JP2003314740A - ソレノイドバルブ - Google Patents

ソレノイドバルブ

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JP2003314740A
JP2003314740A JP2002122328A JP2002122328A JP2003314740A JP 2003314740 A JP2003314740 A JP 2003314740A JP 2002122328 A JP2002122328 A JP 2002122328A JP 2002122328 A JP2002122328 A JP 2002122328A JP 2003314740 A JP2003314740 A JP 2003314740A
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solenoid
plunger
spool
movable member
valve
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JP2002122328A
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Inventor
Hideki Todoen
英樹 東堂園
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Nok Corp
Original Assignee
Nok Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒステリシスを低減し、信頼性に優れたソレ
ノイドバルブを提供する。 【解決手段】 ソレノイド2の中空内部に往復動自在に
配置された磁性体製のプランジャ5と、プランジャ5と
対向して同軸上に設けられる磁性体製のセンターポスト
4と、前記ソレノイド本体の中空内部に設けられ、前記
可動部材を摺動可能に支持するシリンダ6と、筒状の周
壁に設けられた流体が通過する複数の孔を有するバルブ
スリーブ8と、バルブスリーブ8内を軸方向に移動し、
前記複数の孔の開口面積を調整することで前記流体の流
量を制御可能なスプール部5cと、バルブスリーブ8の
内部に設けられ、スプール部5cの端部を摺動可能に支
持する摺動支持部8aと、を備え、プランジャ部5aと
スプール部5cとが一体に成型されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種流体圧力制御
等に好適に用いられるソレノイドバルブに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のソレノイドバルブとして
は、油等の流体の流路の開閉動作をON,OFF制御す
るポペットバルブ型のソレノイドバルブや、流体の流量
を連続的に制御することができるスプールバルブ型のソ
レノイドバルブ等が考案されている。図4は従来技術に
係るスプールバルブ型のソレノイドバルブの概略構成断
面図である。
【0003】ソレノイドバルブ100は、ソレノイド部
100Aとバルブ部100Bとから構成されている。
【0004】ここで、バルブ部100Bはスプールバル
ブであり、スプールのストロークに応じて弁の開口面積
が変化するため、ソレノイドによりスプールのストロー
クを制御することによって流体の流入量や流出量を制御
できる構成となっている。
【0005】ソレノイド部100Aは、概略、コイル1
03と、コイル103への通電によってセンターポスト
102に磁気的に吸引されるプランジャ101と、プラ
ンジャ101の駆動をバルブ部100B(具体的にはス
プール)に伝達するためにプランジャ101に連結され
たロッド104と、各種ソレノイド構成部材が組込まれ
るケース108と、コイル103に給電するためのコネ
クタ111と、を備えている。
【0006】また、往復動を行うプランジャ101やロ
ッド104の同軸度を高めるための第1軸受105及び
第2軸受110とを備えており、プランジャ101に嵌
合されたロッド104を支持している。一方の第1軸受
105はスリーブ106で保持され、他方の第2軸受1
10はセンターポスト102で保持されている。
【0007】ここで、プランジャ101は、通常状態、
すなわちコイル103に通電していない状態では、セン
