JP2014109982A - 制御バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】制御バルブの小型化を図ること。
【解決手段】シート孔２１に対して軸方向に移動してシート孔２１の流路断面積を変えるポペット弁６１を備える制御バルブ１であって、リターンスプリング１２に抗してポペット弁６１を開弁方向に付勢するバネ盤４０を備え、バネ盤４０は、ポペット弁６１と連係する部位であって二次ポート７７に導かれる二次圧を受ける二次圧受面４８と、基準となるパイロット圧を受けるパイロット圧受面４９と、を有し、バネ盤４０が二次圧とパイロット圧の圧力差に応じて弾性変形してポペット弁６１を軸方向に移動させる構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体供給源から流体供給先へと導かれる流体の圧力を制御する制御バルブに関するものである。

この種の制御バルブとして、特許文献１には、ポペット型減圧弁が開示されている。

このポペット型減圧弁は、一次ポートから二次ポートに流れる流体が通過するシート部材と、シート部材に対して軸方向に移動可能に設けられるポペット弁と、ポペット弁を開弁方向に付勢するスプリングと、ポペット弁を閉弁方向に付勢するスプリングと、ポペット弁に連結されるピストンと、を備える。

上記のピストンは、二次ポートの二次圧を受圧する二次圧受面と、基準となるパイロット圧を受圧するパイロット圧受面と、を有する。ピストンが二次圧及びパイロット圧が釣り合う位置に移動することによって、ポペット弁とシート部材との間で流体の流れに与える抵抗が変えられ、二次圧が一定圧に調節される。

特開２０１０−０２６８２５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたポペット型減圧弁は、ポペット弁を閉弁方向に付勢するコイル状のスプリングと、ポペット弁に連結されて軸方向に移動するピストンと、を備えるため、スプリング及びピストンが介装されるスペースによって装置の大型化を招くという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、制御バルブの小型化を図ることを目的とする。

本発明は、バルブボディに設けられる一次ポートから二次ポートへ向かう流体の流れを制御する制御バルブであって、一次ポートから二次ポートへ向かう流体が通過するシート孔と、シート孔に対して軸方向に移動してシート孔の流路断面積を変えるポペット弁と、ポペット弁を閉弁方向に付勢するリターンスプリングと、リターンスプリングに抗してポペット弁を開弁方向に付勢するバネ盤と、を備え、バネ盤は、ポペット弁と連係する部位であって二次ポートに導かれる二次圧を受ける二次圧受面と、二次圧受面の反対側に形成され基準となるパイロット圧を受けるパイロット圧受面と、を有し、バネ盤が二次圧とパイロット圧の圧力差に応じて弾性変形してポペット弁を軸方向に移動させることを特徴とする。

本発明では、バネ盤は二次圧とパイロット圧の圧力差に応じてポペットを軸方向に移動させるピストンの働きをするとともに、ポペットを軸方向に付勢するスプリングの働きをする。本発明の制御バルブは、バネ盤が設けられることにより、従来装置のピストン及びスプリングが廃止され、その小型化が図れる。

本発明の第1実施形態に係る制御バルブの断面図である。 図１の一部を拡大した断面図である。 本発明の第２実施形態に係る制御バルブの断面図である。 図３の一部を拡大した断面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１に示す制御バルブ１は、燃料電池システムに用いられ、燃料ガスである水素ガスの圧力を調節するものである。

制御バルブ１は、燃料タンク（以下、「流体供給源」と称する。）から導かれる例えば３０〜７０ＭＰａの燃料ガス（以下、単に「ガス」と称する。）を数ＭＰａの設定圧に制御して燃料電池（以下、「流体供給先」と称する。）に供給するものである。

制御バルブ１は、そのバルブボディ（ハウジング）が単一のボディ７０によって構成される。なお、これに限らず、バルブボディが複数のボディ部材（ハウジング部材）に分割して形成される構成としてもよい。

ボディ７０の内部には、流体供給源から導かれるガスを通過させるシート孔２１が開口したバルブシート２０と、シート孔２１との間でガスの流れを絞るポペット弁（弁体）６１を有するポペット６０と、シート孔２１より下流側の二次圧に応じてポペット６０を駆動するバネ盤４０と、ポペット６０を閉弁方向に付勢するリターンスプリング１２と、が収容される。

