JP2010127446A - ダイヤフラム駆動式バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】弁部を駆動させる駆動力を高めることができるダイヤフラム駆動式バルブを提供する。
【解決手段】このバルブ１は、ボディ２の仕切壁４の弁軸挿通孔４０に移動可能に挿通され弁部５０をもつ弁軸５と、複数のダイヤフラム６１，６２で形成されたダイヤフラム群６とをもつ。ダイヤフラム群６のダイヤフラム６１，６２は、弁軸５を閉弁方向に移動させるための閉弁用受圧室７１，７２と、弁軸５を開弁方向に移動させる開弁用受圧室８１，８２とに各中空室２１，２２を仕切る。ダイヤフラム群６は、複数の閉弁用受圧室７１，７２と、複数の開弁用受圧室８１，８２とを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明はダイヤフラムが受圧した流体圧で弁部を移動させて弁口を開閉させるダイヤフラム駆動式バルブに関する。

パイロット圧が供給されると、ダイヤフラムが押圧されて弁部が下降動作し、て弁部のシート部が弁座に着座し、ガスの排出が停止される燃料電池シテスム用のバルブが提供されている（特許文献１）。このものによれば、パイロット圧の供給が停止されると、コイルスプリングの付勢力により弁部が上昇動作し、弁部が開弁され、これによりガスが流通する。

また、ガスの流量を制御する弁部と、弁部を駆動するモータと、モータを駆動する制御部とが設けられているバルブが提供されている（特許文献２）。
特開２００４−１８３７１３号公報 特開２０００−９７３５９号公報

特許文献１に係るバルブによれば、バルブに搭載されているダイヤフラムは単数であり、ダイヤフラムが受圧する力には限界がある。このため弁部が駆動する駆動力には限界がある。また、特許文献２に係るバルブによれば、モータという駆動源で弁部を駆動させるものであり、ダイヤフラムの受圧で弁部が駆動する方式ではない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、ダイヤフラムが受圧した気体圧等の流体圧で弁部を開閉させるにあたり、弁部を開閉させる駆動力を増加させるのに有利なダイヤフラム駆動式バルブを提供することを課題とする。

本発明に係るダイヤフラム駆動式バルブは、（ｉ）１次通路と２次通路とを連通させる弁口を形成する弁座と、前記弁口に連通する作動室と、作動室を複数の中空室に仕切ると共に弁軸挿通孔を有する仕切壁とを有するボディと、（ｉｉ）ボディの仕切壁の弁軸挿通孔に移動可能に挿通され移動に伴い弁口を開閉させるための弁部をもつ軸状をなす弁軸と、（ｉｉｉ）外端部がボディに保持され内端部が弁軸に保持され弁軸の軸長方向に直列状態に並設された複数のダイヤフラムで形成されたダイヤフラム群とを具備しており、（ｉｖ）ダイヤフラム群のダイヤフラムは、流体圧の受圧に伴い弁軸を閉弁方向に移動させるための閉弁用受圧室と、流体圧の受圧に伴い前記弁軸を開弁方向に移動させる開弁用受圧室とに、弁軸の軸長方向において各中空室を仕切ると共に、
閉弁用受圧室および開弁用受圧室のうちの一方または双方は、弁軸の軸長方向において複数個配置されていることを特徴とする。

弁部を開弁させるときには、開弁用受圧室に流体が供給される。これによりダイヤフラム群を構成する複数のダイヤフラムが開弁方向に変形する。この結果、弁軸が開弁方向に移動して弁部が弁口から離間して弁口が開放される。流体としては気体、液体が挙げられる。

これに対して、弁部を閉弁させるときには、閉弁用受圧室に流体が供給される。これによりダイヤフラム群を構成する複数のダイヤフラムが閉弁方向に変形する。この結果、弁軸が閉弁方向に移動して弁部で弁口を閉鎖させる。

本発明によれば、閉弁用受圧室および開弁用受圧室のうちの一方または双方は、弁軸の軸長方向において複数個配置されている。従って、複数個配置されている受圧室からダイヤフラム群が受圧する受圧力が増加する。

本発明によれば、閉弁用受圧室および開弁用受圧室のうちの一方または双方は、弁軸の軸長方向において複数個配置されている。この場合、閉弁用受圧室が弁軸の軸長方向において複数個配置されていれば、ダイヤフラム群の受圧に基づく閉弁駆動力を増加させることができる。あるいは、開弁用受圧室が弁軸の軸長方向において複数個配置されていれば、ダイヤフラム群の受圧に基づく開弁駆動力を増加させることができる。

本発明によれば、閉弁用受圧室および開弁用受圧室のうちの一方または双方は、弁軸の軸長方向において複数個配置されている。この場合、閉弁用受圧室が弁軸の軸長方向において複数個配置されていれば、ダイヤフラム群の受圧に基づく閉弁駆動力を増加させることができる。あるいは、開弁用受圧室が弁軸の軸長方向において複数個配置されていれば、ダイヤフラム群の受圧に基づく開弁駆動力を増加させることができる。このように弁軸を駆動させるダイヤフラム群の受圧に基づく駆動力を増加させることができる。

このため単数のダイヤフラムが搭載されている従来のバルブに対して、ダイヤフラムと径が同一であれば、同じ駆動力を得るにあたり、各ダイヤフラムの径を小さくでき、バルブの小型化を図ることができる。

ダイヤフラム駆動式バルブは、ボディを有する。ボディは、１次通路と２次通路とを連通させる弁口を形成する弁座と、弁口に連通する作動室と、弁軸の軸長方向において作動室を複数の中空室に仕切る仕切壁とを有する。仕切壁は、弁軸を挿通するための弁軸挿通孔を有する。弁軸は、ボディの仕切壁の弁軸挿通孔に移動可能に挿通されており、移動に伴い弁口を開閉させるための弁部をもつ。

