(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁通路を開閉する電磁アクチュエーターであって、
電極子ハウジングと協働するように配置されているソレノイドコイルと、当該電極子ハウジングが、強磁性の電極子を受容するとともにコイルを備えるように構成され、
前記電極子ハウジングに対して固定され、かつ前記電極子の一方の端部を少なくとも部分的に取り囲む膜であって、当該膜が前記電極子とともに、所定の容積を有する電極子ポケットを画定して、その電極子ポケット内に電極子流体をシールするように配列され、前記電極子の移動により、前記アクチュエーターによって開放及び閉鎖される前記弁通路に関連して移動される膜と、
前記電極子の端部間で前記電極子流体の流通を可能とする流体の通路を画定し、それによって前記弁通路が開放及び閉鎖する際、前記電極子ハウジングに対する前記電極子の急速な移動を可能とする電極子ポートからなり、
前記電極子流体が、当該移動の間、前記容積内に収められているアクチュエーター。
【請求項２】
ラッチングアクチュエーターを形成する永久磁石がさらに配置されている請求項１記載のアクチュエーター。
【請求項３】
前記電極子を延伸位置に向かってバイアスさせるように位置決めされ、及び配置されているバイアスばねをさらに含む請求項２記載のアクチュエーター。
【請求項４】
前記電極子流体が腐食防止剤を含む非圧縮性流体を含む請求項１〜３のいずれか１項記載のアクチュエーター。
【請求項５】
前記電極子流体が、本質的に、腐食防止剤と混合されている水からなる非圧縮性流体を含む請求項１〜３のいずれか１項記載のアクチュエーター。
【請求項６】
前記弁通路を閉鎖するように、前記電極子が延伸位置に配置されているとき、前記電極子の一方の端部が、弁座に対して前記膜を押しつけるように配置されている請求項１〜３のいずれか１項記載のアクチュエーター。
【請求項７】
前記膜の導管上流に露出されている前記膜の領域に対する、当該膜を支える前記電極子の一方の端部の領域の比が1.4と12.3の間の範囲にある請求項６記載のアクチュエーター。
【請求項８】
前記電極子の前記流体の通路が、前記電極子ポートと連通している中央キャビティを含む請求項１又は２記載のアクチュエーター。
【請求項９】
前記中央キャビティが、前記電極子を延伸位置に向かって付勢するバイアスばねを受容するように構成され、配置されている請求項８記載のアクチュエーター。
【請求項１０】
前記電極子の移動を検出するように構成されている電極子センサーと、
前記電極子センサーからの出力に応答して、前記ソレノイドコイルにコイル駆動力を適用するように構成されている制御回路をさらに含む請求項１〜９のいずれか１項記載のアクチュエーター。
【請求項１１】
前記制御回路がバッテリーにより作動される請求項１０記載のアクチュエーター。
【請求項１２】
前記制御回路が、第１の方向で前記ソレノイドコイルに前記コイル駆動力を適用して第１の末端位置に前記電極子を移動させて、前記弁通路を閉鎖するように構成され、その第１の駆動方向において前記ソレノイドコイルへの前記コイル駆動力の適用を停止するための所定の第１の電流停止基準を満たす前記センサーからの出力に応答する請求項１０記載のアクチュエーター。
【請求項１３】
前記制御回路が、前記第１の方向に対向する第２の方向で前記ソレノイドコイルに前記コイル駆動力を適用するように構成され、それによって前記電極子を第２の末端位置に駆動し、前記弁通路を開放することとなり、前記センサーが、前記電極子が前記第２の末端位置に達するのを感知するように前記アクチュエーターに連結され、前記制御回路が、前記ソレノイドコイルに前記第２の駆動方向で前記コイル駆動力を適用するように操作可能であり、かつ第２の駆動方向において前記ソレノイドコイルへのコイル駆動力の適用を停止するための所定の第２の電流停止基準を満たす前記センサーの出力に応答する請求項１２記載のアクチュエーター。
【請求項１４】
前記第１の電流停止基準及び前記第２の電流停止基準が相違する請求項１３記載のアクチュエーター。
【請求項１５】
前記電極子センサーが圧電トランスデューサからなる請求項１０又は１１記載のアクチュエーター。
【請求項１６】
前記電極子センサーが光学センサーからなる請求項１０又は１１記載のアクチュエーター。
【請求項１７】
前記電極子センサーが電磁放射検出器からなる請求項１０又は１１記載のアクチュエーター。
【請求項１８】
前記制御回路が前記第１の駆動方向における前記ソレノイドコイルへのコイル駆動力の適用開始後、前記センサーの出力が所定の第１駆動継続時間内に前記第１の電流停止基準を満たさない場合、前記制御回路が、前記ソレノイドコイルにコイル駆動力を適用開始したときよりも高いレベルで、前記第１の駆動方向で前記ソレノイドコイルにコイル駆動力を適用する請求項１２記載のアクチュエーター。
【請求項１９】
前記制御回路が前記第２の駆動方向における前記ソレノイドコイルへのコイル駆動力の適用開始後、前記センサーの出力が所定の第２駆動継続時間内に前記第２の電流停止基準を満たさない場合、前記制御回路が、前記ソレノイドコイルにコイル駆動力を適用開始したときよりも高いレベルで、前記第２の駆動方向で前記ソレノイドコイルにコイル駆動力を適用する請求項１３記載のアクチュエーター。
【請求項２０】
前記電極子センサーが、前記電極子ハウジングに固定されている圧電トランスデューサである請求項１０記載のアクチュエーター。
【請求項２１】
前記制御回路が、オブジェクトセンサと協働するように接続されている請求項１０又は１１記載のアクチュエーター。
【請求項２２】
前記オブジェクトセンサがモーションセンサからなる請求項２１記載のアクチュエーター。
【請求項２３】
前記オブジェクトセンサが人検知センサからなる請求項２１記載のアクチュエーター。
【請求項２４】
前記オブジェクトセンサが、前記アクチュエーターによって制御されている流水装置の近傍からユーザーが離れるのを検知する請求項２１記載のアクチュエーター。
【請求項２５】
前記膜とともに機能するように配列され、前記弁通路に対する弁座として機能するパイロット体部材をさらに含む請求項１〜２４の何れか１項記載のアクチュエーター。
【請求項２６】
前記パイロット体部材が、前記膜の前記弁座側の外側表面と前記弁座の間を実質上一定の距離とするようにアクチュエーターベースに取り付けられている請求項２５記載のアクチュエーター。
【請求項２７】
前記パイロット体部材が、前記アクチュエーターベースに対して共働するように設計され、ストッパとして機能する肩部を含み、前記アクチュエーターベースに前記パイロット体部材を取り付ける際、前記膜の前記弁座側の外側表面と前記弁座の間が実質上一定の距離となる請求項２５記載のアクチュエーター。
【請求項２８】
前記膜が、コンプライアント領域と、前記電極子の一方の端部とともに移動するよう設計されているとともに前記弁座と接触するように設計されている弾性を有する領域とを含む請求項１〜２７のいずれか１項記載のアクチュエーター。
