JP2006522298A - Piezoelectric multi-valve manifold - Google Patents

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    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators

Abstract

流体流れ制御装置は、少なくとも1つの入口孔から少なくとも1つの出口孔への流体の流れを制御する。支持部は、剛体の、非可撓性の部分、前記剛体部分から延びる少なくとも1つの枢動可能な比較的に剛体の、非可撓性の折り畳まれたアーム部分、前記支持部に対し相対的に移動するために折り畳まれたアーム部分に連結された、少なくとも1つの表面、および40%未満の動作損失で枢動可能な折り畳まれたアーム部分を駆動するために動作可能に配置される剛体の、非可撓性の力伝達部材を含む。電気的に動作するアクチュエータは、アクチュエータの電気的作動に応答して、前記折り畳まれたアーム部分を枢動させるように、前記剛体部分と力伝達部材の間に動作可能に係合する。マニホールドは、少なくとも1つのバルブシートと連通し、閉位置と開位置の間を移動するための少なくとも1つの対応するバルブ本体に対して動作可能、係合可能な流体通路を含む。The fluid flow control device controls the flow of fluid from the at least one inlet hole to the at least one outlet hole. The support is a rigid, inflexible portion, at least one pivotable relatively rigid, inflexible folded arm portion extending from the rigid portion, relative to the support Of at least one surface coupled to the folded arm portion for movement to a position, and a rigid body operatively disposed to drive the folded arm portion pivotable with less than 40% loss of motion. A non-flexible force transmission member. An electrically actuated actuator is operatively engaged between the rigid portion and the force transmitting member to pivot the folded arm portion in response to an electrical actuation of the actuator. The manifold communicates with at least one valve seat and includes a fluid passage operable and engageable with at least one corresponding valve body for moving between a closed position and an open position.

Description

本発明出願は2003年4月4日出願の米国特許仮出願第60/460666号明細書の利益を主張するものであり、かつ、2002年3月27日出願の米国特許出願第10/107951号明細書および2003年7月3日出願の米国特許出願第10/613138号明細書の一部継続出願である。
本発明は、流体通路の少なくとも1つの入口孔と少なくとも1つの出口孔の間を通過する流体のオン/オフまたは比例制御用の2方向または3方向動作可能な少なくとも1つの圧電作動バルブに関する。
The present application claims the benefit of US Provisional Application No. 60 / 460,666, filed Apr. 4, 2003, and US Patent Application No. 10/107951, filed Mar. 27, 2002. And a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 10 / 613,138, filed Jul. 3, 2003.
The present invention relates to at least one piezo-actuated valve operable in two or three directions for on / off or proportional control of fluid passing between at least one inlet hole and at least one outlet hole of a fluid passage.

商業的に入手可能なソレノイド動作バルブは、直径最小6mmまでの寸法が通常入手可能である。4.5mmより小さなバルブも存在するけれども、これらのバルブは小さ過ぎ、メムス(MEMS)などの別の構造および/または作動技術に基づいている。一般に、より小さなソレノイドベースのバルブは存在しない。何故なら、ソレノイドの寸法が減少すると、ソレノイドの仕事能力は、ソレノイドが所望のバルブ圧力および流量に対してバルブの動作を行うことが出来なくなる点まで到達してしまうからである。本発明では、4.5mmまたはそれ未満の寸法が可能な電気的に作動するバルブを提供することが望ましいであろう。   Commercially available solenoid operated valves are usually available in dimensions up to 6 mm in diameter. Although there are valves smaller than 4.5 mm, these valves are too small and are based on another structure and / or actuation technique such as MEMS. In general, there are no smaller solenoid-based valves. This is because as the size of the solenoid decreases, the work capability of the solenoid reaches a point where the solenoid is unable to operate the valve for the desired valve pressure and flow rate. In the present invention, it would be desirable to provide an electrically operated valve capable of dimensions of 4.5 mm or less.

商業的に入手可能なソレノイド作動比例バルブは、直径が15mmより小さいものは通常ない。この問題は、単にコイルが減少することによるソレノイド場の正味の力のみならず、むしろ予知可能な直線的に、バルブの動作を制御する能力が極めて困難になることにある。さらに、比例バルブは持続的に動作しており、したがって、通常は単純なオン/オフバルブより大きな熱放散/処理能力を必要とする。2方向または3方向動作可能な、かつオン/オフ動作モードおよび比例動作モードのいずれも可能な電気的に作動するバルブを提供することが望ましいであろう。   Commercially available solenoid operated proportional valves are usually not less than 15 mm in diameter. The problem is that the ability to control the operation of the valve becomes very difficult, not just the net force of the solenoid field due to the reduced coil, but rather in a predictable linear fashion. In addition, proportional valves operate continuously and therefore typically require greater heat dissipation / processing capacity than simple on / off valves. It would be desirable to provide an electrically operated valve that is capable of two-way or three-way operation and that can be in either an on / off mode of operation or a proportional mode of operation.

通常の商業的に入手可能なソレノイドバルブは、5msから20msの範囲の時間で応答する。ソレノイドのより高速も達成することができるが、一般に過励磁または特殊なコイル構造などの特別な電気的制御を必要とする。5ms未満の範囲、好ましくは約1msの応答時間が可能な電気的に作動する、直動式のバルブを提供することが望ましいであろう。
ソレノイド作動に基づく、商業的に入手可能な、競争力のある寸法のバルブは一般に、6mmから16mmピッチ程度の寸法であり、22mmを超えることができる。さらに、商業的に入手可能なソレノイドバルブは一般に、0.5から4.0ワットの間の電力を消費する。別の圧電バルブは、そのようなソレノイド作動バルブと比較してより少ない電力消費量を有しているが、圧電バルブのどれもそのような狭い寸法での直動ベースで、流量および圧力能力の所望のレベルを有していない。圧力および流量能力の所望のレベルを有する圧電バルブは通常、より大きなバルブが圧力および流量能力の所望のレベルを提供するより大きなバルブ用のパイロットバルブとして使用するとき所望のレベルに到達する。別法として、圧電バルブは所望の性能レベルに達することができるが、より大きな幅を必要とする。本発明では、より大きなバルブのパイロットバルブとして動作することなく、狭い幅を有する、高圧かつ高流量の能力を有する直動式電気的作動バルブを提供することが望ましいであろう。
A typical commercially available solenoid valve responds in a time ranging from 5 ms to 20 ms. Higher speeds of solenoids can be achieved, but generally require special electrical controls such as over-excitation or special coil construction. It would be desirable to provide an electrically operated, direct acting valve capable of a response time in the range of less than 5 ms, preferably about 1 ms.
Commercially available, competitively sized valves based on solenoid actuation are typically on the order of 6 to 16 mm pitch and can exceed 22 mm. In addition, commercially available solenoid valves typically consume between 0.5 and 4.0 watts of power. Other piezoelectric valves have less power consumption compared to such solenoid actuated valves, but none of the piezoelectric valves are direct acting on such narrow dimensions, with flow and pressure capability. Does not have the desired level. Piezoelectric valves having the desired level of pressure and flow capability typically reach the desired level when the larger valve is used as a pilot valve for a larger valve that provides the desired level of pressure and flow capability. Alternatively, the piezoelectric valve can reach the desired performance level but requires a larger width. In the present invention, it would be desirable to provide a direct acting electrically actuated valve having a narrow width, high pressure and high flow capability without operating as a pilot valve for a larger valve.

