KR101961883B1 - 스테퍼 모터에 의해 작동되는 평형화된 유동 제어 밸브 - Google Patents

스테퍼 모터에 의해 작동되는 평형화된 유동 제어 밸브 Download PDF

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폴 에이. 야
케빈 씨. 윌리암스
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맥 밸브즈, 인크.
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Abstract

유동 제어 밸브는 본체를 포함하고, 상기 본체는 본체 보어와 상기 보어 속으로 연장하는 시트 부재를 가지며, 상기 본체 보어는 본체의 종축과 동축으로 배향된다. 상기 보어 내에서 슬라이드가능하게 밸브 부재가 배치되고, 상기 밸브 부재는 상기 본체의 종축과 동축으로 배향된다. 상기 밸브 부재는 보어를 가진 원형이 아닌 기하학적 형상의 헤드를 포함한다. 구동 어댑터는 헤드 수용 공동을 포함하며, 상기 헤드 수용 공동은 상기 밸브 부재의 기하학적 형상의 헤드를 슬라이드식으로 수용하면서 상기 밸브 부재의 축방향 회전을 방지한다. 상기 구동 어댑터에 스테퍼 모터가 연결되고, 상기 스테퍼 모터는 상기 밸브 부재의 보어와 결합된 샤프트를 점진적으로 회전시킨다. 상기 밸브 부재의 동일 직경의 제1 및 제2 피스톤들은 압력이 균형을 이룬 밸브 부재 작동 위치들을 제공한다.

Description

스테퍼 모터에 의해 작동되는 평형화된 유동 제어 밸브{STEPPER MOTOR OPERATED BALANCED FLOW CONTROL VALVE}
본 발명은 스테퍼 모터에 의해 작동되는 유동 제어 밸브들에 관한 것이다.
이 설명란은 본 발명과 관련된 배경기술 정보를 제공하지만, 이 배경기술이 반드시 종래의 기술이라는 것은 아니다.
유동 제어 밸브들은, 완전 개방 위치 및/또는 완전 폐쇄 위치 사이에서 유동 가변성을 제어하는데 있어서 높은 정확도를 필요로 하는 밸브들의 밸브 부재 위치들의 반복가능성을 향상시키기 위해, 스테퍼 모터에 의해 작동될 수 있다. 따라서, 작업 기기에 대해 유체 체적 또는 압력을 정확하게 전달하여야 하는 작동들은 공지의 다른 밸브 액추에이터들에 비해 스테퍼 모터가 부여하는 정확도로부터 이익을 얻을 수 있다.
그러나, 스테퍼 모터에 의해 작동되는 공지의 유동 제어 밸브들은, 스테퍼 모터의 회전력을 개방 또는 폐쇄 밸브 위치들로 밸브 부재를 이동시키기 위해 이용되는 길이방향의 힘으로 변환하기 위해, 기어 시스템 또는 다방향 구성요소 구동 시스템을 흔히 필요로 한다. 이에 따라, 일반적인 작동 시스템들은 여러 부분들을 구동시키기 위한 동작력을 상실한다. 또한, 공지의 시스템들의 여러 이동 부분들의 복잡성, 전력 손실 및 공차 또한 밸브 위치(들)의 정확도와 반복가능성을 저하시키며, 이들은 밸브를 작동시키는 용도로 스테퍼 모터들을 사용하는 유리한 이유들이 된다.
이 설명란에서는 본 발명에 대한 개요를 제공하지만, 본 발명의 범위 전체 또는 그 모든 특징들을 포괄적으로 설명하는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 본 발명은,
직사각형의 본체로서, 본체의 종축과 평행하게 연장하는 네 개의 길이방향 면을 구비하며, 본체의 종축과 동축으로 배향되고 보어 직경을 갖는 본체 보어 및 상기 본체 보어 내로 연장하는 시트 부재를 규정하는 본체;
상기 본체와 접촉되는 단부 캡으로서, 상기 본체 보어와 유체 소통하여 상기 본체 보어를 통기시키도록 배치되고 단부 캡을 관통하는 단부 캡 통로를 구비하는 단부 캡;
상기 본체 보어 내에 슬라이드가능하게 배치되고 상기 본체의 종축과 동축으로 배향되는 밸브 부재로서,
네 개의 헤드면을 갖는 직사각형 헤드와,
원통형 스풀 밸브 부재로서, 상기 직사각형 헤드와 원통형 스풀 밸브 부재가 밸브 부재의 부품으로서 서로 일체로 연결되도록 상기 직사각형 헤드로부터 일체로 연장하고, 밸브 부재가 상기 본체 보어 내에서 슬라이드 이동하는 중에 상기 보어 직경과 미끄럼 끼워 맞춤을 생성하도록 상기 보어 직경에 활주가능하게 밀봉식으로 결합되는 탄성 시일 부재를 구비하는 원통형 스풀 밸브 부재와,
상기 직사각형 헤드와 상기 원통형 스풀 밸브 부재 둘 다를 관통하여 형성된 나사식 보어를 포함하는 밸브 부재;
상기 밸브 부재의 축회전을 방지하면서 상기 밸브 부재의 상기 직사각형 헤드를 슬라이드가능하게 수용하는 직사각형 헤드 수용 공동을 포함하는 구동 어댑터로서, 상기 헤드 수용 공동이 상기 직사각형 헤드의 전체 둘레에 대해 간극을 제공함으로써 상기 본체 보어 내의 유체가 상기 간극 또는 상기 헤드 수용 공동으로 유입되는 것을 시일 부재에 의해 방지하도록 된 구동 어댑터;
상기 구동 어댑터에 연결된 스테퍼 모터로서, 상기 밸브 부재와 직접 결합된 샤프트를 축회전시켜서 상기 밸브 부재를 축방향으로 변위시키도록 작동하는 스테퍼 모터;
상기 본체 보어로부터 상기 본체의 길이방향 면들 중 한 면까지 상기 본체를 관통하여 연장하여 상기 본체의 포트가 형성된 길이방향 면을 규정하는 입구 포트로서, 포트가 형성된 길이방향 면에 대해서는 개방되고 상기 본체의 다른 길이방향 면들에 대해서는 폐쇄되어 있는 입구 포트; 및
상기 입구 포트와 나란하게 배치되는 출구 포트로서, 상기 본체 보어로부터 포트가 형성된 길이방향 면까지 상기 본체를 관통하여 연장하며, 포트가 형성된 길이방향 면에 대해서는 개방되고 상기 본체의 다른 길이방향 면들에 대해서는 폐쇄되어 있는 출구 포트를 포함하며,
상기 원통형 스풀 밸브 부재가 상기 보어 직경과 미끄럼 끼워 맞춤을 생성하는 직경을 가지며, 상기 밸브 부재의 상기 직사각형 헤드가 상기 원통형 스풀 밸브 부재의 직경보다 큰 미리 정해진 폭을 갖도록 상기 밸브 부재가 상기 직사각형 헤드로부터 상기 원통형 스풀 밸브 부재까지 테이퍼져 있는 유동 제어 밸브를 제공한다.
바람직하게는, 상기 직사각형 헤드가 적어도 하나의 평탄한 헤드면을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 유동 제어 밸브는, 상기 밸브 부재의 축회전을 방지하도록, 상기 헤드 수용 공동이 상기 직사각형 헤드의 네 개의 헤드면들에 당접하는 네 개의 공동면을 포함한다.
바람직하게는, 상기 밸브 부재는 상기 시트 부재와 밀봉식으로 결합되어 상기 유동 제어 밸브의 폐쇄 위치를 규정하도록 당해 밸브 부재로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 적어도 하나의 시트 결합 부재를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 샤프트의 제1 방향에서의 회전은 상기 본체 보어 내의 상기 밸브 부재를 상기 유동 제어 밸브의 폐쇄 위치에서 개방 위치로 길이방향으로 변위시키도록 작용하고, 상기 샤프트의 제1 방향과는 반대인 제2 방향에서의 회전은 상기 개방 위치에서 밸브 폐쇄 위치로 상기 밸브 부재를 복귀시키도록 작용한다.
바람직하게는, 상기 밸브 부재가, 상기 밸브 부재의 상기 직사각형 헤드 반대측 단부에 배치된 제1 피스톤; 및 제1 피스톤과 직사각형 헤드 사이에 배치되고 상기 원통형 스풀 밸브 부재를 규정하는 제2 피스톤을 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 피스톤들은, 상기 밸브 부재가 상기 본체 보어 내에서 슬라이드가능하게 이동함에 따라, 실린더 벽들에 대해 밀봉하도록 작동한다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2 피스톤들은, 당해 제1 및 제2 피스톤들에 대해 반대로 작용하는 가압 유체로 인해, 상기 밸브 부재에 대해 작용하는 압력들이 평형을 이루도록, 동일한 직경들을 갖는다.
바람직하게는, 본 발명의 유동 제어 밸브는 명령 신호를 수신하는 전자 인터페이스 기기를 더 포함하며, 상기 명령 신호는 상기 전자 인터페이스에 의해 스테퍼 모터를 작동시키기 위한 출력으로 변환된다.
바람직하게는, 상본 발명의 유동 제어 밸브는, 상기 전자 인터페이스 기기가 내부에 배치되는 전자 인터페이스 하우징과, 상기 전자 인터페이스 하우징을 대기로부터 밀봉하고 상기 유동 제어 밸브에 대한 전기적 접속을 제공하는 전기 커넥터를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 밸브 부재가 상기 본체 내에 슬라이드가능하게 수용되어 있다.
바람직하게는, 상기 나사식 보어가 상기 샤프트를 나사결합가능하게 수용하며, 상기 샤프트는 상기 스테퍼 모터에 결합되고 상기 스테퍼 모터로부터 연장하는 수형 나사식 샤프트이며, 이에 따라 상기 스테퍼 모터가 점진적으로 회전하는 것에 의해 상기 나사식 보어에 나사 결합되어 있는 상기 수형 나사식 샤프트가 회전되어 상기 밸브 부재를 점진적으로 축방향 병진 이동시킨다.
바람직하게는, 상기 직사각형 헤드가 상기 직사각형 헤드에 일체로 연결되고 상기 직사각형 헤드로부터 연장하는 샤프트를 구비하고, 상기 샤프트는 상기 스테퍼 모터의 암형 나사식 보어에 나사 결합되는 수형 나사식 샤프트이며, 이에 따라 상기 스테퍼 모터와 상기 샤프트에 나사 결합되어 있는 상기 암형 나사식 보어가 점진적으로 회전하는 것에 의해 상기 밸브 부재가 점진적으로 축방향 병진 이동된다.
바람직하게는, 상기 구동 어댑터가 상기 본체에 해제가능하게 연결된다.
