JP5793523B2 - 電磁弁 - Google Patents
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Description
本発明は、電磁弁に関する。
従来から、可動鉄心を固定鉄心に吸着させることに伴って弁座から弁体を離間させることにより、流体の流路を切り換える電磁弁が広く知られている。このような電磁弁のうちには、可動鉄心を固定鉄心に吸着させる際に可動鉄心が固定鉄心に衝突することにより生じる音を低減させたものがある(例えば、特許文献1参照)。
すなわち、図8に示すように、このような電磁弁では、固定鉄心162において可動鉄心163に対向する端部に弾性体からなる緩衝材164が埋設されている。そのため、固定鉄心162と可動鉄心163は、互いに対向する端部同士で直接接触することがなく緩衝材164を介して間接的に接触する。そして、この緩衝材164の緩衝作用によって可動鉄心163が固定鉄心162に衝突する際に生じる音が低減されている。
しかしながら、近年では、可動鉄心163が固定鉄心162に衝突する際に生じる音の更なる低減が望まれている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、可動鉄心が固定鉄心に衝突する際に生じる音を低減することができる電磁弁を提供することにある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、可動鉄心が固定鉄心に衝突する際に生じる音を低減することができる電磁弁を提供することにある。
上記課題を解決する電磁弁は、外周に励磁コイルが配置された固定鉄心と、前記励磁コイルへの通電を行う駆動回路と、前記駆動回路による前記励磁コイルへの通電に伴って前記固定鉄心に対して接近する方向に移動する可動鉄心と、前記可動鉄心と一体となって弁座に対して当接又は離間する方向に移動可能な弁体とを備え、前記駆動回路は、前記可動鉄心を前記固定鉄心に接触させない第1の電流値で前記励磁コイルを通電した状態を維持した後に、前記第1電流値よりも大きい第2の電流値で前記励磁コイルを通電することにより前記可動鉄心を前記固定鉄心に対して衝突させる。
上記電磁弁において、前記駆動回路は、前記励磁コイルへの通電量を前記第1の電流値から前記第2の電流値に増加させる際に通電量の増加量を次第に低下させることが好ましい。
上記電磁弁において、前記駆動回路は、電源に対して前記励磁コイルと直列に接続されたNPN型のトランジスタと、前記トランジスタと並列の接続態様で前記電源に対して前記励磁コイルと直列に接続された抵抗体と、前記電源に対して前記励磁コイルと並列に接続されたコンデンサーと、を有し、前記コンデンサーのうち前記電源の正極側に接続された正極板は、前記トランジスタのベース端子に接続されていることが好ましい。
本発明によれば、可動鉄心が固定鉄心に衝突する際に生じる音を低減することができる。
(第1の実施形態)
以下、電磁弁の第1の実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、マニホールドベース11は、略直方体状をなしており、電磁弁12が載置される載置面13を有している。また、マニホールドベース11には、流体(例えば、圧縮エア)の供給源(図示略)に接続される給気流路14が形成されている。給気流路14には載置面13に開口する給気連通流路15が連通している。また、マニホールドベース11には、略L字状をなす出力流路16が形成されている。出力流路16は、一端側がマニホールドベース11の載置面13に開口するとともに、他端側がマニホールドベース11における載置面13に隣り合う側面17(図1では右側面)に開口している。
以下、電磁弁の第1の実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、マニホールドベース11は、略直方体状をなしており、電磁弁12が載置される載置面13を有している。また、マニホールドベース11には、流体(例えば、圧縮エア)の供給源(図示略)に接続される給気流路14が形成されている。給気流路14には載置面13に開口する給気連通流路15が連通している。また、マニホールドベース11には、略L字状をなす出力流路16が形成されている。出力流路16は、一端側がマニホールドベース11の載置面13に開口するとともに、他端側がマニホールドベース11における載置面13に隣り合う側面17(図1では右側面)に開口している。
電磁弁12は、パイロット流体により主弁体20を往復移動させるパイロット形電磁弁として構成されており、主弁体20を有する主弁部21と、主弁部21に隣り合うパイロット弁部22とを有している。
主弁部21は、略直方体状のバルブボディ23を有しており、このバルブボディ23には棒状をなす主弁体20が該主弁体20の軸方向に往復移動可能に収容されている。バルブボディ23は、主弁体20の軸方向の一端側が開口した弁孔24が形成された弁ボディ25と、弁ボディ25における弁孔24の開口を閉塞するカバー26とを有している。
