(57)【要約】  高速ガスバルブ装置は、ガスで貯蔵器を充填するための充填口および貯蔵器からガスを放出するための出口を有する、ガスを保持するための貯蔵器と、バルブ装置内に摺動するように格納されたロッドであって、前記ロッドは、バルブ室の出口に係合するように作動可能に配置された封止手段を含み、バルブが閉鎖位置にあるときに貯蔵器を封止する、ロッドと、空気圧式アクチュエータであって、そのピストンがロッドに結合される、空気圧式アクチュエータと、前記ロッドに結合された電磁式アクチュエータであって、装置が開放位置にあるとき、ガスが出口を介して貯蔵器から放出され、前記空気圧式アクチュエータおよび電磁式アクチュエータを作動させて、前記ロッドを出口から離れるように動かすことによって、前記バルブが閉鎖位置から開放位置へ移動する、電磁式アクチュエータとを備える。
2010538221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速のガスバルブ装置において、
ガスを保持するための貯蔵器であって、前記ガスで前記貯蔵器を充填するための充填口、および前記貯蔵器から前記ガスを放出するための出口を有する、貯蔵器と、
前記バルブ装置内で摺動するように格納されたロッドであって、前記ロッドは封止手段を含み、前記封止手段は、前記バルブ室の前記出口に係合するように作動可能に配置され、前記バルブ装置が閉鎖位置にあるときに前記貯蔵器を封止する、ロッドと、
空気圧式アクチュエータであって、当該空気圧式アクチュエータのピストンが前記ロッドに結合される、空気圧式アクチュエータと、
前記ロッドに結合された電磁式アクチュエータであって、前記バルブ装置が開放位置にあるときに、前記ガスが前記出口を介して前記貯蔵器から放出され、前記空気圧式アクチュエータ、および電磁式アクチュエータを連続して作動させて、前記ロッドを前記出口から離れるように動かすことによって、前記バルブが前記閉鎖位置から前記開放位置へ移動する、電磁式アクチュエータとを備える、ガスバルブ装置。
【請求項２】
前記バルブ装置が、
前記空気圧式アクチュエータ内の前記ピストンの対向する両側面に位置する、第１の室および第２の室をさらに備え、
前記貯蔵器内の前記ガスが第１の圧力を有し、前記第１の圧力が、前記ロッドの前記封止手段を付勢して前記出口との係合を維持することにより、前記バルブを前記閉鎖位置に維持するために、前記封止手段を介して前記ロッドに第１の方向に第１の力を与え、
前記第１の室内の第２の圧力が、前記ロッドの前記封止手段を付勢して前記出口と係合するために、前記ピストンに前記第１の方向に第２の力を与え、
前記第２の室内の第３の圧力が、前記ピストンに第２の方向に第３の力を与え、前記第２の方向が前記第１の方向と反対であり、
前記空気圧式アクチュエータの作動後、しかし前記電磁式アクチュエータの作動前に、前記第１および第２の力の合計が前記第３の力よりも大きい、請求項１に記載のガスバルブ装置。
【請求項３】
前記第３の力が、前記電磁式アクチュエータによって必要とされる正味の力を実質的に減少させるために、前記第１および第２の力の合計よりもわずかに小さく、前記バルブを前記閉鎖位置から前記開放位置に移動させる、請求項２に記載のガスバルブ装置。
【請求項４】
前記電磁式アクチュエータが、
回路内で高圧電源およびコンデンサに、電気的に結合された電子コイルと、
前記ロッドに安定して固定される電気的導電プレートであって、前記バルブが前記閉鎖位置にあるときに、前記コイルの近傍に位置する、電気的導電プレートとを備え、
前記コイル内に第１の磁場を生成するために、前記コンデンサから前記コイルを通って電流を放電することにより前記電磁式アクチュエータが作動され、前記第１の磁場が前記プレート内に渦電流を生じさせ、前記渦電流が第２の磁場を生成し、前記第２の磁場が前記第１の磁場に関して反対方向に分極され、反発力が、前記第１および第２の磁場が反対方向に分極されることによって生成され、前記ロッドが前記出口から離れるように移動することにより、前記バルブを前記閉鎖位置から前記開放位置に移動させるために、前記反発力が前記プレートを前記コイルから離れるように反発させる、請求項１に記載のガスバルブ装置。
【請求項５】
前記プレートがアルミニウムである、請求項４に記載のガスバルブ装置。
【請求項６】
前記コイルがリボン状ワイヤから製造された、請求項４に記載のガスバルブ装置。
【請求項７】
