JP2022551850A

JP2022551850A - 空気圧作動バルブの制御された流量のための構成および方法

Info

Publication number: JP2022551850A
Application number: JP2022520783A
Authority: JP
Inventors: グリム，ウィリアム，エイチ．; キーパー，ブランデン，ダブリュー．
Original assignee: スウェージロックカンパニー
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2022-12-14
Also published as: US11542964B2; CN114375376A; WO2021072138A1; US20230112308A1; US11946494B2; KR20220074856A; US20210108738A1; EP4042024A1

Abstract

アクチュエータは、入力ポートを画定するハウジングと、ハウジング内に配置されたピストンおよび戻りばねと、弾性変形可能要素とを含む。戻りばねは、ピストンに付勢力を加えてピストンをばね戻り位置に移動させるように構成されている。入力ポートに加えられた第１の流体圧力は、ピストンを、戻りばねの付勢力に対抗して、第１の作動位置に移動させ、第１の作動位置では、ピストンはアクチュエータハウジングの止め部と間接的に係合する。入口ポートに加えられた、第１の流体圧力よりも大きい第２の流体圧力は、ピストンを、弾性変形可能要素に対抗して移動させて、弾性変形可能要素を圧縮し、ピストンを第１の作動位置を超える第２の作動位置に移動させる。【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
本出願は、全開示が参照によって本明細書に援用される２０１９年１０月１１日に出願された「ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳＡＮＤＭＥＴＨＯＤＳＦＯＲＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤＦＬＯＷＲＡＴＥＯＦＰＮＥＵＭＡＴＩＣＡＣＴＵＡＴＥＤＶＡＬＶＥＳ」と題する米国仮特許出願第６２／９１３，７６９号に基づく優先権およびあらゆる利益を主張する。

アクチュエータは、バルブおよび他の流体システム構成要素の動作を制御するのに用いられることが多い。アクチュエータは、空気圧、油圧、電気などを含む様々な異なる設計のものであり得る。流体駆動アクチュエータは、バルブを通過するシステム流体を制御（例えば、遮断、計量、方向制御）するためバルブ要素（例えば、回転バルブステム、プラグ、ダイヤフラム、および／またはベローズ）を移動させるために１つ以上の流体駆動アクチュエータ部材（例えば、ピストン、ダイヤフラム、ベローズなど）を動かすのに、空気などの加圧流体を用いる。

従来の作動バルブアセンブリは、付勢ばねに打ち勝ちアクチュエータピストンおよび接続されたバルブ部材を移動させるようなアクチュエータ入口ポートの加圧に応じた作動位置と、アクチュエータ入口圧力の放出とアクチュエータピストンおよびバルブ部材のばねの動きに応じたノーマルまたは戻り位置の間のバルブの２－位置動作のために、ばね付勢空気圧アクチュエータを用いる。

バルブ構成要素の寸法公差、バルブシートの摩耗および／または変形、ならびに他のそうした状況により、例えば、経時的に１つのバルブにおいて、またはシステム内のバルブ間（例えば、並列設置された）で、開状況におけるバルブ流れ力にばらつきが生じ得る。結果として生じた流れ偏向により、一貫性のないかつ／または望ましくない状況が生じ得る。

本開示の例示的な実施形態では、アクチュエータは、入口ポートを画定するハウジングと、ハウジング内に配置されたピストンおよび戻りばねと、弾性変形可能要素とを含む。戻りばねは、ピストンに付勢力を加えてピストンをばね戻り位置に移動させるように構成されている。入口ポートに加えられた第１の流体圧力は、ピストンを戻りばねの付勢力に対抗して第１の作動位置に移動させ、第１の作動位置では、ピストンは、アクチュエータハウジングの止め部に間接的に係合する。入口ポートに加えられた、第１の流体圧力よりも大きい第２の流体圧力は、ピストンを弾性変形可能要素に対抗して移動させて、弾性変形可能要素を圧縮してピストンを第１の作動位置を超える第２の作動位置に移動させる。

従来のばね負荷式空気圧アクチュエータの場合のアクチュエータストローク－圧力曲線の図である。ばね定数が増大した戻りばねを備えた例示的な空気圧アクチュエータの場合のアクチュエータストローク－圧力曲線の図である。調整可能な流れ力を提供する弾性変形可能要素を備えた例示的な「ノーマルクローズの」空気圧アクチュエータの場合のアクチュエータストローク－圧力曲線の図である。ばね戻り位置に示される、本開示の例示的な実施形態による作動バルブアセンブリの概略図である。第１の作動位置に示される、図２の作動バルブアセンブリの概略図である。第２の作動位置に示される、図２の作動バルブアセンブリの概略図である。本開示の例示的な実施形態による、圧力依存流れ調整のための弾性変形可能要素を含む空気圧アクチュエータの側部断面図である。本開示の例示的な実施形態による、圧力依存流れ調整のための弾性変形可能要素を含む別の空気圧アクチュエータを備えた作動バルブアセンブリの側部断面図である。

