JP2010286037A - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】開口形成面に密着する弁体の円環状突部をつぶれやすくすることにより、開口部を確実に閉鎖できるバルブ装置を提供すること。
【解決手段】開口部１０が形成された開口形成面２１２ｂに対して垂直方向から押し付けられるダイヤフラム弁１１の円環状突部１２３は、一定高さの円環状の頂部１２３ａと、この頂部１２３ａに対して径方向内側で連接する内周側傾斜面１２３ｂと、頂部１２３ａに対して径方向外側で連接する外周側傾斜面１２３ｃとが全周にわたって形成された略三角形の径方向断面を有する。開口形成面２１２ｂと内周側傾斜面１２３ｂとが成す内周側当接角θ１を開口形成面２１２ｂと外周側傾斜面１２３ｃとが成す外周側当接角θ２よりも小さくしたので、円環状突部１２３がつぶれやすく、この結果、円環状突部が開口形成面に確実に密着し、これらの間のシール性が良好になり、開口部を確実に閉鎖できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、流路の開口部が設けられた開口形成面と、この開口形成面に対して垂直に駆動される可撓性の弁体を有するバルブ装置に関する。より詳細には、開口形成面に密着する弁体の円環状突部をつぶれやすくすることにより、開口部を確実に閉鎖できるバルブ装置に関する。

流路の開口部が設けられている開口形成面を弁座とし、この弁座に可撓性の弁体を密着させて開口部を閉鎖するバルブ装置は、例えば、特許文献１に記載されている。同文献のバルブ装置では、弁体はゴム製のダイヤフラム弁であり、開口形成面に対向する閉鎖部と、この閉鎖部から開口形成面に向けて突出して開口部の周りに当接可能な円環状突部を備えている。バルブ装置が開口部を閉鎖する際には、閉鎖部は、開口形成面に対して垂直に変位させられて開口部に接近する。円環状突部は、閉鎖部の変位に伴って開口形成面に押し付けられ、弾性変形した状態で開口形成面に密着する。

特開２００７−１６２５１１号公報

このようなバルブ装置では、稀に、開口形成面と円環状突部との密着が確実ではなく、これらの間のシール性が良好に保たれない状態が発生するという問題がある。そこで、本発明者らは、かかる問題点を調査、検討したところ、開口形成面と当接する円環状突部の径方向断面の形状によって円環状突部のつぶれ方が異なり、開口形成面と円環状突部との間のシール性が変化するという知見を得た。

図６は、開口形成面１０１と円環状突部１０３との間のシール性を検証するための参考例のダイヤフラム弁である。ダイヤフラム弁１００は、図６（ａ）に示すように、その平面形状が円形をしており、中央部分に、開口形成面１０１に対向する閉鎖部１０２と、この閉鎖部１０２から開口形成面１０１に向けて突出して開口部１０１ａの周りに当接可能な円環状突部１０３を備えている。円環状突部１０３は、図６（ｂ）に示すように、頂部１０３ａと、この頂部１０３ａに対して径方向内側で連接する内周側傾斜面１０３ｂと、頂部１０３ａに対して径方向外側で連接する外周側傾斜面１０３ｃが全周にわたって形成された略三角形の径方向断面を有している。また、図６（ｃ）に示すように、円環状突部１０３が開口形成面１０１に当接した状態では、開口形成面１０１と内周側傾斜面１０３ｂとが成す内周側当接角αと、開口形成面１０１と外周側傾斜面１０３ｃとが成す外周側当接角βとが同じ大きさになっている。

参考例のダイヤフラム弁１００について、本発明者らは、円環状突部１０３が開口形成面１０１に垂直に押し付けられたときに荷重、硬度、面粗度等の関係でつぶれ難く、この結果、開口形成面１０１と円環状突部１０３が確実に密着せず、これらの間のシール性が良好に保たれない状態が発生するという結論に達した。

以上の点に鑑みて、本発明の課題は、開口形成面に密着する弁体の円環状突部の形状に着目し、この円環状突部をよりつぶれやすくすることにより、開口部を確実に閉鎖できるバルブ装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、流路の開口部が設けられた開口形成面と、この開口形成面に対して垂直に駆動される可撓性の弁体とを有し、前記弁体が、前記開口形成面に対向する閉鎖部と、この閉鎖部から前記開口形成面に向けて突出して前記開口部の周りに当接可能な円環状突部とを備えているバルブ装置において、前記円環状突部は、頂部、この頂部に対して径方向内側で連接する内周側傾斜面、および前記頂部に対して径方向外側で連接する外周側傾斜面が全周にわたって形成された三角形あるいは略三角形の径方向断面を有し、前記開口形成面と前記内周側傾斜面とが成す内周側当接角と、前記開口形成面と前記外周側傾斜面とが成す外周側当接角とは、大きさが異なっていることを特徴とする。

