(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気制御バルブであって、
シャフトと、
該シャフトの端部に取り付けられ、前記シャフトを第1の方向および反対の第2の方向に駆動する圧電モータと、
前記圧電モータに電力を提供し、第1の速度および第2の速度で前記シャフトを動かすコントローラであって、前記第1の速度は、前記第2の速度よりも大きい、コントローラと、
バルブ部材を有し、前記シャフトを受けるフォロワーであって、前記第1の速度での前記シャフトの動きに応じて前記シャフトに対してスライドし、前記第2の速度での動きに応じて、前記シャフトを把持し前記シャフトとともに移動するフォロワーと、
前記フォロワーとともに移動するバルブ部材と、
バルブシートと、
を有し、
前記バルブ部材は、前記フォロワーにより、前記バルブシートに対抗して流体の流れが制限されるように移動し、前記フォロワーにより、前記バルブシートから遠ざかり、前記流体の流れを高めるように移動するように構成される、電気制御バルブ。
【請求項２】
前記圧電モータは、さらに圧電材料を有し、
該圧電材料は、第1の速度で変形し、前記シャフトを第1の速度で駆動し、第2の速度で平坦化し、前記シャフトを前記第2の速度で駆動する、請求項1に記載の電気制御バルブ。
【請求項３】
前記コントローラは、前記圧電材料に接続され、第1の速度および第2の速度で、前記圧電材料を選択的に変形および平坦化する、前記電気パルスを印加し、
前記シャフトは、前記第1および第2の速度で移動する、請求項2に記載の電気制御バルブ。
【請求項４】
前記フォロワーは、前記シャフトの周囲を取り囲み、
前記シャフトおよび前記フォロワーは、前記シャフトが前記第1の速度での相対的な動きに応じて、摩擦力を超えてスライドし、前記第2の速度での相対的な動きに応じて把持し、ともに移動するように構成される、請求項1乃至3のいずれか一つに記載の電気制御バルブ。
【請求項５】
さらに、前記フォロワーに接続された第2のバルブ部材を有する、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の電気制御バルブ。
【請求項６】
さらに、孔および前記バルブシートを定めるハウジングを有し、
第1および第2のバルブポートが孔に接続され、前記バルブシートにより分離される、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の電気制御バルブ。
【請求項７】
さらに、前記フォロワーとともに移動する第2のバルブ部材を有し、
前記ハウジングは、さらに、前記孔に接続された第3のポートと、前記第3のポートを前記第1および第2のポートから分離する第2のバルブシートとを定め、
前記第2のバルブ部材は、前記第2のバルブシートに対抗して移動し、前記第3のポートの流体の流れが抑制され、
前記第2のバルブ部材は、前記第2のバルブシートから離れるように移動し、前記第3のポートの流体の流れが上昇する、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の電気制御バルブ。
【請求項８】
前記ハウジング、前記圧電モータ、前記フォロワー、前記バルブ部材、および前記バルブシートは、磁気的に不活性である、請求項1乃至7のいずれか一つに記載の電気制御バルブ。
【請求項９】
さらに、前記フォロワーおよび前記バルブ部材に接続されたバルブ素子を有し、
該バルブ素子は、中央ウェルを定め、該中央ウェルは、完全に開の配置において、前記ウェルの底部が前記シャフトの端部と係合するように、前記シャフトを受容する、請求項1乃至8のいずれか一つに記載の電気制御バルブ。
【請求項１０】
流体制御の方法であって、
圧電モータに電気パルスを印加するステップであって、前記圧電モータは、該圧電モータに取り付けられたシャフトを動かし、前記シャフトは、第1の速度および第2の速度で移動し、前記第2の速度は、前記第1の速度よりも大きい、ステップと、
前記第1の速度で、前記シャフトを移動させるステップであって、前記シャフトを受容するフォロワーが、前記シャフトに対してスライドする、ステップと、
