JP2001090860A

JP2001090860A - 酸素発生装置の均圧弁

Info

Publication number: JP2001090860A
Application number: JP27031599A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Yamada; 昇市山田; Noriyasu Hirota; 憲泰廣田
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 1999-09-24
Publication date: 2001-04-03

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で安価な酸素発生装置の均圧弁を提供す
ること。【解決手段】本発明に係る酸素発生装置の均圧弁１
は、一対の吸着筒を交互に利用し、圧縮空気中の窒素を
吸着して酸素ガスを共通の吐出口から連続して吐出する
酸素発生装置に設けられ、一対の吸着筒の２次側間を連
通する流路の形成されたオリフィス３内蔵のマニホール
ドブロック４に対して電磁弁２が一体に固定されてなる
ものであって、電磁弁２の開閉を制御する制御回路が、
全波整流によってコイル１２へ直流通電を行い、プラン
ジャ１５をコア１４に吸着させるために必要な電流を所
定時間コイル１２に流した後、プランジャ１５をコア１
４に吸着保持させるために必要な電流をコイル１２への
通電・通電遮断を繰り返すことによって流す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力スイング吸着
方法を利用した酸素発生装置の均圧弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日の在宅医療の分野では、在宅酸素療
法を必要とする患者に使われる酸素発生装置の需要が高
まってきている。かかる医療用の酸素発生装置には、一
般に窒素を吸着する吸着筒を２つ設けた２筒式のものが
採用され、いわゆる圧力スイング吸着方法が利用されて
いる（詳細は後述する）。そうした圧力スイング吸着方
法を行う２筒式の酸素発生装置には、一対の吸着筒の圧
力バランスをとるために均圧弁が設けられている。図１
１は、従来の均圧弁を示した回路図である。この均圧弁
は、図示するように２個の電磁弁２０１，２０２がオリ
フィス２０３と並列に形成された流路上にそれぞれ設け
られている。

【０００３】図１２は、均圧弁を示した正面図であり、
図１３は図１２のＡ−Ａ断面を、図１４（ａ）は図１２
のＢ−Ｂ断面を、そして図１４（ｂ）は図１２のＣ−Ｃ
断面を示した図である。均圧弁２００は、図１２に示す
ように電磁弁２０１，２０２がマニホールドブロック２
１０に一体的に固定され、２連のものとして構成されて
いる。そして、そのマニホールドブロック２１０に形成
された流路は、図１４（ｂ）に示すように電磁弁２０
２，２０３の並びに沿って平行な２本の流路２１１，２
１２が穿設され、これらを横切るように流路２１３が穿
設されている。そして、この流路２１３は、中央にオリ
フィス２０３が配置され、両開口部が閉塞栓２２１，２
２２によって気密に閉じられている。

【０００４】また、流路２１１，２１２には電磁弁２０
１，２０２のポートへ連通する流路２１４，２１５が垂
直に穿設されている。そして、マニホールドブロック２
１０には、更に電磁弁２０１，２０２の他のポート間を
直接連通させる流路が形成されている。これは、図１３
に示すように水平な流路２１６が、図１４（ａ）に示す
ような有底の穴であって、開口部が閉塞栓２２３で気密
に閉じられ、その流路２１６に電磁弁２０１，２０２へ
連通する流路２１７，２１８が垂直に穿設されている。
よって、均圧弁は、流路の形成されたマニホールドブロ
ック２１０に対し、その流路にポートを接続させた電磁
弁２０１，２０２が一体に固定されて形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の均圧弁２００は、２個の電磁弁２０１，２０
２を使用した２連構造となっているため大型であるとい
った問題があった。そこで、均圧弁を小型化する一案と
して例えば電磁弁自体を小型化することが考えられた
が、用途上大流量を確保する必要があることから実現さ
れなかった。一方、他の案として２個あった電磁弁を１
個にすることが考えられた。これは、図１１に示す２個
の電磁弁２０１，２０２を１個にしたとしても回路上は
何ら問題ないからである。しかし、従来の均圧弁２００
に２個の電磁弁を使用しているのは、制御上図１１に示
すように流体がＸ方向から流れる場合と、Ｙ方向から流
れる場合とで流量が一定である必要があるからである。

【０００６】即ち、電磁弁を１個とすると、流体の流れ
る方向によって弁体に作用する流体圧力が異なるため、
いずれの場合でも弁の開閉制御を同じにするには、ソレ
ノイドが流体圧力の影響を受けないような磁力を発生さ
せなければならない。そして、そのためには電磁弁自体
が大型化してしまう問題があった。更に、従来の均圧弁
２００は、マニホールドブロック２１０に形成する流路
が複雑で、特に閉塞栓２２１，２２２，２２３を必要と
することから製品単価が高くなるといった問題もあっ
た。