ボディ７０には、流体供給源に配管（図示省略）を介して連通する一次ポート７１と、ポペット６０が介装されるポペット通路３０と、バネ盤４０によって画成される二次圧室４５及び背圧室４６と、流体供給先に配管（図示省略）を介して連通する二次ポート７７と、が設けられる。なお、一次ポート７１に導かれるガスの圧力を「一次圧」と称する。二次ポート７７に導かれるガスの圧力を「二次圧」と称する。

流体供給源から供給されるガスは、図中矢印で示すように、一次ポート７１に流入し、通孔７２を通じて、ポペット通路３０に流入する。ポペット通路３０を通過するガスは、ポペット弁６１とシート孔２１の間で絞られることによってその流量が調節される。ポペット通路３０を通過して降下するガス圧力が二次圧室４５に導かれる。二次圧室４５に導かれるガスの圧力が所定値になるようにバネ盤４０が弾性変形してポペット６０を駆動する。二次圧室４５を通過したガスは、通孔７６、二次ポート７７を通じて、流体供給先へと導かれる。

制御バルブ１の作動時には、流体供給源から導かれる一次圧に応じてバネ盤４０とポペット６０が図１の左右方向に移動し、ポペット弁６１とシート孔２１の間でガスの流れを絞る流路断面積を変えることにより、流体供給先へと導かれる二次圧が設定圧になるように調節される。

ポペット通路３０は、一次ポート７１に連通するポペット上流路３１と、バルブシート２０とポペット６０の間に画成されるポペット絞り流路３２と、ポペット絞り流路３２の下流側に画成され二次圧室４５に連通するポペット下流路３３と、を備える。

環状のバルブシート２０は、ポペット通路３０を画成する部位として、その開口径が下流側に向けて縮径したテーパー状のシート孔２１を有する。シート孔２１の内周面は、中心線Ｏについて同心上に延びる円錐台状に形成される。なお、中心線Ｏは、ポペット６０及びバルブシート２０の中心線である。

ポペット６０は、ポペット通路３０を画成する部位として、その外径が下流側に向けて縮径したテーパー状のポペット弁６１を有する。ポペット弁６１の外周面は、中心線Ｏについて同心上に延びる円錐台状に形成される。

シート孔２１とポペット弁６１との間に円錐筒状のポペット絞り流路３２が画成される。ポペット６０が図１にて右方向に移動してシート孔２１から離れることにより、ポペット絞り流路３２が開通される。

ポペット６０は、ポペット弁６１の基端から軸方向に延びるガイドピン部６４を有する。一方、ボディ７０には、ガイドピン部６４を摺動自在に挿入させるガイド穴７８が形成される。ポペット６０は、ガイドピン部６４を介してバルブシート２０の中心線Ｏについて同心上に支持される。なお、「軸方向」は、ポペット６０の中心線Ｏが延びる方向を意味する。

ポペット６０は、ガイドピン部６４の基端部から径方向に突出する環状のリテーナ部６３を有する。リテーナ部６３とボディ７０の間にコイル状のリターンスプリング１２が圧縮して介装される。リターンスプリング１２はそのバネ力によりポペット弁６１を閉弁方向（図１において左方向）に付勢する。なお、「径方向」は、ポペット６０の中心線Ｏを中心とする放射方向を意味する。「閉弁方向」は、ポペット弁６１がシート孔２１に近づく方向を意味する。

ポペット６０は、ポペット弁６１の先端から軸方向に延びてバネ盤４０に追従するロッド部６２を有する。ロッド部６２のまわりにポペット下流路３３の上流部分が画成される。

ボディ７０の内部には、ポペット下流路３３を画成する第一プラグ１５と第二プラグ２５が設けられる。

円筒状の第一プラグ１５は、外周の雄ネジ部がボディ７０のネジ孔８９に螺合することによってボディ７０に固定される。第一プラグ１５とボディ７０の間には、バルブシート２０が挟持されて固定される。

第二プラグ２５は、小径筒部２６と大径筒部２７を有する段付き円筒状に形成される。第二プラグ２５は、小径筒部２６の外周の雄ネジ部が第一プラグ１５のネジ孔１６に螺合することによって第一プラグ１５に固定される。

