專利名稱：電動流量控制閥的制作方法
技術領域：
本發明涉及調節冷卻劑回路中的冷卻劑的流量，對該冷卻劑回路的制冷能力的電動流量控制閥。
在空調器的冷卻劑回路中，裝配有用于調節冷卻劑回路中的冷卻劑的流量的流量控制閥。作為這樣的流量控制閥，具有裝配有步進馬達的電動流量控制閥。
圖14表示JP特開平8—312822號文獻中所公開的已有的電動流量控制閥。如圖14所示，電動流量控制閥包括閥機構V，以及驅動該閥機構V的步進馬達M。
上述閥機構V包括閥外殼11和旋轉軸13。該旋轉軸13穿過閥外殼11的導向孔11g，以可旋轉的方式支承于閥外殼上。旋轉軸13的前端形成閥體13a。閥體13a的截面形狀沿軸向保持一定。此外，如圖14A所示，從導向孔11g的軸線到閥體13a的周面的徑向距離在閥體13a的周向連續變化。即，閥體13a的周面呈螺旋狀。接納有閥體13a的導向孔11g的部分形成閥室20。
上述閥外殼11包括與閥室20連通的主口11a。此外，閥外殼11包括與閥室20連通的孔口11c，與該孔口11c連通的輔助口11b。該孔口11c和輔助口11相對導向孔11g的軸線，沿徑向延伸。冷卻劑從主口11a和輔助口11b中的一個，流入閥室20，并且從閥室20，朝向主口11a和輔助口11b中的另一個流出。
上述步進馬達M包括帶蓋圓筒狀的密封外殼16，圍繞密封外殼16設置的定子18，以及接納于密封外殼16內部的轉子19。底蓋15固定于形成于閥外殼11的臺階部11e。上述密封外殼16按照形成密封的內部空間的方式，固定于底蓋15上。
上述轉子19包括固定于旋轉軸13的圓筒狀的間隔件22，以及圍繞間隔件22的永久磁鐵21。上述閥外殼11的圓筒部分插入形成于間隔件22中的凹部。該凹部的內底面與圓筒部分的頂端面11d相接觸。上述定子18包括一對線圈17。
在上述間隔件22的底端，形成間隔件22a。在底蓋15上，設置可與間隔件22a相接觸的凸部15a。止動部22a與凸部15a相接觸，由此限制轉子19的旋轉范圍。
如果向線圈17供給電流，則旋轉軸13與轉子19一起旋轉。對應于旋轉軸13的旋轉角度，閥體13a相對孔口11c的旋轉位置發生變化。其結果是，形成于孔口11c與和該孔口11c相對的閥體13a的周面之間的尺寸發生變化。對應于該間隙的尺寸，通過閥機構V的冷卻劑的流量變化。通過適當改變閥體13a的周面的形狀，如圖15所示，可實現各種流量特性。
如圖14所示，孔口11c所連通的導向孔11g的內壁呈曲面狀，另外閥體13a的周面也呈曲面狀。此外，閥體13a的周面呈螺旋狀。為此，難于按照將孔口完全閉鎖的方式，使閥體13a的周面與導向孔11g的內壁緊密接觸，難于實現下述情況，即冷卻劑流量為零，或非常少(參照圖15)。其結果是，產生下述的問題。
比如，在通過一個壓縮機，使冷卻劑在多個冷卻劑回路中流動的多臺空調器中，即使在使特定的冷卻劑回路的動作停止的情況下，不能夠完全停止該冷卻劑回路中的冷卻劑的流動。這樣便減少動作中的冷卻劑回路中的冷卻劑流量，使空調動作的效率降低。此外，在室內用空調器中，在除濕模式時，必須使冷卻劑流量非常少，如果冷卻劑流量過多，則不能夠進行適合的除濕。
通過閥室20的冷卻劑產生使旋轉軸13旋轉的力。冷卻劑流量或冷卻劑壓力越大，該力越大。于是，為了按照不運動的方式將旋轉軸13保持在規定的旋轉位置，必須在平時將電流供給線圈17。由此，耗電量增加。
在熱泵式的冷卻劑回路中，伴隨動作模式在制冷模式與供暖模式之間的切換，冷卻劑的流動方向反轉。如果在這樣的熱泵式冷卻劑回路中裝配如圖14所示的流量控制閥，則當冷卻劑從輔助口11b流入時，閥體13a從與旋轉軸13的軸線相垂直的方向，接受冷卻劑的流動。這樣的冷卻劑的流動進一步增加使旋轉軸13旋轉的力。人們希望提供即使在冷卻劑的流動方向切換到相反方向的情況下，仍可適合地對冷卻劑流量進行控制的流量控制閥。
