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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-02-28
(54)【発明の名称】送気システム用ソレノイド
(51)【国際特許分類】
A61B 17/34 20060101AFI20240220BHJP
【ＦＩ】
A61B17/34
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023554069
(86)(22)【出願日】2022-03-07
(85)【翻訳文提出日】2023-09-05
(86)【国際出願番号】 US2022019073
(87)【国際公開番号】W WO2022192101
(87)【国際公開日】2022-09-15
(31)【優先権主張番号】63/158,090
(32)【優先日】2021-03-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】500103074
【氏名又は名称】コンメッド コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】110000796
【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】コルツ マイケル エル． ジュニア
【テーマコード（参考）】
4C160
【Ｆターム（参考）】
4C160FF48
4C160MM23
(57)【要約】
方法は、第１の期間の間、作動電圧をソレノイドに印加して、付勢に逆らってソレノイドを作動させることを含む。方法は、第２の期間の間、ソレノイドに印加される電圧を作動電圧より低い保持電圧へと低下させて、付勢に逆らってソレノイドを保持することを含む。ソレノイドは、作動電圧および保持電圧が印加されるコイルを有する。コイルは、定格電圧での連続動作に対して定格である。作動電圧は定格電圧を上回る。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の期間の間、作動電圧をソレノイド弁に印加して、前記ソレノイド弁を付勢に逆らって作動させることと、前記ソレノイドへと印加した電圧を低下させ、かつ前記ソレノイドを第２の期間の間前記付勢に逆らって保持するために前記作動電圧よりも低い保持電圧へと低下させることと、
を含み、
前記ソレノイドが前記作動電圧および保持電圧が印加されるコイルを有し、前記コイルが定格電圧における連続的な動作に対して定格であり、かつ前記作動電圧が前記定格電圧を上回る、方法。
【請求項2】
前記保持電圧が前記定格電圧を下回る、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記作動電圧を前記ソレノイドへと印加することが、前記付勢が緩和され、かつ前記ソレノイドに印加された電圧が、前記コイルが第１の温度へと冷却される期間の間、前記保持電圧を下回って低下し、前記コイルが、前記第２の期間の間に第２の温度へと上げられる、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記第１の期間が、前記コイルが前記第１の期間の間に前記第２の温度を超えないように十分短い、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記ソレノイドが、前記弁を通る流れを可能にするための開位置と、前記弁を通る流れを防止するための閉位置とを有する弁に動作可能に接続され、前記付勢が前記弁を前記開位置へと付勢し、前記ソレノイドを前記付勢に逆らって作動させることが、前記弁を前記閉位置へと作動させ、かつ前記付勢に逆らって前記ソレノイドを保持することが、前記弁を前記閉位置に保持する、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
送気ライン内の過剰圧力に応答して前記保持電圧を下回って電圧を低下させることをさらに含み、それによって前記弁を前記付勢下で前記開位置へと開放して、前記送気ライン内の前記過剰圧力を解放する、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
