WO2014087996A1 - 制御バルブ - Google Patents

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WO2014087996A1
WO2014087996A1 PCT/JP2013/082469 JP2013082469W WO2014087996A1 WO 2014087996 A1 WO2014087996 A1 WO 2014087996A1 JP 2013082469 W JP2013082469 W JP 2013082469W WO 2014087996 A1 WO2014087996 A1 WO 2014087996A1
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WO
WIPO (PCT)
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outer peripheral
control valve
spring
poppet
valve
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/082469
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English (en)
French (fr)
Inventor
善也 中村
亨 竹内
Original Assignee
カヤバ工業株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by カヤバ工業株式会社 filed Critical カヤバ工業株式会社
Priority to EP13861340.1A priority Critical patent/EP2930582A4/en
Priority to KR1020157012796A priority patent/KR101792371B1/ko
Priority to CN201380060383.5A priority patent/CN104797997B/zh
Priority to US14/443,547 priority patent/US9684315B2/en
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/04—Control of fluid pressure without auxiliary power
    • G05D16/06—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F16K31/126—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a diaphragm, bellows, or the like
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/04—Control of fluid pressure without auxiliary power
    • G05D16/06—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule
    • G05D16/063—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule the sensing element being a membrane
    • G05D16/0644—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule the sensing element being a membrane the membrane acting directly on the obturator
    • G05D16/0663—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule the sensing element being a membrane the membrane acting directly on the obturator using a spring-loaded membrane with a spring-loaded slideable obturator
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/14—Control of fluid pressure with auxiliary non-electric power
    • G05D16/18—Control of fluid pressure with auxiliary non-electric power derived from an external source
    • G05D16/185—Control of fluid pressure with auxiliary non-electric power derived from an external source using membranes within the main valve

Definitions

  • the present invention relates to a control valve for controlling the pressure of a fluid guided from a fluid supply source to a fluid supply destination.
  • JP2010-026825A discloses a poppet type pressure reducing valve.
  • the poppet type pressure reducing valve disclosed in JP2010-026825A is a seat member through which a fluid flowing from a primary port to a secondary port passes, a poppet valve provided to be movable in the axial direction with respect to the seat member, and the poppet valve opened.
  • the piston disclosed in JP2010-026825A has a secondary pressure receiving surface that receives the secondary pressure of the secondary port and a pilot pressure receiving surface that receives the reference pilot pressure.
  • the poppet type pressure reducing valve disclosed in JP2010-026825A includes a coiled spring that urges the poppet valve in the valve closing direction, and a piston that is connected to the poppet valve and moves in the axial direction.
  • a problem that the size of the apparatus is increased due to the space in which the piston is interposed.
  • the present invention aims to reduce the size of the control valve.
  • a control valve for controlling a flow of fluid from a primary port to a secondary port provided in a valve body, and for a seat hole through which fluid from the primary port to the secondary port passes.
  • a poppet valve that moves in the axial direction to change the flow path cross-sectional area of the seat hole, a return spring that biases the poppet valve in the closing direction, and a poppet valve that biases the return spring against the return spring
  • a spring plate, and the spring plate is a portion that is linked to the poppet valve and receives the secondary pressure guided to the secondary port, and is formed on the opposite side of the secondary pressure receiving surface and serves as a reference.
  • a spring pressure receiving surface that receives the pilot pressure, and the spring disc is elastically deformed according to the pressure difference between the secondary pressure and the pilot pressure to move the poppet valve in the axial direction.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a control valve according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a part of FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view of a control valve according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a part of FIG.
  • the control valve 1 shown in FIG. 1 is used in a fuel cell system and adjusts the pressure of hydrogen gas, which is a fuel gas.
  • the control valve 1 can also be used for a device provided in a circuit for controlling the pressure of fluid in another device or facility for guiding gas or liquid.
  • the control valve 1 controls, for example, 30 to 70 MPa of fuel gas (hereinafter simply referred to as “gas”) guided from a fuel tank (hereinafter referred to as “fluid supply source”) to a set pressure of several MPa.
  • gas fuel gas
  • fluid supply source a fuel tank
  • the fuel cell is supplied to a fuel cell (hereinafter referred to as a “fluid supply destination”).
  • the control valve 1 includes a single body 70 as its valve body (housing).
  • the valve body of the control valve 1 may be divided into a plurality of body members (housing members).
  • a poppet having a valve seat 20 having a seat hole 21 through which gas guided from a fluid supply source is opened, and a poppet valve (valve element) 61 that restricts the flow of gas between the seat hole 21.
  • the spring disc 40 that drives the poppet 60 according to the secondary pressure downstream from the seat hole 21, and the return spring 12 that biases the poppet 60 in the valve closing direction are accommodated.
  • the body 70 has a primary port 71 communicating with a fluid supply source via a pipe (not shown), a poppet passage 30 in which the poppet 60 is interposed, a secondary pressure chamber 45 defined by the spring plate 40, and A back pressure chamber 46 and a secondary port 77 communicating with a fluid supply destination via a pipe (not shown) are provided.
  • the pressure of the gas guided to the primary port 71 is referred to as “primary pressure”.
  • the pressure of the gas guided to the secondary port 77 is referred to as “secondary pressure”.
  • the gas supplied from the fluid supply source flows into the primary port 71 and flows into the poppet passage 30 through the through hole 72 as indicated by an arrow in FIG.
  • the gas passing through the poppet passage 30 is throttled between the poppet valve 61 and the seat hole 21 to adjust the flow rate thereof.
  • the pressure of the gas descending through the poppet passage 30 is guided to the secondary pressure chamber 45.
  • the spring disc 40 is elastically deformed to move the poppet 60 so that the pressure of the gas guided to the secondary pressure chamber 45 becomes a predetermined value.
  • the gas that has passed through the secondary pressure chamber 45 is guided to the fluid supply destination through the through hole 76 and the secondary port 77.
  • the spring plate 40 and the poppet 60 move in the left-right direction in FIG. 1 according to the primary pressure guided from the fluid supply source.
  • the movement of the spring plate 40 and the poppet 60 changes the cross-sectional area of the flow path that restricts the flow of gas between the poppet valve 61 and the seat hole 21, and the secondary pressure guided to the fluid supply destination becomes the set pressure. Adjusted as follows.
  • the poppet passage 30 is defined on the downstream side of the poppet upper flow path 31 communicating with the primary port 71, the poppet throttle flow path 32 defined between the valve seat 20 and the poppet 60, and the poppet throttle flow path 32.
  • a poppet lower flow path 33 communicating with the secondary pressure chamber 45.
  • the annular valve seat 20 has a tapered seat hole 21 whose opening diameter is reduced toward the downstream side as a part that defines the poppet passage 30.
  • the inner peripheral surface of the sheet hole 21 is formed in a truncated cone shape that extends concentrically with respect to the center line O.
  • the center line O is the center line of the poppet 60 and the valve seat 20.
  • the poppet 60 has a tapered poppet valve 61 whose outer diameter is reduced toward the downstream side as a part that defines the poppet passage 30.
  • the outer peripheral surface of the poppet valve 61 is formed in a truncated cone shape that extends concentrically with respect to the center line O.
  • a conical cylindrical poppet throttle passage 32 is defined between the seat hole 21 and the poppet valve 61. As the poppet 60 moves rightward in FIG. 1 and leaves the sheet hole 21, the poppet throttle channel 32 communicates with the poppet upper channel 31.
  • the poppet 60 has a guide pin portion 64 that extends in the axial direction from the proximal end of the poppet valve 61.
  • a guide hole 78 into which the guide pin portion 64 is slidably inserted is formed in the body 70.
  • the poppet 60 is supported concentrically about the center line O of the valve seat 20 via the guide pin portion 64. “Axial direction” means the direction in which the center line O of the poppet 60 extends.
  • the poppet 60 has an annular retainer portion 63 protruding in the radial direction from the proximal end portion of the guide pin portion 64.
  • a coiled return spring 12 is compressed and interposed between the retainer portion 63 and the body 70.
  • the return spring 12 biases the poppet valve 61 in the valve closing direction (leftward in FIG. 1) by the spring force.
  • the “radial direction” means a radial direction around the center line O of the poppet 60.
