JP6177181B2 - 流体制御弁及び弁軸 - Google Patents

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Description

この発明は、流体を制御するために使用され、ポペット弁として、かつ、電動弁として構成される流体制御弁及びそれに使用される弁軸に関する。
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献1に記載されるEGR弁が知られている。図14に、このEGR弁51を断面図により示す。このEGR弁51は、ポペット弁として、かつ、電動弁として構成される。すなわち、EGR弁51は、流路52を有するハウジング53と、流路52に設けられた弁座54と、ハウジング53の中で弁座54に対して着座可能に設けられた弁体55と、弁体55を直進的に往復運動(ストローク運動)させるための弁軸56と、弁軸56をその軸線方向へストローク運動させるためのステップモータ57とを備える。
弁軸56は、その下端部に弁体55が固定される。弁軸56は、上端部に雄ねじ58が設けられ、雄ねじ58に隣接してスプリング受け59が設けられる。スプリング受け59の雄ねじ58に面する端面上には突起状をなすストッパ60が設けられる。弁軸56には、スプリング受け59に隣接する部位の外周に横断面が略小判形状をなす二面幅部61が形成される。ハウジング53には、弁軸56を軸線方向へ移動可能に支持するためのスラスト軸受62が設けられる。このスラスト軸受62の内周には、横断面が略小判形状をなし弁軸56の二面幅部61に係合可能な回転規制部62aが形成される。スプリング受け59とハウジング53との間には、弁体55が弁座54に着座する方向へ弁体55と弁軸56を付勢する圧縮スプリング63が設けられる。
ステップモータ57は、雄ねじ58に螺合する雌ねじ64を有するマグネットロータ65を含む。このEGR弁51は、ステップモータ57を駆動させてマグネットロータ65を回転させることにより、その回転運動を雌ねじ64と雄ねじ58を介して弁軸56のストローク運動に変換し、弁座54に対する弁体55の開度を調節するようになっている。ここで、マグネットロータ65の下部には、スプリング受け59のストッパ60に係合する係合部65aが形成される。EGR弁51の全閉時には、弁体55が弁座54に着座して、更にマグネットロータ65が閉方向に回転することで、ストッパ60が係合部65aに係合し、弁軸56の初期位置が規制されるようになっている。
スプリング受け59を有する上記した弁軸56は、軸材をプレス加工することにより一体に成形される。雄ねじ58は、転造により成形される。
特開2013−7266号公報
ところが、特許文献1に記載の弁軸56は、ストッパ60を含むスプリング受け59が雄ねじ58と一体に成形されるので、雄ねじ58を軸材上に転造するとき、スプリング受け59の上面のストッパ60が邪魔になってスプリング受け59の上面までねじを転造す
ることができなかった。すなわち、ストッパ60の近傍では、軸材上にねじのない部分(無ねじ部)56aができてしまう。そのため、スプリング受け59より上にて、雄ねじ58に所定の長さを確保するには、無ねじ部56aの分だけ弁軸56の全長を長くしなけ
ればならなかった。その結果、無ねじ部56aの分だけ、EGR弁51の高さ寸法を大きくしなければならなかった。また、弁軸56をスラスト軸受62に対して回り止めするために、弁軸56の一部を略小判形状の横断面にプレス加工する必要があるが、雄ねじ58やスプリング受け59と共に同じ軸材を加工しなければならず、軸材に座屈のおそれがあり、加工が容易でなかった。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、弁軸の加工が容易で、雄ねじの長さを確保しつつ弁軸を短くでき、その分だけ体格を縮小できる流体制御弁を提供することにある。