JP3814277B2

JP3814277B2 - 比例電磁弁の制御装置

Info

Publication number: JP3814277B2
Application number: JP2004104721A
Authority: JP
Inventors: 猛美加藤; 一美牧田
Original assignee: Koganei Corp
Current assignee: Koganei Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: KR20070009643A; CN1938539A; WO2005098295A1; EP1734296A1; KR100824864B1; CN100432511C; EP1734296B1; EP1734296A4; US7389968B2; TW200532129A; US20070215826A1; TWI299385B; JP2005291288A

Description

本発明は比例電磁弁の制御装置に関し、特に、比例電磁弁に対して駆動信号を出力する制御装置において手動操作により比例電磁弁の制御装置の初期設定を行い得るようにした制御装置に関する。

工業製品のような量産品を製造する製造ラインには、流体の流量や圧力を制御するために多数の比例電磁弁が使用されており、例えば特許文献１には、ダイシング装置の加工部への切削水の供給量を制御するために比例電磁弁が使用されている。比例電磁弁により制御される流体には、空気、不活性ガスおよび蒸気などの気体や、水、温水、薬液および油などの液体があり、比例電磁弁は流体流路のバルブ開度を調整する弁体と、コイルに供給される駆動信号に比例して電磁力を発生させるソレノイドとを有し、弁体にはばね部材により流体流路を閉じる方向のばね力が加えられており、ばね力に抗してソレノイドに発生する電磁力により弁体が流体流路を開くとともに電磁力の大きさに比例してバルブ開度を無段階に変化させることができる。

駆動信号を制御するためのバルブコントローラが比例電磁弁の近傍に設置されており、このバルブコントローラから比例電磁弁のコイルに供給される駆動信号が制御される。比例電磁弁が量産品を製造するための製造ラインに使用される場合には、パソコンやコンピュータなどのメインコントローラから出力されるバルブ開度に対応する指令信号に基づいて、比例電磁弁の弁体が全閉から全開までの間の任意の開度となるように、バルブコントローラから駆動信号を送るようにしており、多数の比例電磁弁が使用され製造ラインにおいては、例えば１つのメインコントローラからそれぞれの比例電磁弁のバルブコントローラに対応させて指令信号が出力され、それぞれの比例電磁弁は別々に駆動されるようになっている。

メインコントローラからそれぞれのバルブコントローラに対しては、メインコントローラの特性により、例えば、４〜２０ｍＡの範囲の電流信号を指令信号として出力する場合と、０〜１０Ｖの範囲の電圧信号を指令信号として出力する場合とがある。そのため、いずれの指令信号がバルブコントローラに入力されても、指令信号に対応したバルブ開度の駆動信号を比例電磁弁に出力するように、バルブコントローラには入力信号切換スイッチが設けられている。したがって、例えばメインコントローラからバルブ開度を全閉に設定するための指令信号として４ｍＡの電流信号が入力された場合にはバルブ全閉に対応する駆動信号がバルブコントローラから比例電磁弁のコイルに出力され、２０ｍＡの電流信号が入力された場合にはバルブ全開に対応する駆動信号がバルブコントローラから比例電磁弁に出力される。同様に、全閉に設定するための指令信号として０Ｖの電圧信号が入力された場合には、バルブ全閉に対応する駆動信号がコイルに出力され、１０Ｖの電圧信号が入力された場合にはバルブ全開に対応する駆動信号がコイルに出力されることになる。
特開２００２−３１３７５３号公報

ところで、比例電磁弁のバルブ開度はコイルに供給される駆動信号によって設定されるので、比例電磁弁により制御される流体の圧力を標準的な圧力を基準として、コントローラの製造時には４〜２０ｍＡまたは０〜１０Ｖに対応させた標準的な駆動信号を出力するように設定されている。しかしながら、製造ラインにおいて比例電磁弁が使用される際には、比例電磁弁の入力ポートに供給される一次側圧力に応じてバルブ開度と駆動信号との関係が変化することがある。たとえば、コイルに供給される駆動信号が一定でも流体の圧力によってはバルブの開度が変化することがある。したがって、製造ラインに比例電磁弁を据え付けたり、新たな比例電磁弁に交換したり、さらには比例電磁弁の保守点検を行った後に製造ラインを立ち上げる際には、コイルに供給される駆動信号の値と実際のバルブ開度との関係を確認してバルブコントローラからコイルに出力される駆動信号の値を初期設定する必要がある。この初期設定の操作は、比例電磁弁のバルブ開度が全閉となるときと全開となるときの駆動信号を設定することにより行われており、全閉と全開の駆動信号値が設定されればその中間の値の駆動信号をメインコントローラからの指令信号の値に基づいて出力することによりバルブを任意の開度に制御することができる。

