JP3062346B2 - 自己保持型ソレノイドの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、浴槽や洗面台等の槽底
面に開口している排水口を自動開閉する排水栓の駆動源
となる自己保持型ソレノイドの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自己保持型ソレノイド（以下、
単にソレノイドという）は、このソレノイドの電磁コイ
ルに流れる電流が正方向の場合に可動鉄心を吸引し、一
旦可動鉄心を吸引したあとは、前記の通電を停止して
も、前記可動鉄心を吸引位置に保持し、逆に、可動鉄心
の吸引を解除する場合は、電磁コイルに逆方向の電流を
流すことにより、可動鉄心を吸引位置から原位置に復帰
させるように構成したもので、可動鉄心を吸引後、電磁
コイルに通電を行うことなくその作動位置に保持させて
ソレノイドにより消費される電力の低減化を図ってい
る。

【０００３】次に、前記ソレノイドの概略構造を図１
２，１３によって説明する。図１２において、１は有底
筒状の磁気ヨークで、その内側面底部の中央には、永久
磁石２を介挿して形成した固定鉄心３を固定し、この固
定鉄心３の外周には、磁気ヨーク１の開口端側に向けて
磁性材料からなる案内筒４が嵌着され、可動鉄心５が磁
気ヨーク１の軸芯に沿って摺動自在に挿入されている。
又、案内筒４の外周には磁気ヨーク１との間において、
図示しないボビンに巻装された電磁コイル６が嵌挿され
ており、更に、前記磁気ヨーク１の開口端は補助ヨーク
７にて閉鎖されている。なお、可動鉄心５は固定鉄心３
との間で、図示しない復帰ばねにより固定鉄心３から離
れる方向に所定の間隔を保って偏位され、かつ、ストッ
パー（図示せず）により受け止められている。そして、
前記電磁コイル６は図１３で示すように、動作用コイル
ａと復帰用コイルｂとを個別に巻回して形成されてお
り、これらコイルａ，ｂの一端は互いに接続されて電源
Ｅの一方に接続し、又、各コイルａ，ｂの他端はスイッ
チＳ₁ ，Ｓ₂ を介して前記電源Ｅの他端と接続すること
により、ソレノイド８が構成されている。

【０００４】そして、前記ソレノイド８を動作させると
きは、図１３に示すスイッチＳ₁ を投入して動作用コイ
ルａに電流を流す。この結果、磁気ヨーク１、固定鉄心
３、可動鉄心５，案内筒４，補助ヨーク７により閉磁路
が形成され、この閉磁路内を流れる磁束により、可動鉄
心５が固定鉄心３側に移動してこれに吸引される。この
状態で、スイッチＳ₁ を開放しても、前記可動鉄心５は
永久磁石２に残存する磁束によって固定鉄心３に吸引保
持される。次に復帰動作を行わせる場合は、スイッチＳ
₂ を投入して復帰用コイルｂに電流を流すことによって
該コイルｂには、動作時と逆向きの電流が流れ、閉磁路
には可動鉄心５を原位置に復帰させる方向の磁束が流れ
て永久磁石２の残存磁束を軽減する。従って、可動鉄心
５は固定鉄心３との吸引が解かれ、復帰ばねの力によっ
て迅速に原位置に復帰する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来のソレノ
イドにおいては、次に示すような問題があった。 （１）、電磁コイルは動作用と復帰用との２つのコイル
を必要とするため、電磁コイルが大型化する問題があっ
た。その上、可動鉄心の吸引及び原位置復帰に際して
は、常に一方のコイルにしか通電が行えないので、電磁
コイルは可動鉄心に対して大きな吸引力を付与すること
ができず、効率的な使用ができないという問題があっ
た。

【０００６】（２）、又、電磁コイルの巻装に際して、
動作用コイルにおいては、可動鉄心の吸引力を大きくす
る場合、コイルのアンペアターンを増大する関係から、
復帰用コイルとは線径の異なるコイル導体を使用しなけ
ればならないので、電磁コイルはコイル径が必然的に大
きくなるばかりか、その巻線作業が煩雑になる等、電磁
コイルはその製作にあたり、手間と時間がかかり、生産
性の向上をはかる上で問題があった。

【０００７】（３）、更に、前記電磁コイルは、動作及
び復帰用の２つのコイルによって形成されているため、
前記２つのコイルへの通電に際しては、各コイルに接続
した２つのスイッチを交互に操作しなければならないの
で手間がかかるとともに、各コイルに通電した電流を遮
断する場合は、タイマー等の時限回路が特別に必要とな
るため、ソレノイドの制御装置は、電磁コイルが２つに
分割されていることと相俟って構成が複雑化し制御が面
倒であった。その上、電磁コイルの通電回路に２つのス
イッチを挿入したり、あるいは、時限回路を特別に必要
とする等ソレノイドの制御装置は、構成の複雑化に伴い
部品点数が増えるため、製作コストを上昇させるという
問題があった。

【０００８】本発明は、前記種々の問題点に鑑み、可動
鉄心の吸引時は大きな電流を瞬時通電させて吸引力の増
大をはかり、逆に、復帰時は小電流にて可動鉄心の原位
置復帰を行うことにより、浴槽や洗面台等の槽底面に取
付けられている排水栓等の負荷を少ない電力消費にて迅
速・確実に開閉させるとともに、その開閉状況を適確に
把握可能とした表示手段を内蔵してなる簡素な回路構成
を備えた自己保持型ソレノイドの制御装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ソレノイドの
電磁コイルに流れる電流の通電方向を切換えるために２
つの接点を備えた信号切換用の切換スイッチと、この切
換スイッチの各接点に個別に接続されて、前記スイッチ
の投入時にチャタリング現象等投入時の誤操作解消をは
かるための一対の積分回路と、これら積分回路からの出
力によって所定のパルス幅でパルス信号を１パルスだけ
出力するパルス出力回路と、前記出力されたパルス信号
に対応してオン・オフするスイッチング回路と、スイッ
チング回路からの出力によってソレノイドへの通電を、
正方向電流と逆方向電流とに区分して電磁コイルに印加
・供給する分圧回路と、更に、負荷となる、例えば、浴
槽の排水栓により排水口を正常に開閉したか、否かを表
示する負荷部材の作動状況を表示する表示回路とによっ
て、ソレノイドの制御装置を構成したので、その作用は
次に示すとおりである。