この発明の別の目的は、加工が容易で、雄ねじの長さを確保しつつ全長を短くできる弁軸を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、流路を有するハウジングと、流路に設けられた弁座と、弁座に対して着座可能に設けられた弁体と、弁体を直進的に往復運動させるための弁軸と、弁軸は、一端部と他端部とを含み、一端部に弁体が固定されることと、弁軸は、他端部に雄ねじが設けられ、雄ねじに隣接してスプリング受けが設けられ、スプリング受けの雄ねじに面する端面上に突起状をなすストッパが設けられ、スプリング受けに隣接する部位の外周に横断面が特定形状をなす面幅部が形成されることと、ハウジングには、弁軸を軸線方向へ移動可能に支持するためのスラスト軸受が設けられ、スラスト軸受の内周には、横断面が特定形状をなし面幅部に係合可能な回転規制部が形成されることと、スプリング受けとハウジングとの間に設けられ、弁体が弁座に着座する方向へ弁体と弁軸を付勢する圧縮スプリングと、弁軸をその軸線方向へ往復運動させるための電動機と、電動機は、雄ねじに螺合する雌ねじを有するロータを含むこととを備え、電動機を駆動させてロータを回転させることにより、その回転運動を雌ねじと雄ねじを介して弁軸の往復運動に変換して弁座に対する弁体の開度を調節するように構成した流体制御弁において、弁軸は、雄ねじが一端部に設けられた軸体と、軸体とは別体に形成されるスプリング受けとから構成され、スプリング受けは、軸体上に圧入される筒部と、筒部の一端に一体に形成されるフランジ部と、フランジ部の一端面上にストッパが一体に形成されることとを含み、筒部は、フランジ部が一端に形成される大径のベース部と、ベース部よりフランジ部から離れる方向へ延びる小径の袖部とを含み、ベース部と軸体との間の相対回転を規制するためにベース部及び軸体の一方に係合部が他方に被係合部が設けられ、袖部の外周に横断面が特定形状をなす面幅部が形成され、面幅部がスラスト軸受の回転規制部に整合することを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、弁軸が、雄ねじが設けられた軸体と、軸体とは別体に形成されるスプリング受けとから構成される。そして、スプリング受けは、軸体上に圧入される筒部と、筒部の一端に一体に形成されるフランジ部と、フランジ部の一端面上に一体に形成されるストッパとを含む。従って、軸体とスプリング受けが別体に形成されるので、それぞれの部品の加工が容易となる。すなわち、軸体では、その一端部において、スプリング受けのストッパの制約を受けることがなく、雄ねじの加工が容易となる。また、スプリング受けでは、そのフランジ部上のストッパの加工や、袖部上の面幅部の加工が、軸体の座屈を心配することなく、容易となる。
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、スプリング受けは軸体より柔らかい材質で形成されることを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、請求項1に記載の発明の作用に加え、スプリング受けが軸体より柔らかい材質なので、軸体へのスプリング受けの圧入が容易となる。
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、ポペット弁として、かつ、電動弁として構成される流体制御弁に使用される弁軸であって、雄ねじが一端部に設けられた軸体と、軸体とは別体に形成されるスプリング受けとから構成され、スプリング受けは、軸体上に圧入される筒部と、筒部の一端に一体に形成されるフランジ部と、フランジ部の一端面上に突起状をなすストッパが一体に形成されることとを含み、筒部は、フランジ部が一端に形成される大径のベース部と、ベース部よりフランジ部から離れる方向へ延びる小径の袖部とを含み、ベース部と軸体との間の相対回転を規制するためにベース部及び軸体の一方に係合部が他方に被係合部が設けられ、袖部の外周に横断面が特定形状をなす面幅部が形成されることを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、弁軸が、雄ねじが設けられた軸体と、軸体とは別体に形成されるスプリング受けとから構成される。そして、スプリング受けは、軸体上に圧入される筒部と、筒部の一端に一体に形成されるフランジ部と、フランジ部の一端面上に一体に形成されるストッパとを含む。従って、軸体とスプリング受けが別体に形成されるので、それぞれの部品の加工が容易となる。すなわち、軸体では、その一端部において、スプリング受けのストッパに制約を受けることがなく、雄ねじの加工が容易となる。また、スプリング受けでは、そのフランジ部上のストッパの加工や、袖部上の面幅部の加工が、軸体の座屈を心配することなく、容易となる。
