制御回路、電磁弁、バルブセレクタ及び流体移送装置
【課題】 電磁弁を制御するための、回路サイズが従来よりも小さい制御回路等を提供する。
【解決手段】 制御回路は、電磁弁を制御するものであり、電磁弁を動作させるソレノイドと、コンデンサと、接続関係を切り替える切替手段と、接続関係の切り替えを制御する切替制御手段とを備える。ソレノイドとコンデンサと切替手段とは、順に接続される。切替制御手段は、ソレノイド、コンデンサ及び切替手段と並列に接続される。通電を行う電源は、ソレノイド、コンデンサ及び切替手段と並列に接続される。切替制御手段は、切替手段を制御して、電源、ソレノイド、コンデンサ及び切替手段を含む閉回路であって、ソレノイドに対する通電及びコンデンサへの蓄電を行う回路と、電源及び切替制御手段のいずれも含まずに、ソレノイド、コンデンサ及び切替手段を含む閉回路であって、コンデンサの放電によりソレノイドに対する通電を行う回路とを切り替えさせる。
【解決手段】 制御回路は、電磁弁を制御するものであり、電磁弁を動作させるソレノイドと、コンデンサと、接続関係を切り替える切替手段と、接続関係の切り替えを制御する切替制御手段とを備える。ソレノイドとコンデンサと切替手段とは、順に接続される。切替制御手段は、ソレノイド、コンデンサ及び切替手段と並列に接続される。通電を行う電源は、ソレノイド、コンデンサ及び切替手段と並列に接続される。切替制御手段は、切替手段を制御して、電源、ソレノイド、コンデンサ及び切替手段を含む閉回路であって、ソレノイドに対する通電及びコンデンサへの蓄電を行う回路と、電源及び切替制御手段のいずれも含まずに、ソレノイド、コンデンサ及び切替手段を含む閉回路であって、コンデンサの放電によりソレノイドに対する通電を行う回路とを切り替えさせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御回路、電磁弁、バルブセレクタ及び流体移送装置に関し、特に、電磁弁を制御する制御回路等を用いた省発熱、省電力に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
電磁弁の発熱は、一般に望ましくない。そのため、従来、電磁弁の発熱低減・省電力が図られてきた。
【０００３】
例えば、特許文献１には、図４及び図５に示す自己保持型電磁弁の制御装置４１及び７１が記載されている。制御装置４１は、コイル４３１、４３２の励磁によって消磁後も開弁状態を保つようにした自己保持型電磁弁に関するものである。制御装置４１は、電圧降下前にコンデンサ４９に充電し、電圧検出回路５１が電圧の降下を検出すると、コンデンサ４９の電荷をコイル４３１、４３２に与えて自己保持型電磁弁を閉弁状態とするものである。制御装置７１も、同様に、電圧降下前にコンデンサ７９に充電し、電圧検出回路８１が電圧の降下を検出すると、コンデンサ７９の電荷をコイル７３に与えて自己保持型電磁弁を閉弁状態とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６３−１４６２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の制御回路４１及び７１は、停電などの緊急時に、ガス燃料の供給／遮断を行う電磁弁を自動的に閉弁状態とすることを目的としている。回路サイズが大きくとも取り立てて課題とされることはない。そのため、特許文献１に開示された制御回路４１及び７１は、いずれも、複雑に構成されて回路サイズが大きいという問題がある。
【０００６】
例えば、図４の制御回路４１は、電磁弁の開弁制御及び閉弁制御のために複数のコイル４３１及び４３２を必要とする。さらに、駆動回路４５は、複数のコイル４３１及び４３２を個別に制御するものである。そのため、制御回路４１の回路サイズが大きくなってしまう。
【０００７】
また、図５の制御回路７１は、１つのコイル７３を制御するために４つものトランジスタ７５１、７５２、７５３及び７５４を必要とする。さらに、これらのトランジスタを個別に制御するための駆動回路を必要とする。さらに、図５の制御回路７１においては、検出回路８１がトランジスタ７５１、７５２、７５３及び７５４を駆動させることとされている。そのため、検出回路８１にはこれらのトランジスタのベース電流のレベルを増減する機能が必要となる。よって、制御回路７１の回路サイズが大きくなってしまう。
【０００８】
しかしながら、例えば、流体移送装置では、高価で極度に熱に弱い抗体液を移送する場合がある。このような流体移送装置は、流路の断面積が小さい。そのため、バルブセレクタのような小さな機器において、電磁弁を用いて液体の流路への流入及び流路からの流出を制御する場合、複雑な構成の回路は、省発熱及び省電力の観点から採用することはできない。
【０００９】
このような流体移送装置における実用的な電磁弁をより適切な形で実現するためには、さらなる回路サイズの縮小が課題となっていた。出願人は、長年にわたり、最低限度の印加電圧で電磁弁の開閉等の動作を可能とする、省発熱・省電力の制御回路の開発を行ってきた。
【００１０】
ゆえに、本願発明は、電磁弁を制御するための、回路サイズが従来よりも小さい制御回路等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、電磁弁を制御する制御回路であって、通電されることにより前記電磁弁を動作させるソレノイドと、前記通電の開始に伴って電荷を蓄えるコンデンサと、接続関係を切り替える切替手段と、前記切替手段による接続関係の切り替えを制御する切替制御手段とを備え、前記ソレノイドと前記コンデンサと前記切替手段とは、順に接続されており、前記切替制御手段は、前記ソレノイド、前記コンデンサ及び前記切替手段と並列に接続されており、前記通電を行う電源は、前記ソレノイド、前記コンデンサ及び前記切替手段と並列に接続されるものであり、前記切替制御手段は、前記切替手段を制御して、前記電源、前記ソレノイド、前記コンデンサ及び前記切替手段を含む閉回路であって、前記ソレノイドに対する前記通電及び前記コンデンサへの蓄電を行う回路である第１回路の形成と、前記電源及び前記切替制御手段のいずれも含まずに、前記ソレノイド、前記コンデンサ及び前記切替手段を含む閉回路であって、前記コンデンサの放電により前記ソレノイドに対する前記通電を行う回路である第２回路の形成とを切り替えさせる、制御回路である。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の制御回路であって、前記切替手段は、リレーであり、前記切替制御手段は、前記電源が電圧の印加を開始又は停止することにより、前記リレーを制御して前記第１回路と前記第２回路との接続を切り替えさせる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項２記載の制御回路であって、前記リレーは、第１接点、第２接点及び第３接点を有するものであり、前記第１接点は、前記コンデンサに接続され、前記第２接点は、前記ソレノイド及び前記切替制御手段に接続され、前記第３接点は、前記切替制御手段に接続されるものであり、前記コンデンサは、一方を前記第１接点に、他方を前記ソレノイドに接続されるものであり、前記ソレノイドは、一方を前記コンデンサに、他方を前記第２接点及び前記切替制御手段に接続されるものであり、前記切替制御手段は、一方を前記第２接点及び前記ソレノイドに、他方を前記第３接点に接続されるものであり、前記切替制御手段は、前記リレーを制御して、前記印加が開始されることにより、前記第１接点と前記第３接点を接続させて、前記第１回路を形成させ、前記印加が停止されることにより、前記第１接点と前記第２接点を接続させて前記第２回路を形成させる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１記載の制御回路であって、前記ソレノイドは、少なくとも１つの前記電磁弁を動作させるために１つのみ存在し、前記切替手段は、１つ又は複数のトランジスタを有するトランジスタ部であり、前記切替制御手段は、前記トランジスタ部に制御信号を付与する制御信号付与手段であり、前記制御信号付与手段は、前記１つ又は複数のトランジスタのゲート電極への前記制御信号の付与により前記トランジスタ部を制御して、前記第１回路と前記第２回路との接続を切り替えさせる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項４記載の制御回路であって、前記トランジスタ部は、ゲート電極同士が接続された第１トランジスタ及び第２トランジスタを有しており、前記第１トランジスタのキャリアのタイプ及び前記第２トランジスタのキャリアのタイプは異なるものであり、前記第１トランジスタのソース電極と前記第２トランジスタのドレイン電極とが接続されており、又は、前記第１トランジスタのドレイン電極と前記第２トランジスタのソース電極とが接続されており、前記第１トランジスタと前記第２トランジスタのうち、前記第１回路には、前記第１トランジスタのみが含まれており、前記第２回路には、前記第２トランジスタのみが含まれており、前記制御信号付与手段は、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの接続された前記ゲート電極に接続されて、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの前記ゲート電極に同一の前記制御信号を付与する。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項１から５のいずれかに記載の制御回路によって制御される電磁弁である。
