(57)【要約】【解決手段】  流体用筐体（５）と、流体用筐体（５）の内部に設けられている少なくとも１つの切替部材（６）と、流体用筐体（５）の外部に設けられているアクチュエーション手段（７０）とを備えるスイッチングバルブ（１００）であって、アクチュエーション手段（７０）は、流体用筐体（５）に衝撃状の力を与えることによって、切替部材（６）にパルス状に力を伝達させて、切替部材（６）を第１の位置（９１）から第２の位置（９２）へと移動させ、切替部材（６）は、第１の位置（９１）において、流体用筐体（５）を通る流路（３、４）の第１の流体状態を定め、切替部材（６）は、第２の位置（９２）において、流体用筐体（５）を通る流路（３、４）の第２の流体状態を定めており、第１の流体状態および第２の流体状態は、互いに異なるスイッチングバルブ（１００）を提供する。【選択図】  図１
2010534800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチングバルブ（１００）であって、
流体用筐体（５）と、
前記流体用筐体（５）の内部に設けられている少なくとも１つの切替部材（６）と、
前記流体用筐体（５）の外部に設けられているアクチュエーション手段（７０）と
を備え、
前記アクチュエーション手段（７０）は、前記流体用筐体（５）に衝撃状の力を与えることによって、前記切替部材（６）にパルス状に力を伝達させて、前記切替部材（６）を第１の位置（９１）から第２の位置（９２）へと移動させ、
前記切替部材（６）は、前記第１の位置（９１）において、前記流体用筐体（５）を通る流路（３、４）の第１の流体状態を定め、前記切替部材（６）は、前記第２の位置（９２）において、前記流体用筐体（５）を通る流路（３、４）の第２の流体状態を定めており、
前記第１の流体状態および前記第２の流体状態は、互いに異なる
スイッチングバルブ（１００）。
【請求項２】
前記切替部材（６）は、前記第１の位置（９１）において、前記流路（３、４）の流体抵抗を可能な限り小さくして、前記第２の位置（９２）において、前記流路（３、４）の流体抵抗を可能な限り大きくする請求項１に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項３】
前記切替部材（６）は、前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のそれぞれにおいて、ポテンシャルエネルギーが最小値となっており、さらにエネルギーを消費することなく、安定して位置決めされており、
前記切替部材（６）は、前記アクチュエーション手段（７０）から離脱エネルギーを供給されている間、前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち一方から前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち他方へと移動する請求項１または請求項２に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項４】
前記アクチュエーション手段（７０）は、前記流体用筐体（５）に対する前記衝撃状の力を用いて、前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち一方に前記切替部材（６）を留めているポテンシャルエネルギーのポテンシャル障壁、および、対応する位置（９１、９２）から前記切替部材（６）が離脱しないようにしている別の力を克服して、前記切替部材（６）に前記離脱エネルギーを供給する請求項３に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項５】
前記流体用筐体（５）は、
前記流体用筐体（５）の内部に前記切替部材（６）を保持する保持部材（２）
を有し、
前記保持部材（２）は、前記第１の位置（９１）または前記第２の位置（９２）に安定して前記切替部材（６）を位置決めして、
前記保持部材（２）は、前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち一方から前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち他方へと前記切替部材（６）を移動させるための前記切替部材（６）を介して入力される動的エネルギーを受け取る請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項６】
前記保持部材（２）は、１以上のバネを含む請求項５に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項７】
前記アクチュエーション手段（７０）は、前記流体用筐体（５）に対して与える前記衝撃状の力を、前記流体用筐体（５）の第１の筐体外部点（１０１）または第２の筐体外部点（１０２）において発生させ、
前記第１の筐体外部点および前記第２の筐体外部点（１０１、１０２）は、前記第１の位置（９１）に配置されている前記切替部材（６）の第１の重心（１０３）および前記第２の位置（９２）に配置されている前記切替部材（６）の第２の重心（１０４）によって形成されているアクチュエーション軸（１０５）上に位置しており、
前記衝撃状の力は、前記アクチュエーション軸（１０５）上で、前記第１の重心および前記第２の重心（１０３、１０４）の方向において発生する請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項８】
前記アクチュエーション手段（７０）は、前記第１の筐体外部点および前記第２の筐体外部点（１０１、１０２）のうち一方において、または、前記第１の筐体外部点および前記第２の筐体外部点（１０１、１０２）の両方において、前記衝撃状の力を発生させる請求項７に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項９】
前記切替部材（６）は、球体である請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１０】
前記流体用筐体（５）の前記第１の筐体外部点および前記第２の筐体外部点（１０１、１０２）の領域は、可撓膜（１０８）または剛体壁（１０９）である請求項７から請求項９のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１１】
前記アクチュエーション手段（７０）は、
変換部材（１２）と、
接触部材（７）と
を有し、
前記変換部材（１２）は、設けられているエネルギー源からのエネルギーを動的エネルギーへと変換して、前記接触部材（７）を駆動して、前記衝撃状の力を発生させる請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１２】
前記アクチュエーション手段（７０）はさらに、前記変換部材（１２）が変換した前記動的エネルギーを前記接触部材（７）に伝達するための押動部材（８）を有する請求項１１に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１３】
前記押動部材（８）は、第１の端部が固定されており、第２の端部は移動可能で、前記第２の端部の領域において前記接触部材（７）が実装されている請求項１２に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１４】
前記押動部材（８）は、ヒンジ（１５）または軸受（２４）を含む請求項１２に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１５】
前記変換部材（１２）が変換した前記動的エネルギーは、第１のレバーアーム（３０１）から第２のレバーアーム（３０２）へと伝達され、
前記第１のレバーアーム（３０１）は、前記変換部材（１２）が前記押動部材（８）に力を与える点と、前記軸受（２４）または前記ヒンジ（１５）の軸（３００）とによって形成され、
前記第２のレバーアーム（３０２）は、前記接触部材（７）が前記流体用筐体（５）に力を与える点と、前記軸受（２４）または前記ヒンジ（１５）の軸（３００）とによって形成されている請求項１４に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１６】
前記変換部材（１２）は、圧電屈曲変換器、圧電スタック、電磁駆動部、静電駆動部、空気圧駆動部、水圧駆動部、または機械的伝達式の手動駆動部である請求項１１から請求項１５のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１７】
前記アクチュエーション手段（７０）は、前記変換部材（１２）によって前記離脱エネルギーが蓄積され、前記接触部材（７）に対して前記離脱エネルギーを与えるエネルギー格納部（１）を有する請求項１１から請求項１６のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１８】
前記エネルギー格納部（１）は、前記流体用筐体（５）に対する前記衝撃状の力の方向とは逆方向に事前に荷重を付与可能な事前荷重付与可能バネである請求項１７に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１９】
前記流体用筐体（５）は、前記スイッチングバルブ（１００）を閉鎖するべく、前記第２の位置（９２）に配置される前記切替部材（６）と共に、前記流体用筐体（５）を通る流体の流れを封止する封止部材（１３）を有する請求項１から請求項１８のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項２０】
前記流体用筐体（５）は、少なくとも１つの中間部材（１４）を用いて、前記流体用筐体（５）および前記中間部材（１４）を介して、前記アクチュエーション手段（７０）から前記切替部材（６）へとパルス伝達を行う請求項１から請求項１９のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項２１】
前記流体用筐体（５）は、帰還バネ（２０）または磁気帰還機構を用いて、少なくとも１つの中間部材（１４）を静止位置へと戻す請求項２０に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項２２】
前記切替部材（６）は、
パルス受け取り部（１６）と、
穿孔（１８）を含む回転部材（１９）と、
前記パルス受け取り部（１６）を前記回転部材（１９）へと固定接続する剛体接続部材（１７）と
を有し、
前記パルス受け取り部（１６）は、前記切替部材（６）の前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）に対応付けられている２つの位置（９１、９２）に配置され、
前記パルス受け取り部（１６）は、前記流体用筐体（５）に対する前記衝撃状の力のパルスを受け取って、前記パルスを前記剛体接続部材（１７）を介して前記回転部材（１９）に伝達して、
前記回転部材（１９）は、前記パルスを回転運動に変換して、前記切替部材（６）を前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち一方（９１）から前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち他方（９２）へと移動させて、
前記回転部材（１９）は、前記第１の位置（９１）において、流体が前記穿孔（１８）を流れるように前記流体用筐体（５）を通る前記流路（３、４）を開通して、前記第２の位置（９２）において、前記回転部材（１９）と共に前記穿孔（１８）を回転させることによって、前記流体用筐体（５）を通る前記流路（３、４）を封鎖する請求項１から請求項２１のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項２３】
前記流体用筐体（５）は、切替部材（６）が前記第１の位置（９１）にある場合に、前記流体用筐体（５）を通る第１の流路（３１、４）を開通し、前記流体用筐体（５）を通る第２の流路（３２、４）を封鎖し、
前記流体用筐体（５）は、切替部材（６）が前記第２の位置（９２）にある場合に、前記流体用筐体（５）を通る前記第２の流路（３２、４）を開通し、前記流体用筐体（５）を通る前記第１の流路（３１、４）を封鎖し、
前記第１の流路（３１、４）および前記第２の流路（３２、４）は、異なる流路である
請求項１から請求項２２のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項２４】
前記切替部材（６）は、エネルギー供給が停止されると、前記第２の位置（９２）に配置されて、可能な限り流体抵抗を大きくする請求項１から請求項２３のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項２５】
前記アクチュエーション手段（７０）は、複数の筐体外部点（１０１）において前記流体用筐体（５）に対して前記衝撃状の力を発生させて、前記第１の位置（９１）または前記第２の位置（９２）から、前記複数の筐体外部点（１０１）において前記切替部材（６）に作用する力を重畳した結果に応じて決まる別の位置（９１ａ、９１ｂ、９１ｃ）へと前記切替部材を移動させる請求項１から請求項２４のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項２６】
前記アクチュエーション手段（７０）はさらに、プログラム可能な制御を有し、前記制御によって、前記複数の筐体外部点（１０１）のうちの複数の筐体外部点（１０１）において、前記流体用筐体（５）に対して、制御信号に基づいて、前記力を発生させて、前記少なくとも１つの切替部材（６）を、前記制御に応じて予め決まっている位置に配置する
請求項２５に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの切替部材（６）が配置される位置（９１、９２、９１ａ、９１ｂ、９１ｃ）によって決まる複数の切替状態をさらに備え、
前記複数の切替状態はそれぞれ、前記流体用筐体（５）を通る少なくとも１つの流路（３、４）に対応付けられている
請求項１から請求項２６のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項２８】
スイッチングバルブ（１００）を切り替える方法（２００）であって、
前記スイッチングバルブ（１００）は、
流体用筐体（５）と、
前記流体用筐体（５）の内部に設けられている少なくとも１つの切替部材（６）と、
前記流体用筐体（５）の外部に設けられているアクチュエーション手段（７０）と
を備え、
前記方法（２００）は、
