(57)【要約】  第１及び第２のバルブ部材１４ａ，１４ｂ（１１４ａ，１１４ｂ、２１４ａ，２１４ｂ、３１４ａ，３１４ｂ、４１４ａ，４１４ｂ）を持つ可動バルブ素子６（１０６、２０６、３０６、４０６）が配置された筺体４（１０４、２０４、３０４）を有するバルブ２（１０２、３０２、４０２）が提供される。複数のポートＡ−Ｅが筺体に配置され、第１及び第２のシール部８ａ，８ｂ（１０ａ，１０ｂ、１０８ａ，１０８ｂ、１１０ａ，１１０ｂ、２０８ａ，２０８ｂ、２１０ａ，２１０ｂ、３０８ａ，３０８ｂ、３１０ａ，３１０ｂ、４０８ａ，４０８ｂ、４１０ａ，４１０ｂ）が、筺体に接続される。第１及び第２のシール部は、ポートの第１及び第２の組が、第１及び第２のバルブ部材でそれぞれ互いに密封された密封構成をそれぞれ有する。第１のシール部及び第１のバルブ部材のうちの少なくとも１つは、第１のシール部のみが第１のバルブ部材と密封構成にある場合、変形が、第２のシール部が第２のバルブ部材と密封構成となることを可能にするように、変形可能であり、及び／又は、第２のシール部及び第２のバルブ部材のうちの少なくとも１つは、第２のシール部のみが第２のバルブ部材と密封構成にある場合、変形が、第１のシール部が第１のバルブ部材と密封構成となることを可能にするように、変形可能である。
2016508810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筺体と、
前記筺体に配置された複数のポートと、
前記筺体内に配置され、第１のバルブ部材と第２のバルブ部材とを有する可動バルブ素子と、
前記筺体に接続された第１のシール部であって、前記第１のシール部は、互いに隣り合ったポートの第１の組の間で前記筺体に接続され、前記第１のシール部が、前記第１のバルブ部材と密封構成にある場合、前記第１のバルブ部材と、前記ポートの第１の組を密封する前記第１のシール部と、
前記筺体に接続された第２のシール部であって、前記第２のシール部は、互いに隣り合ったポートの第２の組の間で前記筺体に接続され、前記第２のシール部が、前記第２のバルブ部材と密封構成にある場合、前記第２のバルブ部材と、前記ポートの第２の組を密封する前記第２のシール部と、
を有し、
前記第１のシール部と前記第１のバルブ部材との少なくとも１つが、前記第１のシール部のみが、前記第１のバルブ部材と前記密封構成にある場合、前記第１のシール部及び／又は前記第１のバルブ部材の変形が、前記第２のシール部を、前記第２のバルブ部材との前記密封構成にすることを可能にするように、変形可能であり、及び／又は、
前記第２のシール部と前記第２のバルブ部材との少なくとも１つが、前記第２のシール部のみが、前記第２のバルブ部材と前記密封構成にある場合、前記第２のシール部及び／又は前記第２のバルブ部材の変形が、前記第１のシール部を、前記第１のバルブ部材との前記密封構成にすることを可能にするように、変形可能である、バルブ。
【請求項２】
前記第１のバルブ部材と前記第２のバルブ部材との間の動きの方向における距離が、前記第１のシール部と前記第２のシール部との間の動きの方向における距離と異なる場合、前記変形が、前記第１のシール部と前記第２のシール部との両方を、前記密封構成にすることを可能にする、請求項１記載のバルブ。
【請求項３】
前記バルブは、前記第１及び第２のシール部が前記密封構成にある第１の位置と、前記第１及び第２のシール部が、前記ポートの第１の組が前記第１のバルブ部材で互いから密封されておらず、且つ、前記ポートの第２の組が前記第２のバルブ部材で互いから密封されていない非密封構成にある第２の位置と、を有する、請求項１又は２に記載のバルブ。
【請求項４】
前記バルブが、
互いに隣り合ったポートの第３の組の間で前記筺体に接続される第３のシール部であって、前記第３のシール部が各バルブ部材で密封構成にある場合に、前記ポートの第３の組を互いから密封する前記第３のシール部と、
互いに隣り合ったポートの第４の組の間で前記筺体に接続される第４のシール部であって、前記第４のシール部が各バルブ部材で密封構成にある場合に、前記ポートの第４の組を互いから密封する前記第４のシール部と、
を更に有し、
前記第１及び第２のシール部は、シール部の第１の組を形成し、前記第３及び第４のシール部は、シール部の第２の組を形成し、前記シール部の第１及び第２の組は、前記第３のシール部が、前記バルブ素子の移動方向において、前記第１のシール部と前記第２のシール部との間に配置されるようなオフセットである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項５】
前記バルブ素子が、第３のバルブ部材を更に有し、
前記第１及び第２のバルブ部材は、前記バルブ素子が第１の位置にある場合に、前記シール部の第１の組で密封し、前記第２及び第３のバルブ部材は、前記バルブ素子が第２の位置にある場合に、前記シール部の第２の組で密封する、請求項４記載のバルブ。
【請求項６】
前記第１及び第２のバルブ部材は、前記バルブ素子が第１の位置にある場合に、前記シール部の第１の組で密封し、前記第１及び第２のバルブ部材は、前記バルブ素子が第２の位置にある場合に、前記シール部の第２の組で密封する、請求項４記載のバルブ。
【請求項７】
前記複数のポートは、第１のポート、第２のポート、第３のポート、第４のポート、及び、第５のポートを有し、前記ポートの第１の組は、前記第１及び第２のポートを有し、前記ポートの第２の組は、前記第３及び第４のポートを有し、前記ポートの第３の組は、前記第２及び第３のポートを有し、前記ポートの第４の組は、前記第４及び第５のポートを有する、請求項５又は６に記載のバルブ。
【請求項８】
前記複数のポートは、第１のポート、第２のポート、第３のポート、及び、第４のポートを有し、前記ポートの第１の組は、前記第１及び第２のポートを有し、前記ポートの第２の組は、前記第３及び第４のポートを有し、前記ポートの第３の組は、前記第４及び第１のポートを有し、前記ポートの第４の組は、前記第２及び第３のポートを有する、請求項５又は６に記載のバルブ。
【請求項９】
前記第２のポートは、第１の流体圧力を受け、前記第４のポートは、第２の流体圧力を受け、前記第３のポートは、前記バルブの出力を供給し、
前記バルブ素子が前記第１の位置にある場合、前記第２のポートは、前記第３のポートと流体的に結合され、これにより、前記出力に対して前記第１の流体圧力を供給し、
前記バルブ素子が前記第２の位置にある場合、前記第４のポートは、前記第３のポートと流体的に結合され、これにより、前記出力に対して前記第２の流体圧力を供給する、請求項７又は８に記載のバルブ。
【請求項１０】
前記第１の流体圧力は、正圧であり、前記第２の流体圧力は、負圧である、請求項９記載のバルブ。
【請求項１１】
前記バルブ素子が前記第１の位置にある場合、前記第４のポートは、前記第１及び／又は第５のポートを介して大気に放出し、
前記バルブ素子が前記第２の位置にある場合、前記第２のポートは、前記第１及び／又は第５のポートを介して大気に放出する、請求項９又は１０に記載のバルブ。
【請求項１２】
前記可動バルブ素子が、回転可能である、請求項１乃至４、請求項６、請求項８、請求項８に従属する請求項９、請求項１０、及び、請求項１１のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項１３】
前記可動バルブ素子は、線形的に転換可能である、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項１４】
前記シール部は、前記バルブ素子の運動を制限する、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項１５】
前記シール部の幾つか又は全ては、Ｏリング、又は、Ｏリングの一部である、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項１６】
前記シール部の幾つか又は全てが、ベローズ部材を有し、前記ベローズ部材は、前記ベローズ部材を通じた流体連結が阻害される収縮状態と、前記ベローズ部材を通じた流体連結が許容される膨張状態と、を有する、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項１７】
前記ベローズ部材が、前記ベローズ部材が前記収縮状態にある場合に遮断される一方、前記ベローズ部材が前記膨張状態にある場合に遮断されない、１又は複数の穴を有する、請求項１６記載のバルブ。
【請求項１８】
前記シール部の幾つか又は全てが、伸長可能な材料を有し、前記伸長可能な材料は、伸長されていない場合に自身を通じた流体連結を阻害する一方、伸長されている場合に自身を通じた流体連結を許容する、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項１９】
前記伸長可能な材料は、当該伸長可能な材料が伸長されるにつれて、サイズが増加する１又は複数の穴を有する、請求項１８記載のバルブ。
【請求項２０】
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のバルブを有する、咳補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブ、特に、咳を補助する装置のためのバルブに関するが、これに限らない。
【背景技術】
【０００２】
気道における粘液などの分泌物の存在は、塵及びバクテリアを捕獲することができるが、堆積した場合は、感染の原因となり得る。咳は、身体の自然な粘液及び気道内部からの他の分泌物の除去方法であり、このため、咳は、感染のリスクを減少させる。
【０００３】
咳は、深い呼吸で始まる。声門（咽頭の上部における開口）が閉じ、肺において圧力が増大することを可能とする。呼吸筋が収縮し、声門が開き、肺から空気を排出させる。
【０００４】
胸郭に位置する筋肉、首、及び、腹部が、咳をする間、重要な役割を果たす。多くの神経筋疾患に関し、呼吸筋の強さが失われることは、咳をする能力の弱体化、及び、呼吸器感染の機会の増加につながる。これは、脊髄損傷からも生じ得る。
【０００５】
自然な咳をシミュレートする機械装置が知られており、これは、一般的に、送気−排気装置、又は、咳介助装置として称されている。かかる装置は、送気フェーズの間、大量の空気を段階的に運ぶことによって、正圧を患者の肺に付与する。一旦、肺が（通常の深い呼吸と同様に）拡がると、装置は、素早くフローを反転させ、肺から空気を抜き出し、ひいては任意の分泌物を抜き出すために負圧を付与する。従って、咳介助装置は、患者の咳を強く、より効果的にすることを補助し、きれいな気道を保ち、これにより、呼吸器感染の再発の機会を減少させる。圧力及びフローにおける振動が、患者の気道における分泌物をなくすために、送気及び／又は排気フェーズの間、重畳されてもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
咳介助装置に用いられるバルブは、（毎分数百リットルのオーダで）高フローレートを供給可能でなければならず、空気のフローを反転させるために、素早く切り替え可能でなければならない。
【０００７】
