着脱式のエンコーダアセンブリを伴った多位置マイクロ流体バルブシステム、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ及びエンコーダアセンブリ
【解決手段】複数の離散的な流体分配位置の間における切り替えのために多位置マイクロ流体バルブデバイスを制御するためのマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ(23)が提供される。アクチュエータアセンブリは、外壁と、内部貫通チャンバを画定する内壁とを有するケース(27)を含む。チャンバ内には、チャンバ軸と実質的に同軸に位置決めされた回転駆動軸を有するドライブアセンブリ(24)が回転式に位置決めされる。アクチュエータケース内には、着脱式で独立型で自己完結型のエンコーダアセンブリ(36)が位置決めされる。エンコーダアセンブリは、エンコーダシャフト軸を中心とした回転のためにサポート構造に回転式に取り付けられたエンコーダシャフトを含む。エンコーダアセンブリは、更に、エンコーダシャフト軸を中心とした回転のためにエンコーダシャフトに取り付けられたエンコーダホイールと、サポート構造に取り付けられたエンコーダモジュールとを含む。エンコーダモジュールは、エンコーダシャフト軸を中心としたエンコーダシャフトの回転位置を決定するために、事前にセットされた一ユニットとしてエンコーダホイールと協働する。エンコーダアセンブリが取り付け位置において方向付けられたとき、エンコーダシャフトは、ドライブアセンブリに回転式に結合することができ、サポート構造は、ケースへの直接的な剛結合を有さない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多位置バルブに関するものであり、特に、マイクロ流体分配管理のための結合駆動式の多位置バルブに関するものである。
【背景技術】
【0002】
科学器具類では、流体を注入する、選択する、又は切り替えるための二重位置バルブ及び多位置バルブが定着している。特に、液体クロマトグラフィなどの解析プロセスでは、高圧多孔バルブ又は高圧多位置バルブが適用されている。マイクロ流体分配管理のための高圧応用は、より迅速な分離と、より高いスループットとから恩恵を得る。これらの応用を正確に実行するためには、バルブの位置決めが非常に精密でなければならない。位置決めが精密であるほど、分散が解析に及ぼす影響が小さくてすむ。
【0003】
これらの高圧マイクロ流体分配管理システムは、通常は、ドライブモータ及び多位置バルブを、ドライブモータと多位置バルブとの間に取り付けられたバルブアクチュエータアセンブリとともに含む。より最近では、これらの多位置バルブアセンブリは、アクチュエータアセンブリのケース内に、多位置バルブの位置を決定するように適用された内部エンコーダデバイスを組み入れている。
【0004】
エンコーダデバイスは、一般に、バルブの回転シャフトに結合され、シャフト軸を中心として回転するエンコーダホイールを含む。エンコーダデバイスは、また、アクチュエータケースに取り付けられてシャフト軸に相対的なホイールの回転位置を決定するためにエンコーダホイールと協働するエンコーダモジュールを含む。
【0005】
これらのエンコーダデバイスを適切に動作させるためには、エンコーダモジュールとエンコーダホイールとの間における位置決め及び位置合わせが不可欠である。例えば、現在の設計には、エンコーダホイールとシャフトとの角度関係を組み当て時にセットしなければならないものがある。なぜならば、いかなる変動も、バルブの角度位置を変動させえるからである。その他の設計では、バルブのドライブトレイン全体にわたって同心度が非常に厳密な許容差内に維持されることが必須である。要するに、全ての嵌め合いパーツが実質的に位置合わせされていなければならず、そうでなければバルブがうまく働かない。これは、エンコーダホイールを回転シャフトに、そしてエンコーダモジュールをアクチュエータケースに装着するときに特に重要である。なぜならば、これらのパーツが適切に動作するためには、ごく僅かな振れしか許されないからである。もし、エンコーダモジュールがエンコーダホイールとは独立に装着される場合は、エンコーダホイールのシャフトが振れ及び同心度に関して非常に厳密な許容差内で取り付けられることが非常に重要である。このような厳密な許容差ゆえに、アクチュエータは、より高価であるとともに組み立てがより困難である。
【0006】
更にその他の設計では、エンコーダホイールは、留めネジによってシャフトに留め付けられる。したがって、これらの設計では、留めネジを「緩めて」、エンコーダホイールをシャフトに相対的に動かすことが可能である。これは、エンコードを不正確にして、バルブを正確に位置決めされなくするであろう。
【0007】
したがって、アクチュエータアセンブリへのエンコーダアセンブリの装着を簡略化した多位置マイクロ流体バルブアクチュエータシステムが必要とされている。
【発明の概要】
【0008】
本発明は、ドライブモータと多位置マイクロ流体バルブデバイスとの間に動作可能に取り付けられるマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリを提供する。バルブデバイスは、複数の離散的な流体分配位置の間においてそのバルブ軸を中心として回転するバルブシャフトを含む。アクチュエータアセンブリは、外壁と内壁とを有するアクチュエータケースを含み、その内壁は、基部側部分と、末端側部分と、チャンバ軸とを有する内部貫通チャンバを画定する。アクチュエータアセンブリは、更に、チャンバ内において基部側部分の近くに回転式に位置決めされたドライブアセンブリを含む。ドライブアセンブリは、チャンバ軸と実質的に同軸に位置決めされた回転駆動軸を含み、該駆動軸は、ドライブモータに回転式に結合された基部側部分を有する。本発明にしたがうと、アクチュエータアセンブリは、更に、サポート構造と、エンコーダシャフト軸を中心とした回転のためにサポート構造に回転式に取り付けられたエンコーダシャフトとを有する独立型のエンコーダアセンブリを含む。エンコーダシャフトには、エンコーダシャフト軸を中心とした回転のためにエンコーダホイールが取り付けられ、サポート構造には、エンコーダモジュールが取り付けられる。エンコーダデバイスモジュールは、エンコーダシャフト軸を中心としたエンコーダシャフトの回転位置を決定するために、事前にセットされた一ユニットとしてエンコーダホイールと協働する。サポート構造は、ケース内における取り付け位置への位置決め用に構成され、多位置流体バルブデバイスがアクチュエータケースの末端側部分に取り付けられたときに、ドライブアセンブリの末端側部分へのエンコーダシャフトの基部側部分の回転結合を可能にするとともにバルブシャフトの基部側部分へのエンコーダシャフトの末端側部分の回転結合を可能にする。エンコーダシャフトの基部側及び末端側のこの結合を通じて、サポート構造は、結合コンポーネント間におけるあらゆる微小な位置ずれに適応するために、アクチュエータケースへの直接的な剛結合を有さずに、エンコーダアセンブリがケース内において「浮遊」することを可能にする。
【0009】
具体的な一実施形態では、サポート構造は、3つの自由度における、ケースに相対的なエンコーダアセンブリの微小な運動を許容するために、取り付け位置において、ケースと協働するように構成される。1つの自由度は、例えば、チャンバ軸に実質的に平行な方向への微小な運動、チャンバ軸に実質的に垂直な方向への微小な運動、及び/又はチャンバ軸から隔てられたしかしながらチャンバ軸に実質的に平行に方向付けられた軸を実質的に中心とした微小な回転運動を含む。
【0010】
別の実施形態では、ケースの外壁は、外壁から内部貫通チャンバ内に至る側面開口を画定する。側面開口は、取り付け位置へのエンコーダアセンブリの挿入を受け入れるように形成及び寸法決定される。ケースは、ケース側面開口からアクセス可能な相対する位置合わせ壁を含み、サポート構造は、エンコーダアセンブリが取り付け位置にあるときに、相対する位置合わせ壁に滑動式に係合するように構成された、2本の相隔たれた合わせピンを含む。ピンと位置合わせ壁との接触は、位置合わせ壁に垂直な方向へのピンの変位を実質的に阻止する。
【0011】
別の具体的な構成は、第1のブラケット壁と、相対する第2のブラケット壁とを有する、サポート構造の概ね板状のブラケット部材を含む。ブラケット部材は、更に、第1のブラケット壁と第2のブラケット壁との間に広がるとともにその挿入部分に向かって互いに対して内向きに先細る相対する側壁を含む。挿入部分は、ケース側面開口を通した取り付け位置へのエンコーダアセンブリの挿入の最初に挿入されるように構成される。
【0012】
更に別の実施形態では、合わせピンは、第1のブラケット壁から外向きに伸びており、エンコーダモジュールは、反対側の第2のブラケット壁に取り付けられる。この実施形態では、1つの自由度は、エンコーダシャフト軸に実質的に垂直な方向への微小な運動を含む。ブラケット部材の挿入部分は、取り付け位置にあるときに、エンコーダシャフト軸に実質的に垂直な方向へのブラケット部材の微小な運動を制限するために、チャンバ内部壁と突き合わせ接触するように形成及び寸法決定された突き合わせ端を含む。
【0013】
更に別の具体的な実施形態は、エンコーダシャフトの基部側部分に動作可能に取り付けられるように構成された末端側シャフト部分を有するシャフトキャリアデバイスと、ドライブモータに動作可能に取り付けられるように構成された基部側部分を有するキャリアプラットフォームと、駆動軸を中心としたシャフトキャリアデバイスの回転速度の選択的制御のためにキャリアプラットフォームとシャフトキャリアデバイスとの間に動作可能に配されたギアトレインアセンブリとを含むドライブアセンブリを提供する。
【0014】
本発明の別の態様では、ドライブモータに動作可能に取り付けられる多位置マイクロ流体バルブシステムが提供される。バルブシステムは、外壁と内壁とを有するケースを含み、その内壁は、基部側部分と、末端側部分と、チャンバ軸とを有する内部貫通チャンバを画定する。チャンバ内において基部側部分の近くには、ドライブアセンブリが回転式に位置決めされる。ドライブアセンブリは、チャンバ軸と実質的に同軸に位置決めされた回転駆動軸を含み、ドライブアセンブリのこの駆動軸は、ドライブモータに回転式に結合された基部側部分を含む。サポート構造と、エンコーダシャフト軸を中心とした回転のためにサポート構造に回転式に取り付けられたエンコーダシャフトと、エンコーダデバイスとを含む着脱式で独立型で自己完結型のエンコーダアセンブリが提供される。エンコーダデバイスは、エンコーダシャフト軸を中心としたエンコーダシャフトの回転位置を決定するように構成される。サポート構造は、ケース内における取り付け位置への位置決め用に構成され、ドライブアセンブリの末端側部分へのエンコーダシャフトの基部側部分の回転結合を可能にする。アクチュエータアセンブリは、更に、複数の離散的な流体分配位置の間においてそのバルブ軸を中心として回転するバルブシャフトを有する多位置マイクロ流体バルブデバイスを含む。バルブデバイスは、エンコーダアセンブリが取り付け位置にあるときにエンコーダシャフトの末端側部分へのバルブシャフトの基部側部分の回転結合を可能にする形でケースの末端側部分に取り付け可能である。したがって、取り付け位置において、サポート構造は、3つの自由度における、ケースに相対的なエンコーダアセンブリの微小な運動を許容するためにケースを協働するが、アクチュエータケースへの直接的な剛結合は有さない。
【0015】
本発明の更に別の態様では、ドライブモータと多位置マイクロ流体バルブデバイスとの間に動作可能に取り付けられるマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリのための着脱式で独立型で自己完結型のエンコーダアセンブリが提供される。バルブデバイスは、複数の離散的な流体分配位置の間においてそのバルブ軸を中心として回転するバルブシャフトを含み、アクチュエータアセンブリは、チャンバ軸を有する内部貫通チャンバを画定する内壁を伴ったケースを含む。アクチュエータケースは、更に、内部貫通チャンバ内に至る側壁開口を画定する。エンコーダアセンブリは、第1のブラケット壁と、概ね相対する第2のブラケット壁とを有する比較的剛性のブラケット部材を含む。ブラケット部材は、ケース側面開口を通して内部貫通チャンバ内の取り付け位置に挿入されるようにサイズ決定及び寸法決定される。エンコーダシャフトは、その基部側部分が第1のブラケット壁から外向きに伸びるとともにその末端側部分が第2のブラケット壁から外向きに伸びるように、ブラケット部材に回転式に取り付けられる。エンコーダシャフトは、エンコーダアセンブリがアクチュエータケースの内部貫通チャンバ内の取り付け位置に実質的に位置決めされたときにエンコーダシャフト軸がチャンバ軸と概ね同軸になるように、ブラケット部材に相対的に方向付けられ、ドライブモータへのエンコーダシャフトの基部側部分の回転結合を可能にするとともに、多位置流体バルブデバイスのバルブシャフトへのエンコーダシャフトの末端側部分の回転結合を可能にし、サポート構造はアクチュエータケースへの直接的な剛結合を有さない。エンコーダシャフト軸を中心とした回転のためにエンコーダシャフトに取り付けられた、エンコーダホイールが提供され、該エンコーダホイールは、エンコーダシャフト軸を中心としたエンコーダシャフトの回転位置を決定するために、事前にセットされた一ユニットとして、ブラケット部材に取り付けられたエンコーダモジュールと協働する。エンコーダアセンブリは、更に、エンコーダアセンブリがケース側面開口を通して内部貫通チャンバ内へ挿入されるときに取り付け位置へのエンコーダアセンブリの誘導を促すためにアクチュエータケースと協働するようにブラケット部材に取り付けられた位置合わせデバイスを含む。
【図面の簡単な説明】
【0016】
本発明のアセンブリは、添付の図面と併せたときに、発明を実施するための最良の形態の以下の説明と添付の特許請求の範囲とから更に容易に明らかになるその他の目的及び有利な特徴を有する。
【0017】
【図1】本発明にしたがって構築されたマイクロ流体バルブシステムの上面斜視図である。
【0018】
【図2】図1のマイクロ流体バルブシステムの完全分解上面斜視図である。
【0019】
【図3】図1のマイクロ流体バルブシステムの断面の側面図である。
【0020】
【図4】図1のアクチュエータアセンブリのケース及びエンコーダアセンブリの断面の拡大側面図であり、エンコーダアセンブリがアクチュエータケースの側面開口を通して位置決めされる前の状態を示している。
【0021】
【図5】図4のアクチュエータアセンブリのアクチュエータケース及びエンコーダアセンブリの断面の側面図であり、エンコーダアセンブリがアクチュエータケース内の取り付け位置にある状態を示している。
【0022】
【図6】図4のエンコーダアセンブリの拡大上面斜視図である。
【0023】
【図7】図6のエンコーダアセンブリの別の上面斜視図である。
【0024】
【図8】エンコーダホイールを取り外された状態の、図6のエンコーダアセンブリの別の上面斜視図である。
【0025】
【図9】図6のエンコーダアセンブリの底面斜視図である。
【0026】
【図10】バルブデバイスを取り外された状態の、図1のマイクロ流体バルブシステムの正面斜視図であり、エンコーダアセンブリが取り付け位置にある状態を示している。
【0027】
【図11】図1のマイクロ流体バルブシステムの断面の拡大側面図であり、Y−Y軸に沿ったエンコーダアセンブリの微小な変位を示している。
【0028】
【図12】図1のマイクロ流体バルブシステムの断面の拡大側面図であり、Z−Z軸に沿ったエンコーダアセンブリの微小な変位を示している。
【0029】
【図13】バルブデバイスを取り外された状態の、図1のマイクロ流体バルブシステムの拡大正面図であり、回転軸を中心としたエンコーダアセンブリの微小な回転変位を示している。
【0030】
【図14】図1のマイクロ流体バルブシステムのバルブデバイスの拡大上面斜視図である。
【0031】
【図15】図1のマイクロ流体バルブシステムのドライブアセンブリのシャフトキャリアデバイスの拡大正面斜視図である。
【0032】
【図16】図15のシャフトキャリアデバイスの後面斜視図である。
【0033】
【図17】図1のマイクロ流体バルブシステムのアクチュエータケースの拡大上面斜視図である。
【0034】
【図18】図1のマイクロ流体バルブシステムのアクチュエータアセンブリの拡大上面図であり、アクチュエータケースの側面開口へのエンコーダアセンブリの挿入を示している。
【0035】
【図19】バルブデバイスを取り外された状態の、図1のマイクロ流体バルブシステムの別の拡大上面斜視図である。
【0036】
【図20】アクチュエータケースを取り外された状態の、図19のマイクロ流体バルブシステムの上面斜視図である。
【0037】
【図21】一ユニットとしてまとめて取り付けられる、エンコーダアセンブリ及びドライブアセンブリの断面の拡大側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0038】
本発明は、幾つかの具体的な実施形態を参照にして説明されるが、この説明は、発明を例示したものであり、発明を限定するものと解釈されるべきでない。当業者ならば、添付の特許請求の範囲に定められた発明の真の趣旨及び範囲から逸脱することなく好ましい実施形態に対して様々な変更を加えることができる。より良い理解のために、各種の図面を通して類似の構成要素が類似の参照符号によって示されることに留意せよ。
【0039】
総じて図1〜5を参照すると、ドライブモータデバイス21に動作可能に取り付けられ、総じて20として記された、多位置マイクロ流体バルブシステムが示されている。バルブシステム20は、基本的に、多位置マイクロ流体バルブデバイス22と、該バルブデバイス22をドライブモータデバイス21に結合するバルブアクチュエータアセンブリ23とを含む。多位置マイクロ流体バルブデバイス22は、複数の離散的な流体分配位置の間においてそのバルブ軸26を中心として回転するバルブシャフト25を含む。バルブアクチュエータアセンブリ23は、外壁と内壁とを有する剛性ケース27を含む。内壁は、基部側部分と、末端側部分と、長手方向に伸びるチャンバ軸31とを有する内部貫通チャンバ28を画定する。アクチュエータアセンブリ23は、更に、内部貫通チャンバ内においてケース基部側部分34の近くに回転式に位置決めされたドライブアセンブリ24を含む。ドライブアセンブリ24は、チャンバ軸31と実質的に同軸に方向付け及び位置決めされた回転の駆動軸33を含む。アクチュエータアセンブリの駆動軸33の基部側部分は、ドライブモータデバイスのモータシャフト35の末端側部分に駆動可能に結合される。
【0040】
好ましくは、アクチュエータアセンブリは、ケース27の側面開口32を通してケース外壁からケース貫通チャンバ28内に入って取り付け位置に落とし装着されるように構成される(図4)。しかしながら、アクチュエータアセンブリ23は、ケース貫通チャンバの基端又は末端を通して装着されてもよいことがわかる。
【0041】
アクチュエータアセンブリは、更に、総じて36として記された独立型のすなわち挿入型のエンコーダアセンブリを含み、このエンコーダアセンブリはサポート構造37と、エンコーダシャフト38と、エンコーダデバイス40とを含む(図6〜9)。エンコーダシャフト38は、エンコーダシャフト回転軸41を中心とした回転のために、サポート構造37に回転式に取り付けられる。エンコーダデバイス40は、エンコーダシャフト軸41を中心としたエンコーダシャフト38の回転位置を決定するために、エンコーダシャフト38と協働するように構成される。エンコーダデバイス40がその組み立て時に事前に位置合わせ及び較正されたら、すなわちエンコーダシャフトと位置合わせされたら、エンコーダアセンブリ36全体を一ユニットとしてアクチュエータケース27の貫通チャンバ28内の取り付け位置に装着することができる(図3、図5、及び図10)。エンコーダアセンブリが取り付け位置に着座されたときは、エンコーダシャフト38の基部側部分39をドライブアセンブリ24の末端側部分に回転式に結合することができる。この着座位置は、バルブがアクチュエータケース27の末端側部分43に取り付けられたときに、多位置マイクロ流体バルブデバイス22のバルブシャフト25の基部側部分にエンコーダシャフト38の末端側部分42が回転式に結合されることも可能にする。しかしながら、本発明にしたがうと、サポート構造37は、アクチュエータケース27への直接的な剛結合を有さない。要するに、エンコーダアセンブリは、貫通チャンバ28内においてある意味「浮遊」しており、これは、ドライブアセンブリ24と、バルブシャフト25と、エンコーダシャフト38との間における位置合わせされた取り付けのための微小な相対運動を可能にする。
【0042】
したがって、現在の設計において、アクチュエータケース内にエンコーダデバイスを1つずつ組み付けることとは異なり、本発明の独立型のエンコーダアセンブリは、アクチュエータアセンブリへの装着に先立ってエンコーダデバイスを事前に位置合わせ及び較正することを可能にする。例えば図6〜9に示されるように、特定の一実施形態では、エンコーダデバイス40は、エンコーダホイール44と、エンコーダモジュール45とを含む。エンコーダホイール44が、エンコーダシャフト軸41を中心とした回転のためにエンコーダシャフト38に取り付けられる一方で、エンコーダモジュールは、サポート構造37に固定される。このようにして、エンコーダホイール44及びエンコーダモジュール45は、アクチュエータアセンブリ23内へのエンコーダアセンブリ36の取り付けに先立って、一ユニットとしてまとめて位置合わせ及び較正をすることができる。前述されたように、エンコーダデバイスの適切な動作に不可欠であるのは、エンコーダホイールとエンコーダモジュールとの間における位置合わせである。事前に位置合わせ及び較正を経たエンコーダアセンブリは、組み立て時にアクチュエータケース内に単純に挿入又は位置決めすることができるので、バルブアクチュエータの組み立て時間が大幅に短縮され、その結果、組み立てコストも削減される。
【0043】
この設計のもう1つの重大な利点は、取り付け位置(図3、図5、及び図10)にあるときに、エンコーダアセンブリ36が、バルブデバイス22へのドライブモータデバイス21の動作結合を維持しつつ、(図11〜13、そして後ほど更に詳しく説明されるように)3つの自由度に沿った、一ユニットとしてのその微小な運動すなわち浮遊を可能にすることである。したがって、ドライブモータの結合回転コンポーネントとバルブドライブシャフトとの間におけるいかなる微小な位置ずれも、アクチュエータケース27に相対的な、3つの自由度のうちの1つ又は2つ以上の自由度に沿ったエンコーダアセンブリ36の微小な変位によって吸収される。
【0044】
再び図6〜9を参照すると、エンコーダアセンブリ36は、サポート構造37と、エンコーダシャフト38と、エンコーダデバイス40とを主に含むものとして示されている。具体的な一実施形態では、サポート構造37は、その一方の側に第1のブラケット壁47を有し、そのもう一方の側に相対する第2のブラケット壁48を有する概ね板状のブラケット部材46を含む。これらのブラケット壁は、互いに実質的に平行であるものとして示されているが、そうである必要はない。ブラケット部材46は、組み立て時に事前にセットされたエンコーダデバイスコンポーネントと回転エンコーダシャフト38との間における相対的な位置合わせ位置を維持するのに十分な構造的完全性を有する比較的剛性の材料で構成されることが好ましい。ブラケット部材として適切な材料には、金属、及び/又は、充填又は未充填のポリマがある。
【0045】
この比較的薄いブラケット部材46は、エンコーダアセンブリ36が取り付け位置に着座されるときに、ケースの側面開口32を通したブラケット部材46の挿入を容易にするために、及び内部貫通チャンバ28の丸みを帯びた内壁に適応するために、概ね楔形でもある。図6及び図8から最も良くわかるように、ブラケット部材は、相対する第1及び第2のブラケット壁47、48の間に広がるとともにエンコーダアセンブリ36の頂点すなわち挿入部分51に向かって内向きに先細る相対する側壁50a、50bを含む。後ほど詳述されるように、この頂点は、ケース内壁に形成された長手方向に伸びる接触リブ49(図3、図5、及び図10)に接触するように及び1つの自由度に沿った(例えば−Y方向に沿った)エンコーダアセンブリの微小な運動を制限するように設計された突き合わせ端52を形成する。
【0046】
2つの相対する側壁50a、50bに関しては、後方の先細り部分と、突き合わせ端52において終結するより急な前方の先細り部分とを有する二段階の先細りが取り入れられている。しかしながら、相対する側壁は、曲線状であってもよいことがわかる。
【0047】
次に、図4、図5、及び図7を参照すると、エンコーダシャフト38は、サポート構造37によって回転式にサポートされることが示されている。特に、サポート構造37は、ブラケット部材46の孔にプレス嵌めされたエンコーダシャフト軸受け又は受け筒53を含む。エンコーダシャフト38がエンコーダシャフト軸受け53内に着座されると、エンコーダシャフトは、エンコーダシャフト軸41がブラケット部材46に実質的に垂直な(例えば、実質的に平行な第1及び第2のブラケット壁に実質的に垂直な)向きになるように方向付けられる。更に、後ほど説明されるように、エンコーダシャフト38は、エンコーダアセンブリがケース側面開口32内の取り付け位置に着座されたときに(図5)エンコーダシャフト回転軸41がチャンバ軸31と概ね同軸に位置決めされるように、サポート構造に沿って配置及び方向付けされる。
【0048】