電力喪失事象において電圧をゼロへと低下させ、それによって前記弁を前記付勢下で前記開位置に開放して、患者の外科手術腔内の圧力を解放することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項8】
前記開位置において前記弁を通る流れを濾過して、前記弁を通過する粒子を低減または防止することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項9】
前記作動電圧および前記保持電圧のうちの少なくとも一つが、前記それぞれの作動電圧および／または保持電圧において平均される交流波形として印加される、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
作動電圧が、定格電圧より高いが、前記第１の期間が、前記コイルに対する故障モードを引き起こすことなく前記第１の電圧を印加するために十分短く、前記故障モードが、絶縁破壊、ハウジングもしくはボビンの溶融もしくは歪み、または電機子の焼き付きのうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記作動電圧が４８ボルトであり、かつ前記保持電圧が５ボルトである、請求項１に記載の方法。
【請求項12】
前記作動電圧を印加することが、２０ワットを前記ソレノイドへと印加することを含み、また前記ソレノイドを前記付勢に逆らって第２の期間の間、保持することが、前記保持電圧において１ワットを前記ソレノイドへと印加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項13】
ハウジング内に着座するコイルと、前記コイルを通り、かつ前記ハウジングの第１の端部から出て、長手方向に延在する電機子であって、前記電機子が、外部磁界に応答する材料を含み、かつ前記コイルおよび前記コイルの磁界に応答するハウジングに対する移動のために前記ハウジング内に据え付けられる、電機子と、
前記ハウジングの第２の端部に据え付けられ、かつ前記電機子が後退した位置にある状態で前記電機子と接触するように構成されたラッチ面を含む、ラッチ部材と、
前記ハウジングの第１の端部において、前記電機子の周りに円周方向に分散される複数の永久磁石と、
を備える、ソレノイド。
【請求項14】
前記ラッチ部材が、前記ハウジングに対して前記ラッチ部材を回転することによって、前記ハウジング内の前記ラッチ面の軸方向位置を調整するために、ねじ山を用いて前記ハウジングと係合される、請求項１３に記載のソレノイド。
【請求項15】
前記電機子を中心として円周方向に分散された四つの永久磁石がある、請求項１３に記載のソレノイド。
【請求項16】
前記永久磁石のそれぞれの極性が、前記長手方向に対して半径方向に向けられる、請求項１５に記載のソレノイド。
【請求項17】
前記永久磁石の各々に対して、半径方向内部極が磁南であり、かつ半径方向外部極が磁北である、請求項１６に記載のソレノイド。
【請求項18】
前記コイルが、前記ハウジングのボビンの外向き面の周りに巻かれ、前記ボビンの内向きに面する面が、摺動ベアリング面として前記電機子と係合する、請求項１３に記載のソレノイド。
【請求項19】
ハウジング内に着座するコイルと、前記コイルを通り、かつ前記ハウジングの第１の端部から出て、長手方向に延在する電機子であって、外部磁界に応答する材料を含み、かつ前記コイルおよび前記コイルの磁界に応答するハウジングに対する移動のために前記ハウジング内に据え付けられる電機子と、
を含むソレノイド、及び、
前記コイルを制御するために動作可能に接続されたコントローラであって、機械可読命令を含むコントローラ、
を備え、
前記機械可読命令は、前記コントローラに、
第１の期間の間、前記コイルに作動電圧を印加して、前記ソレノイドを付勢に逆らって作動させ、かつ
前記ソレノイドへと印加した電圧を、前記作動電圧より低い保持電圧へと低下させて、前記ソレノイドを第２の期間の間、前記付勢に逆らって保持させるように構成されており、
前記コイルが定格電圧における連続的な動作に対して定格であり、かつ前記作動電圧が前記定格電圧を上回る、システム。
【請求項20】