一般的に、バルブ設計は、矛盾する特性を有することがあり、選択されたバルブ設計は、通常、これらの特性間の妥協である。例えば、通常、流体漏れに対する良好な密封が供給されることが望ましい。しかしながら、そのようにすることは、一般的に、バルブ内の摩擦を増加させ、バルブの切り替え速度を減少させる。
【０００８】
本発明は、切り替え速度に不利に影響することなく、適切な密封を達成可能なバルブ設計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】
【０００９】
本発明の一態様によれば、筺体と、前記筺体に配置された複数のポートと、前記筺体内に配置され、第１のバルブ部材と第２のバルブ部材とを有する可動バルブ素子と、前記筺体に接続された第１のシール部であって、前記第１のシール部は、互いに隣り合ったポートの第１の組の間で前記筺体に接続され、前記第１のシール部が、前記第１のバルブ部材と密封構成にある場合、前記第１のバルブ部材と、前記ポートの第１の組を密封する前記第１のシール部と、前記筺体に接続された第２のシール部であって、前記第２のシール部は、互いに隣り合ったポートの第２の組の間で前記筺体に接続され、前記第２のシール部が、前記第２のバルブ部材と密封構成にある場合、前記第２のバルブ部材と、前記ポートの第２の組を密封する前記第２のシール部と、を有し、前記第１のシール部と前記第１のバルブ部材との少なくとも１つが、前記第１のシール部のみが、前記第１のバルブ部材と前記密封構成にある場合、前記第１のシール部及び／又は前記第１のバルブ部材の変形が、前記第２のシール部を、前記第２のバルブ部材との前記密封構成にすることを可能にするように、変形可能であり、及び／又は、前記第２のシール部と前記第２のバルブ部材との少なくとも１つが、前記第２のシール部のみが、前記第２のバルブ部材と前記密封構成にある場合、前記第２のシール部及び／又は前記第２のバルブ部材の変形が、前記第１のシール部を、前記第１のバルブ部材との前記密封構成にすることを可能にするように、変形可能である、バルブが提供される。
【００１０】
上記バルブ部材は、上記可動バルブ素子に結合されていてもよい。
【００１１】
上記バルブは、スプールバルブ又はバタフライバルブであってもよい。
【００１２】
シール部の密封構成は、シール部が、各バルブ部材と協働して、互いから隣接するポートを密封する。シール部及びバルブ部材は、互いに対して直接的に密封してもよく、又は、シール部とバルブ部材との間に位置する中間部材を介して密封してもよい。
【００１３】
バルブ部材及びシール部の変形は、バルブ部材の運動に応じていてもよい。従って、シール部の変形は、バルブ素子の運動の方向であってもよい。一方、シール部の変形は、バルブ素子の運動の方向とは反対側の方向であってもよい。
【００１４】
第１のバルブ部材と第２のバルブ部材との間の運動方向における距離が、第１のシール部と第２のシール部との間の運動方向における距離とは異なる場合、変形は、第１のシール部と第２のシール部との両方が、密封構成となることを可能とし得る。
【００１５】
上記バルブは、第１及び第２のシール部が密封構成にある第１の位置と、第１及び第２のシール部が、ポートの第１の組が第１のバルブ部材で互いから密封されておらず、且つ、ポートの第２の組が第２のバルブ部材で互いから密封されていない非密封構成にある第２の位置と、を有していてもよい。
【００１６】
上記バルブは、互いに隣り合ったポートの第３の組の間で筺体に接続される第３のシール部であって、第３のシール部が各バルブ部材で密封構成にある場合に、ポートの第３の組を互いから密封する第３のシール部と、互いに隣り合ったポートの第４の組の間で筺体に接続される第４のシール部であって、第４のシール部が各バルブ部材で密封構成にある場合に、ポートの第４の組を互いから密封する第４のシール部と、を更に有していてもよく、第１及び第２のシール部は、シール部の第１の組を形成し、第３及び第４のシール部は、シール部の第２の組を形成してもよく、シール部の第１及び第２の組は、第３のシール部が、バルブ素子の移動方向において、第１のシール部と第２のシール部との間に配置されるようにずれている。
【００１７】
上記バルブ素子は、第３のバルブ部材を更に有していてもよく、第１及び第２のバルブ部材は、バルブ素子が第１の位置にある場合に、シール部の第１の組で密封し、第２及び第３のバルブ部材は、バルブ素子が第２の位置にある場合に、シール部の第２の組で密封してもよい。第３のバルブ部材は、変形可能であってもよい。
【００１８】
第１及び第２のバルブ部材は、バルブ素子が第１の位置にある場合に、シール部の第１の組で密封し、第１及び第２のバルブ部材は、バルブ素子が第２の位置にある場合に、シール部の第２の組で密封してもよい。
【００１９】
上記複数のポートは、第１のポート、第２のポート、第３のポート、第４のポート、及び、第５のポートを有していてもよく、ポートの第１の組は、第１及び第２のポートを有し、ポートの第２の組は、第３及び第４のポートを有し、ポートの第３の組は、第２及び第３のポートを有し、ポートの第４の組は、第４及び第５のポートを有する。
【００２０】
上記複数のポートは、第１のポート、第２のポート、第３のポート、及び、第４のポートを有していてもよく、ポートの第１の組は、第１及び第２のポートを有し、ポートの第２の組は、第３及び第４のポートを有し、ポートの第３の組は、第４及び第１のポートを有し、ポートの第４の組は、第２及び第３のポートを有する。
【００２１】
第２のポートは、第１の流体圧力を受けるように構成されてもよく、第４のポートは、第２の流体圧力を受けるように構成されてもよく、第３のポートは、バルブの出力を供給するように構成されてもよい。バルブ素子が第１の位置にある場合、第２のポートは、第３のポートと流体的に結合されてもよく、これにより、出力に対して第１の流体圧力を供給する。バルブ素子が第２の位置にある場合、第４のポートは、第３のポートと流体的に結合されてもよく、これにより、出力に対して第２の流体圧力を供給する。
【００２２】
第１の流体圧力は、正圧であり、第２の流体圧力は、負圧である。
【００２３】
バルブ素子が第１の位置にある場合、第４のポートは、第１及び／又は第５のポートを介して大気に放出してもよく、バルブ素子が第２の位置にある場合、第２のポートは、第１及び／又は第５のポートを介して大気に放出してもよい。
【００２４】
可動バルブ素子は、回転可能であってもよく、又は、線形的に転換可能であってもよい。
【００２５】
シール部は、バルブ素子の運動を制限してもよい。換言すれば、シール部は、バルブ部材がシール部を通過する運動を阻害するようなサイズであってもよい。
【００２６】
バルブ部材は、筺体の形状を補完するような形状を有していてもよい。例えば、バルブ部材は、ディスク形状であってもよい。２つの別個のバルブ部材の形状は、筺体の形状を補完してもよい。例えば、バルブ部材は、半円状であってもよい。
【００２７】
バルブ素子は、ボイスコイルモータなどの線形又は回転アクチュエータを使用している筺体に対して平行移動又は回転されてもよい。これは、動作位置の間で、バルブ素子の極めて素早く、且つ、正確な運動を供給し得る。
【００２８】
バルブ部材は、筺体の内側表面に接触しないようなサイズであってもよい。結果的に、バルブ部材がシール部に接触するまで、バルブ素子の運動に対して極めて小さい抵抗が供給される。第１の位置、又は、第２の位置において動作する場合、アクチュエータは、所定の抵抗力がシール部によって提供されるまで、バルブ素子を動かしてもよい。当該所定の抵抗力は、バルブ部材が、両方、シール部に対して密封されることを保証するように、設定され得る。
【００２９】
さらに、バルブ部材は、端部においてのみ、シール部と接触するため、バルブ使用時に摩耗が殆ど無い、又は、摩耗が無い。従って、摩耗粒子が生成されない。このことは、バルブを通じて透過する空気が患者によって安全に吸入されることを可能とする、医療用アプリケーションにおいて、特に有用である。
【００３０】
バルブ部材は、バルブ素子の運動方向において互いからオフセットであってもよい。
【００３１】
シール部の幾つか又は全ては、Ｏリング又はＯリングの一部であってもよい。
【００３２】
シール部の幾つか又は全ては、ベローズ部材を有していてもよい。ベローズ部材は、ベローズ部材を通じた流体連結が阻害される収縮状態と、ベローズ部材を通じた流体連結が許容される膨張状態と、を有していてもよい。
【００３３】
ベローズ部材は、ベローズ部材が収縮状態にある場合に遮断される一方、ベローズ部材が膨張状態にある場合に遮断されない、１又は複数の穴を有していてもよい。
【００３４】
ベローズ部材は、収縮状態の範囲（ベローズ部材の密封された範囲）に亘って適切なシールを供給してもよい。換言すれば、ベローズ部材の有効長は、適切なシールを維持したまま変化してもよい。
【００３５】
シール部の幾つか又は全ては、伸長可能な材料を有していてもよい。当該伸長可能な材料は、伸長されていない場合に自身を通じた流体連結を阻害する一方、伸長されている場合に自身を通じた流体連結を許容してもよい。
【００３６】
上記の伸長可能な材料は、当該伸長可能な材料が伸長されるにつれて、サイズが増加する１又は複数の穴を有していてもよい。
【００３７】
前述のポートの組によって囲まれたポートの幾つか又は全ては、他の組のポートと重複していてもよい。例えば、バルブが、２つのポート及び回転可能なバルブ素子を有する場合、第１のバルブ部材は、第２のポートから第１のポートを分離してもよく、第２のバルブ部材は、第１のポートから第２のポートを分離してもよい。
【００３８】
バルブ部材及びシール部の変形は、バルブ部材及び／又はシール部の位置における偏差に対して反作用することが可能である。例えば、バルブ部材は、所望している距離とは異なる距離で、運動方向において互いから離されていてもよい。かかる偏差は、例えば、製造上の公差、又は、熱膨張、又は、コンポーネントの収縮などから生じ得る。上記の変形は、バルブ部材とシール部との間に効果的な密封が供給されることを保証する。
【００３９】
バルブ部材を変形可能とすることによって、例えば、バルブ部材の厚みを極めて薄くすることによって、バルブ素子の慣性が減少される。バルブ素子の低い慣性は、バルブの切り替え速度にとって有用である。さらに、バルブ素子を動かすために必要な力又はトルクが最小化され、必要とされるスイッチングパワーが減少される。
【００４０】
シール部とバルブ部材との両方が変形可能であってもよい。シール部とバルブ部材との組み合わせられた変形は、シール部及びバルブ部材の位置におけるより大きな偏差に対する反作用となり得る。
【００４１】
バルブ部材間の間隔を空けることが、効果的な密封が、予測される偏差の範囲に亘って、バルブ部材とシール部との間で形成されるように構成され得る。
【００４２】
本発明の他の態様によれば、筺体と、前記筺体に配置された複数のポートと、前記筺体内に配置され、第１のバルブ部材と第２のバルブ部材とを有する可動バルブ素子と、前記筺体に接続された第１のシール部であって、前記第１のシール部は、互いに隣り合ったポートの第１の組の間で前記筺体に接続され、前記第１のシール部が、前記第１のバルブ部材と密封構成にある場合、前記第１のバルブ部材と、前記ポートの第１の組を密封する前記第１のシール部と、前記筺体に接続された第２のシール部であって、前記第２のシール部は、互いに隣り合ったポートの第２の組の間で前記筺体に接続され、前記第２のシール部が、前記第２のバルブ部材と密封構成にある場合、前記第２のバルブ部材と、前記ポートの第２の組を密封する前記第２のシール部と、を有し、前記第１のシール部と前記第２のシール部と前記第１のバルブ部材と前記第２のバルブ部材との少なくとも１つが、前記第１のシール部のみが前記密封構成にある場合、前記第１のシール部と前記第２のシール部と前記第１のバルブ部材と前記第２のバルブ部材との少なくとも１つの変形が、前記第２のシール部を前記密封構成にすることを可能にする、バルブが提供される。
