JP2024032286A - 弁装置 - Google Patents

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衛 吉岡
Mamoru Yoshioka
伸二 河井
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Abstract

【課題】安定して開閉弁動作を行うことができる弁装置を提供する。【解決手段】水路切替弁において、バルブシャフト15の筒状部31の内周面31aの内側にアクチュエータのロータシャフト41の軸状部51が挿入されるようにして、バルブシャフト15とロータシャフト41とが螺合する螺合構造部61が形成され、ロータシャフト41が回転することにより、バルブシャフト15が軸方向に移動して、バルブがシートに対して当接および離間するものであって、筒状部31の底部31cと軸状部51の先端部51aとの間には、バルブシャフト15が軸方向に移動するときに容積が変化する空間室71が形成されており、空間室71と螺合構造部61の外部とを連通させる連通孔81を形成する。【選択図】図3

Description

本開示は、弁装置に関する。
特許文献1には、弁軸の他端部に設けられる雄ネジと、アクチュエータに設けられる雌ネジとが螺合している弁装置(EGR弁)が開示されている。
特開2022-3237号公報
特許文献1に開示される弁装置において、雌ネジ部が袋小路となるような空間室を有する構造をとる場合に、開閉弁動作を行うときに弁軸が上方に移動すると、弁軸の上方にある空間室が圧縮状態となって、弁軸とロータ本体とが螺合する螺合構造部における摺動抵抗が増加して、安定して開閉弁動作を行うことができないおそれがある。また、螺合構造部に潤滑用のグリスが塗布されている場合には、グリスが螺合構造部からその外部に押し出されることにより、螺合構造部の潤滑性が低下して、安定して開閉弁動作を行うことができないおそれがある。
そこで、本開示は上記した課題を解決するためになされたものであり、安定して開閉弁動作を行うことができる弁装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、流路を備えるハウジングと、前記流路に設けられる弁座と、前記弁座に対して当接および離間する弁体と、前記ハウジングの内部に配置され前記弁体が設けられる弁軸と、前記弁軸を当該弁軸の軸方向に移動させるアクチュエータと、を有する弁装置において、前記アクチュエータは、軸状の回転軸を備え、前記弁軸と前記回転軸のうち、一方が有底筒状に形成される筒状部を備え、他方が軸状に形成される軸状部を備えており、前記筒状部の内周面の内側に前記軸状部が挿入されるようにして、前記弁軸と前記回転軸とが螺合する螺合構造部が形成され、前記回転軸が当該回転軸の軸を中心にして回転することにより、前記弁軸が当該弁軸の軸方向に移動して、前記弁体が前記弁座に対して当接および離間するものであって、前記筒状部の底部と前記軸状部の先端部との間には、前記弁軸が当該弁軸の軸方向に移動するときに容積が変化する空間室が形成されており、前記空間室と前記螺合構造部の外部とを連通させる連通部が形成されていること、を特徴とする。
この態様によれば、開閉弁動作を行うため弁軸が当該弁軸の軸方向に移動するときに、空間室の容積が変化して小さくなっても、空間室と螺合構造部の外部とを連通させる連通部が形成されているので、空間室が圧縮状態になり難くなる。そのため、螺合構造部における弁軸と回転軸との間に生じる摺動抵抗の増加を抑制することができる。また、空間室が圧縮状態になって螺合構造部の内部に存在するグリスが螺合構造部の外部に押し出されることを抑制できる。したがって、安定して開閉弁動作を行うことができる。
上記の態様においては、前記連通部は、前記筒状部の内周面にて、前記筒状部の軸方向に沿って溝状に形成される連通溝であること、が好ましい。
この態様によれば、弁装置の体格を小さくすることができる。
上記の態様においては、前記連通部は、前記筒状部の内周面と外周面との間を貫通する連通孔であること、が好ましい。
この態様によれば、より効果的に、開閉弁動作を行うため弁軸が当該弁軸の軸方向に移動するときに、空間室の容積が変化して小さくなっても、空間室が圧縮状態になり難くなる。
