CN101646889B - 对安装载荷不敏感的阀芯 - Google Patents

Abstract

一种单手柄阀芯，该阀芯包括致动机构，其中操作致动机构所需要的力的大小对在将阀芯安装在阀体中期间所施加至阀芯的加载力不敏感。因此，阀芯可以在安装载荷的较宽范围上操作，并且在不使用专用工具或专用机构的情况下可以适当地安装。

Description

对安装载荷不敏感的阀芯

相前申请

本申请作为非临时专利申请提交，其根据35U.S.C.§119(e)要求享有2007年1月31日提交的美国临时专利申请No.60/898,518的优先权及任何其它权益，其整个内容通过参考包含于此。

技术领域

本发明总体上涉及阀芯，并且更具体地，本发明涉及一种阀芯，该阀芯的操作对安装期间所施加到阀芯的载荷不敏感。

背景技术

典型地，对于卫生器具(例如，水龙头、浴盆喷口、淋浴头)，阀体将从主水源流出的水运送到期望的目的地(例如，水槽、浴盆、脸盆)。阀体通常具有两个进水通路，来自主水源的冷水和热水可以分别流过所述两个进水通路。阀体也具有出水通路，冷水、热水或者冷水和热水的混合水可以通过所述出水通路排出到卫生器具的出口部分(例如，喷口)。在阀体的单手柄方案中，阀体具有用于接收阀芯的空腔，所述阀芯允许用户使用单个阀致动机构来控制通过进水通路流到出水通路的水的流量和温度。

一种类型(传统)的阀芯是包括外壳的结构组件，在所述外壳中布置有两个或更多个盘、板等。盘通常由硬质材料(例如，陶瓷或金属)制成。这些盘中的至少一个盘(即，固定盘)相对于外壳固定。这些盘中的另一个盘(即，可运动盘)布置在固定盘的上方，并且相对于固定盘可运动。阀芯包括致动机构，所述致动机构在一端处直接或间接地连接到可运动盘。致动机构的另一端延伸通过外壳中的开口，供用户操纵。致动机构延伸通过外壳中的开口的端部可以连接到诸如手柄、旋钮等的操作构件，以辅助用户操作阀芯。

在这种类型的阀芯的单手柄方案中，该阀芯用在单手柄方案的阀体中，固定盘包括两个进水口(即，冷水进水口和热水进水口)，当阀芯安装在阀体中后，所述两个进水口基本与阀体的进水通路对准。此外，固定盘包括出水口，当阀芯安装在阀体中后，所述出水口基本与阀体的出水通路对准。致动机构经由联接器连接至可运动盘。可以枢转致动机构以致使可运动盘平移运动。可以旋转致动机构以致使可运动盘角运动。

这样，可运动盘可以相对于固定盘采取不同的位置。具体地，致动机构的枢转将水的流量从零改变到最大流量，而致动机构的旋转改变水的温度。因此，单手柄的致动机构既可以控制流过阀芯的水的流量又可以控制其温度。

阀芯还包括一个或多个密封件，用于防止水从阀芯中泄漏。密封件例如可以位于阀芯中的这些盘的下方、之间和/或上方。当阀芯安装在阀体中后，保持螺母用于将阀芯固定在阀体中。保持螺母接合阀芯的外壳，以便使阀芯中的密封件被压缩，并因而向阀芯中的部件(包括盘)施加加载力。随着施加至保持螺母的转矩增加，阀芯中的部件上的载荷也增加。因此，固定盘和可运动盘在阀芯安装在阀体中之后保持水密接触。

在将传统阀芯安装在阀体中期间，通常要求规定范围内的载荷施加至阀芯，以确保阀芯的正常操作。因此，规定范围内的转矩必须施加至保持螺母，以在阀芯上得到适当的载荷。

如果施加至阀芯的载荷不足，例如由于太小的转矩施加至保持螺母，则阀芯将不能正常地进行操作。例如，如果在阀芯安装期间施加至保持螺母的转矩不足，则阀芯中的密封件不能被充分地压缩而确保在将阀芯安装在阀体中之后固定盘和可运动盘保持水密接触，从而使得阀芯可能泄漏。另外，密封件在阀芯中的不充分压缩可以导致阀芯中的部件松散地或不适当地相互接合。例如，如果这些盘之间的摩擦力(在保持螺母的载荷下)太小，则摩擦力将不足以保持操作构件处在提升位置(即，操作位置)中，由此导致称为“手柄下落”的问题。由于这些因安装载荷不足所产生的问题，用户在阀芯操作期间会感受到不一致的、不精确的和/或粗糙的感觉。

如果施加至阀芯的载荷太大，例如由于过大的转矩施加至保持螺母，则用户将很难操作阀芯(例如，可运动盘很难相对于固定盘运动)。在极端情况下，可运动盘将不能相对于固定盘运动，由此致使阀芯不能操作。此外，如果在阀芯安装期间施加过大的载荷，则由此产生的使可运动盘在固定盘上运动所需的增大的摩擦力将传递到阀芯的致动机构，在所述致动机构处该摩擦力被用户所感知。再者，阀芯上的过大的载荷会导致阀芯中的多个动态支承表面加速磨损，由此缩短阀芯的有效寿命。由于这些因过大的安装载荷所导致的问题，所以用户在阀芯操作期间会感受到不一致的、不精确的和/或粗糙的感觉。

因此，为了将传统阀芯适当地安装在阀体中，专用工具(例如，转矩扳手)或者其它专用机构是必要的。

因此，本技术领域中需要一种阀芯，其中该阀芯的操作对在将阀芯安装在阀体中期间所施加至阀芯的载荷不敏感。

发明内容

鉴于上述内容，本发明的一个典型方面是提供一种阀芯，其中该阀芯的操作对在将阀芯安装在阀体中期间所施加至阀芯的载荷不敏感。

本发明的另一个典型方面是提供一种阀芯，该阀芯在安装载荷的较宽范围上适当地进行操作。

本发明的又一个典型方面是提供一种阀芯，该阀芯能够在不需要诸如转矩扳手的任何专用工具或专用机构的情况下适当地安装在阀体中。

附图说明

上述方面和额外的方面、特征以及优点将通过参照附图详细地说明本发明的示例性实施例而变得容易清楚，其中相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1是根据示例性实施例的阀芯的分解透视图；

图2是图1的示例性阀芯的示例性外壳的透视图；

图3是图1的示例性阀芯的示例性球茎的透视图；

图4A至4C示出了用在图1的示例性阀芯中的示例性弹簧，图4A是弹簧的透视图，图4B是弹簧的平面图，图4C是弹簧的侧视图；

图5A至5D示出了用在图1的示例性阀芯中的示例性衬套，图5A是衬套的透视图，图5B是衬套的侧视图，图5C是衬套的仰视图，图5D是沿着图5C的线A-A得到的衬套的剖视图；

图6A至6D示出了用在图1的示例性阀芯中的示例性流板，图6A是流板的透视图，图6B是流板的平面图，图6C是沿着图6B的线A-A得到的流板的剖视图，图6D是沿着图6B的线B-B得到的流板的剖视图；

图7是图1的示例性阀芯的示例性歧管的透视图；

图8A至8B示出了用在图1的示例性阀芯中的示例性基部密封件，图8A是基部密封件的顶部透视图，图8B是基部密封件的底部透视图；

图9A至9C示出了组装形式的图1的示例性阀芯，图9A是组装形式的阀芯的平面图，图9B是沿着图9A的线A-A得到的阀芯的剖视图，图9C是沿着图9A的线B-B得到的阀芯的剖视图；

图10是安装在卫生器具中之后的图1的示例性阀芯(沿着图9A的线B-B得到的)的剖视图的镜像；

图11是根据另一个示例性实施例的阀芯的分解透视图；

图12A至12C示出了用在图11的示例性阀芯中的示例性上外壳，图12A是上外壳的透视图，图12B是上外壳的侧视图，图12C是沿着图12B的线A-A得到的上外壳的剖视图；

