(57)【要約】  流体入口通路及び流体出口通路を定めるハウジングと、ハウジング内の軸に沿って移動し、この軸に沿って隔てられた第１及び第２の位置を有し、流体入口通路と流体出口通路の間に動作可能に配置されたバルブ部材とを含むモジュレータバルブアセンブリを提供する。このバルブ部材により、流体入口通路及び流体出口通路をハウジング内で流体連通させる可変サイズの開口部が少なくとも部分的に定められ、この開口部は、バルブ部材がその第１及び第２の位置にあるときにそれぞれ第１及び第２のサイズを有する。可逆モータの出力部の回転軸が、バルブ部材が移動する軸と実質的に一致する。モータ出力部とバルブ部材は、接合部の相対回転可能なネジ山付きの雄部分と雌部分によって動作可能に係合され、接合部の雄部分と雌部分のネジ山は相互に係合する。
2012532301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を中に入れる流体入口通路、及び流体を外に出す流体出口通路を定めるハウジングと、
前記ハウジング内の軸に沿って移動し、前記軸に沿って隔てられた第１の位置及び第２の位置を有し、前記流体入口通路と流体出口通路の間に動作可能に配置され、前記ハウジング内で前記流体入口通路と流体出口通路を流体連通させる可変サイズの開口部を少なくとも部分的に定めるバルブ部材であって、前記開口部が、前記バルブ部材がその前記第１の位置にあるときには第１のサイズを有し、前記バルブ部材がその前記第２の位置にあるときには異なる第２のサイズを有する前記バルブ部材と、
前記バルブ部材が移動する軸と実質的に一致する回転軸を有する可逆的に回転する出力部を有するモータと、
一方が前記モータ出力部に回転可能に固定され、他方に前記バルブ部材が軸方向に固定されて、前記モータ出力部と前記バルブ部材を動作可能に係合させ、これにより前記バルブ部材が前記モータ出力部の回転に応答して軸方向に移動するようにする相互に係合する相対回転可能なネジ山付きの雄部分及び雌部分を有する接合部と、を有し、
前記雄部分及び雌部分の前記ネジ山の各々が、第１の方向に略面する第１の表面と、第２の実質的に逆方向に略面する第２の表面とを有し、前記雄部分及び雌部分の一方の第１のネジ面が、前記雄部分及び雌部分の他方の第２のネジ面と常に接触するように付勢されることを特徴とするモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項２】
前記モジュレータバルブアセンブリは、前記開口部が存在せずに前記第１及び第２の流体通路が前記ハウジング内で流体連通しない、前記バルブ部材の前記位置により定められる完全に閉じた状態を有する請求項１記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項３】
前記開口部は、前記モジュレータバルブアセンブリの前記完全に閉じた状態を定める位置から前記バルブ部材がその移動軸に沿って動くことにより存在するようになる請求項２記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項４】
前記バルブ部材、及び前記接合部の雄部分及び雌部分のうちの軸方向に移動可能な一方が、前記ハウジングに対して実質的に回転しない請求項１記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項５】
更に、バネと、前記バルブ部材が移動する前記軸に沿って前記バネにより引き起こされる、前記接合部の雄部分と雌部分の間の力と、を有し、前記接合部の雄部分及び雌部分の一方の前記第１のネジ面が、前記バネにより引き起こされる力によって前記雄部分及び雌部分の他方の前記第２のネジ面と常に接触するように付勢される請求項１記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項６】
前記バルブ部材は、前記バネにより引き起こされる力により、前記軸に沿って前記モータから離れるように付勢される請求項５記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項７】
前記バネは、圧縮バネである請求項５記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項８】
前記圧縮バネは、前記バルブ部材が移動する前記軸の周りに配置されたコイルを含む請求項７記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項９】
更に、前記バルブ部材が移動する前記軸の周りの、前記モータと前記バルブ部材の間に配置された圧縮コイルバネを有する請求項１記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項１０】
前記バルブ部材は、バネシートを備え、前記バネの一端が前記バネシートと接触する請求項９記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項１１】
前記バルブ部材は、ヘッドを備え、前記ハウジングが、前記モジュレータバルブアセンブリの開いた状態のときに前記開口部が存在する通路を備え、前記バルブ部材のヘッドが前記通路と摺動係合し、前記モジュレータバルブアセンブリの完全に閉じた状態のときには前記開口部が存在しない請求項１記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項１２】
