| 【発明の名称】 |
電磁弁制御回路 |
| 【発明者】 |
【氏名】金子 義行
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| 【要約】 |
【課題】小出力の昇圧回路と小容量の蓄電手段を使用しながら、ラッチング型のソレノイドを使用した電磁弁をスイッチ操作に応じて安全かつ快適に駆動する電磁弁制御回路を提供する。
【解決手段】ラッチング型のソレノイドを用いた電磁弁の電磁弁制御回路において、操作スイッチと、前記操作スイッチの状態を検出するスイッチ検出手段と、前記ソレノイドを開方向または閉方向に通電するソレノイド通電回路と、前記スイッチ検出手段の出力に応じて前記ソレノイド通電回路の作動を制御する制御回路と、該電磁弁制御回路に供給される電源電圧を昇圧する昇圧手段と、前記昇圧手段の出力によって蓄電され前記ソレノイド通電回路及び前記制御回路に電源電流を供給する蓄電手段と、前記蓄電手段の蓄電量を検出する蓄電量検出手段とを備え、前記蓄電量検出手段の出力が所定値に満たない場合、ソレノイド通電を禁止するようにした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ラッチング型のソレノイドを用いた電磁弁の電磁弁制御回路において、操作スイッチと、前記操作スイッチの状態を検出するスイッチ検出手段と、前記ソレノイドを開方向または閉方向に通電するソレノイド通電回路と、前記スイッチ検出手段の出力に応じて前記ソレノイド通電回路の作動を制御する制御回路と、該電磁弁制御回路に供給される電源電圧を昇圧する昇圧手段と、前記昇圧手段の出力によって蓄電され前記ソレノイド通電回路及び前記制御回路に電源電流を供給する蓄電手段と、前記蓄電量検出手段の出力が所定値に満たない場合、ソレノイド通電を禁止することを特徴とする電磁弁駆動回路。
【請求項２】 請求項１の電磁弁制御回路において、前記蓄電手段の蓄電量が、前記ソレノイドの開方向および閉方向の通電に要するエネルギーに満たない場合、開方向または閉方向のいずれかの方向のソレノイド通電を禁止することを特徴とする電磁弁制御回路。
【請求項３】 請求項１乃至２の電磁弁制御回路において、該電磁弁制御回路への電源供給が停止した場合に、前記スイッチ検出回路の作動が停止するように構成されていることを特徴とする電磁弁制御回路。
【請求項４】 請求項１乃至３の電磁弁制御回路において、前記ソレノイド通電回路は複数のソレノイドを通電可能なように構成され、前記複数のソレノイドのうち、いずれかのソレノイドが開状態にある場合は、他のソレノイドの開通電を禁止することを特徴とする電磁弁制御回路。
【請求項５】 請求項１乃至３の電磁弁制御回路において、前記ソレノイド通電回路は複数のソレノイドを通電可能なように構成され、前記複数のソレノイドのうち、いずれかのソレノイドが閉状態にある場合は、他のソレノイドの閉通電を禁止することを特徴とする電磁弁制御回路。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はラッチングソレノイドを使用して電気的に流体の制御、特に水の吐水、止水を制御する電磁弁の制御回路に係り、電源状態に影響されず、スイッチ操作により電磁弁を安全、確実に制御する回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】電磁弁に使用されるラッチングソレノイドは、流体の制御、例えば吐水／止水の切り替えの際に瞬間的に電力を消費するが、吐水／止水の状態を維持するためには電力を必要としない。よって、電磁弁の制御に要する電力を、電磁弁の使用時間で平均すると極めて低消費となる。この極めて低消費であるという特長から、ラッチングソレノイドを用いた電磁弁は、特に電池を電源とする機器に多く使用されている。
【０００３】例えば、スイッチを押すと電磁弁が開き、スイッチを離すと電磁弁が閉じるという制御を行う電磁弁制御回路を、ラッチングソレノイドを使用して構成すると図８のようになる。１は電池であり、電磁弁制御回路に供給される電源となる。この電源電圧は昇圧回路３によって昇圧される。昇圧することで使用する電池の本数を減らし、機器を小型に出来る。昇圧回路３の出力によりコンデンサ４が充電される。コンデンサ４はソレノイド通電回路およびマイコン等の制御部の電源となる。１０および２０は２つの電磁弁のソレノイドであり、それぞれ５および２５のソレノイド通電回路によって開閉の通電が行われる。５および２５は、トランジスタのＨ型ブリッジ回路であり、マイコン６の出力ポートであるＰＯ１乃至ＰＯ４によって制御される。スイッチ２、トランジスタ７、抵抗８およびスイッチ２２、トランジスタ２７、抵抗２８は２組のスイッチ入力回路であり、それぞれマイコン６の入力ポートであるＰＩ１およびＰＩ２に入力される。各スイッチがオンのとき、マイコン６の各入力ポートはＬｏレベルとなる。