【請求項２９】
前記弾性を有する領域が、さらに前記電極子の一方の端部に取り付けられるように設計されている請求項２８記載のアクチュエーター。
【請求項３０】
前記弾性を有する領域が、前記電極子の一方の端部への前記取付用に設計されているC字形形状部材を含む請求項２９記載のアクチュエーター。
【請求項３１】
水の流れを制御するように構成されている請求項１又は２５又は２８記載のアクチュエーター。
【請求項３２】
洗浄システムにおいて、水の流れを制御するように構成されている請求項１又は２５又は２８記載のアクチュエーター。
【請求項３３】
アクチュエーターを作動させる方法であって、
電極子ハウジングと協働するように配置されているソレノイドコイルと、当該電極子ハウジングが、強磁性の電極子を受容するとともにコイルを備えるように構成され、
前記電極子ハウジングに対して固定され、かつ前記電極子の一方の端部を少なくとも部分的に取り囲むように配置されている膜であって、当該膜が前記電極子とともに、所定の容積を有する電極子ポケットを画定して、その電極子ポケット内に電極子流体をシールするように配列され、前記電極子の移動により、前記アクチュエーターによって開放及び閉鎖される弁通路に関連して移動される膜と、
前記電極子の端部間で前記電極子流体の流通を可能とする流体の通路を画定し、それによって前記弁通路が開放及び閉鎖する際、前記電極子ハウジングに対する前記電極子の急速な移動を可能とする電極子ポートからなるものにおいて、
前記弁通路を開放及び閉鎖するように前記ソレノイドコイルに駆動信号をもたらすことからなり、前記電極子流体が、前記開放及び閉鎖の間、前記容積内に収められている方法。
【発明の詳細な説明】
本出願は、発明の名称が「Ferromagnetic/Fluid Valve Actuator」であり、2001年10月25日に出願された米国特許出願第09/696,154号の一部継続出願である。本出願は、1999年10月21日に出願された米国特許出願第09/422,533号の分割出願であり、現在、その発明の名称が「Reduced-Energy Consumption Actuator」である米国特許第6,293,516号である、2001年8月7日に出願された米国特許出願第09/924,130号の一部継続出願でもある。また本出願は、2000年2月29日に出願された米国特許出願第09/514,491号の継続出願であり、現在、その発明の名称が「Reduced-Energy Consumption Actuator」である米国特許第6,305,662号である、2001年10月19日に出願された米国特許出願第09/ 号の一部継続出願でもある。上記の出願は、参照することによりその内容をここに組み入れる。
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、様々なシステムにおいて流体の流れを制御することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工業用、農業用及び家庭用のシステムでは、流体の流れを制御するための様々な形式の弁が使用されている。電気的に作動する弁の最も一般的な形態では、ボビンに巻きつけられたソレノイドが利用され、弁部材がボビン内部に配置され、ソレノイドを通過する駆動電流によって駆動される。閉位置において、弁部材の先端は弁座に対して押し付けられ、それによって弁座が配置されている導管を介する流れが止まる。弁部材の先端は、多くの場合において合成樹脂や他の弾性材料から作られるが、弁部材の他の部分は、ソレノイドの磁界からの力を受け、かつソレノイド電極子として作用することになるため、鋼のような比較的高い透磁率を有する材料から形成されている。
【０００３】
バッテリーにより作動されるアクチュエーターにおいて、電気弁制御回路には、可能な限り小さなエネルギーが使用されるべきである。エネルギー効率の高い操作を達成するために、弁部材(即ちソレノイド電極子)が、できる限り高い透磁率を有する必要がある。さらに電気弁制御回路は、ラッチング弁において、電極子を作動する間の最短持続時間に必要な最小限の駆動電流だけを適用すべきである(即ち弁のアクチュエーターは弁を開けたり閉じたりするのにエネルギーを必要とするが、開いた状態や閉じた状態を維持するためにエネルギーが必要なわけではない)。非ラッチングアクチュエーターにおいては、弁の開いた状態を維持するための無用に高い駆動電流は、不必要にバッテリーの寿命を減じることがある。そのためアクチュエーターの設計においてエネルギー消費量の低減は重要な側面である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアクチュエーターの多くでは、水(又は他の調整される流体)を、アクチュエーターを含むボビンのキャビティ中に流すことができる。アクチュエーターには、流量抵抗の低い経路を提供し、かつ弁部材上に加えられる外部圧力(即ち調整される流体によって電極子上へ及ぼされる圧力)を相殺するための、内部空隙と連通するフロー通路が備えられている場合が多い。したがって調整される流体は、アクチュエーターの開閉に応答して行きつ戻りつ移動する。これは、通常電極子の劣化(即ち腐食)の原因となり、ボビンのキャビティ内に蓄積する金属イオン及びその他のイオン(又は他の堆積物)による問題を引き起こす。この問題の重大性は、調整される流体の種類、例えば水の種類に依存する。
【０００５】
上述のように、ソレノイドからなる適切な電極子は、可能な限り高い透磁率を有するものである。しかしながら、通常、非常に高い透磁率を有する材料は腐食耐性が低い。したがって過去の設計者達は、腐食耐性のために透磁率については妥協せざるを得なかった。例えば、炭素鋼は高い透磁率を有するが、錆と腐食によって非常に損傷しやすい。そのため、設計者達は、たとえステンレス鋼が炭素鋼と比較して透磁率において劣るにせよ、より高い透磁率を有するグレードのステンレス鋼を利用してきている。それでもなお、設計者達は上述の堆積物による問題や、逆に、電極子、ボビン又は他の弁要素による流体汚染の防止に関する問題を有している。
【０００６】
したがって改善された弁アクチュエーターの必要性が未だ存在する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、様々なシステムにおける流体の流れを制御するための装置及び方法に関する。
【０００８】
一つの態様において、電磁アクチュエーターは、ソレノイドコイル及び、遠位部を含む強磁性の電極子を受容するように配置されている電極子ポケットを形成するように構成され、配置されている電極子ハウジングを備える。またアクチュエーターは、ポケット内に電極子流体を封じ込めるために遠位端部を少なくとも部分的に取り囲むように、ポケットに対して固定されて、配置されている膜を備える。この場合、電極子の遠位部の変位により、アクチュエーターによって制御される弁通路に対して膜が変位する。
【０００９】
