JP6270649B2 - 流量調整弁及び圧力調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子を備える流量調整弁と、同流量調整弁を備える圧力調整装置とに関する。

従来、圧電素子を備える流量調整弁として、例えば特許文献１に記載の調整弁が提案されている。こうした従来の流量調整弁を構成する弁体は、ダイヤフラム板に圧電素子を貼り付けて構成されている。そして、圧電素子に電力が供給されていない非通電時には、弁体が弁座に着座して流出部が閉塞され、調圧室内の流体が調圧室外に流出されない。一方、圧電素子に電力が供給される通電時には、弁体が変形することにより、弁体と弁座との間に隙間が形成されて流出部が開放される。これにより、調圧室内の流体が流出部を通じて調圧室外に流出される。

国際公開ＷＯ９９／３１４２０号公報

ところで、流入部を通じて調圧室内に流入する流体の温度が非常に低かったり、高かったりすることがある。この場合、調圧室内の温度の大幅な変化に伴い、弁体を構成するダイヤフラム板及び圧電素子の双方が収縮したり伸長したりすることとなる。

ここで、圧電素子を構成する材料とダイヤフラム板を構成する材料とでは、線熱膨張係数が異なることがある。この場合、調圧室内の温度変化に起因する伸縮度合いが、圧電素子とダイヤフラム板とで相違するため、弁体が変形してしまう。

例えば、調圧室内の温度変化によって、弁体は、その一部が弁座から離れる方向に突出するように変形することがある。この場合、非通電時であっても弁体と弁座との間に僅かな隙間が形成されることがある。すると、調圧室内の流体が当該隙間を通じて流出部から漏れ出るおそれがあり、流量調整弁の閉弁特性の悪化を招くことがある。

一方、調圧室内の温度変化によって、弁体は、その一部が弁座に近づく方向に突出するように変形し、非通電時では弁体と弁座との密着力が強くなりすぎることがある。この場合、圧電素子に電力を供給して流出部を開放させようとしても、弁体と弁座との間に十分な広さの隙間を形成することができないおそれがある。その結果、調圧室内の流体が流出部を通じて流出されにくくなり、流量調整弁の開弁特性の悪化を招くことがある。

すなわち、従来の流量調整弁にあっては、調圧室内の温度が大幅に変化するような場合には閉弁特性や開弁特性といった弁特性が悪化するおそれがある。
本発明の目的は、調圧室内の温度が変化しても弁特性を良好に維持することができる流量調整弁及び圧力調整装置を提供することにある。

上記課題を解決するための流量調整弁は、流入部を通じて流体が流入する調圧室内に配置されている弁体と、同弁体が着座する弁座と、を備え、弁体は、ダイヤフラム板に圧電素子を接合した構成となっており、圧電素子への通電によって弁体を変形させることにより流出部が開放され、調圧室内の流体が同流出部を通じて外部に流出される弁を前提としている。この場合、この流量調整弁は、軸方向における一端で前記弁座を支持する第１の筒状部材と、第１の筒状部材よりも径方向外側に配置され、軸方向における一端で弁体を支持する第２の筒状部材と、を備えている。そして、第２の筒状部材は、第１の筒状部材を構成する材料とは線熱膨張係数が異なる材料で構成されている。

上記構成によれば、通常の非通電時では、弁体は、弁座と、同弁座よりも径方向外側に位置する第２の筒状部材とによって支持されている。そして、調圧室内の温度が変化すると、調圧室内の各種部品は、温度変化に応じて収縮したり伸長したりし、圧電素子の伸縮量とダイヤフラム板の伸縮量との相違に応じて弁体が変形する。また、第２の筒状部材において弁体を支持する部位を支持部とした場合、第２の筒状部材の支持部と第１の筒状部材に支持されている弁座との軸方向における位置関係が、調圧室内の温度変化前と相違する。

ここで、調圧室内の温度変化に起因する弁体の変形態様は、実験やシミュレーションなどを通じて予め把握することができる。すなわち、第１の筒状部材を構成する材料と第２の筒状部材を構成する材料との組み合わせは、把握している弁体の変形態様に応じて決定することができる。そして、決定した材料で構成した各筒状部材を採用することにより、調圧室内の温度変化によって弁体が変形したとしても、当該変形を、第２の筒状部材の支持部と第１の筒状部材に支持される弁座との軸方向における位置関係の変化によって吸収することが可能となる。したがって、調圧室内の温度が変化しても弁特性を良好に維持することができるようになる。

ところで、ダイヤフラム板は、圧電素子を構成する材料よりも線熱膨張係数の大きい材料で構成されていることがある。この場合、例えば調圧室内の温度が低下されると、ダイヤフラム板及び圧電素子の双方が収縮することとなるが、ダイヤフラム板の収縮量は圧電素子の収縮量よりも多くなる。

そして、ダイヤフラム板において弁座に対向する面を第１の面とし、同第１の面の反対側に位置し、弁座に対向していない面を第２の面とした場合、弁体が、ダイヤフラム板の第２の面に圧電素子を接合した構成となっていることがある。上記のように、圧電素子を構成する材料よりも線熱膨張係数の大きい材料でダイヤフラム板が構成されている場合、例えば調圧室内の温度が低下されると、ダイヤフラム板において圧電素子が接合されている部分であるダイヤフラム板の接合部分は、その一部が弁座から離れる方向に突出するように変形することがある。すなわち、弁体は、その一部が弁座から離れる方向に突出するように変形するようになる。このように弁体が変形すると、非通電時であっても弁体と弁座との間に隙間が形成されやすくなる。

