JP5662286B2 - 電磁弁 - Google Patents
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小型電磁弁100は、第1ばね部材126により付勢される第1押圧部材121を有するアクチュエータ部120と、第2ばね部材125により付勢される第2押圧部材124を備えるパイロット弁部130を有する。
パイロット弁部130は、レバー式ダイアフラム弁体101を有する。レバー式ダイアフラム弁体101は、ダイアフラム部102とレバー部103が一体成型されている。レバー式ダイアフラム弁体101は、端部133が本体110の下面と弁体固定部105の上面とに狭持されることにより、固定されている。レバー式ダイアフラム弁体101の中心には、揺動軸135が挿入され、揺動軸135の端部は、図示しない壁面に回転可能に保持されている。レバー式ダイアフラム弁体101は、本体110と弁体固定部105に狭持され、その中心は揺動軸135により固定されているため、揺動運動をする。レバー式ダイアフラム弁体101は、第1弁座154の軸線上にある第1押圧面106を備える。また、第2弁座155の軸線上にある第2押圧面107を備える。
アクチュエータ部120が通電状態にあるとき、可動鉄心109が固定鉄心104に吸引され、第1ばね部材126によるバネ力が働かない状態となり、第1押圧部材121は移動し第1押圧面106を押圧しない状態となる。反対に、第2押圧部材124は、第2ばね部材125のバネ力により付勢され第2押圧面107を押圧した状態となる。レバー式ダイアフラム弁体101は、第2弁座155に当接した状態となる。
以上のように、レバー式ダイアフラム弁体101は、揺動運動により第1弁座154又は第2弁座155に当接又は離間する。第1弁座154又は第2弁座155に当接又は離間することにより、第3連通路156に流れる流体を制御する。
特許文献1のレバー式ダイアフラム弁体101は、レバー部103とダイアフラム部102が一体に成形され、揺動軸135により支点を与えられている。そのため、ダイアフラム部102は回動運動する構造となる。ダイアフラム部102が回動運動することにより、ダイアフラム部102は第1弁座154又は第2弁座155の軸線に対して斜めに当たる。ダイアフラム部102が弁座に対して斜めに当たることにより接触箇所毎に摩耗量が異なり、全周にわたり均一の摩耗量でなくなる。全周にわたり均一の摩耗量とならないと、摩耗箇所から漏れが発生するため問題となる。また、摩耗量が大きいことによりレバー式ダイアフラム弁体101の耐久性が悪くなるため問題となる。
また、レバー部103とダイアフラム部102が一体に成形されているため、弁閉時には第1弁座154又は第2弁座155の周りの流体圧力によりダイアフラム部102が引っ張られる。ダイアフラム部102が引っ張られることにより、シール力の強度が低下するため問題となる。
(1)固定鉄心及び可動鉄心を有するアクチュエータ部を備える電磁弁において、揺動軸を中心に軸支され揺動するシーソー式レバー部材を有すること、前記シーソー式レバー部材は、第1弁及び第2弁と別体で構成されていること、前記第1弁及び前記第2弁は、ダイアフラム弁体及び前記アクチュエータ部の本体の内壁に接しながら摺動する、柱形状で上部に溝が形成され、前記溝に係合棒が取り付けられた支持部材を有すること、前記ダイアフラム弁体は弁座に当接する弁座当たり部と変形可能な膜部を有すること、前記膜部が変形し前記第1弁は第1弁座に垂直に当接し、前記第2弁は第2弁座に垂直に当接すること、前記第1弁及び前記第2弁は、前記支持部材の外周が前記アクチュエータ部の本体の内壁と接することによりガイドされるため、前記第1弁は前記第1弁座に垂直に当接し、前記第2弁は前記第2弁座に垂直に当接すること、前記シーソー式レバー部材は、前記第1弁及び前記第2弁の前記係合棒と係合していること、を特徴とする。
固定鉄心及び可動鉄心を有するアクチュエータ部を備える電磁弁において、揺動軸を中心に軸支され揺動するシーソー式レバー部材を有すること、シーソー式レバー部材は、第1弁及び第2弁と別体で構成されていることにより、シール力の分散を防止することができる。すなわち、シーソー式レバー部材と第1弁及び第2弁を別体とすることにより、第1弁及び第2弁を第1弁座及び第2弁座に垂直に当接させることができる。第1弁及び第2弁が第1弁座及び第2弁座に対して垂直に当接することにより、シール力を均一に与えることができる。そのため、シール性能の低下を防止することができる。シール性能を向上させることができるため、電磁弁を高圧状態で使用することが可能となる。
