JP2007155136A - 電磁制御弁 - Google Patents

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Hisatoshi Hirota
久寿 広田
Yusuke Inoue
雄介 井上
Toshiyuki Shioda
敏幸 塩田
Tokumi Tsugawa
徳巳 津川
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Abstract

【課題】パイロット作動式の電磁制御弁において、流体を双方向に流すことができるようにする。
【解決手段】流体の出入口を構成する第1および第2のポート40,41から主弁の入口冷媒通路42に向けて流体を流すことができる逆止弁(44,48)(45,49)と、出口冷媒通路43から第1および第2のポート40,41に向けて流体を流すことができる逆止弁(51,53)(52,54)とを備え、第1のポート40から第2のポート41へ流体を流す場合、第1のポート40の流体が逆止弁(44,48)を開けて主弁の入口冷媒通路42に供給されるとともに、逆止弁(51,53)(45,49)を閉じ、出口冷媒通路43の流体が逆止弁(52,54)を開けて第2のポート41に供給される。逆に流す場合も、主弁の入口冷媒通路42と出口冷媒通路43は変わらない。
【選択図】図4

Description

本発明は電磁制御弁に関し、特に弁の前後の差圧がソレノイドにより設定された差圧になるよう流量を制御するパイロット作動式の電磁制御弁に関する。
たとえば自動車用エアコンシステムの冷凍サイクルにおいて、圧縮機によって圧縮された高温・高圧のガス冷媒をコンデンサまたはガスクーラで凝縮または冷却し、凝縮または冷却された冷媒を減圧装置にて低温・低圧の冷媒にし、この低温の冷媒をエバポレータで蒸発させ、蒸発された冷媒をアキュムレータで気液分離し、分離されたガス冷媒を圧縮機に戻すような構成が知られている。このシステムの減圧装置として冷媒流量を外部から供給される電流によって制御できるパイロット作動式の電磁制御弁が使用されている。
従来のパイロット作動式の電磁制御弁は、主弁とパイロット弁とを収容しているボディと、パイロット弁を駆動するソレノイドとで構成されている。このソレノイドは、プランジャがこれを収容しているスリーブと摺動しないようにプランジャを支持しているシャフトをその両端で2点支持するようにしている。このため、シャフトを支持している軸受は、スリーブと同一軸線上に配置され、シャフトが傾かないようにシャフトとの間のクリアランスを小さく設計している。これにより、ソレノイドに供給する電流が増加するときと減少するときに見られるヒステリシス特性を小さく抑えている。
一方、ボディに設けられたパイロット弁は、たとえばボール形状のパイロット弁体を有し、このパイロット弁体はボディに進退自在に支持されたシャフトの先端に保持されている。ソレノイドの駆動力は、ソレノイドのシャフトとパイロット弁のシャフトを通じてパイロット弁体に伝達される。
ここで、ソレノイドの駆動力をパイロット弁体に伝達するのに、ソレノイドとパイロット弁とで2本のシャフトが介在する。これは、ソレノイド側では、プランジャをスリーブと同一軸線上に進退自在に支持するために2つの軸受をソレノイド側においてスリーブと同一軸線上に配置する必要があるのと、ソレノイドを主弁およびパイロット弁を含むボディに結合する際、ソレノイドのシャフトの軸線とパイロット弁のシャフトの軸線とが正確に一致することはないので、シャフトを分割し、そこで各シャフトの軸線のずれを吸収した後、パイロット弁体にソレノイドの駆動力を伝達するようにしている。
従来の電磁制御弁は、また、各部の組み立ておよび調整をねじ構造で行っており、各部のシール部分はゴムOリングによるシール構造を採っている。たとえば、ソレノイドとボディとの結合部は、それらの嵌め合い部分にねじ山が形成されていて、ソレノイドをボディに螺入することで結合している。また、この電磁制御弁のセット値の調整は、主弁を付勢しているスプリングの荷重を調整することによって行なわれるが、その調整は、通常アジャストねじのねじ込み量を調整することによって行われている。同じように、ソレノイドにおいても、プランジャをコアから離れる方向へ付勢しているスプリングの荷重調整についても、そのスプリングの一端を受けているアジャストねじのねじ込み量を調整することによって行われている。