ポペット６０のロッド部６２は、第二プラグ２５の軸孔２２に間隙を持って挿入され、ロッド部６２のまわりにポペット下流路３３の上流部分が画成される。

第二プラグ２５の小径筒部２６には、複数の通孔２８が形成される。第一プラグ１５と第二プラグ２５の間には間隙２９、２４が設けられる。ポペット下流路３３を流れるガスは、図１に矢印で示すように、軸孔２２、通孔２８と間隙２９、２４を通じて二次圧室４５に流入する。

ボディ７０には、二次圧室４５と二次ポート７７を連通する通孔７６が軸方向に延びるように形成される。二次圧室４５を通過したガスは、通孔７６を通じて二次ポート７７へと流れる。

ボディ７０の内部は、バネ盤４０によって二次圧室４５と背圧室４６が仕切られる。バネ盤４０は、二次圧室４５に導かれる二次圧と背圧室４６に導かれるパイロット圧の圧力差に応じて弾性変形する。

ポペット６０では、ロッド部６２がピン６５を介してバネ盤４０に当接し、バネ盤４０が弾性変形する動きに連係して軸方向に移動する。

ポペット弁６１のロッド部６２及びピン６５は、第二プラグ２５の軸孔２２に摺動自在に挿入され、バネ盤４０の動きをポペット６０に伝える。なお、この構成に限らず、ピン６５を廃止し、ポペット６０のロッド部６２をバネ盤４０に当接させる構成としてもよい。

以下、バネ盤４０の構成について説明する。

カップ状のバネ盤４０は、その断面が円弧状に湾曲した円盤部４１と、円盤部４１の外周縁部４２から軸方向に円筒状に延びる外周筒部４３と、外周筒部４３の基端から径方向に拡がるフランジ部４４と、を有する。

バネ盤４０は、鋼材等の金属によって形成されることにより、ポペット６０をリターンスプリング１２のバネ力に抗して支持するのに必要な剛性が確保される。バネ盤４０は、金属製バネ板をプレス加工して形成され、各部の板厚が略等しくなっている。なお、これに限らず、バネ盤４０は、円盤部４１の板厚が外周筒部４３より小さくなるように形成してもよい。

円盤部４１は、凸状の表面である二次圧受面４８と、凹状の裏面であるパイロット圧受面４９と、を有する。つまり、パイロット圧受面４９は二次圧受面４８の反対側（裏側）に形成される。二次圧受面４８とボディ７０の間に二次圧室４５が画成される。パイロット圧受面４９と後述するアジャスタ５５の間に背圧室４６が画成される。

バネ盤４０は、湾曲した円盤部４１がポペット弁６１に対峙して突出するようにボディ７０に取り付けられる。円盤部４１の中央部は、軸方向についてポペット６０の先端に対峙し、ピン６５を介してポペット６０と連係する部位となる。

一方、第二プラグ２５の端面２３は、円盤部４１の中央部に対峙するように形成される。第二プラグ２５の端面２３は、バネ盤４０の円盤部４１に間隙をもって形成され、後述するようにバネ盤４０の弾性変形を規制する規制部を構成する。ピン６５は、端面２３に開口する軸孔２２から突出して円盤部４１の二次圧受面４８に当接している。

バネ盤４０は、二次圧室４５に導かれる二次圧と背圧室４６に導かれるパイロット圧を受けて円盤部４１が弾性変形する。ポペット弁６１は、リターンスプリング１２のバネ力と、二次圧とパイロット圧を受けて弾性変形するバネ盤４０のバネ力とが釣り合う位置に移動する。

二次圧が設定圧より上昇すると、円盤部４１が扁平になるように弾性変形をする。こうして円盤部４１が弾性変形する動きに連係してポペット６０が閉弁方向（図１において左方向）に移動し、ポペット弁６１とシート孔２１との間に画成される流路の断面積が小さくなる。

上記と逆に、二次圧が設定圧より低下すると、円盤部４１がポペット６０に向けて膨出するように弾性変形をする。こうして円盤部４１が弾性変形する動きに連係してポペット６０が開弁方向（図１において右方向）に移動し、ポペット弁６１とシート孔２１との間に画成される流路の断面積が大きくなる。なお、「開弁方向」は、ポペット弁６１がシート孔２１から離れる方向を意味する。

バネ盤４０は、円盤部４１から外周縁部４２及び外周筒部４３の断面が曲折して延びる形状を有しているため、外周縁部４２の径方向に拡がる弾性変形が外周縁部４２及び外周筒部４３によって抑えられる。これにより、円盤部４１の中央部に受ける荷重によって円盤部４１の中央部が軸方向に変位する変位量（たわみ）は、荷重の大きさに一次的に比例せず、荷重が大きくなるのに伴って変位量の変化率が大きくなる。つまり、バネ盤４０は、非線形のばね特性を有する。