弁ボディ25の弁孔24には、有底円筒状をなす支持部材27が収容されている。そして、支持部材27の先端に形成された凹部28とカバー26の内面との間には第1弁室29が区画されている。また、支持部材27の凹部28の底面には円筒状の軸受け筒30が第1弁室29側に向けて突設されている。また、支持部材27には、軸受け筒30に連通する連通路31が形成されており、連通路31における軸受け筒30とは反対側の端部は支持部材27の底面に開口している。また、支持部材27の底面における連通路31の周囲には円筒状の主弁座32が形成されている。また、弁ボディ25には、連通路31をマニホールドベース11の出力流路16に連通させる連通孔33が形成されている。また、カバー26には、第1弁室29に開口した第1流路34が形成されている。
軸受け筒30には、主弁体20における軸方向の第1端側(図1では上端側)となる基端部20Aが主弁体20の軸方向に往復移動可能に支持されている。また、主弁体20の基端部20Aの外周面にはOリング等のシール部材37が装着されている。そして、シール部材37が主弁体20の基端部20Aの外周面と軸受け筒30の内周面との間に介在することにより、主弁体20の軸方向における第1弁室29と連通路31との間が気密状にシールされている。
主弁体20の基端部20Aにおけるシール部材37よりも第1端側となる端部には円板状をなす外向きのフランジ部40が形成されている。フランジ部40には、円筒状の筒部41が主弁体20の第1端側に向けて突設されており、筒部41の外周面にはOリング等のシール部材42が装着されている。そして、シール部材42が筒部41の外周面と凹部28の内面との間に介在することにより、第1弁室29は主弁体20の軸方向においてフランジ部40を挟んだ両側の間が気密状にシールされている。
支持部材27の底面と弁孔24の内面との間には第2弁室45が区画されている。第2弁室45には、主弁体20における軸方向の第2端側(図1では下端側)となる先端部20Bに装着された弾性材料からなる弁体46が収容されている。そして、弁体46は、主弁体20と一体となって主弁体20の軸方向に移動することにより、主弁座32の開口を気密状にシールする位置と主弁座32の開口を開放する位置との間で変位可能となっている。
また、主弁体20のフランジ部40と支持部材27の凹部28の底面との間には、弁バネ48が介設されている。弁バネ48は、例えばコイルバネによって構成されている。そして、弁バネ48は、常には、主弁体20を軸方向の第1端側に向けて付勢することにより弁体46を主弁座32に対して当接させている。
弁ボディ25には、カバー26の第1流路34に連通する第2流路50が形成されている。第2流路50は、主弁体20の軸方向に沿って延在しており、第1流路34に連通する一端側とは反対側の他端側が、弁ボディ25の外面である第1面25Aに開口している。
また、弁ボディ25には、一端側が弁孔24の第2弁室45に連通すると共に、他端側がマニホールドベース11の給気連通流路15に連通した連通路52が形成されている。また、弁ボディ25には、一端側がカバー26の第1面25Aに開口すると共に、他端側が連通路52に開口した第3流路53が形成されている。
図2に示すようなパイロット弁部22は、電流値により弁開度を制御する3ポート比例電磁弁であって、バルブボディ23における弁ボディ25の第1面25A側に固定されるパイロットボディ60を有している。パイロットボディ60には励磁コイル61が固定されるとともに、励磁コイル61の内側には、鉄等の磁性材料からなる略円柱状の固定鉄心62が配置されている。また、励磁コイル61の内側には、固定鉄心62に対して接近又は離間する方向に往復移動可能に可動鉄心63が配置されている。可動鉄心63は、鉄心バネ64の付勢力により固定鉄心62から離間する方向に向けて付勢されている。
パイロットボディ60の内側にはパイロット弁室66が形成されると共に、パイロット弁室66には弾性材料からなる弁体の一例としてのパイロット弁体67が収容されている。パイロット弁室66におけるパイロット弁体67の第1端面側(図2における下側)及び第2端面側(図2における上側)には第1弁座68及び第2弁座69がそれぞれ形成されている。また、パイロット弁体67の第2端面と可動鉄心63との間には弁ガイド(図示略)が介設されている。また、パイロット弁体67の第1端面とパイロット弁室66の内面との間にはコイルバネ70が介設されている。
パイロットボディ60には、第1弁座68の内側を貫通してパイロット弁室66に開口するとともに、弁ボディ25の第3流路53に接続される給気孔71が形成されている。また、パイロットボディ60には、第2弁座69の内側を貫通してパイロット弁室66に開口するとともに、パイロットボディ60の外部に連通する排気孔72が形成されている。また、パイロットボディ60には、パイロット弁室66に開口するとともに弁ボディ25の第2流路50に接続される出力孔73が形成されている。
また、パイロットボディ60の一面側(図2では左側)には、一方側(図2では右側)が開口した箱体状をなす電装カバー60Aが固定されている。電装カバー60Aの内側には、励磁コイル61への通電を行う駆動回路74を実装した回路基板75が収容されている。
