KR20160087354A - 스테퍼 모터 작동형 균형 유량 조절 밸브 - Google Patents

스테퍼 모터 작동형 균형 유량 조절 밸브 Download PDF

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KR20160087354A
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valve
head
valve member
bore
stepper motor
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KR1020160003841A
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Inventor
씨 윌리엄스 케빈
에이 야르 폴
Original Assignee
맥 밸브즈, 인크.
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Abstract

유량 조절 밸브는 본체와 보어 내부로 연장되는 시트 부재의 길이방향 축과 동축으로 배향된 본체 보어를 가지는 본체를 포함한다. 밸브 부재는 보어 내부에 슬라이딩 가능하게 배치되고, 본체의 길이방향 축과 동축으로 배향된다. 밸브 부재는 보어를 가지는 비원형의 기하학적 형상의 헤드를 포함한다. 구동 어댑터는 슬라이딩 가능하게 밸브 부재의 기하학적 형상의 헤드를 수용하고 밸브 부재의 축방향 회전을 방지하는 헤드 수용 구멍을 포함한다. 스테퍼 모터는 구동 어댑터에 연결되고, 상기 스테퍼 모터는 밸브 부재의 보어와 결합되는 샤프트를 점차(incrementally) 회전시킨다. 밸브 부재의 제 1 및 제 2 피스톤의 동일한 지름은 압력 균형적 밸브 부재 구동 위치를 제공한다.

Description

스테퍼 모터 작동형 균형 유량 조절 밸브{STEPPER MOTOR OPERATED BALANCED FLOW CONTROL VALVE}
본 개시(disclosure)는 스테퍼 모터에 의해 조작되는 유량 조절 밸브(flow control valve)에 관한 것이다.
본 출원은 출원번호가 12/836,214이고 출원일이 2010년 7월 14일인 미국 특허 출원의 부분 계속 출원이다. 상기 출원의 모든 개시 내용은 참조로서 여기에 통합된다.
이 섹션은 반드시 선행 기술은 아닌 본 개시에 관련되는 참고 자료를 제공한다.
유량 조절 밸브들은, 완전 개방 및/또는 완전 폐쇄 위치 사이의 유량 변동성 조정의 정확성 증가가 필요한 밸브들의 밸브 부재 위치들의 반복성(repeatability)을 향상시키기 위해, 스테퍼 모터에 의해 조작될 수 있다. 따라서, 작업 장비에 대한 유체 부피 또는 압력의 정확한 전달을 필요로 하는 작업은 다른 알려진 밸브 액추에이터들과 비교하여 스테퍼 모터가 주는 정확성으로부터 이점을 얻을 수 있다. 그러나, 스테퍼 모터에 의해 작동되는 알려진 유량 조절 밸브들은, 일반적으로 스테퍼 모터의 회전력을 밸브 부재를 개방 또는 폐쇄 밸브 위치들로 이동시키는데 사용되는 길이방향 힘으로 전환하기 위한 기어 시스템이나 다중 방향 부품 구동 시스템(multiple directional component drive system)을 요구한다. 일반적인 작동 시스템들은 따라서 복수의 부분들을 구동하기 위해 조작력(operating force)을 소비한다. 복잡성, 동력 손실, 및 알려진 시스템들의 복수의 이동 부분들의 공차 또한, 밸브 액추에이션을 위해 스테퍼 모터들을 사용하는 이로운 이유들인 위치 정확도 및 밸브 위치(들)의 반복성을 감소시킨다.
이 섹션은 본 개시 내용의 일반적인 요점을 제공하고, 그 전체 범위 또는 그 특징들 모두의 포괄적인 개시는 아니다.
몇 가지 실시예들에 따르면, 유량 조절 밸브는 본체의 길이방향 축과 동축으로 배향되는 본체 보어 및 보어 내로 연장하는 시트 부재를 가지는 본체를 포함한다. 밸브 부재는 보어 내에 슬라이딩 가능하게 배치되고, 본체의 길이방향 축과 동축으로 배향된다. 밸브 부재는 보어를 갖는 비원형 기하학적 형상의 헤드를 포함한다. 헤드 수용 구멍(cavity)을 포함하는 구동 어댑터는 밸브 부재의 축방향 회전을 방지하되 밸브 부재의 기하학적 형상의 헤드를 미끄러지게 수용한다. 스테퍼 모터는 구동 어댑터에 연결된다. 스테퍼 모터는 밸브 부재의 보어와 직접 결합되는 샤프트를 축방향으로 회전하도록 작동된다.
다른 실시예들에 따르면, 유량 조절 밸브는 본체의 길이방향 축과 동축으로 배향되는 본체 보어를 갖는 본체를 포함한다. 밸브 부재는 보어 내에 슬라이딩 가능하게 배치되고, 본체의 길이방향 축과 동축으로 배향된다. 밸브 부재는 보어를 갖는 비원형의 기하학적 형상의 헤드; 및 적어도 하나의 방사상 바깥으로 연장하는 시트 결합 부재와 제 1 및 제 2 피스톤들을 포함한다. 제 1 및 제 2 피스톤들은 실질적으로 동일한 지름을 가져, 제 1 및 제 2 피스톤들에 반대로 작용하는 가압 유체가 균형이 잡힌다. 구동 어댑터는, 밸브 부재의 기하학적 형상의 헤드를 미끄러지게 수용하고 밸브 부재의 축방향 회전을 방지하는 헤드 수용 구멍을 포함한다. 스테퍼 모터는 구동 어댑터에 연결된다. 스테퍼 모터는 밸브 부재를 축방향으로 이동시키기 위해 밸브 부재의 보어 내에 직접 결합되는 샤프트를 회전시킨다.
추가적 실시예들에 따르면, 유량 조절 밸브는 본체를 포함하고, 상기 본체는 본체의 길이방향 축과 동축으로 배향되는 본체 보어, 그리고 제 1 및 제 2 실린더 벽들을 가진다. 밸브 부재는 보어 내에 슬라이딩 가능하게 배치되고, 본체의 길이방향 축과 동축으로 배향된다. 밸브 부재는 상기 길이 방향과 동축으로 정렬되는 나사 보어를 갖는 비원형의 기하학적 형상의 헤드를 포함한다. 제 1 피스톤은 상기 기하학적 형상의 헤드로부터 밸브 부재의 반대쪽 단부에 위치된다. 제 2 피스톤은 제 1 피스톤과 기하학적 형상의 헤드 사이에 위치된다. 제 1 및 제 2 피스톤들은 밸브 부재가 본체 보어 내에서 슬라이딩 가능하게 이동할 때 본체의 실린더 벽들을 밀봉한다. 구동 어댑터는 본체에 연결된다. 구동 어댑터는, 밸브 부재의 기하학적 형상의 헤드를 미끄러지게 수용하고 밸브 부재의 축방향 회전을 방지하는 헤드 수용 구멍을 포함한다. 스테퍼 모터는 구동 어댑터에 연결된다. 스테퍼 모터는 밸브 부재의 나사 보어 내에 직접 나사 결합되는 나사 샤프트(threaded shaft)를 회전시킨다.
이용가능한 추가 영역들이 여기에 제공되는 설명으로부터 명백해질 것이다. 이 요약의 설명과 특정 예들은 예시의 목적으로만 의도된 것이고, 본 개시 내용의 범위를 제한하려고 의도된 것은 아니다.
여기에 기재된 도면들은 모든 가능한 구현예가 아닌, 예시의 목적만을 위한 것이고, 본 개시 내용의 범위를 제한하고자 의도되지 않았다.
도 1은 본 개시 내용의 유량 조절 밸브의 전방 좌측 사시도
도 2는 도 1의 유량 조절 밸브의 단부 정면도
도 3은 도 2의 섹션 3에서 본 부분 단면의 정면도
도 4는 밸브 개방 위치의 유량 조절 밸브를 추가로 도시하는 도3의 부분 단면의 정면도
도 5는 도 3의 섹션 5에서 본 단면의 단부 정면도
도 6은 밸브 폐쇄 위치의 포핏 밸브 부재를 갖는, 본 개시 내용의 유량 조절 밸브의 다른 실시예의 부분 단면의 정면도
도7은 밸브 개방 위치의 포핏 밸브 부재를 추가로 도시하는, 도 6의 부분 단면의 정면도
도 8은 완전 배출 위치(fully exhausted position)에서 보여지는 밸브 부재를 갖는 본 개시 내용의 쓰리웨이(3-way) 유량 조절 밸브의 부분 단면의 정면도
도 9는 밸브 폐쇄 위치의 유량 조절 밸브를 도시하는 도 8의 부분 단면의 정면도
도 10은 밸브 개방 위치의 유량 조절 밸브를 도시하는 도 8의 부분 단면의 정면도
도 11은 밸브 제 1 개방 위치에서 보여지는 밸브 부재를 갖는 본 개시 내용의 포웨이(4-way) 유량 조절 밸브의 부분 단면의 정면도
도 12는 밸브 폐쇄 위치의 유량 조절 밸브를 도시하는 도 11의 부분 단면의 정면도
도 13은 밸브 제 2 개방 위치의 유량 조절 밸브를 도시하는 도 11의 부분 단면의 정면도
도 14는 전자 인터페이스 장비 및 하우징을 갖는 추가 실시예를 추가로 도시하는 도 3과 유사한 부분 단면의 정면도
도 15는 본 개시 내용에 따라 구축되는 다른 유량 조절 밸브의 전방 좌측 사시도
도 16은 유량 조절 밸브가 밸브 폐쇄 위치에서 보여지는, 도 15의 유량 조절 밸브의 하나의 배열(configuration)을 예시하는 부분 단면의 정면도
도 17은 밸브 개방 위치의 유량 조절 밸브를 추가로 도시하는 도 16의 부분 단면의 정면도
도 18은 유량 조절 밸브가 밸브 폐쇄 위치에서 보여지는, 도 15의 유량 조절 밸브의 다른 배열을 예시하는 부분 단면의 정면도
도 19는 밸브 개방 위치의 유량 조절 밸브를 추가로 도시하는 도 18의 부분 단면의 정면도
도 20은 유량 조절 밸브가 밸브 폐쇄 위치에서 보여지는 도 15의 유량 조절 밸브의 다른 배열을 예시하는 부분 단면의 정면도
도 21은 밸브 개방 위치의 유량 조절 밸브를 추가로 도시하는 도 20의 부분 단면의 정면도
도 22는 유량 조절 밸브가 밸브 폐쇄 위치에서 보여지는, 도 15의 유량 조절 밸브의 다른 배열을 예시하는 부분 단면의 정면도
도 23은 밸브 개방 위치의 유량 조절 밸브를 추가로 도시하는 도 22의 부분 단면의 정면도
도 24는 도 15 내지 23에 도시된 유량 조절 밸브의 헤드 수용 리세스 및 기하학적 형상의 밸브 헤드의 부분 분해 사시도
도 25는 기하학적 형상의 밸브 헤드가 홈 형상의 스핀 방지 특징부를 가지는 유량 조절 밸브의 기하학적 밸브 헤드의 부분 측면도
도 26은 스핀 방지 특징부가 오목한 세로 면인 유량 조절 밸브의 다른 기하학적 형상의 밸브 헤드의 부분 측면도
대응하는 참조 번호들은 여러 개의 도면들을 통하여 대응하는 부분들을 가리킨다.
