(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変オリフィスを形成する装置において、
軸線回りに対称的な外面を有する物体であって、前記外面上の円形線が前記軸線に対して垂直である物体、
前記物体を前記軸線回りに創成されかつ前記線と密接に離隔した対面関係に配置されその間に環状オリフィスを画成する管状部分を有する部材であって、前記環状部分の周縁端部分から離れて延びる少なくとも１つのフランジ部分を有する部材、
前記環状部分から半径外方向に離隔した位置において前記フランジ部分に力を作用する手段であって、（ａ）前記環状部分周縁端部分を内方向にまたは外方向に転動する傾向の円周モーメント、および（ｂ）前記オリフィスの半径方向サイズを選択的に変えるように前記管状部分の周縁端部分を圧縮しあるいは拡張する傾向にある半径方向力の少なくとも一方を発達させる装置を有し、
それにより前記オリフィスの半径方向サイズが前記力の関数として変えられ得る前記可変オリフィスを形成する装置。
【請求項２】
前記フランジ部分に作用する力が前記軸線回りに創成される環形の内部に均一に分配される請求項１に記載された装置。
【請求項３】
前記モーメントが前記周縁端部分の周囲の回りに実質的に連続している請求項２に記載された装置。
【請求項４】
前記部材が前記環状部分の各周縁端部分から離れる方向に延びるフランジ部分を有する請求項２に記載された装置。
【請求項５】
前記フランジ部分上の表面が前記軸線に対して垂直の平面において前記管状部分の関連する周縁端部分から離れて延びるフランジ部分を有する請求項４に記載された装置。
【請求項６】
前記フランジ部分上の表面が前記軸線回りに創成される円錐体として前記管状部分の関連した周縁端部分から離れて延びる請求項４に記載された装置。
【請求項７】
前記装置が前記フランジ部分の機械的な変位および前記環状部分の弾性変形を引き起こす請求項１に記載された装置。
【請求項８】
前記環状オリフィスの半径方向サイズが前記フランジ部分の変位の量に比例して変わる請求項７に記載された装置。
【請求項９】
前記環状オリフィスの半径方向サイズが前記フランジ部分に作用する力に応答してその円周回りに均一に変わる請求項１に記載された装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般にきわめて小さい開口を有するオリフィスおよび流れ制限装置、とくにきわめて小さい流れ通路を有する、機械的に調節可能なかつ正確に変化し得る環状オリフィスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙船用電気推進イオンエンジンへの燃料流の制御において、きわめて小さい計量オリフィスの調節を連続的にかつ正確に維持することが必要である。
正確な計量オリフィスの周知の装置は針弁で、きわめて小さいテーパ角度の針が円形の座（シート）から前後に移動し、その間に可変面積環状オリフィスを形成するため取付けられている。しかしながら、イオンエンジンの制御に必要な流れは、この装置の実際的可能性を超える程に少ない。
【０００３】
あとで流れを調節するためハウジングまたは座を弾性的に変形させるために、剛性の球状ボールを丸い通路内に密に嵌合して位置決めすることにより、またはボールを座に着座させることによって、可変面積オリフィスを形成することは公知である。適当な力の付与、通常ハウジングの横方向直径軸線上の締付けまたは伸長は可動部材に楕円開口を形成し、かつボールの反対側に直径的に向合った拡大した三日月型流れ通路を形成する。この型の装置において、オリフィス面積は加えられた機械的変形の関数として変化する。しかしながら、装置の利得は、オリフィス面積が供給された変形入力に対して比例的に変化しない意味において非線形である。この型の可変オリフィスの例は、米国特許第２５１８１６５号、２９４６５５５号、３７５８０７３号、４４５６２２３号および４７３０６３４号各明細書に記載されている。
流れ通路の弾性変形を利用する他の装置は、その内径を減少するためその軸線の周りに弾性的に捩られる長い管状部材を備えている。この型の装置の例は、米国特許第２８４４３５１号、３３２９３９０号および４５２３７３７号各明細書に記載されている。しかしながら、これらの装置のいずれもがその間に可変環状開口を形成するため外側変形部材内に内側部材を備えていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記型の機械的可変オリフィスはいずれもそれぞれ固有の欠点を有している。したがって、一般的にオリフィス面積が加えられた機械的変位に実質的に比例して変化する、機械的に調節可能な装置を得ることが望ましい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は広い意味で、その面積が付与された機械的変位の実質的に線形の関数として調節される、可変オリフィスを備える進歩した装置を得ることにある。
単に説明のためのもので、本発明を限定するものでない、図１および２に示された本発明の第１の形式の対応する部品、部分または表面をまず参照すると、本発明による装置（２０）は、外面を有する物体（２１）、物体を外面に密接して包囲しかつその間にオリフィスを画定する壁（２４）、および表面および壁の一方を弾性的にかつ前記オリフィス開口の最初の幾何学的形状を実質的に変更することなしにその間の間隔を均一に変化するように前記表面および壁の他方から前後に移動せしめる装置を有し、それにより表面および壁の移動可能なものが表面および壁の他方に対して垂直に移動せしめられ、オリフィス面積を変化させる。