減圧装置として使用される従来のパイロット作動式の電磁制御弁は、コンデンサまたはガスクーラから凝縮または冷却された冷媒を受けて、絞り膨張された低温・低圧の冷媒をエバポレータに送り出すものであり、主弁を制御するパイロット弁は、入口と出口との圧力の違いを利用しているので、冷媒は一方向にしか流すことはできない。しかしながら、冷凍サイクルの中で冷媒を双方向に流したい場合には、2つのパイロット作動式の電磁制御弁を、冷媒の流れ方向は互いに逆にして配設する必要があり、コストが高くなるという問題点があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、流体を双方向に流すことができるパイロット作動式の電磁制御弁を提供することを目的とする。
本発明では上記問題点を解決するために、流体の出入口の差圧がソレノイドに流す電流値により設定された差圧になるよう流量を制御するパイロット作動式の電磁制御弁において、第1のポートおよび第2のポートと主弁の上流側の第1の空間との間にそれぞれ配置されて前記第1のポートおよび前記第2のポートから前記第1の空間への流体の流れを許可する第1および第2の逆止弁と、前記第1のポートおよび前記第2のポートと前記主弁の下流側の第2の空間との間にそれぞれ配置されて前記第2の空間から前記第1のポートおよび前記第2のポートへの流体の流れを許可する第3および第4の逆止弁とを備え、前記主弁は片方向に流体を流しつつ前記第1のポートと前記第2のポートとの間では双方向に流体を流すことができるようにしたことを特徴とする電磁制御弁が提供される。
このような電磁制御弁によれば、たとえば第1のポートから第2のポートへ流体を流す場合、第1のポートの流体は第1の逆止弁を開けて主弁の上流側に供給されるとともに、主弁の上流側から第2のポートへ接続されている第2の逆止弁と第1のポートから主弁の下流側へ接続されている第4の逆止弁とを閉じるよう作用し、主弁の下流側の流体は第3の逆止弁を開けて第2のポートに供給されるよう作用する。逆に、第2のポートの流体は第2の逆止弁を開けて主弁の上流側に供給されるとともに、主弁の上流側から第1のポートへ接続されている第1の逆止弁と主弁の下流側から第2のポートへ接続されている第3の逆止弁とを閉じるよう作用し、主弁の下流側の流体は第4の逆止弁を開けて第1のポートに供給されるよう作用する。
本発明の電磁制御弁は、第1のポートまたは第2のポートに供給される流体によって第1ないし第4の逆止弁を切り換えるように構成したので、第1のポートおよび第2のポートのいずれが入口になっても主弁を流れる冷媒の方向は常に同じにすることができ、パイロット作動式の電磁制御弁を1つの制御弁構成でありながら流体を双方向に流すことができるので、減圧装置のコストを低減させることができるという利点がある。
以下、本発明の実施の形態を、自動車用エアコンシステムの冷凍サイクルに減圧装置として用いられている膨張弁に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の関連技術に係る電磁制御弁の構成を示す縦断面図である。
本発明による電磁制御弁は、そのボディ1の側面に高圧の冷媒を受ける入口ポート2が設けられ、そこに冷媒配管3が溶着されている。この冷媒配管3には、その通路を塞ぐようにストレーナ4が配置されている。入口ポート2は、冷媒流路5を介して出口ポート6に連通されている。この出口ポート6には、冷媒配管7が溶着されている。冷媒流路5の途中には、主弁座8がボディ1と一体に形成されている。この主弁座8に上流側から対向して主弁体9が配置され、主弁座8とともに主弁を構成している。主弁体9は、主弁座8との間に冷媒が導入される部屋を構成するピストン10と一体に形成されている。ピストン10は、主弁体9が主弁座8に対して接離する方向に進退自在に配置され、中心軸線位置には冷媒通路11が形成され、その冷媒通路11は主弁体9に横から穿設されたオリフィス12と連通されている。この冷媒通路11およびオリフィス12が、ピストン10の図の上部の部屋に導入された高圧の冷媒を減圧してピストン10の図の下方の空間に導く絞り流路を構成している。ピストン10の図の下方の空間は、圧入部材13によって閉止されており、ピストン10と圧入部材13との間には、ピストン10を主弁の弁閉方向に付勢するスプリング14が配置されている。圧入部材13は、スプリング14の荷重をその圧入量で調整した後、図の下端部がボディ1に溶着されている。