【００１０】

【作用】本発明は、ソレノイドの駆動に際しては、切換
スイッチを、ソレノイドの電磁コイルに正方向電流が流
れる方向に切換操作し、一方の積分回路からパルス出力
回路を経てスイッチング回路に所定幅のパルス信号を１
パルス出力してスイッチング回路をオンし、これによ
り、ソレノイドの駆動電源から所定の駆動電流が、分圧
回路を通って電磁コイルに正方向電流としてパルス出力
回路にて時限設定された時間だけ印加され、ソレノイド
の可動鉄心を固定鉄心に吸引保持させる。この場合、電
磁コイルにはソレノイドの駆動電源が分圧回路を介して
直接印加されるので、可動鉄心には定格電流が供給され
ることによって大きな吸引力（推力）が作用することと
なる。

【００１１】そして、前記可動鉄心が固定鉄心に吸引さ
れ、時限設定された時間経過後に通電が停止されると、
可動鉄心は永久磁石の残存磁束を利用して吸引状態に保
持される。

【００１２】次に、可動鉄心を原位置に復帰させる場合
は、切換スイッチを、ソレノイドの電磁コイルに逆方向
電流が流れる方向に切換え、他方の積分回路から前記同
様にパルス出力回路を介してスイッチング回路にパルス
信号を１パルス出力してこれをオンさせ、駆動電圧から
分圧回路を構成する抵抗分を差引いた電圧が電磁コイル
に逆方向電流として一定時間印加され、永久磁石の残存
磁束を軽減し、可動鉄心を原位置にばね部材等の復帰手
段を介して自己復帰させる。

【００１３】この結果、ソレノイドは前記制御装置によ
って吸引時は大きな力が得られ、復帰時は逆に小さな力
で原位置に戻すことができるので、前記制御装置を、備
えたソレノイドは、例えば、浴槽の排水口を開閉する排
水栓の駆動源として使用した場合、排水栓に大きな水圧
が加えられているときでも、ソレノイドは前記水圧に打
勝つ吸引力により、排水栓を押上げて排水口を開口して
浴槽内の水を排水し、逆に、排水後排水口を閉塞すると
きは、排水栓の自重降下を利用して小さな力で可動鉄心
を原位置復帰させることにより、排水栓の開閉等負荷部
材に大きな力が加えられていても、これを迅速・確実に
作動させることができる。

【００１４】又、可動鉄心の吸引時は負荷との関係から
電磁コイルに駆動電源が直接印加されるが、復帰時はそ
の半分以下の電力で原位置復帰を行うことができるの
で、小電力での駆動が可能となる。更に、制御装置に
は、電磁コイルに通電される電流の流れる方向を切換え
るための分圧回路の採用により、電磁コイルは一つのコ
イルにより、ソレノイドの製作が可能であるため、ソレ
ノイド自体を小形・軽量で経済的な製作を可能とする。
その上、制御装置には負荷部材の作動状況を把握する表
示手段が具備されているので、例えば、浴槽の排水栓等
の開，閉状態を外部において、的確に把握することがで
き至便である。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を浴槽の排水栓を開閉する駆動
源として使用する自己保持型ソレノイドに実施した例を
図１ないし図１１によって説明する。最初に、図３，４
において、１１は浴槽で、その浴槽１１の底部には排水
口１２が開口されている。１３は浴槽１１上部のエプロ
ンｐ内において、浴槽１１の側面から底部にまたがって
配管した排水管で、排水口１２とは連通口１４を介して
連通している。１５は排水口１２を開閉する排水栓で、
その外周縁の下方には排水口１２の内周面と係合するた
めの案内ガイド１６が一体的に形成されている。１７は
前記排水栓１５の裏面に垂設した支軸で、この支軸１７
には排水管１３内において、操作レバー１８が枢着され
ている。前記操作レバー１８は図３で示すように、ほぼ
逆へ字形に形成した発錆しにくい銅等非磁性材料からな
る偏平な梃子杆１９と連結杆２０とによって構成されて
いる。そして、前記連結杆２０には、梃子杆１９との枢
支部付近において、両者が上向きには回動するものの、
逆方向には回動しないように図示しない回り止め部材が
一体的に形成されている。

【００１６】２１は浴槽１１のエプロンｐ内側の最上部
に取付けた排水栓１５作動用の駆動源を示す自己保持型
のソレノイドで、その構造を図５により説明する。２２
は電磁コイル２３を巻装した筒状ボビンを示し、このボ
ビン２２の一方の開口端（図５の下部）には、中央部に
縦孔ｒを穿孔した固定鉄心２４を嵌着し、他方の開口端
（図５の上部側）にはボビン２２の中空孔を塞がないよ
うにして補助ヨーク２５がボビン２２の上方に突出させ
た状態で嵌着されている。そして、前記電磁コイル２３
の外側には、該コイル２３を囲繞する中空円筒状のヨー
ク２６が、前記補助ヨーク２５と固定鉄心２４とにまた
がって嵌着保持されている。

【００１７】２７はボビン２２の中空孔内に上下動可能
に挿入した可動鉄心で、この可動鉄心２７は図５で示す
ように、２つの磁性部材の間に永久磁石２８を介して形
成されており、その組立に際しては、固定鉄心２４の縦
孔ｒを貫通する可動ロッド２９のほぼ中央に設けた係止
段部ｃに第１の磁性部材を嵌挿し、つづいて、可動ロッ
ド２９に螺設したねじ部ｄに永久磁石２８と第２の磁性
部材を第１の磁性部材上に順次乗載螺着して可動鉄心２
７を可動ロッド２９に止着する。

