(57)【要約】      （修正有）【課題】ステッパモータにより駆動する流量制御弁のバルブ位置制御および再現性を向上させる。【解決手段】流量制御弁１０は、長手方向軸２６と同軸の向きに延びる本体部１４のボア内部にバルブ部材２２が摺動自在に配置される。バルブ部材２２は、ボアを有する非円形幾何学形状ヘッド６２を備える。ドライブアダプタ１６は、バルブ部材２２の幾何学形状ヘッド６２を摺動自在に収容しバルブ部材２２の軸回転を防止するヘッド収容キャビティを有する。ステッパモータ１８がドライブアダプタ１６に接続され、バルブ部材２２のボアに係合された軸を漸増的に回転させる。バルブ部材２２の第１ピストン２８および同径の第２ピストン３８によって、バルブ部材２２の圧力バランス動作位置が得られる。【選択図】図３
2016166670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量制御弁であって、
長手方向軸を有し、前記長手方向軸と同軸に延びる孔径を有する本体ボアと、前記本体ボアに延びる弁座部材とが形成された本体と、
前記本体ボア内に摺動自在に配置され、前記長手方向軸と同軸に延びるバルブ部材であって、略円筒面に沿って配置された少なくとも一つの回転防止要素によって形成される幾何学形状を有するバルブヘッドと、円筒状とされ、前記バルブヘッドに隣接して前記本体ボア中に配置され、径方向外側に延びて前記バルブ部材の前記本体ボア内での摺動動作中に前記本体の前記弁座部材に選択的に係合する弁座係合部材を有するバルブ部材と、前記バルブヘッドに向けて延びるねじ孔とを備えるバルブ部材と、
前記本体に接続されたドライブアダプタであって、前記バルブヘッドの幾何学形状と合致するような形状とされ、前記ドライブアダプタと前記本体とに対する前記バルブヘッドの軸回転を防止しつつ前記バルブヘッドを摺動自在に収容するヘッド収容キャビティを含むドライブアダプタと、
前記ドライブアダプタに接続され、動作することで前記バルブヘッドのねじ孔に螺合する軸を回転させて前記バルブ部材を軸方向に変位させるステッパモータと、
前記本体を貫通して前記本体ボアから前記本体の孔開き面まで延び、前記弁座部材のそれぞれ反対側に配置された流入孔と流出孔とを有することを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記バルブヘッドの前記幾何学形状の一部を形成する前記少なくとも一つの回転防止要素は、前記バルブヘッドの前記略円筒面に沿って配置された平坦長手方向面を備えることを特徴とする流量制御弁。
【請求項３】
請求項２に記載の流量制御弁であって、
前記ヘッド収容キャビティは、前記バルブヘッドの前記平坦長手方向面に当接して前記バルブヘッドの軸回転を防止するキャビティ面を備えることを特徴とする流量制御弁。
【請求項４】
請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記バルブヘッドの前記幾何学形状は、前記バルブヘッドの前記略円筒面の反対側の二つの平坦長手方向面を備えることを特徴とする流量制御弁。
【請求項５】
請求項４に記載の流量制御弁であって、
前記ヘッド収容キャビティは、前記バルブヘッドの二つの前記平坦長手方向面に当接して前記バルブヘッドの軸回転を防止する二つのキャビティ面を備えることを特徴とする流量制御弁。
【請求項６】
請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記少なくとも一つの回転防止要素は、前記バルブヘッドの前記略円筒面に沿って配置され、前記ドライブアダプタと係合して前記ドライブアダプタに対する前記バルブヘッドの回転を防止する溝を備えることを特徴とする流量制御弁。
【請求項７】
請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記少なくとも一つの回転防止要素は、前記バルブヘッドの前記略円筒面に沿って配置され、前記ヘッド収容キャビティの相補キャビティ面と当接して前記ドライブアダプタに対する前記バルブヘッドの回転を防止する凹面を備えることを特徴とする流量制御弁。
【請求項８】
請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記弁座係合部材は前記弁座部材と係合して前記流量制御弁の閉位置を形成することを特徴とする流量制御弁。
【請求項９】
請求項８に記載の流量制御弁であって、
前記軸を第１方向に回転させることで、前記本体ボア内の前記バルブ部材が前記流量制御弁の前記閉位置から開位置に変位し、前記軸を反対の第２方向に回転させることで、前記バルブ部材が前記開位置から前記閉位置に戻ることを特徴とする流量制御弁。
【請求項１０】
請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記バルブ部材はさらに、
前記バルブ部材の前記バルブヘッドと反対側に配置された第１ピストンと、
前記弁座係合部材と前記バルブヘッドの前記少なくとも一つの回転防止要素との間に配置された第２ピストンとを備え、前記第１および第２ピストンは、前記バルブ部材が前記本体ボア内を摺動する際に前記本体のシリンダ壁に対してシールするよう動作することを特徴とする流量制御弁。
【請求項１１】
請求項１０に記載の流量制御弁であって、
前記第１および第２ピストンは、略等しい径を有し、前記第１および第２ピストンに反対方向に作用する加圧流体が前記バルブ部材に作用するバランスした圧力を生ずることを特徴とする流量制御弁。
【請求項１２】
請求項１に記載の流量制御弁であって、
さらに指令信号を受ける電子インタフェース装置を備え、前記電子インタフェース装置は前記指令信号を変換して前記ステッパモータを動作させる出力とすることを特徴とする流量制御弁。
【請求項１３】
請求項１２に記載の流量制御弁であって、
前記電子インタフェース装置が内部に配置される電子インタフェース筐体と、前記電子インタフェース筐体を外気から密閉し、かつ前記流量制御弁への電気接続を行う電気コネクタとを有することを特徴とする流量制御弁。
【請求項１４】
請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記バルブ部材は、前記バルブヘッドに隣接し摺動して精密嵌合によって前記本体ボアの孔径と係合して前記本体ボア中の流体が前記ヘッド収容キャビティに入り込むのを防止する弾性シールを備えることを特徴とする流量制御弁。
【請求項１５】
請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記ステッパモータの前記軸は、前記ステッパモータに接続され、かつ前記ステッパモータから延びる雄ねじ軸であって、前記ステッパモータの漸増的回転により前記バルブヘッドの雌ねじ穴中で前記雄ねじ軸が回転して、前記バルブ部材を前記長手方向軸に沿って軸方向に漸増的に移動させることを特徴とする流量制御弁。
【請求項１６】
請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記バルブヘッドの前記略円筒面は、前記バルブヘッドに隣接する前記バルブ部材の径と等しい径を有することを特徴とする流量制御弁。
【請求項１７】
請求項１に記載の流量制御弁において、
前記ドライブアダプタは前記本体に着脱自在に接続されることを特徴とする流量制御弁。
【請求項１８】
請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記ドライブアダプタは前記本体に一体的に接続され、前記バルブヘッドは前記ヘッド収容キャビティに摺動自在に収容され、前記バルブヘッドの前記回転防止要素は前記バルブヘッドの前記略円筒面上に二つの平坦長手方向面を有し、前記ドライブアダプタは前記バルブヘッドの前記二つの平坦長手方向面と係合して前記バルブヘッドの前記長手方向軸を中心とする回転を防止する二つのキャビティ面を有することを特徴とする流量制御弁。
【請求項１９】
請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記弁座係合部材は少なくとも部分的に弾性材からなることを特徴とする流量制御弁。
【請求項２０】
請求項１に記載の流量制御弁において、
前記バルブ部材はポペットバルブ形状を有することを特徴とする流量制御弁。
【請求項２１】
請求項１に記載の流量制御弁において、
前記バルブ部材はスプールバルブ形状を有することを特徴とする流量制御弁。
【請求項２２】
請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記バルブ部材は前記バルブヘッドから一体的に延び、前記バルブヘッドと前記バルブ部材とが互いに前記バルブ部材の一部として一体的に接続されることを特徴とする流量制御弁。
【請求項２３】
請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記バルブ部材は、前記バルブヘッドから分離され、前記バルブ部材を前記バルブヘッドに向けて付勢する付勢部材によって前記バルブヘッドに当接した状態が保持されることを特徴とする流量制御弁。
【請求項２４】
請求項２３に記載の流量制御弁であって、
前記付勢部材は、前記流量制御弁の前記本体と前記バルブ部材の前記バルブヘッドに対する反対側端部との間に配置されたばねであることを特徴とする流量制御弁。
【請求項２５】
流量制御弁であって、
長手方向軸と、前記長手方向軸と同軸の向きを有し孔径を有する本体ボアとを有する本体と、
前記本体ボア内に摺動自在に配置され、前記本体の前記長手方向軸と同軸に延びるバルブ部材であって、前記本体ボア内に互いに隣接して配置されたバルブヘッドとバルブ本体であって、前記バルブヘッドは内部に形成された雌ねじ孔と、略円筒面上の少なくとも一つの平坦長手方向面によって形成される幾何学形状とを有するものと、前記バルブ本体から径方向外側に延びる少なくとも一つの弁座係合部材と、前記バルブ部材の一部として互いに一体的に接続される第１および第２ピストンであって、前記第１および第２ピストンは略等しい径を有し、前記孔径と精密嵌合を形成して、前記第１および第２ピストンに反対方向に作用する加圧流体がバランスするようにする第１および第２ピストンとを備えるバルブ部材と、
前記バルブ部材の前記バルブヘッドを摺動自在に収容するヘッド収容キャビティを有し、前記ヘッド収容キャビティの形状が前記バルブヘッドの前記幾何学形状と相補関係となることで、前記ヘッド収容キャビティ内での前記バルブヘッドの軸回転を防止するドライブアダプタと、
前記ドライブアダプタに接続され、前記バルブヘッドのねじ孔内に螺合する軸を回転させて前記ステッパモータの軸の回転に応じて前記バルブ部材を前記長手方向軸に沿って変位させるステッパモータと、
前記本体を貫通して前記本体ボアから前記本体の孔開き面まで延び、前記バルブ部材が前記長手方向軸に沿って動作するのに応じて前記少なくとも一つの弁座係合部材によって操作可能に開閉する流入孔と流出孔とを有することを特徴とする流量制御弁。
【請求項２６】
流量制御弁であって、
本体であって、前記本体の長手方向軸と同軸に延び孔径を有する本体ボアと、前記本体と当接するエンドキャップとを有する本体と、
前記本体ボア内に摺動自在に配置され、前記本体の前記長手方向軸と同軸に延びるバルブ部材であって、内部に雌ねじ孔が形成された非円形幾何学形状ヘッドと、本体部と、径方向外側に延びる少なくとも一つの弁座係合部材と、前記バルブ部材の一部として互いに一体的に接続される第１および第２ピストンであって、略等しい径を有し、前記孔径と精密嵌合を形成して、反対方向に作用する加圧流体がバランスするようにする前記第１および第２ピストンとを備えるバルブ部材と、
前記バルブ部材の前記非円形幾何学形状ヘッドを摺動自在に収容し前記バルブ部材の軸回転を防止するヘッド収容キャビティを有するドライブアダプタと、
前記ドライブアダプタに接続され、前記バルブ部材の雌ねじ内に直接係合された軸を回転させて前記バルブ部材を軸方向に移動させるステッパモータとを備えることを特徴とする流量制御弁。
【請求項２７】
請求項２６に記載の流量制御弁において、
前記本体は、
前記本体ボア内に延びる弁座部材と、
前記弁座部材の互いに反対側に配置された流入孔と流出孔とを備える２方向バルブ本体であって、前記少なくとも一つの径方向外側に延びる弁座係合部材は、バルブ閉位置において前記弁座部材と当接して前記流入孔を前記流出孔から隔離することを特徴とする流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願開示は、ステッパモータによって動作する流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
本セクションは、必ずしも先行技術ではない本願開示事項に関連する背景情報を示すものである。
【０００３】
流量制御弁をステッパモータによって動作させることで、完全開位置と完全閉位置との間での流量変動を制御する際に、より優れた精度が要求される弁につき、バルブ部材の位置の再現性を向上することができる。したがって、動作装置に正確な流体量又は圧力を伝えることを必要とする動作には、他の公知のバルブアクチュエータと比べてステッパモータが示す精度が有利に働く。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ステッパモータによって動作する公知の流量制御弁は、ステッパモータの回転力を、バルブ部材をバルブ開閉位置に移動させるのに用いる長手方向の力に変換するのに一般にギアシステム又は複数の指向性部材を要する。
【０００５】
したがって、一般の動作システムは、複数の部品を駆動することで操作力が失われる。公知のシステムの複数動作部品による複雑さ、動力損失および公差により、バルブ動作にあたってステッパモータを用いるのに有利な理由であるバルブ位置の位置精度および再現性も低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本セクションは、開示事項の全般的概要を示すものであり、その範囲全体又はその特徴の全ての包括的開示ではない。
【０００７】
いくつかの実施形態によれば、流量制御弁は、本体の長手方向軸と同軸の向きに延びる本体ボアを有する本体と、前記本体ボア内部に延びる弁座部材とを有する。バルブ部材がボア内に摺動自在に配置され、本体の長手方向軸と同軸の向きに延びる。バルブ部材は、ボアを有する非円形幾何学形状ヘッドを備える。ドライブアダプタは、バルブ部材の幾何学形状ヘッドを摺動自在に収容しバルブ部材の軸回転を防止するヘッド収容キャビティを有する。ステッパモータがドライブアダプタに接続される。ステッパモータが動作することで、バルブ部材のボアに直接係合された軸が軸回転する。
【０００８】
別の実施形態によれば、流量制御弁は、本体の長手方向軸と同軸の向きに延びる本体ボアを有する本体を有する。バルブ部材がボア内に摺動自在に配置され、本体の長手方向軸と同軸の向きに延びる。バルブ部材は、ボアを有する非円形幾何学形状ヘッドと、少なくとも一つの径方向外側に延びる弁座係合部材と、第１および第２ピストンとを有する。第１および第２ピストンは、略等しい径を有し、これにより第１および第２ピストンに反対方向に作用する加圧流体がバランスする。ドライブアダプタは、バルブ部材の幾何学形状ヘッドを摺動自在に収容しバルブ部材の軸回転を防止するヘッド収容キャビティを有する。ステッパモータがドライブアダプタに接続される。ステッパモータは、バルブ部材のボアに直接係合された軸を回転させて、バルブ部材を軸方向に移動させる。
【０００９】
さらに別の実施形態によれば、流量制御弁は、本体の長手方向軸と同軸の向きに延びる本体ボアを有する本体と、第１および第２シリンダ壁を有する。バルブ部材がボア内に摺動自在に配置され、本体の長手方向軸と同軸の向きに延びる。バルブ部材は、長手方向軸と同軸に延びる雌ねじ孔を有する非円形幾何学形状ヘッドを備える。第１ピストンは、バルブ部材の幾何学形状ヘッドと反対側端部に配置される。第２ピストンは、第１ピストンと幾何学形状ヘッドとの間に配置される。第１および第２ピストンは、バルブ部材が本体ボア内を摺動する際に本体のシリンダ壁にシールされる。ドライブアダプタは本体に接続される。ドライブアダプタは、バルブ部材の幾何学形状ヘッドを摺動自在に収容しバルブ部材の軸回転を防止するヘッド収容キャビティを有する。ステッパモータがドライブアダプタに接続される。ステッパモータは、バルブ部材の雌ねじ孔内に直接螺合された雄ねじ軸を回転させる。
【００１０】
さらなる利用分野は、本願明細書に示される記載から明らかになるであろう。この概要における説明および特定の実施例は、説明のみを目的とするものであり、本願開示の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
ここに示される図面は、選択された実施形態の説明のみを目的とするものであり、可能な全ての実施を示すものではなく、本願開示事項の範囲を限定することを意図するものでもない。
【００１２】
【図１】本願開示にかかる流量制御弁の正面左斜視図。
【図２】図１の流量制御弁の端面図。
【図３】図２の断面３における部分断面正面図。
【図４】バルブ開位置の流量制御弁を示した図３の部分断面正面図。
【図５】図３の断面５における断面端面図。
【図６】バルブ閉位置のポペットバルブ部材を有する本願開示の流量制御弁の別の実施形態の部分断面正面図。
【図７】バルブ開位置のポペットバルブ部材を示した図６の部分断面正面図。
【図８】完全排出位置のバルブ部材を有する本願開示の三方向流量制御弁の部分断面正面図。
【図９】バルブ閉位置の流量制御弁を示した図８の部分断面正面図。
【図１０】バルブ開位置の流量制御弁を示した図８の部分断面正面図。
【図１１】バルブ第１開位置のバルブ部材を有する本願開示の四方向流量制御弁の部分断面正面図。
【図１２】バルブ閉位置の流量制御弁を示した図１１の部分断面正面図。
【図１３】第２バルブ開位置の流量制御弁を示した図１１の部分断面正面図。
【図１４】電子インタフェース装置と筐体とを有する別の実施形態を示した図３に類似の部分断面正面図。
【図１５】本願開示にかかる別の流量制御弁の正面左斜視図。
【図１６】流量制御弁がバルブ閉位置にある場合の図１５の流量制御弁の構造を示す部分断面正面図。
【図１７】バルブ開位置の流量制御弁を示した図１６の部分断面正面図。
【図１８】流量制御弁がバルブ閉位置にある場合の図１５の流量制御弁の別の構造を示す部分断面正面図。
【図１９】バルブ開位置の流量制御弁を示した図１８の部分断面正面図。
【図２０】流量制御弁がバルブ閉位置にある場合の図１５の流量制御弁の別の構造を示す部分断面正面図。
【図２１】バルブ開位置の流量制御弁を示した図２０の部分断面正面図。
【図２２】流量制御弁がバルブ閉位置にある場合の図１５の流量制御弁の別の構造を示す部分断面正面図。
【図２３】バルブ開位置の流量制御弁を示した図２２の部分断面正面図。
【図２４】図１５〜２３に示される流量制御弁の幾何学形状バルブヘッドとヘッド収容凹部との部分分解斜視図。
【図２５】溝状の回転防止要素を有する流量制御弁の幾何学形状バルブヘッドの部分側面図。
【図２６】回転防止要素が凹状長手方向面である流量制御弁の別の幾何学形状バルブヘッドの部分側面図。
【００１３】
いくつかの図面を通じて、対応する参照番号は、対応する部分を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
添付の図面を参照して、例示的実施形態をより詳細に説明する。
【００１５】