エンコーダシャフト38の基部側部分39は、第1のブラケット壁47から基部側へ伸びる。特定の一実施形態では、エンコーダシャフト基部側部分39は、ドライブアセンブリ24の末端側部分によって画定された対応する受入ソケット55内に位置合わせされて受け入れられるように形成された雄型のコネクタとして構成される。図9は、特定の一実施形態において、エンコーダシャフト基部側部分39が、ドライブアセンブリとの位置合わせのために少なくとも1つの平らな又はキー状の壁56を有する実質的に円筒状であることを、最も良く示している。
【0049】
エンコーダシャフト38の基端から軸方向内向きに伸びるのは、ネジ孔57である。説明されるように、このネジ孔57は、ドライブアセンブリ24をエンコーダシャフト38に選択的に締め付けるドライブ締め具58を螺合式に受け入れるように形成及び寸法決定される。
【0050】
エンコーダシャフト38の反対側に関しては、図4、図7、及び図8に示されるように、末端側部分42が第2のブラケット壁48から遠位に伸びる。特定の一実施形態では、エンコーダシャフト末端側部分42は、筒状であり、バルブシャフト25の基部側部分を滑動式に軸方向に受け入れるように形成及び寸法決定された受入ソケット60を画定する。
【0051】
筒状の末端側部分42を横断して伸びるのは、位置合わせスロット61である。説明されるように、このスロット61は、バルブシャフト25の基部側部分を横断して設けられたバルブデバイスのピン部材62(図3及び図14)を滑動式に軸方向に受け入れるように形成される。このピンは、一方の側がもう一方の側よりも大きくなるようにキー状をしている。これは、バルブを一方向のみに装着及び方向付け可能にする。
【0052】
上記のように、エンコーダデバイス40は、エンコーダシャフト軸41を中心としたその回転位置を決定するために、エンコーダシャフトと協働する。そして、エンコーダシャフト38がバルブシャフト25に取り付けられたときは、取り付けられたバルブデバイス22の精密な回転切り替え位置を決定することができる。切り替え位置の精密な決定を通じて、バルブデバイス22は、ステップ式ドライブモータデバイス21及びドライブアセンブリ24を介してその複数の位置のうちの一つの離散的位置に正確に作動させることができる。したがって、どのバルブデバイス22がアクチュエータアセンブリ23に取り付けられるかに関係なく、バルブの位置を決定することによってバルブデバイスを正確に制御及び位置決めすることが可能である。
【0053】
具体的な一実施形態では、エンコーダデバイス40は、エンコーダシャフト38の回転末端側部分42に取り付けられた1つ又は2つ以上の円盤状のエンコーダホイール43(1つのみが図示されている)と、ブラケット部材の第2のブラケット壁48に取り付けられたエンコーダモジュール45とを含む。モジュール45は、ケース63と、1つ又は2つ以上の固定式の光センサ(不図示)をサポートするPCセンサボード64とを含む。エンコーダホイールは、エンコーダホイールの絶対回転位置及び向きを駆動軸33に相対的に決定するために、これらの1つ又は2つ以上の光センサと協働する。
【0054】
一実施形態では、ケース63(及びエンコーダモジュール45)は、第2のブラケット壁64から外向きに伸びる1組の合わせピン(不図示)に取り付けられる。ケース63は、合わせピンを滑動式に受け入れるように形成されてエンコーダモジュール45をブラケット部材46に相対的に正確に位置決めすることができるように事前に位置合わせされた受入穴(不図示)を含む。
【0055】
具体的な一実施形態では、光センサは、エンコーダホイール上の放射状の線(不図示)を感知又は読み取ることができるLEDデバイスによって提供される。例えば、エンコーダホイール上には、1°ごとに4本の、合計1440本の線があってよい。エンコーダホイール上におけるこのような線の豊富さは、より微細な解像度と位置決め精度とを達成可能にする。このように、あらゆる組み合わせの位置がプログラム可能であるので、バルブデバイスがどれだけの数の位置を有するかに関係なく、必要とされるバルブアクチュエータは、1つのみである。例えば、バルブアクチュエータに取り付けられた或るバルブデバイス22が、2つ、6つ、及び/又は10の離散的位置にプログラム可能である一方で、別のバルブデバイスは、4つ、7つ及び8つの離散的位置にプログラム可能である。
【0056】
代替の設計では、エンコーダホイール44は、光信号を通らせて伝達することができる1組の内部窓及び/又は1組の外縁切り欠き(不図示)を含んでよい。そして、エンコーダPCセンサボード64は、窓又は切り欠きが感知されるかどうかを決定するために、それぞれの回転エンコーダホイール44を或る向きで跨ぐ1対の光センサ(不図示)をサポートする。エンコーダホイール44は、等間隔の離散的位置(例えば、36°及び/又は60°の増分)にバルブを絶対的に位置付けるために、光センサと連動して動作する。
【0057】
このアプローチを使用すると、1つ又は2つ以上のエンコーダホイールに対して複数の組み合わせが可能である。したがって、2つの離散的位置を有するものから15の離散的位置を有するものに及ぶバルブデバイス22を、その精密な制御及び動作のために、制御式にアクチュエータアセンブリに結合することができる。このような用途は、「COUPLED DRIVE MULTI-POSITION FLUID VALVE APPARATUS AND METHOD(結合駆動式の多位置流体バルブ装置及び方法)」と題されたPoppe et al.への我々の米国特許第7,201,185号に記載されており、該特許は、その全体を参照によって本明細書に組み込まれる。
【0058】
図4、図7、及び図8に最も良く示されるように、エンコーダホイール44をエンコーダシャフト末端側部分42に沿って戦略的に位置決めするために、エンコーダシャフトの末端側筒部分42の周囲に位置決めカラー65が配置される。エンコーダホイールは、したがって、それを第2のブラケット壁48から所定の軸方向距離に隔てる末端側ショルダ部分66に対して着座する。特定の一実施形態では、例えば、エンコーダホイールは、ブラケット部材46から約0.250インチ(約0.635センチ)から約0.260インチ(約0.660センチ)の範囲で隔てられる。
【0059】
エンコーダホイール44及び位置決めカラー65は、適切な取り付け位置合わせを確実にするために、ホイールをエンコーダシャフト38に相対的に或る離散的な向きに位置決めするように協働する。好ましくは、エンコーダホイールは、エンコーダシャフト38に対して一方向のみに位置合わせ及び装着することができる。このようにすれば、装着ミス(例えば逆向きの装着)の可能性が解消される。更に、エンコーダホイール44及び位置決めカラー65は、エンコーダホイールをエンコーダシャフト38に留め付けて永久固定するようにも協働する。一実施形態では、位置決めカラー65は、末端側ショルダ部分66から直立する複数の非対称的に相隔てられた特注の打ち込み突起又はポスト67を含む。相応して、エンコーダホイール44は、カラーの打ち込み突起67の配置に対応するように相隔てられた対応する複数のスロット68を含む。
【0060】
エンコーダホイール44が適切に方向付けられたら、相隔てられた特注の打ち込み突起にホイール44をプレス嵌めすることができる。超音波による打ち込み又は溶接の使用によって、エンコーダホイールをエンコーダシャフト38の末端側部分42に接着する、取り付ける、及び締め付けることができる。実際は、打ち込み突起は、外向きに変形され、頭部をマッシュルーム状にされている。これは、突起67を半径方向外向きに放射状に膨らませ、このような膨らみを持つ突起を受入スロット68の壁に対して留め付け、それによって、エンコーダホイールとブラケット部材との間の相対的な軸方向距離を固定している。もちろん、エンコーダホイール44は、その他の多くの取り付け技術の適用によってエンコーダシャフト38に締め付け又は接着されてもよいことがわかる。
【0061】
エンコーダモジュールをブラケット部材46に位置合わせして取り付けることによって、この具体的な実施形態では、エンコーダアセンブリ36の組み立て時にエンコーダデバイス40の主要コンポーネント(すなわち、エンコーダホイール44及びエンコーダモジュール45)を事前に位置合わせ及び較正することができる。これに対して、現在の応用は、バルブアクチュエータアセンブリの組み立て時にこれらのエンコーダコンポーネントを位置合わせ及び較正する必要がある。したがって、本発明のアクチュエータアセンブリの組み立ては、大幅に単純化され、これは、組み立て時間を短縮するとともに組み立てコストを削減する。
【0062】
次に、図2及び図17を見ると、アクチュエータケース27は、ドライブモータデバイス21に取り付けられる矩形の基部側部分70と、バルブデバイス22に着脱式に取り付けられる円筒状の末端側筒部分43とを有するものとして示されている。ケースは、後ほど更に詳しく説明されるように、総じて、高強度であるように設計された比較的剛性の複合材料で構成されることが好ましいシェル構造によって提供される。
【0063】
ケース27の内壁は、長手方向に伸びるチャンバ軸31に沿って基部側部分34から末端側筒部分43へケースを通って軸方向に伸びる中心貫通チャンバ28を画定する。図3に最も良く示されるように、ドライブアセンブリ24は、駆動軸をチャンバ軸と実質的に同軸に位置合わせするようにアクチュエータケース27の基部側部分34に収容され、エンコーダアセンブリ36は、エンコーダシャフト回転軸41をチャンバ軸と実質的に同軸に位置合わせするようにアクチュエータケースの中心部分に収容され、バルブデバイスは、バルブ軸26をチャンバ軸31と実質的に同軸に位置合わせするようにアクチュエータケースの末端側筒部分43に少なくとも部分的に収容される。
【0064】
本発明にしたがうと、事前に組み立てられたエンコーダアセンブリ36は、エンコーダホイール44及びエンコーダモジュール45が一ユニットとしてアクチュエータケース27の側面開口32を通して落とし装着されるように構成される。エンコーダアセンブリを装着するその他の方法もあり、例えば、エンコーダアセンブリがアクチュエータアセンブリの前方から装着されてよい、又はアクチュエータアセンブリがエンコーダアセンブリの周囲に構築されてよい。図4、図5、図17、及び図18に最も良く示されるように、エンコーダアセンブリ36は、側面開口32を通して貫通チャンバ内に位置決めされる。先ずは、ブラケット部材の楔状挿入部分51を使用することによって、エンコーダアセンブリ36は、アクチュエータケースのチャンバ軸31に実質的に垂直な方向に取り付け位置に向かって挿入される。
【0065】
取り付け位置へのエンコーダアセンブリの位置合わせされた着座を促すために、サポート構造37は、エンコーダシャフト軸41に実質的に平行な方向に第1のブラケット壁47から近位に伸びる1対の合わせピン71、71’を含む。これらの合わせピン71、71’は、ブラケット部材46の後方部位に位置決めされ、ブラケット部材46を、及びそれゆえにエンコーダアセンブリ36を取り付け位置に適切に位置決めするためにU字型の位置合わせ壁72と協働するように構成される。図17及び図18は、位置合わせ壁72が、円筒状の合わせピン71、71’の最も外側の部分の間の間隔に実質的に等しい距離で互いから横方向に隔てられた1対の相対する外側接触壁73、73’を含むことを、最も良く示している。
【0066】
外側接触壁73、73’は、エンコーダアセンブリを取り付け位置に誘導する形で相対する合わせピン71、71’に滑動式に接触するように位置決め及び方向付けされる(図3、図18、及び図19)。これらの相対する各接触壁73、73’は、好ましくは、互いに実質的に平行に方向付けられた対応する接触面内に実質的に含まれる。そのうえ、これらの壁は、更に、チャンバ軸に実質的に平行に方向付けられる。もちろん、位置合わせ壁72、並びに対応する合わせピン71、71’の配置及び位置決めは、エンコーダアセンブリをアクチュエータケース内に及びその他の関連コンポーネントに相対的に適切に位置決め及び方向付けするように協働する限り、その他の形をとってもよいことがわかる。
【0067】
そのうえ、合わせピン71、71’は、第2のブラケット壁64から遠位に伸びる形でブラケット部材46を通り抜けて伸びてもよいことがわかる。合わせピン71、71’の末端側は、上述されたエンコーダモジュール45の、取り付けための合わせピンを兼ねてよい。
【0068】
ブラケット部材46を取り付け位置において更に方向付けるために、ブラケット部材46の挿入部分51は、チャンバ内壁と突き合わせ接触するように形成及び寸法決定された突き合わせ端52を含む。後ほど更に詳しく説明されるように、この突き合わせ接触は、取り付け位置にあるときに、チャンバ軸31に実質的に垂直な−Y方向(図3及び図5)へのブラケット部材の微小な変位を制限する。
【0069】
PCセンサボード64及びコネクタ76を保護するためにそれらの裏側を覆う着脱式のPCBカバー75が含まれる。ケース内の対応するスロット78内に受け入れられる、PCBカバー上に設けられた1組の脚77の使用によって、PCBカバー75は、バルブデバイス22がアクチュエータアセンブリ23に取り付けられていないときにのみ取り外されるように設計される。各脚77は、バルブデバイス22がアクチュエータケース27に取り付けられていないときに末端側筒部分の貫通チャンバの末端側開口を通してのみアクセス可能である終端タブ80を含む(図11及び図12)。
【0070】
次に、図2、図20、及び図21を参照すると、ドライブシャフト集合体を含むドライブアセンブリ24が示されている。このドライブシャフト集合体は、この構成では、実際は、基部側に位置決めされた円盤状のギアキャリアプラットフォーム82を有するシャフトキャリアデバイス81と、ギアトレインアセンブリ83と、円盤状の中間キャリアプラットフォーム85とを主に含む、軸方向に配されたコンポーネントの集まりである。中間キャリアプラットフォーム85が、ドライブアセンブリ24の基部側部分に位置決めされる一方で、シャフトキャリアデバイス81は、ドライブアセンブリ24の末端側部分に位置決めされる。中間キャリアプラットフォーム85及びシャフトキャリアデバイス81は、ドライブシャフト回転軸33に沿って同軸に位置合わせされ、互いに対して軸方向にサポートされるが、後ほど更に詳しく説明されるように、互いに対する相対的な回転結合を提供するのは、ギアトレインアセンブリ83である。したがって、ドライブアセンブリ24がケース27内に組み付けられるときに、ドライブモータのモータシャフト35は、中間キャリアプラットフォーム85と回転式に嵌め合わされ、すると、中間のキャリアプラットフォーム85は、ギアトレインアセンブリ83と回転式に通じ合う。すると、ギアトレインアセンブリ83は、ギアキャリアプラットフォーム82を通じてシャフトキャリアデバイス81と回転式に通じ合い、すると、ギアキャリアプラットフォーム82は、エンコーダアセンブリがアクチュエータ27内の取り付け位置に配されたときにエンコーダシャフト38と嵌り合う。
【0071】
一実施形態では、ギアトレインアセンブリ83は、少なくとも1つのギア減速ドライブ86を含み、該ドライブ86は、ドライブモータデバイス21のモータシャフト35に結合される。ドライブモータの速度及び/又はバルブデバイスの所望回転作動速度によっては、1つの減速ギアトレインで十分かもしれない。高トルクで低速度のドライブモータデバイス21が用いられるその他の実施形態では、第1のギア減速ドライブ86と直列に第2のギア減速ドライブ87が配されてよい。例えば、ドライブモータは、カリフォルニア州(95054)サンタクララのラッセルアベニュー1990のリン・エンジニアリング(Lin Engineering)によって製造されるパーツ#4118L−03E−06ROのような、ステップ式の電気モータによって提供されてよい。
【0072】
1つのギア減速ドライブ又は(図に示されるように)2つのギア減速ドライブのいずれが用いられるにせよ、各減速ドライブは、基本的に、従来と同様に機能する。簡潔に言うと、各減速ドライブ86、87は、プラネタリギアのセット91、92によって取り囲まれたそれぞれのピニオンギア88、89を含む。各プラネタリギアは、それぞれ、ギアキャリアプラットフォーム82及び中間キャリアプラットフォーム85のそれぞれのポスト93、95に回転式に取り付けられる(図2、図16、及び図21)。同様に、各キャリアプラットフォームは、ドライブシャフト軸33を中心としてプラネタリギアを回転させる形でプラネタリギアによってアクチュエータケース内に浮いた状態でサポートされる。図3から最も良くわかるように、例えば、各プラネタリギア91、92は、それぞれのピニオンギア又はサンギア88、89の歯車、及びケースの基部側部分の近くにおいてケースの内壁に組み入れられた内部リングギア96の歯車と係合するように方向付けられる。
【0073】
したがって、モータシャフト35及びモータピニオンギア88がモータシャフト軸90を中心として回転するのに伴って、第1の減速ドライブ86のプラネタリギア91は、モータピニオンギア88を通じてそれぞれのポスト93を中心として回転させられ、これは、ひいては、駆動軸を中心とした中間キャリアプラットフォーム85の回転を引き起こす。すると、これは、中間キャリアプラットフォーム85に固定式に取り付けられた第2のピニオンギア89を回転させる。第1の減速ドライブ86と同様に、第2の減速ドライブ87のプラネタリギア92は、第2のピニオンギア87を通じてそれぞれのポストを中心として回転させられ、これは、ひいては、駆動軸33を中心としたギアキャリアプラットフォーム82の回転を引き起こす。全体として、これらのギアトレイン減速は、取り付けられたバルブデバイスを所望速度で作動させるように協働する。
【0074】
次に、図2及び図21を見ると、中間キャリアプラットフォーム85は、そこから遠位に伸びる階段状の中心位置合わせポスト97を有する概ね円盤状である。具体的な一実施形態では、第2のピニオンギア89が、位置合わせポスト97の周りに環状に一体的に形成され、中間キャリアプラットフォーム85から直立している。しかしながら、第2のピニオンギアは、キャリアプラットフォームとは別個であってもよく、ただし、やはり同様にキャリアプラットフォームに取り付けられる。
【0075】
位置合わせポスト97と第2のピニオンギア89との間には、駆動軸33の周囲に広がる環状の受入スロット98も形成される。このスロット98は、説明されるように、キャリアプラグ100の基部側部分を滑動式に軸方向に受け入れるとともに回転式にサポートするように形成及び寸法決定される。このプラグ100は、組み立て時にシャフトキャリアデバイス81と中間キャリアプラットフォーム85とが連結されたときに、両者の間における軸方向の位置合わせを促すために、協働的な軸方向のサポートを提供する。
【0076】
その一方で、シャフトキャリアデバイス81(図15及び図16)は、その基部側部分に円盤状のギアキャリアプラットフォーム82を含む。ギアキャリアプラットフォーム82の一方の側から近位に伸びるのは、駆動軸を中心として等間隔に隔てられた複数のプラネタリギア取り付けポスト95である。キャリアプラットフォームの反対の側において、そこから遠位に伸びるのは、その基部側部分からその末端に向けて徐々に内向きに先細る細長い中心シャフトキャリア101である。
【0077】
簡潔に言うと、ドライブアセンブリ24が組み立てられるとき、中間キャリアプラットフォーム85は、基本的にドライブアセンブリの基部側部分を構成し、その一方で、シャフトキャリアデバイス81は、基本的にドライブアセンブリの末端側部分を構成する。次いで、ドライブアセンブリ24の基部側部分(すなわち中間キャリアプラットフォーム85)を、モータシャフト35の末端側部分に容易に結合することができる。
【0078】
次に、図3及び図5を見ると、エンコーダアセンブリ36がケースの側面開口32を通して位置決めされて、取り付け位置に着座されたら、シャフトキャリアデバイスは、エンコーダシャフト38の基部側部分に解放可能に結合することができる。これは、シャフトキャリア101の末端側部分を、アクチュエータケース27の内壁の環状壁部位102によって画定された中心通路に通して位置決めすることによって、最初に実施される。
【0079】
特定の一実施形態では、シャフトキャリア101の末端は、エンコーダシャフトのキー状基部側部分39を滑動式に軸方向に受け入れるように形成及び寸法決定された受入ソケット55に入り込む開口を画定する。図9及び図15は、受入ソケット55の横断面寸法が、エンコーダシャフト38の基部側部分39のそれよりも僅かに大きいが実質的に同様であることを、最も良く示している。したがって、エンコーダシャフト基部側部分39が受入ソケット55内に軸方向に受け入れられたら、駆動軸33を中心としたドライブアセンブリの回転運動は、エンコーダシャフト38に伝達される。
【0080】
具体的な一実施形態では、シャフトキャリア101をエンコーダシャフトに留め付けるために、エンコーダシャフト38の基端にあるネジ孔57内に螺合式に受け入れられる締め具58が適用される(図21)。締め具は、好ましくは、シャフトキャリアデバイス81の基端から軸方向に内向きに伸びる軸方向に伸びるプラグ受入ソケット103内に位置決めされる従来のネジなどによって提供される。プラグ受入ソケット103からエンコーダシャフト受入ソケット55へは、連絡通路104が伸びる。この通路104は、締め具58の締め具シャフト105を軸方向に滑動式に受け入れるように構成され、キャリアプラグ受入ソケット103及びエンコーダシャフト受入ソケット55のいずれの直径よりも寸法的に小さい直径を有する。
【0081】
締め具58は、エンコーダシャフト38の基部側部分39がシャフトキャリアの受入ソケット55内に軸方向に受け入れられるときに、プラグ受入ソケット103の開口を通じて連絡通路104に挿入することができる。エンコーダシャフト38の基端において、締め具シャフト105が締め具開口57内に螺合式に受け入れられるのに伴って、締め具38のヘッド部分106は、プラグ受入ソケット103の末端に形成された末端側ショルダ107に軸方向に接触し、シャフトキャリアデバイス81をエンコーダシャフト38に螺合式に留め付ける。
【0082】
エンコーダアセンブリ36がシャフトキャリアデバイス81に留め付けられたら、ギアトレインアセンブリ83の残りの部分(すなわち、プラネタリギア91、92、ピニオンギア88、89、及び中間ギアプラットフォーム)を組み立てることができる。駆動軸33を中心とした、ドライブアセンブリコンポーネントの中心揃えを促すために、組み立て時には、モータシャフト35及び中間キャリアプラットフォーム85が、ともに、隣接するギアキャリアプラットフォーム82と嵌り合う。図3及び図21は、モータシャフト35が、中間キャリアプラットフォーム85の軸方向スロット110内に滑動式に挿入されてその中で回転するようにサイズ決定された末端側のフィンガ部分108を含むことを、最も良く示している。したがって、末端側のフィンガ部分108は、モータシャフト35及びピニオンギア88が回転するのに伴って、中間キャリアプラットフォーム85の軸方向スロット110内において回転するが、それらの間における回転式のサポートは、回転駆動軸33との部分的な軸方向の位置合わせを提供する働きをする。
【0083】
上記のように、中間キャリアプラットフォーム85とギアキャリアプラットフォーム82との間おける回転サポート並びに軸方向の位置合わせ及び結合に関しては、それらの間にキャリアプラグ100が適用される。したがって、中間キャリアプラットフォーム85の環状受入スロット98と、キャリアプラグ100の基部側部分との間における関係と同様に、シャフトキャリアデバイス81のプラグ受入ソケット103の横断面寸法は、その中にキャリアプラグ100の末端側部分を滑動式にちょうど受け入れ可能であるために、キャリアプラグの末端側部分の横断面寸法よりも僅かに大きいが実質的に同様である。したがって、入れ子式に合体されて取り付け関係になったら、ドライブトレインアセンブリは、これらのドライブアセンブリコンポーネントを、駆動軸33を中心として位置合わせされた形で回転させる。
【0084】
ギアトレインアセンブリのギア減速比に応じ、シャフトキャリアデバイス81及び中間キャリアプラットフォーム85のそれぞれの回転軸を中心とした回転速度は異なる。したがって、キャリアプラグ100は、シャフトキャリアデバイス81のプラグ受入ソケット103内及び中間キャリアプラットフォーム85の環状受入スロット98内の少なくとも一方又は両方において回転される。このため、キャリアプラグは、一方又は両方のキャリアプラットフォームに対する軸受けサポートを必要とする。
【0085】
具体的な一実施形態では、キャリアプラグ100は、中間キャリアプラットフォーム85の環状受入スロット98内において回転している一方で、シャフトキャリアデバイス81に対しては回転静止しているように構成される。これは、ギアがその他の内部嵌め合いコンポーネントと中心揃え及び位置合わせされるという点で有益である。
【0086】
キャリアプラグ100をシャフトキャリア101に相対的に回転固定し、これら2つのコンポーネントをそれぞれの回転軸を中心として、単一のユニットして回転させるために、キャリアプラグ100の末端側部分は、軸方向に伸びる1対の相対するリブすなわちキー部分112を含む。キャリアプラグキー部分112に適応するために、シャフトキャリアデバイス81のプラグ受入ソケット103を画定する円筒状の壁は、キャリアプラグが受入ソケット103内に受け入れられるのに伴ってキーをその中に滑動式に受け入れるようにサイズ決定及び寸法決定された軸方向に伸びる1対の対応するキースロット113を画定する。
【0087】