이제 예시적 실시예가 첨부된 도면들에 대해 더욱 충분히 설명될 것이다.
예시적 실시예들이 제공되어 이 개시 내용이 완전해질 것이고, 통상의 기술자들에게 그 범위를 충분히 전달할 것이다. 본 개시 내용의 실시예들에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해, 많은 구체적 세부사항들이 구체적 부품들, 장치들, 방법들의 예와 같이 제시된다. 구체적 세부사항들이 사용될 필요는 없다는 것, 예시적 실시예들이 많은 다양한 형태들로 실시될 수 있다는 것, 어느 것도 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 이해되지 않아야 한다는 것은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 몇 가지 예시적 실시예들에서, 공지된 공정, 공지된 장치 구조, 공지된 기술들은 자세히 기재되지 않는다.
여기에 쓰이는 전문 용어는 특별한 예시적 실시예들의 설명 목적만을 위한 것이지, 제한하려고 의도되지 않는다. 문맥상 명확히 표시하지 않는 한, 여기에 쓰이는 단수형 형태들 "한", "하나", 및 "상기"는 복수의 형태들을 포함하도록 의도될 수도 있다. 용어들 "포함하다(comprises)", "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", "가지는(having)"은 포괄적이고, 따라서 언급되는 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 요소들, 및/또는 부품들의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 요소들, 부품들 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 여기에 기재된 방법 단계들, 공정들, 및 작동들은, 수행의 단계로서 특별히 정해지지 않으면, 그들의 수행(performance)을 논의되거나 도시된 특정 순서를 필수적으로 요하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 추가적 또는 대안적 단계들이 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
요소(element) 또는 층(layer)이 다른 요소 또는 층 "상에", "에 결합되는(engaged to", "에 연결되는(connected to)", 또는 "에 결합되는(coupled to)"이라고 참조될 때, 직접적으로 다른 요소 또는 층 상에, 결합되는, 연결되는, 또는 결합되는 것일 수 있고, 또는 개재 요소(intervening element) 혹은 층이 존재할 수 있다. 반면에, 요소가 다른 요소 또는 층 "상에 직접적으로", "에 직접적으로 결합되는", "에 직접적으로 연결되는", "에 직접적으로 결합되는"이라고 참조될 때는, 개재 요소 혹은 층은 존재하지 않는다. 요소들 사이의 관계를 설명하기 위한 다른 용어들도 같은 방법으로 해석되어야 한다. ("사이에"와 "직접적으로 사이에", "인접하여"와 "직접적으로 인접하여" 등) 여기에서 사용되는 용어 "및/또는"은 임의의 또는 관련 리스트 아이템(associated listed item)의 하나 혹은 그 이상의 모든 조합을 포함한다.
다양한 요소, 구성, 영역, 층 및/또는 섹션(section)을 설명하기 위해 제 1, 제 2, 제 3 등 의 용어가 사용될 수 있지만 이러한 요소, 구성, 영역, 층 및/또는 섹션은 이러한 용어들에 의해 제한되어서는 안 된다. 이러한 용어들은 오직 하나의 요소, 구성, 영역, 층 또는 섹션을 또 다른 영역, 층 또는 섹션들과 구분하기 위해 사용될 수 있다. "제 1", "제 2" 및 다른 수치 용어(numerical term)와 같은 용어들은 문맥에 의해 명확하게 지시되지 않는 한 순서(sequence)를 내포하지 않는다. 따라서, 아래에 논의되는 제 1 요소, 구성, 영역, 층 또는 섹션은 예시적 실시예들의 교시로부터 벗어나지 않고 제 2 요소, 구성, 영역, 층 또는 섹션으로 정의될 수 있다.
"내부의(inner)", "외부의(outer)", "아래의(beneath)", "밑의(below)", "하부의(lower)", "위의(above)", "상부의(upper)", 기타 같은 종류의 공간적으로 관계있는 용어들은 하나의 요소 또는 특징부들의 관계를 그림에서 도시된 또 다른 요소(들) 또는 특징부(들)에 대해 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어들은 도면에 묘사된 배향에 더하여, 사용 또는 작동 중인 장치의 다양한 배향을 포함하도록 의도될 수 있다. 예를 들어, 도면의 장치가 뒤집히면, 다른 요소들 또는 특징부들의 "밑의" 또는 "아래의"로 기재된 요소들은 이제 다른 요소들 또는 특징부들의 "위의"로 기재될 것이다. 따라서, 예시적 용어 "밑의"는 위와 밑 두 배향을 모두 포함할 수 있다. 장치는 다르게 배향(90도 또는 다른 배향들로 회전)될 수 있고, 여기에 사용되는 공간적으로 상대적인 기술어(descriptor)들은 그에 따라 해석된다.
도 1을 참조하면, 유량 조절 밸브(10)는 주 본체부(14), 주 본체부(14)에 해제 가능하게 연결될 수 있는 구동 어댑터(16), 구동 어댑터(16)에 연결되는 스테퍼 모터(18) 형태의 밸브 액추에이터 또는 오퍼레이터, 및 주 본체부(14)에 해제 가능하게 연결되고 스테퍼 모터(18)에 대해 반대쪽에 위치되는 단부 캡(20) 각각을 가지는 본체 조립체(12)를 포함한다. 추가 실시예들에 따르면, 구동 어댑터(16)는 주 본체부(14)의 내장된 부분일 수 있다. 주 본체 부(14)는 복수의 유량 조절 밸브들(10)을 나란한 구성으로 배열되도록 허용하는 형상의 실질적으로 직사각형(rectangular)인 블록 밸브로서 표시되지만, 본 개시는 특정 밸브 본체 디자인에 한정되지 않는다. 하나 또는 그 이상의 관통 보어들(21)이 주 본체부(14)에 제공되어 유량 조절 밸브(10)의 결속구 설치(fastener mounting)를 허용할 수 있다. 스테퍼 모터(18)는 전력원으로부터 원격으로 여자(energized)될 수 있다(미도시).
도 2를 참조하면, 상기 기재된 것과 같은 유량 조절 밸브(10)는 실질적으로 직사각형 형상을 가지고, 주 본체부(14), 구동 어댑터(16), 및 스테퍼 모터(18) 각각은 유량 조절 밸브(10) 전체 폭을 조절하기 위해 실질적으로 동일한 폭들을 가질 수 있다. 주 본체부(14), 또는 스테퍼 모터(18) 같은 부품들 각각의 높이는 필요에 따라 달라질 수 있다.
도 3과 4를 참조하면, 유량 조절 밸브(10)의 추가 특징들은 밸브 부재(22)를 포함하고, 상기 밸브 부재(22)는 주 본체부(14)의 밸브 수용 보어(24) 내에 슬라이딩 가능하게 배치된다. 밸브 부재(22)는 여러 가지의 다른 구성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 그리고 제한 없이, 밸브 부재(22)는 스풀 밸브 형상, 포핏 밸브 형상, 또는 다른 유사한 밸브 형상들을 가질 수 있다. 밸브 부재(22)는 본체 조립체(12)의 조립체 길이방향 축(26) 상에 동축으로 변환 가능하다. 밸브 부재(22)는 제 1 밀봉 슬롯(32)에 위치되는 오-링 또는 디-링과 같은 제 1 탄성 밀봉 부재(30)를 가지는 제 1 피스톤(28)을 포함하고, 상기 제 1 탄성 밀봉 부재(30)는 주 본체부(14) 내에 내부로(internally) 생성되는 제 1 실린더 벽(34)과 제 1 피스톤(28) 사이에 유체 밀봉을 제공한다. 밸브 부재(22)는 스테퍼 모터(18)의 구동력에 의해 제 1 방향 "A" 및 반대의 제 2 방향 "B" 각각으로 슬라이딩 가능하게 위치할 수 있다.
주 본체부(14)는 그 안에 생성되는 제 1 실린터 벽(34)을 가지는 제 1 본체 단부(35)를 추가로 포함한다. 제 1 피스톤(28)은 제 1 실린터 벽(34)에 의해 형성되는 제 1 본체 단부(35)의 제 1 피스톤 보어(36) 내에 슬라이딩 가능하게 수용된다. 밸브 부재(22)는 또한 제 2 밀봉 슬롯(42) 내에 위치되는 제 1 탄성 밀봉 부재(30)외 유사하한 제 2 탄성 밀봉 부재(40)를 갖는 제 2 피스톤(38)을 포함한다. 제 2 탄성 밀봉 부재(40)는 주 본체부(14)의 제 2 본체 단부(48) 내에 생성되는 제 2 실린더 벽(46)과 제 2 피스톤 둘레 벽(44) 사이의 유체 압력 경계(fluid pressure boundary)를 제공한다. 몇 가지 실시예들에 따르면, 제 1 피스톤(28)의 지름 "V"는 제 2 피스톤(38)의 지름 "W"와 실질적으로 동일하다. 추가로, 시트 결합 부재(50)의 지름 "X"는 지름 "V" 및 "W"와 실질적으로 동일해서, 밸브 수용 보어(24) 내의 가압 유체로부터의 방향력들(directional forces)은 밸브 폐쇄 위치(도 3에 도시)의 시트 결합 부재(50) 및 제 1 피스톤(28)의 동일하게 노출된 표면 영역들에 동일하게 반대 위치에 작용하거나 "균형을 맞출(balance)" 것이고, 밸브 개방 위치(도 4에 도시)의 제 1 및 제 2 피스톤들(28, 38)의 동일하게 노출된 표면 영역들에 균형을 맞출 것이다. 밸브 부재(22) 및 본 개시 내용의 추가적 밸브 부재들은 그러므로 압력 균형적 설계로서 정의된다.
시트 결합 부재(50)는 밸브 부재(22)의 바깥 방사방향 연장부(outward radial extension)이다. 도 3에 도시되어 있듯이, 밸브 부재(22)는 시트 결합 부재(50)가 입구 포트(54)의 가압 유체를 제 1 출구 포트(56)로부터 분리하는 밸브 폐쇄 위치에서 주 본체부(14)의 시트 부재(52)에 접촉하도록 위치될 수 있다. 몇 개의 실시예들에 따르면, 시트 결합 부재(50)에는 시트 결합 부재(50) 상에 오버몰딩된(over-molded) 탄성 소재(58)가 제공될 수 있다. 탄성 소재(58)는 시트 부재(52)와 접촉할 때 선의(glandular) 유체 밀봉을 제공한다. 밸브 부재(22)가 제 2 방향 "B"로 이동될 때(도 4에 완전 이동(full motion) 후 도시), 유동 통로(60)가 입구 포트(54)에서 제 1 출구 포트(56)로 가압 유체 유동을 허용하는 시트 부재(52)의 탄성 소재(58)와 시트 결합 부재(50) 사이에 생성된다.