上記目的を達成するために、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、スプリング受けは軸体より柔らかい材質で形成されることを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、請求項3に記載の発明の作用に加え、スプリング受けが軸体より柔らかい材質なので、軸体へのスプリング受けの圧入が容易となる。
請求項1に記載の発明によれば、弁軸の加工を容易なものにすることができ、雄ねじの長さを確保しつつ弁軸の全長を短くすることができ、その分だけ流体制御弁の体格を縮小することができる。
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加え、二体構造の弁軸の製造を容易化できる。
請求項3に記載の発明によれば、弁軸の加工を容易なものにすることができ、雄ねじの長さを確保しつつ弁軸の全長を短くすることができる。
請求項4に記載の発明によれば、請求項3に記載の発明の効果に加え、二体構造の弁軸の製造を容易化できる。
一実施形態に係り、全閉時のEGR弁を示す正断面図。 一実施形態に係り、弁軸を示す正面図。 一実施形態に係り、弁軸を示す左側面図。 一実施形態に係り、弁軸を一部切断して示す正面図。 一実施形態に係り、弁軸を一部切断して示す左側面図。 一実施形態に係り、軸体とスプリング受けとの分離した状態であって、スプリング受けのみを切断して示す正面図。 一実施形態に係り、軸体を示す図6のA−A線断面図。 一実施形態に係り、軸体を示す図6のB−B線断面図。 一実施形態に係り、スプリング受けを示す平面図。 一実施形態に係り、スプリング受けを示す図6のC−C線断面図。 一実施形態に係り、スプリング受けを示す図6のD−D線断面図。 一実施形態に係り、スプリング受けを示す斜視図。 一実施形態に係り、縦に切断したスプリング受けを示す斜視図。 従来例に係り、EGR弁を示す正断面図。
以下、本発明における流体制御弁及び弁軸を排気還流弁(EGR弁)に具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
図1に、全閉時のEGR弁1を正断面図により示す。流体制御弁に相当するEGR弁1は、エンジンから排出される排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路へ戻すEGR通路に設けられ、EGRガス流量を制御するために使用される。EGR弁1は、流路2を有するハウジング3と、流路2に設けられた弁座4と、弁座4に対して着座可能に設けられた弁体5と、弁体5を直進的に往復運動(ストローク運動)させるための弁軸6と、弁体5と共に弁軸6をその軸線方向へストローク運動させるためのステップモータ7とを備える。ステップモータ7は、本発明の電動機の一例に相当する。
図2に、弁軸6を正面図により示す。図3に、弁軸6を左側面図により示す。図1〜図3に示すように、弁軸6は、一端部(下端部)と他端部(上端部)とを含み、下端部に弁体5が固定される。弁軸6は、上端部に雄ねじ8が設けられ、雄ねじ8に隣接してスプリング受け9が設けられる。スプリング受け9の雄ねじ8に面する端面上には、突起状をなすストッパ10が設けられる。スプリング受け9には、その外周に横断面が特定形状としての略小判形状をなす二面幅部9aba(追って詳述する。)が設けられる。
図1に示すように、流路2の両端は、EGRガスが導入される入口2aと、EGRガスが導出される出口2bとなっている。弁座4は、流路2に連通する弁孔4aを有する。弁軸6は、ハウジング3を垂直に貫通して配置される。弁軸6の下端部に固定された弁体5は、略円錐台形状をなし、弁座4に対して当接又は離間するようになっている。ハウジング3には、弁軸6を軸線方向へ移動可能に支持するために、第1のスラスト軸受11と第2のスラスト軸受12が直列に設けられる。第1のスラスト軸受11の内周には、横断面が略小判形状をなしスプリング受け9の二面幅部9abaに係合可能な回転規制部11aが形成される。
