特開 2024-132426 比例弁制御装置、及び比例弁制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024132426

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】比例弁制御装置、及び比例弁制御方法

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/06 20060101AFI20240920BHJP

【ＦＩ】

F16K31/06 310D

F16K31/06 305V

F16K31/06 340

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023043178

(22)【出願日】2023-03-17

(71)【出願人】

【識別番号】000106760

【氏名又は名称】ＣＫＤ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 圭祐

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 新治

【テーマコード（参考）】

3H106

【Ｆターム（参考）】

3H106DA05

3H106DA13

3H106DA23

3H106DB02

3H106DB12

3H106DB23

3H106DB32

3H106DC02

3H106DC17

3H106DD03

3H106EE14

3H106FA03

3H106FB14

3H106GC14

3H106HH01

3H106KK04

(57)【要約】

【課題】流量制御の精度を向上できる比例弁制御装置、及び比例弁制御方法を提供する。
【解決手段】比例弁制御装置５７は、バランス型の比例弁１においてコイル８を制御することにより、弁部の弁開度を設定する。比例弁制御装置５７は、コイル８にパルス電圧Ｖplを印加してプランジャを駆動する駆動部５８と、弁部の弁開度を制御する制御部５９と、を備える。制御部５９は、弁開度の指令値Ｖinに応じた振幅を有するパルス電圧Ｖplを駆動部５８からコイル８に印加し、パルス電圧Ｖplに応じた電流をコイル８に流して、弁部の弁開度を制御する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コイルの起磁力と弾性部の弾性力とに基づき動いて弁部を開閉させるプランジャに作用する圧力と、前記弁部に作用する圧力と、が同圧に設定されたバランス型の比例弁において、前記コイルを制御することにより、前記弁部の弁開度を設定する比例弁制御装置であって、
前記コイルにパルス電圧を印加して前記プランジャを駆動する駆動部と、
弁開度の指令値に応じた振幅を有する前記パルス電圧を前記駆動部から前記コイルに印加し、前記パルス電圧に応じた電流を前記コイルに流して、前記弁部の弁開度を制御する制御部と、を備えた比例弁制御装置。

【請求項2】

前記パルス電圧は、前記振幅に関係なく一定の周期を有する、請求項１に記載の比例弁制御装置。

【請求項3】

前記制御部は、同じ電流であっても弁開度を大きくするときと弁開度を小さくするときとで弁開度が異なってしまう現象に対応する前記パルス電圧を前記駆動部に出力させる、請求項１に記載の比例弁制御装置。

【請求項4】

前記振幅は、前記弁部の全閉付近及び全開付近では小さく設定され、弁開度の中間付近では大きく設定されている、請求項１に記載の比例弁制御装置。

【請求項5】

前記駆動部は、一定電圧を出力するレギュレータと、前記レギュレータの出力を調整するための分圧回路と、を備え、
前記分圧回路は、一定の抵抗値を有する定抵抗と、前記制御部からの制御信号によって抵抗値を可変可能な可変抵抗と、を備え、
前記制御部は、前記指令値に基づいて前記可変抵抗の抵抗値を切り替えることにより、前記振幅を制御する、請求項１に記載の比例弁制御装置。

【請求項6】

前記可変抵抗は、デジタル信号の前記制御信号により抵抗値を可変可能なデジタルポテンショメータである、請求項５に記載の比例弁制御装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記振幅のボトム及びピークの一方を固定値として、これらの他方を可変の対象とする処理により、前記振幅を変化させる、請求項１に記載の比例弁制御装置。

【請求項8】

前記制御部は、前記振幅のボトム及びピークの両方を可変の対象とする処理により、前記振幅を変化させる、請求項１に記載の比例弁制御装置。

【請求項9】

コイルの起磁力と弾性部の弾性力とに基づき動いて弁部を開閉させるプランジャに作用する圧力と、前記弁部に作用する圧力と、が同圧に設定されたバランス型の比例弁において、前記コイルを制御することにより、前記弁部の弁開度を設定する比例弁制御方法であって、
前記コイルに電圧を印加して前記プランジャを駆動する駆動部から、弁開度の指令値に応じた振幅を有するパルス電圧を前記コイルに印加することにより、前記パルス電圧に応じた電流を前記コイルに流して、前記弁部の弁開度を制御する、比例弁制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、比例弁制御装置、及び比例弁制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示されるように、ソレノイドを使用して流量や圧力を制御する電磁比例制御弁が周知である。特許文献１では、ソレノイドの励磁電流とスプールの変位位置との間に生じるヒステリシスについて問題が提起されている。ヒステリシスは、一般的に、同じ励磁電流でもスプールの変位位置が異なる現象を言う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９－１５２０５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、ヒステリシスは、流量の正確な制御を妨げる。よって、ヒステリシスをより低減することによって、より精度のよい流量制御が可能な技術の開発が望まれていた。
本発明の目的は、流量制御の精度を向上できる比例弁制御装置、及び比例弁制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