本発明者らは、開口形成面と当接する円環状突部の径方向断面の形状を検討した結果、円環状突部の径方向断面を三角形あるいは略三角形とし、円環状突部の内周側傾斜面と開口形成面とが成す内周側当接角と、円環状突部の外周側傾斜面と開口形成面とが成す外周側当接角の大きさを異ならせておくことにより、円環状突部がつぶれやすくなるという新たな知見を得た。これには、バルブ装置が開口部を閉鎖する閉動作において、円環状突部が開口形成面に当接した状態から更に開口形成面に対して垂直に押し付けられたときに、円環状突部の頂部が変形しながら開口形成面上を開口形成面と直交する方向からずれるという理由が考えられる。可撓性のゴムなどは変形に伴い体積は変わらない特徴があり、当接角の大きい方は圧縮変形をし、当接角の小さい方は伸び変形するからである。弁体を開口形成面に押し付けたときに、円環状突部がつぶれやすければ、円環状突部が開口形成面に確実に密着するので、これらの間のシール性が良好になり、開口部を確実に閉鎖できる。

ここで、円環状突部が開口形成面に押し付けられたときに円環状突部に大きな圧縮応力が生じると、円環状突部の頂部よりも内周の内周側部分に発生する圧縮応力に周方向のムラが発生し、この圧縮応力のムラによって開口形成面と円環状突部との間のシール性が低下してしまうという問題がある。また、この圧縮応力のムラによって円環状突部に皺が発生して、開口形成面と円環状突部との間のシール性が低下してしまうという虞がある。これに対して、前記内周側当接角を前記外周側当接角よりも小さくしておけば、円環状突部が開口形成面に押し付けられたときに、内周側部分に発生する圧縮応力が、頂部よりも外側の外周側部分に発生する圧縮応力よりも小さくなる。この結果、内周側部分に発生する圧縮応力の周方向のムラが低減し、開口部を囲む円環状突部の内周側部分に皺が発生することを低減できるので、開口形成面と円環状突部との間のシール性が低下することを抑制できる。

本発明において、前記流路を経由するように流体が流れているときに前記開口部を閉鎖すると、前記円環状突部の内側の空間の圧力は、前記円環状突部の外側の空間の圧力よりも高いことが望ましい。このようにすれば、外側の空間よりも高圧である内側の空間の圧力によってさらに、内周側部分に発生する圧縮応力が、頂部よりも外側の外周側部分に発生する圧縮応力よりも小さくなる。また、円環状突部と開口形成面とが密着せず一時的に流体が漏れてしまう場合は、円環状突部の頂部が外周側に変形して隙間を作る。すなわち、流体が漏れる際に頂部が変形してしまう方向と、円環状突部が開口形成面に押し付けられたときに頂部がずれる方向とが同じ方向なので、漏れが発生したときに、円環状突部が元の形状に復帰できない形状に変化してしまうことを回避できる。この結果、流体が一時的に漏れた後でも、円環状突部が開口形成面と密着する状態に戻ることができるので、開口形成面と円環状突部との間のシール性が低下しない。また、このようにすれば、皺の発生が低減されている円環状突部の内周側部分が高圧の空間に面しているので、流体の圧力によって、皺が広がり、開口形成面と円環状突部との間のシール性を低下させることを抑制できる。

本発明によれば、弁体の円環状突部の径方向断面を三角形あるいは略三角形とし、円環状突部の内周側傾斜面と開口形成面とが成す内周側当接角と円環状突部の外周側傾斜面と開口形成面とが成す外周側当接角との大きさを異ならせたので、円環状突部が開口形成面に対して垂直に押し付けられたときに、円環状突部がつぶれやすい。円環状突部がつぶれやすければ、円環状突部が開口形成面に確実に密着するので、これらの間のシール性が良好になり、開口部を確実に閉鎖できる。

本発明の実施の形態に係るバルブ装置の外観斜視図である。 第１流路の開口部が開放されている状態におけるバルブ装置の縦断面図である。 （ａ）はダイヤフラム弁を上方から見た平面図であり、（ｂ）はその縦断面図であり、（ｃ）はこのダイヤフラム弁の円環状突部が開口形成面に当接した状態を模式的に示した説明図である。 ダイヤフラム弁が第１流路の開口部を閉鎖した状態におけるバルブ装置の縦断面図である。 （ａ）は別の円環状突部を備えたダイヤフラム弁を上方から見た平面図であり、（ｂ）はその縦断面図であり、（ｃ）はこのダイヤフラム弁の円環状突部が開口形成面に当接した状態を模式的に示した説明図である。 （ａ）は参考例のダイヤフラム弁を上方から見た平面図であり、（ｂ）はその縦断面図であり、（ｃ）はこのダイヤフラム弁の円環状突部が開口形成面に当接した状態を模式的に示した説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したバルブ装置について説明する。

（全体構成）
図１は本発明の実施の形態に係るバルブ装置の外観斜視図である。図２は図１に示すバルブ装置の縦断面図であり、第１流路の開口部が閉鎖されていない状態を示している。