前記高圧電源が約２０００Ｖの電圧を印加し、前記コンデンサが約１５０μＦのキャパシタンスを有し、前記コイルが約２ｍＨのインダクタンスを有し、前記回路が約１Ωの総抵抗を有する、請求項４に記載のガスバルブ装置。
【請求項８】
前記高圧電源、前記コンデンサおよび前記コイルが非常に減衰されたＲＬＣ回路を備える、請求項４に記載のガスバルブ装置。
【請求項９】
前記バルブ装置が前記閉鎖位置にあるときに、前記プレートが前記コイルに対して押される、請求項４に記載のガスバルブ装置。
【請求項１０】
前記コイルおよび前記プレートが一体に押されるときに、非伝導性材料の薄層が前記コイルと前記プレートとの間に挟まれる、請求項９に記載のガスバルブ装置。
【請求項１１】
ガスバルブを作動する方法であって、
（ａ）空気圧式アクチュエータの第１の室を加圧する工程であって、前記第１の室内の第１の圧力が前記空気圧式アクチュエータのピストン上に第１の方向に第１の力を与え、前記ピストンがロッドに結合され、前記ロッドを付勢して前記ガスバルブの貯蔵器の出口と係合することにより、前記バルブを閉鎖位置に入れるようにする、第１の室を加圧する工程と、
（ｂ）第２の圧力を有するガスで、前記ガスバルブの貯蔵器を加圧する工程と、
（ｃ）前記第１の圧力および前記第１の力を減少させるために、前記空気圧式アクチュエータの前記第１の室を減圧する工程であって、前記貯蔵器内の前記ガスが、前記ロッドを付勢して前記出口との係合を維持することにより、前記バルブを前記閉鎖位置に維持するために、前記ピストン上に前記第１の方向に前記第２の圧力による第２の力を与える、前記第１の室を減圧する工程と、
（ｄ）前記空気圧式アクチュエータの第２の室を加圧する工程であって、前記第２の室は、前記第１の室から前記ピストンの対向する側面に位置し、前記第２の室内の第３の圧力が、前記第１および第２の力の前記第１の方向から反対の第２の方向へ、前記ピストンに第３の力を与え、前記ピストンが前記第３の力を前記ロッドに移送し、前記第１および第２の力の合計が前記第３の力よりも大きい、第２の室を加圧する工程と、
（ｅ）前記貯蔵器から前記ガスを放出するために、前記ロッドに結合された電磁式アクチュエータを作動させる工程であって、前記ロッドを前記出口から離れるように動かすことにより、前記バルブを前記閉鎖位置から開放位置に移動させて、前記ガスを放出する、電磁式アクチュエータを作動させる工程とを含む、方法。
【請求項１２】
（ｄ）の工程の後に、しかし（ｅ）の工程の前に、前記第３の力が前記第１および第２の力の前記合計よりもわずかに小さく、前記バルブを前記開放位置に移動させるために前記電磁式アクチュエータが必要とする正味の力を実質的に減少させる、請求項１１に記載のガスバルブを作動する方法。
【請求項１３】
（ｅ）の工程であって、前記電磁式アクチュエータを作動する工程が、第１の磁場を生成するために電子コイルを通って電流を放電する工程をさらに含み、前記電子コイルが、前記ロッドに安定して固定されるプレート近傍に位置し、前記第１の磁場が前記プレート内に渦電流を生じさせ、前記渦電流が第２の磁場を生成し、前記第２の磁場が前記第１の磁場に関して反対方向に分極され、反発力が前記第１および第２の磁場が反対方向に分極されることによって生成され、前記ロッドが前記出口から離れるように付勢することにより、前記閉鎖位置から前記開放位置に前記バルブを移動させるために、前記反発力が前記プレートを前記コイルから反発させる、請求項１２に記載のガスバルブを作動する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速開放および高速ガス流が可能なガスバルブに関する。
【０００２】
（先行出願の相互参照）本出願は、２００７年９月７日に出願した米国特許出願第６０／９３５９６５号の優先権を主張するものであり、そのすべての内容が参照により本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００３】
高速開放および高速ガス流が可能なガスバルブは、例えば、衝突事故で自動車の乗員を保護する自動車エアバッグをテストするための冷却ガスエアバッグ膨張テストシステムにおけるなど様々な用途に必要とされる。具体的には、エアバッグ展開システムは基本的に、エアバッグおよびインフレータを備える。インフレータはエアバッグを膨張させるのに必要なガスを生成し、放出する。自動車の衝突の際に、インフレータは破裂板の破壊によって起動され、それによりほんの一瞬でエアバッグを充填するガスを放出する。
【０００４】