前記第2の速度で、前記シャフトを移動させるステップであって、前記フォロワーは、前記シャフトを把持し、前記シャフトとともに移動するステップと、
前記シャフトを、前記第2の速度でバルブシートに向かって移動させ、前記第1の速度で前記バルブシートから遠ざかるように交互に動かすため、パルスを繰り返し印加するステップであって、前記フォロワーとともに移動するバルブ部材がバルブシートに対抗して移動し、流体の流れが抑制される、ステップと、
前記シャフトを、前記第1の速度でバルブシートに向かって移動させ、前記第2の速度で前記バルブシートから遠ざかるように交互に動かすため、パルスを繰り返し印加するステップであって、前記フォロワーとともに移動する前記バルブ部材が前記バルブシートから遠ざかるように移動し、流体の流れが増加する、ステップと、
を有する方法。
【請求項１１】
さらに、
前記第1の速度である方向に、また第2の速度で反対の方向に、前記シャフトを駆動するため、前記圧電モータ用の電気パルスの波形を定めるステップと、
前記バルブを通る前記流体の流れを個別の量で変化させる、電気パルスの量を定めるステップと、
を有する、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記圧電モータは、圧電材料を有し、
前記電気パルスの印加に応じて、以下のいずれかのステップ：
第1の速度で前記圧電材料が変形し、前記シャフトが前記第1の速度で駆動され、第2の速度で前記圧電材料が平坦化し、前記シャフトが前記第2の速度で駆動され、前記フォロワーが、前記圧電モータに向かうように移動するステップ、および
第1の速度で前記圧電材料が変形し、前記シャフトが前記第2の速度で駆動され、前記第2の速度で前記圧電材料が平坦化し、前記シャフトが前記第1の速度で駆動され、前記フォロワーが前記圧電モータから遠ざかるように移動するステップ、
が生じる、請求項10または11に記載の方法。
【請求項１３】
前記フォロワーは、第2のバルブ部材に接続され、
前記電気パルスの印加に応じて、前記第2のバルブ部材から第2のシートまでの距離に比例して、前記第1のポートと第3のポートの間で、前記流体の流れが抑制される、請求項10乃至12のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
前記印加するステップは、さらに、
所定の開状態の限界に基づいて、印加される電気パルスの数により、前記バルブの個別の開状態を選択するステップを有する、請求項10乃至13のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１５】
さらに、
所定の数の印加電気パルスにより、前記バルブを下準備するステップを有するステップ、および
追加の電気パルスを印加して、前記シートと前記バルブ部材の圧力シールを確実にするステップ、
の少なくとも一つを有する、請求項10乃至14のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、全般に、強磁場において作動できる電気制御バルブに関する。これは、特に、磁気共鳴画像化スキャナの近傍で作動される低圧流体バルブとともに使用され、特にそれを参照して記載される。しかしながら、これは、さらに、他の使用シナリオにも適用され、必ずしも前述の用途に限定されないことが理解される。
【背景技術】
【０００２】
ソレノイドまたはフェロ部分を有する電気制御バルブは、磁気共鳴（MR）室内またはMRIスキャナのボア内のような強磁場の近傍で、悪影響を受ける。強磁場において作動するバルブは、非磁性材料を有し、または磁性材料が除去されもしくは磁場から遮蔽されるように設計される。磁性材料の存在は、バルブ装置の動作に影響を及ぼし、投射体として作用する可能性がある。バルブは、磁気共鳴誘導手術の際の麻酔ガス供給、非侵襲的血圧（NIBP）モニタリングにおける空気圧制御、患者の生命維持用の酸素供給、患者の吐息（expiration）ガス測定などのような、流体の制御に使用される。一つの重要なニーズの領域は、新生児用途を含み、ここでは、ガスの体積が少量であり、流体の流れの精密な調整が重要となる。