ピストン10と圧入部材13とによって形成された部屋は、ボディ1に形成された冷媒通路15を介して主弁の下流側、すなわち、出口ポート6に連通する空間に連通されており、その途中にパイロット弁座16が成形され、このパイロット弁座16に対向して下流側からニードル形状のパイロット弁体17が配置され、パイロット弁座16とともにパイロット弁を構成している。
ボディ1の上部には、パイロット弁を制御するソレノイドが設けられている。このソレノイドは、下端部がボディ1の上部に形成された嵌合穴18に嵌入されたスリーブ19と、そのスリーブ19の中に軸線方向に進退自在に配置されたプランジャ20と、スリーブ19の上端部に嵌合された筒状のコア21と、プランジャ20の軸線位置に貫通して固定配置され、下端部がボディ1に形成された軸受22によって軸支され、上端部がコア21の軸線位置に貫通形成された開口部に圧入されている軸受23によって軸支されたシャフト24と、プランジャ20と軸受23との間に配置され、シャフト24を介してパイロット弁体17をその弁閉方向に付勢するスプリング25と、スリーブ19の外側に配置された電磁コイル26と、その外側を囲繞するよう形成されたヨーク27と、このヨーク27とスリーブ19との間に磁気回路を形成するよう配置されたプレート28とから構成されている。コア21の開口端部は、圧入部材29によって閉止された後、それらの先端部は溶接によってシールされている。そして、ボディ1とスリーブ19とプレート28とによって囲まれた空間には、ゴムOリング30が配置されている。
ソレノイドのシャフト24は、パイロット弁体17と一体に形成されている。また、ボディ1に形成されたパイロット弁の弁孔、軸受22の孔、およびスリーブ19が嵌入される嵌合穴18は同一軸線上に形成されている。これにより、別部品で作られる場合に比較して、これらの軸線は、実質的に同一軸線上となり、嵌合穴18にシャフト24が同一軸線上に配置されたスリーブ19を嵌入することで、別部品であるシャフト24の先端に一体に形成されたパイロット弁体17を実質的に同一軸線上にあるパイロット弁の弁孔に案内することができる。また、軸受22の孔は、ソレノイド内の軸受23と比較して、シャフトとの間のクリアランスを多少大きくしてある。ただし、そのクリアランスは、シャフト24が軸受23を支点として傾いたとしても、プランジャ20がスリーブ19に接触することがない程度の大きさにして、この電磁制御弁のヒステリシス特性が悪くならないようにしている。プランジャ20と軸受23との間に配置されたスプリング25の荷重は、軸受23のコア21への圧入量を調節することにより調整される。さらに、ソレノイドのボディ1への固定は、ボディ1の上部に形成されたフランジにヨーク27の下端部をかしめ加工することで行っている。
このように構成された電磁制御弁において、まず、電磁コイル26が通電されていなく、入口ポート2に冷媒が導入されていないときには、主弁体9はスプリング14によって主弁座8に着座され、主弁は閉じた状態にある。パイロット弁体17もまた、ソレノイドに内蔵されたスプリング25によってパイロット弁座16に着座され、パイロット弁は閉じた状態にある。
ここで、入口ポート2に高圧の冷媒が導入されると、その冷媒は、ピストン10の上部の部屋に導入される。この冷媒は、主弁体9のオリフィス12およびピストン10の冷媒通路11を介してピストン10の下部の部屋に導入され、さらにボディ1に形成された冷媒通路15を介してパイロット弁に供給される。パイロット弁の前後差圧がある値を越えると、冷媒がパイロット弁体17を押し開き、出口ポート6に連通する空間に流れる。これにより、ピストン10の下部の部屋が低圧になるので、ピストン10が図の下方へ移動し、主弁体9が主弁座8から離れて主弁が開き、入口ポート2に導入された冷媒が主弁を通って出口ポート6に流出するようになる。