【００１８】３０は補助ヨーク２５上において、下部を
補助ヨーク２５から突出するヨーク２６内に可動ロッド
２９の上方端を突出させた状態で螺装した可動鉄心２７
の上昇範囲を規制する帽子状のストッパー、３１は可動
鉄心２７の上部に載置した緩衝材、３２は前記ストッパ
ー３０の上方に突出する可動ロッド２９の突出端に先端
側を遊合してなるほぼＶ字形のレバー体で、その基端側
は図５のように、ヨーク２６の内周面の延長線上の位置
まで延出して形成されており、このレバー体３２は可動
鉄心２７を手動操作にて上昇させる場合、梃子の原理を
応用して小さな力で可動鉄心２７を上昇させることがで
きる。３３はレバー体から突出する可動ロッド２９の突
出端に、レバー体３２と当接させた状態で螺着したバネ
受座であり、３４はバネ受座３３の抜脱を阻止するナッ
トである。

【００１９】３５は中空円筒状のヨーク２６の外側を囲
繞する筒状の被覆ケースで、このケース３５に固定、可
動鉄心２４，２７等からなるソレノイド本体Ａを収容し
たヨーク２６を、その下端をケース３５内下部の係止部
３６に係止させて収容保持し、前記ケース３５の上部開
口端には、その外周縁にねじ部を備えた鍔部３７を設
け、被覆ケース３５の内周面に摺接する内筒ｅと、前記
ねじ部と螺合するねじ部分を内側に螺設した外筒ｆから
なる２重円筒状のキャップ３８を、図５のように、内筒
ｅをストッパー３０の上端周縁に当接させて、外筒ｆを
前記鍔部３７のねじ部に螺着することにより、前記ソレ
ノイド本体Ａをヨーク２６を介して被覆ケース３５内に
収容・固定する。

【００２０】４０は可動鉄心２７の手動操作時、レバー
体３２から突出する可動ロッド２９の頂部を下方に押動
して可動鉄心２７の投入操作を行うための投入操作釦
で、４１は前記投入操作釦４０の外側に、該操作釦４０
を抜脱不能に係止させて嵌合した可動鉄心２７の手動復
帰用の操作釦で、その下部はキャップ３８の内筒ｅ内に
抜脱不能に係止させた状態で、レバー体３２の延出端と
常時当接するよう前記内筒ｅに嵌合保持されている。

【００２１】なお、図５において、４２は固定鉄心２４
と可動鉄心２７との間に介挿した可動鉄心２７復帰用の
ばね、４３はストッパー３０と復帰操作釦４１との間に
挿入した操作釦４１上動用の圧縮ばね、４４はバネ受座
３３と投入操作釦４０との間に挿入した該操作釦４０上
動用の圧縮ばねであり、前記投入及び復帰の各操作釦４
０，４１は個々の係止手段により抜脱不能に係止され、
かつ、圧縮ばね４３，４４の付勢力によって常時上方に
付勢された状態で、キャップ３８に上下動可能に嵌挿さ
れている。４５はソレノイド２１のリード線保護カバ
ー、４６はソレノイド２１取付用のナットで、前記ソレ
ノイド２１を、浴槽１１のエプロンｐに挿入して上縁に
開口した開口ｇからエプロンｐ内に付設した取付板４７
に係載し、この状態で、エプロンｐの側面に設けた図示
しない点検口（排水管１３にもあり）を利用して前記ナ
ット４６を取付板４７の下側から被覆ケース３５のねじ
部に螺着することにより、ソレノイド２１を取付板４７
に止着する。前記ソレノイド２１の取付け後、図３で示
すように、エプロンｐ及び排水管１３に設けた点検口ａ
₁ ，ａ₂ を利用して可動鉄心２７の可動ロッド２９下部
のねじ部４８に、あらかじめ、前記ソレノイド２１の取
付板４７への止着前に開口ｇを通して排水管１３内に操
作レバー１８の最上端と接離可能に挿入しておいた駆動
ロッド４９の上端を螺装して連結することにより、ソレ
ノイド２１と排水栓１５は、前記駆動ロッド４９、操作
レバー１８を介して駆動可能に結合される。５０はエプ
ロンｐの開口ｇに取外自在に被着したゴム等耐水性に優
れた材料からなる蓋体である。又、ａ₃ は図８に示す点
検口ａ₁ ，ａ₂ に取外し自在に取付けたゴム等からなる
閉鎖板である。

【００２２】次に、図１，２及び図７において、前記ソ
レノイド２１を駆動制御する制御装置５１の回路構成を
説明する。前記制御装置５１は、大別して、電源回路５
２と、切換スイッチ５３と、該切換スイッチ５３の２つ
の接点ｈ，ｉに個別に接続した一対の積分回路５４，５
５と、前記各積分回路５４，５５の出力端と接続する単
安定形マルチバイブレータＭ₁ ，Ｍ₂ を内蔵したパルス
出力回路５６と、このパルス出力回路５６の各出力端に
接続したスイッチングトランジスタからなるスイッチン
グ回路５７と、前記スイッチング回路５７の一方の出力
端と他方の出力端との間にソレノイド２１を介して接続
した分圧回路５８と、更に、排水栓１５の開閉状況を表
示するための第１及び第２の表示回路５９，６０とによ
って構成されている。

【００２３】つづいて、前記各回路の詳細な構成を説明
する。はじめに、電源回路５２は図１，７で示すよう
に、ソレノイド２１駆動用として供給される駆動電源Ｖ
ｄｄと、定電圧装置ＡＶＲを介してパルス出力回路５
６、スイッチング回路５７、表示回路５９等に動作用電
源として供給される定電圧電源Ｖｃｃを出力するように
構成されている。

