(57)【要約】弁の上部機構内で単一部品として取り扱うことができる小型のユニット化された機械的リンク機構が、制御弁において圧電アクチュエータースタックの力及び動きを可動部材に伝達する。リンク機構の部品は少数であり、その全ては低コストで作製することができる。リンク機構組立体は、スラストプレート本体を有するスラストプレートであって、スラストプレート本体に形成されたとともに、スラストプレート本体を通って軸方向に延在する複数の貫通スロットを有する、スラストプレートと、伸長式弁アクチュエーターに係合する昇降ハウジングであって、昇降ハウジングから垂下して複数の貫通スロットのうちの少なくとも１つを通って延在する複数の突出部を有する昇降ハウジングと、弁ハウジングに固定され、複数の突出部を包囲するリングナットであって、スラストプレートを弁ハウジングに固定する、リングナットと、複数の突出部に固定され、可動部材に固定可能な昇降部材とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸長式弁アクチュエーターと、弁の弁ハウジングの可動部材とを動作的に連結するリンク機構組立体において、
軸方向に延設され貫通する複数の貫通スロットが形成されたスラストプレート本体を有するスラストプレートと、
前記伸長式弁アクチュエーターに係合する昇降ハウジングであって、該昇降ハウジングから垂下して前記複数の貫通スロットのうちの少なくとも１つを通って延びる複数の突出部を有する昇降ハウジングと、
前記弁ハウジングに固定され、前記複数の突出部を包囲し、前記スラストプレートを前記弁ハウジングに固定するリングナットと、
前記複数の突出部に固定され、前記可動部材に固定可能な昇降部材とを具備するリンク機構組立体。
【請求項２】
前記スラストプレート本体に取り付けられるとともに、前記昇降ハウジングに取り付けられ、前記昇降ハウジング内で前記スラストプレート本体の上端部を中心位置決めし、前記複数の突出部と前記複数の貫通スロットとの間に角度割り出しをもたらす、ガイドディスクを更に備える請求項１に記載のリンク機構組立体。
【請求項３】
前記ガイドディスクは、溶接、少なくとも１つのねじ締結具、及び少なくとも１つのリベットのうちの１つによって前記スラストプレート本体に取り付けられ、前記ガイドディスクは、溶接、少なくとも１つのねじ締結具、及び少なくとも１つのリベットのうちの少なくとも１つによって前記昇降ハウジングに取り付けられる請求項２に記載のリンク機構組立体。
【請求項４】
前記ガイドディスクは、前記スラストプレート本体に形成された少なくとも１つの第１の盲孔に収納される少なくとも１つの第１のリベットによって前記スラストプレート本体に取り付けられ、前記ガイドディスクは、前記昇降ハウジングに形成された少なくとも１つの第２の盲孔に収納される少なくとも１つの第２のリベットによって前記昇降ハウジングに取り付けられる請求項２に記載のリンク機構組立体。
【請求項５】
前記昇降ハウジングは、円筒形であり、前記複数の突出部は、前記昇降ハウジングの下端部に対称的に配置された２つの弧状の突出部を有し、該２つの弧状の突出部は、該２つの弧状の突出部間に周方向に形成された２つの切欠き部によって周方向に離隔する請求項１に記載のリンク機構組立体。
【請求項６】
前記複数の貫通スロットは、前記スラストプレート本体に対称的に配置された２つの弧状の貫通スロットを有し、該弧状の貫通スロットは、前記スラストプレート本体の径方向の架橋部によって分離される請求項５に記載のリンク機構組立体。
【請求項７】
前記スラストプレートは、全体直径の下側本体部分に接続される低減直径の上側本体部分を有し、該上側本体部分は、前記径方向の架橋部によって前記下側本体部分に接続される請求項６に記載のリンク機構組立体。
【請求項８】
前記スラストプレート本体は、該スラストプレート本体の前記上側本体部分に中心を置くボタンを備え、該ボタンは、前記伸長式弁アクチュエーターに接触するように構成されている請求項７に記載のリンク機構組立体。
【請求項９】
前記リングナットは、弁ハウジングの嵌合する雌ねじ付きカウンターボアに係合し、前記スラストプレート本体を前記弁ハウジングに固定するように、雄ねじが付けられている請求項８に記載のリンク機構組立体。
【請求項１０】
前記リングナットの円錐状表面は、前記スラストプレートの周方向領域に嵌合し、該周方向領域は、前記リングナットの前記円錐状表面が前記スラストプレートの前記周方向領域に対して締め付けられるとき、前記弁ハウジング内で前記スラストプレートを調心するように、肩部アールを有する請求項９に記載のリンク機構組立体。
【請求項１１】
前記可動部材は、常時閉ダイアフラム弁の制御シャフトであり、該制御シャフトは、前記常時閉ダイアフラム弁のオリフィスリッジにシール係合するように構成された制御プレート本体に固定され、前記昇降部材は、前記制御シャフトに螺合する雌ねじ付き穴を有する請求項１０に記載のリンク機構組立体。
【請求項１２】
前記スラストプレート本体に取り付けられるとともに前記昇降ハウジングに取り付けられ、前記昇降ハウジング内で前記スラストプレート本体の上端部を調心し、前記複数の突出部と前記複数の貫通スロットとの間に角度割り出しをもたらす、ガイドディスクを更に備え、該ガイドディスクは、前記スラストプレート本体内に形成された少なくとも１つの第１の盲孔に収納される少なくとも１つの第１のリベットによって前記スラストプレート本体に取り付けられるとともに、前記昇降ハウジングに形成された少なくとも１つの第２の盲孔に収納される少なくとも１つの第２のリベットによって前記昇降ハウジングに取り付けられる請求項１１に記載のリンク機構組立体。
【請求項１３】
前記昇降部材は、円形状を有するとともに、周方向段部を有し、各突出部は、前記昇降部材の前記周方向段部に固定される前記突出部の下端部において段状切欠き部を有する請求項１２に記載のリンク機構組立体。
【請求項１４】
前記昇降部材、前記スラストプレート、前記リングナット、前記昇降ハウジング、及び前記ガイドディスクのそれぞれは、金属材料又はポリマー材料から作製される請求項１３に記載のリンク機構組立体。
