JP6557224B2 - 弁装置およびシステム - Google Patents

Description

（発明の分野）
本願は、概して、弁に関し、より具体的には、種々の弁装置およびシステムに関する。

（背景）
従来、流体の流動を制御することは、空気圧、電気、または磁気作動型弁を使用することによって達成され得る。これらの弁は、多くの場合、一定の電流または流体流源が特定の位置にとどまることを要求する。対照的に、双安定弁は、いずれの位置でも安定しており、位置を切り替えるためにエネルギー入力を必要とするのみである。しかしながら、事前作製された双安定弁をシステムに組み込むことは、過度に複雑かつ高価であり得る。

（発明の要約）
一実装によると、双安定弁が開示される。双安定弁は、内部空洞と、内部空洞に接続される、第１の圧力源と、内部空洞に接続される、第２の圧力源と、内部空洞の第１の端部で内部空洞に接続される、第１の支柱と、内部空洞の第２の端部で内部空洞に接続される、第２の支柱と、内部空洞内に位置する、磁気シャトルと、第１の支柱の周囲に配置される、第１の電磁コイルと、第２の支柱の周囲に配置される、第２の電磁コイルとを含み、第１の電磁コイルが通電させられるときに、第１の電磁コイルは、磁荷を第１の支柱に供給し、第１の支柱に向かった内部空洞の第１の端部に向かって移動して第１の圧力源を密閉するように磁気シャトルを作動させ、第２の電磁コイルが通電させられるときに、第２の電磁コイルは、磁荷を第２の支柱に供給し、第２の支柱に向かった内部空洞の第２の端部に向かって移動して第２の圧力源を密閉するように磁気シャトルを作動させる。

本実装のいくつかの実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含んでもよい。第１の支柱は、第１の圧力源と流体連通し、第２の支柱は、第２の圧力源と流体連通している。弁はさらに、第１および第２の圧力入口を含み、第１および第２の圧力入口は、第１および第２の圧力源に流体的に接続される。内部弁空洞は、第１および第２の支柱の間に位置する。磁気シャトルは、第１の膜部分と、磁石部分と、第２の膜部分とを備え、第１および第２の膜部分は、磁石部分の反対端部上で磁石部分に取り付けられる。シャトルは、第１の構成で第１の支柱に対して密閉され、シャトルは、第２の構成で第２の支柱に対して密閉される。第１の支柱は、第１の膜を備え、第２の支柱は、第２の膜を備える。第１の支柱および第２の支柱はさらに、少なくとも１つの安定化特徴を備える。弁はさらに、弁空洞と流体連通している出力口を含む。

一実装によると、双安定弁が開示される。双安定弁は、内部空洞と、内部空洞に接続される、第１の圧力源と、内部空洞に接続される、第２の圧力源と、内部空洞内に位置する、磁気シャトルと、磁気シャトルを作動させる、少なくとも１つの電磁コイルとを含み、電磁コイルが通電させられるときに、電磁コイルは、磁荷を供給し、内部空洞の第１の端部に向かって移動して第１の圧力源を密閉するように磁気シャトルを作動させる。

本実装のいくつかの実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含んでもよい。弁はさらに、第１の支柱と、第２の支柱とを含み、第１の支柱は、第１の圧力源と流体連通し、第２の支柱は、第２の圧力源と流体連通している。弁はさらに、第１の支柱の周囲に配置される、第１の電磁コイルを含み、通電させられたときに、電磁コイルは、磁荷を第１の支柱に供給する。弁はさらに、第２の支柱の周囲に配置される、第２の電磁コイルを含み、通電させられたときに、電磁コイルは、磁荷を第２の支柱に供給する。弁はさらに、第１の支柱と、第２の支柱とを含む。第１の支柱および第２の支柱はさらに、少なくとも１つの安定化特徴を備える。弁はさらに、第１の支柱の周囲に配置される、第１の電磁コイルを含み、通電させられたときに、電磁コイルは、磁荷を第１の支柱に供給する。弁はさらに、第２の支柱の周囲に配置される、第２の電磁コイルを含み、通電させられたときに、電磁コイルは、磁荷を第１の支柱に供給する。弁はさらに、第１および第２の圧力入口を含み、第１および第２の圧力入口は、第１および第２の圧力源に流体的に接続される。磁気シャトルは、内部弁空洞内に配置され、内部弁空洞は、第１および第２の支柱の間に位置する。磁気シャトルは、第１の膜部分と、磁石部分と、第２の膜部分とを備え、第１および第２の膜部分は、磁石部分の反対端部上で磁石部分に取り付けられる。シャトルは、第１の構成で第１の圧力源に対して密閉され、シャトルは、第２の構成で第２の圧力源に対して密閉される。

一実装によると、複数のシステムに組み込むために好適な双安定弁が開示される。双安定弁は、複数の状態で安定しており、状態を切り替えるためにエネルギーのみを必要とする。一側面では、双安定弁は、共通出力口を有する内部弁空洞を画定する、弁マニホールドと、内部弁空洞内の第１および第２の圧力源と、第１または第２の圧力源のいずれかを密閉することが可能である磁気作動型シャトルとを含む。圧力源がシャトルによって密閉されるとき、密閉された圧力源は、共通出力口と流体連通していないが、密閉されていない圧力源は、流体連通している。作動させられたときに、シャトルは、一方の圧力源を密閉することから、他方の圧力源を密閉することに切り替える。シャトルは、誘引または反発磁力のいずれか、もしくは両方によって、シャトルが作用されるように、電磁コイルを使用して、磁荷で一方または両方の圧力源を通電させることによって作動させることができる。シャトルに作用する正味の磁力は、シャトルが複数の磁石を含むため、作動を引き起こす。

１つ以上の実施形態の詳細が、以下の添付図面および説明に記載される。他の特徴および利点が、説明、図面、および請求項から明白となるであろう。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
双安定弁アセンブリであって、前記弁アセンブリは、
内部空洞と、
前記内部空洞に接続された第１の圧力源と、
前記内部空洞に接続された第２の圧力源と、
前記内部空洞の第１の端部で前記内部空洞に接続された第１の支柱と、
前記内部空洞の第２の端部で前記内部空洞に接続された第２の支柱と、
前記内部空洞内に位置する磁気シャトルと、
前記第１の支柱の周囲に配置された第１の電磁コイルと、
前記第２の支柱の周囲に配置された第２の電磁コイルと
を備え、
前記第１の電磁コイルが通電させられるときに、前記第１の電磁コイルは、磁荷を前記第１の支柱に供給し、前記第１の支柱に向かった前記内部空洞の前記第１の端部に向かって移動して前記第１の圧力源を密閉するように前記磁気シャトルを作動させ、
前記第２の電磁コイルが通電させられるときに、前記第２の電磁コイルは、磁荷を前記第２の支柱に供給し、前記第２の支柱に向かった前記内部空洞の前記第２の端部に向かって移動して前記第２の圧力源を密閉するように前記磁気シャトルを作動させる、弁アセンブリ。
（項目２）
前記第１の支柱は、前記第１の圧力源と流体連通し、前記第２の支柱は、前記第２の圧力源と流体連通している、項目１〜９のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目３）
第１および第２の圧力入口をさらに備え、前記第１および第２の圧力入口は、前記第１および第２の圧力源に流体的に接続されている、項目１〜９のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目４）
内部弁空洞は、前記第１および第２の支柱の間に位置する、項目１〜９のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目５）
前記磁気シャトルは、第１の膜部分と、磁石部分と、第２の膜部分とを備え、前記第１および第２の膜部分は、前記磁石部分の反対端部上で前記磁石部分に取り付けられている、項目１〜９のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目６）
前記シャトルは、第１の構成で前記第１の支柱に対して密閉され、前記シャトルは、第２の構成で前記第２の支柱に対して密閉される、項目１〜９のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目７）
前記第１の支柱は、第１の膜を備え、前記第２の支柱は、第２の膜を備える、項目１〜９のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目８）
前記第１の支柱および前記第２の支柱はさらに、少なくとも１つの安定化特徴を備える、項目１〜９のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目９）
前記弁空洞と流体連通している出力口をさらに備える、項目１〜９のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目１０）
双安定弁アセンブリであって、前記弁アセンブリは、
内部空洞と、
前記内部空洞に接続された第１の圧力源と、
前記内部空洞に接続された第２の圧力源と、
前記内部空洞内に位置する磁気シャトルと、
前記磁気シャトルを作動させる少なくとも１つの電磁コイルと
を備え、
前記電磁コイルが通電させられるときに、前記電磁コイルは、磁荷を供給し、前記内部空洞の第１の端部に向かって移動して前記第１の圧力源を密閉するように前記磁気シャトルを作動させる、弁アセンブリ。
（項目１１）
第１の支柱と、第２の支柱とをさらに備え、前記第１の支柱は、前記第１の圧力源と流体連通し、前記第２の支柱は、前記第２の圧力源と流体連通している、項目１０〜２１のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目１２）
前記第１の支柱の周囲に配置された第１の電磁コイルをさらに備え、通電させられたときに、前記電磁コイルは、磁荷を前記第１の支柱に供給する、項目１０〜２１のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目１３）
前記第２の支柱の周囲に配置された第２の電磁コイルをさらに備え、通電させられたときに、前記電磁コイルは、磁荷を前記第２の支柱に供給する、項目１０〜２１のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目１４）
第１の支柱と、第２の支柱とをさらに備える、項目１０〜２１のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目１５）
前記第１の支柱および前記第２の支柱はさらに、少なくとも１つの安定化特徴を備える、項目１０〜２１のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目１６）
前記第１の支柱の周囲に配置された第１の電磁コイルをさらに備え、通電させられたときに、前記電磁コイルは、磁荷を前記第１の支柱に供給する、項目１０〜２１のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目１７）
前記第２の支柱の周囲に配置された第２の電磁コイルをさらに備え、通電させられたときに、前記電磁コイルは、磁荷を前記第１の支柱に供給する、項目１０〜２１のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目１８）
第１および第２の圧力入口をさらに備え、前記第１および第２の圧力入口は、前記第１および第２の圧力源に流体的に接続されている、項目１０〜２１のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目１９）
前記磁気シャトルは、内部弁空洞内に配置され、前記内部弁空洞は、前記第１および第２の支柱の間に位置する、項目１０〜２１のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目２０）
前記磁気シャトルは、第１の膜部分と、磁石部分と、第２の膜部分とを備え、前記第１および第２の膜部分は、前記磁石部分の反対端部上で前記磁石部分に取り付けられている、項目１０〜２１のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。
（項目２１）
前記シャトルは、第１の構成で前記第１の圧力源に対して密閉され、前記シャトルは、第２の構成で前記第２の圧力源に対して密閉される、項目１０〜２１のいずれかの１項以上に記載の弁アセンブリ。