바람직하게는, 상기 구동 어댑터가 상기 본체에 일체로 연결되어 있고, 상기 밸브 부재의 직사각형 헤드는 상기 밸브 부재의 축회전을 방지하는 상기 직사각형 헤드의 네 개의 헤드면에 부합하는 네 개의 공동면을 구비하는 상기 헤드 수용 공동에 슬라이드가능하게 수용되어 있다.
바람직하게는, 상기 밸브 부재는 스풀 밸브 부재를 규정한다.
바람직하게는, 상기 밸브 부재는 포핏 밸브 부재를 규정한다.
다른 실시예에 따르면, 본 발명은,
본체로서, 본체의 종축과 동축으로 배향되고 보어 직경을 갖는 본체 보어와, 본체와 접촉되는 단부 캡으로서 본체 보어와 소통하여 본체 보어를 통기시키는 단부 캡을 관통하는 단부 캡 통로를 구비하는 단부 캡을 구비하는 본체;
상기 본체 보어 내에 슬라이드가능하게 배치되고 상기 본체의 종축과 동축으로 배향되는 밸브 부재로서,
밸브 부재의 부품으로서 서로 일체로 연결되는 직사각형 헤드 및 제2 피스톤으로서, 둘 다 내부에는 나사식 보어가 형성된 직사각형 헤드 및 제2 피스톤; 및
적어도 하나의 반경 방향 외측으로 연장하는 시트 결합 부재, 및 밸브 부재의 부품으로서 서로 일체로 연결되는 제1 피스톤 및 상기 제2 피스톤으로서, 제1 및 제2 피스톤들에 대해 반대 방향으로 작용하는 가압 유체에 의해 밸브 부재에 작용하는 압력이 평형을 이루도록, 보어 직경과 미끄럼 끼워 맞춤을 생성하는 동일한 직경을 갖는 제1 및 제2 피스톤들을 포함하는 밸브 부재;
상기 밸브 부재의 상기 직사각형 헤드를 슬라이드가능하게 수용하고 상기 밸브 부재의 축회전을 방지하는 직사각형 헤드 수용 공동을 포함하는 구동 어댑터; 및
상기 구동 어댑터에 연결된 스테퍼 모터로서, 상기 밸브 부재의 나사식 보어 내에 직접 결합된 샤프트를 회전시켜 상기 밸브 부재를 축방향으로 병진 이동시키는 스테퍼 모터를 포함하는 유동 제어 밸브로,
상기 유동 제어 밸브가 사각형 형상을 가지며, 상기 본체, 단부 캡, 구동 어댑터 및 스테퍼 모터 각각이 유동 제어 밸브의 전체 폭을 규정하는 동일한 폭을 가지며,
상기 밸브 부재의 제2 피스톤이 보어 직경과 미끄럼 끼워 맞춤을 생성하는 직경을 가지며, 상기 밸브 부재의 직사각형 헤드가 상기 제2 피스톤의 직경보다 큰 미리 정해진 폭을 갖도록 상기 밸브 부재가 상기 직사각형 헤드로부터 상기 제2 피스톤까지 테이퍼져 있는 유동 제어 밸브를 제공한다.
바람직하게는, 적어도 하나의 반경 방향 외측으로 연장하는 시트 결합 부재가, 상기 밸브 부재의 제1 및 제2 피스톤들의 직경들과 동일한 직경을 각각 갖는 제1 시트 결합 부재 및 제2 시트 결합 부재를 포함한다.
바람직하게는, 상기 본체가 3방향 밸브 본체로서, 상기 본체 보어 내로 연장하는 제1 및 제 2 시트 부재들; 및 상기 구동 어댑터와 상기 제2 시트 부재 사이에 길이방향으로 배치되어 있는 입구 포트, 상기 제1 시트 부재와 상기 제2 시트 부재 사이에 길이방향으로 배치되어 있는 출구 포트, 및 상기 단부 캡과 상기 제1 시트 부재 사이에 길이방향으로 배치되어 있는 배출 포트를 포함한다.
바람직하게는, 밸브 개방 위치에서, 상기 제1 시트 결합 부재가 상기 제1 시트 부재와 접촉하고, 상기 제2 시트 결합 부재가 상기 제2 시트 부재로부터 변위됨으로써, 상기 입구 포트가 상기 출구 포트와 소통하도록 하고, 상기 입구 포트 및 상기 출구 포트 모두가 상기 배출 포트로부터 격리되도록 하며; 및 밸브 폐쇄 위치에서, 상기 제1 시트 결합 부재가 상기 제1 시트 부재와 접촉하고, 상기 제2 시트 결합 부재가 상기 제2 시트 부재와 접촉함으로써, 상기 입구 포트, 출구 포트 및 배출 포트가 서로로부터 격리되도록 한다.
바람직하게는, 상기 제1 시트 결합 부재가 상기 제1 시트 부재로부터 변위되고, 상기 제2 시트 결합 부재가 상기 제2 시트 부재와 접촉하여 배출 위치를 규정함으로써, 상기 출구 포트가 상기 배출 포트와 소통하도록 하고, 상기 입구 포트가 상기 출구 포트 및 상기 배출 모두로부터 격리되도록 한다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 반경 방향 외측으로 연장하는 시트 결합 부재는, 상기 제1 및 제2 피스톤들의 직경들과 각각 동일한 직경을 가진 제1, 제2, 제3 및 제4 시트 결합 부재들을 포함한다.
바람직하게는, 상기 본체는 4방향 밸브 본체이고, 상기 4방향 밸브 본체는, 상기 보어 속으로 연장하며 상기 시트 결합 부재들 중 하나에 의해 접촉되도록 각각 배치된 복수의 시트 부재들과, 입구 포트, 제1 및 제2 출구 포트들, 및 제1 및 제2 배출 포트들을 포함한다.
바람직하게는, 상기 본체는 2방향 밸브 본체이고, 상기 2방향 밸브 본체는, 상기 보어 속으로 연장하는 시트 부재와, 입구 포트 및 출구 포트를 포함하고, 상기 적어도 하나의 반경 방향 외측으로 연장하는 시트 결합 부재는 상기 출구 포트로부터 상기 입구 포트를 격리시키는 밸브 폐쇄 위치에서 상기 시트 부재와 접촉한다.
또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은,
본체로서, 본체의 종축과 평행하게 연장하는 적어도 하나의 길이방향 면을 구비하며, 본체의 종축과 동축으로 배향되는 제1 및 제2 원통형 벽 및 본체 보어를 규정하는 본체;
상기 본체 보어 내에 슬라이드가능하게 배치되고 상기 본체의 종축과 동축으로 배향되는 밸브 부재로서,
비원형 헤드로서, 비원형 헤드를 관통하여 연장하는 종축과 동축으로 정렬된 나사식 보어를 구비하는 비원형 헤드와,
밸브 부재의 상기 비원형 헤드 반대측 단부에 배치되어 있는 제1 피스톤과,
상기 제1 피스톤과 상기 비원형 헤드 사이에 배치되어 있는 제2 피스톤으로서, 상기 비원형 헤드에 일체로 연결되어 상기 나사식 보어가 제2 피스톤으로 연장하게 하는 제2 피스톤을 포함하며,
상기 제1 및 제2 피스톤들이 상기 밸브 부재가 상기 본체 보어 내에서 슬라이드 이동함에 따라 상기 본체의 원통형 벽들을 밀봉하도록 되어 있는 밸브 부재;
상기 본체에 연결되는 구동 어댑터로서, 상기 밸브 부재의 상기 비원형 헤드를 슬라이드가능하게 수용하고 상기 밸브 부재의 축회전을 방지하는 헤드 수용 공동을 포함하는 구동 어댑터;
상기 구동 어댑터에 연결된 스테퍼 모터로서, 상기 밸브 부재의 나사식 보어 내에 직접 결합된 샤프트를 회전시키는 스테퍼 모터;
상기 본체의 적어도 하나의 길이방향 면과 상기 본체 보어 사이에서 연장하고 있는 상기 본체에 의해 규정되는 제1 시트 부재로서, 상기 구동 어댑터로부터 가장 먼 곳에 배치되어 있는 외측 가장자리 및 상기 제1 시트 부재를 횡방향으로 2등분 하는 중심선을 구비하는 제1 시트 부재;
상기 본체의 적어도 하나의 길이방향 면과 상기 본체 보어 사이에서 연장하고 있는 상기 본체에 의해 규정되는 제2 시트 부재로서, 상기 구동 어댑터로부터 가장 가까운 곳에 배치되어 있는 외측 가장자리 및 상기 제2 시트 부재를 횡방향으로 2등분하는 중심선을 구비하는 제2 시트 부재;
상기 본체 보어로부터 상기 본체의 적어도 하나의 길이방향 면까지 상기 본체를 관통하여 연장하고, 상기 구동 어댑터와 상기 제2 시트 부재 사이에 길이방향으로 배치되어 있는 입구 포트;
상기 본체 보어로부터 상기 본체의 적어도 하나의 길이방향 면까지 상기 본체를 관통하여 연장하고, 상기 제1 시트 부재와 상기 제2 시트 부재 사이에 길이방향으로 배치되어 있는 출구 포트;
상기 본체 보어로부터 상기 본체의 적어도 하나의 길이방향 면까지 상기 본체를 관통하여 연장하고, 상기 단부 캡과 상기 제1 시트 부재 사이에 길이방향으로 배치되어 있는 배출 포트를 포함하며,
상기 제1 및 제2 시트 부재들이 상기 제1 및 제2 시트 부재들의 외측 가장자리들 간의 거리와 동일한 외측 간격 및 상기 제1 및 제2 시트 부재들의 중심선들 간의 거리와 동일한 중심선 간격을 규정하며,
상기 밸브 본체가, 상기 밸브 본체로부터 연장하는 제1 시트 결합 부재와 제2 시트 결합 부재를 더 포함하며, 상기 제1 시트 결합 부재와 상기 제2 시트 결합 부재는 상기 제1 및 제2 시트 부재들의 외측 간격보다 작고 상기 제1 및 제2 시트 부재들의 중심선 간격보다 큰 설정 거리만큼 서로 길이방향으로 이격되어 있어, 상기 밸브 본체가,
상기 제1 시트 결합 부재가 상기 제1 시트 부재와 접촉하고 상기 제2 시트 결합 부재는 상기 제2 시트 부재로부터 변위됨으로써, 상기 입구 포트가 상기 출구 포트와 소통하게 되고, 상기 입구 포트와 상기 출구 포트는 둘 다 상기 배출 포트와 격리되는 밸브 개방 위치,
상기 제1 시트 결합 부재가 상기 제1 시트 부재와 접촉하고 상기 제2 시트 결합 부재는 상기 제2 시트 부재와 접촉함으로써, 상기 입구 포트, 상기 출구 포트 및 상기 배출 포트가 서로 격리되는 밸브 폐쇄 위치, 및
상기 제1 시트 결합 부재가 상기 제1 시트 부재로부터 변위되고 상기 제2 시트 결합 부재가 상기 제2 시트 부재와 접촉하여 배출 위치를 규정함으로써, 상기 출구 포트가 상기 배출 포트와 소통하게 되고, 상기 입구 포트는 상기 출구 포트 및 상기 배출 포트 모두와 격리되는 배출 위치
중 한 위치로 이동할 수 있도록 된 유동 제어 밸브를 제공한다.