また、第1弁及び第2弁を第1弁座及び第2弁座に垂直に当接させることにより、弁座面の全周にわたり均一に弁を当接できるので、各部分に掛かる力が均一になるため、摩耗量を均一にできる。そのため、斜めに当接し当接箇所の一部の摩耗量が大きくなることがないので、弁の耐久性を向上させることができる。
<電磁弁の全体構成>
図1には、本発明に係る電磁弁1(ノーマルクローズ)のうち第2弁34が第2弁座55に当接した閉弁時の断面図を示す。図2には、本発明に係る電磁弁1(ノーマルクローズ)のうち第1弁31が第1弁座54に当接した閉弁時の断面図を示す。
図1に示すように、電磁弁1は、アクチュエータ部2、本体弁部7により構成されている。本体弁部7の上部にアクチュエータ部2が固定されている。
図1に示すように、アクチュエータ部2は、カバー21に覆われている。カバー21の側面には、配線28が接続されている。アクチュエータ部2は、中空円筒状コイルボビン26に導線が巻かれたコイル22が形成され、コイルボビン26の中空部の一端には、固定鉄心23が固設され、他端には可動鉄心24が非磁性体であるカラー25により摺動可能に保持されている。可動鉄心24の先端には、押圧部材29を備える。押圧部材29には、復帰ばね27の一端が係合されており、復帰ばね27の他端はカラー25に係合されている。可動鉄心24は、コイル22に対して非通電時には、復帰ばね27の付勢力により、固定鉄心23とは反対側へ付勢される。可動鉄心24の先端の押圧部材29は、シーソー式レバー部材40を押圧する。
シーソー式レバー部材40の中心には、揺動軸45が挿入され、揺動軸45の端部は、図示しない壁面に固定されている。シーソー式レバー部材40の中心は揺動軸45により固定され、シーソー式レバー部材40の端部43は、押圧部材29により押圧されることにより、シーソーのように揺動運動をする。シーソー式レバー部材40は、揺動運動により第1弁31又は第2弁34を押圧し、第1弁31を第1弁座54に対して当接離間させ、又は、第2弁34を第2弁座55に当接離間させる。それにより、第1流路71又は第2流路72から第3流路77、78へ流れる流体制御することができる。
揺動軸45の中心軸は、第1押圧部41と第1弁31の当接する当接面、及び第2押圧部42と第2弁34が当接する当接面が同じ水平位置に位置する場合の水平位置面と同じ水平位置に位置することが好ましい。それにより、揺動軸45が小さい力で第1弁31及び第2弁34を移動させることができる。
第1ダイアフラム弁体32は、第1弁座54に対して当接離間する弁体部321と、そこから外側に張り出した膜部322と、膜部322の周縁に形成された環状の固定部323とを有して形成されたものである。そして、固定部323が本体弁部7と固定部材73とによって挟み込まれ、第1ダイアフラム弁体32が本体弁部7に対して固定されている。
第2ダイアフラム弁体35は、第2弁座55に対して当接・離間する弁体部351と、そこから外側に張り出した膜部352と、膜部352の周縁に形成された環状の固定部353とを有して形成されたものである。そして、固定部353が本体弁部7と固定部材73とによって挟み込まれ、第2ダイアフラム弁体35が本体弁部7に対して固定されている。
図1に示すように、本体弁部7の上面7Aには第1弁室58A及び第2弁室58Bが形成されている。第1弁室58Aは、第1弁孔61を介して第1流路71と連通する。また、第2弁室58Bは、第2弁孔62を介して第2流路72と連通する。
第1弁室58Aの中心には第1流路71に連通する第1弁孔61が形成されている。第1弁孔61の周辺部には第1ダイアフラム弁体32が当接離間する第1弁座54が形成されている。さらに、第1弁室58Aには第3流路77が連通している。
第2弁室58Bの中心には第2流路72に連通する第2弁孔62が形成されている。第2弁孔62の周辺部には第2ダイアフラム弁体35が当接離間する第2弁座55が形成されている。さらに、第2弁室58Bには第3流路78が連通している。
