JP2007082381A - アクチュエータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノイズ性能の低下を防止するとともに実装面積の小型化が図れるアクチュエータ制御装置を実現する。
【解決手段】 複数の混合弁１４、１５、１５ａを制御するアクチュエータ制御装置であって、マイコン４２からの制御信号に基づいて、複数の混合弁１４、１５、１５ａのそれぞれに電源を供給する複数の電源供給回路４３１、４３２、４３３と、複数の混合弁１４、１５、１５ａのそれぞれに接続される複数の駆動回路４４１、４４２、４４３とを備え、複数の駆動回路４４１、４４２、４４３は、マイコン４２からの制御信号を駆動回路４４１、４４２、４４３のそれぞれに入力するように互いに並列に接続されている。これにより、ノイズ性能の低下を防止するとともに実装面積の小型化が図れる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば、給湯装置内の湯水の流量調節弁として用いられるモータなど複数のアクチュエータを制御するためのアクチュエータ制御装置に関する。

例えば、給湯装置には湯水の流量割合を調節する複数の流量調節弁が設けられている。これらの流量調節弁を開閉するためには、ステッピングモータが用いられており、一つの流量調節弁に一つのステッピングモータが対応して設けられている。

一般的に、一つのステッピングモータを制御するには、モータ駆動用の回路を備えた一つの駆動回路が必要とされ、その駆動回路から投入された駆動信号に応じて所定の方向にステップ状に回転するものとされる。

ところが、特許文献１に示すように、複数のステッピングモータを同時に駆動させない給湯装置の場合には、共通の駆動回路を一つのみ設けて複数のステッピングモータのうち選ばれた一つのステッピングモータを駆動させるように構成したモータ制御装置が知られている。

この制御装置は、具体的には、図５に示すように、複数のアクチュエータであるステッピングモータ１４、１５、１５ａのそれぞれに電源を供給する複数の電源供給回路４３１、４３２、４３３を設けるとともに、この電源供給回路４３１、４３２、４３３のうちの一つとマイコン４２に並列に接続された一つの共通の駆動回路４４１を設けている。

そして、その一つの駆動回路の出力側を複数のステッピングモータ１４、１５、１５ａに並列接続するように構成している。つまり、複数のステッピングモータ１４、１５、１５ａのそれぞれに対応して電源供給回路４３１、４３２、４３３と同じように、それぞれに応じた駆動回路を設けることなく一つの共通の駆動回路４４１を介して選ばれたステッピングモータ１４、１５、１５ａの一つを駆動するように構成している。

これにより、複数のモータと同数の駆動回路を必要としてきた方式よりも、駆動回路の部品点数が低減されることでコストの低減が図れるとともに、制御基板４１の実装面積を小さくすることができる。
特開２００２−１６５４９５号公報

しかしながら、上記特許文献１では、共通の駆動回路４４１の出力側に接続される複数のステッピングモータ１４、１５、１５ａが並列接続されることから、駆動回路４４１から出力された駆動信号がすべてのステッピングモータ１４、１５、１５ａに伝達される。

これにより、選ばれた一つのステッピングモータ１４、１５、１５ａのオン、オフ時のスイッチングノイズが、全ての配線上に放出されるためノイズ性能が著しく低下する問題がある。

さらに、その並列接続された全ての配線のうち、例えば、一つの配線に噛み込みなどにより短絡が発生すると駆動回路４４１の駆動機能が停止することがある。つまり、ステッピングモータ１４、１５、１５ａのいずれかが正常であって駆動不良となる問題がある。

そこで、本発明では、上記点を鑑みたものであり、ノイズ性能の低下を防止するとともに実装面積の小型化が図れるアクチュエータ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項６に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、複数のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）を制御するアクチュエータ制御装置であって、
マイコン（４２）からの制御信号に基づいて、複数のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）のそれぞれに電源を供給する複数の電源供給回路（４３１、４３２、４３３）と、複数のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）のそれぞれに接続される複数の駆動回路（４４１、４４２、４４３）とを備え、複数の駆動回路（４４１、４４２、４４３）は、マイコン（４２）からの制御信号を駆動回路（４４１、４４２、４４３）のそれぞれに入力するように互いに並列に接続されていることを特徴としている。

この発明によれば、複数の駆動回路（４４１、４４２、４４３）を並列接続することで、マイコン（４２）のポート数を低減することができる。これにより、制御基板の実装面積の小型化が図れる。

また、駆動回路（４４１、４４２、４４３）と複数のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）のそれぞれに接続される配線がそれぞれ独立して形成されることで、選ばれた一つのステッピングモータ１４、１５、１５ａのオン、オフ時のスイッチングノイズが他の配線に伝達されることはない。これにより、ノイズ性能の低下することを防止できる。

さらに、駆動回路（４４１、４４２、４４３）と複数のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）のそれぞれに接続される配線のうち、一つの配線に噛み込みなどにより短絡が発生すると、その配線に接続される一つの駆動回路（４４１、４４２、４４３）の駆動機能が停止することになるが、他のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）の駆動を停止させることはない。

請求項２に記載の発明では、複数の電源供給回路（４３１、４３２、４３３）は、複数のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）のうち、選択された一つのアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）を駆動させるときに、選択された一つのアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）に電源を供給する制御信号が入力され、選択されない他のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）に電源の供給を停止する制御信号が入力されていることを特徴としている。

