(57)【要約】  以下の記載は、たわみ構造体、たわみ構造体を含む装置、たわみ構造体を含むシステム、たわみ構造体を用いる方法、たわみ構造体を含む装置を用いる方法、及びたわみ構造体を含むシステムを用いる方法に関する。以下の記載はまた、直線運動から回転への変換器のための方法、システム、及び装置に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の中空円盤状回旋体を含み、前記中空円盤状回旋体の周縁が湾曲状であり、前記中空円盤状回旋体の側面が実質的に平坦であり、前記中空円盤状回旋体の前記側面が穴を有し、隣接する前記中空円盤状回旋体どうしが接合される、たわみ構造体。
【請求項２】
材料でできた複数の中空円盤状回旋体を含み、前記中空円盤状回旋体の周縁が湾曲状であり、前記中空円盤状回旋体の側面が実質的に平坦であり、前記中空円盤状回旋体の前記側面が穴を有し、隣接する前記中空円盤状回旋体どうしが前記側面の内側半径の近位又は前記内側半径で接合される、たわみ構造体。
【請求項３】
たわみ構造体であって、材料でできた複数の中空円盤状回旋体を含み、前記中空円盤状回旋体が周縁と、前記周縁によって接合された２つの対向するように配置された側面とを含み、前記中空円盤状回旋体の前記周縁が湾曲状であり、前記中空円盤状回旋体の前記側面が実質的に平坦な領域を含み、前記中空円盤状回旋体の前記側面が内側半径によって画定された穴を有し、隣接する前記中空円盤状回旋体どうしが穴の縁の近位又は前記縁で接合されて流体密封シールを形成し、隣接する前記中空円盤状回旋体どうしの間の前記平坦な領域が、前記たわみ構造体が伸長されるときに少なくとも部分的に接触する、たわみ構造体。
【請求項４】
端部部材であって、実質的に剛直であり、前記複数の中空円盤状回旋体の一方の端で、前記中空円盤状回旋体の前記側面において、前記側面の１つの前記内側半径の近位又は前記内側半径で接合される端部部材をさらに含む、請求項２に記載のたわみ構造体。
【請求項５】
前記中空円盤状回旋体の前記周縁は部分的に円形であるか、部分的に楕円形であるか、又は部分的に放物線状である、請求項２に記載のたわみ構造体。
【請求項６】
隣接する中空円盤状回旋体どうしは、運動の周期の一部の間側面の一部で接触していてもよい前記側面を有する、請求項２に記載のたわみ構造体。
【請求項７】
前記複数の中空円盤状回旋体はプラスチック又はポリマーのシートを含む、請求項２に記載のたわみ構造体。
【請求項８】
前記複数の中空円盤状回旋体はゴムのシートを含む、請求項２に記載のたわみ構造体。
【請求項９】
前記複数の中空円盤状回旋体は金属のシートを含む、請求項２に記載のたわみ構造体。
【請求項１０】
前記複数の中空円盤状回旋体は金属のシート又は金属合金のシートから形成される、請求項２に記載のたわみ構造体。
【請求項１１】
前記複数の中空円盤状回旋体はステンレススチールを含む、請求項２に記載のたわみ構造体。
【請求項１２】
前記複数の中空円盤状回旋体はチタン合金を含む、請求項２に記載のたわみ構造体。
【請求項１３】
前記複数の中空円盤状回旋体は、アルミニウム、銅、クロム、コバルト、イリジウム、マグネシウム、モリブデン、ニッケル、オスミウム、ロジウム、ルテニウム、タンタル、亜鉛、金属合金、又はそれらの組合せを含む、請求項２に記載のたわみ構造体。
【請求項１４】
端部部材であって、実質的に剛直であり、前記複数の中空円盤状回旋体の一方の端で、前記中空円盤状回旋体の前記側面において、前記側面の１つの前記内側半径の近位又は前記内側半径で接合される端部部材をさらに含み、前記端部部材のそれぞれは連続的な環状体として成形される、請求項２に記載のたわみ構造体。
【請求項１５】
一対の端部部材の１つは連続的な環状体として成形され、プレートとして成形される前記一対の端部部材の他の１つと、前記たわみ構造体のうち対向する端部を形成するように取り付けられる、請求項２に記載のたわみ構造体。
【請求項１６】
複数の中空円盤状回旋体であって、前記中空円盤状回旋体の周縁が湾曲状であり、前記中空円盤状回旋体の側面は、隣接する前記中空円盤状回旋体どうしを接合させるように前記側面の内側半径の近位で内側湾曲部を接続させる実質的に平坦な部分を有する、複数の中空円盤状回旋体と、
前記中空円盤状回旋体のそれぞれの前記内側湾曲部のそれぞれの周りに合致したように配置される制約環状体と、
を含むたわみ構造体。
【請求項１７】
前記のものの寸法は、前記内側湾曲部で前記たわみ構造体の伸長を阻止することができる、請求項１６に記載のたわみ構造体。
【請求項１８】
前記制約環状体は、前記内側湾曲部で前記たわみ構造体の伸長を阻止するように引っ張り強さを有する、請求項１６に記載のたわみ構造体。
【請求項１９】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載のたわみ構造体を含む流体ポンプ。
【請求項２０】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載のたわみ構造体を含む流量計。
【請求項２１】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載のたわみ構造体を含む流体ディスペンサー。
【請求項２２】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載のたわみ構造体と、前記流体の圧力を測定するための圧力センサーと、前記流体の温度を測定するための温度センサーとを含む、流量コントローラー。
【請求項２３】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載のたわみ構造体を含み、前記たわみ構造体中における差圧の発生が直線運動を生じさせる、内燃機関。
【請求項２４】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載のたわみ構造体を含み、ガスの加熱と冷却を交互に行うことで前記たわみ構造体は伸長又は収縮して直線運動を生じさせる、熱機関。
【請求項２５】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載のたわみ構造体と、ブレイトンサイクル、ランキンサイクル、又はスターリングサイクルを用いてエネルギー変換を生じさせ、熱エネルギーを機械的エネルギーに変換する構成要素とを含む、熱機関。
【請求項２６】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載のたわみ構造体と、ブレイトンサイクル、ランキンサイクル、又はターリングサイクルにおいて機械的エネルギーを適用することによって投入物の加熱又は冷却を生じさせる構成要素とを含む。熱ポンプ。
【請求項２７】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載のたわみ構造体と、ガスサイクル又はガス／液体サイクルにおいて機械的エネルギーを適用することによって投入物の加熱又は冷却を生じさせる構成要素とを含む、熱ポンプ。
【請求項２８】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載のたわみ構造体と、前記たわみ構造体に機械的エネルギーを適用することによってチャンバーからの流体の排出を生じさせる構成要素とを含む、真空ポンプ。
【請求項２９】
システムであって、
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の少なくとも１つのたわみ構造体と、
実質的に剛直であり、穴を有する、第１のポートプレートと、
実質的に平らな面を有し、実質的に剛直である、転頭運動具と、
前記穴を通して前記転頭運動具に接続された転頭運動カップリングと、
を含み、
前記少なくとも１つのたわみ構造体は、基部の前記第１のポートプレートと前記転頭運動具との間に連結される、
システム。
【請求項３０】
前記少なくとも１つのたわみ構造体は、前記転頭運動カップリングの周りに配置される２つ以上のたわみ構造体を含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記第１のポートプレートは、流体が前記少なくとも１つのたわみ構造体の内部へ流入すること又は内部から流出することを可能とするように配置される１つ又は複数のポートを有する、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
前記第１のポートプレートは、流体が前記たわみ構造体の内部へ流入することを可能とするように配置される１つ又は複数のポートを有し、流体が前記たわみ構造体の内部から流出することを可能とするように配置される１つ又は複数のポートを有する、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３３】
前記転頭運動カップリングは、前記転頭運動具の中心の近位で接続された第１の端部をもった転頭運動シャフトと、ドライブシャフトと、前記転頭運動シャフトの第２の端部が軸線に対して斜めの角度で回転接合部によって前記ドライブシャフトの一端に接続されるように配置された前記回転接合部とを含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３４】
軸線に対して斜めの角度は１〜３０度である、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
軸線に対して斜めの角度は２〜１０度である、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３６】
軸線に対して斜めの角度は４度である、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３７】
第２のポートプレートと、１つ又は複数のポートプレートコネクターと、少なくとも１つの第２レベルのたわみ構造体とをさらに含み、前記１つ又は複数のポートプレートコネクターは実質的に剛直であり、前記１つ又は複数のポートプレートコネクターは、前記第１のポートプレートに対向する前記第２のポートプレートを、それらの間に転頭運動具を有して保持するように配置され、前記少なくとも１つの第２レベルのたわみ構造体は前記転頭運動具と前記第２のポートプレートの間に接続される、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３８】
ドライブシャフトに連結されたエンジン、モーター、又は発電機をさらに含む、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３９】
請求項２９に記載のシステムを含む、流体ポンプ。
【請求項４０】
請求項２９に記載のシステムを含む、流量計。
【請求項４１】
請求項２９に記載のシステムを含む、流体ディスペンサー。
【請求項４２】
請求項２９に記載のシステムを含む、流量コントローラー。
【請求項４３】
請求項２９に記載のシステムを含む、内燃機関。
【請求項４４】
請求項２９に記載のシステムを含む、熱機関。
【請求項４５】
請求項２９に記載のシステムを含む、熱ポンプ。
【請求項４６】
請求項２９に記載のシステムを含む、真空ポンプ。
【請求項４７】