そこで、こうした場合、第２の筒状部材を、第１の筒状部材を構成する材料よりも線熱膨張係数の大きい材料で構成することが好ましい。この構成によれば、調圧室内の温度が低下されると、第２の筒状部材の軸方向への収縮量のほうが第１の筒状部材の軸方向への収縮量よりも大きい。すなわち、第２の筒状部材の支持部の軸方向への変位量が弁座の軸方向への変位量よりも大きくなる。そのため、調圧室内の温度低下に起因する弁体の上記変形を、第１の筒状部材と第２の筒状部材との軸方向への収縮量の相違によって吸収することができる。これにより、非通電時における流出部からの流体の漏出が抑制され、流量調整弁の閉弁特性を良好に維持することができるようになる。

なお、上記流量調整弁は、弁体を前記弁座側に付勢する付勢部材を備えるようにしてもよい。この場合、付勢部材は、弁体において第２の筒状部材に支持される部位よりも径方向内側の部位を付勢していることが好ましい。この構成によれば、例えば調圧室内の温度低下によって、上記ダイヤフラム板の接合部分の一部が弁座から離れる方向に突出したとしても、付勢部材からの付勢力によって当該接合部分を弁座側に押し付けることができる。そのため、非通電時に弁体が変形したとしても、弁体と弁座との間に隙間が形成されにくくなる。したがって、非通電時における流出部からの流体の漏出が抑制され、流量調整弁の閉弁特性を良好に維持することができるようになる。

一方、弁体が、ダイヤフラム板の第１の面に圧電素子を接合した構成となっていることがある。上記のように、圧電素子を構成する材料よりも線熱膨張係数の大きい材料でダイヤフラム板が構成されている場合、例えば調圧室内の温度が低下されると、ダイヤフラム板の接合部分は、その一部が弁座に近づく方向に突出するように変形することがある。すなわち、弁体は、その一部が弁座に近づく方向に突出するように変形するようになる。このように弁体が変形すると、非通電時における弁体と弁座との密着度合いが強くなりすぎ、通電時に弁体と弁座との間に十分な広さの隙間を形成できないおそれがある。

そこで、こうした構成の流量調整弁にあっては、第１の筒状部材を、第２の筒状部材を構成する材料よりも線熱膨張係数の大きい材料で構成することが好ましい。この構成によれば、調圧室内の温度が低下されると、第１の筒状部材の軸方向への収縮量のほうが第２の筒状部材の軸方向への収縮量よりも大きい。すなわち、弁座の軸方向への変位量が第２の筒状部材の支持部の軸方向への変位量よりも大きくなる。そのため、調圧室内の温度低下に起因する弁体の上記変形を、第１の筒状部材と第２の筒状部材との軸方向への収縮の相違によって吸収することができ、非通電時における弁体と弁座との密着度合いが大きくなりすぎることが抑制される。これにより、圧電素子への通電に伴う弁体の変形によって、同弁体と弁座との間に十分な広さの隙間が形成され、調圧室内の流体が、流出部を通じて適切に流出されるようになる。したがって、流量調整弁の開弁特性を良好に維持することができるようになる。

また、上記課題を解決するための圧力調整装置は、外部から供給される流体を減圧させる減圧弁と、上記の流量調整弁と、を備え、減圧弁によって減圧された流体が、流入部を通じて流量調整弁の調圧室に流入される。

上記構成によれば、減圧弁によって流体が減圧されると、流体の温度が低下される。そして、こうした低温の流体が流入部を通じて調圧室内に流入されることにより、調圧室内の温度が低下される。すると、ダイヤフラム板及び圧電素子の双方が収縮して弁体が変形することとなるが、こうした弁体の変形が、第１の筒状部材及び第２の筒状部材の軸方向への収縮量の相違によって吸収される。したがって、調圧室内の温度が変化しても弁特性を良好に維持させることができるようになる。

第１の実施形態の圧力調整装置を備える燃料供給装置から燃料が供給される内燃機関を示す概略構成図。 第１の実施形態の圧力調整装置の概略構成を示す断面図。 第１の実施形態の圧力調整装置を構成する流量調整弁の概略構成を示す断面図。 （ａ）は調圧室内の温度低下によってダイヤフラム板及び圧電素子が収縮する様子を説明する模式図、（ｂ）はダイヤフラム板及び圧電素子の収縮によって弁体が変形した状態を示す模式図。 （ａ）は調圧室内の温度低下によって各筒状部材が軸方向に収縮する様子を説明する模式図、（ｂ）は各筒状部材が軸方向に収縮した状態を示す模式図。 第１の実施形態の流量調整弁において、調圧室内の温度が低下した状態を示す断面図。 第２の実施形態の流量調整弁の概略構成を示す断面図。 第２の実施形態の流量調整弁において、調圧室内の温度が低下した状態を示す断面図。

（第１の実施形態）
以下、流量調整弁及び圧力調整装置を具体化した第１の実施形態を図１〜図６に従って説明する。

図１には、流体の一例である気体燃料としてＣＮＧ（圧縮天然ガス）が供給されることにより運転される内燃機関１１が図示されている。こうした内燃機関１１は、図１に示すように、ＣＮＧを供給する燃料供給装置２０を備えている。内燃機関１１の吸気通路１２内には、運転者によるアクセル操作態様に応じて開度が調整されるスロットルバルブ１３が設けられている。また、スロットルバルブ１３よりも吸気下流側の吸気通路１２内に、燃料噴射弁１４からＣＮＧが噴射される。そして、スロットルバルブ１３を通過した吸入空気と燃料噴射弁１４から噴射されたＣＮＧとを含む混合気が気筒１５の内部の燃焼室１６内で燃焼することにより、ピストン１７が往復動し、内燃機関１１の出力軸であるクランク軸が所定の回転方向に回転する。