前記アクチュエーション手段（７０）によって前記流体用筐体（５）に対して衝撃状の力を与えて、前記切替部材（６）に対してパルス状に力を伝達して、前記切替部材（６）を第１の位置（９１）から第２の位置（９２）へと移動させるステップ（２０１）
を備え、
前記切替部材（６）は、前記第１の位置（９１）において、前記流体用筐体（５）を通る流路（３、４）の第１の流体状態を定めており、
前記切替部材（６）は、前記第２の位置（９２）において、前記流体用筐体（５）を通る流路（３、４）の第２の流体状態を定めており、
前記第１の流体状態および前記第２の流体状態は、互いに異なる
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、スイッチングバルブおよびスイッチングバルブを切り替える方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチングバルブは、流体の流れのオン・オフを切り替えたり、または、ある流路から別の流路へと切り替えたりする多くの分野で必要とされる。例えば、自動化技術、気圧力学、加工技術、自動車関連技術、または医療関連技術等の分野に関連する。利用する流体が、例えば、化学薬品、燃料または体液など、有害であったり、危険性または感度の高い流体である場合、スイッチングバルブの耐用年数は内部の流路の封止機能が高いか否かに応じて決まり得る。例えば、電子アセンブリ、抵抗器、コイル、または屈曲変換器と流体とが接触すると、バルブの耐用年数を縮めてしまう問題が発生する場合がある。このような問題は、生体適合性についても見られる場合がある。例えば、電気アセンブリは、生体適合性の無い材料を含む場合がある。しかし、バルブによって切り替えられる対象が例えば体液であるような場合、この体液が生体適合性を有する物質のみと接触することは非常に重要である。例えば、この流体が生体適合性を有さない物質と接触すると、医療関連の認可手続きにおいては、特に生体適合性のバックグラウンドに関して問題が発生し得る。スイッチングバルブは、流体を充填するバルブ内領域または流体が接触するバルブ内領域に配置されているバルブ構成要素は、流体に対して感度を有さない構成要素のみとなるように構成されているという利点を持つ。
【０００３】
例えば、弁座に対してバネ付ボルトが付勢されているバルブが知られている。電磁石を用いて弁座からボルトを持ち上げることによって、バルブを開けることができる。
【０００４】
一例を挙げると、独国特許公開第３８３５７８８  Ａ１号明細書には、弁座に配置され、弁座を横断する方向に動作する駆動デバイスによる横方向の衝撃によって弁座から放出されるボールを備える高速切り替えボールバルブが記載されている。この後に、ボールを押し流して弁座へと戻すような流動が開始されることによって、ボールは弁座へと戻る。しかし、独国特許公開第３８３５７８８  Ａ１号明細書の発明によると、２つの対応する流体状態を制御して、エネルギー消費をさらに大きくすることなくこれら２つの対応する流体状態を維持することが出来ない。逆に、独国特許公開第３８３５７８８  Ａ１号明細書の発明は、２つの流体状態の切り替えを高速に実行することを目的とし、切替時間を短くして繰返回数を大きくすることによってこの目的を実現する。このため、独国特許公開第３８３５７８８  Ａ１号明細書の発明によると、閉じたバルブの流体状態が常に好ましく、エネルギーの利用は、バルブを短時間開放するために必要となる。
【０００５】
独国特許発明第１９７３４８４５  Ｃ１号明細書の発明に記載されているように、流入用開口および流出用開口を有する空間と、可動バルブ部材によって閉じることが可能であって、アクチュエーション信号に応じて開き、再度閉じる弁座とを備える高速切替バルブが知られている。この場合、弁座は、アクチュエータによって支持されていて、アクチュエーション信号に応じて、バルブ部材が追従可能な速度よりも速い速度でバルブ部材から離れるように移動する。このような高速切替バルブの場合も、バルブの閉じている状態が好ましく、バルブが開いた状態は、アクチュエータによってエネルギーが供給されている間の短時間のみ、維持される。アクチュエータを流体チャンバ内に配置する場合、アクチュエータの電子部品または電気ラインの磨耗および損傷を考慮しなければならない。アクチュエータを流体チャンバの外に配置する場合、バルブ部材の慣性質量を利用するべく弁座が突然移動するので、例えば可撓性のラインとして構成されている流入口および流出口の磨耗および損傷を考慮しなければならない。また、独国特許発明第１９７３４８４５  Ｃ１号明細書の発明は、流体の流れによって再度閉じられるように構成されている自動閉鎖弁である。継続的な流動を実現する唯一の方法は、永久的にアクチュエータにエネルギーを供給して、例えば、弁座を揺動運動させることである。このため、当該特許文献が開示するスイッチングバルブは、所定の切替位置を２つ以上取ることができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、磨耗の少ないバルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、流体用筐体と、流体用筐体の内部に設けられる少なくとも１つの切替部材と、流体用筐体の外部に設けられているアクチュエーション手段とを備える請求項１に記載のスイッチングバルブ、または、請求項２８に記載されているスイッチングバルブを切り替える方法によって実現される。
【０００８】
当該スイッチングバルブは、切替部材が流体用筐体の内部に実装され、アクチュエーション手段が流体用筐体の外部に実装されているので、磨耗の程度を低く抑えつつ動作し得る。これは、精密部品である電子部品または機械部品等を有するアクチュエーション手段が、危険性が高い可能性がある流体と接触しないためである。
【０００９】
当該スイッチングバルブは、流体用筐体に衝撃状の力を与えることによって、切替部材にパルス状に力を伝達させて、切替部材を第１の位置から第２の位置へと移動させるアクチュエーション手段を備える。尚、切替部材は、第１の位置において、流体用筐体を通る流路の第１の流体状態を定め、切替部材は、第２の位置において、流体用筐体を通る流路の第２の流体状態を定めており、第１の流体状態および第２の流体状態は、互いに異なる。
【００１０】
本発明の根幹となる考えは、流体用筐体の壁面を介したパルス状伝達によって、切替部材に対してアクチュエーション手段から衝撃状の力を伝達して、切替部材とアクチュエーション手段とを互いから空間的に分離させることによって、アクチュエーション手段を危険性の流体から保護する必要をなくす、というものである。スイッチングバルブの切替機能から、スイッチングバルブの駆動機能を分離することによって、スイッチングバルブの磨耗を特に低く抑えることができる。
【００１１】
流体用筐体の内部において、切替部材は２つの対応する位置を取るとしてよい。これら２つの位置はそれぞれ、特定の流体状態を特徴とする。例えば、第１の位置は、バルブ開放状態に対応するとしてよく、第２の位置はバルブ閉鎖状態に対応するとしてよい。例えば、バルブ開放状態は、第１の流体状態によって説明され得る一方、バルブ閉鎖状態は、第２の流体状態によって説明され得る。第１の位置および第２の位置は共に、アクチュエーション手段によって流体用筐体に与えられる衝撃状の力によって、実現されるとしてよい。これら２つの位置は、いずれか片方がより好ましい位置となるものではなく、ある位置が実現されると、アクチュエーション手段がエネルギーをさらに供給することによって、流体用筐体に対して新たに衝撃を与えて、切替部材の位置を変えるまでの期間にわたって、バルブによって当該位置が維持される。
【００１２】
ある流体切替状態は、実現された後、さらなるエネルギー消費を必要とすることなく、維持されるとしてよい。２つの流体状態、例えば、流体抵抗に対応付けられる２つの流体切替状態の間で切り替えを実行する場合には、エネルギーを供給する必要がある。切替動作の後、エネルギー供給は、新たに切替が所望されるまで、中断または停止されるとしてよい。
【００１３】
切替部材とアクチュエーション手段とを互いから媒体分離して、切替部材は流体用筐体の内部に配置され、アクチュエーション手段は流体用筐体の外部に配置されているので、スイッチングバルブは、流体に起因する磨耗および損傷に影響されにくいように構成され得る。駆動部の重要部品はアクチュエーション手段の内部に収納されており、アクチュエーション手段は流体用筐体の外部に配置されているので、アクチュエーション手段の電子部品は流体と接触しない。また、スイッチングバルブは、２つの流体状態の間で切り替えを実行するために流体用筐体を移動させる必要がないので、流体をスイッチングバルブに接続するために可撓性、つまり可動性の供給管を利用する必要はない。このため、流体用筐体を通る流路は、例えば、磨耗の少ない、理想的には磨耗しない接続部材を用いて形成するとしてよい。
【００１４】
ここで、「ｎ／ｍウェイバルブ」という用語は、ｎ個の流入口および流出口を有し、合計でｍ個の切替状態を実現するバルブを意味するものと理解されたい。以下に記載するさまざまな例は、これらに限定されないが、２／２ウェイバルブおよび３／２ウェイバルブとして実現され、流体切替部材が２つの切替状態のうち一方を実現して、変換部材は切替動作を行う場合以外はエネルギーを消費しない。一例として、本明細書に記載する全ての実施形態に係るバルブについて、流体切替部材としてボールが利用され、当該ボールは、どちらの切替状態についてもセルフセンタリング機能によって位置決め部材内で自身の位置を決めるものと仮定する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明の好ましい実施形態は、添付図面を参照しつつ以下でより詳細に説明する。添付図面は以下の通りである。
【００１６】
【図１】実施形態に係るスイッチングバルブの概略縦断面図である。
【００１７】
【図２Ａ】別の実施形態に係るスイッチングバルブを示す概略横断面図である。
【図２Ｂ】別の実施形態に係るスイッチングバルブを示す概略縦断面図である。
【００１８】
【図３Ａ】別の実施形態に係るスイッチングバルブを示す概略横断面図である。
【図３Ｂ】別の実施形態に係るスイッチングバルブを示す概略縦断面図である。
【００１９】
【図４Ａ】別の実施形態に係るスイッチングバルブを示す概略横断面図である。
【図４Ｂ】別の実施形態に係るスイッチングバルブを示す概略縦断面図である。
【００２０】
【図５Ａ】別の実施形態に係るスイッチングバルブを示す概略横断面図である。
【図５Ｂ】別の実施形態に係るスイッチングバルブを示す概略縦断面図である。
【００２１】
【図６】別の実施形態に係るスイッチングバルブを示す概略横断面図である。
【００２２】
【図７】別の実施形態に係るスイッチングバルブを示す概略横断面図である。
【００２３】
【図８Ａ】第１の位置にある別の実施形態に係るスイッチングバルブを示す概略縦断面図である。
【図８Ｂ】第２の位置にある別の実施形態に係るスイッチングバルブを示す概略縦断面図である。
【００２４】
【図９Ａ】別の実施形態に係るスイッチングバルブを示す概略縦断面図である。
【図９Ｂ】別の実施形態に係るスイッチングバルブを示す概略横断面図である。
【００２５】
【図１０】別の実施形態に係るスイッチングバルブを示す概略縦断面図である。
【００２６】
【図１１】別の実施形態に係るスイッチングバルブを示す概略縦断面図である。
【００２７】
【図１２】別の実施形態に係るスイッチングバルブを示す概略縦断面図である。
【００２８】
【図１３】スイッチングバルブを切り替える方法を示す図である。
【００２９】
【図１４】実施形態に係る多重スイッチングバルブを示す概略横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、実施形態に係るスイッチングバルブ１００を示す概略縦断面図である。スイッチングバルブ１００は、流体用筐体５と、流体用筐体５の内部に設けられている切替部材６と、流体用筐体５の外部に設けられているアクチュエーション手段７０とを備える。流体は、本実施形態では流入口４および流出口３によって定められる流路３、４が、第１の流体状態となる場合、流体用筐体５を通り抜けるように流れるとしてよい。第１の流体状態とは、例えばバルブの開放状態を表しており、流体が流入口４から流出口３へと遮られることなく流れる状態を意味するものとする。しかし、切替部材６は、第２の位置９２にある場合、流体用筐体５を通る流路３、４の第２の流体状態を形成する。第２の流体状態は、第１の流体状態とは異なり、例えばスイッチングバルブ１００の閉鎖状態を表す。
【００３１】
以下では、第１の位置は参照番号９１を用いて表し、第２の位置は参照番号９２を用いて表す。これは、優先順位を表すものではない。第１の位置９１を第２の位置と呼ぶことも、第２の位置９２を第１の位置と呼ぶことも可能である。
【００３２】
切替部材６は、アクチュエーション手段７０が流体用筐体５に対して与える衝撃状の力によって、２つの位置９１、９２のうち一方から、２つの位置９１、９２のうち他方へと切り替えられる。流体用筐体５を介して切替部材６に対してアクチュエーション手段７０からパルス状に伝達するべく、流体用筐体５は、２つの位置決め部材９３、９４を有するように形成されている。位置決め部材９３、９４は、切替部材６を、第１の位置９１（第１の位置決め部材９３を利用）または第２の位置９２（第２の位置決め部材９４を利用）に安定して位置決めする。例えば、位置決め部材９３、９４は、切替部材６を受け入れるためのポケットとして形成されるとしてよい。第２の位置決め部材９４は、流出口３に対して封止を実現するべく封止座部として形成されるとしてもよい。
【００３３】
切替部材６は、第１の位置９１に安定して位置決めされている場合、例えば、流体用筐体５の右側からわずかな距離だけ離間された場所に配置されているとしてよく、流体用筐体５の外壁の第１の筐体外部点１０１に対してアクチュエーション手段７０が衝撃を加えることに応じて、アクチュエーション手段７０のパルスが、略損失無しで、切替部材６に伝達され得る。切替部材６は、パルスによって伝達されるエネルギーを用いて、第１の位置９１から第２の位置９２へと移動するとしてよい。パルスのエネルギーを伝達する流体用筐体５の領域を、伝達部１０８、１０９とも呼ぶとしてよい。
【００３４】
以下では、剛体壁として構成されている流体用筐体５の領域における伝達部を、参照番号１０９を用いて表し、膜として構成されている流体用筐体５の領域における伝達部を、参照番号１０８を用いて表す。
【００３５】
