(57)【要約】【課題】  基材上に流体を吐出するように動作可能な流体吐出機用のドライバ回路を提供する。【解決課題】  １つのドライバ回路は、高電圧バス及び低電圧バスを使用して、急速な引込電流を供給する。保持電流への移行中におけるフライバック電流は、高電圧バスにクランプされて、コンデンサである高電圧バスにエネルギーを戻す。別のドライバ回路は、移行時の電流基準を使用して、初期の引込移行時、及び、引込から保持への移行時におけるコイル電流を制御する。引込から保持への移行時に、フライバック・コイル電流が、フライバック・モードとフリー・ホイール・モードの間で変調される。【選択図】図１
2005347738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に流体を吐出するように動作可能な流体吐出機用のガン・ドライバ回路であって、前記流体吐出機は、ソレノイド・コイルに動作可能に接続された吐出弁を有し、前記ソレノイド・コイルは、前記吐出弁が、開位置と閉位置の間を移動するようにさせるよう動作可能であることによって前記流体吐出機からの前記流体の流量を制御し、当該ガン・ドライバ回路は、
高電圧バスと、
該高電圧バスに電気接続された第１の側及び前記ソレノイド・コイルの一端に接続されるようになっている第２の側を有する第１スイッチと、
前記ソレノイド・コイルの反対端に電気接続されるようになっている１つの側を有する第２スイッチと、
前記ソレノイド・コイルの電流を検知する電流センサと、
低電圧バスと、
該低電圧バスに電気接続された第１の側及び前記ソレノイド・コイルの前記一端に電気接続されるようになっている第２の側を有する第３スイッチと、
前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、及び前記第３スイッチに動作可能に接続された制御回路とを備え、該制御回路は、
引込電流設定点を提供し、
前記第１スイッチを閉じて、前記高電圧バスを前記ソレノイド・コイルに印加し、該ソレノイド・コイルに電流を生成し、
前記コイルの電流が前記引込電流設定点にほぼ等しいことに応答して前記第１スイッチを開き、
前記第２スイッチを動作させて、前記低電圧バスを前記ソレノイド・コイルに印加し、前記コイルの電流を前記引込電流設定点にほぼ等しく維持するガン・ドライバ回路。
【請求項２】
前記制御回路は、前記第１スイッチを閉じるのとほぼ同時に前記第２スイッチを閉じ、それによって前記高電圧バス及び前記低電圧バスを前記ソレノイド・コイルに接続する、請求項１に記載のガン・ドライバ回路。
【請求項３】
前記高電圧バスはコンデンサを備える請求項１に記載のガン・ドライバ回路。
【請求項４】
前記高電圧バスに接続されるカソード及び前記ソレノイド・コイルの他端に接続されるアノードを備える第１ダイオードと、
前記ソレノイド・コイルの反対端に接続されるカソード及び前記第２スイッチの前記第２の側に接続されるアノードを備える第２ダイオードとをさらに備える請求項１に記載のガン・ドライバ回路。
【請求項５】
前記高電圧バスは、利用可能な線間電圧より大きな電圧を供給し、前記低電圧バスは、前記利用可能な線間電圧より小さい電圧を供給する請求項１に記載のガン・ドライバ回路。
【請求項６】
前記第３スイッチの前記第１の側に接続されるカソード及び前記低電圧バスに接続されるアノードを備える第３ダイオードをさらに備える請求項１に記載のガン・ドライバ回路。
【請求項７】
基材上に流体を吐出するように動作可能な複数の流体吐出ガン用のガン・ドライバであって、前記流体吐出ガンは、複数のソレノイド・コイルのそれぞれに動作可能に接続された複数の吐出弁のそれぞれを有し、前記ソレノイド・コイルはそれぞれ、各吐出弁が、開位置と閉位置の間を移動するようにさせるよう動作可能であることによって各流体吐出ガンからの前記流体の流量を制御し、当該ガン・ドライバは、
電圧バスと、
該電圧バスに接続された第１の側及び前記複数のソレノイド・コイルのうちの少なくとも１つに電気接続されるようになっている第２の側を有する電力切り換え回路と、
該電力切り換え回路に、前記複数のソレノイド・コイルへの引込電流と、その後保持電流を供給させるように、前記電力切り換え回路に動作可能に接続された制御器とを備え、該制御器は、
前記複数のソレノイド・コイルが前記電圧バスにわたって並列に接続されることに応答して使用される電圧モード制御部と、
前記複数のソレノイド・コイルが前記電圧バスにわたって直列に接続されることに応答して使用される電流モード制御部とを備えるガン・ドライバ。
【請求項８】
引込電流の持続期間を表す信号を供給する引込タイマをさらに備える請求項７に記載のガン・ドライバ。
【請求項９】
前記電流モード制御部は、
前記複数のソレノイド・コイルの電流を表すフィードバック信号を供給するように、前記複数のソレノイド・コイルに動作可能に接続される電流センサと、
ヒステリシス値を有する比較器とを備え、該比較器は、
前記フィードバック信号に接続される第１入力部と、
電流設定点を供給する第２入力部と、
前記電力切り換え回路に接続される出力部とを備え、前記比較器によって、前記電力切り換え回路が、最初に、前記フィードバック信号が前記電流設定点より低いことに応答して、前記電圧バスを前記複数のソレノイド・コイルに接続し、次に、前記フィードバック信号が前記電流設定点より高いことに応答して、前記複数のソレノイド・コイルから前記電圧バスを切り離すようにさせる請求項８に記載のガン・ドライバ。
【請求項１０】
前記電流モード制御部は、引込電流設定点及び保持電流設定点をさらに生成し、前記引込電流設定点は、前記引込電流の持続期間中に前記比較器によって使用され、前記保持電流設定点は、前記引込電流の持続期間後に前記比較器によって使用される請求項９に記載のガン・ドライバ。
【請求項１１】
前記電圧モード制御部は電圧モード信号を供給し、前記電圧モード制御部によって、前記切り換え回路が、前記引込電流の持続期間中に前記複数のソレノイド・コイルに前記電圧バスを印加するようにさせる請求項８に記載のガン・ドライバ。
【請求項１２】
前記電圧モード制御部は、前記電力切り換え回路に動作可能に接続されたパルス発生器をさらに備え、該パルス発生器によって、前記電力切り換え回路が、前記引込電流の持続期間後に、前記複数のソレノイド・コイルに対して前記電圧バスを連続して接続し、切り離すようにさせる請求項１１に記載のガン・ドライバ。
【請求項１３】
基材上に流体を吐出する流体吐出ガンであって、
該流体吐出ガンからの前記流体の流量を制御するように、開位置と閉位置の間を移動可能な吐出弁と、
第１端及び第２端を有し、前記吐出弁に前記開位置と前記閉位置の間を移動させるように動作可能なソレノイド・コイルと、
高電圧電源であって、
高電圧バスを提供する第１端子、および、
第２端子を備える、高電圧電源と、
該高電圧電源の前記第１端子と前記ソレノイド・コイルの前記第１端の間に電気接続される第１スイッチと、
低電圧電源であって、
低電圧バスを提供する第１端子、および、
前記高電圧電源の前記第２端子との共通接続部を有する第２端子を備える、低電圧電源と、
該低電圧電源と前記ソレノイド・コイルの前記第１端の間に電気接続される第２スイッチと、
前記ソレノイド・コイルの前記第２端と前記低電圧電源の前記第２端子の間に電気接続される第３スイッチと、
前記第１、第２、及び第３スイッチを動作させるために、それぞれ、第１、第２、及び第３出力信号を供給する制御器とを備え、該制御回路はさらに、初期引込位相と、その後より少ない保持位相とを含む階段状波形を供給し、前記制御回路は、
前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、及び前記第３スイッチを閉じ、前記引込位相の初期部分の間に、前記ソレノイド・コイルの前記第１端を、前記高電圧バス及び前記低電圧バスに電気接続するための、前記第１、第２、及び第３出力信号を供給し、
その後、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチを閉じ、前記引込位相の残りの部分の間に、前記ソレノイド・コイルの前記第１端を、前記低電圧バスに電気接続するための、前記第２及び第３出力信号を供給する流体吐出ガン。
【請求項１４】
基材上に流体を吐出するように動作可能な流体吐出機用のガン・ドライバ回路であって、前記流体吐出機は、ソレノイド・コイルに動作可能に接続された吐出弁を有し、前記ソレノイド・コイルは、前記吐出弁が、開位置と閉位置の間を移動するようにさせるよう動作可能であることによって前記流体吐出機からの前記流体の流量を制御し、当該ガン・ドライバ回路は、