図１に示すように、バルブ装置１は、直方体形状のハウジング２と、このハウジング２の下端側に取り付けられたモータ３を備えている。ハウジング２の上端面２ａには第１円筒部４と第２円筒部５が形成されている。第１円筒部４は上端面２ａの中心部分から突出しており、その中心孔４ａは液体や気体などの流体が通過する第１流路７となっている。第２円筒部５は第１円筒部４の側方において第１円筒部４と平行に突出しており、その中心孔５ａは流体が通過する第２流路８となっている。

図２に示すように、ハウジング２の内部には、第１流路７と、第２流路８と、第１流路７と第２流路８との間を連通させる連通部９と、連通部９に開口している第１流路７の開口部１０を閉鎖するための可撓性のダイヤフラム弁（弁体）１１と、モータ３からの駆動力をダイヤフラム弁１１へ伝達し、ダイヤフラム弁１１の中央部分に形成されている閉鎖部１２を変位させる駆動力伝達機構１３が構成されている。駆動力伝達機構１３はモータ３の回転駆動力を直動部材１４の直動往復運動に変換して伝達するものである。直動部材１４は、モータ３の回転中心軸線Ｌ上を移動するように構成されている。直動部材１４はダイヤフラム弁１１の閉鎖部１２に連結されている。

モータ３は、ステッピングモータ３であり、モータ本体１５と、このモータ本体１５から突出する出力軸１６を備えている。モータ本体１５の出力側端面は、ハウジング２の後端面に取り付けられており、出力軸１６はハウジング２内に挿入されている。モータ本体１５の外周面部分には、このモータ３に電力を供給するための端子部１７が形成されている。

モータ３が正方向に回転駆動され、直動部材１４が開口部１０に接近する方向に移動すると、直動部材１４に連結されているダイヤフラム弁１１の閉鎖部１２が回転中心軸線Ｌ上を開口部１０に接近する方向に変位して、開口部１０を閉鎖する。モータ３が逆方向に回転駆動され、直動部材１４が開口部１０から離れる方向に移動すると、ダイヤフラム弁１１の閉鎖部１２が回転中心軸線Ｌ上を開口部１０にから離れる方向に変位して、開口部１０を開放する。

（ハウジング）
ハウジング２は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂からなり、第１ケース２１、第２ケース２２および端板２３を備えている。第１ケース２１には第１流路７と第２流路８が形成されており、第２ケース２２内には駆動力伝達機構１３が構成されている。第１ケース２１と第２ケース２２との間には連通部９が構成されている。端板２３の中心部分には円形の貫通孔２３１が形成されており、モータ３の出力軸１６はこの貫通孔２３１を貫通して第２ケース２２内に延びている。

第１ケース２１は、直方体形状をしており、上端面２１ａには、第１円筒部４と第２円筒部５が形成されている。第１ケース２１の下端面２１ｂには、上方に凹む円形の第１凹部２１１が形成されている。第１凹部２１１の底面２１１ａの中心からは第３円筒部２１２が下方に向かって突出している。第３円筒部２１２の中心孔２１２ａは第１流路７の下端部分を構成している。すなわち、第１流路７は、第１円筒部４の中心孔４ａと第３円筒部２１２の中心孔２１２ａと第１ケース２１を貫通してこれらの中心孔２１２ａを連通させている第１連通孔２１３よって構成されている。第３円筒部２１２の開口形成面２１２ｂは、第１ケース２１の下端面２１ｂと略同一平面上に位置している。

ここで、第３円筒部２１２の開口形成面２１２ｂは円環状の端面であり、径方向の幅は０．１５ｍｍ程度となっている。また、開口形成面２１２ｂは、回転中心軸線Ｌと直交する平面であり、第１流路７の開口部１０を閉鎖する際にはダイヤフラム弁１１の弁座として機能する。開口部１０の中心は回転中心軸線Ｌ上に位置している。

第１凹部２１１の底面２１１ａの第３円筒部２１２の外周側には第２流路８の開口部８ａが形成されている。すなわち、第２流路８は、第２円筒部５の中心孔５ａと、第１ケース２１を貫通して第２円筒部５の中心孔５ａと開口部８ａとを連通させている第２連通孔２１４によって構成されている。

第１ケース２１の下端面２１ｂには、第１凹部２１１の外周縁部分から下方に向かって延びる円環状壁２１５が設けられている。円環状壁２１５の内周面の下端部分２１５ａは下端に向かって内径寸法が広がるテーパー面となっている。ここで、第１凹部２１１、第３円筒部２１２、中心孔２１２ａ、および、円環状壁２１５は、回転中心軸線Ｌを中心として同軸に形成されている。

