| 【発明の名称】 |
電磁操作弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】平野 謙一
【氏名】新宮 康之
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| 【要約】 |
【課題】消費電力を低減できる電磁操作弁の提供。
【解決手段】ソレノイドコイル３と、該ソレノイドコイルの孔内で遊動可能に配置されたプランジャ４とを備え、ソレノイドコイル３に励磁電流を供給することによりプランジャ４を軸方向移動させて弁体１３の移動操作を行う電磁操作弁において、通電開始から一定時間経過後に抵抗値が上昇して所定値を超える特性を有するサーミスタ５を、更に備え、ソレノイドコイル３は、並列に接続された２個のコイル３ａ，３ｂに分割されており、サーミスタ５は、分割されたコイルのうちの一つ３ｂに直列に接続されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ソレノイドコイルと、該ソレノイドコイルの孔内で遊動可能に配置されたプランジャとを備え、ソレノイドコイルに励磁電流を供給することによりプランジャを軸方向移動させて弁体の移動操作を行う電磁操作弁において、通電開始から一定時間経過後に抵抗値が上昇して所定値を超える特性を有する補正素子を、更に備え、前記ソレノイドコイルは、並列に接続された複数のコイルに分割されており、前記補正素子は、少なくとも１個の前記分割されたコイルに直列に接続されていることを特徴とする電磁操作弁。
【請求項２】 前記補正素子は、サーミスタであることを特徴とする請求項１に記載の電磁操作弁。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば油圧流体の圧力や流量のＯＮ−ＯＦＦ切換、方向切換等の制御を行うための電磁操作弁に関するものであり、特にソレノイドコイルの通電時の消費エネルギーの低減に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の電磁操作弁として方向制御弁を例に挙げて説明する。この電磁操作弁の構造は、図５に示すように、１個の筒状のソレノイドコイル５０３と、固定鉄心５０７と、ソレノイドコイル５０３の孔内で遊動可能なプランジャ５０４と、プランジャ５０４の端面に接続されたプッシュロッド５１０と、流体の方向切換を行う弁体としてのスプール５１３と、スプール５１３の両端面を付勢する２個の弁バネ５１１ａ，５１１ｂとを主に備えている。そして、ソレノイドコイル５０３に励磁電流を流して通電すると固定鉄心５０７による磁気吸引力によってプッシュロッド５１０とプランジャ５０４とが軸方向移動して、スプール５１３の移動によって流体の方向切換を制御するようになっている。尚、他の例としてＯＮ−ＯＦＦ切換弁ではスプールの移動により弁の開閉、比例電磁制御弁では励磁電流の値に応じたスプールの移動量により弁の開度を制御している。
【０００３】図６は、ソレノイドコイルを通電するための従来の電磁操作弁の電気回路を示す回路図であり、ソレノイドコイルの抵抗値をＲＬとする。外部切換信号が入力されると、ソレノイドコイルに励磁電流ＩＬが流れ通電される。
【０００４】図７は、ソレノイドコイルに励磁電流を流したときの、コイルにかかる電圧Ｖ、コイルに流れる電流Ｉ、消費電力Ｗ及びプランジャの位置の経時的変化を示している。図７に示すように通電の期間中、ソレノイドコイルにかかる電圧は、ＶＬ＝ＲＬ・ＩＬ、その消費電力はＷＬ＝ＶＬ・ＩＬとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように電磁操作弁によってＯＮ−ＯＦＦ切換弁や方向切換弁を作動させる場合、ソレノイドコイルを通電して切換弁のスプール等が移動する間、確実にこの移動動作を完了しなければならない。言い換えれば、スプールは弁バネの弾性力に抗して軸方向移動するため、励磁電流が流れ始めてからスプールが移動を開始して切換動作が行われるまでの間に消費される電力は多大なものとなる。このため、電磁操作弁の仕様は通電時に必要なソレノイドコイルの消費電力に基づいて定められている。
【０００６】一方、スプール等の移動が完了した後はその移動状態（切換状態）を保持できるだけの小電力を供給すれば足りる。しかしながら、ソレノイドコイル通電中は、上述のように常にＷＬの電力が消費されており消費電力の無駄が生じるという問題がある。