前記電機子と一緒に移動するように据え付けられた弁部材と、弁ハウジングであって、前記弁ハウジングの入口から前記弁ハウジングの出口までの流路を画定する弁ハウジングであって、前記流路が弁シートを通過し、第１の位置にある前記弁部材および電機子により、前記弁部材が前記弁座に対して密封して、前記流路を通る流れを防止し、かつ第２の位置にある前記弁部材および電機子により、前記弁部材が前記弁座から離隔して、前記流路を通る流れを可能にする、弁ハウジングと、
をさらに備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項21】
前記弁座の下流の前記弁ハウジング内の前記流路内に着座し、前記第２の位置にある前記電機子および弁部材により前記弁ハウジングから外へ出る粒子の流れを防止するように構成される、濾過材をさらに備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項22】
送気装置をさらに備え、前記送気装置が、圧力源と、
前記圧力源を、前記送気装置を、患者の外科手術腔に送気するためのトロカール管セットに接続するように構成されたコネクタに接続する空気圧ラインであって、前記弁ハウジングの前記入口が、前記空気ラインからの圧力逃がし流れを選択的に許容または遮断するために、前記空気圧ラインからの分岐に接続される、空気ラインと、
を含む、請求項２０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年３月８日に出願された米国仮特許出願第６３／１５８，０９０号の優先権の利益を主張するものであり、その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２１年３月８日に出願された米国仮特許出願第６３／１５８，０９０号の優先権の利益を主張するものであり、その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
分野
本開示は、ソレノイドに関し、より具体的には、送気システムで使用されるようなソレノイド弁に関する。
本開示は、ソレノイドに関し、より具体的には、送気システムで使用されるようなソレノイド弁に関する。
【背景技術】
【0003】
関連技術の説明
送気装置およびガス密封トロカールシステムは、一般的に、ガス流を制御するために、ソレノイドを採用する。これらのソレノイドは本質的に、コイルワイヤの電気抵抗に起因して電気的に通電された時に、熱エネルギーを生成する。この熱は、一般的に冷却ファンの使用によって消散されなければならず、これは、追加的な電力の要求、サイズの増加、および重量の増加により、さらにシステムの負担になる。現代の手術室は、外科的手技のために使用される医療用電気機器の量の増加によって絶えず課題を抱えており、そしてこの機器は、空間と電力を消費し、また筋骨格系傷害の危険を人員に提示し、その人員は手技の合間に常に機器を持ち上げ、そして循環させなければならない。したがって、より小さい、より軽い、より電気的に効率的な医療用装置に対する継続的なニーズが依然として存在する。
送気装置およびガス密封トロカールシステムは、一般的に、ガス流を制御するために、ソレノイドを採用する。これらのソレノイドは本質的に、コイルワイヤの電気抵抗に起因して電気的に通電された時に、熱エネルギーを生成する。この熱は、一般的に冷却ファンの使用によって消散されなければならず、これは、追加的な電力の要求、サイズの増加、および重量の増加により、さらにシステムの負担になる。現代の手術室は、外科的手技のために使用される医療用電気機器の量の増加によって絶えず課題を抱えており、そしてこの機器は、空間と電力を消費し、また筋骨格系傷害の危険を人員に提示し、その人員は手技の合間に常に機器を持ち上げ、そして循環させなければならない。したがって、より小さい、より軽い、より電気的に効率的な医療用装置に対する継続的なニーズが依然として存在する。
【0004】
送気装置およびガス密封トロカールシステムの中で使用されるソレノイドは、典型的に３～９の番号が付けられ、実質的にシステム全体のサイズ、重量、および電力消費に寄与する。圧力および流量の要件の増加とともに、ソレノイドのサイズも増大する。この現象は、ポペットに作用する圧力または圧力エリアが増加するにつれて、増加するポペットを変位させるために必要とされるソレノイド力に関連する。
【0005】