はじめに、図1を用いて、ノーマルクローズ状態の電磁弁1について説明をする。
図1に示すように、アクチュエータ部2へ非通電状態であるため、可動鉄心24は、復帰ばね27の付勢力により第2弁座55側へ付勢されている。そのため、可動鉄心24の押圧部材29がシーソー式レバー部材40の端部43を押圧する。シーソー式レバー部材40は、押圧部材29の方へ揺動され、第2弁34を押圧することで第2弁34が第2弁座55に当接する。そのため、第2弁孔62は塞がれた状態になる。一方、第1弁座54は第1弁31が離間した状態にある。
図示しない供給源から第1流路71へ流体が流入する。流体は、第1弁孔61、第1弁室58Aに通り、第3流路77へと流入する。
図示しない供給源から第2流路72へ流体が流入する。流体は、第2弁孔62、第2弁室58Bに通り、第3流路77へと流入する。
本実施形態においては、シーソー式レバー部材40と第1弁31及び第2弁34とを別体とすることで、第1弁31を第1弁座54及に、第2弁34を第2弁座55に対して水平に当接させることができる。すなわち、第1弁31及び第2弁32はシーソー式レバー部材40と別体としているため、第1弁31及び第2弁34が第1弁座54及び第2弁座55に対して斜めに当接するのを防止することができる。第1弁31及び第2弁34は、第1弁座54及び第2弁座55に対して垂直の位置に配置されている。第1弁31及び第2弁34はシーソー式レバー部材40と別体であるため垂直位置のまま、第1弁座54及び第2弁座55に対して移動することができる。よって、第1弁31を第1弁座54及び、第2弁34を第2弁座55に対して水平に当接させることができる。
また、電磁弁1は、第1弁31及び第2弁34及びシーソー式レバー部材40が全て別体となり分離しているため、組立時において上部から入れていくだけで組み立てることができるため製造が容易であるため、製造時間が短縮され製造コストを低減することができる。
なお、第1弁31について説明をしたが、第2弁34についても同様の構成を有するため上記した同様の作用効果を有する。
図3に、電磁弁の作動回数と漏れ始め圧の関係を示す。ここで漏れ始め圧とは、電磁弁の弁と弁座との間から流体の漏れが始まる圧力を意味する。
図3に示す、白抜きの四角形状で表した本実施形態の電磁弁1の実験機1の結果を実線P1で示す。また、白抜きの三角形状で表した本実施形態の電磁弁1の実験機2の結果を実線P2で示す。
また、黒三角形状で表した図5に示す従来技術の小型電磁弁100の実験機1の結果を破線Q1で示す。黒四角形状で表した従来技術の小型電磁弁100の実験機2の結果を破線Q2で示す。黒丸形状で表した従来技術の小型電磁弁100の実験機3の結果を破線Q3で示す。
しかし、作動を始めると従来技術の小型電磁弁100における漏れ始め圧は急激に下がる。具体的には作動回数が20万回における破線Q120では、0.9MPaから0.67MPaに漏れ始め圧が下がっている。破線Q220では、0.9MPaから0.63MPaに漏れ始め圧が下がっている。破線Q320では、0.9MPaから0.4MPaに漏れ始め圧が下がっている。
以上より従来技術における小型電磁弁100の漏れ始め圧は、作動回数により最大約0.9MPaから最低約0.4MPaまでと大きく変化し一定のシール力を保つことができなかった。また、小型電磁弁100の仕様では最低漏れ始め圧の最も低い破線Q320の約0.4MPaを基準とするため、当該小型電磁弁100は高圧状態で使用することができなかった。
また、本実施形態の電磁弁1の実験機は現在も実験継続中であるが、作動回数が20万回において漏れ始め圧が、実線P120は約0.65MPaであり、実線P220は約0.55MPaである。作動回数が40万回において漏れ始め圧が、実線P140は約0.6MPaであり、実線P240は0.55MPaである。作動回数が60万回において漏れ始め圧が実線P160及び実線P260は約0.55MPaである。
図4に、電磁弁の作動回数と作動電流の関係を示す。ここで作動電流とは、電磁弁の弁を弁座に当接させるために必要とされる電力をいう。図4に示す、白抜きの四角形状で表した本実施形態の電磁弁1の実験機1の結果を実線R1で示す。また、白抜きの三角形状で表した本実施形態の電磁弁1の実験機2の結果を実線R2で示す。
