电动阀的制作方法

文档序号:17337396发布日期:2019-04-05 22:41阅读:191来源:国知局
电动阀的制作方法

本发明涉及一种组装于制冷循环等而被使用于制冷剂等流体的流量控制的电动阀。



背景技术:

作为这种被使用于制冷循环等的电动阀,例如,已知一种电动阀,具备:阀芯;阀轴,该阀轴将该阀芯保持成能够沿轴向相对移动以及能够相对旋转,且该阀轴具有外螺纹部;阀芯施力弹簧,该阀芯施力弹簧压缩安装于所述阀芯与所述阀轴之间;阀主体,该阀主体设置有导向杆和阀座,该导向杆具有与所述阀轴的外螺纹部螺合的内螺纹部,该阀座与所述阀芯接触、分离;以及升降驱动机构等,该升降驱动机构具有用于使所述阀轴相对于所述导向杆一边旋转一边升降的转子及定子,滑动自如地嵌插于所述导向杆的圆筒部的阀保持件设置于所述阀轴的下部,并且,所述阀芯能够沿轴向相对移动且能够相对旋转地内插于该阀保持件,且该阀芯被防脱卡定于所述阀保持件的底部(例如,参照下述专利文献1等)。

然而,在近年,在所述那样的应用于制冷循环等的电动阀中,要求不改变制品尺寸而能够对应于大口径(大流量)、高差压。

详细而言,近年,空调设备等要求大容量化,用于该空调设备等的制冷循环等的电动阀需要大口径且应对在双流动下的高差压。为了满足这样的要求,在进行开阀动作时需要大的驱动转矩,而在闭阀时即使在逆流方向产生高差压的情况下也需要向阀零件施加能够保持闭阀的负荷。

为了获得大的驱动转矩,需要提高作为升降驱动装置的电机的输出转矩,需要高磁力的磁铁转子材料等,有导致制品的大型化、成本提高的担忧。另外,为了高差压下的闭阀保持而需要具有大负荷的螺旋弹簧等,从而有因该负荷而导致结构零件彼此的摩擦阻力增大等的担忧。

对于这样的问题,例如下述专利文献2提出了如下的技术:在阀室内设置对大径的阀口进行开闭的大径阀芯和对设置于该大径阀芯内的小径的阀口进行开闭的小径阀芯这两个阀芯,带时间差地用这两个阀芯对小径的阀口和大径的阀口进行开阀,从而降低大径阀芯的受压负荷,防止电机的大型化,进而防止电动阀的大型化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2016-156447号公报

专利文献2:日本特开平8-21554号公报

(发明所要解决的课题)

然而,在上述专利文献2所记载的现有的电动阀中,设置有对小径阀芯向闭阀方向施力的弹簧(闭阀缓冲弹簧),且设置有对大径阀芯向闭阀方向施力的弹簧(spring),在所述小径阀芯开阀后,所述大径阀芯克服对所述大径阀芯向闭阀方向施力的弹簧(spring)的施力而利用与所述小径阀芯卡合的卡合构件的卡合作用而上升进行开阀。因此,在所述大径阀芯开阀时,需要对所述弹簧(闭阀缓冲弹簧)和所述弹簧(spring)进行压缩的转矩,不得不增大驱动转矩,因此希望进一步降低转矩。



技术实现要素:

本发明是鉴于上述情况而作出的,其目的在于提供一种电动阀,减小开阀所需的转矩,而能够提高动作性、耐久性,并且能够实现电动阀的进一步小型化。

(用于解决课题的手段)

为了达成所述的目的,本发明的电动阀基本上具备:阀主体,该阀主体具有阀室、流入口以及流出口,且在所述阀室与所述流出口之间设置带有阀座的阀口;主阀芯,该主阀芯用于对所述阀口进行开闭;背压室,该背压室形成于所述主阀芯的背面;均压通路,该均压通路设置于所述主阀芯内以将所述阀口和所述背压室连通;先导阀芯,该先导阀芯用于对所述均压通路进行开闭;施力部件,该施力部件对所述先导阀芯向闭阀方向施力;阀保持件,该阀保持件将所述主阀芯及所述先导阀芯保持成能够沿升降方向相对移动;以及升降驱动装置,该升降驱动装置具有用于使所述阀保持件沿升降方向移动的转子及定子,所述背压室和所述阀室连通,伴随着所述阀保持件通过所述升降驱动装置而向上方移动,所述先导阀芯及所述主阀芯按照所述先导阀芯、所述主阀芯这样的顺序以不同的上升量与所述阀保持件卡合,由此,在所述均压通路打开之后,打开所述阀口。