図1に示すように、ステップモータ7は、コイル21を含むステータ22と、ステータ22の内側に設けられたマグネットロータ23とを含む。これらの部材21〜23等が樹脂製のケーシング24によりモールドされて覆われる。ケーシング24には、横へ突出したコネクタ25が一体に形成される。コネクタ25には、コイル21から延びる端子26が設けられる。
図1に示すように、マグネットロータ23は、ロータ本体27と、ロータ本体27の外側に一体的に設けられた円筒状のプラスチックマグネット28とを含む。ロータ本体27の上端部外周には、ケーシング24との間に第1のラジアル軸受29が設けられる。プラスチックマグネット28の下端部内周には、第1のスラスト軸受11との間に第2のラジアル軸受30が設けられる。これら上下のラジアル軸受29,30によりマグネットロータ23がステータ22の内側にて回転可能に支持される。ロータ本体27の中心には、弁軸6の雄ねじ8に螺合する雌ねじ31が形成される。マグネットロータ23(プラスチックマグネット28)と、下側の第2のラジアル軸受30との間には、第1の圧縮スプリング32が設けられる。弁軸6のスプリング受け9と、第2のラジアル軸受30との間、すなわちハウジング3との間には、弁体5が弁座4に着座する方向へ弁体5と弁軸6とを付勢する第2の圧縮スプリング33が設けられる。
図1に示すように、ハウジング3と弁軸6との間には、ハウジング3と弁軸6との間をシールするための略円筒形をなすリップシール13が、第2のスラスト軸受12に隣接して設けられる。また、ハウジング3と弁軸6との間には、ハウジング3と弁軸6との間をデポジットからガードするための略円筒形をなすデポガードプラグ14が、リップシール13に隣接して設けられる。
このEGR弁1は、ステップモータ7を駆動させてマグネットロータ23を回転させることにより、その回転運動を雌ねじ31と雄ねじ8を介して弁軸6のストローク運動に変換して弁座4に対する弁体5の開度を調節するように構成される。すなわち、図1に示すように、弁体5が弁座4に着座した全閉状態において、マグネットロータ23が一方向へ回転することにより、雄ねじ8と雌ねじ31との螺合関係により、第2の圧縮スプリング33の付勢力に抗して、弁軸6が一方向へ回転しながらスラスト方向である図1の下方向へストローク運動する。この弁軸6のストローク運動により、弁軸6と共に弁体5が図1の下方向へストローク運動し、弁体5が弁座4から離れて開弁する。
一方、弁体5が弁座4から最大限に離れた全開状態において、マグネットロータ23が反対方向へ回転することにより、雄ねじ8と雌ねじ31との螺合関係と、第2の圧縮スプリング33の付勢力により、弁軸6が反対方向へ回転しながらスラスト方向である図1の上方向へストローク運動する。この弁軸6のストローク運動により、弁軸6と共に弁体5が図1の上方向へストローク運動し、弁体5が弁座4に近付いて閉弁する。ここで、ロータ本体27の下部には、スプリング受け9のストッパ10に係合する係合部27aが形成される。EGR弁1の全閉時には、弁体5が弁座4に着座して、更にマグネットロータ23が閉方向に回転することで、ストッパ10が係合部27aに係合し、弁軸6の初期位置が規制されるようになっている。
図4に、弁軸6を一部切断して正面図により示す。図5に、弁軸6を一部切断して左側面図により示す。図2〜図5に示すように、弁軸6は、雄ねじ8が上端部に設けられた軸体16と、軸体16とは別体に形成されるスプリング受け9とから構成される。スプリング受け9は、軸体16上に圧入される筒部9aと、筒部9aの一端に一体に形成されるフランジ部9bとを含み、フランジ部9bの一端面上にストッパ10が一体に形成される。この実施形態では、軸体16とスプリング受け9は金属(例えばSUS)で形成されるが、スプリング受け9は軸体16より柔らかい材質で形成される。これにより、スプリング受け9の軸体16に対する圧入を容易にしている。