従来の技法は、それらの意図された目的に対して満足できるものであると考えられてきた。しかしながら、より小さい、より軽い、そしてより効率的なソレノイドおよびソレノイド弁のための改善されたシステムおよび方法に対するニーズが常に存在する。本開示は、このニーズに対する解決策を提供する。
【発明の概要】
【0006】
方法は、第１の期間の間、作動電圧をソレノイドに印加して、付勢に逆らってソレノイドを作動させることを含む。方法は、第２の期間の間、ソレノイドに印加される電圧を作動電圧より低い保持電圧へと低下させて、付勢に逆らってソレノイドを保持することを含む。ソレノイドは、作動電圧および保持電圧が印加されるコイルを有する。コイルは、定格電圧での連続動作に対して定格である。作動電圧は定格電圧を上回る。
【0007】
保持電圧は、定格電圧を下回る場合もある。付勢が緩和され、そしてソレノイドに印加された電圧が、コイルが第１の温度へと冷却される間の、ある期間の間、保持電圧を下回って降下した後、ソレノイドへの作動電圧の印加を実施することができる。第２の期間の間に、コイルを、第２の温度へと上昇させることができる。第１の期間は、コイルが第１の期間の間に第２の温度を超えないように、十分に短くすることができる。作動電圧は、定格電圧よりも高くすることができるが、第１の期間は、コイルに対する故障モードを引き起こすことなく第１の電圧を印加するために十分短くすることができる。ここで、故障モードは、絶縁破壊、ハウジングもしくはボビンの溶融もしくは歪み、または電機子の焼き付きのうちの少なくとも一つを含む。作動電圧および保持電圧のうちの少なくとも一つは、平均がそれぞれの作動電圧および／または保持電圧である交流波形として印加することができる。
【0008】
ソレノイドは、弁を通る流れを可能にするための開位置と、弁を通る流れを防止するための閉位置とを有する弁に動作可能に接続することができる。付勢は、弁を開位置へと付勢することができる。ソレノイドを付勢に逆らって作動させることで、弁を閉位置へと作動させることができる。ソレノイドを付勢に逆らって保持することで、弁を閉位置に保持することができる。方法は、送気ライン内の過剰圧力に応答して保持電圧を下回って電圧を低下させ、それによって弁を付勢下で開位置へと開放して送気ライン内の過剰圧力を解放することを含むことができる。また、方法は、電力喪失事象において電圧がゼロへと低下し、それによって弁を付勢下で開位置に開放して、患者の外科手術腔内の圧力を解放することを含み得ることも企図される。方法は、開位置において弁を通る流れを濾過して、弁を通過する粒子を低減または防止することを含むことができる。
【0009】
例えば、作動電圧は４８ボルトとすることができ、また保持電圧は５ボルトとすることができる。作動電圧を印加することは、２０ワットをソレノイドへと印加することを含むことができ、ソレノイドを付勢に逆らって第２の期間の間、保持することは、例えば、保持電圧で１ワットをソレノイドへと印加することを含む。
【0010】
ソレノイドは、ハウジング内に着座したコイルを含む。電機子は、コイルを通り、そしてハウジングの第１の端部の外へと長手方向に延在する。電機子は、外部磁界に応答する材料を含み、またコイルの磁界に応答するコイルおよびハウジングに対する移動のためにハウジング内に据え付けられる。ラッチ部材は、ハウジングの第２の端部に据え付けられ、そして電機子が後退した位置にある状態で電機子と接触するように構成されたラッチ面を含む。複数の永久磁石が、ハウジングの第１の端部において、電機子の周りに円周方向に分散される。
【0011】
ラッチ部材は、ラッチ部材をハウジングに対して回転することによって、ハウジング内のラッチ面の軸方向位置を調整するために、ハウジングへとねじを用いて係合することができる。電機子を中心として円周方向に分散された四つの永久磁石が存在することができる。永久磁石の各々の極性は、長手方向に対して半径方向の向きにすることができる。永久磁石の各々について、半径方向内部の極は、磁南とすることができ、また半径方向外部の極は、磁北とすることができる。コイルは、ハウジングのボビンの外向きの面の周りに巻くことができ、ボビンの内向きに面した面は、摺動ベアリング面として電機子と係合する。
【0012】