  • “Valve closing direction” means a direction in which the poppet valve 61 approaches the seat hole 21.
  • the poppet 60 has a rod portion 62 that extends in the axial direction from the tip of the poppet valve 61 and follows the spring disc 40.
  • An upstream portion of the poppet lower flow path 33 is defined around the rod portion 62.
  • a first plug 15 and a second plug 25 that define the poppet lower flow path 33 are provided inside the body 70.
  • the cylindrical first plug 15 is fixed to the body 70 by the male screw portion on the outer periphery being screwed into the screw hole 89 of the body 70.
  • the valve seat 20 is sandwiched and fixed between the first plug 15 and the body 70.
  • the second plug 25 is formed in a stepped cylindrical shape having a small diameter cylindrical portion 26 and a large diameter cylindrical portion 27.
  • the second plug 25 is fixed to the first plug 15 by the male screw portion on the outer periphery of the small diameter cylindrical portion 26 being screwed into the screw hole 16 of the first plug 15.
  • the rod part 62 of the poppet 60 is inserted into the shaft hole 22 of the second plug 25 with a gap.
  • An upstream portion of the poppet lower flow path 33 is defined around the rod portion 62.
  • a plurality of through holes 28 are formed in the radial direction in the small diameter cylindrical portion 26 of the second plug 25. Gaps 29 and 24 are provided between the first plug 15 and the second plug 25.
  • the gas flowing through the poppet lower flow path 33 flows into the secondary pressure chamber 45 through the shaft hole 22, the through hole 28, and the gaps 29, 24 as indicated by arrows in FIG.
  • the body 70 is formed with a through hole 76 communicating with the secondary pressure chamber 45 and the secondary port 77 so as to extend in the axial direction.
  • the gas that has passed through the secondary pressure chamber 45 flows to the secondary port 77 through the through hole 76.
  • the inside of the body 70 is partitioned into a secondary pressure chamber 45 and a back pressure chamber 46 by the spring plate 40.
  • the spring disc 40 is elastically deformed according to the pressure difference between the secondary pressure guided to the secondary pressure chamber 45 and the pilot pressure guided to the back pressure chamber 46.
  • the poppet 60 moves in the axial direction in conjunction with the movement of the spring plate 40 elastically deforming when the rod portion 62 contacts the spring plate 40 via the pin 65.
  • the pin 65 and the rod portion 62 of the poppet 60 are slidably inserted into the shaft hole 22 of the second plug 25 and transmit the movement of the spring disc 40 to the poppet 60.
  • the rod portion 62 of the poppet 60 may be brought into contact with the spring disc 40 without providing the pin 65.
  • the cup-shaped spring disc 40 includes a disc portion 41 whose cross section is curved in an arc shape, an outer peripheral cylindrical portion 43 extending in a cylindrical shape in the axial direction from the outer peripheral edge portion 42 of the disc portion 41, and a proximal end of the outer peripheral cylindrical portion 43. And a flange portion 44 extending in the radial direction.
  • the spring disc 40 is formed of a metal such as a steel material, so that rigidity necessary for supporting the poppet 60 against the spring force of the return spring 12 is ensured.
  • the spring plate 40 is formed by pressing a metal spring plate, and the plate thickness of each part is substantially equal.
  • the spring disc 40 may be formed so that the thickness of the disc portion 41 is smaller than that of the outer peripheral cylinder portion 43.
  • the disk part 41 has a secondary pressure receiving surface 48 that is a convex surface and a pilot pressure receiving surface 49 that is a concave back surface. That is, the pilot pressure receiving surface 49 is formed on the opposite side (back side) of the secondary pressure receiving surface 48.
  • a secondary pressure chamber 45 is defined between the secondary pressure receiving surface 48 and the body 70.
  • a back pressure chamber 46 is defined between the pilot pressure receiving surface 49 and an adjuster 55 described later.
  • the spring disc 40 is attached to the body 70 so that the curved disc portion 41 protrudes toward the poppet valve 61 and confronts it.
  • the central portion of the disk portion 41 faces the tip of the poppet 60 in the axial direction, and interlocks with the movement of the poppet 60 via the pin 65.
  • the end face 23 of the second plug 25 is formed so as to face the central portion of the disk portion 41.
  • the end face 23 of the second plug 25 is formed with a gap in the disc portion 41 of the spring disc 40 and constitutes a regulating portion that regulates elastic deformation of the spring disc 40 as will be described later.
  • the pin 65 protrudes from the shaft hole 22 opened in the end surface 23 and abuts on the secondary pressure receiving surface 48 of the disk portion 41.
  • the disc 40 is elastically deformed by receiving the secondary pressure guided to the secondary pressure chamber 45 and the pilot pressure guided to the back pressure chamber 46.
  • the poppet valve 61 moves to a position where the spring force of the return spring 12 and the spring force of the spring disc 40 that is elastically deformed by receiving the secondary pressure and the pilot pressure are balanced.
  • the disk portion 41 When the secondary pressure rises above the set pressure, the disk portion 41 is elastically deformed so as to be flat.
  • the poppet 60 moves in the valve closing direction (leftward in FIG. 1) in conjunction with the elastic deformation of the disk portion 41, and the cross-sectional area of the flow path defined between the poppet valve 61 and the seat hole 21. Becomes smaller.
  • the disk portion 41 is elastically deformed so as to bulge out toward the poppet 60.
  • the poppet 60 moves in the valve opening direction (rightward in FIG. 1) in conjunction with the elastic deformation of the disk portion 41, and the cross-sectional area of the flow path defined between the poppet valve 61 and the seat hole 21. Becomes larger.
  • “Valve opening direction” means a direction in which the poppet valve 61 is separated from the seat hole 21.
  • the spring disc 40 has a shape in which the outer peripheral edge portion 42 and the outer peripheral cylindrical portion 43 are bent and extended from the disc portion 41. Therefore, elastic deformation spreading in the radial direction of the spring disc 40 is suppressed by the outer peripheral edge portion 42 and the outer peripheral cylinder portion 43. As a result, the amount of displacement (deflection) in which the central part of the disk part 41 is displaced in the axial direction due to the load received at the central part of the disk part 41 is not linearly proportional to the magnitude of the load, and the load increases. Along with this, the change rate of the displacement amount increases. That is, the spring plate 40 has a non-linear spring characteristic.
  • the movement of the disk portion 41 elastically deforming in the axial direction is transmitted to the poppet 60 via the pin 65.
  • the poppet 60 no longer moves in the valve opening direction (rightward in FIG. 1).
  • the disk part 41 is contact
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the spring disc 40 is attached to the body 70.
  • an annular stepped portion 84 with which the flange portion 44 of the spring disc 40 abuts via a shim 58 and a cylindrical surface fitting that fits on the outer periphery of the outer peripheral cylindrical portion 43 of the spring disc 40.
  • the surface 83 and the annular seal groove 82 in which the seal ring 14 is interposed are formed concentrically with respect to the center line O, respectively.
  • the spring disc 40 is positioned in the axial direction with respect to the body 70 by the flange portion 44 coming into contact with the annular step portion 84 via the shim 58.
  • the spring disc 40 is positioned in the radial direction with respect to the body 70 by fitting the outer circumference of the outer cylindrical portion 43 to the fitting surface 83 having a cylindrical surface shape.
  • the secondary pressure chamber 45 is sealed by the seal ring 14 being interposed between the outer peripheral cylindrical portion 43 of the spring disc 40 and the annular seal groove 82.
  • a cylindrical inner wall surface 81 that defines the secondary pressure chamber 45 is formed on the body 70 concentrically with respect to the center line O.
  • An inner diameter D1 of the inner wall surface 81 is formed larger than an inner diameter (outer diameter of the outer peripheral cylindrical portion 43 of the spring disc 40) D2 of the fitting surface 83.
  • the inner wall surface 81 is formed with a gap in the outer peripheral cylindrical portion 43 of the spring disc 40 and constitutes a regulating portion that regulates elastic deformation of the spring disc 40.
  • the disk portion 41 of the spring disc 40 is elastically deformed so as to be flat.
