(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に永久磁石により磁化された固定鉄心が設けられ、他端が解放された筒箱と、
前記筒箱内に磁界を発生させるコイルと、
前記筒箱内に、前記筒箱の解放端から挿出自在に挿設され、弁体と連接された可動鉄心と、
前記可動鉄心を前記筒箱の解放端の方向に付勢するスプリングと、
を備え、前記コイルに電流を流すことで前記筒箱内に磁界を発生し、その磁界により生じる磁力により前記可動鉄心を挿出して弁の開閉を行う自己保持型電磁弁において、当該自己保持型電磁弁の駆動をする電磁弁駆動装置であって、
前記コイルに印加する電圧を発生する電圧発生回路と、
前記電圧発生回路から前記コイルへ通電する電流方向の切換及び通断を行う電流切替回路と、
前記電流切替回路の電流方向切換制御及び電流の通断並びに前記電圧発生回路の入切制御を行う制御回路と、
を備え、
前記電圧発生回路は、前記可動鉄心を前記筒箱内から抜出する方向に駆動する場合に、
前記コイルに通電される電流の定常値が、前記コイルが発生する磁界及び前記永久磁石の磁界の合成磁界により前記可動鉄心に加わる磁力よりも前記スプリングが前記可動鉄心に及ぼす弾性力が大きくなる電流範囲の上限値となる電圧
を発生することを特徴とする電磁弁駆動装置。
【請求項２】
前記電流切替回路は、前記コイルの一方の端子Ｐと接地ノードとの間に接続された第１のスイッチ回路、前記コイルの他方の端子Ｑと電源との間に接続された第２のスイッチ回路、及び、前記コイルの他方の端子Ｑと接地ノードとの間に接続された第３のスイッチ回路を備え、
前記電圧発生回路の出力端子は、前記コイルの一方の端子Ｐに接続されており、当該出力端子から前記コイルの一方の端子Ｐに印加する電圧を発生するとともにその通断をも行うことを特徴とする請求項１記載の電磁弁駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己保持型電磁弁の開閉駆動を行う電磁弁駆動装置に関し、特に、粘着性の異物の介在により弁体の作動が鈍くなった場合でも、弁の開閉異常が生じにくくすることが可能な電磁弁駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自己保持型の電磁弁は、トイレの便器に付設された自動水洗装置の開閉弁、自動手洗い装置の開閉弁、浴室のミスト・サウナ装置（例えば、特許文献１参照）のミスト噴射を発停する開閉弁などとして、広く利用されている。特に、自己保持型の電磁弁は、開閉状態の切り替え時にしか電力を消費しないため、消費電力がきわめて少ないことから、電池を電源とする機器において多く使用されている。
【０００３】
かかる自己保持型の電磁弁は、例えば、特許文献１，非特許文献１などに示されている。図７に、自己保持型電磁弁１００の動力発生部の基本的な構造を示す（非特許文献１参照）。自己保持型電磁弁１００の動力発生部は、円筒形状の筒箱１０１を備え、筒箱１０１の一端に円環状の永久磁石１０２が付設されている。また、永久磁石１０２の中央の円孔から筒箱１０１の筒内一端にかけて、固定鉄心１０３が貫設されている。また、筒箱１０１の外周には、筒箱１０１の筒内に磁界を発生させるためのコイル１０４が巻装されている。一方、筒箱１０１の他端は解放端とされている。そして、この解放された筒内には、解放端から挿出自在に、円柱形状の可動鉄心１０５が挿設されている。この可動鉄心１０５は開閉弁の弁体（図示せず）に接続される。また、この解放された端部には、スプリング１０６が固定されており、可動鉄心１０５はスプリング１０６によって抜出方向に付勢されている。
【０００４】
コイル１０４に通電する電流は電磁弁駆動装置１０７から供給される。電磁弁駆動装置１０７は電池１０８の給電によって動作し、コイル１０４に供給する電流の通断を行うとともに、電流方向の切り替えも行う。
【０００５】
