JP2010065744A - 電動弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】電動弁において、摺動部材間の摩擦抵抗を低減して、摺動性や耐久性の向上、弁開閉動作に必要とされる駆動トルクの軽減化等を図。
【解決手段】弁軸ホルダ32の天井部32aに弁軸25の上部が挿通せしめられる挿通穴32cが形成されるとともに、前記弁軸25の上端部に、前記ロータ30及び弁軸ホルダ32の回転上昇に伴って前記弁軸25を上昇させるためのプッシュナット33が固着され、前記天井部32aの挿通穴32cに、前記弁軸25が摺動自在に嵌挿される高摺動性を持つブッシュ70Aが嵌合し、該ブッシュ70Aの上下端面で前記プッシュナット33の下端と前記圧縮コイルばね34の上端とを受け止める。
【選択図】図2

Description

本発明は、空気調和機、冷凍機等に組み込まれて使用される電動弁に係り、特に、摺動部材間の摩擦抵抗を低減して、摺動性や耐久性の向上、弁開閉動作に必要とされる駆動トルクの軽減化等を図り得るようにされた電動弁に関する。
この種の電動弁の従来例を図7に示す。図示の電動弁10’は、下部大径部25aと上部小径部25bからなる弁軸25の下端部に設けられた弁体24と、流体入出口となる冷媒導入管61及び冷媒導出管62が連結されるとともに、前記弁体24が接離する弁座22(弁口22a)が設けられた弁室21を有する弁本体20とを備え、前記弁座22に対する弁体24のリフト量を制御することにより冷媒等の流体の通過流量を調整するようになっている。前記弁本体20の鍔状部材23(に形成された段差部)には、天井部40aを有する下方開口の円筒状のキャン40の下端部が突き合わせ溶接により密封接合されている。
前記キャン40の内周には、所定の間隙αをあけてロータ30が配在され、該ロータ30を回転駆動すべく前記キャン40の円筒状部分の外周には、ヨーク51、ボビン52、ステータコイル53,53、及び樹脂モールドカバー56等からなるステータ50が外嵌されており、前記ロータ30とステータ50とでステッピングモータが構成される。
そして、ロータ30と弁軸25との間には、ロータ30の回転を利用して前記弁体24を前記弁座22に接離させる駆動機構が設けられている。この駆動機構は、弁本体20にその下端部26aが圧入固定されるとともに、弁軸25(の下部大径部25a)が摺動自在に内挿された筒状のガイドブッシュ26の外周に形成された固定ねじ部(雄ねじ部)28と、前記弁軸25及びガイドブッシュ26の外周に配在された下方開口の筒状の弁軸ホルダ32の内周に形成されて前記固定ねじ部28に螺合せしめられた移動ねじ部(雌ねじ部)38とからなるねじ送り機構で構成されている。
前記弁軸ホルダ32とロータ30とは支持リング36を介して結合されるとともに、支持リング36に弁軸ホルダ32の上部突部がかしめ固定され、これにより、ロータ30、支持リング36及び弁軸ホルダ32が一体的に連結されている。
前記ガイドブッシュ26には、ストッパ機構の一方を構成する下ストッパ体(固定ストッパ)27が固着され、弁軸ホルダ32にはストッパ機構の他方を構成する上ストッパ体(移動ストッパ)37が固着されている。
また、前記ガイドブッシュ26の上部小径部26bが弁軸ホルダ32の上部に内挿されるとともに、弁軸ホルダ32の天井部32a中央に形成された挿通穴32bに、弁軸25の上部小径部25bが挿通せしめられている。弁軸25の上部小径部25bの上端部には、前記ロータ30及び弁軸ホルダ32の回転上昇に伴って弁軸25を上昇させるためのプッシュナット33が固着(圧入固定)されている。
さらに、前記弁軸25は、該弁軸25の上部小径部25bに外挿され、かつ、弁軸ホルダ32の天井部32aと弁軸25における下部大径部25aの上端段丘面との間に縮装された弁締め切り兼緩衝用の圧縮コイルばね34によって、常時下方(閉弁方向)に付勢されている。この場合、前記圧縮コイルばね34は、その上端部がワッシャ等のばね受け部材39を介して前記弁軸ホルダ32の天井部32a下面に係止されている。なお、弁軸ホルダ32の天井部32a上には、コイルばねからなる復帰ばね35が配在されている。
