(57)【要約】  流体弁で使用するためのフェイルセーフ装置が本明細書に開示される。フェイルセーフ装置例は、第１のピストン（３４２）と、第１のピストンに対して移動可能に連結される第２のピストン（３４４）と、制御流体を受けるための第１および第２のピストンの間の流体室（３４６）とを含む。制御流体は、制御流体が流体室に提供された時に、第１および第２のピストンを動作可能に連結するものである。第１のピストンは、制御流体の少なくとも一部が流体室から除去された時に、第２のピストンから動作可能に分離される。【選択図】図３
2015503720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体弁で使用するための装置であって、
第１のピストンと、
前記第１のピストンに対して移動可能に連結される第２のピストンと、
制御流体を受けるために前記第１および第２のピストンの間に画定される流体室であって、前記制御流体が、前記流体室に提供される時に、前記第１および第２のピストンを動作可能に連結し、前記第１のピストンが、前記制御流体の少なくとも一部が前記流体室から除去される時に、前記第２のピストンから動作可能に分離される、流体室と
を備える、流体弁で使用するための装置。
【請求項２】
前記第１のピストンが、前記第１のピストンの第１の表面に形成される第１の開口部を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のピストンの第２の表面から突出する第１のステムをさらに備え、前記第１の表面が、前記第２の表面の反対側である、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の開口部が、電気式流量コントローラの駆動ステムを受ける、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の開口部が、第１の肩部を有して、前記駆動ステムの第１のフランジ状部分に係合する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記第２のピストンが、前記第２のピストンの第３の表面に形成される第２の開口部を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記第２のピストンの第４の表面から突出する第２のステムをさらに備え、前記第３の表面が、前記第４の表面の反対側である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記流体室が、前記それぞれの第１および第２のピストンの前記第２および第３の表面の間に形成される、請求項１〜７のいずれか１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１のピストンの前記第１のステムが、前記第２の開口部を介して前記第２のピストンに連結される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１のピストンの前記第１のステムが、第２のフランジ状部分を含んで、前記第１のピストンが前記第２のピストンに連結される時に、前記第２のピストンの前記第２の開口部に形成される第２の肩部を係合する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１のピストンが電気式流量コントローラに連結され、前記第２のピストンが流量制御部材に連結される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記制御流体の少なくとも一部が前記室から除去された時に、前記第２のピストンを前記第１のピストンから独立に移動する付勢要素をさらに備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記室に流体連通している流体ポートをさらに備える、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記流体ポートが、前記第１のピストンの長手方向の軸に対して実質的に垂直な軸を備える、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記流体ポートが、前記流体弁の弁帽に形成される、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
