本发明涉及一种流路切换阀，特别是涉及能够在流路切换时尽可能地减小作用于阀芯的负荷的三向切换阀等的流路切换阀。
背景技术：
一直以来，提出各种流路切换阀，在流路切换时尽可能地减小作用于阀芯的负荷，减低阀芯的驱动转矩，以实现小型化、大容量化、节电化等。
作为这种流路切换阀的一例，在专利文献1中公开了以下内容：流路切换阀具备：筒状的阀芯，该筒状的阀芯具有内部流路；阀主体，该阀主体划分有将该阀芯收纳为滑动自如的阀室；以及驱动部，该驱动部使所述阀芯在所述阀室内向轴心方向移动，在所述阀芯的侧部形成有朝向所述内部流路开口的连通口，在所述阀主体形成有：流入口，该流入口在所述阀芯在所述阀室内移动时经由所述阀芯的所述连通口与所述内部流路连通；以及第一流出口以及第二流出口，该第一流出口以及第二流出口经由所述阀芯的一端侧开口以及另一端侧开口与所述内部流路连通。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015–094460号公报
发明所要解决的课题
然而，在上述现有的流路切换阀中，通过在利用阀芯的移动进行流路切换时使作用于阀芯的移动方向(轴心方向)的力平衡(使差压抵消)，从而在流路切换时能够减小作用于阀芯的负荷，但是，在阀芯(的外周面)与阀主体(的内周面)之间夹装有o型圈等密封部件，在流路切换时存在以下问题：因为密封部件与阀芯或者阀主体滑动连接，因此由于其滑动摩擦阻力，在流路切换时作用于阀芯的负荷变大，阀芯的驱动转矩增加。
技术实现要素：
本发明鉴于上述的课题，其目的在于提供一种流路切换阀，在流路切换时尽可能地减小作用于阀芯的负荷，能够减低阀芯的驱动转矩，并且，能够实现更进一步的小型化、大容量化、节电化等。
用于解决课题的手段
为了解决上述的课题，本发明的流路切换阀的特征在于，具备：阀主体，该阀主体具有：阀室，向该阀室开口的第一出入口、第二出入口及第三出入口，设于所述第一出入口与所述第二出入口之间的上部阀座，以及设于所述第一出入口与所述第三出入口之间的下部阀座；阀轴，该阀轴能够升降地配置于所述阀室，并且设置有在升降方向上分离的上部阀芯和下部阀芯，所述上部阀芯和所述下部阀芯选择性地与所述上部阀座和所述下部阀座接触、分离，以对所述第一出入口、所述第二出入口、以及所述第三出入口之间的流动方向进行切换；以及升降驱动部，该升降驱动部用于使所述阀轴升降，被划分在所述上部阀芯的上侧的背压室的室径、所述上部阀座的口径、以及所述下部阀座的口径被设定成相同，并且在所述阀轴内设有均压通路，该均压通路将所述背压室与形成于所述下部阀芯的下侧的下部空间连通。
在优选的方式中，在所述阀主体内，插入固定有筒状的阀座部件，该阀座部件的上端侧开口设为所述上部阀座，该阀座部件的下端侧开口设为所述下部阀座。
在其他的优选的方式中，所述上部阀芯能够升降地间隙嵌插于筒状保持部件，该筒状保持部件连结固定于所述阀主体，并且在所述上部阀芯与所述筒状保持部件之间夹装有密封部件。
在其他的优选的方式中，所述上部阀芯与所述下部阀芯经由连结轴连结。
发明效果
根据本发明的流路切换阀，在利用阀芯(上部阀芯以及下部阀芯)的移动进行流路切换时使作用于阀芯的移动方向(阀轴的轴线方向)的力平衡(使差压抵消)，在此基础上，与上述现有的技术相比，不需要使o型圈等密封部件夹装于阀芯(上部阀芯以及下部阀芯)与阀主体之间，因此在流路切换时尽可能地减小作用于阀芯的负荷，能够更有效地减低阀芯的驱动转矩，并且，能够实现更进一步的小型化、大容量化、节电化等。
