JP5395060B2 - ソレノイドバルブ - Google Patents

Description

本発明は、ソレノイドバルブに関するものである。

従来、特に半導体製造装置において使用されるバルブは、小型化と高速開閉が要求されており、この要求に応えるべく、例えば、図５〜図７に示すように、ソレノイドを小型化したソレノイドバルブが提案されている（特許文献１）。

図５はノーマルクローズタイプのソレノイドバルブを示す縦断面図、図７はノーマルオープンタイプソレノイドバルブを示す縦断面図である。図６は、図５のソレノイドバルブのソレノイド部分を拡大して示す断面図である。弁室１ａの底面に形成した弁座２の上方に金属製ダイヤフラム５が配設されている。弁室１ａ内へ挿入したボンネット３とバルブボディ１との間で、金属製ダイヤフラム５の外周縁が気密状に挾圧保持されている。バルブボディ１に固定した電磁石Ｍによりステム７を駆動し、金属製ダイヤフラム５をスプリング８の弾性反力（約１７ｋｇｆ）に抗して弁座２へ当座又は弁座２から離座させる。電磁石Ｍは、筒状のプランジャ１９と、プランジャ１９を囲繞する筒状のヨーク１８と、ヨーク１８の内部に配設したコイル１７と、ヨーク１８の端面と対向状に且つこれとギャップＧを置いて配設され、プランジャ１９に螺着した可動鉄心２０とを有している。

ヨーク１８は、内側に位置する背丈の短い第１ヨーク部１８ｃと外側に位置する背丈の長い第２ヨーク部１８ｄとから二重筒状に形成されている。コイル１７は、第１ヨーク部１８ｃと第２ヨーク部１８ｄとの間に配設されている。コイル１７の可動鉄心側の端部は、背丈の長い第２ヨーク部１８ｄの可動鉄心側の端面１８ｄ′の近くに位置している。可動鉄心２０は、第１ヨーク部１８ｃの肉厚と同じ壁厚を有する筒状の第１可動鉄心部２０ｃと鍔状の第２可動鉄心部２０ｄとから形成されている。第１ヨーク部１８ｃの端面１８ｃ′と第１可動鉄心部２０ｃの端面２０ｃ′及び第２ヨーク部１８ｄの端面１８ｄ′と第２可動鉄心部２０ｄの端面２０ｄ′は、約０．４ｍｍのギャップＧを置いて且つ第１ヨーク部１８ｃの端面１８ｃ′と第１可動鉄心部２０ｃの端面２０ｃ′とのギャップＧを電磁石Ｍの非作動時においてもコイル１７の可動鉄心側の端部より距離Ｓだけ第１ヨーク部１８ｃの側に位置せしめて対向させてある。ステム７に連結したシャフト２１とプランジャ１９とは、調整ねじ１５を介して連結されている。調整ねじ１５により、ヨーク１８とプランジャ１９に固定した可動鉄心２０とのギャップＧを微調整することができる。

アクチュエータボディ９は、アルミニウムにより円筒型に形成されており、ボンネット３の上端部へ固定ナット１３により固定された上、止めねじ１４により廻り止めされている。アクチュエータボディ９の内部上方にはソレノイドベース１２がねじ込み固定されており、これにコイル１７、ヨーク１８、プランジャ１９、可動鉄心２０等から成る電磁石Ｍが止めねじ１６により固定されている。アクチュエータボディ９の上方は、アルミニウム製のアクチュエータキャップ１０により密封されており、キャップ１０に設けたリード保護具２３を通して、励磁電流供給用のリード線２２が外部へ引き出されている。

図５のソレノイドバルブ３０Ａは、コイル１７が非通電状態の場合は、スプリング８がステム７の鍔部を押し下げることにより、ディスク６が金属製ダイヤフラム５を押圧し、金属製ダイヤフラム５をその保有弾性に抗して弁座２に当座させて流路１ｂを閉じている。このとき、ステム７とシャフト２１、プランジャ１９を介して連結されている可動鉄心２０もソレノイドストロークギャップＧだけ下方へ引き下ろされている。コイル１７に通電すると、スプリング８の弾性力（約１７ｋｇｆ）に抗して可動鉄心２０がソレノイドストロークギャップＧだけ持ち上げられ、可動鉄心２０とプランジャ１９を介して螺子結合されたシャフト２１が引き上げられ、シャフト２１と一体のステム７及びステム７に固定されたディスク６が引き上げられることにより、金属製ダイヤフラム５が保有弾性によって上方へ湾曲して弁座２から離反して、流路１ｂを開通させる。なお、図７のソレノイドバルブ３０Ｂは、図５のソレノイドバルブ３０Ａをノーマルオープンタイプに設計変更したものである。