前記モジュレータバルブアセンブリの開いた状態のときに、前記バルブ部材のヘッドにより可変サイズの前記開口部が少なくとも部分的に定められる請求項１１に記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項１３】
前記バルブ部材のヘッドは、前記通路と摺動係合するとともに端部を定める円周面を有し、前記端部が、可変サイズの前記開口部を少なくとも部分的に定める請求項１１記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項１４】
前記バルブ部材のヘッドの円周面は、実質的に円筒形であり、前記通路の、前記ヘッドの円周面が摺動係合する部分が実質的に円筒形である請求項１３記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項１５】
前記開口部は、前記円筒形の通路部分に存在する請求項１４記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項１６】
前記通路は、前記開口部が位置する側壁を備え、前記通路を介した前記流体入口通路と流体出口通路の間の流体連通が、前記バルブ部材が第１の位置にあるときに前記バルブ部材のヘッドにより少なくとも部分的に遮断され、前記開口部の第１のサイズが、前記開口部の第２のサイズよりも小さい請求項１１記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項１７】
前記モジュレータバルブアセンブリが完全に閉じた状態にあるときに、前記通路を介した前記流体入口通路と流体出口通路の間の流体連通が完全に遮断され、前記開口部の第１のサイズが実質的にゼロである請求項１６記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項１８】
更に、複数の取り換え可能な管状部材のうちの選択された管状部材を有し、この選択された管状部材が、前記バルブ部材が移動する前記軸に沿って延び、前記選択された管状部材の内面が、前記通路を少なくとも部分的に定め、前記複数の管状部材の個々の異なる管状部材が前記複数の管状部材のうちの前記選択された管状部材の代わりとなる場合、前記複数の取り換え可能な管状部材の異なる管状部材の側壁が、前記開口部を部分的に定める異なる空隙を有し、これにより前記取り換え可能な管状部材が互いに区別される請求項１６記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項１９】
前記開口部は、前記バルブ部材が第１の位置にあるときの前記バルブ部材のヘッドに近い前記通路内の端部によって部分的に定められる形状を備え、前記開口部のサイズが、前記バルブ部材の第１の位置から前記バルブ部材の第２の位置へ向かう移動とともに増加する請求項１６記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項２０】
前記バルブ部材のヘッドは、前記通路と摺動係合するとともに端部を形成する円周面を備え、前記開口部が、前記バルブヘッドの端部により部分的に定められる請求項１９記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項２１】
更に、前記バルブ部材が移動する前記軸に沿って延びる管状部材を有し、前記管状部材の内面が、前記通路の少なくとも一部を定め、前記管状部材が、該管状部材の一端から該管状部材の反対端へ向けて延びる空隙を備えている請求項２０記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項２２】
前記空隙は、前記管状部材の一端の前記壁に食い込んだ切り込みである請求項２１記載のモジュレータバルブアセンブリ。
【請求項２３】
流体入口通路及び流体出口通路を有するハウジングと、
端部により定められる空隙を含んで両側に前記流体入口通路及び流体出口通路が位置する壁を有する、前記ハウジング内に取り外し可能に配置された取り換え可能な特徴的挿入物と、
前記ハウジング内に配置された、可変位置間で軸に沿って移動可能なバルブ部材であって、このバルブ部材の位置が、隣接する前記バルブ部材の位置間に共通の固定距離を保って前記軸に沿って連続的に配置される前記バルブ部材と、
出力部を有する可逆モータと、
前記バルブ部材と前記モータ出力部の間に配置されて前記モータ出力部と前記バルブ部材を動作可能に係合させる常にバックラッシュが発生しない接合部と、有し、
前記バルブ部材が前記壁と摺動係合し、前記空隙の端部及び前記バルブ部材が、前記流体入口通路と流体出口通路を互いに連通状態にする、可変位置の前記バルブ部材により部分的に定められる可変流量の領域サイズを有するポートを前記壁内に形成し、前記特徴的挿入物が、複数の取り換え可能な特徴的挿入物のうちの選択された１つであり、前記複数の取り換え可能な特徴的挿入物の各々が、前記複数の取り換え可能な特徴的挿入物の別の特徴的挿入物の前記空隙とは異なる空隙を有することを特徴とするモジュレータバルブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２００９年７月１日に出願された「バックラッシュ防止装置を有するモジュレータバルブアセンブリ」という名称の米国仮特許出願第６１／２２２，３３４号に対する優先権を主張するものであり、該特許出願はその明細書全体が引用により本明細書に明示的に組み入れられる。