【００４３】
第２のシール部は、第２のシール部が第２のバルブ部材から離れているような密封構成になく、第２のシール部及び／又は第２のバルブ部材は、第２のシール部を密封構成にするために、互いの方向に変形可能である。これは、第２のシール部及び第２のバルブ部材を互いに向かって逸らす外的影響を必要としてもよい。例えば、バルブ部材は、加熱された場合に異なる形状（即ち、その本来の、冷間鍛造された形状）に変形する形状記憶合金から形成されてもよい。従って、第２のシール部が密封構成にない場合、第２のバルブ部材は、変形し、第２のシール部を第２のバルブ部材との密封構成にするように、加熱されてもよい。
【００４４】
本発明の他の態様によれば、上述したバルブを有する咳介助装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
本開示のより良い理解のために、及び、どのようにして実行に移すかをより明確に示すために、一例として、添付の図面に対する説明がなされる。
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に従ったバルブの断面図である。
【図２】図２は、図１に示されるバルブの一部の拡大図である。
【図３】図３は、第１の部分におけるバルブの概略図である。
【図４】図４は、第２の部分におけるバルブの概略図である。
【図５】図５は、第３の部分におけるバルブの概略図である。
【図６】図６は、バルブの振動についての概略図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態に従ったバルブの断面図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施形態に従ったバルブの断面図である。
【図９】図９は、図８に示されるバルブの拡大図であり、膨張状態にあるベローズ部材を示している。
【図１０】図１０は、図８に示されるバルブの拡大図であり、収縮状態にあるベローズ部材を示している。
【図１１】図１１は、本発明が適用される第２のタイプのバルブの斜視図である。
【図１２】図１２は、図１１に示されるバルブの断面図である。
【図１３】図１３は、第１の位置における、本発明の第４の実施形態に従ったバルブの概略図である。
【図１４】図１４は、第２の位置における、図１３に示されるバルブの概略図である。
【図１５】図１５は、第３の位置における、図１３に示されるバルブの概略図である。
【図１６】図１６は、振動フェーズにある、図１３に示されるバルブの概略図である。
【図１７】図１７は、第１の位置における、本発明の第５の実施形態に従ったバルブの概略図である。
【図１８】図１８は、第２の位置における、図１７に示されるバルブの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１は、本発明の第１の実施形態に従ったバルブ２を示している。当該バルブは、方向性スプールタイプバルブである。
【００４７】
バルブ２は、可動バルブ素子６が内部に配置された筺体４を有している。
【００４８】
筺体４は、一般的な円柱状チャンバを規定している。Ａ〜Ｅと付された複数のポート（図１では５個）が、筺体４の壁に供給されている。ポートＡ〜Ｅは、筺体４の壁を通じて延在しており、筺体４によって規定されるチャンバの中に通じている。
【００４９】
複数のシール部が、チャンバ内部で、筺体４に付されている。本実施形態では、シール部は、Ｏリング又は同様のタイプのシールである。当該シール部は、第１の上部シール部８ａと第２の上部シール部８ｂとによって形成される上部の組と、第１の下部シール部１０ａと第２の下部シール部１０ｂとによって形成される下部の組と、を有している。
【００５０】
第１及び第２の上部シール部８ａ，８ｂは、互いに間隔を空けられており、第１及び第２の下部シール部１０ａ，１０ｂについても同様である。第１の上部シール部８ａと第２の上部シール部８ｂとの間の間隔、並びに、第１の下部シール部１０ａと第２の下部シール部１０ｂとの間の間隔は、同じである。上部の組及び下部の組の位置は、上部の組及び下部の組が互いにインタリーブされるように、互いにずれている。具体的には、上部の組及び下部の組の位置は、第１の下部シール部１０ａが第１の上部シール部８ａと第２の上部シール部８ｂとの間に配置されるようにずれている。
【００５１】
ポートＡ〜Ｅの位置が、シール部８，１０を参照して説明される。ポートＡは、第１の上部シール部８Ａの上に供給されている。ポートＢは、第１の上部シール部８ａと第１の下部シール部１０ａとの間に供給されている。ポートＣは、第１の下部シール部１０ａと第２の上部シール部８ｂとの間に供給されている。ポートＤは、第２の上部シール部８ｂと第２の下部シール部１０ｂとの間に供給されている。ポートＥは、第２の下部シール部１０ｂの下に供給されている。
【００５２】
ポートＣは、ポートＡ，Ｂ，Ｄ及びＥとは直径方向に反対側にあるように示されているが、これは必須ではない。例えば、ポートＡ〜Ｅが、全て、筺体の一方の側に配置されていてもよく、又は、筺体４の全周に亘って、任意の位置の組み合わせで配置されてもよい。
【００５３】
一般的に、スプール又はピストンと称され得る、可動バルブ素子６は、中央ステム１２と、ステム１２上に供給され１４ａ〜１４ｃと付された複数（図１では３個）のバルブ部材と、を有している。当該バルブ部材は、上部バルブ部材１４ａと、中央バルブ部材１４ｂと、下部バルブ部材１４ｃとを有している。
【００５４】
バルブ部材１４ａ〜１４ｃは、ステム１２に沿って間隔を空けられており、ステム１２に対して固定されている。バルブ部材１４ａ〜１４ｃは、筺体４によって規定されるチャンバの断面に対して補完的な形状を有している。従って、この実施形態では、バルブ部材１４ａ〜１４ｃは、ディスク形状である。バルブ部材１４ａ〜１４ｃは、シール部８，１０を通じて通過しないようなサイズである。従って、シール部８，１０は、バルブ素子６の運動を制限する止め具として作用している。さらに、バルブ部材１４ａ〜１４ｃが、チャンバに対する補完的形状を有している一方、バルブ部材１４ａ〜１４ｃは、筺体４の壁の内側表面に通常接触しないように、わずかに小さいサイズである。
【００５５】
バルブ部材１４ａ〜１４ｃの位置が、シール部８，１０を参照して説明される。上部バルブ部材１４ａは、第１の上部シール部８ａの上に供給されており、第１の上部シール部８ａの上側表面に対して密封するように構成されている。中央バルブ部材１４ｂは、第１の下部シール部１０ａと第２の上部シール部８ｂとの間に供給されており、第１の下部シール部１０ａの下側表面、又は、第２の上部シール部８ｂの上側表面のいずれかに対して密封するように構成されている。下部バルブ部材１４ｃは、第２の下部シール部１０ｂの下に供給されており、第２の下部シール部１０ｂの下側表面に対して密封するように構成されている。上述のように、バルブ部材１４ａ〜１４ｃは、シール部８ａ，８ｂの上部の組の上側表面に対して密封するとともに、シール部１０ａ，１０ｂの下部の組の下側表面に対して密封する。
【００５６】
図２に示されるように、シール部８，１０は、各バルブ部材によって付与される力の下で変形可能である。このメカニズムが、以下において説明される。
【００５７】
バルブ素子６は、バルブ部材１４ａ〜１４ｃの位置を調整するために、筺体４に対して平行移動可能である。上述のように、バルブ部材１４ａ〜１４ｃは、シール部８，１０を通じて通過しないようなサイズである。従って、シール部８，１０は、バルブ素子６の運動を制限している。
【００５８】
バルブ素子６の位置が、図３〜図６において供給される概略図を参照して説明される。図３〜図６において、ポートＡ及びＥは、筺体４の端部に供給されるように示されているが、図１に示されるように配置されてもよい。
【００５９】
図３は、上部バルブ部材１４ａが第１の上部シール部８ａの上側表面に対して密封されており、中央バルブ部材１４ｂが第２の上部シール部８ｂの上側表面に対して密封されており、下部バルブ部材１４ｃが第２の下部シール部１０ｂの下側表面から間隔を空けられている、バルブ素子６の第１の位置を示している。
【００６０】
第１の位置において、ポートＢ及びＣは、互いに流体連結しており、ポートＤ及びＥは、互いに流体連結している。
【００６１】
図４は、上部バルブ部材１４ａが第１の上部シール部８ａの上側表面から間隔を空けられており、中央バルブ部材１４ｂが第１の下部シール部１０ａの上側表面に対して密封されており、下部バルブ部材１４ｃが第２の下部シール部１０ｂの下側表面に対して密封されている、バルブ素子６の第２の位置を示している。
【００６２】
第２の位置において、ポートＡ及びＢは、互いに流体連結しており、ポートＣ及びＤは、互いに流体連結している。
【００６３】
図５は、前述の第１及び第２の位置の中間である、バルブ素子６の第３の位置を示している。第３の位置において、上部バルブ部材１４ａは、第１の上部シール部８ａの上側表面から間隔を空けられており、中央バルブ部材１４ｂは、第１の下部シール部１０ａの下側表面と第２の上部シール部８ｂの上側表面との両方から間隔を空けられており、下部バルブ部材１４ｃは、第２の下部シール部１０ｂの下側表面から間隔を空けられている。
【００６４】
第３の位置では、バルブ部材１４ａ〜１４ｃの全てが、任意のシール部８，１０に対して密封されていない。結果的に、ポートＡ〜Ｅの全てが、互いに流体連結している。
【００６５】
バルブ２は、特に、咳介助装置への応用に適している。このアプリケーションでは、バルブ２は、送気フェーズの間、患者の肺に正圧を付与するために用いられ、排気フェーズの間、患者の肺に負圧を付与するために用いられる。排気フェーズと次の送気フェーズとの間に、患者の肺に何の圧力も付与されない短い中断が供給される。従って、バルブ２は、正圧、負圧、又は、無圧を供給するように構成される。
【００６６】
バルブ２は、ポートＣが患者の肺に接続されるように、構成されている。これは、患者が着用するマウスピース又はマスクを介して、あるいは、気管切開チューブへの接続を介してなされ得る。
【００６７】
ポートＢは、正の空気圧源に接続されている一方、ポートＤは、負の空気圧源に接続されている（しかしながら、逆の構成も使用され得る）。ポートＡ及びＥは、周囲圧力へ排出される。
【００６８】
図３に示されるバルブ素子６の第１の位置は、送気フェーズに対応している。この位置では、ポートＢに供給される正圧が、ポートＣに流体連結しており、送気フェーズの間、空気が患者の肺に進入する。一方、ポートＤに供給される負圧は、第２の上部シール部８ｂの上側表面に対する中央バルブ部材１４ｂのシールによって、ポートＣ及び患者から密封される。代わりに、ポートＤに供給される負圧は、ポートＥを介して周囲圧力へ排出される。
【００６９】