另外，上部阀芯能够稍许升降地间隙嵌插于筒状保持部件，该筒状保持部件连结固定于阀主体，在上部阀芯落座于上部阀座时或者在经由连结轴连结于该上部阀芯的下部阀芯落座于下部阀座时，上部阀芯与上部阀座对准或者下部阀芯与下部阀座对准，因此具有将该落座时的密封性提高的效果。
附图说明
图1是本发明的流路切换阀的一实施方式的、表示流体从流入口向第一流出口流动的状态的纵剖视图。
图2是图1所示的流路切换阀的、表示流体从流入口向第二流出口流动的状态的纵剖视图。
符号说明
1流路切换阀
5阀主体
6筒状基体
7阀室
8阀座部件
9a上部阀座
9b下部阀座
10、11、12导管接头
10a流入口(第一出入口)
11a第一流出口(第二出入口)
12a第二流出口(第三出入口)
14筒状保持部件
15轴承部件
17旋转升降轴
19支承部件
20阀轴
21上部阀芯
22下部阀芯
23推力传递轴
24连结轴
30背压室
31下部空间
32均压通路
40奇异行星齿轮式减速机构
50步进电动机(升降驱动部)
55定子
57转子
58壳体
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的流路切换阀的实施方式进行说明。此外，以下，主要采用将步进电动机用作使阀芯升降用的升降驱动部的电动式的流路切换阀，但是，当然例如也可以采用将电磁线圈等用作升降驱动部的电磁式的流路切换阀。
图1以及图2是表示本发明的流路切换阀的一实施方式的纵剖视图，图1是表示流体从流入口向第一流出口流动的状态的纵剖视图，图2是表示流体从流入口向第二流出口流动的状态的纵剖视图。
此外，在本说明书中，表示上下、左右、前后等的位置、方向的记述是为了避免说明变烦琐而根据附图方便起见而附加的，不限定于实际的使用状态下的位置、方向。
另外，在各图中，为了容易理解发明，另外，为了实现作图上的方便，存在以下情况：形成于部件之间的间隙、部件之间的分隔距离等与各构成部件的尺寸相比变大或者变小地描绘。
图示实施方式的流路切换阀1主要具有：阀主体5，该阀主体5具有板金制的筒状基体6；壳体58，该壳体58固定于阀主体5；支承部件19，该支承部件19在由阀主体5以及壳体58划分的内部空间固定配置于阀主体5；阀轴20，该阀轴20由支承部件19支承且具有且能够升降地配置于所述内部空间的阀芯(上部阀芯21以及下部阀芯22)；以及步进电动机(升降驱动部)50，该步进电动机50安装于阀主体5的上方以使阀轴20升降。
在阀主体5的筒状基体6的下部开口通过焊接、铆接、钎焊等方式气密地安装有例如金属制的盖状部件6a，筒状基体6的内部划分有阀室7，并且在筒状基体6的侧部形成有朝向阀室7开口的横向的第一流出口(第二出入口)11a以及第二流出口(第三出入口)12a，该第一流出口11a以及第二流出口12a远离轴线o方向(升降方向)，在第一流出口11a与第二流出口12a之间形成有横向的流入口(第一出入口)10a。在流入口10a、第一流出口11a、以及第二流出口12a分别通过钎焊等方式安装有导管接头10、11、12。