このような構成とされた電動弁10’にあっては、ステータコイル53,53を第1の態様で通電励磁(パルス供給)することにより、弁本体20に固定されたガイドブッシュ26に対し、ロータ30及び弁軸ホルダ32が一方向に回転せしめられ、ガイドブッシュ26の固定ねじ部28と弁軸ホルダ32の移動ねじ部38とのねじ送りにより、例えば弁軸ホルダ32が下方に移動して弁体24が弁座22に押し付けられて弁口22aが閉じられる。
弁口22aが閉じられた時点では、上ストッパ体37は未だ下ストッパ体27に当接しておらず、弁体24が弁口22aを閉じたままロータ30及び弁軸ホルダ32はさらに回転下降する。このときは、弁軸25に対して弁軸ホルダ32が下降するため、圧縮コイルばね34が圧縮せしめられることにより弁軸ホルダ32の下降力は吸収される。その後、ロータ30がさらに回転して弁軸ホルダ32が下降すると、上ストッパ体37が下ストッパ体27に衝接し、ステータコイル53,53に対するパルス供給が続行されても弁軸ホルダ32の下降は強制的に停止され、全閉状態(最下降位置)となる。
ここで、前記弁軸25が図7及び図8(A)に示される如くの最下降位置(全閉位置)にあるときには、前記ばね受け部材39が前記弁軸ホルダ32の天井部32a下面に圧接するとともに、前記天井部32上面と前記プッシュナット33の下端との間に所定の間隙Δcが形成される。
一方、この全閉状態からステータコイル53,53を第2の態様で通電励磁(パルス供給)すると、弁本体20に固定されたガイドブッシュ26に対し、ロータ30及び弁軸ホルダ32が前記と逆方向に回転せしめられ、ガイドブッシュ26の固定ねじ部28と弁軸ホルダ32の移動ねじ部38とのねじ送りにより、今度は弁軸ホルダ32が上方に移動する。この場合、前記天井部32上面と前記プッシュナット33の下端との間に前記間隙Δcがあるため、前記ロータ30及び弁軸ホルダ32が前記最下降位置から所定量回転せしめられると、図8(B)に示される如くに、弁軸ホルダ32の天井部32a上面がプッシュナット33の下端に接当して、前記弁軸25を押し上げ、これに伴い、弁体24が弁座22から離れて弁口22aが開かれ、冷媒が弁口22aを通過する。したがって、かかる電動弁10’にあっては、ロータ30の回転量により弁口22aの実効開口面積、すなわち冷媒の通過流量を調整することができ、ロータ30の回転量は供給パルス数により制御されるため、冷媒通過流量を高精度に調整することができる(詳細は、下記特許文献1、2等を参照)。
上記のようなプッシュナット33やばね受け部材(ワッシャ)39等の摺動部材を備えた電動弁において、摺動部材間の摺動摩擦抵抗を低減して、摺動性や耐久性の向上、弁開閉動作に必要とされる駆動トルクの軽減化等の向上を図るため、例えば下記特許文献3では、前記ばね受け部材(ワッシャ)にめっきを施して摺動性を高めることが提案されており、また、下記特許文献4では、前記プッシュナットにめっきを施して耐久性を高めることが提案されている。
特開2001−50415号公報 特開2008ー169910号公報 特開平9−170664号公報 特開2005ー42891号公報
しかしながら、前記従来提案の電動弁では、摺動性、耐久性がまだ不充分であるとともに、めっきを施す摺動部材のコストやその組み付けコストが高くなる等の問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、摺動部材間の摩擦抵抗を低減して、摺動性や耐久性の向上、弁開閉動作に必要とされる駆動トルクの軽減化等を図り得るようにされた電動弁を提供することにある。