시트 결합 부재(50)(탄성 재료(58)에 의해 형성됨)와 제 1 피스톤, 제 2 피스톤 각각의 외주는 실질적으로 동일한 지름을 갖기 때문에, 밸브 부재(22)는 밸브 폐쇄 위치와 밸브 개방 위치에서 압력 균형을 이룬다. 예를 들어, 도3에 도시된 밸브 폐쇄 상태에서 제 1 방향 "A"의 시트 결합 부재(50)에 작용하는 가압 유체는 제 2 방향 "B"의 제 2 피스톤(38)에 작용하는 가압 유체의 힘에 의해 동일해져서 밸브 부재(22)에 작용하는 전체적인 축방향력은 가압 유체로부터 실질적으로 영(zero)이다. 도4에 도시된 밸브 개방 위치에서, 압력 균형 상태는 또한 유체가 부분적에서 완전 개방된 유량 조절 밸브(10)를 흐를 때 존재한다. 도 4에 도시된 것처럼 유로(60)가 개방 되었을 때, 입구 포트(54)와 제 1 출구 포트(56)사이에 차압이 존재하지만, 제 1 방향 "A"의 제 1 피스톤(28)에 작용하는 유체 압력은 시트 결합 부재(50)의 좌측변에 작용하는 압력과 실질적으로 동일하고, 제 2 방향 "B"의 제 2 피스톤(38)에 작용하는 유체 압력은 시트 결합 부재(50)의 우측변에 작용하는 압력과 실질적으로 동일해서 밸브 부재(22)에 작용하는 전체적인 축방향력은 실질적으로 영이다.
밸브 부재(22)는 스테퍼 모터(18)에 의해 생긴 회전력에 의해 조립체 길이방향 축(26)에 대해 동축으로 옮겨진다. 스테퍼 모터(18)에 의해 생긴 회전력을 길이방향 혹은 축방향 구동력으로 변환시키기 위해서, 밸브 부재(22)는 제 2 피스톤(38)에 근접하고 제 1 피스톤(28)에 대해 밸브 부재(22)의 반대편에 위치하는 기하학적 형상의 헤드(62)를 추가적으로 포함한다. 여기서 정의된 "기하학적 형상의" 헤드는 비원형인(즉, 완전한 원형일 수 없는) 기하학적 형상으로 참조된다. 몇 가지 실시예에 따르면, 적어도 하나의 평탄한 면(planar face)을 가지는 타원(oval) 혹은 원주(perimeter)와 같은 형상들, 그리고 몇 가지 실시예들에 따라 삼각형, 직사각형, 팔각형 기타 같은 종류의 기하학적 구조를 포함하는 원주 상의 다수의 평탄한 면이 사용될 수 있다. 몇 가지 실시예에 따르면, 기하학적 형상의 헤드(62)는 밸브 부재(22)가 직사각형 형상의 바 스톡(bar stock)으로부터 생성되고 가공되거나 혹은 제 1 및 제 2 피스톤(28,38) 및 시트 결합 부재(50) 같은 나머지 특징들을 제공하기 위해 형성되는 것을 허용하는 실질적으로 직사각형의 형상일 수 있다.
기하학적 형상의 헤드 (62)는 대응되는 기하학적 형상의 헤드 (62)의 면에 정합되는 다수의 구멍 면(66)를 포함할 수 있는 헤드 수용 구멍(64)에서 슬라이딩 가능하게 수용된다. 기하학적 형상의 헤드(62)의 비원형 형상은 스테퍼 모터(18)의 회전력에 의해 구동될 때, 조립체 길이방향 축(26)에 대해 밸브 부재(22)의 축 회전을 방지한다. 몇 가지 실시예에 따르면, 압축 스프링 같은 바이어스 부재(68)는 기하학적 형상의 헤드(62)의 종단면(70)에 대해 수용될 수 있다. 바이어스 부재(68)의 반대편은 스테퍼 모터(18)에 인접한다. 바이어스 부재(68)는 수나사 샤프트(74)의 나사(72)와 제 2 피스톤(38)에서 생성된 암나사 블라인드 보어(76) 사이의 나사 간극(thread clearance)을 제거하기 위해 제 1 방향 "A"에서 편향력(biasing force)을 밸브 부재(22)에 작용시켜서, 나사(72)의 피치에 의해 변할 수 있는 스테퍼 모터(18)의 미리설정된 회전 수에 의해 밸브 부재(22)가 반복적으로 개방 위치에 위치될 수 있다.
제 2 헤드 수용 구멍(78)은 기하학적 형상의 헤드(62)의 종단면(70)과 스테퍼 모터(18) 사이에 생성된다. 제 2 헤드 수용 구멍(78)의 부피는 밸브 부재(22)가 제 1 혹은 제 2 방향 "A", "B"으로 옮겨짐에 따라 변할 수 있다. 기하학적 형상의 헤드(62) perimeter의 평면의 양에 대응하는 다수의 헤드 면(80)은밸브 부재의 축 회전을 방지하기 위해 각각의 구멍 면(66)에 인접한다. 타원 형상이 사용될 때처럼 기하학적 형상의 헤드 (62)에 비평면 표면이 존재하는 위치에는 헤드 수용 구멍(64)의 형상이 기하학적 형상의 헤드(62)의 주변 형상에 일치하도록 형상화될 수 있다.
수나사 샤프트(74)는 직접 혹은 간접적으로 연결되고 회전 가능하게 스테퍼 모터(18)에 의해 구동되며 조립체 길이방향 축(26)에 대해 밸브 부재(22)안에 동축으로 정렬된 암나사 보어(76)에 직접적으로 나사 결합 가능하게 수용된다. 그러므로 수나사 샤프트(74)의 회전은 수나사 샤프트(74)의 밸브 개방 혹은 밸브 폐쇄 위치의 사이에서 움직이도록 설정된 완전 혹은 부분적 회전량에 기초하여 축의 방향으로 직접적으로 밸브 부재(22)를 구동시킨다. 밸브 부재(22) 축 위치는 수나사 샤프트(74)의 나사와 암나사 보어(76) 사이에서 제한된 슬립에 부분적으로 기반하여 반복 가능하다. 바이어스 부재(68)은 추가적으로 밸브 부재(22)를 편향시켜 나사 간극 및/또는 마모(wear)로부터 야기되는 축 치수 변화를 경감시킨다. 추가적으로, 앞에서 설명된 밸브 부재(22)의 압력 균형 설계는 밸브 부재(22) 위치의 반복가능성을 추가적으로 강화하기 위해 유량 조절 밸브(10)의 임의의 구동 위치에서의 가압 유체로 인한 밸브 부재(22)에 작용하는 전체적인 축방향력을 실질적으로 제거한다.
주 본체부(14)는 추가적으로 실질적으로 평면이고 단부 캡(20)을 해제가능하게 수용하는, 예를 들어, 패스너를 사용하는(미도시) 본체 종단면(82)을 포함한다. 제 1 피스톤(28)이 축방향으로 전환시킨, 제 1 피스톤 보어(36)에 존재하는 유체를 통기시키기 위해, 제 1 피스톤 보어(36)는 단부 캡 통로(84)와 유체 연결상태이다. 단부 캡 통로(84)는 통로(24)로 먼지 혹은 물같은 오염물질의 유입을 방지하기 위해 필터(86)를 포함할 수 있다. 공기 같은 유체는 제 1 피스톤 보어(36)에서의 유체 압력과 밸브 부재(22)의 모든 축방향 위치에서의 기압을 동일하게 하기 위해 유입 혹은 배출될 수 있다.
도 5를 참조하면, 앞에서 언급된 바와 같이, 기하학적 형상의 헤드(62)는 직사각형 형상으로 제공될 수 있다. 구멍 면(66)은 기하학적 형상의 헤드(62)의 주변에 제공되는 간극 갭(87)과 헤드 면(80)의 하나에 각각 대응된다. 도 5에 도시된 기하학적 형상의 헤드(62)의 기하구조로부터, 조립체 길이방향 축(26)에 대한 수나사 샤프트(74)의 축방향 회전이 마찬가지로 기하학적 형상의 헤드(62) 혹은 밸브 부재(22)를 회전시키지 않는다는 것이 명백하다. 간극 갭(87)은 추가적으로 밸브 부재(22)의 전환으로 기하학적 형상의 헤드(62)의 주변에 대해 유체 전달을 허용하기 위한 크기가 될 수 있어 유체 압력은 도 3 및 도 4에서 도시되고 설명된 각각의 헤드 수용 구멍(64) 및 제 2 헤드 수용 구멍(78)에서 실질적으로 동일해진다.
도 5에 도시된 구조와 도 3 및 도 4를 다시 참조해 보면, 수나사 샤프트(74)에 스테퍼 모터(18)에 의한 회전방향 "Y"로의 수나사 샤프트(74) 시계방향 제 1 회전을 포함한 오른 나사 사용은 도 5와 도 3에 도시된 제 1 방향 "A"과 같이 밸브 부재(22)를 뷰어쪽으로 밀어낼 것이다. 반대의 즉, 스테퍼 모터(18)에 의한 회전방향 "Z"로의 수나사 샤프트(74) 반시계방향 제 2 회전은 도 5와 도4에 도시된 제 2 방향 "B"과 같이 밸브 부재(22)를 뷰어에서 멀어지는 쪽으로 밀어낼 것이다. 수나사 샤프트(74)에 (그리고 암나사 보어(76)에) 왼나사를 사용하는 것은 반대 방향의 밸브 부재 이동을 만드는 것이 명백하다.