本發明的目的在于提供一種可實現完全的閉鎖狀態的電動流量控制閥。
本發明的另一目的在于提供一種可確實將閥體保持規定位置，并且可減小耗電量的電動流量控制閥。
本發明的還一目的在于提供一種在與冷卻劑的流動方向無關的情況下，仍可在平時進行適合的流量控制的電動流量控制閥。
為了實現上述目的，在本發明的電動流量控制閥中，在外殼的軸向兩端，設置有第一閥機構和第二閥機構。各閥機構包括固定于外殼上的閥座，以及與該閥座相對的閥體。該閥座包括將外部流體通路與外殼內部連通的閥口。上述閥體可相對該閥座，接近和離開。上述閥體按照在與閥座相接觸的狀態，調節閥口的打開程度的方式旋轉。上述閥體在與閥座離開的狀態，不能夠調節閥口的打開程度。在外殼的軸向中間部，設置旋轉驅動機構。該旋轉驅動機構具有設置于外殼內的轉子。該轉子位于第一閥機構中的閥體與第二閥機構中的閥體之間，并且按照使兩個閥體旋轉的方式與這兩個閥體連接。當流體從其中一個流體通路，通過外殼內部，朝向另一流體通路流動時，根據該流體的流動，在上游側的閥機構中，閥體離開閥座，在下游側的閥機構中，閥體與閥座相接觸。
圖1為本發明的第一實施例的電動流量控制閥的剖視圖；圖2為沿圖1所示電動流量控制閥的A—A線的剖視圖；圖3為沿圖1所示電動流量控制閥的B—B線的剖視圖；圖4為沿圖1所示電動流量控制閥的C—C線的剖視圖；圖5為控制閥全開狀態的，沿圖1所示電動流量控制閥的D—D線的剖視圖；圖6為控制閥半開狀態的，與圖5所示電動流量控制閥相對應的剖視圖；圖7為控制閥全閉狀態的，與圖5所示電動流量控制閥相對應的剖視圖；圖8為冷卻劑的流動方向與圖1所示的相反時的控制閥的剖視圖；圖9為圖1所示的相反時的控制閥的流量特性的曲線圖；圖10為設置于圖1所示的控制閥上的第二閥座和限位板的透視圖；圖11為設置于圖1所示的控制閥上的第二閥體的透視圖；圖12為本發明的第二實施例的電動流量控制閥的剖視圖；圖13為設置于圖12所示的控制閥上的第二閥座，閥座蓋和限位板的分解透視圖；圖14為已有技術的電動流量控制閥的剖視圖；圖14A為沿圖14所示電動流量控制閥的14A—14A線的局部放大剖視圖；圖15為圖14所示的控制閥的流量特性的曲線圖。
下面通過圖1～圖11，對本發明的第一實施例進行詳細描述。圖1所示的電動流量控制閥裝配于空調器的冷卻劑回路(圖中未示出)中。該控制閥包括圓筒外殼31，該圓筒外殼31的兩端開口；第一閥座32和第二閥座33，該第一閥座32和第二閥座33以氣密方式固定于該圓筒外殼31的兩端。該圓筒外殼31由非磁性金屬形成。圍繞著圓筒外殼31，安裝有電磁線圈38。電流通過控制器(圖中未示出)，供給電磁線圈38。
各閥座32，33呈圓盤狀。各閥座32，33在偏離其中心的位置，具有與圓筒外殼31的內部空間連通的閥口32b，33b。作為外部流體通路的第一和第二流體管39a，39b按照與閥口32b，33b連通的方式，分別固定于閥座32，33上。
如圖10所示，在上述第二閥座33的中心，形成軸孔33a。設置于第二閥座33上的多個支承凸部33c按照等角度的間距，設置于以軸孔33a為中心的圓上。上述閥口33b穿過上述支承凸部33c中的一個。此外，上述第一閥座32包括與圖10所示的第二閥座33相同的結構，如圖1所示，具有軸孔32a和多個支承凸部32c。
如圖1所示，軸37按照沿圓筒外殼31的軸線方向延伸的方式，設置于該外殼31內部。通過使軸37的兩端與兩個閥座32，33的軸孔32a，33a嵌合，軸37便支承于兩個閥座32，33上。
