JP2005337284A - 三方電磁弁 - Google Patents

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眞次 島田
Osamu Suematsu
修 末松
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Abstract

【課題】構造が簡単な三方電磁弁を提供すること。
【解決手段】ソレノイド部2の励消磁によってポート26,27,33の連通状態を切り換える三方電磁弁1Aに、磁性材料を円筒形状に成形したものであり、ソレノイド部2内に対向配置される一対の磁気回路形成部材13,15と、樹脂をパイプ状に成形したものであって、一対の磁気回路形成部材13,15に貫き通される流路形成部材21と、第1ポート26と第2ポート27とを連通させる第1弁座29が設けられ、流路形成部材21を保持する第1流路ブロック3と、流路形成部材21の開口部に第1流路ブロック3と反対側から気密にはめ込まれる凸部30を有し、凸部30に第2弁座32が第3ポート33と連通する樹脂製の第2流路ブロック4と、第1弁座29を開閉する第1弁体36と、第2弁座32を開閉する第2弁体40と、プランジャ35Aを第1弁座29方向に付勢するスプリング38とを設ける。
【選択図】 図1

Description

本発明は、3つのポートが設けられ、そのうち2つのポートに連通する弁座に弁体を交互に当接又は離間させ、流体の流れを制御する三方電磁弁に関する。
従来より、産業機械等は、例えば、2種類の流体を切り換えて供給したり、流体を分流させて2箇所から出力するために三方電磁弁を使用している。図7は、従来の三方電磁弁100の断面図である。
三方電磁弁100は、コイル101を巻回されたコイルボビン102を備える。コイルボビン102は、中空円筒形状をなし、一端開口部に固定鉄心103が装填されて固定される一方、他端開口部に可動鉄心104が摺動可能に挿入されている。可動鉄心104とコイルボビン102との間には、非磁性材料からなるガイドパイプ105が配設され、ガイドパイプ105の下端部分が弁本体106に設けられた弁室107に突き出している。可動鉄心104は、貫通孔108が軸方向に形成され、下端開口部を塞ぐように弁体109が取り付けられている。弁本体106には、第1ポート110と第2ポート111とを連通させる第1弁座112が可動鉄心104と同軸上に設けられ、圧縮バネ113が可動鉄心104に常時下向きの力を加え、弁体109を第1弁座112に押し付けている。
一方、固定鉄心103は、コイルボビン102から突き出すように固定され、流路ブロック115が連結されている。固定鉄心103は、貫通孔116が形成され、パイプ117が固定されている。パイプ117は、可動鉄心104内に挿入され、下端部分に第2弁座118が設けられている。可動鉄心104の外周面には、貫通孔119が形成されており、流路ブロック115に開設された第3ポート120が固定鉄心103の貫通孔116、パイプ117、第2弁座118、可動鉄心104の貫通孔119、弁本体106の弁室107を介して第2ポート111と連通している。
従って、三方電磁弁100は、コイル101に電圧を供給されないときには、可動鉄心104が圧縮バネ113の付勢力で第1弁座112を閉弁する一方、弁体109を第2弁座118から離間させる。そのため、第2ポート111に供給した流体は、弁室107から可動鉄心104の貫通孔119、第2弁座118を介して第3ポート120へと流れ、第3ポート120から出力される。
これに対し、三方電磁弁100は、コイル101に電圧を供給されるときには、可動鉄心104が圧縮バネ113に抗して固定鉄心103に吸引され、第3弁座118を閉弁する一方、弁体109を第1弁座112から離間させる。そのため、第2ポート111に供給した流体は、第1弁座112を介して第1ポート110へと流れ、第1ポート110から出力される(例えば、特許文献1参照)。
特開平8−109973号公報(段落0011〜0024、第1図)。
