(57)【要約】流体の流れを調節するためのバルブおよび関連する使用方法。該バルブは、ステッパーモーター（１６）を含み、入口ポート（４６）を有する第一バルブチャンバーを含み、出口ポートを有する第二バルブチャンバーを含み、第一バルブチャンバーは第一バルブチャンバーと第二バルブチャンバーとの間に開口（５０）を含み、該バルブは、ステッパーモーターに回転可能にかつ操作可能に取り付けられた第一部材（１２）を含み、該バルブは、第一部材がステッパーモーターによって回転された場合に、第一ポジションと第二ポジションとの間での第二部材の直線運動のために、第一部材と係合する第二部材（６）を含み、および、第二部材に動作可能なように取り付けられたシーリング機構を含み、第二部材が第一ポジションにある場合、シーリング機構は、開口に隣接するように移動することができ、第二部材が第二ポジションにある場合、シーリング機構は、開口から移動して遠ざかることができる。
2006524786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れを調節するためのバルブであって、
ステッパーモーターを有し、
第一バルブチャンバーを有し、該チャンバーは流体を当該バルブ内へ受け取るための入口ポートを含んでおり、
第二バルブチャンバーを有し、該チャンバーは流体を当該バルブから吐出するための出口ポートを含んでおり、ここで、第一バルブチャンバーは、該第一バルブチャンバーと第二バルブチャンバーとの間の開口を含んでおり、
第一部材を有し、該部材は、ステッパーモーターに回転可能かつ作動可能なように取り付けられており、
第二部材を有し、該部材は、第一部材がステッパーモーターによって回転された場合に、第一ポジションと第二ポジションとの間の第二部材の直線運動のために、第一部材に係合しており、および、
シーリング機構を有し、該機構は、作動可能なように第二部材に取り付けられ、ここで、該シーリング機構は、第二部材が第一ポジションにある場合に、該開口に接するように移動することができ、該シーリング機構は、第二部材が第二ポジションにある場合に、該開口から遠ざかるように移動することができる、
前記バルブ。
【請求項２】
ステッパーモーター、第一バルブチャンバー、第二バルブチャンバー、第一部材、第二部材およびシーリング機構が、すべてハウジング内に封入されている、請求項１に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項３】
さらに、第二部材と接触しているバイアス機構を含む、請求項１に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項４】
バイアス機構が復帰スプリングを含む、請求項３に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項５】
第一部材が、複数の突起を有する螺旋体を含む、請求項１に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項６】
第二部材が、複数のくぼみを有するニードルを含む、請求項１に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項７】
第二部材が、第一バルブチャンバーと第二バルブチャンバーとの間に流体の流れを提供するための計量オリフィスを含み、該計量オリフィスがシーリング機構によって選択的に塞がれうる、請求項１に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項８】
計測オリフィスが三角形である、請求項７に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項９】
シーリング機構がポペットを含む、請求項１に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項１０】
さらに、ステッパーモーターとシーリング機構との間に位置するカバー部材を含む、請求項１に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項１１】
カバー部材が、突出部材を少なくとも１つ含んでおり、該突出部材は、シーリング機構を開口とは反対に動かさないように、該シーリング機構に対して位置し得る、請求項１０に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項１２】
カバー部材の少なくとも１つの突出部材が、第二部材の回転を制限するため、第二部材上の複数の保持部材の間に置かれ得る、請求項１１に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項１３】
さらに、ステッパーモーターへの少なくとも１つの電気的な接続を備える端子コネクター機構を含む、請求項１に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項１４】
当該バルブのための入口ポートがバイパスループに流体接続されており、該バイパスループは、水ポンプからエンジン内へポンプ送りされた該エンジンからの流体の流れを受け取り、当該バルブの出口ポートが水ポンプのための入口に流体接続されている、請求項１に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項１５】