图13是图11的示例性阀芯的示例性球茎的透视图；

图14A至14C示出了用在图11的示例性阀芯中的示例性弹簧，图14A是弹簧的透视图，图14B是弹簧的平面图，图14C是沿着图14B的线A-A得到的弹簧的剖视图；

图15A至15C示出了用在图11的示例性阀芯中的示例性衬套，图15A是衬套的侧视图，图15B是沿着图15A的线A-A得到的衬套的剖视图，图15C是衬套的平面图；

图16A至16D示出了用在图11的示例性阀芯中的示例性承载件，图16A是承载件的透视图，图16B是承载件的平面图，图16C是承载件的仰视图，图16D是承载件的侧视图；

图17A至17C示出了用在图11的示例性阀芯中的示例性可运动盘，图17A是可运动盘的平面图，图17B是沿着图17A的线A-A得到的可运动盘的剖视图，图17C是可运动盘的仰视图；

图18A至18D了示出用在图11的示例性阀芯中的示例性固定盘，图18A是固定盘的顶部透视图，图18B是固定盘的底部透视图，图18C是固定盘的平面图，图18D是固定盘的仰视图；

图19A至19B示出了用在图11的示例性阀芯中的示例性基部密封件，图19A是基部密封件的顶部透视图，图19B是基部密封件的平面图；

图20A至20D示出了用在图11的示例性阀芯中的示例性下外壳，图20A是下外壳的顶部透视图，图20B是下外壳的底部透视图，图20C是下外壳的平面图，图20D是下外壳的仰视图；

图21A至21C示出了组装形式的图11的示例性阀芯，图21A是组装形式的阀芯的平面图，图21B是沿着图21A的线A-A得到的阀芯的剖视图，图21C是沿着图21A的线B-B得到的阀芯的剖视图。

图22A至22C示出了用于将图11的示例性阀芯固定在阀体中的示例性保持螺母，图22A是保持螺母的透视图，图22B是保持螺母的平面图，图22C是沿着图22B的线A-A得到的保持螺母的剖视图；

图23是示出了22A至22C的示例性保持螺母接合图11的示例性阀芯的简图；

图24示出了可以用于将阀芯固定在阀体中的示例性保持螺母；

图25示出了将阀芯固定在阀体中的图24的保持螺母；

图26是示出了根据示例性实施例的阀芯操作转矩与阀芯安装转矩之间的关系的图表。

具体实施方式

虽然本发明的一般概念容许多种不同形式的实施例，但是在附图中示出并将在此详细说明其特定实施例，应当理解，本公开将认为是本发明的一般概念的原理的举例说明。因此，本发明的一般概念不受在此说明的特定实施例的限制。

根据示例性实施例的单手柄阀芯100具有使阀芯100的操作对阀芯100上的安装载荷不敏感的结构。因此，在阀芯100安装期间向阀芯100施加较大的安装载荷时，操作阀芯100所需要的力(例如，力矩)会较小地变化或者没有变化。

如图1和9A至9C中所示，示例性阀芯100具有若干分离的部件，其包括外壳102、球茎104、销106、弹簧108、衬套110、流板112、歧管114以及基部密封件116。流板112和/或歧管114可以由硬质材料制成。例如，流板112和/或歧管114可以由不锈钢制成。外壳102例如可以由塑料或金属制成。

如图2所示，在外壳102中形成有空腔118，用于接收阀芯100的其余部件。外壳102包括下开口120，部件通过所述下开口120可以插入到外壳102中。外壳102还包括上开口122，球茎104的茎部分124延伸通过所述上开口122。外壳102中的空腔118靠近下开口120的部分宽于靠近上开口122的部分。空腔118靠近外壳102的上开口122的部分接收球茎104的球部分126。因此，空腔118靠近上开口122的部分的第一内表面128的形状基本与球茎104的球部分126的形状一致(参见图9B至9C和10)。

空腔118靠近外壳102的下开口120的部分接收衬套110、流板112、歧管114以及基部密封件116。空腔118靠近下开口120的直径基本与基部密封件116、歧管114和衬套110的平环形部分130的直径相同，以便当这些部件被接收在外壳102中时，在这些部件与外壳102之间仅存有较小的空隙。

空腔118靠近外壳102的下开口120的部分在外壳102的外表面上形成安装凸耳132(参见图1和9B至9C)。保持螺母134接合安装凸耳132和/或安装凸耳132上方的外壳102，以在阀体136中固定阀芯100(参见图10)。此外，外壳102具有一个或多个键138，各键都与阀体136中的互补形状的凹部(未示出)接合，以防止在阀芯100安装之后外壳102相对于阀体136旋转。一个或多个键138可以具有小叶片的形状。外壳102还包括在外壳102的相对的侧面上形成的一对狭槽140，所述一对狭槽140与销106的远端对接，以起温度限制器的作用，这将在下面进行说明。

如图3中所示，球茎104是用于阀芯100的致动机构。球茎104包括球部分126和茎部分124。球部分126和茎部分124可以是分离的部件或者可以一体地形成。球部分126包括从球部分126的一侧延伸的突起142，所述茎部分124从球部分126相反的另一侧延伸。突起142用作联接装置，用于将球茎104连接到流板112，这将在以下进行说明。球部分126和突起142可以是分离的部件或者可以一体地形成。

经过球茎104的球部分126的中心形成有孔144。孔144与球茎104的茎部分124正交。在球茎104插入到外壳102的空腔118中之后，销106可以通过外壳102中的多个狭槽140中的一个插入到球茎104的孔144中。这样，销106保持球茎104处在外壳102中。

如图4A至4C中所示，弹簧108呈具有中央开口146的环形形状。弹簧108布置在外壳102中球茎104的球部分126下方(参见图9B至9C)。弹簧108(例如，通过螺纹连接、摩擦配合、焊接)连接到外壳102的第二内表面148，以便使弹簧108也保持球茎104处在外壳102中。弹簧108具有多个凹槽150，所述多个凹槽150形成在弹簧108的外周边152上。这些凹槽150与形成在外壳102的第二内表面148上的相对应的突出部(未示出)接合，由此在外壳102内将弹簧108固定在球茎104下方。

球茎104的突起142延伸通过弹簧108中的中央开口146。球茎104的球部分126中的某一部分也可以延伸通过弹簧108中的中央开口146。弹簧108包括围绕中央开口146的多个弹性凸缘154。弹簧108的弹性凸缘154接触球茎104的球部分126，并且推压球茎104的球部分126抵靠外壳102的互补形状的第一内表面128。

如图5A至5D中所示，衬套110包括平环形部分130和凸环形部分156。平环形部分130的直径大于凸环形部分156的直径。衬套110布置在外壳102的空腔118中的弹簧108的下方，并与其间隔开(参见图9B至9C)。衬套110的平环形部分130的上表面158接触外壳102的第三内表面160，所述第三内表面160位于安装凸耳132的下方。衬套110的平环形部分130的下表面162搁置在流板112的平坦部分166的上表面164上。另外，衬套110的凸环形部分156延伸到外壳102的空腔118直接在安装凸耳132上方的部分中。衬套110的凸环形部分156的尺寸设计成紧密地配合在外壳102的空腔118的接收衬套110的凸环形部分156的部分中。因此，衬套110在外壳102与流板112之间提供支撑表面。

衬套110具有开口168，所述开口168延伸通过衬套110的平环形部分130和凸环形部分156。流板112的凸部分170延伸到衬套110的开口168中。流板112的凸部分170形成混合室172。衬套110的开口168的一部分具有形状与流板112的凸部分170的形状一致的内表面(参见图5C至5D)。另外，在流板112的凸部分170上形成有联接凹部174(参见图6A至6D)。在流板112安装在阀芯100中之后，联接凹部174定位在衬套110的开口168内，并且被衬套110的凸环形部分156围绕(参见图9B至9C)。

流板112的联接凹部174接收球茎104的突起142，由此连接致动机构(即，球茎104)和流板112。球茎104的突起142可以具有四个侧面，该四个侧面分别与联接凹部174的四个相对应的侧面接触。球茎104的突起142并没有接触联接凹部174的底表面。应当理解，尽管在此说明了示例性实施例，但是球茎104可以通过允许球茎104使流板112平移运动和角运动的任何适当的方式连接到流板112。