【００２４】切換スイッチ５３は一方を定電圧電源Ｖｃ
ｃに接続し、他方の２つの切換接点ｈ，ｉは、図１で示
すように、抵抗とコンデンサとを接続して形成した一対
の積分回路５４，５５にそれぞれ個別に接続されてお
り、前記切換スイッチ５３は、積分回路５４，５５の存
在によって、例えば、中途半端な切換操作によりチャタ
リング等を起したような場合、スイッチ５３が仮に機械
的に切換えられても、積分回路５４，５５のいずれから
も出力を次回路に送出せず、正常な切換作業が行われた
ときのみ、それに該当する積分回路５４又は５５の出力
端から、あらかじめ、ＣＲ時定数で設定された出力波形
が出力されるようになっている。

【００２５】パルス出力回路５６は２つの単安定形マル
チバイブレータ（以下、ワンショットマルチという）Ｍ
₁ ，Ｍ₂ を並列接続したもので、各ワンショットマルチ
Ｍ₁，Ｍ₂ は、それぞれ積分回路５４，５５の出力端
に、極性反転用のノット素子Ｎ₁ ，Ｎ₂ を個別に介して
接続されており、前記ノット素子Ｎ₁ ，Ｎ₂ のいずれか
一方からパルス信号が出力されたとき、前記パルス信号
を入力したワンショットマルチＭ₁ 又はＭ₂ の出力端か
らは、抵抗Ｒ₁ とコンデンサＣ₁ とによるＣＲ時定数で
設定された時間（ほぼ瞬時に近い時間）だけ所定幅のパ
ルス信号を１パルスだけ出力するように構成されてい
る。

【００２６】スイッチング回路５７は、ソレノイド２１
の電磁コイル２３に正方向の電流を通電するトランジス
タＴＲ₁ ないしＴＲ₃ と、電磁コイル２３に逆方向の電
流を流すトランジスタＴＲ₄ ないしＴＲ₆ とによって構
成されており、スイッチング回路５７を構成する各トラ
ンジスタＴＲ₁ ないしＴＲ₆ の接続関係は、次に示すと
おりである。即ち、パルス出力回路５６のワンショット
マルチＭ₁ の出力端には、抵抗Ｒ₂ ，Ｒ₃ を介してエミ
ッタ接地のトランジスタＴＲ₁ ，ＴＲ₃ のベースがそれ
ぞれ並列接続されており、トランジスタＴＲ₁ のコレク
タは、抵抗Ｒ₄を介してトランジスタＴＲ₁ がオン状態
にある所定時間だけオンすべくバイアス設定されたトラ
ンジスタＴＲ₂ のベースに接続され、このトランジスタ
ＴＲ₂ のコレクタは後述する分圧回路５８を介して電磁
コイル２３の一方に、又、エミッタは電源回路５２の駆
動電源Ｖｄｄにそれぞれ接続されている。一方、トラン
ジスタＴＲ₃ のコレクタを電磁コイル２３の他方に接続
して、電磁コイル２３に正方向電流を流す通電回路を構
成する。

【００２７】又、ワンショットマルチＭ₂ の出力端に
は、抵抗Ｒ₅ ，Ｒ₆ を介してエミッタ接地のトランジス
タＴＲ₄ ，ＴＲ₆ のベースがそれぞれ並列接続されてお
り、トランジスタＴＲ₄ のコレクタは、抵抗Ｒ₇ を介し
てトランジスタＴＲ₄ のオン状態にある時間だけオンす
べくバイアス設定されたトランジスタＴＲ₅ のベースに
接続され、該トランジスタＴＲ₅ のコレクタはトランジ
スタＴＲ₃ のコレクタに、エミッタは駆動電源Ｖｄｄに
それぞれ接続されている。一方、トランジスタＴＲ₆ の
コレクタはトランジスタＴＲ₂ のコレクタと接続するこ
とにより、電磁コイル２３に逆方向電流を流す通電回路
を構成する。

【００２８】次に、分圧回路５８はダイオードＤと抵抗
Ｒとを並列接続して構成したもので、スイッチング回路
５７の正方向電流の出力端と逆方向電流の出力端との間
にソレノイド２１を介して直列に挿入接続されている。

【００２９】つづいて、表示回路５９，６０は電磁コイ
ル２３に正方向又は逆方向の電流が流れた場合、これを
個別に表示するための第１の表示回路５９と、ソレノイ
ド２１及び排水栓１５が作動したときその作動状態を表
示する第２の表示回路６０とからなる。はじめに、第１
の表示回路５９は図１で示すように、例えば、ＲＳフリ
ップフロップＦ₁ とＦ₂ とを用いて形成され、一方のフ
リップフロップＦ₁ の入力端は、パルス出力回路５６の
ワンショットマルチＭ₁ の出力端と接続し、又、他方の
フリップフロップＦ₂ の入力端は、同じくワンショット
マルチＭ₂ の出力端に接続し、これら各フリップフロッ
プＦ₁ ，Ｆ₂ の出力端を、それぞれ発光ダイオードＬ₁
（排水栓１５の開栓表示），Ｌ₂ （排水栓１５の閉栓表
示）を個別に介挿して定電圧電源Ｖｃｃと接続すること
により構成されている。

【００３０】次に第２の表示回路６０の構成を図２によ
り説明する。この表示回路６０においては、ソレノイド
２１の動作を検出する第１の検出手段Ｘからの信号と、
排水栓１５の動作を検出する第２の検出手段Ｙからの信
号とが入力されないときのみ出力信号を出力するノア素
子ＮＲと、入力端の一方がノット素子Ｎ₃ を介してノア
素子ＮＲの出力端に、入力端の他方がノット素子Ｎ₁ の
出力端とそれぞれ接続したナンド素子ＮＡ₁ と、更に、
入力端の一方がノア素子ＮＲの出力端に、入力端の他方
をノット素子Ｎ₂ の出力端に接続したナンド素子ＮＡ₂
とにそれぞれ接続し、前記ナンド素子ＮＡ₁ とＮＡ₂ の
各出力端を発光ダイオートＬ₃ （排水栓１５の開栓表
示），Ｌ₄ （排水栓１５の閉栓表示）を個別に挿入接続
して定電圧電源Ｖｃｃと接続することによって構成され
ている。