도 6, 그리고 도3 및 도4를 다시 참조하면, 다른 실시예들에 의하면, 본 개시의 구동 특징을 사용하는 유량 조절 밸브(88)는 포핏 밸브의 동작에 또한 사용될 수 있다. 유량 조절 밸브(88)는 거기에 해제가능하게 연결된 구동 어댑터(16)와 유사한 구동 어댑터(92)를 가지는 밸브 본체(90)를 포함할 수 있다. 스테퍼 모터(18')는 마찬가지로 그곳으로부터 축방향으로 연장된 수나사 샤프트(74')를 가지는 구동 어댑터(92)에 연결된다. 포핏 밸브 부재(94)는 밸브 본체(90)의 길이방향 축(96) 위로 슬라이딩 가능하게 배치된다. 포핏 밸브 부재(94)는 슬라이딩 가능하게 배치되고 밸브 본체(90)의 제 1 피스톤 구멍에 밀봉가능하게 수용된 제 1 피스톤(98)을 포함한다. 포핏 밸브 부재(94)는 예를 들어 고무 같은 재료 혹은 포핏 밸브 부재(94)를 오버몰딩한 (즉, 포핏 밸브 부재(94) 위에 몰딩되고 포핏 밸브 부재(94)로부터 외향으로 연장하는) 고분자 탄성 재료를 가지는 "오버몰딩된" 시트 결합 부재 (102)를 포함할 수 있다. 오버몰딩된 시트 결합 부재(102)는 도시된 밸브 폐쇄 위치에서 밀봉 가능하게 밸브 부재 시트 링(104)에 접촉한다. 밸브 폐쇄 위치에서 유체가 유량 조절 밸브(88)로 흐르는 것을 방지하기 위해 입구 포트(106)는 출구 포트(108)로부터 격리된다.
도 6 및 도7을 참조하면, 포핏 밸브 부재(94)는 스테퍼 모터(18')의 수나사 샤프트(74')를 나사결합 가능하게 수용하는 암나사 보어(110)를 추가적으로 포함한다. 스테퍼 모터(18')의 회전은 그러므로 밸브 폐쇄 방향 "C"로 포핏 밸브 부재(94)를 축방향 이동시켜 밸브 폐쇄 위치가 되도록 위의 도 3 및 도 4에서 참조된 스테퍼 모터(18)의 구동과 유사하게 작동한다. 포핏 밸브 부재(94)는 제 1 피스톤(98)의 지름과 실질적으로 동일한 지름을 가지는 제 2 피스톤(112)를 추가적으로 포함한다. 도 6에 도시된 밸브 폐쇄 위치에서 폐쇄 방향 "C"의 시트 결합 부재(102)에 대해 작용하는 가압 유체는 밸브 개방 방향 "D"의 제 1 피스톤(98)에 작용하는 가압 유체의 힘에 의해 동일해져서, 포핏 밸브 부재(94)에 작용하는 전체적인 축방향력은 가압 유체로부터 실질적으로 영이된다.
제 2 피스톤(112)은 밸브 본체(90)의 제 2 실린더 벽(114)에 슬라이딩 가능하게 위치한다. 기하학적 형상의 헤드(116)는 제 1 피스톤(98)에 대해 반대편에 위치되어 포핏 밸브 부재(94)의 종단에 생성된다. 기하학적 형상의 헤드 (116)는 기하학적 형상의 헤드(116)의 기하학적 형상의 평면(혹은 비평면 기하구조)에 대응되는 다수의 구멍 면(120)을 포함할 수 있는 헤드 수용 구멍(118)에서 슬라이딩 가능하게 수용된다. 그러므로 다수의 구멍 면(120)에 접촉된 기하학적 형상의 헤드(116)는 포핏 밸브 부재(94)의 축 전환 동안 포핏 밸브 부재(94)의 회전을 방지한다. 도 3 및 도 4의 실시예에 대해 언급된 것과 같은 이유로, 포핏 밸브 부재(94)의 축방향 회전을 방지하기 위해 기하학적 형상의 헤드(116)는 또한 타원 형상일 수 있고, 혹은 그 주변에 단일 혹은 다수의 평면 표면을 포함할 수 있다.
도 7을 더 자세히 참조해 보면, 유량 조절 밸브(88)의 밸브 개방 위치는 스테퍼 모터(18')가 도 6의 참조되어 도시된 폐쇄 위치를 달성하기 위한 회전에 대해 축 회전 방향의 반대방향으로 회전될 때 제공된다. 포핏 밸브 부재(94)가 밸브 개방 방향 "D"에서 축 방향으로 이동되고 오버몰딩된 시트 결합 부재(102)가 밸브 부재 시트 링(104)로부터 이동하면, 입구 포트(106)에서 출구 포트(108)로 흐르는 유로(122)가 생성된다. 포핏 밸브 부재(94)의 제 1 및 제 2 피스톤(98, 112)가 실질적으로 동일한 지름을 가지기 때문에 다음과 같이 포핏 밸브 부재(94)에 작용하는 압력은 유량 조절 밸브(88)가 부분적에서 완전히 개방된 유량 조절 밸브(88)일 때 균형을 이룬다. 밸브 개방 위치에서 유로(122)는 개방되고 입구 포트(106)와 출구 포트(108) 사이에 차압이 존재하지만, 개방 방향 "D"의 제 1 피스톤(98)에 작용하는 유체 압력은 시트 결합 부재(102)의 아래방향으로 마주하는 면(폐쇄 방향 "C"에서 이루어진)에 작용하는 압력과 실질적으로 동일하고, 폐쇄 방향 "C"의 제 2 피스톤(112)에 작용하는 유체 압력은 시트 결합 부재(102)의 위 방향으로 마주하는 면에 작용하는 압력과 실질적으로 동일해서 밸브 부재(94)를 전환하는 데 작용하는 전체적인 축방향력은 실질적으로 영이다. 이 압력 균형은 밸브를 밸브 폐쇄 위치로 돌리기 위해, 또한 밸브가 폐쇄 및/또는 어떠한 부분 개방 위치에 위치할 때 스테퍼 모터(18')에 의해 요구되는 힘의 양을 감소시킨다.
도 8을 참조하면, 다른 실시예들에 따를 때 유량 조절 밸브(160)는 추가적인 오버몰딩된 시트 결합 부재와 시트 부재를 포함하기 위해 도 3 및 도 4에서 도시 및 설명된 유량 조절 밸브(124)로부터 수정된 쓰리웨이 밸브 본체(162)를 포함한다. 그러므로 여기서는 차이점만 추가적으로 설명될 것이다. 밸브 부재(164)는 밸브 수용 보어(166)에 슬라이딩 가능하게 위치되고 제 1 오버몰딩된 시트 결합 부재(168)와 제 2 오버몰딩된 시트 결합 부재(170)를 포함한다. 유량 조절 밸브(160)의 배출 위치에서 입구 포트(172)는 출구 포트(174)와 배출 포트(176)로부터 닫힌다. 제 1 오버몰딩된 시트 결합 부재(168)는 제 1 시트 부재(178)로부터 이동하여 출구 포트(174)와 배출 포트(176) 사이의 유체 연결 상태를 위한 제 1 유로(180)를 생성한다. 제 2 오버몰딩된 시트 결합 부재(170)는 완전 배출 위치에서 제 2 시트 부재(182)에 접촉한다. 스테퍼 모터(18'')를 사용하는 수나사 샤프트(76''')의 회전에 의해 밸브 부재(164)는 배출 위치를 이루기 위해 제 1 방향 "G"에서 완전히 이동한다.
도 9 및 다시 도 8을 참조하면, 제 1 및 제 2 오버몰딩된 시트 결합 부재(168, 170)가 제 1 시트 부재(178)과 제 2 시트 부재(182)에 각각 접촉할 때까지 유량 조절 밸브(160)의 폐쇄 위치는 제 1방향 "G"의 반대 방향인 제 2 방향 "H"에서 밸브 부재(164)의 전환에 의해 생성된다. 밸브 폐쇄 위치에서 입구 포트(172), 출구 포트(174) 그리고 배출 포트(176)은 그 사이에 공통의 유로를 가지지 않고 서로 폐쇄된다. 밸브 부재(164)가 제 2 방향 "H"에서 전환되면, 공기가 통기 구멍(154')으로 유입되어 제 1 피스톤 보어(152')에서 상압과 동일해진다.
도 10을 참조하면, 제 2 오버몰딩된 시트 결합 부재(170)가 제 2 시트 부재(182)에 대해 이동할 때까지 제 2 유로(186)를 생성하면 유량 조절 밸브(160)의 개방 위치는 제 2 방향 "H"에서의 폐쇄 위치로부터 밸브 부재(164)의 추가적인 전환에 의해 생성된다. 제 1 오버몰딩된 시트 결합 부재(168)와 제 1 시트 부재(178)간의 접촉에 의해 배출 포트(176)가 입구 포트(172)와 출구 포트(174)에 대해 닫혀있는 반면에 제 2 유로(186)는 입구 포트(172)와 출구 포트(174) 사이에 유체 연결 상태를 제공한다. 여기에서 이전에 설명된 것과 같은 이유들로, 밸브 부재(164)는 압력 균형 설계로, 밸브 부재(164)에 작용하는 유체 압력은 유체 조절 밸브(160)의 모든 동작 위치에서 균형적이다.
도 11을 참조하면, 유체 조절 밸브(188)는 추가적인 밸브 포트들 및 밸브 시트 부재들의 추가에 의해 도 8 내지 도 10의 참조에서 도시되고 설명된 유체 조절 밸브(160)로부터 수정된다. 유체 조절 밸브(188)는 포웨이 밸브 본체(190)의 밸브 수용 보어(194) 안에서 슬라이딩 가능하게 위치하는 밸브 부재(194)를 가지는 포웨이 밸브 본체(190)를 포함한다. 밸브 부재(192)는 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 오버몰딩된 시트 결합 부재(196, 198, 200, 202)를 포함한다. 포웨이 밸브 본체(190)는 추가적으로 각각의 입구 포트(204), 제 1 출구 포트(206), 제 1 배출 포트(208), 제 2 출구 포트(210), 제 2 배출 포트(212)를 포함한다. 밸브 부재(192)는 길이방향 축(214) 위에 슬라이딩 가능하게 위치한다.
유량 조절 밸브(188)의 제 1 개방 위치에서, 밸브 부재(192)는 스테퍼 모터(18'')를 작동시켜 수나사 샤프트(74''')를 회전시킴으로써 제 1 방향 "G"에 대해 최대 범위까지 슬라이딩 가능하게 위치한다. 밸브 부재(192)의 축 방향 회전은 기하학적 형상의 헤드(148')를 회전 불가능하게 수용하는 구동 어댑터(92'')의 기하 형상에 의해 방지된다. 제 1 개방 위치에서, 입구 포트(204)는 제 1 출구 포트(206)에 개방되고, 입구 포트(204)와 제 1 출구 포트(206)은 모두 제 1 배출 포트(208)에 대해 폐쇄된다. 제 1 유로(216)는 제 3 오버몰딩된 시트 결합 부재(200)에 인접하여 생성되어 유체가 입구 포트(204)에서 제 1 출구 포트(206)로 흐르게 한다. 또한 유량 조절 밸브(188)의 제 1 개방 위치에서, 제 2 오버몰딩된 시트 결합 부재(198)가 밀봉 상태로 유지되는 반면에, 제 1 오버몰딩된 시트 결합 부재(196)의 배치에 의해 제 1 배출 통로(218)가 생성된다. 입구 포트(204)가 제 2 출구 포트(210)와 제 2 배출 포트(212)에 대해 모두 폐쇄되는 반면에, 제 2 배출 통로(218)는 제 2 출구 포트(210)와 제 2 배출 포트(212) 사이에 유체 연결 상태를 제공한다.
