JP2014101962A - Fluid control valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体の流れを制御する流体制御弁に関する。 The present invention relates to a fluid control valve that controls the flow of fluid.
弁軸に円形の弁体が垂直に取り付けられ、弁体が弁軸とともに軸方向に作動することにより、真円状の弁座に着座するポペットバルブ式の弁は、従来より内燃機関の吸排気弁等において広く使用されている。
特許文献1に開示された三方弁は、特許文献1の図1に示すように、燃料電池システムの酸化ガス供給路上に設けられている。この三方弁は、特許文献1の図2に示すように、流体の流入口と流出口とを有する流路(流入通路12および第1流出通路16から構成されている)が形成されたバルブハウジング本体(ケーシング4)と、ケーシング4に取り付けられた駆動装置8と、駆動装置8の出力軸(駆動軸58)に連結されて、ケーシング4内において軸方向に移動する弁軸36と、弁軸36の軸心に対し半径方向に延びるように取り付けられ、弁軸36とともに移動することにより、ケーシング4の前記流路に形成された弁座(第1弁座30)に離れまたは接触して、前記流路を開閉する弁体(ポペット弁6)と、を備え、駆動装置8の駆動軸58が閉弁位置にて位置決め固定されることにより、ポペット弁6が前記弁座に接触しケーシング4の前記流路が閉じられる状態が維持される流体制御弁である。
A poppet valve type valve seated on a perfect circular valve seat by attaching a circular valve body vertically to the valve shaft and operating the valve body together with the valve shaft in the axial direction has been conventionally used for intake and exhaust of internal combustion engines. Widely used in valves and the like.
As shown in FIG. 1 of Patent Document 1, the three-way valve disclosed in Patent Document 1 is provided on the oxidizing gas supply path of the fuel cell system. As shown in FIG. 2 of Patent Document 1, this three-way valve has a valve housing in which a flow path (consisting of an inflow passage 12 and a first outflow passage 16) having a fluid inlet and an outlet is formed. A main body (casing 4), a
上述した特許文献1に記載されている流体制御弁においては、燃料電池システムの運転停止時に燃料電池5の劣化防止のために、流体制御弁を閉状態とすることで燃料電池5を封止しているが、このとき燃料電池5内部の圧力が異常に上昇する場合がある。その際に、燃料電池5、補機、配管などの漏れや破損等を防止する必要がある。
In the fluid control valve described in Patent Document 1 described above, the
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、流体制御弁において、流体制御弁が閉状態であるときに、高い圧力がかかった場合に、流体制御弁自体にリリーフ機能を備えることで、装置の大型化を伴うことなく圧力を低減することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. In the fluid control valve, when a high pressure is applied when the fluid control valve is closed, the fluid control valve itself has a relief function. Therefore, it aims at reducing a pressure, without enlarging an apparatus.
上記の課題を解決するため、請求項1に係る流体制御弁の発明は、流体の流入口と流出口とを有する流路が形成されたバルブハウジング本体と、バルブハウジング本体に設けられたバルブハウジング固定部に取り付けられた固定部を備えた駆動装置と、駆動装置の出力軸に連結されて、バルブハウジング本体内において軸方向に移動する弁軸と、弁軸の軸心に対し半径方向に延びるように取り付けられ、弁軸とともに移動することにより、バルブハウジング本体の流路に形成された弁座に離れまたは接触して、流路を開閉する弁体と、を備え、駆動装置の出力軸が閉弁位置にて位置決め固定されることにより、弁体が弁座に接触しバルブハウジング本体の流路が閉じられる状態が維持される流体制御弁であって、弁座に接触している弁体に開弁方向の力が作用した場合、その力が弁体、弁軸および駆動装置経由でバルブハウジングの本体に伝達する経路の途中に設けられ、力が加わることにより弁体が弁座から離れるように弾性変形する弾性変形部材をさらに備えている。 In order to solve the above problems, a fluid control valve according to a first aspect of the present invention includes a valve housing body in which a flow path having a fluid inlet and an outlet is formed, and a valve housing provided in the valve housing body. A drive device having a fixed portion attached to the fixed portion, a valve shaft coupled to the output shaft of the drive device and moving in the axial direction within the valve housing body, and extending in a radial direction with respect to the axial center of the valve shaft And a valve body that opens or closes the flow path by moving away from or in contact with the valve seat formed in the flow path of the valve housing main body by moving together with the valve shaft, and the output shaft of the drive device A fluid control valve that maintains a state in which the valve body contacts the valve seat and the flow path of the valve housing body is closed by being positioned and fixed at the valve closing position, and the valve body is in contact with the valve seat Open to When a force in the direction is applied, the force is provided in the middle of the path that transmits the force to the valve housing body via the valve body, valve shaft, and drive device. An elastic deformation member that deforms is further provided.
また請求項2に係る発明は、請求項1の流体制御弁において、弾性変形部材を弁軸に設け、弁座に接触している弁体に開弁方向の力が作用した場合、弾性変形部材は軸方向に弾性変形して、弁体が弁座から離れる。 According to a second aspect of the present invention, in the fluid control valve according to the first aspect, when the elastic deformation member is provided on the valve shaft and a force in the valve opening direction acts on the valve body in contact with the valve seat, the elastic deformation member Is elastically deformed in the axial direction, and the valve body is separated from the valve seat.
また請求項3に係る発明は、請求項1の流体制御弁において、弾性変形部材を、駆動装置と駆動装置の固定部との間に設け、弁座に接触している弁体に開弁方向の力が作用した場合、弾性変形部材は、駆動装置の固定部に対して駆動装置が軸方向に移動するように弾性変形して、弁体が弁座から離れる。 According to a third aspect of the present invention, in the fluid control valve according to the first aspect, the elastically deformable member is provided between the driving device and the fixed portion of the driving device, and the valve element in contact with the valve seat is opened in the valve opening direction. When the force acts, the elastic deformation member is elastically deformed so that the drive device moves in the axial direction with respect to the fixed portion of the drive device, and the valve body is separated from the valve seat.
また請求項4に係る発明は、請求項1の流体制御弁において、弾性変形部材を、バルブハウジング固定部とバルブハウジング本体との間に設け、弁座に接触している弁体に開弁方向の力が作用した場合、弾性変形部材は、バルブハウジング本体に対してバルブハウジング固定部が軸方向に移動するように弾性変形して、弁体が弁座から離れる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the fluid control valve according to the first aspect, the elastically deformable member is provided between the valve housing fixing portion and the valve housing body, and the valve body in contact with the valve seat is opened in the valve opening direction. When the force acts, the elastic deformation member is elastically deformed so that the valve housing fixing portion moves in the axial direction with respect to the valve housing body, and the valve body is separated from the valve seat.
また請求項5に係る発明は、請求項1乃至請求項4のうちいずれか一項の流体制御弁において、弁体および弁座の少なくともいずれかに弾性材で形成され、両部材間をシールするシール部をさらに備えている。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fluid control valve according to any one of the first to fourth aspects, at least one of the valve body and the valve seat is formed of an elastic material, and seals between both members. A seal portion is further provided.
また請求項6に係る発明は、請求項5の流体制御弁において、シール部は、断面リップ状に形成されている。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fluid control valve according to the fifth aspect, the seal portion is formed in a lip shape in cross section.