【００１７】
請求項７に係る発明は、請求項６記載の電磁弁により弁の開閉を行うバルブセレクタである。
【００１８】
請求項８に係る発明は、請求項７記載のバルブセレクタを備える流体移送装置である。
【００１９】
なお、切替制御手段は、電磁コイルによるものであってもよい。また、電磁弁は、通電されることにより開弁又は閉弁等の動作を行い、通電を停止しても弁の開閉状態を保持する、自己保持型の電磁弁であってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本願各請求項に係る発明によれば、１つのソレノイドで電磁弁の開閉を制御できる。さらに、シンプルな構成の切替手段及び切替制御手段のみが、ソレノイドに流れる電流の向きを決定する手段として回路の構成上必要なものである。したがって、従来よりも小さいサイズの制御回路で電磁弁を制御することが可能となる。その結果、発熱を極力抑えることが可能となる。例えば、ごく少量の液体を移送する流体移送装置において、バルブセレクタのような小さな機器に自己保持型の電磁弁を用いることにより、例えば抗体液のような高価で極度に熱に弱い液体を少量移送する際に、液体に深刻なダメージを与えることなく移送することが可能となる。
【００２１】
なお、特許文献１は、ガス燃料の供給／遮断を行う電磁弁に関するものである。そのため、本願発明とは、産業上の利用分野を異にし、目的を異にするものである。さらに、特許文献１に記載の回路は、例えば、ソレノイドの数が異なる、リレーを備えていない、トランジスタの数と配置が異なるなど、本願発明とは構成上も相違するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本願発明の実施の形態に係る制御回路の一例を示す回路図である。
【図２】図１の制御回路３において、（ａ）第１端子１３１及び第２端子１３２間の電圧Ｖｂ、（ｂ）電磁リレー２３の電磁コイル９にかかる電圧Ｖｒ、（ｃ）第１ラインＬ１を流れる電流Ｉ１、（ｄ）コンデンサ７にかかる電圧Ｖｃ、（ｅ）ソレノイド５、コンデンサ７及びリレー９の閉回路が形成された場合に当該閉回路を流れる電流Ｉ２、（ｆ）ソレノイド５にかかる電圧Ｖｓの経時変化を示すグラフである。
【図３】本願発明の実施の形態に係る制御回路の他の例を示す回路図である。
【図４】従来の制御回路の一例を示す回路図である。
【図５】従来の制御回路の別の例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本願発明の実施例について述べる。なお、本願発明は、実施例に限定されるものではない。
【００２４】
電磁弁は、駆動時に、一定以上の電圧の印加が必要である。電磁弁は、電圧の印加に伴って電力消費により発熱する。そこで、電磁弁からの発熱を抑制するためには、電磁弁として、自己保持型の電磁弁、すなわち、通電されることにより開弁又は閉弁等の動作を行い、通電を停止しても弁の開閉状態を保持するものを用いることが有効である。通電を停止しても弁の開閉状態を保持できるため、電磁弁からの発熱を極めて抑制することが可能となる。
【実施例１】
【００２５】
図１において、電磁弁１（本願請求項の「電磁弁」の一例）は、自己保持型の電磁弁である。電磁弁１は、例えばラッチ式電磁弁である。電磁弁１は、弁の開閉を担うプランジャ（図示を省略）と、通電による電磁力によりプランジャを移動させるソレノイド５（本願請求項の「ソレノイド」の一例）と、通電の停止後にも通電時のプランジャの位置を保持する磁石（図示を省略）と、プランジャの通電前の位置からの変位方向とは逆向きに力を加えて位置を保とうとするスプリング（図示を省略）を備える。制御回路３（本願請求項の「制御回路」の一例）は、電磁弁１のプランジャを制御するソレノイド５の通電を制御するものである。
【００２６】
続いて、電磁弁１の動作について述べる。ソレノイド５に通電すると、電磁力によりプランジャが移動して弁を開閉する。移動したプランジャは、スプリングの弾性力よりも大きな磁石の磁力により位置が保持される。そのため、通電を停止してもプランジャの位置は保持される。このとき、スプリングは、引き伸ばされて又は押し込まれて、弾性エネルギーを蓄積したまま保持される。プランジャの位置を元に戻すには、通電する電圧の極性を逆方向とした電圧をソレノイド５に印加する。すると、ソレノイド５から磁石とは逆の磁界が発生し、電磁力と変位したスプリングの弾性力の和が磁力を上回って、プランジャは元の位置に戻る。元の位置では、プランジャの変位を妨げるスプリングの弾性力は、単独で、プランジャを引きつけようとする磁石の磁力を上回る。そのため、通電を停止してもプランジャの位置は保持される。
【００２７】
図１を参照して、本願発明の実施例に係る制御回路３の回路構成について説明する。図１は、本願発明の実施例に係る制御回路の一例である制御回路３を示す回路図である。
【００２８】
制御回路３は、電磁弁１を制御する回路である。制御回路３は、通電されることにより電磁弁１を開閉するソレノイド５と、ソレノイド５への通電の開始に伴って電荷を蓄えるコンデンサ７（本願請求項の「コンデンサ」の一例）と、接続関係を切り替えるリレー９（本願請求項の「リレー」の一例）と、リレー９の切り替えを制御する電磁コイル１１（本願請求項の「切替制御手段」の一例）と、電磁コイル１１並びにソレノイド５、コンデンサ７及びリレー９に電圧を印加して通電を行うための電源（本願請求項の「電源」の一例）を接続する第１端子１３１及び第２端子１３２とを備える。ここで、リレー９は、本願請求項の「切替手段」の一例でもある。
【００２９】
電磁弁１は、ソレノイド５に電流が流れると、電磁力により開閉する。ここで、電磁弁１は、一度電磁力により開閉した後は、ソレノイド５への電流が停止されてもその開閉が維持される。例えば、図１中の実践矢印Ａ方向に電流が流れたときに電磁弁１が開弁されたとすると、Ａ方向の電流がゼロとなった後も開弁状態が保たれる。逆に、点線矢印Ｂ方向に電流が流れると電磁弁１は閉弁し、Ｂ方向の電流がゼロとなった後も閉弁状態が保たれる。
【００３０】
続いて、制御回路３が備える回路素子の接続関係について述べる。ソレノイド５とコンデンサ７とリレー９とは、順に接続されている。また、電磁コイル１１は、ソレノイド５、コンデンサ７及びリレー９と並列に接続されている。さらに、電磁コイル１１と並列に電圧を印加するべく、第１端子１３１及び第２端子１３２が接続されている。リレー９は、３つの接点（第１接点１５１（本願請求項の「第１接点」の一例）、第２接点１５２（本願請求項の「第２接点」の一例）及び第３接点１５３（本願請求項の「第３接点」の一例））を有する。リレー９の第１接点１５１は、コンデンサ７に接続され、第２接点１５２は、ソレノイド５及び電磁コイル１１に接続され、第３接点１５３は、電磁コイル１１に接続される。第１ラインＬ１は、リレー９の第３接点１５３と第１端子１３１とを接続する導線である。第２ラインＬ２は、ソレノイド５と第２端子１３２とを接続する導線である。コンデンサ７は、一方をリレー９の第１接点１５１に、他方をソレノイド５に接続される。ソレノイド５は、一方をコンデンサ７に、他方をリレー９の第２接点１５２及び電磁コイル１１に接続される。電磁コイル１１は、一方で、接続点１７において第１ラインＬ１に接続されている。また、電磁コイル１１は、他方で、接続点１９において、第２ラインＬ２に接続されている。さらに、リレー９の第２端子１３２も、接続点２１において、第２ラインＬ２に接続されている。リレー９及び電磁コイル１１は、全体として電磁リレー２３をなしている。
【００３１】
ここで、電磁リレー２３について具体的に説明する。リレー９の第１接点１５１は、第２接点１５２又は第３接点１５３のいずれか一方にのみ接続されるコモン接点である。また、第１接点１５１は、電磁コイル１１への電圧の印加が無い場合には、ノーマルクローズ接点である第２接点１５２に接続され、電磁コイル１１への電圧の印加が有る場合には、ノーマルオープン接点である第３接点１５３に接続される。