また、黒三角形状で表した従来技術の小型電磁弁100の実験機1の結果を破線S1で示す。黒四角形状で表した従来技術の小型電磁弁100の実験機2の結果を破線S2で示す。黒丸形状で表した従来技術の小型電磁弁100の実験機3の結果を破線S3で示す。
また、シーソー式レバー部材40と第1弁31及び第2弁34が別体で構成されているため、第1弁31及び第2弁34を第1弁座54及び第2弁座55に対して垂直に当接させることができる。そのため、シールを均一に行うことができるためシール力を余分に与える必要がないことから作動電流を少なくすることができる。
また、電磁弁1は、工場においては数100以上設置されているところもある。そのため、1つの電磁弁が作動電力を小さくすることができれば、工場全体においては大きな省エネルギー化を図ることができる。
第2実施形態に係る電磁弁は、第1実施形態に係る電磁弁と比較して、シーソー式レバー部材、第1弁、第2弁、及び本体弁部以外に異なるところがない。そのため、第2実施形態においては、シーソー式レバー部材240、第1弁231、第2弁234、本体弁部207を説明することにより、その他の説明を割愛する。なお、第2実施形態ではその他の説明を割愛するが、第1実施形態と同様の作用及び効果を有する。図6に示すように、第2実施形態のうち第1実施形態と同様の構成を有する部分は、第1実施形態の電磁弁1の符号を200番台としたものとする。
図6には、本発明に係る電磁弁200の断面図(一部側面図)を示す。電磁弁200は、シーソー式レバー部材240により、第1弁231を第1弁座254に、第2弁234を第2弁座255に対して当接させることができる。
シーソー式レバー部材240は、略長方形の平板形状であり、表面240Aが略円筒形状の第1弁231及び第2弁234の周壁231A及び234Aに当接するように形成されている。シーソー式レバー部材240には、表面240Aから裏面に対して第1弁231の係合棒233Bと係合する係合凹部241が形成されている。また、表面240Aから裏面に対して第2弁234の係合棒236Bと係合する係合凹部242が形成されている。シーソー式レバー部材240の表面240Aの中心には、揺動軸245が挿入されている。シーソー式レバー部材240は、揺動軸245を中心に揺動することができる。本実施形態においては、シーソー式レバー部材240を一つ使用しているが、略円筒形状の第1弁231及び第2弁234の周壁231A及び234Aの表と裏と両面に対して取り付けることもできる。
図6に示すように、第1弁231は、ダイアフラム弁体230及び第1支持部材233を有する。第1支持部材233は本実施形態においては略円筒形状をなす。第1支持部材233の一端は、復帰ばね227と係合する可動鉄心224と当接しており、他端はダイアフラム弁体230と嵌合している。図10に第1支持部材233の一部断面図を示す。第1支持部材233のダイアフラム弁体230との嵌合部には第1嵌合凹部233Aが形成されている。第1嵌合凹部233Aがダイアフラム弁体230の第1嵌合凸部232Aと嵌合することにより第1支持部材233とダイアフラム弁体230が連動して動く。第1支持部材233の中心軸から径方向に伸ばした径線上にシーソー式レバー部材240と係合する係合棒233Bが形成されている。係合棒233Bはシーソー式レバー部材240の係合凹部242と係合する。それにより第1支持部材233の動きとシーソー式レバー部材240の動きが連動する。
図6に示すように、アクチュエータ部202へ非通電状態であるため、可動鉄心224は、復帰ばね227の付勢力により第1弁座254側へ付勢されている。そのため、可動鉄心224が第1弁231の端部を押圧し、第1弁231が第1弁座254に当接し、第1流路271は塞がれた状態になる。一方、第2弁234は第2弁座255から離間した状態にある。
図示しない供給源から第1流路271へ流体が流入する。流体は、第1弁座254が塞がれているため、第1流路271から第1弁室258A、第3流路279、第2弁室258Bに流入することがない。
図示しない供給源から第1流路271へ流体が流入する。流体は、第1流路271、第1弁室258A、第3流路279へと流入する。