前記の目的を達成すべく、本発明に係る電動弁は、基本的には、弁軸の下端部に設けられた弁体と、該弁体が接離する弁座が設けられるとともに、流体が導入導出される弁室を有する弁本体と、該弁本体にその下端部が密封接合されたキャンと、該キャンの内周に所定の間隙をあけて配在されたロータと、該ロータに連結固定された天井部付き筒状の弁軸ホルダと、前記ロータを回転駆動すべく前記キャンに外嵌されたステータと、前記ロータと前記弁軸との間に配在され、前記ロータの回転を利用して前記弁体を前記弁座に接離させる駆動機構と、前記弁軸に外挿されて前記弁体を前記弁座に押し付ける方向に付勢する圧縮コイルばねとを備え、前記弁軸ホルダの天井部に前記弁軸の上部が挿通せしめられる挿通穴が形成されるとともに、前記弁軸の上端部に、前記ロータ及び弁軸ホルダの回転上昇に伴って前記弁軸を上昇させるためのプッシュナットが固着される。
そして、前記天井部の挿通穴に、前記弁軸が摺動自在に嵌挿される高摺動性を持つブッシュが嵌合し(圧入固定ないし遊挿)、該ブッシュの上下端面で前記プッシュナットの下端と前記圧縮コイルばねの上端とを受け止めるようにされていることを特徴としている。
前記ブッシュは、好ましくは、高摺動性を持つ焼結金属もしくは樹脂成形品で構成されるか、あるいは、その表面に潤滑剤がコーティングされる。
前記ブッシュは、好ましくは、前記天井部の挿通穴に嵌合する筒状部と前記天井部の下面に当接する鍔状部とを有する。
前記ブッシュは、好ましくは、前記天井部の上面に当接する上側鍔状部と前記天井部の挿通穴に嵌合する上側筒状部とからなる上側ブッシュと、前記天井部の下面に当接する下側鍔状部と前記天井部の挿通穴に圧入固定ないし遊挿される下側筒状部とからなる下側ブッシュとで構成される。
前記ブッシュは、好ましくは、前記天井部の挿通穴に嵌合する遊挿筒状部と、前記天井部の下面に当接する鍔状部と、該鍔状部より下方に延伸せしめられて前記圧縮コイルばねの内周側に挿入せしめられたばね側筒状部とを有する。
他の好ましい態様では、前記ブッシュは、前記天井部の挿通穴に嵌合する遊挿筒状部と前記天井部の下面に当接する鍔状部とを有し、前記弁軸ホルダが最下降位置にあるときには、前記ブッシュの鍔状部が前記弁軸ホルダの天井部下面に圧接するとともに、前記ブッシュの上端面と前記プッシュナットの下端との間に所定の間隙が形成され、前記ロータ及び弁軸ホルダが前記最下降位置から所定量回転せしめられると、前記ブッシュの上端面が前記プッシュナットの下端に接当して該ブッシュの鍔状部が前記天井部下面から離間せしめられた後、前記天井部上面が前記プッシュナットの下端に接当して前記弁軸を押し上げるようにされる。
本発明に係る電動弁では、弁軸ホルダの天井部の挿通穴に、高摺動性を持つブッシュが嵌合(圧入固定ないし遊挿)し、該ブッシュの上下端面でプッシュナットの下端と圧縮コイルばねの上端とを受け止めるようにされているので、前記ブッシュとプッシュナットとの間及び前記ブッシュと圧縮コイルばねとの間、並びに、弁軸ホルダ(ブッシュ)と弁軸との間の摺動摩擦抵抗が大幅に低減され、そのため、摺動性や耐久性の向上、弁開閉動作に必要とされる駆動トルクの軽減化等を効果的に図ることができ、その結果、ステッピングモータを含む電動弁全体の大型化を招くことなく、コンパクトな構成のもとで大容量化等に対応できる。
以下、本発明の電動弁の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係る電動弁の一実施形態(第1実施例)の縦断面図である。なお、図1においては、前述した図7に示される従来例の電動弁10’の各部に対応する部分には同一の符号を付してそれらの重複説明を省略し、以下においては相異点を重点的に説明する。
本実施形態(第1実施例)の電動弁10Aでは、前述した図7に示される従来例の電動弁10’のばね受け部材(ワッシャ)39に代えて、高摺動性を持つ短円筒状のブッシュ70Aが用いられている。すなわち、図1に加えて図2を参照すればよくわかるように、前記弁軸25の上部小径部25bの上半分が下半分より若干小径の上側小径部25cとされ、前記弁軸ホルダ32の天井部32aに、従来例の挿通穴32bより若干大径の挿通穴32cが形成されるとともに、前記弁軸25の上側小径部25c(の上端側)には、従来例と同様に、ロータ30及び弁軸ホルダ32の回転上昇に伴って弁軸25の上側小径部25cを上昇させるためのプッシュナット33が固着(圧入固定)されている。