これらのソレノイドバルブは、高速開閉作動の起動時に比較的大きな電流を瞬時にコイルに流し、可動鉄心２０を吸引してギャップＧだけ持ち上げて開弁または閉弁し、可動鉄心２０を吸着させた後は、可動鉄心２０の吸着保持に必要な比較的小さな電流を流して開弁状態または閉弁状態を維持するように電流を制御する必要がある。そのため、図８に示すように、大容量・高電圧のアルミ電解コンデンサ及び該コンデンサの充放電制御回路を備える専用電源５０を、ケーブル５１を介してソレノイドバルブ３０Ａ（Ｂ）に接続することによって、ソレノイドバルブ３０Ａ（Ｂ）の駆動を制御している。

図９は、従来の専用電源の回路構成を示すブロック図であり、図１０は、ノーマルクローズタイプのソレノイドバルブにおける専用電源の出力波形を示すタイミングチャートである。図９において、参照符号５２はＡＣ１００Ｖ〜２４０Ｖの供給電源を受ける入力端子、５３はＡＣ／ＤＣコンバータ、５３ａはＤＣ４８Ｖの高圧側ライン、５３ｂはＤＣ３Ｖの低圧側ライン、５４は定格電圧１００Ｖ、静電容量４７００μＦの電解コンデンサ、５５はスイッチ回路、５６はスイッチ回路５５を切り換えるタイミング回路、５７はコモンライン、５８は開閉操作信号入力端子である。

ソレノイド３２は、直径２３．６×高さ２５（ｍｍ）、重量７０ｇであり、可動鉄心等の強磁性材料はコバルト３５ｗｔ％と鉄６５ｗｔ％からなり、コイル１７の巻き数が３１５回、コイル１７の抵抗値が５．６Ω（２０℃）である。このソレノイド３２は、ギャップＧが０．４ｍｍの場合には約５．０Ａで２５ｋｇｆの吸引力を発揮し、ギャップＧが０の場合（吸着時）には０．４Ａで約２５ｋｇｆの吸引力を発揮する。

専用電源にＯＮ（バルブ開）の開閉操作信号が入力されると、タイミング回路５６が、スイッチ回路５５をライン５３ａに接続し、ソレノイド３２に比較的大きな電流値（約４．８Ａ）の駆動電流を流し、閉じていたバルブを開き、一定時間（例えば約５ｍ秒）経過した後、タイミング回路５６がスイッチ回路５５をライン５３ａからライン５３ｂに切り換えて、バルブ開状態を保持するために比較的小さい電流値（例えば、０．４〜０．５５Ａ）の駆動電流をソレノイド３２に流す。
特開２０００−２４０８３８号公報

しかしながら、上記したようにソレノイドバルブを高速開閉駆動させるには、起動時に比較的大きな電流を瞬時に励磁コイルに流す必要があるため、大容量・高電圧のアルミ電解コンデンサを専用電源に内蔵させる必要があった。そして、ソレノイドバルブの高速起動に必要な大容量・高電圧のアルミ電解コンデンサは、サイズが大きいものしかないため、ソレノイドバルブと一体化することができず、アルミ電解コンデンサを組み込んだ専用電源を別途用いる必要があった。たとえば、ソレノイドバルブの高さが９３ｍｍ、幅が５２ｍｍであるの対し、大容量・高電圧のアルミ電解コンデンサを内蔵し８台のソレノイドバルブを駆動する外部専用電源の大きさは、最大限小型化しても、幅１０２ｍｍ、高さ１６１ｍｍ、奥行き１６１ｍｍが限度であった。

さらに、外部専用電源とソレノイドバルブとの間には配置関係によってかなりの距離が生じるにも拘わらず、外部専用電源とソレノイドバルブとを接続する配線ケーブル５１は、５Ａ程度の高電流が通電する上、配線距離に応じて配線抵抗が増加するため、必要とされる範囲の配線距離内で作動条件を満足し得る専用の配線を選択する必要があり、配線が高価になってしまうという問題もあった。