出口ポート6への冷媒の流出により、主弁の上流側の冷媒圧力が下がると、パイロット弁に供給される冷媒の圧力も低下するので、パイロット弁体17は、閉弁方向に移動する。これにより、ピストン10の下部の部屋に導入される冷媒の圧力が上昇するため、ピストン10は図の上方へ移動し、これに伴って、主弁体9は弁閉方向へ付勢されるため、主弁は冷媒の流量を絞り、主弁の上流側の冷媒圧力を上げる。以上の動作を繰り返すことで、主弁の前後差圧が一定に制御される。このときの主弁の前後の差圧は、ソレノイド内のスプリング25の荷重によって決められる。
また、電磁コイル26に通電すると、プランジャ20がコア21の方へ吸引され、パイロット弁体17を弁閉方向に付勢しているスプリング25のばね力が減少して、パイロット弁の設定差圧を小さくする。電磁コイル26の通電電流値を増加すると、プランジャ20のコア21への吸引力が増加し、パイロット弁の差圧、すなわち差圧弁の前後差圧をさらに小さく設定することができる。
図2は本発明の実施の形態に係る電磁制御弁の構成を示す縦断面図、図3は図2の電磁制御弁の要部断面を示す図であって、(A)は図2のa−a矢視断面図、(B)は(A)のb−b矢視断面図であり、図4は本発明の実施の形態に係る電磁制御弁の動作を説明する図であって、(A)は第1の冷媒流れ方向における動作を示し、(B)は第2の冷媒流れ方向における動作を示している。なお、図2において、図1に示した電磁制御弁の構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
この実施の形態に係る電磁制御弁は、ボディ1に冷媒の出入口を構成する第1および第2のポート40,41を有している。これら第1および第2のポート40,41の間には、図3の(A)に詳細に示したように、両者を繋ぐように入口冷媒通路42および出口冷媒通路43が形成されている。
入口冷媒通路42は、その両端側に弁座44,45が内設され、これら弁座44,45の第1および第2のポート40,41の側にそれぞれストレーナ46,47が嵌め込まれている。これらの弁座44,45に対向して内側から弁体48,49が接離可能に配置され、かつ、これらの弁体48,49は、シャフト50によって連結されている。これによって、これらの弁体48,49および弁座44,45は、入口冷媒通路42の両外側から内側の方向へ冷媒を流すことができる2つの逆止弁を構成している。これらの弁体48,49に挟まれた空間は、主弁座8とピストン10とによって形成された主弁の上流側の部屋に連通している。
出口冷媒通路43は、その中央近傍に弁座51,52が内設され、これらの弁座51,52に対向して外側から弁体53,54が接離可能に配置され、かつ、これらの弁体53,54は、シャフト55によって連結されている。これによって、これらの弁体53,54および弁座51,52は、出口冷媒通路43の内側から両外側の方向へ冷媒を流すことができる2つの逆止弁を構成している。これらの弁座51,52に挟まれた空間は、主弁およびパイロット弁の下流側の空間に連通している。
弁体48,49および弁体53,54は、図3の(B)に弁体53の断面を代表して示したように、それぞれ外周に複数の、図示の例では3つの切り欠き56を有して冷媒通路を形成している。これにより、各逆止弁の下流側の冷媒通路を確保している。
以上の構成の電磁制御弁において、まず、電磁コイル26が通電されていなく、第1のポート40または第2のポート41に冷媒が導入されていないときには、図2に示したように、主弁体9はスプリング14によって主弁座8に着座され、主弁は閉じた状態にある。パイロット弁体17もまた、ソレノイド内のスプリング25によってパイロット弁座16に着座され、パイロット弁は閉じた状態にある。