そして、前記天井部32aの挿通穴32cに、前記弁軸25の上側小径部25cが摺動自在に嵌挿される高摺動性を持つ短円筒状のブッシュ70Aが圧入固定により嵌合している。このブッシュ70Aは、例えば、摺動摩擦抵抗が小さい銅系の焼結金属又はオイル(潤滑油)含有金属で構成され、その内径は上側小径部25cの外径と略同じ、その外径は前記プッシュナット33及び圧縮コイルばね34の外径より若干大きくされ、その長さ(高さ)は前記天井部32aの厚みと略同じとされており、このブッシュ70Aの上下端面で前記プッシュナット33の下端と前記圧縮コイルばね34の上端とを受け止めるようにされている。
なお、前記弁軸ホルダ32が図1に示される如くの最下降位置(全閉位置)にあるときには、前記ブッシュ70Aの下端面に圧縮コイルばね34の上端が圧接するとともに、前記ブッシュ70Aの上端面と前記プッシュナット33の下端との間に所定の間隙Δcが形成される(間隙Δcは前述した図8に示されるものと同じ)。
このような構成とされた第1実施例の電動弁10Aにおいては、弁軸ホルダ32の天井部32aの挿通穴32cに、高摺動性を持つブッシュ70Aが圧入固定され、該ブッシュ70Aの上下端面でプッシュナット33の下端と圧縮コイルばね34の上端とを受け止めるようにされているので、前記ブッシュ70Aとプッシュナット33との間及び前記ブッシュ70Aと圧縮コイルばね34との間、並びに、前記弁軸ホルダ32(ブッシュ70A)と弁軸25との間の摺動摩擦抵抗が大幅に低減され、このため、摺動性や耐久性の向上、弁開閉動作に必要とされる駆動トルクの軽減化等を効果的に図ることができ、この結果、ステッピングモータを含む電動弁全体の大型化を招くことなく、コンパクトな構成のもとで大容量化等に対応できる。
図3は、第2実施例の電動弁10Bの主要部を拡大して示している。本第2実施例の電動弁10Bでは、第1実施例のものとは構成が異なるブッシュ70Bが用いられている。
すなわち、本第2実施例のブッシュ70Bは、前記天井部32aの挿通穴32cに嵌合する筒状部71と前記天井部32aの下面に当接係止される鍔状部72とからなり、このブッシュ70Bの筒状部71の上端面で前記プッシュナット33の下端を受け止め、ブッシュ70Bの鍔状部72の下面で前記圧縮コイルばね34の上端を受け止めるようにされており、ブッシュ70Bの鍔状部72は、圧縮コイルばね34の付勢力により天井部32aの下面に押し付けられている。なお、筒状部71の挿通穴32cに対する嵌合は、圧入固定でも摺動自在な遊挿のいずれでもよい。
このような構成とされた第2実施例の電動弁10Bにおいても、第1実施例と略同様な作用効果が得られる。
図4は、第3実施例の電動弁10Cの主要部を拡大して示している。本第3実施例の電動弁10Cでは、第1、第2実施例のものとは構成が異なるブッシュ70Cが用いられている。
すなわち、本第3実施例のブッシュ70Cは、前記天井部32aの上面に当接する上側鍔状部73aと前記天井部32aの挿通穴32cに嵌合する上側筒状部73bとからなる上側ブッシュ73と、前記天井部32aの下面に当接する下側鍔状部74aと前記天井部32aの挿通穴32cに嵌合する下側筒状部74bとからなる下側ブッシュ74とで分割構成されており、上側筒状部73bの下端と下側筒状部74bの上端との間には、小さな間隙が形成されている。
本実施例のブッシュ70Cを構成する上側ブッシュ73と下側ブッシュ74は、高摺動性を持つ、同じ寸法形状の樹脂成形品である。より詳細には、上側ブッシュ73と下側ブッシュ74は、摺動摩擦抵抗が小さなフッ素樹脂成形品、オイル含有樹脂成形品、もしくはシリコンやモリブデン配合の樹脂成形品とされる。この実施例でも、筒状部73b、74bの挿通穴32cに対する嵌合は、圧入固定でも摺動自在な遊挿のいずれでもよい。
