JP6148410B2 - 機械的運動変換器 - Google Patents

Description

本発明は、比例制御弁の調節アクチュエータのような軸対称装置において用いるのに適している、円形形状を有する平行運動機構に関する。機構の種々の構成は、アクチュエータ運動の大きさ及び方向の双方を変更することができる。移動の変換は、概ね比例し、流体制御弁の作動において用いるのに適している。本発明は、半導体装置、薬剤又は精製化学製品を製造する工業プロセス、及び、多くの同様の流体送達システムにおける流体送達の比例又は調節制御を目的とする弁において特に有用である。

自動化されたプロセス制御システムにおける使用を目的とする制御弁の分野は、広範であり既知である。多くの比例制御弁は、最も開いた状態（ｅｘｔｒｅｍｅ ｏｐｅｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）と最も閉じた状態（ｅｘｔｒｅｍｅ ｃｌｏｓｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）との間のどこかに能動的に位置決めされ、通過する流体の流れを調整することができる１つ又は複数の可動要素を有する。半導体製造機器においてプロセス材料を操作するための流体送達装置は、通常、送達される反応物質の高い純度を維持することに留意する必要があり、また、例えば石油化学工場において用いられる弁よりもはるかに小さい。それにもかかわらず、マスフローコントローラ等の高純度器具及び制御装置において、多くの異なるタイプの電動弁アクチュエータが見出されている。Ｓｈｉｍｉｚｕ他の特許文献１は、マスフローコントローラにおいて弁部品を移動させるために、圧電ディスク要素のスタックを用いることを記載している。Ｄｏｙｌｅの特許文献２は、インターリーブ磁気回路要素を有する磁気ソレノイドの使用を記載している。Ｍｕｄｄの特許文献３は、弁要素を移動させるために、温度変化とともに長さが変化する加熱抵抗ワイヤの使用を記載している。Ｓｕｚｕｋｉの特許文献４は、ダイアフラム作動式制御弁の開口の程度を制御するための、窒素ガス等の加圧流体の使用を記載している。上記の特許は全て、参照によりそれらの全体が明示的に本明細書に援用される。

磁気ソレノイド及び熱膨張型アクチュエータの双方の１つの重大な欠点は、流体の流れを能動的に調節するとき等の、制御弁要素が中間の状態に位置決めされているときの、固有の一定の電力消費である。実際上、圧電アクチュエータが電気回路のコンデンサであり、したがって、印加される電圧が一定であるときに電流を消費しない。その結果、典型的な圧電制御弁の用途は、低い電力しか必要とせず、電磁アクチュエータにおいて見られる熱の望ましくない発生を回避する。圧電アクチュエータは有利には、同等のサイズのソレノイドアクチュエータよりも実質的により多くの力を生成することができるが、得られる歪みが、圧電スタックが移動することができる距離を厳しく制限する。圧電アクチュエータは、起動電圧の印加によってスタック長さの伸長増加を引き起こすようにほぼ常に用いられる（特許文献１、及び、同様に参照によりその全体が明示的に本明細書に援用される、Ｓｈｉｒａｉ他の特許文献５を参照のこと）。特許文献１は、圧電ディスク要素のスタックと制御弁の移動部分との間に複数の径方向のレバーアーム舌部を備える力伝達部材を介装することによって利用可能な移動を増大させる。特許文献１における力伝達部材は、複雑であり、正確に製造するのが困難である。特許文献５は、圧電ディスク要素のスタックからの移動を制御弁の他の部分に結合し、部品の不十分な平行度から生じかねない悪影響を防止するように、球状の軸受の使用を記載している。特許文献５のシステムにおける球状の軸受の使用は、特許文献１の力伝達部材の使用を排除するように思われる。磁気ソレノイドアクチュエータは、アクチュエータ軸（例えば特許文献２を参照のこと）に沿う長さの縮小と同様の、被駆動要素の移動にほぼ常に影響を与え、これは、圧電アクチュエータの挙動とは反対である。これらのアクチュエータの違いの結果、圧電アクチュエータがノーマルオープン弁に関連する可能性が最も高く（電力の印加によって次に弁に流体の流れを低下させる）、磁気ソレノイドアクチュエータがノーマルクローズ弁に関連する可能性が最も高い（電力の印加によって次に弁に流体の流れを増大させる）。弁の設計者は、アクチュエータ運動の方向を反転させる機構を有することから恩恵を受けるか、又は、アクチュエータ運動の効果的な大きさを変更し、それによって、ノーマルオープン弁及びノーマルクローズ弁の双方が、単一のアクチュエータのタイプ（圧電、磁気ソレノイド、空気圧等）を使用することを可能にする。

米国特許第４，６９５，０３４号明細書 米国特許第４，５６９，５０４号明細書 米国特許第５，６６０，２０７号明細書 米国特許第６，１７８，９９６号明細書 米国特許第５，０９４，４３０号明細書

本発明は、流体の流れを調節する弁における可動要素を制御するアクチュエータの、移動の大きさを変更するか、又は、移動方向も反転させるように構成することができる、コンパクトで容易に製造されるシステムを提供することによって、上記した問題に対処する。

本発明の機構は、双方向で可逆的であり、「駆動」及び「被駆動」、「能動」及び「反応」等の命名規則の限り、対称に機能する。本発明は、比例調節弁において必要であるような、制御された増分式の移動を提供することが既知である直線運動力発生器の使用を意図する。第１の形態では、力発生器からの直線的な能動方向運動（駆動部分）が、反対方向を有する反応方向運動（被駆動部分）を提供するように方向が反転される。第２の形態では、力発生器からの直線的な能動方向運動（駆動部分）が、通常は、大きさが二倍にされ、同じ方向に増大された反応方向運動（被駆動部分）を提供する。この機構は、アクチュエータを弁の可動部分に結合するように用いられるときに、並進移動の利得及び方向の変更を簡便に提供することができるため、「マルチフレックスカップリング」と称される。この機構は、いかなる歯車も主ねじのねじ山も含まず、通常のやり方では、絶えず負荷を受けるため、ヒステリシスを導入する機械的バックラッシュを伴うことなく、力の変更が達成される。従う方向は、概念的な方向（上及び下、上方及び下方、左及び右、前方及び後方等）を用い、機構のピース間の関係の理解を助けることができ、図面は概して、それらの概念的な方向又は規則に一致するが、本発明の概念の範囲内に入る装置が、機構の機能に対する影響なく、能動的に並進移動又は回転又は転回（ｔｕｍｂｌｉｎｇ）することを含む、空間内の任意の向きを達成することができる。

典型的な実施形態では、機構は、２つのディスク形要素（駆動する能動部分及び駆動される反応部分）、レバーとして挙動する２つの半円要素（ロッカー）、上記を互いに接続する４つの連結要素、及び、これらの要素を一緒に保持するように働く９つのピン、並びに、任意選択的な支持スリーブから構成される。これらの種々の要素（ｐｉｅｃｅ）は、金属、プラスチック、複合材料又はセラミック等の種々の材料から作ることができるが、Ａ２、Ｄ２又はＨ１３等の熱処理工具鋼が、多くの用途に適切であると考えられ、一方で、６０６１等のアルミニウム合金も用いることができる。１つの実施形態では、ディスク形の能動要素及び反応要素は、約１５．２４ｍｍ（０．６インチ）の外径を有し、半円のロッカー要素の外側寸法は、ディスク形要素に概ね一致し、機構は、約１２．７ｍｍ（０．５インチ）の軸方向長さを有する。

本発明のいずれかの機構の形態では、ディスク形の能動要素及び反応要素には、２つの連結要素の端を収容するように２つの対称に配置される軸方向スロットがそれぞれ形成される。軸方向スロットの位置は、特定の機構から望ましい特定の並進移動の増大（利得）に応じて異なってもよい。各能動要素及び反応要素には、連結要素を収容する軸方向スロットにそれぞれ交差する２つのロックピン穴が設けられ、このロックピン穴は、要素のディスク形状の対称的に平行なコードとして見える。２つの半円のロッカー要素は、４つの連結部のように、任意の特定の機構の形態内で同一であり、一方で、ディスク形の能動要素及び反応要素は同一であるか、又は、異なっていてもよい。各半円のロッカー要素は、ディスク形の能動要素又は反応要素の約半分のサイズであり、同様に、２つの連結要素の端を収容するように２つの軸方向スロットを設ける。各ロッカー要素も、その半円の形状の直線的な辺に対して垂直な半分の直径（ｈａｌｆ ｄｉａｍｅｔｅｒ）上に位置付けられる径方向の回動ピン穴が設けられ、連結部を受け入れる軸方向スロットにそれぞれ交差する、回動ピン穴に対して平行な２つのロックピン穴が更に設けられる。