  • the outer peripheral edge portion 42 of the spring plate 40 approaches and comes into contact with the inner wall surface 81, the outer peripheral edge portion 42 cannot further expand in the radial direction, and the elastic deformation of the spring plate 40 is restricted.
  • the spring characteristics of the spring disc 40 can be arbitrarily set by changing the inner diameter D1 of the inner wall surface 81.
  • the control valve 1 includes a position adjustment mechanism 50 that adjusts the position of the spring plate 40 in the axial direction.
  • the position adjustment mechanism 50 includes a female screw portion 85 formed in the body 70, a disk-shaped adjuster 55 that is screwed into the female screw portion 85, and a shim 58 that is interposed between the body 70 and the spring plate 40.
  • the adjuster 55 has a hexagonal hole 56 (see FIG. 1) formed at the center thereof, and the screwing position is changed by rotating through a tool inserted into the hexagonal hole 56.
  • the body 70 is formed with an annular step 84 that faces the end surface 57 of the adjuster 55.
  • the flange portion 44 of the spring disc 40 is fixed to the body 70 by being sandwiched between the step portion 84 and the end surface 57 of the adjuster 55.
  • An annular shim 58 is interposed between the flange portion 44 and the step portion 84.
  • the width of the gap provided between the flange portion 44 and the step portion 84 changes according to the screwing position of the adjuster 55.
  • a shim 58 having a thickness equal to the width of the gap is provided in the gap.
  • the secondary pressure (set pressure) controlled by the control valve 1 can be changed by adjusting the axial position of the spring disc 40 with respect to the seat hole 21 by the position adjusting mechanism 50.
  • a back pressure chamber 46 is defined between the disc-shaped adjuster 55 and the spring disc 40.
  • the adjuster 55 also functions as a cover member for the body 70.
  • the back pressure chamber 46 communicates with the outside through a hexagonal hole 56 of the adjuster 55. As a result, atmospheric pressure is introduced into the back pressure chamber 46 as a pilot pressure.
  • the configuration is not limited to the above-described configuration, and the back pressure chamber 46 may have a configuration in which pilot pressure is guided from another fluid pressure source.
  • the gas supplied from the fluid supply source to the primary port 71 passes through the poppet passage 30 in the order of the poppet upper passage 31, the poppet restriction passage 32, and the poppet lower passage 33 in the order as shown by the arrow in FIG. Guided to the pressure chamber 45.
  • the gas guided to the secondary pressure chamber 45 is guided to the fluid supply destination through the through hole 76 and the secondary port 77.
  • the gas flows in the left direction in FIG. 1 along the poppet 60, then turns back in the secondary pressure chamber 45, and flows in the right direction through the through hole 76.
  • both the primary port 71 and the secondary port 77 can be disposed on one end side of the body 70.
  • the poppet valve 61 moves to a position where the spring force of the primary pressure and the return spring 12 received by the poppet 60 balances the spring force of the spring disc 40 that is elastically deformed by receiving the pressure difference between the secondary pressure and the pilot pressure.
  • the disk portion 41 of the spring disc 40 When the secondary pressure in the secondary pressure chamber 45 falls below the set pressure, the disk portion 41 of the spring disc 40 is elastically deformed so as to bulge out toward the poppet 60, and the poppet 60 moves to the right in FIG. To do. As a result, the channel cross-sectional area of the poppet throttle channel 32 increases, and the pressure in the secondary pressure chamber 45 rises and approaches the set pressure. At this time, when the disk portion 41 of the spring disc 40 is elastically deformed so as to swell greatly and comes into contact with the end face 23 of the second plug 25, the elastic deformation of the spring disc 40 is restricted and the opening of the control valve 1 is maximized. become.
  • the control valve 1 passes through the poppet throttle passage 32 by the disk portion 41 elastically deforming according to the pressure difference between the secondary pressure and the pilot pressure, and the cross-sectional area of the poppet throttle passage 32 is increased or decreased.
  • the resistance applied to the flowing gas changes.
  • the control valve 1 functions as a pressure reducing valve that reduces the secondary pressure so that the pressure difference from the pilot pressure is kept constant.
  • the control valve 1 moves in the axial direction with respect to the seat hole 21 to change the flow passage cross-sectional area of the seat hole 21 and opens the poppet valve 61 in the valve opening direction against the return spring 12.
  • a spring plate 40 that urges the spring plate 40.
  • the spring plate 40 is a portion that is linked to the movement of the poppet valve 61 and receives a secondary pressure guided to the secondary port 77, and a secondary pressure receiving surface 48.
  • a pilot pressure receiving surface 49 that is formed on the opposite side of the surface 48 and receives a reference pilot pressure, and the spring disc 40 is elastically deformed according to the pressure difference between the secondary pressure and the pilot pressure to pivot the poppet valve 61. Move in the direction.
  • the spring disc 40 functions as a piston that moves the poppet valve 61 in the axial direction in accordance with the pressure difference between the secondary pressure and the pilot pressure, and attaches the poppet valve 61 in the axial direction. Acts as a spring
  • the provision of the spring disc 40 eliminates the piston and the spring.
  • a thin cup-shaped (tray-shaped) spring disc 40 is fixed to the body 70.
  • the space in which the spring disc 40 is interposed becomes smaller than the space in which the poppet 60 is interposed, and the apparatus can be greatly downsized in the axial direction.
  • the control valve 1 when used in a fuel cell system mounted on a vehicle, it can be interposed in a limited space of the vehicle.
  • the sliding friction is eliminated and the secondary pressure hysteresis of the flow rate characteristic is reduced by eliminating the piston and the spring.
  • the spring disc 40 of the control valve 1 has a disc portion 41 whose central portion protrudes toward the poppet valve 61 and has a curved cross section so as to confront it, and a cylindrical shape from the outer peripheral edge portion 42 of the disc portion 41 in the axial direction. And a flange portion 44 that extends in the radial direction from the base end of the outer peripheral cylinder portion 43.
  • the curved disk portion 41 is elastically deformed according to the pressure difference between the secondary pressure and the pilot pressure to move the poppet valve 61 in the axial direction.
  • the outer peripheral edge portion 42 of the disk portion 41 is formed to be connected to the outer peripheral cylindrical portion 43, the outer peripheral peripheral edge portion 42 of the disk portion 41 is restricted from expanding in the radial direction by the outer peripheral cylindrical portion 43.
  • the spring characteristic of the disk part 41 can be arbitrarily set by the rigidity.
  • the secondary pressure (set pressure) controlled by the control valve 1 can be changed by changing the position of the flange portion 44 in the axial direction.
  • the control valve 1 includes a position adjusting mechanism 50 that adjusts the position of the spring disc 40 in the axial direction with respect to the seat hole 21.
  • control valve 1 the position of the spring disc 40 in the axial direction with respect to the seat hole 21 is adjusted by the position adjusting mechanism 50, and the secondary pressure (set pressure) controlled by the control valve 1 can be changed.
  • a shim 58 having a plate thickness that fits the gap between the flange portion 44 and the step portion 84 is changed while the screwing position of the adjuster 55 is changed. It was necessary to intervene.
  • a holder 151 that is slidably interposed in the cylinder wall 181 of the body 170 is provided, the spring plate 40 is supported by the holder 151, and the shim is abolished. This is different from the position adjusting mechanism 50 of the control valve 1 according to the first embodiment.
  • the position adjusting mechanism 150 is formed in a portion of the body 170 that accommodates the spring disc 40 and extends in the axial direction, and is slidably interposed in the cylinder wall 181 to displace the spring disc 40.
  • a ring-shaped holder 151 to be supported, a female screw portion 85 formed on the body 170, and a disk-shaped adjuster 55 screwed into the female screw portion 85 are provided.
  • the holder 151 is formed in a ring shape that fits to the outer periphery of the outer peripheral cylindrical portion 43 of the spring disc 40.
  • the holder 151 is opposed to the cylindrical outer peripheral surface 152 that is in sliding contact with the cylinder wall 181, the annular seal groove 153 that opens in the outer peripheral surface 152 and in which the second seal ring 183 is interposed, and the end surface 57 of the adjuster 55.
  • An opening is formed between the first restricting surface 156, the second restricting surface 157 having a truncated cone shape facing the outer periphery of the outer peripheral edge 42 of the spring disc 40 with a gap, and the fitting surface 155 and the first restricting surface 156.
