JP6628307B2 - 易壊プラグおよびこれを備えたバルブ機構 - Google Patents

Description

バルブ機構で使用するための易壊プラグ（frangible plug）、より具体的には、流体を排出するために使用され得る使い捨て（single-use）バルブ機構が本明細書に記載されている。易壊プラグとバルブ機構は、火気抑制液のような抑制剤を放出する分野における特定の用途に供することが可能である。

本明細書に記載の実施例は、流体流動物質の制御された放出のための装置及び方法に関する。これらは、シリンダから抑制剤或いは消火剤の制御された放出に特に適しているが、これに限定されるものではない。更に、記載した装置及び方法は、排他的ではないが典型的には、航空機、列車、軍用車または商用車などの移動プラットフォーム上で使用することができるものとして、シリンダから消火剤の迅速な展開のために使用することができる。

このようなバルブは、非密封型及び密閉型の２つの主なグループに分けられる。前者は軍用車と商用車におけるサプレッサで使用される高率放出（ＨＲＤ）バルブに代表される。これらは、電気機械式または発火プロトラクタであり得るもので、メイン開口機構としてフラッパーまたはポペットのいずれかで構成されている。双方のシステムは、複数の可動部品を含み、完全性のためにＯリングシールに依存している。このようなバルブは、比較的高価であり、加えて、使用前にリファビッシュをしなければならない。

例えば、航空宇宙産業などでの更なる活用には、要求される環境範囲に亘って漏れを最小限にし、耐用年数を延長するために、サプレッサが密封されることを必要とする。このような密閉された消火器は、出口ダイヤフラムの外側に位置した爆薬薬包カートリッジを使用しており、動作時にディスクを破裂させて消化剤を分配ネットワークに放出し、或いは保護された発火危険区域に直接放出する。この方法は非常に高速かつ信頼性の高いものであるが、作動中にダイヤフラムが断片化する傾向があり、火工品カートリッジを使用する必要がある。これらのバルブは、定期的なメンテナンスや交換を必要とし、それに関連する取扱い、輸送及び保管の制限が絡んでくる。

本明細書に記載の実施例では、従来技術における急速な開放と自由流動特性を維持しながらも、コストを削減し、火工品カートリッジを排除し、そして必要な場合にはヘルミート性（hermiticity）のためのオプションを提供することを目指している。

ドイツ特許第１９７３６２４７号には、脆性材料からなる本体を有するコンポーネントと圧電素子の使用が開示されているが、ここでは本体が圧電素子によって励磁されたときにコンポーネントの一部が破壊されるように、双方が本体に埋め込まれ積層されている。

米国特許出願公開第２０１０／０２５０５０号は、加熱されたときに膨張してボルトを強制的に破壊し、それによってスプリンクラーの弁を開く形状記憶要素を含む熱活性スプリンクラーバルブを開示している。

米国特許第６６８２５２１号は、形状記憶合金を使用して圧力が掛った容器を開ける多くの方法を説明している。

ヨーロッパ特許出願第１４１６００４０号には、点力による衝撃によって破断される予め決められたストレス面を有するセラミックディスクが開示されている。ディスクを蝋付けするための手段、断片化を最小限に抑える手段及び破砕後にディスクの空き部分を保持するための手段も開示されている。

ヨーロッパ特許第１５８２７８９号は、特に消火用媒体のような物質の制御に適している物質の放出を制御するための装置及び方法について説明している。記載された装置及び方法は、物質のソースに接続するための入口及び出口と共に、これらの間に延びる流路を有するハウジングを含んでいる。流路は、電流源に接続されたセラミック製ディスクからなる易壊要素によって閉じることができる。ディスクは、金属酸化物セラミックディスクであってもよく、ディスクに印加される電気パルスによって破砕することができる。

英国特許第１３７８０７９号は、破裂ディスク組立体、特に破裂ディスク組立体によって密封された開口部を有する容器を記載している。破裂ディスク組立体は、その表面層を破壊し、結果的にディスクを破砕するのに十分な力でガラスに投影された可動スパイクによって破砕される強化ガラスで構成されている。スパイクは、火工品組成物を点火することによって生じる圧力によって移動させられる。

英国特許第５６７１２０号は、流体を簡単かつ迅速に放出できるようにすることを目的とする圧力流体の容器のためのクイックリリース弁装置を開示している。弁装置は、流体容器から通じる流路を封止するためにバルブシート上に適合するように成形された弁と、同様に弁座が形成された中空体またはケーシングを備えている。鋳鉄、陶器、ガラスまたは砕け易いプラスチックから形成することができる易壊ディスクは、バルブ本体内に位置し、そのシートに弁を押し付ける作用をする支柱部材によってバルブから適切に離間されている。装置は、ディスクを破砕してバルブを解放するために使用されるプランジャーも含んでいる。ディスクはまた、炸薬を提供することにより、或いはディスクを打ち砕く爆発によって駆動される小さな弾丸を介して等の他の方法で破砕することもできる。

