JPH07280126A - 電磁弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電磁弁を作動状態に保持する際の消費電力を
大幅に低減でき、特に蓄電池を電源に使用した場合に一
回の充電で作動できる時間を長くすることができ、装置
の小型化および軽量化を図ることができるようにする。 【構成】 電磁弁１１は、定格電流ｂが供給されること
により作動を開始する。作動状態となった後、非作動状
態となるまでの間は、電磁弁１１には、電磁弁１１を作
動状態に保持しうる大きさで、かつ定格電流ｂよりも小
さな保持電流ａと、定格電流ｂとが交互に供給され、作
動状態が保持される。保持電流ａを供給している間に、
振動などの外力により電磁弁１１が非作動状態となって
しまっても、次の定格電流ｂが電磁弁１１に供給される
ので、即座に電磁弁１１が作動し、電磁弁１１の安定し
た動作が確保される。定格電流ｂと保持電流ａとの供給
の切り換えはスイッチＡ，Ｂの開閉制御により行われ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所定の大きさの定格電
流を電磁弁に供給することにより電磁弁を作動させる電
磁弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の電磁弁装置としては、電
磁弁に供給する電流の有無を弁開閉制御装置によって制
御し、それにより電磁弁の開閉を制御してなるものが用
いられていた。すなわち、電磁弁を作動させるときに
は、所定の大きさの定格電流を電磁弁に供給し、電磁弁
の作動を解除するときには電磁弁への定格電流の供給を
停止していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の電
磁弁装置では、電磁弁の作動、非作動を電磁弁への定格
電流の供給の有無により切り換えていた。そのため、電
磁弁が作動を開始してから非作動状態となるまでの間、
電磁弁を作動させるために必要な最大電流である定格電
流が、常時、電磁弁に供給されることとなり、多くの電
力が必要であるという問題点があった。特に、蓄電池を
電源に使用した場合には、一回の充電により作動できる
時間は蓄電池の電流容量を電磁弁の定格容量で除した値
となる。そのため長時間作動させる場合には、それに比
例して蓄電池を大容量化しなければならず、装置の小型
化や軽量化の障害となっていた。

【０００４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、電磁弁を作動状態に保持する際の消
費電力を大幅に低減でき、特に蓄電池を電源に使用した
場合に一回の充電で作動できる時間を長くすることがで
き、装置の小型化および軽量化を図ることができる電磁
弁装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電磁弁装
置は、所定の大きさの定格電流が供給されることにより
作動する電磁弁と、この電磁弁を作動させるときには定
格電流を供給し、前記電磁弁が作動状態となった後、非
作動状態となるまでの間は、前記電磁弁を作動状態に保
持しうる大きさで、かつ大きさが前記定格電流よりも小
さな保持電流を供給する弁開閉制御手段とを備えてい
る。

【０００６】この電磁弁装置では、電磁弁は一旦作動状
態となった後は、定格電流よりも小さな保持電流により
作動状態が保持される。従って、定格電流により常時作
動状態を保持していた従来に比べて、消費電力が著しく
低減される。

【０００７】請求項２記載の電磁弁装置は、所定の大き
さの定格電流が供給されることにより作動する電磁弁
と、この電磁弁を作動させるときには定格電流を供給
し、前記電磁弁が作動状態となった後、非作動状態とな
るまでの間は、前記電磁弁を作動状態に保持しうる大き
さで、かつ大きさが前記定格電流よりも小さな保持電流
と定格電流とを交互に供給する弁開閉制御手段とを備え
ている。

【０００８】この電磁弁装置では、電磁弁は一旦作動状
態となった後は、非作動状態となるまで定格電流よりも
小さな保持電流と定格電流とが交互に供給されることに
より作動状態が保持される。従って、従来に比べて消費
電力が低減されると共に、保持電流を電磁弁に供給して
いる間に、振動などの外力により電磁弁が非作動状態と
なってしまっても、次の定格電流が電磁弁に供給される
ので、即座に電磁弁が作動し、電磁弁の安定した動作が
確保される。

【０００９】なお、本発明は、特に、蓄電池を電源とし
て電磁弁を作動させるよう構成した場合に有効である。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１１】図１は本発明の第１の実施例に係る電磁弁
装置の基本的な回路構成を表すものである。この電磁弁
装置１０は電源（直流電源）１２から供給される定格電
流により作動する電磁弁１１を有し、この電磁弁１１の
一端と電源１２の負側端子との間には、スイッチＢが配
設されると共に、このスイッチＢに対して並列にスイッ
チＡと抵抗１３からなる直列回路が接続されている。

