(57)【要約】  ダイヤフラムアクチュエータの有効バネ定数を変えるための装置が開示されている。ダイヤフラムアクチュエータに用いられる例示のバネ組立体は、ダイヤフラム板およびアクチュエータ棒に作用可能に結合された第一のバネと、アクチュエータ棒に作用可能に結合され、第一のバネと直列に動作するように構成された第二のバネとを備えている。これに加え、第一のバネと第二のバネとの間に移動可能なバネ座が配設されている。
2010520973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラムアクチュエータに用いられるバネ組立体であって、
ダイヤフラム板およびアクチュエータ棒に作用可能に結合された第一のバネと、
前記アクチュエータ棒に作用可能に結合され、前記第一のバネと直列に作用するように構成された第二のバネと、 
前記第一のバネと前記第二のバネとの間に配設され、前記第二のバネと一緒に移動するように構成されたバネ座と
を備えてなる、バネ組立体。
【請求項２】
前記第一のバネおよび前記第二のバネがそれぞれ異なるバネ定数を有してなる、請求項１に記載のバネ組立体。
【請求項３】
前記第一のバネおよび前記第二のバネは、前記アクチュエータ棒の第一の移動距離の間、前記第一のバネにより生成される力が変化するものの、前記第二のバネにより生成される力が、実質的に一定であり、前記第一のバネにより生成される力に対抗するように構成されてなる、請求項１に記載のバネ組立体。
【請求項４】
前記第一のバネおよび前記第二のバネは、前記第一の距離に加えて前記アクチュエータ棒の第二の移動距離の間、前記第二のバネにより生成される力が変化するものの、前記ダイヤフラム板に加えられる総合力が、前記第二のバネにより生成される力と前記第一のバネにより生成される力との合計に基づくように構成されてなる、請求項３に記載のバネ組立体。
【請求項５】
前記第二のバネが予負荷を加えるように構成されてなる、請求項１に記載のバネ組立体。
【請求項６】
前記アクチュエータ棒の第一の移動距離の間、前記第一のバネおよび前記第二のバネが第一の有効バネ定数を呈し、前記アクチュエータ棒の第二の移動距離の間、前記第一のバネおよび前記第二のバネが第二の有効バネ定数を呈するよう、前記第一のバネおよび前記第二のバネが直列に作用するように構成されてなる、請求項１に記載のバネ組立体。
【請求項７】
前記移動可能なバネ座の移動の範囲を制限するための機械的な停止部をさらに備えてなる、請求項１に記載のバネ組立体。
【請求項８】
前記アクチュエータ棒と作用可能に係合し、前記第一のバネおよび前記第二のバネと直列に作用するように構成された第三のバネと、前記第二のバネと前記第三のバネとの間に配設され、前記第三のバネと一緒に移動するように構成された第二のバネ座とをさらに備えてなる、請求項１に記載のバネ組立体
【請求項９】
前記第一のバネおよび前記第二のバネの各々が圧縮バネから構成されてなる、請求項１に記載のバネ組立体。
【請求項１０】
バネ組立体であって、
移動可能なバネ座に作用可能に結合された第一のバネと、
前記移動可能なバネ座に作用可能に結合され、前記第一のバネと直列に作用するように構成された第二のバネと
を備えてなるバネ組立体。
【請求項１１】
前記第一のバネおよび前記第二のバネがそれぞれ異なるバネ定数を有してなる、請求項１０に記載のバネ組立体。
【請求項１２】
前記第一のバネおよび前記第二のバネは、前記移動可能なバネ座の第一の移動距離の間、前記第一のバネにより生成される力が変化するものの、前記第二のバネにより生成される力が、実質的に一定であり、前記第一のバネにより生成される力に対抗するように構成されてなる、請求項１０に記載のバネ組立体。
【請求項１３】
前記第一のバネおよび前記第二のバネは、前記第一の移動距離に加えて第二の移動距離の間、前記第二のバネにより生成される力が変化するように構成されてなる、請求項１２に記載のバネ組立体。