前記課題を解決する比例弁制御装置は、コイルの起磁力と弾性部の弾性力とに基づき動いて弁部を開閉させるプランジャに作用する圧力と、前記弁部に作用する圧力と、が同圧に設定されたバランス型の比例弁において、前記コイルを制御することにより、前記弁部の弁開度を設定する装置であって、前記コイルにパルス電圧を印加して前記プランジャを駆動する駆動部と、弁開度の指令値に応じた振幅を有する前記パルス電圧を前記駆動部から前記コイルに印加し、前記パルス電圧に応じた電流を前記コイルに流して、前記弁部の弁開度を制御する制御部と、を備えた。

【0006】

前記課題を解決する比例弁制御方法は、コイルの起磁力と弾性部の弾性力とに基づき動いて弁部を開閉させるプランジャに作用する圧力と、前記弁部に作用する圧力と、が同圧に設定されたバランス型の比例弁において、前記コイルを制御することにより、前記弁部の弁開度を設定する方法であって、前記コイルに電圧を印加して前記プランジャを駆動する駆動部から、弁開度の指令値に応じた振幅を有するパルス電圧を前記コイルに印加することにより、前記パルス電圧に応じた電流を前記コイルに流して、前記弁部の弁開度を制御する。

【発明の効果】

【0007】

本発明は、比例弁において流量制御の精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態の比例弁の断面図である。

【図2】プラグの側面図である。

【図3】閉弁状態の比例弁の断面図である。

【図4】電流に対する流量変化曲線図である。

【図5】パルス電圧の具体値と各パルス電圧で流れる電流とを示す波形図である。

【図6】比例弁制御装置の電気構成図である。

【図7】振幅を説明するためのパルス電圧の波形図である。

【図8】パルス電圧の時間変化を示す波形図である。

【図9】比例弁の制御の流れを示すフローチャートである。

【図10】各圧力における流体の流量変化曲線図である。

【図11】別例のパルス電圧の決め方を示す波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の一実施形態を説明する。
（比例弁１）
図１に示すように、比例弁１は、流体の流路を切り替える弁部２と、弁部２を駆動するソレノイド３と、を備える。弁部２及びソレノイド３は、例えば、ボルトやねじ等を用いた取付構造（図示略）によって、一体的に取付けられている。比例弁１のハウジング４は、例えば、ソレノイド３のフレーム５と、弁部２のボディ６と、を有する。比例弁１は、ソレノイド３によって弁部２の開閉が電磁的に切り替えられる電磁比例弁である。流体は、例えば、正圧空気である。

【0010】

（ソレノイド３）
図１に示す通り、ソレノイド３は、コイル８、固定子９、及びプランジャ１０を有する。コイル８、固定子９、及びプランジャ１０は、フレーム５の内部に収容されている。コイル８は、筒状のボビン１１に複数周巻回されている。コイル８は、磁性材料により構成された第１磁気フレーム１２及び第２磁気フレーム１３によってシールドされている。ボビン１１は、コイル８の軸方向（図１のＸ軸方向）に沿って延びる孔１４を有する。

【0011】

第１磁気フレーム１２は、例えば、両端が開口した略筒状に形成されるとともに、ボビン１１を周方向から覆う。第２磁気フレーム１３は、ボビン１１の端部を覆うように第１磁気フレーム１２の一方の開口部１５に取付けられている。ボビン１１と第２磁気フレーム１３との間には、これらの隙間をシールするシール部１６が取付けられている。

【0012】

固定子９は、ボビン１１の孔１４を閉じるように孔１４の端部に取付けられている。固定子９は、端部に形成された螺着部１７が第１磁気フレーム１２の他方の開口に形成された被螺着部１８に螺着されている。螺着部１７は、例えば、雌ねじである。被螺着部１８は、例えば、雄ねじである。

【0013】

プランジャ１０は、ボビン１１の孔１４と第２磁気フレーム１３の孔１９との双方に、孔１４、１９の軸方向（図１のＸ軸方向）に沿って往復移動可能に収容されている。プランジャ１０は、固定子９と同軸上に配置されている。プランジャ１０の先端は、第２磁気フレーム１３の孔１９から弁部２に向かって所定量突出している。

【0014】

ソレノイド３は、プランジャ１０を固定子９から離間する方向（図１の矢印＋Ｘ方向）に移動させる弾性部２０を備える。弾性部２０は、例えば、ばね（円錐ばね等）である。弾性部２０の一端は、例えば、第１磁気フレーム１２の端面に支持されている。弾性部２０の他端は、例えば、プランジャ１０の先端の突起２１に支持されている。

【0015】

（弁部２）
図１に示す通り、ボディ６は、プランジャ１０の先端を収容する第１孔２３と、第１孔２３に同軸上に配置された第２孔２４と、を有する。ボディ６は、例えば、非磁性材料により形成されている。ボディ６と第１磁気フレーム１２との間には、隙間を封止するためのシール部２５が設けられている。シール部２５は、例えば、Ｏリングである。ボディ６は、比例弁１の内部に流体を供給する供給ポート２６と、比例弁１から流体を出力する出力ポート２７と、を有する。