【００１２】この電磁弁装置では、スイッチＡを閉じる
と、電磁弁１１、抵抗１３およびスイッチＡを介して保
持電流ａが流れる。そして、この状態でスイッチＢを閉
じると、電磁弁１１およびスイッチＢを介して定格電流
ｂが流れ、電磁弁１１が作動状態となる。このとき保持
電流ａは流れない。なお、スイッチＡが開状態のときス
イッチＢを閉じた場合でも電磁弁１１およびスイッチＢ
介して定格電流ｂが流れ、電磁弁１１が作動状態とな
る。電磁弁１１を非作動状態とするときには、スイッチ
Ａ，Ｂを共に開状態とすればよい。

【００１３】このように電磁弁装置１０では、スイッチ
Ａ，Ｂの開閉状態に応じて、電磁弁１１に対して定格電
流ｂと保持電流ａとを交互に供給することができる。

【００１４】ここに、定格電流ｂは電磁弁１１を作動さ
せるのに必要な大きさの電流であり、電磁弁１１を流れ
る流体の圧力、温度、粘度、更に周囲温度等の要因を考
慮して決定される。一方、保持電流ａは、電磁弁１１が
作動状態となった後、非作動状態となるまでの間、電磁
弁１１を作動状態に保持しうる大きさで、かつ大きさが
定格電流ｂよりも小さな電流をいい、抵抗１３の抵抗値
により調整される。

【００１５】なお、電磁弁１１は定常閉（ノーマルクロ
ーズ）、定常開（ノーマルオープン）および３方弁以上
のマルチポート弁のいずれの種類のものでもよい。

【００１６】図２は電磁弁１１の動作状態を制御するた
めの弁開閉制御装置２０の構成を表すものである。この
弁開閉制御装置２０は判断手段２００を備え、この判断
手段２００の制御によりタイマ２１０、パルス発生回路
２２０、スイッチＡ駆動回路２３０、およびスイッチＢ
駆動回路２４０が動作し、これによりスイッチＡ，Ｂが
駆動され、電磁弁１１の作動状態の切り換えが行われる
ようになっている。

【００１７】判断手段２００はセンサ（検出器）電圧変
換回路および電圧比較器により構成されており、所定の
条件（例えば雰囲気温度が設定温度に達したとき）にな
ると、作動信号をタイマ２１０、パルス発生回路２２０
およびスイッチＡ駆動回路２３０それぞれに対して出力
するものである。スイッチＡ駆動回路２３０はこの作動
信号が供給されると、この作動信号が有効な間、スイッ
チＡを閉状態になるように駆動させるものである。タイ
マ２１０は、判断手段２００から出力された作動信号が
有効な期間、周期Ｔ経過毎にパルス発生回路２２０を駆
動させるための駆動信号を出力するものである。パルス
発生回路２２０は、作動信号の立ち上がり時、およびタ
イマ２１０からの駆動信号を受信した時に、パルス幅ｔ
（ｔ＜Ｔ）のパルスをスイッチＢ駆動回路２４０へ出力
するものである。パルス幅ｔは電磁弁１１を作動状態と
するのに十分な時間であればよく、電磁弁１１の特性に
より決定される。具体的には、電磁弁１１が小型電磁弁
の場合、パルス幅ｔは数msecから１００msecが有効であ
る。スイッチＢ駆動回路２４０はこのパルスが入力する
と、パルスがハイレベルの時間ｔの間にスイッチＢを閉
状態になるように駆動するものである。

【００１８】次に、本実施例の電磁弁装置１０の動作を
図１、図２および図３（ａ）〜（ｄ）に示すタイミング
チャートを参照して説明する。

【００１９】まず、電磁弁１１の作動条件（例えば雰囲
気温度が設定温度に達したとき）になると、判断手段２
００からタイマ２１０、パルス発生回路２２０およびス
イッチＡ駆動回路２３０それぞれに対して図３（ａ）に
示すような作動信号が出力される。これによりスイッチ
Ａ駆動回路２３０が駆動され、同図（ｂ）に示したよう
にスイッチＡを閉状態とする。同時に、タイマ２１０が
起動し、周期Ｔ経過毎にパルス発生回路２２０に対して
同図（ｃ）に示すような駆動信号を出力する。また、パ
ルス発生回路２２０は、作動信号の立ち上がり時、およ
びタイマ２１０からの駆動信号受信時に、同図（ｄ）に
示すようなパルス幅ｔ（ｔ＜Ｔ）のパルスをスイッチＢ
駆動回路２４０へ出力する。スイッチＢ駆動回路２４０
は、パルス発生回路２２０から出力された最初のパルス
の立ち上がりに同期してスイッチＢを同図（ｅ）に示す
ように閉状態とする。従って、図１の回路において、電
磁弁１１には定格電流ｂが供給され、電磁弁１１が作動
状態となる。