例示的実施形態を、本願開示を十全なものとし、当業者にその範囲を十分に伝えるよう示している。本願開示の実施形態の十全な理解を提供するため、具体的な構成要素、素子及び方法の例など、数多くの具体的詳細を記載している。当業者にとって、具体的な詳細を用いる必要はなく、例示的実施形態は多くの異なる形態で実装可能であり、また本願開示を限定するものと解釈すべきでないことは明らかであろう。いくつかの例示的実施形態において、公知の方法、公知の素子構造及び公知の技術は、詳細に記載されない。
【００１６】
本明細書中で用いられる用語は、具体的な例示的実施形態を記述することのみを目的とするものであり、限定的であることを意図しない。本明細書で使用される際、単数形は、明示されていない限り複数形も含むことを意図する。用語「備える」、「備えて」、「含んで」および「有して」は包括的であり、述べられた特徴、整数、工程、操作、要素、および／または部品の存在を特定する。しかし、１以上の特徴、整数、工程、操作、要素、部品および／または群の存在または追加を排除するものではない。本明細書で記載される方法工程、プロセスおよび操作は、実行順序として詳細に特定されない限り、必ずしも記載または図示された特定の順序で実行を要するものと解釈されるべきではない。追加工程または代替工程が用いられてもよいことも理解されるであろう。
【００１７】
要素または層が、他の要素または層「上に」ある、「に係合」、「に接続」または「に連結」すると記される場合、この要素または層は直接に他の要素または層上にあるか、係合、接続、または連結してもよい。または、介在要素または層があってもよい。一方、要素が、他の要素または層の「直接上に」ある、「に直接係合」、「に直接接続」または「に直接連結」すると記される場合、介在要素または層は存在しなくてよい。要素同士の関係を説明するのに使用される他の文言（例えば、「の間に」と「直接の間に」、「隣接して」と「直接隣接して」など）は、同様に解釈されるべきである。本明細書で用いられる際、用語「および／または」は１以上の関連づけられたリスト項目の全ての組み合わせを含む。
【００１８】
第一、第二、第三等の用語が各種要素、部品、領域、層および／または切断面を説明するために本明細書で使用されるが、これらの要素、部品、領域、層および／または切断面はこれらの用語により限定されるものではない。これらの用語は、ある要素、部品、領域、層および／または切断面を他の領域、層または切断面から区別するためにのみ使用されてもよい。本明細書で使用される際の「第一」「第二」のような用語および他の数に関する用語は、文脈で明示されない限り、配列または順序を意味しない。したがって、下記で論じられる第一要素、部品、領域、層および／または切断面は、実施例の教示から逸脱することなく第二要素、部品、領域、層および／または切断面と称されることも可能である。
【００１９】
「インナー」、「アウター」、「真下に」、「下に」、「下側の」「上に」、「上部に」等のような空間的に相対的な用語が、図示する際、ある要素または特徴と他の要素または特徴との関係の記載を容易にするために、本明細書で使われてもよい。空間的に相対的な用語は、図示される向きに加えて、使用時または操作時における装置の異なる向きを包含するとしてもよい。例えば、図の装置がひっくり返されると、他の要素または特徴の「下に」または「真下に」と記載される要素は、他の要素または特徴の「上に」置かれるだろう。このように、例示の用語「下に」は上と下両方への向きを包含することが可能である。装置は他方向に向かされてもよい（９０度回転または他の向きに）。本明細書で使用される空間関連記述子は適宜解釈される。
【００２０】
図１に示されるように、流量制御弁１０は、本体部１４、本体部１４に着脱自在に接続可能なドライブアダプタ１６、ドライブアダプタ１６に接続されるステッパモータ１８としてのバルブアクチュエータ又は操作手段、および本体部１４に着脱自在に接続されステッパモータ１８に対して反対に配置されるエンドキャップ２０をそれぞれ有する本体アセンブリ１２を備える。さらなる実施形態において、ドライブアダプタ１６は、本体部１４の一体的な一部であっても良い。本体部１４は、略矩形状のブロックバルブとして表され、複数の流量制御弁１０を並べて配置可能とするが、本願開示は特定のバルブ本体の設計に限定されない。一つ以上の貫通孔２１を本体部１４に設けて、流量制御弁１０を留め具によって取り付け可能としても良い。ステッパモータ１８は、図示されない電源から遠隔で通電可能である。
【００２１】
図２に示されるように、上述の流量制御弁１０は略矩形状とされ、本体部１４、ドライブアダプタ１６、およびステッパモータ１８が略等しい幅を有するものとして流量制御弁１０の全体幅を制御しても良い。本体部１４、またはステッパモータ１８などの各部品の高さは、必要に応じて変更可能である。
【００２２】
図３および図４に示されるように、流量制御弁１０の別の要素としては、本体部１４のバルブ収容ボア２４内に摺動自在に配置されるバルブ部材２２がある。このバルブ部材２２は、各種の異なる形状を有しても良い。例えば、これに限られないが、バルブ部材２２はスプールバルブ形状、ポペットバルブ形状、又は他の類似のバルブ形状を有しても良い。バルブ部材２２は、本体アセンブリ１２のアセンブリ長手方向軸２６上を同軸に移動可能である。バルブ部材２２は、第１シールスロット３２内に配置されて、第１ピストン２８と本体部１４内部に形成された第１シリンダ壁３４との間の流体シールを提供するＯリングまたはＤリングなどの第１弾性シール部材３０を有する第１ピストン２８を備える。バルブ部材２２は、第１方向「Ａ」と反対側の第２方向「Ｂ」とのそれぞれに、ステッパモータ１８の駆動力によって摺動自在に位置可能である。
【００２３】
本体部１４はさらに第１シリンダ壁３４が内部に形成された第１本体端部３５を有する。第１ピストン２８は、第１シリンダ壁３４によって形成された第１本体端部３５の第１ピストンボア３６中に摺動自在に収容される。バルブ部材２２は、第１弾性シール部材３０と類似の第２シールスロット４２に配置された第２弾性シール部材４０を有する第２ピストン３８をも有して良い。第２弾性シール部材４０によって、本体部１４の第２本体端４８に形成される第２ピストン外周壁４４と第２シリンダ壁４６との間の流体圧力境界が設けられる。いくつかの実施形態では、第１ピストン２８の径「Ｖ」は、第２ピストン３８の径「Ｗ」と略等しい。さらに、弁座係合部材５０の径「Ｘ」は、径「Ｖ」と「Ｗ」とに略等しく、バルブ収容ボア２４中の加圧流体からの指向性を有する力（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｆｏｒｃｅｓ）が、（図３に示される）バルブ閉位置において第１ピストン２８と弁座係合部材５０の露出した表面で「バランス」、すなわち等しく反対方向に作用し、（図４に示される）バルブ開位置において第１および第２ピストン２８、３８の露出した表面でバランスする。本願開示のバルブ部材２２および別のバルブ部材は、したがって圧力バランス構造として形成される（ｄｅｆｉｎｅｄ  ａｓ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｂａｌａｎｃｅｄ  ｄｅｓｉｇｎｓ）。
【００２４】
弁座係合部材５０は、バルブ部材２２の外方径方向延出部である。図３に示されるように、バルブ部材２２は、バルブ閉位置において弁座係合部材５０が本体部１４の弁座部材５２に当接して、流入孔５４内の加圧流体を第１排出孔５６から隔離するように配置される。いくつかの実施形態において、弁座係合部材５０は、弁座係合部材５０上に外側被覆された弾性材５８によって形成されても良い。弾性材５８によって、弁座部材５２への当接時に生来的な（ｇｌａｎｄｕｌａｒ）流体シールが得られる。（完全動作後の図４に示されるように）バルブ部材２２が第２方向「Ｂ」に移動したとき、流路６０が弁座係合部材５０と弁座部材５２の弾性材５８との間に形成され、加圧流体が流入孔５４から第１排出孔５６に流れるようになる。
【００２５】
（弾性材５８によって形成される）弁座係合部材５０の外周と、第１および第２ピストン２８、３８のそれぞれとが、略等しい径を有することから、バルブ部材２２は、バルブ閉位置とバルブ開位置とのいずれにおいても圧力がバランスする。例えば、図３に示されるバルブ閉位置において、第１方向「Ａ」に弁座係合部材５０に作用する加圧流体は、第２方向「Ｂ」に第２ピストン３８に作用する加圧流体の力によって均衡し、バルブ部材２２に作用する軸方向の合力は、加圧流体からはほぼゼロとなる。図４に示されるバルブ開位置では、流体が部分的ないし完全に開いた流量制御弁１０を通して流れる際に、やはり圧力バランス状態となる。流路６０が図４に示されるように開いた際には、流入孔５４と第１排出孔５６との間に圧力差が生じるが、第１方向「Ａ」に第１ピストン２８に作用する流体圧力は、弁座係合部材５０の左手側に作用する流体圧力と略等しく、第２方向「Ｂ」に第２ピストン３８に作用する流体圧力は、弁座係合部材５０の右手側に作用する流体圧力と略等しくなり、バルブ部材２２を移動させるように作用する軸方向の合力は略ゼロとなる。
【００２６】
バルブ部材２２は、ステッパモータ１８によって生成される回転力によってアセンブリ長手方向軸２６に対して同軸に移動する。ステッパモータ１８によって生成される回転力を長手方向又は軸方向の駆動力に変換するため、バルブ部材２２はさらに、第２ピストン３８の近傍かつ第１ピストン２８に対してバルブ部材２２の反対側端部に幾何学形状ヘッド６２を有する。本明細書における「幾何学形状」ヘッドは、非円形である（すなわち、完全な円形とはなりえない）幾何学形状を指す。楕円又は少なくとも一つ、ないしいくつかの実施形態では複数の平面を外周に有する形状（三角形、四角形、矩形、八角形など）を利用可能である。いくつかの実施形態では、幾何学形状ヘッド６２が略矩形状とされることで、バルブ部材２２を矩形状の棒状材料から切削又は成形して、残りの要素である第１および第２ピストン２８、３８および弁座係合部材５０を形成可能となる。
【００２７】
幾何学形状ヘッド６２は、幾何学形状ヘッド６２の対応する面と係合する複数のキャビティ面６６を有しても良いヘッド収容キャビティ６４内に摺動自在に収容される。幾何学形状ヘッド６２が非円形形状であることにより、ステッパモータ１８の回転力による駆動時に、バルブ部材２２がアセンブリ長手方向軸２６に対して軸回転することが防止される。いくつかの実施形態では、圧縮バネなどの付勢部材６８を幾何学形状ヘッド６２の端面７０に支承させても良い。付勢部材６８の反対側の端部はステッパモータ１８に当接する。付勢部材６８は、バルブ部材２２に第１方向「Ａ」の付勢力を加えて、雄ねじ軸７４のねじ７２と第２ピストン３８に形成された雌ねじ付盲孔７６との間の隙間を無くして、バルブ部材２２が、ステッパモータ１８の（ねじ７２のピッチによって変わる可能性のある）所定回数の回転によって繰り返し開位置に位置可能となるようにする。
【００２８】
第２ヘッド収容キャビティ７８が、幾何学形状ヘッド６２の端面７０とステッパモータ１８との間に形成される。第２ヘッド収容キャビティ７８の体積は、バルブ部材２２が第１方向「Ａ」または第２方向「Ｂ」に移動するにつれて変化する。幾何学形状ヘッド６２の外周上の平面の数に対応する複数のヘッド面８０が、キャビティ面６６のそれぞれに当接してバルブ部材２２の軸回転を防止する。非平面が幾何学形状ヘッド６２上にある場合、例えば楕円形状が用いられる場合、ヘッド収容キャビティ６４の形状は幾何学形状ヘッド６２の外周形状と一致するように形成される。
【００２９】
雄ねじ軸７４は、直接的または間接的にステッパモータ１８に接続され、ステッパモータ１８によって回転駆動可能とされ、バルブ部材２２のアセンブリ長手方向軸２６に対して同軸配置される雌ねじ孔７６中に直接螺合して収容される。したがって、雄ねじ軸７４が回転することで、雄ねじ軸７４の、バルブ開位置とバルブ閉位置のいずれかの間で移動するように予め定められる完全又は部分的な回転量に基づき、バルブ部材２２が直接的に軸方向に駆動される。バルブ部材２２の軸方向位置は、部分的に雄ねじ軸７４および雌ねじ孔７６のねじ間のすべりが限られることによって再現可能である。付勢部材６８は、バルブ部材２２をさらに付勢して、ねじの隙間および／又は摩耗による軸方向寸法変化を低減する。加えて、上述のバルブ部材２２の圧力バランス構造により、流量制御弁１０の動作位置のいずれかにおいても、加圧流体によりバルブ部材２２に作用する軸方向合力を実質上解消することができ、さらにバルブ部材２２の位置の再現性を向上する。
【００３０】
本体部１４は、略平面とされ、エンドキャップ２０を、例えば図示しない留め具を用いて着脱自在に支持する本体端面８２をさらに備える。第１ピストン２８の軸方向移動時に第１ピストンボア３６内の流体を排出するため、第１ピストンボア３６はエンドキャップ流路８４と連通する。エンドキャップ流路８４は、塵または水などの汚染物質が通路２４に流入するのを防止するフィルタ８６を有しても良い。これにより、空気などの流体を流入または排出して、バルブ部材２２がいずれの位置にあっても第１ピストンボア３６中の流体圧力を大気圧と等しくすることが可能となる。
【００３１】
図５に示されるように、かつ上述したように、幾何学形状ヘッド６２は矩形形状を有しても良い。キャビティ面６６はそれぞれ幾何学形状ヘッド６２の外周に設けられた隙間８７を介してヘッド面８０の一つに対応する。図５に示される幾何学形状ヘッド６２の形状から明らかなように、雄ねじ軸７４をアセンブリ長手方向軸２６に対して軸回転することによっては、幾何学形状ヘッド６２またはバルブ部材２２は同様に回転することはない。隙間８７は、バルブ部材２２の移動時に幾何学形状ヘッド６２の外周の周囲を流体が移動可能なような大きさとされて、図３および図４に示され、説明されるように流体圧力がヘッド収容キャビティ６４と第２ヘッド収容キャビティ７８とにおいて略等しくなるようにされても良い。
【００３２】
図５、および図３および図４を参照して示される構成において、雄ねじ軸７４に右方向ねじ（ｒｉｇｈｔ−ｈａｎｄｅｄ  ｔｈｒｅａｄ）を用い、かつ雄ねじ軸７４をステッパモータ１８によって時計回りの第１方向に、回転「Ｙ」の方向に回転することにより、バルブ部材２２が図５に読者に向かう方向に、かつ図３に示される第１方向「Ａ」に引かれる。ステッパモータ１８によって、反対の、又は反時計回りの第２方向に雄ねじ軸７４を回転することで、図５において読者から離れる方向、かつ図４に示される第２方向「Ｂ」にバルブ部材２２が押される。雄ねじ軸７４（および雌ねじ孔７６）に左方向ねじ（ｌｅｆｔ−ｈａｎｄｅｄ  ｔｈｒｅａｄ）を用いることで、バルブ部材を反対方向に移動可能であることは明らかであろう。
【００３３】
図６および、再び図３および図４に示されるように、別の実施形態によれば、本願開示の駆動要素を用いる流量制御弁８８は、ポペットバルブを動作させるために用いても良い。流量制御弁８８は、ドライブアダプタ１６に類似のドライブアダプタ９２が着脱自在に接続されたバルブ本体９０を備えても良い。ステッパモータ１８′は、同様に軸方向に延びる雄ねじ軸７４′を有するドライブアダプタ９２に接続される。ポペットバルブ部材９４は、バルブ本体９０の長手方向軸９６上を摺動自在に配置される。ポペットバルブ部材９４は、バルブ本体９０の第１ピストンキャビティ１００内に摺動自在に配置され、シールして収容される第１ピストン９８を有する。ポペットバルブ部材９４は、例えば、ポペットバルブ部材９４を外側から被覆する（すなわち、外側に延出するように）ゴム又はポリマー弾性材等の材料を有する「外側被覆」弁座係合部材１０２を有してもよい。外側被覆弁座係合部材１０２は、示されるバルブ閉位置において、バルブ部材シートリング１０４とシールして当接する。バルブ閉位置において、流入孔１０６は流出孔１０８から隔離されて流量制御弁８８からの流体の留出を防止する。
【００３４】
図６および図７に示されるように、ポペットバルブ部材９４は、さらにステッパモータ１８’の雄ねじ軸７４を螺合して収容する雌ねじ孔１１０を有する。したがって、ステッパモータ１８’を回転することで、図３および図４を参照して上述されたステッパモータ１８の動作と同様に、ポペットバルブ部材９４を、バルブ閉方向「Ｃ」に軸方向変位させて、バルブ閉位置に到達することになる。ポペットバルブ部材９４はさらに、第１ピストン９８の径と略等しい径を有する第２ピストン１１２を有する。図６に示されるバルブ閉位置において、閉方向「Ｃ」に弁座係合部材１０２に作用する加圧流体は、バルブ開方向「Ｄ」に第１ピストン９８に作用する加圧流体の力によって均衡し、バルブ部材９４に作用する軸方向の合力は、加圧流体からはほぼゼロとなる。
【００３５】
第２ピストン１１２は、バルブ本体９０の第２シリンダ壁１１４に対して摺動自在に配置される。幾何学形状ヘッド１１６は、第１ピストン９８に対して反対側に配置されたポペットバルブ部材９４の端部に形成される。幾何学形状ヘッド１１６は、幾何学形状ヘッド１１６の幾何学形状平面（又は非平面形状）に対応する複数のキャビティ面１２０を有しても良いヘッド収容キャビティ１１８内に摺動自在に収容される。複数のキャビティ面１２０と当接する幾何学形状ヘッド１１６は、したがってバルブ部材９４の軸方向移動中にポペットバルブ部材９４の回転を防止する。図３および図４の実施形態について上述したのと同じ理由により、幾何学形状ヘッド１１６は、楕円形状でも良く、または単数または複数の平面をその外周に有することでポペットバルブ部材９４の軸回転を防止しても良い。
【００３６】
より具体的に図７に示されるように、ステッパモータ１８’が図６を参照して示される閉位置を実現する回転と比較して反対の軸回転方向に回転したときに流量制御弁８８はバルブ開位置となる。ポペットバルブ部材９４が、バルブ開方向「Ｄ」に軸方向変位し、外側被覆弁座係合部材１０２がバルブ部材シートリング１０４から変位するにつれて、流入孔１０６から流出孔１０８への流れを許容する流路１２２が形成される。バルブ部材９４の第１および第２ピストン９８、１１２が略等しい径を有することから、ポペットバルブ部材９４に作用する圧力は、流量制御弁８８が、以下のように部分的ないし完全に開いたときにバランスする。バルブ開位置において、流路１２２が開き、流入孔１０６と排出孔１０８との間に圧力差が存在するが、開方向「Ｄ」に第１ピストン９８に作用する流体圧力は、弁座係合部材１０２の下向き側（閉方向「Ｃ」向き）に作用する加圧流体の力と略等しく、閉方向「Ｃ」に第２ピストン１１２に作用する流体圧力は、弁座係合部材１０２の上向き側（開方向「Ｄ」向き）に作用する流体圧力の力と略等しくなり、バルブ部材９４を移動させるように作用する軸方向の合力は略ゼロとなる。この圧力バランスにより、ステッパモータ１８’に要求されるバルブをバルブ閉位置に戻すための力が、バルブが閉位置および／又はいずれの部分的な開位置にある場合でも低減される。
【００３７】
図８に示されるように、別の実施形態によれば、流量制御弁１６０は、図３および図４を参照して示され説明された流量制御弁１２４から、追加の外側被覆弁座係合部材とシール部材を備えるよう変形された３方向バルブ本体１６２を備え、相違点のみが本明細書中で記載される。バルブ部材１６４は、バルブ収容ボア１６６内に摺動自在に配置され、第１外側被覆弁座係合部材１６８と、第２外側被覆弁座係合部材１７０とを有する。流量制御弁１６０の排出位置において、流入孔１７２は流出孔１７４および排出孔１７６に対して閉じられている。流出孔１７４は排出孔１７６に対して開かれている。第１外側被覆弁座係合部材１６８は、第１弁座部材１７８に対して変位し、流出孔１７４と排出孔１７６との間で流体を連通させる第１流路１８０を形成する。第２外側被覆弁座係合部材１７０は、完全排出位置において第２弁座部材１８２と当接する。バルブ部材１６４は、ステッパモータ１８’’’により雄ねじ軸７６が回転することによって第１方向「Ｇ」に完全に変位することで、排出位置を実現する。