流体弁で使用するための装置であって、
流体弁の弁帽に配置されるピストンアセンブリであって、前記ピストンアセンブリが、電気式コントローラおよび流量制御部材を選択的に連結して、電力が前記電気式コントローラに提供される時に、前記流体弁を通って流れる流体流を制御し、前記ピストンアセンブリが、電力が前記電気式コントローラに提供されない時に、前記電気式コントローラおよび前記流量制御部材を動作可能に分離し、前記ピストンアセンブリが、
第１のピストンと、
前記第１のピストンに摺動可能に連結される第２のピストンであって、電力が前記電気式コントローラに提供される時に、前記第１のピストンおよび前記第２のピストンが、一体のピストンとして共に移動し、電力が前記電気式コントローラに提供されない時に、前記第２のピストンが、前記第１のピストンに対して移動する、第２のピストンと
を備える、
ピストンアセンブリを備える、流体弁で使用するための装置。
【請求項１７】
前記第１のピストンおよび前記第２のピストンの間に形成される流体室をさらに備え、電力が前記電気式コントローラに提供される時に、前記流体室が制御流体を受けて、前記第１および第２のピストンを動作可能に連結し、電力が前記電気式コントローラに提供されない時に、前記制御流体が前記室から除去されて、前記第１および第２のピストンを動作可能に分離して、前記第１のピストンが、前記第２のピストンに対して移動できるようにする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１のピストンが、前記第１および第２のピストンを摺動可能に連結するステムを含む、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
流体弁で使用するための装置であって、
流体弁の流量制御部材を移動するための第１の手段であって、前記流量制御部材を移動するための前記第１の手段が、前記流量制御部材および電気式コントローラを連結する、第１の手段と、
前記流量制御部材を移動するための前記第１の手段から独立に前記流体弁の前記流量制御部材を移動するための第２の手段と、
電力が前記電気式コントローラに提供される時に、前記流量制御部材を移動するための前記第１の手段および前記電気式コントローラを選択的に連結するための手段と、
前記電気式コントローラへの電力が失われた時に、移動するための前記第１の手段および前記電気式コントローラを選択的に分離するための手段と
を備え、
移動するための前記第１の手段が前記電気式コントローラから動作可能に分離される時に、前記流量制御部材を移動するための前記第２の手段が、前記流量制御部材を操作する、流体弁で使用するための装置。
【請求項２０】
移動するための前記第１の手段が移動するための前記第２の手段から動作可能に分離される時に、前記流量制御部材を移動するための前記第２の手段を付勢するための手段をさらに備える、請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許は、概して、流体弁、より具体的には、流体弁で使用するためのフェイルセーフ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセス制御システムは、様々なフィールド機器を用いて、プロセスパラメータを制御、または監視、あるいはこれらの両方を行う。空気圧操作開閉弁などのフィールド機器は、制御流体を用いて、流量制御部材をオリフィスに対して、流体が弁を通って流れ得るようにする開位置と、流体が弁を通って流れるのを制限または阻止する閉位置との間で移動する。しかしながら、このような空気圧操作開閉弁は、流体が弁を通って流れるのを精密に調節することはできない。
【発明の概要】
【０００３】
弁を通る流体の流れを精密に制御するために、弁は、しばしば、電気式コントローラまたはアクチュエータを用いて、流量制御部材をオリフィスに対して作動または移動させる。しかしながら、故障状態の間（例えば、電気式コントローラへの電力が停電する場合）、電気式コントローラは、一般に、その直前の制御位置で機能しなくなる（すなわち、停止する）。結果として、電気式コントローラまたはアクチュエータを用いる弁は、しばしば、弁の上流にフェイルセーフシステムを有し、これは、故障状態の間、流体が弁に流れるのを阻止するように作動する。しかしながら、このようなフェイルセーフシステムは、複雑さおよびコストを増大させ、より多くの空間を消費する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】既知の流体弁の断面図である。