図3に示されるように、マイクロ流体バルブシステム20のコンポーネントが適切に位置合わせされたときに、ドライブシャフト軸33、エンコーダシャフト軸41、及びバルブシャフト軸は、全て、互いに実質的に同軸であるとともにチャンバ軸31と実質的に同軸であるように方向付けられる。しかしながら、本発明にしたがうと、本発明のマイクロ流体バルブシステム20は、バルブシャフト25へのドライブアセンブリ24の動作結合を維持しつつ、アクチュエータケース内において、3つの自由度に沿った(図11〜13)、一ユニットとしてのエンコーダアセンブリの微小な運動すなわち浮遊を可能にする。
【0088】
したがって、エンコーダシャフト38の基部側部分39とドライブアセンブリ24との間における、及びエンコーダシャフトの末端側部分とバルブシャフト25との間における微小な位置ずれは、3つの自由度のうちの1つ又は2つ以上の自由度に沿ったエンコーダアセンブリ36の微小な変位によって適応される。エンコーダアセンブリ36のエンコーダホイール44及びエンコーダモジュール45は、アクチュエータケース内への組み付けに先立って、事前に較正及び位置合わせされており、したがって、上述されたいかなる微小な位置ずれも、エンコーダデバイス40の機能性に影響を及ぼすことはない。
【0089】
合わせピン71、71’と、アクチュエータケース27の接触壁73、73’との間における位置合わせされた接触は、X−X方向に沿った、一ユニットとしてのエンコーダアセンブリの変位を阻止又は抑制する。図18に示されるように、X−X方向は、チャンバ軸31の方向に伸びるZ−Z方向に垂直である。更に、2つの接触壁73、73’を実質的に内包する平行面は、X−X方向に実質的に垂直であるとともにZ−Z方向に実質的に平行であるように方向付けられる。相対するこれらの接触壁73、73’は、したがって、X−X方向に沿った、合わせピン71、71’の、及びそれゆえに一ユニットとしてのエンコーダアセンブリ36の変位を実質的に阻止する。
【0090】
しかしながら、相対する位置合わせ壁は、+Z方向への(図12及び図18)若しくはY方向への(図11)各合わせピン71、71’の微小な変位を阻止しない、又は合わせピン71、71’がY−Y方向に沿って非均等距離で微小に変位するのに伴った、回転軸115を中心としたエンコーダアセンブリ36の微小な回転(図13及び図18)を阻止しない。全体として、これらの運動は、本発明の、アクチュエータケース内の取り付け位置におけるエンコーダアセンブリ36の微小な(おおよそ)変位の3つの自由度を説明している。
【0091】
より具体的には、図11に戻り、第1の自由度は、Y−Y方向に沿った、一ユニットとしてのエンコーダアセンブリ36の微小な変位である。言及されたように、この方向は、側面開口32を通るエンコーダアセンブリ36の挿入方向(図4及び図5)に実質的に一致するように方向付けられる。本発明にしたがうと、例えば、(図示されてはいないが)モータシャフト35のモータシャフト軸90と、バルブデバイス22のバルブシャフト回転軸26との間におけるY−Y方向への微小な位置ずれ(図11)は、+Y方向へのエンコーダアセンブリ36の変位と、モータシャフト35の末端側フィンガ部分108をこのフィンガ部分108に垂直に通って伸びる軸を中心としたX−X方向へ中間キャリアプラットフォーム85の微小な回転とによって適応される。全体として、図3を図11と比較し、本発明にしたがうと、これらの微小な位置ずれは、取り付け位置から+Y方向へのブラケット部材46の変位によって適応することができる。具体的な一実施形態では、アクチュエータケースの接触リブ49に対する突き合わせ端52の変位の範囲は、図3に示される精密な向きから+Y方向に少なくとも約0.013インチ〜0.014インチ(約0.033〜0.036センチ)の範囲である。
【0092】
図12は、アクチュエータケースのチャンバ軸31に平行なZ−Z方向に沿った、第2の自由度に沿ったエンコーダアセンブリの運動を最も良く示している。繰り返し述べるが、(図示されてはないが)モータシャフト35とバルブシャフト25との間におけるZ−Z方向への微小な位置ずれは、ドライブアセンブリコンポーネント間の分離によって吸収される。特定の一実施形態では、キャリアシャフトデバイス81は、キャリアプラグ100の基部側部分が中間キャリアプラットフォーム85の環状受入スロット98から遠位に動くのに伴って、Z−Z方向に沿って中間キャリアプラットフォーム85から離れることができる。全体として、この構成は、エンコーダアセンブリ36が、図3において、少なくとも約0.040〜0.041インチ(約0.102〜0.104センチ)の範囲で+Z方向に微小に変位することを可能にする。
【0093】
次に、図13及び図18を見ると、第3の自由度は、合わせピン71、71’が、対応する接触壁73、73’に沿って取り付け位置から+Y方向に非均等距離で微小に変位するのに伴った、エンコーダアセンブリ36の、(実質的にZ−Z方向に伸びる)回転軸115を中心とした集合的回転の結果である(図13及び図18)。結果生じるエンコーダアセンブリ36の回転は、チャンバ軸31に実質的に平行に伸びるとともに合わせピン71、71’のそれぞれの長手方向軸の間を二等分する地点において方向付けられた回転軸115を中心とした回転である。全体として、図13に示されるように、この構成は、エンコーダアセンブリ36が軸115を中心として少なくとも約±3°の範囲で回転式に微小に変位することを可能にする。
【0094】
本発明にしたがうと、マイクロ流体バルブシステム20は、1つのアクチュエータアセンブリ23に1つ又は2つ以上の多位置バルブデバイス22が着脱式に取り付けられて、それぞれ再構成された全く異なる液体終端システムとして機能することも可能にする。例えば、6位置マイクロ流体バルブシステムが、10位置マイクロ流体バルブシステムに、又はひいては15位置マイクロ流体バルブシステムに再構成されてよく、いずれも、同じアクチュエータアセンブリによって動作及び制御される。最多で96位置のバルブが使用可能であるが、一般的には、最多で24位置のバルブが実用的である。後ほど更に詳しく説明されるように、選択されたバルブがアクチュエータアセンブリに対して位置合わせ及び取り付けされ、そのバルブが識別されたら、エンコーダアセンブリ36は、その選択されたバルブデバイスを動作させるように再プログラムすることができる。再構成されたバルブシステムは、したがって、2タイプ以上の多位置マイクロ流体バルブを制御するように動作することができる。
【0095】
バルブデバイス22は、液体クロマトグラフィなどの解析プロセスに適用される従来の高圧多孔バルブ又は高圧多位置バルブによって提供されてよい。例えば、従来のせん断面バルブは、モデル番号7770−262の、レオダイン(Rheodyne)のTitanHTバルブ又はTitanHTEバルブなどである。図14に示されるように、これらのバルブデバイス22は、通常は、多位置バルブコンポーネントをその中に内包した円筒状のケースボディ120を含む。簡潔に言うと、バルブコンポーネントは、通常は、それらの間の境界面において流体密接触しているロータデバイス121とステータデバイス122とを含む(図3)。簡潔に言うと、ロータデバイス121は、バルブ回転軸26を中心としてバルブシャフト25に回転式に取り付けられており、1つ又は2つ以上の流体チャネルを画定するロータ面を内包している。ロータ面が、ステップ式モータデバイス21を通じてバルブ軸26を中心として制御式に回転されるのに伴って、ロータデバイスの面内に内包された1本又は2本以上の流体チャネルは、ステータデバイスのステータ面に沿って内包された複数の流体ポートとの間における連絡管すなわち連絡通路として機能する。要するに、ロータ面チャネルが、ステータ面上の対応する流体ポートと位置合わせされるのに伴って、ロータ面チャネルを通じて対応する流体ポートとの間において流体を連絡させることが可能になる。
【0096】
したがって、選択されたバルブデバイス22を、結合デバイス123を通じてアクチュエータアセンブリ23に対して位置合わせ及び取り付けすることによって、バルブデバイス22の切り替え位置決めを、エンコーダアセンブリ36とステップ式ドライブモータデバイス21との間に配された制御ユニット(不図示)を通じて精密に制御することができる。本質的に、この構成は、エンコーダホイール44を通じてエンコーダシャフト38を精密に動作させる及び位置決めすることを可能にする。したがって、どの多位置バルブデバイス22がアクチュエータケース27内に適切に位置合わせ及び着座されたかを決定することによって、制御ユニットは、任意のバルブについて精密な動作を実現できるように、その検出されたバルブに対応するようにプログラム及び動作することが可能である。
【0097】
上記のように、実質的に同軸に位置合わせされたシャフト間におけるトルクの伝達を可能にする結合デバイス123が、バルブデバイスシャフトをアクチュエータアセンブリシャフトに着脱式に結合するために用いられる。したがって、駆動アクチュエータ24のドライブシャフト集合体の回転は、バルブ軸26を中心としたバルブシャフト25の回転を付与する。具体的な一実施形態では、結合デバイス123は、エンコーダシャフト38の末端側部分42の筒部位125を含み、この部位は、バルブシャフト25の基部側部分をその中に滑動式に軸方向に受け入れるように形成及び寸法決定された実質的に円筒状の受入ソケット60を画定する。
【0098】
同軸位置合わせを更に促すために、図3及び図14は、バルブシャフト25がそこから軸方向に突き出す末端側ニップル部分126も含むことを、最も良く示している。このニップル部分126に適応するために、受入ソケット60は、更に、対応するニップル部分126をその中に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された縦中空部127を含む。同様に、結合デバイス123のコンポーネント間の相互接続において、シャフトキャリアデバイス81の末端側筒部分42に形成された受入ソケット60の横断面寸法も、やはり、その中に結合デバイスを滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定される。
【0099】
アクチュエータアセンブリへのバルブデバイス22の結合動作では、結合デバイス123をエンコーダホイール44に相対的に適切に位置合わせすることが重要である。この位置合わせは、バルブシャフト25を横断して伸びる通路128内にプレス嵌めされて設けられたピン部材62を提供することによって実施される。ピン部材62の一端には、ピン部材のシャフト部分131よりも広い直径を有することによってピン部材が通路128を通り抜けることを阻止するヘッド部分130がある。
【0100】
説明されたような、横断して設けられたピン部材62に適応するために、シャフトキャリアデバイス81の末端側部分42の筒部位125には、対応する位置合わせスロット61が横断して伸びる。横断する位置合わせスロット61の一方の側は、もう一方の側よりも僅かに広く、その一方の側がピン部材のヘッド部分130を受け入れ、もう一方の側がシャフト部分を受け入れる。したがって、バルブシャフト25の基部側部分は、シャフトキャリアデバイス81に対して1つの向きでのみ位置合わせ及び結合することができる。
【0101】
したがって、選択されたバルブデバイス22をアクチュエータアセンブリ23に結合するときに、結合デバイス123は、エンコーダシャフト38に相対的に適切に位置合わせ及び方向付けされる。コンポーネントの係合時には、バルブシャフト25がアクチュエータアセンブリ23のエンコーダシャフト38に向かって軸方向に動くのに伴って、バルブシャフト25の基端は、エンコーダシャフト38の筒部分42の受入ソケット60内に軸方向に挿入される。バルブデバイスがアクチュエータケースに向かって軸方向に前進を続けるのに伴って、バルブシャフト25のニップル部分126は、末端側筒部位の受入中空部127(図3)内に滑動式に受け入れられる。同時に、横断して設けられたピン部材62は、横断する位置合わせスロット61内に滑動式に受け入れられる。したがって、この構成では、バルブシャフト25が結合デバイス123を通じてエンコーダシャフト38と嵌め合わされたら、エンコーダシャフト軸41及びバルブ軸26は、それぞれ、互いと、及び、概してチャンバ軸と実質的に同軸に方向付けられる。更に、結合デバイス123は、非常に高いねじれ剛性も与えるので、バルブシャフト25及びエンコーダシャフト38は、単一のユニットとして効果的に機能する。
【0102】
バルブシャフト25がエンコーダシャフト38と嵌め合わされたら、バルブデバイス22は、動作時におけるアクチュエータアセンブリとの間の相対的回転を阻止するために、アクチュエータアセンブリに留め付ける必要がある。バルブデバイスを留め付けるために、バルブデバイスは、アクチュエータアセンブリ23のケース27に着脱式に固定される。具体的な一構成では、バルブデバイス22の円筒状ボディ132の少なくとも基部側部分が、アクチュエータケース27の末端側筒部分43の末端側開口(図3及び図17)内に、そして貫通チャンバ28内に受け入れられる。この構成は、更に、バルブボディ132とアクチュエータケース27との間に横方向のサポートを提供するので、いずれのコンポーネントに作用するいかなる横力も、結合デバイス又は回転シャフトに伝達されない。
【0103】
結合デバイス123のコンポーネントが相互に係合するのに伴って、バルブボディ132の基部側部分は、同時に、筒部分の末端側開口133を通してアクチュエータケース27の貫通チャンバ28内に滑動式に受け入れられる。バルブボディ132の基部側向き環状ショルダ135は、バルブボディ132から半径方向外向きに突き出しており、ケースの筒部分43の環状リム136に突き当たって筒部分43への受け入れを制限する働きをする。この嵌め合いは、また、長手方向における、結合デバイスコンポーネントとドライブシャフトコンポーネント集合体との相互係合とも一致する。
【0104】
バルブボディをアクチュエータケースに完全に留め付けるために、環状リム136の外側壁に螺合式に取り付けられるスパナナット138が用いられる。スパナナット138のねじ筋が、対応する環状リム136のネジ筋と嵌り合うのに伴って、スパナナットのリップ部分が、バルブボディ132の突き出し環状ショルダ135に係合し、バルブデバイス22をアクチュエータアセンブリ23にロックする。
【0105】
スパナナットによる、バルブデバイス22に対するこの軸方向の押し付けは、バルブデバイス22とモータデバイス21との間においてエンコーダシャフト38とドライブシャフトコンポーネント集合体とを押し合わせるという更なる利点を提供する。これは、動作時にコンポーネント間における軸方向運動を排除するために、及びアクチュエータケース内にバルブを留め付けるために重要である。
【0106】
また、ステータデバイスのステータ面のポートを、それらのポートが選択的に接続可能であるようにロータ面のチャネルと適切に連絡させるためには、それらのポートを適切に位置合わせ又は位置決めすることも必須である。同様に、この位置合わせは、バルブデバイスを位置合わせして方向付けるためにバルブデバイス22のボディ132とアクチュエータアセンブリ23のケース27との間で協働するように構成されたバルブキーメカニズム140を提供することによって実施される。図3、図10、及び図14は、キーメカニズム140が、単純なキーとスロットとからなる構成によって提供されることを、最も良く示している。一実施形態では、ケースの筒部分43の環状リム136が、長手方向に伸びる突起スロット141を含む一方で、バルブデバイス22のボディ132は、そこから半径方向に突き出す突起142を含む。突起スロット141は、アクチュエータケースの末端側筒部分43内にバルブボディ132が受け入れられるときに突起142を長手方向に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定される。バルブボディ132とアクチュエータケース27との間におけるこの位置合わせは、バルブをアクチュエータ内に位置決めし、それによって、ステータデバイス122のポートを、ロータデバイス121のロータチャネルによって選択的にアクセス可能な既知の向きに位置決めする働きをする。
【0107】
本発明の別の態様では、システムの全ての係合コンポーネントが、いかなる外部潤滑の適用の必要性も排除する材料で構成される。ギアトレインコンポーネント、結合デバイスコンポーネント、及び軸受けコンポーネントの材料組成に潤滑充填剤又はカプセル封入潤滑剤を組み入れることによって、外部潤滑を求めるいかなるメインテナンス要求も排除する十分な量の潤滑が与えられる。したがって、システムの全作動寿命にわたってメインテナンス要求が大幅に低減される。
【0108】
例えば、具体的な一実施形態では、システムのコンポーネントは、その全部又は一部を、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE若しくはTEFLON(商標))又はポリパーフルオロポリエーテル(PFPE)などの潤滑充填剤を内包する射出成形された高強度設計複合材料で構成することができる。例えば、ボール軸受け、ギア、結合部材、ドライブシャフト、及びキャリアプラットフォームは、全て、約15%のPTFEを組み入れた約30%のガラス充填ナイロンなどの、高強度射出成形プラスチックで構成される。ボール軸受けは、加えて、約1%のPFPEを組み入れている。これらの組成は、非常に長い動作寿命を伴った高強度及び高ねじれ剛性を提供し、それと同時に、いかなる追加の外部潤滑も必要とすることなく何百万回もの作動を可能にする。同様に、アクチュエータケース27も、やはり、約15%のPTFEを組み入れた約30%のカーボン充填ポリエステルなどの、高強度射出成形プラスチックで構成される。
【0109】
本発明の更に別の態様では、アクチュエータアセンブリにどのタイプ又は種類のバルブデバイス22が着脱式に取り付けられているかの識別を促すために、バルブ識別デバイス(不図示)が含められる。前述されたように、本発明は、同じアクチュエータアセンブリ23に2つ又は3つ以上の異なる多位置バルブデバイスが取り付けられることを可能にしつつもその精密な動作を可能にする。しかしながら、取り付けられたバルブデバイスを適切に動作させるためには、どのバルブデバイスがアクチュエータアセンブリに現在取り付けられているか(すなわち、それが6位置バルブであるか又は10位置バルブであるかなど)を識別することが必須である。
【0110】
識別デバイスは、バルブデバイスに添付された一連のマークのように単純であってよく、この場合、オペレータは、どの命令セットが上記の制御ユニット(不図示)に対応するかを能動的に選択する必要があるであろう。識別は、しかしながら、電子的に実施されるほうが好ましい。現在では、主に小売業界において情報を迅速に伝達するために、2つの技術が広く応用されている。技術の1つは、より多くの情報をコード化するためにUPC商品コーディング及び3Dグリッドパターンにおいて広く使用されている、ラインフォーマットでの光学バーコーディングである。小売業界において好評を博している識別技術は、無線周波数ID(RFID)である。RFIDは、小売業界において商品を保証するために及びRF照会に受動的に応答するために又はポーリングされたときに能動的に(バッテリを伴った、より複雑なデバイス)情報をブロードキャストするために、通常に適用されている。
【0111】
この具体的な応用では、これらの能動RFIDデバイスは、マスタ制御ユニットとやり取りするために及びマスタ制御ユニットによってプログラムされるために用いることも可能である。対応するバルブデバイスにトランスミッタデバイスを取り付けることによって、その機器と嵌め合わされる可能性がある全ての互換性モジュールを、マスタコントロールユニットに結合されたレシーバ(リーダ)デバイスを用いて読み取ることができる。マスタコントローラは、識別及び/又は受信されたID番号に対応する命令セットによってプログラムされる必要がある。このようにすれば、システムは、そのバルブデバイスに対応する命令セットに合わせて制御ユニットを自動的に構成することができる。
【0112】
更に、このようなRFIDデバイスは、情報伝達手段としてシステムに適用することができる。もしコンポーネントがメインテナンス目的又は再構成目的のいずれかのために交換可能であれば、解析機器の能力は、向上されるであろう。メインテナンスの場合は、マスタコントローラがコンポーネントのメインテナンスをいつ要求するかを知ることができるように、機器コントローラに伝達される情報の一部は、予期される寿命又は定期的なメインテナンスを含んでよい。セットアップ又は構成の場合は、IDコードは、1)アクチュエータに対するモータ駆動パラメータの再定義(速度又はトルクの変更に有用である)、及び、2)センサ出力の再定義(アクチュエータの角度位置の変更に有用である)、を含みえる再プログラミング命令セットを初期化するであろう。したがって、新規の応用は、或るタイプのコーディングを用いて、マスタコントローラにその特定の構成の特性及び能力を知らせることである。
【0113】
本発明は、発明を実施する好ましい形態及びその変更に関連して説明されているが、当業者ならば、以下の特許請求の範囲内においてその他の多くの変更が可能であることを理解するであろう。したがって、発明の範囲は、いかなる形であれ上記の説明によって限定されることを意図されず、むしろ、専ら以下の特許請求の範囲を参照することによって決定される。
【技術分野】
【0001】
本発明は、多位置バルブに関するものであり、特に、マイクロ流体分配管理のための結合駆動式の多位置バルブに関するものである。
【背景技術】
【0002】
科学器具類では、流体を注入する、選択する、又は切り替えるための二重位置バルブ及び多位置バルブが定着している。特に、液体クロマトグラフィなどの解析プロセスでは、高圧多孔バルブ又は高圧多位置バルブが適用されている。マイクロ流体分配管理のための高圧応用は、より迅速な分離と、より高いスループットとから恩恵を得る。これらの応用を正確に実行するためには、バルブの位置決めが非常に精密でなければならない。位置決めが精密であるほど、分散が解析に及ぼす影響が小さくてすむ。
【0003】
これらの高圧マイクロ流体分配管理システムは、通常は、ドライブモータ及び多位置バルブを、ドライブモータと多位置バルブとの間に取り付けられたバルブアクチュエータアセンブリとともに含む。より最近では、これらの多位置バルブアセンブリは、アクチュエータアセンブリのケース内に、多位置バルブの位置を決定するように適用された内部エンコーダデバイスを組み入れている。
【0004】
エンコーダデバイスは、一般に、バルブの回転シャフトに結合され、シャフト軸を中心として回転するエンコーダホイールを含む。エンコーダデバイスは、また、アクチュエータケースに取り付けられてシャフト軸に相対的なホイールの回転位置を決定するためにエンコーダホイールと協働するエンコーダモジュールを含む。
【0005】
これらのエンコーダデバイスを適切に動作させるためには、エンコーダモジュールとエンコーダホイールとの間における位置決め及び位置合わせが不可欠である。例えば、現在の設計には、エンコーダホイールとシャフトとの角度関係を組み当て時にセットしなければならないものがある。なぜならば、いかなる変動も、バルブの角度位置を変動させえるからである。その他の設計では、バルブのドライブトレイン全体にわたって同心度が非常に厳密な許容差内に維持されることが必須である。要するに、全ての嵌め合いパーツが実質的に位置合わせされていなければならず、そうでなければバルブがうまく働かない。これは、エンコーダホイールを回転シャフトに、そしてエンコーダモジュールをアクチュエータケースに装着するときに特に重要である。なぜならば、これらのパーツが適切に動作するためには、ごく僅かな振れしか許されないからである。もし、エンコーダモジュールがエンコーダホイールとは独立に装着される場合は、エンコーダホイールのシャフトが振れ及び同心度に関して非常に厳密な許容差内で取り付けられることが非常に重要である。このような厳密な許容差ゆえに、アクチュエータは、より高価であるとともに組み立てがより困難である。
【0006】
更にその他の設計では、エンコーダホイールは、留めネジによってシャフトに留め付けられる。したがって、これらの設計では、留めネジを「緩めて」、エンコーダホイールをシャフトに相対的に動かすことが可能である。これは、エンコードを不正確にして、バルブを正確に位置決めされなくするであろう。
【0007】
したがって、アクチュエータアセンブリへのエンコーダアセンブリの装着を簡略化した多位置マイクロ流体バルブアクチュエータシステムが必要とされている。
【発明の概要】
【0008】
本発明は、ドライブモータと多位置マイクロ流体バルブデバイスとの間に動作可能に取り付けられるマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリを提供する。バルブデバイスは、複数の離散的な流体分配位置の間においてそのバルブ軸を中心として回転するバルブシャフトを含む。アクチュエータアセンブリは、外壁と内壁とを有するアクチュエータケースを含み、その内壁は、基部側部分と、末端側部分と、チャンバ軸とを有する内部貫通チャンバを画定する。アクチュエータアセンブリは、更に、チャンバ内において基部側部分の近くに回転式に位置決めされたドライブアセンブリを含む。ドライブアセンブリは、チャンバ軸と実質的に同軸に位置決めされた回転駆動軸を含み、該駆動軸は、ドライブモータに回転式に結合された基部側部分を有する。本発明にしたがうと、アクチュエータアセンブリは、更に、サポート構造と、エンコーダシャフト軸を中心とした回転のためにサポート構造に回転式に取り付けられたエンコーダシャフトとを有する独立型のエンコーダアセンブリを含む。エンコーダシャフトには、エンコーダシャフト軸を中心とした回転のためにエンコーダホイールが取り付けられ、サポート構造には、エンコーダモジュールが取り付けられる。エンコーダデバイスモジュールは、エンコーダシャフト軸を中心としたエンコーダシャフトの回転位置を決定するために、事前にセットされた一ユニットとしてエンコーダホイールと協働する。サポート構造は、ケース内における取り付け位置への位置決め用に構成され、多位置流体バルブデバイスがアクチュエータケースの末端側部分に取り付けられたときに、ドライブアセンブリの末端側部分へのエンコーダシャフトの基部側部分の回転結合を可能にするとともにバルブシャフトの基部側部分へのエンコーダシャフトの末端側部分の回転結合を可能にする。エンコーダシャフトの基部側及び末端側のこの結合を通じて、サポート構造は、結合コンポーネント間におけるあらゆる微小な位置ずれに適応するために、アクチュエータケースへの直接的な剛結合を有さずに、エンコーダアセンブリがケース内において「浮遊」することを可能にする。
