JP5849594B2 - 流体制御弁 - Google Patents
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Description
弁体が弁座面部と離間しており、コントロールバルブが開状態にある時、リテーナ部材の端部は弁ホルダの段状のストッパ面部に当接し、弁体とリテーナ部材との間には所定の隙間が設けられている。したがって、この状態においては、圧縮コイルバネの付勢力は弁体に作用せず、弁体はリテーナ部材に対して自由に相対回転することができる。
弁体が弁座面部に着座した後は、弁体にリテーナ部材が当接して圧縮コイルバネの付勢力が作用するため、弁体が弁座面部に対して摺れ回りすることがなく、弁体と弁座面部の摩耗量を低減することが可能になる。これは、弁体が弁座面部から離間する場合にも同様である。
この遮断弁において、電動モータによって回転軸が回転されると、リードスクリューに噛み合った弁体が直進し、弁座に対して着座または離間することにより流路を開閉することができる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、少ない部品点数で安定したシール性能を発揮することができる低コストの流体制御弁を提供することにある。
また、支軸部材が一体的に形成されているため、部品点数を低減することができ、小型で低コストの流体制御弁にすることができる。
また、支軸部材がバルブハウジングの一部を形成することにより、さらに部品点数を低減することができるため、いっそう低コストの流体制御弁にすることができる。
また、支軸部材には、モータ取付部からバルブハウジングの内部へと筒状に延在し先端が開口した弁軸収容部を形成し、弁軸はメカ内蔵部から突出して弁軸収容部内を貫通し、弁軸収容部の内周面により支持されていることにより、支軸部材において、弁軸の支持部位を容易に形成することができる。
図1乃至図7に基づき、本発明の実施形態1によるエア調圧弁4について説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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(弁軸収容部に該当する)とにより形成されている。シャフト収容部412cは、モータ取付部412bの外周面を破断させてバルブハウジング41の内部へと筒状に延在している。
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。
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。
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。
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、先端が半球状の曲面によって袋状に閉じていることにより、バルブシャフト44の支持体445の曲面を受けることが可能な取付部451dを有している。取付部451dはかしめられることにより、支持体445に直接に固定されている。
次に、パンチPを戻した状態で、バルブフレーム451を60°回転させた後、上述したパンチPによって同様にかしめられる。これによって、取付部451dはバルブシャフト44の支持体445に対して、円周上の6箇所のかしめ部451eにおいて均等にかしめられ、支持体445に対して脱落不能に接続される。
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。
また、バルブシャフト44の先端を取付部451d内に挿入した後、取付部451dをかしめてバルブ部材45をバルブシャフト44に取り付けることにより、バルブ部材45を直接にバルブシャフト44に取り付けることができるため、部品点数を低減することができ、小型で低コストのエア調圧弁4にすることができる。
また、バルブカバー412がバルブハウジング41の一部を形成することにより、さらに部品点数を低減することができるため、いっそう低コストのエア調圧弁4にすることができる。
また、バルブシャフト44の円柱部443またはバルブカバー412のシャフトリテーナ部412eには、耐摩耗性のメッキ処理が施されているため、摺動用のカラー等を省略でき、低コストなエア調圧弁4にすることができる。
次に、本発明を適用した実施形態2によるエア調圧弁4A(流体制御弁に該当する)について、図8に基づき、エア調圧弁4に対する相違点のみについて説明する。尚、図8において、図2に示したエア調圧弁4と同様の構成には同じ符号を付してある。
図8に示したように、エア調圧弁4Aは、バルブハウジング41Aの外周面にモータアッセンブリ42が取り付けられて形成されている。バルブハウジング41Aは、ポリフェニレンサルファイド等の合成樹脂材料にて、それぞれ一体に形成されたバルブボデー411Aとバルブカバー416(支軸部材に該当する)とを互いに結合させて形成している。
取付フランジ416aには、複数の位置決め孔416cが貫通しており、位置決め孔416cにはバルブボデー411Aの突部411gが嵌合している。取付ボルト413は挿通スリーブ416bに対して遊嵌しており、バルブカバー416は、位置決め孔416cに突部411gが嵌合することにより、そのバルブボデー411Aに対する位置決めが行われる。
シャフト収容部416eの下端には、シャフトリテーナ部416gが形成され、その内周面には支持カラー416hがインサートあるいは接着されている。バルブシャフト44の円柱部443の外周面は、支持カラー416h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の外周面または支持カラー416h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。