自動車のダッシュボードの方向が少し変化しても、エアバッグの展開が非常に速く起こるので、エアバッグの展開に重大な影響を与えることがある。その結果、エアバッグの展開がすべての規定および要件を満たすことを保証するために、自動車の設計および再設計プロセス中に多くのテストが実行されなければならない。破裂板は自動車エアバッグシステムにおいて永久に破壊されるので、エアバッグは使用後に完全に交換されなければならない。したがって、自動車設計中に多くの回数のテストを行うために実際のエアバッグシステムを使用することは不可能である。
【０００５】
その代わりに、分離した、再利用可能なバルブ装置が、破裂板の破壊およびその後のエアバッグの膨張をシミュレートするために所望される。そのようなバルブは、収集されたデータを歪曲し、テストに誤りを導入することがないように一貫して正確に機能しなければならない。これらのバルブはまた、実際のエアバッグの展開を適切にシミュレートするために極めて迅速に展開しなければならない。典型的なシミュレーション向けガスバルブインフレータは、例えば、２ｍｓに直径２．５４ｃｍ（１インチ）一貫して開放する必要がある。現在のところ、非破壊的方法で実際のエアバッグの展開を適切にシミュレートできる、この目的のための適切なガスバルブは市販されていないようである。
【０００６】
例えば、米国特許第４６３５８５５号（Ｋｕｙｅｌら）は、ガスを保持するプレナムのオリフィスを封止する電導ディスクおよびプレート近傍に位置する電極を利用する、ガス流を迅速に制御するための方法および装置を教示している。電極を通して電流を印加することにより、渦流がディスク内に生じ、それがディスクを電極から反発させる反発力を生成してオリフィスを開放するようになる。しかし、オリフィスを開放するために、反発力はプレナムに貯蔵されたガスの圧力による力に打ち勝たねばならず、したがって、エアバッグの展開のシミュレーションに使用されるにはあまりに遅く、一貫していない。さらに、この参照文献で教示された装置は、かなりの高圧を有するガスと共に使用されるとき、さらにもっと遅く開くか、またはおそらくまったく開かないかであり、それは反発力が圧力による力に打ち勝つために信じられないほど高くなければならないからであろう。
【０００７】
同様に、特開昭５８−１９１３８０号（Ｋａｚｕｏ）は、プレート近傍に位置する永久磁石を通り過ぎる電流を変化させることによりバルブを開けたり閉じたりするためにロッドに結合されたプレート内に生じる渦電流を利用するガスバルブを教示している。Ｋｕｙｅｌらの米国特許第４６３５８５５号のように、この参照文献で教示されたシステムは、ガスの圧力によるプレート上の力に打ち勝たねばならず、したがってエアバッグの展開をテストするために使用されるには、あまりに遅く、一貫していない。またＫｕｙｅｌらの装置と同様に、この参照文献で教示されたシステムは、かなりの高圧を有するガスと共に使用されるとき、さらにもっと遅く開くか、またはおそらくまったく開かないかであり、それは反発力が圧力による力に打ち勝つために信じられないほど高くなければならないからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、高速開放および高速ガス流が可能であり、また冷却ガスエアバッグテストシステムで使用するために適しているガス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】
【０００９】
本発明は概して、ガスで貯蔵器を充填するための充填口および貯蔵器からガスを放出するための出口を有する、ガスを保持するための貯蔵器と、バルブ装置内に摺動するように格納されたロッドであって、バルブ室の出口に係合するように作動可能に配置された封止手段を含み、バルブが閉鎖位置にあるとき、貯蔵器を封止するようにするロッドと、空気圧式アクチュエータのピストンがロッドに結合されている空気圧式アクチュエータと、ロッドに結合された電磁式アクチュエータであって、装置が開放位置にあるとき、ガスが出口を介して貯蔵器から放出され、空気圧式アクチュエータおよび電磁式アクチュエータを作動させてロッドを出口から離れるように動かすことによって、バルブが閉鎖位置から開放位置へ移動する、電磁式アクチュエータとを備える高速ガスバルブ装置を含む。
【００１０】