製造ラインには上述したように多数の比例電磁弁が使用されており、１つのメインコントローラから例えば４８個程度の多数の比例電磁弁に指令信号を出力してそれぞれを別々に作動させることがあり、いずれかの比例電磁弁の保守点検や交換が行われた後の初期設定操作を行うには、メインコントローラからバルブ開度を全閉に指令する信号を出力してそのときに比例電磁弁が全閉となるか否かを確認し、さらにバルブ開度を全開に指令する信号を出力してそのときに比例電磁弁が全開となるか否かを確認し、比例電磁弁が全閉となる時の駆動信号の値と全開となる時の駆動信号の値を調整している。全閉時と全開時の駆動信号が調整されれば、中間開度の駆動信号は指令信号の値に対応した中間値に設定される。

しかしながら、このような比例電磁弁の制御装置の初期設定操作は、メインコントローラから全閉時の指令信号と全開時の指令信号とを送って行う必要があるので、メインコントローラを作動させながら行う必要があり、操作性が悪いという問題点がある。

本発明の目的は、比例電磁弁を制御するバルブコントローラの初期設定操作を容易に行い得るようにすることにある。

本発明の比例電磁弁の制御装置は、弁体を駆動するソレノイドに指令信号に応じた駆動信号を出力して前記弁体による流体流路の開度を制御する比例電磁弁の制御装置であって、バルブ全閉に対応する前記制御信号に基づく駆動信号の全閉値を設定する全閉用の可変抵抗と、バルブ全開に対応する前記制御信号に基づく駆動信号の全開値を設定する全開用の可変抵抗とを有し、バルブ開度に対応する前記制御信号を前記駆動信号に変換して前記比例電磁弁に供給する駆動信号制御回路と、前記制御信号を前記駆動信号に変換して前記比例電磁弁に供給するオートモード位置と、前記比例電磁弁の全閉位置に対応した全閉マニュアル信号を前記駆動信号制御回路に供給する全閉マニュアル位置と、前記比例電磁弁の全開位置に対応した全開マニュアル信号を前記駆動信号制御回路に供給する全開マニュアル位置とに作動するモード切換スイッチとを有し、前記モード切換スイッチが前記全閉マニュアル位置に切り換えられた状態のもとで前記全閉用の可変抵抗によりバルブ全閉時の前記駆動信号値を補正し、前記モード切換スイッチが前記全開マニュアル位置に切り換えられた状態のもとで前記全開用の可変抵抗によりバルブ全開時の前記駆動信号値を補正することを特徴とする。

本発明の比例電磁弁の制御装置は、外部からの指令信号に基づいて当該指令信号のレベルを変換して制御信号を生成するレベル変換部を有することを特徴とする。また、本発明の比例電磁弁の制御装置は、外部からの指令信号が電流信号である場合と電圧信号である場合とのいずれの場合においても、バルブ開度に対応した共通信号に変換して前記レベル変換部に共通信号を出力する入力切換部を有することを特徴とする。さらに、本発明の比例電磁弁の制御装置は、前記比例電磁弁に供給される駆動信号を、前記比例電磁弁からのソレノイド電流検出値に基づいてフィードバック制御する演算部を有することを特徴とする。

本発明によれば、比例電磁弁に駆動信号を出力する駆動信号出力回路に設けられたモード切換スイッチを全閉マニュアル位置に切り換えた状態のもとで全閉用の可変抵抗によりバルブ開度を全閉状態に設定するための制御信号を補正することができ、モード切換スイッチを全開マニュアル位置に切り換えた状態のもとで全開用の可変抵抗によりバルブ開度を全開状態に設定するための制御信号を補正することができる。これにより、メインコントローラから指令信号を出力することなく、比例電磁弁を全閉位置に設定するための制御信号と全開位置に設定するための制御信号とを制御装置に初期設定することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は比例電磁弁の一例を示す一部切り欠き正面図であり、この比例電磁弁１０は一次側ポート１１と二次側ポート１２とが形成されたジョイントブロック１３を有し、ジョイントブロック１３には一次側ポート１１と二次側ポート１２とを連通させる連通穴１４が形成されている。ジョイントブロック１３には連通穴１４を閉塞するようにアーマチュアガイドチューブ１５が固定フランジ１６により取り付けられており、ガイドチューブ１５内にはストッパ１７が固定されるとともに、プランジャ１８が軸方向に移動自在に組み込まれている。プランジャ１８の先端にはジョイントブロック１３に設けられた弁座に接触して連通穴１４を開閉するゴム製の弁体１９が取り付けられ、弁体１９の弁座に対する閉塞力を加えるために、プランジャ１８内には圧縮コイルばね２０が組み込まれている。ガイドチューブ１５の外側にはコイル２１が巻き付けられたソレノイド２２が取り付けられており、コイル２１に駆動信号を供給すると、ばね力に抗してプランジャ１８が弁座から離れる方向に移動して弁体１９は弁座からはなれて一次側ポート１１と二次側ポート１２とが連通穴１４を介して連通状態となる。