また請求項7に係る発明は、請求項1乃至請求項6のうちいずれか一項の流体制御弁において、弁体とともに移動するダイヤフラムをさらに備え、ダイヤフラムの一側は流路および弁座を含んで構成され流体が流通する流体室に面しており、ダイヤフラムの他側は流体の進入が禁止され大気に開放されている空気室に面しており、ダイヤフラムの有効受圧面積は弁体の有効受圧面積より大きい。
The invention according to
上記のように構成した請求項1に係る発明においては、流体制御弁は、駆動装置の出力軸が閉弁位置にて位置決め固定されることにより、弁体が弁座に接触しバルブハウジング本体の流路が閉じられる状態(閉弁状態)が維持されている。また、弾性変形部材が、弁座に接触している弁体(液体制御弁が閉弁状態にある)に開弁方向の力が作用した場合、その力が弁体、弁軸および駆動装置経由でバルブハウジングの本体に伝達する経路の途中に設けられている。よって、弁体に前記力が作用した場合、弾性変形部材がその力によって弾性変形することにより弁体が弁座から離れる。したがって、流体制御弁が閉弁状態であるときに、高い圧力がかかった場合に、流体制御弁自体が有するリリーフ機能により液体制御弁が開弁することで、装置の大型化を伴うことなく圧力を低減することができる。 In the invention according to claim 1 configured as described above, the fluid control valve is configured so that the output shaft of the driving device is positioned and fixed at the valve closing position, so that the valve body comes into contact with the valve seat and The state where the flow path is closed (valve closed state) is maintained. Further, when a force in the valve opening direction acts on the valve element (the liquid control valve is in a closed state) in contact with the valve seat, the elastic deformation member is transmitted through the valve element, the valve shaft, and the driving device. Is provided in the middle of the path for transmission to the main body of the valve housing. Therefore, when the said force acts on a valve body, an elastic deformation member elastically deforms with the force, and a valve body leaves | separates from a valve seat. Therefore, when a high pressure is applied when the fluid control valve is closed, the liquid control valve is opened by the relief function of the fluid control valve itself. Can be reduced.
上記のように構成した請求項2に係る発明においては、請求項1の流体制御弁において、弾性変形部材を弁軸に設け、弁座に接触している弁体に開弁方向の力が作用した場合、弾性変形部材は軸方向に弾性変形して、弁体が弁座から離れる。これにより、弁軸の構成を変更するという簡単な構成で、流体制御弁自体にリリーフ機能を持たせることができる。 In the invention according to claim 2 configured as described above, in the fluid control valve according to claim 1, an elastically deformable member is provided on the valve shaft, and a force in the valve opening direction acts on the valve element in contact with the valve seat. In this case, the elastically deformable member is elastically deformed in the axial direction, and the valve body is separated from the valve seat. Thereby, the relief function can be given to the fluid control valve itself with a simple configuration in which the configuration of the valve shaft is changed.
上記のように構成した請求項3に係る発明においては、請求項1の流体制御弁において、弾性変形部材を、駆動装置と駆動装置の固定部との間に設け、弁座に接触している弁体に開弁方向の力が作用した場合、弾性変形部材は、駆動装置の固定部に対して駆動装置が軸方向に移動するように弾性変形して、弁体が弁座から離れる。これにより、駆動装置の構成を変更するという簡単な構成で、流体制御弁自体にリリーフ機能を持たせることができる。 In the invention according to claim 3 configured as described above, in the fluid control valve according to claim 1, the elastically deformable member is provided between the driving device and the fixed portion of the driving device, and is in contact with the valve seat. When a force in the valve opening direction acts on the valve body, the elastic deformation member is elastically deformed so that the drive device moves in the axial direction with respect to the fixed portion of the drive device, and the valve body is separated from the valve seat. Thereby, the fluid control valve itself can be provided with a relief function with a simple configuration in which the configuration of the driving device is changed.
上記のように構成した請求項4に係る発明においては、請求項1の流体制御弁において、弾性変形部材を、バルブハウジング固定部とバルブハウジング本体との間に設け、弁座に接触している弁体に開弁方向の力が作用した場合、弾性変形部材は、バルブハウジング本体に対してバルブハウジング固定部が軸方向に移動するように弾性変形して、弁体が弁座から離れる。これにより、バルブハウジングの構成を変更するという簡単な構成で、流体制御弁自体にリリーフ機能を持たせることができる。
In the invention according to
上記のように構成した請求項5に係る発明においては、請求項1乃至請求項4のうちいずれか一項の流体制御弁において、弁体および弁座の少なくともいずれかに弾性材で形成され、両部材間をシールするシール部をさらに備えている。これにより、高いシール性を維持するとともに比較的低い圧力でリリーフ性を発揮することができる。
In the invention according to
上記のように構成した請求項6に係る発明においては、請求項5の流体制御弁において、シール部は、断面リップ状に形成されている。これにより、リリーフ圧を比較的低い値に設定することができ、かつリリーフ圧の設定を容易に調整することができる。
In the invention which concerns on Claim 6 comprised as mentioned above, in the fluid control valve of
上記のように構成した請求項7に係る発明においては、請求項1乃至請求項6のうちいずれか一項の流体制御弁において、弁体とともに移動するダイヤフラムをさらに備え、ダイヤフラムの一側は流路および弁座を含んで構成され流体が流通する流体室に面しており、ダイヤフラムの他側は流体の進入が禁止され大気に開放されている空気室に面しており、ダイヤフラムの有効受圧面積は弁体の有効受圧面積より大きい。これにより、弁体とともに移動するダイヤフラムをさらに備えた流体制御弁においても、上述した請求項1から請求項6までの作用効果を得ることができる。
In the invention according to
<第1実施形態>
以下、図1および2に基づき、本発明の第1実施形態による三方弁3およびエア調圧弁4について説明する。図1に示すように、本実施形態による三方弁3およびエア調圧弁4(流体制御弁に該当する)は、車両に搭載された燃料電池システム1の酸素系2に適用されている。しかしながら、本発明はこれに限定されるべきものではなく、燃料供給系システムあるいは油圧ブレーキシステムといった、車両用流体制御弁として広範囲に使用することが可能であり、また、家庭用機器もしくは一般産業機械用の流体制御弁としても適用することが可能である。