바람직하게는, 본 발명의 유동 제어 밸브는 상기 비원형 헤드의 단부면에 대항하게 수용되고 반대측 단부는 상기 스테퍼 모터에 당접하는 편향 부재를 더 포함하며, 상기 편향 부재는 상기 밸브 부재에 편향력을 가하여 상기 나사식 샤프트와 상기 밸브 부재의 나사식 보어 사이의 나사 간극을 제거함으로써, 나사 피치만큼 변할 수 있는 상기 스테퍼 모터의 미리 정해진 수만큼의 회전에 의해 상기 밸브 부재가 개방 위치에 반복적으로 위치될 수 있게 한다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2 시트 결합 부재들이 상기 밸브 부재로부터 반경 방향 외측으로 연장하여, 상기 밸브 본체가 폐쇄 위치에 설정되어 있을 때 상기 제1 및 제2 시트 부재들과 밀봉적으로 결합된다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2 피스톤들의 직경과 상기 제1 및 제2 시트 결합 부재들의 직경이 동일하며, 이에 따라 상기 제1 피스톤에 작용하는 가압 유체 힘이 상기 밸브 본체가 폐쇄 위치에 설정되어 있을 때 상기 제1 및 제2 시트 결합 부재들에 가해지는 가압 유체 힘에 의해 평형을 이룬다.
바람직하게는, 상기 제1 피스톤의 직경이 상기 제2 피스톤의 직경과 동일하며, 이에 따라 상기 제1 피스톤에 작용하는 가압 유체 힘이 상기 밸브가 개방 위치에 설정되어 있을 때 상기 제2 피스톤에 작용하는 가압 유체 힘에 의해 평형을 이룬다.
바람직하게는, 상기 밸브 부재가, 상기 제1 및 제2 피스톤들의 직경과 상기 제1 및 제2 시트 결합 부재들의 직경이 동일한 스풀 부재이다.
바람직하게는, 상기 밸브 부재가, 상기 제1 및 제2 시트 결합 부재들의 직경이 상기 제1 및 제2 시트 부재들의 직경보다 큰 포핏 부재이다.
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본 명세서에 제공된 상세한 설명으로부터 응용가능한 다른 분야들이 명확해질 것이다. 약술한 설명과 구체적인 예들은 단지 예시를 목적으로 하고 있으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에 개시된 도면들은 가능한 모든 구현예들이 아닌 선택된 실시예들을 단지 예시하고자 함이며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 유동 제어 밸브의 정면 좌측 사시도이다.
도 2는 도 1의 유동 제어 밸브의 배면도이다.
도 3은 도 2의 단면 3을 따라 취한 부분 정단면도이다.
도 4는 유동 제어 밸브가 밸브 개방 위치에 있는 상태를 더 도시한 도 3의 부분 정단면도이다.
도 5는 도 3의 단면 5를 따라 취한 배면 단면도이다.
도 6은 밸브 폐쇄 위치에 있는 것으로 도시된 포핏 밸브 부재를 가진 본 발명의 유동 제어 밸브의 다른 실시예의 부분 정단면도이다.
도 7은 포핏 밸브 부재가 밸브 폐쇄 위치에 있는 상태를 더 도시한 도 6의 부분 정단면도이다.
도 8은 완전 배출 위치에 있는 것으로 도시된 스풀 밸브 부재를 가진 본 발명의 3방향 유동 제어 밸브의 부분 정단면도이다.
도 9는 유동 제어 밸브가 밸브 폐쇄 위치에 있는 상태를 도시한 도 8의 부분 정단면도이다.
도 10은 유동 제어 밸브가 밸브 개방 위치에 있는 상태를 도시한 도 8의 부분 정단면도이다.
도 11은 밸브 제1 개방 위치에 있는 것으로 도시된 스풀 밸브 부재를 가진 본 발명의 4방향 유동 제어 밸브의 부분 정단면도이다.
도 12는 유동 제어 밸브가 밸브 폐쇄 위치에 있는 상태를 도시한 도 11의 부분 정단면도이다.
도 13은 유동 제어 밸브가 밸브 제2 개방 위치에 있는 상태를 도시한 도 11의 부분 정단면도이다.
도 14는 전자 인터페이스 기기와 하우징을 가진 추가적인 실시예를 더 도시한 도 3과 유사한 부분 정단면도이다.
여러 도면들 전체에 걸쳐서 대응하는 부분들은 대응하는 참조 번호들로 표시하였다.
이제, 첨부 도면들을 참조하여, 예시적인 실시예들에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
예시적인 실시예들은 본 발명이 완전해지도록 하기 위해 제공된 것이며, 본 발명의 범위를 당업자에게 충실히 전달한다. 본 발명의 실시예들을 완전히 이해할 수 있도록 하기 위해, 특정 구성요소들, 기기들 및 방법들의 예들과 같은, 다양한 특정 세부사항들이 기술되어 있다. 특정 세부사항들이 채용될 필요는 없으며, 예시적인 실시예들이 많은 다른 형태들로 구현될 수 있고, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 것을 당업자는 명확하게 이해할 것이다. 일부 예시적인 실시예들에서는, 널리 공지된 프로세스들, 널리 공지된 기기 구조들, 및 널리 공지된 기술들에 대해 상세하게 설명하지는 않는다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 구체적이고 예시적인 실시예들을 설명하려는 목적이며, 한정하려는 의도가 아니다. 본 명세서에서 사용될 때, 단수 형태들은 문맥상 명백하게 다르게 지칭하지 않으면 복수 형태들을 포함하려는 의도일 수 있다. 용어 "포함한다", "포함하는(comprising)", "포함한(including)", 및 "가진"은 포괄적이며, 이에 따라, 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 요소들 및/또는 구성요소들의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 요소들, 구성요소들 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지는 않는다. 본 명세서에 개시된 방법 단계들, 프로세스들 및 작동들은, 구체적으로 실행 순서를 언급하지 않았다면, 논의되거나 도시된 특정 순서로 그들을 실행해야 할 필요가 있는 것으로 간주되어서는 안 된다. 또한, 추가적인 단계들 또는 대안적인 단계들이 채용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
하나의 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 "위에" 있거나, 다른 요소 또는 층에 "결합되어" 있거나, 다른 요소 또는 층에 "연결되어" 있거나, 또는 다른 요소 또는 층에 "커플링되어" 있는 것으로 인용된 경우, 상기 요소 또는 층은 다른 요소 또는 층 바로 위에 있거나, 다른 요소 또는 층에 직접적으로 결합되거나, 연결되거나, 커플링되될 수 있으며, 또는 중간 요소들 또는 층들이 존재할 수 있다. 이와 대조적으로, 요소가 다른 요소 또는 층 "바로 위에" 있거나, 다른 요소 또는 층에 "직접적으로 결합되어" 있거나, 다른 요소 또는 층에 "직접적으로 연결되어" 있거나, 또는 다른 요소 또는 층에 "직접적으로 커플링되어" 있는 것으로 인용된 경우에는, 중간 요소들 또는 층들이 존재하지 않을 수 있다. 요소들 사이의 관계를 설명하기 위해 사용되는 다른 단어들은 이와 유사한 방식으로 해석되어야 한다(예컨대, "사이에"와 "바로 그 사이에", "이웃한"과 "바로 이웃한" 등). 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "및/또는"은 관련하여 나열된 항목들 중 임의의 항목과 하나 이상의 항목들의 모든 조합들을 포함한다.
다양한 요소들, 구성요소들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 본 명세서에서 제1, 제2 및 제3 등의 용어들이 사용될 수 있지만, 이 요소들, 구성요소들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들은 이 용어들에 의해 한정되는 것이 아니다. 이 용어들은 단지 하나의 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션을 다른 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션과 구분하기 위해 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때 "제1" 및 "제2"와 같은 용어들 그리고 다른 수치적 용어들은 문맥상 명확하게 지칭되지 않으면 시퀀스 또는 순서를 의미하지 않는다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1의 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션은 예시적인 실시예들의 교시들로부터 벗어나지 않고 제2의 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션으로 지칭될 수 있다.
"내측", "외측", "밑", "아래", "하위", "위", "상위" 등과 같이 공간적으로 상대적인 용어들은, 도면들에 도시된 바와 같은 다른 요소(들) 또는 특징(들)에 대한 하나의 요소 또는 특징의 관계를 설명하기 위해 설명의 용이성을 도모하고자 본 명세서에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어들은 도면들에 도시된 방위 이외에 사용중이거나 작동중인 기기의 다른 방위들을 포함시키고자 하는 의도일 수 있다. 예를 들면, 도면들에서의 기기가 뒤집히는 경우, 다른 요소들 또는 특징들의 "아래"에 또는 "밑"에 있는 것으로 설명된 요소들은 이제 상기 다른 요소들 또는 특징들의 "위"에 배향된다. 따라서, 예시적인 용어 "아래"는 상향 및 하향 양자 모두를 포함할 수 있다. 상기 기기는 (90°회전되거나 다른 방위로) 다르게 배향될 수 있고, 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 설명들은 그에 따라 해석될 수 있다.
도 1을 참조하면, 유동 제어 밸브(10)는 본체 조립체(12)를 포함하며, 상기 본체 조립체(12)는 메인 본체부(14), 상기 메인 본체부(14)에 해제가능하게 연결될 수 있는 구동 어댑터(16), 상기 구동 어댑터(16)에 연결된 스테퍼 모터(18) 형태의 밸브 액추에이터 또는 작동기, 및 상기 메인 본체부(14)에 해제가능하게 연결되고 상기 스테퍼 모터(18)에 대해 반대로 배치된 단부 캡(20)을 각각 갖는다. 다른 실시예들에 따르면, 구동 어댑터(16)는 메인 본체부(14)와 일체화된 부분일 수 있다. 복수의 유동 제어 밸브(10)들이 나란한 구성으로 배열될 수 있도록 메인 본체부(14)가 실질적으로 직사각형 형상의 블록 밸브(block valve)로서 도시되어 있으나, 본 발명은 특정 밸브 본체 디자인에 한정되지 않는다. 유동 제어 밸브(10)의 패스너 장착이 가능하도록, 하나 이상의 관통 보어(21)들이 메인 본체부(14)에 제공될 수 있다. 스테퍼 모터(18)는 전원(미도시)으로부터 원격으로 에너지가 공급될 수 있다.