上記の態様においては、前記ハウジングと前記弁軸との間に設けられ、前記流路と前記アクチュエータとの間をシールするシール部材を有し、前記連通孔は、前記シール部材に対して前記流路とは反対側に配置されること、が好ましい。
この態様によれば、流路の流体が、連通孔から空間室および螺合構造部の内部へ侵入することを抑制できる。
本開示の弁装置によれば、安定して開閉弁動作を行うことができる。
第1実施形態の水路切替弁(第1の開弁状態)を表した図である。 第1実施形態の水路切替弁(第2の開弁状態)を表した図である。 第1実施形態の螺合構造部とその周辺を拡大したイメージ図である。 第2実施形態の螺合構造部とその周辺を拡大したイメージ図である。 第2実施形態における第1変形例の螺合構造部とその周辺を拡大したイメージ図である。 第2実施形態における第2変形例の螺合構造部とその周辺を拡大したイメージ図である。 第2実施形態における第3変形例の螺合構造部とその周辺を拡大したイメージ図である。 図7のA-A断面図である。 筒状部ネジ部と軸状部ネジ部との間に潤滑用のグリスを塗布することを示す図である。 空間室が圧縮状態になり、グリスが筒状部の外部に押し出されることを示す図である。 空間室がグリスで満たされている場合を示す図である。 空間室が圧縮状態になり、グリスが筒状部ネジ部と軸状部ネジ部との間に押し出されることを示す図である。
以下、本開示の弁装置の実施形態について説明する。以下の説明では、本開示の弁装置の実施形態の一例である水路切替弁1について説明する。この水路切替弁1は、水(以下、一例として「冷却水」を例に挙げる)を流す流路を切り替える弁である。
<第1実施形態>
まず、第1実施形態について説明する。
(水路切替弁の概要説明)
図1と図2に示すように、本実施形態の水路切替弁1は、流路を備えるハウジング12と、シート13と、バルブ14と、バルブシャフト15と、アクチュエータ16と、軸受17と、シール構造部18とを有する。
水路切替弁1は、ハウジング12に備わる流路として、内部流路11と、1つの流入流路21と、2つの流出流路(すなわち、第1流出流路22と第2流出流路23)と、を有する三方弁である。
流入流路21は、内部流路11に冷却水を流入させる流路である。第1流出流路22は、内部流路11から冷却水を流出させる流路であって、内部流路11に対してアクチュエータ16側に設けられる流路である。第2流出流路23は、内部流路11から冷却水を流出させる流路であって、内部流路11に対してアクチュエータ16とは反対側に設けられる流路である。
シート13は、ハウジング12に備わる流路に設けられている。本実施形態では、シート13として、第1シート131と第2シート132とを備えている。第1シート131は、内部流路11における第1流出流路22側に配置されている。第2シート132は、内部流路11における第2流出流路23側に配置されている。
なお、ハウジング12は、樹脂により形成されている。シート13は、樹脂により形成されているが、ゴムにより形成されていてもよい。また、シート13は本開示の「弁座」の一例である。
バルブ14は、ハウジング12に備わる流路に設けられており、バルブシャフト15に固定され、シート13に対して当接および離間する。本実施形態では、バルブ14として、第1バルブ141と第2バルブ142とを備えている。第1バルブ141は、第1シート131に対して内部流路11側にて当接および離間する。また、第2バルブ142は、第2シート132に対して内部流路11側にて当接および離間する。
なお、バルブ14は、樹脂により形成されているが、金属により形成されていてもよい。また、バルブ14は本開示の「弁体」の一例である。
バルブシャフト15は、ハウジング12の内部に配置され、バルブ14が設けられている。バルブシャフト15は、アクチュエータ16と第2バルブ142との間に設けられ、ハウジング12を垂直に貫通して形成された組付孔24(図3参照)の内部を通るようにして配置されている。なお、バルブシャフト15は、樹脂により形成されているが、金属により形成されていてもよい。