切替部材６は、パルスによって伝達されるエネルギーを用いて、切替部材６を２つの位置９１、９２のうちいずれかに留まらせているポテンシャルエネルギーのポテンシャル障壁、および、対応する位置９１、９２から切替部材６を離れさせないようにしている他の力を克服して、第１の位置９１から第２の位置９２へと移動する。ポテンシャルエネルギーのポテンシャル障壁は、例えば、保持部材２によって発生するとしてよい。保持部材２は、例えば、流体用筐体５の内部に切替部材を留めておくための１以上のバネを有する。第１の位置９１または第２の位置９２において１以上のバネを、例えば、流体用筐体５の内部で可能な最大長を構成するようにたわませるとしてよい。その後、バネの弾性を維持しつつ１以上のバネを緩和させると、ポテンシャルエネルギーが最小値を取り、対応する第１の位置９１または第２の位置９２に切替部材６を安定して位置決めすることができる。
【００３６】
位置９１、９２のうちいずれか一方から切替部材６が離れないように作用しているその他の力には、例えば、摩擦力または流体によって発生する力があるとしてよい。これらの力、および、例えば１以上のバネとして構成されている保持部材２が切替部材６に対して加える力を克服するためには、本質的に離脱エネルギーと呼ばれ、アクチュエーション手段７０から切替部材６へと伝達されるエネルギーが必要となる。
【００３７】
アクチュエーション手段７０から切替部材６へのパルス伝達を最適化するためには、衝撃の伝達が、第１の筐体外部点１０１または第２の筐体外部点１０２において発生することが理想的である。第１の筐体外部点１０１および第２の筐体外部点１０２は共に、第１の位置９１に配置されている切替部材６の第１の重心１０３、および、第２の位置に配置されている切替部材６の第２の重心１０４によって形成されるアクチュエーション軸１０５上に配置されている。実世界の条件下では、衝撃は、常に第１の筐体外部点１０１または第２の筐体外部点１０２において発生するとは限らないが、第１の筐体外部点１０１および第２の筐体外部点１０２の周囲の領域において発生する。この周囲の領域は、アクチュエーション手段７０および切替部材６の実現に応じて、つまり、製作公差に応じて、比較的小さくなったり、または、比較的大きくなったりする。また、実世界の条件下では、第１の筐体外部点１０１および第２の筐体外部点１０２はどちらも、必ずしもアクチュエーション軸１０５上に配置されていない。
【００３８】
しかし、別の実施形態によると、筐体外部点１０１、１０２および第１の位置９１および第２の位置９２にある場合の切替部材６の重心１０３、１０４がアクチュエーション軸１０５上に配置されていなくても、パルス伝達は実現されるとしてよい。しかし、本実施形態によると、アクチュエーション手段７０から切替部材６へのエネルギー伝達効率が低くなってしまうと思われるので、例えば、２つの位置９１、９２のうち一方から切替部材６を離脱させるために必要なエネルギーが、離脱エネルギーよりも大きくなってしまう場合がある。
【００３９】
図１に示す実施形態によると、例えば球体として実現されている切替部材６が、封止機能および配置機能を実現していることが分かる。切替部材６の封止機能は、例えば、切替部材６が、第２の位置９２を取る場合に、流出口３において流路３、４を封鎖または封止することによって実現されているとしてよい。切替部材６の配置機能は、例えば、切替部材６が第２の位置９２を取る場合に、アクチュエーション手段７０のパルスを伝達するべく、流体用筐体５の内壁に接触して配置されているか、または、内壁の近傍に配置されていることによって、実現されているとしてよい。本実施形態によると、切替部材６は、さまざまな位置において封止公差および配置公差を持つように実現される。本明細書において「封止公差」および「配置公差」という用語は、「封止公差」および「配置公差」が定義される位置における切替部材６の所定の水準の製作精度を指定する製作公差を意味するものと理解されたい。流出口３を封鎖して、且つ、流体用筐体５の内壁に接触するように配置される切替部材６を得るためには、例えば、配置位置および封止位置において切替部材６の製作精度には高い水準が要求される。
【００４０】
本発明によると、アクチュエーション手段７０は、流体用筐体５の外部に設けられている。例えば、アクチュエーション手段７０は、バルブ筐体１１の内部に配置されているとしてもよい。バルブ筐体１１は、流体用筐体５およびアクチュエーション手段７０を含む筐体としてよい。このようにして実現される媒体分離は、アクチュエーション手段７０の電子デバイスが流体と直接接触せずにすみ、耐磨耗度の改善が期待され得るので、アクチュエーション手段７０の構成に関して特に利点がある。
【００４１】
図１に示す実施形態によると、アクチュエーション手段７０は、接触部材７と、押動部材８と、エネルギー格納部１とを有するとしてよい。これらの構成要素は、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、より詳細に以下で説明する。
【００４２】
図２Ａは、別の実施形態に係るスイッチングバルブ１００を示す概略横断面図である。流体用筐体５は、例えば、バルブ筐体１１に接続されるとしてよく、形状が例えば球状の切替部材６が内部に配置されているとしてよい。流体用筐体５の内部には、例えば、第１の位置９１においてポケットとして形成されている第１の位置決め部材９３と、例えば、第２の位置９２において封止座部として形成されている第２の位置決め部材９４とが設けられているとしてよい。保持部材２は、例えば、１以上のバネから形成されているとしてよい。本実施形態によると、流体用筐体５は、アクチュエーション手段７０から切替部材６へのパルス伝達が行われる位置において、伝達部１０８とも呼ばれる、膜として実現され得る特定の形状の構成を有する。流体用筐体５は上記以外の構成要素として、流入口４および流出口３を有するとしてよい。切替部材６の切替動作を実行するべく、バルブ筐体１１の内部には、例えば、押動部材８、変換部材１２、および２つの接触部材７が設けられるとしてよい。
【００４３】
さらに、本実施形態によると、例えば、事前に荷重を付与可能なバネとして構成されているエネルギー格納部１が２つ図示されている。
【００４４】
アクチュエーション手段７０は、例えば、変換部材１２および接触部材７を有するとしてよい。変換部材１２は、例えば、設けられているエネルギー源から供給されるエネルギーを動的エネルギーへと変換する機能を持つとしてよい。接触部材７は、流体用筐体５に接触して、切替部材６に対してパルス状に力を伝達する機能を持つとしてよい。また、アクチュエーション手段７０は、押動部材８を有するとしてよい。押動部材８は、例えば、変換部材１２によって変換された動的エネルギーを、接触部材７へと伝達する機能を持つとしてよい。押動部材８と接触部材７とを接続することが可能である。押動部材８はさらに、アクチュエーション手段７０を流体用筐体５に取り付ける機能、または、アクチュエーション手段７０を流体用筐体５およびアクチュエーション手段７０を含むバルブ筐体１１へと取り付ける機能を持つとしてよい。
【００４５】
押動部材８および変換部材１２が一のユニットを形成することが実現可能である。エネルギー格納部１は、スイッチングバルブ１００を機能させる上で、必ず必要な構成要素ではない。エネルギー格納部１と、変換部材１２または押動部材８とで、一のユニットを形成することが実現可能である。本例では、押動部材８は、回転運動を行うとしてよい。接触部材７は、押動部材８に接続されるとしてよく、押動部材８と共に集合体を表すとしてよい。接触部材７は、押動部材８と共に、一のユニットを形成することが実現可能である。押動部材８は、伝達部１０８の位置において接触部材７と流体用筐体５とが接触することなく、所定の範囲の角度にわたって、移動するとしてよい。変換部材１２は、電気エネルギー源、圧電性エネルギー源、水圧エネルギー源、または空気エネルギー源からエネルギーを受け取って、押動部材８の回転方向のうち少なくとも１つの方向の力を生成するとしてよい。押動部材８は、変換部材１２が押動部材８に与える力によって、押動部材８および接触部材７の対応する回転方向の回転運動を生じさせるように、変換部材１２に接続されているとしてよい。
【００４６】
押動部材８は、例えば、軸受２４またはヒンジ１５を有するとしてよい。変換部材１２が供給する動的エネルギーを、押動部材８の第１のレバーアーム３０１から接触部材７へと、押動部材８の第２のレバーアーム３０２を介して、伝達することが可能である。第１のレバーアーム３０１および第２のレバーアーム３０２の共通レバー軸３００は、軸受２４またはヒンジ１５の軸によって定められるとしてよい。
【００４７】
静止状態において、つまり、２つの切替動作の間の状態において、押動部材８は、回転方向における２つの最大回転可能角度によって定まる範囲内の角度を取る位置にあるとしてよい。本例によると、最大回転可能角度は、膜における伝達部１０８によって定まる。
【００４８】
スイッチングバルブ１００の切替動作について説明すると、変換部材１２は、エネルギー供給を受けて、接触部材７と共に少なくとも押動部材８を駆動するとしてよい。この結果、回転運動が生じる。当該回転運動の第１の段階では、少なくとも押動部材８および接触部材７が動的エネルギーを受け取り、当該回転運動のさらなる段階では、この動的エネルギーが少なくとも部分的に、２つの接触部材７のうち一方による一回の衝撃動作によって、膜である伝達部１０８のうち１つおよび切替部材６に伝達されるとしてよい。この後、切替部材６は、第１の位置９１から第２の位置９２へと移動するか、または、第１の位置９１に留まるとしてよい。第１の位置９１および第２の位置９２は、本明細書によると、流体用筐体５の位置決め部材９３、９４として設けられている構成によって定められる。位置決め部材９３、９４は、切替部材６の位置を安定して定める。
【００４９】
切替動作の程度は、さまざまなレベルに設定されるとしてよい。まず、例えば、接触部材７が、移動の開始から衝撃が発生するまで、膜である伝達部１０８に向かう方向に移動するとしてよい。また、エネルギー格納部１のうち少なくとも１つがエネルギーを受け取ると、接触部材７が最初は反対方向に移動して、つまり、接触すべき対象である膜の伝達部１０８から離れるように移動して、押動部材８の回転角度が特定の回転角度になると移動の方向を反転して、この反転後に接触部材７が膜である伝達部１０８に向かって移動することも可能である。
【００５０】
切替部材６に対してエネルギーを伝達するために衝撃を与えているので、例えば、切替部材６に対して少なくとも十分に大きいパルスを生成することができ、離脱エネルギーが与えられるとしてよい。衝撃を付与する動作について、切替部材６は、衝撃が与えられる前に、接触すべき対象である膜の伝達部１０８と接触していることが有利である。または、接触すべき対象である膜の伝達部１０８は、衝撃付与動作において少ない消費エネルギーで、切替部材６と接触するまで変形可能であることが有利である。エネルギー伝達は、例えば、衝撃が発生する箇所が中央である場合に、そして、移動した部分の有効質量、つまり、実質的に押動部材８および接触部材７の有効質量が、移動させるべき切替部材６の質量と略同等となる場合に、最も効率よく実行されるとしてよい。
【００５１】
図２Ｂは、当該実施形態に係るスイッチングバルブ１００を示す概略縦断面図である。切断面２１は、図２Ｂの概略縦断面図を得るべく、図２Ａに従ってスイッチングバルブ１００を切断した平面を表している。この断面を用いて説明すると、図２Ａでは留め金の形状を持つものとして図示されている押動部材８が、図２Ｂでは２つの矩形部材８として表されている。伝達位置１０８において、つまり、アクチュエーション手段７０から切替部材６へとパルスが伝達される位置において、流体用筐体５は膜状の部材として構成されている。押動部材８は、バネ部材として実現されているエネルギー格納部１によって加速されて、接触部材７によって流体用筐体５の膜に当たり、パルスを切替部材６に与える。この結果、切替部材６は第１の位置９１から第２の位置９２へと切り替えられるとしてよい。本実施形態によると、切替部材６は、バネとして構成されている保持部材２によって、第１の位置９１または第２の位置９２に保持されており、切替部材６は、第１の位置９１にある場合に、流体用筐体５を通る流路３、４を開通し（例えば、「バルブ開放状態」）、第２の位置９２にある場合に、流体用筐体５を通る流路３、４を封鎖する（例えば、「バルブ閉鎖状態」）ことができる。
【００５２】
図３Ａは、別の実施形態に係るスイッチングバルブ１００を示す概略横断面図である。図３Ａに示す実施形態と、図２Ａおよび図２Ｂに示す実施形態との本質的な相違点は、２つの変換部材１２および２つの押動部材８を備える駆動部を利用している点にある。本実施形態によると、押動部材８は軸受２４を有し、２つの押動部材８がそれぞれ、１つの軸受２４を有しているとしてよい。変換部材１２を用いることによって、押動部材８を、軸受２４の軸を中心とした回転によって屈曲させて、屈曲によって、事前に荷重を付与可能なバネとして構成されているエネルギー格納部１に対して離脱エネルギーを供給する。エネルギー格納部からエネルギーを放出することによって、または、事前に荷重が付与されたバネを緩和させることによって、蓄積されていた離脱エネルギーがエネルギー格納部１から放出されて、流体用筐体５に対して衝撃状の力を与える。
【００５３】
例えば、駆動機構は、電磁駆動装置、静電駆動装置、圧電駆動装置、空気圧駆動装置、水圧駆動装置、または、機械的伝達式の手動の駆動装置として構成されるとしてよい。事前に荷重が付与可能なバネは、流体用筐体５に対して与えられる衝撃状の力の方向とは逆方向に、事前に荷重を付与可能であるとしてよい。別の実施形態によると、変換部材１２は、流体用筐体５に対して、エネルギー格納部１を利用することなく必要なパルスを与えるとしてよく、例えば、圧電屈曲性変換器、圧電スタック、電磁駆動装置、静電駆動装置、空気圧駆動装置、水圧駆動装置、または機械的伝達式の手動の駆動装置として構成されるとしてよい。
【００５４】
変換部材１２に対するエネルギー供給は、例えば、永久的に行う必要はない。エネルギー供給が必要となるのは、切替部材６を、２つの位置９１、９２のうち一方から、２つの位置９１、９２の他方へと移動させる場合である。所望の流体切替状態が実現されると、例えば、エネルギー供給は変換部材１２から切断されるとしてよい。
【００５５】
図３Ｂは、当該実施形態に係るスイッチングバルブ１００を示す概略縦断面図である。図３Ｂの縦断面図では、図２Ｂに示す実施形態との相違点を見出すことができない。この断面図は、押動部材８が、第２の実施形態と同様に単一の部品として構成されるのではなく、２つの別個の部品から構成されていることを図示していない。図２Ａおよび図２Ｂに示す実施形態では単一の変換部材１２がエネルギー変換を担っているが、図３Ａおよび図３Ｂに示す実施形態では、２つの変換部材１２を用いてエネルギー変換が実行される。
【００５６】