円盤部４１が軸方向に弾性変形する動きは、ピン６５を介してポペット６０に伝えられる。円盤部４１の弾性変形量が大きくなって、ピン６５が軸孔２２に入り込むと、ポペット６０がそれ以上に開弁方向（図１において右方向）に移動しなくなる。このときに、円盤部４１は、第二プラグ２５の端面２３に当接し、それ以上に膨出する方向に弾性変形をすることが規制される。

図２は、バネ盤４０がボディ７０に取り付けられる構成を示す断面図である。ボディ７０の開口端には、バネ盤４０のフランジ部４４がシム５８を介して当接する環状の段部８４と、バネ盤４０の外周筒部４３の外周に嵌合する円筒面状の嵌合面８３と、シールリング１４が介装される環状のシール溝８２と、がそれぞれ中心線Ｏについて同心上に形成される。

バネ盤４０は、フランジ部４４がシム５８を介して環状の段部８４に当接することにより、ボディ７０に対して軸方向について位置決めされる。

バネ盤４０は、外周筒部４３の外周が円筒面状の嵌合面８３に嵌合することにより、ボディ７０に対して径方向について位置決めされる。

バネ盤４０の外周筒部４３と環状のシール溝８２の間にシールリング１４が介装されることにより、二次圧室４５が密封される。

ボディ７０には、二次圧室４５を画成する円筒面状の内壁面８１が中心線Ｏについて同心上に形成される。内壁面８１の内径Ｄ１は、嵌合面８３の内径（バネ盤４０の外周筒部４３の外径）Ｄ２より大きく形成される。内壁面８１は、バネ盤４０の外周筒部４３に間隙をもって形成され、バネ盤４０の弾性変形を規制する規制部を構成する。

二次圧とパイロット圧の圧力差が高まるのに応じて、バネ盤４０の円盤部４１が扁平になるように弾性変形をするときに、バネ盤４０の外周縁部４２が内壁面８１に近づいて当接すると、外周縁部４２がそれ以上に径方向に拡がるバネ盤４０の弾性変形が規制される。

バネ盤４０は、外周縁部４２が径方向に拡がる弾性変形が内壁面８１によって規制されるため、内壁面８１の内径Ｄ１に応じてバネ盤４０のばね特性を任意に設定できる。

制御バルブ１は、バネ盤４０の位置を軸方向について調整する位置調整機構５０を備える。

位置調整機構５０は、ボディ７０に形成される雌ネジ部８５と、雌ネジ部８５に螺合する円盤状のアジャスタ５５と、ボディ７０とバネ盤４０の間に介装されるシム５８とを備える。アジャスタ５５は、その中央部に六角孔５６（図１参照）が形成され、六角孔５６に差し込まれる工具を介して回転することによって螺合位置が変えられる。

ボディ７０には、アジャスタ５５の端面５７に対峙する環状の段部８４が形成されており、バネ盤４０のフランジ部４４は、アジャスタ５５の端面５７と段部８４の間に挟持されることによってボディ７０に固定される。フランジ部４４と段部８４の間には、環状のシム５８が介装される。アジャスタ５５の螺合位置に応じてフランジ部４４と段部８４の間に設けられる間隙の幅が変化するが、この間隙の幅と等しい板厚を有するシム５８が設けられる。

こうして位置調整機構５０によってシート孔２１に対するバネ盤４０の位置が軸方向について調整されることにより、制御バルブ１によって制御される二次圧（設定圧）を変えられる。

円盤状のアジャスタ５５とバネ盤４０の間に背圧室４６が画成されており、アジャスタ５５は、ボディ７０に対するカバー部材としても機能している。

背圧室４６はアジャスタ５５の六角孔５６を通じて外部と連通している。これにより、背圧室４６にはパイロット圧として大気圧が六角孔５６を通じて導かれる。なお、上述した構成に限らず、背圧室４６には別の流体圧源からパイロット圧が導かれる構成としてもよい。

