制御弁
【課題】 弁体が高精度で高応答性を有し、且つ使用する作動流体により耐久性が低下するということがない制御弁を提供する。
【解決手段】 制御弁２２は、腐食性作動流体が流れる弁通路４７に介在しており、弁体４３を備える。弁体４３は、弁用ガイド部材４２に挿入され、その一端側が弁通路４７に配置され、他端側が弁側背圧力室５９に配置され、その内部には、弁通路４７と弁側背圧力室５９とを連通する連通路６１がある。弁体４３は、第１の受圧面Ｐ１で弁通路４７の二次側の二次圧ｐ２を受け、第２の受圧面Ｐ２で連通路６１により弁側背圧力室５９に導かれた二次圧ｐ２を受けるようになっている。弁用ガイド部材４２と弁体４３との間には、弁用軸受け部材４４が設けられ、弁用軸受け部材４４の両側にＯリング５７とダイアフラム５８とが設けられている。
【解決手段】 制御弁２２は、腐食性作動流体が流れる弁通路４７に介在しており、弁体４３を備える。弁体４３は、弁用ガイド部材４２に挿入され、その一端側が弁通路４７に配置され、他端側が弁側背圧力室５９に配置され、その内部には、弁通路４７と弁側背圧力室５９とを連通する連通路６１がある。弁体４３は、第１の受圧面Ｐ１で弁通路４７の二次側の二次圧ｐ２を受け、第２の受圧面Ｐ２で連通路６１により弁側背圧力室５９に導かれた二次圧ｐ２を受けるようになっている。弁用ガイド部材４２と弁体４３との間には、弁用軸受け部材４４が設けられ、弁用軸受け部材４４の両側にＯリング５７とダイアフラム５８とが設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食性作動流体が流れる弁通路を有し、ガイドに挿入される弁体を動かすことで前記弁通路を開閉する制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
流路を開閉し、そこに流れる作動流体の流量を調整する制御弁が実用に供されている。このような制御弁として、例えば特許文献１に記載されるような流量制御弁１がある。図１１に示す、従来技術の流量制御弁１は、弁体２と、モータ３とを備えている。流量制御弁１は、モータ３に電流を流すことで、モータ３が弁体２を動かして流路４を開閉するようになっており、モータ３に流す電流を調整することで流路４の開度が調整され、流路４の二次側を流れる作動流体の流量が調整されるようになっている。
【０００３】
弁体２には、ガイド部材５が外装されており、外装された状態でハウジング６内に収容されている。ハウジング６内には、シール部材７が設けられている。シール部材７は、ガイド部材５を流路４から隔離するように設けられている。
【０００４】
このようにして構成される流量制御弁１で扱われる作動流体の種類は様々であり、水素ガス等の腐食性流体が用いられることもある。このような腐食性流体が用いられる場合、ガイド部材５の耐食性能が問題となる。しかし、流量制御弁１では、ガイド部材５がシール部材７により流路４から隔離されているため、ガイド部材５が腐食性流体に曝されることがない。それ故、耐食性能を有しない材料もガイド部材５に用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８０８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術の流量制御弁１の流路４には、弁の一次側流体圧力が作用しており、この流体圧力が流路４を開く方向に弁体２を押している。この押圧力に抗するべく、弁体２には、圧縮コイルばね８が設けられている。弁体２は、圧縮コイルばね８により流路４を閉じる方向に付勢されている。ところが、流路４を流れる作動流体の圧力が高いと、圧縮コイルばね８の付勢力を大きくしなければ流路４を閉じることができず、付勢力を大きくするためには、圧縮コイルばね８を大きくしなければならない。そうすると、モータ３の推力を大きくなければならない。
【０００７】
また、弁体２は、流路４を閉じる方向に流路４の二次側の流体圧、即ち二次圧を受けており、この二次圧が高いと、流路４を閉じる方向の力が大きくなり、モータ３の推力を大きくしなければならない。その結果、流量制御弁１が大型化してしまう。
【０００８】
そこで本発明は、腐食性作動流体に対する耐久性を有しつつ、弁の一次側圧力が高圧であっても、小型で且つ弁通路の開度を精度よく調整できる制御弁を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の制御弁は、腐食性作動流体が流れる弁通路を有し、ガイドに挿入される弁体を動かすことで前記弁通路を開閉する制御弁であって、前記弁体は、第１の受圧面で前記弁通路の二次圧を受圧し、第２の受圧面で該弁体に形成された弁側連通路により前記弁通路から弁側背圧力室に導かれた二次圧を受圧し、前記第１及び第２の受圧面で受圧する二次圧が互いに抗するようになっており、前記ガイドと前記弁体との間には、軸受け部材が介在し、前記軸受け部材の両側には、該軸受け部材と前記弁通路の一次側とを隔離する一次側シール部材と、該軸受け部材と前記背圧力室とを隔離する二次側シール部材とが夫々設けられているものである。
【００１０】
本発明に従えば、第１及び第２の受圧面で受圧した二次圧が互いに抗するようになっている。それ故、各受圧面で受圧する二次圧が打ち消し合い、弁体に作用する作用力が小さくなる。これにより、小さな力で弁体を動かすことができるようになり、弁体の位置精度及び応答性が向上し、その結果、弁通路の開度を精度よく調整することができる。また、弁体に作用する作用力が小さくなることで、弁体を動かすための機構、例えばソレノイドや圧縮コイルばねを小形化することができ、制御弁の小型化を図ることができる。
【００１１】
また、本発明では、軸受け部材が介在することで、弁体の動きが円滑になり、弁通路の開度をより精度よく調整することができるようになっている。この軸受け部材の両側には、一次側及び二次側シール部材が設けられており、これら一次側及び二次側シール部材より、軸受け部材を弁通路及び背圧力室から隔離し、それらに流れる腐食性作動流体に軸受け部材が曝露されることを防いでいる。これにより、腐食性作動流体に対する耐食性の低い材料を軸受け部材に使用しても制御弁の耐久性を低下させることがない。
【００１２】
上記発明において、前記第１及び第２の受圧面は、それらの有効面積が等しくなるように構成されていることが好ましい。
【００１３】
上記構成に従えば、第１及び第２受圧面で受圧する二次圧が完全に打ち消されて略ゼロになり、二次圧の圧力変動の影響を受けることがなくなる。これにより、弁通路の開度が精度よく調整される。
【００１４】
上記発明において、前記弁体は、付勢部材により押されることで前記弁通路を閉じるようになっており、前記第１の受圧面は、そこで受圧する二次圧が前記付勢部材の付勢力に抗し、且つその有効面積が前記第２の受圧面の有効面積より小さくなるように構成されていることが好ましい。
【００１５】
上記構成に従えば、第１の受圧面より第２の受圧面のほうが大きいため、弁体が弁通路を閉じる方向に押される。それ故、弁通路を閉じるために必要な付勢力を小さくすることができ、制御弁の小型化を図ることができる。
【００１６】
上記発明において、前記二次側シール部材は、前記弁体の他端と共に第２の受圧面を構成することが好ましい。上記構成に従えば、二次側シール部材で受圧する二次圧も第２の受圧面で受圧する二次圧により打ち消すことができ、二次側シール部材で受圧する二次圧の影響を抑えることができる。
【００１７】
上記発明において、前記二次側シール部材は、ダイアフラムであり、前記一次側シール部材は、Ｏリングであることが好ましい。
【００１８】
上記構成に従えば、一次側シール部材がＯリングであるため、弁通路の一次側の内圧、即ち一次圧が高圧であっても、一次側シール部材が一次圧に耐え得ることができる。逆に、背圧力室の二次圧は低圧であるため、二次側シール部材をダイアフラムにしても、二次側シール部材が二次圧に耐え得ることができる。二次側シール部材をダイアフラムにすることで、弁体に生じる摩擦力を低減することができ、弁体にシール部材を設けても弁体を円滑に移動させることができる。これにより、弁体の位置精度及び応答性が著しく低下するということを防ぐことができ、弁通路の開度を精度よく調整することができる。
【００１９】
上記発明において、前記一次側シール部材は、一次圧を受圧する第３の受圧面を構成し、前記弁体は、前記第３の受圧面で受圧する一次圧に抗するように一次圧を受圧する第４の受圧面を有し、前記第３及び４の受圧面の面積は、等しくなっていることが好ましい。
