(57)【要約】流体の流れを調節するためのバルブとそれに関連する使用方法である。該バルブは、ステッパーモーター（１６）を含み、流体を当該バルブへ受け取るための入口ポート（４６）を有する第一バルブ部分（５４）を含み、流体を当該バルブから吐出するための出口ポート（４８）を有する第二バルブ部分（５６）を含み、第一バルブ部分（５４）と第二バルブ部分（５６）との間に位置する第三バルブ部分（５０）を含み、ステッパーモーター（１６）に回転可能にかつ操作可能なように取り付けられた第一部材（１２）を含み、第一部分（９）および第二部分（１１）を有する第二部材を含む。第一部材がステッパーモーター（１６）によって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第二部材が直線運動するために、第二部材は第一部材（１２）と係合している。それは、第二部材が第一ポジションにある場合、流体の流れをブロックし、また、第二部材が第二ポジションにある場合、流体の流れを可能にするためである。
2006524787.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、
第一バルブ部分を有し、該第一バルブ部分は、流体を当該バルブへ受け取るための入口ポートを含んでおり、
第二バルブ部分を有し、該第二バルブ部分は、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、
第三バルブ部分を有し、該第三バルブ部分は、第一バルブ部分と第二バルブ部分との間に位置しており、
第一部材を有し、該第一部材は、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、および、
第二部材を有し、該第二部材は、第一部分と第二部分とを有し、第一部材がステッパーモーターによって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該第二部材が直線運動をするために、該第二部材は第一部材と係合可能となっており、
第一部材と第二部材は第三バルブ部分内に位置し、かつ、第一ポジションに位置する第二部材の第一部分は、第一バルブ部分と第三バルブ部分との間の流体の流れを妨げることができ、かつ、第二ポジションに位置する第二部材の第二部分は、第一バルブ部分と第三バルブ部分との間の流体の流れを可能にし得る、
前記バルブ。
【請求項２】
ステッパーモーター、第一バルブ部分、第二バルブ部分、第三バルブ部分、第一部材、および第二部材が、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４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プランジャーを含む、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】
プランジャーが流体通路を少なくとも１つ含む、請求項６に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項８】
プランジャーが、外周面を有する円柱状部分を含んでおり、かつ、該外周面上に突起を少なくとも１つ含んでいる、請求項６に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項９】
プランジャーが、三角形の支持部材を複数含んでいる、請求項６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、カバー部材を含んでおり、該カバー部材は、ステッパーモーターと第三バルブ部分との間に位置している、請求項２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、ステッパーモーターのための支持部分を少なくとも１つ含んでおり、かつ、バルブハウジングに固定されている外側部材を少なくとも１つ含んでいる、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】
カバー部材が突出部材を少なくとも１つ含んでおり、該突出部材は、第二部材の回転を制限するように、第二部材上の複数の保持部材の間に位置し得るものである、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１３】
さらに、カバー部材を含んでおり、該カバー部材は、ステッパーモーターと第三バルブ部分との間に位置し、該カバー部材が外側フランジを含んでいる、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１４】
さらに、ラジアルシールを含んでおり、該ラジアルシールは、第三バルブ部分にあるハウジングと外側フランジとの間内に位置している、請求項１３に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項１５】
ラジアルシールが、少なくとも１つの方形部分と、少なくとも１つのＣ字形部分とを含んでいる、請求項１４に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項１６】
さらに、カバー部材と第一部材との間に位置する第一Ｏリングを少なくとも１つ含んでいる、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１７】
外周面を有するプランジャーが、該外周面上に複数の突起を含んでおり、かつ、さらに、該プランジャーの外周面上の２つの隣り合った突起同士の間に位置する第二Ｏリングを少なくとも１つ含んでいる、請求項６に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項１８】
さらに、端子コネクター機構を含んでおり、該機構は、ステッパーモーターへの電気的な接続を少なくとも１つ備えている、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１９】
当該バルブの入口ポートが、ラジエーターに入る流体の流れを制御するためのバイパスループおよびエンジンに流体接続されており、バルブの出口ポートがラジエーター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２０】
当該バルブ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２１】