<First Embodiment>
Hereinafter, the three-way valve 3 and the air
また、以下、図2における上方および下方を、それぞれエア調圧弁4の上方および下方とし、図2における右方および左方を、それぞれエア調圧弁4の右方および左方として説明しているが、車両におけるエア調圧弁4の実際の取付方向とは無関係である。
図1に示すように、燃料電池システム1は、酸素系2、燃料系5、電池スタック6、動力系7、冷却系8および制御装置9とから形成されている。
In the following description, the upper and lower portions in FIG. 2 are respectively referred to as the upper and lower portions of the air
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes an oxygen system 2, a
電池スタック6は、これに限定されるべきものではないが、複数の固体高分子型の単セルが積層されることで形成されている。複数の単セルは電気的に直列に接続されており、各々の単セルは電解質膜と、これを挟むアノード極およびカソード極(いずれも図示せず)を含んでいる。また、単セルのアノードセパレータ(図示せず)には、アノード極に対して水素ガスを供給するためのアノード流路61が形成されており、カソードセパレータ(図示せず)には、カソード極に対して空気を供給するためのカソード流路62が形成されている。
The battery stack 6 is not limited to this, but is formed by stacking a plurality of solid polymer type single cells. The plurality of single cells are electrically connected in series, and each single cell includes an electrolyte membrane and an anode electrode and a cathode electrode (both not shown) sandwiching the electrolyte membrane. In addition, an
酸素系2は酸素系供給配管21aを備えており、酸素系供給配管21aは電池スタック6内のカソード流路62の一端と接続されている。酸素系供給配管21a上には、電池スタック6に向けて順に、エアフィルタ22、エアコンプレッサ23、インタークーラ24および三方弁3が形成されている。
カソード流路62の他端には酸素系排出配管21bの一端が接続されており、酸素系排出配管21b上には、2ポートの流体制御弁であるエア調圧弁4が設けられている。また、前述した三方弁3は3ポートの流体制御弁であって、バイパス管路21cの一端が接続されており、バイパス管路21cの他端は、酸素系排出配管21bのエア調圧弁4よりも下流側部位(電池スタック6が接続されていない側)に接続されている。
The oxygen system 2 includes an oxygen
One end of an oxygen-based
一方、燃料系5は、燃料系供給配管51aの一端に水素タンク52が接続されており、燃料系供給配管51a上には遮断弁53が形成されている。燃料系供給配管51aの他端は、電池スタック6内のアノード流路61の一端と接続されている。アノード流路61の他端には、燃料系排出配管51bが接続されており、燃料系排出配管51b上には、電池スタック6に近い側から順に、気液分離器54、排気排水弁55および排出ガス希釈器56が形成されている。排出ガス希釈器56には、上述した酸素系排出配管21bの他端が接続されている。
On the other hand, in the
また、気液分離器54は燃料系循環路51cを介して、燃料系供給配管51a上の遮断弁53とアノード流路61との接続部との間の部位に接続されている。燃料系循環路51c上には循環ポンプ57が設けられており、気液分離器54からアノード流路61に向けて水素ガスを循環させている。
動力系7は、車両を走行させるための電動モータ71を備えている。電動モータ71は電池スタック6の正極および負極と接続されており、電池スタック6の発電によって駆動される。
Further, the gas-
The
また、冷却系8は水冷ポンプ81を備え、電池スタック6内に冷却水を循環させて電池スタック6を冷却している。
制御装置9は、エアコンプレッサ23、三方弁3、エア調圧弁4、遮断弁53、循環ポンプ57および冷却ポンプ81と電気的に接続されている。制御装置9は車両の走行状態に応じて算出された電池スタック6の必要な発電量に基づき、これらの各構成要素の作動を制御している。
上述した構成により、車両が運転開始すると、制御装置9はエアコンプレッサ23を作動させてカソード流路62へ空気を供給するとともに、遮断弁53および循環ポンプ57を作動させてアノード流路61へ水素ガスを供給し、電池スタック6において発電を行う。
The
The control device 9 is electrically connected to the
With the configuration described above, when the vehicle starts operation, the control device 9 operates the
酸素系2において、エアフィルタ22を介して吸引された酸素を含んだ空気は、エアコンプレッサ23において圧縮された後、インタークーラ24によって冷却される。三方弁3は、電池スタック6の発電量に応じてバルブ部材の位置を変位させ、インタークーラ24から供給された空気を分流してバイパス配管21cへ逃すことにより、電池スタック6への空気の流量を制御している。
また、エア調圧弁4は、その開度を調整し電池スタック6内に残存した空気の排出量を調整することにより、電池スタック6内の圧力を制御している。
In the oxygen system 2, the air containing oxygen sucked through the
Further, the air
アノード流路61から排出される水素オフガス(燃料ガスオフガス)には発電に使用されなかった水素ガスと発電によって生成された水(水蒸気)が含まれている。気液分離器54は水素ガスと水を分離する機能を有している。気液分離器54で分離された水素ガスは循環ポンプ57により燃料系循環路51cを介して燃料系供給配管51aに供給され循環される。気液分離器54で分離された水(液状)は排気排水弁55が開状態になったとき、水素ガスとともに排出ガス希釈器56に送られる。気液分離器54から排出ガス希釈器56に排出された水素ガスは、排出ガス希釈器56において、酸素系排出配管21bから供給された空気により希釈化された後、水とともに外部へと放出される。
The hydrogen off-gas (fuel gas off-gas) discharged from the
次に、エア調圧弁4の構造について詳細に説明する。図2に示したように、エア調圧弁4は、バルブハウジング41(バルブハウジング本体に該当する)の外周面にモータアッセンブリ42(駆動装置に該当する)が取り付けられて形成されている。バルブハウジング41は、ポリフェニレンサルファイド等の合成樹脂材料にて形成されたバルブボデー411と、金属板により一体に形成されたバルブカバー412とを互いに結合させて形成されている。尚、本実施形態においては、駆動装置として電動モータを使用したモータアッセンブリ42を使用しているが、ソレノイドアクチュエータやガス圧によって駆動されるアクチュエータなどを使用してもよい。
Next, the structure of the air
バルブボデー411には、バルブカバー412の取り付け用の金属製のカバー取付スリーブ411aがインサートされている。また、バルブボデー411のフランジ部411bには、エア調圧弁4を車両に取り付けるための金属スリーブ411cがインサートされている。カバー取付スリーブ411aおよび金属スリーブ411cの内周面には、雌螺子が形成されている。
A metal
バルブボデー411には、図2において右方に開口する調圧弁インレット411d(流入口に該当する)が形成されている。調圧弁インレット411dは、上述した酸素系排出配管21bを介して、電池スタック6のカソード流路62の他端に接続されている(図1示)。また、バルブボデー411には、調圧弁インレット411dに対し垂直方向に開口(図2において下方に開口)する調圧弁アウトレット411e(流出口に該当する)が形成されている。調圧弁アウトレット411eは、上述した酸素系排出配管21bを介して、排出ガス希釈器56に接続されている。調圧弁インレット411dから調圧弁アウトレット411eまでの流路が特許請求の範囲に記載の流路である。
さらに、バルブボデー411の内周面において、調圧弁インレット411dと調圧弁アウトレット411eとの間には調圧弁座411f(弁座に該当する)が形成されている。調圧弁座411fは平坦な円環状に形成されている。
The
Furthermore, a pressure regulating
バルブカバー412は、貫通させた取付ボルト413をカバー取付スリーブ411aに締め付けることによって、バルブボデー411の上端面に取り付けられている。バルブカバー412は、バルブボデー411への取付面412aと、取付面412aから上方へと突出したモータ取付部412bと、モータ取付部412bの中央部において段付状に下降し、下端部が開口したシャフト収容部412cとにより形成されている。また、モータ取付部412bの上面には、複数の雌螺子穴412dが設けられている。バルブカバー412は、金属板をプレス成型することにより、上述した取付面412a、モータ取付部412bおよびシャフト収容部412cが一体に形成されている。