【０００７】そこで、本発明は、かかる課題を解決すべ
く、小型で安価な酸素発生装置の均圧弁を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る酸素発生装
置の均圧弁は、一対の吸着筒を交互に利用し、圧縮空気
中の窒素を吸着して酸素ガスを共通の吐出口から連続し
て吐出する酸素発生装置に設けられ、前記一対の吸着筒
の２次側間を連通する流路の形成されたオリフィス内蔵
のマニホールドブロックに対して電磁弁が一体に固定さ
れてなるものであって、前記電磁弁の開閉を制御する制
御回路が、全波整流によってコイルへ直流通電を行い、
プランジャをコアに吸着させるために必要な電流を所定
時間コイルに流した後、プランジャをコアに吸着保持さ
せるために必要な電流をコイルへの通電・通電遮断を繰
り返すことによって流すことを特徴とする。

【０００９】よって、本発明に係る酸素発生装置の均圧
弁では、制御回路によって電磁弁が制御されるが、具体
的には、プランジャをコアに吸着させるのに必要な電流
がコイルに直流通電され、そのコイルに発生する磁界に
よって励磁されたコアにプランジャが吸着する。そし
て、プランジャがコアに吸着した後は、コイルへの通電
・通電遮断が繰り返され、コイルに流れる電流は、プラ
ンジャをコアに吸着保持させるために必要な所定の電流
値を下回らないように制御される。従って、高い流体圧
に抗して弁を開ける場合には、その流体圧に必要な電流
及び通電時間を実測した上で吸着時の電流を設定するこ
とによってプランジャの吸着力を増大させることがで
き、吸着後は吸着保持に必要な所定の電流値を流すよう
にすればよいので、小型の電磁弁を使用した場合にでも
プランジャの吸着時にのみ大電流を流して大きな吸着力
を得ることができる。そのため、１個の電磁弁に対して
双方向から流体が流れる場合にでも、その流体圧力に影
響を受けることなく弁の開閉に関して同様に制御するこ
とができる。

【００１０】また、本発明に係る酸素発生装置の均圧弁
は、一対の吸着筒を交互に利用し、圧縮空気中の窒素を
吸着して酸素ガスを共通の吐出口から連続して吐出する
酸素発生装置に設けられ、前記一対の吸着筒の２次側間
を連通する流路の形成されたオリフィス内蔵のマニホー
ルドブロックに対して電磁弁が一体に固定されてなるも
のであって、前記電磁弁の開閉を制御する制御回路が、
交流通電を直流通電に変える全波整流回路部と、全波整
流回路部によって直流化された電源電圧から一定値以上
の電圧を取り出して平滑化する電源平滑部と、コイルへ
の通電・通電遮断を操作する比較演算部と、比較演算部
の出力によりコイルへの通電・通電遮断を実行する駆動
素子部と、プランジャをコアに吸着させるために必要な
電流をコイルに流すように通電時間を比較演算部に指示
する吸着電流指示部と、プランジャとコアとの吸着保持
に必要な電流をコイルへ流すようにコイルへの通電・通
電遮断の時間を比較演算部に指示する吸着保持電流指示
部と、コイルを流れる電流によって比較演算部及び吸着
保持電流指示部の動作を実行させる駆動電流検出部とを
有することを特徴とする。

【００１１】よって、本発明に係る酸素発生装置の均圧
弁では、全波整流回路部による直流通電によって、コイ
ルに対してプランジャをコアに吸着させるために必要な
電流が流され、コイルに発生する磁界により励磁された
コアにプランジャが吸着する。そして、比較演算部から
の出力に基づいて駆動素子部によるコイルへの通電・通
電遮断が操作され、プランジャがコアに吸着するのに必
要な電流が流されて吸着した後、通電遮断が行われて吸
着保持に必要な所定の電流値を下回らない電流が流され
ることによって吸着保持が行われる。その際、最初の吸
着に必要な電流をコイルへ流す通電時間が吸着電流指示
部によって決定され、吸着後の吸着保持に必要な電流を
コイルへの通電・通電遮断の時間が吸着保持電流指示部
によって決定される。従って、高い流体圧に抗して弁を
開ける場合には、吸着電流指示部によってプランジャの
吸着力を増大させればよいので、小型の電磁弁を使用し
た場合にでもプランジャの吸着時にのみ大電流を流して
大きな吸着力を得ることができる。そのため、１個の電
磁弁に対して双方向から流体が流れる場合にでも、その
流体圧力に影響を受けることなく弁の開閉に関して同様
に制御することができる。

【００１２】また、本発明の酸素発生装置の均圧弁は、
一対の吸着筒を交互に利用し、圧縮空気中の窒素を吸着
して酸素ガスを共通の吐出口から連続して吐出する酸素
発生装置に設けられ、前記一対の吸着筒の２次側間を連
通する流路の形成されたオリフィス内蔵のマニホールド
ブロックに対して電磁弁が一体に固定されてなるもので
あって、前記電磁弁の開閉を制御する制御回路が、電源
に接続する全波整流回路からの電源線とグランド線との
間にコイルと並列接続された、ツェナーダイオード及び
コンデンサを備える平滑回路と、平滑回路から得られる
定電圧の電流を流す定電圧線と前記グランド線との間に
接続された、抵抗とコンデンサとのＲＣ回路、及びＲＣ
回路にベース端子を接続したトランジスタと第１抵抗と
のトランジスタ回路と、電源線とグランド線との間にコ
イルとともに直列接続された電解効果トランジスタ及び
第２抵抗と、電解効果トランジスタのゲート端子に出力
端子が、定電圧線とグランド線との間に第１抵抗と並列
に接続された第３抵抗に非反転入力端子が、そしてグラ
ンド線との間のコンデンサに反転入力端子が接続された
オペアンプと、第２抵抗とコンデンサとを接続する、一
方に第２抵抗側の電流の流れを規制するダイオードを備
えた抵抗による並列回路とを有することを特徴とする。