システムは、ハウジング内に着座したコイルを有するソレノイドを含む。電機子は、コイルを通り、そしてハウジングの第１の端部の外へと長手方向に延在する。電機子は、外部磁界に応答する材料を含み、またコイルの磁界に応答するコイルおよびハウジングに対する移動のためにハウジング内に据え付けられる。コントローラは、コイルを制御するために動作可能に接続される。コントローラは、コントローラに、第１の期間の間、ソレノイドを付勢に逆らって作動させるために、作動電圧をコイルへと印加し、そして第２の期間の間、ソレノイドを付勢に逆らって保持するために、作動電圧より低い保持電圧へのより低い電圧をソレノイドへと印加させるように構成された機械可読命令を含み、コイルは、定格電圧での連続的な動作に対して定格が決められ、また作動電圧は、定格電圧を上回る。
【0013】
弁部材は、電機子と一緒に移動させるために据え付けることができる。弁ハウジングは、弁ハウジングの入口から弁ハウジングの出口への流路を画定することができる。流路は、弁座を通過することができる。弁部材および電機子が第１の位置にある状態では、弁部材は弁座に対して密封することができ、流路を通る流れを防止することができる。弁部材および電機子が第２の位置にある状態では、弁部材は弁座から離隔して、流路を通って流れることができる。濾過材は、弁座の下流の弁ハウジング内の流路内に着座させることができ、電機子および弁部材が第２の位置にある状態で、弁ハウジングから粒子が流れ出るのを防止するように構成される。
【0014】
送気装置は、圧力源を含むことができる。空気圧ラインは、圧力源を、患者の外科手術腔に送気するためのトロカール管セットへと送気装置を接続するように構成されたコネクタへと接続することができる。弁ハウジングの入口は、空気圧ラインからの圧力逃がし流れを選択的に許容または遮断するために、空気圧ラインから分かれた分岐へと接続することができる。
【0015】
本開示のシステムおよび方法のこれらおよび他の特徴は、図面と併せて以下の発明を実施するための形態から、当業者にはより容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0016】
本開示が属する技術分野の当業者が、過度の実験を有することなく本開示の装置および方法を作成および使用する方法を容易に理解するように、その好ましい実施形態を、特定の図面を参照して以下に詳細に記述する。
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
ここで、同様の参照番号が、本開示の同様の構造的特徴または態様を特定する図面を参照する。説明および例示の目的で、本開示によるソレノイド弁システムの例示的な実施形態の部分図は、図２に示され、また概して参照符号１００によって示されるが、これに限定されない。本開示によるシステムの他の実施形態、またはその態様が、記述されるように、図１および図３～図８に提供される。本明細書に記述されるシステムおよび方法は、送気装置内のものなどの弁を作動させるために使用することができ、それぞれのソレノイドは、より従来のソレノイド弁よりも改善されたサイズ、重量、および効率を有する。
【0019】
ここで図１を参照すると、送気装置または送気システム１０が図示される。送気装置１０は、患者の外科手術腔１６と連通する第１のトロカール１８へとつながる入口流路２２を含み、それを通して送気ガスの流れが外科手術腔１６へと送達される。送気装置１０は、外科手術腔１６と連通する第２のトロカール２６からつながる出口流路２４を任意選択で含み、例えば、それを通して煤煙ガスの連続的な流れを外科手術腔１６から除去することができる。本明細書では機械的に密封されたトロカールの例示的な文脈で示され、記述されるが、当業者であれば、本明細書に開示されるシステムおよび方法は、本開示の範囲から逸脱することなく、空気圧的に密封されたトロカールおよび／または機械的に密封されたトロカールとともに使用することができることを容易に理解するであろう。
【0020】
ここで図２を参照すると、送気装置１０は、送気装置１０に接続された外部の加圧ガス供給４０、および／または、例えば、外部のガス供給４０の圧力が送気のためにそれ自体では不適切である場合に送気圧力を維持することができるポンプ５０を含むことができる、圧力源３０を含む。空気圧ライン、すなわち入口流路２２は、圧力源３０を、図１に示すように患者の外科手術腔１６に送気するために、送気装置１０をトロカール管セット２０へと接続するように構成された、コネクタ６０へと接続する。弁７０は、入口流路２２の分岐７２と流体連通して、入口流路２２に圧力逃がしを提供する。ソレノイド８０は、弁７０を作動させるために動作可能に接続され、またコントローラ９０は、弁７０の制御された作動のために、次にソレノイド８０を制御するために接続される。