【０００４】動作の詳細をメインルーチンのフローチャートである図９を用いて説明する。図８において電池１がセットされると、図９のステップ００１（以下Ｓ００１）のリセットより動作を開始する。まず、Ｓ００２でＰＩ１がＬｏレベル、すなわちスイッチ２がオンであるかどうかチェックする。オンであればＳ００３でソレノイド１０が開状態かどうかチェックし、開状態になっていればＳ００６へ、開状態になっていなければＳ０１３で開通電１を実行する。Ｓ００２でスイッチ２がオフならばＳ００４でソレノイド１０が閉状態かどうかチェックし、閉状態になっていればＳ００６へ、閉状態になっていなければＳ００５で閉通電１を実行する。
【０００５】図３および図５はそれぞれ開通電１、閉通電１のサブルーチンである。開通電１はＰＯ１を２０ｍｓｅｃ間Ｈｉレベルにしてソレノイド１０を開弁方向に通電するサブルーチンである。閉通電１はＰＯ２を１０ｍｓｅｃ間Ｈｉレベルにしてするソレノイド１０を閉弁方向に通電するサブルーチンである。このように、スイッチ２がオンならばソレノイド１０を開状態に、オフならば閉状態に制御する。Ｓ００６以降はＳ００２以降の場合と同様で、スイッチ２２がオンならばソレノイド２０を開状態に、オフならば閉状態に制御する。図４および図６はソレノイド２０の開通電２および閉通電２のサブルーチンである。なお、ソレノイド通電電流はコンデンサ４から供給されるため、通電中にその電圧ＶＣが低下する。ソレノイドを動作させるには所定の電流が必要であり、ソレノイドは抵抗負荷であるので、言い換えれば所定の電圧を印加する必要がある。よって、昇圧回路３の出力電圧とコンデンサ４の容量は、コンデンサ４の電圧ＶＣが通電時間内にソレノイド動作に必要な電圧以下に低下しないように設定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の電磁弁制御回路では以下のような問題があった。まず、問題となる場合の動作例を図１０に示す。ＶＩＮは入力される電源の電圧、ＶＣはコンデンサ４の電圧である。時刻Ｔ１で電池１がセットされコンデンサ４のＶＣは昇圧回路３の出力によって充電され上昇する。時刻Ｔ２でスイッチ２がオンになると直ちに開通電１を行い、コンデンサ４はソレノイド１０への通電電流のために放電し、ＶＣは低下する。しかし、時刻Ｔ１の通電開始時にコンデンサ４が十分に充電されていないため、ソレノイドの動作保証電圧以下までＶＣが低下する。この場合、電磁弁の作動不良を引き起こす。その後ＶＣは上昇し、コンデンサ４は満充電状態となり、時刻Ｔ３でスイッチ２２がオンすると開通電２が実施されＶＣは再度低下する。その直後、コンデンサ４の充電が終わる前に、時刻Ｔ４でスイッチ２がオフすると閉通電１が実施され、ＶＣは更に下がる。このような通電を短時間に繰り返せば、ＶＣはいずれソレノイドの動作保証電圧以下まで低下する。すなわち、頻繁なスイッチ操作が行われると、ソレノイド通電の消費に対して昇圧回路３による充電が間に合わず、ＶＣが低下し、ソレノイドの作動不良に至る。時刻Ｔ５で電池１が取り外されたとする。ＶＣはコンデンサ４の自己放電やマイコン６の消費、スイッチ入力回路の消費などにより徐々に低下し、ＶＣはいずれ閉通電も不可能な電圧まで下がる。この場合、水が出っぱなしとなる。
【０００７】以上の様に、ソレノイドの通電電流はコンデンサ４から供給されるが、コンデンサ４の電圧は開閉駆動のたびに低下する。これはソレノイドに流れる電流が昇圧回路３が出力可能な電流に比較して、通常、数倍程度大きいためである。これに対処するには昇圧回路３の出力を大きくする方法があるが、昇圧回路を構成する部品の定格が上がり、形状の大型化、コストアップにつながる。また、昇圧に要する時間を考慮して、通電の間隔を一定時間以上空ける方法、すなわち通電の後、次の通電まで禁止時間を設ける方法もある。これならばコストアップにはならないが、回路バラツキの余裕を見る必要があり、どうしても必要以上に禁止時間をとってしまい、使い勝手が低下する。