燃料供給装置２０には、高圧のＣＮＧを貯留するＣＮＧタンク２１と、ＣＮＧタンク２１に接続される高圧燃料配管２２とが設けられている。この高圧燃料配管２２内を流動するＣＮＧは本実施形態の圧力調整装置２３によって減圧され、減圧後のＣＮＧがデリバリパイプ２４内に供給される。そして、デリバリパイプ２４から供給されたＣＮＧが燃料噴射弁１４によって吸気通路１２内に噴射される。

なお、燃料供給装置２０には、圧力調整装置２３よりも下流側の流体圧であるデリバリパイプ２４内の燃料圧力を検出する圧力センサ２５が設けられている。この圧力センサ２５によって検出された燃料圧力は図示しない制御装置に入力され、この制御装置によって圧力調整装置２３が制御される。すなわち、デリバリパイプ２４内の燃料圧力は、圧力調整装置２３によって調整可能である。

次に、図２を参照して、本実施形態の圧力調整装置２３について説明する。
図２に示すように、圧力調整装置２３は、金属などの導電材料で構成されている本体ボディ３０を備えている。こうした圧力調整装置２３には、ＣＮＧタンク２１から本体ボディ３０内に供給された高圧のＣＮＧを規定圧まで減圧させる第１の減圧機構４０と、デリバリパイプ２４内の燃料圧力を微調整する第２の減圧機構５０とが設けられている。

第１の減圧機構４０について説明する。
図２に示すように、本体ボディ３０内には、ＣＮＧタンク２１から供給された高圧のＣＮＧが流れる高圧流体流路３２と、この高圧流体流路３２が連通している減圧室３１とが設けられており、この減圧室３１内に第１の減圧機構４０が配置されている。また、本体ボディ３０内には、減圧室３１内で第１の減圧機構４０によって減圧されたＣＮＧを第２の減圧機構５０に導く供給路３３が設けられている。

第１の減圧機構４０は、減圧室３１内を軸方向である図中左右方向に摺動するピストン４１が設けられている。このピストン４１にはその内部を軸方向に延びる連通路４１１が設けられており、この連通路４１１は、ピストン４１の軸方向における両端に開口している。

減圧室３１内においてピストン４１の図中右側に位置する空間を「第１の空間３１１」とし、減圧室３１内においてピストン４１の図中左側に位置する空間を「第２の空間３１２」とする。この場合、第１の空間３１１は、高圧流体流路３２に連通している一方で、供給路３３と連通していない。また、第２の空間３１２は、高圧流体流路３２と連通していない一方で、供給路３３に連通している。そして、ピストン４１の軸方向への摺動によって、第１の空間３１１及び第２の空間３１２の容積が変わるようになっている。

また、第１の減圧機構４０には、第２の空間３１２の容積を小さくする方向である図中左方への付勢力をピストン４１に対して付与する第１のスプリング４２が設けられている。そして、第２の空間３１２内のＣＮＧ圧（流体圧）が高い場合、第１のスプリング４２からの付勢力に抗してピストン４１が第２の空間３１２の容積を大きくする方向である図中右方に摺動する。このとき、ピストン４１の軸方向における一端（図中右端）がシール部材４３に密接されると、ピストン４１に設けられている連通路４１１の開口がシール部材４３によって閉塞される。これにより、第１の空間３１１から第２の空間３１２にＣＮＧが流れなくなる。

この状態で第２の空間３１２内のＣＮＧが第２の減圧機構５０側に流れ、第２の空間３１２内のＣＮＧ圧が低くなると、第１のスプリング４２からの付勢力によって、ピストン４１が第２の空間３１２の容積を狭くする方向である図中左方に摺動する。これにより、ピストン４１がシール部材４３から離れ、連通路４１１の開口が開放される。すると、第１の空間３１１内のＣＮＧが、連通路４１１を通じて第２の空間３１２内に流れるようになる。ただし、第１の減圧機構４０から第２の減圧機構５０へのＣＮＧの流量は、第２の空間３１２内のＣＮＧ圧が低く、ピストン４１とシール部材４３との間の隙間４４が広いほど多くなる。すなわち、第２の空間３１２内のＣＮＧ圧が規定圧近傍で保持され、ほぼ規定圧のＣＮＧが供給路３３を通じて第２の減圧機構５０に供給されるように、ピストン４１の減圧室３１内における軸方向位置が自動的に調整される。したがって、本実施形態の圧力調整装置２３では、第１の減圧機構４０により、外部から供給される高圧のＣＮＧを減圧させる「減圧弁」の一例が構成される。

第２の減圧機構５０について説明する。
図２に示すように、本体ボディ３０内には、第１の減圧機構４０によって減圧されたＣＮＧが上記供給路３３を通じて流入される収容室５１が設けられている。供給路３３における下流側は、２つに分岐されている。そして、２つに分岐された各通路３３１，３３２の双方が収容室５１に接続されている。こうした各通路３３１，３３２のうち、収容室５１の図中左側に接続される通路が「第１の上流側通路３３１」であり、収容室５１の図中右側に接続される通路が「第２の上流側通路３３２」である。そして、第２の上流側通路３３２内には、通路断面積を狭くする第１の絞り５２が設けられている。