米国特許第７７０３４７１号には、加圧された貯蔵容器からのガス状、液状、または乾燥した材料を放出するための遠隔操作シングルアクション放出バルブが開示されている。易壊シールは、シールが無傷であるときに流路の通過をシールする弁本体内に設けられている。ソレノイドは、ソレノイドが動作したときに第一位置から第二位置へ移動可能な電機子を含むものとして記載されている。装置は、電機子が第一及び第二位置との間を移動するときに易壊シールを破砕する歯、複数の歯、或いは１個または複数のピンを含んでいる。記載されたシールは、Ｏリングを使用して予め決められた位置に保持され、ガラスで作製することができる。

一実施例では、バルブ機構に使用するための易壊プラグが提供され、前記易壊プラグは、第一端部を有する第一セクションと、第二端部を有する反対側の第二セクションと、第一及び第二端部との間に延在する円筒状の側壁と、前記第一セクションが前記反対側の第２セクションから破断するように前記易壊プラグの円筒状側壁に力を加えるための手段と、を備え、前記円筒形側壁に力を加えるための前記手段は、前記側壁の外周で円周方向に延在している。

更に、前記易壊プラグの円筒状側壁に力を加えるための手段は、熱を加えることにより動作させることができる。

前記易壊プラグの円筒状側壁に力を加えるための手段は、形状記憶合金アクチュエータであってもよい。

更に、前記形状記憶合金アクチュエータは、１つ以上の形状記憶合金ワイヤを含んでいてもよい。

１つ以上の形状記憶合金ワイヤは、前記易壊プラグの側壁に隣接する点で相互に圧着または溶接される。

前記形状記憶合金アクチュエータは更に、１つ以上の二次金属ワイヤを含んでいてもよい。

更に、側壁に溝が形成され、前記形状記憶合金アクチュエータを前記溝内に位置させてもよい。

別の実施例では、易壊プラグは更に、プラグの第二端部に開放端を有する凹部を備え、前記プラグは予め決められた破断面を備え、予め決められた前記破断面に沿って破断するように前記プラグは構成されており、予め決められた前記破断面が前記側壁の外周の周りに延在し、凹部の閉じた端部はプラグ内で円筒状の側壁の内面と共にこれらの間で延在し、前記易壊プラグの側壁の内周の周りに延在する予め決められた破断線を提供するために、前記予め決められた前記破断面は凹部内の側壁と交差している。

更に、溝が予め決められた破断面に形成されてもよく、１つ以上の形状記憶合金ワイヤが溝内に配置される。

溝は、第一面取り部に隣接する第一セクションに配置することができる。

前記凹部の直径は凹部の開口端でよりも凹部の閉塞端で小さくしてもよく、前記側壁の外面は第一面取り部を有し、前記側壁の内面は第二面取り部を有し、前記外側表面の面取り部の最小直径を有する部分は、前記内面の面取り部の最大直径を有する部分と同一平面内に置くことができる。

別の実施例では、入口ポート及び出口ポートと、これらの間に延在する流路を有するバルブ本体並びに上述のような易壊プラグと、を備え、無傷のときには前記プラグが流路をブロックするようにバルブ本体内に保持され、前記易壊プラグが破断されたときには流体が入口ポートから出口ポートへ流れるバルブ機構が提供される。

更に、前記易壊プラグの第一端部は前記出口ポートと連通してもよく、前記易壊プラグの第二端部は前記入口ポートと連通していてもよい。

バルブ機構で使用するための改良された易壊プラグ及びバルブ機構の実施例が添付の図面を参照して此処に説明される。

易壊プラグを示す図である。 図１Ａの易壊プラグの断面Ａ−Ａの図である。 図１Ｂの易壊プラグの断面Ｂの詳細図である。 均一な圧力が弁の入口ポートと連通しているプラグの部分に加えられた場合の、図１Ａ〜１Ｃに示したプラグの主応力分布を、有限要素解析（ＦＥＡ）を用いて示している。 形状記憶合金と圧着手段を示す図である。 図２に示したものに対する代替的な形状記憶合金を示している。 図２に示したものに対する代替的な形状記憶合金を示している。 図２、図３Ａ及び図３Ｂに示したものに対する代替形状記憶合金を示している。 図２、図３Ａ及び図３Ｂに示したものに対する代替形状記憶合金を示している。 図１Ａ〜１Ｃの易壊プラグを含むバルブ機構を示している。 図１Ａ〜１Ｃの易壊プラグを含むバルブ機構を示している。