第２ケース２２は、直方体形状をしている。第２ケース２２の上端面２２ａには、下方に凹む円形の第２凹部２２１が形成されている。第２凹部２２１は第１凹部２１１と同軸であり、その内径寸法は円環状壁２１５の外形寸法とほぼ同一である。第２ケース２２の下端面２２ｂには上方に凹む円形の第３凹部２２２が深く形成されている。第３凹部２２２は第２凹部２２１と同軸であり、下端側から、第２凹部２２１の内径寸法とほぼ同一の内径寸法を備えている大径部分２２２ａと、この大径部分２２２ａよりも内径寸法が小さい小径部分２２２ｂを備えている。小径部分２２２ｂの内周面には、１８０度離れた角度位置で回転中心軸線Ｌ方向に延びている第１溝２２２ｃと第２溝２２２ｄが形成されている。大径部分２２２ａには、モータ３の出力軸１６が第３凹部２２２と同軸状態になるように挿入されている。

第２凹部２２１と第３凹部２２２の間には、これら第２凹部２２１と第３凹部２２２とを連続させる貫通孔２２３が第２凹部２２１および第３凹部２２２と同軸に形成されている。貫通孔２２３の内径寸法は第１凹部２１１の内径寸法よりも僅かに小さい。

第２凹部２２１の円環状底面２２１ａの内周縁部分には、円環状底面２２１ａから上方に突出する円環状突部２２１ｂが形成されている。第３凹部２２２の円環状底面２２２ｅの内周縁部分は貫通孔２２３内に向かって切り欠かれた切り欠き部２２２ｆとなっており、この切り欠き部２２２ｆは、上方に向かって内径寸法が小さくなるテーパー面となっている。

（ダイヤフラム弁）
図３（ａ）はダイヤフラム弁を上方から見た平面図であり、図３（ｂ）はダイヤフラム弁の縦断面図であり、図３（ｃ）はこのダイヤフラム弁の円環状突部の断面形状を模式的に示した説明図である。

ダイヤフラム弁１１は、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）などからなるゴム製の弾性体であり、図３（ａ）に示すように、回転中心軸線Ｌ方向から見た平面形状は円形をしている。ダイヤフラム弁１１は、中央部分に閉鎖部１２を備え、外周縁部分に厚肉部１１１を備えている。閉鎖部１２と厚肉部１１１の間には、上方に膨らむように湾曲する一定厚さの連結膜部１１２を備えている。

また、ダイヤフラム弁１１は、第２凹部２２１の円環状底面２２１ａに載置された厚肉部１１１が第１ケース２１の円環状壁２１５と円環状底面２２１ａとによって挟まれることによりハウジング２に固定される（図２参照）。ダイヤフラム弁１１がハウジング２に固定された状態では、厚肉部１１１の内周側への移動は円環状底面２２１ａの円環状突部２２１ｂによって規制されており、閉鎖部１２は開口部１０と対向する位置で、回転中心軸線Ｌ上を開口部１０に接近する方向および開口部１０から離れる方向に変位可能となっている。

図３（ｂ）に示すように、閉鎖部１２は、全体として円柱形状をしており、連結膜部１１２は閉鎖部１２の上端に近い部分から外周側に延びている。閉鎖部１２の上端面１２ａは平面であり、この上端面１２ａには、開口形成面２１２ｂに向けて突出して開口部１０の周りに当接可能な円環状突部１２３が形成されている。上端面１２ａの外周側には下方に向かって外径寸法が大きくなるテーパー面１２ｂが連続しており、このテーパー面１２ｂの外周側には連結膜部１１２の上端面１１２ａに連続している。

円環状突部１２３は、バルブ装置１が開口部１０を閉鎖する際に、閉鎖部１２が開口部１０に接近させられ、円環状突部１２３が開口形成面２１２ｂに線接触した状態からさらに変位することで開口形成面２１２ｂに押し付けられ、弾性変形して開口形成面２１２ｂに密着する。円環状突部１２３は、一定高さの円環状の頂部１２３ａと、この頂部１２３ａに対して径方向内側で連接する内周側傾斜面１２３ｂと、頂部１２３ａに対して径方向外側で連接する外周側傾斜面１２３ｃとが全周にわたって形成された略三角形の径方向断面を有している。また、図３（ｃ）に示すように、開口形成面２１２ｂと内周側傾斜面１２３ｂとが成す内周側当接角θ１が３０度、開口形成面２１２ｂと外周側傾斜面１２３ｃとが成す外周側当接角θ２が６０度、内周側当接角θ１と外周側当接角θ２の間の頂部１２３ａの角度θ３が９０度となるように形成されており、上端面１２ａから頂部１２３ａまでの高さ寸法は０．１ｍｍとなっている。

ここで、本形態では、円環状突部１２３が形成されている閉鎖部１２の上端面１２ａが、平坦面であり、上端面１２ａは開口形成面２１２ｂと平行な状態で開口形成面２１２ｂに対向するように配置される。従って、円環状突部１２３の径方向断面において、内周側当接角θ１の錯角となる内周側の底角θ４は３０度、外周側当接角θ２の錯角である外周側の底角θ５は６０度となっている。