【００３８】
図９および再び図８に示されるように、流量制御弁１６０の閉位置は、第１および第２外側被覆弁座係合部材１６８、１７０がそれぞれ第１弁座部材１７８および第２弁座部材１８２に当接するまで第１方向「Ｇ」と反対の第２方向「Ｈ」にバルブ部材１６４を移動させることにより形成される。バルブ閉位置において、流入孔１７２、流出孔１７４、および排出孔１７６は互いに閉じられ、その間に共通の流路が形成されない。バルブ部材１６４が第２方向「Ｈ」に移動するにつれ、空気が通気孔１５４’に吸引され、第１ピストンボア１５２’内を大気圧と等圧とする。
【００３９】
図１０に示されるように、第２外側被覆弁座係合部材１７０が第２弁座部材１８２に対して変位して第２流路１８６が形成されるまでバルブ部材１６４を閉位置からさらに第２方向「Ｈ」に移動させることで流量制御弁１６０の開位置が形成される。第２流路１８６は、流入孔１７２と流出孔１７４との間で流体を連通させる一方、排出孔１７６は、第１外側被覆弁座係合部材１６８と第１弁座部材１７８とが当接することによって、流入孔１７２と流出孔１７４との双方に対して閉じられる。本明細書で上述されたのと同じ理由により、バルブ部材１６４は、バルブ部材１６４に作用する流体圧力が、流量制御弁１６０の全ての動作位置においてバランスするように圧力が均衡する設計とされる。
【００４０】
図１１に示されるように、流量制御弁１８８は、図８〜１０を参照して示され説明される流量制御弁１６０を、別のバルブポートとバルブ弁座部材とを追加することによって変形したものである。流量制御弁１８８は、バルブ収容ボア１９４内に摺動自在に配置されたバルブ部材１９２を有する４方向バルブ本体１９０を有する。バルブ部材部１９２は、第１、第２、第３および第４外側被覆シート係合部材１９６，１９８，２００，および２０２を有する。４方向バルブ本体１９０はさらに、流入孔２０４、第１流出孔２０６、第１排出孔２０８、第２流出孔２１０および第２排出孔２１２をそれぞれ備える。バルブ部材１９２は、長手方向軸２１４上を摺動自在に配置される。
【００４１】
流量制御弁１８８の第１開位置において、バルブ部材１９２は、ステッパモータ１８’’を動作させて雄ねじ軸７４’’’を回転することによって、第１方向「Ｇ」に最大限摺動自在に配置される。バルブ部材１９２の軸回転は、幾何学形状ヘッド１４８を回転できないように支持するドライブアダプタ９２’’の幾何学形状によって排除される。第１開位置において、流入孔２０４は第１流出孔２０６に対して開放され、ともに第１排出孔２０８に対して閉じられる。第１流路２１６が第３外側被覆弁座係合部材２００の近傍に形成され、流入孔２０４から第１流出孔２０６を通る流体フローを許容する。また流量制御弁１８８の第１開位置において、第１排出流路２１８が第１外側被覆弁座係合部材１９６を変位させることによって形成される一方、２外側被覆弁座係合部材１９８はシール状態に維持される。第１排出流路２１８によって第２流出孔２１０と第２排出孔２１２との間で流体が連通可能となる一方、流入孔２０４は、第２流出孔２１０と第２排出孔２１２との双方に対して閉じられる。
【００４２】
図１２および再び図１１に示されるように、流量制御弁１８８の閉位置は、第１、第２、第３および第４外側被覆弁座係合部材１９６、１９８、２００、２０２の全てが着座かつシール状態に位置するまで第１方向「Ｇ」と反対の第２方向「Ｈ」にバルブ部材１９２を移動させることにより形成される。流量制御弁１８８の閉位置において、各孔の全ては互いに閉じられて、流入孔２０４から任意の流出孔への流体の吐出フローを防止する。
【００４３】
図１３に示されるように、第２外側被覆弁座係合部材１９８および第４外側被覆弁座係合部材２０２がそれぞれの着座位置から変位するまでバルブ部材１９２を第２方向「Ｈ」に軸方向に移動させることで流量制御弁１８８の第２開位置が形成される。第２外側被覆弁座係合部材１９８の近傍に形成された第２流路２２０によって、流入孔２０４と第２流出孔２１０との間で流体が連通可能となる。第２排出孔２１２は、第２開位置において、流入孔２０４と第２流出孔２１０との双方に対して閉じられる。また、第２開位置において、第２排出流路２２２が第４外側被覆弁座係合部材２０２の近傍に形成される。第２排出流路２２２によって、第１流出孔２０６と第１排出孔２０８との間で流体が連通可能となる一方、流入孔２０４内の流体圧力は、第１流出孔２０６と第１排出孔２０８との双方に対して閉じられる。本明細書で上述されたのと同じ理由により、バルブ部材１９２は、バルブ部材１９２に作用する流体圧力が、流量制御弁１８８の全ての動作位置においてバランスするように圧力が均衡する構造とされる。
【００４４】
図１４に示されるように、流量制御弁２２４は、アナログもしくはデジタル信号、または電圧もしくは電流等の動作指令信号をコントロールライン２３０を介して受信する電子インタフェース装置２２８を有する電子インタフェース筐体２２６を備える。コントロールライン２３０は、電子インタフェース筐体２２６を外気からシールする電気コネクタ２３２を介して接続され、流量制御弁２２４を動作させる電源と接続させる。電子インタフェース装置２２８から第２コントロールライン２３４を介して受信された指令信号は、必要に応じてステッパモータ１８’’’を動作させる出力に変換され、コントロールライン２３４を介してステッパモータ１８’’’に伝達されてステッパモータ１８’’’を回転させることでバルブ部材２２’を軸方向に移動させる。流量制御弁２２４のドライブアダプタ２３６は本体部２３８と一体となった一部である。雄ねじ延長部２４０がバルブ部材２２’の幾何学形状ヘッド２４２から離れる方向に延出する。延長部２４０は幾何学形状ヘッド２４２の一体となった一部であっても良く、または、幾何学形状ヘッド２４２にねじで接続された雄ねじ留め具であっても良い。延長部２４０は、ステッパモータ１８’’’の雌ねじ孔であっても良いボア２４４に収容される。ステッパモータ１８’’’を回転させることで、ねじで延長部２４０と係合するボア２４４を含むモータ部をともに回転させて、バルブ部材２２’を軸方向に移動させる。
【００４５】
図１５に示されるように、流量制御弁３１０は、本体部３１４、本体部３１４に着脱自在に接続可能なドライブアダプタ３１６、ドライブアダプタ３１６に接続されるステッパモータ３１８としてのバルブアクチュエータ又は操作手段を有する本体３１２を備える。ステッパモータ３１８に対して反対に配置される付勢要素またはばね３１９が本体部３１４に隣接して設けられても良い。本体部３１４に着脱自在に接続されたエンドキャップ３２０が設けられても良い。このエンドキャップ３２０は、付勢部材３１９が本体部３１４とエンドキャップ３２０との間に延びるように、付勢部材３１９を覆って配置される。さらなる実施形態において、ドライブアダプタ３１６は、本体部３１４の一部であっても良い。本体部３１４は、略矩形状を有するものとして表され、複数の流量制御弁３１０を並べて配置可能とするが、本願開示は特定のバルブ本体の設計に限定されない。流量制御弁３１０の本体３１２が、一つ以上の流体通路を有する図示しないバルブブロック中に収容可能であることも理解されよう。ドライブアダプタ３１６をステッパモータ３１８に接続する一つ以上の留め具３２１が設けられても良い。さらに、ステッパモータ３１８は、図示されない電源から遠隔で通電可能であることも理解されよう。
【００４６】
図１６および図１７に示されるように、流量制御弁３１０は、本体部３１４の本体ボア３２４内に摺動自在に配置されるバルブ部材３２２をも備える。これに限られないが、バルブ部材３２２はスプールバルブ形状、又はポペットバルブ形状を含む各種の形状を有しても良い。バルブ部材３２２は、本体３１２のアセンブリ長手方向軸３２６に沿って移動可能である。バルブ部材３２２は、第１シールスロット３３２内に配置されて、第１ピストン３２８と本体部３１４内部に形成された第１シリンダ壁３３４との間で流体をシールするＯリングまたはＤリングなどの第１弾性シール部材３３０を有する第１ピストン３２８を備える。第１シリンダ壁３３４は本体部３１４内部に形成される。バルブ部材３２２は、第１方向と反対側の第２方向とに、ステッパモータ３１８の駆動力によって摺動自在に位置可能である。
【００４７】
本体部３１４はさらに第１シリンダ壁３３４が内部に形成された第１本体端部３３５を有する。第１ピストン３２８は、第１シリンダ壁３３４によって形成された第１本体端部３３５の第１ピストンボア３３６中に摺動自在に収容される。バルブ部材３２２は、第１弾性シール部材３３０と類似の第２シールスロット３４２に配置された第２弾性シール部材３４０を有する第２ピストン３３８をも有して良い。第２弾性シール部材３４０によって、本体部３１４の第２本体端３４８に形成される第２ピストン３３８と第２シリンダ壁３４６との間の流体圧力境界が形成される。いくつかの実施形態において、第１ピストン３２８の径は第２ピストン３３８の径とほぼ等しく、本体ボア３２４内の加圧流体からの指向性の力は、「バランス」、すなわち第１ピストン３２８および第２ピストン３３８の等しく露出した表面に反対向きで等しく作用する。本願開示のバルブ部材３２２は、したがって圧力バランス構造として形成される（ｄｅｆｉｎｅｄ  ａｓ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｂａｌａｎｃｅｄ  ｄｅｓｉｇｎｓ）。
【００４８】
弁座係合部材３５０は、バルブ部材３２２の外方径方向延出部である。図１６に示されるように、バルブ部材３２２は、バルブ閉位置において弁座係合部材３５０が本体部３１４のシール部材３５２に当接して、流入孔３５４内の加圧流体を流出孔３５６から隔離するように配置される。流入孔３５４および流出孔３５６は、本体ボア３２４から、本体部３１４の孔開き面３５７へ、本体部３１４を通して延びる。いくつかの実施形態において、弁座係合部材３５０は、弁座係合部材３５０上に外側被覆された弾性材３５８を備えても良い。弾性材３５８によって、シール部材３５２への当接時に生来的（ｇｌａｎｄｕｌａｒ）に流体をシールする。（完全動作後の図１７に示されるように）バルブ部材３２２が第２方向に移動したとき、流路３６０が弁座係合部材３５０とシール部材３５２の弾性材３５８との間に形成され、加圧流体が流入孔３５４から第１流出孔３５６に流れるようになる。
【００４９】
バルブ部材３２２は、バルブ閉位置（図１６）またはバルブ開位置（図１７）のいずれにおいても圧力がバランスしたものとされる。例えば、図１６に示されるバルブ閉位置において、弁座係合部材３５０に作用する加圧流体は、に第２ピストン２３８に作用する加圧流体の力によって均衡し、バルブ部材３２２に作用する軸方向の合力は、加圧流体からはほぼゼロとなる。図１７に示されるバルブ開位置では、流体が部分的ないし完全に開いた流量制御弁３１０を通して流れる際に、やはり圧力バランス状態となる。流路３６０が図１７に示されるように開いた際には、流入孔３５４と第１流出孔３５６との間に圧力差が生じるが、第１ピストン３２８に作用する流体圧力は、弁座係合部材３５０の左手側に作用する加圧流体の力と略等しく、第２ピストン３３８に作用する流体圧力は、弁座係合部材３５０の右手側に作用する流体圧力の力と略等しくなり、バルブ部材３２２を移動させるように作用する軸方向の合力は略ゼロとなる。
【００５０】
バルブ部材３２２は、ステッパモータ３１８によって生成される回転力によって長手方向軸３２６に対して同軸に移動する。ステッパモータ３１８によって生成される回転力を長手方向又は軸方向の駆動力に変換するため、流量制御弁３１０はさらに、バルブ部材３２２の第２ピストン３３８の近傍かつ第１ピストン３２８に対してバルブ部材３２２の反対側端部に幾何学形状バルブヘッド３６２を有する。いくつかの実施形態において、幾何学形状バルブヘッド３６２は、略円筒面３６５に沿って配置された少なくとも一つの回転防止要素３６３ａ、３６３ｂによって形成される。図１６および図１７において、回転防止要素３６３ａ、３６３ｂは、少なくとも一つの平坦長手方向面３６３ａ、３６３ｂ、より具体的には幾何学形状バルブヘッド３６２上に径方向に配置された二つの平坦長手方向面３６３ａ、３６３ｂを備える。幾何学形状バルブヘッド３６２の略円筒面３６５は、したがって図１６および図１７中、二つの平坦長手方向面３６３ａ、３６３ｂの間に延びる。
【００５１】
幾何学形状バルブヘッド３６２は、ドライブアダプタ３１６内に配置されたヘッド収容キャビティ３６４内に摺動自在に収容される。ドライブアダプタ３１６は図１６および図１７に示される、一方の部品がヘッド収容キャビティ３６４を形成し、他方の部品がステッパモータ３１８に固定される二部品構造を有する。このような構造においては、ドライブアダプタ３１６と第２本体端３４８との間、およびドライブアダプタ３１６とステッパモータ３１８との間がシールされる。しかし、別の構造であっても良いことは理解されるであろう。例えば、ドライブアダプタ３１６は、（図３および４に示される）単一部品構造を有しても良い。ヘッド収容キャビティ３６４は幾何学形状バルブヘッド３６２と合致するような形状とされ、幾何学形状バルブヘッド３６２の少なくとも一つの回転防止要素３６３ａ、３６３ｂと係合する少なくとも一つのキャビティ面３６６ａ、３６６ｂを備えても良い。図１６および図１７において、ヘッド収容キャビティ３６４の少なくとも一つのキャビティ面３６６ａ、３６６ｂは、より具体的には、それぞれ二つの平坦長手方向面３６３ａ、３６３ｂと係合する二つのキャビティ面３６６ａ、３６６ｂを備える。幾何学形状バルブヘッド３６２の二つの平坦長手方向面３６３ａ、３６３ｂと、二つのキャビティ面３６６ａ、３６６ｂとにより、ステッパモータ３１８の回転力による駆動時に、幾何学形状バルブヘッド３６２が長手方向軸３２６に対して軸回転することが防止される。
【００５２】
ステッパモータ３１８は、幾何学形状バルブヘッド３６２中に形成される雌ねじ孔３７６中にねじで収容される雄ねじ軸３７４を備えても良い。雄ねじ軸３７４は、ステッパモータ３１８に直接または間接的に接続され、回転可能に駆動されても良い。雄ねじ軸３７４は、雌ねじ孔３７６内に直接螺合して収容され、バルブ部材３２２の長手方向軸３２６に対して同軸に配置される。したがって、雄ねじ軸３７４が回転することで、バルブ開位置とバルブ閉位置のいずれかの間で移動するように予め定められ、雄ねじ軸３７４と雌ねじ孔３７６のねじピッチによって変わりうる完全又は部分的な雄ねじ軸３７４の回転量に基づき、幾何学形状ヘッド３６２が直接的に軸方向に駆動される。図１６および図１７に示されるように、幾何学形状バルブヘッド３６２はバルブ部材３２２から取り外され（すなわち、分離され）ても良い。にも関わらず、幾何学形状ヘッド３６２はバルブ部材３２２に当接して、幾何学形状バルブヘッド３６２によってバルブ部材３２２が開位置と閉位置との間で駆動される。幾何学形状バルブヘッド３６２がバルブ部材３２２から分離される場合、付勢部材３１９はバルブ部材３２２の第１ピストン３２８を押圧し、これによりバルブ部材３２２と幾何学形状バルブヘッド３６２との当接を維持しやすくする。
【００５３】
バルブ部材２２の軸方向位置は、部分的に雄ねじ軸３７４および雌ねじ孔３７６のねじ間のすべりが限られることによって再現可能である。付勢部材３１９は、バルブ部材３２２および、結果として幾何学形状バルブヘッド３６２を付勢して、ねじの隙間および／又は摩耗による軸方向寸法変化を低減する。加えて、上述のバルブ部材３２２の圧力バランス構造により、流量制御弁３１０の動作位置のいずれかにおいても、加圧流体によりバルブ部材３２２に作用する軸方向合力を実質上解消することができ、さらにバルブ部材３２２の位置の再現性を向上する。
【００５４】
図１８および図１９を参照して、図１６および図１７の流量制御弁３１０の変形が示される。図１６および図１７と同様、図１８および図１９の流量制御弁３１０は、バルブ部材３２２から分離された幾何学形状バルブヘッド３６２を備える。しかし、図１８および図１９に示されるバルブ部材３２２は、第１および第２ピストン３２８、３３８が第１シリンダ壁３３４と第２シリンダ壁３４６の径方向内側に離隔される点で異なる。したがって、第１および第２弾性シール部材３３０、３４０は、径方向に延ばされて、ダイアフラム構造を形成する。図１８および図１９の第１および第２弾性シール部材３３０、３４０は、バルブ部材３２２とともに移動せず、したがって図１６および図１７のように第１および第２シリンダ壁３３４、３４６に沿って摺動することはない。代わりに、図１８および図１９の第１および第２弾性シール部材３３０、３４０の端部は、バルブ部材３２２の第１および第２シールスロット３３２、３４２に接し、流入孔３５４とドライブアダプタ３１６との間の本体部３１４に固定される。ステッパモータ３１８が、閉位置（図１８）と開位置（図１９）との間でバルブ部材３２２を駆動する際、第１および第２弾性シール部材３３０、３４０は屈曲してバルブ部材３２２の移動を許容する。第１および第２弾性シール部材３３０、３４０の設置を容易なものとするため、バルブ部材３２２は、中央部と二つの端部を含む三部品構造を有しても良い。図１８および図１９に示されるように、弁座係合部材３５０は中央部から径方向外側に延び、二つの端部は中央部に螺合接続される。第１および第２シールスロット３３２、３４２は、バルブ部材３２２の二つの端部と中央部との間に配置される。バルブ部材３２２の二つの端部と中央部との間の螺合接続により、第１および第２弾性シール部材３３０、３４０がバルブ部材３２２に固定される。同様に、本体３１２は、本体部３１４と二つの本体端部３３５、３４８とを含む三部品構造を有しても良い。本体部３１４は本体３１２の流入孔および流出孔３５４、３５６を形成し、第１本体端部３３５は本体部３１４と付勢部材３１９との間に配置され、第２本体端３４８は本体部３１４とドライブアダプタ３１６との間に配置される。図１８および図１９に示されるように、二つの本体端部３３５、３４８は、螺合接続により本体部３１４に取り付けられる。第１および第２弾性シール部材３３０、３４０は、二つの本体端部３３５、３４８と本体部３１４との間に配置され、二つの本体端部３３５、３４８と本体部３１４との間の螺合接続により、第１および第２弾性シール部材３３０、３４０が流量制御弁３１０の本体３１２に固定される。
【００５５】