ここで、たとえば第1のポート40に高圧の冷媒が導入されたとすると、図4の(A)に示したように、その冷媒は、出口冷媒通路43の弁体53を押してその弁座51に着座させるとともに、ストレーナ46を介して入口冷媒通路42に流入した冷媒は、弁体48を押してその弁座44から離す。これにより、出口冷媒通路43のもう一方の弁体54は、弁体53の着座に連動してその弁座52から離され、出口冷媒通路43の中央の空間は、第2のポート41と連通するようになる。また、入口冷媒通路42のもう一方の弁体49は、弁体48がその弁座44から離れることに連動して弁座45に着座され、入口冷媒通路42の中央の空間は、第2のポート41と遮断されるようになる。
その結果、第1のポート40からストレーナ46を通り、入口冷媒通路42の第1のポート40側の逆止弁を押し開けて流入した冷媒は、弁体48に周設された切り欠き56からなる冷媒通路を通って弁体48,49で囲まれた空間に入り、主弁の上流側の部屋に入る。この冷媒は、オリフィス12および冷媒通路11,15を介してパイロット弁に供給される。パイロット弁の前後差圧がある値を越えると、冷媒がパイロット弁体17を押し開き、弁座51,52で挟まれた出口冷媒通路43の中央の空間に流れる。これにより、ピストン10の下部の部屋が低圧になるので、ピストン10が図の下方へ移動し、主弁体9が主弁座8から離れて主弁が開き、第1のポート40に導入された冷媒が主弁を通って出口冷媒通路43の弁座51,52の間の空間に流出し、さらに、弁体54がその弁座52から離れている逆止弁およびその弁体54に周設された切り欠き56からなる冷媒通路を通って第2のポート41に流出するようになる。
第2のポート41への冷媒の流出により、主弁の上流側の冷媒圧力が下がると、パイロット弁に供給される冷媒の圧力も低下するので、パイロット弁体17は、閉弁方向に移動する。これにより、ピストン10の下部の部屋に導入される冷媒の圧力が上昇するため、ピストン10は図の上方へ移動し、これに伴って、主弁体9は弁閉方向へ付勢されるため、主弁は冷媒の流量を絞り、主弁の上流側の冷媒圧力を上げる。以上の動作を繰り返すことで、主弁の前後差圧が一定になるように制御される。このときの主弁の前後の差圧、つまり、ソレノイド非通電時の最大設定差圧は、ソレノイド内のスプリング25の荷重によって決められ、その荷重は、軸受23の圧入位置によって設定される。
次に、第2のポート41に高圧の冷媒が導入された場合には、図4の(B)に示したように、その冷媒は、出口冷媒通路43の弁体54を押してその弁座52に着座させるとともに、ストレーナ47を介して入口冷媒通路42に流入した冷媒は、弁体49を押してその弁座45から離す。これにより、出口冷媒通路43のもう一方の弁体53は、弁体54の着座に連動してその弁座51から離され、出口冷媒通路43の中央の空間は、第1のポート40と連通するようになる。また、入口冷媒通路42のもう一方の弁体48は、弁体49がその弁座から離れることに連動して弁座44に着座され、入口冷媒通路42の中央の空間は、第1のポート40と遮断されるようになる。
その結果、第2のポート41からストレーナ47を通り、入口冷媒通路42の第2のポート41側の逆止弁を押し開けて流入した冷媒は、主弁の上流側の部屋に入り、オリフィス12および冷媒通路11,15を介してパイロット弁に供給される。パイロット弁の前後差圧がある値を越えると、冷媒がパイロット弁体17を押し開き、出口冷媒通路43の中央の空間、第1のポート40側の逆止弁を通って第1のポート40に流れる。これにより、ピストン10の下部の部屋が低圧になるので、ピストン10が図の下方へ移動し、主弁体9がその主弁座8から離れて主弁が開き、出口冷媒通路43の中央の空間、第1のポート40側の逆止弁を通って第1のポート40に流出するようになる。その後の動作は、第1のポート40に高圧の冷媒が導入された場合の動作と同じである。
また、電磁コイル26に通電すると、プランジャ20がコア21へ吸引され、パイロット弁体17を弁閉方向に付勢しているスプリング25のばね力が減少されてパイロット弁の設定差圧を小さくする。電磁コイル26の通電電流値を増加すると、プランジャ20のコア21への吸引力が増加し、パイロット弁の差圧、すなわち差圧弁の前後差圧をさらに小さく設定することができる。