図４Ａは、別の実施形態に係るスイッチングバルブ１００を示す概略横断面図である。図４Ａは、図４Ｂに示す交線２１に沿って切断した面を図示する上面図である。本実施形態によると、アクチュエーション手段７０は、圧電屈曲変換器として選択されているパルス生成部を有する。しかし、このような構成を選択することは、図４Ａおよび図４Ｂに示す実施形態の基本的な機能原理には関係ない。圧電屈曲変換器は、変換部材１２および押動部材８を表し、一端で固定されて、他端で接触部材７を支持しているとしてよい。流体用筐体５の一部分である伝達部１０９の領域において、流体用筐体５は、剛体壁として構成されるとしてよい。剛体壁は、例えば、圧縮波を伝えることによって、アクチュエーション手段７０から切替部材６へとパルスを伝達することができる。このパルスは、伝達部１０９の領域において、剛体壁に対して与えられるとしてよい。圧電屈曲変換部は、例えば、押動部材８または変換部材１２に一体化されて、電圧が印加されると変形して、流体用筐体５の剛体壁１０９に対して接触部材７を加速するとしてよい。剛体壁の材料特性によって、例えば、接触部材７が伝達部１０９に衝突すると、流体用筐体５の剛体壁１０９において圧縮波が発生する。この過程において変形は突然発生し、パルスを効率良く伝えることができる。
【００５７】
本実施形態によると、押動部材８は、第１の端部において、変換部材１２と共に固定部２３によって固定されている。押動部材８は、接触部材７に接続されている第２の端部において、接触部材７に対して当該第２の端部に存在する動的エネルギーを伝達することと、パルスを流体用筐体５へと与えることとを目的として、移動可能となっている。
【００５８】
図４Ｂは、当該実施形態に係るスイッチングバルブ１００を示す概略縦断面図である。図４Ｂは、図４Ａの交線２１で切断した面を示す、側面図である。
【００５９】
図５Ａは、別の実施形態に係るスイッチングバルブ１００を示す概略横断面図である。図５Ａは、図５Ｂに示す交線２１に沿って切断した面を図示する上面図である。図５Ａおよび図５Ｂに示す実施形態は、図４Ａおよび図４Ｂに示す実施形態を基礎としている。変換部材１２として、図４Ａおよび図４Ｂの圧電屈曲変換器に代えて、圧電スタックを利用するので、バルブ筐体１１の寸法を縮小し得る。また、一例を挙げると、接触部材７が配設されている変換部材１２が流体用筐体５の両側に実現される場合、押動部材８を設けないとしてもよい。また、この構成に適応した固定部２３が設けられるとしてよい。
【００６０】
図５Ｂは、当該実施形態に係るスイッチングバルブ１００を示す概略縦断面図である。図５Ｂは、図５Ａの交線２１に沿って切断された側面図を示す。本実施形態によると、流体用筐体５は、伝達部１０９の領域において、剛体壁として形成されているので、変換部材１２の圧電スタックから与えられる衝撃は、接触部材７を介して、流体用筐体５の伝達部１０９へと伝達され、さらに切替部材６へと伝達され得る。変換部材１２として圧電スタックを利用することによって、必要な空間を小さくすることができる。変換部材１２の固定部２３もまた、上述した図面のものよりも小さく構成され得る。
【００６１】
図６は、別の実施形態に係るスイッチングバルブ１００を示す概略横断面図である。この構成の原則は、利用する変換部材１２を１つのみとすることにある。本実施形態に係る変換部材１２は、例えば、押動部材８の特有の設計によって、剛体壁として構成されている両方の伝達部１０９に対して同時に作用して、変換部材１２が駆動される度に、切替部材６は、次の位置に切り替えられるとしてよい。押動部材８は、固体ヒンジ１５によって固定されるとしてよい。固体ヒンジ１５は、例えば、流体用筐体５に実装されるとしてよいが、バルブ筐体１１の任意の適切な位置に実装されるとしてもよい。
【００６２】
変換部材１２が押動部材８に与える力は、第１のレバーアーム３０１を介して第２のレバーアーム３０２へと伝達され、接触部材７を、流体用筐体５の伝達部領域に設けられている剛体壁１０９に対して押し当てるとしてよい。第１のレバーアーム３０１は、例えば、押動部材８に対して変換部材１２から力が与えられる点と、ヒンジ１５または固体ヒンジの軸３００とによって、形成されている。第２のレバーアーム３０２は、例えば、流体用筐体５に対して接触部材７から力が与えられる点と、ヒンジ１５の軸３００とから形成されている。
【００６３】
図７は、別の実施形態に係るスイッチングバルブ１００を示す概略横断面図である。パルス生成は、まず変換部材１２によって、押動部材８がエネルギー格納部１に対して事前に荷重を付与することによって実行されるとしてよい。そして、押動部材が放出されると、エネルギー格納部１が押動部材８を反対方向に加速することによって、押動部材８を剛体壁の領域の伝達部１０９に衝突させるとしてよい。この構成は、変換部材１２は、圧電素子によって構成する必要はなく、例えば電磁駆動部として構成され得ることを示す良い例でもある。変換部材１２は、例えば、電磁型、静電型、圧電型、空気圧型、水圧型等、任意の種類のアセンブリの駆動原理に従って動作するとしてよい。また、機械的伝達式の手動駆動も実行可能である。
【００６４】
本発明の実施形態のそのほかの利点を挙げると、例えば図７に示す実施形態の利点は、電流が供給されなくても安全に閉じられるスイッチングバルブ１００を実現することができる、つまり、バルブ１００は、停電が発生すると、既に閉じられていない限り、閉じられる点にある。特定の用途において、例えば、自動化技術の分野において、停電の際には設備を安全な状態へと移行させるために、この点は非常に重要である場合がある。
【００６５】
例えば、図７に示す実施形態を実行可能である。当該実施形態によると、右側のアクチュエーション手段７０は、バルブ１００を「閉じる」ための切替動作を担当し、エネルギーが供給されている状態では、例えばバネ１とは逆に押動部材８を引く電磁石によって、常に事前に荷重が付与されるように、構成されている。停電が発生すれば、アクチュエーション手段７０は、事前に荷重が付与されている押動部材８を電磁石が開放するので、再度切替を行う。バルブ１００が開いた状態である場合には、バルブが閉じられる。バルブ１００が既に閉じられている状態である場合には、閉じたままとなる。
【００６６】
このように電流の供給が無くてもバルブ１００が閉じられるような場合は、スイッチングバルブ１００を閉じるアクチュエーション手段７０がスイッチングバルブ１００を閉じるために常に電力供給を必要とするので、エネルギーコストが増加するが、このような欠点は、例えば、作業の安全性を高める等の効果が実現されるために受け入れられる場合もある。
【００６７】
図８Ａは、切替部材６が第１の位置９１にある、別の実施形態に係るスイッチングバルブ１００の縦断面を示す図である。本実施形態によると、第１の位置９１は開放状態にあるスイッチングバルブ１００に対応する。この構成の基礎となるのは、前述した構成では製作公差のために、例えば、切替部材６が剛体壁の伝達部１０９に接触するように配置されること、および、切替部材６が同時に流出口３を封止するように閉じることが確実に保証できないという事実である。しかし、特に前者の要件は、スイッチングバルブ１００が問題なく動作することを保証するためには不可欠であり得る。このため、本実施形態では、切替部材６の封止機能は、剛体壁の伝達部１０９に当たるように配置するための配置機能とは区別して考えられ、切替部材６は、パルス受け取り部１６に固定接続され、回転部材１９の回転軸を中心として旋回させられるとしてよい。例えば、左側の変換部材１２が駆動されると、接触部材７から伝達されるパルスは、パルス受け取り部１６によって受け取られ、パルス受け取り部１６を右へと加速しつつ、剛体の接続部材１７によってパルス受け取り部１６に結合されている切替部材６をねじるので、切替部材６内に設けられている穿孔１８を通り、さらに流出口３を通るような流体の流れが、中断される。開放動作は、例えば右側の変換部材１２を駆動することによって、同様に行われ得る。
【００６８】
図８Ｂは、切替部材６が第２の位置９２にある、当該実施形態に係るスイッチングバルブの縦断面を示す図である。第１の位置９１から第２の位置９２へと切替部材６を回転させることによって、本実施形態では、流体が穿孔１８を流れるように穿孔１８が配置されていないので、流路３、４に沿った流体の流れが中断される。本実施形態によると、切替部材６は、パルス受け取り部１６と、穿孔１８を有する回転部材１９と、パルス受け取り部１６を回転部材１９に固定接続するための剛体の接続部材１７とを備えるとしてよい。パルス受け取り部１６は、流体用筐体５に与えられる衝撃状の力のパルスを受け取り、当該パルスを剛体の接続部材１７を介して回転部材１９へと伝達するとしてよい。
【００６９】
回転部材１９は、このパルスを回転運動へと変換して、２つの位置９１、９２のうち一方（９１）から２つの位置９１、９２のうち他方（９２）へと、切替部材６を移動させるとしてよい。回転部材１９は、第１の位置９１において、流体用筐体５を通る流路３、４を開通して、流体が穿孔１８を通って流れるようにして（例えば、「スイッチングバルブ開放状態」）、第２の位置９２において、回転部材１９の穿孔１８を回転させることによって、流体用筐体５を通る流路３、４を封鎖する（例えば、「スイッチングバルブ閉鎖状態」）。パルス受け取り部１６は、切替部材６の位置９１、９２に対応付けられる２つの位置９１、９２を取るとしてよい。切替部材６の封止公差は、例えば、回転部材１９によって実現されるとしてよく、切替部材６の配置公差は、例えば、パルス受け取り部１６によって実現されるとしてよい。このようにして、これら２つの製作公差を互いから切り離すことができるので、切替部材６の製造が簡略化される。
【００７０】
図９Ａは、別の実施形態に係るスイッチングバルブ１００を示す概略縦断面図である。図９Ａは、図９Ｂの交線２１に沿って切断された面を示す側面図である。本実施形態に係る構成は、図８Ａおよび図８Ｂに示す実施形態において実現された考えに基づいている。例えば、製作公差のために、伝達部１０９に対する同時配置および同時封止機能を保証することはできない。このため、２つのバネ２８、２９を用いて、切替部材６を第１の位置９１および第２の位置９２に位置決めするとしてよい。図１に示した保持部材２は、本実施形態において２つのバネから構成されており、例えば、第１のバネ２８は、流体用筐体５内の上端へと切替部材６を取り付けるべく構成され、第２のバネ２９は、流体用筐体５内の下端へと切替部材６を取り付けるべく構成されている。
【００７１】
第１のバネ２８および第２のバネ２９は、例えば、流体用筐体５の内部に配置されており、離脱エネルギーが印加されている間は、２つの位置９１、９２のうち一方から２つの位置９１、９２のうち他方へと切替部材６を移動させ、この移動が行われている間、切替部材６は、保持部材２の２つのバネ２８、２９によって保持されているとしてよい。これら２つのバネ２８、２９は、第１の位置９１および第２の位置９２のそれぞれにおいて、バネ２８、２９の弾性領域を離れることなく、最大許容バネたわみを持つことによって、外部からエネルギーの影響を受けない限り、２つの位置９１、９２のうち一方から２つの位置９１、９２のうち他方へと切替部材６の位置が変わらないようにするポテンシャル障壁が形成するように構成されるとしてよい。２つのバネ２８、２９が縮んだ状態にあり、摩擦力および流動力等のその他の任意の力が克服されている間、切替部材６を第２の位置９２から第１の位置９１へと切り替える、またはその逆方向へ切り替える動的エネルギーを切替部材６が受け取るのは、アクチュエーション手段７０から切替部材６へと流体用筐体５を通じてパルスが伝達された後である。
【００７２】
本実施形態において、切替部材６は、例えば、第１の位置９１にある場合に、流体用筐体５を通る第１の流路３１、４を開通して、流体用筐体５を通る第２の流路３２、４を封鎖するように構成されている。尚、第２の流路３２、４は、第１の流路３１、４とは異なる流路である。しかし、切替部材６は、第２の位置９２にある場合には、流体用筐体５を通る第２の流路３２、４を開通して、流体用筐体５を通る第１の流路３１、４を封鎖するように構成されている。本実施形態によると、例えば、封止公差および配置公差は、同じ位置において、例えば、パルスの伝達が行われ、流路３１、４または流路３２、４のうち１つが封止または封鎖されるので、切替部材６の同じ表面積に関連する。
【００７３】
本実施形態によると、２つの流出口３１、３２は、伝達部の位置１０９、つまり、流体用筐体５の壁から切替部材６へとパルスが伝達される位置に配置されている。このため、パルスの伝達は、例えば、環状に形成された領域であって、切替部材６が流体用筐体５に接するように伝達領域１０９において配置されている領域の全体にわたって実行されるとしてよい。上述の実施形態では対照的に、球体として実現された切替部材６が、例えば、一点において流体用筐体５の壁面に配置されている場合には特に、パルス伝達は、例えば、ヘルツで算出された応力として、１つの点を介して実行されるのが理想的である。当該実施形態によると、流出口３１、３２は、例えば、円状の開口を含むとしてよく、この開口の円の中心をアクチュエーション軸１０５に配置することが可能で、このような構成とすることによって、流体用筐体５から切替部材６へのパルスの伝達が出来る限り中心で行われることを保証することができる。
【００７４】
また、図９Ａは、一例として、このような機能原理に基づいて、マルチウェイバルブ、つまり、流入口および流出口が複数設けられているバルブを実現し得ることを示す。図９Ａは、例えば、１つの流入口４と、２つの流出口３１および３２を備える３／２ウェイバルブを示す図である。尚、流出口３１および３２は、交互に開放されるとしてよい。概して、任意の数の入口および出口を備えるスイッチングバルブ１００は、適切に構成され、配置される複数の切替部材６および変換部材１２によって実現されるとしてよい。
【００７５】
図９Ｂは、当該実施形態に係るスイッチングバルブ１００の概略横断面図である。図９Ｂは、図９Ａに示す交線２１に沿って切断した面を示す上面図である。同図からは、保持部材２のバネ２９と共に２つの流出口３１、３２が設けられていることが分かる。第２のバネ２８は、断面図のこの切断平面より上の部分に配置されており、この断面図では不図示である。アクチュエーション手段７０は、例えば、変換部材１２、押動部材８、および接触部材７を上端で固定する固定部２３を有するとしてよい。変換部材１２は、例えば、押動部材８の長さが変化することによって、接触部材７に向けた衝撃状の移動を実行して、流体用筐体５の伝達部１０９の領域の衝撃を切替部材６に伝達する圧電屈曲変換器として構成されるとしてよい。
【００７６】