【0021】
ここで図３を参照すると、ソレノイド弁システム１００が記述されている。システム１００は概して、図２に示されるソレノイド８０および弁７０を含む。ソレノイド８０は、ハウジング１０４内に着座し、かつ長手方向軸Ａの周りを巻くコイル１０２を含む。電機子またはプランジャー１０６は、長手方向に、すなわち、軸Ａに沿って、コイル１０２を通して、かつハウジング１０４の第１の端部１０８の外へと延在する。電機子１０６は、外部磁界に応答する材料を含み、またコイル１０２の磁界に応答するコイル１０２およびハウジング１０４に対する長手方向移動のために、ハウジング１０４のボビン１１０内に据え付けられる。コイル１０２は、ハウジング１０４のボビン１１０の外向き面の周りに巻かれ、ボビン１１０の内向きに面する面は、摺動ベアリング面として電機子１０６と係合する。
【0022】
図３を引き続き参照すると、ラッチ部材１１２が、第１の端部１０８とは反対側のハウジング１０４の第２の端部１１４に据え付けられる。ラッチ部材１１２は、図３に示すように、電機子１０６が後退した位置にある状態で電機子１０６と接触するように構成されたラッチ面１１６を含む。ラッチ部材１１２は、ハウジング１０４に対してラッチ部材１１２を回転することによって、ハウジング１０４内のラッチ面１１６の軸方向位置（軸Ａに対して）を調整するために、ねじ１１８を用いてハウジング１０４と係合される。
【0023】
複数の永久磁石１２０は、コイル１０２の磁界を形作るために、ハウジング１０４の第１の端部１０８において、電機子１０６の周りで円周方向に分散される。図５の断面に示されるように、プランジャーに横方向の力を付勢しないように、対称的なパターンで、電機子１０６を中心として円周方向に分散された四つの永久磁石１２０がある。永久磁石１２０の各々の極性は、図３に示される長手方向に対して半径方向の向きにされる。図５に示すように、永久磁石１２０の各々について、半径方向内部の極は、磁南（図５でＳとして示される）であり、また半径方向外部の極は、磁北（図５でＮとして示される）である。
【0024】
図３～図４を再度参照すると、弁部材１２２またはプランジャーは、電機子１０６と一緒に移動するように据え付けられる。弁ハウジング１２４は、弁ハウジング１２４の入口１２８から弁ハウジング１２８の出口１２６への流路を画定する。流路は、弁ハウジング１２４の弁座１３０を通過し、そして太い流れの矢印で図４に示される。弁ハウジング１２４は、ベアリング部材１３２を含み、その内側面は、弁部材１２２の直線移動のための摺動ベアリング面として作用する。弁座１３０は、弁ハウジング１２４のベアリング部材１３２とマニホールド部分１３４との間に位置付けられる。図４に示す流路は、マニホールド部分１３４、弁座１３０、およびベアリング部材１３２の各々を通る通路１３６、例えば、半径方向の通路またはこれに類するものを含む。
【0025】
図３に示す第１の位置、または閉位置にある、弁部材１２２および電機子１０６により、弁部材１２２は、弁座１３０に対して密封し、流路を通る流れを防止する。図４に示す第２の位置、または開位置にある、弁部材および電機子により、弁部材１２２は、弁座１３０から離隔して、流路を通して流れることが可能である。濾過材１３８は、弁座１３０の下流の弁ハウジング１２４の出口１２６内の流路内に着座される。濾過材１３８は、例えば、図１の外科手術腔１６のガスからの圧力逃がし中に、図４に示す第２の位置または開位置にある電機子１０６および弁部材１２２により、弁ハウジング１２４から送気装置１０の筐体の中へと出る凝縮などの粒子流れを防止するように構成される。弁ハウジング１２４の入口１２８は、空気圧ライン２２（図１および２にラベル付け）から離れて分岐７２に接続されて、空気ライン２２からの圧力逃がし流れを選択的に許容または遮断する。弁７０が開放している時、圧縮流れは、濾過材１３８を通してガスジェットから転換される。流れ方向は、より伝統的なシステムでは逆転して、ばね１４０および保持開放電圧Ｖｌｏｗを下回るソレノイド弁８０の正味の力に打ち勝つことによって、高い圧力が弁７０を吹き出して開放することを可能にする。