本発明の関連技術に係る電磁制御弁の構成を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る電磁制御弁の構成を示す縦断面図である。 図2の電磁制御弁の要部断面を示す図であって、(A)は図2のa−a矢視断面図、(B)は(A)のb−b矢視断面図である。 本発明の実施の形態に係る電磁制御弁の動作を説明する図であって、(A)は第1の冷媒流れ方向における動作を示し、(B)は第2の冷媒流れ方向における動作を示している。
符号の説明
1 ボディ
2 入口ポート
3 冷媒配管
4 ストレーナ
5 冷媒流路
6 出口ポート
7 冷媒配管
8 主弁座
9 主弁体
10 ピストン
11 冷媒通路
12 オリフィス
13 圧入部材
14 スプリング
15 冷媒通路
16 パイロット弁座
17 パイロット弁体
18 嵌合穴
19 スリーブ
20 プランジャ
21 コア
22 軸受
23 軸受
24 シャフト
25 スプリング
26 電磁コイル
27 ヨーク
28 プレート
29 圧入部材
30 ゴムOリング
40 第1のポート
41 第2のポート
42 入口冷媒通路
43 出口冷媒通路
44,45 弁座
46,47 ストレーナ
48,49 弁体
50 シャフト
51,52 弁座
53,54 弁体
55 シャフト

Claims (4)

  1. 流体の出入口の差圧がソレノイドに流す電流値により設定された差圧になるよう流量を制御するパイロット作動式の電磁制御弁において、
    第1のポートおよび第2のポートと主弁の上流側の第1の空間との間にそれぞれ配置されて前記第1のポートおよび前記第2のポートから前記第1の空間への流体の流れを許可する第1および第2の逆止弁と、前記第1のポートおよび前記第2のポートと前記主弁の下流側の第2の空間との間にそれぞれ配置されて前記第2の空間から前記第1のポートおよび前記第2のポートへの流体の流れを許可する第3および第4の逆止弁とを備え、前記主弁は片方向に流体を流しつつ前記第1のポートと前記第2のポートとの間では双方向に流体を流すことができるようにしたことを特徴とする電磁制御弁。
  2. 前記第1および第2の逆止弁は、中央に前記第1の空間が連通され、両側に前記第1のポートおよび前記第2のポートが連通された入口冷媒通路と、前記入口冷媒通路の両端に配置された第1および第2の弁座と、前記第1および第2の弁座の内側に配置された第1および第2の弁体とを有し、前記第3および第4の逆止弁は、中央に前記第2の空間が連通され、両側に前記第1のポートおよび前記第2のポートが連通された出口冷媒通路と、前記出口冷媒通路の両端に配置された第3および第4の弁体と、前記第3および第4の弁体の内側に配置された第3および第4の弁座とを有していることを特徴とする請求項1記載の電磁制御弁。
  3. 前記第1および第2の逆止弁が前記入口冷媒通路内にて同一軸線上に配置され、前記第1および第2の弁体が連動するよう第1のシャフトによって連結され、前記第3および第4の逆止弁が前記出口冷媒通路内にて同一軸線上に配置され、前記第3および第4の弁体が連動するよう第2のシャフトによって連結されていることを特徴とする請求項2記載の電磁制御弁。
  4. パイロット弁を駆動する前記ソレノイドのシャフトとパイロット弁体とが一体に形成され、前記シャフトは両端が前記主弁を収容しているボディ側に設けられた第1の軸受と前記ソレノイド内に設けられた第2の軸受とによって支持され、前記ボディに、前記パイロット弁の弁孔と、前記第1の軸受の軸受用孔と、前記ソレノイドのプランジャを収容しているスリーブの一端が嵌入される嵌合穴とが同一軸線上に形成され、前記第2の軸受は前記スリーブの他端側に嵌合された中空のコアの軸線位置に配置されていることを特徴とする請求項1記載の電磁制御弁。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110578728A (zh) * 2019-10-11 2019-12-17 广东冠邦科技有限公司 自动换向阀

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