The
モータ取付部412bの上面には、上述したモータアッセンブリ42が取り付けられている。モータアッセンブリ42は、モータケース421の機構収容部421aの外周面を、シャフト収容部412cの内周面に嵌合させた状態で、取付フランジ421bに貫通させた複数の取付スクリュー43を、モータ取付部412bの雌螺子穴412dに締め付けることによってバルブカバー412に固定される。取付スクリュー43は取付フランジ421bに形成された貫通孔(図示せず)に対して遊嵌しており、バルブカバー412は、シャフト収容部412cの内周面が機構収容部421aの外周面に当接することにより、その位置決めが行われる。
The
モータケース421の内壁には、ステッピングモータ422が固定されている。ステッピングモータ422の出力シャフト422a(出力軸に該当する)の先端は円筒形状を呈しており、その軸心部には駆動孔422bが形成されている。駆動孔422bの内周面には所定の長さの雌螺子が形成されており、バルブシャフト44(弁軸に該当する)の端部外周面に形成された雄螺子部441と螺合している。
A stepping
バルブシャフト44はステンレス等の金属材料にて形成され、その雄螺子部441の下方には二面幅部442が形成されている。二面幅部442は、モータケース421の下端部に形成された一対の対向面(図示省略)と係合しており、これによって、バルブシャフト44はモータケース421に対して回転不能となっている。したがって、ステッピングモータ422の出力シャフト422aが一方向に回転すると、バルブシャフト44がバルブハウジング41内において軸方向に下降し、出力シャフト422aが反対方向に回転すると、バルブシャフト44は上昇する。
The
上述したバルブシャフト44の雄螺子部441と、出力シャフト422aの雌螺子とは、ともに台形ネジにより形成されており、バルブシャフト44と出力シャフト422aとの間の逆効率がほぼ0に設定されていることが望ましい。これにより、バルブシャフト44と出力シャフト422aとの間の動作の伝達が不可逆的に形成され、エア調圧弁4が閉じられている状態で、バルブシャフト44から出力シャフト422aに向けて戻し荷重が働いた場合に、出力シャフト422aは開弁する方向に回転せず、不用意にエア調圧弁4が開弁することがない。
The
図2に示したように、バルブシャフト44の二面幅部442の下方には、モータケース421から突出し一定の径により軸方向に延びた円柱部443が形成されている。円柱部443の外周面は、バルブカバー412のシャフト収容部412cの下端に形成されたシャフトリテーナ部412eにより、軸方向に移動可能に支持されている。互いに当接する円柱部443の外周面またはシャフトリテーナ部412eには無電解ニッケルメッキ等が施され、その摺動面の耐摩耗性を向上させている。
As shown in FIG. 2, a
円柱部443には、弾性変形部材48が設けられている。弾性変形部材48は、例えば、ゴム等の弾性材で形成されている。また、コイルばねで構成するようにしてもよい。弾性変形部材48は、円柱部443の軸方向に伸縮する。弾性変形部材48をゴム等の弾性材で構成する場合には、円柱部443とほぼ同一径の円柱状(または円筒状)に形成すればよく、軸方向上下両端が円柱部443の上部および下部に固定されている。弾性変形部材48をコイルばねで構成する場合には、円柱部443とほぼ同一径の外径に形成すればよく、軸方向上下両端が円柱部443の上部および下部に固定されている。
The
弾性変形部材48は、弁座411fに接触しているバルブ部材45に開弁方向の力が作用した場合、その力がバルブ部材45、バルブシャフト44およびモータアッセンブリ42経由でバルブハウジング本体41に伝達する経路の途中に設けられ、前記力が加わることによりバルブ部材45が弁座411fから離れるように弾性変形するものである。本実施形態においては、弁座411fに接触しているバルブ部材45に開弁方向の力が作用した場合、弾性変形部材48は円柱部443の軸方向に弾性変形して、バルブ部材45が弁座411fから離れる。
なお、弾性変形部材48は、バルブシャフト44であれば、円柱部443以外の部位に設けるようにしてもよい。
When a force in the valve opening direction is applied to the
Note that the elastically
さらに、円柱部443の先端部には、円柱部443よりも小径に形成された連結部444(取付部内に収容された部位に該当する)が一体に形成されている。連結部444は、外周面において対向する一対の平坦面444aを有する二面幅形状に形成されている。
Further, a connecting portion 444 (corresponding to a portion housed in the mounting portion) formed to have a smaller diameter than the
連結部444には、軸心に直交する方向にボール孔445(貫通孔に該当する)が貫通しており、ボール孔445の両端部は、対向した平坦面444aに直交するようにそれぞれ開口している。ボール孔445内には、鋼球446(球体に該当する)が配置されている。鋼球446の直径は、平坦面444a同士の距離(二面幅の厚み)よりも大きく設定されており、鋼球446はボール孔445の両端部から突出している。また、鋼球446の直径は、ボール孔445の直径よりも僅かに小さく、鋼球446はボール孔445内において回転可能、かつ、ボール孔445内をボール孔445の軸方向に移動可能に収容されている。
A ball hole 445 (corresponding to a through hole) passes through the connecting
バルブシャフト44の先端部に設けられた鋼球446には、バルブシャフト44の軸心に対し半径方向に延びるように、バルブ部材45(弁体に該当する)が取り付けられている。バルブ部材45のバルブフレーム451は、ステンレス等の金属板がプレス成形されて形成されている。バルブフレーム451は、バルブシャフト44の軸心に対し、半径方向に円板状に延びた平板部451aを有しており、平板部451aには外周縁を覆うようにシール部材452が固着されている。
A valve member 45 (corresponding to a valve element) is attached to a
シール部材452は、SBR(スチレン−ブタジエンゴム)またはEPDM(エチレン−プロピレン−ジエン共重合体)といった耐熱性を有する合成ゴム材料にて形成されている。シール部材452の下面には、バルブ部材45の下降により、バルブボデー411に形成された調圧弁座411fと当接可能なシールリップ452aが突出している。図2に示したように、シールリップ452a(シール部に該当する)は、断面リップ状に形成されている。このシールリップ452aは、発電停止時に、電池スタック6内に残留した水素ガスと酸素の反応や電池スタック6の温度低下による残留水蒸気の凝縮などによって発生する負圧によりセルフシールするように、半径方向内向き(調圧弁アウトレット411eに向いて)に形成されている。
The
バルブフレーム451には、平板部451aの半径方向中心部に連続した段部451b(平板部451aおよび段部451bを包括した構成が延在部に該当する)が形成されている。段部451bはバルブシャフト44の軸方向に延びており、径方向の段差が軸方向に並ぶように2箇所に形成されている。
また、バルブフレーム451は、一端が段部451bに連続した円筒部451c(筒状部に該当する)を有している。円筒部451cは、平板部451aに対して垂直方向に延び、バルブシャフト44の円柱部443が挿入されている。さらに、バルブフレーム451は、円筒部451cの他端に連続して形成され、先端が袋状に閉じていることにより、バルブシャフト44の連結部444を収容することが可能な取付部451dを有している。
The
Further, the
取付部451dは、バルブシャフト44の連結部444が収容された場合に、それぞれ連結部444の平坦面444aと対向するように一対の固定壁451eを有している。各々の固定壁451eからは、取付部451d内に連結部444を挿入した際に、鋼球446を収容可能な嵌合部451fが突出している。また、取付部451dには、固定壁451e同士を繋ぐように、対向した一対の接続面部(図示省略)が形成されている。
The
双方の固定壁451eの内周面間の距離は、連結部444の平坦面444a同士の距離(二面幅の厚み)よりも大きく、双方の接続面部の内周面間の距離は、連結部444の側面部444b同士の距離よりも大きく設定されている。
バルブシャフト44にバルブ部材451を取り付ける場合、ボール孔445内に鋼球446を配置した状態で、平坦面444aから突出した鋼球446が嵌合部451f内に収容されるように、連結部444を取付部451d内に挿入する。その後、鋼球446に対して、双方の固定壁451eをかしめることによりかしめ部451hが形成され、取付部451dが鋼球446に固定される。
The distance between the inner peripheral surfaces of both the fixed
When the
また、バルブフレーム451がバルブシャフト44に取り付けられた状態において、円筒部451cの内周面と、挿入されたバルブシャフト44の円柱部443の外周面との間には、バルブシャフト44の軸心に対する半径方向の隙間ε(以下、半径方向隙間εという)が形成されている。半径方向隙間εは、円筒部451cの内周面と円柱部443の外周面との間において全周に渡って形成されている。半径方向隙間εを設けたことによって、バルブ部材45はバルブシャフト44に対し傾き可能に形成されている。
Further, in the state where the