このような構成とされた第3実施例の電動弁10Cにおいても、第1、第2実施例と略同様な作用効果が得られ、さらに、ブッシュ70Cが樹脂成形品からなる分割構造であることから、組立性の向上やコスト削減化も図ることができる。
図5は、第4実施例の電動弁10Dの主要部を拡大して示している。本第4実施例の電動弁10Dでは、第1〜第3実施例のものとは構成が異なるブッシュ70Dが用いられている。
すなわち、第4実施例のブッシュ70Dは、前記天井部32aの挿通穴32cに嵌合する遊挿筒状部75と、前記天井部32aの下面に当接する鍔状部76と、該鍔状部76より下方に延伸せしめられて前記圧縮コイルばね34の内周側に挿入せしめられたばね側筒状部77とからなっている。本実施例のブッシュ70Dも、第3実施例と同様に、高摺動性を持つ樹脂成形品である。なお、筒状部75の挿通穴32cに対する嵌合は、圧入固定でも摺動自在な遊挿のいずれでもよい。
このような構成とされた第4実施例の電動弁10Dにおいても、前記実施例と略同様な作用効果が得られることに加えて、ばね側筒状部77が設けられていることにより、圧縮コイルばね34(の上部側)と弁軸25(の上側小径部25c)とが直接擦れ合うことが無くなり、摺動性が一層向上するとともに、弁軸25と圧縮コイルばね34との同心性等も向上する。
図6は、第5実施例の電動弁10Eの主要部を拡大して示している。本第5実施例の電動弁10Eにおいて、ブッシュ70Eは、前記実施形態と同様に高摺動性を持つ燒結金属あるいは樹脂成形品であり、前記天井部32aの挿通穴32cに嵌合、具体的には遊挿(摺動自在に嵌挿)する筒状部78と前記天井部32aの下面に当接係止される鍔状部79とからなり、このブッシュ70Eの筒状部78の上端面で前記プッシュナット33の下端を受け止め、ブッシュ70Eの鍔状部79の下面で前記圧縮コイルばね34の上端を受け止めるようにされており、ブッシュ70Eの鍔状部79は、圧縮コイルばね34の付勢力により天井部32aの下面に押し付けられている。
そして、前記弁軸ホルダ32が最下降位置にあるとき(図6に示される状態)には、前記ブッシュ70Eの鍔状部79が前記弁軸ホルダ32の天井部32a下面に圧接し、前記天井部32a上面と前記プッシュナット33の下端との間に所定の間隙Δcが形成されるとともに、前記天井部32a上面からブッシュ70Eの筒状部78の上端が前記間隙Δcより小なる突出長Δeだけ突出せしめられ、前記ロータ30及び弁軸ホルダ32が前記最下降位置から所定量回転せしめられると、ブッシュ70Eの筒状部79上端が前記プッシュナット33の下端に接当して該ブッシュ70Eの鍔状部79が前記天井部32a下面から離間せしめられた後、前記天井部32a上面が前記プッシュナット39の下端に接当して前記弁軸25を押し上げるようにされている。
このようにされることにより、前記実施例と略同様な作用効果が得られることに加えて、最も大きな駆動トルクが必要とされる開弁時(弁軸25を押し上げて弁体24を弁座22から離間させるとき)の摩擦抵抗は、ブッシュ70Eの上端面とプッシュナット33の下端との間の摩擦抵抗だけとなり、従来のものに比して、開弁時における構成部材間の摩擦抵抗を大幅に低減できて、開弁時に必要とされる駆動トルクを軽減し得る。
なお、上記実施例においては、ブッシュ70A、70B、70C、70D、70Eを、高摺動性を持つ焼結金属あるいは樹脂成形品で構成したが、その他、金属あるいは樹脂製のブッシュ表面に、フッ素、2硫化モリブデン、あるいはグラファイト配合の固体潤滑剤をコーティングしてもよく、さらに、前記コーティング用の固体潤滑剤を含有させた焼結金属でブッシュを作製してもよい。
本発明に係る電動弁の一実施形態(第1実施例)を示す縦断面図。 第1実施例の電動弁の主要部拡大図。 第2実施例の電動弁の主要部拡大図。 第3実施例の電動弁の主要部拡大図。 第4実施例の電動弁の主要部拡大図。 第5実施例の電動弁の主要部拡大図。 従来の電動弁の一例を示す縦断面図。 図7に示される電動弁の構成及び動作説明に供される主要部拡大図。