【0016】

弁部２は、ソレノイド３によって弁開度が設定される弁２８を備える。弁部２は、第２孔２４に嵌合されたプラグ２９を備える。弁２８の略中央から先端は、第１孔２３に収容されている。弁２８の略中央から基端は、プラグ２９に設けられた空間３０に収容されている。第２孔２４の基端は、プラグ２９によって封止されている。

【0017】

弁２８は、例えば、弁座３１から直角方向（図１のＸ軸方向）に移動するポペット弁である。本例の場合、弁座３１は、例えば、プラグ２９の先端である。よって、弁座３１は、プラグ２９の開口に沿って周方向に形成されている。弁２８は、弁座３１を開閉するための開閉部３２を有する。開閉部３２は、例えば、弁２８の軸周りに沿って周方向に形成されている。ポペット型の弁２８は、ソレノイド３の駆動により、直角方向に直線移動する。

【0018】

弁２８は、弁２８の本体となる柱状の弁棒３４を有する。開閉部３２は、弁棒３４の先端寄りの位置に形成されるとともに、第２孔２４に収容されている。開閉部３２は、弁棒３４の外周面に形成された突状の座３５と、座３５に取付けられた弁体３６と、を有する。弁体３６は、弁棒３４の周方向に環状に形成されている。

【0019】

弁棒３４は、プラグ２９の空間３０に摺動可能に収容された摺動部３７を有する。摺動部３７は、弁棒３４の基端寄りの位置に配置されている。摺動部３７は、弁棒３４の外周面の周方向に形成された形状、いわゆる、フランジ状に形成されている。プラグ２９と摺動部３７との間には、隙間を封止するためのシール部３８が設けられている。シール部３８は、例えば、Ｏリングである。弁２８が軸方向（図１のＸ軸方向）に直線移動するとき、シール部３８は、プラグ２９の空間３０の内周面を摺動する。

【0020】

弁２８の先端は、例えば、第１孔２３と第２孔２４との境界に設けられた段状の支持部３９によって、軸方向（図１のＸ軸方向）に相対移動可能に支持されている。弁２８の基端は、例えば、プラグ２９の空間３０の内周面によって、摺動部３７が軸方向（図１のＸ軸方向）に相対移動可能に支持されている。

【0021】

図２に示すように、プラグ２９は、外周面から所定量凹設された凹部４０を有する。凹部４０は、プラグ２９の外周面の周方向に形成されている。プラグ２９は、内部の空間３０を供給ポート２６に連通する孔４１を有する。孔４１は、プラグ２９の凹部４０に形成されている。凹部４０の周方向には、複数の孔４１が所定間隔で形成されている。

【0022】

プラグ２９には、凹部４０の両側に、プラグ２９とボディ６との間の隙間を封止する一対のシール部４２が取付けられている。シール部４２は、例えば、Ｏリングである。プラグ２９は、基端に設けられた螺着部４３を、ボディ６の第２孔２４に形成された被螺着部４４に螺着することにより、ボディ６に取付けられている。螺着部４３は、例えば、雄ねじである。被螺着部４４は、例えば、雌ねじである。

【0023】

図１に示す通り、プラグ２９は、弁２８を手動で操作するための手動操作軸４６を有する。手動操作軸４６は、プラグ２９の端部に形成された貫通孔４７に取付けられている。手動操作軸４６と貫通孔４７との間には、隙間を封止するためのシール部４８が設けられている。

【0024】

比例弁１は、弁２８によって開閉される弁室４９を備える。本例の場合、弁室４９は、例えば、ボディ６の内面と、弁２８と、プラグ２９の内面と、によって囲まれる領域である。弁室４９は、流体を取り込むために供給ポート２６と連通されている。弁室４９は、弁２８とプラグ２９との隙間がシール部３８によって封止される。弁室４９は、ボディ６とプラグ２９との間の隙間がシール部４２によって封止される。弁２８は、開閉部３２が弁座３１から離れると開弁状態となり、開閉部３２が弁座３１に接触すると、閉弁状態となる。

【0025】

（比例弁１の電気回路５１）
図１に示す通り、比例弁１は、ソレノイド３に電流を流す電気回路５１を備える。電気回路５１は、各種素子が実装された基板５２を有する。基板５２は、ハウジング４に取付けられたケース５３によって閉じられている。ケース５３には、電気回路５１を外部に電気接続するためのコネクタ５４が設けられている。比例弁１は、電気回路５１からソレノイド３に流される電流の大きさに応じた弁開度に設定される。