도 2를 참조하면, 전술한 바와 같이 유동 제어 밸브(10)는 실질적으로 직사각형 형상을 가질 수 있으며, 메인 본체부(14), 구동 어댑터(16) 및 스테퍼 모터(18)는 각각 유동 제어 밸브(10)의 전체 폭을 조절하기 위해 실질적으로 동일한 폭들을 가질 수 있다. 메인 본체부(14) 또는 스테퍼 모터(18)와 같은 각각의 구성요소들의 높이는 필요에 따라 변할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 유동 제어 밸브(10)의 다른 특징들은 메인 본체부(14)의 스풀 수용 보어(24) 내부에서 슬라이드가능하게 배치된 스풀 밸브 부재(22)를 포함한다. 스풀 밸브 부재(22)는 본체 조립체(12)의 조립체 종축(26) 상에서 동축으로 이동가능하다. 스풀 밸브 부재(22)는 제1 시일 슬롯(32) 내에 배치된 O링 또는 D링과 같은 제1 탄성 시일 부재(30)를 가진 제1 피스톤(28)을 포함하며, 상기 제1 탄성 시일 부재는 메인 본체부(14)의 내부에 생성된 제1 실린더 벽체(34)와 제1 피스톤(28) 사이에 유체 밀봉을 제공한다. 스풀 밸브 부재(22)는 스테퍼 모터(18)의 구동력에 의해 제1 방향("A")과 그 반대인 제2 방향("B") 각각으로 슬라이드가능하게 위치될 수 있다.
메인 본체부(14)는 그 내부에 제1 실린더 벽체(34)가 생성되어 있는 제1 본체 단부(35)를 더 포함한다. 제1 피스톤(28)은 제1 실린더 벽체(34)에 의해 규정된 제1 본체 단부(35)의 제1 피스톤 보어(36) 내에 슬라이드가능하게 수용된다. 스풀 밸브 부재(22)는, 제2 시일 슬롯(42) 내에 배치되며 상기 제1 탄성 시일 부재(30)와 유사한 제2 탄성 시일 부재(40)를 가진 제2 피스톤(38)을 또한 포함할 수 있다. 제2 탄성 시일 부재(40)는 메인 본체부(14)의 제2 본체 단부(48)에 생성된 제2 실린더 벽체(46)와 제2 피스톤 주변 벽체(44) 사이에 유체 압력 경계선을 제공한다. 몇몇 실시예들에 따르면, 제1 피스톤(28)의 직경("V")은 제2 피스톤(38)의 직경("W")과 실질적으로 동일하다. 시트 결합 부재(50)의 직경("X")은 상기 직경("V" 및 "W")들과 실질적으로 동일하며, 이에 따라, 스풀 수용 보어(24) 내의 가압 유체로부터 발생된 방향력(directional forces)들이, (도 3에 도시된) 밸브 폐쇄 위치에서, 시트 결합 부재(50)와 제1 피스톤(28)의 동등하게 노출된 표면 영역들에 대해 동등하면서 반대로 작용하거나 "평형"을 이루게 될 것이며, (도 4에 도시된) 밸브 개방 위치에서, 제1 및 제2 피스톤(28, 38)들의 동등하게 노출된 표면 영역들에 대해 평형을 이루게 될 것이다. 이에 따라, 본 발명의 스풀 밸브 부재(22)와 다른 밸브 부재들은 압력 평형 디자인(pressure balanced designs)들로서 규정된다.
시트 결합 부재(50)는 스풀 밸브 부재(22)의 외측 반경 방향 연장부이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스풀 밸브 부재(22)는, 입구 포트(54) 내의 가압 유체를 제1 출구 포트(56)로부터 격리하는 밸브 폐쇄 위치에서 시트 결합 부재(50)가 메인 본체부(14)의 시트 부재(52)에 접촉하도록, 배치된다. 몇몇 실시예들에 따르면, 시트 결합 부재(50)에는 당해 시트 결합 부재(50) 상에 오버-몰드된 탄성 물질(58)이 제공될 수 있다. 탄성 물질(58)은 시트 부재(52)와 접촉할 때 선상(腺狀)의 유체 밀봉을 제공한다. 스풀 밸브 부재(22)가 (완전 작동 후 도 4에 도시된 바와 같이) 제2 방향("B")으로 움직일 때, 가압 유체가 입구 포트(54)로부터 제1 출구 포트(56)로 흐를 수 있도록 하는 유로(60)가 시트 결합 부재(50)와 탄성 물질(58) 사이에 생성된다.
각각의 제1 및 제2 피스톤(28, 38)들과 (탄성 물질(58)에 의해 규정된) 시트 결합 부재(50)의 외주연이 실질적으로 동일한 직경들을 갖기 때문에, 스풀 밸브 부재(22)는 밸브 폐쇄 위치나 밸브 개방 위치에서 압력 평형을 이룬다. 예컨대, 도 3에 도시된 밸브 폐쇄 위치에서, 시트 결합 부재(50)에 대해 제1 방향("A")으로 작용하는 가압 유체가 제2 피스톤(38)에 대해 제2 방향("B")으로 작용하는 가압 유체의 힘에 의해 등화(equalized)됨으로써, 스풀 밸브 부재(22)에 작용하는 순수 축력이 가압 유체로부터 실질적으로 제로가 된다. 도 4에 도시된 밸브 개방 위치에서, 유체가 부분적으로 내지는 완전히 개방된 유동 제어 밸브(10)를 통해 흐르고 있을 때, 압력 평형 상태가 또한 존재한다. 도 4에 도시된 바와 같이 유로(60)가 개방되었을 때, 입구 포트(54)와 제1 출구 포트(56) 사이에 압력차가 존재하지만, 제1 피스톤(28)에 대해 제1 방향("A")으로 작용하는 유체 압력은 시트 결합 부재(50)의 좌측면에 대해 작용하는 유체 압력의 힘과 실질적으로 동일한 반면, 제2 피스톤(38)에 대해 제1 방향("B")으로 작용하는 유체 압력은 시트 결합 부재(50)의 우측면에 대해 작용하는 유체 압력의 힘과 실질적으로 동일하며, 이에 따라, 스풀 밸브 부재(22)를 이동시키기 위해 작용하는 순수 축력은 실질적으로 제로가 된다.
스풀 밸브 부재(22)는 스테퍼 모터(18)에 의해 생성되는 회전력에 의해 조립체 종축(26)에 대해 동축으로 이동하게 된다. 스테퍼 모터(18)에 의해 생성되는 회전력을 길이방향 또는 축방향 구동력으로 변환하기 위해, 스풀 밸브 부재(22)는, 제1 피스톤(28)과 반대인 스풀 밸브 부재(22)의 단부에 제2 피스톤(38)과 인접하여 배치된 기하학적 형상의 헤드(62)를 더 포함한다. 본 명세서에서 규정된 바와 같은 용어 "기하학적 형상"의 헤드는 원형이 아닌 기하학적 형상을 의미한다(즉, 완전한 원이 될 수 없다). 타원형이나, 주연부에 적어도 하나의 평면을 갖거나, 몇몇 실시예들에 따라, 삼각형, 직사각형, 팔각형 등의 기하학적 구조를 포함할 수 있는 다수의 평면들을 주연부에 가진 형상들이 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에 따르면, 기하학적 형상의 헤드(62)가 실질적으로 직사각형으로 형성됨으로써, 스풀 밸브 부재(22)가 직사각형 형상의 바 스톡(bar stock)으로부터 생성될 수 있도록 하고, 제1 및 제2 피스톤(28, 38)들과 시트 결합 부재(50)와 같은 나머지 특징부들을 제공하기 위해 기계가공되거나 성형될 수 있도록 한다.
기하학적 형상의 헤드(62)는 헤드 수용 공동(64) 내에 슬라이드가능하게 수용되며, 상기 헤드 수용 공동은 기하학적 형상의 헤드(62)의 대응하는 면들과 결합하는 복수의 공동면(cavity faces)(66)들을 포함할 수 있다. 기하학적 형상의 헤드(62)의 비(非)원형 구조는 스테퍼 모터(18)의 회전력에 의해 구동될 때 조립체 종축(26)에 대한 스풀 밸브 부재(22)의 축방향 회전을 방지한다. 몇몇 실시예들에 따르면, 압축 스프링과 같은 편향 부재(68)가 기하학적 형상의 헤드(62)의 단부면(70)에 대항하도록 수용될 수 있다. 편향 부재(68)의 반대측 단부는 스테퍼 모터(18)에 당접한다. 편향 부재(68)가 스풀 밸브 부재(22)에 대해 제1 방향("A")으로 편향력을 인가하여 제2 피스톤(38)에 생성된 암형 나사식 블라인드 보어(76)와 수형 나사식 샤프트(74)의 나사산(72)들 사이의 나사 간극을 제거함으로써, 스풀 밸브 부재(22)는 스테퍼 모터(180)의 미리 정해진 회전수에 의해 개방 위치에 반복적으로 위치될 수 있으며, 상기 스테퍼 모터의 미리 정해진 회전수는 나사산(72)들의 피치에 따라 변할 수 있다.
스테퍼 모터(18)와 기하학적 형상의 헤드(62)의 단부면(70) 사이에 제2 헤드 수용 공동(78)이 생성되어 있다. 스풀 밸브 부재(22)가 제1 또는 제2 방향("A" 또는 "B")들 중 어느 한 방향으로 이동할 때, 제2 헤드 수용 공동(78)의 체적이 변한다. 기하학적 형상의 헤드(62)의 주연부 상의 평면들의 갯수에 대응하는 복수의 헤드면(head faces)(80)들이 각각의 공동면(66)들과 당접하여 스풀 밸브 부재(22)의 축방향 회전을 방지한다. 타원 형상이 사용된 때와 같이 기하학적 형상의 헤드(62)에 비(非)평면들이 존재하는 경우, 헤드 수용 공동(64)의 형상은 기하학적 형상의 헤드(62)의 주연부 형상과 일치하도록 형성된다.
