WO2009122683A1 - ソレノイドバルブ - Google Patents

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WO2009122683A1
WO2009122683A1 PCT/JP2009/001353 JP2009001353W WO2009122683A1 WO 2009122683 A1 WO2009122683 A1 WO 2009122683A1 JP 2009001353 W JP2009001353 W JP 2009001353W WO 2009122683 A1 WO2009122683 A1 WO 2009122683A1
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WO
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solenoid
solenoid valve
power source
valve
double layer
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Application number
PCT/JP2009/001353
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English (en)
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大見忠弘
西野功二
谷川毅
山路道雄
池田信一
土肥亮介
Original Assignee
株式会社フジキン
国立大学法人東北大学
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Publication date
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Priority to CN200980111522.6A priority patent/CN101981362B/zh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0644—One-way valve
    • F16K31/0655—Lift valves
    • F16K31/0658—Armature and valve member being one single element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0675—Electromagnet aspects, e.g. electric supply therefor
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F7/1805—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current
    • H01F7/1816—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current making use of an energy accumulator
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    • H01F7/1816—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current making use of an energy accumulator
    • H01F2007/1822—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current making use of an energy accumulator using a capacitor to produce a boost voltage

Definitions

  • the present invention relates to a solenoid valve.
  • Patent Document 1 proposes a valve used particularly in semiconductor manufacturing apparatuses. To meet this demand, for example, as shown in FIGS. It has been proposed (Patent Document 1).
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a normally closed type solenoid valve
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a normally open type solenoid valve.
  • 6 is an enlarged cross-sectional view of the solenoid portion of the solenoid valve shown in FIG.
  • a metal diaphragm 5 is disposed above the valve seat 2 formed on the bottom surface of the valve chamber 1a. Between the bonnet 3 inserted into the valve chamber 1 a and the valve body 1, the outer peripheral edge of the metal diaphragm 5 is held in an airtight manner under pressure. The stem 7 is driven by the electromagnet M fixed to the valve body 1, and the metal diaphragm 5 is moved away from the valve seat 2 against the elastic reaction force (about 17 kgf) of the spring 8.
  • the electromagnet M includes a cylindrical plunger 19, a cylindrical yoke 18 surrounding the plunger 19, a coil 17 disposed inside the yoke 18, and an end face of the yoke 18 so as to face the gap G. And a movable iron core 20 screwed onto the plunger 19.
  • the yoke 18 is formed in a double cylinder shape from a short first yoke portion 18c located on the inner side and a second tall yoke portion 18d located on the outer side.
  • the coil 17 is disposed between the first yoke portion 18c and the second yoke portion 18d.
  • the end of the coil 17 on the side of the movable iron core is located near the end surface 18d ′ on the side of the movable iron core of the second yoke portion 18d having a long height.
  • the movable iron core 20 is formed of a cylindrical first movable iron core portion 20c having a wall thickness equal to the wall thickness of the first yoke portion 18c and a bowl-shaped second movable iron core portion 20d.
  • the end face 18c ′ of the first yoke portion 18c and the end face 20c ′ of the first movable iron core portion 20c, and the end face 18d ′ of the second yoke portion 18d and the end face 20d ′ of the second movable iron core portion 20d have a gap G of about 0.4 mm.
  • the gap G between the end surface 18c 'of the first yoke portion 18c and the end surface 20c' of the first movable iron core portion 20c is a distance S from the end portion of the coil 17 on the movable iron core side even when the electromagnet M is not in operation. It is located on the first yoke portion 18c side so as to face each other.
  • the shaft 21 and the plunger 19 connected to the stem 7 are connected via an adjustment screw 15.
  • the gap G between the yoke 18 and the movable iron core 20 fixed to the plunger 19 can be finely adjusted by the adjustment screw 15.
  • the actuator body 9 is formed in a cylindrical shape from aluminum, and is fixed to the upper end portion of the bonnet 3 by a fixing nut 13 and is prevented from rotating by a set screw 14.
  • a solenoid base 12 is screwed and fixed above the inside of the actuator body 9, and an electromagnet M including a coil 17, a yoke 18, a plunger 19, a movable iron core 20, and the like is fixed to the actuator body 9 by a set screw 16.