此外，在本例中，在俯视图中(即，轴线o方向)观察时，流入口10a与第一流出口11a以及第二流出口12a形成在相反侧(隔开180度的角度间隔)，但是，流入口10a、第一流出口11a、以及第二流出口12a的周向的位置能够根据流路切换阀1的应用部位等而适当地变更。例如，也可以将流入口10a、第一流出口11a、以及第二流出口12a形成为在俯视图中观察时隔开90度的角度间隔。另外，在本例中，位于下侧的第二流出口12a形成于筒状基体6的侧部，但是，例如，也可以将该第二流出口12a(以及导管接头12)形成于盖状部件6a，该盖状部件6a固定于筒状基体6的下部开口。
另外，在阀主体5的筒状基体6的第一流出口11a与第二流出口12a之间的内周，通过焊接、铆接、钎焊等方式内插固定有圆筒状的阀座部件8，该阀座部件8具有连通于流入口10a的连通口8a。
所述阀座部件8由例如sus等金属材料制作，阀座部件8的上端侧开口设为上部阀座9a，阀座部件8的下端侧开口设为下部阀座9b，在阀座部件8的中腹部形成有所述连通口8a。另外，在阀座部件8的上端部以及下端部，形成有连接于所述上部阀座9a以及下部阀座9b的上部锥形面9c以及下部锥形面9d。在此，上部阀座9a以及下部阀座9b的口径φa(即，圆筒状的阀座部件8的内径)设定成与划分于上部阀芯21的上侧的背压室30的室径φb大致相同(在后详述)。
在阀主体5的筒状基体6的上部开口安装有带阶梯的筒状基台13，由该筒状基台13的下表面形成所述阀室7的顶面。在筒状基台13的上端部通过焊接等方式接合有带有顶部的圆筒状的壳体58的下端部。
支承部件19具有带有隔壁14c的筒状保持部件14以及带有内螺纹15i的轴承部件15，在所述筒状基台13的内侧通过压入等方式固定有筒状保持部件14，且使作为该筒状保持部件14的隔壁14c的下侧的部分的圆筒状的套筒部(上部阀芯21间隙嵌插的部分)14d向阀室7突出。并且，在筒状保持部件14的上部通过铆接等方式固定有内周下半部设有内螺纹15i的筒状的轴承部件15。另外，在轴承部件15与筒状保持部件14的隔壁14c之间划分有弹簧室14a，在该弹簧室14a收纳有对阀轴20向上方进行施力的压缩螺旋弹簧25。轴承部件15的内周中的内螺纹15i的上侧部分设为嵌插孔15a，后述的减速机构40的输出轴46的下部嵌插于该嵌插孔15a。
另一方面，步进电动机50具有：定子55，该定子55由磁轭51、绕线架52、线圈53、以及树脂模压罩盖54等构成；以及转子57，该转子57配置于壳体58的内部且相对于该壳体58旋转自如，转子支承部件56固定于转子57的上部内侧。定子55外嵌固定于壳体58。另外，在转子57的内周侧设有奇异行星齿轮式减速机构40，该奇异行星齿轮式减速机构40由以下结构等构成：太阳齿轮41，该太阳齿轮41一体地形成于转子支承部件56；固定环形齿轮47，该固定环形齿轮47固定于筒状体43的上端，该筒状体43固定于筒状保持部件14的上部；行星齿轮42，该行星齿轮42配置于太阳齿轮41与固定环形齿轮47之间且与太阳齿轮41和固定环形齿轮47分别啮合；行星齿轮架44，该行星齿轮架44将行星齿轮42支承成旋转自如；有底环状的输出齿轮45，该输出齿轮45从外侧啮合于行星齿轮42；以及输出轴46，该输出轴46的上部通过压入等方式固定于在输出齿轮45的底部形成的孔。在此，固定环形齿轮47的齿数设定成与输出齿轮45的齿数稍微不同。
在输出轴46的上部的中心部形成有孔，在该孔插通有支承轴49的下部，该支承轴49插通太阳齿轮41(转子支承部件56)和行星齿轮架44的中心部。该支承轴49的上部插通于形成在支承部件48的中心部的孔，该支承部件48具有与壳体58的内径大致相同的外径，该支承部件48配置成在转子支承部件56的上侧内接于壳体58。转子57自身因支承部件48等而在壳体58的内部不会上下移动，转子57与外嵌固定于壳体58的定子55的位置关系始终维持恒定。
