专利名称：先导式控制阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及适用于空调机等的制冷循环的控制阀，尤其是涉及能任意细微地调节阀开 度(开口面积)的先导式控制阀。
背景技术：
例如，在针对一台室外机具有多台室内机的多联式空调机中，作为能合适地设置在室 外机与室内机之间的控制阀已知有下述专利文献l等记载的作为先导阀使用了电磁阀的先 导式控制阀。上述先导式控制阀通常具有主阀和电磁式先导阀，上述主阀具有形成有导入导出制冷 剂的阀室的阀本体、滑动自如地嵌插在该阀本体内并能与设置在上述阀本体上的主阀座接 触、分离的主阀芯，上述主阀芯始终受到压縮螺旋弹簧朝上方(开阀方向)的施力。另外， 上述电磁式先导阀(的分隔构件)密闭固定在主阀上部以封闭上述阀本体的上面开口。在上述阀本体内，在主阀芯与主阀座之间形成有上述阀室，主阀芯与上述电磁式先导 阀(的分隔构件)之间分隔出背压室。在上述主阀芯上形成有上下贯通的先导通路，上述电磁式先导阀的阀芯与设置在该先 导通路上端部的先导阀座(阀口)接触、分离。此外，在上述主阀芯或阀本体等上形成有 均压通路以连通上述阀室和背压室。在如此构成的先导式控制阀中，在没有向电磁式先导阀通电时先导阀的阀芯在先导阀 内的关阀弹簧的施力下关闭先导阀座，且先导阔的阔芯将主阀芯朝下方(关阀方向)推压， 从而主阀也成为关闭状态。因此，此时，导入阀室内的高压制冷剂无法向出口导出，但该 高压制冷剂通过上述均压通路导入背压室，因而背压室也成为高压，用力地将主阀芯推压 在主阀座上。另一方面，从上述关闭状态对电磁式先导阀通电，则先导阀芯被提起而离开先导阀座， 先导阀打开。由此，背压室的制冷剂通过先导通路向出口导出，背压室的压力下降，压縮 螺旋弹簧的施力等上推主阔芯的力(开阀的力)克服下压主阀芯的力(关阀的力)，主阀 芯被上推，主阀打开。
专利文献l:日本专利特开昭64 — 3177号公报如上所述的现有的先导式控制阀中，具有只要打开小口径的先导阀就可联动地打开大 口径的主阀，因而能以小的驱动力开闭大口径的主阀等的优点，但由于作为先导阀使用了 电磁阀，因而存在以下缺点。g卩，实际上只能得到全关状态和全开状态这两个位置，无法 细微地调节阀开度(开口面积)。另外，在打开主阀之前只打开先导阀的开口面积，故阀 整体的开口面积小，均压花费时间，响应不太好。此外，打开主阀时，开口面积一下子增 大，流量急剧变化从而发生震耳的噪声。发明内容有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能任意且细微地调节阔开度并可有效地抑制噪 声发生、还能得到良好的响应性和动作稳定性以及控制特性等的先导式控制阀。为了实现上述目的，本发明的先导式控制阀基本上利用电动机驱动先导阀芯开闭，由 主阀芯与该先导阀芯联动地开闭主阀口，所述主阀芯成为具有大直径部和小直径部的截面 呈倒凸字形的活塞型，并且所述主阀芯跟随所述先导阀芯朝开阀方向的移动而朝开阀方向 移动。对于更具体的较佳形态，本发明的先导式控制阀，具有主阀及电动式先导阀，所述主 阀包括形成有导入导出流体的阀室的阀本体；以及滑动自如地嵌插在该阀本体内以对设 置在所述阀本体上的主阀口进行开闭的、具有大直径部和小直径部的、截面呈倒凸字形的 活塞型主阀芯，所述电动式先导阀包括安装成封闭所述阀本体上面开口并与所述主阀芯 之间分隔出背压室的分隔构件；以及对设置在所述主阀芯上的先导阀口进行开闭的先导阀 芯，所述电动式先导阀设有将所述阀室和所述背压室连通的均压通路，利用压縮螺旋弹簧 对所述主阀芯始终朝开阀方向施力，并且使所述主阀芯跟随所述先导阀芯朝开阀方向的移 动而朝开阀方向移动。