より狭い実例は入手可能であるが、商業的に入手可能な比例バルブは、例えば、ほぼ直径が22.2mm、高さ39.6mmである。オリフィス寸法〜1.5mmのそのような商業的に入手可能な比例バルブのバージョンは、1平方センチメートル当り18kgf(平方インチ当り25ポンド(psi))の最大圧力で、1分当り14標準リットル(slpm)までの流量が可能である。さらに、商業的に入手可能な比例バルブの任意の流量での最大定格圧力は7.0kgf/cm(100psi)である。1.5mmの等価オリフィスを有する、8.4kgf/cm(120psi)超で動作できる電気的作動比例バルブを提供すること、および5.6kgf/cm(80psi)でほぼ50slpmまで流すことができる電気的作動比例バルブを提供することが望ましいであろう。 Although narrower examples are available, commercially available proportional valves are, for example, approximately 22.2 mm in diameter and 39.6 mm in height. A version of such a commercially available proportional valve with an orifice size of ~ 1.5 mm is 14 standard liters per minute (slpm) at a maximum pressure of 18 kgf per square centimeter (25 pounds per square inch (psi)). Flow rates up to are possible. Further, the maximum rated pressure at any flow rate of a commercially available proportional valve is 7.0 kgf / cm 2 (100 psi). Providing an electrically actuated proportional valve capable of operating above 8.4 kgf / cm 2 (120 psi) with an equivalent orifice of 1.5 mm and capable of flowing up to nearly 50 slpm at 5.6 kgf / cm 2 (80 psi) It would be desirable to provide an electrically actuated proportional valve.

本発明による流体流れ制御装置は、電気的な作動に応答して、少なくとも1つの入口孔から少なくとも1つの出口孔に流体通路を通過する流体の流量を制御する。この装置は、剛体の、非可撓性部分を有する支持部、前記剛体部分から延びる少なくとも1つの枢動可能な相対的に剛体の、非可撓性の、折り畳まれたアーム部分、前記支持部に対して移動する、前記少なくとも1つの折り畳まれたアーム部分に関連する少なくとも1つの表面、および前記少なくとも1つの枢動可能な、折り畳まれたアーム部分を回転移動で駆動するための、動作可能に配置された剛体の、非可撓性の力伝達部材を含む。電気的に動作するアクチュエータが、アクチュエータの電気的作動に応答して前記少なくとも1つの枢動可能な、折り畳まれたアーム部分を枢動させるために、前記力伝達部材を前記剛体の、非可撓性部分に対して駆動するように、前記剛体の非可撓性部分と前記力伝達部材の間に動作可能に係合される。ここで、前記少なくとも1つの枢動可能な、折り畳まれたアーム部分の回転運動によって発生する仕事は、電気的に動作するアクチュエータにより発生する仕事の60%より大きくすることができる。マニホールドは少なくとも1つのバルブシートと連通する流体通路を含み、バルブシートとシールするように係合する閉位置と前記バルブシートから間隔を開けた開位置の間を移動させるために、少なくとも1つの対応するバルブ本体に対して動作可能に係合可能であり、少なくとも1つの前記バルブシートおよびバルブ本体は、電気的な作動に応答し、電気的に動作するアクチュエータによって、前記支持部を介して他方に対して動作可能に移動可能である。   The fluid flow control device according to the present invention controls the flow rate of fluid passing through the fluid passage from at least one inlet hole to at least one outlet hole in response to electrical actuation. The apparatus comprises a rigid, non-flexible support, at least one pivotable, relatively rigid, non-flexible, folded arm portion extending from the rigid part, the support At least one surface associated with the at least one folded arm portion, and operative for driving the at least one pivotable folded arm portion in rotational movement. It includes a rigid, inflexible force transmission member disposed. An electrically actuating actuator pivots the at least one pivotable, folded arm portion in response to an electrical actuation of the actuator so that the force transmitting member is rigid, non-flexible. Operatively engaged between the inflexible portion of the rigid body and the force transmitting member to drive against the sex portion. Here, the work generated by the rotational movement of the at least one pivotable folded arm portion can be greater than 60% of the work generated by the electrically operated actuator. The manifold includes a fluid passage that communicates with at least one valve seat and is adapted to move between a closed position for sealing engagement with the valve seat and an open position spaced from the valve seat. At least one of the valve seat and the valve body is responsive to electrical actuation and is electrically coupled to the other via the support by an actuator that operates electrically. On the other hand, it can move operably.

本発明によるマルチバルブマニホールドは、多数の圧電作動、直動バルブを収容し、流体接続を行うことができる。バルブの現下の設計は、3方向オン/オフである。これらのバルブは、例示のためのみであり限定ではないが、混合および切換えを含む様々な用途に使用することができる。現下の構成では、このマニホールドは、共通の入口孔、共通の排出孔、および各バルブに唯一の出口孔を備える。それは、電気的接続のためのただ1つの点を備え、かついくつかの構成ではマニホールドはシステム電源およびバルブ制御器を収容することもできる。この同じ3方向バルブ構成は、混合または配合用途のために比例モードで動作可能である。そのような用途では、上述の共通排出孔は第2の共通入口孔として使用される。この流れの変更は、切換え用途への使用を可能にする。混合、配合または切換えを支援して、所望されない流れを防止するためチェックバルブを組み込むことができる。   The multi-valve manifold according to the present invention can accommodate a large number of piezoelectrically actuated and direct acting valves for fluid connection. The current design of the valve is 3-way on / off. These valves are for illustrative purposes only and can be used for a variety of applications including, but not limited to, mixing and switching. In the current configuration, this manifold has a common inlet hole, a common outlet hole, and a single outlet hole for each valve. It provides only one point for electrical connection, and in some configurations the manifold can also house the system power supply and valve controller. This same three-way valve configuration can operate in proportional mode for mixing or compounding applications. In such applications, the common discharge hole described above is used as the second common inlet hole. This change in flow allows for use in switching applications. A check valve can be incorporated to assist in mixing, blending or switching to prevent unwanted flow.

このマルチバルブマニホールドパックのユニークな設計の特徴は、バルブ間隔が4.5mmにセットされていることである。このぴったりした間隔によって、例えば、このバルブは分析流体の直接計量分配が可能となる。そのような流体は、例えば、マニホールドの出口孔に直接取り付けられたノズルまたはバルブからウエルへの最小限の接合チューブを使用して、通常の滴定トレイの現行の4.5mm間隔の滴定ウエル内に移送することができる。これによって計量分配精度を改善し、試薬の容積を節約し、滴定時間を改善することができる。通常の既存のバルブマニホールドは10mm間隔を使用し、したがって、複雑なバルブ取り付け形状および滴定すべき流体をバルブから移送するための延長チューブまたはマニホールドを必要とする。本発明は、4.5mmピッチでマニホールドに取り付けられ、マニホールドに取り付けられた互いに4.5mm間隔に配置されたバルブをインライに有するノズルを提供する。すなわち、バルブはインラインにあり、かつ非常に近接しているので、その結果バルブから滴定オリフィスまたはノズルまでに最小限の「死空間(dead volume)」しかない。   A unique design feature of this multi-valve manifold pack is that the valve spacing is set to 4.5 mm. This close spacing, for example, allows the valve to directly dispense the analysis fluid. Such fluids, for example, in the current 4.5 mm spaced titration wells of a conventional titration tray, using a nozzle or valve to well-joined tube attached directly to the outlet hole of the manifold. Can be transported. This improves dispensing accuracy, saves reagent volume, and improves titration time. Typical existing valve manifolds use 10 mm spacing and therefore require complex valve mounting shapes and extension tubes or manifolds to transfer the fluid to be titrated from the valve. The present invention provides a nozzle that is mounted on a manifold at a pitch of 4.5 mm and has in-lay valves mounted on the manifold and spaced from each other by 4.5 mm. That is, the valves are in-line and very close so that there is minimal “dead volume” from the valve to the titration orifice or nozzle.