収容室５１内には、その周壁に沿って軸方向である図中左右方向に摺動可能なバルブ５３が設けられている。そして、収容室５１内は、バルブ５３によって２つの空間５１１，５１２に区画されており、これら各空間５１１，５１２の容積は、バルブ５３の軸方向への摺動によって変わるようになっている。

こうした収容室５１内の２つの空間５１１，５１２のうち、図中左側に位置する空間を「第１の空間５１１」とし、図中右側に位置する空間を「第２の空間５１２」とする。この場合、第１の空間５１１は、第１の上流側通路３３１に連通する一方で、第２の上流側通路３３２と連通していない。また、第２の空間５１２は、第２の上流側通路３３２に連通する一方で、第１の上流側通路３３１と連通していない。さらに、第１の空間５１１は、ＣＮＧをデリバリパイプ２４側に導くための下流側通路５４と連通している。

この下流側通路５４の収容室５１との開口５４１は、軸方向一端の側壁（図２における左側の壁面）に設けられており、バルブ５３によって閉塞可能である。すなわち、バルブ５３が第１の空間５１１の容積を小さくする方向である図中左方に摺動されると、開口５４１がバルブ５３によって閉塞される。ただし、このように開口５４１がバルブ５３によって閉塞されている状態であっても、第１の上流側通路３３１と収容室５１の第１の空間５１１との連通は維持される。

一方、開口５４１がバルブ５３によって閉塞されている状態からバルブ５３が第１の空間５１１の容積を大きくする方向である図中右方に摺動して開口５４１が開放されると、収容室５１の第１の空間５１１内のＣＮＧが開口５４１を通じて下流側通路５４に流出するようになる。すると、第１の空間５１１内には、第１の上流側通路３３１を通じてＣＮＧが流入される。このとき、収容室５１内でのバルブ５３の軸方向における位置を調整することにより、開口５４１の開度が調整される。その結果、下流側通路５４へのＣＮＧの流出量が調整され、ひいてはデリバリパイプ２４内の燃料圧力が調整される。

また、収容室５１内には第２のスプリング５５が設けられており、この第２のスプリング５５は、第１の空間５１１の容積を小さくする方向である図中左方への付勢力をバルブ５３に付与している。

本体ボディ３０の図中上部には調整弁用ボディ３４が取り付けられているとともに、調整弁用ボディ３４の図中上部には蓋部材３５が取り付けられている。調整弁用ボディ３４及び蓋部材３５は、本体ボディ３０を構成する材料と同一の材料で構成されている。そして、こうした調整弁用ボディ３４と蓋部材３５とにより調圧室６０が形成されており、この調圧室６０内に本実施形態の流量調整弁７０が設けられている。すなわち、調整弁用ボディ３４と蓋部材３５とにより、内部に調圧室６０が形成されている「ハウジング３６」の一例が構成される。

調整弁用ボディ３４は、有底略円筒形状をなしている。そして、調整弁用ボディ３４の底壁３４１の径方向外側には、収容室５１の第２の空間５１２内のＣＮＧを調圧室６０内に導くための流入部としての流入路６１が設けられている。また、底壁３４１の中央には、開口が略円形状をなす凹部６４が設けられ、凹部６４の底面の中央には、調圧室６０内のＣＮＧを調圧室６０外に流出させるための流出部としての流出孔６２が設けられている。この流出孔６２は、本体ボディ３０に設けられている流出路６３を通じて下流側通路５４と接続されている。

そして、流量調整弁７０が閉弁しているときには、調圧室６０内のＣＮＧの流出孔６２を介した外部への流出が規制される。一方、流量調整弁７０が開弁しているときには、流入路６１を通じて調圧室６０内に流入したＣＮＧが、流出孔６２及び流出路６３を通じて下流側通路５４内に流出されるようになっている。

すなわち、図２に示すように、流量調整弁７０が開弁されると、収容室５１の第２の空間５１２内のＣＮＧが流入路６１を通じて調圧室６０内に流出され、第２の空間５１２内のＣＮＧ圧が低下される。すると、収容室５１内では、バルブ５３が第２の空間５１２を狭くする方向である図中右方に摺動され、下流側通路５４の開口５４１の開度が広くなる。一方、流量調整弁７０が閉弁されると、収容室５１の第２の空間５１２内のＣＮＧが調圧室６０内に流出されなくなり、第２の空間５１２内のＣＮＧ圧が大きくなる。すると、収容室５１内では、バルブ５３が第１の空間５１１を狭くする方向である図中左方に摺動され、下流側通路５４の開口５４１が狭くなる、又は開口５４１がバルブ５３によって閉塞される。したがって、流量調整弁７０の開弁時間を制御することにより、デリバリパイプ２４内の燃料圧力を調整することができる。

次に、図３を参照して、本実施形態の流量調整弁７０について説明する。
図３に示すように、流量調整弁７０は、弁体７１と、弁体７１が着座する弁座７４と、弁体７１を挟んだ弁座７４の反対側（図中上側）に配置されている付勢部材の一例である第３のスプリング７５とを備えている。この第３のスプリング７５は、弁体７１を弁座７４側である図中下側に付勢している。

弁体７１は、金属製の薄板で構成される円盤状のダイヤフラム板７２と、このダイヤフラム板７２の径方向内側に接合されている圧電素子７３とを有している。ダイヤフラム板７２において弁座７４に対向する側の面である図中下面を「第１の面７２１」とし、第１の面７２１の反対側の面であって、且つ弁座７４に対向していない側の面である図中上面を「第２の面７２２」とした場合、圧電素子７３は、ダイヤフラム板７２の第２の面７２２に接合されている。