そこで、本発明は、ソレノイドバルブを駆動する専用電源を小型化することにより、省スペース化を図ることを主たる目的とする。また、小型化した専用電源をソレノイドバルブに内蔵させることにより配線抵抗を小さくしてコスト削減を図ることを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、特殊な活性炭を使用した極めて低い内部抵抗の電気二重層キャパシタを用いて、瞬時に大電流を流し、ソレノイドバルブの開閉を瞬時に作動させることを特徴とするものである。

本発明は、前記電気二重層キャパシタが動力電源としてソレノイドバルブに搭載されていることを特徴とする。好ましくは、動力電源としての前記電気二重層キャパシタは、ソレノイドバルブに内蔵されている。

本発明に用いる電気二重層キャパシタは、フェノールやフルフラール樹脂を原料とする活性炭を分極性電極とすることが好ましく、活性炭は、グラッシーカーボンであることが好ましい。

分極性電極に用いるグラッシーカーボン（エアロゲルカーボンとも称される。）は、比表面積が１〜５００m^２／ｇであることが好ましい。

本発明で使用する動力電源は、単セルの電気特性が、静電容量：１〜５F、定格電圧：２．１〜２．７V、直流内部抵抗：０．０１〜０．１Ω、１ｋＨｚでの等価直列抵抗（ESR）：０．０３〜０．０９Ωの電気二重層キャパシタを並列接続、直列接続、若しくは並列と直列とを組合せて接続し、ユニット化したものであることが好ましい。

本発明に係るソレノイドバルブの開閉時間、即ち、ソレノイドバルブを開き又は閉じるための信号を入力してから開動作又は閉動作が完了するまで時間は、１０ｍ秒以下であることが好ましい。

また、本発明は、上記目的を達成するため、流路、該流路を開閉するバルブメンバ、該バルブメンバが当離座可能な弁座、前記バルブメンバを開閉操作するステム、及び、該ステムを付勢するスプリングを含むバルブ本体と、前記バルブ本体と接続され、前記ステムを駆動するソレノイドと、電気二重層キャパシタによって構成されて前記ソレノイドに駆動電力を供給するための充電電源、及び、外部指令に基づいて前記充電電源からソレノイドに供給される駆動電力を制御する制御回路をユニット化した動力電源と、前記バルブ本体と一体的に取り付けられ、前記動力電源を収容するケーシングとを備えることを特徴とするソレノイドバルブを提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、電磁的に弁を駆動するソレノイドバルブであって、電磁駆動用のソレノイドに駆動電流を供給するために電気二重層コンデンサを用い、かつ該コンデンサを前記弁および前記ソレノイドと一体化して収容したことを特徴とするソレノイドバルブを提供する。

本発明に係るソレノイドバルブは、ソレノイドを駆動する主電源として電気二重層キャパシタにより構成した充電電源を用いることにより、専用電源を小型化することができる。すなわち、電気二重層キャパシタは、アルミ電解コンデンサに比較して、単位面積当たりの静電容量が非常に大きいため、同じ静電容量であれば小型化が可能である。

また、斯かる電気二重層キャパシタを適宜配置とすることにより、バルブ本体に取り付けられたケーシング内に駆動制御回路とともに収容できる。そのため、従来使用していた別体の専用電源を必要とせず、省スペース化が一層図られ得る。

さらに、動力電源を弁本体と一体に取り付けられるケーシング内に収容して内蔵させることで、動力電源とソレノイドコイルとの間の配線を短縮することができる。配線抵抗が小さくなった分、ソレノイドコイルに流れる電流値が大きくなるため、ソレノイドを小型化することもでき、それにともなって、ソレノイドバルブを小型化することもできる。

本発明に係るソレノイドバルブの第１実施形態を示す斜視図である。 図１のソレノイドバルブに内蔵された動力電源の回路構成を示すブロック図である。 本発明に係るソレノイドバルブの第２実施形態を示す縦断面図である。 図３のソレノイドバルブの斜視図である。 従来のノーマルクローズタイプのソレノイドバルブを示す中央縦断面図である。 図５のソレノイドバルブのソレノイドを拡大して示す断面図である。 従来のノーマルオープンタイプのソレノイドバルブを示す中央縦断面図である。 図５のソレノイドバルブと、該ソレノイドバルブの外部専用電源の外観を示す正面図である。 図８の外部専用電源の回路構成を示すブロック図である。 図９に示す回路構成を備える外部専用電源の操作入力信号と出力の波形を示すタイムチャートである。