図１Ａは、双安定弁の一実施形態の斜視図である。 図１Ｂは、電磁石によって作動させられることが可能なシャトルを伴う双安定弁の一実施形態の断面図である。 図１Ｃは、締結具をさらに示す、図１Ａの実施形態の別の断面図である。 図１Ｄは、双安定弁の電磁石によって作動させられることが可能なシャトルをより綿密に示す、図１Ａの実施形態の部分断面図である。 図１Ｅは、一実施形態による、リングプレートの上面図である。 図２Ａは、シャトルの一実施形態の斜視図である。 図２Ｂは、背中合わせに配向された２つのディスク磁石を示す、図２Ａのシャトルの断面図である。 図２Ｃは、シャトルの一実施形態の磁化ベクトルおよび磁束経路の図である。 図２Ｄは、シャトルが電磁コイルによって作用されるときの一実施形態の磁束経路の図である。 図２Ｅは、シャトルが電磁コイルによって作用され、磁束の移送を支援するリングプレートがあるときの一実施形態の磁束経路の図である。 図２Ｆは、機械的保持器を有する、シャトルの一実施形態の斜視図である。 図２Ｇは、機械的保持器を示す、図２Ｆのシャトルの断面図である。 図３Ａは、２つの積み重ねられたリング磁石を示す、シャトルの一実施形態の斜視図である。 図３Ｂは、２つの積み重ねられたリング磁石を示す、図３Ａのシャトルの断面図である。 図４Ａは、複数の半径方向に配向された磁石を示す、シャトルの一実施形態の斜視図である。 図４Ｂは、複数の半径方向に配向された磁石を示す、図４Ａのシャトルの断面図である。 図４Ｃは、複数の半径方向に配向された磁石を示す、図４Ａのシャトルの上面断面図である。 図４Ｄは、複数の半径方向に配向された磁石を示す、シャトルの一実施形態の断面図である。 図５Ａは、積み重ねられたパターンで複数の半径方向に配向された磁石を示す、シャトルの一実施形態の斜視図である。 図５Ｂは、積み重ねられたパターンで複数の半径方向に配向された磁石を示す、図５Ａのシャトルの断面図である。 図５Ｃは、積み重ねられたパターンで複数の半径方向に配向された磁石を示す、図５Ａのシャトルの断面図である。 図６Ａは、シャトルの両側にガイド支柱を有する、シャトルの一実施形態の正面図である。 図６Ｂは、空洞内の棚上で密閉するエラストマーガイド支柱を有する、シャトルの一実施形態の断面図である。 図６Ｃは、空洞内の棚上で密閉する円錐エラストマーガイド支柱を有する、シャトルの一実施形態の断面図である。 図７は、シャトルが膜に包まれる、弁装置およびシステムの一実施形態の断面図である。 図８は、平坦な回路基板ベースの電磁コイル幾何学形状よりもむしろ、積み重ねられた電磁コイル幾何学形状を含む、弁装置およびシステムの一実施形態の断面図である。 図９Ａは、弁装置およびシステムの一実施形態の断面図であり、本実施形態は、シャトルの代わりにカンチレバー電機子を利用する。 図９Ｂは、弁装置およびシステムの一実施形態の断面図であり、本実施形態は、図９Ａの実施形態からのカンチレバー電機子と併せて、軸方向に配向された磁石を使用する。 図９Ｃは、弁装置およびシステムの一実施形態の断面図であり、本実施形態は、図９Ａの実施形態からのカンチレバー電機子と併せて、半径方向に配向された磁石を使用する。 図１０Ａは、アレイ幾何学形状で配列された弁装置およびシステムの一実施形態の斜視図である。 図１０Ｂは、一実施形態による、複数の平坦な電磁コイルを有する、回路基板の上面図である。 図１０Ｃは、アレイ幾何学形状で配列された弁装置およびシステムの一実施形態の断面図である。 図１１Ａは、システムに組み込まれた弁装置およびシステムの一実施形態の断面図である。 図１１Ｂは、システムに組み込まれた弁装置およびシステムの一実施形態の断面図である。 図１２Ａは、アレイ幾何学形状で配列された弁装置およびシステムの一実施形態の断面図である。 図１２Ｂは、アセンブリ内の締結具を示す、アレイ幾何学形状で配列された弁装置およびシステムの一実施形態の断面図である。 図１３は、アレイ幾何学形状の実施形態で使用するための外側プレートの上面図である。 図１４Ａ−１４Ｃは、弁装置の一実施形態の種々の図である。 図１４Ａ−１４Ｃは、弁装置の一実施形態の種々の図である。 図１４Ａ−１４Ｃは、弁装置の一実施形態の種々の図である。 図１５Ａ−１５Ｂは、弁装置の一実施形態の種々の図である。 図１６Ａ−１６Ｂは、弁装置の一実施形態の種々の図である。 図１７Ａ−１７Ｅは、弁装置の一実施形態の種々の図である。 図１７Ａ−１７Ｅは、弁装置の一実施形態の種々の図である。 図１７Ａ−１７Ｅは、弁装置の一実施形態の種々の図である。 図１７Ａ−１７Ｅは、弁装置の一実施形態の種々の図である。 図１７Ａ−１７Ｅは、弁装置の一実施形態の種々の図である。 図１８Ａ−１８Ｂは、弁マニホールドの一実施形態の種々の図である。 図１９Ａ−１９Ｂは、調節器に組み込まれた弁の一実施形態の種々の図である。 図１９Ａ−１９Ｂは、調節器に組み込まれた弁の一実施形態の種々の図である。 図２０Ａ−２０Ｃは、弁装置の一実施形態の種々の図である。 図２０Ａ−２０Ｃは、弁装置の一実施形態の種々の図である。 図２０Ａ−２０Ｃは、弁装置の一実施形態の種々の図である。 図２１Ａ−２１Ｃは、弁装置の一実施形態の種々の図である。 図２１Ａ−２１Ｃは、弁装置の一実施形態の種々の図である。 図２１Ａ−２１Ｃは、弁装置の一実施形態の種々の図である。

種々の図中の類似参照記号は、類似要素を示す。

（詳細な説明）
弁装置およびシステムの一実施形態が、図１Ａ−１Ｅで図示されている。双安定弁１０の本実施形態は、第１の圧力源１２と、第２の圧力源１４と、シャトル１６と、それぞれシャトル１６を作動させる少なくとも１つの電磁コイル３４を有する、複数の回路基板１８と、内部弁空洞３２を有する弁マニホールド２０と、弁空洞３２と流体連通している共通出力口２２とを含む。

第１の圧力源１２は、種々の実施形態では、弁空洞３２の中へ延在する、中空支柱部分２８を有してもよい。いくつかの実施形態では、これは、鉄鋼材で構築されてもよい。同様に、第２の圧力源１４は、実質的に第１の圧力支柱２８の反対で弁空洞３２の中へ延在する、中空支柱部分３０を有し、また、種々の実施形態では、鉄鋼材で構築されてもよい。種々の実施形態では、第１の圧力支柱２８は、第１の圧力源１２と流体連通している、第１の圧力口２４を含んでもよい。同様に、第２の圧力支柱３０は、第２の圧力源１４と流体連通し得る、第２の圧力口２６を有してもよい。