ターポスト102から離間する方向に位置する構成とな
っている。
【0008】なお、一般的にはスプリング等の付勢部材
によって、プランジャ101をセンターポスト102か
ら離間する方向に付勢するように構成されている。図示
の例では、スプール109をソレノイド部100A方向
に付勢するスプリング107を設けることによって、プ
ランジャ101はスプール109を介してセンターポス
ト102から離間されるように構成されている。
【0009】そして、コイル103に通電することによ
って、磁路が形成され、プランジャ101はセンターポ
スト102に磁気的に吸引される。
【0010】従って、コイル103に通電する電流の大
きさによって、磁気力を制御することができ、これによ
りプランジャ101の移動量を制御することでスプール
109のストローク量を制御でき、これにより流体の流
量を制御し、油圧制御などの各種流体圧力制御等を行う
ことができるというものである。
【0011】ここで、従来技術に係るソレノイド部10
0Aにおいては、略円筒形状のケース108の中空内部
に、プランジャ101やセンターポスト102を含む各
種ソレノイド構成部材を、各部材の形状等に応じてケー
ス108の両端側から適宜組込んだ後に、ケース108
の一端側に設けられたかしめ部108aによってスリー
ブ106の端部をかしめることによって、組立を行って
いた。
【0012】次に、図5を参照して、従来技術に係るソ
レノイドバルブの組立法を説明する。
【0013】はじめに、ケース108を不図示の組立装
置に固定し、コイル103を、ケース108に挿入す
る。この際、コイル103とケース108との間を密封
するため、シール113がコイル103とケース108
とにより挟持されるように配置される。
【0014】次に、軸受105を予め取り付けたスリー
ブ106を、ケース108の円筒部内周にスリーブ10
6の円筒部が嵌合するように挿入する。この際、コイル
103とスリーブ106との間を密封するため、シール
114がコイル103とスリーブ106とにより挟持さ
れるように配置される。
【0015】次に、ケース108からスリーブ106が
外れないようにかしめ部108aにより、スリーブ10
6を固定する(図5(a))。
【0016】次に、ケース108を反転させ、コイル1
03の中空円筒部にプランジャ101を挿入し、軸受1
05にプランジャ101の一端を軸支させた状態でセン
ターポスト102を装着し、ソレノイド部100Aを作
製する(図5(b))。
【0017】一方、ストッパ115の上に固定されたバ
ルブスリーブ112の開口部からスプール109を嵌入
し、バルブ部100Bを作製する(図5(c))。ここ
で、ストッパ115を用いたのは、スプール109の軸
方向の位置決めを行うためである。
【0018】次に、上述のソレノイド部100Aとバル
ブ部100Bとが地面に水平になるようにそれぞれ90
°回転させ、互いに横向きにした後、ケース108のロ
ッド側開口部にバルブスリーブ112を挿入する(図5
(d))。このように90°回転させた後組み立てるの
は、横向きで挿入しないと、いずれかの内部部品が脱落
してしまうからである。
【0019】次に、バルブスリーブ112先端が上方に
なるように、ソレノイドバルブ100を再度90°回転
させる。そして、バルブスリーブ112の開口部から、
スプール109の先端に設けられた穴109aにスプー
ル109を加圧するためのスプリング107を挿入し、
排出口を設けた封止部116により開口部を封止する。
その後、バルブ部100Bの外周にシール117〜12
0を取り付ける(図5(e))。
【0020】なお、上述のスプールバルブ型のソレノイ
ドバルブにおいては、ポペットバルブ型のソレノイドバ
ルブと異なり、通常ヒステリシスを有する。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術の場合には、下記のような問題が生じて
いた。
【0022】すなわち、上記従来技術の場合には、図4
に示すように、スプール109と、ロッド104は別体
で構成されており、それぞれがバルブスリーブ112の
摺動支持部112a,112b及び第1軸受105,第
2軸受110によって支持されている。
【0023】従って、図4に示すソレノイドバルブ10
0の場合、摺動支持部が4ヶ所と多くなり、摺動部での