【0009】
具体的な一実施形態では、サポート構造は、3つの自由度における、ケースに相対的なエンコーダアセンブリの微小な運動を許容するために、取り付け位置において、ケースと協働するように構成される。1つの自由度は、例えば、チャンバ軸に実質的に平行な方向への微小な運動、チャンバ軸に実質的に垂直な方向への微小な運動、及び/又はチャンバ軸から隔てられたしかしながらチャンバ軸に実質的に平行に方向付けられた軸を実質的に中心とした微小な回転運動を含む。
【0010】
別の実施形態では、ケースの外壁は、外壁から内部貫通チャンバ内に至る側面開口を画定する。側面開口は、取り付け位置へのエンコーダアセンブリの挿入を受け入れるように形成及び寸法決定される。ケースは、ケース側面開口からアクセス可能な相対する位置合わせ壁を含み、サポート構造は、エンコーダアセンブリが取り付け位置にあるときに、相対する位置合わせ壁に滑動式に係合するように構成された、2本の相隔たれた合わせピンを含む。ピンと位置合わせ壁との接触は、位置合わせ壁に垂直な方向へのピンの変位を実質的に阻止する。
【0011】
別の具体的な構成は、第1のブラケット壁と、相対する第2のブラケット壁とを有する、サポート構造の概ね板状のブラケット部材を含む。ブラケット部材は、更に、第1のブラケット壁と第2のブラケット壁との間に広がるとともにその挿入部分に向かって互いに対して内向きに先細る相対する側壁を含む。挿入部分は、ケース側面開口を通した取り付け位置へのエンコーダアセンブリの挿入の最初に挿入されるように構成される。
【0012】
更に別の実施形態では、合わせピンは、第1のブラケット壁から外向きに伸びており、エンコーダモジュールは、反対側の第2のブラケット壁に取り付けられる。この実施形態では、1つの自由度は、エンコーダシャフト軸に実質的に垂直な方向への微小な運動を含む。ブラケット部材の挿入部分は、取り付け位置にあるときに、エンコーダシャフト軸に実質的に垂直な方向へのブラケット部材の微小な運動を制限するために、チャンバ内部壁と突き合わせ接触するように形成及び寸法決定された突き合わせ端を含む。
【0013】
更に別の具体的な実施形態は、エンコーダシャフトの基部側部分に動作可能に取り付けられるように構成された末端側シャフト部分を有するシャフトキャリアデバイスと、ドライブモータに動作可能に取り付けられるように構成された基部側部分を有するキャリアプラットフォームと、駆動軸を中心としたシャフトキャリアデバイスの回転速度の選択的制御のためにキャリアプラットフォームとシャフトキャリアデバイスとの間に動作可能に配されたギアトレインアセンブリとを含むドライブアセンブリを提供する。
【0014】
本発明の別の態様では、ドライブモータに動作可能に取り付けられる多位置マイクロ流体バルブシステムが提供される。バルブシステムは、外壁と内壁とを有するケースを含み、その内壁は、基部側部分と、末端側部分と、チャンバ軸とを有する内部貫通チャンバを画定する。チャンバ内において基部側部分の近くには、ドライブアセンブリが回転式に位置決めされる。ドライブアセンブリは、チャンバ軸と実質的に同軸に位置決めされた回転駆動軸を含み、ドライブアセンブリのこの駆動軸は、ドライブモータに回転式に結合された基部側部分を含む。サポート構造と、エンコーダシャフト軸を中心とした回転のためにサポート構造に回転式に取り付けられたエンコーダシャフトと、エンコーダデバイスとを含む着脱式で独立型で自己完結型のエンコーダアセンブリが提供される。エンコーダデバイスは、エンコーダシャフト軸を中心としたエンコーダシャフトの回転位置を決定するように構成される。サポート構造は、ケース内における取り付け位置への位置決め用に構成され、ドライブアセンブリの末端側部分へのエンコーダシャフトの基部側部分の回転結合を可能にする。アクチュエータアセンブリは、更に、複数の離散的な流体分配位置の間においてそのバルブ軸を中心として回転するバルブシャフトを有する多位置マイクロ流体バルブデバイスを含む。バルブデバイスは、エンコーダアセンブリが取り付け位置にあるときにエンコーダシャフトの末端側部分へのバルブシャフトの基部側部分の回転結合を可能にする形でケースの末端側部分に取り付け可能である。したがって、取り付け位置において、サポート構造は、3つの自由度における、ケースに相対的なエンコーダアセンブリの微小な運動を許容するためにケースを協働するが、アクチュエータケースへの直接的な剛結合は有さない。
【0015】
本発明の更に別の態様では、ドライブモータと多位置マイクロ流体バルブデバイスとの間に動作可能に取り付けられるマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリのための着脱式で独立型で自己完結型のエンコーダアセンブリが提供される。バルブデバイスは、複数の離散的な流体分配位置の間においてそのバルブ軸を中心として回転するバルブシャフトを含み、アクチュエータアセンブリは、チャンバ軸を有する内部貫通チャンバを画定する内壁を伴ったケースを含む。アクチュエータケースは、更に、内部貫通チャンバ内に至る側壁開口を画定する。エンコーダアセンブリは、第1のブラケット壁と、概ね相対する第2のブラケット壁とを有する比較的剛性のブラケット部材を含む。ブラケット部材は、ケース側面開口を通して内部貫通チャンバ内の取り付け位置に挿入されるようにサイズ決定及び寸法決定される。エンコーダシャフトは、その基部側部分が第1のブラケット壁から外向きに伸びるとともにその末端側部分が第2のブラケット壁から外向きに伸びるように、ブラケット部材に回転式に取り付けられる。エンコーダシャフトは、エンコーダアセンブリがアクチュエータケースの内部貫通チャンバ内の取り付け位置に実質的に位置決めされたときにエンコーダシャフト軸がチャンバ軸と概ね同軸になるように、ブラケット部材に相対的に方向付けられ、ドライブモータへのエンコーダシャフトの基部側部分の回転結合を可能にするとともに、多位置流体バルブデバイスのバルブシャフトへのエンコーダシャフトの末端側部分の回転結合を可能にし、サポート構造はアクチュエータケースへの直接的な剛結合を有さない。エンコーダシャフト軸を中心とした回転のためにエンコーダシャフトに取り付けられた、エンコーダホイールが提供され、該エンコーダホイールは、エンコーダシャフト軸を中心としたエンコーダシャフトの回転位置を決定するために、事前にセットされた一ユニットとして、ブラケット部材に取り付けられたエンコーダモジュールと協働する。エンコーダアセンブリは、更に、エンコーダアセンブリがケース側面開口を通して内部貫通チャンバ内へ挿入されるときに取り付け位置へのエンコーダアセンブリの誘導を促すためにアクチュエータケースと協働するようにブラケット部材に取り付けられた位置合わせデバイスを含む。
【図面の簡単な説明】
【0016】
本発明のアセンブリは、添付の図面と併せたときに、発明を実施するための最良の形態の以下の説明と添付の特許請求の範囲とから更に容易に明らかになるその他の目的及び有利な特徴を有する。
【0017】
【図1】本発明にしたがって構築されたマイクロ流体バルブシステムの上面斜視図である。
【0018】
【図2】図1のマイクロ流体バルブシステムの完全分解上面斜視図である。
【0019】
【図3】図1のマイクロ流体バルブシステムの断面の側面図である。
【0020】
【図4】図1のアクチュエータアセンブリのケース及びエンコーダアセンブリの断面の拡大側面図であり、エンコーダアセンブリがアクチュエータケースの側面開口を通して位置決めされる前の状態を示している。
【0021】
【図5】図4のアクチュエータアセンブリのアクチュエータケース及びエンコーダアセンブリの断面の側面図であり、エンコーダアセンブリがアクチュエータケース内の取り付け位置にある状態を示している。
【0022】
【図6】図4のエンコーダアセンブリの拡大上面斜視図である。
【0023】
【図7】図6のエンコーダアセンブリの別の上面斜視図である。
【0024】
【図8】エンコーダホイールを取り外された状態の、図6のエンコーダアセンブリの別の上面斜視図である。
【0025】
【図9】図6のエンコーダアセンブリの底面斜視図である。
【0026】
【図10】バルブデバイスを取り外された状態の、図1のマイクロ流体バルブシステムの正面斜視図であり、エンコーダアセンブリが取り付け位置にある状態を示している。
【0027】
【図11】図1のマイクロ流体バルブシステムの断面の拡大側面図であり、Y−Y軸に沿ったエンコーダアセンブリの微小な変位を示している。
【0028】
【図12】図1のマイクロ流体バルブシステムの断面の拡大側面図であり、Z−Z軸に沿ったエンコーダアセンブリの微小な変位を示している。
【0029】
【図13】バルブデバイスを取り外された状態の、図1のマイクロ流体バルブシステムの拡大正面図であり、回転軸を中心としたエンコーダアセンブリの微小な回転変位を示している。
【0030】
【図14】図1のマイクロ流体バルブシステムのバルブデバイスの拡大上面斜視図である。
【0031】
【図15】図1のマイクロ流体バルブシステムのドライブアセンブリのシャフトキャリアデバイスの拡大正面斜視図である。
【0032】
【図16】図15のシャフトキャリアデバイスの後面斜視図である。
【0033】
【図17】図1のマイクロ流体バルブシステムのアクチュエータケースの拡大上面斜視図である。
【0034】
【図18】図1のマイクロ流体バルブシステムのアクチュエータアセンブリの拡大上面図であり、アクチュエータケースの側面開口へのエンコーダアセンブリの挿入を示している。
【0035】
【図19】バルブデバイスを取り外された状態の、図1のマイクロ流体バルブシステムの別の拡大上面斜視図である。
【0036】
【図20】アクチュエータケースを取り外された状態の、図19のマイクロ流体バルブシステムの上面斜視図である。
【0037】
【図21】一ユニットとしてまとめて取り付けられる、エンコーダアセンブリ及びドライブアセンブリの断面の拡大側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0038】
本発明は、幾つかの具体的な実施形態を参照にして説明されるが、この説明は、発明を例示したものであり、発明を限定するものと解釈されるべきでない。当業者ならば、添付の特許請求の範囲に定められた発明の真の趣旨及び範囲から逸脱することなく好ましい実施形態に対して様々な変更を加えることができる。より良い理解のために、各種の図面を通して類似の構成要素が類似の参照符号によって示されることに留意せよ。
【0039】
総じて図1〜5を参照すると、ドライブモータデバイス21に動作可能に取り付けられ、総じて20として記された、多位置マイクロ流体バルブシステムが示されている。バルブシステム20は、基本的に、多位置マイクロ流体バルブデバイス22と、該バルブデバイス22をドライブモータデバイス21に結合するバルブアクチュエータアセンブリ23とを含む。多位置マイクロ流体バルブデバイス22は、複数の離散的な流体分配位置の間においてそのバルブ軸26を中心として回転するバルブシャフト25を含む。バルブアクチュエータアセンブリ23は、外壁と内壁とを有する剛性ケース27を含む。内壁は、基部側部分と、末端側部分と、長手方向に伸びるチャンバ軸31とを有する内部貫通チャンバ28を画定する。アクチュエータアセンブリ23は、更に、内部貫通チャンバ内においてケース基部側部分34の近くに回転式に位置決めされたドライブアセンブリ24を含む。ドライブアセンブリ24は、チャンバ軸31と実質的に同軸に方向付け及び位置決めされた回転の駆動軸33を含む。アクチュエータアセンブリの駆動軸33の基部側部分は、ドライブモータデバイスのモータシャフト35の末端側部分に駆動可能に結合される。
【0040】
好ましくは、アクチュエータアセンブリは、ケース27の側面開口32を通してケース外壁からケース貫通チャンバ28内に入って取り付け位置に落とし装着されるように構成される(図4)。しかしながら、アクチュエータアセンブリ23は、ケース貫通チャンバの基端又は末端を通して装着されてもよいことがわかる。
【0041】
アクチュエータアセンブリは、更に、総じて36として記された独立型のすなわち挿入型のエンコーダアセンブリを含み、このエンコーダアセンブリはサポート構造37と、エンコーダシャフト38と、エンコーダデバイス40とを含む(図6〜9)。エンコーダシャフト38は、エンコーダシャフト回転軸41を中心とした回転のために、サポート構造37に回転式に取り付けられる。エンコーダデバイス40は、エンコーダシャフト軸41を中心としたエンコーダシャフト38の回転位置を決定するために、エンコーダシャフト38と協働するように構成される。エンコーダデバイス40がその組み立て時に事前に位置合わせ及び較正されたら、すなわちエンコーダシャフトと位置合わせされたら、エンコーダアセンブリ36全体を一ユニットとしてアクチュエータケース27の貫通チャンバ28内の取り付け位置に装着することができる(図3、図5、及び図10)。エンコーダアセンブリが取り付け位置に着座されたときは、エンコーダシャフト38の基部側部分39をドライブアセンブリ24の末端側部分に回転式に結合することができる。この着座位置は、バルブがアクチュエータケース27の末端側部分43に取り付けられたときに、多位置マイクロ流体バルブデバイス22のバルブシャフト25の基部側部分にエンコーダシャフト38の末端側部分42が回転式に結合されることも可能にする。しかしながら、本発明にしたがうと、サポート構造37は、アクチュエータケース27への直接的な剛結合を有さない。要するに、エンコーダアセンブリは、貫通チャンバ28内においてある意味「浮遊」しており、これは、ドライブアセンブリ24と、バルブシャフト25と、エンコーダシャフト38との間における位置合わせされた取り付けのための微小な相対運動を可能にする。
【0042】
したがって、現在の設計において、アクチュエータケース内にエンコーダデバイスを1つずつ組み付けることとは異なり、本発明の独立型のエンコーダアセンブリは、アクチュエータアセンブリへの装着に先立ってエンコーダデバイスを事前に位置合わせ及び較正することを可能にする。例えば図6〜9に示されるように、特定の一実施形態では、エンコーダデバイス40は、エンコーダホイール44と、エンコーダモジュール45とを含む。エンコーダホイール44が、エンコーダシャフト軸41を中心とした回転のためにエンコーダシャフト38に取り付けられる一方で、エンコーダモジュールは、サポート構造37に固定される。このようにして、エンコーダホイール44及びエンコーダモジュール45は、アクチュエータアセンブリ23内へのエンコーダアセンブリ36の取り付けに先立って、一ユニットとしてまとめて位置合わせ及び較正をすることができる。前述されたように、エンコーダデバイスの適切な動作に不可欠であるのは、エンコーダホイールとエンコーダモジュールとの間における位置合わせである。事前に位置合わせ及び較正を経たエンコーダアセンブリは、組み立て時にアクチュエータケース内に単純に挿入又は位置決めすることができるので、バルブアクチュエータの組み立て時間が大幅に短縮され、その結果、組み立てコストも削減される。
【0043】
この設計のもう1つの重大な利点は、取り付け位置(図3、図5、及び図10)にあるときに、エンコーダアセンブリ36が、バルブデバイス22へのドライブモータデバイス21の動作結合を維持しつつ、(図11〜13、そして後ほど更に詳しく説明されるように)3つの自由度に沿った、一ユニットとしてのその微小な運動すなわち浮遊を可能にすることである。したがって、ドライブモータの結合回転コンポーネントとバルブドライブシャフトとの間におけるいかなる微小な位置ずれも、アクチュエータケース27に相対的な、3つの自由度のうちの1つ又は2つ以上の自由度に沿ったエンコーダアセンブリ36の微小な変位によって吸収される。
【0044】
再び図6〜9を参照すると、エンコーダアセンブリ36は、サポート構造37と、エンコーダシャフト38と、エンコーダデバイス40とを主に含むものとして示されている。具体的な一実施形態では、サポート構造37は、その一方の側に第1のブラケット壁47を有し、そのもう一方の側に相対する第2のブラケット壁48を有する概ね板状のブラケット部材46を含む。これらのブラケット壁は、互いに実質的に平行であるものとして示されているが、そうである必要はない。ブラケット部材46は、組み立て時に事前にセットされたエンコーダデバイスコンポーネントと回転エンコーダシャフト38との間における相対的な位置合わせ位置を維持するのに十分な構造的完全性を有する比較的剛性の材料で構成されることが好ましい。ブラケット部材として適切な材料には、金属、及び/又は、充填又は未充填のポリマがある。
【0045】
この比較的薄いブラケット部材46は、エンコーダアセンブリ36が取り付け位置に着座されるときに、ケースの側面開口32を通したブラケット部材46の挿入を容易にするために、及び内部貫通チャンバ28の丸みを帯びた内壁に適応するために、概ね楔形でもある。図6及び図8から最も良くわかるように、ブラケット部材は、相対する第1及び第2のブラケット壁47、48の間に広がるとともにエンコーダアセンブリ36の頂点すなわち挿入部分51に向かって内向きに先細る相対する側壁50a、50bを含む。後ほど詳述されるように、この頂点は、ケース内壁に形成された長手方向に伸びる接触リブ49(図3、図5、及び図10)に接触するように及び1つの自由度に沿った(例えば−Y方向に沿った)エンコーダアセンブリの微小な運動を制限するように設計された突き合わせ端52を形成する。
【0046】
2つの相対する側壁50a、50bに関しては、後方の先細り部分と、突き合わせ端52において終結するより急な前方の先細り部分とを有する二段階の先細りが取り入れられている。しかしながら、相対する側壁は、曲線状であってもよいことがわかる。
【0047】
次に、図4、図5、及び図7を参照すると、エンコーダシャフト38は、サポート構造37によって回転式にサポートされることが示されている。特に、サポート構造37は、ブラケット部材46の孔にプレス嵌めされたエンコーダシャフト軸受け又は受け筒53を含む。エンコーダシャフト38がエンコーダシャフト軸受け53内に着座されると、エンコーダシャフトは、エンコーダシャフト軸41がブラケット部材46に実質的に垂直な(例えば、実質的に平行な第1及び第2のブラケット壁に実質的に垂直な)向きになるように方向付けられる。更に、後ほど説明されるように、エンコーダシャフト38は、エンコーダアセンブリがケース側面開口32内の取り付け位置に着座されたときに(図5)エンコーダシャフト回転軸41がチャンバ軸31と概ね同軸に位置決めされるように、サポート構造に沿って配置及び方向付けされる。
【0048】
エンコーダシャフト38の基部側部分39は、第1のブラケット壁47から基部側へ伸びる。特定の一実施形態では、エンコーダシャフト基部側部分39は、ドライブアセンブリ24の末端側部分によって画定された対応する受入ソケット55内に位置合わせされて受け入れられるように形成された雄型のコネクタとして構成される。図9は、特定の一実施形態において、エンコーダシャフト基部側部分39が、ドライブアセンブリとの位置合わせのために少なくとも1つの平らな又はキー状の壁56を有する実質的に円筒状であることを、最も良く示している。
【0049】
エンコーダシャフト38の基端から軸方向内向きに伸びるのは、ネジ孔57である。説明されるように、このネジ孔57は、ドライブアセンブリ24をエンコーダシャフト38に選択的に締め付けるドライブ締め具58を螺合式に受け入れるように形成及び寸法決定される。
【0050】
エンコーダシャフト38の反対側に関しては、図4、図7、及び図8に示されるように、末端側部分42が第2のブラケット壁48から遠位に伸びる。特定の一実施形態では、エンコーダシャフト末端側部分42は、筒状であり、バルブシャフト25の基部側部分を滑動式に軸方向に受け入れるように形成及び寸法決定された受入ソケット60を画定する。
【0051】
筒状の末端側部分42を横断して伸びるのは、位置合わせスロット61である。説明されるように、このスロット61は、バルブシャフト25の基部側部分を横断して設けられたバルブデバイスのピン部材62(図3及び図14)を滑動式に軸方向に受け入れるように形成される。このピンは、一方の側がもう一方の側よりも大きくなるようにキー状をしている。これは、バルブを一方向のみに装着及び方向付け可能にする。
【0052】
上記のように、エンコーダデバイス40は、エンコーダシャフト軸41を中心としたその回転位置を決定するために、エンコーダシャフトと協働する。そして、エンコーダシャフト38がバルブシャフト25に取り付けられたときは、取り付けられたバルブデバイス22の精密な回転切り替え位置を決定することができる。切り替え位置の精密な決定を通じて、バルブデバイス22は、ステップ式ドライブモータデバイス21及びドライブアセンブリ24を介してその複数の位置のうちの一つの離散的位置に正確に作動させることができる。したがって、どのバルブデバイス22がアクチュエータアセンブリ23に取り付けられるかに関係なく、バルブの位置を決定することによってバルブデバイスを正確に制御及び位置決めすることが可能である。
【0053】
具体的な一実施形態では、エンコーダデバイス40は、エンコーダシャフト38の回転末端側部分42に取り付けられた1つ又は2つ以上の円盤状のエンコーダホイール43(1つのみが図示されている)と、ブラケット部材の第2のブラケット壁48に取り付けられたエンコーダモジュール45とを含む。モジュール45は、ケース63と、1つ又は2つ以上の固定式の光センサ(不図示)をサポートするPCセンサボード64とを含む。エンコーダホイールは、エンコーダホイールの絶対回転位置及び向きを駆動軸33に相対的に決定するために、これらの1つ又は2つ以上の光センサと協働する。
【0054】
一実施形態では、ケース63(及びエンコーダモジュール45)は、第2のブラケット壁64から外向きに伸びる1組の合わせピン(不図示)に取り付けられる。ケース63は、合わせピンを滑動式に受け入れるように形成されてエンコーダモジュール45をブラケット部材46に相対的に正確に位置決めすることができるように事前に位置合わせされた受入穴(不図示)を含む。
【0055】
具体的な一実施形態では、光センサは、エンコーダホイール上の放射状の線(不図示)を感知又は読み取ることができるLEDデバイスによって提供される。例えば、エンコーダホイール上には、1°ごとに4本の、合計1440本の線があってよい。エンコーダホイール上におけるこのような線の豊富さは、より微細な解像度と位置決め精度とを達成可能にする。このように、あらゆる組み合わせの位置がプログラム可能であるので、バルブデバイスがどれだけの数の位置を有するかに関係なく、必要とされるバルブアクチュエータは、1つのみである。例えば、バルブアクチュエータに取り付けられた或るバルブデバイス22が、2つ、6つ、及び/又は10の離散的位置にプログラム可能である一方で、別のバルブデバイスは、4つ、7つ及び8つの離散的位置にプログラム可能である。
【0056】
代替の設計では、エンコーダホイール44は、光信号を通らせて伝達することができる1組の内部窓及び/又は1組の外縁切り欠き(不図示)を含んでよい。そして、エンコーダPCセンサボード64は、窓又は切り欠きが感知されるかどうかを決定するために、それぞれの回転エンコーダホイール44を或る向きで跨ぐ1対の光センサ(不図示)をサポートする。エンコーダホイール44は、等間隔の離散的位置(例えば、36°及び/又は60°の増分)にバルブを絶対的に位置付けるために、光センサと連動して動作する。
【0057】
このアプローチを使用すると、1つ又は2つ以上のエンコーダホイールに対して複数の組み合わせが可能である。したがって、2つの離散的位置を有するものから15の離散的位置を有するものに及ぶバルブデバイス22を、その精密な制御及び動作のために、制御式にアクチュエータアセンブリに結合することができる。このような用途は、「COUPLED DRIVE MULTI-POSITION FLUID VALVE APPARATUS AND METHOD(結合駆動式の多位置流体バルブ装置及び方法)」と題されたPoppe et al.への我々の米国特許第7,201,185号に記載されており、該特許は、その全体を参照によって本明細書に組み込まれる。
【0058】
図4、図7、及び図8に最も良く示されるように、エンコーダホイール44をエンコーダシャフト末端側部分42に沿って戦略的に位置決めするために、エンコーダシャフトの末端側筒部分42の周囲に位置決めカラー65が配置される。エンコーダホイールは、したがって、それを第2のブラケット壁48から所定の軸方向距離に隔てる末端側ショルダ部分66に対して着座する。特定の一実施形態では、例えば、エンコーダホイールは、ブラケット部材46から約0.250インチ(約0.635センチ)から約0.260インチ(約0.660センチ)の範囲で隔てられる。
【0059】