図２０および図２１を参照して、図１６および図１７の流量制御弁３１０の別の変形が示される。図２０および図２１中の本体３１２、アダプタ３１６、およびステッパモータ３１８の構造は、図１６および図１７に示されるものと同じである。しかし、図１６および図１７のように取り外されるのではなく、図２０および図２１の流量制御弁３１０は、幾何学形状バルブヘッド３６２がバルブ部材３２２と一体化される点で異なる。図２０および図２１に示されるように、幾何学形状バルブヘッド３６２はバルブ部材３２２の第２ピストン３３８から延出する。幾何学形状バルブヘッド３６２は、二つの平坦長手方向面３６３ａ、３６３ｂを有する。ドライブアダプタ３１６は、幾何学形状バルブヘッド３６２の二つの平坦長手方向面３６３ａ、３６３ｂと係合して長手方向軸３２６を中心とする幾何学形状バルブヘッド３６２の回転を防止する二つのキャビティ面３６６ａ、３６６ｂを有するヘッド収容キャビティ３６４を形成する。幾何学形状バルブヘッド３６２がバルブ部材３２２と一体とされることから、幾何学形状バルブヘッド３６２の二つの平坦長手方向面３６３ａ、３６３ｂと二つのキャビティ面３６６ａ、３６６ｂによっても、ステッパモータ３１８がバルブ部材３２２を閉位置（図２０）と開位置（図２１）との間で移動させる際に、長手方向軸３２６を中心とするバルブ部材３２２の回転が防止される。これに対し、図１６〜１９のバルブ部材３２２は幾何学形状バルブヘッド３６２から取り外され、図１６〜１９のバルブ部材３２２が、二つの平坦長手方向面３６３ａ、３６３ｂと二つのキャビティ面３６６ａ、３６６ｂとの相互作用により回転不能とされた幾何学形状バルブヘッド３６２と独立に長手方向軸３２６を中心として回転可能とされる。図２０および図２１の付勢部材３１９を無くしても良いことも理解されるであろう。というのは、バルブ部材３２２を幾何学形状バルブヘッド３６２に当接した状態に維持しなくても良いことから、付勢部材３１９が必要ではないからである。バルブ部材３２２が幾何学形状バルブヘッド３６２の一部であることから、図２０および図２１に示されるこれら流量制御弁３１０の二つの要素は、必ずしも一緒に動く必要はない。しかし、付勢部材は、雄ねじ軸３７４と雌ねじ孔３７６との間のねじ隙間ないし摩耗による軸方向の寸法変化を低減するためにやはり設けられても良い。
【００５６】
図２２および図２３を参照して、図２０および図２１の流量制御弁３１０の変形が示される。図２２および図２３中の本体３１２、ステッパモータ３１８、バルブ部材３２２、および幾何学形状バルブヘッド３２２の構造は、図２０および図２１に示されるものと同じである。したがって、バルブ部材３２２は幾何学形状バルブヘッド３６２と一体とされ、幾何学形状バルブヘッド３６２が閉位置（図２２）と開位置（図２３）との間でバルブ部材３２２とともに移動することになる。しかし、図２２および図２３の流量制御弁３１０は、ドライブアダプタ３１６が変形される点で異なる。図２２と図２３のドライブアダプタ３１６は、二部品構造を有するものの、ドライブアダプタ３１６と第２本体端３４８の間のシール、およびドライブアダプタ３１６とステッパモータ３１８との間のシールはなくなっている。
【００５７】
図２４を参照して、幾何学形状バルブヘッド３６２およびドライブアダプタ３１６によって形成されるヘッド収容キャビティ３６４が示される。この部分破断図から、幾何学形状バルブヘッド３６２がヘッド収容キャビティ３６４に収容されたときに、幾何学形状バルブヘッド３６２の二つの平坦長手方向面３６３ａ、３６３ｂが摺動自在に二つのキャビティ面３６６ａ、３６６ｂと係合することが理解されるであろう。したがって、幾何学形状バルブヘッド３６２の幾何学形状と、ヘッド収容キャビティ３６４の合致する形状とによって、幾何学形状バルブヘッド３６２が長手方向軸３２６と同軸に摺動可能となる一方、幾何学形状バルブヘッド３６２がドライブアダプタ３１６とステッパモータ３１８に対する長手方向軸３２６を中心とする回転が防止される。ステッパモータ３１８の全ての回転運動が、幾何学形状バルブヘッド３６２の長手方向軸３２６に沿った軸方向運動に変換されることから、これにより、バルブ部材３２２が閉位置と開位置との間で適切かつ再現可能に移動することが容易に確保される。
【００５８】
幾何学形状バルブヘッド３６２が、図１６〜２４に示される二つの平坦長手方向面３６３ａ、３６３ｂと異なる数の平坦長手方向面を有してもよいことは当然である。例えば、単一の平坦長手方向面を用いても良いし、あるいは三つ以上の平坦長手方向面を略円筒面３６５上に設けても良い。さらに、この少なくとも一つの回転防止要素３６３ａ、３６３ｂは他の形状とされても良い。図２５に照らし、この少なくとも一つの回転防止要素３６３ａは、略円筒面３６５から雌ねじ孔３７６に向けて幾何学形状バルブヘッド３６２内に延びる溝３６３ａとされる。ヘッド収容キャビティ３６４の形状が幾何学形状バルブヘッド３６２の形状と合致することで、幾何学形状バルブヘッド３６２がヘッド収容キャビティ３６４内で回転不能とされることは理解されるであろう。すなわち、ヘッド収容キャビティ３６４の形状は、ドライブアダプタ３１６から、ヘッド収容キャビティ３６４に延びて、幾何学形状バルブヘッド３６２の回転防止要素３６３と係合して、ドライブアダプタ３１６に対する幾何学形状バルブヘッド３６２の回転を防止する突起を含んでも良い。当然ながら、この構造を逆転して、回転防止要素３６３ａを略円筒面３６５から外側に延びる突起とし、ヘッド収容キャビティ３６４の形状が幾何学形状バルブヘッド３６２の回転防止要素３６３ａを受ける溝を含むものとしても良い。
【００５９】
図２６に照らし、この少なくとも一つの回転防止要素３６３ａは、幾何学形状バルブヘッド３６２の略円筒面３６５に沿って配置される凹状長手方向面３６３ａを有しても良い。ヘッド収容キャビティ３６４の形状が幾何学形状バルブヘッド３６２の形状と合致することで、幾何学形状バルブヘッド３６２がヘッド収容キャビティ３６４内で回転不能とされることは理解されるであろう。より具体的に、ヘッド収容キャビティ３６４の一つ以上のキャビティ面３６６ａ、３６６ｂは、凹状長手方向面３６３ａの形状と相補関係にあっても良い。このヘッド収容キャビティ３６４の相補キャビティ面は、幾何学形状バルブヘッド３６２の凹状長手方向面３６３ａと当接して、ドライブアダプタ３１６に対する幾何学形状バルブヘッド３６２の回転を防止する。
【００６０】
本願開示の各流量制御弁により、ステッパモータの漸増的な回転による可変流量制御が可能となる。ステッパモータの漸増的な回転は、バルブ部材の軸方向の移動に変換される。また、バルブ部材が開位置に向けて移動する際、複数のバルブポートにわたって圧力低下が生じる。バルブ部材が摺動自在に収容される孔が、バルブ部材とバルブ本体との当接点で等しい径を有することから、各孔部によりバルブ部材に作用する力がバランスされる。
【００６１】
本願開示の流量制御弁によっていくつかの利点が得られる。全ての流量制御弁の実施形態について、圧力バランスポペット又はスプール構造を設けたことにより、このスプール又はポペットに作用する流体圧力が本願開示のステッパモータに要求される操作力を増加させることがない。このステッパモータは、したがってバルブ部材の移動中の静的摩擦力又は摺動摩擦力のみを克服すれば良い。本願開示のバルブ部材のそれぞれに設けられた幾何学形状ヘッドにより、ステッパモータの回転力がバルブ部材の回転が排除され、ステッパモータから延びてバルブ部材の雌ねじ孔に直接螺入される雄ねじ係合軸により回転力を直接バルブ部材に伝えることが可能となる。雄ねじ軸と幾何学形状ヘッドとは、バルブ本体とステッパモータとの間に配置されたアダプタ部材中に配置される。この構成により、移動中のバルブ部材の回転を防止するための、追加のクラッチ部材、キー部材、回転防止留め具などが不要となる。
【００６２】
実施形態に関する上記記載は、図解および説明の目的で提供される。網羅的または開示事項を限定することを意図しない。特定の実施形態の個別の要素または特徴は、一般にその特定の実施形態に限定されないが、適用可能な場合には、詳細に図示または説明されないとしても選択された実施形態で交換可能であり、使用可能である。同じものが多くの点で変更されてもよい。そのような変更は本発明からの逸脱とはみなされない。そのような修正は全て本発明の範囲内に含まれることが意図される。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【外国語明細書】
STEPPER MOTOR OPERATED BALANCED FLOW CONTROL VALVE
FIELD
[0001] The present disclosure relates to flow control valves operated by a stepper motor.
BACKGROUND
[0002] This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art.
[0003] Flow control valves can be operated by a stepper motor to improve repeatability of valve member positions for valves requiring increased accuracy in controlling flow variability between a fully open and/or a fully closed position.  Operations requiring an accurate delivery of a fluid volume or pressure to a working device can therefore benefit from the accuracy a stepper motor imparts compared to other known valve actuators.  Known flow control valves operated by a stepper motor, however, commonly require a gear system or a multiple directional component drive system to change the rotational force of the stepper motor to a longitudinal force used to translate a valve member to open or closed valve positions.  Common operating systems therefore lose operating force in order to drive the multiple parts.  The complexity, power loss, and tolerance of the multiple moving parts of known systems also decrease position accuracy and repeatability of the valve position(s) that are beneficial reasons for using stepper motors for valve actuation.
SUMMARY
[0004] This section provides a general summary of the disclosure, and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features.
[0005] According to several embodiments, a flow control valve includes a body having a body bore oriented coaxially with a longitudinal axis of the body and a seat member extending into the bore.  A valve member is slidably disposed in the bore and oriented coaxially with the longitudinal axis of the body.  The valve member includes a non-circular geometrically shaped head having a bore.  A drive adapter including a head receiving cavity slidingly receives the geometrically shaped head of the valve member while preventing axial rotation of the valve member.  A stepper motor is connected to the drive adapter.  The stepper motor operates to axially rotate a shaft directly engaged with the bore of the valve member.
[0006] According to other embodiments, a flow control valve includes a body having a body bore oriented coaxially with a longitudinal axis of the body.  A valve member is slidably disposed in the bore and oriented coaxially with the longitudinal axis of the body.  The valve member includes a non-circular geometrically shaped head having a bore; and at least one radial outwardly extending seat engagement member and first and second pistons.  The first and second pistons have substantially equal diameters such that a pressurized fluid acting oppositely against the first and second pistons is balanced.  A drive adapter includes a head receiving cavity slidingly receiving the geometrically shaped head of the valve member and preventing axial rotation of the valve member.  A stepper motor is connected to the drive adapter.  The stepper motor rotates a shaft directly engaged within the bore of the valve member to axially translate the valve member.
[0007] According to further embodiments, a flow control valve includes a body, having a body bore oriented coaxially with a longitudinal axis of the body, and first and second cylinder walls.  A valve member is slidably disposed in the bore and oriented coaxially with the longitudinal axis of the body.  The valve member includes a non-circular geometrically shaped head having a threaded bore coaxially aligned with the longitudinal axis.  A first piston is positioned at an opposite end of the valve member from the geometrically shaped head.  A second piston is positioned between the first piston and the geometrically shaped head.  The first and second pistons seal against the cylinder walls of the body as the valve member slidably moves in the body bore.  A drive adapter is connected to the body.  The drive adapter includes a head receiving cavity slidingly receiving the geometrically shaped head of the valve member and preventing axial rotation of the valve member.  A stepper motor is connected to the drive adapter.  The stepper motor rotates a threaded shaft directly threadably engaged within the threaded bore of the valve member.
[0008] Further areas of applicability will become apparent from the description provided herein.  The description and specific examples in this summary are intended for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the present disclosure.
DRAWINGS
[0009] The drawings described herein are for illustrative purposes only of selected embodiments and not all possible implementations, and are not intended to limit the scope of the present disclosure.
[0010] Figure 1 is a front left perspective view of a flow control valve of the present disclosure; 
[0011] Figure 2 is an end elevational view of the flow control valve of Figure 1;
[0012] Figure 3 is a partial cross-sectional front elevational view taken at section 3 of Figure 2;
[0013] Figure 4 is the partial cross-sectional front elevational view of Figure 3 further showing the flow control valve in a valve open position; 
[0014] Figure 5 is a cross-sectional end elevational view taken at section 5 of Figure 3;
[0015] Figure 6 is a partial cross-sectional front elevational view of another embodiment of a flow control valve of the present disclosure having a poppet valve member shown in a valve closed position;