ダイヤフラム群は複数のダイヤフラムで形成されている。ダイヤフラムの外端部はボディに保持されている。ダイヤフラムの内端部は弁軸に保持されている。保持構造はディスクに限定されるものではない。複数のダイヤフラムは弁軸の軸長方向に直列に並設されている。ダイヤフラムの数は２個でも、３個でも、４個でも、それ以上でも良い。この場合、各ダイヤフラムは組成、サイズ、厚みは同じとすることができるが、これに限定されるものではなく、必要に応じて各ダイヤフラムの組成、サイズ、厚み、形状等を変更させることもできる。

ダイヤフラムは、流体圧の受圧に伴い弁軸を閉弁方向に移動させるための閉弁用受圧室と、流体圧の受圧に伴い弁軸を開弁方向に移動させる開弁用受圧室とに弁軸の軸長方向において各中空室を仕切る。このようなダイヤフラム群は、弁軸の軸長方向において、閉弁用受圧室と開弁用受圧室とを形成している。

本発明によれば、閉弁用受圧室は弁軸の軸長方向において複数個配置されており、開弁用受圧室は弁軸の軸長方向において複数個配置されている形態が採用できる。この場合、ダイヤフラム群の受圧に基づく閉弁駆動力、および、ダイヤフラム群の受圧に基づく開弁駆動力の双方を増加させることができる。

また場合によっては、閉弁用受圧室は弁軸の軸長方向において複数個配置されているものの、開弁用受圧室は単数とされている形態も採用できる。この場合、ダイヤフラム群の受圧に基づく閉弁駆動力を増加させることができる。

また場合によっては、閉弁用受圧室は単数とされており、開弁用受圧室は弁軸の軸長方向において複数個配置されている形態も採用できる。この場合、ダイヤフラム群の受圧に基づく開弁駆動力を増加させることができる。ここで、複数とは２以上を意味し、複数の上限値はバルブの用途および種類等に応じて適宜選択でき、例えば１０個にできる。

本発明の一視点によれば、弁軸およびハウジングのうちの少なくとも一方は、複数の閉弁用受圧室同士を連通させる閉弁用連通路を有することが好ましい。閉弁用連通路が弁軸の内部に空洞状に設けられている場合には、サイズの小型化に貢献できる。本発明の一視点によれば、弁軸およびハウジングのうちの少なくとも一方は、複数の開弁用受圧室同士を連通させる開弁用連通路を有することが好ましい。開弁用連通路が弁軸の内部に設けられている場合には、サイズの小型化に貢献できる。

本発明の一視点によれば、閉弁時には、閉弁用受圧室は１次通路に直接的または間接的に連通されていることができる。１次通路の１次圧を閉弁用受圧室に供給できる。この場合、相手側の開弁用受圧室は大気圧に直接的または間接的に開放されていることができる。

本発明の一視点によれば、開弁時には、開弁用受圧室は１次通路に直接的または間接的に連通されていることができる。１次通路の１次圧を開弁用受圧室に供給できる。この場合、相手側の閉弁用受圧室は大気圧に直接的または間接的に開放されていることができる。

以下、本発明の実施例１について図１を参照して説明する。ダイヤフラム駆動式バルブ１は金属、硬質樹脂またはセラミックス製のボディ２を有する。ボディ２は、連結された第１ボディ２ａと第２ボディ２ｂと第３ボディ２ｃとを有する。ボディ２は、高圧側の１次通路３１と低圧側の２次通路３２とを連通させる弁口２９と、弁口２９に連通する作動室２０と、作動室２０を複数の第１中空室２１および第２中空室２２に仕切るための単数の仕切壁４とを有する。弁口２９の周囲は弁座２８とされている。第１中空室２１および第２中空室２２は弁軸５の軸長方向において（矢印Ｙ１，Ｙ２方向）直列に並設されている。

図１に示すように、仕切壁４のほぼ中央領域には、弁軸挿通孔４０が形成されている。弁軸挿通孔４０は、弁軸５を挿通するための仕切壁４を厚み方向に貫通する。弁軸５は長軸状をなしており、ボディ２の仕切壁４の弁軸挿通孔４０に移動可能に挿通されている。弁軸５は上下方向に延設されているが、これに限らずボディ２と共に傾斜していても良い。

弁軸挿通孔４０の内壁面と弁軸５の外壁面との間には、リング形状をなすシール部材４２が介在している。弁軸５の先端部には、移動に伴い弁口２９を開閉させるための弁部５０が鍔状に形成されている。弁部５０は弁座２８に着座可能である。

図１に示すように、ダイヤフラム群６は、弁口２９に近い側に配置された第１ダイヤフラム６１と、弁口２９に遠い側に配置された第２ダイヤフラム６２とを有する。第１ダイヤフラム６１および第２ダイヤフラム６２は、ゴムや樹脂等の高分子材料で形成された変形可能な膜状とされている。なお、第１ダイヤフラム６１および第２ダイヤフラム６２には、必要に応じて、ガスバリヤ性を高めるためのバリヤ層や補強させるための補強層が埋設されていても良い。

図１に示すように、第１ダイヤフラム６１の第１外端部６１ｐはボディ２に保持されている。すなわち第１ダイヤフラム６１の厚肉状の第１外端部６１ｐは、ボディ２の第１ボディ２ａと第２ボディ２ｂとに挟持されて保持されている。第１ダイヤフラム６１の第１内端部６１ｉは第１取付部６９ｆにより弁軸５に保持されている。

第２ダイヤフラム６２の第２外端部６２ｐはボディ２に保持されている。すなわち第２ダイヤフラム６２の厚肉状の第２外端部６２ｐは、ボディ２の第２ボディ２ｂと第３ボディ２ｃとに挟持されて保持されている。第２ダイヤフラム６２の第２内端部６２ｉは第２取付部６９ｓにより弁軸５に保持されている。なお第１ダイヤフラム６１および第２ダイヤフラム６２の両者は、同組成、同サイズ、同厚みとすることができるが、これに限定されるものではない。

