JPWO2019208491A1 - 電磁弁システム - Google Patents

Abstract

電磁弁システム（１０）の制御ユニット（１２）において、安全回路（１８）は、制御回路（１６）からの制御によって、駆動用電源（３４）から電磁弁駆動回路（２０）への電力の供給と遮断とを切り替える第１スイッチ（３６）及び第２スイッチ（３８）を有する。１本のコモン線は、複数の電磁弁ユニット（１４）にまで延びて複数のソレノイド（５２）の一端に接続される。また、複数本の電力線は、複数のソレノイド（５２）の各々の他端に接続される。電磁弁駆動回路（２０）は、制御回路（１６）からの制御によって、複数のソレノイド（５２）への電力の供給と遮断とを切り替える複数の開閉スイッチ（４６）を有する。

Description

本発明は、制御ユニットと、該制御ユニットに対して一列に並んで配置される複数の電磁弁ユニットとを備える電磁弁システムに関する。

米国特許第８１５６９６５号明細書には、制御ユニットに対して複数の電磁弁ユニットが一列に並んで配置された電磁弁システムが開示されている。この電磁弁システムでは、制御ユニットから複数の電磁弁ユニットにまで制御／センサ線（制御線）が延びている。また、複数の電磁弁ユニットには、電圧供給線（電力線、電源線）が延びている。これにより、電圧供給線を介して複数の電磁弁ユニットに電力が供給されている場合に、制御ユニットから制御／センサ線を介して複数の電磁弁ユニットに制御信号を供給すれば、複数の電磁弁ユニット内の電磁弁を駆動させることが可能となる。

しかしながら、上記の電磁弁システムでは、複数の電磁弁ユニット内を制御／センサ線と電圧供給線とが延びているので、電磁弁ユニット内で制御／センサ線と電圧供給線とが短絡するおそれがある。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、電磁弁ユニット内での制御線と電源線との短絡の発生を回避する電磁弁システムを提供することを目的とする。

本発明の態様は、制御ユニットと、前記制御ユニットに対して一列に並んで配置され、前記制御ユニットからの電力の供給によって電磁弁を駆動させるソレノイドを備える複数の電磁弁ユニットとを有する電磁弁システムに関するものである。

前記制御ユニットは、外部の駆動用電源に接続される安全回路と、入力側が前記安全回路に接続され、出力側が複数の前記電磁弁ユニットに接続される電磁弁駆動回路と、前記安全回路及び前記電磁弁駆動回路を制御する制御回路とを有する。この場合、前記安全回路は、前記制御回路からの制御によって、前記駆動用電源から前記電磁弁駆動回路への電力の供給と遮断とを切り替える第１切替部を有する。

また、前記電磁弁システムは、前記安全回路を介して前記駆動用電源の一方の端子に接続され、複数の前記電磁弁ユニットまで延びて複数の前記ソレノイドの一端に接続される１本のコモン線と、前記安全回路を介して前記駆動用電源の他方の端子に接続され、複数の前記ソレノイドの各々の他端に接続される複数本の電力線とをさらに備える。そして、前記電磁弁駆動回路は、複数本の前記電力線の各々に設けられ、前記制御回路からの制御によって、前記安全回路から複数の前記ソレノイドへの電力の供給と遮断とを切り替える複数の第２切替部を有する。

本発明によれば、制御ユニットは、電源線であるコモン線及び電力線を介して、複数の電磁弁ユニットのソレノイドに対する電力供給のみ行う。すなわち、本発明では、制御ユニット内の制御回路と安全回路及び電磁弁駆動回路との間で制御信号の授受が行われるので、複数の電磁弁ユニットには、制御信号を供給するための制御線が設けられていない。この結果、米国特許第８１５６９６５号明細書のように、電磁弁ユニット内で制御線と電源線との短絡が発生することを回避することができる。

また、第１切替部によって電磁弁駆動回路及び複数の電磁弁ユニットに対するインタロック制御が行われ、第２切替部によって個々のソレノイドに対する電力の供給と遮断とが行われる。この結果、インタロック制御と電磁弁の駆動とを効率よく行うことができる。

さらに、制御ユニットに制御回路、安全回路及び電磁弁駆動回路が内蔵されているので、電磁弁システム全体の小型化を実現することができる。

図１は、本実施形態に係る電磁弁システムの概略構成図である。 図２は、図１の電磁弁システムの詳細な構成図である。 図３は、図１の電磁弁システムの第１変形例の概略構成図である。 図４は、図１の電磁弁システムの第２変形例の概略構成図である。 図５は、図１の電磁弁システムの第３変形例の概略構成図である。

本発明に係る電磁弁システムの好適な実施形態について、添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。

［１．電磁弁システム１０の概略構成］
本実施形態に係る電磁弁システム１０は、図１に示すように、制御ユニット１２と、複数の電磁弁ユニット１４とを有する。複数の電磁弁ユニット１４は、制御ユニット１２に対して一列に並んで配置されている。

制御ユニット１２は、制御回路１６、安全回路１８、電磁弁駆動回路２０及び電磁弁接続部２２を有する。

制御回路１６は、外部の直流電源である制御用電源２４に接続されると共に、フィールドバス２６を介して上位機器であるＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等のシーケンサ２８に接続されている。また、制御回路１６は、制御線３０、３２を介して、安全回路１８及び電磁弁駆動回路２０と接続されている。