较佳形态的先导式控制阀，所述主阀芯的大直径部的外径为所述主阀口的口径的1.5 至3倍。g卩，如图6例示的打开主阀所需的先导阀的(阀口的)开口面积那样，若主阀芯的 大直径部的外径小于主阀口的口径的1.5倍程度，则其倍率越小所需的先导阀的开口面积 以陡峭的斜率增大。这意味着上述倍率越小，需要的先导阀、开阀驱动力越大。而当上述 倍率超过3倍时，所需的先导阀的开口面积不太减小。因此，即使将上述倍率做成3倍以上 也不太能减小先导阀的尺寸和开阀驱动力，因而是无用的。其他较佳形态的先导式控制阀，将所述电动式先导阀的开度基本保持成一定的状态下，使所述先导阀芯及主阀芯一起朝开阀方向移动。所述电动式先导阀最好包括罐；配设在该罐内周的转子；为了驱动该转子旋转而外 装在所述罐上的定子；配置在所述转子与所述先导阔芯之间、利用所述转子的旋转使所述 先导阀芯在轴向移动的驱动机构。其他较佳形态的先导式控制阀，所述主阀芯的大直径部的外径比所述转子的外径大。 另夕卜，所述主阀.口的口径最好是所述先导阀口的口径的3至9倍。由此，只要打开小口径的 先导阔就可联动地打开大口径的主阀，能以小的驱动力开闭大口径的主阀。本发明的先导式控制阀中，作为先导阀使用了电动式的先导阀而不是电磁式的先导 阀，因而能使阀开度(开口面积)根据供给先导阀的脉冲数等平滑地变化，可加快均压时 间。因此，可任意且细微地调节阀开度(开口面积)，并能有效地抑制噪声的发生，而且 能得到良好的响应性、动作稳定性、控制特性等。另外，通过使主阀芯的大直径部的外径 成为主阀口的口径的1.5 3倍，就可使先导阀成为所需的最小限度的大小，其结果可抑制 开闭阀所需的消耗电力等，实现包括电动机部分在内的阀整体的小型化，而且主阀芯的滑 动稳定，从而能得到更加良好的控制特性及动作稳定性。
图l是表示本发明的先导式控制阀的一实施形态的纵向剖视图，先导阀关闭状态， 主阀关闭状态。图2是用于说明图1所示的先导式控制阀的动作的纵向剖视图，先导阀打开状态，主 阀关闭状态。图3是用于说明图1所示的先导式控制阀的动作的纵向剖视图，先导阀打开状态，主 阀打开状态(小开度)。图4是用于说明图1所示的先导式控制阀的动作的纵向剖视图，先导阀打开状态，主 阀打开状态(最大开度)。图5是用于说明图1所示的先导式控制阀的动作的曲线图。图6是用于说明打开主阀所需的先导阔的开口面积的曲线图。图7是表示将图1所示的先导式控制阀装入空调机的制冷循环中的例子的回路图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的先导式控制阔的实施形态进行说明。
图l是表示本发明的先导式控制阀的一实施形态的纵向剖视图。图示实施形态的先导式控制阀l适合于在多联式空调机等空调机中配置在室外机与室 内机之间，型式为电动先导式，由主阀5和设置在该主阀5上侧的电动式先导阀7构成。上述主阀5具有阀本体10，该阔本体10包括具有带孔的底部的圆筒状的阀室筒体ll; 以及利用焊接等密封固定在该阔室筒体11的底部孔上的阀座构件12，在该阀本体10内形成有阀室13，另外，在外周侧部连接有用于将高压的制冷剂导入阀室13的进口导管(接头) 41，在底部(阀座构件12)连接有用于将制冷剂从阀室13导出的出口导管(接头)42，另 外，台座状的分隔构件32以封闭阀本体10 (阀室筒体ll)的上面开口的状态利用焊接等密 封固定。在上述主阀5的阀座构件12上设有带圆锥面的主阀座14a的主阀口14，在阀本体IO (阀 室筒体ll)内的阀座构件12上滑动自如地嵌插有截面呈倒凸字形的活塞型的主阀芯20，在 该主阀芯20 (的大直径部20A)与上述分隔构件32之间分隔出背压室33。