マイクロバルブ・アクチュエータの制御方法
マイクロバルブのアクチュエータを制御する方法において、アクチュエータに電圧を供給するためのコントローラが提供される。コントローラは、マイクロバルブを動作させるのに有効な初期電圧をアクチュエータに供給する。次いで、コントローラは、マイクロバルブの動作を継続させるのに有効なパルス電圧をアクチュエータに供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）［Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ］に関し、より詳細にはマイクロバルブ（ｍｉｃｒｏｖａｌｖｅ）のアクチュエータを制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳは物理的に小さなシステムの部類であり、マイクロメートル範囲内の寸法であることを特徴とする。これらのシステムは電気的要素および機械的要素の両方を有する。用語「ミクロ機械加工」（ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）は、ＭＥＭＳデバイスの３次元構造体および可動部の製造を意味するものと一般に理解されている。ＭＥＭＳは、もともと改良集積回路（コンピュータ・チップ）製造技術（化学的エッチングなど）および材料（シリコン半導体材料など）のように非常に小さなメカニカル・デバイスのミクロ機械加工に使用された。今日、さらに多くのミクロ機械加工の技術および材料が利用可能である。本出願で使用される用語「マイクロバルブ」は、寸法がマイクロメートルの範囲内であるという特徴を有し、したがって少なくとも部分的にミクロ機械加工で形成されるものと定義されるバルブを意味する。本出願で使用される用語「マイクロバルブ・デバイス」は、マイクロバルブを含むデバイスおよび他の構成要素を含み得るデバイスを意味する。マイクロバルブとは別の構成要素がマイクロバルブ・デバイスに含まれるとき、これら別の構成要素は、ミクロ機械加工された構成要素または標準サイズの（より大きな）構成要素でよいことに留意されたい。
【０００３】
様々なマイクロバルブ・デバイスが、流体回路内の流量制御のために提案されている。例えば、様々なマイクロバルブ・デバイスが、米国特許第６，０１９，４３７号、米国特許第６，２７９，６０６号Ｂ１、米国特許第６，４９４，８０４号Ｂ１、米国特許第６，５０５，８１１号Ｂ１、米国特許第６，５３３，３６６号Ｂ１、米国特許第６，５４０，２０３号Ｂ１、および米国特許第６，６３７，７２２号Ｂ２に開示されている。一般的なマイクロバルブ・デバイスは、本体によって移動可能に支持され、閉位置と完全な開位置との間での運動のためにアクチュエータに効果的に結合された変位可能な要素またはバルブを含む。閉位置にあるとき、マイクロバルブは、通常第２の流体口と流体伝達する第１の流体口を塞ぐかまたは閉じて、それによって両流体口間を流体が流れるのを防ぐ。マイクロバルブが閉位置から完全な開位置に移動するとき、流体が、両流体口間を漸増的に流れ得るようになる。通常閉のマイクロバルブは、電気的アクチュエータからの電流の印加など外部の励磁信号がない状態では閉になるものである。通常開のマイクロバルブは、外部の励磁信号の印加がない状態では開になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アクチュエータは、通常電源から供給された電圧によって駆動される。マイクロバルブを動作させるのに必要な電力の全体量を低減することができると有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、マイクロバルブのアクチュエータの制御方法に関する。アクチュエータに電圧を供給するためにコントローラが与えられる。コントローラは、マイクロバルブを動作させるのに有効な初期電圧をアクチュエータに供給する。次いで、コントローラは、マイクロバルブの動作を継続させるのに有効なパルス電圧をアクチュエータに供給する。好ましくは、パルス電圧はパルス幅変調された電圧である。
【０００６】
本発明は、マイクロバルブのアクチュエータを制御するためのコントローラにも関する。コントローラは、入力ポートと出力ポートを有する論理回路を含む。論理回路は、入力ポートでのトリガ信号に応答して、出力ポートに所定の時間一定の出力信号を生成し、その後出力ポートにパルス出力信号を生成する。コントローラは、電源とマイクロバルブ・アクチュエータの間に接続されるように適合された通常開のスイッチも含む。このスイッチは、論理回路の出力ポートに接続され、マイクロバルブ・アクチュエータに初期の定電圧を供給するために出力信号に応答して所定の時間閉じ、次いで、マイクロバルブ・アクチュエータにパルス電圧を供給するためにパルス出力信号に応答して二者択一的に（ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｌｙ）交互に開閉する。
【０００７】
本発明は、車両制御システム中のマイクロバルブの運転方法にさらに関する。この方法は、（ａ）電源とマイクロバルブ・アクチュエータの間に接続されるコントローラを供給するステップと、（ｂ）コントローラがトリガを受け取り次第、マイクロバルブ・アクチュエータに定電圧を供給するステップと、（ｃ）所定の時間が経過すると直ちにマイクロバルブ・アクチュエータにパルス電圧を供給するステップとを含む。
【０００８】
添付図面を参照して読めば、好ましい実施形態の以下の詳細な説明から、本発明の様々な利点が当業者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、マイクロバルブのアクチュエータの制御方法、その方法で使用するのに適したコントローラ、および車両制御システム内でマイクロバルブを動作させる方法に関する。マイクロバルブは、任意のタイプのマイクロバルブ・デバイスの一部であり得る。いくつかの実施形態では、マイクロバルブ・デバイスが、車両アンチロック・ブレーキ・システムまたは他の自動車システムの構成要素である。例えば、本発明は、制動の期間はオンに保たれ、短期間オフになり、再度圧力が供給される必要があるアンチロック・ブレーキ・システムのマイクロバルブと共に使用することができる。また、本発明はマイクロバルブの任意タイプのアクチュエータを制御するために使用することもできる。いくつかの実施形態では、アクチュエータは、アクチュエータを加熱することが、マイクロバルブを開くかまたは閉じるためにアクチュエータを動かす原因となる熱アクチュエータである。
【００１０】
マイクロバルブ・デバイスの例
本発明と共に使用するのに適したマイクロバルブ・デバイスの一例が、２００３年４月１日にハニカット（ハイｕｎｎｉｃｕｔｔ）に発行された米国特許第６，５４０，２０３号Ｂ１（参照により本明細書に組み込む）に説明されている。米国特許第６，５４０，２０３号の図１Ａ、図１Ｂおよび図２が添付されている。話を簡単にするために、米国特許第６，５４０，２０３号の、本発明に特に関係のある部分だけが、ここで議論されることになる。図１Ａでは、流体回路内の流量を制御するためのマイクロバルブ・デバイスが、全体的に１０で示されている。マイクロバルブ・デバイス１０は、全体的に１２で示された本体を含む。本体１２は、第１のプレート１４、第２のプレート１６および第３のプレート１８を含む。好ましくは、各プレート１４、１６、１８はシリコンなどの半導体材料で作成される。
【００１１】
第１のプレート１４が、第１のパイロット・ポート２０および第２のパイロット・ポート２２を画定する。第１のパイロット・ポート２０は、「低圧」の液状媒体または流体源（図示せず）、および「高圧」の液状媒体または流体源（図示せず）のうち１つと接続されるように適合される。第２のパイロット・ポート２２は、「低圧」流体源および「高圧」流体源の他方と接続されるように適合される。
【００１２】
図２を参照すると、第３のプレート１８は、第１のパイロット・ポート２０の反対側の第１のパイロット・ポート２０’、および第２のパイロット・ポート２２の反対側の第２のパイロット・ポート２２’を画定する。パイロット・ポート２０’および２２’は、それぞれ第１および第２のパイロット・ポート２０および２２に関連した流体源と接続されるように適合される。
【００１３】
図１Ａに示されるように、第３のプレート１８は、第３のプレート１８内に形成されている対応する開口内に配設された一対の電気接点３２ａおよび３２ｂを含む。電気接点３２ａ、３２ｂは、第２のプレート１６と接触し、接点３２ａと３２ｂの間に電圧を供給するための適当な電源（図示せず）と接続されるように適合される。
【００１４】
第２のプレート１６は、固定部分３４と、パイロット・ポート２０、２０’、２２、２２’を完全に開いたり閉じたりするための、固定部分３４に支持されたパイロット・バルブ３６として実施された第１のマイクロバルブと、パイロット・バルブ３６を動かすためのアクチュエータ３８との主要構成要素を含む。固定部分３４は、空洞４２を画定し、第１のプレート１４および第３のプレート１６に固定的に取り付けられる。
【００１５】
パイロット・バルブ３６は、固定部分３４に取り付けられた終端を有する細長い梁として形成されたマイクロバルブである。パイロット・バルブ３６は、第１の位置と第２の位置の間で運動するために、空洞４２内に移動可能に配設される。図１Ａおよび図１Ｂは、パイロット・バルブ３６がそれぞれ第１および第２の位置にある状態を示す。第１の位置では、パイロット・バルブ３６は、第２のパイロット・ポート２２、２２’を塞ぐか実質的に閉じ、第１のパイロット・ポート２０、２０’を塞ぐのを止めるか完全に開く。第２の位置では、パイロット・バルブ３６は、第２のパイロット・ポート２２、２２’を塞ぐのを止めるか完全に開き、第１のパイロット・ポート２０、２０’を塞ぐか実質的に閉じる。
【００１６】
アクチュエータ３８は、第１と第２の位置の間でパイロット・バルブ３６を動かすために、パイロット・バルブ３６に動作可能に結合される。アクチュエータ３８は、複数の対の対向するリブ４４ａおよび４４ｂを含む。各リブ４４ａ、４４ｂは、第１の終端および第２の終端を有する。リブ４４ａおよび４４ｂは、直線状でその全長に沿った均一の断面として示されているが、リブ４４ａおよび４４ｂは、特定の用途に適するのであれば、湾曲するか、角を成すか、または不均一の断面でよいことを理解されたい。リブ４４ａおよび４４ｂの第１の終端は、それぞれ電気接点３２ａおよび３２ｂと隣接する固定部分３４に取り付けられる。リブ４４ａ、４４ｂの第２の終端は、それぞれの角度で脊柱相当部４６（ｓｐｉｎｅ）に取り付けられる。リブ４４ａおよび４４ｂの各対は、一般に、互いに脊柱相当部４６で頂点を有する山形を形成する角度にある。電気接点３２ａ、３２ｂが電圧を供給されると、電圧は、リブ４４ａ、４４ｂを通って電気接点３２ａ、３２ｂの間を通る。その結果として、リブ４４ａ、４４ｂは熱膨張する。リブ４４ａ、４４ｂが膨張するのにつれて、リブ４４ａ、４４ｂが延長し、結果として脊柱相当部４６が変位する原因となる。リブ４４ａ、４４ｂを通して供給された電圧の量を調整することによって、リブ４４ａ、４４ｂの膨脹量が制御され得て、それによって脊柱相当部４６の変位量を制御する。
【００１７】
脊柱相当部４６は、パイロット・バルブ３６の支持端から間隔の離れた箇所でパイロット・バルブ３６に取り付けられる。脊柱相当部４６が変位すると、パイロット・バルブ３６の支持端まわりのモーメントをもたらす力をパイロット・バルブ３６上に与える。このモーメントは、パイロット・バルブ３６の支持端まわりの第１の方向にパイロット・バルブ３６を弾性的に曲げ、パイロット・バルブ３６が第１の位置から第２の位置へ動く原因となる。電気接点３２ａ、３２ｂが電源を切られると、リブ４４ａ、４４ｂが冷えてその結果収縮する。リブ４４ａ、４４ｂが収縮すると、リブ４４ａ、４４ｂの膨脹による脊柱相当部４６の変位方向の反対方向に脊柱相当部４６を変位させる原因となる。リブ４４ａ、４４ｂの収縮によって脊柱相当部４６が変位すると、パイロット・バルブ３６がパイロット・バルブ３６の支持端まわりの第２の方向に曲がり、パイロット・バルブ３６が第２の位置から第１の位置へ動く原因となる。
【００１８】
パイロット・バルブ３６は、流体口を開閉可能な任意の適当なマイクロバルブと取り替えられ得ることを理解されたい。そのうえ、アクチュエータ３８は、パイロット・バルブ３６または適切な別のマイクロバルブを動作させるのに適する任意の作動手段と取り替えられ得る。
【００１９】
本発明による初期電圧およびパルス電圧
本発明は、マイクロバルブを動作させるのに有効な初期電圧をコントローラからアクチュエータに供給し、次いで、マイクロバルブの動作を継続させるのに有効なパルス電圧をコントローラからアクチュエータに供給することによりマイクロバルブ・アクチュエータを制御する。パルス電圧は、結果として初期電圧より電力使用が少なくなり、それによって、マイクロバルブを動作させるのに必要な電力の全体量を低減する。
【００２０】
コントローラからアクチュエータに供給される初期電圧は、マイクロバルブを動作させるのに有効な任意のタイプの電圧でよい。例えば、初期電圧は、マイクロバルブが使用される特定のシステム次第で、全閉位置から全開位置へ、または全開位置から全閉位置へ、マイクロバルブを動かすのに有効であり得る。初期電圧は、任意の適当な方法でこれを達成することができる。完全オン電圧より低い電圧でもマイクロバルブを動作させるのに有効であれば使用することができるにもかかわらず、一般に初期電圧は、完全にオンであるデジタル電気信号に応じた完全オン電圧である。初期電圧は、通常は比較的短期間の電圧であり、一般に短期の初期パルスである。例えば、初期電圧は、約１ミリ秒から約１０００ミリ秒の範囲の持続時間を有してよい。
【００２１】