【００３２】
第１端子１３１及び第２端子１３２に電源が接続され、コモン接点である第１接点１５１とノーマルクローズ接点である第３接点１５３が接続されたとき、通電を行う電源、ソレノイド５、コンデンサ７及びリレー９を含む閉回路であって、ソレノイド５に対する通電及びコンデンサ７への蓄電を行う第１回路（本願請求項の「第１回路」の一例）が形成される。
【００３３】
また、第１接点１５１とノーマルオープン接点である第２接点１５２が接続されたとき、通電を行う電源及び電磁コイル１１のいずれも含まずに、ソレノイド５、コンデンサ７及びリレー９を含む閉回路であって、コンデンサ７の放電によりソレノイド５に対する通電を行う回路である第２回路（本願請求項の「第２回路」の一例）が形成される。
【００３４】
電磁コイル１１は、電磁コイル１１と並列に電圧が印加又は停止されることにより、リレー９を制御して第１回路と第２回路との接続を切り替えさせる。
【００３５】
続いて、図２を参照して、本願発明の実施例に係る制御回路３の動作について説明する。図２は、図１の制御回路３において、（ａ）第１端子１３１及び第２端子１３２間の電源電圧Ｖｂ、（ｂ）電磁リレー２３の電磁コイル１１にかかる電圧Ｖｒ、（ｃ）第１ラインＬ１を流れる電流Ｉ１、（ｄ）コンデンサ７にかかる電圧Ｖｃ、（ｅ）ソレノイド５、コンデンサ７及びリレー９の閉回路が形成された場合に当該閉回路を流れる電流Ｉ２、（ｆ）ソレノイド５にかかる電圧Ｖｓの経時変化を示すグラフである。
【００３６】
時刻Ｔ１以前においては、第１端子１３１及び第２端子１３２間に電圧は印加されておらず、電磁コイル１１にも電圧が印加されていないとする。このとき、リレー９においては、コモン接点である第１接点１５１とノーマルクローズ接点である第２接点１５２とが接続されている。このとき、制御回路３には、電流Ｉ１及びＩ２共に流れていない。また、電磁弁１は、閉弁状態であるとする。
【００３７】
まず、時刻Ｔ１において、第１端子１３１及び第２端子１３２間に電源電圧ＶｂとしてＶの印加（本願請求項の「電圧の印加」の一例）が開始される（図２（ａ））。すると、電磁コイル１１に印加される電圧Ｖｒは、徐々に増加し、時刻Ｔ２において、電圧Ｖに達する（図２（ｂ））。このとき、リレー９において、コモン接点である第１接点１５１とノーマルオープン端子である第３接点１５３とが接続されて第１回路が形成される。直後に、ソレノイド５に電圧Ｖが印加されて（図２（ｃ））、例えばコンデンサ７からソレノイド５に向かう図１中のＡ方向に電流Ｉ１が流れる（図２（ｄ））。また、ソレノイド５への通電（本願請求項の「通電」の一例）に伴って電磁弁１のプランジャが移動し、開弁状態となる。電流Ｉ１によりコンデンサ７に電荷が蓄積されるにつれて、コンデンサ７にかかる電圧Ｖｃは徐々に増加し（図２（ｅ））、一方でＶｃ及びＩ１は徐々に減少する（図２（ｃ）及び（ｄ））。ここで、ソレノイド５及びコンデンサ７にそれぞれ印加される電圧Ｖｃ及びＶｓの和は、常にＶで一定である。
【００３８】
コンデンサ７の時定数で定まる時刻Ｔ３において、ソレノイド５への印加電圧Ｖｓ、電流Ｉ１共にほぼゼロとなり（図２（ｃ）及び（ｄ））、コンデンサ７にほぼＶの電圧が印加される（図２（ｅ））。ソレノイド５の電磁力は、ほぼゼロとなるが、移動したプランジャは、磁石により位置を保持される。そのため、自己保持型の電磁弁１は、ほとんど発熱することなく開弁状態に保たれる。また、コンデンサ７には、電圧Ｖに相当する電荷が蓄積されている。
【００３９】
時刻Ｔ４において、電源電圧Ｖｂの印加を停止すると（図２（ａ））、電磁コイル１１に印加される電圧Ｖｒは徐々に減少し、時刻Ｔ５において、ゼロとなる（図２（ｂ））。このとき、リレー９において、再び、コモン接点である第１接点１５１とノーマルクローズ接点である第２接点１５２とが接続されて第２回路が形成される。すると、電源及び電磁コイル１１のいずれも含まずに、ソレノイド５、コンデンサ７、リレー９を含む閉回路に、コンデンサ７に蓄積された電荷が、例えばＢ方向に電流Ｉ２として流れる（図２（ｆ））。このとき、ソレノイド５に先ほどとは逆方向の電圧Ｖが印加されて（図２（ｃ））電磁力を発生し、電磁弁１が閉弁状態となる。コンデンサ７に蓄積された電荷が放出されるに伴い（図２（ｅ））、電流Ｉ２及びソレノイドに印加される電圧Ｖｓは徐々に減少する（図２（ｃ）及び（ｆ））。
【００４０】
時刻Ｔ６において、Ｖｓ及びＩ２共にゼロとなる（図２（ｃ）及び（ｆ））。その後も、自己保持型の電磁弁１は、ほとんど発熱することなく閉弁状態に保たれる。コンデンサ７に蓄積されていた電荷は全て放出され（図２（ｅ））、制御回路３は、時刻Ｔ１以前の状態となる。
【００４１】
このように、本願の実施の形態に係る制御回路３を用いることにより、自己保持型の電磁弁１をごくシンプルで小さな回路により制御することが可能となる。
【００４２】
なお、ソレノイド５、コンデンサ７及びリレー９と、リレー９を制御する電磁コイル１１と、電圧を印加するための第１端子１３１及び第２端子１３２間とが並列に接続されていれば、接続点１７は、必ずしも第１ラインＬ１の線分上になくともよい。同じく、接続点１９及び接続点２１は、必ずしも第２ラインＬ２の線分上になくともよい。
【００４３】
また、リレー９の第１接点１５１は、電圧の印加がある状態では第３接点１５３と接続され、かつ、電圧の印加が停止された際に第２接点１５２と接続されるものであればよく、コンデンサ７に蓄積された電荷が完全に放出された後に電圧の印加が無い状態で待機する間、図５の第３接点１５３と接続されるものであってもよい。
【実施例２】
【００４４】
続いて、図３を参照して、制御回路１０３について述べる。図３は、本願発明の実施の形態に係る制御回路の他の例である制御回路１０３を示す回路図である。
【００４５】
制御回路１０３は、電磁弁１０１（本願請求項の「電磁弁」の他の一例）を制御する回路である。制御回路１０３は、通電されることにより電磁弁１０１を開閉するソレノイド１０５（本願請求項の「ソレノイド」の他の一例）と、ソレノイド１０５への通電の開始に伴って電荷を蓄えるコンデンサ１０７（本願請求項の「コンデンサ」の他の一例）と、接続関係を切り替えるトランジスタ部１０９（本願請求項の「トランジスタ部」の一例）と、トランジスタ部１０９の切り替えを制御する制御信号付与部１１１（本願請求項の「制御信号付与手段」の一例）と、制御信号付与部１１１並びにソレノイド１０５、コンデンサ１０７及びトランジスタ部１０９に電圧を印加するための電源（本願請求項の「電源」の他の一例）を接続する第１端子１１３１及び第２端子１１３２とを備える。ここで、トランジスタ部１０９は、本願請求項の「切替手段」の一例でもある。また、制御信号付与部１１１は、本願請求項の「切替制御手段」の一例でもある。
【００４６】
実施例１と実施例２を比較して、電磁弁１０１は、電磁弁１に対応する。制御回路１０３は、制御回路３に対応する。ソレノイド１０５は、ソレノイド５に対応する。コンデンサ１０７は、コンデンサ７に対応する。トランジスタ部１０９は、リレー９に対応する。制御信号付与部１１１は、電磁コイル１１に対応する。第１端子１１３１及び第２端子１１３２は、それぞれ第１端子１３１及び第２端子１３２に対応する。以下では、主に実施例１と異なる部分について述べる。
【００４７】
トランジスタ部１０９は、第１トランジスタ１１５３（本願請求項の「第１トランジスタ」の一例）及び第２トランジスタ１１５２（本願請求項の「第２トランジスタ」の一例）を有する。第１トランジスタ１１５３のソース電極と第２トランジスタ１１５２のドレイン電極とは接続点１１５１において接続されており、接続点１１５１は、コンデンサ１０７とも接続されている。また、第１トランジスタ１１５３と第２トランジスタ１１５２とはゲート電極同士が接続点１２５で接続されており、接続点１２５は、制御信号付与部１１１とも接続されている。第３ラインＬ３は、トランジスタ部１０９の第１トランジスタ１１５３と第１端子１１３１とを接続する導線である。第４ラインＬ４は、ソレノイド１０５と第２端子１１３２とを接続する導線である。第２トランジスタ１１５２は、接続点１２１において第４ラインＬ４にも接続されている。
【００４８】
ここで、第１トランジスタ１１５３のキャリアのタイプと第２トランジスタ１１５２のキャリアのタイプとは、異なるものである。例えば、ここでは、第１トランジスタ１１５３は正孔をキャリアとするＰＭＯＳのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、第２トランジスタ１１５２は電子をキャリアとするＮＭＯＳのＦＥＴであるとする。第１トランジスタ１１５３は、ゲート電極に電圧が印加されるとオフとなり、ゲート電極への電圧印加が停止されるとオンとなるものである。第２トランジスタ１１５２は、ゲート電極に電圧が印加されるとオンとなり、ゲート電極への電圧印加が停止されるとオフとなるものである。