この発明によれば、複数のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）に同時に電源を供給することがないため待機電力の低減が図れる。つまり、電源側の許容電力が小さくて良い。

請求項３に記載の発明では、複数の電源供給回路（４３１、４３２、４３３）は、アクチュエータ（１４、１５、１５ａ）のそれぞれの正極側に接続されていることを特徴としている。この発明によれば、例えば、ステッピングモータの場合では、正逆回転させるために複数の励磁相を有している。つまり、配線数が多くなるが正極側に電源を供給させることで駆動回路（４４１、４４２、４４３）側に接続される配線数を最少とすることができる。

請求項４に記載の発明では、複数のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）は、ステッピングモータであることを特徴としている。この発明によれば、ステッピングモータは配線数が多いためマイコン（４２）のポート数を低減する効果が大である。つまり、本発明をステッピングモータに適用させることは好適である。

請求項５に記載の発明では、複数のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）は、給湯装置における湯水の流量を調節する流量調節弁であることを特徴としている。この発明によれば、給湯装置においては、この種の流量調節弁として、例えば、中温水混合弁（１４）、給湯用混合弁（１５）、お湯張り用混合弁（１５ａ）などを用いているが、これらの流量調節弁が同時に駆動制御されることはないため本発明を適用させることは好適である。

請求項６に記載の発明では、複数の電源供給回路（４３１、４３２、４３３）は、アクチュエータ（１４、１５、１５ａ）の負極側に接続されていることを特徴としている。この発明によれば、例えば、ステッピングモータの他にオン、オフ仕様の電動機などのアクチュエータ類では、配線数が少なくとも電源供給回路を含めて２線式となる。

従って、一方を駆動回路（４４１、４４２、４４３）、他方を電源供給回路（４３１、４３２、４３３）に接続することで容易に構成できる。これにより、正極側のみならず負極側に接続しても良い。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態におけるアクチュエータ制御装置を図１ないし図３に基づいて説明する。図１は本発明に係るアクチュエータ制御装置の適用例として、複数の流量調整弁である混合弁１４、１５、１５ａなどが設けられた給湯装置の系統図である。図２はアクチュエータ制御装置の全体構成を示す電気回路図であり、図３は複数の流量調整弁である混合弁１４、１５、１５ａを駆動制御する際のタイミングを示すタイムチャートである。

ところで、本発明のアクチュエータ制御装置そのものは、図１および図２に示すように、給湯制御装置４０内の制御基板４１に組み込まれたマイコン４２、複数の電源供給回路４３１、４３２、４３３、および複数の駆動回路４４１、４４２、４４３、などと称する電気回路から構成されるが、その技術的背景を理解する上で、まず、図１を参照して本実施形態の給湯装置を簡単に説明する。

給湯装置は、図１に示すように、一般家庭用として使用されるものであり、貯湯タンク１０内に蓄えられた給湯用の湯を熱源として、台所、洗面所、浴室などへの給湯機能の他に、お湯張りされた浴槽内の浴水を追い焚きする機能を備えている。

まず、給湯機能は、給湯用水を蓄える貯湯タンク１０、ヒートポンプサイクルからなり貯湯タンク１０内の給湯用水を循環させて沸き上げ運転するヒートポンプユニット２０、貯湯タンク１０の下部から吸い込んだ水道水をヒートポンプユニット２０に循環させて、貯湯タンク１０の上部に戻す水回路を形成する加熱用循環水回路２１、および制御手段である給湯制御装置４０から構成されている。

貯湯タンク１０は、耐食性に優れた金属製（例えば、ステンレス製）のタンクであり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温の給湯用水を長時間に渡って保温することができる。また、貯湯タンク１０は縦長形状であり、その底面には導入口１０ａが設けられ、この導入口１０ａには貯湯タンク１０内に水道水を導入する給水配管１１が接続されている。

給水配管１１の上端には、導入される水道水の水圧が所定圧となるように調節するとともに、断水などにおける湯の逆流を防止する図示しない減圧逆止弁が設けられている。さらに、給水配管１１には給水サーミスタ５１が設けられており、給水配管１１内の温度情報を後述する給湯制御装置４０に出力するようになっている。

一方、貯湯タンク１０の最上部には導出口１０ｂが設けられ、この導出口１０ｂには貯湯タンク１０内に蓄えられた給湯用水のうち、高温の給湯用水を導出するための高温取り出し管１２が接続されている。

そして、この高温取り出し管１２の経路途中には、図示しない逃がし弁が設けられた排出配管を接続しており、貯湯タンク１０内の圧力が所定圧以上に上昇した場合には、貯湯タンク１０内の給湯用水を外部に排出して、貯湯タンク１０などにダメージを与えないようになっている。

また、図中に示す１３は、貯湯タンク１０内に蓄えられた給湯用水のうち、高温の給湯用水よりも湯温の低い中温の給湯用水を取り出すための中温取り出し配管であり、貯湯タンク１０縦方向の略中央部に形成された導出口１０ｃから中温の湯を取り出すようにしている。

そして、高温取り出し管１２と中温取り出し管１３との下流側合流部位に、流量調節弁である高中温混合弁１４が設けられている。この高中温混合弁１４は、その下流側に設けられた給湯用、お湯張り用混合弁１５、１５ａに流通させる給湯用の湯温を調節する温度調節弁であり、それぞれの開口面積比を調節することで、高温取り出し管１２から取り出した高温の湯と中温取り出し管１３から取り出した中温の湯との混合比を調節するようにしている。