別の態様によれば、電磁アクチュエーターは、ソレノイドコイル及び、内部に強磁性の電極子が配置されている電極子ポケットを形成する電極子ハウジングを含む。アクチュエーターは、ソレノイドコイルを通る駆動電流で作動可能であり、電極子は収縮位置と延伸位置との間で駆動される。アクチュエーターは、電極子が延伸した電極子位置に向かって移動すると、外側に向かって変形し、さらに電極子ハウジングと共に、電極子を含む実質的に液密な電極子チャンバを形成するように、ポケットの口に固定されている可撓性の膜を含む。実質的に非圧縮性流体が、電極子によってふさがれないチャンバ容積の全体を実質的に占める。
【００１０】
さらにまた別の態様によれば、弁は、弁座をもたらす流体の流れチャネルを形成する導管と、電磁アクチュエーターとを含む。電磁アクチュエーターは、ソレノイドコイルと、内部に強磁性電極子が配置されている電極子ポケットを形成する電極子ハウジングを含む。アクチュエーターは、電極子の収縮位置と延伸位置との間で電極子を駆動するための、ソレノイドコイルを通過する駆動電流で作動可能である。またアクチュエーターは、変形するようにポケットの口に固定され、かつ電極子が延伸した電極子位置に移動すると、流体の流れチャネルを通る流体の流れを妨げるように、弁座に対して密閉する可撓性の膜を備える。この場合、膜と電極子ハウジングは、電極子を収容する実質的に液密な電極子チャンバを形成する。実質的に非圧縮性流体は、電極子によってふさがれないチャンバ容積の全体を実質的に占める。
【００１１】
これら態様の好ましい実施態様には、1つ又はより多くの以下の特徴が含まれる。アクチュエーターは、ラッチングアクチュエーターを形成するように配置されている永久磁石を含むことがある。アクチュエーターは、電極子をその延伸位置に向かってバイアスさせるように設置され、配置されているバイアスばねを含むことがある。電極子の遠位部(即ち電極子先端)を、電極子が、延伸した電極子位置に配置された際に、弁座に対して膜を押し付けるように調整することができる。膜の導管上流に露出されているその膜の領域に対する、それを支持する遠位部の領域の比は、1.4と12.3の間にある。
【００１２】
電極子流体は、腐食防止剤を含む非圧縮性流体を含むことがある。非圧縮性流体は、本質的に腐食防止剤と混合された水であってよい。
【００１３】
さらに別の態様によれば、アクチュエーターシステムは、電極子と、コイル駆動力の適用によって作動可能であり、それによって電極子を移動させるコイルとを含むアクチュエーター、及び電極子を部分的に包む膜を備える。またアクチュエーターシステムは、電極子の移動を検出するように構成されている電極子センサー、及び電極子センサーからの出力に応答してコイル駆動力をコイルに適用するように操作可能な制御回路を備える。
【００１４】
また、別の態様によれば、アクチュエーターシステムは、電極子、膜、コイルを備えるアクチュエーター、及び音センサーを備え、コイルは、第1の電流方向において電流が伝導するように、第1の駆動方向においてコイル駆動力が適用されることによって作動可能であり、それによって電極子は第1の末端位置へ駆動されることとなる。音センサーは、第1の末端位置に達する際に電極子によって発生される音を感知するように、アクチュエーターに連結され、音センサーは感知する音を示すセンサー出力を生成する。またシステムは、第1の駆動方向においてコイルにコイル駆動力を適用するように操作可能であり、かつ第1の駆動方向においてコイルにコイル駆動力の適用を停止させるための、所定の第1の電流停止基準を満たすセンサー出力に応答可能な制御回路を含む。
【００１５】
好ましくは、この実施態様において、コイルは、第2の電流方向において電流が伝導するように第2の駆動方向においてコイル駆動力がコイルに適用されることにより作動可能であり、それによって電極子は第2の末端位置へ駆動されることとなる。センサーは、第2の末端位置に達する電極子を感知するように、電極子と連結されている。さらに制御回路は、第2の駆動方向においてコイル駆動力をコイルに適用するように操作可能であり、かつコイルに第2の駆動方向においてコイル駆動力の適用を停止するための、所定の第2の電流停止基準を満たすセンサー出力に応答可能である。
【００１６】
アクチュエーターは、第1の電流停止基準と第2の電流停止基準の基準差を含むことがある。
【００１７】
本発明の設計は、アクチュエーターの電極子を駆動する際に通常生じるエネルギーの無駄を低減するものである。電極子センサーは、電極子の動きをモニターするか、又は電極子の移動がその終点に達した時を測定する。選択点において、電極子センサーからの信号に基づいて、アクチュエーターのコイル駆動力に対する駆動信号が終了する。これにより、電極子センサーがない場合に通常適用される最悪の要件を満たすために、コイルの駆動持続期間を十分に長くする必要がなく、それによってエネルギーの消費を大いに低減することが可能である。これにより、バッテリー寿命を著しく増大させるという結果を得ることができる。
【００１８】
別の態様によれば、弁アクチュエーターには、強磁性タイプのステンレス鋼のような高透磁率を有する材料を、それらの低腐食耐性を考慮せずに使用することができ、かつ電極子は、その腐食耐性を許容可能なレベルとするための数多くの処理工程を受ける必要がない。したがって電極子の透磁率は可能な限り最善の大きさではないが、本発明の設計は弁のコストを低減するか、又は要求されるソレノイドワイヤの寸法を低減する。
【００１９】
好ましい1つの実施態様において、電極子の高い透磁率材料が、弁によって流れが制御される腐食の可能性のある流体にさらされることから保護するために、電極子がその中を移動するポケットの端部の上に可撓性の膜を固定する。さらに制御される流体の圧力によって加えられる力の釣り合いをとるように、電極子ポケットを非圧縮性流体により満たす。本発明によれば、様々な従来の設計が改善される。例えば、制御する流体を弁アセンブリの汚染から防ぐ膜の漏れを防止するための、Nagelの米国特許第5,941,505号公報などに開示されている様々な問題を取り除く。
【００２０】
【発明の実施形態】
図1を参照して、工業用、農業用及び家庭用のシステムにおいて、流体の流れを制御するための種々の形式の弁が使用されている。電気的に作動可能な弁10には、弁座内へプランジャを駆動するためのソレノイドコイルが使用され、弁座は導管内に配置され、それによって導管を通る流れを止める。具体的には、弁アクチュエーター10は、アクチュエーターベース16、強磁性の磁極24、磁極24に形成された電極子ポケット内で摺動可能に装着されている強磁性の電極子30、及びソレノイドボビン14に巻きつけられているソレノイド巻線28を含む。また弁10は、ソレノイドボビン14とアクチュエーターベース16の間でシールを形成し、弾性的に変形可能なＯリング12を含み、これらは全てハウジング18によって一緒に保持されている。ハウジング18の上端部において、ボビン14は、ディスク型の磁石22用に形成されている磁石リセス20を形成する。ソレノイドハウジング18(即ち容器18)は、ボビン14に対して磁石20と磁極24を保持するようアクチュエーターベース16でクリンプされ、それによって巻線28とアクチュエーターベース16が容器18内に固定される。