【０００３】
一つのアプローチは、例えば、空気圧接続により遮蔽室の外に配置された、磁場の外の通常のバルブ位置から空気圧で切り換えられるバルブを使用することである。この欠点は、圧縮空気供給を使用すること、重厚な空気圧配管、およびノイズである。別のアプローチは、フェロバルブ部を外部磁場から遮蔽するため、遮蔽を使用することである。しかしながら、遮蔽は、鉄のようなフェロ材料を使用するため、遮蔽は、磁場を歪め、投射体になる可能性がある。
【０００４】
バルブは、通常、バネまたは付勢素子を有し、これは、開または閉のいずれかの初期設置により、バルブを付勢化する。バネ材料は、強磁場に晒され、ある例では、磁力の影響下で破損し得る。あるいは、バネは、ベリリウム-銅またはリン-青銅のような非磁性材料で構成され得る。しかしながら、そのような材料は、高価である。また、非磁性材料は、そのバネ定数が時間とともに変化することが認められており、これは、医療ケア用途において、信頼性を低下させる。
【０００５】
別のアプローチは、磁場に影響されないバルブ材料を使用することである。例えば、圧電ダイアフラムバルブが使用されるが、これは、通常物理的に大きく、大きな駆動電圧が必要となる。ダイアフラムは、圧電材料の被覆を有し、これは、電荷が印加された際に、形状を変化させ、バルブポートを直接開閉するように作動する。高電圧ドライバ（分配器）は、高価であり、磁場内で使用することが難しい。これらは、しばしば、磁場に影響される部材を有するからである。別の例は、フラップのような圧電屈曲アクチュエータを有し、これは湾曲により、バルブを直接開閉する。何れの例も、バネ素子または付勢素子を有するが、これは摩耗を受け易く、置換および／または修理が難しい。何れの例も、バルブを有するが、このバルブは、完全に開または完全に閉のような、アナログ的な態様で作動する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、新たな改善されたリニアデジタル比例圧電バルブが開示される。このバルブは、前述の問題および他の問題に対処する。
【０００７】
ある態様では、電気制御バルブは、シャフト、該シャフトの端部に取り付けられた圧電モータ、コントローラ、フォロワー、バルブ部材、およびバルブシートを有する。圧電モータは、シャフトを、第1の方向および反対の第2の方向に駆動する。コントローラは、圧電モータに電力を提供し、シャフトは第1の速度および第2の速度で移動する。第1の速度は、第2の速度よりも大きい。フォロワーは、シャフトを受け、第1の速度で移動するシャフトに応じて、該シャフトに対してスライドし、第2の速度で移動するシャフトに応じて、該シャフトを把持し、シャフトとともに移動する。フォロワーは、バルブ部材を有する。バルブ部材は、フォロワーとともに移動する。バルブ部材は、流体の流れを制限するため、フォロワーによりバルブシートに対抗して移動され、流体の流れを高めるため、フォロワーによりバルブシートから遠ざかるように移動されるように構成される。
【０００８】
別の態様では、流体制御の方法は、圧電モータに電気パルスを印加するステップを有する。これは、圧電モータに取り付けられたシャフトを動かし、シャフトは、第1の速度および第2の速度で移動する。第2の速度は、第1の速度よりも大きい。シャフトは、第2の速度で移動し、この場合、シャフトを受容するフォロワーは、シャフトに対してスライドする。シャフトは、第1の速度で移動し、この場合、フォロワーは、シャフトを把持し、シャフトとともに移動する。パルスが繰り返し印加されると、シャフトは、第1の速度でのバルブシートに向かう移動と、第2の速度でのバルブシートから遠ざかる移動とを交互に行い、バルブ部材は、バルブシートに対抗してフォロワーとともに移動し、流体の流れが制限される。パルスが繰り返し印加されると、シャフトは、第2の速度でのバルブシートに向かう移動と、第1の速度でのバルブシートから遠ざかる移動とを交互に行い、バルブ部材は、バルブシートから遠ざかるようにフォロワーとともに移動し、流体の流れが増加する。
