WO2010137578A1 - バルブ、流体装置及び流体供給装置 - Google Patents

バルブ、流体装置及び流体供給装置 Download PDF

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剛伸 前田
岳 神谷
英一 笹井
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株式会社村田製作所
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    • Y10T137/7792—Movable deflector or choke

Definitions

  • a fluid supply apparatus is: A fluid supply device comprising a fluid supply source, a valve, and a differential pressure generating means,
  • the valve is A valve housing;
  • a displacement member that divides the valve housing into a first valve chamber and a second valve chamber, and is displaced by a fluid pressure;
  • the first valve chamber is provided in a valve housing, is connected to a fluid inflow side, and generates a pressure difference between the first valve chamber and the second valve chamber.
  • the valve Since the valve is provided with a displacement member that changes and displaces the force acting on the front and back surfaces by changing the pressure of the fluid flowing into the valve chamber, a special active element such as an electromagnetic type or a piezoelectric type is required. It can be opened and closed without Moreover, at the time of non-driving, at least one of the first opening and the second opening is closed by the displacement member, and the force (first first) that the fluid acts on the front and back surfaces of the displacement member by the differential pressure generating means or the like. Since the difference between the force acting on the valve chamber side and the force acting on the second valve chamber side) is provided, the first opening and the second opening are configured to communicate with each other.
  • the valve can be opened and closed without using an active element, and oversupply can be prevented.
  • the passive valve 3A includes a valve housing 10, a diaphragm 20 that divides the valve housing 10 into a first valve chamber 11 and a second valve chamber 12, and a comparison inflow side provided in the second valve chamber 12.
  • Part (second opening) 16 The comparison inflow side opening 17 is connected to the fuel cartridge 1 through the pressure-resistant valve 2.
  • the pump suction side opening 18 is connected to the suction port 41 of the pump 4.
  • the pump discharge side / valve inflow side opening 15 is connected to the discharge port 42 of the pump 4. Further, the output side opening 16 is connected to the power generation cell 5.
  • the opening / closing operation of the opening 16 can be easily adjusted by driving the pump, and the pressure P1, P2 can be easily adjusted, and the opening / closing operation of the opening 16 is excellent in reactivity. Further, for example, it can be used for flammable fluids and the like, and there is no limitation on the physical properties of the fluid, and the versatility is excellent. Further, when a pump is used as a differential pressure generating means in this valve, there may be a case where a fixed discharge is possible as a fluid device.
  • the diameter of the diaphragm 20 is 30 mm
  • the diameter of the seal member 30 is 5.0 mm
  • the height of the first valve chamber 11 and the second valve chamber 12 is 1.6 mm
  • the pump 4 is 1 Hz, 6 Vpp.
  • the first modification shown in FIG. 7A is a modification of the first embodiment, in which the pump suction side opening 18 is formed in the top plate 21, and the pump discharge side / valve inflow side opening 15 is formed in the bottom plate 24. Is formed.
  • the second modification shown in FIG. 7B is a modification of the second embodiment, in which the pump suction side opening 18 and the pump discharge side / valve inflow side opening 15 are formed in the bottom plate 24.
  • a third modification shown in FIG. 7C is a modification of the second embodiment, and the fuel introduced from the comparative inflow side opening 17 with three plate members 22 is directly above the second valve chamber 12. It is made to supply from. Further, the pump discharge side / valve inflow side opening 15 is arranged slightly outside.
  • FIG. 8 A passive valve 3C according to the third embodiment is shown in FIG.
  • This passive valve 3C is made thinner and smaller, and the top plate 21, plate members 22, 23, diaphragm 20, and bottom plate 24 are all made of PET resin, and the seal member 31 is made of silicon rubber.
  • the seal member 31 is a cylindrical body having a bulging flange portion 32 and is fitted to the opening portion 16 so as to be able to contact and separate.
  • FIG. 12 A passive valve 3F according to the sixth embodiment is shown in FIG.
  • This passive valve 3 ⁇ / b> F is a valve housing 10 made of a resin molded product, and is composed of an upper housing 51 and a lower housing 55.
  • the diaphragm 20 is sandwiched between an upper casing 51 and a lower casing 55, the second valve chamber 12 is formed in the upper casing 51, and the first valve chamber 11 is formed in the lower casing 55. Further, the seal member 39 is formed integrally with the lower casing 55.
  • bulb, fluid apparatus, and fluid supply apparatus which concern on this invention are not limited to the said Example, It can change variously within the range of the summary.