完全な機構のアセンブリが、上側ディスク形要素、並んで、上側ディスクの下に配置される２つのロッカー要素、及び、ロッカー要素の下の下側ディスク形要素を含む。単一の回動ピンが、２つの半円のロッカー要素の回動ピン穴を通り、８つのロックピンが、４つの連結部の端を、幾つかの要素のそれぞれの軸方向スロット内に固定する。２つの連結部が、上側ディスク形要素の２つの軸方向スロットから降下し、各連結部が、下の隣接するロッカー要素の対応する軸方向スロットに係合する（当業者は、同一のロッカー要素が鏡像として見えることに気が付くであろう）。２つの付加的な連結部が各ロッカー要素の第２の軸方向スロットから降下し、各連結部は、下の隣接する下側ディスク形要素の対応する軸方向スロットに係合する。

２つのディスク形の能動要素又は反応要素の変形形態を、２つの半円のロッカー要素の変形形態と組み合わせて第１の形態の機構を形成し、３つの異なる方向変更並進移動の利得を提供することができる。同様に、２つのディスク形の能動要素又は反応要素の変形形態を、２つの半円のロッカー要素の変形形態と組み合わせて第２の形態の機構を形成し、３つの異なる方向維持並進移動の利得を提供することができる。付加的な並進移動の利得の比率は、明らかに、ロッカー要素の変形形態を変更することによって得ることができるが、記載される部品の容易な並べ替えが、製造コストの低減に重要である。

本発明の機構の１つの実施形態によると、回動ピンは、受動的にされ、アクチュエータのバルクに対して軸方向に固定して保持され、アクチュエータが伸長することで、上側能動ディスク形要素をアクチュエータのバルクから軸方向に離すように移動させ、一方で、機構の下側反応ディスク形要素は、アクチュエータのバルクに向かって後退する。上側能動ディスク形要素が軸方向移動して、各ロッカーから上方を指す、取着された連結部によってロッカー要素に結合される。ロッカー要素はそれによって、回動ピンを中心に僅かに回転させられ、各ロッカーの一端の下方への運動によって、各ロッカーの他端の対応する上方への運動が生じる。下側反応要素は、上側能動要素の運動に比例して軸方向に、但し反対方向に並進移動する。この実施形態では、能動要素が、反応要素よりもアクチュエータのバルクに近く、機構が長くなるように見える。並んだ半円のロッカー要素の直径に穿孔される回動ピン穴を通して配置される受動回動ピンは、支持スリーブ又は機構を囲む同等の本体にある同様の直径方向に対向する穴に係合することによって、軸方向に固定して簡便に保持されることができる。能動要素の運動と反応要素の運動との比例は、ロッカー要素の対のロックピン穴と回動ピン穴との隔たりを選択することによって調整することができる。

本発明の機構の別の実施形態によると、上側ディスク形要素は、受動的にされ、アクチュエータのバルクに対して軸方向に固定して保持され、そして、アクチュエータが伸長して能動的に機能する回動ピンに結合され、アクチュエータが伸長することで、能動回動ピンをアクチュエータのバルクから軸方向に離すように移動させ、一方で、機構の下側反応ディスク形要素も、アクチュエータのバルクから離れるように伸長する。各ロッカー要素の一端は、軸方向に固定された上側ディスク形受動要素に結合される各ロッカーから上方を指す、取着された連結部によって軸方向に固定して保持される。アクチュエータの軸方向移動は、上側ディスク形受動要素を通る能動シャフトを変位させ、能動回動ピンを係合させ、それによって、能動回動ピンが軸方向移動してロッカー要素に直接的に結合される。ロッカー要素はそれによって、各ロッカーの一端においてそれぞれの上方を指す連結部のロックピンを中心に僅かに回転させられ、（回動ピンによって与えられる）各ロッカーの中間の下方への運動によって、各ロッカーの他端の更なる下方への運動が生じる。各ロッカーの下方に移動する他端は、各ロッカーから下方を指す取着された連結部によって下側反応ディスク形要素に結合される。下側反応要素は、上側能動要素の運動に比例して同じ方向に軸方向に並進移動する。この実施形態では、能動要素が、反応要素よりもアクチュエータのバルクに近く、機構が長くなるように見え、一方で、アクチュエータも長くなるように見える。上側ディスク形受動要素は、支持スリーブ又は機構を囲む同等の本体に固定して簡便に保持されることができる。能動シャフトの運動と反応要素の運動との比例は、ロッカー要素の対のロックピン穴と回動ピン穴との隔たりを選択することによって調整することができる。

より詳細には、能動要素、反応要素、回動ピン、及び、回動ピンを中心に回動する少なくとも１つのロッカー要素を備える、機械的運動変換器が提供される。ロッカー要素は、能動要素と反応要素との間に軸方向に配置される。動作時に、能動要素、反応要素及び少なくとも１つのロッカー要素は、一緒に接合され、アクチュエータによって加えられる力に応じて軸方向に並進移動する。図示の実施形態では、能動要素及び反応要素のそれぞれはディスク形である。少なくとも１つのロッカー要素は、左側ロッカー要素及び右側ロッカー要素を含み、ロッカー要素のそれぞれは、回動ピンによって回動的に支持される。幾つかの示される実施形態では、回動ピンは、機構内で軸方向に固定されるように受動的である。他の実施形態では、回動ピンは、機構の残りの部分に対して軸方向に並進移動可能であるように能動的である。

ロッカー要素のそれぞれは、上方連結部及び下方連結部を含む。示されている実施形態では、連結部のそれぞれは、貫通する穴及び丸みを帯びた端を有する平坦な部材を含む。
本発明の機械的運動変換器の更なる特徴は、連結部のそれぞれの穴、並びに、能動要素及び反応要素のそれぞれの穴を含む。複数のロックピンが、連結部、並びに、能動要素及び反応要素の対応する穴に係合し、能動要素、連結部及び反応要素を、各接合された構成要素の相対的な軸方向移動を可能にするように一緒に固定するよう設けられる。システムは、能動要素、連結部、並びに、能動要素及び反応要素を更に一緒に固定するように、ロックピンのうちの１つ又は複数を受け入れる、ロッカー要素のそれぞれの穴を更に備える。連結部のうちの対応する連結部の端を受け入れる、能動要素及び反応要素のそれぞれの軸方向スロットが設けられる。さらに、能動要素及び反応要素のうちの一方から延びる連結部の反対端を受け入れる、ロッカー要素のそれぞれの軸方向スロットが設けられる。好ましくは、能動要素、反応要素、並びに、左側ロッカー要素及び右側ロッカー要素のそれぞれは、ロックピンの端を受け入れる２つの軸方向スロットを備える。平坦なディスクばねが、能動要素の上面に取着される。

ロッカー要素のそれぞれは、回動ピンを受け入れる穴及びロックピンを受け入れる２つの穴を備え、２つのロックピン穴は、回動ピン穴の両側に配置される。幾つかの実施形態では、各ロッカー要素の２つのロックピン穴は、回動ピン穴から略同様に離間され、能動要素の軸方向移動は、アクチュエータによって印加される力に応じた反応要素の軸方向移動に略等しい。他の実施形態では、各ロッカー要素の２つのロックピン穴は、回動穴から異なって離間され、能動要素の軸方向移動は、アクチュエータによって印加される力に応じた反応要素の軸方向移動よりも大きく、又は代替的には、能動要素の軸方向移動は、アクチュエータによって印加される力に応じた反応要素の軸方向移動よりも小さい。さらに、幾つかの実施形態では、能動要素及び反応要素は、アクチュエータによって印加される力に応じて同じ軸方向に移動し、一方で、他の実施形態では、能動要素及び反応要素は、アクチュエータによって印加される力に応じて反対の軸方向に移動する。これらの動作上の特徴は、以下でより詳細に記載されるように、単に機械的な結合システムの特定の構成要素を設計するか又は変更することによって、所望の動作結果に従ってユーザが選択可能である。

本発明は、その付加的な特徴及び利点とともに、添付の例示的な図面と併せて以下の説明を参照することによって最良に理解することができる。これらの添付の図面では、同様の参照符号は、図面を通して同様の部分を指す。