そして、圧電素子７３に電力が供給されていない非通電時には、弁体７１が弁座７４に着座し、流量調整弁７０が閉弁される。この場合、流出孔６２が閉塞されるため、調圧室６０内のＣＮＧが外部に流出されない。一方、圧電素子７３に電力が供給される通電時には、圧電素子７３を備える弁体７１が変形され、弁体７１と弁座７４との間に隙間が形成される。これにより、流量調整弁７０が開弁され、流出孔６２が開放される。すると、調圧室６０内のＣＮＧが、流出孔６２を通じて外部に流出される。

ダイヤフラム板７２は、その周縁７２３が調整弁用ボディ３４と蓋部材３５とにより図中上下方向である軸方向の両側から挟持された態様で、調圧室６０内に配置されている。すなわち、調圧室６０内は、ダイヤフラム板７２によって、弁座７４側の空間である図中下側の空間と、第３のスプリング７５側の空間である図中上側の空間とに区切られている。また、ダイヤフラム板７２において周縁７２３よりも径方向内側には、図中下側の空間と図中上側の空間とを連通させる貫通孔７２４が設けられている。

圧電素子７３は、圧電セラミックスで構成されるとともに、円盤状をなしている。この圧電素子７３は、ダイヤフラム板７２の第２の面７２２に対し、径方向における中心を含む中央部分に接合されている。なお、圧電素子７３の直径は、調整弁用ボディ３４の底壁３４１に設けられている凹部６４の開口径よりも僅かに小さい。

また、流量調整弁７０は、凹部６４内に圧入されている円筒形状の第２の筒状部材７６を備えている。この第２の筒状部材７６の軸方向における一端（図中上端）は調圧室６０内に位置し、第２の筒状部材７６の軸方向における他端（図中下端）は凹部６４内に位置している。そして、第２の筒状部材７６の軸方向の一端が、弁体７１のダイヤフラム板７２を支持する支持部７６１として機能している。

なお、第２の筒状部材７６の外径は圧電素子７３の直径よりも僅かに大きく、第２の筒状部材７６の内径は圧電素子７３の直径よりも僅かに小さい。また、弁体７１において第２の筒状部材７６に支持されている部位は、弁体７１において第３のスプリング７５から付勢力を受けている部位よりも径方向外側に位置している。

また、流量調整弁７０は、流出孔６２内に圧入されている円筒形状の第１の筒状部材７７を備えている。すなわち、第１の筒状部材７７は、第２の筒状部材７６と同軸配置されている。こうした第１の筒状部材７７の内側には、第２の絞り７８が配置されている。

第１の筒状部材７７の軸方向における一端（図中上端）は調圧室６０内に位置し、第１の筒状部材７７の軸方向における他端（図中下端）は流出孔６２内に位置している。そして、こうした第１の筒状部材７７の軸方向の一端が、シール部材としても機能する円環状の弁座７４を支持している。なお、弁体７１において弁座７４と接触する部位は、弁体７１において第３のスプリング７５から付勢力を受けている部位よりも径方向内側に位置している。

なお、図３に示すように、調圧室６０内の温度が常温とほぼ同等の通常時にあっては、第２の筒状部材７６の支持部７６１は、軸方向である図中上下方向において、弁座７４とほぼ同一位置に位置している。これに対し、調整弁用ボディ３４と蓋部材３５とによって挟持されているダイヤフラム板７２の周縁７２３は、弁座７４及び第２の筒状部材７６の支持部７６１よりも、軸方向における底壁３４１側となる図中下側に位置している。すなわち、ダイヤフラム板７２において圧電素子７３が接合されている中央部分を「接合部分７２ａ」とした場合、上記通常時では、ダイヤフラム板７２を備える弁体７１は、ダイヤフラム板７２の接合部分７２ａが周縁７２３よりも軸方向で底壁３４１から離れる方向側である図中上側に位置するように撓んでいる。こうした弁体７１の撓みを、「組み付けに起因する撓み」ということもある。

ところで、調圧室６０内には、第１の減圧機構４０によって減圧され、低温となったＣＮＧが流入される。そのため、調圧室６０内の温度が低下され、調圧室６０内に配置されている各種部品が収縮される。

本実施形態の流量調整弁７０を構成する弁体７１にあっては、ダイヤフラム板７２が、圧電素子７３を構成する圧電セラミックスよりも線熱膨張係数の大きい材料（金属）で構成されている。そして、調圧室６０内に低温のＣＮＧが流入し、調圧室６０内の温度が低下されると、図４（ａ）に示すように、圧電素子７３及びダイヤフラム板７２の双方が径方向内側に向けて収縮される。しかし、互いの線熱膨張係数が異なっているため、ダイヤフラム板７２の収縮量Ｘ１が圧電素子７３の収縮量Ｘ２よりも多くなる。その結果、図４（ｂ）に示すように、ダイヤフラム板７２は、その一部が第２の面７２２側に突出するように変形する。具体的には、ダイヤフラム板７２の接合部分７２ａは、その径方向中心が図中上側に突出するように変形する。すなわち、弁体７１は、その径方向にける中央が図中上側に突出するように変形する。なお、接合部分７２ａの径方向外側の部分の軸方向における位置と、接合部分７２ａの径方向中心の軸方向における位置との差分を、「第１の差分ΔＺ１」というものとする。

