多重流线偶合的制作方法

本发明涉及一种非常适合使用于轴对称的装置，例如比例控制阀的调节致动器的圆形平行运动机构。机构的各种结构配置可以同时改变致动器运动的幅度与方向。运动转换通常是成比例且适用于驱动流体控制阀门。本发明在制作半导体组件、医药或精细化学品的工业制程中使用的流体输送比例或调节控制阀门以及许多类似的流体输送系统内特别有用。

背景技术：

用于自动化制作工艺控制系统的控制阀技术领域是广泛而众所周知。许多比例控制阀具有一或多个可动态配置在一极端开启与一极端封闭状态之间的任何一处可动组件，以调整流经的流体流动。半导体制造设备内用于控制制作工艺材料的流体输送装置通常需要注意维持输送的反应物的高纯度，也通常远小于石油化学厂中使用的阀门，举例来说。尽管如此，在高纯仪器与控制装置中可见到许多不同类型的电动的阀门致动器是，例如质量流量控制器(mass flow controller)。颁发给Shimizu等人的美国专利4,695,034号描述使用堆栈的压电盘状元件以造成质量流量控制器中的阀门部分的移动。颁发给Doyle的美国专利4,569,504号描述使用具有交错磁路组件的磁线圈。颁发给Mudd的美国专利5,660,207号描述使用长度随温度变化的加热电阻丝以造成阀门组件的移动。颁发给Suzuki的美国专利6,178,996号描述使用加压流体，例如氮气，以控制隔膜操作控制阀(diaphragm-operated control valve)的开启程度。所有上述专利其全部内容在此处一并纳入作为参考文件。

磁线圈与热膨胀型致动器的一个重要缺点是例如当主动调节流体流动时，在控制阀门组件均位于中间位置的状况下，持续的功率消耗。压电致动器实际上就是电路中的电容，因此当电压固定时不会消耗电流。因此，典型的压电控制阀应用只需要低功率且可避免在电磁致动器中产生的不需要热量。压电致动器可比尺寸相当的线圈致动器大致产生更多的力量，但可达成的应变程度严重限制了堆栈的压电组件可移动的距离。压电致动器的使用方式几乎都是施加应用启动电压导致堆栈长度伸展增加(详见Shimizu的美国专利4,695,034号以及颁发给Shirai等人的美国专利5,094,430号，其全部内容在此处纳入作为参考文件)。Shimizu等人的美国专利4,695,034号借由插入一个力传输组件以增加可用的移动，力传输组件包含多个位于压电盘状元件的堆栈与控制阀的可动部分之间的径向杆臂榫(radial lever-arm tongues)。Shimizu的力传输组件是复杂且难以正确地制造。Shirai等人的美国专利5,094,430号描述使用球面轴承偶合压电盘状元件的堆栈至控制阀的其他部分的运动，以防止零件平行性不足造成的不利影响。Shirai等人的系统中使用球面轴承似已排除使用Shimizu的力传输组件。磁线圈致动器几乎总是以类似沿致动器轴方向长度的减少的方式影响被驱动组件的移动(详见Doyle的美国专利4,569,504号)，此为与压电致动器相反的模式。这些致动器的差异的结果是压电致动器最有可能与常态开启控制阀相关(其中施加电力以使控制阀减少流体流量)而磁线圈致动器是最可能与常态关闭的控制阀相关(其中施加电力以使控制阀增加流体流量)。控制阀设计者可因拥有可反转致动器运动方向或改变致动器运动幅度的机构而受益，因此可在常态开启与常态关闭的控制阀中使用单一型式致动器(压电、磁线圈、气动，等)。

技术实现要素：

本发明可解决上述的问题，借由提供一紧致、易于制造的系统，此系统可改变用于调节流体流量的控制阀中可动组件的控制的致动器的移动幅度或扭转致动器移动的方向。此创新机构是双向与可逆，在依据“驱动”、“被驱动”、“主动”与“反应性”或类似命名原则的范围内对称地运作。本发明使用已知的线性移运动力产生器以提供如一比例调节控制阀所要求的受控制的增量移动。在第一个配置中，来自力产生器线性的主动方向运动(驱动部分)的方向被反转以提供具有相反方向的反应性方向运动(驱动部分)。在第二个配置中，来自力产生器线性的主动方向运动(驱动部分)量被加倍以增加相同方向的反应性方向运动(驱动部分)。此机构称为“多重流线偶合”，因为当被用来偶合致动器与控制阀的可动部分时，此机构可方便地提供平移增益与方向改变。此机构并不包含任何齿轮也没有导螺杆螺纹，且持续运作，因此达成力量改变时不会有机械齿隙所导致的阻滞问题。运动转换通常是成比例且适用于驱动用于调节流体控制的流体控制阀门。以下的方向可使用概念的方向(上与下、上面与下面、左与右、前与后等)，以协助了解机构组件之间的关系，且附图一般符合概念的方向或原则，但应理解的是符合本发明概念范围内的装置可在空间中呈现任意方位，包含动态平移或旋转或翻滚而未影响机构功能。

在一典型实施例中，此机构是由二圆盘形组件(传动主动与传动反应部分)、二作为杠杆的半圆形组件(摆动组件)、四个将前述组件彼此连接的连杆以及将前述组件结合起来的九支插销与可自由选择的支撑套筒。这些组件可由各种材料制造，例如金属、塑料、复合材料，或陶瓷，但热处理的工具钢，例如A2、D2或H13，视为适用于许多应用，同时铝合金例如6061也可使用。在一实施例中，圆盘形主动组件与反应组件具有约0.6英寸的外直径，半圆形摆动组件外尺寸一般与圆盘形组件对应匹配，而此机构的轴向长度约0.5英寸。