【０００９】
別の態様では、強磁場において作動する電気制御バルブは、ロッド、該ロッドに隣接して周辺に配置されたフォロワー、該フォロワーに取り付けられたバルブ素子、該バルブ素子に取り付けられたバルブ部材、および磁場不活性ハウジングを有する。ロッドは、ロッドに負荷される第1の力により、フォロワーとの摩擦力を超え、フォロワーは、ロッドに沿ってスライドし、第2の反対に印加された力に応じて、ロッドを把持しロッドとともに移動する。バルブ素子は、孔を形成する中央ウェル定め、そこにロッドが受容される。磁場不活性ハウジングは、フォロワーおよびバルブ素子を保持する孔を定め、ロッドを受容し、孔に接続された第1のポート、孔に接続された第2のポート、およびシートを定める。第1のポートは、流体の流入を受容する。第2のポートは、受容された流体を流出させる。シートは、バルブ部材を受容し、バルブ部材からシートまでの距離に比例して、第1のポートと第2のポートの間の流体の流れを制限する。
【００１０】
一つの利点は、低消費電力である。
【００１１】
別の利点は、低いヒステリシスを有することである。
【００１２】
別の利点は、低コストの製造である。
【００１３】
別の利点は、低排圧および低差圧である。
【００１４】
別の利点は、電圧制御がなく、制御が容易なことである。
【００１５】
別の利点は、デジタル動作であり、特に、バルブの開度をデジタル制御することである。
【００１６】
別の利点は、バネまたは付勢素子を使用しない単純な構造である。
【００１７】
当業者は、以下の詳細な説明を読み理解した際に、さらに別の利点を理解できる。
【００１８】
本発明は、各種部材および部材の配置の形態を取ってもよく、各種ステップおよびステップの配置を取ってもよい。図面は、好適実施例を示すことだけを目的としており、本発明を限定するものと解してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】強磁場内のリニアデジタル比例圧電バルブの実施形態を、該リニアデジタル比例圧電バルブの分解断面図とともに概略的に示した図である。
【図２】リニアデジタル比例圧電バルブの一実施形態を概略的に示した断面図である。
【図３】リニアデジタル比例圧電力、直線移動の方向、および関連する電気駆動パルス強度波形の一実施形態を概略的に示した図である。
【図４】リニアデジタル比例圧電力、直線移動の反対方向、および関連する電気駆動パルス強度波形の一実施形態を概略的に示した図である。
【図５】2つの構成における3方向リニアデジタル比例圧電バルブの実施形態を概略的に示した断面図である。
【図６】リニアデジタル比例圧電バルブの実施例を使用する一方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図1を参照すると、強磁場12内のリニアデジタル比例圧電バルブ10の実施例が、リニアデジタル比例圧電バルブの分解断面図とともに概略的に示されている。一例として、リニアデジタル比例圧電バルブ10とともに、麻酔装置14、および非侵襲的血圧（NIBP）測定装置16の2つの医療装置が示されている。磁気共鳴スキャナ18が部分断面で示されており、これは、静止主磁場B0、傾斜磁場、RFパルスB1などのような、強磁場を生成する。典型的なリニアデジタル比例圧電バルブの用途には、麻酔ガスのような流体の被験者20への供給を管理すること、被験者によって吐出されるガスをモニタリングすること、NIBPをモニタリングすることなどが含まれる。示されたバルブは、最大約0.68atm（10psi；0.69bar）で作動するように構成され、これにより、これらの種類の用途に適するようになる。使用用途には、大人のNIBPとはオーダー的に異なる新生児用のNIBPのような、ガスを調整することが含まれる。
【００２１】