【請求項１４】
前記移動可能なバネ座が前記第一のバネと前記第二のバネとの間にある、請求項１０に記載のバネ組立体。
【請求項１５】
前記移動可能なバネ座の移動の範囲を制限するための機械的な停止部をさらに備えてなる、請求項１０に記載のバネ組立体。
【請求項１６】
ダイヤフラムアクチュエータであって、
ダイヤフラム板およびアクチュエータ棒に作用可能に結合された第一のバネと、
前記アクチュエータ棒に作用可能に結合された第二のバネと、 
前記第一のバネと前記第二のバネとの間に配設された移動可能なバネ座と
を備えてなる、ダイヤフラムアクチュエータ。
【請求項１７】
前記アクチュエータ棒の第一の移動距離の間、前記第一のバネおよび前記第二のバネが第一の有効バネ定数を呈し、前記アクチュエータ棒の第二の移動距離の間、前記第一のバネおよび前記第二のバネが第二の有効バネ定数を呈するように、前記第一のバネおよび前記第二のバネが直列に作用するように構成されてなる、請求項１６に記載のダイヤフラムアクチュエータ。
【請求項１８】
前記第一のバネおよび前記第二のバネが、前記ダイヤフラムアクチュエータのストローク行程の一部に対する第一のバネ定数と、前記ダイヤフラムアクチュエータのストローク行程の他の部分に対する、該第一のバネ定数よりも小さな第二のバネ定数とを呈するように構成されてなる、請求項１６に記載のダイヤフラムアクチュエータ。
【請求項１９】
前記第一のバネおよび前記第二のバネが圧縮バネから構成されてなる、請求項１６に記載のダイヤフラムアクチュエータ。
【請求項２０】
前記移動可能なバネ座の動作の範囲を制限するための機械的な停止部をさらに備えてなる、請求項１６に記載のダイヤフラムアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に制御弁アクチュエータに関するものであり、さらに詳細にはダイヤフラムアクチュエータに用いられる有効バネ定数を変えるための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
制御弁は、たとえば流れる流体を操作するために、プロセス変数を所望の設定値へ調整するために、また、供給源からの流体を目的地にまで搬送するために、プロセス制御システムにおいて用いられる。通常、制御弁組立体は、弁箱と、シャフトまたは棒と、アクチュエータとを備え、シャフトまたは棒を通じて起動力を提供し、弁の操作または弁内の弁体もしくは流量制御部材の位置決めをするようになっている。制御弁組立体に用いられる一般的なタイプのアクチュエータは、バネ・ダイヤフラム気圧式アクチュエータである。これは、一般にダイヤフラムアクチュエータと呼ばれている。
【０００３】
通常、ダイヤフラムアクチュエータは、ダイヤフラムと、ダイヤフラム板と、アクチュエータ棒と、一または複数のバネを有するバネ組立体とを収容するためのケースを備えている。バネ組立体は、ダイヤフラム板に力を加えることにより、アクチュエータ棒および当該アクチュエータ棒に結合されている弁または他の動作部材を、ダイヤフラムに制御圧力が作用しないときの既知の位置へ戻すようになしてある。バネ組立体に一つのバネしか実装されていない場合、このバネは、通常ダイヤフラム板の中央に設けられる。複数のバネが用いられる場合、通常これらのバネはダイヤフラム板の中央を中心として円周方向に沿って分散され、ダイヤフラム板にそれぞれ対応する力を直接加えるようになしてある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バネ組立体に実装されるバネが一つであるか複数であるかにかかわらず、ダイヤフラムアクチュエータは、ダイヤフラムの一方側のガス（たとえば、空気）圧力を変え、アクチュエータ棒を移動またはストローク移動させ、このことによりアクチュエータ棒に結合されうる制御弁を開閉または調整するための制御圧力を受けるようになっている。ストローク行程の範囲のある与えられた位置においてアクチュエータ棒、ひいてはアクチュエータにより制御される弁または他の駆動部材を移動および保持するために必要となる制御圧力の量は、通常は、バネ組立体により生成される力とアクチュエータ棒上の弁または他の駆動部材により生成される力との合計に等しい。通常、バネ組立体により生成される力は、アクチュエータ棒がそのフルストローク状態に向かって移動するにつれて、実質的に比例してかつ直線状に増大する。
