(57)【要約】流体バルブは、入口ポート（５）と出口ポート（６）とを備えるハウジング（１）を有する。流体流路（１４）が、入口ポート（５）と出口ポート（６）との間に延在する。プランジャ（８）とバルブステム（７）とを備えるバルブ部材が、ハウジング（１）内で流体流路（１４）に配置される。バルブ部材（７，８）は一連の割り出し位置内を移動可能である。バルブ部材およびハウジングは、複数の開口（４）を有し、開口は、バルブ部材の割り出し位置に応じて、開口の様々な選択が流体流路（１４）内でなされるよう配置されている。バルブ部材の少なくとも１つの割り出し位置では、流路に開口がなく、よってバルブは閉じられている。
2008503694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口ポートおよび出口ポートを有するハウジングと；
前記入口ポートと前記出口ポートとの間の流体流路と；
前記ハウジング内で前記流体流路内に配置されるバルブ部材とを備え；
前記バルブ部材は一連の割り出された位置の間で可動であり；
前記バルブ部材および複数の開口を有する前記ハウジングは、前記バルブ部材の少なくとも１つの前記割り出された位置では前記流体流路内に前記開口を持たず、前記バルブ部材の前記割り出された位置に応じて前記開口の様々な選択が前記流体流路内でなされるよう配置された；
流体調整バルブ。
【請求項２】
前記開口は前記ハウジングの隔壁にあり、前記バルブ部材は、前記開口から選択された一つと、前記入口または出口ポートとの間に介在するよう動作する；
請求項１に記載の流体調整バルブ。
【請求項３】
前記バルブ部材が、前記選択された開口と、前記出口ポートとの間に介在する；
請求項１または２の何れか１項に記載の流体調整バルブ。
【請求項４】
前記バルブ部材に固定接続されるステッピングモータを含み；
前記ステッピングモータは複数の所定位置間の移動を提供し；
前記バルブ部材の前記割り出された位置は前記ステッピングモータの前記所定位置に対応する；
請求項１ないし３の何れか１項に記載の流体調整バルブ。
【請求項５】
前記バルブ部材を、前記流路内に前記開口を持たない前記割り出された位置に戻す付勢手段を含む；
請求項１ないし４の何れか１項に記載の流体調整バルブ。
【請求項６】
前記開口が軸方向に配列して設けられ；
前記ステッピングモータは、軸方向に離間して選択的に励磁されるコイルの１セット内で動作する直線配列の磁気要素を含む；
請求項４に記載の流体調整バルブ。
【請求項７】
前記バルブ部材は、一端に出口をそして前記出口近傍にシートを有するボア内に配置され；
前記バルブは、前記バルブ部材を前記シートに向かって付勢する付勢手段を含む；
請求項６に記載の流体調整バルブ。
【請求項８】
前記ハウジングは第１本体と、前記第１本体に取り付けられるスリーブとを含み；
前記第１本体は前記入口と前記スリーブ周りの入口マニホルドとを含み；
前記スリーブは前記軸方向配列の開口を含み；
前記バルブ部材は前記スリーブのボア内で動作する；
請求項７に記載の流体調整バルブ。
【請求項９】
前記バルブ部材はステムと、前記ステムの端部で前記ステムから外側に延伸して前記ボアを実質的に閉塞するプランジャとを含む；
請求項８に記載の流体調整バルブ。
【請求項１０】
前記プランジャの外周面は、前記コイルが非励磁状態で、前記バルブシートに押し付けられる；
請求項９に記載の流体調整バルブ。
【請求項１１】
前記スリーブは前記第１本体から延出し、前記コイルは前記スリーブ上に取り付けられ；
前記離間した磁気要素は前記スリーブ内で前記バルブ部材の前記バルブステム上に取り付けられる；
請求項８ないし１０の何れか１項に記載の流体調整バルブ。
【請求項１２】
前記第１本体は、貫通して前記スリーブを受け入れるボアと、
前記コイル近傍の前記ボアの一端で前記スリーブの外側に対してシールする円形シールと、
前記ボアの他端で前記スリーブのフレア状端部を受けるシートと、
前記ボアと係合して、前記フレア状端部を前記シートに対して押し付けて、前記スリーブを前記ボア内に保持する第１プラグとを含む；
請求項１１に記載の流体調整バルブ。
【請求項１３】
前記第１プラグは、前記第１プラグを貫通する開口部と、
前記開口部の外周部にある前記プランジャ用環状バルブシートとを含む；
請求項１２に記載の流体調整バルブ。
【請求項１４】
前記プランジャは弾性面を有し；
前記環状バルブシートは尖端を有して前記弾性面に圧入する；
請求項１３に記載の流体調整バルブ。
【請求項１５】
前記第１プラグと離間する前記スリーブの端部を、第２プラグによって閉じ；
前記付勢手段は、前記プランジャと前記第２プラグとの間で前記スリーブ内に保持されるバネを備える；
請求項１２ないし１４の何れか１項に記載の流体調整バルブ。
【請求項１６】
前記ハウジングは、前記ボアに対して側面方向に延びるポートを有し、少なくとも前記ポートの領域では、前記スリーブと前記ボアとの間に隙間がある；
請求項８ないし１５の何れか１項に記載の流体調整バルブ。
【請求項１７】
以下の式に従って配置され同時に動作する１セットより多い磁気要素およびコイルを含み、  
Lspacing = 1 / Nsets × LMagElements / (NCoils - 1); 
ここで、Lspacingは磁気要素間の間隔であり、LMagElementsは前記磁気要素の軸方向長さであり、NCoilsはコイル数であり、Nsetsは同時に励磁されるコイル数である；
請求項１ないし１６の何れか１項に記載の流体調整バルブ。
【請求項１８】
前記開口は、前記ハウジングおよびバルブ部材の第１平面部材上で円弧状配列に設けられ、