在上述主阀芯20的下端部(小直径部20B)设有与上述主阀座14a接触、分离的主阀部 21，另外，在主阀芯20的大直径部20A上形成有连通上述阀室13和背压室33的小直径的均 压孔24，另外，在大直径部20A与阀室筒体11之间设有密封件70。此外，在上述主阀芯20上形成有上下贯通该主阀芯中央的先导通路28。具体而言，在 上述主阀芯20的上面部中央压入固定有与设置在后述的先导阀芯35的下端部上的先导阀 部36a接触、分离的先导阀座构件22。先导阀座构件22设有带先导阀座27a的先导阀口27， 该先导阀口27成为上述先导通路28的上端部。设置在上述主阀5上侧的电动式先导阀7除了包括上述分隔构件32及具有与先导阀座 27a接触、分离的先导阀部36的带台阶的针状先导阀芯35以外，还包括下端部通过焊接 被密封接合在上述分隔构件32上的罐34;留有规定间隙地设置在该罐34的内周的、绕旋转 轴线0旋转的转子55;为了驱动该转子55旋转而外装在罐34上的定子50A。上述定子50A包括由磁性材料构成的磁轭51;通过线圈骨架52巻绕在该磁轭51上的 上下定子线圈53、 53;以及树脂模制罩子56，由转子55和定子50A构成步进电动机50。上述罐34利用不锈钢等非磁性金属板作为原材料，通过深拉伸加工等形成具有顶部的 圆筒状，该罐的下端部(开口端缘部)与分隔构件32的上部台阶部对接并利用焊接密封接 合，内部保持气密封状态。使上述先导阀芯35 (的先导阀部36)与先导阀座27a接触、分离的驱动机构是由滑动 自如地嵌插有先导阀芯35的筒状导向衬套37和设置在其外周的下方开口的筒状的阀芯保 持架40构成的螺旋进给机构60。即，上述导向衬套37的下端部压入(旋合)固定在分隔构 件32上，且在导向衬套的中央部附近形成有外螺纹部62，上述阀芯保持架40形成有与导向 衬套37的外螺纹部(固定螺纹部)62旋合的内螺纹部(移动螺纹部)61，先导阀芯35的上 部小直径部可相对旋转及相对移动地插通其顶部的中央部。在安放在阀芯保持架40顶部上 表面(凹部)的螺母44内压入固定有先导阔芯35的上部小直径部的上端部。另外，压縮安装在阀芯保持架40的顶部与先导阀芯35的中间台阶部之间的缓冲用螺旋 弹簧38对上述先导阀芯35始终朝下方施力。在导向衬套37的侧面形成有对背压室33和罐34 内进行均压的均压孔37a。在阀芯保持架40的顶部上设有由螺旋弹簧构成的复位弹簧45。在导向衬套37的固定螺 纹部62与阀芯保持架40的移动螺纹部61的旋合解除时，复位弹簧45与罐34的顶部抵接，朝 使固定螺纹部62恢复与移动螺纹部61旋合的方向进行作用。阀芯保持架40与转子55通过支承环43结合，阀芯保持架40的上部突部铆接固定在支承 环43上，由此，转子55、支承环43及阀芯保持架40连接为一体。构成阻挡机构的一方的下阻挡体(固定挡块)66固接在上述导向衬套37上，构成阻挡 机构的另一方的上阻挡体(移动挡块)67固接在阀芯保持架40上。本实施形态中，上述主阀芯20的大直径部20A的外径Da为主阀口 14的口径Db的l. 5 3 倍，并且比上述转子55的外径Dc大，主阀口14的口径为先导阔口27的口径的3 9倍，先导 阀口27的口径比均压孔24的孔径(最小部)大。在此，对如上所述的使主阀芯20的大直径部20A的外径Da成为主阀口14的口径Db的 1.5 3倍的理由进行说明。gp，如图6例示的打开主阀5所需的先导阀7的(阀口27的)开 口面积那样，若主阀芯20的大直径部20A的外径Da小于主阀口14的口径Db的1.5倍，则其倍 率越小所需的先导阀的开口面积以陡峭的斜率增大。