このバルブの別のユニークな特徴は、4.5mmピッチ間隔内でのその高流量能力である。5.6kgf/cm(80psi)で、3方向構成のこのバルブは、ほぼ1分当り50標準リッター(slpm)流れる。10mm幅に基づく既存のバルブでさえ、通常20lpmより多くは流れない。したがって、本発明のこのバルブは、例示のためのみであり限定ではないが、ずっと大きな空圧動作バルブをパイロットするために非常に効果的に使用することもできる。 Another unique feature of this valve is its high flow capability within a 4.5 mm pitch interval. At 5.6 kgf / cm 2 (80 psi), this three-way configuration valve flows approximately 50 standard liters (slpm) per minute. Even existing valves based on 10 mm width usually do not flow more than 20 lpm. Thus, this valve of the present invention can be used very effectively to pilot a much larger pneumatically operated valve, by way of example only and not limitation.

2方向構成では、このバルブは比例流体制御器として動作することができる。そのような小さなパッケージングで、この制御レベルはユニークであると考えられる。さらに、本発明によるバルブの流量は、実質的に既知の同等のバルブの性能を超えるであろう。
本発明の別の用途は、添付の図面を参照して、本発明を実施するために企図された最良の形態の以下の説明を読むとき、この分野の専門家には明らかになるであろう。
本明細書での説明は、同一の参照番号はいくつかの図を通じて同じ部品を示す添付の図面を参照して行う。
In the two-way configuration, the valve can operate as a proportional fluid controller. With such a small packaging, this level of control is considered unique. Furthermore, the flow rate of a valve according to the present invention will substantially exceed the performance of a known equivalent valve.
Other uses of the present invention will become apparent to those skilled in the art when the following description of the best mode contemplated for carrying out the invention is read with reference to the accompanying drawings. .
The description herein is made with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals designate like parts throughout the several views.

次に図1〜3を参照すると、本発明はマルチバルブマニホールド100を含む。マニホールド100内の各バルブ102は、例示のためのみであり限定ではないが、4.2mm幅×31mm高さ×46mm長さであり得る。本発明によるアクチュエータ/バルブ組合せの狭い幅によって、以下で極めて詳細に論じる有利な滴定トレイ計量配合実施形態を可能にするための、互いに4.5mm離れた中央から中央への間隔、またはピッチでマニホールドに配置するアクチュエータ/バルブの組合せが可能となる。この4.2mm幅は、他のいかなる「中規模の(meso-scale)」電気的作動バルブより狭く、したがって、当業界でユニークであると考えられる。最も近接する既知の商業的に入手可能なソレノイド動作バルブは直径で6mmである。4.5mmより小さな電気的に作動バルブは存在するけれども、これらのバルブは小さ過ぎ、別の構造および/または作動技術に基づいている。一般に、より小さなソレノイドに基づいたバルブは存在しない。何故なら、ソレノイドの寸法が減少すると、ソレノイドの仕事能力は、ソレノイドが所望のバルブ圧力および流量に対してバルブの動作を行うことが出来なくなる点まで減少するからである。   Referring now to FIGS. 1-3, the present invention includes a multi-valve manifold 100. Each valve 102 in the manifold 100 is illustrative only and not limiting, and may be 4.2 mm wide × 31 mm high × 46 mm long. The narrow width of the actuator / valve combination according to the present invention allows manifolds with a center-to-center spacing or pitch 4.5 mm apart from each other to enable advantageous titration tray metering embodiments discussed in greater detail below The actuator / valve combination arranged in the above is possible. This 4.2 mm width is narrower than any other “meso-scale” electrically actuated valve and is therefore considered unique in the art. The closest known commercially available solenoid operated valve is 6 mm in diameter. Although there are electrically actuated valves smaller than 4.5 mm, these valves are too small and are based on alternative structures and / or actuation techniques. In general, there are no valves based on smaller solenoids. This is because as the size of the solenoid decreases, the work capability of the solenoid decreases to the point where the solenoid cannot perform valve operation for the desired valve pressure and flow rate.

競争力のある性能の既存のバルブは、一般に6mmから16mmのピッチであり、かつ一般に0.5と4.0ワットの間の電力を消費する。比較すると作動した後は、本発明の圧電アクチュエータは、0.010ワット未満の電力しか引き出さない。別の圧電バルブもそのような低い電力消費量である。どれも直動ベースでは流量および圧力能力を有さない。圧力および流量能力を有するものは、より大きなバルブのパイロットとして使用されたときのみ、そうである。本発明の利益は、論理レベルの回路を使用する直接制御、長寿命バッテリ動作の潜在的可能性、太陽電池による無線周波数(RF)動作の潜在可能性、バッテリまたは他の低電力電源、医用や分析などの特定の用途に対し重要な実質的に無発熱を含む。最小限の発熱も重要である。何故ならそれは、冷却を考慮する必要性を無くし、または少なくとも大きく減少させるからである。発生する熱および計量されるべき流体への関連する熱伝達は、ソレノイドコイル対圧電の機能のみならず、本発明がバルブの流体制御部分を発熱、作動部分から分離することができるということにも関連している。ソレノイドベースのバルブについては、しばしば流体通路はコイルに非常に近い。寸法が減少すると、相対的な近接性は増加する傾向にある。ある場合には、ソレノイドベースのバルブの流体通路は、実際にソレノイドの熱発生コイル内の通路を「貫通」する。本発明による圧電アクチュエータから分離された流体制御部分を有するマルチバルブマニホールドは、ソレノイドベースのバルブのこの欠点を回避する。   Existing valves with competitive performance are typically 6 to 16 mm pitch and typically consume between 0.5 and 4.0 watts of power. After operation in comparison, the piezoelectric actuator of the present invention draws less than 0.010 watts of power. Another piezoelectric valve has such a low power consumption. None have flow and pressure capabilities on a linear motion basis. Those with pressure and flow capability are only when used as pilots for larger valves. The benefits of the present invention include direct control using logic level circuits, the potential for long-life battery operation, the potential for radio frequency (RF) operation with solar cells, batteries or other low-power power supplies, Includes virtually no heat which is important for certain applications such as analysis. Minimal fever is also important. This is because it eliminates or at least greatly reduces the need to consider cooling. The heat generated and the associated heat transfer to the fluid to be metered is not only the function of the solenoid coil vs. piezoelectric, but also the fact that the present invention can separate the fluid control part of the valve from the heat generating and working part. Related. For solenoid-based valves, the fluid path is often very close to the coil. As the dimensions decrease, the relative proximity tends to increase. In some cases, the fluid path of the solenoid-based valve actually “pierces” the path in the solenoid's heat generating coil. A multi-valve manifold having a fluid control portion separated from a piezoelectric actuator according to the present invention avoids this drawback of solenoid-based valves.

正味寸法から離れて、バルブ間隔が4.5mmピッチ(バルブ中央から中央までで4.5mm)であることによって、バルブは標準384ウエルの微量滴定トレイと丁度ぴったり合う。これは分析自動化用途に対する潜在的な利点である。現行ではこれは、特別注文のマニホールド、バルブからウエルへの特別注文の配管、微小電子機械システム(MEMS)ベースの計量分配装置、ロボットシステム、等々などの様々な複雑な構成を使用して行われる。本発明によるマルチバルブマニホールドは、例示のためのみであり限定ではないが、標準384微量滴定トレイの全部のウエル内に直接計量配合可能な、16バルブバージョンを供給可能なように2倍化可能な8パックのマニホールドを含むことができる。   Apart from the net dimensions, the valve spacing is 4.5 mm pitch (4.5 mm from the center of the valve to the center) so that the valve fits exactly with a standard 384 well microtiter tray. This is a potential advantage for analytical automation applications. Currently this is done using a variety of complex configurations such as custom manifolds, custom tubing from valves to wells, micro-electromechanical system (MEMS) based dispensing devices, robotic systems, etc. . The multi-valve manifold according to the present invention can be doubled to provide a 16-valve version that can be metered directly into all wells of a standard 384 microtiter tray, by way of example only and not limitation. An 8-pack manifold can be included.

