(57)【要約】【課題】構造的改造をすることなくリレーの静音化が容易に実現できる実用的なリレー駆動装置を提供する。【解決手段】リレー１のコイルに最低動作電圧以上で電源電圧より小さいオン時規定電圧、及び最大復帰電圧以下でゼロＶより大きいオフ時規定電圧を印加可能な電圧設定回路２と、この電圧設定回路２を制御して、リレー１のオン時に前記オン時規定電圧（例えば、最低動作電圧）を印加し、その後電源電圧を印加する機能、及びリレーのオフ時に前記オフ時規定電圧（例えば、最大復帰電圧）を印加し、その後ゼロＶとする機能を有する制御部３とにより構成する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リレーのコイルにリレーの最低動作電圧以上で電源電圧より小さいオン時規定電圧、又は／及びリレーの最大復帰電圧以下でゼロＶより大きいオフ時規定電圧を印加可能な電圧設定回路と、
この電圧設定回路を制御してリレーのオン時にリレーのコイルに前記オン時規定電圧を印加する機能、又は／及びリレーのオフ時にリレーのコイルに前記オフ時規定電圧を印加する機能を有する制御部と
を備えることを特徴とするリレー駆動装置。
【請求項２】
前記オン時規定電圧を印加する際、又は／及び前記オフ時規定電圧を印加する際の電圧変化波形が、矩形状の波形であることを特徴とする請求項１記載のリレー駆動装置。
【請求項３】
前記オン時規定電圧を印加する際、又は／及び前記オフ時規定電圧を印加する際の電圧変化波形が、線状又は階段状に増減する波形であることを特徴とする請求項１記載のリレー駆動装置。
【請求項４】
リレーのコイルに所定の電圧を印加可能な電圧設定回路と、この電圧設定回路を制御して、リレーのオン時にリレーのコイルに印加する電圧を線状又は階段状に増加させてリレーの最低動作電圧以上の規定値とする機能、又は／及びリレーのオフ時にリレーのコイルに印加する電圧を線状又は階段状に減少させてリレーの最大復帰電圧以下の規定値とする機能を有する制御部と
を備えることを特徴とするリレー駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両のパワーウインドウ制御用のリレーを駆動するリレー駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、車両のパワーウインドウなどの開閉体の制御（少なくとも運転席ウインドウの制御）においては、ウインドウのオート動作（ユーザが操作を止めても全閉位置或いは全開位置までウインドウが自動的に動く動作）や挟み込み検出時の自動反転動作等を実現する電子制御が主流になっており、駆動原であるモータに適宜電源供給してその動作を制御する開閉体制御装置としては、リレーによる駆動方式が一般的になっている。
ところで、リレーの動作時（オン時及びオフ時）には、可動片が励磁されたコイル側に吸引される際の衝突音や、可動片が揺動する際の可動接点と固定接点との衝突音が発生する。このような衝突音は、例えば高級車などでは問題となることがあり、静音化が望まれている。
【０００３】
そこで従来では、制振材料で全体を覆う、或いは衝突を緩和するためのバネ材を介装するといった構造的改造による静音化が行われていた。
また、特許文献１には回路構成のみによる静音化が提案されている。これは、リレーの作動時にパルス状の駆動電源をリレーに与えることで、静音化を実現するものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−４７２８０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した構造的改造による静音構成では、リレーの大型化やコスト増を招くという問題がある。