本発明の方向反転機構の１つの実施形態を示す等角斜視図であり、ディスク形能動要素は上方にあり、アクチュエータに最も近い。 仮想の外形のみで幾つかの要素を示すことによって、図１Ａの機構の内部の部品を明らかにする等角斜視図である。 第１の向きにある図１Ａの機構の上面図である。 図１Ｃと同様の上面図であり、機構は、反時計回り方向に所定の距離だけ回転している。 受動回動ピンを、その長さに沿って切り取って示す、図１Ｃの直径線Ａ−Ａに沿った、図１Ａの機構の断面図である。 図１Ｄの直径線Ｂ−Ｂに沿った、図１Ａの機構の断面図であり、１つの半円のロッカーの直線的な辺が示されている。 図１Ｄの方向反転機構の分解図である。 ロッカー要素の上方連結部及び下方連結部を二等分するコードに沿って軸方向に切断した、図１Ａの機構の一部の斜視図である。 上側能動要素にある第２の軸方向スロットを示す、図３Ａの機構の残りの部分の斜視図であり、別の連結部が他のロッカー要素と結合するように係合している。 方向反転運動及び等しい変位（１．０：１．０の利得）のための、固定された回動ピンに対するロックピンの配置を示す、図１Ａのアセンブリの立面図である。 方向反転運動及び増大した変位（１．０：１．５の利得）のための、固定された回動ピンに対するロックピンの配置を示す、（図１Ａと同様の）アセンブリの別の実施形態の立面図である。 方向反転運動及び低減した変位（１．５：１．０の利得）のための、固定された回動ピンに対するロックピンの配置を示す、（図１Ａと同様の）アセンブリのまた別の実施形態の立面図である。 直径線Ａ−Ａに沿って軸方向に分割された、図５Ｄの機構の断面図であり、能動回動ピンは、その長さに沿って切断され、能動シャフトが示されている。 直径線Ｂ−Ｂに沿って軸方向に分割された、図５Ｄの機構の断面図であり、能動シャフトが示されており、１つの半円のロッカーの直線的な辺が示されている。 仮想の外形のみで幾つかの要素を示すことによって、図５Ｄの機構の内部の部品を明らかにする等角斜視図である。 アクチュエータに上方に最も近いディスク形受動要素を伴う等角斜視図で示されている代表的な方向維持機構を示す図である。 図５Ｄの方向維持機構の分解図である。 ロッカー要素の上方連結部及び下方連結部を二等分するコードに沿って軸方向に切断した、図５Ｄの代表的な機構を示す図である。 上側受動要素における第２の軸方向スロットを示す、図７Ａからの対応する残りの部分を示す図であり、別の連結部が他のロッカー要素に結合するように係合している。 ２倍の変位を伴う（１．０：２．０の利得）方向維持運動のための、能動回動ピンに対するロックピンの配置を示す、図５Ｄのアセンブリの立面図である。 増大した変位を伴う（１．０：２．５の利得）方向維持運動のための、能動回動ピンに対するロックピンの配置を示す、（図５Ｄと同様の）アセンブリの別の実施形態の立面図である。 方向維持運動及び僅かに低減した変位（１．０：１．６の利得）のための、能動回動ピンに対するロックピンの配置を示す、（図５Ｄと同様の）アセンブリのまた別の実施形態の立面図である。

ここで、同様の参照符号が幾つかの図面及び実施形態を通して同一の又は対応する部品を指す図面をより詳細に参照すると、図１Ａには、本発明の原理に従って構成される方向反転アセンブリ１００の一実施形態が示されている。アセンブリ１００は、上記で説明したように、通常は弁のためのアクチュエータ（図示せず）の最も近くに配置されるディスク形能動要素１２０を備えるが、他の用途も本発明の範囲内にある。ディスク形能動要素１２０の真下には、半円の左側ロッカー要素１４０及び隣接する半円の右側ロッカー要素１６０があり、これらはともに、受動回動ピン１９０によって支持される。ロッカー要素１４０、１６０の真下には、作動される弁（図示せず）の可動要素に最も近いディスク形反応要素１８０がある。機構アセンブリ１００は、金属、プラスチック、複合材料又はセラミック等の種々の材料から作ることができるが、Ａ２、Ｄ２若しくはＨ１３等の熱処理工具鋼、又は、１７−４ＰＨ合金等のばね状特性を有する熱処理ステンレス鋼が、多くの用途に適切であると考えられ、一方で、６０６１等のアルミニウム合金も用いることができる。図１Ａに示されている実施形態の方向反転機構アセンブリ１００は、１つの特定の用途では、約１２．７ｍｍ（０．５インチ）の軸方向長さを有する約１５．２４ｍｍ（０．６インチ）の外径を有することができ、図１Ａに仮想線を用いて表されているスリーブ１０１によって任意選択的に囲まれてもよい。

方向反転機構アセンブリ１００の機械的な作用は、受動回動ピン１９０を中心とするロッカー要素１４０、１６０の僅かな回転によって、ロッカー要素の一端が能動要素１２０に向かって上方に移動し、一方で同時に、同じロッカー要素の他端が反応要素１８０に向かって下方に移動することを認識することによって理解することができる。各ロッカー要素１４０、１６０の一端の能動要素１２０への適切な機械的な結合は、各ロッカー要素１４０、１６０の対応する他端の反応要素１８０への同様の機械的な結合と組み合わせて、能動要素１２０及び反応要素１８０を反対方向に移動させる。能動要素、２つのロッカー要素１４０、１６０及び反応要素１８０の機械的な結合を、他の図面の検討と併せて以下で更に記載する。

ロッカー要素１４０、１６０の能動要素１２０及び反応要素１８０への結合の典型的な手法は、連結部及びロックピンの使用によるものである。専ら識別の便宜上、ロッカー要素１４０、１６０を能動要素１２０に接続する連結部は、上方連結部１４２、１６６（図１Ａ）と称し、一方で、ロッカー要素１４０、１６０を反応要素１８０に接続する連結部は、下方連結部１４４、１６８（図１Ｂ）と称する。上方連結部１４２、１６６及び下方連結部１４４、１６８は、種々の形状（例えば円形又は矩形の断面）をなすことができるが、円形の貫通穴（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｈｏｌｅｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｔｈｉｎ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）、及び、これらの穴の周りの丸みを帯びた端を有する単純な平坦な部品が簡便に製造される。方向反転機構アセンブリ１００の対称で適切な機能を保持するために、上方連結部１４２、１６６は概ね同一であり、下方連結部１４４、１６８は概ね同一であるが、上方連結部は、下方連結部とは構造及び見た目が異なっていてもよい。図２を特に参照すると、上方連結部１４２が貫通する穴１４６を有し、上方連結部１６６が貫通する穴１６２を有し、下方連結部１４４が貫通する穴１４８を有し、下方連結部１６８が貫通する穴１６４を有することが分かる。対応するロックピン１３２、１７６、１３４、１７８が、連結部と方向反転機構アセンブリ１００の適切な要素とを接続するために、穴１４６、１６２、１４８、１６４にそれぞれ挿入されるように配置されている。

引き続き図２を特に参照すると、上側ディスク形能動要素１２０には、能動要素１２０の中央の周りに鏡面対称に位置付けられる２つの軸方向スロット１２２、１２６が設けられる。左側軸方向スロット１２２が、例えばディスク中心の前方及び左に位置付けられ、一方で、右側軸方向スロット１２６が、ディスク中心の後方及び右の鏡像位置に配置される。軸方向スロット１２２、１２６は、能動要素１２０の下に位置決めされる左側ロッカー要素１４０及び右側ロッカー要素１６０から突出する上方連結部１４２、１６６の端を受け入れるように形状決め及び構成される。各軸方向スロット１２２、１２６には、対応するロックピン穴１２１、１２５がそれぞれ交差し、ロックピン穴は、能動要素のディスク形状１２０内で対称な直径（ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｓｙｍｍｅｔｒｙ）に対して平行な幾何学的なコードである。各軸方向スロット１２２、１２６、及び、対応する上方連結部１４２、１６６の端はそれぞれ、上方連結部１４２、１６６が挿入されたロックピン１３２、１７６を中心にそれぞれ容易に移動することを可能にするように嵌合する。ロックピン１３２、１７６は、能動要素１２０のロックピン穴１２１、１２５にそれぞれ、及び、各上方連結部１４２、１６６の上側穴１４６、１６２にそれぞれ挿入される。軸方向スロット１２２、１２６の壁と平坦な上方連結部１４２、１６６の面との摩擦はそれぞれ、図１Ａ及び図２に示されているように、軸方向スロット１２２、１２６の対向する壁に、幅狭の内方に面する突起１２３、１２４、１２７、１２８を設けることによって最小限に抑えることができ、それによって、突起は支承面として働く。面取りされたキャビティ１２９を能動要素１２０の上面に設け、アクチュエータ（図示せず）との起こり得るずれを相殺するようにスラスト玉（図示せず）を受け入れることができる。