摩擦によるヒステリシスの増大の要因となっていた。
【0024】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、摺動
支持部を減少させることでヒステリシスを低減させ、信
頼性に優れた制御を行うソレノイドバルブを提供するこ
とにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のソレノイドバルブにあっては、ソレノイド本
体と、該ソレノイド本体の中空内部に往復動自在に配置
された磁性体製の可動部材と、該可動部材と対向して同
軸上に設けられる磁性体製の固定部材と、前記ソレノイ
ド本体の中空内部に設けられ、前記可動部材を摺動可能
に支持する第1の摺動支持部と、筒状の周壁に設けられ
た流体が通過する複数の孔を有するバルブスリーブと、
該バルブスリーブ内を軸方向に移動し、前記複数の孔の
開口面積を調整することで前記流体の流量を制御可能な
スプール部と、前記バルブスリーブの内部に設けられ、
前記スプール部の端部を摺動可能に支持する第2の摺動
支持部と、を備え、前記可動部材と前記スプール部とが
一体に成型されていることを特徴とする。
【0026】ここで、「一体に成型され」とは、複数の
部品(例えばプランジャとスプール)を、溶接、かし
め、または凹凸嵌合等によって一つの部材に結合した形
態、あるいは一つの部材からプレス等によって一つの部
品に形成した形態、あるいは、モールド型や鋳型等で一
つの部品に形成した形態が含まれる。
【0027】従って、この構成によれば、可動部材の往
復動にスプール部が一体で連動するため、可動部材及び
スプール部の移動による同軸度を維持するためには、ソ
レノイド本体内に設けられた摺動支持部と、バルブスリ
ーブ内に設けられた摺動支持部の最低2ヶ所で足りる。
これにより、摺動支持部を減少させることができ、摺動
支持部による摺動抵抗が減少することで、ヒステリシス
が低減される。
【0028】前記第1の摺動支持部は、シリンダであっ
て、前記可動部材と共に前記固定部材を支持することが
好適である。
【0029】この構成によれば、同一部材のシリンダに
よって可動部材と該可動部材を引きつける固定部材とが
支持されるため、異なる部材でそれぞれ支持されるよ
り、部材同士の相対的な位置決め精度がよく、同軸度が
維持され、軸ずれによる横力の発生を抑止できる。
【0030】前記シリンダは、前記可動部材を支持する
小径円筒部と、前記固定部材を支持する大径円筒部と、
を有し、前記固定部材は、前記固定部材と前記可動部材
との対向面に、前記可動部材の外周面に対向する環状部
を有することが好適である。
【0031】この構成によれば、固定部材の径を可動部
材の径よりも大きくすることができ、固定部材と可動部
材との対向面に、可動部材の外周面に対向する環状部を
設けることができる。これにより、プランジャ等の可動
部材が前記環状部の内部を通過する間は、プランジャに
働く吸引力はプランジャのストローク位置にかかわらず
一定とすることができるため、容易に精度良くスプール
部の移動を制御することができる。
【0032】前記スプール部の端部とは、該スプール部
と一体に成形されている前記可動部材側とは反対側の端
部であることが好適である。
【0033】この構成によれば、前記第1摺動支持部か
らより離れた位置に前記第2摺動支持部が設けられるた
め、ソレノイドが発生する可動部材に作用する横力によ
り前記第2摺動支持部に作用するモーメントを小さくす
ることができ、摺動抵抗を低減することができる。
【0034】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。
【0035】(第1の実施の形態)図1〜図3を参照し
て、本発明の第1の実施の形態に係るソレノイドバルブ
について説明する。まず、本実施の形態に係るソレノイ
ドバルブの全体の概要を図1を参照して説明する。図1
は本発明の第1の実施の形態に係るソレノイドバルブの
概略構成断面図である。
【0036】(ソレノイドバルブの構造)ソレノイドバ
ルブ1は、ソレノイド部1Aとバルブ部1Bとから構成
される。
【0037】ソレノイド部1Aは、概略、コイル2と、
コイル2に給電を行うために電気的に接続される端子を
インサートモールドしたコネクタ部材3と、コイル2へ
の通電によってセンターポスト4に磁気的に吸引される
プランジャ5と、プランジャ5をガイドし摺動支持部で