閉鎖部１２の下端面１２ｃには、上方に凹む円形のダイヤフラム弁側凹部１２４が形成されている。ダイヤフラム弁側凹部１２４の底面１２４ａは、円環状突部１２３と同軸に形成されており、その直径は円環状突部１２３の外形寸法よりも大きい。また、底面１２４ａは、中心が上方に窪む凹曲面となっている。ダイヤフラム弁側凹部１２４の内周面部分には、回転中心軸線Ｌ方向の途中で内周側の突出する環状の係止部１２４ｂが設けられている。

ここで、第１ケース２１の第１凹部２１１の内周面、円環状壁２１５の内周面、ダイヤフラム弁１１の連結膜部１１２の上端面１１２ａおよび閉鎖部１２の上端面１２ａによって囲まれた空間が、第１流路７と第２流路８を連通させる連通部９となっている。

（駆動力伝達機構）
次に、再び、図２を参照して、駆動力伝達機構１３を説明する。駆動力伝達機構１３は、第２ケース２２内の貫通孔２２３から第３凹部２２２に渡る空間内に構成されている。

駆動力伝達機構１３は、モータ３の出力軸１６に圧入固定されて出力軸１６と一体に回転するリードスクリュー１３１と、リードスクリュー１３１の外周の雄ネジ部１３１ａと螺合している雌ネジ部１４ａを内周面に備えたカップ状の直動部材１４と、直動部材１４がリードスクリュー１３１と一体に回転することを阻止するとともに、直動部材１４が回転中心軸線Ｌ上を移動するようにガイドする回り止め機構を備えている。

リードスクリュー１３１と直動部材１４とは、雄ネジ部１３１ａのネジピッチと雌ネジ部１４ａのネジ山角度が同じになっており、これらの間には、回転中心軸線Ｌ方向に隙間が生じるようになっている。

直動部材１４は、上端側の外周面部分１４ｂが小径部分２２２ｂの内周面と狭い隙間を空けて対向するように配置されている。この外周面部分１４ｂには、１８０度離れた角度位置から突出する第１突部１４１、第２突部１４２が形成されている。

回り止め機構は、直動部材１４の第１突部１４１および第２突部１４２、並びに、小径部分２２２ｂの第１溝２２２ｃ、第２溝２２２ｄから構成されている。第１突部１４１は第１溝２２２ｃにスライド可能な状態で挿入されており、第２突部１４２は第２溝２２２ｄにスライド可能な状態で挿入されている。

モータ３が回転すると、モータ３の回転駆動力はリードスクリュー１３１を介して直動部材１４に伝達される。このとき、直動部材１４は、第１突部１４１と第１溝２２２ｃの係合および第２突部１４２と第２溝２２２ｄの係合により、リードスクリュー１３１と一体に回転することが阻止されているとともに、第１溝２２２ｃおよび第２溝２２２ｄの延設方向にスライドすることのみが許容されている。したがって、直動部材１４は、回転中心軸線Ｌ上を直動する。

直動部材１４の上端面１４ｄの中心部分からは、ダイヤフラム弁側凹部１２４の凹部と嵌合する形状を備えた直動部材側突部１４３が上方に向かって突出している。直動部材側突部１４３は、円柱状であり、上端部分１４３ａと基端部分１４３ｂの外形寸法がこれらの間に位置している中間部分１４３ｃの外形寸法よりも大きくなるように形成されている。直動部材側突部１４３の上端面１４３ｄは、中心が上方に向かって膨らむ凸曲面となっている。

直動部材側突部１４３がダイヤフラム弁側凹部１２４に挿入されると、ダイヤフラム弁側凹部１２４は弾性変形しながら直動部材側突部１４３を受け入れる。直動部材側突部１４３がダイヤフラム弁側凹部１２４に連結された状態では、直動部材側突部１４３の上端面１４３ｄがダイヤフラム弁側凹部１２４の底面１２４ａと当接した状態となる。また、直動部材側突部１４３の中間部分１４３ｃとダイヤフラム弁側凹部１２４の係止部１２４ｂとが当接した状態となるので、直動部材１４とダイヤフラム弁１１とは、直動部材側突部１４３がダイヤフラム弁側凹部１２４から抜けることが防止された状態で連結される。さらに、直動部材側突部１４３とダイヤフラム弁側凹部１２４は弾性接着剤などで接着される。

直動部材１４において、第１突部１４１および第２突部１４２よりも下方の外周面部分１４ｃには、全周にわたって外側に突出しているバネ係合部１４４が形成されている。バネ係合部１４４には、直動部材１４の外周側において、このバネ係合部１４４と端板２３の上端面２３ａとの間に圧縮状態で配置されたコイルバネ１８の一方の開口端部が係合している。コイルバネ１８はその復元力により、直動部材１４を上方に付勢している。ここで、コイルバネ１８が直動部材１４を上方に付勢する付勢力は、円環状突部１２３を開口形成面２１２ｂに密着させた状態で、開口形成面２１２ｂから受ける反作用の力と釣り合うように設定されている。

（開閉動作）
図２および図４を参照して、バルブ装置１による開口部１０の開閉動作を説明する。図４はダイヤフラム弁が第１流路の開口を閉鎖した状態におけるバルブ装置の縦断面図である。