第１の電磁コイル３４を有する、第１の回路基板１８は、通電させられたときに、第１の電磁コイル３４が磁荷を第１の圧力支柱２８に供給するように、第１の圧力支柱２８の周囲に配置される。同様に、第２の電磁コイル３４を有する、第２の回路基板１８は、通電させられたときに、第２の電磁コイル３４が磁荷を第２の圧力支柱３０に供給するように、第２の圧力支柱３０の周囲に配置される。種々の実施形態では、鉄鋼材で構築される外側プレート１９は、第１の圧力支柱２８および第２の圧力支柱３０のそれぞれの周囲で、回路基板１８のそれぞれの外縁２１上の絶縁層に隣接して配置されてもよい。種々の実施形態では、外側プレート１９のそれぞれは、同様に鉄鋼材で構築される締結具１７を介して、相互に接続される。種々の実施形態はさらに、鉄鋼材で構築され、リングプレート２３が各締結具１７と接触し、中心開口部２５が内部弁空洞３２内でシャトル１６を包囲するように、弁マニホールド２０の中に配置される、内縁２７によって画定される中心開口部２５を有する、リングプレート２３を含む。外側プレート１９および締結具１７は、電磁コイル３４、第１の圧力支柱２８、第２の圧力支柱３０、リングプレート２３、およびシャトル１６を包囲する、鉄鋼材の箱を形成する。種々の実施形態では、外側プレート１９、締結具１７、リングプレート２３、第１の圧力支柱２８、および第２の圧力支柱３０は全て、鉄、ステンレス鋼、またはミューメタル等のニッケル鉄合金、もしくはより具体的には、約４２％ニッケルを含有する複合材料である、４２ニッケル鉄合金を含むが、それらに限定されない、鉄鋼材で構築される。

種々の実施形態では、シャトル１６は、第２の圧力口２６が内部弁空洞３２と流体連通するが、第１の圧力口２４が流体連通しないように、第１の安定した位置で第１の圧力口２４に対して密閉されるか、または代替として、シャトル１６は、第１の圧力口２４が内部弁空洞３２と流体連通するが、第２の圧力口２６が流体連通しないように、第２の安定した位置で第２の圧力口２６に対して密閉されるかのいずれかである。各静的密閉位置で、シャトル１６は、どちらが密閉されていても、シャトル１６から第１の圧力支柱２８または第２の圧力支柱３０のいずれかへの磁気引力によって定位置で担持される。

第１の圧力口２４に対して密閉することから、第２の圧力口２６に対して密閉することにシャトル１６の位置を切り替えるために、第２の圧力支柱３０および第１の圧力支柱２８のそれぞれの周囲に配置される電磁コイル３４は、第１の圧力支柱２８がシャトル１６に反発力を及ぼす一方で、第２の圧力支柱３０がシャトル１６に引力を及ぼすように、通電させられる。種々の実施形態では、両方の力が十分であるため、連動して、引力および反発力は、シャトル１６を第１の圧力口２４に現在担持している磁力を克服するために十分である。いったんこれが起こると、シャトル１６は、第１の圧力口２４を密閉することから、第２の圧力口２６を密閉することへ、弁空洞３２を通って直線的に移動する。いったんこの切替が起こると、電磁コイル３４は、通電させられなくなり、シャトル１６は、静的磁気引力を通して第２の圧力口２６に対して保持される。

同様に、第２の圧力口２６に対して密閉することから、第１の圧力口２４に対して密閉することにシャトル１６の位置を切り替えるために、第１の圧力支柱２８および第２の圧力支柱３０のそれぞれの周囲に配置される電磁コイル３４は、第２の圧力支柱３０がシャトル１６に反発力を及ぼす一方で、第１の圧力支柱２８がシャトル１６に引力を及ぼすように、通電させられる。両方の力が十分であるため、連動して、引力および反発力は、シャトル１６を第２の圧力口２６に静的に担持する磁力を克服するために十分である。いったんこれが起こると、シャトル１６は、第２の圧力口２６を密閉することから、第１の圧力口２４を密閉することへ、弁空洞３２を通って直線的に移動する。いったんこの切替が起こると、電磁コイル３４は、通電させられなくなり、シャトル１６は、静的磁気引力を通して第１の圧力支柱２８に対して保持される。

種々の実施形態では、電磁コイルは、両方とも、１つの方向へシャトルを作動させるように、１つの極性で直列に通電させられる。同様に、反対の方向へシャトルを作動させるために、両方の電磁コイルは、反対の極性でともに直列に通電させられる。

種々の実施形態では、コイル３４は、帯電コンデンサから電流を放電することを介して通電させられる。いったんコンデンサが消耗すると、電流がそれぞれのコイル３４を充電しなくなり、シャトル１６は、コンデンサが放電している間に静的磁気引力を介して、第１の圧力支柱２８または第２の圧力支柱３０のいずれかに対して担持される。電磁コイル３４を充電するコンデンサの使用は、安全性の懸念を最小限化することを含むが、それに限定されない、多くの理由で、有益である／望ましい。電磁コイル３４を通電させる帯電コンデンサの使用は、コイル３４が暴露させられる連続電流の量を制限し、それによって、過剰な電流を印加する危険性を最小限化するとともに、火災および他の熱関連故障の危険性を減少させ得る。電磁コイル３４を充電するコンデンサの使用が有益である／望ましい別の理由は、本発明のより小型かつ安価な構築を可能にすることである。１つのコンデンサが、複数の弁を通電させるために使用されてもよく、それによって、弁用途の中へ複数の電流源を実装する必要性を回避する。しかしながら、代替実施形態では、電磁コイルは、連続電流源を介して通電させられてもよい。

さらに別の実施形態では、双安定弁は、両方の密閉位置でシャトル１６を作動させるために使用される、単一の電磁コイルのみから成ってもよい。

ここで図２Ａおよび２Ｂを参照すると、種々の実施形態では、シャトル１６は、それらの最も近い対応する面４０が同一の極性を有する状態で、同心円状に整合させられ、背中合わせに配向される、キャリア３６および２つの磁石３８を含み、したがって、相互に対する反発力を呈する。シャトルの種々の実施形態は、各磁石の外向きの面４４の上に配置される、エラストマー層４２を含んでもよく、シャトルが第１の圧力口２４または第２の圧力口２６のいずれかに対して作動させられるときに、シールの役割を果たす。種々の実施形態では、エラストマー層４２は、シリコーンおよび／またはポリウレタンを含み得るが、それらに限定されない、柔軟材料で構築されてもよい。いくつかの実施形態では、各エラストマー層４２は、各エラストマー層４２の縁に重複し、対応する磁石の外向きの面４４にそれを挟持する、シャトル１６の部分によって、機械的にシャトル１６の中で保持されてもよい。いくつかの実施形態では、各エラストマー層４２は、エラストマーを各磁石の外向きの面４４に担持する接着剤によって、シャトルの中で保持されてもよい。いくつかの実施形態では、エラストマー層４２は、エラストマー材料で磁石３８全体を外側被覆すること、または２部エラストマー材料を磁石３８に適用することを介して、各磁石の外向きの面４４の上に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、各エラストマー層４２は、各磁石３８が存在するエラストマーのポケットを作成するために、エラストマー材料の２枚のシートの間に各磁石３８を挟持し、シートの部分を相互に融解させることによって得られてもよい。いくつかの実施形態では、シャトルの片側上のエラストマー層は、フェイルセーフ動作が所望される場合を含むが、それに限定されない、多くの理由により、有益で／望ましくあり得る、より厚い側面上の密閉安定性を減少させるために、反対側でより厚くあり得る。

いくつかの実施形態では、第１の圧力口２４または第２の圧力口２６のいずれかは、第１の圧力口２４および第２の圧力口２６を包囲する、丸みを帯びた縁を伴う平面を有する第１の圧力支柱２８および第２の圧力支柱３０の両方を介して、シャトル１６のエラストマー層４２に対して密閉される。いくつかの実施形態では、シャトル１６は、第１の圧力口２４および第２の圧力口２６を包囲する円錐幾何学形状を使用して、密閉してもよい。いくつかの実施形態では、シャトル１６は、第１の圧力口２４および第２の圧力口２６の両方を直接包囲する、約０．００５インチの幅がある平面を伴う円錐幾何学形状を使用して、密閉してもよい。いくつかの実施形態では、シャトル１６は、第１の圧力口２４および第２の圧力口２６の両方を包囲する、半球先端幾何学形状を使用して、密閉してもよい。