そして、高中温混合弁１４は、後述する給湯制御装置４０に電気的に接続されており、後述する貯湯サーミスタ５５ａ、５５ｄ、湯温サーミスタ５２より検出される温度情報に基づいて制御される。因みに、湯温サーミスタ５２で検出された温度情報が所定温度（設定温度＋２℃程度）となるように、中温取り出し管１３から取り出した中温の湯を積極的に混合させるようにして所定温度に温度調節されるようにしている。

湯温サーミスタ５２は、この高中温混合弁１４の出口側に設けられ、高中温混合弁１４で混合された給湯用の湯温を検出している。また、高中温混合弁１４の出口側には、給湯用流路である給湯用配管１７とその給湯用配管１７から分岐した給湯用配管１７ａとが接続されている。

一方の給湯用配管１７は、下流端の図示しない給湯水栓、シャワー水栓等へ設定温度に温度調節された給湯用の湯を導く配管であって、その流路の中途に流量調節弁である給湯用混合弁１５、給湯サーミスタ５３および流量カウンタ５４が設けられている。

他方の給湯用配管１７ａは、下流端が後述する浴水追い焚き手段６０の往き管６２に繋がれ、浴槽内にお湯張り、差し湯、たし湯などを行うときに、設定温度に温度調節された給湯用の湯を導く配管であって、その流路の中途にお湯張り用混合弁１５ａ、お湯張り用給湯サーミスタ５３ａ、お湯張り用開閉弁５７、お湯張り用流量カウンタ５４ａ、逆止弁５９が設けられている。

ここで、給湯用混合弁１５、お湯張り用混合弁１５ａは、それぞれ給湯用配管１７、１７ａの末端で出湯する給湯用の湯温を調節する温度調節弁であり、それぞれの開口面積比（高中温混合弁１４で温度調節された給湯用水側の開度と給水配管１１に連通する水側の開度の比率）を調節することで出湯する湯温を設定温度に調節する。

また、給湯用混合弁１５、お湯張り用混合弁１５ａは、後述する給湯制御装置４０に電気的に接続されており、給水サーミスタ５１、湯温サーミスタ５２、給湯サーミスタ５３、お湯張り用給湯サーミスタ５３ａより検出される温度情報に基づいて制御される。

給湯サーミスタ５３は給湯用配管１７内の温度情報を、流量カウンタ５４は給湯用配管１７内の温度情報を、お湯張り用給湯サーミスタ５３ａは給湯用配管１７ａ内の温度情報を、お湯張り用流量カウンタ５４ａは給湯用配管１７ａ内の流量情報を後述する給湯制御装置４０に出力する。

なお、高中温混合弁１４、給湯用混合弁１５、およびお湯張り用混合弁１５ａは、それぞれの出口側に設けられた湯温サーミスタ５２、給湯サーミスタ５３、もしくはお湯張り用給湯サーミスタ５３ａで検出される給湯用の湯温に基づいてフィードバック制御を行うようにしている。

なお、流量カウンタ５４、５４ａがそれぞれの給湯用配管１７、１７ａ内の水の流れを検出したときは、それぞれの給湯用配管１７、１７ａの末端（給湯水栓、シャワー水栓、もしくはお湯張り用開閉弁５７）が開弁されて給湯用水を出湯している状態である。

また、お湯張り用開閉弁５７は、給湯用配管１７ａの流路を開閉する電磁弁であり、浴槽内に浴水をお湯張り、差し湯、たし湯などを行うときに後述する給湯制御装置４０により制御される。また、逆止弁５９は浴水循環回路６１内の浴水が給湯用配管１７ａ内に流通させないための弁である。

次に、貯湯タンク１０の下部には、貯湯タンク１０内の最下部の水を吸入するための吸入口１０ｄが設けられ、貯湯タンク１０の上方には、貯湯タンク１０内の最上部に湯を吐出する吐出口１０ｅが設けられている。そして、吸入口１０ｄと吐出口１０ｅとは加熱用循環水回路２１で接続されており、この加熱用循環水回路２１の一部はヒートポンプユニット２０内に配置されている。

また、加熱用循環水回路２１のヒートポンプユニット２０内に配置された部分には、図示しない加熱用熱交換器が設けられており、吸入口１０ｄから吸入した貯湯タンク１０内の水道水を高温冷媒との熱交換により加熱して、吐出口１０ｅから貯湯タンク１０内に戻すことにより貯湯タンク１０内の給湯用水を沸き上げることができる。

そして、ヒートポンプユニット２０は、図示しない圧縮機、加熱用熱交換器、減圧器、蒸発器などのヒートポンプサイクルを構成する冷媒機能部品からなる超臨界ヒートポンプである。この超臨界ヒートポンプとは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルを言い、例えば、二酸化炭素、エチレン、エタン、酸化窒素などを冷媒とするヒートポンプサイクルである。

因みに、超臨界ヒートポンプによれば、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温（例えば、８５℃〜９０℃程度）の給湯用水を沸き上げることができる。

また、ヒートポンプユニット２０は後述する給湯制御装置４０からの制御信号により作動するとともに、作動状態を給湯制御装置４０に出力するようになっている。そして、貯湯タンク１０の外壁面には、貯湯量および貯湯温度を検出するための複数（本例では７つ）の貯湯サーミスタ５５ａ〜５５ｇが縦方向（貯湯タンク１０の高さ方向）にほぼ等間隔に配置され、貯湯タンク１０内に満たされた湯もしくは水の各水位レベルでの温度情報を後述する給湯制御装置４０に出力するようになっている。