  • An annular seal groove 158 in which one seal ring 182 is interposed and an annular pressure receiving portion 159 facing the bottom surface 171 of the body 170 are formed concentrically with respect to the center line O, respectively.
  • the spring disc 40 is positioned with respect to the body 170 in the axial direction by the flange portion 44 being sandwiched between the end surface 57 of the adjuster 55 and the tip portion 154 of the holder 151.
  • the spring disc 40 is positioned in the radial direction with respect to the body 170 by fitting the outer circumference of the outer cylindrical portion 43 to the fitting surface 155 of the holder 151.
  • the fitting surface 155 constitutes a fitting portion into which the outer peripheral cylindrical portion 43 of the spring plate 40 is fitted.
  • a first seal ring 182 is interposed between the outer peripheral cylindrical portion 43 of the spring disc 40 and the seal groove 158.
  • a second seal ring 183 is interposed between the outer peripheral surface 152 of the holder 151 and the cylinder wall 181. For this reason, the secondary pressure chamber 45 is sealed.
  • the inner diameter D3 of the first restricting surface 156 is formed larger than the inner diameter of the fitting surface 155 (the outer diameter of the outer peripheral cylindrical portion 43 of the spring disc 40) D4.
  • the first restricting surface 156 is formed with a gap in the outer peripheral edge portion 42 of the spring disc 40 and constitutes a first restricting portion as a restricting portion that restricts elastic deformation of the spring disc 40.
  • the second restricting surface 157 is formed with a gap in the outer peripheral edge portion 42 of the spring disc 40 and constitutes a second restricting portion as a restricting portion that restricts elastic deformation of the spring disc 40.
  • the disk portion 41 of the spring disc 40 is elastically deformed so as to be flat.
  • the outer peripheral edge 42 of the spring disc 40 approaches and contacts the first restricting surface 156 and the second restricting surface 157, the outer peripheral edge 42 cannot further expand in the radial direction, and the spring disc 40
  • the elastic deformation of is regulated.
  • the elastic deformation of the spring disc 40 in which the outer peripheral edge 42 expands in the radial direction is regulated by the first regulating surface 156 and the second regulating surface 157.
  • the spring characteristic of the spring disc 40 can be arbitrarily set according to the inner diameter D3 of the first restriction surface 156 and the inclination angle of the second restriction surface 157.
  • first regulating surface 156 and second regulating surface 157) facing the outer peripheral edge 42 of the spring disc 40 of the holder 151 from the outer peripheral cylindrical portion 43 and the outer peripheral edge 42 of the spring disc 40 It may be formed so as to be largely separated so as not to restrict elastic deformation in which the disk portion 41 of the spring plate 40 becomes flat.
  • the pressure receiving portion 159 of the holder 151 is formed in an annular shape facing the secondary pressure chamber 45. As a result, the holder 151 is pushed toward the adjuster 55 by the secondary pressure received by the pressure receiving portion 159, and the tip portion 154 presses and holds the flange portion 44 of the spring disc 40 against the adjuster 55.
  • the position adjustment mechanism 150 changes the screwing position of the adjuster 55 with respect to the female screw portion 85 by rotating the adjuster 55 through a tool inserted into the hexagonal hole 56.
  • the adjuster 55 moves in the axial direction
  • the holder 151 moves in the axial direction while pressing the flange portion 44 of the spring disc 40 against the adjuster 55 by the secondary pressure.
  • the secondary pressure (set pressure) controlled by the control valve 101 can be changed by adjusting the positions of the holder 151 and the spring disc 40 in the axial direction.
  • the position adjustment mechanism 150 is provided at a portion of the body 170 that accommodates the spring plate 40 and extends in the axial direction, and a holder 151 that is slidably interposed in the cylinder wall 181 and supports the spring plate 40. And an adjuster 55 that is movably provided in the axial direction of the body 170 and adjusts the positions of the holder 151 and the spring disc 40.
  • the position of the adjuster 55 with respect to the female thread portion 85 is changed to adjust the axial position of the spring disc 40 via the holder 151, so that the secondary pressure controlled by the control valve 101 can be easily obtained. Can be changed.
  • the holder 151 is formed in a ring shape that fits around the outer periphery of the spring disc 40.
  • the holder 151 includes a pressure receiving portion 159 that receives the secondary pressure, and a tip portion 154 that presses the flange portion 44 of the spring disc 40 against the adjuster 55.
  • the position adjustment mechanism 150 adjusts the position of the spring disc 40 in the axial direction via the holder 151, so that the shim replacement work in the first embodiment is not necessary.
  • the configuration is not limited to the above-described configuration, and the outer periphery of the spring plate may be coupled to the holder.
  • the position adjustment mechanism 150 includes a first seal ring 182 interposed between the inner periphery of the holder 151 and the outer periphery of the spring disc 40, and a second seal ring 182 interposed between the outer periphery of the holder 151 and the cylinder wall 181.
  • the spring disc 40 has a disc portion 41 whose central portion protrudes from the poppet valve 61 and has a curved cross section so as to face the outer disc, and an outer peripheral cylinder that extends in a cylindrical shape from the outer peripheral edge portion 42 of the disc portion 41 in the axial direction.
  • the holder 151 has a fitting surface 155 that fits to the outer periphery of the outer peripheral cylindrical portion 43 of the spring disc 40, and an inner diameter D3 that is larger than the inner diameter D4 of the fitting surface 155.
  • a first restriction surface 156 that faces the outer periphery of the outer peripheral cylindrical portion 43 with a gap and a second restriction surface 157 that faces the outer periphery of the outer peripheral edge portion 42 of the spring disc 40 with a gap.
  • the outer peripheral edge 42 of the spring disc 40 becomes the first when the disc portion 41 of the spring disc 40 is elastically deformed so as to become flat.
  • the outer peripheral edge portion 42 cannot expand further in the radial direction, and the elastic deformation of the spring disc 40 is restricted. This prevents the spring disc 40 from being plastically deformed.
  • the spring characteristics of the spring disc 40 can be arbitrarily set according to the inner diameter D3 of the first restricting surface 156 and the inclination angle of the second restricting surface 157.