次に、回路基板75に実装された駆動回路74の回路構成について説明する。
図3に示すように、駆動回路74は、電源の正極側端子80及び負極側端子81に対して励磁コイル61と直列の接続態様で抵抗体82が接続されている。また、励磁コイル61には、抵抗体82と並列の接続態様でNPN型のトランジスタ83が直列に接続されている。NPN型のトランジスタ83は、正孔をキャリアとするP型半導体の両側が自由電子をキャリアとするN型半導体によって挟まれることにより構成されている。なお、トランジスタ83のコレクタ端子83Aとベース端子83Bとの間は、ベース端子83B側からコレクタ端子83A側への一方向の電流の流れを許容するダイオード84を介して接続されている。
図3に示すように、駆動回路74は、電源の正極側端子80及び負極側端子81に対して励磁コイル61と直列の接続態様で抵抗体82が接続されている。また、励磁コイル61には、抵抗体82と並列の接続態様でNPN型のトランジスタ83が直列に接続されている。NPN型のトランジスタ83は、正孔をキャリアとするP型半導体の両側が自由電子をキャリアとするN型半導体によって挟まれることにより構成されている。なお、トランジスタ83のコレクタ端子83Aとベース端子83Bとの間は、ベース端子83B側からコレクタ端子83A側への一方向の電流の流れを許容するダイオード84を介して接続されている。
また、電源の正極側端子80及び負極側端子81には、励磁コイル61及び抵抗体82と並列の接続態様で、抵抗体85、コンデンサー86及び抵抗体87が接続されている。また、抵抗体85とコンデンサー86との間の接点は、トランジスタ83のベース端子83Bに接続されている。すなわち、コンデンサー86のうち電源の正極側端子80に対して抵抗体85を介して接続された正極板86Aはトランジスタ83のベース端子83Bに接続されている。
次に、上記のように構成された電磁弁12の作用について説明する。
さて、供給源から給気流路14に圧縮エアが供給されると、圧縮エアは、給気連通流路15、連通路52及び第3流路53を介してパイロット弁室66に流入する。そして、この状態で、駆動回路74における電源の正極側端子80と負極側端子81との間に電圧が印加される。
さて、供給源から給気流路14に圧縮エアが供給されると、圧縮エアは、給気連通流路15、連通路52及び第3流路53を介してパイロット弁室66に流入する。そして、この状態で、駆動回路74における電源の正極側端子80と負極側端子81との間に電圧が印加される。
ここで、正極側端子80と負極側端子81との間に電圧が印加された直後では、コンデンサー86には電荷が蓄積されていない。そのため、コンデンサー86の正極板86Aの電位はトランジスタ83のコレクタ端子83Aとエミッタ端子83Cを電気的に導通させない。その結果、電源の正極側端子80と負極側端子81との間には直列に接続された励磁コイル61及び抵抗体82を通じて正極側端子80から負極側端子81に電流が流れる。
そして、図4に示すように、コンデンサー86に所定の電荷が蓄積されるまでの間は、励磁コイル61への通電量は第1の電流値の一例としての電流値A1に維持される。この場合、励磁コイル61に電流値A1の電流が流れている間は、可動鉄心63は鉄心バネ64の付勢力に抗して固定鉄心62に接近する方向に変位しているものの、固定鉄心62に衝突する位置には到達していない。
ここで、コンデンサー86に所定の電荷が蓄積された後には、コンデンサー86の正極板86Aの電位はトランジスタ83のコレクタ端子83Aとエミッタ端子83Cを電気的に導通させる。すると、電源の正極側端子80から負極側端子81に流れる電流は、トランジスタ83と比較して電気抵抗の大きい抵抗体82にはほとんど流れなくなり、励磁コイル61と直列に接続されたトランジスタ83に選択的に流れるようになる。そして、電源の正極側端子80と負極側端子81との間の電気抵抗が低下するため、励磁コイル61に流れる電流の大きさが増大する。
この場合、トランジスタ83のコレクタ端子83Aとエミッタ端子83Cとが電気的に導通されると、コンデンサー86に蓄積された電荷がトランジスタ83のベース端子83Bからエミッタ端子83Cに放出される。そして、この電荷の流れが増幅されてトランジスタ83のコレクタ端子83Aからエミッタ端子83Cに流れる電流が増加する。なお、コンデンサー86からの電荷の放出量は時間の経過とともに次第に減少する傾向を有している。そのため、トランジスタ83のコレクタ端子83Aからエミッタ端子83Cに流れる電流の増加量、即ち、励磁コイル61への通電量の増加量は時間の経過とともに次第に低下する。
そして、励磁コイル61への通電量が第2の電流値の一例としての電流値A2に達すると、可動鉄心63は鉄心バネ64の付勢力に抗して固定鉄心62に衝突する位置まで変位する。この場合、励磁コイル61への通電量を電流値A1に維持することなく電流値A2まで増加させる比較例と比較して、可動鉄心63が慣性に従って固定鉄心62に対して勢いよく衝突することが抑制される。その結果、可動鉄心63が固定鉄心62に衝突する際に生じる音は、比較例では52〜55dB程度であるのに対し、本実施形態では35〜38dB程度まで低減される。