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、
第一バルブ部分を有し、該第一バルブ部分は、流体を当該バルブへ受け取るための入口ポートを含んでおり、
第二バルブ部分を有し、該第二バルブ部分は、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、
第三バルブ部分を有し、該第三バルブ部分は、第一バルブ部分と第二バルブ部分との間に位置しており、
第一部材を有し、該第一部材は、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、
バイアス機構を有し、該バイアス機構は第二部材と接触しており、
ハウジングを有し、該ハウジングは、ステッパーモーター、第一バルブ部分、第二バルブ部分、第三バルブ部分、第一部材、第二部材、およびバイアス機構を封入しており、および、
第二部材を有し、該第二部材は、第一部分と第二部分とを有し、第一部材がステッパーモーターによって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第二部材が直線運動をするために、該第二部材は第一部材と係合可能となっており、
第一部材と第二部材は第三バルブ部分内に位置し、かつ、第一ポジションに位置する第二部材の第一部分は、第一バルブ部分と第三バルブ部分との間の流体の流れを妨げることができ、かつ、第二ポジションに位置する第二部材の第二部分は、第一バルブ部分と第三バルブ部分との間の流体の流れを可能にし得る、
前記バルブ。
【請求項２２】
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、
第一バルブ部分を有し、該第一バルブ部分は、流体を当該バルブへ受け取るための入口ポートを含んでおり、
第二バルブ部分を有し、該第二バルブ部分は、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、
第三バルブ部分を有し、該第三バルブ部分は、第一バルブ部分と第二バルブ部分との間に位置しており、
第一部材を有し、該第一部材は、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、
バイアス機構を有し、該バイアス機構は第二部材と接触しており、
ハウジングを有し、該ハウジングは、ステッパーモーター、第一バルブ部分、第二バルブ部分、第三バルブ部分、第一部材、第二部材およびバイアス機構を封入しており、および、
第二部材を有し、該第二部材は、第一部分と第二部分とを有し、第一部材がステッパーモーターによって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第二部材が直線運動をするために、該第二部材は第一部材と係合可能となっており、
第一部材と第二部材は第三バルブ部分内に位置し、かつ、第一ポジションに位置する第二部材の第一部分は、第一バルブ部分と第三バルブ部分との間の流体の流れを完全に妨げることができ、かつ、第二ポジションに位置する第二部材の第二部分は、第一バルブ部分と第三バルブ部分との間の流体の流れを可能にし得、
当該バルブが、バイパスループ内へ行く流体の流れ、および、ラジエーター内へ行く流体の流れを制御できるものである、
前記バルブ。
【請求項２３】
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、
第一バルブ部分を有し、該第一バルブ部分は、流体を当該バルブへ受け取るための入口ポートを含んでおり、
第二バルブ部分を有し、該第二バルブ部分は、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、
第三バルブ部分を有し、該第三バルブ部分は、第一バルブ部分と第二バルブ部分との間に位置しており、
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、
プランジャーを有し、該プランジャーは、第一部分と第二部分と複数のくぼみとを有し、螺旋体がステッパーモーターによって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プランジャーが直線運動をするために、該プランジャーは螺旋体上の複数の突起と係合可能となっており、
螺旋体とプランジャーは第三バルブ部分内に位置し、かつ、第一ポジションに位置するプランジャーの第一部分は、第一バルブ部分と第三バルブ部分との間の流体の流れを妨げることができ、かつ、第二ポジションに位置するプランジャーの第二部分は、第一バルブ部分と第三バルブ部分との間の流体の流れを可能にし得、
当該バルブは、
復帰スプリングを有し、該復帰スプリングは、プランジャーと接触しており、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、第一バルブ部分、第二バルブ部分、第三バルブ部分、螺旋体、プランジャーおよび復帰スプリングを封入している、
前記バルブ。
【請求項２４】
さらに、カバー部材を含んでおり、該カバー部材は、ステッパーモーターと第三バルブ部分との間に位置している、請求項２３に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項２５】
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、プランジャーの回転を制限するように、該プランジャー上の複数の保持部材の間に位置し得るものである、請求項２４に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項２６】
さらに、カバー部材を含んでおり、該カバー部材は、ステッパーモーターと第三バルブ部分との間に位置し、該カバー部材が外側フランジを含んでいる、請求項２３に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項２７】
さらに、ラジアルシールを含んでおり、該ラジアルシールは、第三バルブ部分にあるハウジングと外側フランジとの間内に位置している、請求項２６に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項２８】