【００１３】よって、本発明に係る酸素発生装置の均圧
弁では、全波整流回路によってコイルが直流通電され、
コイルに対してプランジャをコアに吸着させるために必
要な電流が流れ、コイルに発生する磁界により励磁され
たコアにプランジャが吸着する。その際、オペアンプか
らの出力により電解効果トランジスタへのバイアス電圧
が切り替えられてコイルへの通電・通電遮断が操作さ
れ、プランジャがコアに吸着するのに必要な電流が流さ
れて吸着した後、通電遮断が行われて吸着保持に必要な
所定の電流値を下回らない電流が流されて吸着保持が行
われる。従って、高い流体圧に抗して弁を開ける場合に
は、吸着電流指示部によってプランジャの吸着力を増大
させればよいので、小型の電磁弁を使用した場合にでも
プランジャの吸着時にのみ大電流を流して大きな吸着力
を得ることができる。そのため、１個の電磁弁に対して
双方向から流体が流れる場合にでも、その流体圧力に影
響を受けることなく弁の開閉に関して同様に制御するこ
とができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る均圧弁の一実
施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形
態の均圧弁は、圧力スイング吸着方法を利用した酸素発
生装置に使用されるものであり、図１から図４は、その
酸素発生装置の一般的な回路図を示した図であって、酸
素発生の過程を工程順に示している。そこで、先ず酸素
発生装置について簡単に説明する。

【００１５】酸素発生装置は、不図示のコンプレッサに
接続された給気管１０１が２方向に分岐し、それぞれに
給気弁１０３，１０４が配管されている。また、排気管
１０２が２方向に分岐し、それぞれに排気弁１０５，１
０６が配管されている。給気弁１０３，１０４及び排気
弁１０５，１０６は、いずれも電磁弁である。更に、給
気弁１０３及び排気弁１０５と、給気弁１０４及び排気
弁１０６とが一組になり、空気中の窒素を吸着する吸着
筒１０７，１０８にそれぞれ接続されている。吸着筒１
０７，１０８の２次側流路１２１，１２２は、逆止弁１
０９，１１０を介して酸素ガスを一旦蓄える酸素タンク
１１１に接続されている。そして、吸着筒１０７，１０
８と逆止弁１０９，１１０との間の２次側流路１２１，
１２２間に、オリフィス１２３と均圧用電磁弁１２４と
が配管されている。

【００１６】そこで、このような構成の酸素発生装置
は、一対の吸着筒１０７，１０８から次のようにして酸
素ガスが作られる。先ず、図１に示すように一方の給気
弁１０３が開けられ、他方の給気弁１０４が閉じられた
状態で、不図示のコンプレッサからの圧縮空気が給気管
１１０から供給される。また、このとき排気弁１０５は
閉じられ、他方の排気弁１０６が開けられている。その
ため、給気管１０１から流入した圧縮空気（０．２ＭＰ
ａ）は、吸着筒１０７を通り、そこから排出された酸素
ガスが酸素タンク１１１に貯留される。そして、酸素ガ
スは、不図示の圧力調整弁で所定圧力に調整されて吐出
される。吐出された酸素ガスは、空気と一緒に患者によ
って吸い込まれるため、患者の肺では３０％の酸素にな
る。

【００１７】図１に示すように酸素ガスが作られている
所定の時間内、均圧用電磁弁１２４は閉じられている。
そのため、吸着筒１０７で作られた酸素ガスは、オリフ
ィス１２３を通った小量が他方の吸着筒１０８を通って
大気開放された排気弁１０６から大気側へ排気される。
吸着筒１０８は、この酸素ガスが還流することによって
窒素ガスが取り除かれて再生される。このとき、圧縮空
気が供給された吸着筒１０７側は０．２ＭＰａで、他方
の吸着筒１０８側の圧力は大気開放されて０ＭＰａにな
っている。吸着筒１０７を利用した酸素の生成は４０秒
程度行われるが、最後に所定のタイミングで吸着筒１０
７，１０８の２次側（流路１２１，１２２）間の均圧が
行われる。即ち、図２に示すように均圧用電磁弁１２４
が所定のタイミングで開けられ、吸着筒１０７を通った
圧縮空気が流路１２２側へ大量に流入し、流路１２１側
が０．２ＭＰａから０．１ＭＰａに低下し、流路１２２
側が０から０．１ＭＰａへ上昇し、均圧用電磁弁１２４
を挟んだ両側流路１２１，１２２の圧力が均一になる。