図１に示すように、第１ダイヤフラム６１は、気体圧（流体圧）の受圧に伴い弁軸５を閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に移動させるための第１の閉弁用受圧室７１と、流体圧の受圧に伴い弁軸５を開弁方向（矢印Ｙ２方向）に移動させる第１の開弁用受圧室８１とに第１中空室２１を仕切る。従って、第１ダイヤフラム６１は、第１の閉弁用受圧室７１に対面する第１の閉弁用受圧面６１ｓ（ｓ：shut）と、第１の開弁用受圧室８１に対面する第１の開弁用受圧面６１ｏ（ｏ：open）とを有する。なお、第１の開弁用受圧室８１は弁口２９に対面している。

第２ダイヤフラム６２は、気体圧（流体圧）の受圧に伴い弁軸５を閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に移動させるための第２の閉弁用受圧室７２と、流体圧の受圧に伴い弁軸５を開弁方向（矢印Ｙ２方向）に移動させる第２の開弁用受圧室８２とに第２中空室２２を仕切る。従って、第２ダイヤフラム６２は、第２の閉弁用受圧室７２に対面する第２の閉弁用受圧面６２ｓ（ｓ：shut）と、第２の開弁用受圧室８２に対面する第２の開弁用受圧面６２ｏ（ｏ：open）とを有する。

図１から理解できるように、ダイヤフラム群６は、ボディ２の作動室２０に配置されている。ダイヤフラム群６は、弁軸５の軸長方向（弁部５０の開閉方向）において、弁口２９から離間するにつれて、第１の開弁用受圧室８１、第１の閉弁用受圧室７１と、第２の開弁用受圧室８２、第２の閉弁用受圧室７２とを直列にこの順に形成している（仕切壁４の配置順を除く）。

このように弁軸５の軸長方向（弁部５０の開閉方向）において、開弁用受圧室および閉弁用受圧室が交互に配置されている。ダイヤフラム群６に開弁駆動力および閉弁駆動力をそれぞれ与えるためである。なお、図１に示すように、開弁用受圧室８１，８２の数は閉弁用受圧室７１，７２の数と同数である。それぞれ２個とされている。図１に示すように、シール部材４２は、第１の閉弁用受圧室７１と第２の開弁用受圧室８２との境界領域をシールする。

第１ダイヤフラム６１はコンボリューションとも呼ばれる第１膨出部６１ｍをもつ。第１膨出部６１ｍは、第１凹み６１ｒを形成しつつ弁軸５の軸芯Ｐ１の回りでリング状に配置されており、圧力に応じて表裏反転可能とされている。第２ダイヤフラム６２はコンボリューションとも呼ばれる第２膨出部６２ｍをもち、圧力に応じて表裏反転可能とされている。第２膨出部６２ｍは、第２凹み６２ｒを形成しつつ弁軸５の軸芯Ｐ１の回りでリング状に配置されている。

ここで、コンボリューションを有するダイヤフラムを搭載するバルブによれば、基本的には、第１ダイヤフラム６１については、第１膨出部６１ｍの頂点６１ｘよりも径内側の受圧面積が第１ダイヤフラム６１の有効受圧面積とされている。同様に、基本的には、第２ダイヤフラム６２については、第２膨出部６２ｍの頂点６２ｘよりも径内側の受圧面積が第２ダイヤフラム６２の有効受圧面積とされている。

図１に示すように、第２のダイヤフラム６２と仕切壁４との間には、第２のダイヤフラム６２の開弁動作をアシストするための開弁用の付勢バネ５８が設けられている。この付勢バネ５８はコイル状をなしており、第２の開弁用受圧室８２に弁軸５の外周側において弁軸５と同軸的に配置されている。

ボディ２は閉弁用連通路９０Ｆを有する。閉弁用連通路９０Ｆは、第１の閉弁用受圧室７１と第２の閉弁用受圧室７２とを連通させる。すなわち、閉弁用連通路９０Ｆの一端部９０ｅは、第１の閉弁用受圧室７１に連通する。閉弁用連通路９０Ｆの他端部９０ｆは、第２の閉弁用受圧室７２に連通する。なお、閉弁用連通路９０Ｆの半分以上はボディ１の外壁面に露出しており、組付性が良い。必要に応じて、閉弁用連通路９０Ｆをボディ１の壁の肉厚の内部に埋設しても良い。

本実施例によれば、第１の開弁用受圧室８１のポート８１ｔは、１次通路３１直接または他のバルブなどを介して間接的に連通されている。また、第２の開弁用受圧室８２のポート８２ｔは、中間路２００及びバルブ２０５を介して１次通路３１に連通可能とされている共に、大気にも連通可能とされている。第２の閉弁用受圧室７２のポート７２ｔは、中間路２１０および中間バルブ２２０を介して１次通路３１に連通されていると共に、大気にも連通可能とされている。なお中間バルブ２２０，２０５は三方バルブとされているが、これに限られるものではなく、要するに開閉機能を有すれば良い。

さて、弁部５０で弁口２９を閉鎖する閉弁動作について説明する。先ず、１次通路３１側の高圧（大気圧よりも高圧）の気体を中間弁２２０および中間路２１０を介してポート７２ｔから第２の閉弁用受圧室７２に、閉弁圧として供給する。そして、第２の閉弁用受圧室７２に供給された気体は、閉弁用連通路９０Ｆから第１の閉弁用受圧室７１にも、高圧の閉弁圧として供給される。よって、第２ダイヤフラム６２の第２の閉弁用受圧面６２ｓが閉弁圧を閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に受圧する。同様に、第１ダイヤフラム６１の第１の閉弁用受圧面６１ｓが閉弁圧を閉弁方向（矢印Ｙ１方向）受圧する。

この結果、第２ダイヤフラム６２が閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に移動すると共に、第１ダイヤフラム６１も閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に移動する。この結果、弁軸５が閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に移動し、弁部５０が弁座２８に着座し、弁部５０が閉弁する。このため単数のダイヤフラムが搭載されている従来のバルブに比較して、第１ダイヤフラム６１および第２ダイヤフラム６２の双方が閉弁駆動力を発揮させるので、バルブ１は大きな閉弁駆動力を発揮することができる。

