CN102650336A - 电动阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动阀，即使是压缩螺旋弹簧产生偏心等场合及阀口产生轴偏离等场合，也能尽可能地降低阀开闭时压缩螺旋弹簧附近的滑动摩擦阻力。压缩螺旋弹簧(24)的下侧卷绕端由弹簧支承构件(26)卡止，该弹簧支承构件(26)与阀芯(25)之间配置有在上下二个部位与弹簧支承构件26和阀芯25进行点接触的球状物(40)，并且，设有实质上由球面、椭球面和圆锥面等曲面构成的调芯用凹部(26c)，该调芯用凹部的最深处位于弹簧支承构件(26)的下表面大致中央。利用该调芯用凹部(26c)及球状物(40)的作用，可降低所述滑动摩擦阻力。

Description

电动阀

技术领域

本发明涉及一种热泵式制冷制热系统等中装入使用的电动阀，尤其涉及一种利用转子的旋转并利用螺旋进给而使阀芯与阀座接触分离型式的电动阀。

背景技术

作为这种电动阀，有这样一种电动阀，其具有：阀轴，其下端部配设有阀芯；阀本体，其设有具有内插该阀轴的圆筒部的导向杆及与所述阀芯接触分离的阀座；壳体，其与该阀本体接合；以及阀轴升降驱动机构，其包括配设在该壳体内与所述阀轴一体化的转子、为旋转驱动该转子而配置于所述壳体外周的定子、以及设在所述导向杆侧的内螺纹部和设在所述阀轴侧的外螺纹部，在所述阀轴的下部设有滑动自如地嵌插在所述导向杆的圆筒部内的阀架，并且，所述阀芯以可轴向的相对移动及可相对旋转的状态内插在该阀架上并被止脱卡止，在所述阀芯与所述阀架的顶棚部之间压缩安装有对所述阀芯向下方施力的压缩螺旋弹簧。

对于这种结构的电动阀，通过向定子供给成为闭阀方向用驱动模式的脉冲，转子及阀轴就例如绕俯视看顺时针方向旋转，阀轴利用由所述内螺纹部和外螺纹部所构成的螺旋进给机构而一边旋转一边下降，阀芯落坐在阀座上，阀口关闭。

在该时刻，转子及阀轴的旋转下降还未停止，进一步继续脉冲供给直至压缩螺旋弹簧被压缩规定量为止，由此，在阀芯落坐在阀座上的状态下，转子、阀轴和阀架等进一步旋转并下降。此时，由于阀轴及阀架相对于阀芯进行下降，因此，使压缩螺旋弹簧压缩，由此吸收阀轴及阀架的下降力，然后，在压缩螺旋弹簧的压缩量成为规定量的时刻，转子及阀轴的旋转下降被挡块机构止住，该状态成为阀紧闭状态(全闭状态)。如此，即使在阀口被阀芯关闭后，转子及阀轴的旋转下降继续进行直至压缩螺旋弹簧被压缩规定量为止，由此阀芯被强力按压在阀座上，能可靠地防止阀泄漏等。

当从该全闭状态向定子供给成为开阀方向用驱动模式的脉冲时，转子及阀轴就向与前述方向相反的方向(绕逆时针方向)进行旋转，转子及阀轴利用由所述内螺纹部和外螺纹部构成的螺旋进给机构而一边旋转一边上升，压缩螺旋弹簧伸长规定量并返回到原来的设置状态，阀芯离开阀座，阀口打开。在该场合，阀芯的升程量(阀开度＝流量)根据供给于定子的供给脉冲数确定，当进一步继续供给脉冲时，最终阀成为全开状态。

在这种结构的电动阀中，为了降低阀开闭时在压缩螺旋弹簧的下侧卷绕端与阀芯之间、压缩螺旋弹簧的上侧卷绕端与阀架的顶棚部之间等(下面有时称为压缩螺旋弹簧附近)所产生的滑动摩擦阻力，提出了在压缩螺旋弹簧的下侧卷绕端与阀芯之间或在压缩螺旋弹簧的上侧卷绕端与阀架的顶棚部之间夹装球状物的结构(例如参照下述的专利文献1)。