【００１８】次いで、吸着筒１０７の利用に続いて吸着
塔１０８を利用した酸素の生成が行われる。そのため、
図３に示すように給気弁１０３が閉じられて給気弁１０
４が開けられ、また排気弁１０５が開けられて排気弁１
０６は閉じられる。そこで、給気管１０１から圧縮空気
が供給されれば、吸着筒１０８から排出された酸素ガス
が逆止弁１１０を通って酸素タンク１１１へ一旦蓄えら
れて吐出される。このように吸着筒１０８側へ切り替え
られた際、均圧用電磁弁１２４は閉じられているため、
オリフィス１２３を通った小流量の酸素ガスが他方の吸
着筒１０７を通って大気開放された排気弁１０５から大
気側へ排気される。吸着筒１０７は、この酸素ガスが還
流することによって窒素ガスが取り除かれて再生する。

【００１９】このとき、圧縮空気が供給された吸着筒１
０８側は０．１ＭＰａから０．２ＭＰａに上昇し、他方
の吸着筒１０７側の圧力は０．１ＭＰａから大気開放さ
れて０ＭＰａに低下する。吸着筒１０８を利用した酸素
の生成も４０秒程度行われるが、最後に所定のタイミン
グで吸着筒１０７，１０８での均圧が行われる。即ち、
図４に示すように所定のタイミングで均圧用電磁弁１２
４が開けられると、吸着筒１０８を通った圧縮空気が流
路１２１側へも流れ、流路１２２側が０．２ＭＰａから
０．１ＭＰａに低下し、流路１２１側が０から０．１Ｍ
Ｐａへ上昇し、均圧用電磁弁１２４を挟んだ両側流路１
２１，１２２の圧力が均一になる。そして、以上のよう
な吸着筒１０７による酸素ガスの生成（図１，図２）と
吸着筒１０８による酸素ガスの生成（図３，図４）とが
繰り返し行われる。

【００２０】酸素発生装置は、前述したように一方の吸
着筒１０７（１０８）で作った酸素ガスを酸素タンク１
１１へ送ると同時に、他方の吸着筒１０８（１０７）に
対して２次側から酸素ガスを還流させている。これは、
吸着筒に酸素ガスを逆方向から流すことにより、その酸
素ガスによって吸着された窒素ガスを洗い流して、吸着
筒１０７，１０８を再生させるためである。従って、こ
の酸素発生装置では、吸着筒１０７，１０８を再生させ
る際、その吸着筒１０７，１０８の２次側を高圧にして
大気側へ排気させるようにする必要があり、図１及び図
３に示す再生段階で吸着筒１０７，１０８の２次側を高
圧にすべく、図２及び図４の段階で均圧用電磁弁１２４
が開けられる。

【００２１】次に、本発明にかかる均圧弁の一実施の形
態について図面を参照して具体的に説明する。図５は、
均圧弁を示す断面図であり、図６は、図５に示すマニホ
ールドブロック４のＤ−Ｄ断面を示した図である。均圧
弁１は、電磁弁２（図１乃至図４の均圧用電磁弁１２４
に相当）とオリフィス３（図１乃至図４のオリフィス１
２３に相当）を備えた流路の形成されたマニホールドブ
ロック４とから構成されている。電磁弁２は、円筒形の
コイルボビン１１にコイル１２が巻回され、その周りが
ヨーク１３によって包まれている。そして、コイルボビ
ン１１内には上方からコア１４がほぼ中央部分にまで挿
入して固定され、全体がモールド成形され一体のものと
なっている。

【００２２】また、電磁弁２は、下端に弁体１７を保持
したプランジャ１５がコイルボビン１１内に下方から挿
入され、スプリング１６によって下方へ付勢されてい
る。そのため、この電磁弁２は、ポート１８，１９の間
に形成された弁座２４に常時当接されたノーマルクロー
ズタイプのものである。そして、電磁弁２にはコイル１
２への通電を制御するための後述する制御回路が接続さ
れている。一方、マニホールドブロック４には、貫通し
た流路２１の中央にオリフィス３が一体に形成され、そ
の流路２１にはオリフィス３を挟んで電磁弁２のポート
１８，１９にそれぞれ接続される流路２２，２３が垂直
方向に連通して形成され、更に同様にオリフィス３を挟
んで流路２４，２５が水平方向に連通して形成されてい
る。