しかしながら、従来の三方電磁弁100は、コイル101を励磁した後に消磁するとき、可動鉄心104と固定鉄心103に残磁力が発生するため、残磁キラーを設けて残磁を防止しなければならなかった。コイル101への通電を停止した後も、可動鉄心104が固定鉄心103に吸引されつづけ、応答性が悪くなるからである。三方電磁弁100は、固定鉄心103に固定したパイプ117を可動鉄心114に挿入するなどして部品点数が多く、さらに残磁キラーを設けると構造が複雑になる問題があった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、構造が簡単な三方電磁弁を提供することを目的とする。
本発明に係る三方電磁弁は、次のような構成を有している。
(1)3つのポートが設けられ、ソレノイド部の励消磁によって可動鉄心を移動させることにより、3つのポートのうち2つのポートに連通する弁座を交互に開閉し、3つのポートの連通状態を切り換える三方電磁弁において、磁性材料を円筒形状に成形したものであり、ソレノイド部が備えるコイルボビンの中空孔内に対向配置される一対の磁気回路形成部材と、樹脂をパイプ状に成形したものであって、一対の磁気回路形成部材に貫き通される流路形成部材と、第1ポートに連通する第1弁座が流路形成部材と同軸上に設けられて、第1ポートを第2ポートに連通させるとともに、流路形成部材を保持する第1流路ブロックと、流路形成部材の開口部に第1流路ブロックと反対側から気密にはめ込まれる凸部を有し、凸部に流路形成部材と同軸上に設けられた第2弁座が第3ポートと連通する樹脂製の第2流路ブロックと、可動鉄心に装着され、第1弁座に当接又は離間する第1弁体と、可動鉄心に装着され、第2弁座に当接又は離間する第2弁体と、可動鉄心を第1弁座方向に付勢する付勢部材と、を有することを特徴とする。
(2)(1)に記載の発明において、可動鉄心と流路形成部材との間にクリアランスが設けられていることを特徴とする。
(3)(1)又は(2)に記載の発明において、可動鉄心が中間部材を介して第2弁体を装着されることを特徴とする。
上記構成を有する本発明の三方電磁弁は、以下の作用効果を奏する。
ソレノイド部を消磁しているときには、可動鉄心が付勢部材に付勢されて第1弁体を第1弁座に当接させて、第1弁座を閉じる一方、第2弁体を第2弁座から離間させて、第2弁座を開く。この状態で、例えば、第2ポートに流体を供給すると、流体が流路形成部材と第2弁座を通過して第3ポートへと流れ、第3ポートから出力される。この状態を初期状態とする。
一方、ソレノイド部を励磁すると、磁気回路形成部材が励磁され、可動鉄心を付勢部材に抗して第2弁座側に移動させる。可動鉄心は、第2弁体を第2弁座に当接させて、第2弁座を閉じる一方、第1弁体を第1弁座から離間させて、第1弁座を開く。この状態で、例えば、第2ポートに流体を供給すると、流体が第1弁座を介して第1ポートへと流れ、第1ポートから出力される。
その後、ソレノイド部を消磁すると、可動鉄心が付勢部材に付勢されて移動し、初期状態に復帰する。このとき、可動鉄心と対向する凸部と第2弁座が樹脂で形成されているため、残磁力が発生せず、残磁防止部材を設けなくても可動鉄心がスムーズに移動する。
従って、本発明の三方電磁弁によれば、残磁防止部材を省いて構造を簡単にできる。
このとき、例えば、可動鉄心と流路形成部材との間にクリアランスを設けると、そのクリアランスから流体が漏洩して、可動鉄心などに貫通孔を設けるまでもなく流路が形成される。また、可動鉄心は、低摺動で移動し、第1〜第3ポートの連通状態を切り換える。よって、本発明の三方電磁弁によれば、部品点数や部品加工数を減らしてコストダウンを図ることができるとともに、可動鉄心と流路形成部材との間の摺動抵抗を少なくして、応答性の向上を図ることができる。
また、第2弁体を中間部材を介して可動鉄心に装着すれば、可動鉄心と磁気回路形成部材との位置関係を変えずに第2弁座と第2弁体との位置関係を調整することができ、可動鉄心の動き出しを良好にすることができる。
(第1実施の形態)
次に、本発明に係る三方電磁弁の第1実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、三方電磁弁1Aの断面図であって、非通電状態を示す。図2は、三方電磁弁1Aの断面図であって、通電状態を示す。