【０００８】更に、電池を不意に取り外された場合、コンデンサ４の残電荷のみで動作することになる。コンデンサ４の電荷が放電するまで動作は可能であるが、いずれ電圧不足となり、ソレノイドの作動不良に至る。電池が外された場合だけでなく、電池の消耗によって昇圧回路３を駆動する能力が無くなった場合、同様の状態となる。最も問題なのは、電磁弁が開状態で動作不能になる場合であり、水の出っぱなしという、単に動作しない以上の不具合となる。ソレノイドが２つある場合は、その危険は２倍になる。これに対処するには、コンデンサ４の通電能力を上げる方法がある。コンデンサ４の容量を上げるか、昇圧回路３の出力電圧を上げることによって改善できる。しかし、コンデンサ４の大型化、コストアップにつながり、昇圧回路３の出力の高電圧化も限界がある。ソレノイドが複数あれば、更に要求は高くなる。コストやサイズを犠牲にすればある程度の改善は可能であるが、根本的な問題解決にはならない。
【０００９】本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、本発明は小出力の昇圧回路と小容量の蓄電手段を使用しながら、ラッチング型のソレノイドを使用した電磁弁をスイッチ操作に応じて安全かつ快適に駆動する電磁弁制御回路を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために請求項１は、ラッチング型のソレノイドを用いた電磁弁の電磁弁制御回路において、操作スイッチと、前記操作スイッチの状態を検出するスイッチ検出手段と、前記ソレノイドを開方向または閉方向に通電するソレノイド通電回路と、前記スイッチ検出手段の出力に応じて前記ソレノイド通電回路の作動を制御する制御回路と、該電磁弁制御回路に供給される電源電圧を昇圧する昇圧手段と、前記昇圧手段の出力によって蓄電され前記ソレノイド通電回路及び前記制御回路に電源電流を供給する蓄電手段と、前記蓄電手段の蓄電量を検出する蓄電量検出手段とを備え、前記蓄電量検出手段の出力が所定値に満たない場合、ソレノイド通電を禁止するようにしたので、ソレノイド通電の際には必要な電圧が確保される。
【００１１】請求項２は、請求項１の電磁弁制御回路において、前記蓄電手段の蓄電量が、前記ソレノイドの開方向および閉方向の通電に要するエネルギーに満たない場合、開方向または閉方向のいずれかの方向のソレノイド通電を禁止するようにしたので、電磁弁を所定の状態で終了することを保証できる。
【００１２】請求項３は請求項１乃至２の電磁弁制御回路において、該電磁弁制御回路への電源供給が停止した場合に、前記スイッチ検出回路の作動が停止するように構成したので、電源供給が停止した場合に、直ちにスイッチが離された状態と同様に動作することができる。
【００１３】請求項４は請求項１乃至３の電磁弁制御回路において、前記ソレノイド通電回路は複数のソレノイドを通電可能なように構成され、前記複数のソレノイドのうち、いずれかのソレノイドが開状態にある場合は、他のソレノイドの開通電を禁止するようにしたので、蓄電手段は単一のソレノイドを通電可能な容量があればよい。
【００１４】請求項５は、請求項１乃至３の電磁弁制御回路において、前記ソレノイド通電回路は複数のソレノイドを通電可能なように構成され、前記複数のソレノイドのうち、いずれかのソレノイドが閉状態にある場合は、他のソレノイドの閉通電を禁止するようにしたので、電磁弁を通常開状態で使用する用途において、請求項４と同様、蓄電手段は単一のソレノイドを通電可能な容量があればよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明をより理解しやすくするため、以下に図を用いて詳説する。
【００１６】
【実施例】図１に本発明の実施例の回路図を示す。 図１は従来の回路図である図８と以下の点が異なる。マイコン６のＡ／Ｄ変換入力ポートであるＡＤ１にはコンデンサ４の電圧が入力される。これによりマイコン６はコンデンサ４の充電電圧ＶＣのチェックが可能となる。また、スイッチ２およびスイッチ２２の一端はマイコン６の電源ＶＣではなく電池の電源入力端子に接続されている。