一実施形態では、バルブ装置が、空気圧式アクチュエータのピストンの対向する側面に位置する第１の室および第２の室をさらに備え、貯蔵器内のガスが、ロッドの封止手段を付勢して出口との係合を維持することにより、バルブを閉鎖位置に維持するために、ロッドに第１の方向に第１の力を与える第１の圧力を有し、第１の室内の第２の圧力が、ロッドの封止手段を付勢して出口と係合するために、ピストンに第１の方向に第２の力を与え、第２の室内の第３の圧力がピストンに第２の方向に第３の力を与え、第２の方向が第１の方向と反対であり、空気圧式アクチュエータの作動後、しかし電磁式アクチュエータの作動前に、第１および第２の力の合計が第３の力よりも大きい。
【００１１】
別の実施形態では、第３の力が、バルブを閉鎖位置から開放位置に移動させるために電磁式アクチュエータによって必要とされる正味の力を実質的に減少させるために、第１および第２の力の合計よりもわずかに小さい。
【００１２】
別の実施形態では、電磁式アクチュエータが電子コイルと導電プレートとを備え、バルブが閉鎖位置にあるとき、プレートはロッドに安定して固定され、コイル近傍に位置し、コイルは電気的にコンデンサに接続され、電磁式アクチュエータが第１の磁場を生成するためにコンデンサからコイルを通って電流を放電することにより作動され、第１の磁場がプレート内に第２の磁場を生成し、第２の磁場が第１の磁場に関して反対方向に分極され、反発力が第１および第２の磁場が反対方向に分極されたことによって生成され、ロッドが出口から離れるように移動することにより、バルブを閉鎖位置から開放位置に移動させるように、反発力がプレートをコイルから離れるように反発させる。
【００１３】
本発明はまた、概して、以下の工程を含む、ガスバルブを作動する方法を含む。すなわち、
（ａ）空気圧式アクチュエータの第１の室を加圧する工程であって、第１の室内の第１の圧力が空気圧式アクチュエータのピストン上に第１の方向に第１の力を与え、ピストンがロッドに結合され、ロッドを付勢してガスバルブの貯蔵器の出口と係合することにより、バルブを閉鎖位置に入れるようにする工程と、（ｂ）第２の圧力を有するガスでガスバルブの貯蔵器を加圧する工程と、（ｃ）第１の圧力および第１の力を減少させるために、空気圧式アクチュエータの第１の室を減圧する工程であって、貯蔵器内のガスが、ロッドを付勢して出口との係合を維持することにより、バルブを閉鎖位置に維持するために、ピストン上に第１の方向に第２の圧力による第２の力を与える工程と、（ｄ）第１の室からピストンの対向する側面に位置する空気圧式アクチュエータの第２の室を加圧する工程であって、第２の室内の第３の圧力が、第１および第２の力の第１の方向から反対の第２の方向へピストンに第３の力を与え、ピストンが第３の力をロッドに移送し、第１および第２の力の合計が第３の力よりも大きい工程と、（ｅ）ロッドを出口から離れるように動かすことにより、バルブを閉鎖位置から開放位置に移動させることにより、貯蔵器からガスを放出するために、ロッドに結合された電磁式アクチュエータを作動させる工程とを含む。
【００１４】
一実施形態では、工程（ｄ）の後に、しかし工程（ｅ）の前に、第３の力が第１および第２の力の合計よりもわずかに小さく、バルブを開放位置に移動させるために電磁式アクチュエータが必要とする正味の力を実質的に減少させるようにする。別の実施形態では、工程（ｅ）で電磁式アクチュエータを作動する工程が、第１の磁場を生成するために電子コイルを通って電流を放電する工程をさらに含み、電子コイルが、ロッドに安定して固定されているプレート近傍に位置し、第１の磁場がプレート内に第２の磁場を生成し、第２の磁場が第１の磁場に関して反対方向に分極され、反発力が第１および第２の磁場が反対方向に分極されたことによって生成され、ロッドが出口から離れるように付勢することにより、閉鎖位置から開放位置にバルブを移動させるために、反発力がプレートをコイルから反発させる工程を含む。
【００１５】
本発明のこれらまたは他の目的および利点は、本発明の好ましい実施形態の以下の説明ならびに添付の図面および特許請求の範囲から容易に理解されるであろう。
【００１６】
次に、本発明の作動の性質および方法が、添付の図面と共に考察される本発明の以下の詳細な説明の中でより完全に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明によるガスバルブの部分的横断側面図である。
【図２ａ】図１に示すガスバルブの電磁式アクチュエータの作動のための回路の概略図である。
【図２ｂ】スイッチが開いた状態の、図２ａに示す概略図の関連する部分図である。
【図２ｃ】スイッチが閉じた状態の、図２ａに示す概略図の関連する部分図である。