また、可動鉄心63が固定鉄心62に衝突する位置まで変位すると、パイロット弁体67が第1弁座68から離間して給気孔71と出力孔73とが連通した状態となる。そして、出力孔73から第2流路50及び第1流路34を介して第1弁室29に圧縮エアが供給される。その結果、主弁体20が第1弁室29に供給された圧縮エアによって軸方向の第2端側に押圧される。すなわち、本実施形態では、圧縮エアはパイロット流体としても機能する。そして、弁体46は、主弁体20と一体となって主弁体20の軸方向の第2端側に移動することにより主弁座32の開口を開放する。そのため、給気流路14と出力流路16とが、給気連通流路15、連通路52、第2弁室45、連通路31及び連通孔33を介して連通した状態となり、給気流路14から出力流路16に向けて圧縮エアが供給可能とされる。
次に、上記の電磁弁12が用いられた酸素濃縮器90について説明する。
図5に示すように、酸素濃縮器90は、外部から取り込んだ空気を供給するコンプレッサー91と、空気から窒素を選択的に吸着する吸着筒92と、吸着筒92における気体の吸着工程及び脱離工程を切り換える切換弁93及び均圧弁94とを備えている。また、酸素濃縮器90は、吸着筒92における気体の脱離工程において切換弁93から気体が排気される際に生じる音を低減させる排気サイレンサー95を備えている。そして、吸着筒92を通じて濃縮された高濃度酸素は加湿器96を通過する過程で加湿された状態で鼻カニューラ97を介して患者に供給される。なお、吸着筒92と加湿器96との間には、患者の呼吸に同調して開閉する同調弁98が介設されている。
図5に示すように、酸素濃縮器90は、外部から取り込んだ空気を供給するコンプレッサー91と、空気から窒素を選択的に吸着する吸着筒92と、吸着筒92における気体の吸着工程及び脱離工程を切り換える切換弁93及び均圧弁94とを備えている。また、酸素濃縮器90は、吸着筒92における気体の脱離工程において切換弁93から気体が排気される際に生じる音を低減させる排気サイレンサー95を備えている。そして、吸着筒92を通じて濃縮された高濃度酸素は加湿器96を通過する過程で加湿された状態で鼻カニューラ97を介して患者に供給される。なお、吸着筒92と加湿器96との間には、患者の呼吸に同調して開閉する同調弁98が介設されている。
ここで、酸素濃縮器90において高濃度酸素を濃縮する際には、まず、コンプレッサー91から空気を加圧供給し、吸着筒92内で空気に含まれる窒素ガスを選択的に吸着させる。そして次に、加圧状態の吸着筒92を切換弁93によって排気ラインに接続させて大気開放状態とし、加圧状態で吸着されていた窒素分子を吸着筒92内から脱離させる。この際、均圧弁94を開弁して吸着工程中の他の吸着筒92から高濃度酸素をパージガスとして逆流させることにより酸素濃度の変動が抑えられる。そして、一方の吸着筒92において吸着工程を行っている間に他方の吸着筒92において脱離工程を行うことを交互に繰り返すことにより、吸着筒92から連続的に濃縮された高濃度酸素が供給されるようになっている。
すなわち、酸素濃縮器90では、吸着筒92における吸着工程及び脱離工程が頻繁に切り換わり、この切り換えに併せて切換弁93の開閉動作が頻繁に行われる。この点、本実施形態では、切換弁93として上記の電磁弁12が用いられており、切換弁93の開放動作の際に可動鉄心63が固定鉄心62に衝突することにより生じる音が低減されている。そのため、切換弁93の開放動作が頻繁に行われたとしても、患者にとって耳障りな音が切換弁93から発せられることが抑制される。
なお、酸素濃縮器90において、均圧弁94又は同調弁98として上記の電磁弁12が用いられる構成としてもよい。この場合も同様にして、酸素濃縮器90の動作中に均圧弁94又は同調弁98の開閉動作が頻繁に行われたとしても、患者にとって耳障りな音が均圧弁94又は同調弁98から発せられることが抑制される。
上記第1の実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)駆動回路74が励磁コイル61への通電量を電流値A1に維持すると、可動鉄心63は固定鉄心62に衝突する前段階で一旦停止する。そして、駆動回路74が励磁コイル61への通電量を電流値A1から電流値A2に増加させると、可動鉄心63は停止した状態から固定鉄心62に更に接近して固定鉄心62に対してゆっくりと衝突する。すなわち、可動鉄心63は、固定鉄心62に接近する過程で一旦停止をしてから固定鉄心62に対してゆっくりと衝突する。したがって、可動鉄心63が慣性に従って固定鉄心62に対して勢いよく衝突することが抑制されるため、可動鉄心63が固定鉄心62に衝突する際に生じる音を低減することができる。
(1)駆動回路74が励磁コイル61への通電量を電流値A1に維持すると、可動鉄心63は固定鉄心62に衝突する前段階で一旦停止する。そして、駆動回路74が励磁コイル61への通電量を電流値A1から電流値A2に増加させると、可動鉄心63は停止した状態から固定鉄心62に更に接近して固定鉄心62に対してゆっくりと衝突する。すなわち、可動鉄心63は、固定鉄心62に接近する過程で一旦停止をしてから固定鉄心62に対してゆっくりと衝突する。したがって、可動鉄心63が慣性に従って固定鉄心62に対して勢いよく衝突することが抑制されるため、可動鉄心63が固定鉄心62に衝突する際に生じる音を低減することができる。