如此，通过夹装球状物，压缩螺旋弹簧的下侧卷绕端与阀芯之间或压缩螺旋弹簧的上侧卷绕端与阀架的顶棚部之间实质上是点接触，故在阀开闭时，即使阀轴及阀架旋转，阀芯也不旋转，压缩螺旋弹簧的下侧卷绕端与阀芯之间、压缩螺旋弹簧的上侧卷绕端与阀架的顶棚部之间等所产生的滑动摩擦阻力被降低。

专利文献1：日本实公平3-11491号公报

但是，在所述专利文献1所揭示的电动阀中，球状物的点接触部位仅是上端的一个部位，由于球状物的下部由压缩螺旋弹簧支承(使其面接触或线接触)的缘故，即使阀轴、阀架旋转，球状物也不旋转(不滚动)，另外，在阀开闭时，若压缩螺旋弹簧的中心线偏离转子、阀轴及阀架的共同的旋转轴线，或压缩螺旋弹簧产生弯曲、倾斜(下面，将它们称为压缩螺旋弹簧的偏心等)，则球状物从所述旋转轴线上离开，因此，球状物的点接触部分产生滑动摩擦(摩擦的部分不是点而是圆)，压缩螺旋弹簧附近的滑动摩擦阻力就增大。

如果滑动摩擦阻力如此增大，阀开闭动作就需要大的驱动力，作为步进电动机必须使用输出转矩大的即大型且价格高的，另外，耗电也增大。

另一方面，近年来，为了获得更进一步的低成本，考虑了这样一种技术：通过冲压加工来制作以往由切削加工制成的阀本体的基体部，通过将分体的阀座(构件)、成为出入口的导管接头等接合(钎焊等)在该基体部上，装配阀本体。

但是，如此装配成的阀本体，其加工精度比切削加工件低，另外，由于冲压加工时的应力因零件接合时产生的热量而被释放，因此有容易变形等缺点，阀座(其上设置的阀口)的中心线相对于转子、阀轴及阀架的共同的旋转轴线容易产生偏离或倾斜。如此，若阀座(其上设置的阀口)的中心线相对于旋转轴线产生偏离或倾斜时(下面将该状态称为阀口的轴偏离等)，则由于在阀开闭时阀芯适应于阀口(或阀座)地进行插入、脱离，阀芯相对于所述旋转轴线也容易错位或倾斜，随之，存在压缩螺旋弹簧产生所述偏心等、在阀开闭时压缩螺旋弹簧附近的滑动摩擦阻力增大的问题。

这种问题，特别是在随着阀口的大口径化(流量增大化)而将压缩螺旋弹簧的设置载荷做大的情况下容易发生。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而做成的，其目的在于提供这样一种电动阀：即使是压缩螺旋弹簧产生偏心等的场合以及阀口产生轴偏离等的场合，都可尽量降低阀开闭时压缩螺旋弹簧附近的滑动摩擦阻力。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明的电动阀，基本上，具有：阀轴，在下端部配置有阀芯；阀本体，其设有具有内插该阀轴的圆筒部的导向杆及与所述阀芯接触分离的阀座；壳体，其与该阀本体接合；以及阀轴升降驱动机构，其包括配置在该壳体内并与所述阀轴一体化的转子、为旋转驱动该转子而配置在所述壳体的外周的定子、以及设在所述导向杆侧的内螺纹部和设在所述阀轴侧的外螺纹部，在所述阀轴的下部设有滑动自如地嵌插在所述导向杆的圆筒部内的阀架，并且，所述阀芯以可轴向的相对移动及可相对旋转的状态内插在该阀架内并被止脱卡止，在所述阀芯与所述阀架的顶棚部之间压缩安装有对所述阀芯向下方施力的压缩螺旋弹簧，在所述压缩螺旋弹簧的下端卷绕端与所述阀芯之间、或在所述压缩螺旋弹簧的上侧卷绕端与所述阀架的顶棚部之间，通过弹簧支承构件而配置有在上下二个部位进行点接触的球状物，并且，设有实质上由球面、椭球面和圆锥面等曲面构成的调芯用凹部，该调芯用凹部的最深处位于所述阀芯与弹簧支承构件的至少一方的大致中央部、或所述阀架的顶棚部与弹簧支承构件的至少一方的大致中央部。