【０００２】
本発明は、流体流を流体流路に沿って調整するためのモジュレータバルブアセンブリに関し、より詳細には、モジュレータバルブアセンブリ内のバルブの位置及び流体流を制御することに関する。
【背景技術】
【０００３】
ステップモータなどの制御可能に回転するモータがバルブ部材を線形に動かして、流体が流れるポート又は開口部を可変的に開く流体流モジュレータバルブアセンブリが知られている。バルブの位置及び動きは、開口部ひいてはバルブアセンブリを流体が流れることの許可、及びこの許可された流体の流れの調整を選択的に行うようにモータの作動を通じて制御される。可逆的回転モータの出力と、このような線形移動可能なバルブ部材とを、一方がモータの出力で回転するように固定され、他方が線形移動可能なバルブ部材に軸方向に固定された相互接続された雄部分と雌部分を有するネジ接合又はネジ結合を通じて動作可能に連動させることも知られている。このように、ネジ結合又はネジ接合によってモータの回転が線形のバルブの動きに変換され、バルブ部材が、モータ出力部の可逆的回転に応答して、開口部に関する異なる位置間で軸に沿って線形に往復する。
【０００４】
このような従来のバルブアセンブリに関する問題点は、モータをその最新の回転方向から反転させたときにある程度のバックラッシュが生じ、これがモータ出力の動きに対するバルブの動きの時間的遅延及びシステムヒステリシスをもたらし、これによりバルブ制御が損なわれる点である。これが起きるのは、雄／雌のネジ接合部が、バルブの移動中に一方向に摺動可能に係合される界接する一方のネジ山面の対と、バルブの移動中に逆方向に摺動可能に係合される界接する相手方のネジ山面の対とを有し、接合部の相互に係合するネジ山間の打ち付け又は間隙が、モータ出力の逆回転によってバルブが逆向きに線形移動する前にまず横の動きを必要とするからである。この横の動きを「バックラッシュ」と呼ぶことができる。
【０００５】
モータ出力とバルブ部材の間にこのようなネジ結合又はネジ接合を含む従来のモジュレータバルブアセンブリは、接合部のネジ山の雄部分と雌部分を選択的に整合させて、これらの相互に係合するネジ山間の間隙を最小にすることによりこの問題に対処してきた。換言すれば、相互にネジ山で係合された接合部の接続部分を、これらの相互に係合するネジ山の向かい合う側の界接面がある程度互いに近付いて打ち付けを最小にし、好ましくは相互にネジ山で係合する雄部分と雌部分の能力を損なわずに相対的に容易に回転し、従って相対的に軸方向に移動するように選択する。或いは、非常に厳密なネジ山の製造公差を維持して、選択的な整合を行わずに同様に打ち付けを最小にする。いずれの方法もコスト及び／又は時間がかかる処理であり、これでも依然として若干のバックラッシュが存在するので、遅延及びヒステリシスの問題に十分に対処するものではない。
【０００６】
さらに、モータ、バルブ部材、及び／又は介在するネジ結合部又はネジ接合部の調達が、バックラッシュが確実に最小になるようにこれらを組み立てることを困難にする場合がある。例えば、これらの構成部品を異なる企業が製造することで、ネジ山を厳密なネジの公差要件に選択的に整合又は準拠させるという調整が複雑になり、利便性が損なわれることがある。
【０００７】
従って、ネジ山の選択的な整合を採用せずに、又はより厳密なネジ山の製造公差を必要とせずに、より優れたバルブ制御を達成することが望ましい。
【０００８】
また通常、従来のモジュレータバルブアセンブリのポペットバルブは、入力の二次多項式又は対数関数に類似する出力応答を示す。このような出力応答を有するモジュレータバルブアセンブリを用いて流体流を制御すると、線形出力で最良に機能する最新のコントローラに問題が生じることがある。例えば、二次多項式を微分したとすると、直線を表す方程式が得られる。しかしながら、この直線の傾斜はゼロ以外であり、すなわちバルブアセンブリの出力応答は、バルブ部材の動き全体を通じた異なる位置において単位入力当たりの応答性が上下し、「利得」変動のあるモジュレータバルブアセンブリとして知られている現象が生じる。
【０００９】
しかしながら、モジュレータバルブアセンブリの単位入力当たりの出力応答が（一直線の傾斜した線で表される）線形になるように設計されている場合、そのバルブ部材の動きのあらゆる地点におけるその微分係数は一定になり、すなわち所与の単位入力に関するバルブアセンブリの出力応答は、バルブ部材の動きの範囲全体にわたって一定となり、つまりはモジュレータバルブアセンブリの利得が一定となる。モジュレータバルブアセンブリコントローラは、所与のエラーに対応するようにプログラムされる。しかしながら、バルブの動きのあらゆる地点で同じエラーが起きる可能性がある。従って、これらのコントローラは、一貫性のある制御しやすい出力応答を促進する一定の利得の場合に最もよく機能する。
【００１０】
しかしながら、たとえ一定の利得を達成しても、バルブアセンブリの出力応答は、例えば供給ライン圧力などの変数の影響を受ける可能性がある。このため、特定の状況で所望の性能を達成するようにバルブアセンブリの出力応答を調整することも必要である。