符号の説明
10A、10B、10C、10D、10E 電動弁
20 弁本体
21 弁室
22 弁座
23 鍔状部材
24 弁体
25 弁軸
25a 下部大径部
25b 上部小径部
28 固定ねじ部(雄ねじ部)
26 ガイドブッシュ
30 ロータ
32 弁軸ホルダ
32a 天井部
32c 挿通穴
33 プッシュナット
34 圧縮コイルバネ
36 支持リング
38 移動ねじ部(雌ねじ部)
39 ばね受け部材
40 キャン
50 ステータ
70A、70B、70C、70D、70E ブッシュ

Claims (6)

  1. 弁軸の下端部に設けられた弁体と、該弁体が接離する弁座が設けられるとともに、流体が導入導出される弁室を有する弁本体と、該弁本体にその下端部が密封接合されたキャンと、該キャンの内周に所定の間隙をあけて配在されたロータと、該ロータに連結固定された天井部付き筒状の弁軸ホルダと、前記ロータを回転駆動すべく前記キャンに外嵌されたステータと、前記ロータと前記弁軸との間に配在され、前記ロータの回転を利用して前記弁体を前記弁座に接離させる駆動機構と、前記弁軸に外挿されて前記弁体を前記弁座に押し付ける方向に付勢する圧縮コイルばねとを備え、前記弁軸ホルダの天井部に前記弁軸の上部が挿通せしめられる挿通穴が形成されるとともに、前記弁軸の上端部に、前記ロータ及び弁軸ホルダの回転上昇に伴って前記弁軸を上昇させるためのプッシュナットが固着されている電動弁であって、
    前記天井部の挿通穴に、前記弁軸が摺動自在に嵌挿される高摺動性を持つブッシュが嵌合し、該ブッシュの上下端面で前記プッシュナットの下端と前記圧縮コイルばねの上端とを受け止めるようにされていることを特徴とする電動弁。
  2. 前記ブッシュは、高摺動性を持つ焼結金属もしくは樹脂成形品で構成されるか、あるいは、その表面に潤滑剤がコーティングされていることを特徴とする請求項1に記載の電動弁。
  3. 前記ブッシュは、前記天井部の挿通穴に嵌合する筒状部と前記天井部の下面に当接する鍔状部とを有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の電動弁。
  4. 前記ブッシュは、前記天井部の上面に当接する上側鍔状部と前記天井部の挿通穴に嵌合する上側筒状部とからなる上側ブッシュと、前記天井部の下面に当接する下側鍔状部と前記天井部の挿通穴に圧入固定ないし遊挿される下側筒状部とからなる下側ブッシュとで構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電動弁。
  5. 前記ブッシュは、前記天井部の挿通穴に嵌合する遊挿筒状部と、前記天井部の下面に当接する鍔状部と、該鍔状部より下方に延伸せしめられて前記圧縮コイルばねの内周側に挿入せしめられたばね側筒状部とを有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の電動弁。
  6. 前記ブッシュは、前記天井部の挿通穴に嵌合する遊挿筒状部と前記天井部の下面に当接する鍔状部とを有し、前記弁軸ホルダが最下降位置にあるときには、前記ブッシュの鍔状部が前記弁軸ホルダの天井部下面に圧接するとともに、前記ブッシュの上端面と前記プッシュナットの下端との間に所定の間隙が形成され、前記ロータ及び弁軸ホルダが前記最下降位置から所定量回転せしめられると、前記ブッシュの上端面が前記プッシュナットの下端に接当して該ブッシュの鍔状部が前記天井部下面から離間せしめられた後、前記天井部上面が前記プッシュナットの下端に接当して前記弁軸を押し上げるようにされていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電動弁。
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