本発明の様々な発明の態様、概念、および特徴が例示的な実施形態と併せて具体化されるように本明細書中に記載かつ例示され得るが、これらの様々な態様、概念、および特徴は、個々にまたはそれらの様々な組み合わせおよびサブ組み合わせで、多くの代替実施形態で用いられ得る。本明細書中で明示的に除外されない限り、かかるすべての組み合わせおよびサブ組み合わせは、本発明の範囲内に在ることが意図される。さらに、本発明の様々な態様、概念、および特徴に関する様々な代替実施形態－代替の材料、構造、構成、方法、回路、デバイス、および構成要素、フォーム、フィット、ファンクションに関する代替など－が本明細書中に記載され得るが、そうした記載は、現在既知であるか今後開発されるかに関わらず利用可能な代替実施形態の完全なまたは包括的なリストであることは意図していない。当業者は、発明の態様、概念、または特徴のうちの１つ以上を追加実施形態へと容易に導入し、そうした実施形態が本明細書中に明示的に開示されていなくても、本発明の範囲内で用い得る。さらに、本発明のいくつかの特徴、概念、または態様が好ましい構成または方法として本明細書中に記載され得るが、明示されない限り、そうした記載は、そうした特徴が必須または必要であることを示唆することを意図しない。さらに、例示的なまたは代表的な値および範囲が本開示の理解を助けるために含まれ得るが、そのような値および範囲は、限定的な意味で解釈されるものではなく、明示されている場合に限り、臨界値または範囲であると意図される。特定された値の「概ね」または「約」として特定されるパラメータは、特段の記載がない限り、その特定された値と特定された値の１０％内の値の両方を含むことが意図される。さらに、本開示に添付された図面は、縮尺通りであり得るがそうであることは必須ではないと理解され、したがって、図面において明らかである様々な比率および割合を教示しているとして理解され得る。さらに、様々な態様、特徴、および概念が本発明の発明的な部分または形成部分として本明細書中に明示的に特定され得るが、そうした特定は包括的であることを意図するのではなく、むしろ、本明細書中に完全に記載されているがそうしたものとしてまたは特定の発明の一部として明示的に特定されていない発明の態様、概念、および特徴が在り得、発明は、代わりに、添付の特許請求の範囲に記載される。例示的な方法またはプロセスの記載は、全ステップをいずれの場合にも必須であるとして含むことに限定されるものではなく、ステップが提示される順序も、明示的に記載されない限り必須または必要であるとして理解されるものではない。

本開示は、例えば、システムにおける複数のバルブでの流れの均一性を確立するために、または、経時的な（例えば、バルブシートの摩耗または変形による）流れ力の変化を補正するために、または、プロセスもしくは位置フィードバックと併せて用いられるときにある程度の流れ制御能力をもたらすために、作動遮断バルブを通る流れ力を変動させるための構成および方法を検討している。

従来の空気圧または流体駆動リニアアクチュエータの場合、加圧流体は、入口ポートを通ってアクチュエータに加えられて、ピストン（複数可）を作動位置まで軸方向運動させるために１つ以上の流体駆動ピストンを加圧して、例えばアクチュエータが一緒に組み立てられているバルブのバルブ要素（例えば、ダイヤフラム、ステム先端部）の線形運動を提供する。アクチュエータに加えられた作動流体圧力は、例えばアクチュエータばね力（例えば、「ノーマルクローズの」ばね付勢アクチュエータにおける）、ピストン（複数可）とアクチュエータハウジングの間の摩擦、および／またはバルブ要素の抵抗力を含む、アクチュエータおよび／またはバルブ内の複数の抵抗力に打ち勝つのに十分なものである。

従来のばね負荷式（例えば、「ノーマルクローズの」）空気圧アクチュエータは、一般に、第１の非加圧または「ノーマル」位置（例えば、閉）と第２の加圧または「作動」位置（例えば、開）を有する２－位置アクチュエータであると考えられる。アクチュエータおよびバルブを完全作動させるのに必要な空気圧を下回るアクチュエータ圧力の変動は、アクチュエータピストン（複数可）およびバルブ要素の部分的な作動をもたらし得るが、戻りばねのばね定数ならびにピストン（複数可）および他のアクチュエータ／バルブ構成要素の摩擦抵抗の変動により、加えられたアクチュエータ圧力の変動を介してアクチュエータの部分的な作動を正確にかつ予想通りに制御することは難しくなる。図１Ａは、従来のばね負荷式空気圧アクチュエータの場合のアクチュエータストローク－圧力曲線を示し、ばね戻り位置ｓ１と完全作動位置ｓ２（例えば、アクチュエータピストンが機械的止め部と係合）の間のアクチュエータ圧力駆動作動は、作動ストロークを開始するのに必要とされる第１の圧力ｐ１と完全作動に必要とされる第２の圧力ｐ２の間の狭い圧力範囲で行われる。