【００３１】更に、前記ソレノイド２１の動作を検出す
る第１の検出手段Ｘとしては、例えば、図３，８で示す
ように、ソレノイド２１の可動鉄心２７に嵌着した可動
ロッド２９における駆動ロッド４９との連結部上部にお
いて、係止杆６１を横着し、前記係止杆６１の下方に
は、可動鉄心２７が固定鉄心２４に正常に吸引されたと
き、前記係止杆６１と当接して表示回路６０のノア素子
ＮＲの入力端に、可動鉄心２７が正常に作動したことを
検出し、かつ、その検出信号を出力するリミットスイッ
チ等の第１の検出手段Ｘが、排水管１３の壁面等を利用
して取付けられている。

【００３２】又、排水栓１５の動作を検出する第２の検
出手段Ｙとしては、図４，９で示すように、操作レバー
１８の梃子杆１９と連結杆２０との枢支部付近におい
て、前記梃子杆１９の下側に取付けた磁性体からなる検
出板６２と、前記梃子杆１９が図９で示すように、排水
管１３と平行状態（この場合は排水栓１５が上動したと
きを指す）となったとき、検出板６２と相対応する位置
で排水管１３の外側に取付けた検出板６２の移動位置を
検出する近接スイッチ６３とからなり、前記近接スイッ
チ６３が検出板６２を検出すると、その検出信号を第２
の表示回路６０のノア素子ＮＲの入力端に出力するよう
に構成されている。

【００３３】次に本発明の動作について説明する。最初
に、浴槽１１に張っている残湯を、排水栓１５の開放に
よって浴槽１１外に排水する場合について説明する。こ
の場合は、図１に示す切換スイッチ５３を接点ｈから接
点ｉ側に切換えることによって行う。即ち、切換スイッ
チ５３は通常のｂ接点のような役割を果たすようになっ
ており、接点ｈ→ｉへの切換えによって、積分回路５４
からノット素子Ｎ₁ を介してパルス出力回路５６のワン
ショットマルチＭ₁ に、ソレノイド２１の通電指令に相
当するパルス信号が入力される。この結果、パルス出力
回路５６の出力端（ワンショットマルチＭ₁ ）からは、
抵抗Ｒ₁ とコンデンサＣ₁ とによるＣＲ時定数により設
定された時間で所定幅のパルス信号が、１パルスだけス
イッチング回路５７に出力され、該回路５７をオンす
る。

【００３４】即ち、パルス出力回路５６から通電指令の
パルスが出力されると、スイッチング回路５７のトラン
ジスタＴＲ₁ ，ＴＲ₂ ，ＴＲ₃ がオンし、電源回路５２
からの駆動電源Ｖｄｄは、トランジスタＴＲ₂ →分圧回
路５８のダイオードＤ→ソレノイド２１の電磁コイル２
３→トランジスタＴＲ₃ →グランドＧのルートで流れ
る。従って、ソレノイド２１の電磁コイル２３には、可
動鉄心２７を吸引させるための正方向電流が供給される
こととなる。このため、ヨーク２６→補助ヨーク２５→
可動鉄心（永久磁石２８）２７→固定鉄心２４よりなる
閉磁路が形成され、この閉磁路内を流れる磁束によって
可動鉄心２７に吸引力が作用し、該可動鉄心２７は図５
の状態から図６で示すように、固定鉄心２４側に復帰ば
ね４２の力に抗して吸引され固定鉄心２４に吸引する。
そして、可動鉄心２７の吸引後電磁コイル２３への通電
を断っても、永久磁石２８の磁束が前記閉磁路内に透過
され続けるため、可動鉄心２７は図６のように、前記永
久磁石２８の磁気的吸引力により、その吸引状態が保持
される。即ち、自己保持状態を維持する。

【００３５】前記のように、可動鉄心２７が吸引される
と、可動ロッド２９は図３，６で示すように、下方に移
動し、駆動ロッド４９を押し下げ、この駆動ロッド４９
と接離する操作レバー１８の上端を押圧する。すると、
操作レバー１８は排水管１３の水平部分において横方向
（図４の右方向）に槓動して、その他方端に枢着した排
水栓１５を図３のように押し上げて開栓し、浴槽１１内
の残湯を排水口１２から排水管１３内に排水させる。

【００３６】前記のように、ソレノイド２１を作動させ
て排水栓１５を開栓したとき、パルス出力回路５６から
出力されるパルス信号は、前記開栓時に表示回路５９の
フリップフロップＦ₁ ，Ｆ₂ にも入力されるが、フリッ
プフロップＦ₁ に入力されたパルス信号はクリアされて
その出力端Ｑからは出力されず、フリップフロップＦ₂
のセット側に入力されたパルスにより、その出力端Ｑか
ら発光ダイオードＬ₁の通電回路を閉路する信号が出力
され、発光ダイオードＬ₁ の通電回路を閉路させて発光
ダイオードＬ₁ を点灯する。即ち、発光ダイオードＬ₁
の点灯により排水栓１５が開栓していることを表示す
る。

【００３７】又、可動鉄心２７の吸引動作により可動ロ
ッド２９が下降すると、図８で示すように、係止杆６１
が第１の検出手段Ｘを動作させて可動鉄心２７が正常に
作動したことを検出する検出信号を第２の表示回路６０
のノア素子ＮＲに出力し、更に、操作レバー１８の槓動
により、図９で示すように、検出板６２が近接スイッチ
６３に近接して検出されることにより、排出栓１５が排
出口１２から上動して開栓したことを知らせる検出信号
を前記ノア素子ＮＲに出力する。この結果、第２の表示
回路６０のナンド素子ＮＡ₁ の入力端には、ノア素子Ｎ
Ｒからの入力とノット素子Ｎ₁ からの入力が同時に入力
させることとなるため、その出力端から発光ダイオード
Ｌ₃ の通電回路を閉路させる信号が出力されて前記発光
ダイオードＬ₃ を点灯し、排水栓１５が開栓されたこと
を表示する。