수형 나사식 샤프트(74)는 스테퍼 모터(18)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결되어 회전가능하게 구동되며, 스풀 밸브 부재(22) 내의 조립체 종축(26)에 대해 동축으로 정렬된 암형 나사식 보어(76) 내에 직접적으로 나사결합가능하게 수용된다. 따라서, 수형 나사식 샤프트(74)의 회전이 당해 수형 나사식 샤프트(74)의 완전 또는 부분 회전수에 기초하여 스풀 밸브 부재(22)를 직접적으로 축방향으로 구동하게 되며, 상기 회전수는 밸브 개방 위치 또는 밸브 폐쇄 위치 중 어느 하나의 위치로 이동하기 위해 미리 정해진다. 스풀 밸브 부재(22)의 축방향 위치는 암형 나사식 보어(76)와 수형 나사식 샤프트(74)의 나사산들 간의 제한된 슬립(slip)에 부분적으로 기초하여 반복가능하다. 편향 부재(68)는 나사 간극들 및/또는 마모로 인한 축방향 치수 변화들을 완화하기 위해 스풀 밸브 부재(22)를 더 편향시킨다. 또한, 스풀 밸브 부재(22)의 전술한 압력 평형 디자인은 유동 제어 밸브(10)의 임의의 작동 위치들에서 가압 유체로 인해 스풀 밸브 부재(22)에 대해 작용하는 순수 축력을 실질적으로 제거하여 스풀 밸브 부재(22)의 위치의 반복가능성을 더 향상시킨다.
메인 본체부(14)는 본체 단부면(82)을 더 포함하고, 상기 본체 단부면은 실질적으로 평탄하며, 예컨대, 패스너(미도시)들을 사용하여, 단부 캡(20)을 해제가능하게 수용한다. 제1 피스톤(28)이 축방향으로 이동할 때 제1 피스톤 보어(36) 내에 존재하는 유체를 배출시키기 위해, 제1 피스톤 보어(36)는 단부 캡 통로(84)와 유체 소통하고 있다. 단부 캡 통로(84)는 먼지 또는 물과 같은 오염물들이 통로(24)로 유입되지 않도록 하는 필터(86)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 스풀 밸브 부재(22)의 임의의 축방향 위치에 있어서, 제1 피스톤 보어(36) 내의 유체 압력을 대기압과 등화시키기 위해 공기와 같은 유체가 흡인되거나 배출될 수 있다.
도 5를 참조하면, 전술한 바와 같이, 직사각형 형상을 가진 기하학적 형상의 헤드(62)가 제공될 수 있다. 공동면(66)들은 헤드면(80)들 중 하나에 각각 대응하며, 기하학적 형상의 헤드(62)의 주연부 주위에 간극(87)이 제공된다. 조립체 종축(26)에 대한 수형 나사식 샤프트(74)의 축방향 회전이 기하학적 형상의 헤드(62) 또는 스풀 밸브 부재(22)를 그와 동일하게 회전시키지 않을 것이라는 것이 도 5에 도시된 기하학적 형상의 헤드(62)의 기하학적 구조로부터 명백하다. 또한, 간극(87)은 스풀 밸브 부재(22)가 이동할 때 기하학적 형상의 헤드(62)의 주연부 주위로 유체 전달을 허용하는 크기일 수 있으며, 이에 따라, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 제2 헤드 수용 공동(78)과 헤드 수용 공동(64) 각각에서 유체 압력이 실질적으로 등화된다.
도 5에 도시된 구성에 있어서, 도 3 및 도 4를 다시 참조하면, 회전 방향이 "Y"인 스테퍼 모터(18)에 의해 시계방향이 되는 수형 나사식 샤프트(74)의 제1 회전 방향과 함께 수형 나사식 샤프트(74)에 오른손 나사산을 사용하면, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 방향("A")으로, 그리고 도 5에 도시된 바와 같이 관찰자를 향하여 스풀 밸브 부재(22)를 끌어당길 것이다. 회전 방향이 "Z"인 스테퍼 모터(18)에 의해 반대 방향 또는 반시계방향이 되는 수형 나사식 샤프트(74)의 제2 회전 방향을 사용하면, 도 4에 도시된 바와 같이 제2 방향("B")으로, 그리고 도 5에 도시된 바와 같이 관찰자로부터 멀어지게 스풀 밸브 부재(22)를 밀어낼 것이다. 수형 나사식 샤프트(74)에 (그리고 암형 나사식 보어(76)에 대하여) 왼손 나사산을 사용하면, 이와 반대인 스풀 이동 방향을 만들어낼 수 있음이 명백할 것이다.
도 6과 함께, 도 3 및 도 4를 다시 참조하면, 다른 실시예들에 따라, 본 발명의 구동 특징들을 이용한 유동 제어 밸브(88)는 포핏 밸브를 작동시키기 위해 사용될 수도 있다. 유동 제어 밸브(88)는 해제가능하게 연결된 상기 구동 어댑터(16)와 유사한 구동 어댑터(92)를 가진 밸브 본체(90)를 포함할 수 있다. 수형 나사식 샤프트(74')가 축방향으로 연장되어 있는 구동 어댑터(92)에 스테퍼 모터(18')가 마찬가지로 연결될 수 있다. 밸브 본체(90)의 종축(96) 상에 슬라이드가능하게 포핏 밸브 부재(94)가 배치된다. 포핏 밸브 부재(94)는 제1 피스톤(98)을 포함하며, 상기 제1 피스톤은 밸브 본체(90)의 제1 피스톤 공동(100) 내에 슬라이드가능하게 배치되어 밀봉식으로 수용된다. 포핏 밸브 부재(94)는, 당해 포핏 밸브 부재(94)에 오버-몰드된(즉, 포핏 밸브 부재에 몰딩되어 그로부터 외측으로 연장하는), 예컨대, 고무 또는 중합 탄성 물질과 같은 물질을 가진, "오버-몰드된" 시트 결합 부재(102)를 포함할 수 있다. 오버-몰드된 시트 결합 부재(102)는 도시된 밸브 폐쇄 위치에서 밸브 부재 시트 링(104)과 밀봉식으로 접촉한다. 밸브 폐쇄 위치에서, 입구 포트(106)는 출구 포트(108)로부터 격리되어 유동 제어 밸브(88)를 통한 유체 흐름을 차단한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 포핏 밸브 부재(94)는 스테퍼 모터(18')의 수형 나사식 샤프트(74')를 나사결합가능하게 수용하는 암형 나사식 보어(110)를 더 포함한다. 이에 따라, 스테퍼 모터(18')의 회전은 도 3 및 도 4를 참조하여 전술한 스테퍼 모터(18)의 작동과 유사하게 작동하여, 밸브 폐쇄 위치에 도달하도록 밸브 폐쇄 방향("C")으로 포핏 밸브 부재(94)를 축방향으로 변위시킨다. 포핏 밸브 부재(94)는 제1 피스톤(98)의 직경과 실질적으로 동일한 직경을 가진 제2 피스톤(112)을 더 포함한다. 도 6에 도시된 밸브 폐쇄 위치에서, 시트 결합 부재(102)에 대해 폐쇄 방향("C")으로 작용하는 가압 유체가 제1 피스톤(98)에 대해 밸브 개방 방향("D")으로 작용하는 가압 유체의 힘에 의해 등화됨으로써, 포핏 밸브 부재(94)에 작용하는 순수 축력은 가압 유체로부터 실질적으로 제로가 된다.
제2 피스톤(112)은 밸브 본체(90)의 제2 실린더 벽체(114)에 대해 슬라이드가능하게 배치된다. 제1 피스톤(98)과 반대인 포핏 밸브 부재(94)의 단부에 기하학적 형상의 헤드(116)가 생성된다. 기하학적 형상의 헤드(116)는 헤드 수용 공동(118) 내부에 슬라이드가능하게 수용되며, 상기 헤드 수용 공동은 기하학적 형상의 헤드(116)의 기하학적 형상의 평면들(또는 비평면 구조)에 대응하는 복수의 공동면(120)들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수의 공동면(120)들과 접촉한 기하학적 형상의 헤드(116)는 포핏 밸브 부재(94)가 축방향으로 이동할 때 포핏 밸브 부재(94)의 회전을 방지한다. 도 3 및 도 4의 실시예들에 대해 전술한 바와 같은 동일한 이유로, 기하학적 형상의 헤드(116)는 타원형이거나, 그 주연부에 단일 또는 다수의 평면들을 포함하여, 포핏 밸브 부재(94)의 축방향 회전을 방지할 수 있다.
도 7을 더 구체적으로 참조하면, 도 6과 관련하여 나타낸 폐쇄 위치를 구현하기 위한 회전과는 반대인 축회전 방향으로 스테퍼 모터(18')가 회전할 때, 유동 제어 밸브(88)의 밸브 개방 위치가 제공된다. 포핏 밸브 부재(94)가 밸브 개방 방향("D")으로 축방향으로 변위되고 오버-몰드된 시트 결합 부재(102)가 밸브 부재 시트 링(104)으로부터 변위될 때, 입구 포트(106)로부터 출구 포트(108)까지 흐름을 허용하는 유로(122)가 생성된다. 포핏 밸브 부재(94)의 제1 및 제2 피스톤(98, 112)들이 실질적으로 동일한 직경들을 갖고 있기 때문에, 유동 제어 밸브(88)가 다음과 같이 부분적으로 내지는 완전히 개방된 유동 제어 밸브(88)일 때, 포핏 밸브 부재(94)에 대해 작용하는 압력들은 평형을 이룬다. 밸브 개방 위치에서, 유로(122)가 개방되고 입구 포트(106)와 출구 포트(108) 사이에 압력차가 존재하지만, 제1 피스톤(98)에 대해 개방 방향("D")으로 작용하는 유체 압력은 시트 결합 부재(102)의 하향면에 대해 (폐쇄 방향("C")을 지향하며) 작용하는 유체 압력의 힘과 실질적으로 동일한 반면, 제2 피스톤(112)에 대해 폐쇄 방향("C")으로 작용하는 유체 압력은 시트 결합 부재(102)의 상향면에 대해 (개방 방향("D")을 지향하며) 작용하는 유체 압력의 힘과 실질적으로 동일하며, 이에 따라, 포핏 밸브 부재(94)를 이동시키기 위해 작용하는 순수 축력은 실질적으로 제로가 된다. 이러한 압력 평형은, 밸브가 폐쇄 위치 및/또는 임의의 부분적으로 개방된 위치에 있을 때와 함께, 밸브를 밸브 폐쇄 위치로 복귀시키기 위해 스테퍼 모터(18')에 의해 요구되는 힘의 양을 저감한다.