当該バルブのための入口ポートが、エンジンへの流体接続が可能であり、バルブの出口ポートが、ヒーターコアへの流体接続が可能である、請求項１に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項１６】
流体の流れを調節するためのバルブであって、
ステッパーモーターを有し、
第一バルブチャンバーを有し、該チャンバーは流体を当該バルブ内へ受け取るための入口ポートを含んでおり、
第二バルブチャンバーを有し、該チャンバーは流体を当該バルブから吐出するための出口ポートを含んでおり、ここで、第一バルブチャンバーは、該第一バルブチャンバーと第二バルブチャンバーとの間の開口を含んでおり、
第一部材を有し、該部材は、ステッパーモーターに回転可能かつ作動可能なように取り付けられており、
第二部材を有し、該部材は、第一部材がステッパーモーターによって回転された場合に、第一ポジションと第二ポジションとの間の第二部材の直線運動のために、第一部材に係合しており、
シーリング機構を有し、該機構は、作動可能なように第二部材に取り付けられ、ここで、該シーリング機構は、第二部材が第一ポジションにある場合に、該開口に接するように移動することができ、該シーリング機構は、第二部材が第二ポジションにある場合に、該開口から遠ざかるように移動することができ、
バイアス機構を有し、該機構は第二部材と接触しており、および、
ハウジングを有し、該ハウジングは、ステッパーモーター、第一バルブチャンバー、第二バルブチャンバー、第一部材、第二部材、バイアス機構およびシーリング機構を封入している、
前記バルブ。
【請求項１７】
流体の流れを調節するためのバルブであって、
ステッパーモーターを有し、
第一バルブチャンバーを有し、該チャンバーは流体を当該バルブ内へ受け取るための入口ポートを含んでおり、
第二バルブチャンバーを有し、該チャンバーは流体を当該バルブから吐出するための出口ポートを有しており、ここで、第一バルブチャンバーは、該第一バルブチャンバーと第二バルブチャンバーとの間の開口を含んでおり、
螺旋体を有し、該螺旋体は複数の突起を有し、ステッパーモーターに回転可能かつ作動可能なように取り付けられており、
ニードルを有し、該ニードルは、計量オリフィスと複数のくぼみをとを有し、該くぼみは、該螺旋体がステッパーモーターによって回転する場合に、第一ポジションと第二ポジションとの間での該ニードルの直線運動のために、螺旋体上の複数の突起と係合するものであり、
ポペットを有し、該ポペットは、ニードルに作動可能なように取り付けられ、該ニードルが第一ポジションにある場合、該ポペットは該開口に接するように移動することができ、かつ、該シーリング機構は、流体の流れを調節するために計測オリフィスの開口を選択的に塞ぐことができ、
復帰スプリングを有し、該スプリングはニードルと接触しており、および、
ハウジングを有し、該ハウジングは、ステッパーモーター、第一バルブチャンバー、第二バルブチャンバー、スクリュー、ニードル、復帰スプリングおよびポペットを封入している、
前記バルブ。
【請求項１８】
計量オリフィスが三角形である、請求項１７に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項１９】
さらに、ステッパーモーターとポペットとの間に位置するカバー部材を含み、該カバー部材は、少なくとも１つの突出部材を含んでおり、該突出部材は、ポペットを開口とは反対に動かさないように、該ポペットに対して位置し得る、請求項１７に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項２０】
カバー部材の少なくとも１つの突出部材が、ニードルの回転を制限するため、ニードル上の複数の保持部材の間に置かれうる、請求項１９に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項２１】
当該バルブのための入口ポートがバイパスループに流体接続されており、該バイパスループは、水ポンプからエンジン内へポンプ送りされた該エンジンからの流体の流れを受け取り、当該バルブの出口ポートが水ポンプのための入口に流体接続されている、請求項１７に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項２２】
当該バルブのための入口ポートが、エンジンへの流体接続が可能であり、バルブの出口ポートが、ヒーターコアへの流体接続が可能である、請求項１７に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項２３】
流体の流れをバルブで調節するための方法であって、
第一部材を回転させることを有し、該第一部材はバルブ内においてステッパーモーターに作動可能なように取り付けられ、該バルブは、流体を該バルブ内へ受け取るための入口ポートを有する第一バルブチャンバーと、流体を該バルブから吐出するための出口ポートを有する第二バルブチャンバーとを有しており、ここで、第一バルブチャンバーは該第一バルブチャンバーと第二バルブチャンバーとの間に開口を含んでおり、
第二部材を移動させることを有し、該第二部材は、第一部材がステッパーモーターによって回転する場合に、第一ポジションと第二ポジション間で第一部材と係合するものであり、