ダイヤフラム保持体455は、リテーナ453の連結部453cの内周面に圧入された係合部455a、係合部455aの上端から半径方向に延びた押圧部455b、および押圧部455bの上面に立設されたバネ保持部455cを備えている。
エア調圧弁4Aについてのその他の構成および作動方法については、実施形態1によるエア調圧弁4と同様であるため、これ以上の説明は省略する。
次に、本発明を適用した実施形態3による三方弁3(流体制御弁に該当する)の構造について、図9乃至図11に基づき詳細に説明する。尚、以下、図9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9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。
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。バイパス弁座311dは、上述した制御弁座312bと対向するように形成されている。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。
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のモータ取付ボス311fの入口内周面に嵌合させた状態(インロー)で、取付フランジ321bに貫通させた図示しない複数の取付スクリューを、第1ボデー311に締め付けることによって第1ボデー311に固定される。取付スクリューは取付フランジ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がモータ取付ボス311fの入口内周面に当接することにより、その位置決めが行われる。
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の支持体335を受け入れる取付部351dを有している。取付部351dは、かしめによりバルブシャフト33の支持体335に対し脱落不能に固定されている。
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(図9示)。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
実施形態1および実施形態2において、互いに当接するバルブシャフト44の円柱部443、シャフトリテーナ部412eおよび支持カラー416hには、摺動面の耐摩耗性を向上させるために、無電解ニッケルメッキ以外の表面処理を行ってもよい。例えば、流体制御弁の作動回数に応じて、硬質クロムメッキを施こす、または二流化モリブデンをコーティングする、もしくはダイヤモンドライクカーボン(DLC)皮膜を形成するといった方法を適宜選択することができる。
また、図2および図9に示したバルブ部材35、45において、円筒部351c、451cの下方に平板部351a、451aを形成し、さらに、平板部351a、451aの下方に、平板部351a、451aに連続するように取付部351d、451dを形成してもよい。
Claims (4)
- 内部に流体の流入口と流出口とが形成されたバルブハウジングと、
前記バルブハウジングに取り付けられた電動モータと、
前記電動モータの回転運動を直進運動に変換して弁軸に伝達し、前記弁軸を前記バルブハウジング中において軸方向に移動させる駆動機構と、
前記弁軸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、一側の面において、前記バルブハウジング内に形成された接続弁座に対して着座あるいは離間し、前記流入口と前記流出口との間を断続するバルブ部材と、
一体的に形成され、前記電動モータまたは前記駆動機構に固定され、かつ、位置決めされているとともに、前記弁軸の外周面を移動可能に支持する支軸部材と、
を備え、
前記支軸部材は、前記バルブハウジングの一部を形成し、
前記支軸部材には、モータ取付部と、該モータ取付部から前記バルブハウジングの内部へと筒状に延在し先端が開口した弁軸収容部とが形成されており、
前記電動モータおよび前記駆動機構はモータハウジング内に収容され、
前記モータハウジングには、前記モータ取付部に取り付けられたフランジ部と、少なくとも前記駆動機構を収容するために前記フランジ部から前記弁軸収容部内に突出したメカ内蔵部とが形成され、
前記弁軸は、前記メカ内蔵部から突出して前記弁軸収容部内を貫通し、前記弁軸収容部の内周面により支持されている流体制御弁。 - 前記バルブ部材は、
金属板により形成され、袋状を呈し内部に前記弁軸の先端が配置されている取付部と、前記取付部から半径方向外方に拡がった延在部とを有するバルブフレームと、
前記延在部に取り付けられ、前記接続弁座に対して当接可能なシール部材と、
を有し、
前記弁軸の先端が前記取付部の内壁に押圧され、かつ、前記バルブ部材は前記弁軸に取り付けられている請求項1記載の流体制御弁。 - 前記弁軸収容部の入口内周面が、前記メカ内蔵部の外周面と嵌合し、かつ、前記支軸部材は、前記モータハウジングに対して位置決めされている請求項1または2に記載の流体制御弁。
- 前記バルブハウジングは、
前記流入口から供給された前記流体が排出されるバイパス口と、
前記接続弁座と対向して設けられ、前記バルブ部材の他側の面が着座あるいは離間することにより、前記流入口と前記バイパス口との間を断続するバイパス弁座と、
を有し、
前記バルブ部材は、前記接続弁座と前記バイパス弁座との間において任意の位置をとることにより、前記流入口から供給された前記流体の、前記流出口および前記バイパス口への流量をそれぞれ制御する請求項1乃至3のうちのいずれか一項に記載の流体制御弁。
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