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Abstract

シート孔（２１）に対して軸方向に移動してシート孔（２１）の流路断面積を変えるポペット弁（６１）を備える制御バルブであって、リターンスプリング（１２）に抗してポペット弁（６１）を開弁方向に付勢するバネ盤（４０）を備え、バネ盤（４０）は、ポペット弁（６１）の動きと連動する部位であって二次ポート（７７）に導かれる二次圧を受ける二次圧受面（４８）と、基準となるパイロット圧を受けるパイロット圧受面（４９）と、を有し、バネ盤（４０）が二次圧とパイロット圧の圧力差に応じて弾性変形してポペット弁（６１）を軸方向に移動させる。

Description

制御バルブ
　本発明は、流体供給源から流体供給先へと導かれる流体の圧力を制御する制御バルブに関するものである。
　この種の制御バルブとして、ＪＰ２０１０－０２６８２５Ａには、ポペット型減圧弁が開示されている。
　ＪＰ２０１０－０２６８２５Ａに開示のポペット型減圧弁は、一次ポートから二次ポートに流れる流体が通過するシート部材と、シート部材に対して軸方向に移動可能に設けられるポペット弁と、ポペット弁を開弁方向に付勢するスプリングと、ポペット弁を閉弁方向に付勢するスプリングと、ポペット弁に連結されるピストンと、を備える。
　ＪＰ２０１０－０２６８２５Ａに開示のピストンは、二次ポートの二次圧を受圧する二次圧受面と、基準となるパイロット圧を受圧するパイロット圧受面と、を有する。ピストンが二次圧とパイロット圧とが釣り合う位置に移動することによって、ポペット弁とシート部材との間で流体の流れに与える抵抗が変えられ、二次圧が一定圧に調節される。
　しかしながら、ＪＰ２０１０－０２６８２５Ａに開示されたポペット型減圧弁は、ポペット弁を閉弁方向に付勢するコイル状のスプリングと、ポペット弁に連結されて軸方向に移動するピストンと、を備えるため、スプリング及びピストンが介装されるスペースによって装置の大型化を招くという問題点があった。
　本発明は、制御バルブの小型化を図ることを目的とする。
　本発明のある態様によれば、バルブボディに設けられる一次ポートから二次ポートへ向かう流体の流れを制御する制御バルブであって、一次ポートから二次ポートへ向かう流体が通過するシート孔に対して軸方向に移動してシート孔の流路断面積を変えるポペット弁と、ポペット弁を閉弁方向に付勢するリターンスプリングと、リターンスプリングに抗してポペット弁を開弁方向に付勢するバネ盤と、を備え、バネ盤は、ポペット弁と連動する部位であって二次ポートに導かれる二次圧を受ける二次圧受面と、二次圧受面の反対側に形成され基準となるパイロット圧を受けるパイロット圧受面と、を有し、バネ盤が二次圧とパイロット圧の圧力差に応じて弾性変形してポペット弁を軸方向に移動させる。
図１は、本発明の第1実施形態に係る制御バルブの断面図である。 図２は、図１の一部を拡大した断面図である。 図３は、本発明の第２実施形態に係る制御バルブの断面図である。 図４は、図３の一部を拡大した断面図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る制御バルブについて説明する。
　（第１実施形態）
　図１、図２を参照して、本発明の第１実施形態に係る制御バルブ１について説明する。
　図１に示す制御バルブ１は、燃料電池システムに用いられ、燃料ガスである水素ガスの圧力を調節するものである。制御バルブ１は、気体または液体を導く他の装置、設備等において流体の圧力を制御する回路に設けられるものにも利用できる。
　制御バルブ１は、燃料タンク（以下、「流体供給源」と称する。）から導かれる例えば３０～７０ＭＰａの燃料ガス（以下、単に「ガス」と称する。）を数ＭＰａの設定圧に制御して燃料電池（以下、「流体供給先」と称する。）に供給するものである。
　制御バルブ１は、そのバルブボディ（ハウジング）が単一のボディ７０によって構成される。制御バルブ１のバルブボディは、複数のボディ部材（ハウジング部材）に分割して形成される構成としてもよい。
　ボディ７０の内部には、流体供給源から導かれるガスを通過させるシート孔２１が開口したバルブシート２０と、シート孔２１との間でガスの流れを絞るポペット弁（弁体）６１を有するポペット６０と、シート孔２１より下流側の二次圧に応じてポペット６０を駆動するバネ盤４０と、ポペット６０を閉弁方向に付勢するリターンスプリング１２と、が収容される。
　ボディ７０には、流体供給源に配管（図示省略）を介して連通する一次ポート７１と、ポペット６０が介装されるポペット通路３０と、バネ盤４０によって画成される二次圧室４５及び背圧室４６と、流体供給先に配管（図示省略）を介して連通する二次ポート７７と、が設けられる。一次ポート７１に導かれるガスの圧力を「一次圧」と称する。二次ポート７７に導かれるガスの圧力を「二次圧」と称する。
　流体供給源から供給されるガスは、図１中矢印で示すように、一次ポート７１に流入し、通孔７２を通じて、ポペット通路３０に流入する。ポペット通路３０を通過するガスは、ポペット弁６１とシート孔２１との間で絞られることによってその流量が調節される。ポペット通路３０を通過して降下するガスの圧力が二次圧室４５に導かれる。二次圧室４５に導かれるガスの圧力が所定値になるようにバネ盤４０が弾性変形してポペット６０を移動させる。二次圧室４５を通過したガスは、通孔７６、二次ポート７７を通じて、流体供給先へと導かれる。
　制御バルブ１の作動時には、流体供給源から導かれる一次圧に応じてバネ盤４０とポペット６０が図１の左右方向に移動する。バネ盤４０とポペット６０の移動によって、ポペット弁６１とシート孔２１との間でガスの流れを絞る流路断面積が変化して、流体供給先へと導かれる二次圧が設定圧になるように調節される。
　ポペット通路３０は、一次ポート７１に連通するポペット上流路３１と、バルブシート２０とポペット６０との間に画成されるポペット絞り流路３２と、ポペット絞り流路３２の下流側に画成され二次圧室４５に連通するポペット下流路３３と、を備える。
　環状のバルブシート２０は、ポペット通路３０を画成する部位として、その開口径が下流側に向けて縮径したテーパー状のシート孔２１を有する。シート孔２１の内周面は、中心線Ｏについて同心上に延びる円錐台状に形成される。中心線Ｏは、ポペット６０及びバルブシート２０の中心線である。
　ポペット６０は、ポペット通路３０を画成する部位として、その外径が下流側に向けて縮径したテーパー状のポペット弁６１を有する。ポペット弁６１の外周面は、中心線Ｏについて同心上に延びる円錐台状に形成される。
　シート孔２１とポペット弁６１との間に円錐筒状のポペット絞り流路３２が画成される。ポペット６０が図１にて右方向に移動してシート孔２１から離れることにより、ポペット絞り流路３２がポペット上流路３１と連通する。
　ポペット６０は、ポペット弁６１の基端から軸方向に延びるガイドピン部６４を有する。一方、ボディ７０には、ガイドピン部６４が摺動自在に挿入するガイド穴７８が形成される。ポペット６０は、ガイドピン部６４を介してバルブシート２０の中心線Ｏについて同心上に支持される。「軸方向」は、ポペット６０の中心線Ｏが延びる方向を意味する。
　ポペット６０は、ガイドピン部６４の基端部から径方向に突出する環状のリテーナ部６３を有する。リテーナ部６３とボディ７０との間にコイル状のリターンスプリング１２が圧縮して介装される。リターンスプリング１２はそのバネ力によりポペット弁６１を閉弁方向（図１において左方向）に付勢する。「径方向」は、ポペット６０の中心線Ｏを中心とする放射方向を意味する。「閉弁方向」は、ポペット弁６１がシート孔２１に近づく方向を意味する。
　ポペット６０は、ポペット弁６１の先端から軸方向に延びてバネ盤４０に追従するロッド部６２を有する。ロッド部６２のまわりにポペット下流路３３の上流部分が画成される。
　ボディ７０の内部には、ポペット下流路３３を画成する第一プラグ１５と第二プラグ２５が設けられる。
　円筒状の第一プラグ１５は、外周の雄ネジ部がボディ７０のネジ孔８９に螺合することによってボディ７０に固定される。第一プラグ１５とボディ７０との間には、バルブシート２０が挟持されて固定される。