図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃは、コントローラからマイクロバルブ・アクチュエータに供給された電圧のトリガ信号への応答の時間に対するグラフである。この電圧は、本発明によってパルス電圧が後続する初期電圧を含む。図３Ａに示されるように、一定の初期電圧８０が、トリガ信号に応答して初期電圧の開始時Ｔ０と初期電圧の終了時Ｔ１の間マイクロバルブ・アクチュエータに供給される。図３Ｂも、マイクロバルブ・アクチュエータに供給される一定の初期電圧８０を示す。図３Ｃで、トリガ信号によって引き起こされた一定の初期電圧８２は、図３Ａおよび図３Ｂに示された電圧８０より少し長い持続時間（時間Ｔ０と時間Ｔ１ｃの間）を有する。図３Ａ〜図３Ｃにはトリガ信号によって引き起こされた所定の時間完全にオンである一定の初期電圧が示されているが、初期電圧は、マイクロバルブを動作させるのに有効であるならば、パルス幅変調された電圧などのパルス電圧でもよい。
【００２２】
コントローラは任意の適当な構成要素を含むことができ、この要素は初期電圧を供給するために任意の適当な関連機器と連携して作動することができる。いくつかの実施形態では、コントローラが、コントローラの電子スイッチ（例えばＦＥＴスイッチ）に最初の電気信号を送り、電子スイッチが電源（例えばバッテリー）から供給された電圧を調整してアクチュエータへの初期電圧を供給する。電源はコントローラの構成要素であり得るが、またはコントローラと別々でもよい。図１Ａおよび図１Ｂに示されるマイクロバルブ・デバイスでは、初期電圧が電気接点３２ａおよび３２ｂに供給され、アクチュエータ３８がマイクロバルブ３６を動かす原因となる。
【００２３】
初期電圧がマイクロバルブを起動した後、マイクロバルブの動作を継続させるのに有効なパルス電圧がコントローラからアクチュエータに供給される。例えば、初期電圧によってアクチュエータがマイクロバルブを完全な開位置まで移動させると、アクチュエータにマイクロバルブを完全開に維持させるのにパルス電圧が有効である。通常初期電圧の終了直後に、続いてパルス電圧が供給される。
【００２４】
パルス電圧は、結果として初期電圧より使用電力が少ない。その結果、マイクロバルブを開き、次いでそれを開に保つのに必要な電力の全体量は、完全にオンである定電圧を使用するのと比較して低減される。そのうえ、使用電力が低減されると、構成要素の加熱が低減する。例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示されるアクチュエータ３８などのアクチュエータが熱アクチュエータであると、本発明では、アクチュエータが初期電圧の全電力で素早く熱くなり、次いで、パルス電圧によって供給された低減された電力で正しい位置に保持されることが可能になる。
【００２５】
コントローラによって供給されるパルス電圧は、マイクロバルブの動作を継続させるのに有効な任意のタイプのパルス電圧でよい。「パルス電圧」は、０ボルトと所定の電圧の間で周期的に切り替わる電圧を意味する。個々のオン・パルスおよびオフ・パルスは、任意のサイクル中で、同じかまたは異なる持続時間を有することができる。
【００２６】
パルス電圧の「デューティ・サイクル」（ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ）は、サイクル時間の合計と比較して、電圧がオンである時間の割合を意味する。例えば、５０％のデューティ・サイクルは、各サイクルの２分の１が「オン」で、各サイクルの２分の１が「オフ」のものである。本発明は、０％から１００％の範囲内、好ましくは約５％から約５０％の範囲内で、任意の適当なデューティ・サイクルを有するパルス電圧を考察する。好ましい実施形態では、パルス電圧は、約２００ハイｚから約１００，０００ハイｚの範囲内、および好ましくは約２００ハイｚから約４０００ハイｚの範囲内の周波数を有する。
【００２７】
好ましい実施形態では、パルス電圧はパルス幅変調された（ＰＷＭ）電圧であるが、オン時間が一定の可変周波数電圧（ＰＦＭ）で本発明を実行することもあり得る。「パルス幅変調された」電圧とは、デューティ・サイクルの「オン」の部分が全サイクル時間中で変化させられる電圧である。例えば、デューティ・サイクルが、１つのサイクルでは比較的低い割合であり、次いで後のサイクルでは比較的高い割合へと変化することがあり得る。ＰＷＭ電圧のデューティ・サイクルは、上で述べた範囲内で変化し得る。
【００２８】
図３Ａに示されるように、コントローラは、初期電圧が終了してパルス電圧が開始する時間Ｔ１とパルス電圧が終了する時間Ｔ２の間、マイクロバルブ・アクチュエータに一定のデューティ・サイクルを有する複数の電圧パルス８４を供給する。パルス電圧の実際の持続時間は、通常グラフ中に示される時間より長いものであろう。示された例では、電圧パルス８４はすべて同じ周期Ｔｐを有する。デューティ・サイクル（％）は、信号８４の０Ｎ時間ＴＯＮを周期Ｔｐで割り、１００倍して算出される。図３Ａでは、デューティ・サイクルはおよそ５０％であるが、本発明は、さらに他の一定のデューティ・サイクルでも実施され得る。
【００２９】
図３Ｂに示される例では、時間Ｔ１と時間Ｔ２Ｂの間に一定の第１のデューティ・サイクルを有する第１の電圧パルス８４が、また、時間Ｔ２Ｂと時間Ｔ３の間に一定の第２のデューティ・サイクルを有する第２の電圧パルス８６が、マイクロバルブ・アクチュエータに供給されるようにパルス電圧が変更される。第２のデューティ・サイクルは第１のデューティ・サイクルより小さいので、第２の電圧パルス８６は第１の電圧パルス８４よりオン時間が短い。図示の実施形態では、時間Ｔ１と時間Ｔ２Ｂの間のデューティ・サイクルはおよそ５０％であり、時間Ｔ２Ｂと時間Ｔ３の間のデューティ・サイクルはおよそ３３％であるが、本発明は、他の変化するデューティ・サイクルでも実施され得る。このように、パルス電圧は、全サイクル時間中に複数の異なるデューティ・サイクルを有することができる。そのうえ、本発明は、第１のデューティ・サイクルより大きな第２のデューティ・サイクルを用いて実施されることもできる。
【００３０】
図３Ｃは、全サイクル時間（時間Ｔ１ｃとＴ２ｃの間）にわたりデューティ・サイクルが減少されて、第１の電圧パルス８４が第２の電圧パルス８８より長く、そしてまた第２の電圧パルスが第３の電圧パルス９０より長くなるパルス幅変調された電圧を示す。このように、パルス信号のデューティ・サイクルは、全サイクル時間中に変化することができる。同様に、デューティ・サイクルは、全サイクル時間にわたり増加され得る。最後に、デューティ・サイクルは、全サイクル時間中に増加および減少の両方の変化が可能である。上記に示されたように、周波数も変化することができる（図示せず）。
【００３１】
コントローラは、任意の適当な要素を含むことができ、任意の適当な関連機器と連携して作動することができて、パルス電圧を供給する。いくつかの実施形態では、コントローラがコントローラの電子スイッチ（例えばＦＥＴスイッチ）にパルス電気信号を送り、スイッチが電源（例えばバッテリー）からの電圧を調整してアクチュエータにパルス電圧を供給する。コントローラは、パルス電気信号の周波数を与えるための発振器を含むことができる。
【００３２】
マイクロバルブが使用される特定のシステムに依存して、マイクロバルブの動作を継続させるのに必要な間、パルス電圧は継続する。本発明のいくつかの実施形態では、パルス電圧が所定時間で終了する。例えば、通常閉のマイクロバルブを、もはや開位置に保持する必要がないとき、パルス電圧が終了される。別の実施形態では、パルス電圧は終了するのでなく、むしろコントローラが停止信号を受け取るまで継続する。後者の実施形態では、本発明は最小のデューティ・サイクルを維持することができる。
【００３３】
本発明で使用することができる制御アルゴリズムおよび電子コントローラのいくつかの例が以下に説明される。様々なタイプの制御アルゴリズムおよびコントローラを使用して本発明を実施することができ、また、それは示されたものに限定されないことが理解されよう。
【００３４】
制御アルゴリズム
図４Ａは、本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができて、所定の持続時間がある初期電圧およびパルス電圧の両方を有する本発明よる制御アルゴリズムの流れ図である。流れ図はブロック９１を通って始まる。次いで、アルゴリズムはブロック９２へ進み、マイクロバルブを始動させるための初期電圧の起動時間であるタイマＴがゼロに設定される。次いで、アルゴリズムはブロック９３へ続き、アクチュエータ（ＭＥＭＳまたは「ヒータ」）に一定の初期電圧が加えられる。アルゴリズムはブロック９４へ進み、タイマ・レジスタが１だけインデックスされる（ｉｎｄｅｘｅｄ ｂｙ ｏｎｅ）。次いで、アルゴリズムは判定ブロック９５に続き、タイマ・レジスタの内容が、一定初期電圧の指定終了時間である所定期間Ｔ１と比較される。ＴがＴ１未満であると、アルゴリズムはブロック９４に戻って動作が継続する。
【００３５】
判定ブロック９５で、動作期間がＴ１以上であると初期動作の期間が終了してアルゴリズムがブロック９６へ移り、タイマが、マイクロバルブの動作を継続させるためのパルス幅変調された（ＰＷＭ）電圧の起動時間であるゼロにリセットされる。アルゴリズムはブロック９７へ進み、アクチュエータ（ヒータ）にＰＷＭ電圧が加えられて動作が継続する。アルゴリズムはブロック９８へ進み、タイマが１だけインデックスされる。次いで、アルゴリズムは判定ブロック９９に続き、タイマが、ＰＷＭ電圧の指定終了時間である所定期間Ｔ２と比較される。ＴがＴ２未満であると、アルゴリズムはブロック９８に戻って動作が継続する。判定ブロック９９で、動作期間がＴ２以上であるとＰＷＭ動作期間は終了し、アルゴリズムはブロック１００へ移ってアクチュエータ（ヒータ）へのＰＷＭ電圧が切られる。次いで、アルゴリズムはブロック１０５で抜け出す。
【００３６】
図４Ｂは、本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる制御アルゴリズムの別の一実施形態の流れ図である。図４Ｂに示される実施形態は、図４Ａに示されたものと類似しており、アルゴリズムの類似部分は同じ数字の識別子を有する。しかし、図４Ｂにされるアルゴリズムは、動作の開始または終了を実行するべきか否か示す「オン・フラグ」を含むことが異なる。開始ブロック９１の後、アルゴリズムはブロック１０１へ進み、オン・フラグが調べられる。判定ブロック１０２でオン・フラグがセットされていると、アルゴリズムは、図４Ａに示されるような初期の一定の動作電圧を起動するためにブロック９２へ進む。判定ブロック１０２でオン・フラグがセットされていないと、アルゴリズムは、オン・フラグを再度調べるためにブロック１０１へ戻る。
【００３７】
図４Ｂに示されるアルゴリズムも、アルゴリズムの最後にオン・フラグを含む。（ブロック９７で）初期電圧が終了しＰＷＭ電圧が起動された後、ブロック１０３でオン・フラグが再度調べられる。次いで、アルゴリズムは判定ブロック１０４へ進み、オン・フラグがセットされているとアルゴリズムはブロック１０３へ戻り、ＰＷＭ動作が継続する。判定ブロック１０４でオン・フラグがセットされていないと、ＰＷＭ動作は機能ブロック１００で終了し、アルゴリズムはブロック１０５で抜け出す。
【００３８】
図５は、本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる、より詳細な制御アルゴリズムの流れ図である。流れ図は、ブロック１２０を通って始まり、１組のアルゴリズム変数が初期化される。次いで、アルゴリズムはブロック１２２へ進み、第１のパルス時間（初期電圧時間）および動作電流が算定される。これらの値は、例えば外部コンピュータまたは内蔵の組込み型コンピュータによる計算された入力でよい。
【００３９】
次いで、アルゴリズムはブロック１２４へ進み、基準抵抗用にＭＥＭＳ発熱体の抵抗が特定される。ＭＥＭＳの抵抗は、ＭＥＭＳにわずかな電流を供給することにより特定される。ＭＥＭＳの両端の電圧および小サンプリング抵抗器（ｓｍａｌｌ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）の両端の電圧降下が測定される。小サンプリング抵抗器両端の電圧降下はＭＥＭＳ電流に比例する。ＭＥＭＳ抵抗は、ＭＥＭＳ電流で割ったＭＥＭＳ電圧として算定され、格納される。ＭＥＭＳの抵抗を測定する目的は、過熱しないことを確実にするためである。抵抗に所定の係数（例えば１．５）を掛けて、結果が所定量より上であると、ＭＥＭＳは過熱である。ＭＥＭＳが過熱すると、潜在的なフェイルセーフとして電源が切られる。あるいは、システムに基準抵抗値を格納し、測定された抵抗と比較してもよい。
【００４０】
次いで、アルゴリズムは判定ブロック１２６へ進み、ＭＥＭＳ動作フラグがセットされているか否か判定される。動作フラグがセットされていなければ、アルゴリズムは流れ図の中央に示される経路に沿って進行し、ブロック１２８へ進む。ブロック１２８では、ブロック１２２からの情報が更新（第１のパルス時間および動作電流の計算）される。判定ブロック１３０では、再度ＭＥＭＳ抵抗が読まれて基準抵抗と比較される。ＭＥＭＳ抵抗が基準抵抗と比較して許容範囲内にあると、アルゴリズムは判定ブロック１２６に戻り、動作フラグがセットされているか否か再度判定される。ＭＥＭＳ抵抗が高すぎると、アルゴリズムはブロック１３２へ進み、リセット・フラグをセットしてコントローラを動作不能にし、ローＥＤ（図示せず）が点灯してＭＥＭＳが過熱していることを示す。任意選択で、ローＥＤを使用する代わりに、他のコントローラがユニットの運転停止について通知を受けるように、「過熱フラグ」がセットされて他のコントローラに伝達されてもよい。アルゴリズムは判定ブロック１２６に戻って継続し、ＭＥＭＳが十分に冷えた後、リセット・フラグをキャンセルし、かつローＥＤを消灯させる。任意選択の過熱フラグも、もし含まれていればキャンセルされる。