[0016] Figure 7 is the partial cross-sectional front elevational view of Figure 6, further showing the poppet valve member in a valve open position;
[0017] Figure 8 is a partial cross-sectional front elevational view of a 3-way flow control valve of the present disclosure having a valve member shown in a fully exhausted position;
[0018] Figure 9 is the partial cross-sectional front elevational view of Figure 8 showing the flow control valve in a valve closed position;
[0019] Figure 10 is the partial cross-sectional front elevational view of Figure 8 showing the flow control valve in a valve open position;
[0020] Figure 11 is a partial cross-sectional front elevational view of a 4-way flow control valve of the present disclosure having a valve member shown in a valve first open position;
[0021] Figure 12 is the partial cross-sectional front elevational view of Figure 11 showing the flow control valve in a valve closed position; 
[0022] Figure 13 is the partial cross-sectional front elevational view of Figure 11 showing the flow control valve in a valve second open position;
[0023] Figure 14 is a partial cross-sectional front elevational view similar to Figure 3 further showing an additional embodiment having an electronic interface device and housing;
[0024] Figure 15 is a front left perspective view of another flow control valve constructed in accordance with the present disclosure; 
[0025] Figure 16 is a partial cross-sectional front elevational view illustrating one configuration of the flow control valve of Figure 15 where the flow control valve is shown in a valve closed position;
[0026] Figure 17 is the partial cross-sectional front elevational view of Figure 16 further showing the flow control valve in a valve open position; 
[0027] Figure 18 is a partial cross-sectional front elevational view illustrating another configuration of the flow control valve of Figure 15 where the flow control valve is shown in a valve closed position;
[0028] Figure 19 is the partial cross-sectional front elevational view of Figure 18 further showing the flow control valve in a valve open position; 
[0029] Figure 20 is a partial cross-sectional front elevational view illustrating another configuration of the flow control valve of Figure 15 where the flow control valve is shown in a valve closed position;
[0030] Figure 21 is the partial cross-sectional front elevational view of Figure 20 further showing the flow control valve in a valve open position; 
[0031] Figure 22 is a partial cross-sectional front elevational view illustrating another configuration of the flow control valve of Figure 15 where the flow control valve is shown in a valve closed position;
[0032] Figure 23 is the partial cross-sectional front elevational view of Figure 22 further showing the flow control valve in a valve open position;
[0033] Figure 24 is a partial exploded perspective view of the geometrically shaped valve head and the head receiving recess of the flow control valves illustrated in Figures 15 - 23; 
[0034] Figure 25 is a partial side elevational view of the geometrically shaped valve head of the flow control valve where the geometrically shaped valve head has an anti-spin feature in the shape of a groove; and
[0035] Figure 26 is a partial side elevational view of another geometrically shaped valve head of the flow control valve where the anti-spin feature is a concave longitudinal face.
[0036] Corresponding reference numerals indicate corresponding parts throughout the several views of the drawings.
DETAILED DESCRIPTION
[0037] Example embodiments will now be described more fully with reference to the accompanying drawings.
[0038] Example embodiments are provided so that this disclosure will be thorough, and will fully convey the scope to those who are skilled in the art.  Numerous specific details are set forth such as examples of specific components, devices, and methods, to provide a thorough understanding of embodiments of the present disclosure.  It will be apparent to those skilled in the art that specific details need not be employed, that example embodiments may be embodied in many different forms, and that neither should be construed to limit the scope of the disclosure.  In some example embodiments, well-known processes, well-known device structures, and well-known technologies are not described in detail.
[0039] The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting.  As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" may be intended to include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise.  The terms "comprises," "comprising," “including,” and “having,” are inclusive and therefore specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, and/or components, but do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, and/or groups thereof.  The method steps, processes, and operations described herein are not to be construed as necessarily requiring their performance in the particular order discussed or illustrated, unless specifically identified as an order of performance.  It is also to be understood that additional or alternative steps may be employed.
[0040] When an element or layer is referred to as being "on", “engaged to”, "connected to" or "coupled to" another element or layer, it may be directly on, engaged, connected or coupled to the other element or layer, or intervening elements or layers may be present.  In contrast, when an element is referred to as being "directly on," “directly engaged to”, "directly connected to" or "directly coupled to" another element or layer, there may be no intervening elements or layers present.  Other words used to describe the relationship between elements should be interpreted in a like fashion (e.g., “between” versus “directly between,” “adjacent” versus “directly adjacent,” etc.).  As used herein, the term "and/or" includes any and all combinations of one or more of the associated listed items.
[0041] Although the terms first, second, third, etc. may be used herein to describe various elements, components, regions, layers and/or sections, these elements, components, regions, layers and/or sections should not be limited by these terms.  These terms may be only used to distinguish one element, component, region, layer or section from another region, layer or section.  Terms such as “first,” “second,” and other numerical terms when used herein do not imply a sequence or order unless clearly indicated by the context.  Thus, a first element, component, region, layer or section discussed below could be termed a second element, component, region, layer or section without departing from the teachings of the example embodiments.
[0042] Spatially relative terms, such as “inner,” “outer,” "beneath", "below", "lower", "above", "upper" and the like, may be used herein for ease of description to describe one element or feature's relationship to another element(s) or feature(s) as illustrated in the figures.  Spatially relative terms may be intended to encompass different orientations of the device in use or operation in addition to the orientation depicted in the figures.  For example, if the device in the figures is turned over, elements described as "below" or "beneath" other elements or features would then be oriented "above" the other elements or features.  Thus, the example term "below" can encompass both an orientation of above and below.  The device may be otherwise oriented (rotated 90 degrees or at other orientations) and the spatially relative descriptors used herein interpreted accordingly.
[0043] Referring to Figure 1, a flow control valve 10 includes a body assembly 12 having each of a main body portion 14, a drive adapter 16 which can be releasably connected to the main body portion 14, a valve actuator or operator in the form of a stepper motor 18 connected to the drive adapter 16, and an end cap 20 releasably connected to the main body portion 14 and oppositely positioned with respect to the stepper motor 18.  According to further embodiments, drive adapter 16 can be an integral portion of main body portion 14.  The main body portion 14 is represented as a block valve being substantially rectangular in shape allowing a plurality of the flow control valves 10 to be arranged in a side-by-side configuration, however, the disclosure is not limited to a specific valve body design.  One or more through bores 21 can be provided in main body portion 14 to permit fastener mounting of flow control valve 10.  Stepper motor 18 can be remotely energized from a power source (not shown).