図１は弁体１９が弁座に接触して連通穴１４が閉じられた状態つまりバルブ全閉の状態を示しており、コイル２１に対する駆動信号の値により、弁体１９はバルブ全閉状態と全開状態とこれらの間の任意の中間開度の位置に作動する。したがって、この比例電磁弁１０が流体の流量を制御するために使用されると、一次側ポート１１から二次側ポート１２に向けて流れる流体の流量がバルブ開度に応じて制御され、流体の圧力を制御するために使用されると二次側ポート１２に向けて吐出する流体の圧力がバルブ開度に応じて制御される。

図２は工業製品の製造ラインに使用されている比例電磁弁１０の制御回路を示すブロック図であり、多数の比例電磁弁１０のそれぞれにはバルブコントローラ３１から駆動信号がコイル２１に供給されるようになっており、それぞれのバルブコントローラ３１にはメインコントローラ３２から指令信号が送られるようになっている。メインコントローラ３２からはそれぞれの比例電磁弁１０に対してバルブ全閉、バルブ全開およびバルブ中間開度の位置に対応する指令信号が出力され、この指令信号としては、メインコントローラ３２の種類によって、４〜２０ｍＡの電流信号の場合と、０〜１０Ｖの電圧信号の場合とがある。

図３（Ａ）は指令信号とバルブ開度との関係を示すバルブ特性線図であり、メインコントローラ３２が電流信号を指令信号として出力する場合には、バルブを全閉させるときには４ｍＡが指令信号として出力され、全開させるときには２０ｍＡが出力され、これらの間の任意の電流信号が出力されるとバルブは指令信号に対応した任意の開度となる。また、メインコントローラ３２が電圧信号を指令信号として出力する場合には、バルブを全閉させるときには０Ｖが指令信号として出力され、全開させるときには１０Ｖが出力され、これらの間の任意の電圧信号が出力されるとバルブは指令信号に対応した任意の開度となる。

図３（Ｂ）は、比例電磁弁１０に供給される駆動信号とバルブ開度の一例を示す特性線図であり、比例電磁弁１０のバルブ開度は、比例電磁弁１０のサイズなどによって相違するが、たとえば、図３（Ｂ）に示すように、比例電磁弁１０のコイル２１に５０ｍＡ以下の駆動信号が供給されると、バルブ開度は全閉になりこれを超える駆動信号が供給されるとバルブ開度は全閉状態から開き始め、２００ｍＡの駆動信号が供給されると全開状態となる。

図４は図２に示されたバルブコントローラ３１の内部構造を示す制御回路図であり、バルブコントローラ３１は外部の電源ユニットから電源部３０に供給される電力により作動するようになっている。バルブコントローラ３１には、前述のように、メインコントローラ３２から指令信号として電圧信号が送られてくる場合と電流信号が送られてくる場合とがあり、入力信号の種類に応じて図２に示すようにバルブコントローラ３１に設けられた入力切換スイッチ３３が作業者により操作される。バルブコントローラ３１内には、入力切換スイッチ３３の操作により作動する入力切換部３４が組み込まれており、指令信号として電圧信号が入力されても電流信号が入力されても、この入力切換部３４によりそれぞれバルブ開度に対応した電圧値の準正規化信号が生成される。

準正規化信号はレベル変換部３５に送られて、準正規化信号がバルブ開度に対応した制御信号に変換される。レベル変換部３５は指令信号がバルブ全閉の信号であるときには制御信号として０Ｖの制御信号を出力し、指令信号がバルブ全開の信号であるときには制御信号として例えば１Ｖの制御信号を出力し、全閉と全開の間の任意の開度の信号であるときにはバルブ開度に対応した制御信号を出力する。

バルブコントローラ３１はレベル変換部３５からの制御信号の値に応じて比例電磁弁１０のコイル２１にバルブ開度に対応した駆動信号を供給するための駆動信号制御回路３６を有している。この駆動信号制御回路３６の接続部３７は演算部３８を介して駆動信号増幅部３９に接続されており、比例電磁弁のコイル２１には指令信号のバルブ開度に対応した駆動信号が出力される。コイル２１に流れる電流は温度によって変化するので温度変化を補償するため、比例電磁弁１０からはソレノイド電流検出値のフィードバック信号が信号線４０により演算部３８に送られ、駆動信号はフィードバック制御される。