主に図２を依然として参照して、下側ディスク形反応要素１８０は、略同じ厚さでありながら、上側ディスク形能動要素１２０と略同様のプロファイルを有する。下側ディスク形反応要素１８０には、反応要素の中央の周りに鏡面対称に位置付けられる２つの軸方向スロット１８４、１８８が形成される。右側軸方向スロット１８８が、例えばディスク中心の前方及び右に位置付けられ、一方で、左側軸方向スロット１８４が、ディスク中心の後方及び左の鏡像位置に配置される。軸方向スロット１８４、１８８は、反応要素１８０の上に位置決めされる左側ロッカー要素１４０及び右側ロッカー要素１６０からそれぞれ突出する下方連結部１４４、１６８の端を受け入れるように形状決め及び構成される。各軸方向スロット１８４、１８８には、対応するロックピン穴１８３、１８７がそれぞれ交差し、ロックピン穴は、反応要素のディスク形状１８０内で対称な直径に対して平行な幾何学的なコードである。各軸方向スロット１８４、１８８、及び、対応する下方連結部１４４、１６８の端はそれぞれ、下方連結部１４４、１６８が挿入されたロックピン１３４、１７８を中心に容易に移動することを可能にするように嵌合する。ロックピン１３４、１７８は、反応要素１８０のロックピン穴１８３、１８７、及び、各下方連結部１４４、１６８の下側穴１４８、１６４に挿入される。軸方向スロット１８４、１８８の壁と平坦な下方連結部１４４、１６８の面との摩擦はそれぞれ、軸方向スロットの対向する壁に、幅狭の内方に面する突起を設けることによって最小限に抑えることができ、それによって、突起は支承面として働く。１つ又は複数のねじ穴１８９を反応要素１８０に設け、弁の移動部品（図示せず）との接続を提供することができる。

左側ロッカー要素１４０は、半円の形状であり、上側ディスク形能動要素１２０の半分と略同様のプロファイルを有する。左側ロッカー要素１４０は、略同じ軸方向の厚さでもある。左側ロッカー要素１４０には、半円形状を二等分する回動ピン穴１４９が径方向に設けられる。左側ロッカー要素１４０は、前方の左側上方連結部１４２の端を受け入れる形状であるとともに、上の能動要素１２０の上に位置決めされる左側軸方向スロット１２２と一致して位置付けられる前方の軸方向スロット１４１を軸方向に設ける。前方の軸方向スロット１４１には、前方のロックピン穴１４３が交差し、前方のロックピン穴は回動ピン穴１４９に対して平行である。前方の軸方向スロット１４１及び上の左側軸方向スロット１２２の一致する位置は、連結部の上側穴１４６及び能動要素の左側ロックピン穴１２１を通して挿入される第２のロックピン１３２とともに、連結部１４２及び左側ロッカーの前方のロックピン穴１４３を通して挿入される第１のロックピン１３３を用いて、前方の左側上方連結部１４２による左側ロッカー要素１４０及び能動要素１２０の結合を可能にする。さらに、左側ロッカー要素１４０は、後方の左側下方連結部１４４の端を受け入れるように形状決めされるとともに、下の反応要素１８０の下に位置決めされる左側軸方向スロット１８４と一致して位置付けられる後方の軸方向スロット１４７が軸方向に形成される。後方の軸方向スロット１４７には、後方のロックピン穴１４５が交差し、後方のロックピン穴は回動ピン穴１４９に対して平行である。後方の軸方向スロット１４７及び下に位置決めされる左側軸方向スロット１８４の一致する位置は、連結部の下側穴１４８及び反応要素の左側ロックピン穴１８３を通して挿入される第４のロックピン１３４とともに、連結部１４４及び左側ロッカーの後方のロックピン穴１４５を通して挿入される第３のロックピン１３５を用いて、後方の左側下方連結部１４４による左側ロッカー要素１４０及び反応要素１８０の結合を可能にする。ロッカー要素の前方のロックピン穴１４３と回動ピン穴１４９との間の距離は、ロッカー要素の後方のロックピン穴１４５と回動ピン穴１４９との間の距離とは異なっていてもよい。左側ロッカー要素の軸方向スロット１４１、１４７の壁と平坦な連結部１４２、１４４の面との摩擦は、軸方向スロットの対向する壁に幅狭の内方に面する突起を設けることによって最小限に抑えることができ、それによって、突起は支承面として働く。

右側ロッカー要素１６０は、上側ディスク形能動要素１２０の半分と本質的に同一のプロファイルを有し、略同じ軸方向の厚さである、半円の形状である。右側ロッカー要素１６０には、半円形状を二等分する回動ピン穴１６９が径方向に設けられる。右側ロッカー要素１６０は、前方の右側下方連結部１６８の端を受け入れる形状であるとともに、下の反応要素１８０の下に位置決めされる右側軸方向スロット１８８と一致して位置付けられる前方の軸方向スロット１６１を軸方向に設ける。前方の軸方向スロット１６１には、前方のロックピン穴１６７が交差し、前方のロックピン穴は回動ピン穴１６９に対して平行である。前方の軸方向スロット１６１及び下に位置決めされる右側軸方向スロット１８８の一致する位置は、連結部の下側穴１６４及び反応要素の右側ロックピン穴１８７を通して挿入される第６のロックピン１７８とともに、連結部１６８及び右側ロッカーの前方のロックピン穴１６７を通して挿入される第５のロックピン１７７を用いて、前方の右側下方連結部１６８による右側ロッカー要素１６０及び反応要素１８０の結合を可能にする。さらに、右側ロッカー要素１６０は、後方の右側上方連結部１６６の端を受け入れる形状であるとともに、上の能動要素１２０の上に位置決めされる右側軸方向スロット１２６と一致して位置付けられる後方の軸方向スロット１６３を軸方向に設ける。後方の軸方向スロット１６３には後方のロックピン穴１６５が交差し、後方のロックピン穴は回動ピン穴１６９に対して平行である。後方の軸方向スロット１６３及び上に位置決めされる右側軸方向スロット１２６の一致する位置は、連結部１６６及びロッカー要素の後方のロックピン穴１６５を通して挿入される第８のロックピン１７５とともに、連結部の上側穴１６２及び能動要素の右側ロックピン穴１２５を通して挿入される第７のロックピン１７６を用いて、後方の右側上方連結部１６６による右側ロッカー要素１６０及び能動要素１２０の結合を可能にする。ロッカー要素の前方のロックピン穴１６７と回動ピン穴１６９との間の距離は、ロッカー要素の後方のロックピン穴１６５と回動ピン穴１６９との間の距離とは異なっていてもよい。右側ロッカー要素の軸方向スロット１６１、１６３の壁と平坦な連結部１６８、１６６の面との摩擦は、軸方向スロットの対向する壁に幅狭の内方に面する突起を設けることによって最小限に抑えることができ、それによって、突起は支承面として働く。

支持スリーブ１０１は通常、段部、フランジ、又は、弁アセンブリ（図示せず）の他の構造によって定位置に保持される。支持スリーブ１０１の内径は、能動要素１２０、ロッカー要素１４０、１６０及び反応要素１８０の外径よりも僅かに大きく、それによって、結合された要素は、要素の運動を可能にするように十分な隙間を有して支持スリーブ１０１内に嵌まることができる。支持スリーブ１０１の外径及び長さは、弁アセンブリ（図示せず）の他の構造に関連する利便性に従って選択することができる。受動回動ピン１９０は、支持スリーブ１０１に径方向に形成される直径方向に対向する回動ピン穴１０８、１０９を通り、又は代替的には、好適な特徴部を弁アセンブリに設け、受動回動ピン１９０を、支持スリーブを用いることなく固定された軸方向位置に保持してもよい。受動回動ピン１９０はまた、左側ロッカー要素１４０の回動ピン穴１４９及び右側ロッカー要素１６０の回動ピン穴１６９を同時に通る。その結果、受動回動ピン１９０は、弁アセンブリにおいて固定されるアクチュエータ（図示せず）に対してロッカー要素の回動ピン穴１４９、１６９を軸方向に固定して位置付ける。左側ロッカー要素１４０及び右側ロッカー要素１６０が受動回動ピン１９０を中心に独立して自由に回転しなければならないことが必須であるが、当業者は、受動回動ピン１９０を支持スリーブの回動ピン穴１０８、１０９（図１Ａ、図１Ｅ）にぴったりと嵌めることを選択することができるか、又は、クリップ等の、受動回動ピンを保持する他の方法を選択することができる。