【０００５】
これに加えて、弁または他の駆動部材によりアクチュエータ棒に対して加えられる力は、弁の位置（たとえば、弁体、ディスクなどの位置）がそのゼロストロークからフルストローク状態に変わるにつれて変わる（たとえば、大きくまたは小さくなる）。弁棒により生成される力のこのような変化は、弁の流れ特性に起因するものであり、流体の圧力および流量は、弁などにより制御されるので、実質的に非線形でありうる。したがって、アクチュエータおよびこのアクチュエータに結合される弁または他の駆動部材をフルストロークまで移動させるのに必要となる制御圧力は比較的大きく、その結果として、ダイヤフラム、ケースおよび他のアクチュエータ構成部品は比較的高い圧力に耐えることが必要とされる。さらに、通常は、アクチュエータバネ組立体により生成される力がアクチュエータのストロークの行程の範囲に渡って直線状に変わり、かつ、弁によりアクチュエータ棒に加えられる力が非直線状にまたは他の様式で変わりうるので、弁の位置は、制御圧力に対して不適切な様式で（たとえば、実質的に非直線状に）変わる恐れがある。 
【課題を解決するための手段】
【０００６】
記載された一つの実施形態では、ダイヤフラムアクチュエータに用いられるバネ組立体は、ダイヤフラム板およびアクチュエータ棒に作用可能に結合された第一のバネと、アクチュエータ棒に作用可能に結合され、第一のバネと直列に動作するように構成された第二のバネとを備えている。このバネ組立体は、第一のバネと第二のバネとの間に配設され、第二のバネと一緒に移動するように構成されたバネ座を備えている。
【０００７】
記載された他の実施形態では、バネ組立体は、移動可能なバネ座に作用可能に結合された第一のバネと、前記移動可能なバネ座に作用可能に結合され、第一のバネと直列に作用するように構成された第二のバネとを備えている。
【０００８】
記載されたさらに他の実施形態では、ダイヤフラムアクチュエータは、ダイヤフラム板およびアクチュエータ棒に作用可能に結合された第一のバネと、アクチュエータ棒に作用可能に結合された第二のバネとを備えている。このダイヤフラムアクチュエータは、第一のバネと第二のバネとの間に配設された移動可能なバネ座をさらに備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】公知のダイヤフラムアクチュエータを示す断面図である。
【図２】二つのバネの間に配設された移動可能なバネ座を有するバネ組立体を備えた例示のダイヤフラムアクチュエータの一部を示す断面図である。
【図３】ダイヤフラムアクチュエータに用いられうる他のバネ組立体を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ダイヤフラムアクチュエータに用いられる有効バネ定数を変えるための装置の一例が本明細書において開示されている。この例示の装置は、アクチュエータ棒のストローク行程に沿って総合バネ定数または有効バネ定数を変えるために直列に作用する複数のアクチュエータバネを有したバネ組立体を備えている。より詳細にいえば、一または複数の浮遊するまたは移動可能なバネ座をバネとバネとの間に配設することにより、バネ組立体が、アクチュエータ棒のストローク行程の第一の部分に対して一つの有効バネ定数を呈し、アクチュエータ棒のストローク行程の第二の部分に対して他の有効バネ定数を呈することができるようになる。具体的にいえば、これらのバネおよび移動可能なバネ座は、動作時、アクチュエータ棒の第一の移動距離においては、これらのバネのうちの一つのバネにより呈される力は変わるものの、移動可能なバネ座は移動せず、その他のバネにより提供される力は実質的に一定のままである。次に、第一の移動距離に加えてアクチュエータ棒の第二の移動距離においては、移動可能なバネ座のうちの一または複数のバネ座が移動するにつれ、その他のバネのうちの少なくとも一つのバネにより呈される力は変わる。
