JP2018040486A - 流体制御弁 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡便な構成でシール機能を確保できるコンパクトな流体制御弁を提供する。
【解決手段】流体制御弁は、軸部材３３と、筒状部４０ａを有する保持部材４０と、ハウジングと、を備え、軸部材３３の端部は、筒状部４０ａの底部４０ａ１に向かって縮径して構成され、底部４０ａ１に当接する第一当接部３３ａ１を含む第一領域３３ａと、第一領域３３ａとの境界面Ｐから底部４０ａ１とは反対側に向かって縮径して構成され、筒状部４０ａの凹部４０ａ２に当接する第二当接部３３ｂ１を含む第二領域３３ｂとを有し、境界面Ｐの中心Ｏから第一当接部３３ａ１までの距離Ｒ１は、境界面Ｐの中心Ｏから第二当接部３３ｂ１までの距離Ｒ２よりも小さく構成されている。
【選択図】図４
【解決手段】流体制御弁は、軸部材３３と、筒状部４０ａを有する保持部材４０と、ハウジングと、を備え、軸部材３３の端部は、筒状部４０ａの底部４０ａ１に向かって縮径して構成され、底部４０ａ１に当接する第一当接部３３ａ１を含む第一領域３３ａと、第一領域３３ａとの境界面Ｐから底部４０ａ１とは反対側に向かって縮径して構成され、筒状部４０ａの凹部４０ａ２に当接する第二当接部３３ｂ１を含む第二領域３３ｂとを有し、境界面Ｐの中心Ｏから第一当接部３３ａ１までの距離Ｒ１は、境界面Ｐの中心Ｏから第二当接部３３ｂ１までの距離Ｒ２よりも小さく構成されている。
【選択図】図４
Description
本発明は、流体の流量および圧力を制御する流体制御弁に関する。
従来、車両に搭載された各種機器（例えば、燃料電池）に供給する空気の流量を制御するポペットバルブ式の流体制御弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の流体制御弁は、駆動源の駆動力により軸芯に沿って移動する軸部材（文献では弁軸）と、軸部材の先端部が径方向に所定の隙間を有して挿入された筒状部と当該筒状部から径方向外側に延出する弁体とを有する保持部材（文献ではバルブフレーム）と、弁体が当接する環状の弁座を有するハウジング（文献ではバルブハウジング）と、を備えている。
また、軸部材の先端部に設けられた貫通孔に回転可能な球体を配置し、保持部材をかしめて球体を固定することで、保持部材が軸部材に対して揺動可能に構成している。その結果、弁体を閉弁するとき、弁体が流体から受ける流体圧や構成部材の寸法誤差に起因して、弁体と弁座との平行度が一致しない場合でも、軸部材に前進方向の駆動力を付与することで、弁体のシール部材が全周に亘って弁座に押付けられるように構成している。
しかしながら、従来の流体制御弁は、弁体が軸部材に対して揺動して弁体のシール部材が全周に亘って弁座に押付けられるのでシール性が高いものであるが、軸部材の先端部に貫通孔を加工して球体を配置する必要があり製造コストが増加する。また、球体や球体の収容空間を設ける必要があるため、流体制御弁の軸長が長くなってしまう。
そこで、簡便な構成でシール機能を確保できるコンパクトな流体制御弁が望まれている。
流体制御弁の特徴構成は、一端部に接続された駆動源からの駆動力により軸芯に沿って移動する軸部材と、前記軸部材の他端部が径方向に所定の隙間を有して挿入されており、表面から径方向内側に窪んだ凹部が形成された有底筒状の筒状部と、前記筒状部から径方向外側に延出した平板状の本体部の外周にシール部材が固定されて形成された弁体と、を有する保持部材と、流体の流入口および流出口と、前記流入口と前記流出口との連通を遮断するように前記弁体が当接する環状の弁座とを有し、前記軸部材および前記保持部材を収容するハウジングと、を備え、前記軸部材の前記他端部は、前記筒状部の底部に向かって縮径して構成され、前記底部に当接する第一当接部を含む第一領域と、前記第一領域との境界面から前記底部とは反対側に向かって縮径して構成され、前記凹部に当接する第二当接部を含む第二領域とを有し、前記境界面の中心から前記第一当接部までの距離は、前記境界面の中心から第二当接部までの距離よりも小さく構成されている点にある。