较佳的形态是，所述阀本体的基体部利用冲压加工制成。

发明的效果

在本发明的电动阀中，利用上述结构，在阀轴及阀架旋转的阀开闭时，假如压缩螺旋弹簧的中心线偏离转子、阀轴及阀架的共同的旋转轴线O，也可通过所述球状物的中心位于上述调芯用凹部的大致中央部来改善其偏心，可降低阀开闭时压缩螺旋弹簧附近的滑动摩擦阻力。

同样，即使压缩螺旋弹簧弯曲、倾斜，通过所述球状物的中心位于上述调芯用凹部的大致中央部，从而利用球状物的上下二点的旋转和上述凹部的调芯作用，可维持上述的弯曲、倾斜，并可降低阀开闭时压缩螺旋弹簧附近的滑动摩擦阻力。

另外，即使阀座构件(上设置的阀口11a即阀座11b)的中心线O’相对于所述旋转轴线O产生偏离、倾斜，通过压缩螺旋弹簧及弹簧支承构件随着阀轴及阀架的旋转而在球状物上进行旋转，在上下二点进行接触的球状物以极小的阻力向所述旋转轴线O与所述中心线O’的中间轴线O”滚动，其点接触部分(上下二个部位)靠近所述中间轴线O”。因此，与以往技术那样球状物的点接触部分只是一个部位而使球状物不滚动的情况相比，球状物的点接触部分难以产生滑动摩擦，其结果，可降低压缩螺旋弹簧附近的滑动摩擦阻力。

通过如此将滑动摩擦阻力，可获得阀开闭动作的稳定化、电动机尺寸的缩小化等，进一步可获得电动阀的小型化、省电化等。

附图说明

图1是表示本发明的电动阀一实施例的全闭状态的纵剖视图。

图2是图1所示的电动阀的主要部分的放大图。

图3是表示图1所示的电动阀的开状态的局部纵剖视图。

图4是表示图1所示的电动阀变形例(之一)的主要部分的放大图。

图5是表示图1所示的电动阀变形例(之二)的主要部分的放大图。

图6是表示图1所示的电动阀变形例(之三)的主要部分的放大图。

图7是表示图1所示的电动阀变形例(之四)的主要部分的放大图。

图8是用于说明图1所示的电动阀的调芯用凹部26c及球状物40作用的一例子的主要部分的放大图。

符号说明

1电动阀

10阀本体

11阀座构件

11b阀座

15导向杆

15i内螺纹

20阀轴

21外螺纹构件

21e外螺纹部

23阀架

24压缩螺旋弹簧

25阀芯

26弹簧支承构件

26c、25d调芯用凹部

30转子

35闭阀方向用可动挡块

36开阀方向用可动挡块

50定子

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施形态。

图1、图2是分别表示本发明的电动阀一实施例的纵剖视图、主要部分的放大图。

图示的电动阀1具有：有底圆筒状的阀本体10，其上面设有开口；壳体45，其下端部与该阀本体10密封接合；带有凸缘状圆板18的导向杆15，其焊接固定在阀本体10的上端面部10c上；阀轴20，其与形成在该导向杆15的小径上部15b  的内螺纹部15i螺合；转子30，其固定在该阀轴20的上部上；以及定子50，其外嵌在所述壳体45的外周以旋转驱动该转子30。

这里，转子30、定子50及导向杆15的内螺纹部15i和阀轴20的外螺纹部21e构成用于升降阀轴20的阀轴升降驱动机构。

所述阀本体10以金属板材为原材料通过冲压加工制作，在其底部10b，利用钎焊等方式固定有具有阀口(小孔)11a及阀座11b的阀座构件11，其上部被插入导向杆15的下部，在阀本体10的上部凸缘状部10c上载放有所述凸缘状圆板18部分，在由该凸缘状圆板18与上部凸缘状部10c所形成的阶梯部分焊接固定有壳体45的下端部(焊接部46)。