【００２１】
弁アクチュエーター10は、ラッチング型(図1に示される)又は非ラッチング型のいずれかとして構成することができる。ラッチング型の実施態様は、コイルばね48の力に打ち勝つのに十分な配向と力を有する磁界をもたらす磁石22を含み、それによってソレノイド巻線28に駆動電流が流れなくなった後でさえも、電極子30を開いた状態に維持する。非ラッチング型の実施態様には、永久磁石(即ち磁石22)が存在しない。電極子30を開いた状態に保つためには、必要な磁界が与えられるように、駆動電流を巻線28に流し続けなければならない。電極子30は、駆動電流が流れていない場合には、ばね48の力によって閉じた状態へ移動する。他方、ラッチング型の実施態様においては、電極子30を開いた状態と閉じた状態の間で動かすために、巻線28に相反する向きの駆動電流が印加されるが、いずれの状態を維持するのにも駆動電流は必要ではない。
【００２２】
図1をさらに参照すると、アクチュエーターベース16は、実質的に容器18の内部に配置されている広いベース部分と、狭いベース延伸部32を含む。また弁アクチュエーターは、肩部42を有する弾性的に変形可能な膜40を備える。ベース延伸部32の外部表面は、装着ブロック34の上部表面が形成するリセスによってもたらされる相補的なねじとねじ式に嵌合する。ベース延伸部32の底面のカウンタボアによって形成されている環状の表面36は、弾性的に変形可能な膜40の厚みのある外周リム38を、装着ブロック34の上部リセス中に形成されている肩部42に対して締めつける。これにより、液密なシールが生み出され、よって膜が、装着ブロック34の内部流体導管44を流れる流体にさらされることから電極子30を保護する。またＯリングシール46と共働して、好ましくは比較的粘性のない、非圧縮性の、かつ非腐食性の電極子流体(即ち液体又は気体)で満たされている液密な電極子チャンバを形成する。
【００２３】
例えば、電極子液体は、腐食防止剤、例えばポリプロピレングリコールとリン酸カリウムの20％混合物を混合した水とすることができる。代替的には電極子流体は、シリコンを主成分とする流体、ポリプロピレンポリエチレングリコール又は巨大分子を有するその他の流体を含む。電極子流体は、概して、低い粘度と、電極子に対して非腐食特性を有する実質的に非圧縮性流体のいずれかとすることができる。この保護のために、図に示す実施態様の電極子材料は、低炭素鋼とすることができ、この場合、その腐食耐性は、他の材料の場合と同等に大きな要因ではない。他の実施態様では、420系のステンレス鋼や430系のステンレス鋼のような電極子材料を使用することができる。電極子が、本質的に強磁性材料、即ちソレノイドと磁石が引合うことが可能な材料からなることだけが必要である。たとえそのような場合でも、電極子は、例えば強磁性ではない可撓性の先端を含んでもいてもよい。
【００２４】
動作については、電極子30の中央キャビティ50に配置されているコイルばね48が、キャビティ肩部52に担持され、それによって電極子30が図1に示す収縮位置から延伸位置へ付勢される。非ラッチング型の実施態様においては、電極子30は、ソレノイド電流が存在しない場合に、延伸位置に向かって移動しようとする。図1に示すラッチング型の実施態様では、電極子30は、ソレノイド電流がない場合に、磁石22によって収縮位置に保持されている。したがって電極子を延伸位置へ駆動するために、ばねの力が打ち勝つのに十分となるような、磁石の力を相殺する磁力が結果生じる方向かつ大きさを有する電極子電流が必要である。そうした場合、ばねの力は電極子30を延伸位置へと動かし、膜40の外部表面が、装着ブロック34が導管内44に形成する弁座54に対してシールすることとなる。これにより、導管44内の流れが停止する。この位置において、ソレノイドの助けがなくても、ばねの力で電極子の伸びた状態を維持することができるほど、電極子は磁石から十分に隔置されている。
【００２５】
弾性を有する膜40は、電極子体によって形成されている電極子ポート56と連通する液密な電極子チャンバに位置する電極子流体を封入している。さらに、弾性を有する膜40は、導管内で調整されている流体の圧力にさらされ、そのために相当な外部力にさらされる場合がある。しかしながら、導管の圧力が膜40を介して電極子チャンバ内の非圧縮性の電極子流体へ伝達されるため、電極子30とばね48はこの力に打ち勝つ必要がない。したがってチャンバ内の圧力から結果生じる力は、導管の圧力が及ぼす力をほぼつり合わせる。
【００２６】
さらに図1を参照すると、電極子30は、チャンバ内の流体圧力に対して、収縮位置と延伸位置との間で自由に動く。電極子ポート56は、力のつり合った流体が、ばねキャビティ50を介して電極子チャンバの低部窪み部58から、システムの始動時に電極子の上部端(即ち遠位端部)が引き上げられている電極子チャンバの部分へ移動することを可能にする。電極子流体は、電極子の側面の周りにも流すことができるが、急速な電極子の移動が要求される配置では、ポート56がその形成に役立つような、比較的低い流れ抵抗を有する経路が存在すべきである。同様の見地では、比較的粘性のない電極子チャンバ流体の使用が好ましい。
【００２７】
図示する収縮位置へ電極子を戻し、それによって流体を流すようにするために、磁石を強化する磁界を生じる方向にソレノイドを介して電流が駆動される。上述したように、磁石22が収縮位置の電極子に及ぼす力は十分に大きく、電極子をばねの力に対抗してその位置に保持し続けることができる。しかし、そのような磁石を使用しない単安定型の電極子の場合、ばねの力を超えるような結果生じる磁力を得るための十分な電流がソレノイドに通じる場合にのみ、電極子は収縮位置に保持される。
【００２８】
要するに、膜40は、電極子30を保護し、実質的に非腐食性の液体で満たされているキャビティを作り出し、これによってアクチュエーターの設計者達は、高い腐食耐性を有する材料と高い透磁率を有する材料との間でより好ましい選択ができるようになる。さらに膜40は、キャビティ内へ移動する傾向のある金属イオン及びその他の蓄積物に対する障壁をもたらす。
【００２９】