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Abstract

　能動素子を用いることなく弁の開閉が可能で、過剰供給を防止できるバルブ、流体装置及び流体供給装置を得る。　バルブ筺体10と、該バルブ筺体10内を第1のバルブ室11と第2のバルブ室12に分割し、流体の圧力により変位するダイヤフラム20と、第1のバルブ室11に設けられた第1の開口部15と、第1のバルブ室11に設けられた第2の開口部16と、第2のバルブ室12に設けられた第3の開口部17と、を備えたバルブ。ポンプ4の非駆動時にはダイヤフラム20の第2のバルブ室12側に作用する力がダイヤフラム20の第1のバルブ室11側に作用する力よりも大きく、ダイヤフラム20によって第2の開口部16が封止される。ポンプ4の駆動時にダイヤフラム20の第1のバルブ室11側に作用する力がダイヤフラム20の第2のバルブ室12側に作用する力よりも大きくなると、ダイヤフラム20によって第1及び第2の開口部15，16が連通される。

Description

バルブ、流体装置及び流体供給装置
　本発明は、バルブ、特に、液体燃料などの流体を制御するためのバルブ、該バルブを備えた流体装置及び流体供給装置に関する。
　近年、省エネ・環境的側面から、携帯電話やパソコンなどの電子機器の電源部として、燃料電池システムの導入が研究、開発されている。ここでは、燃料カートリッジと発電セルとの間にマイクロポンプを介在させ、燃料の供給を促進させることが試みられている。
　この種のマイクロポンプとして、特許文献１には、流体の逆流を防止するための逆止弁を流入口と流出口に設けた圧電ポンプが知られている。ところで、燃料電池システムの駆動状況によっては、燃料カートリッジから圧電ポンプへ流入する流体圧力が高くなることがある。この圧電ポンプには前記逆止弁が設けられているので、逆方向の流れを抑制することはできるが、順方向の流れを抑制することはできず、圧電ポンプの流入側が高圧力となった場合に、燃料を過剰供給してしまうという問題点を有している。
　そこで、燃料カートリッジとポンプとの間、または、ポンプの後に、バルブを介在させることが考えられる。この種の用途に用いられるバルブとしては、弁の開閉駆動を電磁コイル、圧電素子などの能動素子により行う電磁型、圧電型が知られている。例えば、特許文献２には、圧電素子を駆動源とするバルブが記載されている。しかしながら、能動素子は故障が発生しやすく、例えば、圧電型バルブの場合、圧電素子の取扱いが難しく、クラックが生じたり、マイグレーションが生じるなどの問題点を有している。
国際公開第２００８／００７６３４号公報 国際公開第２００８／０８１７６７号公報
　そこで、本発明の目的は、能動素子を用いることなく弁の開閉が可能で、過剰供給を防止できるバルブ、流体装置及び流体供給装置を提供することにある。
　前記目的を達成するため、本発明の第１の形態であるバルブは、
　バルブ筐体と、
　前記バルブ筐体とでバルブ室を構成する変位部材と、
　前記バルブ筐体に設けられ、流体の流入側に接続される第１の開口部と、
　前記バルブ筐体に設けられ、流体の流出側に接続される第２の開口部と、
　を備え、
　前記第１の開口部及び前記第２の開口部の少なくとも一方が前記変位部材により閉じられており、
　前記第１の開口部を介して、流体が前記変位部材の表裏面に作用する力に、差が与えられることにより、前記変位部材が変位し、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが連通すること、
　を特徴とする。
　本発明の第２の形態であるバルブは、
　バルブ筺体と、
　前記バルブ筺体を第１のバルブ室と第２のバルブ室に分割する変位部材と、
　前記第１のバルブ室側のバルブ筐体に設けられ、流体の流入側に接続される第１の開口部と、
　前記第１のバルブ室側のバルブ筐体に設けられ、流体の流出側に接続される第２の開口部と、
　前記第２のバルブ室側のバルブ筐体に設けられ、前記第１の開口部から流れ込む流体と同じ流体源から差分された流体が流入する第３の開口部と、
　を備え、
　前記第１の開口部及び前記第２の開口部の少なくとも一方が前記変位部材により閉じられており、
　前記第１の開口部及び前記第３の開口部から、流体が前記変位部材の第１のバルブ室側に作用する力と、流体が前記変位部材の第２のバルブ室側に作用する力とに差が与えられることにより、前記変位部材が変位し、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが連通すること、
　を特徴とする。
　本発明の第３の形態である流体装置は、
　バルブと差圧発生手段とからなる流体装置であって、
　前記バルブは、
　　バルブ筐体と、
　　前記バルブ筐体とでバルブ室を構成する変位部材と、
　　前記バルブ筐体に設けられ、流体の流入側に接続されており、かつ、前記差圧発生手段の吐出側に接続された第１の開口部と、
　　前記バルブ筐体に設けられ、流体の流出側に接続される第２の開口部と、
　　を備え、
　前記第１の開口部及び前記第２の開口部の少なくとも一方が前記変位部材により閉じられており、
　前記第１の開口部を介して、流体が前記変位部材の表裏面に作用する力に、差が与えられることにより、前記変位部材が変位し、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが連通すること、