符号の説明

３０ ソレノイドバルブ
３１ バルブ本体
３２ ソレノイド
３３ ケーシング
３４ 電気二重層キャパシタ
３７ 動力電源

本発明に係るソレノイドバルブの実施形態について、以下に図面を参照して説明する。なお、全図および全実施形態を通じ、同様の構成部分には同符号を付し、重複説明を省略することがある。

図１は、本発明に係るソレノイドバルブの第１実施形態を示す斜視図である。本発明において、バルブ本体３１及びバルブ本体３１に取り付けられているソレノイド３２は、図５〜図７に示された従来構成を採用することができる。従って、以下の説明において、バルブ本体３１及びソレノイド３２に関し、同一又は類似の構成部分については、図５〜図７の参照符合を用いることにより、詳細な図示説明を省略する。なお、図１に示されたバルブ本体３１は、図５及び図７おける、バルブボディ１内の、流路１ｂ、弁またはバルブメンバとしてのダイヤフラム５、弁座２、ステム７、スプリング８を含み、ソレノイド３２は、図５及び図７における、アクチエーターボディ９、ソレノイドベース１２、調整ねじ１５、止めねじ１６、コイル１７、コイルボビン１７ａ、ヨーク１８、プランジャ１９、及び、可動鉄心２０を有する駆動部（アクチュエータ）である。

ソレノイドバルブ３０には、図１に仮想線で示したケーシング３３が、バルブ本体３１と一体的に接続されている。ケーシング３３は、アクチュエータボディ９に、止め螺子等の固定手段によって固定されることにより、バルブ本体３１と一体となっている。図１に示す例では、ケーシング３３は、従来例の図５で示すアクチュエータキャップ１０に代えてアクチュエータボディ９上に取り付けられており、図５のアクチュエータキャップ１０と同様に、ソレノイドベース１２（図５参照）に螺子（不図示）にて螺子止めされている。

ケーシング３３は、図示例に限らず、種々の形態を採用することができ、適宜手段によって、バルブ本体３１と一体的に取り付けられておれば良く、たとえば、従来例の図５に示されているアクチュエータキャップ１０に止め螺子等の固定手段によって連結しても良いし、あるいは、バルブボディ１に直接固定するように構成しても良い。

複数（図示例では２個）の長円筒形をした電気二重層キャパシタ３４が、ケーシング３３内において、ソレノイド３２の上部に配設されている。電気二重層キャパシタ３４は、略円盤形の第１プリント配線板３５に、電極端子（図示せず。）が半田付けされている。

第１プリント配線板３５は、ケーシング３３の内径より僅かに小さい直径を有する円弧状外周面を有することができ、該外周面により、ケーシング３３内でガタつかないように収容可能となっている。第１プリント配線板３５は、外周囲に図示しないＯリングを取り付けて、ケーシング３３内に圧入できるように構成することもできる。また、第１プリント配線板３５は、ソレノイド３２上に、図示しない支持部材を介して支持させてもよい。

電気二重層キャパシタ３４は、ソレノイド３２の円形をした天面から、はみ出さないように配置されている。

第１プリント配線板３５には、電気二重層キャパシタ３４実装面と反対側の面（図１の上側の面）に、第２プリント配線板３６が立設するようにして配置されている。第２プリント配線板３６には、電気二重層キャパシタ３４からなる充電電源の放電を制御する制御回路３９（図２参照）を構成する複数の電子部品が実装されている。第２プリント配線板３６上の制御回路は電気二重層キャパシタ３４と電気配線により接続されている。

第２プリント配線板３６は、望ましくは、半田付け、クリップ等の適宜手段によって、第１プリント配線板３５に固定することができ、３次元配置の混成集積回路基板としてユニット化された動力電源３７が構成されている。このようにして構成される動力電源３７は、電源ユニットとして、ケーシング３３内に収容され、ソレノイド３２に取り付けられて、バルブ本体３１と一体となり、動力電源を内蔵したソレノイドバルブとなる。

第２プリント配線板３６は、四角形をしていて、その幅寸法がケーシング３３の内径より僅かに小さい寸法とされ、ケーシング３３内に収容された時にガタつきが生じにくくなっている。なお、第２プリント配線板３６のガタつきを防止するため、第２プリント配線板３６の両側縁を案内するガイド溝等のガイド部（図示せず。）を、ケーシング３３の内面に形成してもよい。