図４に示されるバルブ素子６の第２の位置は、排気フェーズに対応している。この位置では、ポートＤに供給される負圧が、ポートＣに流体連結しており、送気フェーズの間に導入された空気が肺から抜き出され、これにより、任意の分泌物が抜き出される。一方、ポートＢに供給される正圧は、第１の下部シール部１０ａの下側表面に対する中央バルブ部材１４ｂのシールによって、ポートＣ及び患者から密封される。代わりに、ポートＢに供給される正圧は、ポートＡを介して周囲圧力へ排出される。
【００７０】
図５に示されるバルブ素子６の第３の位置は、中断フェーズに対応している。この位置では、ポートＢに供給される正圧とポートＤに供給される負圧との両方が、それぞれ、ポートＡ及びＥを介して、周囲圧力へベントする。結果、ポートＣ及び患者には何の圧力も付与されない。
【００７１】
送気フェーズの間、ポートＣにおける圧力は、図５に示される第３の位置（ゼロ圧力）から図３に示される第１の位置（完全に開放）へバルブ素子６を動かすことによって、段階的に増加してもよい。
【００７２】
患者の気道か分泌物を除去するために、圧力及びフローにおける振動が、送気フェーズ及び／又は排気フェーズの間、重畳されてもよい。図６は、排気フェーズの間のバルブ素子６の振動を示している。図６に示されるように、バルブ素子６は、図４に示される（完全に開放している）第２の位置と、図５に示される（ゼロ圧力の）第３の位置へわずかに向かった位置との間で振動する。このことは、ポートＣに付与される圧力を変化させる。対応する振動が、図３に示される（完全に開放している）第１の位置と、図５に示される第３の位置へわずかに向かった位置との間で、送気フェーズの間に付与されてもよい。上記振動の振幅及び周波数は、患者に対する不快さを最小化しつつ、肺からの分泌物の除去を高めるために設定され得る。
【００７３】
上述のように、シール部８，１０は、各バルブ部材によって付与される力により、変形可能である。シール部８，１０の変形は、バルブ部材１４ａ〜１４ｃ及び／又はシール部８，１０の位置における偏差を打ち消すことが可能である。
【００７４】
例えば、上部バルブ部材１４ａ及び中央バルブ部材１４ｂは、所望の距離とは異なる距離で互いに間隔を空けられているように、ステム１２に付着されてもよい。かかる偏差は、例えば、製造公差又は熱膨張又はコンポーネント（特に、ステム１２）の収縮などから生じ得る。
【００７５】
上部バルブ部材１４ａと中央バルブ部材１４ｂとの間の間隔が所望の距離よりも大きい場合、上部バルブ部材１４ａが第１の上部シール部８ａの上側表面に接触するよりも前に、中央バルブ部材１４ｂが、第２の上部シール部８ｂの上側表面に接触する。
【００７６】
通常、この状況では、上部バルブ部材１４ａは、第１のシール部８ａの上側表面から間隔を空けられており、第１の上部シール部８ａに対して密封可能である。結果、ポートＢからの空気が、上部バルブ部材１４ａを通過してポートＡへ漏れ、ポートＣに運ばれる空気圧を減少させる。しかしながら、第２の上部シール部８ｂは、中央バルブ部材１４ｂによって付与される力の下、変形可能であり、このため、上部バルブ部材１４ａと中央バルブ部材１４ｂとの間の距離における偏差を打ち消すことが可能である。
【００７７】
第２の上部シール部８ｂの変形は、バルブ素子６の運動方向において、第２の上部シール部８ｂの上側表面を平行移動する。結果、第２の上部シール部８ｂの変形は、第１の上部シール部８ａの上側表面と第２の上部シール部８ｂの上側表面との間の距離を効果的に増加させる。このことは、上部バルブ部材１４ａを、第１の上部シール部８ａの上側表面と接触する状態にすることを可能とし、上部バルブ部材１４ａと第１の上部シール部８ａとの間、及び、中央バルブ部材１４ｂと第２の上部シール部８ｂとの間に効果的なシールを供給する。
【００７８】
一方、上部バルブ部材１４ａと中央バルブ部材１４ｂとの間の間隔が所望の距離より小さい場合、中央バルブ部材１４ｂが第２の上部シール部８ｂの上側表面に接触するよりも前に、上部バルブ部材１４ａが、第１の上部シール部８ａの上側表面に接触する。
【００７９】
第１の上部シール部８ａは、上部バルブ部材１４ａによって付与される力の下、変形可能であり、このため、上部バルブ部材１４ａと中央バルブ部材１４ｂとの間の距離における偏差を打ち消すことが可能である。
【００８０】
第１の上部シール部８ａの変形は、バルブ素子６の運動方向において、第１の上部シール部８ａの上側表面を平行移動する。結果、第１の上部シール部８ａの変形は、第１の上部シール部８ａの上側表面と第２の上部シール部８ｂの上側表面との間の距離を効果的に増加させる。このことは、中央バルブ部材１４ｂを、第２の上部シール部８ｂの上側表面と接触する状態にすることを可能とし、上部バルブ部材１４ａと第１の上部シール部８ａとの間、及び、中央バルブ部材１４ｂと第２の上部シール部８ｂとの間に効果的なシールを供給する。
【００８１】
同様に、第１及び第２の下部シール部１０ａ，１０ｂは、中央バルブ部材１４ｂと下部バルブ部材１４ｃとの間の距離における偏差を打ち消すために変形可能である。
【００８２】
また、シール部８，１０自体の位置（又は、サイズ）における偏差も存在し得る。シール部８，１０の変形は、効果的なシールが、バルブ部材１４ａ〜１４ｃとシール部８，１０との間に供給されることを保証するために、これらの偏差を打ち消すことが可能である。
【００８３】
バルブ素子６は、ボイスコイルモータなどの線形アクチュエータを使用する筺体４について平行移動される。これは、動作位置の間で、バルブ素子６の極めて素早く且つ正確な平行移動をもたらす。前述したように、バルブ部材１４ａ〜１４ｃは、筺体４の内側表面に接触しないようなサイズである。結果、極めて小さい抵抗が、バルブ部材１４ａ〜１４ｃがシール部８，１０に接触するまで、バルブ素子６の運動に対して供給される。第１又は第２の位置で動作している間、アクチュエータは、所定の抵抗力がシール部８，１０によって提供されるまで、バルブ素子６を平行移動させてもよい。所定の抵抗力は、第１の位置において、上部及び中央バルブ部材１４ａ，１４ｂが第１及び第２の上部シール部８ａ，８ｂに対して両方シールされ、第２の位置において、中央及び下部バルブ部材１４ｂ，１４ｃが第１及び第２の下部シール部１０ａ，１０ｂに対して両方シールされることを保証するために設定され得る。
【００８４】
本発明の第２の実施形態に従ったバルブ１０２が、図７を参照して、以下に説明される。
【００８５】
バルブ１０２は、バルブ２と同様の構造を有する。結果、バルブ１０２についての以下の説明は、主に、第１の実施形態と第２の実施形態との間の差異に焦点を当てている。
【００８６】
第１の実施形態のバルブ２のように、バルブ１０２は、可動バルブ素子１０６が配置された筺体１０４を有している。
【００８７】
筺体１０４は、第１の実施形態の筺体４と同一であり、筺体１０４の壁に供給されたポートＡ〜Ｅと、筺体１０４に付着された複数のシール部とを有している。第１の実施形態のように、シール部は、第１の上部シール部１０８ａ及び第２の上部シール部１０８ｂによって形成された上部の組と、第１の下部シール部１１０ａ及び第２の下部シール部１１０ｂによって形成された下部の組と、を有している。
【００８８】
バルブ素子６のように、バルブ素子１０６は、中央ステム１１２と、ステム１１２上に供給された複数のバルブ部材１１４ａ〜１１４ｃとを有している。しかしながら、可動バルブ素子１０６において、上部及び下部バルブ部材１１４ａ，１１４ｃは、中央バルブ部材１１４ｂよりも極めて薄い。結果、上部及び下部バルブ部材１１４ａ及び１１４ｃは、柔軟であり、力により変形可能である。
【００８９】
バルブ部材１１４ａ〜１１４ｃは、シール部を通過しないサイズである。従って、シール部は、バルブ素子１０６の運動を制限する止め具として機能する。
【００９０】
上部及び下部バルブ部材１１４ａ，１１４ｃの変形は、バルブ部材１１４ａ〜１１４ｃ及び／又はシール部１０８，１１０の位置における偏差を打ち消すことが可能である。
【００９１】
上部バルブ部材１１４ａと中央バルブ部材１１４ｂとの間の間隔が所望の距離よりも小さい場合、中央バルブ部材１１４ｂが第２の上部シール部１０８ｂの上側表面に接触するよりも前に、上部バルブ部材１１４ａが、第１の上部シール部８ａの上側表面に接触する。
【００９２】
通常、この状況では、中央バルブ部材１４ｂは、第２のシール部１０８ｂの上側表面から間隔を空けられており、第２の上部シール部１０８ｂに対して密封可能である。結果、ポートＢ及びＣは、ポートＤの負圧に対して露出される。しかしながら、上部バルブ部材１１４ａは、第１の上部シール部１０８ａに対する上部バルブ部材１１４ａの運動によって付与される力の下、変形可能であり、このため、上部バルブ部材１１４ａと中央バルブ部材１１４ｂとの間の距離における偏差を打ち消すことが可能である。
【００９３】
上部バルブ部材１１４ａは、ステム１１２に隣接する放射状の内部部分が上部バルブ部材１１４ａの放射状の外周に沿って位置決めされた、実質的な平面プロファイルを想定している。
【００９４】
図７に示されるように、第１の上部シール部１０８ａに対する上部バルブ部材１１４ａの運動が、上部バルブ部材１１４ａの外周が、放射状の内部部分に沿って位置決めされないように、上部バルブ部材１１４ａの変形を引き起こす。上部バルブ部材１１４ａの外周は、中央バルブ部材１１４ｂから離れる方向に歪まされている。
【００９５】
これは、第１及び第２の上部シール部１０８ａ，１０８ｂと接触する点において、上部バルブ部材１１４ａの下側表面と中央バルブ部材１１４ｂとの間の距離を効果的に増加させる。このことは、中央バルブ部材１１４ｂが第２の上部シール部１０８ｂの上側表面と接触することを可能にし、このため、上部バルブ部材１１４ａと第１の上部シール部１０８ａとの間、及び、中央バルブ部材１１４ｂと第２のシール部１０８ｂとの間に効果的なシールを供給する。
【００９６】
同様に、下部バルブ部材１１４ｃは、中央バルブ部材１１４ｂと下部バルブ部材１１４ｃとの間の距離における偏差を打ち消すために変形可能である。
【００９７】
上部バルブ部材１１４ａ及び下部バルブ部材１１４ｃのみが、変形可能であるとして説明されてきたが、中央バルブ部材１１４ｂが、代替的又は追加的に、変形可能であってもよい。
【００９８】
中央バルブ部材１１４ｂは、（第１の位置における）上部バルブ部材１１４ａに向かって、又は、（第２の位置における）下部バルブ部材１１４ｃに向かって、変形されてもよい。従って、中央バルブ部材１１４ｂの変形は、中央バルブ部材１１４ｂと上部バルブ部材１１４ａ又は下部バルブ部材１１４ｃとの間の距離において生じる、所望の距離よりも大きい偏差を打ち消すことが可能である。これは、上部バルブ部材１１４ａ又は下部バルブ部材１１４ｃを、第１の上部シール部１０８ａの上側表面又は第２の下部シール部１１０ｂの下側表面から引き離す。
【００９９】
中央バルブ部材１１４ｂ又は上部及び下部バルブ部材１１４ａ，１１４ｃが変形可能である場合、中央バルブ部材１１４ｂと上部バルブ部材１１４ａとの間の間隔、及び、中央バルブ部材１１４ｂと下部バルブ部材１１４ｃとの間の間隔は、効果的なシールが、上部バルブ部材１１４ａと第１のシール部１０８ａとの間、及び、中央バルブ部材１１４ｂと第２の上部シール部１０８ｂとの間で、予測される偏差の範囲に亘って形成されるように構成されてもよい。