駆動信号制御回路３６は、接続部３７を介して直列に接続された２つの固定抵抗４１，４２と、バルブ全開時の駆動信号値を補正する全開設定用の可変抵抗４３とバッファ４４とを有する回路４５を有しており、回路４５にはバッファ４６を介してレベル変換部３５に接続されるとともに、バルブ全閉時の駆動信号値を補正する全閉設定用の可変抵抗４７を有するオペアンプ４８が接続されている。したがって、レベル変換部３５からバルブ開度に対応した制御信号が出力されると、制御信号は固定抵抗４１，４２を含めて可変抵抗４３，４７によりバルブ開度に対応する駆動信号に変換されて演算部３８に出力される。

バルブコントローラ３１には、レベル変換部３５から出力される全閉のバルブ開度の制御信号に対応した全閉マニュアル信号を駆動信号制御回路３６に供給する０Ｖ電位が全閉マニュアル信号入力部５１として設けられて駆動信号制御回路３６に接続されている。また、バルブコントローラ３１には、レベル変換部３５から出力される全開のバルブ開度の制御信号に対応した全開マニュアル信号を駆動信号制御回路３６に供給する全開マニュアル信号入力部５２が設けられている。

バルブコントローラ３１にはモード切換スイッチ５３が設けられ、このモード切換スイッチ５３は作業者によりオートモード位置５３ａと、全開マニュアル位置５３ｂと、これらの２位置以外の中立位置である全閉マニュアル位置５３ｃとの３位置に操作される。オートモード位置５３ａに操作されると、レベル変換部３５は駆動信号制御回路３６に接続され、制御信号は駆動信号に変換されて比例電磁弁１０にはメインコントローラ３２からの指令信号のバルブ開度に対応した駆動信号が送られる。

モード切換スイッチ５３が全閉マニュアル位置５３ｃに操作されると、駆動信号制御回路３６の入力部は全閉マニュアル信号入力部５１の０Ｖが入力され、駆動信号制御回路３６にはバルブ開度全閉が指令されたときにレベル変換部３５から出力される制御信号と同一値の全閉マニュアル信号が入力される。一方、モード切換スイッチ５３が全開マニュアル位置５３ｂに操作されると、駆動信号制御回路３６の入力部は全開マニュアル信号入力部５２に接続され、駆動信号制御回路３６にはバルブ開度全開が指令されたときにレベル変換部３５から出力される制御信号と同一値の全開マニュアル信号が入力される。

比例電磁弁１０に対してバルブコントローラ３１を初期設定するには、モード切換スイッチ５３を全閉マニュアル位置５３ｃに切り換えた状態のもとで可変抵抗４７を調整し、次に、モード切換スイッチ５３を全開マニュアル位置５３ｂに切り換えた状態のもとで可変抵抗４３を調整する。これにより、バルブ全閉と全開に対応する指令信号がメインコントローラ３２から送られてきたときにおける駆動信号のバルブ全閉時と全開時との接続部３７の分圧が変化し、演算部３８を介して駆動信号増幅部３９に供給される駆動信号の電流値が補正される。

したがって、例えば、コイル２１に５０ｍＡの駆動信号が供給されるとバルブが全閉状態から開き始め、２００ｍＡの駆動信号が供給されるとバルブが全開状態になるという特性に予め設定されていた比例電磁弁１０を実際に製造ラインで使用する場合には、一次側ポート１１に供給される流体の圧力などによってバルブが全閉状態から開き始めるとき、およびバルブが全開状態となるときの駆動信号の値が設定値と相違することになることがある。その場合には、可変抵抗４３，４７をマニュアル操作してバルブ全閉とバルブ全開の指令信号によって比例電磁弁１０が全閉位置と全開位置とに作動するように、比例電磁弁１０をバルブ全閉状態と全開状態とに設定するための駆動信号の値を補正する。これらの駆動信号の値が補正されれば、バルブ中間開度に対応する指令信号に対しては、指令信号に対応した駆動信号がコイル２１に供給されてバルブ開度が指令値に対応した開度に設定される。