　第二プラグ２５は、小径筒部２６と大径筒部２７を有する段付き円筒状に形成される。第二プラグ２５は、小径筒部２６の外周の雄ネジ部が第一プラグ１５のネジ孔１６に螺合することによって第一プラグ１５に固定される。
　ポペット６０のロッド部６２は、第二プラグ２５の軸孔２２に間隙を持って挿入される。ロッド部６２のまわりには、ポペット下流路３３の上流部分が画成される。
　第二プラグ２５の小径筒部２６には、複数の通孔２８が径方向に形成される。第一プラグ１５と第二プラグ２５との間には間隙２９、２４が設けられる。ポペット下流路３３を流れるガスは、図１に矢印で示すように、軸孔２２、通孔２８と間隙２９、２４を通じて二次圧室４５に流入する。
　ボディ７０には、二次圧室４５と二次ポート７７を連通する通孔７６が軸方向に延びるように形成される。二次圧室４５を通過したガスは、通孔７６を通じて二次ポート７７へと流れる。
　ボディ７０の内部は、バネ盤４０によって二次圧室４５と背圧室４６とに仕切られる。バネ盤４０は、二次圧室４５に導かれる二次圧と背圧室４６に導かれるパイロット圧との圧力差に応じて弾性変形する。
　ポペット６０は、ロッド部６２がピン６５を介してバネ盤４０に当接し、バネ盤４０が弾性変形する動きに連動して軸方向に移動する。
　ピン６５及びポペット６０のロッド部６２は、第二プラグ２５の軸孔２２に摺動自在に挿入され、バネ盤４０の動きをポペット６０に伝える。この構成に限らず、ピン６５を設けずに、ポペット６０のロッド部６２をバネ盤４０に当接させてもよい。
　以下、バネ盤４０の構成について説明する。
　カップ状のバネ盤４０は、その断面が円弧状に湾曲した円盤部４１と、円盤部４１の外周縁部４２から軸方向に円筒状に延びる外周筒部４３と、外周筒部４３の基端から径方向に拡がるフランジ部４４と、を有する。
　バネ盤４０は、鋼材等の金属によって形成されることにより、ポペット６０をリターンスプリング１２のバネ力に抗して支持するために必要な剛性が確保される。バネ盤４０は、金属製バネ板をプレス加工して形成され、各部の板厚が略等しくなっている。バネ盤４０は、円盤部４１の板厚が外周筒部４３より小さくなるように形成してもよい。
　円盤部４１は、凸状の表面である二次圧受面４８と、凹状の裏面であるパイロット圧受面４９と、を有する。つまり、パイロット圧受面４９は二次圧受面４８の反対側（裏側）に形成される。二次圧受面４８とボディ７０との間に二次圧室４５が画成される。パイロット圧受面４９と後述するアジャスタ５５との間に背圧室４６が画成される。
　バネ盤４０は、湾曲した円盤部４１がポペット弁６１に向かって突出し、対峙するようにボディ７０に取り付けられる。円盤部４１の中央部は、軸方向についてポペット６０の先端に対峙し、ピン６５を介してポペット６０の動きと連動する。
　一方、第二プラグ２５の端面２３は、円盤部４１の中央部に対峙するように形成される。第二プラグ２５の端面２３は、バネ盤４０の円盤部４１に間隙をもって形成され、後述するようにバネ盤４０の弾性変形を規制する規制部を構成する。ピン６５は、端面２３に開口する軸孔２２から突出して円盤部４１の二次圧受面４８に当接する。
　バネ盤４０は、二次圧室４５に導かれる二次圧と背圧室４６に導かれるパイロット圧を受けて円盤部４１が弾性変形する。ポペット弁６１は、リターンスプリング１２のバネ力と、二次圧及びパイロット圧を受けて弾性変形するバネ盤４０のバネ力と、が釣り合う位置に移動する。
　二次圧が設定圧より上昇すると、円盤部４１が扁平になるように弾性変形する。円盤部４１が弾性変形する動きに連動してポペット６０が閉弁方向（図１において左方向）に移動して、ポペット弁６１とシート孔２１との間に画成される流路の断面積が小さくなる。
　反対に、二次圧が設定圧より低下すると、円盤部４１がポペット６０に向けて膨出するように弾性変形をする。円盤部４１が弾性変形する動きに連動してポペット６０が開弁方向（図１において右方向）に移動して、ポペット弁６１とシート孔２１との間に画成される流路の断面積が大きくなる。「開弁方向」は、ポペット弁６１がシート孔２１から離れる方向を意味する。
　バネ盤４０は、円盤部４１から外周縁部４２及び外周筒部４３の断面が曲折して延びる形状を有している。このため、バネ盤４０の径方向に拡がる弾性変形が外周縁部４２及び外周筒部４３によって抑えられる。これにより、円盤部４１の中央部に受ける荷重によって円盤部４１の中央部が軸方向に変位する変位量（たわみ）は、荷重の大きさに一次的に比例せず、荷重が大きくなるのに伴って変位量の変化率が大きくなる。つまり、バネ盤４０は、非線形のばね特性を有する。
　円盤部４１が軸方向に弾性変形する動きは、ピン６５を介してポペット６０に伝えられる。円盤部４１の膨出する弾性変形量が大きくなって、ピン６５が軸孔２２に入り込むと、ポペット６０はそれ以上開弁方向（図１において右方向）には移動しなくなる。このときに、円盤部４１は、第二プラグ２５の端面２３に当接して、膨出する方向へのそれ以上の弾性変形が規制される。
　図２は、バネ盤４０がボディ７０に取り付けられる状態を示す断面図である。ボディ７０の開口端には、バネ盤４０のフランジ部４４がシム５８を介して当接する環状の段部８４と、バネ盤４０の外周筒部４３の外周に嵌合する円筒面状の嵌合面８３と、シールリング１４が介装される環状のシール溝８２と、がそれぞれ中心線Ｏについて同心上に形成される。
　バネ盤４０は、フランジ部４４がシム５８を介して環状の段部８４に当接することにより、ボディ７０に対して軸方向について位置決めされる。
　バネ盤４０は、外周筒部４３の外周が円筒面状の嵌合面８３に嵌合することにより、ボディ７０に対して径方向について位置決めされる。
　バネ盤４０の外周筒部４３と環状のシール溝８２との間にシールリング１４が介装されることにより、二次圧室４５が密封される。
　ボディ７０には、二次圧室４５を画成する円筒面状の内壁面８１が中心線Ｏについて同心上に形成される。内壁面８１の内径Ｄ１は、嵌合面８３の内径（バネ盤４０の外周筒部４３の外径）Ｄ２より大きく形成される。内壁面８１は、バネ盤４０の外周筒部４３に間隙をもって形成され、バネ盤４０の弾性変形を規制する規制部を構成する。
　二次圧とパイロット圧の圧力差が高まるのに応じて、バネ盤４０の円盤部４１は扁平になるように弾性変形をする。このときに、バネ盤４０の外周縁部４２が内壁面８１に近づいて当接すると、外周縁部４２がそれ以上径方向に拡がることができず、バネ盤４０の弾性変形が規制される。
　外周縁部４２が径方向に拡がるバネ盤４０の弾性変形は、内壁面８１によって規制されるため、内壁面８１の内径Ｄ１を変更することによってバネ盤４０のばね特性を任意に設定できる。
　制御バルブ１は、バネ盤４０の軸方向の位置を調整する位置調整機構５０を備える。
　位置調整機構５０は、ボディ７０に形成される雌ネジ部８５と、雌ネジ部８５に螺合する円盤状のアジャスタ５５と、ボディ７０とバネ盤４０との間に介装されるシム５８と、を備える。アジャスタ５５は、その中央部に六角孔５６（図１参照）が形成され、六角孔５６に差し込まれる工具を介して回転することによって螺合位置が変えられる。
　ボディ７０には、アジャスタ５５の端面５７に対峙する環状の段部８４が形成される。バネ盤４０のフランジ部４４は、段部８４とアジャスタ５５の端面５７との間に挟持されることによってボディ７０に固定される。フランジ部４４と段部８４との間には、環状のシム５８が介装される。アジャスタ５５の螺合位置に応じてフランジ部４４と段部８４との間に設けられる間隙の幅が変化する。この間隙に、間隙の幅と等しい板厚を有するシム５８が設けられる。
　こうして位置調整機構５０によってシート孔２１に対するバネ盤４０の軸方向の位置が調整されることにより、制御バルブ１によって制御される二次圧（設定圧）を変えられる。
　円盤状のアジャスタ５５とバネ盤４０との間には、背圧室４６が画成される。アジャスタ５５は、ボディ７０に対するカバー部材としても機能する。
　背圧室４６はアジャスタ５５の六角孔５６を通じて外部と連通している。これにより、背圧室４６にはパイロット圧として大気圧が導かれる。上述した構成に限らず、背圧室４６には別の流体圧源からパイロット圧が導かれる構成としてもよい。
　以下、制御バルブ１の作動について説明する。