【図２】別の既知の流体弁の断面図である。
【図３】第１の位置で示された、本明細書に開示される調節弁例の断面図である。
【図４】第２の位置で示された、図３の流体弁例の断面図である。
【図５】故障位置で示された、図３および図４の流体弁例の断面図である。
【図６】故障位置で示された、図３から図５の流体弁例の別の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本明細書に開示される弁装置またはアセンブリ例は、電気式流量コントローラを用いて、弁装置を通る流体の流れを精密に制御する。加えて、本明細書に開示される弁装置例は、フェイルセーフ装置を含んで、電気式流量コントローラへの電力が失われた場合に、フェイルセーフ状態を提供する。より具体的には、フェイルセーフ装置例は、弁装置と一体である。結果として、一部の既知の空気圧操作弁装置とは異なり、本明細書に開示される弁装置例は、フェイルセーフ機構を提供するのに弁装置の上流に二次弁を必要としない。
【０００６】
本明細書に開示されるフェイルセーフ装置例は、第２の部分またはピストンに移動可能または摺動可能に連結される第１の部分またはピストンを有するコネクタまたはピストンアセンブリを用いる。加えて、ピストンアセンブリは、ピストンアセンブリの第１および第２の部分の間に室を形成する。ピストンアセンブリの第１の部分は、電気式アクチュエータに動作可能に連結されてもよく、またピストンアセンブリの第２の部分は、流体弁の流量制御部材に連結されてもよい。本明細書に開示される弁装置例は、制御流体（例えば、空気、油圧オイルなど）を用いて、動作可能に、または選択的に、あるいはこれらの両方で、流量制御装置と電気式流量コントローラまたはアクチュエータとを連結および分離する。
【０００７】
より具体的には、制御流体は、動作可能に、または選択的に、あるいはこれらの両方で、ピストンアセンブリの第１および第２の部分を連結する。特に、室が制御流体で加圧されている場合、制御流体は、第１および第２の部分に力を加えて、第１および第２の部分を摩擦連結する。しかしながら、制御流体の少なくとも一部が排気または除去される場合（例えば、故障状態の間に）、ピストンの第１の部分は、ピストンの第２の部分から動作可能に分離される。その結果、流量制御部材に動作可能に連結されるピストンの第２の部分は、電気式流量コントローラから動作可能に分離される。そして、フェイルセーフ装置、アクチュエータまたは付勢要素は、ピストンアセンブリの第１の部分とは独立に、ピストンアセンブリの第２の部分を操作する。換言すると、フェイルセーフ装置は、故障状態の間、電気式アクチュエータの代わりに流体弁の流量制御部材を操作する。
【０００８】
本明細書に説明される弁装置例について議論する前に、既知の流体弁１００の簡単な描写が図１に提供される。動作時には、制御圧または流体（例えば、空気）は、圧力室１０２にポート１０４を介して提供される。制御流体は、ピストンまたはアクチュエータ１０６に力を加えて、ピストン１０６を付勢要素１０８に向けて移動する。そうすると、ピストン１０６に連結される弁栓１１０は、弁座１１２から離れて全開または最大流量位置に移動して、流体が入口１１６と出口１１８との間の通路１１４を通って流れ得るようにする。制御流体が圧力室１０２から排気または除去される場合、付勢要素１０８は、ピストン１０６を圧力室１０２に向けて移動して、弁栓１１０を弁座１１２に係合させて、通路１１４を通って流体が流れるのを制限または阻止する（例えば、閉位置）。このように、図１の流体弁１００は、開閉式の流体流量制御を提供する。
【０００９】