本構成では、軸部材の他端部において、第一領域が筒状部の底部に当接すると共に、筒状部の底部とは反対側に縮径された第二領域が筒状部に形成された凹部に当接しているので、保持部材の軸部材に対する軸方向の相対移動が規制されている。この状態で軸部材が径方向に所定の隙間を有して筒状部に挿入されているので、弁体を有する保持部材が軸部材に対して揺動可能に構成されている。その結果、軸部材に軸方向の駆動力を付与して弁体を弁座に押付ければ、弁体が軸部材に対して揺動して弁体のシール部材が全周に亘って弁座に押付けられるので、弁体と弁座との平行度が一致しない場合でもシール性を高めることができる。
また、弁体を軸部材に対して揺動させる機構は、軸部材の他端部を旋盤加工したり保持部材をプレス加工して凹部を形成したりするだけで良いので、従来のように球体を設ける場合に比べて製造コストを節約できる。しかも、軸部材の他端部を第一領域と第二領域とに区分して、第一領域の軸方向の寸法を小さく構成しているので、流体制御弁の軸長を短くすることができる。このように、簡便な構成でシール機能を確保できるコンパクトな流体制御弁が提供できた。
他の特徴構成は、前記第二領域が半球状に構成されている点にある。
本構成のように、第二領域を半球状に構成すれば、弁体が軸部材に対して揺動したとき、球面と凹部とが円滑に摺接する。このため、軸部材に軸方向の駆動力を付与して弁体を弁座に押付ければ、弁体の姿勢が弁座と平行になるように確実に修正されてシール性を高めることができる。
他の特徴構成は、前記軸部材と前記筒状部との間には、前記第二当接部よりも前記底部とは反対側にＯリングが設けられている点にある。
本構成のように、第二当接部よりも筒状部の底部とは反対側における軸部材と筒状部との間にＯリングを設ければ、異物が筒状部の内部に侵入することがないので、弁体の軸部材に対する揺動が異物によって阻害されることがない。その結果、繰り返し弁体を閉弁した場合でも、長期間に亘って弁体の姿勢を修正することができる。
他の特徴構成は、前記凹部は、前記筒状部が外側からかしめ加工されたかしめ部で構成されており、前記凹部の内周面と前記第二当接部とが摺動可能に構成されている点にある。
本構成では、筒状部の外側からかしめ加工するだけで第二当接部に対して摺動する凹部を形成することができるので、加工が容易である。
流体制御弁の特徴構成は、一端部に接続された駆動源からの駆動力により軸芯に沿って移動する軸部材と、前記軸部材の他端部が径方向に所定の隙間を有して挿入されており、表面から径方向内側に窪んだ凹部が形成された有底筒状の筒状部と、前記筒状部から径方向外側に延出した平板状の本体部の外周にシール部材が固定されて形成される弁体と、を有する保持部材と、流体の流入口および流出口と、前記流入口と前記流出口との連通を遮断するように前記弁体が当接する環状の弁座とを有し、前記軸部材および前記保持部材を収容するハウジングと、を備え、前記軸部材の前記他端部は、前記筒状部の底部に向かって拡径して構成されて、前記凹部に当接する拡径部と、前記拡径部の先端面を平坦にした平坦部と、を有し、前記底部は、表面を前記平坦部に向かって突出するように形成され、前記平坦部に当接する凸部を有している点にある。
本構成では、軸部材の他端部において、平坦部が筒状部の底部の凸部に当接すると共に、筒状部の底部に向かって拡径された拡径部が筒状部に形成された凹部に当接しているので、筒状部の軸部材に対する軸方向の相対移動が規制されている。この状態で軸部材が径方向に所定の隙間を有して筒状部に挿入されているので、弁体を有する保持部材は軸部材に対して揺動可能に構成されている。その結果、軸部材に軸方向の駆動力を付与して弁体を弁座に押付ければ、弁体が軸部材に対して揺動して弁体のシール部材が全周に亘って弁座に押付けられるので、弁体と弁座との平行度が一致しない場合でもシール性を高めることができる。