【００１１】
従って、一定の利得を有する能力はあるが、状況が許せばバルブアセンブリの出力応答を、その入力の一次関数から逸脱するように容易に調整できるモジュレータバルブアセンブリを提供することも望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、上述した問題点のうちの少なくとも１つを克服するモジュレータバルブアセンブリを提供することが有利である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は、モジュレータバルブアセンブリにおいて、相互に係合した雄部分と雌部分を有するネジ接合部を通じて動作可能に係合された回転可能モータの出力部と線形移動可能なバルブ部材の間のバックラッシュを排除することである。バックラッシュ防止装置が、バルブ部材に軸方向に固定された接合部の一方側のネジ山を、モータの回転方向に関係なく常にモータ出力部に回転可能に固定された接合部の一方側のネジ山に接して保持するように印加される付勢力を与え、これによりバルブ部材においてステップモータの回転方向の変化が迅速に実現され、この結果、出力ヒステリシスを排除する。
【００１４】
本発明の別の目的は、モジュレータバルブアセンブリの出力応答を、その設置、使用及び用途に特化した状況に与える影響を考慮するように容易に調整できるようにして所望の性能を達成することである。出力応答は、モジュレータバルブアセンブリのハウジング内に取り外し可能に配置された複数の取り換え可能な管状部材のうちの１つとすることができる特徴的挿入物の選択を通じて変更することができ、この特徴的挿入物の円柱軸は、流体が流れる管状部材の壁にある開口部又はポートの領域サイズを形成及び変更してバルブ入力ステップに合わせたバルブアセンブリの出力応答をもたらすように管状部材内で移動するバルブの移動軸と同一直線上にある。選択された特徴的挿入物は、線形又は非線形の出力応答を生成するとともに、例えば供給ライン圧力などの、所望の性能を達成する上で性能に影響を与える因子に対応するように調整できる開口部又はポートの形状又は輪郭を提供することができる。本発明により、特徴的挿入物の迅速かつ容易な取り外し、及び異なる開口部又はポートの形状及び／又はサイズを提供するものとの取り換えが促進される。
【００１５】
モジュレータバルブに複数の異なる特徴的挿入物を提供することに加え、又はこれに代えて、バルブ部材の最小及び最大の終点を、バルブ部材が管状挿入部材に沿って開いた位置へ向けて動き、ストローク終点が、制御信号の規模を調整する動きの範囲の限界を定めるようにユーザが選択的に調整することにより、バルブの出力応答を変更することができる。ストローク中の最小限及び最大限開いた位置の終点の調整を一定の供給ライン圧力に適宜一致させて、又は供給ライン圧力への対応する調整とともに使用して、所望の出力特性をもたらすことができる。例えば、供給ライン圧力を高めてバルブの最大に開くストローク終点を減少させると、供給ライン圧力を下げて最大バルブストロークを大きくすることにより実現できる最大出力と同じ最大出力を達成することができるが、出力特性はより線形になる。基本的に、バルブを「対数的」出力特性の狭い部分に対して動作させ、動作範囲にわたって勾配変化をそれほど受けないようにすることができる。最小と最大の間で調整可能な開ストローク終点の位置は、モータ制御機能を通じて容易に円滑化することができる。
【００１６】
本発明は、流体を中に入れる流体入口通路、及び流体を外に出す流体出口通路を定めるハウジングと、ハウジング内の軸に沿って移動し、この軸に沿って隔てられた第１の位置及び第２の位置を有する、流体入口と出口通路との間に動作可能に配置されたバルブ部材とを含むモジュレータバルブアセンブリを提供する。このバルブ部材により、ハウジング内で流体入口通路と流体出口通路を流体連通させる可変サイズの開口部が少なくとも部分的に形成され、この開口部は、バルブ部材がその第１の位置にあるときには第１のサイズを有し、バルブ部材がその第２の位置にあるときには第２のサイズを有する。モジュレータバルブアセンブリは、バルブ部材が移動する軸と実質的に一致する回転軸を有する可逆的に回転する出力部を有するモータと、モータ出力部とバルブ部材を動作可能に係合させるネジ山付きの雄部分及び雌部分を有する接合部をとさらに含む。接合部の雄部分及び雌部分のネジ山が相互に係合し、この接合部の雄部分及び雌部分は相対回転可能である。雄部分及び雌部分の一方は、モータ出力部に回転可能に固定され、バルブ部材は、接合部の雄部分及び雌部分の他方に軸方向に固定され、これによりバルブ部材がモータ出力部の回転に応答して軸方向に移動する。雄部分及び雌部分のネジ山の各々は、第１の方向に略面する第１の表面と、第２の実質的に逆方向に略面する第２の表面とを有し、雄部分及び雌部分の一方の第１のネジ面は、雄部分及び雌部分の他方の第２のネジ面と常に接触するように付勢される。
【００１７】