精密または正確な流体流量制御を提供するために、一部の既知の調節弁は、電気式アクチュエータまたはモータを用いる。例えば、図２は、電気式アクチュエータ２０２を備えて実装された流体弁例２００を示す。電気式アクチュエータ２０２は、ステム２０６を介してピストン２０４に動作可能に連結され、ピストン２０４は、ステム２１０を介して弁栓２０８に連結される。動作時、電気式アクチュエータ２０２は、ピストン２０４を、ひいては弁座２１２に対して弁栓２０８を、全開位置、または全閉位置、または全開位置と全閉位置との間の任意の中間位置、またはこれらの組み合わせの間で移動する。しかしながら、故障状態の間（例えば、電気式アクチュエータ２０２に電力が供給されない場合）、弁栓２０８は、直前の制御位置に留まる。例えば、故障状態の間、流体弁２００は、開位置、または全閉位置と全開位置との間の中間位置に留まり得る。フェイルセーフ状態を提供するために、弁２００は、フェイルセーフシステム２１４を用いる。フェイルセーフシステム２１４は、一般に、流体弁２００の入口２１８の上流に配置される二次弁２１６を含んで、故障状態の間、流体が流体弁２００に流れるのを阻止する。しかしながら、そのようなフェイルセーフシステム２１４は、コスト（例えば、製造および設置コスト）、複雑さを増大し、寸法に関する包絡体が比較的大きくなる。
【００１０】
図３は、本開示の教示によるフェイルセーフシステム３０４を備える流量制御アセンブリまたはアクチュエータコネクタアセンブリ３０２を含む調節弁例３００を示す。図３の調節弁３００は、弁帽３１０を介して流体弁３０８に動作可能に連結される電気式流量コントローラまたは電気式アクチュエータ３０６を含む。流体弁３０８は、入口３１６と出口３１８との間に流体流の通路３１４を画定する弁本体３１２を含む。流量制御部材３２０（例えば、弁栓またはポペット弁）は、流体流の通路３１４の内部に配置され、座面３２２を含む。流量制御部材３２０は、全開位置３２６、または全閉位置、または全閉位置と全開位置との間の中間位置（図３に示されるような）、またはこれらの組み合わせの間で、弁座３２４に対して移動して、入口３１６と出口３１８との間に画定されるポート領域またはオリフィス３２８を通る流体を制御する。
【００１１】
図示の例の電気式アクチュエータ３０６は、駆動シャフトまたはステム３３０を介して、流量制御部材３２０に動作可能に連結される。図示の例の電気式アクチュエータ３０６は、駆動システムまたは駆動トレーン３３４を介してステム３３０を駆動するモータ３３２を含む。モータ３３２は、例えば、交流（ＡＣ）モータ、直流（ＤＣ）モータ、可変周波数モータ、ステッピングモータ、サーボモータ、あるいは任意のその他の適切なモータまたは駆動部材などの任意のモータであってもよい。駆動システム３３４は、複数の歯車（例えば、平歯車）、または遊星歯車システム、または任意のその他の適切な歯車およびトランスミッションの両方、またはいずれか一方を含んで、モータ３３２の回転運動をステム３３０の直線運動に変換してもよい。
【００１２】
図示の例では、アクチュエータコネクタアセンブリ３０２は、電気式アクチュエータ３０６（例えば、ステム３３０）と、流量制御部材３２０とを動作可能に、または選択的に、あるいはこれらの両方で連結する。図３に示されるように、アクチュエータコネクタアセンブリ３０２は、弁帽３１０の空洞３３６に配置される。図３のアクチュエータコネクタアセンブリ例３０２は、ピストンアセンブリ３４０を含む。特に、図示の例のピストンアセンブリ３４０は、第２の部分またはピストン３４４に移動可能に、または摺動可能に、あるいはこれらの両方で連結される第１の部分またはピストン３４２を含む。特に、第１のピストン３４２は、第２のピストン３４４に動作可能に、または選択的に、あるいはこれらの両方で連結されて、第１のピストン３４２に対する第２のピストン３４４の動きを阻止する。第１および第２のピストン３４２および３４４を動作可能に、または選択的に、あるいはこれらの両方で連結するために、第１および第２のピストン３４２および３４４の間に流体室３４６が形成または提供される。より具体的には、第１および第２のピストン３４２および３４４の間の流体室３４６の容積は、第２のピストン３４４が第１のピストン３４２に対して摺動する場合、変化する（例えば、増加または減少する）。第１のピストン３４２は、第１の封止部３４８ａ（例えば、Ｏリング）を含み、第２のピストン３４４は、第２の封止部３４８ｂ（例えば、Ｏリング）を含んで、流体室３４６と、弁帽３１０の空洞３３６との間を密封する。図示の例の弁帽３１０は、流体室３４６に流体連通している流体ポート３５０を含む。特に、流体ポート３５０の中心軸３５０ａは、第１のピストン３４２および第２のピストン３４４の両方、またはいずれか一方の長手方向すなわち中心軸３５２に対して実質的に垂直である。その他の例では、流体ポート３５０は、長手方向の軸３５２に対して非垂直の角度、または任意のその他の位置もしくは向き、あるいはこれらの両方であり得る。流体ポート３５０と、弁帽３１０の開口部３５０ｂとは、流体室３４６への流体流路を提供する。