例示する実施態様において、電極子30の低端部は、膜40に接する表面を有する狭い末端部60(即ちプランジャ)を形成し、これは弁座54に接触するようになる。プランジャの表面は、弁座の開口領域に関連づけられ、これらはいずれも増大又は減少させることができる。プランジャの表面と弁座54の表面は、設計された弁アクチュエータが作動するような圧力範囲に対して最適化することができる。プランジャの表面を減少する(即ち末端部60を狭くする)ことにより、膜40が弁座54に対して押し付けられるのに関わるプランジャの領域を減少し、したがって所与の上流の流体導管の圧力に関して必要とされるばねの力を減少させる。一方プランジャの先端領域を小さくしすぎると、時間がたつにつれて、弁が閉じている間に膜40が損傷を受けやすくなる。本発明者達は、弁座開口領域に対する先端部接触領域の比の最適な範囲が1.4〜12.3の範囲にあることを見出した。本発明のアクチュエーターは、約1.03×106Pa（150 psi）である圧力を含む、制御された流体の様々な圧力に適している。実質的な変更を何ら行うことなく、弁アクチュエーターを約2.07×105〜5.52×105Pa（30 psi〜80 psi）の範囲内、又は水圧が約8.62×105Pa（125psi）であっても使用することができる。
【００３０】
図2と図2Aは、電気的に作動可能な弁の別の実施態様を示している。弁アクチュエーター10Aは、磁石23、強磁性の磁極25、磁極25に形成されている電極子ポケット内で摺動可能に装着されている強磁性の電極子80、及びアクチュエーターベース70を含む。また弁10Aは、ソレノイドボビン14に巻きつけられているソレノイド巻線28、弾性を有する膜90及びパイロット体部材100を含む。弾性的に変形可能なＯリング12は、ソレノイドボビン14とアクチュエーターベース70の間でシールを形成し、これら全ては一緒にアクチュエーターハウジング18によって保持されている。ボビン14は、磁極25の遠位端部とディスク形状の磁石23に対して形成されているリセス20を形成する。ハウジング18は、アクチュエーターベース70においてクリンプされ、これにより磁石23と磁極25をボビン14に対して保持し、それによって巻線28とアクチュエーターベース70が一緒に固定される。弁アクチュエーター10と同様に、弁アクチュエーター10Aもラッチング型(図2に示す)又は非ラッチング型のいずれかとして構成することができる。
【００３１】
図2及び図2Aをさらに参照すると、アクチュエーターベース70は、容器18内にクリンプされるとともにボビン14に接触する広いベース体、及び狭いベース延伸部を含む。アクチュエーターベース70の狭いベース延伸部は、おねじ72とめねじ74を備える。めねじ74は、パイロット体部材100の相補的なおねじ101に適応するように形成され、弾性的に変形可能な膜90を係合する。
【００３２】
弾性的に変形可能な膜90は、外側リング92、コンプライアント領域94、及び弾性を有するC字形形状領域96を含む。膜90は、EDPMダイアフラム又は他の形式のダイアフラムとすることができる。一般的には、変形可能な膜90と領域96は、パイロット体部材100と電極子80のプランジャ86の配置及びサイズに依存して、種々の形状及び寸法とすることができる。変形可能な膜90は、耐久性の材料で形成され、また少なくとも部分的に弾性材料から形成することができる。さらに変形可能な膜90の材料は、パイロット体部材100で調整される流体が原因となって劣化する可能性に対して耐性を有するように選択される。したがって変形可能な膜90とパイロット体部材100を調整される流体用として特別に設計するだけで、同じ弁を種々の工業用、農業用の用途に対して製造することができる。医療用途において、膜90とパイロット部材100は滅菌されるか、又は使い捨て可能な材料で製造される。それによって弁アクチュエーターは使い捨て可能な新しい要素と共に再利用することができる。
【００３３】
強磁性の電極子80は、先端部86(即ちプランジャ86)と、ばね84を受容するように配置されているとともにテーパ端部84A及び84Bを有するばねキャビティ82とを含む。テーパばね端部は、機械の選別及び組立てを可能にする。また強磁性の電極子80は、キャビティ82とチャンバ89の間で流体の連通を可能にし、Ｏリングシール46と膜90によりシールされている通路85を含む。これはまた、電極子液に対する液密なシールを作り、膜90が、電極子80を、パイロット体部材100に接触するような位置にある外部流体にさらされないようにする。上述のように、電極子液は、好ましくは非常に低い粘度を有し、かつ非圧縮性で非腐食性である。さらにボビン14、磁極25、電極子80及び通路85により、アクチュエーターが移動する際に、シールされている電極子流体を比較的遮られていない流れにする。即ち電極子流体用の抵抗の低い経路が存在する。
【００３４】
アクチュエータアセンブリは、オペレーターアセンブリに対して再生可能に固定されたパイロット体部材100を備え、これは数多くの利点をもたらす。具体的には、パイロット体部材100は、磁極70内の相補的なねじ74と係合するおねじ101、及びフランジ102を含む。フランジ102は、磁極70の肩部76と当接しており、パイロット体部材がオペレータアセンブリ上にねじ留めされることに対して、確実なストッパを提供する。この確実なストッパは、弾性部96の外部表面と弁座104の間で、既知の、実質的に一定の距離及び構造をもたらす。この既知の、実質的に一定の距離及び構造は、弁部材の再現可能な開閉動作を確実にする。
【００３５】
概して、現場における保守又は交換の間、弁アクチュエーター又は他の構成要素を取り外したり交換したりすることができ、この場合、弁アクチュエーターの弁座104と要素96の間の距離と構造に変更が生じることがある。さらに様々な部品の公差及びＯリングの変形可能性が、弾性部材96に対するパイロット体の中央管106の位置において、ある程度の変動性を生じさせることができる。この変動性は、弁操作又は開閉時間の間の変動性を生じさせる結果となり得る。他方パイロット弁と弁座の間隔及び構造は、図2及び図3に示すように、パイロット部材100が弁オペレーター上に予め組立てられる際に設定されている。
【００３６】
閉じた位置において、弾性部96は、弁座104における開口をシールし、それによってパイロット通路105からパイロット通路106への流体の流れを防止する。パイロット体部材100を、パイロット通路105及び106を介してダイアフラムに連結させることができる。そのために、パイロット体部材100は、例えば米国特許第5,125,621号公報、第5,195,720号公報、第5,196,118号公報及び第5,244,179号公報に開示されているダイアフラム制御洗浄弁の操作の新規な改善において使用される。これらの先行技術文献を全て、参照することによりその内容を本明細書に組入れる。さらにいくつかのダイアフラムを、一緒にカスケードすることができ、この場合、通路105と106は、第1の小型のダイアフラムに連結され、これにより第2の大型のダイアフラムを制御し、多量の流体を開いた状態のダイアフラムを通過させて流すことができる。これらの2つの互いに連結されているダイアフラムは、ダイアフラムを通る流体の流れを効果的に制御するための増幅効果をつくり出す。
【００３７】