なお、弁部５０を閉弁方向に移動させるときには、第２の開弁用受圧室８２のポート８２ｔ、第１の開弁用受圧室８１のポート８１ｔは、大気に開放されることが好ましい。この場合、第２の開弁用受圧室８２および第１の開弁用受圧室８１は低圧（大気圧）となる。このため、第１ダイヤフラム６１および第２ダイヤフラム６２は閉弁方向に良好に変形することができる。

本実施例によれば、単数のダイヤフラムが搭載されているバルブとは異なり、第１ダイヤフラム６１，第２ダイヤフラム６２に基づく閉弁駆動力を増加させることができるため、弁口２９が開放されて弁口２９に気体が流れている状態のときであっても、弁部５０を閉弁させることができる。

本実施例によれば、バルブ１が搭載されているシステムが停止される場合には、弁部５０が閉弁された状態で、制御装置により中間弁２２０が閉鎖された状態に維持される。このため、第１の閉弁用受圧室７１および第２の閉弁用受圧室７２の双方には、高圧の気体が封入されている状態に維持される。よって、弁部５０が弁座２８に着座したままの状態に良好に維持される。

次に、弁口２９を閉鎖している弁部５０を開放させる開弁動作について説明する。先ず、１次通路３１側の高圧の気体をポート８１ｔから第１の開弁用受圧室８１に、高圧の開弁圧として供給する。同様に、高圧の気体をポート８２ｔから第２の開弁用受圧室８２に、高圧の開弁圧として供給する。よって、第２ダイヤフラム６２の第２の開弁用受圧面６２ｏが開弁圧を開弁方向に受圧する。同様に、第１ダイヤフラム６１の第１の開弁用受圧面６１ｏが開弁圧を開弁方向に受圧する。この結果、第２ダイヤフラム６２が開弁方向（矢印Ｙ２方向）に移動する。同様に、第１ダイヤフラム６１が開弁方向（矢印Ｙ２方向）に移動する。

この結果、弁軸５が開弁方向（矢印Ｙ２方向）に移動する。故に、弁座２８に着座していた弁部５０が弁座２８から離間し、弁部５０が開弁し、弁口２９が開放される。このため単数のダイヤフラムのみが搭載されている従来のバルブに比較して、第１ダイヤフラム６１および第２ダイヤフラム６２の双方がそれぞれ開弁駆動力を発揮するため、バルブ１は大きな開弁駆動力を発揮することができる。

上記したように弁部５０を開弁方向に移動させるときには、第２の閉弁用受圧室７２のポート７２ｔは、大気に開放されることが好ましい。この場合、第２の閉弁用受圧室７２と第１の閉弁用受圧室７１とは閉弁用連通路９０Ｆを介して連通されているため、第２の閉弁用受圧室７２および第１の閉弁用受圧室７１の双方が大気に開放される。従ってダイヤフラム６１，６２は良好に変形できる。

なお本実施例によれば、単数のダイヤフラムが搭載されている従来のバルブと、本実施例のバルブ１とについて、駆動力が同一である場合には、第１ダイヤフラム６１および第２ダイヤフラム６２の双方が設けられているため、ダイヤフラム径を小さくでき、バルブ１の径寸法Ｄ１（図１参照）の小型化に貢献することができる。

ここで、付勢バネ５８は第２ダイヤフラム６２を開弁方向（矢印Ｙ２方向）に常時に付勢しているため、開弁駆動力の大きさを高めることができ、バルブ１の開弁動作をアシストすることができる。この場合、水の凍結等で弁座２８と弁部５０とが結着されている場合において、開弁に有効である。上記したようにバルブ１の弁部５０は、気体の圧力（流体圧）に基づいて開閉される。弁部５０を開閉させるためのアクチュエータはバルブ１に設けられていない。

本実施例に係るバルブ１は、気体の搬送を行う流体システムに適用できる。例えば燃料電池システムに適用できる。この場合、バルブ１に供給される気体としてはカソードガスが挙げられるが、アノードガスでも良い。更には、燃料電池システムのパージガス等として使用される窒素ガスでも良い。

本実施例によれば、弁部５０が閉弁しているときにおいて、ダイヤフラム群６を構成する第１ダイヤフラム６１および第２ダイヤフラム６２について、有効受圧面積は同一又は近似している。このため第１ダイヤフラム６１および第２ダイヤフラム６２の変形は同程度となる。すなわち、第１ダイヤフラム６１および第２ダイヤフラム６２について、有効受圧面積の最大値Ｓmaxを有するダイヤフラム、最小値Ｓminを有するダイヤフラムを選定する。本実施例によれば、Ｓmax／Ｓmin＝１．００〜１．３０の範囲内、１．００〜１．２０の範囲内、１．０１〜１．１０の範囲内、１．０２〜１．０５の範囲内に設定されていることが好ましい。この場合、第１ダイヤフラム６１の有効受圧面積と第２ダイヤフラム６２の有効受圧面積とが同一または近似した値となり、開弁動作時および閉弁動作時において、均一な負荷がダイヤフラム６１，６２に作用することになり、ダイヤフラム群６の耐久性の向上に貢献できる。

なお本実施例によれば、図１に示すように、第２ダイヤフラム６２は、開弁をアシストするための付勢バネ５８により付勢されているため、付勢バネ５８に抗して閉弁動作する必要があり、且つ、開弁の際には付勢バネ５８で開弁駆動力がアシストされる。これに対して第１ダイヤフラム６１は付勢バネ５８で付勢されていない。このため第１ダイヤフラム６１および第２ダイヤフラム６２は厳密には同じ動作をするものではない。但し、第１ダイヤフラム６１の第１内端部６１ｉおよび第２ダイヤフラム６２の第２内端部６２ｉは弁軸５に保持されているため、弁軸５が矢印Ｙ１，Ｙ２方向に移動する限り、第１ダイヤフラム６１の変形量および第２ダイヤフラム６２の変形量は基本的には大差がないものである。