【００１７】図２は実施例のメインルーチンを表すフローチャートである。図１において電源である電池１がセットされると、昇圧回路３が作動し、コンデンサ４が充電され、マイコン６に電圧が印加され、図２のＳ００１のリセットより動作を開始する。Ｓ００２乃至Ｓ００９の動作は従来例の図９の場合と同じである。Ｓ００２でＰＩ２がＬｏレベル、すなわちスイッチ２がオンの状態の場合、Ｓ００３へ進みソレノイド１０が開状態でなければ、ソレノイド１０を開状態とすべくＳ０１０に進む。Ｓ０１０ではソレノイド２０が開状態かどうかチェックする。ソレノイド２０が開状態であれば、そのままＳ００２に戻る。すなわち、ソレノイド２０が開状態であればソレノイド１０の開通電を行わない。Ｓ０１０でソレノイド２０が開状態でない場合、Ｓ０１１でコンデンサ４の電圧ＶＣをＡ／Ｄ変換し、Ｓ０１２でＶＣの値が閾値ＶＴＨ以上かどうか判定する。 Ｓ０１２でＶＣがＶＴＨ未満であればＳ００２に戻ってループを回る。Ｓ０１２でＶＣがＶＴＨに達していればＳ０１３で電磁弁の開通電を行う。スイッチ２２とソレノイド２０についても同様の動作となる。Ｓ０１４でソレノイド１０が開状態の場合、あるいはＳ０１６でＶＣがＶＴＨ未満の場合、ソレノイド２０の開通電は行わない。これ以外の部分は従来例の図９の動作と同じとなる。
【００１８】以上の動作例を図７の動作波形を用いて説明する。電池１のセットとスイッチ入力のタイミングは従来例の図１０と同じ条件である。図７において、時刻Ｔ１で電源１がセットされ時刻Ｔ２でスイッチ２がオンする。これでソレノイド１０の開駆動が要求されるが、Ｓ０１１でＶＣのＡ／Ｄ変換を行いＶＣがＶＴＨに達していなければ開通電１は実施せず、プログラムは同様のループを回る。時刻Ｔ６でＶＣがＶＴＨに達するとＳ０１３で開通電１が行われ、ソレノイド１０が開状態となる。ここでＶＴＨの電圧は以下のように決定される。ラッチング型のソレノイドを動作させるために所定の電圧で通電する必要があることは先に説明した。例えば、３Ｖ以上で２０ｍｓｅｃ通電すれば開状態が、３Ｖ以上で１０ｍｓｅｃ通電すれば開状態が保証されるものとする。この時、ＶＴＨは、開通電と閉通電の合計３０ｍｓｅｃ通電してもコンデンサ４の電圧が３Ｖ以下にならないコンデンサ４の初期電圧とする。すなわち、コンデンサ４の電圧がＶＨＴ以上であれば、開通電終了後、再充電を行わなくとも、閉通電が可能となる。この電圧は、コンデンサ４の容量とソレノイド１０の抵抗値から簡単に求められる。このようにして決められたＶＴＨまで開通電を禁止することにより、開通電を行った場合はコンデンサ４の電圧は十分であり、その後直ちに閉通電の要求があってもコンデンサ４の残電荷で閉通電が可能である。すなわち、何時、電池が取り外されても開状態のままとなることは無い。
【００１９】図７に戻り、時刻Ｔ３でスイッチ２２がオンされる。しかし、図２のＳ０１４でソレノイド１０が開状態の場合、Ｓ０１５には進まずＳ００２に戻る流れとなっているので、Ｓ０１７のソレノイド２０の開通電２は実施されない。ソレノイド１０が開の状態でソレノイド２０を開通電するとすれば、コンデンサ４の電荷はソレノイド１０の閉通電とソレノイド２０の開閉通電の電荷が必要となる。よって、コンデンサ４の電荷に対する要求は一層厳しくなるが、同時にソレノイドを開状態としないことで、コンデンサ４はひとつのソレノイドしか通電しないものとして考えることができ、小容量のもので済ませることができる。時刻Ｔ４でスイッチ２がオフすると閉通電１が行われ、ＶＣも低下する。ソレノイド２０に関しては、Ｓ０１４の条件は解除されるが、Ｓ０１６でＶＣがＶＴＨに達していないため、Ｓ０１７の開通電２はすぐには実施されない。時刻Ｔ７でＶＣがＶＴＨに達するとＳ０１７の開通電２が実施される。ＶＣは十分な電圧であるため、駆動電圧不足による作動不良は無く、この時点で電池を取り外されても閉通電２を実施することは可能である。更に、時刻Ｔ５で電池１が外されると、スイッチ２２の状態に関わらず、トランジスタ２７はオフとなり、ＰＩ２はＨｉレベルとなる。よって、Ｓ００９の閉通電２が実施されソレノイド２０は閉状態となる。電磁弁は全て閉じているので、その後ＶＣが低下しても問題無い。また、このような安全機能を実現するためには、通常、電源電圧が印加されているかどうかを検出する回路が必要であるが、この機能をスイッチ検出回路に持たせているため、新たな回路が不要となり、マイコン６においても特別な処理ルーチンが不要となる。また、電池が消耗して出力電圧が著しく低下した場合でも、昇圧回路３の動作が可能であれば、コンデンサ４が充電され、電磁弁制御回路は動作する。しかし電池を主体に考えれば、液漏れなどを引き起こす原因となり好ましくない。