【００１１】
このように、本明細書に記載の例示のバネ組立体を用いると、たとえばストロークの開始時またはその行程の頂部および終了時またはその行程の底部において性能を向上させるまたは最適化するためにダイヤフラムアクチュエータにより生成されるスラストを選択することが可能となる。換言すれば、通常単一の有効バネ定数しか有していない多くの従来型のダイヤフラムアクチュエータとは対照的に、対象となる用途の必要性に合わせて、ストローク行程の一方の端部での動作に対して一つの有効バネ定数を選択し、ストローク行程の他方の端部での動作に対して他の有効バネ定数を選択することができる。たとえば、用途によっては、アクチュエータに結合された弁をしっかりと閉弁するようにアクチュエータの十分な力の提供を担保するために（たとえば制御圧力が欠如している場合）、アクチュエータのストロークの開始時においてバネ定数が比較的高いことが望ましい場合もある。しかしながら、アクチュエータのストローク行程の他方の端部では、アクチュエータと当該アクチュエータに結合された弁をフルストローク移動させるために必要となる制御圧力量を減らすためにバネ定数が比較的低いことが望ましい場合もある。
【００１２】
ダイヤフラムアクチュエータに用いられるバネ組立体の有効バネ定数を変えるための装置の一例について記載する前に、図１を参照して、公知になっているダイヤフラムアクチュエータに関し簡潔に説明をする。図１は、公知になっているダイヤフラムアクチュエータ１００を示す断面図である。このダイヤフラムアクチュエータ１００は、ケース１０４に結合されたアクチュエータ本体またはヨーク１０２を備えている。ケース１０４は、上側ケース１０６と下側ケース１０８とを有している。これに加えて、上側ケース１０６には、制御圧力ポート１１０が設けられている。制御圧力ポート１１０は、ダイヤフラムケース１０４の内部圧力を変えるための制御圧力信号を受けるための流入口を有している。それに対して、下側ケース１０８は、図１には示されていないポートまたはベントを通じて実質的に大気圧を維持するようになっている。
【００１３】
ケース１０４は、上側ケース１０６と下側ケース１０８との間にダイヤフラム１１２を有しており、これらのケースは、ケース１０４の外側縁部に沿って間隔をおいて配置される複数のネジ部品１１４および１１６により結合されている。ダイヤフラム１１２は、ケース１０４内の空間を制御圧力チャンバ１１８と大気圧チャンバ１２０とに分けている。これに加えて、ダイヤフラム１１２の一方の面の少なくとも一部がダイヤフラム板１２２に固定されており、このダイヤフラム板は、ダイヤフラム１１２に対する堅牢な受け板となっていることに加えて、アクチュエータ棒１２４と係合するように構成されている。また、アクチュエータ棒１２４はシリンダ形状部材、ロッド、シャフトなどと呼ばれる場合もある。図１に示されているように、アクチュエータ棒１２４は、ダイヤフラムアクチュエータ１００を弁体棒（図示せず）に接続し、ダイヤフラムアクチュエータ１００からの力および直線運動を制御弁（図示せず）に伝達するシリンダ形状の部材である。ダイヤフラム１１２およびダイヤフラム板１２２は、ネジ部品１２６を通じてアクチュエータ棒１２４に結合されており、また、このネジ部品は、図示されているようなネジ付きボルトであってよい。
【００１４】