図2に示すように、バルブフレーム451の段部451bの内周面には、上方からスプリングリテーナ453が圧入固定されている。スプリングリテーナ453は、金属板がプレス工程にて絞られて形成されている。スプリングリテーナ453は、段部451bの下方に形成された段差と円柱部443との間に位置する円筒状の固定部453aと、固定部453aから半径方向外方へと拡がった肩部453bとを有している。
As shown in FIG. 2, a
スプリングリテーナ453の固定部453aは、肩部453bがバルブフレーム451の平板部451aの上面に当接するまで、バルブフレーム451の段部451bの内周面に圧入されている。段部451bに圧入された固定部453aは、バルブシャフト44の円柱部443の外周面との間には隙間を有しているため、バルブ部材45のバルブシャフト44に対する傾きを妨げることはない。
The fixing
また、段部451bの上方に形成された段差と固定部453aとの間には、シール部材であるOリング454が介装されている。Oリング454は、バルブフレーム451と固定部453aとの間においてシール機能を発揮し、エア調圧弁4内に浸入した水分または異物等が、バルブフレーム451の取付部451dあるいは後述するダイヤフラム46で区分けされた空気室415まで浸入することを防止している。
さらに、スプリングリテーナ453は、肩部453bから上方へと延びた連結部453cと、連結部453cから半径方向外方へと拡がる締付部453dとを備えている。
In addition, an O-
Furthermore, the
また、ダイヤフラム保持体455は、半径方向内端にバルブシャフト44の軸方向に延びる係合部455aを有し、係合部455aの上端からは、押圧部455bが半径方向に延びている。押圧部455bの下面がスプリングリテーナ453の連結部453cの上端に当接するまで、係合部455aが連結部453cの内周面に圧入されることにより、スプリングリテーナ453とダイヤフラム保持体455は一体化されている。
The
スプリングリテーナ453の締付部453dとダイヤフラム保持体455の押圧部455bとの間には、ダイヤフラム46の内周縁が固定されている。ダイヤフラム46は合成ゴム材料にて一体的に形成されており、略中央部には表裏を貫通する装着孔461が形成されている。装着孔461の周縁は、締付部453dと押圧部455bとにより上下方向に挟圧され、双方の間において液密的に固定されている。
The inner peripheral edge of the
ダイヤフラム46の外周縁は、前述したバルブボデー411の上端面とバルブカバー412のモータ取付部412bの下端との間において挟圧され、液密的に固定されている。このように、ダイヤフラム46がバルブハウジング41の内周面とバルブ部材45とに取り付けられることにより、ダイヤフラム46およびバルブ部材45によって、バルブハウジング41の内部が2つに区分けされている。すなわち、バルブハウジング41の内部は、調圧弁インレット411d、調圧弁アウトレット411eおよび調圧弁座411fを含み供給された流体が通過する流体室414と、流体等の進入が防止され空気が充填されている空気室415とが形成されている。空気室415は、バルブカバー412に設けられた図示しない通気孔により外気に連通している。
The outer peripheral edge of the
ダイヤフラム46はバルブ部材45とともに移動するものである。ダイヤフラム46の一側は前記流路および弁座411fを含んで構成され前記流体が流通する流体室414に面しており、ダイヤフラム46の他側は前記流体の進入が禁止され大気に開放されている空気室415に面している。さらに、ダイヤフラム46の有効受圧面積はバルブ部材45の有効受圧面積より大きくなるようになっている。
The
スプリングリテーナ453の肩部453bと、バルブカバー412のシャフト収容部412cの段部との間には、バルブシャフト44を円周方向に取り囲むようにコイルスプリング47が介装されている。コイルスプリング47は、スプリングリテーナ453とバルブカバー412との間に弾発的に装着され、バルブ部材45をバルブシャフト44の先端方向に向けて付勢している。
A
調圧弁インレット411dからバルブハウジング41の内部に、空気等の所定の圧力を有した流体が供給されると、上述したダイヤフラム46が流体から圧力を受けて、バルブ部材45の上部は、ダイヤフラム46により円周上を均等に引っ張られて、バルブシャフト44の軸心からずれずに(センタリング)、バルブシャフト44の軸心に対して傾かずに保持される。
When a fluid having a predetermined pressure such as air is supplied from the pressure regulating
また、上述したコイルスプリング47のバルブシャフト44の先端方向に向けた付勢力により、バルブ部材45の下方部も、バルブシャフト44の軸心からずれずに(センタリング)、バルブシャフト44の軸心に対して傾かずに保持される。また、コイルスプリング47の付勢力により、エア調圧弁4の開弁状態における鋼球446とボール孔445との間の上下方向の隙間が埋まり、バルブ部材45の振動およびそれに伴う騒音の発生を防止することができる。
Further, due to the biasing force of the
このようなダイヤフラム46およびコイルスプリング47の保持力によって、エア調圧弁4の作動時における、バルブ部材45の振動およびそれに伴う騒音の発生が防止され、エア調圧弁4の内部を通過する流体の流量変動を低減することができる。尚、コイルスプリング47は、スプリングリテーナ453とバルブカバー412との間に設ける代わりに、ダイヤフラム保持体455の押圧部455bとバルブカバー412との間に介装されていてもよい。
Such holding force of the
次に、エア調圧弁4の作動方法について簡単に説明する。バルブシャフト44が上方にあり、バルブ部材45のシール部材452が調圧弁座411fから離間している(離れている)時、エア調圧弁4は開状態にある(図示省略)。この状態において、調圧弁インレット411dと調圧弁アウトレット411eとが連通しており、双方の間の空気等の流体の流通は許容されている。
Next, the operation method of the air
制御装置9からの駆動信号により、ステッピングモータ422が一方向に回転すると、バルブ部材45がバルブシャフト44とともに軸方向に下降し、シール部材452が調圧弁座411fに着座する(接触する。図2示)。これにより、エア調圧弁4は閉状態となり、調圧弁インレット411dと調圧弁アウトレット411eとの間の連通が遮断され、双方の間の流体の流通は断たれる。すなわち、エア調圧弁4においては、モータアッセンブリ42の出力シャフト422aが閉弁位置にて位置決め固定されることにより、バルブ部材45が弁座411fに接触しバルブハウジング本体の流路が閉じられる状態が維持される。
When the stepping
シール部材452が調圧弁座411fに対して着座する時に、シール部材452と調圧弁座411fの双方のシール面の間において平行度の精度にばらつきがあった場合、調圧弁座411fのシール面に倣って、バルブ部材45が、コイルスプリング47を撓ませながらバルブシャフト44に対して傾き、バルブ部材45と調圧弁座411fとの間のシール性を確保することができる。
When the
また、バルブ部材45は、バルブシャフト44との間に半径方向隙間εを有した状態でバルブシャフト44が挿入される円筒部451cと、円筒部451cからバルブシャフト44に対し半径方向に拡がった平板部451aと、一端が円筒部451cに連続するとともに、他端が袋状に閉じ、内部にバルブシャフト44の先端を収容した取付部451dと、を有するバルブフレーム451と、平板部451aの外周面を覆うように取り付けられ、調圧弁座411fに対して当接可能なシール部材452と、により形成されており、バルブシャフト44の取付部内に収容された部位である連結部444には、軸心に直交する方向にボール孔445を設け、ボール孔445内には回転可能な鋼球446が配置されており、取付部451dは鋼球446に対しかしめにより固定されていることにより、バルブ部材451の平面方向と調圧弁座411fのシール面との間の平行度に精度のばらつきがあった場合、鋼球446が回転することにより、バルブ部材451がバルブシャフト44に対して半径方向隙間εが埋まるまで傾くことができ、構成部品の寸法精度を向上させたりエア調圧弁4を大型化せずに、バルブ部材451と調圧弁座411fとの間のシール性を確保することができる。
The
次に、三方弁3(流体制御弁に該当する)の構造について、図3に基づき詳細に説明する。尚、以下、図3における上方および下方を、それぞれ三方弁3の上方および下方とし、図3における右方および左方を、それぞれ三方弁3の右方および左方として説明しているが、車両における三方弁3の実際の取付方向とは無関係である。 Next, the structure of the three-way valve 3 (corresponding to a fluid control valve) will be described in detail with reference to FIG. In the following description, the upper and lower portions in FIG. 3 are respectively described above and below the three-way valve 3, and the right and left portions in FIG. 3 are respectively described as the right and left sides of the three-way valve 3. This is independent of the actual mounting direction of the three-way valve 3 in FIG.