【0026】

（バランス型の比例弁１）
図１に示す通り、比例弁１は、弁部２に作用する圧力とソレノイド３に作用する圧力とが同圧となったバランス型である。ところで、比例弁１の動作時、弁室４９における流体の圧力は、弁２８の開閉部３２と、弁２８の摺動部３７と、に作用する。バランス型の比例弁１の場合、弁２８は、開閉部３２で流体の圧力を受ける面積と、摺動部３７で流体の圧力を受ける面積と、が同じとなっている。このため、開閉部３２で受ける圧力と、摺動部３７で受ける圧力と、が相殺される。このように、プランジャ１０に作用する圧力と、弁部２に作用する圧力と、が同圧に設定されると、プランジャ１０と弁２８との間に差圧が発生しなくなる。

【0027】

バランス型の比例弁１の場合、ソレノイド３に電流が流れるとき、流体の圧力に関係なく、開弁するタイミングは一致する。すなわち、流量と電流との間の変化特性は、開弁するタイミングが一致する波形をとる。このように、バランス型の場合、流体の圧力に応じて、開弁のタイミングが変化してしまう波形変化をとらずに済む。なお、流量と電流との間の変化特性は、圧力が高くなるに連れて、傾きが大きくなる波形をとる。

【0028】

（比例弁１の開閉動作）
図１に示す通り、コイル８が励磁された場合、プランジャ１０は、コイル８によって吸引されることにより、弾性部２０の弾性力に抗して、弁２８から離れる方向（図１の矢印－Ｘ方向）に直線移動する。このとき、弁２８の開閉部３２は、弁座３１から離間する。そして、弁２８は、コイル８に流れる電流に応じた位置に配置される。よって、弁２８は、コイル８に流れる電流に応じた開度をとる。

【0029】

一方、図３に示すように、プランジャ１０は、コイル８が非励磁の場合、弾性部２０の弾性力により、弁２８に近づく方向（図３の矢印＋Ｘ方向）に直線移動する。このとき、弁２８の開閉部３２が弁座３１に接触する。よって、弁２８は、閉状態となる。

【0030】

（比例弁１のヒステリシス）
図４に示すように、比例弁１は、コイル８に流れる電流に応じてプランジャ１０の移動量を調整して弁開度を設定するが、プランジャ１０の摺動抵抗（摩擦抵抗）により、移動方向に損失が発生する。このため、弁２８が全閉から開状態へ、或いは全開から閉状態へ移動を開始するとき、摺動抵抗の損失分、移動開始に遅れが発生する。よって、比例弁１には、弁開度を制御する際にヒステリシスが生じる。

【0031】

ヒステリシスが生じた場合、同じ電流であっても、全閉→弁開の動作と、全開→弁閉の動作とで、流量に差（応差）が生じてしまう。特に、応差は、弁開の開始時と終了時とで小さくなり、弁開の中心付近で大きくなる。弁開度を制御する場合、このような応差（ヒステリシス）が発生してしまうと、制御の精度が低下するため、対策が必要となる。

【0032】

（比例弁制御装置５７）
図６に示すように、比例弁１は、比例弁１の動作を制御する比例弁制御装置５７を備える。比例弁制御装置５７は、バランス型の比例弁１において、コイル８を制御することにより、弁部２の弁開度を設定する。比例弁制御装置５７は、コイル８にパルス電圧Ｖplを印加してプランジャ１０を駆動する駆動部５８と、駆動部５８を介して弁部２の弁開度を制御する制御部５９と、を備える。駆動部５８及び制御部５９は、例えば、電気回路５１の基板５２に実装される各種素子によって構成されている。

【0033】

（比例弁制御装置５７の回路構成）
図６に示す通り、駆動部５８は、一定電圧を出力するレギュレータ６０と、レギュレータ６０の出力を調整するための分圧回路６１と、を備える。レギュレータ６０は、例えば、昇降圧レギュレータである。レギュレータ６０は、入力端子６０ａ、出力端子６０ｂ、フィードバック端子６０ｃ、及びグランド端子６０ｄを備える。入力端子６０ａは、主電源端子６２に接続されている。主電源端子６２には、主電源の電源電圧Ｖccが印加されている。出力端子６０ｂは、コイル８及び分圧回路６１に接続されている。フィードバック端子６０ｃは、分圧回路６１の中点６３に接続されている。

【0034】

分圧回路６１は、一定の抵抗値を有する定抵抗６５と、制御部５９からの制御信号Ｖｓによって抵抗値を可変可能な可変抵抗６６と、を備える。可変抵抗６６は、例えば、デジタル信号の制御信号Ｖｓにより抵抗値を可変可能なデジタルポテンショメータである。デジタルポテンショメータは、例えば、デジタル信号によって抵抗値を変更可能なデジタル式の可変抵抗器である。

【0035】

制御部５９は、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種メモリから構成されている。制御部５９は、例えば、第１入力端子５９ａ、第２入力端子５９ｂ、第３入力端子５９ｃ、第１出力端子５９ｄ、第２出力端子５９ｅ、及びグランド端子５９ｆ、を有する。第１入力端子５９ａは、主電源端子６２に繋がる抵抗Ｒ１と、電源端子６７に繋がるダイオードＤ１と、の中点６８に接続されている。電源端子６７には、電源電圧Ｖccよりも低い所定の電圧Ｖout1が印加されている。第１入力端子５９ａは、制御部５９に電源が供給されているか否かを確認するための端子である。