安全回路１８、電磁弁駆動回路２０及び電磁弁接続部２２は、外部の直流電源である駆動用電源３４からの電力を、複数の電磁弁ユニット１４に供給するために制御ユニット１２内に設けられている。この場合、駆動用電源３４に対して、安全回路１８、電磁弁駆動回路２０、電磁弁接続部２２、及び、複数の電磁弁ユニット１４が順に並列に接続されている。

安全回路１８は、第１スイッチ（第１切替部）３６、第２スイッチ（第１切替部）３８及び安全制御回路４０を有する。第１スイッチ３６は、駆動用電源３４の正極側端子（一方の端子）から複数の電磁弁ユニット１４にまで延びる１本の正極側電力線（コモン線）４２に配設されている。第２スイッチ３８は、一端が駆動用電源３４の負極側端子（他方の端子）に接続され、他端が１本の負極側電力線４４に接続されている。安全制御回路４０は、制御回路１６から制御線３０を介して供給される制御信号に基づき、遮断スイッチとしての第１スイッチ３６及び第２スイッチ３８をオンオフする。

電磁弁駆動回路２０は、複数の開閉スイッチ（第２切替部）４６を有する。電磁弁駆動回路２０において、第２スイッチ３８に接続される１本の負極側電力線４４の共通端子４８から、複数の電磁弁ユニット１４の個数と同じ本数の負極側電力線５０（電力線）が分岐している。分岐した複数の負極側電力線５０の各々は、対応する電磁弁ユニット１４まで延びている。複数の開閉スイッチ４６の各々は、複数の負極側電力線５０に配設され、制御回路１６から制御線３２を介して供給される制御信号に基づき、オンオフする。

上述した負極側電力線５０の本数は一例であり、複数の電磁弁ユニット１４の個数よりも多い本数の負極側電力線５０を共通端子４８から分岐させてもよい。これにより、制御ユニット１２に対する複数の電磁弁ユニット１４の接続台数を増減させた場合に容易に対応することができる。すなわち、電磁弁ユニット１４にまで延びていない負極側電力線５０は、新たに接続される電磁弁ユニット１４に対する予備の電力線となる。なお、２本以上の負極側電力線５０を１つの電磁弁ユニット１４内に延ばすことも可能である。また、電磁弁を備えていない電磁弁ユニット１４が制御ユニット１２に接続されている場合は、所定の本数の負極側電力線５０が該電磁弁ユニット１４内を延びていればよい。

第１スイッチ３６、第２スイッチ３８及び複数の開閉スイッチ４６は、制御信号の供給に基づいて、オンオフする切替手段であればよい。このような切替手段としては、例えば、トランジスタ等の半導体スイッチング素子がある。図１のように、正極側電力線４２がコモン線である場合には、例えば、ＰＮＰ型のトランジスタを第１スイッチ３６に使用すると共に、ＮＰＮ型のトランジスタを第２スイッチ３８及び複数の開閉スイッチ４６に使用すればよい。

電磁弁接続部２２は、１本の正極側電力線４２と複数本の負極側電力線５０とが通り、制御ユニット１２と複数の電磁弁ユニット１４とを電気的に接続するコネクタ等の接続手段である。

複数の電磁弁ユニット１４の各々は、不図示の電磁弁を駆動させるためのソレノイド５２を備える。複数のソレノイド５２の正極側端子（一端）は、正極側電力線４２に接続されている。また、複数のソレノイド５２の負極側端子（他端）の各々は、対応する負極側電力線５０に接続されている。

前述のように、複数の電磁弁ユニット１４が一列に配置されているので、正極側電力線４２は、駆動用電源３４の正極側端子から、駆動用電源３４に対して最も離れた電磁弁ユニット１４まで延びるように設けられている。また、複数の負極側電力線５０の各々は、対応する電磁弁ユニット１４にまで延びて、ソレノイド５２の負極側端子と接続している。なお、図１では、一例として、１つの電磁弁ユニット１４に１つのソレノイド５２が設けられる場合を図示しているが、１つの電磁弁ユニット１４に２つ以上のソレノイド５２を設けることも可能である。

［２．電磁弁システム１０の概略動作］
次に、本実施形態に係る電磁弁システム１０の動作について説明する。

先ず、制御用電源２４から制御回路１６に電力が供給され、該制御回路１６が起動している場合に、シーケンサ２８からフィールドバス２６を介して制御回路１６に指示信号を供給する。この場合、指示信号は、例えば、任意の電磁弁の駆動を指示するための信号であればよい。

制御回路１６は、指示信号を受け取ると、該指示信号に基づく制御信号（オン信号又はオフ信号）を、制御線３０、３２を介して、安全回路１８及び電磁弁駆動回路２０に供給する。

安全回路１８の安全制御回路４０は、制御線３０を介してオン信号を受け取ると、該オン信号に基づいて第１スイッチ３６及び第２スイッチ３８をオンさせる。また、電磁弁駆動回路２０では、制御線３２を介してオン信号を受け取ると、該当する開閉スイッチ４６がオンする。すなわち、第１スイッチ３６、第２スイッチ３８及び開閉スイッチ４６は、通常、制御回路１６から安全回路１８及び電磁弁駆動回路２０に供給されるオフ信号によってオフ状態に維持されているが、オン信号の供給によってオフ状態からオン状態に切り替わる。