【００４９】
制御信号付与部１１１は、抵抗１２９１，１２９２と、スイッチ１３１とを有する。抵抗１２９１は、第３ラインＬ３と接続点１１７において接続され、また、抵抗１２９２とも接続点１２７において接続されている。抵抗１２９２は、第４ラインＬ４と接続点１１９において接続され、また、抵抗１２９１とも接続点１２７において接続されている。抵抗１２９１，１２９２は、ゲート電極に印加される電圧の値を調整するためのものである。スイッチ１３１は、トランジスタ部１０９と接続点１２５において接続され、第４ラインＬ４と接続点１２６において接続されている。スイッチ１３１と接続点１２５とを結ぶ導線である第５ラインＬ５と、抵抗１２９１と抵抗１２９２とを接続する導線であるＬ６とは、接続点１２７において接続されている。
【００５０】
続いて、制御回路１０３の動作について説明する。まず、電磁弁１０１は閉弁状態であり、第１端子１１３１及び第２端子１１３２に電源が接続されて電圧が印加され、スイッチ１３１は開状態であるとする。このとき、第１トランジスタ１１５３はオフであり、第２トランジスタ１１５２はオンとなっている。なお、第２端子１１３２は、接地されているとする。この時点で、制御信号付与部１１１からトランジスタ部１０９へは制御信号は付与されていない。
【００５１】
次に、スイッチ１３１を閉状態とすると、トランジスタ部１０９の接続点１２５を通じてゲート電極は０Ｖ側に導通される（制御信号が付与される）。このとき、第１トランジスタ１１５３はオンとなり、第２トランジスタ１１５２はオフとなる。したがって、通電を行う電源、ソレノイド１０５、コンデンサ１０７及びトランジスタ部１０９を含む閉回路であって、ソレノイド１０５に対する通電及びコンデンサ１０７への蓄電を行う回路である第１回路（本願請求項の「第１回路」の他の一例）が形成される。このとき、ソレノイド１０５には、例えば、図３中に実践矢印で示すＡの向きに電流が流れて電磁弁１０１が開弁される。コンデンサ１０７への蓄電が完了してソレノイド１０５に流れる電流値が０となった後も、電磁弁１０１の開弁状態は保たれる。
【００５２】
続いて、スイッチ１３１を開状態とすると、接続点１２５を通じてゲート電極へは再び電圧が印加される（制御信号の付与が停止される）。このとき、第１トランジスタ１１５３は再びオフとなり、第２トランジスタ１１５２は再びオンとなる。したがって、通電を行う電源及び制御信号付与部１１１のいずれも含まずに、ソレノイド１０５、コンデンサ１０７及びトランジスタ部１０９を含む閉回路であって、コンデンサ１０７の放電によりソレノイド１０５に対する通電を行う第２回路（本願請求項の「第２回路」の他の一例）が形成される。このとき、ソレノイド１０５には、例えば、図３中に点線矢印で示すＢの向きに電流が流れて電磁弁１０１が閉弁される。コンデンサ１０７の放電が完了してソレノイド１０５に流れる電流値が０となった後も電磁弁１０１の閉弁状態は保たれる。
【００５３】
なお、第１トランジスタ１１５３と第２トランジスタ１１５２とは、電圧の印加及び停止によってトランジスタ部１０９が第１回路と第２回路とを切り替え可能であればよく、各トランジスタのキャリアのタイプはいずれが正孔をキャリアとするものであってもよい。
【００５４】
さらに、第１トランジスタ１１５３と第２トランジスタ１１５２とは、接続点１１５１において第１トランジスタ１１５３のドレイン電極と第２トランジスタ１１５２のソース電極とが接続されたものであってもよい。
【００５５】
さらに、第１端子と第２端子との間で電源を接続して電圧を印加したときに電位差があればよく、第２端子１１３２は接地されていなくともよい。
【００５６】
さらに、制御信号付与部１１１は、制御信号の付与の有無で第１回路と第２回路とをトランジスタ部１０９に切り替えさせることができればよく、０Ｖに接地したときを制御信号が付与されたと捉えてもよいし制御信号の付与が停止されたと捉えてもよい。
【００５７】
さらに、電磁弁１，１０１は、発熱を抑制するためにソレノイド５，１０５に通電して弁の開閉を行う自己保持型の電磁弁であればよく、ラッチ式電磁弁以外のものであってもよい。
【００５８】
さらに、切替手段が行う回路の切り替えによって電磁弁１，１０１の開閉が行われればよく、第１回路又は第２回路によって電流が流れる向きはＡ方向又はＢ方向のいずれでもよいし、いずれの方向に流れたときに電磁弁１，１０１が開弁又は閉弁するかもどちらでもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１，１０１・・・電磁弁、３，１０３・・・制御回路、５，１０５・・・ソレノイド、７，１０７・・・コンデンサ、９・・・リレー、１１・・・電磁コイル、２３・・・電磁リレー、１０９・・・トランジスタ部、１１１・・・制御信号付与部、１１５２，１１５３・・・トランジスタ、１３１・・・スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御回路、電磁弁、バルブセレクタ及び流体移送装置に関し、特に、電磁弁を制御する制御回路等を用いた省発熱、省電力に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
電磁弁の発熱は、一般に望ましくない。そのため、従来、電磁弁の発熱低減・省電力が図られてきた。
【０００３】
例えば、特許文献１には、図４及び図５に示す自己保持型電磁弁の制御装置４１及び７１が記載されている。制御装置４１は、コイル４３１、４３２の励磁によって消磁後も開弁状態を保つようにした自己保持型電磁弁に関するものである。制御装置４１は、電圧降下前にコンデンサ４９に充電し、電圧検出回路５１が電圧の降下を検出すると、コンデンサ４９の電荷をコイル４３１、４３２に与えて自己保持型電磁弁を閉弁状態とするものである。制御装置７１も、同様に、電圧降下前にコンデンサ７９に充電し、電圧検出回路８１が電圧の降下を検出すると、コンデンサ７９の電荷をコイル７３に与えて自己保持型電磁弁を閉弁状態とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６３−１４６２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の制御回路４１及び７１は、停電などの緊急時に、ガス燃料の供給／遮断を行う電磁弁を自動的に閉弁状態とすることを目的としている。回路サイズが大きくとも取り立てて課題とされることはない。そのため、特許文献１に開示された制御回路４１及び７１は、いずれも、複雑に構成されて回路サイズが大きいという問題がある。
【０００６】
例えば、図４の制御回路４１は、電磁弁の開弁制御及び閉弁制御のために複数のコイル４３１及び４３２を必要とする。さらに、駆動回路４５は、複数のコイル４３１及び４３２を個別に制御するものである。そのため、制御回路４１の回路サイズが大きくなってしまう。
【０００７】
また、図５の制御回路７１は、１つのコイル７３を制御するために４つものトランジスタ７５１、７５２、７５３及び７５４を必要とする。さらに、これらのトランジスタを個別に制御するための駆動回路を必要とする。さらに、図５の制御回路７１においては、検出回路８１がトランジスタ７５１、７５２、７５３及び７５４を駆動させることとされている。そのため、検出回路８１にはこれらのトランジスタのベース電流のレベルを増減する機能が必要となる。よって、制御回路７１の回路サイズが大きくなってしまう。
【０００８】
しかしながら、例えば、流体移送装置では、高価で極度に熱に弱い抗体液を移送する場合がある。このような流体移送装置は、流路の断面積が小さい。そのため、バルブセレクタのような小さな機器において、電磁弁を用いて液体の流路への流入及び流路からの流出を制御する場合、複雑な構成の回路は、省発熱及び省電力の観点から採用することはできない。
【０００９】
このような流体移送装置における実用的な電磁弁をより適切な形で実現するためには、さらなる回路サイズの縮小が課題となっていた。出願人は、長年にわたり、最低限度の印加電圧で電磁弁の開閉等の動作を可能とする、省発熱・省電力の制御回路の開発を行ってきた。
【００１０】