【００４１】
再び判定ブロック１２６に戻って、ＭＥＭＳ動作フラグがセットされていると、アルゴリズムは流れ図の左下側に示された経路に沿って進行し、ブロック１３６へ進む。ブロック１３６では、アルゴリズムは、マイクロバルブ・アクチュエータに電源を接続する電子スイッチに初期信号を供給するようにコントローラに指示する。電源が初期の定電圧を印加し、アクチュエータを通って電流が流れ始める。初期の定電圧は、個別のシステム次第で、マイクロバルブを開くか閉じるかのいずれかによってマイクロバルブを始動させるのに有効である。一般に、初期電圧は完全にオンになり、持続時間は比較的短い。
【００４２】
初期電圧がオンにされた後、判定ブロック１３８でスイッチ・オン・フラグが調べられ、オン状態が確認される。初期のスイッチ・オン・フラグがセットされているのが確認されると、アルゴリズムは判定ブロック１４０に進み、ＭＥＭＳ抵抗が再度調べられて、高すぎないことが確認される。ＭＥＭＳ抵抗が高すぎると、アルゴリズムはブロック１３２に戻り、前述のように進む。ＭＥＭＳ抵抗が許容範囲内にあると、アルゴリズムは判定ブロック１４２に進み、初期電圧用に設定された時間が経過したか否か判定される。未経過であると、アルゴリズムは戻って、ブロック１３８でスイッチ・オン・フラグを調べる。初期電圧の持続時間が経過するまで、アルゴリズムは流れ図の左下隅のループ内で継続する。
【００４３】
初期電圧用に設定された時間が経過した後、アルゴリズムはブロック１４４へ進んで流れ図の右上隅に示されたパルス幅変調（ＰＷＭ）ループへ進む。ブロック１４４では、ＰＷＭ電圧の初期のデューティ・サイクルが算定されて設定される。次いで、アルゴリズムはブロック１４６に続き、ＰＷＭ電圧が起動される。アルゴリズムは、マイクロバルブ・アクチュエータに電源を接続する電子スイッチにパルス幅変調された信号を接続するように、コントローラに指示する。その結果生じるＰＷＭ電圧は、初期電圧より少ない使用電力でマイクロバルブの動作（マイクロバルブを開または閉に保つこと）を継続させるのに有効である。
【００４４】
ＰＷＭ電圧が起動された後、判定ブロック１４８で動作フラグが調べられる。フラグがまだセットされたままであると、判定ブロック１５０でＭＥＭＳ抵抗が調べられる。ＭＥＭＳ抵抗が許容範囲内であると、アルゴリズムは判定ブロック１５２に進み、ＰＷＭループ時間が経過したかどうか調べて判断する。ＰＷＭループ時間が未経過であると、アルゴリズムはブロック１４８へ戻り、動作フラグが再度調べられ、ブロック１５０に進んでＭＥＭＳ抵抗が調べられ、次いでブロック１５２へ続いてＰＷＭループ時間が再度調べられる。ＰＷＭループ時間が経過した後、アルゴリズムはブロック１４４に戻り、デューティ・サイクルが再計算されて設定され得る。次いで、ブロック１４６では、ＰＷＭは新規のデューティ・サイクルで継続する。このように、ＰＷＭデューティ・サイクルは調節され得る。このように、ＰＷＭは、判定ブロック１４８で動作フラグがリセットされてプロセスが終了するまで継続する。
【００４５】
別の一実施形態（図示せず）では、コントローラ内部のレジスタ上でＰＷＭデューティ・サイクルを設定することによりアルゴリズムを単純化することができる。その実施形態では、アルゴリズムのＰＷＭ部分は、ＰＷＭを起動し、フラグを調べ、ＭＥＭＳ抵抗を調べることから構成される。
【００４６】
マイクロコントローラ・ベースのＭＥＭコントローラのブロック図
図６は、本発明を実施するために使用することができる、１５４で全体的に示されたマイクロコントローラ・ベースのＭＥＭコントローラのブロック図である。ＭＥＭＳコントローラ１５４はマイクロコントローラ１５６を含む。任意の適当なマイクロコントローラを使用することができるが、好ましい実施形態では、マイクロコントローラはマイクロチップ社のモデル（Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ ｍｏｄｅｌ）ＰＩＣ１６Ｃ７３Ａマイクロプロセッサである。
【００４７】
ＭＥＭＳコントローラ１５４は、バッテリー１５８として示される電源を含む。バッテリー１５８は、レギュレータ、好ましくは低ドロップアウト（ローＤＯ）レギュレータ１６０に接続される。バッテリーからの電源電圧が低下すると、ローＤＯレギュレータ１６０は回路への定出力電圧を維持する。
【００４８】
ＭＥＭＳコントローラ１５４は、ブロック１６２に示されるプリドライバ（ｐｒｅｄｒｉｖｅｒ）およびドライバ（ｄｒｉｖｅｒ）も含む。任意選択で、プリドライバは省略されてもよい。バッテリー１５８は、一般に電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であるドライバへ電圧を供給する。プリドライバは、マイクロプロセッサとＦＥＴのゲートの間のバッファとして作用する。マイクロプロセッサから信号を受け取り次第、プリドライバはドライバをオンに切り換える。動作すると同時に、ドライバは電子スイッチとして稼動し、マイクロバルブ・アクチュエータ１６４に電圧を供給する。
【００４９】
「電圧サンプリング」という名称を与えられたブロック１６６は、ドライバ１６２とマイクロコントローラ１５６の間に接続され、マイクロコントローラ１５６へＭＥＭＳ１６４の両端の電圧をフィードバックする。電圧サンプリング１６６は、分圧器およびマイクロコントローラ１５６のＡ／Ｄコンバータに接続されるバッファ増幅器を含む。バッファ増幅器は、マイクロコントローラ１５６用の保護を提供する。あるいは、この目的に１組の抵抗を使用してもよい。
【００５０】
図の右下隅に示されるように、ＭＥＭＳ１６４からアース１６９に接続されているサンプリング抵抗１６８まで電流が流れる。サンプリング抵抗１６８は、ＭＥＭＳを通る電流に比例した電圧をマイクロコントローラ１５６へフィードバックする。次いで、この電圧はアース１６９に向かう。標準的な差動型演算増幅器である第１の増幅器１７０がサンプリング抵抗１６８に接続され、サンプリング抵抗１６８の両端の電圧を検出する。第１の増幅器１７０は、マイクロコントローラ１５６のＡ／Ｄコンバータに接続される。あるいは、サンプリング抵抗１６８は、マイクロコントローラ１５６のＡ／Ｄコンバータに直接接続されてもよい。好ましい実施形態は電流サンプリング抵抗１６８利用するが、本発明は、電流サンプリング集積回路（ＩＣ）を用いても実施され得る。
【００５１】
ＭＥＭＳコントローラ１５４は、ブロック１７２に示されるバッファおよび低域通過（ローＰ）フィルタも含む。第１の増幅器１７０からの出力電圧が、出力に抵抗およびコンデンサを有する演算増幅器から構成されるローＰフィルタに印加される。マイクロコントローラ１５６を保護するためにバッファが与えられている。バッファおよびローＰフィルタ１７２は、マイクロコントローラ１５６のＡ／Ｄコンバータに接続される。あるいは、バッファをコンデンサおよび一対の抵抗と取り替えてもよい。
【００５２】
ＭＥＭＳコントローラ１５４は、マイクロコントローラ１５６に接続されるＲＳ−２３２インタフェース１７４も含む。ＲＳ−２３２インタフェース１７４は、マイクロコントローラ１５６とコンピュータまたは他のデバイス（図示せず）の間のデータの交換を可能にする。
【００５３】
ＭＥＭＳコントローラ１５４は、さらに入力１および入力２として示された２つの入力を含む。入力の一方は、コントローラ１５４の動作信号を受け取る。他方の入力は、マイクロバルブがアンチロック・ブレーキ・システムの一部であるとき、制動条件などマイクロバルブの機能を含む別のパラメータに関係してよい。いくつかの実施形態では、入力端上にスイッチが有って、入力をハイ（ｈｉｇｈ）またはロー（ｌｏｗ）に調節することができる。入力保護１７６が、入力とマイクロコントローラ１５６の間に与えられる。例えば、入力保護をもたらすために抵抗を使用することができる。図６には２つの入力が示されているが、本発明は、入力１だけでも実施され得る。そのうえ、一方または両方の入力が、従来型のインタフェースを介して別のマイクロコントローラから通信され得る。
【００５４】
一対のレベル設定ポテンショメータ（ｐｏｔ）１７８もマイクロコントローラ１５６に接続される。これらのポテンショメータは、マイクロコントローラ１５６内で選択された閾値を設定するために調節され得る。例えば、これらは初期電圧およびＰＷＭ電圧用の電圧レベルを設定するのに使用され得る。コントローラの動作を助長するために、マイクロコントローラ１５６に第２のクロック１８０が接続される。コントローラ１５４の調節またはトラブルシューティングを容易にするために、マイクロコントローラ１５６に複数のローＥＤ表示器１８２が接続される。
【００５５】
ＭＥＭＳコントローラの第１の別の実施形態のブロック図
図７Ａおよび図７Ｂは、本発明を実施するために使用することができるＭＥＭＳコントローラ１８４および関連するシステム構成要素の第１の別の実施形態のブロック図である。図７Ａは、ＭＥＭＳコントローラ１８４がどのようにシステムの他の構成要素に関するかを説明するために、これを単一ブロックとして示すが、図７ＢはＭＥＭＳコントローラ１８４の様々な構成要素を詳細に示す。図６に示された実施形態とは対照的に、ＭＥＭＳコントローラ１８４のこの実施形態はマイクロコントローラを含まない。図６に示される構成要素に似ているＭＥＭＳコントローラ１８４の構成要素は、同じ数字の識別子を有する。
【００５６】
以下のステップは、ＭＥＭＳコントローラの動作を手短に要約する。
【００５７】
（１）ＭＥＭＳコントローラ１８４へ始動信号が送られて動作を開始させる。始動信号は反転バッファ１９８によって反転される。反転バッファ１９８は、ＮＯＲイネーブル２００すなわちＮＯＲゲートに接続される。反転された始動信号が、反転バッファ１９８からＮＯＲイネーブル２００へ送られる。ｏｎ／ＰＷＭ選択器２０４もＮＯＲイネーブル２００に接続される。いずれかの入力が「ハイ」であるとＮＯＲイネーブル２００の出力はゼロであり、両方の入力がゼロであると出力はハイである。ＮＯＲイネーブル２００は、プリドライバおよびドライバの１６２に接続される。ｏｎ／ＰＷＭ選択器２０４は当初オフであり、したがって、プリドライバ１６２の別の入力端子にもゼロが出る。ＮＯＲイネーブル２００の両方の入力がゼロであるので、ＮＯＲの出力はハイになり、ドライバ１６２がオンに切り換わる。
【００５８】
（２）ワンショット・タイマ（ｏｎｅ ｓｈｏｔ ｔｉｍｅｒ）２０２が、反転バッファ１９８とｏｎ／ＰＷＭ選択器２０４の間に接続される。ワンショット・タイマ２０２も始動信号によって始動される。タイマ２０２は、初期電圧の終了する時間Ｔ１に時間を設定される。
【００５９】
（３）時間満了になり次第、ｏｎ／ＰＷＭ選択器２０４がオンに切り換わり、ＮＯＲイネーブル２００にＰＷＭ波を供給する。ＮＯＲイネーブル２００のＰＷＭ入力がハイのとき、ドライバ１６２が停止される。ＰＷＭがロー（ゼロ）のとき、ドライバ１６２はオンに戻される。
【００６０】
（４）始動信号がゼロに向かう（なった）とき、反転バッファ１９８は対応するＮＯＲ入力端子を「ハイ」にし、ドライバ１６２が停止される。そのうえ、本発明は、始動信号の継続が終わり次第、上記サイクル中のどの時点でもドライバ１６２が停止されることを考えている。
【００６１】
完全オン状態の時間が満了すると、ＰＷＭコンパレータ２０６が動作可能になる。ＰＷＭコンパレータ２０６からの出力は、プリドライバとドライバの１６２を駆動する。ＰＷＭコンパレータ２０６は、２つの入力を有する。１つの入力はＰＷＭ発振器２０８であり、三角波と周波数のセット（ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ ｗａｖｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｅｔ）を出力する。デューティ・サイクルは、電流設定およびループ・ゲインのブロック２１０によって設定されたＰＷＭコンパレータ２０６の閾値によって決定される。ＰＷＭコンパレータ２０６のレベルは、電流設定ポテンショメータの電圧から第１の増幅器１７０によって増幅されたサンプリング抵抗１６８の電圧を引いた差をとることにより設定される。この差は、電流設定（ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｅｔ）およびループ・ゲイン増幅器２１０を介して、次いでＰＷＭコンパレータを２０６に印加され、ＰＷＭコンパレータ２０６のレベルを設定する。したがって、第１の増幅器１７０は差動のサンプリング抵抗１６８の信号電圧を得て、それをシングル・エンド出力に変える。
【００６２】
ＰＷＭ電流は、電流設定およびループ・ゲイン増幅器２１０に含まれるポテンショメータで設定される。この電流が、コントローラ内の出力調節レベルを設定する。コントローラを多かれ少なかれ感度よくするために、増幅器２１０もループ・ゲイン調節器を含む。
【００６３】
要約すると、ＭＥＭＳコントローラ１８４はＰＷＭ発振器２０８を含み、これは三角波の形をしているＰＷＭ信号を生成する。コントローラ１８４は、パルスを作動させる（換言すれば、パルスのリーディング・エッジを確立する）ための三角波上のポイントを確立するバイアス設定器を含む。電流設定およびループ・ゲイン増幅器２１０からのスイッチ・ポイントのレベルを増加させると、デューティ・サイクルが増加する。
【００６４】
第１の増幅器の信号が設定されたバイアス・レベル未満であると、ＰＷＭコンパレータ２０６はデューティ・サイクルをより長くする。デューティ・サイクルがより長くなると、電流が増加する。電流が増加すると第１の増幅器１７０は高電圧を出力し、これがデューティ・サイクル低下の原因となる。このように、ＭＥＭＳコントローラ１８４は負帰還ループを含む。換言すれば、電流が存在しないとき、ある電流レベルが設定されていると、ＰＷＭは大きなデューティ・サイクルを有する。次いで、増加した電流により第１の増幅器１７０の出力が増加するのにつれて、ＰＷＭコンパレータ２０６が応答してそのデューティ・サイクルを低下させる。ＰＷＭコンパレータ２０６は、デューティ設定に近い均衡点に来る。別の実施形態として、このシステムで十分なＰＩＤ調節器を作成することもできる。