在优选的方式中,当所述阀保持件通过所述升降驱动装置而从最下降位置向上方连续地移动时,在保持所述主阀芯关闭所述阀口的状态下,所述先导阀芯通过所述施力部件的施力而与所述阀保持件卡合,并且所述先导阀芯与所述阀保持件一起向上方移动而打开所述均压通路,之后,当所述阀保持件进一步向上方移动时,所述主阀芯与所述阀保持件卡合,所述主阀芯与所述阀保持件一起向上方移动而打开所述阀口。

在其他优选的方式中,所述阀保持件具有圆筒状,在所述阀保持件内配置有所述主阀芯的上部、所述先导阀芯以及所述施力部件,并且在所述阀保持件内的所述主阀芯的背面划分出所述背压室。

在更优选的方式中,所述阀保持件的顶孔与阀轴连结,该阀轴配置成通过所述升降驱动装置而能够升降。

在其他优选的方式中,为了降低所述阀保持件与所述主阀芯之间的旋转滑动阻力,在所述阀保持件与所述主阀芯之间夹装有垫圈。

在其他优选的方式中,利用所述施力部件,经由所述先导阀芯而对所述主阀芯向闭阀方向施力。

在其他优选的方式中,所述均压通路由沿着升降方向设置于所述主阀芯内的纵孔构成。

在其他优选的方式中,所述先导阀芯的相对于所述均压通路的落座面具有倒圆锥面。

(发明效果)

在本发明的电动阀中,伴随着阀保持件通过升降驱动装置而向上方移动,先导阀芯和主阀芯按照先导阀芯、主阀芯这样的顺序以不同的上升量与阀保持件卡合,由此,在均压通路打开后,具有时间差地(阶段性地)打开阀口,因此,在阀口开阀前,均压通路打开而主阀芯的上下的差压降低(均压),并且对先导阀芯向闭阀方向施力的施力部件在阀口开阀时不对主阀芯施力,因此驱动转矩减小,能够提高动作性、耐久性,并且能够实现电动阀的进一步小型化。

另外,先导阀芯相对于均压通路的落座面具有倒圆锥面,因此,能够减小开阀之后的流量变化的梯度(上升度),能够提高低流量控制区域的控制性。

附图说明

图1是表示本发明的电动阀的一实施方式的纵剖视图。

图2是用于图1所示的电动阀的动作说明的、表示闭阀状态的主要部分放大纵剖视图。

图3是用于图1所示的电动阀的动作说明的、表示开阀中途状态的主要部分放大纵剖视图。

图4是用于图1所示的电动阀的动作说明的、表示均压通路的打开状态的主要部分放大纵剖视图。

图5是用于图1所示的电动阀的动作说明的、表示阀口的打开状态的主要部分放大纵剖视图。

图6是表示图1所示的电动阀的其他例的纵剖视图。

图7是图1和图6所示的电动阀的流量控制特性图。

(符号说明)

1电动阀

6第一出入口(流入口)

7第二出入口(流出口)

10阀主体

11阀座部件

11a阀座

11b阀口

12阀室

15导向杆

15i内螺纹部

20背压室

21阀轴

21e外螺纹部

23阀保持件

23b内凸缘状钩挂部

23c内周台阶部

24阀芯施力弹簧(施力部件)

25主阀芯

25d外凸缘状卡定部

26纵孔

26a均压通路

27先导阀芯

27b弹簧支承部

27c凸缘状卡定部

28阀芯部件

29垫圈

30转子

35闭阀方向用可动止动件

36开阀方向用可动止动件

45壳体

50定子

55闭阀方向用固定止动件

56开阀方向用固定止动件

具体实施方式

以下,一边参照附图一边对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示本发明的电动阀的一实施方式的纵剖视图,图2~图5是用于图1所示的电动阀的动作说明的图。