以下、制御バルブ１の作動について説明する。

流体供給源から一次ポート７１に供給されるガスは、図１に矢印で示すように、ポペット通路３０において、ポペット上流路３１、ポペット絞り流路３２、ポペット下流路３３を順に通じて、二次圧室４５へと導かれ、二次圧室４５から、通孔７６、二次ポート７７を通じて流体供給先へと導かれる。このように、ガスは、ポペット６０に沿って図１において左方向に流れ、続いて二次圧室４５で折り返し、通孔７６を通じて右方向に流れる。これにより、一次ポート７１と二次ポート７７の双方をボディ７０の一端側に配置することが可能となる。

ポペット弁６１は、ポペット６０が受ける一次圧及びリターンスプリング１２のバネ力と、二次圧及びパイロット圧の圧力差を受けて弾性変形するバネ盤４０のバネ力とが釣り合う位置に移動する。

二次圧室４５の二次圧が設定圧より低下すると、バネ盤４０の円盤部４１がポペット６０に向けて膨出するように弾性変形をして、ポペット６０が図１において右方向に移動する。これによって、ポペット絞り流路３２の流路断面積が拡大し、二次圧室４５の圧力が上昇して設定圧に近づく。このときにバネ盤４０の円盤部４１が大きく膨らむ弾性変形をして第二プラグ２５の端面２３に当接すると、バネ盤４０の弾性変形が規制されるとともに、制御バルブ１の開度が最大になる。

一方、二次圧室４５の圧力が設定圧より上昇すると、円盤部４１が扁平になるように弾性変形をして、ポペット６０が図１において左方向に移動する。これによって、ポペット絞り流路３２の流路断面積が減少し、二次圧室４５の圧力が低下して設定圧に近づく。二次圧室４５の圧力が大きく低下してポペット弁６１がシート孔２１に当接することにより、ポペット６０の移動が規制され、制御バルブ１の開度が最小（零）になり、ガスの流れが止められる。

こうして、制御バルブ１は、二次圧とパイロット圧の圧力差に応じて円盤部４１が弾性変形をして、ポペット絞り流路３２の流路断面積が増減することによって、ポペット絞り流路３２を通過するガス流に付与される抵抗が変わり、二次圧をパイロット圧との圧力差を一定に保つように減圧する減圧弁として機能する。

以上の第１実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

〔１〕シート孔２１に対して軸方向に移動してシート孔２１の流路断面積を変えるポペット弁６１を備える制御バルブ１であって、リターンスプリング１２に抗してポペット弁６１を開弁方向に付勢するバネ盤４０を備え、バネ盤４０は、ポペット弁６１と連係する部位であって二次ポート７７に導かれる二次圧を受ける二次圧受面４８と、二次圧受面４８の反対側に形成され基準となるパイロット圧を受けるパイロット圧受面４９と、を有し、バネ盤４０が二次圧とパイロット圧の圧力差に応じて弾性変形してポペット弁６１を軸方向に移動させる構成とした。

上記構成に基づき、バネ盤４０は二次圧とパイロット圧の圧力差に応じてポペット弁６１を軸方向に移動させるピストンの働きをするとともに、ポペット弁６１を軸方向に付勢するスプリングの働きをする。

従来の制御バルブにあっては、ポペット弁を閉弁方向に付勢するコイル状のスプリングと、シリンダ部を摺動するピストンとが軸方向に並んで設けられていた。このため、スプリング及びピストンが介装されるスペースが、ポペットが介装されるスペースより大きくなり、軸方向について装置の大型化を招くという問題点があった。

これに対して、制御バルブ１では、バネ盤４０が設けられることにより、従来装置のピストン及びスプリングが廃止される。制御バルブ１では、薄いカップ状（トレイ状）のバネ盤４０がボディ７０に固定して設けられるため、バネ盤４０が介装されるスペースが、ポペット６０が介装されるスペースより小さくなり、軸方向について装置の大幅な小型化が図れる。これにより、制御バルブ１が、車両に搭載される燃料電池システムに用いられる場合には、車両の限られたスペースに介装することが可能になる。さらに、制御バルブ１では、従来装置のピストン及びスプリングが廃止されることにより、これらの摺動摩擦がなくなり、流量特性の二次圧ヒステリシスが小さくなる。

〔２〕バネ盤４０は、中央部がポペット弁６１に対峙して突出するように断面が湾曲した円盤部４１と、円盤部４１の外周縁部４２から軸方向について円筒状に延びる外周筒部４３と、外周筒部４３の基端から径方向に拡がるフランジ部４４と、を有する構成とした。