每一个圆盘形主动与反应组件在本发明的任一个机构结构中均由二对称设置的轴向槽穿过以容纳二连杆组件的一端。轴向槽位置可能不同，取决于特定的机构中所需的特定转移加乘(增益)。每一个主动组件与反应组件同样由二与容纳连杆组件的轴向槽分别相交的插销孔穿过，二插销孔形同圆盘形组件内的对称并行线。二半圆形摆动组件在任何机构结构中均为相同，四支连杆也为相同，然而主动与反应圆盘形组件可为相同或不同。每一个半圆形摆动组件约为圆盘形主动或反应组件尺寸的一半，且同样由二轴向槽穿过以容纳二连杆组件的一端。每一摆动组件同样由径向轴插销孔穿过，轴插销孔位于半圆形直线侧直径的一半位置，并与半圆形直线侧垂直，每一个摆动组件并由二与轴插销孔平行的插销孔穿过，二插销孔并分别与容纳连杆的轴向槽相交。

完整的机构总成包含上圆盘形组件、二并列设置位于上圆盘形组件下方的摆动组件及位于摆动组件下方的下圆盘形组件。穿过二半圆形摆动组件的轴插销孔的单一轴插销与八支插销将多个组件中的轴向槽内的连杆端结合。二连杆自上圆盘形组件的二轴向槽向下延伸，每一个连杆与下圆盘形组件中的对应轴向槽结合(熟悉本技术领域者可注意到相同的摆动组件呈现镜像对称)。二另外连杆自每一个摆动组件的第二轴向槽向下延伸，且每一个连杆与下方相邻的下圆盘形组件中的对应轴向槽结合。

二圆盘形主动或反应组件的变化型可与二半圆形摆动组件的变化型结合以形成第一结构的机构，提供三个不同的方向改变转移增益。同样地，二圆盘形主动或反应组件的变化型可与二半圆形摆动组件的变化型结合以形成第二结构的机构，提供三个不同的方向维持转移增益。额外的转移增益比率明显可由改变摆动组件的变化型获得，但组件的容易替换对于减少制造成本是重要的。

根据本发明的机构的一实施例，轴插销为被动且相对于致动器主体为轴向固定，且致动器的延伸将主动上圆盘形组件移动轴向远离致动器主体，而将机构的反应下圆盘形组件撤回朝向致动器主体。主动上圆盘形组件的轴向移动借由自每一摆动组件伸出朝上的附着连杆与摆动组件偶合。摆动组件因此绕轴插销稍微旋转，而每一个摆动组件的一端的向下运动导致每一摆动组件的另一端的对应的向上运动。反应下方组件轴向转移与主动上组件的运动成正比，但朝相反方向。可理解到于此实施例中主动组件比反应组件更接近致动器主体，而机构呈现伸长的状态。穿过并列的半圆形摆动组件的直径上的轴插销孔的被动轴插销可借由与环绕机构的支撑套筒或等效实体的类似径向开孔结合便利地轴向固定。主动组件的运动与反应组件的运动之间的比例可借由选择插摆动组件中销孔与轴插销孔之间的间距进行调整。

根据本发明的机构的另一实施例，上圆盘形组件为被动并相对于致动器主体轴向固定，致动器的延伸与以主动方式运作的轴插销偶合，借此致动器的延伸将主动轴插销轴向移动远离致动器主体轴，同时机构的反应下圆盘形组件也延伸远离致动器。每一个摆动组件的一端借由每一个摆动组件伸出朝上的附着连杆轴向固定，附着连杆与轴向固定的上圆盘形被动组件偶合。致动器的轴向运动移动穿过上圆盘形被动组件的主动轴，并与主动轴插销结合，借此主动轴插销的轴向运动直接与摆动组件偶合。摆动组件因此绕位于每一个摆动组件一端的朝上指向的连杆的插销稍微旋转，且每一个摆动组件(由轴插销传递)的中间部分的向下运动导致每一个摆动组件的另一端进一步的向下运动。每一个摆动组件的另一端的向下运动借由自每一个摆动组件伸出朝上的附着连杆与反应下圆盘形组件偶合。反应下方组件朝相同方向的轴向转移与主动上组件的运动成正比。可理解到在此实施例中主动组件比反应组件更接近致动器主体，而机构呈现伸长的状态，致动器同样呈现伸长的状态。上圆盘形被动组件便利地固定于环绕机构的支撑套筒或等效实体。主动轴的运动与反应组件的运动之间的比例可借由选择插摆动组件中销孔与轴插销孔之间的间距进行调整。

更详细地说，本发明提出一种机械运动转换器，包含主动组件、反应组件、轴插销以及至少一个以该轴插销为轴的摆动组件。摆动组件是轴向地设置在该主动组件与该反应组件之间。在操作时，主动组件、反应组件与至少一个摆动组件结合并于致动器施加力量时进行轴向运动。在所示的实施例中，每一个主动组件与反应组件为圆盘状。至少一个摆动组件包含左摆动组件与右摆动组件，其中每一个摆动组件以轴插销为轴并由轴插销支撑。在一些所示的实施例中，轴插销为被动，使轴插销为轴向固定于机械运动转换器内。在其他实施例中，轴插销为主动，轴插销相对于机械运动转换器的其余部分为轴向可转移。

每一个摆动组件包含向上连杆与向下连杆。在所示的实施例中，每一个连杆包含具有穿透开孔与圆弧末端的平坦组件。

本发明的机械运动转换器的更多特征包含一开孔于每一个连杆，以及一开孔于每一个主动组件与反应组件。多个对应于并与连杆的开孔与主动组件与反应组件的开孔结合的插销，以将主动组件、连杆与反应组件结合使主动组件、连杆与反应组件可进行相对地轴向运动。此系统更包含一开孔于每一个摆动组件中，以容纳一个或更多个插销以将主动组件、连杆与反应组件结合。一轴向槽位于每一个主动组件与反应组件以容纳连杆对应的一端。此外，一轴向槽位于每一个摆动组件以容纳连杆延伸自主动组件与反应组件其中之一的相对一端。更佳的是每一个主动组件、反应组件与左摆动组件与右摆动组件包含二轴向槽以容纳插销端。一平面圆盘状弹簧设置于主动组件的上表面。