また、第２の筒状部材７６は、第１の筒状部材７７よりも線熱膨張係数の大きい材料で構成されている。例えば、第１の筒状部材７７をステンレス鋼で構成し、第２の筒状部材７６をポリプロピレンで構成してもよい。これら各筒状部材７６，７７は、調圧室６０内の温度変化に伴って軸方向に伸縮する。すなわち、調圧室６０内に低温のＣＮＧが流入し、調圧室６０内の温度が低下されると、図５（ａ）に示すように、各筒状部材７６，７７は、軸方向に収縮する。このとき、第２の筒状部材７６の収縮量Ｙ２は第１の筒状部材７７の収縮量Ｙ１よりも多い。そのため、図５（ｂ）に示すように、第２の筒状部材７６の支持部７６１は、第１の筒状部材７７に支持されている弁座７４よりも、底壁３４１の近くに位置するようになる、すなわち図中下側に位置するようになる。なお、第２の筒状部材７６の支持部７６１の軸方向における位置と、弁座７４の軸方向における位置との差分を、「第２の差分ΔＺ２」というものとする。

そして、このように弁座７４及び第２の筒状部材７６の支持部７６１が図中下側に下がることにより、図５（ｂ）に二点鎖線で示すように、ダイヤフラム板７２や圧電素子７３の復元力、及び第３のスプリング７５からの付勢力によって、組み付けに起因する弁体７１の撓みが解消される。すなわち、ダイヤフラム板７２の接合部分７２ａは、底壁３４１側となる図中下側に変位する。

次に、図６を参照して、本実施形態の圧力調整装置２３の作用について説明する。
低温のＣＮＧが流入路６１を通じて調圧室６０内に流入すると、調圧室６０内の温度が低下される。すると、調圧室６０内に配置されている各種部品が、温度低下に起因して収縮される。このとき、ダイヤフラム板７２の接合部分７２ａは、その径方向中心が底壁３４１から離れる方向である図中上方に突出するように変形する（図４（ｂ）参照）。そのため、こうしたダイヤフラム板７２を備える弁体７１は、こうしたダイヤフラム板７２の変形態様に準じた形状となる。

また、第２の筒状部材７６及び第１の筒状部材７７の双方は、軸方向に収縮することとなる。この場合、第２の筒状部材７６の収縮量Ｙ２が第１の筒状部材７７の収縮量Ｙ１よりも多くなるため、図６に示すように、第２の筒状部材７６の支持部７６１は、第１の筒状部材７７に支持されている弁座７４よりも軸方向において底壁３４１の近くに位置するようになる。

すると、こうした各筒状部材７６，７７の軸方向への収縮によって、組み付けに起因する弁体７１の撓みが解消される。その結果、ダイヤフラム板７２及び圧電素子７３の復元力と、第３のスプリング７５からの付勢力とによって、ダイヤフラム板７２の接合部分７２ａが底壁３４１側となる図中下側に変位する。

これにより、ダイヤフラム板７２は、図６に示すような形状となる。すなわち、ダイヤフラム板７２の接合部分７２ａの径方向外側の部分は、ダイヤフラム板７２の周縁７２３と軸方向においてほぼ同一位置に位置するようになる。こうした接合部分７２ａは、その径方向中心が底壁３４１から離れる方向に突出する凸形状となっている。しかし、接合部分７２ａの径方向外側の部分の軸方向における位置と、接合部分７２ａの中央の軸方向における位置との差分である第１の差分ΔＺ１は、第２の筒状部材７６の支持部７６１の軸方向における位置と、弁座７４の軸方向における位置との差分である第２の差分ΔＺ２よりも小さい。そのため、調圧室６０内の温度が低下によってダイヤフラム板７２が変形されても、ダイヤフラム板７２を備える弁体７１は、弁座７４に着座している。

こうした状態で圧電素子７３に電力が供給されると、ダイヤフラム板７２がさらに変形する。このように圧電素子７３に電力が供給されても、第１の筒状部材７７及び第２の筒状部材７６は軸方向に伸縮しない。そのため、圧電素子７３への通電に起因するダイヤフラム板７２の変形によって、弁体７１と弁座７４との間に隙間が形成される。すると、流出孔６２が開放され、調圧室６０内に流入したＣＮＧが、流出孔６２から調圧室６０外に流出される。

以上、上記構成及び作用によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）本実施形態の流量調整弁７０によれば、通常の非通電時では、弁体７１は、弁座７４と、弁座７４よりも径方向外側に位置する第２の筒状部材７６とによって支持されている。そして、調圧室６０内の温度が低下されると、調圧室６０内の各種部品は、温度低下に応じて収縮する。その結果、第２の筒状部材７６の支持部７６１と第１の筒状部材７７に支持されている弁座７４との軸方向における位置関係が、調圧室６０内の温度低下前と相違する。

ここで、調圧室６０内の温度変化に起因する弁体７１の変形態様は、実験やシミュレーションなどを通じて予め把握することができる。すなわち、第１の筒状部材７７を構成する材料と第２の筒状部材７６を構成する材料との組み合わせは、把握している弁体７１の変形態様に応じて決定することができる。そして、決定した材料で構成した各筒状部材７６，７７を採用することにより、調圧室６０内の温度変化によって弁体７１が変形したとしても、当該変形を、第２の筒状部材７６の支持部７６１と第１の筒状部材７７に支持される弁座７４との軸方向における位置関係の変化によって吸収することが可能となる。したがって、調圧室６０内の温度が低下しても流量調整弁７０の弁特性を良好に維持することができる。