図3に示したように、三方弁3もエア調圧弁4と同様に、バルブハウジング31の外周面にモータアッセンブリ32(駆動装置に該当する)が取り付けられて形成されている。バルブハウジング31(バルブハウジング本体に該当する)は、ともにポリフェニレンサルファイド等の合成樹脂材料にて形成された第1ボデー311と第2ボデー312とを、互いに液密的に嵌合させて形成している。
As shown in FIG. 3, the three-way valve 3 is also formed by attaching a motor assembly 32 (corresponding to a driving device) to the outer peripheral surface of the
第1ボデー311には、図3において右方に開口する三方弁インレット311a(流入口に該当する)が形成されている。三方弁インレット311aは、上述した酸素系供給配管21aを介して、インタークーラ24に接続されている(図1示)。また、第2ボデー312には、三方弁インレット311aに対し垂直方向に開口(図3において下方に開口)する三方弁アウトレット312a(流出口に該当する)が形成されている。三方弁アウトレット312aは、上述した酸素系供給配管21aを介して、電池スタック6のカソード流路62の一端に接続されている(図1示)。また、第1ボデー311には、図3において左方に開口するバイパス口311bが形成されている。バイパス口311bは、上述したバイパス配管21cを介して、排出ガス希釈器56に接続されている(図1示)。
The
また、第2ボデー312の内周面において、三方弁インレット311aと三方弁アウトレット312aとの間には制御弁座312b(弁座に該当する)が形成されている。制御弁座312bは平坦な円環状に形成されている。
また、第1ボデー311の内部上面からは、円筒状の着座体311cが下方に延びている。着座体311cの下端は平坦に形成され、三方弁インレット311aおよび三方弁アウトレット312aと、バイパス口311bとの間に位置するバイパス弁座311dが形成されている。また、第1ボデー311の内周上面からは、着座体311cの半径方向内方に位置するように、円筒形のシャフト支持部311eが突出している。
A
A
上述したエア調圧弁4と同様に、バルブハウジング31の上面には、上述したモータアッセンブリ32が取り付けられている。モータアッセンブリ32は、モータケース321の機構収容部321aの外周面を、第1ボデー311の上端部に形成されたモータ取付ボス311fの内周面に嵌合させた状態で、モータケース321に貫通させた複数の取付スクリュー39を、第1ボデー311の固定部311g(バルブハウジング固定部に該当する)に締め付けることによって第1ボデー311に固定される。取付スクリュー39はモータケース321の固定部321bに形成された貫通孔(図示せず)に対して遊嵌しており、モータアッセンブリ32は、機構収容部321aの外周面がモータ取付ボス311fの内周面に当接することにより、その位置決めが行われる。
第1ボデー311の固定部311gは、モータ取付ボス311fの開口端から外方に向けて延設されるフランジ部である。モータケース321の固定部321bは、バルブハウジング本体に設けられたバルブハウジング固定部311gに取り付けられている。
Similar to the air
The fixing
エア調圧弁4と同様に、モータケース321内には、ステッピングモータ322が固定されており、ステッピングモータ322の出力シャフト322a(出力軸の該当する)の回転運動は直進運動に変換され、バルブシャフト33(弁軸に該当する)に伝達される。ステッピングモータ322の出力シャフト322aの先端は円筒形状を呈しており、その軸心部には駆動孔322bが形成されている。駆動孔322bの内周面には所定の長さの雌螺子が形成されており、バルブシャフト33の端部外周面に形成された雄螺子部339と螺合している。
バルブシャフト33は、上述したシャフト支持部311eの内周面において、その軸方向に移動可能に支持されている。
Similar to the air
The
バルブシャフト33の長さ方向の略中央部には、一定の径により軸方向に延びた円柱部331が形成されている。また、円柱部331の上方には、円柱部331と同径の第1ランド部332が設けられており、円柱部331と第1ランド部332との間には、第1シール溝333が円周上に形成されている。第1シール溝333内には、合成ゴム材料にて形成されたシールパッキン34が装着されている。シールパッキン34は、バルブシャフト33の外周面とシャフト支持部311eの内周面との間でシール性能を発揮し、モータアッセンブリ32内への水、異物等の浸入を防止している。
A
さらに、バルブシャフト33には、上述した弾性変形部材48と同様に構成される弾性変形部材38が設けられている。例えば、円柱部331に、弾性変形部材38が設けられている。弾性変形部材38は、例えば、ゴム等の弾性材やコイルばねで構成されており、円柱部331の軸方向に伸縮する。弾性変形部材38をゴム等の弾性材で構成する場合には、バルブシャフト33とほぼ同一径の円柱状(または円筒状)に形成すればよく、軸方向上下両端が円柱部331の上部および下部に固定されている。弾性変形部材38をコイルばねで構成する場合には、バルブシャフト33とほぼ同一径の円柱状(または円筒状)に形成すればよく、軸方向上下両端が円柱部331の上部および下部に固定されている。
Further, the
弾性変形部材38は、弁座312bに接触しているバルブ部材35に開弁方向の力(図示上方向)が作用した場合、その力がバルブ部材35、バルブシャフト33およびモータアッセンブリ32経由でバルブハウジング本体31に伝達する経路の途中に設けられ、前記力が加わることによりバルブ部材35が弁座312bから離れるように弾性変形するものである。本実施形態においては、弁座312bに接触しているバルブ部材35に開弁方向の力が作用した場合、弾性変形部材38は円柱部331の軸方向に弾性変形して、バルブ部材35が弁座312bから離れる。
なお、弾性変形部材38は、バルブシャフト33であれば、円柱部331以外の部位に設けるようにしてもよい。
When a force in the valve opening direction (upward direction in the drawing) is applied to the
Note that the elastically deformable member 38 may be provided in a portion other than the
バルブシャフト33の先端部には、円柱部331よりも小径の連結部334(取付部内に収容された部位に該当する)が一体に形成されている。エア調圧弁4と同様に、連結部334は、外周面において対向する一対の平坦面334aを有する二面幅形状に形成されている。
連結部334には、軸心に直交する方向にボール孔335(貫通孔に該当する)が貫通しており、ボール孔335の両端部は、対向した平坦面334aに直交するようにそれぞれ開口している。ボール孔335内には、鋼球336(球体に該当する)が回転可能、かつ、ボール孔335の軸方向に移動可能に配置されている。連結部334、ボール孔335および鋼球336の寸法関係は、上述したエア調圧弁4の場合と同様に設定されている。
A connecting
A ball hole 335 (corresponding to a through hole) passes through the connecting
エア調圧弁4と同様に、連結部334にはバルブ部材35(弁体に該当する)が取り付けられている。バルブ部材35のバルブフレーム351は、バルブシャフト33の軸心に対し、半径方向に円板状に延びた平板部351aを有しており、平板部351aにはその外周面(上面および外周縁)を覆うように、合成ゴム材料にて形成されたシール部材352が被覆されている。
シール部材352の下面には、バルブ部材35の下降により、第2ボデー312に形成された制御弁座312bと当接可能なシールリップ352a(シール部に該当する)が突出している。図3に示したように、シールリップ352aは、電池スタック6内に残留した水素ガスと酸素の反応によって発生する負圧によりセルフシールするように、半径方向外向きに形成されている。また、シール部材352の上面は平坦に形成され、バルブ部材35の上昇により、第1ボデー311に形成されたバイパス弁座311dと当接可能となっている。
Similar to the air
A
バルブフレーム351には、平板部351aの半径方向中心部において、バルブシャフト33の先端方向に窪んだ凹部351b(平板部351aおよび凹部351bを包括した構成が延在部に該当する)が形成されている。また、バルブフレーム351は、一端が凹部351bの内周端に連続した円筒部351c(筒状部に該当する)を有している。円筒部351cは、平板部351aに対して垂直方向に延び、バルブシャフト33の円柱部331が挿入されている。
The
さらに、バルブフレーム351は、エア調圧弁4と同様に、円筒部351cの他端に連続して形成され、バルブシャフト33の連結部334を受け入れる取付部351dを有している。取付部351dはボール孔335から突出した鋼球336に対しかしめられ、鋼球336に対し脱落不能に固定されている。
尚、図3において、バルブ部材35をバルブシャフト33に取り付けるために、取付部351dに形成される構成のうち、エア調圧弁4と同様の構成については、あえて符号を省略している。
Further, similarly to the air
In FIG. 3, in order to attach the
エア調圧弁4と同様に、バルブフレーム351はバルブシャフト33に取り付けられた状態において、円筒部351cの内周面と、バルブシャフト33の円柱部331の外周面との間には、バルブシャフト33の軸心に対する半径方向隙間εが全周上に形成されている。
バルブシャフト33において、上述した連結部334の上方には円柱部331と同径の第2ランド部337が設けられており、円柱部331の下端と第2ランド部337との間には、第2シール溝338が円周上に形成されている。第2シール溝338内には、合成ゴム材料にて形成されたリング状のシャフトシール36(リング状のシール部材に該当する)が装着されている。シャフトシール36は、バルブシャフト33の外周面とバルブフレーム351の円筒部351cの内周面との間でシール性能を発揮し、バルブフレーム351の円筒部351cおよび取付部351d内への水、異物等の浸入を防止している。
Similar to the air
In the
シャフトシール36は、バルブシャフト33の外周面とバルブフレーム351の円筒部351cの内周面との間に弾発的に設けられ、双方の間において所定の摺動抵抗を発生させている。このため、シャフトシール36によって、バルブ部材35は、バルブシャフト33の軸心を中心として保持され(センタリング)、バルブ部材35のバルブシャフト33に対する振動および振動に伴う騒音を低減することができ、三方弁3の内部を通過する流体の流量変動を低減することができる。
The
また、バルブフレーム351の凹部351bと、第1ボデー311の内部上面との間には、バルブスプリング37が介装されている。バルブスプリング37の内周面は、上述したシャフト支持部311eの外周面に嵌着している。バルブスプリング37は、バルブフレーム351と第1ボデー311との間に弾発的に装着され、バルブ部材35をバルブシャフト33の先端方向に向けて付勢している。バルブスプリング37の付勢力により、バルブ部材35はバルブシャフト33の軸心からずれずに(センタリング)、バルブシャフト33の軸心を中心として傾かずに保持される。
A
次に、三方弁3の作動方法について簡単に説明する。バルブシャフト33が上方にある時、バルブ部材35のシール部材352の上面がバイパス弁座311dに着座する(接触する)とともに、制御弁座312bから離間している(離れている。図示省略)。この時、三方弁インレット311aと三方弁アウトレット312aとは連通し、双方の間の空気等の流体の流通が許容されるとともに、三方弁インレット311aおよび三方弁アウトレット312aと、バイパス口311bとの間の連通は遮断され、これらの間の流体の流通は断たれる。
Next, the operation method of the three-way valve 3 will be briefly described. When the