また、弁体を軸部材に対して揺動させる機構は、軸部材の他端部を旋盤加工したり保持部材をプレス加工して凹部や凸部を形成したりするだけで良いので、従来のように球体を設ける場合に比べて製造コストを節約できる。しかも、軸部材の他端部の先端を平坦面に形成しているので、流体制御弁の軸長を短くすることができる。このように、簡便な構成でシール機能を確保できるコンパクトな流体制御弁が提供できた。
以下に、本発明に係る流体制御弁の実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、流体制御弁の一例として、燃料電池システム１の酸素供給モジュール２に配置される空気調圧弁３（流体制御弁の一例）として説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
［燃料電池システム］
図１に示すように、本実施形態では、自動車や一般産業用機械等の車両の駆動源として電動モータ５１を用いるものである。この電動モータ５１には、燃料電池システム１で発電した電力が供給される。燃料電池システム１は、燃料電池５と、燃料電池５に空気を供給する酸素供給モジュール２と、燃料電池５に水素ガスを供給する燃料供給モジュール４とを備えている。なお、燃料電池５で発電した電力を電動モータ５１に供給しながら余剰電力をバッテリに蓄電しても良く、特に限定されない。
図１に示すように、本実施形態では、自動車や一般産業用機械等の車両の駆動源として電動モータ５１を用いるものである。この電動モータ５１には、燃料電池システム１で発電した電力が供給される。燃料電池システム１は、燃料電池５と、燃料電池５に空気を供給する酸素供給モジュール２と、燃料電池５に水素ガスを供給する燃料供給モジュール４とを備えている。なお、燃料電池５で発電した電力を電動モータ５１に供給しながら余剰電力をバッテリに蓄電しても良く、特に限定されない。
燃料電池５は、燃料極と空気極との間に電解質を挟んだセルがセパレータによって区画されたセルユニットを、直列に積層して構成されている。空気極に対向するセパレータには、酸素を含んだ空気が流通する空気流路５ａが形成され、燃料極に対向するセパレータには、水素ガスが流通する水素流路５ｂが形成されている。燃料電池５は、水素ガスが水素イオンとなって電解質を通過して酸素と化学反応することで、水（水蒸気）が発生すると共に、燃料極の側が陰極、空気極の側が陽極となって電動モータ５１に電力が供給される。また、燃料電池５を冷却するために、水冷ポンプＰ１によって冷却水が循環されている。
酸素供給モジュール２は、コンプレッサ２１によって酸素を含む空気を燃料電池５に供給する空気供給路２ａを備えている。この空気供給路２ａは、燃料電池５の空気流路５ａに接続されており、コンプレッサ２１と空気流路５ａとの間には、三方弁２２が配置されている。この三方弁２２にはバイパス流路２ｂの一端が接続されており、このバイパス流路２ｂの他端が酸素側排出路２ｃに接続されている。三方弁２２の弁位置を変位させることで、バイパス流路２ｂを介して酸素側排出路２ｃに空気の一部を排出し、燃料電池５の空気流路５ａに供給する空気量が調節される。なお、空気供給路２ａには、空気に含まれる異物を除去するエアフィルタやコンプレッサ２１によって圧縮された空気を冷却するインタークーラが適宜設けられているが、図示を省略している。
酸素側排出路２ｃは、一端が燃料電池５の空気流路５ａの出口に接続され、他端が後述する燃料側排出路４ｂに合流されている。この酸素側排出路２ｃでは、発電に使用されなかった空気や発電によって生成された水（水蒸気）が排出される。本実施形態における空気調圧弁３は、酸素側排出路２ｃの経路上に配置されており、燃料電池５の空気流路５ａの出口とバイパス流路２ｂの他端との間に設けられている。詳細な構成は後述するが、空気調圧弁３は、燃料電池５の内部に残存した空気の排出量を調節することで、燃料電池５の内部圧力を制御するものである。