一般的に、易壊プラグ１０は、バルブ機構（後述する）の入口ポートから出口ポートの間に備えられている。易壊プラグは、入口ポート及び出口ポートとの間の弁に跨ってシールを形成することにより、易壊プラグが起動するまで流体が導管を通って流れるのを阻止する。易壊プラグが起動されると、流体はバルブ機構の入口ポートから出口ポートに導管を通って流れることが可能となる。

概して、易壊プラグ１０は円筒形の側壁を有しており、易壊プラグの円筒状の側壁に力を加えるための手段が提供され、これは円筒状の側壁の周りで周方向に延在する。プラグに力を加えるための手段が起動されると、流体が入口ポートから出口ポートに導管を通って流れることができるように、易壊プラグが破断する。

易壊プラグの一実施例を図１Ａ〜１Ｃに示すが、プラグが後述する「トップハット（top hat）」構成以外の形態で成形されてもよいことが想定される。重要なことは、易壊プラグがプラグの円筒状側壁に力を印加する手段を有すること、及び力を印加する手段が円筒形の側壁の周りで円周方向に延在していることである。

本明細書に記載の易壊プラグは、例えばアルミナのような脆いセラミック材料から作製してもよいが、同様に任意の脆いガラス質またはポリマー材料で形成することもできる。

本明細書に記載され図１Ａ〜１Ｃに示される易壊プラグの一実施例は、「トップハット」の一般的な形状である。この実施例では、プラグは、第一端部１４において一般的に平坦である連続して閉鎖した第一面１３を有するものとして見てとれる。プラグの第一表面は、本明細書中では平坦であるものとして記載されているが、その必要はなく、表面は湾曲形状、或いはドーム型など他の形状の可能性もある。プラグはまた、反対側の第二端部１２を有している。第一端部及び第二端部１４，１２における面の外周は、本実施形態では一般的に円形であるが、選択された設計に応じて他の形状を使用することは可能である。プラグは更に、第一及び第二の互いに反対側の端部１４，１２の間に円筒状に延在する外側表面３０を備えた側壁１６を有している。

図１Ａに見られるように、プラグは、第一端部１４を含む第一セクション１及び第二端部１２を含む第二セクション２を有している。

詳しくは、図１Ａ〜１Ｃに示すプラグの側壁１６の外面３０は３つの部分１５，１７，１９からなり、互いに異なる直径、従って互いに異なる円周を有している。図１Ａ〜１Ｃに見られるように、プラグの端部１７，１９のいずれかにおいて実質的に均一な直径及び円周部分があり、これらを挟んで直径が減少／増加する第一傾斜部分つまり面取り部分、或いはフランジ１５を伴っている。第二端部１２における円筒部の外周は第一端部のそれよりも大きく、これによって、「トップハット」形状の「つば」となるべきものを創り出す。本明細書に示される実施例の側壁外面の端部は、一般的に均一な直径のものであるが、直径は完全に均一である必要はない。

第一部分１７に接続される側壁１６の第二部分１５は、面取りされて第一部分１７から外向きの角度で延びており、これによって第二端部１２の方向１８において増加する直径を含んでいる。第二部分１５は、第三部分１９と接触しており、この第三部分１９は一般的に直径が均一であり形状は円筒であって外側壁の第一部分１７に一般的に平行に延びている。従って、この第三部分１９は、フランジまたは「トップハット」形状の「つば」を形成し、示された実施例では一般的に均一な直径を有している。側壁１６の外径は、第三部分１９において最大である。

プラグの第一セクション１は、第一部分１７を含んでいる。プラグの第二セクション２は、第二部分１５と第三部分１９を含んでいる。

上述したように、プラグは第一端部１４において第１の閉鎖された連続的な表面１３を有しているが、プラグの反対側の第二端部１２は、図１Ｂに示されるように、プラグ内に延在して、そのほぼ中央に位置する円筒状の凹部２２の開口部を画成している。

例えば、図１Ｂに見られるように、凹部２２は、プラグの第二端部１２において開口端２６を有し、プラグ内に閉鎖端２０を有し、及びこれらの間に延在する円筒状の側壁１６の内面２３を有している。図１Ｂに見られるように、凹部の閉鎖端部２０における円筒壁の直径と円周は、開放端部２６における壁の直径と円周よりも小さい。