【請求項１５】
前記可動部材は、常時閉ダイアフラム弁の制御シャフトであり、該制御シャフトは、前記常時閉ダイアフラム弁のオリフィスリッジにシール係合するように構成された制御プレート本体に固定され、前記昇降部材は、前記制御シャフトに螺合する雌ねじ付き穴を有する請求項１に記載のリンク機構組立体。
【請求項１６】
前記複数の貫通スロットは、前記スラストプレート本体に対称的に配置された少なくとも２つの弧状の貫通スロットを有し、該弧状の貫通スロットは、前記スラストプレート本体の径方向の架橋部によって分離される請求項１に記載のリンク機構組立体。
【請求項１７】
前記リングナットは、弁ハウジングの嵌合する雌ねじ付きカウンターボアに係合し、前記スラストプレート本体を前記弁ハウジングに固定するように、雄ねじが付けられている請求項１に記載のリンク機構組立体。
【請求項１８】
前記昇降部材は、円形状を有するとともに、周方向段部を有し、各突出部は、前記昇降部材の前記周方向段部に固定される前記突出部の下端部において段状切欠き部を有する請求項１に記載のリンク機構組立体。
【請求項１９】
前記伸長式弁アクチュエーターは、圧電スタック、ベローズ、及び空気式ピストンのうちの１つである請求項１に記載のリンク機構組立体。
【請求項２０】
前記弁は、比例調整弁である請求項１に記載のリンク機構組立体。
【請求項２１】
前記弁は、常時閉弁である請求項１に記載のリンク機構組立体。
【請求項２２】
前記複数の突出部は、前記昇降部材に恒久的に取り付けられる請求項１に記載のリンク機構組立体。
【請求項２３】
前記複数の突出部は、溶接によって前記昇降部材に恒久的に取り付けられる請求項２２に記載のリンク機構組立体。
【請求項２４】
前記スラストプレートと、前記複数の突出部と、前記昇降部材とは、軸対称であり、円形状である請求項２２に記載のリンク機構組立体。
【請求項２５】
前記リングナットの円錐状表面は、前記スラストプレートの周方向領域に嵌合し、該周方向領域は、前記弁ハウジング内で前記スラストプレートを調心するように、肩部アールを有する請求項１に記載のリンク機構組立体。
【請求項２６】
前記リンク機構組立体を収納するカウンターボアを有する前記弁ハウジングと組み合わされる請求項１〜２５のいずれか１項に記載のリンク機構組立体。
【請求項２７】
前記弁ハウジング内に形成された低ヒステリシスダイアフラムを更に備える請求項２６に記載のリンク機構組立体。
【請求項２８】
前記低ヒステリシスダイアフラムに固定される制御シャフトと、該制御シャフトの下端部に固定される制御プレート本体とを更に備える請求項２７に記載のリンク機構組立体。
【請求項２９】
前記リンク機構組立体の下で前記カウンターボアに嵌まる押上げばねを更に備え、該押上げばねは、アクチュエーターの予付勢又は追加の遮断力のうちの一方をもたらす請求項２６のリンク機構組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２０１７年１１月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／５８９，０６２号に対する利益を主張する。この米国仮特許出願は、あらゆる目的で引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。本願は、２０１６年６月１５日に出願された「LOW HYSTERESIS DIAPHRAGM FOR A VALVE」と題する米国特許出願第１５／１８２，９７８号、及び２０１５年８月１８日に発行された「EZ-SEAL GASKET FOR JOINING FLUID PATHWAYS」と題する米国特許第９，１０９，７３２号に関連する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の実施形態は、作動時に伸長するアクチュエーターとともに用いるリンク機構に関する。リンク機構は、小型で円形状であり、そのため、ベローズ及び圧電アクチュエーターに関して特に有用となる。本発明の実施形態は、半導体デバイス、医薬品、又はファインケミカルを製造する産業プロセスにおける流体輸送の比例制御又は調整制御のために意図された弁、及び同様の流体輸送システムにおいて特に有用である。
【０００３】
半導体資本設備における高純度の流体を輸送するために、圧電アクチュエーターを常時閉比例弁において使用することが既知である。通常の設計は、作製にコストがかかることの多い多数の別個の部品から構成される比較的複雑な機構によって、そのような弁の内部の可動部材にアクチュエーターの動きを伝達する。個々の部品の数が１ダースを超える機械的組立体も一般的であり、多くの場合、円筒形部材を通る交差穿孔、いくつかの別個のばね及びピン、切頭形状又は多角形状等を含む。例えば、Matsumoto他に対して発行された特許文献１は、管状アクチュエーターボックス内の対応する径方向穴を通って突出する連結ピンを捕捉する２つの平行な弦状貫通穴を有する、ディスク形状の第１の予付勢治具と、同心の第２の予付勢治具とを備える。別の例である特許文献２（Hidaka他に対して発行された特許文献３において従来技術として論じられている）は、ハット形状の半円形に分割されたベース部品を挿入された状態で収容する、直径方向に対向するアーチ形状の径方向開口を有して、インバー材料から作製された支持シリンダーを備える。別の例である、Hirose他に対して発行された特許文献４は、下側支持シリンダーを備え、この下側支持シリンダー内において、支持フレームが、ノッチ（支持シリンダー壁にある）を通して水平に配置され、ねじ付き物品が、六角形の内部開口を有する係止ねじ（通常、ブローチ加工によって作製される）によって固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８，１８１，９３２号明細書
【特許文献２】特許第４１１９１０９号
【特許文献３】米国特許第９，１６３，７４３号明細書