这意味着上述倍率越小，需要的先导 阀、开阀驱动力越大。而当上述倍率超过3倍时，所需的先导阀的开口面积不太减小。因 此，即使将上述倍率做成3倍以上也不太能减小先导阀的尺寸和开阀驱动力，所以是无用 的。通过使主阀口14的口径成为先导阀口27的口径的3 9倍，只要打开小口径的先导阀7 就可联动地打开大口径的主阀5，所以能以较小的驱动力开闭大口径的主阀5。具有上述构成的本实施形态的电动先导式的先导式控制阀l,当上述主阀5处于关闭状 态(如图l、图2所示，主阀芯20的主阀部21就坐在主阀座14a上的状态)、且电动式先导阀 7为打开状态(先导阀芯35离开先导阀座27a的状态)时，例如以顺相位向步进电动机50 (定 子线圈53、 53)供给脉冲，使转子55相对导向衬套37朝单方向旋转，则通过导向衬套37的 固定螺纹部62与阀芯保持架40的移动螺纹部61的螺旋进给，阀芯保持架40朝下方移动，先 导阀芯35的先导阀部36就坐压接在先导阀座27a上而成为关闭状态。在此时刻，上阻挡体67还未与下阻挡体66抵接，在先导阀芯35的先导阀部36就坐在先 导阀座27a上的状态下，阀芯保持架40继续旋转下降。此时，阀芯保持架40相对先导阀芯 35下降，因而缓冲用螺旋弹簧38被压缩从而吸收阀芯保持架40的下降力。此后，当转子55 继续旋转，阀芯保持架40下降，则上阻挡体67与下阻挡体66碰接，即使继续向定子线圈53、 53供给脉冲也可强制性地停止阀芯保持架40的下降。如上所述，当主阀5及电动式先导阀7处于关闭状态(图l所示的状态)时，从进口导 管41导入阀室13内的高压制冷剂通过均压孔24导入背压室33，背压室33成为高压，故主阀 芯20的主阀部21被用力地推压在主阀座14a上。如纵轴为开度即开口面积、横轴为脉冲数 (转子55的旋转量)的图5所示，此时，该先导式控制阀l的阀开度即开口面积(主阀口14 的有效开口面积+先导阀口27的有效开口面积)为零(脉冲数从O至Ta)，从阀室13流向出 口导管42的制冷剂流量也为零。从上述主阀5及电动式先导阀7处于关闭状态(图l所示的状态)的时候开始向步进电 动机50 (定子线圈53、 53)例如以逆相位供给脉冲，使转子55相对导向衬套37朝与上述相 反方向旋转，则通过导向衬套37的固定螺纹部62与阀芯保持架40的移动螺纹部61的螺旋进 给，如图2及图5所示，当脉冲数(旋转量)成为Ta时，先导阀芯35的先导阀部36随着阀芯 保持架40朝上方的移动而开始离开先导阀座27a，先导阀7开始打开，如图5所示，该先导 式控制阀l的阀开度即开口面积在脉冲数变为Tb之前缓慢增加，背压室33的制冷剂通过先 导通路28流出至出口导管42，背压室33的压力逐渐减压。当脉冲数(旋转量)变为Tb时，如图2所示，先导阀芯35的先导阀部36从先导阀座27a 离开规定距离a，先导阀口27的有效开口面积(该先导式控制闽l的开口面积)成为Sa，压 縮螺旋弹簧25的弹力等上推主阀芯20的力(开阀的力)克服下压主阀芯20的力(关阀的力)， 从而主阀芯20被上推，主阀部21开始离开主阀座4a，主阀5开始打开。接着，进一步增加脉冲数，在脉冲数变为Tc之前，如图3所示，主阀芯20跟随先导阀 芯35的上升移动而被上推。具体而言，在先导阀芯35的先导阀部36从先导阀座27a离开上 述规定距离a的状态，即将电动式先导阀7的开度保持为大致一定的状态下，上述先导阀芯 35及主阀芯20—起朝上方(开阔方向)移动。由此，如图5所示，当脉冲数(旋转量)在 Tb至Tc之间时，该先导式控制阀l的开口面积(开度)以一定的斜率平滑地逐渐增加。艮P，