【００２０】
上記構成に従えば、一次側シール部材で受圧する一次圧を第４の受圧面で受圧する一次圧により完全に打ち消して略ゼロにすることができ、弁体を動かす際に、一次側シール部材で受圧する一次圧の圧力変動の影響を受けないようにすることができる。これにより、弁通路の開度を精度よく調整することができる。
【００２１】
上記発明において、前記一次側及び二次側シール部材は、ダイアフラムであることが好ましい。上記構成に従えば、弁体がダイアフラムに対して摺動することがなく、弁体に生じる摩擦力を低減することができる。これにより、弁体にシール部材を設けても、弁体を円滑に移動させることができ、弁体の位置精度及び応答性が著しく低下するということがない。即ち、弁通路の開度を精度よく調整することができる。
【００２２】
上記発明において、前記一次側及び二次側シール部材は、Ｏリングであることが好ましい。上記構成に従えば、一次圧及び二次圧が高圧であっても耐えることができる。
【００２３】
上記発明において、前記軸受け部材は、転がり軸受け部材であることが好ましい。上記構成に従えば、弁体を円滑に移動することができ、弁体の位置精度及び応答性が向上する。即ち、弁通路の開度を精度よく調整することができる。
【００２４】
上記発明において、前記軸受け部材は、グリス潤滑されていることが好ましい。上記構成に従えば、グリス潤滑により軸受け部材の耐久性を向上させることができる。また、グリス潤滑により弁体の動きが円滑になり、弁体の位置精度及び応答性が向上し、弁通路の開度を精度よく調整することができる。このようにして、耐久性、位置精度及び応答性を向上させるグリスであるが、このグリスが腐食性作動流体に曝露されると、この腐食性作動流体に混入することが考えられる。しかし、軸受け部材の両側が一次側及び二次側シール部材により塞がれているので、グリスが腐食性作動流体に曝露されることがなく、腐食性作動流体に混入することを防ぐことができる
上記発明において、前記軸受け部材は、すべり軸受け部材であることが好ましい。上記構成に従えば、弁体を円滑に移動することができ、弁体の位置精度及び応答性が向上する。即ち、弁通路の開度を精度よく調整することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、腐食性作動流体に対する耐久性を有し、弁通路の開度を精度よく調整でき、且つ小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態である制御弁を備える流体制御アセンブリを示す断面図である。
【図２】第１の実施形態の制御弁を拡大して示す断面図である。
【図３】第２実施形態の制御弁を示す断面図である。
【図４】第３実施形態の制御弁を示す断面図である。
【図５】第４実施形態の制御弁を示す断面図である。
【図６】第５実施形態の制御弁を示す断面図である。
【図７】第６実施形態の制御弁を示す断面図である。
【図８】第７実施形態の制御弁を示す断面図である。
【図９】第８実施形態の制御弁を示す断面図である。
【図１０】第９実施形態の制御弁を示す断面図である。
【図１１】従来技術の制御弁を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（流体制御アセンブリ）
図１は、本発明の実施形態である流体制御アセンブリ２０を示す断面図である。流体制御アセンブリ２０は、水素ガス等の腐食性を有する高圧可燃ガス（以下、単に「作動流体」ともいう）の流量（又は圧力）を制御するようになっている。流体制御アセンブリ２０は、ソレノイド２１と制御弁２２とを備えている。
【００２８】
以下では、説明の便宜上、流体制御アセンブリ２０の軸線に平行な方向を軸線方向といい、図１において右側を軸線方向一方側、その反対側を軸線方向他方側という。なお、これらの方向の概念は、流体制御アセンブリ２０に備わる各構成の位置及び向きを限定するものでない。
【００２９】
［ソレノイド］
ソレノイド２１は、制御弁２２を駆動すべく構成され、図１に示すようにソレノイドコイル２３、可動部材２４、軸受け部材２５及びケーシング２６を備える。ケーシング２６は、制御弁２２のハウジング４１に装着されている。ケーシング２６内は、ハウジング４１に形成される弁通路４７に連通し、ケーシング２６内にはソレノイドコイル２３、可動部材２４及び軸受け部材２５が収容されている。
【００３０】
ソレノイドコイル２３は、ボビン２７とコイル２８とを備えている。ボビン２７は、ケーシング２６内に嵌合されており、その外周部の軸線方向一端部及び他端部に外方に突出する外向きフランジ２７ａ，２７ｂを有する。これら２つの外向きフランジ２７ａ，２７ｂの間には、コイル線が巻きつけることで構成されるコイル２８が設けられている。このように構成されるソレノイドコイル２３は、その軸線方向一端部がケーシング２６の底部２６ａに当接しており、その他端部には、ヨーク２９が設けられている。
【００３１】
ヨーク２９は、磁性材料、例えば電磁ステンレス鋼から成り、ケーシング２６内に嵌合されている。ヨーク２９は、ケーシング２６を制御弁２２のハウジング４１に装着することで、ケーシング２６内に押し込まれ、底部２６ａと共にソレノイドコイル２３を挟持するようになっている。ヨーク２９及びソレノイドコイル２３には、可動部材２４が挿通されている。
【００３２】
可動部材２４は、磁性材料、例えば電磁ステンレス鋼から成り、挿通部２４ａとロッド２４ｂとを有する。挿通部２４ａは、ソレノイドコイル２３に挿入されている。挿通部２４ａの軸線方向一端部（図１において右端部）は、ソレノイドコイル２３から突出しており、ケーシング２６の底部２６ａに形成される挿入孔２６ｂに挿入されている。挿入孔２６ｂは、ケーシング２６の底部２６ａを貫通しており、外側の開口が蓋体２６ｃによって塞がれている。挿通部２４ａの軸線方向一端部と蓋体２６ｃとの間には、圧縮コイルばね３１が設けられおり、この圧縮コイルばね３１により挿通部２４ａがヨーク２９の方へと付勢されている。挿通部２４ａの軸線方向他端部（図１において左端部）にロッド２４ｂが一体的に設けられている。ロッド２４ｂの外径は、挿通部２４ａの外径よりも小径になっている。
【００３３】
挿通部２４ａの他端部は、ヨーク２９の内孔よりも大径であるためヨーク２９に対向しており、そこに設けられるロッド２４ｂは、ヨーク２９を挿通して制御弁２２の弁通路４７まで延びている。ロッド２４ｂの先端は、後述する制御弁２２の弁体４３に当接しており、挿通部２４ａをヨーク２９から離すような力を弁体４３から受けている。つまり、可動部材２４は、圧縮コイルばね３１から互いに抗する力を弁体４３から受けている。これにより、挿通部２４ａが蓋体２６ｃから第１の所定距離ｄ１離され、またヨーク２９から第２の所定距離ｄ２離される。第１の所定距離ｄ１は、第２の所定距離ｄ２のおおよそ３倍以上の距離になっている。それ故、コイル２８に電流を流すと、ヨーク２９が磁化して、挿通部２４ａがヨーク２９へと吸い寄せられる。
【００３４】
また、挿通部２４ａには、ガイド部材３０が設けられている。ガイド部材３０は、ＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレス鋼等の非磁性材料から成り、挿通部２４ａの外周部の中間部分に嵌まり込んでいる。ガイド部材３０の外周面は、挿通部２４ａの外周面と面一状になっており、ガイド部材３０の外径は、ソレノイドコイル２３の内径より小さくなっている。それ故、ガイド部材３０とソレノイドコイル２３との間には、円環状の間隙３２が形成される。この間隙３２には、軸受け部材２５が配置されている。
【００３５】
軸受け部材２５は、転がり軸受けであり、本実施形態では、ボールガイドである。但し、ボールガイドに限定するものではなく、ボールベアリングであってもよい。軸受け部材２５は、グリス等の潤滑剤が塗布された状態でガイド部材３０に外装され、ガイド部材３０とソレノイドコイル２３との間に介在する。軸受け部材２５は、可動部材２４を軸線方向に摺動可能に支持してソレノイドコイル２３とガイド部材３０との間で生じる摩擦力を低減し、可動部材２４の動きを円滑にしている。このように可動部材２４の動きを円滑にする軸受け部材２５の両側には、第１及び第２のダイアフラム３３，３４が夫々設けられている。
【００３６】
