[发明专利]交错提升机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于诸如调节比例阀之类的轴对称装置中的致动器的耦合运动的机构，且本发明对于压电致动器是特别有用的。该机构利用致动器伸长运动来致使远离该机构安装面的平移，并因此使得能够实现阀元件的提升式打开以代替该阀元件的通常的推动式关闭。本发明的交错提升机构(interlace lifting mechanism)还能够与本发明人的Multiflex耦合器(该Multiflex耦合器被披露于相关申请SN 13/794,517中，该相关申请的全部内容已经以引用的方式被明文并入到本说明书中)结合，以便提供增大的行程。在打算对制造半导体装置、药物或精制化学品的工业过程内的流体输送和许多类似的流体输送系统进行比例控制或调节控制的阀中，本发明是特别有用的。

背景技术

打算在自动化工艺控制系统内使用的控制阀的领域是广泛的且众所周知的。许多比例控制阀具有一个或多个可以被灵活地置于完全打开状态与完全关闭状态之间的任何状态处的活动元件，以便调节从阀中流过的流体的流量。打算对半导体制造设备内的工艺材料进行操控的流体输送装置通常需要注意维持被输送反应物的高纯度，且通常还比例如被用于石油化工厂中的阀小得多。尽管如此，在高纯度仪表和诸如质量流量控制器等控制装置中发现了许多不同类型的电动阀致动器。授予给Shimizu等人的美国专利第4,695,034号披露了使用压电盘形元件的叠层来影响质量流量控制器中的阀部件的移动。授予给Doyle的美国专利第4,569,504号披露了带有交错的磁路元件的磁性螺线管的使用。授予给Mudd的美国专利第5,660,207号披露了使用随温度而改变长度的加热电阻丝来影响阀元件的移动。授予给Suzuki的美国专利第6,178,996号披露了在波纹管致动器中使用诸如氮气等增压流体来控制隔膜传动型(diaphragm-operated)控制阀的打开程度。

磁性螺线管和热膨胀型致动器这两者的一个缺点是：当控制阀元件被置于中间状态时(例如当主动地调节流体流量时)，它们两者都具有固有的恒功率消耗。压电致动器实际上是电路中的电容器，且因此当所施加的电压恒定不变时，该压电致动器不会消耗电流。因此，代表性的压电控制阀的应用只需要低功率，且避免了在电磁致动器中发现的不受欢迎的发热。压电致动器有利地可以产生比同级尺寸的螺线管致动器明显更大的力，但是可能获得的应变严重地限制了压电叠层能够移动的距离。阀功率消耗在诸如紧凑型质量流量控制器等仪表设备中是特别令人担忧的问题。

压电致动器几乎总是以如下方式而被使用：其中，施加激活电压以引起叠层长度的伸长增加(参看Shimizu等人的美国专利第4,695,034号和授予给Shirai等人的美国专利第5,094,430号)。Shimizu等人通过在压电盘形元件的叠层与控制阀的移动部之间插入含有多个径向杆臂指状物的力传递构件来增加可用的移动。这些力传递构件比较复杂且很难被准确地制造出来。压电致动器通常与如下的常开阀(normally open valve)相关联：在这样的常开阀中，增大所施加的电压然后就致使该阀减少流体流量。使用压电致动器的常闭阀(normally closed valve)(在这样的常闭阀中，增大所施加的电压然后就致使该阀增加流体流量)通常具有会不利地影响流体纯度的复杂流体流路结构，该流体流路结构配备有被穿过阀座孔的轴驱动的提动阀(poppet)(例如，参看Shimizu等人的美国专利第4,695,034号中的图3和图10)。阀设计者将会得益于如下这样的设计：使该机构看起来是将致动器伸长运动的方向反转，由此，在避免了穿过阀座的轴的复杂性和妥协性的同时，允许常闭阀能够使用压电致动器提升隔膜以打开该阀。

发明内容

考虑到前述问题，本发明人发明了一种包围压电叠层致动器且接触该压电叠层的相反两端的机构，由此，在该机构的近邻安装部保持在固定位置处的同时，该致动器的伸长运动(变长)致使该机构的提升部朝向该致动器的突起部分平移。耦合该机构不包括任何的齿轮或丝杠螺纹，且在日常实践中是持续不断地被加载的，所以在没有机械间隙引入滞后(mechanical backlash introducing hysteresis)的前提下实现了方向的明显变化。下面的说明可能会使用概念性方向(上和下、上方和下方、左和右、前和后等)以帮助理解机构零件之间的关系，且所图示的附图一般来说将会与所陈述的概念性方向一致，但是应当理解的是，采用本发明的装置可以在不会影响机构功能的前提下获得空间中的任何取向，包括灵活地平移或旋转或翻滚。