面取りされたキャビティ１２９に印加されるか又は能動要素１２０に別様に伝えられるアクチュエータの力は、上方連結部１４２、１６６によってロッカー要素１４０、１６０に即座に伝達され、それによって、固定された受動回動ピン１９０を中心とするロッカー要素１４０、１６０の回転が次に、運動の方向を反転させ、反転した運動が、下方連結部１４４、１６８によって反応要素１８０に伝達される。能動要素１２０は、連結部の上側穴１４６及び能動要素の左側ロックピン穴１２１を通して挿入される第２のロックピン１３２によって前方の左側上方連結部１４２に結合される。その結果、能動要素１２０の下方への運動によって、前方の左側上方連結部１４２が下方に運動し、それによって、第１のロックピン１３３及び左側ロッカーの前方のロックピン穴１４３を下方に押す。この作用は、左側ロッカー要素１４０が受動回動ピン１９０を中心とする僅かな回転を受けるにつれて、左側ロッカー要素１４０の前方部分を強制的に下方に移動させる。左側ロッカー要素１４０の僅かな回転によって、左側ロッカー要素１４０の後方部分が上方に移動し、それによって、左側ロッカーの後方のロックピン穴１４５及び第３のロックピン１３５を上方に押す。この作用は、後方の左側下方連結部１４４も強制的に上方に移動させる。後方の左側下方連結部１４４は、連結部の下側穴１４８及び反応要素の左側ロックピン穴１８３を通して挿入される第４のロックピン１３４によって反応要素１８０に結合される。その結果、後方の左側下方連結部１４４の上方への運動は、反応要素１８０に上方への運動を加える。能動要素１２０は、連結部の上側穴１６２及び能動要素の右側ロックピン穴１２５を通して挿入される第７のロックピン１７６によって後方の右側上方連結部１６６にも結合される。その結果、能動要素１２０の下方への運動によって後方の右側上方連結部１６６が下方に運動し、それによって、第８のロックピン１７５及び右側ロッカーの後方のロックピン穴１６５を下方へ押し、したがって、右側ロッカー要素１６０が受動回動ピン１９０を中心とする僅かな回転を受けるにつれて、右側ロッカー要素１６０の後方部分を強制的に下方に移動させる。右側ロッカー要素１６０の僅かな回転によって、右側ロッカー要素１６０の前方部分が上方に移動し、それによって、右側ロッカーの前方のロックピン穴１６７及び第５のロックピン１７７を上方に押す。この作用は、前方の右側下方連結部１６８も強制的に上方に移動させる。前方の右側下方連結部１６８は、連結部の下側穴１６４及び反応要素の右側ロックピン穴１８７を通して挿入される第６のロックピン１７８によって反応要素１８０に結合される。その結果、前方の右側下方連結部１６８の上方への運動は、反応要素１８０に上方への運動を加える。上記は、能動要素１２０の下方への運動を反応要素１８０の反対への（上方）運動に変換する方法を説明するものである。

当業者は、能動要素１２０を支持スリーブ１０１内でセンタリングして保つことによって不所望の摩擦を回避する必要性を理解できる。方向反転機構アセンブリ１００のような平行運動装置は、能動要素１２０が傾いて、機構の中心軸に対して垂直に停止することを可能にすることができ、それによって、望ましくない摩擦が生じる可能性もある。能動要素１２０の上面に取着されるとともに支持スリーブ１０１の端に接触するように延びる平坦なディスクばね１０７が、不所望の摩擦を防止する簡便な手法である。平坦なディスクばね１０７は、溶接、接着、小さいねじ締結具又は他の好適な手段によって能動要素１２０に取着することができる。

左側ロッカー要素１４０及び右側ロッカー要素１６０は、図示の実施形態では実質的に同一であり、方向反転機構の中心軸を中心に単に１８０度だけ回転している。したがって、上方連結部１４２、１６６への接続を可能にするロッカーのロックピン穴１４３、１６５は、回動ピン穴１４９、１６９から等しく離間する。同様に、下方連結部１４４、１６８への接続を可能にする他方のロッカーのロックピン穴１４５、１６７も、回動ピン穴１４９、１６９から等しく離間するが、その離間距離は、ロッカーのロックピン穴１４３、１６５の場合とは異なっていてもよい。これらの距離の比率は、特定の方向反転機構アセンブリ１００から利用可能な特定の並進移動の増大（利得）を確立する。代表的な寸法及び結果として生じる移動の比率が、表１に示されており、図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃに示されている。８つのロックピンの保持は、連結要素の穴にぴったりと嵌めること、又は、種々の全体及び部分的なディスク形要素のロックピン穴にぴったりと嵌めること、又は、特定の製造方法に関して最適化されるような、これら若しくは他の選択肢（例えばねじ、接着剤、杭打ち等）の好適な組み合わせを提供することによって達成することができる。

図１Ａ〜図１Ｆ、図２、図３Ａ及び図３Ｂに示されている、前述した方向反転機構アセンブリ１００の第１の代表的な例は、上記したように、回動ピン穴１４９、１６９と、ロッカーの前方のロックピン穴１４３、１６７とロッカーの後方のロックピン穴１４５、１６５との間に同じ距離を有する。図４Ａにおいて分かるように、ロッカー要素におけるロックピン穴の配置は対称である。しかし、図４Ｂに示されているような、方向反転機構の第２の代表的な実施形態では、この第２の実施形態におけるロッカー要素２４０、２６０は、対応する回動ピン穴に対して対称に配置されないロックピン穴を有する。後方の左側ロックピン穴２４５及び前方の右側ロックピン穴２６７は、第１の実施形態におけるように、対応する回動ピン穴２４９、２６９から同じ距離にあり、したがって、下方連結部の位置を、同じ反応要素１８０の軸方向スロット１８４、１８８と一致して適合させるのに好適なものにする。しかし、前方の左側ロックピン穴２４３及び後方の右側ロックピン穴２６５は、第１の実施形態と比較して対応する回動ピン穴２４９、２６９からより短い距離に配置され、したがって、上方連結部の位置も異なるものにする。第２の実施形態の場合、上方連結部を捕捉する（ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ）ように適切に配置される軸方向スロットを有する、異なる能動要素２２０を使用しなければならない。第１の実施形態における前述の距離と比較したより小さい上方連結部の隔たりの比率は、第２の実施形態のロッカー要素２４０、２６０を、アクチュエータが能動要素に与えるよりも多くの反転運動を反応要素に与えるレバーとして機能させる。

本発明の方向反転アセンブリの第３の実施形態が図４Ｃに示されている。この実施形態では、ロッカー要素３４０、３６０は、対応する回動ピン穴に対して対称に配置されないロックピン穴を有する。後方の左側ロックピン穴３４５及び前方の右側ロックピン穴３６７は、前述の第１の実施形態及び第２の実施形態と比較して対応する回動ピン穴３４９、３６９からより短い距離にあり、したがって、下方連結部の位置も異なるものにする。図４Ｃの第３の実施形態の場合、下方連結部を捕捉するように適切に配置される軸方向スロットを有する、異なる反応要素３８０を使用しなければならない。前方の左側ロックピン穴３４３及び後方の右側ロックピン穴３６５は、第１の実施形態におけるように、対応する回動ピン穴３４９、３６９から同じ距離に配置され、したがって、上方連結部の位置を、同じ第１の実施形態の能動要素１２０における軸方向スロット１２４、１２８と一致して適合させるのに好適なものにする。以前の距離と比較したより小さい下方連結部の隔たりの比率は、第３の実施形態のロッカー要素３４０、３６０を、アクチュエータが能動要素に与えるよりも少ない反転運動を反応要素に与えるレバーとして機能させる。

本発明の原理に従って構成される移動増大機構アセンブリ５００の第１の代表的な実施形態が図５Ｄに示されている。アセンブリ５００は、アクチュエータ（図示せず）からの力を結合する、上方に方向付けられ軸方向にセンタリングされる能動シャフト５０５を有する。能動シャフト５０５は、移動増大機構アセンブリ５００の最上部分を含むディスク形受動要素５２０を貫通する、センタリングされた軸方向穴５２９を通る。ディスク形受動要素５２０の直下には、半円の左側ロッカー要素５４０及び隣接する半円の右側ロッカー要素５６０がある。ロッカー要素５４０、５６０の双方は、能動回動ピン５９０に同時に位置付けられる。ロッカー要素５４０、５６０は、軸方向にセンタリングされた半円のレリーフ５０４、５０６（各ロッカー要素を、幅広のリング形状の半分と同様にする）を更に有し（図６）、これは、能動シャフト５０５が能動回動ピン５９０にも係合することを可能にする。ロッカー要素５４０、５６０の直下には、弁（図示せず）の可動要素に最も近いディスク形反応要素５８０がある。各ロッカー要素の一端が受動要素５２０に結合され、一方で、各ロッカー要素の他端は反応要素５８０に結合される。機構アセンブリ５００は、金属、プラスチック、複合材料又はセラミック等の種々の材料から作ることができるが、Ａ２、Ｄ２若しくはＨ１３等の熱処理工具鋼、又は、１７−４ＰＨ合金等のばね状特性を有する熱処理ステンレス鋼が、多くの用途に適切であると考えられ、一方で、６０６１等のアルミニウム合金も用いることができる。図示の実施形態の移動増大機構アセンブリ５００は、約１２．７ｍｍ（０．５インチ）の軸方向長さを有する約１５．２４ｍｍ（０．６インチ）の外径を有し、図５Ｄに仮想線を用いて示されている支持スリーブ５０１によって任意選択的に囲まれてもよい。