[0044] Referring to Figure 2, flow control valve 10 as previously noted can have a substantially rectangular shape wherein each of the main body portion 14, the drive adapter 16, and the stepper motor 18 can have substantially equal widths to control an overall width of flow control valve 10.  A height of each of the components such as the main body portion 14, or the stepper motor 18 can vary as required.
[0045] Referring to Figures 3 and 4, further features of flow control valve 10 include a valve member 22 which is slidably disposed within a valve receiving bore 24 of main body portion 14. The valve member 22 may have a variety of different configurations. For example and without limitation, the valve member 22 may have a spool valve shape, a poppet valve shape, or other similar valve shapes.  Valve member 22 is coaxially translatable on an assembly longitudinal axis 26 of body assembly 12.  Valve member 22 includes a first piston 28 having a first resilient seal member 30 such as an O-ring or a D-ring positioned in a first seal slot 32 which provides a fluid seal between the first piston 28 and a first cylinder wall 34 internally created within main body portion 14.  Valve member 22 is slidably positionable in each of first direction “A” and an opposite second direction “B” by the driving force of stepper motor 18.  
[0046] Main body portion 14 further includes a first body end 35 having first cylinder wall 34 created therein.  First piston 28 is slidably received in a first piston bore 36 of first body end 35 defined by first cylinder wall 34.  Valve member 22 can also include a second piston 38 having a second resilient seal member 40 similar to first resilient seal member 30 positioned in a second seal slot 42.  Second resilient seal member 40 provides a fluid pressure boundary between a second piston perimeter wall 44 and a second cylinder wall 46 created in a second body end 48 of main body portion 14.  According to several embodiments, a diameter “V” of first piston 28 is substantially equal to a diameter “W” of second piston 38.  Further, a diameter “X” of a seat engagement member 50 is substantially equal to diameters “V” and “W”, so that the directional forces from a pressurized fluid in valve receiving bore 24 will “balance” or act equally and oppositely against equal exposed surface areas of first piston 28 and seat engagement member 50 in a valve closed position (shown in Figure 3), and will balance against equal exposed surface areas of first and second pistons 28, 38 in a valve open position (shown in Figure 4).  Valve member 22 and further valve members of the present disclosure are therefore defined as pressure balanced designs. 
[0047] Seat engagement member 50 is an outward radial extension of valve member 22.  As shown in Figure 3, valve member 22 can be positioned such that seat engagement member 50 contacts a seat member 52 of main body portion 14 in the valve closed position which isolates a pressurized fluid in an inlet port 54 from a first outlet port 56.  According to several embodiments, seat engagement member 50 can be provided with a resilient material 58 over-molded onto seat engagement member 50.  Resilient material 58 provides a glandular fluid seal when contacting seat member 52.  When valve member 22 is moved in the second direction “B” (as shown in Figure 4 after full motion), a flow passage 60 is created between seat engagement member 50 and resilient material 58 of seat member 52 permitting pressurized fluid flow from inlet port 54 to the first outlet port 56.  
[0048] Because an outer perimeter of seat engagement member 50 (defined by resilient material 58) and each of the first and second pistons 28, 38 have substantially equal diameters, valve member 22 is pressure balanced in either the valve closed or valve opened positions.  For example, in the valve closed position shown in Figure 3 pressurized fluid acting against seat engagement member 50 in first direction “A” is equalized by the force of pressurized fluid acting on second piston 38 in second direction “B” so the net axial force acting on valve member 22 is substantially zero from the pressurized fluid.  In the valve open position shown in Figure 4, a pressure balanced condition is also present when fluid is flowing through a partially to fully open flow control valve 10.  When flow passage 60 is open as shown in Figure 4, a pressure differential exists between inlet port 54 and first outlet port 56, however, fluid pressure acting on first piston 28 in first direction “A” is substantially equal to the force of fluid pressure acting on a left hand side of seat engagement member 50, while fluid pressure acting on second piston 38 in second direction “B” is substantially equal to the force of fluid pressure acting on a right hand side of seat engagement member 50 such that the net axial force acting to translate valve member 22 is substantially zero.  
[0049] Valve member 22 is coaxially translated with respect to assembly longitudinal axis 26 by a rotational force created by stepper motor 18.  In order to convert the rotational force created by stepper motor 18 to a longitudinal or axial driving force, valve member 22 further includes a geometrically shaped head 62 positioned proximate to second piston 38 and at an opposite end of valve member 22 with respect to first piston 28.  The term “geometrically shaped” head as defined herein refers to a geometric shape which is non-circular (i.e., cannot be completely circular).  Shapes such as oval or a perimeter having at least one planar face and according to several embodiments multiple planar faces on the perimeter which can include triangular, rectangular, octagonal, and the like geometries can be used.  According to several embodiments, geometrically shaped head 62 is substantially rectangular shaped which permits the valve member 22 to be created from rectangular shaped bar stock and machined or formed to provide the remaining features such as first and second pistons 28, 38 and seat engagement member 50.  
[0050] Geometrically shaped head 62 is slidably received in a head receiving cavity 64 which can include a plurality of cavity faces 66 which mate with corresponding faces of geometrically shaped head 62.  The non-circular geometry of geometrically shaped head 62 prevents axial rotation of valve member 22 with respect to assembly longitudinal axis 26 when driven by the rotational force of stepper motor 18.  According to several embodiments, a biasing member 68 such as a compression spring can be received against an end face 70 of geometrically shaped head 62.  An opposite end of biasing member 68 abuts stepper motor 18.  Biasing member 68 applies a biasing force in the first direction “A” to valve member 22 to eliminate thread clearance between threads 72 of male threaded shaft 74 and a female threaded blind bore 76 created in second piston 38 so that valve member 22 can be repeatedly positioned to the open position by a predetermined number of rotations of stepper motor 18 which can vary with a pitch of threads 72.
[0051] A second head receiving cavity 78 is created between end face 70 of geometrically shaped head 62 and stepper motor 18.  A volume of second head receiving cavity 78 varies as the valve member 22 translates in either of the first or second directions “A” or “B”.  A plurality of head faces 80 corresponding to a quantity of planar faces on the perimeter of geometrically shaped head 62 abut with individual ones of the cavity faces 66 to prevent axial rotation of valve member 22.  Where non-planar faces are present on geometrically shaped head 62 such as when an oval shape is used, the shape of head receiving cavity 64 is shaped to match the perimeter shape of geometrically shaped head 62.  
[0052] The male threaded shaft 74 can be directly or indirectly connected to and rotatably driven by stepper motor 18 and is directly threadably received in female threaded bore 76 coaxially aligned with respect to assembly longitudinal axis 26 in valve member 22.  Rotation of male threaded shaft 74 therefore directly axially drives valve member 22 based on a quantity of complete or partial revolutions of male threaded shaft 74 which are predetermined to move between either of the valve open or valve closed positions.  Valve member 22 axial position is repeatable based in part on the limited slip between the threads of male threaded shaft 74 and female threaded bore 76.  Biasing member 68 further biases the valve member 22 to mitigate axial dimensional changes resulting from thread clearances and/or wear.  In addition, the previously described pressure balanced design of valve member 22 substantially eliminates a net-axial-force acting on valve member 22 due to the pressurized fluid in any of the operating positions of flow control valve 10 to further enhance the repeatability of the position of valve member 22.  
[0053] Main body portion 14 further includes a body end face 82 which is substantially planar and releasably receives the end cap 20, for example using fasteners (not shown).  To vent fluid present in first piston bore 36 as first piston 28 axially translates, first piston bore 36 is in fluid communication with an end cap passage 84.  End cap passage 84 can include a filter 86 to prevent influx of contaminants such as dirt or water into passage 24.  Fluid such as air can thereby be drawn in or exhausted to equalize the fluid pressure in first piston bore 36 with atmospheric pressure for any axial position of valve member 22.  
[0054] Referring to Figure 5, and as previously noted, geometrically shaped head 62 can be provided having a rectangular shape.  The cavity faces 66 each correspond to one of the head faces 80 with a clearance gap 87 provided about a perimeter of geometrically shaped head 62.  It should be evident from the geometry of geometrically shaped head 62 is shown in Figure 5 that axial rotation of male threaded shaft 74 with respect to assembly longitudinal axis 26 will not similarly rotate geometrically shaped head 62 or valve member 22.  Clearance gap 87 can further be sized to permit fluid transfer about a perimeter of geometrically shaped head 62 as valve member 22 translates so that fluid pressure is substantially equalized in each of head receiving cavity 64 and second head receiving cavity 78 shown and described in reference to Figures 3 and 4.  
[0055] In the configuration shown in Figure 5 and referring again to Figures 3 and 4, use of a right-handed thread on male threaded shaft 74 together with a clockwise first direction of rotation of male threaded shaft 74 by stepper motor 18 in a direction of rotation “Y” will pull valve member 22 toward the viewer as viewed in Figure 5 and in the first direction “A” as shown in Figure 3.  An opposite or counterclockwise second direction of rotation of male threaded shaft 74 by stepper motor 18 in a direction of rotation “Z” will push valve member 22 away from the viewer as viewed in Figure 5 and in the second direction “B” as shown in Figure 4.  It should be evident that use of a left-handed thread on male threaded shaft 74 (and for female threaded bore 76) can produce opposite directions of valve member travel.
[0056] Referring to Figure 6 and again to Figures 3 and 4, according to other embodiments a flow control valve 88 using the drive features of the present disclosure can also be used for operating a poppet valve.  Flow control valve 88 can include a valve body 90 having a drive adapter 92 similar to drive adapter 16 releasably connected thereto.  Stepper motor 18′ is similarly connected to drive adapter 92 having a male threaded shaft 74′ axially extending therefrom.  A poppet valve member 94 is slidably disposed on a longitudinal axis 96 of valve body 90.  Poppet valve member 94 includes a first piston 98 slidably disposed and sealingly received in a first piston cavity 100 of valve body 90.  Poppet valve member 94 can include an “overmolded” seat engagement member 102 having for example a material such as rubber or a polymeric resilient material overmolded (i.e., molded onto and extending outwardly from) the poppet valve member 94.  Overmolded seat engagement member 102 sealingly contacts a valve member seat ring 104 in a valve closed position shown.  In the valve closed position an inlet port 106 is isolated from an outlet port 108 to prevent fluid flow through flow control valve 88.  
[0057] Referring to Figures 6 and 7, poppet valve member 94 further includes a female threaded bore 110 threadably receiving the male threaded shaft 74′ of stepper motor 18′.  Rotation of stepper motor of 18′ therefore operates similar to the operation of stepper motor 18 described in reference to Figures 3and 4 above, to axially displace poppet valve member 94 in a valve closing direction “C” to reach the valve closed position.  Poppet valve member 94 further includes a second piston 112 which has a diameter substantially equal to a diameter of first piston 98.  In the valve closed position shown in Figure 6 pressurized fluid acting against seat engagement member 102 in closing direction “C” is equalized by the force of pressurized fluid acting on first piston 98 in a valve opening direction “D” so the net axial force acting on poppet valve member 94 is substantially zero from the pressurized fluid.  
[0058] Second piston 112 is slidably disposed with respect to a second cylinder wall 114 of valve body 90.  A geometrically shaped head 116 is created on an end of poppet valve member 94 oppositely positioned with respect to first piston 98.  Geometrically shaped head 116 is slidably received in a head receiving cavity 118 which can include a plurality of cavity faces 120 corresponding to the geometric shaped planar faces (or non-planar geometry) of geometrically shaped head 116.  Geometrically shaped head 116 in contact with the plurality of cavity faces 120 therefore prevents rotation of poppet valve member 94 during axial translation of poppet valve member 94.  For the same reasons previously noted with respect to the embodiment of Figures 3 and 4, geometrically shaped head 116 can also be oval shaped, or include a single or multiple planar surfaces on its perimeter to prevent axial rotation of poppet valve member 94.
[0059] Referring more specifically to Figure 7, a valve open position of fluid control valve 88 is provided when stepper motor 18′ is rotated in an opposite axial rotation direction compared to the rotation to achieve the closed position shown in reference to Figure 6.  As poppet valve member 94 axially displaces in valve opening direction “D” and overmolded seat engagement member 102 displaces from valve member seat ring 104, a flow passage 122 is created which permits flow from inlet port 106 to outlet port 108.  Because first and second pistons 98, 112 of poppet valve member 94 have substantially equivalent diameters, the pressure forces acting on poppet valve member 94 are balanced when the flow control valve 88 is in a partially to fully open flow control valve 88 as follows.  In the valve open position, flow passage 122 is open and a pressure differential exists between inlet port 106 and outlet port 108, however, fluid pressure acting on first piston 98 in opening direction “D” is substantially equal to the force of fluid pressure acting on a downward facing side of seat engagement member 102 (directed in closing direction “C”), while fluid pressure acting on second piston 112 in closing direction “C” is substantially equal to the force of fluid pressure acting on an upward facing side of seat engagement member 102 (directed in opening direction “D”) such that the net axial force acting to translate valve member 94 is substantially zero.  This pressure balance reduces the amount of force required by stepper motor 18′ to return the valve to a valve closed position and also when the valve is positioned in the closed and/or in any partially open position.  
[0060] Referring to Figure 8, according to other embodiments a flow control valve 160 includes a 3-way valve body 162 modified from the flow control valve 124 shown and described with reference to Figures 3 and 4 to include additional overmolded seat engagement members and seat members, therefore only the differences will be further described herein.  A valve member 164 is slidably disposed in a valve receiving bore 166 and includes a first overmolded seat engagement member 168 and a second overmolded seat engagement member 170.  In an exhaust position of flow control valve 160 an inlet port 172 is closed to an outlet port 174 and an exhaust port 176.  Outlet port 174 is open to exhaust port 176.  The first overmolded seat engagement member 168 is displaced from a first seat member 178 thereby creating a first flow passage 180 for fluid communication between outlet port 174 and exhaust port 176.  Second overmolded seat engagement member 170 contacts a second seat member 182 in the fully exhausted position.  Valve member 164 is fully displaced in a first direction “G” to achieve the exhaust position by rotation of a male threaded shaft 76′′′ using stepper motor 18′′.  
[0061] Referring to Figure 9 and again to Figure 8, a closed position of flow control valve 160 is created by translation of valve member 164 in a second direction “H” opposite to first direction “G” until first and second overmolded seat engagement members 168, 170 contact first seat member 178 and second seat member 182 respectively.  In the valve closed position the inlet port 172, the outlet port 174, and the exhaust port 176 are closed to each other having no common flow paths therebetween.  As valve member 164 translates in the second direction “H”, air is drawn into vent aperture 154′ to equalize atmospheric pressure in first piston bore 152′.  
[0062] Referring to Figure 10, an open position of flow control valve 160 is created by further translation of valve member 164 from the closed position in the second direction “H” until second overmolded seat engagement member 170 displaces with respect to second seat member 182, thereby creating a second flow passage 186.  Second flow passage 186 provides fluid communication between inlet port 172 and outlet port 174 while exhaust port 176 is closed to both inlet port 172 and outlet port 174 by contact between first overmolded seat engagement member 168 and first seat member 178.  For the same reasons previously discussed herein, valve member 164 is a pressure balanced design so that fluid pressure forces acting on valve member 164 are balanced in all operating positions of flow control valve 160.  