【０００７】本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、弁体の移動制御を確実に行いながらソレノイドコイルに通電中の消費電力を低減して省エネルギー化を図ることができる電磁操作弁を提供することを主な目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ソレノイドコイルと、該ソレノイドコイルの孔内で遊動可能に配置されたプランジャとを備え、ソレノイドコイルに励磁電流を供給することによりプランジャを軸方向移動させて弁体の移動操作を行う電磁操作弁において、通電開始から一定時間経過後に抵抗値が上昇して所定値を超える特性を有する補正素子を、更に備え、前記ソレノイドコイルは、並列に接続された複数のコイルに分割されており、前記補正素子は、少なくとも１個の前記分割されたコイルに直列に接続されていることを特徴とするものである。
【０００９】本発明では、ソレノイドコイルが並列接続された複数のコイルに分割されているので、電磁操作弁に励磁電流を供給した場合、分割された各コイルにかかる電圧及び補正素子と分割されたコイルとに係る電圧（ＶＬ）は全て等しい。
【００１０】ここで、本発明では少なくとも１個の分割されたコイルが通電開始から一定時間経過後に抵抗値が上昇して所定値を超える特性を有する補正素子と直列に接続されているので、直列に接続された補正素子と分割されたコイルの合成抵抗も通電開始後一定時間経過後に上昇する。この結果この直列接続された回路部分に流れる電流は減少する。
【００１１】一方、補正素子が接続されていない分割されたコイルの電圧は通電期間中常に一定であり、このためこの回路部分に流れる電流に変化はない。
【００１２】従って、補正素子の接続されていない回路部分に流れる電流と補正素子が直列接続されている回路部分の電流の合算電流（ＩＬ）は、励磁電流供給後一定時間経過後に減少する。ここで、ソレノイドコイルの消費電力Ｗは、数１で表される。
【００１３】
【数１】Ｗ＝ＶＬ・ＩＬ【００１４】このため、励磁電流供給開始から一定時間経過後に、ソレノイドコイルの消費電力が減少する。
【００１５】ここで、通電開始後一定時間とはプランジャが軸方向移動を開始して弁体移動動作が完了可能な時間をいい、電磁操作弁の種類等によって任意の時間を定めることができる。また、抵抗値としての所定値は、減少後の前記合算電流が電磁操作弁のＯＮ状態、即ちプランジャの移動状態を維持できる電流値となる抵抗値であり、この値も電磁操作弁の種類等によって定められる。
【００１６】このように、励磁電流の供給開始から一定時間経過後には既に弁体の移動は完了しており消費電力も小さくてすみ、消費電力をプランジャの移動状態を維持できる程度の電力値まで低減しているので、電磁操作弁の動作を確実に行いながら省エネルギー化が図られることになる。
【００１７】本発明における補正素子は、通電開始から一定時間経過後に抵抗値が上昇して所定値を超える特性を有するものであればその構成は本請求項に係る発明では特に限定しない。また、通電開始から一定時間を経過したか否かの判断も任意であるがその判断方法は補正素子の種類によって定められる。例えば、補正素子として可変抵抗を用い、前記一定時間を時間計測によって判断して一定時間経過後に可変抵抗の抵抗値を上昇させるように構成することができる。この場合、予めプランジャの移動完了までの時間を計測しておくことにより、より確実な電磁操作弁の動作を保障しながら消費電力を低減できるという利点がある。また、一定時間経過後抵抗値が上昇する特性を有する素子を補正素子として用いることもできる。この場合には、時間計測等を行う必要が無く装置の簡易化を図ることが可能である。
【００１８】通電開始から一定時間が経過する前の補正素子の特性については特に限定しないが、プランジャの移動動作を確実に行わせるため、当初の抵抗値は０とするか、或いは通電開始後抵抗値が０から徐々に上昇していくような特性の素子が好ましい。
【００１９】このような補正素子として好ましくはサーミスタが挙げられる。即ち、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電磁操作弁において、前記補正素子は、サーミスタであることを特徴とするものである。