【０１００】
具体的には、中央バルブ部材１１４ｂのみが変形可能である場合、当該変形は、中央バルブ部材１１４ｂと上部バルブ部材１１４ａ又は下部バルブ部材１１４ｃとの間の距離において生じる、所望の距離よりも大きい偏差を打ち消すことが可能である。従って、中央バルブ部材１１４ｂと上部バルブ部材１１４ａとの間の間隔、及び、中央バルブ部材１１４ｂと下部バルブ部材１１４ｃとの間の間隔は、所望よりも小さい間隔をもたらす、予測される（即ち、製造公差、熱膨張、熱収縮などに基づく）最大偏差の下、効果的なシールが、上部バルブ部材１１４ａと第１の上部シール部１０８ａとの間、及び、中央バルブ部材１１４ｂと第２の上部シール部１０８ｂとの間になお形成されるように設定される。予想される最大偏差の下、中央バルブ部材１１４ｂは、中央バルブ部材１１４ｂが、実質的に変形されないか、又は、わずかしか変形されないように、（第１の位置における）第２の上部シール部１０８ｂ、又は、（第２の位置における）第１の下部シール部１１０ａによる最小の抵抗力だけを受ける。結果、所望される間隔からの全ての他の偏差が、中央バルブ部材１１４ｂをより大きい程度に変形させることとなる。
【０１０１】
一方、上部及び下部バルブ部材１１４ａ，１１４ｃのみが変形可能である場合、当該変形は、中央バルブ部材１１４ｂと上部バルブ部材１１４ａ又は下部バルブ部材１１４ｃとの間の距離において生じる、所望よりも小さい偏差を打ち消すことができる。従って、中央バルブ部材１１ｂと上部バルブ部材１１４ａとの間の間隔、及び、中央バルブ部材１１４ｂと下部バルブ部材１１４ｃとの間の間隔は、所望よりも大きい間隔をもたらす、予測される（即ち、製造公差、熱膨張、熱収縮などに基づく）最大偏差の下、効果的なシールが、上部バルブ部材１１４ａと第１の上部シール部１０８ａとの間、及び、中央バルブ部材１１４ｂと第２の上部シール部１０８ｂとの間になお形成されるように設定される。予想される最大偏差の下、（第１の位置における）上部バルブ部材１１４ａ、又は、（第２の位置における）下部バルブ部材１１４ｃは、上部バルブ部材１１４ａ又は下部バルブ部材１１４ｃが、実質的に変形されないか、又は、わずかしか変形されないように、第１の上部シール部１０８ａ又は第２の下部シール部１１０ｂの各々による最小の抵抗力だけを受ける。結果、所望される間隔からの全ての他の偏差が、上部バルブ部材１１４ａ又は下部バルブ部材１１４ｃをより大きい程度に変形させることとなる。
【０１０２】
シール部１０８，１１０の位置（又は、サイズ）にも、偏差が存在し得る。バルブ部材１１４ａ〜１１４ｃの変形は、効果的なシールが、バルブ部材１１４ａ〜１１４ｃとシール部１０８，１１０との間に供給されることを保証するために、これらの偏差を打ち消すことが可能である。中央バルブ部材１１４ｂの変形は、第１及び第２の上部シール部１０８ａ，１０８ｂの上側表面、並びに、第１及び第２のシール部１１０ａ，１１０ｂの下側表面において生じる、所望よりも互いに近い間隔である偏差を打ち消すことが可能である。反対に、上部バルブ部材１１４ａ及び下部バルブ部材１１４ｃの変形は、第１及び第２の上部シール部１０８ａ，１０８ｂの上側表面、並びに、第１及び第２の下部シール部１１０ａ，１１０ｂの下側表面において生じる、所望よりも互いに離れた間隔である偏差を打ち消すことが可能である。
【０１０３】
第１の実施形態のバルブ２のように、シール部１０８，１１０は、各バルブ部材によって付与される力の下、変形可能であってもよい。シール部１０８，１１０及びバルブ部材１１４ａ〜１１４ｃの組み合わせられた変形は、シール部１０８，１１０及びバルブ部材１１４ａ〜１１４ｃにおけるより大きな偏差を打ち消すことができる。
【０１０４】
変形可能なバルブ部材は、平面構成へと変形されるように、予め曲げられていてもよい。このことは、変形に対するバルブ部材の抵抗を増加させ、バルブ素子１０６を第１の位置及び／又は第２の位置から第３の位置に戻すために作用するバイアス力を供給し得る。
【０１０５】
本発明の第３の実施形態に従ったバルブ２０２が、図８を参照して説明される。
【０１０６】
バルブ２０２は、バルブ２と同様の構成を有している。結果、バルブ２０２についての以下の説明は、主に、第１及び第２の実施形態との差異に焦点を当てている。
【０１０７】
第１の実施形態のバルブ２のように、バルブ２０２は、可動バルブ素子２０６が配置された筺体２０４を有している。
【０１０８】
筺体２０４は、第１の実施形態の筺体４と似ており、筺体２０４の壁に供給されたポートＡ〜Ｅと、筺体２０４に付着された複数のシール部とを有している。第１の実施形態のように、シール部は、第１の上部シール部２０８ａ及び第２の上部シール部２０８ｂによって形成された上部の組と、第１の下部シール部２１０ａ及び第２の下部シール部２１０ｂによって形成された下部の組とを有している。しかしながら、第２の上部シール部２０８ｂ及び第１の下部シール部２１０ａは、Ｏリング（又は、他の同様のタイプのシール）によって、それぞれ形成され、第１の上部シール部２０８ａ及び第２の下部シール部２０８ｂは、ベローズ部材によってそれぞれ形成されている。
【０１０９】
第１の上部シール部２０８ａのベローズ部材は、一端において、上部バルブ部材２１４ａと接続され、他端において、ポートＡとポートＢとの間の位置における筺体２０４の内部表面と接続されている。同様に、第２の下部シール部２１０ｂのベローズ部材は、一端において、下部バルブ部材２１４ｃと接続され、他端において、ポートＤとポートＥとの間の位置における筺体２０４の内部表面と接続されている。
【０１１０】
ベローズ部材の各々は、ゴムなどのチューブ状の柔軟材料から構成されており、一連の回旋を形成している。当該回旋は、ベローズ部材の長さが増加又は減少することを可能にする。ベローズ部材は、筺体２０４に接続されたベローズ部材の端部が上部バルブ部材２１４ａ又は下部バルブ部材２１４ｃに接続された端部よりも大きな直径を有するように、わずかに細くなっていてもよい。
【０１１１】
図９は、バルブ素子２０６が第１の位置にある場合の、第２の下部シール部２１０ｂのベローズ部材を示している。この位置では、下部バルブ部材２１４ｃは、ポートＤ及びベローズ部材が筺体２０４に接続する位置から間隔を空けられている。従って、ベローズ部材は、膨張状態にある。
【０１１２】
図９に示されるように、複数の穴２１６が、ベローズ部材の回旋の各々に形成されている。穴２１６は、ベローズ部材の材料の厚みを通じて完全に透過しており、このため、膨張状態において、ベローズ部材を介して（即ち、ベローズ部材の内部からベローズ部材の外側へ、及び、ベローズ部材の外側からベローズ部材の内部へ）流体連結を可能としている。
【０１１３】
図１０は、バルブ素子２０６が第１の位置にある場合の、第１の上部シール部２０８ａのベローズ部材を示している。この位置において、上部バルブ部材２１４ａは、ポートＢ及びベローズ部材が筺体２０４に接続している位置に隣接している。従って、ベローズ部材は、収縮状態にある。
【０１１４】
収縮状態において、ベローズ部材の回旋は、隣接する回旋の内部表面及び外部表面の各々が互いに接触するように、力を受けている。
【０１１５】
図９に示されるように、隣接する回旋の穴２１６は、互いにずれている。結果、収縮状態において、各回旋の穴２１６は、隣接する回旋の表面によって覆われる。従って、収縮状態では、流体連結が、ベローズ部材を介して許容されない。
【０１１６】
明確化のために、バルブ素子２０６の配置及び許容された流路が、バルブ素子２０６の第１の位置、第２の位置、及び、第３の位置に関して説明される。
【０１１７】
バルブ素子２０６の第１の位置において、第１の上部シール部２０８ａのベローズ部材が収縮状態にあるため、上部バルブ部材２１４ａは、筺体２０４に対してシールされており、中央バルブ部材２１４ｂは、第２の上部シール部２０８ｂの上側表面に対してシールされており、第２の下部シール部２１０ｂが膨張状態にあるため、下部バルブ部材２１４ｃは、筺体２０４に対してシールされていない。
【０１１８】
第１の位置において、ポートＢ及びＣは、互いに流体連結しており、ポートＤ及びＥは、第２の下部シール部２１０ｂのベローズ部材における穴２１６を介して互いに流体連結している。対照的に、第１の上部シール部２０８ａのベローズ部材によって互いからシールされているため、ポートＡ及びＢは、互いに流体連結していない。
【０１１９】
バルブ素子２０６の第２の位置において、第１のシール部２０８ａのベローズ部材が膨張状態にあるため、上部バルブ部材２１４ａは、筺体２０４に対してシールされておらず、中央バルブ部材２１４ｂは、第１の下部シール部２１０ａの下側表面に対してシールされており、第２の下部シール部２１０ｂが収縮状態にあるため、下部バルブ部材２１４ｃは、筺体２０４に対してシールされている。
【０１２０】
第２の位置において、ポートＡ及びＢは、第１の上部シール部２０８ａのベローズ部材における穴２１６を介して、互いに流体連結しており、ポートＣ及びＤは、互いに流体連結している。対照的に、ポートＤ及びＥは、第２の下部シール部２１０ｂのベローズ部材によって互いにシールされているため、互いに流体連結していない。
【０１２１】
バルブ素子２０６の第３の位置において、第１の上部シール部２０８ａ及び第２の下部シール部２１０ｂのベローズ部材が部分的に膨張状態にあるため、上部バルブ部材２１４ａ及び下部バルブ部材２１４ｃは、筺体２０４に対してシールされていない。部分的に膨張した状態では、穴２１６は、ベローズ部材を介した流体連結を可能とするほど十分には遮られていない。中央バルブ部材２１４ｂは、第１の下部シール部２１０ａの下側表面と第２の上部シール部２０８ｂの上側表面との両方から間隔を空けられている。
【０１２２】
第３の位置では、バルブ部材２１４ａ〜２１４ｃのいずれも、シール部２０８，２１０によって、筺体に対してシールされていない。結果、ポートＡ〜Ｅは、全て、互いに流体連結している。
【０１２３】
上述のように、収縮状態では、ベローズ部材の穴２１６は、遮られており、このため、ベローズ部材はシールを形成する。適切なシールが、収縮状態の範囲（ベローズ部材の密封範囲とも称される）に亘って供給される。換言すれば、ベローズ部材の有効長は、適切なシールを維持したまま変化し得る。
【０１２４】
第１の上部シール部２０８ａ及び第２の下部シール部２１０ｂのベローズ部材は、このため、バルブ部材２１４ａ〜２１４ｃ及び／又はシール部２０８，２１０の位置における偏差を打ち消すために、密封範囲に亘って変形することができる。
【０１２５】
第１の上部シール部２０８ａ及び第２の下部シール部２１０ｂのみがベローズ部材によって形成されるように説明されてきたが、第２の上部シール部２０８ｂ及び第１の下部シール部２１０ａが、代替的又は追加的に、ベローズによって形成されてもよい。
【０１２６】
代替的な配置（図示省略）では、ベローズ部材は、スルーホールを形成する複数の穴を持つ、伸長可能材料で形成されたチューブ状のシールによって置き換えられてもよい。収縮状態では、穴は閉じ、膨張状態では、穴が開く。
【０１２７】
伸長可能材料における穴のサイズは、バルブ素子２０６の位置とともに比例的に変化してもよい。従って、流体フローに対する伸長可能材料の抵抗は、バルブ素子２０６の位置で変化するように構成され得る。例えば、伸長可能材料は、流体フローに対する抵抗が、バルブ素子２０６の位置により線形に変化するように構成されてもよい。