此外,在本说明书中,上下、左右、前后等表示位置、方向的记述是为了避免说明变烦琐而便利地标注于附图的,未必是指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,且实现方便制图,有时与各结构部件的尺寸相比,增大或缩小的描绘形成于部件之间的间隙、部件之间的分开距离等。

图示实施方式的电动阀1具备阀主体10、壳体45、导向杆15、阀轴21、转子30以及定子50,阀主体10是上表面开口的有底圆筒状,壳体45的下端部通过焊接等密封接合于该阀主体10的上端面部外周侧,导向杆15带有凸缘状圆板18,该凸缘状圆板18通过焊接等固定于阀主体10的上端面部内周侧,形成于阀轴21的轴状部21a外周的外螺纹部21e与形成于导向杆15的小径上部15b的内螺纹部15i螺合,转子30与阀轴21连结固定为能够一体转动,定子50外嵌于所述壳体45的外周以对转子30进行旋转驱动。

在此,由转子30和定子50构成步进电动机,另外,由导向杆15的内螺纹部15i和阀轴21的外螺纹部21e构成螺纹进给机构,由所述步进电机和螺纹进给机构构成用于使阀轴21(和后述的阀保持件23)一边旋转一边升降的升降驱动装置。

所述阀主体10是以例如金属板材为原料通过冲压加工而制作的,在阀主体10的底部10b通过钎焊等固定有阀座部件11,该阀座部件11具有带有阀座11a的阀口11b,并且在阀主体10的上部插入有导向杆15的下部。此外,在图示例中,在阀座部件11中的阀座11a周围(即,后述的主阀芯25周围)竖立设置有短圆筒状的纵壁11c。

在所述阀主体10内划分出的阀室12的一侧通过钎焊等接合有由管接头构成的第一出入口6,在阀座部件11(的下部)通过钎焊等接合有由管接头构成的第二出入口7。

所述阀轴21具有:外嵌有所述转子30的连结体32的上部小径部21b;具有与导向杆15的内螺纹部15i螺合的外螺纹部21e的轴状部21a;以及比该轴状部21a(外螺纹部21e)更靠下侧的带有凸缘状部21d的厚壁圆板状的下部大径连结部21c。阀轴21的下端部保持有圆筒状的阀保持件23,该阀保持件23的顶孔部分连结固定于凸缘状部21d(在图示例中,由铆接部23a来铆接固定),该凸缘状部21d设置于阀轴21的下部大径连结部21c的外周,并且阀保持件23滑动自如地嵌插于导向杆15的大径圆筒状躯干部15a。即,在本例中,圆筒状的阀保持件23的顶孔由阀轴21的下部大径连结部21c来封闭,并且该阀保持件23与阀轴21一体地一边旋转一边升降。主阀芯25的上部沿上下方向(升降方向)滑动自如地插入(内插)于该阀保持件23的下部并被保持,并且,先导阀芯27沿上下方向(升降方向)滑动自如地插入(内插)于阀保持件23中的主阀芯25的上侧并被保持。

在本例中,主阀芯25是以例如金属为原料而由沿着上下方向(轴线o方向)配置的带台阶的轴状的部件制作的,该主阀芯25具有:倒圆锥台状的阀芯部25a,该阀芯部25a的下部插入于阀座11a(阀口11b)内并落座;与该阀芯部25a的上部相连的圆柱状的躯干部25b;以及与该躯干部25b的上部相连的大径头部25c。

将所述主阀芯25(的大径头部25c)防脱卡定于阀保持件23的下端部,在所述主阀芯25(的大径头部25c)与阀保持件23的下端部之间夹着由薄壁的环状圆板构成的垫圈29,并且划分出供所述主阀芯25的躯干部25b插通的通孔的内凸缘状钩挂部23b向内突出设置于阀保持件23的下端部。当阀保持件23相对于阀主体10向上方移动时,配置于阀保持件23的内凸缘状钩挂部23b的垫圈29钩挂于外凸缘状卡定部25d而被防脱卡定,外凸缘状卡定部25d由所述主阀芯25的大径头部25c(的下表面)的外周部分(换言之,躯干部25b与大径头部25c之间的向下的圆环状的台面)构成。此外,夹装于阀保持件23(的内凸缘状钩挂部23b)与主阀芯25(的外凸缘状卡定部25d)之间的所述垫圈29设置来用于降低阀保持件23与主阀芯25之间的旋转滑动阻力(换言之,防止由所述升降驱动装置进行的阀保持件23的旋转运动向主阀芯25传递)。