如图6A至6D中所示，流板112是相对于外壳102可运动的形成为板、盘等的阀构件。流板112包括平坦部分166和凸部分170。流板112的平坦部分166形成密封表面，所述密封表面可以覆盖和打开歧管114中的进水孔口176和178，以便允许仅冷水、仅热水、或者冷水和热水两种水流过歧管114。流过歧管114中的进水孔口176和178的水进入混合室172(即，形成在流板112的凸部分170的下面的空腔)，在所述混合室172处冷水和热水在通过歧管114中的出水孔口180排放之前进行混合。此外，如上所述，流板112也包括联接凹部174，所述联接凹部174形成在流板112的凸部分170上。

如图7中所示，歧管114是相对于外壳102固定的形成为板、盘等的阀构件。歧管114包括一个或多个突起182，所述一个或多个突起182形成在歧管114的周边184上，其中各突起182都配合在外壳102的多个键138中的一个的内部空腔186中(参见图2)。突起182相对于外壳102固定歧管114，从而防止歧管114在外壳102内旋转。

歧管114包括进水孔口176和178，所述进水孔口176和178分别与冷水进水孔口和热水进水孔口相对应。歧管114还包括出水孔口180，流过冷水进水孔口176的冷水、流过热水进水孔口178的热水、或者冷水和热水的混合水都可以通过所述出水孔口180流到阀体136的出水通路(未示出)。

如图8A至8B中所示，基部密封件116是由弹性材料(例如，橡胶)形成的密封构件。基部密封件116包括一个或多个突起188，所述一个或多个突起188形成在基部密封件116的周边190上，其中各突起188都配合在外壳102的多个键138中的一个的内部空腔186中。突起188相对于外壳102固定基部密封件116，从而防止基部密封件116在外壳102内旋转。基部密封件116还包括一个或多个突出部192，所述一个或多个突出部192形成在基部密封件116的周边190上，其中一个或多个突出部192是可变形的，以配合在形成在外壳102中的相对应的一个或多个开口194中，并延伸通过所述相对应的一个或多个开口194，从而将基部密封件116固定在外壳102中。一个或多个突出部192可以具有不同的尺寸。

如同歧管114一样，基部密封件116具有冷水进水孔口196、热水进水孔口198和出水孔口200。基部密封件116的冷水进水孔口196和热水进水孔口198各自都具有壁202，所述壁202从基部密封件116的下表面204附近向基部密封件116的上表面206附近倾斜，以便提高通过基部密封件116流入阀芯100中的水的流动。基部密封件116的出水孔口200具有壁208，所述壁208从基部密封件116的上表面206附近向基部密封件116的下表面204附近倾斜，以便提高通过基部密封件116流出阀芯100的水的流动。重要的是，当阀芯100组装后，歧管114中的孔口176、178和180与基部密封件116中的孔口196、198和200对准。因此，歧管114上的突起182和基部密封件116上的突起188确保歧管114和基部密封件116仅沿一个方向配合到外壳102中，其中歧管114中的孔口176、178和180与基部密封件116中的孔口196、198和200沿该方向对准。

在基部密封件116的上表面206上围绕基部密封件116中的孔口196、198和200的是脊部210(参见图8A)。类似地，在基部密封件116的下表面204上围绕基部密封件116中的孔口196、198和200的是脊部212(参见图8B)。当阀芯100安装在阀体136中时，基部密封件116的脊部210和212被压缩(参见图9B至9C和10，这些附图仅为了例示目的而示出了与压缩结构交搭的脊部210和212)。具体地，当保持螺母134被向下拧紧在安装凸耳132和/或安装凸耳132上方的外壳102上时，脊部210在基部密封件116和阀芯100的歧管114之间被压缩，而脊部212在基部密封件116与阀体136的落座表面214之间被压缩(参见图10)。应当注意到，虽然歧管114的突起182防止歧管114在外壳102内旋转，但是突起182允许歧管114在外壳102内轴向地运动。这样，基部密封件116的脊部210和212的压缩在流板112和歧管114上施加加载力。因此，在阀芯100安装之后，流板112和歧管114保持相互水密接合。

流板112相对于歧管114的位置和方向由球茎104的茎部分124控制，所述茎部分124通过上开口122从外壳102突出。例如，绕枢轴(例如，销106)枢转球茎104的茎部分124可以改变流板112相对于歧管114的位置，这改变水的流量。旋转球茎104的茎部分124可以改变流板112相对于歧管114的方向，这改变水的温度。

诸如手柄、旋钮等的操作构件216(参见图10)可以连接到球茎104的茎部分124，以便帮助用户操纵茎部分124。因此，在阀芯100安装在阀体136中以后，用户可以操纵操作构件216，所述操作构件216使球茎104的茎部分124运动，以改变流板112相对于歧管114的位置和/或方向，由此控制通过阀芯100流出卫生器具218的水的流量和温度，例如通过卫生器具218的喷口(未示出)流出卫生器具218(参见图10)。

通过茎部分124接触外壳102的上开口122的相对的表面可以限制球茎104的茎部分124绕销106的枢转。因而，当阀芯100处在与零流量相对应的完全关闭位置中时，球茎104的茎部分124接触外壳102的上开口122的第一表面222(参见图9C)。当阀芯100处在与最大流量相对应的完全打开位置中时，球茎104的茎部分124接触外壳102的上开口122的第二表面224。通过销106的远端接触狭槽140的端部分226可以限制球茎104的茎部分124的旋转(参见图1至2和9A)。因此，狭槽140的长度限定阀芯100可以传送的水的温度的范围，所述狭槽140功能为温度限制器。

阀芯100具有使操作阀芯100所需要的力的大小对在阀体136中安装阀芯100期间所施加至阀芯100的载荷不敏感的结构特征。在示例性实施例中，施加至阀芯100的载荷直接涉及在阀体136中安装阀芯100期间所施加至保持螺母134的转矩大小。

在一个示例性实施例中，在一定大小的转矩施加至保持螺母134以在操作状态中将阀芯100安装在阀体136中之后，增加的转矩量将不增加在操作状态中施加至阀芯100的载荷。在一个示例性实施例中，操作状态指阀芯100在使用中不泄漏(即，由于足够的转矩施加至阀芯100以压缩阀芯100的密封构件(例如，基部密封件116)，从而防止在阀芯操作期间的任何泄漏)。在另一个示例性实施例中，操作状态指流板112可相对于歧管114容易地运动。在又一个示例性实施例中，操作状态指施加至阀芯100的阈值载荷(例如，25lbs-in的转矩)。在再一个示例性实施例中，操作状态指安装载荷的范围，在所述安装载荷范围内阀芯100适当地起作用(例如，25至200lbs-in的转矩、45至65lbs-in的转矩)。

有助于使阀芯100对安装载荷不敏感的一个典型结构特征是弹簧108。弹簧108在阀芯100组装期间连接至外壳102的第二内表面148。这样，弹簧108将球茎104固定在外壳102中，而与插入到外壳102中的衬套110、流板112、歧管114以及基部密封件116无关。弹簧108在球茎104上施加向上的力(即，预载力)。

如上所述，当组装好的阀芯100通过将保持螺母134向下拧紧在安装凸耳132和/或安装凸耳132上方的外壳102上而安装在阀体136中时，基部密封件116的脊部210和212被压缩。基部密封件116的脊部210和212的压缩导致加载力通过阀芯100的部件向上传递。然而，因为弹簧108在球茎104上施加明显不同于加载力的向上的预载力，并且球茎104的突起142并没有在流板112的联接凹部174中降至最低点，所以致动机构(即，球茎104)与布置在弹簧108下方的阀芯100的部件(例如，衬套110、流板112、歧管114以及基部密封件116)分离。因此，弹簧108使球茎104与由基部密封件116的脊部210和212的压缩所产生的加载力隔离，以便使球茎104在阀芯100安装期间主要被弹簧108的预载力影响而不被施加至阀芯100的载荷影响。结果，用户在阀芯100操作期间在安装载荷的较宽的范围(例如，25至200lbs-in的安装转矩)上将体会到一致的、精确的且平滑的感觉。