バルブ10は、プラスチックのようなMR不活性材料のバルブハウジング22を有する。ハウジング22は、2つのポート26を有する内部孔24を定め、一つのポートは、麻酔ガス、呼吸ガス、空気等のような流体を流入するためのものであり、他方は、流出用である。ポートは、いずれかの方向に作動する。ベースは、バルブシート28、およびボンネット32により被覆されたアクセス開口30を定める。孔は、アクセス開口を介して、バルブ素子33を受容し、例えば、バルブ部材は、孔24内に配置される。バルブ素子は、孔38を形成する中央ウェルを定め、この孔38は、ドライブロッド36を受容する。
【００２２】
ドライブロッドまたはシャフト36のフォロワーと反対側の端部には、圧電モータ34が固定され、ロッドは、シール32内の開口を介して、バルブ素子33の内部を通る。例えば、モータおよびロッドは、釘型を形成し、圧電材料は、釘のヘッドの表面に固定される。圧電モータは、ロッドに第1の力を印加する第1の電流強度、およびロッドに反対の第2の力を印加する第2の電流強度を有する受信された電流のパルスに基づいて、ロッドを駆動する。例えば、第1の電流強度により、圧電材料が急速に変形（湾曲）し、これにより、第1の力がロッドに印加される。第2の電流強度により、圧電材料はゆっくりと平坦化し、これにより、反対の第2の力がロッドに印加される。別の例では、第1の電流強度により圧電材料がゆっくりと変形し、これによりある力が印加され、第2の電流強度により、圧電材料が急速に平坦化され、これにより別の反対の力が印加される。ロッド36は、銅、アルミニウム等のような材料を含む。
【００２３】
フォロワー42は、圧電モータにより駆動されるロッドの全長に沿って直線的に移動し、バルブ10を開閉する。閉止位置では、バルブシート28は、Oリングのようなバルブ部材40を受容し、バルブ部材40とバルブシート28の間の距離に比例して、ポート間での流体の流れが制限される。例えば、バルブは、バルブ部材がシートに対して押し付けられた場合、完全に閉止される。バルブを部分的に開にするため、一定の数の電流パルスを圧電モータに印加することにより、バルブを部分的に開にすることができる。圧電モータとは反対のロッドの端部を、バルブ素子内に定められたウェル38の底部に係合させるように、フォロワーを移動させることにより、バルブを完全に開にすることができる。ロッドがウェルの底部に係合するようなフォロワーの位置では、バルブが完全に開き、ポート間での流体の流れが可能となる。図面には、バルブが完全に開かれた構成が示されている。
【００２４】
、圧電材料の迅速な変形または速やかな平坦化のような、圧電モータによりロッドに負荷される、摩擦力を超える力に応じて、フォロワー42は、ロッド36に沿ってスライドする。圧電モータが、圧電材料のゆっくりとした変形またはゆっくりとした平坦化のような、摩擦を超えるのに不十分な速度でロッドを移動させると、フォロワー42は、圧電モータにより負荷される力に応じて、ロッド36を把持し、ロッド36とともに移動する。フォロワー42は、バルブ素子33に取り付けられ、ロッド36の周囲に、ロッド36と摩擦係合するように配置される。フォロワー42は、スズ、銅、黄銅、ゴム、プラスチック等のような材料を含む。
【００２５】
図2を参照すると、リニアデジタル比例圧電バルブ10の一実施形態の断面が概略的に示されている。バルブ10は、完全に閉止された構成で示されており、バルブ部材40は、シート28に受容され、ポート26の間の流れが制限される。シート28およびバルブ部材40は、緊密な適合のため、テーパ化される。バルブ素子33は、ノーズガイド50を有し、これは、バルブ部材40をシートに誘導して、フォロワーおよびバルブ素子を、孔24内の適正な位置に保持する。
【００２６】
圧電モータは、ロッド36の端部に取り付けられた圧電材料ウェハ52を有する。圧電モータは、圧電材料52に接続されたマイクロコントローラ54を有し、これにより、フォロワー42の移動距離および移動方向に従って、圧電材料52を変形および平坦化させる電気パルスが提供される。リテイナとして、ゴムまたは他の適当な可撓性および／もしくは摩擦材料のリテイナリング56が使用される。
【００２７】
フォロワー42は、圧電モータにより、別個の距離および異なる方向に駆動される。例えば、各パルスにより、フォロワーは、ラチェット式動作により、ロッドまたはシャフト36に沿って、個々の距離だけ移動する。フォロワーは、圧電モータの別個のステップにより移動する。圧電モータはオーバードライブされ、閉止位置において、バルブ部材とバルブシートの間で気密シールが確保される。