図6に、軸体16とスプリング受け9との分離した状態であって、スプリング受け9のみを切断して正面図により示す。図7に、軸体16を、図6のA−A線断面図により示す。図8に、軸体16を、図6のB−B線断面図により示す。図9に、スプリング受け9を平面図により示す。図10に、スプリング受け9を、図6のC−C線断面図により示す。図11に、スプリング受け9を、図6のD−D線断面図により示す。図12に、スプリング受け9を斜視図により示す。図13に、縦に切断したスプリング受け9を斜視図により示す。図6〜図8に示すように、軸体16は、その上端部に形成された雄ねじ8と、雄ねじ8の基端に隣接して雄ねじ8の外径と同じ寸法を有する大径部16aと、大径部16aから下端側へ延びる大径部16aより小径な丸棒部16bとを含む。図6、図7に示すように、大径部16aは、その外周面の一部が平坦面16aaをなし、横断面が略D形状をなしている。この軸体16は、全体を鍛造により成形した上で、雄ねじ8を転造により成形することができる。
図6、図12及び図13に示すように、スプリング受け9を構成する筒部9aは、フランジ部9bが一端に形成される大径のベース部9aaと、ベース部9aaよりフランジ部9bから離れる方向へ延びる小径の袖部9abとを含む。図6、図9〜図13に示すように、スプリング受け9には、軸線方向に貫通する中心孔9cが形成される。フランジ部9bには、この中心孔9cの開口部9caが外側へ拡径するようにテーパをなしている。ベース部9aaでは、この中心孔9cが他の部分より拡径された大径をなし、段差9cb
が形成される。図6、図9、図12及び図13に示すように、ベース部9aaの大径な中心孔9cの内周面の一部は平坦面9ccをなし、横断面が略D形状をなしている。このスプリング受け9は、プレス加工又は鍛造により成形することができる。
従って、軸体16にスプリング受け9を圧入するには、スプリング受け9の中心孔9cにフランジ部9bの開口部9caの側から軸体16の下端部を挿入し、スプリング受け9を軸体16に圧入する。そして、軸体16の大径部16aをベース部9aaの大径の中心孔9cに圧入するには、大径部16aの平坦面16aaを大径な中心孔9cの平坦面9ccに整合させる。これら平坦面16aa,9ccが整合するように大径部16aをベース部9aaの中心孔9cの段差9cbまで圧入することにより、スプリング受け9と軸体16との間の相対回転を規制しながら、スプリング受け9と軸体16を一体に結合するようになっている。この実施形態では、軸体16の横断面がD形状をなす大径部16aが、本発明の係合部の一例に相当し、スプリング受け9のベース部9aaの横断面がD形状をなす大径な中心孔9cの部分が、本発明の被係合部の一例に相当する。
また、図1〜図5、図11に示すように、スプリング受け9の袖部9abの外周には、横断面が略小判形状をなす二面幅部9abaが形成される。この二面幅部9abaが、第1のスラスト軸受11の回転規制部11aに整合するようになっている。この二面幅部9abaと回転規制部11aとが整合することで、弁軸6のストローク運動が第1及び第2のスラスト軸受11,12によって案内されると共に、弁軸6の回転が第1のスラスト軸受11により規制されるようになっている。
以上説明したこの実施形態のEGR弁1によれば、弁軸6は、雄ねじ8が設けられた軸体16と、軸体16とは別体に形成されるスプリング受け9とから二体構造により構成される。そして、スプリング受け9は、軸体16上に圧入される筒部9aと、筒部9aの一端に一体に形成されるフランジ部9bと、フランジ部9bの一端面上に一体に形成されるストッパ10とを含む。従って、軸体16とスプリング受け9が別体に形成されるので、それぞれの部品16,9の加工が容易となる。すなわち、軸体16では、その上端部において、スプリング受け9のストッパ10の制約を受けることがなく、雄ねじ8の加工(転造)が容易となる。また、スプリング受け9では、そのフランジ部9b上のストッパ10の加工や、袖部9ab上の二面幅部9abaの加工が、軸体16の座屈を心配することなく、容易となる。このため、弁軸6の加工を容易なものにすることができ、従来例の弁軸56上にできた無ねじ部56aを省略することができ、雄ねじ8の長さを確保しつつ弁軸6の全長を短くすることができ、その分だけEGR弁1の体格を縮小することができる。
この実施形態では、スプリング受け9が軸体16より柔らかい材質で形成されるので、軸体16へのスプリング受け9の圧入が容易となる。このため、二体構造の弁軸6の製造を容易化できる。
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもができる。