【００６５】
ＭＥＭＳコントローラの第２の別の実施形態のブロック図
図８は、本発明を実施するために使用することができるＭＥＭＳコントローラ２１２および関連するシステム構成要素の別の一実施形態のブロック図である。ＭＥＭＳコントローラ２１２のこの実施形態もまたマイクロプロセッサを含まない。図６および図７Ｂに示された構成要素に似ているＭＥＭＳコントローラ２１２の構成要素は同じ数字の識別子を有する。ＭＥＭＳコントローラ２１２は、図７Ｂに示されたＭＥＭＳコントローラ１８４と同じ論理を使用するが、異なったＰＷＭ始動方法を含む。すなわち、ＭＥＭＳコントローラ２１２はＯＮ／ＰＷＭ選択器を含まない。前述のコントローラ１８４のように電圧を完全にオンにして次いで電圧を低下させる代わりに、図８のコントローラ２１２は、プロセスが進められる２つの電圧レベルを設定するハイ／ロー電流設定器２１３を含む。一方は最初のターンオン・レベル（初期電圧）に相当する高電圧レベルであり、他方はパルス電圧に相当する低電圧レベルすなわち動作レベルである。コントローラ２１２のこの実施形態は、そもそも電圧が完全にオンになる必要がなく、初期電圧に関連した電圧の量を制御することができ、また、動作ＰＷＭ電圧に関連した電圧の量を制御することができる。
【００６６】
より詳細には、ＭＥＭＳコントローラ２１２は、始動信号を受け取り次第起動するワンショット・タイマ２０２を含む。時間が始動される一方で、ハイ／ロー電流設定器２１３は、バッファ増幅器２１５に初期電圧パルスに相当する高電圧値を供給する。ワンショット・タイマ２０２が時間満了となり次第、ハイ／ロー電流設定器２１３は、バッファ増幅器にＰＷＭ電圧に相当する低電圧を供給する。サンプリング抵抗１６８の両端でサンプリングされた、ＭＥＭＳ１６４を通る電流に比例する電圧は、バッファ増幅器およびレベル入力２１４を経由する。バッファ増幅器およびレベル入力２１４は、サンプリングされた電圧を所望の電圧と比較する。バッファ増幅器２１５からの電圧と第１の増幅器１７０からの電圧が比較され、コントローラ２１２がこれら２つの電圧間の差を小さくするように作用する。バッファ増幅器２１５からの電圧が第１の増幅器１７０からの電圧より大きいと、コントローラ２１２はＰＷＭ電圧のデューティ・サイクルを増加させる。バッファ増幅器２１５からの電圧が、第１の増幅器１７０からの電圧より小さいと、コントローラ２１２はＰＷＭ電圧のデューティ・サイクルを低下させる。これはコントローラによる負帰還システムである。ボックス２１６内に示されるように、ループ・ゲインが調整され得る。
【００６７】
前述のように、コントローラはＰＷＭ発振器２０８も含む。ＰＷＭ発振器２０８によって三角波の形をしている電圧が生成される。ループ・ゲイン設定器２１６からの電圧レベルがこの三角波と共に働いて、ＰＷＭコンパレータ２０６によって生成されたデューティ・サイクルを決定する。換言すれば、ＰＷＭ発振器２０８が三角波を生成するので、ループ・ゲイン設定器２１６からの電圧レベルが増加するとデューティ・サイクルが増加し、一方、ループ・ゲイン設定器２１６からの電圧レベルが低下するとデューティ・サイクルが低下する。繰り返しになるが、これはコントローラ２１２による負帰還の形である。
【００６８】
特許制定法の条項に従って、本発明の原理および動作モードが、その好ましい実施形態で説明され図示されてきた。しかし、その精神および範囲から逸脱することなく、特に説明され図示された通りの他に、本発明が実施され得ることが理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１Ａ】本発明によって制御され得るアクチュエータを有するマイクロバルブ・デバイスの上面図である。この図は、第１の位置にあるマイクロバルブ・デバイスを示すために部分的に剥離されている。
【図１Ｂ】マイクロバルブ・デバイスが第２の位置に示されていることを除けば図１Ａに類似した図である。
【図２】図１Ａの線２−２に沿って得られたマイクロバルブ・デバイスの断面図である。
【図３Ａ】本発明によるＭＥＭＳコントローラによってマイクロバルブ・デバイスのアクチュエータに供給された電圧の時間に対するグラフである。
【図３Ｂ】本発明によるＭＥＭＳコントローラによってマイクロバルブ・デバイスのアクチュエータに供給された電圧の時間に対するグラフである。
【図３Ｃ】本発明によるＭＥＭＳコントローラによってマイクロバルブ・デバイスのアクチュエータに供給された電圧の時間に対するグラフである。
【図４Ａ】本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる単純化された制御アルゴリズムの流れ図である。
【図４Ｂ】本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる単純化された制御アルゴリズムの流れ図である。
【図５】本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる、より詳細な制御アルゴリズムの流れ図である。
【図６】本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる、マイクロコントローラ・ベースのＭＥＭＳコントローラのブロック図である。
【図７Ａ】本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる、ＭＥＭＳコントローラの第１の実施形態のブロック図である。
【図７Ｂ】本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる、ＭＥＭＳコントローラの第１の別の実施形態のブロック図である。
【図８】本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる、ＭＥＭＳコントローラの第２の別の実施形態のブロック図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）［Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ］に関し、より詳細にはマイクロバルブ（ｍｉｃｒｏｖａｌｖｅ）のアクチュエータを制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳは物理的に小さなシステムの部類であり、マイクロメートル範囲内の寸法であることを特徴とする。これらのシステムは電気的要素および機械的要素の両方を有する。用語「ミクロ機械加工」（ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）は、ＭＥＭＳデバイスの３次元構造体および可動部の製造を意味するものと一般に理解されている。ＭＥＭＳは、もともと改良集積回路（コンピュータ・チップ）製造技術（化学的エッチングなど）および材料（シリコン半導体材料など）のように非常に小さなメカニカル・デバイスのミクロ機械加工に使用された。今日、さらに多くのミクロ機械加工の技術および材料が利用可能である。本出願で使用される用語「マイクロバルブ」は、寸法がマイクロメートルの範囲内であるという特徴を有し、したがって少なくとも部分的にミクロ機械加工で形成されるものと定義されるバルブを意味する。本出願で使用される用語「マイクロバルブ・デバイス」は、マイクロバルブを含むデバイスおよび他の構成要素を含み得るデバイスを意味する。マイクロバルブとは別の構成要素がマイクロバルブ・デバイスに含まれるとき、これら別の構成要素は、ミクロ機械加工された構成要素または標準サイズの（より大きな）構成要素でよいことに留意されたい。
【０００３】
様々なマイクロバルブ・デバイスが、流体回路内の流量制御のために提案されている。例えば、様々なマイクロバルブ・デバイスが、米国特許第６，０１９，４３７号、米国特許第６，２７９，６０６号Ｂ１、米国特許第６，４９４，８０４号Ｂ１、米国特許第６，５０５，８１１号Ｂ１、米国特許第６，５３３，３６６号Ｂ１、米国特許第６，５４０，２０３号Ｂ１、および米国特許第６，６３７，７２２号Ｂ２に開示されている。一般的なマイクロバルブ・デバイスは、本体によって移動可能に支持され、閉位置と完全な開位置との間での運動のためにアクチュエータに効果的に結合された変位可能な要素またはバルブを含む。閉位置にあるとき、マイクロバルブは、通常第２の流体口と流体伝達する第１の流体口を塞ぐかまたは閉じて、それによって両流体口間を流体が流れるのを防ぐ。マイクロバルブが閉位置から完全な開位置に移動するとき、流体が、両流体口間を漸増的に流れ得るようになる。通常閉のマイクロバルブは、電気的アクチュエータからの電流の印加など外部の励磁信号がない状態では閉になるものである。通常開のマイクロバルブは、外部の励磁信号の印加がない状態では開になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アクチュエータは、通常電源から供給された電圧によって駆動される。マイクロバルブを動作させるのに必要な電力の全体量を低減することができると有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、マイクロバルブのアクチュエータの制御方法に関する。アクチュエータに電圧を供給するためにコントローラが与えられる。コントローラは、マイクロバルブを動作させるのに有効な初期電圧をアクチュエータに供給する。次いで、コントローラは、マイクロバルブの動作を継続させるのに有効なパルス電圧をアクチュエータに供給する。好ましくは、パルス電圧はパルス幅変調された電圧である。
【０００６】
本発明は、マイクロバルブのアクチュエータを制御するためのコントローラにも関する。コントローラは、入力ポートと出力ポートを有する論理回路を含む。論理回路は、入力ポートでのトリガ信号に応答して、出力ポートに所定の時間一定の出力信号を生成し、その後出力ポートにパルス出力信号を生成する。コントローラは、電源とマイクロバルブ・アクチュエータの間に接続されるように適合された通常開のスイッチも含む。このスイッチは、論理回路の出力ポートに接続され、マイクロバルブ・アクチュエータに初期の定電圧を供給するために出力信号に応答して所定の時間閉じ、次いで、マイクロバルブ・アクチュエータにパルス電圧を供給するためにパルス出力信号に応答して二者択一的に（ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｌｙ）交互に開閉する。
【０００７】
本発明は、車両制御システム中のマイクロバルブの運転方法にさらに関する。この方法は、（ａ）電源とマイクロバルブ・アクチュエータの間に接続されるコントローラを供給するステップと、（ｂ）コントローラがトリガを受け取り次第、マイクロバルブ・アクチュエータに定電圧を供給するステップと、（ｃ）所定の時間が経過すると直ちにマイクロバルブ・アクチュエータにパルス電圧を供給するステップとを含む。
【０００８】
添付図面を参照して読めば、好ましい実施形態の以下の詳細な説明から、本発明の様々な利点が当業者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、マイクロバルブのアクチュエータの制御方法、その方法で使用するのに適したコントローラ、および車両制御システム内でマイクロバルブを動作させる方法に関する。マイクロバルブは、任意のタイプのマイクロバルブ・デバイスの一部であり得る。いくつかの実施形態では、マイクロバルブ・デバイスが、車両アンチロック・ブレーキ・システムまたは他の自動車システムの構成要素である。例えば、本発明は、制動の期間はオンに保たれ、短期間オフになり、再度圧力が供給される必要があるアンチロック・ブレーキ・システムのマイクロバルブと共に使用することができる。また、本発明はマイクロバルブの任意タイプのアクチュエータを制御するために使用することもできる。いくつかの実施形態では、アクチュエータは、アクチュエータを加熱することが、マイクロバルブを開くかまたは閉じるためにアクチュエータを動かす原因となる熱アクチュエータである。
【００１０】
マイクロバルブ・デバイスの例
本発明と共に使用するのに適したマイクロバルブ・デバイスの一例が、２００３年４月１日にハニカット（ハイｕｎｎｉｃｕｔｔ）に発行された米国特許第６，５４０，２０３号Ｂ１（参照により本明細書に組み込む）に説明されている。米国特許第６，５４０，２０３号の図１Ａ、図１Ｂおよび図２が添付されている。話を簡単にするために、米国特許第６，５４０，２０３号の、本発明に特に関係のある部分だけが、ここで議論されることになる。図１Ａでは、流体回路内の流量を制御するためのマイクロバルブ・デバイスが、全体的に１０で示されている。マイクロバルブ・デバイス１０は、全体的に１２で示された本体を含む。本体１２は、第１のプレート１４、第２のプレート１６および第３のプレート１８を含む。好ましくは、各プレート１４、１６、１８はシリコンなどの半導体材料で作成される。
【００１１】
第１のプレート１４が、第１のパイロット・ポート２０および第２のパイロット・ポート２２を画定する。第１のパイロット・ポート２０は、「低圧」の液状媒体または流体源（図示せず）、および「高圧」の液状媒体または流体源（図示せず）のうち１つと接続されるように適合される。第２のパイロット・ポート２２は、「低圧」流体源および「高圧」流体源の他方と接続されるように適合される。
【００１２】
図２を参照すると、第３のプレート１８は、第１のパイロット・ポート２０の反対側の第１のパイロット・ポート２０’、および第２のパイロット・ポート２２の反対側の第２のパイロット・ポート２２’を画定する。パイロット・ポート２０’および２２’は、それぞれ第１および第２のパイロット・ポート２０および２２に関連した流体源と接続されるように適合される。