第１及び第２のダイアフラム３３，３４は、円環状のシール部材であり、軸受け部材２５の軸線方向両側に配置され、挿通部２４ａとソレノイドコイル２３とに架け渡されるように固定されている。これにより、軸受け部材２５の軸線方向両側を塞いでいる。即ち、第１のダイアフラム３３により、背圧力室３７と間隙３２との間が封止され、第２のダイアフラム３４により間隙３２と圧力室３８との間が封止される。なお、背圧力室３７は、ケーシング２６と可動部材２４の軸線方向一方側の端部とによって規定される空間であり、間隙３２よりも軸線方向一方側にある空間である。また、圧力室３８は、ヨーク２９と可動部材２４の軸線方向他方側の端部とによって規定される空間であり、間隙３２よりも軸線方向他方側にある空間である。
【００３７】
このように規定された背圧力室３７と圧力室３８とを繋ぐべく、可動部材２４内部には、連通路３５が形成されている。連通路３５は、挿通部２４ａの軸線方向一端部（図１において、右端部）に第１の開口３５ａを有し、ロッド２４ｂの外周部に第２及び第３の開口３５ｂ，３５ｃを夫々有している。連通路３５は、第１の開口３５ａを第２及び第３の開口３５ｂ，３５ｃを繋ぎ、背圧力室３７と圧力室３８とを連通している。圧力室３８は、制御弁２２の弁通路４７に繋がっているので、背圧力室３７は、連通路３５により制御弁２２の弁通路４７に連通することになる。
【００３８】
［第１実施形態の制御弁］
図２は、第１の実施形態の制御弁２２を拡大して示す断面図である。以下では、図１も参照しつつ、制御弁２２を説明する。制御弁２２は、ハウジング４１、弁用ガイド部材４２、弁体４３及び弁用軸受け部材４４を備えている。ハウジング４１には、水素ガス等の燃料ガス供給側である一次ポート４５と弁の出力側である二次ポート４６が形成されている。また、ハウジング４１には、一次ポート４５と二次ポート４６とを繋ぐ弁通路４７が形成されており、この弁通路４７を通って一次ポート４５に供給された作動流体が二次ポート４６に流れるようになっている。弁通路４７は、二次ポート４６に繋がる挿通孔４８と、一次ポート４５に繋がる弁体室４９とを有する。
【００３９】
挿通孔４８は、軸線方向一方側に開口を有しており、その開口からソレノイド２１の可動部材２４のロッド２４ｂが挿入されるようになっている。挿通孔４８の軸線方向他方側は、弁口５１を介して弁体室４９に繋がっており、弁口５１の周りには、弁座５２が形成されている。弁体室４９は、弁口５１より大径に形成されており、そこには、弁用ガイド部材４２が収容されている。弁体４９の軸線方向他方側の開口は、弁用ガイド部材４２を収容した状態で弁側蓋体５３により塞がれている。
【００４０】
弁用ガイド部材４２は、その軸線方向他方側の端部（図２において左端部）が弁側蓋体５３に当接するように配置されており、その軸線方向一方側の端部（図２において右端部）には、円環状のばね受け部材５４が配置されている。このばね受け部材５４は、後述する弁用圧縮コイルばね５５によって弁用ガイド部材４２の方に付勢されており、弁用ガイド部材４２は、ばね受け部材５４と弁側蓋体５３とによって挟持されている。弁用ガイド部材４２内には、弁体４３が挿通されている。
【００４１】
弁体４３は、摺動部４３ａ、ばね受け部４３ｂ、弁部４３ｃ及び当接部４３ｄを有する。摺動部４３ａの軸線方向一端部（図２において右端部）には、ばね受け部４３ｂが一体的に設けられている。ばね受け部４３ｂの外径は、挿通孔４８の内径より大径に形成されている。ばね受け部４３ｂには、弁部４３ｃが一体的に設けられている。弁部４３ｃは、ばね受け部４３ｂから離れるに従って内方に縮径するテーパ状になっており、その先端には、軸線方向一方に突出する当接部４３ｄが形成されている。
【００４２】
このように形成される弁体４３は、弁用ガイド部材４２を挿通しており、その摺動部４３ａが弁用ガイド部材４２内にあり、ばね受け部４３ｂより先が弁用ガイド部材４２から出ている。ばね受け部４３ｂは、ばね受け部材５４に対向しており、弁部４３ｃは、弁座５２に着座している。ばね受け部４３ｂとばね受け部材５４との間には、弁用圧縮コイルばね５５が設けられており、この弁用圧縮コイルばね５５により弁部４３ｃが弁座５２に向かって付勢されている。また、当接部４３ｄは、挿通孔４８まで延びており、ソレノイド２１のロッド２４ｂの先端部に当接している。
【００４３】
弁体４３の摺動部４３ａの外径は、弁用ガイド部材４２の内径より小径となっており、摺動部４３ａと弁用ガイド部材４２との間には、円環状の弁側間隙５６が形成される。この弁側間隙５６には、弁用軸受け部材４４が配置されている。弁用軸受け部材４４は、弁体４３を軸線方向に摺動可能に支持する転がり軸受けであり、本実施形態では円筒状に形成されたボールガイドである。但し、ボールガイドに限定するものではなく、ボールベアリングであってもよい。弁用軸受け部材４４は、グリス等の潤滑剤が塗布された状態で摺動部４３ａに外装され、摺動部４３ａと弁用ガイド部材４２との間に介在する。弁用ガイド部材４２の内壁の軸線方向一方側には、凸部４２ａが形成されており、弁用軸受け部材４４は、弁用ガイド部材４２に対して動かないように凸部４２ａによって規制されている。このように設けられた軸受け部材４４は、弁用ガイド部材４２と摺動部４３ａとの間で生じる摩擦力を低減し、弁体４３の動きを円滑にしている。
【００４４】
弁用軸受け部材４４の軸線方向両側には、一次側及び二次側シール部材であるＯリング５７及びダイアフラム５８が夫々設けられ、Ｏリング５７及びダイアフラム５８によって弁側間隙５６の軸線方向両側が塞がれている。これにより、弁体４３の軸線方向一方側に弁側圧力室６０が形成され、弁体４３の軸線方向他方側に弁側背圧力室５９が形成される。即ち、Ｏリング５７により弁側圧力室６０と弁側間隙５６との間が封止され、ダイアフラム５８により弁側背圧力室５９と弁側間隙５６との間が封止される。なお、弁側圧力室６０は、一次ポート４５から一次圧ｐ１が供給される弁通路４７の一次側の空間であり、弁体室４９において弁側間隙５６よりも軸線方向一方側の空間である。また、弁側背圧力室５９は、弁側蓋体５３及び弁体４３により規定される空間であり、弁体室４９において弁側間隙５６よりも軸線方向他方側の空間である。Ｏリング５７及びダイアフラム５８を設けることで、Ｏリング５７によって弁用軸受け部材４４が弁通路４７の一次側である弁側圧力室６０から隔離され、またダイアフラム５８によって弁用軸受け部材４４が弁側背圧力室５９から隔離される。
【００４５】
一次側シール部材であるＯリング５７は、円環状のシール部材であり、弁用ガイド部材４２の凸部４２ａの内周面には、Ｏリング用溝４２ｃが形成されている。Ｏリング用溝４２ｃは、凸部４２ａの周方向全周にわたって延在しており、そこには、Ｏリング５７が嵌合している。Ｏリング５７は、弁体４３に摺動可能に当接しており、弁体４３が静止状態及び移動状態のどちらの状態であっても弁体４３と弁用ガイド部材４２との間をシールし、弁用軸受け部材４４の軸線方向一方側をＯリング５７によって塞いでいる。なお、Ｏリング用溝４２ｃは、弁体４３の外周部に形成しても、同様の効果を得ることができる。
【００４６】
二次側シール部材であるダイアフラム５８は、円環状のシール部材であり、内縁部分５８ａが弁体４３の摺動部４３ａに固定されている。固定方法としては、例えば摺動部４３ａを分割体にし、内縁部分５８ａを分割体の間に入れて分割体を締結し、これら分割体により内縁部分５８ａを挟持して固定する方法がある。また、ダイアフラム５８の外縁部分５８ｂは、弁用ガイド部材４２と弁側蓋体５３との間に挟まれて固定されている。
【００４７】
このように固定されるダイアフラム５８は、半径方向中間部分が弁用軸受け部材４４に向って突出するように湾曲している。この湾曲する部分が余剰部分となっているため、弁体４３は、弁用ガイド部材４２に対して相対変位することができる。また、弁用ガイド部材４２には、弁側間隙５６を大気に連通するための大気連通孔４２ｂが形成されている。
【００４８】
このように構成される弁体４３には、弁側連通路６１が形成されている。弁側連通路６１は、摺動部４３ａの軸線方向他方側の端部に第１の開口６１ａを有し、当接部４３ｄの外周部に第２及び第３の開口６１ｂ，６１ｃを夫々有している。弁側連通路６１は、これらの第１の開口６１ａを第２及び第３の開口６１ｂ，６１ｃに繋ぎ、弁側背圧力室５９と弁通路４７の二次側である挿通孔４８とを連通している。
【００４９】
［流体制御アセンブリの動作］