例えば、前記実施形態では、本発明の流体制御弁及び弁軸を、EGR弁1とそれに使用される弁軸6に具体化したが、これに限られるものではない。
この発明は、ポペット弁として、かつ、電動弁として構成されるEGR弁等の流体制御弁に利用することができる。
1 EGR弁(流体制御弁)
2 流路
3 ハウジング
4 弁座
5 弁体
6 弁軸
7 ステップモータ(電動機)
8 雄ねじ
9 スプリング受け
9a 筒部
9aa ベース部
9ab 袖部
9aba 二面幅部(面幅部)
9b フランジ部
9c 中心孔(被係合部)
10 ストッパ
11 第1のスラスト軸受
11a 回転規制部
16 軸体
16a 大径部(係合部)
23 マグネットロータ
27 ロータ本体
31 雌ねじ
33 第2の圧縮スプリング

Claims (4)

  1. 流路を有するハウジングと、
    前記流路に設けられた弁座と、
    前記弁座に対して着座可能に設けられた弁体と、
    前記弁体を直進的に往復運動させるための弁軸と、
    前記弁軸は、一端部と他端部とを含み、前記一端部に前記弁体が固定されることと、
    前記弁軸は、前記他端部に雄ねじが設けられ、前記雄ねじに隣接してスプリング受けが設けられ、前記スプリング受けの前記雄ねじに面する端面上に突起状をなすストッパが設けられ、前記スプリング受けに隣接する部位の外周に横断面が特定形状をなす面幅部が形成されることと、
    前記ハウジングには、前記弁軸を軸線方向へ移動可能に支持するためのスラスト軸受が設けられ、前記スラスト軸受の内周には、横断面が特定形状をなし前記面幅部に係合可能な回転規制部が形成されることと、
    前記スプリング受けと前記ハウジングとの間に設けられ、前記弁体が前記弁座に着座する方向へ前記弁体と前記弁軸を付勢する圧縮スプリングと、
    前記弁軸をその軸線方向へ往復運動させるための電動機と、
    前記電動機は、前記雄ねじに螺合する雌ねじを有するロータを含むことと
    を備え、前記電動機を駆動させて前記ロータを回転させることにより、その回転運動を前記雌ねじと前記雄ねじを介して前記弁軸の往復運動に変換して前記弁座に対する前記弁体の開度を調節するように構成した流体制御弁において、
    前記弁軸は、前記雄ねじが一端部に設けられた軸体と、前記軸体とは別体に形成されるスプリング受けとから構成され、
    前記スプリング受けは、前記軸体上に圧入される筒部と、前記筒部の一端に一体に形成されるフランジ部と、前記フランジ部の一端面上に前記ストッパが一体に形成されることとを含み、
    前記筒部は、前記フランジ部が一端に形成される大径のベース部と、前記ベース部より前記フランジ部から離れる方向へ延びる小径の袖部とを含み、
    前記ベース部と前記軸体との間の相対回転を規制するために前記ベース部及び前記軸体の一方に係合部が他方に被係合部が設けられ、
    前記袖部の外周に横断面が特定形状をなす面幅部が形成され、前記面幅部が前記スラスト軸受の前記回転規制部に整合する
    ことを特徴とする流体制御弁。
  2. 前記スプリング受けは前記軸体より柔らかい材質で形成されることを特徴とする請求項1に記載の流体制御弁。
  3. ポペット弁として、かつ、電動弁として構成される流体制御弁に使用される弁軸であって、
    雄ねじが一端部に設けられた軸体と、前記軸体とは別体に形成されるスプリング受けとから構成され、
    前記スプリング受けは、前記軸体上に圧入される筒部と、前記筒部の一端に一体に形成されるフランジ部と、前記フランジ部の一端面上に突起状をなすストッパが一体に形成されることとを含み、
    前記筒部は、前記フランジ部が一端に形成される大径のベース部と、前記ベース部より前記フランジ部から離れる方向へ延びる小径の袖部とを含み、
    前記ベース部と前記軸体との間の相対回転を規制するために前記ベース部及び前記軸体の一方に係合部が他方に被係合部が設けられ、
    前記袖部の外周に横断面が特定形状をなす面幅部が形成される
    ことを特徴とする弁軸。
  4. 前記スプリング受けは前記軸体より柔らかい材質で形成されることを特徴とする請求項3に記載の弁軸。
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