每一个摆动组件包含一开孔以容纳轴插销以及二开孔以容纳插销，容纳插销的二开孔设置于容纳轴插销的开孔的对应二侧。在一些实施例中，每一个摆动组件的容纳插销的二开孔与容纳轴插销的开孔之间的距离大致相同，当致动器施加力量时主动组件的轴向运动与反应组件的轴向运动大致相同。在另一些实施例中，每一个摆动组件的容纳插销的二开孔与容纳轴插销的开孔之间的距离不同，当致动器施加力量时主动组件的轴向运动大于反应组件的轴向运动，或当致动器施加力量时主动组件的轴向运动小于反应组件的轴向运动。此外，在一些实施例中，当致动器施加力量时主动组件与反应组件沿相同轴方向运动。而在其他实施例中，当致动器施加力量时主动组件与反应组件沿相反轴方向运动。根据所需操作结果，仅借由设计或改变机械偶合系统的某些组件，这些操作方面的特征为可供用户选择，如以下更详细的内容中所描述。

本发明与额外特征及优点可借由参考以下的叙述伴随附图得到最佳的理解。在这些图标中，相似组件符号标示所有图标中的相同部分。

附图说明

图1A为本发明一实施例的方向反转机构的等轴视图，其中圆盘形主动组件是朝向上且最接近致动器。

图1B为图1A中机构内部组件的等轴视图，其中仅以虚线显示一些组件。

图1C为图1A中机构在第一方位的俯视图。

图1D为类似图1C的俯视图，其中该机构沿逆时针方向旋转一距离。

图1E为图1A中机构沿图1C的A-A直径线的截面图，其中显示被动轴插销沿其长度的剖面。

图1F为图1A中机构沿图1C的B-B直径线的截面图，其中显示摆动组件的直线侧边。

图2为图1D中方向反转机构的分解立体图。

图3A为图1A中机构一部分的视图，其中沿一将一摆动组件的向上与向下连杆一分为二的线段轴向剖开。

图3B为图3A中机构其余部分的视图，显示上方主动组件中的第二轴向槽，其中另一连杆已连接以与另一摆动组件偶合。

图4A为图1A中总成的正视图，显示插销相对于用于方向反转移动与相等位移(1.0:1.0增益)的固定轴插销的位置。

图4B为另一实施例的总成(类似图1A)的正视图，显示插销相对于用于方向反转移动与相等位移(1.0:1.5增益)的固定轴插销的位置。

图4C为又一实施例的总成(类似图1A)的正视图，显示插销相对于用于方向反转移动与相等位移(1.5:1.0增益)的固定轴插销的位置。

图5A为图5D中机构沿A-A直径线轴向剖开的截面图，其中显示主动轴插销沿其长度的剖面以及主动轴。

图5B为图5D中机构沿图1C的B-B直径线轴向剖开的截面图，其中显示主动轴与一半圆形摆动组件的直线侧边。

图5C为图5D中机构内部组件的等轴视图，其中仅以虚线显示一些组件。

图5D中为具有一朝上且最接近致动器的圆盘形被动组件的方向保持机构的等轴视图。

图6为图5D中方向保持机构的分解立体图。

图7A为图5D中的代表性机构，其中沿一将一摆动组件的向上与向下连杆一分为二的线段轴向剖开。

图7B为图7A中机构其余部分，显示上方被动组件中的第二轴向槽，其中另一连杆已连接以与另一摆动组件偶合。

图8A为图5D中总成的正视图，显示插销相对于用于方向保持移动与双倍位移(1.0:2.0增益)的主动轴插销的位置。

图8B为另一实施例的总成(类似图5D)的正视图，显示插销相对于用于方向保持移动与增加位移(1.0:2.5增益)的主动轴插销的位置。

图8C为又一实施例之总成(类似图5D)的正视图，显示插销相对于用于方向保持移动与稍减位移(1.0:1.6增益)的主动轴插销的位置。

具体实施方式

现请更进一步参考附图，其中在多个图式与实施例中相似组件符号标示相同或对应部分，图1A中显示根据本发明原理的方向反转总成100的一实施例。总成100包含设置最邻近于通常用于控制阀的致动器(未显示)的圆盘形主动组件120，如以上所讨论，其他应用同样在本发明的范围内。圆盘形主动组件120正下方的是一半圆形左摆动组件140与邻近的半圆形右摆动组件160，二者皆由被动轴插销190支撑。摆动组件140与160正下方的是最邻近于控制阀(未显示)的可动组件与被驱动的圆盘形反应组件180。总成100可以各种材料制造，例如金属、塑料、复合材料，或陶瓷，但热处理的工具钢，例如A2、D2或H13或具有弹簧般的特性的热处理不锈钢，例如17-4PH合金，也适用于许多应用，同时铝合金例如6061也可使用。图1A所示的实施例中所示的方向反转总成100在一特定的应用中，可具有约0.6英寸的外径以及约0.5英寸的轴向长度，并可选择性地以套筒101环绕，如图1A中虚线所表示。

方向反转总成100的机械动作可借由了解摆动组件140与160针对被动轴插销190稍微转动导致摆动组件一端朝上趋向主动组件120同时摆动组件另一端朝下趋向反应组件180而被理解。摆动组件140与160一端与主动组件120适当的机械偶合，结合摆动组件140与160另一端与反应组件180的类似机械偶合，导致主动组件120与反应组件180朝相反的方向移动。主动组件120、二摆动组件140与160以及反应组件180的机械偶合将于以下内容中结合更多的附图与说明进一步描述。