図3は、弁アクチュエーターの別の実施態様を示す。弁アクチュエーター10Bは、ボビン14上に巻かれているコイル28、及びアクチュエーターハウジング内部に装着されているアクチュエーターベース70を含む。ラッチング弁アクチュエーター10Bは、ラッチング磁石23、強磁性の磁極25、及び磁極25に形成されている電極子ポケット内に摺動可能に装着されている強磁性の電極子80を備えている。弾性的に変形可能なＯリング12は、ソレノイドボビン14とアクチュエーターベース70の間でシールを形成し、Ｏリング46は、磁極24とソレノイドボビン14の間でシールを形成する。ボビン14は、磁極の遠位端部とディスク型の磁石23用の形状を有するリセス20を形成する。また弁アクチュエーター10Bは、センサーハウジング112内に配置されている圧電トランスデューサ110のような位置センサーを含む。非ラッチング弁アクチュエーター10Bにはラッチング磁石23は含まれないが、任意に、磁石23の場所に位置センサーを含めることができる。上述のように、これらのアクチュエーター要素は、ソレノイドハウジング18の内部にクリンプされている。
【００３８】
図3をさらに参照すると、また弁アクチュエーター10Bは、アクチュエーターベース70とパイロット体部材100の間に配置されている弾性的に変形可能な膜90を含む。上述のように、アクチュエーターベース70は、ボビン14と接触する広いベース体と、狭いベース延伸部を含む。アクチュエーターベース70の狭いベース延伸部は、おねじ72とめねじ74を備える。パイロット体部材100は、相補的なめねじ74と係合するおねじ101と、フランジ102を含む。(代替的には、またアクチュエーターベース70とパイロット体部材100は、別の形式のロック機構により連結される。)フランジ102は、磁極70の肩部76に当接し、パイロット体部材をオペレータアセンブリ上にねじ留めする際に、確実なストッパを提供する。またこの確実なストッパは、弾性部96の外側表面と弁座104の間に、既知の、実質的に一定の距離と構造をもたらす。
【００３９】
上述したように、弾性的に変形可能な膜90は、外側リング92、コンプライアント領域94、及び弾性を有するC字形形状領域96を含む。変形可能な膜90と領域96は、パイロット体部材100及びプランジャ86の配置及び寸法に依存して、様々な形状及び寸法とすることが可能である。
【００４０】
強磁性の電極子80は、プランジャ86と、テーパ端部84A及び84Bを有するばね84を受容するように配置されているばねキャビティ82を含む。テーパばね端部は、機械選別又は組立てを可能とする。プランジャ86は、円形、楕円形、矩形又は他の形状の断面を有する。また強磁性の電極子80は、Ｏリングシール46及び膜90によってシールされているキャビティ82及びチャンバ89の間で流体の流通を可能とする通路85(図2Aに図示)を含む。これはまた、電極子液に対する液密なシールを作り出し、膜90により、電極子80とプランジャ86が、パイロット体部材100に接触して配置されている外部流体にさらされることから保護される。即ち、電極子80全体が、電極子の表面にかかる実質的に平衡する圧力を有する電極子液によって取り囲まれている(即ち電極子80は、実質的に電極子液内に「浮かんでいる」)。上述したように、電極子液は非常に低い粘度を有し、かつ非圧縮性であり、非腐食性であることが好ましい。さらにボビン14、磁極25及び70、電極子80、通路85は、アクチュエーターが移動する際、電極子流体の流通を比較的妨げることがない。即ち電極子流体に対する低い経路抵抗がもたらされる。
【００４１】
アクチュエーターアセンブリは、上述のようにオペレータアセンブリに対して再生可能に固定されているパイロット体部材100を含むことが有利である。フランジ102は、磁極70の肩部76に当接しており、弾性部96の外部表面と弁座104との間で、既知の実質的に一定の距離及び構造をもたらす確実なストッパを提供する。既知の、実質的に一定の距離及び構造は、弁部材の再生可能な開閉動作を確実にする。さらにパイロット体部材100は、ダイアフラムを受容するような形状とすることができる。
【００４２】
図4は、弁アクチュエーター10Cに使用される制御回路の、概略的かつ部分的な回路図である。制御回路130は、センサ増幅器及び包絡線検波器132、コンパレータ134、オブジェクトセンサ138からの信号を受信するマイクロコントローラ136、コンパレータ140、弁駆動装置142を含む。弁を閉じるのは、米国特許第6,293,516号公報及び第6,305,662号公報に開示されているように、弁駆動装置142により、例えばターミナル29Aと29Bを介して駆動電圧を印加して、コイル28を介して駆動電流を流すことにより行われる。これらの先行技術文献をいずれも参照することによりその内容を本明細書に組み入れる。
【００４３】
一般的には、弁アクチュエーターには、米国特許第5,781,399号公報、第5,803,711号公報、第5,815,365号公報、又は第6,021,038号公報に開示されている回路のような、異なる形式の制御回路が使用される。駆動電流は、強磁性のハウジング18、後部磁極25、前部磁極70によって案内される大きな対応磁性フラッシュが含まれる。ラッチング型の実施態様において、駆動電圧の極性は、結果生じる磁束が永久磁石23の磁束と反対になるようなものである。これにより、電極子80に磁石23が保持されることが中断され、ばね84が戻され、プランジャ86を膜部96と共に弁座104上へ付勢する。一旦弁が閉じると、コイル28からのさらなる支援がなくても、戻ったばねがその閉じた状態を維持する。閉じた状態において、電極子22に対する磁石23による磁力は、電極子22の磁石23からの距離が増大したために、戻ったばね84の力よりも小さくなる。
【００４４】
弁を開くには、結果生じる磁束が、磁石23からの磁束と同じ向きとなるように、弁駆動装置142により、逆方向の駆動電圧を印加する。したがって適用された磁束は永久磁石18の磁束を強化し、戻ったばね84の力に打ち勝つ。それによって電極子80は磁石23に向かって移動し、プランジャ86の収縮位置において、何らかの「保持」駆動電流を適用することなく、永久磁石23の力は電極子80を戻ったばね84の力に対抗して保持するのに十分大きくなる。他方、非ラッチング型の実施態様においては、永久磁石23が存在しないために、「保持」駆動電流を適用しなければならない。
【００４５】
ラッチング弁の双安定性により、それを操作する制御回路は、典型的には、弁が所望の状態に達した後で電流の流れを遮断する。弁が所望の状態に到達するのに必要な時間が広い範囲で変化し得るため、従来の制御回路は、最悪の条件を満たすために、電流の流れる時間を比較的長くしている。しかし、最悪の環境下ではほとんど操作されることがないため、典型的には、コイルの駆動は、弁が安定な位置に到達した後、しばらくの間継続される。これはバッテリーエネルギーの浪費である。この浪費を低減するため、制御回路130は、電極子が最終地点に到達したかどうかを検出するように、電極子をモニターすることができ、到達する直前又は到達する際にコイル駆動力の適用を停止する。
【００４６】