前記ハウジングおよびバルブ部材は、前記平坦平面部材に対面して当接する第２平面部材を含み、前記第２平面部材は開口した扇形部と閉塞した扇形部とを含み、前記閉塞した扇形部は、前記円弧状配列の開口より大きな角度にわたって広がり、前記第１平面部材および前記第２平面部材は、前記円弧状配列の中心について相対回転するよう取り付けられる；
請求項１に記載の流体調整バルブ。
【請求項１９】
前記ハウジングは、前記第１または第２平面部材で隔てられる入口マニホルドと出口マニホルドとを有する；
請求項１８に記載の流体調整バルブ。
【請求項２０】
一方の前記平面部材は、回転ステッピングモータの所定位置と対応する複数の所定ステップ位置間の移動を提供する前記回転ステッピングモータに固定接続される；
請求項１８または１９の何れかに記載の流体調整バルブ。
【請求項２１】
前記第２平面部材の前記開口した扇形部は、前記円弧状配列と略等しい半径で、前記円弧状配列の中心を中心とする円弧状溝を含む；
請求項１８ないし２０の何れか１項に記載の流体調整バルブ。
【請求項２２】
電源回路と、前記電源回路の制御電源スイッチに接続される出力を有するコントローラとを含み；
前記コントローラは入力を有し、前記入力での信号に応じて、前記バルブ部材を第１方向に移動させる第１所定シーケンスおよび前記バルブ部材を第２方向に移動させる第２所定シーケンスに従い、前記ステッピングモータの前記コイルを励磁するようプログラムされる；
請求項１８ないし２１の何れか１項に記載の流体調整バルブ。
【請求項２３】
前記開口の大きさがすべて略同じとは限らない；
請求項１ないし２２の何れか１項に記載の流体調整バルブ。
【請求項２４】
前記開口の大きさは、少なくとも４つの開口に渡る傾向として増大するか減小する；
請求項２３に記載の流体調整バルブ。
【請求項２５】
前記開口の前記様々な選択は、前記バルブ部材の少なくとも１つの前記割り出された位置に対して少なくとも３つの前記開口を含む；
請求項１ないし２４の何れか１項に記載の流体調整バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体用可変流量バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
可変流量を発生させるために使用可能なバルブ装置への長年に渉る要求がある。通常、流れのための有効な断面積を変化させることで、バルブを通過する流量を変化させることができる。従来技術として周知の装置は、バルブステムに装着された磁気要素を利用し、電磁コイルと協同してバルブ要素を精確に位置合わせすることで、バルブを通過する流体流量を制御する。このタイプのバルブの典型例が米国特許第５，５０９，４３９号に開示されている。この例では、単一電磁コイルへの電力を変化させることで、磁気要素にバネを押させる。  
【０００３】
磁気要素の作用力はコイルへの電力の変化に応じて増減し、これによって流路の断面積を変化させる。
【０００４】
類似する装置の一例が米国特許第２，９１０，０８９号で開示されている。コイルへの電力を変化させて磁気要素の位置を変化させ、二次コイルを用いてバルブを所望位置に保持つまりロックする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これら装置で困難な点は、磁気要素の位置を精確に制御して、特に低流体流量の限度での制御において、段階的流量変化特性を達成するのが難しいことである。
【０００６】
本発明の目的は、上記不都合を克服する上で有効な、あるいは少なくとも公衆に有用な選択肢を与える可変流量バルブを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、本発明は流体調整バルブであって、入口ポートおよび出口ポートを有するハウジングと；前記入口ポートと前記出口ポートとの間の流体流路と；前記ハウジングで前記流体流路内に配置されるバルブ部材とを備え；前記バルブ部材は一連のインデックス位置の中で移動し、前記バルブ部材および複数の開口を有する前記ハウジングは、前記バルブ部材の前記インデックス位置に応じて前記開口の様々な選択が前記流体流路内でなされるよう配置され、前記バルブ部材の少なくとも１つの前記インデックス位置では前記流路内に前記開口を持たない流体調整バルブにある。
【０００８】
本発明の関連技術における当業者は、添付の請求項で画定される発明の範囲から離れずに、本発明における多くの構成変更ならびに様々な実施の形態および応用を想起できるであろう。本明細書中の開示および説明はあくまでも例示であり、限定を意味する意図はない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、単なる一例ではあるが、ガス台、バーベキュー台およびオーブン等のガス調理機器、家庭用及び業務用機器（洗濯機、食器洗い機、暖炉、空気暖房および温水、エアコン）並びに輸送車両燃料システム向けデジタル制御流体流れ、調薬や流体混合用の給水、等を含む流体流量の制御に全般的に適用できる。
【００１０】