【特許文献４】米国特許第９，６２５，０４７号明細書
【発明の概要】
【０００５】
上記を考慮して、本出願人は、容易に作製される低減された数の部品を有し、単一の単純なサブ組立体として取り扱うことができる、常時閉弁における伸長式（プッシュ）アクチュエーターとともに用いる小型円形リンク機構を発明した。伸長式アクチュエーターと弁の可動部材との間の機械的リンク機構の一実施形態は、弁の固定部分に接触するスラストプレートと、スラストプレートにおける軸方向貫通スロットを貫通する２つ以上の突出部を有する可動な隠しフォーク部とを備える。２つ以上の突出部は、可動部材に機械的に接続された昇降ナットに恒久的に取り付けられる。伸長式アクチュエーターは、圧電スタックとすることができる。弁は、比例調整弁とすることができる。いくつかの実施形態において、隠しフォーク状突出部は、溶接によって恒久的に取り付けられる。いくつかの実施形態において、スラストプレート、隠しフォーク部、及び昇降ナットは、軸対称であり、円形状である。いくつかの実施形態において、スラストプレートは、相手側の円錐形状に捕捉されるとスラストプレートの自動的な調心をもたらすように、アールを有する周方向領域を有する。
【０００６】
本開示の１つの態様において、伸長式弁アクチュエーターと弁の弁ハウジングの可動部材とを動作的に連結するリンク機構組立体が提供される。いくつかの実施形態において、リンク機構組立体は、スラストプレートと、伸長式弁アクチュエーターに係合する昇降ハウジングと、リングナットと、昇降部材とを備える。スラストプレートは、スラストプレート本体を有し、スラストプレート本体に形成されるとともに、スラストプレート本体を通って軸方向に延在する複数の貫通スロットを有する。昇降ハウジングは、昇降ハウジングから垂下して複数の貫通スロットのうちの少なくとも１つを通って延在する複数の突出部を有する。リングナットは、弁ハウジングに固定され、複数の突出部を包囲する。リングナットは、スラストプレートを弁ハウジングに固定する。昇降部材は、複数の突出部に固定され、可動部材に固定可能である。
【０００７】
いくつかの実施形態において、リンク機構組立体は、スラストプレート本体に取り付けられるとともに昇降ハウジングに取り付けられ、昇降ハウジング内でスラストプレート本体の上端部を調心し、複数の突出部と複数の貫通スロットとの間に角度割り出しをもたらす、ガイドディスクを更に備える。
【０００８】
いくつかの実施形態において、ガイドディスクは、溶接、少なくとも１つのねじ締結具、及び少なくとも１つのリベットのうちの１つによってスラストプレート本体に取り付けられ、ガイドディスクは、溶接、少なくとも１つのねじ締結具、及び少なくとも１つのリベットのうちの少なくとも１つによって昇降ハウジングに取り付けられる。
【０００９】
いくつかの実施形態において、ガイドディスクは、スラストプレート本体に形成された少なくとも１つの第１の盲孔に収納される少なくとも１つの第１のリベットによってスラストプレート本体に取り付けられ、ガイドディスクは、昇降ハウジングに形成された少なくとも１つの第２の盲孔に収納される少なくとも１つの第２のリベットによって昇降ハウジングに取り付けられる。
【００１０】
いくつかの実施形態において、昇降ハウジングは、円筒形であり、複数の突出部は、昇降ハウジングの下端部に対称的に配置された２つの弧状の突出部を有し、２つの弧状の突出部は、２つの弧状の突出部間に周方向に形成された２つの切欠き部によって周方向に離隔する。
【００１１】
いくつかの実施形態において、複数の貫通スロットは、スラストプレート本体に対称的に配置された２つの弧状の貫通スロットを有し、弧状の貫通スロットは、スラストプレート本体の径方向の架橋部によって分離される。
【００１２】
いくつかの実施形態において、スラストプレートは、全体直径の下側本体部分に接続される低減直径の上側本体部分を有し、上側本体部分は、径方向の架橋部によって下側本体部分に接続される。
【００１３】
いくつかの実施形態において、スラストプレート本体は、スラストプレート本体の上側本体部分に中心を置くボタンを備え、ボタンは、伸長式弁アクチュエーターに接触するように構成されている。
【００１４】
いくつかの実施形態において、リングナットは、弁ハウジングの嵌合する雌ねじ付きカウンターボアに係合し、スラストプレート本体を弁ハウジングに固定するように、雄ねじが付けられている。
【００１５】
いくつかの実施形態において、リングナットの円錐状表面は、スラストプレートの周方向領域に嵌合し、周方向領域は、リングナットの円錐状表面がスラストプレートの周方向領域に対して締め付けられるとき、弁ハウジング内でスラストプレートを調心するように、肩部アールを有する。
【００１６】
いくつかの実施形態において、可動部材は、常時閉ダイアフラム弁の制御シャフトであり、制御シャフトは、常時閉ダイアフラム弁のオリフィスリッジにシール係合するように構成された制御プレート本体に固定され、昇降部材は、制御シャフトに螺合する雌ねじ付き穴を有する。
【００１７】
いくつかの実施形態において、リンク機構組立体は、スラストプレート本体に取り付けられるとともに昇降ハウジングに取り付けられ、昇降ハウジング内でスラストプレート本体の上端部を調心し、複数の突出部と複数の貫通スロットとの間に角度割り出しをもたらす、ガイドディスクを更に備え、ガイドディスクは、スラストプレート本体内に形成された少なくとも１つの第１の盲孔に収納される少なくとも１つの第１のリベットによってスラストプレート本体に取り付けられるとともに、昇降ハウジングに形成された少なくとも１つの第２の盲孔に収納される少なくとも１つの第２のリベットによって昇降ハウジングに取り付けられる。
【００１８】
いくつかの実施形態において、昇降部材は、円形状を有するとともに、周方向段部を有し、各突出部は、昇降部材の周方向段部に固定される突出部の下端部において段状切欠き部を有する。
【００１９】