もあるシリンダ6と、コイル2が巻かれるボビン9と、
バルブ部1B内部からコイル2側への流体の漏れを防止
するシール10と、を備えている。
【0038】そして、上述の各種ソレノイド構成部材が
ケース11に組み込まれソレノイド部1Aとして機能す
る。ケース11は、コイル2の周りに発生した起磁力を
吸引部であるセンターポスト4に伝達する磁束回路構成
部材である。また、センターポスト4、プランジャ5
は、通常ともに磁性材が使われる。
【0039】センターポスト4は、内部にプランジャ5
のロッド部5bが貫通するように円筒状であり、センタ
ーポスト4のプランジャ5との対向面には、プランジャ
5の外周面に対向する環状部4aが設けられている。こ
のような環状部を設けたのは、プランジャ5に働く吸引
力をプランジャ5のストローク量に関係なく一定にする
ためである。これにより、容易に精度良くスプール部の
移動を制御することができる。
【0040】プランジャ5は、シリンダ6にガイドされ
往復摺動するプランジャ部5aと、プランジャ部5aと
同心を有し、ソレノイド部1Aからバルブ部1Bまで延
出しているロッド部5bと、軸方向の移動により流体の
流路の切り換えや流量の制御を行うスプール部5cと、
バルブスリーブ8の内部に設けられた摺動支持部8aに
支持され摺動する摺動部5dと、を備える。
【0041】シリンダ6は、径の異なる二つの円筒部か
らなり、径の小さい小径円筒部6aの端部は閉じてお
り、径の大きい大径円筒部6bの端部は開口部を有す
る。
【0042】小径円筒部6aは、スリーブ7の凹部に嵌
合するとともに、プランジャ5を支持する。そして、プ
ランジャ5は、小径円筒部6aにガイド支持され摺動す
る。
【0043】大径円筒部6bは、円筒形のソレノイドの
内周に嵌合し、更に、嵌合した大径円筒部6bの内周に
はセンターポスト4が嵌入される。
【0044】バルブ部1Bは、スプールバルブであり、
バルブ部本体となるバルブスリーブ8の内部にスプール
部5cが往復動自在に備えられており、このスプール部
5cのストロークに応じてバルブスリーブ8に形成した
弁の開口面積が変化するため、ソレノイドによりスプー
ル部5cのストローク量を制御することによって流体の
流入量や流出量を制御できる構成となっている。
【0045】更に、スプール部5cと共にロッド部5b
を介してプランジャ5をセンターポスト4から離間させ
る方向に付勢するスプリング12と、を備えている。
【0046】なお、コイル2やボビン9はモールドによ
ってAssy化され、モールドコイルサブAssyを構
成している。
【0047】ここで、プランジャ5は、通常状態、すな
わちコイル2に通電していない状態では、センターポス
ト4から離間する方向に位置する構成となっており、す
なわち、本実施の形態では、上述のようにスプール部5
cを介して、ソレノイド部1A方向に付勢することによ
って、プランジャ5はセンターポスト4から離間され
る。
【0048】そして、コイル2に通電することによっ
て、コイル2が磁界を発生し、磁路(ケース11,スリ
ーブ7,プランジャ5,センターポスト4によって形成
される磁路)が形成され、プランジャ5はセンターポス
ト4に磁気的に吸引される。
【0049】従って、コイル2に通電する電流の大きさ
によって、磁気力を制御することができ、これによりプ
ランジャ5の移動量を制御することでスプール部5cの
ストローク量を制御でき、これにより流体の流量を制御
し、油圧制御などの各種流体圧力制御等を行うことがで
きるというものである。
【0050】(ソレノイドバルブの組立方法)次に、図
2を参照して、本実施の形態に係るソレノイドバルブの
組立方法を説明する。
【0051】はじめに、ケース11を不図示の組立装置
に固定し、コイル2を、ケース11に挿入する。この
際、コイル2とケース11との間を密封するため、シー
ル10がコイル2とケース11とにより挟持されるよう
に配置される。
【0052】次に、プランジャ5のプランジャ部5aが
摺動する小径円筒部6aとセンターポスト4を支持する
大径円筒部6bとを有するシリンダ6を、コイル2の内
周に外接するように挿入する。
【0053】次に、シリンダ6の小径円筒部6aを固定
支持するスリーブ7の凹部に、シリンダ6の小径円筒部
6aが挿入される。この際、スリーブ7とコイル2との
間を密封するため、シール13がスリーブ7とコイル2