【００１３】
図１Ａに示されるように、第３のプレート１８は、第３のプレート１８内に形成されている対応する開口内に配設された一対の電気接点３２ａおよび３２ｂを含む。電気接点３２ａ、３２ｂは、第２のプレート１６と接触し、接点３２ａと３２ｂの間に電圧を供給するための適当な電源（図示せず）と接続されるように適合される。
【００１４】
第２のプレート１６は、固定部分３４と、パイロット・ポート２０、２０’、２２、２２’を完全に開いたり閉じたりするための、固定部分３４に支持されたパイロット・バルブ３６として実施された第１のマイクロバルブと、パイロット・バルブ３６を動かすためのアクチュエータ３８との主要構成要素を含む。固定部分３４は、空洞４２を画定し、第１のプレート１４および第３のプレート１６に固定的に取り付けられる。
【００１５】
パイロット・バルブ３６は、固定部分３４に取り付けられた終端を有する細長い梁として形成されたマイクロバルブである。パイロット・バルブ３６は、第１の位置と第２の位置の間で運動するために、空洞４２内に移動可能に配設される。図１Ａおよび図１Ｂは、パイロット・バルブ３６がそれぞれ第１および第２の位置にある状態を示す。第１の位置では、パイロット・バルブ３６は、第２のパイロット・ポート２２、２２’を塞ぐか実質的に閉じ、第１のパイロット・ポート２０、２０’を塞ぐのを止めるか完全に開く。第２の位置では、パイロット・バルブ３６は、第２のパイロット・ポート２２、２２’を塞ぐのを止めるか完全に開き、第１のパイロット・ポート２０、２０’を塞ぐか実質的に閉じる。
【００１６】
アクチュエータ３８は、第１と第２の位置の間でパイロット・バルブ３６を動かすために、パイロット・バルブ３６に動作可能に結合される。アクチュエータ３８は、複数の対の対向するリブ４４ａおよび４４ｂを含む。各リブ４４ａ、４４ｂは、第１の終端および第２の終端を有する。リブ４４ａおよび４４ｂは、直線状でその全長に沿った均一の断面として示されているが、リブ４４ａおよび４４ｂは、特定の用途に適するのであれば、湾曲するか、角を成すか、または不均一の断面でよいことを理解されたい。リブ４４ａおよび４４ｂの第１の終端は、それぞれ電気接点３２ａおよび３２ｂと隣接する固定部分３４に取り付けられる。リブ４４ａ、４４ｂの第２の終端は、それぞれの角度で脊柱相当部４６（ｓｐｉｎｅ）に取り付けられる。リブ４４ａおよび４４ｂの各対は、一般に、互いに脊柱相当部４６で頂点を有する山形を形成する角度にある。電気接点３２ａ、３２ｂが電圧を供給されると、電圧は、リブ４４ａ、４４ｂを通って電気接点３２ａ、３２ｂの間を通る。その結果として、リブ４４ａ、４４ｂは熱膨張する。リブ４４ａ、４４ｂが膨張するのにつれて、リブ４４ａ、４４ｂが延長し、結果として脊柱相当部４６が変位する原因となる。リブ４４ａ、４４ｂを通して供給された電圧の量を調整することによって、リブ４４ａ、４４ｂの膨脹量が制御され得て、それによって脊柱相当部４６の変位量を制御する。
【００１７】
脊柱相当部４６は、パイロット・バルブ３６の支持端から間隔の離れた箇所でパイロット・バルブ３６に取り付けられる。脊柱相当部４６が変位すると、パイロット・バルブ３６の支持端まわりのモーメントをもたらす力をパイロット・バルブ３６上に与える。このモーメントは、パイロット・バルブ３６の支持端まわりの第１の方向にパイロット・バルブ３６を弾性的に曲げ、パイロット・バルブ３６が第１の位置から第２の位置へ動く原因となる。電気接点３２ａ、３２ｂが電源を切られると、リブ４４ａ、４４ｂが冷えてその結果収縮する。リブ４４ａ、４４ｂが収縮すると、リブ４４ａ、４４ｂの膨脹による脊柱相当部４６の変位方向の反対方向に脊柱相当部４６を変位させる原因となる。リブ４４ａ、４４ｂの収縮によって脊柱相当部４６が変位すると、パイロット・バルブ３６がパイロット・バルブ３６の支持端まわりの第２の方向に曲がり、パイロット・バルブ３６が第２の位置から第１の位置へ動く原因となる。
【００１８】
パイロット・バルブ３６は、流体口を開閉可能な任意の適当なマイクロバルブと取り替えられ得ることを理解されたい。そのうえ、アクチュエータ３８は、パイロット・バルブ３６または適切な別のマイクロバルブを動作させるのに適する任意の作動手段と取り替えられ得る。
【００１９】
本発明による初期電圧およびパルス電圧
本発明は、マイクロバルブを動作させるのに有効な初期電圧をコントローラからアクチュエータに供給し、次いで、マイクロバルブの動作を継続させるのに有効なパルス電圧をコントローラからアクチュエータに供給することによりマイクロバルブ・アクチュエータを制御する。パルス電圧は、結果として初期電圧より電力使用が少なくなり、それによって、マイクロバルブを動作させるのに必要な電力の全体量を低減する。
【００２０】
コントローラからアクチュエータに供給される初期電圧は、マイクロバルブを動作させるのに有効な任意のタイプの電圧でよい。例えば、初期電圧は、マイクロバルブが使用される特定のシステム次第で、全閉位置から全開位置へ、または全開位置から全閉位置へ、マイクロバルブを動かすのに有効であり得る。初期電圧は、任意の適当な方法でこれを達成することができる。完全オン電圧より低い電圧でもマイクロバルブを動作させるのに有効であれば使用することができるにもかかわらず、一般に初期電圧は、完全にオンであるデジタル電気信号に応じた完全オン電圧である。初期電圧は、通常は比較的短期間の電圧であり、一般に短期の初期パルスである。例えば、初期電圧は、約１ミリ秒から約１０００ミリ秒の範囲の持続時間を有してよい。
【００２１】
図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃは、コントローラからマイクロバルブ・アクチュエータに供給された電圧のトリガ信号への応答の時間に対するグラフである。この電圧は、本発明によってパルス電圧が後続する初期電圧を含む。図３Ａに示されるように、一定の初期電圧８０が、トリガ信号に応答して初期電圧の開始時Ｔ０と初期電圧の終了時Ｔ１の間マイクロバルブ・アクチュエータに供給される。図３Ｂも、マイクロバルブ・アクチュエータに供給される一定の初期電圧８０を示す。図３Ｃで、トリガ信号によって引き起こされた一定の初期電圧８２は、図３Ａおよび図３Ｂに示された電圧８０より少し長い持続時間（時間Ｔ０と時間Ｔ１ｃの間）を有する。図３Ａ〜図３Ｃにはトリガ信号によって引き起こされた所定の時間完全にオンである一定の初期電圧が示されているが、初期電圧は、マイクロバルブを動作させるのに有効であるならば、パルス幅変調された電圧などのパルス電圧でもよい。
【００２２】
コントローラは任意の適当な構成要素を含むことができ、この要素は初期電圧を供給するために任意の適当な関連機器と連携して作動することができる。いくつかの実施形態では、コントローラが、コントローラの電子スイッチ（例えばＦＥＴスイッチ）に最初の電気信号を送り、電子スイッチが電源（例えばバッテリー）から供給された電圧を調整してアクチュエータへの初期電圧を供給する。電源はコントローラの構成要素であり得るが、またはコントローラと別々でもよい。図１Ａおよび図１Ｂに示されるマイクロバルブ・デバイスでは、初期電圧が電気接点３２ａおよび３２ｂに供給され、アクチュエータ３８がマイクロバルブ３６を動かす原因となる。
【００２３】
初期電圧がマイクロバルブを起動した後、マイクロバルブの動作を継続させるのに有効なパルス電圧がコントローラからアクチュエータに供給される。例えば、初期電圧によってアクチュエータがマイクロバルブを完全な開位置まで移動させると、アクチュエータにマイクロバルブを完全開に維持させるのにパルス電圧が有効である。通常初期電圧の終了直後に、続いてパルス電圧が供給される。
【００２４】
パルス電圧は、結果として初期電圧より使用電力が少ない。その結果、マイクロバルブを開き、次いでそれを開に保つのに必要な電力の全体量は、完全にオンである定電圧を使用するのと比較して低減される。そのうえ、使用電力が低減されると、構成要素の加熱が低減する。例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示されるアクチュエータ３８などのアクチュエータが熱アクチュエータであると、本発明では、アクチュエータが初期電圧の全電力で素早く熱くなり、次いで、パルス電圧によって供給された低減された電力で正しい位置に保持されることが可能になる。
【００２５】
コントローラによって供給されるパルス電圧は、マイクロバルブの動作を継続させるのに有効な任意のタイプのパルス電圧でよい。「パルス電圧」は、０ボルトと所定の電圧の間で周期的に切り替わる電圧を意味する。個々のオン・パルスおよびオフ・パルスは、任意のサイクル中で、同じかまたは異なる持続時間を有することができる。
【００２６】
パルス電圧の「デューティ・サイクル」（ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ）は、サイクル時間の合計と比較して、電圧がオンである時間の割合を意味する。例えば、５０％のデューティ・サイクルは、各サイクルの２分の１が「オン」で、各サイクルの２分の１が「オフ」のものである。本発明は、０％から１００％の範囲内、好ましくは約５％から約５０％の範囲内で、任意の適当なデューティ・サイクルを有するパルス電圧を考察する。好ましい実施形態では、パルス電圧は、約２００ハイｚから約１００，０００ハイｚの範囲内、および好ましくは約２００ハイｚから約４０００ハイｚの範囲内の周波数を有する。
【００２７】
好ましい実施形態では、パルス電圧はパルス幅変調された（ＰＷＭ）電圧であるが、オン時間が一定の可変周波数電圧（ＰＦＭ）で本発明を実行することもあり得る。「パルス幅変調された」電圧とは、デューティ・サイクルの「オン」の部分が全サイクル時間中で変化させられる電圧である。例えば、デューティ・サイクルが、１つのサイクルでは比較的低い割合であり、次いで後のサイクルでは比較的高い割合へと変化することがあり得る。ＰＷＭ電圧のデューティ・サイクルは、上で述べた範囲内で変化し得る。
【００２８】
図３Ａに示されるように、コントローラは、初期電圧が終了してパルス電圧が開始する時間Ｔ１とパルス電圧が終了する時間Ｔ２の間、マイクロバルブ・アクチュエータに一定のデューティ・サイクルを有する複数の電圧パルス８４を供給する。パルス電圧の実際の持続時間は、通常グラフ中に示される時間より長いものであろう。示された例では、電圧パルス８４はすべて同じ周期Ｔｐを有する。デューティ・サイクル（％）は、信号８４の０Ｎ時間ＴＯＮを周期Ｔｐで割り、１００倍して算出される。図３Ａでは、デューティ・サイクルはおよそ５０％であるが、本発明は、さらに他の一定のデューティ・サイクルでも実施され得る。
【００２９】
図３Ｂに示される例では、時間Ｔ１と時間Ｔ２Ｂの間に一定の第１のデューティ・サイクルを有する第１の電圧パルス８４が、また、時間Ｔ２Ｂと時間Ｔ３の間に一定の第２のデューティ・サイクルを有する第２の電圧パルス８６が、マイクロバルブ・アクチュエータに供給されるようにパルス電圧が変更される。第２のデューティ・サイクルは第１のデューティ・サイクルより小さいので、第２の電圧パルス８６は第１の電圧パルス８４よりオン時間が短い。図示の実施形態では、時間Ｔ１と時間Ｔ２Ｂの間のデューティ・サイクルはおよそ５０％であり、時間Ｔ２Ｂと時間Ｔ３の間のデューティ・サイクルはおよそ３３％であるが、本発明は、他の変化するデューティ・サイクルでも実施され得る。このように、パルス電圧は、全サイクル時間中に複数の異なるデューティ・サイクルを有することができる。そのうえ、本発明は、第１のデューティ・サイクルより大きな第２のデューティ・サイクルを用いて実施されることもできる。
【００３０】
図３Ｃは、全サイクル時間（時間Ｔ１ｃとＴ２ｃの間）にわたりデューティ・サイクルが減少されて、第１の電圧パルス８４が第２の電圧パルス８８より長く、そしてまた第２の電圧パルスが第３の電圧パルス９０より長くなるパルス幅変調された電圧を示す。このように、パルス信号のデューティ・サイクルは、全サイクル時間中に変化することができる。同様に、デューティ・サイクルは、全サイクル時間にわたり増加され得る。最後に、デューティ・サイクルは、全サイクル時間中に増加および減少の両方の変化が可能である。上記に示されたように、周波数も変化することができる（図示せず）。
【００３１】
コントローラは、任意の適当な要素を含むことができ、任意の適当な関連機器と連携して作動することができて、パルス電圧を供給する。いくつかの実施形態では、コントローラがコントローラの電子スイッチ（例えばＦＥＴスイッチ）にパルス電気信号を送り、スイッチが電源（例えばバッテリー）からの電圧を調整してアクチュエータにパルス電圧を供給する。コントローラは、パルス電気信号の周波数を与えるための発振器を含むことができる。
【００３２】
マイクロバルブが使用される特定のシステムに依存して、マイクロバルブの動作を継続させるのに必要な間、パルス電圧は継続する。本発明のいくつかの実施形態では、パルス電圧が所定時間で終了する。例えば、通常閉のマイクロバルブを、もはや開位置に保持する必要がないとき、パルス電圧が終了される。別の実施形態では、パルス電圧は終了するのでなく、むしろコントローラが停止信号を受け取るまで継続する。後者の実施形態では、本発明は最小のデューティ・サイクルを維持することができる。
【００３３】
本発明で使用することができる制御アルゴリズムおよび電子コントローラのいくつかの例が以下に説明される。様々なタイプの制御アルゴリズムおよびコントローラを使用して本発明を実施することができ、また、それは示されたものに限定されないことが理解されよう。
【００３４】
制御アルゴリズム