なお本実施例では、１次通路３１から２次通路３２に向けて流体が流れるが、これに限らず、２次通路３２に相当する通路３２Ｍから、１次通路３１に相当する通路３１Ｍに向けて流体が流れることにしても良い。この場合、閉弁状態の弁部５０を開放させるときには、中間バルブ２２０を大気に連通させてポート７２ｔおよび閉弁用受圧室７２を大気に開放させつつ、流体をバルブ２０５およびポート８２ｔを介して開弁用受圧室８２に流体を導入させれば良い。

図２は実施例２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、実施例１と相違する部分を中心として説明する。図２に示すように、弁軸５の内部には、閉弁用連通路９０Ｓが空洞状に形成されている。閉弁用連通路９０Ｓは、弁軸５の軸長方向に沿って延びる長孔９０ａと、長孔９０ａに連通するように弁軸５の径方向に沿って延びる複数個の短孔９０ｃとを有する。短孔９０ｃは第１の閉弁用受圧室７１に連通する。長孔９０ａの先端開口９０ｅは第２の閉弁用受圧室７２に連通する。

この結果、閉弁用連通路９０Ｓは、第１の閉弁用受圧室７１と第２の閉弁用受圧室７２とを常時連通させ、同圧とさせることができる。すなわち、閉弁用連通路９０Ｓの一端部は第１の閉弁用受圧室７１に連通すると共に、第２の閉弁用連通路９０Ｓの他端部は第２の閉弁用受圧室７２に連通する。

実施例１と同様に、図２に示すように、ボディ２は、第１の閉弁用受圧室７１と第２の閉弁用受圧室７２とを連通させる閉弁用連通路９０Ｆを有する。閉弁用連通路９０Ｆの一端部９０ｅは第１の閉弁用受圧室７１に連通すると共に、閉弁用連通路９０Ｆの他端部９０ｆは第２の閉弁用受圧室７２に連通する。なお本実施例においても、図２に示すように、開弁用受圧室８１，８２の数は閉弁用受圧室７１，７２の数と同数であり、それぞれ２個とされている。

上記したように閉弁用連通路９０Ｆおよび閉弁用連通路９０Ｓの双方が並設されているため、第１の閉弁用受圧室７１と第２の閉弁用受圧室７２との連通性が良好に維持される。従って、万一、連通路９０Ｆ，９０Ｓのうちのいずれか一方に詰まり等が発生するときであっても、第１の閉弁用受圧室７１と第２の閉弁用受圧室７２との連通性が良好に維持される。よって、ダイヤフラム群６の動作性が良好に確保される。

図３は実施例３を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図３に示すように、弁軸５の内部には、閉弁用連通路９０Ｓが空洞状に形成されている。閉弁用連通路９０Ｓは、弁軸５の軸長方向に沿って延びる長孔９０ａと、長孔９０ａに連通するように弁軸５の径方向に沿って延びる複数個の短孔９０ｃとを有する。短孔９０ｃは第１の閉弁用受圧室７１に連通する。長孔９０ａの先端開口９０ｅは第２の閉弁用受圧室７２に連通する。この結果、閉弁用連通路９０Ｓは、第１の閉弁用受圧室７１と第２の閉弁用受圧室７２とを連通させ、同圧に維持できる。なお本実施例においても、図３に示すように、開弁用受圧室８１，８２の数は閉弁用受圧室７１，７２の数と同数であり、それぞれ２個とされている。

図４は実施例４を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図４は、弁軸５の軸芯Ｐ１に沿って軸芯Ｐ１を通る断面を示す。仕切壁４に形成されている弁軸挿通孔４０の内壁面と弁軸５の外壁面との間には、スリーブ形状をなすシール部材４２Ｂが同軸的に配置されている。シール部材４２Ｂを形成する周壁は、これの厚み方向に弾性変形できるように設定されている。従って弁軸５の軸芯Ｐ１は弁軸挿通孔４０内で多少揺動できる。

図４において、弁部５０が閉弁しているときにおいて、弁軸５の中央を通過する軸芯Ｐ１よりも一方Ａの半分側について、第１ダイヤフラム６１の有効受圧面積をＳRとする。弁軸５の中央を通過する軸芯Ｐ１よりも他方の半分Ｂ側について、第１ダイヤフラム６１の有効受圧面積をＳLとするとき、ＳRおよびＳLは異なる値に設定されている。

すなわち、ＳRはＳLよりも僅かに大きく設定されている。例えば、ＳR／ＳL＝１．０１〜１．３の範囲内、１．０５〜１．２の範囲内に設定されていることができる。弁部５０が開弁するとき、第１ダイヤフラム６１の有効受圧面積ＳRに作用する開弁駆動力は、第１ダイヤフラム６１の有効受圧面積ＳLに作用する開弁駆動力よりも大きく設定されている。この結果、一方Ａの半分側について第１ダイヤフラム６１に作用する開弁駆動力を、他方Ｂの半分側について第１ダイヤフラム６１に作用する開弁駆動力よりも大きくできる。第２ダイヤフラム６２についても同様とされている。

このような本実施例によれば、第１ダイヤフラム６１および第２ダイヤフラム６２が開弁方向に変形して、閉鎖状態の弁部５０が矢印Ｙ２方向に移動して開弁するとき、弁軸挿通孔４０の中心線に対して弁軸５の軸芯Ｐ１を僅かに傾けるように弁軸５を揺動方向に動作させることが期待できる。ひいては、弁軸５に設けられている弁部５０を僅かに傾けるように弁部５０を動作させることができる。この結果、開弁駆動力を弁部５０の周方向において均一に作用させる形態よりも、開弁駆動力を弁部５０の周方向において弁部５０に局所的に集中的に作用させることが期待できる。このため、冬季または寒冷地等において、凍結などで弁座２８に弁部５０が強固に結着されている場合であっても、弁部５０を弁座２８から効果的に引きはがして開弁させることができる利点が得られる。なお、場合によっては、ＳLはＳRよりも僅かに大きく設定されていることにしても良い。勿論、上記したＳRおよびＳLは同じ値に設定することにしても良い。