本発明はまた、流体入口通路及び流体出口通路を有するハウジングと、端部により定められる空隙を含んで両側にこの流体入口通路及び流体出口通路が位置する壁を有する、ハウジング内に取り外し可能に配置された取り換え可能な特徴的挿入物とを含むモジュレータバルブアセンブリも提供する。このモジュレータバルブアセンブリは、ハウジング内に配置された、可変位置間で軸に沿って移動可能なバルブ部材をさらに含み、このバルブ部材の位置は、隣接するバルブ部材の位置間に共通の固定距離を保って軸に沿って連続的に配置される。モジュレータバルブアセンブリは、出力部を有する可逆モータと、バルブ部材とモータ出力部の間に配置されてモータ出力部とバルブ部材を動作可能に係合させる常にバックラッシュが発生しない接合部とをさらに含む。バルブ部材は壁と摺動係合し、空隙の端部及びバルブ部材は、流体入口通路と流体出口通路を互いに連通状態にする、可変位置のバルブ部材により部分的に定められる可変流量の領域サイズを有するポートを壁内に形成する。特徴的挿入物は、複数の取り換え可能な特徴的挿入物のうちの選択された１つであり、この複数の取り換え可能な特徴的挿入物の各々は、この複数の取り換え可能な特徴的挿入物のうちの別の特徴的挿入物の空隙とは異なる空隙を有する。
【００１８】
本発明のさらなる態様は、以下に示す詳細な説明から明らかになる。なお、特定の例についての詳細な説明は、本発明の好ましい実施形態を示すものではあるが、例示を目的とするものにすぎず、本発明の範囲を限定することを目的とするものではない。
【００１９】
本発明のその他の利点は、以下の詳細な説明を添付図面と併せて参照することによりさらによく理解され、容易に評価されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の１つの実施形態によるモジュレータバルブアセンブリの外観の斜視図である。
【図２】図１のモジュレータバルブアセンブリの側面図である。
【図３】図１のモジュレータバルブアセンブリの、流体入口通路を覗き込む端面図である。
【図４】図１のモジュレータバルブアセンブリの、流体出口通路を覗き込む端面図である。
【図５】完全に閉じた状態のモジュレータバルブアセンブリを図３の線５−５に沿って切り取り、そのバルブ部材を淡い線で示す断片化した部分的断面斜視図である。
【図６】完全に開いた状態のモジュレータバルブアセンブリを図３の線６−６に沿って切り取り、そのバルブ部材を淡い線で示す断片化した部分的断面斜視図である。
【図７】完全に閉じた状態のモジュレータバルブアセンブリを図３の線７−７に沿って切り取り、そのバルブ部材を淡い線で示す断片化した断面図である。
【図８】モータ出力部とバルブ部材を動作可能に係合させる接合部又は結合部の相互に係合するネジ山を示す、図７の領域８の拡大断片図である。
【図９】モジュレータバルブアセンブリが開いた状態にある第１の位置のバルブ部材を示す、図７の拡大断片図である。
【図１０】モジュレータバルブアセンブリが開いた状態にある第２の位置のバルブ部材を示す、図７の拡大断片図である。
【図１１】モジュレータバルブアセンブリが完全に開いた状態にある第３の位置のバルブ部材を示す、図７の拡大断片図である。
【図１２】図１〜図１１のモジュレータバルブアセンブリから取り外した例示的な特徴的挿入物の斜視図である。
【図１３】図１２の特徴的挿入物の線１３−１３に沿って切り取った断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
複数の図にわたり、対応する参照文字は対応する部品を示す。本発明は、様々な修正及び代替の形態が可能であるが、図面にはその特定の実施形態を一例として示し、本明細書ではこれらについて詳細に説明する。しかしながら、図面及び以下の詳細な説明は、開示する特定の形態に本発明を限定することを意図するものではなく、むしろ添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の思想及び範囲内にある全ての修正、同等物及び代替手段を含むことを意図するものであると理解されたい。
【００２２】
さらに、これらの図は、必ずしも縮尺通りに又は同じ縮尺で描いていない。具体的には、要素の特徴を強調するために、図の要素の一部の規模を大きく誇張していることがある。複数の図に示す同様に構成できる要素については、同じ参照番号を用いて示している。
【００２３】
以下の好ましい実施形態の説明は全くの例示にすぎず、決して本発明及びその用途を限定する目的のものではない。
【００２４】
図１〜図４には、流体入口通路２４及び流体出口通路２６を有するハウジング２２を含むモジュレータバルブアセンブリ２０の外観を示しており、これらの通路は、ハウジング２２内で互いに選択的及び可変的に流体連通している。通路２４に入って通路２６から出る、モジュレータバルブアセンブリ２０を通る流体流の方向を矢印２５及び２７によって示しており、通常、入口通路２４における流体の上流圧は、出口通路２６における下流圧よりも高い。入口及び出口通路２４、２６の内部にはネジ山（図示せず）を設けることができ、これにより上流及び下流の流体管（図示せず）への嵌合接続部を通常の周知の態様で形成することができる。
【００２５】