図７（ａ）において、スイッチＡを導通とし、スイッチＢを遮断とした状態では、電磁弁駆動装置１０７からコイル１０４に電流ＩＡが供給される。このとき、筒箱１０１の筒内にコイルの磁界が形成され、永久磁石１０２の磁力ＦＭを打ち消す磁力ＦＡが働く。これにより、スプリングの弾性力ｆが、可動鉄心１０５を引き寄せる力｜（ＦＭ−ＦＡ）｜を上回り、可動鉄心１０５はＦ＝ｆ−｜（ＦＭ−ＦＡ）｜の力で固定鉄心１０３から引き離される。
【０００６】
可動鉄心１０５が固定鉄心１０３から離れた状態では磁力ＦＭの力が小さくなるため、スイッチＡを遮断とすると、可動鉄心１０５はスプリング１０６の弾性力ｆにより離れた状態に維持される。
【０００７】
一方、図７（ｂ）のように、スイッチＢを導通とし、スイッチＡを遮断とした状態では、電磁弁駆動装置１０７からコイル１０４に、電流ＩＡとは逆向きの電流ＩＢが供給される。そして、筒箱１０１の筒内にコイルの磁界が形成され、可動鉄心１０５を固定鉄心１０３に引きつける方向に磁力ＦＢ（図７（ｂ）の矢印ＦＢ）が働く。従って、可動鉄心１０５には、この磁力ＦＢに永久磁石１０２の磁力ＦＭを加えた力が、可動鉄心１０５を固定鉄心１０３に引きつける方向に働く。この力は、スプリング１０６の弾性力ｆを上回り、可動鉄心１０５はＦ＝ｆ−｜（ＦＭ＋ＦＢ）｜（図７（ｂ）の矢印Ｆ）の力で固定鉄心１０３に吸着される。
【０００８】
可動鉄心１０５が固定鉄心１０３に吸着した状態で、スイッチＢを遮断とすると、可動鉄心１０５は永久磁石１０２の磁力により吸着状態を維持する。
【０００９】
上述のような自己保持型電磁弁において、可動鉄心１０５を筒箱１０１内に引き込む場合（図７（ｂ）参照）、電磁弁駆動装置１０７は、コイル１０４が発生する磁界（以下「コイル磁界」という。）及び永久磁石１０２の磁界（以下「永久磁石磁界」という。）の合成磁界により可動鉄心１０５に加わる磁力ＦB＋ＦＭがスプリング１０６の弾性力ｆよりも大きくなるだけの電流ＩＢをコイル１０４に通電すればよい。
【００１０】
一方、可動鉄心１０６を筒箱１０１内から抜出する場合（図７（ａ）参照）、コイル１０４には、スプリング１０６の弾性力ｆが、コイル磁界及び永久磁石磁界の合成磁界により可動鉄心１０５に作用する磁力ＦＡ−ＦＭよりも大きくなるような電流ＩＡを通電すればよい。この場合、コイル１０４に流す電流ＩＡを０から次第に大きくしていくと、筒箱１０１内には永久磁石磁界と逆向きのコイル磁界がコイル１０４によって発生され、両磁界が打ち消し合うことにより筒箱１０１内の合成磁界が小さくなる。そうすると、磁力が減少するためスプリング１０６の弾性力ｆによって可動鉄心１０５には抜出方向の力が作用する。コイル１０４に流す電流ＩＡが更に増大すると、コイル磁界は永久磁石磁界と等しくなり、筒箱１０１内の磁界は消失する。コイル１０４に流す電流ＩＡが更に増大すると、今度はコイル磁界が永久磁石磁界よりも大きくなり、筒箱１０１内の合成磁界は、永久磁石磁界と逆向きとなり、合成磁界の大きさは再び増大する。合成磁界が増加すると、可動鉄心１０５には再び筒箱１０１内に引き込む方向の磁力が作用するようになる。この様子を図８（ｂ）に示す。
【００１１】
図８（ｂ）において、縦軸はコイル１０４に通電する電流を表し、横軸は可動鉄心に作用する引き込み力（以下「ラッチ力」という。）を表す。電流が小さい場合、筒箱１０１内では永久磁石磁界が優勢なため、ラッチ力が大きくなる。コイル電流が大きくなって永久磁石磁界とコイル磁界とが釣り合う付近では、ラッチ力は、スプリング１０６の弾性力よりも小さくなる。
【００１２】
以下では、ラッチ力がスプリング１０６の弾性力よりも小さくなる電流の範囲を「閉止可能電流範囲」と呼ぶ。
【００１３】
このような自己保持型電磁弁１００の特性に基づき、電磁弁駆動装置１０７は、可動鉄心１０６を筒箱１０１内から抜出駆動する際に、図８（ａ）に示したような電流スイッチングを行う。図８（ａ）において、横軸は時間、縦軸はコイル電流を表す。
【００１４】
時刻ｔ０において、電磁弁駆動装置１０７は、コイル１０４への電圧印加を開始する。このとき、電磁弁駆動装置１０７は、コイル１０４に印加する電圧を、コイル電流の定常値が閉止可能電流範囲の最大値Ｉ２よりも大きくなるように設定する。ここで、「コイル電流の定常値」とは、コイル１０４への通電開始後にコイル電流の変化が収束したときの電流値をいう。