受動要素５２０、２つのロッカー要素５４０、５６０及び反応要素５８０の機械的な結合を、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図６、図７Ａ及び図７Ｂの説明と関連して更に記載する。ロッカー要素５４０、５６０を受動要素５２０及び反応要素５８０に結合する典型的な手段は、前述の実施形態におけるように、連結部及びロックピンの使用によるものである。専ら識別の便宜上、ロッカー要素５４０、５６０を受動要素５２０に接続する連結部を上方連結部５４２、５６６と称し、一方で、ロッカー要素５４０、５６０を反応要素５８０に接続する連結部を下方連結部５４４、５６８と称する。上方連結部５４２、５６６及び下方連結部５４４、５６８は、種々の形状（例えば円形又は矩形の断面）であるものとすることができるが、円形の貫通穴、及び、これらの穴の周りの丸みを帯びた端を有する単純な平坦な部品が簡便に製造される。移動増大機構アセンブリ５００の対称で適切な機能を保持するために、上方連結部５４２、５６６は概ね同一であり、下方連結部５４４、５６８は概ね同一であるが、上方連結部は、下方連結部とは構造が異なっていてもよい。連結部は、連結部と移動増大機構アセンブリ５００の適切な要素とを接続するために、対応するロックピン５３２、５７６、５３４、５７８がそれぞれ挿入される上側穴５４６、５６２及び下側穴５４８、５６４を有する。

移動増大機構アセンブリ５００の機械的な作用は、能動回動ピン５９０の下方への移動によって、ロッカー要素５４０、５６０が、ロッカー要素の一端を上方連結部５４２、５６６に連結する軸方向に固定されたロックピン５３３、５７５を中心に僅かに回転することを認識することによって理解することができる。僅かな回転の結果として、同じロッカー要素の他端を下方連結部５４４、５６８に結合するロックピン５３５、５７７の更なる下方への運動が生じ、その連結部を反応要素５８０に向かって下方へ移動させる。したがって、各ロッカー要素５４０、５６０の一端の受動要素５２０への適切な機械的な結合は、各ロッカー要素５４０、５６０の対応する他端の反応要素５８０への同様の機械的な結合と組み合わせて、反応要素５８０の移動を増大させる。能動回動ピン５９０の上方への移動の結果として、当然ながら、反応要素５８０の上方への移動が対応して増大する。

上側ディスク形受動要素５２０には、受動要素の中央の周りに鏡面対称に位置付けられる２つの軸方向スロット５２２、５２６が形成される。左側軸方向スロット５２２が、例えばディスク中心の前方及び左に位置付けられ、一方で、右側軸方向スロット５２６が、ディスク中心の後方及び右の鏡像位置に配置される。軸方向スロット５２２、５２６は、受動要素５２０の下に位置決めされる左側ロッカー要素５４０及び右側ロッカー要素５６０から突出する上方連結部５４２、５６６の端を受け入れるように形状決めされる。各軸方向スロット５２２、５２６には、対応するロックピン穴５２１、５２５が交差し、ロックピン穴は、受動要素のディスク形状５２０内で対称な直径に対して平行な幾何学的なコードである。各軸方向スロット５２２、５２６、及び、対応する上方連結部５４２、５６６の端は、上方連結部５４２、５６６が挿入されたロックピン５３２、５７６を中心に容易に移動することを可能にするように嵌合する。ロックピンは、受動要素５２０のロックピン穴５２１、５２５、及び、各上方連結部５４２、５６６の上側穴５４６、５６２に挿入される。軸方向スロット５２２、５２６の壁と平坦な上方連結部５４２、５６６の面との摩擦は、軸方向スロット５２２、５２６の対向する壁に、幅狭の内方に面する突起５２３、５２４、５２７、５２８を設けることによって最小限に抑えることができ、それによって、突起は支承面として働く。上側ディスク形受動要素５２０は、上方に方向付けられ軸方向にセンタリングされる能動シャフト５０５が通る、センタリングされた軸方向穴５２９が更に形成される。能動シャフト５０５には、能動回動ピン５９０に係合してアクチュエータ（図示せず）からの力を伝達する直径方向のシャフトピン穴５０８が径方向に形成される。面取りされたキャビティ５０９を能動シャフト５０５の上側端面に設け、アクチュエータとの起こり得るずれを相殺するようにスラスト玉（図示せず）を受け入れることができる。

下側ディスク形反応要素５８０は、略同じ厚さでありながら、上側ディスク形受動要素５２０と同様であるがより小さい外径のプロファイルを有する。反応要素５８０には、反応要素の中央の周りに鏡面対称に位置付けられる２つの軸方向スロット５８４、５８８が形成される。右側軸方向スロット５８８が、例えばディスク中心の前方及び右に位置付けられ、一方で、左側軸方向スロット５８４が、ディスク中心の後方及び左の鏡像位置に配置される。軸方向スロット５８４、５８８は、反応要素５８０の上に位置決めされる左側ロッカー要素５４０及び右側ロッカー要素５６０から突出する下方連結部５４４、５６８の端を受け入れるように形状決めされる。各軸方向スロット５８４、５８８には、対応するロックピン穴５８３、５８７が交差し、ロックピン穴は、反応要素のディスク形状５８０内で対称な直径に対して平行な幾何学的なコードである。各軸方向スロット５８４、５８８、及び、対応する下方連結部５４４、５６８の端は、下方連結部５４４、５６８が挿入されたロックピン５３４、５７８を中心に容易に移動することを可能にするように嵌合する。ロックピン５３４、５７８は、反応要素５８０のロックピン穴５８３、５８７、及び、各下方連結部５４４、５６８の下側穴５４８、５６４に挿入される。軸方向スロット５８４、５８８の壁と平坦な下方連結部５４４、５６８の面との摩擦は、軸方向スロットの対向する壁に、幅狭の内方に面する突起を設けることによって最小限に抑えることができ、それによって、突起は支承面として働く。１つ又は複数のねじ穴５８９を反応要素５８０に設け、弁の移動部品（図示せず）との接続を提供することができる。

左側ロッカー要素５４０は、上側ディスク形受動要素５２０の半分と同様のプロファイルを有するが、略同じ軸方向厚さでありながら、より小さい外径である、半円の形状である。左側ロッカー要素５４０には、半円形状を二等分する回動ピン穴５４９が径方向に設けられる。左側ロッカー要素５４０は、前方の左側上方連結部５４２の端を受け入れる形状であるとともに、上の受動要素５２０の上に位置決めされる左側軸方向スロット５２２と一致して位置付けられる前方の軸方向スロット５４１を軸方向に設ける。前方の軸方向スロット５４１には、前方のロックピン穴５４３が交差し、前方のロックピン穴は回動ピン穴５４９に対して平行である。前方の軸方向スロット５４１及び上に位置決めされる左側軸方向スロット５２２の一致する位置は、連結部の上側穴５４６及び受動要素の左側ロックピン穴５２１を通して挿入される第２のロックピン５３２とともに、連結部５４２及び左側ロッカーの前方のロックピン穴５４３を通して挿入される第１のロックピン５３３を用いて、前方の左側上方連結部１４２による左側ロッカー要素５４０及び受動要素５２０の結合を可能にする。さらに、左側ロッカー要素５４０は、後方の左側下方連結部５４４の端を受け入れるように形状決めされるとともに、下の反応要素５８０の下に位置決めされる左側軸方向スロット５８４と一致して位置付けられる後方の軸方向スロット５４７を軸方向に設ける。後方の軸方向スロット５４７には、後方のロックピン穴５４５が交差し、後方のロックピン穴は回動ピン穴５４９に対して平行である。後方の軸方向スロット５４７及び下に位置決めされる左側軸方向スロット５８４の一致する位置は、連結部の下側穴５４８及び反応要素の左側ロックピン穴５８３を通して挿入される第４のロックピン５３４とともに、連結部５４４及び左側ロッカーの後方のロックピン穴５４５を通して挿入される第３のロックピン５３５を用いて、後方の左側下方連結部５４４による左側ロッカー要素５４０及び反応要素５８０の結合を可能にする。ロッカー要素の前方のロックピン穴５４３と回動ピン穴５４９との間の距離は、ロッカー要素の後方のロックピン穴５４５と回動ピン穴５４９との間の距離とは異なっていてもよい。左側ロッカー要素の軸方向スロット５４１、５４７の壁と平坦な連結部５４２、５４４の面との摩擦は、軸方向スロットの対向する壁に幅狭の内方に面する突起を設けることによって最小限に抑えることができ、それによって、突起は支承面として働く。左側ロッカー要素５４０は、軸方向にセンタリングされた半円のレリーフ５０４（ロッカー要素を、幅広のリング形状の半分と同様にする）を更に有し、これは、能動シャフト５０５が、回動ピン穴５４９を通る能動回動ピン５９０に係合することも可能にする。