  • the upper part of the actuator body 9 is sealed with an actuator cap 10 made of aluminum, and a lead wire 22 for supplying exciting current is drawn out through a lead protector 23 provided on the cap 10.
  • the solenoid valve 30B in FIG. 7 is obtained by changing the design of the solenoid valve 30A in FIG. 5 to a normally open type.
  • solenoid valves flow a relatively large current instantaneously through the coil when the high-speed opening / closing operation is started, suck the movable iron core 20 and lift or open the gap G to adsorb the movable iron core 20. Therefore, it is necessary to control the current so that a relatively small current necessary for attracting and holding the movable iron core 20 is supplied to maintain the valve open state or the valve closed state. Therefore, as shown in FIG. 8, by connecting a dedicated power source 50 having a large capacity, high voltage aluminum electrolytic capacitor and a charge / discharge control circuit for the capacitor to the solenoid valve 30A (B) via a cable 51, The drive of solenoid valve 30A (B) is controlled.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a circuit configuration of a conventional dedicated power supply
  • FIG. 10 is a timing chart showing an output waveform of the dedicated power supply in a normally closed type solenoid valve.
  • reference numeral 52 is an input terminal that receives a power supply of AC100V to 240V
  • 53 is an AC / DC converter
  • 53a is a DC48V high voltage side line
  • 53b is a DC3V low voltage side line
  • 54 is rated voltage 100V
  • 55 is a switch circuit
  • 56 is a timing circuit for switching the switch circuit 55
  • 57 is a common line
  • 58 is an open / close operation signal input terminal.
  • the solenoid 32 has a diameter of 23.6 ⁇ 25 mm (height) and a weight of 70 g, and a ferromagnetic material such as a movable iron core is made of 35 wt% cobalt and 65 wt% iron.
  • the resistance value is 5.6 ⁇ (20 ° C.).
  • This solenoid 32 exhibits a suction force of 25 kgf at about 5.0 A when the gap G is 0.4 mm, and has a suction force of about 25 kgf at 0.4 A when the gap G is 0 (during adsorption). Demonstrate.
  • the timing circuit 56 When an ON / OFF operation signal is input to the dedicated power source, the timing circuit 56 connects the switch circuit 55 to the line 53a, and the solenoid 32 has a relatively large drive current (about 4.8 A). After a certain period of time (for example, about 5 milliseconds) has elapsed, the timing circuit 56 switches the switch circuit 55 from the line 53a to the line 53b to maintain the valve open state. A drive current having a current value (for example, 0.4 to 0.55 A) is supplied to the solenoid 32. JP 2000-240838 A
  • the solenoid valve has a height of 93 mm and a width of 52 mm, while the size of the external power supply that drives eight solenoid valves with a built-in high-capacity, high-voltage aluminum electrolytic capacitor has been reduced to the maximum.
  • the width was 102 mm
  • the height was 161 mm
  • the depth was 161 mm.
  • the wiring cable 51 connecting the external dedicated power source and the solenoid valve is energized with a high current of about 5A. Because the wiring resistance increases according to the wiring distance, it is necessary to select a dedicated wiring that can satisfy the operating conditions within the required wiring distance, and the wiring becomes expensive. It was.
  • the main object of the present invention is to save space by downsizing the dedicated power source for driving the solenoid valve.
  • Another object of the present invention is to reduce wiring resistance by incorporating a miniaturized dedicated power supply in a solenoid valve, thereby reducing costs.
  • the present invention uses an electric double layer capacitor with extremely low internal resistance using special activated carbon to instantaneously flow a large current and instantly open and close the solenoid valve. It is a feature.
  • the present invention is characterized in that the electric double layer capacitor is mounted on a solenoid valve as a power source.
  • the electric double layer capacitor as a power source is built in a solenoid valve.
  • the electric double layer capacitor used in the present invention preferably uses activated carbon made of phenol or furfural resin as a polarizable electrode, and the activated carbon is preferably glassy carbon.
  • the glassy carbon (also referred to as aerogel carbon) used for the polarizable electrode preferably has a specific surface area of 1 to 500 m 2 / g.
  • the power source used in the present invention has an electric characteristic of a single cell with an electrostatic capacity of 1 to 5 F, a rated voltage of 2.1 to 2.7 V, a DC internal resistance of 0.01 to 0.1 ⁇ , and 1 kHz.