燃料供給モジュール４は、水素タンク４１から燃料電池５の水素流路５ｂに水素ガスを供給する水素供給流路４ａを備えている。この水素供給流路４ａには、車両の運転停止時には水素ガスの供給を遮断する遮断弁４２が設けられている。また、少量の水素ガスが含まれる主に空気極から透過してきた窒素や電解質を透過した水（水蒸気）を排出する燃料側排出路４ｂが水素流路５ｂの出口に接続されている。
この燃料側排出路４ｂの経路上には、気液分離器４３が設けられており、水素ガスと水とが気液分離器４３で分離される。気液分離器４３で分離された水素ガスは、循環ポンプＰ２によって水素供給流路４ａの遮断弁４２より下流側に循環し、再度、燃料電池５の燃料として使用される。一方、気液分離器４３で分離された水や循環に用いられなかった水素ガスは、燃料側排出路４ｂに排出され、酸素側排出路２ｃから流入した空気や水と混合して外部に排出される。なお、燃料側排出路４ｂには、気液分離器４３の排水量を調節する排水弁や酸素側排出路２ｃとの合流部に水素ガスを空気により希釈する希釈器が適宜設けられているが、図示を省略している。
燃料電池システム１は、車両が運転を開始すると、コンプレッサ２１によって酸素を含む空気を空気流路５ａに供給し、遮断弁４２を開弁すると共に循環ポンプＰ２を作動させて水素ガスを水素流路５ｂに供給し、燃料電池５が発電を行うように構成されている。このとき、空気調圧弁３は、燃料電池５の内部に残存した空気を排出して燃料電池５の内部圧力を制御するために開弁状態となっている（図２参照）。一方、燃料電池システム１は、車両が運転を停止すると、コンプレッサ２１が停止して空気流路５ａへの空気の供給が無くなり、遮断弁４２を閉弁すると共に循環ポンプＰ２を停止して水素流路５ｂへの水素ガスの供給が無くなる。このとき、空気調圧弁３は、閉弁状態となっている（図３参照）。
［流体制御弁］
次に、図２〜図７を用いて、本実施形態に係る流体制御弁としての空気調圧弁３の構成を説明する。以下の説明において、図２の紙面を基準とした上下方向、左右方向（側方）を用いて説明するが、空気調圧弁３の実際の取付方向とは必ずしも一致していない。
次に、図２〜図７を用いて、本実施形態に係る流体制御弁としての空気調圧弁３の構成を説明する。以下の説明において、図２の紙面を基準とした上下方向、左右方向（側方）を用いて説明するが、空気調圧弁３の実際の取付方向とは必ずしも一致していない。
図２に示すように、空気調圧弁３は、ステッピングモータ３１（駆動源の一例）と、一端部に接続されたステッピングモータ３１からの駆動力によって軸芯Ｘに沿って移動する金属製の軸部材３３と、軸部材３３の他端部に接続された平板状の弁体３４と、上部ハウジング３２ａと下部ハウジング３２ｂとを締結して形成され、軸部材３３および弁体３４を収容する樹脂製のハウジング３２とを備えている。
ステッピングモータ３１は、上部ハウジング３２ａに密封状態で固定されており、出力軸に設けた螺子機構によって出力軸を回転させることで、回り止め状態でステッピングモータ３１に支持された軸部材３３が軸芯Ｘに沿って上下移動するように構成されている。このステッピングモータ３１は、印加されるパルス数に応じてステップ角を調整して、軸部材３３の移動距離を細かく設定することができるモータであり、公知であるので詳細な説明を省略する。なお、駆動源はステッピングモータ３１に限定されず、回転角度を制御可能なブラシレスモータ等で構成しても良い。
軸部材３３は、一端部にステッピングモータ３１が接続され、他端部に円環状の弁体３４が接続された棒状に構成されている。軸部材３３の中間部には、内周側が固定部材３７により保持されたダイヤフラム３５が設けられている。このダイヤフラム３５は、基布にゴム材料を固定して構成されている。固定部材３７の上側にはリテーナ３８が配置されており、このリテーナ３８と上部ハウジング３２ａの間には、圧縮スプリング３９が設けられている。圧縮スプリング３９は弁体３４の閉弁方向に付勢しており、車両の運転停止時には、圧縮スプリング３９の付勢力により弁体３４が閉弁状態に維持される（図３参照）。