整流された、無調整電圧バスと、
該無調整電圧バスに電気接続された１つの側及び前記ソレノイド・コイルの一端に接続されるようになっている第２の側を有する第１切り換え回路と、
前記ソレノイド・コイルの電流を検知する電流センサと、
該電流センサ及び前記第１切り換え回路に動作可能に接続された制御回路であって、該制御回路は、
ランプアップ電流基準、引込電流基準、及びその後の保持電流基準を規定する電流基準波形を供給する波形発生器を備え、該制御回路は、最初に、前記ランプアップ電流基準に、次に、前記引込電流基準に、その後、前記保持電流基準にほぼ等しい前記ソレノイド・コイルの電流を生成するように、前記第１切り換え回路を動作させる制御回路とを備えるガン・ドライバ回路。
【請求項１５】
前記波形発生器は、前記引込電流基準と前記保持電流基準の間にランプダウン電流基準をさらに提供し、前記制御回路は、前記ソレノイド・コイルの反対端に接続された第２切り換え回路をさらに備え、該第２切り換え回路は、
前記第１切り換え回路が前記無調整電圧バスから前記ソレノイド・コイルを切り離すことに応答して、前記無調整電圧バスにフライバック電流を接続する第１状態と、
前記ソレノイド・コイルの前記電流が、前記ソレノイド・コイルを含む回路内の抵抗を通して消散することを可能にする第２状態とを有し、
前記制御回路は、前記第２切り換え回路を前記第１状態と前記第２状態の間で切り換えて、前記コイルの前記電流が、ランプダウン電流基準にほぼ等しくなる請求項１４に記載のガン・ドライバ回路。
【請求項１６】
基材上に流体を吐出するように動作可能な流体吐出機用のガン・ドライバ回路であって、前記流体吐出機は、ソレノイド・コイルに動作可能に接続された吐出弁を有し、前記ソレノイド・コイルは、前記吐出弁が、開位置と閉位置の間を移動するようにさせるよう動作可能であることによって前記流体吐出機からの前記流体の流量を制御し、当該ガン・ドライバ回路は、
整流された無調整電圧バスと、
該無調整電圧バスに電気接続された１つの側及び前記ソレノイド・コイルの一端に接続されるようになっている第２の側を有する第１切り換え回路と、
前記ソレノイド・コイルの電流を検知する電流センサと、
該電流センサ及び前記第１切り換え回路に動作可能に接続された制御回路とを備え、
該制御回路は、
引込電流基準、ランプダウン電流基準、及びその後の保持電流基準を規定する電流基準波形を供給する波形発生器と、前記電流基準波形にほぼ等しい前記ソレノイド・コイルの電流を生成するように、前記第１切り換え回路を動作させる制御回路と、
前記ソレノイド・コイルの反対端に接続された第２切り換え回路とを備え、
該第２切り換え回路は、
前記第１切り換え回路が前記無調整電圧バスから前記ソレノイド・コイルを切り離すことに応答して、フライバック電流を前記無調整電圧バスに接続する第１状態と、
前記ソレノイド・コイルの前記電流が、前記ソレノイド・コイルを含む回路内の抵抗を通して消散することを可能にする第２状態とを有し、前記制御回路は、前記第２切り換え回路を前記第１状態と前記第２状態の間で切り換えて、前記コイルの前記電流をランプダウン電流基準にほぼ等しくさせるガン・ドライバ回路。
【請求項１７】
基材上に流体を吐出する流体吐出ガンを動作させる方法であって、該流体吐出ガンは、ソレノイド・コイルに動作可能に接続された吐出弁を有し、前記ソレノイド・コイルは、前記吐出弁が、開位置と閉位置の間を移動するようにさせるよう動作可能であることによって前記流体吐出ガンからの前記流体の流量を制御し、当該方法は、
引込位相持続期間、引込電流設定点、及び、より低い保持電流設定点を設ける工程と、
高電圧バス及び低電圧バスを設ける工程と、
前記ソレノイド・コイルを通して引込電流を急速に始動させるために、前記引込位相持続期間の初期部分の間に、前記高電圧バスを前記ソレノイド・コイルに、する工程と、
前記ソレノイド・コイルの電流が前記引込電流基準にほぼ等しいことに応答して、前記ソレノイド・コイルから前記高電圧バスを取り外す工程と、
前記ソレノイド・コイルの電流を前記引込電流基準にほぼ等しく維持するために、前記低電圧バスを前記ソレノイド・コイルに印加する工程とを含む方法。
【請求項１８】
前記引込電流基準にほぼ等しいリップル電流を供給するために、前記低電圧バスの前記ソレノイド・コイルへの印加を変調する工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記引込位相の前記初期部分の間に、前記低電圧バスを前記ソレノイド・コイルに印加する工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記引込位相の持続期間の終わりに前記低電圧バスを前記ソレノイド・コイルから取り出す工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記低電圧バスを前記ソレノイド・コイルから取り外すことに応答して、前記ソレノイド・コイルから前記高電圧バスへのフライバック電流をクランピングする工程をさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記低電圧を取り除くことによって生じる前記フライバック電流により、前記高電圧バスを提供するコンデンサを充電させる工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記ソレノイド・コイルの電流を前記保持電流基準にほぼ等しく維持するためのリップル電流を供給するために、前記低電圧バスの前記ソレノイド・コイルへの印加を変調する工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
基材上に流体を吐出する複数の流体吐出ガンを動作させる方法であって、前記複数の流体吐出ガンは、複数のソレノイド・コイルのそれぞれに動作可能に接続された複数の吐出弁のそれぞれを有し、前記ソレノイド・コイルはそれぞれ、各吐出弁が、開位置と閉位置の間を移動するようにさせるよう動作可能であることによって各流体吐出ガンからの前記流体の流量を制御し、当該方法は、
電圧バスを設ける工程と、
引込電流位相の持続期間を表すタイミング信号を生成する工程と、
電圧モード制御信号を生成する工程であって、該電圧モードは、前記複数のソレノイド・コイルが前記電圧バスにわたって並列に接続されることに応答して使用される工程と、
電流モード制御信号を生成する工程であって、該電流モード制御信号は、前記複数のソレノイド・コイルが前記電圧バスにわたって直列に接続されることに応答して使用される工程と、
前記タイミング信号、前記電圧モード制御信号、及び前記電流モード制御信号に応答して、前記電圧バスと前記複数のソレノイド・コイルの間に接続された電力切り換え回路を動作させる工程とを含む方法。
【請求項２５】
前記電流モード信号に応答して、前記複数のソレノイド・コイルの電流を表すフィードバック信号を生成する工程と、
電流設定点を生成する工程と、
前記フィードバック信号及び前記電流設定点を、ヒステリシス値と比較する工程と、
前記フィードバック信号が前記電流設定点より低いことに応答して、前記電力切り換え回路が、前記電圧バスを前記複数のソレノイド・コイルに接続させる工程と、
前記フィードバック信号が前記電流設定点より高いことに応答して、前記電力切り換え回路が、前記電圧バスを前記複数のソレノイド・コイルから切り離す工程とをさらに含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記電圧モード制御信号に応答して、前記電力切り換え回路が、前記引込電流位相の持続期間の間に、前記電圧バスを前記複数のソレノイド・コイルに印加する工程と、
前記引込電流設定点にほぼ等しい、前記複数のソレノイド・コイルのうちの１つのソレノイド・コイルの電流を検出する工程と、
その後、一連のパルスを生成する工程と、
前記電圧バスを前記複数のソレノイド・コイルに連続して接続し、切り離すために、前記電力切り換え回路を前記一連のパルスによって動作させる工程とをさらに含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