本実施形態は、アクチュエーション手段７０が、２つの変換部材１２と、２つの押動部材８と、２つの接触部材７を備え得ることを示している。一実施形態によると、両方の変換部材１２にエネルギーを供給することが可能であるので、両方の接触部材７が、伝達部１０９の領域において流体用筐体５に衝突する。そして、パルスは、例えば、両方の伝達位置１０９において、流体用筐体５を介して伝達されるが、切替部材６に衝突するのは１つの伝達位置１０９においてのみである。この切替部材６は、対応する伝達位置１０９の領域において、流体用筐体５の内壁に接触して配置されている。もう一方のパルスは、伝達されても、例えば、切替部材６が無いので、流体用筐体５を通って、流体用筐体５によって減衰されるとしてよい。このため、２つの変換部材１２を同時に駆動することは、エネルギー効率が良いとは言えないが、切替部材６の現在位置が２つの位置９１、９２のうちいずれかという情報が、切替動作をトリガする上で、必要ないという利点を持つ。
【００７７】
両方の変換部材１２にエネルギーが供給されるこのような例の利点として他にも、スイッチングバルブ１００が常に、ある状態を取らせるために切替動作がトリガされると、その状態を取ることが挙げられる。例えば、「閉鎖」状態または「バルブ閉鎖」状態に制御すると常に、バルブ１００は閉じた状態となり、「オン」状態または「バルブ開放」状態に制御すると常に、バルブ１００は開いた状態となる。
【００７８】
図１０は、別の実施形態に係るスイッチングバルブ１００を示す概略縦断面図である。本実施形態によると、流体用筐体５は、例えば、封止部材１３を備えるとしてよく、この封止部材１３は、第２の位置９２にある切替部材６と共に、流体用筐体５を通る流体の流れを止めるように構成されているとしてよい。封止部材１３を利用することによって、封止部材１３によって精度の低い封止公差が相殺され得るので、例えば、切替部材６の製造が簡略化される。例えば、封止部材１３は、プラスチック製のリングとして構成されているとしてよく、球体状の切替部材６と流体用筐体５との間を封止するとしてよい。切替部材６を流体用筐体５の伝達部１０９に接触させて配置しつつ同時に、流出口３の封止を確実にすることを目的として、例えば、位置決め部材９４によって定められ、「バルブ」閉鎖切替位置となる第２の位置９２は、封止部材１３によって実現されるとしてよい。封止部材１３はさらに、例えば、２つの異なる位置において２つの公差を同時に満たすことは不可能になってしまったが、封止公差は封止部材１３によって実現され、配置公差は切替部材６によって実現されるので、切替部材６の製造を簡略化し得る。
【００７９】
図１１は、別の実施形態に係るスイッチングバルブ１００を示す概略縦断面図である。接触部材７から切替部材６へのパルスの伝達は、例えば、伝達部１０８によって実行されるとしてよい。この伝達機構によって媒体分離を実現することが可能となる。つまり、スイッチングバルブ１００の内部に格納されている流体は、パルス生成変換部材１２のいずれの構成要素とも接触せず、例えば、流体用筐体５の内側および切替部材６のみと接触する。図１１は、伝達部１０８が、流体用筐体５の一部ではなく、流体が漏れないように流体用筐体５を封止するように接続されている別個の部材として構成される例を図示している。このような構成の場合、伝達部１０８を流体用筐体５とは異なる材料で形成するよう選択する可能性があり、例えば、製作公差をより容易に相殺し得る弾性材料で伝達部１０８を形成するとしてよい。このため、切替部材６は、封止公差に従うと共に配置公差についてはより低い要件に従うことで十分であるとしてよい。
【００８０】
図１１の実施形態を、図１０の実施形態、または、その他の実施形態と組み合わせることも可能であり、例えば、伝達部１０８の領域には膜が設けられ、流出口３の領域には封止部材１３が設けられているので、配置公差および封止公差については、製造精度の要件をあまり厳しくする必要がない。この場合、例えば、切替部材６は、厳しい封止公差または厳しい配置公差のどちらも守る必要がないので、製造工程をより簡略化することができる。
【００８１】
図１２は、別の実施形態に係るスイッチングバルブ１００を示す概略縦断面図である。製作公差のために、例えば、切替部材６の封止機能および配置機能を同時に確保できないという問題は、図１２に示す変形例によっても解決し得る。変換部材１２が生成するパルスは、例えば、伝達部１０９を介して接触部材７から中間部材１４へと伝達され得る。中間部材１４は、本実施形態によると、球体として実現されるが、例えば、円筒状等のほかの形状を持つものとして実現されるとしてもよい。そして中間部材１４は、例えば、切替部材６の方向に加速されて動的エネルギーを切替部材６に与え、この結果として、切替部材６を第１の位置９１から第２の位置９２、またはこの逆に移動させるとしてよい。この動作原理に基づいて確実に機能させるべく、例えば、帰還バネ２０を設けるとしてよい。帰還バネ２０は、静止状態で中間部材１４を伝達部１０９に接触するように配置し得る。また、例えば、帰還バネ２０の代わりに中間部材１４に対して磁気帰還機構を利用するとしてもよい。
【００８２】
例えば、流体用筐体５は、重心が流体用筐体５内でアクチュエーション軸１０５上に配置されるのが理想的で、且つ、このアクチュエーション軸１０５上で移動させることが可能な２つの中間部材１４を用いて、アクチュエーション手段７０から切替部材６へと、２つの中間部材１４のうち一方を介してパルスを伝達して、切替部材６を２つの位置９１、９２のうち一方から２つの位置９１、９２の他方へと移動させるように構成されているとしてよい。例えば、流体用筐体５は、帰還バネ２０を用いて２つの中間部材１４を静止位置へと戻すように実現されるとしてよい。尚、これら２つの中間部材１４は、例えば、静止位置において、パルスを伝達できるように、流体用筐体５の互いに対向する２つの内壁に接触するように配置される。２つの中間部材１４を利用することによって、例えば、切替部材６の配置公差を大きくし得る。つまり、例えば図１に示す実施形態において要求されるような高精度で配置位置を決める必要がないという点で、切替部材６の製造工程を簡略化することができる。別の実施形態によると、中間部材１４の数を１つのみにするとしてもよいし、３つ以上とするとしてもよい。
【００８３】
図１３は、スイッチングバルブ１００を切り替える方法２００を示す図である。方法２００は、例えば、アクチュエーション手段７０によって流体用筐体５に衝撃状の力を与えて、切替部材６にパルス状に力を伝達して、第１の位置９１から第２の位置９２へと切替部材６を移動させる第１のステップ２０１を備えるとしてよい。尚、切替部材６は、第１の位置９１にある場合、流体用筐体５を通る流路３、４の第１の流体状態を定め、第２の位置９２にある場合、流体用筐体５を通る流路３、４の第２の流体状態を定めるものであり、第１の流体状態と第２の流体状態とは互いに異なる。
【００８４】
方法２００は、第１のステップ２０１によって実行され得る。第１のステップ２０１は、例えば、スイッチングバルブ１００の切替動作を説明している。元の状態または別の状態へと切替が完了すると、第１のステップ２０１を再度実行するとしてよい。また、第１のステップ２０１は、マルチウェイスイッチングバルブを切り替えるべく、一回または連続して複数回実行されるとしてよい。
【００８５】
図１４は、実施形態に係る多重スイッチングバルブ３００を示す概略横断面図である。多重スイッチングバルブ３００は、本実施形態によると、４つの静止状態を持ち、切替部材６は位置９２、９１ａ、９１ｂ、および９１ｃを安定して取るとしてよい。
【００８６】
本実施形態によると、アクチュエーション手段７０は、流体用筐体５の外部に実装されており、接触部材７と、押動部材８と、変換部材１２とを有する構造を８つ含む。変換部材１２を適切に制御することによって、切替部材６は４つの位置９２、９１ａ、９１ｂ、および９１ｃのうちいずれかを取り得る。２つの変換部材１２を同時または略同時に制御することによって、例えば、切替部材６を反対側の位置に配置すること、例えば、位置９２から位置９１ｂへと移動させることも可能である。
【００８７】
多重スイッチングバルブ３００は、例えば、マルチウェイバルブを実現するべく利用されるとしてよい。例えば、所定の混合率に応じて複数の流体を混合させる混合弁を実現するべく用いられるとしてよい。
【００８８】
別の実施形態によると、多重スイッチングバルブ３００は、複数の切替部材６を利用して動作するとしてよい。例えば、図１４に示す実施形態に応じて、２つの切替部材６を用いて動作するとしてよい。どちらの切替部材６にも固定位置９２、９１ａ、９１ｂ、９１ｃが割り当てられるとしてよく、例えば、第１の切替素子６には位置９２および９１ａが割り当てられ、第２の切替部材６に位置９１ｂおよび９１ｃが割り当てられるとしてよい。また、切替部材６を、流体用筐体５内の位置９２、９１ａ、９１ｂ、９１ｃのそれぞれの位置にある間に、例えば変換部材１２を制御することによって、移動させることも可能である。
【００８９】
本発明の実施形態の利点をさらに以下で説明する。スイッチングバルブ１００は、例えば、第１の機能的特徴または機能的変形例として、図４Ａおよび図４Ｂに示すように衝撃を利用したアクチュエーションによって切替を実現することを含むとしてよい。第２の機能的特徴は、位置決め部材９３、９４によって定められ、図４Ａおよび図４Ｂに示す切替部材６のロック位置にあるとしてよい。第３の機能的特徴は、２つの位置９１、９２の間に存在するポテンシャル障壁であってよい。ポテンシャル障壁も図４Ａおよび図４Ｂに図示されている。バルブ流入口４およびバルブ流出口３は、図４Ａおよび図４Ｂに図示されているが、第４の機能的特徴とするとしてよい。
【００９０】
スイッチングバルブ１００の基本原理は上述した４つの機能的特徴によって説明し得るが、さらに、スイッチングバルブ１００によるパルス生成という特徴を記載する。図４Ａおよび図４Ｂ、図８Ａおよび図８Ｂ、図９Ａおよび図９Ｂ、ならびに図１１に示す実施形態によると、パルス生成は、例えば、圧電屈曲変換部によって実行されるとしてよい。図５Ａおよび図５Ｂ、図１０、ならびに、図１１に示す実施形態によると、圧電スタックによってパルス生成を実行するとしてよい。図６に示す実施形態によると、固体ヒンジ１５を用いて固定されているたわみ機構を有する圧電スタックによって、パルス生成を実行するとしてよい。図７に示す実施形態によると、エネルギー格納部１に対して押動部材８で予め荷重を付与しておくことと、跳ね返りによってパルスを伝達することとによって、パルス生成を実行するとしてよい。パルス生成は、例えば図７に示す実施形態によると、電磁駆動部を用いて実行するとしてもよいし、または、水圧駆動部、静電駆動部、空気圧駆動部、あるいは、機械的伝達式の手動アクチュエーション手段７０を用いて実行するとしてよい。
【００９１】
スイッチングバルブ１００の特徴についてさらに説明すると、例えば、位置決め部材９３、９４によって定められる位置、または、位置９１、９２を切り替えることを実現することが挙げられる。例えば、保持部材２によって、第１の位置９１または第２の位置９２を形成する位置決め部材９３、９４に切替部材６を入れるとしてよい。この構成は、例えば、図４Ａおよび図４Ｂ、図５Ａおよび図５Ｂ、図６、図７、図１０、図１１および図１２に図示されている。また、パルス受け取り部１６は、図８Ａおよび図８Ｂに示す固定接続された切替部材６をねじるとしてよい。また、切替位置９１、９２は、例えば図９Ａおよび図９Ｂに図示する互いに対向して設けられている２つの保持部材２によって実現されるとしてもよい。
【００９２】
スイッチングバルブ１００の特徴についてさらに説明すると、例えば剛体壁に対してパルスが伝達されること、つまり、伝達部１０９を流体用筐体５の一部として構成することが挙げられる。このような構成は、例えば、図４Ａおよび図４Ｂ、図５Ａおよび図５Ｂ、図６、図７、図８Ａおよび図８Ｂ、図９Ａおよび図９Ｂ、ならびに図１０に図示されている。例えば図１１に示すように、パルスは、可撓性の膜に伝達されるとしてよい。一例として図１２に示すように、パルスは、バネ付中間部材１４を備える剛体壁に伝達されるとしてよい。
【００９３】
スイッチングバルブ１００の特徴についてさらに説明すると、封止動作モードが挙げられる。このような封止は、例えば、図１０に図示しているような、弾性挿入部材または封止部材１３を用いることによって、実行されるとしてよい。
【００９４】
本発明の実施形態に係るスイッチングバルブ１００のその他の利点については、以下に記載する説明から想到され得る。
【００９５】
スイッチングバルブ１００は、以下では切替状態または切替位置と呼ぶ２つの流体状態９１、９２、例えば、流体抵抗が異なる２つの切替状態９１、９２のうち一方に制御して、その後さらにエネルギーを消費することなくその状態を維持することが必須である多くの分野で必要とされる。これは、例えば、空気力学、加工技術、自動車関連技術、または医療関連技術を含む自動化技術に関する。例えば、化学薬品、燃料または体液など、有害であったり、危険性または感度の高い流体を制御する場合、スイッチングバルブまたはバルブ１００内の封止機能を高くするべく配慮が必要である。また、安全性または耐性のために、媒体分離が必要とされる場合がある。駆動部の構成要素のうち重要なもの、例えば、電子アセンブリ、抵抗器、コイル、または屈曲変換器が流体と接触すると、さまざまな問題が発生し得る。
【００９６】
最も好ましいケースを挙げると、バルブ１００は、流体が充填されている、または、流体と接触しているバルブ１００の領域には、流体と接触可能であるバルブ１００の構成要素のみが配設されるように実現される。ここでどのようなバルブ１００を考慮しているかというと、流体用筐体または流体用筐体５のほかに、少なくとも１つの制御可能な切替部材または流体切替部材６と、少なくとも２つの位置決め部材９３、９４と、少なくとも１つの保持部材２とを備えるものである。ここで、流体用筐体５は実質的に、バルブ１００のうち流体と接触する部分を表し、流体用筐体５の内部に流体が導かれ、切替状態９１、９２に応じてさまざまなレベルの流体抵抗が実現される。
【００９７】
流体切替部材６は、流体用筐体５内での位置に応じて、２つの切替状態９１、９２を実現する。位置決め部材９３、９４は少なくとも、流体切替部材６を２つの切替状態９１、９２のうち一方に空間的に配置する機能を持つ。位置決め部材９３、９４は、切替状態９１、９２のそれぞれにおいて、例えば、流体状態が異なると、流れおよび流体抵抗が異なるように構成される。位置決め部材９３、９４は、少なくとも１つの座部を有しており、流体切替部材６は、少なくとも保持部材２と協働して、切替状態９１、９２に位置決めされ、所望の流体抵抗を実現する。保持部材２の役割は、特に、流体切替部材６が位置決め部材９３、９４に配置される場合に流体切替部材６に対して十分な力が作用すること、および、位置決め部材９３、９４によって定められている位置９１、９２のそれぞれにある流体切替部材６のポテンシャルエネルギーが最小値となっていること、および、任意のほかの位置における流体切替部材６のポテンシャルエネルギーが少なくとも、位置決め部材９３、９４が定める位置９１、９２のうち一方における最小ポテンシャルエネルギーよりも大きいことを確実とすることである。概して、流体切替部材６、保持部材２、および、位置決め部材９３、９４は、切替動作中を除き、流体切替部材６が通常は位置９１、９２のうち一方に配置されるように形成される。