完全に閉じた及び完全に開いた状況又は状態のモジュレータバルブアセンブリ２０を様々に示す図５〜図７を参照して分かるように、バルブアセンブリは、流体入口通路２４と流体出口通路２６の間に位置する、通路３２内の軸３０に沿って線形移動可能な（全ての図に淡い線で示す）やや円筒形のバルブ部材２８をさらに含む。細長いバルブ部材２８の中心軸は、軸３０と一致する。モジュレータバルブアセンブリ２０が開いた状態に移行すると、可変サイズの開口部又はポート３４（図６）が形成され、流体はここを通って通路３２へ、及び通路２４と２６の間へ流入することができる。モジュレータバルブアセンブリ２０が完全に閉じた状態のときには、入口通路２４と出口通路２６は通路３２を介して互いに流体連通しておらず、開口部又はポート３４は存在しない。換言すれば、入口通路２４と出口通路２６が通路３２を介して互いに流体連通していない完全に閉じた状態では、開口部又はポート３４のサイズは実質的にゼロであり、すなわち流体を通路２４と２６の間に流すことができる開口部３４は存在しない。
【００２６】
モジュレータバルブアセンブリハウジング２２は、バルブ部材２８の下方のハウジング２２の本体３７に密封及び取り外し可能に取り付けられたカバー３６をさらに含む。バルブ部材２８の上方のハウジング本体３７には、モータマウント３８が密封可能に取り付けられる。モータマウント３８には、可逆的に回転可能な出力部４４（図６）を備えたロータを有するステップモータ４０が取り付けられる。モータ出力部４４は、以下でさらに説明する、モータ４０とバルブ部材２８の間に配置されたネジ接合部又はネジ結合部４２の雄部分である可逆的に回転可能なネジ山付きシャフト４６の構成を有し、又はこれを含む。従って、結合部４２の雄部分４６は、モータ出力部４４に回転可能に固定される。
【００２７】
バルブアセンブリ２０は、ネジ式モータシャフト４６を受け入れるネジ穴５０（図７）を備えた、ネジ接合部又はネジ結合部４２の雌部分である略円筒形のバルブ軸４８をさらに含む。バルブ軸４８は、モータシャフト４６による回転に抗して及びモータ４０のハウジング伸張部５４に対して固定され、モータシャフト４６の回転に対応して軸３０に沿って線形移動する。バルブ軸４８は、モータハウジング伸張部５４の穴５２内に摺動可能に配置される。モジュレータバルブアセンブリ２０で使用するためのモータ４０は、例えば郵便番号４５３７７、米国オハイオ州のバンデーリア、８０１  Ｓｃｈｏｌｚ  Ｄｒｉｖｅに所在するＳａｉａ−Ｂｕｒｇｅｓｓ  ＵＳＡ社（ｗｗｗ．ｓａｉａ−ｂｕｒｇｅｓｓｕｓａ．ｃｏｍ）などのモータ供給業者から、ハウジング伸張部５４内に配置され出力シャフト４６上に螺合されたバルブ軸４８を含む部分組立品として入手することができる。モジュレータバルブアセンブリ２０の最終組み立て中にモータ４０を固定することができるモータマウント３８には、モータハウジング伸張部５４が挿入される穴５６が設けられ、この穴５６を使用して、モータハウジング伸張部５４及びバルブ軸４８が軸３０に対して同軸上に配置される。
【００２８】
バルブ部材２８の軸方向上端には、バルブ軸４８の軸方向に延びるネジ山付きシャフト部６０を受け入れるネジ穴５８が中心に設けられる。バルブ部材２８及びバルブ軸４８は、穴５８とシャフト部６０のネジ係合を通じて相対移動しないようにともに固定される。穴５８とシャフト部６０のネジ山には、ＬＯＣＴＩＴＥ（商標）などのネジ接着剤を塗布して、バルブ軸４８とバルブ部材２８の固定関係を確実にすることができる。
【００２９】
バルブ部材２８の軸方向上端には、ネジ穴５８の周りに配置された中心部環状バネシート６２が形成され、この平面バネシート６２は、径方向外向きに及び軸３０に対して垂直に延びる。図７に最もよく示すように、バネシート６２の外径は、モータマウント３８の穴５６内に受け入れられるようにサイズ決めされる。
【００３０】
圧縮バネ６４は、モータハウジング伸張部５４及び軸３０の周りに配置され、一端がバネシート６２と当接し、反対端がモータハウジング伸張部５４の周囲に形成された環状モータハウジングの肩部６６と当接する略円筒形のコイルバネである。図５〜図７を参照して最も良く分かるように、圧縮バネ６４は、バルブ部材２８をモータ４０から離れるように促す下向きの力を軸３０に沿ってバルブ部材２８上に絶えず与える。
【００３１】
ここで図８を参照すると、モータ出力部４４とバルブ部材２８を動作可能に係合するネジ接合部又はネジ結合部４２は、モータ出力部４４の一部に回転可能に固定された、又はモータ出力部４４を形成する、接合部４２の雄部分を形成するシャフト４６のネジ山７０と、バルブ部材２８に軸方向に固定された、接合部４２の雌部分を形成するバルブ軸４８の穴５０のネジ山７２とを含み、ネジ山７０と７２は相互に係合する。シャフト４６とバルブ軸４８の間の相対回転に応答して、これらのネジ山７０及び７２、従ってシャフト４６及びバルブ軸４８自体が軸３０に沿って相対的に軸方向に移動し、ハウジング２２内のバルブ部材２８の線形移動をもたらす。上述したように、バルブ軸４８は、モータハウジング伸張部５４内に、例えばこれらの間の有鍵の軸方向摺動係合によって回転に抗して固定されており、従ってモータ出力部４４の可逆的回転により、バルブ部材２８が回転することなくハウジング２２内の軸３０に沿って可逆的に線形移動するようになる。
【００３２】
さらに図８を参照すると、モータ出力シャフト４６のネジ山７０は、一般に矢印Ａ１によって示す第１の上向き方向に面する第１の螺旋面７４と、一般に矢印Ａ２によって示す第２の下向き方向に面する第２の反対螺旋面７６とを有する。バルブ軸の穴５０のネジ山７２は、一般に矢印Ａ１によって示す第１の上向き方向に面する第１の螺旋面７８と、一般に矢印Ａ２によって示す第２の下向き方向に面する第２の反対螺旋面８０とを有する。モジュレータバルブアセンブリ２０では、これらの螺旋面は、軸３０に対して傾いてはいるが、一般にこの軸に沿った上向き又は下向き方向のいずれかに面していると理解すべきである。