このように、バルブコントローラ３１には全閉マニュアル信号入力部５１と全開マニュアル信号入力部５２とが組み込まれ、モード切換スイッチ５３によりバルブコントローラ３１をオートモードとマニュアルモードとに切り換えることができるので、メインコントローラ３２から初期設定用として全閉用の指令信号と全開用の指令信号とを出力することなく、バルブコントローラ３１の作動特性を初期設定することができる。初期設定する場合には、モード切換スイッチ５３を全閉マニュアル位置５３ｃに切り換えると、メインコントローラ３２から指令信号が出力されているときであっても出力されていないときであっても、メインコントローラ３２から全閉用の指令信号が出力されたときと同じ値の全閉マニュアル信号が全閉マニュアル信号入力部５１から駆動信号制御回路３６に送られる。一方、モード切換スイッチ５３を全開マニュアル位置５３ｂに切り換えると、メインコントローラ３２から全開用の指令信号が出力されたときと同じ値の全開マニュアル信号が全開マニュアル信号入力部５２から駆動信号制御回路３６に送られるので、メインコントローラ３２から独立させて比例電磁弁１０に対応するバルブコントローラ３１を初期設定することができる。これにより、メインコントローラ３２から指令信号をバルブコントローラ３１に入力させなくとも、比例電磁弁に合わせてバルブコントローラ３１の初期設定操作を容易に行うことができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。比例電磁弁１０としては、図１に示すタイプに限定されることなく、コイル２１に供給される駆動信号によりバルブ開度を任意の開度に変化させることができるものであれば、図示するものに限定されることない。また、標準的な駆動信号としては、上述した５０〜２００ｍＡに限定されることなく、制御される流体の流量や圧力に応じて任意の駆動信号により作動する比例電磁弁を制御することができる。

比例電磁弁の一例を示す一部切り欠き正面図である。比例電磁弁の制御回路を示すブロック図である。（Ａ）は指令信号とバルブ開度との関係を示すバルブ特性線図であり、（Ｂ）は駆動信号とバルブ開度との関係を示すバルブ特性線図である。バルブコントローラの内部構造を示す制御回路図である。

符号の説明

１０比例電磁弁
１１一次側ポート
１２二次側ポート
１３ジョイントブロック
１４連通穴
２１コイル
３１バルブコントローラ
３２メインコントローラ
３３入力切換スイッチ
３４入力切換部
３５レベル変換部
３６駆動信号制御回路
３７接続部
３８演算部
３９駆動信号増幅部
４３可変抵抗（全開用の可変抵抗）
４７可変抵抗（全閉用の可変抵抗）
５１全閉マニュアル信号入力部
５２全開マニュアル信号入力部
５３モード切換スイッチ
５３ａオートモード位置
５３ｂ全開マニュアル位置
５３ｃ全閉マニュアル位置

Claims

弁体を駆動するソレノイドに指令信号に応じた駆動信号を出力して前記弁体による流体流路の開度を制御する比例電磁弁の制御装置であって、
バルブ全閉に対応する前記制御信号に基づく駆動信号の全閉値を設定する全閉用の可変抵抗と、バルブ全開に対応する前記制御信号に基づく駆動信号の全開値を設定する全開用の可変抵抗とを有し、バルブ開度に対応する前記制御信号を前記駆動信号に変換して前記比例電磁弁に供給する駆動信号制御回路と、
前記制御信号を前記駆動信号に変換して前記比例電磁弁に供給するオートモード位置と、前記比例電磁弁の全閉位置に対応した全閉マニュアル信号を前記駆動信号制御回路に供給する全閉マニュアル位置と、前記比例電磁弁の全開位置に対応した全開マニュアル信号を前記駆動信号制御回路に供給する全開マニュアル位置とに作動するモード切換スイッチとを有し、
前記モード切換スイッチが前記全閉マニュアル位置に切り換えられた状態のもとで前記全閉用の可変抵抗によりバルブ全閉時の駆動信号値を補正し、前記モード切換スイッチが前記全開マニュアル位置に切り換えられた状態のもとで前記全開用の可変抵抗によりバルブ全開時の前記駆動信号値を補正することを特徴とする比例電磁弁の制御装置。
請求項１記載の比例電磁弁の制御装置において、外部からの指令信号に基づいて当該指令信号のレベルを変換して制御信号を生成するレベル変換部を有することを特徴とする比例電磁弁の制御装置。
請求項２記載の比例電磁弁の制御装置において、外部からの指令信号が電流信号である場合と電圧信号である場合とのいずれの場合においても、バルブ開度に対応した共通信号に変換して前記レベル変換部に共通信号を出力する入力切換部を有することを特徴とする比例電磁弁の制御装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の比例電磁弁の制御装置において、前記比例電磁弁に供給される駆動信号を、前記比例電磁弁からのソレノイド電流検出値に基づいてフィードバック制御する演算部を有することを特徴とする比例電磁弁の制御装置。