一実施形態では、ばね戻りアクチュエータには、１つ以上の部分的な流れ位置が１つ以上の所定の加えられたアクチュエータ入口圧力とより予測可能に対応し得るように、ばね定数が増大した（例えば、より硬いばねおよび／または追加ばねを、並列にかつ／または直列に設けることによって）付勢ばね構成が設けられ得る。一例として、ばね戻りアクチュエータには、閉位置におけるばね力より３倍未満の従来のバルブアクチュエータばね定数と比較して、閉位置におけるばね力より約５倍大きいばね定数が設けられ得る。このばね定数の増大により、アクチュエータピストンおよびバルブ要素を、バルブのノーマル位置と作動（例えば、開）位置の間の１つ以上の増分位置に移動させるのに必要とされるアクチュエータ圧力の著しく、測定可能な、かつ予測可能な差がもたらされ得る。そうした構成の１つは、「ＳＹＳＴＥＭＳＡＮＤＭＥＴＨＯＤＳＦＯＲＣＯＮＴＲＯＬＡＮＤＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧＯＦＡＣＴＵＡＴＥＤＶＡＬＶＥＳ」と題された共有する米国特許出願公開第２０１９／０２２６９３７号（「９３７出願」）に記載されており、その全開示は参照によって本明細書に援用される。図１Ｂは、ばね定数が増大した戻りばねを備えた例示的な空気圧アクチュエータの場合のアクチュエータストローク－圧力曲線を示し、ばね戻り位置ｓ１と完全作動位置ｓ２（例えば、アクチュエータピストンが機械的止め部と係合）の間のアクチュエータ圧力駆動作動は、作動ストロークを開始するのに必要とされる第１の圧力ｐ１と完全作動に必要とされる第２の圧力ｐ２の間のより広くかつより予測可能な圧力範囲で行われて、所望の部分的なアクチュエータストロークｓｉが、第１の圧力ｐ１と第２の圧力ｐ２の間の対応するアクチュエータ圧力ｐｉを加えることによってなされ得るようにする。

本開示の例示的な態様によると、空気圧アクチュエータには、バルブ要素（例えば、ダイヤフラム、ステム先端部）の、第１の流れ力を有する第１の開位置への対応する移動のために、流体駆動ピストンを第１の作動位置に移動するように第１の空気圧動作圧力がアクチュエータに加えられる（例えば、アクチュエータの戻りばねのばね付勢力に対抗して）ときの要素の変形に抵抗またはそれを防ぐのに十分であるばね定数または圧縮強度を備えた弾性変形可能（例えば、弾性圧縮可能）要素（例えば、１つ以上のコイルばね、ガスケット、および／もしくは、皿ばね座金、または、弾性変形可能タブ、フランジもしくは他の構造）が設けられ得る。アクチュエータに加えられる空気圧が第１の空気圧動作圧力を超えるまでに増大されると、弾性変形可能要素は軸方向かつ弾性的に変形されて、ピストン（それと共に、バルブ要素）の、第２の作動位置へのさらなる軸方向移動を可能にして、第１の流れ力よりも大きい流れ力を有するより増大したすなわち第２の開位置を提供する。弾性変形可能要素のかなり大きな所定のばね定数または圧縮強度はまた、加えられたアクチュエータ圧力に基づく第１の作動位置を超えるピストンの予測可能な軸方向移動をもたらす。図１Ｃは、調整可能な流れ力を提供する弾性変形可能要素を備えた例示的な「ノーマルクローズの」空気圧アクチュエータの場合のアクチュエータストローク－圧力曲線を示し、ばね戻り位置ｓ１と第１の作動位置ｓ２（例えば、アクチュエータピストンが機械的止め部と係合）の間のアクチュエータ圧力駆動作動は、第１の作動圧力を加えることによってなされ、作動ストロークを開始するのに必要とされる第１の圧力ｐ１と完全作動に必要とされる第２の圧力ｐ２の間の狭い圧力範囲で行われる。