【００３３】
圧縮バネ６４は、矢印Ａ１及びＡ２によって示す逆向きの第１及び第２の方向にそれぞれ同じ付勢力ＦＢを与える。これらの力が、ネジ山７０の第１の表面７４をネジ山７２の第２の表面８０と常に当接するように付勢する。バルブ動作の全ての状態において、及びモータ出力部４４の回転方向に関係なく、表面７４と８０は当接（又は相対的に移動するときには摺動可能に当接）したままとなり、当接面７４及び８０を通じて接触したままのネジ山７０及び７２が分離することは決してない。従って、従来のモジュレータバルブアセンブリで生じるバックラッシュは、通常これらのモータ出力部が以前の回転方向から逆転したときに発生するが、モジュレータバルブアセンブリ２０ではこれが排除される。このように、接合部又は結合部４２には、バネ６４と、このバネ６４を間で作動させるバネシート６２及び肩部６６と、接合部又は結合部４２の雄／雌部分のネジ山７０、７２の相互係合面とを含むバックラッシュ防止装置が備わる。当業者であれば、別の方法として、このバックラッシュ防止装置を、ネジ山７２の第１の表面７８をネジ山７０の第２の表面７６と常に当接（又は摺動可能に当接）するように維持する付勢力を与えて同様のバックラッシュ防止効果をもたらすように構成できることを認識するであろう。従って、モジュレータバルブアセンブリ２０では、従来技術のモジュレータバルブアセンブリで行われるような、遅延及びヒステリシスを最小限に抑えるために結合部又は接合部４２のネジ山の厳密な製造公差を選択的に整合させる又は維持する必要性がなくなる。
【００３４】
当業者であれば、図７及び図８を参照すると、モジュレータバルブアセンブリ２０を流れる流体の方向、相対的な上流及び下流の流体圧、並びにバルブ部材のバネシート６２の狭い環状の裏面８１とバルブ部材のヘッド８２の略上向きに面したより広い環状の表面８３の相対的サイズにより、バルブ部材２８を軸３０に沿って下向きに押し付け、従ってネジ山７２の第２の表面８０を接合部４２のネジ山７０の第１の表面７４と接触するように付勢する傾向がさらにある程度高まることを理解するであろう。この構成では、バルブ部材２８をモータ４０から離れるように促す軸３０に沿った追加の下向きの付勢力が流体自体によってバルブ部材２８に作用し、これによりバネ６４によって与えられる付勢力を補完して接合部４２におけるバックラッシュの排除をさらに後押しする。
【００３５】
再び図５〜図７を参照すると、バルブ部材２８上に形成された円形バルブヘッド８２は、その最下端に平面状の軸方向端面８６によって形成された円筒形の円周面８４を有する。円筒面８４の逆側の最上端の環状表面８３との接合点は、（図７及び図９〜図１１に点線で示す）円形端部８８によって定められる。円筒面８４には、中に帯状シール９２が配置された円周溝９０が任意に設けられる。帯状シール９２が存在する場合、この帯状シール９２の上端が、バルブヘッド８２内に（やはり図７及び図９〜図１１に点線で示す）別の円形端部９３を定める。
【００３６】
バルブヘッド８２の軸方向端面８６からは、終端又は先端９６を有する突起部９４が軸３０に沿って突出する。バルブ部材２８がその最大の完全に開いた位置にある場合、先端９６は、カバー３６の内面９８と当接係合するようになる。すなわち、バルブ部材２８のモータ４０から離れる方向の動きは、先端９６とカバー表面９８の当接係合により制限される。
【００３７】
ハウジング２２内には、通路３２を部分的に定める管状部材１００が配置され、この管状部材１００は対抗する軸方向端面１０２及び１０４を有し、これらの間にバルブヘッド８２の円筒面８４及び／又はシール９２と摺動可能に密封係合する内部円筒側壁面１０６が定められる。モジュレータバルブアセンブリ２０がその完全に閉じた位置（図６及び図７）にある場合、任意の溝９０及び帯状シール９２が、バルブヘッド８２と円筒側壁面１０６の間の密封係合を高め、通路２４及び２６の間の流体流を防ぐことをさらに確実にする。通路３２の一部を定める表面１０６を有する管状部材１００は、そのネジ山１０８とハウジング本体３７内に設けられたネジ山１１０との密封係合を通じてハウジング２２内に固定される。
【００３８】
管状部材１００には、その壁に食い込んだ空隙又は切り込み１１２が備わり、空隙１１２の一方の端部は、管状部材１００の下側軸方向端面１０４に対して開く。従って、空隙又は切り込み１１２は、管状部材１００の軸方向端面１０４から環状の軸方向端面１０２へ向けて延びる。
【００３９】
空隙又は切り込み１１２の形状は、流れ及びその調整に影響を与える因子を考慮して、所望のモジュレータバルブアセンブリの出力応答を達成するように選択、形成又は計算され、例えば略矩形、（図示のように）略三角形、又はモータ出力部４４のある位置から次の位置までの対応する段階的角移動に応答する、バルブ部材２８の軸３０に沿った各段階的線形移動であると定められる又はこれに正比例すると定められる入力単位に所望の出力応答を提供すると判断される、上述したバックラッシュ防止装置が迅速であること及びヒステリシスを伴わないことを保証する他のいずれの形状であってもよい。
【００４０】