本实施形态中，对各部分的尺寸规格等设定成当脉冲数在Tb至Tc之间时，在维持先导阀 芯35的先导阀部36从先导阀座27a离开规定距离ot的状态下，先导阀芯35和主阀芯20相对脉 冲数(旋转量)各上升相同距离。当脉冲数变为Tc时，如图4所示，主阀芯20的上表面阻挡部29与设置在分隔构件32下 表面的固定挡块39抵接，从而阻止主阀芯20的上升。因此，即使脉冲数超过了Tc，该先导 式控制阀l的阀开度即开口面积也不会大于脉冲数为Tc时的Sb，维持此时的开度(最大开 度)。如上所述，本实施形态的先导式控制阀l中，作为先导阀使用了电动式先导阀而不是 电磁式先导阀，因而能使阀开度(开口面积)根据供给先导阀7的脉冲数平滑地变化，可 加快均压时间。因此，可任意且细微地调节阀开度(开口面积)，并能有效地抑制噪声的 发生，而且能得到良好的响应性、动作稳定性、控制特性等。另外，通过使主阀芯20的大 直径部20A的外径Da成为主阀口14的口径Db的1. 5 3倍，就可使先导阀7成为所需的最小限 度的大小，其结果可抑制开闭阀所需的消耗电力等，实现包括步进电动机50部分在内的阀 整体的小型化，而且主阀芯20的滑动稳定，因而能得到良好的控制特性及动作稳定性。下面参照图7对将本实施形态的先导式控制阀1装入空调机的制冷循环中的例子进行 说明。在此，在空调机中，制热时若在室外热交换器上生成霜就会引起制热性能的下降， 因此为了除霜需要进行除霜运行，但是在进行除霜运行时就无法进行制热运行，导致室温 下降，有损舒适性。另外，在这种制冷循环中，以往作为流路切换阀使用四通阀，但一股 的四通阀中，为了消除制冷剂声响，在压縮机停止，实现了高低压的均压后进行制热~>除 霜，除霜—制热的切换，因而该切换花费时间。因此希望能縮短包括均压等待时间在内的 除霜时间，为了应对上述要求，在图7所示的制冷循环100中，取代上述四通阀而使用了本 实施形态的先导式控制阀l。图7所示的制冷循环100包括压縮机110;室内热交换器130;室外热交换器150;电动阀(膨胀阀)140;上述实施形态的先导式控制阀l (符号210、 220);以及三通阔160， 由上述先导式控制阀210、 220和三通阀160发挥以往的制冷循环中所使用的四通阀的作用。 在上述先导式控制阀210、 220中，接口a、接口b分别成为上述实施形态的先导式控制阀l 的进口导管(接头)41、出口导管(接头)42,另外，三通阀160具有两个进口接口c、 e 和一个出口接口d (因该三通阀160本身与本发明没有直接关系，在此省略其详细说明。对 于三通阀160的详细情况如需要可参考日本专利特开2004 — 92802号公报等)。图7所示的制冷循环100中，制冷时的制冷剂的流动用实线箭头表示，制热时的制冷剂的流动用虚线箭头表示。艮口， (1)制热时，先导式控制阀210:打开状态，先导式控制阀220:关闭状态，成为 从三通阀160的接口C—接口d的流动。(2)从制热切换至除霜过程l中，先导式控制阀210: 打开状态，先导式控制阀220:逐渐打开直到全开。此时，三通阀160的接口e的压力上升， 接口c和接口e为相同的压力，产生接口c—接口d、接口e^接口d的流动。(3)从制热切换 至除霜过程2中，先导式控制阀210:逐渐关闭直到全闭，先导式控制阀220:打开状态。 此时，三通阀160的接口c的压力下降，成为接口e—接口d的流动。(4)除霜运行时(制冷 剂的流动与制冷时相同)，先导式控制阀210:关闭状态，先导式控制阀220:打开状态， 逐渐关闭直到全闭。(5)从除霜切换至制热过程l中，先导式控制阀210:逐渐打开直到全 开，先导式控制阀220:打开状态。此时，接口c的压力上升，接口e和接口c为相同的压力， 产生接口e—接口d、接口c—接口d的流动。(6)从除霜切换至制热过程2中，先导式控制阀 210:打开状态，先导式控制阀220:逐渐打开直到全开。此时，接口e的压力下降，成为 接口c—接口d的流动。这样，通过使用上述实施形态的先导式控制阔l (210、 220)，能任意调节阀的开闭， 也ft是能逐渐改变开口面积即流量，不用停止压缩机110就可进行制热—除霜，除霜—制热 的切换，不用停止压缩机110就可切换，因而能缩短冬季的除霜时间。