【００２０】サーミスタの特性は、図３に示す特性を有している。即ち、サーミスタは、図３に示すように、通電直後の抵抗値はほぼ０Ωであるが、電流が流れると発熱し、発熱により素子温度が素子に特有の所定値を超えた時点で抵抗値が急激に上昇するという特性を有している。このため、素子温度がこの所定値に達するまでの一定時間経過前では、補正素子としてのサーミスタと分割されたコイルの直列回路部分に流れる電流はプランジャの軸方向移動により弁体移動動作を十分に行える電流値を確保できる。また、素子の発熱により一定時間経過後に抵抗値が急激に上昇するので、弁体移動動作の完了後は直ちに合算電流値を減少させて、弁体移動状態を維持したまま消費電力を低減することができる。このようなサーミスタとしては、例えば正温度係数サーミスタ等が挙げられる。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態について、以下図示例とともに説明する。本実施形態の電磁操作弁は、ＯＮ−ＯＦＦ切換弁、方向切換弁等の切換弁の弁体の切換動作を行うものである。
【００２２】図１は、本実施形態に係る電磁操作弁の概略構成を示す模式図であり、図２は電気系の回路図である。本実施形態の電磁操作弁は、励磁電流により機械的出力を可動部分に生じる電磁ソレノイドプランジャ装置部１と、前記機械的出力によってばね力を介して変位することにより流体の方向切換を行う方向制御弁装置部２と、予め与えられる入力信号に応じた出力電流を励磁電流として電磁ソレノイドプランジャ装置部１に供給する電流ドライバ装置を内蔵した電装ボックス１７とから構成されている。
【００２３】電磁ソレノイドプランジャ装置部１は、筒状のソレノイドコイル３と、ソレノイドコイル３の内孔中で一連の密閉チューブを形成する固定鉄心７と、この密閉チューブの内部に遊動可能に配置されたプランジャ４（可動鉄心）と、プランジャ４の図１における左側端面に同軸状に一体化されたプッシュロッド１０とが設けられている。
【００２４】筒状のソレノイドコイル３は、リード線９を介して 電装ボックス１７に接続されている。筒状ソレノイドコイル３は、第１コイル部３ａと第２コイル部３ｂとに分割され、固定鉄心７に同軸状に並べて配置されている。またこの２個のコイル部は、図２に示すように両コイル部は並列接続されている。そして、第２コイル部３ｂには補正素子としての正温度係数サーミスタ５が直列に接続されている。
【００２５】方向制御弁装置部２は、流体の方向切換を行う弁体としてのスプール１３と、スプール１３と直列配置され、その両端面を付勢する２個の弁バネ１１ａ，１１ｂとを内蔵している。スプール１３はプッシュロッド１０により弁バネ１１ａ，１１ｂの弾性力に抗して変位駆動される。
【００２６】電動ドライバ装置では、リミットスイッチ又は圧力スイッチ等により発せられる切換信号によりソレノイドコイル３（第１コイル部３ａ及び第２コイル部３ｂ）に励磁電流を供給する。
【００２７】図２に示すように、第１コイル部３ａと並列接続された第２コイル部３ｂには正温度係数サーミスタ５が直列に接続されている。ここで、第１コイル部３ａの抵抗値をＲＬ１、第２コイル部３ｂの抵抗値をＲＬ２、サーミスタ５の抵抗値をＲＸとする。また、電源電圧をＶＩ，第１コイル部３ａ及び第２コイル部３ｂとサーミスタ５の直列回路にかかる電圧をＶＬ、第１コイル部３ａに流れる電流をＩＬ１，第２コイル部３ｂ及びサーミスタ５に流れる電流をＩＬ２と、ＩＬ１とＩＬ２の合算電流をＩＬとしている。
【００２８】このように構成された本実施形態にかかる電磁操作弁の動作について図４を用いて説明する。図４は図２の回路に励磁電流が流した状態におけるＶＬ、ＩＬ１，ＩＬ２，ＩＬ，プランジャ位置、及び回路全体の消費電力ＷＬの経時的変化を示したものである。
【００２９】スイッチがＯＮとなり励磁電流が回路に流れ始めると、ＩＬ１、ＩＬ２、及び合算電流ＩＬは数２の式で表された値となる。
【００３０】
【数２】ＩＬ１＝ＶＬ／ＲＬ１ＩＬ２＝ＶＬ／（ＲＬ２＋ＲＸ）
ＩＬ＝ＩＬ１＋ＩＬ２【００３１】ここで、サーミスタ５の素子温度と抵抗値の特性を図３に示す。図３からわかるように、サーミスタ５の抵抗値ＲＸは、通電開始後はほぼ０Ωであり、通電によりサーミスタ５が発熱して一定時間Ｔ１を経過し、所定温度Ｔ℃を超えたときにＲＸは急激に上昇してＲＸＨに達するという特性を有している。
【００３２】このため、励磁電流が回路に流れ始めてからサーミスタ５の素子温度がＴ℃に達するまでの一定時間Ｔ１は、サーミスタ５の抵抗値ＲＸを無視して（数２式でＲＸ＝０として）、サーミスタ５と第２コイル部３ｂに流れる電流と回路全体の消費電力ＷＬは数３の式で表される。
【００３３】
【数３】ＩＬ２＝ＶＬ／ＲＬ２ＷＬ＝ＶＬ・ＩＬ＝ＶＬ・（ＩＬ１＋ＩＬ２）＝ＶＬ２・（１／ＲＬ１＋１／ＲＬ２）
【００３４】このとき、電磁操作弁はＯＮ状態となり、図４に示すようにプランジャ４は固定鉄心７による磁気吸引力によって図１における左方向へ移動して流体の流路（ポート１５）の切換動作を行う。