右側ロッカー要素５６０は、半円の形状であり、上側ディスク形受動要素５２０の半分と同様のプロファイルを有するが、略同じ軸方向の厚さでありながらより小さい外径である。右側ロッカー要素５６０には、半円形状を二等分する回動ピン穴５６９が径方向に形成される。右側ロッカー要素５６０は、前方の右側下方連結部５６８の端を受け入れる形状であるとともに、下の反応要素５８０の下に位置決めされる右側軸方向スロット５８８と一致して位置付けられる前方の軸方向スロット５６１を軸方向に設ける。前方の軸方向スロット５６１には、前方のロックピン穴５６７が交差し、前方のロックピン穴は回動ピン穴５６９に対して平行である。前方の軸方向スロット５６１及び下に位置決めされる右側軸方向スロット５８８の一致する位置は、連結部の下側穴５６４及び反応要素の右側ロックピン穴５８７を通して挿入される第６のロックピン５７８とともに、連結部５６８及び右側ロッカーの前方のロックピン穴５６７を通して挿入される第５のロックピン５７７を用いて、前方の右側下方連結部５６８による右側ロッカー要素５６０及び反応要素５８０の結合を可能にする。さらに、右側ロッカー要素５６０は、後方の右側上方連結部５６６の端を受け入れる形状であるとともに、上の受動要素５２０の上に位置決めされる右側軸方向スロット５２６と一致して位置付けられる後方の軸方向スロット５６３を軸方向に設ける。後方の軸方向スロット５６３には後方のロックピン穴５６５が交差し、後方のロックピン穴は回動ピン穴５６９に対して平行である。後方の軸方向スロット５６３及び上に位置決めされる右側軸方向スロット５２６の一致する位置は、連結部５６６及びロッカー要素の後方のロックピン穴５６５を通して挿入される第８のロックピン５７５とともに、連結部の上側穴５６２及び能動要素の右側ロックピン穴５２５を通して挿入される第７のロックピン５７６を用いて、後方の右側上方連結部５６６による右側ロッカー要素５６０及び受動要素５２０の結合を可能にする。ロッカー要素の前方のロックピン穴５６７と回動ピン穴５６９との間の距離は、右側ロッカー要素の後方のロックピン穴５６５の軸方向スロット５６１、５６３の壁と回動ピン穴５６９との間の距離とは異なっていてもよい。右側ロッカー要素の軸方向スロット５６１、５６３の壁と平坦な連結部５６８、５６６の面との摩擦は、軸方向スロットの対向する壁に幅狭の内方に面する突起を設けることによって最小限に抑えることができ、それによって、突起は支承面として働く。右側ロッカー要素５６０は、軸方向にセンタリングされた半円のレリーフ５０６（ロッカー要素を、幅広のリング形状の半分と同様にする）を更に有し、これは、能動シャフト５０５が、回動ピン穴５６９を通る能動回動ピン５９０に係合することも可能にする。

支持スリーブ５０１は通常、段部、フランジ、又は、弁アセンブリ（図示せず）の他の構造によって定位置に保持される。支持スリーブ５０１の内径は、ロッカー要素５４０、５６０及び反応要素５８０の外径よりも僅かに大きいが、受動要素５２０の外径よりも小さい。この構成によって、支持スリーブ５０１は、受動要素５２０を軸方向に固定して保持し、一方で、他の結合された要素は、要素の運動を可能にするように十分な隙間を有して支持スリーブ５０１内に嵌まることができる。支持スリーブ５０１の外径及び長さは、弁アセンブリ（図示せず）の他の構造に関連する利便性に従って選択することができる。代替的には、好適な特徴部を弁アセンブリに設け、受動要素５２０を、支持スリーブ５０１を用いることなく固定された軸方向位置に保持してもよい。移動増大機構アセンブリ５００の要素間の機械的な結合を、連結部及びロックピンに関して前述した。能動シャフト５０５のロッカー要素５４０、５６０への機械的な結合は、左側ロッカー要素５４０の回動ピン穴５４９、シャフトピン穴５０８及び右側ロッカー要素５６０の回動ピン穴５６９を同時に通る能動回動ピン５９０によって行われる。左側ロッカー要素５４０及び右側ロッカー要素５６０が能動回動ピン５９０を中心に独立して自由に回転しなければならないことが必須であるが、当業者は、能動回動ピン５９０をシャフトピン穴５０８にぴったりと嵌めることを選択することができるか、又は、クリップ（図示せず）等の、能動回動ピンを保持する他の方法を選択することができる。

能動シャフト５０５の上側端面の面取りされたキャビティ５０９に印加されるか又は能動回動ピン５９０に別様に伝えられるアクチュエータの力は、互いに直径方向に対向して位置付けられる回動ピン穴５４９、５６９によってロッカー要素５４０、５６０に即座に伝達される。受動要素５２０は、連結部の上側穴５４６及び受動要素の左側ロックピン穴５２１を通して挿入される第２のロックピン５３２によって前方の左側上方連結部５４２に結合される。その結果、軸方向に固定された位置に保持される受動要素５２０はまた、前方の左側上方連結部５４２を軸方向に固定して保持し、それによって、第１のロックピン５３３及び左側ロッカーの前方のロックピン穴５４３を軸方向に固定して更に保持する。したがって、左側ロッカーの回動ピン穴５４９に対して加えられる運動によって、左側ロッカー要素５４０が、前方のロックピン穴５４３を中心とした僅かな回転を受ける。左側ロッカー要素５４０の僅かな回転によって、左側ロッカー要素５４０の後方部分が、左側ロッカーの後方のロックピン穴５４５及び第３のロックピン５３５とともにより多い量だけ同じ方向に移動し、したがって、後方の左側下方連結部５４４も強制的に移動させる。後方の左側下方連結部５４４は、連結部の下側穴５４８及び反応要素の左側ロックピン穴５８３を通して挿入される第４のロックピン５３４によって反応要素５８０に結合される。その結果、能動シャフト５０５の下方への運動によって、後方の左側下方連結部５４４が下方に運動し、これは、反応要素５８０に下方への運動を加える。受動要素５２０は、連結部の上側穴５６２及び受動要素の右側ロックピン穴５２５を通して挿入される第７のロックピン５７６によって後方の右側上方連結部５６６にも結合される。その結果、軸方向に固定された位置に保持される受動要素５２０はまた、後方の右側上方連結部５６６を軸方向に固定して保持し、それによって、第８のロックピン５７５及び右側ロッカーの後方のロックピン穴５６５を軸方向に固定して更に保持する。したがって、右側ロッカーの回動ピン穴５６９に対して加えられる運動によって、右側ロッカー要素５６０が、後方のロックピン穴５６５を中心とした僅かな回転を受ける。右側ロッカー要素５６０の僅かな回転によって、右側ロッカー要素５６０の前方部分が、右側ロッカーの前方のロックピン穴５６７及び第５のロックピン５７７とともにより多い量だけ同じ方向に移動し、したがって、前方の右側下方連結部５６８も強制的に移動させる。前方の右側下方連結部５６８は、連結部の下側穴５６４及び反応要素の右側ロックピン穴５８７を通して挿入される第６のロックピン５７８によって反応要素５８０に結合される。その結果、能動シャフト５０５の下方への運動によって、前方の右側下方連結部５６８が下方に運動し、これは、反応要素５８０に下方への運動を加える。上記は、能動シャフト５０５の移動を反応要素５８０の同じ方向への増大した移動に変換する方法を説明するものである。

能動シャフト５０５を、上側ディスク形受動要素５２０を貫通する対応する中央の軸方向穴５２９内でセンタリングして保つことによって、機構における不所望の摩擦が回避される。受動要素５２０の上面に取着されるとともに受動要素５２０の上面の端に接触するように延びる平坦なディスクばね５０７が、不所望の摩擦を防止する簡便な手法である。平坦なディスクばね５０７は、溶接、接着、面取りされたキャビティ５０９の周囲の周りのリッジ（図示せず）への杭打ち又は他の好適な手段によって能動シャフトに取着することができる。