　を特徴とする。
　本発明の第４の形態である流体装置は、
　バルブと差圧発生手段とからなる流体装置であって、
　前記バルブは、
　　バルブ筺体と、
　　前記バルブ筺体を第１のバルブ室と第２のバルブ室に分割し、流体の圧力により変位する変位部材と、
　　前記第１のバルブ室に設けられ、流体の流入側と接続されており、かつ、前記第１のバルブ室と前記第２のバルブ室との間に圧力差を発生させる前記差圧発生手段の吐出側に接続された第１の開口部と、
　　前記第１のバルブ室側のバルブ筐体に設けられ、流体の流出側に接続された第２の開口部と、
　　前記第２のバルブ室側のバルブ筐体に設けられ、前記第１の開口部から流れ込む流体と同じ流体源から差分された流体が流入する第３の開口部と、
　　を備え、
　前記第１の開口部及び前記第２の開口部の少なくとも一方が前記変位部材により閉じられており、
　前記第１の開口部及び前記第３の開口部を介して、流体が前記変位部材の第１のバルブ室側に作用する力と、流体が前記変位部材の第２のバルブ室側に作用する力とに差が与えられることにより、前記変位部材が変位し、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが連通すること、
　を特徴とする。
　本発明の第５の形態である流体供給装置は、
　流体供給源とバルブと差圧発生手段とからなる流体供給装置であって、
　前記バルブは、
　　バルブ筺体と、
　　前記バルブ筺体を第１のバルブ室と第２のバルブ室に分割し、流体の圧力により変位する変位部材と、
　　前記第１のバルブ室側のバルブ筐体に設けられ、流体の流入側と接続されており、かつ、前記第１のバルブ室と前記第２のバルブ室との間に圧力差を発生させる前記差圧発生手段の吐出側に接続された第１の開口部と、
　　前記第１のバルブ室側のバルブ筐体に設けられ、流体の流出側に接続された第２の開口部と、
　　前記第２のバルブ室側のバルブ筐体に設けられ、前記第１の開口部から流れ込む流体と同じ流体源から差分された流体が流入する第３の開口部と、
　　を備え、
　前記第１の開口部及び前記第２の開口部の少なくとも一方が前記変位部材により閉じられており、
　前記第１の開口部及び前記第３の開口部を介して、流体が前記変位部材の第１のバルブ室側に作用する力と、流体が前記変位部材の第２のバルブ室側に作用する力とに差が与えられることにより、前記変位部材が変位し、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが連通すること、
　を特徴とする。
　前記バルブにおいては、バルブ室に流れ込む流体の圧力を変化させることにより表裏面に作用する力が変化して変位する変位部材を設けたため、電磁式あるいは圧電式などの特別な能動素子を必要とすることなく開閉することができる。しかも、非駆動時には第１の開口部及び第２の開口部の少なくとも一方が変位部材により閉じられており、差圧発生手段などにより、流体が変位部材の表裏面に作用する力（第１のバルブ室側に作用する力及び第２のバルブ室側に作用する力）に差が与えられることにより、第１の開口部と第２の開口部とが連通するように構成されているため、非駆動時には第１の開口部の流体圧力が上昇したとしても流体が第２の開口部から漏れることがなく、過剰供給が防止されることになる。また、流体の圧力を駆動源としているため、電磁コイルや圧電素子が不要であり、この種の駆動源に生じる故障はなく、信頼性が良好である。
　本発明によれば、能動素子を用いることなく弁の開閉が可能で、しかも過剰供給を防止できる。
第１実施例である受動バルブを含む流体供給装置を示す概略構成図である。 図１に示した受動バルブを示す分解斜視図である。 図１に示した受動バルブの動作原理を示す説明図である。 図１に示した受動バルブの動作を示す説明図である。 第２実施例である受動バルブを含む流体供給装置を示す概略構成図である。 図５に示した受動バルブの動作を示す説明図である。 受動バルブの変形例を示す断面図である。 第３実施例である受動バルブを示す断面図であり、部分拡大図を含む。 第４実施例である受動バルブを示す断面図である。 図９に示した受動バルブを構成するダイヤフラムを示す断面図である。 第５実施例である受動バルブを示す断面図である。 第６実施例である受動バルブを示し、（Ａ）は組立て状態の断面図、（Ｂ）は分解状態の断面図である。 第７実施例である受動バルブを示す断面図である。 図１３に示した受動バルブを構成する変位部材を示す断面図である。 図１４に示した変位部材の変形例を示す断面図である。 第８実施例である受動バルブを示す断面図である。 第９実施例である受動バルブを示す断面図である。
　以下、本発明に係るバルブ、流体装置及び流体供給装置の実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部材、部分には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
　（第１実施例、図１～図４参照）
　第１実施例である受動バルブ３Ａを含む流体供給装置は、図１に示すように、概略、燃料カートリッジ１と、耐圧用バルブ２と、受動バルブ３Ａと、差圧発生手段としてのポンプ４とからなり、燃料カートリッジ１に収容されている燃料（例えば、メタノール）は、耐圧用バルブ２及びポンプ４を介して受動バルブ３Ａから発電セル５に供給される。