有助于使阀芯100对安装载荷不敏感的另一典型结构特征是阀芯100内的部件的集成。具体地，多个部件集成为阀芯100中的单元结构，由此减少阀芯100中的公差。

例如，流板112将可运动盘、承载件以及混合室组合成单个部件。承载件在传统阀芯中是连接到致动机构和可运动盘二者的装置，其中承载件致使可运动盘响应于致动机构的运动而运动。因为混合室也集成到流板112中，所以可以省略传统阀芯中通常布置在可运动盘与混合室之间的密封件。

此外，基部密封件116将下外壳和下密封件组合成单个部件。下外壳在传统阀芯中经常用于固定诸如盘的阀部件。下外壳与上外壳连接以形成传统阀芯的外壳。分离的密封件布置在传统阀芯的下外壳下面。然而，在阀芯100中，基部密封件116本身也用作下外壳，这是因为基部密封件116密封阀芯100的外壳102的下开口120，以在其中固定阀芯100的部件。

基于阀芯100中的这些集成的部件，可以减少阀芯100中待处理的总的公差。具体地，由基部密封件116的压缩所产生的加载力基本在衬套110处结束(因为布置在外壳102中的上述弹簧108)，并且该加载力主要用于保持歧管112和固定盘114相互水密接触。因此，基部密封件116可以形成为在安装载荷的较宽范围(例如，25至200lbs-in的安装转矩)上向歧管112和固定盘114施加足够的加载力(在压缩时)。此外，如上所述，因为球茎104与歧管112和固定盘114分离，基部密封件116的压缩将不会不利地影响用户在操作阀芯100期间操纵球茎104所需要的力的大小。结果，用户在阀芯100操作期间在安装载荷的较宽范围(例如，25至200lbs-in的安装转矩)上将体会到一致的、精确的且平滑的感觉。

有助于使阀芯100对安装载荷不敏感的又一个典型结构特征是安装凸耳132的位置。安装凸耳132形成在球茎104的下方(参见图9B至9C和10)。另外，安装凸耳132形成在外壳102中的空腔108的接收衬套110的平环形部分130、流板112、歧管114以及基部密封件116的那部分的上方。当保持螺母134向下拧紧在安装凸耳132上时，保持螺母134与安装凸耳132接合，这迫使外壳102压向阀体136的落座封面214。因为保持螺母134施加在安装凸耳132上的力是在球茎104的下方(或者靠近球茎104的底部)，所以球茎104的操作没有直接被在阀芯100安装期间所施加至保持螺母134的增加的转矩所影响。此外，因为上述弹簧108，所以球茎104没有间接地被施加至保持螺母134的增加的转矩和所产生的基部密封件116的压缩所影响。

另外，安装凸耳132形成使得接合安装凸耳132的保持螺母134基本与外壳102的在安装凸耳132下方的那部分对准(参见图9B至9C和10)。例如，外接外壳102的安装凸耳132的宽度与外壳102的在安装凸耳132下方的宽度在尺寸上接近，以便使接合安装凸耳132的保持螺母134的力基本与外壳102的在安装凸耳132下方的那部分对准。因此，外壳102几乎不可能由于施加至保持螺母134的过大的转矩而发生扣紧或变形。外壳102的变形会影响球茎104的操作并且会致使阀芯100不能操作。为了防止这种变形，安装凸耳132使球茎104在阀芯100操作期间在安装载荷的较宽范围(例如，25至200lbs-in的安装转矩)上提供一致的、精确的且平滑的感觉。

类似地，防止外壳102由于施加至保持螺母134的过大的转矩(以及由此在阀芯100上所产生的安装载荷)而产生扣紧或变形的另一个典型结构特征是外壳102的刚性。外壳102由诸如抗变形的硬质塑料或金属的硬质材料制成。

增加外壳102的刚性从而防止外壳102由于阀芯100上的过大的安装载荷而发生变形的另一个典型结构特征是在外壳102上形成一个或多个肋部的构造。肋部增加了外壳102的结构强度，由此防止外壳102变形。在一个示例性实施例中，一个或多个键138用作肋部。如上所述，键138可以具有小叶片的形状。键138可以与外壳102一体地形成。在一个示例性实施例中，键138从外壳102的下开口120附近延伸到外壳102的安装凸耳132。

在一个示例性实施例中，键138的高度是在0.368与0.378英寸之间。在另一个示例性实施例中，键138的高度是0.373英寸。在又一个示例性实施例中，键138的高度是0.486与0.494英寸之间。在再一个示例性实施例中，键138的高度是0.490英寸。

在一个示例性实施例中，三个键138绕外壳102的圆周形成。键138可以绕外壳102的圆周均匀地间隔开。可选地，键138可以绕外壳102的圆周不均匀地间隔开。

因为外壳102的刚性(例如，由于用作肋部的键138)，外壳102可以在施加至阀芯100的安装载荷的较宽范围上抵抗变形，这使球茎104在阀芯100操作期间提供一致的、精确的且平滑的感觉。

防止外壳102由于施加至保持螺母134的过大的转矩而发生变形的又一个典型结构特征是保持螺母134和/或阀体136上的结构，所述结构防止过大的转矩传递到阀芯100，否则过多的转矩将在阀芯100上产生过多的载荷。例如，保持螺母134包括环形凸缘228，该环形凸缘228在阀体136的表面230上降至最低点，以防止保持螺母134被拧得过紧(参见图10)。因此，环形凸缘228功能为限制可以从保持螺母134传递到阀芯100的外壳102的最大转矩量。通过防止过大的转矩从保持螺母134传递到外壳102，环形凸缘228防止外壳102变形，这允许球茎104在阀芯100操作期间提供一致的、精确的且平滑的感觉。

有助于使阀芯100对安装载荷不敏感的又一个典型结构特征是在保持螺母134的面对外壳102的安装凸耳132的下部分上形成的锯齿构造。例如，图24中所示的保持螺母480在其下部分上形成有锯齿482。另外，材料的凸脊形成或以其他方式布置在外壳102的安装凸耳132上。例如，图25中所示的阀芯484包括外壳486，该外壳486在其安装凸耳490上形成有材料的凸脊488。因此，当保持螺母480在将阀芯484安装在阀体(例如，阀体136)中期间旋转时，保持螺母480上的锯齿482切割外壳486的安装凸耳490上的材料的凸脊488。这样，锯齿482和凸脊488允许部件的制造公差(例如，阀芯100、保持螺母134以及阀体136)被吸收，由此确保安装期间保持螺母480适当地接合阀芯484。可选地，锯齿482能够形成在外壳486的安装凸耳490上，而材料的凸脊488能够形成在保持螺母480的下部分上。

有助于使阀芯100对安装载荷不敏感的另一个典型结构特征是应用到流板112和/或歧管114的低摩擦涂层。例如，类金刚石的(diamond-like)碳涂层应用到流板112的面对歧管114的一侧和/或应用到歧管114的面对流板112的一侧。因为球茎104通过弹簧108而与动态密封元件(例如，流板112和歧管114)分离，如上所述，流板112和歧管114之间的摩擦力可以较小，而不导致上述手柄下落的问题。因此，使用低摩擦涂层并不会使操作构件216的重量克服流板112和歧管114之间的摩擦力，以便使操作构件216抵抗任何无意的位置变动。

在阀芯100安装在阀体136中期间，随着增大的转矩施加至保持螺母134，基部密封件116受到增加的压缩。结果，流板112和歧管114被紧密地压在一起。然而，低摩擦涂层帮助流板112在安装载荷的较宽范围(例如，25至200lbs-in的安装转矩)上相对于歧管114运动。因此，当过大的转矩量施加至保持螺母134时，用户可以容易地使操作构件216(并因而使球茎104)运动，以控制阀芯100的操作。因而，用户在阀芯100的操作期间将体会到一致的、精确的且平滑的感觉。