（２）具体的には、第２の筒状部材７６を、第１の筒状部材７７を構成する材料よりも線熱膨張係数の大きい材料で構成した。そのため、調圧室６０内の温度が低下されると、第２の筒状部材７６の支持部７６１のほうが、第１の筒状部材７７に支持される弁座７４よりも軸方向において底壁３４１の近くに位置するようになる。その結果、ダイヤフラム板７２の接合部分７２ａの径方向中心が底壁３４１から離れる方向に突出するようになっても、弁体７１を弁座７４に着座させることが可能となる。すなわち、調圧室６０内の温度が低くなっても、流量調整弁７０の閉弁特性を良好に維持することができる。

（３）また、第３のスプリング７５は、弁座７４に押し付けるように弁体７１を付勢している。そのため、調圧室６０内の温度低下によって、ダイヤフラム板７２の接合部分７２ａの一部が弁座７４から離れる方向に突出したとしても、第３のスプリング７５からの付勢力によって当該接合部分７２ａを弁座７４側に押し付けることができる。そのため、非通電時に弁体７１が変形したとしても、弁体７１と弁座７４との間に隙間が形成されにくくなる。したがって、非通電時における流出孔６２からのＣＮＧの漏出が抑制され、流量調整弁７０の閉弁特性を良好に維持することができる。

（４）そして、こうした流量調整弁７０の駆動を制御することにより、デリバリパイプ２４内の燃料圧力を高精度に調整することができる。
（第２の実施形態）
次に、流量調整弁の第２の実施形態を図７及び図８に従って説明する。以下の説明においては、第１の実施形態と相違する部分について主に説明するものとし、第１の実施形態と同一又は相当する部材構成には同一符号を付して重複説明を省略するものとする。

図７に示すように、本実施形態の流量調整弁７０の弁体７１Ａは、ダイヤフラム板７２の第１の面７２１に圧電素子７３が接合されている。すなわち、弁体７１Ａが弁座７４に着座しているとき、圧電素子７３が、弁座７４及び第２の筒状部材７６の支持部７６１に接触するようになっている。

そして、調圧室６０内に低温のＣＮＧが流入し、調圧室６０内の温度が低下されると、図８に示すように、ダイヤフラム板７２は、圧電素子７３が接合されている面である第１の面７２１側に凸となるように変形する。具体的には、ダイヤフラム板７２の接合部分７２ａは、その径方向中心が底壁３４１側に突出するように変形する。そのため、ダイヤフラム板７２を備える弁体７１Ａは、ダイヤフラム板７２の変形に準じ、その径方向にける中央が底壁３４１側に突出するように変形する。

そこで、本実施形態の流量調整弁７０にあっては、第１の筒状部材７７が、第２の筒状部材７６よりも線熱膨張係数の大きい材料で構成されている。この場合、調圧室６０内の温度低下に起因する第１の筒状部材７７の軸方向への収縮量Ｙ１が、第２の筒状部材７６の軸方向への収縮量Ｙ２よりも大きくなる。そのため、第１の筒状部材７７に支持されている弁座７４は、第２の筒状部材７６の支持部７６１よりも軸方向において底壁３４１の近くに位置するようになる。

すなわち、調圧室６０内の温度低下に起因して弁体７１Ａの一部が底壁３４１側に変位しても、弁体７１Ａを支持する弁座７４及び第２の筒状部材７６の支持部７６１もまた、底壁３４１側に変位する。しかも、弁座７４よりも径方向外側に位置する支持部７６１は、弁座７４よりも底壁３４１から離れた位置に位置するようになる。そのため、圧電素子７３の周縁の底壁３４１側への変位が、支持部７６１によって制限され、結果として、圧電素子７３の径方向中心の底壁３４１側への過度な変位が抑制される。これにより、圧電素子７３を備える弁体７１Ａと弁座７４との密着度合いが強くなりすぎることが抑制される。

そのため、こうした状況下で圧電素子７３に電力が供給されると、弁体７１Ａの変形によって、同弁体７１Ａと弁座７４との間に隙間が適切に形成される。その結果、流出孔６２が開放され、調圧室６０内のＣＮＧが流出孔６２を通じて調圧室６０外に流出される。

以上、上記構成及び作用によれば、上記第１の実施形態における効果（１）に加え、以下に示す効果をさらに得ることができる。
（５）本実施形態の流量調整弁７０では、第１の筒状部材７７を、第２の筒状部材７６を構成する材料よりも線熱膨張係数の大きい材料で構成した。そのため、調圧室６０内の温度が低下されると、第１の筒状部材７７に支持される弁座７４のほうが、第２の筒状部材７６の支持部７６１よりも軸方向において底壁３４１の近くに位置するようになる。その結果、ダイヤフラム板７２の接合部分７２ａの径方向中心が底壁３４１に近づく方向に突出するようになっても、弁体７１Ａ（すなわち、圧電素子７３）と弁座７４との密着度合いが強くなりすぎることが抑制される。そのため、圧電素子７３に電力を供給して弁体７１Ａを変形させることにより、弁体７１Ａと弁座７４との間に隙間を適切に形成させることができる。したがって、調圧室６０内の温度が低くなっても、流量調整弁７０の開弁特性を良好に維持することができる。

（６）そして、こうした流量調整弁７０の駆動を制御することにより、デリバリパイプ２４内の燃料圧力を高精度に調整することができる。
なお、上記各実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。

・各実施形態において、圧電素子７３への非通電時において弁体７１，７１Ａと弁座７４とによる流出孔６２の閉塞を維持することができるのであれば、第３のスプリング７５を省略してもよい。