いくつかの実施形態において、昇降部材、スラストプレート、リングナット、昇降ハウジング、及びガイドディスクのそれぞれは、金属材料又はポリマー材料から作製される。
【００２０】
いくつかの実施形態において、可動部材は、常時閉ダイアフラム弁の制御シャフトであり、制御シャフトは、常時閉ダイアフラム弁のオリフィスリッジにシール係合するように構成された制御プレート本体に固定され、昇降部材は、制御シャフトに螺合する雌ねじ付き穴を有する。
【００２１】
いくつかの実施形態において、複数の貫通スロットは、スラストプレート本体に対称的に配置された少なくとも２つの弧状の貫通スロットを有し、弧状の貫通スロットは、スラストプレート本体の径方向の架橋部によって分離される。
【００２２】
いくつかの実施形態において、リングナットは、弁ハウジングの嵌合する雌ねじ付きカウンターボアに係合し、スラストプレート本体を弁ハウジングに固定するように、雄ねじが付けられている。
【００２３】
いくつかの実施形態において、昇降部材は、円形状を有するとともに、周方向段部を有し、各突出部は、昇降部材の周方向段部に固定される突出部の下端部において段状切欠き部を有する。
【００２４】
いくつかの実施形態において、伸長式弁アクチュエーターは、圧電スタック、ベローズ、及び空気式ピストンのうちの１つである。
【００２５】
いくつかの実施形態において、弁は、比例調整弁である。
【００２６】
いくつかの実施形態において、弁は、常時閉弁である。
【００２７】
いくつかの実施形態において、複数の突出部は、昇降部材に恒久的に取り付けられる。
【００２８】
いくつかの実施形態において、複数の突出部は、溶接によって昇降部材に恒久的に取り付けられる。
【００２９】
いくつかの実施形態において、スラストプレートと、複数の突出部と、昇降部材とは、軸対称であり、円形状である。
【００３０】
いくつかの実施形態において、リングナットの円錐状表面は、スラストプレートの周方向領域に嵌合し、周方向領域は、弁ハウジング内でスラストプレートを調心するように、肩部アールを有する。
【００３１】
いくつかの実施形態において、上述した実施形態のうちのいずれかに係るリンク機構組立体は、リンク機構組立体を収納するカウンターボアを有する弁ハウジングと組み合わされて提供される。いくつかの実施形態において、リンク機構組立体は、弁ハウジング内に形成された低ヒステリシスダイアフラムを更に備える。いくつかの実施形態において、リンク機構組立体は、低ヒステリシスダイアフラムに固定される制御シャフトと、制御シャフトの下端部に固定される制御プレート本体とを更に備える。いくつかの実施形態において、リンク機構組立体は、リンク機構組立体の下でカウンターボアに嵌まる押上げばねを更に備え、押上げばねは、アクチュエーターの予付勢又は追加の遮断力のうちの一方をもたらす。
【００３２】
本開示の別の態様において、伸長式弁アクチュエーターと弁の弁ハウジングの可動部材との間のリンク機構が提供される。リンク機構は、弁ハウジングに取り付けられるように構成された固定部分と、固定部分に対して軸方向に動くように構成された可動部分とを有する。固定部分は、複数の貫通スロットを有するスラストプレートと、スラストプレートを弁ハウジングに固定するリングナットとを含む。可動部分は、伸長式弁アクチュエーターに係合する昇降ハウジングと、昇降部材とを含む。昇降ハウジングは、複数の突出部を有する。複数の突出部は、リングナットによって囲まれる。複数の突出部のうちのそれぞれ１つは、複数の貫通スロットのうちのそれぞれ１つを通って延在する。昇降部材は、昇降ハウジングの複数の突出部に固定され、昇降部材は、可動部材に固定可能である。
【００３３】
いくつかの実施形態において、弁は、常時閉弁であり、伸長式弁アクチュエーターは、圧電スタック、ベローズ、及び空気式ピストンのうちの１つである。
【００３４】
いくつかの実施形態において、弁は、常時閉弁である。
【００３５】
いくつかの実施形態において、複数の突出部は、昇降部材に恒久的に取り付けられる。
【００３６】
いくつかの実施形態において、複数の突出部は、溶接によって昇降部材に恒久的に取り付けられる。
【００３７】
いくつかの実施形態において、リングナットの円錐状表面は、スラストプレートの周方向領域に嵌合し、周方向領域は、肩部アールを有する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の態様に係る円形リンク機構の一実施形態の分解図である。
【図２Ａ】組み立てられた部品の関係を明らかにするために四半部分を取り除いた、図１の円形リンク機構の斜視図である。
【図２Ｂ】スラストプレートの下に位置する昇降部材を示す、図２Ａに示されている平面Ｉ−Ｉに沿った図１の円形リンク機構の断面図である。
【図２Ｃ】昇降ハウジングの隠しフォーク状突出部に対する昇降部材の溶接部を示す、図２Ａに示されている平面ＩＩ−ＩＩに沿った図１の円形リンク機構の断面図である。
【図３Ａ】圧電アクチュエーターとともに図１の円形リンク機構を用いる代表的な弁の分解図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示されている平面ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った、図３Ａの代表的な弁の断面図である。
【図３Ｃ】図３Ａに示されている平面ＩＶ−ＩＶに沿った図３Ａの代表的な弁の断面図である。
【図４】円形リンク機構の別の実施形態の分解図である。
【図５】円形リンク機構の別の実施形態の分解図である。