各バルブは、オン/オフ動作および比例動作も可能である。比較すると、最も近接する既知の商業的に入手可能なソレノイド作動比例バルブには、直径15mmより小さなものはない。これは単にコイルが小さくなることに伴う電磁気場の正味出力の問題ではない。予知可能な直線的にバルブの動作を制御する能力も極めてより困難になる。さらに、比例バルブは持続的に動作しており、したがって、通常は単純なオン/オフバルブより大きな熱放散/処理能力を必要とする。   Each valve is also capable of on / off operation and proportional operation. By comparison, none of the closest known commercially available solenoid operated proportional valves has a diameter less than 15 mm. This is not simply a problem with the net output of the electromagnetic field as the coil becomes smaller. The ability to control the valve behavior in a predictable linear fashion is also much more difficult. In addition, proportional valves operate continuously and therefore typically require greater heat dissipation / processing capacity than simple on / off valves.

これらのバルブは、1ミリセカンド(ms)より速くオン/オフ動作に応答する潜在的能力を有している。典型的な競争力あるソレノイドバルブは、5msから20ms内で応答する。ソレノイドに対してより速い速度は達成可能であるが、通常は過励磁または特殊なコイル構造の使用などの特別な電気機器を必要とする。
各バルブの流体部分は、圧力バランスさせることができる。これによって、高流量および高圧力能力を可能にしながら、比較的より小さなアクチュエータの使用が可能になる。例として、最近公表されたClippard EVP比例バルブは、直径22.2mm、高さ39.6mmである。本発明の各バルブのオリフィスと同等な寸法(〜1.5mm)を有するバージョンは、平方センチメートル当り18kgf(平方インチ当り25ポンド(psi))の最大圧力で、1分当り14標準リットル(slpm)まで流すことができる。さらに、Clippard EVP比例バルブの任意の流量での最大定格圧力は7.0kgf/cm(100psi)である。比較すると、本発明による各バルブは、1.5mmの等価オリフィスを有し、8.4kgf/cm(120psi)で動作でき、5.6kgf/cm(80psi)で本発明によるバルブは、ほぼ50slpmまで流すことができる。本発明による圧電アクチュエータを有する圧力バランスさせた流体制御バルブの組合せは、改善された性能をもたらす。すなわち、圧力バランス化は、アクチュエータが発生しなければならない仕事を減少させ、それによってより小さなアクチュエータの使用が可能となる。加えるに、本発明による圧電アクチュエータのユニークな基本形態因子、すなわち他の寸法設定に対して、特にソレノイドと比較したとき狭いことによって、本発明によるバルブの全体的な狭い形態が可能になる。
These valves have the potential to respond to on / off operation faster than 1 millisecond (ms). A typical competitive solenoid valve responds within 5 ms to 20 ms. Faster speeds for the solenoid can be achieved, but usually require special electrical equipment such as over-excitation or the use of special coil structures.
The fluid portion of each valve can be pressure balanced. This allows the use of relatively smaller actuators while allowing high flow and high pressure capabilities. As an example, the recently published Clippard EVP proportional valve is 22.2 mm in diameter and 39.6 mm in height. Versions with dimensions equivalent to the orifices of each valve of the present invention (˜1.5 mm) are up to 14 standard liters per minute (slpm) at a maximum pressure of 18 kgf per square centimeter (25 pounds per square inch (psi)). It can flow. Further, the maximum rated pressure at any flow rate of the Clippard EVP proportional valve is 7.0 kgf / cm 2 (100 psi). In comparison, each valve according to the present invention has an equivalent orifice of 1.5 mm, can operate at 8.4 kgf / cm 2 (120 psi), and at 5.6 kgf / cm 2 (80 psi), Can flow up to 50 slpm. The combination of pressure balanced fluid control valves with piezoelectric actuators according to the present invention provides improved performance. That is, pressure balancing reduces the work that the actuator must generate, thereby allowing the use of smaller actuators. In addition, the unique basic form factor of the piezoelectric actuator according to the invention, i.e. its narrowness, especially when compared to solenoids, allows for the overall narrow form of the valve according to the invention.

本発明は、1つまたは複数の以下の特徴をもたらすように改変できることは理解されたい。単に電気的インターフェースではなく、マニホールドの「底部(bottom)」に配置された制御電気機器、2方向または3方向動作のいずれにも対応、追加のねじなどを必要としないマニホールドへの簡単なバルブの取り付け、8バルブ以外の、例えば、2、3、4、5、・・・8、・・・16、・・・nなどの任意の数のバルブを有するマニホールド、例示のためのみであり限定ではないが、「底部」入口および入口から最も遠いバルブへの距離(マニホールド死空間)を減少させるために複数のバルブの中央に配置するなどの別の位置に配置される流体入口孔、例示のためのみであり限定ではないが、流量は減少するがより長寿命またはより簡単な組立てなどの他の利益を提供することができる無圧力バランスバルブの使用、例示のためのみであり限定ではないが、本発明によるバルブ幅は上記で論じたバルブの幅(すなわち、4.5mm)の半分までのより小さな寸法に潜在的に縮尺可能であり、かつ例示のためのみであり限定ではないが、約25mm幅までのずっとより大きな寸法に拡大されるので、様々な寸法のマルチバルブマニホールド、金属または当分野の技術者に知られている任意の適切な他の材料製のマニホールドおよびバルブ構成部品、チューブ「迅速接続(quick connect)」または当分野の技術者に知られている任意の適切な他の接続を含む入口および出口孔の接続。   It is to be understood that the present invention can be modified to provide one or more of the following features. A simple valve to the manifold that does not require an additional screw or the like, not just an electrical interface, but a control electrical device located at the “bottom” of the manifold that supports either 2-way or 3-way operation Mounting, manifold with any number of valves other than 8 valves, for example 2, 3, 4, 5,..., 8,. Fluid inlet holes located at different locations, such as located at the center of multiple valves to reduce the distance from the “bottom” inlet and the farthest valve from the inlet (manifold dead space), for illustrative purposes Only, but not exclusively, the use of a pressureless balance valve, which is illustrative only, can reduce flow rates but provide other benefits such as longer life or easier assembly Although not limited, the valve width according to the present invention is potentially scalable to smaller dimensions up to half of the valve width discussed above (ie, 4.5 mm) and is for illustrative purposes only and limited Although not expanded to much larger dimensions up to about 25 mm wide, manifolds of various sizes of multi-valve manifolds, metal or any other suitable material known to those skilled in the art, and Inlet and outlet hole connections including valve components, tubing “quick connect” or any other suitable connection known to those skilled in the art.