  • the opening / closing time of the solenoid valve according to the present invention that is, the time from the input of the signal for opening or closing the solenoid valve to the completion of the opening or closing operation is preferably 10 milliseconds or less.
  • the present invention provides a flow path, a valve member that opens and closes the flow path, a valve seat that allows the valve member to come in and out, a stem that opens and closes the valve member, and the stem
  • a valve body including a spring for energizing the valve, a solenoid that is connected to the valve body and drives the stem, a charging power source that is configured by an electric double layer capacitor and supplies driving power to the solenoid, and an external
  • a solenoid valve is provided.
  • the present invention is a solenoid valve for electromagnetically driving a valve, wherein an electric double layer capacitor is used to supply a drive current to a solenoid for electromagnetic drive, and the capacitor is Provided is a solenoid valve characterized by being integrated with the valve and the solenoid.
  • the dedicated power source can be miniaturized by using a charging power source constituted by an electric double layer capacitor as a main power source for driving the solenoid. That is, the electric double layer capacitor has a very large capacitance per unit area as compared with the aluminum electrolytic capacitor, and thus can be miniaturized with the same capacitance.
  • the wiring between the power supply and the solenoid coil can be shortened by accommodating the power supply in a casing that is integrally attached to the valve body. Since the value of the current flowing through the solenoid coil increases as the wiring resistance decreases, the solenoid can be downsized, and the solenoid valve can be downsized accordingly.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a solenoid valve according to the present invention. It is a block diagram which shows the circuit structure of the motive power source incorporated in the solenoid valve of FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows 2nd Embodiment of the solenoid valve which concerns on this invention. It is a perspective view of the solenoid valve of FIG. It is a center longitudinal cross-sectional view which shows the conventional normally closed type solenoid valve. It is sectional drawing which expands and shows the solenoid of the solenoid valve of FIG. It is a center longitudinal cross-sectional view which shows the conventional normally open type solenoid valve. It is a front view which shows the external appearance of the solenoid valve of FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a solenoid valve according to the present invention.
  • the valve body 31 and the solenoid 32 attached to the valve body 31 can adopt the conventional configuration shown in FIGS. Therefore, in the following description, with respect to the valve main body 31 and the solenoid 32, the same or similar components are denoted by the same reference numerals as in FIGS.
  • the valve body 31 shown in FIG. 1 includes the flow path 1b, the diaphragm 5 as a valve or valve member, the valve seat 2, the stem 7, and the spring 8 in the valve body 1 in FIGS. 5 and FIG.
  • the solenoid 32 is a drive unit having the actuator body 9, the solenoid base 12, the adjustment screw 15, the set screw 16, the coil 17, the coil bobbin 17 a, the yoke 18, the plunger 19, and the movable iron core 20. (Actuator).
  • the solenoid valve 30 is integrally connected with a valve body 31 by a casing 33 shown by phantom lines in FIG.
  • the casing 33 is integrated with the valve body 31 by being fixed to the actuator body 9 by fixing means such as a set screw.
  • the casing 33 is mounted on the actuator body 9 instead of the actuator cap 10 shown in FIG. 5 of the conventional example, and similarly to the actuator cap 10 of FIG. 5, the solenoid base 12 (FIG. 5).
  • the screw (not shown) is screwed to the reference.
  • the casing 33 is not limited to the illustrated example, and various forms can be adopted as long as it is integrally attached to the valve main body 31 by appropriate means.
  • the casing 33 is shown in FIG.
  • the actuator cap 10 may be connected by a fixing means such as a set screw or may be directly fixed to the valve body 1.
  • a plurality (two in the illustrated example) of a long cylindrical electric double layer capacitor 34 is disposed in the casing 33 above the solenoid 32.
  • electrode terminals (not shown) are soldered to a substantially disc-shaped first printed wiring board 35.
  • the first printed wiring board 35 can have an arc-shaped outer peripheral surface having a diameter slightly smaller than the inner diameter of the casing 33, and can be accommodated in the casing 33 so as not to rattle by the outer peripheral surface.