【図６】円形リンク機構の別の実施形態の分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明は、本願において、以下の説明に記載されている又は図面に示されている構成要素の構造及び配置の詳細に限定されない。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施又は実行することができる。また、本明細書において用いられる表現及び用語は、説明のためのものであり、限定とみなすべきではない。本明細書における「含む（including）」、「備える（comprising）」、又は「有する（having）」、「含有する（containing）」、「伴う（involving）」、及びそれらの変形の使用は、その前に挙げられた項目及びその均等物、並びに追加の項目を包含することを意味する。「内」、「外」、「上」、「下」等の方向を示す用語の使用は、設計要素間の相対的な関係の理解に役立つように意図され、空間における絶対的な方向を意味するようには解釈されるべきでなく、また限定とみなすべきではない。
【００４０】
プッシュアクチュエーターの小型円形リンク機構１００の一実施形態の代表的な例をなすのに必要な少数の部品が、図１に示す斜視分解図によって示されている。主要な部品は、昇降部材１０、スラストプレート３０、リングナット５０、昇降ハウジング７０、及びガイドディスク９０の５つである。これらの部品を組み合わせることで、小型円形リンク機構１００は、図３Ａに示されている例示的な弁３００の上部機構（top works）に容易に使用されるのに適したサブ組立体になる。円形リンク機構のサブ組立体の部品の関係は、図２Ａ〜図２Ｃに示す断面図に関連して更に説明する。
【００４１】
弁の上部機構における円形リンク機構１００の代表的な使用は、本明細書において図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示されているように、本発明者の、現在、米国特許第１０，１１３，６６５号である、２０１６年６月１５日に出願された「LOW HYSTERESIS DIAPHRAGM FOR A VALVE」と題する米国特許出願第１５／１８２，９７８号を用いて、例示的な弁３００を考察することによって理解することができる。上部機構が組み付けられる弁ハウジング３６０内に、低ヒステリシスダイアフラムが形成される。弁ハウジング３６０は、金属シール３６５を用いることによって、弁本体３６４にシール接合することができる。本図、すなわち図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃでは、金属シール３６５は、本発明者の、２０１５年８月１８日に発行された「EZ-SEAL GASKET FOR JOINING FLUID PATHWAYS」と題する米国特許第９，１０９，７３２号に従って作製される。完全な弁３００の更なる部品には、図３Ｂ及び図３Ｃに更に示されているように、円形リンク機構１００に嵌合する付属の係止ナット３６７を備えるアクチュエーターハウジング３６８内に収容された、圧電アクチュエータースタック３６９を含む。アクチュエーターに予付勢又は追加の遮断力をもたらすために、任意選択の押上げばね３６６を含んでもよい。
【００４２】
小型円形リンク機構１００の底部中央の部材は、例示的な弁３００における可動部材に接続する昇降部材１０である。図示の例示的な弁３００において用いられるように、昇降部材１０は、雌ねじ付き穴１２を有し、典型的な低ヒステリシスダイアフラム弁のハウジング３６０内の制御シャフト３６２上に螺合する。昇降部材１０の外周縁部は、本開示に更に記載されるように、昇降部材１０が昇降ハウジング７０の下部に接合される際に、位置合わせをもたらすとともに、溶接準備形状部として機能する、任意選択の凹部１１を有する。昇降部材１０は、例えば、ねじ切り盤又は旋盤によって製造される円形状として容易に作製することができ、次いで、任意選択の凹部１１は、単純な周方向段部として形成することができる。
【００４３】
昇降部材１０のすぐ上の小型円形リンク機構１００の次の部材は、昇降部材１０よりも大きな全体直径を有する下部と、昇降部材１０よりも小さな低減直径を有する上部とを有するスラストプレート３０である。全体直径から低減直径への移行部の径方向最外領域３１には、リングナット５０が接触する肩部アールが設けられる。アール付き領域３１の内方には、径方向の第１の架橋部３５と、弧状の第１の軸方向貫通スロット３２と、径方向の第２の架橋部３７と、弧状の第２の軸方向貫通スロット３４とを含む４つのセクターがある。低減直径の上部は、２つの径方向の架橋部３５、３７によって全体直径の下部に接続される。通常は半球状のボタン形状であるアクチュエーター接点３９が、低減直径の上部の上に配置され、スラストプレート３０の軸に中心を置く。一対の軸方向盲孔３６、３８が、アクチュエーター接点３９に直径方向に対向する。円形状のスラストプレート３０も、ねじ切り盤又は旋盤によって容易に製造することができる。
【００４４】
スラストプレート３０の下部のすぐ上の小型円形リンク機構１００の次の部材は、リングナット５０である。リングナット５０は、比較的短い軸方向長さと、中間内径とを有する全体直径のリングであり、例示的な弁３００において用いられる弁ハウジング３６０の嵌合する雌ねじ付きカウンターボアに係合する雄ねじを有する。リングナット５０の下側内径は、スラストプレート３０の全体直径部分のアール付き領域３１に接触する円錐状面取り部５１を有することができることが好ましい。図３Ｂ及び図３Ｃに示されているような、弁ハウジング３６０と円形リンク機構１００との間の嵌合を注意深く考慮することにより、円錐状面取り部５１がスラストプレートの径方向領域３１に押し付けられると、弁ハウジング３６０内でのスラストプレート３０の自然な調心が行われる様子が更に明らかになる。この調心作用は、調心されなければ例示的な制御シャフト３６２に与えられる可能性がある不所望な曲げ力を最小限に抑える。リングナット５０は、当然ながら、一般的にねじ切り盤又は旋盤によって製造される部品である。
【００４５】