より詳細には、円筒状の凹部２２は、プラグの第二端部１２において第２の面１１から第一端部１４の方向に延在する内側面を有する側壁によって形成される。プラグの凹部にある内側面、或いは側壁２３は、円筒状に延在し、かつ第二端部１２から概して均一な直径の第一部分２４及びプラグの第２の面１１からなっている。これは必要ではないが、上述したように、側壁内面のこの第一部分２４はまた、側壁の外面の端部１７、１９に概して平行な方向に延在している。側壁の内側表面２３もまた、直径がプラグの第一端部１４に向かって減少するように面取りされた第二部分２１と、凹部２２の閉鎖端２０における面２５と、を含む。

従って、凹部２２は、第２の面１１における凹部の開放端２６よりも小径で小円周を呈する表面２５を有する閉鎖端２０で終端している。図においては、凹部２２の閉鎖端２０での面は平坦なものとして示されているが、この必要はなく、任意の形状表面を使用すること可能である。

上述したように、側壁１６の外面は第一面取り部１５を有し、側壁の内面２３は、第二面取り部２１を有している。

図面で見ることができるように、外側表面の面取り部の最小の直径を有する部分は、内面の面取り部分の最大の直径を有する部分と同一平面上にある。

上記は「トップハット」形状の易壊プラグの配置を説明しているが、他の構成及び形状が後述する円筒状の側壁に力を加えるための手段と組み合わせて使用され得ることが想定される。重要なのは、円筒状の側壁に力を加えるための手段がシールの破壊を引き起こして、流体が入口ポートから出口ポートに流れることを可能にさせることにある。

図１Ａ〜１Ｃに示すように、易壊プラグはまた、第１セクション１が第２セクション２から破断するように、プラグの円筒形の側壁１６に力を印加するための手段１００を備えている。円筒形の側壁１６上に力を印加するための手段１００は、図１Ａに示すように側壁１６の外周の周りに延在している。

プラグの円筒状の側壁１６に力を印加するための手段１００の一実施例が図１Ａ〜１Ｃ及び図２に示されている。図示された実施例では、これは加熱時に形状を変化させるエレメントであり、例えば形状記憶合金アクチュエータを用いてもよい。これらの図に示す実施例において、形状記憶合金アクチュエータは、側壁１６の外周、特に、脆性な円周線周り、つまり予め決められた破断面９０に沿って延在する形状記憶合金ワイヤである。形状記憶合金ワイヤは、ニチノール（商標）のようなニッケルチタン合金から作製してもよいが、当該技術分野で公知の他の形状記憶合金材料から作製することもできる。形状記憶合金ワイヤは活性化されたときに、形状を変化させ直径が拡大する。いくつかの実施例では、形状記憶合金ワイヤは、合金の温度を上昇させることによって活性化される。例えば、形状記憶合金ワイヤは、電気ジュール加熱により動作されるために、電源に接続してもよい。電源の例としては、定電流源または電流制限型ＤＣ電源とすることができる。

図１Ａに示す実施例では、形状記憶合金ワイヤ１００は側壁１６の周囲に延在し、予め決められた破断面９０と同一平面になるように配置されている。形状記憶合金ワイヤは、ワイヤの動きと収縮が拘束されるように側壁１６の周囲の位置に維持される。一実施例では、形状記憶合金ワイヤ１００がクリンプコネクタ１０５によって圧着され、形状記憶合金ワイヤ１００を側壁１６の周囲の位置に固定している。実施例としては、クリンプコネクタ１０５のようなものを示しているが、形状記憶合金ワイヤは、溶接などのような他の手段によって固定してもよい。

形状記憶合金ワイヤ１００は、予め５％から１０％ほど歪まされていてもよい。形状記憶合金ワイヤ１００は、例えば電気ジュール加熱により、変態温度以上に加熱されると、ワイヤ１００は、長さが収縮し直径が拡大することにより歪みを回復しようと試みるようになる。しかし、歪み回復はクリンプコネクタ１０５よって制約され、従って、大きな局所的な応力（例えば、〜４００ＭＰａ）が、全ての接触ポイントで周側壁１６に分け与えられることになる。この応力が脆性破壊を開始し、プラグの第二セクション２からの第一セクション１の破断が引き起こされる。ワイヤ１００は、プラグの側壁１６の周囲を始めから終わりまで効果的に「カット」し、粉砕後のフラグメントの数を減らしてクリーン・ブレーク（きれいさっぱりとした作業）を提供する。一例として、ＮｉＴｉ系合金は−５０℃〜９５℃の間の変態温度を有している。しかし乍ら、１１０℃を超える変態温度を有する例えばＮｉＴｉＮｂのような他の合金も、同様に使用することができる。