図4は、支持部12および電気的アクチュエータ14を有する本発明によるアクチュエータアセンブリ10の斜視図である。支持部12は、剛体の、非可撓性部分16、前記剛体部分16から後方に延びる第1および第2の枢動可能なアーム部分18、20などの、少なくとも1つの枢動可能な相対的に剛体の、非可撓性のアーム部分、前記剛体部分16に対して移動する前記少なくとも1つの枢動可能なアーム部分18、20上の少なくとも1つの対向する表面、および前記少なくとも1つの枢動可能なアーム部分18、20に動作可能に接続された剛体の、非可撓性の力伝達部材26を含む。支持部12は、単体、一体式、単一部片のモノリシックな本体であることが好ましい。電気的アクチュエータ14を、アクチュエータ14の電気的刺激に応答して前記力伝達部材26を前記剛体の、非可撓性部分16から離して直線動作で駆動するために、前記剛体の非可撓性部分16と前記剛体の非可撓性力伝達部材26の間に動作可能に係合することができる。前記支持部12の剛体の、非可撓性部分16は、40%未満の仕事損失で、好ましくは20%未満の仕事損失で、かつ最も好ましくは10%未満の仕事損失で電気的アクチュエータ14から動作の伝達をもたらすことができることを理解されたい。前記少なくとも1つの枢動可能な比較的に剛体の、非可撓性アーム18、20は、比較的制限された温度変化を有する環境、または温度制御された環境で剛体であり非可撓性である。前記少なくとも1つの枢動可能なアーム18、20は、所望の場合、広い範囲の環境にわたり改良されたオン/オフおよび/または比例動作制御のための温度補償を含むことができることを理解されたい。   FIG. 4 is a perspective view of an actuator assembly 10 according to the present invention having a support 12 and an electrical actuator 14. The support 12 includes at least one pivotable relative, such as a rigid, inflexible portion 16, and first and second pivotable arm portions 18, 20 extending rearwardly from the rigid portion 16. A rigid, inflexible arm portion, at least one opposing surface on the at least one pivotable arm portion 18, 20 that moves relative to the rigid portion 16, and the at least one pivot A rigid, inflexible force transmission member 26 is operatively connected to the possible arm portions 18, 20. The support portion 12 is preferably a single, monolithic, single piece monolithic body. In order to drive the electrical actuator 14 in a linear motion away from the inflexible portion 16 of the rigid body in response to an electrical stimulus of the actuator 14, the inflexibility of the rigid body An operative engagement may be between the portion 16 and the rigid inflexible force transmitting member 26. The rigid, inflexible portion 16 of the support 12 is from the electrical actuator 14 with less than 40% work loss, preferably less than 20% work loss, and most preferably less than 10% work loss. It should be understood that motion transmission can result. The at least one pivotable, relatively rigid, inflexible arm 18, 20 is rigid and inflexible in an environment having a relatively limited temperature change or in a temperature controlled environment. is there. It should be understood that the at least one pivotable arm 18, 20 can include temperature compensation for improved on / off and / or proportional motion control over a wide range of environments, if desired.

前記剛体の非可撓性部分16は、アクチュエータ14の端部42に対する相補的表面を有する調整可能なシート52付きの調整可能な支持部54を受けることができる。調整可能なシート52の相補的な表面は、アクチュエータ14の電気的な作動に応答して力伝達部材26を駆動するために適切な位置にあるアクチュエータ14を支持するように平面または任意の形状とすることができる。剛体の、非可撓性力伝達部材26の移動は、前記少なくとも1つのアーム部分18、20を少なくとも1つの一体蝶番36、38の周りを枢動させる。少なくとも1つの一体蝶番36、38は、各剛体のアーム部分と対応する各枢動可能な比較的に剛体の、非可撓性アーム部分の枢動基台部分46、48との間を延び、少なくとも1つの一体蝶番32、34は、枢動可能な比較的に剛体の、非可撓性アーム部分の対応する基台部分46、48と剛体の、力伝達部材26の間を延びる。   The rigid inflexible portion 16 can receive an adjustable support 54 with an adjustable seat 52 having a complementary surface to the end 42 of the actuator 14. The complementary surface of the adjustable sheet 52 may be planar or any shape to support the actuator 14 in the proper position for driving the force transmission member 26 in response to electrical actuation of the actuator 14. can do. The movement of the rigid, inflexible force transmitting member 26 pivots the at least one arm portion 18, 20 about at least one integral hinge 36, 38. At least one integral hinge 36, 38 extends between each rigid arm portion and a corresponding pivotable, relatively rigid, non-flexible arm portion pivot base portion 46, 48; At least one integral hinge 32, 34 extends between the corresponding base portion 46, 48 of the pivotable, relatively rigid, non-flexible arm portion and the rigid, force transmitting member 26.

装置10を動作させるために、制御器28を設けることができる。この制御器は、所定の軸に沿って空間的な変位を生じさせるように、圧電装置の両端間に充電電圧をもたらすことができる。圧電装置によって蓄えられる電荷の量は、一般に圧電装置の両端間に加える電圧の値に比例する。したがって、圧電装置の両端間に加える電圧の値を変化させて1つの所定の軸に沿った空間的変位の量を制御することができる。この空間的変位が、少なくとも1つの剛体の、非可撓性枢動可能アーム18、20に伝達され、かつ一体式の一体蝶番36、38を介して増幅され、対向する表面22、24のうちの対応する1つを、互いに対して曲線の通路内で移動させる。   A controller 28 can be provided to operate the apparatus 10. This controller can provide a charging voltage across the piezoelectric device to cause a spatial displacement along a predetermined axis. The amount of charge stored by the piezoelectric device is generally proportional to the value of the voltage applied across the piezoelectric device. Therefore, the amount of spatial displacement along one predetermined axis can be controlled by changing the value of the voltage applied across the piezoelectric device. This spatial displacement is transmitted to at least one rigid, non-flexible pivotable arm 18, 20 and amplified via integral integral hinges 36, 38, out of opposing surfaces 22, 24. Are moved in a curved path relative to each other.

図5で、アクチュエータ14は非作動状態である。対向する表面22、24は、アクチュエータ14が非作動状態であるとき互いから最も遠い。この種の構成は時には、常時開設計と呼ばれる場合がある。電気的アクチュエータ14が電気的に作動されると、アクチュエータ14の設定端部42が剛体部分16によって固定して保持され、アクチュエータ14の駆動端部44が剛体の、非可撓性力伝達部材26を剛体のウエブ30から遠くへ、または離して駆動し、それで少なくとも1つの枢動可能な比較的に剛体の、非可撓性アーム部分18、20が少なくとも1つの対応する一体蝶番36、38の周りを枢動する。このように、対向する表面22、24の間の空間または距離が減少する。対向する表面間の距離は、圧電アクチュエータなどの電気的アクチュエータ14の両端間の電圧を調整することによって増大または減少させることができる。図6は、アクチュエータ14が完全に作動されとき、アクチュエータ14の平坦な駆動端部44が剛体の、非可撓性力伝達部材26の平坦なシート表面40と動作可能に接触しているのを示し、対向する表面22、24間のより大きな近接を示すため誇張されている。   In FIG. 5, the actuator 14 is in an inoperative state. Opposing surfaces 22, 24 are furthest from each other when the actuator 14 is inactive. This type of configuration is sometimes referred to as a normally open design. When the electrical actuator 14 is electrically actuated, the set end 42 of the actuator 14 is fixedly held by the rigid portion 16 and the drive end 44 of the actuator 14 is rigid and the inflexible force transmitting member 26. At a distance from or away from the rigid web 30 so that at least one pivotable, relatively rigid, non-flexible arm portion 18, 20 has at least one corresponding integral hinge 36, 38. Pivot around. In this way, the space or distance between the opposing surfaces 22, 24 is reduced. The distance between the opposing surfaces can be increased or decreased by adjusting the voltage across an electrical actuator 14, such as a piezoelectric actuator. FIG. 6 shows that when the actuator 14 is fully actuated, the flat drive end 44 of the actuator 14 is in operative contact with the flat sheet surface 40 of the rigid, inflexible force transmitting member 26. And exaggerated to show greater proximity between opposing surfaces 22, 24.

図4〜6に示す実施形態では、これらの構成部品は、金属材料、例えばステンレス鋼の単一の一体部片から機械加工されている。他の適切な材料には、粉末金属、金属合金、複合材料、または金属および複合材料の組合せを含むことができる。例示として与えられたこれらの材料は優れた性能をもたらすが、特別な用途の要件に応じて、支持部に他の材料を使用することは適切であり得る。枢動可能な剛体の、非可撓性アーム部分などのいくつかの構成部品は、剛体の非可撓性の全体的にC字形または全体的にU字形の構造から分離して製造し、後で図6に示すような全体的にW字形のまたは全体的にM字形の組み合わせた構造を画成するように接合することができる。   In the embodiment shown in FIGS. 4-6, these components are machined from a single integral piece of metallic material, such as stainless steel. Other suitable materials can include powdered metals, metal alloys, composite materials, or combinations of metals and composite materials. Although these materials given by way of example provide excellent performance, it may be appropriate to use other materials for the support, depending on the requirements of the particular application. Some components, such as a pivotable rigid, non-flexible arm portion, are manufactured separately from a rigid, non-flexible, generally C-shaped or generally U-shaped structure. 6 can be joined to define a generally W-shaped or generally M-shaped combined structure as shown in FIG.