流体制御アセンブリ２０は、ノーマルクローズ型の電磁比例制御弁装置であり、ソレノイドコイル２３に電流が流れていない状態では、弁体４３が弁座５２に着座し、弁通路４７が閉じられている。ソレノイドコイル２３に電流が流されると、ソレノイドコイル２３が励磁する。これにより、ヨーク２９が磁化されて可動部材２４がヨーク２９に吸い寄せられる。可動部材２４が吸い寄せられることで弁体４３が軸線方向他方側に押される。ソレノイドコイル２３に流される電流が所定の電流値以上となる、即ち可動部材２４に作用する吸着力が所定値以上になると、弁体４３が軸線方向他方側に移動し、弁体４３が弁座５２から離れる。これにより、塞がれていた弁通路４７が開き、一次ポート４５から流れる一次圧ｐ１の作動流体が弁口５１で二次圧ｐ２となり、二次ポート４６へと流れる。なお、弁通路４７の開度は、ソレノイドコイル２３に流す電流に応じて制御される。
【００５０】
ソレノイドコイル２３に流す電流がなくなると、可動部材２４に作用していた吸着力がなくなる。圧縮コイルばね３１より弁用圧縮コイルばね５５の付勢力の方が大きいため、弁体４３及び可動部材２４が弁用圧縮コイルばね５５により軸線方向一方側に押され、弁体４３が弁座５２に向かって移動する。やがて、弁体４３が弁座５２に着座して弁通路４７が閉じられると、可動部材２４の移動が止まる。
【００５１】
［弁体に対する作用力］
制御弁２２では、弁体４３が弁側圧力室６０の作動流体から軸線方向一方および他方に夫々向かう一次圧ｐ１を受けている。また、制御弁２２では、弁側連通路６１により挿通孔４８の作動流体が弁側背圧力室５９に導かれ、弁側背圧力室５９に二次圧ｐ２が導かれる。そのため、弁体４３は、挿通孔４８の作動流体から軸線方向他方の二次圧ｐ２を受圧すると共に、弁側背圧力室５９の作動流体から軸線方向一方の二次圧ｐ２を受圧する。なお、これら一次圧ｐ１及び二次圧ｐ２は、互いに打ち消し合うように弁体４３に作用する。
【００５２】
本実施形態では、ばね受け部４３ｂにおいて一次圧ｐ１を軸線方向他方に受圧し、弁部４３ｃにおいて一次圧ｐ１を軸線方向一方に受圧している。ばね受け部４３ｂ及び弁部４３ｃにおいて、一次圧ｐ１を夫々受圧する受圧面の有効面積は、弁体４３の摺動部４３ａの外径が弁口５１の口径と一致しているため等しくなっている。そのため、互いに打ち消し合い、弁体４３が一次圧ｐ１から受ける作用力は、略ゼロになる。
【００５３】
また、弁体４３では、弁部４３ｃ及び当接部４３ｄの弁口５１に臨む部分によって第１の受圧面Ｐ１が構成され、弁体４３の軸線方向他方側の端面とダイアフラム５８とにより第２の受圧面Ｐ２が構成される。それ故、軸線方向一端側にある第１の受圧面Ｐ１で二次圧ｐ２を軸線方向他方に受圧し、軸線方向他端側にある第２の受圧面Ｐ２で二次圧ｐ２を軸線方向一方に受圧している。第１の受圧面Ｐ１の有効面積Ａ１は、弁口５１の口径により規定され、第２の受圧面Ｐ２の有効面積Ａ２は、ダイアフラム５８の受圧面の有効径により規定される。弁口５１の口径及びダイアフラム５８の受圧面の有効径は、共にｒ１になっている。即ち、第１及び第２の受圧面Ｐ１，Ｐ２の有効面積Ａ１，Ａ２は、共にＡ１＝Ａ２＝π／４×ｒ１２になっている。それ故、第１及び第２の受圧面Ｐ１，Ｐ２で受圧する二次圧ｐ２は互いに打ち消し合い、弁体４３が二次圧ｐ２から受ける作用力は略ゼロになる。なお、弁体４３の摺動部４３ａの軸線方向他方側の端部の外径は、有効径ｒ１のダイアフラム５８を設けるべく、弁口５１の口径ｒ１より小径になっている。
【００５４】
このように、一次圧ｐ１及び二次圧ｐ２から弁体４３が受ける作用力が略ゼロになるので、小さな駆動力で弁体４３を動かすことができるようになり、弁用圧縮コイルばね５５の付勢力を小さくすることができ、制御弁２２を小形化することができる。また、一次圧ｐ１及び二次圧ｐ２の圧力変動等の影響を受けることなく、弁体４３を精度よく動かすことができ、弁通路４７の開度をソレノイド２３に流す電流に応じた開度に精度よく調整することができる。これにより、二次ポート４６に流れる流量を精度よく調整することができる。
【００５５】
［制御弁の作用効果］
このように構成された制御弁２２では、弁用軸受け部材４４により弁体４３が支持されているので、弁体４３の動きが円滑になり、弁体４３の位置精度及び応答性が向上する。それ故、弁通路４７の開度をより精度よく調整することができるようになる。このような作用効果を奏する弁用軸受け部材４４の両側には、Ｏリング５７及びダイアフラム５８が設けられており、Ｏリング５７及びダイアフラム５８により弁側背圧力室５９及び弁側圧力室６０を流れる作動流体から弁用軸受け部材４４が隔離されている。それ故、軸受け部材４４が作動流体に曝露されることを防ぐことができる。そうすると、作動流体によって侵食（特に水素では水素脆化）を生じやすいが、摺動抵抗が小さい高硬度材料を弁用軸受け部材４４に採用しても、制御弁２２の耐久性を低下させることがない。それ故、耐久性を維持しつつ、弁通路４７の開度を精度よく調整することができる。
【００５６】
また、弁用軸受け部材４４を弁側背圧力室５９及び弁側圧力室６０から隔離することで、弁用軸受け部材４４に付着したグリスが作動流体に混入することがない。それ故、軸受け部材４４のグリス潤滑が可能となり、このグリス潤滑により弁用軸受け部材４４の耐久性を向上させることができる。また、グリス潤滑により弁体の動きがより円滑になり、弁体４３の位置精度及び応答性が向上し、弁通路４７の開度をより精度よく調整することができる。
【００５７】
弁用軸受け部材４４を弁側背圧力室５９及び弁側圧力室６０から隔離する際、Ｏリング５７を弁側圧力室６０側に配置することで、一次ポート４５に供給される一次圧ｐ１が高圧であっても耐え得ることができる。また、弁側背圧力室５９に導かれる流体圧は二次圧ｐ２であり、一次圧ｐ１に比べて低圧であるので、ダイアフラム５８であっても耐え得ることができる。ダイアフラム５８は、余剰部分を有しているので、ダイアフラム５８が変形しやすく、ダイアフラム５８が弁体４３の摺動変位の妨げとならない。ダイアフラム５８を用いることで弁体４３との間の摩擦抵抗を抑え、弁体４３を円滑に移動させることができる。それ故、ダイアフラム５８を設けても弁体４３の位置精度及び応答性が著しく低下するということがない。
【００５８】
［第２実施形態の制御弁］
図３は、第２実施形態の制御弁２２Ａを示す断面図である。第２実施形態の制御弁２２Ａは、第１実施形態の制御弁２２と構成が類似している。以下では、第２実施形態の制御弁２２Ａの構成について、類似する第１実施形態の制御弁２２と異なる点についてだけ説明し、同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。第３乃至第９実施形態の制御弁２２Ｂ〜２２Ｈについても同様である。
【００５９】
制御弁２２Ａは、弁用軸受け部材４４の軸線方向一方側（図３において右側）に一次側シール部材であるダイアフラム５７Ａが設けられ、２つのダイアフラム５７Ａ、５８によって弁側間隙５６の軸線方向両側が塞がれている。以下では、軸線方向一方側に設けられるダイアフラム５７Ａを一次側ダイアフラム５７Ａといい、軸線方向他方側に設けられるダイアフラム５８を二次側ダイアフラム５８という。
【００６０】
一次側ダイアフラム５７Ａは、二次側ダイアフラム５８と同じ形状になっており、内縁部分５７ａが弁体４３Ａの摺動部４３ａに固定されている。一次側ダイアフラム５７Ａと二次側ダイアフラム５８の固定方法としては、例えば摺動部４３ａを３つの分割体にし、第１及び第２の分割体の間に内縁部分５７ａをいれ、第２及び第３の分割体の間に内縁部分５８ａを入れる。そして、３つの分割体を締結して分割体により内縁部分５７ａ，５８ａを挟持して固定する方法がある。一次側ダイアフラム５７Ａの外縁部５７ｂは、弁用ガイド部材４２とばね受け部材５４との間に挟まれて固定されている。
【００６１】
一次側ダイアフラム５７Ａは、第３の受圧面Ｐ３を有しており、この第３の受圧面Ｐ３において、弁側圧力室６０の作動流体から一次圧ｐ１を軸線方向他方に受圧している。一次側ダイアフラム５７Ａの受圧面の有効径がｒ１であり、摺動部４３ａの外径がｒ２である。それ故、第３の受圧面Ｐ３の有効面積Ａ３は、π／４×（ｒ１２―ｒ２２）になる。摺動部４３ａの外径がｒ２になっているため、弁体４３Ａが受圧する一次圧ｐ１を全て打ち消すことができない。それ故、ばね受け部４３ｂにある第４の受圧面Ｐ４において、前記一次圧ｐ１を軸線方向一方に受圧する。この第４の受圧面Ｐ４の有効面積Ａ４は、π／４×（ｒ１２―ｒ２２）であり、第３の受圧面Ｐ３の有効面積Ａ３と一致している。それ故、一次側シール部材として一次側ダイアフラム５７Ａを用いても、第３の受圧面Ｐ３で受圧する一次圧ｐ１を第４の受圧面Ｐ４で受圧する一次圧ｐ１により完全に打ち消すことができ、一次側ダイアフラム５７Ａで受圧する一次圧ｐ１の圧力変動の影響を受けないようにすることができる。これにより、弁通路４７の開度を精度よく調整することができる。従って、制御弁２２Ａは、第１の実施形態の制御弁２２と同様に、二次ポート４６に流れる流量をソレノイド２３に流す電流に応じた流量に精度よく調整することができる。