図４Ａは、本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができて、所定の持続時間がある初期電圧およびパルス電圧の両方を有する本発明よる制御アルゴリズムの流れ図である。流れ図はブロック９１を通って始まる。次いで、アルゴリズムはブロック９２へ進み、マイクロバルブを始動させるための初期電圧の起動時間であるタイマＴがゼロに設定される。次いで、アルゴリズムはブロック９３へ続き、アクチュエータ（ＭＥＭＳまたは「ヒータ」）に一定の初期電圧が加えられる。アルゴリズムはブロック９４へ進み、タイマ・レジスタが１だけインデックスされる（ｉｎｄｅｘｅｄ ｂｙ ｏｎｅ）。次いで、アルゴリズムは判定ブロック９５に続き、タイマ・レジスタの内容が、一定初期電圧の指定終了時間である所定期間Ｔ１と比較される。ＴがＴ１未満であると、アルゴリズムはブロック９４に戻って動作が継続する。
【００３５】
判定ブロック９５で、動作期間がＴ１以上であると初期動作の期間が終了してアルゴリズムがブロック９６へ移り、タイマが、マイクロバルブの動作を継続させるためのパルス幅変調された（ＰＷＭ）電圧の起動時間であるゼロにリセットされる。アルゴリズムはブロック９７へ進み、アクチュエータ（ヒータ）にＰＷＭ電圧が加えられて動作が継続する。アルゴリズムはブロック９８へ進み、タイマが１だけインデックスされる。次いで、アルゴリズムは判定ブロック９９に続き、タイマが、ＰＷＭ電圧の指定終了時間である所定期間Ｔ２と比較される。ＴがＴ２未満であると、アルゴリズムはブロック９８に戻って動作が継続する。判定ブロック９９で、動作期間がＴ２以上であるとＰＷＭ動作期間は終了し、アルゴリズムはブロック１００へ移ってアクチュエータ（ヒータ）へのＰＷＭ電圧が切られる。次いで、アルゴリズムはブロック１０５で抜け出す。
【００３６】
図４Ｂは、本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる制御アルゴリズムの別の一実施形態の流れ図である。図４Ｂに示される実施形態は、図４Ａに示されたものと類似しており、アルゴリズムの類似部分は同じ数字の識別子を有する。しかし、図４Ｂにされるアルゴリズムは、動作の開始または終了を実行するべきか否か示す「オン・フラグ」を含むことが異なる。開始ブロック９１の後、アルゴリズムはブロック１０１へ進み、オン・フラグが調べられる。判定ブロック１０２でオン・フラグがセットされていると、アルゴリズムは、図４Ａに示されるような初期の一定の動作電圧を起動するためにブロック９２へ進む。判定ブロック１０２でオン・フラグがセットされていないと、アルゴリズムは、オン・フラグを再度調べるためにブロック１０１へ戻る。
【００３７】
図４Ｂに示されるアルゴリズムも、アルゴリズムの最後にオン・フラグを含む。（ブロック９７で）初期電圧が終了しＰＷＭ電圧が起動された後、ブロック１０３でオン・フラグが再度調べられる。次いで、アルゴリズムは判定ブロック１０４へ進み、オン・フラグがセットされているとアルゴリズムはブロック１０３へ戻り、ＰＷＭ動作が継続する。判定ブロック１０４でオン・フラグがセットされていないと、ＰＷＭ動作は機能ブロック１００で終了し、アルゴリズムはブロック１０５で抜け出す。
【００３８】
図５は、本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる、より詳細な制御アルゴリズムの流れ図である。流れ図は、ブロック１２０を通って始まり、１組のアルゴリズム変数が初期化される。次いで、アルゴリズムはブロック１２２へ進み、第１のパルス時間（初期電圧時間）および動作電流が算定される。これらの値は、例えば外部コンピュータまたは内蔵の組込み型コンピュータによる計算された入力でよい。
【００３９】
次いで、アルゴリズムはブロック１２４へ進み、基準抵抗用にＭＥＭＳ発熱体の抵抗が特定される。ＭＥＭＳの抵抗は、ＭＥＭＳにわずかな電流を供給することにより特定される。ＭＥＭＳの両端の電圧および小サンプリング抵抗器（ｓｍａｌｌ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）の両端の電圧降下が測定される。小サンプリング抵抗器両端の電圧降下はＭＥＭＳ電流に比例する。ＭＥＭＳ抵抗は、ＭＥＭＳ電流で割ったＭＥＭＳ電圧として算定され、格納される。ＭＥＭＳの抵抗を測定する目的は、過熱しないことを確実にするためである。抵抗に所定の係数（例えば１．５）を掛けて、結果が所定量より上であると、ＭＥＭＳは過熱である。ＭＥＭＳが過熱すると、潜在的なフェイルセーフとして電源が切られる。あるいは、システムに基準抵抗値を格納し、測定された抵抗と比較してもよい。
【００４０】
次いで、アルゴリズムは判定ブロック１２６へ進み、ＭＥＭＳ動作フラグがセットされているか否か判定される。動作フラグがセットされていなければ、アルゴリズムは流れ図の中央に示される経路に沿って進行し、ブロック１２８へ進む。ブロック１２８では、ブロック１２２からの情報が更新（第１のパルス時間および動作電流の計算）される。判定ブロック１３０では、再度ＭＥＭＳ抵抗が読まれて基準抵抗と比較される。ＭＥＭＳ抵抗が基準抵抗と比較して許容範囲内にあると、アルゴリズムは判定ブロック１２６に戻り、動作フラグがセットされているか否か再度判定される。ＭＥＭＳ抵抗が高すぎると、アルゴリズムはブロック１３２へ進み、リセット・フラグをセットしてコントローラを動作不能にし、ローＥＤ（図示せず）が点灯してＭＥＭＳが過熱していることを示す。任意選択で、ローＥＤを使用する代わりに、他のコントローラがユニットの運転停止について通知を受けるように、「過熱フラグ」がセットされて他のコントローラに伝達されてもよい。アルゴリズムは判定ブロック１２６に戻って継続し、ＭＥＭＳが十分に冷えた後、リセット・フラグをキャンセルし、かつローＥＤを消灯させる。任意選択の過熱フラグも、もし含まれていればキャンセルされる。
【００４１】
再び判定ブロック１２６に戻って、ＭＥＭＳ動作フラグがセットされていると、アルゴリズムは流れ図の左下側に示された経路に沿って進行し、ブロック１３６へ進む。ブロック１３６では、アルゴリズムは、マイクロバルブ・アクチュエータに電源を接続する電子スイッチに初期信号を供給するようにコントローラに指示する。電源が初期の定電圧を印加し、アクチュエータを通って電流が流れ始める。初期の定電圧は、個別のシステム次第で、マイクロバルブを開くか閉じるかのいずれかによってマイクロバルブを始動させるのに有効である。一般に、初期電圧は完全にオンになり、持続時間は比較的短い。
【００４２】
初期電圧がオンにされた後、判定ブロック１３８でスイッチ・オン・フラグが調べられ、オン状態が確認される。初期のスイッチ・オン・フラグがセットされているのが確認されると、アルゴリズムは判定ブロック１４０に進み、ＭＥＭＳ抵抗が再度調べられて、高すぎないことが確認される。ＭＥＭＳ抵抗が高すぎると、アルゴリズムはブロック１３２に戻り、前述のように進む。ＭＥＭＳ抵抗が許容範囲内にあると、アルゴリズムは判定ブロック１４２に進み、初期電圧用に設定された時間が経過したか否か判定される。未経過であると、アルゴリズムは戻って、ブロック１３８でスイッチ・オン・フラグを調べる。初期電圧の持続時間が経過するまで、アルゴリズムは流れ図の左下隅のループ内で継続する。
【００４３】
初期電圧用に設定された時間が経過した後、アルゴリズムはブロック１４４へ進んで流れ図の右上隅に示されたパルス幅変調（ＰＷＭ）ループへ進む。ブロック１４４では、ＰＷＭ電圧の初期のデューティ・サイクルが算定されて設定される。次いで、アルゴリズムはブロック１４６に続き、ＰＷＭ電圧が起動される。アルゴリズムは、マイクロバルブ・アクチュエータに電源を接続する電子スイッチにパルス幅変調された信号を接続するように、コントローラに指示する。その結果生じるＰＷＭ電圧は、初期電圧より少ない使用電力でマイクロバルブの動作（マイクロバルブを開または閉に保つこと）を継続させるのに有効である。
【００４４】
ＰＷＭ電圧が起動された後、判定ブロック１４８で動作フラグが調べられる。フラグがまだセットされたままであると、判定ブロック１５０でＭＥＭＳ抵抗が調べられる。ＭＥＭＳ抵抗が許容範囲内であると、アルゴリズムは判定ブロック１５２に進み、ＰＷＭループ時間が経過したかどうか調べて判断する。ＰＷＭループ時間が未経過であると、アルゴリズムはブロック１４８へ戻り、動作フラグが再度調べられ、ブロック１５０に進んでＭＥＭＳ抵抗が調べられ、次いでブロック１５２へ続いてＰＷＭループ時間が再度調べられる。ＰＷＭループ時間が経過した後、アルゴリズムはブロック１４４に戻り、デューティ・サイクルが再計算されて設定され得る。次いで、ブロック１４６では、ＰＷＭは新規のデューティ・サイクルで継続する。このように、ＰＷＭデューティ・サイクルは調節され得る。このように、ＰＷＭは、判定ブロック１４８で動作フラグがリセットされてプロセスが終了するまで継続する。
【００４５】
別の一実施形態（図示せず）では、コントローラ内部のレジスタ上でＰＷＭデューティ・サイクルを設定することによりアルゴリズムを単純化することができる。その実施形態では、アルゴリズムのＰＷＭ部分は、ＰＷＭを起動し、フラグを調べ、ＭＥＭＳ抵抗を調べることから構成される。
【００４６】
マイクロコントローラ・ベースのＭＥＭコントローラのブロック図
図６は、本発明を実施するために使用することができる、１５４で全体的に示されたマイクロコントローラ・ベースのＭＥＭコントローラのブロック図である。ＭＥＭＳコントローラ１５４はマイクロコントローラ１５６を含む。任意の適当なマイクロコントローラを使用することができるが、好ましい実施形態では、マイクロコントローラはマイクロチップ社のモデル（Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ ｍｏｄｅｌ）ＰＩＣ１６Ｃ７３Ａマイクロプロセッサである。
【００４７】
ＭＥＭＳコントローラ１５４は、バッテリー１５８として示される電源を含む。バッテリー１５８は、レギュレータ、好ましくは低ドロップアウト（ローＤＯ）レギュレータ１６０に接続される。バッテリーからの電源電圧が低下すると、ローＤＯレギュレータ１６０は回路への定出力電圧を維持する。
【００４８】
ＭＥＭＳコントローラ１５４は、ブロック１６２に示されるプリドライバ（ｐｒｅｄｒｉｖｅｒ）およびドライバ（ｄｒｉｖｅｒ）も含む。任意選択で、プリドライバは省略されてもよい。バッテリー１５８は、一般に電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であるドライバへ電圧を供給する。プリドライバは、マイクロプロセッサとＦＥＴのゲートの間のバッファとして作用する。マイクロプロセッサから信号を受け取り次第、プリドライバはドライバをオンに切り換える。動作すると同時に、ドライバは電子スイッチとして稼動し、マイクロバルブ・アクチュエータ１６４に電圧を供給する。
【００４９】
「電圧サンプリング」という名称を与えられたブロック１６６は、ドライバ１６２とマイクロコントローラ１５６の間に接続され、マイクロコントローラ１５６へＭＥＭＳ１６４の両端の電圧をフィードバックする。電圧サンプリング１６６は、分圧器およびマイクロコントローラ１５６のＡ／Ｄコンバータに接続されるバッファ増幅器を含む。バッファ増幅器は、マイクロコントローラ１５６用の保護を提供する。あるいは、この目的に１組の抵抗を使用してもよい。
【００５０】
図の右下隅に示されるように、ＭＥＭＳ１６４からアース１６９に接続されているサンプリング抵抗１６８まで電流が流れる。サンプリング抵抗１６８は、ＭＥＭＳを通る電流に比例した電圧をマイクロコントローラ１５６へフィードバックする。次いで、この電圧はアース１６９に向かう。標準的な差動型演算増幅器である第１の増幅器１７０がサンプリング抵抗１６８に接続され、サンプリング抵抗１６８の両端の電圧を検出する。第１の増幅器１７０は、マイクロコントローラ１５６のＡ／Ｄコンバータに接続される。あるいは、サンプリング抵抗１６８は、マイクロコントローラ１５６のＡ／Ｄコンバータに直接接続されてもよい。好ましい実施形態は電流サンプリング抵抗１６８利用するが、本発明は、電流サンプリング集積回路（ＩＣ）を用いても実施され得る。
【００５１】
ＭＥＭＳコントローラ１５４は、ブロック１７２に示されるバッファおよび低域通過（ローＰ）フィルタも含む。第１の増幅器１７０からの出力電圧が、出力に抵抗およびコンデンサを有する演算増幅器から構成されるローＰフィルタに印加される。マイクロコントローラ１５６を保護するためにバッファが与えられている。バッファおよびローＰフィルタ１７２は、マイクロコントローラ１５６のＡ／Ｄコンバータに接続される。あるいは、バッファをコンデンサおよび一対の抵抗と取り替えてもよい。
【００５２】
ＭＥＭＳコントローラ１５４は、マイクロコントローラ１５６に接続されるＲＳ−２３２インタフェース１７４も含む。ＲＳ−２３２インタフェース１７４は、マイクロコントローラ１５６とコンピュータまたは他のデバイス（図示せず）の間のデータの交換を可能にする。
【００５３】
ＭＥＭＳコントローラ１５４は、さらに入力１および入力２として示された２つの入力を含む。入力の一方は、コントローラ１５４の動作信号を受け取る。他方の入力は、マイクロバルブがアンチロック・ブレーキ・システムの一部であるとき、制動条件などマイクロバルブの機能を含む別のパラメータに関係してよい。いくつかの実施形態では、入力端上にスイッチが有って、入力をハイ（ｈｉｇｈ）またはロー（ｌｏｗ）に調節することができる。入力保護１７６が、入力とマイクロコントローラ１５６の間に与えられる。例えば、入力保護をもたらすために抵抗を使用することができる。図６には２つの入力が示されているが、本発明は、入力１だけでも実施され得る。そのうえ、一方または両方の入力が、従来型のインタフェースを介して別のマイクロコントローラから通信され得る。
【００５４】