これにより、駆動用電源３４の正極側端子は、第１スイッチ３６及び正極側電力線４２を介して、複数の電磁弁ユニット１４を構成するソレノイド５２の正極側端子と電気的に接続される。一方、駆動用電源３４の負極側端子は、第２スイッチ３８、負極側電力線４４、オン状態に切り替わった開閉スイッチ４６、及び、負極側電力線５０を介して、複数の電磁弁ユニット１４のうち、該開閉スイッチ４６と接続されているソレノイド５２の負極側端子と電気的に接続される。そのため、駆動用電源３４は、安全回路１８、電磁弁駆動回路２０及び電磁弁接続部２２を介して、すなわち、正極側電力線４２及び負極側電力線４４、５０を介して、電気的に接続されているソレノイド５２に電力を供給することができる。この結果、電力供給を受けたソレノイド５２が励磁され、該ソレノイド５２に対応する電磁弁を駆動させることができる。

従って、全ての電磁弁ユニット１４の電磁弁を駆動させる場合には、第１スイッチ３６及び第２スイッチ３８をオンさせると共に、全ての開閉スイッチ４６をオンさせて、駆動用電源３４から全てのソレノイド５２に電力を供給すればよい。また、一部の電磁弁のみ駆動させる場合には、第１スイッチ３６及び第２スイッチ３８をオンさせると共に、一部の電磁弁のソレノイド５２に接続されている開閉スイッチ４６をオンさせて、駆動用電源３４から該ソレノイド５２に電力を供給すればよい。

なお、電磁弁システム１０の動作中、制御回路１６は、安全回路１８及び電磁弁駆動回路２０の動作状態、すなわち、電磁弁ユニット１４を構成する電磁弁の駆動状態を、フィールドバス２６を介してシーケンサ２８に通知してもよい。

また、制御回路１６から制御線３２を介して電磁弁駆動回路２０に供給される制御信号がオン信号からオフ信号に切り替わると、開閉スイッチ４６がオフする。これにより、駆動用電源３４からソレノイド５２への電力の供給が停止し、該ソレノイド５２を備える電磁弁の駆動を停止させることができる。

さらに、制御回路１６から制御線３０を介して安全回路１８に供給される制御信号がオン信号からオフ信号に切り替わると、第１スイッチ３６及び第２スイッチ３８がオフする。これにより、制御用電源２４又は駆動用電源３４の異常（電圧低下）や、制御ユニット１２内の故障（制御回路１６の故障）が発生した場合に、電磁弁駆動回路２０及び複数の電磁弁ユニット１４に対するインタロック制御を適切に行うことができる。

［３．制御ユニット１２の詳細な構成］
本実施形態に係る電磁弁システム１０の概略構成及び概略動作は、以上の通りである。次に、制御ユニット１２内の詳細な構成について、図２を参照しながら説明する。

制御用電源２４及び駆動用電源３４が同じ出力電圧の直流電源である場合、制御ユニット１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ等のダウンコンバータ５４をさらに有してもよい。これにより、ダウンコンバータ５４は、制御用電源２４から出力される直流電圧を、制御回路１６の駆動電圧にまで降圧して該制御回路１６に供給することができる。すなわち、制御ユニット１２内において、安全回路１８、電磁弁駆動回路２０及び電磁弁接続部２２を含む電源系回路５６と、制御回路１６を含む制御系回路５８とは、異なる大きさの電圧で動作するためである。従って、制御ユニット１２内では、制御系回路５８と電源系回路５６とを不図示の絶縁回路で電気的に絶縁することが望ましい。

また、安全制御回路４０は、制御ユニット１２の診断試験を行う機能も有する。該診断試験を行うため、安全制御回路４０は、第１マイクロコンピュータ（第１制御部）４０ａ、第１診断回路４０ｂ、第２マイクロコンピュータ（第２制御部）４０ｃ及び第２診断回路４０ｄを有する。

第１マイクロコンピュータ４０ａは、制御回路１６から制御線３０を介して供給される制御信号（オン信号又はオフ信号）に基づき、第１スイッチ３６をオンオフさせる。第１診断回路４０ｂは、第１スイッチ３６をオンオフさせたときの正極側電力線４２の状態を診断する。第２マイクロコンピュータ４０ｃは、制御回路１６から制御線３０を介して供給される制御信号に基づき、第２スイッチ３８をオンオフさせる。第２診断回路４０ｄは、第２スイッチ３８をオンオフさせたときの負極側電力線４４、５０の状態を診断する。具体的に、安全制御回路４０では、公知のパルステストを実行することで、正極側電力線４２及び負極側電力線４４、５０と他の配線との短絡の有無等を診断する。

パルステストでは、第１スイッチ３６及び第２スイッチ３８がオン状態のときに、第１マイクロコンピュータ４０ａによって第１スイッチ３６を所定時間オフするか、又は、第２マイクロコンピュータ４０ｃによって第２スイッチ３８を所定時間オフする。第１診断回路４０ｂは、正極側電力線４２の電位の所定時間内での時間経過を検出する。また、第２診断回路４０ｄは、負極側電力線４４、５０の電位の所定時間内での時間経過を検出する。