軸部材３３の他端部には、軸部材３３の他端部が径方向に所定の隙間ｍを有した状態で挿入された有底筒状の筒状部４０ａと、筒状部４０ａの開口側から径方向外側に延出した平板状の本体部４０ｂと、本体部４０ｂの外周に固定されたシール部材Ｓとを備えた保持部材４０が装着されている。金属製の保持部材４０が装着されている。これら筒状部４０ａと本体部４０ｂとは金属材料で構成され、シール部材Ｓはゴム材料で構成されている。軸部材３３の他端部に接続された弁体３４は、保持部材４０の一部である本体部４０ｂと、本体部４０ｂの外周に固定されたシール部材Ｓとで構成されている。本実施形態では、軸部材３３の他端部を筒状部４０ａに挿入した状態で、筒状部４０ａの外面をプレス加工（かしめ加工）している（図５参照）。これによって、筒状部４０ａには、表面から径方向内側に窪んだ複数の凹部４０ａ２（対向する２箇所）がかしめ部として形成されている（図４参照）。
図４に示すように、軸部材３３の他端部は、先端側（筒状部４０ａの底部４０ａ１の側）から順に、第一領域３３ａ、第二領域３３ｂ、第三領域３３ｃ、第四領域３３ｄ、第五領域３３ｅで構成されている。
第一領域３３ａは、筒状部４０ａの底部４０ａ１に向かって縮径した円錐状に構成され、筒状部４０ａの底部４０ａ１に当接する第一当接部３３ａ１を有している。また、第一領域３３ａの先端は球面状に構成されている。
第二領域３３ｂは、第一領域３３ａとの境界面Ｐから筒状部４０ａの底部４０ａ１とは反対側に向かって縮径した半球状に構成されている。上述した筒状部４０ａの凹部４０ａ２を第二領域３３ｂの第二当接部３３ｂ１に当接させることで、保持部材４０が軸部材３３に対して軸芯Ｘの方向に抜け止め状態で保持されている。また、第二領域３３ｂには、第一領域３３ａとの境界面Ｐから所定の曲率を持った部位まで直線状で移行する移行部３３ｂ２が形成されている。なお、移行部３３ｂ２を省略して、第二領域３３ｂの外面を全て曲面で形成しても良い。
第一領域３３ａの軸芯Ｘ方向の長さは、第二領域３３ｂの半径に比べて短く構成されている。換言すると、境界面Ｐの中心Ｏから第一当接部３３ａ１までの距離Ｒ１は、境界面Ｐの中心Ｏから第二当接部３３ｂ１までの距離Ｒ２よりも小さく構成されている。これら第一領域３３ａや第二領域３３ｂは、軸部材３３の他端部を旋盤加工等で切削すれば容易に形成することができるので、製造コストを節約できる。また、第一領域３３ａの長さを短く形成しているので、軸部材３３の軸長を短くして空気調圧弁３をコンパクトなものとすることができる。
第三領域３３ｃは、第二領域３３ｂの最小径部位に連なる円柱状に構成されている。第四領域３３ｄは、第三領域３３ｃとの接続部位から底部４０ａ１とは反対側に向かって拡径したテーパ面を有している。第五領域３３ｅは、第四領域３３ｄの最大径部位に連なる円柱状に構成されており、一部を窪ませた溝部３３ｅ１を有している。溝部３３ｅ１には、ゴム製のＯリング４７が嵌め込まれており、このＯリング４７が軸部材３３の外面と筒状部４０ａの内面とに当接して圧縮されている。つまり、軸部材３３と筒状部４０ａとの間には、第二当接部３３ｂ１よりも筒状部４０ａの底部４０ａ１とは反対側にＯリング４７が設けられている。
上述したように、軸部材３３の他端部が径方向に所定の隙間ｍを有した状態で筒状部４０ａに挿入されているので、第一領域３３ａおよび第二領域３３ｂが筒状部４０ａの内面に摺接しつつ、保持部材４０（弁体３４）が軸部材３３に対して所定の範囲で揺動可能に構成されている。なお、保持部材４０が軸部材３３に対して揺動する構成に限定されず、保持部材４０が固定された軸部材３３自体が揺動する構成にしても良い。
図２〜図３に戻って説明すると、ハウジング３２は、上部ハウジング３２ａと下部ハウジング３２ｂとの接合面にダイヤフラム３５の外周側を挟持した状態で、上部ハウジング３２ａと下部ハウジング３２ｂとをボルトによって締結固定して構成されている。ハウジング３２の収容空間３２Ａには、上述した軸部材３３、弁体３４、ダイヤフラム３５や圧縮スプリング３９等が収容されている。