【００３８】次に、浴槽１１内の排水が終ったあと、排
水栓１５を閉栓する場合について説明する。この場合は
可動鉄心２７の吸引状態を解消すればよく、図１におい
て、切換スイッチ５３を接点ｉからｈ側に切換える。切
換スイッチ５３の切換により、積分回路５５→ノット素
子Ｎ₂ を経てパルス出力回路５６のワンショットマルチ
Ｍ₂ にパルス信号が入力され、その出力端からはスイッ
チング回路５７をオンさせるパルス信号を１パルス出力
し、スイッチング回路５７をオンする。この結果、前記
可動鉄心２７の吸引時とは逆に、スイッチング回路５７
のトランジスタＴＲ₄ ，ＴＲ₅ ，ＴＲ₆ がオンし、駆動
電源Ｖｄｄは、ＴＲ₅ →ソレノイド２１の電磁コイル２
３→分圧回路５８の抵抗Ｒ→ＴＲ₆ →グランドＧのルー
トで流れる。従って、電磁コイル２３には、可動鉄心２
７の吸引時とは逆方向の電流が通電されることとなる。
そして、前記通電電流は永久磁石２８の磁束を軽減させ
るだけの電流を電磁コイル２３に通電すればよいので、
電磁コイル２３には分圧回路５８にダイオードＤと並列
接続した抵抗Ｒにて事前に設定した逆方向の電流値、例
えば、正方向の電流値に比べてほぼ半分程度の電流を通
電すればよいことになる。この結果、永久磁石２８の磁
束が軽減され、復帰ばね４２の付勢力が可動鉄心２７の
吸引力より強くなると、該可動鉄心２７は図５のよう
に、上方に押し上げられ固定鉄心２４から離脱して原位
置に復帰する。

【００３９】前記可動鉄心２７が原位置に復帰すると、
可動ロッド２９も図５に示すように上昇し、駆動ロッド
４９を介しての操作レバー１８の押圧を解く。この結
果、操作レバー１８はその上端と駆動ロッド４９との間
に隙間が生じるため、排水栓１５の自重降下に伴い図４
で示すように、原位置に戻り、排水栓１５を閉栓して排
水口１２を閉塞する。

【００４０】前記のように、ソレノイド２１の可動鉄心
２７を原位置に復帰させて排水栓１５閉栓すると、パル
ス出力回路５６のワンショットマルチＭ₂ から前記閉栓
時に出力されたパルス信号は第１の表示回路５９のフリ
ップフロップＦ₁ ，Ｆ₂ に入力されるものの、フリップ
フロップＦ₂ 側を作動させ、発光ダイオードＬ₂ の通電
回路を閉じ、発光ダイオードＬ₂ を点灯し、閉栓状態を
表示する。

【００４１】一方、第２の表示回路６０においても、可
動ロッド２９の上昇により第１の検出手段Ｘは開放さ
れ、又、操作レバー１８も図４で示すように、排水栓１
５の閉栓に伴い原位置に戻って検出板６２が近接スイッ
チ６３から離れるため、近接スイッチ６３はその作動が
停止する。即ち、前記のように、可動鉄心２７及び排水
栓１５が正常に原位置復帰すれば、第１及び第２の検出
手段Ｘ，Ｙからの検出信号が第２の表示回路６０のノア
素子ＮＲに入力されなくなる。この結果、ノア素子ＮＲ
の出力端とノット素子Ｎ₂ の出力端から出力される信号
により、ナンド素子ＮＡ₂ が動作し、その出力端から発
光ダイオードＬ₄ の通電回路を閉路する信号が出力さ
れ、前記発光ダイオードＬ₄ を点灯して排水栓１５が確
実に排水口１２を閉塞したことを表示する。

【００４２】なお、前記排水栓１５の閉栓時において、
例えば、ソレノイド２１の故障により可動鉄心２７が原
位置に正常に復帰しない場合とか、排水口１２に異物が
嵌り込んで排水栓１５が正常に閉栓できないときは、前
記第１及び第２の検出手段Ｘ，Ｙがいずれも作動してい
るか、あるいは、いずれか一方のみが作動していること
となるため、このような場合は、ノア素子ＮＲ及びナン
ド素子ＮＡ₁ の機能により発光ダイオードＬ₃ の通電回
路が閉路されて発光ダイオードＬ₃ を点灯しつづけ、排
水栓１５が開栓状態にあることを表示している。即ち、
第２の表示回路６０においては、前記第１の表示回路５
９で、電磁コイル２３に流れる電流の通電方向が変更さ
れる毎に発光ダイオードＬ₁ ，Ｌ₂ の表示が変るもの
の、前記の如く、ソレノイド２１又は排水栓１５に異常
事態が発生したとき、それが閉栓時第１の表示回路５９
では発光ダイオードＬ₂ が点灯して閉栓を表示している
が、第２の表示回路６０では発光ダイオードＬ₃ が点灯
し、開栓を表示しているため、これにより、排水栓１５
が閉栓していないことが確認でき、排水栓１５が閉栓し
ていると錯覚し、浴槽１１に水を注いでこれを垂れ流し
たり、空焚き現象が生じたりする問題を確実に防ぐこと
ができる。

【００４３】次に、前記排水栓１５の開栓時と閉栓時に
おけるソレノイド２１の吸引力と復帰力との関係を説明
する。最初に、浴槽１１内の残湯を排水する場合、排水
口１２を閉塞する排水栓１５には残湯による水圧が荷重
となって加えられているので、排水栓１５を開栓するに
は、前記開栓時の水圧を上回る吸引力がソレノイド２１
に必要となる。従って、ソレノイド２１は次に示す
（１）式で表される吸引力が得られるように設計すれば
よいことになる。

【００４４】

【数１】

【００４５】ここで、 Ｆｓ：ソレノイドの吸引力 Ｋ ：定数（ソレノイドの吸引時） Φｍ：永久磁石の磁束 Φｉ：電磁コイルに電流を流すことによって生ずる磁束 Ｗｏ：排水栓開閉時の合成荷重 Ｗｓ：復帰ばねの付勢力 を示すものである。