도 8을 참조하면, 다른 실시예들에 따르면, 유동 제어 밸브(160)는 오버-몰드된 시트 결합 부재들과 시트 부재들을 추가로 포함하도록, 도 3 및 도 4와 관련하여 설명한 유동 제어 밸브(124)로부터 변형된 3방향 밸브 본체(162)를 포함하며, 이에 따라 본 명세서에는 단지 차이점들에 대해서만 더 설명하기로 한다. 스풀 밸브 부재(164)는 스풀 수용 보어(166) 내에 슬라이드가능하게 배치되며, 제1 오버-몰드된 시트 결합 부재(168)와 제2 오버-몰드된 시트 결합 부재(170)를 포함한다. 유동 제어 밸브(160)의 배출 위치에서, 입구 포트(172)는 출구 포트(174)와 배출 포트(176)에 대해 폐쇄된다. 출구 포트(174)는 배출 포트(176)에 대해 개방된다. 제1 오버-몰드된 시트 결합 부재(168)가 제1 시트 부재(178)로부터 변위됨으로써, 출구 포트(174)와 배출 포트(176) 사이에 유체 소통을 위한 제1 유로(180)를 생성한다. 완전 배출 위치에서, 제2 오버-몰드된 시트 결합 부재(170)는 제2 시트 부재(182)와 접촉한다. 스풀 밸브 부재(164)는 스테퍼 모터(18")를 이용한 수형 나사식 샤프트(76")의 회전에 의해 제1 방향("G")으로 완전히 변위되어 배출 위치를 확보하게 된다.
도 9와 함께, 도 8을 다시 참조하면, 제1 및 제2 오버-몰드된 시트 결합 부재(168, 170)들이 제1 시트 부재(178) 및 제2 시트 부재(182)와 각각 접촉할 때까지, 제1 방향("G")과 반대인 제2 방향("H")으로 스풀 밸브 부재(164)를 이동시킴으로써, 유동 제어 밸브(160)의 폐쇄 위치가 생성된다. 밸브 폐쇄 위치에서, 입구 포트(172), 출구 포트(174) 및 배출 포트(176)는 서로에 대해 폐쇄되어 그들 사이에 공통된 유로들이 존재하지 않게 된다. 스풀 밸브 부재(164)가 제2 방향("H")으로 이동할 때, 제1 피스톤 보어(152') 내의 대기압을 등화시키기 위해 배기구(154')로 공기가 흡인된다.
도 10을 참조하면, 제2 오버-몰드된 시트 결합 부재(170)가 제2 시트 부재(182)에 대해 변위되어 제2 유로(186)를 생성할 때까지, 제2 방향("H")으로 스풀 밸브 부재(164)를 폐쇄 위치로부터 더 이동시킴으로써, 유동 제어 밸브(160)의 개방 위치가 생성된다. 제1 오버-몰드된 시트 결합 부재(168)와 제1 시트 부재(178) 간의 접촉에 의해 배출 포트(176)가 입구 포트(172)와 출구 포트(174) 모두에 대해 폐쇄되어 있을 때, 제2 유로(186)는 입구 포트(172)와 출구 포트(174) 사이에 유체 소통을 제공한다. 본 명세서에서 전술한 바와 같은 동일한 이유로, 스풀 밸브 부재(164)에 대해 작용하는 유체 압력들이 유동 제어 밸브(160)의 모든 작동 위치들에서 평형을 이루도록, 스풀 밸브 부재(164)는 압력 평형 디자인을 제공한다.
도 11을 참조하면, 유동 제어 밸브(188)는 밸브 포트들과 스풀 밸브 시트 부재들을 더 추가함으로써 도 8 내지 도 10과 관련하여 설명한 유동 제어 밸브(160)로부터 변형되어 있다. 유동 제어 밸브(188)는 4방향 밸브 본체(190)를 포함하며, 상기 4방향 밸브 본체는 당해 4방향 밸브 본체(190)의 스풀 수용 보어(194) 내부에 슬라이드가능하게 배치된 스풀 밸브 부재(192)를 갖는다. 스풀 밸브 부재(192)는 제1, 제2, 제3 및 제4 오버-몰드된 시트 결합 부재(196, 198, 200, 202)를 포함한다. 4방향 밸브 본체(190)는 각각의 입구 포트(210), 제1 출구 포트(206), 제1 배출 포트(208), 제2 출구 포트(210) 및 제2 배출 포트(212)를 더 포함한다. 스풀 밸브 부재(192)는 종축(214) 상에 슬라이드가능하게 배치된다.
유동 제어 밸브(188)의 제1 개방 위치에서, 스테퍼 모터(18")를 작동시켜 수형 나사식 샤프트(74"')를 회전시킴으로써, 스풀 밸브 부재(192)가 제1 방향("G")에서 최대의 범위로 슬라이드가능하게 배치된다. 기하학적 형상의 헤드(148')를 회전가능하지 않게 수용하는 구동 어댑터(92")의 기하학적 형상으로 인해, 스풀 밸브 부재(192)의 축방향 회전이 방지된다. 제1 개방 위치에서, 입구 포트(204)는 제1 출구 포트(206)에 대해 개방되며, 이 포트들은 모두 제1 배출 포트(208)에 대해 폐쇄된다. 제3 오버-몰드된 시트 결합 부재(200)에 인접하여 제1 유로(216)가 생성되어 입구 포트(204)로부터 제1 출구 포트(206)를 통한 유체 흐름을 허용한다. 또한, 유동 제어 밸브(188)의 제1 개방 위치에서, 제2 오버-몰드된 시트 결합 부재(198)가 밀봉 상태로 유지될 때, 제1 오버-몰드된 시트 결합 부재(196)의 변위에 의해 제1 배출로(218)가 생성된다. 입구 포트(204)가 제2 출구 포트(210)와 제2 배출 포트(212) 모두에 대해 폐쇄되어 있을 때, 제1 배출로(218)는 제2 출구 포트(210)와 제2 배출 포트(212) 사이에 유체 소통을 제공한다.
도 12와 함께, 도 11을 다시 참조하면, 제1, 제2, 제3 및 제4 오버-몰드된 시트 결합 부재(196, 198, 200, 202) 모두가 안착되어 밀봉된 상태에 있을 때까지, 스풀 밸브 부재(192)를 제1 방향("G")과 반대인 제2 방향("H")으로 이동시킴으로써, 유동 제어 밸브(188)의 폐쇄 위치가 생성된다. 유동 제어 밸브(188)의 폐쇄 위치에서, 모든 개별 포트들은 서로에 대해 폐쇄되어, 임의의 출구 포트들에 대한 입구 포트(204)로부터의 모든 배출 흐름을 차단한다.
도 13을 참조하면, 제2 오버-몰드된 시트 결합 부재(198)와 제4 오버-몰드된 시트 결합 부재(202)가 자신들의 안착 위치들로부터 변위될 때까지, 스풀 밸브 부재(192)를 제2 방향("H")으로 더 축방향으로 이동시킴으로써, 유동 제어 밸브(188)의 제2 개방 위치가 생성된다. 제2 오버-몰드된 시트 결합 부재(198)에 인접하여 생성된 제2 유로(220)는 입구 포트(204)와 제2 출구 포트(210) 사이에 유체 소통을 제공한다. 제2 개방 위치에서, 제2 배출 포트(212)는 입구 포트(204)와 제2 출구 포트(210) 모두에 대해 폐쇄된다. 또한, 제2 개방 위치에서, 제4 오버-몰드된 시트 결합 부재(202)에 인접하여 제2 배출로(222)가 생성된다. 입구 포트(204) 내의 유체 압력이 제1 출구 포트(206)와 제1 배출 포트(208) 모두에 대해 폐쇄되어 있을 때, 제2 배출로(222)는 제1 출구 포트(206)와 제1 배출 포트(208) 사이에 유체 소통을 제공한다. 본 명세서에서 전술한 바와 같은 동일한 이유로, 스풀 밸브 부재(192)에 대해 작용하는 유체 압력들이 유동 제어 밸브(188)의 모든 작동 위치들에서 평형을 이루도록, 스풀 밸브 부재(192)는 압력 평형 디자인을 제공한다.
도 14를 참조하면, 유동 제어 밸브(224)는 전자 인터페이스 하우징(226)을 포함하며, 상기 전자 인터페이스 하우징은 제어선(230)을 통해 아날로그 신호 또는 디지털 신호와 같은 작동 명령 신호나 전압 또는 전류를 수취하는 전자 인터페이스 기기(228)를 갖는다. 제어선(230)은 전기 커넥터(232)를 통해 연결되며, 상기 전기 커넥터는 대기로부터 전자 인터페이스 하우징(226)을 밀봉하고, 유동 제어 밸브(224)의 작동을 위해 전력 공급원에 대한 접속을 제공한다. 전자 인터페이스 기기(228)에 의해 수취된 명령 신호는 스테퍼 모터(18"')의 작동을 위해 필요한 출력으로 필요에 따라 변환되며 제2 제어선(234)을 통해 스테퍼 모터(18"')로 전송되어 스테퍼 모터(18"')의 회전을 유발함으로써, 스풀 밸브 부재(22')를 축방향으로 이동시킨다. 유동 제어 밸브(224) 내의 구동 어댑터(236)는 메인 본체부(238)와 일체화된 부분이다. 스풀 밸브 부재(22')의 기하학적 형상의 헤드(242)로부터 멀리 수형 나사식 연장부(240)가 연장된다. 상기 연장부(240)는 기하학적 형상의 헤드(242)의 일부이거나, 기하학적 형상의 헤드(242)에 나사결합가능하게 커플링된 수형 나사식 패스너일 수 있다. 상기 연장부(240)는 암형 나사식 보어일 수 있는 스테퍼 모터(18"')의 보어(244) 내에 나사결합가능하게 수용된다. 스테퍼 모터(18"')의 회전은 연장부(240)에 나사결합가능하게 결합된 보어(244)를 가진 모터부를 함께 회전시킴으로써, 스풀 밸브 부재(22')를 축방향으로 이동시킨다.
본 발명의 각각의 유동 제어 밸브들은 스테퍼 모터의 증분 회전에 의한 가변적인 유동 제어를 제공한다. 스테퍼 모터의 증분 회전은 밸브 부재의 축방향 이동으로 변환된다. 또한, 밸브 부재가 개방 위치를 향해 움직일 때, 밸브 포트들 전체에 걸쳐서 압력 강하가 발생된다. 밸브 부재가 슬라이드가능하게 수용된 보어가 밸브 부재와 밸브 본체의 접촉점들에서 동일한 직경들을 갖기 때문에, 각각의 포트 섹션은 밸브 부재에 대해 작용하는 힘들을 등화시킨다.