上部ハウジング３２ａの側面には、ダイヤフラム３５と上部ハウジング３２ａとの間で区画形成される上部室３２Ａ１と外部空間３２Ｂとを連通する貫通孔３２ａ１が形成されている。これによって、上部室３２Ａ１は、大気圧に維持されている。また、弁体３４が閉弁状態にあるとき、弁体３４と下部ハウジング３２ｂとダイヤフラム３５とで囲まれる空間には、流入口３２Ｃに連通した下部室３２Ａ２が形成されている（図３参照）。
上部ハウジング３２ａの上部には、ステッピングモータ３１を固定するモータ固定部３２ａ３から下方（弁体３４の側）に筒状に延出する筒状壁３２ａ４が形成されており、この筒状壁３２ａ４に軸部材３３の一端側が支持されている。
下部ハウジング３２ｂは、燃料電池５の空気流路５ａの出口から空気や水（水蒸気）が流入する流入口３２Ｃと、弁体３４が開弁したときに酸素側排出路２ｃの下流側に空気や水（水蒸気）を流出させる流出口３２Ｄとを有している。本実施形態では、流入口３２Ｃが下部ハウジング３２ｂの側方に開口形成されており、流出口３２Ｄが下部ハウジング３２ｂの下方に開口形成されている。
下部ハウジング３２ｂには、流入口３２Ｃと流出口３２Ｄとの連通を遮断するように弁体３４が当接する環状の弁座４６が形成されている。弁座４６は、弁体３４のシール部材Ｓが当接する当接部４６ａと、当接部４６ａから径方向内側に延出した状態で当接部４６ａよりも上側に（本体部４０ｂに向かって）突出してある突出部４６ｂとを有している。当接部４６ａは、下部ハウジング３２ｂのうち流出口３２Ｄを構成する周壁部３２ｂ１の天面となる平坦面で構成されている。突出部４６ｂは、下部ハウジング３２ｂのうち流出口３２Ｄを構成する周壁部３２ｂ１から径方向内側にテーパ状に延出した基端部４６ｂ２より上側（弁体３４の側）に突出形成されている。また、突出部４６ｂは、弁座４６の周方向に沿って等間隔に複数設けられており、これら突出部４６ｂは周方向に沿って互いに分離している。これにより、シール部材Ｓが当接部４６ａに当接した状態で、突出部４６ｂの先端部４６ｂ１が弁体３４の本体部４０ｂに当接して弁体３４の移動を規制する（図７参照）。
弁体３４を閉弁したとき、弁体３４が流体から受ける流体圧や構成部材の寸法誤差に起因して、弁体３４と弁座４６との平行度が一致しないことがある。このため、例えば、図６に示すように、他端部に弁体３４が接続された軸部材３３を軸芯Ｘに沿って移動させれば、一方の側（左側）にあるシール部材Ｓが当接部４６ａに押付けられる。このとき、右側の隙間ｍが狭まるように弁体３４が軸部材３３に対して傾いた状態となっている。
次いで軸部材３３を更に下方に移動させる駆動力をステッピングモータ３１が軸部材３３に作用させたとき、図７に示すように、左側の突出部４６ｂを支点として弁体３４が弁座４６に対して平行姿勢に修正される。つまり、軸部材３３と筒状部４０ａとが隙間ｍを有するように、第一領域３３ａの第一当接部３３ａ１が筒状部４０ａの底部４０ａ１に対して摺動すると共に、第二領域３３ｂの第二当接部３３ｂ１が対向する２箇所の凹部４０ａ２に対して摺動する。
このとき、本実施形態では、第一領域３３ａの先端を球面状に構成すると共に、第二領域３３ｂを半球状に構成しているので、第一領域３３ａおよび第二領域３３ｂが円滑に摺動して、弁体３４の姿勢が弁座４６に対して平行となるように確実に修正される。その結果、弁体３４のシール部材Ｓが弁座４６の全周に亘って均等に押し付けられるので、シール性を高めることができる。
また、本実施形態のように、第二当接部３３ｂ１よりも筒状部４０ａの底部４０ａ１とは反対側における軸部材３３と筒状部４０ａとの間にＯリング４７を設ければ、異物が筒状部４０ａの内面に侵入することがないので、弁体３４の軸部材３３に対する揺動が異物によって阻害されることがない。その結果、繰り返し弁体３４を閉弁した場合でも、長期間に亘って弁体３４の姿勢を修正することができる。しかも、このＯリング４７は、保持部材４０が軸部材３３に対して傾いた際に、筒状部４０ａの内面と軸部材３３の外面とが強く当接するのを防止する衝撃吸収機能も兼ね備えているので、騒音や振動を低減することができる。なお、Ｏリング４７は、自身の弾性力によって弁体３４を弁座４６に対して平行姿勢に修正する調芯機能を有しているので、開弁状態のときに弁体３４の傾きを抑えることができる。