　受動バルブ３Ａは、バルブ筺体１０と、該バルブ筺体１０内を第１のバルブ室１１と第２のバルブ室１２に分割するダイヤフラム２０と、第２のバルブ室１２に設けられた比較用流入側開口部（第３の開口部）１７及びポンプ吸入側開口部１８と、第１のバルブ室１１に設けられたポンプ吐出側兼バルブ流入側開口部（第１の開口部）１５及び出力側開口部（第２の開口部）１６とを備えている。比較用流入側開口部１７は耐圧用バルブ２を介して燃料カートリッジ１に接続されている。ポンプ吸入側開口部１８はポンプ４の吸入口４１に接続されている。ポンプ吐出側兼バルブ流入側開口部１５はポンプ４の吐出口４２に接続されている。さらに、出力側開口部１６は発電セル５に接続されている。
　なお、ポンプ４は吸入口４１及び吐出口４２にそれぞれ逆止弁４３，４４を備えた周知のものである。また、燃料カートリッジ１、耐圧用バルブ２及び発電セル５は周知のものであり、その詳細な説明は省略する。そして、耐圧用バルブ２は必ずしも必要なものではない。
　バルブ筺体１０は、図２に示すように、開口部１７を形成した天板２１と、第２のバルブ室１２及び開口部１８を形成した板材２２と、ダイヤフラム２０と、第１のバルブ室１１及び開口部１５を形成した板材２３と、開口部１６を形成した底板２４とを積層したものである。第１のバルブ室１１にはシール部材（Ｏリング）３０が底板２４に接着して配置されている。
　ここで、受動バルブ３Ａの動作原理について図３を参照して説明する。第２のバルブ室１２内の流体がダイヤフラム２０の上側に作用する力はＦ２であり、第１のバルブ室１１内の流体がダイヤフラム２０の下側に作用する力はＦ１である。力Ｆ１，Ｆ２は、受圧面積×流体圧力であり、第１のバルブ室１１内においてシール部材３０の面積はダイヤフラム２０の下側受圧面積からは除かれる。即ち、第２のバルブ室１２側の受圧面積は第１のバルブ室１１側の受圧面積よりも大きい。力Ｆ２が力Ｆ１よりも大きい場合（図３（Ａ）参照）、ダイヤフラム２０がシール部材３０を押し込むため、開口部１６は第１のバルブ室１１に対してクローズとなる。一方、力Ｆ１が力Ｆ２よりも大きくなると（図３（Ｂ）参照）、ダイヤフラム２０が浮き上がり開口部１６が第１のバルブ室１１に対してオープンとなる。
　前記力関係について、燃料カートリッジ１及びポンプ４の流体圧力との関係を考慮し、図４を参照して、より具体的に説明する。燃料カートリッジ１から第２のバルブ室１２へ流れ込む流体圧力をＰ２、ポンプ４から第１のバルブ室１１へ流れ込む流体圧力をＰ１とし、ダイヤフラム２０のバルブ室１２側の受圧面積をＳ１、シール部材３０の面積をＳ２としたとき、ダイヤフラム２０の上下に作用する力Ｆ２，Ｆ１は、受圧面積×流体圧力で表わされることから、第２のバルブ室１２内の流体がダイヤフラム２０の上側に作用する力Ｆ２は、面積Ｓ１×圧力Ｐ２、第１のバルブ室１１内の流体がダイヤフラム２０の下側に作用する力Ｆ１は、（面積Ｓ１－Ｓ２）×圧力Ｐ１という関係になる。
　燃料は前記燃料カートリッジ１から第２のバルブ室１２に流入し、さらに、ポンプ４の吸入口４１へ流入する。ポンプ４が非駆動時には、ポンプ４側の流体の圧力Ｐ１が、燃料カートリッジ１側の流体の圧力Ｐ２に比べて、ポンプ４による圧力損失分だけ小さくなるので、圧力Ｐ２＞圧力Ｐ１となる。従って、ダイヤフラム２０の上下に作用する力は、力Ｆ２＞力Ｆ１となり、開口部１６はクローズされており、燃料が開口部１６から供給されることはない。ポンプ４が駆動されて燃料が開口部１５から第１のバルブ室１１に供給されると、圧力Ｐ１は徐々に大きくなり、力Ｆ２＜力Ｆ１となると、ダイヤフラム２０が変位して開口部１６がオープンされ、燃料は開口部１６から発電セル５に供給される。
　なお、ポンプ４を駆動することにより発生する流体の差圧ΔＰは、圧力Ｐ１－圧力Ｐ２で定義される。差圧ΔＰが０であっても、力Ｆ１の受圧面積がＳ２分ほど小さくなっているため、力Ｆ２＞力Ｆ１となり、開口部１６はクローズされている。これは、バルブとしての信頼性が高いといえる。
　また、環境温度の上昇などによって燃料カートリッジ１内の圧力が高まると、燃料が第２のバルブ室１２に流入し、さらに、ポンプ４へ流入する。ポンプ４は逆止弁４３，４４が設けられているが、順方向への流れを阻止することはできない。このような場合、本受動バルブ３Ａにあっては、第２のバルブ室１２の圧力Ｐ２が高くなっても、ダイヤフラム２０がシール部材３０を押し付ける圧力として作用するだけであり、力Ｆ２＞力Ｆ１の関係が維持されるので、開口部１６のクローズ状態が保持されて過剰供給を生じるおそれはない。
　これにより、能動素子を用いなくても、高い信頼性を有するバルブが得られる。また、能動素子を有するバルブに必要な駆動回路及び電力なども不要であり、システムとしても省エネルギー・小型化できる。
　また、本第１実施例では、差圧発生手段として、ポンプを用いたが、本発明の差圧発生手段とは、第１のバルブ室と第２のバルブ室との間、即ち、変位部材（ダイヤフラム）の表裏面に圧力差を生じさせるものであればよく、ポンプに限るものではない。