【図３】ガスバルブの作動を漸進的に図示する図１に示すガスバルブの横断側面図である。
【図４】ガスバルブの作動を漸進的に図示する図１に示すガスバルブの横断側面図である。
【図５】ガスバルブの作動を漸進的に図示する図１に示すガスバルブの横断側面図である。
【図６】ガスバルブの作動を漸進的に図示する図１に示すガスバルブの横断側面図である。
【図７】ガスバルブの作動を漸進的に図示する図１に示すガスバルブの横断側面図である。
【図８】ガスバルブの作動を漸進的に図示する図１に示すガスバルブの横断側面図である。
【図９】ガスバルブの作動を漸進的に図示する図１に示すガスバルブの横断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
最初に、異なる図面の同様の図面番号が本発明の同じまたは機能上類似の構成要素を示すことを理解されたい。本発明は現在好ましい態様と考えられるものに関して説明されるが、請求された本発明は開示された態様に限定されないことが理解されよう。
【００１９】
さらに、本発明は記載された特定の方法、材料および修正形態に限定されず、もちろん変更することができるものとして理解されたい。また、本明細書に使用される用語は特定の態様のみを説明する目的のためであり、本発明の範囲を限定するよう意図するものではなく、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることを理解されたい。
【００２０】
別段の定義がない限り、本明細書に使用されるすべての技術用語および科学用語は本発明が帰属する当業者に一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載されたものと類似の、または等価の任意の方法、装置および材料は、実際にまたは本発明のテストで使用され得るが、好ましい方法、装置および材料が次に説明される。
【００２１】
次に、図面を参照すると、図１は本発明による高速ガスバルブ１０を例示する。ガスバルブ１０は、バルブ室または貯蔵器１４を画定するバルブ本体１２を含み、バルブ室または貯蔵器は、補助入口１６、出口１８およびバルブ充填口１９を備える。補助充填容器２０は入口１６に分離できるように固定可能であり、オリフィスバー２２は出口１８近傍に分離できるように固定可能である。
【００２２】
貯蔵器１４が一定の体積であるので、補助充填容器２０は貯蔵器１４に取り付けられ、その結果、バルブ１０が保持できるガスの体積が可変的に変化できる。例えば、貯蔵器が１Ｌの体積を有するならば、０．５Ｌ、０．７５Ｌ、または１Ｌの補助容器が入口１６を介して取り付け可能であって、バルブ装置１０のガスの体積を１．５Ｌ、１．７５Ｌおよび２Ｌまでそれぞれ増加させる。オリフィスバー２２は、出口１８を介して室１４から放出されるガスの流れ特性を決定するために、出口１８に位置合わせされた穴を含む。例えば、オリフィスバーの穴のサイズを変えることにより、出口からのガスの出口速度または全体の流速を増加または減少させることが望ましいことがある。
【００２３】
バルブ封止リング２５を含むバルブ封止部材２４がロッド２６の一方の端部に含まれる。ロッドは、選択的に出口１８を封止または開放するために、摺動してバルブ装置内部を移動可能である。すなわち、ロッド２６の端部上の大きいバルブに似たバルブ閉鎖部材２４が、出口１８内に押し込まれて、封止リング２５の援助で気密の封止を生成する。したがって、封止部材だけが、または封止リングと一体になって、バルブ用の封止手段を備える。封止リング２５は、任意の数のポリマーまたは他の適切な材料から製造される、可撓性および弾力性Ｏリングであることが好ましい。バルブ封止部材２４から反対に位置する、ロッド２６の第２の端部が、バルブ本体１２に固定された筺体３０内に延在する。筺体３０は取付部３１を介して不動の物体に固定されることが好ましく、取付部はバルブ１０を適切な位置に固定するためにボルト（図示せず）または当技術分野で知られている何らかの他の手段を使用することができる。ロッド２６の第２の端部はピストン３２に取り付けられ、ピストンはシリンダ３４内に摺動するように取り付けられ、シリンダは筺体３０に取り付けられている。ピストン３２およびシリンダ３４は空気圧式アクチュエータ３６の構成要素であり、その空気圧式アクチュエータは当技術分野で知られた任意の空気圧式アクチュエータであってもよく、一般に市販されているものを含むが、図面に示され、本明細書に説明された総体的な形態を取ることが好ましい。