(2)駆動回路74は、励磁コイル61への通電量を電流値A1から電流値A2に増加させる際に通電量の増加量を次第に低下させるため、可動鉄心63が固定鉄心62に接近する速度は次第に低下する。したがって、可動鉄心63が固定鉄心62に衝突する際に生じる音を更に低減することができる。
(3)電源からコンデンサー86に所定の電荷が蓄積される前時点では、コンデンサー86の正極板86Aの電位はトランジスタ83のコレクタ端子83Aとエミッタ端子83Cを電気的に導通させない。そのため、電源から流れる電流は直列に接続された励磁コイル61及び抵抗体82に流れる。そして、電源からコンデンサー86に所定の電荷が蓄積されるまでの間は、励磁コイル61にはほぼ一定の電流が流れる。その一方で、電源からコンデンサー86に所定の電荷が蓄積された後には、コンデンサー86の正極板86Aの電位はトランジスタ83のコレクタ端子83Aとエミッタ端子83Cを電気的に導通させる。そのため、電源から流れる電流は、トランジスタ83と比較して電気抵抗の大きい抵抗体82にほとんど流れることなく、直列に接続された励磁コイル61及びトランジスタ83に流れる。その結果、励磁コイル61に流れる電流の大きさが増大する。この場合、コンデンサー86に蓄積された電荷がトランジスタ83のベース端子83Bからエミッタ端子83Cに放出されるとともに、この電荷の流れが増幅されてトランジスタ83のコレクタ端子83Aからエミッタ端子83Cに流れる電流量が増加する。そして、一般に、コンデンサー86からの電荷の放出量は時間の経過とともに次第に減少する傾向にあるため、励磁コイル61への通電量の増加量は次第に低下する。したがって、可動鉄心63が固定鉄心62に衝突する際に生じる音を低減する構成を簡易な構成で実現することができる。
(第2の実施形態)
次に、電磁弁12の第2の実施形態を図面に従って説明する。なお、第2の実施形態は、励磁コイル61への通電を行う駆動回路74の回路構成が第1の実施形態と異なる。したがって、以下の説明においては、第1の実施形態と相違する構成について主に説明し、第1の実施形態と同一又は相当する構成については同一符号を付して重複説明を省略する。
次に、電磁弁12の第2の実施形態を図面に従って説明する。なお、第2の実施形態は、励磁コイル61への通電を行う駆動回路74の回路構成が第1の実施形態と異なる。したがって、以下の説明においては、第1の実施形態と相違する構成について主に説明し、第1の実施形態と同一又は相当する構成については同一符号を付して重複説明を省略する。
図6に示すように、駆動回路76は、電源の正極側端子80及び負極側端子81に対して励磁コイル61と直列の接続態様でPNP型のトランジスタ100及び抵抗体101が接続されている。PNP型のトランジスタ100は、自由電子をキャリアとするN型半導体の両側が正孔をキャリアとするP型半導体によって挟まれることにより構成されている。また、励磁コイル61には、トランジスタ100及び抵抗体101と並列の接続態様でPNP型のトランジスタ104,105及び抵抗体106,107が直列に2組接続されている。なお、各トランジスタ100,104,105のエミッタ端子100A,104A、105Aとベース端子100B,104B,105Bとの間は、ベース端子100B,104B,105B側からエミッタ端子100A,104A,105A側への一方向の電流の流れを許容するダイオード108,109,110を介して接続されている。
また、電源の正極側端子80及び負極側端子81には、励磁コイル61、トランジスタ100,104,105及び抵抗体101,106,107と並列の接続態様で、抵抗体111,112,113、コンデンサー114,115,116及び抵抗体117,118,119が各トランジスタ100,104,105に個別に対応して3組接続されている。
なお、3つのコンデンサー114,115,116のうち、第1コンデンサー114の電気容量は第2コンデンサー115の電気容量よりも小さく、第2コンデンサー115の電気容量は第3コンデンサー116の電気容量よりも小さい。そのため、第1コンデンサー114に所定の電荷が蓄積されるまでの所要時間は第2コンデンサー115に所定の電荷が蓄積されるまでの所要時間よりも短い。また、第2コンデンサー115に所定の電荷が蓄積されるまでの所要時間は第3コンデンサー116に所定の電荷が蓄積されるまでの所要時間よりも短い。
また、各コンデンサー114,115,116と該各コンデンサー114,115,116に直列に接続された抵抗体117,118,119との間の接点は、各々が対応するトランジスタ100,104,105のベース端子100B,104B,105Bに接続されている。すなわち、各コンデンサー114,115,116のうち電源の負極側端子81に対して抵抗体117,118,119を介して接続された負極板114A,115A,116Aは各々が対応するトランジスタ100,104,105のベース端子100B,104B,105Bに接続されている。