図１Ｂ及び１Ｃに示すように、溝１１０をプラグの側壁１６に形成してもよい。形状記憶合金ワイヤ１００を、圧着または溶接する前に、溝１１０内に配置してもよい。溝１１０は、形状記憶合金ワイヤ１００が予め決められた破断面９０内に配置されることを可能とし、形状記憶合金ワイヤ１００の運動及び収縮を拘束する。形状記憶合金ワイヤ１００が例えばクリンプコネクタ１０５によって圧着（または溶接）された後、形状記憶合金ワイヤ１００は、例えば上述したように、変態温度以上に加熱される。

プラグ１０は、シールを破壊するために活性化されたときに、プラグが当該平面に沿って壊れ易い平面（破断面）を有するように構成することができる。説明した実施例では、壊れ易い面はテーパ形状に起因し得るものであり、これは結果的に薄肉部となっている。壊れ易い面は上述したような「トップハット」構成により形成し得る可能性がある。

外側と内側の表面がその幾何学的形状の急激な変化を呈している易壊プラグ１０の形状に起因して、易壊プラグ１０の凹部内の流体によって圧力が加えられると応力がプラグ１０の表面上に引き起こされることとなり、この応力が予め決められた面に集中する。そして、予め決められた面に力を加えることでシールを破壊することができる。その後、流体は入口ポートから出口ポートへ流れることができるのである。

上述したように、側壁の外面と内面はその幾何学的形状の急激な変化を呈しており、特に、側壁外面の面取り部分の最小の直径を有する部分が、側壁内面の面取り部の最大の直径を呈する部分とほぼ同一平面にある事実によって、均一な圧力がプラグの第２の端部１２に加えられたとき、特に凹部２２に圧力が印加されたときに、応力が発生して予め決められた平面に集中させることができる。例えば、凹部２２内の流体により印加される均一な圧力は、結果的に主要なつまり増加した応力（周辺エリアに比較して）平面９０をもたらすこととなる。

この実施例では、図１Ｂに見られるように側壁３０の外表面に存在する面取り部と凹部２３の側壁内面に存在する面取り部との相対的な位置関係ならびに対応する直径及び外周の関係により、プラグの側壁の厚さがこの面で最小であるため、脆性化されたつまり壊れ易い面９０は、この場所で発生し得る。

この予め決められた平面とプラグ側壁の外面との交点が図１Ｄに見てとることができるが、図は、凹部２２に流体が存在することにより均一な圧力がプラグの第２の端部１２に印加された場合のプラグの主応力分布を示している。

従って、この予め決められた平面９０は、プラグの内側表面２３（凹部２２内の）とプラグの側壁外面１６の双方が交差する脆性な領域を提供することができ、例えば図１Ｄに示すようにプラグの側壁周りに延在する脆性線９０となる。そして、この予め決められた平面９０は、プラグの脆性破壊の位置及び形状を事前に決めるため、本明細書では予め決められた破断面と称される。

他の実施例では、壊れ易い面９０は、異なる構造、或いは例えば異なる材料または組成物によって形成することが可能であろう。勿論、壊れ易い面９０が昜壊プラグ内に存在している必要はない。

力を加えるための手段１００は、プラグを破断するのを助けるために脆性な外周線つまり所定の破断面の周りに延在するように配置されてもよい。図１Ａに示す実施例では、予め決められた破断面９０と同一平面内にあるように、形状記憶合金ワイヤが配置されている。

また、上述の溝１１０は、プラグの予め決められた破断面９０に形成することができる。従って、溝１１０は予め決められた破断面９０において側壁１６の外周の周りに延在している。

それ故、予め決められた破断面を有するプラグへの力の印加は、このような予め決められた破断面を持っていないプラグに比べて非常に優れたクリーン・ブレークをもたらす結果につながる可能性がある。

図２は、形状記憶合金ワイヤ１００の一実施例を示す。この実施例の形状記憶合金ワイヤ１００は、２つの形状記憶合金ワイヤ１００’，１００”からなる。形状記憶合金ワイヤ１００’は、半円形でプラグの側壁１６の外周の周りに延在する。記憶合金ワイヤ１００”は、形状記憶合金ワイヤ１００’と対向する半円形でプラグの側壁１６の外周の周りに延在している。形状記憶合金ワイヤ１００’，１００”は、プラグの周りで円を形成するために結合されクリンプコネクタ１０５によって圧着（または溶接）されている。形状記憶合金ワイヤは、任意の数で使用され得ることが留意されるべきである。同様に、形状記憶合金ワイヤの巻線を側壁１６の外周に配置することもできるであろう。

図３Ａ及び図３Ｂは、形状記憶合金のための代替的な構成を示している。上述したように、形状記憶合金ワイヤ１００’，１００”は溶接または圧着することができる。しかし乍ら、図３Ａ及び図３Ｂに示す構成では、溶接または圧着する必要はない。