また、特許文献１の方式は、構造的改造が不要である点で優れているものの、次のような短所があった。即ち、特許文献１の方式では、リレーの可動片の動きに対して正確なタイミングで駆動電圧を制御すること、いいかえると、パルス状の駆動電源の立ち上げと立ち下げのタイミングを可動片の動きに対して正確に合わせることが必要であるが、リレーの個々のばらつきによる可動片の動作速度の違いに対応させてこのようなタイミングを制御することが困難であり、実用化が難しいという問題があった。
そこで本発明は、構造的改造をすることなくリレーの静音化が容易に実現できる実用的なリレー駆動装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明によるリレー駆動装置は、リレーのコイルにオン時規定電圧又は／及びオフ時規定電圧を印加可能な電圧設定回路と、この電圧設定回路を制御する制御部とを備える。そして、前記オン時規定電圧は、リレーの最低動作電圧以上で電源電圧より小さい電圧であり、前記オフ時規定電圧は、リレーの最大復帰電圧以下でゼロＶより大きい電圧である。また制御部は、電圧設定回路を制御して、リレーのオン時にリレーのコイルに前記オン時規定電圧を印加する機能、又は／及び、リレーのオフ時にリレーのコイルに前記オフ時規定電圧を印加する機能を有するものである。
ここで、「リレーの最低動作電圧」とは、リレーが必ずオンする最低の電圧であり、「リレーの最大復帰電圧」とは、リレーが必ずオフする最大の電圧である。また、「リレーのオン時」とは、リレーが非作動状態（常開接点が開状態で常閉接点が閉状態）から作動状態（常開接点が閉状態で常閉接点が開状態）に切り替わる時を意味し、「リレーのオフ時」とは、リレーが作動状態から非作動状態に切り替わる時を意味する。
【０００７】
本装置によれば、電源電圧より小さいオン時規定電圧がリレーのオン時にリレーのコイルに印加されるので、電源電圧がそのまま印加される従来に比べてコイル吸引力が減少した状態で可動片が動作し、リレーのオン時の衝突音が軽減される。特に、前記オン時規定電圧がリレーの最低動作電圧である場合には、リレーのオン時のコイル吸引力が必要最低限まで減少し、リレーのオン時の衝突音が格段に軽減される。
また、ゼロＶより大きいオフ時規定電圧がリレーのオフ時にリレーのコイルに印加されるので、駆動電圧（コイル吸引力）がゼロに急降下する従来に比べてコイル吸引力が若干残存した状態で可動片がそのバネ力によって戻るため、リレーのオフ時の衝突音が軽減される。特に、前記オフ時規定電圧がリレーの最大復帰電圧である場合には、リレーのオフ時のコイル吸引力が最大限残存し、リレーのオフ時の衝突音が格段に軽減される。
そして本装置は、上述したようにリレーのオン時又はオフ時の印加電圧を規定値に制御するものであるため、前述した特許文献１の方式のような困難性がなく実用的である。
【０００８】
なお本装置は、リレーのオン時又はオフ時の何れか一方において、上述した規定電圧を印加する態様でもよい。オン時又はオフ時の何れか一方の衝突音だけが問題となる場合があるからである。この場合、リレーのオン時又はオフ時の何れか一方の衝突音が軽減される。
また、上記規定電圧（オン時規定電圧又はオフ時規定電圧）を印加する際の電圧の変化は、制御や回路が簡単となる矩形波状の変化（瞬時に上記規定電圧となる変化）であってもよいが、線状又は階段状に増減する波形で相当な時間をかけて徐々に変化させてもよい。徐々に変化させて上記規定電圧に到達するようにすれば、リレー個々のばらつきに応じて、メーカが保証している最低動作電圧以下のより小さい電圧でリレーをオンさせること、或いはメーカが保証している最大復帰電圧以上のより大きい電圧でリレーをオフさせることが可能であり、リレー個々のばらつきに応じた最大限の静音効果が得られる。というのは、例えばリレーが実際にオンする最低電圧は、メーカが保証している最低動作電圧より通常小さくリレー毎にばらついているので、電圧を十分な時間をかけて徐々に増加させれば、リレー毎の最低の電圧でリレーがオンするからである。
