JP2000346228A - 電磁操作弁 - Google Patents

Abstract

(57)【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。

Description

【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Ｒ_Ｌ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Ｉ_Ｌ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、Ｖ _Ｌ＝Ｒ_Ｌ・Ｉ_Ｌ、その消費
電力はＷ_Ｌ＝Ｖ_Ｌ・Ｉ_Ｌ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Ｗ_Ｌ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
（Ｖ_Ｌ）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（Ｉ_Ｌ）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＝Ｖ_Ｌ・Ｉ_Ｌ

【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３
ａの抵抗値をＲ_Ｌ１、第２コイル部３ｂの抵抗値をＲ
_Ｌ２、サーミスタ５の抵抗値をＲ_Ｘとする。また、電源
電圧をＶ_Ｉ，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Ｖ_Ｌ、第１コイ
ル部３ａに流れる電流をＩ_Ｌ１，第２コイル部３ｂ及び
サーミスタ５に流れる電流をＩ_Ｌ２と、Ｉ_Ｌ１とＩ_Ｌ２
の合算電流をＩ_Ｌ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Ｖ_Ｌ、Ｉ
_Ｌ１，Ｉ_Ｌ２，Ｉ_Ｌ，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、Ｉ_Ｌ１、Ｉ_Ｌ２、及び合算電流Ｉ_Ｌは数２
の式で表された値となる。

【００３０】

【数２】Ｉ_Ｌ１＝Ｖ_Ｌ／Ｒ_Ｌ１ Ｉ_Ｌ２＝Ｖ_Ｌ／（Ｒ_Ｌ２＋Ｒ_Ｘ） Ｉ_Ｌ＝Ｉ_Ｌ１＋Ｉ_Ｌ２

【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Ｒ_Ｘ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Ｔ_１を経過
し、所定温度Ｔ℃を超えたときにＲ_Ｘは急激に上昇して
Ｒ_ＸＨ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Ｔ_１は、サーミスタ５の抵抗値Ｒ_Ｘを無視して（数２
式でＲ_Ｘ＝０として）、サーミスタ５と第２コイル部３
ｂに流れる電流と回路全体の消費電力Ｗ_Ｌは数３の式で
表される。

【００３３】

【数３】Ｉ_Ｌ２＝Ｖ_Ｌ／Ｒ_Ｌ２ Ｗ_Ｌ＝Ｖ_Ｌ・Ｉ_Ｌ＝Ｖ_Ｌ・（Ｉ_Ｌ１＋Ｉ_Ｌ２）＝Ｖ_Ｌ ^２
・（１／Ｒ_Ｌ１＋１／Ｒ_Ｌ２）

【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Ｔ_１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Ｒ_ＸＨ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Ｒ_Ｘ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】Ｉ_Ｌ２＝Ｖ_Ｌ／（Ｒ_Ｌ２＋Ｒ_ＸＨ） Ｗ_Ｌ＝Ｖ_Ｌ・Ｉ_Ｌ＝Ｖ_Ｌ・（Ｉ_Ｌ１＋Ｉ_Ｌ２）＝Ｖ_Ｌ ^２
・｛１／Ｒ_Ｌ１＋１／（Ｒ_Ｌ２＋Ｒ_ＸＨ）｝

【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Ｉ_Ｌ２は時間Ｔ_１経過後にサーミスタ５の抵抗値
がＲ _ＸＨに達することにより減少する。このため、Ｉ
_Ｌ１とＩ_Ｌ２の合算電流Ｉ_Ｌも減少し、その結果回路全
体の消費電力Ｗ_Ｌも減少する。尚、時刻Ｔ_１の時点で
は、合算電流Ｉ_Ｌ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Ｔ_２経過後（時刻Ｔ_１＋
Ｔ_２）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、Ｖ_Ｌ，Ｉ_Ｌ１，Ｉ_Ｌ２
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Ｗ_Ｌ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Ｔ_１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Ｔ_１経過後に抵抗値ＲＸが
Ｒ_ＸＨ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Ｉ_Ｌを減少させて消費電力Ｗ
_Ｌ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Ｉ
_Ｌ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Ｗ_Ｌ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Ｔ
_１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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の電磁操作弁の概略構成を示す模式
図である。図１（ａ）はコイル部を固定鉄心に並列に配
置した場合の例を示す模式図であり、図１（ｂ）はコイ
ル部を同心状に配置した場合の例を示す模式図である。

【図２】本実施形態の電磁操作弁の電気系の回路図であ
る。

【図３】正温度係数サーミスタの特性を示す説明図であ
る。

【図４】本実施形態の電磁操作弁の動作の経時的変化を
示すチャート図である。

【図５】従来例の電磁操作弁の概略構成を示す模式図で
ある。

【図６】従来例の電磁操作弁の電気系の回路図である。

【図７】従来例の電磁操作弁の動作の経時的変化を示す
チャート図である。

【符号の説明】

１：電磁ソレノイドプランジャ装置部 ２：切換弁装置部 ３，５０３：ソレノイドコイル ３ａ：第１コイル部 ３ｂ：第２コイル部 ４，５０４：プランジャ（可動鉄心） ５：正温度係数サーミスタ ７，５０７：固定鉄心 ９，５０９：リード線 １０，５１０：プッシュロッド １１ａ，１１ｂ，５１１ａ，５１１ｂ：弁バネ １３，５１３：スプール １５，５１５：ポート １７，５１７：電装ボックス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。