そして、第１診断回路４０ｂは、正極側電力線４２の電位の時間経過から、正極側電力線４２と他の配線（例えば、制御線３０、３２）との短絡の有無や、第１スイッチ３６の固着等の故障の有無を診断し、その診断結果を第２マイクロコンピュータ４０ｃに報告する。また、第２診断回路４０ｄは、負極側電力線４４、５０の電位の時間経過から、負極側電力線４４、５０と他の配線（例えば、制御線３０、３２）との短絡の有無や、第２スイッチ３８の固着等の故障の有無を診断し、その診断結果を第１マイクロコンピュータ４０ａに報告する。

例えば、第１スイッチ３６のオフ後、所定時間内に、正極側電力線４２の電位が速やかにゼロ電位等の一定電位にまで低下すれば、第１診断回路４０ｂは、第１スイッチ３６の故障や、正極側電力線４２と他の配線との短絡が発生していないものと診断する。また、第１スイッチ３６のオフ後、正極側電力線４２の電位が時間経過に伴って緩慢に低下する場合には、第１診断回路４０ｂは、正極側電力線４２等のコンデンサ成分に起因して該電位が緩やかに低下しているものと判断する。さらに、第１スイッチ３６のオフ後、正極側電力線４２の電位の低下が僅かである場合には、第１診断回路４０ｂは、正極側電力線４２が他の配線と短絡しているか、又は、第１スイッチ３６が故障しているものと判断する。

一方、第２スイッチ３８のオフ後、所定時間内に、負極側電力線４４、５０の電位の絶対値がゼロ電位から速やかに一定電位にまで上昇すれば、第２診断回路４０ｄは、第２スイッチ３８の故障や、負極側電力線４４、５０と他の配線との短絡が発生していないものと診断する。また、第２スイッチ３８のオフ後、負極側電力線４４、５０の電位の絶対値がゼロ電位から時間経過に伴って緩慢に上昇する場合には、第２診断回路４０ｄは、負極側電力線４４、５０等のコンデンサ成分に起因して該電位が緩やかに上昇しているものと判断する。さらに、第２スイッチ３８のオフ後、負極側電力線４４、５０の電位の絶対値の上昇が僅かである場合には、第２診断回路４０ｄは、負極側電力線４４、５０が他の配線と短絡しているか、又は、第２スイッチ３８が故障しているものと判断する。

第２マイクロコンピュータ４０ｃは、第１診断回路４０ｂからの診断結果を第１マイクロコンピュータ４０ａに報告すると共に、制御線３０を介して制御回路１６に報告する。これにより、第１マイクロコンピュータ４０ａは、例えば、正極側電力線４２が短絡している旨の診断結果である場合には、第１スイッチ３６をオフにする。また、第２マイクロコンピュータ４０ｃは、第２スイッチ３８をオフにする。例えば、第１スイッチ３６が固着している場合もあるので、第２スイッチ３８をオフにすることで、駆動用電源３４からの電力供給を確実に遮断することができる。

一方、第１マイクロコンピュータ４０ａは、第２診断回路４０ｄからの診断結果を第２マイクロコンピュータ４０ｃに報告すると共に、制御線３０を介して制御回路１６に報告する。これにより、第２マイクロコンピュータ４０ｃは、例えば、負極側電力線４４、５０が短絡している旨の診断結果である場合には、第２スイッチ３８をオフにする。また、第１マイクロコンピュータ４０ａは、第１スイッチ３６をオフにする。例えば、第２スイッチ３８が固着している場合もあるので、第１スイッチ３６をオフにすることで、駆動用電源３４からの電力供給を確実に遮断することができる。

このように、図２の構成では、第１マイクロコンピュータ４０ａと第２マイクロコンピュータ４０ｃとの間で、第１診断回路４０ｂの診断結果と第２診断回路４０ｄの診断結果とのやり取りを行うことで、動作状態を互いにチェックすることができる。この結果、一方のマイクロコンピュータが故障している場合には、他方のマイクロコンピュータで第１スイッチ３６及び第２スイッチ３８を制御することも可能となる。

制御回路１６は、制御線３０を介して受け取った短絡又は故障の診断結果を、フィールドバス２６を介してシーケンサ２８に通知する。この結果、シーケンサ２８側では、ユーザに短絡又は故障の発生を通知することで、ユーザは、制御ユニット１２内の対象部品の保守交換等の対応を取ることができる。

なお、上記の説明では、他の配線との短絡や、第１スイッチ３６又は第２スイッチ３８の固着等の故障について説明した。安全制御回路４０は、第１マイクロコンピュータ４０ａ又は第２マイクロコンピュータ４０ｃの異常、第１診断回路４０ｂ又は第２診断回路４０ｄの異常、第１スイッチ３６又は第２スイッチ３８をオフにしても駆動用電源３４から複数の電磁弁ユニット１４側に電力供給が行われる場合等の診断を行うことも可能である。また、安全制御回路４０は、制御用電源２４又は駆動用電源３４の電圧異常、制御ユニット１２の内部温度異常、制御回路１６から供給される制御信号の信号レベルの異常に対する診断を行うことも可能である。