在上述圓筒外殼31內部，設置有由永久磁鐵形成的圓筒座轉子34，以及與該轉子34的兩端嵌合的第一閥體35和第二閥體36。各閥體35，36包括使上述軸穿過的導向孔35a，36a。各閥體35，36以可旋轉的方式支承于軸37上，并且可沿軸37，進行軸向移動。
第一閥體35與上述第一閥座32一起，構成第一節流閥機構41。第二閥體36與上述第二閥座33一起，構成第二節流閥機構42。轉子34和上述電磁線圈38構成用于使兩個閥體35，36旋轉的旋轉驅動機構，即驅動馬達。作為驅動馬達，可采用比如，步進馬達。
如圖1～圖3所示，在轉子34的頂端，形成有一對缺口34a。在轉子34的底端，也同樣形成一對缺口34b。各閥體35，36包括與相對應的一對缺口34a，34b嵌合的一對嵌合凸部35c，36c。該嵌合凸部35c，36c與缺口34a，34b嵌合，由此兩個閥體35，36按照可與轉子34一起旋轉的方式，安裝于該轉子34上。各閥體35，36不能夠相對轉子34旋轉，可相對轉子34作為軸向移動。
此外，閥體35，36也可按照不能夠相對轉子34作軸向移動的方式安裝。在此場合，閥體35，36也可與轉子34成整體形成。
在各閥體35，36的外周，安裝有密封環44。各密封環44將相對應的閥體35，36的外周面與圓筒外殼31的內周面之間密封。這樣一來，冷卻劑不會流入轉子34的外周面與圓筒外殼31的內周面之間的間隙。
如果包含異物的冷卻劑進入轉子34的外周面與圓筒外殼31的內周面之間的間隙，則轉子34的旋轉因異物而受到妨礙。在于閥體35，36上安裝有密封環44的本實施例中，不會產生這樣的問題。
各閥體35，36包括連通孔35g，36g。各連通孔35g，36g在平時，將轉子34的內部空間，與閥體35，36以及和其相對的閥座32，33之間的空間連通。各連通孔35g，36g使分別作用于相對應的閥體35，36的上下面上的壓力保持均勻。
各閥體35，36可相對相對應的閥座32，33，接近和離開。圖1表示第二閥體36與第二閥座33上的支承凸部33c相接觸的狀態。第二閥體36可在支承于支承凸部33c上的狀態，穩定地圍繞軸37旋轉。圖8表示第一閥體35與第一閥座32上的支承凸部32相接觸的狀態。第一閥體35也與第二閥體36相同，可在支承于支承凸部32c上的狀態，穩定地圍繞軸37旋轉。
各閥體35，36所接觸的閥座32，33的面(具體來說，支承凸部32c的端面)與軸37的軸線相垂直。換言之，各閥體35，36所接觸的閥座32，33的面與閥體35，36的旋轉軸線相垂直。
如圖1，圖4，圖5和圖11所示，各閥體35，36在與閥座32，33相對的面上，具有基本上呈圓弧狀的槽35d，36d。當閥體35，36旋轉時，槽35d，36d通過與閥座32，33的閥口32b，33b相對應的位置。各槽35d，36d的截面面積沿閥體35，36的周向，連續變化。還有，各閥體35，36在與截面面積最大的槽35d，36d的一端相對應的位置，具有連通孔35b，36b。
如圖1和圖10所示，在第二閥座33上，安裝有限位板46。該限位板46包括允許第二閥座33的支承凸部33c穿過的孔46a。于是，限位板46不能夠相對第二閥座33旋轉。此外，限位板46也可通過點焊等方式固定于第二閥座33上。
在限位板46上，設置有止動部40。如圖5所示，在第二閥體36上，設置可以與止動部40相接觸的接觸部36f。該接觸部36f與止動部40相接觸，由此，將轉子34和兩個閥體35，36的旋轉范圍限制在小于360°的角度范圍內。