[0063] Referring to Figure 11, a flow control valve 188 is modified from flow control valve 160 shown and described in reference to Figures 8-10 by the addition of further valve ports and valve seat members.  Flow control valve 188 includes a 4-way valve body 190 having a valve member 192 slidably positioned within a valve receiving bore 194 of 4-way valve body 190.  The valve member 192 includes a first, second, third, and fourth overmolded seat engagement member 196, 198, 200, and 202.  4-way valve body 190 further includes each of an inlet port 204, a first outlet port 206, a first exhaust port 208, a second outlet port 210, and a second exhaust port 212.  The valve member 192 is slidably disposed on a longitudinal axis 214.  
[0064] In a first open position of flow control valve 188, valve member 192 is slidably disposed in the first direction “G” to a maximum extent by operating stepper motor 18′′ to rotate male threaded shaft 74′′′.  Axial rotation of valve member 192 is precluded by the geometric shape of drive adapter 92′′ which non-rotatably receives geometrically shaped head 148′.  In the first open position, inlet port 204 is in open to first outlet port 206 and both are closed to first exhaust port 208.  A first flow passage 216 is created proximate to third overmolded seat engagement member 200 to permit fluid flow from inlet port 204 through first outlet port 206.  Also in the first open position of flow control valve 188, a first exhaust passage 218 is created by displacement of first overmolded seat engagement member 196 while second overmolded seat engagement member 198 is retained in a sealing condition.  First exhaust passage 218 provides for fluid communication between second outlet port 210 and second exhaust port 212, while inlet port 204 is closed to both second outlet port 210 and second exhaust port 212. 
[0065] Referring to Figure 12 and again to Figure 11, a closed position of flow control valve 188 is created by translating valve member 192 in a second direction “H”, which is opposite to the first direction “G”, until all of the first, second, third, and fourth overmolded seat engagement members 196, 198, 200, 202 are positioned in seated and sealed conditions.  In the closed position of flow control valve 188, all of the individual ports are closed to each other preventing any discharge flow of fluid from inlet port 204 to any of the outlet ports. 
[0066] Referring to Figure 13, a second open position of flow control valve 188 is created by further axial translation of valve member 192 in the second direction “H” until second overmolded seat engagement member 198 and fourth overmolded seat engagement member 202 are displaced from their seated positions.  A second flow passage 220 created proximate to second overmolded seat engagement member 198 provides for fluid communication between inlet port 204 and second outlet port 210.  Second exhaust port 212 is closed to both inlet port 204 and second outlet port 210 in the second open position.  Also in the second open position, a second exhaust passage 222 is created proximate to fourth overmolded seat engagement member 202.  Second exhaust passage 222 provides for fluid communication between first outlet port 206 and first exhaust port 208 while fluid pressure in inlet port 204 is closed to both first outlet port 206 and first exhaust port 208.  For the same reasons previously described herein, valve member 192 provides a pressure balanced design such that fluid pressure forces acting on the valve member 192 are balanced in all operating positions of flow control valve 188.
[0067] Referring to Figure 14, a flow control valve 224 includes an electronic interface housing 226 having an electronic interface device 228 which receives an operating command signal such as an analog or a digital signal, or a voltage or current via a control line 230.  Control line 230 is connected through an electrical connector 232 which seals electronic interface housing 226 from the atmosphere and provides for connection to an electrical power source for operation of flow control valve 224.  The command signal received by electronic interface device 228 is converted as necessary to an output required for operation of stepper motor 18′′′ and transmitted via a second control line 234 to stepper motor 18′′′ to cause rotation of stepper motor 18′′′ and thereby axial translation of valve member 22′.  A drive adapter 236 in flow control valve 224 is an integral portion of a main body portion 238.  A male threaded extension 240 extends away from a geometrically shaped head 242 of valve member 22′.  Extension 240 can be an integral portion of geometrically shaped head 242, or can be a male threaded fastener threadably coupled to geometrically shaped head 242.  Extension 240 is threadably received in a bore 244 of stepper motor 18′′′ which can be a female threaded bore.  Rotation of stepper motor 18′′′ co-rotates the motor portion containing bore 244 which threadably engages extension 240 to axially translate valve member 22′.
[0068] Referring to Figure 15, a flow control valve 310 includes a body 312 having a main body portion 314, a drive adapter 316 which can be releasably connected to the main body portion 314, and a valve actuator or operator in the form of a stepper motor 318 that is connected to the drive adapter 316. Optionally, a biasing element or spring 319 may be provided adjacent the main body portion 314 that is oppositely positioned with respect to the stepper motor 318. An end cap 320 may also be provided that is releasably connected to the main body portion 314. The end cap 320 is disposed over the biasing element 319 such that the biasing element 319 extends between the main body portion 314 and the end cap 320. According to further embodiments, drive adapter 316 can be an integral portion of main body portion 314.  The main body portion 314 is represented as having a substantially cylindrical shape allowing a plurality of the flow control valves 310 to be arranged in a side-by-side relationship; however, the disclosure is not limited to a specific valve body design. It should also be appreciated that the body 312 of the flow control valve 310 may be received in a valve block (not shown) that includes one or more fluid passageways. One or more fasteners 321 can be provided that couple the drive adapter 316 to the stepper motor 318. Further, it should be appreciated that stepper motor 318 can be remotely energized from a power source (not shown).
[0069] Referring to Figures 16 and 17, the flow control valve 310 also includes a valve member 322, which is slidably disposed within a body bore 324 of main body portion 314. Again, the valve member 322 may have a variety of shapes, including without limitation, a spool valve shape or a poppet valve shape. Valve member 322 is moveable along a longitudinal axis 326 of body 312.  Valve member 322 includes a first piston 328 having a first resilient seal member 330 such as an O-ring or a D-ring positioned in a first seal slot 332 which provides a fluid seal between the first piston 328 and a first cylinder wall 334. The first cylinder wall 334 is internally created within main body portion 314.  Valve member 322 is slidably positionable in a first direction and an opposite second direction by the driving force of stepper motor 318.  
[0070] Main body portion 314 further includes a first body end 335 having the first cylinder wall 334 created therein.  First piston 328 is slidably received in a first piston bore 336 of first body end 335 defined by first cylinder wall 334.  Valve member 322 can also include a second piston 338 having a second resilient seal member 340 similar to first resilient seal member 330 positioned in a second seal slot 342.  Second resilient seal member 340 provides a fluid pressure boundary between the second piston 338 and a second cylinder wall 346 created in a second body end 348 of main body portion 314.  According to several embodiments, a diameter of first piston 328 is substantially equal to a diameter of second piston 338, so that the directional forces from a pressurized fluid in the body bore 324 will “balance” or act equally and oppositely against equal exposed surface areas of first piston 328 and the second pistons 338. The valve member 322 of the present disclosure are therefore defined as pressure balanced designs. 
[0071] Seat engagement member 350 is an outward radial extension of valve member 322.  As shown in Figure 16, the valve member 322 can be positioned such that the seat engagement member 350 contacts a seat member 352 of main body portion 314 in the valve closed position, which isolates a pressurized fluid in an inlet port 354 from an outlet port 356. The inlet port 354 and the outlet port 356 extend through the main body portion 314 from the body bore 324 to a ported face 357 of the main body portion 314. According to several embodiments, seat engagement member 350 can be provided with a resilient material 358 over-molded onto seat engagement member 350.  Resilient material 358 provides a glandular fluid seal when contacting seat member 352.  When valve member 322 is moved in the second direction (as shown in Figure 17 after full motion), a flow passage 360 is created between seat engagement member 350 and resilient material 358 of seat member 352 permitting pressurized fluid flow from inlet port 354 to the first outlet port 356.  
[0072] The valve member 322 is pressure balanced in either the valve closed (Figure 16) or valve opened positions (Figure 17).  For example, in the valve closed position shown in Figure 16, pressurized fluid acting against seat engagement member 350 is equalized by the force of pressurized fluid acting on second piston 238 so the net axial force acting on valve member 322 is substantially zero from the pressurized fluid.  In the valve open position shown in Figure 17, a pressure balanced condition is also present when fluid is flowing through a partially to fully open flow control valve 310.  When flow passage 360 is open as shown in Figure 17, a pressure differential exists between inlet port 354 and first outlet port 356, however, fluid pressure acting on first piston 328 is substantially equal to the force of fluid pressure acting on a left hand side of seat engagement member 350, while fluid pressure acting on second piston 338 is substantially equal to the force of fluid pressure acting on a right hand side of seat engagement member 350 such that the net axial force acting to translate valve member 322 is substantially zero.  
[0073] Valve member 322 is coaxially translated with respect to the longitudinal axis 326 by a rotational force created by stepper motor 318.  In order to convert the rotational force created by stepper motor 318 to a longitudinal or axial driving force, the flow control valve 310 further includes a geometrically shaped valve head 362 positioned proximate to second piston 338 of the valve member 322 and at an opposite end of valve member 322 with respect to first piston 328.  According to several embodiments, the geometrically shaped valve head 362 is defined by at least one anti-spin feature 363a, 363b disposed along an otherwise cylindrical surface 365. In Figures 16 and 17, the anti-spin feature 363a, 363b includes at least one flat longitudinal face 363a, 363b, which more particularly includes two flat longitudinal faces 363a, 363b that are diametrically disposed on the geometrically shaped valve head 362. The otherwise cylindrical surface 365 of the geometrically shaped valve head 362 thus extends between the two flat longitudinal faces 363a, 363b in Figures 16 and 17.
[0074] The geometrically shaped valve head 362 is slidably received in a head receiving cavity 364 disposed in the drive adapter 316. The drive adapter 316 may have a two piece construction as shown in Figures 16 and 17, where one of the pieces defines the head receiving cavity 364 and the other piece is fastened to the stepper motor 318. In such a configuration, seals may be provided between the drive adapter 316 and the second body end 348 and between the drive adapter 316 and the stepper motor 318. However, it should be appreciated that alternative configurations are possible. For example, the drive adapter 316 may alternatively have a single piece construction (as shown in Figures 3 and 4). The head receiving cavity 364 is shaped to match the geometric shape of the geometrically shaped valve head 362 and can include at least one cavity face 366a, 366b that mates with the at least one anti-spin feature 363a, 363b of the geometrically shaped valve head 362. In Figures 16 and 17, the at least one cavity face 366a, 366b of the head receiving cavity 364 more particularly includes two cavity faces 366a, 366b that mate with the two flat longitudinal faces 363a, 363b, respectively. The two flat longitudinal faces 363a, 363b of the geometrically shaped valve head 362 and the two cavity faces 366a, 366b prevent axial rotation of the geometrically shaped valve head 362 with respect to the longitudinal axis 326 when driven by the rotational force of stepper motor 318. 
[0075] The stepper motor 318 may include a male threaded shaft 374 that is threadably received in a female threaded bore 376 created in the geometrically shaped valve head 362. The male threaded shaft 374 can be directly or indirectly connected to and rotatably driven by stepper motor 318. The male threaded shaft 374 is directly threadably received in female threaded bore 376 and is coaxially aligned with respect to the longitudinal axis 326 of the valve member 322.  Rotation of male threaded shaft 374 therefore directly axially drives the geometrically shaped valve head 362 based on a quantity of complete or partial revolutions of male threaded shaft 374, which are predetermined to move between either of the valve open or valve closed positions and can vary with a pitch of threads on the male threaded shaft 374 and the female threaded bore 376. As shown in Figures 16 and 17, the geometrically shaped valve head 362 may be detached (i.e. separate) from the valve member 322. Notwithstanding, the geometrically shaped head 362 abuts the valve member 322 such that the geometrically shaped valve head 362 drives the valve member 322 between the open position and the closed position. It should be appreciated that where the geometrically shaped valve head 362 is detached from the valve member 322, the biasing member 319 presses against the first piston 328 of the valve member 322 and therefore helps maintain contact between the valve member 322 and the geometrically shaped valve head 362. 
[0076] The axial position of the valve member 322 is repeatable based in part on the limited slip between the threads of male threaded shaft 374 and female threaded bore 376.  Biasing member 319 also biases the valve member 322 and thus the geometrically shaped valve head 362 to mitigate axial dimensional changes resulting from thread clearances and/or wear.  In addition, the previously described pressure balanced design of valve member 322 substantially eliminates a net-axial-force acting on valve member 322 due to the pressurized fluid in any of the operating positions of flow control valve 310 to further enhance the repeatability of the position of valve member 322. 
[0077] With reference to Figures 18 and 19, an adaptation of the flow control valve 310 of Figures 16 and 17 is illustrated. Like in Figures 16 and 17, the flow control valve 310 of Figures 18 and 19 includes a geometrically shaped valve head 362 that is detached from the valve member 322. However, the valve member 322 shown in Figures 18 and 19 differs in that the first and second pistons 328, 338 are spaced radially inwardly of the first cylinder wall 334 and the second cylinder wall 346. Accordingly, the first and second resilient seal members 330, 340 are radially elongated to form a diaphragm structure. The first and second resilient seal members 330, 340 in Figures 18 and 19 do not move with the valve member 322 and therefore do not slide along the first and second cylinder walls 334, 346 like in Figures 16 and 17. Instead, the ends of the first and second resilient seal members 330, 340 in Figures 18 and 19 are seated in the first and second seal slots 332, 342 of the valve member 322 and are secured to the main body portion 314 between the inlet port 354 and the drive adapter 316. As the stepper motor 318 drives the valve member 322 between the closed position (Figure 18) and the open position (Figure 19), the first and second resilient seal members 330, 340 flex to accommodate the translation of the valve member 322. To facilitate installation of the first and second resilient seal members 330, 340, the valve member 322 may have a three piece construction including a middle segment and two ends. As shown in Figures 18 and 19, the seat engagement member 350 extends radially outwardly from the middle segment and the two ends are attached to the middle segment by threaded connections. The first and second seal slots 332, 342 are disposed between the two ends and the middle segment of the valve member 322. The threaded connections between the two ends and the middle segment of the valve member 322 function to clamp the first and second resilient seal members 330, 340 to the valve member 322. In a similar fashion, the body 312 may have a three piece construction including the main body portion 314 and the two body ends 335, 348. The main body portion 314 defines the inlet and outlet ports 354, 356 of the body 312, the first body end 335 is disposed between the main body portion 314 and the biasing member 319, and the second body end 348 is disposed between the main body portion 314 and the driver adapter 316. As shown in Figures 18 and 19, the two body ends 335, 348 are attached to the main body portion 314 by threaded connections. The first and second resilient seal members 330, 340 are disposed between the two body ends 335, 348 and the main body portion 314 and the threaded connections between the two body ends 335, 348 and the main body portion 314 function to clamp the first and second resilient seal members 330, 340 to the body 312 of the flow control valve 310.