［４．電磁弁システム１０の変形例］
次に、本実施形態に係る電磁弁システム１０の変形例（第１〜第３変形例）について、図３〜図５を参照しながら説明する。なお、第１〜第３変形例において、図１及び図２の電磁弁システム１０と同じ構成要素については、同じ参照符号を付け、詳細な説明を省略する。

＜４．１ 第１変形例＞
図３は、第１変形例の電磁弁システム１０Ａの概略構成図である。第１変形例は、外部機器６０からの信号や情報等の入力を制御回路１６に出力する入力回路６２を制御ユニット１２が有すると共に、電磁弁接続部２２と複数の電磁弁ユニット１４との間に、外部の電磁弁のソレノイド６４に接続可能な外部接続用ユニット６６が介挿されている点で、図１及び図２の電磁弁システム１０とは異なる。

ここで、外部機器６０とは、電磁弁システム１０Ａの適用対象（例えば、工場のドア）に設けられた一般的なセンサや安全機器をいう。このようなセンサ又は安全機器としては、例えば、オートスイッチ、圧力センサ、押しボタンスイッチ、ライトカーテンがある。

入力回路６２は、安全制御回路４０と同様の機能を有する診断部６８を有し、制御線７０を介して制御回路１６と接続されている。診断部６８は、制御回路１６から制御線７０を介して供給される制御信号に基づき、入力回路６２と制御回路１６とを接続させると共に、外部機器６０からの入力が適切な信号又は情報であるか否かを診断する。外部機器６０からの入力が正常である場合、診断部６８は、該入力を有効と診断し、制御回路１６への信号又は情報の出力を許可する。一方、外部機器６０からの入力が異常である場合、例えば、外部機器６０と入力回路６２とを接続する配線が短絡していることで、外部機器６０からの入力が適切なレベルではない場合、診断部６８は、該入力を異常と診断する。そして、診断部６８は、異常な入力である旨の診断結果を制御回路１６及びシーケンサ２８に報告すると共に、制御回路１６への信号又は情報の出力を禁止する。

また、電磁弁システム１０Ａにおいて、正極側電力線４２及び複数の負極側電力線５０は、外部接続用ユニット６６を通して、複数の電磁弁ユニット１４にまで延びている。さらに、外部接続用ユニット６６において、正極側電力線４２から分岐した外部接続用電力線７２がソレノイド６４の正極側端子（一端）に接続されている。さらにまた、負極側電力線４４の共通端子４８からは、外部接続用電力線７４が分岐し、電磁弁駆動回路２０、電磁弁接続部２２及び外部接続用ユニット６６を介して、ソレノイド６４の負極側端子（他端）に接続されている。

電磁弁駆動回路２０において、ソレノイド６４の負極側端子に接続される外部接続用電力線７４には、開閉スイッチ７６（第３接続部）が設けられている。開閉スイッチ７６は、他の開閉スイッチ４６と同様に、制御回路１６から制御線３２を介して供給される制御信号に基づいてオンオフする。

従って、駆動用電源３４から安全回路１８、電磁弁駆動回路２０、電磁弁接続部２２、及び、外部接続用ユニット６６を介して外部のソレノイド６４に電力を供給し、該ソレノイド６４を備える電磁弁を駆動させることができる。

なお、図３では、電磁弁接続部２２と複数の電磁弁ユニット１４との間に外部接続用ユニット６６を設けている。第１変形例では、複数の電磁弁ユニット１４の間に外部接続用ユニット６６を設けてもよいし、又は、複数の電磁弁ユニット１４の連結方向の下流側（駆動用電源３４から離間する方向の下流側）に外部接続用ユニット６６を設けてもよい。

＜４．２ 第２変形例＞
図４は、第２変形例の電磁弁システム１０Ｂの概略構成図である。第２変形例の電磁弁システム１０Ｂは、電磁弁接続部２２と複数の電磁弁ユニット１４との間に、複数の電磁弁ユニット１４から独立した他の電磁弁ユニット８０が接続され、１本の負極側電力線８２が複数のソレノイド５２の負極性端子（一端）に接続されるコモン線であり、且つ、複数本の正極側電力線８４が複数のソレノイド５２の正極側端子（他端）に接続される点で、図１〜図３の電磁弁システム１０、１０Ａとは異なる。従って、第２変形例の電磁弁システム１０Ｂでは、図１〜図３の電磁弁システム１０、１０Ａと比較して、駆動用電源３４と複数のソレノイド５２との間における第１スイッチ３６、第２スイッチ３８及び複数の開閉スイッチ４６の配置及び接続関係が正極側と負極側とで入れ替わっている点に留意する。

すなわち、第２スイッチ３８の一端は、駆動用電源３４の正極側端子（他方の端子）に接続され、他端は、正極側電力線８６に接続されている。正極側電力線８６の共通端子８８から、複数の電磁弁ユニット１４の個数と同じ本数、又は、該本数よりも多い本数の正極側電力線（電力線）８４が分岐している。分岐した複数の正極側電力線８４の各々は、例えば、対応する電磁弁ユニット１４のソレノイド５２の正極側端子に接続される。複数の正極側電力線８４の各々に開閉スイッチ４６が配設されている。