いくつかの実施形態では、シャトル１６のキャリア３６はさらに、どちらが密閉されているかにかかわらず、ガイド空洞５０が第１の圧力支柱２８および第２の圧力支柱３０の両方の一部分を包むように、各エラストマー層４２を囲むシャトルキャリア３６の各側面４６、４８にガイド空洞５０を含んでもよい。これは、各圧力支柱との適正な整合を維持することを含むが、それに限定されない、多くの理由で、有益で／望ましくあり得る。種々の実施形態では、シャトル１６はまた、対応するガイド空洞５０を介して、どちらが密閉されていなくても、弁空洞３２から第１の圧力口２４または第２の圧力口２６のいずれかまでの流体連通を可能にする、複数の空気流切り込み５２をシャトルキャリア３６の各側面４６、４８に含んでもよい。

いくつかの実施形態では、シャトル１６は、適正な整合を維持するために、各圧力支柱からの誘引磁力を使用してもよい。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ガイド空洞５０が使用されなくてもよい。

ここで図２Ｃも参照すると、いくつかの実施形態で存在する、シャトル１６の磁束経路が示されている。いくつかの実施形態では、磁石３８は、それらの最も近い対応する面４０が同一の極性を有する状態で、背中合わせで配向されてもよく、したがって、相互に対する反発力を呈する。磁石３８がこのようにして配向されるとき、電磁コイル３４が、図２Ｄに示されるように、十分に通電させられるときに、シャトル１６の位置を切り替えるために使用される、磁石３８のそれぞれの磁束漏洩経路２９の相互作用によって、半径方向の磁気ベクトル３９が作成される。シャトル１６が陰圧口２６に対して密閉され、電磁コイル３４が、誘引磁荷を第１の圧力支柱２８に、反発磁荷を第２の圧力支柱３０に供給するように通電させられるとき、シャトル１６の磁束漏洩経路２９は、第１の圧力口２４に対して密閉することにシャトル１６を切り替えるために、支柱の誘引および反発磁荷に、シャトル１６を第２の圧力支柱３０から反発させ、第１の圧力支柱２８に向かって誘引させてもよい。

同様に、シャトル１６が第１の圧力口２４に対して密閉され、電磁コイル３４が、誘引磁荷を第２の圧力支柱３０に、反発磁荷を第１の圧力支柱２８に供給するように通電させられるとき、シャトル１６の磁束漏洩経路２９は、支柱の誘引および反発磁荷に、シャトル１６を第１の圧力支柱２８から反発させ、第２の圧力支柱３０に向かって誘引させてもよい。これは、第２の圧力口２６に対して密閉することにシャトル１６を切り替える。

ここで図２Ｅも参照すると、シャトル１６の位置を切り替えることに役立つために、リングプレート２３を利用する、別の実施形態が示されている。いくつかの実施形態では、リングプレート２３は、その内縁２７が、いずれかの密閉位置でシャトル１６に近接近し得るように、シャトル１６の周囲に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の圧力支柱２８および第２の圧力支柱３０が、密閉位置を切り替えるようシャトル１６を誘導するように、通電させられるとき、リングプレート２３は、シャトル１６の片側から磁束漏洩経路を誘引すること、およびシャトル１６の反対側から磁束漏洩経路を反発することに役立つように、第１の圧力支柱２８および第２の圧力支柱３０からの磁束が、締結具１７および外側プレート１９を通ってより効果的に移動することを可能にする。これは、シャトル１６に位置を切り替えさせ得る。

ここで図２Ｆおよび２Ｇを参照すると、いくつかの実施形態では、シャトル１６は、機械的保持器４１を介して、磁石面４４に保持されたエラストマーの層４２を含んでもよい。これらの実施形態では、シャトル１６は、整合を維持するために、圧力支柱のそれぞれからの磁力を使用し、したがって、いくつかの実施形態では、いかなるガイド空洞も含まなくてもよい。

ここで図３Ａおよび３Ｂも参照すると、いくつかの実施形態では、シャトル５４は、それらの最も近い対応する面５９が同一の極性を有する状態で、同心円状に整合させられ、背中合わせに配向される、キャリア５６および２つのリング磁石５８を含んでもよい。したがって、２つのリング磁石５８は、相互に対する反発力を呈する。エラストマーの層６０もまた、いくつかの実施形態では、各リング磁石の中心開口６１が相互と流体連通しないように、２つのリング磁石５８の間に配置されてもよい。

ここで図４Ａおよび４Ｂも参照すると、シャトル６２の別の実施形態は、キャリア６４と、中心軸７６の周囲に半径方向パターンで配置される複数の磁石６６と、一方が頂面７２の中へ延在し、他方が底面７４の中へ延在する、中心軸７６と同軸上に整合させられる２つの中心ガイド空洞７０とを含んでもよい。各半径方向に配向された磁石６６は、その厚さを通して磁化ベクトルを有し、それによって、シャトル６２に全体的な半径方向磁化ベクトルを与えてもよい。種々の実施形態では、シャトル６２はさらに、２つの中心ガイド空洞７０のそれぞれの中に配置される、エラストマーの層６８を含んでもよい。いくつかの実施形態では、図４Ｄに示されるように、２つの中心ガイド空洞７０は、エラストマー６９がチャネル７１を二等分し、頂面７２から底面７４までの流体連通を可能にしないように、シャトル６２の厚さ全体を通って延在する中心チャネル７１の中にエラストマーの層６９を配置することによって、形成されてもよい。

ここで図５Ａおよび５Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、シャトル７８は、キャリア８０と、それぞれ中心軸９０の中心に半径方向パターンで配列される複数の磁石８４を有する、少なくとも２つの同心円状に積み重ねられた層８２とを含んでもよい。各半径方向に配向された磁石８４は、その厚さを通して磁化ベクトルを有し、それによって、シャトル７８に全体的な半径方向磁化ベクトルを与えてもよい。種々の実施形態では、シャトル７８は、中心軸９０に沿って配置され、各層８２の厚さ全体を通って延在する、中心空洞８８を含んでもよい。種々の実施形態では、シャトル７８は、同心円状に積み重ねられた層８２のそれぞれの間に配置され、各層８２の中心空洞８８が相互と流体連通しないように、各層８２の中心空洞８８を完全に覆う、エラストマーの層８６を含んでもよい。

ここで図５Ｃを参照すると、シャトル７８の別の実施形態が示されている。いくつかの実施形態では、シャトル７８は、中心軸９０と同軸上に整合させられる、２つの中心ガイド空洞９２を含んでもよく、一方は、シャトル７８の頂面９６の中へ延在し、他方は、シャトル７８の底面９８の中へ延在する。種々の実施形態では、シャトル７８はまた、２つの中心ガイド空洞９２の中に配置されるエラストマーの層９４を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、図５Ａおよび５Ｂに示されるシャトル７８の実施形態は、２つのシャトル６２を含んでもよい。いくつかの実施形態では、２つのシャトル６２は、同軸上に整合させられ、ともに噛合された、図４Ａ−４Ｄに示されるシャトル６２のこれらの実施形態であってもよい。種々の他の実施形態では、２つのシャトルは、本明細書で説明されるシャトルの種々の実施形態を含むが、それらに限定されない、シャトルの異なる実施形態であってもよい。

ここで図６Ａも参照すると、いくつかの実施形態では、シャトル１００は、背中合わせに配向される２つの磁石１０４と、各磁石１０４の外向きの面１０６から延在する２本の支柱１０２とを含んでもよい。各支柱１０２は、双安定弁１０が組み立てられたときに、支柱１０２が第１の中空支柱部分２８および第２の中空支柱部分３０の両方の中に配置され得るように、配置されてもよい。これは、シャトルの中のガイド空洞の必要性を排除することを含むが、それに限定されない、多くの理由で、有益で／望ましくあり得る。いくつかの実施形態では、各支柱１０２は、非密閉口からの流体流を促進するように切り欠き１０８を有する。

図６Ｂおよび６Ｃも参照すると、いくつかの実施形態では、支柱１０３は、エラストマー材料で構築されてもよく、適用可能な支柱１０９の空洞１０７内に配置される棚１０５に対して密閉してもよい。いくつかの実施形態では、図６Ｂに示されるエラストマー支柱１０３の実施形態は、円錐幾何学形状で構築されてもよく、図６Ｃで見られるように、噛合円錐幾何学形状で構築され得る、空洞１０７の棚１０５に対して密閉する。

ここで図７も参照すると、いくつかの実施形態では、シャトル１１０は、膜部分１１２に包まれ、内部弁空洞１１６の中で膜部分１１４によって懸架されてもよい。膜部分１１４は、いくつかの実施形態では、内部弁空洞１１６の中で圧力均等化を可能にするように穿孔されてもよい。いくつかの実施形態では、シャトル１１０を包み込む膜部分１１２は、穿孔されなくてもよいが、内部弁空洞１１６と第１の圧力口１１８または第２の圧力口１２０のいずれかとの間の流体連通を防止するように、シールの役割を果たしてもよい。いくつかの実施形態では、膜は、シャトルを包む代わりに、シャトルの側面の間に挟持されてもよい。

ここで図８も参照すると、シャトル１２４の別の実施形態を示す、断面図が示されている。本実施形態では、シャトル１２４は、平坦な回路基板ベースの電磁コイル３４の代わりに、従来の巻装コイル電磁石１２２の使用を通して、第１の圧力口１２６または第２の圧力口１２８のいずれかを密閉するように作動させられる。