　流体供給源から一次ポート７１に供給されるガスは、図１に矢印で示すように、ポペット通路３０において、ポペット上流路３１、ポペット絞り流路３２、ポペット下流路３３の順に通じて、二次圧室４５へと導かれる。二次圧室４５へ導かれたガスは、通孔７６、二次ポート７７を通じて流体供給先へと導かれる。このように、ガスは、ポペット６０に沿って図１において左方向に流れ、続いて二次圧室４５で折り返し、通孔７６を通じて右方向に流れる。これにより、一次ポート７１と二次ポート７７の双方をボディ７０の一端側に配置することが可能となる。
　ポペット弁６１は、ポペット６０が受ける一次圧及びリターンスプリング１２のバネ力と、二次圧及びパイロット圧の圧力差を受けて弾性変形するバネ盤４０のバネ力と、が釣り合う位置に移動する。
　二次圧室４５の二次圧が設定圧より低下すると、バネ盤４０の円盤部４１がポペット６０に向けて膨出するように弾性変形をして、ポペット６０が図１において右方向に移動する。これによって、ポペット絞り流路３２の流路断面積が拡大し、二次圧室４５の圧力が上昇して設定圧に近づく。このときにバネ盤４０の円盤部４１が大きく膨らむ弾性変形をして第二プラグ２５の端面２３に当接すると、バネ盤４０の弾性変形が規制されるとともに、制御バルブ１の開度が最大になる。
　一方、二次圧室４５の圧力が設定圧より上昇すると、円盤部４１が扁平になるように弾性変形をして、ポペット６０が図１において左方向に移動する。これによって、ポペット絞り流路３２の流路断面積が減少し、二次圧室４５の圧力が低下して設定圧に近づく。二次圧室４５の圧力が大きく低下してポペット弁６１がシート孔２１に当接することにより、ポペット６０の移動が規制され、制御バルブ１の開度が最小（零）になり、ガスの流れが止められる。
　制御バルブ１は、二次圧とパイロット圧の圧力差に応じて円盤部４１が弾性変形をして、ポペット絞り流路３２の流路断面積が増減することによって、ポペット絞り流路３２を通過するガス流に付与される抵抗が変化する。このように、制御バルブ１は、パイロット圧との圧力差が一定に保たれるように二次圧を減圧する減圧弁として機能する。
　以上の第１実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
　〔１〕制御バルブ１は、シート孔２１に対して軸方向に移動してシート孔２１の流路断面積を変えるポペット弁６１と、リターンスプリング１２に抗してポペット弁６１を開弁方向に付勢するバネ盤４０と、を備え、バネ盤４０は、ポペット弁６１の動きと連動する部位であって二次ポート７７に導かれる二次圧を受ける二次圧受面４８と、二次圧受面４８の反対側に形成され基準となるパイロット圧を受けるパイロット圧受面４９と、を有し、バネ盤４０が二次圧とパイロット圧の圧力差に応じて弾性変形してポペット弁６１を軸方向に移動させる。
　このような制御バルブ１によれば、バネ盤４０は二次圧とパイロット圧の圧力差に応じてポペット弁６１を軸方向に移動させるピストンの働きをするとともに、ポペット弁６１を軸方向に付勢するスプリングの働きをする。
　制御バルブにおいて、ポペット弁を閉弁方向に付勢するコイル状のスプリングと、シリンダ部を摺動するピストンと、が軸方向に並んで設けられる場合には、スプリング及びピストンが介装されるスペースが、ポペットが介装されるスペースより大きくなる。このような場合には、軸方向について装置の大型化を招く。
　これに対して、本実施形態に係る制御バルブ１では、バネ盤４０が設けられることにより、ピストン及びスプリングが廃止される。制御バルブ１では、薄いカップ状（トレイ状）のバネ盤４０がボディ７０に固定して設けられる。このため、バネ盤４０が介装されるスペースが、ポペット６０が介装されるスペースより小さくなり、軸方向について装置の大幅な小型化が図れる。これにより、制御バルブ１が、車両に搭載される燃料電池システムに用いられる場合には、車両の限られたスペースに介装することが可能になる。さらに、制御バルブ１では、ピストン及びスプリングが廃止されることにより、これらの摺動摩擦がなくなり、流量特性の二次圧ヒステリシスが小さくなる。
　〔２〕制御バルブ１のバネ盤４０は、中央部がポペット弁６１に向かって突出し、対峙するように断面が湾曲した円盤部４１と、円盤部４１の外周縁部４２から軸方向について円筒状に延びる外周筒部４３と、外周筒部４３の基端から径方向に拡がるフランジ部４４と、を有する。
　これにより、制御バルブ１では、湾曲した円盤部４１が二次圧とパイロット圧の圧力差に応じて弾性変形してポペット弁６１を軸方向に移動させる。
　円盤部４１の外周縁部４２が外周筒部４３に連接して形成されるため、外周筒部４３によって円盤部４１の外周縁部４２が径方向に拡がることが規制され、外周筒部４３の剛性によって円盤部４１のバネ特性を任意に設定できる。さらに、フランジ部４４の位置を軸方向について変えることにより、制御バルブ１によって制御される二次圧（設定圧）を変えられる。
　〔３〕制御バルブ１は、シート孔２１に対するバネ盤４０の軸方向の位置を調整する位置調整機構５０を備える。
　これにより、制御バルブ１では、位置調整機構５０によってシート孔２１に対するバネ盤４０の軸方向の位置が調整され、制御バルブ１によって制御される二次圧（設定圧）を変えられる。
　（第２実施形態）
　次に、図３、４を参照して、本発明の第２実施形態に係る制御バルブ１０１について説明する。以下では、上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、上記第１実施形態の制御バルブ１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
　上記第１実施形態に係る制御バルブ１の位置調整機構５０では、アジャスタ５５の螺合位置を変えるとともに、フランジ部４４と段部８４との間にその間隙に合った板厚を有するシム５８を介装する必要があった。第２実施形態に係る制御バルブ１０１の位置調整機構１５０では、ボディ１７０のシリンダ壁１８１に摺動自在に介装されるホルダ１５１が設けられ、ホルダ１５１によってバネ盤４０が支持され、シムが廃止される点において上記第１実施形態に係る制御バルブ１の位置調整機構５０とは相違する。
　図３に示すように、位置調整機構１５０は、ボディ１７０のバネ盤４０を収容する部位に形成され軸方向に延びるシリンダ壁１８１と、シリンダ壁１８１に摺動自在に介装されバネ盤４０を支持するリング状のホルダ１５１と、ボディ１７０に形成される雌ネジ部８５と、雌ネジ部８５に螺合する円盤状のアジャスタ５５と、を備える。
　図４に示すように、ホルダ１５１は、バネ盤４０の外周筒部４３の外周に嵌合するリング状に形成される。ホルダ１５１は、シリンダ壁１８１に摺接する円筒面状の外周面１５２と、外周面１５２に開口し第二シールリング１８３が介装される環状のシール溝１５３と、アジャスタ５５の端面５７に対峙する環状の先端部１５４と、バネ盤４０の外周筒部４３の外周に嵌合する円筒面状の嵌合面１５５と、バネ盤４０の外周筒部４３の外周に間隙をもって対峙する円筒面状の第一規制面１５６と、バネ盤４０の外周縁部４２の外周に間隙をもって対峙する円錐台面状の第二規制面１５７と、嵌合面１５５と第一規制面１５６との間に開口し第一シールリング１８２が介装される環状のシール溝１５８と、ボディ１７０の底面１７１に対峙する環状の受圧部１５９と、がそれぞれ中心線Ｏについて同心上に形成される。
　バネ盤４０は、フランジ部４４がアジャスタ５５の端面５７とホルダ１５１の先端部１５４との間に挟持されることにより、ボディ１７０に対して軸方向について位置決めされる。
　バネ盤４０は、外周筒部４３の外周がホルダ１５１の嵌合面１５５に嵌合することにより、ボディ１７０に対して径方向について位置決めされる。嵌合面１５５は、バネ盤４０の外周筒部４３が嵌合する嵌合部を構成する。
　バネ盤４０の外周筒部４３とシール溝１５８との間には、第一シールリング１８２が介装される。ホルダ１５１の外周面１５２とシリンダ壁１８１との間には、第二シールリング１８３が介装される。このため、二次圧室４５が密封される。
　第一規制面１５６の内径Ｄ３は、嵌合面１５５の内径（バネ盤４０の外周筒部４３の外径）Ｄ４より大きく形成される。こうして第一規制面１５６は、バネ盤４０の外周縁部４２に間隙をもって形成され、バネ盤４０の弾性変形を規制する規制部として第一規制部を構成する。
　第二規制面１５７は、バネ盤４０の外周縁部４２に間隙をもって形成され、バネ盤４０の弾性変形を規制する規制部として第二規制部を構成する。