【００１３】
図示の例の第１のピストン３４２は、第１のピストン３４２の第１の表面または面３５６に形成された開口部または孔３５４と、第１のピストン３４２の第２の表面または面３６０から突出するステム３５８とを含む。図示の例では、第１の表面３５６は、第２の表面３６０の反対側である。より具体的には、第１のピストン３４２の第１の表面３５６は、ステム３３０に面する方向に向けられ、第１のピストン３４２の第２の表面３６０は、流体室３４６に流体連通している。第１のピストン３４２の開口部３５４は、電気式アクチュエータ３０６のステム３３０を受ける、すなわち電気式アクチュエータ３０６のステム３３０とピストンアセンブリ３４０とを連結する。図３に示されるように、開口部３５４は、肩部、フランジ部または突出部３６２を形成して、ステム３３０のフランジ状または階段状部分３６４に係合する（例えば、摩擦係合する）。特に、開口部３５４の肩部３６２は、開口部３５４の周囲の一部分に沿って延在する。さらに、フランジ状部分３６４および環状の溝またはチャネル３６８の両方、またはいずれか一方は、ステム３３０の周囲の一部分に沿って延在し得る。ステム３３０と第１のピストン３４２の開口部３５４とを連結できるように、第１のピストン３４２の第１の表面３５６は、スロットまたは突起を持つ（ｋｅｙｅｄ）開口部３６６を含んで、肩部３６２と干渉することなくステム３３０のフランジ状部分３６４を開口部３５４に配置され得るようにする。
【００１４】
ステム３３０は、溝または環状チャネル３６８を含んで、開口部３５４の肩部３６２を受けて、ステム３３０と第１のピストン３４２とを連結する。換言すると、環状の溝３６８は、開口部３５４の肩部３６２を比較的ぴったりと嵌まる連結で捉えて、軸３５２に沿った方向における第１のピストン３４２とステム３３０との間の軸方向の遊びを減少または排除する。その他の例では、ステム３３０は、ねじ、または締結具、またはピン、または任意のその他の適切な締結機構（複数可）、あるいはこれらの組み合わせを介して、第１のピストン３４２に連結され得る。組立ての間に、ステム３３０は、まず、突起を持つ開口部３６６に配置された後、第１のピストン３４２の軸３５２に対して実質的に垂直な方向に摺動して、肩部３６２を環状の溝３６８に係合させ得る。
【００１５】
図示の例の第２のピストン３４４は、第２のピストン３４４の第１の表面または面３７２に形成された開口部または孔３７０と、第２のピストン３４４の第２の表面または面３７６から突出するステム３７４とを含む。図示の例では、第２のピストン３４４の第１の表面３７２は、第２の表面３７６の反対側であって、第２のピストン３４４の第１の表面３７２が、流体室３４６に流体連通するようにし、また第２のピストン３４４の第２の表面３７６が、流量制御部材３２０に面する方向に向けられるようにする。第１のピストン３４２のステム３５８は、開口部３７０を介して第２のピストン３４４に連結される。特に、第１のピストン３４２のステム３５８は、フランジ部、リップ部または突出部材３７８を含んで、第１のピストン３４２が第２のピストン３４４に連結される時に、第２のピストン３４４の開口部３７０に形成されたリップ部または肩部３８０に係合する。第２のピストン３４４の第１の表面３７２は、スロットまたは突起を持つ（ｋｅｙｅｄ）開口部３８２を含んで、開口部３７０の肩部３８０と干渉することなく第１のピストン３４２のステム３５８のフランジ部３７８を第２のピストン３４４の開口部３７０に配置され得るようにする。スロットまたは突起を持つ（ｋｅｙｅｄ）開口部３８２は、第１の表面３７２の一部分に沿って延在し得る、または肩部は、開口部３７０の周囲の一部分に沿って延在し得る、またはこれらの両方であり得る。
【００１６】