リングナット５０の上の小型円形リンク機構１００の次の部材は、昇降ハウジング７０の全体直径の上部である。昇降ハウジング７０は、中央ボアを有し、この中央ボアを通って、スラストプレート３０の上側の低減直径部分が突出することができ、アクチュエーター接点３９が、更に記載されるようなピエゾスタック３６９に係合することを可能にする。昇降ハウジング７０は、リングナット５０を通って下方に突出するとともに、スラストプレート３０の全体直径の部分における弧状の軸方向貫通スロット３２、３４に係合する、中間直径の下部を更に有する。昇降ハウジング７０の中間直径部分は、昇降ハウジング７０から垂下して弧状の貫通スロット３２、３４を通って突出する隠しフォーク部の２つの突出部７２、７４を残すように、２つの直径方向に対向する部分が除去されて切欠き部７５、７６を形成する、円形シェルとして現れている。切欠き部７５、７６は、弧状の貫通スロット３２、３４に周方向に隣接する径方向の架橋部３５、３７にまたがる。隠しフォーク状突出部７２、７４の底端部は、昇降部材１０の溶接準備形状凹部１１に係合するように設計された段状切欠き部７１、７３を有する。４つの部材（昇降部材１０、スラストプレート３０、リングナット５０、昇降ハウジング７０）は、これらの部材を連続して重ねて、その後、隠しフォーク状突出部７２、７４の底端部７１、７３を昇降部材凹部１１に取り付けることによって、単一のサブ組立体としてまとめて捕捉することができる。昇降ハウジング７０及び昇降部材１０は、昇降ハウジング７０の押し引き動作が機械的ラッシュ（mechanical lash）もヒステリシスも伴わずに昇降部材１０に直接伝わるように、２つの部材が単一の部品としての挙動を示すようにするプロセスによって、ともに接合すべきである。レーザー溶接、精密ＴＩＧ溶接、又は電子ビーム溶接が、通常、好適なプロセスである。ろう接、接着、径方向係止ピン、ねじ締結具、及び他の設計も、いくつかの状況では可能であり得る。昇降ハウジング７０を押すことで、昇降部材１０が直接動くようになることから、昇降部材１０を例示的な制御シャフト３６２に接続するために、締まり嵌め、スナップ作動嵌合形状、接着剤、又は他の設計方法を考慮することができるが、雌ねじ付き穴１２が実装するのに最も簡単である。小型円形リンク機構１００の他の上述の記載の部材と同様に、昇降ハウジング７０は、ねじ切り盤又は旋盤によって容易に製造することができる。
【００４６】
小型円形リンク機構１００の最上にある第５の部材は、２つの主な機能を有するガイドディスク９０である。ガイドディスク９０は、スラストプレート３０の低減直径の上部を昇降ハウジング７０の中央ボア内で調心することによって、その軸方向位置合わせをもたらす。また、ガイドディスク９０は、弧状の貫通スロット３２、３４を通って突出する隠しフォーク部の２つの突出部７２、７４を位置決めするために、昇降ハウジング７０とスラストプレート３０との間に角度割り出しをもたらし、それにより、擦れも他の軸方向動作の干渉もなくなる。ガイドディスク９０は、概して軸方向に容易に撓むことができるが、径方向及び周方向の角度位置では比較的剛性である部品である。ガイドディスク９０は、締まり嵌めリベット９１、９３、９５、９７を昇降ハウジングの対応する好適な外側盲孔７７、７８及びスラストプレートの内側盲孔３６、３８に押し込むことによって、昇降ハウジング７０及びスラストプレート３０に便利に取り付けることができる。溶接又はねじ締結具等の他の組付け方法を考慮することもできるが、リベット９１、９３、９５、９７は、リベットの挿入力に抵抗する昇降ハウジングの形状部（例えば、隠しフォーク状突出部７２、７４）の上に配置すると、組付けが比較的容易であることから利益を得る。ガイドディスク９０は、金属シート素材の化学エッチングによって作製することができるが、５つの部材１０、３０、５０、７０、９０全てを、金属材料又はポリマー材料から、射出成形、金型鋳造、又は３Ｄ印刷等の付加製造方法等のプロセスによって作製することもできることも理解されるべきである。種々の実施形態において、部材１０、３０、５０、７０、９０のうちの１つ以上を、タイプ３１６のステンレス鋼、ニッケル系超合金、コバルト系超合金、ニッケルクロム合金、又はコバルトクロム合金等の耐腐食性の金属合金から形成することができるが、流体のタイプに応じて他の好適な材料を用いてもよい。いくつかの実施形態において、部材１０、３０、５０、７０、９０のうちの１つ以上は、Haynes International社から入手可能なＨａｓｔｅｌｌｏｙ（商標）ブランドのニッケルクロム合金から選択される合金から形成することができるか、又は、Elgiloy Specialty Metalls社から入手可能なＥｌｇｉｌｏｙ（商標）ブランドのコバルトクロム合金から選択される合金から形成することができる。いくつかの実施形態において、部材１０、３０、５０、７０、９０のうちの１つ以上は、熱可塑性プラスチック等のポリマー材料から形成することができる。
【００４７】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示されているように、例示的な弁３００は、弁本体３６４を備え、弁本体３６４には、弁ハウジング３６０が、ＥＺシールガスケット３６５を圧迫するねじ締結具によってシール取付けされる。小型円形リンク機構１００は、弁ハウジング３６０におけるカウンターボアに嵌まる。典型的な組付けシーケンスは、任意選択の押上げばね３６６を、円形リンク機構１００の前にカウンターボアに嵌合するものとなる。次に、円形リンク機構１００の昇降ハウジング７０を回転させて、スラストプレート３０がカウンターボア底部に当接するまで、取り付けられた昇降部材１０を対応するねじ付きの制御シャフト３６２に螺合させる。次いで、リングナット５０は、円錐状面取り部５１が、スラストプレート３０のアール付き領域３１に押し付けられ、それにより、押上げばね３６６とともにカウンターボアの内部で調心及び係止されるように、弁ハウジング３６０のカウンターボアの相手ねじに別個に螺合させることができる。調整シム及び同様のばら部品は必要ない。典型的なアクチュエーターハウジング３６８は、昇降ハウジング７０の全体直径の部分に螺合して、圧電アクチュエータースタック３６９がスラストプレート３０の中央にあるアクチュエーター接点３９に当接するようにする。アクチュエーターハウジングは、図示のように、係止ナット３６７によって適所に係止することができる。