본 발명의 유동 제어 밸브들은 많은 장점들을 제공한다. 모든 유동 제어 밸브 실시예들에 대해 압력 평형 포핏 또는 스풀 디자인들을 제공함으로써, 스풀 또는 포핏에 대해 작용하는 유체 압력들이 본 발명의 스테퍼 모터들로부터 요구되는 동작력을 증대시키지 않는다. 따라서, 포핏 또는 스풀 밸브 부재들이 움직일 때, 스테퍼 모터들은 정지 마찰력과 미끄럼 마찰력만 극복하기만 하면 된다. 본 발명의 각각의 포핏 또는 스풀 밸브 부재들을 구비한 기하학적 형상의 헤드들은 포핏 또는 스풀 밸브 부재들의 회전을 방지하며, 스테퍼 모터로부터 연장하여 밸브 부재의 암형 나사식 보어 내에 직접적으로 나사결합가능하게 수용되는 수형 나사식 결합 샤프트에 의해, 스테퍼 모터의 회전력이 포핏 또는 스풀 밸브 부재로 직접적으로 전달될 수 있도록 한다. 수형 나사식 샤프트와 기하학적 형상의 헤드는 밸브 본체와 스테퍼 모터 사이에 배치된 어댑터 부재 내에 위치된다. 이 디자인은 포핏 또는 스풀 밸브 부재가 이동할 때 그 회전을 방지하기 위한 추가적인 클러치 부재들, 키 부재들, 회전방지 패스너들 등이 필요 없도록 한다.
실시예들에 대해 전술한 설명은 예시와 설명을 목적으로 제공되었다. 이는 본 발명을 배제하거나 한정하기 위한 의도가 아니다. 특정 실시예의 개별 요소들 또는 특징들은 일반적으로 그 특정 실시예에 한정되지 않으며, 구체적으로 나타내거나 설명하지 않은 경우에도, 응용가능한 경우, 호환될 수 있고, 선택된 실시예에 사용될 수 있다. 실시예들은 수 많은 방식들로 변형될 수 있다. 그러한 변형들은 본 발명을 벗어나는 것으로 간주되지 않아야 하며, 그러한 모든 변형들이 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 하고자 한다.

Claims (31)

  1. 직사각형의 본체로서, 본체의 종축과 평행하게 연장하는 네 개의 길이방향 면을 구비하며, 본체의 종축과 동축으로 배향되고 보어 직경을 갖는 본체 보어 및 상기 본체 보어 내로 연장하는 시트 부재를 규정하는 본체;
    상기 본체와 접촉되는 단부 캡으로서, 상기 본체 보어와 유체 소통하여 상기 본체 보어를 통기시키도록 배치되고 단부 캡을 관통하는 단부 캡 통로를 구비하는 단부 캡;
    상기 본체 보어 내에 슬라이드가능하게 배치되고 상기 본체의 종축과 동축으로 배향되는 밸브 부재로서,
    네 개의 헤드면을 갖는 직사각형 헤드와,
    원통형 스풀 밸브 부재로서, 상기 직사각형 헤드와 원통형 스풀 밸브 부재가 밸브 부재의 부품으로서 서로 일체로 연결되도록 상기 직사각형 헤드로부터 일체로 연장하고, 밸브 부재가 상기 본체 보어 내에서 슬라이드 이동하는 중에 상기 보어 직경과 미끄럼 끼워 맞춤을 생성하도록 상기 보어 직경에 활주가능하게 밀봉식으로 결합되는 탄성 시일 부재를 구비하는 원통형 스풀 밸브 부재와,
    상기 직사각형 헤드와 상기 원통형 스풀 밸브 부재 둘 다를 관통하여 형성된 나사식 보어를 포함하는 밸브 부재;
    상기 밸브 부재의 축회전을 방지하면서 상기 밸브 부재의 상기 직사각형 헤드를 슬라이드가능하게 수용하는 직사각형 헤드 수용 공동을 포함하는 구동 어댑터로서, 상기 헤드 수용 공동이 상기 직사각형 헤드의 전체 둘레에 대해 간극을 제공함으로써 상기 본체 보어 내의 유체가 상기 간극 또는 상기 헤드 수용 공동으로 유입되는 것을 시일 부재에 의해 방지하도록 된 구동 어댑터;
    상기 구동 어댑터에 연결된 스테퍼 모터로서, 상기 밸브 부재와 직접 결합된 샤프트를 축회전시켜서 상기 밸브 부재를 축방향으로 변위시키도록 작동하는 스테퍼 모터;
    상기 본체 보어로부터 상기 본체의 길이방향 면들 중 한 면까지 상기 본체를 관통하여 연장하여 상기 본체의 포트가 형성된 길이방향 면을 규정하는 입구 포트로서, 포트가 형성된 길이방향 면에 대해서는 개방되고 상기 본체의 다른 길이방향 면들에 대해서는 폐쇄되어 있는 입구 포트; 및
    상기 입구 포트와 나란하게 배치되는 출구 포트로서, 상기 본체 보어로부터 포트가 형성된 길이방향 면까지 상기 본체를 관통하여 연장하며, 포트가 형성된 길이방향 면에 대해서는 개방되고 상기 본체의 다른 길이방향 면들에 대해서는 폐쇄되어 있는 출구 포트를 포함하며,
    상기 원통형 스풀 밸브 부재가 상기 보어 직경과 미끄럼 끼워 맞춤을 생성하는 직경을 가지며, 상기 밸브 부재의 상기 직사각형 헤드가 상기 원통형 스풀 밸브 부재의 직경보다 큰 미리 정해진 폭을 갖도록 상기 밸브 부재가 상기 직사각형 헤드로부터 상기 원통형 스풀 밸브 부재까지 테이퍼져 있는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직사각형 헤드가 적어도 하나의 평탄한 헤드면을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 밸브 부재의 축회전을 방지하도록, 상기 헤드 수용 공동이 상기 직사각형 헤드의 네 개의 헤드면들에 당접하는 네 개의 공동면을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 상기 시트 부재와 밀봉식으로 결합되어 상기 유동 제어 밸브의 폐쇄 위치를 규정하도록 당해 밸브 부재로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 적어도 하나의 시트 결합 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 샤프트의 제1 방향에서의 회전은 상기 본체 보어 내의 상기 밸브 부재를 상기 유동 제어 밸브의 폐쇄 위치에서 개방 위치로 길이방향으로 변위시키도록 작용하고, 상기 샤프트의 제1 방향과는 반대인 제2 방향에서의 회전은 상기 개방 위치에서 밸브 폐쇄 위치로 상기 밸브 부재를 복귀시키도록 작용하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 부재가,
    상기 밸브 부재의 상기 직사각형 헤드 반대측 단부에 배치된 제1 피스톤; 및
    제1 피스톤과 직사각형 헤드 사이에 배치되고 상기 원통형 스풀 밸브 부재를 규정하는 제2 피스톤을 더 포함하며,
    상기 제1 및 제2 피스톤들은, 상기 밸브 부재가 상기 본체 보어 내에서 슬라이드가능하게 이동함에 따라, 실린더 벽들에 대해 밀봉하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 피스톤들은, 당해 제1 및 제2 피스톤들에 대해 반대로 작용하는 가압 유체로 인해, 상기 밸브 부재에 대해 작용하는 압력들이 평형을 이루도록, 동일한 직경들을 갖는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  8. 제1항에 있어서,
    명령 신호를 수신하는 전자 인터페이스 기기를 더 포함하며, 상기 명령 신호는 상기 전자 인터페이스에 의해 스테퍼 모터를 작동시키기 위한 출력으로 변환되는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전자 인터페이스 기기가 내부에 배치되는 전자 인터페이스 하우징과, 상기 전자 인터페이스 하우징을 대기로부터 밀봉하고 상기 유동 제어 밸브에 대한 전기적 접속을 제공하는 전기 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 부재가 상기 본체 내에 슬라이드가능하게 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 나사식 보어가 상기 샤프트를 나사결합가능하게 수용하며, 상기 샤프트는 상기 스테퍼 모터에 결합되고 상기 스테퍼 모터로부터 연장하는 수형 나사식 샤프트이며, 이에 따라 상기 스테퍼 모터가 점진적으로 회전하는 것에 의해 상기 나사식 보어에 나사 결합되어 있는 상기 수형 나사식 샤프트가 회전되어 상기 밸브 부재를 점진적으로 축방향 병진 이동시키는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 직사각형 헤드가 상기 직사각형 헤드에 일체로 연결되고 상기 직사각형 헤드로부터 연장하는 샤프트를 구비하고, 상기 샤프트는 상기 스테퍼 모터의 암형 나사식 보어에 나사 결합되는 수형 나사식 샤프트이며, 이에 따라 상기 스테퍼 모터와 상기 샤프트에 나사 결합되어 있는 상기 암형 나사식 보어가 점진적으로 회전하는 것에 의해 상기 밸브 부재가 점진적으로 축방향 병진 이동되는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 구동 어댑터가 상기 본체에 해제가능하게 연결된 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 구동 어댑터가 상기 본체에 일체로 연결되어 있고, 상기 밸브 부재의 직사각형 헤드는 상기 밸브 부재의 축회전을 방지하는 상기 직사각형 헤드의 네 개의 헤드면에 부합하는 네 개의 공동면을 구비하는 상기 헤드 수용 공동에 슬라이드가능하게 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 스풀 밸브 부재를 규정하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 포핏 밸브 부재를 규정하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  17. 본체로서, 본체의 종축과 동축으로 배향되고 보어 직경을 갖는 본체 보어와, 본체와 접촉되는 단부 캡으로서 본체 보어와 소통하여 본체 보어를 통기시키는 단부 캡을 관통하는 단부 캡 통로를 구비하는 단부 캡을 구비하는 본체;
    상기 본체 보어 내에 슬라이드가능하게 배치되고 상기 본체의 종축과 동축으로 배향되는 밸브 부재로서,
    밸브 부재의 부품으로서 서로 일체로 연결되는 직사각형 헤드 및 제2 피스톤으로서, 둘 다 내부에는 나사식 보어가 형성된 직사각형 헤드 및 제2 피스톤; 및
    적어도 하나의 반경 방향 외측으로 연장하는 시트 결합 부재, 및 밸브 부재의 부품으로서 서로 일체로 연결되는 제1 피스톤 및 상기 제2 피스톤으로서, 제1 및 제2 피스톤들에 대해 반대 방향으로 작용하는 가압 유체에 의해 밸브 부재에 작용하는 압력이 평형을 이루도록, 보어 직경과 미끄럼 끼워 맞춤을 생성하는 동일한 직경을 갖는 제1 및 제2 피스톤들을 포함하는 밸브 부재;
    상기 밸브 부재의 상기 직사각형 헤드를 슬라이드가능하게 수용하고 상기 밸브 부재의 축회전을 방지하는 직사각형 헤드 수용 공동을 포함하는 구동 어댑터; 및
    상기 구동 어댑터에 연결된 스테퍼 모터로서, 상기 밸브 부재의 나사식 보어 내에 직접 결합된 샤프트를 회전시켜 상기 밸브 부재를 축방향으로 병진 이동시키는 스테퍼 모터를 포함하는 유동 제어 밸브로,