【００４６】従って、排水栓１５の開栓に際しては、前
記排水栓１５に加わる荷重を想定してソレノイド２１
が、前記荷重に打勝つ吸引力を得ることができるように
構成することにより、電磁コイル２３に瞬時通電を行う
と、排水栓１５は直ちに開栓して浴槽１１内の水を排水
口１２から排水管１３内に排水する。前記、排水口１２
の開口により排水が開始されると、排水栓１５の合成荷
重は、水位の減少に伴い順次軽減されることとなる。

【００４７】この結果、ソレノイド２１は排水栓１５の
開栓時のみ、制御装置５１に設けた分圧回路５８により
閉栓時に比べて約２倍の電流を電磁コイル２３に瞬時通
電し、可動鉄心２７を大きな吸引力で固定鉄心２４に吸
引させ、吸引後は直ちに通電を断っても、前記のよう
に、開栓後排水栓１５に加えられる荷重が順次軽減され
るため、ソレノイド２１の可動鉄心２７は、固定鉄心２
４に吸引時における吸着力を保持させることなく、電磁
コイル２３の通電を断った場合でも、復帰ばね４２の力
に打勝って永久磁石２８の磁束により吸引状態を維持す
ることができる。従って、排水口１２は開口状態を維持
して排水が良好に行えるとともに、ソレノイド２１への
通電を断って排水を続行することが可能となるばかり
か、排水作業はソレノイド２１を小電力で駆動させるこ
とができ、排水栓１５の駆動源における省エネ効果を向
上させることができる。

【００４８】そして、前記可動鉄心２７を電磁コイル２
３への通電停止後、永久磁石２８の吸引力のみによって
固定鉄心２４に吸引させる場合は、次の（２）式で求め
ることができる。

【００４９】

【数２】

【００５０】次にソレノイド２１の吸引力を解除するに
は、前述したように可動鉄心２７を固定鉄心２４に吸引
保持させている永久磁石２８の吸引力を軽減させればよ
い。前記永久磁石２８の可動鉄心２７に対する吸引力を
減少させるには次の（３）式で求めることができる。

【００５１】

【数３】

【００５２】ここで、 Ｆｒ：ソレノイドの保持力 Ｋ ：定数 Φｍ：永久磁石の磁束 Φｉ：電磁コイルに電流を流すことによって生ずる磁束 Ｗｓ：復帰ばねの付勢力 Ｗｋ：排水栓の重量 Ｗｌ：排水栓の排水口閉鎖時における周囲摩擦荷重 を表す。そして、実際に可動鉄心２７の保持力を軽減す
るには、前記（３）式において永久磁石の磁束を弱める
ことに他ならない。

【００５３】従って、前記に基づき、Ｆｒ＜Ｗｓとする
ことにより、可動鉄心２７は固定鉄心２４との吸引が解
かれ、復帰ばね４２の付勢力によって原位置に急速復帰
する。これは前述したように、電磁コイル２３に、可動
鉄心２７の吸引時とは逆方向で弱小の通電電流を瞬時通
電させると、ソレノイド２１の閉磁路内に永久磁石２８
の磁束を打消す磁束が誘起され、これにより、永久磁石
２８による可動鉄心２７に対する吸引力が軽減し、復帰
ばね４２の付勢力が永久磁石２８の吸引力に打勝って可
動鉄心２７を急速に原位置に戻すことになる。

【００５４】次に、停電時等において、排水栓１５を手
動で開閉する場合について説明する。最初に、可動鉄心
２７を固定鉄心２４に吸引させて排水栓１５を開栓する
場合は、開栓に先立ち、エプロンｐの開口ｇを閉鎖して
いる蓋体５０を取外したあと、図５において、手動操作
用の投入操作釦４０を圧縮ばね４４の力に抗して下方に
押動し、該操作釦４０の内側中心に設けたボスにて可動
ロッド２９の頂部を押動し、可動鉄心２７を復帰ばね４
２の力に抗して押し下げ、固定鉄心２４に永久磁石２８
の吸引力を利用して吸引させる。前記可動鉄心２７の吸
引により、前記のように、可動ロッド２９を介して駆動
ロッド４９が降下して排水栓１５を上動させ、排水口１
２を前記同様に開口する。これにより、停電時等におい
ても容易に排水栓１５の開栓を行うことが可能となる。

【００５５】又、可動鉄心２７の吸引を解除して排水栓
１５を手動により閉栓する場合は、図６において、手動
操作用の復帰操作釦４１を圧縮ばね４３の力に抗して押
し下げると、操作釦４１の下端縁の一部がレバー体３２
の長片側の端部を押し下げることになる。このため、レ
バー体３２の短片側の下側がストッパー３０の頂部と接
触して部位を支点として、前記長片側は押し下げられ、
逆に、短片側は押し上げられることになるため、可動ロ
ッド２９の上端に取付けたバネ受座３３は、前記レバー
体３２の梃子作用により押し上げられて、可動ロッド
（可動鉄心２７）２９を圧縮ばね４４の力に抗して上動
させ、可動鉄心２７を原位置に手動復帰させることがで
きる。

【００５６】なお、排水栓１５の開閉を機械的に検出す
る第２の検出手段Ｙとして、検出板６２と近接スイッチ
６３とを組合せて設けた例について説明したが、これに
限定することなく、例えば、図１０で示すように、操作
レバー１８の梃子杆１９と連結杆２０との枢支部付近
に、マイクロスイッチ６４の接点６５を排水管１３の内
側に突出させ、操作レバー１８が排水栓１５の昇降に伴
って槓動する度に、前記接点６５を作動させて、排水栓
１５の開・閉状態を検出し、この検出信号を第２の表示
回路６０に出力するようにした第２の検出手段Ｙ₁ であ
ってもよいことは勿論である。