複数の中空円盤状回旋体を含み、前記中空円盤状回旋体の周縁が湾曲状であり、前記中空円盤状回旋体の側面が実質的に平坦であり、前記中空円盤状回旋体の側面が穴を有し、前記複数の中空円盤状回旋体が同軸状に重ねられており、隣接する前記中空円盤状回旋体どうしが前記側面で接合されるか又は前記側面どうしを一部で接触させており、それによって前記中空円盤状回旋体の内部に加えられた差圧が前記中空円盤状回旋体の軸線に実質的に沿って運動を生じさせる、リニアアクチュエーター。
【請求項４８】
或る体積の流体を移動させる方法であって、
１つ又は複数の中空円盤状回旋体であって、前記中空円盤状回旋体の周縁が湾曲状であり、前記中空円盤状回旋体の側面が実質的に平坦であり、前記中空円盤状回旋体の前記側面が穴を有し、前記複数の中空円盤状回旋体が重ねられており、隣接する前記中空円盤状回旋体どうしが前記側面の縁又は縁の近くで接合されるか又は前記側面どうしを一部で接触させている、１つ又は複数の中空円盤状回旋体を提供することと、
前記１つ又は複数の中空円盤状回旋体の体積を周期的に増加させるか又は減少させるかすることと、
を含む方法。
【請求項４９】
方法であって、
たわみ構造体を提供することと、
前記たわみ構造体の内部に流体を供給することと、
前記たわみ構造体の降伏強度を超えることなく前記たわみ構造体を伸長させるように前記たわみ構造体の内部と外部の間に２００ｋＰａ（２Ｂａｒ）超の差圧を作り出すことと、前記たわみ構造体が収縮するように前記たわみ構造体内の圧力を減少させることとを周期的にすることと、
をさらに含む方法。
【請求項５０】
前記たわみ構造体の伸長運動及び収縮運動を用いて回転運動を作り出すことをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
転頭運動具又は回転斜板を作動させて回転運動を作り出すように前記たわみ構造体の伸長運動及び収縮運動を用いることをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
方法であって、
たわみ構造体を提供することと、
前記たわみ構造体の内部に流体を供給することと、
前記たわみ構造体の降伏強度を超えることなく２００ｋＰａ（２Ｂａｒ）超の差圧を前記たわみ構造体の内部と外部の間に発生させるように回転運動を用いて前記たわみ構造体を圧縮することと、
を含む方法。
【請求項５３】
前記流体をより高い圧力で前記たわみ構造体から排出することをさらに含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
回転運動を用いて前記たわみ構造体を圧縮することは、転頭運動具又は回転斜板を用いることを含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５５】
少なくとも部分的に体積を囲む側壁であって、前記側壁は、前記体積の内部と外部の間に２００ｋＰａ（２Ｂａｒ）超の差圧をもって作動するように成形され、前記体積は、流体又はガスと相互作用するように時間とともに変化することが可能である、たわみ構造体。
【請求項５６】
たわみ構造体の設計を得る方法であって、
最初の構成材料を特定し、前記材料の降伏応力データを得ることと、
前記材料でできた複数の中空円盤状回旋体であって、前記中空円盤状回旋体の周縁が湾曲状であり、前記中空円盤状回旋体の側面が実質的に平坦な区分を有し、前記中空円盤状回旋体の前記側面が穴を有し、隣接する前記中空円盤状回旋体どうしが前記側面の内側半径の近位又は前記内側半径で接合される、前記複数の中空円盤状回旋体の最初の形状、最初のサイズ、及び／又は最初の寸法を特定することと、
前記たわみ構造体のための１つ又は複数の作動条件を特定することと、
前記材料でできた前記複数の中空円盤状回旋体のための少なくとも１つの性能パラメータを特定することと、
入力項目：前記特定された最初の構成材料；前記複数の中空円盤状回旋体のための前記特定された最初の形状、最初のサイズ、及び／又は最初の寸法；前記特定された作動条件；及び／又は前記特定された少なくとも１つの性能パラメータ、のうちの１つ又は複数を用いて前記複数の中空円盤状回旋体のための応力プロファイルを得ることと、
前記応力プロファイルの全ての値が、前記特定された最初の材料の前記降伏応力未満である場合、前記特定された最初の構成材料と；前記複数の中空円盤状回旋体のための前記特定された最初の形状、前記最初のサイズ、及び／又は前記最初の寸法とを前記たわみ構造体の設計として用いることと、
前記応力プロファイルの全ての値が、前記特定された最初の材料の前記降伏応力以上である場合、前記入力項目：前記特定された構成材料；前記複数の中空円盤状回旋体のための前記特定された形状、サイズ、及び／又は寸法；前記特定された作動条件；及び前記特定された少なくとも１つの性能パラメータ、のうちの１つ又は複数を、前記複数の中空円盤状回旋体の応力プロファイルの全ての値が前記構成材料の前記降伏応力未満となるまで繰り返し調整し、次いで、全ての値が前記降伏応力未満である前記応力プロファイルを提供する前記構成材料と；前記複数の中空円盤状回旋体のための前記形状、サイズ、及び／又は寸法とを前記たわみ構造体の設計として用いることと、
を含む方法。
【請求項５７】
組合せにおいて、
少なくとも１つのベローズと
第１のポートプレートであって、前記第１のポートプレートは実質的に剛直であり、基部は開口部を有する、第１のポートプレートと、
実質的に平らな面を有し、実質的に剛直である、転頭運動具と、
前記開口部を通して前記転頭運動具に接続された転頭運動カップリングと、
前記基部と前記転頭運動具との間に連結される前記少なくとも１つのベローズと。
【請求項５８】
第２のポートプレートと、１つ又は複数のポートプレートコネクターと、少なくとも１つの第２レベルのベローズとをさらに含み、前記１つ又は複数のポートプレートコネクターは実質的に剛直であり、前記１つ又は複数のポートプレートコネクターは、前記第１のポートプレートに対向する前記第２のポートプレートを、それらの間に転頭運動具を有して保持するように配置され、前記少なくとも１つの第２のベローズは前記転頭運動具と前記第２のポートプレートの間に接続される、請求項５７に記載の組合せ。
【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、２０１４年６月２５日出願の米国仮特許出願第６２／０１６，７６６号「ＦＬＥＸＵＲＥ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳＥＳ，ＦＬＥＸＵＲＥ  ＳＹＳＴＥＭＳ，ＦＬＥＸＵＲＥ  ＭＥＴＨＯＤＳ，ＬＩＮＥＡＲ  ＲＯＴＡＲＹ  ＣＯＮＶＥＲＴＥＲＳ，ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＷＩＴＨ  ＬＩＮＥＡＲ  ＲＯＴＡＲＹ  ＣＯＮＶＥＲＴＥＲＳ（たわみ装置、たわみシステム、たわみ方法、直線回転変換器、及び直線回転変換器を用いたシステム）」による、Ｒｕｓｓｅｌｌ  Ｆ．ＪＥＷＥＴＴ及びＳｔｅｖｅｎ  Ｆ．ＰＵＧＨの利益を主張する。米国仮特許出願第６２／０１６，７６６号の内容はその全体が、本参照によりあらゆる目的のために本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
本発明の１つ又は複数の態様は、たわみ構造体、直線運動から回転運動への変換器、並
びにたわみ構造体及び／又は直線運動から回転運動への変換器を含むシステムに関する。
【０００３】
種々様々なシステムで、液体及びガス、即ち流体の取扱い、加工、移動、及び使用のために、ベローズ構造体、ダイヤフラム、及びピストン／シリンダー構造体などの機構を含みかつ／又は用いる。例えば、ピストン／シリンダー構造体は、多用途であり、数多くの種類の用途において作動するように広い範囲の圧力及び温度に用いられ得る。これらの種類の構造体並びにその用途及び使用は、特許文献及び科学文献で取り扱われている。かかる文献としては、米国特許第９，０５４，１３９号、米国特許第８，４３１，８５５号、米国特許第８，１３３，１６５号、米国特許第７，８６６，９５３号、米国特許第７，８３２，２０９号、米国特許第７，５５６，０６５号、米国特許第５，２４０，３８５号、米国特許第４，６５５，６９０号、米国特許第４，４５７，２１３号、米国特許第４，１３８，９７３号、米国特許第３，１３１，５６３号、米国特許第２，９２０，６５６号、Ｙｕｎｕｓ  Ｃｅｎｇｅｌ  ａｎｄ  Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｂｏｌｅｓ，“Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ：Ａｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ａｐｐｒｏａｃｈ，”ｅｉｇｈｔ  ｅｄｉｔｉｏｎ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，２０１４及びＨｅｒｂｅｒｔ  Ｃａｌｌｅｎ，“Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ  ａｎｄ  ａｎ  Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｔｈｅｒｍｏｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ，”ｓｅｃｏｎｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，１９８５  が挙げられる。これらの参考文献は全てその全体が、本参照によりあらゆる目的のために本明細書に援用される。
【０００４】
本発明者らは、ベローズ構造体、ダイヤフラム、ピストン／シリンダー構造体などの構造体を、それらが現在用いられている装置及びシステムにおいて用いることに代替案の必要性を認識してきた。さらに、本発明者らは、ベローズ構造体、ダイヤフラム、及びピストン／シリンダー構造体などの構造体を１つ又は複数の用途に用いることに関連した１つ又は複数の欠陥を克服し得る１つ又は複数の発見をした。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の一態様は、たわみ構造体に関する。本発明の他の一態様は、たわみ構造体を含むシステムに関する。本発明の他の一態様は、たわみ構造体を用いる方法に関する。本発明の他の一態様は、直線運動から回転運動への変換器に関する。本発明の他の一態様は、直線運動から回転運動への変換器を用いたシステム関する。本発明の他の一態様は、たわみ構造体と組み合せた、直線運動から回転運動への変換器に関する。本発明の他の一態様は、たわみ構造体と組み合せた直線運動から回転運動への変換器を用いたシステムに関する。本発明の他の一態様は、ベローズ構造体と組み合せた、直線運動から回転運動への変換器に関する。本発明の他の一態様は、ベローズ構造体と組み合せた直線運動から回転運動への変換器を用いたシステムに関する。
【０００６】