【００２０】パルス発生回路２２０の出力の最初のパル
ス（パルス幅ｔ）が通過すると、スイッチＢは再び開状
態となるが、このときスイッチＡが閉状態のままである
ので電磁弁１１には保持電流ａが供給されることにな
り、作動状態が保持される。続いて、タイマ２１０から
の駆動信号を受信すると、パルス発生回路２２０は再度
パルス幅ｔのパルスをスイッチＢ駆動回路２４０へ出力
する。これによりスイッチＢが閉状態となり、図１の回
路において、電磁弁１１には再び定格電流ｂが供給され
る。以後、同様にして、電磁弁１１には定格電流ｂと保
持電流ａが交互に供給され、作動状態が維持される。そ
して、電磁弁１１の作動条件（例えば雰囲気温度が設定
温度に達したとき）が解除されると、判断手段２００か
らのタイマ２１０、パルス発生回路２２０およびスイッ
チＡ駆動回路２３０それぞれに対する作動信号の出力が
停止される。これによりスイッチＡ，Ｂが共に開状態と
なり、定格電流ｂおよび保持電流ａの電磁弁１１への供
給が停止される。

【００２１】図４は図１に示した電源１２として蓄電池
を用い、本実施例の電磁弁装置１０を適用した低温冷蔵
庫補助冷却装置３０の概略構成を表すものである。

【００２２】この低温冷蔵庫補助冷却装置３０は、生化
学的試料Ｍなどを低温（例えば、−４０度から−８０
度）で保存する低温冷蔵庫４０内に、故障や停電のとき
冷却物質Ｎを供給して、低温冷蔵庫４０内の温度が上昇
することを防止するためのものである。冷却物質Ｎは、
収容容器３１に収容されており、電磁弁１１および供給
管３２を介して低温冷蔵庫４０内に供給される。従っ
て、本実施例の電磁弁装置１０は、供給管３２に配設さ
れ、低温冷蔵庫４０に対する冷却物質Ｎの供給を制御す
るために用いられる。ここにおいて、電磁弁装置１０の
電源１２に蓄電池が用いられるのは、低温冷蔵庫補助冷
却装置３０が故障や停電などの非常時にのみ作動される
ものだからである。なお、冷却物質Ｎには、液化炭酸ガ
ス等が用いられる。

【００２３】ここで、電磁弁装置１０が低温冷蔵庫補助
冷却装置３０に用いられた場合には、図２に示した判断
手段２００は、低温冷蔵庫４０内の温度を温度センサ３
３により検出して、その温度が所定の温度より高いとき
に前述の作動信号を出力し、定格電流ｂと保持電流ａと
を交互に供給して電磁弁１０を作動させる。

【００２４】以上のように本実施例の電磁弁装置１０で
は、定格電流ｂにより電磁弁１１が作動状態となった後
は、電磁弁１１に対して定格電流ｂと、この定格電流ｂ
よりも小さな保持電流ａとが交互に供給され、電磁弁１
１の作動状態が保持される。従って、本実施例の電磁弁
装置１０では、作動状態のときに連続して定格電流を供
給する従来の電磁弁装置に比べて消費電力を著しく削減
できる。また、電磁弁１１の作動中は、定格電流ｂと保
持電流ａとを一定の時間間隔をおいて交互に供給してい
るので、例え保持電流ａを供給している間に振動などの
外力の影響を受けて電磁弁１１が非作動状態となって
も、次のパルス（定格電流ｂ）により電磁弁１１を再び
作動状態とすることができるので、電磁弁１１の安定し
た動作を確保できる。

【００２５】また、この電磁弁装置１０を、図４に示し
たように、低温冷蔵庫補助冷却装置３０に適用した場合
には、温度センサ３３により測定された低温冷蔵庫４０
内の温度が所定の温度よりも高くなったときに電磁弁１
１が作動状態となり、低くなったときには電磁弁１０が
非作動状態となる。すなわち、一旦定格電流ｂが供給さ
れた後、低温冷蔵庫４０内の温度が所定の温度よりも高
い間は、電磁弁装置１０は、電源（蓄電池）１２からの
電流を保持電流ａまたは定格電流ｂに交互に切り換えて
電磁弁１１に供給し、電磁弁１０を作動状態に保持す
る。従って、消費電力が少なくなり、一回の充電で蓄電
池を使用できる時間を大きく延ばすことができる。この
ため蓄電池の容量を少なくすることができ、装置を小型
化および軽量化することができる。また、振動等の外力
の影響を受けることなく、低温冷蔵庫４０を安定して所
定の温度に保持することができる。