動力電源３７の回路構成を、図２に示すブロック図を参照して説明する。動力電源３７は、電気二重層キャパシタ３４からなる充電電源３４Ｘに接続された第１の放電ライン４０と、充電電源３４Ｘに接続された第２の放電ライン４１と、第２の放電ライン４１に介在された降圧用コンバータ４２と、充電電源３４Ｘとソレノイド３２とを接続するコモンライン４３と、第１の放電ライン４０と第２の放電ライン４１とを切り換えてソレノイド３２に電力供給するスイッチ回路４４と、外部コントローラからの操作信号入力によってスイッチ回路４４のスイッチ動作を制御するタイミング回路４５と、を有する。充電電源３４Ｘは、電源供給用のケーブル４７から電力供給を受ける。タイミング回路４５は、図外のコントローラから外部信号入力ケーブル４８を通じて、バルブの開閉操作信号の入力を受ける。

充電電源３４Ｘに使用される電気二重層キャパシタ３４は、特殊な、活性炭を使用した極めて低い直流内部抵抗の電気二重層キャパシタであり、これを用いて、瞬時に大電流を流し、ソレノイドバルブの開閉を瞬時に作動させる。

充電電源３４Ｘに使用される電気二重層キャパシタは、フェノールやフリフラール樹脂を原料とするグラッシーカーボンを分極性電極とする電気二重層キャパシタである。

さらに、分極性電極に用いるグラッシーカーボン（エアロゲルカーボンとも称される。）は、比表面積が１〜５００m^２／ｇである。比表面積が、１ｍ^２／ｇ未満であると必要な静電容量が得られない一方、５００ｍ^２／ｇを超えると、抵抗が大きくなって、定格電圧の範囲内でソレノイドの初期駆動に必要な起動電流をソレノイドに供給することができないからである。なお、一般に市販されている電気二重層キャパシタは、静電容量を確保するために１６００〜２３００ｍ^２／ｇの高比表面積の活性炭が分極性電極に使用されているが、そのような活性炭は、抵抗が大きく、本発明の目的には応用できない。

フェノールまたはフリフラール樹脂は、電池等の電極材料として用いる場合には、通常、水蒸気賦活、アルカリ賦活された活性炭が用いられるが、本発明では、フェノール樹脂またはフリフラール樹脂をＣＯ_２賦活して活性炭化したものを電気二重層キャパシタの分極性電極として用いる。ＣＯ_２は、高価だが、賦活後の水洗洗浄が不要で、活性炭中に賦活材の不純物が混入しないので、高性能を発揮し得るからである。

具体的には、フェノール樹脂またはフリフラール樹脂を、反応炉内において、８００〜１２００℃のＣＯ_２雰囲気中で賦活する。反応炉内の賦活時間によって得られる活性炭の比表面積が変化するため、必要な比表面積に応じて賦活時間が定まる。

動力電源の電気二重層キャパシタは、単セルの電気特性が、静電容量：１〜５F、定格電圧：２．１〜２．７Vで、直流内部抵抗：０．０１〜０．１Ω、１ｋＨｚでの等価直列抵抗（ESR）：０．０３〜０．０９Ωのものを用いる。なお直流内部抵抗は、日本電子機械工業会規格の規格「ＥＩＡＪ ＲＣ−２３７７」に定められた測定方法により測定することができる。また、等価直列抵抗はミリオームメータを用いて測定することができる。

図２に示す例において、電源供給ケーブル４７には、ＤＣ９Ｖが供給されている。充電電源３４Ｘは、定格電圧２．５Ｖ、定格静電容量１．５Ｆ、直流内部抵抗０．１Ω、等価直列抵抗０．０７Ωの電気二重層キャパシタ３４を２個、直列接続したものである。降圧用コンバータ４２は、９Ｖを１Ｖに降圧するＤＣ／ＤＣコンバータである。