外周面を有するプランジャーが、該外周面上に複数の突起を含んでおり、かつ、さらに、該プランジャーの外周面上の２つの隣り合った突起同士の間に位置する第二Ｏリングを少なくとも１つ含んでいる、請求項２４に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項２９】
当該バルブの入口ポートが、ラジエーターに入る流体の流れを制御するためのバイパスループおよびエンジンに流体接続されており、バルブの出口ポートがラジエーターに流体接続されている、請求項２４に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項３０】
当該バルブ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２４に記載の流体の流れを調節するためのバルブ。
【請求項３１】
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部分と、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部分と、第一バルブ部分と第二バルブ部分との間に位置する第三バルブ部分とを有しており、かつ、
第一部分と第二部分とを有する第二部材を、回転する第一部材との相互係合を通じて、第一ポジションから第二ポジションへと移動させることを有し、
第一ポジションに位置する第二部材の第一部分は、第一バルブ部分と第三バルブ部分との間の流体の流れを妨げることができ、かつ、第二ポジションに位置する第二部材の第二部分は、第一バルブ部分と第三バルブ部分との間の流体の流れを可能にし得る、
前記方法。
【請求項３２】
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３１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、エンジンからラジエーター内への流体の流れを制御するために該バルブを利用することを含む、請求項３１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、エンジンからバイパスライン内への流体の流れを制御するために該バルブを利用することを含む、請求項３１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３５】
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部分と、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部分と、第一バルブ部分と第二バルブ部分との間に位置する第三バルブ部分とを有しており、かつ、
プランジャーを移動させることを有し、該プランジャーは、円柱状部分を含む第一部分と、少なくとも１つのオリフィスと複数のくぼみとを含む第二部分とを有しており、螺旋体が、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該プランジャーが直線運動をするように、該プランジャーは、螺旋体上の複数の突起と係合しており、
第一ポジションに位置するプランジャーの第一部分は、第一バルブ部分と第三バルブ部分との間の流体の流れを妨げることができ、かつ、第二ポジションに位置する第二部材の第二部分は、第一バルブ部分と第三バルブ部分との間の流体の流れを可能にし得る、
前記方法。
【請求項３６】
さらに、カバー部材で該バルブをシールすることを含み、該カバー部材は、ステッパーモーターと第三バルブ部分との間に位置しており、
カバー部材が、外側フランジ、第三バルブ部分内のハウジングと外側フランジとの間内に位置するラジアルシール、カバー部材と第一部材との間に位置する少なくとも１つの第一Ｏリング、およびプランジャーの外周面上の２つの隣接する突起同士の間に位置する少なくとも１つの第二Ｏリングを含む、請求項３５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３７】
さらに、端子コネクターを介して、ステッパーモーターへのへの電気的な接続を提供することを含む、請求項３５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３８】
さらに、カバー部材上の突出部材の少なくとも１つを、プランジャー上の複数の保持部材と係合させることによって、プランジャーの回転を制限することを含み、
該カバー部材がステッパーモーターと第三バルブ部分との間に位置している、請求項３５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３９】
さらに、エンジンからラジエーターへの流体の流れをバルブによって制御することを含む、請求項３５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４０】
さらに、エンジンからバイパスループへの流体の流れをバルブによって制御することを含む、請求項３５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１１月３日に提出された米国特許出願Ｎｏ．１０／６０５，８７５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．６０／４６５，６１７に対する優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
エンジン（例えば、内燃機関）の温度を制御するための技術の現状は、機械式ワックスペレットサーモスタットを用いて、車両のラジエーターへのクーラント(coolant)の流れを制御することによるものである。このサーモスタットは、ポペットタイプのバルブであり、これは室温において完全に閉じているか、エンジン温度が規定の設定ポイントに達した場合に完全に開いているかのどちらかである。
【０００３】
一般的な、機械式ワックスペレットサーモスタットに関連する問題は数多くある。温度感知エレメント（すなわち、ワックスペレット）は流れ(flow stream)の中に位置していなければならないので、関連するロスと共に非常に大きな圧力低下がある。必要なクーラントの流速と関連する冷却とを提供するために比較的大きな水ポンプを有するエンジンシステムでは、エンジンからかなりのパワーを使用しなければならない。このパワーの変換は、車両の性能に影響を及ぼし、燃料を無駄にする。
【０００４】