【００６２】
［第３実施形態の制御弁］
図４は、第３実施形態の制御弁２２Ｂを示す断面図である。制御弁２２Ｂは、弁用軸受け部材４４の軸線方向他方側（図４において左側）に二次側シール部材であるＯリング５８Ｂが設けられ、２つのＯリング５７、５８Ｂによって弁側間隙５６の軸線方向両側が塞がれている。以下では、軸線方向一方側に設けられるＯリング５７を一次側Ｏリング５７といい、軸線方向他方側に設けられるＯリング５８Ｂを二次側Ｏリング５８Ｂという。
【００６３】
二次側Ｏリング５８Ｂは、一次側Ｏリング５７と同じ形状になっている。この二次側Ｏリング５８Ｂを配置すべく、弁用ガイド部材４２Ｂの内壁の軸線方向他方側には、凸部４２ｄが形成されている。凸部４２ｄの内周部には、Ｏリング用溝４２ｅが形成されている。このＯリング用溝４２ｅは、凸部４２ａの周方向全周にわたって延在しており、そこには、二次側Ｏリング５８Ｂが嵌合されている。二次側Ｏリング５８Ｂは、弁体４３Ｂの摺動部４３ａに摺動可能に当接しており、弁体４３Ｂが静止状態及び移動状態のどちらの状態であっても弁体４３Ｂと弁用ガイド部材４２Ｂとの間をシールし、弁用軸受け部材４４の軸線方向他方側を二次側Ｏリング５８Ｂによって塞いでいる。なお、Ｏリング用溝４２ｅは、弁体４３の外周部に形成しても、同様の効果を得ることができる。
【００６４】
制御弁２２Ｂでは、弁体４３Ｂの摺動部４３ａの軸線方向他端面が第２の受圧面Ｐ２をなしている。弁体４３Ｂの外径は、弁口５１の口径と同じくｒ１になっており、第２の受圧面Ｐ２の有効面積Ａ２は、第１の受圧面Ｐ１の有効面積Ａ１と等しく、Ａ２＝Ａ１＝π／４×ｒ１２になっている。なお、二次側Ｏリング５８Ｂが二次圧ｐ２を受圧する受圧面は、第１の受圧面Ｐ１に含まれない。
【００６５】
このように、第１及び第２の受圧面Ｐ１，Ｐ２の有効面積が一致しているため、各受圧面Ｐ１，Ｐ２で受圧する二次圧ｐ２が互いに打ち消しあい、二次圧ｐ２から弁体４３が受ける作用力は、略ゼロになる。従って、制御弁２２Ｂは、第１実施形態の制御弁２２と同様に、弁通路４７の開度を精度よく調整できる。即ち、二次ポート４６に流れる流量をソレノイド２３に流す電流に応じた流量に精度よく調整することができる。制御弁２２Ｂは、その他、第１実施形態の制御弁２２と同様の作用効果を奏する。
【００６６】
［第４実施形態の制御弁］
図５は、第４実施形態の制御弁２２Ｃを示す断面図である。制御弁２２Ｃでは、第３実施形態の制御弁２２Ｂと同様に弁体４３Ｂの摺動部４３ａの外径が弁口５１の口径と同じくｒ１になっている。また、ダイアフラム５８Ｃの外径が弁口５１の口径ｒ１より大きいｒ３になっている。それ故、第２の受圧面Ｐ２の有効面積Ａ２が第１の受圧面Ｐ１の有効面積Ａ１より大きくなっており、Ａ１＜Ａ２＝π／４×ｒ３２となる。これにより、弁体４３に軸線方向一方の作用力を作用させることができ、弁用圧縮コイルばね５５の付勢力を小さくすることができる。それ故、弁用圧縮コイルばね５５を小さくすることができ、制御弁２２Ｃの小型化を図ることができる。ところで、この軸線方向一方の作用力は、第１及び第２の受圧面Ｐ１，Ｐ２の面積差Ａ２−Ａ１に二次圧ｐ２を乗じたものである。この意味するところは、ソレノイド２３に流す電流に応じた二次圧ｐ２を制御できるということである。つまり、制御弁２２Ｃは、ノーマルクローズ形の電磁式減圧弁となる。
【００６７】
［第５実施形態の制御弁］
図６は、第５実施形態の制御弁２２Ｄを示す断面図である。制御弁２２Ｄは、第２実施形態の制御弁２２Ａに類似している。制御弁２２Ｄでは、第４実施形態の制御弁２２Ｃと同様に二次側ダイアフラム５８Ｃの有効径が半径ｒ３となっており、それに伴って、弁側蓋体５３の内径及び弁用ガイド部材４２の軸線方向他端側（図９の左端側）の内径が大きくなっている。制御弁２２Ｄは、制御弁２２Ｃと同様、ノーマルクローズ形の電磁式減圧弁であり、作用効果は、第４実施形態の制御弁２２Ｃと同様である。
【００６８】
［第６実施形態の制御弁］
図７は、第６実施形態の制御弁２２Ｅを示す断面図である。制御弁２２Ｅは、第３実施形態の制御弁２２Ｂに類似している。制御弁２２Ｅでは、弁体４３Ｅ
の摺動部４３ａの軸線方向他方側の外径ｒ３が残余部分の外径ｒ１よりも大きくなっている。制御弁２２Ｅは、制御弁２２Ｃと同様に、ノーマルクローズ形の電磁式減圧弁であり、作用効果は、第４実施形態の制御弁２２Ｃと同様である。
【００６９】
［第７〜９実施形態の制御弁］
図８〜１０は、第７〜９実施形態の制御弁２２Ｆ〜２２Ｈを示す断面図である。制御弁２２Ｆ〜２２Ｈの構成は、第１、第２及び第３実施形態の制御弁２２，２２Ａ，２２Ｂの構成に夫々類似しており、弁用軸受け部材４４に代えて弁用すべり軸受け部材１０１が設けられている点が異なる。弁用すべり軸受け部材１０１は、所謂すべり軸受けである。弁用すべり軸受け部材１０１は、円環状に形成されており、弁体４３に外装された状態で弁体４３と弁用ガイド部材４２との間に介在している。弁用すべり軸受け部材１０１は、グリス潤滑され、弁用ガイド部材４２に形成される凸部４２ａにより軸線方向他方への移動が阻止されている。
【００７０】
このように配置される弁用すべり軸受け部材１０１は、弁体４３と弁用ガイド部材４２との摩擦力を低減し、弁体４３の摺動変位を円滑にしている。制御弁２２Ｆ〜２２Ｈは、その他、第１、第２及び第３実施形態の制御弁２２，２２Ａ，２２Ｂ等と同様の作用効果を奏する。
【００７１】
また、本実施形態の制御弁２２〜２２Ｈは、電磁比例制御弁であるが、弁通路４７の開度及び二次圧ｐ２が電流値に比例しない電磁切換弁、電磁開閉弁であっても適用することができる。
【００７２】
なお、第１乃至第９実施形態では、制御弁２２〜２２Ｈを駆動する装置としてソレノイド２１を挙げているが、必ずしもソレノイド２１に限られない。例えば、フォースモータであってもよく、弁体４３を直線運動させることができる電気駆動装置であればよい。
【００７３】
なお、本発明は、実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、ガイドに弁体が挿入され、前記ガイドと前記弁体との間に軸受け部材が介在する制御弁に適用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
２２〜２２Ｈ 制御弁
４２，４２Ｂ 弁用ガイド部材
４３，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｅ 弁体
４４ 弁用軸受け部材
４７ 弁通路
５５ 弁用圧縮コイルばね
５７ Ｏリング
５７Ａ ダイアフラム
５８ ダイアフラム
５８Ｂ Ｏリング
５８Ｃ ダイアフラム
５９ 弁側背圧力室
６０ 弁側圧力室
６１ 弁側連通路
１０１ 弁用軸受け部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食性作動流体が流れる弁通路を有し、ガイドに挿入される弁体を動かすことで前記弁通路を開閉する制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
流路を開閉し、そこに流れる作動流体の流量を調整する制御弁が実用に供されている。このような制御弁として、例えば特許文献１に記載されるような流量制御弁１がある。図１１に示す、従来技術の流量制御弁１は、弁体２と、モータ３とを備えている。流量制御弁１は、モータ３に電流を流すことで、モータ３が弁体２を動かして流路４を開閉するようになっており、モータ３に流す電流を調整することで流路４の開度が調整され、流路４の二次側を流れる作動流体の流量が調整されるようになっている。
【０００３】
弁体２には、ガイド部材５が外装されており、外装された状態でハウジング６内に収容されている。ハウジング６内には、シール部材７が設けられている。シール部材７は、ガイド部材５を流路４から隔離するように設けられている。
【０００４】