いくつかの実施形態では、弾性変形可能要素は、流体駆動ピストンとアクチュエータの軸方向固定止め部の間に軸方向に配置され得る。図２～４は、バルブ１１０と共に組み立てられたアクチュエータ１２０を含む作動バルブアセンブリ１００を概略的に示す。バルブ１１０は、流路１１２、および、バルブ流路１１２を通る流体の流れを選択的に制御する（例えば、遮断または通す）ためにばね戻り（例えば、バルブ閉）位置と第１の作動（例えば、開）位置の間でバルブシート１１４に対して軸方向に移動可能なバルブ要素１１３を画定するバルブ本体１１１を含む。アクチュエータ１２０は、バルブ要素の第１の（例えば、閉）位置と第２の（例えば、開）位置の間での移動のためバルブ要素１１３に動作可能に接続された流体駆動ピストン１２３を受ける空洞１２２を画定するハウジング１２１を含む。アクチュエータ空洞１２２内の戻りばね１２４（または他の係る付勢部材）は、アクチュエータが非加圧の（または非減圧の）とき、ピストン１２３（それと共に、バルブ要素１１３）をばね戻り位置に付勢する（図２）。第１の動作流体圧力が（例えば、加圧流体の源Ｓから）アクチュエータ１２０に（入口ポート１２５において）加えられると、バルブ要素１１３の、第１の流れ力を有する第１の開位置までの対応する移動のために、流体駆動ピストン１２３は、戻りばね１２４に対抗して、第１の作動位置に移動され（図３）、アクチュエータの止め部１２６によって制限される。

１２７に概略的に表される弾性変形可能要素は、ピストン１２３とアクチュエータ止め部１２６の間で、アクチュエータ空洞１２２内に軸方向に配置される。アクチュエータ入口ポート１２５に加えられた圧力が基本動作圧力を超えるまでに増大されると、弾性変形可能要素１２７は、軸方向に圧縮されて、ピストン（それと共に、バルブ要素）のさらなる軸方向移動を可能にし、例えば、第１の流れ力よりも大きい流れ力を有する第２の作動（例えば、さらなる開）位置をもたらす（図４）。

他の例示的な実施形態では、弾性変形可能要素は、追加的にまたは代替的に、ピストンと一体（例えば、ピストン１２３の弾性変形可能ウェブまたはピストンの弾性圧縮可能軸／ステム）かつ／またはアクチュエータ止め部と一体（例えば、アクチュエータ止め部１２６の弾性変形可能タブまたはフランジ）であり得る。

弾性変形可能要素１２７は、流体駆動ピストンを第１の作動位置に移動させるように第１のまたは基本の動作圧力がアクチュエータに加えられたときの要素の圧縮に抵抗または実質的にそれを防ぐのに十分であるばね定数または圧力強度を有し得る。そうした実施形態の１つでは、弾性変形可能要素１２７は、戻りばね１２４のばね定数よりも著しく大きい（例えば、少なくとも５倍、少なくとも１０倍、少なくとも２０倍、少なくとも５０倍、最大１００倍、または約１０倍と約１００倍の間）ばね定数を有し得、要素１２７が、基本動作圧力よりも大きいアクチュエータ圧力が加えられるまでは明らかな圧縮をし始めないようにする。１つの例示的な実施形態では、アクチュエータ戻りばねは、約２００ｌｂｓ／ｉｎのばね定数を有し得、弾性変形可能要素は、約１０，０００ｌｂｓ／ｉｎの有効ばね定数を有し得る。そうした構成の１つでは、戻りばね１２４は、第１の流体圧力（例えば、約４０ｐｓｉｇ）で基本的作動（例えば、最小の所望流れ力に対応する）を提供し得、一方、弾性変形可能要素１２７は、第１の流体圧力と第２の流体圧力（例えば、約８０ｐｓｉｇ、または第１の流体圧力の最大約２倍）の間の作動圧力で、基本的作動と最大作動の間のさらなる作動を提供し得る。弾性変形可能要素１２７が異なる量の流れ力調整を提供し得る一方、一実施形態では、ばね戻り位置から第１の作動位置へのピストンの移動は、第１の距離のピストンの軸方向移動を備え、第１の作動位置から第２の作動位置へのピストンの移動は、第１の距離の約２０％未満である第２の距離のピストンの軸方向移動を備え、したがって、第１の開位置と第２の開または最大流れ位置の間の流れ力調整は、合計最大流れ力のごく一部（例えば、１０％未満）に限定される（例えば、基本的作動Ｃｖが約０．５９、最大作動Ｃｖが約０．６４）。他の実施形態では、第２の距離は、第１の距離よりも大きくあり得（例えば、第１の距離の約５倍大きい、または第１の距離の約２０倍大きい）、したがって、バルブ流量は、閉位置と完全開位置の間で流量範囲の大部分すなわちほぼ全体または全体にわたる選択された流量に調整され得る。