本発明はその用途において、下の記載に明記される構成要素の、構成の細部にも配置にも限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、種々の方法で実践及び実施が可能である。また、本明細書で使用される表現及び用語は、説明目的のためのものであり、限定的であると見なされないものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の側面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態の上面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態の側面断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態の側面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態の側面断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態の側面断面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態の側面図である。
【図７−１】図７−１は、本発明の一実施形態の側面断面図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態の側面図である。
【図８−１】図８−１は、本発明の一実施形態の側面断面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態の部分側面断面図である。
【図９−１】図９−１は、本発明の一実施形態の部分側面断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態の部分側面断面図である。
【図１０−１】図１０−１は、本発明の一実施形態の部分側面断面図である。
【図１０−２】図１０−２は、本発明の一実施形態の部分側面断面図である。
【図１０−３】図１０−３は、本発明の一実施形態の部分側面断面図である。
【図１０−４】図１０−４は、本発明の一実施形態の部分側面断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施形態の部分側面断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施形態の側面図である。
【図１３】図１３は、本発明の一実施形態の側面断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の一実施形態に係るシステム図である。
【０００８】
図の要素は、分かりやすくかつ明確になるように例示されているのであり、必ずしも尺度通りに描かれてはいないことを当業者は理解するものである。例えば、図中の要素のいくつかの寸法は、本発明の実施形態の理解を向上させるのを助けるために他の要素に対して誇張されていることがある。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図に関する次の記載において、各図に共通する実質的に同一の要素又は方法を指す際には同一の符号が用いられている。
【００１０】
他に断りがなければ、本明細書に用いられる全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。参照により本明細書に援用される刊行物、特許出願、特許、及び他の引用参考文献と矛盾がある場合には、定義を含めて、本明細書が優先する。
【００１１】
異なる定義が特許請求の範囲や、本明細書の他の箇所で与えられていなければ、定義される次の用語についてはこれらの定義が適用されるものとする。全ての数値は、本明細書では、明示的に示されているか否かに係らず、用語「約（ａｂｏｕｔ）」によって修飾されているとして定義される。用語「約（ａｂｏｕｔ）」は一般的に、実質的に同じ特性、機能、結果等を生じさせるためには述べた値と同等であると当業者が考える数の範囲を指す。低い値と高い値によって示される数値範囲は、数値範囲内に包含される全ての数及び数値範囲内に包含される全ての部分範囲を含むものと定義される。一例として、範囲１０〜１５は、１０、１０．１、１０．４７、１１、１１．７５〜１２．２、１２．５、１３〜１３．８、１４、１４．０２５、及び１５を含み、但しそれらに限定されない。
【００１２】
用語「水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」は、本明細書で使用される場合、その向きにかかわらず、基準面の平面又は表面に平行な平面と定義される。用語「垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」は、上に定義した水平に直交する方向を指す。「上（ａｂｏｖｅ）」、「下（ｂｅｌｏｗ）」、「底（ｂｏｔｔｏｍ）」、「上部（ｔｏｐ）」、「側部（ｓｉｄｅ）」、「より高い（ｈｉｇｈｅｒ）」、「より低い（ｌｏｗｅｒ）」、「上側（ｕｐｐｅｒ）」、「上方（ｏｖｅｒ）」、及び「下方（ｕｎｄｅｒ）」などの用語は、水平の平面との関係で定義される。用語「上に（ｏｎ）」は、要素どうしの間に直接的接触があることを意味する。
【００１３】
本発明の種々の実施形態は、記載した特徴のいずれをも、単独又は組合せで含んでもよい。本開示の他の特徴及び／又は利点は、以下の説明から明らかとなる。
【００１４】
本明細書に例示及び記載する本発明の実施形態における作動又は方法の実行又は実施の順序は、他に断りがなければ、不可欠ではない。即ち、作動又は方法は、他に断りがなければ、いかなる順序で実施してもよく、本発明の実施形態は、本明細書に開示するもの以外の、追加的であるか又はより少ない作動又は方法を含んでもよい。例えば、特定の作動又は方法を他の作動又は方法の前、それと同時、又はその後に実行又は実施することが本発明の態様の範囲内にあることが企図される。
【００１５】
本発明の実施形態を、主に、ベローズ構造体に類似の流体取扱特性を有する一種のたわみ構造体との関連において以下に論ずる。言い換えれば、これらのたわみ構造体は、ガスシール又は液体シールを提供することができ、流体の封じ込めを提供することができ、自体の軸線に沿って伸長又は収縮することができ、ベローズ構造体用と実質的に同じ流体に作用するか又は作用されるかすることができる。
【００１６】
たわみ構造体
【００１７】
本発明の１つ又は複数の態様は、たわみ構造体、たわみ構造体を含む装置、たわみ構造体を含むシステム、たわみ構造体を含む装置を用いる方法、たわみ構造体を含むシステムを用いる方法、及びたわみ構造体を設計する方法に関する。
【００１８】
多くのシステム及び装置は、ベローズ構造体、ダイヤフラム、ピストン／シリンダー構造体などの機構並びに流体の取扱い及び使用のための機構を含みかつ／又は用いる。これらの種類の機構は、種々の用途に対して種々の利点及び欠点を有することがある。ピストン／シリンダー構造体は、ピストンとシリンダーの壁との間の摩擦及び摩耗の量を減少させるために潤滑又は他の何らかの機構を通常必要とするという欠点を有する。通常、ベローズ構造体及びダイヤフラムは潤滑を必要としないが、それらは、いくつかの用途に必要とされる高い差圧の作動には適切ではない。高圧作動（典型的な熱サイクルエンジンや流体サイクル冷凍システムに見られるものなど）では、典型的なベローズ構造体及びダイヤフラムは、非常に強さ及び／又は可撓性のある材料でもその弾性歪み限度を超え得るよりも応力を受ける。弾性歪み限度を超えると、ベローズ構造体及びダイヤフラムの塑性変形や崩壊につながり得る。
【００１９】
本発明の１つ又は複数の実施形態は、たわみ構造体の内側と外側の間の大きい圧力差に耐え得るたわみ構造体に関する。より詳しくは、本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、たわみ構造体は、ピストン／シリンダー構造体に必要とされる潤滑を必要とせず、ピストン／シリンダー構造体を用いるエンジン及び流体サイクル冷凍システムの作動には典型的な差圧で作動することから生じ得る塑性変形を受けない。
【００２０】
ここで、本発明の一実施形態に係るたわみ構造体３５の側面図を図示する図１を参照する。たわみ構造体３５は、複数の中空円盤状回旋体５０を含む。中空円盤状回旋体５０のそれぞれは、湾曲状の周縁５２を有する。言い換えれば、中空円盤状回旋体５０の外縁は湾曲状である。中空円盤状回旋体５０は、少なくとも１つの実質的に平坦な区分を有する側面５４を有する。中空円盤状回旋体５０の側面５４は、穴５６を有する（穴５６は図１に図示されない）。複数の中空円盤状回旋体５０は実質的に、軸線を中心として位置合わせされているかのように重ねられている。隣接する中空円盤状回旋体５０は、側面５４の内側半径の近位又はその内側半径で接合される。言い換えれば、複数の中空円盤状回旋体は、穴５６の縁かその近くで接合される。一変形として、本発明の１つ又は複数の実施形態は、たわみ構造体の回旋体が側面の外側半径か若しくはその近くか、又は側面５４の内側半径と外側半径の間の任意の場所かで接合されるように、設計され得る。より一般的には、回旋体は、流体密封シールを形成するように接合される。
【００２１】
ここで、図１に記載するものと実質的に同じである、本発明の一実施形態に係るたわみ構造体３５の上面図を示す図２を参照する。たわみ構造体３５の上面図は、中空円盤状構造体５０の実質的に一側面である。より詳しくは、図２は、中空円盤状回旋体５０の側面５４と、上から見て見える、中空円盤状回旋体の周縁５２の一部とを示す。中空円盤状回旋体５０の側面５４は穴５６を有する。
【００２２】
ここで、本発明の一実施形態に係るたわみ構造体３５の側面断面図を示す図３を参照する。たわみ構造体３５は、複数の中空円盤状回旋体５０を含む。中空円盤状回旋体５０のそれぞれは、湾曲状の周縁５２を有し、言い換えれば、中空円盤状回旋体５０の外縁が湾曲状である。中空円盤状回旋体５０は、少なくとも１つの実質的に平坦な区分を有する側面５４を有する。中空円盤状回旋体５０の側面５４は穴５６を有する。複数の中空円盤状回旋体５０は実質的に、同心円状に位置合わせされているかのように重ねられている。隣接する中空円盤状回旋体５０は、側面５４の内側半径の近位又はその内側半径に接続部５８を有する。言い換えれば、複数の中空円盤状回旋体は、穴５６の縁かその近くに接続部５８を有する。
【００２３】
接続部５８は、溶接によって形成されるか、接着剤によって形成されるか、融着よって形成されるか、又はそれらの組合せによって形成される接続部などの接続部であってもよく、但し、それらに限定されない。あるいは、接続部５８は、中空円盤状回旋体の構成材料の実質的に連続的な部分に曲げを形成することによって形成される接続部であってもよい。本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、隣接する中空円盤状回旋体は、たわみ構造体３５の伸長及び／又は収縮のために自体が運動する期間中の少なくとも一部期間中に側面５４どうしが接触しているように、配置される。言い換えれば、接続部５８は、たわみ構造体３５が弛緩、伸長、及び／又は圧縮されている間に中空円盤状回旋体５０の側面５４の一部を隣接する側面５４と接触させているときにも、存在し得る。本発明の他の一実施形態によれば、たわみ構造体３５が弛緩、伸長、及び／又は圧縮されている間、たわみ３５は、中空円盤状回旋体５０の隣接する側面５４どうしの間に少なくとも部分的な接触を有する。
【００２４】