以上这些典型结构特征，或者单独地，或者组合，或者多种子组合都有助于使阀芯100对安装载荷不敏感。因此，操作阀芯100所需要的力的大小对在将阀芯100安装到阀体136中期间所施加至阀芯100的载荷相对不敏感，即相对于在将阀芯100安装到阀体136中期间所施加至阀芯100的载荷变化很小。因而，阀芯100在安装载荷的较宽范围上适当地操作。此外，用户在阀芯100操作期间在安装载荷的较宽范围上将体会到一致的、精确的且平滑的感觉。

因为阀芯100的操作对安装载荷相对不敏感，所以阀芯可以在不使用诸如转矩扳手的专用工具或专用机构的情况下更容易地安装在阀体136中。

根据另一个示例性实施例的单手柄阀芯300具有使阀芯300的操作对阀芯300上的安装载荷不敏感的结构。因此，当在阀芯300安装期间施加较大的安装载荷至阀芯300时，操作阀芯300所需要的力(例如，转矩)变化很小或不变化。

如图11和21B至21C中所示，示例性阀芯300具有若干分离的部件，其包括上外壳302、球茎304、销306、弹簧308、衬套310、承载件312、可运动盘314、固定盘316、基部密封件318以及下外壳320。可运动盘314和/或固定盘316可以由硬质材料制成。例如，可运动盘314和/或固定盘316可以由陶瓷制成。上外壳302例如可以由塑料或金属制成。

如图12A至12C中所示，在上外壳302中形成有空腔322，用于接收阀芯300的其余部件。上外壳302包括下开口324，部件通过所述下开口324可以插入到上外壳302中。上外壳302还包括上开口326，球茎304的茎部分328延伸通过所述上开口326。上外壳302中的空腔322靠近下开口324的部分宽于靠近上开口326的部分。空腔322靠近上外壳302的上开口326的部分接收球茎304的球部分330。因此，空腔322靠近上开口326的部分的第一内表面332的形状基本与球茎304的球部分330的形状一致(参见图12C和21B)。

空腔322靠近上外壳302的下开口324的部分接收衬套310、承载件312、可运动盘314、固定盘316以及基部密封件318(参见图21B至21C)。此外，如以下将说明的那样，下外壳320与上外壳302对接，以在上外壳302的空腔322中保持这些部件(参见图21B至21C)。

空腔322靠近上外壳302的下开口324的部分在上外壳302的外表面上形成安装凸耳334(参见图12A至12C以及21A至21C)。在一个示例性实施例中，保持螺母464在安装凸耳334上方接合上外壳302，如图23中所示，以将阀芯300固定在阀体(例如，图10中所示的阀体136)中。此外，上外壳302具有一个或多个键336，各键都与阀体中的互补形状的凹部接合，以防止在阀芯300安装之后上外壳302相对于阀体旋转。一个或多个键336可以具有小叶片的形状。上外壳302还包括在上外壳302的相对的侧面上形成的一对狭槽338，所述一对狭槽338与销306的远端对接，以起温度限制器的作用，这将在下面进行说明。

如图13中所示，球茎304是用于阀芯300的致动机构。球茎304包括球部分330和茎部分328。球部分330和茎部分328可以是分离的部件或者可以一体地形成。球部分330包括从球部分330的一侧延伸的突起340，所述茎部分328从球部分330的相反的另一侧延伸。突起340用作联接装置，用于将球茎304连接到承载件312，这将在下面进行说明。球部分330和突起340可以是分离的部件或者可以一体地形成。

经过球茎304的球部分330的中心形成有孔342。孔342与球茎304的茎部分328正交。在球茎304插入到上外壳302的空腔322中之后，销306可以通过上外壳302中的多个狭槽338中的一个插入到球茎304的孔342中。这样，销306保持球茎304处在上外壳302中。

如图14A至14C中所示，弹簧308呈具有中央开口344的环形形状。弹簧308在上外壳302中布置在球茎304的球部分330的下方(参见图21B至21C)。弹簧308(例如，通过螺纹连接、摩擦配合、焊接)连接到上外壳302的第二内表面346，以便使弹簧308也保持球茎304处在上外壳302中(参见图12C和21B)。在一个示例性实施例中，弹簧308的外周边348的至少一部分焊接到上外壳302的第二内表面346上。

球茎304的突起340延伸通过弹簧308中的中央开口344。球茎304的球部分330中的某一部分还可以延伸通过弹簧308中的中央开口344。弹簧308包括围绕中央开口344的多个弹性凸缘350。弹性凸缘350相互间隔开，以便在弹性凸缘350之间产生空隙352。弹簧308的弹性凸缘350接触球茎304的球部分330，并且推压球茎304的球部分330抵靠上外壳302的互补形状的第一内表面332。空隙352例如功能为减少由于接合球茎304所施加在弹簧308上的应力。

如图15A至15C中所示，衬套310包括平环形部分354和凸环形部分356。平环形部分354的直径大于凸环形部分356的直径。衬套310布置在上外壳302的空腔322中的弹簧308的下方，并与其间隔开(参见图21B至21C)。衬套310的平环形部分354的上表面358接触上外壳302的第三内表面360，所述第三内表面360位于安装凸耳334的下方(参见图12C和21C)。衬套310的平环形部分354的下表面362搁置在承载件312的平坦部分366的上表面364上(参见图16A至16B、16D以及21B至21C)。另外，衬套310的凸环形部分356延伸到上外壳302的空腔322直接在安装凸耳334上方(并与安装凸耳334相邻)的部分中。衬套310的凸环形部分356尺寸设计成紧密地配合在上外壳302的空腔322接收衬套310的凸环形部分356的那部分中。因此，衬套310在上外壳302与承载件312之间提供支撑表面。

衬套310具有开口368，所述开口368延伸通过衬套310的平环形部分354和凸环形部分356。承载件312的凸部分370延伸到衬套310的开口368中(参见图16A至16B和16D)。另外，在承载件312的凸部分370上形成有联接凹部372。在承载件312安装在阀芯300中之后，包括联接凹部372的凸部分370定位在衬套310的开口368内并且被衬套310围绕(参见图21B至21C)。

承载件312的联接凹部372接收球茎304的突起340，由此连接致动机构(即，球茎304)和承载件312(参见图21B至21C)。球茎304的突起340可以具有四个侧面，该四个侧面分别与联接凹部372的四个相对应的侧面接触。球茎304的突起340并没有接触联接凹部372的底表面。应当理解，尽管在此说明了示例性实施例，但是球茎304可以通过允许使球茎304使承载件312平移运动和角运动的任何适当的方式连接到承载件312。

如图16A至16D中所示，承载件312包括平坦部分366和凸部分370。承载件312的平坦部分366的下表面374包括用于与可运动盘314的上表面376对接的结构，以便使承载件312和可运动盘314相互连结并且不相互运动。在一个示例性实施例中，承载件312的下表面374包括三个U形突起378，所述三个U形突起378摩擦配合到相对应的U形凹部380中，所述U形凹部380形成在可运动盘314的上表面376中。相邻的U形突起378之间的间距可以变化(并因而在相对应的U形凹部380之间的间距也变化)，以便使承载件312将仅沿一个方向与可运动盘314对接。此外，如上所述，承载件312还包括联接凹部372，所述联接凹部372形成在承载件312的凸部分370中。这样，承载件312的功能为在阀芯300中使致动机构(例如，球茎304)和动态密封元件(例如，可运动盘314)相互连接。

如图17A至17C中所示，可运动盘314是相对于上外壳302可运动的形成为板、盘等的阀构件。如上所述，可运动盘314的上表面376包括U形凹部380。上表面376基本是平坦的。可运动盘314的下表面382包括混合室384(即，形成在可运动盘314中的空腔)。在可替代的示例性实施例中，混合室384延伸通过可运动盘314(即，从下表面382至上表面376)。下表面382基本是平坦的。可运动盘314的下表面382形成密封表面，所述密封表面可以覆盖和打开固定盘316中的进水孔口386和388，以便允许仅冷水、仅热水、或者冷水和热水两种水流过固定盘316。流过固定盘316中的进水孔口386和388的水进入混合室384，在所述混合室384处冷水和热水在通过固定盘316中的出水孔口390排放之前进行混合。