本実施の形態の三方電磁弁1Aは、外観が略円筒形状のソレノイド部2に対して第1流路ブロック3が図中下側から連結し、第2流路ブロック4Aが図中上側から連結することにより、外観が構成されている。三方電磁弁1Aは、ソレノイド部2の駆動力でプランジャ35Aを移動させることにより、第1ポート26と第2ポート27と第3ポート33の連通状態を切り換えるようになっている。
ソレノイド部2は、コイル11がコイルボビン12に巻きつけられている。コイルボビン12は、一対の磁気回路形成部材13,15が固設されている。磁気回路形成部材13,15は、磁性材料を円筒形状に成形したものであり、コイルボビン12の図中上下開口部からそれぞれ装填されて固定されている。コイルボビン12は、絶縁樹脂でモールドされ、磁気回路形成部材13,15に接触するようにフレーム17が被せられている。コイル11は、端子19に接続し、電圧を供給されるようになっている。
ソレノイド部2のコイルボビン12内には、流路形成部材21が存在し、流路を形成している。流路形成部材21は、チューブ状をなし、図中下端部にフランジ部22を備える。流路形成部材21は、下端部がOリング23を介して第1流路ブロック3の凹部24に気密に嵌め込まれ、先端部がソレノイド部2の磁気回路形成部材15から磁気回路形成部材13へと挿入されて、ソレノイド部2と流路ブロック3との間でフランジ部22を狭持されている。
第1流路ブロック3と流路形成部材21との間には、弁室25が形成され、第1ポート26と第2ポート27とが連通している。凹部24内には、円筒部28が同軸上に突設され、円筒部28の上端面に同軸上に設けられた第1弁座29が第1ポート26と連通している。よって、第1弁座29は、流路形成部材21と同軸上に設けられ、第1ポート26と第2ポート27とを連通させている。
また、第2流路ブロック4Aは、凸部30Aが円柱状に突設され、その周りにフランジ部31が設けられている。第2流路ブロック4Aは、フランジ部31がソレノイド部2に当接するまで凸部30Aを流路形成部材21の開口部に挿入している。凸部30Aと流路形成部材21との間には、Oリングなどのシール材が配設され、流路形成部材21と第2流路ブロック4Aとの気密性を確保している。凸部30Aの端面には、第2弁座32が同軸上に突設され、第3ポート33と連通している。よって、第2弁座32は、流路形成部材21と同軸上に設けられ、第2ポート27と第3ポート33とを連通させている。
ここで、第1流路ブロック3、第2流路ブロック4A、流路形成部材21は、POM(ポリアエタール樹脂)などの樹脂を射出成形して形成されている。
プランジャ35Aは、ステンレスなどの金属を円柱形状に成形したものである。プランジャ35Aは、流路形成部材21との間に所定のクリアランスをもって挿入され、弁室25と第2弁座32との間から流体を漏洩させて、流路を形成している。第1弁体36は、ゴムなどの弾性材料をシート状に成形したものであり、プランジャ35Aの第1弁座29と対向する側面に穿設された凹部に収納されて保持されている。プランジャ35Aの上端部は、プランジャロッド(「中間部材」に相当するもの。)37が面接触するように被せられている。スプリング38は、プランジャロッド37と第2流路ブロック4Aとの間に縮設され、プランジャ35Aに常時第1弁座29方向(図中下方)への力を作用させている。そのため、第1弁体36は、スプリング38の弾圧力により第1弁座29に押し付けられている。
プランジャ35Aは、第1弁体36が第1弁座29に当接したときに、上端部が磁気回路形成部材13のテーパ14に重なるように磁気回路形成部材13,15に対して位置合わせされており、通電時に磁気回路形成部材13に吸引されて図中上方へ移動するようになっている。第2弁体40は、ゴムなどの弾性材料を略円柱形状に成形したものであり、プランジャロッド37の突起39に取り付けられて第2弁座32との間の距離を調整されている。ここで、プランジャロッド37を用いて第2弁体40の位置を調整するのは、プランジャ35Aを長くすると、プランジャ35Aと磁気回路形成部材13との位置関係が変化して、コイル11に通電したときにプランジャ35Aの動き出しが悪くなり、応答性が低下するからである。