【0026】
図３～図４を引き続き参照すると、ばね１４０は、ベアリング部材１３２の座と弁部材１２２との間に着座する。ばね１４０は、弁部材１２２および電機子１０６を、図４に示す開位置に向けて付勢する。そのため、コイル１０２に対して十分な電力がない場合、電機子１０６に作用する磁気力は、ばね１４０の付勢より弱く、そのため弁部材１２２は図４に示す開位置へと移動する。コイル１０２への十分な電力により、電機子１０６に作用する磁気力は、ばね１４０の付勢に打ち勝つことができ、弁部材１２２を図３に示す開位置へと動かすことができる。上述のように、ハウジング１０４内のラッチ部材１１２のラッチ面１１６の位置の調整は、図３に示す閉位置における弁部材１２２の密封要素１４２の過剰圧縮を防止するために使用することができる。
【0027】
ここで図３および図８を参照すると、ソレノイド弁システム１００は、コントローラ９０（図２でラベル付けされている）を含み、コントローラ９０は、ソレノイド弁８０のコイル１０２を制御するために動作可能に接続される。コントローラ９０は、コントローラ９０に、第１の期間ｔ１の間、作動電圧Ｖｈｉｇｈをコイル１０２へと印加させて、ばね１４０の付勢に逆らって、ソレノイド弁８０（および弁７０）を作動させ、次いで作動電圧Ｖｈｉｇｈよりも低い保持電圧Ｖｌｏｗの、より低い電圧をソレノイド８０のコイル１０２へと印加して、ソレノイド８０の電機子１０６だけでなく弁部材１２２も、第２の期間ｔ２の間、付勢に逆らって図４に示す開位置に保持するように構成された、機械可読命令を含む。図８は、上述の電圧の経時的なサイクルの三つの実施例を有するグラフを示す。例えば、作動電圧Ｖｈｉｇｈは、４８ボルトとすることができ、また保持電圧Ｖｌｏｗは、５ボルトとすることができる。 例えば、作動電圧Ｖｈｉｇｈを印加することは、２０ワットをソレノイドへと印加することを含むことができ、ソレノイドを付勢に逆らって、第２の期間の間、保持することは、保持電圧Ｖｌｏｗで、１ワットをソレノイドへと印加することを含む。
【0028】
図３～図４のコイル１０２は、定格電圧での連続動作に対して定格である。作動電圧Ｖｈｉｇｈは、定格電圧を上回る。これは、保持電圧Ｖｌｏｗが定格電圧を下回るため、および第１の期間ｔ１が比較的短いためである可能性がある。コントローラ９０（図２の）は、ばね付勢が弛緩し、かつソレノイドへと印加された電圧が、コイル１０２が第１の温度へと冷却される期間の間、保持電圧Ｖｌｏｗを下回って降下した後、作動電圧をソレノイド８０へと印加する。コイル１０２は、第２の期間ｔ２の間、第２の温度、例えば、図３に示す閉位置にあるソレノイド弁システム１００の保持の間の動作温度にされる。作動電圧Ｖｈｉｇｈにおける第１の期間ｔ１は、十分に短いので、第１の期間の間、コイル１０２は第２の温度を超えず、すなわち、コイル１０２は、コイルの安全な動作温度へと加熱するのに十分長い間その定格電圧を超えるのみである。作動電圧Ｖｈｉｇｈは、定格電圧より高いが、第１の期間ｔ１は、コイル１０２に対して故障モードを引き起こすことなく、第１の電圧Ｖｈｉｇｈを印加するほど十分短い。コイル故障モードは、絶縁破壊、ハウジングもしくはボビン溶融もしくは歪み、または電機子の焼き付きのうちのいずれかを含むことができる。作動電圧Ｖｈｉｇｈおよび保持電圧Ｖｌｏｗのうちの少なくとも一つは、それが生み出すパルス幅変調（ＰＷＭ）波形、または交流波形として印加することができ、また平均はそれぞれの作動電圧および／または保持電圧である。正方形、三角形、正弦波、鋸刃、および半正弦を含むがこれに限定されない共通の形態を取るアナログ方法によって生成される交流電流波形などの任意の適切な波形を使用することができる。また、波形は、例えば、デジタル信号生成によって、平均効果が電圧をもたらす限り、不規則または動的に変化することも可能である。連続的な直流電流を使用することもできる。
【0029】