【０００６】
好適な実施例において、壁はオリフィス軸線の周りに回転創成された面として形成される。物体の外面はオリフィス軸線の少なくとも一点の周りに回転創成された面として形成される。物体はボール２１とすることができ、外面は実質的に球体である。そうでなければ、物体はロッド４１とすることができ、その外面は実質的に円筒形である。物体は同様に他の形状を備えることもできる。
好適な実施例において、物体外面と壁との間の半径方向間隔は、表面および壁の移動可能のものが表面および壁の他方に対して前後に移動するとき、実質的に比例してかつ実質的に均一に物体外周の周りで変化する。
【０００７】
変形装置は広い意味で、機械的変位を表面および壁の移動可能の一方が他方に対する弾性変形に変換する装置または機構を備えている。これは線上または面上に分布される圧縮負荷、引張力、捩り力を加える装置を含むか、または膨脹または収縮の結果として機械的変位を生ずる流体装置を含むことができる。他の型の機械的および流体的入力もオリフィスに変化運動をさせるため使用することができる。
オリフィスの面積を変化するため、壁は物体から前後に移動することができ、物体表面は壁から前後に移動することができるか、または両方の部材は相対的に前後に移動することができる。
【０００８】
したがって、本発明の目的は可変オリフィスを得ることである。
別の目的は、その開放面積が弾性変形を生じさせる応力を発生する加えられた機械的変位に応じて変化する、可変オリフィスの可能性を具体化する装置を得ることにある。
さらに別の目的は、オリフィスの面積が加えられた機械的変位にほぼ比例して変化する、可変オリフィスを形成する進歩した装置を得ることにある。
これらのおよび他の目的は前記および下記の、明細書、図面および請求の範囲の記載から明らかになるであろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
最初に、参照符号は同じ構造要素、部分または表面をいくつかの図面を通じて一貫して特定するためのものであることを明瞭に理解すべきであり、そのような要素、部分および表面は、その詳細な記載が一体の部分である、明細書全体の記載によってさらに詳細に記載または説明される。別の方法で指示されない限り、図面は明細書とともに参照すべきであり（たとえば、十字ハッチング、部分の配置、比率、角度等）、かつ本発明の記載全体の一部と考えるべきである。下記の記載において、“水平”、“垂直”、“左”、“右”、“上”および“下”なる用語ならびにその形容詞的または副詞的派生語（たとえば“水平に”、“右に”、“上方に”等）は、単に読者に向いた特定の図面における図示された構造の配置に関連するものである。同様に、単に、用語“内方に”および“外方に”は、一般的にその縦方向軸線または回転軸線に対する表面の配置を適切に指示するものである。
【００１０】
図面を参照すると、本発明は広い意味で可変面積オリフィスを形成する進歩した装置に関する。図面には、三つの特殊な装置が示されている。第１形式は図１〜２に、第２形式は図３〜４にそして第３形式は図５〜６に示されている。便宜上これら三つの異なった形式または設備は下記に順次論じられる。
【００１１】
第１形式（図１〜２）
図１および２は本発明装置の第１形式を示す。この形式において、全体的に符号２０で示された本発明装置は、広い意味で、全体的に符号２２で示されたフランジ付き管の中央垂直貫通孔内に設置された物体２１を含むものとして示されている。この第１形式において、物体２１は球状外面を有するボールである。ボールはロッドによってその位置に作動的に保持され、ロメッドの一部は破断され符号２３で示されている。
フランジ付き管２２は、薄肉の管状部分２５を有する。その貫通孔を画定する内向きの円筒面または壁２４を有し、またそれぞれ中間壁部分２５の上端および下端からそれぞれ半径方向外方に延びる上下の円板状フランジ部分２６，２８を有するものとして示されている。
図１は物体を、垂直軸線ｙ−ｙに沿って延びる、貫通孔内に位置するものとして示している。しかして、図１に示された変形していない形状において、半径方向間隔ｃ1 を有する環状オリフィスが、物体と壁との間に画定されている。
【００１２】
図２は、向き合った上方および下方フランジの上端および下端の外端の均一な周辺圧縮垂直変位の付与に対応して、ボールに向かって半径方向内方に湾曲した管状壁部分２５を示し、これは力Ｆ1 によって生じたものである。換言すれば、この変位は、フランジ接続部および管状部分の端部の周りの、管壁２４をボール２１に向かって半径方向内方に曲げるような円周方向モーメントを発生する。この壁の内向き湾曲の効果は、最初の間隔ｃ1 を、図２にｃ2 で示された、ある小さい値に減少することである。さらに、付与される変位が上方および下方のフランジ全周の周りに作用するため、壁は半径方向内方にその全周で実質的に均一に湾曲する。したがって、半径方向間隔は、従来技術における三日月形開口を発生するのとは反対に、フランジの弾性変形に対応してボールの周りに実質的に均一に変化する。
【００１３】
第２形式（図３〜４）
図３および４は、全体的に符号３０で示された本発明装置の第２形式を示している。