図１に示す第１の実施の形態において、可変流量バルブはリニアステッピングモータを含む。この好ましい実施の形態では、可変流量バルブは、一端が閉口して他端が開口したハウジング１を含み、開口端は出口６を形成する。バルブは如何なる配向でも使用可能であることに留意されたい。しかしながら、ここでの説明では、閉口端をバルブの頂部として、開口端をバルブハウジング１の底部として述べる。出口６はバルブを流通する気体または他の流体の出口箇所であり、あらゆる好適な装着手段つまりコネクタと取り付け可能である。ハウジング１の閉口端側は、ハウジング１の一部の長さに沿って直線的に配置される少なくとも２つ、好ましくは３つの磁界発生器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに囲まれている。好ましくは、各磁界発生器がハウジングを囲むコイルを備え、各コイル１１は隣接コイルとそれぞれ等間隔をなす。好ましくは各コイル１１が、好適には鉄製積層からなり、全体をケージと称するコア１２で囲まれる。各コイルは、電源と接続するリード線（図示せず）を有してもよい。各コイル１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃは、スイッチングシーケンスに従いコントローラの制御下で電源によって個々に励磁できる。好ましいシーケンス制御については後で述べる。
【００１１】
ハウジング１の他端側では、入口４がハウジング１の外側部分からボアの内面まで貫通する。各入口４は、少なくともハウジング１の一部の長さに沿って軸方向に離間する。好ましい実施の形態では、５つの入口４Ａ〜４Ｅがあり、それぞれが隣接する入口と等距離で離間する。
【００１２】
異なる流量特性を必要とする場合、入口の断面積を変化させることにより、そのような特性を生成できる。
【００１３】
ハウジング１の下側部はスリーブ部１６で囲まれる。スリーブは、入口４がハウジング１内外を貫通する箇所を除き、ハウジング１の外側表面へ直に取り付けられる。そこでスリーブはハウジング１の外表面からわずかに離間してチャンバ２を形成する。チャンバは、入口４および主入口５とは別に、シールされる。主たるつまり主入口５は、バルブに流入する気体または他の流体の主流入ポイントとして機能する。入口５を、あらゆる好適な装着具つまりコネクタに取り付け、入口５を気体あるいは流体リザーバと接続してもよい。
【００１４】
ハウジング１内には、バルブ部材あるいはピストンがある。バルブ部材は、バルブステム７の端部に装着されるプランジャ８を含む。プランジャ８は、ハウジング１の開口端側にある。
【００１５】
プランジャ８の縁端部または縁端部表面が、ハウジング１の内側表面と直に接触するか、近接する状態にあり、プランジャ８の外周面とハウジング１との間に実質的なシールを形成できるならば、如何なる好適な材料または材料の組合せでプランジャ８を製造してもよい。またプランジャは、図５で示すゴム製Ｏリング２３等のシール手段を組み込んでもよい。    
【００１６】
バルブステム７の他端には少なくとも２つの磁気要素９がある。これら磁気要素はいかなる磁気材料から製造されてもよい。
【００１７】
本実施の形態では、磁気要素の数はコイル１１の数に対応する。これら実施の形態で示す３つの磁気要素９Ａ、９Ｂ、９Ｃはそれぞれ、バルブステム７に付加された磁気要素９間の非磁性インサート１０によって互いに離間される。３つ以上の磁気要素９を用いる場合に、これらを等間隔で離間する。
【００１８】
磁気要素の間隔は、ハウジング１の外側に沿うコイル１１の間隔に対応するため、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）あるいは（ｈ）の何れかの例で示すように、磁気要素セグメントの１つが完全にコイル内にあるとき、隣接するセグメントの一方はコイル間の略中間にある。本実施の形態で配列されるように、磁気要素の全体ではなく一部がコイル内にある場合、コイルの励磁によって磁気要素をコイルの中心に向かって引っ張る大きな引力が発生する。直線的移動が軸方向のコイル間隔と等しい駆動モータに関しては、コイル対磁気要素間隔比は式１で求められる。
【００１９】
この互い違いの間隔によって、バルブモータの開閉駆動シーケンスは、リニアステッピングモータのものと類似する。
【００２０】
また磁気要素９の長さは、コイル１１の長さにほぼ一致する。従って、各々のコイル１１およびセグメント９はほぼ同じ長さである。
【００２１】
ハウジング１の閉口端とバルブステム７の端部との間に、バネ１３を配置する。バネ１３、ハウジング１、およびバルブステム７のすべては、中立位置（すなわち、すべてのコイルの電源をオフにする）でプランジャ８が出口６を閉塞してシールするような、相対的な寸法とする。バネ１３は、バルブ部材をシールに向かって付勢するための好ましいオプションであるが、重力を含むあらゆる好適な付勢をする動因を用いてもよい。
【００２２】
ここで可変流量バルブの動作について、図１〜図３を参照して更に詳述する。矢印１４で示すように、気体または他の流体は主入口５を通ってチャンバ２へ流入する。先に述べたように、「中立」位置つまり電源オフ位置では、プランジャ８が出口６を閉塞する。バルブ部材はバネ１３によってこの位置まで付勢されている。バルブ部材がバネ１３によってこの位置まで付勢されている。図３（ａ）は、磁気要素９Ａがコイル１１Ｂと１１Ｃとの略中間にあるよう配置されるオフ位置を示す。磁気要素９Ｂはコイル１１Ｃのすぐ外側に配置される。コイル１１Ｃは、この位置で磁気要素９Ｂに大きな力を及ぼさない。
【００２３】
バルブを開けるときに、シーケンスではコイル１１Ｂを初めに作動させる。コイル１１Ｂの作動によって磁気要素９Ａがハウジング１上方の閉口端に向かって引っ張られる。それによって図３（ｂ）で示すように、磁気要素９Ａの磁力中心１８がコイル１１Ｂの磁力中心１７と一致する場合、磁気要素９Ａはコイル１１Ｂの実質的に内部にある。磁気要素９Ａがコイル１１Ｂ内に引っ張られると、バルブステム７と、それに伴ってプランジャ８とが軸上方に引っ張られ入口４Ａを通過する。こうして入口４Ａと出口６との間に流路が形成される。これによって気体または他の流体が、チャンバ２および入口４Ａを経由して入口５と出口６との間を流れることができる。
【００２４】