【００２６】上記実施例では、電磁弁１１が作動状態と
なった後、非作動状態となるまでの間は、保持電流ａと
定格電流ｂとを交互に供給するようにしたが、定格電流
ｂにより電磁弁１１が作動状態となった後、非作動状態
となるまでの間は常時保持電流ａを電磁弁１１に供給す
るようにしてもよい。この場合、外力の影響を受けて、
一旦非作動状態となると、上記実施例のように直ちに作
動状態に復帰することはないものの、予め想定した外力
の大きさの範囲内では非作動状態にはならないように保
持電流ａの値を選択するか、又は振動などの外力が及ば
ない場所を選ぶことにより、その機能を発揮し、従来に
比べて消費電力を大幅に低減することができる。

【００２７】次に、上記実施例の電磁弁装置１０を実際
に使用した結果を、実験例として説明する。

【００２８】本実施例の電磁弁装置１０を低温冷蔵庫補
助冷却装置３０に取り付け、電磁弁１１を作動状態に保
持し、電源１２としての蓄電池の消耗を調べた。すなわ
ち、保持電流ａと定格電流ｂとを一定の間隔をおいて交
互に電磁弁１１に供給して、蓄電池が完全に充電された
状態から終期電圧に達するまでの時間を調べた。表１に
実験条件を示す。電磁弁１１には、使用電力15.3Ｗ，使
用電圧12Ｖ，使用電流（すなわち定格電流）1.275 Ａの
ものを用いた。パルス発生回路２２０の出力パルスのパ
ルス幅ｔを30msec，タイマ２１０の周期Ｔを10sec ，保
持電流ａを0.2Ａにそれぞれ設定した。また、電磁弁装
置１０を取り付けた低温冷蔵庫補助冷却装置３０は、低
温冷蔵庫４０に液化炭酸ガスを供給するものである。蓄
電池には、容量6.5 Ah，体積0.923 リットル，重量2.6 kgの
ものを用いた。

【００２９】表１に結果を示す。蓄電池の使用時間は３
０時間であった。

【００３０】一方、比較例として、従来の電磁弁装置を
同様に低温冷蔵庫補助冷却装置に取り付け、電磁弁を開
けた状態に保持し、蓄電池の消耗を調べた。すなわち、
定格電流を電磁弁に供給して蓄電池が完全に充電された
状態から終期電圧に達するまでの時間を調べた。表１に
実験条件を示す。電磁弁装置の電磁弁には、実験例にお
いて使用した電磁弁と同一のものを用いた。また、電磁
弁装置が取り付けられた低温冷蔵庫補助冷却装置は、実
験例と同様に低温冷蔵庫に液化炭酸ガスを供給するもの
である。蓄電池には、容量24Ah，体積3.63リットル，重量8.
6 kgのものを用いた。

【００３１】表１に結果を示す。蓄電池の使用時間は１
８時間であった。

【００３２】

【表１】

【００３３】実験例と比較例とを比較すれば明らかなよ
うに、比較例に比べ実験例は、比較例の３０％程度の容
量の蓄電池を使用しても、使用時間を約２倍とすること
ができた。

【００３４】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。なお、第１の実施例と同一構成部分については同
一符号を付してその説明を省略する。

【００３５】図５は第２の実施例に係る電磁弁装置５０
の回路構成を表すものである。この電磁弁装置５０で
は、電磁弁１１が電源（直流電源）１２から供給される
定格電流ｂにより作動を開始することは第１の実施例と
同様である。本実施例においては、電磁弁１１の一端と
電源１２の正側端子との間にスイッチＢが配設されると
共に、このスイッチＢに対して並列に、スイッチングレ
ギュレータ５１、スイッチＡおよびダイオード５２から
なる直列回路が接続されている。