そして、正極側端子80と負極側端子81との間に電圧が印加された直後では、全てのコンデンサー114,115,116には電荷が蓄積されていない。そのため、各コンデンサー114,115,116の負極板114A,115A,116Aの電位は各々が対応するトランジスタ100,104,105のエミッタ端子100A,104A,105Aとコレクタ端子100C,104C,105Cを電気的に導通させない。
そして、3つのコンデンサー114,115,116のうち最も電気容量の小さい第1コンデンサー114に所定の電荷が蓄積されると、第1コンデンサー114の負極板114Aの電位はトランジスタ100のエミッタ端子100Aとコレクタ端子100Cを電気的に導通させる。すると、電源の正極側端子80と負極側端子81との間には直列に接続された励磁コイル61、トランジスタ100及び抵抗体101を通じて正極側端子80から負極側端子81に電流が流れる。
そして、図7に示すように、3つのコンデンサー114,115,116のうち2番目に電気容量の小さい第2コンデンサー115に所定の電荷が蓄積されるまでの間は、励磁コイル61への通電量は第1の電流値の一例としての電流値B1に維持される。この場合、励磁コイル61に電流値B1の電流が流れている間は、可動鉄心63は鉄心バネ64の付勢力に抗して固定鉄心62に接近する方向に変位しているものの、固定鉄心62に衝突する位置には到達していない。
そして、第2コンデンサー115に所定の電荷が蓄積された後には、第2コンデンサー115の負極板115Aの電位はトランジスタ104のエミッタ端子104Aとコレクタ端子104Cを電気的に導通させる。すると、電源の正極側端子80から負極側端子81に流れる電流は、トランジスタ100を介して抵抗体101に流れるだけでなく、トランジスタ104を介して抵抗体106にも流れる。この場合、並列に接続された抵抗体101及び抵抗体106の合成抵抗RAは、抵抗体101の抵抗値をR1、抵抗体106の抵抗値をR2とした場合、以下の式(1)で表される。
[式1]
RA=1/(1/R1+1/R2)
すなわち、合成抵抗RAの大きさは抵抗体101の抵抗値R1よりも小さくなる。そのため、電源の正極側端子80と負極側端子81との間の電気抵抗が低下するため、励磁コイル61に流れる電流の大きさが電流値B1から電流値B2に増大する。
[式1]
RA=1/(1/R1+1/R2)
すなわち、合成抵抗RAの大きさは抵抗体101の抵抗値R1よりも小さくなる。そのため、電源の正極側端子80と負極側端子81との間の電気抵抗が低下するため、励磁コイル61に流れる電流の大きさが電流値B1から電流値B2に増大する。
そして、3つのコンデンサー114,115,116のうち最も電気容量の大きい第3コンデンサー116に所定の電荷が蓄積されるまでの間は、励磁コイル61への通電量は電流値B2に維持される。この場合、励磁コイル61に電流値B2の電流が流れている間は、可動鉄心63は鉄心バネ64の付勢力に抗して固定鉄心62に接近する方向に変位しているものの、固定鉄心62に衝突する位置には到達していない。
そして、第3コンデンサー116に所定の電荷が蓄積された後には、第3コンデンサー116の負極板116Aの電位はトランジスタ105のエミッタ端子105Aとコレクタ端子105Cを電気的に導通させる。すると、電源の正極側端子80から負極側端子81に流れる電流は、トランジスタ100,104を介して抵抗体101,106に流れるだけでなく、トランジスタ105を介して抵抗体107にも流れる。この場合、並列に接続された抵抗体101、抵抗体106及び抵抗体107の合成抵抗RBは、抵抗体107の抵抗値をR3とした場合、以下の式(2)で表される。
[式2]
RB=1/(1/R1+1/R2+1/R3)
すなわち、合成抵抗RBの大きさは、[式1]にて表される合成抵抗RAの大きさよりも小さくなる。そのため、電源の正極側端子80と負極側端子81との間の電気抵抗が更に低下するため、励磁コイル61に流れる電流の大きさが電流値B2から第2の電流値の一例としての電流値B3に増大する。そして、励磁コイル61への通電量が電流値B3に達すると、可動鉄心63は鉄心バネ64の付勢力に抗して固定鉄心62に衝突する位置まで変位する。
[式2]
RB=1/(1/R1+1/R2+1/R3)
すなわち、合成抵抗RBの大きさは、[式1]にて表される合成抵抗RAの大きさよりも小さくなる。そのため、電源の正極側端子80と負極側端子81との間の電気抵抗が更に低下するため、励磁コイル61に流れる電流の大きさが電流値B2から第2の電流値の一例としての電流値B3に増大する。そして、励磁コイル61への通電量が電流値B3に達すると、可動鉄心63は鉄心バネ64の付勢力に抗して固定鉄心62に衝突する位置まで変位する。
上記第2の実施形態によれば、上記第1の実施形態の効果(1)に加え、以下に示す効果を得ることができる。