减速机构40的输出轴46的下部旋转自如地嵌插于嵌插孔15a，该嵌插孔15a形成于带有内螺纹15i的轴承部件15的上部，在输出轴46的下部形成有以通过输出轴46的中心的方式向横向延伸的狭缝状的嵌合部46a。在旋转升降轴17的上端突出设置有板状部17c，板状部17c滑动自如地嵌合于狭缝状的嵌合部46a，该旋转升降轴17设有与设于轴承部件15的内周的内螺纹15i螺合的外螺纹17a。在输出轴46对应转子57的旋转而旋转时，输出轴46的旋转被传递至旋转升降轴17，旋转升降轴17通过轴承部件15的内螺纹15i与旋转升降轴17的外螺纹17a的螺纹进给而一边旋转一边升降。
旋转升降轴17的下方沿着轴线o(升降方向)配置有阀轴20，该旋转升降轴17的朝向下方的推力经由滚珠18、滚珠支座16而传递至阀轴20。
在此，如上所述，收纳于筒状保持部件14的隔壁14c的上侧的弹簧室14a的压缩螺旋弹簧25，在使其下端与隔壁14c抵接的状态下配置，并且配置有在上下具有凸缘状的钩挂部的提起弹簧承受体28，以将该压缩螺旋弹簧25的作用力(提起力)传递至阀轴20。提起弹簧承受体28的上侧的钩挂部载置于压缩螺旋弹簧25的上部，下侧的钩挂部钩挂于阀轴20(的推力传递轴23的大径上部23a的下端阶差面)。另外，在筒状保持部件14形成有将所述弹簧室14a与壳体58的内部连通的连通孔14e。
阀轴20基本上具有：带阶梯的圆筒状的推力传递轴23，该推力传递轴23经由滚珠18以及滚珠支座16连结于所述旋转升降轴17；以及圆筒状的连结轴24，该连结轴24插通于所述阀座部件8的内侧，并且在推力传递轴23与连结轴24之间连结有合成树脂制并且圆筒状的上部阀芯21，在连结轴24的下端部(下部小径部24c)外嵌地连结有合成树脂制并且短圆筒状的下部阀芯22。
推力传递轴23从上侧开始由以下构件构成：大径上部23a，该大径上部23a的内周嵌入有所述滚珠支座16；中间体部23b、该中间体部23b插通至形成于筒状保持部件14的隔壁14c的中心孔；以及小径下部23c，该小径下部23c的直径比通过压入、钎焊等方式被固定的所述中间体部23b的直径小，且嵌插至设于上部阀芯21的中央的中央孔21a，在推力传递轴23的内部形成有纵向的贯通孔23d以及多个横孔23e，其中，纵向的贯通孔23d构成设于阀轴20内的均压通路32的上部，多个横孔23e朝向后述的背压室30开口。此外，贯通孔23d的上端开口由滚珠支座16封住。
上部阀芯21形成为直径比筒状保持部件14的套筒部14d的直径略小，使上部阀芯21的下部从套筒部14d突出并隔开稍许间隙而能够升降地内插(间隙嵌插)于该套筒部14d，推力传递部件23的小径下部23c从上侧嵌合于上部阀芯21的中央孔21a且一体地连结。在该上部阀芯21的上端面与推力传递轴23的中间体部23b的下端阶差面之间，在小径下部23c的压入时夹入且固定有按压部21a，由该按压部件21a和形成于上部阀芯21的上端外周的阶差部形成环形槽，在该环状槽安装有对上部阀芯21(的外周面)和套筒部14d(的内周面)之间(形成的间隙)进行密封的o型圈等密封部件21b。另外，在密封部件21b的外侧安装有由ptfe(特氟龙(注册商标))等构成的环状的衬垫(也称为帽形密封)21c，以减低上部阀芯21相对于套筒部14d的滑动阻力。