［その他の実施形態］
（ａ）（別実施形態１）
図８に示すように、軸部材３３の他端部は、筒状部４０ａの底部４０ａ１に向かって拡径して構成されて、凹部４０ａ２に当接する拡径部３３ｆと、拡径部３３ｆの先端面を平坦にした平坦部３３ｇと、を有している。また、表面を平坦部３３ｇに向かって突出するように形成され、平坦部３３ｇに当接する凸部４０ａ３を有している。この軸部材３３の他端部は旋盤加工等により形成され、凸部４０ａ３は筒状部４０ａの底部４０ａ１をプレス加工することで形成される。本実施形態でも上述と同様の作用効果が得られ、特に、軸部材３３の他端部の先端を平坦部３３ｇで構成しているので、空気調圧弁３の軸長を短くすることができる。
（ａ）（別実施形態１）
図８に示すように、軸部材３３の他端部は、筒状部４０ａの底部４０ａ１に向かって拡径して構成されて、凹部４０ａ２に当接する拡径部３３ｆと、拡径部３３ｆの先端面を平坦にした平坦部３３ｇと、を有している。また、表面を平坦部３３ｇに向かって突出するように形成され、平坦部３３ｇに当接する凸部４０ａ３を有している。この軸部材３３の他端部は旋盤加工等により形成され、凸部４０ａ３は筒状部４０ａの底部４０ａ１をプレス加工することで形成される。本実施形態でも上述と同様の作用効果が得られ、特に、軸部材３３の他端部の先端を平坦部３３ｇで構成しているので、空気調圧弁３の軸長を短くすることができる。
（ｂ）（別実施形態２）
図９に示すように、軸部材３３の他端部は、筒状部４０ａの底部４０ａ１に向かって縮径した円錐状に構成される第一領域３３ｉと、第一領域３３ｉとの境界面Ｐから筒状部４０ａの底部４０ａ１とは反対側に向かって縮径したテーパ状に構成される第二領域３３ｈとを有していても良い。上述した実施形態における半球状の第二領域３３ｂに代えて、テーパ状の第二領域３３ｈとした点が異なっている。本実施形態でも上述と同様の作用効果が得られる。
図９に示すように、軸部材３３の他端部は、筒状部４０ａの底部４０ａ１に向かって縮径した円錐状に構成される第一領域３３ｉと、第一領域３３ｉとの境界面Ｐから筒状部４０ａの底部４０ａ１とは反対側に向かって縮径したテーパ状に構成される第二領域３３ｈとを有していても良い。上述した実施形態における半球状の第二領域３３ｂに代えて、テーパ状の第二領域３３ｈとした点が異なっている。本実施形態でも上述と同様の作用効果が得られる。
（ｃ）（別実施形態３）
図１０に示すように、軸部材３３の他端部は、筒状部４０ａの底部４０ａ１に向かって拡径して構成されて、凹部４０ａ２に当接する拡径部３３ｊと、拡径部３３ｊの先端面を平坦にした平坦部３３ｋと、平坦部３３ｋから筒状部４０ａの底部４０ａ１に向かって突出する半球状部３３ｌと、を有している。この半球状部３３ｌは、平坦部３３ｋの孔部３３ｋ１に嵌合されるピン状部材４８の先端部で構成されている。本実施形態でも上述と同様の作用効果が得られる。なお、半球状部３３ｌを軸部材３３と一体形成しても良い。
図１０に示すように、軸部材３３の他端部は、筒状部４０ａの底部４０ａ１に向かって拡径して構成されて、凹部４０ａ２に当接する拡径部３３ｊと、拡径部３３ｊの先端面を平坦にした平坦部３３ｋと、平坦部３３ｋから筒状部４０ａの底部４０ａ１に向かって突出する半球状部３３ｌと、を有している。この半球状部３３ｌは、平坦部３３ｋの孔部３３ｋ１に嵌合されるピン状部材４８の先端部で構成されている。本実施形態でも上述と同様の作用効果が得られる。なお、半球状部３３ｌを軸部材３３と一体形成しても良い。
（ｄ）流入口３２Ｃを下部ハウジング３２ｂの側方に設け、流出口３２Ｄを下部ハウジング３２ｂの下方に設けたが、流入口３２Ｃと流出口３２Ｄとを入れ替えても良い。この場合、上述した実施形態における流入口３２Ｃが流出口３２Ｄに置き換えられ、流出口３２Ｄが流入口３２Ｃに置き換えられることとなる。