バルブ部材８を更にハウジング１上方へ移動することにより、流量が増大する。この移動を以下の方法で達成する。コイル１１Ｃを作動させ、同時にコイル１１Ｂへの電源をオフにする。コイル１１Ｃの作動によって、磁気要素９Ｂを完全にコイル１１Ｃ内に引っ張り、バルブステム７を更にハウジング１上方へ引っ張る。コイル１１Ｂの作動が停止しているので、コイル１１Ｂを通過して抜け出る磁気要素９Ａの移動に対する抵抗を生じない。コイルの作動および作動停止は、瞬間的であるか、いくらか通電の重なりを伴う。  
【００２５】
これによってバルブ部材を図３の位置３まで移動させる。この位置では、少なくとも入口４Ａが完全に開かれて、少なくとも入口４Ａを経由して入口５と出口６との間に直通流路を提供する。
【００２６】
流量を増大するために、バルブ部材を更にハウジング１上方へ移動させる。これは、磁気コイル１１Ａへの電源をオンにすると同時にコイル１１Ｃへの電源を停止することで達成される。磁気要素９Ａが、コイル１１Ａと１１Ｂとの中間位置から完全にコイル１１Ａ内へ引っ張られる。従ってバルブ部材は更にハウジング１上方へ移動する。
【００２７】
ここで、磁気要素９Ａ，９Ｂ，９Ｃおよびコイル１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは図３（ｄ）で示すように配置される。流量を更に増大するために、バルブ部材を更にハウジング１上方へ移動させる。これは、コイル１１Ａへの電源をオフし、コイル１１Ｂへの電源をオンにすることで達成される。コイル１１Ｂの作動によって磁気要素９Ｂを、コイル１１Ｂとコイル１１Ｃとの中間位置から完全にコイル１１Ｂ内に引っ張る。コイル１１Ａの作動停止によって磁気要素９Ａがコイル１１Ａ内の位置から図３（ｅ）で示す位置まで移動する。図２は、ここで入口４Ａおよび４Ｂ双方が完全に開かれ、流量が増大できることを示す。
【００２８】
コイル１１Ｂへの電源をオフにしコイル１１Ｃへの電源をオンにして、バルブ部材を更にハウジング１上方へ移動させ、更に流量を増大する。これによって磁気要素９Ｃを完全にコイル１１Ｃ内に引っ張り、磁気要素９Ｂをコイル１１Ｂから移動させることができ、従ってバルブ部材を更にハウジング１上方へ移動させる。その後、コイル１１Ｃへの電源を停止するのと同時に、コイル１１Ａへの電源を作動する。磁気要素９Ｂが完全にコイル１１Ａ内に引っ張られ、磁気要素９Ｃをコイル１１Ｃから移動させる。この位置を図３（ｇ）で示す。次のステップで、バルブを全開位置まで引っ張る。このステップでは、コイル１１Ａを作動停止にするのと同時に、コイル１１Ｂを作動させる。これによって磁気要素９Ｃを完全にコイル１１Ｂ内に引っ張る。この時点で、バネ１３がハウジング１の閉口端に対して圧縮されるか、ほぼ完全に圧縮され、入口４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄおよび４Ｅすべてが開かれて、入口４と出口６との間の流量を最大にする。
【００２９】
通常、上記スイッチングシーケンスを逆に行い、徐々にバルブを閉じる。しかし、すべてのコイル１１への電源を停止すると、バネ１３が自動的にバルブステム７を中立位置すなわち閉位置まで戻す。これは、停電が発生した場合、バルブを通過する流れを断つという利点をもたらす。バルブを非水平に設置する場合、出口６をピストンハウジング３の他のどの部分よりも低い部分に設けると、バルブステム７、ピストン８、磁気要素９、およびスペーサ１０等の可動部品の自重によって閉止力を提供できる。加えて、ピストン８裏側の流体圧によっても、バルブステム７は出口方向に付勢され得る。
【００３０】
必要に応じて、バルブ閉止を、閉弁シーケンスを起動するリセットボタン（図示せず）によって行うこともできる。当業者にとって自明であるように、構成要素を変えることで異なる流量特性および流体流量を達成できることは、上記説明から明らかである。例えば、コイル１１あるいは磁気要素の数、入口４の数、各入口４の大きさを変えることは、全て流体流量特性を変化させる。これら整数のいずれかあるいは全てを変え、所望の流量調整特性および分解能を得ることができる。
【００３１】
図４で示す代替の実施の形態では、主入口５がハウジング１の上端に位置する。従って気体または他の流体はハウジング１の上端から流入し、バネ１３の周辺を流れる。本実施の形態では、磁気要素９Ａ，９Ｂおよび９Ｃの断面形状は、ハウジング１内部の断面形状よりも実質的に小さいため、気体または他の流体が、ハウジング１の長手に沿ってその内面と磁気要素９Ａ，９Ｂ，９Ｃとの間を流れることができる。流れを矢印１４で示す。気体または流体がバルブの下側部に到達すると、ハウジング１から流出して、１つまたはそれ以上の入口４Ｅ，４Ｄ，４Ｃ，４Ｂおよび４Ａを経由してキャビティ２に流入する。全閉位置では、これら入口すべてがこの用途に利用可能である。第１の実施の形態で既に述べたように同一または類似の作動シーケンスを用いて、バルブシャフト７をハウジング１上方に移動させると、ピストン８のハウジング１上方への移動によって入口４Ａ，４Ｂ，４Ｃ等が順次開き、これら入口と出口６との間に流路が形成される。こうして流路が形成され、気体または流体が入口５を介して流入し、ハウジング１を流下して少なくとも入口４Ｅを介してチャンバ２に流入し、その後、少なくとも入口４Ａから出て、出口６から流出する。本実施の形態では、第１の実施の形態よりも有利な点が少なくとも２つある。１つは、バネ１３が完全非圧縮位置にあり、ピストン８が出口６を閉止している状態で、弁閉位置を形成できることである。２つ目は、バネ１３が完全圧縮位置にあり、ピストン８がハウジング１下方への気体または他の流体の流れ１４をブロックし、そして気体または流体が入口４Ａ〜４Ｅの何れかを通ってチャンバ２に流入するのを阻止している状態で、第２弁閉位置を形成できることである。本実施の形態にあっては、２つに相補的に下位分類された開口を通過する流れによって、同一の作動シーケンスを用いながらも全く異なった流量特性が得られる。