도 12 및 다시 도 11을 참조하면, 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 오버몰딩된 시트 결합 부재(196, 198, 200, 202)가 모두 시트 및 밀봉 상태에 위치되지 않으면, 유량 조절 밸브(188)의 폐쇄 위치는 밸브 부재(192)를 제 1 방향 "G"에 대해 반대방향인 제 2 방향 "H"로 전환시킴으로 인해 생성된다. 유량 조절 밸브(188)의 폐쇄 위치에서, 입구 포트(204)로부터 임의의 출구 포트들로 유체가 방출되는 것을 방지하기 위해 모든 각각의 포트들은 서로에 대해 폐쇄된다.
도 13을 참조하면, 유량 조절 밸브(188)의 제 2 개방 위치는 제 2 오버몰딩된 시트 결합 부재(198)와 제 4 오버몰딩된 시트 결합 부재(202)가 시트 위치로부터 이동할 때까지 제 2 방향 "H"에서 밸브 부재(192)의 추가적인 축방향 전환에 의해 생성된다. 제 2 오버몰딩된 시트 결합 부재(198)에 인접하여 생성된 제 2 유로(220)는 입구 포트(204)와 제 2 출구 포트(210) 사이에 유체 연결 상태를 제공한다. 제 2 배출 포트(212)는 제 2 개방 위치에서 입구 포트(204)와 제 2 출구 포트(210) 모두에 대해 폐쇄된다. 또한 제 2 개방 위치에서, 제 2 배출 통로(222)는 제 4 오버몰딩된 시트 결합 부재(202)에 인접하여 생성된다. 입구 포트(204)에서의 유체 압력이 제 1 출구 포트(206)와 제 1 배출 포트(208) 모두에 대해 폐쇄되는 반면, 제 2 배출 통로(222)는 제 1 출구 포트(206)와 제 1 배출 포트(208) 사이에 유체 연결 상태를 제공한다. 여기에서 이전에 설명된 것과 같은 이유들로, 밸브 부재(192)는 압력 균형 설계를 제공하여 밸브 부재(192)에 작용하는 유체 압력이 유량 조절 밸브(188)의 모든 동작 위치에서 균형을 이루도록 한다.
도 14를 참조하면, 유량 조절 밸브(224)는 조절 라인(230)을 통해 아날로그 혹은 디지털 신호, 혹은 전압 혹은 전류 같은 동작 명령 신호를 수신하는 전자 인터페이스 장치(228)를 가지는 전자 인터페이스 하우징(226)을 포함한다. 조절 라인(230)은 대기로부터 전자 인터페이스 하우징(226)을 밀봉하는 전기 연결부(232)를 통해 연결되고, 유량 조절 밸브(224)의 동작을 위한 전기 동력원에의 연결을 제공한다. 전자 인터페이스 장치(228)에 의해 수용된 명령 신호는 스테퍼 모터(18''')의 동작에 요구되는 출력에 필요한 형태로 변환되고, 스테퍼 모터(18''')의 회전과 밸브 부재(22')의 축방향 전환을 일으키기 위해 제 2 조절 라인(234)을 통해 스테퍼 모터(18''')에 전송된다. 유량 조절 밸브(224)의 구동 어댑터(236)는 주 본체부(238)의 내장된 부분이다. 수나사 연장(240)은 밸브 부재(22')의 기하학적 형상의 헤드(242)로부터 연장된다. 연장(240)은 기하학적 형상의 헤드(242)의 내장된 부분일 수 있고, 또는 기하학적 형상의 헤드(242)에 나사 결합 가능하게 결합되는 수나사 패스너일 수 있다. 연장(240)은 암나사 보어일 수 있는 스테퍼 모터(18''')의 보어(244)에 나사 결합 가능하게 수용된다. 스테퍼 모터(18''')의 회전은 축방향 밸브 부재(22') 전환을 위해 연장(240)을 나사 결합 가능하게 결합하는 보어(244)를 포함하는 모터부를 동시 회전시킨다.
도 15를 참조하면, 유량 조절 밸브(310)는 본체 부(314)와 본체 부(314)에 해제 가능하게 연결되는 구동 어댑터(316) 및 구동 어댑터 (316)에 연결되는 스테퍼 모터(318) 형태의 밸브 액추에이터 또는 오퍼레이터를 가지는 본체(312)를 포함한다. 선택적으로, 바이어스 요소 혹은 스프링(319)이 스테퍼 모터(318)에 대해 반대편에 위치하는 주 본체부(314)에 인접하여 제공될 수 있다. 종단 캡(320)이 또한 주 본체부(314)에 해제 가능하게 연결되어 제공될 수 있다. 종단 캡(320)은 바이어스 요소(319) 위에 배치되어 바이어스 요소(319)가 주 본체부(314)와 종단 캡(320) 사이에서 연장되게 한다. 추가적인 실시예에 따르면, 구동 어댑터(316)는 주 본체부(314)의 내장된 부분일 수 있다. 주 본체부(314)는 다수의 유량 조절 밸브(310)가 나란하게 배열되도록 허용하는 실질적으로 원통형 형상을 가지는 것으로 표현된다. 그러나 본 개시는 특정 밸브 본체 디자인에 한정되지 않는다. 유량 조절 밸브(310)의 본체(312)는 하나 이상의 유체 통로들을 포함하는 밸브 블록(미도시) 내에 수용될 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 구동 어댑터(316)를 스테퍼 모터(318)에 결합하는 하나 혹은 그 이상의 결속구(321; fastener)가 제공될 수 있다. 추가로, 스테퍼 모터(318)는 전원(미도시)으로부터 원격으로 동력을 공급받을 수 있다.
도 16 및 도17을 참조하면, 유량 조절 밸브(310)는 또한 주 본체부(314)의 본체 보어(324) 안에 슬라이딩 가능하게 배치되는 밸브 부재(322)를 포함한다. 밸브 부재(322)는 제한 없이, 스풀 밸브 형상 또는 포핏 밸브 형상을 포함하는 다양한 형상을 가질 수 있다. 밸브 부재(322)는 본체(312)의 길이방향 축(326)을 따라 이동 가능하다. 밸브 부재(322)는 제 1 피스톤(328)과 제 1 실린더 벽(334) 사이에 유체 밀봉을 제공하는 제 1 밀봉 슬롯(332)에 위치하는 오-링 또는 디-링과 같은 제 1 탄성 밀봉 부재(330)를 가지는 제 1 피스톤(328)을 포함한다. 제 1 실린더 벽(334)는 주 본체부(314)안에서 내부로 생성된다. 밸브 부재(322)는 제 1 방향 및 반대인 제 2 방향에서 스테퍼 모터(318)의 구동력에 의해 슬라이딩 가능하게 위치할 수 있다.
주 본체부(314)는 추가적으로 제 1 본체 종단(335)에서 생성된 제 1 실린더 벽(334)을 가지는 제 1 본체 종단(335)을 포함한다. 제 1 피스톤(328)은 제 1 실린더 벽(334)에 의해 형성되는 제 1 본체 종단(335)의 제 1 피스톤 보어(336)에서 슬라이딩 가능하게 수용된다. 밸브 부재(322)는 또한 제 2 밀봉 슬롯(342)에 위치하는 제 1 탄성 부재(330)와 유사한 제 2 탄성 밀봉 부재(340)를 가지는 제 2 피스톤(338)을 포함할 수 있다. 제 2 탄성 밀봉 부재(340)는 제 2 피스톤(338)과 주 본체부(314)의 제 2 본체 종단(348)에서 생성되는 제 2 실린더 벽(346) 사이에 유체 압력 경계를 제공한다. 몇 가지 실시예에 따르면, 제 1 피스톤(328)의 지름은 제 2 피스톤(338)의 지름과 실질적으로 동일해서, 본체 보어(324) 내의 가압 유체로부터의 방향력들(directional forces)은 제 1 피스톤(328) 및 제 2 피스톤(338)의 동일하게 노출된 표면 영역들에 동일하게 반대 위치에 작용하거나 "균형을 맞출(balance)" 것이다. 본 개시의 밸브 부재(322)는 그러므로 압력 균형적 설계로서 정의된다.
시트 결합 부재(350)는 밸브 부재(322)의 외향 방사형 연장이다. 도 16에 도시된 대로, 밸브 부재(322)는 시트 결합 부재(350)가 입구 포트(354)의 가압 유체를 출구 포트(356)로부터 격리시키는 밸브 폐쇄 위치에서 주 본체부(314)의 시트 부재(352)에 접촉되도록 위치될 수 있다. 입구 포트(354) 및 출구 포트(356)는 본체 보어(324)로부터 주 본체부(314)의 개방면(ported face)까지 주 본체부(314)를 통하여 연장한다. 몇 가지 실시예에 따르면, 시트 결합 부재(350)는 시트 결합 부재(350)에 오버몰딩된 탄성 재료(358)와 함께 제공될 수 있다. 탄성 재료(358)는 시트 부재(352)에 접촉할 때 선의(glandular) 유체 밀봉을 제공한다. 밸브 부재(352)가 제 2 방향으로 이동될 때(도 17에 도시된 대로 완전이동 후), 유로(360)가 시트 결합 부재(350)와 시트 부재(352)의 탄성 재료(358) 사이에 가압 유체가 입구 포트(354)에서 제 1 출구 포트(356)으로 흐르도록 생성된다.
밸브 부재(322)는 밸브 폐쇄(도 16) 또는 밸브 개방(도 17) 위치에서 압력 균형적이다. 예를 들어, 도 16에 도시된 밸브 폐쇄 위치에서, 시트 결합 부재(350)에 작용하는 가압 유체는 제 2 피스톤(238)에 작용하는 가압 유체의 힘에 의해 동일해져서, 밸브 부재(322)에 작용하는 전체적인 축 방향력은 가압 유체로부터 실질적으로 영이된다. 도 17에 도시된 밸브 개방 위치에서, 유체가 부분적에서 완전히 개방된 유체 조절 밸브(310)를 통해 흐를 때 압력 균형 상태가 또한 존재한다. 도 17에 도시된 것처럼 유로(360)가 개방 되었을 때, 입구 포트(354)와 제 1 출구 포트(356)사이에 차압이 존재하지만, 제 1 피스톤(328)에 작용하는 유체 압력은 시트 결합 부재(350)의 좌측변에 작용하는 압력과 실질적으로 동일하고, 제 2 피스톤(338)에 작용하는 유체 압력은 시트 결합 부재(350)의 우측변에 작용하는 압력과 실질적으로 동일해서 밸브 부재(322)에 작용하는 전체적인 축방향력은 실질적으로 영이다.