ゆえに、本願発明は、電磁弁を制御するための、回路サイズが従来よりも小さい制御回路等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、電磁弁を制御する制御回路であって、通電されることにより前記電磁弁を動作させるソレノイドと、前記通電の開始に伴って電荷を蓄えるコンデンサと、接続関係を切り替える切替手段と、前記切替手段による接続関係の切り替えを制御する切替制御手段とを備え、前記ソレノイドと前記コンデンサと前記切替手段とは、順に接続されており、前記切替制御手段は、前記ソレノイド、前記コンデンサ及び前記切替手段と並列に接続されており、前記通電を行う電源は、前記ソレノイド、前記コンデンサ及び前記切替手段と並列に接続されるものであり、前記切替制御手段は、前記切替手段を制御して、前記電源、前記ソレノイド、前記コンデンサ及び前記切替手段を含む閉回路であって、前記ソレノイドに対する前記通電及び前記コンデンサへの蓄電を行う回路である第１回路の形成と、前記電源及び前記切替制御手段のいずれも含まずに、前記ソレノイド、前記コンデンサ及び前記切替手段を含む閉回路であって、前記コンデンサの放電により前記ソレノイドに対する前記通電を行う回路である第２回路の形成とを切り替えさせる、制御回路である。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の制御回路であって、前記切替手段は、リレーであり、前記切替制御手段は、前記電源が電圧の印加を開始又は停止することにより、前記リレーを制御して前記第１回路と前記第２回路との接続を切り替えさせる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項２記載の制御回路であって、前記リレーは、第１接点、第２接点及び第３接点を有するものであり、前記第１接点は、前記コンデンサに接続され、前記第２接点は、前記ソレノイド及び前記切替制御手段に接続され、前記第３接点は、前記切替制御手段に接続されるものであり、前記コンデンサは、一方を前記第１接点に、他方を前記ソレノイドに接続されるものであり、前記ソレノイドは、一方を前記コンデンサに、他方を前記第２接点及び前記切替制御手段に接続されるものであり、前記切替制御手段は、一方を前記第２接点及び前記ソレノイドに、他方を前記第３接点に接続されるものであり、前記切替制御手段は、前記リレーを制御して、前記印加が開始されることにより、前記第１接点と前記第３接点を接続させて、前記第１回路を形成させ、前記印加が停止されることにより、前記第１接点と前記第２接点を接続させて前記第２回路を形成させる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１記載の制御回路であって、前記ソレノイドは、少なくとも１つの前記電磁弁を動作させるために１つのみ存在し、前記切替手段は、１つ又は複数のトランジスタを有するトランジスタ部であり、前記切替制御手段は、前記トランジスタ部に制御信号を付与する制御信号付与手段であり、前記制御信号付与手段は、前記１つ又は複数のトランジスタのゲート電極への前記制御信号の付与により前記トランジスタ部を制御して、前記第１回路と前記第２回路との接続を切り替えさせる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項４記載の制御回路であって、前記トランジスタ部は、ゲート電極同士が接続された第１トランジスタ及び第２トランジスタを有しており、前記第１トランジスタのキャリアのタイプ及び前記第２トランジスタのキャリアのタイプは異なるものであり、前記第１トランジスタのソース電極と前記第２トランジスタのドレイン電極とが接続されており、又は、前記第１トランジスタのドレイン電極と前記第２トランジスタのソース電極とが接続されており、前記第１トランジスタと前記第２トランジスタのうち、前記第１回路には、前記第１トランジスタのみが含まれており、前記第２回路には、前記第２トランジスタのみが含まれており、前記制御信号付与手段は、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの接続された前記ゲート電極に接続されて、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの前記ゲート電極に同一の前記制御信号を付与する。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項１から５のいずれかに記載の制御回路によって制御される電磁弁である。
【００１７】
請求項７に係る発明は、請求項６記載の電磁弁により弁の開閉を行うバルブセレクタである。
【００１８】
請求項８に係る発明は、請求項７記載のバルブセレクタを備える流体移送装置である。
【００１９】
なお、切替制御手段は、電磁コイルによるものであってもよい。また、電磁弁は、通電されることにより開弁又は閉弁等の動作を行い、通電を停止しても弁の開閉状態を保持する、自己保持型の電磁弁であってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本願各請求項に係る発明によれば、１つのソレノイドで電磁弁の開閉を制御できる。さらに、シンプルな構成の切替手段及び切替制御手段のみが、ソレノイドに流れる電流の向きを決定する手段として回路の構成上必要なものである。したがって、従来よりも小さいサイズの制御回路で電磁弁を制御することが可能となる。その結果、発熱を極力抑えることが可能となる。例えば、ごく少量の液体を移送する流体移送装置において、バルブセレクタのような小さな機器に自己保持型の電磁弁を用いることにより、例えば抗体液のような高価で極度に熱に弱い液体を少量移送する際に、液体に深刻なダメージを与えることなく移送することが可能となる。
【００２１】
なお、特許文献１は、ガス燃料の供給／遮断を行う電磁弁に関するものである。そのため、本願発明とは、産業上の利用分野を異にし、目的を異にするものである。さらに、特許文献１に記載の回路は、例えば、ソレノイドの数が異なる、リレーを備えていない、トランジスタの数と配置が異なるなど、本願発明とは構成上も相違するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本願発明の実施の形態に係る制御回路の一例を示す回路図である。
【図２】図１の制御回路３において、（ａ）第１端子１３１及び第２端子１３２間の電圧Ｖｂ、（ｂ）電磁リレー２３の電磁コイル９にかかる電圧Ｖｒ、（ｃ）第１ラインＬ１を流れる電流Ｉ１、（ｄ）コンデンサ７にかかる電圧Ｖｃ、（ｅ）ソレノイド５、コンデンサ７及びリレー９の閉回路が形成された場合に当該閉回路を流れる電流Ｉ２、（ｆ）ソレノイド５にかかる電圧Ｖｓの経時変化を示すグラフである。
【図３】本願発明の実施の形態に係る制御回路の他の例を示す回路図である。
【図４】従来の制御回路の一例を示す回路図である。
【図５】従来の制御回路の別の例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本願発明の実施例について述べる。なお、本願発明は、実施例に限定されるものではない。
【００２４】
電磁弁は、駆動時に、一定以上の電圧の印加が必要である。電磁弁は、電圧の印加に伴って電力消費により発熱する。そこで、電磁弁からの発熱を抑制するためには、電磁弁として、自己保持型の電磁弁、すなわち、通電されることにより開弁又は閉弁等の動作を行い、通電を停止しても弁の開閉状態を保持するものを用いることが有効である。通電を停止しても弁の開閉状態を保持できるため、電磁弁からの発熱を極めて抑制することが可能となる。
【実施例１】
【００２５】
図１において、電磁弁１（本願請求項の「電磁弁」の一例）は、自己保持型の電磁弁である。電磁弁１は、例えばラッチ式電磁弁である。電磁弁１は、弁の開閉を担うプランジャ（図示を省略）と、通電による電磁力によりプランジャを移動させるソレノイド５（本願請求項の「ソレノイド」の一例）と、通電の停止後にも通電時のプランジャの位置を保持する磁石（図示を省略）と、プランジャの通電前の位置からの変位方向とは逆向きに力を加えて位置を保とうとするスプリング（図示を省略）を備える。制御回路３（本願請求項の「制御回路」の一例）は、電磁弁１のプランジャを制御するソレノイド５の通電を制御するものである。
【００２６】
続いて、電磁弁１の動作について述べる。ソレノイド５に通電すると、電磁力によりプランジャが移動して弁を開閉する。移動したプランジャは、スプリングの弾性力よりも大きな磁石の磁力により位置が保持される。そのため、通電を停止してもプランジャの位置は保持される。このとき、スプリングは、引き伸ばされて又は押し込まれて、弾性エネルギーを蓄積したまま保持される。プランジャの位置を元に戻すには、通電する電圧の極性を逆方向とした電圧をソレノイド５に印加する。すると、ソレノイド５から磁石とは逆の磁界が発生し、電磁力と変位したスプリングの弾性力の和が磁力を上回って、プランジャは元の位置に戻る。元の位置では、プランジャの変位を妨げるスプリングの弾性力は、単独で、プランジャを引きつけようとする磁石の磁力を上回る。そのため、通電を停止してもプランジャの位置は保持される。
【００２７】