管状部材１００の図示の三角形の空隙１１２は例示にすぎない。矩形の空隙は、バルブ部材２８の増分的線形移動に対してより線形のモジュレータバルブアセンブリの出力応答（従って実質的に一定の利得）を生み出すと思われるが、上述したように、管状部材１００では、所望の性能を達成するために、空隙１１２（及び従ってポート３４）を定める端部を、モジュレータバルブアセンブリの設置、使用及び用途に特化した状況に照らして所望の出力応答をもたらすと判断されるあらゆる形状に合わせることができる。図示の実質的に三角形の形状の端部を定める空隙１１２は、角度θにより分離された両辺１１６及び１１８の交点により形成される頂点１１４と、別様に環状である軸方向表面１０４の開いた部分１２０により定められる底辺とを有し、二次多項式とすることができるモジュレータバルブアセンブリの出力応答を提供する。
【００４１】
例示目的で図９を参照すると、当業者であれば、バルブヘッドの円形端部８８（又は任意に帯状シール９２の上端９３）が空隙端部１２２よりも距離Ｄ１だけ下側に位置する場合、頂点１１４の近くの端部を形成する空隙１１２の最上部１２２が、バルブ部材２８の第１の段階的位置に軸３０に沿って直接対応する（図９に影を付けて示す）初期サイズのポート３４を示し、これを通じて通路２４と２６が通路３２を介して流体連通することを理解するであろう。このバルブ位置では、バルブ部材の突起部９４の先端９６は、カバーの内面９８から上に距離Ｌ１だけ離れている。
【００４２】
図１０に示す、バルブ部材２８の軸３０に沿った次の増分的段階位置に到達する際には、距離Ｄ１が距離Ｄ２に一定の増分量だけ増加し（及び距離Ｌ１が距離Ｌ２に増加し）、（影を付けて示す）ポート３４が対応して拡大している。
【００４３】
図１１に示す、バルブ部材２８の軸３０に沿ったさらに次の増分的段階位置に到達する際には、距離Ｄ２が距離Ｄ３に一定の増分量だけさらに増加し（及び距離Ｌ２がゼロに減少して先端９６がカバー内面９８と当接し）、ポート３４（斜線で示す）が、対応して管状部材１００である特徴的挿入物によりもたらされる最大面積に拡大している。
【００４４】
管状部材１００は、各々がモジュレータバルブアセンブリ２０内で（ポート３４の流れ領域の変化などの）入力単位当たりの異なる出力応答（例えば、Ｄ１とＤ２の間又はＤ２とＤ３の間の軸３０に沿った一定の増分的移動量）を容易にする、その空隙１１２のサイズ及び形状により区別される複数の取り換え可能な特徴的挿入物の１つとすることができる。図示の管状部材１００を、側壁の空隙形成端部が異なる別のものに置き換えることにより、バルブアセンブリの出力応答を、設置、使用及び用途に特化した状況に対応するように調整して所望の性能を達成することができる。ある特徴的挿入物を別のものに置き換える場合には、（図２〜図４に示すように複数のネジ１２４で適所に保持された）ハウジング本体３７からカバー３６を取り外し、ハウジング本体３７からネジ式管状部材１００のネジを外してハウジング２２からこれを取り外し、空隙のサイズ又は形状が異なる選択した交換用管状部材を取り付け、カバー３６を再び取り付けることが必要となる。
【００４５】
モジュレータバルブ２０に複数の異なる特徴的挿入物１００を提供することに加え、又はこれに代えて、バルブ部材２８の最小及び最大の終点を、バルブ部材２８が管状挿入部材１００に沿って開いた位置へ向けて動き、ストローク終点が、制御信号の規模を調整する動きの範囲の限界を定めるようにユーザが選択的に調整することにより、バルブの出力応答を変更することができる。ストローク中の最小限及び最大限開いた位置の終点の調整を一定の供給ライン圧力に適宜一致させて、又は供給ライン圧力への対応する調整とともに使用して、所望の出力特性をもたらすことができる。例えば、供給ライン圧力を高めてバルブの最大に開くストローク終点を減少させると、供給ライン圧力を下げて最大バルブストロークを大きくすることにより実現できる最大出力と同じ最大出力を達成することができるが、出力特性はより線形になる。基本的に、バルブを「対数的」出力特性の狭い部分に対して動作させ、動作範囲にわたって勾配変化をそれほど受けないようにすることができる。最小と最大の間で調整可能な開ストローク終点の位置付けは、モータ制御機能を通じて容易に円滑化することができる。
【００４６】
例示的な実施形態を参照しながら本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更を行い得ること、及び本発明の要素の代わりに同等物を使用できることを理解するであろう。また、本発明の基本的範囲から逸脱することなく、特定の状況又は流体媒体の種類を本発明の教示に適合させるべく多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施するために想定される最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に入る全ての実施形態を含むことが意図される。
【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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【国際調査報告】
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