アクチュエータ棒１２４を取り囲んでいるアクチュエータバネ１２８は、ダイヤフラム板１２２の中心に配設されていることに加えて、ダイヤフラム板１２２と固定バネ座１３０との間に位置決めされている。アクチュエータバネ１２８は、ダイヤフラム板１２２、ひいてはアクチュエータ棒１２４を上側ケース１０６の方向に向かって付勢するような付勢力を提供するようになっている。動作時、制御圧力ポート１１０に加えられ制御圧力は、制御チャンバ１１８内の圧力を変える。たとえば、制御チャンバ１１８内の圧力が大気圧（すなわち、チャンバ１２０の圧力）を超える圧力に上昇すると、ダイヤフラム１１２、ダイヤフラム板１２２およびアクチュエータ棒１２４は、アクチュエータバネ１２８の復帰力に対抗して下側ケース１０８の方向に向かって付勢される。制御圧力によりダイヤフラム１２２に加えられる力が、アクチュエータ１００のゼロストローク位置でのバネ１２８により与えられる予負荷または予付勢とアクチュエータ棒に（たとえば、アクチュエータ棒１２４に結合されている弁または他の駆動部材を通じて）加えられる負荷との合計を超えると、ダイヤフラム１１２、ダイヤフラム板１２２およびアクチュエータ棒１２４は、下方に向かってまたは上側ケース１０６から離れる方向に向かって移動する。ダイヤフラム１１２、ダイヤフラム板１２２およびアクチュエータ棒１２４が、上側ケース１０６から離れるように移動すると、バネ１２８が圧縮され、当該バネ１２８により生成される復帰力は、アクチュエータ棒１２４の位置に実質的に比例しかつ直線的に大きくなる。バネ１２８により生成される復帰力がアクチュエータ棒１２４の移動とともにどのように変わるかについては、下記の式１に記載されるようなフックの法則を用いて一般に記述することができる。
【００１５】
Ｆ＝−ｋｘ                                            （１）
式１では、Ｆはバネにより生成される復元力であり、ｋはバネのバネ定数であり、ｘはバネの自由長さに対する長さの変化である。負符号は、バネ１２８により生成される力がアクチュエータ棒１２４の移動に対して反対向きであることを示している。したがって、図１の公知になっているダイヤフラムアクチュエータ１００の場合、有効バネ定数（すなわち、ｋ）は、アクチュエータ１００の全ストローク行程にわたって一定である。
【００１６】
図２は、ストローク行程の範囲におけるアクチュエータ２００の有効バネ定数を変えるための装置を備えている例示のダイヤフラムアクチュエータ２００の一部を示す断面図である。明瞭さのために言えば、構成部品によっては図２に示されていないものもある（たとえば、ケース）。しかしながら、図２に示されていない構成部品は、図１に示されているもののような公知のアクチュエータ構成部品を用いて実装されてもよい。
【００１７】
ここで、図２を詳細に参照すると、例示のダイヤフラムアクチュエータ２００は、ダイヤフラム２０２と、ダイヤフラム板２０４と、アクチュエータ棒２０６と、バネ組立体２０８とを備えている。バネ組立体２０８は、アクチュエータ棒２０６を取り囲むとともに、ダイヤフラムアクチュエータ２００の中心軸と同軸状に一直線上に並んで直列に配置されている第一のバネ２１０と第二のバネ２１２を有している。
【００１８】
浮遊するまたは移動可能なバネ座２１４がバネ２１０とバネ２１２との間に配設されている。第二のバネ２１２は、予負荷力を与えるために部分的に圧縮され、移動可能なバネ座２１４と固定または静止バネ座２１６との間で狭持されている。移動可能なバネ座２１４のダイヤフラム板２０４の方向に向かう移動を停止部２１８、２２０が制限するので、第二のバネ２１２が所望の予負荷力を与えることができるようになっている。図２に示されているように、停止部２１８、２２０は、単一の構成部品として具象化されてもよいし、または、移動可能なバネ座２１４の外周に円周方向に間隔をおいて配設される複数の別個の構成部品として具象化されてもよい。たとえば、停止部２１８、２２０は、中央アパーチャを有するシリンダ形状の本体として構成され、第一のバネ２１０と移動可能なバネ座２１４の表面との間の位置に設けられることにより、移動可能なバネ座２１４および第二のバネ２１２を収容するようになっている。