밸브 부재(322)는 스테퍼 모터(318)에 의해 생성된 회전력에 의해 길이방향 축(326)에 대해 동축으로 전환된다. 스테퍼 모터(318)에 의해 생성된 회전력을 길이방향 또는 축방향 구동력으로 변환하기 위해서, 유량 조절 밸브(310)는 밸브 부재(322)의 제 2 피스톤(338)에 인접하여 위치하고 제 1 피스톤(328)에 대해 밸브 부재(322)의 반대편 종단에 위치하는 기하학적 형상의 헤드(362)를 추가적으로 포함한다. 몇 가지 실시예들에 따라, 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)는 다른 원통형의 표면(365)을 따라 배치되는 적어도 하나의 스핀 방지 특징부(363a, 363b)에 의해 형성된다. 도 16 및 도 17에서, 스핀 방지 특징부(363a, 363b)는 적어도 하나의 평평한 길이방향 면(363a, 363b)를 포함하고, 추가적으로 특별히는, 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)에 직경방향으로 배치되는 두 개의 평평한 길이방향 면(363a, 363b)를 포함한다. 기하학적 형상의 헤드(362)의 다른 원통형 표면(365)은 그러므로 도 16 및 도 17에 도시된 두 개의 평평한 길이방향 면(363a, 363b) 사이에서 연장된다.
기하학적 형상의 헤드(362)는 구동 어댑터(316) 안에 위치하는 헤드 수용 구멍(364)에서 슬라이딩 가능하게 수용된다. 구동 어댑터(316)는 도 16 및 도 17에 도시된 것과 같이 투피스(two piece) 구조를 가질 수 있는 데, 하나의 피스는 헤드 수용 구멍(364)을 정의하고, 다른 피스는 스테퍼 모터(318)에 고정된다. 그러한 구성에서, 밀봉이 구동 어댑터(316)와 스테퍼 모터(318) 사이에서 제공될 수 있다. 그러나, 대안적인 구성들이 가능하다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 구동 어댑터(316)는 대안적으로 단일 피스 구조를 가질 수 있다. 헤드 수용 구멍(364)은 기하학적 형상의 헤드(362)의 기하 형상과 일치되도록 형상화되고, 기하학적 형상의 헤드(362)의 적어도 하나의 스핀 방지 특징부(363a, 363b)에 정합되는 적어도 하나의 구멍 면(366a, 366b)을 포함할 수 있다. 도 16 및 도 17에서, 헤드 수용 구멍(364)의 적어도 하나의 구멍 면(366a, 366b)은 두 개의 평평한 길이방향 면(363a, 363b)에 각각 일치하는 두 개의 구멍 면(366a, 366b)을 추가적으로 포함한다. 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)의 두 개의 평평한 길이방향 면(363a, 363b)과 두 개의 구멍 면(366a, 366b)은 스테퍼 모터(318)의 회전력에 의해 구동될 때, 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)의 길이방향 축(326)에 대한 축방향 회전을 방지한다.
스테퍼 모터(318)는 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)에 생성된 암나사 보어(376)에 나사결합 가능하게 수용되는 수나사 샤프트(374)를 포함할 수 있다. 수나사 샤프트(374)는 직접적으로 또는 간접적으로 스테퍼 모터(318)에 연결될 수 있고, 스테퍼 모터(318)에 의해 회전 가능하게 구동될 수 있다. 수나사 샤프트(374)는 직접적으로 나사 결합 가능하게 암나사 보어(376)에 수용되고, 밸브 부재(322)의 길이방향 축(326)에 대해 동축으로 배열된다. 그러므로 수나사 샤프트(374)의 회전은 수나사 샤프트(374)의 밸브 개방 혹은 밸브 폐쇄 위치의 사이에서 움직이도록 설정된 완전 혹은 부분적 회전량에 기초하여 축의 방향으로 직접적으로 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)를 구동시키고, 수나사 샤프트(374)와 암나사 보어(376)의 나사의 피치에 따라 변할 수 있다. 도 16 및 도 17에 도시된 것처럼, 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)는 밸브 부재(322)로부터 분리(detach, i.e., separate)될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 기하학적 형상의 헤드(362)는 밸브 부재(322)에 인접하여 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)가 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 밸브 부재(322)를 구동시킨다. 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)가 밸브 부재(322)로부터 분리되는 곳에서, 바이어스 부재(319)는 밸브 부재(322)의 제 1 피스톤(328)을 누르고, 따라서 밸브 부재(322)와 기하학적 형상의 밸브 헤드(362) 사이의 접촉을 유지하는데 도움을 준다.
밸브 부재(322)의 축 방향 위치는 수나사 샤프트(374)의 나사와 암나사 보어(376) 사이의 제한된 슬립(slip)에 근거하여 반복 가능하다. 바이어스 부재(319)는 또한 밸브 부재(322)와 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)를 편향시켜 나사 간극 및/또는 마모로부터 야기되는 축 치수 변화를 경감시킨다. 추가적으로, 앞에서 설명된 밸브 부재(322)의 압력 균형 설계는 밸브 부재(322) 위치의 반복가능성을 추가적으로 강화하기 위해 유량 조절 밸브(310)의 임의의 구동 위치에서의 가압 유체로 인한 밸브 부재(322)에 작용하는 전체적인 축 방향력을 실질적으로 제거한다.
도 18 및 도 19를 참조하여, 도 16 및 도17의 유량 조절 밸브(310)의 적용이 도시되어 있다. 도 16 및 도 17과 같이, 도 18 및 도 19에 도시된 유량 조절 밸브(310)는 밸브 부재(322)로부터 분리된 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)를 포함한다. 그러나, 도 18과 19에 도시된 밸브 부재(322)는, 제 1 및 제 2 피스톤들(328, 338)이 제 1 실린더 벽(334)과 제 2 실린더 벽(346)의 방사상 내부로 이격된 점에서 다르다. 따라서, 제 1 및 제 2 탄성 밀봉 부재(330, 340)는 반경 방향으로 연장되어 다이어프램(diaphragm) 구조를 형성한다. 도 18 및 도 19에 도시된 제 1 및 제 2 탄성 밀봉 부재(330, 340)는 밸브 부재(322)와 같이 움직이지 않고, 그러므로 도 16 및 도 17에서와 같이 제 1 및 제 2 실린더 벽(334, 346)에 따라 슬라이딩하지 않는다. 도 18 및 도 19의 제 1 및 제 2 탄성 밀봉 부재(330, 340)는 밸브 부재(322)의 제 1 및 제 2 밀봉 슬롯(332, 342) 안에서 밀봉되고 입구 포트(354)와 구동 어댑터(316) 사이에서 주 본체부(314)에 고정된다. 스테퍼 모터(318)가 폐쇄 위치(도 18에 도시)와 개방 위치(도 19에 도시) 사이에서 밸브 부재(322)를 구동시키면, 제 1 및 제 2 탄성 밀봉 부재(330, 340)는 밸브 부재(322)의 움직임을 수용하도록 굽혀진다. 제 1 및 제 2 탄성 밀봉 부재(330, 340)의 장착을 가능하게 하기 위해, 밸브 부재(322)는 하나의 중간 세그먼트(segment)와 두 개의 종단을 포함하는 쓰리피스(three piece) 구조를 가질 수 있다. 도 18 및 도 19에 도시된 것과 같이, 시트 결합 부재(350)는 중간 세그먼트로부터 반경 방향의 외부로 연장되고, 두 개의 종단은 나사 결합에 의해 중간 세그먼트에 연결된다. 제 1 및 제 2 밀봉 슬롯(332, 342)은 밸브 부재(322)의 두 개의 종단과 중간 세그먼트 사이에 배치된다. 밸브 부재(322)의 두 개의 종단과 중간 세그먼트 사이의 나사 결합은 제 1 및 제 2 탄성 밀봉 부재(330, 340)가 밸브 부재(322)에 체결되도록 기능한다. 비슷한 방식으로, 본체(312)는 주 본체부(314)와 두 개의 본체 종단(335, 348)을 포함하는 쓰리피스 구조를 가질 수 있다. 주 본체부(314)는 본체(312)의 입구 및 출구 포트(354, 356)를 형성하고, 제 1 본체 종단(335)은 주 본체부(314)와 바이어스 부재(319) 사이에 배치되고, 제 2 본체 종단(348)은 주 본체부(314)와 구동 어댑터(316) 사이에 배치된다. 도 18 및 도 19에 도시된 것과 같이, 두 개의 본체 종단(335, 348)은 주 본체부(314)에 나사 결합에 의해 연결된다. 제 1 및 제 2 탄성 밀봉 부재(330, 340)는 두 본체 종단(335, 348)과 주 본체부(314) 사이에 배치되고, 두 개의 본체 종단(335, 348)과 주 본체부(314) 사이의 나사 결합은 제 1 및 제 2 탄성 밀봉 부재(330, 340)가 유량 조절 밸브(310)의 본체(312)에 체결되도록 기능한다.
도 20 및 도 21을 참조하여, 도 16 및 도17의 또 다른 유량 조절 밸브(310)의 적용이 도시되어 있다. 도 20 및 도 21의 본체(312), 어댑터(316), 스테퍼 모터(318)의 구조는 도 16 및 도 17에서 도시된 것과 동일하다. 그러나, 도 20 및 도 21의 유량 조절 밸브(310)는 도 16 및 도 17에서처럼 분리되는 대신에 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)가 밸브 부재(322)와 일체인 점에서 다르다. 도 20 및 도 21에 도시된 것과 같이, 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)는 밸브 부재(322)의 제 2 피스톤(338)로부터 연장된다. 다시, 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)는 두 개의 평평한 길이방향 면(363a, 363b)을 포함한다. 구동 어댑터(316)는 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)의 두 개의 평평한 길이방향 면(363a, 363b)에 일치하는 두 개의 구멍 면(366a, 366b)을 가지는 헤드 수용 구멍(364)을 형성하여, 길이방향 축(326)에 대한 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)의 회전을 방지한다. 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)가 밸브 부재(322)와 일체이기 때문에, 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)의 두 개의 평평한 길이방향 면(363a, 363b)과 두 개의 구멍 면(366a, 366b)은 또한 스테퍼 모터(318)가 밸브 부재(322)를 폐쇄 위치(도 20에 도시)와 개방 위치(도 21에 도시) 사이에서 움직임에 따른 길이방향 축(326)에 대한 밸브 부재(322)의 회전을 방지한다. 반대로, 도 16 내지 도 19의 밸브 부재(322)는 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)에서 분리되어, 도 16 내지 도 19의 밸브 부재는 두 개의 평평한 길이방향 면(363a, 363b)과 두 개의 구멍 면(366a, 366b)의 상호작용 때문에 회전할 수 없는 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)와는 독립적으로 길이방향 축(326)에 대한 회전이 가능하다. 바이어스 부재(319)가 기하학적 형상의 밸브 부재(362)와의 인접 관계에서 밸브 부재를 지지하는데 더 이상 필요하지 않기 때문에 도 20 및 도 21의 바이어스 부재(319)는 제거될 수 있음이 이해되어야 한다. 밸브 부재(322)는 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)의 부분이기 때문에, 도 20 및 도 21에 도시된 유량 조절 밸브(310)의 이 두 요소는 반드시 함께 움직인다. 그러나, 바이어스 부재는 수나사 샤프트(374)와 암나사 보어(376) 사이의 나사 간극 또는 마모로부터 야기된 축 치수 변화를 경감시키기 위하여 여전히 제공될 수 있다.
