステップＳ１０，Ｓ１１）、また、次回以降のプランジャ３の吸引開始と吸引完了までの時間の予測ｔ２’を最適化する（ステップＳ１２，Ｓ１３）。
【００５１】
検知手段（１０１）は、コイル２に流れる電流の変化量を微分回路１１４によって検出し、前記可動鉄心の吸引開始（ｄＩ／ｄｔの０クロス点＝ａ点）と吸引完了（ｄＩ／ｄｔの断続的な立ち上がり＝ｂ点）を検知する。
【００５２】
予測手段（１０１）は、コイル２への通電開始（時間０）からプランジャ３の吸引開始（ａ点）までの時間（ｔ１）に基づいてプランジャ３の吸引開始（ａ点）から吸引完了（ｂ点）までの時間（ｔ２’）を予測する（ステップＳ１，Ｓ２）。
【００５３】
制御手段（１０１）が参照する電流制御パターンを予め複数記憶する記憶手段（１０２）を備え、前記制御手段（１０２）は予測されたプランジャ３の吸引開始（ａ点）から吸引完了（ｂ点）までの時間に基づいて、記憶手段（１０２）に記憶された複数の電流制御パターンから１つを選択し、選択された電流制御パターンに基づいて電流を制御する（ステップＳ４）。
【００５４】
制御手段（１０１）は、プランジャの吸引開始から吸引完了までの予測時間（ｔ２’）と実測時間（ｔ２）を比較し、ソレノイドの異常を検知する。その際、コイル２への通電開始からプランジャの吸引開始及び吸引完了までの予測時間（ｔ１＋ｔ２’）と、設定した吸引時間（ｔ３）を比較し、ｔ３との大小関係で異常の検知、言い換えれば故障の有無を判定する。
【００５５】
以上のように、本実施形態によれば、プランジャ３の吸引開始までの時間からプランジャ３の吸引完了時間を予測し、プランジャ３の吸引動作中の電流値を決定し、その決定に基づき、ソレノイド３のコイルに流れる電流を制御し、プランジャ３の移動速度を制御するので、
・ソレノイド１自体の内部温度の変化や外的要因の変化があってもソレノイドのプランジャ３を所望の時間内に確実に吸引させることができる。  
・ソレノイド１のプランジャ３を吸引したときの騒音を低減することができる。  
・画像形成装置及び用紙処理装置におけるソレノイド１の駆動音を低減することができる。  
・コイル２に印加する電流を適正に制御することにより、省電力化することができる。  
・機構部品の磨耗などによる負荷の変化などの経時的な変化にも対応することができる。・ソレノイド１の故障を検知することができる。  
等の効果を奏する。
【００５６】
なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく種々の変更が可能であり、特許請求の範囲に記載された発明の技術思想に含まれる技術的事項の全てが対象となる。
【符号の説明】
【００５７】
１  ソレノイド
２  コイル
３  プランジャ（可動鉄心）
１０１  演算装置（ＣＰＵ）
１０２  記憶装置（メモリ）
１１１  ＦＥＴ
１１２  ダイオード
１１３  電流検出抵抗
１１４  微分回路
１１５，１１６  Ａ／Ｄ変換器
１１７  Ｄ／Ａ変換器
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５８】
【特許文献１】特開平６−１４０２３８号公報
【特許文献２】特開２００７−１７３７０９号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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