利用钎焊等方式，分别在所述阀本体10的阀室12的一侧接合有由管接头构成的第一出入口6，在阀座构件11接合有由管接头构成的第二出入口7。

所述阀轴20具有：外螺纹构件21，其具有与导向杆15的内螺纹部15i螺合的外螺纹部21e及比该外螺纹部21e外径小的小径的上部小径部21b；带有顶棚部23b的圆筒状的阀架23，其顶棚孔部分连接固定在该外螺纹构件21的下端铆接部21c上，且滑动自如地嵌插在导向杆15的大径圆筒状本体部15a内；以及阀芯25，其上部滑动自如地插入该阀架23的圆筒部23a下部。

阀芯25从下开始依次包括插入阀口11a内的圆锥台状部25a、比该圆锥台状部25a大的大径圆柱状本体部25b、以及凸缘状部25c，该凸缘状部25c压入在阀架23的下端部，利用通过焊接等方式固定的筒状卡止部27止脱卡止。

另一方面，在阀芯25的上面放置有球状的球状物40，在该球状物40上放置有带有凸缘状部26b的圆形厚板状的弹簧支承构件26，在该弹簧支承构件26的凸缘状部26b与阀架23的顶棚部23b之间压缩装有阀紧闭兼缓冲用的压缩螺旋弹簧24。换言之，压缩螺旋弹簧24的下侧卷绕端由弹簧支承构件26卡止，在该弹簧支承构件26与阀芯25之间配置有在其上下二个部位(与弹簧支承构件26和阀芯25)进行点接触的球状物40，阀芯25通过球状物40而受到压缩螺旋弹簧24的始终向下的施力。

并且，在本实施例中，参照图2的放大图就可明白，设有实质上由球面、椭球面和圆锥面等曲面构成的调芯用凹部26c，该调芯用凹部26c的最深处位于弹簧支承构件26的下表面的大致中央。由此，球状物40可在弹簧支承构件26的大致中央部进行点接触。

如此，球状物40配置成在上下二个部位进行点接触、在弹簧支承构件26上设有调芯用凹部26c等所带来的作用效果在后详细说明。

所述转子30包括圆筒状磁铁31、与其接合成一体的圆板状顶棚部32，圆板状顶棚部32外嵌在阀轴20的上部小径部21b上并载放在外螺纹部21e(上螺合的闭阀方向用可动挡块35)上，并焊接固定(焊接部33)在所述上部小径部21b上。

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及树脂模压件54等构成的定子50。该定子50，利用设在其底部上的定位固定件58而定位固定在阀本体10的规定位置上，用该定子50和所述转子30构成例如步进电动机。

因此，在这种结构的电动阀1中，若使转子30旋转，阀轴20就与其一体地旋转，此时，阀轴20利用所述螺旋进给机构与阀芯25一起进行升降，由此调整制冷剂的流过流量。

此外，为设定所述转子30及阀轴20的最下降位置即原点位置，在导向杆15的小径上部15b的上表面，向上突设有具有规定宽度、高度和进深的截面为矩形的闭阀方向用固定挡块55，在导向杆15的大径圆筒状本体部15a的上部，向下突设有具有规定宽度、高度和进深的截面为矩形的开阀方向用固定挡块56。

另外，在阀轴20的外螺纹部21e的上端部，螺合有被所述闭阀方向用固定挡块55抵接卡止的闭阀方向用可动挡块35并被所述转子30的圆板状顶棚部32止脱卡止。该闭阀方向用可动挡块35包括：与外螺纹部21e螺合的螺母部35a；以及从该螺母部35a向下突设的具有规定宽度、高度和进深的截面为矩形的挡块部35s。

另外，在阀轴20的外螺纹部21e的下端部，螺合有被所述开阀方向用固定挡块56抵接卡止的开阀方向用可动挡块36并被所述阀架23的顶棚部23b止脱卡止。该开阀方向用可动挡块36包括：与外螺纹部21e螺合的螺母部36a；以及从该螺母部36a向下突设的具有规定宽度、高度和进深的截面为矩形的挡块部36s。