一典型将摆动组件140与160与主动组件120及反应组件180偶合的作法是使用连杆与插销(lock pins)。为了便于识别，将摆动组件140与160连接至主动组件120的连杆称为向上连杆142与166(图1A)，而将摆动组件140与160连接至反应组件180的连杆称为向下连杆144与168(图1B)。向上连杆142与166与向下连杆144与168可为各种形状(圆形或矩形截面，举例来说)，但包含穿过薄尺寸的开孔的简单平坦部分以及围绕开孔的圆弧的末端为方便生产的形状。为了保持方向反转总成100的对称性与适当功能，向上连杆142与166一般为相同，而向下连杆144与168一般也相同，但向上连杆的结构与外观可与向下连杆不同。特别参考图2，可看出向上连杆142具有穿透的开孔146，向上连杆166具有穿透的开孔162，向下连杆144具有穿透的开孔148，向下连杆168具有穿透的开孔164。对应的插销132、176、134与178设置分别插入开孔146、162、148与164，以达成连杆与方向反转总成100的适当组件之间的连接。

继续特别参考图2，上方的圆盘形主动组件120由二轴向槽122与126穿过，轴向槽122与126位于相对主动组件120中心镜像对称的位置。左轴向槽122位于，举例来说，圆盘中心前面与左侧位置，而右轴向槽126位于圆盘中心后面与右侧位置的镜像位置。轴向槽122与126的形状设置为接受向上连杆142与166自主动组件120下方的左与右摆动组件140与160伸出的一端。每一个轴向槽122与126均分别由对应插销孔121与125穿过，插销孔于圆盘形主动组件120内且形同几何线平行于对称性的直径。每一个轴向槽122与126与对应的向上连杆142与166分别结合，使向上连杆142与166可相对于插销132、176轻易移动。插销132、176分别插入穿过主动组件120的插销孔121与125以及向上连杆142与166的开孔146、162。轴向槽122与126的侧壁与向上连杆142与166的一面之间的摩擦力可借由提供图1A与2所示位于轴向槽122与126的对应侧壁上的窄内面凸出物123、124、127、128极小化，借此凸出物可作为支撑表面。倒角槽129可位于主动组件120的上表面以接受止推滚珠(未显示)以补偿可能出现与致动器(未显示)对准失误的问题。

再次参考图2，下方的圆盘形反应组件180具有与圆盘形主动组件120几乎相同的轮廓以及几乎相同的厚度。下方的圆盘形反应组件180由二轴向槽184与188穿过，轴向槽184与188位于相对反应组件中心镜像对称的位置。右轴向槽126位于，举例来说，圆盘中心前面与右侧位置，而左轴向槽122位于圆盘中心后面与左侧的镜像位置。

轴向槽184与188的形状设置为接受向下连杆144与168自主动组件120下方的左与右摆动组件140与160伸出的一端。每一个轴向槽184与188均分别由对应插销孔183与187穿过，插销孔在圆盘形反应组件180内且形同几何线平行于对称性的直径。每一个轴向槽184与188与对应的向下连杆144与168分别结合，使向下连杆144与168可相对于插销134、178轻易移动。插销134、178分别插入穿过反应组件180的插销孔183与187以及向下连杆144与168的开孔148、164。轴向槽184与188的侧壁与向下连杆144与168的一面之间的摩擦力可借由提供位于轴向槽的对应侧壁上的窄内面凸出物极小化，借此凸出物可作为支撑表面。一个或更多个螺丝孔189可设置于反应组件180内以与控制阀的可动部分(未显示)连接。

左摆动组件140为半圆形且具有与上方的圆盘形主动组件120的一半几乎相同的轮廓。二者具有几乎相同的轴向厚度。左摆动组件140由轴插销孔149轴向穿过而将半圆形一分为二。左摆动组件140由前轴向槽141轴向穿过，前轴向槽141的形状设置为接受前方左侧的向上连杆142且对应前述上方的主动组件120的左轴向槽122。前轴向槽141由前插销孔143交叉穿过，其中前插销孔与轴插销孔149平行。前轴向槽141与左轴向槽122的对应位置使左摆动组件140与主动组件120可借由第一插销133插入穿过向上连杆142与前插销孔143以及以第二插销132插入穿过开孔146与插销孔121以前方左侧的向上连杆142进行偶合。此外，左摆动组件140由后轴向槽147穿过，后轴向槽147的形状设置为接受后方左侧的向下连杆144一端且位置对应下方的反应组件180的左轴向槽184。后轴向槽147由后插销孔145交叉穿过，其中后插销孔与轴插销孔149平行。后轴向槽147与下方的左轴向槽184的对应位置使左摆动组件140与反应组件180可借由第三插销135插入穿过向下连杆144与后插销孔145以及以第四插销134插入穿过开孔148与插销孔183以后方左侧的向下连杆144进行偶合。前插销孔143与轴插销孔149之间的距离可能与后插销孔145与轴插销孔149之间的距离不同。左摆动组件的轴向槽141与147的侧壁与平面连杆142与144的一面之间的摩擦力可借由提供位于轴向槽的对应侧壁上的窄内面凸出物极小化，借此凸出物可作为支撑表面。

右摆动组件160为半圆形且具有与上方的圆盘形主动组件120的一半几乎相同的轮廓且具有几乎相同的轴向厚度。右摆动组件160由轴插销孔169轴向穿过而将半圆形一分为二。右摆动组件160由前轴向槽161轴向穿过，前轴向槽161的形状设置为接受前方右侧的向下连杆168且对应前述下方的反应组件180的右轴向槽188。前轴向槽161由前插销孔167交叉穿过，其中前插销孔与轴插销孔169平行。前轴向槽161与右轴向槽188的对应位置使右摆动组件160与反应组件180可借由第五插销177插入穿过连杆168与前插销孔167以及以第六插销178插入穿过开孔164与插销孔187以前方右侧的向下连杆168进行偶合。此外，右摆动组件160由后轴向槽163穿过，后轴向槽163的形状设置为接受后方右侧的向上连杆166一端且位置对应上方的主动组件120的右轴向槽126。后轴向槽163由后插销孔165交叉穿过，其中后插销孔与轴插销孔169平行。后轴向槽163与上方的右轴向槽126的对应位置使右摆动组件160与主动组件120可借由第七插销176插入穿过开孔162与插销孔125以及以第八插销175插入穿过连杆166与后插销孔165以后方右侧的向上连杆166进行偶合。前插销孔167与轴插销孔169之间的距离可能与后插销孔165与轴插销孔169之间的距离不同。右摆动组件的轴向槽161与163的侧壁与平面连杆168与166的一面之间的摩擦力可借由提供位于轴向槽的对应侧壁上的窄内面凸出物极小化，借此凸出物可作为支撑表面。