このようにして構成される流量制御弁１で扱われる作動流体の種類は様々であり、水素ガス等の腐食性流体が用いられることもある。このような腐食性流体が用いられる場合、ガイド部材５の耐食性能が問題となる。しかし、流量制御弁１では、ガイド部材５がシール部材７により流路４から隔離されているため、ガイド部材５が腐食性流体に曝されることがない。それ故、耐食性能を有しない材料もガイド部材５に用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８０８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術の流量制御弁１の流路４には、弁の一次側流体圧力が作用しており、この流体圧力が流路４を開く方向に弁体２を押している。この押圧力に抗するべく、弁体２には、圧縮コイルばね８が設けられている。弁体２は、圧縮コイルばね８により流路４を閉じる方向に付勢されている。ところが、流路４を流れる作動流体の圧力が高いと、圧縮コイルばね８の付勢力を大きくしなければ流路４を閉じることができず、付勢力を大きくするためには、圧縮コイルばね８を大きくしなければならない。そうすると、モータ３の推力を大きくなければならない。
【０００７】
また、弁体２は、流路４を閉じる方向に流路４の二次側の流体圧、即ち二次圧を受けており、この二次圧が高いと、流路４を閉じる方向の力が大きくなり、モータ３の推力を大きくしなければならない。その結果、流量制御弁１が大型化してしまう。
【０００８】
そこで本発明は、腐食性作動流体に対する耐久性を有しつつ、弁の一次側圧力が高圧であっても、小型で且つ弁通路の開度を精度よく調整できる制御弁を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の制御弁は、腐食性作動流体が流れる弁通路を有し、ガイドに挿入される弁体を動かすことで前記弁通路を開閉する制御弁であって、前記弁体は、第１の受圧面で前記弁通路の二次圧を受圧し、第２の受圧面で該弁体に形成された弁側連通路により前記弁通路から弁側背圧力室に導かれた二次圧を受圧し、前記第１及び第２の受圧面で受圧する二次圧が互いに抗するようになっており、前記ガイドと前記弁体との間には、軸受け部材が介在し、前記軸受け部材の両側には、該軸受け部材と前記弁通路の一次側とを隔離する一次側シール部材と、該軸受け部材と前記背圧力室とを隔離する二次側シール部材とが夫々設けられているものである。
【００１０】
本発明に従えば、第１及び第２の受圧面で受圧した二次圧が互いに抗するようになっている。それ故、各受圧面で受圧する二次圧が打ち消し合い、弁体に作用する作用力が小さくなる。これにより、小さな力で弁体を動かすことができるようになり、弁体の位置精度及び応答性が向上し、その結果、弁通路の開度を精度よく調整することができる。また、弁体に作用する作用力が小さくなることで、弁体を動かすための機構、例えばソレノイドや圧縮コイルばねを小形化することができ、制御弁の小型化を図ることができる。
【００１１】
また、本発明では、軸受け部材が介在することで、弁体の動きが円滑になり、弁通路の開度をより精度よく調整することができるようになっている。この軸受け部材の両側には、一次側及び二次側シール部材が設けられており、これら一次側及び二次側シール部材より、軸受け部材を弁通路及び背圧力室から隔離し、それらに流れる腐食性作動流体に軸受け部材が曝露されることを防いでいる。これにより、腐食性作動流体に対する耐食性の低い材料を軸受け部材に使用しても制御弁の耐久性を低下させることがない。
【００１２】
上記発明において、前記第１及び第２の受圧面は、それらの有効面積が等しくなるように構成されていることが好ましい。
【００１３】
上記構成に従えば、第１及び第２受圧面で受圧する二次圧が完全に打ち消されて略ゼロになり、二次圧の圧力変動の影響を受けることがなくなる。これにより、弁通路の開度が精度よく調整される。
【００１４】
上記発明において、前記弁体は、付勢部材により押されることで前記弁通路を閉じるようになっており、前記第１の受圧面は、そこで受圧する二次圧が前記付勢部材の付勢力に抗し、且つその有効面積が前記第２の受圧面の有効面積より小さくなるように構成されていることが好ましい。
【００１５】
上記構成に従えば、第１の受圧面より第２の受圧面のほうが大きいため、弁体が弁通路を閉じる方向に押される。それ故、弁通路を閉じるために必要な付勢力を小さくすることができ、制御弁の小型化を図ることができる。
【００１６】
上記発明において、前記二次側シール部材は、前記弁体の他端と共に第２の受圧面を構成することが好ましい。上記構成に従えば、二次側シール部材で受圧する二次圧も第２の受圧面で受圧する二次圧により打ち消すことができ、二次側シール部材で受圧する二次圧の影響を抑えることができる。
【００１７】
上記発明において、前記二次側シール部材は、ダイアフラムであり、前記一次側シール部材は、Ｏリングであることが好ましい。
【００１８】
上記構成に従えば、一次側シール部材がＯリングであるため、弁通路の一次側の内圧、即ち一次圧が高圧であっても、一次側シール部材が一次圧に耐え得ることができる。逆に、背圧力室の二次圧は低圧であるため、二次側シール部材をダイアフラムにしても、二次側シール部材が二次圧に耐え得ることができる。二次側シール部材をダイアフラムにすることで、弁体に生じる摩擦力を低減することができ、弁体にシール部材を設けても弁体を円滑に移動させることができる。これにより、弁体の位置精度及び応答性が著しく低下するということを防ぐことができ、弁通路の開度を精度よく調整することができる。
【００１９】
上記発明において、前記一次側シール部材は、一次圧を受圧する第３の受圧面を構成し、前記弁体は、前記第３の受圧面で受圧する一次圧に抗するように一次圧を受圧する第４の受圧面を有し、前記第３及び４の受圧面の面積は、等しくなっていることが好ましい。
【００２０】
上記構成に従えば、一次側シール部材で受圧する一次圧を第４の受圧面で受圧する一次圧により完全に打ち消して略ゼロにすることができ、弁体を動かす際に、一次側シール部材で受圧する一次圧の圧力変動の影響を受けないようにすることができる。これにより、弁通路の開度を精度よく調整することができる。
【００２１】
上記発明において、前記一次側及び二次側シール部材は、ダイアフラムであることが好ましい。上記構成に従えば、弁体がダイアフラムに対して摺動することがなく、弁体に生じる摩擦力を低減することができる。これにより、弁体にシール部材を設けても、弁体を円滑に移動させることができ、弁体の位置精度及び応答性が著しく低下するということがない。即ち、弁通路の開度を精度よく調整することができる。
【００２２】
上記発明において、前記一次側及び二次側シール部材は、Ｏリングであることが好ましい。上記構成に従えば、一次圧及び二次圧が高圧であっても耐えることができる。
【００２３】
上記発明において、前記軸受け部材は、転がり軸受け部材であることが好ましい。上記構成に従えば、弁体を円滑に移動することができ、弁体の位置精度及び応答性が向上する。即ち、弁通路の開度を精度よく調整することができる。
【００２４】
上記発明において、前記軸受け部材は、グリス潤滑されていることが好ましい。上記構成に従えば、グリス潤滑により軸受け部材の耐久性を向上させることができる。また、グリス潤滑により弁体の動きが円滑になり、弁体の位置精度及び応答性が向上し、弁通路の開度を精度よく調整することができる。このようにして、耐久性、位置精度及び応答性を向上させるグリスであるが、このグリスが腐食性作動流体に曝露されると、この腐食性作動流体に混入することが考えられる。しかし、軸受け部材の両側が一次側及び二次側シール部材により塞がれているので、グリスが腐食性作動流体に曝露されることがなく、腐食性作動流体に混入することを防ぐことができる
上記発明において、前記軸受け部材は、すべり軸受け部材であることが好ましい。上記構成に従えば、弁体を円滑に移動することができ、弁体の位置精度及び応答性が向上する。即ち、弁通路の開度を精度よく調整することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、腐食性作動流体に対する耐久性を有し、弁通路の開度を精度よく調整でき、且つ小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態である制御弁を備える流体制御アセンブリを示す断面図である。
【図２】第１の実施形態の制御弁を拡大して示す断面図である。
【図３】第２実施形態の制御弁を示す断面図である。
【図４】第３実施形態の制御弁を示す断面図である。
【図５】第４実施形態の制御弁を示す断面図である。
【図６】第５実施形態の制御弁を示す断面図である。
【図７】第６実施形態の制御弁を示す断面図である。