【００１５】
コイル１０４に電圧が印加されると、コイル１０４のインダクタンスによって電流は所定の曲線を描いて立ち上がる。そして、時刻ｔ１においてコイル電流は、閉止可能電流範囲の下限値Ｉ１に達する。従って、時刻ｔ１から可動鉄心１０５には筒箱１０１から抜出する方向の力が作用し、可動鉄心１０５は筒箱１０１から引き出されはじめる。
【００１６】
更に電流が増加して時刻ｔ２に達すると、コイル電流は、閉止可能電流範囲の上限値Ｉ２に達する。この時点で、可動鉄心１０５に作用する抜出方向の力はなくなる。この間、可動鉄心１０５は筒箱１０１からの抜出方向に力が働く。時刻ｔ１からｔ２の期間のように、可動鉄心１０５に抜出方向の力が作用する時間帯を「閉止可能時間」とよぶ。
【００１７】
尚、可動鉄心１０５が固定鉄心１０３から離れるに従って、可動鉄心１０５を透過する永久磁石磁界は急速に弱くなり、可動鉄心１０５に働く力はスプリングによる力が殆ど大勢を占めるようになる。
【００１８】
時刻ｔ２を経過してからもコイル電流は増加を続け、時刻ｔ３においてコイル電流は定常値に達する。この定常値に達するまでの時間ｔ３−ｔ０は、コイルのインダクタンスや浮遊キャパシタンスなどの回路定数によって定まる時定数によって決まる。
【００１９】
そして、時刻ｔ４において、電磁弁駆動装置１０７は、コイル１０４への印加電圧を０とする。印加電圧が０となると、コイル電流は逆起電力によって電流極性が反転し所定の時定数で決まる曲線に沿って減少する。
【００２０】
時刻ｔ４において、コイル電流は開弁方向の電流であるがコイルに蓄積された電力によるものであり可動鉄心１０５を動かすほどの力はない。この時点では可動鉄心１０５は固定鉄心１０３から十分に離れた距離にあるため、可動鉄心１０５を透過する永久磁石１０２の磁界は殆ど０となる。従って、永久磁石１０２による磁界の力よりもスプリング１０６の弾性力が優勢であり、可動鉄心１０５は筒箱１０１から抜出された状態に維持される。
【００２１】
自己保持型電磁弁１００の閉止が正常に行われるようにするためには、時刻ｔ１からｔ２の閉止可能時間に可動鉄心１０５を抜出方向に十分に加速し、時刻ｔ２の時点では、可動鉄心１０５を透過する永久磁石磁界を無視できる程に、可動鉄心１０５と固定鉄心１０３との距離が離れた状態とする必要がある。
【００２２】
従来は、電磁弁駆動装置１０７がコイル１０４に印加する電圧を、前記コイル電流の定常値が閉止可能電流範囲の上限値Ｉ２よりも十分大きくして印加電圧が変化した場合でもコイル電流が閉止可能電流範囲の上限値Ｉ２を交差するようにするとともに、可動鉄心１０５の筒箱１０１内への引き込みが始まる値以下とするように設計されていた。
【特許文献１】特開２００５-１１８４５２号公報
【特許文献２】特開２００７-０４０３８９号公報
【非特許文献１】クロダニューマティクス株式会社，「小型真空用直動形電磁弁  VA01series」カタログ，［online］，２００６年３月，［平成１９年８月５日検索］，クロダニューマティクス株式会社，インターネット〈URL：http://www.product-search.jp/HTML/477/Product/10080．html〉
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、自己保持型電磁弁１００の弁室内に錆、水垢、ぬめりなどの汚垢が付着することがある。このような汚垢が付着した場合、弁体の開閉時には汚垢による制動力が働くため、弁体の動きが鈍くなる。
【００２４】
一方、従来の電磁弁駆動装置では、可動鉄心の抜出方向への初期の加速は、上述したようにコイル電流が閉止可能電流範囲内にある開閉可能時間内に行われる。しかし、閉止可能電流範囲は、電流の立ち上がり曲線の比較的勾配が大きい電流範囲であるため、閉止可能時間も短い。従って、弁室内に汚垢が蓄積した状態で電磁弁駆動装置が電圧を印加して可動鉄心を筒箱から抜出する方向に駆動する場合において、閉止可能時間内に可動鉄心が固定鉄心から十分に離れた距離まで移動できない場合が生じ、正常な弁の閉止動作ができないという問題があった。