図7に示す実施形態では、装置10aが4つの個別の構成部品によって作られている。第1の構成部品は、装置10aの全体的にC字形のまたは全体的にU字形の部分を画成する複数の剛体の非可撓性部分を連結する剛体の非可撓性ウエブ30aを含む、剛体の非可撓性支持部12aを備える。少なくとも1つの一体蝶番36a、38aが、各剛体のアーム部分と各対応する枢動可能な剛体の、非可撓性のアーム部分の枢動基台部分46a、48aの間を延び、少なくとも1つの一体蝶番32a、34aが、各枢動可能な剛体の、非可撓性のアーム部分の対応する枢動基台部分46a、48aと剛体の、非可撓性の力伝達部材26aの間を延びる。第2および第3の構成部品は、固定具50を使用して支持部12aの対応する基台46a、48aに取り付けられた分離可能な、かつ枢動可能な剛体の、非可撓性のアーム部分18a、20aである。第4の構成部品は、剛体の、非可撓性のウエブ30aと剛体の、非可撓性の力伝達部材26aの間に動作可能に係合されたアクチュエータ14aである。アクチュエータ14aの端部42aに対して相補的な表面を有する調整可能なシート付きの調整可能な支持部54aを設けることができる。調整可能なシート52aの相補的な表面は、アクチュエータ14aの電気的な作動に応答して剛体の、非可撓性の力伝達部材26aを駆動するために適切な位置にあるアクチュエータ14aを支持するように、平面または任意の形状とすることができる。   In the embodiment shown in FIG. 7, the device 10a is made up of four individual components. The first component includes a rigid inflexible web 30a that connects a plurality of rigid inflexible portions that define a generally C-shaped or generally U-shaped portion of the device 10a. And a rigid inflexible support 12a. At least one integral hinge 36a, 38a extends between each rigid arm portion and each corresponding pivotable rigid, non-flexible arm portion pivot base portion 46a, 48a, and at least one A living hinge 32a, 34a extends between the corresponding pivot base portion 46a, 48a of each pivotable rigid, inflexible arm portion and the rigid, inflexible force transmitting member 26a. . The second and third components are separable and pivotable rigid, inflexible arms that are attached to corresponding bases 46a, 48a of support 12a using fixture 50. The portions 18a and 20a. The fourth component is an actuator 14a operatively engaged between a rigid, inflexible web 30a and a rigid, inflexible force transmission member 26a. An adjustable support 54a with an adjustable sheet having a surface complementary to the end 42a of the actuator 14a can be provided. The complementary surface of the adjustable sheet 52a supports the actuator 14a in the proper position to drive the rigid, inflexible force transmitting member 26a in response to electrical actuation of the actuator 14a. As such, it can be planar or any shape.

2002年3月27日出願の米国特許出願第10/107951号明細書および2003年7月3日出願の米国特許出願第10/613138号明細書からのアクチュエータ構造の開示および動作は、本明細書にそれらの全体が参考として援用されている。2003年4月4日出願の米国特許仮出願第60/460666号明細書からの8パックマニホールドの開示は、本明細書にその全体が参考として援用されている。
本発明を現在最も実際的で好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明してきたが、本発明は開示された実施形態に限定されるべきではなく、逆に、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内に含まれる様々な改変や均等な構成も包含することを意図していることを理解されたい。特許請求の範囲は、法の下で許容される全てのそのような改変および均等な構成を包含するように最も広い解釈が認容されるべきである。
The disclosure and operation of actuator structures from US patent application Ser. No. 10/107951 filed Mar. 27, 2002 and US Patent Application No. 10/613138 filed Jul. 3, 2003 are described herein. Are incorporated by reference in their entirety. The disclosure of the 8-pack manifold from US Provisional Application No. 60 / 460,666, filed Apr. 4, 2003, is hereby incorporated by reference in its entirety.
Although the present invention has been described with respect to what is presently considered to be the most practical and preferred embodiments, the present invention should not be limited to the disclosed embodiments, but conversely, the spirit of the appended claims It should be understood that various modifications and equivalent arrangements included in the scope are also intended to be included. The claims should be accorded the broadest interpretation so as to encompass all such modifications and equivalent arrangements permitted under the law.

本発明によるマルチバルブマニホールドの分解図である。1 is an exploded view of a multi-valve manifold according to the present invention. 本発明によるマルチバルブマニホールドの2方向動作を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic view showing a two-way operation of a multi-valve manifold according to the present invention. 本発明によるマルチバルブマニホールドの3方向動作を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a three-way operation of a multi-valve manifold according to the present invention. 電気的作動に応答して、少なくとも1つの表面を有する少なくとも1つの折り畳まれたアームを移動させるアクチュエータの斜視図であって、このアクチュエータアセンブリは本発明による支持部材および電気的アクチュエータを有する。FIG. 2 is a perspective view of an actuator that moves at least one folded arm having at least one surface in response to electrical actuation, the actuator assembly having a support member and an electrical actuator according to the present invention. 電気的アクチュエータが非作動状態である、図4のアクチュエータアセンブリの側面図である。FIG. 5 is a side view of the actuator assembly of FIG. 4 with the electrical actuator in a non-actuated state. 電気的アクチュエータが完全に作動状態にある、図4のアクチュエータアセンブリを誇張して示す側面図である。FIG. 5 is an enlarged side view of the actuator assembly of FIG. 4 with the electrical actuator fully operational. 支持部の剛体の、非可撓性部分に連結され、一体蝶番の位置から外側に延びる、機械的に取り付けられた枢動可能な相対的に剛体の、非可撓性アーム部分を有する、アクチュエータアセンブリの側面図である。Actuator having a mechanically attached pivotable, relatively rigid, inflexible arm portion coupled to a rigid, inflexible portion of the support and extending outwardly from the position of the integral hinge FIG. 6 is a side view of the assembly.

Claims (20)