【０００９】
次に、本願の第２の発明によるリレー駆動装置は、リレーのコイルに所定の電圧を印加可能な電圧設定回路と、
この電圧設定回路を制御して、リレーのオン時にリレーのコイルに印加する電圧を線状又は階段状に増加させてリレーの最低動作電圧以上の規定値とする機能、又は／及びリレーのオフ時にリレーのコイルに印加する電圧を線状又は階段状に減少させてリレーの最大復帰電圧以下の規定値とする機能を有する制御部とを備えるものである。ここで、「最低動作電圧以上の規定値」には電源電圧が含まれ、「最大復帰電圧以下の規定値」にはゼロＶが含まれる。また、「線状」とは、全体としてリニアな変化であればよく、リレーの動作に影響を及ぼさないリップル成分などは除かれる。
【００１０】
この構成では、リレー動作時の印加電圧が瞬時に規定電圧（最低動作電圧以上又は最大復帰電圧以下）となるのではなく、徐々に増減して規定電圧に到達するので、リレー個々のばらつきに応じて、メーカが保証している最低動作電圧以下のより小さい電圧でリレーをオンさせること、或いはメーカが保証している最大復帰電圧以上のより大きい電圧でリレーをオフさせることが可能であり、リレー個々のばらつきに応じた最大限の静音効果が得られる。またこの装置も、前述した特許文献１の方式のような困難性がなく実用性が高い。
なおこの第２の発明は、前述の第１の発明（電圧変化波形が線状又は階段状に増減する波形であるもの）と技術的範囲が重複するが、この第２の発明には、リレーのオン時に電源電圧まで徐々に印加電圧を増加させる態様や、リレーのオフ時にゼロＶまで徐々に印加電圧を減少させる態様も含まれ、この点で第１の発明と異なる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（形態例の概略）
まず、後述する各形態例の概略を説明する。後述する各形態例のリレー駆動装置は、図１（ａ）に示すように、リレー１のコイル１ａ（図２及び図４に示す）に駆動電圧Ｖ２を印加可能な電圧設定回路２と、この電圧設定回路２を制御する制御部３と、電圧設定回路２と制御部３に電源電圧Ｖ１を与える電源回路４とを備える。
電圧設定回路２は、駆動電圧Ｖ２として、少なくとも電源電圧Ｖ１、オン時規定電圧、オフ時規定電圧、及びゼロＶの何れかを、制御部３の制御によってコイル１ａに印加する機能を有する。具体的には、例えば図１（ｂ）に示すように、リレー１のオン動作を実行すべき時になると（例えば、外部入力信号やユーザの操作入力によってリレー１のオン動作が指令されると）、駆動電圧Ｖ２としてオン時規定電圧（この場合、リレーの最低動作電圧）を瞬時に（矩形波状に）コイル１ａに印加し、予め設定されたオン時規定時間Ｔ１だけこのオン時規定電圧を維持した後、駆動電圧Ｖ２を電源電圧Ｖ１に上昇させて保持する。そして、リレー１のオフ動作を実行すべき時になると、駆動電圧Ｖ２を電源電圧Ｖ１からオフ時規定電圧（この場合、リレーの最大復帰電圧）に瞬時に（矩形波状に）切り替え、予め設定されたオフ時規定時間Ｔ２だけこのオフ時規定電圧を維持した後、駆動電圧Ｖ２をゼロＶに下降させて保持する。
【００１２】
本装置によれば、上述したようにリレーのオン時とオフ時の駆動電圧Ｖ２が制御されることにより、既述したようにオン時及びオフ時の衝突音が格段に低減される。また、リレーが一旦オンして作動状態となった後は、最低動作電圧よりも十分高い電源電圧Ｖ１が印加されるので、リレー作動状態における常開接点の接触圧力（以下、接圧という）が安定し、作動状態での高い信頼性が確保される。また、リレーがオフして非作動状態に戻った後は、最大復帰電圧よりも十分低いゼロＶとなるので、リレー非作動状態における常閉接点の接圧が安定し、非作動状態での高い信頼性が確保される。また、規定電圧が印加される際の電圧変化波形は矩形状であり、駆動電圧が瞬時に規定電圧となるので、高い動作応答性が確保される。