　二次圧とパイロット圧の圧力差が高まるのに応じて、バネ盤４０の円盤部４１は扁平になるように弾性変形をする。このときに、バネ盤４０の外周縁部４２が第一規制面１５６及び第二規制面１５７に近づいて当接すると、外周縁部４２がそれ以上径方向に拡がることができず、バネ盤４０の弾性変形が規制される。
　外周縁部４２が径方向に拡がるバネ盤４０の弾性変形は、第一規制面１５６及び第二規制面１５７によって規制される。このため、第一規制面１５６の内径Ｄ３及び第二規制面１５７の傾斜角度に応じてバネ盤４０のばね特性を任意に設定できる。
　上述した構成に限らず、ホルダ１５１のバネ盤４０の外周縁部４２に対峙する部位（第一規制面１５６、第二規制面１５７）をバネ盤４０の外周筒部４３及び外周縁部４２から大きく離して形成し、バネ盤４０の円盤部４１が扁平になる弾性変形を規制しないように構成してもよい。
　ホルダ１５１の受圧部１５９は、二次圧室４５に面して環状に形成される。これにより、受圧部１５９が受ける二次圧によってホルダ１５１がアジャスタ５５側に押され、先端部１５４がバネ盤４０のフランジ部４４をアジャスタ５５に押し付けて保持する。
　位置調整機構１５０は、六角孔５６に差し込まれる工具を介してアジャスタ５５が回転することによって、雌ネジ部８５に対するアジャスタ５５の螺合位置が変えられる。アジャスタ５５が軸方向に移動するのに伴って、ホルダ１５１は二次圧によってバネ盤４０のフランジ部４４をアジャスタ５５に押し付けながら軸方向に移動する。こうして、ホルダ１５１及びバネ盤４０の位置が軸方向について調整されることにより、制御バルブ１０１によって制御される二次圧（設定圧）を変えられる。
　以上の第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に前記〔１〕～〔３〕の作用効果を奏するとともに、以下に示す作用効果を奏する。
　〔４〕位置調整機構１５０は、ボディ１７０のバネ盤４０を収容する部位に設けられ軸方向に延びるシリンダ壁１８１と、シリンダ壁１８１に摺動自在に介装されバネ盤４０を支持するホルダ１５１と、ボディ１７０の軸方向に移動自在に設けられホルダ１５１及びバネ盤４０の位置を調整するアジャスタ５５と、を備える。
　これにより、制御バルブ１０１では、雌ネジ部８５に対するアジャスタ５５の位置を変えることによってホルダ１５１を介してバネ盤４０の軸方向の位置が調整され、制御バルブ１０１によって制御される二次圧を容易に変えられる。
　〔５〕ホルダ１５１は、バネ盤４０の外周に嵌合するリング状に形成される。ホルダ１５１は、二次圧を受ける受圧部１５９と、バネ盤４０のフランジ部４４をアジャスタ５５に押し付ける先端部１５４と、を有する。
　これにより、アジャスタ５５の螺合位置が変えられるときに、ホルダ１５１は受圧部１５９に受ける二次圧によってアジャスタ５５に追従し、先端部１５４がバネ盤４０のフランジ部４４をアジャスタ５５に押し付けながら移動する。こうして、位置調整機構１５０では、ホルダ１５１を介してバネ盤４０の軸方向の位置が調整されるため、第１実施形態におけるシムの交換作業が不要になる。
　上述した構成に限らず、ホルダにバネ盤の外周を結合する構成としてもよい。
　位置調整機構１５０は、ホルダ１５１の内周とバネ盤４０の外周との間に介装される第一シールリング１８２と、ホルダ１５１の外周とシリンダ壁１８１との間に介装される第二シールリング１８３と、を備える。
　これにより、ホルダ１５１がシリンダ壁１８１を摺動しても、バネ盤４０の外周筒部４３とシリンダ壁１８１との間がホルダ１５１、第一シールリング１８２、及び第二シールリング１８３によって塞がれて、二次圧室４５の密封状態が維持される。
　〔６〕バネ盤４０は、中央部がポペット弁６１に対して突出し、対峙するように断面が湾曲した円盤部４１と、円盤部４１の外周縁部４２から軸方向について円筒状に延びる外周筒部４３と、を有し、ホルダ１５１は、バネ盤４０の外周筒部４３の外周に嵌合する嵌合面１５５と、嵌合面１５５の内径Ｄ４より大きい内径Ｄ３を有しバネ盤４０の外周筒部４３の外周に間隙をもって対峙する第一規制面１５６と、バネ盤４０の外周縁部４２の外周に間隙をもって対峙する第二規制面１５７と、を備える。
　これにより、二次圧とパイロット圧との圧力差が高まるのに応じて、バネ盤４０の円盤部４１が扁平になるように弾性変形をするときに、バネ盤４０の外周縁部４２が第一規制面１５６及び第二規制面１５７に近づいて当接すると、外周縁部４２がそれ以上に径方向に拡がることができず、バネ盤４０の弾性変形が規制される。これにより、バネ盤４０が塑性変形することが防止される。また、第一規制面１５６の内径Ｄ３及び第二規制面１５７の傾斜角度に応じてバネ盤４０のばね特性を任意に設定できる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　本願は２０１２年１２月４日に日本国特許庁に出願された特願２０１２－２６５１８０に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (6)

  1. 　バルブボディに設けられる一次ポートから二次ポートへ向かう流体の流れを制御する制御バルブであって、
    　前記一次ポートから前記二次ポートへ向かう流体が通過するシート孔に対して軸方向に移動して前記シート孔の流路断面積を変えるポペット弁と、
    　前記ポペット弁を閉弁方向に付勢するリターンスプリングと、
    　前記リターンスプリングに抗して前記ポペット弁を開弁方向に付勢するバネ盤と、を備え、
    　前記バネ盤は、
    　前記ポペット弁と連動する部位であって前記二次ポートに導かれる二次圧を受ける二次圧受面と、
    　前記二次圧受面の反対側に形成され基準となるパイロット圧を受けるパイロット圧受面と、を有し、
    　前記バネ盤が二次圧とパイロット圧の圧力差に応じて弾性変形して前記ポペット弁を軸方向に移動させる制御バルブ。
  2. 　請求項１に記載の制御バルブであって、
    　前記バネ盤は、
    　中央部が前記ポペット弁に向かって突出し対峙するように断面が湾曲した円盤部と、
    　前記円盤部の外周縁部から軸方向について円筒状に延びる外周筒部と、
    　前記外周筒部の基端から径方向に拡がるフランジ部と、を有する制御バルブ。
  3. 　請求項１に記載の制御バルブであって、
    　前記シート孔に対する前記バネ盤の軸方向の位置を調整する位置調整機構をさらに備える制御バルブ。
  4. 　請求項３に記載の制御バルブであって、
    　前記位置調整機構は、
    　前記バルブボディの前記バネ盤を収容する部位に設けられ軸方向に延びるシリンダ壁と、
    　前記シリンダ壁に摺動自在に介装され前記バネ盤を支持するホルダと、
    　前記バルブボディの軸方向に移動自在に設けられ前記ホルダ及び前記バネ盤の位置を調整するアジャスタと、を備える制御バルブ。
  5. 　請求項４に記載の制御バルブであって、
    　前記バネ盤は、
    　中央部が前記ポペット弁に向かって突出し対峙するように断面が湾曲した円盤部と、
    　前記円盤部の外周縁部から軸方向について円筒状に延びる外周筒部と、
    　前記外周筒部の基端から径方向に拡がるフランジ部と、を有し、
    　前記ホルダは、
    　前記二次ポートに導かれる二次圧を受ける受圧部と、
    　前記受圧部が受ける二次圧によって前記バネ盤の前記フランジ部を前記アジャスタに押し付ける先端部と、を有し、
    　前記バネ盤の前記外周筒部に嵌合するリング状に形成される制御バルブ。
  6. 　請求項４に記載の制御バルブであって、
    　前記バネ盤は、
    　中央部が前記ポペット弁に向かって突出し対峙するように断面が湾曲した円盤部と、
    　前記円盤部の外周縁部から軸方向について円筒状に延びる外周筒部と、を有し、
    　前記ホルダは、
    　前記バネ盤の前記外周筒部の外周に嵌合する嵌合部と、
    　前記嵌合部の内径より大きい内径を有し前記バネ盤の前記外周筒部の外周に間隙をもって対峙する第一規制部と、
    　前記バネ盤の前記外周縁部の外周に間隙をもって対峙する第二規制部と、を備える制御バルブ。
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