基材上に流体を吐出する流体吐出ガンを動作させる方法であって、前記流体吐出ガンは、ソレノイド・コイルに動作可能に接続された吐出弁を有し、前記ソレノイド・コイルは、前記吐出弁が、開位置と閉位置の間を移動するようにさせるよう動作可能であることによって前記流体吐出ガンからの前記流体の流量を制御し、当該方法は、
線間電圧からの、整流された無調整電圧バスを提供する工程と、
該無調整電圧バスと前記ソレノイド・コイルの一端の間に接続された切り換え回路を設ける工程と、
ランプアップ電流基準、引込電流基準、及びその後の保持電流基準を規定する電流対時間の関係を表す電流基準波形を生成する工程と、
前記ソレノイド・コイルの電流が、前記電流基準波形にほぼ等しくなるようにさせるために、前記切り換え回路を動作させる工程とを含む方法。
【請求項２８】
前記ソレノイド・コイルの前記電流を表す電流フィードバック信号を生成する工程と、
前記電流基準波形及び前記電流フィードバック信号に応答して前記切り換え回路を動作させる工程とをさらに含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記引込電流基準と前記保持電流基準の間にランプダウン電流基準を含む前記電流基準波形を生成する工程と、
前記ソレノイド・コイルの反対端に接続された第２切り換え回路を設ける工程であって、該第２切り換え回路は、
前記第１切り換え回路が前記無調整電圧バスから前記ソレノイド・コイルを切り離すことに応答して、フライバック電流を前記無調整電圧バスに接続させる第１状態と、
前記ソレノイド・コイルの前記電流が、前記ソレノイド・コイルを含む回路内の抵抗を通して消散することを可能にする第２状態とを有する工程と、
前記コイルの前記電流が、ランプダウン電流基準にほぼ等しくさせるために、前記第２切り換え回路を前記第１状態と前記第２状態の間で切り換える工程とをさらに含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
基材上に流体を吐出する流体吐出ガンを動作させる方法であって、該流体吐出ガンは、ソレノイド・コイルに動作可能に接続された吐出弁を有し、前記ソレノイド・コイルは、前記吐出弁が、開位置と閉位置の間を移動するようにさせるよう動作可能であることによって前記流体吐出ガンからの前記流体の流量を制御し、当該方法は、
線間電圧からの、整流された、無調整電圧バスを提供する工程と、
該無調整電圧バスと前記ソレノイド・コイルの間に接続された第１切り換え回路を設ける工程と、
引込電流基準、ランプダウン電流基準、及びその後の保持電流基準を規定する電流対時間の関係を表す電流基準波形を生成する工程と、
前記ソレノイド・コイルの電流が、前記引込電流基準にほぼ追従するようにさせるために、前記第１切り換え回路を動作させる工程と、
前記ソレノイド・コイルの反対端に接続された第２切り換え回路を設ける工程であって、該第２切り換え回路は、
前記第１切り換え回路が前記無調整電圧バスから前記ソレノイド・コイルを切り離すことに応答して、フライバック電流を前記無調整電圧バスに接続する第１状態と、
前記ソレノイド・コイルの前記電流が、前記ソレノイド・コイルを含む回路内の抵抗を通して消散することを可能にする第２状態とを有する工程と、
前記ソレノイド・コイルの前記電流をランプダウン電流基準にほぼ等しくさせるために、前記第２切り換え回路を前記第１状態と前記第２状態の間で切り換える工程とを有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、接着剤、シーラント、コーキング材などのような流動性材料を基材上に吐出するための、流体吐出システムに関し、より詳細には、吐出ガン内のソレノイド作動式弁の動作を制御するためのドライバ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体吐出ガンは、流体、たとえば、接着剤を移動基材上に正確に塗布することを必要とする吐出用途、たとえば、包装又は織り製品のために開発されてきた。こうした吐出システムの１つの例は、その全体が参照により本明細書に援用される米国特許第５，８１２，３５５号に記載される。こうした吐出システムは、流体吐出機内のソレノイドの動作を制御するために、ドライバ回路を使用する。図９に示す階段状電流波形を使用して、吐出機内の吐出弁の動作が制御される。弁を開くために、ドライバ回路は、吐出サイクルの始めに、弁棒を急速に引っ込め、吐出オリフィスを開くために、急速な初期傾斜３８の引込電流８０をソレノイド・コイルに印加する。その後、電流は、弁棒を開位置に保持する保持電流４０まで、３７においてランプダウン（ramp down）する。保持電流は引込電流より小さく、したがって、より少ない保持電流を使用することによって、吐出サイクル中におけるソレノイド・コイル及び吐出弁の熱の蓄積が減る。ドライバ回路は次に、４２においてソレノイドの急速な減磁を行うため、弁棒は、吐出サイクルの終わりにオリフィスにわたって急速に閉じる。
【０００３】
上述したガン・ドライバはうまく働くが、その性能を改善するたゆまない努力が存在する。たとえば、コイルへの電流は、線間電圧から電力スイッチによって供給されることが多い。そのため、線間電圧の任意の変動は、電力回路からの出力電圧及びガン・ソレノイドに供給される電流を変える。その結果、線間電圧の大きさが上昇する場合、アーマチャが速く移動し、接着剤があまりに速く吐出される。同様に、線間電圧の大きさが低下する場合、アーマチャがゆっくり移動し、接着剤が予想されるより長く吐出される。接着剤を受け取ることを意図していない基材領域上へ、接着剤が予期せず吐出されることによって、廃棄製品がもたらされることが多い。
【０００４】
吐出弁の最大動作速度は、線間電圧の大きさによって決まる。したがって、２４０ボルトＡＣ源に接続された吐出弁は、吐出弁が１２０ボルトＡＣ源に接続された場合より速く動作することになる。そのため、線間電圧と無関係な一貫した高速動作を有するドライバ回路を提供する必要性が存在する。
【０００５】
公知のガン・ドライバを使用して、引込電流８０及び保持電流４０は、電力スイッチを動作させるヒステリシス変調器によって維持されることが多く、それによって、ソレノイド・コイルに鋸歯状又はリップル電流が生成される。電力スイッチのこの変調中に、スイッチが閉じると、コイルの電流増加レートは線間電圧の大きさによって決まり、変調電流は図９の３９において示すようにランプアップ（ramp up）する。さらに、電力スイッチが閉じると、図９の４１において示すように、コイル・インダクタンス及びコイル回路抵抗によって決まるレートで電流が減衰する。したがって、ヒステリシス変調の周波数は、ソレノイド・コイルの電流特性及び線間電圧によって決まり、制限される。それに対して、吐出弁の動作速度を増加させるには、より高い線間電圧を使用することが望ましい場合があり、こうしたより高い線間電圧は、電流変調の期間中に電流オーバシュートの増加を生成し、それによって、コイル、ひいては、吐出弁の熱を増加させる。そのため、コイルに付加される熱を最小にしながら、吐出弁の動作速度を最大にするガン・ドライバを提供する必要がある。
【０００６】
理解されるであろうが、図９、並びに、本明細書の他の図に示す波形は、説明のためのものである。実際の波形は、限定はしないが、コイルのインダクタンス及び抵抗、吐出パターンの要件、熱考慮事項、寄生静電容量などを含む、多くの因子に応じて、本明細書の図に示す理想化された波形とは全く異なる場合がある。
【０００７】
公知のガン・ドライバを使用して、電流が、図２の１６８において示すように、引込電流から保持電流への移行部にある時、崩壊磁界の逆ＥＭＦから生成されるコイルの電流は、コイル・インダクタンス及びソレノイド・コイル回路抵抗によって決まる割合で減衰する。こうした電流減衰のスルーレートは、比較的小さく、電流は、コイル回路抵抗の熱として消散する。そのため、引込電流から保持電流への移行中におけるコイルの磁界の崩壊から生じ、コイルから電力を取り除く時のコイルの電流をより効率的に利用するガン・ドライバを提供する必要もある。
【０００８】
複数の吐出弁を動作させるガン・ドライバを使用することも知られている。これらの吐出弁が直列に接続される場合、直列接続されたソレノイド・コイルの電流をよりよく制御するために、電流制御モードでガン・ドライバを動作させることが望ましい。しかしながら、これらの吐出弁が並列に接続される場合、ソレノイド・コイルの並列回路の両端に印加される電圧をよりよく制御するために、電圧モード制御でガン・ドライバを動作させることが望ましい。知られているシステムに関して、電圧モード制御は、電流モード制御を実施するのに使用されるガン・ドライバと異なる設計のガン・ドライバを必要とする。そのため、電圧モード制御か、電流モード制御のいずれかを提供するために、選択的に使用することができるガン・ドライバを提供する必要がある。