【００２４】
プレート４０は封止部材２４と空気圧式アクチュエータ３６との間のロッド２６の中間部分に取り付けられている。バルブが閉鎖位置にあるとき、ディスクは電気コイルＬ１に隣接して位置する。閉鎖位置とは、ロッド２６上の封止手段２４が出口１８と封止された関係で係合することを意味し、その結果、貯蔵器１４に貯蔵されたガスが出口を通って貯蔵器から抜け出ることはまったくできない。コイルは筺体３０に固定して取り付けられており、その結果、コイルはバルブ１０に関して固定している。プレート４０およびコイルＬ１は電磁式アクチュエータ４４の構成要素である。
【００２５】
電磁式アクチュエータ４４向け主回路４６の好ましい実施形態が、図２Ａに概略的に示される。回路は、コイルＬ１、高圧電源ＶＨ、コンデンサＣ１、抵抗器Ｒ１およびＲ２、ダイオードＤ１、シリコン制御整流器ＳＣＲ１、スイッチＳ１、光結合素子器ＯＣ、制御回路４８、ならびに低圧源ＶＬを含む。高圧源ＶＨはコンデンサＣ１を充電するために使用され、コンデンサは高圧電源によって消散されるエネルギーを蓄える。シリコン制御整流器ＳＣＲ１はコンデンサＣ１からコイルＬ１にエネルギーを伝送するための高速スイッチとして作動する。ダイオードＤ１はコイルＬ１に全体に接続されて、コイル内の高速な磁場の破壊によって生成される逆起電力から回路の他の構成要素を保護する。光結合素子器ＯＣは制御回路４８を電気的に孤立させ、制御回路から光または光学的諸特性の形態の信号を送って、主回路４６を作動する。制御回路４８は光結合素子器を介して信号を送って、例えばスイッチＳ１を開閉し、またはＳＣＲを切り替えることができる。低圧源ＶＬはＳＣＲのゲートに低電圧を供給して、ＳＣＲが作動できるようにする。抵抗器Ｒ２の抵抗は、回路設計の当業者によく知られているように、ゲートＧに印加される電圧を調整するように選択される。
【００２６】
図２Ｂおよび図２Ｃはそれぞれ、スイッチＳ１が開くとき、および閉じるとき、回路４６およびプレート４０の関連する部分の概略図を示す。スイッチＳ１が開くとき電流はコイルを通ってまったく流れない。スイッチＳ１が閉じるとき、図２Ｃのように、高電圧および高キャパシタンスならびにコンデンサの極端に短い放電時間のために、大きな電流（例えば数百アンペア）が生成され、コイルに強力な増加する磁場４２ａを生成させ、それはプレート４０を通って通過する。プレートを通って通過する間、磁場４２ａは、矢印５４によって示されたコイルを通過する電流の方向と反対の、矢印５２によって示される方向に渦電流５０を生じさせる。磁場４０ａおよび４２ａはそれぞれ、概ね矢印５８および５６の方向に働くので、プレート４０に生じた電流は磁場４２ａに関して反対方向に分極された磁場４０ａを生成する。２つの反対方向に分極された磁場はコイルとプレートとの間に大きな反発力を生成する。コイルは、バルブ取付部３１によって動かないように固定される筺体３０に安定して固定されているので移動することができない。結局、反発力はプレート４０をコイルＬ１から迅速に反発させる。プレートはロッドに安定して固定されているので、プレートおよびロッドは出口１８から離れる方向５８に付勢されて、バルブ１０の出口を開く。
【００２７】
図２に示すように回路４６の好ましい実施形態のパラメータを以下に説明するが、回路が当業者によって容易に認識され得る他のパラメータを有することができることを理解されたい。コイルとプレートとの間のエネルギー移動を最大にするために、キャパシタンス、インダクタンスおよび抵抗の値は、それらが非常に減衰された回路を生成するように選択されるべきである。さらに、以下の実施形態はプレート４０とコイルＬ１との間に２００μｓにつき約２７２ｋｇ（６００ポンド）の力を生成するように設計され、同時に約５００μｓ内に全エネルギーが消散される。この実施形態では、コイルＬ１は約２ｍＨのインダクタンスを有し、高圧電源ＶＨは２０００ＶＤＣ、６０ｍＡの電源であり、コンデンサＣは１５０μＦのキャパシタンスを有し、抵抗器Ｒ１は実際の抵抗器が使用されないように約１Ωの固有線抵抗によって達成され、低圧源ＶＬは２４ＶＤＣの電源である。コイルの全長は最小に維持されるべきであり、プレートはコイルにできるだけ近くに維持されるべきである。コイルＬ１を製造するために使用されるワイヤの長さを減少させ、コイルの物理的安定性を維持するために、従来の磁気ワイヤではなくリボン状ワイヤが使用されることが好ましい。好ましい実施形態では、アルミニウムが軽量であり、十分な磁場を生成するので、プレート４０はアルミニウムから作製される。鋼製プレートは重くなりがちで、時にはコイルに磁気を帯びて引き付けられることがある。この好ましい実施形態では、コイルおよびプレートは互いに押され、プラスチックの薄い膜だけで分離されている。回路構成要素および上記に列挙されたそれらに付随する値は例示されたものに過ぎず、異なる値を有する構成要素を備える回路が、回路設計の当業者によって容易に構成され得ることを理解されたい。