在此，上部阀芯21的下端外周部设为(从上侧)落座于阀座部件8的上部阀座9a的上部阀芯部。
连结轴24从上侧开始由以下结构构成：上部小径部24a，该上部小径部24a嵌插于上部阀芯21的中央孔21a且通过压入、钎焊等方式被固定；中间轴部24b，该中间轴部24b的直径比上部小径部24a的直径略大；以及下部小径部24c，该下部小径部24c外嵌有下部阀芯22，在连结轴24的内部形成有纵向的贯通孔24d，该纵向的贯通孔24d构成设于阀轴20内的均压通路32的下半部。连结轴24的上部小径部24a从下侧嵌合于上部阀芯21的中央孔21a且一体地连结。
下部阀芯22形成为直径与所述上部阀芯21的直径大致相同，为了确保气密性，在内周侧安装有o型圈等密封部件22b的状态下，在中间夹着由c型挡圈等构成的防脱部件22c，下部阀芯22与碟形弹簧22a一起通过铆接等方式固定于下部小径部24c。此外，下部阀芯22也可以通过全周焊接等方式气密地固定于下部小径部24c(的下端)。
在此，下部阀芯22的上端外周部设为(从下侧)落座于阀座部件8的下部阀座9b的下部阀芯部。
并且，均压通路32由推力传递轴23的横孔23e以及贯通孔23d、上部阀芯21的中央孔21a、以及连结轴24的贯通孔24d构成，该均压通路32将划分于上部阀芯21的上侧的背压室30(详细而言，由上部阀芯21的按压部件21a、套筒部14d和隔壁14c包围的空间)与形成于下部阀芯22的下侧的下部空间31连通。另外，背压室30的室径φb(即，套筒部14d的内径)被设定成与所述上部阀座9a以及下部阀座9b的口径φa(即，圆筒状的阀座部件8的内径)大致相同，以使在闭阀状态下作用于阀轴20的下推力和作用于阀轴20的上推力平衡(使差压抵消)。
在上述结构的流路切换阀1中，在使步进电动机50的转子57旋转驱动时，旋转升降轴17一边旋转一边升降，但是通过使滚珠18夹在旋转升降轴17与阀轴20之间，仅仅是从旋转升降轴17朝向阀轴20向下方的推力被传递(旋转力不会被传递)，旋转升降轴17与阀轴20变成一体而向轴线o方向升降。由此，设于阀轴20的上部阀芯21和下部阀芯22选择性地(交替地)与阀座部件8的上部阀座9a和下部阀座9b接触、分离，流入口10a、第一流出口11a、以及第二流出口12a之间的流动方向(流路)被切换。
即，在使步进电动机50的转子57向一个方向旋转驱动时，转子57的旋转经由减速机构40的输出轴46减速并传递至旋转升降轴17，旋转升降轴17通过由轴承部件15的内螺纹15i与旋转升降轴17的外螺纹17a产生的螺纹进给而一边旋转一边例如上升，伴随于此阀轴20通过压缩螺旋弹簧25的作用力而被提起，上部阀芯21(的上部阀芯部)从上部阀座9a离开，并且最终下部阀芯22(的下部阀芯部)落座于下部阀座9b而阀座部件8的下端开口被闭合。由此，流体(制冷剂)从连接于流入口10a的导管接头10，经由阀座部件8的连通口8a→阀座部件8的内侧→阀座部件8的上端开口(上部阀座9a)，向连接于第一流出口11a的导管接头11流动(参照图1)。