　なお、差圧発生手段としてポンプを用いると、開口部１６の開閉動作をポンプの駆動により容易に圧力Ｐ１，Ｐ２を調整することができ、開口部１６の開閉動作の反応性に優れている。また、例えば、可燃性を有する流体などにも使用することができ、流体の物性に制限がなく、汎用性に優れている。また、本バルブに差圧発生手段としてポンプを用いた場合、流体装置として定量吐出が可能となる場合がある。例えば、燃料カートリッジがポンプ及び本バルブと高さ方向で同等の位置、または、燃料カートリッジがポンプ及び本バルブに対して高さ方向にはるかに高い位置に設けられた場合、本バルブの第２のバルブ室に与圧を加えることができる。これにより、流体が本バルブの流出側の開口部の圧力変動が小さくなる。従って、周辺環境の変化により、ポンプの吐出側及び吸引側の圧力が変動したとしても、流量の変化を抑制し、定量吐出が可能となる。
　また、第２のバルブ室１２は必ずしも室という形態で形成される必要はない。図２に示した開口部１８を第２のバルブ室１２と同じ直径の幅に広げてもよい。但し、圧力Ｐ１，Ｐ２や力Ｆ１，Ｆ２は前述した関係を維持する必要がある。
　（第２実施例、図５及び図６参照）
　第２実施例である受動バルブ３Ｂを含む流体供給装置は、図５に示すように、基本的には前記第１実施例と同様の構成を有している。異なるのは、耐圧用バルブ２を介して燃料カートリッジ１に接続されて第２のバルブ室１２に連通する比較用流入側開口部１７をバルブ筺体１０の下側に形成するとともに、耐圧用バルブ２を介して燃料カートリッジ１から燃料がポンプ４の吸入口４１に直接接続されている点である。開口部１７は底板２４からダイヤフラム２０を通じて第２のバルブ室１２に連通している。また、ポンプ４の吐出口４２と第１のバルブ室１１とを連通するポンプ吐出側兼バルブ流入側開口部１５はバルブ筺体１０の下側に形成されている。
　本第２実施例においても、受動バルブ３Ｂの動作原理は前記第１実施例と同様である。即ち、燃料は燃料カートリッジ１から開口部１７を通じて第２のバルブ室１２に流入するとともに、ポンプ４の吸入口４１へ流入する。ポンプ４が非駆動時には、圧力Ｐ２＞圧力Ｐ１であるため、力Ｆ２＞力Ｆ１となり、開口部１６はクローズされており、燃料が開口部１６から供給されることはない。ポンプ４が駆動されて燃料が開口部１５から第１のバルブ室１１に供給され、圧力Ｐ１が大きくなり、力Ｆ２＜力Ｆ１となると、ダイヤフラム２０が変位して開口部１６がオープンされ、燃料は開口部１６から発電セル５に供給される。
　また、環境温度の上昇などによって燃料カートリッジ１内の圧力が高まると、燃料が第２のバルブ室１２及びポンプ４へ流入する。ポンプ４は逆止弁４３，４４が設けられているが、順方向への流れを阻止することはできない。このような場合、本受動バルブ３Ｂにあっては、第２のバルブ室１２の圧力Ｐ２が高くなっても、ダイヤフラム２０がシール部材３０を押し付ける圧力として作用するだけであり、力Ｆ２＞力Ｆ１の関係が維持されるので、開口部１６のクローズ状態が保持されて過剰供給を生じるおそれはない。
　ここで、第２実施例である受動バルブ３Ｂにおける燃料カートリッジ側圧力Ｐ２とポンプ側圧力Ｐ１との関係を図６を参照して説明する。ちなみに、バルブ筺体１０を構成する各部材の材質及び厚さを例示すると以下のとおりであり、薄くかつコンパクトな受動バルブとして構成されている。天板２１及び底板２４はアクリル樹脂製で厚さ３ｍｍ、板材２２，２３はガラスエポキシ樹脂製で厚さ１．６ｍｍ、ダイヤフラム２０はＰＥＴ樹脂製で厚さ０．１ｍｍである。また、シール部材３０はＮＢＲ製であり、バルブ筺体１０の全体的な厚さは９．３ｍｍである。また、平面的なサイズは５０ｍｍ×５０ｍｍである。
　ここで、ダイヤフラム２０の直径を３０ｍｍとし、シール部材３０の直径を５．０ｍｍ、第１のバルブ室１１及び第２のバルブ室１２の高さを１．６ｍｍとし、ポンプ４を１Ｈｚ、６Ｖｐｐで駆動したとき、受動バルブ３Ｂがオープンされた際の圧力Ｐ１，Ｐ２を測定した。その結果、ポンプ４側の圧力Ｐ１が６．０ｋＰａ、燃料カートリッジ１側の圧力Ｐ２が５．０ｋＰａであり、力Ｆ２＜力Ｆ１を満たしていることが判明した。
　（受動バルブの変形例、図７参照）
　次に、前記受動バルブ３Ａ，３Ｂの変形例について図７を参照して説明する。図７（Ａ）に示す第１変形例は、第１実施例の変形例であり、ポンプ吸入側開口部１８を天板２１に形成し、ポンプ吐出側兼バルブ流入側開口部１５を底板２４に形成したものである。図７（Ｂ）に示す第２変形例は、第２実施例の変形例であり、ポンプ吸入側開口部１８及びポンプ吐出側兼バルブ流入側開口部１５を底板２４に形成したものである。図７（Ｃ）に示す第３変形例は、第２実施例の変形例であり、板材２２を３枚として比較用流入側開口部１７から導入された燃料を第２のバルブ室１２に直上から供給するようにしたものである。また、ポンプ吐出側兼バルブ流入側開口部１５を若干外側に配置している。
　（第３実施例、図８参照）
　第３実施例である受動バルブ３Ｃを図８に示す。この受動バルブ３Ｃはより薄型・小型化したものであり、天板２１、板材２２，２３、ダイヤフラム２０、底板２４を全てＰＥＴ樹脂製とし、シール部材３１をシリコンゴム製としたものである。シール部材３１は拡大して示すように、膨出したフランジ部３２を備えた筒体であり、開口部１６に接離自在に嵌合されている。