【００３２】
図５に示す別の実施の形態は出口取付具２２を有し、出口取付具２２はゴム製Ｏリング２３等のシールを組み込んで出口６に取り付けられ、あらゆるバイパス漏れ２０を防ぐ。本実施の形態では、ハウジング１が空洞部１９およびピストンハウジング２１の２つの部分を含む。本実施の形態は、ハウジング製造において生産上の利点をもたらす。
【００３３】
アクチュエータコイル１１による消費電力削減、およびアクチュエータの引力の保持または増加を実現するために、アクチュエータは同時に励磁される２セット以上のコイルを有してもよい。図６にこのような実施の形態を示すが、２つのコイル１１を同時に励磁し、磁気要素９を引き付ける磁界を発生させる。例えば、或るコイルが１０００回巻で、コイル電流が０．１Ａである１００Ｖ直流電源に接続される場合、コイルは１０Ｗの電力を消費し、１００〔アンペア回数〕に等しいＭＭＦ（起磁力）を発生させる。磁気要素９の飽和を無視すれば、ＭＭＦはアクチュエータの引力に比例すると想定できる。巻数および巻線タイプを変えずにＭＭＦを増加させるべく電流を増加できるが、それには電圧の増加が必要である。電圧を２倍（１００Ｖから２００Ｖ）にすることで、電流が２倍（０．１から０．２）になり、ＭＭＦが２倍（１００アンペア回数から２００アンペア回数）になる。しかし、これによって消費電力が４倍（１０Ｗから４０Ｗ）になる。しかし、この代わりに２つの類似コイルを１００Ｖおよび０．１アンペアで用いれば、２０Ｗの消費だけで２倍のＭＭＦを得られる。
【００３４】
更に別の実施の形態を図７に示す。この更なる実施の形態では、コイル２４が追加した磁気要素２５と相互に作用する。バネ２６の形態をなす補助付勢手段は、追加した磁気要素２５とハウジング１の閉口端との間に配置される。第１バネ１３はシャフト７と追加した磁気要素２５との間に配置される。図８に示すように、追加したコイル２４を励磁すると、追加した磁気要素がコイル２４内に移動する。従って、バネ１３の作動領域が増加し、シャフトを移動させるのに必要な力を低減させる。これはＭＭＦおよびコイル１１への電源をさらに低下することを意味する。
【００３５】
更に別の実施の形態を図９に示す。本実施の形態では、入口４がフィルタ２７によって主入口５と隔離され、入口４が詰るのを防ぐ。
【００３６】
図１０に示す実施の形態は、主入口５と入口４との間に流れ制限挿入物２８を有する。挿入物入口２９の断面積の減少は、入口４が入口２９と重なることに起因する。これによってバルブへの流体流量を制限する。制限挿入物２８の位置は調節可能なので、同じバルブを用いて別々の基礎流体流量に減少させ、機器所定の最大流量つまり安全流量に合致させることができる。
【００３７】
図１１〜図１３は、可変流量バルブの実動プロトタイプを示す。これまでに図示していないアイテムは以下の通りである。
ピストンハウジング２１をシールするキャップ３０；管路内側の接続をシールし、大気への漏れを防ぐシーリングＯリング３１；コイル巻を電源に接続するコイル端末３２；ピストンハウジング３を迂回してチャンバ２から出口あるいは大気への流体漏れを防ぐシール３３。シール材料は、バルブで調整する流体の種類に依存。実動プロトタイプは、シリコンゴムを使用。；バルブ部材７をピストン８に取り付けるネジ３５；バルブ部材７をネジ３５でピストン８に締め付けるバルブ部材７についてのクリンプ３６。これによって磁気要素９およびスペーサ１０の位置が動くのを防止。；本体１の空洞部１９とピストンハウジング２１との間のあらゆる流体漏れを防ぐのに用いられるシーリングＯリング３７；機器内で装置の取付手段をネジが提供するようにする開口３８。
【００３８】
このプロトタイプの実施の形態は、バルブ部材７の長手に沿って取り付けられる１２個の磁気要素９を有する。更に追加した磁気要素によって、図１〜図１０に示す実施の形態に比べ、より細かいモータステップ分解能を許容する。
【００３９】
バルブ壁に示される一連の孔４がある。これら孔が各々開かれると、気体あるいは流体に与えられる流路の合計断面積が増大する。本実施の形態では、ピストンステム７がモータで上昇させられるにつれ、各孔が順次開かれる。流路断面積の変化率は、シーケンスにおいて各入口孔４の直径を予め定めることで調整できる。このような方法で、特定機器または用途に応じて流量特性を設計できる。
【００４０】
各磁気要素９は、式（１）で計算される離隔距離をとってバルブ部材７上に固定される。磁気要素９の直径はピストンハウジング２１の直径と略等しい。磁気要素の側面とシリンダ壁との間には小さな隙間がある。これによって幾らかの気体あるいは流体は主流体流量の僅かな割合で表面間を流れることができる。
【００４１】
リニアステッピングモータにおける最初の２つのステップで、入口孔４を開かずにバルブ部材８と出口６の間に形成されたシールが外れるよう、バルブ部材８を上昇させる。モータのこのような最初の２つのステップでは、バルブ部材８とピストンハウジング２１との間の気体あるいは流体に与えられる減少した流路の断面積を生じせしめる。これは「漏流（leakage flow）」として周知である。この漏流は、最初の入口孔の開きによって得られる流体流量に先行して起こる。
【００４２】
バネはピストンステムの頂部とシリンダハウジングの頂部との間を接続する。バネはピストンシャフトをハウジングの底部の方向に付勢する。電磁石への電源供給がなければ、バネはピストンシャフトを押し下げてバルブを閉じる。この特徴は、停電、または突然の停止を要するような別のセンサからの警告が起きた場合、優位である。バネ力は、電磁石の電磁力より小さく、ピストンの自重による重力より大きい。  