【００２８】
バルブが図３の横断面図で最初の開いた状態で示されている。開いた状態とは、ロッド２６上の封止部材２４が出口１８と封止された関係ではないことを意味し、その結果、ガスが自由に貯蔵器１４から出口を抜け出ることができる。空気圧式アクチュエータ３６は、シリンダ３４内のピストン３２の対向する側面に室６０および６２を含む。図３では、ピストンがシリンダの一番右側に押されているので、室６０の余地がなく、室６０は見えない。圧力Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３はそれぞれ、室１４、６０および６２内の圧力を示す。この図に示す最初の状態では、すべての圧力は実質的に大気圧に等しく、したがってシステムは均衡がとれ、平衡状態にある。大気圧とは、バルブ１０が格納される部屋または領域の圧力を意味する。圧力Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３が相対的な用語で、またはゲージ圧として考察されるとき、大気圧はゼロまたは圧力なしと考えられることを理解されたい。したがって、大気圧の室は、室、またはロッドなどの室内の物体に力を与えないと考えられる。
【００２９】
図４ではバルブ１０が閉鎖位置で示される。閉鎖位置とは、貯蔵器１４を気密にするために封止部材２４が出口１８に係合することを意味する。空気圧式アクチュエータ３６の作動はロッド２６を図示された閉鎖位置に付勢する。詳細には、空気圧式アクチュエータ３６の作動は室６０の加圧を含み、その結果、圧力Ｐ２は十分高いので、ピストン３２を移動させ、したがって、ロッド２６および封止部材２４を出口１８に移動させる力を与える。好ましい実施形態では、圧力Ｐ２はゲージ圧約１７２．３ｋＰａ（２５プサイア）である。図５に示すように貯蔵器１４は、矢印６４によって示されるように充填口１９を介して圧力Ｐ１を有する高圧ガスで充填される。好ましい実施形態では、圧力Ｐ１はゲージ圧約２０６７０ｋＰａ（３０００プサイア）であるが、所望されるように、他の圧力であることができる。補助容器２０が存在するならば、充填口１９からのガスもまた、最初は空の充填容器をも充填する。圧力Ｐ１およびＰ２は、出口に向かう矢印５６によって示される方向に第１および第２の力をロッド２６に与える（それぞれ、ピストン３２および封止部材２４によって間接的に）。
【００３０】
次に、室６０は減圧され、その結果、図６に示すように、圧力Ｐ２は概ね大気圧に戻る。しかし、ロッドの封止部材２４に力を与える圧力Ｐ１により、ロッド２６は出口との封止された係合状態に保たれる。この図では、バルブ貯蔵器が、例えば、エアバッグ膨張テストでエアバッグを充填するのに必要なガスなどの、出口が開くときに放出されることが所望されるガスを貯蔵している。圧力Ｐ２をゲージ圧６８．９ｋＰａ（１０プサイア）など、かなり低い値にすることが望ましいことがあり、その結果、次に説明されるように、電磁式アクチュエータ４４が点火されるとき、圧力Ｐ２はピストンからシリンダを保護する。
【００３１】
図７に示すように、次いで室６２が加圧され、その結果、室６２は圧力Ｐ３を含む。圧力Ｐ３は矢印５８の方向にピストン３２に第３の力を与え、ピストン３２は第３の力をロッド２６および封止部材２４に移送する。圧力Ｐ３は出口１８がまさに開こうとするが、出口がまだ完全に封止されている点まで増加することが好ましい。すなわち、圧力Ｐ３による方向５８への力の大きさは、圧力Ｐ１およびＰ２による方向５６への力の合計よりもほんの少し小さい。好ましい実施形態では、圧力Ｐ３はこの段階の間中、ゲージ圧約１７２．３〜８６１．３ｋＰａ（２５〜１２５プサイア）で変化する。
【００３２】