ここで、本発明の一実施形態に係るたわみ構造体３７の側面図を図示する図４を参照する。たわみ構造体３７は、複数の中空円盤状回旋体５０を含む。中空円盤状回旋体５０のそれぞれは、湾曲状の周縁５２を有し、言い換えれば、中空円盤状回旋体５０の外縁が湾曲状である。中空円盤状回旋体５０は、少なくとも１つの実質的に平坦な区分を有する側面５４を有する。中空円盤状回旋体５０の側面５４は穴５６を有する。複数の中空円盤状回旋体５０は実質的に、同心円状に位置合わせされているかのように重ねられている。隣接する中空円盤状回旋体５０は、側面の内側半径の近位又はその内側半径で接合される。言い換えれば、複数の中空円盤状回旋体は、穴５６の縁又はその縁の近くで接合される。たわみ構造体３７は端部部材５９をさらに含む。
【００２５】
本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、端部部材５９は、実質的に剛直であり、複数の中空円盤状回旋体５０の一方の端で、中空円盤状回旋体５０の１つの側面５４において、側面５４の内側半径の近位又はその内側半径で接合される。端部部材５９は、溶接によって形成される接続部、接着剤によって形成される接続部、融着よって形成される接続部、及びそれらの組合せよって形成される接続部など、但し、それらに限定されない接続部を用いて側面５４に接合され得る。本発明の１つ又は複数の実施形態のための一選択肢として、端部部材５９は、１つ又は複数の穴を有しても有さなくてもよい金属板状体などの板状体として成形されてもよく、あるいは端部部材５９は、実質的に連続的な環状体として成形されてもよい。端部部材５９は、たわみ構造体の作動条件によって大きく変形されないような寸法を有する。本発明のあるいはより多くの実施形態のために、端部部材５９は、中空円盤状回旋体の材料に接合するのに適合している材料で作製され、任意で、同じ材料であってもよい。端部部材５９に用いられ得るいくつかの材料としては、限定はされないが、金属、金属合金、スチール、ステンレススチール、チタン、ポリマー、複合材料、たわみ構造体用使用材料、及びそれらの組合せが挙げられる。
【００２６】
ここで、図４に示すのと実質的に同じたわみ構造体３７の側面断面図を示す図５を参照する。図５に示す本発明の実施形態によれば、端部部材５９は、実質的に連続的な環状体として構成される。端部部材５９に環状体構成を用いることにより、流体が端部部材５９を通って複数の中空円盤状回旋体に流入出することが可能となる。
【００２７】
ここで、図５に示すのと実質的に同じではあるが、但し、第２の端部部材５９が複数の中空円盤状回旋体５０の他端に取り付けられているたわみ構造体３７の側面断面図を示す図６を参照する。より詳しくは、第２の端部部材５９は、複数の円盤状回旋体の側面５４に取り付けられる。第２の端部部材５９は、溶接によって形成される接続部、接着剤によって形成される接続部、融着よって形成される接続部、及びそれらの組合せよって形成される接続部など、但し、それらに限定されない接続部を用いて側面５４に接合され得る。図６に示す本発明の実施形態によれば、各端部部材５９は、実質的に連続的な環状体として構成される。端部部材５９に環状体構成を用いることにより、流体が端部部材５９を通って複数の中空円盤状回旋体に流入出することが可能となる。
【００２８】
中空円盤状回旋体の周縁の湾曲は、本発明の１つ又は複数の実施形態のために変更してもよい。本発明の一実施形態によれば、周縁の湾曲は、円の半円形部分又はそれより小さい部分など、部分的な円形の湾曲に相当する。本発明の一実施形態によれば、周縁の湾曲は、楕円の半楕円形部分又はそれより小さい部分など、部分的な楕円形の湾曲に相当する。本発明の一実施形態によれば、周縁の湾曲は、放物線の閉端部など、部分的な放物線の湾曲に相当する。
【００２９】
中空円盤状回旋体の周縁の最適な湾曲は、たわみ構造体の構成材料、たわみ構造体の使用のための温度範囲、たわみ構造体の使用のための圧力範囲などの要素に依存し得る。本開示の観点からすれば、当業者は、従来の最適化技術を用いて、本発明の実施形態に係るたわみ構造体のための適切な湾曲形状を導き出すことができるものである。
【００３０】
ここで、たわみ構造体４０のための壁の側面図を示す図７及びたわみ構造体４０のための壁の側面断面図を示す図７−１を参照する。たわみ構造体４０は、複数の中空円盤状回旋体５０を含む。中空円盤状回旋体５０の周縁５２は湾曲状である。中空円盤状回旋体５０は側面５４を有し、これは、隣接する中空円盤状回旋体５０に接合するように、その側面の内側半径の近位で内側湾曲部５８に接続する実質的に平坦な部分を含む。本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、複数の中空円盤状回旋体５０が重ねられる。たわみ構造体４０は、中空円盤状回旋体５０のそれぞれの内側湾曲部５８のそれぞれの周りに合致したように配置される制約環状体をさらに含む（制約環状体は図７及び図７−１には図示されない）。
【００３１】
ここで、図７に示すたわみ構造体４０と実質的に同じではあるが、但し、中空円盤状回旋体５０のそれぞれの内側湾曲部５８のそれぞれの周りに合致したように配置される制約環状体６２をさらに含むたわみ構造体４１の側面図を示す図８を参照する。図８−１は、たわみ構造体４１の側面断面図を示す。
【００３２】
本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、内側湾曲部５８の寸法は、たわみ構造体に望まれる最大長さ変動と最小長さ変動の差の関数である。本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、中空円盤状回旋体５０の寸法は、たわみ構造体の作動圧力範囲及び／又は作動温度範囲の関数である。
【００３３】
本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、制約環状体６２は、たわみ構造体の内側湾曲部５８でたわみ構造体の伸長を阻止しようとするような寸法及び引っ張り強さを有する。より詳しくは、制約環状体６２は、たわみ構造体の径方向の塑性変形を実質的に阻止又は防止しようとするように構成及び配置される。種々の材料が制約環状体６２に用いられ得る。制約環状体６２に用いられ得るいくつかの材料としては、限定はされないが、金属、金属合金、スチール、ステンレススチール、チタン、ポリマー、複合材料、たわみ構造体用使用材料、及びそれらの組合せが挙げられる。
【００３４】
図１〜８−１に図示するたわみ構造体は単に例示的であるに過ぎないことに留意されたい。本発明の１つ又は複数の実施形態は、たわみ構造体に、４つより多い中空円盤状回旋体を用いてもよく、４つより少ない中空円盤状回旋体を用いてもよい。
【００３５】
図１〜８−１に示してそれに対して上に記載した実施形態など、但しそれらに限定されない、本発明の実施形態に係るたわみ構造体は、種々の技術を用いて製造され得る。従来のベローズ構造体を作製するために用いられるような製造技術であって、ハイドロフォーミング、鋳造、金属メッキ、溶接、射出成形、溶融、化学沈殿、融着、化学的結合、３次元印刷、及びそれらの組合せなど、但しこれらに限定されない技術が、本発明に係るたわみ構造体の１つ又は複数の実施形態を作製するために用いられ得る。
【００３６】
種々の材料が、本発明の１つ又は複数の実施形態に係るたわみ構造体を製造するために用いられ得る。本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、たわみ構造体は、限定はされないが、プラスチック又はポリマーのシート、ゴムシート、金属性シートなどの材料を含んでもよい。本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、複数の中空円盤状回旋体は、金属シート又は金属合金シートから形成される。本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、複数の中空円盤状回旋体はスチール又はステンレススチールを含む。本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、複数の中空円盤状回旋体はチタン合金を含む。本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、複数の中空円盤状回旋体は、アルミニウム、銅、クロム、コバルト、イリジウム、マグネシウム、モリブデン、ニッケル、オスミウム、ロジウム、ルテニウム、タンタル、亜鉛、金属合金、又はそれらの組合せを含む。
【００３７】
コンピューターモデリングの結果
【００３８】
本発明の１つ又は複数の実施形態のコンピューターモデルを作出した。マサチューセッツ州０２４５１、ウォルサム、ワイマン・ストリート１７５のダッソー・システムズ・ソリッドワークス・コーポレーション（Ｄａｓｓａｕｌｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）が作製するＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓなど、１つ又は複数のソフトウェアプログラムを用いてソフトウェアモデリングを達成した。コンピューターモデリングはＳｏｌｉｄ  Ｗｏｒｋｓ以外のソフトウェアプログラムを用いて達成され得たであろうことを理解されたい。ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓプログラムのいくらかの詳細は、ダッソー・システムズ・ソリッドワークス・コーポレーショから入手できる「Ｓｏｌｉｄ  Ｗｏｒｋｓ  シミュレーションを使った応力分析アプリケーションの入門、学習者の手引き（Ａｎ  Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｓｔｒｅｓｓ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｗｉｔｈ  Ｓｏｌｉｄ  Ｗｏｒｋｓ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｓｔｕｄｅｎｔ  Ｇｕｉｄｅ）」に見出すことができる。モデルを用いて、本発明の１つ又は複数の実施形態に係るたわみ構造体の降伏強度を計算した。本発明の１つ又は複数の実施形態として、１つ又は複数の構成のための適切なたわみ幾何学的形状を有限要素解析によるたわみ構造体のモデリングによって決定した。
【００３９】
図６に示すたわみ構造体３７など、本発明の一実施形態に係るたわみ構造体として、モデルを作出した。より詳しくは、たわみ構造体が受けた応力の有限要素解析を行って、たわみ構造体の応力プロファイルを決定した。モデリングのプログラムはＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓとし、たわみ構造体材料はステンレススチールを選択した。たわみ構造体の一区分のコンピューターモデル画像に対して静的ミーゼス（ｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ）プロファイルを生成した。４５気圧の内部圧力と、たわみ構造体の軸方向縦に沿った＋６ミリメートルの伸長とを有するたわみ構造体に対して、たわみ構造体の応力プロファイルを導き出した。コンピューターモデリングとしてのたわみ構造体は、モデリングに用いたステンレススチールの降伏限度を超えることなく、その弛緩した長さの−２．５％〜＋１５％を超える範囲において、全て、４５気圧の差圧（即ち、たわみ体の内側の圧力とたわみ体の外側の圧力との差）を維持したまま、たわむことができる。モデリングに用いたステンレススチールの降伏強度は９３１メガパスカルであった。モデルが導き出したたわみ構造体の最大応力は、ステンレススチールの降伏応力を充分下回る７５７メガパスカルであった。