本実施形態では、バルブシャフト15は、当該バルブシャフト15の軸方向について、一端側(すなわち、内部流路11側)にてバルブ14が設けられ、他端側(すなわち、アクチュエータ16側)にて有底筒状に形成される筒状部31を備えている。バルブシャフト15は、当該バルブシャフト15の中心軸方向であるスラスト方向に移動可能である。なお、バルブシャフト15は、本開示の「弁軸」の一例である。
また、組付孔24には、バルブシャフト15を中心にして軸受17とシール構造部18が配置されている。
アクチュエータ16は、バルブシャフト15を当該バルブシャフト15の軸方向に移動させる駆動部である。本実施形態では、アクチュエータ16は、ステップモータにより構成されており、ステップモータのロータの一部であって動力が出力される軸状の回転軸として、ロータシャフト41を備えている。このロータシャフト41は、例えば金属により形成され、バルブシャフト15の筒状部31の内側に配置されている。
図3に示すように、アクチュエータ16のロータシャフト41は、当該ロータシャフト41の軸方向の一端側(すなわち、図3の下側、バルブシャフト15側)に、軸状に形成される軸状部51を備えている。そして、軸状部51の外周面51bには、軸状部ネジ部52(雄ネジ)が形成されている。軸状部ネジ部52は、バルブシャフト15の筒状部31の内周面31aに形成される筒状部ネジ部32(雌ネジ)と螺合している。このようにして、バルブシャフト15の筒状部31の内周面31aの内側にロータシャフト41の軸状部51が挿入されるようにして、バルブシャフト15とロータシャフト41とが螺合する螺合構造部61が形成されている。
なお、図3~図12においては、説明の便宜上、ネジ部のネジ形状の図示を省略している。
そして、ロータシャフト41が当該ロータシャフト41の中心軸を中心にして回転することにより、筒状部31を備えるバルブシャフト15が当該バルブシャフト15の軸方向に移動して、バルブ14がシート13に対して当接および離間する。
また、図3に示すように、バルブシャフト15の筒状部31の底部31cと軸状部51の先端部51aとの間には、空間室71が形成されている。この空間室71は、開閉弁動作を行うためバルブシャフト15が当該バルブシャフト15の軸方向に移動するときに、その容積が変化する。なお、「開閉弁動作」とは、シート13に対してバルブ14を当接および離間させる動作である。
また、図1と図2に示すように、軸受17は、アクチュエータ16とシール構造部18との間の位置にて、ハウジング12とアクチュエータ16のロータシャフト41との間に設けられており、ロータシャフト41を回転可能に支持している。
シール構造部18は、内部流路11と軸受17(アクチュエータ16)との間を封止(シール)している。本実施形態では、シール構造部18は、図3に示すように、往復部シール部材181と回転部シール部材182とを備えている。往復部シール部材181は、ハウジング12とバルブシャフト15の筒状部31との間の位置に設けられている。また、回転部シール部材182は、ハウジング12と、アクチュエータ16のロータシャフト41と、の間の位置に設けられている。
このような構成の水路切替弁1は、アクチュエータ16によってバルブシャフト15を当該バルブシャフト15の軸方向に移動させることにより、図1に示す第1の開弁状態(第1流出流路22の全開状態、第2流出流路23の全閉状態)と、図2に示す第2の開弁状態(第1流出流路22の全閉状態、第2流出流路23の全開状態)とに切り替えることができる。
そして、図1に示す第1の開弁状態では、第1バルブ141が第1シート131に対して離間し、かつ、第2バルブ142が第2シート132に対して当接しており、流入流路21から導入される冷却水は、第1流出流路22から導出される。また、図2に示す第2の開弁状態では、第1バルブ141が第1シート131に対して当接し、かつ、第2バルブ142が第2シート132に対して離間しており、流入流路21から導入される冷却水は、第2流出流路23から導出される。
(螺合構造部とその周辺の構造に関して)
次に、螺合構造部61とその周辺の構造に関して説明する。