【０１２８】
図１１及び図１２は、本発明の第４の実施形態に従ったバルブ３０２を示している。第４の実施形態のバルブ３０２は、本発明の概念がバタフライバルブなどの回転バルブに適用されている点で、前述の実施形態とは異なる。
【０１２９】
バルブ３０２は、可動バルブ素子３０６が配置された筺体３０４を有している。筺体３０４は、同一面上にあり、筺体３０４の中心でジョイントされている、４つのチューブ状導管によって形成されている。各導管の端部は、導管が、十字型に配置され、流体密封筺体を形成するために互いに隣接するように、９０°で留め継ぎされている（ここでは、四分端部と称される）。４つのチューブ状導管は、ポートＡ〜Ｄを規定している。ポートＡ及びＣは、互いに対向して配置されており、ポートＢ及びＤは、互いに対向して配置されている。
【０１３０】
４つのチューブ状導管の四分端部は、以下で詳述される一般的な球形チャンバを規定している。
【０１３１】
複数のシール部が、チャンバ内で筺体３０４に付着されている（図１３及び図１４参照）。シール部は、第１の右対角線シール部３０８ａ及び第２の右対角線シール部３０８ｂによって形成された右対角線の組と、第１の左対角線シール部３１０ａ及び第２の左対角線シール部３１０ｂによって形成された左対角線の組とを有している。
【０１３２】
第１の右対角線シール部３０８ａは、実質的に半円状であり、ポートＡ及びＢの四分端部の間の交差部分において筺体３０４に接続されている。従って、第１の右対角線シール部３０８ａは、ポートＢからポートＡをシールしている。同様に、第２の右対角線シール部３０８ｂは、実質的に半円状であり、ポートＣ及びＤの四分端部の間の交差部分において筺体３０４に接続されている。従って、第２の右対角線シール部３０８ｂは、ポートＤからポートＣをシールしている。このため、シール部３０８の右対角線の組は、ポートＡ及びＤからポートＢ及びＣを分離している。
【０１３３】
第１の左対角線シール部３１０ａは、実質的に半円状であり、ポートＡ及びＤの四分端部の間の交差部分において筺体３０４に接続されている。従って、第１の左対角線シール部３１０ａは、ポートＤからポートＡをシールしている。同様に、第２の左対角線シール部３１０ｂは、実質的に半円状であり、ポートＢ及びＣの四分端部の間の交差部分において筺体３０４に接続されている。従って、第２の左対角線シール部３１０ｂは、ポートＣからポートＢをシールしている。このため、シール部３１０の左対角線の組は、ポートＣ及びＤからポートＡ及びＢを分離している。
【０１３４】
シール部３０８の右対角線の組とシール部３１０の左対角線の組とは、約９０°の角距離で互いにずれており、チャンバの中心で互いに交差している。
【０１３５】
可動バルブ素子３０６は、第１のバルブ部材３１４ａ及び第２のバルブ部材３１４ｂが結合された中央ステム３１２を有している。第１のバルブ部材３１４ａ及び第２のバルブ部材３１４ｂの各々は、実質的に、半円状のディスクである。このため、第１のバルブ部材３１４ａ及び第２のバルブ部材３１４ｂは、導管の四分端部によって規定されるチャンバの断面に対して、補完的な形状を持つ。第１のバルブ部材３１４ａ及び第２のバルブ部材３１４ｂは、直径方向に対向する位置において、ステム３１２に結合されている。第１及び第２のバルブ部材３１４ａ，３１４ｂは、図１２に示されるように、ステム３１２から平行であるが互いにずれている方向へ延在するように配置されている。
【０１３６】
第１及び第２のバルブ部材３１４ａ，３１４ｂは、シール部３０８，３１０を通過しないようなサイズである。従って、シール部３０８，３１０は、バルブ素子３０６の運動を制限する止め具として機能する。さらに、第１及び第２のバルブ部材３１４ａ，３１４ｂがチャンバに対して補完的な形状を有している一方、第１及び第２のバルブ部材３１４ａ，３１４ｂは、通常、筺体３１４の壁の内側表面と接触しないように、わずかに小さいサイズを有する。
【０１３７】
第１及び第２のバルブ部材３１４ａ，３１４ｂの位置が、シール部３０８，３１０を参照して説明される。第１のバルブ部材３１４ａは、第１の右対角線シール部３０８ａと第２の左対角線シール部３１０ｂとの間に供給され、第１の右対角線シール部３０８ａ又は第２の左対角線シール部３１０ｂのいずれかに対してシールするように構成されている。第１のバルブ部材３１４ａは、従って、ポートＢの四分端部内での移動を許容されている。第２のバルブ部材３１４ｂは、第２の右対角線シール部３０８ｂと第１の左対角線シール部３１０ａとの間に供給され、第２の右対角線シール部３０８ｂ又は第１の左対角線シール部３１０ａのいずれかに対してシールするように構成されている。第２のバルブ部材３１４ｂは、従って、ポートＤの四分端部内での移動を許容されている。
【０１３８】
バルブ素子３０６は、第１及び第２のバルブ部材３１４ａ，３１４ｂの位置を調整するために、筺体３０４に対して回転可能である。前述のように、バルブ部材３１４ａ，３１４ｂは、シール部３０８，３１０を通過しないようなサイズである。従って、シール部３０８，３１０は、バルブ素子３０６の運動を制限する。
【０１３９】
バルブ素子３０６の位置が、図１３〜図１６に示される概略図を参照して、説明される。
【０１４０】
図１３は、第１のバルブ部材３１４ａが第１の右対角線シール部３０８ａに対してシールされており、且つ、第２のバルブ部材３１４ｂが第２の右対角線シール部３０８ｂに対してシールされている、バルブ素子３０６の第１の位置を示している。図１３に示されるように、第１及び第２のバルブ部材３１４ａ，３１４ｂは、第１及び第２の右対角線シール部３０８ａ，３０８ｂの反対側に対してシールしている。
【０１４１】
第１の位置において、ポートＡ及びＤが、互いに流体連結しており、ポートＢ及びＣが、互いに流体連結している。第１及び第２のバルブ部材３１４ａ，３１４ｂは、このため、ポートＢ及びＣからポートＡ及びＤを分離している。
【０１４２】
図１４は、第１のバルブ部材３１４ａが第２の左対角線シール部３１０ｂに対してシールされており、且つ、第２のバルブ部材３１４ｂが第１の左対角線シール部３１０ａに対してシールされている、バルブ素子３０６の第２の位置を示している。図１４に示されるように、第１及び第２のバルブ部材３１４ａ，３１４ｂは、第１及び第２の左対角線シール部３１０ａ，３１０ｂの反対側に対してシールしている。
【０１４３】
第２の位置において、ポートＡ及びＢが、互いに流体連結しており、ポートＣ及びＤが、互いに流体連結している。第１及び第２のバルブ部材３１４ａ，３１４ｂは、このため、ポートＣ及びＤからポートＡ及びＢを分離している。
【０１４４】
図１５は、前述の第１の位置と第２の位置との中間である、バルブ素子３０６の第３の位置を示している。第３の位置において、第１のバルブ部材３１４ａは、第１の右対角線シール部３０８ａと第２の左対角線シール部３１０ｂとの両方から間隔を空けられており、第２のバルブ部材３１４ｂは、第２の右対角線シール部３０８ｂと第１の左対角線シール部３１０ａとの両方から間隔を空けられている。
【０１４５】
第３の位置において、第１のバルブ部材３１４ａも第２のバルブ部材３１４ｂも、シール部３０８，３１０に対してシールされていない。結果、ポートＡ〜Ｄは、全て、互いに流体連結している。
【０１４６】
バルブ３０２は、特に、咳介助装置における応用に適している。このアプリケーションでは、バルブ３０２は、送気フェーズの間、患者の肺に正圧を付与するとともに、排気フェーズの間、患者の肺に負圧を付与するために使用される。排気フェーズと次の送気フェーズとの間に、患者の肺に何の圧力も付与されない短い中断が供給される。従って、バルブ３０２は、正圧、負圧、又は、無圧を供給するように構成される。
【０１４７】
バルブ３０２は、ポートＣが患者の肺に接続されるように、構成されている。これは、患者が着用するマウスピース又はマスクを介して、あるいは、気管切開チューブへの接続を介してなされ得る。
【０１４８】
ポートＢは、正の空気圧源に接続されている一方、ポートＤは、負の空気圧源に接続されている（しかしながら、逆の構成も使用され得る）。ポートＡは、周囲圧力へ排出される。
【０１４９】
図１３に示されるバルブ素子３０６の第１の位置は、送気フェーズに対応している。この位置では、ポートＢに供給される正圧が、ポートＣに流体連結しており、送気フェーズの間、空気が患者の肺に進入する。一方、ポートＤに供給される負圧は、第２の右対角線シール部３０８ｂに対する第２のバルブ部材３１４ｂのシール、及び、第１の右対角線シール部３０８ａに対する第１のバルブ部材３１４ａのシールによって、ポートＣ及び患者から密封される。代わりに、ポートＤに供給される負圧は、ポートＡを介して周囲圧力へ排出される。
【０１５０】
図１４に示されるバルブ素子３０６の第２の位置は、排気フェーズに対応している。この位置では、ポートＤに供給される負圧が、ポートＣに流体連結しており、送気フェーズの間に導入された空気が肺から抜き出され、これにより、任意の分泌物が抜き出される。一方、ポートＢに供給される正圧は、第２の左対角線シール部３１０ｂに対する第１のバルブ部材３１４ａのシール、及び、第１の左対角線シール部３１０ａに対する第２のバルブ部材３１４ｂのシールによって、ポートＣ及び患者から密封される。代わりに、ポートＢに供給される正圧は、ポートＡを介して周囲圧力へ排出される。
【０１５１】
図１５に示されるバルブ素子３０６の第３の位置は、中断フェーズに対応している。この位置では、ポートＢに供給される正圧とポートＤに供給される負圧との両方が、それぞれ、ポートＡを介して、周囲圧力へベントする。結果、ポートＣ及び患者には何の圧力も付与されない。
【０１５２】
送気フェーズの間、ポートＣにおける圧力は、図１５に示される第３の位置（ゼロ圧力）から図１３に示される第１の位置（完全に開放）へバルブ素子３０６を動かすことによって、段階的に増加してもよい。
【０１５３】
患者の気道か分泌物を除去するために、圧力及びフローにおける振動が、送気フェーズ及び／又は排気フェーズの間、重畳されてもよい。図１６は、送気フェーズの間のバルブ素子３０６の振動を示している。図１６に示されるように、バルブ素子３０６は、図１３に示される（完全に開放している）第１の位置と、図１５に示される（ゼロ圧力の）第３の位置へわずかに向かった位置との間で振動する。このことは、ポートＣに付与される圧力を変化させる。対応する振動が、図１４に示される（完全に開放している）第２の位置と、図１５に示される第３の位置へわずかに向かった位置との間で、排気フェーズの間に付与されてもよい。上記振動の振幅及び周波数は、患者に対する不快さを最小化しつつ、肺からの分泌物の除去を高めるために設定され得る。
【０１５４】
第１の実施形態の第１のシール部８，１０と同様の方法において、シール部３０８，３１０は、第１及び第２のバルブ部材３１４ａ，３１４ｂによって付与される力の下、変形可能である。シール部３０８，３１０の変形は、バルブ部材３１４ａ，３１４ｂ及び／又はシール部３０８，３１０の位置における偏差を打ち消すことを可能とする。
【０１５５】
例えば、第１及び第２のバルブ部材３１４ａ，３１４ｂは、所望の角距離とは異なる角距離で互いに間隔を空けられている（即ち、第１及び第２のバルブ部材３１４ａ，３１４ｂが、互いに平行でない）ように、ステム３１２に付着されていてもよい。かかる偏差は、例えば、製造公差、又は、バルブ部材の歪みから生じ得る。