図５は実施例５を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図５に示すように、第１ダイヤフラム６１および第２ダイヤフラム６２は突出部を有していない。更に、開弁をアシストするための付勢バネ５８も配置されていない。本実施例では、上記した実施例１に係る第２の開弁用受圧室８２に相当する室８２Ｒは、常時、大気に開放されているため、第２ダイヤフラム６２を開弁方向（矢印Ｙ２方向）に移動させる開弁駆動力を発揮させない。従って本例では、１個の開弁用受圧室８１のみが設けられているものの、閉弁用受圧室７１，７２の数は２個である。よって、単数のダイヤフラムが搭載されている従来のバルブに比較して、閉弁駆動力が増加されている。

図６は実施例６を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図６に示すように、仕切壁４と第１ダイヤフラム６１との間には、閉弁動作をアシストするために、閉弁用の付勢バネ５８Ｅが弁軸５と同軸的に設けられている。弁軸挿通孔４０には、摺動性が良好な筒形状またはリング形状の摺動部材４５が配置されている。摺動部材４５は、摺動性が高い材料で形成でき、潤滑成分を含有する多孔質体等で形成しても良い。摺動部材４５の案内孔４５ｃに弁軸５が摺動可能に配置されている。弁軸挿通孔４０は、円錐筒形状の蛇腹筒部４７で包囲されている。このような蛇腹筒部４７は仕切壁４と第２ダイヤフラム６２との境界をシールしている。

蛇腹筒部４７は弁軸５の軸長方向において伸縮性に富む。このため、弁軸５が矢印Ｙ１，Ｙ２方向に移動するときであっても、開閉方向における弁軸５の移動性を確保させつつ、蛇腹筒部４７は仕切壁４と第２ダイヤフラム６２との間をシールしている。図６に示すように、仕切壁４と第１ダイヤフラム６１との間には、閉弁用の付勢バネ５８Ｅが介在されている。このため閉弁力がアシストされる。本実施例では、上記した実施例１に係る第２の閉弁用受圧室７２に相当する室７２Ｒは、常時、大気に開放されているため、第２ダイヤフラム６２を閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に移動させる閉弁駆動力を発揮させない。従って開弁用受圧室の数は閉弁用受圧室の数と異なる。本実施例によれば、図６から理解できるように、１個の閉弁用受圧室７１が設けられているものの、開弁用受圧室８１，８２の数は２個である。従って、単数のダイヤフラムが搭載されている従来のバルブに比較して、開弁駆動力が増加されている。

図７は実施例７を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図７に示すように、弁軸５の内部には開弁用連通路１００が空洞状に形成されている。開弁用連通路１００は、弁軸５の軸長方向に沿って延びる長孔１００ａと、長孔１００ａに連通するように弁軸５の径方向に沿って延びる複数個の短孔１００ｃとを有する。短孔１００ｃは第１の開弁用受圧室８１と第２の開弁用受圧室８２とに互いに連通させる。長孔１００ａの先端開口は、閉鎖部１００ｆで閉鎖されている。この結果、開弁用連通路１００は、第１の開弁用受圧室８１と第２の開弁用受圧室８２とを連通させ、同圧とする。

図７に示すように、第１の閉弁用受圧室７１と第２の閉弁用受圧室７２とを連通させるための閉弁用連通路９０Ｔがボディ２の壁の肉厚を有効利用し、当該肉厚の内部に形成されている。ボディ２の壁の肉厚の内部において、閉弁用連通路９０Ｔの一端部９０ｅは、第１の閉弁用受圧室７１に連通する。閉弁用連通路９０Ｔの他端部９０ｆは、第２の閉弁用受圧室７２に連通する。このため閉弁用受圧室７１，７２は基本的には同圧とされる。なお、２ｋはボディ２ｂ，２ｃの接合面をシールするリング形状のシール部材である。

図８は実施例８を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図８は、弁軸５の軸芯Ｐ１に沿って軸芯Ｐ１を通る断面を示す。図８に示すように、ボディ２は、第１の仕切壁４ｆ、第２の仕切壁４ｓ、第３の仕切壁４ｔを弁軸５の軸長方向において直列に並設している。ダイヤフラム群６は、弁口２９に近い側から順に、第１ダイヤフラム６１、第２ダイヤフラム６２、第３ダイヤフラム６３、第４ダイヤフラム６４とをほぼ同軸的に有する。図８に示すように、第１ダイヤフラム６１は、流体圧の受圧に伴い弁軸５を閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に移動させるための第１の閉弁用受圧室７１と、流体圧の受圧に伴い弁軸５を開弁方向（矢印Ｙ２方向）に移動させる第１の開弁用受圧室８１とに第１中空室２１を仕切る。

第２ダイヤフラム６２は、流体圧の受圧に伴い弁軸５を閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に移動させるための第２の閉弁用受圧室７２と、流体圧の受圧に伴い弁軸５を開弁方向（矢印Ｙ２方向）に移動させる第２の開弁用受圧室８２とに第２中空室２２を仕切る。

図８に示すように、第３ダイヤフラム６３は、流体圧の受圧に伴い弁軸５を閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に移動させるための第３の閉弁用受圧室７３と、流体圧の受圧に伴い弁軸５を開弁方向（矢印Ｙ２方向）に移動させる第３の開弁用受圧室８３とに第３中空室２３を仕切る。

更に図８に示すように、第４ダイヤフラム６４は、流体圧の受圧に伴い弁軸５を閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に移動させるための第４の閉弁用受圧室７４と、流体圧の受圧に伴い弁軸５を開弁方向（矢印Ｙ２方向）に移動させる第４の開弁用受圧室８４とに第４中空室２４を仕切る。

このようにダイヤフラム群６は、ボディ２の作動室２０において且つ弁軸５の軸長方向（弁部５０の開閉方向）において、弁口２９から離間するにつれて、第１の開弁用受圧室８１、第１の閉弁用受圧室７１と、第２の開弁用受圧室８２、第２の閉弁用受圧室７２、第３の開弁用受圧室８３、第３の閉弁用受圧室７３と、第４の開弁用受圧室８４、第４の閉弁用受圧室７４とを直列に形成している。このように弁軸５の軸長方向（弁部５０の開閉方向）において、開弁用受圧室および閉弁用受圧室が交互に配置されている。なお、シール部材４２は第１の仕切壁４ｆ、第２の仕切壁４ｓ、第３の仕切壁４ｔをそれぞれシールしている。