【００４３】
図１４に示す実動プロトタイプの別の実施の形態は、共通のハウジングを共用する２つのバルブからなる。この設計において、開口３８はセルフタッピングネジの溝である。この溝は、装置をあらゆる意図した機器に取り付ける際に役立つ。
【００４４】
図１５は、ハウジング１９の断面図を示し、ハウジング１９はその両側から穿設した２つの入口５によって相互に接続される２つのチャンバ２を有する。これによって接続キャビティ３９を形成する。一方の入口５は閉塞またはシールされたり、あるいは別のバルブへの接続に用いられたりする。
【００４５】
図１６に示す実動プロトタイプの別の実施の形態は、共通のハウジングを共用する５つのバルブからなる。
【００４６】
図１７は、ハウジング１９の断面図を示し、ハウジング１９は穿孔３９によって相互に接続された５つのチャンバ２を有する。
【００４７】
上記説明は、本出願の発明の一例として捉えるものとする。本出願で具現される発明の概念から離れずに、様々な変形、例えば、コイルの数および／または入口と出口の数の変更等を行うことによって、異なる流体流量あるいは流量特性を生じさせることができる。
【００４８】
図１８は、バルブの動作手順を示すフローチャートである。この図は、３つのコイルと多数の作動位置（好ましくは１８箇所）とを有するバルブ向けのソフトフェアについて説明していることに留意されたい。フローチャートは、以下のようなＯＦＦ位置を加えたバルブのステップを含む。
１８０１．  手順を開始する。
１８０２．  オペレータあるいは主コントローラから信号「Ｉ」を読み取る。信号値は「停止」、「上昇」および「下降」である。
１８０３．  信号「Ｉ」を「停止」値と比較する。Ｉ＝停止が真であればブロック１１へ進み、偽であればブロック４へ進む。
１８０４．  信号「Ｉ」を「上昇」値と比較する。Ｉ＝上昇が真であればブロック６へ進み、Ｉ＝上昇が偽であればブロック５へ進む。Ｉ≠停止／上昇であれば、Ｉ＝下降を意味することに注意する。
１８０５．  カウンタ「Ｃ」値を「オフ位置」である「開始位置」と照らし合わせる。それが真であればブロック１１へ進み、偽であればブロック７へ進む。
１８０６．  カウンタ「Ｃ」値を「全部オン位置」である「終了位置」と照らし合わせる。それが真であればブロック１５へ進み、偽であればブロック８へ進む。
１８０７．  カウンタ値を１だけ減らす。
１８０８．  カウンタ値を１だけ増やす。
１８０９．  カウンタ値「Ｃ」を、コイル＃１がオン（励磁状態）のときのシーケンスにおける位置、すなわち、１，４，７，１０，１３，および１６と比較する。
１８１０．  カウンタ値「Ｃ」を、コイル＃２がオン（励磁状態）のときのシーケンスにおける位置、すなわち、２，５，８，１１，１４，および１７と比較する。「Ｃ」が条件９または１０を満たさなければ、シーケンス３，６，９，１２，１５のうちの何れかの位置と等しくなければならない。なぜなら位置０＝「オフ」および位置１８＝「全部オン」はブロック５および６で予め照合されているからである。
１８１１．  すべてのコイルを電源から切り離す。
１８１２．  カウンタをリセットする。
１８１３．  コイル＃１を励磁し、他のコイルの電源を切る。
１８１４．  コイル＃２を励磁し、他のコイルの電源を切る。
１８１５．  コイル＃３を励磁し、他のコイルの電源を切る。
１８１６．  手順を終了する。
【００４９】
上記ソフトウェアは、順方向および逆方向シーケンス、ならびに閉止操作だけを規定する。火炎検出器、占有センサ、一酸化炭素検出器等の安全装置からのあらゆる信号をブロック２へ送信してバルブを閉止でき、あるいは、バルブの出力を変化させることができる。
【００５０】
コイル間のスイッチ切換段階の損失を防ぐために、２つのコイルを同時に励磁する時間を設ける。これをオーバーラップと呼び、図１９に示す。
【００５１】
コイルから磁気要素に作用する力は、２つの磁力中心１７および１８が揃ったときに最大となる。バルブ位置を変化させる際、移行時の引力を増加させるために、磁気要素をコイル内で静止状態に保つのに使う電圧の２倍の電圧でコイルを励磁する。例えば、実動プロトタイプ（図１１、図１４および図１６）のコイルは連続動作中、１２Ｖで４．８Ｗを使う。移行動作（バルブの段階を変更する）には、この電力および電圧を２倍にする。移行時の電力はコンマ何秒間（１００〜５００ミリ秒）しか印加されないので、コイルには無害であることに留意されたい。
【００５２】
図２３〜２５は本発明のバルブの回転体の変形を示す。バルブは２つの円形プレートを組み込むハウジング９５を含む。またバルブは入口９７および出口９８を有する。第１プレート９０は静的に固定され、ハウジングの幅全体に及んでいる。このプレートは中心から一定の距離に、プレートの一部に沿って部分的に一連の開口９３を有する。これら開口９３はバルブの流路を形成する。また第２プレート９２も、ハウジング９５の幅にまたがる直径を有する。第２プレートは第１のプレートと平行に取り付けられ、両プレート間にシールを形成する。第２プレート９２は、第１プレートの開口と合致するよう半径方向に位置する開口を有する。
【００５３】
第２プレート９２は第１プレート９０の位置に対して相対的に回転可能である。
【００５４】
調整される気体あるいは流体の流れを止めるようにバルブをセットする際、回転プレート９２の開口９１は、固定プレート９０の開口が無い部分と位置合わせされる。これによって流路をブロックする。気体あるいは流体の流れを開始するには、開口が固定プレート９０の最初の孔と位置合わせされるようにプレート９２を回転させる。固定プレートの最初の開口の断面積が、バルブを通過する最小所望流体流量と対応するのが理想的である。