ピストンの第１の作動位置と第２の作動位置の間で実質的に一定であるばね定数をもたらす、弾性変形可能要素１２７の相対的に高いばね定数は、相対的に小さな流れ力範囲にわたって流れ力の正確な制御を可能にし得、第１の流体圧力と第２の流体圧力の間の流体圧力の増分増加は、ピストンの第１の作動位置と第２の作動位置の間での比例的な増分移動を生じさせる。

使用中、弾性変形可能要素の制御された圧縮のために、流れ力が、アクチュエータへの流体圧力を調整することによって遠隔にかつ／または自動的に調整され得る。アクチュエータへの流体圧力を制御または調整するのに、例えば従来の圧力調整器を含む多くの様々なデバイスおよび構成が用いられ得る。上記の援用される‘９３７出願は、加圧流体供給と排気バルブのパルス状動作を制御することによって、アクチュエータ入口圧力を調整するのに用いられ得るパイロット弁構成を記載している。

図５は、アクチュエータ入口圧力の調整に応じて調整可能な流れ力を提供するように構成された１つ以上の弾性変形可能要素を含むように適合された例示的なアクチュエータ２００を示す。アクチュエータアセンブリ２００は、入口ポート２１１、ならびに第１の力伝達ピストン２２０および第２の力伝達ピストン２４０を受ける第１のピストン室２１２および第２のピストン室２１４（例えば、仕切り板２３０で分けられた）を画定するハウジング２１０を含む。第２のピストン２４０は、出力をアクチュエータ２００がそれと共に組み立てられているバルブ（図示せず）のバルブ要素に加えるために、アクチュエータハウジング２１０における出力ポート２１５を通って延在する出力軸２４５と一体である。第１のピストン室２１２も、第１のピストン２２０と係合して第１のピストン２２０および第２のピストン２４０を下方に押し下げる付勢ばね２５０を保持する。アクチュエータ２００を動作するには、入口ポート２１１に加えられた加圧アクチュエータ流体（例えば空気）が、第１のピストン２２０および第２のピストン２４０の通路２２３、２４３を通過して、ピストン室２１２、２１４の下部を加圧し、ピストンを付勢ばね２５０に対抗して押し上げて、出力軸２４５を上方に移動させ、第１のピストン２２０と第２のピストン２４０のうちの１つをアクチュエータハウジング２１０の止め部と直接的にまたは間接的に係合させる（以下により詳しく記載）。

図５に示すように、弾性変形可能要素は、第２のピストン２４０と止め部の間の様々な位置に設けられ得る。一例として、１つ以上の皿ばね座金２６０ａ（または他のそうした弾性変形可能要素（複数可））が、上方の第１のピストン２２０と下方の第２のピストン２４０の間に設けられ得る（例えば、第１のピストン２２０の下部座ぐり２２６ａに）。そのような構成では、座金２６０ａは、第１の作動位置への作動中、圧縮されることなく第１のピストン２２０および第２のピストン２４０と共に移動する。第１の作動位置において、第１のピストン２２０がアクチュエータ止め部２１８ａと係合または接触すると、ピストンを戻りばね力に対抗して保持するのに必要とされる力を超える、アクチュエータに加えられたさらなる流体圧力により、皿ばね座金２６０ａは圧縮されて、第２のピストン２４０および出力軸２４５を、第１のピストン２２０および止め部２１８ａに対して軸方向に前進させ、バルブ要素がバルブシート（図示せず）からさらに遠くに移動しバルブを通る流れ力を増大させることを可能にする。

別の例として、１つ以上の皿ばね座金（または他のそのような弾性変形可能要素（複数可））が、追加的にまたは代替的に、上方の第１のピストン２２０とアクチュエータ止め部２１８の間に設けられ得る。そのような例示的な構成の１つでは、皿ばね座金２６０ｂが、第１のピストン２２０の上部ステム２２２上の係合部２２８ｂとアクチュエータ入口ポート２１１内の内周リブ止め部２１８ｂの間に配置され得る。別の例示的な構成では、皿ばね座金２６０ｃが、追加的にまたは代替的に、第１のピストン２２０の上部肩部２２４上の係合部２２８ｃとアクチュエータ入口ポート２１１の端面止め部２１８ｃの間に配置され得る。そのような構成では、第１のピストン２２０の係合部２２８ｂ、２２８ｃは、第１のピストン２２０および第２のピストン２４０が第１の作動位置に作動されたとき、アクチュエータ止め部２１８ｂ、２１８ｃと間接的に係合する。ピストンを戻りばね力に対抗して保持するのに必要とされる力を超える、アクチュエータに加えられたさらなる流体圧力により、皿ばね座金２６０ｂ、２６０ｃが圧縮されて、ピストン２２０、２４０および出力軸２４５を、止め部２１８ｂ、２１８ｃに対して軸方向に前進させ、バルブ要素がバルブシート（図示せず）からさらに遠くに移動しバルブを通る流れ力を増大させることを可能にする。