【図８】第７実施形態の制御弁を示す断面図である。
【図９】第８実施形態の制御弁を示す断面図である。
【図１０】第９実施形態の制御弁を示す断面図である。
【図１１】従来技術の制御弁を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（流体制御アセンブリ）
図１は、本発明の実施形態である流体制御アセンブリ２０を示す断面図である。流体制御アセンブリ２０は、水素ガス等の腐食性を有する高圧可燃ガス（以下、単に「作動流体」ともいう）の流量（又は圧力）を制御するようになっている。流体制御アセンブリ２０は、ソレノイド２１と制御弁２２とを備えている。
【００２８】
以下では、説明の便宜上、流体制御アセンブリ２０の軸線に平行な方向を軸線方向といい、図１において右側を軸線方向一方側、その反対側を軸線方向他方側という。なお、これらの方向の概念は、流体制御アセンブリ２０に備わる各構成の位置及び向きを限定するものでない。
【００２９】
［ソレノイド］
ソレノイド２１は、制御弁２２を駆動すべく構成され、図１に示すようにソレノイドコイル２３、可動部材２４、軸受け部材２５及びケーシング２６を備える。ケーシング２６は、制御弁２２のハウジング４１に装着されている。ケーシング２６内は、ハウジング４１に形成される弁通路４７に連通し、ケーシング２６内にはソレノイドコイル２３、可動部材２４及び軸受け部材２５が収容されている。
【００３０】
ソレノイドコイル２３は、ボビン２７とコイル２８とを備えている。ボビン２７は、ケーシング２６内に嵌合されており、その外周部の軸線方向一端部及び他端部に外方に突出する外向きフランジ２７ａ，２７ｂを有する。これら２つの外向きフランジ２７ａ，２７ｂの間には、コイル線が巻きつけることで構成されるコイル２８が設けられている。このように構成されるソレノイドコイル２３は、その軸線方向一端部がケーシング２６の底部２６ａに当接しており、その他端部には、ヨーク２９が設けられている。
【００３１】
ヨーク２９は、磁性材料、例えば電磁ステンレス鋼から成り、ケーシング２６内に嵌合されている。ヨーク２９は、ケーシング２６を制御弁２２のハウジング４１に装着することで、ケーシング２６内に押し込まれ、底部２６ａと共にソレノイドコイル２３を挟持するようになっている。ヨーク２９及びソレノイドコイル２３には、可動部材２４が挿通されている。
【００３２】
可動部材２４は、磁性材料、例えば電磁ステンレス鋼から成り、挿通部２４ａとロッド２４ｂとを有する。挿通部２４ａは、ソレノイドコイル２３に挿入されている。挿通部２４ａの軸線方向一端部（図１において右端部）は、ソレノイドコイル２３から突出しており、ケーシング２６の底部２６ａに形成される挿入孔２６ｂに挿入されている。挿入孔２６ｂは、ケーシング２６の底部２６ａを貫通しており、外側の開口が蓋体２６ｃによって塞がれている。挿通部２４ａの軸線方向一端部と蓋体２６ｃとの間には、圧縮コイルばね３１が設けられおり、この圧縮コイルばね３１により挿通部２４ａがヨーク２９の方へと付勢されている。挿通部２４ａの軸線方向他端部（図１において左端部）にロッド２４ｂが一体的に設けられている。ロッド２４ｂの外径は、挿通部２４ａの外径よりも小径になっている。
【００３３】
挿通部２４ａの他端部は、ヨーク２９の内孔よりも大径であるためヨーク２９に対向しており、そこに設けられるロッド２４ｂは、ヨーク２９を挿通して制御弁２２の弁通路４７まで延びている。ロッド２４ｂの先端は、後述する制御弁２２の弁体４３に当接しており、挿通部２４ａをヨーク２９から離すような力を弁体４３から受けている。つまり、可動部材２４は、圧縮コイルばね３１から互いに抗する力を弁体４３から受けている。これにより、挿通部２４ａが蓋体２６ｃから第１の所定距離ｄ１離され、またヨーク２９から第２の所定距離ｄ２離される。第１の所定距離ｄ１は、第２の所定距離ｄ２のおおよそ３倍以上の距離になっている。それ故、コイル２８に電流を流すと、ヨーク２９が磁化して、挿通部２４ａがヨーク２９へと吸い寄せられる。
【００３４】
また、挿通部２４ａには、ガイド部材３０が設けられている。ガイド部材３０は、ＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレス鋼等の非磁性材料から成り、挿通部２４ａの外周部の中間部分に嵌まり込んでいる。ガイド部材３０の外周面は、挿通部２４ａの外周面と面一状になっており、ガイド部材３０の外径は、ソレノイドコイル２３の内径より小さくなっている。それ故、ガイド部材３０とソレノイドコイル２３との間には、円環状の間隙３２が形成される。この間隙３２には、軸受け部材２５が配置されている。
【００３５】
軸受け部材２５は、転がり軸受けであり、本実施形態では、ボールガイドである。但し、ボールガイドに限定するものではなく、ボールベアリングであってもよい。軸受け部材２５は、グリス等の潤滑剤が塗布された状態でガイド部材３０に外装され、ガイド部材３０とソレノイドコイル２３との間に介在する。軸受け部材２５は、可動部材２４を軸線方向に摺動可能に支持してソレノイドコイル２３とガイド部材３０との間で生じる摩擦力を低減し、可動部材２４の動きを円滑にしている。このように可動部材２４の動きを円滑にする軸受け部材２５の両側には、第１及び第２のダイアフラム３３，３４が夫々設けられている。
【００３６】
第１及び第２のダイアフラム３３，３４は、円環状のシール部材であり、軸受け部材２５の軸線方向両側に配置され、挿通部２４ａとソレノイドコイル２３とに架け渡されるように固定されている。これにより、軸受け部材２５の軸線方向両側を塞いでいる。即ち、第１のダイアフラム３３により、背圧力室３７と間隙３２との間が封止され、第２のダイアフラム３４により間隙３２と圧力室３８との間が封止される。なお、背圧力室３７は、ケーシング２６と可動部材２４の軸線方向一方側の端部とによって規定される空間であり、間隙３２よりも軸線方向一方側にある空間である。また、圧力室３８は、ヨーク２９と可動部材２４の軸線方向他方側の端部とによって規定される空間であり、間隙３２よりも軸線方向他方側にある空間である。
【００３７】
このように規定された背圧力室３７と圧力室３８とを繋ぐべく、可動部材２４内部には、連通路３５が形成されている。連通路３５は、挿通部２４ａの軸線方向一端部（図１において、右端部）に第１の開口３５ａを有し、ロッド２４ｂの外周部に第２及び第３の開口３５ｂ，３５ｃを夫々有している。連通路３５は、第１の開口３５ａを第２及び第３の開口３５ｂ，３５ｃを繋ぎ、背圧力室３７と圧力室３８とを連通している。圧力室３８は、制御弁２２の弁通路４７に繋がっているので、背圧力室３７は、連通路３５により制御弁２２の弁通路４７に連通することになる。
【００３８】
［第１実施形態の制御弁］
図２は、第１の実施形態の制御弁２２を拡大して示す断面図である。以下では、図１も参照しつつ、制御弁２２を説明する。制御弁２２は、ハウジング４１、弁用ガイド部材４２、弁体４３及び弁用軸受け部材４４を備えている。ハウジング４１には、水素ガス等の燃料ガス供給側である一次ポート４５と弁の出力側である二次ポート４６が形成されている。また、ハウジング４１には、一次ポート４５と二次ポート４６とを繋ぐ弁通路４７が形成されており、この弁通路４７を通って一次ポート４５に供給された作動流体が二次ポート４６に流れるようになっている。弁通路４７は、二次ポート４６に繋がる挿通孔４８と、一次ポート４５に繋がる弁体室４９とを有する。
【００３９】
挿通孔４８は、軸線方向一方側に開口を有しており、その開口からソレノイド２１の可動部材２４のロッド２４ｂが挿入されるようになっている。挿通孔４８の軸線方向他方側は、弁口５１を介して弁体室４９に繋がっており、弁口５１の周りには、弁座５２が形成されている。弁体室４９は、弁口５１より大径に形成されており、そこには、弁用ガイド部材４２が収容されている。弁体４９の軸線方向他方側の開口は、弁用ガイド部材４２を収容した状態で弁側蓋体５３により塞がれている。
【００４０】
弁用ガイド部材４２は、その軸線方向他方側の端部（図２において左端部）が弁側蓋体５３に当接するように配置されており、その軸線方向一方側の端部（図２において右端部）には、円環状のばね受け部材５４が配置されている。このばね受け部材５４は、後述する弁用圧縮コイルばね５５によって弁用ガイド部材４２の方に付勢されており、弁用ガイド部材４２は、ばね受け部材５４と弁側蓋体５３とによって挟持されている。弁用ガイド部材４２内には、弁体４３が挿通されている。
【００４１】