如圖5所示，在接觸部36f與止動部40相接觸的狀態，連通孔36b與閥口33b對齊。在該狀態，閥口33b借助第二閥體36，處于全開狀態。圖6表示從圖5所示的位置，沿逆時針方向旋轉規定角度的狀態。在此狀態下，閥口33b與槽36d的縱向中間部相對，閥口33b由第二閥體36，處于半開狀態。
圖7為第二閥體36從圖6所示的位置，沿著逆時針的方向進一步旋轉規定角度的狀態。在此狀態下，接觸部36f再次與止動部40相接觸。但是，槽36d位于偏離閥口33b的位置，閥口33b為第二閥體36完全堵塞。第二閥體36可以在圖5所示的位置與圖7所示的位置之間旋轉。
在第一節流閥機構41中，與上述的第二節流閥機構42相同，閥口32b的打開程度也可通過第一閥體35調節。
下面對按照上述方式構成的控制閥的作用進行描述。該控制閥裝配于熱泵式冷卻劑回路中。在該熱泵式冷卻劑回路中，隨著動作模式在制冷模式和供熱模式之間切換，冷卻劑的流動方向反轉。
當冷卻劑從第一流體管39a，流入控制閥時，該控制閥處于圖1所示的狀態。即，由于冷卻劑的流動，第一閥體35離開第一閥座32，并且第二閥體36與第二閥座33相接觸。第一閥體35在與本身的旋轉位置無關的情況下，將第一閥座32的閥口32b保持在全開狀態。第二閥體36對應于本身的旋轉位置，確定第二閥座33的閥口33b的打開程度。因此，上游側的第一節流閥機構41不動作，僅僅下游側的第二節流閥機構42動作。
冷卻劑從第一流體管39a，通過閥口32b和連通孔35b，流入轉子34的內部空間。冷卻劑還從轉子34的內部空間，通過第二閥體36和閥口33b，從第二流體管39b流出。第二閥體36對應于本身的旋轉位置，確定閥口33b的打開程度，調節從轉子34的內部空間，到閥口33b的冷卻劑的流量。
第二閥體36的旋轉位置由控制器(圖中未示出)確定。即，控制器按照應調節冷卻劑回路的制冷能力的方式，對供向電磁線圈38的電流進行控制。轉子34與兩個閥體35，36一起，對應于供向電磁線圈38的電流，按照設置于規定的旋轉位置的方式旋轉。
按照前述的方式，當第二閥體36設置于圖5所示的旋轉位置時，連通孔36b與閥口33b對齊，第二閥體36使閥口33b處于全開狀態。由此，從轉子34的內部空間到閥口33b的冷卻劑的流量最大。當第二閥體36設置于圖7所示的旋轉位置時，閥口33b為第二閥體36完全堵塞。由此，完全阻止冷卻劑的流動。
如圖6所示，當第二閥體設置于圖5所示的旋轉位置，與圖7所示的旋轉位置之間的旋轉位置時，第二閥體36上的槽36d與閥口33b相對。閥口33b中的除了與槽36d相對的部分以外的區域為第二閥體36堵塞。因此，閥口33b打開，換言之，冷卻劑流量由與閥口33b相對的槽36d的部分的截面面積確定。該槽36d的截面面積沿第二閥體36的周向連續變化。由此，隨著第二閥體36的旋轉位置的變化，使閥口33b的打開程度和冷卻劑流量發生改變。
圖9為表示由圖1的控制閥實現的冷卻劑流量特性的曲線圖。如該曲線圖所示，對應于第二閥體36的旋轉角度位置，冷卻劑流量在從零，到規定的最大值的范圍內連續變化。
當冷卻劑從第二流體管39b流入控制閥時，控制閥處于圖8所示的狀態。即，隨著冷卻劑的流動，第二閥體離開第二閥座33，并且第一閥體35與第一閥座32相接觸。第二閥體36在與本身的旋轉位置無關的情況下，將第二閥座33的閥口33b保持在全開狀態。第一閥體35對應于本身的旋轉位置，確定第一閥座32的閥口32b的打開程度。因此，上游側的第二節流閥機構42不動作，僅僅下游側的第一節流閥機構41動作。第一節流閥機構41的具體動作與上述第二節流閥機構42的動作完全相同。