また、第２スイッチ３８の一端、すなわち、駆動用電源３４の正極側端子には、他の正極側電力線（他の電力線）９０が接続されている。他の正極側電力線９０は、安全回路１８、電磁弁駆動回路２０及び電磁弁接続部２２を介して、他の電磁弁ユニット８０に延び、該他の電磁弁ユニット８０を構成する電磁弁のソレノイド９２の正極側端子に接続されている。

安全回路１８において、他の正極側電力線９０には、遮断スイッチ（第４切替部）９４が設けられている。従って、第２変形例において、駆動用電源３４の正極側端子には、第２スイッチ３８及び遮断スイッチ９４が並列に接続されている。安全制御回路４０は、制御回路１６から制御線３０を介して供給される制御信号に基づいて、遮断スイッチ９４をオンオフさせる。なお、電磁弁システム１０Ｂにおいても、遮断スイッチ９４をオンオフさせることで、制御ユニット１２の状態を診断することが可能である。

１本の負極側電力線８２（コモン線）は、駆動用電源３４の負極性端子から安全回路１８、電磁弁駆動回路２０及び電磁弁接続部２２を介して、他の電磁弁ユニット８０及び複数の電磁弁ユニット１４まで延び、複数のソレノイド５２、９２の負極性端子に接続されている。負極側電力線８２に第１スイッチ３６が配設されている。

そして、第２変形例において、他の電磁弁ユニット８０は、複数の電磁弁ユニット１４から独立して電磁弁が動作する電磁弁ユニットである。「独立して電磁弁が動作する」とは、第２スイッチ３８及び複数の開閉スイッチ４６のオンオフとは関わりなく、他の電磁弁を動作可能であることを意味する。

つまり、第１スイッチ３６、第２スイッチ３８及び複数の開閉スイッチ４６がオン状態であっても、遮断スイッチ９４をオフすれば、駆動用電源３４から他の電磁弁ユニット８０のソレノイド９２への電力供給が遮断され、他の電磁弁ユニット８０の電磁弁のみオフ位置に移動（駆動を停止）させることができる。なお、第２変形例では、例えば、電磁弁システム１０Ｂの適用対象に用いられる安全用排気弁や、外部に設置される別のマニホールド電磁弁を、独立した電磁弁として動作させることが可能である。

また、図４では、負極側電力線８２がコモン線であるため、例えば、ＰＮＰ型のトランジスタを複数の開閉スイッチ４６に使用すればよい。

＜４．３ 第３変形例＞
図５は、第３変形例の電磁弁システム１０Ｃの概略構成図である。第３変形例では、制御ユニット１２が、制御用電源２４及び駆動用電源３４に接続される制御モジュール１２ａと、複数の電磁弁ユニット１４に連結される出力モジュール１２ｂとから構成される点で、図１〜図４の電磁弁システム１０、１０Ａ、１０Ｂとは異なる。この場合、制御モジュール１２ａは、制御回路１６を備える。また、出力モジュール１２ｂは、安全回路１８、電磁弁駆動回路２０及び電磁弁接続部２２を備える。

［５．本実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態に係る電磁弁システム１０、１０Ａ〜１０Ｃは、制御ユニット１２と、制御ユニット１２に対して一列に並んで配置され、制御ユニット１２から供給される電力によって電磁弁を駆動させるソレノイド５２を備える複数の電磁弁ユニット１４とを有する。

制御ユニット１２は、外部の駆動用電源３４に接続される安全回路１８と、入力側が安全回路１８に接続され、出力側が複数の電磁弁ユニット１４に接続される電磁弁駆動回路２０と、安全回路１８及び電磁弁駆動回路２０を制御する制御回路１６とを有する。この場合、安全回路１８は、制御回路１６からの制御によって、駆動用電源３４から電磁弁駆動回路２０への電力の供給と遮断とを切り替える第１切替部（第１スイッチ３６、第２スイッチ３８）を有する。

また、電磁弁システム１０、１０Ａ〜１０Ｃは、安全回路１８を介して駆動用電源３４の一方の端子（正極側端子又は負極側端子）に接続され、複数の電磁弁ユニット１４まで延びて複数のソレノイド５２の一端（正極側端子又は負極側端子）に接続される１本のコモン線（正極側電力線４２又は負極側電力線８２）と、安全回路１８を介して駆動用電源３４の他方の端子（負極側端子又は正極側端子）に接続され、複数のソレノイド５２の各々の他端（負極側端子又は正極側端子）に接続される複数本の電力線（負極側電力線５０又は正極側電力線８４）とをさらに備える。そして、電磁弁駆動回路２０は、複数本の電力線の各々に設けられ、制御回路１６からの制御によって、安全回路１８から複数のソレノイド５２への電力の供給と遮断とを切り替える複数の第２切替部（開閉スイッチ４６）を有する。