　本第３実施例においても、受動バルブ３Ｃの動作原理は前記第１実施例と同様である。即ち、燃料は燃料カートリッジ１から開口部１７を通じて第２のバルブ室１２に流入するとともに、ポンプ４の吸入口４１へ流入する。ポンプ４が非駆動時には、圧力Ｐ２＞圧力Ｐ１となり、力Ｆ２＞力Ｆ１の関係を満たす。ここで、シール部材３１のフランジ部３２はダイヤフラム２０と接触しているため、開口部１６はクローズされており、燃料が開口部１６から供給されることはない。ポンプ４が駆動されて燃料が開口部１５から第１のバルブ室１１に供給され、圧力Ｐ１が大きくなり、力Ｆ２＜力Ｆ１となると、ダイヤフラム２０が燃料流入側へ変位し、フランジ部３２とダイヤフラム２０との間に隙間が生じる。これにより、開口部１６がオープンされ、燃料は開口部１６から発電セル５に供給される。
　本第３実施例のごとく、シール部材３１を用いた場合、前記第１実施例のようにシール部材を接着剤などで固定する必要がなく、シール部材がはがれやすいなどの問題が生じないため、より信頼性が向上する。
　（第４実施例、図９及び図１０参照）
　第４実施例である受動バルブ３Ｄを図９に示す。この受動バルブ３Ｄは前記第３実施例の受動バルブ３Ｃのシール部材３１を図１０に示すシール部材３３に代えたものである。シール部材３３は、シリコンゴムからなり、上面及び下面に断面三角形状リング状突起部３４，３５が形成され、下面に設けた突部３６にも断面三角形状のリング状突起部３７が形成されている。それぞれの突起部３４，３５，３７がダイヤフラム２０や底板２４に圧接することにより、燃料の漏れをより確実に防止することができる。
　（第５実施例、図１１参照）
　第５実施例である受動バルブ３Ｅを図１１に示す。この受動バルブ３Ｅは前記第４実施例の受動バルブ３Ｄのシール部材３３をダイヤフラム２０（シリコンゴム製）に一体的に形成したものである。これにより、前記第１実施例のようにシール部材３０を接着剤などで固定する必要がなく、シール部材がはがれやすいなどの問題が生じないため、より信頼性が向上する。
　（第６実施例、図１２参照）
　第６実施例である受動バルブ３Ｆを図１２に示す。この受動バルブ３Ｆは、バルブ筺体１０を樹脂の成形品で作製したものであり、上筺体５１と下筺体５５とで構成されている。ダイヤフラム２０は上筺体５１と下筺体５５とで挟み込まれており、上筺体５１に第２のバルブ室１２が形成され、下筺体５５に第１のバルブ室１１が形成されている。また、シール部材３９は下筺体５５に一体的に形成されている。
　ダイヤフラム２０は、柔軟材からなり、上筺体５１や下筺体５５に形成した微小突起５２，５６及びシール部材３９に形成した微小突起３９ａによって位置ずれしないように挟着されている。
　（第７実施例、図１３～図１５参照）
　第７実施例である受動バルブ３Ｇを図１３に示す。この受動バルブ３Ｇは、前記第６実施例と同様に、バルブ筺体１０を樹脂の成型品（上筺体６１及び下筺体６５）で作製し、かつ、略傘状の変位部材７０を例えばシリコンゴムにて作製したものであり、変位部材７０はシール部材を兼ねている。
　図１４に示すように、変位部材７０は支持部７１と該支持部７１の軸方向に対して傾斜した状態で設けられた傘状可撓部７２とからなり、該傘状可撓部７２にはリング状の断面三角形状をなす凸部７３が形成されている。先端７４と凸部７３との間に出力側開口部１６が位置し、凸部７３と支持部７１との間にポンプ吐出側兼バルブ流入側開口部１５が位置している。傘状可撓部７２は開閉弁として作用する部分であり、燃料カートリッジ１側の圧力Ｐ２はその長さ寸法ａ１に対して作用し、傘状可撓部７２を下方に押し付ける。ポンプ４側の圧力Ｐ１は支持部７１から凸部７３までの長さａ２（ａ１＞ａ２）に対して作用し、傘状可撓部７２を押し上げる。
　ポンプ４が非駆動時には、圧力Ｐ２＞圧力Ｐ１であり、力Ｆ２＞力Ｆ１となるので、開口部１６はクローズされており、燃料が開口部１６から供給されることはない。ポンプ４が駆動されて燃料が開口部１５から第１のバルブ室１１に供給され、圧力Ｐ１が大きくなり、力Ｆ２＜力Ｆ１となると、凸部７３が第１のバルブ室１１の床面から離れて開口部１６がオープンされ、燃料は開口部１６から発電セル５に供給される。また、環境温度の上昇などによって燃料カートリッジ１内の圧力が高まって第２のバルブ室１２の圧力Ｐ２が高くなっても、力Ｆ２＞力Ｆ１の関係が維持されるので、開口部１６のクローズ状態が保持されて過剰供給を生じるおそれはない。
　前記変位部材７０は図１５に示す変形例であってもよい。図１５（Ａ）に示す第１の変形例は、傘状可撓部７２の肉厚を基部から先端まで均一に厚く形成したもので、耐圧を高く設定でき、力Ｆ１，Ｆ２のバランスを考慮する際の設計が容易になる。図１５（Ｂ）に示す第２変形例は、さらに、支持部７１の下側部分を省略したものである。この場合、力Ｆ１を受ける長さａ２が大きくなり（ａ１＞ａ２の関係は維持）少ない差力で開口部１６をオープンすることができる。
　（第８及び第９実施例、図１６及び図１７参照）
　前記ダイヤフラム２０は動作時にバルブ部室１１，１２の対向面に固着してしまうことを防止することが好ましい。そのために、第８実施例である受動バルブ３Ｈでは、ダイヤフラム２０の上下面であって第２の開口部１６を閉止する部分を除いた面に複数の微小凹凸部２０ａを形成した。なお、第２の開口部１６の周囲にはシール部材３０に代えて台座部２５が設けられている。
　また、第９実施例である受動バルブ３Ｉでは、ダイヤフラム２０の上下面と対向する第１及び第２のバルブ室１１，１２の内面に複数の微小凹凸部１１ａ，１２ａを形成した。