一般的には、プランジャ86の位置をモニターするために、弁アクチュエーター10Bは、直接的又は間接的に電極子80に連結されている位置センサを含み、この位置センサは、圧電トランスデューサ、容量トランスデューサ、誘導トランスデューサ、光学トランスデューサ、その他何らかのトランスデューサとすることができる。例えば圧電トランスデューサ110は、動程のいずれかの終端に到達する際に電極子が発生する音を利用して、電極子80の位置をモニターする。本明細書において、音という用語は、圧縮波又はひずみ波という広範囲の意味で使用している。ほとんどの実施態様においては、さらに「音」の卓越振動数成分は、典型的に可聴範囲を超えている。
【００４７】
図3に示す実施態様においては、電極子センサは、ハウジング壁内の振動に応答する圧電トランスデューサ110である。典型的に、圧電要素110の寸法及び形状は、卓越振動数成分への応答が最大となるように選択されており、圧電要素は、通常、検出されるべき音が、振幅において最大となるか、又は雑音から最も区別できる場所に取り付けられる。代替的には電極子センサは、固定されているアクチュエーター表面上に配置されている1つのプレートと、移動する電極子80の表面上に配置されている別のプレートを含む容量センサである。電極子80が移動することにより、2つの容量プレートが相対的に移動し、これによって測定容量値が変化する。容量値に基づいて、容量センサが電極子80の終端位置、又は任意の瞬間の位置(したがってプランジャ86の位置)を測定する。
【００４８】
代替的には、電極子センサは、光源と光学検出器を含む光学センサである。光源は、電極子の表面で反射し(又はそこを介して伝達し)、検出器によって検出される光放射を放出する。反射表面は、放出された光学信号を変化させる。したがって検出信号は、電極子の位置(即ち瞬時的なプランジャ86の位置)によって変化する。検出した光学信号に基づいて、光学センサは、電極子80の終端位置、又は任意の瞬間の位置を測定する。代替的には、電極子センサは、電磁放射源及び、対応する検出器を使用する。検出器は、電極子の位置に依存して電極子によって生成された電磁放射の摂動を測定する。検出された摂動放射に基づいて、センサは電極子の終端位置、又は任意の瞬間の位置を測定する。
【００４９】
再び図3を参照すると、ターミナル114は、トランスデューサ110の電極の1つに対して、例えばプラスチックキャップ112で適所に固定されている接触ばね116を介して電気的な通信を行う。トランスデューサ110の他の電極は、トランスデューサがハウジングと電極の間の導電的な結合によりハウジングに対して固定されている場合、コイル28と共用することができる。
【００５０】
図4を参照すると、圧電センサ110が、センサ信号131を、予想される音の卓越振動数(典型的には超音波領域の)成分に調整されている増幅器を含む増幅器及び包絡線検波器132にもたらす。増幅器及び包絡線検波器132は、ろ波されて結果得られた信号を修正し、低域フィルタが同調増幅器の出力の包絡線の出力標本を生成する結果となる。電極子80が終端位置に達し、ハウジング振動が発生すると、結果得られる包絡線の値は、コンパレーター134が適用するしきい値を超える。図示する実施態様においては、弁が開くときの音の振幅が閉じるときの音の振幅よりも大きいため、マイクロコントローラ136は、弁が開いているときの値と、弁が閉じているときの値とが異なるように、コンパレーターのしきい値を設定する。
【００５１】
マイクロコントローラ136は、オブジェクトセンサ138からのトリガー信号に応答して、弁アクチュエーターを作動する。制御回路130を、存在又は移動を検出する異なる形式のオブジェクトセンサと共に作動するように構成することができる。例えばオブジェクトセンサ138は、米国特許第5,984,262号公報、第6,127,671号公報、第6,212,697号公報に開示されているセンサのいずれかのセンサであるような、超音波センサ、容量センサ、光学センサとすることができる。これらの先行技術文献を全て参照することによりその内容を本明細書に組み入れる。
【００５２】
一実施態様によれば、オブジェクトセンサ138は、米国特許第6,212,697号公報に開示されている光学センサである。光学センサは、光源と光検出器を含む。光源(例えば赤外LED)は、通常、光学的に有効な部分が円形であるレンズの後ろに配置されている。光源のレンズは、球状の凸面である後部表面を有し、16.0 mm（0.63インチ）の曲率半径と、水平に対して18.6度の角度で右下方に向かって延伸する直線に対して垂直な平坦面を画定する外周端を有する。またレンズの正面、出口面は、球状の凸面であり、50.8mm（2.0インチ）の曲率半径と、水平に対して9.8度の角度で左下方に延伸する直線に対して垂直な平坦面を画定する外周端を有する。この光源は、米国特許第6,212,697号公報に記載され、開示されている放射パターンを提供するように配置されている。放射線検出器(例えばフォトダイオード)は、受光レンズの後方に配置され、このレンズは、伝達レンズの対応表面と同じ形状の左右の面を有する。受光レンズの表面は、目標(例えば小便器の前にいる人)から受容した光を集め、それを放射線検出器の方向へ向ける。これは、やはり米国特許第6,2121,697号公報に記載され、開示されている受光器パターンに対応する装置である。
【００５３】
例えば、オブジェクトセンサ138からのトリガー信号の受信に応じて、センサが、ユーザーが流水装置の近傍から離れるのをセンサが検出すると、マイクロコントローラ136が、「開け」の信号を弁駆動装置142に与える。さらに、弁が所定時間開いた後、マイクロコントローラ136が「閉じろ」の信号を与える。弁を開くために、マイクロコントローラは、弁駆動装置回路142に適用されるOPEN信号を設定する。これにより、回路は、弁を開かせる方向にアクチュエーターのコイル28を流れる電流を駆動する。
【００５４】
その電流が流れ始めると、コンパレーター134の出力が、最初に増幅器132の出力がしきい値を下回ることを示し、それは増幅器が、電極子の動程の終端に達したときに一致する大きさの音を受信していないことを示す。したがってマイクロコントローラ136は、OPEN信号の発信状態を維持する。しかしコンパレーター134の出力は、動程の終端で電極子80によって発生される音に応答して変化する。電極子80がその地点に達すると、弁は電流が流れなくても開いた状態を保ち、マイクロコントローラはOPEN出力の発信をやめ、それによって弁駆動装置142は駆動電流をアクチュエーターコイル28に流すのを停止する。通常、電流が流れる継続時間は、最悪の条件下でも弁を開くのに必要な時間をはるかに下回る結果となり、システムは相当量のエネルギーを節約することができる。
【００５５】
弁を閉じるには、マイクロコントローラ136がCLOSE出力を発し、それによって弁駆動装置142がアクチュエーターコイル28に逆方向の駆動信号を適用する。またマイクロコントローラは、コンパレーター134によって電極子が動程の終端に達したことを通知されるまでに限って、電流を流す。
【００５６】