エンコーダホイール44及び位置決めカラー65は、適切な取り付け位置合わせを確実にするために、ホイールをエンコーダシャフト38に相対的に或る離散的な向きに位置決めするように協働する。好ましくは、エンコーダホイールは、エンコーダシャフト38に対して一方向のみに位置合わせ及び装着することができる。このようにすれば、装着ミス(例えば逆向きの装着)の可能性が解消される。更に、エンコーダホイール44及び位置決めカラー65は、エンコーダホイールをエンコーダシャフト38に留め付けて永久固定するようにも協働する。一実施形態では、位置決めカラー65は、末端側ショルダ部分66から直立する複数の非対称的に相隔てられた特注の打ち込み突起又はポスト67を含む。相応して、エンコーダホイール44は、カラーの打ち込み突起67の配置に対応するように相隔てられた対応する複数のスロット68を含む。
【0060】
エンコーダホイール44が適切に方向付けられたら、相隔てられた特注の打ち込み突起にホイール44をプレス嵌めすることができる。超音波による打ち込み又は溶接の使用によって、エンコーダホイールをエンコーダシャフト38の末端側部分42に接着する、取り付ける、及び締め付けることができる。実際は、打ち込み突起は、外向きに変形され、頭部をマッシュルーム状にされている。これは、突起67を半径方向外向きに放射状に膨らませ、このような膨らみを持つ突起を受入スロット68の壁に対して留め付け、それによって、エンコーダホイールとブラケット部材との間の相対的な軸方向距離を固定している。もちろん、エンコーダホイール44は、その他の多くの取り付け技術の適用によってエンコーダシャフト38に締め付け又は接着されてもよいことがわかる。
【0061】
エンコーダモジュールをブラケット部材46に位置合わせして取り付けることによって、この具体的な実施形態では、エンコーダアセンブリ36の組み立て時にエンコーダデバイス40の主要コンポーネント(すなわち、エンコーダホイール44及びエンコーダモジュール45)を事前に位置合わせ及び較正することができる。これに対して、現在の応用は、バルブアクチュエータアセンブリの組み立て時にこれらのエンコーダコンポーネントを位置合わせ及び較正する必要がある。したがって、本発明のアクチュエータアセンブリの組み立ては、大幅に単純化され、これは、組み立て時間を短縮するとともに組み立てコストを削減する。
【0062】
次に、図2及び図17を見ると、アクチュエータケース27は、ドライブモータデバイス21に取り付けられる矩形の基部側部分70と、バルブデバイス22に着脱式に取り付けられる円筒状の末端側筒部分43とを有するものとして示されている。ケースは、後ほど更に詳しく説明されるように、総じて、高強度であるように設計された比較的剛性の複合材料で構成されることが好ましいシェル構造によって提供される。
【0063】
ケース27の内壁は、長手方向に伸びるチャンバ軸31に沿って基部側部分34から末端側筒部分43へケースを通って軸方向に伸びる中心貫通チャンバ28を画定する。図3に最も良く示されるように、ドライブアセンブリ24は、駆動軸をチャンバ軸と実質的に同軸に位置合わせするようにアクチュエータケース27の基部側部分34に収容され、エンコーダアセンブリ36は、エンコーダシャフト回転軸41をチャンバ軸と実質的に同軸に位置合わせするようにアクチュエータケースの中心部分に収容され、バルブデバイスは、バルブ軸26をチャンバ軸31と実質的に同軸に位置合わせするようにアクチュエータケースの末端側筒部分43に少なくとも部分的に収容される。
【0064】
本発明にしたがうと、事前に組み立てられたエンコーダアセンブリ36は、エンコーダホイール44及びエンコーダモジュール45が一ユニットとしてアクチュエータケース27の側面開口32を通して落とし装着されるように構成される。エンコーダアセンブリを装着するその他の方法もあり、例えば、エンコーダアセンブリがアクチュエータアセンブリの前方から装着されてよい、又はアクチュエータアセンブリがエンコーダアセンブリの周囲に構築されてよい。図4、図5、図17、及び図18に最も良く示されるように、エンコーダアセンブリ36は、側面開口32を通して貫通チャンバ内に位置決めされる。先ずは、ブラケット部材の楔状挿入部分51を使用することによって、エンコーダアセンブリ36は、アクチュエータケースのチャンバ軸31に実質的に垂直な方向に取り付け位置に向かって挿入される。
【0065】
取り付け位置へのエンコーダアセンブリの位置合わせされた着座を促すために、サポート構造37は、エンコーダシャフト軸41に実質的に平行な方向に第1のブラケット壁47から近位に伸びる1対の合わせピン71、71’を含む。これらの合わせピン71、71’は、ブラケット部材46の後方部位に位置決めされ、ブラケット部材46を、及びそれゆえにエンコーダアセンブリ36を取り付け位置に適切に位置決めするためにU字型の位置合わせ壁72と協働するように構成される。図17及び図18は、位置合わせ壁72が、円筒状の合わせピン71、71’の最も外側の部分の間の間隔に実質的に等しい距離で互いから横方向に隔てられた1対の相対する外側接触壁73、73’を含むことを、最も良く示している。
【0066】
外側接触壁73、73’は、エンコーダアセンブリを取り付け位置に誘導する形で相対する合わせピン71、71’に滑動式に接触するように位置決め及び方向付けされる(図3、図18、及び図19)。これらの相対する各接触壁73、73’は、好ましくは、互いに実質的に平行に方向付けられた対応する接触面内に実質的に含まれる。そのうえ、これらの壁は、更に、チャンバ軸に実質的に平行に方向付けられる。もちろん、位置合わせ壁72、並びに対応する合わせピン71、71’の配置及び位置決めは、エンコーダアセンブリをアクチュエータケース内に及びその他の関連コンポーネントに相対的に適切に位置決め及び方向付けするように協働する限り、その他の形をとってもよいことがわかる。
【0067】
そのうえ、合わせピン71、71’は、第2のブラケット壁64から遠位に伸びる形でブラケット部材46を通り抜けて伸びてもよいことがわかる。合わせピン71、71’の末端側は、上述されたエンコーダモジュール45の、取り付けための合わせピンを兼ねてよい。
【0068】
ブラケット部材46を取り付け位置において更に方向付けるために、ブラケット部材46の挿入部分51は、チャンバ内壁と突き合わせ接触するように形成及び寸法決定された突き合わせ端52を含む。後ほど更に詳しく説明されるように、この突き合わせ接触は、取り付け位置にあるときに、チャンバ軸31に実質的に垂直な−Y方向(図3及び図5)へのブラケット部材の微小な変位を制限する。
【0069】
PCセンサボード64及びコネクタ76を保護するためにそれらの裏側を覆う着脱式のPCBカバー75が含まれる。ケース内の対応するスロット78内に受け入れられる、PCBカバー上に設けられた1組の脚77の使用によって、PCBカバー75は、バルブデバイス22がアクチュエータアセンブリ23に取り付けられていないときにのみ取り外されるように設計される。各脚77は、バルブデバイス22がアクチュエータケース27に取り付けられていないときに末端側筒部分の貫通チャンバの末端側開口を通してのみアクセス可能である終端タブ80を含む(図11及び図12)。
【0070】
次に、図2、図20、及び図21を参照すると、ドライブシャフト集合体を含むドライブアセンブリ24が示されている。このドライブシャフト集合体は、この構成では、実際は、基部側に位置決めされた円盤状のギアキャリアプラットフォーム82を有するシャフトキャリアデバイス81と、ギアトレインアセンブリ83と、円盤状の中間キャリアプラットフォーム85とを主に含む、軸方向に配されたコンポーネントの集まりである。中間キャリアプラットフォーム85が、ドライブアセンブリ24の基部側部分に位置決めされる一方で、シャフトキャリアデバイス81は、ドライブアセンブリ24の末端側部分に位置決めされる。中間キャリアプラットフォーム85及びシャフトキャリアデバイス81は、ドライブシャフト回転軸33に沿って同軸に位置合わせされ、互いに対して軸方向にサポートされるが、後ほど更に詳しく説明されるように、互いに対する相対的な回転結合を提供するのは、ギアトレインアセンブリ83である。したがって、ドライブアセンブリ24がケース27内に組み付けられるときに、ドライブモータのモータシャフト35は、中間キャリアプラットフォーム85と回転式に嵌め合わされ、すると、中間のキャリアプラットフォーム85は、ギアトレインアセンブリ83と回転式に通じ合う。すると、ギアトレインアセンブリ83は、ギアキャリアプラットフォーム82を通じてシャフトキャリアデバイス81と回転式に通じ合い、すると、ギアキャリアプラットフォーム82は、エンコーダアセンブリがアクチュエータ27内の取り付け位置に配されたときにエンコーダシャフト38と嵌り合う。
【0071】
一実施形態では、ギアトレインアセンブリ83は、少なくとも1つのギア減速ドライブ86を含み、該ドライブ86は、ドライブモータデバイス21のモータシャフト35に結合される。ドライブモータの速度及び/又はバルブデバイスの所望回転作動速度によっては、1つの減速ギアトレインで十分かもしれない。高トルクで低速度のドライブモータデバイス21が用いられるその他の実施形態では、第1のギア減速ドライブ86と直列に第2のギア減速ドライブ87が配されてよい。例えば、ドライブモータは、カリフォルニア州(95054)サンタクララのラッセルアベニュー1990のリン・エンジニアリング(Lin Engineering)によって製造されるパーツ#4118L−03E−06ROのような、ステップ式の電気モータによって提供されてよい。
【0072】
1つのギア減速ドライブ又は(図に示されるように)2つのギア減速ドライブのいずれが用いられるにせよ、各減速ドライブは、基本的に、従来と同様に機能する。簡潔に言うと、各減速ドライブ86、87は、プラネタリギアのセット91、92によって取り囲まれたそれぞれのピニオンギア88、89を含む。各プラネタリギアは、それぞれ、ギアキャリアプラットフォーム82及び中間キャリアプラットフォーム85のそれぞれのポスト93、95に回転式に取り付けられる(図2、図16、及び図21)。同様に、各キャリアプラットフォームは、ドライブシャフト軸33を中心としてプラネタリギアを回転させる形でプラネタリギアによってアクチュエータケース内に浮いた状態でサポートされる。図3から最も良くわかるように、例えば、各プラネタリギア91、92は、それぞれのピニオンギア又はサンギア88、89の歯車、及びケースの基部側部分の近くにおいてケースの内壁に組み入れられた内部リングギア96の歯車と係合するように方向付けられる。
【0073】
したがって、モータシャフト35及びモータピニオンギア88がモータシャフト軸90を中心として回転するのに伴って、第1の減速ドライブ86のプラネタリギア91は、モータピニオンギア88を通じてそれぞれのポスト93を中心として回転させられ、これは、ひいては、駆動軸を中心とした中間キャリアプラットフォーム85の回転を引き起こす。すると、これは、中間キャリアプラットフォーム85に固定式に取り付けられた第2のピニオンギア89を回転させる。第1の減速ドライブ86と同様に、第2の減速ドライブ87のプラネタリギア92は、第2のピニオンギア87を通じてそれぞれのポストを中心として回転させられ、これは、ひいては、駆動軸33を中心としたギアキャリアプラットフォーム82の回転を引き起こす。全体として、これらのギアトレイン減速は、取り付けられたバルブデバイスを所望速度で作動させるように協働する。
【0074】
次に、図2及び図21を見ると、中間キャリアプラットフォーム85は、そこから遠位に伸びる階段状の中心位置合わせポスト97を有する概ね円盤状である。具体的な一実施形態では、第2のピニオンギア89が、位置合わせポスト97の周りに環状に一体的に形成され、中間キャリアプラットフォーム85から直立している。しかしながら、第2のピニオンギアは、キャリアプラットフォームとは別個であってもよく、ただし、やはり同様にキャリアプラットフォームに取り付けられる。
【0075】
位置合わせポスト97と第2のピニオンギア89との間には、駆動軸33の周囲に広がる環状の受入スロット98も形成される。このスロット98は、説明されるように、キャリアプラグ100の基部側部分を滑動式に軸方向に受け入れるとともに回転式にサポートするように形成及び寸法決定される。このプラグ100は、組み立て時にシャフトキャリアデバイス81と中間キャリアプラットフォーム85とが連結されたときに、両者の間における軸方向の位置合わせを促すために、協働的な軸方向のサポートを提供する。
【0076】
その一方で、シャフトキャリアデバイス81(図15及び図16)は、その基部側部分に円盤状のギアキャリアプラットフォーム82を含む。ギアキャリアプラットフォーム82の一方の側から近位に伸びるのは、駆動軸を中心として等間隔に隔てられた複数のプラネタリギア取り付けポスト95である。キャリアプラットフォームの反対の側において、そこから遠位に伸びるのは、その基部側部分からその末端に向けて徐々に内向きに先細る細長い中心シャフトキャリア101である。
【0077】
簡潔に言うと、ドライブアセンブリ24が組み立てられるとき、中間キャリアプラットフォーム85は、基本的にドライブアセンブリの基部側部分を構成し、その一方で、シャフトキャリアデバイス81は、基本的にドライブアセンブリの末端側部分を構成する。次いで、ドライブアセンブリ24の基部側部分(すなわち中間キャリアプラットフォーム85)を、モータシャフト35の末端側部分に容易に結合することができる。
【0078】
次に、図3及び図5を見ると、エンコーダアセンブリ36がケースの側面開口32を通して位置決めされて、取り付け位置に着座されたら、シャフトキャリアデバイスは、エンコーダシャフト38の基部側部分に解放可能に結合することができる。これは、シャフトキャリア101の末端側部分を、アクチュエータケース27の内壁の環状壁部位102によって画定された中心通路に通して位置決めすることによって、最初に実施される。
【0079】
特定の一実施形態では、シャフトキャリア101の末端は、エンコーダシャフトのキー状基部側部分39を滑動式に軸方向に受け入れるように形成及び寸法決定された受入ソケット55に入り込む開口を画定する。図9及び図15は、受入ソケット55の横断面寸法が、エンコーダシャフト38の基部側部分39のそれよりも僅かに大きいが実質的に同様であることを、最も良く示している。したがって、エンコーダシャフト基部側部分39が受入ソケット55内に軸方向に受け入れられたら、駆動軸33を中心としたドライブアセンブリの回転運動は、エンコーダシャフト38に伝達される。
【0080】
具体的な一実施形態では、シャフトキャリア101をエンコーダシャフトに留め付けるために、エンコーダシャフト38の基端にあるネジ孔57内に螺合式に受け入れられる締め具58が適用される(図21)。締め具は、好ましくは、シャフトキャリアデバイス81の基端から軸方向に内向きに伸びる軸方向に伸びるプラグ受入ソケット103内に位置決めされる従来のネジなどによって提供される。プラグ受入ソケット103からエンコーダシャフト受入ソケット55へは、連絡通路104が伸びる。この通路104は、締め具58の締め具シャフト105を軸方向に滑動式に受け入れるように構成され、キャリアプラグ受入ソケット103及びエンコーダシャフト受入ソケット55のいずれの直径よりも寸法的に小さい直径を有する。
【0081】
締め具58は、エンコーダシャフト38の基部側部分39がシャフトキャリアの受入ソケット55内に軸方向に受け入れられるときに、プラグ受入ソケット103の開口を通じて連絡通路104に挿入することができる。エンコーダシャフト38の基端において、締め具シャフト105が締め具開口57内に螺合式に受け入れられるのに伴って、締め具38のヘッド部分106は、プラグ受入ソケット103の末端に形成された末端側ショルダ107に軸方向に接触し、シャフトキャリアデバイス81をエンコーダシャフト38に螺合式に留め付ける。
【0082】
エンコーダアセンブリ36がシャフトキャリアデバイス81に留め付けられたら、ギアトレインアセンブリ83の残りの部分(すなわち、プラネタリギア91、92、ピニオンギア88、89、及び中間ギアプラットフォーム)を組み立てることができる。駆動軸33を中心とした、ドライブアセンブリコンポーネントの中心揃えを促すために、組み立て時には、モータシャフト35及び中間キャリアプラットフォーム85が、ともに、隣接するギアキャリアプラットフォーム82と嵌り合う。図3及び図21は、モータシャフト35が、中間キャリアプラットフォーム85の軸方向スロット110内に滑動式に挿入されてその中で回転するようにサイズ決定された末端側のフィンガ部分108を含むことを、最も良く示している。したがって、末端側のフィンガ部分108は、モータシャフト35及びピニオンギア88が回転するのに伴って、中間キャリアプラットフォーム85の軸方向スロット110内において回転するが、それらの間における回転式のサポートは、回転駆動軸33との部分的な軸方向の位置合わせを提供する働きをする。
【0083】
上記のように、中間キャリアプラットフォーム85とギアキャリアプラットフォーム82との間おける回転サポート並びに軸方向の位置合わせ及び結合に関しては、それらの間にキャリアプラグ100が適用される。したがって、中間キャリアプラットフォーム85の環状受入スロット98と、キャリアプラグ100の基部側部分との間における関係と同様に、シャフトキャリアデバイス81のプラグ受入ソケット103の横断面寸法は、その中にキャリアプラグ100の末端側部分を滑動式にちょうど受け入れ可能であるために、キャリアプラグの末端側部分の横断面寸法よりも僅かに大きいが実質的に同様である。したがって、入れ子式に合体されて取り付け関係になったら、ドライブトレインアセンブリは、これらのドライブアセンブリコンポーネントを、駆動軸33を中心として位置合わせされた形で回転させる。
【0084】
ギアトレインアセンブリのギア減速比に応じ、シャフトキャリアデバイス81及び中間キャリアプラットフォーム85のそれぞれの回転軸を中心とした回転速度は異なる。したがって、キャリアプラグ100は、シャフトキャリアデバイス81のプラグ受入ソケット103内及び中間キャリアプラットフォーム85の環状受入スロット98内の少なくとも一方又は両方において回転される。このため、キャリアプラグは、一方又は両方のキャリアプラットフォームに対する軸受けサポートを必要とする。
【0085】
具体的な一実施形態では、キャリアプラグ100は、中間キャリアプラットフォーム85の環状受入スロット98内において回転している一方で、シャフトキャリアデバイス81に対しては回転静止しているように構成される。これは、ギアがその他の内部嵌め合いコンポーネントと中心揃え及び位置合わせされるという点で有益である。
【0086】
キャリアプラグ100をシャフトキャリア101に相対的に回転固定し、これら2つのコンポーネントをそれぞれの回転軸を中心として、単一のユニットして回転させるために、キャリアプラグ100の末端側部分は、軸方向に伸びる1対の相対するリブすなわちキー部分112を含む。キャリアプラグキー部分112に適応するために、シャフトキャリアデバイス81のプラグ受入ソケット103を画定する円筒状の壁は、キャリアプラグが受入ソケット103内に受け入れられるのに伴ってキーをその中に滑動式に受け入れるようにサイズ決定及び寸法決定された軸方向に伸びる1対の対応するキースロット113を画定する。
【0087】
図3に示されるように、マイクロ流体バルブシステム20のコンポーネントが適切に位置合わせされたときに、ドライブシャフト軸33、エンコーダシャフト軸41、及びバルブシャフト軸は、全て、互いに実質的に同軸であるとともにチャンバ軸31と実質的に同軸であるように方向付けられる。しかしながら、本発明にしたがうと、本発明のマイクロ流体バルブシステム20は、バルブシャフト25へのドライブアセンブリ24の動作結合を維持しつつ、アクチュエータケース内において、3つの自由度に沿った(図11〜13)、一ユニットとしてのエンコーダアセンブリの微小な運動すなわち浮遊を可能にする。
【0088】
したがって、エンコーダシャフト38の基部側部分39とドライブアセンブリ24との間における、及びエンコーダシャフトの末端側部分とバルブシャフト25との間における微小な位置ずれは、3つの自由度のうちの1つ又は2つ以上の自由度に沿ったエンコーダアセンブリ36の微小な変位によって適応される。エンコーダアセンブリ36のエンコーダホイール44及びエンコーダモジュール45は、アクチュエータケース内への組み付けに先立って、事前に較正及び位置合わせされており、したがって、上述されたいかなる微小な位置ずれも、エンコーダデバイス40の機能性に影響を及ぼすことはない。
【0089】
合わせピン71、71’と、アクチュエータケース27の接触壁73、73’との間における位置合わせされた接触は、X−X方向に沿った、一ユニットとしてのエンコーダアセンブリの変位を阻止又は抑制する。図18に示されるように、X−X方向は、チャンバ軸31の方向に伸びるZ−Z方向に垂直である。更に、2つの接触壁73、73’を実質的に内包する平行面は、X−X方向に実質的に垂直であるとともにZ−Z方向に実質的に平行であるように方向付けられる。相対するこれらの接触壁73、73’は、したがって、X−X方向に沿った、合わせピン71、71’の、及びそれゆえに一ユニットとしてのエンコーダアセンブリ36の変位を実質的に阻止する。
【0090】
しかしながら、相対する位置合わせ壁は、+Z方向への(図12及び図18)若しくはY方向への(図11)各合わせピン71、71’の微小な変位を阻止しない、又は合わせピン71、71’がY−Y方向に沿って非均等距離で微小に変位するのに伴った、回転軸115を中心としたエンコーダアセンブリ36の微小な回転(図13及び図18)を阻止しない。全体として、これらの運動は、本発明の、アクチュエータケース内の取り付け位置におけるエンコーダアセンブリ36の微小な(おおよそ)変位の3つの自由度を説明している。
【0091】
より具体的には、図11に戻り、第1の自由度は、Y−Y方向に沿った、一ユニットとしてのエンコーダアセンブリ36の微小な変位である。言及されたように、この方向は、側面開口32を通るエンコーダアセンブリ36の挿入方向(図4及び図5)に実質的に一致するように方向付けられる。本発明にしたがうと、例えば、(図示されてはいないが)モータシャフト35のモータシャフト軸90と、バルブデバイス22のバルブシャフト回転軸26との間におけるY−Y方向への微小な位置ずれ(図11)は、+Y方向へのエンコーダアセンブリ36の変位と、モータシャフト35の末端側フィンガ部分108をこのフィンガ部分108に垂直に通って伸びる軸を中心としたX−X方向へ中間キャリアプラットフォーム85の微小な回転とによって適応される。全体として、図3を図11と比較し、本発明にしたがうと、これらの微小な位置ずれは、取り付け位置から+Y方向へのブラケット部材46の変位によって適応することができる。具体的な一実施形態では、アクチュエータケースの接触リブ49に対する突き合わせ端52の変位の範囲は、図3に示される精密な向きから+Y方向に少なくとも約0.013インチ〜0.014インチ(約0.033〜0.036センチ)の範囲である。
【0092】
図12は、アクチュエータケースのチャンバ軸31に平行なZ−Z方向に沿った、第2の自由度に沿ったエンコーダアセンブリの運動を最も良く示している。繰り返し述べるが、(図示されてはないが)モータシャフト35とバルブシャフト25との間におけるZ−Z方向への微小な位置ずれは、ドライブアセンブリコンポーネント間の分離によって吸収される。特定の一実施形態では、キャリアシャフトデバイス81は、キャリアプラグ100の基部側部分が中間キャリアプラットフォーム85の環状受入スロット98から遠位に動くのに伴って、Z−Z方向に沿って中間キャリアプラットフォーム85から離れることができる。全体として、この構成は、エンコーダアセンブリ36が、図3において、少なくとも約0.040〜0.041インチ(約0.102〜0.104センチ)の範囲で+Z方向に微小に変位することを可能にする。
【0093】
次に、図13及び図18を見ると、第3の自由度は、合わせピン71、71’が、対応する接触壁73、73’に沿って取り付け位置から+Y方向に非均等距離で微小に変位するのに伴った、エンコーダアセンブリ36の、(実質的にZ−Z方向に伸びる)回転軸115を中心とした集合的回転の結果である(図13及び図18)。結果生じるエンコーダアセンブリ36の回転は、チャンバ軸31に実質的に平行に伸びるとともに合わせピン71、71’のそれぞれの長手方向軸の間を二等分する地点において方向付けられた回転軸115を中心とした回転である。全体として、図13に示されるように、この構成は、エンコーダアセンブリ36が軸115を中心として少なくとも約±3°の範囲で回転式に微小に変位することを可能にする。
【0094】
本発明にしたがうと、マイクロ流体バルブシステム20は、1つのアクチュエータアセンブリ23に1つ又は2つ以上の多位置バルブデバイス22が着脱式に取り付けられて、それぞれ再構成された全く異なる液体終端システムとして機能することも可能にする。例えば、6位置マイクロ流体バルブシステムが、10位置マイクロ流体バルブシステムに、又はひいては15位置マイクロ流体バルブシステムに再構成されてよく、いずれも、同じアクチュエータアセンブリによって動作及び制御される。最多で96位置のバルブが使用可能であるが、一般的には、最多で24位置のバルブが実用的である。後ほど更に詳しく説明されるように、選択されたバルブがアクチュエータアセンブリに対して位置合わせ及び取り付けされ、そのバルブが識別されたら、エンコーダアセンブリ36は、その選択されたバルブデバイスを動作させるように再プログラムすることができる。再構成されたバルブシステムは、したがって、2タイプ以上の多位置マイクロ流体バルブを制御するように動作することができる。
【0095】