【００９８】
一方の切替状態９１から他方の切替状態９２へとバルブ１００を切り替えるための動作について説明すると、流体切替部材６は、ポテンシャル障壁と、摩擦力または流体が生じる力などを始めとする、流体切替部材６が位置９１、９２から離れないようにしているその他の力とを克服するための、少なくとも十分なエネルギーの供給を受けるか、または、力を加えられるとしてよい。上述のその他の力を克服するための力を、以下では離脱力と呼ぶ。
【００９９】
高い封止機能を実現するべく、流体切替部材６を、例えば球体として実現するとしてよく、２つの位置決め部材９３、９４を凹部として実現するとしてよい。保持部材２は、例えば、バネから構成されるとしてよい。また、要件に応じて、流体切替部材６として、適切な滑動部材、フラップ部材、ピストン部材、または蓋部材を利用可能である。必要な流入口４および流出口３以外に、流体用筐体５はさらに、流体は決して通過させることができないが、駆動エネルギーを導入するための穿通部を含む。このため、バルブ筐体１１は、例えば、単一の部材、または、複数の部材から形成されるとしてもよい。複数の筐体部品は、例えば、堅固に接合されるか、または、非ポジティブに組み合わせられて、外部に対して封止を実現するように相互結合されているとしてもよい。このような媒体分離によって、切替動作に必要なエネルギーを導入する際に頻繁に技術的問題が発生するが、これらの問題に対しては本明細書に例示するさまざまな解決方法が提示され得る。
【０１００】
最初の例を挙げると、磁界を利用してエネルギー供給を実行するとしてよい。磁力線は、大幅に減衰することなく、適切な非磁性材料から形成される流体浸透不可能な筐体を通過することができる。
【０１０１】
別のエネルギー伝達方法の可能性を挙げると、バルブ１００の流体切替部材６の質量の慣性を利用して、流体切替部材６を一方の切替状態９１から他方の切替状態９２へと遷移させる。このようなエネルギー伝達方法は、例えば、エアバッグを作動させるべく車両で利用されている加速センサに関連して知られている。この場合は、流体用筐体５全体が加速されるので、流体用筐体５の移動が好ましくないものになってしまうと共にエネルギーのバランスが悪くなってしまう。
【０１０２】
別の例として機械的駆動部があり、この場合は、バルブ１００の流体切替部材６に作用するエネルギーは、比較的低速で可変の力によって導入される。このような力は、例えば、漏れ防止型蛇腹状部材によって実現されるように、切替動作の実質的に全期間にわたって、特定の距離に対して有効である。
【０１０３】
機械的駆動部の別の可能性を挙げると、切替部材または流体部材６へのエネルギー伝達が比較的短時間で行われ、一方の切替位置９１から他方の切替位置９２へと流体切替部材６を切り替える動作に必要な時間よりも短い。これは、少なくとも１つの適切な伝達部１０８、１０９を用いて一種の衝撃に基づく動作を実行することによって実現することができる。伝達部１０８、１０９の機能は、流体用筐体５の外部に配置されているエネルギー源から、流体用筐体５の内部に配置されている流体切替部材６へと必要なエネルギーを機械的に伝達することである。伝達部１０８は、例えば、流体用筐体５の一部である膜、または、流体用筐体５のその他の任意の弾性変形可能領域であってよい。衝撃に基づく動作によってエネルギー伝達を実行するべく伝達部１０８が変形している期間は、流体切替部材６を切り替えるための動作にかかる時間、つまり、一方の位置９１から他方の位置９２へと移動するのにかかる時間よりも短い。衝撃に基づく動作では、流体切替部材６は、非常に大きい動的エネルギーを受け取るので、離脱力を利用してポテンシャル障壁を克服することができる。
【０１０４】
上述したタイプのパルス伝達によると、離脱力が与えられて移動を発生させる場合、切替部材６に作用する力は、まさに必要なタイミングで、つまり、移動の最初において、最大となる。この離脱力が例えば静止摩擦等を克服すると、他方の静止位置に向けた移動を継続するために供給しなければならないエネルギーはそれほど大きくない。切替位置９１、９２のうち一方から他方へと切替部材６を移動させるために現在必要な力の時間曲線を、例えば、切替部材６の理想的な力特性と呼ぶとしてよい。パルス状駆動部またはアクチュエーション部材７０によって生成される力特性は、この理想的な力特性に非常に近いものとなり、エネルギー効率に関して利点を供する。
【０１０５】
説明のために、質量が同じである２つのビリヤードボールの中心衝突について記述する。衝突した方のボールは、衝突した後静止して、パルスおよび動的エネルギーを全て、当てられた方のボールに伝達するので、当てられた方のボールは衝突後に移動する。
【０１０６】
伝達部１０８、１０９の作用は、例えば、５つの同一の弾性ボール、例えば、Ｋ１−Ｋ５、を水平線上に垂直な糸を用いて吊り下げて行う物理振り子試験によって、非常に明瞭に説明され得る。外側のボールのうち１つのボール、例えば、Ｋ１をたわませて、揺り戻して、静止しているボールのうちその時点で最も外側にあるボール、例えばＫ２に衝突させると、自身が持つエネルギーを、最も外側のボールから、他のボール、つまりＫ５に与える。この間、ボールＫ２、Ｋ３、Ｋ４は実質的に静止したままである。ボールＫ２、Ｋ３、Ｋ４は、実質的に移動しておらず、エネルギーを伝達するために必要な分だけ変形したに過ぎない。上述したこのような作用は、以下において衝撃アクチュエーションと呼ぶことにする。この過程において、衝撃アクチュエーションに必要な機械的エネルギーは、変換部材１２によって生成される。
【０１０７】
バルブにおいて、エネルギー消費量は重要な問題であり最小限に抑えなければならない。例えば、機械内のアクセスが困難な箇所に配設されている遠隔測定制御バルブを考える。このため、第一に、バルブ１００がエネルギーを受け取るのは一方の切替状態９１から他方の切替状態９２へと切り替えられる期間中のみで、切替動作と切替動作の間の期間にはエネルギーを消費しないようにすることが重要である。切替状態９１、９２は、少なくとも１つの保持部材２と、例えば、位置決め部材９３、９４とが協働することによって、流体切替部材６によって定められる。切替動作によって、流体切替部材６は、第１の位置９１から第２の位置９２へと移動させられ、一方の位置９１における流体状態、例えば、バルブ１００を通るように流れる流体の流体抵抗は、他方の位置９２における流体状態とは異なる。切替状態９１、９２は、保持部材２によって維持するとしてよく、流体切替部材６のポテンシャルエネルギーは、２つの切替状態９１、９２において最小値となり、ポテンシャル障壁は、流体切替部材６の位置９１、９２の間に位置し得る。
【０１０８】
選択実施形態において示されているように、例えば球体である流体切替部材６を、バネである保持部材２を用いて、ロックすることに加えて、磁力によるロックをさらに実現するとしてよい。この場合、例えば、少なくとも１つの永久磁石を利用する。特に、例えば衝撃が加えられても２つの位置９１、９２に留まっておけるか否か、エネルギー消費量、および流体特性は、流体切替部材６、保持部材２、および、位置決め部材９３、９４の特質に影響され得る。
【０１０９】
特に、バルブ１００で流体を制御する場合、流体切替部材６の移動は、流体の粘度によって減衰されて、１回の切替動作当たりのエネルギー消費に影響を及ぼすことに留意されたい。このように減衰することを利用して、流体切替部材６の動的挙動を改善、例えば、過渡挙動の影響を最小限に抑えて、位置決め部材９３、９４によって定められている位置９１、９２に安全に落ち着くとしてよい。また、流体切替部材６は、摩擦力および接着力、ならびに、流体から加わる力によって、流体切替部材６がそれぞれの位置９１、９２から離脱しないように構成することに留意されたい。このため、例えば、流体切替部材６の切替動作を行う際には、ポテンシャル障壁を克服するエネルギーに加えて、位置決め部材９３、９４に関する離脱力を少なくとも加えるとしてよい。流体切替部材６を駆動することは、ポテンシャル障壁を克服する力に加えて、離脱力を、流体切替部材６の移動プロセスの最初において加えることを意味する。
【０１１０】
本発明の実施形態は、上述したような媒体分離および衝撃アクチュエーションを実行する駆動部を備えるバルブ１００のさまざまな実施例を含む。つまり、電気エネルギー源または空気圧エネルギー源から変換によって切替動作に必要な動的エネルギーまたは力を生成するバルブ１００の変換部材１２は、バルブ１００の流体用筐体５の外部に配設されている。
【０１１１】
変換部材１２としては、これらに限定されないが、電磁駆動部、圧電屈曲変換器、圧電スタック変換器、または、空気圧駆動部を利用するとしてよい。変換部材１２および駆動部に必要な電圧または電流を供給する電子回路は、基本的に先行技術から公知であるので、本明細書においてこれ以上詳細には説明しない。
【０１１２】
衝撃アクチュエーションを実現するスイッチングバルブ１００の実施形態は、図２Ａおよび図２Ｂに図示されている。流体用筐体５は、バルブ筐体１１に接続されており、球体の形状を持つ流体切替部材６、ならびに、第１の位置９１においてポケットとして実現されている第１の位置決め部材９３および第２の位置９２において封止座部として実現されている第２の位置決め部材９４を備える。保持部材２は、バネによって形成されている。２つの伝達部１０８はそれぞれ、流体用筐体５の一部として、膜によって形成されている。流体用筐体５のその他の構成要素には、流入口４および流出口３がある。流体切替部材６の切替動作を実行するべく、押動部材または押動部８、変換部材１２、および２つの接触部材７は、バルブ筐体１１の内部に配設されている。また、本実施形態ではバネとして実現されている２つのエネルギー格納部１が図示されている。押動部８および変換部材１２を一の部材として形成することが可能である。エネルギー格納部１は、バルブ１００を機能させる上で必ずしも必要なものではない。エネルギー格納部１と、変換部材１２または押動部８とで一の部材を形成することが可能である。本例によると、押動部８は、回転運動を行うとしてよい。接触部材７は、押動部８に接続されて、押動部８と共に一の集合体を表す。
【０１１３】
接触部材７と、押動部８とで一の部材を形成することが可能である。押動部８は、接触部材７と伝達部１０８とが接触することなく、所定の角度範囲にわたって移動するとしてよい。変換部材１２は、電気エネルギー源または空気圧エネルギー源からエネルギーを受け取って、押動部８の回転運動の方向のうち少なくとも一方の方向に力を発生させるとしてよい。押動部８は、変換部材１２が生成する力が、対応する回転方向における押動部８の回転運動および接触部材７の回転運動を生じさせるように、変換部材１２に結合されている。
【０１１４】
押動部８は、静止状態、つまり、２つの切替動作の間において、本例によると伝達部１０８によって定められている回転方向の２つの最大可能回転角度の間の角度位置に配置されている。
【０１１５】
バルブ１００の切替動作について説明すると、変換部材１２は、エネルギー供給を受けて、少なくとも押動部８を、接触部材７と共に、駆動する。この結果、回転運動が発生する。この回転運動の第１段階では、少なくとも押動部８および接触部材７が動的エネルギーを受け取る。この回転運動の次の段階では、衝撃動作によって、この動的エネルギーが少なくとも部分的に、２つの接触部材７のうち一方を介して、伝達部１０８のうち一方および流体切替部材６に伝達される。続いて、流体切替部材６は、位置決め部材９３によって定められている第１の位置９１から、位置決め部材９４によって定められている他方の位置９２へと移動するか、または、第１の位置９１に留まる。
【０１１６】
切替動作は、さまざまな方法で実現され得る。まず、例えば、接触部材７が、移動の開始時点から衝撃が発生するまで、伝達部１０８の方向に移動するとしてよい。別の可能性を挙げると、接触部材７を最初は反対方向に移動させて、つまり、接触させるべき対象の伝達部１０８から離れるように移動させて、エネルギー格納部１のうち少なくとも１つがエネルギーを受け取って、押動部８の回転角度が所定の回転角度に到達すると逆方向に移動させることによって、接触部材７は伝達部１０８へ向かって移動する。
【０１１７】
どのような場合であっても、流体切替部材６に対してエネルギーを伝達するべく衝撃動作が行われるので、流体切替部材６に作用する少なくとも十分に大きい力を生成することが出来、離脱力が与えられ得る。衝撃動作を行う際には、流体切替部材６が、衝撃発生前に、接触対象である伝達部１０８と接触していること、または、接触対象である伝達部１０８が衝撃動作においてわずかなエネルギー消費で、流体切替部材６に接触するまで、変形可能であることが有利である。
【０１１８】
エネルギー伝達が最も効率良く行われるのは、衝撃が中心で発生した場合、および、移動する部分の有効質量、つまり、押動部８および接触部材７の有効質量が、移動させるべき流体切替部材６の質量と略同じである場合である。
【０１１９】
図３Ａおよび図３Ｂは、図２Ａおよび図２Ｂに図示している実施形態とは、２つの変換部材１２および２つの押動部８から構成される駆動部が利用されている点において、実質的に異なる別の実施形態を図示している。
【０１２０】
本発明に係るスイッチングバルブ１００の別の実施形態は、２つの異なる切替状態９１、９２を取り得るスイッチングバルブ１００であって、衝撃アクチュエーションおよび媒体分離を実現するスイッチングバルブ１００に関する。
【０１２１】
この別の実施形態に対応するスイッチングバルブ１００は、適切な材料、例えば、プラスチック、金属、ガラス、またはセラミクスから成るバルブ筐体１１を少なくとも備える。
【０１２２】
この別の実施形態に対応するスイッチングバルブ１００は、バルブ１００の一部として少なくとも流体用筐体５を備える。流体用筐体５は、適切な材料、例えば、プラスチック、金属、ガラス、またはセラミクスから成る少なくとも２つの部品から構成されている。流体用筐体５の部品は、単一の材料または複数の材料から形成されている。複数の部品は、封止を実現しつつ流体が連通するように互いに接続される。流体用筐体５の少なくとも一部分は流入口４を形成しており、流体用筐体５の別の一部分は流出口３を形成している。少なくとも１つの伝達部１０８は、流体用筐体５の一部分として実現されているか、または、流体用筐体５の少なくとも一部の弾性変形可能領域として実現されている。流体用筐体５は、流体が充填される領域において、流体切替部材６の位置９１および９２に対応する少なくとも２つの位置決め部材９３、９４を有する。