【００２８】
フォロワー42は、複数のアーム58によりバルブ素子33に取り付けられる。各アームは離間され、シャフトがウェル38に受容された際に、流体の流れが孔24に流入される。
【００２９】
図3A乃至3Cを参照すると、リニアデジタル比例圧電モータの一実施形態、直線移動の方向、および関連する電気パルス強度波形が概略的に示されている。図3Cには、電流パルスの一例が示されており、電流パルスの強度は、ゆっくりと上昇し、急激に低下する。ゆっくりとした強度の上昇は、図3Aに示すように、圧電材料52のゆっくりとした変形を強め、これにより、シャフト36に力が負荷され、シャフトが個別の距離だけ移動する。フォロワー42は、シャフト36を摩擦力で把持しており、シャフトとともに移動方向に移動する。図3Cに示すような電気パルスの強度の急速な低下により、圧電材料52は、図3Bに示すように、急速に平坦化される。圧電材料52の急速な平坦化により、シャフトには反対の力62が働き、このときの速度は、フォロワー42とシャフトの間の摩擦力を超えるのに十分である。フォロワー42およびバルブ素子33は、比較的少ない移動に留まる一方、シャフトは、図3Aの方向とは反対の方向に移動し、フォロワーを通ってスライドする。
【００３０】
例えば、図3Cのパルスの個別の繰り返し数により、フォロワーは、別個の数のステップで移動し、すなわち、図3Aに示すような移動方向に、個別の距離で移動する。移動距離は、シャフトに沿った直線であり、電気パルスの数に比例する。電圧制御は不要である。示された例では、パルスの動作により、フォロワーは、閉止または部分閉止配置に移動する。閉止の度合いは、バルブ部材とシートの間の距離に依存する。
【００３１】
図4A乃至4Cを参照すると、移動の方向は、反転されている。図4Cには、圧電モータを駆動させる電気パルスの強度曲線を示す。示されたパルスは、急激な強度上昇と、その後のゆっくりとした強度低下を有する。急激な上昇により、図4Aに示すように、圧電材料52が急速に変形する。シャフトは、速度64で駆動され、これは、シャフト36とフォロワー42の間の摩擦力を超えるのに十分である。シャフトは、フォロワーを通り個別の距離だけスライドし、この距離は、圧電ウェハの変形距離によって定められる。ゆっくりとした低下により、圧電材料52はゆっくりと平坦化され、これにより、図4Aとは反対の力66が負荷される。ただし、速度は、シャフトとフォロワーの間の摩擦力を超えるのに不十分である。シャフトは、フォロワー42により把持されて移動方向に移動し、これにより、バルブ素子が移動方向に、個別の距離で移動する。移動方向は、開または部分的に開とする構成に向かう。
【００３２】
ある実施例では、マイクロコントローラは、新生児用途に適した別個の量に、開状態を制限する。部分開放により、ポート間に流体が流れるものの、その量は制限され、または比例した値となる。別の実施例では、バルブは、個別の量だけ処理され、完全な閉止配置から部分開状態に移動する。
【００３３】
図5Aおよび5Bを参照すると、2つの配置で、3方向リニアデジタル比例圧電バルブの実施例の断面が示されている。バルブ部材40およびシート28により、第1のポート70では、第2のポート72からの流体の流れが制限される。第3のポート73は、第2のポート72に接続され、流体の流れは、第2のシート74および第2のバルブ部材76により制限される。
【００３４】
図5Aでは、第2のまたは中央ポート72と第3のポート73の間の流体開口が、流体の流れに対して開になる構成のバルブが示されている。バルブ部材40は、シート28に隣接するように配置され、第1のまたは端部のポート70が閉止される。
【００３５】
図5Bでは、第2のポート72と第1のポート70の間の流体開口が流体の流れに対して開になる構成のバルブが示されている。バルブ部材40は、シート28から離されており、第2のバルブ部材76は、第2のシート74と係合する。第3のポート73への流体の流れは、第2のシート74と係合するする第2のバルブ部材76により閉止される。