つまり、給湯制御装置４０は、貯湯サーミスタ５５ａ〜５５ｇからの温度情報に基づいて、貯湯タンク１０内上方の沸き上げられた湯と貯湯タンク１０内下方の沸き上げられる前の水との境界位置を検出できるとともに、これにより貯湯量が検出できるようになっている。

また、これらのサーミスタうち、貯湯サーミスタ５５ａは、貯湯タンク１０の最上部外壁面に設けられており、高温取出し管１２に吸入される高温の湯の温度である貯湯タンク１０内最上部の湯温を検出する出湯サーミスタの機能も有している。また、貯湯サーミスタ５５ｄは前述の中温取出し管１３とほぼ同一の高さに配置されている。これにより、中温取出し管１３から導出される湯温を検出する出湯サーミスタの機能も有している。

そして、追い焚き機能として、浴槽内の浴水と貯湯タンク１０内の湯とが熱交換するように構成された浴水追い焚き手段６０が設けられている。この浴水追い焚き手段６０は、追い焚き用熱交換器７５と、その追い焚き用熱交換器７５に浴槽内の浴水を流通させて浴槽内に戻す浴水循環回路６１とから構成される。

追い焚き用熱交換器７５は、コイル状に形成して、貯湯タンク１０内の上方、つまり、給湯用水が高温となる部位に配設して、内部を流通する浴水を貯湯タンク内に蓄えられた給湯用水に加熱させる熱交換器である。

浴水循環回路６１は、浴槽内の浴水を追い焚き用熱交換器７５の入口側に導く往き管６２、追い焚き用熱交換器７５で熱交換された浴水を浴槽内に導く戻り管６３およびバイパス管６４から構成されている。そして、往き管６２には、上流側から順に、水圧スイッチ６５、開閉弁６６、循環ポンプ６７、浴水温サーミスタ６８、流水スイッチ６９、および追い焚き三方弁７０が設けられている。また、戻り管６３には、下流側に追い焚きサーミスタ７１が設けられている。

水圧スイッチ６５は、浴槽内にお湯張りされた浴水の湯量、つまり、浴槽内の水位レベルを求めるための水圧を検出するセンサである。開閉弁６６は浴水循環回路６１を開閉する電磁弁であり、循環ポンプ６７は浴槽内の浴水を追い焚き用熱交換器７５に圧送する電動ポンプである。浴水温サーミスタ６８は、往き管６２を流通する浴水の湯温を検出する水温センサである。

流水スイッチ６９は、追い焚き三方弁７０側の方向に浴水および後述する給湯用水が流通しているか否かを検出するための流水センサである。追い焚き三方弁７０は、浴水を追い焚き用熱交換器７５に流通させるか、追い焚き用熱交換器７５を迂回するバイパス管６４のいずれか一方に流通方向を切り換えるための切換弁である。

追い焚きサーミスタ７１は、戻り管６３を流通する浴水の湯温を検出する水温センサであり、浴槽内に戻される浴水温度である。なお、水圧スイッチ６５、流水スイッチ６９、浴水温サーミスタ６８および追い焚きサーミスタ７１は、それぞれの容積情報、流水情報および温度情報を後述する給湯制御装置４０に出力するようにされ、開閉弁６６、循環ポンプ６７および追い焚き三方弁７０は後述する給湯制御装置４０により制御される。

また、追い焚きを行うときは、追い焚き三方弁７０の流れ方向を追い焚き用熱交換器７５側に切り換えることで、浴槽内の浴水が往き管６２、追い焚き用熱交換器７５、戻り管６３、浴槽内の順に循環されて、浴水温サーミスタ６８により検出された浴水の湯温が所定温度になるまで循環させるように制御される。

次に、制御手段である給湯制御装置４０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せず）には、予め設定された制御プログラムが設けられており、各サーミスタ５１、５２、５３、５３ａ、５５ａ〜５５ｇ、６８、７１からの温度情報、各流量カウンタ５４、５４ａからの流量情報および図示しない操作盤に設けられた操作スイッチからの操作信号等に基づいて、ヒートポンプユニット２０、各混合弁１４、１５、１５ａ、各開閉弁５７、６６、三方弁７０、および循環ポンプ６７などのアクチュエータ類を制御するように構成されている。

なお、図示しない操作盤には、操作スイッチとして、電源スイッチ、給湯設定温度スイッチ、湯張りスイッチ、湯張り設定温度スイッチ、追い焚きスイッチ、追い焚き設定温度スイッチなどが設けられている。また、図示しない操作盤は、浴室内や台所等の湯を使用する場所の近傍に設置され、操作盤以外は、屋外等の適所に設置されている。

そして、以上の構成によるこの種の給湯装置は、給湯機能、および追い焚き機能を発揮するため所定の貯湯量が貯湯タンク１０内に蓄えられている。つまり、一日の区切り時刻（例えば、深夜時間帯となる２３：００）に達すると、前日の２３時から当日の２３時までの単位時間（例えば、１日）内に給湯用配管１７、１７ａから消費した給湯用水の熱量、および追い焚きによる消費した貯湯タンク１０内の熱量を求めて、その使用した熱量分を沸き上げるようにしている。