【００２５】
そこで、本発明の目的は、汚垢などの粘着性の異物が介在して弁体が制動され、可動鉄心の作動が鈍くなった場合においても、弁の閉止異常が生じにくい電磁弁駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明に係る電磁弁駆動装置は、一端に永久磁石により磁化された固定鉄心が設けられ、他端が解放された筒箱と、
前記筒箱内に磁界を発生させるコイルと、
前記筒箱内に、前記筒箱の解放端から挿出自在に挿設され、弁体と連接された可動鉄心と、
前記可動鉄心を前記筒箱の解放端の方向に付勢するスプリングと、
を備え、前記コイルに電流を流すことで前記筒箱内に磁界を発生し、その磁界により生じる磁力により前記可動鉄心を挿出して弁の開閉を行う自己保持型電磁弁において、当該自己保持型電磁弁の駆動をする電磁弁駆動装置であって、
前記コイルに印加する電圧を発生する電圧発生回路と、
前記電圧発生回路から前記コイルへ通電する電流方向の切換及び通断を行う電流切替回路と、
前記電流切替回路の電流方向切換制御及び電流の通断並びに前記電圧発生回路の入切制御を行う制御回路と、
を備え、
前記電圧発生回路は、前記可動鉄心を前記筒箱内から抜出する方向に駆動する場合に、
前記コイルに通電される電流の定常値が、前記コイルが発生する磁界及び前記永久磁石の磁界の合成磁界により前記可動鉄心に加わる磁力よりも前記スプリングが前記可動鉄心に及ぼす弾性力が大きくなる電流範囲の上限値となる電圧を発生することを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、可動鉄心を筒箱内から抜出する方向に駆動する場合に、コイルに印加する電圧を、上記電圧とすることにより、コイル電流が閉止可能電流範囲の下限値を越えてから、定常値に達するまでの期間、コイル電流は閉止可能電流範囲内に維持され、その間、可動鉄心に抜出方向の力が作用する。コイル電流の上昇曲線は、定常値に近づくにつれて緩やかとなるため、コイル電流が閉止可能電流範囲内に維持される時間が長くなる。従って、汚垢などの粘着性の異物が介在して弁体が制動され、可動鉄心の作動が鈍くなった場合でも、従来よりも長い時間継続して可動鉄心が抜出方向に付勢されるため、可動鉄心が永久磁石の磁力の影響を受けない位置まで最終的に達することができる可能性が高くなり、弁の閉止異常が生じにくくなる。
【００２８】
ここで、「コイル電流の定常値」とは、コイルへの通電開始後にコイル電流の変化が収束したときの電流値をいう。
【００２９】
また、本発明において、前記電流切替回路を、前記コイルの一方の端子Ｐと接地ノードとの間に接続された第１のスイッチ回路、前記コイルの他方の端子Ｑと電源との間に接続された第２のスイッチ回路、及び、前記コイルの他方の端子Ｑと接地ノードとの間に接続された第３のスイッチ回路を備えたものとし、前記電圧発生回路の出力端子を、前記コイルの一方の端子Ｐに接続するとともに、当該出力端子から前記コイルの一方の端子Ｐに印加する電圧を発生するとともにその通断をも行うようにしてもよい。
【００３０】
これにより、電磁弁駆動装置全体の回路をより小型化することが可能となる。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように、本発明に依れば、可動鉄心を筒箱内から抜出する方向に駆動する場合において、筒箱内に界磁するコイルに印加する電圧を、コイルに通電される電流の定常値が、コイルが発生する磁界及び永久磁石の磁界の合成磁界により可動鉄心に加わる磁力よりもスプリングが可動鉄心に及ぼす弾性力が大きくなる電流範囲の上限値となる電圧とすることで、汚垢などの粘着性の異物が介在して弁体が制動され、可動鉄心の作動が鈍くなった場合でも、可動鉄心が永久磁石の磁力の影響を受けない位置まで最終的に達することができる可能性が高くなり、弁の閉止異常が生じにくくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３３】