【0036】

第２入力端子５９ｂは、電源端子６７と電圧変換回路６９との中点７０に接続されている。電圧変換回路６９は、例えば、３端子レギュレータである。電圧変換回路６９は、主電源端子６２の電源電圧Ｖccを、制御部５９を駆動するための一定の駆動電圧Ｖａに変換するとともに、制御部５９に出力する。第２入力端子５９ｂは、電圧変換回路６９から駆動電圧Ｖａを入力するための端子である。

【0037】

第３入力端子５９ｃは、ユーザの目標流量に応じた電圧に設定される流量設定端子７１に接続されている。第３入力端子５９ｃは、流量設定端子７１から流量の指令値Ｖinを入力するための端子である。指令値Ｖinは、流量設定端子７１の電圧、すなわち、ユーザの目標流量に応じた電圧値である。

【0038】

第１出力端子５９ｄは、分圧回路６１の可変抵抗６６に接続されている。第１出力端子５９ｄは、ユーザによって設定された流量に応じた値の制御信号Ｖｓを可変抵抗６６に出力することにより、可変抵抗６６の抵抗値を調整する。制御信号Ｖｓは、例えば、可変抵抗６６であるデジタルポテンショメータの抵抗値を制御するためのデジタル状の電圧信号である。

【0039】

分圧回路６１は、可変抵抗６６の抵抗値に応じたレギュレータ調整電圧Ｖｒを、中点６３からレギュレータ６０のフィードバック端子６０ｃに出力する。レギュレータ６０は、フィードバック端子６０ｃに入力されたレギュレータ調整電圧Ｖｒに応じた電圧を出力する。レギュレータ６０の電圧出力は、フィードバック端子６０ｃの電圧が中点６３よりも低いと減少し、フィードバック端子６０ｃの電圧が中点６３よりも高いと増加する。このように、レギュレータ６０は、分圧回路６１から入力するレギュレータ調整電圧Ｖｒに応じた波形のパルス電圧Ｖplをコイル８に出力する。これにより、コイル８には、パルス電圧Ｖplに応じた電流がコイル８に流れる。よって、弁部２の弁開度は、パルス電圧Ｖplに応じた開度に設定される。

【0040】

第２出力端子５９ｅは、コイル８の配線経路上に配置されたスイッチング回路７２に接続されている。本例の場合、スイッチング回路７２は、例えば、フォトカプラを用いたオンオフ切替回路である。第２出力端子５９ｅは、オンとオフとを切り替えるためのオンオフ切替信号Ｖｔをスイッチング回路７２に出力することにより、比例弁１への電圧供給と電圧遮断とを切り替える。

【0041】

（制御部５９の動作の特徴）
図５に示すように、制御部５９は、弁開度の指令値Ｖinに応じた振幅Ａｘを有するパルス電圧Ｖplを駆動部５８からコイル８に印加し、パルス電圧Ｖplに応じた電流をコイル８に流して、弁部２の弁開度を制御する。具体的には、制御部５９は、指令値Ｖinに基づいて可変抵抗６６の抵抗値を切り替えることにより、振幅Ａｘを制御する。本例の場合、制御部５９は、デジタルポテンショメータの抵抗値を調整することにより、レギュレータ６０の出力であるパルス電圧Ｖplを調整する。

【0042】

制御部５９は、同じ電流であっても弁開度を大きくするときと弁開度を小さくするときとで弁開度が異なってしまう現象（ヒステリシス）に対応するパルス電圧Ｖplを駆動部５８に出力させる。本例の場合、パルス電圧Ｖplの振幅Ａｘは、弁部２の全閉付近及び全開付近では小さく設定され、弁開度の中間付近では大きく設定されている。

【0043】

図７に示すように、コイル８に流れる電流は、例えば、振幅ＡｘのボトムＢｔと、振幅ＡｘのピークＰｋと、ボトムＢｔ及びピークＰｋの差と、から決まる。コイル８に流れる電流は、例えば、ボトムＢｔ及びピークＰｋを上げていけば、大きくなる。また、コイル８に流れる電流は、ボトムＢｔ及びピークＰｋがともに比較的低い値をとる場合、減少し、ボトムＢｔ及びピークＰｋがともに比較的高い値をとる場合、増加する。

【0044】

図５に示す通り、制御部５９は、振幅ＡｘのボトムＢｔ及びピークＰｋの一方を固定値として、これらの他方を可変の対象とする処理により、振幅Ａｘを変化させる。本例の場合、コイル８に印加するパルス電圧Ｖplが電源電圧Ｖccの中央値未満のとき、ボトムＢｔを固定してピークＰｋを上昇させることにより、電流を調整する。一方、コイル８に印加するパルス電圧Ｖplが電源電圧Ｖccの中央値以上のとき、ピークＰｋを固定してボトムＢｔを上昇させることにより、電流を調整する。