【００１９】
図２の実施例から分かるように、第一のバネ２１０は作用可能にダイヤフラム板２０４およびアクチュエータ棒２０６に結合されており、第二のバネ２１２は、作用可能にアクチュエータ棒２０６に結合され、第一のバネ２１０と直列に作用するように構成されている。さらに詳細にいえば、アクチュエータ２００のストロークの開始時においては、第一のバネ２１０は変位または圧縮されているものの、移動可能なバネ座２１４は、第二のバネ２１２の予負荷によって、停止部２１８、２２０との接触から離れて移動しないようになしてある。したがって、第一のバネ２１０およびアクチュエータ棒２０６の第一の移動距離または変位距離の間、第一のバネ２１０により生成される力は、バネ２１０の長さの変化およびそのバネ定数に比例して大きくなる。しかしながら、第一のバネ２１０により生成される力が第二のバネ２１２により生成される予負荷力よりも小さい間、移動可能なバネ座２１４および第二のバネは静止したままであり、第二のバネ２１２により生成される力は、実質的に一定のままであって、第一のバネ２１０により生成される力とは反対向きである。 
【００２０】
第一のバネ２１０が十分に圧縮されると（すなわち、アクチュエータ棒２０６がそのストローク行程に沿ってある一定の距離移動すると）、第一のバネ２１０により生成される力が、第二のバネ２１２の予負荷力と等しくなる。さらに第一のバネ２１０が圧縮されると（または、アクチュエータ棒２０６が移動すると）、バネ２１０により生成される力がバネ２１２の予負荷力を超過してしまうため、移動可能なバネ座２１４は、第二のバネ２１２が圧縮されるにつれて、第二のバネ２１２とともに移動する。したがって、第二のバネ２１２の予負荷力を超過する力を生成する第一のバネ２１０の圧縮または変位に対応するアクチュエータ棒２０６の動作により、第一のバネ２１０および第二のバネ２１２が移動または圧縮される。したがって、これらの移動の間またはアクチュエータのストローク行程に沿ったある一定の移動距離の間、第一のバネ２１０および第二のバネ２１２により生成される力は変わり、また、バネ組立体２０８により生成される総合力は、バネ２１０およびバネ２１２により生成される力の合計に基づいたものである。したがって、総合または有効バネ定数は、下記に詳細に記載されているように第一のバネ２１０および第二のバネ２１２の個々のバネ定数に基づくものである。
【００２１】
直列に作用するアクチュエータバネを有しているバネ組立体については、すべてのバネが同時に変位した場合、バネ組立体の有効バネ定数を式２に表されているように一般化することができる。
【００２２】
ｋT  ＝  １／（１／ｋ１＋１／ｋ２＋１／ｋ３…）          （２）
ここで、ｋTは総合有効バネ定数であり、ｋ１、ｋ２およびｋ３は個々のバネのバネ定数である。直列に設けられた二つのバネについてのものとして式２を単純化すると式３が得られる。
【００２３】
ｋT  ＝  ｋ１ｋ２／（ｋ１＋ｋ２）                        （３）
式３を用いて示されているように、たとえば二つの直列に作用するバネが同一のバネ定数を有している場合、バネ組立体の総合有効バネ定数は、両方のバネが同時に変位されるとき、個々のバネのバネ定数の半分にまで小さくなる。
【００２４】