そして本装置は、上述したようにリレーのオン時又はオフ時の印加電圧を規定値に制御するものであるため、前述した特許文献１の方式のような困難性がなく、実用的である。この場合、オン時規定時間Ｔ１やオフ時規定時間Ｔ２をリレーの個々の動作速度のばらつきを吸収するように十分長い時間に設定すれば、リレーのオン時又はオフ時の印加電圧をリレー個々のばらつきに無関係に上記規定値に確実に制御することが容易に可能である。
【００１３】
（第１形態例）
次に、本発明の具体的な実施の形態である第１形態例を説明する。
図２は、本例のリレー駆動装置（車両のパワーウインドウ制御装置におけるリレーの駆動部分）の回路構成を示す図であり、図３は、図２の回路における各部▲１▼〜▲６▼の電圧変化を説明する図である。なお、図１に示した構成要素に相当するものについては、同符号を使用する。
本形態例の電源回路４は、図２に示すように車両のバッテリー４ａ（電源）とフューズ４ｂなどよりなり、バッテリー４ａの出力電圧（例えば１０Ｖ〜１６Ｖ）を電源電圧として出力するものである。なお図示省略しているが、通常は、車両のイグニションスイッチがオンされたときにコイル１ａの高電位側端子や制御部３に上記電源電圧が供給されるように、バッテリー４ａの出力ライン（図２において▲１▼で示すライン）には前記スイッチの接点が接続されている。
【００１４】
次に、本形態例の電圧設定回路２は、図２に示すように、コイル１ａの低電位側とグランド間に順次接続された第１定電流回路１１及び第１トランジスタ１２と、コイル１ａの低電位側とグランド間に順次接続された第２定電流回路１３及び第２トランジスタ１４と、コイル１ａの低電位側とグランド間に接続された第３トランジスタ１５とよりなる。ここで、第１定電流回路１１と第２定電流回路１３は、図２に示すようにトランジスタ（符号省略）と抵抗（符号省略）よりなる定電流回路であり、制御部３から図２の▲６▼で示すラインを経由して供給される定電圧（例えば５Ｖ）により機能する。このうち第１定電流回路１１は、電源電圧が変動しても、コイル１ａに印加される電圧が常にリレー１の最低動作電圧（例えば９Ｖ）となるようなコイル１ａの電流量を保持するように、その電流値が設定されたものである。また、第２定電流回路１３は、電源電圧が変動しても、コイル１ａに印加される電圧が常にリレー１の最大復帰電圧（例えば１Ｖ）となるようなコイル１ａの電流量を保持するように、その電流値が設定されたものである。なお、これら定電流回路としては、他の周知の回路構成を用いてもよい。
【００１５】
また、本形態例の制御部３は、マイクロコンピュータを含む制御回路よりなり、図３の▲６▼に示すラインを経由して第１定電流回路１１及び第２定電流回路１３に定電圧（５Ｖ）を供給する機能に加え、リレー１の動作時に第１〜第３トランジスタ１２，１４，１５を図３の▲２▼〜▲４▼に示すように駆動する機能を有する。即ち、リレー１のオン時には、まず▲３▼の電圧を立ち上げて第１トランジスタ１２をオンさせ、次いでオン時規定時間Ｔ１が経過した後、▲２▼の電圧を立ち上げて第３トランジスタ１５をオンさせ、さらにその後、▲３▼の電圧を立ち下げて第１トランジスタ１２をオフさせる。そして、リレー１のオフ時には、まず▲４▼の電圧を立ち上げて第２トランジスタ１４をオンした後、▲２▼の電圧を立ち下げて第３トランジスタ１５をオフし、次いでオフ時規定時間Ｔ２が経過した後、▲４▼の電圧を立ち下げて第２トランジスタ１４をオフさせる。
なお、制御部３から各定電流回路への定電圧の供給は、制御部３のＣＰＵ用電源を利用すれば容易に可能である。即ち、自動車用の電子機器であれば、ＣＰＵ用定電圧電源発生回路を通常備えているので、その出力ラインを各定電流回路に接続するだけでよい。
【００１６】