【００５５】
回転プレートを更に回転させると、主開口９１は新たに選択された開口と位置合わせされる。一連の開口を徐々に増加させるのが好ましい。主開口９１は、バルブプレートの開口すべてを同時に開くのに十分な大きさであってもよい。開かれる開口の数を漸増させることで、あるいは、開口の大きさを漸増させることで流量を増大させてもよい。
【００５６】
回転バルブプレートは、バルブハウジング外側まで延びるシャフトに装着される。
【００５７】
シャフトは、その回転位置を割り出す制御手段に接続できる。
【００５８】
制御手段は、軸９４の位置を電子的に割り出すことによりバルブを通過する流体流量を制御するような回転ステッピングモータ９６であれば理想的である。
【００５９】
不注意でコイルからの電力が遮断された場合、シャフトに装着される回転ねじりバネが、自動的にバルブを戻すのが好ましい。回転ステッピングモータのコイルに電力が印加される間、モータがシャフトの位置を保持する。電力が遮断されると、シャフトに作用する保持力が解除される。
【００６０】
代替として、シャフトが戻り止め割り出し機構（図示せず）を組み込む場合、シャフトを手動制御手段としてもよい。この方法は、バーベキュー台のような非電動機器に使用するのに最適である。
【００６１】
図２０および図２１は、異なる圧力下でのプロトタイプの空気流試験結果を示す。ここで１．０ｋＰａは主天然ガス供給源に対応し、２．８ｋＰａはＬＰＧボンベの標準圧力である。ガス流量は、（空気に対する）相対的なガスの粘性および温度に基づき、空気の出力から再計算されなくてはならない。これらの計算に従えば、現在のプロトタイプは、天然ガスを使用して７９〜７９１ｋＪ（７５〜７５０ＢＴＵ）から１６，８８１〜３２，７０７ｋＪ（１６，０００〜３１，０００ＢＴＵ）までの一定の燃焼エネルギーを、また、ＬＰＧを使用して６３３〜６３３０ｋＪ（６００〜６０００ＢＴＵ）から１００，２３０〜１４２，４３３ｋＪ（９５，０００〜１３５，０００ＢＴＵ）までの一定の燃焼エネルギーを供給できる。範囲の振れはガス品質に依存する。入口４の直径を予め設定して、目的に合わうようにした流量特性を提供する。この一例として、０．１５ｍｍ〜１．２０ｍｍで変動する。この編成はプロトタイプで試験されており、異なる大きさのバーナーでも首尾よく稼動し、広範囲の火炎調節を提供する。例えば、前半の１０段階（１〜１０）を最小型バーナーに適用し、後半の１０段階（９〜１８）を最大型バーナーに適用する。それらの中間段階（４〜１３または６〜１５）はすべて中型バーナーに適用する。これは、様々なバーナーのタイプに応じてバルブ設定をデジタル方式で調節できることを意味する。
【００６２】
入口／オリフィス４を製造する際、幾つかのオプションがある。
・高速穿設
・レーザー切断
・挿入物２８（図１０）を永久挿入物として用い（例：３Ｍ社製高温アルミホイルテープ４３３または４３３Ｌ）、直径を０．１０ｍｍから始めて、微細カーバイドワイヤで入口をパンチングする
・可動挿入物２８を用いて入口４と入口２９との間の重なり合う断面積を調節する（図１０）
【００６３】
図８および図１３は動的シールを持たないピストン８を示す。ここで、ピストン８は金属ハウジング２１内部で動作するため、これら２つの部品を自由に動かすには隙間が不可欠である。この隙間が原因で漏れ２０（図５）が発生する。この漏れを第１段階の流れとして用いる。
【００６４】
図２２はバルブの可能な流量出力を示し、流量出力は０〜１００％の範囲で連続的に変動し得る。
【００６５】
図２６は、図１８で示すアルゴリズムと関連して制御バルブを操作するのに必要な電子モジュールのブロック図である。制御電子機器は、バルブが開く、閉じる、または閉止するかを指定する入力信号１０８を受信する。マイクロプロセッサあるいは個別（ディスクリート）論理回路１０２が入力信号を受信する。図１８のアルゴリズムと関連して、マイクロプロセッサは、特定コイルからの電力を印加または遮断するかを指定する制御信号を生成する。この決定は、ワイヤ１０４を介して電力制御モジュール１０１に送られる。電力制御モジュール１０１は制御信号を受信し、その信号をコイルが必要とする電力の大きさに増幅し、電磁スイッチ力を発生させる。電力制御モジュール１０１の出力は、ワイヤ１０３を介してバルブ１００に組み込まれるコイルまで送り込まれる。電源ユニット１０５は高電流源をワイヤ１０６を介して電力制御モジュール１０１に供給するだけでなく、低電流源をワイヤ１０７を介してデジタル論理モジュール１０２にも供給する。典型的には、ボックス１０９で示すように、実働製品では制御電子機器はグループ化され、一緒に収納されている。代替として、中間に専用バルブコントローラを設けず、制御電子機器および装置アルゴリズムを機器の主コントローラに組み込み、電流をコイルに直接印加してもよい。
【００６６】
また本発明は、本出願の明細書中で言及または示唆した部品、要素および特徴を個々にまたは集合的に、ならびに前記部品、要素または特徴のうち如何なる２つ以上の組合せのいずれか或いはすべてに存すると広く考えることができる。そして、本明細書中で言及した特定の完成品は、本発明の関連技術で既知の均等物がある場合、このような既知の均等物は個々に開示されているかのように本明細書中に組み込まれているとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
ここで本発明の好ましい一形態について、添付図面を参照して説明する。
【図１】図１は、全閉位置にある本発明のバルブの断面図を示す。
【図２】図２は、バルブステムを部分的にバルブのハウジング内で上昇させた図１のバルブの断面図を示す。