第二部材が第一ポジションにある場合に、第二に作動可能なように取り付けられているシーリング機構を開口に接するように移動させることを有し、および、
第二部材が第二ポジションにある場合に、該シーリング機構を開口から移動させて遠ざけることを有する、
前記方法。
【請求項２４】
さらに、バイアス機構によって第二部材に力をかけることを含む、請求項２３に記載の流体の流れをバルブで調節するための方法。
【請求項２５】
さらに、シーリング機構で計測オリフィスを選択的に塞ぐことにより、第二部材において計測オリフィスを介して流体の流れを制御することを含む、請求項２３に記載の流体の流れをバルブで調節するための方法。
【請求項２６】
さらに、シーリング機構に対するカバー部材の突出フランジ部材を用いて、該シーリング機構を開口とは反対に動かさないようにすることを含む、請求項２３に記載の流体の流れをバルブで調節するための方法。
【請求項２７】
さらに、カバー部材の突出部材の少なくとも１つを、第二部材上の複数の保持部材の間に置くことを有し、それによって、第二部材の回転を制限し、バイアス機構によってつくられる回転負荷を小さくする、請求項２３に記載の流体の流れをバルブで調節するための方法。
【請求項２８】
さらに、バルブのための入口ポートを、エンジンからの流体の流れを受け取るバイパスループに、流体関係で接続することを含み、および、
バルブの出口ポートを、水ポンプのための入口に、流体関係で接続することを含む、請求項２３に記載の流体の流れをバルブで調節するための方法。
【請求項２９】
さらに、バルブのための入口ポートを、エンジンへ流体関係で接続することを含み、および、
バルブの出口ポートをヒーターコアへ流体関係で接続することを含む、請求項２３に記載の流体の流れをバルブで調節するための方法。
【請求項３０】
流体の流れをバルブで調節するための方法であって、
螺旋体を回転させることを有し、該螺旋体は複数の突起を有しており、該螺旋体はバルブ内においてステッパーモーターに作動可能なように取り付けられ、該バルブは、流体を該バルブ内へ受け取るための入口ポートを有する第一バルブチャンバーと、流体を該バルブから吐出するための出口ポートを有する第二バルブチャンバーとを有しており、ここで、第一バルブチャンバーは該第一バルブチャンバーと第二バルブチャンバーとの間に開口を含んでおり、
ニードルを移動させることを有し、該ニードルは、計測オリフィスおよび複数のくぼみを有しており、復帰スプリングによってかけられた力に抗してステッパーモーターによって螺旋体が回転させられた場合に、第一ポジションと第二ポジションとの間での該ニードルの直線運動のために、該ニードルは螺旋体上の複数の突起と係合しており、
ポペットを移動させることを有し、該ポペットは、該ニードルが第一ポジションにある場合に、ニードルに作動可能なように取り付けられているポペットを開口に接するように移動させることを有し、および、
ニードルが第二ポジションにある場合にシーリング機構を開口から移動させて遠ざけること、同様に、ポペットの位置に基づいて、計測オリフィスを通る流体の流れを選択的に妨げることを有する、
前記方法。
【請求項３１】
さらに、ポペットに対するカバー部材の突出フランジ部材を用いて、該ポペットを開口とは反対に動かさないようにすることを含む、請求項３０に記載の流体の流れをバルブで調節するための方法。
【請求項３２】
さらに、カバー部材の突出部材の少なくとも１つを、ニードル上の複数の保持部材の間に置くことを有し、それによって、該ニードルの回転を制限し、復帰スプリングによってつくられる回転負荷を小さくする、請求項３０に記載の流体の流れをバルブで調節するための方法。
【請求項３３】
さらに、バルブのための入口ポートを、エンジンからの流体の流れを受け取るバイパスループに、流体関係で接続することを含み、および、
バルブの出口ポートを、水ポンプのための入口に、流体関係で接続することを含む、
請求項３０に記載の流体の流れをバルブで調節するための方法。
【請求項３４】
さらに、バルブのための入口ポートを、エンジンへ流体関係で接続することを含み、および、
バルブの出口ポートをヒーターコアへ流体関係で接続することを含む、
請求項３０に記載の流体の流れをバルブで調節するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願のクロスリファレンス
本特許出願は、２００３年８月２２日に提出された米国特許出願Ｎｏ．１０／６０４，８７３に対する優先権を主張し、また２００３年４月２４日に提出された米国仮出願Ｎｏ．６０／４６５，６１６に対する優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
内燃機関に関連する多くの冷却システムでは、バイパスループにおけるクーラント(coolant)の流れを制御するか、あるいはヒーターのためにコアへ向かうクーラントの流れを制御する必要がある。このクーラントの流れの制御は、現在、５つのバルブ制御機構のいずれか１つによって駆動され得る４つのプライマリーバルブ構造のいずれかによって行われている。
【０００３】