【００２３】次に図７は、電磁弁２を駆動させる制御回
路の動作概念を示す図である。本実施の形態では、電磁
弁２を交流電源５を利用して動作させる場合を例に挙げ
て説明する。なお、以下に記す電磁弁２の構成部品につ
いては適宜図５を参照する。本実施の形態の制御回路
は、交流電源及び直流電源に関わらず使用することがで
きるが、特に交流電源を直流化して通電するように構成
したものである。そこで、全波整流回路部３１を介して
交流電源５による交流通電を直流通電に変えてコイル１
２を通電し、電磁弁２を動作させる。このときコイル１
２に流される電流は、プランジャ１５をコア１４に吸着
させるのに必要な電流値である。プランジャ１５をコア
１４に引きつけるための吸引力は磁界の大きさに比例
し、磁界はコイル１２を流れる電流の大きさに比例する
からである。一方、全波整流回路部３１によって直流化
された電圧は、電源平滑部３３によって一定値以上の電
圧が取り出されて比較演算部３４にかかる電圧が平滑化
されている。

【００２４】そして、電磁弁２では、コイル１２への通
電によりプランジャ１５がコア１４に吸着するが、吸着
が完了する所定のタイミングで吸着電流指示部３５から
比較演算部３４へ動作信号が入力される。そして、動作
信号の入力により比較演算部３４が駆動素子部３６を動
作させてコイル１２の通電遮断が行われる。電磁弁２が
通電遮断されれば、吸着のために流されていた電流の電
流値が、コイル１２のインダクタンスに伴って低下する
が、電流値がゼロになってしまえばプランジャ１５が落
下してしまう。そこで、続いて吸着電流指示部３７から
比較演算部３４へ動作信号が入力され、吸着保持に必要
な低電流がコイル１２に流される。この低電流駆動は、
吸着電流指示部３７動作信号の入力により比較演算部３
４が駆動素子部３６を動作させて、吸着保持に必要なだ
けの電流値を下回らないようにコイル１２の通電・通電
遮断が繰り返されて実行される。このように電磁弁２の
吸着及び吸着保持を実行するためにコイル１２の通電及
び通電遮断が行われるが、その際、駆動電流検出部３８
が電磁弁２を電流が流れていることによって、比較演算
部３４及び吸着保持電流指示部３７の動作を実行させて
いる。

【００２５】続いて図８は、電磁弁を制御する制御回路
を示す回路図である。制御回路は、交流成分を直流化さ
せる全波整流回路部３１が交流電源５に接続されてい
る。全波整流回路部３１は、ダイオード５１，５２，５
３，５４からなるダイオードブリッジ回路で構成されて
いる。そして、その全波整流回路部３１に接続された電
源線５０とグランド線７０との間に、電源平滑部３３及
び電磁弁２が並列に接続されている。電磁弁２には、コ
イル１２とフライホイールダイオード５５とが並列接続
されている。一方、電源平滑部３３は、電源線５０とグ
ランド線７０との間にダイオード６１、抵抗６２及びツ
ェナーダイオード６３が直列に接続され、更にコンデン
サ６４がツェナーダイオード６３と並列に接続されてい
る。そして、そのような電源平滑部３３には、ツェナー
ダイオード６３の高電圧側に接続された定電圧線６０に
吸着電流指示部３５が接続されている。

【００２６】吸着電流指示部３５は、先ず抵抗６６と、
ＲＣ回路を構成する抵抗６７及びコンデンサ６８とが、
定電圧線６０とグランド線７０の間に直列に接続されて
いる。そして、エミッタ端子を定電圧線６０に接続した
トランジスタ６９が、コレクタ端子に抵抗７３（請求項
３の第１抵抗に相当する）を接続し、ベース端子を抵抗
６７に接続して構成されている。なお、トランジスタ６
９と抵抗７３が、請求項３に記載するトランジスタ回路
に相当する。また、定電圧線６０とグランド線７０との
間には、抵抗７１（請求項３の第３抵抗に相当する）及
び抵抗７２が直列に接続され、その抵抗７１と並列にな
るようにトランジスタ回路をなす抵抗７３が抵抗７２に
接続されている。続いて、制御回路の比較演算部３４
は、オペアンプ７５から構成されたものであり、その非
反転入力端子が抵抗７１の低電圧側に接続され、反転入
力端子がコンデンサ７６を介してグランド線７０へと接
続されている。また、オペアンプ７５の出力端子は、駆
動素子部３６である電解効果トランジスタ７３のゲート
端子へ接続され、抵抗７７を介して正帰還が施されてい
る。電解効果トランジスタ７３のゲート端子には、定電
圧線６０が抵抗７８を介して接続されている。

【００２７】一方、電磁弁２は、そのコイル１２が駆動
素子部３６及び駆動電流検出部３８を介してグランド線
７０に接続されている。駆動素子部３６を構成する電解
効果トランジスタ７３は、そのゲート端子が比較演算部
３４に接続され、ドレイン端子がコイル１２に、そして
ソース端子が駆動電流検出部３８を構成する抵抗７４
（請求項３の第２抵抗に相当する）に接続されている。
また、オペアンプ７５の反転入力端子に接続されたコン
デンサ７６には、抵抗７４との間に抵抗８１及びダイオ
ード８２と、抵抗８３との並列回路が接続されている。
このコンデンサ７６、抵抗８１、ダイオード８２及び抵
抗８３とから吸着保持電流指示部３７が構成されてい
る。