【０１２３】
この別の実施形態に対応するスイッチングバルブ１００は少なくとも、流体用筐体５のうち流体が充填される領域に配設されて、流体切替部材６を保持する１つの保持部材２を備える。
【０１２４】
この別の実施形態に対応するスイッチングバルブ１００は少なくとも、１つの流体切替部材６を備える。流体切替部材６は、流体用筐体５のうち流体が充填されている領域内に配置され、例えば、ポリマー材料、金属、鉱物、またはセラミクス等の適切な材料から形成されている。流体用切替部材６、保持部材２、および位置決め部材９３、９４に応じて、切替状態９１、９２の両方の場合のバルブ１００の流体抵抗が決まる。流体切替部材６は、バルブ１００の切替動作期間中は、位置決め部材９３、９４が定める位置９１、９２のうち一方以外の位置に配置される。流体切替部材６は、バルブの切替動作期間以外は、位置決め部材９３、９４が定める位置９１、９２のうち一方に配置される。流体切替部材６のポテンシャルエネルギーは、位置決め部材９３、９４が定める位置９１、９２において最小値となる。流体切替部材６のポテンシャルエネルギーは、位置決め部材９３、９４が定める位置９１、９２以外のいずれの位置においても、位置９１、９２のうち一方にある場合の最小ポテンシャルエネルギーよりも少なくとも大きくなる。
【０１２５】
この別の実施形態に対応するスイッチングバルブ１００は少なくとも、流体が充填されている流体用筐体５の領域の外部に配設されている１つの制御可能な駆動部を備える。当該駆動部は、少なくとも１つの変換部材１２と、少なくとも１つの可動押動部８と、少なくとも１つの接触部材７とを有しており、任意で少なくとも１つのエネルギー格納部１を有するとしてもよいし、または、エネルギー格納部１を有さないとしてもよい。変換部材１２および押動部８は結合されており、変換部材１２と押動部材８とで一の部材を形成するとしてもよいし、変換部材１２と押動部材８とで一の部材を形成しないとしてもよい。エネルギー格納部１と変換部材１２とで一の部材を形成するとしてもよいし、エネルギー格納部１と変換部材１２とで一の部材を形成しないとしてもよい。エネルギー格納部１と押動部材８とで一の部材を形成するとしてもよいし、エネルギー格納部１と押動部材８とで一の部材を形成しないとしてもよい。接触部材７のうち少なくとも１つは、押動部材８に適切に結合されており、各接触部材７は、押動部８のうち１つと一の部材を形成するとしてもよいし、または、いずれの押動部８とも一の部材を形成しないとしてよい。少なくとも押動部８および接触部材７は一の質量を示し、押動部８は、軸に沿って少なくとも２つの方向に移動可能であるか、または、少なくとも２つの方向に回転運動が可能である。変換部材１２にエネルギーを供給すると、変換部材１２は、少なくとも押動部８を駆動して、接触部材７のうち少なくとも１つを結果的に駆動する。この結果、動きが発生して、この動きの第１段階において、少なくとも押動部８および少なくとも１つの接触部材７が動的エネルギーを受け取る。この動きの次の段階において、この動的エネルギーは少なくとも部分的に、衝撃動作において、接触部材７のうち少なくとも１つによって、伝達部１０８、１０９のうち１つおよび流体切替部材６に伝達される。流体切替部材６は、位置決め部材９３、９４が定める位置のうち第１の位置９１から位置決め部材９３、９４が定める位置のうち他方の位置９２へと移動するか、または、流体切替部材６は第１の位置９１に留まる。
【図１】
2010534800.tif 000003
【図２ａ】
2010534800.tif 000004
【図２ｂ】
2010534800.tif 000005
【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
2010534800.tif 000009
【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
2010534800.tif 000013
【図８Ａ】
2010534800.tif 000014
【図８Ｂ】
2010534800.tif 000015
【図９ａ】
2010534800.tif 000016
【図９ｂ】
2010534800.tif 000017
【図１０】
2010534800.tif 000018
【図１１】
2010534800.tif 000019
【図１２】
2010534800.tif 000020
【図１３】
2010534800.tif 000021
【図１４】
2010534800.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月18日(2010.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチングバルブ（１００）であって、
流体用筐体（５）と、
前記流体用筐体（５）の内部に設けられており、球体を有する少なくとも１つの切替部材（６）と、
前記流体用筐体（５）の外部に設けられているアクチュエーション手段（７０）と
を備え、
前記アクチュエーション手段（７０）は、前記流体用筐体（５）に衝撃状の力を与えることによって、前記切替部材（６）にパルス状に力を伝達させて、前記切替部材（６）を第１の位置（９１）から第２の位置（９２）へと移動させ、
前記切替部材（６）は、前記第１の位置（９１）において、前記流体用筐体（５）を通る流路（３、４）の第１の流体状態を定め、前記切替部材（６）は、前記第２の位置（９２）において、前記流体用筐体（５）を通る流路（３、４）の第２の流体状態を定めており、
前記第１の流体状態および前記第２の流体状態は、互いに異なり、
前記流体用筐体（５）の内部に前記切替部材（６）を保持する少なくとも１つのバネ（２）をさらに備え、
前記少なくとも１つのバネ（２）は、前記第１の位置（９１）または前記第２の位置（９２）に安定して前記切替部材（６）を位置決めして、前記バネ（２）は、前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち一方から前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち他方へと前記切替部材（６）を移動させるための、前記切替部材（６）を介して入力される動的エネルギーを受け取るスイッチングバルブ（１００）。
【請求項２】
前記切替部材（６）は、前記第１の位置（９１）において、前記流路（３、４）の流体抵抗を可能な限り小さくして、前記第２の位置（９２）において、前記流路（３、４）の流体抵抗を可能な限り大きくする請求項１に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項３】
前記切替部材（６）は、前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のそれぞれにおいて、ポテンシャルエネルギーが最小値となっており、さらにエネルギーを消費することなく、安定して位置決めされており、
前記切替部材（６）は、前記アクチュエーション手段（７０）から離脱エネルギーを供給されている間、前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち一方から前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち他方へと移動する請求項１または請求項２に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項４】
前記アクチュエーション手段（７０）は、前記流体用筐体（５）に対する前記衝撃状の力を用いて、前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち一方に前記切替部材（６）を留めているポテンシャルエネルギーのポテンシャル障壁、および、対応する位置（９１、９２）から前記切替部材（６）が離脱しないようにしている別の力を克服して、前記切替部材（６）に前記離脱エネルギーを供給する請求項３に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項５】
前記アクチュエーション手段（７０）は、前記流体用筐体（５）に対して与える前記衝撃状の力を、前記流体用筐体（５）の第１の筐体外部点（１０１）または第２の筐体外部点（１０２）において発生させ、
前記第１の筐体外部点および前記第２の筐体外部点（１０１、１０２）は、前記第１の位置（９１）に配置されている前記切替部材（６）の第１の重心（１０３）および前記第２の位置（９２）に配置されている前記切替部材（６）の第２の重心（１０４）によって形成されているアクチュエーション軸（１０５）上に位置しており、
前記衝撃状の力は、前記アクチュエーション軸（１０５）上で、前記第１の重心および前記第２の重心（１０３、１０４）の方向において発生する請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項６】
前記アクチュエーション手段（７０）は、前記第１の筐体外部点および前記第２の筐体外部点（１０１、１０２）のうち一方において、または、前記第１の筐体外部点および前記第２の筐体外部点（１０１、１０２）の両方において、前記衝撃状の力を発生させる請求項５に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項７】
前記流体用筐体（５）の前記第１の筐体外部点および前記第２の筐体外部点（１０１、１０２）の領域は、可撓膜（１０８）または剛体壁（１０９）である請求項５または６に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項８】
前記アクチュエーション手段（７０）は、
変換部材（１２）と、
接触部材（７）と
を有し、
前記変換部材（１２）は、設けられているエネルギー源からのエネルギーを動的エネルギーへと変換して、前記接触部材（７）を駆動して、前記衝撃状の力を発生させる請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項９】
前記アクチュエーション手段（７０）はさらに、前記変換部材（１２）が変換した前記動的エネルギーを前記接触部材（７）に伝達するための押動部材（８）を有する請求項８に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１０】
前記押動部材（８）は、第１の端部が固定されており、第２の端部は移動可能で、前記第２の端部の領域において前記接触部材（７）が実装されている請求項９に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１１】
前記押動部材（８）は、ヒンジ（１５）または軸受（２４）を含む請求項９に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１２】
前記変換部材（１２）が変換した前記動的エネルギーは、第１のレバーアーム（３０１）から第２のレバーアーム（３０２）へと伝達され、
前記第１のレバーアーム（３０１）は、前記変換部材（１２）が前記押動部材（８）に力を与える点と、前記軸受（２４）または前記ヒンジ（１５）の軸（３００）とによって形成され、
前記第２のレバーアーム（３０２）は、前記接触部材（７）が前記流体用筐体（５）に力を与える点と、前記軸受（２４）または前記ヒンジ（１５）の軸（３００）とによって形成されている請求項１１に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１３】
前記変換部材（１２）は、圧電屈曲変換器、圧電スタック、電磁駆動部、静電駆動部、空気圧駆動部、水圧駆動部、または機械的伝達式の手動駆動部である請求項８から請求項１２のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１４】
前記アクチュエーション手段（７０）は、前記変換部材（１２）によって離脱エネルギーが蓄積され、前記接触部材（７）に対して前記離脱エネルギーを与えるエネルギー格納部（１）を有する請求項８から請求項１３のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１５】
前記エネルギー格納部（１）は、前記流体用筐体（５）に対する前記衝撃状の力の方向とは逆方向に事前に荷重を付与可能な事前荷重付与可能バネである請求項１４に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１６】
前記流体用筐体（５）は、前記スイッチングバルブ（１００）を閉鎖するべく、前記第２の位置（９２）に配置される前記切替部材（６）と共に、前記流体用筐体（５）を通る流体の流れを封止する封止部材（１３）を有する請求項１から請求項１５のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１７】
前記流体用筐体（５）は、少なくとも１つの中間部材（１４）を用いて、前記流体用筐体（５）および前記中間部材（１４）を介して、前記アクチュエーション手段（７０）から前記切替部材（６）へとパルス伝達を行う請求項１から請求項１６のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１８】
前記流体用筐体（５）は、帰還バネ（２０）または磁気帰還機構を用いて、少なくとも１つの中間部材（１４）を静止位置へと戻す請求項１７に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１９】
前記切替部材（６）は、
パルス受け取り部（１６）と、
穿孔（１８）を含む回転部材（１９）と、
前記パルス受け取り部（１６）を前記回転部材（１９）へと固定接続する剛体接続部材（１７）と
を有し、
前記パルス受け取り部（１６）は、前記切替部材（６）の前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）に対応付けられている２つの位置（９１、９２）に配置され、
前記パルス受け取り部（１６）は、前記流体用筐体（５）に対する前記衝撃状の力のパルスを受け取って、前記パルスを前記剛体接続部材（１７）を介して前記回転部材（１９）に伝達して、
前記回転部材（１９）は、前記パルスを回転運動に変換して、前記切替部材（６）を前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち一方（９１）から前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち他方（９２）へと移動させて、