図3に示すように、バルブシャフト15の筒状部31の底部31cと軸状部51の先端部51aとの間には、空間室71が形成されている。すると、開閉弁動作を行うときに、筒状部31を上昇させた場合、空間室71が圧縮状態になると、螺合構造部61における筒状部ネジ部32と軸状部ネジ部52との間に生じる摺動抵抗が増加するおそれがある。そのため、安定して開閉弁動作を行うことができないおそれがある。
また、図9に示すように、螺合構造部61の内部、すなわち、螺合構造部61における筒状部ネジ部32と軸状部ネジ部52との間には、潤滑用のグリスを塗布している。すると、図10に示すように、開閉弁動作を行うときに、筒状部31を上昇させた場合、空間室71が圧縮状態になると、グリスが筒状部ネジ部32と軸状部ネジ部52との間からその外部に押し出されるおそれがある。そのため、筒状部ネジ部32と軸状部ネジ部52との間の潤滑性が低下して、安定して開閉弁動作を行うことができないおそれがある。また、筒状部ネジ部32及び軸状部ネジ部52の摩耗が生じるおそれもある。
あるいは、図11に示すように、空間室71がグリスで満たされている場合もある。この場合、図12に示すように、開閉弁動作を行うときに、筒状部31を上昇させた場合に、空間室71が圧縮状態になると、グリスが筒状部ネジ部32と軸状部ネジ部52との間に押し出される。すると、極低温環境下でグリスの粘度が硬化した状態では、グリスを押し出すための大きな力が必要となるので、ロータシャフト41の駆動トルクが非常に大きくなって、開閉弁動作の動作不良となるおそれがある。そのため、安定して閉閉弁動作を行うことができないおそれがある。
そこで、本実施形態では、図3に示すように、空間室71と螺合構造部61の外部(すなわち、筒状部31の外部)とを連通させる連通部として、連通孔81が形成されている。この連通孔81は、筒状部31の内周面31aと外周面31bとの間を貫通する孔である。また、連通孔81は、筒状部31における底部31cの近くに形成されている。
これにより、開閉弁動作を行うためバルブシャフト15が当該バルブシャフト15の軸方向に移動するとき(すなわち、バルブシャフト15の筒状部31が上昇するとき)に、空間室71の容積が変化して小さくなっても、空間室71と螺合構造部61の外部とを連通させる連通孔81が形成されているので、空間室71が圧縮状態になり難くなる。
そのため、螺合構造部61における筒状部ネジ部32と軸状部ネジ部52との間に生じる摺動抵抗が増加することを抑制できる。そのため、安定して開閉弁動作を行うことができる。
また、空間室71が圧縮状態になり難くなるので、グリスが筒状部ネジ部32と軸状部ネジ部52との間からその外部に押し出されることを抑制できる。そのため、筒状部ネジ部32と軸状部ネジ部52との間の潤滑性を維持して、安定して閉閉弁動作を行うことができる。また、筒状部ネジ部32及び軸状部ネジ部52の摩耗も抑制できる。
また、空間室71がグリスで満たされている場合であっても、グリスが筒状部ネジ部32と軸状部ネジ部52との間に押し出され難くなる。そのため、極低温環境下でグリスの粘度が硬化した状態であっても、グリスを押し出すための力が不要となるので、ロータシャフト41の駆動トルクが大きくならず、開閉弁動作の動作不良とならない。そのため、安定して閉閉弁動作を行うことができる。
また、図3に示すように、連通孔81は、往復部シール部材181に対して内部流路11とは反対側(すなわち、アクチュエータ16側)に配置されている。
これにより、流路(すなわち、第1流出流路22)の水が、往復部シール部材181により封止されて連通孔81まで到達し難くなる。そのため、流路の水が、連通孔81から空間室71および螺合構造部61の内部へ侵入することを抑制できる。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態について、第1実施形態と異なる点を説明し、第1実施形態と共通する点の説明は省略する。
本実施形態では、図4に示すように、バルブシャフト15は、筒状部31の代わりに、軸状に形成される軸状部33を備えている。この軸状部33の外周面33bには、軸状部ネジ部34が形成されている。
また、ロータシャフト41は、軸状部51の代わりに、有底筒状に形成される筒状部53を備えている。この筒状部53の内周面53aには、筒状部ネジ部54が形成されている。