【図３】図３（ａ）〜（ｈ）は、図１のバルブを全閉位置から全開するための、バルブのコイル作動シーケンスの断面図を示す。
【図４】図４は、本発明のバルブにおける代替の実施の形態の断面図を示す。
【図５】図５は、安全シールを追加した本発明のバルブの断面図を示す。
【図６】図６は、２つのコイルを共に励磁した本発明のバルブの断面図を示す。
【図７】図７は、コイル、磁気要素、および付勢手段を追加した、全閉位置にある本発明のバルブの断面図を示す。
【図８】図８は、追加したコイルを励磁し、追加した付勢手段を圧縮した、図７のバルブの断面図を示す。
【図９】図９は、入口と開口との間に気体フィルタを有する本発明のバルブの断面図を示す。
【図１０】図１０は、入口と開口との間に親バルブを有する本発明のバルブの断面図を示す。
【図１１】図１１は、本発明の別の実施の形態に係るバルブの等角図を示す。
【図１２】図１２は、図１１のバルブの分解等角図を示す。
【図１３】図１３は、図１１のバルブの断面図を示す。
【図１４】図１４は、図１１の設計に従った２つのバルブを一体化させた場合の等角図を示す。
【図１５】図１５は、図１４の２つのバルブ用ハウジングの断面図を示す。
【図１６】図１６は、図１１の実施の形態に係る５つのバルブを一体化させた場合の等角図を示す。
【図１７】図１７は、図１６の５つのバルブ用ハウジングの断面図を示す。
【図１８】図１８は、図１１のバルブを制御するバルブ動作ソフトウェアの好ましい実施の形態のフローチャートを示す。
【図１９】図１９は、好ましいコイルスイッチ操作の一例を示す。
【図２０】図２０は、１．０ｋＰａ圧力下における開度段階に対するバルブを通過する調整された空気流を示す。
【図２１】図２１は、２．８ｋＰａ圧力下における開度段階に対するバルブを通過する調整された空気流を示す。
【図２２】図２２は、本発明のバルブによって提供でき、好ましい、可能な出口流量特性を示す。
【図２３】図２３は、本発明に係るバルブの回転する変形の断面図を示す。
【図２４】図２４は、円弧状に一連の開口を有し、図２３のバルブ内に格納される静止プレートを示す。
【図２５】図２５は、図２３のバルブのバルブプレートの一例を示す。
【図２６】図２６は、制御電子機器を含む本発明に係るバルブを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  ハウジング（本体）
２  チャンバ（キャビティ）
３  ピストンハウジング
４  開口／入口／孔、４A〜４E  入口
５  入口ポート／主入口
６  出口ポート／出口
７  バルブステム（バルブシャフト）
８  プランジャ
９、９Ａ，９Ｂ，９Ｃ  磁気要素
１０  非磁性インサート（スペーサ）
１１  コイル
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ  磁界発生器
１２  コア
１３  バネ
１４  流体流路
１６  スリーブ部
１７、１８  磁力中心
１９  空洞部
２０  バイパス漏れ
２１  ピストンハウジング
２２  出口取付具
２３  ゴム製Ｏリング
２４  コイル
２５  追加した磁気要素
２６  バネ（補助付勢手段）
２７  フィルタ
２８  流れ制限挿入物
２９  挿入物入口
３０  キャップ
３１  シーリングＯリング
３２  コイル端末
３３  シール
３５  ネジ
３６  クリンプ
３７  シーリングＯリング
３８  開口
３９  接続キャビティ／穿孔
９０  第１プレート
９１  開口
９２  第２プレート
９３  開口
９５  ハウジング
９６  回転ステッピングモータ
９７  入口
９８  出口
１００  バルブ
１０１  電力制御モジュール
１０２  個別（ディスクリート）論理回路／デジタル論理モジュール
１０３  ワイヤ
１０４  ワイヤ
１０５  電源ユニット
１０６  ワイヤ
１０７  ワイヤ
１０８  入力信号
【図１】
2008503694.tif 000003
【図２】
2008503694.tif 000004
【図３】
2008503694.tif 000005
【図４】
2008503694.tif 000006
【図５】
2008503694.tif 000007
【図６】
2008503694.tif 000008
【図７】
2008503694.tif 000009
【図８】
2008503694.tif 000010
【図９】
2008503694.tif 000011
【図１０】
2008503694.tif 000012
【図１１】
2008503694.tif 000013
【図１２】
2008503694.tif 000014
【図１３】
2008503694.tif 000015
【図１４】
2008503694.tif 000016
【図１５】
2008503694.tif 000017
【図１６】
2008503694.tif 000018
【図１７】
2008503694.tif 000019
【図１８】
2008503694.tif 000020
【図１９】
2008503694.tif 000021
【図２０】
2008503694.tif 000022
【図２１】
2008503694.tif 000023
【図２２】
2008503694.tif 000024
【図２３】
2008503694.tif 000025
【図２４】
2008503694.tif 000026
【図２５】
2008503694.tif 000027
【図２６】
2008503694.tif 000028
【国際調査報告】
2008503694.tif 000029
2008503694.tif 000030