図１は、本発明の実施例１に係る電磁弁駆動装置１の基本構成を表すブロック図である。電磁弁駆動装置１は、自己保持型電磁弁Ｂのコイルに電流を通電することで、自己保持型電磁弁Ｂの開閉駆動を行う回路である。尚、自己保持型電磁弁Ｂの構造については、図７に示した従来のものと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００３４】
電磁弁駆動装置１は、電流切換回路２、開閉制御回路３、電圧発生回路４、ダイオード５、及びコンデンサ６を備えている。また、この実施例の電磁弁駆動装置１は、電池Ｅを電源として駆動する。
【００３５】
電流切換回路２は、自己保持型電磁弁Ｂのコイルへの通電方向の切換及び電流の通断を行うことにより、電磁弁を開閉駆動する駆動回路である。電流切換回路２はスイッチ回路Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を備えている。スイッチ回路Ｓ１は、自己保持型電磁弁Ｂのコイルの一方の端子Ｐと電圧発生回路４の出力端子が接続された駆動電圧ノード９との間に接続されている。スイッチ回路Ｓ３は、該端子Ｐと接地ノード８との間に接続されている。ここで、接地ノード８は、電池Ｅの負極が接続されたノードである。スイッチ回路Ｓ２は、自己保持型電磁弁Ｂのコイルの他方の端子Ｑと電源電圧ノード７との間に接続されている。ここで、電源電圧ノード７は、電池Ｅの正極が接続されたノードである。スイッチ回路Ｓ４は、該端子Ｑと接地ノード８との間に接続されている。
【００３６】
開閉制御回路３は、電流切換回路２の制御を行う回路である。開閉制御回路３は、外部入力端子ＣＯＭから入力される開閉制御信号に従って自己保持型電磁弁Ｂの開閉制御を行う。この開閉制御回路３は、マイコン１１及び基準電圧発生回路１２により構成されている。
【００３７】
マイコン１１は、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の切換制御を行う。スイッチ回路Ｓ１及びスイッチ回路Ｓ４は、マイコン１１から出力される通電制御信号φ２によって通断制御がされ、スイッチ回路Ｓ２及びスイッチ回路Ｓ３は、マイコン１１から出力される通電制御信号φ１によって通断制御がされる。
【００３８】
基準電圧発生回路１２は、バンドギャップ基準電圧回路を用いて構成されており、常に一定の電圧を出力する。この基準電圧発生回路１２の電源端子は、制御回路電源ノード１０に接続されている。基準電圧発生回路１２が発生する一定の基準電圧ＶＤ１は、電池Ｅの電源電圧Ｖｃｃの低下を判定するための基準電圧として、マイコン１１に入力される。
【００３９】
電圧発生回路４は、電池Ｅから給電される電源電圧Ｖｃｃから、自己保持型電磁弁Ｂを駆動するための駆動電圧ＶＬを安定して発生する回路である。電圧発生回路４の入力端子は、電池Ｅの正極が接続された電源電圧ノード７に接続され、電圧発生回路４の出力端子は、電流切換回路２が接続された駆動電圧ノード９に接続されている。
【００４０】
ダイオード５は、電源電圧ノード７とマイコン１１の電源端子１１ａが接続された制御回路電源ノード１０との間に介設されている。コンデンサ６は、制御回路電源ノード１０と電池Ｅの負極が接続された接地ノード８との間に接続されている。接地ノード８には、マイコン１１の接地端子１１ｂ、及び電流切換回路２の接地端子が共通に接続されている。
【００４１】
図２は、図１のマイコン１１の機能構成を表すブロック図である。マイコン１１は、クロック発生器１３、タイマ１４、電源電圧測定部１５、及び通電制御部１７を備えている。
【００４２】
クロック発生器１３は一定周期のクロックを発生する。タイマ１４は、クロック発生器１３が発生するクロックをカウントして、一定時間ごとに検出パルスＳＤを出力する。
【００４３】