バイパスループまたはヒーターバルブのどちらかにおけるクーラントの流れをオンにしたりオフにしたりする必要があるだけならば、一般的に、バタフライバルブ、バレルバルブ、ポペットバルブ、またはゲートバルブが使用される。しかしながら、バイパスループまたはヒーターバルブのどちらかにおけるクーラントの可変的な流れが求められる場合は、バレルバルブまたはゲートバルブのみが使用される。バイパスループまたはヒーターバルブのどちらかにおけるクーラントの流れを調節するのに用いられるバルブを操作するための機構あるいは技術は５つある。第一の機構は、直接的なメカニカルリンク(mechanical linkage)であり、これは車両の運転者によって車室から手動的に操作できるものである。第二の機構は、ブレンド・ドア・アクチュエーター（blend door actuator）であり、これはメカニカルリンクによって駆動されるバルブを開閉する。ブレンド・ドア・アクチュエーターは、電子的な温度制御システムと同様に機能し、温度を制御する。ブレンド・ドア・アクチュエーターは、温度セレクターからのフィードバックシグナルをモニターすることにより加熱／冷却を制御し、メカニカルリンクに接続された電気モーターを用いてブレンドドアを電気的に調整して要求を満たす。第三の機構は、補助バキュームアクチュエーター（auxiliary vacuum actuator）であり、これは、２つまたは３つのいずれかのポジションにバルブを置くことができる。第四の機構は、フィードバック機構を有する直流（ＤＣ）モーターおよびギアトレインを使用して、バルブの可変的なポジションを知らせる。最後に、第五の機構は、直接的なソレノイド・ドライブを用いてバルブを開閉する。これは、ほぼ例外なく、ポペットタイプのバルブと共に使用される。
【０００４】
これらのバルブおよびバルブ制御機構には、たくさんの制限がある。深刻な制限の１つは、これらのバルブが、弱い(low)流れの範囲において正確にクーラントの流れを制御できる必要があるということであり、同様に、最大限の流れの状態が求められる場合に充分に開いて圧力降下を最小限にできる必要があるということである。バレルバルブは、一般的に、可変的な流れのために用いられるが、該バレルバルブの幾何学的な制限のために、該バレルバルブの制限された流れを計量(metering)する能力は、しばしば、該バレルバルブを通る適切な全体のクーラントの流れを有することを代償にして得られる。ゲートバルブは精細に計量された流れを提供し、全開の流れの状態で最小限の圧力降下を提供するが、サイズにおいて重大な問題があり、その問題によって、自動車／車両のクーラントシステムへの実装において制限がある。
【０００５】
前述のバルブ制御機構はどれも重大な欠点を有する。直接的なメカニカルリンクは、車両における、他の、加熱、換気および空調（ＨＶＡＣ）コンポーネントに関して、バルブを直接制御できない。ブレンド・ドア・アクチュエーターを介する、バルブの間接的な制御もまた、車両における、他の、加熱、換気および空調（ＨＶＡＣ）コンポーネントに関して、バルブを直接制御できない。補助バキュームアクチュエーターは、２つまたは３つのポジションに限定される。これはクーラントの流れの制御用途において非常に限られた価値しかない。直流（ＤＣ）モーターおよびギアトレインは補助フィードバック電子機器を必要とする。通常、これはバルブの位置を制御するための積載された電子機器およびポテンショメーターを含んでいる。このタイプのフィードバック回路は高価であり、熱や車両に付随するその他の環境的要因によって問題を起こす傾向がありうる。直接的なソレノイド制御は、バルブを双ポジションデバイスに限定する。流れの制御を提供するため、ソレノイド制御は、パルスでオン・オフされる必要がある。これは「ハンマーリング（hammering）」という望ましくない影響をつくりうる。ハンマーリングは、バルブにダメージを引き起こしたり、バルブの主要な機能を遂行するのを失敗させたりし得る現象である。バルブの不安定な開閉は、一定のクーラントの流れの速度および効率的な閉鎖を維持する能力において欠点を示す。また、ソレノイド制御は、大量の電流を引き込むいう非常に望ましくない影響を有する。
【０００６】
内燃機関が冷却されている多くの状態においては、バルブへの操作シグナルが失われた場合に、バルブを全開（フェールセーフ(fail-safe)）ポジションに戻すことが望ましい。一般的に、メカニカルリンクによって操作されている全てのバルブがこの性質を有していない。直流（ＤＣ）モーターおよびギアトレインによって駆動される、電気的に作動するバルブは、このタスクを達成するために、外部スプリング、あるいは、場合によりクラッチ機構を必要とする。これらの付加的なコンポーネントは、両方とも、作動しなくなる可能性があり、また取り替えるのが難しいため、望ましくない。
本発明は上述した問題を１つあるいはそれ以上克服することを対象としている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発明の要旨
本発明の１つの態様では、流体の流れを調節するためのバルブが開示される。このバルブは、ステッパーモーターを含み、第一バルブチャンバーを含み、該チャンバーは流体を当該バルブ内へ受け取るための入口ポートを有しており、このバルブは、第二バルブチャンバーを有し、該チャンバーは流体を当該バルブから吐出するための出口ポートを有しており、ここで、第一バルブチャンバーは、該第一バルブチャンバーと第二バルブチャンバーとの間の開口を含んでおり、このバルブは、第一部材を含み、該部材は、ステッパーモーターに回転可能かつ作動可能なように取り付けられており、このバルブは、第二部材を有し、該部材は、第一部材がステッパーモーターによって回転された場合に、第一ポジションと第二ポジションとの間の第二部材の直線運動のために、第一部材に係合しており、および、このバルブは、シーリング機構（sealing mechanism：シール機構）を有し、該機構は、作動可能なように第二部材に取り付けられ、ここで、該シーリング機構は、第二部材が第一ポジションにある場合に、該開口に接するように移動することができ、該シーリング機構は、第二部材が第二ポジションにある場合に、該開口から遠ざかるように移動することができる。