図３Ａに示すように、形状記憶合金３０は連続的であってもよく、この実施例では、形状記憶合金ワイヤ３００が提供される。図示された実施例においては、ワイヤ３００はリング状のものとして提供される。勿論、プラグ側壁１６の円周方向の周りに適合するような他の形状が提供されてもよい。形状記憶合金３０は、上述したように電力供給源に接続されるべき電気接点３１０を備えていてもよい。図３Ａに示される実施例では、電気接点３１０は、形状記憶合金ワイヤ３００上で対向配置されている。勿論、電気接点は形状記憶合金ワイヤ３００上のどこにでも設けることができる。上述したように、電気接点３１０は電力供給源に接続され、熱が形状記憶合金ワイヤ３００に印加されるようになっている。次いで、プラグの破断を引き起こすために形状記憶合金ワイヤ３００は膨張することが可能となる。

図３Ｂは、図３Ａに示すような形状記憶合金３０の更に別の構成を示している。この例では、形状記憶合金３１は上述したように形状記憶合金ワイヤ３００と電気接点３１０を有している。また、形状記憶合金３１は、プラグを破断するのを助長する部分３０２を有している。部分３０２は、形状記憶合金ワイヤ３００上に設けられ、形状記憶合金ワイヤ３００から内側に向かっている。図３Ｂに示す実施例では、部分３０２は、プラグの側壁１６に当接することができる針状の突起である。形状記憶合金ワイヤ３００が加熱されると、ワイヤ３００は直径が膨張して長さが収縮し、これによってプラグの側壁１６に力を与える。針状突起３０２は、ワイヤが加熱されたときにプラグを破断するのを助ける。

図４Ａ及び図４Ｂは、形状記憶合金のための更なる代替的な構成を示している。図４Ａは形状記憶合金４０を示している。図示される実施例では、２本の二次的金属ワイヤ４００，４０１がプラグの周囲に延在している。二次的金属ワイヤ４００，４０１は、この実施例では形状が半円形であるが、他の形状であってもよい。図４Ａに示すように、形状記憶合金４１０，４１１は、プラグ側壁１６の周りで所定の位置に二次的金属ワイヤ４００，４１１を保持するように構成することができる。例えば、第１の単一な形状記憶合金ワイヤ４１０は、二次的金属ワイヤ４００，４０１の端部に巻きついていてもよい。第２の形状記憶合金ワイヤ４１１は、二次的金属ワイヤ４００，４０１の反対側の端部に巻きついていてもよい。第１及び第２の形状記憶合金ワイヤ４１０，４１１は、易壊プラグの側壁１６の周りで所定の位置に二次的金属ワイヤ４００，４０１を保持する。勿論、複数の形状記憶合金ワイヤを二次的金属ワイヤの端部に巻き付けてもよい。

電気接点４０５は、図３Ａ及び図３Ｂの形状記憶合金と共に、二次的金属ワイヤ４００，４０１上に配置される。電気接点４０５は、二次的金属ワイヤ４００，４０１に熱を供給するための電源に接続することができる。熱は二次的金属ワイヤ４００，４０１を介して、形状記憶合金ワイヤ４１０，４１１へ伝導し、形状記憶合金ワイヤ４１０，４１１の膨張を引き起こす。形状記憶合金ワイヤ４１０，４１１が膨張するので、二次的金属ワイヤ４００，４０１は互いに引き寄せられ、プラグの側壁１６に対して力を与えてプラグを破断することとなる。

図４Ｂは、図４Ａに示した形状記憶合金３０の更に別の構成を示している。この実施例では、二次的金属ワイヤ４００，４０１が形状記憶合金ワイヤ４１０，４１１でプラグ側壁１６の周囲の位置に保持されている。また、二次的金属ワイヤ４００，４０１は、上述のように電気接点４０５を備えていてもよい。加えて、二次的金属ワイヤ４００，４０１は、プラグを破断するのを助ける部分４０２を備えていてもよい。部分４０２は、二次的金属ワイヤ４００，４０１に設けることができ、二次的金属ワイヤ４００，４０１から内側に向かっている。勿論、部分４０２は二次的金属ワイヤから分離していてもよく、二次的金属ワイヤ４００，４０１によって所定の位置に支持ないし保持することができる。部分４０２は、金属または非金属材料のいずれかから作製することができる。形状記憶合金が活性化されると、二次的金属ワイヤ４００，４０１は、プラグの破断を支援するために部分４０２に力を与える。図４Ｂに示す実施例では、部分４０２は、プラグの側壁１６に当接することができる針状の突起である。形状記憶合金ワイヤ４１０，４１１が加熱されると、ワイヤ４１０，４１１は膨張し、二次的金属ワイヤ４００，４０１は互いに引き寄せられ、プラグの側壁１６上に力を加えることが可能になる。針状突起３０２は、形状記憶合金ワイヤ４１０，４１１が加熱されたときに、プラグを破断するのを助ける。一例として、図４Ａ及び図４Ｂの二次的金属ワイヤ４００，４０１は鋼で作製してもよい。しかし乍ら、他の任意の適切な導電体を用いることも可能であろう。