前記回転部材（１９）は、前記第１の位置（９１）において、流体が前記穿孔（１８）を流れるように前記流体用筐体（５）を通る前記流路（３、４）を開通して、前記第２の位置（９２）において、前記回転部材（１９）と共に前記穿孔（１８）を回転させることによって、前記流体用筐体（５）を通る前記流路（３、４）を封鎖する請求項１から請求項１８のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項２０】
前記流体用筐体（５）は、切替部材（６）が前記第１の位置（９１）にある場合に、前記流体用筐体（５）を通る第１の流路（３１、４）を開通し、前記流体用筐体（５）を通る第２の流路（３２、４）を封鎖し、
前記流体用筐体（５）は、切替部材（６）が前記第２の位置（９２）にある場合に、前記流体用筐体（５）を通る前記第２の流路（３２、４）を開通し、前記流体用筐体（５）を通る前記第１の流路（３１、４）を封鎖し、
前記第１の流路（３１、４）および前記第２の流路（３２、４）は、異なる流路である
請求項１から請求項１９のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項２１】
前記切替部材（６）は、エネルギー供給が停止されると、前記第２の位置（９２）に配置されて、可能な限り流体抵抗を大きくする請求項１から請求項２０のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項２２】
前記アクチュエーション手段（７０）は、複数の筐体外部点（１０１）において前記流体用筐体（５）に対して前記衝撃状の力を発生させて、前記第１の位置（９１）または前記第２の位置（９２）から、前記複数の筐体外部点（１０１）において前記切替部材（６）に作用する力を重畳した結果に応じて決まる別の位置（９１ａ、９１ｂ、９１ｃ）へと前記切替部材を移動させる請求項１から請求項２１のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項２３】
前記アクチュエーション手段（７０）はさらに、プログラム可能な制御を有し、前記制御によって、前記複数の筐体外部点（１０１）のうちの複数の筐体外部点（１０１）において、前記流体用筐体（５）に対して、制御信号に基づいて、前記力を発生させて、前記少なくとも１つの切替部材（６）を、前記制御に応じて予め決まっている位置に配置する  請求項２２に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの切替部材（６）が配置される位置（９１、９２、９１ａ、９１ｂ、９１ｃ）によって決まる複数の切替状態をさらに備え、
前記複数の切替状態はそれぞれ、前記流体用筐体（５）を通る少なくとも１つの流路（３、４）に対応付けられている請求項１から請求項２３のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項２５】
スイッチングバルブ（１００）を切り替える方法（２００）であって、
前記スイッチングバルブ（１００）は、
流体用筐体（５）と、
前記流体用筐体（５）の内部に設けられており、球体を有する少なくとも１つの切替部材（６）と、
前記流体用筐体（５）の外部に設けられているアクチュエーション手段（７０）と、
前記流体用筐体（５）の内部に前記切替部材（６）を保持する少なくとも１つのバネ（２）と
を備え、
前記少なくとも１つのバネ（２）は、第１の位置（９１）または第２の位置（９２）に安定して前記切替部材（６）を位置決めして、前記バネ（２）は、前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち一方から前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち他方へと前記切替部材（６）を移動させるための、前記切替部材（６）を介して入力される動的エネルギーを受け取り、
前記方法（２００）は、
前記アクチュエーション手段（７０）によって前記流体用筐体（５）に対して衝撃状の力を与えて、前記切替部材（６）に対してパルス状に力を伝達して、前記切替部材（６）を第１の位置（９１）から第２の位置（９２）へと移動させるステップ（２０１）
を備え、
前記切替部材（６）は、前記第１の位置（９１）において、前記流体用筐体（５）を通る流路（３、４）の第１の流体状態を定めており、
前記切替部材（６）は、前記第２の位置（９２）において、前記流体用筐体（５）を通る流路（３、４）の第２の流体状態を定めており、
前記第１の流体状態および前記第２の流体状態は、互いに異なる
方法。
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月24日(2010.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチングバルブ（１００）であって、
流体用筐体（５）と、
前記流体用筐体（５）の内部に設けられており、球体を有する少なくとも１つの切替部材（６）と、
前記流体用筐体（５）の外部に設けられているアクチュエーション手段（７０）と
を備え、
前記アクチュエーション手段（７０）は、前記流体用筐体（５）に衝撃状の力を与えることによって、前記切替部材（６）にパルス状に力を伝達させて、前記切替部材（６）を第１の位置（９１）から第２の位置（９２）へと移動させ、
前記切替部材（６）は、前記第１の位置（９１）において、前記流体用筐体（５）を通る流路（３、４）の第１の流体状態を定め、前記切替部材（６）は、前記第２の位置（９２）において、前記流体用筐体（５）を通る流路（３、４）の第２の流体状態を定めており、
前記第１の流体状態および前記第２の流体状態は、互いに異なり、
前記流体用筐体（５）の内部に前記切替部材（６）を保持する少なくとも１つのバネ（２）をさらに備え、
前記少なくとも１つのバネ（２）は、前記第１の位置（９１）または前記第２の位置（９２）に安定して前記切替部材（６）を位置決めして、前記バネ（２）は、前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち一方から前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち他方へと前記切替部材（６）を移動させるための、前記切替部材（６）を介して入力される動的エネルギーを受け取るスイッチングバルブ（１００）。
【請求項２】
前記切替部材（６）は、前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のそれぞれにおいて、ポテンシャルエネルギーが最小値となっており、さらにエネルギーを消費することなく、安定して位置決めされており、
前記切替部材（６）は、前記アクチュエーション手段（７０）から離脱エネルギーを供給されている間、前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち一方から前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち他方へと移動し、
前記アクチュエーション手段（７０）は、前記流体用筐体（５）に対する前記衝撃状の力を用いて、前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち一方に前記切替部材（６）を留めているポテンシャルエネルギーのポテンシャル障壁、および、対応する位置（９１、９２）から前記切替部材（６）が離脱しないようにしている別の力を克服して、前記切替部材（６）に前記離脱エネルギーを供給する請求項１に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項３】
前記流体用筐体（５）の衝撃状の力が働く領域は、可撓膜（１０８）または剛体壁（１０９）である請求項１または２に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項４】
前記アクチュエーション手段（７０）は、
変換部材（１２）と、
接触部材（７）と
を有し、
前記変換部材（１２）は、設けられているエネルギー源からのエネルギーを動的エネルギーへと変換して、前記接触部材（７）を駆動して、前記衝撃状の力を発生させる請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項５】
前記アクチュエーション手段（７０）はさらに、前記変換部材（１２）が変換した前記動的エネルギーを前記接触部材（７）に伝達するための押動部材（８）を有する請求項４に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項６】
前記押動部材（８）は、第１の端部が固定されており、第２の端部は移動可能で、前記第２の端部の領域において前記接触部材（７）が実装されている請求項５に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項７】
前記押動部材（８）は、ヒンジ（１５）または軸受（２４）を含み、
前記変換部材（１２）が変換した前記動的エネルギーは、第１のレバーアーム（３０１）から第２のレバーアーム（３０２）へと伝達され、
前記第１のレバーアーム（３０１）は、前記変換部材（１２）が前記押動部材（８）に力を与える点と、前記軸受（２４）または前記ヒンジ（１５）の軸（３００）とによって形成され、
前記第２のレバーアーム（３０２）は、前記接触部材（７）が前記流体用筐体（５）に力を与える点と、前記軸受（２４）または前記ヒンジ（１５）の軸（３００）とによって形成されている請求項５に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項８】
前記変換部材（１２）は、圧電屈曲変換器、圧電スタック、電磁駆動部、静電駆動部、空気圧駆動部、水圧駆動部、または機械的伝達式の手動駆動部である請求項４から請求項７のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項９】
前記アクチュエーション手段（７０）は、前記変換部材（１２）によって離脱エネルギーが蓄積され、前記接触部材（７）に対して前記離脱エネルギーを与えるエネルギー格納部（１）を有する請求項７から請求項８のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１０】
前記流体用筐体（５）は、前記スイッチングバルブ（１００）を閉鎖するべく、前記第２の位置（９２）に配置される前記切替部材（６）と共に、前記流体用筐体（５）を通る流体の流れを封止する封止部材（１３）を有する請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１１】
前記流体用筐体（５）は、切替部材（６）が前記第１の位置（９１）にある場合に、前記流体用筐体（５）を通る第１の流路（３１、４）を開通し、前記流体用筐体（５）を通る第２の流路（３２、４）を封鎖し、
前記流体用筐体（５）は、切替部材（６）が前記第２の位置（９２）にある場合に、前記流体用筐体（５）を通る前記第２の流路（３２、４）を開通し、前記流体用筐体（５）を通る前記第１の流路（３１、４）を封鎖し、
前記第１の流路（３１、４）および前記第２の流路（３２、４）は、異なる流路である
請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１２】
前記切替部材（６）は、エネルギー供給が停止されると、前記第２の位置（９２）に配置されて、可能な限り流体抵抗を大きくする請求項１から請求項１１のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１３】
前記アクチュエーション手段（７０）は、複数の筐体外部点（１０１）において前記流体用筐体（５）に対して前記衝撃状の力を発生させて、前記第１の位置（９１）または前記第２の位置（９２）から、前記複数の筐体外部点（１０１）において前記切替部材（６）に作用する力を重畳した結果に応じて決まる別の位置（９１ａ、９１ｂ、９１ｃ）へと前記切替部材を移動させ、
前記少なくとも１つの切替部材（６）が配置される位置（９１、９２、９１ａ、９１ｂ、９１ｃ）によって決まる複数の切替状態をさらに備え、
前記複数の切替状態はそれぞれ、前記流体用筐体（５）を通る少なくとも１つの流路（３、４）に対応付けられている請求項１から請求項１２のうちいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１４】
前記アクチュエーション手段（７０）はさらに、プログラム可能な制御を有し、前記制御によって、前記複数の筐体外部点（１０１）のうちの複数の筐体外部点（１０１）において、前記流体用筐体（５）に対して、制御信号に基づいて、前記力を発生させて、前記少なくとも１つの切替部材（６）を、前記制御に応じて予め決まっている位置に配置する  請求項１３に記載のスイッチングバルブ（１００）。
【請求項１５】
スイッチングバルブ（１００）を切り替える方法（２００）であって、
前記スイッチングバルブ（１００）は、
流体用筐体（５）と、
前記流体用筐体（５）の内部に設けられており、球体を有する少なくとも１つの切替部材（６）と、
前記流体用筐体（５）の外部に設けられているアクチュエーション手段（７０）と、
前記流体用筐体（５）の内部に前記切替部材（６）を保持する少なくとも１つのバネ（２）と
を備え、
前記少なくとも１つのバネ（２）は、第１の位置（９１）または第２の位置（９２）に安定して前記切替部材（６）を位置決めして、前記バネ（２）は、前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち一方から前記第１の位置および前記第２の位置（９１、９２）のうち他方へと前記切替部材（６）を移動させるための、前記切替部材（６）を介して入力される動的エネルギーを受け取り、
前記方法（２００）は、
前記アクチュエーション手段（７０）によって前記流体用筐体（５）に対して衝撃状の力を与えて、前記切替部材（６）に対してパルス状に力を伝達して、前記切替部材（６）を第１の位置（９１）から第２の位置（９２）へと移動させるステップ（２０１）
を備え、
前記切替部材（６）は、前記第１の位置（９１）において、前記流体用筐体（５）を通る流路（３、４）の第１の流体状態を定めており、
前記切替部材（６）は、前記第２の位置（９２）において、前記流体用筐体（５）を通る流路（３、４）の第２の流体状態を定めており、
前記第１の流体状態および前記第２の流体状態は、互いに異なる
方法。
【国際調査報告】
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