【００４８】
小型円形リンク機構１００を用いる例示的な弁３００の動作は、簡単である。圧電アクチュエータースタック３６９に作動電圧が印加されると、スタックの長さ（範囲）が広がる。アクチュエータースタック３６９の下端部は、それ自体が弁ハウジング３６０との固体接点であるスラストプレート３０の一部であるアクチュエーター接点３９に当接し、したがって、アクチュエータースタック３６９の下端部は、弁ハウジング３６０に対して動くことができない。アクチュエータースタック３６９の上端部は、アクチュエーターハウジング３６８に接触し、アクチュエーターハウジング３６８は、ともに上方に持ち上がることによってアクチュエータースタックの伸長に応じなければならない。昇降ハウジング７０の全体直径の部分に螺合するアクチュエーターハウジング３６８は、昇降部材１０に接続された隠しフォーク状突出部７２、７４を含む昇降ハウジング７０全体も上方に持ち上げる。このようにして、昇降部材１０が持ち上がることによって、制御シャフト３６２を上昇させなければならず、それにより、可動制御部材が、弁本体３６４を通る流体の流れを可能にする。
【００４９】
弁ハウジング３６０は、弁ハウジング３６０と一体的に形成することができる弁ダイアフラム３６１を備える。いくつかの実施形態において、弁ダイアフラム３６１は、低ヒステリシス弁ダイアフラムである。いくつかの実施形態において、可動部材は、ダイアフラムに取り付けられた制御シャフト３６２である。可動部材は、ダイアフラムに取り付けられた制御シャフトに取り付けられた制御プレートから構成することができる。昇降部材１０は、制御シャフトに螺合する雌ねじ付き穴を有する。図３Ｂ及び図３Ｃは、制御プレート３６３が制御シャフト３６２の下端部に固定されている常時閉弁を示している。制御プレート３６３は、常時閉ダイアフラム弁のオリフィスリッジ３７１にシール係合する下面３７０を有する制御プレート本体を有する。本明細書に記載のリンク機構１００の動作に起因して、伸長式アクチュエーター３６９の伸長は、弁ハウジング３６０に対するアクチュエーターハウジング３６８の上方移動を引き起こし、オリフィスリッジ３７１に対する制御プレート３６３の下面３７０の上方移動をもたらす。
【００５０】
当業者であれば、隠しフォーク状突出部及び弧状の軸方向貫通スロットの他の形状の組合せを考慮することができる。別の組合せが図４に示されており、ここでは、スラストプレート４３０の全体直径の部分における対応する３つの軸方向貫通スロット４３２、４３４、４３６を通る、対称的に配置された３つの軸方向部材４７２、４７４、４７６を備える隠しフォーク構造を有する小型円形リンク機構４００の分解図を示している。貫通スロット４３２、４３４、４３６間の径方向の架橋部４３３、４３５、４３７にまたがる隠しフォーク状突出部４７２、４７４、４７６間の対応する切欠き部４７３、４７５、４７７が、図１と同様の符号が付された同様の特徴とともに示されている。図１の円形リンク機構１００と図４の円形リンク機構４００との間の１つの顕著な相違点は、ガイドディスク４９０の固定に関する変更である。図４における円形リンク機構４００の三方対称とともに、設計者は、ガイドディスク４９０のために三方対称を選択することができる。そのような配置は、スラストプレート４３０に接続する３つの内側リベット４８７、４８８、４８９と、昇降ハウジング４７０に接続する３つの外側リベット４８１、４８２、４８３とを用いる。この設計の選択は、外側穴４９１、４９２、４９３を介してガイドディスク４９０を固定する外側リベット４８１、４８２、４８３を配置する場合、挿入力に抵抗する隠しフォーク状突出部４７２、４７４、４７６の軸方向強度から利益を得る。
【００５１】
更に別の組合せが図５に示されており、ここでは、対称に配置された４つの軸方向部材５７２、５７４、５７６、５７８を備える隠しフォーク構造を有する小型円形リンク機構５００の分解図を示している。スラストプレート５３０の全体直径の部分における対応する軸方向貫通スロット５３２、５３４、５３６、５３８と、隠しフォーク状突出部５７２、５７４、５７６、５７８間の切欠き部５７５、５７７等と、貫通スロット５３２、５３４、５３６、５３８間にまたがる径方向の架橋部５３３、５３５、５３７等とが、図１と同様の符号が付された同様の特徴とともに示されている。二方向に対称なこの円形リンク機構５００は、図１に示されている原型１００と同様にガイドディスク５９０を固定する４つのリベット５９１、５９３、５９５、５９７のみを必要とする。設計者は、相手側のスラストプレートにおいて、弧状の貫通スロットの代わりに丸穴を通って昇降ハウジングから突出する、中間直径配列における丸ロッドを用いることを選択することもできるが、このような設計は、本開示において記載されるねじ切り盤に向いた部品よりも作製に費用がかかることが多い。
【００５２】
別の組合せが図６に示されており、ここでは、スラストプレート６３０の全体直径の部分における対応する３つの軸方向貫通スロット６３２、６３４、６３６を通る、対称に配置された３つの軸方向部材６７２、６７４、６７６を備える隠しフォーク構造を有する小型円形リンク機構６００の分解図を示している。貫通スロット６３２、６３４、６３６間の径方向の架橋部６３３、６３５、６３７にまたがる隠しフォーク状突出部６７２、６７４、６７６間の対応する切欠き部６７３、６７５、６７７が、図１と同様の符号が付された同様の特徴とともに示されている。小型円形リンク機構１００の最上の部材と同様に、ガイドディスク６９０は、スラストプレート６３０の低減直径の上部を昇降ハウジング６７０の中央ボア内で調心することによって、その軸方向の位置合わせをもたらす。また、ガイドディスク６９０は、３つの弧状の貫通スロット６３２、６３４、６３６を通って突出する隠しフォーク部の３つの突出部６７２、６７４、６７６を位置決めするために、昇降ハウジング６７０とスラストプレート６３０との間に角度割り出しをもたらし、それにより、擦れも他の軸方向動作の干渉もなくなる。