(4)電源からコンデンサー114,115,116に所定の電荷が蓄積される前時点では、コンデンサー114,115,116の負極板114A,115A,116Aの電位はトランジスタ100,104,105のエミッタ端子100A,104A,105Aとコレクタ端子100C,104C,105Cを電気的に導通させない。そして、コンデンサー114,115,116に所定の電荷が蓄積された後には、コンデンサー114,115,116の負極板114A,115A,116Aの電位はトランジスタ100,104,105のエミッタ端子100A,104A,105Aとコレクタ端子100C,104C,105Cを電気的に導通させる。この場合、複数のコンデンサー114,115,116のうち、電気容量が相対的に小さいコンデンサーから順に所定の電荷が蓄積される。そのため、コンデンサー114,115,116に個別に対応して設けられたトランジスタ100,104,105のエミッタ端子100A,104A,105Aとコレクタ端子100C,104C,105Cとが順次電気的に導通される。その結果、並列に接続された抵抗体101,106,107がトランジスタ100,104,105を介して励磁コイル61に順次接続されるため、電源の正極側端子80と負極側端子81との間の電気抵抗が段階的に低下する。したがって、励磁コイル61に流れる電流の大きさが段階的に増加するため、可動鉄心63を固定鉄心62に接近させる過程で一旦停止をさせてから固定鉄心62に対して衝突させる構成を簡易な構成で実現することができる。
(4)電源からコンデンサー114,115,116に所定の電荷が蓄積される前時点では、コンデンサー114,115,116の負極板114A,115A,116Aの電位はトランジスタ100,104,105のエミッタ端子100A,104A,105Aとコレクタ端子100C,104C,105Cを電気的に導通させない。そして、コンデンサー114,115,116に所定の電荷が蓄積された後には、コンデンサー114,115,116の負極板114A,115A,116Aの電位はトランジスタ100,104,105のエミッタ端子100A,104A,105Aとコレクタ端子100C,104C,105Cを電気的に導通させる。この場合、複数のコンデンサー114,115,116のうち、電気容量が相対的に小さいコンデンサーから順に所定の電荷が蓄積される。そのため、コンデンサー114,115,116に個別に対応して設けられたトランジスタ100,104,105のエミッタ端子100A,104A,105Aとコレクタ端子100C,104C,105Cとが順次電気的に導通される。その結果、並列に接続された抵抗体101,106,107がトランジスタ100,104,105を介して励磁コイル61に順次接続されるため、電源の正極側端子80と負極側端子81との間の電気抵抗が段階的に低下する。したがって、励磁コイル61に流れる電流の大きさが段階的に増加するため、可動鉄心63を固定鉄心62に接近させる過程で一旦停止をさせてから固定鉄心62に対して衝突させる構成を簡易な構成で実現することができる。
なお、上記各実施形態は、以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・上記各実施形態において、CPUが実装された制御基板を回路基板75として備え、CPUからの制御信号に基づいて励磁コイル61への通電量を制御する構成としてもよい。この場合、励磁コイル61への通電量を電流値A1から電流値A2又は電流値B1から電流値B3に増加させる際に励磁コイル61への通電量を一定の割合で増加させる構成としてもよいし、励磁コイル61への通電量の増加量を次第に低下させる構成としてもよい。
・上記各実施形態において、CPUが実装された制御基板を回路基板75として備え、CPUからの制御信号に基づいて励磁コイル61への通電量を制御する構成としてもよい。この場合、励磁コイル61への通電量を電流値A1から電流値A2又は電流値B1から電流値B3に増加させる際に励磁コイル61への通電量を一定の割合で増加させる構成としてもよいし、励磁コイル61への通電量の増加量を次第に低下させる構成としてもよい。
・上記各実施形態では、圧縮流体として圧縮エアを用いたが、これに限らず、他の圧縮流体を用いてもよい。
・上記各実施形態では、電磁弁をパイロット流体に基づいて主弁体20を駆動させるパイロット形電磁弁として具体化したが、これに限らず、例えば励磁コイルによる可動鉄心の往復移動に基づいて主弁体を駆動させる電磁弁に具体化してもよい。
・上記各実施形態では、電磁弁をパイロット流体に基づいて主弁体20を駆動させるパイロット形電磁弁として具体化したが、これに限らず、例えば励磁コイルによる可動鉄心の往復移動に基づいて主弁体を駆動させる電磁弁に具体化してもよい。
次に、上記各実施形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。
(イ)前記駆動回路は、
電源に対して前記励磁コイルと直列に接続されたPNP型の第1のトランジスタと、
前記電源に対して前記第1のトランジスタと直列に接続された第1の抵抗体と、
前記電源に対して前記励磁コイルと並列に接続された第1のコンデンサーと、
前記第1のコンデンサーとは異なる電気容量を有し、前記電源に対して前記励磁コイル及び前記第1のコンデンサーと並列に接続された第2のコンデンサーと、