とにより挟持されるように配置される。その後、ケース
11からスリーブ7が外れないようにかしめ部11aに
より、スリーブ7を固定する(図2(a))。
【0054】次に、ケース11を反転させ、プランジャ
5のプランジャ部5aをシリンダ6の摺動支持部である
小径円筒部6aに挿入し、センターポスト4を装着す
る。そして、そのままの状態で、バルブスリーブ8のソ
レノイド部1A側の開口部をセンターポスト4の開口部
に嵌挿することで、プランジャ5の先端の摺動部5dが
バルブスリーブ8の摺動支持部8aで支持され位置決め
される。
【0055】次に、バルブスリーブ8のソレノイド部1
A側と反対側の開口部からスプリング12を挿入し、プ
ランジャ5の摺動部5dの先端に設けられた突起5eに
より支持する。そして、排出口を有する封止部14によ
りバルブスリーブ8の先端開放部を封止する。
【0056】最後に、ソレノイドバルブ1とソレノイド
バルブ1を取り付ける装置との間を密封するために、シ
ール15〜18をソレノイドバルブ1の各部に装着す
る。
【0057】(ソレノイドバルブのヒステリシス)次
に、本実施の形態に係るソレノイドバルブにおけるヒス
テリシスについて説明する。
【0058】ヒステリシスの要因は、一般的には、磁路
構成材料の磁気特性のヒステリシスによるものと、プラ
ンジャの摺動部の摩擦によるものとが主要因である。
【0059】通常の使用においては、ヒステリシスが全
く発生しないことが好ましいが、上述の要因から、全く
ヒステリシスを発生させないことは困難である。
【0060】本実施の形態では、プランジャの摺動部の
摩擦を低減することで、ヒステリシスの発生を抑制する
ものであり、特に以下の点で、従来技術のソレノイドバ
ルブと比較して、良好なヒステリシス特性を示す。
【0061】まず、本実施の形態においては、スプール
部とプランジャ部が一体で構成されているので、摺動支
持部が2ヶ所と従来に比較して少ない。これは、従来技
術に係るソレノイドバルブでは、スプールとロッド部を
有するプランジャとが別々に設けられており、それぞれ
が精度良く軸方向に可動するために、最低2ヶ所ずつの
摺動支持部が必要なためである。
【0062】従って、従来のソレノイドバルブと比較し
て、本実施の形態に係るソレノイドバルブでは、摺動支
持部を少なくすることができるため、摺動支持部におけ
る摺動抵抗が低減でき、良好なヒステリシス特性を示
す。
【0063】また、本実施の形態においては、スプール
部とプランジャ部が一体で構成されているため、摺動支
持部を、プランジャ部と、プランジャ部と反対側のスプ
ール部の先端と、に設けることができる。この場合にソ
レノイドが発生する横力F(N)が、プランジャ5の摺
動部5dを支持するバルブスリーブ8の摺動支持部8a
に作用する力について説明する。
【0064】図3(a)は、従来のソレノイドバルブの
第2軸受110にかかるモーメントについて説明するた
めの図である。図3(b)は、本実施の形態に係るソレ
ノイドバルブの摺動支持部8aにかかるモーメントにつ
いて説明するための図である。
【0065】図3(a)によれば、従来のソレノイドバ
ルブのプランジャ101に、ソレノイド横力Fが加わる
と、第1軸受105を支点として、第2軸受110が受
けるモーメントM1は、 M1=F/(2L−L)=F/L となる。
【0066】一方、図3(b)によれば、本実施の形態
に係るソレノイドバルブのプランジャ部5aに、ソレノ
イド横力Fが加わると、シリンダ6の摺動部を支点とし
て、摺動支持部8aが受けるモーメントM2は、 M2=F/(4L−L)=F/3L となり、従来のソレノイドバルブに比較して、モーメン
トが小さくなる。
【0067】従って、本実施の形態のように、作用点と
なる摺動支持部8aを、プランジャから離した位置に設
けると、摺動支持部8aに作用するモーメントが小さく
なり、摺動抵抗が減少するため、ヒステリシスを低減す
ることができる。
【0068】更に、本実施の形態においては、スプール
部とプランジャ部とが一体で構成されているため、従来
のソレノイドバルブの組立方法で述べたように、ソレノ
イド部とバルブ部とに内部部品を異なる方向から組み付
けた後、更に回転させてソレノイド部とバルブ部を組み
立てる必要が無い。すなわち、プランジャ5を取り付け
た方向からバルブスリーブ8やスプリング12等を組み