これにより、制御ユニット１２は、電源線であるコモン線及び電力線を介して、複数の電磁弁ユニット１４のソレノイド５２に対する電力供給のみ行う。すなわち、制御ユニット１２内の制御回路１６と安全回路１８及び電磁弁駆動回路２０との間で制御信号の授受が行われるので、複数の電磁弁ユニット１４には、制御信号を供給するための制御線が設けられていない。この結果、米国特許第８１５６９６５号明細書のように、電磁弁ユニット１４内で制御線と電源線との短絡が発生することを回避することができる。

また、第１スイッチ３６及び第２スイッチ３８によって電磁弁駆動回路２０及び複数の電磁弁ユニット１４に対するインタロック制御が行われ、開閉スイッチ４６によって個々のソレノイド５２に対する電力の供給と遮断とが行われる。この結果、インタロック制御と電磁弁の駆動とを効率よく行うことができる。

さらに、制御ユニット１２に制御回路１６、安全回路１８及び電磁弁駆動回路２０が内蔵されているので、電磁弁システム１０、１０Ａ〜１０Ｃ全体の小型化を実現することができる。

ここで、電磁弁システム１０、１０Ａ〜１０Ｃの効果について、さらに詳しく説明すると、制御線３０、３２、７０と、正極側電力線４２、８４、８６、９０又は負極側電力線４４、５０、８２のうち、一方の電力線との間で、短絡が発生した場合、他方の電力線に配設された第１スイッチ３６又は第２スイッチ３８をオフすることで、電磁弁駆動回路２０及び複数の電磁弁ユニット１４への電力供給を遮断することができる。この結果、既存の電磁弁、電磁弁ユニット、又は、電磁弁のマニホールドベースを制御ユニット１２にそのまま接続して使用することができる。また、設計者は、このような短絡等の機能安全性を意識することなく、電磁弁システム１０、１０Ａ〜１０Ｃを設定することができる。

また、安全回路１８は、制御ユニット１２の診断試験を行う安全制御回路４０をさらに有する。これにより、パルステスト等の診断試験を容易に行うことができる。また、制御ユニット１２内に安全制御回路４０を組み込んでいるため、ケーブル長等を考慮したパルステストでの所定時間の調整や、安全制御回路４０に対応させて制御ユニット１２の内部を設計変更することが不要となる。この結果、電磁弁システム１０、１０Ａ〜１０Ｃの利便性が向上する。

この場合、第１スイッチ３６がコモン線（正極側電力線４２又は負極側電力線８２）に設けられ、第２スイッチ３８が駆動用電源３４の他方の端子と複数本の電力線（負極側電力線４４、５０又は正極側電力線８４、８６）との間に設けられている。そこで、安全制御回路４０は、制御回路１６からの制御によって第１スイッチ３６をオンオフさせる第１制御部（第１マイクロコンピュータ４０ａ）と、第１スイッチ３６をオンオフさせたときのコモン線の状態を診断する第１診断回路４０ｂと、制御回路１６からの制御によって第２スイッチ３８をオンオフさせる第２制御部（第２マイクロコンピュータ４０ｃ）と、第２スイッチ３８をオンオフさせたときの複数本の電力線の状態を診断する第２診断回路４０ｄとを有する。

これにより、第１スイッチ３６及び第２スイッチ３８の故障の有無や、正極側電力線４２、８４、８６及び負極側電力線４４、５０、８２と他の配線（例えば、制御線３０、３２）との短絡の有無を診断することが可能となる。また、第１スイッチ３６又は第２スイッチ３８のうち、一方のスイッチが故障している旨の診断結果、あるいは、一方のスイッチが配設されているコモン線又は電力線が短絡している旨の診断結果が得られた場合には、他方のスイッチをオフにして、電磁弁駆動回路２０及び複数の電磁弁ユニット１４への電力供給を遮断することができる。この結果、インタロック制御が不能になる事態を回避することが可能となる。

また、図３の第１変形例のように、制御ユニット１２は、外部機器６０からの入力を制御回路１６に出力する入力回路６２をさらに有し、入力回路６２は、外部機器６０からの入力を診断する診断部６８を備える。これにより、外部機器６０からの入力に対する安全対策を考慮した電磁弁システム１０Ａの設計を行うことが可能となる。

さらに、図３の第１変形例のように、外部の電磁弁のソレノイド６４に接続可能な外部接続用ユニット６６が制御ユニット１２に対してさらに配置される。この場合、コモン線（正極側電力線４２）は、外部接続用ユニット６６を介して、外部の電磁弁のソレノイド６４の正極側端子に接続されている。電磁弁駆動回路２０には、駆動用電源３４の負極性端子と、外部接続用ユニット６６を介して該ソレノイド６４の負極側端子とを接続する外部接続用電力線７４がさらに設けられている。外部接続用電力線７４には、制御回路１６からの制御によって、該ソレノイド６４への電力の供給と遮断とを切り替える第３切替部（他の開閉スイッチ７６）が設けられる。これにより、外部に設置された電磁弁のソレノイド６４を容易に制御することができる。

また、図４の第２変形例のように、他の電磁弁ユニット８０が制御ユニット１２に対してさらに配置されてもよい。この場合、コモン線（負極側電力線８２）は、他の電磁弁ユニット８０のソレノイド９２の負極側端子に接続されている。また、駆動用電源３４の正極側端子と該ソレノイド９２の正極側端子とを接続する他の電力線（他の正極側電力線９０）がさらに設けられている。他の正極側電力線９０には、制御回路１６からの制御によって、該ソレノイド９２への電力の供給と遮断とを切り替える第４切替部（遮断スイッチ９４）が設けられる。これにより、複数の電磁弁ユニット１４とは独立して他の電磁弁ユニット８０のソレノイド９２に電力を供給し、該ソレノイド９２を備える電磁弁を駆動させることができる。