【0045】

図８に示すように、パルス電圧Ｖplは、振幅Ａｘに関係なく一定の周期を有する。このように、パルス電圧Ｖplは、振幅Ａｘが一定周期で変化する周期信号である。制御部５９は、振幅Ａｘが一定周期で変化するパルス電圧Ｖplをレギュレータ６０からコイル８に印加することにより、比例弁１の開度を制御する。

【0046】

次に、本実施形態の比例弁制御装置５７（比例弁制御方法）の作用について説明する。
（比例弁１の制御の流れ）
図９は、流量調整時に制御部５９が実行するフローチャートである。制御部５９は、例えば、流量設定端子７１でユーザの目標流量が設定された場合、その設定に基づく指令値Ｖinを、第３入力端子５９ｃで入力すると、処理を開始する。

【0047】

ステップ１０１において、制御部５９は、入力した指令値Ｖinを、コイル８に印加する電圧値に換算する。電源電圧Ｖccが例えば「１２Ｖ」の場合、指令値Ｖinは、「０Ｖ～１２Ｖ」の間の値に換算される。

【0048】

ステップ１０２において、制御部５９は、換算した電圧値が、制御内容の切り替わりの所定電圧値未満か否かを判定する。本例の場合、電源電圧Ｖccが「１２Ｖ」であり、そして、この中央値である「６Ｖ」で制御内容が切り替えられるので、換算した電圧値が６Ｖ未満か否かが判定される。

【0049】

ステップ１０２の判定において、換算した電圧値が６Ｖ未満であると判定された場合、ステップ１０３に移行する。ステップ１０２の判定において、換算した電圧値が６Ｖ以上であると判定された場合、ステップ１１２に移行する。

【0050】

ステップ１０３において、制御部５９は、コイル８に印加するパルス電圧ＶplのボトムＢｔ及びピークＰｋを設定する。換算した電圧値が６Ｖ未満の場合、制御部５９は、ボトムＢｔを「０［Ｖ］」とし、ピークＰｋを「Ｙ＝ａＸ［Ｖ］」とする。なお、「ａ」は、補正係数である。補正係数「ａ」は、例えば、比例弁１のヒステリシスから算出する実験係数である。「Ｘ」は、ユーザにより設定された目標流量、すなわち、指令値Ｖinの電圧換算値である。補正係数「ａ」は、例えば、指令値Ｖinの電圧換算値に応じた値をとる可変値である。

【0051】

ステップ１０４において、制御部５９は、ピークＰｋが電源電圧Ｖccの最大値未満（本例は、１２［Ｖ］未満）か否かを判定する。ステップ１０５において、ピークＰｋが電源電圧Ｖccの電圧値未満の場合、ステップ１０６に移行する。ステップ１０５において、ピークＰｋが電源電圧Ｖccの最大値以上の場合、ステップ１１０に移行する。

【0052】

ステップ１０５において、制御部５９は、パルス電圧ＶplのボトムＢｔ及びピークＰｋの組み合わせを、ボトムＢｔを「０［Ｖ］」、ピークＰｋを「Ｙ＝ａＸ［Ｖ］」に決定する。

【0053】

ステップ１０６において、制御部５９は、ステップ１０５で設定されたボトムＢｔとピークＰｋをとるパルス電圧Ｖplをコイル８に出力する処理を実行する。
ステップ１０７において、制御部５９は、パルス電圧Ｖplの出力の処理として、まず、ステップ１０５で決定されたボトムＢｔに対応する制御信号Ｖｓを可変抵抗６６に出力することにより、可変抵抗６６の抵抗値を、レギュレータ６０からコイル８に０［Ｖ］を所定時間出力可能な値に設定する。これにより、レギュレータ６０からコイル８に０［Ｖ］が所定時間出力される。

【0054】

ステップ１０８において、続いて制御部５９は、パルス電圧Ｖplの出力の処理として、ステップ１０５で決定されたピークＰｋに対応する制御信号Ｖｓを可変抵抗６６に出力することにより、可変抵抗６６の抵抗値を、レギュレータ６０からコイル８にＹ＝ａＸ［Ｖ］を所定時間出力可能な値に設定する。これにより、レギュレータ６０からコイル８にＹ＝ａＸ［Ｖ］が所定時間出力される。

【0055】

そして、ステップ１０９において、前述のステップ１０７及びステップ１０８の処理を繰り返すことにより、コイル８に一定周期のパルス電圧Ｖplを印加する。これにより、ステップ１０５で設定したボトムＢｔ及びピークＰｋの組み合わせに基づく電流がコイル８に流され、結果、この電流に応じた開度で弁２８が開く。

【0056】

ステップ１１０に移行した場合、制御部５９は、パルス電圧ＶplのボトムＢｔ及びピークＰｋの組み合わせを、ボトムＢｔを「０［Ｖ］」、ピークＰｋを「１２［Ｖ］」に決定する。