【００３６】
図5Aと5Bに示された位置の間の状態では、ポート72に入る流体の流れは、バルブ部材の配置に比例した状態で、ポート70および73の間で分割される。別の実施例では、フォロワーは、バルブ部材40と第2のバルブ部材76の間に、テーパ化された第2のバルブ素子および把持機構が配置されるように構成される。フォロワーのウェルを有しない、3方向バルブの別の実施例も想定される。第2のバルブ部材と第2のシートは、孔内でのフォロワーの位置を制限するように機能するためである。
【００３７】
図6を参照すると、リニアデジタル比例圧電バルブの実施例を用いたある方法のフローチャートが示されている。ステップ80では、バルブの初期化が行われる。このステップは、所定の数の電気パルスで、バルブを下準備するステップを有する。このステップは、例えば新生児用途のような、バルブの開状態および／または閉状態の限界を定めるステップを有する。バルブは、非磁性体であり、MRIのような磁場内に、悪影響なく配置することができる。
【００３８】
ステップ82では、流れの要求仕様が受領される。流れの要求仕様には、バルブ素子33の移動方向および移動距離が含まれる。流れの要求仕様は、圧電モータを制御するマイクロコントローラにより受領される。例えば、2方向バルブとして構成されたバルブの現在の位置は、閉であり、流れの要求仕様は、ある量、例えばxだけバルブを開にするステップを含む。ここで、xは、フォロワーの位置の変化の距離および方向として表される。体積量として表される流れの要求仕様は、バルブのサイズおよび物理特性に基づいて、距離および方向に変換される。バルブ素子は、開口のサイズに比例する個別の量で、第1のポートと第2のポートの間の流体の流れを制限し、これは、バルブ部材からバルブシートまでの距離に比例する。
【００３９】
ステップ84では、パルス波形が定められる。パルス波形は、圧電材料を駆動し、第1の所定の電流強度では、第1の速度で変形させ、第2の所定の電流強度では、第2の速度で平坦化させる。電流強度とフォロワーの移動方向の間の関係は、図3A乃至3C、および図4A乃至4Cを参照して前に示されている。
【００４０】
ステップ86では、パルスの量が定められる。これは、バルブを介した流体の流れを、個別の量で、さらに制限または開放する。パルスの量は、圧電モータを作動し、受容された流れの要求仕様に基づいた個別の距離だけ、フォロワーをラチェット的な動きで移動させる。
【００４１】
ステップ88では、定められたパルス波形およびパルス量が、バルブの圧電材料に印加され、フォロワーが個別の距離だけ移動する。圧電材料は、シャフトの端部に固定され、中心に配置される。フォロワーは、シャフトを受容し、バルブ部材とともに移動する。フォロワーにより、圧電材料の迅速な変形または迅速な平坦化に応じて、シャフトは、摩擦力を超えて、スライドできるようになる。シャフトは、銅、アルミニウム、プラスチック等を含んでもよい。把持機構は、圧電材料のゆっくりとした変形またはゆっくりとした平坦化に応じて、シャフトを把持し、シャフトとともに移動する。把持機構は、スズ、銅、黄銅、ゴム、プラスチック等を含んでもよい。フォロワーは、バルブ部材からシートまでの距離に比例する個別の量で、ポート間の流体の流れを制限する。流体の流れは、パルス波形に基づいて圧電モータによりデジタル式に作動される、フォロワーの直線移動に基づき、これは、距離を決めるパルスの量と方向とを定める。距離および方向は、受領された流体の要求仕様に従って、バルブを個々に、開および／または閉にする。
【００４２】
フォロワーの移動は、ウェル38の底部にシャフトの反対側の端部を係合させること、または第2のシート72を第2のバルブ部材76と係合させることにより制限され、あるいはフォロワーの動きは、バルブシート28をバルブ部材40と係合させることにより制限される。追加の電気パルスを印加して、シートとバルブ部材の圧力シールを確実にすることも可能である。作動または位置の変化までの時間は、短く、例えば6〜8msである。
【００４３】