【０００８】
本発明の別の態様では、バルブを用いて流体の流れを調節するための方法が開示される。本方法は、第一部材を回転させることを含み、該第一部材はバルブ内においてステッパーモーターに作動可能なように取り付けられ、該バルブは、流体を該バルブ内へ受け取るための入口ポートを有する第一バルブチャンバーと、流体を該バルブから吐出するための出口ポートを有する第二バルブチャンバーとを含んでおり、かつ、第一バルブチャンバーは該第一バルブチャンバーと第二バルブチャンバーとの間に開口を含んでおり、本方法は、第二部材を移動させることを含み、該第二部材は、第一部材がステッパーモーターによって回転する場合に、第一ポジションと第二ポジション間で第一部材と係合するものであり、本方法は、第二部材が第一ポジションにある場合に、第二に作動可能なように取り付けられているシーリング機構を開口に接するように移動させることを含み、および、本方法は、第二部材が第二ポジションにある場合に、該シーリング機構を開口から移動させて遠ざけることを含む。
【０００９】
これらは単に本発明の数多くの態様のいくつかに過ぎず、本発明に付随する数多くの態様の包括的な列挙とみなされるべきではない。これらおよびその他の態様は、以下の開示と添付の図面をかんがみて、当業者に明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の理解を深めるため、添付の図面を参照する。
以下の詳細な説明において、発明を完全に理解してもらうために、多くの具体的な詳細を述べる。しかしながら、本発明がこれらの具体的な詳細がなくとも実施しうるということは、当業者に理解されるであろう。その他、本発明をぼかすために、公知の方法、手順およびコンポーネントは詳述していない。例えば、本発明は、流体の流れの全範囲にわたって、制御された流体の流れから恩恵を受けうるものであれば、実質的にいかなるタイプのデバイスにでも適用できる。さらに、本発明は、エンジン（例えば、内燃機関）における熱を減らすためのクーラント(coolant)として流体を用いるものであれば、実質的にいかなるタイプの車両にでも適用できる。流体は、好ましくはクーラントであるが、幅広い流体であっても足りる。
【００１１】
ここで、図面、最初は図１、２および４を参照する。流体（例えば、クーラント）の流れを制御するために使用されるバルブは、概して、番号２で示されている。バルブ２は図１においてデフォルト状態またはパワーが入っていないポジションで示されている。バイアス機構４が存在し、これは復帰スプリングの形態であることが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。バイアス機構４は、復帰スプリングの形態である場合、好ましくは、スパイラルであって、かつ、当該バルブ２のバルブ本体３２内のレッジ(ledge)８０によって支持されていることが好ましい。バイアス機構４は、ニードル６へ負荷をかける。このニードル６は、バルブ２のセンターライン３または縦軸(vertical axis)と一直線であることが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。該ニードル６は、好ましくは、複数の雌のネジ山またはくぼみ８(indentations)を含み、これらは一体的に形成されかつその中に存在し、螺旋体(screw)１２における複数の雄の突起またはネジ山１０と結合することができる。バイアス機構（例えば、復帰スプリング４）の力のため、ニードル６に並進的および回転的な負荷がかかる。従って、螺旋体１２が回転する場合、複数の雄突起またはネジ山１０は、ニードル６の複数の雌スレッドまたはくぼみ８と係合し、ニードル６は螺旋体１２の回転に方向に応じて、縦軸またはセンターライン３に沿って上下に動くことができる。螺旋体１２は、作動可能にステッパーモーター１６に接続されている。好ましくは、螺旋体１２はハードウェアにてステッパーモーター１６に機械的に接続されている。しかしながら、粘着剤による取り付け、熱接着(thermal bonding)およびその他の方法でも十分であろう。好ましいハードウェアは、接続スリーブ部１８であり、これは、螺旋体１２の一部であることが好ましいが、必須ではなく、図５〜７に示したように、ステッパーモーター１６のローター２０に接続している。例示的であるが、限定的でないステッパーモーター１６の実施例は、Shinano Kenshi Corp.（5737 Mesmer Avenue, Culver City, California 90230 に事業所を有する）によって製造されたＳＫＣモーター番号XE-2002-0962-00を含む。しかしながら、幅広いステッパーモーター１６も本発明にとって十分であろう。
【００１２】