シール部材352がバイパス弁座311dに対して着座する時に、シール部材352とバイパス弁座311dのシール面との間において平行度の精度にばらつきがあった場合、鋼球336が回転することにより、バイパス弁座311dのシール面に倣って、バルブ部材35が、バルブスプリング37を撓ませながらバルブシャフト33に対して傾き、バルブ部材35とバイパス弁座311dとの間のシール性を確保することができる。
When the
制御装置9からの駆動信号により、ステッピングモータが一方向に回転すると、バルブ部材35がバルブシャフト33とともに軸方向に下降し、シール部材352の上面がバイパス弁座311dから離れるとともに、シールリップ352aが制御弁座312bに着座する(接触する。図3示)。この時、三方弁インレット311aとバイパス口311bとが連通し、双方の間の空気等の流体の流通が許容されるとともに、三方弁インレット311aおよびバイパス口311bと、三方弁アウトレット312aとの間の連通は遮断され、これらの間の流体の流通は断たれる。
When the stepping motor rotates in one direction by the drive signal from the control device 9, the
シール部材352が制御弁座312bに対して着座する時に、シール部材352と制御弁座312bの双方のシール面の間において平行度の精度にばらつきがあった場合、鋼球336が回転することにより、制御弁座312bのシール面に倣って、バルブ部材35が、バルブスプリング37を撓ませながらバルブシャフト33に対して傾き、バルブ部材35と制御弁座312bとの間のシール性を確保することができる。
三方弁3において、バルブ部材35は、制御弁座312bとバイパス弁座311dとの間において任意の位置をとることにより、三方弁インレット311aから供給された流体の、三方弁アウトレット312aおよびバイパス口311bへそれぞれ分流される流量を、流体が通過する通路の断面積に基づき制御することができる。
When the
In the three-way valve 3, the
さらに、リリーフ時の作用を図4に基づいて説明する。通常封止時では、シールリップ452aはつぶれた状態で弁座411fに接触している(図4(a))。また、燃料電池6の内部(アノード流路61)の圧力は負圧(大気圧より低圧である)であるため、シールリップ452aは流体室414側から圧力を受けるのでシール性はより高くなっている。
この封止時において、燃料電池6の内部(アノード流路61)の圧力が高くなった場合、バルブ部材45は圧力を受けて、その力によって弾性変形部材48が軸方向に縮むためバルブ部材45は弁座411fから離れていく(開弁方向に移動する)。しかし、つぶれた状態のシールリップ452aにはもとの形状に戻る力が作用するので、シールリップ452aの先端は弁座411fから離れないで接触している(図4(b))。
さらに、燃料電池6の内部(アノード流路61)の圧力が高くなると、その圧力による力がシールリップ452aのもとの形状に戻る力を超えるためシールリップ452aの反り(曲がり)が発生することにより、二次側圧力を一次側に逃がすことができる(図4(c))。
Furthermore, the action at the time of relief is demonstrated based on FIG. During normal sealing, the
At the time of sealing, when the pressure inside the fuel cell 6 (the anode flow path 61) becomes high, the
Further, when the pressure inside the fuel cell 6 (the anode flow path 61) increases, the force due to the pressure exceeds the force to return to the original shape of the
本実施形態によれば、三方弁3(流体制御弁)は、モータアッセンブリ32(駆動装置)の出力シャフト322a(出力軸)が閉弁位置にて位置決め固定されることにより、バルブ部材35(弁体)が弁座312bに接触しバルブハウジング本体の流路が閉じられる状態(閉弁状態)が維持されている。また、弾性変形部材38が、弁座312bに接触しているバルブ部材35(液体制御弁が閉弁状態にある)に開弁方向の力が作用した場合、その力がバルブ部材35、バルブシャフト33(弁軸)およびモータアッセンブリ32(駆動装置)経由でバルブハウジング本体41に伝達する経路の途中に設けられている。よって、バルブ部材35に前記力が作用した場合、弾性変形部材38がその力によって弾性変形することによりバルブ部材35が弁座312bから離れる。したがって、三方弁3(流体制御弁)が閉弁状態であるときに、高い圧力がかかった場合に、三方弁3(流体制御弁)自体が有するリリーフ機能により三方弁3(流体制御弁)が開弁することで、装置の大型化を伴うことなく圧力を低減することができる。
According to the present embodiment, the three-way valve 3 (fluid control valve) is configured such that the
また、リリーフ圧力は弾性変形部材38とシールリップ352aとの剛性で決定するので、通常の使用圧力の範囲内でリリーフ圧を容易に設定、変更することができる。すなわち、比較的低圧にでき、また圧力調整が容易にすることができる。
Further, since the relief pressure is determined by the rigidity of the elastic deformation member 38 and the
また、三方弁3(流体制御弁)において、弾性変形部材38をバルブシャフト33(弁軸)に設け、弁座312bに接触しているバルブ部材35に開弁方向の力が作用した場合、弾性変形部材38は軸方向に弾性変形して、バルブ部材35が弁座312bから離れる。これにより、バルブシャフト33(弁軸)の構成を変更するという簡単な構成で、流体制御弁自体にリリーフ機能を持たせることができる。
Further, in the three-way valve 3 (fluid control valve), when an elastic deformation member 38 is provided on the valve shaft 33 (valve shaft) and a force in the valve opening direction acts on the
また、三方弁3(流体制御弁)において、シールリップ352a(シール部)は、断面リップ状に形成されている。これにより、リリーフ圧を比較的低い値に設定することができ、かつリリーフ圧の設定を容易に調整することができる。
In the three-way valve 3 (fluid control valve), the
また、バルブ部材45(弁体)とともに移動するダイヤフラム46をさらに備えたエア調圧弁4(流体制御弁)においても、上述した作用効果を得ることができる。
In addition, the above-described operation and effect can be obtained also in the air pressure regulating valve 4 (fluid control valve) further including a
なお、上述した第1実施形態においては、三方弁3およびエア調圧弁4の両方に弾性変形部材38,48を設けたが、三方弁3およびエア調圧弁4の一方にのみ設けるようにしてもよい。
In the first embodiment described above, the elastically
また、上述した第1実施形態にかかる流体制御弁(三方弁3およびエア調圧弁4)においては、バルブ部材35またはバルブ部材45にシール部であるシールリップ352aまたはシールリップ452aを設けて、バルブ部材35と弁座312bとの間またはバルブ部材45と弁座411fとの間をシールするようにしたが、シール部を弁座312bまたは弁座411fに設けるようにしてもよい。これにより、高いシール性を維持するとともに比較的低い圧力でリリーフ性を発揮することができる。
Further, in the fluid control valve (the three-way valve 3 and the air pressure regulating valve 4) according to the first embodiment described above, the
また、シールリップ352a(シール部)は、断面リップ状に形成されているが、これに限られず、断面半円状などに形成してもよい。
Further, the
<第2実施形態>
上述した第1実施形態の三方弁3においては、弾性変形部材38をバルブシャフト33に設けるようにしたが、弾性変形部材38を、弁座312bに接触しているバルブ部材35(液体制御弁が閉弁状態にある)に開弁方向の力が作用した場合、その力がバルブ部材35、バルブシャフト33(弁軸)およびモータアッセンブリ32(駆動装置)経由でバルブハウジング本体41に伝達する経路の途中に設けるようにしてもよい。
例えば、図5に示すように、弾性変形部材381を、モータアッセンブリ32(駆動装置)とモータアッセンブリ32の固定部321bとの間に設けるようにしてもよい。弾性変形部材381は弾性材で円環状または方環状に形成されている。弁座312bに接触しているバルブ部材35に開弁方向の力が作用した場合、弾性変形部材381は、モータアッセンブリ32の固定部321b(すなわちバルブハウジング本体31)に対してモータアッセンブリ32がバルブシャフト33の軸方向に移動するように弾性変形して、バルブ部材35が弁座312bから離れる。これにより、モータアッセンブリ32の構成を変更するという簡単な構成で、流体制御弁自体にリリーフ機能を持たせることができる。
Second Embodiment
In the three-way valve 3 of the first embodiment described above, the elastic deformation member 38 is provided on the
For example, as shown in FIG. 5, the
<第3実施形態>
さらに、例えば、図6に示すように、弾性変形部材382を、バルブハウジング固定部311gとバルブハウジング本体31(モータ取付ボス311f)との間に設けるようにしてもよい。具体的には、固定部311gより肉薄に形成したり、弾性変形部材381のように弾性材で形成したりすればよい。弁座312bに接触しているバルブ部材35に開弁方向の力が作用した場合、弾性変形部材382は、バルブハウジング本体31に対してバルブハウジング固定部311gが軸方向に移動するように弾性変形して、バルブ部材35が弁座312bから離れる。これにより、バルブハウジング本体31の構成を変更するという簡単な構成で、流体制御弁自体にリリーフ機能を持たせることができる。
さらに、バルブ部材35に弾性変形部材を設けるようにしてもよい。例えば、シールリップ352aとバルブシャフト33との連結部との間に設けるようにすればよい。
また、第2および第3実施形態の弾性変形部材は、エア調圧弁4にも適用可能である。
<Third Embodiment>
Further, for example, as shown in FIG. 6, an
Further, the
Further, the elastically deformable members of the second and third embodiments can also be applied to the air