図８に示すように、第２のダイヤフラムと第１の仕切壁４ｆとの間には、第２のダイヤフラム６２の開弁動作をアシストするための開弁用の第１の付勢バネ５８ｆが設けられている。同様に、第４のダイヤフラム６４と第３の仕切壁４ｔとの間には、第４のダイヤフラム６４の開弁動作をアシストするための開弁用の第２の付勢バネ５８ｓが設けられている。付勢バネ５８ｆ，５８ｓは弁軸５と同軸的に配置されている。なお付勢バネ５８ｆ，５８ｓは開弁アシスト用とされているが、閉弁アシスト用としても良い。場合によっては付勢バネ５８ｆ，５８ｓを廃止しても良い。

図８に示すように、ボディ２に設けられている第１の閉弁用連通路９０Ａは、第１の閉弁用受圧室７１と第２の閉弁用受圧室７２とを互いに連通させて、同圧とさせる。更にボディ２に形成されている第２の閉弁用連通路９０Ｂは、第３の閉弁用受圧室７３と第４の閉弁用受圧室７４とを互いに連通させて、同圧とさせる。弁軸５の内部にも、第２の閉弁用連通路９０Ｗが空洞状に形成されている。第２の閉弁用連通路９０Ｗの短口９０ｒにより、第１の閉弁用受圧室７１、第２の閉弁受圧室７２、第３の閉弁用受圧室７３、第４の閉弁用受圧室７４とを互いに連通させている。

さて、弁部５０で弁口２９を閉鎖する閉弁動作について説明する。先ず、気体をポート７２ｔから第２の閉弁用受圧室７２に、ポート７４ｔから第４の閉弁用受圧室７４に閉弁圧として供給する。第２の閉弁用受圧室７２に供給された気体は、第１の閉弁用連通路９０Ａから第１の閉弁用受圧室７１にも、閉弁圧として供給される。第４の閉弁用受圧室７４に供給された気体は、第２の閉弁用連通路９０Ｂから第３の閉弁用受圧室７３にも閉弁圧として供給される。

この結果、第１ダイヤフラム６１、第２ダイヤフラム６２、第３ダイヤフラム６３、第４ダイヤフラム６４がそれぞれ閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に受圧して移動する。この結果、弁軸５が閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に移動し、弁部５０が閉弁する。この場合、ダイヤフラム６１〜６４が設けられているため、単数のダイヤフラムのみが搭載されていた従来のバルブに比較して、遙かに大きな閉弁駆動力を発揮することができる。

上記したように弁部５０を閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に移動させるときには、第４の開弁用受圧室８４のポート８４ｔ、第３の開弁用受圧室８３のポート８３ｔ、第２の開弁用受圧室８２のポート８２ｔ、第１の開弁用受圧室８１のポート８１ｔは、大気に開放されることが好ましい。これにより閉弁方向におけるダイヤフラム群６の変形が良好となる。

次に、弁口２９を閉鎖している弁部５０を開放させる開弁動作について説明する。先ず、気体をポート８１ｔから第１の開弁用受圧室８１に開弁圧として供給すると共に、気体をポート８２ｔから第２の開弁用受圧室８２に開弁圧として供給する。同様に、気体をポート８３ｔから第３の閉弁用受圧室８３に開弁圧として供給すると共に、気体をポート７４ｔから第４の閉弁用受圧室７４に開弁圧として供給する。

この結果、第１ダイヤフラム６１、第２ダイヤフラム６２、第３ダイヤフラム６３、第４ダイヤフラム６４が開弁方向（矢印Ｙ２方向）に受圧して移動する。この結果、弁軸５が開弁方向（矢印Ｙ２方向）に移動し、弁部５０が開弁し、弁口２９が開放される。このため単数のダイヤフラムのみが搭載されていた従来のバルブに比較して、遙かに大きな開弁駆動力を発揮することができる。

上記したように弁部５０を開弁方向に移動させるときには、開弁方向におけるダイヤフラム群６の変形を容易にするため、第２の閉弁用受圧室７２のポート７２ｔおよび第４の閉弁用受圧室７４のポート７４ｔは、大気に開放されることが好ましい。この場合、第２の閉弁用受圧室７２と第１の閉弁用受圧室７１とは第１の閉弁用連通路９０Ａを介して連通されているため、第２の閉弁用受圧室７２および第１の閉弁用受圧室７１の双方が大気に開放される。同様に、第４の閉弁用受圧室７４と第３の閉弁用受圧室７３とは第２の閉弁用連通路９０Ｂを介して連通されているため、第４の閉弁用受圧室７４および第３の閉弁用受圧室７３の双方が大気に開放される。よってダイヤフラム群６が開弁方向に良好に変形できる。

図８に示すように、第１の付勢バネ５８ｆは第２ダイヤフラム６２を開弁方向（矢印Ｙ２方向）に付勢している。第２の付勢バネ５８ｓは第４ダイヤフラム６４を開弁方向（矢印Ｙ２方向）に付勢している。このため、開弁駆動力の大きさを高めることができ、開弁動作をアシストすることができる。この場合、水の凍結等で弁座２８と弁部５０とが結着されている場合における開弁に有効である。

なお、本実施例は流体システムに適用できる。例えば燃料電池システムに適用できる。この場合、気体としてはカソードガスが挙げられるが、アノードガスでも良い。更には、燃料電池システムのパージガス等として使用される窒素ガスでも良い。開弁用受圧室の数は閉弁用受圧室の数と同じとされている。但し、これに限定されるものではなく、開弁用受圧室の数は閉弁用受圧室の数よりも多くても良いし、少なくても良い。