さらに、エンジンのための温度設定の固定ポイントは、温度感知エレメント（即ち、ワックスペレット）の物理的組成によって主に決められる。特定のワックスペレットの軟化点は決まっており、変えることはできない。従って、設定温度に達するかどうかによって、サーモスタットは、流体の流れをブロックするか、最大の流体の流れを提供するかのどちらかに固定されていた。従来のサーモスタットでは、エンジン温度の動的制御（ダイナミックコントロール）は絶対無理である。
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する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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を開示する。このバルブは、ステッパーモーターを有し、第一バルブ部分を有し、該第一バルブ部分は、流体を当該バルブへ受け取るための入口ポートを含んでおり、該バルブは、第二バルブ部分を有し、該第二バルブ部分は、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、該バルブは、第三バルブ部分を有し、該第三バルブ部分は、第一バルブ部分と第二バルブ部分との間に位置しており、該バルブは、第一部材を有し、該第一部材は、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、および、該バルブは、第二部材を有し、該第二部材は、第一部分と第二部分とを有し、第一部材がステッパーモーターによって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該第二部材が直線運動をするために、該第二部材は第一部材と係合可能となっており、第一部材と第二部材は第三バルブ部分内に位置し、かつ、第一ポジションに位置する第二部材の第一部分は、第一バルブ部分と第三バルブ部分との間の流体の流れを妨げることができ、かつ、第二ポジションに位置する第二部材の第二部分は、第一バルブ部分と第三バルブ部分との間の流体の流れを可能にし得る。
【０００６】
本発明の別の態様では、流体の流れをバルブで調節するための方法を開示する。この方法は、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部分と、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部分と、第一バルブ部分と第二バルブ部分との間に位置する第三バルブ部分とを有しており、かつ、当該方法は、第一部分と第二部分とを有する第二部材を、回転する第一部材との相互係合を通じて、第一ポジションから第二ポジションへと移動させることを有し、第一ポジションに位置する第二部材の第一部分は、第一バルブ部分と第三バルブ部分との間の流体の流れを妨げることができ、かつ、第二ポジションに位置する第二部材の第二部分は、第一バルブ部分と第三バルブ部分との間の流体の流れを可能にし得る。
【０００７】
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】
【０００８】
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用途にでも適用できる。好ましい用途はエンジン（例えば、内燃機関）の温度管理に関するが、流体の流れによってもたらされる温度管理から恩恵を受ける幅広い用途が適用可能であり、必ずしもモーターのついた車両に関する用途である必要はない。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。
【０００９】
ここで、図面、最初は図１、２、３および６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、プランジャー６に負荷をかける。このプランジャー６は、例示的であるが限定的ではない実施態様において、バルブ２のセンターライン３または縦軸と一直線であることが好ましい。しかしながら、必須ではない。
【００１０】
プランジャー６は、好ましくは、第一部分９と第二部分１１とを含む。第一部分９は、幅広く異なった幾何学的形状および形態を含んでいてもよい。第一部分９は、円柱であること、または少なくとも下方部分９が円柱であることが好ましいが、必須ではない。下方部分９の外周(outer circumference)上に少なくとも１つの突起があることが好ましく、また最適には、一番目に上部突起６６が、二番目に中間部突起６７が、三番目に下部突起６８があることが好ましい。好ましくは、長手方向軸を有するプランジャー６が少なくとも１つの流体通路１３５（例えば、４つの流体通路）を含み、該通路は図５に示すように該プランジャーの該長手方向軸と平行であることが好ましい。
【００１１】
プランジャー６の第二部分１１は、図５において最も示されているように、一連の三角形の支持部分７１、７２、７３、および７４を含むことが好ましいが、必須ではない。一連の三角形の支持部分７１、７２、７３、および７４は、それぞれに、スロット７７、７８、７９および８０を含んでいるのが好ましく、該スロットは、バイアス機構（例えば、復帰スプリング４）を支持する。
【００１２】
図２および３に示すように、複数の雌ネジまたは複数の雌くぼみ８（indentations）（これらをまとめて「くぼみ」とも称する）があり、これらは一体的に形成されかつその中に存在し、さらに螺旋体(screw)１２における雄突起または雄ネジ１０（まとめて「突起」とも称する）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、プランジャー６に並進的および回転的ロードがかかる。
【００１３】
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、プランジャー６の複数の雌スレッドまたはくぼみ８と係合し、プランジャー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２、３および６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。
【００１４】
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。
【００１５】