したがって、上述した必要性に対処するガン・ドライバを提供する必要性が存在する。
【０００９】
［発明の概要］
本発明は、線間電圧変動に無関係な、安定し、一貫性があり、高品質の流体吐出プロセスを実行する流体吐出ガン用のガン・ドライバを提供する。さらに、本発明のガン・ドライバは、吐出弁を、一貫性があり、予測可能な高速度で開けるように動作可能である。さらに、本発明のガン・ドライバを使用すると、引込電流から保持電流への移行中に、コイルのフライバック電流がその後使用するために貯蔵され、知られているシステムで消散されるほどには熱が消散されない。そのため、本発明のガン・ドライバは、電力損失が少ない状態で動作し、自己加熱を減らしながら、広い範囲の用途において、一貫性があり、かつ、予測可能な吐出ガン性能を提供する。電力損失から生じる熱を減らすことによって、吐出ガンの寿命が増加するだけでなく、性能を向上させるために、より高い動作電流が使用されてもよい。
【００１０】
本発明のガン・ドライバのうちの１つは、複数のソレノイド・コイルが電圧バスに対して直列接続されているか、並列接続されているかに応じて、電流制御モードか、電圧制御モードのいずれかで選択的に使用されることができ、電流制御モードでは、低電圧バスを使用して、引込電流及び保持電流を維持するために、非常によく調整された低振幅のリップル電流が供給され、それによって、エネルギー消費、吐出弁の熱、及び電磁放射が減る。電圧制御モードでは、電力切り換え回路は電流フィードバック信号に無関係にパルス幅変調される。
【００１１】
本発明の原理及び述べられる実施形態によれば、本発明は、基材上に流体を吐出するように動作可能な流体吐出機用のガン・ドライバ回路を提供する。流体吐出機は、流体吐出機からの流体の流量を制御する吐出弁を動作させるソレノイド・コイルを有する。ガン・ドライバは、高電圧バスとソレノイド・コイルの一端の間に接続された第１スイッチ、及び、ソレノイド・コイルの反対端に接続された第２スイッチを有する。電流センサは、第２スイッチに接続され、第３スイッチは、低電圧バスとソレノイド・コイルの一端の間に接続される。制御回路は、第１スイッチを閉じて、高電圧バスをソレノイド・コイルに印加し、ソレノイド・コイルに電流を生成し、次に、コイルの電流が引込電流設定点にほぼ等しいことに応答して第１スイッチを開く。制御回路は、第２スイッチを動作させて、低電圧バスをソレノイド・コイルに印加し、コイルの電流を引込電流設定点にほぼ等しく維持する。
【００１２】
本発明の別の実施形態では、ガン・ドライバは、基材上に流体を吐出するように動作可能な複数の流体吐出ガンによって動作する。流体吐出ガンは、複数のソレノイド・コイルのそれぞれに動作可能に接続された複数の吐出弁のそれぞれを有する。ソレノイド・コイルはそれぞれ、各吐出弁が、開位置と閉位置の間を移動するようにさせるよう動作可能であり、それによって各流体吐出ガンからの流体の流量を制御する。ガン・ドライバは、電圧バスと少なくとも１つのソレノイド・コイルの間に接続された電力切り換え回路、及び、電力切り換え回路に、複数のソレノイド・コイルへの引込電流と、その後保持電流を供給させるように、電力切り換え回路に動作可能に接続された制御器を有する。制御器は、複数のソレノイド・コイルが電圧バスにわたって並列に接続されることに応答して使用される電圧モード制御部、及び、複数のソレノイド・コイルが電圧バスにわたって直列に接続されることに応答して使用される電流モード制御部を有する。
【００１３】
本発明の一態様では、電流モード制御部は、複数のソレノイド・コイルに動作可能に接続される電流センサを有し、複数のソレノイド・コイルの電流を表すフィードバック信号が供給される。ヒステリシス値を有する比較器は、フィードバック信号に接続される第１入力部、及び、電流設定点を供給する第２入力部を有する。比較器出力部は、電力切り換え回路に接続され、比較器によって、電力切り換え回路が、最初に、フィードバック信号が電流設定点より低いことに応答して、電圧バスを複数のソレノイド・コイルに接続し、次に、フィードバック信号が電流設定点より高いことに応答して、複数のソレノイド・コイルから電圧バスを切り離す。
【００１４】
本発明の他の態様では、電圧モード制御部は、電力切り換え回路に動作可能に接続されたパルス発生器を有し、パルス発生器によって、電力切り換え回路が、引込電流の持続期間後に、複数のソレノイド・コイルに対して電圧バスを連続して接続し、切り離すようにさせる。
【００１５】
本発明のさらなる実施形態では、ガン・ドライバは、整流された無調整電圧バス、及び、無調整電圧バスとソレノイド・コイルの間に接続された第１切り換え回路を有する。制御回路は、電流センサ及び第１切り換え回路に動作可能に接続され、ランプアップ電流基準、引込電流基準、及びその後の保持電流基準を規定する電流基準波形を供給する波形発生器を含む。制御回路は、最初に、ランプアップ電流基準に、次に、引込電流基準に、その後、保持電流基準にほぼ等しいソレノイド・コイルの電流を生成するように、前記第１切り換え回路を動作させる。
【００１６】
本発明の一態様では、波形発生器は、引込電流基準と保持電流基準の間にランプダウン電流基準をさらに提供する。第２切り換え回路は、ソレノイド・コイルの反対端に接続され、第１切り換え回路が無調整電圧バスからソレノイド・コイルを切り離すことに応答して、無調整電圧バスにフライバック電流を接続する第１状態を有する。第２切り換え回路は、ソレノイド・コイルの電流が、ソレノイド・コイルを含む回路内の抵抗を通して消散することを可能にする第２状態を有する。制御回路は、第２切り換え回路を第１状態と第２状態の間で切り換えて、コイルの電流が、ランプダウン電流基準にほぼ等しくなるようにさせる。
【００１７】
本発明の種々の追加の利点、目的、及び特徴は、添付図面に関連して行われる、実施形態の以下の詳細な説明を考慮して、当業者にはより容易に明らかになるであろう。
【００１８】
［発明の詳細な説明］
図１を参照すると、吐出弁２０は、弁座２６内に形成された吐出オリフィス２４を選択的に閉塞させるように配置された可動のアーマチャ又は弁棒２２を有する。弁棒２２は、移動基材上に再現性のある流体の吐出パターンを提供するために、電磁コイル２８を有するソレノイド２７によって、制御された方法で、弁座２６に対して延び、引込む。一般に、電磁コイルは、磁極（図示せず）を囲み、磁極に対して電磁界を生成するように駆動され、それによって、弁棒２２が極の方へ移動し、吐出弁２０を開く。吐出サイクルの終わりで、コイル２８は減磁され、戻りばね３０が、弁棒２２を元の位置に戻し、吐出弁２０を閉じる。ソレノイド２７のコイル２８は、電力回路８６及び制御器９２を含むガン・ドライバ８４によって動作する。電力回路８６は、正端子に約３２５ボルトの高電圧バス８９を提供する高電圧電源８８を有する。
【００１９】
電力回路８６は、制御器９２によって動作し、制御器９２は次に、システム制御部９４に接続される。システム制御部９４は、他の吐出システム、及び、吐出弁２０の動作に必要な機械装置制御部、例えば、トリガ信号を供給するパターン制御器などの全てを含む。システム制御部９４は、キーボード、プッシュボタンなどのような入力デバイス、及び、知られている方法でユーザとの通信リンクを提供するディスプレイ、インジケータ光などのような出力デバイスをさらに含む。
【００２０】
制御器９２は、電圧モード制御部９６及び電流モード制御部９８をさらに含む。複数の吐出弁が並列接続されているか、直列接続されているかに応じて、電圧モード制御部９６又は電流モード制御部９８が、それぞれ、電圧制御信号１０４によって選択される。電圧制御信号は、システム制御部９４によって、自動的か、ユーザ入力によって生成される。いずれのモードでも、流体吐出サイクルは、流体吐出サイクルの所望の持続期間に等しい持続期間、即ち、吐出弁２０がターンオンされる、即ち、開く時間の長さを有するトリガ信号１００によって始動される。トリガ信号１００の前縁は、引込タイマ１０２の動作を開始させ、引込タイマ１０２は次に、電流モード制御部９８及び電圧モード制御部９６に出力パルスを供給する。電圧モード制御部９６が選択される場合、ライン１０４上の電圧モード信号は、ｈｉｇｈになり、マルチプレクサ１０６、１０８、１１０をイネーブルして、信号を、各出力部への各入力部１１２、１１４、１１６上に伝える。電流モード制御部９８が選択される場合、ライン１０４上の電圧モード信号は、ｌｏｗになり、マルチプレクサ１０６、１０８、１１０を動作可能にして、信号を、各出力部への各入力部１１８、１２０、１２２上に伝える。