図１を参照して、本願発明の実施例に係る制御回路３の回路構成について説明する。図１は、本願発明の実施例に係る制御回路の一例である制御回路３を示す回路図である。
【００２８】
制御回路３は、電磁弁１を制御する回路である。制御回路３は、通電されることにより電磁弁１を開閉するソレノイド５と、ソレノイド５への通電の開始に伴って電荷を蓄えるコンデンサ７（本願請求項の「コンデンサ」の一例）と、接続関係を切り替えるリレー９（本願請求項の「リレー」の一例）と、リレー９の切り替えを制御する電磁コイル１１（本願請求項の「切替制御手段」の一例）と、電磁コイル１１並びにソレノイド５、コンデンサ７及びリレー９に電圧を印加して通電を行うための電源（本願請求項の「電源」の一例）を接続する第１端子１３１及び第２端子１３２とを備える。ここで、リレー９は、本願請求項の「切替手段」の一例でもある。
【００２９】
電磁弁１は、ソレノイド５に電流が流れると、電磁力により開閉する。ここで、電磁弁１は、一度電磁力により開閉した後は、ソレノイド５への電流が停止されてもその開閉が維持される。例えば、図１中の実践矢印Ａ方向に電流が流れたときに電磁弁１が開弁されたとすると、Ａ方向の電流がゼロとなった後も開弁状態が保たれる。逆に、点線矢印Ｂ方向に電流が流れると電磁弁１は閉弁し、Ｂ方向の電流がゼロとなった後も閉弁状態が保たれる。
【００３０】
続いて、制御回路３が備える回路素子の接続関係について述べる。ソレノイド５とコンデンサ７とリレー９とは、順に接続されている。また、電磁コイル１１は、ソレノイド５、コンデンサ７及びリレー９と並列に接続されている。さらに、電磁コイル１１と並列に電圧を印加するべく、第１端子１３１及び第２端子１３２が接続されている。リレー９は、３つの接点（第１接点１５１（本願請求項の「第１接点」の一例）、第２接点１５２（本願請求項の「第２接点」の一例）及び第３接点１５３（本願請求項の「第３接点」の一例））を有する。リレー９の第１接点１５１は、コンデンサ７に接続され、第２接点１５２は、ソレノイド５及び電磁コイル１１に接続され、第３接点１５３は、電磁コイル１１に接続される。第１ラインＬ１は、リレー９の第３接点１５３と第１端子１３１とを接続する導線である。第２ラインＬ２は、ソレノイド５と第２端子１３２とを接続する導線である。コンデンサ７は、一方をリレー９の第１接点１５１に、他方をソレノイド５に接続される。ソレノイド５は、一方をコンデンサ７に、他方をリレー９の第２接点１５２及び電磁コイル１１に接続される。電磁コイル１１は、一方で、接続点１７において第１ラインＬ１に接続されている。また、電磁コイル１１は、他方で、接続点１９において、第２ラインＬ２に接続されている。さらに、リレー９の第２端子１３２も、接続点２１において、第２ラインＬ２に接続されている。リレー９及び電磁コイル１１は、全体として電磁リレー２３をなしている。
【００３１】
ここで、電磁リレー２３について具体的に説明する。リレー９の第１接点１５１は、第２接点１５２又は第３接点１５３のいずれか一方にのみ接続されるコモン接点である。また、第１接点１５１は、電磁コイル１１への電圧の印加が無い場合には、ノーマルクローズ接点である第２接点１５２に接続され、電磁コイル１１への電圧の印加が有る場合には、ノーマルオープン接点である第３接点１５３に接続される。
【００３２】
第１端子１３１及び第２端子１３２に電源が接続され、コモン接点である第１接点１５１とノーマルクローズ接点である第３接点１５３が接続されたとき、通電を行う電源、ソレノイド５、コンデンサ７及びリレー９を含む閉回路であって、ソレノイド５に対する通電及びコンデンサ７への蓄電を行う第１回路（本願請求項の「第１回路」の一例）が形成される。
【００３３】
また、第１接点１５１とノーマルオープン接点である第２接点１５２が接続されたとき、通電を行う電源及び電磁コイル１１のいずれも含まずに、ソレノイド５、コンデンサ７及びリレー９を含む閉回路であって、コンデンサ７の放電によりソレノイド５に対する通電を行う回路である第２回路（本願請求項の「第２回路」の一例）が形成される。
【００３４】
電磁コイル１１は、電磁コイル１１と並列に電圧が印加又は停止されることにより、リレー９を制御して第１回路と第２回路との接続を切り替えさせる。
【００３５】
続いて、図２を参照して、本願発明の実施例に係る制御回路３の動作について説明する。図２は、図１の制御回路３において、（ａ）第１端子１３１及び第２端子１３２間の電源電圧Ｖｂ、（ｂ）電磁リレー２３の電磁コイル１１にかかる電圧Ｖｒ、（ｃ）第１ラインＬ１を流れる電流Ｉ１、（ｄ）コンデンサ７にかかる電圧Ｖｃ、（ｅ）ソレノイド５、コンデンサ７及びリレー９の閉回路が形成された場合に当該閉回路を流れる電流Ｉ２、（ｆ）ソレノイド５にかかる電圧Ｖｓの経時変化を示すグラフである。
【００３６】
時刻Ｔ１以前においては、第１端子１３１及び第２端子１３２間に電圧は印加されておらず、電磁コイル１１にも電圧が印加されていないとする。このとき、リレー９においては、コモン接点である第１接点１５１とノーマルクローズ接点である第２接点１５２とが接続されている。このとき、制御回路３には、電流Ｉ１及びＩ２共に流れていない。また、電磁弁１は、閉弁状態であるとする。
【００３７】
まず、時刻Ｔ１において、第１端子１３１及び第２端子１３２間に電源電圧ＶｂとしてＶの印加（本願請求項の「電圧の印加」の一例）が開始される（図２（ａ））。すると、電磁コイル１１に印加される電圧Ｖｒは、徐々に増加し、時刻Ｔ２において、電圧Ｖに達する（図２（ｂ））。このとき、リレー９において、コモン接点である第１接点１５１とノーマルオープン端子である第３接点１５３とが接続されて第１回路が形成される。直後に、ソレノイド５に電圧Ｖが印加されて（図２（ｃ））、例えばコンデンサ７からソレノイド５に向かう図１中のＡ方向に電流Ｉ１が流れる（図２（ｄ））。また、ソレノイド５への通電（本願請求項の「通電」の一例）に伴って電磁弁１のプランジャが移動し、開弁状態となる。電流Ｉ１によりコンデンサ７に電荷が蓄積されるにつれて、コンデンサ７にかかる電圧Ｖｃは徐々に増加し（図２（ｅ））、一方でＶｃ及びＩ１は徐々に減少する（図２（ｃ）及び（ｄ））。ここで、ソレノイド５及びコンデンサ７にそれぞれ印加される電圧Ｖｃ及びＶｓの和は、常にＶで一定である。
【００３８】
コンデンサ７の時定数で定まる時刻Ｔ３において、ソレノイド５への印加電圧Ｖｓ、電流Ｉ１共にほぼゼロとなり（図２（ｃ）及び（ｄ））、コンデンサ７にほぼＶの電圧が印加される（図２（ｅ））。ソレノイド５の電磁力は、ほぼゼロとなるが、移動したプランジャは、磁石により位置を保持される。そのため、自己保持型の電磁弁１は、ほとんど発熱することなく開弁状態に保たれる。また、コンデンサ７には、電圧Ｖに相当する電荷が蓄積されている。
【００３９】
時刻Ｔ４において、電源電圧Ｖｂの印加を停止すると（図２（ａ））、電磁コイル１１に印加される電圧Ｖｒは徐々に減少し、時刻Ｔ５において、ゼロとなる（図２（ｂ））。このとき、リレー９において、再び、コモン接点である第１接点１５１とノーマルクローズ接点である第２接点１５２とが接続されて第２回路が形成される。すると、電源及び電磁コイル１１のいずれも含まずに、ソレノイド５、コンデンサ７、リレー９を含む閉回路に、コンデンサ７に蓄積された電荷が、例えばＢ方向に電流Ｉ２として流れる（図２（ｆ））。このとき、ソレノイド５に先ほどとは逆方向の電圧Ｖが印加されて（図２（ｃ））電磁力を発生し、電磁弁１が閉弁状態となる。コンデンサ７に蓄積された電荷が放出されるに伴い（図２（ｅ））、電流Ｉ２及びソレノイドに印加される電圧Ｖｓは徐々に減少する（図２（ｃ）及び（ｆ））。
【００４０】
時刻Ｔ６において、Ｖｓ及びＩ２共にゼロとなる（図２（ｃ）及び（ｆ））。その後も、自己保持型の電磁弁１は、ほとんど発熱することなく閉弁状態に保たれる。コンデンサ７に蓄積されていた電荷は全て放出され（図２（ｅ））、制御回路３は、時刻Ｔ１以前の状態となる。
【００４１】
このように、本願の実施の形態に係る制御回路３を用いることにより、自己保持型の電磁弁１をごくシンプルで小さな回路により制御することが可能となる。
【００４２】
なお、ソレノイド５、コンデンサ７及びリレー９と、リレー９を制御する電磁コイル１１と、電圧を印加するための第１端子１３１及び第２端子１３２間とが並列に接続されていれば、接続点１７は、必ずしも第１ラインＬ１の線分上になくともよい。同じく、接続点１９及び接続点２１は、必ずしも第２ラインＬ２の線分上になくともよい。
【００４３】
また、リレー９の第１接点１５１は、電圧の印加がある状態では第３接点１５３と接続され、かつ、電圧の印加が停止された際に第２接点１５２と接続されるものであればよく、コンデンサ７に蓄積された電荷が完全に放出された後に電圧の印加が無い状態で待機する間、図５の第３接点１５３と接続されるものであってもよい。