一対のレベル設定ポテンショメータ（ｐｏｔ）１７８もマイクロコントローラ１５６に接続される。これらのポテンショメータは、マイクロコントローラ１５６内で選択された閾値を設定するために調節され得る。例えば、これらは初期電圧およびＰＷＭ電圧用の電圧レベルを設定するのに使用され得る。コントローラの動作を助長するために、マイクロコントローラ１５６に第２のクロック１８０が接続される。コントローラ１５４の調節またはトラブルシューティングを容易にするために、マイクロコントローラ１５６に複数のローＥＤ表示器１８２が接続される。
【００５５】
ＭＥＭＳコントローラの第１の別の実施形態のブロック図
図７Ａおよび図７Ｂは、本発明を実施するために使用することができるＭＥＭＳコントローラ１８４および関連するシステム構成要素の第１の別の実施形態のブロック図である。図７Ａは、ＭＥＭＳコントローラ１８４がどのようにシステムの他の構成要素に関するかを説明するために、これを単一ブロックとして示すが、図７ＢはＭＥＭＳコントローラ１８４の様々な構成要素を詳細に示す。図６に示された実施形態とは対照的に、ＭＥＭＳコントローラ１８４のこの実施形態はマイクロコントローラを含まない。図６に示される構成要素に似ているＭＥＭＳコントローラ１８４の構成要素は、同じ数字の識別子を有する。
【００５６】
以下のステップは、ＭＥＭＳコントローラの動作を手短に要約する。
【００５７】
（１）ＭＥＭＳコントローラ１８４へ始動信号が送られて動作を開始させる。始動信号は反転バッファ１９８によって反転される。反転バッファ１９８は、ＮＯＲイネーブル２００すなわちＮＯＲゲートに接続される。反転された始動信号が、反転バッファ１９８からＮＯＲイネーブル２００へ送られる。ｏｎ／ＰＷＭ選択器２０４もＮＯＲイネーブル２００に接続される。いずれかの入力が「ハイ」であるとＮＯＲイネーブル２００の出力はゼロであり、両方の入力がゼロであると出力はハイである。ＮＯＲイネーブル２００は、プリドライバおよびドライバの１６２に接続される。ｏｎ／ＰＷＭ選択器２０４は当初オフであり、したがって、プリドライバ１６２の別の入力端子にもゼロが出る。ＮＯＲイネーブル２００の両方の入力がゼロであるので、ＮＯＲの出力はハイになり、ドライバ１６２がオンに切り換わる。
【００５８】
（２）ワンショット・タイマ（ｏｎｅ ｓｈｏｔ ｔｉｍｅｒ）２０２が、反転バッファ１９８とｏｎ／ＰＷＭ選択器２０４の間に接続される。ワンショット・タイマ２０２も始動信号によって始動される。タイマ２０２は、初期電圧の終了する時間Ｔ１に時間を設定される。
【００５９】
（３）時間満了になり次第、ｏｎ／ＰＷＭ選択器２０４がオンに切り換わり、ＮＯＲイネーブル２００にＰＷＭ波を供給する。ＮＯＲイネーブル２００のＰＷＭ入力がハイのとき、ドライバ１６２が停止される。ＰＷＭがロー（ゼロ）のとき、ドライバ１６２はオンに戻される。
【００６０】
（４）始動信号がゼロに向かう（なった）とき、反転バッファ１９８は対応するＮＯＲ入力端子を「ハイ」にし、ドライバ１６２が停止される。そのうえ、本発明は、始動信号の継続が終わり次第、上記サイクル中のどの時点でもドライバ１６２が停止されることを考えている。
【００６１】
完全オン状態の時間が満了すると、ＰＷＭコンパレータ２０６が動作可能になる。ＰＷＭコンパレータ２０６からの出力は、プリドライバとドライバの１６２を駆動する。ＰＷＭコンパレータ２０６は、２つの入力を有する。１つの入力はＰＷＭ発振器２０８であり、三角波と周波数のセット（ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ ｗａｖｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｅｔ）を出力する。デューティ・サイクルは、電流設定およびループ・ゲインのブロック２１０によって設定されたＰＷＭコンパレータ２０６の閾値によって決定される。ＰＷＭコンパレータ２０６のレベルは、電流設定ポテンショメータの電圧から第１の増幅器１７０によって増幅されたサンプリング抵抗１６８の電圧を引いた差をとることにより設定される。この差は、電流設定（ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｅｔ）およびループ・ゲイン増幅器２１０を介して、次いでＰＷＭコンパレータを２０６に印加され、ＰＷＭコンパレータ２０６のレベルを設定する。したがって、第１の増幅器１７０は差動のサンプリング抵抗１６８の信号電圧を得て、それをシングル・エンド出力に変える。
【００６２】
ＰＷＭ電流は、電流設定およびループ・ゲイン増幅器２１０に含まれるポテンショメータで設定される。この電流が、コントローラ内の出力調節レベルを設定する。コントローラを多かれ少なかれ感度よくするために、増幅器２１０もループ・ゲイン調節器を含む。
【００６３】
要約すると、ＭＥＭＳコントローラ１８４はＰＷＭ発振器２０８を含み、これは三角波の形をしているＰＷＭ信号を生成する。コントローラ１８４は、パルスを作動させる（換言すれば、パルスのリーディング・エッジを確立する）ための三角波上のポイントを確立するバイアス設定器を含む。電流設定およびループ・ゲイン増幅器２１０からのスイッチ・ポイントのレベルを増加させると、デューティ・サイクルが増加する。
【００６４】
第１の増幅器の信号が設定されたバイアス・レベル未満であると、ＰＷＭコンパレータ２０６はデューティ・サイクルをより長くする。デューティ・サイクルがより長くなると、電流が増加する。電流が増加すると第１の増幅器１７０は高電圧を出力し、これがデューティ・サイクル低下の原因となる。このように、ＭＥＭＳコントローラ１８４は負帰還ループを含む。換言すれば、電流が存在しないとき、ある電流レベルが設定されていると、ＰＷＭは大きなデューティ・サイクルを有する。次いで、増加した電流により第１の増幅器１７０の出力が増加するのにつれて、ＰＷＭコンパレータ２０６が応答してそのデューティ・サイクルを低下させる。ＰＷＭコンパレータ２０６は、デューティ設定に近い均衡点に来る。別の実施形態として、このシステムで十分なＰＩＤ調節器を作成することもできる。
【００６５】
ＭＥＭＳコントローラの第２の別の実施形態のブロック図
図８は、本発明を実施するために使用することができるＭＥＭＳコントローラ２１２および関連するシステム構成要素の別の一実施形態のブロック図である。ＭＥＭＳコントローラ２１２のこの実施形態もまたマイクロプロセッサを含まない。図６および図７Ｂに示された構成要素に似ているＭＥＭＳコントローラ２１２の構成要素は同じ数字の識別子を有する。ＭＥＭＳコントローラ２１２は、図７Ｂに示されたＭＥＭＳコントローラ１８４と同じ論理を使用するが、異なったＰＷＭ始動方法を含む。すなわち、ＭＥＭＳコントローラ２１２はＯＮ／ＰＷＭ選択器を含まない。前述のコントローラ１８４のように電圧を完全にオンにして次いで電圧を低下させる代わりに、図８のコントローラ２１２は、プロセスが進められる２つの電圧レベルを設定するハイ／ロー電流設定器２１３を含む。一方は最初のターンオン・レベル（初期電圧）に相当する高電圧レベルであり、他方はパルス電圧に相当する低電圧レベルすなわち動作レベルである。コントローラ２１２のこの実施形態は、そもそも電圧が完全にオンになる必要がなく、初期電圧に関連した電圧の量を制御することができ、また、動作ＰＷＭ電圧に関連した電圧の量を制御することができる。
【００６６】
より詳細には、ＭＥＭＳコントローラ２１２は、始動信号を受け取り次第起動するワンショット・タイマ２０２を含む。時間が始動される一方で、ハイ／ロー電流設定器２１３は、バッファ増幅器２１５に初期電圧パルスに相当する高電圧値を供給する。ワンショット・タイマ２０２が時間満了となり次第、ハイ／ロー電流設定器２１３は、バッファ増幅器にＰＷＭ電圧に相当する低電圧を供給する。サンプリング抵抗１６８の両端でサンプリングされた、ＭＥＭＳ１６４を通る電流に比例する電圧は、バッファ増幅器およびレベル入力２１４を経由する。バッファ増幅器およびレベル入力２１４は、サンプリングされた電圧を所望の電圧と比較する。バッファ増幅器２１５からの電圧と第１の増幅器１７０からの電圧が比較され、コントローラ２１２がこれら２つの電圧間の差を小さくするように作用する。バッファ増幅器２１５からの電圧が第１の増幅器１７０からの電圧より大きいと、コントローラ２１２はＰＷＭ電圧のデューティ・サイクルを増加させる。バッファ増幅器２１５からの電圧が、第１の増幅器１７０からの電圧より小さいと、コントローラ２１２はＰＷＭ電圧のデューティ・サイクルを低下させる。これはコントローラによる負帰還システムである。ボックス２１６内に示されるように、ループ・ゲインが調整され得る。
【００６７】
前述のように、コントローラはＰＷＭ発振器２０８も含む。ＰＷＭ発振器２０８によって三角波の形をしている電圧が生成される。ループ・ゲイン設定器２１６からの電圧レベルがこの三角波と共に働いて、ＰＷＭコンパレータ２０６によって生成されたデューティ・サイクルを決定する。換言すれば、ＰＷＭ発振器２０８が三角波を生成するので、ループ・ゲイン設定器２１６からの電圧レベルが増加するとデューティ・サイクルが増加し、一方、ループ・ゲイン設定器２１６からの電圧レベルが低下するとデューティ・サイクルが低下する。繰り返しになるが、これはコントローラ２１２による負帰還の形である。
【００６８】
特許制定法の条項に従って、本発明の原理および動作モードが、その好ましい実施形態で説明され図示されてきた。しかし、その精神および範囲から逸脱することなく、特に説明され図示された通りの他に、本発明が実施され得ることが理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１Ａ】本発明によって制御され得るアクチュエータを有するマイクロバルブ・デバイスの上面図である。この図は、第１の位置にあるマイクロバルブ・デバイスを示すために部分的に剥離されている。
【図１Ｂ】マイクロバルブ・デバイスが第２の位置に示されていることを除けば図１Ａに類似した図である。
【図２】図１Ａの線２−２に沿って得られたマイクロバルブ・デバイスの断面図である。
【図３Ａ】本発明によるＭＥＭＳコントローラによってマイクロバルブ・デバイスのアクチュエータに供給された電圧の時間に対するグラフである。
【図３Ｂ】本発明によるＭＥＭＳコントローラによってマイクロバルブ・デバイスのアクチュエータに供給された電圧の時間に対するグラフである。
【図３Ｃ】本発明によるＭＥＭＳコントローラによってマイクロバルブ・デバイスのアクチュエータに供給された電圧の時間に対するグラフである。
【図４Ａ】本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる単純化された制御アルゴリズムの流れ図である。
【図４Ｂ】本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる単純化された制御アルゴリズムの流れ図である。
【図５】本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる、より詳細な制御アルゴリズムの流れ図である。
【図６】本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる、マイクロコントローラ・ベースのＭＥＭＳコントローラのブロック図である。
【図７Ａ】本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる、ＭＥＭＳコントローラの第１の実施形態のブロック図である。
【図７Ｂ】本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる、ＭＥＭＳコントローラの第１の別の実施形態のブロック図である。
【図８】本発明によってマイクロバルブ・アクチュエータを制御するために使用することができる、ＭＥＭＳコントローラの第２の別の実施形態のブロック図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）コントローラから、マイクロバルブを動作させるのに有効な初期の定電圧をアクチュエータに供給するステップと、
（ｂ）前記コントローラから、前記マイクロバルブの前記動作を継続させるのに有効なパルス電圧を前記アクチュエータに供給するステップとを含み、前記コントローラを使用して前記アクチュエータに電圧を供給する、マイクロバルブのアクチュエータの制御方法。
【請求項２】
前記パルス電圧がパルス幅変調された電圧である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コントローラが少なくとも１個のスイッチに接続されて前記スイッチに初期信号およびパルス信号を供給し、前記スイッチが前記初期電圧および前記パルス幅変調された電圧に応答して電源からの電力を調整し、前記アクチュエータに初期信号およびパルス信号を供給する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ｂ）で供給された前記パルス幅変調された電圧が、約２００ハイｚから約１００，０００ハイｚの範囲内の周波数を有する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ａ）で供給された前記初期電圧が、約１ミリ秒から約１０００ミリ秒の範囲内の持続時間を有する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ステップ（ｂ）の期間、前記パルス電圧のデューティ・サイクルが一定である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ステップ（ｂ）の期間、前記パルス幅変調された電圧が複数のデューティ・サイクルを有する請求項５に記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ｂ）の期間、最小のデューティ・サイクルが維持される請求項５に記載の方法。
