JP6089622B2 - 流体制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、流体の流れを制御する流体制御弁に関する。

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。

特開２０１２−９９２２０号公報

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。

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。

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、弁軸は、軸方向に分割された第一分割部と第二分割部とを備え、弾性変形部材は、弁軸と同径であるとともに、第一分割部と第二分割部との間に配設され、第一分割部と第二分割部とを連結し、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。

また請求項２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、弾性変形部材は、駆動装置と駆動装置の固定部との間に設けられ、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。

また請求項３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、弾性変形部材は、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られ、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。

また請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３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。

また請求項５に係る発明は、請求項４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。

また請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５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。

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。
さらに、弁軸は、軸方向に分割された第一分割部と第二分割部とを備え、弾性変形部材は、弁軸と同径であるとともに、第一分割部と第二分割部との間に配設され、第一分割部と第二分割部とを連結する。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。

上記のように構成した請求項２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。
さらに、弾性変形部材は、駆動装置と駆動装置の固定部との間に設けられ、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。

上記のように構成した請求項３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。
さらに、弾性変形部材は、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られ、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。

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乃至請求項３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。

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４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。

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１乃至請求項５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５までの作用効果を得ることができる。

本発明の第１実施形態による燃料電池システムを示したブロック図である。 図１に示したエア調圧弁の閉弁時の部分断面図である。 図１に示した三方弁の閉弁時の部分断面図である。 図２に示したエア調圧弁の作動を説明するためのシールリップ付近の部分断面図である。 第２実施形態によるエア調圧弁の変形実施形態を説明するための断面図である。 第３実施形態によるエア調圧弁の変形実施形態を説明するための断面図である。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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））。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

＜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。

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。

Claims (6)

1. 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、
   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、
   前記弁軸は、軸方向に分割された第一分割部と第二分割部とを備え、
   前記弾性変形部材は、前記弁軸と同径であるとともに、前記第一分割部と前記第二分割部との間に配設され、前記第一分割部と前記第二分割部とを連結し、
   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流体制御弁。
2. 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、
   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、
   前記弾性変形部材は、前記駆動装置と前記駆動装置の固定部との間に設けられ、
   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流体制御弁。
3. 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、
   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、
   前記弾性変形部材は、前記バルブハウジング固定部と前記バルブハウジング本体との間に設けられ、
   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流体制御弁。
4. 前記弁体および前記弁座の少なくともいずれかに弾性材で形成され、前記両部材間をシールするシール部をさらに備えている請求項１乃至請求項３のうちいずれか一項の流体制御弁。
5. 前記シール部は、断面リップ状に形成されている請求項４の流体制御弁。
6. 前記弁体とともに移動するダイヤフラムをさらに備え、
   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５のうちいずれか一項の流体制御弁。

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