（ｅ）本実施形態では燃料電池システム１に用いられる流体制御弁について説明したが、その他の車両用流体制御弁として用いても良いし、家庭用機器の流体制御弁として用いても良く特に限定されない。
本発明は、流体の流量および圧力を制御する流体制御弁に利用可能である。
３ 空気調圧弁（流体制御弁）
３１ ステッピングモータ（駆動源）
３２ ハウジング
３２Ｃ 流入口
３２Ｄ 流出口
３３ 軸部材
３３ａ 第一領域
３３ａ１ 第一当接部
３３ｂ 第二領域
３３ｂ１ 第二当接部
３３ｆ 拡径部
３３ｇ 平坦部
３４ 弁体
４０ 保持部材
４０ａ 筒状部
４０ａ１ 底部
４０ａ２ 凹部
４０ａ３ 凸部
４０ｂ 本体部
４６ 弁座
４７ Ｏリング
ｍ 所定の隙間
Ｏ 中心
Ｐ 境界面
Ｒ１ 境界面の中心から第一当接部までの距離
Ｒ２ 境界面の中心から第二当接部までの距離
Ｓ シール部材
Ｘ 軸芯
３１ ステッピングモータ（駆動源）
３２ ハウジング
３２Ｃ 流入口
３２Ｄ 流出口
３３ 軸部材
３３ａ 第一領域
３３ａ１ 第一当接部
３３ｂ 第二領域
３３ｂ１ 第二当接部
３３ｆ 拡径部
３３ｇ 平坦部
３４ 弁体
４０ 保持部材
４０ａ 筒状部
４０ａ１ 底部
４０ａ２ 凹部
４０ａ３ 凸部
４０ｂ 本体部
４６ 弁座
４７ Ｏリング
ｍ 所定の隙間
Ｏ 中心
Ｐ 境界面
Ｒ１ 境界面の中心から第一当接部までの距離
Ｒ２ 境界面の中心から第二当接部までの距離
Ｓ シール部材
Ｘ 軸芯
Claims (5)
- 一端部に接続された駆動源からの駆動力により軸芯に沿って移動する軸部材と、
前記軸部材の他端部が径方向に所定の隙間を有して挿入されており、表面から径方向内側に窪んだ凹部が形成された有底筒状の筒状部と、前記筒状部から径方向外側に延出した平板状の本体部の外周にシール部材が固定されて形成された弁体と、を有する保持部材と、
流体の流入口および流出口と、前記流入口と前記流出口との連通を遮断するように前記弁体が当接する環状の弁座とを有し、前記軸部材および前記保持部材を収容するハウジングと、を備え、
前記軸部材の前記他端部は、前記筒状部の底部に向かって縮径して構成され、前記底部に当接する第一当接部を含む第一領域と、前記第一領域との境界面から前記底部とは反対側に向かって縮径して構成され、前記凹部に当接する第二当接部を含む第二領域とを有し、
前記境界面の中心から前記第一当接部までの距離は、前記境界面の中心から第二当接部までの距離よりも小さく構成されている流体制御弁。 - 前記第二領域が半球状に構成されている請求項１に記載の流体制御弁。
- 前記軸部材と前記筒状部との間には、前記第二当接部よりも前記底部とは反対側にＯリングが設けられている請求項１又は２に記載の流体制御弁。
- 前記凹部は、前記筒状部が外側からかしめ加工されたかしめ部で構成されており、前記凹部の内周面と前記第二当接部とが摺動可能に構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体制御弁。
- 一端部に接続された駆動源からの駆動力により軸芯に沿って移動する軸部材と、
前記軸部材の他端部が径方向に所定の隙間を有して挿入されており、表面から径方向内側に窪んだ凹部が形成された有底筒状の筒状部と、前記筒状部から径方向外側に延出した平板状の本体部の外周にシール部材が固定されて形成される弁体と、を有する保持部材と、
流体の流入口および流出口と、前記流入口と前記流出口との連通を遮断するように前記弁体が当接する環状の弁座とを有し、前記軸部材および前記保持部材を収容するハウジングと、を備え、
前記軸部材の前記他端部は、前記筒状部の底部に向かって拡径して構成されて、前記凹部に当接する拡径部と、前記拡径部の先端面を平坦にした平坦部と、を有し、
前記底部は、表面を前記平坦部に向かって突出するように形成され、前記平坦部に当接する凸部を有している流体制御弁。
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