第１のピストン３４２のステム３５８は、溝または環状チャネル３８４（例えば、細長い溝またはチャネル）を含んで、第２のピストン３４４の開口部３７０の肩部３８０を受ける、または摺動可能に係合する。特に、第２のピストン３４４の開口部３７０の肩部３８０は、環状チャネル３８４に沿って移動して、以下に詳述するように、第２のピストン３４４が第１のピストン３４２から動作可能に分離される時に、軸３５２に対して平行な方向における第１のピストン３４２に対する第２のピストン３４４の動きを可能にする。図示の例では、環状チャネル３８４の長さまたは高さ、および第２のピストン３４４の開口部３７０の深さの両方、またはいずれか一方は、少なくとも電気式アクチュエータ３０６の全ストローク長に等しいものであって、第２のピストン３４４が第１のピストン３４２から動作可能に分離される時に、第２のピストン３４４が、第１のピストン３４２に対して全開位置から全閉位置まで移動し得るようにする。
【００１７】
第２のピストン３４４のステム３７４は、流量制御部材３２０に連結される（例えば、ねじ式に連結される）。こうして、図３に示されるように、第１のピストン３４２は、ステム３３０を介して電気式アクチュエータ３０６に連結され、第２のピストン３４４は、ステム３８６を介して流量制御部材３２０に連結される。アクチュエータコネクタアセンブリ３０２は、付勢要素３８８を含んで、第１のピストン３４２が第２のピストン３４４から動作可能に分離される時（例えば、故障状態の間）に、第１のピストン３４２に対して独立に第２のピストン３４４を移動する。付勢要素３８８は、第２のピストン３４４の第２の表面３７６と、ばね座３９０（例えば、弁ガイドまたはインサート）との間に配置される。付勢要素３８８は、第２のピストン３４４を第１のピストン３４２に向けて付勢するが、第１のピストン３４２が第２のピストン３４４に動作可能に連結される場合、電気式アクチュエータ３０６の動作とは干渉しない。
【００１８】
換言すると、流体室３４６が加圧制御流体を受ける場合、付勢要素３８８によって第２のピストン３４４の面３７６に加えられる力は、制御流体によって第２のピストン３４４の第１の面３７２に提供される力よりも小さく、したがって、制御流体によって第２のピストン３４４の面３７２に加えられる力に打ち勝つのに十分ではない。その結果、第２のピストン３４４は、第１のピストン３４２に対して移動しない。結果として、電気式アクチュエータ３０６が付勢要素３８８によって提供される力に打ち勝つ場合、モータ３３２は、第１および第２のピストン３４２および３４４を一体の部品または構造として移動させる（例えば、引く）ことができる。
【００１９】
第１のピストン３４２および第２のピストン３４４を動作可能に、または選択的に、あるいはこれらの両方で連結するために、制御流体（例えば、加圧空気、油圧オイルなど）が、流体ポート３５０および開口部３５０ｂを介して流体室３４６に提供される。加圧制御流体は、第１のピストン３４２の第２の表面３６０に力を、また第２のピストン３４４の第１の表面３７２に力を加える（例えば、軸３５２に沿った方向において拮抗する垂直力または鉛直力）。特に、制御流体によって加えられた力は、第１のピストン３４２を第２のピストン３４４とは反対の方向に移動させる。図３に示すように、図３の向きにおいて、制御流体は、第１のピストン３４２を電気式アクチュエータ３０６に向かう方向に移動させ、第２のピストン３４４を流量制御部材３２０に向かう方向に移動させる。結果として、加圧制御流体は、ステム３５８のフランジ部３７８を開口部３７０の肩部３８０に摩擦係合させる。このようにして、加圧制御流体は、機械的リンク機構、または摩擦連結、または接続、あるいはこれらの組み合わせを効果的に提供して、第１および第２のピストン３４２および３４４を連結する。換言すると、制御流体は、第１のピストン３４２のフランジ部３７８を第２のピストン３４４の肩部３８０に摩擦係合させて、動作可能に、または選択的に、あるいはこれらの両方で、第１および第２のピストン３４２および３４４を連結する。
【００２０】
さらに、図示の例では、第１のピストン３４２の第２の表面３６０は、第２のピストン３４４の第１の表面３７２の表面積に実質的に同じまたは等しい表面積を有して、制御流体が、第１および第２のピストン３４２および３４４に対して実質的に等しい力を提供するようにする。しかしながら、その他の例では、第１のピストン３４２の表面積は、第２のピストン３４４の表面積と異なっていて、制御流体が、第２のピストン３４４に提供される力とは異なる力を第１のピストン３４２に加えることができるようにすることもある。