本実施例によれば、弁部５０が閉弁しているときにおいて、第１ダイヤフラム６１〜第４ダイヤフラム６４の４個のダイヤフラムうち、有効受圧面積の最大値をもつダイヤフラムについてその最大値をＳmaxとし、有効受圧面積の最小値をもつダイヤフラムについてその最小値をＳminとするとき、Ｓmax／Ｓmin＝１．００〜１．３０の範囲内、１．０５〜１．２０の範囲内、１．０５〜１．１０の範囲内に設定されていることが好ましい。この場合、各ダイヤフラム６１〜６４の有効受圧面積が同一または近似するため、開弁動作時および閉弁動作時において、ダイヤフラム群６を構成する各ダイヤフラム６１〜６４の変形が同程度となり、ダイヤフラム群６の耐久性の向上に貢献できる。

（その他）
弁軸５は上下方向に延設されているが、これに限らず傾斜していても良い。水平方向に延設されていても良い。ボディ２は分割ボディとされているが、分割されていなくても良い。付勢バネ５８は開弁アシスト用であるが、閉弁アシスト用でも良い。場合によっては付勢バネ５８を廃止しても良い。第１ダイヤフラム６１および第２ダイヤフラム６２のうちの少なくとも一方は、ベーローズ構造としても良い。弁軸５の内部に閉弁用連通路および開弁用連通路の双方が空洞状に形成されていても良い。その他、本発明は上記した実施形態および実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。ある実施形態および実施例に特有の構造および機能は他の実施形態についても適用できる。本明細書から次の技術的思想も把握できる。
（付記項１）（ｉ）１次通路と２次通路とを連通させる弁口を形成する弁座と、弁口に連通する作動室と、作動室を複数の中空室に仕切ると共に弁軸挿通孔を有する仕切壁とを有するボディと、（ｉｉ）ボディの仕切壁の弁軸挿通孔に移動可能に挿通され移動に伴い弁口を開閉させるための弁部をもつ軸状をなす弁軸と、（ｉｉｉ）外端部がボディに保持され内端部が弁軸に保持され弁軸の軸長方向に直列状態に並設されたダイヤフラムとを具備するダイヤフラム駆動式バルブ。弁軸の軸芯に沿って軸芯を通る断面において、弁部の閉弁時において、軸芯よりも一方側についてダイヤフラムの有効受圧面積の合計をＳRとし、軸芯よりも他方側についてダイヤフラムの有効受圧面積の合計をＳLとするとき、ＳRおよびＳLは異なる値に設定することができる。

本発明は例えば燃料電池システム、コージュネシステム等の流体システムに利用することができる。

実施例１に係り、バルブの概念を示す断面図である。 実施例２に係り、バルブの概念を示す断面図である。 実施例３に係り、バルブの概念を示す断面図である。 実施例４に係り、バルブの概念を示す断面図である。 実施例５に係り、バルブの概念を示す断面図である。 実施例６に係り、バルブの概念を示す断面図である。 実施例７に係り、バルブの概念を示す断面図である。 実施例８に係り、バルブの概念を示す断面図である。

符号の説明

１はバルブ、２はボディ、３１は１次通路、３２は２次通路、４は仕切壁、４０は弁軸挿通孔、４２はシール部材、５は弁軸、５０は弁部、５８は付勢バネ、６はダイヤフラム群、６１は第１ダイヤフラム、６２は第２ダイヤフラム、７１は第１の閉弁用受圧室、７２は第２の閉弁用受圧室、８１は第１の開弁用受圧室、８２は第２の開弁用受圧室、９０は閉弁用連通路、１００は開弁用連通路を示す。

Claims (6)

1. １次通路と２次通路とを連通させる弁口を形成する弁座と、前記弁口に連通する作動室と、前記作動室を複数の中空室に仕切ると共に弁軸挿通孔を有する仕切壁とを有するボディと、
   前記ボディの前記仕切壁の前記弁軸挿通孔に移動可能に挿通され移動に伴い前記弁口を開閉させるための弁部をもつ軸状をなす弁軸と、
   外端部が前記ボディに保持され内端部が前記弁軸に保持され前記弁軸の軸長方向に直列状態に並設された複数のダイヤフラムで形成されたダイヤフラム群とを具備しており、
   前記ダイヤフラム群の前記ダイヤフラムは、
   流体圧の受圧に伴い前記弁軸を閉弁方向に移動させるための閉弁用受圧室と、流体圧の受圧に伴い前記弁軸を開弁方向に移動させる開弁用受圧室とに、前記弁軸の軸長方向において各前記中空室を仕切ると共に、
   前記閉弁用受圧室および前記開弁用受圧室のうちの一方または双方は、前記弁軸の軸長方向において複数個配置されていることを特徴とするダイヤフラム駆動式バルブ。
2. 請求項１において、前記閉弁用受圧室および前記開弁用受圧室はそれぞれ複数個配置されており、前記閉弁用受圧室および前記開弁用受圧室は同数個とされていることを特徴とするダイヤフラム駆動式バルブ。
3. 請求項１または２において、前記弁軸および前記ハウジングのうちの少なくとも一方は、複数の前記開弁用受圧室同士を連通させる閉弁用連通路を有することを特徴とするダイヤフラム駆動式バルブ。
4. 請求項１〜３のうちの一項において、前記弁軸および前記ハウジングのうちの少なくとも一方は、複数の前記開弁用受圧室同士を連通させる開弁用連通路を有することを特徴とするダイヤフラム駆動式バルブ。
5. 請求項１〜４のうちの一項において、前記弁部の閉弁時において、各前記ダイヤフラムのうち有効受圧面積の最大値をＳmaxとし、各前記ダイヤフラムのうち有効受圧面積の最小値をＳminとするとき、Ｓmax／Ｓmin＝１．００〜１．３０の範囲内に設定されていることを特徴とするダイヤフラム駆動式バルブ。
6. 請求項１〜５のうちの一項において、前記弁軸の軸芯に沿って軸芯を通る断面において、前記弁部の閉弁時において、前記軸芯よりも一方側について前記ダイヤフラム群の有効受圧面積の合計をＳRとし、前記軸芯よりも他方側について前記ダイヤフラム群の有効受圧面積の合計をＳLとするとき、ＳRおよびＳLは異なる値に設定されていることを特徴とするダイヤフラム駆動式バルブ。

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