【００２８】よって、このような構成からなる制御回路
は、図２をもって前述した動作に基づいて、電磁弁１の
開閉を省電力で操作すべく電磁弁２を駆動させる。先
ず、交流電源５からの交流通電は、全波整流回路部３１
のダイオード５１〜５４によって交流から直流に整流さ
れて直流通電となる。従って、全波整流回路部３１を介
して供給された直流化電源がコイル１２へ加わる。この
とき、オペアンプ７５の非反転入力端子が接続されたｂ
接点と、反転入力端子が接続されたｃ接点とは電圧差が
生じているため、電解効果トランジスタ７３のゲート端
子には電圧がかけられている。そのため、コイル１２に
は電流が流れ、発生した磁界によってプランジャ１５が
コア１４へ引き上げられて吸着が行われる。なお、コイ
ル１２のインダクタンスにより起電力が誘導されるた
め、フライホイールダイオード５５の働きにより、コイ
ルを流れる脈動電流がゼロになることはない。コイル１
２を流れた電流は、駆動電流検出部３８を構成する抵抗
７４を流れ、また抵抗８１，８３の並列回路を通ってコ
ンデンサ７６が充電される。従って、オペアンプ７５の
反転入力端子が接続されたｃ接点がｄ接点と等電圧とな
る。

【００２９】一方、全波整流回路部３１から得た直流成
分の電圧は、電源平滑部３３で更に平滑化されて定電圧
線６０に発生する。電源平滑部３３では、全波整流回路
部３１で直流に変換され脈動する電源電圧は、ツェナー
ダイオード６３によって所定値以上の定電圧が得られ
る。また、コンデンサ６４によって脈動電流を充電して
負荷側（定電圧線６０）へ流すため、なめらかな直流の
電圧及び電流が得られる。そして、吸着電流指示部３５
では、抵抗６７を通ってコンデンサ６８に電流が流れ、
ベース端子にバイアス電圧がかけられたトランジスタ６
９が作動し、トランジスタ６９のコレクタ及びエミッタ
間、そして抵抗７３を通って更に抵抗７２へと電流が流
れる。一方、低電圧線６０とグランド線７０との間で、
抵抗７１及び抵抗７２を通って電流が流れ、吸着電流指
示部３５の抵抗７１と抵抗７３とで並列回路となってい
る。そのため、オペアンプ７５の非反転入力端子が接続
されたｂ接点の電圧値は、抵抗７１と抵抗７３とで並列
回路による電圧降下によって決定される。そして、この
状態で生じるｂ接点とｃ接点との電圧差によって、オペ
アンプ７５から電圧が出力され、電解効果トランジスタ
３６を電流が流れ、これによってコイル１２に電流が流
れる。

【００３０】ここで図９は、コイル１２を流れる電流値
の変化を示した図である。吸着電流指示部３５では、こ
の吸着電流Ｉ１を流す通電時間Ｔ１が調節される。吸着
電流Ｉ１は、プランジャ１５をコア１４に引き上げて吸
着させるのに必要な電流値を示し、通電時間Ｔ１は、プ
ランジャ１５をコア１４に吸着させるまでの時間を示し
ている。そこで、このように交流電源５の通電によって
コイル１２へは吸着電流Ｉ１がＴ１時間流される。な
お、吸着電流Ｉ１は、プランジャ１５をコア１４側へ引
き上げる際の最高使用圧力での直流電流を測定して設定
している。プランジャ１５を固定コア１４に吸着させる
のに必要な吸着力を得るための磁界の強さは、コイル１
２の巻き数とそこに流れる電流値で決定されるからであ
る。また、通電時間Ｔ１は、２００〜５００ｍｓｅｃ程
度である。

【００３１】この通電時間Ｔ１は、抵抗６７及びコンデ
ンサ６８からなるＲＣ回路の時定数によって設定されて
いる。即ち、コンデンサ６８が充電されるとａ接点の電
圧値が上がってトランジスタ６９にバイアス電圧が働か
なくなる。そのため、トランジスタ６９のエミッタ・コ
レクタ間を電流が流れなくなり、ｂ接点の電圧値が抵抗
７１，７３の並列回路から抵抗７１のみによる回路の電
圧降下に切り替えられる。これによって、ｂ接点とｃ接
点との電圧差がなくなり、オペアンプ７５の出力が止め
られ、電解効果トランジスタ７３の電流の流れが遮断さ
れ、コイル１２の通電遮断が実行される。通電遮断後コ
イル１２に流れる電流値は、コイル１２の時定数により
放電されて図９に示すような曲線を描て減少していく。
しかし、コイル１２に電流が流れなくなってしまったの
では、吸着されたプランジャ１５がコア１４から離れて
落ちてしまうので、コイル１２には吸着保持に必要なだ
けの電流を流し続ける必要がある。そこで、本実施の形
態の制御回路では、図９のＰ部に示すような低電流をコ
イル１２へ一定して流すことを行う。ここで、図１０
は、図９のＰ部に示す保持電流の電流波形を拡大した図
である。