【００２１】
図３は、非故障状態すなわち通常動作中において全開位置３２６にある調節弁３００を示す。電気式アクチュエータ３０６への電力が停止されていない場合に、非故障状態が提供される。図３では、電気式アクチュエータ３０６は、部分開ストローク位置３９２に位置付けられて、流体が入口３１６と出口３１８との間の通路３１４を通って流れ得るようにする。電気式アクチュエータ３０６のシャフト３３０は、肩部、棚状部または移動量制限部３９４を含んで、ステム３３０が弁座３２４に向けて移動する時に、軸３５２の方向におけるステム３３０の直線移動を制限する。換言すると、移動量制限部３９４は、ステム３３０の肩部３９４が弁帽３１０の表面３９６に係合する時に（例えば、図５に示されるように）、電気式アクチュエータ３０６の全開ストローク位置を制限する、または画定する、あるいはこれらの両方を行う。
【００２２】
図４は、非故障状態中において全閉位置４００にある調節弁３００を示す。図４では、電気式アクチュエータ３０６は、全閉ストローク位置４０２に位置付けられて、流体が入口３１６と出口３１８との間の通路３１４を通って流れるのを阻止する。図４では、流体室３４６に制御流体が提供され、これが第１および第２のピストン３４２および３４４を連結する。
【００２３】
動作時には、図３および図４を参照すると、流体室３４６は、作動されて（例えば、加圧制御流体を提供される）、動作可能に、または選択的に、あるいはこれらの両方で、第１および第２のピストン３４２および３４４を連結する。制御流体が流体室３４６内に存在する場合、全開ストローク位置、図３の部分開ストローク位置３９２、および図４の全閉ストローク位置４０２の間で電気式アクチュエータ３０６が移動する時に、第２のピストン３４４は第１のピストン３４２と共に移動するが、これは、制御流体が軸３５２に対して略平行な方向の力で第１のピストン３４２のフランジ部３７８を第２のピストン３４４の肩部３８０に摩擦係合させるためである。換言すると、非故障状態中、および制御流体が流体室３４６にその他の方法で提供される場合の両方、またはいずれか一方では、第２のピストン３４４の動きは、第１のピストン３４２の動きに応じて、電気式アクチュエータ３０６が作動される時に、第１のピストン３４２および第２のピストン３４４が一体のピストンとして共に移動するようにする。結果として、流体室３４６が作動される場合、電気式アクチュエータ３０６が、流量制御部材３２０を弁座３２４から離れる方向に移動して、流体が通路３１４を通って流れ得るようにする開ストローク位置（例えば、全開ストローク位置）と、流量制御部材３２０を弁座３２４に向けて移動して、流体が、通路３１４を通って流れるのを制限または阻止する閉ストローク位置４０２（例えば、全閉ストローク位置）との間で移動する時、ステム３５８のフランジ部３７８は、開口部３７０の肩部３８０に係合したままである。換言すると、流体室３４６が作動される場合、第２のピストン３４４は、第１のピストン３４２に対して、またはこれと独立に移動しない。制御流体は、圧力または力を提供して、第１のピストン３４２および第２のピストン３４４を動作可能に、または選択的に、あるいはこれらの両方で連結して、電気式アクチュエータ３０６を介する第１のピストン３４２の動きが、流量制御部材３２０を第２のピストン３４４を介して移動させるようにする。
【００２４】
上述のように、図３および図４の調節弁例１００は、フェイルセーフシステム３０４を含む。フェイルセーフシステム３０４は、緊急時（例えば、電気式アクチュエータへの電力が停止した場合）に、流量制御部材３２０を所望の位置（例えば、閉位置）に移動させることによって、プロセス制御システムに保護を提供する。この例では、フェイルセーフシステム３０４は、空気に基づくフェイルセーフシステムである。
【００２５】
図５は、故障状態の間、フェイルセーフシステム３０４が作動された場合の閉位置５００にある調節弁３００を示す。故障状態は、電気式アクチュエータ３０６に電力が供給されない（例えば、停止された）場合に生じ得る。図５では、電気式アクチュエータ３０６は、全開ストローク位置５０２に位置付けられる。しかしながら、流量制御部材３２０は、弁座３２４に係合されて（例えば、密封状態で係合される）、通路３１４を通って流体が流れるのを制限または阻止する。
【００２６】