【００２１】
ユーザが電流モード制御部を選択した場合、制御器９２の引込タイマ１０２は、システム制御部９４からのトリガ信号１００の前縁によって開始され、トリガ信号１００の前縁は流体吐出動作の開始を指示する。引込タイマ１０２によってカウントされる持続期間は、吐出弁２０の動作の引込位相の持続期間を決める。トリガ信号１００の正の前縁は、フリップ・フロップ１２４を同時にセットし、フリップ・フロップ１２４は、マルチプレクサ１０６の入力部１１８へのｈｉｇｈ出力部を供給する。電流モード制御部では、マルチプレクサ１０６は、フリップ・フロップ１２４からのｈｉｇｈ出力部を、第１電力スイッチ１２８を閉じさせるゲート・ドライバ１２６に伝える。電力スイッチ１２８を閉じることによって、高電圧バス８９を吐出弁コイル２８の一端に接続する。同時に、フライバック・モード信号がｌｏｗの状態で、マルチプレクサ１３０は、ｈｉｇｈレベルをマルチプレクサ１１０の入力部１２２に伝え、マルチプレクサ１１０は次に、ｈｉｇｈレベルを、第２電力スイッチ１３４を閉じるように機能する第２のゲート・ドライバ１３２に伝える。電力スイッチ１２８及び１３４が閉じた状態で、高電圧バスから、第１電力スイッチ１２８、吐出弁コイル２８、及び第２電力スイッチ１３４を通る電流経路が存在する。
【００２２】
引込タイマ１０２が、出力部１０３上のｈｉｇｈ信号を電流波形発生器９９に供給すると、電流波形発生器９９は、ヒステリシス値を有する比較器１４２の入力部１４０に引込電流設定点１５０を供給する。この時点で、図２の１４７で示すように電流は最小であり、入力部１４４上の電流フィードバック信号は引込電流設定点１５０より低い。そのため、比較器１４２の出力部はｈｉｇｈである。そのｈｉｇｈ信号は、マルチプレクサ１０８の入力部１２０、及び、ゲート・ドライバ１５２に伝えられ、第３電力スイッチ１５４をターンオンする。
【００２３】
こうして、電流モードにおいて引込電流を開始するために、トリガ信号１００の前縁によって、電力スイッチ１２８、１３４、及び１５４が閉じ、それによって、高電圧バス８９からソレノイド・コイルへ約３２５ボルトが印加される。コイル２８の両端への高電圧バスの印加は、図２の１３６において示すように、最大の電流変化レート及び非常に高い引込電流スルーレートを提供する。引込電流の高いスルーレートによって、コイル２８の電流が、非常に急速に、かつ、予想通りに、所望の引込電流レベル１３８に一貫して達する。ソレノイド２７が弁棒２２を移動させることができる速度は、ソレノイド・コイル２８によって生成される磁力によって決まり、磁力は逆に、コイルの電流によって決まる。そのため、コイル電流がその所望の引込値に速く達すれば達するほど、磁界が、より速く、弁棒を移動させるのに十分な力を生成することができることになり、弁棒が、より速く、開位置に移動することになる。したがって、ソレノイド・コイルにおける、速くて、一貫して、予測可能な電流の増加を提供するための、高電圧バス８９の使用は、速く、一貫して、予測可能に、吐出弁２０を開くことを著しく容易にする。
【００２４】
吐出弁ソレノイド・コイル２８の電流が増加するにつれて、電流検知抵抗１４６の両端の電圧も増加する。フィードバック電流値を表すその電圧は、比較器１４２のセンス又は第２入力部１４４に供給される。回路設計に応じて、電流スケーリングを提供する調整可能利得及び絶対電流値出力部を有する増幅器１４８は、比較器１４２に電流フィードバック信号を供給するために、オプションとして使用されてもよい。コイル２８の引込電流１３６（図２）が増加するにつれて、引込電流１３６は、引込電流設定点１５０より大きな値に達することになる。さらに、ガン・ドライバ８４の部品の伝播遅延のために、引込電流１３６は、図２の１５２において示すように、引込電流設定点値をオーバシュートすることになる。
【００２５】
センス入力部１４４上の電流フィードバックが、入力部１４０上の引込設定点にヒステリシス値を加えたものに等しい大きさを超えると、比較器１４２は、その出力部をｌｏｗに切り換える。そのｌｏｗ信号は、フリップ・フロップ１２４のリセット入力部１５８で反転し、それによって、フリップ・フロップ１２４の出力部をｌｏｗ状態に変える。フリップ・フロップ１２４は、吐出サイクルの残りの部分にわたってリセット状態にとどまる。マルチプレクサ１０６の入力部１１８でのｌｏｗ状態は、ゲート・ドライバ１２６へ伝えられ、それによって、スイッチ１２８及び高電圧バス８９と吐出弁コイル２８の間の接続が開く。比較器１４２のｌｏｗ状態は、マルチプレクサ１０８を通しても伝えられ、それによって、ゲート・ドライバ１５２が、低電圧バス１５６に接続される電力スイッチ１５４を開くようにさせる。ここで、電流は、ダイオード１３３、コイル抵抗７６、ソレノイド・コイル２８、及びフィードバック抵抗１４６を通して流れる。コイル２８に貯蔵されたエネルギーが消散し、電流が減るにつれて、センス入力部１４４上のフィードバック電流の大きさが低下し始める。フィードバック電流の大きさが、入力部１４０上の引込電流設定点１５０からヒステリシス値を引いたものに等しい大きさ以下に低下すると、比較器１４２は、再び状態を変え、それによって、比較器１４２の出力部をｈｉｇｈに駆動する。ｈｉｇｈ状態は、マルチプレクサ１０８を通して伝えられ、ゲート・ドライバ１５２が電力スイッチ１５４を閉じるようにさせ、それによって、コイル２８を低電圧バス１５６に接続する。
【００２６】
こうして、比較器１４２は、ヒステリシス変調器として機能し、比較器１４０のヒステリシス・レベル、並びに、電流の正のスルーレート及び負の減衰レートによって決まる、全体が鋸歯状又はリップルの電流振幅１６４（図２）を作成する。低電圧バス１５６の使用によって、オーバシュートが大幅に小さくなり、知れられているガン・ドライバの線間電圧を使用することによって生成される変調電流振幅８０（図９）より大幅に小さい変調電流振幅１６４（図２）が生成される。よりよく調整されたリップル電流は、より小さいリップル電流振幅を有し、負荷時においてＲＭＳ電流が小さく、熱生成が少なくなる。熱生成が少なくなることは、寿命の増加、及び／又は、平均電流レベルを増加させることによる吐出弁２０の性能の向上を可能にする。スルーレートの減少及びリップルの低下は、電磁放出も減らすことになる。
【００２７】
引込時間の終わりは、引込タイマ１０２のタイムアウトによって決まり、引込タイマ１０２の出力部１０３の状態を変える。その時点で、電流波形発生器９９は、入力部１４０上の設定点の大きさを減らしてより小さい保持電流値１６６にする。さらに、入力部１４４上の電流フィードバック電圧は、保持電流値１６６より大きく、したがって、比較器１４２の出力状態はｌｏｗである。そのｌｏｗ状態によって、ゲート・ドライバ１５２が、電力スイッチ１５４を開くようにさせ、それによって、コイル２８から低電圧バスが切り離される。
【００２８】
引込モードの終わりにおいて、ガン・ドライバ８４は、次に、コイルのエネルギーがコイル回路によって消散されるフリー・ホイール又はコースト・モードか、コイルのエネルギーが電源に戻されるフライバック・モードのいずれかで動作することができる。フリー・ホイール・モードの動作は、システム制御部９４がフライバック・モード信号１７０の状態をｌｏｗに切り換えることによって選択される。マルチプレクサ１３０の入力部１３５上のｈｉｇｈ状態は、マルチプレクサ１１０に伝えられる。電流モード制御部では、トリガ信号のｈｉｇｈ状態によってスイッチ１３４が閉じたままにされる。このコースト・モードの動作では、崩壊磁界の逆ＥＭＦから生成されるコイル２８の電流は、図２の１６８において仮想線で示すように、コイル２８のインダクタンス、コイル抵抗７６、及びダイオード１３３の両端の順方向電圧の抵抗によって決まるレートで減衰する。こうした電流減衰のスルーレートは、比較的小さく、エネルギーは、抵抗７６及びダイオード１３３の熱として消散される。
【００２９】