    상기 유동 제어 밸브가 사각형 형상을 가지며, 상기 본체, 단부 캡, 구동 어댑터 및 스테퍼 모터 각각이 유동 제어 밸브의 전체 폭을 규정하는 동일한 폭을 가지며,
    상기 밸브 부재의 제2 피스톤이 보어 직경과 미끄럼 끼워 맞춤을 생성하는 직경을 가지며, 상기 밸브 부재의 직사각형 헤드가 상기 제2 피스톤의 직경보다 큰 미리 정해진 폭을 갖도록 상기 밸브 부재가 상기 직사각형 헤드로부터 상기 제2 피스톤까지 테이퍼져 있는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  18. 제17항에 있어서,
    적어도 하나의 반경 방향 외측으로 연장하는 시트 결합 부재가, 상기 밸브 부재의 제1 및 제2 피스톤들의 직경들과 동일한 직경을 각각 갖는 제1 시트 결합 부재 및 제2 시트 결합 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 본체가 3방향 밸브 본체로서,
    상기 본체 보어 내로 연장하는 제1 및 제 2 시트 부재들; 및
    상기 구동 어댑터와 상기 제2 시트 부재 사이에 길이방향으로 배치되어 있는 입구 포트, 상기 제1 시트 부재와 상기 제2 시트 부재 사이에 길이방향으로 배치되어 있는 출구 포트, 및 상기 단부 캡과 상기 제1 시트 부재 사이에 길이방향으로 배치되어 있는 배출 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  20. 제19항에 있어서,
    밸브 개방 위치에서, 상기 제1 시트 결합 부재가 상기 제1 시트 부재와 접촉하고, 상기 제2 시트 결합 부재가 상기 제2 시트 부재로부터 변위됨으로써, 상기 입구 포트가 상기 출구 포트와 소통하도록 하고, 상기 입구 포트 및 상기 출구 포트 모두가 상기 배출 포트로부터 격리되도록 하며; 및
    밸브 폐쇄 위치에서, 상기 제1 시트 결합 부재가 상기 제1 시트 부재와 접촉하고, 상기 제2 시트 결합 부재가 상기 제2 시트 부재와 접촉함으로써, 상기 입구 포트, 출구 포트 및 배출 포트가 서로로부터 격리되도록 하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제1 시트 결합 부재가 상기 제1 시트 부재로부터 변위되고, 상기 제2 시트 결합 부재가 상기 제2 시트 부재와 접촉하여 배출 위치를 규정함으로써, 상기 출구 포트가 상기 배출 포트와 소통하도록 하고, 상기 입구 포트가 상기 출구 포트 및 상기 배출 모두로부터 격리되도록 하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반경 방향 외측으로 연장하는 시트 결합 부재는, 상기 제1 및 제2 피스톤들의 직경들과 각각 동일한 직경을 가진 제1, 제2, 제3 및 제4 시트 결합 부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 본체는 4방향 밸브 본체이고,
    상기 4방향 밸브 본체는, 상기 보어 속으로 연장하며 상기 시트 결합 부재들 중 하나에 의해 접촉되도록 각각 배치된 복수의 시트 부재들과, 입구 포트, 제1 및 제2 출구 포트들, 및 제1 및 제2 배출 포트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 본체는 2방향 밸브 본체이고,
    상기 2방향 밸브 본체는, 상기 보어 속으로 연장하는 시트 부재와, 입구 포트 및 출구 포트를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 반경 방향 외측으로 연장하는 시트 결합 부재는 상기 출구 포트로부터 상기 입구 포트를 격리시키는 밸브 폐쇄 위치에서 상기 시트 부재와 접촉하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  25. 본체로서, 본체의 종축과 평행하게 연장하는 적어도 하나의 길이방향 면을 구비하며, 본체의 종축과 동축으로 배향되는 제1 및 제2 원통형 벽 및 본체 보어를 규정하는 본체;
    본체와 접촉되는 단부 캡으로서 본체 보어와 소통하여 본체 보어를 통기시키는 단부 캡을 관통하는 단부 캡 통로를 구비하는 단부 캡;
    상기 본체 보어 내에 슬라이드가능하게 배치되고 상기 본체의 종축과 동축으로 배향되는 밸브 부재로서,
    비원형 헤드로서, 비원형 헤드를 관통하여 연장하는 종축과 동축으로 정렬된 나사식 보어를 구비하는 비원형 헤드와,
    밸브 부재의 상기 비원형 헤드 반대측 단부에 배치되어 있는 제1 피스톤과,
    상기 제1 피스톤과 상기 비원형 헤드 사이에 배치되어 있는 제2 피스톤으로서, 상기 비원형 헤드에 일체로 연결되어 상기 나사식 보어가 제2 피스톤으로 연장하게 하는 제2 피스톤을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 피스톤들이 상기 밸브 부재가 상기 본체 보어 내에서 슬라이드 이동함에 따라 상기 본체의 원통형 벽들을 밀봉하도록 되어 있는 밸브 부재;
    상기 본체에 연결되는 구동 어댑터로서, 상기 밸브 부재의 상기 비원형 헤드를 슬라이드가능하게 수용하고 상기 밸브 부재의 축회전을 방지하는 헤드 수용 공동을 포함하는 구동 어댑터;
    상기 구동 어댑터에 연결된 스테퍼 모터로서, 상기 밸브 부재의 나사식 보어 내에 직접 결합된 샤프트를 회전시키는 스테퍼 모터;
    상기 본체의 적어도 하나의 길이방향 면과 상기 본체 보어 사이에서 연장하고 있는 상기 본체에 의해 규정되는 제1 시트 부재로서, 상기 구동 어댑터로부터 가장 먼 곳에 배치되어 있는 외측 가장자리 및 상기 제1 시트 부재를 횡방향으로 2등분하는 중심선을 구비하는 제1 시트 부재;
    상기 본체의 적어도 하나의 길이방향 면과 상기 본체 보어 사이에서 연장하고 있는 상기 본체에 의해 규정되는 제2 시트 부재로서, 상기 구동 어댑터로부터 가장 가까운 곳에 배치되어 있는 외측 가장자리 및 상기 제2 시트 부재를 횡방향으로 2등분하는 중심선을 구비하는 제2 시트 부재;
    상기 본체 보어로부터 상기 본체의 적어도 하나의 길이방향 면까지 상기 본체를 관통하여 연장하고, 상기 구동 어댑터와 상기 제2 시트 부재 사이에 길이방향으로 배치되어 있는 입구 포트;
    상기 본체 보어로부터 상기 본체의 적어도 하나의 길이방향 면까지 상기 본체를 관통하여 연장하고, 상기 제1 시트 부재와 상기 제2 시트 부재 사이에 길이방향으로 배치되어 있는 출구 포트;
    상기 본체 보어로부터 상기 본체의 적어도 하나의 길이방향 면까지 상기 본체를 관통하여 연장하고, 상기 단부 캡과 상기 제1 시트 부재 사이에 길이방향으로 배치되어 있는 배출 포트를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 시트 부재들이 상기 제1 및 제2 시트 부재들의 외측 가장자리들 간의 거리와 동일한 외측 간격 및 상기 제1 및 제2 시트 부재들의 중심선들 간의 거리와 동일한 중심선 간격을 규정하며,
    상기 밸브 본체가, 상기 밸브 본체로부터 연장하는 제1 시트 결합 부재와 제2 시트 결합 부재를 더 포함하며, 상기 제1 시트 결합 부재와 상기 제2 시트 결합 부재는 상기 제1 및 제2 시트 부재들의 외측 간격보다 작고 상기 제1 및 제2 시트 부재들의 중심선 간격보다 큰 설정 거리만큼 서로 길이방향으로 이격되어 있어, 상기 밸브 본체가,
    상기 제1 시트 결합 부재가 상기 제1 시트 부재와 접촉하고 상기 제2 시트 결합 부재는 상기 제2 시트 부재로부터 변위됨으로써, 상기 입구 포트가 상기 출구 포트와 소통하게 되고, 상기 입구 포트와 상기 출구 포트는 둘 다 상기 배출 포트와 격리되는 밸브 개방 위치,
    상기 제1 시트 결합 부재가 상기 제1 시트 부재와 접촉하고 상기 제2 시트 결합 부재는 상기 제2 시트 부재와 접촉함으로써, 상기 입구 포트, 상기 출구 포트 및 상기 배출 포트가 서로 격리되는 밸브 폐쇄 위치, 및
    상기 제1 시트 결합 부재가 상기 제1 시트 부재로부터 변위되고 상기 제2 시트 결합 부재가 상기 제2 시트 부재와 접촉하여 배출 위치를 규정함으로써, 상기 출구 포트가 상기 배출 포트와 소통하게 되고, 상기 입구 포트는 상기 출구 포트 및 상기 배출 포트 모두와 격리되는 배출 위치
    중 한 위치로 이동할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 비원형 헤드의 단부면에 대항하게 수용되고 반대측 단부는 상기 스테퍼 모터에 당접하는 편향 부재를 더 포함하며, 상기 편향 부재는 상기 밸브 부재에 편향력을 가하여 상기 나사식 샤프트와 상기 밸브 부재의 나사식 보어 사이의 나사 간극을 제거함으로써, 나사 피치만큼 변할 수 있는 상기 스테퍼 모터의 미리 정해진 수만큼의 회전에 의해 상기 밸브 부재가 개방 위치에 반복적으로 위치될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 시트 결합 부재들이 상기 밸브 부재로부터 반경 방향 외측으로 연장하여, 상기 밸브 본체가 폐쇄 위치에 설정되어 있을 때 상기 제1 및 제2 시트 부재들과 밀봉적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 피스톤들의 직경과 상기 제1 및 제2 시트 결합 부재들의 직경이 동일하며, 이에 따라 상기 제1 피스톤에 작용하는 가압 유체 힘이 상기 밸브 본체가 폐쇄 위치에 설정되어 있을 때 상기 제1 및 제2 시트 결합 부재들에 가해지는 가압 유체 힘에 의해 평형을 이루는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 제1 피스톤의 직경이 상기 제2 피스톤의 직경과 동일하며, 이에 따라 상기 제1 피스톤에 작용하는 가압 유체 힘이 상기 밸브가 개방 위치에 설정되어 있을 때 상기 제2 피스톤에 작용하는 가압 유체 힘에 의해 평형을 이루는 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  30. 제25항에 있어서,
    상기 밸브 부재가, 상기 제1 및 제2 피스톤들의 직경과 상기 제1 및 제2 시트 결합 부재들의 직경이 동일한 스풀 부재인 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
  31. 제25항에 있어서,
    상기 밸브 부재가, 상기 제1 및 제2 시트 결합 부재들의 직경이 상기 제1 및 제2 시트 부재들의 직경보다 큰 포핏 부재인 것을 특징으로 하는 유동 제어 밸브.
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