【実施例２】
【００４４】
続いて、図３を参照して、制御回路１０３について述べる。図３は、本願発明の実施の形態に係る制御回路の他の例である制御回路１０３を示す回路図である。
【００４５】
制御回路１０３は、電磁弁１０１（本願請求項の「電磁弁」の他の一例）を制御する回路である。制御回路１０３は、通電されることにより電磁弁１０１を開閉するソレノイド１０５（本願請求項の「ソレノイド」の他の一例）と、ソレノイド１０５への通電の開始に伴って電荷を蓄えるコンデンサ１０７（本願請求項の「コンデンサ」の他の一例）と、接続関係を切り替えるトランジスタ部１０９（本願請求項の「トランジスタ部」の一例）と、トランジスタ部１０９の切り替えを制御する制御信号付与部１１１（本願請求項の「制御信号付与手段」の一例）と、制御信号付与部１１１並びにソレノイド１０５、コンデンサ１０７及びトランジスタ部１０９に電圧を印加するための電源（本願請求項の「電源」の他の一例）を接続する第１端子１１３１及び第２端子１１３２とを備える。ここで、トランジスタ部１０９は、本願請求項の「切替手段」の一例でもある。また、制御信号付与部１１１は、本願請求項の「切替制御手段」の一例でもある。
【００４６】
実施例１と実施例２を比較して、電磁弁１０１は、電磁弁１に対応する。制御回路１０３は、制御回路３に対応する。ソレノイド１０５は、ソレノイド５に対応する。コンデンサ１０７は、コンデンサ７に対応する。トランジスタ部１０９は、リレー９に対応する。制御信号付与部１１１は、電磁コイル１１に対応する。第１端子１１３１及び第２端子１１３２は、それぞれ第１端子１３１及び第２端子１３２に対応する。以下では、主に実施例１と異なる部分について述べる。
【００４７】
トランジスタ部１０９は、第１トランジスタ１１５３（本願請求項の「第１トランジスタ」の一例）及び第２トランジスタ１１５２（本願請求項の「第２トランジスタ」の一例）を有する。第１トランジスタ１１５３のソース電極と第２トランジスタ１１５２のドレイン電極とは接続点１１５１において接続されており、接続点１１５１は、コンデンサ１０７とも接続されている。また、第１トランジスタ１１５３と第２トランジスタ１１５２とはゲート電極同士が接続点１２５で接続されており、接続点１２５は、制御信号付与部１１１とも接続されている。第３ラインＬ３は、トランジスタ部１０９の第１トランジスタ１１５３と第１端子１１３１とを接続する導線である。第４ラインＬ４は、ソレノイド１０５と第２端子１１３２とを接続する導線である。第２トランジスタ１１５２は、接続点１２１において第４ラインＬ４にも接続されている。
【００４８】
ここで、第１トランジスタ１１５３のキャリアのタイプと第２トランジスタ１１５２のキャリアのタイプとは、異なるものである。例えば、ここでは、第１トランジスタ１１５３は正孔をキャリアとするＰＭＯＳのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、第２トランジスタ１１５２は電子をキャリアとするＮＭＯＳのＦＥＴであるとする。第１トランジスタ１１５３は、ゲート電極に電圧が印加されるとオフとなり、ゲート電極への電圧印加が停止されるとオンとなるものである。第２トランジスタ１１５２は、ゲート電極に電圧が印加されるとオンとなり、ゲート電極への電圧印加が停止されるとオフとなるものである。
【００４９】
制御信号付与部１１１は、抵抗１２９１，１２９２と、スイッチ１３１とを有する。抵抗１２９１は、第３ラインＬ３と接続点１１７において接続され、また、抵抗１２９２とも接続点１２７において接続されている。抵抗１２９２は、第４ラインＬ４と接続点１１９において接続され、また、抵抗１２９１とも接続点１２７において接続されている。抵抗１２９１，１２９２は、ゲート電極に印加される電圧の値を調整するためのものである。スイッチ１３１は、トランジスタ部１０９と接続点１２５において接続され、第４ラインＬ４と接続点１２６において接続されている。スイッチ１３１と接続点１２５とを結ぶ導線である第５ラインＬ５と、抵抗１２９１と抵抗１２９２とを接続する導線であるＬ６とは、接続点１２７において接続されている。
【００５０】
続いて、制御回路１０３の動作について説明する。まず、電磁弁１０１は閉弁状態であり、第１端子１１３１及び第２端子１１３２に電源が接続されて電圧が印加され、スイッチ１３１は開状態であるとする。このとき、第１トランジスタ１１５３はオフであり、第２トランジスタ１１５２はオンとなっている。なお、第２端子１１３２は、接地されているとする。この時点で、制御信号付与部１１１からトランジスタ部１０９へは制御信号は付与されていない。
【００５１】
次に、スイッチ１３１を閉状態とすると、トランジスタ部１０９の接続点１２５を通じてゲート電極は０Ｖ側に導通される（制御信号が付与される）。このとき、第１トランジスタ１１５３はオンとなり、第２トランジスタ１１５２はオフとなる。したがって、通電を行う電源、ソレノイド１０５、コンデンサ１０７及びトランジスタ部１０９を含む閉回路であって、ソレノイド１０５に対する通電及びコンデンサ１０７への蓄電を行う回路である第１回路（本願請求項の「第１回路」の他の一例）が形成される。このとき、ソレノイド１０５には、例えば、図３中に実践矢印で示すＡの向きに電流が流れて電磁弁１０１が開弁される。コンデンサ１０７への蓄電が完了してソレノイド１０５に流れる電流値が０となった後も、電磁弁１０１の開弁状態は保たれる。
【００５２】
続いて、スイッチ１３１を開状態とすると、接続点１２５を通じてゲート電極へは再び電圧が印加される（制御信号の付与が停止される）。このとき、第１トランジスタ１１５３は再びオフとなり、第２トランジスタ１１５２は再びオンとなる。したがって、通電を行う電源及び制御信号付与部１１１のいずれも含まずに、ソレノイド１０５、コンデンサ１０７及びトランジスタ部１０９を含む閉回路であって、コンデンサ１０７の放電によりソレノイド１０５に対する通電を行う第２回路（本願請求項の「第２回路」の他の一例）が形成される。このとき、ソレノイド１０５には、例えば、図３中に点線矢印で示すＢの向きに電流が流れて電磁弁１０１が閉弁される。コンデンサ１０７の放電が完了してソレノイド１０５に流れる電流値が０となった後も電磁弁１０１の閉弁状態は保たれる。
【００５３】
なお、第１トランジスタ１１５３と第２トランジスタ１１５２とは、電圧の印加及び停止によってトランジスタ部１０９が第１回路と第２回路とを切り替え可能であればよく、各トランジスタのキャリアのタイプはいずれが正孔をキャリアとするものであってもよい。
【００５４】
さらに、第１トランジスタ１１５３と第２トランジスタ１１５２とは、接続点１１５１において第１トランジスタ１１５３のドレイン電極と第２トランジスタ１１５２のソース電極とが接続されたものであってもよい。
【００５５】
さらに、第１端子と第２端子との間で電源を接続して電圧を印加したときに電位差があればよく、第２端子１１３２は接地されていなくともよい。
【００５６】
さらに、制御信号付与部１１１は、制御信号の付与の有無で第１回路と第２回路とをトランジスタ部１０９に切り替えさせることができればよく、０Ｖに接地したときを制御信号が付与されたと捉えてもよいし制御信号の付与が停止されたと捉えてもよい。
【００５７】
さらに、電磁弁１，１０１は、発熱を抑制するためにソレノイド５，１０５に通電して弁の開閉を行う自己保持型の電磁弁であればよく、ラッチ式電磁弁以外のものであってもよい。
【００５８】
さらに、切替手段が行う回路の切り替えによって電磁弁１，１０１の開閉が行われればよく、第１回路又は第２回路によって電流が流れる向きはＡ方向又はＢ方向のいずれでもよいし、いずれの方向に流れたときに電磁弁１，１０１が開弁又は閉弁するかもどちらでもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１，１０１・・・電磁弁、３，１０３・・・制御回路、５，１０５・・・ソレノイド、７，１０７・・・コンデンサ、９・・・リレー、１１・・・電磁コイル、２３・・・電磁リレー、１０９・・・トランジスタ部、１１１・・・制御信号付与部、１１５２，１１５３・・・トランジスタ、１３１・・・スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁弁を制御する制御回路であって、
通電されることにより前記電磁弁を動作させるソレノイドと、
前記通電の開始に伴って電荷を蓄えるコンデンサと、
接続関係を切り替える切替手段と、
前記切替手段による接続関係の切り替えを制御する切替制御手段とを備え、
前記ソレノイドと前記コンデンサと前記切替手段とは、順に接続されており、
前記切替制御手段は、前記ソレノイド、前記コンデンサ及び前記切替手段と並列に接続されており、