そして、筒状部53の内周面53aの内側に軸状部33が挿入されるようにして、バルブシャフト15の軸状部ネジ部34とロータシャフト41の筒状部ネジ部54とが螺合する螺合構造部62が形成されている。
また、筒状部53の底部53cと軸状部33の先端部33aとの間には、空間室72が形成されている。この空間室72は、開閉弁動作を行うためバルブシャフト15が当該バルブシャフト15の軸方向に移動するときに、その容積が変化する。
このようにして、筒状部53をロータシャフト41に設けている。これにより、往復部シール部材181から滲み出た水分が螺合構造部62へ侵入することが抑制される。また、往復部シール部材181から滲み出た水分の量が増加しても、水は自重で下側に溜まるので、水分が螺合構造部62へ侵入し難い。さらに、ハウジング12に大気孔91を設けて大気孔91から水を組付孔24からその外部へ排出するようにすれば、水分が螺合構造部62へ侵入することを防ぐことができる。
また、バルブシャフト15は、筒状部31の代わりに、軸状部33を備えているので、第1実施形態におけるバルブシャフト15の径D1よりも、本実施形態におけるバルブシャフト15の径D2を小さくすることができる。そのため、往復部シール部材181とバルブシャフト15とが接触する面積(リップ作動面積)について、本実施形態では、第1実施形態より小さくできる。したがって、開閉弁動作を行うためバルブシャフト15が当該バルブシャフト15の軸方向に移動するときに、バルブシャフト15に付着した水が往復部シール部材181よりもアクチュエータ16側へ滲み出る水分量について、本実施形態によれば、第1実施形態より少なくできる。
また、第1実施形態におけるバルブシャフト15の径D1よりも、本実施形態におけるバルブシャフト15の径D2を小さくすることができるので、開閉弁動作を行うためバルブシャフト15が当該バルブシャフト15の軸方向に移動するときに、バルブシャフト15と往復部シール部材181との間に生じる摺動抵抗(往復摺動による抵抗)が低下する。そのため、バルブシャフト15を移動させるために必要なアクチュエータ16のロータシャフト41の駆動トルクを低減できる。
また、本実施形態では、図4に示すように、空間室72と螺合構造部62の外部(すなわち、筒状部53の外部)とを連通させる連通部として、連通孔82が形成されている。この連通孔82は、ロータシャフト41の筒状部53の内周面53aと外周面53bとの間を貫通する孔である。また、連通孔82は、筒状部53における底部53cの近くに形成されている。
これにより、開閉弁動作を行うためバルブシャフト15が当該バルブシャフト15の軸方向に移動するときに、空間室72の容積が変化して小さくなっても、空間室72と螺合構造部62の外部とを連通させる連通孔82が形成されているので、空間室72が圧縮状態になり難くなる。
そのため、螺合構造部62におけるバルブシャフト15の軸状部ネジ部34とロータシャフト41の筒状部ネジ部54との間に生じる摺動抵抗の増加を抑制することができる。また、空間室72が圧縮状態になって螺合構造部62の内部に存在するグリスが螺合構造部62の外部に押し出されること、を抑制できる。したがって、安定して閉閉弁動作を行うことができる。
また、空間室72がグリスで満たされている場合には、極低温環境下でグリスの粘度が硬化した状態であっても、グリスの押し出しに大きな力が必要とならないので、アクチュエータ16のロータシャフト41の駆動トルクが大きくならず、開閉弁動作の動作不良とならない。そのため、安定して閉閉弁動作を行うことができる。
(第1変形例)
また、図4に示す例では回転部シール部材182のリップ182aが向く方向を下向き(すなわち、往復部シール部材181の方向)にしていたが、第1変形例として、図5に示すように、リップ182aが向く方向を上向き(すなわち、往復部シール部材181とは反対方向)にしてもよい。
これにより、連通孔82の位置を、回転部シール部材182のリップ182aが接する位置よりも下側に形成できる分、往復部シール部材181と回転部シール部材182との間の距離を、小さくすることができる。そのため、水路切替弁1の体格(高さ)を、図4に示す例に対して(図5にて矢印で示す分だけ)小さくすることができる。