この第２形式において、物体２１はすでに記載されたように、同様にボールとして示されている。装置は、これも符号２２で示され、これもすでに記載された種々の部品、部分および表面を含むものとして示されている。
第２形式の相違点は、符号Ｔで示された、純粋な捩りが上方および下方フランジに付与され、この捩りの方向は図４に象徴的に示されている。フランジのそのような捩りは、壁２４の付随する内方湾曲を生ずる。しかして、図３は偏倚されない形状で、オリフィスが半径方向間隔ｃ1 を有するものとして示されているのに対して、捩りが管状部分に付与されるとき、半径方向間隔は、壁の内方湾曲により、図４にｃ2 で示された、ある小さい値に減少する。
【００１４】
第３形式（図５〜６）
図５および６は、本発明装置の第３形式を示す。この形式において、ここに全体的に符号３０で示された装置は、全体的に符号４２で示されるように、皿ばね状ワッシャ対の中央開口を作動的に貫通する、垂直に細長い円筒形ロッド４１の形式の物体を有するものとして示されている。ワッシャ状フランジは、ユニットとして変形されるように、短い中間部分と一体に形成されている。
この形式において、図６に示すように皿ばねを平らにする傾向のある、フランジの上方および下方フランジの外周端に均一に分配される垂直変位（Ｆ3 ）は、内径が減少しかつ半径方向図５のｃ1 から図６のｃ2 に変化するように、ワッシャ状部材の捩り変形を生ずるであろう。
【００１５】
したがって、本発明は広い意味で外面を有する物体、物体を密に接近して包囲しかつその間にオリフィス開口を画定する壁、および表面および壁の一方を、影響をうける部材をして表面および壁の他方に垂直に移動せしめ、オリフィス開口の幾何学的形状を変化することなしにその間の間隔を均一に変化するように、面および壁の一方を弾性的に変形する装置を含む、可変面積オリフィスを具体化する進歩した装置を得るものである。
【００１６】
変  形
本発明に対して多くの変化および変形がなされることが予想される。
添付図面において、物体はボール球および円筒形ロッドの形式として示されてきた。物体は他の形式を備えることも可能である。物体は回転体面として形成される外面を有することが好適である。しかして、物体は多くの異なった形状および構造のものとすることができる。
第１の二つの形式において、壁はフランジ付き管に図式的に設けられてきた。これは、機械的変位の付与が物体から前後のいずれかに所望の運動を発生する、容易に理解しうる形状を形成するに過ぎない。しかしながら、壁部分は管状である必要はない。たとえば、壁と同等のもの図５〜６に示された皿ばね状部材の内側円形開口の端部として、またはある他の異なった形状の部材上に設けることもできる。
また壁および物体の少なくとも一方が、オリフィスの面積を変化するため他方に対して移動しなければならないことを認識すべきである。適当な場合、物体の周面は一定の直径から、たとえば中空の弾性変形可能なボール内の流体圧力の選択的上昇または低下によって前後に移動することもできる。そうでなければ、物体は固定壁に対して移動するか、または壁および物体が相対的に前後に両方が移動することもできる。
【００１７】
構造物質は所望により変化することができる。たとえば、種々の管状部材および皿ばね部材が金属として十字ハッチングされるけれども、それらはそうでなければ適当なプラスチックまたはエラストマ材料かもしくは他の材料から、所望により形成されることができる。なお他の形式および実施例において、オリフィスの変化、変形は大きい面積に分配される圧縮または引張り負荷によって実施される。
したがって、本発明装置のいくつかの形式が示されかつ記載され、またいくつかの変形が論じられたけれども、この技術に通じた人々は、前記請求項によって限定されかつ特定されたような、本発明の精神から離れることなしに、付加的変化および変形を容易に認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】物体がフランジ付き管の中央貫通孔内に配置されたボール球として示された、本発明装置における第１形式の破断略垂直断面図。
【図２】図１と全体的に同じであるが、フランジ付き管が、その管を変形または湾曲させてオリフィス面積を変化するように、壁が付随して内向きに変形した、その破断略垂直断面図。
【図３】物体がまたもボール球としてフランジ付き管の中央貫通孔内に作動的に配置された、本発明装置の第２形式の破断略垂直断面図。
【図４】図３と全体的に同じであるが、フランジ付き管の壁が、管フランジへの捩り変位の付与に対応して、物体に向かって半径方向内方に変形した、その破断略垂直断面図。
【図５】物体が板ばね状部材の中央開口を作動的に貫通する垂直に延長する円筒状ロッドとして示された、本発明装置の第３形式の破断略垂直断面図。
【図６】図５と全体的に同じであるが、板ばね状部材がオリフィス面積を変化するため圧縮変位の付与の下で変形されたものとして示された、その破断略垂直断面図。
【符号の説明】
２０  第１形式
２１  物体
２２  フランジ付き管
２３  ロッド
２４  壁
２５  管状部分
２６  円板状フランジ
２８  円板状フランジ
３０  第２形式
４０  第３形式
４１  ロッド
４２  ワッシャ対
【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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