バルブ装置１は、例えば、メタノール型燃料電池において、燃料電極層に還元剤となるメタノールを供給する流路の途中に配置され、流路の開閉およびこの流量を調節するために用いられる。本例では、バルブ装置１は、第１流路７から流入させたメタノールを連結部９を介して第２流路８から流出させるように配管されている。バルブ装置１は、外部の制御装置によってモータへの通電が制御されることにより駆動制御される。

開口部１０が開放されている状態では、図２に示すように、ダイヤフラム弁１１は、その閉鎖部１２が第２ケース２２の貫通孔２２３の内側に位置している。

開口部１０を閉鎖してメタノールの流れを遮断する際には、まず、モータ３が所定のステップ数だけ正方向に回転駆動させられる。ここで、開口部１０を開放状態から閉鎖状態にするためにモータ３に供給されるステップ数は、開口部１０を閉鎖状態から開放状態にするためにモータ３に供給されるステップ数より多い。そのため、モータ３は開口部１０を閉鎖した後も駆動され、閉鎖状態で脱調をする。

モータ３が正方向に回転駆動されると、直動部材１４は回転中心軸線Ｌ上を上方に移動する。また、直動部材１４の移動に伴い、直動部材１４に連結されているダイヤフラム弁１１の閉鎖部１２は開口形成面２１２ｂと直交する回転中心軸線Ｌに沿って開口部１０に接近する方向に変位し、円環状突部１２３が開口形成面２１２ｂに線接触した状態からさらに変位することで円環状突部１２３を、開口形成面２１２ｂに対する垂直方向から、開口形成面２１２ｂに押し付ける。これにより、円環状突部１２３は、弾性変形した状態で開口形成面２１２ｂに密着し、開口部１０を密閉する。

次に、モータ３が僅かなステップ数だけ逆方向に回転駆動させられる。これにより、直動部材１４は、コイルバネ１８の付勢力と連結膜部１１２の弾性力で円環状突部１２３を開口形成面２１２ｂに密着させている状態とされる。

より具体的には、直動部材１４が回転中心軸線Ｌ上を開口部１０に接近する方向に移動しているときには、リードスクリュー１３１は、このリードスクリュー１３１の雄ネジ部１３１ａにおける下側斜面１３１ｂと、直動部材１４の雌ネジ部１４ａにおける上側斜面１４ｅとを接触させた状態で、直動部材１４を移動させている。したがって、モータ３が所定のステップ数だけ駆動されて円環状突部１２３が開口形成面２１２ｂに密着した状態では、リードスクリュー１３１の雄ネジ部１３１ａと直動部材１４の雌ネジ部１４ａとが接触した状態で維持されている。

そこで、モータ３を、僅かなステップ数だけ逆方向に回転させることにより、リードスクリュー１３１の雄ネジ部１３１ａにおける下側斜面１３１ｂと、直動部材１４の雌ネジ部１４ａにおける上側斜面１４ｅとの間に隙間が形成される状態とする。これにより、直動部材１４とリードスクリュー１３１とが係合しなくなるので、直動部材１４が閉鎖部１２を変位させて円環状突部１２３を開口形成面２１２ｂに密着させている状態が、コイルバネ１８の付勢力によって維持される。この結果、ダイヤフラム弁１１が開口部１０を閉鎖する力が安定的するので、円環状突部１２３は開口形成面２１２ｂに密着した状態におけるシール性を安定化させることができる。また、ダイヤフラム弁１１に過剰な力が加わることがないので、ダイヤフラム弁１１の塑性変形やクリープや磨耗によってシール性がばらつくことを低減できる。

一方、開口部１０を開放してメタノールを流通させる際には、直動部材１４がコイルバネ１８の付勢力だけで円環状突部１２３を開口形成面２１２ｂに密着させている状態から、モータ３が所定のステップ数だけ逆方向に回転駆動される。

モータ３が逆方向に回転駆動されると、直動部材１４は回転中心軸線Ｌ上を下方に移動する。また、直動部材１４の移動に伴い、直動部材１４に連結されているダイヤフラム弁１１の閉鎖部１２は、回転中心軸線Ｌに沿って開口部１０から離れる方向に変位する。この結果、円環状突部１２３と開口形成面２１２ｂとが離れ、開口部１０は開放状態となる。したがって、第１流路７から流入したメタノールは連結部９を介して第２流路８から流出する。