【００３６】スイッチングレギュレータ５１は電源１２
の供給電圧（１２Ｖ）を例えば２．５Ｖに変換するもの
で、この電力変換効率は一般に７０〜８０％を期待でき
る。

【００３７】この電磁弁装置５０においても、第１の実
施例の電磁弁装置１０と同様に、スイッチＡを閉じる
と、スイッチングレギュレータ５１、スイッチＡ、ダイ
オード５２および電磁弁１１を介して保持電流ａが流れ
る。この状態でスイッチＢを閉じると、スイッチＢおよ
び電磁弁１１を介して定格電流ｂが流れる。このとき保
持電流ａは流れない。なお、スイッチＡが開状態のとき
スイッチＢを閉じた場合でもスイッチＢおよび電磁弁１
１を介して定格電流ｂが流れ、電磁弁１１が作動状態と
なる。電磁弁１１を非作動状態とするときには、スイッ
チＡ，Ｂを共に開状態とすればよい。

【００３８】このように電磁弁装置５０でも、スイッチ
Ａ，Ｂの開閉状態に応じて、電磁弁１１に対して定格電
流ｂと保持電流ａとを交互に供給することができる。従
って、第１の実施例と同様の効果を得ることができる
が、本実施例では第１の実施例よりも更に消費電力を低
減させることができる。

【００３９】すなわち、第１の実施例の電磁弁装置１０
では、保持電流ａ（例えば０．２Ａ）の８４％は抵抗１
３によって消費される。これに対して、本実施例の電磁
弁装置５０では、保持電流ａとして約０．２Ａの電流を
得るために、電磁弁１１の内部抵抗（約９．４Ω）とダ
イオード５２の順方向降下電圧（約０．６Ｖ）を考慮
し、出力電圧２．５Ｖ、電力変換効率７０％のスイッチ
ングレギュレータ５１を用いて作動させた場合（制御部
の消費電力もある程度考慮して）、第１の実施例に比較
して、使用時間は約３．３倍となる。また、使用時間を
同一とした場合の、蓄電池の容量は第１の実施例の３分
の１以下とすることができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の電磁
弁装置によれば、電磁弁を作動させるときには定格電流
を供給し、電磁弁が作動状態となった後、非作動状態と
なるまでの間は、電磁弁を作動状態に保持しうる大きさ
で、かつ大きさが定格電流よりも小さな保持電流を供給
するようにしたので、定格電流により常時作動状態を保
持していた従来に比べて、消費電力を大幅に低減できる
という効果を奏する。特に、電源として蓄電池を用いた
場合には容量を少なくでき、装置の小型化および軽量化
を図ることができる。

【００４１】また、請求項２記載の電磁弁装置によれ
ば、電磁弁が作動状態のときに一定の時間間隔をおいて
保持電流と定格電流とを交互に供給するようにしたの
で、消費電力を大幅に低減できると共に、保持電流を電
磁弁に供給している間に振動などの外力により電磁弁が
非作動状態となってしまっても、直ちに次の定格電流に
より電磁弁を作動状態とすることができ、電磁弁の安定
した動作を確保できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る電磁弁装置の基本
構成を表す回路図である。

【図２】図１の電磁弁装置における弁開閉制御装置の機
能的構成を表すブロック図である。

【図３】図１の電磁弁装置の動作を説明するためのタイ
ミングチャートである。

【図４】図１の電磁弁装置を補助冷却装置に適用した例
を説明するための概略構成図である。

【図５】本発明の第２の実施例に係る電磁弁装置の基本
構成を表す回路図である。

【符号の説明】

１０，５０ 電磁弁装置 １１ 電磁弁 １２ 電源（定格電源） １３ 抵抗 ２００ 判断手段 ２１０ タイマ ２２０ パルス発生回路 ２３０ スイッチＡ駆動回路 ２４０ スイッチＢ駆動回路 Ａ，Ｂ スイッチ ５１ スイッチングレギュレータ ５２ ダイオード

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の大きさの定格電流が供給されるこ
   とにより作動する電磁弁と、 この電磁弁を作動させるときには定格電流を供給し、前
   記電磁弁が作動状態となった後、非作動状態となるまで
   の間は、前記電磁弁を作動状態に保持しうる大きさで、
   かつ大きさが前記定格電流よりも小さな保持電流を供給
   する弁開閉制御手段とを備えてなることを特徴とする電
   磁弁装置。
2. 【請求項２】 所定の大きさの定格電流が供給されるこ
   とにより作動する電磁弁と、 この電磁弁を作動させるときには定格電流を供給し、前
   記電磁弁が作動状態となった後、非作動状態となるまで
   の間は、前記電磁弁を作動状態に保持しうる大きさで、
   かつ大きさが前記定格電流よりも小さな保持電流と定格
   電流とを交互に供給する弁開閉制御手段とを備えてなる
   ことを特徴とする電磁弁装置。