これにより、制御バルブ１では、湾曲した円盤部４１が二次圧とパイロット圧の圧力差に応じて弾性変形してポペット弁６１を軸方向に移動させる。

円盤部４１の外周縁部４２が外周筒部４３に連接して形成されるため、外周筒部４３によって円盤部４１の外周縁部４２が径方向に拡がることが規制され、外周筒部４３の剛性によって円盤部４１のバネ特性を任意に設定できる。さらに、フランジ部４４の位置を軸方向について変えることにより、制御バルブ１によって制御される二次圧（設定圧）を変えられる。

〔３〕シート孔２１に対するバネ盤４０の位置を軸方向について調整する位置調整機構５０を備える構成とした。

これにより、制御バルブ１では、位置調整機構５０によってシート孔２１に対するバネ盤４０の位置が軸方向について調整され、制御バルブ１によって制御される二次圧（設定圧）を変えられる。

（第２実施形態）
次に、図３、４を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。以下では、上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、上記第１実施形態の制御バルブと同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

上記第１実施形態に係る制御バルブ１の位置調整機構５０では、アジャスタ５５の螺合位置を変えるとともに、フランジ部４４と段部８４の間にその間隙に合った板厚を有するシム５８を介装する必要があった。第２実施形態に係る制御バルブ１０１の位置調整機構１５０では、ボディ１７０のシリンダ壁１８１に摺動自在に介装されるホルダ１５１が設けられ、ホルダ１５１によってバネ盤４０が支持される構成として、シムが廃止される点が相違する。

図３に示すように、位置調整機構１５０は、ボディ１７０のバネ盤４０を収容する部位に形成され軸方向に延びるシリンダ壁１８１と、シリンダ壁１８１に摺動自在に介装されバネ盤４０を支持するリング状のホルダ１５１と、ボディ１７０に形成される雌ネジ部８５と、雌ネジ部８５に螺合する円盤状のアジャスタ５５と、を備える。

図４に示すように、ホルダ１５１は、バネ盤４０の外周に嵌合するリング状に形成される。ホルダ１５１は、シリンダ壁１８１に摺接する円筒面状の外周面１５２と、外周面１５２に開口し第二シールリング１８３が介装される環状のシール溝１５３と、アジャスタ５５の端面５７に対峙する環状の先端部１５４と、バネ盤４０の外周筒部４３の外周に嵌合する円筒面状の嵌合面１５５と、バネ盤４０の外周筒部４３の外周に間隙をもって対峙する円筒面状の第一規制面１５６と、バネ盤４０の外周縁部４２の外周に間隙をもって対峙する円錐台面状の第二規制面１５７と、嵌合面１５５と第一規制面１５６の間に開口し第一シールリング１８２が介装される環状のシール溝１５８と、ボディ１７０の底面１７１に対峙する環状の受圧部１５９と、がそれぞれ中心線Ｏについて同心上に形成される。

バネ盤４０は、フランジ部４４がアジャスタ５５の端面５７とホルダ１５１の先端部１５４の間に挟持されることにより、ボディ１７０に対して軸方向について位置決めされる。

バネ盤４０は、外周筒部４３の外周がホルダ１５１の嵌合面１５５に嵌合することにより、ボディ１７０に対して径方向について位置決めされる。嵌合面１５５は、バネ盤４０の外周筒部４３が嵌合する嵌合部を構成する。

バネ盤４０の外周筒部４３とシール溝１５８の間に第一シールリング１８２が介装され、ホルダ１５１の外周面１５２とシリンダ壁１８１の間に第二シールリング１８３が介装されることにより、二次圧室４５が密封される。

第一規制面１５６の内径Ｄ３は、嵌合面１５５の内径（バネ盤４０の外周筒部４３の外径）Ｄ４より大きく形成される。こうして第一規制面１５６は、バネ盤４０の外周縁部４２に間隙をもって形成され、バネ盤４０の弾性変形を規制する規制部として第一規制部を構成する。

第二規制面１５７は、バネ盤４０の外周縁部４２に間隙をもって形成され、バネ盤４０の弾性変形を規制する規制部として第二規制部を構成する。

二次圧とパイロット圧の圧力差が高まるのに応じて、バネ盤４０の円盤部４１が扁平になるように弾性変形をするときに、バネ盤４０の外周縁部４２が第一規制面１５６及び第二規制面１５７に近づいて当接すると、外周縁部４２がそれ以上に径方向に拡がるバネ盤４０の弾性変形が規制される。