另外,为了构成将阀口11b与形成于(阀保持件23内的)主阀芯25的上侧(背面)的背压室20连通的均压通路(也称为先导通路)26a,在所述主阀芯25内沿上下方向(轴线o方向)贯通设置有带有台阶且直径比阀口11b小的纵孔26。

另一方面,在主阀芯25(的纵孔26)的上表面载置有带有弹簧支承部27b的大致圆筒状的先导阀芯27。在该先导阀芯27的下端(下表面)保持固定有短圆柱状的阀芯部件28(在图示例中,通过铆接部27a进行铆接固定),该阀芯部件28与所述主阀芯25的纵孔26(均压通路26a)的上端缘部(先导阀口)接触、分离而对该均压通路26a进行开闭,且是由例如橡胶等弹性材料制作的。另外,凸缘状的弹簧支承部27b向外突出地设置于先导阀芯27的下部外周,在该弹簧支承部27b(的上表面)与阀轴21的下部大径连结部21c(的下表面外周所设置的圆环状的凹陷面)之间,压缩安装有阀芯押压兼缓冲用的由圆筒状的压缩螺旋弹簧构成的阀芯施力弹簧(施力部件)24。通过该阀芯施力弹簧24(的施力),先导阀芯27始终被向下(闭阀方向)施力,并且主阀芯25经由先导阀芯27被向下(闭阀方向)施力。

在阀保持件23的中腹部内周形成有与所述凸缘状的弹簧支承部27b卡合的大小的内周台阶部23c。当阀保持件23相对于阀主体10向上方移动时,由先导阀芯27的弹簧支承部27b(的下表面)的外周部分构成的凸缘状卡定部27c通过阀保持件23的内周台阶部(向上的圆环状的台面)23c被钩挂而卡定。

另外,在本例中,在阀保持件23(中的所述内周台阶部23c的下侧)设置有多个贯通孔(横孔)23d,所述背压室20(阀保持件23的内侧)和阀室12经由所述贯通孔23d等始终连通。

上述的阀轴21、阀保持件23、主阀芯25、先导阀芯27以及阀芯施力弹簧24在主阀芯25离开阀座11a的状态(开阀状态)下实质上一体地一边旋转一边升降,主阀芯25、先导阀芯27以及阀芯施力弹簧24能够沿上下方向(升降方向)相对移动且能够相对旋转地保持于阀保持件23内。

另外,在该情况下,在如图1所示的闭阀状态(阀保持件23、主阀芯25以及先导阀芯27处于最下降位置的状态,且均压通路26a关闭、阀口11b关闭的状态)下,先导阀芯27的凸缘状卡定部27c(的下表面)与阀保持件23的内周台阶部23c(向上的台面)(在上下方向上)分开规定的距离la,主阀芯25的外凸缘状卡定部25d(的下表面)与配置于阀保持件23的内凸缘状钩挂部23b的垫圈29(的上表面)(在上下方向上)分开规定的距离lb,以lb>la的关系来设定各分开距离(参照图2)。由此,伴随着阀保持件23通过升降驱动装置而向上方移动,先导阀芯27及主阀芯25按照先导阀芯17、主阀芯25的顺序以不同的上升量(位置)卡合于阀保持件23(之后详细叙述)。

另外,为了设定转子30和阀轴21的原点位置,具有规定的宽度、高度、深度且截面为矩形的闭阀方向用固定止动件55向上突出地设置于导向杆15的小径上部15b的上表面,具有规定的宽度、高度、深度且截面为矩形的开阀方向用固定止动件56向下突出地设置于导向杆15的大径圆筒状躯干部15a的上部。

闭阀方向用可动止动件35与阀轴21中的外螺纹部21e的上端部螺合且被防脱卡定于转子30的圆板状顶部。该闭阀方向用可动止动件35由螺母部35a和止动部35s构成,螺母部35a螺合于外螺纹部21e,其俯视下的外形为六边形且一边为圆弧状,止动部35s从该螺母部35a向下突出设置,具有规定的宽度、高度、深度且截面为矩形。