　なお、この第８実施例及び第９実施例では、前記第６実施例（図１２参照）に示した筺体５１，５５にてバルブ筺体１０を構成している。
　（他の実施例）
　なお、本発明に係るバルブ、流体装置及び流体供給装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
　特に、バルブ筺体に設けた第１のバルブ室及び第２のバルブ室は必ずしも差圧発生手段が非駆動時に独立的に形成されている必要はない。例えば、変位部材が第２の開口部を直接閉止しているような形態の場合、差圧発生手段が駆動されて変位部材が変位すると第１のバルブ室が顕在化する構成にしてもよい。また、変位部材が天板の第３の開口部を直接閉止しているような形態の場合、差圧発生手段が駆動されて変位部材が変位すると第２のバルブ室が顕在化する構成にしてもよい。
　また、燃料カートリッジから流れる流体圧と同期した圧力をダイヤフラムの上面に加えるのであれば、第２のバルブ室及び第３の開口部を設けることなく、第１の開口部を流体の流入側（例えば、ポンプの吐出口）に直接接続してもよい。ポンプの非駆動時には、流体の流出側（例えば、発電セル）に接続されている第２の開口部はダイヤフラムにより閉じられている。ここで、ポンプの非駆動時にはダイヤフラムに対して、バルブ室の外側から作用する力（実質、燃料カートリッジの流体圧と同期した圧力×バルブ室面積）がバルブ室の内側から作用する力よりも高いので、ダイヤフラムによって第２の開口部が封止される。ポンプの駆動時には、ダイヤフラムにバルブ室の内側から作用する力が、ダイヤフラムにバルブ室の外側から作用する力よりも大きくなると、ダイヤフラムによって第１の開口部と第２の開口部とが連通される。
　よって、バルブ筺体と、該バルブ筺体とでバルブ室を構成する変位部材と、バルブ筐体に設けられ、流体の流入側に接続される第１の開口部と、バルブ筐体に設けられ、流体の流出側に接続される第２の開口部と、を備え、第１の開口部及び第２の開口部の少なくとも一方が前記変位部材により閉じられており、第１の開口部を介して、流体が前記変位部材の表裏面に作用する力に、差が与えられることにより、前記変位部材が変位し、第１の開口部と第２の開口部とが連通するように制御してもよい。
　また、流体としては前記発電セルに供給する液体燃料に限定することはなく、気体であってもよいことは、前記実施例に示したとおりである。
　以上のように、本発明は、バルブ、流体装置及び流体供給装置に有用であり、特に、能動素子を用いることなく弁の開閉が可能で、過剰供給を防止できる点で優れている。
　１…燃料カートリッジ
　３Ａ～３Ｉ…受動バルブ
　４…ポンプ
　５…発電セル
　１０…バルブ筺体
　１１…第１のバルブ室
　１１ａ，１２ａ…微小凹凸部
　１２…第２のバルブ室
　１５…第１の開口部
　１６…第２の開口部
　１７…第３の開口部
　２０…ダイヤフラム
　２０ａ…微小凹凸部
　２５…台座部
　３０，３１，３３，３９…シール部材
　７０…変位部材
　７１…支持部
　７２…傘状可撓部
　７３…凸部

Claims (14)

  1. 　バルブ筐体と、
    　前記バルブ筐体とでバルブ室を構成する変位部材と、
    　前記バルブ筐体に設けられ、流体の流入側に接続される第１の開口部と、
    　前記バルブ筐体に設けられ、流体の流出側に接続される第２の開口部と、
    　を備え、
    　前記第１の開口部及び前記第２の開口部の少なくとも一方が前記変位部材により閉じられており、
    　前記第１の開口部を介して、流体が前記変位部材の表裏面に作用する力に、差が与えられることにより、前記変位部材が変位し、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが連通すること、
    　を特徴とするバルブ。
  2. 　バルブ筺体と、
    　前記バルブ筺体を第１のバルブ室と第２のバルブ室に分割する変位部材と、
    　前記第１のバルブ室側のバルブ筐体に設けられ、流体の流入側に接続される第１の開口部と、
    　前記第１のバルブ室側のバルブ筐体に設けられ、流体の流出側に接続される第２の開口部と、
    　前記第２のバルブ室側のバルブ筐体に設けられ、前記第１の開口部から流れ込む流体と同じ流体源から差分された流体が流入する第３の開口部と、
    　を備え、
    　前記第１の開口部及び前記第２の開口部の少なくとも一方が前記変位部材により閉じられており、
    　前記第１の開口部及び前記第３の開口部から、流体が前記変位部材の第１のバルブ室側に作用する力と、流体が前記変位部材の第２のバルブ室側に作用する力とに差が与えられることにより、前記変位部材が変位し、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが連通すること、
    　を特徴とするバルブ。
  3. 　前記変位部材が前記第２のバルブ室の流体と接する面積は、前記第１のバルブ室の流体と接する面積よりも大きいこと、を特徴とする請求項２に記載のバルブ。
  4. 　前記第１の開口部が差圧発生手段と接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のバルブ。