電気二重層キャパシタ３４の定格電圧は、アルミ電解コンデンサの定格電圧（従来例では１００Ｖ）に比較してかなり小さい。直列接続する電気二重層キャパシタ３４の数を増やして耐電圧を大きくしたのでは、小型化の目的に反するため、電気二重層キャパシタの数はできるだけ少ないほうが良い。そのため、電源供給ケーブル４７に供給する電圧を従来よりも低く設定する。その結果、ソレノイド９にかかる電圧が下がり、ソレノイド９に流れる電流値も下がってしまう。しかしながら、ソレノイド９は、所定の吸引力を発揮させるために、所定の起磁力を発生させる必要がある。起磁力は、コイルを流れる電流値とコイルの巻回数の積によって決まる。コイルの巻き数を増やすとソレノイド９が大型化するため好ましくない。そこで低電圧（例えばＤＣ１２Ｖ以下）でもソレノイドを流れる電流値を大きくするため、コイル抵抗をできるだけ小さくする。そこで、図２に示す例では、コイルの電線の直径を太くする一方、巻回数を従来の３１５回から８０回に減らして、コイル抵抗を０．３Ω（２０℃）に抑えつつ、従来と同サイズ、同重量、同材料のソレノイドを作成した。このソレノイド９は、ギャップＧが０．４ｍｍの時に電流値２０Ａで約２５ｋｇｆの吸引力を発揮し、ギャップＧが０の時には電流値１．６Ａで約２５ｋｇｆの吸引力を発揮した。このような低抵抗のソレノイド９を採用し、電気二重層キャパシタ３４も低内部抵抗のものを採用しているため、ソレノイド９の初期駆動に十分な大電流（１8．3Ａ）を供給できた。

動力電源３７は、たとえば、ノーマルクローズタイプのソレノイドバルブでは、バルブ開操作信号が外部信号入力ケーブル４８を通じて外部コントローラから入力されると、タイミング回路４５が、スイッチ回路４４を第１の放電ライン４０に接続し、比較的大きな電流値の初期起動電流を流して閉じていたバルブを開く。一定時間（例えば約５ｍ秒）経過した後、タイミング回路４５は、スイッチ回路４４を第２の放電ライン４１に切り換えて、バルブ開状態を保持するために比較的小さい電流値の保持電流を流す。第２の放電ライン４１を流れる保持電流は、比較的小さい電流値であるため、ソレノイドの発熱を抑制することができる。バルブ開操作信号が途絶えると、タイミング回路４５は、スイッチ回路４４を回路遮断位置に切り換える。

タイミング回路４５が、第１の放電ライン４０から第２の放電ライン４１に切り換えるタイミングは、時間調整可能であり、ソレノイドの初期起動電流が流れ始めてからソレノイドバルブのソレノイドコイルに可動鉄心が吸着されるのに十分な時間を経過したのちに、切り換えるように設定される。本発明によれば、バルブの開操作信号又は閉操作信号を入力してから、ソレノイドバルブの開動作又は閉動作が完了するまで時間、すなわち、バルブ開閉時間は、１０ｍ（ミリ）秒以下、好ましくは５ｍ秒以下とすることが可能である。このような場合、タイミング回路４５が第１の放電ライン４０から第２の放電ライン４１に切り換える時間は、１０ｍ秒以下の範囲で調整することができる。

図３は本発明に係るソレノイドバルブの第２実施形態の内部構造を示す縦断面図であり、図４はその斜視図である。

図３及び図４に示されたソレノイドバルブ３０ａは、３個の電気二重層キャパシタ３４ａ…が直列接続されている。３個の電気二重層キャパシタ３４ａ…は、横並びに重ねて配置されている。電気二重層キャパシタ３４は、四角形の第１プリント配線板３５ａに、電極端子（図示せず。）が半田付けされている。

第１プリント配線板３５ａは、ソレノイド３２上に、支持部材６０によって支持されている。第１プリント配線板３５ａの上方、すなわち、第１プリント配線板３５ａの電気二重層キャパシタ３４ａ実装面と反対側に、第２プリント配線板３６ａが支持部材６０によって第１プリント配線板３５ａと平行に支持されている。第２プリント配線板３６ａには、電気二重層キャパシタ３４からなる充電電源の放電を制御する制御回路（図２の符号３９参照）を構成する複数の電子部品が実装されている。第２プリント配線板３６ａ上の制御回路は電気二重層キャパシタ３４ａと電気配線により接続されている。

このようにして、支持部材６０によって第１プリント配線板３５ａと第２プリント配線板３６ａとが下段と上段の二段支持構造とされ、それにより３次元配置の混成集積回路基板としてユニット化された動力電源３７ａが構成されている。このようにして構成される動力電源３７ａは、電源ユニットとして、ケーシング３３ａ内に収容され、ソレノイド３２に取り付けられて、バルブ本体３１と一体となり、動力電源を内蔵したソレノイドバルブとなる。