電源電圧測定部１５は、基準電圧発生回路１２から入力される基準電圧ＶＤ１と、電源電圧ノード７の制御回路電源電圧ＶＤＤとの差電圧を検出する。そして、この差電圧が所定の閾値以下のときに、通電制御部１７へ指令を出力する。
【００４４】
通電制御部１７は、外部入力端子ＣＯＭから入力される開閉制御信号ＳＣＯＭに応じて、電流切換回路２の通電方向の切換制御及び遮断制御を行う。通電制御部１７は、開閉制御信号ＳＣＯＭとして開弁指令（自己保持型電磁弁Ｂを開弁せよという指令）が入力された場合には、開弁指令のパルスを出力する。また、開閉制御信号ＳＣＯＭとして閉止指令（自己保持型電磁弁Ｂを閉止せよという指令）が入力された場合には、閉止指令のパルス（Ｈレベルのパルス）を出力する。
【００４５】
図３は、通電制御信号φ１，φ２のタイムチャートである。
【００４６】
電池Ｅにより電源電圧Ｖｃｃが電源電圧ノード７に印加されると、ダイオード５を通してコンデンサ６に電流が流れ、充電がされる。そして、制御回路電源電圧ＶＤＤは電源電圧Ｖｃｃとほぼ同じとなり一定となる。
【００４７】
この状態では、マイコン１１のタイマ１４からは、検出パルスＳＤが一定の周期で出力されている。また、初期状態では、電流切換回路２のスイッチ回路Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４はすべて遮断状態である。
【００４８】
時刻ｔaに、外部入力端子ＣＯＭから、電磁弁の開弁を指示する開閉制御信号ＳＣＯＭが入力されたとする。このとき、通電制御部１７は、通電制御信号φ１として、時刻ｔbからｔcにかけてのパルスを出力する。この通電制御信号φ１により、時刻ｔbからｔcにかけてスイッチ回路Ｓ２，Ｓ３が導通し、自己保持型電磁弁Ｂのコイルには開弁方向の電流が流れて開弁する。このとき、電池電圧が低下するが、コンデンサ６により制御回路電源電圧ＶＤＤはほぼ一定で保持される。尚、一旦開弁すると、スイッチ回路Ｓ２，Ｓ３が遮断されても自己保持型電磁弁Ｂの開弁状態は保持される。
【００４９】
次に、時刻ｔdにおいて、外部入力端子ＣＯＭから、自己保持型電磁弁Ｂの閉止を指示する開閉制御信号ＳＣＯＭが入力されたとする。このとき、通電制御部１７は、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ４に一定時間のＨレベルのパルスを通電制御信号φ２として出力する。これにより、時刻ｔdからｔeの通電制御信号φ２がＨレベルである期間、スイッチ回路Ｓ１，Ｓ４が導通し、自己保持型電磁弁Ｂのコイルには閉弁方向の電流が流れて閉弁する。このとき、電圧発生回路４の作用で所定の安定した電圧で自己保持型電磁弁Ｂを駆動する。
【００５０】
図４は、実施例１に係る電磁弁駆動装置１における、自己保持型電磁弁Ｂの可動鉄心を筒箱内から抜出する方向に駆動する場合のコイル電流の変化特性と、可動鉄心のラッチ力の変化特性を表す図である。
【００５１】
図４の例では、電圧発生回路４は、自己保持型電磁弁Ｂのコイルに通電される電流の定常値が、ちょうど閉止可能電流範囲の上限値となる電圧を発生するように設定されている。
【００５２】
時刻ｔ０において、電磁弁駆動装置１は、自己保持型電磁弁Ｂのコイルへの電圧印加を開始する。このとき、電圧発生回路４の出力電圧は、コイル電流の定常値が閉止可能電流範囲の最大値Ｉ２となるように設定されている。ここで、「コイル電流の定常値」とは、コイルへの通電開始後にコイル電流の変化が収束したときの電流値をいう。また、「閉止可能電流範囲」とは、前述したように、自己保持型電磁弁Ｂの可動鉄心が固定鉄心に吸着される力（ラッチ力）がスプリングの弾性力よりも小さくなる電流の範囲をいう。
【００５３】
自己保持型電磁弁Ｂのコイルに電圧が印加されると、コイルのインダクタンスによって電流は所定の曲線を描いて遅れて立ち上がる。そして、時刻ｔ１においてコイル電流は、閉止可能電流範囲の下限値Ｉ１に達する。従って、時刻ｔ１から可動鉄心には筒箱から抜出する方向に力が作用し、可動鉄心は筒箱から引き出されはじめる。
【００５４】