本装置によれば、リレー１の動作時に、図３の▲５▼に示すようにリレー１のコイル１ａに印加される駆動電圧が変化し、前述の図１（ｂ）により説明した効果（静音化、動作信頼性及び実用性の実現等）が得られる。また本装置の場合、図３の▲１▼と▲５▼に示すように、電源電圧が例えば１０Ｖから１６Ｖに変動しても、各定電流回路の作用によって、オン時規定電圧（この場合、リレーの最低動作電圧）とオフ時規定電圧（この場合、リレーの最大復帰電圧）はいずれも一定値（この場合、９Ｖと１Ｖ）に維持される。このため、電源電圧が変動しても、確実に静音効果を発揮できる。
なお本例では、電源電圧が変動する可能性があるので、定電流回路を設けているが、一定電圧を供給できる電源或いは電源回路を備えている場合には、第１定電流回路１１や第２定電流回路１３の代わりに単なる分圧用（コイル１ａの電圧設定用）の抵抗を設けて、オン時規定電圧とオフ時規定電圧を設定すればよい。
【００１７】
（第２形態例）
次に、本発明の第２形態例を説明する。
この形態例の装置は、図４に示すように、電圧設定回路２の構成と制御部３の機能に特徴を有し、その他は第１形態例（図２）と同様である。
本形態例の電圧設定回路２は、図２に示すように、コイル１ａの低電位側とグランド間に接続されたトランジスタ２１と、コイル１ａの低電位側とグランド間に接続されたコンデンサ２２とよりなる。
トランジスタ２１は、制御部３によってＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式で駆動されることによって、コイル１ａの印加電圧を電源電圧の範囲内で任意の電圧に設定するためのものである。また、コンデンサ２２は、トランジスタ２１のオンオフ動作に応じた電圧変動（リップル成分）を軽減するためのものである。
【００１８】
また本形態例の制御部３は、リレー１の動作時にトランジスタ２１を図５の▲２▼に示すように駆動する機能を有する。
即ち、リレー１のオン時には、まず図４における▲２▼の部分の電圧をその際の電源電圧（１０Ｖ〜１６Ｖ）に応じた所定のデューティ比でオンオフさせてトランジスタ２１をＰＷＭ駆動し、図５の▲３▼に示すようにコイル１ａの印加電圧をオン時規定電圧（この場合最低動作電圧であり、９Ｖ）に制御する。次いで、オン時規定時間Ｔ１が経過した後、▲２▼の電圧をオンに維持してトランジスタ２１をオン状態に保持し、コイル１ａの印加電圧を電源電圧（この場合、１０Ｖ）に維持する。そして、リレー１のオフ時には、まず▲２▼の部分の電圧をその際の電源電圧（１０Ｖ〜１６Ｖ）に応じた所定のデューティ比でオンオフさせてトランジスタ２１をＰＷＭ駆動し、図５の▲３▼に示すようにコイル１ａの印加電圧をオフ時規定電圧（この場合最大復帰電圧であり、１Ｖ）に制御する。次いで、オフ時規定時間Ｔ２が経過した後、▲２▼の電圧を立ち下げてトランジスタ２１をオフに維持し、コイル１ａの印加電圧をゼロＶにする。
本装置でも、リップル成分を無視すれば、前述の第１形態例と同様の電圧制御が実現され、第１形態例と同様の効果が得られる。
しかも本装置では、電圧設定回路２の構成が極めて簡素になる利点がある。
【００１９】
（実証データ）
次に、図６（ａ）は、本発明による静音効果を実証すべく発明者らが行った実験結果を示す図である。この実験は、同じリレー（最低動作電圧；９Ｖ、最大復帰電圧；１Ｖ）を用いて、印加電圧をゼロＶから１３．５Ｖに変化させてリレーをオンさせた場合（ケース１）、印加電圧をゼロＶから９Ｖに変化させてリレーをオンさせた場合（ケース２）、印加電圧を１３．５ＶからゼロＶに変化させてリレーをオフさせた場合（ケース３）、及び印加電圧を１０Ｖから１Ｖに変化させてリレーをオフさせた場合（ケース４）について、それぞれ衝突音の音圧（ｄＢ）を測定したものである。結果は、ケース１が５３ｄＢ、ケース２が４６ｄＢ、ケース３が５４．３ｄＢ、ケース４が４７．５ｄＢであり、オン時又はオフ時の電圧設定により衝突音の発生が格段に低減されることが実証された。
【００２０】