これにより、貯湯タンク１０内には、所定熱量の給湯用水が蓄えられている。そして、給湯水栓を開弁することにより、高中温混合弁１４で貯湯タンク１０内の高温の湯、および中温の湯と給水管１１からの水との混合により所定温度（設定温度＋２℃）の混合湯が給湯用混合弁１５に導かれる。そして、給湯用混合弁１５で導かれた混合湯と給水管１１からの水との混合により設定温度の給湯用水を給湯水栓から出湯する。

また、浴槽内にお湯張りを行うときは、図示しない操作盤の湯張りスイッチを操作することによりお湯張り用開閉弁５７が開弁することにより、高中温混合弁１４で貯湯タンク１０内の高温の湯、および中温の湯と給水管１１からの水との混合により所定温度（設定温度＋２℃程度）の混合湯がお湯張り用混合弁１５ａに導かれる。

そして、お湯張り用混合弁１５ａで導かれた混合湯と給水管１１からの水との混合により設定温度の給湯用水を浴槽内に出湯する。つまり、この種の給湯装置では、各混合弁１４、１５、１５ａの適宜な湯水の混合によって設定温度の給湯水を出湯できるようになっている。

ところで、この種の各混合弁１４、１５、１５ａは、それぞれの開口面積比を調節する機構としてステッピングモータを用いるとともに、そのステッピングモータをマイクロコンピータ（以下、マイコンと称する）４２を介して駆動するように構成している。

より具体的には、給湯制御装置４０内にアクチュエータ制御装置４０ａが設けられており、そのアクチュエータ制御装置４０ａは、図２に示すように、制御基板４１、マイコン４２、複数の電源供給回路４３１、４３２、４３３、複数の駆動回路４４１、４４２、４４３、および検出処理回路４５から構成している。

複数の電源供給回路４３１、４３２、４３３は、それそれがアクチュエータとなる各混合弁１４、１５、１５ａに接続させて、マイコン４２からの制御信号である電源供給信号に基づいて各混合弁１４、１５、１５ａに電源を供給する回路である。

電源供給回路４３１、４３２、４３３のそれぞれは、電圧変換用バッファ４３ａを介して電源供給用スイッチング４３ｂを制御するように構成され、それぞれの電圧変換用バッファ４３ａの上流側がマイコン４２のポートａ、ｇ、ｈに接続されている。

そして、それぞれの電源供給用スイッチング４３ｂの下流側が各混合弁１４、１５、１５ａの正極側に接続されている。具体的には、第１電源供給回路４３１が高中温混合弁１４に、第２電源供給回路４３２が給湯用混合弁１５に、第３電源供給回路４３３がお湯張り用混合弁１５ａに接続している。これにより、マイコン４２からの電源供給信号に基づいて各混合弁１４、１５、１５ａを独立に制御することができる。

次に、複数の駆動回路４４１、４４２、４４３は、それそれがアクチュエータとなる各混合弁１４、１５、１５ａに接続させて、マイコン４２からの制御信号である駆動信号に基づいて各混合弁１４、１５、１５ａを駆動させるための回路である。

複数の駆動回路４４１、４４２、４４３のそれぞれの出力側には、各混合弁１４、１５、１５ａに設けられた二つの励磁相を有するステッピングモータを駆動させるように接続している。より具体的には、複数の駆動回路４４１、４４２、４４３のうち、第１駆動回路４４１は高中温混合弁１４内のステッピングモータに接続され、第２駆動回路４４２は給湯用混合弁１５内のステッピングモータに接続され、第３駆動回路４４３はお湯張り用混合弁１５ａ内のステッピングモータに接続されている。

ところで、複数の駆動回路４４１、４４２、４４３のそれぞれは、互いに対応する４つの入出力端子４４ａ、４４ｂと、これらの間にそれぞれ２つのバイポーラ型トランジスタ（ＮＰＮ接続）をカスケード接続してなるダーリントン回路（図示せず）と、各入出力端子４４ａ、４４ｂとダーリントン回路との間に接続された図示しないバイポーラ型トランジスタ（ＰＮＰ接続）などで構成している。

そして、複数の駆動回路４４１、４４２、４４３のうち、第１駆動回路４４１の各入力端子４４ａのみがマイコン４２のポートｂ〜ｅに配線を介して接続されている。そして、残りの第２駆動回路４４２および第３駆動回路４４３の各入力端子４４ａは、マイコン４２のポートに接続することなく、第１駆動回路４４１の各入力端子４４ａとマイコン４２のポートｂ〜ｅとの間に接続された各配線を分岐させて接続している。

これは、マイコン４２のポート数を低減させるために複数の駆動回路４４１、４４２、４４３を並列接続させてマイコン４２のポートｂ〜ｅを共通使用するようにしている。なお、各出力端子４４ｂは、各ステッピングモータの二つの励磁相に接続させている。また、図中に示す符号４４ｃはアース端子であり、符号４５は検出処理回路４５である。

この検出処理回路４５は、各混合弁１４、１５、１５ａ内で検出されたステッピングモータの回転信号を変換してマイコン４２に出力する回路である。ここで、各混合弁１４、１５、１５ａ内で検出された回転信号が一つの検出処理回路４５に入力するように構成している。そして、検出処理回路４５の下流側がマイコン４２のポートｆに接続している。

そして、マイコン４２は、給湯装置に設けられた各センサからの温度情報および流量情報に基づいて複数の電源供給回路４３１、４３２、４３３および複数の駆動回路４４１、４４２、４４３を制御するものであり、マイコン４２には図示しないが各サーミスタからの温度情報が入力されるとともに、ポートａ、ｇ、ｈに制御信号である電源供給信号を出力し、ポートｂ〜ｅに制御信号として駆動信号を出力するようにしている。