【0057】

そして、ステップ１１１において、制御部５９は、レギュレータ６０からコイル８に、０［Ｖ］と１２［Ｖ］とが交互に印加されるように、制御信号Ｖｓによって可変抵抗６６を調整する。これにより、ステップ１１０で設定したボトムＢｔ及びピークＰｋの組み合わせに基づく電流がコイル８に流され、結果、この電流に応じた開度で弁２８が開く。

【0058】

ステップ１１２に移行した場合、制御部５９は、ボトムＢｔを「Ｙ＝ａ（Ｘ－６）０［Ｖ］」とし、ピークＰｋを「１２［Ｖ］」とする。
ステップ１１３において、制御部５９は、ボトムＢｔが電源電圧Ｖccの最大値未満（本例は、１２Ｖ未満）か否かを判定する。ステップ１１３において、ボトムＢｔが電源電圧Ｖccの最大値未満の場合、ステップ１１４に移行する。ステップ１１３において、ボトムＢｔが電源電圧Ｖccの最大値以上の場合、ステップ１１６に移行する。

【0059】

ステップ１１４において、制御部５９は、パルス電圧ＶplのボトムＢｔ及びピークＰｋの組み合わせを、ボトムＢｔを「Ｙ＝ａ（Ｘ－６）［Ｖ］」、ピークＰｋを「１２［Ｖ］」に決定する。

【0060】

そして、ステップ１１５において、制御部５９は、レギュレータ６０からコイル８に、Ｙ＝ａ（Ｘ－６）［Ｖ］と１２［Ｖ］とが交互に印加されるように、制御信号Ｖｓによって可変抵抗６６を調整する。これにより、ステップ１１４で設定したボトムＢｔ及びピークＰｋの組み合わせに基づく電流がコイル８に流され、結果、この電流に応じた開度で弁２８が開く。

【0061】

ステップ１１６に移行した場合、制御部５９は、パルス電圧ＶplのボトムＢｔ及びピークＰｋの組み合わせを、ボトムＢｔ及びピークＰｋの両方とも、「１２［Ｖ］」に決定する。

【0062】

そして、ステップ１１７において、制御部５９は、レギュレータ６０からコイル８に、１２［Ｖ］が常時印加されるように、制御信号Ｖｓによって可変抵抗６６を調整する。これにより、ステップ１１７で設定したボトムＢｔ及びピークＰｋの組み合わせに基づく電流がコイル８に流され、結果、この電流に応じた開度で弁２８が開く。

【0063】

（本例の比例弁制御の利点）
図８に示す通り、コイル８に電流を流すためにレギュレータ６０からコイル８に印加される電圧は、所定周期でオンオフを繰り返すパルス電圧Ｖplである。これにより、プランジャ１０が動くとき、微振動を発生させることが可能となるため、プランジャ１０に発生する摺動抵抗（摩擦抵抗）が低減される。よって、弁２８の開時と閉時との流量差、いわゆる応差（ヒステリシス）を小さく抑えることが可能となる。

【0064】

特に、図５に示す通り、本例のパルス電圧Ｖplは、弁２８の開閉時の応差（ヒステリシス）が大きくなるところ程、振幅Ａｘが大きくなるように設定されている。具体的には、プランジャ１０の移動範囲が中間位置付近ほど、振幅Ａｘを大きくする。このため、応差が大きくなる領域では、プランジャ１０の微振動量が大きくなるので、その分、応差を小さく抑えることが可能となる。よって、比例弁１の流量を精度よく制御することが可能となる。

【0065】

図１０は、「Ｐａ」、「Ｐｂ」、「Ｐｃ」の各圧力における流体の流量変化曲線Ｌである。図１０の場合、圧力がＰａ（＞Ｐｂ）の流量変化曲線Ｌが「Ｌ１」であり、圧力がＰｂ（＞Ｐｃ）の流量変化曲線Ｌが「Ｌ２」であり、圧力がＰｃの流量変化曲線Ｌが「Ｌ３」である。本例の場合、「Ｐａ」～「Ｐｃ」のいずれにおいても、応差が小さく抑えられていることが分かる。よって、流体の圧力が変化しても、応差を小さくできることが分かる。

【0066】

（実施形態の効果）
上記実施形態の構成によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）比例弁１は、コイル８の起磁力と弾性部２０の弾性力とに基づき動いて弁部２を開閉させるプランジャ１０に作用する圧力と、弁部２に作用する圧力と、が同圧に設定されたバランス型である。比例弁制御装置５７は、バランス型の比例弁１においてコイル８を制御することにより、弁部２の弁開度を設定する。比例弁制御装置５７は、コイル８にパルス電圧Ｖplを印加してプランジャ１０を駆動する駆動部５８と、弁部２の弁開度を制御する制御部５９と、を備える。制御部５９は、弁開度の指令値Ｖinに応じた振幅Ａｘを有するパルス電圧Ｖplを駆動部５８からコイル８に印加し、パルス電圧Ｖplに応じた電流をコイル８に流して、弁部２の弁開度を制御する。