このような三方電磁弁1Aは、次のように作用する。
三方電磁弁1Aは、例えば、第2ポート27が流体を供給する流体供給源に接続される一方、第1ポート26と第3ポート33が流体を排出する流体排出源にそれぞれ接続されて、産業用機械に組みつけられ、流路の切り換えを行う。
コイル11に通電しない時には、図1に示すように、プランジャ35Aがスプリング38の弾圧力で押し下げられ、第1弁体36を第1弁座29に当接させて、第1弁座29を閉じる一方、第2弁体40を第2弁座32から離間させて、第2弁座32を開く。そのため、第2ポート27に流体を供給すると、流体は、弁室25から流路形成部材21、第2弁座32を介して第3ポート33へと流れ、第3ポート33から出力される。この状態を初期状態とする。
コイル11に電圧を供給する時には、磁気回路形成部材13,15が励磁される。プランジャ35Aは、上端部が磁気回路形成部材13のテーパ14に重なっており、第2弁座32に近づくにつれてコイル11の吸引力が強くなるようになっている。そのため、図2に示すように、磁気回路形成部材13が従来の固定鉄心の役割を果たし、プランジャ35Aをスプリング38に抗して吸引する。すると、第1弁体36が第1弁座29から離間して、第1弁座29を開く一方、第2弁体40が第2弁座32に当接して、第2弁座32を閉じる。このとき、プランジャ35Aは、流路形成部材21と低接触であるため、流路形成部材21との間に摺動抵抗が少なく、動き出しがよい。第2ポート27に流体を供給すると、流体は、弁室25、第1弁座29を介して第1ポート26へと流れ、第1ポート26から出力される。
その後、コイル11への通電を停止すると、プランジャ35Aがスプリング38の弾圧力で第1弁座29方向(図中下方)へ移動し、第1弁体36を第1弁座29に当接させて、第1弁座29を閉じる一方、第2弁体40を第2弁座32から離間させて、第2弁座32を開き、初期状態に復帰する。このとき、凸部30A、第2弁座32、プランジャロッド37が非磁性体であるため、残磁力が発生せず、残磁キラーなどを設けなくてもプランジャ35Aがスムーズに移動する。
なお、三方電磁弁1Aは、一対の磁気回路形成部材13,15が流路形成部材21の外周に装着され、第2流路ブロック4Aの凸部30Aが流路形成部材21の開口部に気密にはめ込まれて開口部を封止し、流体漏れを防いでいる。第2流路ブロック4Aは、金属などより安価な樹脂を射出成形したものであり、従来の三方電磁弁100(図7参照)のように金属製の固定鉄心103で流路を封止する場合と比較して材料費や加工費が抑えられる。しかも、第2流路ブロック4Aの凸部30Aを流路形成部材21の開口部にはめ込むときに、第2流路ブロック4Aと流路形成部材21とが寸法公差を吸収するため、寸法精度や組立精度が緩和され、製造コストが抑えられる。
さらに、第2流路ブロック4Aは、射出成形などで凸部30Aを第2弁座32と一体的に形成するので、従来の三方電磁弁100(図7参照)のように第2弁座118を備えるチューブ117を固定鉄心103に固定する必要がなく、部品点数や組立工数などが削減される。
従って、本実施の形態の三方電磁弁1Aによれば、3つのポート26,27,33が設けられ、ソレノイド部2の励消磁によってプランジャ35Aを移動させることにより、3つのポート26,27,33のうち2つのポート26,33に連通する弁座29,32を交互に開閉し、3つのポート26,27,33の連通状態を切り換えるものであって、磁性材料を円筒形状に成形したものであり、ソレノイド部2が備えるコイルボビン12の中空孔内に対向配置される一対の磁気回路形成部材13,15と、樹脂をパイプ状に成形したものであって、一対の磁気回路形成部材13,15に貫き通される流路形成部材21と、第1ポート26に連通する第1弁座29が流路形成部材21と同軸上に設けられ、第1ポート26を第2ポート27に連通させるとともに、流路形成部材21を保持する第1流路ブロック3と、流路形成部材21の開口部に第1流路ブロック3と反対側から気密にはめ込まれる凸部30Aを有し、凸部30Aに流路形成部材と同軸上に設けられた第2弁座32が第3ポート33と連通する樹脂製の第2流路ブロック4Aと、プランジャ35Aに装着され、第1弁座29に当接又は離間する第1弁体36と、プランジャ35Aに装着され、第2弁座32に当接又は離間する第2弁体40と、プランジャ35Aを第1弁座29方向に付勢するスプリング38と、を有しているので、残磁キラーなどを省いて構造を簡単にできる。