  • the 1st printed wiring board 35 can also be comprised so that it can press-fit in the casing 33 by attaching O ring which is not illustrated to the outer periphery. Further, the first printed wiring board 35 may be supported on the solenoid 32 via a support member (not shown).
  • the electric double layer capacitor 34 is arranged so as not to protrude from the circular top surface of the solenoid 32.
  • the second printed wiring board 36 is disposed on the surface opposite to the mounting surface of the electric double layer capacitor 34 (the upper surface in FIG. 1).
  • Mounted on the second printed wiring board 36 are a plurality of electronic components that constitute a control circuit 39 (see FIG. 2) that controls the discharge of the charging power source including the electric double layer capacitor 34.
  • the control circuit on the second printed wiring board 36 is connected to the electric double layer capacitor 34 by electric wiring.
  • the second printed wiring board 36 is desirably fixed to the first printed wiring board 35 by appropriate means such as soldering and clip, and can be a unitized power source 37 as a hybrid integrated circuit board having a three-dimensional arrangement. Is configured.
  • the power supply 37 configured as described above is housed in the casing 33 as a power supply unit, is attached to the solenoid 32, is integrated with the valve body 31, and becomes a solenoid valve incorporating a power supply.
  • the second printed wiring board 36 has a quadrangular shape, the width of which is slightly smaller than the inner diameter of the casing 33, and is less likely to rattle when housed in the casing 33.
  • guide portions (not shown) such as guide grooves for guiding both side edges of the second printed wiring board 36 are formed on the inner surface of the casing 33. Also good.
  • the circuit configuration of the power source 37 will be described with reference to the block diagram shown in FIG.
  • the power supply 37 is interposed in the first discharge line 40 connected to the charge power supply 34X composed of the electric double layer capacitor 34, the second discharge line 41 connected to the charge power supply 34X, and the second discharge line 41.
  • a step-down converter 42 a common line 43 that connects the charging power source 34X and the solenoid 32, a switch circuit 44 that switches the first discharge line 40 and the second discharge line 41 to supply power to the solenoid 32, and
  • a timing circuit 45 for controlling the switch operation of the switch circuit 44 by an operation signal input from an external controller.
  • the charging power source 34X receives power supply from a power supply cable 47.
  • the timing circuit 45 receives a valve opening / closing operation signal from an unillustrated controller through an external signal input cable 48.
  • the electric double layer capacitor 34 used for the charging power supply 34X is a special electric double layer capacitor with extremely low direct current internal resistance using activated carbon. By using this, a large current is instantaneously passed to open and close the solenoid valve. Is activated instantly.
  • the electric double layer capacitor used for the charging power source 34X is an electric double layer capacitor having a polarizable electrode made of glassy carbon made of phenol or furfural resin as a raw material.
  • glassy carbon (also referred to as airgel carbon) used for the polarizable electrode has a specific surface area of 1 to 500 m 2 / g. If the specific surface area is less than 1 m 2 / g, the required capacitance cannot be obtained. On the other hand, if the specific surface area exceeds 500 m 2 / g, the resistance increases and is necessary for the initial drive of the solenoid within the rated voltage range. This is because the starting current cannot be supplied to the solenoid. In general, commercially available electric double layer capacitors use activated carbon having a high specific surface area of 1600 to 2300 m 2 / g for the polarizable electrode in order to ensure the capacitance. The resistance is large and cannot be applied to the object of the present invention.
  • Phenol or furfural resins when used as an electrode material, such as batteries, typically, steam-activated, but activated carbon is subject to an alkali activation is employed, the present invention, and the phenolic or furfural resins CO 2 activated to activated carbon of Is used as the polarizable electrode of the electric double layer capacitor. This is because CO 2 is expensive but does not require washing with water after activation, and the activated carbon does not contain impurities of the activation material, so that high performance can be exhibited.
  • a phenol resin or a furfural resin is activated in a CO 2 atmosphere at 800 to 1200 ° C. in a reaction furnace. Since the specific surface area of the activated carbon obtained by the activation time in the reaction furnace changes, the activation time is determined according to the required specific surface area.
  • the electric double layer capacitor of the power supply has the electric characteristics of a single cell with an electrostatic capacity of 1 to 5 F, a rated voltage of 2.1 to 2.7 V, a direct current internal resistance of 0.01 to 0.1 ⁇ , and 1 kHz.