对于做成这种结构的本实施形态的电动阀1，通过向定子50供给成为闭阀方向用驱动模式的脉冲，则转子30及阀轴20绕俯视看顺时针方向旋转，阀轴20及闭阀方向用可动挡块35利用由内螺纹部15i和外螺纹部21e构成的螺旋进给机构而一边旋转一边下降，阀芯25落坐在阀座构件11上，阀口11a关闭。

在该时刻，可动挡块35还未与闭阀方向用固定挡块55抵接，转子及阀轴的旋转下降还未停止，继续供给脉冲直至压缩螺旋弹簧24被压缩规定量为止，由此，在阀芯25落坐在阀座构件11上的状态下，转子30、阀轴20和阀架23等进一步一边旋转一边下降。此时，由于阀轴20及阀架23相对于阀芯25下降，因此，压缩螺旋弹簧24被压缩，由此吸收阀轴20及阀架23的下降力，然后，当压缩螺旋弹簧24的压缩量成为规定量时，可动挡块35与固定挡块55抵接被卡止，转子30及阀轴20到达最下降位置，即使向定子50继续供给成为闭阀方向用驱动模式的脉冲，转子30及阀轴20的下降也被强制停止，成为阀紧闭状态(全闭状态)。

如此，在阀口11a(阀座11b)被阀芯25关闭后，转子30、阀轴20及阀架23继续旋转下降直至压缩螺旋弹簧24被压缩规定量为止，从而阀芯25被强力按压在阀座构件11上，能可靠地防止阀泄漏等。

另一方面，当从上述全闭状态向定子50供给成为开阀方向用驱动模式的脉冲时，转子30及阀轴20向与上述方向相反的方向(绕逆时针方向)旋转，转子30、阀轴20、阀架23及开阀方向用可动挡块36利用由内螺纹部15i和外螺纹部21e构成的螺旋进给机构而一边旋转一边上升，压缩螺旋弹簧24伸长规定量并返回到原来的设置状态，阀芯25离开阀座构件11，阀口11a打开(参照图3)。在该场合，阀芯25的升程量(阀开度＝流量)根据向定子50供给的脉冲数确定，若进一步继续供给所述脉冲，则最终成为全开状态，并且，可动挡块36与开阀方向用固定挡块56抵接被卡止，由此，使转子30、阀轴20及阀架23的旋转及上升强制停止。

在这种动作的电动阀1的本实施例中，由于压缩螺旋弹簧24的下侧卷绕端被弹簧支承构件26卡止，在该弹簧支承构件26与阀芯25之间配置有在其上下二个部位(与弹簧支承构件26和阀芯25)进行点接触的球状物40，同时设有实质上由球面、椭球面和圆锥面等曲面构成的调芯用凹部26c，该调芯用凹部26c的最深处位于弹簧支承构件26的下表面的大致中央。因此，球状物40被调芯在弹簧支承构件26的大致中央部，其结果，在使阀轴20及阀架23旋转的阀开闭时，假如压缩螺旋弹簧24的中心线偏离转子30、阀轴20及阀架23的共同的旋转轴线O，该偏心也被改善，可降低阀开闭时压缩螺旋弹簧附近的滑动摩擦阻力。

另外，即使压缩螺旋弹簧24弯曲、倾斜，球状物40也被调芯在弹簧支承构件26的大致中央部，并且，可利用该球状物40的上下二处的旋转维持上述的弯曲、倾斜，并可降低阀开闭时压缩螺旋弹簧附近的滑动摩擦阻力。

此外，如图8详细表示那样，即使阀座构件11(上设置的阀口11a即阀座11b)的中心线O’相对于所述旋转轴线O产生偏离(图1及图8中用Ke表示)或倾斜，压缩螺旋弹簧24及弹簧支承构件26也随着阀轴20及阀架23的旋转而在球状物40上进行旋转，此时球状物40由于上下二点接触结构而以极小的阻力向旋转轴线O与阀座11b(及阀芯25)的中心线O’的中间轴线O”进行滚动，该点接触部分(上下二个部位)靠近所述中间轴线O”。因此，与以往技术那样球状物的点接触部分只是一个部位而使球状物不滚动的情况相比，球状物40的点接触部分难以产生滑动摩擦，其结果，可降低压缩螺旋弹簧24附近的滑动摩擦阻力。