また、本実施の形態の三方電磁弁1Aによれば、プランジャ35Aと流路形成部材21との間にクリアランスが設けられているので、従来の三方電磁弁(図7参照)より部品点数や部品加工数を減らしてコストダウンを図ることができるとともに、プランジャ35Aと流路形成部材21との間の摺動抵抗を少なくして、応答性を向上させることができる。
さらに、本実施の形態の三方電磁弁1Aによれば、プランジャ35Aが、プランジャロッド37を介して第2弁体40を装着されているので、プランジャ35Aと磁気回路形成部材13,15との位置関係を変えずに第2弁座32と第2弁体40との位置関係を調整することができ、プランジャ35Aの動き出しを良好にすることができる。
(第2実施の形態)
続いて、本発明の三方電磁弁について、第2実施の形態を図面を参照して説明する。図3は、三方電磁弁1Bの断面図であって、非通電状態を示す。図4は、三方電磁弁1Bの断面図であって、通電状態を示す。
本実施の形態の三方電磁弁1Bは、プランジャロッド37を用いない点で第1実施の形態の三方電磁弁1Aと相違している。よって、ここでは、第1実施の形態と相違する構成を詳細に説明し、共通する構成は図面に第1実施の形態と同一符号を付し、説明を適宜省略することにする。
三方電磁弁1Bは、プランジャ35Bに突起45が突設され、第2弁体40が突起45に係合している。プランジャ35Bは、第1実施の形態のプランジャ35Aと同程度の長さで形成され、上端部が磁気回路形成部材13のテーパ14と重なるように配設されている。第2流路ブロック4Bは、凸部30Bが第1実施の形態の凸部30Aより大きく突き出し、流路形成部材21に深く挿入されている。そのため、第2弁座32は、第1実施の形態と比較して、プランジャ35B寄り(図中下方)に存在し、第2弁体40との間の距離が第1実施の形態と同程度に調整されている。
かかる三方電磁弁1Bは、コイル11に通電していないときには、図3に示すように、プランジャ35Bがスプリング38の弾圧力で第1弁体36を第1弁座29に当接させて、第1弁座29を閉じる一方、第2弁体40を第2弁座32から離間させて、第2弁座32を開く。これにより、第2ポート27と第3ポート33が連通し、第2ポート27に供給した流体が、第3ポート33から出力される。この状態を初期状態とする。
コイル11に通電したときには、図4に示すように、プランジャ35Bがスプリング38に抗して磁気回路形成部材13に吸引され、第1弁体36を第1弁座29から離間させて第1弁座29を開く一方、第2弁体40を第2弁座32に当接させて第2弁座32を閉じる。これにより、第1ポート26と第2ポート27が連通し、第2ポート27に供給した流体が、第1ポート26から出力される。
その後、コイル11への通電を停止すると、プランジャ35Bがスプリング38の弾圧力で第1弁座29方向(図中下方)に移動し、初期状態に復帰する。このとき、第2流路ブロック4Bが樹脂で形成されているため、凸部30Bに残磁力が発生せず、プランジャ35Bがスムーズに移動する。
かかる三方電磁弁1Bは、凸部30Bが第1実施の形態の凸部30Aより長くなって第1実施の形態より流路形成部材21と凸部30Bとの寸法精度が厳しくなるものの、プランジャロッド37を省いて構造を簡単にすることができる。
(第3実施の形態)
続いて、本発明の三方電磁弁について、第3実施の形態を図面を参照して説明する。図5は、三方電磁弁1Cの断面図である。図6は、三方電磁弁1Dの断面図である。
図5に示す三方電磁弁1Cが第1実施の形態と異なる点は、プランジャロッド51の凹部にゴムをシート状に成形した第2弁体50を入れてから熱でかしめることにより、第2弁体50をプランジャロッド51に装着している点である。