ステッパーモーター１６および流体シーリング機構以外は、幅広い材料をバルブ２の主たるコンポネーントとして使用することができる。１つの例示的であるが、限定的でない実施例としては、ガラス強化されたナイロン６／６を含む、１５０３−２グレードの樹脂が挙げられる。この１５０３−２グレードの樹脂は、ＴＩＣＯＮＡ（登録商標）（90 Morris Avenue, Summit, New Jersey, 07901 に事業所を有する）によって製造されている。しかしながら、幅広い他の材料でも本用途にとって十分である。１つの例示ではあるが限定するものではないプランジャー６のための材料の例としては、アセタールコポリマーが挙げられる。アセタールコポリマーは高透明度を有するポリオキシメチレン（ＰＯＭ）であり、広範囲の温度および化学環境において、高い強度、剛性、硬度および潤滑性をもたらす。アセタールコポリマーは、インジェクション成形（injection molding）、ブロー成形(blow molding)、押出成形(extrusion)および回転成形(rotational casting)を含む、多くの従来法によって加工できる。１つの例示ではあるが限定するものではない螺旋体１２のための材料の例としては、摩擦を減らすためにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と混合されたナイロン６が挙げられる。
【００１３】
このバルブ２の特徴は、ステッパーモーター１６とバイアス機構（例えば、復帰スプリング４）との間の力のバランスである。このバルブ２は、適当なシグナルがステッパーモーター１６に与えられた場合、螺旋体１２を回し、ニードル６を動かしてバイアス機構（例えば、復帰スプリング４）を押し、バルブを閉じるために、十分な力が存在するように設計されている。逆に、バルブ２を開けるためにパワーがステッパーモーター１６から除かれる場合、螺旋体１２を回し、ニードル６を動かしてステッパーモーター１６を回転させるのに十分な力がバイアス機構（例えば、復帰スプリング４）になければならない。バイアス機構（例えば、復帰スプリング４）の構成および設計は、様々に変化して、力のバランスをつくるために用いられる幅広いステッパーモーターに適合してもよい。したがって、本発明の特徴は、パワーがステッパーモーター１６から除かれた場合に、バルブ２がフェールセーフ(failsafe)として全開ポジションに行くことができるということである。
【００１４】
図１および２、そして図５において最も示されているように、ステッパーモーター１６は、保護用外側ハウジング端部キャップ２６を含んでおり、該キャップはステッパーモーター１６の外側の上部部分を覆う。図５に示すように、ガスケット２７が存在し、該ガスケットは、電気端子コネクター２８を有し、ステッパーモーター１６上のターミナル（図示せず）への電気的な接続を提供する。この電気端子コネクター２８は、シンプルな電気的インターフェースを具備し、該インターフェースは電気的制御システムにおけるその他のコンポーネントと接続することができる。
【００１５】
ステッパーモーター１６の下に位置しているのはバルブ本体３２である。図１、２、４および５に示すように、カバー部材３０が存在しており、該部材は突出部材３６を含んでおり、該突出部材は、一体化された一部分であることが好ましいが、そこへ取り付けられる別個のパーツであってもよい。カバー部材３０は、図５に示したように、当該カバー部材３０をバルブ本体３２に対しシールするための一連の突起スレッド３４を有する弾力性材料からなるのが好ましいが、必須ではない。カバー部材３０とバルブ本体３２との間には第一Ｏリングが位置し、スリーブ１８とカバー部材１８との間には第二Ｏリングが位置して、流体がバルブ本体３２から出て行くのを防いでいる。Ｏリング３８および４０のための、例示的ではあるが限定的でない材料としては、それぞれ、ニトリル／Buna-Ｎタイプの材料、並びに、より高い温度で用いるためにはＥＰＤＭが挙げられる。
【００１６】
ニードル６に取り付けられたポペット４２が存在する。ポペット４２は、そこから下方へ伸びる外側フランジ部分４４を含む。ポペット４２はニードル６を伴って上下に動く。バルブ本体３２は、流体を受け取るための入口ポート４６と、流体を放出するための出口ポート４８とを含む。中間開口５０が、入口ポート４６と出口ポート４８との間に位置しており、バルブ２を第一チャンバー５４と第二チャンバー５６に分け、２ステージバルブ構造を提供している。図１に示すように、当該バルブ２が開いている場合、ニードル６はステッパーモーター１６の近くにあり、ポペット４２が上がって、流体が中間開口５０を通って入口ポート４６と出口ポート４８との間を流れることが可能になる。ポペット４２は、好ましくは、弾力性材料（例えば、良質合成ゴム（ＱＳＲ））から製造される。好ましくは、ワッシャー５２が外側フランジ部分内のポペット４２の下に位置して、シーリング（sealing：シール）を強め、バルブ２が閉じられた場合に流体の流れを抑える。ワッシャー５２は、好ましくは、金属（例えば、真鍮）からなり、ポペット４２に強度および剛性を与える。ポペット４２のための支持を具備するリテーナー７７が存在するため、バイアス機構（例えば、復帰スプリング）の圧力がポペット４２に圧力をかけ過ぎず、縦軸またはセンターライン３との関係において、ポペット４２が比較的水平に維持されうる。幅広い材料でもよいが、ニードル６または螺旋体１２とともに使用されるような、よりリジッドな材料が好ましい。
【００１７】