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２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。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。逆に、バルブ２が開かれ得るよう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、プランジャー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。従って、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。
【００１６】
図１〜４、そして図６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６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。
【００１７】
図２、３、５および６に示すように、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。カバー部材３６が存在し、該カバー部材は、好ましくは（必須ではなく）、支持部分を含んでおり、かつ、好ましくは上部モーター支持部分８３および下方部分８４を含んでいる。ステッパーモーター１６の幾何学的形状に応じて、上部モーター支持部分８３および下方部分８４は、両方とも円柱形であることが好ましいが、必須ではない。上部モーター支持部分８３と下方部分８４との間から、少なくとも１つのシーリング部分が外側へ延びており、該シーリング部分は第一外側部材８５および第二外側部材８６を含んでいる。図１、４、５および６に示すように、第一外側部材８５および第二外側部材８６は、カバー部材３０をバルブ本体３２へシールする働きをする。
【００１８】
上部モーター支持部分８３、下方部分８４、第一外側部材８５および第二外側部材８６はすべて、一体化されたカバー部材３０の一部であってもよいし、または、それぞれが一緒に接続された別個のパーツやそれらの組み合わせであってもよい。カバー部材３０は、機械的にハードウェアでバルブ本体３２に接続されているのが好ましい。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。好ましくは、第一ボルト６３および第二ボルト６４を用いて、第一外側部材８５および第二外側部材８６をそれぞれバルブ本体３２に固定する。
【００１９】
図２、３および５に示すように、下方部分８４は、外側フランジ１１７を含み、かつ、該外側フランジ１１７内に位置する突出部材１１９を少なくとも１つ含む。図５に示すように、プランジャー６の第二部分１１上に、少なくとも１組の保持(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)が具備され、プランジャー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。
【００２０】
図６に示すように、外側フランジ１１７の外側表面の底部分に、少なくとも１つのＵ字形溝９４を形成する突起９２が少なくとも１つ位置しているのが好ましいが、必須ではない。この突起に続いて延伸するリップ部分９６がある。
【００２１】
バルブ本体３２の内部にはラジアルシール４２が位置している。該ラジアルシール４２としては、幅広く異なった幾何学的形状および構成が含まれ得るが、好ましい実施態様では、少なくとも１つの方形部分１０２および少なくとも１つのＣ字形状部分１０４が含まれる。方形部分１０２は、好ましくは外側フランジ１１７におけるＵ字形溝９４内に位置し、またＣ字形状部分１０４は、好ましくは延伸リップ部分９６に隣接して置かれている。ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなるシールまたはリップシールを使用してもよい。ラジアルシール４２は差圧による負荷を低く保つ。
【００２２】
カバー部材３０と、螺旋体１２と、ステッパーモーター１６の接続スリーブ部分１８との間に、第一Ｏリング３８が位置する。また、バイアス部材（例えば、復帰スプリング４）とプランジャー６との間に、第二Ｏリング４０が位置する。例示的ではあるが限定的でない材料としては、ニトリル／Buna-Ｎタイプの材料、並びに、より高い温度においてはＥＰＤＭを挙げることができる。例示的ではあるが限定的でない製造者としては、 Quality Synthetic Rubber, Inc.（ＱＳＲ）（1700 Highland Road, Twinsburg, Ohio 44087に事業所を有する）を挙げることができる。
【００２３】
バルブ本体３２は、流体を受け取るための入口ポート４６および流体を吐出するための出口ポート４８を含んでいる。第三バルブ部分５０が存在し、そこでプランジャー６が上下に動き、その第三バルブ部分は、第一バルブ部分５４と第二バルブ部分５６との間に位置する。
【００２４】
第一バルブ部分５４は、流体（例えば、クーラント）をバルブ２内へ受け取るものであり、入口ポート４６を含む。第二バルブ部分５６は、流体（例えば、クーラント）をバルブ２から送るものであり、出口ポート４８を含む。
【００２５】
図３に示すように、バルブ２が閉じられる場合、プランジャー６は、第一ポジションにおいて可能な限りステッパーモーター１６に近づいて位置し、該プランジャーは第三バルブ部分５０において流体（例えば、クーラント）の流れを完全にブロックする。そのため、第一バルブ部分５４を通って入口ポート４６へ流れる流体（例えば、クーラント）は、プランジャー６の第一部分９によってブロックされる。よって、流体（例えば、クーラント）は、出口ポート４８と流体接続されている第二バルブ部分５６へ行くことができず、また流体（例えば、クーラント）は、流体通路１３５へいかなるアクセスも有さない。
【００２６】
図２に示すように、バルブ２が開いている場合、プランジャー６は、バルブ本体３２の底部に、第二ポジションにて位置し、そして可能な限りステッパーモーター１６から離されて位置する。これにより、流体（例えば、クーラント）は、入口ポート４６の間を流れ、第一バルブ部分５４を通り、そしてプランジャー６内の流体通路１３５を通って第三バルブ部分５０へ流れることができる。その後、流体（例えば、クーラント）は、第二バルブ部分５６、次いで出口ポート４８を通って流れ出る。従って、本発明は、バルブが完全に閉じられる第一ポジションと、バルブが完全に開かれる第二ポジションとを含む。しかしながら、ステッパーモーター１６に対するプランジャー６のポジションがこれら２つのポジションに関連しているのは、この特定の例示的な実施態様のみであり、バルブ２への僅かな改変に伴って、プランジャー６のステッパーモーター１６に対するポジションと、これら２つのポジションの関係は逆転しうる。