【００２０】本実施例では、電池電圧の低下によってトランジスタ２７またはトランジスタ７がオンしなくなれば、電池が取り外された状態あるいは操作スイッチが離された状態と同等となり、ソレノイド通電が行われず、電池に重い負荷がかからなくなる。すなわち、電池の消耗時にも安全機能として動作する。このように、スイッチ検出回路が動作しなくなる電圧は、本実施例であればトランジスタのバイアス抵抗の選び方で調節できる。他にも、ダイオードを直列に挿入したり、電圧検出ＩＣを使用するなど、使用する電池の種類と本数に応じて設定すれば良い。
【００２１】なお、本実施例では使用時に開通電し、不使用時に閉通電する場合について説明したが、逆の使い方をする場合は、開通電、閉通電を入れ替えて考えれば、不意に電源印加が無くなっても必ず開状態で停止する電磁弁制御回路を実現できる。
【００２２】
【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮する。請求項１では、ソレノイド通電回路の電源となる蓄電手段の蓄電量が所定値に満たない場合、ソレノイド通電を禁止するようにしたので、操作スイッチが任意のタイミングで、特に短い時間間隔で頻繁に操作されても、必要な蓄電量が無い場合はソレノイド通電を行わないので、頻繁なソレノイド通電によって蓄電量が低下しソレノイドの作動不良が発生する恐れが無い。また、必要な蓄電量に達すれば直ちにソレノイド通電が可能となるので、スイッチ操作からソレノイド通電までの時間を必要最低限とすることができ、スイッチの操作感が向上する。
【００２３】請求項２は、請求項１の電磁弁制御回路において、蓄電量がソレノイドの開方向および閉方向の通電に要するエネルギーに満たない場合、開方向または閉方向のいずれかの方向のソレノイド通電を禁止するようにしたので、不意に電源切れがあっても、蓄電されている電荷で電磁弁を開状態または閉状態のいずれかの所定の状態に戻すことができ、電磁弁が不都合な状態で停止する危険が無い。これは、電源切れがあった場合、どの状態で停止するか保証できないというラッチング型のソレノイドの欠点を補償するものである。
【００２４】請求項３は請求項１乃至２の電磁弁制御回路において、電源供給が停止するとスイッチ検出回路の作動を停止するようにしたので、スイッチの操作中に電源供給が停止した場合でも、畜電手段の自然放電などによって電磁弁を所定の状態に戻すことができなくなる不都合を防ぐことができる。
【００２５】請求項４は請求項１乃至３の電磁弁制御回路において、ソレノイド通電回路は複数のソレノイドを通電可能なように構成され、複数のソレノイドのうち、いずれかのソレノイドが開状態にある場合は、他のソレノイドの開通電を禁止するようにしたので、電磁弁を未使用時は閉状態で使用する用途において、蓄電手段は単一のソレノイドを通電するエネルギーのみを蓄電すればよく、蓄電手段の小型化、低価格化が可能となる。
【００２６】請求項５は、請求項１乃至３の電磁弁制御回路において、ソレノイド通電回路は複数のソレノイドを通電可能なように構成され、複数のソレノイドのうち、いずれかのソレノイドが閉状態にある場合は、他のソレノイドの閉通電を禁止するようにしたので、電磁弁を未使用時は開状態で使用する用途において、請求項４と同様、蓄電手段の小型化、低価格化が可能となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００１００８７
【氏名又は名称】東陶機器株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月２６日（１９９９．３．２６） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２８３３２６（Ｐ２０００−２８３３２６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月１３日（２０００．１０．１３） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−８４２０４ |
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