如图18A至18D中所示，固定盘316是相对于上外壳302固定的形成为板、盘等的阀构件。固定盘316具有上表面392和下表面394。固定盘316包括用于与下外壳320对接的结构，以便一旦阀芯300组装后，就相对于上外壳302固定(即，防止旋转)固定盘316。例如，沿着固定盘316的周边398形成四个凹槽396。一个或多个凹槽396接合形成在下外壳320上的相对应的突起400，由此防止固定盘316相对于下外壳320旋转。在一个示例性实施例中，两个凹槽396接合相对应的突起400。通过改变凹槽396的尺寸和/或凹槽之间的间距(并因而改变相对应的突起400的尺寸和/或突起之间的间距)，能够确保固定盘316仅沿一个方向与下外壳320对接。从而，因为固定盘316被防止相对于下外壳320旋转，并且下外壳320固定到上外壳302，如以下将说明的那样，所以固定盘316将不在上外壳302内旋转。

固定盘316包括进水孔口386和388，所述进水孔口386和388分别与冷水进水孔口和热水进水孔口相对应。固定盘316还包括出水孔口390，流过冷水进水孔口386的冷水、流过热水进水孔口388的热水、或者冷水和热水的混合水都可以通过所述出水孔口390流到阀体的出水通路。固定盘316的冷水进水孔口386和热水进水孔口388各自都具有壁402，所述壁402从固定盘316的下表面394附近向固定盘316的上表面392附近倾斜，以便提高通过固定盘316流入阀芯300中的水的流动。固定盘316的出水孔口390具有壁404，所述壁404从固定盘316的上表面392附近向固定盘316的下表面394附近倾斜，以便提高通过固定盘316流出阀芯300的水的流动。

如图19A至19B中所示，基部密封件318是由弹性材料(例如，橡胶)形成的密封构件。基部密封件318形成围绕固定盘316的冷水进水孔口386、热水进水孔口388和出水孔口390的水密密封件。与固定盘316一样，基部密封件318具有冷水进水孔口406、热水进水孔口408和出水孔口410。在一个示例性实施例，基部密封件318的出水孔口410通过将其中具有出水孔口410的构件412(例如，弹性插入件)插入到基部密封件318中的开口而形成。在另一个示例性实施例中，基部密封件318与下外壳320一体地形成。

冷水进水孔口406、热水进水孔口408以及出水孔口410全部都通过靠近基部密封件318的中心的轮毂414连接。此外，冷水进水孔口406通过第一连接部416连接至出水孔口410；热水进水孔口408通过第二连接部418连接至出水孔口410；冷水进水孔口406通过第三连接部420连接至热水进水孔口408。通过第一连接部416实现的冷水进水孔口406与出水孔口410之间的连结形成了第一空间422；通过第二连接部418实现的热水进水孔口408与出水孔口410之间的连结形成了第二空间424；并且，通过第三连接部420实现的冷水进水孔口406与热水进水孔口408之间的连结形成了第三空间426。

重要的是，当阀芯300组装后，固定盘316中的孔口386、388和390与基部密封件318中的孔口406、408和410对准。因此，如在下面进行说明的那样，轮毂414、第一连接部416、第二连接部418、第三连接部420、第一空间422、第二空间424以及第三空间426都用于对准下外壳320中的基部密封件318，并因而对准固定盘318。

如图20A至20D以及21B至21C中所示，下外壳320与上外壳302对接，以在阀芯300组装之后保持上外壳302的空腔322中的部件(例如，衬套310、承载件312、可运动盘314、固定盘316以及基部密封件318)。下外壳320例如可以由塑料或金属制成。下外壳320可以由与上外壳302的材料相同的材料形成。

此外，下外壳320用作支撑构件，以在阀芯300组装之前定向和保持固定盘316和基部密封件318。与固定盘316和基部密封件318类似，下外壳320包括冷水进水孔口428、热水进水孔口430以及出水孔口432(参见图20A至20D)。如上所述，下外壳320也包括突起400。一个或多个突起400在下外壳320的侧壁434上方延伸。在一个示例性实施例中，两个突起400在侧壁434上方延伸。一个或多个突起400的高度可以基本与侧壁434的高度相同。在一个示例性实施例中，两个突起400的高度基本与侧壁434的高度相同。

一个或多个突起400可以配合到开口436中，所述开口436在上外壳302中形成在键336下方(参见图12A至12C)。在一个示例性实施例中，三个突起400配合到开口436中。这些突起400的形状都与键336的形状基本相同。突起400通过配合到键336下方的开口436中而也用作键336的一部分，例如通过与阀体中的互补形状的凹部接合。

可以改变突起400的尺寸和/或形状，以便使下外壳320将仅沿一个方向与固定盘316和上外壳302对接，由此确保当阀芯300组装后，固定盘316将相对于上外壳302和下外壳320被适当地定向。突起400通过接合固定盘316中的凹槽396而也防止固定盘316相对于下外壳320旋转(并因而也防止固定盘316相对于上外壳302旋转)。

下外壳320包括第一凹部438、第二凹部440、第三凹部442和第四凹部444。下外壳320还包括第一突起446、第二突起448、以及第三突起450。基部密封件318的轮毂414、第一连接部416、第二连接部418和第三连接部420分别配合到下外壳320的第一凹部438、第二凹部440、第三凹部442和第四凹部444中。此外，下外壳320的第一突起446、第二突起448、以及第三突起450分别配合到基部密封件318的第一空间422、第二空间424和第三空间426中。因此，下外壳320将基部密封件318定向、配合并保持在下外壳320中。

下外壳320还包括一对弹性凸缘452，各弹性凸缘都具有倾斜的上部分454。固定盘316中的凹槽396使弹性凸缘452被向内受压(即，朝阀芯300的中心竖直轴线)，以便使倾斜的上部分454可以进入上外壳302中的空腔322中。当倾斜的上部分454与形成在上外壳302中的相对应的开口456对准时(参见图13A至13C)，弹性凸缘452向外受压并且倾斜的上部分454被接收在开口456中。这样，下外壳320(包括与其对接的固定盘316和基部密封件318)可以固定到上外壳302(参见图21B至21C)。

应当注意到，虽然固定盘316的凹槽396与下外壳320的突起400对接以防止固定盘316在下外壳320内旋转(并因而防止固定盘316在上外壳302内旋转)，但是固定盘316可以在下外壳320和上外壳302内轴向地运动。这样，基部密封件318的压缩在可运动盘314和固定盘316上施加加载力。因此，可运动盘314和固定盘316在阀芯300组装之后保持相互水密接合。

可运动盘314相对于固定盘316的位置和方向通过从上外壳302的上开口326突出的球茎304的茎部分328控制。例如，球茎304的茎部分328绕枢轴(例如，销306)的枢转改变可运动盘314相对于固定盘316的位置，这改变了水的流量。球茎304的茎部分328的旋转改变可运动盘314相对于固定盘316的方向，这改变了水的温度。

诸如手柄、旋钮等的操作构件(例如，图10中所示的操作构件216)可以连接到球茎304的茎部分328，以便帮助用户操纵茎部分328。因此，在将阀芯300安装在阀体中以后，用户可以操纵操作构件，所述操作构件使球茎304的茎部分328运动，以改变可运动盘314相对于固定盘316的位置和/或方向，由此控制通过阀芯300流出卫生器具(例如，图10中所示的卫生器具218)的水的流量和温度。