・各実施形態において、流量調整弁７０は、弁体７１，７１Ａにおいて第２の筒状部材７６に支持される部位と同一径方向位置の部位を第３のスプリング７５が付勢する構成であってもよい。こうした構成であっても、上記各実施形態と同等の効果を得ることができる。

・圧力調整装置２３を、ＣＮＧなどの気体燃料を供給する供給系以外の装置に採用してもよい。この場合、圧力調整装置２３によって圧力の調整される流体は、空気などの気体であってもよいし、水などの液体であってもよい。

例えば、第２の実施形態の流量調整弁７０を、調圧室６０内に高温の流体が流入する装置に適用してもよい。高温の流体が調圧室６０内に流入し、調圧室６０内の温度が上昇されると、調圧室６０内の各種部品が伸長することとなる。すなわち、弁体７１Ａにあっては、ダイヤフラム板７２の伸長量が圧電素子７３の伸長量よりも多くなる。そのため、ダイヤフラム板７２の接合部分７２ａは、その径方向中心が底壁３４１から離れる方向に突出するように変形される。そして、こうしたダイヤフラム板７２を備える弁体７１Ａは、変形したダイヤフラム板７２に準じた形状となる。

また、第１の筒状部材７７は、第２の筒状部材７６を構成する材料よりも線熱膨張係数の大きい材料で構成されている。そのため、調圧室６０内の温度上昇によって各筒状部材７６，７７が軸方向に伸長した場合、弁座７４は、第２の筒状部材７６の支持部７６１よりも軸方向において底壁３４１から離れた位置に位置するようになる。そのため、調圧室６０内の温度上昇によって調圧室６０内の各種部品が伸長しても、弁体７１Ａと弁座７４との間に隙間が形成されにくく、流出孔６２の閉塞状態を維持しやすくなる。したがって、調圧室６０内の温度が上昇しても、流量調整弁７０の閉弁特性の低下を抑制することができる。

・各実施形態において、第１の筒状部材７７の内径が十分に小さいのであれば、第１の筒状部材７７が絞りとしても機能するようになるため、調圧室６０と、流出路６３における下流側通路５４との接続部分との間に、第２の絞り７８を設けなくてもよい。

・各実施形態において、第２の絞り７８を、流出路６３内に配置してもよい。

２３…圧力調整装置、４０…減圧弁の一例である第１の減圧機構、６０…調圧室、６１…流入部としての流入路、７０…流量調整弁、７１，７１Ａ…弁体、７２…ダイヤフラム板、７２１…第１の面、７２２…第２の面、７３…圧電素子、７４…弁座、７５…付勢部材の一例である第３のスプリング、７６…第２の筒状部材、７７…第１の筒状部材。

Claims (4)

1. 流入部を通じて流体が流入する調圧室内に配置されている弁体と、同弁体が着座する弁座と、を備え、前記弁体は、ダイヤフラム板に圧電素子を接合した構成となっており、
   前記圧電素子への通電によって前記弁体を変形させることにより流出部が開放され、前記調圧室内の流体が同流出部を通じて外部に流出される流量調整弁において、
   軸方向における一端で前記弁座を支持する第１の筒状部材と、
   前記第１の筒状部材よりも径方向外側に配置され、前記軸方向における一端で前記弁体を支持する第２の筒状部材と、を備え、
   前記ダイヤフラム板において前記弁座に対向する面を第１の面とし、同第１の面の反対側に位置し、前記弁座に対向していない面を第２の面とした場合、前記弁体は、前記ダイヤフラム板の前記第２の面に前記圧電素子を接合した構成となっており、
   前記ダイヤフラム板は、前記圧電素子を構成する材料よりも線熱膨張係数の大きい材料で構成され、
   前記第２の筒状部材は、前記第１の筒状部材を構成する材料よりも線熱膨張係数の大きい材料で構成されている
   ことを特徴とする流量調整弁。
2. 前記弁体を前記弁座側に付勢する付勢部材を備え、
   前記付勢部材は、前記弁体において前記第２の筒状部材に支持される部位よりも径方向内側の部位を付勢している
   請求項１に記載の流量調整弁。
3. 流入部を通じて流体が流入する調圧室内に配置されている弁体と、同弁体が着座する弁座と、を備え、前記弁体は、ダイヤフラム板に圧電素子を接合した構成となっており、
   前記圧電素子への通電によって前記弁体を変形させることにより流出部が開放され、前記調圧室内の流体が同流出部を通じて外部に流出される流量調整弁において、
   軸方向における一端で前記弁座を支持する第１の筒状部材と、
   前記第１の筒状部材よりも径方向外側に配置され、前記軸方向における一端で前記弁体を支持する第２の筒状部材と、を備え、
   前記ダイヤフラム板において前記弁座に対向する面を第１の面とし、同第１の面の反対側に位置し、前記弁座に対向していない面を第２の面とした場合、前記弁体は、前記ダイヤフラム板の前記第１の面に前記圧電素子を接合した構成となっており、
   前記ダイヤフラム板は、前記圧電素子を構成する材料よりも線熱膨張係数の大きい材料で構成され、
   前記第１の筒状部材は、前記第２の筒状部材を構成する材料よりも線熱膨張係数の大きい材料で構成されている
   ことを特徴とする流量調整弁。
4. 外部から供給される流体を減圧させる減圧弁と、
   請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の流量調整弁と、を備え、
   前記減圧弁によって減圧された流体が、前記流入部を通じて前記流量調整弁の前記調圧室に流入される
   圧力調整装置。