開示されている実施形態では、左側ロッカー要素５４０及び右側ロッカー要素５６０は、実質的に同一であり、移動増大機構の中心軸を中心に単に１８０度だけ回転している。さらに、上方連結部５４２、５６６への接続を可能にするロッカーのロックピン穴５４３、５６５は、回動ピン穴５４９、５６９から略同一の距離に離間される。下方連結部５４４、５６８への接続を可能にする他方のロッカーのロックピン穴５４５、５６７も、回動ピン穴５４９、５６９から略同一の距離に離間されるが、その距離は異なっていてもよい。これらのそれぞれの距離の比率は、特定の移動増大機構アセンブリから所望の特定の並進移動の増大（利得）を確立する。代表的な寸法及び結果として生じる移動の比率が、表２に示されており、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃに具体的に示されている。８つのロックピンの保持は、連結要素の穴にぴったりと嵌めること、又は、種々の全体及び部分的なディスク形要素のロックピン穴にぴったりと嵌めること、又は、特定の製造方法に関して最適化されるような、これら若しくは他の選択肢（例えばねじ、接着剤、杭打ち等）の好適な組み合わせを提供することによって達成することができる。

図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図６、図７Ａ及び図７Ｂに関連してここまで説明した実施形態は、回動ピン穴５４９、５６９とロッカーの後方のロックピン穴５４５、５６５との間と同じ、回動ピン穴５４９、５６９とロッカーの前方のロックピン穴５４３、５６７との間の距離を有する。図８Ａにおいて分かるように、この実施形態の場合、ロッカー要素におけるロックピン穴の配置は対称である。しかし、移動増大機構５００の第２の変更された実施形態が図８Ｂに示されており、この場合、ロッカー要素６４０、６６０は、対応する回動ピン穴に対して対称に位置付けられないロックピン穴を有する。後方の左側ロックピン穴６４５及び前方の右側ロックピン穴６６７は、前述の実施形態におけるように、対応する回動ピン穴６４９、６６９から同じ距離であり、したがって、下方連結部の位置を、同じ反応要素５８０の軸方向スロット５８４、５８８と一致して適合させるのに好適なものにする。前方の左側ロックピン穴６４３及び後方の右側ロックピン穴６６５は、前述の実施形態と比較して対応する回動ピン穴６４９、６６９からより短い距離に位置付けられ、したがって、上方連結部の位置も異なるものにする。図８Ｂの第２の実施形態の場合、上方連結部を捕捉するように適切に配置される軸方向スロットを有する、異なる受動要素６２０を使用しなければならない。前述の距離と比較したより小さい上方連結部の隔たりの比率は、第２の例のロッカー要素６４０、６６０を、アクチュエータが能動シャフト５０５に与えるよりも多くの増大した運動を反応要素５８０に与えるレバーとして機能させる。

本発明の原理に従って構成された方向反転機構５００の第３の変更された実施形態が図８Ｃに示されており、この場合、変更されたロッカー要素７４０、７６０は、対応する回動穴に対して対称に配置されないロックピン穴を有する。後方の左側ロックピン穴７４５及び前方の右側ロックピン穴７６７は、前述の実施形態と比較して対応する回動ピン穴７４９、７６９からより短い距離にあり、したがって、下方連結部の位置も異なるものにする。この実施形態の場合、下方連結部を捕捉するように適切に配置される軸方向スロットを有する、異なる反応要素７８０を使用しなければならない。前方の左側ロックピン穴７４３及び後方の右側ロックピン穴７６５は、前述の実施形態におけるように、対応する回動ピン穴７４９、７６９から実質的に同じ距離に位置付けられ、したがって、上方連結部の位置を、同じ第１の実施形態の能動要素５２０における軸方向スロット５２４、５２８と一致して適合させるのに好適なものにする。前述の距離と比較したより小さい下方連結部の隔たりの比率は、この実施形態のロッカー要素７４０、７６０を、アクチュエータが能動シャフト５０５に与えるよりも少ない増大した運動を反応要素７８０に与えるレバーとして機能させる。

したがって、上述の記載及び添付の図面の考察から分かるように、本発明のシステム及び方法は、圧電アクチュエータ等のアクチュエータとダイアフラム弁等の弁との間の革新的で機械的なカップリングを伴う。カップリングは、行程を調整（拡張、収縮又は反転）することを可能にし、テーブルリフトの概念を用いて動作する。

本発明を、種々の特定の例及び実施形態に関して記載したが、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができることを理解されたい。したがって、上記の記載は、本発明を限定するものとして解釈されるべきではなく、単に、その好ましい実施形態の例示として解釈されるべきであり、本発明は、以下の特許請求の範囲の範囲内で様々に実施することができる。

Claims (20)

1. 機械的運動変換器であって、
   能動要素と、
   反応要素と、
   回動ピンと、
   前記回動ピンを中心に回動する少なくとも１つのロッカー要素であって、前記能動要素と前記反応要素との間で軸方向に配置される、少なくとも１つのロッカー要素と、を備え、
   前記能動要素、前記反応要素及び前記少なくとも１つのロッカー要素は、一緒に接合され、アクチュエータによって加えられる力に応じて軸方向に並進移動する、機械的運動変換器。
2. 前記能動要素及び前記反応要素のそれぞれはディスク形である、請求項１に記載の機械的運動変換器。
3. 前記少なくとも１つのロッカー要素は、左側ロッカー要素及び右側ロッカー要素を含む、請求項１に記載の機械的運動変換器。
4. 前記ロッカー要素のそれぞれは、前記回動ピンによって回動的に支持される、請求項３に記載の機械的運動変換器。
5. 前記回動ピンは、前記機械的運動変換器内で軸方向に固定されるように受動的である、請求項４に記載の機械的運動変換器。
6. 前記回動ピンは、前記機械的運動変換器の残りの部分に対して軸方向に並進移動可能であるように能動的である、請求項４に記載の機械的運動変換器。
7. 前記ロッカー要素のそれぞれは、上方連結部及び下方連結部を含む、請求項４に記載の機械的運動変換器。
8. 前記連結部のそれぞれは、貫通する穴及び丸みを帯びた端を有する平坦な部材を含む、請求項７に記載の機械的運動変換器。
9. 前記連結部のそれぞれの穴と、
   前記能動要素及び前記反応要素のそれぞれの穴と、
   前記連結部、前記能動要素及び前記反応要素の対応する穴に係合する複数のロックピンであって、前記能動要素、前記連結部及び前記反応要素を、各接合された構成要素の相対的な軸方向移動を可能にするように一緒に固定する、複数のロックピンと、を更に備える、請求項７に記載の機械的運動変換器。
10. 前記能動要素、前記連結部、前記反応要素を更に一緒に固定するように、前記ロックピンのうちの１つ又は複数を受け入れる、前記ロッカー要素のそれぞれの穴を更に備える、請求項９に記載の機械的運動変換器。
11. 前記連結部のうちの対応する連結部の端を受け入れる、前記能動要素及び前記反応要素のそれぞれの軸方向スロットを更に備える、請求項７に記載の機械的運動変換器。
12. 前記能動要素及び前記反応要素のうちの一方から延びる連結部の反対端を受け入れる、前記ロッカー要素のそれぞれの軸方向スロットを更に備える、請求項１１に記載の機械的運動変換器。
13. 前記能動要素、前記反応要素、前記左側ロッカー要素及び前記右側ロッカー要素のそれぞれは、ロックピンの端を受け入れる２つの軸方向スロットを備える、請求項１２に記載の機械的運動変換器。
14. 前記能動要素の上面に取着される平坦なディスクばねを更に備える、請求項１に記載の機械的運動変換器。
15. 前記ロッカー要素のそれぞれは、前記回動ピンを受け入れる穴及びロックピンを受け入れる２つの穴を備え、前記２つのロックピンを受け入れる穴は、前記回動ピンを受け入れる穴の両側に配置される、請求項１０に記載の機械的運動変換器。
16. 各ロッカー要素の前記２つのロックピン穴は、前記回動ピンを受け入れる穴から略同様に離間され、前記能動要素の軸方向移動は、アクチュエータによって印加される力に応じた前記反応要素の軸方向移動に略等しい、請求項１５に記載の機械的運動変換器。
17. 各ロッカー要素の前記２つのロックピンを受け入れる穴は、前記回動ピンを受け入れる穴から異なって離間され、前記能動要素の軸方向移動は、アクチュエータによって印加される力に応じた前記反応要素の軸方向移動よりも大きい、請求項１５に記載の機械的運動変換器。
18. 各ロッカー要素の前記２つのロックピンを受け入れる穴は、前記回動ピンを受け入れる穴から異なって離間され、前記能動要素の軸方向移動は、アクチュエータによって印加される力に応じた前記反応要素の軸方向移動よりも小さい、請求項１５に記載の機械的運動変換器。
19. 前記能動要素及び前記反応要素は、アクチュエータによって印加される力に応じて同じ軸方向に移動する、請求項１に記載の機械的運動変換器。
20. 前記能動要素及び前記反応要素は、アクチュエータによって印加される力に応じて反対の軸方向に移動する、請求項１に記載の機械的運動変換器。