  5. 　前記第１の開口部及び前記第２の開口部の少なくともいずれかにシール部材が設けられ、前記差圧発生手段の非駆動時には前記シール部材と前記変位部材とが接触すること、を特徴とする請求項４に記載のバルブ。
  6. 　前記シール部材は、リング状であり、前記変位部材と線接触すること、を特徴とする請求項５に記載のバルブ。
  7. 　前記シール部材は前記変位部材に一体的に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のバルブ。
  8. 　前記変位部材は、支持部と該支持部の軸方向に対して傾斜した状態で設けられた傘状可撓部とからなり、該傘状可撓部には前記第１及び第２の開口部側の面に凸部が設けられており、
    　前記差圧発生手段の非駆動時には前記第２の開口部が前記傘状可撓部の先端と前記凸部とで覆われていること、
    　を特徴とする請求項４に記載のバルブ。
  9. 　前記変位部材はダイヤフラムであり、閉止部分を除いた該ダイヤフラムの表面及び／又は該ダイヤフラムと対向する前記第１及び第２のバルブ室の内面に、複数の凹凸が形成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のバルブ。
  10. 　バルブと差圧発生手段とからなる流体装置であって、
    　前記バルブは、
    　　バルブ筐体と、
    　　前記バルブ筐体とでバルブ室を構成する変位部材と、
    　　前記バルブ筐体に設けられ、流体の流入側に接続されており、かつ、前記差圧発生手段の吐出側に接続された第１の開口部と、
    　　前記バルブ筐体に設けられ、流体の流出側に接続される第２の開口部と、
    　　を備え、
    　前記第１の開口部及び前記第２の開口部の少なくとも一方が前記変位部材により閉じられており、
    　前記第１の開口部を介して、流体が前記変位部材の表裏面に作用する力に、差が与えられることにより、前記変位部材が変位し、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが連通すること、
    　を特徴とする流体装置。
  11. 　バルブと差圧発生手段とからなる流体装置であって、
    　前記バルブは、
    　　バルブ筺体と、
    　　前記バルブ筺体を第１のバルブ室と第２のバルブ室に分割し、流体の圧力により変位する変位部材と、
    　　前記第１のバルブ室に設けられ、流体の流入側と接続されており、かつ、前記第１のバルブ室と前記第２のバルブ室との間に圧力差を発生させる前記差圧発生手段の吐出側に接続された第１の開口部と、
    　　前記第１のバルブ室側のバルブ筐体に設けられ、流体の流出側に接続された第２の開口部と、
    　　前記第２のバルブ室側のバルブ筐体に設けられ、前記第１の開口部から流れ込む流体と同じ流体源から差分された流体が流入する第３の開口部と、
    　　を備え、
    　前記第１の開口部及び前記第２の開口部の少なくとも一方が前記変位部材により閉じられており、
    　前記第１の開口部及び前記第３の開口部を介して、流体が前記変位部材の第１のバルブ室側に作用する力と、流体が前記変位部材の第２のバルブ室側に作用する力とに差が与えられることにより、前記変位部材が変位し、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが連通すること、
    　を特徴とする流体装置。
  12. 　前記差圧発生装置はマイクロポンプであること、を特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の流体装置。
  13. 　流体供給源とバルブと差圧発生手段とからなる流体供給装置であって、
    　前記バルブは、
    　　バルブ筺体と、
    　　前記バルブ筺体を第１のバルブ室と第２のバルブ室に分割し、流体の圧力により変位する変位部材と、
    　　前記第１のバルブ室側のバルブ筐体に設けられ、流体の流入側と接続されており、かつ、前記第１のバルブ室と前記第２のバルブ室との間に圧力差を発生させる前記差圧発生手段の吐出側に接続された第１の開口部と、
    　　前記第１のバルブ室側のバルブ筐体に設けられ、流体の流出側に接続された第２の開口部と、
    　　前記第２のバルブ室側のバルブ筐体に設けられ、前記第１の開口部から流れ込む流体と同じ流体源から差分された流体が流入する第３の開口部と、
    　　を備え、
    　前記第１の開口部及び前記第２の開口部の少なくとも一方が前記変位部材により閉じられており、
    　前記第１の開口部及び前記第３の開口部を介して、流体が前記変位部材の第１のバルブ室側に作用する力と、流体が前記変位部材の第２のバルブ室側に作用する力とに差が与えられることにより、前記変位部材が変位し、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが連通すること、
    　を特徴とする流体供給装置。
  14. 　前記流体供給源として燃料カートリッジが用いられ、
    　前記差圧発生手段としてマイクロポンプが用いられ、
    　燃料電池システムに組み込まれること、
    　を特徴とする請求項１３に記載の流体供給装置。
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