別の例として、１つ以上の皿ばね座金（または他のそのような弾性変形可能要素（複数可））が、追加的にまたは代替的に、下方の第２のピストン２４０と仕切り板２３０によって画定されるアクチュエータ止め部２１８ｄの間に設けられ得る。そのような構成では、第２のピストン２４０の上部肩部２４４上の係合部２４８ｄは、第１のピストン２２０および第２のピストン２４０が第１の作動位置に作動されたとき、アクチュエータ止め部２１８ｄと間接的に係合する。ピストンを戻りばね力に対抗して保持するのに必要とされる力を超える、アクチュエータに加えられたさらなる流体圧力により、皿ばね座金２６０ｄが圧縮されて、ピストン２２０、２４０および出力軸２４５を、止め部２１８ｄに対して軸方向に前進させ、バルブ要素がバルブシート（図示せず）からさらに遠くに移動しバルブを通る流れ力を増大させることを可能にする。

図６は、バルブ３８０と共に組み立てられたアクチュエータ３００を含む例示的な作動バルブアセンブリ３０１を示し、アクチュエータは、アクチュエータ入口圧力の調整に応じて調整可能な流れ力を提供するように構成された１つ以上の弾性変形可能要素を含むように適合されている。バルブ３８０は、流路３８２、および、ねじ式ボンネットナット３８９によってバルブ本体に固定されかつバルブ流路３８２を通る流体の流れを選択的に制御する（例えば、遮断するまたは通す）ためにバルブシート３８４に対して閉位置と開位置の間を軸方向に移動可能なバルブ要素３８３（例えば、ダイヤフラム）を画定するバルブ本体３８１を含む。アクチュエータ３００は、入口ポート３１１、ならびに第１の力伝達ピストン３２０および第２の力伝達ピストン３４０を受ける第１のピストン室３１２および第２のピストン室３１４（例えば、示すように第２のハウジング部材３１０－２によって画定され得る仕切り板３３０で分けられた）を画定するハウジング３１０（例えば、螺合された第１の、第２の、かつ第３のハウジング部材３１０－１、３１０－２、３１０－２）を含む。第２のピストン３４０は、出力をバルブ３８０のバルブ要素３８３に加えるために、アクチュエータハウジング３１０における出力ポート３１５を通って延在する出力軸３４５と一体である。例示の実施形態に示されるように、アクチュエータ３００は、バルブ３８０から（例えば、アクチュエータを極端なシステム流体温度から防護するために）、アクチュエータ出力ポート３１５とバルブボンネットナット３８９の間に組み立てられたボンネット延長部３９０および出力軸３４５とダイヤフラム３８３の間に配置された力伝達軸３９２によって離間され得る。他の実施形態では（図示せず）、アクチュエータ出口ポートは、バルブに直接組み立てられ得る（例えば、ボンネットナットに装着される）。

第１のピストン室３１２はまた、第１のピストン３２０と係合して第１のピストン３２０および第２のピストン３４０を下方に押し下げる付勢ばね３５０を保持する。アクチュエータ３００を動作させるのに、入口ポート３１１に加えられた加圧アクチュエータ流体（例えば空気）は、第１のピストン３２０および第２のピストン３４０の通路３２３、３４３を通過して、ピストン室３１２、３１４の下部を加圧し、ピストンを付勢ばね３５０に対抗して押し上げて、出力軸３４５を上方に移動させかつ第１のピストン３２０と第２のピストン３４０のうちの１つをアクチュエータハウジング３１０の止め部と直接的にまたは間接的に係合させる（以下により詳しく記載）。

図６に示すように、弾性変形可能要素は、ピストン３２０、３４０のうちの１つとアクチュエータハウジングの止め部の間の様々な位置に設けられ得る。一例として、１つ以上の皿ばね座金３６０ａ（または他のそうした弾性変形可能要素（複数可））が、下方の第２のピストン３４０と仕切り板３３０によって画定されたアクチュエータ止め部３１８ａの間に設けられ得る。そのような構成では、第１のピストン３２０および第２のピストン３４０が第１の作動位置に作動されたとき、第２のピストン３４０の外径ディスク部３４７上の係合部３４８ａが、弾性変形可能要素３６０ａを通してアクチュエータ止め部３１８ａと間接的に係合する。ピストンを戻りばね力に対抗して保持するのに必要とされる力を超える、アクチュエータ入口ポート３１１に加えられたさらなる流体圧力により、弾性変形可能要素３６０ａが圧縮され、ピストン３２０、３４０および出力軸３４５を止め部３１８ａに対して軸方向に前進させ、バルブ要素３８３がバルブシート３８４からさらに遠くに移動しバルブ３８０を通る流れ力を増大させることを可能にする。