【請求項９】
ステップ（ｂ）の期間、前記デューティ・サイクルが連続的に変化する請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記アクチュエータが熱アクチュエータである請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
前記初期電圧が所定の持続時間を有する請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記コントローラが、トリガ信号に応答して前記アクチュエータに前記電圧を供給する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記マイクロバルブが自動車システムの構成要素である請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ステップ（ｂ）の期間に供給される前記電圧が、一定のオン時間および可変周波数を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記コントローラがトリガを受け取り次第、ステップ（ａ）における前記定電圧が供給される請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
所定の期間が経過すると直ちにステップ（ｂ）における前記パルス電圧が供給される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ステップ（ｂ）が、前記マイクロバルブ・アクチュエータの電流の大きさに応答して前記マイクロバルブ・アクチュエータを流れる電流の大きさを検出し、かつ前記パルス電圧の前記デューティ・サイクルを調節するステップを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
入力ポートおよび出力ポートを有し、前記入力ポートでのトリガ信号に応答して前記出力ポートに所定の時間一定の出力信号を生成し、その後前記出力ポートにパルス出力信号を生成する論理回路と、
電源とマイクロバルブ・アクチュエータの間に接続されるように適合され、前記論理回路の出力ポートに接続された制御ポートを有し、前記マイクロバルブ・アクチュエータに初期の定電圧を供給するために、前記出力信号に応答して前記所定の時間閉じ、次いで、前記マイクロバルブ・アクチュエータにパルス電圧を供給するために、前記パルス出力信号に応答して交互に開閉する通常開のスイッチとを備える、マイクロバルブのアクチュエータを制御するためのコントローラ。
【請求項１９】
前記アクチュエータが熱アクチュエータであり、前記コントローラが前記アクチュエータの温度に比例するフィードバック信号を受け取り、前記フィードバック信号が所定の閾値を超えたとき前記論理回路が前記アクチュエータの電源を切るルーチンを含む請求項１８に記載のコントローラ。
【請求項２０】
前記パルス出力信号がパルス幅変調された出力信号である請求項１９に記載のコントローラ。
【請求項２１】
前記論理回路が、前記一定の出力信号および前記パルス幅変調された出力信号の両方の持続時間を決定する請求項２０に記載のコントローラ。
【請求項２２】
前記コントローラが電源をさらに含む請求項１９に記載のコントローラ。
【請求項２３】
前記論理回路がマイクロプロセッサをさらに含む請求項２２に記載のコントローラ。
【請求項２４】
前記通常開のスイッチが電子スイッチであり、さらに前記コントローラが前記マイクロプロセッサと前記電子スイッチの前記制御ポートの間に接続されたドライバを含み、前記ドライバが前記マイクロプロセッサによって生成された出力信号に応答して前記電子スイッチを導通状態と非導通状態の間で遷移させる原因となる請求項２３に記載のコントローラ。
【請求項２５】
前記コントローラが、前記入力ポートと前記一定の出力信号または前記パルス幅変調された出力信号のいずれかを選択する前記ドライバとの間のワンショット・タイマをさらに含む請求項２２に記載のコントローラ。
【請求項２６】
前記コントローラが、前記ドライバに効果的に接続されたコンパレータおよび前記コンパレータに接続された発振器をさらに含み、前記発振器が前記パルス幅変調された信号を生成して前記コンパレータに前記信号を送り、前記コンパレータが前記パルス幅変調された信号の前記デューティ・サイクルを調節して前記ドライバに前記調整された信号を送る請求項２５に記載のコントローラ。
【請求項２７】
前記コントローラが、前記マイクロバルブ・アクチュエータを通って流れる電流の大きさを検出するためのセンサおよび前記マイクロバルブ・アクチュエータに供給される前記パルス電圧のための負帰還ループをさらに含み、増加したアクチュエータ電流に応答して前記パルス出力信号の前記デューティ・サイクルを低下させ、減少したアクチュエータ電流に応答して前記パルス出力信号の前記デューティ・サイクルを増加させる請求項２６に記載のコントローラ。
【請求項２８】
前記出力信号が一定のオン時間および可変周波数を有する請求項１９に記載のコントローラ。
【請求項１】
（ａ）コントローラから、マイクロバルブを動作させるのに有効な初期の定電圧をアクチュエータに供給するステップと、
（ｂ）前記コントローラから、前記マイクロバルブの前記動作を継続させるのに有効なパルス電圧を前記アクチュエータに供給するステップとを含み、前記コントローラを使用して前記アクチュエータに電圧を供給する、マイクロバルブのアクチュエータの制御方法。
【請求項２】
前記パルス電圧がパルス幅変調された電圧である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コントローラが少なくとも１個のスイッチに接続されて前記スイッチに初期信号およびパルス信号を供給し、前記スイッチが前記初期電圧および前記パルス幅変調された電圧に応答して電源からの電力を調整し、前記アクチュエータに初期信号およびパルス信号を供給する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ｂ）で供給された前記パルス幅変調された電圧が、約２００ハイｚから約１００，０００ハイｚの範囲内の周波数を有する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ａ）で供給された前記初期電圧が、約１ミリ秒から約１０００ミリ秒の範囲内の持続時間を有する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ステップ（ｂ）の期間、前記パルス電圧のデューティ・サイクルが一定である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ステップ（ｂ）の期間、前記パルス幅変調された電圧が複数のデューティ・サイクルを有する請求項５に記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ｂ）の期間、最小のデューティ・サイクルが維持される請求項５に記載の方法。
【請求項９】
ステップ（ｂ）の期間、前記デューティ・サイクルが連続的に変化する請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記アクチュエータが熱アクチュエータである請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
前記初期電圧が所定の持続時間を有する請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記コントローラが、トリガ信号に応答して前記アクチュエータに前記電圧を供給する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記マイクロバルブが自動車システムの構成要素である請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ステップ（ｂ）の期間に供給される前記電圧が、一定のオン時間および可変周波数を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記コントローラがトリガを受け取り次第、ステップ（ａ）における前記定電圧が供給される請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
所定の期間が経過すると直ちにステップ（ｂ）における前記パルス電圧が供給される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ステップ（ｂ）が、前記マイクロバルブ・アクチュエータの電流の大きさに応答して前記マイクロバルブ・アクチュエータを流れる電流の大きさを検出し、かつ前記パルス電圧の前記デューティ・サイクルを調節するステップを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
入力ポートおよび出力ポートを有し、前記入力ポートでのトリガ信号に応答して前記出力ポートに所定の時間一定の出力信号を生成し、その後前記出力ポートにパルス出力信号を生成する論理回路と、
電源とマイクロバルブ・アクチュエータの間に接続されるように適合され、前記論理回路の出力ポートに接続された制御ポートを有し、前記マイクロバルブ・アクチュエータに初期の定電圧を供給するために、前記出力信号に応答して前記所定の時間閉じ、次いで、前記マイクロバルブ・アクチュエータにパルス電圧を供給するために、前記パルス出力信号に応答して交互に開閉する通常開のスイッチとを備える、マイクロバルブのアクチュエータを制御するためのコントローラ。
【請求項１９】
前記アクチュエータが熱アクチュエータであり、前記コントローラが前記アクチュエータの温度に比例するフィードバック信号を受け取り、前記フィードバック信号が所定の閾値を超えたとき前記論理回路が前記アクチュエータの電源を切るルーチンを含む請求項１８に記載のコントローラ。
【請求項２０】
前記パルス出力信号がパルス幅変調された出力信号である請求項１９に記載のコントローラ。
【請求項２１】
前記論理回路が、前記一定の出力信号および前記パルス幅変調された出力信号の両方の持続時間を決定する請求項２０に記載のコントローラ。
【請求項２２】
前記コントローラが電源をさらに含む請求項１９に記載のコントローラ。
【請求項２３】
前記論理回路がマイクロプロセッサをさらに含む請求項２２に記載のコントローラ。
【請求項２４】
前記通常開のスイッチが電子スイッチであり、さらに前記コントローラが前記マイクロプロセッサと前記電子スイッチの前記制御ポートの間に接続されたドライバを含み、前記ドライバが前記マイクロプロセッサによって生成された出力信号に応答して前記電子スイッチを導通状態と非導通状態の間で遷移させる原因となる請求項２３に記載のコントローラ。
【請求項２５】
前記コントローラが、前記入力ポートと前記一定の出力信号または前記パルス幅変調された出力信号のいずれかを選択する前記ドライバとの間のワンショット・タイマをさらに含む請求項２２に記載のコントローラ。
【請求項２６】
前記コントローラが、前記ドライバに効果的に接続されたコンパレータおよび前記コンパレータに接続された発振器をさらに含み、前記発振器が前記パルス幅変調された信号を生成して前記コンパレータに前記信号を送り、前記コンパレータが前記パルス幅変調された信号の前記デューティ・サイクルを調節して前記ドライバに前記調整された信号を送る請求項２５に記載のコントローラ。
【請求項２７】
前記コントローラが、前記マイクロバルブ・アクチュエータを通って流れる電流の大きさを検出するためのセンサおよび前記マイクロバルブ・アクチュエータに供給される前記パルス電圧のための負帰還ループをさらに含み、増加したアクチュエータ電流に応答して前記パルス出力信号の前記デューティ・サイクルを低下させ、減少したアクチュエータ電流に応答して前記パルス出力信号の前記デューティ・サイクルを増加させる請求項２６に記載のコントローラ。
【請求項２８】
前記出力信号が一定のオン時間および可変周波数を有する請求項１９に記載のコントローラ。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【公表番号】特表２００８−５０８４８５（Ｐ２００８−５０８４８５Ａ）
【公表日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５２３５４６（Ｐ２００７−５２３５４６）
【出願日】平成１７年４月１３日（２００５．４．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１２７１２
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０２２８８３
【国際公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【出願人】（５９９１５３４９３）ケルシ・ヘイズ、カムパニ (7)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１３日（２００５．４．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１２７１２
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０２２８８３
【国際公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【出願人】（５９９１５３４９３）ケルシ・ヘイズ、カムパニ (7)
【Ｆターム（参考）】
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