第2実施形態においては、シーソー式レバー部材240と第1弁231及び第2弁234とを別体とすることで、第1弁231を第1弁座254に、第2弁234を第2弁座255に対して水平に当接させることができる。すなわち、第1弁231及び第2弁234はシーソー式レバー部材240と別体としているため、第1弁231及び第2弁234が第1弁座254及び第2弁座255に対して斜めに当接するのを防止することができる。第1弁231及び第2弁234は、第1弁座254及び第2弁座255に対して垂直の位置に配置されている。第1弁231及び第2弁234はシーソー式レバー部材240と別体であるため垂直位置のまま、第1弁座254及び第2弁座255に対して移動することができる。よって、第1弁231を第1弁座254及び、第2弁234を第2弁座255に対して水平に当接させることができる。
さらに、ダイアフラム弁体230が第1弁及び第2弁に対して別体でないことにより製造が容易であり、組立も容易になる。
また、付勢部材が少なくなることにより構造が簡単になり容易に製造することができるため、コストを低減することができる。
例えば、電磁弁1及び電磁弁200をノーマルオープンタイプ又はノーマルクローズタイプとすることができる。
例えば、第3流路77、78から第1流路71又は第2流路72へ流体を流すこともできる。同様に第3流路277〜第1流路271又は第2流路272へ流体を流すこともできる。
例えば、本実施形態における電磁弁1及び電磁弁200は、医療分析に使用することができる。また、その他の凡用の電磁弁にも応用化をすることができる。
2,202 アクチュエータ部
23,223 固定鉄心
24,224 可動鉄心
31,231 第1弁
34,234 第2弁
45,245 揺動軸
40,240 シーソー式レバー部材
54,254 第1弁座
55,255 第2弁座
Claims (3)
- 固定鉄心及び可動鉄心を有するアクチュエータ部を備える電磁弁において、
揺動軸を中心に軸支され揺動するシーソー式レバー部材を有すること、
前記シーソー式レバー部材は、第1弁及び第2弁と別体で構成されていること、
前記第1弁及び前記第2弁は、ダイアフラム弁体及び前記アクチュエータ部の本体の内壁に接しながら摺動する、柱形状で上部に溝が形成され、前記溝に係合棒が取り付けられた支持部材を有すること、
前記ダイアフラム弁体は弁座に当接する弁座当たり部と変形可能な膜部を有すること、
前記膜部が変形し前記第1弁は第1弁座に垂直に当接し、前記第2弁は第2弁座に垂直に当接すること、
前記第1弁及び前記第2弁は、前記支持部材の外周が前記アクチュエータ部の本体の内壁と接することによりガイドされるため、前記第1弁は前記第1弁座に垂直に当接し、前記第2弁は前記第2弁座に垂直に当接すること、
前記シーソー式レバー部材は、前記第1弁及び前記第2弁の前記係合棒と係合していること、
を特徴とする電磁弁。 - 固定鉄心及び可動鉄心を有するアクチュエータ部を備える電磁弁において、
揺動軸を中心に軸支され揺動するシーソー式レバー部材を有すること、
前記シーソー式レバー部材は、第1弁及び第2弁と別体で構成されていること、
前記第1弁及び前記第2弁は、ダイアフラム弁体及び柱形状の支持部材を有すること、
前記ダイアフラム弁体は弁座に当接する弁座当たり部と変形可能な膜部を有すること、
前記膜部が変形し前記第1弁は第1弁座に垂直に当接し、前記第2弁は第2弁座に垂直に当接すること、
前記支持部材の一端には傘部が形成されていること、
前記第1弁及び前記第2弁は、前記支持部材の胴体中央部及び前記傘部が所定の距離をもって、各々が前記ダイアフラム弁体を固定する固定部材の内壁と接することによりガイドされるため、前記第1弁は第1弁座に垂直に当接し、前記第2弁は前記第2弁座に垂直に当接すること、
前記シーソー式レバー部材は、前記アクチュエータ部方向の前記第1弁及び前記第2弁の面に当接していること、
を特徴とする電磁弁。 - 請求項1又は2に記載する電磁弁において、
前記ダイアフラム弁体は、前記第1弁に第1ダイアフラム弁体として形成され、前記第2弁に第2ダイアフラム弁体として形成されていること、
を特徴とする電磁弁。
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