決定ステップ90では、バルブの開および／または閉の変化が決定される。バルブの開放／閉止の変化がフォロワーの位置の変化を含む場合、前のステップが繰り返される。例えば、バルブの現在の位置が閉止状態であり、バルブを完全に開にするという流れの要求仕様が受領された場合、流れの要求仕様に合致するフォロワーの位置の変化が定められ、パルス波形およびパルスの量が決定され、バルブを完全に開くように、パルスが印加される。あるいは、バルブの下流に、フローモニタが配置される。コントローラ54は、バルブの開状態を調整し、実際の流れまたはモニタにより測定される圧力は、予め選定された流れに適合されるようになる。
【００４４】
本願において示された特定の実施例に関連して、ある構造上および／または機能上の特徴が、定められた素子および／または部材に組み込まれたものとして記載されていることは明らかである。しかしながら、これらの特徴は、同じまたは同様の利益のため、適当な他の素子および／または部材に同様に組み込まれてもよいことが想定される。また、所望の用途に適した別の代替実施例を得るため、例示の実施例の異なる態様を選択的に用いても良いことは明らかである。これにより、他の代替実施例は、組み込まれた態様のそれぞれの利点を実現する。
【００４５】
また、示された特定の素子または部材が、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせを介して、適切に実施された機能を有してもよいことは明らかである。また、相互に取り込まれて記載されたある素子が、適当な状況下で、単独の素子となり、または分割されてもよいことは明らかである。同様に、ある特定の素子により実施されるように記載された複数の特定の機能は、個々の機能を実施するように独立に機能する複数の別個の素子により、実施されてもよい。あるいはある個々の機能は、分割され、協働して機能する複数の個別の素子により、実施されてもよい。あるいは、本願に記載されおよび／または示された、相互に異なるいくつかの素子または部材は、物理的にまたは機能的に適当に組み合わされてもよい。
【００４６】
まとめると、本願明細書は、好適実施例を参照して記載されている。本明細書を読んで理解することにより、修正および変更が生じる得ることは明らかである。そのような全ての修正および変更が添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲に含まれる場合、本発明は、そのような全ての修正および変更を含むものと見なされることが意図される。すなわち、前述のおよび他の各種特徴および機能、ならびにその代替物は、多くの他の異なるシステムまたはアプリケーションに好ましく組み合わされてもよく、各種現在想定外のまたは予期しない代替、変更、変形、または改良は、その後、当業者により以下の請求項に含まれることが同様に意図されることは明らかである。
【要約】
電気制御バルブ（10）は、シャフト（36）と、該シャフト（36）の端部に取り付けられた圧電モータ（34）と、フォロワー（42）と、バルブ部材（40）と、バルブシート（28）とを有する。圧電モータ（34）は、第1の方向および反対の第2の方向にシャフトを駆動する。コントローラ（54）は、圧電モータ（34）に電力を提供し、シャフトは、第1の速度および第2の速度で移動する。第1の速度は、第2の速度よりも大きい。フォロワー（42）は、バルブ部材（40）を有し、シャフト（36）を受け、第1の速度でのシャフトの動きに応じてシャフトに対してスライドし、第2の速度での動きに応じて、シャフトを把持しシャフトとともに移動する。バルブ部材（40）は、フォロワー（42）とともに移動する。バルブ部材（40）は、フォロワー（42）によりバルブシート（28）に対抗して移動し、流体の流れが制限され、フォロワー（42）によりバルブシートから遠ざかるように移動し、流体の流れが高められる。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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