図２に示したように、バルブ２が閉じられる場合、ニードル６は、可能な限りステッパーモーター１６から離され、ポペット４２が中間開口５０にぴったりくっついて、入口ポート４６から出口ポート４８へと流体が流れるのを防ぐ。第一チャンバー５４内の圧力は、通常、第二チャンバー５６内の圧力より高い。バルブ２中の圧力降下により、差圧が生じ、これがニードル６およびポペット４２の両方に対して下向きの力を加える。ニードル６は、ポペット４２の断面積のうちの小さな割合を有するだけなので、バイアス機構（例えば、復帰スプリング４）は、バルブ２が１つのステージまたはチャンバーしか有していない場合よりも、はるかに少ない力でニードル６を移動させることができる。図３に示したように、いったんニードル６が移動し始めると、ニードル上にある計量オリフィス５８により、第一チャンバー５４と第二チャンバー５６との間の圧力のバランスをとることができる。これにより、バイアス機構（例えば、復帰スプリング４）は、図１に示すように、ポペット４２の外側フランジ部分４４を弁座４３から持ち上げて、バルブ２を完全に開けるのに十分な力を有することができる。
【００１８】
正常な操作状態下では、ステッパーモーター１６にパワーが入れられて、螺旋体１２を時計回りあるいは反時計回り方向へ回転させ、ニードル６を上か下へ移動させる。２つの操作状態がある。第一の状態は全開領域である。全開領域は、ニードル６が、ステッパーモーター１６に可能な限り近づいたときから、全開の流体の流れが可能なようにポペット４２が弁座４３から十分に離れたポイントへ、該ニードルが達するまでである。ニードル６がステッパーモーター１６から移動できる範囲は、約０％〜約１００％、そして好ましくは、約２０％〜約６０％、そして最適には、約４０％である。第一チャンバー５４と第二チャンバー５６との間には低い圧力差または圧力降下があり、これは本発明の有利な態様である。
【００１９】
第二の操作状態は、ポペット４２の外側フランジ部分４４がバルブ４３と充分に(full)接触している場合である。このポイントでは、図３に示すように、ポペット４２とニードル６との間に相対運動があり、すべての流体の流れは計量オリフィス５８を通過する。計量オリフィスは、好ましくは（必須ではない）、流体の流れを正確に制御し、ニードル６の上部分６０で非常に少ない流体の流れを、そして下部分６２で最大の流れを可能にするように、テーパとされている（tapered）か、三角形となっている。これにより、低い流体の流れ状態で正確な計量を提供できる。これは本発明の有利な態様である。計量オリフィスは事実上、所望の流体の流れの速度における変化に応じて、あらゆる幾何学的形態を有していてもよい。
【００２０】
ステッパーモーター１６の回転の角度は、約０度・毎ステップから、約１８０度・毎ステップまで、好ましくは約２０度・毎ステップから約５０度・毎ステップまで、そして最適には約１．８度・毎ステップの範囲でありうる。螺旋体１２のピッチは、約２個・毎インチの雄突起または雄ネジ山１０から、約５０個・毎インチの雄突起または雄ネジ山１０、好ましくは約３個・毎インチの雄突起または雄ネジ山１０から、約８個・毎インチの雄突起または雄ネジ山１０、そして最適には約５個・毎インチの雄突起または雄ネジ山１０の範囲で移動しうる。従って、ニードル６は、約１０インチ・毎ステップから、約０．０００００１インチ・毎ステップまで、好ましくは、約０．０１インチ・毎ステップから、約０．００１インチ・毎ステップまで、そして最適には約０．００１インチ・毎ステップの範囲でありうる。例示的な実施例（１．８度・毎ステップであり、螺旋体１２のピッチが５個・毎インチの雄突起または雄ネジ山１０、そしてニードル６がステップ毎に０．００１インチ移動する場合において）では、５００ステップで、ニードル６が０．５インチ移動する結果となり、非常に正確な流れの制御用となる。
【００２１】
当該バルブ２は、弁座４３に対してポペット４２をシーリングすることを、第一チャンバー５４と第二チャンバー５６と間の差圧に依存している。２つのチャンバー５４と５６との間の差圧が０である場合、当該バルブ２のためにステージングを修正する必要がある。図２に示すように、バルブ２が完全に閉じたポジションにあり、第一チャンバー５４と第二チャンバー５６との間の流体の差圧が０である場合、ポペット４２とニードル６との間の相対運動は、ポペット４２の外側フランジ部分４４が弁座４３から持ち上がって離れ、意図したようには起こらない。シーリングの観点からはこれは重要ではない。第一チャンバー５４と第二チャンバー５６との間の該差圧は、流体の流れが０であるということを意味しているからである。しかしながら、バルブ２が、次のストロークのためのポジションにあること、またはリセットされることは重要である。これは、カバー部材３０に突出部材３６を設けることによって達成される。図１に示すように、バルブ２が全開ポジションやデフォルトポジションにあるときはいつも、該突出部材がポペット４２をデフォルトポジションへと強制する。フェールセーフをデフォルトとしてバルブ２の全開ポジションに具備するという態様は、本発明の利点である。
【００２２】
図４に示したように、カバー部材３０は突出部材３６を含む。ニードル６上に少なくとも２つの保持(retaining)ガイド部材１２１および１２３が位置していることが好ましい。これにより抗回転性(anti-rotational feature)が与えられ、ニードル６はバルブ２のセンターライン３に沿った力を変換するだけとなる。