より具体的には、図５では、第１のピストン３４２は、第２のピストン３４４から動作可能に分離される。特に、制御流体は、流体室３４６から排気または除去されて、第１のピストン３４２、第２のピストン３４４および付勢要素３８８の間の機械的リンク機構を分離させる。換言すると、第１および第２のピストン３４２および３４４に提供されていた力が除去されて、付勢要素３８８が、面３７２に提供される力よりも大きい付勢力を面３７６に提供し得るようにする。動作可能に分離されると、第２のピストン３４４は、第１のピストン３４２に対して、これと独立に移動できる。特に、第２のピストン３４４は、第１のピストン３４２に対して、ステム３５８のフランジ部３７８の上面５０４と、第１のピストン３４２の第２の表面３６０とによって画定される距離（例えば、環状チャネル３８４の高さによって画定される距離）だけ移動できる。より具体的には、この距離は、ステム３３０によって画定される移動量制限３９４を弁帽３１０の上面３９６に係合することができるようにし、流量制御部材３２０が弁座３２４を密封状態で係合することができるようにするのに十分である。このように、電気式アクチュエータ３０６の位置に関わりなく、第２のピストン３４４は、ゼロストローク５０６（例えば、初期位置）にあって、流量制御部材３２０を弁座３２４に係合させる。付勢要素３８８は、第２のピストン３４４を付勢し、ひいては流量制御部材３２０を閉位置５００に付勢する。このように、故障状態の間、および制御流体が流体室３４６から除去される場合の両方、またはいずれか一方において、電気式アクチュエータ３０６は、流量制御部材３２０から分離され、付勢要素３８８は、流量制御部材３２０を弁座３２４と係合するように移動する。
【００２７】
故障状態の間、第１および第２のピストン３４２および３４４を動作可能に分離するために、流体室３４６内の制御流体が排気される。例えば、図示のように、調節弁３００は、制御流体源から制御流体を受ける第１のポート５１０と、制御流体を流体室３４６に提供する第２のポート５１２と、流体室３４６を排気する第３のポート５１４とを有する三方電磁弁５０８を用いてもよい。故障状態の間、電磁弁５０８への電力は、停止または除去され、それによって、図５のように、電磁弁５０８に、流体室３４６から第３のポート５１４を介して制御流体を排気させる。
【００２８】
このように、電気式アクチュエータ３０６および電磁弁５０８の両方、またはいずれか一方に電力が提供されない場合、制御流体によって提供される力は、流体室３４６から除去されて、第１および第２のピストン３４２および３４４を動作可能に分離する。第１および第２のピストン３４２および３４４が分離されると、開口部３７０の肩部３８０は、ステム３５８のフランジ部３７８から離れる方向に移動し、第２のピストン３４４は、開口部３７０を介してステム３５８に沿って摺動する。結果として、故障状態の間、第２のピストン３４４は、第１のピストン３４２とは独立に移動または摺動する。
【００２９】
例えば、図６は、制御流体が流体室３４６から除去または排気され、電気式アクチュエータ３０６が部分開ストローク位置６０２に位置付けられる場合の閉位置５００にある調節弁３００を示す。電気式アクチュエータ３０６が部分開ストローク位置６０２にあるが、調節弁３００は、閉位置５００に留まっている。これは、第１のピストン３４２が、第２のピストン３４４から動作可能に分離され、したがって、電気式アクチュエータ３０６が、弁座３２４に対する流量制御部材３２０の位置に影響しないためである。
【００３０】
図３から図６の調節弁例３００は、故障時閉弁（例えば、押し込み時開）である。その他の例では、調節弁３００は、故障状態で、フェイルセーフシステム３０４が弁を開位置（例えば、全開位置）に移動するような弁である、故障時開弁（例えば、押し込み時閉）であり得る。
【００３１】
本明細書において、特定の方法、装置および製品の例について説明してきたが、本特許の包含する範囲はこれに限定されない。反対に、本特許は、文言または均等論の下で、添付の特許請求の範囲に適正に該当するすべての方法、装置および製品を包含している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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