(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラップ弁構造を含むバルブ装置において、
フラップ弁構造は、
液体の流動を調節するためのオリフィスを含む弁支持構造と、
オリフィスを開閉するためにオリフィスの上方に配置された柔軟なフラップ弁要素であって、第一と第二の末端を持ち、第一の末端はフラップ弁支持構造に取り付けられた柔軟なフラップ弁要素と、
少なくとも一本の柔軟な紐状係留部であって、
前記フラップ弁要素の第一末端の幅よりも狭く、
前記紐状係留部の一端が前記フラップ弁要素の第二末端に、他端が前記フラップ弁支持構造に結合され、
前記フラップ弁要素を含むように規定される平面内に配置され、
オリフィスが閉状態のときに、前記紐状係留部の両端を結ぶ直線距離より長く形成された、
柔軟な紐状係留部と、
を有し、
前記フラップ弁構造に連結された制御装置であって、柔軟なフラップ弁要素をオリフィス上の開放あるいは閉鎖位置に選択的に保持するための制御装置を備えた、フラップ弁構造を含むバルブ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のフラップ弁構造を含むバルブ装置であって、柔軟なフラップ弁要素は矩形の形状をしており、第二の末端に第一と第二の角（かど）を含み、第一の柔軟な紐状係留部は第一の角とフラップ弁支持構造との間に取り付けられ、第二の柔軟な紐状係留部は第二の角とフラップ弁支持構造との間に取り付けられていることを特徴とするフラップ弁構造を含むバルブ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のフラップ弁構造を含むバルブ装置であって、柔軟なフラップ弁要素は金属を貼り付けたプラスチック材から構成され、また、制御装置は少なくとも一枚の静電板を含む静電装置であることを特徴とするフラップ弁構造を含むバルブ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のフラップ弁構造を含むバルブ装置であって、制御装置が電磁的装置であることを特徴とするフラップ弁構造を含むバルブ装置。
【請求項５】
請求項１に記載のフラップ弁構造を含むバルブ装置であって、フラップ弁要素がフラップ弁要素の中心軸とフラップ弁支持構造との間に連結された一本の紐状係留部を含むことを特徴とするフラップ弁構造を含むバルブ装置。
【請求項６】
請求項３に記載のフラップ弁構造を含むバルブ装置であって、制御装置が静電板と金属を貼り付けたフラップ弁要素の間に静電力を提供する少なくとも一枚の静電板を含む静電気的な装置であることを特徴とするフラップ弁構造を含むバルブ装置。
【請求項７】
請求項６に記載のフラップ弁構造を含むバルブ装置であって、静電力はＶ2／ｄ2に従って変動し、ｄは金属を貼り付けたフラップ弁要素と静電板の間の距離であり、Ｖは金属を貼り付けたフラップ弁要素と静電板の間の電圧差であることを特徴とするフラップ弁構造を含むバルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体の流動を調節するためのフラップ弁要素に関し、さらに特に係留式液体用フラップ弁装置（ＴＥＴＨＥＲＥＤ  ＦＬＵＩＤ  ＶＡＬＶＥ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フラップ弁は、化学的処理、液体注入システム、エアゾール送出等のような液体の流動の調節を必要とする多くの適用のために機械的、電磁的、あるいは静電気的なシステムによって開閉される装置である。
【０００３】
フラップ弁の構造およびそれらの応用の諸例は、Ｙｉｍらに対して２０００年８月８日に発行された「液体流動制御用不安定式フラップ弁」と題する米国特許第６，０９８，６６１号、ならびにＹｉｍらに対して１９９９年１２月２１日に発行された「用紙取り扱い用フラップ弁配列系」と題する米国特許第６，００４，３９５号、ビーゲルセンらに対して２０００年３月７日に発行された「片持ばり式遮断フィルムを持つ液体用弁」と題する米国特許第６，０３２，９２３号、ビーゲルセンらに対して２０００年７月１８日に発行された「急速可変流動性の超小型電気機械式弁」と題する米国特許第６，０８９，５３４号、およびビーゲルセンらに対して２０００年９月１９日に発行された「片持ばり式遮断フィルムを持つ液体用弁」と題する米国特許第６，１２０，００２号に開示されている。