バルブデバイス22は、液体クロマトグラフィなどの解析プロセスに適用される従来の高圧多孔バルブ又は高圧多位置バルブによって提供されてよい。例えば、従来のせん断面バルブは、モデル番号7770−262の、レオダイン(Rheodyne)のTitanHTバルブ又はTitanHTEバルブなどである。図14に示されるように、これらのバルブデバイス22は、通常は、多位置バルブコンポーネントをその中に内包した円筒状のケースボディ120を含む。簡潔に言うと、バルブコンポーネントは、通常は、それらの間の境界面において流体密接触しているロータデバイス121とステータデバイス122とを含む(図3)。簡潔に言うと、ロータデバイス121は、バルブ回転軸26を中心としてバルブシャフト25に回転式に取り付けられており、1つ又は2つ以上の流体チャネルを画定するロータ面を内包している。ロータ面が、ステップ式モータデバイス21を通じてバルブ軸26を中心として制御式に回転されるのに伴って、ロータデバイスの面内に内包された1本又は2本以上の流体チャネルは、ステータデバイスのステータ面に沿って内包された複数の流体ポートとの間における連絡管すなわち連絡通路として機能する。要するに、ロータ面チャネルが、ステータ面上の対応する流体ポートと位置合わせされるのに伴って、ロータ面チャネルを通じて対応する流体ポートとの間において流体を連絡させることが可能になる。
【0096】
したがって、選択されたバルブデバイス22を、結合デバイス123を通じてアクチュエータアセンブリ23に対して位置合わせ及び取り付けすることによって、バルブデバイス22の切り替え位置決めを、エンコーダアセンブリ36とステップ式ドライブモータデバイス21との間に配された制御ユニット(不図示)を通じて精密に制御することができる。本質的に、この構成は、エンコーダホイール44を通じてエンコーダシャフト38を精密に動作させる及び位置決めすることを可能にする。したがって、どの多位置バルブデバイス22がアクチュエータケース27内に適切に位置合わせ及び着座されたかを決定することによって、制御ユニットは、任意のバルブについて精密な動作を実現できるように、その検出されたバルブに対応するようにプログラム及び動作することが可能である。
【0097】
上記のように、実質的に同軸に位置合わせされたシャフト間におけるトルクの伝達を可能にする結合デバイス123が、バルブデバイスシャフトをアクチュエータアセンブリシャフトに着脱式に結合するために用いられる。したがって、駆動アクチュエータ24のドライブシャフト集合体の回転は、バルブ軸26を中心としたバルブシャフト25の回転を付与する。具体的な一実施形態では、結合デバイス123は、エンコーダシャフト38の末端側部分42の筒部位125を含み、この部位は、バルブシャフト25の基部側部分をその中に滑動式に軸方向に受け入れるように形成及び寸法決定された実質的に円筒状の受入ソケット60を画定する。
【0098】
同軸位置合わせを更に促すために、図3及び図14は、バルブシャフト25がそこから軸方向に突き出す末端側ニップル部分126も含むことを、最も良く示している。このニップル部分126に適応するために、受入ソケット60は、更に、対応するニップル部分126をその中に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された縦中空部127を含む。同様に、結合デバイス123のコンポーネント間の相互接続において、シャフトキャリアデバイス81の末端側筒部分42に形成された受入ソケット60の横断面寸法も、やはり、その中に結合デバイスを滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定される。
【0099】
アクチュエータアセンブリへのバルブデバイス22の結合動作では、結合デバイス123をエンコーダホイール44に相対的に適切に位置合わせすることが重要である。この位置合わせは、バルブシャフト25を横断して伸びる通路128内にプレス嵌めされて設けられたピン部材62を提供することによって実施される。ピン部材62の一端には、ピン部材のシャフト部分131よりも広い直径を有することによってピン部材が通路128を通り抜けることを阻止するヘッド部分130がある。
【0100】
説明されたような、横断して設けられたピン部材62に適応するために、シャフトキャリアデバイス81の末端側部分42の筒部位125には、対応する位置合わせスロット61が横断して伸びる。横断する位置合わせスロット61の一方の側は、もう一方の側よりも僅かに広く、その一方の側がピン部材のヘッド部分130を受け入れ、もう一方の側がシャフト部分を受け入れる。したがって、バルブシャフト25の基部側部分は、シャフトキャリアデバイス81に対して1つの向きでのみ位置合わせ及び結合することができる。
【0101】
したがって、選択されたバルブデバイス22をアクチュエータアセンブリ23に結合するときに、結合デバイス123は、エンコーダシャフト38に相対的に適切に位置合わせ及び方向付けされる。コンポーネントの係合時には、バルブシャフト25がアクチュエータアセンブリ23のエンコーダシャフト38に向かって軸方向に動くのに伴って、バルブシャフト25の基端は、エンコーダシャフト38の筒部分42の受入ソケット60内に軸方向に挿入される。バルブデバイスがアクチュエータケースに向かって軸方向に前進を続けるのに伴って、バルブシャフト25のニップル部分126は、末端側筒部位の受入中空部127(図3)内に滑動式に受け入れられる。同時に、横断して設けられたピン部材62は、横断する位置合わせスロット61内に滑動式に受け入れられる。したがって、この構成では、バルブシャフト25が結合デバイス123を通じてエンコーダシャフト38と嵌め合わされたら、エンコーダシャフト軸41及びバルブ軸26は、それぞれ、互いと、及び、概してチャンバ軸と実質的に同軸に方向付けられる。更に、結合デバイス123は、非常に高いねじれ剛性も与えるので、バルブシャフト25及びエンコーダシャフト38は、単一のユニットとして効果的に機能する。
【0102】
バルブシャフト25がエンコーダシャフト38と嵌め合わされたら、バルブデバイス22は、動作時におけるアクチュエータアセンブリとの間の相対的回転を阻止するために、アクチュエータアセンブリに留め付ける必要がある。バルブデバイスを留め付けるために、バルブデバイスは、アクチュエータアセンブリ23のケース27に着脱式に固定される。具体的な一構成では、バルブデバイス22の円筒状ボディ132の少なくとも基部側部分が、アクチュエータケース27の末端側筒部分43の末端側開口(図3及び図17)内に、そして貫通チャンバ28内に受け入れられる。この構成は、更に、バルブボディ132とアクチュエータケース27との間に横方向のサポートを提供するので、いずれのコンポーネントに作用するいかなる横力も、結合デバイス又は回転シャフトに伝達されない。
【0103】
結合デバイス123のコンポーネントが相互に係合するのに伴って、バルブボディ132の基部側部分は、同時に、筒部分の末端側開口133を通してアクチュエータケース27の貫通チャンバ28内に滑動式に受け入れられる。バルブボディ132の基部側向き環状ショルダ135は、バルブボディ132から半径方向外向きに突き出しており、ケースの筒部分43の環状リム136に突き当たって筒部分43への受け入れを制限する働きをする。この嵌め合いは、また、長手方向における、結合デバイスコンポーネントとドライブシャフトコンポーネント集合体との相互係合とも一致する。
【0104】
バルブボディをアクチュエータケースに完全に留め付けるために、環状リム136の外側壁に螺合式に取り付けられるスパナナット138が用いられる。スパナナット138のねじ筋が、対応する環状リム136のネジ筋と嵌り合うのに伴って、スパナナットのリップ部分が、バルブボディ132の突き出し環状ショルダ135に係合し、バルブデバイス22をアクチュエータアセンブリ23にロックする。
【0105】
スパナナットによる、バルブデバイス22に対するこの軸方向の押し付けは、バルブデバイス22とモータデバイス21との間においてエンコーダシャフト38とドライブシャフトコンポーネント集合体とを押し合わせるという更なる利点を提供する。これは、動作時にコンポーネント間における軸方向運動を排除するために、及びアクチュエータケース内にバルブを留め付けるために重要である。
【0106】
また、ステータデバイスのステータ面のポートを、それらのポートが選択的に接続可能であるようにロータ面のチャネルと適切に連絡させるためには、それらのポートを適切に位置合わせ又は位置決めすることも必須である。同様に、この位置合わせは、バルブデバイスを位置合わせして方向付けるためにバルブデバイス22のボディ132とアクチュエータアセンブリ23のケース27との間で協働するように構成されたバルブキーメカニズム140を提供することによって実施される。図3、図10、及び図14は、キーメカニズム140が、単純なキーとスロットとからなる構成によって提供されることを、最も良く示している。一実施形態では、ケースの筒部分43の環状リム136が、長手方向に伸びる突起スロット141を含む一方で、バルブデバイス22のボディ132は、そこから半径方向に突き出す突起142を含む。突起スロット141は、アクチュエータケースの末端側筒部分43内にバルブボディ132が受け入れられるときに突起142を長手方向に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定される。バルブボディ132とアクチュエータケース27との間におけるこの位置合わせは、バルブをアクチュエータ内に位置決めし、それによって、ステータデバイス122のポートを、ロータデバイス121のロータチャネルによって選択的にアクセス可能な既知の向きに位置決めする働きをする。
【0107】
本発明の別の態様では、システムの全ての係合コンポーネントが、いかなる外部潤滑の適用の必要性も排除する材料で構成される。ギアトレインコンポーネント、結合デバイスコンポーネント、及び軸受けコンポーネントの材料組成に潤滑充填剤又はカプセル封入潤滑剤を組み入れることによって、外部潤滑を求めるいかなるメインテナンス要求も排除する十分な量の潤滑が与えられる。したがって、システムの全作動寿命にわたってメインテナンス要求が大幅に低減される。
【0108】
例えば、具体的な一実施形態では、システムのコンポーネントは、その全部又は一部を、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE若しくはTEFLON(商標))又はポリパーフルオロポリエーテル(PFPE)などの潤滑充填剤を内包する射出成形された高強度設計複合材料で構成することができる。例えば、ボール軸受け、ギア、結合部材、ドライブシャフト、及びキャリアプラットフォームは、全て、約15%のPTFEを組み入れた約30%のガラス充填ナイロンなどの、高強度射出成形プラスチックで構成される。ボール軸受けは、加えて、約1%のPFPEを組み入れている。これらの組成は、非常に長い動作寿命を伴った高強度及び高ねじれ剛性を提供し、それと同時に、いかなる追加の外部潤滑も必要とすることなく何百万回もの作動を可能にする。同様に、アクチュエータケース27も、やはり、約15%のPTFEを組み入れた約30%のカーボン充填ポリエステルなどの、高強度射出成形プラスチックで構成される。
【0109】
本発明の更に別の態様では、アクチュエータアセンブリにどのタイプ又は種類のバルブデバイス22が着脱式に取り付けられているかの識別を促すために、バルブ識別デバイス(不図示)が含められる。前述されたように、本発明は、同じアクチュエータアセンブリ23に2つ又は3つ以上の異なる多位置バルブデバイスが取り付けられることを可能にしつつもその精密な動作を可能にする。しかしながら、取り付けられたバルブデバイスを適切に動作させるためには、どのバルブデバイスがアクチュエータアセンブリに現在取り付けられているか(すなわち、それが6位置バルブであるか又は10位置バルブであるかなど)を識別することが必須である。
【0110】
識別デバイスは、バルブデバイスに添付された一連のマークのように単純であってよく、この場合、オペレータは、どの命令セットが上記の制御ユニット(不図示)に対応するかを能動的に選択する必要があるであろう。識別は、しかしながら、電子的に実施されるほうが好ましい。現在では、主に小売業界において情報を迅速に伝達するために、2つの技術が広く応用されている。技術の1つは、より多くの情報をコード化するためにUPC商品コーディング及び3Dグリッドパターンにおいて広く使用されている、ラインフォーマットでの光学バーコーディングである。小売業界において好評を博している識別技術は、無線周波数ID(RFID)である。RFIDは、小売業界において商品を保証するために及びRF照会に受動的に応答するために又はポーリングされたときに能動的に(バッテリを伴った、より複雑なデバイス)情報をブロードキャストするために、通常に適用されている。
【0111】
この具体的な応用では、これらの能動RFIDデバイスは、マスタ制御ユニットとやり取りするために及びマスタ制御ユニットによってプログラムされるために用いることも可能である。対応するバルブデバイスにトランスミッタデバイスを取り付けることによって、その機器と嵌め合わされる可能性がある全ての互換性モジュールを、マスタコントロールユニットに結合されたレシーバ(リーダ)デバイスを用いて読み取ることができる。マスタコントローラは、識別及び/又は受信されたID番号に対応する命令セットによってプログラムされる必要がある。このようにすれば、システムは、そのバルブデバイスに対応する命令セットに合わせて制御ユニットを自動的に構成することができる。
【0112】
更に、このようなRFIDデバイスは、情報伝達手段としてシステムに適用することができる。もしコンポーネントがメインテナンス目的又は再構成目的のいずれかのために交換可能であれば、解析機器の能力は、向上されるであろう。メインテナンスの場合は、マスタコントローラがコンポーネントのメインテナンスをいつ要求するかを知ることができるように、機器コントローラに伝達される情報の一部は、予期される寿命又は定期的なメインテナンスを含んでよい。セットアップ又は構成の場合は、IDコードは、1)アクチュエータに対するモータ駆動パラメータの再定義(速度又はトルクの変更に有用である)、及び、2)センサ出力の再定義(アクチュエータの角度位置の変更に有用である)、を含みえる再プログラミング命令セットを初期化するであろう。したがって、新規の応用は、或るタイプのコーディングを用いて、マスタコントローラにその特定の構成の特性及び能力を知らせることである。
【0113】
本発明は、発明を実施する好ましい形態及びその変更に関連して説明されているが、当業者ならば、以下の特許請求の範囲内においてその他の多くの変更が可能であることを理解するであろう。したがって、発明の範囲は、いかなる形であれ上記の説明によって限定されることを意図されず、むしろ、専ら以下の特許請求の範囲を参照することによって決定される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ドライブモータと多位置マイクロ流体バルブデバイスとの間に動作可能に取り付けられるマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、前記バルブデバイスは、複数の離散的な流体分配位置の間においてそのバルブ軸を中心として回転するバルブシャフトを有し、前記アクチュエータアセンブリは、
基部側部分と末端側部分とチャンバ軸とを有する内部貫通チャンバを画定する内壁と、外壁とを有するアクチュエータケースと、
前記チャンバ内において前記基部側部分の近くに回転式に位置決めされ、前記チャンバ軸と実質的に同軸に位置決めされた回転駆動軸を有するドライブアセンブリであって、前記駆動軸は、前記ドライブモータに回転式に結合された基部側部分を有する、ドライブアセンブリと、
サポート構造と、エンコーダシャフト軸を中心とした回転のために前記サポート構造に回転式に取り付けられたエンコーダシャフトと、前記エンコーダシャフト軸を中心とした回転のために前記エンコーダシャフトに取り付けられたエンコーダホイールと、前記サポート構造に取り付けられたエンコーダモジュールとを含む独立型のエンコーダアセンブリであって、前記エンコーダデバイスモジュールは、前記エンコーダシャフト軸を中心とした前記エンコーダシャフトの回転位置を決定するために、事前にセットされた一ユニットとして前記エンコーダホイールと協働し、前記サポート構造は、前記ケース内における取り付け位置への位置決め用に構成され、前記多位置流体バルブデバイスが前記アクチュエータケースの前記末端側部分に取り付けられたときに、前記ドライブアセンブリの末端側部分への前記エンコーダシャフトの基部側部分の回転結合を可能にするとともに前記バルブシャフトの基部側部分への前記エンコーダシャフトの末端側部分の回転結合を可能にする、エンコーダアセンブリと、
を備え、
前記サポート構造は、前記アクチュエータケースへの直接的な剛結合を有さない、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項2】
請求項1に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記サポート構造は、3つの自由度における前記ケースに相対的な前記エンコーダアセンブリの微小な運動を許容するために、前記取り付け位置において、前記ケースと協働するように構成される、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項3】
請求項2に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
1つの自由度は、前記チャンバ軸に実質的に平行な方向への微小な運動を含む、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項4】
請求項3に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記微小な運動は、少なくとも約0.041インチ(約0.104センチ)の範囲である、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項5】
請求項2に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
1つの自由度は、前記チャンバ軸に実質的に垂直な方向への微小な運動を含む、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項6】
請求項5に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記微小な運動は、少なくとも約0.014インチ(約0.036センチ)の範囲である、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項7】
請求項2に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
1つの自由度は、前記チャンバ軸から隔てられたしかしながら前記チャンバ軸に実質的に平行に方向付けられた軸を実質的に中心とした微小な回転運動を含む、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項8】
請求項7に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記微小な回転運動は、少なくとも約±3°の範囲である、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項9】
請求項2に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記ケースの前記外壁は、前記外壁から前記内部貫通チャンバ内に至る側面開口を画定し、前記側面開口は、前記取り付け位置への前記エンコーダアセンブリの挿入を受け入れるように形成及び寸法決定される、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項10】
請求項9に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記ケースは、前記ケース側面開口からアクセス可能な相対する位置合わせ壁を含み、
前記サポート構造は、前記エンコーダアセンブリが前記取り付け位置にあるときに、前記相対する位置合わせ壁に滑動式に係合するように構成された2本の相隔たれた合わせピンを含み、前記位置合わせ壁は、前記位置合わせ壁に垂直な方向への前記合わせピンの変位を実質的に阻止する、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項11】
請求項10に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記相対する位置合わせ壁は、前記チャンバ軸に実質的に平行に方向付けられた対応する接触面内に実質的に含まれる、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項12】
請求項11に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記相対する位置合わせ壁の前記対応する接触面は、更に、互いに実質的に平行に方向付けられる、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項13】
請求項10に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記サポート構造は、第1のブラケット壁と、相対する第2のブラケット壁とを有する略板状のブラケット部材を含み、前記合わせピンは、前記第1のブラケット壁から外向きに伸びる、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項14】
請求項13に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記エンコーダシャフト軸は、前記第1のブラケット壁及び前記第2のブラケット壁を横断するように方向付けられる、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項15】
請求項13に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記エンコーダモジュールは、前記第2のブラケット壁に取り付けられる、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項16】
請求項13に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記ブラケット部材は、更に、前記第1のブラケット壁と前記第2のブラケット壁との間に広がるとともにその挿入部分に向かって互いに対して内向きに先細る相対する側壁を含み、前記挿入部分は、前記ケース側面開口を通した前記取り付け位置への前記エンコーダアセンブリの挿入の最初に挿入されるように構成される、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項17】
請求項16に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
1つの自由度は、前記エンコーダシャフト軸に実質的に垂直な方向への微小な運動を含み、
前記ブラケット部材の前記挿入部分は、前記取り付け位置にあるときに、前記エンコーダシャフト軸に実質的に垂直な前記方向への前記ブラケット部材の前記微小な運動を制限するために、前記チャンバ内部壁と突き合わせ接触するように形成及び寸法決定された突き合わせ端を含む、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項18】
請求項1に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記ドライブアセンブリは、前記エンコーダシャフトの前記基部側部分に動作可能に取り付けられるように構成された末端側シャフト部分を有するシャフトキャリアデバイスと、前記ドライブモータに動作可能に取り付けられるように構成された基部側部分を有するキャリアプラットフォームと、前記駆動軸を中心とした前記シャフトキャリアデバイスの回転速度の選択的制御のために前記キャリアプラットフォームと前記シャフトキャリアデバイスとの間に動作可能に配されたギアトレインアセンブリとを含む、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項19】
請求項18に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記シャフトキャリアデバイスの末端は、前記エンコーダシャフトの基端を軸方向に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された受入ソケットに入り込む開口を画定する、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項20】
請求項19に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記エンコーダシャフトの前記基部側部分の横断面の面積と、前記シャフトキャリアデバイスの前記受入ソケットの横断面の面積とは、前記エンコーダシャフト軸を略中心としてそれらが位置合わせされて回転式に嵌まり合うように協働する、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項21】