電気的な作動に応答して、流体流路を介しての少なくとも1つの入口孔から少なくとも1つの出口孔への流体の流れを制御するための流体流れ制御装置であって、
剛体の、非可撓性部分と、前記剛体部分から延びる少なくとも1つの枢動可能な相対的に剛体の、非可撓性の、折り畳まれたアーム部分と、支持部に対して移動する、前記少なくとも1つの折り畳まれたアーム部分上の少なくとも1つの表面と、前記少なくとも1つの枢動可能な、折り畳まれたアーム部分を40%未満の運動の損失で、回転移動で駆動するための、動作可能に配置される剛体の、非可撓性の力伝達部材とを有する支持部と、
前記剛体の非可撓性部分と前記力伝達部材との間に動作可能に係合された電気的に動作するアクチュエータであって、該アクチュエータの電気的作動に応答して、前記少なくとも1つの枢動可能な、折り畳まれたアーム部分を枢動させるために、前記力伝達部材を前記剛体の、非可撓性の部分に対して相対的に駆動させるアクチュエータと、
少なくとも1つのバルブシートと連通する流体通路を含むと共に、前記バルブシートとシールするように係合する閉位置と前記バルブシートから間隔を開けた開位置との間を移動するために、少なくとも1つの対応するバルブ本体に対して動作可能に係合可能なマニホールドであって、前記バルブシートおよびバルブ本体のうちの少なくとも1つは、電気的な作動に応答して、電気的に動作するアクチュエータによって、前記支持部を介して他方に対して動作可能に移動可能であるマニホールドと、
を備えることを特徴とする流体流れ制御装置。
A fluid flow control device for controlling fluid flow from at least one inlet hole to at least one outlet hole through a fluid flow path in response to electrical actuation,
Moving relative to a rigid, non-flexible portion, at least one pivotable, relatively rigid, non-flexible, folded arm portion extending from the rigid portion; At least one surface on at least one folded arm portion and operable to drive said at least one pivotable folded arm portion in rotational movement with a loss of motion of less than 40% A support having a rigid, non-flexible force transmitting member disposed on
An electrically operated actuator operatively engaged between the inflexible portion of the rigid body and the force transmitting member, wherein the at least one pivot is responsive to an electrical actuation of the actuator; An actuator for driving the force transmitting member relative to the inflexible portion of the rigid body to pivot a movable, folded arm portion;
A fluid passage in communication with the at least one valve seat and at least one for moving between a closed position for sealing engagement with the valve seat and an open position spaced from the valve seat; A manifold operably engageable with a corresponding valve body, wherein at least one of said valve seat and valve body is electrically actuated in response to an electrical actuation by an actuator, A manifold that is operatively movable relative to the other via the support;
A fluid flow control device comprising:
前記少なくとも1つのバルブシートおよび対応するバルブ本体が、圧力バランスバルブを画成することを特徴とする請求項1記載の流体流れ制御装置。   The fluid flow control apparatus of claim 1, wherein the at least one valve seat and a corresponding valve body define a pressure balance valve. 前記少なくとも1つのバルブシートおよび対応するバルブ本体が、無圧力バランスバルブを画成することを特徴とする請求項1記載の流体流れ制御装置。   The fluid flow control apparatus of claim 1, wherein the at least one valve seat and the corresponding valve body define a pressureless balance valve. 前記マニホールドが少なくとも2つのバルブを支持し、この2つのバルブを、各バルブ用の、独立して動作可能な電気的アクチュエータを有する少なくとも1つの入口孔および少なくとも1つの出口孔に接続し、かつ、前記対応するバルブがオリフィスにすぐ近接し各バルブと対応する前記オリフィス間の死空間を最小限にするように、各オリフィスが互いに4.5mm間隔であり、対応する流体制御バルブとインラインで配置される、前記マニホールドと関連する少なくとも2つの計量配合オリフィスに接続する、請求項1記載の流体流れ制御装置。   The manifold supports at least two valves, and connects the two valves to at least one inlet hole and at least one outlet hole having an independently operable electrical actuator for each valve; and Each orifice is 4.5 mm apart from each other and placed in-line with the corresponding fluid control valve so that the corresponding valve is in close proximity to the orifice and minimizes the dead space between each valve and the corresponding orifice. The fluid flow control device of claim 1, wherein the fluid flow control device is connected to at least two metering orifices associated with the manifold. 前記電気的に動作するアクチュエータが、圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項1記載の流体流れ制御装置。   The fluid flow control device according to claim 1, wherein the electrically operated actuator is a piezoelectric actuator. 前記剛体の部分が全体的にU字形であり、1対の剛体アーム部分の間を延びるウエブを含むことを特徴とする請求項1記載の流体流れ制御装置。   The fluid flow control device of claim 1, wherein the rigid portion is generally U-shaped and includes a web extending between a pair of rigid arm portions. 前記枢動可能な折り畳まれたアーム部分の1つが、前記剛体のアーム部分の1つに枢動可能に連結され、もう1つの前記枢動可能な折り畳まれたアーム部分がもう1つの前記剛体のアーム部分に枢動可能に連結されることを特徴とする請求項6記載の流体流れ制御装置。   One of the pivotable folded arm portions is pivotally connected to one of the rigid arm portions, and the other pivotable folded arm portion is another of the rigid body portions. 7. The fluid flow control device according to claim 6, wherein the fluid flow control device is pivotally connected to the arm portion. 前記支持部の前記剛体の部分が前記枢動可能な折り畳まれたアーム部分間に配置され、その結果、前記力伝達部材が前記枢動可能な折り畳まれたアーム部分の一端に隣接すると共に、少なくとも1つの前記表面が、前記支持部の前記ウエブに隣接して配置される前記枢動可能な折り畳まれたアーム部分上の対向する表面を画成することを特徴とする請求項7記載の流体流れ制御装置。   The rigid portion of the support is disposed between the pivotable folded arm portions so that the force transmitting member is adjacent to one end of the pivotable folded arm portion and at least The fluid flow of claim 7, wherein one of the surfaces defines an opposing surface on the pivotable folded arm portion disposed adjacent to the web of the support. Control device. 前記枢動可能なアーム部分が前記支持部に機械的に連結されることを特徴とする請求項7記載の流体流れ制御装置。   8. The fluid flow control device of claim 7, wherein the pivotable arm portion is mechanically coupled to the support. 電気的な作動に応答して、流体流路を介しての少なくとも1つの入口孔から少なくとも1つの出口孔への流体の流れを制御するための流体流れ制御装置であって、
剛体の、非可撓性部分と、前記剛体部分が第1および第2の枢動可能な、折り畳まれたアーム部分間に挿入されて配置されるように、前記剛体部分から延びる前記第1および第2の枢動可能な相対的に剛体の、非可撓性の、折り畳まれたアーム部分と、互いに対して相対的に移動するために、前記枢動可能な、折り畳まれたアーム部分によって支持される1つの対向する表面を有する1対の対向する表面と、40%未満の動作損失で前記第1および第2の枢動可能な折り畳まれたアーム部分を回転移動に駆動するために、動作可能に配置される剛体の、非可撓性の力伝達部材と、互いにすぐ近接して延び、前記剛体部分および前記力伝達部材に対して前記少なくとも1つの比較的剛体の、非可撓性の折り畳まれたアームの屈曲移動を可能にする、第1および第2の可撓性の蝶番ウエブ部分とを有する支持部と、
前記剛体の、非可撓性の部分と前記剛体の、非可撓性の力伝達部材との間に動作可能に係合される電気的に動作するアクチュエータであって、該アクチュエータの電気的作動に応答して、前記第1および第2の枢動可能な、折り畳まれたアーム部分を枢動させるために、前記力伝達部材を前記剛体部分に対して相対的に駆動させるアクチュエータと、
少なくとも1つのバルブシートと連通する少なくとも1つの流体通路を含むと共に、前記バルブシートとシールするように係合する閉位置と前記バルブシートから間隔を開けた開位置との間を移動するために、少なくとも1つの対応するバルブ本体に対して動作可能に係合可能なマニホールドであって、前記バルブシートおよびバルブ本体の少なくとも1つは、電気的に動作するアクチュエータの電気的な作動に応答して、前記支持部を介して他方に対して動作可能に移動可能であるマニホールドと、
を備えることを特徴とする流体流れ制御装置。
A fluid flow control device for controlling fluid flow from at least one inlet hole to at least one outlet hole through a fluid flow path in response to electrical actuation,
The first and second extending from the rigid portion such that the rigid, non-flexible portion and the rigid portion are inserted and positioned between first and second pivotable folded arm portions. Supported by a second pivotable, relatively rigid, inflexible, folded arm portion and said pivotable, folded arm portion for movement relative to each other A pair of opposing surfaces having one opposing surface and an operation to drive the first and second pivotable folded arm portions in rotational movement with a motion loss of less than 40% A rigid, non-flexible force transmission member disposed in a possible manner and extending in close proximity to each other and the at least one relatively rigid, non-flexible member relative to the rigid portion and the force transmission member Allows bending movement of the folded arm A support portion having first and second flexible hinge web portion of,