【０００４】
参照された特許において見ることが出来るように、静電気式フラップ弁システムにおいては、柔軟なフラップ弁要素が典型的に流入口（流出口）あるいはオリフィス（穴）の上に被さって配置され、第一と第二の末端を持っており、一方の末端はフラップ支持部に取り付けられ、もう一方の末端は自由に動けるようになっている。オリフィス（穴）からの空気圧が固定されていない自由末端を吹き上げる。電圧が静電力を働かせてフラップ弁がオリフィス（穴）を上から覆って閉じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明においては、フラップ要素が一端でクランプ部材で固定され、他端には選択された長さを持つ紐状の係留部が取り付けられているフラップ弁が提供される。本発明の追加の機能、目的、有利な点、および特徴は以下の好適な実施の形態の記述ならびに図面を考慮すれば明らかとなるであろう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係るバルブ装置は、フラップ弁構造を含むバルブ装置において、フラップ弁構造は、液体の流動を調節するためのオリフィスを含む弁支持構造と、オリフィスを開閉するためにオリフィスの上方に配置された柔軟なフラップ弁要素であって、第一と第二の末端を持ち、第一の末端はフラップ弁支持構造に取り付けられた柔軟なフラップ弁要素と、少なくとも一本の柔軟な紐状係留部であって、前記フラップ弁要素の第一末端の幅よりも狭く、前記紐状係留部の一端が前記フラップ弁要素の第二末端に、他端が前記フラップ弁支持構造に結合され、前記フラップ弁要素を含むように規定される平面内に配置され、オリフィスが閉状態のときに、前記紐状係留部の両端を結ぶ直線距離より長く形成された、柔軟な紐状係留部とを有し、前記フラップ弁構造に連結された制御装置であって、柔軟なフラップ弁要素をオリフィス上の開放あるいは閉鎖位置に選択的に保持するための制御装置を備えた、フラップ弁構造を含むバルブ装置である。
【０００７】
請求項２に係るバルブ装置は、請求項１に記載のフラップ弁構造を含むバルブ装置であって、柔軟なフラップ弁要素は実質的に矩形の形状をしており、第二の末端に第一と第二の角（かど）を含み、第一の柔軟な紐状係留部は第一の角とフラップ弁支持構造との間に取り付けられ、第二の柔軟な紐状係留部は第二の角とフラップ弁支持構造との間に取り付けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に係るバルブ装置は、請求項１に記載のフラップ弁構造を含むバルブ装置であって、柔軟なフラップ弁要素は金属を貼り付けたプラスチック材から構成され、また、制御装置は少なくとも一枚の静電板を含む静電装置であることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４に係るバルブ装置は、請求項１に記載のフラップ弁構造を含むバルブ装置であって、制御装置が電磁的装置であることを特徴とするフラップ弁構造を含むものである。
【００１０】
請求項５に係るバルブ装置は、請求項１に記載のフラップ弁構造を含むバルブ装置であって、フラップ弁要素がフラップ弁要素の中心軸とフラップ弁支持構造との間に連結された一本の紐状係留部を含むことを特徴とするフラップ弁構造を含むものである。
【００１１】
請求項６に係るバルブ装置は、請求項３に記載のフラップ弁構造を含むバルブ装置であって、制御装置が静電板と金属を貼り付けたフラップ弁要素の間に静電力を提供する少なくとも一枚の静電板を含む静電気的な装置であることを特徴とするフラップ弁構造を含むものである。
【００１２】
請求項７に係るバルブ装置は、請求項６に記載のフラップ弁構造を含むバルブ装置であって、静電力はＶ2／ｄ2に従って変動し、ｄは金属を貼り付けたフラップ弁要素と静電板の間の距離であり、Ｖは金属を貼り付けたフラップ弁要素と静電板の間の電圧差であることを特徴とするフラップ弁構造を含むものである。
【００１３】