【０１５６】
第１の位置において、第１のバルブ部材３１４ａと第２のバルブ部材３１４ｂとの間の（第２の位置から第１の位置への）運動方向における（即ち、第１のバルブ部材３１４ａから第２のバルブ部材３１４ｂへの反時計回りの方向における）角距離が、所望の角距離よりも大きい場合、第２のバルブ部材３１４ｂは、第１のバルブ部材３１４ａが第１の右対角線シール部３０８ａに接触するよりも前に、第２の右対角線シール部３０８ｂに接触する。
【０１５７】
通常、この状況では、第１のバルブ部材３１４ａは、第１の右対角線シール部３０８ａから間隔を空けられており、このため、第１の右対角線シール部３０８ａに対してシールすることができない。結果、ポートＢからの空気が、第１のバルブ部材３１４ａを通過してポートＡに漏れ、このため、ポートＣに運ばれる空気圧を減少させる。しかしながら、第２の右対角線シール部３０８ｂは、第２のバルブ部材３１４ｂによって付与される力の下、変形可能であり、このため、第１のバルブ部材３１４ａと第２のバルブ部材３１４ｂとの間の距離における偏差を打ち消すことができる。
【０１５８】
第２の右対角線シール部３０８ｂの変形は、バルブ素子３０６の回転方向において、第２の右対角線シール部３０８ｂの対向表面を平行移動させる。結果、第２の右対角線シール部３０８ｂの変形は、（第１及び第２のバルブ部材３１４ａ，３１４ｂと同様の方法で測定される）第１の右対角線シール部３０８ａの対向表面と第２の右対角線シール部３０８ｂの対向表面との間の角距離を効果的に増加させる。これは、第１のバルブ部材３１４ａを、第１の右対角線シール部３０８ａの表面と接触状態にすることを可能とし、このため、第１のバルブ部材３１４ａと第１の右対角線シール部３０８ａとの間、及び、第２のバルブ部材３１４ｂと第２の右対角線シール部３０８ｂとの間に、効果的なシールを供給する。
【０１５９】
一方、第１のバルブ部材３１４ａと第２のバルブ部材３１４ｂとの間の角距離が、所望の角距離よりも小さい場合、第１のバルブ部材３１４ａは、第２のバルブ部材３１４ｂが第２の右対角線シール部３０８ｂと接触するよりも前に、第１の右対角線シール部３０８ａと接触する。
【０１６０】
第１の右対角線シール部３０８ａは、第１のバルブ部材３１４ａによって付与される力の下、変形可能であり、このため、第１のバルブ部材３１４ａと第２のバルブ部材３１４ｂとの間の距離における偏差を打ち消すことが可能である。
【０１６１】
第１の右対角線シール部３０８ａの変形は、バルブ素子３０６の回転方向において、第１の右対角線シール部３０８ａの対向表面を平行移動させる。結果、第１の右対角線シール部３０８ａの変形は、第１の右対角線シール部３０８ａの対向表面と第２の右対角線シール部３０８ｂの対向表面との間の距離を効果的に減少させる。これは、第２のバルブ部材３１４ｂを第２の右対角線シール部３０８ｂの表面と接触状態にすることを可能とし、このため、第１のバルブ部材３１４ａと第１の右対角線シール部３０８ａとの間、及び、第２のバルブ部材３１４ｂと第２の右対角線シール部３０８ｂとの間に、効果的なシールを供給する。
【０１６２】
同様に、第１及び第２の左対角線シール部３１０ａ，３１０ｂは、バルブ素子３０６が第２の位置にある場合に、第１のバルブ部材３１４ａと第２のバルブ部材３１４ｂとの間の（第１の位置から第２の位置への）運動方向における（即ち、第１のバルブ部材３１４ａから第２のバルブ部材３１４ｂへの時計回りの方向における）角距離における偏差を打ち消すために、変形可能である。
【０１６３】
シール部３０８，３１０自体の位置（又は、サイズ）において偏差が存在し得る。シール部３０８，３１０の変形が、バルブ部材３１４ａ，３１４ｂとシール部３０８，３１０との間に効果的なシールが供給されることを保証するために、これらの偏差を打ち消すことができる。
【０１６４】
バルブ素子３０６は、ボイスコイル回転モータなどの回転アクチュエータを使用している筺体３０４に対して回転される。これは、動作位置の間で、バルブ素子３０６の極めて素早く、且つ、正確な回転を供給し得る。前述のように、バルブ部材３１４ａ，３１４ｂは、筺体３０４の内側表面に接触しないようなサイズである。結果、バルブ部材３１４ａ，３１４ｂがシール部３０８，３１０に接触するまで、極めて小さい抵抗しか、バルブ素子３０６の運動に対して供給されない。第１の位置又は第２の位置において動作している場合、アクチュエータは、右対角線又は左対角線シール部３０８，３１０によって所定の抵抗力が示されるまで、バルブ素子３０６を回転させてもよい。当該所定の抵抗力は、第１の位置において、第１及び第２のバルブ部材３１４ａ，３１４ｂの両方が第１及び第２の右対角線シール部３０８ａ，３０８ｂに対してシールされるとともに、第２の位置において、第１及び第２のバルブ部材３１４ａ，３１４ｂの両方が第１及び第２の左対角線シール部３１０ａ，３１０ｂに対してシールされることを保証するように、設定され得る。
【０１６５】
第１及び第２のバルブ部材３１４ａ，３１４ｂが互いにずれているものとして説明されてきたが、代替的に、互いに位置合わせされ、代わりに、シール部が互いにずれていてもよい。
【０１６６】
さらに、シール部３０８，３１０は、隣接ポートの交差場所において配置されるものとして説明されてきたが、交差場所のいずれかの側に配置されてもよい。
【０１６７】
図１７及び図１８は、本発明の第５の実施形態に従ったバルブ４０２を示している。前述の実施形態のバルブ３０２のように、バルブ４０２は、バタフライバルブなどの回転バルブである。バルブ４０２は、前述の第２の実施形態の回転実装に対応している。
【０１６８】
バルブ４０２は、バルブ３０２と同様の構造を持つ。結果、バルブ４０２についての以下の説明は、主に、第４の実施形態と第５の実施形態との差異に焦点を当てている。
【０１６９】
第４の実施形態のバルブ３０２のように、バルブ４０２は、可動バルブ素子４０６が配置された筺体４０４を有している。
【０１７０】
図１７は、（送気フェーズに対応している）第１の位置におけるバルブ素子４０６を示しており、図１８は、（排気フェーズに対応している）第２の位置におけるバルブ素子４０６を示している。バルブ素子４０６は、図１５に示されるバルブ３０２に関する第３の位置（中断フェーズに対応）を想定することができ、図１６に示されるようにバルブ３０２に関し、振動することができる。
【０１７１】
筺体４０４は、第４の実施形態の筺体３０４と同一であり、４つのチューブ状導管によって規定されるポートＡ〜Ｄと、チャンバ内で筺体４０４に付着された複数のシール部とを有している。第４の実施形態のように、シール部は、第１の右対角線シール部４０８ａ及び第２の右対角線シール部４０８ｂによって形成される右対角線の組と、第１の左対角線シール部４１０ａ及び第２の左対角線シール部４１０ｂによって形成される左対角線の組とを有している。
【０１７２】
バルブ素子３０６のように、バルブ素子４０６は、第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとが結合される中央ステム４１２を有している。しかしながら、可動バルブ素子４０６において、第１及び第２のバルブ部材４１４ａ，４１４ｂは、より薄く、このため、柔軟であり、且つ、力により変形可能である。
【０１７３】
第１及び第２のバルブ部材４１４ａ，４１４ｂは、シール部４０８，４１０を通過しないようなサイズである。シール部４０８，４１０は、従って、バルブ素子４０６の運動を制限する止め具として機能する。
【０１７４】
第１及び第２のバルブ部材４１４ａ，４１４ｂの変形は、バルブ部材４１４ａ，４１４ｂ及び／又はシール部４０８，４１０の位置における偏差を打ち消すことができる。
【０１７５】
第１の位置において、第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとの間の（第２の位置から第１の位置への）運動方向における（即ち、第１のバルブ部材４１４ａから第２のバルブ部材４１４ｂへの反時計回りの方向における）角距離が、所望の角距離よりも大きい場合、第２のバルブ部材４１４ｂは、第１のバルブ部材４１４ａが第１の右対角線シール部４０８ａに接触するよりも前に、第２の右対角線シール部４０８ｂに接触する。
【０１７６】
通常、この状況では、第１のバルブ部材４１４ａは、第１の右対角線シール部４０８ａから間隔を空けられており、このため、第１の右対角線シール部４０８ａに対してシールすることができない。結果、ポートＢからの空気が、第１のバルブ部材４１４ａを通過してポートＡに漏れ、このため、ポートＣに運ばれる空気圧を減少させる。しかしながら、第２のバルブ部材４１４ｂは、バルブ素子４０６の回転によって付与される力の下、変形可能であり、このため、第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとの間の距離における偏差を打ち消すことができる。
【０１７７】
第２のバルブ部材４１４ｂは、ステム４１２に隣接する放射状の内部部分が第２のバルブ部材４１４ｂの放射状の外周に沿って位置決めされた、実質的な平面プロファイルを想定している。
【０１７８】
図１７に示されるように、第２の右対角線シール部４０８ｂに対する第２のバルブ部材４１４ｂの運動は、第２のバルブ部材４１４ｂの外周が放射状の内部部分ともはや位置決めされていないように、第２のバルブ部材４１４ｂを変形させる。第２のバルブ部材４１４ｂの外周は、第２の右対角線シール部４０８ｂから第１の左対角線シール部４１０ａへ向かって離れるように曲げられている。
【０１７９】
これは、第１のバルブ部材４１４ａ及び第２のバルブ部材４１４ｂが第１及び第２の右対角線シール部４０８ａ，４０８ｂに接触している点において、第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとの間の角距離を効果的に増加させる。このことは、第１のバルブ部材４１４ａを第１の右対角線シール部４０８ａの表面と接触状態にすることを可能とし、このため、第１のバルブ部材４１４ａと第１の右対角線シール部４０８ａとの間、及び、第２のバルブ部材４１４ｂと第２の右対角線シール部４０８ｂとの間に、効果的なシールを供給する。
【０１８０】
一方、第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとの間の角距離が所望の角距離よりも小さい場合、第１のバルブ部材４１４ａは、第２のバルブ部材４１４ｂが第２の右対角線シール部４０８ｂと接触するよりも前に、第１の右対角線シール部４０８ａと接触する。
【０１８１】
第１のバルブ部材４１４ａは、ステム４１２に隣接する放射状の内部部分が第１のバルブ部材４１４ａの放射状の外周に沿って位置決めされた、実質的な平面プロファイルを想定している。
【０１８２】
第１のバルブ部材４１４ａは、バルブ素子４０６の回転によって付与される力の下、変形可能であり、このため、第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとの間の距離における偏差を打ち消すことができる。
【０１８３】