ユーザ、又は、システム制御部９４によって選択された、代替のフライバック・モードの動作では、イネーブル入力部１７０上のフライバック・モードは、ｈｉｇｈ状態に切り換えられ、マルチプレクサ１３０の入力部１３７をイネーブルするように印加される。さらに、引込タイマ１０２のタイムアウトによって生成された後縁がフリップ・フロップ１４１をリセットし、それによって、マルチプレクサ１３０及び１１０の出力部が、ｌｏｗになり、さらに、第２ゲート・ドライバ１３２が第２電力スイッチ１３４を開ける。スイッチ１３４を開けることによって、コイル２８の崩壊磁界は、コイル２８内に電流を誘導し、その電流は、ダイオード１２９、１３３を通る経路を介して、高電圧電源８８内のコンデンサ１７２に電荷を与えるのに効果がある。この状況では、フライバック電圧が高電圧バス８９にクランプされた状態で、電流スルーレートは、図２の１７４において示すように非常に急速であり、コンデンサ１７２を充電することによって、電力は、その後使用するために、高電圧電源８８に戻り、吐出弁２０の電力損失が減る。
【００３０】
さらに、コイル２８の電流は、図２の所望の保持電流値１７５より小さい値に非常に急速に低下する。再び、ガン・ドライバ８４の部品における伝播遅延のために、アンダーシュート１７６が発生する。比較器１４２のセンス入力部１４４上の電流フォードバックが、入力部１４０上の保持電流設定点の値からヒステリシス値をひいたものに等しい大きさに降下すると、比較器１４２は、再び、その出力部をｈｉｇｈ状態に切り換える。そのエッジ移行は、フリップ・フロップ１４１の出力部をｈｉｇｈにセットし、ゲート・ドライバ１３２が再びスイッチ１３４を閉じるようにさせる。比較器１４２の出力部のｈｉｇｈ状態は、マルチプレクサ１０８によってゲート・ドライバ１５２に伝えられ、それによって、スイッチ１５４が閉じ、再び、低電圧バス１５６が吐出弁コイル２８に印加される。比較器１４２は、再び、ヒステリシス変調器として動作し、保持電流位相の残りの部分の間で鋸歯状又はリップル電流１７８を供給するように、電力スイッチ１５４をオン及びオフに切り換え続ける。引込電流位相に関して先に述べたように、より小さい振幅のリップル電流１７８は、熱の低減、電磁放出の低下、及び吐出弁の寿命の増加という利点を提供する。
【００３１】
吐出サイクルの終わりは、トリガ信号１００の後縁によって決まる。トリガ信号が状態を変えると、そのエッジ移行が、ＡＮＤゲート１４９、１５７、１４３に伝えられ、その出力部をｌｏｗに駆動する。そのｌｏｗ状態によって、各電力スイッチ１２８、１５４、１３４が開くようにさせ、それによって、コイル２８から高電圧バス８９及び低電圧バス１５６を切り離す。電力スイッチ１３４が開の状態で、フライバック電圧は、ダイオード１２９、１３３を介して高電圧バス８９にクランプされ、コイル２８の残りのエネルギーのほとんどは、高電圧電源８８のコンデンサ１７２を充電することによって、１９０において示すように急速に消散される。再び、電源８８に戻された電力は、熱に変換されない。吐出弁における電力損失を減らすことによって、吐出弁の寿命が増加し、熱の低減によって、動作電流の増加が可能になって、さらに、その性能が改善される。
【００３２】
電流モード制御部の代替として、ユーザは、電圧モード制御部９６によってガン・ドライバ８４を動作させるように選択してもよく、電圧モード制御部９６は、各吐出弁２０のソレノイド・コイルが並列に接続される時に使用されることが多い。電圧モード制御部９６に関して２つの動作モード、すなわち、高電圧バス８９を使用しない第１動作モード及び高電圧バスを使用する第２動作モードが存在する。高電圧バス８９を使用しない電圧制御モード動作が最初に述べられるであろう。システム制御部９４は、最初に、電圧モード制御信号１０４の状態をｈｉｇｈに切り換え、マルチプレクサ１０６、１０８、１１０が、各入力部１１２、１１４、１１６の状態を各出力部に伝える。
【００３３】
トリガ信号１００の前縁は、引込タイマ１０２を開始させるのに効果があり、引込タイマ１０２の出力部をｈｉｇｈに切り換える。トリガ信号１００のｈｉｇｈ状態は、マルチプレクサ１１０によってゲート・ドライバ１３２に伝えられ、それによって、電力スイッチ１３４を閉じる。高電圧タイマが動作しない状態で、ＡＮＤゲート１４９は、継続してｌｏｗ入力部を有し、それによって、電力スイッチ１２８を開状態に維持する。ＯＲゲート１５１は、引込タイマ出力部１０３に接続された１つの入力部及び方形波１８６を供給するプログラム可能な方形波発生器１５３に接続された第２入力部を有する。マルチプレクサ１０８は、ｈｉｇｈ信号をゲート・ドライバ１５２に伝え、それによって、スイッチ１５４を閉じ、低電圧バス１５６をソレノイド・コイル２８に印加する。こうして、電流は、図３の電流１８８によって示すように、コイル・インダクタンス及びコイル回路の抵抗の関数としてソレノイド・コイル２８で増大する。
【００３４】
引込タイマ１０２がタイムアウトし、その出力部１０３がｌｏｗになると、ソレノイド・コイル２８の電流は、図３の１９１において示すように、そのピーク値に達する。引込パルス１８４がｌｏｗになる時にフライバック・モードがオフの状態では、方形波発生器１５３の出力部もｌｏｗである場合、マルチプレクサ１０８の入力部１１４がｌｏｗであり、それによって、電力スイッチ１５４を開く。こうして、ソレノイド・コイル２８の電流は、先に述べたようにフリー・ホイール・モードで消散する。
【００３５】
引込パルス１８４が終わるとすぐに、ＯＲゲート１５１は、方形波発生器１５３から方形波保持パルス１８６を伝え始める。保持パルス１８６のそれぞれの前縁によって、ＡＮＤゲート１５７の出力部がｈｉｇｈになり、ドライバ１５２が、電力スイッチ１５４をオンに切り換えさせ、それによって、保持パルスの後縁がｌｏｗになるまで、吐出弁コイル２８を低電圧バス１５６に再接続する。本質的に、コイル２８の電流が、１９２において示すように減衰する間に、電力スイッチ１５４は、保持パルス１８６によってパルス幅変調される。最終的に、コイル２８の電流は、図３の１９４において示されるように、保持パルス１８６による電力スイッチ１５４のパルス幅変調によって供給される平均電流値まで減衰する。平均保持電流１９４の大きさは、保持パルス１８６のデューティ・サイクルをそれぞれ増加又は減少させることによって、増加又は減少することができる。
【００３６】
吐出サイクルの終わりは、トリガ信号１００の後縁によって決まり、先に述べたように、トリガ信号が状態を変えると、ＡＮＤゲート１４９、１５７、１４３が、各電力スイッチ１２８、１５４、１３４をディセーブルする。先に述べたように、電力スイッチ１３４が開の状態で、フライバック電圧は、ダイオード１２９、１３３を介して高電圧バス８９にクランプされ、コイル２８の消散電流は、その後使用するために、高電圧電源８８に戻される。
【００３７】
高電圧バス８９を使用する電圧モード制御部の第２の実施形態では、高電圧タイマ１４５は、トリガ・パルス１００の前縁によって開始し、高電圧パルス１８２を供給する。高電圧パルス１８２の持続期間は、任意所望の値に設定されることができ、引込パルス１８４の持続期間の一部又は引込パルスの全持続期間にわたって有効である。高電圧パルス１８２は、ＡＮＤゲート１４９に入力され、それによって、その出力部をｈｉｇｈに駆動する。そのｈｉｇｈ出力部によって、ゲート・ドライバ１２６が電力スイッチ１２８を閉じるようにさせ、それによって、高電圧バスをソレノイド・コイル２８に印加する。図４の１９６において示すように、電流はソレノイド・コイル２８内で急速に増加する。高電圧パルス１８２の持続期間は、吐出弁２０の性能を最大にするように決められる。高電圧パルス１８２は、その後、ｌｏｗになり、それによって、ＡＮＤゲート１４９の出力部がｌｏｗになるようにさせる。そのｌｏｗ状態は、マルチプレクサ１０６を通して伝えられ、ゲート・ドライバ１２６が、電力スイッチ１２８を開き、それによって、高電圧バス８９をソレノイド・コイル２８から切り離す。引込パルス１８４は、高電圧パルス１８２より持続期間が長く、そのｈｉｇｈ状態は、ＯＲゲート１５１の出力部を継続してｈｉｇｈに維持し、それによって、電力スイッチ１５４を閉に維持し、低電圧バスが継続してソレノイド・コイル２８に接続されることを維持する。したがって、ソレノイド・コイル２８の電流は、引込タイマ１０２が終了するまで、図４の１９８において示すように続く。その時点で、図４の１９１において示すように、コイルの電流はピーク値になる。理解されるであろうが、高電圧パルスを使用して、引込電流は、高電圧パルスが無い状態より速くその所望の値に達することになり、したがって、引込パルスの持続期間は、高電圧パルスを使用すると、より短い可能性がある。その後、電圧モード制御部のこの実施形態は、電圧モード制御部の第１の実施形態に関して先に述べたのと同様に動作する。