【００３５】励磁電流を流してから一定時間Ｔ１が経過してサーミスタ５が発熱し素子温度がＴ℃を超えると、サーミスタ５の抵抗値はＲＸＨに達し、その後その値を保持する。このため、サーミスタ５の抵抗値ＲＸは無視できないものとなり、サーミスタ５と第２コイル部３ｂに流れる電流と回路全体の消費電力は数４式で表される。
【００３６】
【数４】ＩＬ２＝ＶＬ／（ＲＬ２＋ＲＸＨ）
ＷＬ＝ＶＬ・ＩＬ＝ＶＬ・（ＩＬ１＋ＩＬ２）＝ＶＬ２・｛１／ＲＬ１＋１／（ＲＬ２＋ＲＸＨ）｝
【００３７】即ち、数４式及び図４からわかるように、第２コイル部３ｂとサーミスタ５の直列回路部分に流れる電流ＩＬ２は時間Ｔ１経過後にサーミスタ５の抵抗値がＲＸＨに達することにより減少する。このため、ＩＬ１とＩＬ２の合算電流ＩＬも減少し、その結果回路全体の消費電力ＷＬも減少する。尚、時刻Ｔ１の時点では、合算電流ＩＬが流れているため、プランジャ４は移動した状態を維持している。
【００３８】次いで、更に時間Ｔ２経過後（時刻Ｔ１＋Ｔ２）の時点で、切換スイッチをＯＦＦとして励磁電流の供給を停止する。これにより、ＶＬ，ＩＬ１，ＩＬ２はいずれも０となり、プランジャ４は元に位置に復帰する。このため消費電力ＷＬも０となる。
【００３９】このように本実施形態の電磁操作弁では、サーミスタ５素子温度がＴ℃に達するまでの時間Ｔ１経過前では、サーミスタ５と第２コイル部３ｂの直列回路部分に流れる電流はプランジャ４の移動により流体の切換動作を十分に行える電流値を確保できるとともに、サーミスタ５の発熱により時間Ｔ１経過後に抵抗値ＲＸがＲＸＨに急激に上昇するので、プランジャ４の移動動作を維持したまま合算電流値ＩＬを減少させて消費電力ＷＬを低減することができる。即ち、図４から、プランジャの移動後の移動状態を維持した状態では、合算電流ＩＬは励磁電流供給開始直後の約１／３で済み、この結果消費電力ＷＬも励磁電流供給開始直後の消費電力の約１／３に低減されていることがわかる。
【００４０】尚、本実施形態ではソレノイドコイル３を２つに分割して並列接続しているが、３つ以上のコイル部に分割して並列接続するように構成してもよい。また、この場合、コイル部の数より少ない数であれば、サーミスタ５を複数のコイル部に直列接続するようにしても本発明の効果は達成される。
【００４１】また、本実施形態では同径の複数のコイル部を用い、固定鉄心７に並べて配置しているが、複数のコイル部を並列接続していれば、例えば図２（ｂ）に示すように、異なる径のコイル部に分割し同心状に配置しても良い。
【００４２】更に、本実施形態の電磁操作弁では補正素子として正温度係数サーミスタ５を用いているが、サーミスタ５の代わりに可変抵抗を用い、タイマ等で時間Ｔ１を経過した時点で可変抵抗の抵抗値を上昇させても本発明の効果は達成される。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したとおり、請求項１に係る発明は、通電開始から一定時間経過後に抵抗値が上昇して所定値を超える特性を有する補正素子を備え、ソレノイドコイルは、並列に接続された複数のコイルに分割され、補正素子は、少なくとも１個の分割されたコイルに直列に接続されているので、励磁電流供給開始から一定時間経過後に、弁体の移動状態を維持したままソレノイドコイルの消費電力を減少させることができ、省エネルギー化が図られるという効果を有する。
【００４４】特に、請求項２に係る発明は、補正素子がサーミスタで構成されているので、前記一定時間経過前では、弁体移動動作を確実に行い、一方前記一定時間経過後には弁体移動状態を維持したまま消費電力を低減することができるという効果を有する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２４６２５１
【氏名又は名称】油研工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年６月４日（１９９９．６．４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９２０８２
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 正年 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３４６２２８（Ｐ２０００−３４６２２８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１５７７４３ |
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