（円環状突部の形状の改良による効果）
本発明者らは、開口形成面２１２ｂに対して垂直方向から押し付けられる円環状突部１２３を、一定高さの円環状の頂部１２３ａと、この頂部１２３ａに対して径方向内側で連接する内周側傾斜面１２３ｂと、頂部１２３ａに対して径方向外側で連接する外周側傾斜面１２３ｃとが全周にわたって形成された略三角形の径方向断面を有するものとしたときに、開口形成面２１２ｂと内周側傾斜面１２３ｂとが成す内周側当接角θ１と、開口形成面２１２ｂと外周側傾斜面１２３ｃとが成す外周側当接角θ２の大きさを異ならせておくことにより、円環状突部がつぶれやすくなるという新たな知見を得ている。これには、バルブ装置１が開口部１０を閉鎖する閉動作において、円環状突部１２３が開口形成面２１２ｂに当接した状態から更に開口形成面２１２ｂに対して垂直に押し付けられたときに、円環状突部１２３の頂部１２３ａが変形しながら開口形成面２１２ｂ上を開口形成面２１２ｂと直交する方向からずれるという理由が考えられる。ゴムは変形に伴い体積は変わらない特徴があり、当接角の大きい方は圧縮変形をし、当接角の小さい方は伸び変形するからである。本実施の形態では、内周側当接角θ１が外周側当接角θ２よりも小さくなっているので、円環状突部１２３がつぶれやすく、この結果、円環状突部１２３が開口形成面２１２ｂに確実に密着するので、これらの間のシール性が良好になり、開口部１０を確実に閉鎖できる。

また、本実施の形態では、閉鎖部１２のダイヤフラム弁側凹部１２４の底面１２４ａに当接する直動部材側突部１４３の上端面１４３ｄは中心が上方に膨らむ凸曲面となっている。したがって、円環状突部１２３を開口形成面２１２ｂに押し付ける際には、直動部材１４から閉鎖部１２に対して、円環状突部１２３を外周側に押し広げる方向の力が働き、円環状突部１２３の頂部１２３ａが外周側にすべりやすい状態となっている。

次に、弾性体である円環状突部１２３に大きな圧縮応力が生じると、円環状突部１２３の頂部１２３ａよりも内周の内周側部分に発生する圧縮応力に周方向のムラが発生し、この圧縮応力のムラによって開口形成面と円環状突部との間のシール性が低下してしまうという問題がある。また、この圧縮応力のムラによって皺が発生して開口形成面２１２ｂと円環状突部との間のシール性が低下してしまうという虞がある。これに対して、本実施の形態では、内周側当接角θ１が外周側当接角θ２よりも小さくなっているので、内周側部分に発生する圧縮応力の方が外周側部分に発生する圧縮応力よりも小さくなる。この結果、内周側部分に発生する圧縮応力の周方向のムラが低減し、頂部１２３ａよりも開口の側に位置している内周側部分の皺の発生が抑制されるので、開口形成面２１２ｂと円環状突部１２３との間のシール性が低下することを低減できる。

また、本形態では、円環状突部１２３は、径方向断面の頂角θ３が９０度となっているので、頂部１２３ａの強度を確保することができる。よって、円環状突部１２３が折れ曲がることがない。

さらに、本実施の形態では、ダイヤフラム弁１１によって開口部１０が閉鎖される側の第１流路７を流体の流入路とし、第２流路８を流体の流出路としている。この結果、円環状突部１２３を開口形成面２１２ｂに圧接させて開口部１０を閉鎖した状態では、円環状突部１２３の内側の空間の圧力は円環状突部の外側の空間の圧力よりも高圧となっている。このような環境において、流体圧によってさらに、内周側部分に発生する圧縮応力が、頂部よりも外側の外周側部分に発生する圧縮応力よりも小さくなる。また、円環状突部１２３と開口形成面２１２ｂとが密着せず一時的に流体が漏れてしまうような場合には、円環状突部１２３の頂部１２３ａが外周側に変形して隙間を作る。すなわち、流体が漏れる際に頂部１２３ａが変形する方向が、円環状突部１２３が開口形成面２１２ｂに押し付けられたときに頂部１２３ａのずれる方向と同じ方向になるので、漏れが発生したときに、円環状突部１２３が元の形状に復帰できない形状に変化してしまうことを回避できる。この結果、流体が一時的に漏れた後でも、円環状突部１２３が開口形成面２１２ｂと密着する状態に戻ることができるので、開口形成面２１２ｂと円環状突部１２３との間のシール性が低下しない。

また、皺の発生が低減されている円環状突部１２３の頂部１２３ａよりも内周側部分が高圧の空間に面しているので、流体の圧力によって皺が広がり、開口形成面２１２ｂと円環状突部１２３との間のシール性を低下させることを抑制できる。

なお、上記の実施の形態では、ダイヤフラム弁側凹部１２４の底面１２４ａが凹曲面であり、この底面１２４ａに当接する直動部材側突部１４３の上端面１４３ｄが凸曲面となっているが、底面１２４ａは平坦面であってもよい。また、底面１２４ａと上端面１４３ｄの双方が平坦面であってもよい。