本発明の上述の観点および他の特徴は付帯図面と関連づけて以下の記述において説明される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明の一つの実施の形態の平面図が示され、これには例えば６ミクロン厚さのコンデンサ用等級のマイラー（登録商標）シート製の実質的に平坦で、柔軟なプラスチック材からなることもあるフラップ要素１０が含まれている。このプラスチックシートは、例えばアルミニウムのような金属を貼り付けて電極部分２８を提供する。フラップ要素１０はオリフィス（穴）１２に被さって配置されてこれを閉鎖し、末端１４で弁本体にクランプ部材１８で動かないように固定されている。
【００１５】
電気的に接続されたプレート２０と２２は電極２７に近接しており、この電極は電極２７とプレート２０および２２の間にかけられた電圧に応じて制御可能に静電力を発生し、フラップ要素１０を制御可能に開閉する手段として機能してオリフィス（穴）１２を通じて空気或いは液体のような流動物の流れを許容あるいは閉鎖する。
【００１６】
フラップ要素１０の末端２４は紐状の係留部２８によってフラップ本体１６にクランプ部材２６で接続されている。図１の実施の形態には二本の紐状の係留部が示されているが、本発明の他の実施の形態においては一本或いは三本またはそれ以上の紐状の係留部が使用されることもある。紐状の係留部２８は、フラップ要素１０が開かれたとき、フラップ要素１０の平面からの最大たわみ量を制限するように機能し、フラップ要素１０の平面的な構成、および幾何学的に決定される平面からのたわみを許容し、幾何学的に決定された平面からのたわみの可動域を容認してたわめるようにする。ビーゲルセンらに対して１９９９年４月２７日に発行された米国特許第５，８９７，０９７号に開示されているような、従来の平面からの逸脱の束縛には非平面の成形加工方法が必要である。他の係留式フラップ弁は磁気的な作動を採用している。本発明のフラップ弁の幅広いクランプ部材で固定された領域１４は効果的な静電気的閉鎖を可能にする。
【００１７】
フラップ要素１０を係留して束縛すると完全に開かれたフラップが張り、このようにしてクランプ部材の位置における高さの極限と彎曲度を制限する。このことはフラップ閉鎖のための電圧の閾値、ならびにオリフィス（穴）１２を覆う位置における電圧の閾値を低下する。このことは図５を参照すれば理解することが出来る。図５においては、平板電極２２とアルミニウムを貼り付けたプラスチック製フラップ要素１０との間の静電力が示されている。
【００１８】
図５に示すように、静電力は定性的にＶ2／ｄ2のように変動する。ここでｄはフラップ電極２７と基板電極板２２間のいずれか特定の位置における垂直距離であり、Ｖは電極２７と２２との間の電圧差である。この静電力がフラップ材ならびに空気あるいは他の液体の誘電率に依存することは、方程式を単に定量的に変更するに留まり、このことは静電学の当事者には明らかな筈である。
【００１９】
ＥおよびＤの位置において、距離ｄは最小であり静電力は最大である。位置Ａにおいては、距離ｄは極めて大きいので静電力は無視してよい。
【００２０】
効果的な範囲は例えばＢからＣの間にあり、この間では静電力はオリフィス１２から入って来る液体の圧力の持ち上げる力に対抗してフラップ要素１０を引き寄せるのに十分である。
【００２１】
本発明の係留式フラップ弁要素１０に対しては、他の点では同等な従来技術の非係留式フラップに対するよりも彎曲度は少なく、且つ、上記の有効範囲はより大きい。このようにして、フラップ要素１０は、より低い値の電圧Ｖを用いて閉鎖され得る。
【００２２】
図１は十分に平面的な組立てを可能にする構造の実施の形態を模式的に示したものである。フラップ要素１０の素材（マイラー（登録商標）あるいは他の素材）シートは、図１に示されているように紐状の係留部分２８の末端における２８ａと２８ｂの二点間の直線距離よりも長い長さを持つ紐状の係留部２８を備えて形成されている。フラップ弁１０が解放された場合（即ち、静電界が低レベルに、例えばゼロに設定され、且つ、オルフィス１２からの液体の圧力がフラップ弁要素１０を押上げる場合）、紐状の係留部の長さと直線の間の余剰距離Δが、フラップ弁要素１０全体の平面から逸脱する運動を可能にする。完全に膨張（開弁）したフラップ弁要素１０の形状は、円弧の長さがＳの球形のキャップとして、あるいは斜辺の合計＝Ｌ＋Δである二重三角形（double triangle）として十分正確に近似的に表わすことが出来る。このようにして、ｈ  〜  （ＬΔ／２）1/2となる。流動の妨げを調整するためには、ｈはＤ／４より大きいかあるいは同等でなければならない。このようにして、Δ  〜  Ｄ2／８Ｌとなる。ここでΔは紐状の係留部における余剰の長さによって与えられる。例えば、約４  ｍｍのフラップ、Ｌ  〜  ５ｍｍ、Ｄ  〜  １．５ｍｍに対して、紐状の係留部は円弧状、正三角形の二重斜辺（double hypotenuse）、あるいは他の形状を取ることが出来、且つ、高さηは約５０ミクロンとなる。（〜は、近似した値であることを意味する。）