そして、電源供給信号を出力するときは、複数のポートａ、ｇ、ｈのうち選ばれたポートａ、ｇ、ｈのみにＯＮ信号を出力し、他のポートａ、ｇ、ｈはＯＦＦ信号を出力するようにしている。つまり、複数の電源供給回路４３１、４３２、４３３うち、選ばれた一つの電源供給回路４３１、４３２、４３３に接続される混合弁１４、１５、１５ａのうち、選ばれた一つの混合弁１４、１５、１５ａのみに電源が供給される。

一方のポートｂ〜ｅに出力される駆動信号は、複数の駆動回路４４１、４４２、４４３のそれぞれに出力されている。言い換えれば、複数の駆動回路４４１、４４２、４４３には、それぞれの各入力端子４４ａに駆動信号が入力されることになるが、電源供給回路４３１、４３２、４３３から電源が供給されているステッピングモータのみを駆動させることができるものである。

以上の構成によるアクチュエータ制御装置４０ａの作動について図３に基づいて説明する。図３はマイコン４２の各ポートａ〜ｈからの制御信号および複数の電源供給回路４３１、４３２、４３３の作動を示すタイムチャートである。ここでは、各混合弁１４、１５、１５ａは、それぞれが同時に駆動制御されることはなく、各混合弁１４、１５、１５ａのうち、選ばれた一つの混合弁１４、１５、１５ａが駆動するように制御している。

言い換えれば、給湯水栓を開弁することで給湯水栓から設定温度の給湯用水を出湯させるときには、まず、高中温混合弁１４を駆動させ、その後に、給湯用混合弁１５が駆動するように制御している。

また、浴槽内にお湯張りを行うときは、図示しない操作盤の湯張りスイッチを操作することによりお湯張り用開閉弁５７が開弁することで、高中温混合弁１４を駆動させ、その後に、お湯張り用混合弁１５ａが駆動するように制御している。

これらの作動をより具体的に説明すると、給湯水栓から設定温度の給湯用水を出湯させるときには、まず、高中温混合弁１４が制御される。これは、図３に示すように、（ａ）ポートａより電源供給信号として５Ｖの電圧が第１電源供給回路４３１に出力される。この電源供給信号が第１電源供給回路４３１に入力されると、電源供給用スイッチング４３ｂがオンすることで、（ｂ）第１電源供給回路４３１から電源電圧として１２Ｖが出力されて高中温混合弁１４に電源が供給される。

そして、（ｇ）ポートｂ〜ｅから駆動信号が出力される。このときに、複数の駆動回路４４１、４４２、４４３に駆動信号が出力されるが、高中温混合弁１４のステップモータのみに電源が供給されているので、二つの励磁相が励磁されて高中温混合弁１４のステップモータのみが回転する。

そして、このときの回転信号が検出処理回路４５を介して（ｈ）ポートｆに入力信号としてパルス数に変換されて入力される。これにより、所定温度（設定温度＋２℃程度）に温度調節された給湯用水が給湯用混合弁１４に供給される。また、検出処理回路４５により回転信号としてパルス数がマイコン４２に入力されることでフィードバック制御を行って最適な温調制御をすることができる。

なお、高中温混合弁１４を駆動させているときには、（ｃ）および（ｅ）のポートｇ、ｈから出力される電源供給信号は０Ｖであるため、（ｄ）および（ｆ）の第２、第３電源供給回路４３２、４３３から出力される電源は遮断（０Ｖ）されている。また、このときの制御時間は一般的に極めて短時間ｔ１に駆動制御されるものである。

そして、次に、給湯用混合弁１５が制御される。これは、（ｃ）ポートｇより電源供給信号として５Ｖの電圧が第２電源供給回路４３２に出力される。この電源供給信号が第２電源供給回路４３２に入力されると、電源供給用スイッチング４３ｂがオンすることで、（ｄ）第２電源供給回路４３２から電源電圧として１２Ｖが出力されて給湯用混合弁１５に電源が供給される。

そして、（ｇ）ポートｂ〜ｅから駆動信号が出力される。このときは、複数の駆動回路４４１、４４２、４４３に駆動信号が出力されるが、給湯用混合弁１５のステップモータのみに電源が供給されているので二つの励磁相が励磁されることで給湯用混合弁１５のステップモータのみが回転する。

そして、このときの回転信号が検出処理回路４５を介して（ｈ）ポートｆに入力信号としてパルス数に変換されて入力される。これにより、設定温度に調節された給湯用水が給湯水栓より出湯される。

そして、同じように、給湯用混合弁１５が駆動されているときは、（ａ）および（ｅ）のポートａ、ｈから出力される電源供給信号は０Ｖであるため、（ｂ）および（ｆ）の第１、第３電源供給回路４３１、４３３から出力される電源は遮断（０Ｖ）されている。

一方、浴槽内にお湯張りするときには、まず、高中温混合弁１４が制御される。ここで、高中温混合弁１４の制御内容については、上述した作動内容と全て同じなので説明を省略する。これにより、所定温度（設定温度＋２℃程度）に温度調節された給湯用水がお湯張り用混合弁１５ａに供給されることになる。