別の例として、１つ以上の皿ばね座金３６０ｂ（または他のそのような弾性変形可能要素（複数可））が、出力軸３４５（例えば、出力軸とともに組み立てられた保持リング３４６ｂと係合している）と、アクチュエータ出力ポート３１５（例えば、アクチュエータ出力ポートの端面）によって画定されたアクチュエータ止め部３１８ｂの間に設けられ得る。そのような構成では、第１のピストン３２０および第２のピストン３４０が第１の作動位置に作動されたとき、出力軸３４５上の係合部３４８ｂは、弾性変形可能要素３６０ｂを通してアクチュエータ止め部３１８ｂと間接的に係合する。ピストン３２０、３４０を戻りばね力に対抗して保持するのに必要とされる力を超える、アクチュエータ入口ポート３１１に加えられたさらなる流体圧力により、弾性変形可能要素３６０ｂが圧縮されて、ピストン３２０、３４０および出力軸３４５を止め部３１８ｂに対して軸方向に前進させ、バルブ要素３８３がバルブシート３８４からさらに遠くに移動しバルブ３８０を通る流れ力を増大させることを可能にする。

他の実施形態では、他の弾性変形可能要素の構成が、追加的にまたは代替的に、用いられ得る。例えば、図５に示され上記された例と同様に、１つ以上の弾性変形可能要素が、上部ピストンステム部とアクチュエータ入口ポート止め部の間に（例えば、図６における位置３６０ｃに）、上部ピストンディスク部３２７とアクチュエータ入口ポート端面の間に（位置３６０ｄに）、または上部ピストン３２０と下部ピストンの間に（位置３６０ｅに）設けられ得る。

さらに他の例示的な実施形態では、弾性変形可能要素は、追加的にまたは代替的に、ピストンと一体（例えば、ピストン（複数可）の弾性変形可能ウェブまたはピストンの弾性圧縮可能軸／ステム）かつ／またはアクチュエータ止め部と一体（例えば、アクチュエータ止め部の弾性変形可能タブまたはフランジ）であり得る。

発明は、特定の例示的な実施形態に関して開示かつ記載されてきたが、特定の変形および変更は、本明細書を閲読した当業者に対して生じ得る。任意のそのような変形および変更は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の定義的限定にかかわらず、発明の範囲内に在る。したがって、出願人の一般的発明概念の精神または範囲から逸脱することなく、そのような詳細から発展がなされ得る。