【００２３】
本発明の代替の実施の形態において、一本の紐状係留部の末端はフラップの長軸に対して平行、垂直、あるいは図示のようにある角度をなすことが出来る。図示のように二本の紐状係留部があってもよく、あるいは図６に示すように一本の紐状係留部３０がフラップの中心軸に沿って連結されているような他の構成であってもよい。紐状係留部の形態は非対称であってもよく、あるいはフラップ上の撓みを軽減するために対称的にすることも出来る。紐状係留部の左端はフラップの延長断片であるように図示されている。このことは、クランプ部材を組立てる間に発生する片寄りによる誤差をごく小さく抑えることを可能とし、膨張時の幾何学的形態への影響をなくしている。類似の配置では紐状係留部がフラップの長軸に沿って平行方向に直線的に延長している形式を用いている。
【００２４】
紐状係留部の幅は静電力がフラップの静電力に比べて小さくなるように狭くあるべきである。このようにして、フラップが静電気的に引き寄せられて閉じる場合に、フラップが一方の側から閉じて余剰の長さがオリフィス（穴）から十分に離れて敷設されているようにする。代替法として、静電力が何ら紐状係留部にかけられないように紐状係留部は金属の電極層を含まなくてもよい。本発明の紐状係留部は余剰の長さを持ちフラップの膨張形態の幾何学的な決定を可能にする。上記の説明のように、フラップの束縛された上昇は、フラップと基板の接触線、即ち、フラップが勢いよく閉まるにつれて移動する接触線におけるフラップの接触角を最小限にする。このことは、フラップの閉鎖に必要な静電圧を軽減する。フラップの平面構成は平面内に余剰の長さを持つ紐状係留部を形成することによって可能となり、この紐状係留部は膨張に際して、三次元に余分の長さを創り出す。種々の紐状係留部の構成が可能であり、これによって膨張したフラップの三次元の形態を制御することが可能となる。構成において二次元のデザインを調整すれば三次元におけるフラップの形態を正確に決定することが可能となる。
【００２５】
静電気的なフラップ弁構造に関して述べられた係留式フラップ弁の実施の形態は電磁的に作動するフラップ弁構造にも採用され得る。
【００２６】
当業者には察知のつくように、本発明の上記に開示された実施の形態に対する他の種々の改変、拡大、および変更は以下の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲と意図の内にあるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理に従った静電気式フラップ弁の実施の形態の平面図であって、フラップ弁は一端でクランプ部材で固定され、他端に紐状の係留部が取り付けられ、静電気的に閉鎖位置にある図である。
【図２】  図１に示された本発明の実施の形態の側面図である。
【図３】  図１ならびに図２の本発明の実施の形態のそれぞれ平面図と側面図であって、開放されて吹上げられた位置にあるフラップ弁を示している図である。
【図４】  図１ならびに図２の本発明の実施の形態のそれぞれ平面図と側面図であって、開放されて吹上げられた位置にあるフラップ弁を示している図である。
【図５】  図１のフラップ弁上に生成された静電力を示す模式図である。
【図６】  一本の紐状の係留部を用いた本発明の実施の形態の平面図である。
【符号の説明】
１０  フラップ要素、１２  オリフィス、１４  フラップ要素の末端、１８  クランプ部材、２４  フラップ要素の末端、２８  紐状の係留部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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