図５Ａ及び５Ｂは、入口ポート５２と出口ポート５４、及びそれらの間に延びる流路５６を有するバルブ本体５０を備えたバルブ機構５を示している。易壊プラグ１０は、図１Ａ〜１Ｃに関連して説明したように、無傷である状態では入口ポートと出口ポートの間の流路５６を遮断し、入口ポート５２から出口ポート５４に流体が流れるのを防ぐために、バルブ本体５０内に保持されている。

易壊プラグ１０は、図１Ａ〜１Ｃに示され上述したように、第一表面１４を有している。第一表面１４は、上述したように、使用中は出口ポート５４と連通している。プラグ１０は、先に言及したように、反対側の第二端部１２を有しており、この第二端部１２は、バルブ機構の入口側にあり、使用時には入口ポート５２と連通している第二表面を有する。

いくつかの実施例では、プラグの少なくとも一部の側壁１６外周面が、バルブ本体自体の内壁に接触することができ、或いは他の手段によってバルブ本体内に保持されてもよく、更に、プラグ側壁の外周及び／またはプラグの第二端部及び／またはプラグ内の凹部側壁との間のシールを含んでいてもよい。

これは、プラグの第一端部が閉じられているという事実と組み合わされることで、バルブ本体の入口ポート及び出口ポートとの間にシールを提供し、従ってプラグが無傷である場合、入口ポート５２及び出口ポート５４との間の流路を閉じている。

プラグ１０は、プラグ外周面の一部がバルブ本体の内面にシールされているように、上述したとおりバルブ本体内に保持されている。これは、中間の低膨張金属合金を介してバルブ本体にセラミックをろう付けすることによって達成することができる。これにより、セラミックとバルブ本体との間に気密シールが提供される。中間の低膨張金属合金の例は、コバールジョイント（商標）である。他の密封手段を用いてもよく、例えば２９％のニッケル及び１７％のコバルトを含有する鉄ニッケルコバルト合金が挙げられる。

更なる実施例として、プラグの側壁１６は、図１Ｂに示すように形状記憶合金１００の両側に分かれた２つのセクション１，２を提供する。バルブ本体５０との間のシールは、図１Ｂに示すように、これらのセクションの一方のみに、すなわち第二セクション２に提供される。これは、予め決められた破断面の入口ポート側にあるプラグのセクションであり、外側面の面取り部１５と、プラグの第二端部１２にある外表面の部分１９と、を含むもので、後者はプラグの第一の端部１４の直径よりも大きい均一な直径（すなわち、トップハット形状の「つば」）を有している。第二セクションはまた、プラグの第二端部から側壁の内面が面取りされている点まで延びている凹部２２の均一な直径の部分２４を含んでいる（図１Ｂ参照）。

例えば上述した形状記憶合金エレメント１００を使用してプラグへ衝撃力を印加すると、プラグの破断が側壁１６を横切って発生し、形状記憶合金エレメント１００側に位置するプラグの第一セクション１が破断して離脱する。第一セクション１は、バルブ本体５０の内壁にはシールされておらず、この実施例では、プラグの残りの部分よりも小さい外径を有している。バルブ本体の内面にシールを備えるプラグの第二セクション２は、一般的にそのまま残る。従って、これはプラグ内の所定の位置にきれいな（妨げのない）開口を提供することになる。

このようなきれいな開口の形成によって、入口ポート及び出口ポートの間の流路が開放され、凹部に含まれる物質は出口ポートを介して排出することができるようなる。

作動時にはプラグが形状記憶合金を用いて側壁を通して「カット」されるため、弁の入口５２ポートと出口５４ポート間に妨げのない開口部を作成することができ、従って上述のバルブ機構は、単回使用、或いは修理可能であって、従来のバルブ機構よりも著しい利点を提供する。

予め決められた破断面９０が設けられている実施例では、予め決められた破断面９０は流れ方向にほぼ垂直に置かれているので、入口ポート５２側に加えられた圧力による破裂や破砕に対する易壊プラグの耐性は最大化される。