【００４０】
図６に示すものと同様のたわみ構造体の追加的なコンピューターモデリングを実施した。モデリングは、たわみ構造体が、ステンレススチールの降伏強度を超えることなく、３５０気圧超の差圧での使用のために適用拡大され得ることを示す。
【００４１】
ここで、本発明の一実施形態に係るたわみ構造体４１の一区分のコンピューターモデル画像として生成された静的ミーゼスプロファイルを示す図９及び９−１を参照する。８２７メガパスカルの降伏強度を有する材料としてたわみ構造体４１のモデルを作る。図９は、伸長されていない、即ち弛緩した状態にあるときのたわみ構造体４１のモデルである。図９−１は、たわみ構造体４１たわみ構造体４１が伸長された状態にあるときにその一区分のコンピューターモデル画像として生成された静的ミーゼスプロファイルを示す。たわみ構造体４１の設計及び寸法は、たわみ構造体４１の機械的圧縮及び伸長が、たわみ構造体の降伏強度を超えることなく高い差圧で保持されるように、導き出される。図９及び９−１は、４．５ＭＰａの内部圧力をもったたわみ構造体４１の機械的サイクルのうち弛緩した状態及び伸長した状態でのたわみ体における応力を示す。
【００４２】
本発明の他の一態様は、たわみ構造体の設計を得る方法を含む。本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、方法は、構成材料とその降伏強度データを特定することと、その材料でできた複数の中空円盤状回旋体のための設計パラメータを特定することとを含む。中空円盤状回旋体の周縁は湾曲状である。中空円盤状回旋体の側面は、実質的に平坦であり、穴を有する。隣接する中空円盤状回旋体は、側面の内側半径の近位又はその内側半径で接合される。方法はまた、複数の中空円盤状回旋体のための応力プロファイルの全ての値が構成材料の降伏応力未満となるまで設計パラメータの１つ又は複数を繰り返し調整することを含む。本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、方法は、有限要素解析ソフトウェアプログラムなど、但しこれに限定されないソフトウェアモデリングプログラムを用いて実行される。
【００４３】
本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、方法は、最初の構成材料を特定することと、その材料の降伏応力データを得ることとを含む。方法はまた、その材料でできた複数の中空円盤状回旋体のための最初の形状、最初のサイズ、及び／又は最初の寸法を特定することを含む。中空円盤状回旋体の周縁は湾曲状である。中空円盤状回旋体の側面は少なくとも１つの実質的に平坦な区分を有し、中空円盤状回旋体の側面は穴を有する。隣接する中空円盤状回旋体は、側面の内側半径の近位又はその内側半径で接合される。方法はまた、たわみ構造体のための１つ又は複数の作動条件を特定することを含む。用いられ得る作動条件としては、限定はされないが、温度、圧力、差圧、周囲ガス組成又は曝露ガス組成、及びそれらの組合せが挙げられる。方法はまた、その材料でできた複数の中空円盤状回旋体のための少なくとも１つの性能パラメータを特定することを含む。用いられ得る性能パラメータとしては、限定はされないが、弛緩状態と比較した伸長の量、弛緩状態と比較した圧縮の量、使用可能な差圧の範囲、及びそれらの組合せが挙げられる。方法はさらに、入力項目である、特定された最初の構成材料；複数の中空円盤状回旋体のための特定された最初の形状、最初のサイズ、及び／又は最初の寸法；特定された作動条件；及び／又は特定された少なくとも１つの性能パラメータのうち、１つ又は複数を用いて複数の中空円盤状回旋体の応力プロファイルを得ることをさらに含む。方法は、応力プロファイルの全ての値が、特定された最初の材料の降伏応力未満であるかどうかを決定し、そうである場合には、特定された最初の構成材料と；複数の中空円盤状回旋体のための特定された最初の形状、最初のサイズ、及び／又は最初の寸法とをたわみ構造体の設計として用いることを含む。応力プロファイルの全ての値が、特定された最初の材料の降伏応力未満でない場合には、特定された構成材料；複数の中空円盤状回旋体のための特定された形状、サイズ、及び／又は寸法；特定された作動条件；及び特定された少なくとも１つの性能パラメータなど、但しこれらに限定されない入力項目の１つ又は複数を、複数の中空円盤状回旋体の応力プロファイルの全ての値が構成材料の降伏応力未満となるまで繰り返し調整し、次いで、全ての値が降伏応力未満である応力プロファイルを提供する構成材料と；複数の中空円盤状回旋体のための形状、サイズ、及び／又は寸法とをたわみ構造体の設計として用いることを、方法はさらに含む。
【００４４】
本発明の１つ又は複数の実施形態に係るたわみ構造体は、高められた差圧で作動中にたわみ構造体の構成材料の降伏強度を下回る応力プロファイルを有する。本発明の１つ又は複数の実施形態では、たわみ構造体は、高められた差圧で作動中にたわみ構造体の構成材料の降伏強度を下回る応力プロファイルの各値を有する。本発明の１つ又は複数の実施形態では、たわみ構造体は、たわみ構造体上の全ての箇所で、たわみ構造体の所定の作動条件のための応力プロファイルの各値がたわみ構造体の構成材料の降伏強度を下回る。本発明の１つ又は複数の実施形態では、たわみ構造体は、１％〜９９％の作動中における応力プロファイルの各値、並びにたわみ構造体の構成材料の降伏強度の全ての値、範囲、及びその中に包含される部分範囲を有する。本発明の１つ又は複数の実施形態では、たわみ構造体は、作動中のミーゼス応力プロファイルがたわみ構造体の構成材料の降伏強度を下回る。
【００４５】
本発明の他の一態様は、或る体積の流体を移動させる方法を含む。本発明の一実施形態によれば、方法は、１つ又は複数の中空円盤状回旋体を提供することを含む。中空円盤状回旋体の周縁は湾曲状である。中空円盤状回旋体の側面は、実質的に平坦であり、穴を有する。隣接する中空円盤状回旋体は、側面の縁の近く若しくはその縁で接合されるか、又はそれらの側面の部分を隣接する側面に接触させてもよい。一選択肢として、方法は、図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に関して上に記載したたわみ構造体と実質的に同じものを用いてもよい。方法は、１つ又は複数の中空円盤状回旋体の体積を周期的に増加させるか又は減少させるかすることをさらに含む。
【００４６】
本発明の他の一実施形態はリニアアクチュエーターを含む。リニアアクチュエーターは１つ又は複数の中空円盤状回旋体を含む。中空円盤状回旋体の周縁は湾曲状である。中空円盤状回旋体の側面は穴を有する。複数の中空円盤状回旋体がある場合、それらは、軸方向に位置合わせされるように同軸状に重ねられてもよい。隣接する中空円盤状回旋体は、側面で接合されるか又はそれらの側面の部分を隣接する側面に接触させてもよく、それによって中空円盤状回旋体の内部に加えられた差圧が、中空円盤状回旋体の軸線に実質的に沿った運動を生じさせる。
【００４７】
本発明の他の一態様は、本開示で教示するたわみ構造体を含むシステムに関する。本発明の一実施形態は、上に記載し図１〜６に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を含む流体ポンプである。本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、たわみ構造体は、標準的技術の流体ポンプの、１つ又は複数のピストン／シリンダー構造体、ベローズ構造体、又はダイヤフラムに取って代わる。
【００４８】
本発明の一実施形態は、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を含む流量計である。
【００４９】
本発明の一実施形態は、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を含む流体ディスペンサーである。
【００５０】
本発明の一実施形態は、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を含む流量コントローラーである。流量コントローラーは、流体の圧力を測定するための圧力センサーと、流体の温度を測定するための温度センサーとをさらに含む。
【００５１】
本発明の一実施形態は、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を含む内燃機関である。本発明の一実施形態によれば、内燃プロセスなどによる、ベローズ中での差圧の発生が直線運動を生じさせる。
【００５２】
本発明の一実施形態は、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を含む熱機関である。本発明の一実施形態によれば、ガスの加熱と冷却を交互に行うと、たわみ構造体は伸長又は収縮して直線運動を生じさせる。
【００５３】
本発明の一実施形態は、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を含む熱機関である。本発明の一実施形態によれば、熱機関は、ブレイトンサイクル、ランキンサイクル、又はスターリングサイクルを用いて熱エネルギーを機械的エネルギーに変換する、エネルギー変換を起こすための構成要素をさらに含む。
【００５４】
本発明の一実施形態は、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を含む熱ポンプである。本発明の一実施形態によれば、熱ポンプは、ブレイトンサイクル、ランキンサイクル、又はターリングサイクルにおいて機械的エネルギーを適用することによって投入物の加熱又は冷却を生じさせる構成要素をさらに含む。
【００５５】
本発明の一実施形態は、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を含む熱ポンプである。本発明の一実施形態によれば、熱ポンプは、ガスサイクル又はガス／液体サイクルにおいて機械的エネルギーを適用することによって投入物の加熱又は冷却を生じさせる構成要素をさらに含む。本発明の１つ又は複数の実施形態は、上及び図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、９−１に記載したものなど、たわみ構造体が、従来の熱ポンプに用いられるベローズ、ダイヤフラム、ピストン／シリンダー構造体に取って代わるように用いられる、熱ポンプを含む。
【００５６】
本発明の一実施形態は、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を含む真空ポンプである。本発明の一実施形態によれば、真空ポンプは、たわみ構造体に機械的エネルギーを適用することによってチャンバーからの流体の排出を生じさせる構成要素をさらに含む。本発明の１つ又は複数の実施形態は、上及び図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、９−１に記載したものなど、たわみ構造体が、従来の真空ポンプに用いられるベローズ、ダイヤフラム、ピストン／シリンダー構造体に取って代わるように用いられる、真空ポンプを含む。