（ダイヤフラム弁の別の例）
図５（ａ）は別の円環状突部を備えたダイヤフラム弁を上方から見た平面図であり、（ｂ）はその縦断面図であり、（ｃ）はこのダイヤフラム弁の円環状突部の断面形状を模式的に示した説明図である。なお、図５のダイヤフラム弁１１Ａは、ダイヤフラム弁１１と同様の構成を備えているので、対応する部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図５に示すダイヤフラム弁１１Ａの円環状突部１２３Ａは、一定高さの円環状の頂部１２３ａと、この頂部１２３ａに対して径方向内側で連接する内周側傾斜面１２３ｂと、頂部１２３ａに対して径方向外側で連接する外周側傾斜面１２３ｃとが全周にわたって形成された略三角形の径方向断面を有している。また、図５（ｃ）に示すように、開口形成面２１２ｂと内周側傾斜面１２３ｂとが成す内周側当接角θ１１が６０度、開口形成面２１２ｂと外周側傾斜面１２３ｃとが成す外周側当接角θ１２が３０度、内周側当接角θ１１と外周側当接角θ１２の間の頂部１２３ａの角度θ１３が９０度となるように形成されており、上端面１２ａから頂部１２３ａまでの高さ寸法は０．１ｍｍとなっている。

本例でも、円環状突部１２３が形成されている閉鎖部１２の上端面１２ａが、平坦面であり、上端面１２ａは開口形成面２１２ｂと平行な状態で開口形成面２１２ｂに対向するように配置される。従って、円環状突部１２３の径方向断面において、内周側当接角θ１１の錯角となる内周側の底角θ１４は６０度、外周側当接角θ１２の錯角である外周側の底角θ１５は３０度となっている。

このような形状にしても、円環状突部１２３がつぶれやすくなるので、円環状突部１２３Ａが開口形成面２１２ｂに確実に密着する。従って、開口形成面２１２ｂと円環状突部１２３Ａの間のシール性が良好になり、開口部１０を確実に閉鎖できる。

なお、本例のダイヤフラム弁１１Ａを採用する際には、ダイヤフラム弁側凹部１２４の底面１２４ａ、および、直動部材側突部１４３の上端面１４３ｄを平坦面としておく。

（その他の実施の形態）
上記の実施の形態では、内周側当接角と外周側当接角とはいずれも９０度以下となっているが、いずれか一方の角度を９０度以上としてもよい。

また、径方向断面が略三角形を備える円環状突部１２３として、頂部１２３ａよりも内周側の内周面、および、頂部１２３ａよりも外周側の外周面が、円弧から形成されていているものも含むものとすることができる。この場合には、円環状突部１２３の径方向断面において、円環状突部１２３が開口形成面２１２ｂと最初に接触する接触点と、円環状突部１２３の上端面２１ａからの隆起が始まる内周側の隆起点とを結んだ直線を含む面を内周側傾斜面１０３ｂとし、円環状突部１２３が開口形成面２１２ｂと最初に接触する接触点と、円環状突部１２３の上端面２１ａからの隆起が始まる外周側の隆起点とを結んだ直線を含む面を外周側傾斜面１０３ｃとして、内周側当接角と外周側当接角の大きさを異ならせればよい。

また、上記の実施の形態では、流体を第１流路７から流入させ、連結部９を介して第２流路８から流出しているが、流体を第２流路８から流入させ、連結部９を介して第１流路７から流出させることもできる。

１ バルブ装置
２ ハウジング
３ モータ
７ 第１流路
８ 第２流路
９ 連通部
１０、１０１ａ 開口
１１、１１Ａ、１００ ダイヤフラム弁（弁体）
１２、１０２ 閉鎖部
１２ａ 閉鎖部の上端面
１３ 駆動力伝達機構
１４ 直動部材
１０３、１２３、１２３Ａ 円環状突部
１０３ａ、１２３ａ 頂部
１０３ｂ、１２３ｂ 内周側傾斜面
１０３ｃ、１２３ｃ 外側傾斜面
２１２ 第３円筒部
１０１、２１２ａ 開口形成面
α、θ１、θ１１ 内周側当接角
β、θ２、θ１２ 外周側当接角

Claims (3)

1. 流路の開口部が設けられた開口形成面と、この開口形成面に対して垂直に駆動される可撓性の弁体とを有し、前記弁体が、前記開口形成面に対向する閉鎖部と、この閉鎖部から前記開口形成面に向けて突出して前記開口部の周りに当接可能な円環状突部とを備えているバルブ装置において、
   前記円環状突部は、頂部、この頂部に対して径方向内側で連接する内周側傾斜面、および前記頂部に対して径方向外側で連接する外周側傾斜面が全周にわたって形成された三角形あるいは略三角形の径方向断面を有し、前記開口形成面と前記内周側傾斜面とが成す内周側当接角と、前記開口形成面と前記外周側傾斜面とが成す外周側当接角とは、大きさが異なっていることを特徴とするバルブ装置。
2. 請求項１に記載のバルブ装置において、
   前記内周側当接角は、前記外周側当接角よりも小さいことを特徴とするバルブ装置。
3. 請求項２に記載のバルブ装置において、
   前記流路を経由するように流体が流れているときに前記開口部を閉鎖すると、前記円環状突部の内側の空間の圧力は、前記円環状突部の外側の空間の圧力よりも高いことを特徴とするバルブ装置。

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