支撑套筒101通常被台阶、凸缘或其他结构维持在控制阀总成(未显示)中固定的位置。支撑套筒101的内直径稍微大于主动组件120、摆动组件140与160及反应组件180的外直径，因此偶合的组件可适当置放在支撑套筒101内并具有足够的空间以容许组件进行运动。支撑套筒101的外直径与长度可选择配合控制阀总成(未显示)中的其他结构。被动轴插销190穿过直径对应、径向穿过支撑套筒101且相对的轴销孔108与109，替换的适当特征为不使用支撑套筒而将被动轴插销190维持在控制阀总成(未显示)中固定的位置。被动轴插销190也同时穿过左摆动组件140的轴插销孔149以及右摆动组件160的轴插销孔169。因此，被动轴插销190将轴插销孔149与169定位使其轴向固定对应于控制阀总成中的致动器(未显示)。虽然摆动组件140与160必须能绕被动轴插销190自由独立地旋转，技术良好的设计者可选择使被动轴插销190尺寸密合穿入轴销孔108与109(图1A、1E)，或选择其他方式将被动轴插销留住，例如止销夹。

致动器施加在倒角槽129或传递至主动组件120的力量立刻经由向上连杆142与166传递至摆动组件140与160，使得摆动组件140与160针对被动轴插销190的旋转接着反转运动方向，且反转的运动经向下连杆144与168传递至反应组件180。主动组件120借由第二插销132插入穿过开孔146与插销孔121与前方左侧的向上连杆142进行偶合。因此，主动组件120的向下运动造成前方左侧的向上连杆142的向下运动，使得第一插销133与左摆动组件前插销孔143被向下推。此动作驱使摆动组件140对被动轴插销190的稍微旋转使左摆动组件140的前端部分向下移动。左摆动组件140的稍微转动造成左摆动组件140的后端部分向上移动，使得左摆动组件后插销孔145与第一插销135被向上推。此动作驱使向下连杆144也向上移动。后方左侧的向下连杆144借由第四插销134插入穿过开孔148与反应组件的左插销孔183与反应组件180进行偶合。因此，后方左侧的向下连杆144的向上运动传递至反应组件180。主动组件120同样借由第七插销176插入穿过开孔162与主动组件的右插销孔125与后方右侧的向上连杆166进行偶合。因此，主动组件120的向下运动造成后方右侧的向上连杆166的向下运动，使得第八插销175与右摆动组件后插销孔165被向下推。因此右摆动组件160对被动轴插销190的稍微旋转驱使右摆动组件160的后端部分向下移动。右摆动组件160的稍微转动造成右摆动组件160的前端部分向上移动，使得右摆动组件160前插销孔167与第五插销177被向上推。此动作驱使前方右侧的向下连杆168也向上移动。前方右侧的向下连杆168借由第六插销178插入穿过开孔164与反应组件的右插销孔187与反应组件180进行偶合。因此，前方右侧的向下连杆168的向上运动传递至反应组件180。上述解释主动组件120的向下运动如何转移至反应组件180的反向(向上)运动。

本领域具有一般技术者应可理解借由让主动组件120保持在支撑套筒101中央以避免不必要的摩擦的需求。例如方向反转总成100的平行运动装置可容许主动组件120倾斜并停止垂直于机构中央轴，使得不必要的摩擦可能发生。将一平的圆盘状弹簧107设置于主动组件120的上表面，并延伸至接触支撑套筒101的边缘是防止不必要摩擦的便利做法。圆盘状弹簧107可借由焊接、黏着、小型具螺纹固定件或其他适当装置设置于主动组件120上。

在所示的实施例中左摆动组件140与右摆动组件160为大致相同，而仅绕方向反转机构中央轴旋转180度。因此可用于与向上连杆142与166连接的摆动组件插销孔143与165，其各自与轴插销孔149与169之间的距离为相同。同样地，可用于与向下连杆144与168连接的摆动组件插销孔145与167，其各自与轴插销孔149与169之间的距离为相同，不过此距离可与摆动组件插销孔143与165与轴插销孔149与169之间的距离不同。这些距离的比例可自特定的方向反转总成100建立特定的平移加乘(增益)。代表性的尺寸与产生的移动比率则列于表1，并如图4A、4B与4C所示。上述八个插销的固着可借由与连杆的插销孔之间或与各种完整或部分圆盘状元件的插销孔之间的尺寸贴合达成，也可由上述适当的组合或其他选择(螺丝、黏着剂、铆接等)，视何者最适用于特定制造方式而定。

前述图1A-1F、图2、3A、3B所示的方向反转总成100的第一个代表性的实例中轴插销孔149与169与摆动组件插销孔143与167之间的距离以及轴插销孔149与169与摆动组件插销孔145与165之间的距离相同。图4A中可见插销孔在摆动组件中位置为对称。然而，在方向反转总成的第二个代表性的实施例中，如图4B所示，第二实施例中的摆动组件240、260中的插销孔位置相对于对应的轴插销孔为不对称。与第一实施例相同，后方左侧的插销孔245与前方右侧插销孔267与对应的轴插销孔249、269之间的距离都相同，因此使向下连杆的位置对应位于相同反应组件180的轴向槽184、188。然而前方左侧的插销孔243与后方右侧插销孔265却位于与对应的轴插销孔249、269之间的距离相较第一实施例短的位置，因此使向上连杆的位置也不同。第二实施例中必须使用一个具有位置适当以容纳向上连杆的轴向槽的不同主动组件220。相较于第一实施例较小的向上连杆之间隔的比率使第二实施例的摆动组件240、260作为杠杆，相较于致动器将反向运动传递至主动组件，将更多反向运动传递至反应组件。