按照上述方式，在本實施例的控制閥中，對應于冷卻劑的流動方向，自動地靈活使用二個節流閥機構41，42。沿冷卻劑的流動方向的上游側的節流閥機構不動作，僅僅沿冷卻劑的流動方向的下游側的節流閥機構動作。
在下游側的節流閥機構中，隨著冷卻劑的流動，閥體35，36壓靠于相對應的閥座32，33上。作用于下游側的節流閥機構上的冷卻劑的流動不產生將閥體35，36相對閥座32，33上浮的力，或使閥體35，36相對閥座32，32旋轉的力。由此，在下游側的節流閥機構中，在與冷卻劑流量或冷卻劑壓力無關的情況下，閥體35，36確實保持在對應于控制器發出的指令的旋轉位置，并且確實與相對應的閥座32，33緊密接合。因此，能正確地對冷卻劑流量進行控制。
在下游側的節流閥機構中，在對應于冷卻劑的流動的力的作用下，閥體35，36壓靠于閥座32，33上。換言之，在閥體35，36與閥座32，33之間，產生阻止閥體35，36與閥座32，33之間的相對旋轉的摩擦力。在電流不供給電磁線圈38的狀態，由永久磁鐵形成的轉子34根據本身的磁力，產生保持旋轉位置用的轉矩(保持轉矩)。因此，即使在電流不供給電磁線圈38的情況下，由于上述摩擦力與轉子34的保持轉矩，確實保持閥體35，36的旋轉位置。在閥體35，36移動到所需的旋轉位置之后，可停止向電磁線圈38供給電流。不必連續地將應保持閥體35，36的旋轉中的電流供給電磁線圈38。由此，使耗電量減少。
設置于各閥體35，36上的連通孔35g，36g使分別作用于相對應的閥體35，36中的上下面上的壓力保持均勻。如果作用于各閥體35，36的上下面上的壓力具有較大的差別，閥體35，36以過大的力壓靠于閥座32，33上，閥體35，36不順利地進行旋轉。連通孔35g，36g有效地發揮作用，以便將相對閥座32，33的閥體35，36的壓靠力保持在適合的值。由此，當向電磁線圈38供給電流時，閥體35，36可與轉子34一起，順利地旋轉。
下面以與圖1～圖11的實施例不同點為中心，根據圖12和圖13對本發明的第二實施例進行描述。在本實施例中，在轉子34的內部空間，設置有作為偏壓部件的壓縮螺旋彈簧45。該螺旋彈簧45將兩個閥體35，36朝向相互離開的方向偏置。當冷卻劑未流動時，兩個閥體35，36借助螺旋彈簧45的作用，壓靠于相對應的閥座32，33上。由此，與圖1～圖11的實施例相比較，閥體35，36的軸向位置保持穩定，并且進一步確實保持閥體35，36的旋轉位置。
另外，如圖12所示，在冷卻劑流動時，沿冷卻劑的流動方向的上游側的閥體35，36隨著冷卻劑的流動，離開閥座32，33。因此，在冷卻劑流動時，進行與圖1～圖11的實施例相同的動作。
在兩個閥座32，33上，分別安裝有閥座蓋43。該閥座蓋43由摩擦系數小于氟系樹脂材料等的材料。閥座蓋43包括對應于閥座32，33上的支承凸部32c，33c的多個圓筒狀覆蓋部。如圖13所示，在將閥座蓋43安裝于閥座32，33上之后，將限位板46安裝于閥座蓋43上。但是安裝于第一閥座32上的限位板46不包括止動部40。
閥座蓋43使閥體35，36與閥座32，33之間的摩擦阻力減小。由此，即使在因螺旋彈簧45的作用下，閥體35，36壓靠于閥座32，33上的情況下，閥體35，36仍可相對閥座32，33，順利地旋轉。另外，使閥體35，36旋轉所必需的轉矩減小，可使電磁線圈38的尺寸減小，實現省電。
此外，本發明的實施例還可具有下述變換實例。
在第一閥體35和第二閥體36中，槽35d，36d的形狀也可不同。按照此方式，可對應于冷卻劑的流動方向，實現不同的流量特性。
軸37也可相對閥座32，33旋轉。在此場合，軸37還可與閥體35，36成一體旋轉。此外，還可省略軸37。