相对于此，在使步进电动机50的转子57向另一个方向旋转驱动时，转子57的旋转经由减速机构40的输出轴46减速并传递至旋转升降轴17，旋转升降轴17通过由所述内螺纹15i与外螺纹17a产生的螺纹进给而一边旋转一边例如下降，阀轴20通过旋转升降轴17的推力而克服压缩螺旋弹簧25的作用力被下推，下部阀芯22(的下部阀芯部)从下部阀座9b离开而阀座部件8的下端开口被打开，并且最终上部阀芯21(的上部阀芯部)落座于上部阀座9a而阀座部件8的上端开口被闭合。由此，流体(制冷剂)从连接于流入口10a的导管接头10，经由阀座部件8的连通口8a→阀座部件8的内侧→阀座部件8的下端开口(下部阀座9b)，向连接于第二流出口12a的导管接头12流动(参照图2)。
在此，在本实施方式中，在下部阀芯22(的下部阀芯部)落座于下部阀座9b时(图1所示的状态)以及上部阀芯21(的上部阀芯部)落座于上部阀座9a时(图2所示的状态)，划分于上部阀芯21的上侧(与下部阀芯22相反的一侧)的背压室30与形成于下部阀芯22的下侧(与上部阀芯21相反的一侧)的下部空间31始终经由设于阀轴20内的均压通路32而连通。换言之，所述上部阀芯21的向上的面(背压室30侧的面)和所述下部阀芯22的向下的面(下部空间31侧的面)被均压。另外，背压室30的室径φb(即，套筒部14d的内径)与上部阀座9a以及下部阀座9b的口径φa(即，圆筒状的阀座部件8的内径)被设定成大致相同。
因此，在利用阀芯(上部阀芯21以及下部阀芯22)的朝向轴线o方向的移动进行流路切换时，使作用于阀芯的移动方向(阀轴20的轴线o方向)的力(作用于阀芯的下推力和上推力)平衡(使差压完全抵消)，在此基础上，不需要将o型圈等密封部件夹装于阀芯(上部阀芯21以及下部阀芯22)与阀主体5之间，因此在流路切换时能够尽可能地减小作用于阀芯的负荷，能够更有效地减低利用步进电动机50产生的阀芯的驱动转矩。
另外，在阀主体5内插固定有上端侧开口设为上部阀座9a、下端侧开口设为下部阀座9b的筒状的阀座部件8即可，因此能够以比较简单的结构实现上述的流动方向(流路)的切换。
另外，在本实施方式中，上部阀芯21隔开稍许间隙而能够升降地内插(间隙嵌插)于筒状保持部件14的套筒部14d，该筒状保持部件14连结固定于阀主体5，并且阀轴20的推力传递轴23也隔开稍许间隙而插通于中心孔，该中心孔形成于筒状保持部件14的隔壁14c。因此，在下部阀芯22(的下部阀芯部)落座于下部阀座9b时(图1所示的状态)或者上部阀芯21(的上部阀芯部)落座于上部阀座9a时(图2所示的状态)，滚珠18与滚珠支座16的接触点变成支点，下部阀芯22与下部阀座9b对准或者上部阀芯21与上部阀座9a对准，因此，具有将该落座时的密封性提高的效果。
此外，在上述实施方式中，采用了上部阀芯21从上侧与上部阀座9a接触、分离、下部阀芯22从下侧与下部阀座9b接触、分离的结构，但是，例如，当然也可以是上部阀芯21从下侧与上部阀座9a接触、分离、下部阀芯22从上侧与下部阀座9b接触、分离的结构。
另外，在上述实施方式中，流体(制冷剂)从连接于流入口(第一出入口)10a的导管接头10向连接于第一流出口(第二出入口)11a的导管接头11、或者连接于第二流出口(第三出入口)12a的导管接头12流动，但是，在将该流体(制冷剂)从连接于第一流出口(第二出入口)11a的导管接头11、连接于第二流出口(第三出入口)12a的导管接头12向连接于流入口(第一出入口)10a的导管接头10流入的情况下，或者，在将该流体(制冷剂)从连接于流入口(第一出入口)10a的导管接头10同时向连接于第一流出口(第二出入口)11a的导管接头11以及连接于第二流出口(第三出入口)12a的导管接头12的双方流动的情况下，当然能够得到与上述相同的作用效果。