【0067】

本構成によれば、弁開度に応じた振幅Ａｘを有するパルス電圧Ｖplをコイル８に印加して弁２８を開閉させるので、弁開度に応じた微振動をプランジャ１０に発生させることが可能となる。これにより、プランジャ１０の移動時の摺動抵抗の影響を抑制することが可能となる。よって、流量制御の精度を向上することができる。

【0068】

（２）パルス電圧Ｖplは、振幅Ａｘに関係なく一定の周期を有する。この構成によれば、一定の周期でパルス電圧Ｖplを印加すればよいため、簡素な制御で済む。
（３）制御部５９は、同じ電流であっても弁開度を大きくするときと弁開度を小さくするときとで弁開度が異なってしまう現象に対応するパルス電圧Ｖplを駆動部５８に出力させる。この構成によれば、同一電流値であっても開弁時と閉弁時とで弁開度に差が生じる現象、いわゆるヒステリシスの現象を、抑制することができる。

【0069】

（４）振幅Ａｘは、弁部２の全閉付近及び全開付近では小さく設定され、弁開度の中間付近では大きく設定されている。この構成によれば、プランジャ１０が弁開度の中間付近に位置する場合に摺動抵抗が大きくなってしまう現象に好適に対処できる。

【0070】

（５）駆動部５８は、一定電圧を出力するレギュレータ６０と、レギュレータ６０の出力を調整するための分圧回路６１と、を備える。分圧回路６１は、一定の抵抗値を有する定抵抗６５と、制御部５９からの制御信号Ｖｓによって抵抗値を可変可能な可変抵抗６６と、を備える。制御部５９は、指令値Ｖinに基づいて可変抵抗６６の抵抗値を切り替えることにより、振幅Ａｘを制御する。この構成によれば、駆動部５８の構成を、レギュレータ６０及び分圧回路６１を用いた簡易な構成とすることができる。また、分圧回路６１が有する可変抵抗６６の抵抗値を切り替えるという簡易な制御により、パルス電圧Ｖplの振幅Ａｘを変化させることができる。

【0071】

（６）可変抵抗６６は、デジタル信号の制御信号Ｖｓにより抵抗値を可変可能なデジタルポテンショメータである。この構成によれば、制御部５９から出力されるデジタル信号によって、可変抵抗６６の抵抗値を簡易に調整することができる。

【0072】

（７）制御部５９は、振幅ＡｘのボトムＢｔ及びピークＰｋの一方を固定値として、これらの他方を可変の対象とする処理により、振幅Ａｘを変化させる。この構成によれば、パルス電圧Ｖplの振幅Ａｘを簡易に設定できる。

【0073】

（他の実施形態）
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0074】

・図１１に示すように、制御部５９は、振幅ＡｘのボトムＢｔ及びピークＰｋの両方を可変の対象とする処理により、振幅Ａｘを変化させてもよい。この構成によれば、パルス電圧Ｖplの振幅Ａｘの決め方を多様化することが可能となるので、最適な振幅Ａｘを設定するのに有利である。

【0075】

・駆動部５８は、レギュレータ６０及び分圧回路６１で構成されることに限定されない。例えば、駆動部５８は、制御信号Ｖｓに基づいて出力電圧が変化するＩＣなどで構成されてもよい。

【0076】

・可変抵抗６６は、デジタルポテンショメータに限らず、機械式の可変抵抗器でもよい。
・パルス電圧Ｖplは、周期が一定の信号に限らず、周期が変化する信号でもよい。

【0077】

・弁２８は、ポペット弁に限定されず、例えば、スプール弁としてもよい。
・比例弁１は、例えば、供給ポート２６及び出力ポート２７を有する２ポートタイプに限定されず、これらの他に排気ポートも有する３ポートタイプでもよい。

【0078】

・比例弁１は、例えば、ＦＡ（Factory Automation）機器、医療機器に適用可能である。また、比例弁１は、食品工業に用いる流体制御装置や、薬品を梱包する加熱装置や、半導体製造に関するガス制御装置に利用されてもよい。

【0079】

・制御部５９は、［１］コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って動作する１つ以上のプロセッサによって構成されてもよいし、［２］そのようなプロセッサと、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の１つ以上の専用のハードウェア回路との組み合わせによって構成されてもよい。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコード、又は指令を格納している。メモリ（コンピュータ可読媒体）は、汎用、又は専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。或いは、上記プロセッサを含むコンピュータに代えて、各種処理の全てを実行する１つ以上の専用のハードウェア回路によって構成された処理回路が用いられてもよい。

【0080】

・本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【符号の説明】

【0081】

１…比例弁、２…弁部、８…コイル、１０…プランジャ、２０…弾性部、５７…比例弁制御装置、５８…駆動部、５９…制御部、６０…レギュレータ、６１…分圧回路、６５…定抵抗、６６…可変抵抗、Ｖpl…パルス電圧、Ｖin…指令値、Ａｘ…振幅、Ｖｓ…制御信号、Ｂｔ…ボトム、Ｐｋ…ピーク。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】