請求項20に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記ドライブアセンブリは、更に、前記エンコーダアセンブリが前記取り付け位置にあるときに、前記シャフトキャリアデバイスを前記エンコーダシャフトに着脱式に固定する締め具を含む、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項22】
請求項1に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記エンコーダシャフトの末端は、前記バルブシャフトの基端を軸方向に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された受入ソケットに入り込む開口を画定する、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項23】
請求項22に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記バルブシャフトの前記基部側部分の横断面の面積と、前記エンコーダシャフトの前記受入ソケットの横断面の面積とは、前記エンコーダシャフト軸を略中心としてそれらが位置合わせされて回転式に嵌まり合うように協働する、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項24】
請求項23に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記ケース末端側部分は、前記バルブシャフトが前記エンコーダシャフトの前記受入スロットに受け入れられるときに、そこへの取り付けのために前記バルブデバイスの少なくとも一部分を滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された末端開口を有する筒部分を含む、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項25】
ドライブモータに動作可能に取り付けられる多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
基部側部分と末端側部分とチャンバ軸とを有する内部貫通チャンバを画定する内壁と、外壁とを有するケースと、
前記チャンバ内において前記基部側部分の近くに回転式に位置決めされ、前記チャンバ軸と実質的に同軸に位置決めされた回転駆動軸を有するドライブアセンブリであって、前記駆動軸は、前記ドライブモータに回転式に結合された基部側部分を有する、ドライブアセンブリと、
サポート構造と、エンコーダシャフト軸を中心とした回転のために前記サポート構造に回転式に取り付けられたエンコーダシャフトと、前記エンコーダシャフト軸を中心とした前記エンコーダシャフトの回転位置を決定するように構成されたエンコーダデバイスとを含む着脱式で独立型で自己完結型のエンコーダアセンブリであって、前記サポート構造は、前記ケース内における取り付け位置への位置決め用に構成され、前記ドライブアセンブリの末端側部分への前記エンコーダシャフトの基部側部分の回転結合を可能にする、着脱式で独立型で自己完結型のエンコーダアセンブリと、
複数の離散的な流体分配位置の間においてそのバルブ軸を中心として回転するバルブシャフトを有し、前記エンコーダアセンブリが前記取り付け位置にあるときに前記エンコーダシャフトの末端側部分への前記バルブシャフトの基部側部分の回転結合を可能にする形で前記ケースの前記末端側部分に取り付け可能である多位置マイクロ流体バルブデバイスと、
を備え、
前記サポート構造は、前記アクチュエータケースへの直接的な剛結合を有さない、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項26】
請求項25に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記エンコーダデバイスは、前記エンコーダシャフト軸を中心とした回転のために前記エンコーダシャフトに取り付けられたエンコーダホイールと、前記サポート構造に取り付けられたエンコーダモジュールとを含み、前記エンコーダモジュールは、前記エンコーダシャフト軸を中心とした前記エンコーダシャフトの前記回転位置を決定するために、事前にセットされた一ユニットとして前記エンコーダホイールと協働する、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項27】
請求項25に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記サポート構造は、3つの自由度における前記ケースに相対的な前記エンコーダアセンブリの微小な運動を許容するために、前記取り付け位置において、前記ケースと協働するように構成される、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項28】
請求項27に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
1つの自由度は、前記チャンバ軸に実質的に平行な方向への微小な運動を含む、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項29】
請求項28に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記微小な運動は、少なくとも約0.041インチ(約0.104センチ)の範囲である、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項30】
請求項27に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
1つの自由度は、前記チャンバ軸に実質的に垂直な方向への微小な運動を含む、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項31】
請求項30に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記微小な運動は、少なくとも約0.014インチ(約0.036センチ)の範囲である、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項32】
請求項27に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
1つの自由度は、前記チャンバ軸から隔てられたしかしながら前記チャンバ軸に実質的に平行に方向付けられた軸を実質的に中心とした微小な回転運動を含む、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項33】
請求項32に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記微小な回転運動は、少なくとも約±3°の範囲である、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項34】
請求項27に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記ケースの前記外壁は、前記外壁から前記内部貫通チャンバ内に至る側面開口を画定し、前記側面開口は、前記取り付け位置への前記エンコーダアセンブリの挿入を受け入れるように形成及び寸法決定される、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項35】
請求項27に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記ケースは、前記ケース側面開口からアクセス可能な相対する位置合わせ壁を含み、
前記サポート構造は、前記エンコーダアセンブリが前記取り付け位置にあるときに、前記相対する位置合わせ壁に滑動式に係合するように構成された2本の相隔たれた合わせピンを含み、前記位置合わせ壁は、前記位置合わせ壁に垂直な方向への前記合わせピンの変位を実質的に阻止する、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項36】
請求項35に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記相対する位置合わせ壁は、前記チャンバ軸に実質的に平行に方向付けられた対応する接触面内に実質的に含まれる、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項37】
請求項36に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記相対する位置合わせ壁の前記対応する接触面は、更に、互いに実質的に平行に方向付けられる、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項38】
請求項35に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記サポート構造は、第1のブラケット壁と、相対する第2のブラケット壁とを有する略板状のブラケット部材を含み、前記合わせピンは、前記第1のブラケット壁及び前記第2のブラケット壁から反対方向へ外向きに伸びる、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項39】
請求項38に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記エンコーダシャフト軸は、前記第1のブラケット壁及び前記第2のブラケット壁を横断するように方向付けられる、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項40】
請求項38に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記エンコーダモジュールは、前記第2のブラケット壁に取り付けられる、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項41】
請求項38に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記ブラケット部材は、更に、前記第1のブラケット壁と前記第2のブラケット壁との間に広がるとともにその挿入部分に向かって互いに対して内向きに先細る相対する側壁を含み、前記挿入部分は、前記ケース側面開口を通した前記取り付け位置への前記エンコーダアセンブリの挿入の最初に挿入されるように構成される、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項42】
請求項41に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
1つの自由度は、前記エンコーダシャフト軸に実質的に垂直な方向への微小な運動を含み、
前記ブラケット部材の前記挿入部分は、前記取り付け位置にあるときに、前記エンコーダシャフト軸に実質的に垂直な前記方向への前記ブラケット部材の前記微小な運動を制限するために、前記チャンバ内部壁と突き合わせ接触するように形成及び寸法決定された突き合わせ端を含む、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項43】
請求項24に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記ドライブアセンブリは、前記エンコーダシャフトの基部側部分に動作可能に取り付けられるように構成された末端側シャフト部分を有するシャフトキャリアデバイスと、前記ドライブモータに動作可能に取り付けられるように構成された基部側部分を有するキャリアプラットフォームと、前記駆動軸を中心とした前記シャフトキャリアデバイスの回転速度の選択的制御のために前記キャリアプラットフォームと前記シャフトキャリアデバイスとの間に動作可能に配されたギアトレインアセンブリとを含む、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項44】
請求項41に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記シャフトキャリアデバイスの末端は、前記エンコーダシャフトの基端を軸方向に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された受入ソケットに入り込む開口を画定する、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項45】
請求項44に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記エンコーダシャフトの前記基部側部分の横断面の面積と、前記シャフトキャリアデバイスの前記受入ソケットの横断面の面積とは、前記エンコーダシャフト軸を略中心としてそれらが位置合わせされて回転式に嵌まり合うように協働する、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項46】
請求項45に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記ドライブアセンブリは、更に、前記エンコーダアセンブリが前記取り付け位置にあるときに、前記シャフトキャリアデバイスを前記エンコーダシャフトに着脱式に固定する締め具を含む、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項47】
請求項26に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記エンコーダシャフトの末端は、前記バルブシャフトの基端を軸方向に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された受入ソケットに入り込む開口を画定する、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項48】
請求項47に記載多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記バルブシャフトの前記基部側部分の横断面の面積と、前記エンコーダシャフトの前記受入ソケットの横断面の面積とは、前記エンコーダシャフト軸を略中心としてそれらが位置合わせされて回転式に嵌まり合うように協働する、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項49】
請求項48に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記ケース末端側部分は、前記バルブシャフトが前記エンコーダシャフトの前記受入スロットに受け入れられるときに、そこへの取り付けのために前記バルブデバイスの少なくとも一部分を滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された末端開口を有する筒部分を含む、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項50】
請求項25に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記多位置流体バルブデバイスは、最多で96位置の回転バルブを含む、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項51】
請求項50に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、更に、
前記アクチュエータアセンブリに着脱式に取り付けられるバルブデバイスのタイプの識別を促すように構成されたバルブ識別デバイスを備える、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項52】
ドライブモータと多位置マイクロ流体バルブデバイスとの間に動作可能に取り付けられるマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリのための着脱式で独立型で自己完結型のエンコーダアセンブリであって、前記バルブデバイスは、複数の離散的な流体分配位置の間においてそのバルブ軸を中心として回転するバルブシャフトを有し、前記アクチュエータアセンブリは、チャンバ軸を有する内部貫通チャンバを画定する内壁を伴ったケースを有し、前記エンコーダアセンブリは、
第1のブラケット壁と、概ね相対する第2のブラケット壁とを有し、前記ケースの前記内部貫通チャンバ内へ前記内部貫通チャンバ内の取り付け位置に挿入されるようにサイズ決定及び寸法決定された比較的剛性のブラケット部材と、
その基部側部分が前記第1のブラケット壁から外向きに伸びるとともにその末端側部分が前記第2のブラケット壁から外向きに伸びるように前記ブラケット部材に回転式に取り付けられたエンコーダシャフトであって、前記エンコーダアセンブリが前記アクチュエータケースの前記内部貫通チャンバ内の前記取り付け位置に実質的に位置決めされたときにエンコーダシャフト軸が前記チャンバ軸と概ね同軸になるように、前記ブラケット部材に相対的に方向付けられ、前記多位置流体バルブデバイスが前記アクチュエータアセンブリケースへの直接的な剛結合を有さないときに、前記ドライブモータへの前記エンコーダシャフトの前記基部側部分の回転結合を可能にするとともに前記バルブシャフトへの前記エンコーダシャフトの前記末端側部分の回転結合を可能にする、エンコーダシャフトと、
前記エンコーダシャフト軸を中心とした回転のために前記エンコーダシャフトに取り付けられたエンコーダホイールと、
前記ブラケット部材に取り付けられ、前記エンコーダシャフト軸を中心とした前記エンコーダシャフトの回転位置を決定するために事前にセットされた一ユニットとして前記エンコーダホイールと協働するエンコーダモジュールと、
前記取り付け位置に向かって前記内部貫通チャンバ内への前記エンコーダアセンブリの誘導を促すために前記アクチュエータケースと協働する形で前記ブラケット部材に取り付けられた位置合わせデバイスと、
を備えるエンコーダアセンブリ。
【請求項53】
請求項52に記載のエンコーダアセンブリであって、
前記位置合わせデバイスは、前記エンコーダアセンブリを前記取り付け位置に向かって誘導するために前記アクチュエータケースに滑動式に係合するように構成された2つの相隔たれた合わせピンを含む、エンコーダアセンブリ。
【請求項54】
請求項53に記載のエンコーダアセンブリであって、
前記合わせピンは、前記第1のブラケット壁から外向きに伸びる、エンコーダアセンブリ。
【請求項55】
請求項54に記載のエンコーダアセンブリであって、
前記エンコーダシャフト軸は、前記第1のブラケット壁及び前記第2のブラケット壁を横断するように方向付けられる、エンコーダアセンブリ。
【請求項56】
請求項55に記載のエンコーダアセンブリであって、
前記エンコーダモジュールは、前記第2のブラケット壁に取り付けられる、エンコーダアセンブリ。
【請求項57】
請求項56に記載のエンコーダアセンブリであって、
前記ブラケット部材は、更に、前記第1のブラケット壁と前記第2のブラケット壁との間に広がるとともにその挿入部分に向かって互いに対して内向きに先細る相対する側壁を含み、前記挿入部分は、前記取り付け位置に向かって前記ケース貫通チャンバ内への前記エンコーダアセンブリの挿入の最初に挿入されるように構成される、エンコーダアセンブリ。
【請求項1】
ドライブモータと多位置マイクロ流体バルブデバイスとの間に動作可能に取り付けられるマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、前記バルブデバイスは、複数の離散的な流体分配位置の間においてそのバルブ軸を中心として回転するバルブシャフトを有し、前記アクチュエータアセンブリは、
基部側部分と末端側部分とチャンバ軸とを有する内部貫通チャンバを画定する内壁と、外壁とを有するアクチュエータケースと、
前記チャンバ内において前記基部側部分の近くに回転式に位置決めされ、前記チャンバ軸と実質的に同軸に位置決めされた回転駆動軸を有するドライブアセンブリであって、前記駆動軸は、前記ドライブモータに回転式に結合された基部側部分を有する、ドライブアセンブリと、
サポート構造と、エンコーダシャフト軸を中心とした回転のために前記サポート構造に回転式に取り付けられたエンコーダシャフトと、前記エンコーダシャフト軸を中心とした回転のために前記エンコーダシャフトに取り付けられたエンコーダホイールと、前記サポート構造に取り付けられたエンコーダモジュールとを含む独立型のエンコーダアセンブリであって、前記エンコーダデバイスモジュールは、前記エンコーダシャフト軸を中心とした前記エンコーダシャフトの回転位置を決定するために、事前にセットされた一ユニットとして前記エンコーダホイールと協働し、前記サポート構造は、前記ケース内における取り付け位置への位置決め用に構成され、前記多位置流体バルブデバイスが前記アクチュエータケースの前記末端側部分に取り付けられたときに、前記ドライブアセンブリの末端側部分への前記エンコーダシャフトの基部側部分の回転結合を可能にするとともに前記バルブシャフトの基部側部分への前記エンコーダシャフトの末端側部分の回転結合を可能にする、エンコーダアセンブリと、
を備え、
前記サポート構造は、前記アクチュエータケースへの直接的な剛結合を有さない、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項2】
請求項1に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記サポート構造は、3つの自由度における前記ケースに相対的な前記エンコーダアセンブリの微小な運動を許容するために、前記取り付け位置において、前記ケースと協働するように構成される、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項3】
請求項2に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
1つの自由度は、前記チャンバ軸に実質的に平行な方向への微小な運動を含む、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項4】
請求項3に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記微小な運動は、少なくとも約0.041インチ(約0.104センチ)の範囲である、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項5】
請求項2に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
1つの自由度は、前記チャンバ軸に実質的に垂直な方向への微小な運動を含む、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項6】
請求項5に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記微小な運動は、少なくとも約0.014インチ(約0.036センチ)の範囲である、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項7】
請求項2に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
1つの自由度は、前記チャンバ軸から隔てられたしかしながら前記チャンバ軸に実質的に平行に方向付けられた軸を実質的に中心とした微小な回転運動を含む、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項8】
請求項7に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記微小な回転運動は、少なくとも約±3°の範囲である、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項9】
請求項2に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記ケースの前記外壁は、前記外壁から前記内部貫通チャンバ内に至る側面開口を画定し、前記側面開口は、前記取り付け位置への前記エンコーダアセンブリの挿入を受け入れるように形成及び寸法決定される、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項10】
請求項9に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記ケースは、前記ケース側面開口からアクセス可能な相対する位置合わせ壁を含み、
前記サポート構造は、前記エンコーダアセンブリが前記取り付け位置にあるときに、前記相対する位置合わせ壁に滑動式に係合するように構成された2本の相隔たれた合わせピンを含み、前記位置合わせ壁は、前記位置合わせ壁に垂直な方向への前記合わせピンの変位を実質的に阻止する、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項11】
請求項10に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記相対する位置合わせ壁は、前記チャンバ軸に実質的に平行に方向付けられた対応する接触面内に実質的に含まれる、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項12】