バネ盤４０は、外周縁部４２が径方向に拡がる弾性変形が第一規制面１５６及び第二規制面１５７によって規制されるため、第一規制面１５６の内径Ｄ３及び第二規制面１５７の傾斜角度に応じてバネ盤４０のばね特性を任意に設定できる。

なお、上述した構成に限らず、ホルダ１５１のバネ盤４０の外周縁部４２に対峙する部位（第一規制面１５６、第二規制面１５７）をバネ盤４０の外周筒部４３及び外周縁部４２から大きく離して形成し、バネ盤４０の円盤部４１が扁平になる弾性変形を規制しないように構成してもよい。

ホルダ１５１の受圧部１５９は、二次圧室４５に面して環状に形成される。これにより、受圧部１５９が受ける二次圧によってホルダ１５１がアジャスタ５５側に押され、先端部１５４がバネ盤４０のフランジ部４４をアジャスタ５５に押し付けて保持するようになっている。

位置調整機構１５０は、六角孔５６に差し込まれる工具を介してアジャスタ５５を回転することによって、雌ネジ部８５に対するアジャスタ５５の螺合位置が変えられる。アジャスタ５５が軸方向に移動するのに伴って、二次圧によってホルダ１５１がバネ盤４０のフランジ部４４をアジャスタ５５に押し付けながら軸方向に移動する。こうして、ホルダ１５１及びバネ盤４０の位置が軸方向について調整されることにより、制御バルブ１０１によって制御される二次圧（設定圧）を変えられる。

以上の第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に前記〔１〕〜〔３〕の作用効果を奏するとともに、以下に示す作用効果を奏する。

〔４〕位置調整機構１５０は、バルブボディ（ボディ１７０）のバネ盤４０を収容する部位に設けられ軸方向に延びるシリンダ壁１８１と、シリンダ壁１８１に摺動自在に介装されバネ盤４０を支持するホルダ１５１と、バルブボディの軸方向に移動自在に設けられホルダ１５１及びバネ盤４０の位置を調整するアジャスタ５５と、を備える。

これにより、制御バルブ１０１では、雌ネジ部８５に対するアジャスタ５５の位置を変えることによってホルダ１５１を介してバネ盤４０の位置が軸方向について調整され、制御バルブ１０１によって制御される二次圧を容易に変えられる。

〔５〕ホルダ１５１はバネ盤４０の外周に嵌合するリング状に形成され、ホルダ１５１は、二次圧を受ける受圧部１５９と、バネ盤４０のフランジ部４４をアジャスタ５５に押し付ける先端部１５４と、を有する。

これにより、アジャスタ５５の螺合位置が変えられるときに、ホルダ１５１は受圧部１５９に受ける二次圧によってアジャスタ５５に追従し、先端部１５４がバネ盤４０のフランジ部４４をアジャスタ５５に押し付けながら移動する。こうして、位置調整機構１５０では、ホルダ１５１を介してバネ盤４０の位置が軸方向について調整されるため、第１実施形態におけるシムの交換作業が不要になる。

なお、上述した構成に限らず、ホルダにバネ盤の外周を結合する構成としてもよい。

ホルダ１５１の内周とバネ盤４０の外周の間に介装される第一シールリング１８２と、ホルダ１５１の外周とシリンダ壁１８１の間に介装される第二シールリング１８３と、を備える。

これにより、ホルダ１５１がシリンダ壁１８１を摺動しても、バネ盤４０の外周筒部４３とシリンダ壁１８１の間がホルダ１５１、第一シールリング１８２、及び第二シールリング１８３を介して二次圧室４５の密封状態が維持される。

〔６〕バネ盤４０は、中央部がポペット弁６１に対峙して突出するように断面が湾曲した円盤部４１と、円盤部４１の外周縁部４２から軸方向について円筒状に延びる外周筒部４３と、を有し、ホルダ１５１は、バネ盤４０の外周筒部４３の外周に嵌合する嵌合部（嵌合面）１５５と、嵌合部１５５の内径Ｄ４より大きい内径Ｄ３を有しバネ盤４０の外周筒部４３の外周に間隙をもって対峙する第一規制部（第一規制面１５６）と、バネ盤４０の外周縁部４２の外周に間隙をもって対峙する第二規制部（第二規制面１５７）と、を備える。