さらに、図５の第３変形例のように、制御ユニット１２は、制御回路１６を備えた制御モジュール１２ａと、制御モジュール１２ａと複数の電磁弁ユニット１４との間に配置され、安全回路１８及び電磁弁駆動回路２０とを備える出力モジュール１２ｂとから構成される。これにより、電磁弁システム１０Ｃの仕様に応じて、制御モジュール１２ａのみ、又は、出力モジュール１２ｂのみ交換することが可能となる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることは勿論である。

Claims (7)

1. 制御ユニット（１２）と、前記制御ユニットに対して一列に並んで配置され、前記制御ユニットからの電力の供給によって電磁弁を駆動させるソレノイド（５２）を備える複数の電磁弁ユニット（１４）とを有する電磁弁システム（１０、１０Ａ〜１０Ｃ）において、
   前記制御ユニットは、外部の駆動用電源（３４）に接続される安全回路（１８）と、入力側が前記安全回路に接続され、出力側が複数の前記電磁弁ユニットに接続される電磁弁駆動回路（２０）と、前記安全回路及び前記電磁弁駆動回路を制御する制御回路（１６）とを有し、
   前記安全回路は、前記制御回路からの制御によって、前記駆動用電源から前記電磁弁駆動回路への電力の供給と遮断とを切り替える第１切替部（３６、３８）を有し、
   前記電磁弁システムは、
   前記安全回路を介して前記駆動用電源の一方の端子に接続され、複数の前記電磁弁ユニットまで延びて複数の前記ソレノイドの一端に接続される１本のコモン線（４２、８２）と、
   前記安全回路を介して前記駆動用電源の他方の端子に接続され、複数の前記ソレノイドの各々の他端に接続される複数本の電力線（４４、５０、８４、８６）と、
   をさらに備え、
   前記電磁弁駆動回路は、複数本の前記電力線の各々に設けられ、前記制御回路からの制御によって、前記安全回路から複数の前記ソレノイドへの電力の供給と遮断とを切り替える複数の第２切替部（４６）を有する、電磁弁システム。
2. 請求項１記載の電磁弁システムにおいて、
   前記安全回路は、前記制御ユニットの診断試験を行う安全制御回路（４０）をさらに有する、電磁弁システム。
3. 請求項２記載の電磁弁システムにおいて、
   前記第１切替部は、前記コモン線に設けられた第１スイッチ（３６）と、前記駆動用電源の他方の端子と複数本の前記電力線との間に設けられた第２スイッチ（３８）とであり、
   前記安全制御回路は、前記制御回路からの制御によって前記第１スイッチをオンオフさせる第１制御部（４０ａ）と、前記第１スイッチをオンオフさせたときの前記コモン線の状態を診断する第１診断回路（４０ｂ）と、前記制御回路からの制御によって前記第２スイッチをオンオフさせる第２制御部（４０ｃ）と、前記第２スイッチをオンオフさせたときの複数の前記電力線の状態を診断する第２診断回路（４０ｄ）とを有する、電磁弁システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁弁システムにおいて、
   前記制御ユニットは、外部機器（６０）からの入力を前記制御回路に出力する入力回路（６２）をさらに有し、
   前記入力回路は、前記外部機器からの前記入力を診断する診断部（６８）を備える、電磁弁システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁弁システムにおいて、
   外部の電磁弁に接続可能な外部接続用ユニット（６６）が、前記制御ユニットに対してさらに配置され、
   前記コモン線は、前記外部接続用ユニットを介して、前記外部の電磁弁のソレノイド（６４）の一端に接続され、
   前記外部接続用ユニットを介して、前記駆動用電源の他方の端子と該ソレノイドの他端とを接続する外部接続用電力線（７４）がさらに設けられ、
   前記外部接続用電力線には、前記制御回路からの制御によって、該ソレノイドへの電力の供給と遮断とを切り替える第３切替部（７６）が、前記電磁弁駆動回路内に設けられている、電磁弁システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電磁弁システムにおいて、
   他の電磁弁ユニット（８０）が前記制御ユニットに対してさらに配置され、
   前記コモン線は、前記他の電磁弁ユニットのソレノイド（９２）の一端に接続され、
   前記駆動用電源の他方の端子と、該ソレノイドの他端とを接続する他の電力線（９０）がさらに設けられ、
   前記他の電力線には、前記制御回路からの制御によって、該ソレノイドへの電力の供給と遮断とを切り替える第４切替部（９４）が設けられている、電磁弁システム。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電磁弁システムにおいて、
   前記制御ユニットは、前記制御回路を備えた制御モジュール（１２ａ）と、前記制御モジュールと複数の前記電磁弁ユニットとの間に配置され、前記安全回路及び前記電磁弁駆動回路とを備える出力モジュール（１２ｂ）とから構成される、電磁弁システム。

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