図２の例示のダイヤフラムアクチュエータ２００をさらに参照すると、第一のバネ２１０のバネ定数がｋ１であり、第二のバネ２１２のバネ定数がｋ２である場合、アクチュエータ棒２０６の第一の移動距離の間（たとえば、第一のバネ２１０により生成される力が第二のバネ２１２の予負荷力よりも小さいとき）、バネ組立体２０８の有効バネ定数はｋ１である。次に、アクチュエータ棒２０６の第二の移動距離の間（たとえば、第一のバネ２１０により生成される力が第二のバネ２１２により生成される予負荷力よりも大きいとき）、バネ組立体２０８の有効バネ定数は、式３に説明されているようなｋＴである。したがって、バネ２１０およびバネ２１２は、アクチュエータ２００のストローク行程の異なる部分に対する二つの異なる有効バネ定数を呈するように直列に作用する。
【００２５】
図２の例示のバネ組立体２０８内のバネ２１０および２１２が圧縮バネとして示されているが、バネ組立体２０８の変位につれて変わりうる有効バネ定数を提供するにあたって、他のタイプおよび／または組み合わせのバネが同様に用いられてもよい。同様の結果を達成するために、たとえば、引っ張りコイルバネ、ウェーブバネ、皿バネなどが、移動可能なバネ座と共に、直列に作用するように配置されてもよい。さらに、バネ２１０およびバネ２１２のバネ定数については、バネ２１０およびバネ２１２の変位に対して、すなわちアクチュエータ２００のストローク移動に対してバネ組立体２０８の有効バネ定数が所望のように変化するように個々に選択することができる。したがって、バネ２１０および２１２のバネ定数は、例示のアクチュエータ２００の意図する用途におけるニーズに応じて同一であってもよいしまたは異なっていてもよい。
【００２６】
図３は、図２の例示のバネ組立体２０８の他のバネ配置を示す拡大断面図である。図３に記載の他の配置では、第二の移動可能なバネ座３００が第二のアクチュエータバネ２１２および第三のバネ３０２と係合している。また、当該他の配置は、第三のアクチュエータバネ３０２および第二の移動可能なバネ座３００の移動を制限するように構成された第二の機械的な停止部３０４、３０６をさらに有している。
【００２７】
図３に記載の三つのバネ配置は、図２のバネ組立体２０８と同様に動作する。しかしながら、図３に記載の配置は、アクチュエータ棒２０６のストローク行程の範囲において三つの有効バネ定数を呈する。第一のバネ２１０および第二のバネ２１２により生成される合計の力が第三のバネ３０２により生成される予負荷力を超過するときの値が第三の有効バネ定数である。先の場合と同様に、式２を参照すると、三つのバネが同時に変位するときの有効バネ定数ついては、下記の式４に示されているように表現することができる。
【００２８】
ｋT  ＝  ｋ１ｋ２ｋ３／（ｋ２ｋ３＋ｋ１ｋ３＋ｋ１ｋ２）        （４）
したがって、式４に示されているように、図３のバネ組立体の有効バネ定数をアクチュエータ棒２０６のストローク行程の第三の部分に対するものに変形することができる。換言すれば、図３の配置は、アクチュエータ棒２０６のストローク行程に沿った三つの異なる有効バネ定数を呈するようになっている。詳細にいえば、図３に示されている配置の有効バネ定数は、アクチュエータがそのゼロストローク状態からフルストローク状態までストローク運動すると、その初期の有効バネ定数から２回減少される。したがって、追加された直列のバネ３０２は、総合有効バネ定数を三分の一まで減少させる（たとえば、ｋ１＝ｋ２＝ｋ３＝１ならば、ｋＴ＝１／３となる）。 
【００２９】
本明細書にいくつかの例示の装置が記載されているが、本発明の技術的範囲はこれらに限定されるものではない。それどころか、本発明は、文字通りにまたは均等論に従って添付の特許請求の範囲に公正に含まれる装置および製品すべて網羅するものである。 
【図１】
2010520973.tif 000003
【図２】
2010520973.tif 000004
【図３】
2010520973.tif 000005
【国際調査報告】
2010520973.tif 000006
2010520973.tif 000007
2010520973.tif 000008