そして、次に、お湯張り用混合弁１５ａが制御される。これは、図３に示すように、（ｅ）ポートｈより電源供給信号として５Ｖの電圧が第３電源供給回路４３３に出力される。この電源供給信号が第３電源供給回路４３３に入力されると、電源供給用スイッチング４３ｂがオンすることで、（ｆ）第３電源供給回路４３３から電源電圧として１２Ｖが出力されてお湯張り用混合弁１５ａに電源が供給される。

そして、（ｇ）ポートｂ〜ｅから駆動信号が出力される。このときは、複数の駆動回路４４１、４４２、４４３に駆動信号が出力されるが、お湯張り用混合弁１５ａのステップモータのみに電源が供給されているので二つの励磁相が励磁されることでお湯張り用混合弁１５ａのステップモータのみが回転する。

そして、このときの回転信号が検出処理回路４５を介して（ｈ）ポートｆに入力信号としてパルス数に変換されて入力される。これにより、設定温度に調節された給湯用水が浴槽内にお湯張りされる。

そして、同じように、お湯張り用混合弁１５ａが駆動されているときは、（ａ）および（ｃ）のポートａ、ｇから出力される電源供給信号は０Ｖであるため、（ｂ）および（ｄ）の第１、第２電源供給回路４３１、４３２から出力される電源は遮断（０Ｖ）されている。

なお、お湯張りを行っているときに、給湯水栓を開弁されたときには、お湯張り用混合弁１５ａの駆動を一端停止させた状態で高中温混合弁１４を駆動させ、その後に、給湯用混合弁１５が駆動するように優先順位を設けても良い。

以上の第１実施形態によるアクチュエータ制御装置４０ａによれば、マイコン４２からの制御信号に基づいて、各混合弁１４、１５、１５ａのそれぞれに電源を供給する複数の電源供給回路４３１、４３２、４３３と、各混合弁１４、１５、１５ａのそれぞれに接続される複数の駆動回路４４１、４４２、４４３とを備え、複数の駆動回路４４１、４４２、４４３は、マイコン４２からの制御信号を駆動回路４４１、４４２、４４３のそれぞれに入力するように互いに並列に接続されている。

これによれば、複数の駆動回路４４１、４４２、４４３を並列接続することで、マイコン４２のポート数を低減することができる。これにより、制御基板４１の実装面積の小型化が図れる。

また、駆動回路４４１、４４２、４４３と各混合弁１４、１５、１５ａのそれぞれに接続される配線がそれぞれ独立して形成されることで、選ばれた一つのステッピングモータのオン、オフ時のスイッチングノイズが他の配線に伝達されることはない。これにより、ノイズ性能の低下することを防止できる。

さらに、駆動回路４４１、４４２、４４３と各混合弁１４、１５、１５ａのそれぞれに接続される配線のうち、一つの配線に噛み込みなどにより短絡が発生すると、その配線に接続される一つの駆動回路４４１、４４２、４４３の駆動機能が停止することになるが、他のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）の駆動を停止させることはない。

また、複数の電源供給回路４３１、４３２、４３３は、複数の混合弁１４、１５、１５ａのうち、選択された一つの混合弁１４、１５、１５ａを駆動させるときに、選択された一つの混合弁１４、１５、１５ａに電源を供給する制御信号が入力され、選択されない他の混合弁１４、１５、１５ａに電源の供給を停止する制御信号が入力されている。

これによれば、複数の混合弁１４、１５、１５ａに同時に電源を供給することがないため待機電力の低減が図れる。つまり、電源側の許容電力が小さくて良い。

また、複数の電源供給回路４３１、４３２、４３３は、混合弁１４、１５、１５ａのそれぞれの正極側に接続されていることにより、例えば、ステッピングモータの場合では、正逆回転させるために複数の励磁相を有している。つまり、配線数が多くなるが正極側に電源を供給させることで駆動回路４４１、４４２、４４３側に接続される配線数を最少とすることができる。

また、複数の混合弁１４、１５、１５ａは、ステッピングモータであることにより、ステッピングモータは配線数が多いためマイコン４２のポート数を低減する効果が大である。つまり、本発明をステッピングモータに適用させることは好適である。

また、複数の混合弁１４、１５、１５ａは、給湯装置における湯水の流量を調節する流量調節弁であることにより、給湯装置においては、この種の流量調節弁として、例えば、中温水混合弁１４、給湯用混合弁１５、お湯張り用混合弁１５ａなどを用いているが、これらの流量調節弁が同時に駆動制御されることはないため本発明を適用させることは好適である。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、複数の混合弁１４、１５、１５ａをステッピングモータで構成したが、これに限らず、具体的には、図４に示すように、複数の混合弁１４、１５、１５ａをオン、オフ使用の電動モータで構成しても良い。

ただし、この場合には、複数の電源供給回路４３１、４３２、４３３のそれぞれは、図４に示すように、電源供給用スイッチング４３ｂにより構成される。そして、それぞれの電源供給用スイッチング４３ｂのベース電圧にマイコン４２からの制御信号として電源供給信号が入力されるように構成する。

より具体的には、マイコン４２のポートｂ、ｄ、ｅから電源供給信号を出力させる。そして、電源供給用スイッチング４３ｂの上流側をそれぞれの混合弁１４、１５、１５ａの負極側に接続する。なお、電源供給用スイッチング４３ｂの出力側は図示しないアース端子に接続している。