【００２７】
ラジアルシール４２のおかげで、第一バルブ部分５４と第二バルブ部分５６との間のバルブ２にかかる差圧が高くても、ステッパーモーター１６およびバイアス機構（復帰スプリング４）によって引き起こされるプランジャー６上の圧力バランスにほとんど影響を及ぼさない。従って、バルブ２をわたる圧力低下は、ラジアルシール４２のおかげで比較的少ない。
【００２８】
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、プランジャー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、プランジャー６がステッパーモーター１６から可能な限り離れたときから、プランジャー６が、バルブ本体３２の底部と接触して流体の流れを全開にできるところまで延ばされるときまでである。第二の操作状態は、バルブが完全に閉じられたポジションにあるときである。これは、プランジャー６が可能な限りステッパーモーター１６に近づき、該プランジャー６がラジアルシール４２と接触しているときである。第一の操作状態と第二の操作状態との間で、バルブ２は、段階的な直線的態様にて、流体の流れを制御する。この様式は操作状態に基づいてダイナミックに変わり、非常に様々な流体の流れを提供できる。
【００２９】
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、プランジャー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、そしてプランジャー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、プランジャー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。
【００３０】
ここで図７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、エンジン１２７から、第一の流体導管１３７を通して、バルブ２またはバイパスループ１３３のどちらかへ提供できる。当該バルブ２は、第三の流体導管１３９を通ったラジエーター１３１への流体（例えば、クーラント）の流れを制御する。次いで、流体（例えば、クーラント）は、ラジエーター１３１から第四の流体導管１４１およびバイパスループ１３３を通って流体ポンプ１２９へ行く。より多くの流体（例えば、クーラント）を、ラジエーター１３１よりもバイパスループ１３３へ行くよう方向を変えることにより、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、サーモスタットを単に消したりつけたりするよりも、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。前述したバルブ２のフェールセーフ性(failsafe feature)は、流体（例えば、クーラント）を常にラジエーター１３１に提供してエンジン１２７へのダメージを防ぐために重要である。
【００３１】
ここで図８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、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を通ってエンジン１２７へ行く。次いで、第一の流体導管１３７を通ってバイパスループ１３３へ、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、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介してエンジン１２７の温度を制御できる。ここで、バルブ２をサーモスタット１２５と併せて操作し、第一の流体導管１３７を通ってサーモスタット１２５を通り、第三の流体導管１３９を通ってラジエーター１３１へ流れる流体を用いて、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、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。
【００３２】
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】
【００３３】
【図１】図１は、本発明による、ステッパーモーター駆動バルブの上面図である。
【図２】図２は、本発明による、開いたポジションにおける、図１に示したラインＡ−Ａに沿った、ステッパーモーター駆動バルブの断面図である。
【図３】図３は、本発明による、閉じたポジションにおける、図１に示したラインＡ−Ａに沿った、ステッパーモーター駆動バルブの断面図である。
【図４】図４は、本発明による、ステッパーモーター駆動バルブの透視図である。
【図５】図５は、本発明による、図３に示したラインＢ−Ｂに沿った、ステッパーモーター駆動バルブの断面図である。
【図６】図６は、本発明による、ステッパーモーター駆動バルブの分解組立図である。
【図７】図７は、エンジン、ラジエーター、ポンプ、およびバイパスループを図解した、車両用の流体（例えば、クーラント）システムの基本的回路図である。バイパスループを流れる流体（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８】図８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、車両用の流体（例えば、クーラント）システムの基本的回路図である。バイパスループを流れる流体（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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【図８】
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【国際調査報告】
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