通过茎部分328接触上外壳302的上开口326的相对的表面可以限制球茎304的茎部分328绕销306的枢转。因而，当阀芯300处在与零流量相对应的完全关闭位置时，球茎304的茎部分328接触上外壳302的上开口326的第一表面458(参见图21C)。当阀芯300处在与最大流量相对应的完全打开位置时，球茎304的茎部分328接触上外壳302的上开口326的第二表面460。通过销306的远端接触狭槽338的端部分462可以限制球茎304的茎部分328的旋转(参见图21A)。因此，狭槽338的长度限定阀芯300可以传送的水的温度的范围，所述狭槽338用作温度限制器。

阀芯300具有使操作阀芯300所需要的力的大小对在阀体中安装阀芯300期间所施加至阀芯300的载荷不敏感的结构特征。在示例性实施例中，施加至阀芯300的载荷直接与在阀体中安装阀芯300期间所施加至保持螺母464的转矩大小有关。

在一个示例性实施例中，在一定大小的转矩施加至保持螺母464以在操作状态中将阀芯300安装在阀体中之后，增加的转矩大小将不增加在操作状态中施加至阀芯300的载荷。在一个示例性实施例中，操作状态指阀芯300在使用中不泄漏。在另一个示例性实施例中，操作状态指可运动盘314可相对于固定盘316容易地运动。在又一个示例性实施例中，操作状态指施加至阀芯300的阈值载荷。在再一个示例性实施例中，操作状态指安装载荷的范围，在所述安装载荷范围内阀芯300适当地起作用。

有助于使阀芯300对安装载荷不敏感的一个典型结构特征是弹簧308。弹簧308在阀芯300组装期间连接至上外壳302的第二内表面346。这样，弹簧308独立于插入到上外壳302中衬套310、承载件312、可运动盘314、固定盘316以及基部密封件318而将球茎304固定在上外壳302中。弹簧308在球茎304上施加向上的力(即，预载力)。

如上所述，当组装好的阀芯300通过将保持螺母464向下拧紧在安装凸耳334和/或安装凸耳334上方的上外壳302上而安装在阀体中时，基部密封件318被压缩。基部密封件318的压缩导致加载力通过阀芯300的部件向上传递。然而，因为弹簧308在球茎304上施加不同于加载力的向上的预载力，并且球茎304的突起340并没有在承载件312的联接凹部372中降至最低点，所以致动机构(即，球茎304)与阀芯300的布置在弹簧308下方的部件(例如，衬套310、承载件312、可运动盘314、固定盘316以及基部密封件318)分离。因此，弹簧308使球茎304与由基部密封件318的压缩所产生的加载力隔离，以便使球茎304在阀芯300安装期间主要被弹簧308的预载力影响而不是被施加至阀芯300的载荷影响。结果，用户在阀芯300操作期间在安装载荷的较宽范围(例如，25至200lbs-in的安装转矩)上将体会到一致的、精确的且平滑的感觉。

有助于使阀芯300对安装载荷不敏感的另一个典型结构特征是安装凸耳334的位置。安装凸耳334形成在球茎304的下方(参见图21B至21C)。另外，安装凸耳334形成在上外壳302中的空腔322的接收衬套310的平环形部分354、承载件312、可运动盘314、固定盘316以及基部密封件318的那部分的上方(参见图21B至21C)。当保持螺母464向下拧紧在上外壳302上时，上外壳302被压向阀体的落座表面(例如，图10中所示的落座表面214)。因为保持螺母464施加在上外壳302上的力是在球茎304的下方(或者靠近球茎304的底部)，所以球茎304的操作没有直接被在阀芯300安装期间施加至保持螺母464的增加的转矩所影响。此外，因为上述弹簧308，所以球茎304没有间接地被施加至保持螺母464的增加的转矩和所产生的基部密封件318的压缩所影响。

防止上外壳302由于施加至保持螺母464的过大的转矩(以及在阀芯300上所得到的安装载荷)而扣紧或变形的一个典型结构特征是上外壳302的刚性。上外壳302的变形可以影响球茎304的操作304，并会致使阀芯300不能操作。通过防止这样的变形，球茎304可以在阀芯300操作期间在安装载荷的较宽范围(例如，25至200lbs-in的安装转矩)上提供一致的、精确的和平滑的感觉。因此，上外壳302由诸如硬质塑料或金属的抗变形的硬质材料制成，从而有助于使阀芯300对安装转矩不敏感。

增加上外壳302的刚性从而防止上外壳302由于施加在阀芯300上的过大的安装载荷而变形的另一个典型结构特征是上外壳302上的一个或多个肋部构造。肋部增加了上外壳302的结构强度，由此防止上外壳302变形。在一个示例性实施例中，一个或多个键336用作肋部。如上所述，键336可以具有小叶片的形状。键336可以与上外壳302一体地形成。在一个示例性实施例中，键336从上外壳302的下开口324附近延伸到上外壳302的安装凸耳334。

在一个示例性实施例中，键336的高度是在0.641与0.651英寸之间。在另一个示例性实施例中，键336的高度大约是0.646英寸。

在一个示例性实施例中，如上所述，下外壳320的一个或多个突起400形成键336的一部分。在另一个示例性实施例中，一个或多个键336具有第一高度，并且一个或多个键336具有第二高度，其中第一高度小于第二高度。在一个示例性实施例中，第一高度是在0.368和0.384英寸之间。在另一个示例性实施例中，第一高度是0.376英寸。在一个示例性实施例中，第二高度是在0.513和0.529英寸之间。在另一个示例性实施例中，第二高度是0.521英寸。

在一个示例性实施例中，三个键336绕上外壳302的圆周形成。键336可以绕上外壳302的圆周均匀地间隔开。可选地，键336可以绕上外壳302的圆周不均匀地间隔开。因为上外壳302的刚性(例如，由于用作肋部的键336)，上外壳302可以在施加至阀芯300的安装载荷的较宽范围上抵抗变形，这允许球茎304在阀芯300操作期间提供一致的、精确的且平滑的感觉。

防止上外壳302由于施加至保持螺母464的过大的转矩而变形的又一个典型结构特征是保持螺母464和/或阀体上的结构，所述结构防止过大的转矩传递到阀芯300，否则过大的转矩将在阀芯300上产生过大的载荷。例如，保持螺母464包括环形凸缘466，该环形凸缘466在阀体的表面(例如图10中所示的表面230)上降至最低点，以防止保持螺母464拧得过紧。因此，环形凸缘466功能为限制可以从保持螺母464传递到阀芯300的上外壳302的最大转矩。通过防止过大的转矩从保持螺母464传递到上外壳302，环形凸缘466防止上外壳302变形，这允许球茎304在阀芯300操作期间提供一致的、精确的且平滑的感觉。

在另一个示例性实施例中，保持螺母464包括锥形部分468，所述锥形部分468形成在保持螺母464的内表面上(参见图22C和23)。上外壳302包括锥形部分470，所述锥形部分470形成在上外壳302的外表面上(参见图12B至12C和23)。如图23中所示，当保持螺母464压在上外壳302上时，上外壳302的锥形部分470接触保持螺母464的锥形部分468，以迫使保持螺母464的螺纹部分472压靠阀体的螺纹部分(未示出)。这样，在保持螺母464的下部分474与上外壳302的安装凸耳334之间维持有空隙g。因此，锥形部分468和470功能为限制可以从保持螺母464传递至阀芯300的上外壳302的最大转矩。

有助于使阀芯300对安装载荷不敏感的又一个典型结构特征是在保持螺母464的面对上外壳302的安装凸耳334的下部分474上的锯齿构造。例如，图24中所示的保持螺母480在其下部分上形成有锯齿482。另外，材料的凸脊形成或以其他方式布置在上外壳302的安装凸耳334上。例如，图25中所示的阀芯484包括外壳486，该外壳486在其安装凸耳490上形成有材料的凸脊488。因此，当保持螺母480在阀芯484安装在阀体中期间旋转时，保持螺母480上的锯齿482切割外壳486的安装凸耳490上的材料的凸脊488。这样，锯齿482和凸脊488允许部件(例如，阀芯300、保持螺母464以及阀体)的制造公差被吸收，由此确保安装期间保持螺母480适当地接合阀芯484。可选地，锯齿482能够形成在外壳486的安装凸耳490上，而材料的凸脊488能够形成在保持螺母480的下部分上。