制御回路130は、駆動信号の継続時間だけでなく、その大きさを制御するのにも利用される。駆動信号の継続時間は、約１ミリ秒〜約10ミリ秒の範囲未満、好ましくは1.5ミリ秒〜8ミリ秒の範囲である。通常の作動には十分に高いコイル駆動レベルは、時に適切ではない場合があり、電極子が終端地点へ達するのに失敗する場合には、コイル駆動レベルを高くすることができる。コイル駆動レベルを高くする1つの方法としては、アクチュエーターコイルを介して放電されるコンデンサの電圧を大きくすることが挙げられる。
【００５７】
図4は、弁駆動装置142をバッテリー144によって作動するものとして示している。典型的には、弁駆動装置140は、エネルギー貯蔵コンデンサを含み、インダクタL1とショットキーダイオードD1を介して、動作の間にバッテリー144によって充電される。マイクロコントローラ136が、OPEN又はCLOSE信号を発すると、駆動装置はアクチュエーターコイル28を介してコンデンサを放電させる。通常、バッテリー144の電圧それ自体が、コンデンサを充電する電圧を画定し、すなわちコイル電流及びしたがって電極子の力を画定する。
【００５８】
ある条件下では、様々な要因(例えば高温による構成要素の膨張、低温によってアクチュエーター流体の粘性が高くなること、膜90や他のアクチュエーター要素の劣化)によって、アクチュエーター80の移動が通常よりも困難になる場合がある。しかしながら駆動信号は、一般に、通常の操作値に設定されている。さもなければ、バッテリー電圧がそのようなより困難な状況に対応するように十分に高く設定されている場合、通常の操作の間、エネルギーの消費は不必要に高くなる。したがって本発明の実施態様は、バッテリー電圧のレベルがより困難な状況のためではなく、通常の状況に適応するレベルのものを利用する。
【００５９】
制御回路130は、駆動信号の最初の適用後、電極子が動かなかった場合、又は所定の最長電流継続時間内に動程の終端に電極子が達しなかった場合、コンデンサの電圧を増大するように構成されている。具体的には、所定の最長電流継続時間に達したときに、マイクロコントローラ136が弁駆動装置を一時的に停止し、限流抵抗器R1を介してトランジスタQ1にパルスを加え始める。各パルスの間、トランジスタはインダクタL1を介してバッテリからの電流を引き込む。しかしダイオードD1のために、弁駆動装置のコンデンサは放電されない。各パルスの停止において、トランジスタQ1は停止し、インダクタL1内の結果生じる起電力により電流が流れ続け、それによってそれらバッテリーの電圧がバッテリー144の電圧を超えた場合でも、ダイオードD2を介して駆動回路のコンデンサが充電される。これによりこれらコンデンサは、バッテリーの電圧を超える電圧まで充電され得る。
【００６０】
適切なコンデンサ電圧を得るために、コンパレーター140は、コンデンサの電圧とマイクロコントローラ136が設定するレベルを比較する。コンパレーターの結果的な出力に応答して、コンデンサの電圧がしきい値を下回る場合にマイクロコントローラ136はパルスの衝撃係数を増大し、コンデンサの電圧がしきい値を超える場合には、パルスの衝撃係数を低減する。しきい値はバッテリー電圧よりも高く設定され、マイクロコントローラが弁駆動装置を再びオンにすると、電極子にかかる力は大きく、弁をより開閉しやすくなっている。
【００６１】
図示する実施態様は、本発明の教示を採用することができる多くのうちの1つに過ぎない。例えば、音センサがより好んで使用されるが、電極子の移動の終わりを検出する、特に超音波トランスデューサ以外の方法を代わりに使用することができる。また図示する実施態様では、弁が開いているときと閉じているときの両方のコイル駆動継続時間を制御しているが、いくつかの実施態様では、開ける間だけ、又は閉じる間だけ、その継続時間を制御することもできる。また弁以外の機構を操作するラッチングアクチュエーターシステムに対しても、本発明の教示は利益をもたらし得る。
【００６２】
さらに電極子が動程の終端に達したかどうかを測定するのに簡単な振幅基準を利用したが、他の基準もいくつかの用途に対して好ましいことが理解される。例えば、電極子が1つの終端地点に達する際の特徴として知られる蓄積された波形で信号処理することによって、音信号はサンプル化され、比較することができる。蓄積された信号は、異なる終端地点によって異なり、前記のような比較を利用してアクチュエーターの2つの状態の間を区別することに価値があると考えられる環境もある。
【００６３】
上述の弁アクチュエータのいずれもが、数多くの用途に適している。例えば、上述の弁アクチュエータは、2000年11月20日に出願された米国特許出願第718,026号に開示する2種流体用の弁に使用することができる。この先行技術を参照することによりその内容を本明細書に組み入れる。代替的には、本発明の弁アクチュエーターを、米国特許第6,161,726号公報や、PCT出願PCT/US99/30898(WO 00/38561号公報として公開)に開示されている流体分配システムに使用することができる。これらのいずれの先行技術文献も参照することによりその内容を本明細書に組み入れる。さらには、本発明の弁アクチュエーターを、農業やガーデニングで使用される様々な潅漑システムに使用することができる。
【００６４】
本発明の種々の実施態様及び実施例を開示してきたが、前述の実施態様及び実施例は単に説明するためのものであって、限定するものではなく、例示的のために示したに過ぎないことは、当業者には明らかであろう。その全てが参照により、本明細書に全体が再現されたかのように組み入れられている先に挙げた先行技術文献に開示されている他の実施態様や、上述の実施態様に適したその他の構成要素がある。いずれか1つの構成要素の機能は、代替的な実施態様において様々な方法で実施することができる。また、いくつかの構成要素による機能は、代替的な実施態様においてはより少ない、あるいは単一の構成要素で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  電気的に作動する弁アクチュエーターの断面図である。
【図２】  電気的に作動する弁アクチュエーターの別の実施態様を示す断面図である。
【図２Ａ】  図２に示すオペレーターの分解図である。
【図３】  圧電トランスデューサを備える図２に示すオペレーターの断面図である。
【図４】  アクチュエーターの制御システムのブロック図である。
【図１】
0004102670.tif 000002
【図２】
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【図２ａ】
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【図３】
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【図４】
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