なお、本発明は上述した形態例に限られず、各種の変形や応用があり得る。
例えば上記形態例では、図１（ｂ）に示すように、リレーの印加電圧を矩形状の波形で瞬時に変化させて規定の電圧とすることによって、リレーのオン動作又はオフ動作を実現しているが、既述したように、線状又は階段状の波形で印加電圧を徐々に変化させてもよい。
例えば、図６（ｂ）に示すように、印加電圧をゼロＶからリニアに増加させてオン時規定電圧（最低動作電圧）に到達させた後、このオン時規定電圧を所定時間保持して、リレーのオン動作を実現し、その後印加電圧を電源電圧に上昇させて接圧を安定させる。そしてリレーのオフ時には、印加電圧を電源電圧からリニアに減少させてオフ時規定電圧（最大復帰電圧）に到達させた後、このオフ時規定電圧を所定時間保持して、リレーのオフ動作を実現し、その後印加電圧をゼロＶに下降させて接圧を安定させる態様でもよい。
【００２１】
或いは、図６（ｃ）に示すように、印加電圧をゼロＶからリニアに増加させてオン時規定電圧（最低動作電圧）に到達させることによりリレーのオン動作を実現し、その後印加電圧を電源電圧に上昇させて接圧を安定させる。そしてリレーのオフ時には、印加電圧を電源電圧からリニアに減少させてオフ時規定電圧（最大復帰電圧）に到達させることによりリレーのオフ動作を実現し、その後印加電圧をゼロＶに下降させて接圧を安定させる態様でもよい。
また、図６（ｄ）に示すように、印加電圧をゼロＶからリニアに増加させて電源電圧に到達させることにより、リレーのオン動作と接圧の安定化を実現する。そしてリレーのオフ時には、印加電圧を電源電圧からリニアに減少させてゼロＶに到達させることにより、リレーのオフ動作と接圧の安定化を実現する態様でもよい。この場合でも、印加電圧の変化速度を十分小さく設定することで、リレーが実際にオン又はオフする時点の電圧を、電源電圧より小さい値（好ましくは最低動作電圧以下の値）、或いはゼロＶより大きい値（好ましくは最大復帰電圧以上の値）として、静音化を図ることができる。
なお、印加電圧を線状又は階段状に増減させるための回路としては、例えば前述の図４に示した回路が使用できる。また、印加電圧を線状又は階段状に増減させるのは、リレーのオン時又はオフ時の何れか一方だけで行ってもよい。
【００２２】
また前述した形態例では、最終的に印加電圧を電源電圧又はゼロＶとしているが、接圧に問題がなければ、最終的な印加電圧を電源電圧又はゼロＶとする必要はない。即ち、例えばリレーがオンした後に、印加電圧をオン時規定電圧のまま維持してもよい。
また、本発明が適用できるリレーは、車両のパワーウインドウ用に限られず、車両における他のリレー、或いは静音化が必要な車両以外の設備や製品のリレーにも適用できることはいうまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のリレー駆動装置によれば、構造的改造をすることなくリレーの静音化が容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リレー駆動装置の構成や動作の概略を示す図である。
【図２】リレー駆動装置（第１形態例）の回路構成を示す図である。
【図３】リレー駆動装置（第１形態例）の動作を説明するタイミングチャートである。
【図４】リレー駆動装置（第２形態例）の回路構成を示す図である。
【図５】リレー駆動装置（第２形態例）の動作を説明するタイミングチャートである。
【図６】実証データ及び他の形態例を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１　リレー
２　電圧設定回路
３　制御部
【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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