【００５７】

【発明の効果】本発明は以上説明したように、自己保持
型ソレノイドの制御装置内に、駆動電源を電磁コイルに
通電する場合、正方向電流は駆動電源の電流値をそのま
ま通電させて可動鉄心の動作時大きな吸引力が得られる
ようにし、又、逆方向電流を通電する場合は、逆に、正
方向電流のほぼ半分程度の電流の通電により、可動鉄心
の吸引を解除させることが可能な分圧回路が具備されて
いるので、従来のように、電磁コイルを動作用と復帰用
の２コイルにて形成し、これらコイルへの通電に際して
は、２つのスイッチの切換操作にて正方向電流と逆方向
電流とを個別に通電させてソレノイドを駆動させる方式
と全く異なり、電磁コイルへの通電が、分圧回路の採用
により、一つのコイルに２種類の電流を、その電流値を
必要に応じて自動的に変化させて供給することができる
ので、自己保持型ソレノイドの電磁コイルを、１つのコ
イルで、かつ、アンペアターンを増すために線径の太い
コイル導体を特別に用いたりすることなく製作すること
が可能となる。これにより、消費電力を少なくした自己
保持型ソレノイドを部品点数を少なくして小形・軽量
で、しかも、経済的に製作することができる。

【００５８】又、本発明の制御装置には、正方向電流と
逆方向電流との検出によって負荷部材の作動を前記電流
の通電方向を検出して表示する手段と、ソレノイド及び
前記負荷部材の動きと直接追随して前記ソレノイド等の
動作を検出して表示する手段とが備えられているので、
負荷部材側に異常状態が生じた場合、前記電流検出によ
る検出手段が正常を表示しても、負荷部材側の検出手段
が異常を検出した場合、負荷部材側に何等かの異常が生
じたことを即座に検出することが可能であるため、即
ち、負荷部材が、例えば、浴槽の排水栓とすれば、浴槽
内の水を抜いたあと、排水栓が異物の介在により排水口
を正常に閉栓しない場合とか、あるいは、ソレノイドが
故障して可動鉄心の正常な原位置復帰が行われていない
場合に、浴槽内に水を入れたりすることにより、水が垂
れ流しとなるような問題を適確に検出することが可能と
なるため、負荷部材の異常動作による不測の事態を確実
に回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自己保持型ソレノイドの制御装置に実
施した回路結線図である。

【図２】図１に示す結線図にソレノイド等の作動状況を
表示する他の表示回路を具備して構成した制御装置の回
路結線図である。

【図３】本発明の制御装置を備えた自己保持型ソレノイ
ドを浴槽の排水栓を自動開閉する装置に実施した例を示
す浴槽の要部縦断面図である。

【図４】排水栓の閉鎖状態を検出する手段の取付状況を
示す説明図である。

【図５】本発明の制御装置にて駆動する自己保持型ソレ
ノイドの動作前を示す縦断面図である。

【図６】自己保持型ソレノイドの吸引状態を示す縦断面
図である。

【図７】制御装置の電源を概略的に示す回路図である。

【図８】自己保持型ソレノイドの動作状況を検出する手
段の取付状況を示す要部縦断面図である。

【図９】排水栓の動作状況を検出する手段において、排
水栓の開栓時における状態を示す説明図である。

【図１０】同じく、排水栓の閉栓時における状態を示す
説明図である。

【図１１】同じく、排水栓の開栓時における他の実施例
を示す説明図である。

【図１２】従来の自己保持型ソレノイドの要部を示す縦
断面図である。

【図１３】同じく、従来のソレノイドにおける電磁コイ
ルの結線状態の概略を示す結線図である。

【符号の説明】

１５ 排水栓 ２１ 自己保持型ソレノイド ２３ 電磁コイル ２４ 固定鉄心 ２７ 可動鉄心 ２８ 永久磁石 ２９ 可動ロッド ５１ 制御装置 ５２ 電源回路 ５３ 切換スイッチ ５６ パルス出力回路 ５７ スイッチング回路 ５８ 分圧回路 ５９ 第１の表示回路 ６０ 第２の表示回路 ｈ 接点 ｉ 接点 Ｘ 第１の検出手段 Ｙ 第２の検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安達 隆義 愛知県春日井市愛知町１番地 愛知電機 株式会社 審査官 植松 伸二 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 7/18

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正方向電流で可動鉄心を吸引し、逆方向
   電流で前記可動鉄心を原位置に復帰させるようにした自
   己保持型ソレノイドにおいて、切換スイッチの切換操作
   にて時限設定されたパルス信号を１パルスだけ出力させ
   るパルス出力回路と、前記パルス出力回路からの出力に
   てオンし、駆動電源をソレノイドの電磁コイルに通電さ
   せるスイッチング回路と、スイッチング回路の出力端と
   前記電磁コイルとの間において、電磁コイルに通電され
   る正方向電流と逆方向電流とをそれぞれ電圧比を異にし
   て通電可能とした分圧回路とを備えてソレノイドの制御
   回路を構成したことを特徴とする自己保持型ソレノイド
   の制御装置。
2. 【請求項２】 前記分圧回路はダイオードと抵抗とを並
   列接続して構成したことを特徴とする請求項１記載の自
   己保持型ソレノイドの制御装置。
3. 【請求項３】 前記パルス出力回路の出力端とスイッチ
   ング回路との間に、電磁コイルに通電される正方向電流
   と、逆方向電流とをそれぞれ個別に検出し、かつ、これ
   ら電流の通電状態を表示する手段を内蔵した表示回路を
   接続してソレノイドの制御回路を構成したことを特徴と
   する請求項１記載の自己保持型ソレノイドの制御装置。
4. 【請求項４】 前記切換スイッチとパルス出力回路との
   間に、ソレノイド、あるいは、排水栓等の負荷部材の作
   動を検出する検出手段からの検出信号により、前記負荷
   部材の作動状態の状況を表示する表示回路を接続してソ
   レノイドの制御回路を構成したことを特徴とする請求項
   １記載の自己保持型ソレノイドの制御装置。