これにより、二次圧とパイロット圧の圧力差が高まるのに応じて、バネ盤４０の円盤部４１が扁平になるように弾性変形をするときに、バネ盤４０の外周縁部４２が第一規制部（第一規制面１５６）及び第二規制部（第二規制面１５７）に近づいて当接すると、外周縁部４２がそれ以上に径方向に拡がるバネ盤４０の弾性変形が規制される。これにより、バネ盤４０が塑性変形することが防止される。また、第一規制面１５６の内径Ｄ３及び第二規制面１５７の傾斜角度に応じてバネ盤４０のばね特性を任意に設定できる。

本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の制御バルブは、燃料電池システムに用いられるものに限らず、気体または液体を導く他の装置、設備等において流体の圧力を制御する回路に設けられるものに利用できる。

１ 制御バルブ
１２ リターンスプリング
２１ シート孔
４０ バネ盤
４１ 円盤部
４２ 外周縁部
４３ 外周筒部
４４ フランジ部
４８ 二次圧受面
４９ パイロット圧受面
５０ 位置調整機構
５５ アジャスタ
６１ ポペット弁
７１ 一次ポート
７７ 二次ポート
１０１ 制御バルブ
１５０ 位置調整機構
１５１ ホルダ
１５４ 先端部
１５５ 嵌合部（嵌合面）
１５６ 第一規制部（第一規制面）
１５７ 第二規制部（第二規制面）
１５９ 受圧部
１８１ シリンダ壁
１８２ 第一シールリング
１８３ 第二シールリング

Claims (6)

1. バルブボディに設けられる一次ポートから二次ポートへ向かう流体の流れを制御する制御バルブであって、
   前記一次ポートから前記二次ポートへ向かう流体が通過するシート孔と、
   前記シート孔に対して軸方向に移動して前記シート孔の流路断面積を変えるポペット弁と、
   前記ポペット弁を閉弁方向に付勢するリターンスプリングと、
   前記リターンスプリングに抗して前記ポペット弁を開弁方向に付勢するバネ盤と、を備え、
   前記バネ盤は、
   前記ポペット弁と連係する部位であって前記二次ポートに導かれる二次圧を受ける二次圧受面と、
   前記二次圧受面の反対側に形成され基準となるパイロット圧を受けるパイロット圧受面と、を有し、
   前記バネ盤が二次圧とパイロット圧の圧力差に応じて弾性変形して前記ポペット弁を軸方向に移動させることを特徴とする制御バルブ。
2. 前記バネ盤は、
   中央部が前記ポペット弁に対峙して突出するように断面が湾曲した円盤部と、
   前記円盤部の外周縁部から軸方向について円筒状に延びる外周筒部と、
   前記外周筒部の基端から径方向に拡がるフランジ部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の制御バルブ。
3. 前記シート孔に対する前記バネ盤の位置を軸方向について調整する位置調整機構を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の制御バルブ。
4. 前記位置調整機構は、
   前記バルブボディの前記バネ盤を収容する部位に設けられ軸方向に延びるシリンダ壁と、
   前記シリンダ壁に摺動自在に介装され前記バネ盤を支持するホルダと、
   前記バルブボディの軸方向に移動自在に設けられ前記ホルダ及び前記バネ盤の位置を調整するアジャスタと、を備えることを特徴とする請求項３に記載の制御バルブ。
5. 前記ホルダは前記バネ盤の外周に嵌合するリング状に形成され、
   前記ホルダは、
   二次圧を受ける受圧部と、
   前記バネ盤の前記フランジ部を前記アジャスタに押し付ける先端部と、を有することを特徴とする請求項４に記載の制御バルブ。
6. 前記バネ盤は、
   中央部が前記ポペット弁に対峙して突出するように断面が湾曲した円盤部と、
   前記円盤部の外周縁部から軸方向について円筒状に延びる外周筒部と、を有し、
   前記ホルダは、
   前記バネ盤の前記外周筒部の外周に嵌合する嵌合部と、
   前記嵌合部の内径より大きい内径を有し前記バネ盤の前記外周筒部の外周に間隙をもって対峙する第一規制部と、
   前記バネ盤の前記外周縁部の外周に間隙をもって対峙する第二規制部と、を備える請求項４または５に記載の制御バルブ。

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