ここで図９Ａも参照すると、弁システム／マニホールドの実施形態が示されている。いくつかの実施形態では、弁マニホールド１３０は、内部弁空洞１３１と、第１の圧力源１３２と、第２の圧力源１３４と、鉄鋼材または磁気材料で構築されたカンチレバー電機子１４６と、少なくとも２つの電磁コイル１４４と、共通出力口１４８とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１の圧力源１３２は、種々の実施形態では、鉄鋼材で構築され得、内部弁空洞１３１の中へ延在する、第１の圧力支柱１３６を含んでもよく、第１の圧力支柱１３６の内縁が、第１の圧力口１４０を画定する。種々の実施形態では、第１の圧力支柱１３６は、第１の圧力源１３２が第１の圧力口１４０を介して内部弁空洞１３１と流体連通するように、中空であり得る。種々の実施形態では、第２の圧力源１３４は、いくつかの実施形態では、鉄鋼材で構築され得、実質的に第１の圧力支柱１３６の反対側で内部弁空洞１３１の中へ延在する、第２の圧力支柱１３８を含んでもよく、第２の圧力支柱１３８の内縁が、第２の圧力口１４２を画定する。種々の実施形態では、第２の圧力支柱１３８は、第２の圧力源１３４が第２の圧力口１４２を介して内部弁空洞１３１と流体連通するように、中空であり得る。種々の実施形態では、カンチレバー電機子１４６は、第１の圧力口１４０と第２の圧力口１４２との間に配置されるように、内部弁空洞１３１の中へ延在してもよい。

種々の実施形態では、第１の電磁コイル１４４は、コイル１４４がそれに電流を通過させたときに、コイル１４４が、カンチレバー電機子１４６に引力を及ぼす第１の圧力支柱１３６を通電させるように、第１の圧力支柱１３６の周囲に配置されてもよい。第２の電磁コイル１４４は、コイル１４４がそれに電流を通過させたときに、コイルが、カンチレバー電機子１４６に引力を及ぼす第２の圧力支柱１３８を通電させるように、第２の圧力支柱１３８の周囲に配置されてもよい。

種々の実施形態では、カンチレバー電機子１４６が、第１の位置で第１の圧力口１４０に対して密閉されてもよいか、または代替として、電機子１４６が、第２の位置で第２の圧力口１４２に対して密閉さてもよいかのいずれかである。各密閉位置で、電機子１４６は、内部弁空洞１３１と対応する第１の圧力口１４０または第２の圧力口１４２との間の流体連通が排除されるように、電機子１４６から、それぞれ、通電した第１の圧力支柱１３６または通電した第２の圧力支柱１３８のいずれかへの連続磁気引力によって、定位置で担持される。第１の圧力口１４０に対して密閉することから、第２の圧力口１４２に対して密閉することに電機子１４６を切り替えるために、第１の圧力支柱１３６の周囲に配置される電磁コイル１４４は、通電させられなくなり、第２の圧力支柱１３８の周囲に配置される電磁コイル１４４は、第２の圧力口１４２に対して密閉することに電機子１４６を誘引するために十分な磁荷を第２の圧力支柱１３８に供給するように、通電させられる。同様に、第２の圧力口１４２に対して密閉することから、第１の圧力口１４０に対して密閉することに電機子１４６を切り替えるために、第２の圧力支柱１３８の周囲に配置される電磁コイル１４４は、通電させられなくなり、第１の圧力支柱１３６の周囲に配置される電磁コイル１４４は、第１の圧力口１４０に対して密閉することに電機子１４６を誘引するために十分な磁荷を第１の圧力支柱１３６に供給するように、通電させられる。

ここで図９Ｂも参照すると、弁システム／マニホールドの別の実施形態が示されている。本実施形態では、図９Ａに示される実施形態はさらに、第１の圧力支柱１３６および第２の圧力支柱１３８によって画定される、軸１５２と実質的に整合させられる磁力ベクトル１５５を伴って、カンチレバー電機子１４６上に配置される磁石１５０を備える。いくつかの実施形態では、図９Ｂに示される弁システムは、双安定弁として機能してもよく、電磁コイルは、現在密閉されている圧力口を有する、圧力支柱を連続的に通電させる必要がない。電機子１４６は、静的磁気引力を通して密閉口に対して担持される。

ここで図９Ｃも参照すると、弁システム／マニホールドの別の実施形態が示されている。本実施形態では、図９Ａに示される実施形態はさらに、軸１５２と実質的に垂直な磁力ベクトル１５６を伴ってカンチレバー電機子１４６上に配置される磁石１５４を含む。図９Ｂに示される実施形態と同様に、図９Ｃの実施形態はまた、双安定弁として機能してもよい。

種々の実施形態では、弁は、後続の磁束が鉄流体に作用する、電磁コイルを通して電流を流すことを介して作動させられてもよい。

種々の実施形態では、１つの安定した位置では、鉄鋼材が磁石の一方の極性の伝導性を可能にし、第２の安定した位置では、アレイが偏移したため、鉄鋼材が磁石の反対極性の伝導性を可能にするように、第１のアレイが、交互の鉄鋼および非鉄鋼材の列を備える、第２のアレイに隣接して配置される、交互極性の磁石の列を備える、複数のアレイによって、双安定弁が作動させられてもよい。鉄鋼材によって伝導させられている磁気極性に応じて、隣接する鉄鋼または磁性体は、複数のアレイに向かって押動されるか、または複数のアレイから引き離されるかのいずれかである。鉄鋼体へのこの作用が、弁の中の第１の安定した位置を生じさせるか、または弁の中の第２の安定した位置を生じさせる。外側被覆したエラストマーの中で鉄鋼または磁性体を懸架することによって、双安定弁の位置のそれぞれが生じることを可能にするように、１つ以上の口に対するシールをいずれかの位置で得ることができる。アレイの偏移は、各アレイに取り付けられた複数の圧電性結晶を通して電流を流すことによって引き起こされ得る。いくつかの実施形態では、アレイは、限定されないが、サーボ、モータ、ソレノイド、油圧手段、空気圧手段、および／またはＮＩＴＩＮＯＬワイヤのうちの１つ以上等の他の手段／機構／デバイスによって偏移させられてもよい。

いくつかの実施形態では、押動されているか、または引き離されている上記の磁性体の作用は、次いで気泡幾何学形状に変形するであろう、薄い膜に対して、閉鎖システム内の流体を圧迫するために使用されてもよい。種々の実施形態では、この作用は、１つの位置で口に対して変形した膜を閉鎖し、別の非変形幾何学形状で口を通した流体連通を可能にすることによって、弁を作動させるために使用されてもよい。

種々の実施形態では、弁は、電気活性ポリマーを使用して作動させられてもよい。電気活性ポリマーが、それを通して電流を送ることによって通電させられるとき、ポリマーは、別の方向へ圧縮し、取り付けられたシールが弁口から分離することを可能にしながら、１つの方向へ拡張してもよい。この分離は、その口から弁を通した流体連通を可能にする。電流が電気活性ポリマーを通って流れることを停止させることにより、電気活性ポリマーが、その元の形状に戻ることを可能にし、それが以前に圧縮した方向へ拡張し、取り付けられたシールを弁口に戻らせ、その口からの流体連通を停止する。電気活性ポリマーを通電させることは、電気活性ポリマーと接触している電極を外側被覆することによって達成されてもよい。種々の実施形態では、電気活性ポリマーを通電させることは、電気活性ポリマーに直接取り付けられている平坦な配向でのエッチングまたは印刷電極の使用を通して起こってもよい。これらの電極の複数の層は、電気活性ポリマーの最適な制御を達成するために利用されてもよい。

ここで図１０Ａも参照すると、弁マニホールド２０が複数の双安定弁１０の間の共通部品であるアレイ１５８で、一実施形態による複数の双安定弁１０の斜視図が配列されている。ここで図１０Ｂも参照すると、回路基板１８の上面図は、図１０Ａに示されるようなアレイ１５８で配列される、双安定弁の一実施形態で使用するための複数の電磁コイル３４を備える。ここで図１０Ｃも参照すると、弁マニホールド２０が複数の内部弁空洞３２を備える、弁アレイ１５８で配列され、共通弁マニホールド２０を利用する、双安定弁１０の複数の一実施形態を示す断面図が示されている。