前記第1トランジスタと並列の接続態様で前記電源に対して前記励磁コイルと直列に接続されたPNP型の第2のトランジスタと、
前記電源に対して前記第2のトランジスタと直列に接続された第2の抵抗体と、
を有し、
前記第1のコンデンサーのうち前記電源の負極側に接続された負極板は、前記第1のトランジスタのベース端子に接続されており、
前記第2のコンデンサーのうち前記電源の負極側に接続された負極板は、前記第2のトランジスタのベース端子に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁弁。
(イ)前記駆動回路は、
電源に対して前記励磁コイルと直列に接続されたPNP型の第1のトランジスタと、
前記電源に対して前記第1のトランジスタと直列に接続された第1の抵抗体と、
前記電源に対して前記励磁コイルと並列に接続された第1のコンデンサーと、
前記第1のコンデンサーとは異なる電気容量を有し、前記電源に対して前記励磁コイル及び前記第1のコンデンサーと並列に接続された第2のコンデンサーと、
前記第1トランジスタと並列の接続態様で前記電源に対して前記励磁コイルと直列に接続されたPNP型の第2のトランジスタと、
前記電源に対して前記第2のトランジスタと直列に接続された第2の抵抗体と、
を有し、
前記第1のコンデンサーのうち前記電源の負極側に接続された負極板は、前記第1のトランジスタのベース端子に接続されており、
前記第2のコンデンサーのうち前記電源の負極側に接続された負極板は、前記第2のトランジスタのベース端子に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁弁。
上記構成によれば、電源から第1のコンデンサーに所定の電荷が蓄積される前時点では、第1のコンデンサーの負極板の電位は第1のトランジスタのエミッタ端子とコレクタ端子を電気的に導通させない。また同様に、電源から第2のコンデンサーに所定の電荷が蓄積される前時点では、第2のコンデンサーの負極板の電位は第2のトランジスタのエミッタ端子とコレクタ端子を電気的に導通させない。そして、第1のコンデンサーに所定の電荷が蓄積された後には、第1のコンデンサーの負極板の電位は第1のトランジスタのエミッタ端子とコレクタ端子を電気的に導通させる。また、第2のコンデンサーに所定の電荷が蓄積された後には、第2のコンデンサーの負極板の電位は第2のトランジスタのエミッタ端子とコレクタ端子を電気的に導通させる。この場合、第1のコンデンサー及び第2のコンデンサーのうち、電気容量が相対的に小さいコンデンサーから順に所定の電荷が蓄積される。そのため、両コンデンサーに個別に対応して設けられたトランジスタのエミッタ端子とコレクタ端子とが順次電気的に導通される。その結果、並列に接続された第1の抵抗体及び第2の抵抗体が各々が対応するトランジスタを介して励磁コイルに順次接続されるため、電源の正極側端子と負極側端子との間の電気抵抗が段階的に低下する。したがって、励磁コイルに流れる電流の大きさが段階的に増加するため、可動鉄心を固定鉄心に接近させる過程で一旦停止をさせてから固定鉄心に対して衝突させる構成を簡易な構成で実現することができる。
12…電磁弁、61…励磁コイル、62…固定鉄心、63…可動鉄心、67…弁体の一例としてのパイロット弁体、68…弁座の一例としての第1弁座、74,76…駆動回路、82…抵抗体、83…トランジスタ、83B…ベース端子、86…コンデンサー、86A…正極板、A1…第1の電流値の一例として電流値、A2…第2の電流値の一例としての電流値、B1…第1の電流値の一例としての電流値、B3…第2の電流値の一例としての電流値。
Claims (3)
- 外周に励磁コイルが配置された固定鉄心と、
前記励磁コイルへの通電を行う駆動回路と、
前記駆動回路による前記励磁コイルへの通電に伴って前記固定鉄心に対して接近する方向に移動する可動鉄心と、
前記可動鉄心と一体となって弁座に対して当接又は離間する方向に移動可能な弁体とを備え、
前記駆動回路は、前記可動鉄心を前記固定鉄心に接触させない第1の電流値で前記励磁コイルを通電した状態を維持した後に、前記第1電流値よりも大きい第2の電流値で前記励磁コイルを通電することにより前記可動鉄心を前記固定鉄心に対して衝突させることを特徴とする電磁弁。 - 前記駆動回路は、前記励磁コイルへの通電量を前記第1の電流値から前記第2の電流値に増加させる際に通電量の増加量を次第に低下させることを特徴とする請求項1に記載の電磁弁。
- 前記駆動回路は、
電源に対して前記励磁コイルと直列に接続されたNPN型のトランジスタと、
前記トランジスタと並列の接続態様で前記電源に対して前記励磁コイルと直列に接続された抵抗体と、
前記電源に対して前記励磁コイルと並列に接続されたコンデンサーと、
を有し、
前記コンデンサーのうち前記電源の正極側に接続された正極板は、前記トランジスタのベース端子に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の電磁弁。
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