【００５７】
本発明の他の一実施形態は、４行程内燃ピストン機関と同じように、点火中に放出されるエネルギーから動力を引き出すために燃料／酸化剤混合物（ガソリンと空気など）を使う、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を用いることを含む。本発明の１つ又は複数の実施形態は、上及び図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、９−１に記載したものなど、たわみ構造体が、従来の４行程内燃機関に用いられるピストン／シリンダー構造体に取って代わるように用いられる、４行程内燃機関を含む。
【００５８】
本発明の他の一実施形態は、２行程内燃ピストン機関と同じように、点火中に放出されるエネルギーから動力を引き出すために燃料／酸化剤混合物（ガソリンと空気など）を使う、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を用いることを含む。本発明の１つ又は複数の実施形態は、上及び図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、９−１に記載したものなど、たわみ構造体が、従来の２行程内燃機関に用いられるピストン／シリンダー構造体に取って代わるように用いられる、２行程内燃機関を含む。
【００５９】
本発明の他の一実施形態は、ディーゼル内燃ピストン機関と同じように、点火中に放出されるエネルギーから動力を引き出すために燃料／酸化剤混合物（ディーゼル燃料と空気など）を使う、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を用いることを含む。本発明の１つ又は複数の実施形態は、上及び図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、９−１に記載したものなど、たわみ構造体が、従来のディーゼル内燃ピストン機関に用いられるピストン／シリンダー構造体に取って代わるように用いられる、ディーゼル内燃ピストン機関を含む。
【００６０】
本発明の他の一実施形態は、実質的にブレイトンサイクルを用いてコールドシンク（ｃｏｌｄ  ｓｉｎｋ）への熱伝達から動力を引き出すために熱源（燃料／酸化剤混合物、太陽、又は他の利用可能な外部熱源）を使う、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を用いることを含む。本発明の１つ又は複数の実施形態は、上及び図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、９−１に記載したものなど、たわみ構造体が、従来のブレイトンサイクルシステムに用いられるベローズ構造体、ダイヤフラム、及び／又はピストン／シリンダー構造体に取って代わるように用いられる、ブレイトンサイクルを用いるシステムを含む。
【００６１】
本発明の他の一実施形態は、実質的にスターリングサイクルを用いてコールドシンク（ｃｏｌｄ  ｓｉｎｋ）への熱伝達から動力を引き出すために熱源（燃料／酸化剤混合物、太陽、又は利用可能な外部熱源）を使う、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を用いることを含む。本発明の１つ又は複数の実施形態は、上及び図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、９−１に記載したものなど、たわみ構造体が、従来のスターリングサイクルシステムに用いられるベローズ構造体、ダイヤフラム、及び／又はピストン／シリンダー構造体に取って代わるように用いられる、スターリングサイクルを用いるシステムを含む。
【００６２】
本発明の他の一実施形態は、実質的にランキンサイクルを用いてコールドシンクへの熱伝達から動力を引き出すために熱源（燃料／酸化剤混合物、太陽、又は利用可能な外部熱源）を使う、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を用いることを含む。本発明の１つ又は複数の実施形態は、上及び図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、９−１に記載したものなど、たわみ構造体が、従来のランキンサイクルシステムに用いられるベローズ構造体、ダイヤフラム、及び／又はピストン／シリンダー構造体に取って代わるように用いられる、ランキンサイクルを用いるシステムを含む。
【００６３】
本発明の他の一実施形態は、ガスサイクル又は（相変化を含む）ガス／液体サイクルを用いてコールドシンクへの熱伝達から動力を引き出すために熱源（燃料／酸化剤混合物、太陽、又は利用可能な外部熱源）を使う、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を用いることを含む。
【００６４】
本発明の他の一実施形態は、ランキンサイクルを用いて冷熱源からウォームシンク（ｗａｒｍ  ｓｉｎｋ）へと熱をポンプ式に取り出すために回転式動力源を使う、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を用いることを含む。
【００６５】
本発明の他の一実施形態は、スターリングサイクルを用いて冷熱源からウォームシンク（ｗａｒｍ  ｓｉｎｋ）へと熱をポンプ式に取り出すために回転式動力源を使う、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を用いることを含む。
【００６６】
本発明の他の一実施形態は、ブレイトンサイクルを用いて冷熱源からウォームシンクへと熱をポンプ式に取り出すために回転式動力源を使う、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を用いることを含む。
【００６７】
本発明の他の一実施形態は、ガスサイクル又はガス／液体サイクルを用いて冷熱源からウォームシンクへと熱をポンプ式に取り出すために回転式動力源を使う、上に記載し図１〜６、７、７−１、８、８−１、９、及び９−１に示したたわみ構造体などのたわみ構造体を用いることを含む。
【００６８】
流体ポンプ、流体ディスペンサー、流量コントローラー、真空ポンプ、リニアアクチュエーター、内燃機関、熱ポンプ、冷凍、ガスサイクル、ガス／液体サイクル、ブレイトンサイクル、ランキンサイクル、及び／又はスターリングサイクルなどのシステム及び／又はシステムの作動に関するさらなる背景情報は、科学文献及び特許文献に見い出され得る。関連する背景情報を含む参考文献としては、Ｙｕｎｕｓ  Ｃｅｎｇｅｌ  ａｎｄ  Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｂｏｌｅｓ，“Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ：Ａｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ａｐｐｒｏａｃｈ，”ｅｉｇｈｔ  ｅｄｉｔｉｏｎ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，２０１４及びＨｅｒｂｅｒｔ  Ｃａｌｌｅｎ，“Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ  ａｎｄ  ａｎ  Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｔｈｅｒｍｏｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ，”ｓｅｃｏｎｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，１９８５が挙げられる。これらの参考文献は全てその全体が、本参照によりあらゆる目的のために本明細書に援用される。
【００６９】
直線−回転運動変換
【００７０】
本発明の他の一態様は、たわみ構造体の伸長及び収縮から回転運動を生じさせ、かつ／又はたわみ構造体の伸長及び収縮のために回転運動を用いる装置に関する。
【００７１】
ここで、本発明の１つ又は複数の実施形態に係る直線回転変換器１００の図を示す図１０を参照する。直線回転変換器１００は、上に記載したたわみ構造体の実施形態のいずれかなど、少なくとも１つのたわみ構造体１３０と、開口部１４２を有する第１のポートプレート１４０と、転頭運動具１５０と、開口部１４２を通して転頭運動具１５０に接続される転頭運動カップリング１６０とを含む。少なくとも１つのたわみ構造体１３０は、第１のポートプレート１４０と転頭運動具１５０との間に連結される。図１０に示す実施形態はまた、転頭運動シャフト１５２を含む。転頭運動シャフト１５２の第１の端部は、転頭運動具１５０の中心の近位に接続され、転頭運動シャフト１５２の第２の端部は、転頭運動カップリング１６０に接続される。
【００７２】
本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、第１のポートプレート１４０は、実質的に剛直であり、溶接、はんだ付け、ろう付け、ボルト締め、接着剤付け、締付け、又は他の取り付け方法若しくは取り付け機構などによる実質的に流体密封のシールを形成するようにたわみ構造体１３０の一端が取り付けられ得る領域を有する。任意で、流体密封シールは、Ｏリング、ガスケット、又は他の密封装置の使用によって達成されてもよい。任意で、最も少ない１つのたわみ構造体１３０は、最も少ない１つのたわみ構造体１３０を第１のポートプレート１４０へ取り付けるために、上に記載したものなど、端部部材を含んでもよい。本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、第１のポートプレート１４０は、流体が少なくとも１つのたわみ構造体１３０の内部へ流入すること及び／又は内部から流出することを可能とするように配置される１つ又は複数のポートを含む。任意で、第１のポートプレート１４０は、最も少ない１つのたわみ構造体１３０の内部に流体が流入できるように配置される１つ又は複数のポートを有し、かつ、最も少ない１つのたわみ構造体１３０の内部から流体が流出できるように配置される１つ又は複数のポートを有する。
【００７３】
本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、転頭運動具１５０の少なくとも一部は、実質的に平らな面を有し、転頭運動具１５０は実質的に剛直である。任意で、転頭運動具１５０は、板状体の形で成形されてもよく、任意で、その板状体は丸くても、あるいは他の何らかの形状であってもよい。任意で、転頭運動具１５０は、実質的に平らな面の中に開口領域をもった枠であってもよい。実質的に平らな面は、溶接、はんだ付け、ろう付け、ボルト締め、接着剤付け、締付け、又は他の取り付け方法若しくは取りつけ機構などによる実質的に流体密封のシールを形成するように最も少ない１つのたわみ構造体１３０の一端が取り付けられ得る領域を含む。任意で、流体密封シールは、Ｏリング、ガスケット、又は他の密封装置の使用によって達成されてもよい。任意で、最も少ない１つのたわみ構造体１３０は、最も少ない１つのたわみ構造体１３０を転頭運動具１５０へ取り付けるために、上に記載したものなど、端部部材を含んでもよい。