  • the direct current internal resistance can be measured by a measuring method defined in the standard “EIAJ RC-2377” of the Japan Electronic Machinery Manufacturers Association standard.
  • the equivalent series resistance can be measured using a milliohm meter.
  • the charging power source 34X is a series connection of two electric double layer capacitors 34 having a rated voltage of 2.5 V, a rated capacitance of 1.5 F, a DC internal resistance of 0.1 ⁇ , and an equivalent series resistance of 0.07 ⁇ .
  • the step-down converter 42 is a DC / DC converter that steps down 9V to 1V.
  • the rated voltage of the electric double layer capacitor 34 is considerably smaller than the rated voltage of the aluminum electrolytic capacitor (100 V in the conventional example). If the withstand voltage is increased by increasing the number of electric double layer capacitors 34 connected in series, the number of electric double layer capacitors should be as small as possible because it is contrary to the purpose of downsizing. For this reason, the voltage supplied to the power supply cable 47 is set lower than in the conventional case. As a result, the voltage applied to the solenoid 9 decreases, and the current value flowing through the solenoid 9 also decreases. However, the solenoid 9 needs to generate a predetermined magnetomotive force in order to exert a predetermined attractive force.
  • the magnetomotive force is determined by the product of the current value flowing through the coil and the number of turns of the coil. Increasing the number of turns of the coil is not preferable because the solenoid 9 becomes larger. Therefore, in order to increase the current value flowing through the solenoid even at a low voltage (for example, DC 12 V or less), the coil resistance is made as small as possible. Therefore, in the example shown in FIG. 2, while the diameter of the coil wire is increased, the number of turns is reduced from the conventional 315 times to 80 times, and the coil resistance is suppressed to 0.3 ⁇ (20 ° C.), while the same as the conventional one. Solenoids of the same size, weight and material were made.
  • the solenoid 9 exhibited an attractive force of about 25 kgf at a current value of 20 A when the gap G was 0.4 mm, and exhibited an attractive force of about 25 kgf at a current value of 1.6 A when the gap G was 0. Since such a low-resistance solenoid 9 is used and the electric double layer capacitor 34 also has a low internal resistance, a large current (18.3 A) sufficient for the initial drive of the solenoid 9 could be supplied.
  • the motive power power supply 37 receives a valve opening operation signal from an external controller through an external signal input cable 48, and the timing circuit 45 causes the switch circuit 44 to be connected to the first discharge line 40. Connect and open the valve that was closed by passing an initial starting current with a relatively large current value. After a certain time (for example, about 5 milliseconds) has elapsed, the timing circuit 45 switches the switch circuit 44 to the second discharge line 41, and flows a holding current having a relatively small current value in order to hold the valve open state. Since the holding current flowing through the second discharge line 41 has a relatively small current value, heat generation of the solenoid can be suppressed. When the valve opening operation signal is interrupted, the timing circuit 45 switches the switch circuit 44 to the circuit cutoff position.
  • the timing at which the timing circuit 45 switches from the first discharge line 40 to the second discharge line 41 is adjustable in time, and the movable iron core is adsorbed to the solenoid coil of the solenoid valve after the initial startup current of the solenoid starts flowing. It is set to switch after a sufficient time has elapsed.
  • the time from the input of the valve opening operation signal or the closing operation signal to the completion of the opening or closing operation of the solenoid valve, that is, the valve opening / closing time is 10 m (milliseconds) or less, preferably Can be 5 ms or less.
  • the time for the timing circuit 45 to switch from the first discharge line 40 to the second discharge line 41 can be adjusted within a range of 10 milliseconds or less.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the internal structure of a second embodiment of the solenoid valve according to the present invention
  • FIG. 4 is a perspective view thereof.
  • the first printed wiring board 35 a is supported on the solenoid 32 by the support member 60.
  • the second printed wiring board 36a is parallel to the first printed wiring board 35a by the support member 60 above the first printed wiring board 35a, that is, on the side opposite to the mounting surface of the electric double layer capacitor 34a of the first printed wiring board 35a. It is supported.
  • Mounted on the second printed wiring board 36 a are a plurality of electronic components that constitute a control circuit (see reference numeral 39 in FIG. 2) that controls the discharge of the charging power source composed of the electric double layer capacitor 34.