【００３２】駆動電流検出部３８をなす抵抗７４に電流
が流れなくなると、充電されたコンデンサ７６から電流
が抵抗８３及び抵抗７４を通って流れることとなる。そ
のため、オペアンプ７５の非反転入力端子（ｂ接点）と
反転入力端子（ｃ接点）との電圧差が生じてオペアンプ
７５の出力端子から電圧が出力され、電解効果トランジ
スタ７３に再び電流が流れてコイル１２が通電状態とな
る。コイル１２へ流される電流は、図１０に示すように
時間Ｔ２の間に上昇することとなる。そして、吸着保持
電流指示部３７では、電流が抵抗８１，８３の並列回路
を流れてコンデンサ７６が充電される。その時間は、図
１０に示す時間Ｔ２である。そこで、コンデンサ７６が
充電されと、再度オペアンプ７５の非反転入力端子（ｂ
接点）と反転入力端子（ｃ接点）との電圧差がなくな
り、電解効果トランジスタ７３を流れる電流が遮断さ
れ、コイル１２の通電が遮断される。そして、充電され
たコンデンサ７６から電流が抵抗８３を通って放電され
る。この時の放電時間は、図１０に示す時間Ｔ３であ
る。

【００３３】このような通電（Ｔ２）及び通電遮断（Ｔ
３）は、コイル１２のインダクタンスに応じて設定され
ている。具体的には、通電が行われる場合には、吸着保
持電流指示部３７のコンデンサ７６と抵抗８１及び抵抗
８３とからなるＲＣ回路の時定数によって設定され、そ
して通電遮断の場合には、コンデンサ７６と抵抗８３と
からなるＲＣ回路の時定数によって設定されている。な
お、通電する時間Ｔ２は約１ｍｓｅｃであり、通電遮断
する時間Ｔ３は約５ｍｓｅｃである。また、このような
通電は、プランジャ１５をコア１４に吸着保持させるの
に必要な最低保持電流の２倍程度である電流Ｉ２になる
ように設定されている。よって、コイル１２は、時間Ｔ
２及びＴ３で通電及び通電遮断が繰り返えされ、プラン
ジャ１５を吸着保持するための約Ｉ２の低電流が一定し
て流されることとなる。

【００３４】よって、本実施の形態では、酸素発生装置
の均圧弁１を１個の電磁弁２によって構成し、特にその
電磁弁２を本発明の特徴をなす制御回路によって制御す
るようにし、開弁時にプランジャ１５をコア１４へ吸着
させる吸着力を増大させるようにしたので、両加圧可能
な均圧用途に適したものとすることができた。具体的に
は、図９に示すようにプランジャ１５がコア１４へ吸着
するまでは吸着電流Ｉ１を流し、吸着後には吸着保持電
流Ｉ２の低電流を一定して流すようにしたので、吸着保
持させる場合には低電流とする一方で、吸着させる時の
電流を大きくすることができるようにした。そのため、
吸着筒１０７，１０８からの流体が電磁弁２に対してそ
れぞれの方向から流れ込んだ場合に、一方向の流体がプ
ランジャ１５をコア１４に吸着させる際に大きな負圧と
なる場合であっても、それを超える大きな吸引力をえる
ことができる。従って、１個の電磁弁２で構成し、しか
も電磁弁自体を大きくすることなく開弁時のプランジャ
吸着力を大きくすることができたので、均圧弁１を小型
にすることができた。

【００３５】また、吸着時の電流Ｉ１はコイル１２が焼
損、または短絡しない範囲で設定できる。しかも、吸着
後には吸着保持電流Ｉ２の低電流を一定して流すように
したので、電力消費が少なくなった。また、本実施の形
態の均圧弁は、１個の電磁弁２によって構成したことで
マニホールドブロック４に流路を形成するに際し、流路
の構造自体が簡単になったのに伴い、閉塞栓を使用する
必要がなくなり、その点でコストの低下を図ることがで
きた。

【００３６】なお、本発明は前記実施の形態のもに限定
されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々
な変更が可能である。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、一対の吸着筒を交互に利用
し、圧縮空気中の窒素を吸着して酸素ガスを共通の吐出
口から連続して吐出する酸素発生装置に設けられ、前記
一対の吸着筒の２次側間を連通する流路の形成されたオ
リフィス内蔵のマニホールドブロックに対して電磁弁が
一体に固定されてなるものであって、前記電磁弁の開閉
を制御する制御回路が、全波整流によってコイルへ直流
通電を行い、プランジャをコアに吸着させるために必要
な電流を所定時間コイルに流した後、プランジャをコア
に吸着保持させるために必要な電流をコイルへの通電・
通電遮断を繰り返すことによって流すよう構成したの
で、小型で安価な酸素発生装置の均圧弁を提供すること
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】酸素発生装置の一般的な回路図を示した図であ
る。