An electrically actuated actuator operatively engaged between an inflexible portion of the rigid body and an inflexible force transmitting member of the rigid body, the electrical actuation of the actuator Responsive to the actuator for driving the force transmitting member relative to the rigid portion to pivot the first and second pivotable folded arm portions;
Including at least one fluid passage in communication with at least one valve seat and for moving between a closed position in sealing engagement with the valve seat and an open position spaced from the valve seat; A manifold operably engageable with at least one corresponding valve body, wherein at least one of said valve seat and valve body is responsive to an electrical actuation of an electrically actuated actuator; A manifold that is operatively movable relative to the other via the support;
A fluid flow control device comprising:
前記少なくとも1つのバルブシートおよび対応するバルブ本体が、圧力バランスバルブを画成することを特徴とする請求項10記載の流体流れ制御装置。   The fluid flow control device of claim 10, wherein the at least one valve seat and a corresponding valve body define a pressure balance valve. 前記少なくとも1つのバルブシートおよび対応するバルブ本体が、無圧力バランスバルブを画成することを特徴とする請求項10記載の流体流れ制御装置。   The fluid flow control device of claim 10, wherein the at least one valve seat and a corresponding valve body define a pressureless balance valve. 前記マニホールドが少なくとも2つのバルブを支持し、この2つのバルブを、各バルブ用の、独立して動作可能な電気的アクチュエータを有する少なくとも1つの入口孔および少なくとも1つの出口孔に接続し、かつ、前記対応するバルブがオリフィスにすぐ近接し各バルブと対応する前記オリフィス間の死空間を最小限にするように、各オリフィスが互いに4.5mm間隔であり対応する流体制御バルブとインラインで配置される、前記マニホールドと関連する少なくとも2つの計量配合オリフィスに接続することを特徴とする請求項10記載の流体流れ制御装置。   The manifold supports at least two valves, and connects the two valves to at least one inlet hole and at least one outlet hole having an independently operable electrical actuator for each valve; and The orifices are spaced 4.5 mm from each other and placed in-line with the corresponding fluid control valves so that the corresponding valves are in close proximity to the orifices and minimize the dead space between the valves and the corresponding orifices. 11. The fluid flow control device of claim 10, wherein the fluid flow control device is connected to at least two metering orifices associated with the manifold. 前記アクチュエータが、圧電装置であることを特徴とする請求項10記載の流体流れ制御装置。   The fluid flow control device according to claim 10, wherein the actuator is a piezoelectric device. 前記剛体の部分が全体的にU字形であり、1対の剛体アーム部分の間を延びるウエブを含むことを特徴とする請求項10記載の流体流れ制御装置。   11. The fluid flow control device of claim 10, wherein the rigid body portion is generally U-shaped and includes a web extending between a pair of rigid arm portions. 前記枢動可能な折り畳まれたアーム部分の1つが、前記剛体のアーム部分の1つに枢動可能に連結され、もう1つの前記枢動可能な折り畳まれたアーム部分がもう1つの前記剛体のアーム部分に枢動可能に連結されることを特徴とする請求項15記載の流体流れ制御装置。   One of the pivotable folded arm portions is pivotally connected to one of the rigid arm portions, and the other pivotable folded arm portion is another of the rigid body portions. 16. The fluid flow control device of claim 15, wherein the fluid flow control device is pivotally connected to the arm portion. 前記力伝達部材が前記枢動可能な折り畳まれたアーム部分の一端に隣接し、前記枢動可能な折り畳まれたアーム部分の対向する表面が、前記支持部の前記剛体の部分の前記ウエブに隣接することを特徴とする請求項16記載の流体流れ制御装置。   The force transmitting member is adjacent to one end of the pivotable folded arm portion, and the opposing surface of the pivotable folded arm portion is adjacent to the web of the rigid portion of the support. The fluid flow control device according to claim 16. 前記枢動可能なアーム部分が前記支持部に機械的に固定されることを特徴とする請求項16記載の流体流れ制御装置。   The fluid flow control device according to claim 16, wherein the pivotable arm portion is mechanically fixed to the support portion. 電気的作動に応答して、1対の対向する表面のうち少なくとも1つを移動させる装置であって、
剛体の、非可撓性部分と、1対の剛体のアーム部分間を延びるウエブを有する全体的にU字形の形状の一体の部分と、前記剛体の、非可撓性の部分が、第1および第2の枢動可能な、折り畳まれたアーム部分間に挿入されて配置されるように、前記剛体部分から延びる全体的にL字形の前記第1および第2の枢動可能な、相対的に剛体の、非可撓性の、折り畳まれたアーム部分と、互いに対して相対的に移動するために、前記枢動可能な、折り畳まれたアーム部分の各々上の1つの対向する表面を有する1対の対向する表面と、前記力伝達部材が前記枢動可能な折り畳まれた部分の一端に隣接し、前記枢動可能な折り畳まれたアーム部分の前記対向する表面が前記支持部の前記剛体の、非可撓性の部分のウエブに隣接するように、前記第1および第2の枢動可能な、折り畳まれたアーム部分を40%未満の運動の損失で、回転移動で駆動するための、動作可能に配置される剛体の、非可撓性の力伝達部材を有する支持部と、
第1の蝶番ウエブ部分が、前記力伝達部材の間を延び、少なくとも1つの剛体の、折り畳まれたアームと動作可能に連結し、第2の蝶番ウエブ部分が、前記剛体部分と前記少なくとも1つの剛体の、折り畳まれたアーム間を延びる、少なくとも1つの剛体の、折り畳まれたアームと動作可能に連結し、互いにすぐ近接して延びる第1および第2の可撓性の蝶番ウエブ部分と、
アクチュエータの電気的作動に応答して、前記第1および第2の枢動可能な、折り畳まれたアーム部分を枢動させるために、前記力伝達部材を前記剛体の、非可撓性部分に対して相対的に駆動するように、前記剛体の、非可撓性の部分と前記力伝達部材の間に動作可能に係合される圧電アクチュエータと、
少なくとも1つのバルブシートと連通する少なくとも1つの流体通路を含み、前記バルブシートとシールするように係合する閉位置と前記バルブシートから間隔を開けた開位置の間を移動させるために、少なくとも1つの対応するバルブ本体に対して動作可能に係合可能なマニホールドであって、少なくとも1つの前記バルブシートおよびバルブ本体は、電気的に動作するアクチュエータの電気的な作動に応答して、前記支持部を介して他方に対して動作可能に移動可能であるマニホールドと、
を備えることを特徴とする装置。
An apparatus for moving at least one of a pair of opposing surfaces in response to an electrical actuation comprising:
A rigid, inflexible portion, a generally U-shaped integral portion having a web extending between a pair of rigid arm portions, and the rigid, inflexible portion include a first And the first and second pivotable relative relative to each other and extending generally from the rigid portion such that the first and second pivotable relative portions extend from the rigid portion so as to be disposed between the second pivotable and folded arm portions. A rigid, inflexible, folded arm portion and one opposing surface on each of said pivotable folded arm portions for movement relative to each other A pair of opposing surfaces, the force transmitting member adjacent one end of the pivotable folded portion, and the opposing surfaces of the pivotable folded arm portion are the rigid bodies of the support Adjacent to the inflexible portion web. And an operatively disposed rigid, inflexible force transmission member for driving the second pivotable, folded arm portion in rotational movement with a loss of motion of less than 40%. Having a support part;
A first hinge web portion extends between the force transmitting members and is operably coupled to at least one rigid, folded arm, and a second hinge web portion is coupled to the rigid portion and the at least one First and second flexible hinge web portions operatively connected to and extending in close proximity to each other, at least one rigid, folded arm extending between the rigid, folded arms;
In response to electrical actuation of an actuator, the force transmitting member is moved relative to the rigid, non-flexible portion to pivot the first and second pivotable folded arm portions. A piezoelectric actuator operably engaged between the inflexible portion of the rigid body and the force transmitting member for relative driving
At least one fluid passage including at least one fluid passage in communication with at least one valve seat for moving between a closed position sealingly engaged with the valve seat and an open position spaced from the valve seat; A manifold operably engageable with two corresponding valve bodies, wherein at least one of the valve seat and valve body is responsive to electrical actuation of an electrically actuated actuator, A manifold that is operatively movable relative to the other via
A device comprising:
前記枢動可能なアーム部分が前記支持部に機械的に固定されることを特徴とする請求項19記載の装置。   20. The apparatus of claim 19, wherein the pivotable arm portion is mechanically secured to the support.
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