方向反转总成的第三实施例则示于图4C。在此实施例中，摆动组件340、360中的插销孔位置相对于对应的轴插销孔为不对称。

后方左侧的插销孔345与前方右侧插销孔367与对应的轴插销孔349、369之间的距离相对于先前的第一与第二实施例较小，因此使向下连杆的位置也不同。图4C的第三实施例中，必须使用一个具有位置适当以容纳向下连杆的轴向槽的不同主动组件380。与第一实施例相同，前方左侧的插销孔343与后方右侧插销孔365则位于与对应的轴插销孔349、369相同距离的位置，因此使向下连杆的位置对应位于相同主动组件120的轴向槽124、128。与先前距离相比较小的向下连杆之间隔的比率使第三实施例的摆动组件340、360作为杠杆，相较于致动器将反向运动传递至反应组件，将更少反向运动传递至主动组件。

表1

图5D中显示根据本发明原理的移动增加机构总成500的第一实施例。总成500包含用于与来自致动器(未图示)的力偶合的向上轴心置中的主动轴505。主动轴505通过中心轴向孔529，中心轴向孔529穿过包含移动增加机构总成500的最上方部分的圆盘形被动组件520。圆盘形主动组件520正下方的是一半圆形左摆动组件540与邻近的半圆形右摆动组件560。摆动组件540与560同时由主动轴插销590穿过。摆动组件540与560还包含轴心置中的半圆形轮廓504与506(使每一个摆动组件近似于宽环的一半)(图6)使主动轴505可与主动轴插销590结合。摆动组件540与560正下方的是最邻近于控制阀(未显示)的可动组件与被驱动的圆盘形反应组件580。每一个摆动组件的一端与被动组件520偶合，每一个摆动组件的另一端与反应组件580偶合。机构总成500可以各种材料制造，例如金属、塑料、复合材料，或陶瓷，但热处理的工具钢，例如A2、D2或H13或具有弹簧般的特性的热处理不锈钢，例如17-4PH合金，也适用于许多应用，同时铝合金例如6061铝合金也可使用。移动增加机构总成500可具有约0.6英寸的外径以及约0.5英寸的轴向长度，并可选择性地以支撑套筒501环绕，如图5D中虚线所表示。

被动组件520、二摆动组件540与560以及反应组件580的机械偶合将于以下内容中结合图5A、5B、5C、5D、6、7A与7B进一步描述。一典型将摆动组件540与560与被动组件520及反应组件580偶合的作法是使用连杆与插销，如前述实施例所述。为了便于识别，将摆动组件540与560连接至被动组件520的连杆称为向上连杆542与566，而将摆动组件540与560连接至反应组件580的连杆称为向下连杆544与568。向上连杆542与566与向下连杆544与568可为各种形状(圆形或矩形截面，举例来说)，但包含穿过薄尺寸的开孔的简单平坦部分以及围绕开孔的圆弧末端为方便生产的形状。为了保持移动增加机构总成500的对称性与适当功能，向上连杆542与566一般为相同，而向下连杆544与568一般也相同，但向上连杆的结构可与向下连杆不同。连杆具有上方开孔546、562与下方开孔548、564，对应的插销532、576、534与578设置分别插入开孔546、562、548与564，以达成连杆与移动增加机构总成500的适当组件之间的连接。

移动增加机构总成500的机械动作可借由了解主动轴插销590的向下运动会造成摆动组件540与560绕将摆动组件的一端与向上连杆542与566偶合的轴向固定插销533、575稍微转动而理解。稍微转动造成将摆动组件的另一端与向下连杆544与568偶合的固定插销535、577的进一步向下运动，将连杆向下移动朝向反应组件580。每一个摆动组件540与560一端与被动组件520适当的机械偶合，结合摆动组件540与560另一端与反应组件580的类似机械偶合，将增加反应组件580的移动。主动轴插销590的向上移动当然将造成反应组件580的对应新增向上移动。

上方的圆盘形被动组件520由二轴向槽522与526穿过，轴向槽522与526位于相对被动组件中心镜像对称的位置。左轴向槽522位于，举例来说，圆盘中心前面与左侧位置，而右轴向槽526位于圆盘中心后面与右侧位置的镜像位置。轴向槽522与526的形状设置为接受向上连杆542与566自被动组件520下方的左与右摆动组件540与560伸出的一端。每一个轴向槽522与526均分别由对应插销孔521与525穿过，插销孔于圆盘形被动组件520内且形同几何线平行于对称性的直径。每一个轴向槽522与526与对应的向上连杆542与566一端结合，使向上连杆542与566可相对于插销532、576轻易移动。插销分别插入穿过被动组件520的插销孔521与525以及向上连杆542与566的上方开孔546、562。轴向槽522与526的侧壁与平的向上连杆542与566的一面之间的摩擦力可借由提供位于轴向槽522与526的对应侧壁上的窄内面凸出物523、524、527、528而极小化，借此凸出物可作为支撑表面。上方的圆盘形被动组件520更由中心轴向孔529穿过，向上轴心置中的主动轴505则穿过中心轴向孔529。主动轴505由直径轴销孔508径向穿过，直径轴销孔508与主动轴插销590结合以传递来自致动器(未图示)的力量。倒角槽509可位于主动轴505的上表面以接受止推滚珠(未显示)以补偿可能出现与致动器(未显示)对准失误的问题。