図面中、3は三方弁(流体制御弁)、4はエア調圧弁(流体制御弁)、31,41はバルブハウジング本体、32,42はモータアッセンブリ(駆動装置)、33,44はバルブシャフト(弁軸)、35,45はバルブ部材、36はシャフトシール(リング状のシール部材)、311aは三方弁インレット(流入口)、312aは三方弁アウトレット(流出口)、312bは制御弁座(弁座)、334,444は連結部、334a,444aは平坦面、335,445はボール孔、336,446,447は鋼球、35,45はバルブ部材(弁体)、351,451はバルブフレーム、351a,451aは平板部、351bは凹部、351c,451cは円筒部、351d,451dは取付部、352,452はシール部材、352a,452aはシールリップ(シール部)、38,381,382,48は弾性変形部材、411dは調圧弁インレット(流入口)、411eは調圧弁アウトレット(流出口)、411fは調圧弁座(弁座)、451bは段部を示している。 In the drawings, 3 is a three-way valve (fluid control valve), 4 is an air pressure regulating valve (fluid control valve), 31 and 41 are valve housing bodies, 32 and 42 are motor assemblies (drive devices), and 33 and 44 are valve shafts ( Valve shaft), 35 and 45 are valve members, 36 is a shaft seal (ring-shaped seal member), 311a is a three-way valve inlet (inlet), 312a is a three-way valve outlet (outlet), and 312b is a control valve seat (valve) Seat), 334 and 444 are connecting portions, 334a and 444a are flat surfaces, 335 and 445 are ball holes, 336, 446 and 447 are steel balls, 35 and 45 are valve members (valve bodies), and 351 and 451 are valve frames. , 351a and 451a are flat plate portions, 351b are concave portions, 351c and 451c are cylindrical portions, 351d and 451d are mounting portions, 352 and 452 are seal members, and 352a and 4 2a is a seal lip (seal part), 38, 381, 382 and 48 are elastic deformation members, 411d is a pressure regulating valve inlet (inlet), 411e is a pressure regulating valve outlet (outlet), and 411f is a pressure regulating valve seat (valve seat). , 451b indicate stepped portions.
Claims (7)
前記バルブハウジング本体に設けられたバルブハウジング固定部に取り付けられた固定部を備えた駆動装置と、
前記駆動装置の出力軸に連結されて、前記バルブハウジング本体内において軸方向に移動する弁軸と、
前記弁軸の軸心に対し半径方向に延びるように取り付けられ、前記弁軸とともに移動することにより、前記バルブハウジング本体の流路に形成された弁座に離れまたは接触して、前記流路を開閉する弁体と、
を備え、前記駆動装置の出力軸が閉弁位置にて位置決め固定されることにより、前記弁体が前記弁座に接触し前記バルブハウジング本体の流路が閉じられる状態が維持される流体制御弁であって、
前記弁座に接触している前記弁体に開弁方向の力が作用した場合、その力が前記弁体、弁軸および駆動装置経由で前記バルブハウジングの本体に伝達する経路の途中に設けられ、前記力が加わることにより前記弁体が前記弁座から離れるように弾性変形する弾性変形部材をさらに備えた流体制御弁。 A valve housing body in which a flow path having a fluid inlet and an outlet is formed;
A drive device comprising a fixed portion attached to a valve housing fixed portion provided in the valve housing body;
A valve shaft coupled to the output shaft of the drive device and moving axially within the valve housing body;
The valve shaft is attached so as to extend in the radial direction with respect to the axis of the valve shaft, and moves together with the valve shaft to move away from or contact the valve seat formed in the flow passage of the valve housing main body. A valve body that opens and closes;
And the output shaft of the drive device is positioned and fixed at the valve closing position so that the valve body contacts the valve seat and the flow path of the valve housing body is maintained closed. Because
When a force in the valve opening direction is applied to the valve body that is in contact with the valve seat, the force is provided in the middle of a path that transmits the force to the valve housing body via the valve body, the valve shaft, and the driving device. The fluid control valve further comprising an elastic deformation member that is elastically deformed so that the valve body is separated from the valve seat when the force is applied.
前記弁座に接触している前記弁体に開弁方向の力が作用した場合、前記弾性変形部材は前記軸方向に弾性変形して、前記弁体が前記弁座から離れる請求項1の流体制御弁。 The elastic deformation member is provided on the valve shaft,
2. The fluid according to claim 1, wherein when a force in the valve opening direction is applied to the valve body in contact with the valve seat, the elastic deformation member is elastically deformed in the axial direction, and the valve body is separated from the valve seat. Control valve.
前記弁座に接触している前記弁体に開弁方向の力が作用した場合、前記弾性変形部材は、前記駆動装置の固定部に対して前記駆動装置が前記軸方向に移動するように弾性変形して、前記弁体が前記弁座から離れる請求項1の流体制御弁。 The elastic deformation member is provided between the driving device and a fixed portion of the driving device,
When a force in the valve opening direction is applied to the valve body that is in contact with the valve seat, the elastic deformation member is elastic so that the driving device moves in the axial direction with respect to a fixed portion of the driving device. The fluid control valve according to claim 1, wherein the valve body is deformed to move away from the valve seat.
前記弁座に接触している前記弁体に開弁方向の力が作用した場合、前記弾性変形部材は、前記バルブハウジング本体に対して前記バルブハウジング固定部が前記軸方向に移動するように弾性変形して、前記弁体が前記弁座から離れる請求項1の流体制御弁。 The elastic deformation member is provided between the valve housing fixing portion and the valve housing body,
When a force in the valve opening direction acts on the valve body in contact with the valve seat, the elastic deformation member is elastic so that the valve housing fixing portion moves in the axial direction with respect to the valve housing body. The fluid control valve according to claim 1, wherein the valve body is deformed to move away from the valve seat.
前記ダイヤフラムの一側は前記流路および前記弁座を含んで構成され前記流体が流通する流体室に面しており、前記ダイヤフラムの他側は前記流体の進入が禁止され大気に開放されている空気室に面しており、
前記ダイヤフラムの有効受圧面積は前記弁体の有効受圧面積より大きい請求項1乃至請求項6のうちいずれか一項の流体制御弁。
A diaphragm that moves together with the valve body;
One side of the diaphragm is configured to include the flow path and the valve seat and faces a fluid chamber through which the fluid flows, and the other side of the diaphragm is prohibited from entering the fluid and opened to the atmosphere. Facing the air chamber,
The fluid control valve according to any one of claims 1 to 6, wherein an effective pressure receiving area of the diaphragm is larger than an effective pressure receiving area of the valve body.
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