また、複数の駆動回路４４１、４４２、４４３のそれぞれは、電圧変換用バッファ４４ａを介して電源供給用スイッチング４４ｂを制御するように構成され、複数の駆動回路４４１、４４２、４４３のうち、第１駆動回路４４１の電圧変換用バッファ４４ａの上流側のみがマイコン４２のポートａに配線を介して接続されている。そして、残りの第２駆動回路４４２および第３駆動回路４４３の電圧変換用バッファ４４ａは、マイコン４２のポートに接続することなく、第１駆動回路４４１の電圧変換用バッファ４４ａとマイコン４２のポートａとの間に接続された各配線を分岐させて接続している。

そして、マイコン４２は、給湯装置に設けられた各センサからの温度情報および流量情報に基づいて複数の電源供給回路４３１、４３２、４３３および複数の駆動回路４４１、４４２、４４３を制御するものであり、マイコン４２には図示しないが各サーミスタからの温度情報が入力されるとともに、ポートｂ、ｄ、ｅに制御信号である電源供給信号を出力し、ポートａに制御信号として駆動信号を出力するようにしている。

そして、電源供給信号を出力するときは、複数のポートｂ、ｄ、ｅのうち選ばれたポートｂ、ｄ、ｅのみにＯＮ信号を出力し、他のポートｂ、ｄ、ｅはＯＦＦ信号を出力するようにしている。つまり、複数の電源供給回路４３１、４３２、４３３うち、選ばれた一つの電源供給回路４３１、４３２、４３３に接続される混合弁１４、１５、１５ａのうち、選ばれた一つの混合弁１４、１５、１５ａのみに電源が供給される。

一方のポートａに出力される駆動信号は、複数の駆動回路４４１、４４２、４４３のそれぞれに出力されている。言い換えれば、複数の駆動回路４４１、４４２、４４３には、それぞれに駆動信号が入力されることになるが、電源供給回路４３１、４３２、４３３から電源が供給されているモータのみを駆動させることができるものである。

以上の第２実施形態によるアクチュエータ制御装置４０ａによれば、複数の電源供給回路４３１、４３２、４３３は、混合弁１４、１５、１５ａの負極側に接続されていることにより、例えば、ステッピングモータの他にオン、オフ仕様の電動機などのアクチュエータ類では、配線数が少なくとも電源供給回路を含めて２線式となる。

従って、一方を駆動回路４４１、４４２、４４３、他方を電源供給回路４３１、４３２、４３３に接続することで容易に構成できる。これにより、正極側のみならず負極側に接続しても良い。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、アクチュエータとして、複数の混合弁１４、１５、１５ａを制御するように構成したが、これに限らず、各開閉弁５７、６６、三方弁７０、および循環ポンプ６７などのアクチュエータ類を制御するように構成しても良い。

本発明に係るアクチュエータ制御装置４０ａの適用例として、複数の混合弁１４、１５、１５ａなどが設けられた給湯装置の系統図である。 本発明の第１実施形態におけるアクチュエータ制御装置４０ａの全体構成を示す電気回路図である。 本発明の第１実施形態における複数の混合弁１４、１５、１５ａを駆動制御する際のタイミングを示すタイムチャートである。 本発明の第２実施形態におけるアクチュエータ制御装置４０ａの全体構成を示す電気回路図である。 従来技術におけるアクチュエータ制御装置の全体構成を示す電気回路図である。

符号の説明

１４…高中温混合弁、混合弁（アクチュエータ、流量調節弁）
１５…給湯用混合弁、混合弁（アクチュエータ、流量調節弁）
１５ａ…お湯張り混合弁、混合弁（アクチュエータ、流量調節弁）
４２…マイコン、マイクロコンピュータ
４３１…第１電源供給回路、電源供給回路
４３２…第２電源供給回路、電源供給回路
４３３…第３電源供給回路、電源供給回路
４４１…第１駆動回路、駆動回路
４４２…第２駆動回路、駆動回路
４４３…第３駆動回路、駆動回路

Claims (6)

1. 複数のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）を制御するアクチュエータ制御装置であって、
   マイコン（４２）からの制御信号に基づいて、前記複数のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）のそれぞれに電源を供給する複数の電源供給回路（４３１、４３２、４３３）と、
   前記複数のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）のそれぞれに接続される複数の駆動回路（４４１、４４２、４４３）とを備え、
   前記複数の駆動回路（４４１、４４２、４４３）は、前記マイコン（４２）からの制御信号を前記駆動回路（４４１、４４２、４４３）のそれぞれに入力するように互いに並列に接続されていることを特徴とするアクチュエータ制御装置。
2. 前記複数の電源供給回路（４３１、４３２、４３３）は、前記複数のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）のうち、選択された一つの前記アクチュエータ（１４、１５、１５ａ）を駆動させるときに、選択された一つの前記アクチュエータ（１４、１５、１５ａ）に電源を供給する制御信号が入力され、選択されない他の前記アクチュエータ（１４、１５、１５ａ）に電源の供給を停止する制御信号が入力されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ制御装置。
3. 前記複数の電源供給回路（４３１、４３２、４３３）は、前記アクチュエータ（１４、１５、１５ａ）のそれぞれの正極側に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ制御装置。
4. 前記複数のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）は、ステッピングモータであることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ制御装置。
5. 前記複数のアクチュエータ（１４、１５、１５ａ）は、給湯装置における湯水の流量を調節する流量調節弁であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のアクチュエータ制御装置。
6. 前記複数の電源供給回路（４３１、４３２、４３３）は、前記アクチュエータ（１４、１５、１５ａ）の負極側に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ制御装置。

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