  • the control circuit on the second printed wiring board 36a is connected to the electric double layer capacitor 34a by electric wiring.
  • the first printed wiring board 35a and the second printed wiring board 36a are formed into a two-stage support structure of a lower stage and an upper stage by the support member 60, and thereby unitized as a hybrid integrated circuit board having a three-dimensional arrangement.
  • a power source 37a is configured.
  • the power supply 37a configured as described above is housed in the casing 33a as a power supply unit, is attached to the solenoid 32, is integrated with the valve body 31, and becomes a solenoid valve with a built-in power supply.
  • the solenoid valve having the above-described configuration saves space by accommodating a power source that uses an electric double layer capacitor as a charging power source in a casing that is integrally provided in the valve body. Can be.
  • the wiring can be shortened by accommodating the power source in the casing, the wiring resistance can be reduced.
  • the solenoid coil itself can be downsized, and the solenoid valve can be downsized accordingly.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified without departing from the spirit of the present invention.
  • the solenoid and valve structure is not limited to the mode shown in FIGS. Other aspects can also be employed.
  • the valve or valve member is not limited to a diaphragm, and may be a needle valve.
  • the solenoid valve according to the present invention is not provided with the casing, and is mounted on the valve body or the solenoid with the power source exposed. It may be.

Abstract

　駆動する専用電源を小型化し、省スペース化を図ったソレノイドバルブを提供する。 　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することを特徴とする、瞬時に開閉可能なソレノイドバルブを提供する。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、且つ、１KHzでの等価直列抵抗０．０３～０．０９Ωであり、比表面積が１～５００m２／ｇのグラッシーカーボンからなる分極性電極を備える。

Description

ソレノイドバルブ
　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１～５００m２／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１～５００m２／ｇである。比表面積が、１ｍ２／ｇ未満であると必要な静電容量が得られない一方、５００ｍ２／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１６００～２３００ｍ２／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ＣＯ２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。ＣＯ２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ＣＯ２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 (18)

  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することを特徴とする、瞬時に開閉可能なソレノイドバルブ。
  2. 前記動力電源が搭載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. 前記動力電源が内蔵されていることを特徴とする請求項２に記載のソレノイドバルブ。
  4. 前記電気二重層キャパシタは、フェノール及びフリフラール樹脂の少なくとも一種を原料とする活性炭によって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１～３の何れかに記載のソレノイドバルブ。
  5. 前記分極性電極は、グラッシーカーボンによって形成されている請求項４に記載のソレノイドバルブ。
  6. 前記グラッシーカーボンの比表面積が１～５００m２／ｇであることを特徴とする請求項５に記載のソレノイドバルブ。
  7. 前記動力電源は、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である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、ユニット化されていることを特徴とする請求項６に記載のソレノイドバルブ。
  8. 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メンバが閉となるノーマルクローズタイプ、または、通電時にバルブメンバが閉となり、非通電時にはスプリングの力でバルブメンバ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に記載のソレノイドバルブ。
  9. 前記動力電源の制御回路は、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し、ソレノイドの発熱を抑制する機能を備え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。
  10. 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に記載のソレノイドバルブ。
  11. 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。
  12. 前記電気二重層キャパシタが低直流内部抵抗及び低等価直列抵抗を有することを特徴とする請求項１１に記載のソレノイドバルブ。
  13. 前記電気二重層キャパシタは、フェノール及びフリフラール樹脂の少なくとも一種を原料とする活性炭によって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１１に記載のソレノイドバルブ。
  14. 前記分極性電極は、グラッシーカーボンによって形成されていることを特徴とする請求項１３に記載のソレノイドバルブ。
  15. 前記グラッシーカーボンの比表面積が１～５００m２／ｇであることを特徴とする請求項１４に記載のソレノイドバルブ。
  16. 前記電気二重層キャパシタは、単セルの電気特性が、定格電圧２．１～２．７Ｖ、静電容量１～５F、直流内部抵抗０．０１～０．１Ω、且つ、１KHzでの等価直列抵抗０．０３～０．０９Ωであることを特徴とする請求項１１に記載のソレノイドバルブ。
  17. 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請求項１１に記載のソレノイドバルブ。
  18. 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。
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