弁７０が、図３に示す閉位置にあり、またコントローラ９０が送気ライン２２（図２でラベル付けされている）内の過剰圧力を検出する場合、コントローラ９０は、コイル１０２上の電圧を保持電圧Ｖｌｏｗを下回って低下させ、それによってばね付勢下で図４に示す開位置へと弁８０を開放して、送気ライン２２内の過剰圧力を解放することができる。同様に、コイル１０２への電圧をゼロに低下させる電力喪失事象がある場合、弁７０は、ばね付勢下で図４に示す開位置へと開放して、図２～図４でラベル付けされている送気ライン２２およびその分岐７２を通して患者における外科手術腔１６（図１でラベル付けされている）内の圧力を解放する。
【0030】
本開示は、少なくとも二つの電圧状態を有する制御を採用する、ソレノイドおよびソレノイドコントローラを記述し、少なくとも二つはゼロでなく、ソレノイドコイルへと印加される。第１の状態は、第２の状態より高い電圧であり、また弁を作動させるのに十分な引き込み力を有するように選択される。第１の電圧は、第２の状態電圧がプランジャーを引き込み状態に保持するために十分に遠くまで、ソレノイドプランジャーが変位するまで一時的に保持される。第２の電圧は、戻りばねまたはガス圧力を含む戻り力に反して、引き込み状態を維持するように選択される。加えて、第２の状態電圧は、必要とされるコイルサイズおよび熱損失を低減するように選択される。
【0031】
最終的に、ゼロであってもよい第３の電圧状態は、保持力を、戻りばねの総和およびポペットに作用する圧力の力より小さい値へと低減し、ポペットをその引き込み前の位置に戻す。
【0032】
一実施形態では、第１の電圧は、２４ボルトであり、１秒の持続時間の間、印加される。保持機能を果たす第２の電圧状態は１０ボルトであり、また解放機能を果たす第３の電圧状態はゼロである。すべての実施形態において、第２の電圧は、第１の電圧の１０％～９０％とすることができる。
【0033】
個々の電圧は、連続的な直流であってもよく、または他の実施形態では、周期平均降伏電圧ステップでパルス幅変調されてもよい。さらに他の実施形態では、電圧ステップは、独特のものでなくてもよいが、連続的に減少する電圧であってもよい。
【0034】
図６は、ソレノイドコントローラが、上述の多段階制御電圧をソレノイド弁に提供する機能ブロック図を示し、これは、弁への、および弁へのガス流れを許容する、または許容しないという物理的効果を有する。図７は、上述の電圧の状態および効果を示す。
【0035】
定常状態の電流制限は、短期間超えることができ、また同様に、１００％未満のデューティサイクルは、定常状態の電流制限を超えることを可能にする。これは、抵抗発熱がコイル材料の熱容量を越え、コイル温度を損傷レベルまで上昇させるのに必要とされる時間に起因して許容可能である。
【0036】
本開示は、過小サイズのコイル、すなわち、１０ボルトの連続定格のコイルを過剰に駆動し、かつ、例えば、２４ボルトを印加することによって、連続定格を短時間超えることを可能にする。コイルを過剰に駆動する効果は、より大きい２４ボルトの力であり、連続コイルが引き込み段階の間に短時間生成され、その期間は、ソレノイド弁の必要とされる力が最も高い。１秒の引き込みの間、例えば、生成された熱出力は、許容される連続出力の２４０％とすることができる。この過剰な電力は、コイルの熱質量の意図的な設計によって吸収され、かつ適合され、そしてその間にコイル冷却が発生する低電力の第３の電圧状態を実施する。
【0037】
より単純に表現すると、本明細書のシステムおよび方法は、公称システム電圧における過小サイズの電力定格、すなわち２４ボルトシステムにおける１１ワット定格を有する、ソレノイドコイルを採用することができる。完全システム電圧２４ボルトで駆動する場合、コイルは６３ワットで短時間過剰駆動され、実質的により大きい力を生成する。当業者であれば、例として本明細書で提供される期間、ワット数、および電圧は、その代わりに、所与の用途に対して任意の適切な期間、ワット数、または電圧とすることができることを容易に理解するであろう。
【0038】
上述し、かつ図面に示すように、本開示の方法およびシステムは、送気装置における弁などの作動を提供し、弁を作動させるソレノイドは、より伝統的なソレノイド弁より改善されたサイズ、重量、および効率を有する。本開示の装置および方法を好ましい実施形態を参照しながら示し、かつ記述してきたが、当業者であれば、変更および／または修正が、本開示の範囲から逸脱することなくなされてもよいことを容易に理解するであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】