具体的には、第１の右対角線シール部４０８ａに対する第１のバルブ部材４１４ａの運動が、第１のバルブ部材４１４ａの外周が放射状の内部部分ともはや位置決めされていないように、第１のバルブ部材４１４ａを変形させる。第１のバルブ部材４１４ａの外周は、第１の右対角線シール部４０８ａから第２の左対角線シール部４１０ｂへ向かって離れるように曲げられている。
【０１８４】
これは、第１のバルブ部材４１４ａ及び第２のバルブ部材４１４ｂが第１及び第２の右対角線シール部４０８ａ，４０８ｂに接触している点において、第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとの間の角距離を効果的に減少させる。このことは、第２のバルブ部材４１４ｂを第２の右対角線シール部４０８ｂの表面と接触状態にすることを可能とし、このため、第１のバルブ部材４１４ａと第１の右対角線シール部４０８ａとの間、及び、第２のバルブ部材４１４ｂと第２の右対角線シール部４０８ｂとの間に、効果的なシールを供給する。
【０１８５】
同様に、第１及び第２のバルブ部材４１４ａ，４１４ｂは、バルブ素子４０６が第２の位置にある場合に、第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとの間の距離における偏差を打ち消すために変形可能である。
【０１８６】
第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとの両方が、柔軟であるものとして説明されてきたが、第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとの一方のみが柔軟であってもよい。上述のように、第１のバルブ部材４１４ａの変形は、所望の角距離よりも小さい、第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとの間の運動方向における角距離をもたらす偏差を打ち消すことができる。反対に、第２のバルブ部材４１４ｂの変形は、所望の角距離よりも大きい、第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとの間の運動方向における角距離をもたらす偏差を打ち消すことができる。
【０１８７】
第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとの一方のみが変形可能である場合、第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとの間の角距離は、効果的なシールが、予測偏差の範囲において、第１のバルブ部材４１４ａと第１の右対角線シール部４０８ａ又は第２の左対角線シール部４１０ｂとの間、並びに、第２のバルブ部材４１４ｂと第２の右対角線シール部４０８ｂ又は第１の左対角線シール部４１０ａとの間に形成されるように構成されてもよい。
【０１８８】
具体的には、第１のバルブ部材４１４ａのみが変形可能である場合、当該変形は、所望の距離より小さい、第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとの間の距離をもたらす偏差を打ち消すことができる。従って、第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとの間の間隔は、所望の間隔よりも大きい間隔をもたらす最大の予測偏差の下、効果的なシールが、第１のバルブ部材４１４ａと第１の右対角線シール部４０８ａ又は第２の左対角線シール部４１０ｂ、並びに、第２のバルブ部材４１４ｂと第２の右対角線シール部４０８ｂ又は第１の左対角線シール部４１０ａとの間になお形成されるように設定される。
【０１８９】
予想される最大偏差の下、第１のバルブ部材４１４ａは、第２のバルブ部材４１４ａが、実質的に変形されないか、又は、わずかしか変形されないように、（第１の位置における）第１の右対角線シール部４０８ａ、又は、（第２の位置における）第２の左対角線シール部４１０ｂによる最小の抵抗力のみの影響を受け得る。結果、所望の間隔からの全ての他の偏差が、第１のバルブ部材４１４ａがより大きい程度に変形されることをもたらす。
【０１９０】
一方、第２のバルブ部材４１４ｂのみが変形可能である場合、当該変形は、所望の距離よりも大きい、第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとの間の距離をもたらす偏差を打ち消すことができる。従って、第１のバルブ部材４１４ａと第２のバルブ部材４１４ｂとの間の間隔は、所望よりも小さい間隔をもたらす予想される最大偏差の下、効果的なシールが、第１のバルブ部材４１４ａと第１の右対角線シール部４０８ａ又は第２の左対角線シール部４１０ｂとの間、並びに、第２のバルブ部材４１４ｂと第２の右対角線シール部４０８ｂ又は第１の左対角線シール部４１０ａとの間になお形成されるように設定される。
【０１９１】
予想される最大偏差の下、第２のバルブ部材４１４ｂは、第２のバルブ部材４１４ｂが、実質的に変形されないか、又は、わずかしか変形されないように、（第１の位置における）第２の右対角線シール部４０８ｂ、又は、（第２の位置における）第１の左対角線シール部４１０ａによる最小の抵抗力だけを受ける。結果、所望される間隔からの全ての他の偏差が、第２のバルブ部材４１４ｂをより大きい程度に変形させることとなる。
【０１９２】
シール部４０８，４１０の位置（又は、サイズ）にも、偏差が存在し得る。バルブ部材４１４ａ，４１４ｂの変形は、効果的なシールが、バルブ部材４１４ａ，４１４ｂとシール部４０８，４１０との間に供給されることを保証するために、これらの偏差を打ち消すことが可能である。第１のバルブ部材４１４ａの変形は、第１及び第２の右対角線シール部４０８ａ，４０８ｂの対向表面、並びに、第１及び第２の左対角線シール部４１０ａ，４１０ｂの対向表面が互いに所望よりも間隔を空けられるような偏差を打ち消すことが可能である。反対に、第２のバルブ部材４１４ｂの変形は、第１及び第２の右対角線シール部４０８ａ，４０８ｂの対向表面、並びに、第１及び第２の左対角線シール部４１０ａ，４１０ｂの対向表面が互いに所望よりも近いような偏差を打ち消すことが可能である。
【０１９３】
第４の実施形態のバルブ３０２のように、シール部４０８，４１０は、各バルブ部材によって付与される力の下、変形可能である。シール部４０８，４１０及びバルブ部材４１４ａ，４１４ｂの結合された変形は、シール部４０８，４１０及びバルブ部材４１４ａ，４１４ｂの位置における、より大きな偏差を打ち消すことができる。
【０１９４】
図１７及び図１８に示されるように、第１及び第２のバルブ部材４１４ａ，４１４ｂは、第１及び第２の位置にある場合に、両方とも変形され得る。しかしながら、第１及び第２のバルブ部材４１４ａ，４１４ｂは、第１及び第２のバルブ部材４１４ａ，４１４ｂの両方の適切なシールを保証するために、異なる程度に変形されてもよい。
【０１９５】
示されていないが、第３の実施形態のベローズ部材と同様のベローズ部材が、回転バルブ３０２，４０２において実装されてもよい。具体的には、左対角線シール部３０８，４０８及び／又は右対角線シール部３１０，４１０の１又は複数が、ベローズ部材を有していてもよい。ベローズ部材は、複数の穴を各々備える一連の回旋を持つ材料の単層であってもよい。ベローズ部材は、第１の位置と第２の位置との間をバルブ部材が移動するため、四分端部を横切るように配置されてもよい。同様に、前述のものと類似の伸長可能材料が、回転バルブ３０２，４０２において実装されてもよい。
【０１９６】
第１、第２、及び、第３の実施形態において、同一効果を達成するために、２つだけのバルブ部材が使用されてもよい。２つだけのバルブ部材が使用される場合、これらは、第１の上部シール部と第１の下部シール部との間、及び、第２の上部シール部と第２の下部シール部との間にそれぞれ配置される。シール部の位置は、ポートＢ及びＤのいずれかの側にバルブ部材を収容するために、図示のものとは異なっていてもよい。
【０１９７】
前述の各実施形態において、シール部及び／又はバルブ部材の変形は、好ましくは、弾性的である。従って、当該変形は、バルブ素子を第３の位置に戻すように機能するバイアス力を供給する。しかしながら、シール部及びバルブ部材の幾つかの塑性変形が、特定のアプリケーションにおいて許容され得る。
【０１９８】
バルブ素子のステム及びバルブ部材は、別個のコンポーネントとして説明されてきたが、勿論、一体形成されていてもよい。
【０１９９】
第４及び第５の実施形態では、右対角線の組及び／又は左対角線の組の第１及び第２のシール部は、単一の連続的又は不連続なシールであってもよい。それでもなお、バルブ部材が、シール部の対向表面に対してシールするため、第１及び第２のシール部は、別個の部分として説明されてきた。
【０２００】
可動バルブ素子は、機械的に作動されるものとして説明されてきたが、空気圧作動又は油圧作動を用いてバルブ素子を移動することも可能である。
【０２０１】
ここで説明される本発明の概念は、任意の数のポートを持つバルブにおいて適用されてもよく、説明及び図示される特定の実施形態に限定されない。
【０２０２】
例えば、本発明は、２つだけのポートを有する回転バルブにおいて実装されてもよい。かかる回転バルブは、回転バルブ素子を持つチューブ状の筺体によって形成されてもよい。バルブ素子は、２つのポートがバルブ部材によって分離される第１の位置と、バルブ部材が流量方向に位置決めされ、２つのポート間での流体連結を可能とする第２の位置とを有していてもよい。
【０２０３】
バルブ部材及びシール部は、バルブ素子の運動の下で変形されるものとして説明されてきたが、これは必須ではなく、バルブ部材及びシール部は、シール部及び各バルブ部材を互いに向かって反らす外部影響によって変形されてもよい。例えば、バルブ部材の１又は複数が、加熱された場合に異なる形状（即ち、その本来の、冷間鍛造された形状）に変形する形状記憶合金から形成されていてもよい。従って、バルブ部材がシール部とシールしない場合、バルブ部材は、変形し、バルブ部材がシール部とシールするように、加熱されてもよい。同様の構成が、シール部をバルブ部材の方に移動させるために、使用されてもよい。当然のことながら、様々な他の構成が、バルブ部材及びシール部を変形させるために使用され得る。
【０２０４】
本発明は、咳介助装置を参照して説明されてきたが、当然、より広い範囲のアプリケーションにおいて適用されてもよい。特に、本発明のバルブは、大流量且つ低圧力を必要とするアプリケーションによく適している。
【０２０５】
上部、下部、上、下、左、右などの位置に関する表現は、バルブの特定の向きを示すものとして、解釈されるべきでなく、単に、参照しやすいように供給されている。
【０２０６】
不要な努力の繰り返し、及び、説明における文章の繰り返しを回避するため、特定の特徴は、ただ１つ又は幾つかの態様又は本発明の実施形態に関して、説明されている。しかしながら、技術的に可能である場合、本発明の任意の態様又は実施形態に関して説明される特徴は、本発明の任意の他の態様又は実施形態で使用され得ることが理解される。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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