ガイドディスク６９０は、概して軸方向に容易に撓むことができるが、径方向及び周方向の角度位置では比較的剛性である部品である。ガイドディスク６９０は、締まり嵌めリベット６９１、６９３、６９５、６９７を昇降ハウジングの対応する好適な外側盲孔（図示せず）及びスラストプレートの内側盲孔６３８、６４０に押し込むことによって、昇降ハウジング６７０及びスラストプレート３６０に便利に取り付けることができる。溶接又はねじ締結具等の他の組付け方法も考慮することができるが、リベット６９１、６９３、６９５、６９７は、組付けが比較的簡単であることから利益を得る。ガイドディスク６９０は、金属シート素材の化学エッチングによって作製することができるが、５つの部材６１０、６３０、６５０、６７０、６９０全てを、金属材料又はポリマー材料から、射出成形、金型鋳造、又は３Ｄ印刷等の付加製造方法等のプロセスによって製造することもできることも理解されるべきである。設計者は、３つの隠しフォーク状突出部６７２、６７４、６７６の端部に対する昇降部材６１０の溶接を、図１に示されている溶接準備タイプの凹部を必要とせずに縁部６１１に沿って行うことができることも理解するであろう。電子ビーム、レーザー、又は同様の溶接プロセスが、この組立体を作製するのに十分に適している。
【００５３】
このように、本発明の少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様を説明してきたが、当業者には種々の改変、変更及び改善が容易に思い浮かぶことは理解されたい。そのような改変、変更及び改善は、本開示の一部であることを意図しており、本発明の範囲内にあることを意図している。したがって、これまでの説明及び図面は一例にすぎない。
【符号の説明】
【００５４】
１０    昇降部材
１１    凹部
１２    穴
３０    スラストプレート
３１    領域
３２    第１の軸方向貫通スロット
３４    第２の軸方向貫通スロット
３５    第１の架橋部
３６    内側盲孔
３７    第２の架橋部
３８    軸方向盲孔
３９    アクチュエーター接点
５０    リングナット
５１    円錐状面取り部
７０    昇降ハウジング
７１    段状切欠き部
７２    フォーク状突出部
７３    段状切欠き部
７４    フォーク状突出部
７５    切欠き部
７６    切欠き部
７７    外側盲孔
７８    外側盲孔
９０    ガイドディスク
９１    リベット
９３    リベット
９５    リベット
９７    リベット
１００    円形リンク機構
３００    弁
３１６    タイプ
３６０    弁ハウジング
３６１    弁ダイアフラム
３６２    制御シャフト
３６３    制御プレート
３６４    弁本体
３６５    金属シール
３６７    係止ナット
３６８    アクチュエーターハウジング
３６９    伸長式アクチュエーター
３７０    下面
３７１    オリフィスリッジ
４００    円形リンク機構
４３０    スラストプレート
４３２    軸方向貫通スロット
４３３    架橋部
４３４    軸方向貫通スロット
４３５    架橋部
４３６    軸方向貫通スロット
４３７    架橋部
４７０    昇降ハウジング
４７２    フォーク状突出部
４７３    切欠き部
４７４    フォーク状突出部
４７５    切欠き部
４７６    フォーク状突出部
４７７    切欠き部
４８１    外側リベット
４８２    外側リベット
４８３    外側リベット
４８７    内側リベット
４８８    内側リベット
４８９    内側リベット
４９０    ガイドディスク
４９１    外側穴
４９２    外側穴
４９３    外側穴
５００    円形リンク機構
５３０    スラストプレート
５３２    軸方向貫通スロット
５３３    架橋部
５３４    軸方向貫通スロット
５３５    架橋部
５３６    軸方向貫通スロット
５３７    架橋部
５３８    軸方向貫通スロット
５７２    フォーク状突出部
５７４    フォーク状突出部
５７５    切欠き部
５７６    フォーク状突出部
５７７    切欠き部
５７８    フォーク状突出部
５９０    ガイドディスク
５９１    リベット
５９３    リベット
５９５    リベット
５９７    リベット
６００    小型円形リンク機構
６１０    昇降部材
６１１    縁部
６３０    スラストプレート
６３２    軸方向貫通スロット
６３３    架橋部
６３４    軸方向貫通スロット
６３５    架橋部
６３６    軸方向貫通スロット
６３７    架橋部
６３８    内側盲孔
６４０    内側盲孔
６５０    部材
６７０    昇降ハウジング
６７２    フォーク状突出部
６７３    切欠き部
６７４    フォーク状突出部
６７５    切欠き部
６７６    軸方向部材
６７６    フォーク状突出部
６７７    切欠き部
６９０    ガイドディスク
６９１    リベット
６９３    リベット
６９５    リベット
６９７    リベット
【図１】
2021504655.tif 000003
【図２Ａ】
2021504655.tif 000004
【図２Ｂ】
2021504655.tif 000005
【図２Ｃ】
2021504655.tif 000006
【図３Ａ】
2021504655.tif 000007
【図３Ｂ】
2021504655.tif 000008
【図３Ｃ】
2021504655.tif 000009
【図４】
2021504655.tif 000010
【図５】
2021504655.tif 000011
【図６】
2021504655.tif 000012
【国際調査報告】
2021504655.tif 000013
2021504655.tif 000014
2021504655.tif 000015