止動部40還可按照與第一閥體35相對應的方式設置。即，止動部40可按照與兩個閥體35，36中的至少一個相對應的方式設置。
也可省略限位板46，將止動部40直接設置于兩個閥座32，33中的至少一個上。
還可省略支承凸部32c，33c。
閥座蓋43不限于圖13所示的形狀。摩擦系數小于氟系樹脂材料等的摩擦減輕部件可設置于與閥體35，36相接觸的閥座32，33的部分。
權利要求
1.一種電動流量控制閥，該電動流量控制閥在外殼的軸向兩端，設置有第一閥機構和第二閥機構，各閥機構包括固定于外殼上的閥座，以及與該閥座相對的閥體，該閥座包括將外部流體通路與外殼內部連通的閥口，上述閥體可相對該閥座，接近和離開，閥體按照在與閥座相接觸的狀態，調節閥口的打開程度的方式旋轉，上述閥體在與閥座離開的狀態，不能夠調節閥口的打開程度；其特征在于在外殼的軸向中間部，設置旋轉驅動機構，該旋轉驅動機構具有設置于外殼內的轉子，該轉子位于第一閥機構中的閥體與第二閥機構中的閥體之間，并且按照使兩個閥體旋轉的方式與這兩個閥體連接；當流體從其中一個流體通路，通過外殼內部，朝向另一流體通路流動時，根據該流體的流動，在上游側的閥機構中，閥體離開閥座，在下游側的閥機構中，閥體與閥座相接觸。
2.根據權利要求1所述的電動流量控制閥，其特征在于在上述各閥體中的與閥座相對的面上，形成有基本上呈圓弧狀的槽，槽的截面面積沿閥體的周向變化，隨著閥體的旋轉，該槽通過與上述閥口相對的位置，閥口的打開程度由與該閥口相對的槽的部分的截面面積確定。
3.根據權利要求1或2所述的電動流量控制閥，其特征在于上述外殼為軸向兩端開口的圓筒外殼，上述閥座按照將圓筒外殼的兩端開口堵塞的方式，固定于該兩端開口上，上述閥體可沿圓筒外殼的軸線移動，并且可繞圓筒外殼的軸線旋轉。
4.根據權利要求3所述的電動流量控制閥，其特征在于在上述圓筒外殼內部，設置有沿該圓筒外殼的軸線延伸的軸，該軸穿過上述閥體。
5.根據權利要求3所述的電動流量控制閥，其特征在于在上述各閥體的外周，安裝有密封環。
6.根據權利要求3所述的電動流量控制閥，其特征在于上述閥座包括相對應的閥體可接觸的接觸面，該接觸面與上述圓筒外殼的軸線相垂直。
7.根據權利要求6所述的電動流量控制閥，其特征在于在上述閥座上，設置支承凸部，該支承凸部具有上述接觸面。
8.根據權利要求7所述的電動流量控制閥，其特征在于上述轉子呈圓筒狀，上述閥體按照將轉子的兩端開口堵塞的方式，與該兩端開口嵌合，各閥體具有連通孔，該連通孔在平時將閥體和與其相對的閥座之間的空間，與轉子的內部空間連通。
9.根據權利要求1或2所述的電動流量控制閥，其特征在于在與閥體相接觸的閥座的部分，設置有摩擦減小部件。
10.根據權利要求1或2所述的電動流量控制閥，其特征在于在上述兩個閥體之間，設置將兩個閥體朝向相互離開的方向偏置的偏壓部件。
全文摘要
在圓筒外殼的軸向兩端,設置第一節流閥機構和第二節流閥機構。各閥機構包括固定于圓筒外殼的閥座及與該閥座相對的閥體。閥座包括將流體管與外殼連通的閥口。閥體按照與閥座相接觸的狀態,以調節閥口的打開程度的方式旋轉。閥體在與閥座離開的狀態,不能調節閥口的打開程度。置于外殼內的轉子按照使兩閥體旋轉的方式,與兩閥體連接。當冷卻劑從其一流體管通過外殼內部,朝向另一流體管流動時,據冷卻劑的流動,在上游側的閥機構中,閥體與閥座離開,在下游側的閥機構,閥體與閥座相接觸。
文檔編號F16K3/06GK1331393SQ00136878
公開日2002年1月16日 申請日期2000年12月29日 優先權日2000年6月26日
發明者藤本聡, 渡辺欣雅 申請人:太平洋工業株式會社