種々の実施形態では、電磁コイル３４は、剛性回路基板の代わりに、フレキシブル回路基板の中に配置されてもよい。

種々の実施形態では、弁アレイの種々の実施形態は、２つ以上の双安定弁を含んでもよい。

ここで図１１Ａも参照すると、いくつかの実施形態では、少なくとも１つの双安定弁１０が、システム１６０に組み込まれてもよい。双安定弁１０は、共通出力口２２がシステムの圧力入力１６８と流体連通するように、垂直配向でシステムマニホールド１６２に添着されてもよい。種々の実施形態では、弁システム１６０はさらに、例えば、図１Ａ−１Ｄに示されるように、双安定弁１０で使用するための第１の圧力源１６４および第２の圧力源１６６を含む。第１の圧力源１６４および第２の圧力源１６６は、システムマニホールド１６２に組み込まれてもよく、または別の実施形態では、システム１６０内の独立型構成要素であってもよい。さらに別の実施形態では、第１の圧力源１６４、第２の圧力源１６６、または両方のいずれかが、システムマニホールド１６２に組み込まれる全てまたは複数の双安定弁１０への共通源であってもよい。

ここで図１１Ｂも参照すると、いくつかの実施形態では、少なくとも１つの双安定弁１０が、システム１６０に組み込まれてもよく、システム１６０の種々の実施形態では、２つ以上の双安定弁１０が、システム１６０に組み込まれてもよい。本実施形態では、双安定弁１０は、共通出力口２２がシステムの圧力入力１６８と直接流体連通するように、水平配向で配置され、システムマニホールド１６２に直接添着されてもよい。システム１６０はさらに、例えば、図１Ａ−１Ｄに示されるように、双安定弁１０で使用するための第１の圧力源１７０および第２の圧力源１７２を含んでもよい。第１の圧力源１７０および第２の圧力源１７２は、システムマニホールド１６２に組み込まれてもよく、またはいくつかの実施形態では、システム１６０内の独立型構成要素であってもよい。いくつかの実施形態では、第１の圧力源１７０、第２の圧力源１７２、または両方のいずれかが、システム１６０に組み込まれる全てまたは複数の双安定弁１０への共通源であってもよい。

ここで図１２Ａおよび１２Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、複数の双安定弁１０が、アレイ１８０で配列されてもよい。本アレイ１８０は、上半分のマニホールド１８２と、下半分のマニホールド１８４とを備える、弁マニホールド等の複数の双安定弁１０の間の共通構成要素を利用してもよい。上下半分のマニホールドは、複数の内部弁空洞１８６を画定してもよく、各内部弁空洞１８６は、１つの双安定弁アセンブリに対応する。他の共通構成要素は、上半分のトラック圧力レール１９４を含む、上半分のトラック１９０と、下半分のトラック圧力レール１９６を含む、下半分のトラック１９２とを含んでもよい。上半分のトラック圧力レール１９４は、同一の圧力入力を上部圧力入力支柱１９８のそれぞれに提供してもよく、各上部圧力入力支柱１９８は、アレイ１８０内の複数の双安定弁のうちの１つに対応する。同様に、下半分のトラック圧力レール１９６は、同一の圧力入力を下部圧力入力支柱２００のそれぞれに提供してもよく、各下部圧力入力支柱２００は、アレイ１８０内の複数の双安定弁のうちの１つに対応する。図１２Ｂで見られるように、種々の実施形態では、隣接双安定弁はさらに、アレイ１８０内の各双安定弁１０の機能で磁気帰還路と一体的である、鉄鋼材で構築された共通締結具１８８を共有してもよい。

種々の実施形態では、現在の実施形態の上半分のマニホールド１８２および下半分のマニホールド１８４は、２つの間に気密融合を作成するように、ともに超音波溶接されてもよい。同様に、上半分のトラック１９０および下半分のトラック１９２のそれぞれは、それぞれの上半分のトラック圧力レール１９４および下半分のトラック圧力レール１９６の周囲に気密融合を作成するように、ともに超音波溶接されてもよい。次いで、弁マニホールド、ならびに上半分のトラック１９０および下半分のトラック１９２構成要素のそれぞれは、レーザ溶接を使用して、相互に組み立てられてもよい。

図１２Ｂで見られるように、いくつかの実施形態は、鉄鋼材で構築された外側プレート２０２を含んでもよい。上下の外側プレート２０２は、同様に鉄鋼材で構築された複数の共通締結具１８８によって接続されてもよい。

ここで図１３も参照すると、いくつかの実施形態では、外側プレート２０２は、双安定弁のアレイ１８０によって採用されてもよい。種々の実施形態では、複数の締結具１８８は、アレイ内の各弁の圧力支柱２０４を包囲する。加えて、種々の実施形態では、各外側プレートはさらに、複数の指向性スリット２０６を含んでもよい。指向性スリット２０６は、２つの隣接弁の磁束経路が、異なる締結具１８８に向かって指向され、両方が同時に作動させられたときに各弁の機能に役立つように、配列されてもよい。種々の実施形態では、弁の磁束経路流を最適化するために、隣接弁の作動時間を交互にすることが使用されてもよい。

ここで図１４Ａ−１４Ｃも参照すると、双安定弁構造の別の実施形態が示されている。弁１４００は、第１の筐体１４０２、第２の筐体１４０４、および中間体１４０６によって画定される内部弁空洞１４２０を含む。加えて、弁１４００は、複数の端部プレート１４０８と、シャトル１４１０と、第１の支柱１４１２と、第２の支柱１４１４と、第１の圧力入口１４１６と、第２の圧力入口１４１８と、共通出力口１４２２とを含む。さらに、双安定弁１４００は、それぞれ、第１および第２の支柱１４１２および１４１４の周囲に配置される、第１の電磁コイル１４２４および第２の電磁コイル１４２６を含む。種々の実施形態では、電磁コイル１４２４および１４２６は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の中に配置される平坦な電磁コイルであってもよく、または図１４Ｂに示されるようなリード線を伴う垂直に配向されたワイヤ電極コイルであってもよい。共通出力口１４２２は、どの位置に弁があるかにかかわらず、弁空洞と常に流体連通していてもよい。逆に、第１および第２の圧力入口１４１６および１４１８は、内部弁空洞１４２０、したがって、共通出力口１４２２と流体連通しているか、またはシャトル１４１０によって内部弁空洞との流体連通から遮断されるかのいずれかである。２つの圧力入口１４１６および１４１８のうちの１つが内部弁空洞と流体連通しているとき、他方の圧力入口が、シャトルによって密閉される。

第１の圧力入口１４１６および第２の圧力入口１４１８は、いくつかの実施形態では、図１４Ｂに示されるように、共通出力口１４２２と同一の弁１４００の側面を通って延在してもよい。また、第１および第２の支柱１４１２および１４１４は、図１４Ｃに示されるように、それぞれ、付加的な圧力入口１４２８および１４３０をそれぞれ有してもよい。第３の圧力入口１４２８が、第１の圧力入口１４１６と常に流体連通していてもよい一方で、第４の圧力入口は、第２の圧力入口１４１８と常に流体連通していてもよい。いくつかの実施形態では、弁１４００は、付加的な第１および第２の圧力入口１４１６および１４１８を伴わずに、それぞれの第１および第２の支柱を通ってそれぞれ延在する、第３の圧力入口１４２８および第４の圧力入口１４３０を特色としてもよい。

ここで図１５Ａ−１５Ｂも参照すると、いくつかの実施形態では、双安定弁１５００は、磁石を備える、シャトル１５０２を含んでもよい。弁１５００はさらに、第１の支柱１５０４に固定して隣接する第１の膜部分１５０８と、第２の支柱１５０６に固定して隣接する第２の膜部分１５１０とを含んでもよく、第１および第２の膜部分１５０８および１５１０、ならびにシャトル１５０２は、内部弁空洞１５１６の中に配置される。第１の支柱１５０４および第１の膜部分１５０８は、シャトル１５０２が第１の膜部分１５０８に対して密閉されていないときに、第１の圧力入口１５１２から内部弁空洞１５１６までの流体連通を提供するように構成されてもよい。同様に、第２の支柱１５０６および第２の膜部分１５１０は、シャトル１５０２が第２の膜部分１５１０に対して密閉されていないときに、第２の圧力入口１５１４から内部弁空洞１５１６までの流体連通を提供するように構成されてもよい。共通出力口１５１８は、どの位置にシャトル１５０２があるかにかかわらず、内部弁空洞１５１６と常に流体連通している。逆に、第１および第２の圧力入口１５１２および１５１４は、内部弁空洞１５１６、したがって、共通出力口１５１８と流体連通しているか、またはシャトル１５０２によって内部弁空洞との流体連通から遮断されるかのいずれかである。２つの圧力入口１５１２、１５１４のうちの１つが内部弁空洞１５１８と流体連通しているとき、他方の圧力入口が、シャトル１５０２によって密閉される。