付けることができるため、組み立て作業が非常に容易と
なり、あわせて、部品点数の低減も可能となり低コスト
なソレノイドバルブを提供することができる。
【0069】また、バルブスリーブ8の内部に設けられ
た摺動支持部は1ヶ所であるため、従来の2ヶ所で支持
する場合と比較して、バルブスリーブ8の加工も容易と
なり、更なる低コスト化も可能である。
【0070】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、スプー
ル部とプランジャ部とが一体で構成されているため、摺
動支持部を少なくすることで摺動抵抗を減少させ、ヒス
テリシスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るソレノイドバルブの
概略構成断面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係るソレノイドバルブの
組立方法を説明した図である。
【図3】図3(a)は、従来のソレノイドバルブの軸受
にかかるモーメントについて説明するための図である。
図3(b)は、本実施の形態に係るソレノイドバルブの
摺動支持部にかかるモーメントについて説明するための
図である。
【図4】従来のソレノイドバルブの概略構成断面図であ
る。
【図5】従来のソレノイドバルブの組立方法を説明した
図である。
【符号の説明】
1 ソレノイドバルブ 1A ソレノイド部 1B バルブ部 2 コイル 3 コネクタ部材 4 センターポスト 5 プランジャ 5a プランジャ部 5b ロッド部 5c スプール部 5d 摺動部 5e 突起 6 シリンダ 6a 小径円筒部 6b 大径円筒部 7 スリーブ 8 バルブスリーブ 8a 摺動支持部 10,13,15,16,17,18 シール 11 ケース 11a かしめ部 12 スプリング 14 封止部 16 バルブスリーブ 100 ソレノイドバルブ 100A ソレノイド部 100B バルブ部 101 プランジャ 102 センターポスト 103 コイル 104 ロッド 105 軸受 106 スリーブ 107 スプリング 108 ケース 108a かしめ部 109 スプール 110 軸受 111 コネクタ 112 バルブスリーブ 112a,112b 摺動支持部 113,114,117 シール 115 ストッパ 116 封止部 117 シール F ソレノイド横力 M1 モーメント M2 モーメント

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ソレノイド本体と、 該ソレノイド本体の中空内部に往復動自在に配置された
    磁性体製の可動部材と、 該可動部材と対向して同軸上に設けられる磁性体製の固
    定部材と、 前記ソレノイド本体の中空内部に設けられ、前記可動部
    材を摺動可能に支持する第1の摺動支持部と、 筒状の周壁に設けられた流体が通過する複数の孔を有す
    るバルブスリーブと、該バルブスリーブ内を軸方向に移
    動し、前記複数の孔の開口面積を調整することで前記流
    体の流量を制御可能なスプール部と、 前記バルブスリーブの内部に設けられ、前記スプール部
    の端部を摺動可能に支持する第2の摺動支持部と、を備
    え、 前記可動部材と前記スプール部とが一体に成型されてい
    ることを特徴とするソレノイドバルブ。
  2. 【請求項2】前記第1の摺動支持部は、シリンダであっ
    て、前記可動部材と共に前記固定部材を支持することを
    特徴とする請求項1に記載のソレノイドバルブ。
  3. 【請求項3】前記シリンダは、前記可動部材を支持する
    小径円筒部と、前記固定部材を支持する大径円筒部と、
    を有し、 前記固定部材は、前記固定部材と前記可動部材との対向
    面に、前記可動部材の外周面に対向する環状部を有する
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のソレノイド
    バルブ。
  4. 【請求項4】前記スプール部の端部とは、該スプール部
    と一体に成形されている前記可動部材側とは反対側の端
    部であることを特徴とする請求項1、2または3のいず
    れかに記載のソレノイドバルブ。
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