[0078] With reference to Figures 20 and 21, another adaptation of the flow control valve 310 of Figures 16 and 17 is illustrated. The structure of the body 312, the adapter 316, and the stepper motor 318 in Figures 20 and 21 is the same as that shown in Figures 16 and 17. However, the flow control valve 310 of Figures 20 and 21 differs in that the geometrically shaped valve head 362 is integral with the valve member 322, instead of being detached like in Figures 16 and 17. As Figures 20 and 21 illustrate, the geometrically shaped valve head 362 extends from the second piston 338 of the valve member 322. Again, the geometrically shaped valve head 362 includes two flat longitudinal faces 363a, 363b. The drive adapter 316 defines the head receiving cavity 364, which has two cavity faces 366a, 366b that mate with the two flat longitudinal faces 363a, 363b of the geometrically shaped valve head 362 to prevent rotation of the geometrically shaped valve head 362 about the longitudinal axis 326. Because the geometrically shaped valve head 362 is integral with the valve member 322, the two flat longitudinal faces 363a, 363b of the geometrically shaped valve head 362 and the two cavity faces 366a, 366b also prevent rotation of the valve member 322 about the longitudinal axis 326 as the stepper motor 318 translates the valve member 322 between the closed position (Figure 20) and the open position (Figure 21). By contrast, the valve member 322 in Figures 16 - 19 is detached from the geometrically shaped valve head 362 such that the valve member in Figures 16 - 19 can rotate about the longitudinal axis 326 independent of the geometrically shaped valve head 362, which cannot rotate because of the interaction of the two flat longitudinal faces 363a, 363b and the two cavity faces 366a, 366b. It should also be appreciated that the biasing member 319 in Figures 20 and 21 may be eliminated because the biasing member 319 is no longer needed to hold the valve member 322 in an abutting relationship with the geometrically shaped valve head 362. Since the valve member 322 is part of the geometrically shaped valve head 362, these two elements of the flow control valve 310 shown in Figures 20 and 21 necessarily move together. However, the biasing member may still be provided to mitigate axial dimensional changes resulting from thread clearance or wear between the male threaded shaft 374 and the female threaded bore 376.
[0079] With reference to Figures 22 and 23, an adaption of the flow control valve 310 of Figures 20 and 21 is illustrated. The structure of the body 312, stepper motor 318, valve member 322, and geometrically shaped valve head 362 in Figures 22 and 23 is the same as those shown in Figures 20 and 21. Accordingly, the valve member 322 is integral with the geometrically shaped valve head 362 such that the geometrically shaped valve head 362 moves together with the valve member 322 between the closed position (Figure 22) and the open position (Figure 23). However, the flow control valve 310 of Figures 22 and 23 differs in that the drive adaptor 316 has been modified. Although the drive adaptor 316 in Figures 22 and 23 still has a two piece construction, the seal between the drive adapter 316 and the second body end 348 and the seal between the drive adapter 316 and the stepper motor 318 have been eliminated.
[0080] With reference to Figure 24, the geometrically shaped valve head 362 and the head receiving cavity 364 defined by the drive adapter 316 are illustrated. From this partial exploded view, it can be appreciated that the two flat longitudinal faces 363a, 363b of the geometrically shaped valve head 362 slidingly engage the two cavity faces 366a, 366b when the geometrically shaped valve head 362 is received within the head receiving cavity 364. Accordingly, the geometric shape of the geometrically shaped valve head 362 and the matching shape of the head receiving cavity 364 allow the geometrically shaped valve head 362 to slide coaxially along the longitudinal axis 326 while preventing the geometrically shaped valve head 362 from rotating about the longitudinal axis 326 relative to the drive adapter 316 and thus the stepper motor 318. This helps ensure proper and repeatable translation of the valve member 322 between the closed position and the open position because all of the rotational motion of the stepper motor 318 is converted to axial motion of the geometrically shaped valve head 362 along the longitudinal axis 326. 
[0081] It should be appreciated that the geometrically shaped valve head 362 may have a different number of flat longitudinal faces than the two flat longitudinal faces 363a, 363b shown in Figures 16-24. For example, a single flat longitudinal face may be used, or alternatively, more than two flat longitudinal faces may be provided on the otherwise cylindrical surface 365. Further, other forms of the at least one anti-spin feature 363a, 363b may be employed. With reference to Figure 25, the at least one anti-spin feature 363a is in the form of a groove 363a that extends inwardly into the geometrically shaped valve head 362 from the otherwise cylindrical surface 365 and toward the female threaded bore 376. It should be appreciated that the geometry of the head receiving cavity 364 matches that of the geometrically shaped valve head 362 such that the geometrically shaped valve head 362 cannot rotate within the head receiving cavity 364. Stated another way, geometry of the head receiving cavity 364 may include a projection extending from the drive adapter 316 into the head receiving cavity 364 that is received in and that engages the anti-spin feature 363a of the geometrically shaped valve head 362 to prevent rotation of the geometrically shaped valve head 362 relative to the drive adapter 316. Of course, this configuration may be reversed, where the anti-spin feature 363a is a projection extending outwardly from the otherwise cylindrical surface 365 and the geometry of the head receiving cavity 364 includes a groove that receives the anti-spin feature 363a of the geometrically shaped valve head 362.
[0082] With reference to Figure 26, the at least one anti-spin feature 363a may alternatively have the form of a concave longitudinal face 363a disposed along the otherwise cylindrical surface 365 of the geometrically shaped valve head 362. The geometry of the head receiving cavity 364 again matches that of the geometrically shaped valve head 362 such that the geometrically shaped valve head 362 cannot rotate within the head receiving cavity 364. More specifically, the one or more cavity faces 366a, 366b of the head receiving cavity 364 may be complimentary in shape to the concave longitudinal face 363a. This complimentary cavity face of the head receiving cavity 364 abuts the concave longitudinal face 363a of the geometrically shaped valve head 362 to prevent rotation of the geometrically shaped valve head 362 relative to the drive adapter 316. 
[0083] Each of the flow control valves of the present disclosure provides variable flow control by incremental rotation of a stepper motor.  Incremental rotation of the stepper motor is translated into an axial translation of a valve member.  Also, as the valve member moves toward an open position, a pressure drop is created across the valve ports.  Because the bore in which the valve member is slidably received has equal diameters at the contact points of the valve member and valve body, each port section balances forces acting on the valve member.
[0084] Flow control valves of the present disclosure offer several advantages.  By providing pressure balanced poppet or spool designs for all the flow control valve embodiments, fluid pressure forces acting on the spool or poppet do not increase the operating force required from the stepper motors of the present disclosure.  The stepper motors therefore only have to overcome static friction and sliding friction forces during translation of the valve member.  The geometrically shaped heads provided with each of the valve members of the present disclosure preclude rotation of the valve members allowing the rotational force of the stepper motor to be directly translated to the valve member by a male threaded engagement shaft extending from the stepper motor which is directly threadably received in a female threaded bore of the valve member.  The male threaded shaft and the geometrically shaped head are positioned in an adaptor member positioned between the valve body and the stepper motor.  This design eliminates additional clutch members, key members, anti-rotational fasteners, and the like to prevent rotation of the valve member during translation.  
[0085] The foregoing description of the embodiments has been provided for purposes of illustration and description.  It is not intended to be exhaustive or to limit the invention.  Individual elements or features of a particular embodiment are generally not limited to that particular embodiment, but, where applicable, are interchangeable and can be used in a selected embodiment, even if not specifically shown or described.  The same may also be varied in many ways. Such variations are not to be regarded as a departure from the invention, and all such modifications are intended to be included within the scope of the invention.
1.     A flow control valve, comprising:
a body having a longitudinal axis, the body defining a body bore oriented coaxially with the longitudinal axis and a seat member that extends into the body bore, the body bore having a bore diameter;
a valve member slidably disposed in the body bore and oriented coaxially with the longitudinal axis, the valve member including: 
a valve head having a geometric shape defined by at least one anti-spin feature disposed along an otherwise cylindrical surface; 
a valve member having a cylindrical shape, the valve member being disposed in the body bore adjacent the valve head and having a seat engagement member that extends radially outwardly to selectively engage the seat member of the body during sliding motion of the valve member in the body bore; and
a threaded bore extending into the valve head;
a drive adapter connected to the body, the drive adapter including a head receiving cavity that is shaped to match the geometric shape of the valve head and that slidingly receives the valve head while preventing axial rotation of the valve head relative to the drive adapter and the body;
a stepper motor connected to the drive adapter, the stepper motor operating to axially rotate a shaft threadably engaged with the threaded bore of the valve head to axially displace the valve member; and
an inlet port and an outlet port extending through the body from the body bore to a ported face of the body, the inlet port and the outlet port being disposed on opposite sides of the seat member.
2.   The flow control valve of Claim 1, wherein the at least one anti-spin feature forming part of the geometric shape of the valve head includes a flat longitudinal face disposed along the otherwise cylindrical surface of the valve head.
3.   The flow control valve of Claim 2, wherein the head receiving cavity includes a cavity face that abuts the flat longitudinal face of the valve head to prevent axial rotation of the valve head.
4.   The flow control valve of Claim 1, wherein the geometric shape of the valve head includes two flat longitudinal faces disposed on opposite sides of the otherwise cylindrical surface of the valve head.
5.   The flow control valve of Claim 4, wherein the head receiving cavity includes two cavity faces that abut the two flat longitudinal faces of the valve head to prevent axial rotation of the valve head.
6.   The flow control valve of Claim 1, wherein the at least one anti-spin feature includes a groove disposed along the otherwise cylindrical surface of the valve head that engages the drive adapter to prevent rotation of the valve head relative to the drive adapter.
7.   The flow control valve of Claim 1, wherein the at least one anti-spin feature includes a concave face disposed along the otherwise cylindrical surface of the valve head that abuts a complimentary cavity face of the head receiving cavity to prevent rotation of the valve head relative to the drive adapter.
8.   The flow control valve of Claim 1, wherein the seat engagement member engages the seat member to define a closed position of the flow control valve.
9.     The flow control valve of Claim 8, wherein rotation of the shaft in a first direction longitudinally displaces the valve member in the body bore from the closed position to an open position of the flow control valve, and rotation of the shaft in an opposite second direction returns the valve member from the open position to the valve closed position. 
10.    The flow control valve of Claim 1, wherein the valve member further includes:
a first piston positioned at an opposite end of the valve member from the valve head; and
a second piston positioned between the seat engagement member and the at least one anti-spin feature of the valve head, the first and second pistons operating to seal against cylinder walls of the body as the valve member slidably moves in the body bore.
11.    The flow control valve of Claim 10, wherein the first and second pistons have substantially equal diameters such that a pressurized fluid acting oppositely against the first and second pistons results in balanced pressure forces acting on the valve member.
12.    The flow control valve of Claim 1, further comprising an electronic interface device receiving a command signal and converted by the electronic interface device to an output for operation of stepper motor.
13.    The flow control valve of Claim 12, further including an electronic interface housing having the electronic interface device disposed therein and an electrical connector sealing the electronic interface housing from the atmosphere and providing electrical connection for the flow control valve.  
14.    The flow control valve of Claim 1, wherein the valve member includes a resilient seal adjacent the valve head that slidably and sealingly engages the bore diameter of the body bore with a close tolerance fit to prevent fluid in the body bore from entering the head receiving cavity.
15.    The flow control valve of Claim 1, wherein the shaft of the stepper motor is a male threaded shaft that is connected to and extends from the stepper motor such that incremental rotation of the stepper motor rotates the male threaded shaft within the threaded bore of the valve head to incrementally translate the valve member in an axial direction along the longitudinal axis.
16.    The flow control valve of Claim 1, wherein the otherwise cylindrical surface of the valve head has a diameter that equals a diameter of the valve member adjacent the valve head.
17.    The flow control valve of Claim 1, wherein the drive adapter is releasably connected to the body.
18.    The flow control valve of Claim 1, wherein the drive adapter is integrally connected to the body and the valve head is slidably received in the head receiving cavity, the anti-spin feature of the valve head including two flat longitudinal faces on the otherwise cylindrical surface of the valve head and the drive adapter having two cavity faces that mate with the two flat longitudinal faces of the valve head to prevent rotation of the valve head about the longitudinal axis.
19.    The flow control valve of Claim 1, wherein the seat engagement member is at least partially made of a resilient material.
20.    The flow control valve of Claim 1, wherein the valve member has a poppet valve shape.
21.    The flow control valve of Claim 1, wherein the valve member has a spool valve shape.
22.    The flow control valve of Claim 1, wherein the valve member extends integrally from the valve head such that the valve head and the valve member are integrally connected with one another as part of the valve member.
23.    The flow control valve of Claim 1, wherein the valve member is detached from the valve head and is held in contact with the valve head by a biasing component that biases the valve member toward the valve head.
24.    The flow control valve of Claim 23, wherein the biasing component is a spring disposed between the body of the flow control valve and an opposite end of the valve member from the valve head.
25.    A flow control valve, comprising:
a body having a body bore oriented coaxially with a longitudinal axis of the body, the body bore having a bore diameter;
a valve member slidably disposed in the body bore and oriented coaxially with the longitudinal axis of the body, the valve member including:
a valve head and a valve body portion that are disposed within the body bore adjacent one another, the valve head having a threaded bore created therein and a geometric shape defined by at least one flat longitudinal face on an otherwise cylindrical surface; and
at least one seat engagement member that extends radially outwardly from the valve body portion and first and second pistons that are integrally connected with one another as part of the valve member, the first and second pistons having substantially equal diameters that create a close tolerance fit with the bore diameter such that a pressurized fluid acting oppositely against the first and second pistons is balanced;
a drive adapter including a head receiving cavity slidingly receiving the valve head of the valve member, the head receiving cavity having a shape that compliments the geometric shape of the valve head to prevent axial rotation of the valve head within the head receiving cavity;
a stepper motor connected to the drive adapter, the stepper motor rotating a shaft threadably engaged within the threaded bore of the valve head to move the valve member along the longitudinal axis in response to rotation of the shaft of the stepper motor; and
an inlet port and an outlet port extending through the body from the body bore to a ported face of the body that are operably opened and closed by the at least one seat engagement member in response to movement of the valve member along the longitudinal axis.
26.    A flow control valve, comprising:
a body having a body bore oriented coaxially with a longitudinal axis of the body and an end cap in contact with the body, the body bore having a bore diameter;
a valve member slidably disposed in the body bore and oriented coaxially with the longitudinal axis of the body, the valve member including:
a non-circular geometrically shaped head and a body portion, the non-circular geometrically shaped head having a threaded bore created therein; and
at least one radial outwardly extending seat engagement member and first and second pistons that are integrally connected with one another as part of the valve member, the first and second pistons having substantially equal diameters that create a close tolerance fit with the bore diameter such that a pressurized fluid acting oppositely against the first and second pistons is balanced;
a drive adapter including a head receiving cavity slidingly receiving the non-circular geometrically shaped head of the valve member and preventing axial rotation of the valve member; and
a stepper motor connected to the drive adapter, the stepper motor rotating a shaft directly engaged within the threaded bore of the valve member to axially translate the valve member.
27.    The flow control valve of Claim 26, wherein the body is a 2-way valve body including:
a seat member extending into the body bore; and
an inlet port and an outlet port disposed on opposite sides of the seat member, the at least one radial outwardly extending seat engagement member contacting the seat member in a valve closed position isolating the inlet port from the outlet port.
A flow control valve includes a body having a body bore oriented coaxially with a longitudinal axis of the body and a seat member extending into the bore.  A valve member is slidably disposed in the bore and oriented coaxially with the longitudinal axis of the body. The valve member includes a non-circular geometrically shaped head having a bore. A drive adapter includes a head receiving cavity slidingly receiving the geometrically shaped head of the valve member and preventing axial rotation of the valve member. A stepper motor is connected to the drive adapter, the stepper motor incrementally rotating a shaft engaged with the bore of the valve member. First and second equal diameter pistons of the valve member provide pressure balanced valve member operating positions.
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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