【００７４】
第１のポートプレート１４０と転頭運動具１５０の間にたわみ構造体１３０を取り付けることにより、作動の間、転頭運動具１５０の転頭運動振動を調節しながら、転頭運動具１５０の回転を防止する。
【００７５】
本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、転頭運動カップリング１６０は、ドライブシャフト１６２の軸線から軸方向に対して斜めに設けられた穿孔１６５を有するそのドライブシャフト１６２と、転頭運動シャフト１５２の第２の端部がドライブシャフト１６２の一端に軸線に対して斜めの角度で回転接合部１６８によって接続されるように配置された、穿孔１６５中に保持される回転アセンブリ１６８とを含む。任意で、回転アセンブリ１６８は、ベアリング、ボールベアリング、又は他の種類の回転機構を含んでもよく、本発明の一実施形態によれば、軸線に対して斜めの角度は、１〜３０度である。本発明の一実施形態によれば、軸線に対して斜めの角度は２〜１０度である。本発明の一実施形態によれば、軸線に対して斜めの角度は４度である。
【００７６】
あるいは、他の種類の転頭運動カップリングが、本発明の１つ又は複数の実施形態で用いられ得る。例として、回転斜板（ｗｏｂｂｌｅ  ｐｌａｔｅｓ）及び／又は回転斜板（ｓｗａｓｈ  ｐｌａｔｅｓ）の転頭運動を達成するために用いられるものなど、転頭運動カップリングは、本発明の１つ又は複数の実施形態で直接用いられるか又は用いられるように変更されるかし得る。
【００７７】
図１０は、１つのたわみ構造体１３０を含む本発明の一実施形態を示す。本発明の他の実施形態は、図１０−１に示すような、転頭運動カップリングの周りに配置される２つ以上のたわみ構造体など、１つより多いたわみ構造体１３０を含んでもよいことを理解されたい。
【００７８】
ここで、本発明の１つ又は複数の実施形態に係るシステム１１２を図示する図１０−２を参照する。図１０−２は、上に記載した直線回転変換器１００と実質的に同じ部分的直線回転変換器がエンジン、モーター、又は発電機１７６に連結されたものの側面断面図としてシステム１１２を示す。図１０−２に示す直線回転変換器１１０は、第１のポートプレート１４０と転頭運動具１５０の間に連結された２つ以上のたわみ構造体１３０を含む。直線回転変換器１００のドライブシャフト１６２は、エンジン、モーター、又は発電機１７６に連結される。より詳しくは、ドライブシャフト１６２は、それぞれ本発明の１つ又は複数の実施形態に係る、エンジンに連結されるか、モーターに連結されるか、又は発電機に連結され得る。直線回転変換器１００とエンジン、モーター、又は発電機１７６との間の連結は、ドライブシャフト１６２の回転を可能とするように達成される。図１０−２は、転頭運動具１５０が転頭運動配置によって傾くように配置されるドライブシャフト１６２を示す。転頭運動具１５０が傾くことによって、たわみ構造体１３０はその場所により伸長か圧縮を起こす。
【００７９】
システム１１２の一実施形態の一選択肢として、転頭運動具１５０に対して作用するたわみ構造体１３０の伸長及び収縮が、転頭運動カップリング１６０を通してドライブシャフト１６２の回転を生じさせるように用いられ得る。たわみ構造体１３０の伸長及び収縮は、内燃プロセス、加熱ガスと冷却ガスの周期的適用、及び／又はガスの周期的加熱と冷却など、但しこれらに限定されない方法によって達成され得る。ドライブシャフト１６２の回転は、発電機に接続されたときに電気を発生させるように、あるいは回転運動又は回転駆動を必要とする他の用途のために、用いられ得る。
【００８０】
システム１１２の一実施形態の一選択肢として、転頭運動具１５０からの作用によるたわみ構造体１３０の伸長及び収縮は、ドライブシャフト１６２がエンジン又は電気モーター１７６に連結されている場合に、転頭運動カップリング１６０を通してドライブシャフト１６２の回転から発生され得る。エンジン又は電気モーター１７６によるドライブシャフト１６２の回転は、内燃プロセス、電力、及び／又は他の動力源であってエンジン又は電気モーター１７６によって提供されるかそれに対して提供される他の動力源など、但しそれらに限定されない方法によって達成され得る。たわみ構造体１３０の伸長及び収縮は、流体をポンプ式に送る、流体式冷凍サイクルを作動させる、ガスを圧縮する、流体を排気する、流体を計量するなど、但しこれらに限定されない構成で用いられ得る。
【００８１】
システム１１２などのシステムの代替的実施形態としては、限定されないが、以下のものが挙げられる：上に記載した直線回転変換器を含む流体ポンプ。上に記載した直線回転変換器を含む流量計。上に記載した直線回転変換器を含む流体ディスペンサー。上に記載した直線回転変換器を含む流量コントローラー。上に記載した直線回転変換器を含む内燃機関。上に記載した直線回転変換器を含む熱機関。上に記載した直線回転変換器を含む熱ポンプ。上に記載した直線回転変換器を含む真空ポンプ。
【００８２】
ここで、図１０及び図１０−１に示すのと実質的に同じではあるが、但し、図１０及び図１０−１に示す転頭運動具及び転頭運動カップリングの代わりに、変更した転頭運動具及び変更した転頭運動カップリングを有する直線回転変換器１００の図を示す図１０−３を参照する。より詳しくは、図１０−３は、軸方向穿孔を有する実質的に剛直なシェル１７１を含む転頭運動カップリング１７０を有する直線回転変換器１００を示す。ドライブシャフト１６２は、穿孔を通して配置され、ドライブシャフト１６２を受け入れる軸線に対して斜めの軸方向穿孔を有する回転カップリング１７８によって保持される。任意で、第２の回転カップリング１７９が回転カップリング１７８の周りに配置されてもよい。転頭運動カップリング１７０は、ドライブシャフト１６２の回転により転頭運動具１５０が転頭運動してたわみ構造体１３０の圧縮及び伸長を引き起こすように構成される。同様に、たわみ構造体１３０の圧縮及び伸長により、転頭運動具１５０と転頭運動カップリング１７０がドライブシャフト１６２を回転させる。
【００８３】
ここで、図１０−２に示すのと実質的に同じではあるが、但し、図１０−２に示す転頭運動具及び転頭運動カップリングの代わりに、変更した転頭運動具及び変更した転頭運動カップリングを有するシステム１１２の図を示す図１０−４を参照する。より詳しくは、図１０−４は、軸方向穿孔を有する実質的に剛直なシェル１７１を含む転頭運動カップリング１７０を有するシステム１１２を示す。ドライブシャフト１６２は、穿孔を通して配置され、ドライブシャフト１６２を受け入れる軸線に対して斜めの軸方向穿孔を有する回転カップリング１７８によって保持される。任意で、第２の回転カップリング１７９が回転カップリング１７８の周りに配置されてもよい。転頭運動カップリング１７０は、ドライブシャフト１６２の回転により転頭運動具１５０の転頭運動がたわみ構造体１３０の圧縮及び伸長を引き起こすように構成される。同様に、たわみ構造体１３０の圧縮及び伸長により、転頭運動具１５０と転頭運動カップリング１７０がドライブシャフト１６２を回転させる。
【００８４】
ここで、本発明の１つ又は複数の実施形態に係る直線回転変換器１１０の側面断面図を示す図１１を参照する。直線回転変換器１１０は、上に記載したたわみ構造体の実施形態のいずれかなど、少なくとも１つのたわみ構造体１３０と、開口部１４２を有する第１のポートプレート１４０と、転頭運動具１５０と、開口部１４２を通して転頭運動具１５０に接続される転頭運動カップリング１６０とを含む。少なくとも１つのたわみ構造体１３０は、第１のポートプレート１４０と転頭運動具１５０との間に連結される。図１１に示す実施形態はまた、転頭運動シャフト１５２を含む。転頭運動シャフト１５２の第１の端部は、転頭運動具１５０の中心の近位に接続され、転頭運動シャフト１５２の第２の端部は、転頭運動カップリング１６０に接続される。回転変換器１１０は、図１０に示す回転変換器１００と実質的に同じではあるが、また、第２のポートプレート１８０、少なくとも１つの第２レベルのたわみ構造体１８５、及び１つ又は複数のポートプレートコネクター１９０を含む。１つ又は複数のポートプレートコネクター１９０は、実質的に剛直であり、第１のポートプレート１４０に対向する第２のポートプレート１８０を、それらの間に転頭運動具１５０を有するように保持するよう、配置される。少なくとも１つの第２レベルのたわみ構造体１８５は、転頭運動具１５０と第２のポートプレート１８０の間に接続される。
【００８５】
本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、第２のポートプレート１８０は、上に記載した第１のポートプレート１４０と実質的に同じではあるが、但し、第２のポートプレート１８０は、第１のポートプレート１４０に関して記載した中心穴１４２を必要とせず、但し、一選択肢として中心穴があってもよい。少なくとも１つの第２レベルのたわみ構造体１８５は、上に記載したたわみ構造体１３０と実質的に同じである。第２レベルのたわみ構造体１８５は、第２レベルのたわみ構造体１８５の両端が、一端では転頭運動具１５０に対して流体密封シールを有し、他端では第２のポートプレート１８０に対して流体密封シールを有するように、転頭運動具１５０と第２のポートプレート１８０の間に接続される。少なくとも１つの第２レベルのたわみ構造体１８５の接続は、上の最も少ない１つのたわみ構造体１３０の接続に関して上に記載したように達成され得る。
【００８６】
本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、第２のポートプレート１８０は、流体が少なくとも１つの第２レベルのたわみ構造体１８５の内部へ流入すること及び／又は内部から流出することを可能とするように配置される１つ又は複数のポートを含む。任意で、第２のポートプレート１８０は、最も少ない１つの第２レベルのたわみ構造体１８５の内部に流体が流入できるように配置される１つ又は複数のポートを有し、かつ、最も少ない１つの第２レベルのたわみ構造体１８５の内部から流体が流出できるように配置される１つ又は複数のポートを有する。
【００８７】
ここで、本発明の１つ又は複数の実施形態に係るシステム１１５を図示する図１２を参照する。図１２は、上に記載した直線回転変換器１１０と実質的に同じ部分的直線回転変換器がエンジン、モーター、又は発電機に連結されたものの側面断面図としてシステム１１５を示す。直線回転変換器１１０のドライブシャフト１６２は、エンジン、モーター、又は発電機１９６に連結される。より詳しくは、ドライブシャフト１６２は、それぞれ本発明の１つ又は複数の実施形態に係る、エンジンに連結されるか、モーターに連結されるか、又は発電機に連結され得る。直線回転変換器１１０とエンジン、モーター、又は発電機１９６との間の連結は、ドライブシャフト１６２の回転を可能とするように達成される。図１２は、転頭運動具１５０が転頭運動配置によって傾くように配置されるドライブシャフト１６２を示す。転頭運動具１５０が傾くことによって、たわみ構造体１８５及び１３０はその場所により伸長か圧縮を起こす。
【００８８】