【図２】酸素発生装置の一般的な回路図を示した図であ
る。

【図３】酸素発生装置の一般的な回路図を示した図であ
る。

【図４】酸素発生装置の一般的な回路図を示した図であ
る。

【図５】本発明に係る酸素発生装置の均圧弁の一実施の
形態を示す断面図である。

【図６】図５に示すマニホールドブロック４のＤ−Ｄ断
面を示した図である。

【図７】電磁弁２を駆動させる制御回路の動作概念を示
す図である。

【図８】電磁弁２を制御する制御回路を示す回路図であ
る。

【図９】コイル１２を流れる電流値の変化を示した図で
ある。

【図１０】図９のＰ部に示す保持電流の電流波形を拡大
した図である。

【図１１】従来の均圧弁を示した回路図である。

【図１２】従来の均圧弁を示した正面図であ

【図１３】図１２のＡ−Ａ断面を示した図である。

【図１４】図１２のＢ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面を示した図
である。

【符号の説明】

１均圧弁２電磁弁３オリフィス４マニホールドブロック５交流電源１１コイル１４コア１５プランジャ１７弁体２０弁座３１全波整流回路３３電源平滑部３４比較演算部３５吸着電流指示部３６駆動端子３７吸着保持電流指示部３８駆動電流検出部１０７，１０８吸着筒１２３オリフィス１２４均圧弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ１６Ｋ 17/19 Ｆ１６Ｋ 17/19 Ｆターム(参考） 2E185 BA02 BA11 BA16 CB07 3H060 AA02 BB01 CC22 DC05 DD02 DD15 HH05 HH23 3H106 DA07 DA13 DA23 DB02 DB12 DB23 DB32 DC02 DC17 DD03 EE34 FB30 FB31 4D012 CA05 CB16 CE01 CE02 CF03 CJ01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の吸着筒を交互に利用し、圧縮空気
中の窒素を吸着して酸素ガスを共通の吐出口から連続し
て吐出する酸素発生装置に設けられ、前記一対の吸着筒
の２次側間を連通する流路の形成されたオリフィス内蔵
のマニホールドブロックに対して電磁弁が一体に固定さ
れてなる均圧弁において、前記電磁弁の開閉を制御する制御回路が、全波整流によ
ってコイルへ直流通電を行い、プランジャをコアに吸着
させるために必要な電流を所定時間コイルに流した後、
プランジャをコアに吸着保持させるために必要な電流を
コイルへの通電・通電遮断を繰り返すことによって流す
ことを特徴とする酸素発生装置の均圧弁。
【請求項２】一対の吸着筒を交互に利用し、圧縮空気
中の窒素を吸着して酸素ガスを共通の吐出口から連続し
て吐出する酸素発生装置に設けられ、前記一対の吸着筒
の２次側間を連通する流路の形成されたオリフィス内蔵
のマニホールドブロックに対して電磁弁が一体に固定さ
れてなる均圧弁において、前記電磁弁の開閉を制御する制御回路が、交流通電を直
流通電に変える全波整流回路部と、全波整流回路部によって直流化された電源電圧から一定
値以上の電圧を取り出して平滑化する電源平滑部と、コイルへの通電・通電遮断を操作する比較演算部と、比較演算部の出力によりコイルへの通電・通電遮断を実
行する駆動素子部と、プランジャをコアに吸着させるために必要な電流をコイ
ルに流すように通電時間を比較演算部に指示する吸着電
流指示部と、プランジャとコアとの吸着保持に必要な電流をコイルへ
流すようにコイルへの通電・通電遮断の時間を比較演算
部に指示する吸着保持電流指示部と、コイルを流れる電流によって比較演算部及び吸着保持電
流指示部の動作を実行させる駆動電流検出部とを有する
ことを特徴とする酸素発生装置の均圧弁。
【請求項３】一対の吸着筒を交互に利用し、圧縮空気
中の窒素を吸着して酸素ガスを共通の吐出口から連続し
て吐出する酸素発生装置に設けられ、前記一対の吸着筒
の２次側間を連通する流路の形成されたオリフィス内蔵
のマニホールドブロックに対して電磁弁が一体に固定さ
れてなる均圧弁において、前記電磁弁の開閉を制御する制御回路が、電源に接続す
る全波整流回路からの電源線とグランド線との間にコイ
ルと並列接続された、ツェナーダイオード及びコンデン
サを備える平滑回路と、平滑回路から得られる定電圧の電流を流す定電圧線と前
記グランド線との間に接続された、抵抗とコンデンサと
のＲＣ回路、及びＲＣ回路にベース端子を接続したトラ
ンジスタと第１抵抗とのトランジスタ回路と、電源線とグランド線との間にコイルとともに直列接続さ
れた電解効果トランジスタ及び第２抵抗と、電解効果トランジスタのゲート端子に出力端子が、定電
圧線とグランド線との間に第１抵抗と並列に接続された
第３抵抗に非反転入力端子が、そしてグランド線との間
のコンデンサに反転入力端子が接続されたオペアンプ
と、第２抵抗とコンデンサとを接続する、一方に第２抵抗側
の電流の流れを規制するダイオードを備えた抵抗による
並列回路とを有することを特徴とする酸素発生装置の均
圧弁。