下方的圆盘形反应组件580具有与圆盘形被动组件520几乎相同的轮廓，但较小的外直径以及几乎相同的厚度。反应组件580由二轴向槽584与588穿过，轴向槽584与588位于相对反应组件中心镜像对称的位置。右轴向槽588位于，举例来说，圆盘中心前面与右侧位置，而左轴向槽584位于圆盘中心后面与左侧的镜像位置。轴向槽584与588的形状设置为接受向下连杆544与568自反应组件580上方的左与右摆动组件540与560伸出的一端。每一个轴向槽584与588均分别由对应插销孔583与587穿过，插销孔于圆盘形反应组件580内且形同几何线平行于对称性的直径。每一个轴向槽584与588与对应的向下连杆544与568分别结合，使向下连杆544与568可相对于插销534、578轻易移动。插销534、578分别插入穿过反应组件580的插销孔583与587以及向下连杆544与568的开孔548、564。轴向槽584与588的侧壁与向下连杆544与568的一面之间的摩擦力可借由提供位于轴向槽的对应侧壁上的窄内面凸出物极小化，借此凸出物可作为支撑表面。一个或更多个螺丝孔589可设置于反应组件580内以与控制阀的可动部分(未显示)连接。

左摆动组件540为半圆形且具有与上方的圆盘形被动组件520的一半几乎相同的轮廓，但具有较小的外直径以及几乎相同的轴向厚度。左摆动组件540由轴插销孔549轴向穿过而将半圆形一分为二。左摆动组件540由前轴向槽541轴向穿过，前轴向槽541的形状设置为接受前方左侧的向上连杆542的一端且对应上方的被动组件520的左轴向槽522。前轴向槽541由前插销孔543交叉穿过，其中前插销孔与轴插销孔549平行。前轴向槽541与左轴向槽522的对应位置使左摆动组件540与被动组件520可借由第一插销533插入穿过向上连杆542与前插销孔543以及以第二插销532插入穿过开孔546与插销孔521以前方左侧的向上连杆542进行偶合。此外，左摆动组件540由后轴向槽547穿过，后轴向槽547的形状设置为接受后方左侧的向下连杆544一端且位置对应下方的反应组件580的左轴向槽584。后轴向槽547由后插销孔545交叉穿过，其中后插销孔与轴插销孔549平行。后轴向槽547与下方的左轴向槽584的对应位置使左摆动组件540与反应组件580可借由第三插销535插入穿过向下连杆544与后插销孔545以及以第四插销534插入穿过开孔548与插销孔583以后方左侧的向下连杆544进行偶合。前插销孔543与轴插销孔549之间的距离可能与后插销孔545与轴插销孔549之间的距离不同。左摆动组件的轴向槽541与547的侧壁与平面连杆542与544的一面之间的摩擦力可借由提供位于轴向槽的对应侧壁上的窄内面凸出物极小化，借此凸出物可作为支撑表面。摆动组件540还包含轴心置中的半圆形轮廓504(使每一个摆动组件近似于宽环的一半)使主动轴505可与穿过轴插销孔549的主动轴插销590结合。

右摆动组件560为半圆形且具有与上方的圆盘形被动组件520的一半几乎相同的轮廓，但具有较小的外直径以及几乎相同的轴向厚度。右摆动组件560由轴插销孔569轴向穿过而将半圆形一分为二。右摆动组件560由前轴向槽561轴向穿过，前轴向槽561的形状设置为接受前方右侧的向下连杆568的一端且对应前述下方的反应组件580的右轴向槽588。前轴向槽561由前插销孔567交叉穿过，其中前插销孔与轴插销孔569平行。前轴向槽561与右轴向槽588的对应位置使右摆动组件560与反应组件580可借由第五插销577插入穿过连杆568与前插销孔567以及以第六插销578插入穿过开孔564与插销孔587以前方右侧的向下连杆568进行偶合。此外，右摆动组件560由后轴向槽563穿过，后轴向槽563的形状设置为接受后方右侧的向上连杆566一端且位置对应上方的被动组件520的右轴向槽526。后轴向槽563由后插销孔565交叉穿过，其中后插销孔与轴插销孔569平行。后轴向槽563与上方的右轴向槽526的对应位置使右摆动组件560与被动组件520可借由第七插销576插入穿过开孔562与插销孔525以及以第八插销575插入穿过连杆566与后插销孔565以后方右侧的向上连杆566进行偶合。前插销孔567与轴插销孔569之间的距离可能与后插销孔565的轴向槽561侧壁与轴插销孔569的轴向槽563侧壁之间的距离不同。右摆动组件的轴向槽561与563的侧壁与平面连杆568与566的一面之间的摩擦力可借由提供位于轴向槽的对应侧壁上的窄内面凸出物极小化，借此凸出物可作为支撑表面。摆动组件560还包含轴心置中的半圆形轮廓506(使每一个摆动组件近似于宽环的一半)使主动轴505可与穿过轴插销孔549的主动轴插销590结合。

支撑套筒501通常被台阶、凸缘或其他结构维持在控制阀总成(未显示)中固定的位置。支撑套筒501的内直径稍微大于摆动组件540与560及反应组件580的外直径，但小于被动组件520的外直径。此配置使支撑套筒501可维持被动组件520轴向固定，而偶合的组件可适当置放在支撑套筒501内并具有足够的空间以容许组件进行运动。支撑套筒501的外直径与长度可选择配合控制阀总成(未显示)中的其他结构。一替换的适当特征为不使用支撑套筒而将主动轴插销590维持在控制阀总成(未显示)中固定的位置。移动增加机构总成500中组件的机械偶合以借由连杆与插销进行说明。可进一步了解的是主动轴505与摆动组件540与560之间的机械偶合是借由主动轴插销590穿过摆动组件540的轴插销孔549、轴销孔508、摆动组件560的轴插销孔569达成。摆动组件540与560必须能绕主动轴插销590自由独立地旋转，技术良好的设计者可选择使主动轴插销590尺寸密合穿入轴销孔508，或选择其他方式将被动轴插销留住，例如止销夹(未图示)。