システム１１５の１つ又は複数の実施形態の一選択肢として、転頭運動具１５０に対して作用するたわみ構造体１８５及び１３０の伸長及び収縮が、転頭運動カップリング１６０を通してドライブシャフト１６２の回転を生じさせるように用いられ得る。たわみ構造体１８５及び１３０の伸長及び収縮は、内燃プロセス、加熱ガスと冷却ガスの周期的適用、及び／又はガスの周期的加熱と冷却など、但しこれらに限定されない方法によって達成され得る。ドライブシャフト１６２の回転は、発電機に接続されたときに電気を発生させるように、あるいは回転運動又は回転駆動を必要とする他の用途のために、用いられ得る。
【００８９】
システム１１５の１つ又は複数の実施形態の一選択肢として、転頭運動具１５０からの作用によるたわみ構造体１８５及び１３０の伸長及び収縮は、ドライブシャフト１６２がエンジン又は電気モーター１９６に連結されている場合に、転頭運動カップリング１６０を通してドライブシャフト１６２の回転から発生され得る。エンジン又は電気モーター１９６によるドライブシャフト１６２の回転は、内燃プロセス、電力、及び／又は他の動力源であってエンジン又は電気モーター１９６によって提供されるかそれに対して提供される他の動力源など、但しそれらに限定されない方法によって達成され得る。たわみ構造体１８５及び１３０の伸長及び収縮は、流体をポンプ式に送る、流体式冷凍サイクルを作動させる、ガスを圧縮する、流体を排気する、流体を計量するなど、但しこれらに限定されない構成で用いられ得る。
【００９０】
本発明の代替的実施形態としては、限定されないが、以下のものが挙げられる：上に記載した直線回転変換器を含む流体ポンプ。上に記載した直線回転変換器を含む流量計。上に記載した直線回転変換器を含む流体ディスペンサー。上に記載した直線回転変換器を含む流量コントローラー。上に記載した直線回転変換器を含む内燃機関。上に記載した直線回転変換器を含む熱機関。上に記載した直線回転変換器を含む熱ポンプ。上に記載した直線回転変換器を含む真空ポンプ。
【００９１】
本発明の他の一実施形態は、上及び図１〜６、８、８−１、９、９−１に記載したたわみ構造体のいずれかなど、たわみ構造体を提供することを含む方法を含む。方法は、たわみ構造体の内部に流体を供給すること、並びに、たわみ構造体の降伏強度を超えることなくたわみ構造体を伸長させるようにたわみ構造体の内部と外部の間に２００ｋＰａ（２Ｂａｒ）超の差圧を作り出すことと、たわみ構造体が収縮するようにたわみ構造体内の圧力を減少させることとを周期的にすること、をさらに含む。方法は、たわみ構造体の伸長運動及び収縮運動を用いて回転運動を作り出すことをさらに含んでもよい。任意で、方法は、転頭運動具又は回転斜板を作動させて回転運動を作り出すようにたわみ構造体の伸長運動及び収縮運動を用いることを含んでもよい。
【００９２】
本発明の他の一実施形態は、上及び図１〜６、８、８−１、９、９−１に記載したたわみ構造体などのたわみ構造体を提供することと、たわみ構造体の内部に流体を供給することと、たわみ構造体の降伏強度を超えることなく、２００ｋＰａ（２Ｂａｒ）超の差圧をたわみ構造体の内部と外部の間に発生させるように回転運動を用いてたわみ構造体を圧縮することと、を含む方法を含む。方法は、流体をより高い圧力でたわみ構造体から排出することをさらに含んでもよい。任意で、方法は、たわみ構造体を作動させるように転頭運動具又は回転斜板を用いることによって、たわみ構造体を圧縮するように回転運動を用いることを含んでもよい。
【００９３】
本発明の他の一実施形態は、上及び図１〜６、８、８−１、９、９−１に記載したたわみ構造体など、少なくとも部分的に或る体積を囲む側壁を含むたわみ構造体を含む。側壁は、体積の内部と外部の間に２００ｋＰａ（２Ｂａｒ）超の差圧をもって作動するように成形される。体積は、流体又はガスと相互作用するように時間とともに変化することが可能である。
【００９４】
本発明の１つ又は複数の実施形態は、或る材料でできた複数の中空円盤状回旋体を含むたわみ構造体を含む。中空円盤状回旋体は、周縁と、その周縁によって接合される２つの対向するように配置された側面とを有する。中空円盤状回旋体の周縁は湾曲を有し、中空円盤状回旋体の側面の一部は実質的に平坦な領域である。中空円盤状回旋体の側面は、内側半径によって画定された穴を有する。隣接する中空円盤状回旋体は、流体密封シールを形成するように穴の縁の近位又はその縁で接合される。隣接する中空円盤状回旋体どうしの間の平坦な領域は接触している。
【００９５】
本発明のさらなる一実施形態によれば、中空円盤状回旋体の側面の厚さ、材料の降伏強度、及び／又は中空円盤状回旋体の側面の平坦な領域のサイズは、流体系冷凍サイクル作動差圧、流体系熱機関作動差圧、流体ポンプ作動差圧、流体圧縮機、流量計作動差圧、内燃機関作動差圧、４行程ガソリン機関作動差圧、２行程ガソリン機関作動差圧、及びディーゼル機関作動差圧など、但しこれらに限定されない作動差圧に対して、複数の中空円盤状回旋体の径方向塑性変形を阻止又は防止するのに有効である。
【００９６】
本発明のさらなる一実施形態によれば、中空円盤状回旋体の側面の厚さ、材料の降伏強度、及び／又は中空円盤状回旋体の側面の平坦な領域のサイズは、２００ｋＰａ（２Ｂａｒ）以上の作動差圧に対して、複数の中空円盤状回旋体の径方向塑性変形を防止するのに有効である。
【００９７】
本発明の１つ又は複数の実施形態は、実質的に上に記載したような直線回転変換器、但し、上に記載したたわみ構造体を市販のベローズなどのベローズ構造体に置き換えたものを含む。一実施形態によれば、直線回転変換器は、少なくとも１つのベローズと第１のポートプレートとを含み、第１のポートプレートは実質的に剛直であり、第１のポートプレートは開口部を有する。直線回転変換器は、転頭運動具をさらに含み、転頭運動具は実質的に平らな面を有し、転頭運動具は実質的に剛直であり、転頭運動カップリングが開口部を通して転頭運動具に接続される。少なくとも１つのベローズは、基部と、本発明のたわみ構造体の実施形態に関して実質的に上に記載したような転頭運動具との間に連結される。任意で、直線回転変換器は、第２のポートプレート、１つ又は複数のポートプレートコネクター、及び少なくとも１つの第２レベルのベローズをさらに含んでもよく、１つ又は複数のポートプレートコネクターは実質的に剛直であり、１つ又は複数のポートプレートコネクターは、第１のポートプレートに対向する第２のポートプレートを、それらの間に転頭運動具を有して保持するように配置される。少なくとも１つの第２のベローズは、転頭運動具と第２のポートプレートの間に接続される。
【００９８】
ここで、本発明の１つ又は複数の実施形態に係る直線回転変換器２１０の側面断面図を図示する図１３を参照する。直線回転変換器２１０は、図１１に示す直線回転変換器１１０と実質的に同じであり、但し、直線回転変換器２１０は、少なくとも１つのたわみ構造体１３０の代わりに少なくとも１つのベローズ２１５を有し、少なくとも１つの第２レベルのたわみ構造体１８５の代わりに少なくとも１つの第２レベルのベローズ２２０を有する。
【００９９】
種々の材料が、本発明の１つ又は複数の実施形態に係る直線回転変換器を製造するために用いられ得る。本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、直線回転変換器はスチール又はステンレススチールを含む。本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、直線回転変換器はチタン又はチタン合金を含む。本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、直線回転変換器は、アルミニウム、銅、クロム、コバルト、イリジウム、マグネシウム、モリブデン、ニッケル、オスミウム、ロジウム、ルテニウム、タンタル、亜鉛、金属合金、又はそれらの組合せを含む。
【０１００】
ここで、本発明の１つ又は複数の実施形態に係るシステム３００の図を示す図１４を参照する。システム３００は、上及び図１〜６、８、８−１、９、９−１に記載したたわみ構造体のいずれかなど、たわみ構造体３１０、並びに／又は上及び図１０、１０−１、１０−２、１０−３、１０−４、１１、１２、１３に記載した直線回転変換器のいずれかなど、直線回転変換器３２０を含む。システム３００は、流体系冷凍サイクル、流体系熱エンジン、流体ポンプ、流体圧縮機、流量計、内燃機関、４行程ガソリン機関、２行程ガソリン機関、ディーゼル機関、若しくは発電機であること又はそれらのための構成要素を有することをさらに特徴とする。
【０１０１】
前述の記載において本発明を具体的な実施形態に関連させて記載したが、当業者は、下の特許請求の範囲に明記する本発明の範囲から逸脱することなく種々の修正及び変更が可能であることを理解する。したがって、本明細書は、限定的ではない例示的な意味において考慮されるものであり、かかる修正は全て、本発明の範囲内に含まれることを意図する。
【０１０２】
利益、他の利点、及び課題解決策を具体的な実施形態に関連させて上に記載したが、利益も、利点も、課題解決策も、何ら利益、利点、又は解決策を生じさせるか又は明確にし得るいかなる１つ又は複数の要素も、いずれか又は全ての請求項の決定的、必要、又は不可欠な特徴又は要素であると、解釈されないものとする。
【０１０３】
用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆ）」、又は他のいずれの変形も、本明細書で使用する場合、非排他的包含を含むことを意図する。例えば、或る列記の要素を含む工程、方法、物品、又は装置は、必ずしもそれらの要素に限定されず、明示的に列記されていないか又はかかる工程、方法、物品、又は装置に本来的でない他の要素を含んでもよい。さらに、「又は（ｏｒ）」は、他に明示的に断りがなければ、包含的論理和を指し、排他的論理和を指すものではない。例えば、Ａ又はＢという条件は、次のいずれによっても満足される：Ａが真である（又は存在する）及びＢが偽である（又は存在しない）、Ａが偽である（又は存在しない）及びＢが真である（又は存在する）、並びにＡとＢの両方が真である（又は存在する）。
【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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【図７】
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【図７−１】
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【図８】
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【図８−１】
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【図９】
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【図９−１】
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【図１０】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１０−３】
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【図１０−４】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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