ここで図１６Ａ−１６Ｂも参照すると、いくつかの実施形態では、双安定弁１６００は、鉄金属を含む、シャトル１６０２を含んでもよい。第１の支柱１６０４および第２の支柱１６０６はそれぞれ、磁石である。弁１６００はさらに、第１の支柱１６０４に固定して隣接する第１の膜部分１６０８と、第２の支柱１６０６に固定して隣接する第２の膜部分１６１０とを含んでもよく、第１および第２の膜部分１６０８および１６１０、ならびにシャトル１６０２は、内部弁空洞１６１６の中に配置される。第１の支柱１６０４および第１の膜部分１６０８は、シャトル１６０２が第１の膜部分１６０８に対して密閉されていないときに、第１の圧力入口１６１２から内部弁空洞１６１６までの流体連通を提供するように構成されてもよい。同様に、第２の支柱１６０６および第２の膜部分１６１０は、シャトル１６０２が第２の膜部分１６１０に対して密閉されていないときに、第２の圧力入口１６１４から内部弁空洞１６１６までの流体連通を提供するように構成されてもよい。出力口１６１８、１６２０は、どの位置にシャトル１６０２があるかにかかわらず、内部弁空洞１６１６と常に流体連通している。逆に、第１および第２の圧力入口１６１２および１６１４は、内部弁空洞１６１６、したがって、出力口１６１８、１６２０と流体連通しているか、またはシャトル１６０２によって内部弁空洞との流体連通から遮断されるかのいずれかである。２つの圧力入口１６１２、１６１４のうちの１つが内部弁空洞１６１８と流体連通しているとき、他方の圧力入口が、シャトル１６０２によって密閉される。種々の実施形態では、図１６Ｂに示されるように、シャトル１６０２は、球形であり得、シャトルの種々の実施形態に関して上記で説明されるような任意の材料から作製されてもよい。種々の実施形態では、双安定弁１６００は、接触端子１６２２、１６２４を含んでもよい。

ここで図１７Ａ−１７Ｅも参照すると、いくつかの実施形態では、双安定弁１７００は、磁石部分１７２４を備える、シャトル１７０２を含んでもよい。シャトル１７０２はさらに、第１の支柱１７０４に隣接するであろう第１の膜部分１７０８と、第２の支柱１７０６に隣接するであろう第２の膜部分１７１０とを含んでもよく、第１および第２の膜部分１７０８および１７１０は、磁石部分１７２４に取り付けられ、シャトル１７０２は、内部弁空洞１７１６の中に配置される。第１および第２の膜部分１７０８、１７１０は、２倍サイズのテープおよび／または糊を含むが、それらに限定されない、任意の種類の接着剤を使用して、磁石部分１７２４に取り付けられてもよい。種々の他の実施形態では、第１および第２の膜部分は、任意の取付方法を使用して、取り付けられてもよい。

磁石部分１７２４に取り付けられる、第１の支柱１７０４および第１の膜部分１７０８は、シャトル１７０２が第１の支柱１７０４に対して密閉されていないときに、第１の圧力入口１７１２から内部弁空洞１７１６までの流体連通を提供するように構成されてもよい。同様に、磁石部分１７２４に取り付けられる、第２の支柱１７０６および第２の膜部分１７１０は、シャトル１７０２が第２の支柱１７０６に対して密閉されていないときに、第２の圧力入口１７１４から内部弁空洞１７１６までの流体連通を提供するように構成されてもよい。出力口１７１８、１７２０は、どの位置にシャトル１７０２があるかにかかわらず、内部弁空洞１７１６と常に流体連通している。逆に、第１および第２の圧力入口１７１２および１７１４は、内部弁空洞１７１６、したがって、出力口１７１８、１７２０と流体連通しているか、またはシャトル１７０２によって内部弁空洞との流体連通から遮断されるかのいずれかである。２つの圧力入口１７１２、１７１４のうちの１つが内部弁空洞１７１６と流体連通しているとき、他方の圧力入口が、シャトル１７０２によって密閉される。種々の実施形態では、シャトル１７０２は、円筒形であり得、シャトルの種々の実施形態に関して上記で説明されるような任意の材料から作製されてもよい。種々の実施形態では、双安定弁１７００は、接触端子１７２２、１７２４、ならびにコイル１７２６、１７２８、および端部本体１７３０、１７３２、および端部本体１７３０、１７３２に取り付けられた端部プレート１７３４、１７３６を含んでもよい。

図１７Ｂおよび１７Ｅに示される第１および第２の支柱１７０４、１７０６は、２つの圧力入口を作成する２つの異なる実施形態を含む。図１７Ｂでは、第１および第２の支柱１７０４、１７０６が、その中に機械加工された穴を含む一方で、図１７Ｅでは、第１および第２の支柱１７０４、１７０６は、スロットおよび／または曲線切り込み１７４２、１７４４である、機械溝を含む。

ここで図１８Ａ−１８Ｂを参照すると、種々の実施形態では、双安定弁の種々の実施形態のうちのいずれかの１つ以上が、複数の双安定弁１８００とともにアレイおよび／またはマニホールドに組み込まれてもよい。アレイ１８００は、本明細書で説明されるシャトルの任意の実施形態であり得る、シャトル１８０２を含む、１つ以上の双安定弁を含む。マニホールド１８００は、端部プレート１８０４、１８０６と、シャトル１８０２、ならびに内部弁空洞１８１０を含むが、それに限定されない、種々の他の要素を収納する、コイルアセンブリ１８０８とを含む。

種々の実施形態による、双安定弁または弁システムは、血液ポンプ、血液透析機、シートクッション、腹膜透析機、および／または他の医療デバイスでの使用を含むが、それらに限定されない、多くの異なる用途で使用されてもよい。種々の実施形態による、双安定弁または弁システムはまた、電動車椅子または他のデバイス内のシートクッションを膨張させるために使用されてもよい。種々の実施形態による、双安定弁または弁システムは、従来の独立型空気圧または電子作動型弁の採用を必要とする、任意の用途で使用されてもよい。

さらに、上記で説明される電磁機能性は、単安定弁にも適用されてもよく、第１および第２の圧力位置を有するシャトルの代わりに、単安定弁は、１つの圧力源とともにオンおよびオフ位置を有する。

いくつかの実施形態が説明されている。それでもなお、種々の修正が行われ得ることが理解されるであろう。したがって、他の実施形態が、以下の請求項の範囲内である。

ここで図１９Ａ−１９Ｂも参照すると、双安定弁の種々の実施形態が、種々のアセンブリに組み込まれてもよい。双安定弁１９０６の実施形態が、医療デバイス、例えば、血液透析機用の調節器に組み込まれる、実施例が、図１９Ａ−１９Ｂに示されている。統合は、双安定弁１９０６、出口管１９０２と、入口管１９０４と、圧力センサ１９１０と、ＰＣＢ弁アダプタブロック１９０８とを含む、調節器ＰＣＢ１９００を含む。これは、そのような統合の一実施形態であるが、双安定弁の１つ以上の実施形態が、任意のデバイスに組み込まれ、および／または任意のデバイスと併せて使用されてもよい。実践では、１つの圧力入口が遮断され、入口管１９０４および出口管１９０２を使用して、圧力が調節される。

ここで図２０Ａ−２０Ｃも参照すると、いくつかの実施形態では、双安定弁２０００は、磁石部分２０２４を備える、シャトルを含んでもよい。シャトルはさらに、第１の支柱２００４に隣接するであろう第１の膜部分２００８と、第２の支柱２００６に隣接するであろう第２の膜部分２０１０とを含んでもよく、第１および第２の膜部分２００８および２０１０は、磁石部分２０２４に取り付けられ、シャトルは、内部弁空洞２０１６の中に配置される。磁石部分２０２４に取り付けられる、第１の支柱２００４および第１の膜部分２００８は、シャトルが第１の支柱２００４に対して密閉されていないときに、第１の圧力入口２０１２から内部弁空洞２０１６までの流体連通を提供するように構成されてもよい。同様に、磁石部分２０２４に取り付けられる、第２の支柱２００６および第２の膜部分２０１０は、シャトルが第２の支柱２００６に対して密閉されていないときに、第２の圧力入口２０１４から内部弁空洞２０１６までの流体連通を提供するように構成されてもよい。出力口２０１８、２０２０は、どの位置にシャトルがあるかにかかわらず、内部弁空洞２０１６と常に流体連通している。逆に、第１および第２の圧力入口２０１２および２０１４は、内部弁空洞２０１６、したがって、出力口２０１８、２０２０と流体連通しているか、またはシャトルによって内部弁空洞との流体連通から遮断されるかのいずれかである。２つの圧力入口２０１２、２０１４のうちの１つが内部弁空洞２０１６と流体連通しているとき、他方の圧力入口が、シャトルによって密閉される。種々の実施形態では、シャトルは、円筒形であり得、シャトルの種々の実施形態に関して上記で説明されるような任意の材料から作製されてもよい。種々の実施形態では、双安定弁２０００は、接触端子２０２２、２０２４、ならびにコイル２０２６、２０２８、および端部本体２０３０、２０３２、および端部本体２０３０、２０３２に取り付けられた端部プレート２０３４、２０３６を含んでもよい。種々の実施形態では、双安定弁２０００はまた、少なくとも１つのガスケットシール２０３８と、少なくとも１つの面シール２０４０とを含んでもよい。種々の実施形態では、シールは、任意の種類のシールであってもよく、種々の実施形態では、双安定弁２０００の中に１つより多くのシールがあってもよい。種々の実施形態では、双安定弁２０００はまた、位置決めピン２０４２、２０４４、ならびに締め付けバー／ねじ２０４６、および端部本体筐体２０４８を含んでもよい。いくつかの実施形態では、締め付けバー／ねじ２０４６は、端部プレート２０３４、２０３６を端部本体筐体２０４８に取り付けるが、種々の他の実施形態では、接着剤、ボルト、ねじ、ピン等を含む、種々の取付方法が使用されてもよい。