【００３８】
こうして、ガン・ドライバ８４は、公知のガン・ドライバに比べて多くの利点を有する。たとえば、ガン・ドライバ８４は、複数の吐出弁が使用される時に、電流制御か、電圧制御のいずれかを提供するのに使用されることができる単一ユニットを提供する。同様に、電流制御か、電圧制御のいずれかを使用する時に、吐出弁２０は、知られているガン・ドライバについて使用されることが多い線間電圧よりかなり大きい高電圧を印加することによって閉じる。そのため、この高電圧は、最初に弁を開かせるために、一貫して、かつ、速い電流スルーレートを提供するように調整される。
【００３９】
さらに、電流モード制御部を使用すると、引込電流から保持電流への移行時に、フライバック・モードを使用することができ、フライバック電圧は、高電圧バスにクランプされ、逆ＥＭＦからの電流は、コンデンサ１７２を充電するのに使用される。こうして、その電流は、その後使用するために貯蔵され、知られているシステムで消散するほどの熱を消散しない。コイルの電流は、急速に、かつ、一貫して、その所望の値に減少する。同様に、制御モードに関係なく、吐出サイクルの終わりで、フライバック電圧は、高電圧バスにクランプされ、逆ＥＭＦからの電流は、コンデンサ１７２を充電するのに使用される。
【００４０】
電流制御モードでは、引込及び保持電流は、よりよく調整され、振幅の小さいリップル電流を供給するヒステリシス変調によって、低電圧バス１５６をコイル２８に印加することによって維持される。低電圧バスは、よりエネルギー効率がよく、知られている線間電圧変調システムより優れた電流変調を提供する。
【００４１】
コンデンサ１７２は、唯一の高電圧電源８８として使用される。一部の用途では、コンデンサ１７２は、コイル２８からの逆ＥＭＦによってのみ充電されることができる。他の用途では、吐出弁２０の作動と作動の間がオフである期間の間に、システム制御部９４は、スイッチ１３４及び１５４を同時に開閉することによって、ガン・ドライバ８４が、吐出弁２０を低電圧バス１５６によって断続的にパルス制御するようにさせる信号を供給することができる。すなわち、低電圧バス１５６は、電流は流れるが、弁棒２２は移動しない十分に短いパルス持続期間の間に、吐出弁コイル２８に印加される。こうして、コンデンサ１７２は、高電圧電源８８として機能するコイル２８のフライバックによって十分に充電されることができる。しかしながら、理解されるであろうが、さらなる用途では、電源（図示せず）は、オプションとして、コンデンサ１７２上の電荷を維持するのに使用されることができる。
【００４２】
スイッチ・モード・ガン・ドライバの第２の実施形態が図５Ａ及び図５Ｂに示される。図５Ａのドライバ回路のタイマ部分を参照すると、流体吐出動作を開始させる動作コマンドは、入力部２００、２０２で受け取られ、光学結合式アイソレータ２０４を通して伝えられる。動作コマンドは、出力部２０６上に供給され、出力部２１０上にクロック信号を供給するタイマ２０８をリセットするのに使用される。動作コマンドはさらに、ランプ波発生器２１４をイネーブルするスイッチ２１２を切り換える。各排他的ＯＲゲート２２２、２２４、２２６及び線形スイッチ２２８、２３０、２３２と共に、比較器２１６、２１８、及び２２０は、出力部２３６上に、理想的なガン電流対時間のプロファイルを複製する図６に示す基準電流波形２３４を供給する。電流波形２３４の第１の又は引込位相は、保持電流基準２３５に対してランプアップ電流基準２２９、引込電流基準２３１、及びランプダウン電流基準２３３の持続期間を決める３つのタイミング・パルスＴ１、Ｔ２、Ｔ３によって形成される。
【００４３】
スイッチ・モード・ガン・ドライバのドライバ部分は、図５Ｂに示され、入力部２３８、２４０が無調整線間電力源に接続されている。入力部２３８、２４０が１２０ボルトＡＣに接続される時に、ジャンパ２４２が設置され、ダイオード２４４、２４６、２４８、２５０は電圧倍増器として機能する。入力部２３８、２４０が２４０ボルトＡＣに接続される時に、ジャンパ２４２が取り外される。ジャンパ２４２が取り外された状態で、ダイオード２４４、２４６、２４８、２５０は、ブリッジ整流器構成で接続される。約＋３３０ボルトの電圧がバス２５４上に供給され、約＋１０ボルトの電圧がバス２５６上に供給される。回路２５７は、電圧バス２５４より大きい電圧を供給し、高圧側スイッチ２５８のゲート・ドライブ回路を駆動し、バス２５６上の電圧は、低圧側スイッチ２６０のゲート・ドライブ回路を駆動する。電圧バス２５６は、正の電圧レール２６３を提供する電圧調整器も駆動し、電荷ポンプ２６４は、対応する負の電圧レール２６６を提供する。
【００４４】
ライン２７２上のクロック・パルスは、フリップ・フロップ２７４をクリアし、そのＱ出力部をｌｏｗに駆動し、高圧側スイッチ２５８が閉じるようにし、それによって、流体吐出機内で電圧バス２５４をソレノイド・コイル２８０、２８２に印加する。入力部２７２上のクロック・パルスはまた、フリップ・フロップ２９２をクリアし、そのＱ出力部をｌｏｗに駆動し、低圧側スイッチ２６０が閉じるようにする。コイル２８０、２８２を通って流れる電流は、低圧側スイッチ２６０を通る経路を有し、電流検知センサ２８４によって監視される。比較器２８６は、電流検知抵抗からの電圧を入力部２７０上で受け取られる電流波形２３４と比較する。フィードバック電圧が入力部２７０上の基準を超えると、フリップ・フロップ２７４はプリセットされ、それによって、高圧側スイッチ２５８が開き、電圧バスをコイル２８０、２８２から取り除く。コイル２８０、２８２の逆ＥＭＦによって生じる電流は、ダイオード２８８を通ってフライバックする。ここで、電流フィードバック電圧は、増加する電流波形より小さく、それによって、比較器２８６がフリップ・フロップ２７４からプリセット状態を取り除く。
【００４５】
このプロセスは、図７にグラフで示され、電流波形２３４のランプアップ部分Ｔ１の間の、コイルの電流の波形２８１が示される。入力部２７２におけるクロック・パルス２７９のうちの１つのエッジはフリップ・フロップ２７４をクリアして、高圧側スイッチ２５８を閉じる出力部を供給して、電圧バス２３４をコイル２８０、２８２に印加し、それによって、２８３において通常示すように、コイルに流れる電流が増加する。検知抵抗器２８４からの電流フィードバックがランプアップ電流基準を超えると、フリップ・フロップ２７４はプリセットされ、それによって、高圧側スイッチ２５８が開く。コイル２８０、２８２の電流は、２８５において通常示すように、下方にフリー・ホイールする。クロック・パルスがフリップ・フロップ２７４に印加される時に、フィードバック電圧が依然としてランプアップ電流基準２７０を超える場合、フリップ・フロップ２７４は、そのプリセット状態に維持される。
【００４６】
電圧バス２５４をコイル２８０、２８２に対して印加し、それらから取り外す、このプロセスは、ランプアップ電流基準タイミング・パルスＴ１並びに引込電流基準タイミング・パルスＴ２の持続期間の間、即ち、ランプアップ及び引込位相の間、続く。タイミング・パルスＴ１の間、ライン２７０上のランプアップ電流基準波形２２９は、所望の引込電流の大きさが達成されるまで、連続して増加する。その時点で、タイミング・パルスＴ２が開始し、入力部２７０上の引込電流基準波形２３１は、所望の引込電流に等しい一定の大きさを維持する。引込位相の終わりで、タイミング・パルスＴ３は、ランプダウン位相を開始し、入力部２７０上のランプダウン電流基準波形２３３は、保持電流基準の大きさまで減少する。
【００４７】