更に電流が増加して時刻ｔ２においてコイル電流は定常値に達する。この定常値に達するまでの時間ｔ２−ｔ０は、コイルのインダクタンスや浮遊キャパシタンスなどの回路定数によって定まる時定数によって決まる。
【００５５】
ここで、コイル電流の定常値は閉止可能電流範囲の上限値Ｉ２に設定されているため、この時点で、可動鉄心１０５に作用する抜出方向の力は消失する。この間、可動鉄心１０５は筒箱１０１からの抜出方向に加速され続ける。時刻ｔ１からｔ２の期間のように、可動鉄心１０５に抜出方向の力が作用する時間帯を「閉止可能時間」とよぶ。
【００５６】
可動鉄心１０５が固定鉄心１０３から離れるに従って、可動鉄心１０５を透過する永久磁石磁界は急速に弱くなるので、時刻ｔ２では、可動鉄心１０５に働く力はスプリングによる力が殆ど大勢を占めるようになる。
【００５７】
そして、時刻ｔ３において、電磁弁駆動装置１０７は、コイル１０４への印加電圧を０とする。印加電圧が０となると、コイル電流は逆起電力によって電流極性が反転し所定の時定数で決まる曲線に沿って減少する。
【００５８】
時刻ｔ４において、コイル電流は開弁方向の電流であるがコイルに蓄積された電力によるものであり可動鉄心１０５を動かすほどの力はない。この時点では可動鉄心１０５は固定鉄心１０３から十分に離れた距離にあるため、可動鉄心１０５を透過する永久磁石１０２の磁界は殆ど０となる。従って、永久磁石１０２による磁界の力よりもスプリング１０６の弾性力が優勢であり、可動鉄心１０５は筒箱１０１から抜出された状態に維持される。
【００５９】
このコイル電流の変化過程において、時刻ｔ１からｔ２に至る閉止可能期間ｔ１１において、抜出方向に可動鉄心に作用する合力（スプリングの弾性力と磁力との合力）が発生する。コイル電流の立ち上がり特性曲線は、コイル電流が定常値に近づくにつれて勾配が緩やかとなるため、時刻ｔ１からｔ２に至る閉止可能期間ｔ１１は、従来の閉止可能期間（図４のｔ１０）に比べて長くなる。そのため、汚垢などの粘着性の異物が介在して弁体が制動され、可動鉄心の作動が鈍くなった場合でも、可動鉄心が永久磁石の磁力の影響を受けない位置まで最終的に達することができる可能性が高くなり、弁の閉止異常が生じにくくなる。
【実施例２】
【００６０】
図５は、本発明の実施例２に係る電磁弁駆動装置１’の基本構成を表すブロック図である。図５において、図１と同様の部分については同符号を付して説明は省略する。
本実施例の電磁弁駆動装置１’では、電流切換回路２’は、３つのスイッチ回路Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４から構成されている。図１の電流切換回路２と比較すると、スイッチ回路Ｓ１が省略されていることが分かる。
スイッチ回路Ｓ３は、自己保持型電磁弁Ｂのコイルの一方の端子Ｐと接地ノード８との間に接続されている。スイッチ回路Ｓ３は、自己保持型電磁弁Ｂのコイルの他方の端子Ｑと電源電圧ノード７との間に接続されている。また、スイッチ回路Ｓ４は、該端子Ｑと接地ノード８との間に接続されている。
また、本実施例の電磁弁駆動装置１’では、図１のスイッチ回路Ｓ１を省略したかわりに、電圧発生回路４’に、自己保持型電磁弁Ｂのコイルの一方の端子Ｐに印加する電圧を発生するとともにその通断をも行う機能を持たせ、マイコン１１が出力する通電制御信号φ２によって端子Ｐに印加する電圧の通断を行う構成としている。
その他の構成に関しては、図１と同様である。
【００６１】
図６は、図５の電圧発生回路４’の構成を表すブロック図である。図６において、電圧発生回路４’は、トランジスタ２１、分圧抵抗２２，２３、基準電源２４、差動アンプ２５、及びスイッチング素子２６を備えている。
トランジスタ２１は、エミッタ及びコレクタがそれぞれ電源電圧ノード７、駆動電圧ノード９に接続されており、駆動電圧ノード９の電圧を調節する。分圧抵抗２２，２３は、駆動電圧ノード９とグランドとの間に直列接続されている。分圧抵抗２２，２３の共通接続ノードには、駆動電圧ノード９の電圧（駆動電圧）に比例した電圧が発生する。基準電源２４は、一定の電圧を出力する回路であり、トランジスタ２１の出力電圧の調節に用いられる。