另外,与所述开阀方向用固定止动件56抵接卡定的开阀方向用可动止动件36螺合于阀轴21的外螺纹部21e的下端部且被防脱卡定于所述阀轴21的下部大径连结部21c。该开阀方向用可动止动件36由螺母部36a和止动部36s构成,螺母部36a与外螺纹部21e螺合,止动部36s从该螺母部36a向上突出设置,并具有规定的宽度、高度、深度且截面为矩形。

所述转子30由带顶的圆筒状的磁铁31和一体结合于该顶部的连结体32构成,连结体32外嵌于阀轴21中的上部小径部21b,并且载置到所述闭阀方向用可动止动件35上而焊接固定于所述上部小径部21b。

在此,在所述转子30的顶部的下表面侧设置有凹部33,该凹部33在两端部具备在俯视下形成为d字状的d切割部,在形成于该凹部33的d切割部以外的呈圆弧状的部分,以抵接的状态嵌入有所述闭阀方向用可动止动件35的螺母部35a的呈圆弧状的一边,所述螺母部35a的另两边以抵接的状态嵌入到d切割部,由此,转子30、闭阀方向用可动止动件35及阀轴21一体地一边旋转一边升降。

另一方面,在所述壳体45的外周,外嵌有由轭铁51、线圈架52、线圈53、树脂模制体54等构成的定子50。该定子50通过设置于其底部的定位固定件(省略图示)而相对于阀主体10定位固定在规定的位置。

由此,当转子30旋转时,阀轴21与该转子30一体地旋转,此时,阀轴21和阀保持件23通过所述螺纹进给机构而伴随着先导阀芯27和阀芯25升降,由此,制冷剂的通过流量被调整。

一边参照图2~图5一边对上述结构的电动阀1的动作(尤其是,其开阀动作)具体地进行说明。

此外,在本实施方式的电动阀1中,流体(制冷剂)沿两个方向(从第一出入口6朝向第二出入口7的方向(横→下)、和从第二出入口7朝向第一出入口6的方向(下→横)这两个方向)流动,但是电动阀1的动作自身在流体(制冷剂)的流动方向上基本相同,因此,在以下,以能够发挥压力消除(平衡)效果的横→下流动的情况为代表进行说明。因此,在以下的动作中,第一出入口6成为流入口(高压侧)、第二出入口7成为流出口(低压侧)。

在如图2所示的闭阀状态下,闭阀方向用可动止动件35与闭阀方向用固定止动件55抵接而卡定,转子30、阀轴21以及阀保持件23处于最下降位置。此时,先导阀芯27的凸缘状卡定部27c(的下表面)与阀保持件23的内周台阶部23c(向上的台面)分开规定的距离la,主阀芯25的外凸缘状卡定部25d(的下表面)与配置于阀保持件23的内凸缘状钩挂部23b的垫圈29(的上表面)分开规定的距离lb(>la),通过阀芯施力弹簧24(的施力),先导阀芯27被向下(闭阀方向)施力,并且主阀芯25经由先导阀芯27而被向下(闭阀方向)施力。因此,先导阀芯27(的阀芯部件28的下表面)压接(落座于)主阀芯25的纵孔26(均压通路26a)的上端缘部(先导阀口)而关闭均压通路26a,并且主阀芯25(的阀芯部25a)压接(落座)于阀主体10的阀座11a而关闭阀口11b。

当从图2所示的闭阀状态对定子50供给成为闭阀方向用驱动模式的脉冲时,转子30及阀轴21旋转,通过由内螺纹部15i和外螺纹部21e构成的螺纹进给机构,转子30、阀轴21、阀保持件23以及闭阀方向用可动止动件36一边旋转一边上升。直到其上升量达到la为止(图3所示的状态为止),先导阀芯27的凸缘状卡定部27c不钩挂于阀保持件23的内周台阶部23c,通过阀芯施力弹簧24(的施力),来保持均压通路26a及阀口11b关闭的状态(与图2相同的闭阀状态)。此时,阀芯施力弹簧24的压缩量逐渐减少而其全长随之逐渐变长。