ここで図２１Ａ−２１Ｃも参照すると、いくつかの実施形態では、双安定弁２１００は、対向磁石部分２１２４、２１２５である、２つの磁石部分２１２４、２１２５を備える、シャトル２１０２を含んでもよい。シャトルはさらに、第１の支柱２１０４に隣接するであろう第１の磁石部分２１２５に取り付けられた第１の膜部分２１０８と、第２の支柱２１０６に隣接するであろう第２の磁石部分２１２４に取り付けられた第２の膜部分２１１０とを含んでもよい。シャトル２１０２は、内部弁空洞２１１６の中に配置されてもよい。第１の磁石部分２１２５に取り付けられる、第１の支柱２１０４および第１の膜部分２１０８は、シャトル２１０２が第１の支柱２１０４に対して密閉されていないときに、第１の圧力入口２１１２から内部弁空洞２１１６までの流体連通を提供するように構成されてもよい。同様に、第２の磁石部分２１２４に取り付けられる、第２の支柱２１０６および第２の膜部分２１１０は、シャトル２１０２が第２の支柱２１０６に対して密閉されていないときに、第２の圧力入口２１１４から内部弁空洞２１１６までの流体連通を提供するように構成されてもよい。種々の実施形態では、第１の支柱２１０４および第２の支柱２１０６はそれぞれ、空気ポート２１５２、２１５４を含んでもよい。本実施形態のいくつかの実施形態では、第１の支柱２１０４および第２の支柱２１０６は、空気ポート２１５２、２１５４を含まなくてもよい。出力口２１１８は、どの位置にシャトルがあるかにかかわらず、内部弁空洞２１１６と常に流体連通している。逆に、第１および第２の圧力入口２１１２および２１１４は、内部弁空洞２１１６、したがって、出力口２１１８と流体連通しているか、またはシャトル２１０２によって内部弁空洞２１１６との流体連通から遮断されるかのいずれかである。２つの圧力入口２１１２、２１１４のうちの１つが内部弁空洞２１１６と流体連通しているとき、他方の圧力入口が、シャトル２１０２によって密閉される。種々の実施形態では、シャトルは、円筒形であり得、シャトルの種々の実施形態に関して上記で説明されるような任意の材料から作製されてもよい。種々の実施形態では、双安定弁２１００は、接触端子２１２２、２１２４、ならびにコイル２１２６、２１２８、および端部本体２１３０、２１３２、および端部本体２１３０、２１３２に取り付けられた端部プレート２１３４、２１３６を含んでもよい。種々の実施形態では、双安定弁２１００はまた、少なくとも１つのガスケットシール２１３８と、少なくとも１つの面シール２１４０とを含んでもよい。種々の実施形態では、シールは、任意の種類のシールであってもよく、種々の実施形態では、双安定弁２１００の中に１つより多くのシールがあってもよい。種々の実施形態では、双安定弁２１００はまた、位置決めピン、ならびに締め付けバー／ねじ（図示せず）、および端部本体筐体２１４８を含んでもよい。いくつかの実施形態では、締め付けバー／ねじは、端部プレート２１３４、２１３６を端部本体筐体２１４８に取り付けるが、種々の他の実施形態では、接着剤、ボルト、ねじ、ピン等を含む、種々の取付方法が使用されてもよい。

本明細書で説明される種々の双安定弁の種々の実施形態では、コイルは、ＰＣＢベースの平坦なコイル（すなわち、回路基板上に印刷されたコイル）、またはワイヤ巻装コイルであってもよい。

種々の実施形態では、弁座上にシャトルを着座させることに役立つように、安定化特徴が、膜および／または弁座に追加されてもよい。安定化特徴は、隆起、突起、支柱等を含んでもよいが、それらに限定されない。ここで図１７Ｅを再度参照すると、いくつかの実施形態では、双安定弁１７００は、安定化特徴１７４０を含んでもよい。全ての図に示されているわけではないが、安定化特徴が任意の実施形態に含まれてもよい。

種々の実施形態では、シャトルの一部として示される磁石のうちのいずれかは、磁石が積み重ねられる、すなわち、１つより多くの磁石がシャトルの磁気部分を形成する、実施形態を含んでもよい。種々の実施形態では、磁石のサイズ、形状、および厚さは、対抗しようと誘引しようと、磁石の力を変動させ得る。したがって、種々の実施形態では、磁石のサイズ、形状、および厚さは、変動し得る。

種々の実施形態では、２つの磁石が示されている場合、それらは、１つの磁石に置換されてもよく、１つの磁石が示されている場合、それは、２つの磁石に置換されてもよい。種々の実施形態は、種々の特徴を含んでもよい。一実施形態からの１つ以上の特徴は、他の実施形態を形成するように、１つ以上の他の実施形態からの１つ以上の特徴と組み合わせられてもよい。

種々の実施形態では、支柱は、示されるものを含む任意の形状、ならびに尖頭を含むが、それに限定されない、他の形状であってもよい。

本発明の原理が本明細書で説明されているが、本発明の範囲に関する制限としてではなく、一例のみとして、本説明が行われていることが、当業者によって理解される。本明細書で図示および説明される例示的実施形態に加えて、他の実施形態が、本発明の範囲で考慮される。当業者による修正および置換は、本発明の範囲内と見なされる。

Claims (9)

1. 双安定弁アセンブリであって、前記弁アセンブリは、
   内部空洞と、
   前記内部空洞に接続された第１の圧力源と、
   前記内部空洞に接続された第２の圧力源と、
   前記内部空洞の第１の端部で前記内部空洞に接続された第１の支柱と、
   前記内部空洞の第２の端部で前記内部空洞に接続された第２の支柱と、
   前記内部空洞内に位置する磁気シャトルであって、前記磁気シャトルは、キャリアと２つのリング磁石とを含み、前記２つのリング磁石は、それらの最も近い対応する面が同一の極性を有する状態で、同心円状に整合させられており、かつ、背中合わせに配向されていることにより、磁束経路を生成する、磁気シャトルと、
   前記第１の支柱の周囲に配置された第１の電磁コイルと、
   前記第２の支柱の周囲に配置された第２の電磁コイルと
   を備え、
   前記第１の電磁コイルが通電させられるときに、前記第１の電磁コイルは、磁荷を前記第１の支柱に供給し、前記磁束経路は、前記第１の支柱の前記磁荷が、前記第１の支柱に向かった前記内部空洞の前記第１の端部に向かって移動して前記第１の圧力源を密閉するように前記磁気シャトルを作動させることを引き起こし、
   前記第２の電磁コイルが通電させられるときに、前記第２の電磁コイルは、磁荷を前記第２の支柱に供給し、前記磁束経路は、前記第２の支柱の前記磁荷が、前記第２の支柱に向かった前記内部空洞の前記第２の端部に向かって移動して前記第２の圧力源を密閉するように前記磁気シャトルを作動させることを引き起こす、弁アセンブリ。
2. 前記第１の支柱は、前記第１の圧力源と流体連通しており、前記第２の支柱は、前記第２の圧力源と流体連通している、請求項１に記載の弁アセンブリ。
3. 第１の圧力入口および第２の圧力入口をさらに備え、前記第１の圧力入口および前記第２の圧力入口は、前記第１の圧力源および前記第２の圧力源に流体的に接続されている、請求項１〜２のいずれかの１項に記載の弁アセンブリ。
4. 前記内部弁空洞は、前記第１の支柱および前記第２の支柱の間に位置する、請求項１〜３のいずれかの１項に記載の弁アセンブリ。
5. 前記磁気シャトルは、第１の膜部分と、磁石部分と、第２の膜部分とを備え、前記第１の膜部分および前記第２の膜部分は、前記磁石部分の反対端部上で前記磁石部分に取り付けられている、請求項１〜４のいずれかの１項に記載の弁アセンブリ。
6. 前記シャトルは、第１の構成で前記第１の支柱に対して密閉され、前記シャトルは、第２の構成で前記第２の支柱に対して密閉される、請求項１〜５のいずれかの１項に記載の弁アセンブリ。
7. 前記第１の支柱は、第１の膜を備え、前記第２の支柱は、第２の膜を備える、請求項１〜６のいずれかの１項に記載の弁アセンブリ。
8. 前記第１の支柱および前記第２の支柱は、少なくとも１つの安定化特徴をさらに備える、請求項１〜７のいずれかの１項に記載の弁アセンブリ。
9. 前記弁空洞と流体連通している出力口をさらに備える、請求項１〜８のいずれかの１項に記載の弁アセンブリ。

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