通过如此降低滑动摩擦阻力，可获得阀开闭动作的稳定化、电动机尺寸的缩小化等，进一步可获得电动阀的小型化、省电化等。

另外，在上述的电动阀1中，弹簧支承构件26、调芯用凹部26c和阀芯25等尺寸形状结构等是可作各种变更的。

例如，如图4所示，也可将处于弹簧支承构件26大致中央部的调芯用凹部26c的顶部(仅仅顶部)做成平坦面26i，这样的话，也可将球状物40的点接触部分引导到中间轴线O”近旁，由此，球状物40的点接触部分难以产生滑动摩擦，可降低压缩螺旋弹簧24附近的滑动摩擦阻力。

另外，如图5所示，也可将弹簧支承构件26在高度方向上做厚以使弹簧支承构件26的凸缘状部26b位于上述实施例的下方。由此，可将压缩螺旋弹簧24的长度做得比上述实施例的长，可增大压缩螺旋弹簧的设置载荷，此外，由于调芯用凹部26c变深，因此，球状物40难以脱离，并可获得该电动阀的小型化。

如图6所示，除了使调芯用凹部26c的最深处位于弹簧支承构件26的下表面的大致中央地设置调芯用凹部26c外，也可使调芯用凹部25d的最深处位于阀芯25的上表面的大致中央地设置实质上由球面、椭球面和圆锥面等曲面构成的调芯用凹部25d。由此，球状物40更容易向中间轴线O”滚动，并且，压缩螺旋弹簧24的施力通过弹簧支承构件26及球状物40而作用在阀芯25的中心线上，因此在阀开闭时阀芯25难以倾斜，其结果，压缩螺旋弹簧24难以产生所述偏心等。

另外，如图7所示，除了在阀芯25的上表面的大致中央设置调芯用凹部25d外，也可在弹簧支承构件26的下表面的大致中央设置上端面为平坦面的凹部26e。在该场合，凹部26e没有调芯功能，但起到使球状物40不会从调芯用凹部25d向外侧脱出的导向作用。

另外，在上述实施例、变形例中，虽然在压缩螺旋弹簧24的下侧卷绕端与阀芯25之间配置有球状物40和弹簧支承构件26，但也可取而代之，在压缩螺旋弹簧24的上侧卷绕端与阀架23的顶棚部23b之间配置球状物和弹簧支承构件。

另外，在上述实施例、变形例中，虽然例示了只在弹簧支承构件或在弹簧支承构件与阀芯两方设有调芯用凹部，但也可只在阀芯上设置调芯用凹部。

Claims (2)

1.一种电动阀，具有：阀轴，在下端部配置有阀芯；阀本体，其设有具有内插该阀轴的圆筒部的导向杆及与所述阀芯接触分离的阀座；壳体，其与该阀本体接合；以及阀轴升降驱动机构，其包括配置在该壳体内并与所述阀轴一体化的转子、为旋转驱动该转子而配置在所述壳体的外周的定子、以及设在所述导向杆侧的内螺纹部和设在所述阀轴侧的外螺纹部，在所述阀轴的下部设有滑动自如地嵌插在所述导向杆的圆筒部内的阀架，并且，所述阀芯以可轴向的相对移动及可相对旋转的状态内插在该阀架内并被止脱卡止，在所述阀芯与所述阀架的顶棚部之间压缩安装有对所述阀芯向下方施力的压缩螺旋弹簧，该电动阀的特征在于，

在所述压缩螺旋弹簧的下端卷绕端与所述阀芯之间、或在所述压缩螺旋弹簧的上侧卷绕端与所述阀架的顶棚部之间，通过弹簧支承构件而配置有在上下二个部位进行点接触的球状物，并且，设有实质上由球面、椭球面和圆锥面等曲面构成的调芯用凹部，该调芯用凹部的最深处位于所述阀芯与弹簧支承构件的至少一方的大致中央部、或所述阀架的顶棚部与弹簧支承构件的至少一方的大致中央部。

2.如权利要求1所述的电动阀，其特征在于，所述阀本体的基体部利用冲压加工制成。

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