【００２３】
ここで図６を参照すると、例示的ではあるが限定的ではない適用として、当該バルブ２を使用して、流体（例えば、クーラント）の流れを、第一の流体導管１３７から、エンジン１２７のバイパスループ１３３を通して制御できる。標準サーモスタット１２５が設定した温度に達しない場合、流体（例えば、クーラント）の流れのすべての流れは、流体ポンプ１２９から第二の流体導管１４３を通してエンジン１２７へいく。エンジン１２７からは、流体が、第一の流体導管１３７を通ってバイパスループ１３３へ流れ、次いで、流体ポンプ１２９へ戻る。バイパスループ１３３中の流体の流れ量を制御することにより、エンジン１２７はよりよい燃料効率でより熱く動き、排気を減らすことができる。バルブ２は、プロセッサ（図示せず）からのセンサーデータで操作され得、エンジン１２７のパフォーマンスを最大にすることができる。好ましくは、ルックアップ表をセンサーデータと併せて使用してもよい。これにより、サーモスタット１２５の設定した温度が達成されるまで、完全な範囲の流体の流れを通してエンジン１２７の温度を制御できる。ここでは、バルブ２をサーモスタット１２５と併せて操作し、流体を、第一の流体導管１３７を通してサーモスタット１２５を通させ、第三の流体導管１３９を通してラジエーター１３１へと行かせることで、エンジン１２７の温度を正確に制御できる。ラジエーター１３１からは、流体は、第四の流体導管１４１を通って、流体ポンプ１２９の入口へ戻る。
【００２４】
ここで図７を参照すると、もう１つの例示的ではあるが限定的ではない適用として、バルブ２を使用して、加熱された流体（例えば、クーラント）の流れが制御でき、該流れは、第五の流体導管１５１を通ってエンジン１２７から入口ポート４６へ入り、そして出口ポート４８から出て、第六の流体導管１５２を通ってヒーターコア１６０へ入る。該流体（例えば、クーラント）は、次いで、第七の流体導管１５４を通ってヒーターコア１６０を去り、流体ポンプ１２９へ戻る。システムの残りの部分は、前述の通り、第一の流体導管１３７からの、エンジン１２７からのバイパスループ１３３を有する。標準サーモスタット１２５が設定した温度に達しない場合、流体ポンプ１２９からの流体（例えば、クーラント）の流れは、第二の流体導管１４３を通ってエンジン１２７へ行く。エンジン１２７から、流体は第一の流体導管１３７を通ってバイパスループ１３３へ流れ、次いで、流体ポンプ１２９へ戻る。
【００２５】
バルブ２は、プロセッサ（図示せず）からのセンサーデータで操作され、ヒーターコア１６０のパフォーマンスを最大にすることができる。好ましくは、センサーデータと併せてルックアップ表を使用してもよい。これにより、ヒーターコア１６０の温度は、かなり制御できる。サーモスタット１２５の設定点の温度に達した場合、バルブ２をサーモスタット１２５と関連させて操作し、流体を、第一の流体導管１３７を通してサーモスタット１２５を通し、第三の流体導管１３９を通してラジエーター１３１へ入らせて、エンジン１２７の温度を正確に制御することができる。ラジエーター１３１から、流体は、第四の流体導管１４１を介して流体ポンプ１２９の入口へ戻り、次いで、第二の流体導管１４３を介してエンジン１２７へポンプで送られて戻る。
【００２６】
本発明の好ましい実施態様およびそれを用いた方法を相当な詳細とともに前述の詳細な説明に記載してきたが、添付の請求の範囲の範疇を超えない改変が本発明になされ得ること、ならびに、本発明に関連する当業者によってなされる本発明の改変された形態は、該改変された形態が本発明の請求された範疇に含まれる場合、本発明の侵害であるとみなされるということは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明による、開いたポジションにおける、クーラントを送達するためのステッパーモーター駆動のクーラントバルブの断面図である。
【図２】図２は、完全に閉じたポジションにある、本発明による、クーラントを送達するための、図１に示したステッパーモーター駆動のクーラントバルブの断面図である。
【図３】図３は、本発明による、クーラントを送達するためのステッパーモーター駆動のクーラントバルブに使用される、図１および２に示した、計量オリフィスの隔離された透視図である。
【図４】図４は、本発明による、図２のラインＣ−Ｃに沿った、ステッパーモーター駆動のバルブの断面図である。
【図５】図５は、本発明による、図１に示した、クーラントを送達するためのステッパーモーター駆動のクーラントバルブの分解組立図である。
【図６】図６は、エンジン、ラジエーター、ポンプ、サーモスタットおよびバイパスループを図解した、車両の流体（例えば、クーラント）システムの基本的回路図である。バイパススープを流れる流体（例えば、クーラント）の流れは、本発明のバルブによって制御される。
【図７】図７は、エンジン、ラジエーター、ポンプ、ヒーターコアおよびバイパスループを図解した、車両の流体（例えば、クーラント）システムの基本的回路図である。ヒーターコアを流れる流体（例えば、クーラント）の流れは、本発明のバルブによって制御される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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