Claims

入口ポートを画定するハウジングと；
前記ハウジング内に配置されたピストンと；
前記ハウジング内に配置されかつ前記ピストンに第１の付勢力を加えて前記ピストンをばね戻り位置に移動させるように構成された戻りばねと；
弾性変形可能要素とを備えるアクチュエータであって、
前記入口ポートに加えられた第１の流体圧力は、前記ピストンを、前記戻りばねの前記第１の付勢力に対抗して第１の作動位置に移動させ、前記第１の作動位置では、前記ピストンは、前記アクチュエータハウジングの止め部と、少なくとも前記弾性変形可能要素を通して間接的に係合し、
前記入口ポートに加えられた、前記第１の流体圧力よりも大きい第２の流体圧力は、前記ピストンを、前記弾性変形可能要素の第２の付勢力に対抗して移動させて、前記弾性変形可能要素を圧縮し、前記ピストンを前記第１の作動位置を超える第２の作動位置に移動させる、アクチュエータ。
前記弾性変形可能要素が、少なくとも１つの皿ばね座金を備える、請求項１に記載のアクチュエータ。
前記弾性変形可能要素が、前記戻りばねのばね定数の少なくとも約１０倍のばね定数を有する、請求項１および２のいずれかに記載のアクチュエータ。
前記弾性変形可能要素が、前記戻りばねのばね定数の最大約１００倍のばね定数を有する、請求項１～３のいずれかに記載のアクチュエータ。
前記第２の流体圧力が、前記第１の流体圧力の最大約２倍である、請求項１～４のいずれかに記載のアクチュエータ。
前記ばね戻り位置から前記第１の作動位置への前記ピストンの移動が、第１の距離の前記ピストンの軸方向移動を備え、前記第１の作動位置から前記第２の作動位置への前記ピストンの移動が、前記第１の距離の約２０％未満の第２の距離の前記ピストンの軸方向移動を備える、請求項１～５のいずれかに記載のアクチュエータ。
前記ばね戻り位置から前記第１の作動位置への前記ピストンの移動が、第１の距離の前記ピストンの軸方向移動を備え、前記第１の作動位置から前記第２の作動位置への前記ピストンの移動が、前記第１の距離の少なくとも約５倍の第２の距離の前記ピストンの軸方向移動を備える、請求項１～５のいずれかに記載のアクチュエータ。
前記弾性変形可能要素が、前記ピストンの前記第１の作動位置と前記第２の作動位置の間で実質的に一定であるばね定数を有し、前記第１の流体圧力と前記第２の流体圧力の間の流体圧力の増分増加が、前記ピストンの前記第１の作動位置と前記第２の作動位置の間での比例的な増分移動を生じさせる、請求項１～７のいずれかに記載のアクチュエータ。
前記ピストンが、前記アクチュエータハウジングのアクチュエータ入口ポート内に延在するステム部、および前記ステム部から径方向外側に延在するディスク部を備える、請求項１～８のいずれかに記載のアクチュエータ。
前記止め部が、前記アクチュエータ入口ポートの内面によって画定され、前記弾性変形可能要素が、前記アクチュエータ入口ポートの前記内面と前記ピストンステム部の端部の間に配置される、請求項９に記載のアクチュエータ。
前記止め部が、前記アクチュエータ入口ポートの端面によって画定され、前記弾性変形可能要素が、前記アクチュエータ入口ポートの前記端面と前記ディスク部の内径部の間に配置される、請求項９に記載のアクチュエータ。
前記ピストンが第１のピストンであり、前記アクチュエータがさらに、前記ハウジング内に配置された第２のピストンを備え、前記入口ポートに加えられた前記第１の流体圧力が、前記第２のピストンを、前記戻りばねの前記第１の付勢力に対抗して、前記第２のピストンの第１の作動位置に移動させる、請求項１～９のいずれかに記載のアクチュエータ。
前記止め部が、アクチュエータ入口ポートの端面によって画定され、前記弾性変形可能要素が、前記第１のピストンと前記第２のピストンの間に配置される、請求項１２に記載のアクチュエータ。
前記アクチュエータハウジングが、前記第１のピストンと前記第２のピストンの間に配置された仕切り板を含み、前記止め部が、前記仕切り板によって画定され、前記弾性変形可能要素が、前記第１のピストンと前記仕切り板の間に配置される、請求項１２に記載のアクチュエータ。
前記ピストンが、バルブが前記アクチュエータと共に組み立てられたとき出力を前記バルブに加えるように前記アクチュエータハウジングの出口ポートを通って延在する出力軸を備える、請求項１～９のいずれかに記載のアクチュエータ。
前記止め部が、前記出力ポートによって画定され、前記弾性変形可能要素が、前記出力軸と前記出力ポートの間に配置される、請求項１５に記載のアクチュエータ。
前記弾性変形可能要素が、前記ピストンと前記アクチュエータハウジングの前記止め部の間に配置される、請求項１～１６のいずれかに記載のアクチュエータ。
前記弾性変形可能要素が、前記ピストンと一体である、請求項１、３～９、１２、および１５のいずれかに記載のアクチュエータ。
前記弾性変形可能要素が、前記アクチュエータハウジングの前記止め部と一体である、請求項１、３～９、１２、および１５のいずれかに記載のアクチュエータ。
流路および前記バルブ流路を通る流体の流れを選択的に制御するように軸方向に移動可能なバルブ要素を画定するバルブ本体を含むバルブと；
請求項１～１９のいずれかに記載のアクチュエータであって、前記アクチュエータは前記バルブと共に組み立てられ、前記ピストンは前記バルブ要素の軸方向移動のために前記バルブ要素と動作可能に接続されている、前記アクチュエータとを備える、作動バルブアセンブリ。
前記アクチュエータが前記ばね戻り位置にあるとき、前記バルブ要素が、前記バルブ本体のバルブシートに対抗して閉位置にある、請求項２０に記載の作動バルブアセンブリ。
前記アクチュエータが前記第１の作動位置にあるとき、前記バルブ要素が、部分流れ位置にある、請求項２０に記載の作動バルブアセンブリ。
前記アクチュエータが前記第２の作動位置にあるとき、前記バルブ要素が、前記部分流れ位置の部分流れ係数よりも大きい完全流れ係数を有する完全流れ位置にある、請求項２２に記載の作動バルブアセンブリ。
前記完全流れ係数が、前記部分流れ係数よりも最大約１０％大きい、請求項２３に記載の作動バルブアセンブリ。