有助于使阀芯300对安装载荷不敏感的另一个典型结构特征是应用到可运动盘314和/或固定盘316的低摩擦涂层。例如，类金刚石的(diamond-like)碳涂层被应用到可运动盘314的面对固定盘316的一侧和/或被应用到固定盘316的面对可运动盘314的一侧。因为球茎304通过弹簧308而与动态密封元件(例如，可运动盘314和固定盘316)分离，如上所述，可运动盘314和固定盘316之间的摩擦力可以较小而不会导致上述手柄下落的问题。因此，使用低摩擦涂层并不会使操作构件216的重量克服可运动盘314和固定盘316之间的摩擦力，以便使操作构件抵抗任何无意的位置变动。

在将阀芯300安装在阀体中期间，当增加的转矩大小施加至保持螺母464时，基部密封件318受到增加的压缩力。结果，可运动盘314和固定盘316被紧密地压在一起。然而，低摩擦涂层帮助可运动盘314在安装载荷的较宽范围(例如，25至200lbs-in的安装转矩)上相对于固定盘316运动。因此，当过大的转矩施加至保持螺母464时，用户可以容易地使操作构件(并因而使球茎304)运动，以控制阀芯300的操作。因而，用户在阀芯300的操作期间将体会到一致的、精确的且平滑的感觉。

以上这些典型结构特征，或者单独地，或者组合，或者多种子组合都有助于使阀芯300对安装载荷不敏感。因此，操作阀芯300所需要的力的大小对在将阀芯300安装在阀体中期间所施加至阀芯300的载荷相对不敏感(即，所述力的大小相对于所述载荷有很小的改变)。因而，阀芯300可以在安装载荷的较宽范围上适当地操作。此外，用户在阀芯300操作期间在安装载荷的较宽范围上将体会到一致的、精确的且平滑的感觉。

因为阀芯300的操作对安装载荷相对不敏感，所以阀芯300可以在不使用诸如转矩扳手的专用工具或专用机构的情况下更容易地安装在阀体中。

如图26中所示，一旦实现了需要的最小加载力x，则操作力(例如，调节流过阀芯的水的流量和/或温度所需要的转矩)随着加载力x的增加而保持基本恒定。在一个示例性实施例中，需要的最小加载力x是施加至保持构件(例如保持螺母134、保持螺母464)以在阀芯(例如，阀芯100、阀芯300)中压缩密封构件(例如，基部密封件116、基部密封件318)而防止阀芯在使用期间泄漏的最小力(例如，25lbs-in的转矩)。因而，阀芯能够在安装载荷的较宽范围上适当地操作。此外，用户在阀芯300操作期间在安装载荷的较宽范围上将体会到一致的、精确的且平滑的感觉。

以上通过示例已经给出特定实施例的说明。从给出的公开已知，本领域的技术人员将不但理解本发明的一般概念和所附优点，而且也发现所公开的结构和方法的明显的多种变化和修改。通过示例，本发明的一般概念包含了足以在阀芯上产生适当载荷的任何形式的安装力，包括所描述的转矩应用(例如应用至保持螺母的转矩)。因此，所附权利要求意在于覆盖落入在此限定的本发明的一般概念的精神和范围内的所有这种变化和修改以及等同结构。

Claims (14)

1.一种阀，其用于控制流体的流量，所述阀包括：

致动机构；

第一流体控制盘；

第二流体控制盘，以及

布置在所述致动机构和所述第一流体控制盘之间的弹性构件，

其中致动力可操作地使所述致动机构运动，

其中所述致动机构的运动使所述第一流体控制盘相对于所述第二流体控制盘运动，以改变所述流体的所述流量，

其中加载力的一个范围可操作地使所述第一流体控制盘和所述第二流体控制盘的相对的表面保持操作接合，

其中阈值加载力是在加载力的所述范围内，以及

其中，所述弹性构件接触所述致动机构，以在所述致动机构上施加远离所述第一流体控制盘的预载力，以当加载力在所述加载力的所述范围内并在所述阈值加载力以上时，促使所述致动力保持基本恒定。

2.根据权利要求1所述的阀，其中所述加载力的所述范围是25至200lbs-in。

3.根据权利要求2所述的阀，其中所述阈值加载力是25lbs-in。

4.根据权利要求1所述的阀，其中所述弹性构件是环形弹簧。

5.一种阀，其用于控制冷水和热水的流量和混合比，所述阀包括：

致动机构；

可运动控制盘；

固定控制盘，以及

布置在所述致动机构和所述可运动控制盘之间的弹性构件，

其中第一致动力可操作地使所述致动机构绕第一轴线运动，

其中第二致动力可操作地使所述致动机构绕第二轴线运动，

其中所述致动机构绕所述第一轴线的运动可操作地使所述可运动控制盘相对于所述固定控制盘运动，以改变所述冷水和所述热水中的至少一个的流量，

其中所述致动机构绕所述第二轴线的运动可操作地使所述可运动控制盘相对于所述固定控制盘运动，以改变所述冷水和所述热水的混合比，

其中加载力的一个范围可操作地使所述可运动控制盘和所述固定控制盘的相对的表面保持操作接合，并且

其中，所述弹性构件接触所述致动机构，以在所述致动机构上施加远离所述可运动控制盘的预载力，以促使所述第一致动力和所述第二致动力中的至少一个在所述加载力的所述范围上保持基本恒定。

6.根据权利要求5所述的阀，其中所述加载力的范围是25至200lbs-in。

7.根据权利要求5所述的阀，其中所述第一轴线基本与所述第二轴线垂直。

8.根据权利要求5所述的阀，其中所述弹性构件是环形弹簧。

9.根据权利要求5所述的阀，其中在所述可运动控制盘的上表面上形成有第一凹部，

其中在所述可运动控制盘的下表面上形成有第二凹部，

其中所述致动机构与所述第一凹部对接，

其中所述第二凹部可操作地混合所述冷水和所述热水，以及

其中所述致动机构在所述致动机构的运动期间不与所述第一凹部的底表面接触。

10.根据权利要求5所述的阀，还包括承载件，

其中所述承载件与所述可运动控制盘对接，以便使所述可运动控制盘随着所述承载件的运动而运动，

其中在所述承载件的上表面上形成有凹部，

其中所述致动机构与所述凹部对接，以及

其中所述致动机构在所述致动机构的运动期间不与所述凹部的底表面接触。

11.一种阀芯，其用于控制冷水和热水的流量和混合比，所述阀芯通过保持构件可操作地安装在阀体中并固定在所述阀体中，所述阀芯包括：

致动机构；

可运动控制盘；

固定控制盘；

布置在所述致动机构和所述可运动控制盘之间的弹性构件，

外壳，所述致动机构、所述可运动控制盘、所述固定控制盘和所述弹性构件设置在所述外壳中，

其中第一致动力可操作地使所述致动机构绕第一轴线运动，

其中第二致动力可操作地使所述致动机构绕第二轴线运动，

其中所述致动机构绕所述第一轴线的运动可操作地使所述可运动控制盘相对于所述固定控制盘运动，以改变所述冷水和所述热水中的至少一个的流量，

其中所述致动机构绕所述第二轴线的运动可操作地使所述可运动控制盘相对于所述固定控制盘运动，以改变所述冷水和所述热水的混合比，

其中加载力的一个范围可操作地使所述可运动控制盘和所述固定控制盘的相对的表面保持操作接合，以及

其中，所述弹性构件接触所述致动机构，以在所述致动机构上施加远离所述可运动控制盘的预载力，以促使所述第一致动力和所述第二致动力中的至少一个在所述加载力的所述范围上保持基本恒定。

12.根据权利要求11所述的阀芯，其中所述加载力的范围是25至200lbs-in。

13.根据权利要求11所述的阀芯，其中在所述外壳的外表面上形成有至少一个肋部。

14.根据权利要求13所述的阀芯，其中所述至少一个肋部在所述外壳的底部与所述外壳上接触所述保持构件的最高点之间延伸。

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