前記通電を行う電源は、前記ソレノイド、前記コンデンサ及び前記切替手段と並列に接続されるものであり、
前記切替制御手段は、前記切替手段を制御して、
前記電源、前記ソレノイド、前記コンデンサ及び前記切替手段を含む閉回路であって、前記ソレノイドに対する前記通電及び前記コンデンサへの蓄電を行う回路である第１回路の形成と、
前記電源及び前記切替制御手段のいずれも含まずに、前記ソレノイド、前記コンデンサ及び前記切替手段を含む閉回路であって、前記コンデンサの放電により前記ソレノイドに対する前記通電を行う回路である第２回路の形成
とを切り替えさせる、制御回路。
【請求項２】
前記切替手段は、リレーであり、
前記切替制御手段は、前記電源が電圧の印加を開始又は停止することにより、前記リレーを制御して前記第１回路と前記第２回路との接続を切り替えさせる、請求項１記載の制御回路。
【請求項３】
前記リレーは、第１接点、第２接点及び第３接点を有するものであり、
前記第１接点は、前記コンデンサに接続され、
前記第２接点は、前記ソレノイド及び前記切替制御手段に接続され、
前記第３接点は、前記切替制御手段に接続されるものであり、
前記コンデンサは、一方を前記第１接点に、他方を前記ソレノイドに接続されるものであり、
前記ソレノイドは、一方を前記コンデンサに、他方を前記第２接点及び前記切替制御手段に接続されるものであり、
前記切替制御手段は、一方を前記第２接点及び前記ソレノイドに、他方を前記第３接点に接続されるものであり、
前記切替制御手段は、前記リレーを制御して、
前記印加が開始されることにより、前記第１接点と前記第３接点を接続させて、前記第１回路を形成させ、
前記印加が停止されることにより、前記第１接点と前記第２接点を接続させて前記第２回路を形成させる、請求項２記載の制御回路。
【請求項４】
前記ソレノイドは、少なくとも１つの前記電磁弁を動作させるために１つのみ存在し、
前記切替手段は、１つ又は複数のトランジスタを有するトランジスタ部であり、
前記切替制御手段は、前記トランジスタ部に制御信号を付与する制御信号付与手段であり、
前記制御信号付与手段は、前記１つ又は複数のトランジスタのゲート電極への前記制御信号の付与により前記トランジスタ部を制御して、前記第１回路と前記第２回路との接続を切り替えさせる、請求項１記載の制御回路。
【請求項５】
前記トランジスタ部は、ゲート電極同士が接続された第１トランジスタ及び第２トランジスタを有しており、
前記第１トランジスタのキャリアのタイプ及び前記第２トランジスタのキャリアのタイプは異なるものであり、
前記第１トランジスタのソース電極と前記第２トランジスタのドレイン電極とが接続されており、又は、前記第１トランジスタのドレイン電極と前記第２トランジスタのソース電極とが接続されており、
前記第１トランジスタと前記第２トランジスタのうち、
前記第１回路には、前記第１トランジスタのみが含まれており、
前記第２回路には、前記第２トランジスタのみが含まれており、
前記制御信号付与手段は、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの接続された前記ゲート電極に接続されて、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの前記ゲート電極に同一の前記制御信号を付与する、
請求項４記載の制御回路。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の制御回路によって制御される電磁弁。
【請求項７】
請求項６記載の電磁弁により弁の開閉を行うバルブセレクタ。
【請求項８】
請求項７記載のバルブセレクタを備える流体移送装置。
【請求項１】
電磁弁を制御する制御回路であって、
通電されることにより前記電磁弁を動作させるソレノイドと、
前記通電の開始に伴って電荷を蓄えるコンデンサと、
接続関係を切り替える切替手段と、
前記切替手段による接続関係の切り替えを制御する切替制御手段とを備え、
前記ソレノイドと前記コンデンサと前記切替手段とは、順に接続されており、
前記切替制御手段は、前記ソレノイド、前記コンデンサ及び前記切替手段と並列に接続されており、
前記通電を行う電源は、前記ソレノイド、前記コンデンサ及び前記切替手段と並列に接続されるものであり、
前記切替制御手段は、前記切替手段を制御して、
前記電源、前記ソレノイド、前記コンデンサ及び前記切替手段を含む閉回路であって、前記ソレノイドに対する前記通電及び前記コンデンサへの蓄電を行う回路である第１回路の形成と、
前記電源及び前記切替制御手段のいずれも含まずに、前記ソレノイド、前記コンデンサ及び前記切替手段を含む閉回路であって、前記コンデンサの放電により前記ソレノイドに対する前記通電を行う回路である第２回路の形成
とを切り替えさせる、制御回路。
【請求項２】
前記切替手段は、リレーであり、
前記切替制御手段は、前記電源が電圧の印加を開始又は停止することにより、前記リレーを制御して前記第１回路と前記第２回路との接続を切り替えさせる、請求項１記載の制御回路。
【請求項３】
前記リレーは、第１接点、第２接点及び第３接点を有するものであり、
前記第１接点は、前記コンデンサに接続され、
前記第２接点は、前記ソレノイド及び前記切替制御手段に接続され、
前記第３接点は、前記切替制御手段に接続されるものであり、
前記コンデンサは、一方を前記第１接点に、他方を前記ソレノイドに接続されるものであり、
前記ソレノイドは、一方を前記コンデンサに、他方を前記第２接点及び前記切替制御手段に接続されるものであり、
前記切替制御手段は、一方を前記第２接点及び前記ソレノイドに、他方を前記第３接点に接続されるものであり、
前記切替制御手段は、前記リレーを制御して、
前記印加が開始されることにより、前記第１接点と前記第３接点を接続させて、前記第１回路を形成させ、
前記印加が停止されることにより、前記第１接点と前記第２接点を接続させて前記第２回路を形成させる、請求項２記載の制御回路。
【請求項４】
前記ソレノイドは、少なくとも１つの前記電磁弁を動作させるために１つのみ存在し、
前記切替手段は、１つ又は複数のトランジスタを有するトランジスタ部であり、
前記切替制御手段は、前記トランジスタ部に制御信号を付与する制御信号付与手段であり、
前記制御信号付与手段は、前記１つ又は複数のトランジスタのゲート電極への前記制御信号の付与により前記トランジスタ部を制御して、前記第１回路と前記第２回路との接続を切り替えさせる、請求項１記載の制御回路。
【請求項５】
前記トランジスタ部は、ゲート電極同士が接続された第１トランジスタ及び第２トランジスタを有しており、
前記第１トランジスタのキャリアのタイプ及び前記第２トランジスタのキャリアのタイプは異なるものであり、
前記第１トランジスタのソース電極と前記第２トランジスタのドレイン電極とが接続されており、又は、前記第１トランジスタのドレイン電極と前記第２トランジスタのソース電極とが接続されており、
前記第１トランジスタと前記第２トランジスタのうち、
前記第１回路には、前記第１トランジスタのみが含まれており、
前記第２回路には、前記第２トランジスタのみが含まれており、
前記制御信号付与手段は、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの接続された前記ゲート電極に接続されて、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの前記ゲート電極に同一の前記制御信号を付与する、
請求項４記載の制御回路。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の制御回路によって制御される電磁弁。
【請求項７】
請求項６記載の電磁弁により弁の開閉を行うバルブセレクタ。
【請求項８】
請求項７記載のバルブセレクタを備える流体移送装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２１６４１（Ｐ２０１２−２１６４１Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２８４７０（Ｐ２０１０−２２８４７０）
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【出願人】（５０９０３１８９９）矢部川電気工業株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【出願人】（５０９０３１８９９）矢部川電気工業株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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