請求項11に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記相対する位置合わせ壁の前記対応する接触面は、更に、互いに実質的に平行に方向付けられる、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項13】
請求項10に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記サポート構造は、第1のブラケット壁と、相対する第2のブラケット壁とを有する略板状のブラケット部材を含み、前記合わせピンは、前記第1のブラケット壁から外向きに伸びる、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項14】
請求項13に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記エンコーダシャフト軸は、前記第1のブラケット壁及び前記第2のブラケット壁を横断するように方向付けられる、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項15】
請求項13に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記エンコーダモジュールは、前記第2のブラケット壁に取り付けられる、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項16】
請求項13に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記ブラケット部材は、更に、前記第1のブラケット壁と前記第2のブラケット壁との間に広がるとともにその挿入部分に向かって互いに対して内向きに先細る相対する側壁を含み、前記挿入部分は、前記ケース側面開口を通した前記取り付け位置への前記エンコーダアセンブリの挿入の最初に挿入されるように構成される、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項17】
請求項16に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
1つの自由度は、前記エンコーダシャフト軸に実質的に垂直な方向への微小な運動を含み、
前記ブラケット部材の前記挿入部分は、前記取り付け位置にあるときに、前記エンコーダシャフト軸に実質的に垂直な前記方向への前記ブラケット部材の前記微小な運動を制限するために、前記チャンバ内部壁と突き合わせ接触するように形成及び寸法決定された突き合わせ端を含む、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項18】
請求項1に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記ドライブアセンブリは、前記エンコーダシャフトの前記基部側部分に動作可能に取り付けられるように構成された末端側シャフト部分を有するシャフトキャリアデバイスと、前記ドライブモータに動作可能に取り付けられるように構成された基部側部分を有するキャリアプラットフォームと、前記駆動軸を中心とした前記シャフトキャリアデバイスの回転速度の選択的制御のために前記キャリアプラットフォームと前記シャフトキャリアデバイスとの間に動作可能に配されたギアトレインアセンブリとを含む、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項19】
請求項18に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記シャフトキャリアデバイスの末端は、前記エンコーダシャフトの基端を軸方向に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された受入ソケットに入り込む開口を画定する、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項20】
請求項19に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記エンコーダシャフトの前記基部側部分の横断面の面積と、前記シャフトキャリアデバイスの前記受入ソケットの横断面の面積とは、前記エンコーダシャフト軸を略中心としてそれらが位置合わせされて回転式に嵌まり合うように協働する、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項21】
請求項20に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記ドライブアセンブリは、更に、前記エンコーダアセンブリが前記取り付け位置にあるときに、前記シャフトキャリアデバイスを前記エンコーダシャフトに着脱式に固定する締め具を含む、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項22】
請求項1に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記エンコーダシャフトの末端は、前記バルブシャフトの基端を軸方向に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された受入ソケットに入り込む開口を画定する、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項23】
請求項22に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記バルブシャフトの前記基部側部分の横断面の面積と、前記エンコーダシャフトの前記受入ソケットの横断面の面積とは、前記エンコーダシャフト軸を略中心としてそれらが位置合わせされて回転式に嵌まり合うように協働する、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項24】
請求項23に記載のマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリであって、
前記ケース末端側部分は、前記バルブシャフトが前記エンコーダシャフトの前記受入スロットに受け入れられるときに、そこへの取り付けのために前記バルブデバイスの少なくとも一部分を滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された末端開口を有する筒部分を含む、マイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリ。
【請求項25】
ドライブモータに動作可能に取り付けられる多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
基部側部分と末端側部分とチャンバ軸とを有する内部貫通チャンバを画定する内壁と、外壁とを有するケースと、
前記チャンバ内において前記基部側部分の近くに回転式に位置決めされ、前記チャンバ軸と実質的に同軸に位置決めされた回転駆動軸を有するドライブアセンブリであって、前記駆動軸は、前記ドライブモータに回転式に結合された基部側部分を有する、ドライブアセンブリと、
サポート構造と、エンコーダシャフト軸を中心とした回転のために前記サポート構造に回転式に取り付けられたエンコーダシャフトと、前記エンコーダシャフト軸を中心とした前記エンコーダシャフトの回転位置を決定するように構成されたエンコーダデバイスとを含む着脱式で独立型で自己完結型のエンコーダアセンブリであって、前記サポート構造は、前記ケース内における取り付け位置への位置決め用に構成され、前記ドライブアセンブリの末端側部分への前記エンコーダシャフトの基部側部分の回転結合を可能にする、着脱式で独立型で自己完結型のエンコーダアセンブリと、
複数の離散的な流体分配位置の間においてそのバルブ軸を中心として回転するバルブシャフトを有し、前記エンコーダアセンブリが前記取り付け位置にあるときに前記エンコーダシャフトの末端側部分への前記バルブシャフトの基部側部分の回転結合を可能にする形で前記ケースの前記末端側部分に取り付け可能である多位置マイクロ流体バルブデバイスと、
を備え、
前記サポート構造は、前記アクチュエータケースへの直接的な剛結合を有さない、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項26】
請求項25に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記エンコーダデバイスは、前記エンコーダシャフト軸を中心とした回転のために前記エンコーダシャフトに取り付けられたエンコーダホイールと、前記サポート構造に取り付けられたエンコーダモジュールとを含み、前記エンコーダモジュールは、前記エンコーダシャフト軸を中心とした前記エンコーダシャフトの前記回転位置を決定するために、事前にセットされた一ユニットとして前記エンコーダホイールと協働する、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項27】
請求項25に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記サポート構造は、3つの自由度における前記ケースに相対的な前記エンコーダアセンブリの微小な運動を許容するために、前記取り付け位置において、前記ケースと協働するように構成される、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項28】
請求項27に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
1つの自由度は、前記チャンバ軸に実質的に平行な方向への微小な運動を含む、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項29】
請求項28に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記微小な運動は、少なくとも約0.041インチ(約0.104センチ)の範囲である、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項30】
請求項27に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
1つの自由度は、前記チャンバ軸に実質的に垂直な方向への微小な運動を含む、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項31】
請求項30に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記微小な運動は、少なくとも約0.014インチ(約0.036センチ)の範囲である、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項32】
請求項27に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
1つの自由度は、前記チャンバ軸から隔てられたしかしながら前記チャンバ軸に実質的に平行に方向付けられた軸を実質的に中心とした微小な回転運動を含む、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項33】
請求項32に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記微小な回転運動は、少なくとも約±3°の範囲である、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項34】
請求項27に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記ケースの前記外壁は、前記外壁から前記内部貫通チャンバ内に至る側面開口を画定し、前記側面開口は、前記取り付け位置への前記エンコーダアセンブリの挿入を受け入れるように形成及び寸法決定される、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項35】
請求項27に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記ケースは、前記ケース側面開口からアクセス可能な相対する位置合わせ壁を含み、
前記サポート構造は、前記エンコーダアセンブリが前記取り付け位置にあるときに、前記相対する位置合わせ壁に滑動式に係合するように構成された2本の相隔たれた合わせピンを含み、前記位置合わせ壁は、前記位置合わせ壁に垂直な方向への前記合わせピンの変位を実質的に阻止する、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項36】
請求項35に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記相対する位置合わせ壁は、前記チャンバ軸に実質的に平行に方向付けられた対応する接触面内に実質的に含まれる、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項37】
請求項36に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記相対する位置合わせ壁の前記対応する接触面は、更に、互いに実質的に平行に方向付けられる、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項38】
請求項35に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記サポート構造は、第1のブラケット壁と、相対する第2のブラケット壁とを有する略板状のブラケット部材を含み、前記合わせピンは、前記第1のブラケット壁及び前記第2のブラケット壁から反対方向へ外向きに伸びる、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項39】
請求項38に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記エンコーダシャフト軸は、前記第1のブラケット壁及び前記第2のブラケット壁を横断するように方向付けられる、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項40】
請求項38に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記エンコーダモジュールは、前記第2のブラケット壁に取り付けられる、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項41】
請求項38に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記ブラケット部材は、更に、前記第1のブラケット壁と前記第2のブラケット壁との間に広がるとともにその挿入部分に向かって互いに対して内向きに先細る相対する側壁を含み、前記挿入部分は、前記ケース側面開口を通した前記取り付け位置への前記エンコーダアセンブリの挿入の最初に挿入されるように構成される、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項42】
請求項41に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
1つの自由度は、前記エンコーダシャフト軸に実質的に垂直な方向への微小な運動を含み、
前記ブラケット部材の前記挿入部分は、前記取り付け位置にあるときに、前記エンコーダシャフト軸に実質的に垂直な前記方向への前記ブラケット部材の前記微小な運動を制限するために、前記チャンバ内部壁と突き合わせ接触するように形成及び寸法決定された突き合わせ端を含む、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項43】
請求項24に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記ドライブアセンブリは、前記エンコーダシャフトの基部側部分に動作可能に取り付けられるように構成された末端側シャフト部分を有するシャフトキャリアデバイスと、前記ドライブモータに動作可能に取り付けられるように構成された基部側部分を有するキャリアプラットフォームと、前記駆動軸を中心とした前記シャフトキャリアデバイスの回転速度の選択的制御のために前記キャリアプラットフォームと前記シャフトキャリアデバイスとの間に動作可能に配されたギアトレインアセンブリとを含む、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項44】
請求項41に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記シャフトキャリアデバイスの末端は、前記エンコーダシャフトの基端を軸方向に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された受入ソケットに入り込む開口を画定する、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項45】
請求項44に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記エンコーダシャフトの前記基部側部分の横断面の面積と、前記シャフトキャリアデバイスの前記受入ソケットの横断面の面積とは、前記エンコーダシャフト軸を略中心としてそれらが位置合わせされて回転式に嵌まり合うように協働する、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項46】
請求項45に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記ドライブアセンブリは、更に、前記エンコーダアセンブリが前記取り付け位置にあるときに、前記シャフトキャリアデバイスを前記エンコーダシャフトに着脱式に固定する締め具を含む、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項47】
請求項26に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記エンコーダシャフトの末端は、前記バルブシャフトの基端を軸方向に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された受入ソケットに入り込む開口を画定する、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項48】
請求項47に記載多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記バルブシャフトの前記基部側部分の横断面の面積と、前記エンコーダシャフトの前記受入ソケットの横断面の面積とは、前記エンコーダシャフト軸を略中心としてそれらが位置合わせされて回転式に嵌まり合うように協働する、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項49】
請求項48に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記ケース末端側部分は、前記バルブシャフトが前記エンコーダシャフトの前記受入スロットに受け入れられるときに、そこへの取り付けのために前記バルブデバイスの少なくとも一部分を滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された末端開口を有する筒部分を含む、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項50】
請求項25に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、
前記多位置流体バルブデバイスは、最多で96位置の回転バルブを含む、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項51】
請求項50に記載の多位置マイクロ流体バルブシステムであって、更に、
前記アクチュエータアセンブリに着脱式に取り付けられるバルブデバイスのタイプの識別を促すように構成されたバルブ識別デバイスを備える、多位置マイクロ流体バルブシステム。
【請求項52】
ドライブモータと多位置マイクロ流体バルブデバイスとの間に動作可能に取り付けられるマイクロ流体バルブアクチュエータアセンブリのための着脱式で独立型で自己完結型のエンコーダアセンブリであって、前記バルブデバイスは、複数の離散的な流体分配位置の間においてそのバルブ軸を中心として回転するバルブシャフトを有し、前記アクチュエータアセンブリは、チャンバ軸を有する内部貫通チャンバを画定する内壁を伴ったケースを有し、前記エンコーダアセンブリは、
第1のブラケット壁と、概ね相対する第2のブラケット壁とを有し、前記ケースの前記内部貫通チャンバ内へ前記内部貫通チャンバ内の取り付け位置に挿入されるようにサイズ決定及び寸法決定された比較的剛性のブラケット部材と、
その基部側部分が前記第1のブラケット壁から外向きに伸びるとともにその末端側部分が前記第2のブラケット壁から外向きに伸びるように前記ブラケット部材に回転式に取り付けられたエンコーダシャフトであって、前記エンコーダアセンブリが前記アクチュエータケースの前記内部貫通チャンバ内の前記取り付け位置に実質的に位置決めされたときにエンコーダシャフト軸が前記チャンバ軸と概ね同軸になるように、前記ブラケット部材に相対的に方向付けられ、前記多位置流体バルブデバイスが前記アクチュエータアセンブリケースへの直接的な剛結合を有さないときに、前記ドライブモータへの前記エンコーダシャフトの前記基部側部分の回転結合を可能にするとともに前記バルブシャフトへの前記エンコーダシャフトの前記末端側部分の回転結合を可能にする、エンコーダシャフトと、
前記エンコーダシャフト軸を中心とした回転のために前記エンコーダシャフトに取り付けられたエンコーダホイールと、
前記ブラケット部材に取り付けられ、前記エンコーダシャフト軸を中心とした前記エンコーダシャフトの回転位置を決定するために事前にセットされた一ユニットとして前記エンコーダホイールと協働するエンコーダモジュールと、
前記取り付け位置に向かって前記内部貫通チャンバ内への前記エンコーダアセンブリの誘導を促すために前記アクチュエータケースと協働する形で前記ブラケット部材に取り付けられた位置合わせデバイスと、
を備えるエンコーダアセンブリ。
【請求項53】
請求項52に記載のエンコーダアセンブリであって、
前記位置合わせデバイスは、前記エンコーダアセンブリを前記取り付け位置に向かって誘導するために前記アクチュエータケースに滑動式に係合するように構成された2つの相隔たれた合わせピンを含む、エンコーダアセンブリ。
【請求項54】
請求項53に記載のエンコーダアセンブリであって、
前記合わせピンは、前記第1のブラケット壁から外向きに伸びる、エンコーダアセンブリ。
【請求項55】
請求項54に記載のエンコーダアセンブリであって、
前記エンコーダシャフト軸は、前記第1のブラケット壁及び前記第2のブラケット壁を横断するように方向付けられる、エンコーダアセンブリ。
【請求項56】
請求項55に記載のエンコーダアセンブリであって、
前記エンコーダモジュールは、前記第2のブラケット壁に取り付けられる、エンコーダアセンブリ。
【請求項57】
請求項56に記載のエンコーダアセンブリであって、
前記ブラケット部材は、更に、前記第1のブラケット壁と前記第2のブラケット壁との間に広がるとともにその挿入部分に向かって互いに対して内向きに先細る相対する側壁を含み、前記挿入部分は、前記取り付け位置に向かって前記ケース貫通チャンバ内への前記エンコーダアセンブリの挿入の最初に挿入されるように構成される、エンコーダアセンブリ。
【図1】
【図2】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図3】
【図4】
【図5】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図3】
【図4】
【図5】
【図11】
【図12】
【図13】
【公表番号】特表2013−500452(P2013−500452A)
【公表日】平成25年1月7日(2013.1.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−522838(P2012−522838)
【出願日】平成22年6月17日(2010.6.17)
【国際出願番号】PCT/US2010/039073
【国際公開番号】WO2011/014310
【国際公開日】平成23年2月3日(2011.2.3)
【出願人】(512009528)アイデックス・ヘルス・アンド・サイエンス・リミテッド ライアビリティ カンパニー (4)
【氏名又は名称原語表記】IDEX HEALTH & SCIENCE LLC
【Fターム(参考)】
【公表日】平成25年1月7日(2013.1.7)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年6月17日(2010.6.17)
【国際出願番号】PCT/US2010/039073
【国際公開番号】WO2011/014310
【国際公開日】平成23年2月3日(2011.2.3)
【出願人】(512009528)アイデックス・ヘルス・アンド・サイエンス・リミテッド ライアビリティ カンパニー (4)
【氏名又は名称原語表記】IDEX HEALTH & SCIENCE LLC
【Fターム(参考)】
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