转子30、阀轴21、阀保持件23以及开阀方向用可动止动件36进一步一边旋转一边上升,当其上升量达到la时,如图3所示,(通过阀芯施力弹簧24的施力)先导阀芯27的凸缘状卡定部27c与阀保持件23的内周台阶部23c卡合。直到该上升量超过la而到达lb为止(图4所示的状态为止),由于主阀芯25的上下的压力差,在保持主阀芯25(的阀芯部25a)被按压于阀主体10的阀座11a的状态(即,保持主阀芯25关闭阀口11b的状态)下,先导阀芯27通过所述凸缘状卡定部27c与所述内周台阶部23c的卡合而与阀保持件23一起(一体地)移动(上升),先导阀芯27(的阀芯部件28的下表面)从主阀芯25的纵孔26(均压通路26a)的上端缘部(先导阀口)离开,从而均压通路26a开口。此外,当上升量超过la时,由于凸缘状卡定部27c与内周台阶部23c卡合,因此阀芯施力弹簧24的全长不发生变化。从第一出入口(流入口)6经由阀室12而流入到所述背压室20的流体经由主阀芯25内的均压通路26a而流入阀口11b。流入该阀口11b的流体(即,向第二出入口(流出口)7流出的流体)的流量随着阀保持件23及先导阀芯27的上升(上升量)而逐渐增大(小流量控制区域)。在该小流量控制区域中,作用于主阀芯25的下压力(向闭阀方向作用的力)和提升力(向开阀方向作用的力)平衡(差压被消除)。

当如所述那样均压通路26a打开之后,转子30、阀轴21、阀保持件23以及开阀方向用可动止动件36进一步一边旋转一边上升,当其上升量达到lb(>la)时,如图4所示,主阀芯25的外凸缘状卡定部25d与配置于阀保持件23的内凸缘状钩挂部23b的垫圈29卡合。并且,当该上升量超过lb时,如图5所示,主阀芯25通过所述外凸缘状卡定部25d与配置于所述内凸缘状钩挂部23b的垫圈29卡合而与阀保持件23一起(一体地)移动(上升),主阀芯25(的阀芯部25a)从阀主体10的阀座11a离开,从而阀口11b开口。从第一出入口(流入口)6流入到阀室12的流体流入阀口11b(与均压通路26a相比直径相对较大),流入该阀口11b的流体(即,向第二出入口(流出口)7流出的流体)的流量随着阀保持件23及主阀芯25的上升(上升量)而逐渐增大(大流量控制区域)。在该大流量控制区域中,作用于主阀芯25的下压力(闭阀方向的力)和提升力(开阀方向的力)也平衡(差压被消除)。

此外,最终,开阀方向用可动止动件36与开阀方向用固定止动件56抵接而卡定,由此,转子30、阀轴21及阀保持架23的旋转及上升被强制停止。

如以上说明那样,在本实施方式的电动阀1中,伴随着阀保持件23通过升降驱动装置而向上方向移动,先导阀芯27及主阀芯25按照先导阀芯27、主阀芯25这样的顺序以不同的上升量卡合于阀保持件23,由此,在均压通路26a打开之后,阀口11b具有时间差地(阶段性地)打开(换言之,所述均压通路26a及所述阀口11b依次阶段性地打开),因此,在阀口11b开阀之前均压通路26a打开且主阀芯25的上下的差压降低(均压),并且对先导阀芯27向闭阀方向施力的阀芯施力弹簧(施力部件)24在阀口11b开阀时不对主阀芯25进行施力,因此驱动转矩减小,能够提高动作性、耐久性,并且能够实现电动阀1的进一步小型化。

此外,在上述实施方式中,落座于在主阀芯25内设置的纵孔26(均压通路26a)的上端缘部的先导阀芯27的阀芯部件28的下表面(落座面)由平面构成,但是,例如,如图6所示,先导阀芯27对于均压通路26a的落座面27a也可以具有倒圆锥面。在图6所示的例子中,所述落座面27a由具有倒圆锥面的倒圆锥台面构成。在该情况下,通过调整落座面(倒圆锥面)27a的倾斜角(控制角)θ等,如图7所示,例如与上述实施方式相比,能够减小刚开阀之后的流量变化的梯度(上升度),能够提高低流量控制区域(参照图4)的控制性。

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