入力部２９０上のタイミング・パルスＴ３は、フリップ・フロップ２７４をプリセット状態に維持し、したがって、高圧側スイッチ２５８が開に保持される。さらに、入力部２７２上のクロック・パルスは、Ｑ出力部をｌｏｗに駆動し、入力部２９１上のタイミング・パルスＴ３と共に、低圧側スイッチ２６０を開にさせる出力部を供給する。ランプダウン電流基準波形２３３が、保持電流基準値２３５まで減少すると、コイル２８０、２８２からのフライバック電流は、比較器３００にフィードバック電圧を供給する電流検知抵抗器２９８を通って伝えられる。フライバック電流はまた、ダイオード２８８、２８９を通って流れ、それによって、電源コンデンサ２９４、２９６に誘導エネルギーを戻す。コイル電流が、図８の２９５において通常示すように、急速に減少するにつれて、電流検知抵抗２９８は、比較器３００に電流フィードバックを供給し続ける。電流フィードバックが入力部３０２上のランプダウン電流基準２３３以下に低下すると、比較器３００は、状態を変え、フリップ・フロップ２９２をプリセットし、それによって、低圧側スイッチ２６０を閉じる。電流は、ダイオード２８８によってフリー・ホイール・モードに切り換えられ、それによって、図８の２９７において通常示すように、電流減衰レートが減少する。電流減衰レートが減少するにつれて、電流フィードバックは、入力部３０２上のランプダウン電流基準２３３を超え、それによって、比較器３００の状態を変え、フリップ・フロップ２９２からプリセット状態を取り除く。入力部２７２上での次のクロック・パルスは、フリップ・フロップ２９２をクリアし、再び、低圧側スイッチ２６０を開にさせ、それによって、再び、フライバック電流を電源コンデンサ２９４、２９６に供給する。このサイクルによって、低圧側スイッチ２６０は、コイル２８０、２８２に貯蔵された残りの誘導エネルギーが電源に戻るまで、急速であるが、ランプダウン電流基準波形２３３に一致する制御方法で、電流を減らすようにパルス幅変調される。タイミング・パルスＴ３の終わりで、低圧側スイッチは、再び、閉に維持され、高圧側スイッチは、図６の２８７において通常示すようにコイルを通る電流を維持するように、保持電流基準波形２３５によって動作する。
【００４８】
このスイッチ・モード・ガン・ドライバによって、瞬時のガン電流が、監視され、理想的な電流対時間のプロファイルを複製する電流波形２３４と比較される。この比較に基づいて、フリップ・フロップ２９２によって実施されるパルス幅変調器のデューティ・サイクルは、線間電圧変動、電源リップル、ガンのインダクタンス、及びガンの抵抗によって生じる電流誤差を補償するように変わる。こうして、ガンに印加される時間平均電圧は、無調整電圧のパルス幅変調によって制御される。図６に示すように、図５Ａ及び図５Ｂのスイッチ・モード・ガン・ドライバは、電流波形２３４を厳密に近似する、図６の２９９において示すように、コイル２８０、２８２に流れる電流を供給するように動作可能である。
【００４９】
図５Ａ及び図５Ｂのスイッチ・モード・ガン・ドライバは、電力効率を改善し、自己加熱を低減し、信頼性を向上させ、より小型のパッケージングを可能にし、より再現性のあるガン作動、したがって、より再現性のある弁の開時間及び閉時間を提供するように、整流された、無調整線間電圧によって駆動されるという利点を有する。さらに、誘導エネルギーの貯蔵要素として、ガン巻線を使用することによって、特注の磁性部品の必要性をなくし、製造及び在庫コストが減る。
【００５０】
本発明は種々の実施形態の説明によって示され、これらの実施形態がかなり詳細に述べられたが、添付の特許請求項の範囲をこうした詳細に制限するか、又は、いずれの点においても限定することは意図されない。本発明の精神及び範囲内の付加的な利点及び変更は、当業者には容易に明らかになるであろう。たとえば、図１を参照すると、制御器９２は、電圧制御モードか、電流制御モード、或いは、コースト・モードか、フライバック・モードのいずれかを選択するための、操作者入力を有するものとして述べられる。理解されるであろうが、他の実施形態では、これらのモードの選択は、制御器９２の供給業者によって決められ、ユーザは利用できない。述べた実施形態では、電流制御モードと電圧制御モードの両方において、トリガ信号１００の前縁によって、高電圧バス８９と低電圧バス１５６の両方がソレノイド・コイル２８に印加される。理解されるであろうが、代替の実施形態では、高電圧バス８９がコイル２８から取り除かれる時点まで、低電圧バス１５６の印加を遅延することができる。
【００５１】
本明細書で述べたガン・ドライバは、デジタル・ロジックで実施される。しかしながら、理解されるであろうが、代替の実施形態では、アナログ部品を使用して、ガン・ドライバの種々の機能を実施してもよい。理解されるであろうが、電圧バスの値の大きさは、特定の吐出ガン及びソレノイド・コイルの特性及び性能、並びに、吐出パターン及びサイクルの要件に応じて調整されてもよい。さらに、理解されるであろうが、本明細書で述べたガン・ドライバの特徴は、電気吐出ガンと空気圧駆動式吐出ガンの両方に印加することができる。
したがって、その最も広い態様での本発明は、示し、述べられた特定の詳細に限定されない。その結果、添付の特許請求項の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に述べる詳細からの逸脱を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の原理による、流体吐出ガンを動作させるのに使用することができるガン・ドライバの概略ブロック図である。
【図２】図１のガン・ドライバによって供給される電流モード波形の略図である。
【図３】図１のガン・ドライバによって供給される電圧モード波形の一実施形態の略図である。
【図４】図１のガン・ドライバによって供給される電圧モード波形の別の実施形態の略図である。
【図５Ａ】本発明の原理による、流体吐出ガンを動作させるのに使用することができるガン・ドライバの別の実施形態の概略ブロック図である。
【図５Ｂ】本発明の原理による、流体吐出ガンを動作させるのに使用することができるガン・ドライバの別の実施形態の概略ブロック図である。
【図６】図５Ａ及び図５Ｂのガン・ドライバによって供給される電流波形及び得られるコイル電流波形の略図である。
【図７】図５Ａ及び図５Ｂのガン・ドライバによって供給されるランプアップ位相の間の電流波形の略図である。
【図８】図５Ａ及び図５Ｂのガン・ドライバによって供給されるランプダウン位相の間の電流波形の略図である。
【図９】知られているガン・ドライバによって供給される階段状電流波形の略図である。
【図１】
2005347738.tif 000003
【図２】
2005347738.tif 000004
【図３】
2005347738.tif 000005
【図４】
2005347738.tif 000006
【図５Ａ】
2005347738.tif 000007
【図５Ｂ】
2005347738.tif 000008
【図６】
2005347738.tif 000009
【図７】
2005347738.tif 000010
【図８】
2005347738.tif 000011
【図９】
2005347738.tif 000012
【外国語明細書】
2005347738.tif 000013
2005347738.tif 000014
2005347738.tif 000015
2005347738.tif 000016
2005347738.tif 000017
2005347738.tif 000018
2005347738.tif 000019
2005347738.tif 000020
2005347738.tif 000021
2005347738.tif 000022
2005347738.tif 000023
2005347738.tif 000024
2005347738.tif 000025
2005347738.tif 000026
2005347738.tif 000027
2005347738.tif 000028
2005347738.tif 000029
2005347738.tif 000030
2005347738.tif 000031
2005347738.tif 000032
2005347738.tif 000033
2005347738.tif 000034
2005347738.tif 000035
2005347738.tif 000036
2005347738.tif 000037
2005347738.tif 000038
2005347738.tif 000039
2005347738.tif 000040
2005347738.tif 000041
2005347738.tif 000042
2005347738.tif 000043
2005347738.tif 000044
2005347738.tif 000045
2005347738.tif 000046
2005347738.tif 000047
2005347738.tif 000048
2005347738.tif 000049
2005347738.tif 000050
2005347738.tif 000051
2005347738.tif 000052