室表面に与えられる力は、表面積で掛けた室の圧力に等しいことがよく知られている。したがって、圧力Ｐ１が働く封止部材２４の表面積より実質的に大きい、圧力Ｐ３が働くピストン３２の表面積を含めることにより、複数の図に示すように、圧力Ｐ１に対して実質的に小さい圧力Ｐ３で、方向５６への力に等しい、方向５８への力を与えることが可能である。したがって、好ましい実施形態では、圧力Ｐ１がゲージ圧２０６７０ｋＰａ（３０００プサイア）であるとき、圧力Ｐ３は、圧力Ｐ１によって与えられる力を十分に打ち消すためにゲージ圧約８６１．３ｋＰａ（１２５プサイア）であらねばならない。
【００３３】
矢印５８の方向の力が圧力Ｐ１による矢印５６の方向の力よりも大きくなるように、もしも圧力Ｐ３が十分に増加したならば、ロッドは付勢されて方向５８に動くようになり、それにより封止部材と出口との封止された係合を破壊することにより出口１８を開くことになるであろう。しかし、多くの用途のために、特にエアバッグの膨張テストのためには、完全な空気圧式バルブはバルブを非常にゆっくりと開き、その結果、繰り返される試験でバルブの開く時間に一貫性がないことにもなる。明らかに、もしバルブ１０がテスト状況下で使用されるならば、実際のエアバッグと同じ展開速度を適切にシミュレートするために、バルブは一貫して迅速に作動しなければならない。
【００３４】
圧力Ｐ３をさらに増加させずに、圧力Ｐ３によって与えられる力が圧力Ｐ１およびＰ２によって与えられる力の合計よりもほんの少し小さいように圧力Ｐ３が保持される。すなわち、出口は開くためにわずかの量の力しか必要としないが、出口はやはりロッドの封止部材によって完全に封止されている。例えば、第３の力が第１および第２の力の合計の９０％に等しいならば、電磁式アクチュエータはバルブを開くために、第１および第２の力の合計の１０％に打ち勝つ必要があるだけであろう。したがって、バルブの開放速度を変化させるために、Ｐ３が圧力Ｐ１およびＰ２に対して調整されることが可能である。
【００３５】
図９に示す段階では、空気圧式アクチュエータは作動を完了し、電磁式アクチュエータ４４は点火されている。圧力Ｐ３は圧力Ｐ１による力に拮抗し、その結果、電磁式アクチュエータは出口を開くために実質的に減少した打ち勝つための力を有する。すなわち、もし圧力Ｐ３が存在しないならば、電磁式アクチュエータは出口を開く際に、より大きな力に打ち勝たねばならず、それによりバルブ１０が開くのがより遅くなるであろう。さらに、適切な圧力Ｐ３を含めることにより、貯蔵器１４に貯蔵されたガスの圧力Ｐ１に関わらず、バルブ１０を迅速に一貫して開くことができる。
【００３６】
図２ａ〜図２ｃに関して考察したように、電磁式アクチュエータ４４の作動は、プレート４０をコイルＬから反発させる、反対方向に分極された強力な磁場を生成する。ロッド２６は筺体３０に摺動するように格納されており、プレート４０はロッドに安定して固定されているので、プレートのコイルからの反発力もまたロッドを出口から離すように動かす。もし回路４５が上記の好ましい実施形態に説明されたパラメータを有するならば、ロッドは激しく出口１８から離れるように反発され、約２ｍｓ内に直径２．５４ｃｍ（１インチ）の出口を開く。有利なことに、出口が割れて開くとすぐに、圧力Ｐ１が封止部材２４の前部を取り囲み、その前部に作用して、ロッドを方向５８に押すことにより出口を開ける助けをする。一旦出口が開くと、矢印６６によって示されるように高圧ガスが貯蔵器１４（および、もし存在すれば、補助容器２０）から放出される。
【００３７】
バルブ１０は単にテスト用エアバッグを膨張させる以上のことを行うために使用することができることを理解されたい。例えば、バルブ１０の端部に異なるノズルを使用して、衝撃波または超音速流などの特殊なガス流を生理学的または材料調査で生成し、調査することができることが考えられてきた。加えて、例えばシリンダ３４の後部の外に延在するロッド２６を延長することを選択して、ほんの少数の可能な適用例を挙げれば、ラム、穿孔機、プランジャ、衝突装置または発射体用発射手段としてロッド２６を使用することができる。
【００３８】
したがって、本発明の修正形態および変更形態は当業者にとって容易に明白であるべきであるが、本発明の目的は効率的に得られ、修正形態は請求された本発明の精神および範囲に入るものとして意図されることを理解されたい。また前述の説明は本発明の例示であり、制限であると考えるべきではないことを理解されたい。したがって、本発明の別の実施形態が、本発明の精神および範囲から離れることなく可能である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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