权利要求
1. 一种先导式控制阀，其特征在于，该先导式控制阀利用电动机驱动先导阀芯开闭， 由主阀芯与该先导阀芯联动地开闭主阀口，所述主阀芯为具有大直径部和小直径部的截面呈倒凸字形的活塞型，并且所述主阀芯 跟随所述先导阔芯朝开阀方向的移动而朝开阀方向移动。
2. —种先导式控制阀，其特征在于，具有主阀及电动式先导阀，所述主阀包括形成有导入导出流体的阀室的阀本体；以及滑动自如地嵌插在该阀本 体内以对设置在所述阀本体上的主阀口进行开闭的、具有大直径部和小直径部的、截面呈 倒凸字形的活塞型主阀芯，所述电动式先导阀包括:安装成封闭所述阀本体上面开口并与所述主阀芯之间分隔出 背压室的分隔构件；以及对设置在所述主阀芯上的先导阀口进行开闭的先导阀芯，所述电动式先导阀设有将所述阀室和所述背压室连通的均压通路，利用压缩螺旋弹簧 对所述主阀芯始终朝开阀方向施力，并且使所述主阀芯跟随所述先导阀芯朝开阔方向的移 动而朝开阀方向移动。
3. 如权利要求1或2所述的先导式控制阀，其特征在于，所述主阀芯的大直径部的外 径为所述主阀口的口径的l. 5至3倍。
4. 如权利要求2或3所述的先导式控制阀，其特征在于，将所述电动式先导阀的开度 基本保持成一定的状态下，使所述先导阔芯及主阀芯一起朝开阀方向移动。
5. 如权利要求2至4中任一项所述的先导式控制阀，其特征在于，所述电动式先导阀 包括罐；配设在该罐内周的转子；为了驱动该转子旋转而外装在所述罐上的定子；配置 在所述转子与所述先导阀芯之间、利用所述转子的旋转使所述先导阀芯在轴向移动的驱动 机构。
6. 如权利要求5所述的先导式控制阀，其特征在于，所述主阀芯的大直径部的外径比 所述转子的外径大。
7. 如权利要求2至6中任一项所述的先导式控制阀，其特征在于，所述主阀口的口径 是所述先导阀口的口径的3至9倍。
全文摘要
本发明的先导式控制阀具有主阀(5)及电动式先导阀(7)，其中所述主阀包括形成有导入导出流体的阀室(13)的阀本体(10)；以及滑动自如地嵌插在该阀本体(10)内对设置在所述阀本体(10)上的主阀口(14)进行开闭的、具有大直径部(20A)和小直径部(20B)的、截面呈倒凸字形的主阀芯(20)，而所述电动式先导阀包括安装成封闭所述阀本体(10)上面开口并与所述主阀芯(20)之间分隔出背压室(33)的分隔构件(32)；以及对设置在所述主阀芯(20)上的先导阀口(27)进行开闭的先导阀芯(35)，所述电动式先导阀设有将所述阀室(13)和所述背压室(33)连通的均压通路(24)，利用压缩螺旋弹簧(25)对所述主阀芯(20)始终施加朝开阀方向的力，并且使所述主阀芯(20)跟随所述先导阀芯(35)朝开阀方向的移动而朝开阀方向移动。另外，主阀芯(20)的大直径部(20A)的外径Da为主阀口(14)的口径Db的1.5～3倍。本发明能提供一种能任意细微地调节阀开度并可有效地抑制噪声发生、还能得到良好的响应性和动作稳定性以及控制特性等的先导式控制阀。
文档编号F16K31/04GK101122343SQ200710141279
公开日2008年2月13日 申请日期2007年8月7日 优先权日2006年8月7日
发明者笹田英一 申请人:株式会社不二工机