도 22 및 도 23을 참고하면, 도 20 및 도 21의 유량 조절 밸브(310)의 적용이 도시되어 있다. 도 22및 도 23의 본체(312)의 구조, 스테퍼 모터(318), 밸브 부재(322)와 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)는 도 20 및 도 21에 도시된 것들과 같다. 따라서, 밸브 부재(322)는 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)와 일체로, 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)가 폐쇄 위치(도 22에 도시)와 개방 위치(도 23에 도시) 사이에서 밸브 부재(322)와 함께 움직인다. 그러나, 도 22및 도 23의 유량 조절 밸브(310)는 구동 어댑터(316)가 수정된 점에서 다르다. 도 22 및 도 23의 구동 어댑터(316)는 여전히 투피스 구조를 가지지만, 구동 어댑터(316)와 제 2 본체 종단(348) 사이의 밀봉, 구동 어댑터(316)와 스테퍼 모터(318)사이의 밀봉은 제거된다.
도 24를 참조하면, 구동 어댑터(316)에 의해 형성되는 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)와 헤드 수용 구멍(364)이 도시되어 있다. 이 부분 분해 사시도로부터, 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)의 두 개의 평평한 길이방향 면(363a, 363b)이 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)가 헤드 수용 구멍(364)안에 수용될 때 슬라이딩 가능하게 두 개의 구멍 면(366a, 366b)을 결합한다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)의 기하학적 형상과 헤드 수용 구멍(364)의 일치하는 형상은 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)가 구동 어댑터(316)와 스테퍼 모터(318)에 대한 길이방향 축(326)에 대해 회전하는 것을 방지하면서 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)가 동축으로 길이방향 축(326)을 따라 슬라이딩 하는 것을 허용한다. 스테퍼 모터(318)의 모든 회전 동작이 길이방향 축(326)을 따라 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)의 축 방향 동작으로 변환되기 때문에 이것은 밸브 부재(322)의 폐쇄 위치와 개방 위치 사이의 적절하고 반복 가능한 움직임을 보장하도록 돕는다.
기하학적 형상의 밸브 헤드(362)가 도 16 내지 도24의 두 개의 평평한 길이방향 면(363a, 363b)과는 다른 개수의 평평한 길이방향 면을 가질 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 단일 평평한 길이방향 면이 사용될 수 있고 또는 대안적으로, 두 개 이상의 평평한 길이방향 면이 다른(otherwise) 원통형 표면(365)에 제공될 수 있다. 나아가, 적어도 하나의 스핀 방지 특징부(363a, 363b)의 다른 형태가 채용될 수 있다. 도 25를 참조 하면, 적어도 하나의 스핀 방지 특징부(363a)는 다른 원통형 구조(365)로부터 암나사 보어(376)쪽으로, 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)의 내부로 연장되는 홈(363a)의 형태이다. 헤드 수용 구멍(364)의 기하구조가 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)와 일치되어 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)가 헤드 수용 구멍(364)안에서 회전할 수 없음이 이해 되어야 한다. 다시 말하면, 헤드 수용 구멍(364)의 기하학적 구조는 구동 어댑터(316)로부터 헤드 수용 구멍(364) 내로 연장하는 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)의 스핀 방지 특징부(363a) 에 수용되고 결합하여, 구동 어댑터(316)에 대한 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)의 회전을 방지한다. 물론, 이 구성은 스핀 방지 특징부(363a)가, 다른 원형의 표면(365)으로부터 바깥으로 연장하고 헤드 수용 구멍(364)의 기하학적 구조가 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)의 스핀 방지 특징부(363a)를 수용하는 홈을 포함하는 곳에서 뒤바뀔 수 있다.
도 26을 참조하면, 적어도 하나의 스핀 방지 특징부(363a)는 대안적으로 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)의 다른 원통형 표면(365)을 따라 배치되는 오목한 길이방향 면(363a)의 형태를 가질 수 있다. 헤드 수용 구멍(264)의 기하구조는 다시, 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)의 구조와 일치하여, 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)가 헤드 수용 구멍(364) 내에서 회전할 수 없다. 더욱 자세하게, 헤드 수용 구멍(364)의 하나 또는 그 이상의 구멍 면(366a, 366b)은 오목한 길이방향 면(363a)에 대해 상보적인 형상일 수 있다. 헤드 수용 구멍(364)의 이 상보적 구멍 면은 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)의 오목한 길이방향 면(363a)에 인접하여 구동 어댑터(316)에 대한 기하학적 형상의 밸브 헤드(362)의 회전을 방지한다.
본 개시에서 각각의 유량 조절 밸브는 스테퍼 모터의 증분 회전(incremental rotation)에 의한 다양한 유량 조절을 제공한다. 스테퍼 모터의 증분 회전은 밸브 부재의 축방향 움직임으로 전환된다. 또한, 밸브 부재가 개방 위치쪽으로 움직이면, 밸브 포트에 압력 강하가 생성된다. 밸브 부재가 슬라이딩 가능하게 수용되는 보어가 밸브 부재와 밸브 본체의 접점에서 동일한 지름을 가지기 때문에, 각각의 포트 섹션(port section)은 밸브 부재에 작용하는 힘들의 균형을 이룬다.
본 개시의 유량 조절 밸브는 몇 가지 이점을 제공한다. 모든 유량 조절 밸브 실시예에서 압력 균형적 포핏 또는 스풀 설계를 제공함으로써, 스풀 또는 포핏에 작용하는 유체 압력은 본 개시의 스테퍼 모터에 요구되는 조작력을 증가시키지 않는다. 스테퍼 모터는 그러므로, 밸브 부재가 움직이는 동안 정지 마찰력과 미끄럼 마찰력만을 극복하면 된다. 본 개시의 밸브 부재들 각각에 제공되는 기하학적 형상의 헤드들은, 스테퍼 모터의 회전력을 스테퍼 모터로부터 연장하는 수나사 결합 샤프트에 의해 밸브 부재에 직접 전달되도록 허용하는 밸브 부재들의 회전을 방지하고, 상기 수나사 결합 샤프트는 밸브 부재의 암나사 보어에 직접적으로 나사 수용된다. 수나사 샤프트와 기하학적 형상의 헤드는 밸브 본체와 스테퍼 모터 사이에 위치하는 어댑터 부재에 배치된다. 이러한 설계는 추가적인 클러치(clutch) 부재, 키(key) 부재, 회전 방지 패스너, 기타 같은 종류의 것들을 제거하여, 움직임 동안 밸브 부재의 회전을 방지한다.
실시예들에 대한 상기 설명은 도시와 설명의 목적으로 제공되었다. 이는 완전하도록 또는 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 특정 실시예의 개별 요소들 또는 특징부들은 일반적으로 그 특정 실시예에 국한되는 것이 아니라, 적용하능하다면, 심지어 명확히 기재되거나 도시되지 않았더라도, 상호 교체 가능하고 선택되는 실시예에 사용될 수 있다. 동일한 것이 다양한 방식으로 변경될 수도 있다. 그러한 변경들이 본 발명으로부터 벗어난 것으로 간주되어서는 안 되고, 모든 그러한 변경들은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (27)

  1. 길이방향 축과 동축으로 배향되며 보어 지름을 가지는 본체 보어(body bore), 및 상기 본체 보어 내로 연장하는 시트 부재(seat member)를 형성하는, 상기 길이방향 축을 갖는 본체;
    밸브 부재로서,
    다른 원통형 표면(otherwise cylindrical surface)을 따라 배치되는 적어도 하나의 스핀 방지 특징부(anti-spin feature)에 의해 형성되는, 기하학적 형상을 가지는 밸브 헤드;
    상기 밸브 헤드에 인접하여 상기 본체 보어 내에 배치되고, 방사상 바깥으로 연장하여 본체 보어 내에서 상기 밸브 부재의 슬라이딩 동작 중에 상기 본체의 시트 부재를 선택적으로 결합하는 시트 결합 부재를 가지는, 원통형 형상을 가지는 밸브 부재; 및
    상기 밸브 헤드 내로 연장하는 나사 보어;를 포함하는,
    상기 본체 보어 내에 슬라이딩 가능하게 배치되고 상기 길이방향 축과 동축으로 배향되는 밸브 부재;
    상기 본체에 연결되는 구동 어댑터로서, 상기 밸브 헤드의 기하학적 형상에 일치(match)하고 상기 구동 어댑터와 상기 본체에 대한 상기 밸브 헤드의 축방향 회전(axial rotation)을 방지하되 상기 밸브 헤드를 슬라이딩 가능하게 수용하는 헤드 수용 구멍을 포함하는, 상기 구동 어댑터;
    상기 밸브 헤드의 나사 보어와 나사결합 가능한 샤프트를 축방향으로 회전시키도록 작동되어, 상기 밸브 부재를 축방향으로 변위시키는, 상기 구동 어댑터에 연결되는 스테퍼 모터; 및
    상기 본체 보어에서 상기 본체의 개방면(ported face)으로 상기 본체를 통해 연장하고, 상기 시트 부재의 대향 면들 상에 배치되는, 입구 포트 및 출구 포트;를 포함하는,
    유량 조절 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 헤드의 기하학적 형상의 부분을 형성하는 상기 적어도 하나의 스핀 방지 특징부는 상기 밸브 헤드의 다른 원통형 표면을 따라 배치되는 평평한 세로면을 포함하는, 유량 조절 밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 헤드 수용 구멍은 상기 밸브 헤드의 평평한 길이방향 면과 인접해 있는 구멍 면(cavity face)을 포함하여, 상기 밸브 헤드의 축방향 회전을 방지하는, 유량 조절 밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 헤드의 기하학적 형상은 상기 밸브 헤드의 다른 원통형 표면의 대향 면들 상에 배치되는 두 개의 평평한 길이방향 면들을 포함하는, 유량 조절 밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 헤드 수용 구멍은 상기 밸브 헤드의 두 개의 평평한 길이방향 면들과 인접해 있는 두 개의 구멍 면들을 포함하여, 상기 밸브 헤드의 축방향 회전을 방지하는, 유량 조절 밸브.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스핀 방지 특징부는 상기 구동 어댑터를 결합하는 상기 밸브 헤드의 다른 원통형 표면을 따라 배치되는 홈을 포함하여, 상기 구동 어댑터에 대한 상기 밸브 헤드의 회전을 방지하는, 유량 조절 밸브.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스핀 방지 특징부는 상기 헤드 수용 구멍의 상보적 구멍 면(complimentary cavity face)에 인접해 있는 상기 밸브 헤드의 다른 원통형 표면을 따라 배치되는 오목한 면을 포함하여, 상기 구동 어댑터에 대한 상기 밸브 헤드의 회전을 방지하는, 유량 조절 밸브.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 시트 결합 부재는 상기 시트 부재를 결합하여 상기 유량 조절 밸브의 폐쇄 위치를 형성하는, 유량 조절 밸브.