致动器施加在位于主动轴505的上表面的倒角槽509或传递至主动轴插销590的力量立刻经由位于直径上相对地轴插销孔549、569传递至摆动组件540与560。被动组件520借由第二插销532插入穿过开孔546与插销孔521与前方左侧的向上连杆542进行偶合。因此被维持在轴向固定位置的被动组件520也使前方左侧的向上连杆542被轴向维持在位置上，造成第一插销533被进一步维持在位置上与前插销孔543被轴向维持在位置上。传递至轴插销孔549的动作使摆动组件540绕前插销孔543稍微旋转。左摆动组件540的稍微转动造成左摆动组件540的后端部分朝与左摆动组件后插销孔545与第三插销535相同方向移动较大距离，使得向下连杆544一起移动。后方左侧的向下连杆544借由第四插销534插入穿过开孔548与反应组件的左插销孔583与反应组件580进行偶合。因此主动轴505的向下运动造成向下连杆544的向下运动，并将向下运动传递至反应组件580。被动组件520同样借由第七插销576插入穿过开孔562与主动组件的右插销孔525与后方右侧的向上连杆566进行偶合。因此被维持在轴向固定位置的被动组件520也使后方右侧的向上连杆566被轴向维持在位置上，造成第八插销575被进一步维持在位置上与右摆动组件后插销孔565被轴向维持在位置上。传递至轴插销孔569的动作使摆动组件560绕右摆动组件后插销孔565稍微旋转。摆动组件560的稍微转动造成摆动组件560的前端部分朝与前插销孔567与第五插销577相同方向移动较大距离，使得向下连杆568一起移动。前方右侧的向下连杆568借由第六插销578插入穿过开孔564与反应组件的右插销孔587与反应组件580进行偶合。因此主动轴505的向下运动造成向下连杆568的向下运动，并将向下运动传递至反应组件580。上述解释主动轴505的运动如何转移至反应组件580相同方向的增量移动。

借由让主动轴505保持在对应的穿过被动组件520的中心轴向孔529中央可避免机构内不必要的摩擦。将一平的圆盘状弹簧507设置于被动组件520的上表面，并延伸至接触被动组件520的上表面边缘是防止不必要摩擦的便利做法。圆盘状弹簧507可借由焊接、黏着、打桩再倒角槽509周围的凸脊(未图标)或其他适当装置设置于主动轴505上。

在所示的实施例中，左摆动组件540与右摆动组件560为大致相同，而仅绕移动增加机构总成中央轴旋转180度。此外，可用于与向上连杆542与566连接的摆动组件插销孔543与565，其各自与轴插销孔549与569之间的距离为相同。用于与向下连杆544与568连接的摆动组件插销孔545与567，其各自与轴插销孔549与569之间的距离为相同，不过此距离可与摆动组件插销孔543与565与轴插销孔549与569之间的距离不同。这些距离的比例可建立移动增加机构总成所需特定的平移加乘(增益)。代表性的尺寸与产生的移动比率则列于表2，并如图8A、8B与8C所示。上述八个插销的固着可借由与连杆的插销孔之间或与各种完整或部分圆盘状元件的插销孔之间的尺寸贴合达成，也可由上述适当的组合或其他选择(螺丝、黏着剂、铆接等)，视何者最适用于特定制造方式而定。

目前图5A、5B、5C、5D、6、7A、7B所示轴插销孔549与569与摆动组件插销孔543与567之间的距离以及轴插销孔549与569与摆动组件插销孔545与565之间的距离相同。图8A中可见实施例中的插销孔在摆动组件中位置为对称。然而，如图8B所示移动增加机构总成500的第二个修改的实施例中，摆动组件640、660中的插销孔位置相对于对应的轴插销孔为不对称。与前一实施例相同，后方左侧的插销孔645与前方右侧插销孔667与对应的轴插销孔649、669之间的距离都相同，因此使向下连杆的位置对应位于相同反应组件580的轴向槽584、588。前方左侧的插销孔643与后方右侧插销孔665的位置与对应的轴插销孔649、669之间的距离较前一实施例短，因此使向上连杆的位置也不同。图8B所示第二实施例必须使用一个具有位置适当以容纳向上连杆的轴向槽的不同被动组件620。与先前距离相比较小的向上连杆之间隔的比率使摆动组件640、660作为杠杆，相较于致动器将增加运动传递至反应组件580，此杠杆将更多增加运动传递至主动轴505。

根据本发明原理的移动增加机构总成500的第三实施例则显示于图8C，其中摆动组件740、760中的插销孔位置相对于对应的轴插销孔为不对称。后方左侧的插销孔745与前方右侧插销孔767与对应的轴插销孔749、769之间的距离相对于先前的实施例较小，因此使向下连杆的位置也不同。在此实施例中，必须使用一个具有位置适当以容纳向下连杆的轴向槽的不同主动组件780。与前一实施例大致相同，前方左侧的插销孔743与后方右侧插销孔765则位于与对应的轴插销孔749、769相同距离的位置，因此使向上连杆的位置对应位于相同主动组件520的轴向槽524、528。与先前距离相比较小的向下连杆之间隔的比率使此实施例的摆动组件740、760作为杠杆，相较于致动器将增加运动传递至主动轴505，此杠杆将更少增加运动传递至主动组件780。

表2

因此，由针对先前叙述与伴随图示的检视中可看出，本发明系统与方法涉及一种创新的致动器，例如压电致动器，与控制阀，例如膜控制阀，之间的机械偶合。此偶合允许行程可被调整(扩张、收缩，或反转)，且以剪式升降概念(scissor-lift concept)进行操作。

虽然于此已借由具体范例与实施例描述本发明，然而，需了解各种不超出本发明的精神及范围的修改实施例仍可被提出。因此上述叙述不应被解释为对本发明的限制，而仅为对较佳实施例的举例描述，本发明可在权利要求书的范围内以各种方式实施。