上記説明から明らかなように、上記構成を有するソレノイドバルブは、電気二重層キャパシタを充電電源とする動力電源を、バルブ本体に一体的に設けたケーシング内に収容することにより、省スペース化が図られ得る。

また、動力電源をケーシングに収容することにより、配線を短くすることができるので、配線抵抗を小さくすることができる。

配線抵抗が小さくなった分、ソレノイドコイルに流れる電流値が大きくなるため、ソレノイドコイル自体を小型化することも可能となり、それに応じて、ソレノイドバルブを小型化することもできる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において変更が可能であり、ソレノイド及びバルブ構造は、図５〜図７に示された態様に限らず、その他の態様を採用することもできる。たとえば、弁またはバルブメンバは、ダイヤフラムに限らず、ニードルバルブとすることもできる。また、上記実施形態では、動力電源がケーシングに内蔵されている場合について説明したが、本発明に係るソレノイドバルブは、ケーシングを備えないで、動力電源が露出した状態でバルブ本体又はソレノイドに搭載されていてもよい。

Claims (8)

1. 低直流内部抵抗及び低等価直列抵抗を有する電気二重層キャパシタを動力電源とし、該動力電源が搭載されて、瞬時に開閉可能なソレノイドバルブであって、
   前記電気二重層キャパシタは、単セルの電気特性が、静電容量が１〜５Ｆであって、定格電圧２．１〜２．７Ｖで、直流内部抵抗が０．０１〜０．１Ω、且つ、１ｋＨｚでの等価直列抵抗が０．０３〜０．０９Ωであり、
   前記動力電源は、電気二重層キャパシタによって構成されてソレノイドに駆動電力を供給するための充電電源、及び、外部指令に基づいて前記充電電源からソレノイドに供給される駆動電力を制御する制御回路をユニット化し、バルブ本体と一体的に取り付けられたケーシングに収容され、
   前記制御回路は、前記充電電源に接続されてソレノイドに起動電流を供給するための第１の放電ラインと、前記充電電源に接続されてソレノイドコイルに可動鉄心を吸着させた状態を保持させる保持電流を供給するための第２の放電ラインと、該第２の放電ラインに介在された降圧用コンバータと、前記第１の放電ラインと前記第２の放電ラインとを切り換えて前記ソレノイドに電力供給するスイッチ回路と、前記スイッチ回路のスイッチ動作をタイミング制御するタイミング回路とを有することを特徴とする、前記ソレノイドバルブ。
2. 前記動力電源が内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブ。
3. 前記電気二重層キャパシタは、比表面積が１〜５００ｍ^２／ｇのグラッシーカーボンにより形成された分極性電極を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のソレノイドバルブ。
4. 通電時にバルブが開となり、非通電時にはスプリングの力でバルブが閉となるノーマルクローズタイプ、または、通電時にバルブが閉となり、非通電時にはスプリングの力でバルブが開となるノーマルオープンタイプであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のソレノイドバルブ。
5. 前記制御回路は、通電時に最大電流を流し、ソレノイドのプランジャがソレノイドコイルに吸着した後は、前記スプリングの力よりも大きな吸引力を保持するようにソレノイド駆動電流を流すことにより、ソレノイドの発熱を抑制することを特徴とする請求項４に記載のソレノイドバルブ。
6. バルブ開閉時間が１０ｍ秒以下であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のソレノイドバルブ。
7. 前記動力電源は、前記電気二重層キャパシタが前記ソレノイドの上部に配設され、該電気二重層キャパシタの電極端子が第１プリント配線板に半田付けされて搭載され、該第１プリント配線板は前記ケーシングの内径より僅かに小さい直径の外周面を有し、該第１プリント配線板の前記電気二重層キャパシタ搭載面と反対側の面に第２プリント配線板が立設固定され、該第２プリント配線板に前記制御回路が形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のソレノイドバルブ。
8. 前記動力電源は、前記ソレノイド上に支持部材によって支持された第１プリント配線板と、前記支持部材によって該第１プリント配線板の上段に該第１プリント配線板と平行に支持された第２プリント配線板とを備え、前記第１プリント配線板の下面に前記電気二重層キャパシタが半田付けにより固定され、前記第２プリント配線板に前記制御回路が形成されていることを特徴とする、請求項１〜６の何れかに記載のソレノイドバルブ。
   

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