  9. 제8항에 있어서,
    제1방향으로의 상기 샤프트의 회전은 상기 본체 보어 내에서 상기 밸브 부재를 상기 유량 조절 밸브의 폐쇄 위치에서 개방 위치로 길이방향으로 변위시키고, 반대쪽 제2방향으로의 상기 샤프트의 회전은 상기 밸브 부재를 개방 위치에서 밸브 폐쇄 위치로 복귀시키는, 유량 조절 밸브.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 부재는,
    상기 밸브 헤드로부터 상기 밸브 부재의 반대쪽 단부에 위치되는 제1피스톤; 및
    상기 밸브 헤드의 적어도 하나의 스핀 방지 특징부와 상기 시트 결합 부재 사이에 위치되는 제2피스톤을 추가로 포함하고,
    상기 제1 및 제2 피스톤들은 상기 밸브 부재가 상기 본체 보어 내에서 슬라이딩 가능하게 이동할 때 상기 본체의 실린더 벽들을 밀봉(seal against)하도록 작동되는, 유량 조절 밸브.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 피스톤들은 실질적으로 동일한 지름을 가져 상기 제1 및 제2 피스톤들에 대해 반대로 작용하는 가압 유체(pressurized fluid)가 상기 밸브 부재에 작용하는 균형 잡힌 압력들(balanced pressure forces)을 야기하는, 유량 조절 밸브.
  12. 제1항에 있어서,
    전자 인터페이스 장비를 추가로 포함하고,
    상기 전자 인터페이스 장비는 명령 신호를 수신하고, 상기 명령 신호는 상기 전자 인터페이스 장비에 의해 스테퍼 모터의 작동을 위한 출력으로 전환되는, 유량 조절 밸브.
  13. 제12항에 있어서,
    그 안에 배치되는 상기 전자 인터페이스 장비를 가지는 전자 인터페이스 하우징;
    대기(the atmosphere)로부터 상기 전자 인터페이스 하우징을 밀봉하고, 상기 유량 조절 밸브용 전기적 연결을 제공하는 전기 연결부;를 추가로 포함하는, 유량 조절 밸브.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 상기 밸브 헤드에 인접하는 탄성 밀봉부를 포함하고,
    상기 밸브 헤드는 상기 본체 보어의 보어 지름을 폐쇄 공차 맞춤부(close tolerance fit)에 슬라이딩 가능하게, 그리고 밀봉되게 결합하여 본체 보어의 유체가 상기 헤드 수용 구멍으로 들어가는 것을 방지하는, 유량 조절 밸브.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 스테퍼 모터의 샤프트는 수나사 샤프트이고,
    상기 수나사 샤프트는 상기 스테퍼 모터에 연결되고 상기 스테퍼 모터로부터 연장하여, 상기 밸브 부재를 상기 길이방향 축을 따라 축방향으로 점차(incrementally) 옮기기 위해, 상기 스테퍼 모터의 증분 회전(incremental rotation)이 상기 밸브 헤드의 나사 보어 안에서 상기 수나사 샤프트를 회전시키는, 유량 조절 밸브.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 헤드의 다른 원통형 표면은 상기 밸브 헤드에 인접한 상기 밸브 부재의 지름과 같은 지름을 가지는, 유량 조절 밸브.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 구동 어댑터는 상기 본체와 해제 가능하게 연결되는, 유량 조절 밸브.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 구동 어댑터는 상기 본체와 일체로(integrally) 연결되고,
    상기 밸브 헤드는 상기 헤드 수용 구멍 내에 슬라이딩 가능하게 수용되고,
    상기 밸브 헤드의 스핀 방지 특징부는 상기 밸브 헤드의 다른 원통형 표면 상에 두 개의 평평한 길이방향 면들을 포함하고, 상기 구동 어댑터는 상기 밸브 헤드의 두 개의 평평한 길이방향 면들과 짝지어지는 두 개의 구멍 면들을 포함하여, 상기 길이방향 축 중심으로 상기 밸브 헤드의 회전을 방지하는, 유량 조절 밸브.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 시트 결합 부재는 적어도 부분적으로 탄성 재료로 만들어지는, 유량 조절 밸브.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 포핏 밸브 형상을 가지는, 유량 조절 밸브.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 스풀 밸브 형상을 가지는, 유량 조절 밸브.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 상기 밸브 헤드로부터 일체로 연장하여, 상기 밸브 헤드와 상기 밸브 부재가 상기 밸브 부재의 부분으로서 서로와 일체로 연결되는, 유량 조절 밸브.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 상기 밸브 헤드로부터 분리되고, 상기 밸브 부재를 상기 밸브 헤드 쪽으로 편향시키는 바이어스 부품(biasing component)에 의해 상기 밸브 헤드와 접촉하도록 지지되는, 유량 조절 밸브.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 바이어스 부품은 상기 유량 조절 밸브의 본체와 상기 밸브 헤드로부터 상기 밸브 부재의 반대쪽 단부 사이에 배치되는 스프링인, 유량 조절 밸브.
  25. 본체의 길이방향 축과 동축으로 배향되는, 보어 지름을 갖는 본체 보어(body bore)를 가지는, 상기 본체;
    밸브 부재로서,
    서로 인접하여 상기 본체 보어 내에 배치되는 밸브 헤드 및 밸브 본체부로서, 상기 밸브 헤드는 그 안에 생성되는 나사 보어 및 다른 원통형 표면 상에 적어도 하나의 평평한 길이방향 면에 의해 형성되는 기하학적 형상을 가지는, 상기 밸브 헤드 및 밸브 본체부; 및
    상기 밸브 본체부로부터 방사상 바깥으로 연장하는 적어도 하나의 시트 결합 부재, 및 상기 밸브 부재의 일부로서 서로 일체로 연결되는 제1 및 제2 피스톤들로서, 상기 제1 및 제2 피스톤들은 상기 보어 지름과 실질적으로 동일한 폐쇄 공차 맞춤부를 생성하는 지름을 가져, 상기 제1 및 제2 피스톤들에 대해 반대로 작용하는 가압 유체가 균형 잡히는, 상기 시트 결합 부재 및 제1 및 제2 피스톤들;을 포함하는,
    상기 본체 보어 내에 슬라이딩 가능하게(slidably) 배치되고 상기 본체의 길이방향 축과 동축으로 배향되는 밸브 부재;
    상기 밸브 부재의 밸브 헤드를 미끄러지게(slidingly) 수용하는 헤드 수용 구멍을 포함하는 구동 어댑터로서, 상기 헤드 수용 구멍은 상기 밸브 헤드의 기하학적 형상에 상보적인(compliment) 형상을 가져, 상기 헤드 수용 구멍 내에서 상기 밸브 헤드의 축방향 회전을 방지하는, 상기 구동 어댑터;
    상기 구동 어댑터에 연결되는 스테퍼 모터로서, 상기 밸브 헤드의 나사 보어 내에 나사결합 가능한 샤프트를 회전시켜, 상기 밸브 부재를 길이방향 축을 따라 상기 스테퍼 모터의 샤프트 회전에 응답하여 이동시키는, 상기 스테퍼 모터; 및
    상기 본체 보어에서 상기 본체의 개방면(ported face)으로 상기 본체를 통해 연장하는 입구 포트 및 출구 포트로서, 상기 본체의 개방면은 상기 길이방향 축을 따라 상기 밸브 부재의 움직임에 응답하여 상기 적어도 하나의 시트 결합 부재에 의해 개방되고 폐쇄되는, 상기 입구 포트 및 출구 포트;를 포함하는,
    유량 조절 밸브.
  26. 본체의 길이방향 축과 동축으로 배향되는, 보어 지름을 가지는 본체 보어(body bore) 및 상기 본체와 접촉하는 단부 캡을 가지는, 상기 본체;
    밸브 부재로서,
    비원형 기하학적 형상의 헤드 및 본체부로서, 상기 비원형 기하학적 형상의 헤드는 그 안에 생성되는 나사 보어를 가지는, 상기 비원형 기하학적 형상의 헤드 및 본체부; 및
    적어도 하나의 방사상 바깥으로 연장하는 시트 결합 부재, 및 상기 밸브 부재의 일부로서 서로 일체로 연결되는 제1 및 제2 피스톤들로서, 상기 제1 및 제2 피스톤들은 상기 보어 지름과 실질적으로 동일한 폐쇄 공차 맞춤부를 생성하는 지름을 가져, 상기 제1 및 제2 피스톤들에 대해 반대로 작용하는 가압 유체가 균형 잡히는, 제1 및 제2 피스톤들;을 포함하는,
    상기 본체 보어 내에 슬라이딩 가능하게(slidably) 배치되고 상기 본체의 길이방향 축과 동축으로 배향되는 상기 밸브 부재;
    상기 밸브 부재의 상기 비원형 기하학적 형상의 헤드를 미끄러지게(slidingly) 수용하고 상기 밸브 부재의 축방향 회전을 방지하는 헤드 수용 구멍을 포함하는, 구동 어댑터; 및
    상기 구동 어댑터에 연결되는 스테퍼 모터로서, 상기 밸브 부재의 나사 보어 내에 직접 결합되는 샤프트를 회전시켜, 상기 밸브 부재를 축방향으로 이동시키는, 상기 스테퍼 모터; 를 포함하는,
    유량 조절 밸브.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 본체는 투웨이 밸브(2-way valve) 본체이고,
    상기 투웨이 밸브 본체는,
    상기 본체 보어 내로 연장하는 시트 부재; 및
    상기 시트 부재의 대향 면들 상에 배치되는 입구 포트 및 출구 포트를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 방사상 바깥으로 연장하는 시트 결합 부재는 상기 출구 포트로부터 상기 입구 포트를 분리시키는 밸브 폐쇄 위치에서 시트 부재를 접촉하는, 유량 조절 밸브.
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