また、図6に示す三方電磁弁1Dが第2実施の形態と異なる点は、プランジャ35Bの凹部に第2弁体50を入れてからプランジャ35Bを機械的にかしめることにより、第2弁体50をプランジャ35Bに装着している点である。
三方電磁弁1C,1Dは、第2弁体50を装着する手間がかかるものの、第2弁体50の位置ずれをより確実に防止できる利点がある。
尚、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施の形態では、第2ポート27に供給した流体を第1ポート26又は第3ポート33から出力する場合について説明した。これに対して、例えば、第1ポート26と第3ポート33から異なる種類の流体を供給し、それらの流体を切り換えて第2ポート27から出力するようにしてもよい。さらに、例えば、第1ポート26を排気ポートに接続し、第2ポート27を加圧室に接続し、第3ポート33を給気ポートに接続することにより、第3ポート33に供給した加圧ガスを加圧室27に供給して加圧室27を加圧した後、コイル11に供給して流路を切り換え、加圧室の加圧ガスを第1ポート26から排気して加圧室を減圧するようにしてもよい。
本発明の第1実施の形態に係り、三方電磁弁の断面図であって、非通電状態を示す。 同じく、三方電磁弁の断面図であって、通電状態を示す。 本発明の第2実施の形態に係り、三方電磁弁の断面図であって、非通電状態を示す。 同じく、三方電磁弁の断面図であって、通電状態を示す。 本発明の第3実施の形態に係り、三方電磁弁の断面図である。 同じく、三方電磁弁の断面図である。 従来の三方電磁弁の断面図である。
符号の説明
1A,1B,1C,1D 三方電磁弁
2 ソレノイド部
3 第1流路ブロック
4A,4B 第2流路ブロック
12 コイルボビン
13,15 磁気回路形成部材
21 流路形成部材
26 第1流路
27 第2流路
29 第1弁座
30A,30B 凸部
32 第3弁座
33 第3ポート
35A,35B プランジャ
36 第1弁体
37,51 プランジャロッド
38 スプリング
40,50 第2弁体

Claims (3)

  1. 3つのポートが設けられ、ソレノイド部の励消磁によって可動鉄心を移動させることにより、3つのポートのうち2つのポートに連通する弁座を交互に開閉し、3つのポートの連通状態を切り換える三方電磁弁において、
    磁性材料を円筒形状に成形したものであり、前記ソレノイド部が備えるコイルボビンの中空孔内に対向配置される一対の磁気回路形成部材と、
    樹脂をパイプ状に成形したものであって、前記一対の磁気回路形成部材に貫き通される流路形成部材と、
    第1ポートに連通する第1弁座が前記流路形成部材と同軸上に設けられて、前記第1ポートを第2ポートに連通させるとともに、前記流路形成部材を保持する第1流路ブロックと、
    前記流路形成部材の開口部に前記第1流路ブロックと反対側から気密にはめ込まれる凸部を有し、前記凸部に前記流路形成部材と同軸上に設けられた第2弁座が第3ポートと連通する樹脂製の第2流路ブロックと、
    前記可動鉄心に装着され、前記第1弁座に当接又は離間する第1弁体と、
    前記可動鉄心に装着され、前記第2弁座に当接又は離間する第2弁体と、
    前記可動鉄心を前記第1弁座方向に付勢する付勢部材と、を有することを特徴とする三方電磁弁。
  2. 請求項1に記載する三方電磁弁において、
    前記可動鉄心と前記流路形成部材との間にクリアランスが設けられていることを特徴とする三方電磁弁。
  3. 請求項1又は請求項2に記載する三方電磁弁において、
    前記可動鉄心が中間部材を介して前記第2弁体を装着されることを特徴とする三方電磁弁。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008008196A (ja) * 2006-06-29 2008-01-17 Nidec Sankyo Corp 遠心ポンプ、その特性調整方法及びその製造方法
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