(第2変形例)
第2変形例として、図6に示すように、連通孔83を斜め孔にしてもよい。具体的には、連通孔83は、ロータシャフト41の筒状部53の内周面53aにおける底部53cの近くの位置と、筒状部53の外周面53bにおける回転部シール部材182のリップ182aが接する位置よりもさらに下側(すなわち、往復部シール部材181側)の位置との間を貫通するようにして、斜めに形成されている。
これにより、筒状部53の軸方向の長さ(高さ)を小さくできる。そのため、水路切替弁1の体格(高さ)を、図4に示す例に対して(図6にて矢印で示す分だけ)小さくすることができる。
(第3変形例)
第3変形例として、図7と図8に示すように、空間室72と螺合構造部62の外部とを連通させる連通部として、ロータシャフト41の筒状部53の内周面53aにて、筒状部53の軸方向に沿って溝状に形成される連通溝84としてもよい。
これにより、さらに、筒状部53の軸方向の長さ(高さ)を小さくできる。そのため、水路切替弁1の体格(高さ)を、図4に示す例に対して(図7にて矢印で示す分だけ)小さくすることができる。
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。
例えば、第1実施形態において、第2実施形態の第1変形例~第3変形例を採用してもよい。
また、本開示の内容は、前記の水路切替弁1に限らず、螺合構造部61,62と同様の構造を有するその他の弁装置にも適用可能である。
1 水路切替弁
12 ハウジング
13 シート
14 バルブ
15 バルブシャフト
16 アクチュエータ
21 流入流路
22 第1流出流路
23 第2流出流路
31 筒状部
31a 内周面
31b 外周面
31c 底部
32 筒状部ネジ部
33 軸状部
33a 先端部
33b 外周面
34 軸状部ネジ部
41 ロータシャフト
51 軸状部
51a 先端部
51b 外周面
52 軸状部ネジ部
53 筒状部
53a 内周面
53b 外周面
53c 底部
54 筒状部ネジ部
61 螺合構造部
62 螺合構造部
71 空間室
72 空間室
81 連通孔
82 連通孔
83 連通孔
84 連通溝

Claims (4)

  1. 流路を備えるハウジングと、
    前記流路に設けられる弁座と、
    前記弁座に対して当接および離間する弁体と、
    前記ハウジングの内部に配置され前記弁体が設けられる弁軸と、
    前記弁軸を当該弁軸の軸方向に移動させるアクチュエータと、
    を有する弁装置において、
    前記アクチュエータは、軸状の回転軸を備え、
    前記弁軸と前記回転軸のうち、一方が有底筒状に形成される筒状部を備え、他方が軸状に形成される軸状部を備えており、
    前記筒状部の内周面の内側に前記軸状部が挿入されるようにして、前記弁軸と前記回転軸とが螺合する螺合構造部が形成され、
    前記回転軸が当該回転軸の軸を中心にして回転することにより、前記弁軸が当該弁軸の軸方向に移動して、前記弁体が前記弁座に対して当接および離間するものであって、
    前記筒状部の底部と前記軸状部の先端部との間には、前記弁軸が当該弁軸の軸方向に移動するときに容積が変化する空間室が形成されており、
    前記空間室と前記螺合構造部の外部とを連通させる連通部が形成されていること、
    を特徴とする弁装置。
  2. 請求項1の弁装置において、
    前記連通部は、前記筒状部の内周面にて、前記筒状部の軸方向に沿って溝状に形成される連通溝であること、
    を特徴とする弁装置。
  3. 請求項1の弁装置において、
    前記連通部は、前記筒状部の内周面と外周面との間を貫通する連通孔であること、
    を特徴とする弁装置。
  4. 請求項3の弁装置において、
    前記ハウジングと前記弁軸との間に設けられ、前記流路と前記アクチュエータとの間をシールするシール部材を有し、
    前記連通孔は、前記シール部材に対して前記流路とは反対側に配置されること、
    を特徴とする弁装置。
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