また、このバルブ機構は部品点数及び弁の設計の複雑さを最小化することができ、これによってバルブ機構のコストを削減することが可能になる。更に、既知の装置及び方法の迅速な開口と自由な流れ特性を保持しつつ、火工品カートリッジの必要性を除去し、必要とあればヘルミート性を提供する。

易壊プラグは、例えば、脆性セラミック、或いはガラス質またはポリマー材料のような脆性材料から作製することができる。アルミナセラミックディスクの場合、材料が９６％高密度アルミナＡｌ２Ｏ３セラミックを含んでいてもよい。

シールのこれらの新しいタイプは、エルミート性を提供しながらも構成要素の数及び弁の設計の複雑さを最小限に抑え、従ってコストを低減し、より高い信頼性を提供するため既知のバルブ機構よりも有意な利点をもたらす。

Claims (10)

1. バルブ機構で使用するための易壊プラグであって、前記易壊プラグは、
   第一端部を有する第一セクションと、第二端部を有する反対側の第二セクションと、前記第一と第二端部との間に延在する円筒状の側壁と、
   前記第一セクションが前記反対側の第二セクションから破断するように前記易壊プラグの円筒状側壁に力を加えるための手段と、を含み、前記円筒状側壁に力を加えるための前記手段は、前記側壁の外周の周りで円周方向に延在し、
   前記易壊プラグの円筒状側壁に力を加えるための前記手段は、形状記憶合金アクチュエータであり、前記形状記憶合金アクチュエータは、１つあるいは複数の形状記憶合金ワイヤを含み、前記１つあるいは複数の前記形状記憶合金ワイヤが、前記易壊プラグの側壁に隣接する点で相互に圧着または溶接されている、易壊プラグ。
2. 前記易壊プラグの円筒状側壁に力を加えるための前記手段は、熱を加えることで動作する、請求項１に記載の易壊プラグ。
3. バルブ機構で使用するための易壊プラグであって、前記易壊プラグは、
   第一端部を有する第一セクションと、第二端部を有する反対側の第二セクションと、前記第一と第二端部との間に延在する円筒状の側壁と、
   前記第一セクションが前記反対側の第二セクションから破断するように前記易壊プラグの円筒状側壁に力を加えるための手段と、を含み、前記円筒状側壁に力を加えるための前記手段は、前記側壁の外周の周りで円周方向に延在し、
   前記易壊プラグの円筒状側壁に力を加えるための前記手段は、形状記憶合金アクチュエータであり、前記形状記憶合金アクチュエータは、１つあるいは複数の形状記憶合金ワイヤを含み、前記形状記憶合金アクチュエータは、更に１つあるいは複数の二次的合金ワイヤを備える、易壊プラグ。
4. 溝が前記側壁に形成され、前記形状記憶合金アクチュエータが前記溝内に位置している、請求項１〜３のいずれかに記載の易壊プラグ。
5. 前記易壊プラグは、更に、
   前記プラグの第二端部に開放端を有する凹部を備え、
   前記プラグは予め決められた破断面を含み、前記プラグは予め決められた破断面に亘って破断するように構成され、予め決められた前記破断面は側壁の外周の周りに延在し、
   前記プラグ内で前記円筒状側壁の内面と共にこれらの間で延在する閉じた端部を備え、前記易壊プラグ側壁の内周の周りに延在する予め決められた破断線を提供するために、予め決められた前記破断面は前記凹部内の側壁と交差している、請求項１に記載の易壊プラグ。
6. 溝が、予め決められた前記破断面に形成され、１つあるいは複数の前記形状記憶合金ワイヤが前記溝内に配置される、請求項５に記載の易壊プラグ。
7. 前記溝は、第一の面取り部分に隣接する第一セクションに配置される、請求項６に記載の易壊プラグ。
8. 前記凹部の直径は、前記凹部の開口端よりも前記凹部の閉塞端において小さく、
   前記側壁の外面は第一の面取り部を有し、前記側壁の内面は第二の面取り部を有し、
   前記外面の面取り部の最小の直径を有する部分は、前記内面の面取り部の最大直径を有する部分と同一平面内にある、請求項５〜７のいずれかに記載の易壊プラグ。
9. バルブ機構であって、
   入口ポートと出口ポート及びこれらの間に延在する流路を有するバルブ本体と、
   請求項１〜８のいずれかに記載の易壊プラグと、を備え、無傷のときは前記プラグが前記流路をブロックするように前記バルブ本体内に保持され、易壊プラグが破断されたときは、流体が前記入口ポートから前記出口ポートへ流れるバルブ機構。
10. 前記易壊プラグの第一端部は前記出口ポートと連通しており、前記易壊プラグの第二端部は前記入口ポートと連通している、請求項９に記載のバルブ機構。

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