差動アンプ２５は、プラス側入力が分圧抵抗２２，２３の共通接続ノードに接続され、マイナス側入力が基準電源２４の出力端子に接続されている。差動アンプ２５は、分圧抵抗２２，２３の共通接続ノードの電圧と基準電源２４の出力電圧との差電圧を増幅して出力する。また、差動アンプ２５の出力は、スイッチング素子２６を介してトランジスタ２１のベースに接続されている。従って、電源電圧が低下して駆動電圧が低下した場合、分圧抵抗２２，２３の共通接続ノードの電圧もそれに比例して低下し、基準電源２４の出力電圧との差が生じ、差動アンプ２５はその差電圧を増幅してトランジスタ２１のベースに入力する。これにより、コレクタ電流が増加し、その結果、駆動電圧は増加して一定の値に保たれる。
スイッチング素子２６は、差動アンプ２５の出力とトランジスタ２１のベースとを通断するスイッチである。スイッチング素子２６は、通電制御信号φ２によって通断制御がされる。スイッチング素子２６がオフとなると、トランジスタ２１のベース電圧が０となり、トランジスタ２１のコレクタ電流が０となる。これにより、自己保持型電磁弁Ｂのコイルの一方の端子Ｐへの供給電流が遮断される。従って、図１のスイッチ回路Ｓ１と同等の機能を有している。
以上のように、本実施例では、実施例１のスイッチ回路Ｓ１を除いて、代わりに電圧発生回路４の機能として、コイルの端子Ｐに印加する電圧を発生する機能に加えて、その通断をも行う機能を持たせる構成とした。スイッチ回路Ｓ１は、大電流の通断を行う必要があるため、電流容量の大きなスイッチング素子が必要であるが、本実施例のように、駆動電流（駆動電圧ノード９へ入力される電流）を供給するトランジスタ２１のベース電圧をスイッチング素子２６により通断すれば、電流容量の小さいスイッチング素子でコイルの端子Ｐに供給する電流の通断が可能である。これにより、電磁弁駆動装置１’全体の回路を実施例１の場合よりも小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施例１に係る電磁弁駆動装置１の基本構成を表すブロック図である。
【図２】図１のマイコン１１の機能構成を表すブロック図である。
【図３】通電制御信号φ１，φ２のタイムチャートである。
【図４】実施例１に係る電磁弁駆動装置１における、自己保持型電磁弁Ｂの可動鉄心を筒箱内から抜出する方向に駆動する場合のコイル電流の変化特性と、可動鉄心のラッチ力の変化特性を表す図である。
【図５】本発明の実施例２に係る電磁弁駆動装置１’の基本構成を表すブロック図である。
【図６】図５の電圧発生回路４’の構成を表すブロック図である。
【図７】自己保持型電磁弁１００の動力発生部の基本的な構造を示す図である。
【図８】従来の電磁弁駆動回路におけるコイルに通電する電流変化特性と、可動鉄心に作用するラッチ力の特性を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１，１’  電磁弁駆動装置
２，２’  電流切換回路
３  開閉制御回路
４，４’  電圧発生回路
５  ダイオード
６  コンデンサ
７  電源電圧ノード
８  接地ノード
９  駆動電圧ノード
１０  制御回路電源ノード
１１  マイコン
１１ａ  電源端子
１２  基準電圧発生回路
１３  クロック発生器
１４  タイマ
１５  電源電圧測定部
１７  通電制御部
２１  トランジスタ
２２，２３  分圧抵抗
２４  基準電源
２５  差動アンプ
２６  スイッチング素子
Ｅ  電池
【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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【図７】
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【図８】
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