弁体４３は、摺動部４３ａ、ばね受け部４３ｂ、弁部４３ｃ及び当接部４３ｄを有する。摺動部４３ａの軸線方向一端部（図２において右端部）には、ばね受け部４３ｂが一体的に設けられている。ばね受け部４３ｂの外径は、挿通孔４８の内径より大径に形成されている。ばね受け部４３ｂには、弁部４３ｃが一体的に設けられている。弁部４３ｃは、ばね受け部４３ｂから離れるに従って内方に縮径するテーパ状になっており、その先端には、軸線方向一方に突出する当接部４３ｄが形成されている。
【００４２】
このように形成される弁体４３は、弁用ガイド部材４２を挿通しており、その摺動部４３ａが弁用ガイド部材４２内にあり、ばね受け部４３ｂより先が弁用ガイド部材４２から出ている。ばね受け部４３ｂは、ばね受け部材５４に対向しており、弁部４３ｃは、弁座５２に着座している。ばね受け部４３ｂとばね受け部材５４との間には、弁用圧縮コイルばね５５が設けられており、この弁用圧縮コイルばね５５により弁部４３ｃが弁座５２に向かって付勢されている。また、当接部４３ｄは、挿通孔４８まで延びており、ソレノイド２１のロッド２４ｂの先端部に当接している。
【００４３】
弁体４３の摺動部４３ａの外径は、弁用ガイド部材４２の内径より小径となっており、摺動部４３ａと弁用ガイド部材４２との間には、円環状の弁側間隙５６が形成される。この弁側間隙５６には、弁用軸受け部材４４が配置されている。弁用軸受け部材４４は、弁体４３を軸線方向に摺動可能に支持する転がり軸受けであり、本実施形態では円筒状に形成されたボールガイドである。但し、ボールガイドに限定するものではなく、ボールベアリングであってもよい。弁用軸受け部材４４は、グリス等の潤滑剤が塗布された状態で摺動部４３ａに外装され、摺動部４３ａと弁用ガイド部材４２との間に介在する。弁用ガイド部材４２の内壁の軸線方向一方側には、凸部４２ａが形成されており、弁用軸受け部材４４は、弁用ガイド部材４２に対して動かないように凸部４２ａによって規制されている。このように設けられた軸受け部材４４は、弁用ガイド部材４２と摺動部４３ａとの間で生じる摩擦力を低減し、弁体４３の動きを円滑にしている。
【００４４】
弁用軸受け部材４４の軸線方向両側には、一次側及び二次側シール部材であるＯリング５７及びダイアフラム５８が夫々設けられ、Ｏリング５７及びダイアフラム５８によって弁側間隙５６の軸線方向両側が塞がれている。これにより、弁体４３の軸線方向一方側に弁側圧力室６０が形成され、弁体４３の軸線方向他方側に弁側背圧力室５９が形成される。即ち、Ｏリング５７により弁側圧力室６０と弁側間隙５６との間が封止され、ダイアフラム５８により弁側背圧力室５９と弁側間隙５６との間が封止される。なお、弁側圧力室６０は、一次ポート４５から一次圧ｐ１が供給される弁通路４７の一次側の空間であり、弁体室４９において弁側間隙５６よりも軸線方向一方側の空間である。また、弁側背圧力室５９は、弁側蓋体５３及び弁体４３により規定される空間であり、弁体室４９において弁側間隙５６よりも軸線方向他方側の空間である。Ｏリング５７及びダイアフラム５８を設けることで、Ｏリング５７によって弁用軸受け部材４４が弁通路４７の一次側である弁側圧力室６０から隔離され、またダイアフラム５８によって弁用軸受け部材４４が弁側背圧力室５９から隔離される。
【００４５】
一次側シール部材であるＯリング５７は、円環状のシール部材であり、弁用ガイド部材４２の凸部４２ａの内周面には、Ｏリング用溝４２ｃが形成されている。Ｏリング用溝４２ｃは、凸部４２ａの周方向全周にわたって延在しており、そこには、Ｏリング５７が嵌合している。Ｏリング５７は、弁体４３に摺動可能に当接しており、弁体４３が静止状態及び移動状態のどちらの状態であっても弁体４３と弁用ガイド部材４２との間をシールし、弁用軸受け部材４４の軸線方向一方側をＯリング５７によって塞いでいる。なお、Ｏリング用溝４２ｃは、弁体４３の外周部に形成しても、同様の効果を得ることができる。
【００４６】
二次側シール部材であるダイアフラム５８は、円環状のシール部材であり、内縁部分５８ａが弁体４３の摺動部４３ａに固定されている。固定方法としては、例えば摺動部４３ａを分割体にし、内縁部分５８ａを分割体の間に入れて分割体を締結し、これら分割体により内縁部分５８ａを挟持して固定する方法がある。また、ダイアフラム５８の外縁部分５８ｂは、弁用ガイド部材４２と弁側蓋体５３との間に挟まれて固定されている。
【００４７】
このように固定されるダイアフラム５８は、半径方向中間部分が弁用軸受け部材４４に向って突出するように湾曲している。この湾曲する部分が余剰部分となっているため、弁体４３は、弁用ガイド部材４２に対して相対変位することができる。また、弁用ガイド部材４２には、弁側間隙５６を大気に連通するための大気連通孔４２ｂが形成されている。
【００４８】
このように構成される弁体４３には、弁側連通路６１が形成されている。弁側連通路６１は、摺動部４３ａの軸線方向他方側の端部に第１の開口６１ａを有し、当接部４３ｄの外周部に第２及び第３の開口６１ｂ，６１ｃを夫々有している。弁側連通路６１は、これらの第１の開口６１ａを第２及び第３の開口６１ｂ，６１ｃに繋ぎ、弁側背圧力室５９と弁通路４７の二次側である挿通孔４８とを連通している。
【００４９】
［流体制御アセンブリの動作］
流体制御アセンブリ２０は、ノーマルクローズ型の電磁比例制御弁装置であり、ソレノイドコイル２３に電流が流れていない状態では、弁体４３が弁座５２に着座し、弁通路４７が閉じられている。ソレノイドコイル２３に電流が流されると、ソレノイドコイル２３が励磁する。これにより、ヨーク２９が磁化されて可動部材２４がヨーク２９に吸い寄せられる。可動部材２４が吸い寄せられることで弁体４３が軸線方向他方側に押される。ソレノイドコイル２３に流される電流が所定の電流値以上となる、即ち可動部材２４に作用する吸着力が所定値以上になると、弁体４３が軸線方向他方側に移動し、弁体４３が弁座５２から離れる。これにより、塞がれていた弁通路４７が開き、一次ポート４５から流れる一次圧ｐ１の作動流体が弁口５１で二次圧ｐ２となり、二次ポート４６へと流れる。なお、弁通路４７の開度は、ソレノイドコイル２３に流す電流に応じて制御される。
【００５０】
ソレノイドコイル２３に流す電流がなくなると、可動部材２４に作用していた吸着力がなくなる。圧縮コイルばね３１より弁用圧縮コイルばね５５の付勢力の方が大きいため、弁体４３及び可動部材２４が弁用圧縮コイルばね５５により軸線方向一方側に押され、弁体４３が弁座５２に向かって移動する。やがて、弁体４３が弁座５２に着座して弁通路４７が閉じられると、可動部材２４の移動が止まる。
【００５１】
［弁体に対する作用力］
制御弁２２では、弁体４３が弁側圧力室６０の作動流体から軸線方向一方および他方に夫々向かう一次圧ｐ１を受けている。また、制御弁２２では、弁側連通路６１により挿通孔４８の作動流体が弁側背圧力室５９に導かれ、弁側背圧力室５９に二次圧ｐ２が導かれる。そのため、弁体４３は、挿通孔４８の作動流体から軸線方向他方の二次圧ｐ２を受圧すると共に、弁側背圧力室５９の作動流体から軸線方向一方の二次圧ｐ２を受圧する。なお、これら一次圧ｐ１及び二次圧ｐ２は、互いに打ち消し合うように弁体４３に作用する。
【００５２】
本実施形態では、ばね受け部４３ｂにおいて一次圧ｐ１を軸線方向他方に受圧し、弁部４３ｃにおいて一次圧ｐ１を軸線方向一方に受圧している。ばね受け部４３ｂ及び弁部４３ｃにおいて、一次圧ｐ１を夫々受圧する受圧面の有効面積は、弁体４３の摺動部４３ａの外径が弁口５１の口径と一致しているため等しくなっている。そのため、互いに打ち消し合い、弁体４３が一次圧ｐ１から受ける作用力は、略ゼロになる。
【００５３】
また、弁体４３では、弁部４３ｃ及び当接部４３ｄの弁口５１に臨む部分によって第１の受圧面Ｐ１が構成され、弁体４３の軸線方向他方側の端面とダイアフラム５８とにより第２の受圧面Ｐ２が構成される。それ故、軸線方向一端側にある第１の受圧面Ｐ１で二次圧ｐ２を軸線方向他方に受圧し、軸線方向他端側にある第２の受圧面Ｐ２で二次圧ｐ２を軸線方向一方に受圧している。第１の受圧面Ｐ１の有効面積Ａ１は、弁口５１の口径により規定され、第２の受圧面Ｐ２の有効面積Ａ２は、ダイアフラム５８の受圧面の有効径により規定される。弁口５１の口径及びダイアフラム５８の受圧面の有効径は、共にｒ１になっている。即ち、第１及び第２の受圧面Ｐ１，Ｐ２の有効面積Ａ１，Ａ２は、共にＡ１＝Ａ２＝π／４×ｒ１２になっている。それ故、第１及び第２の受圧面Ｐ１，Ｐ２で受圧する二次圧ｐ２は互いに打ち消し合い、弁体４３が二次圧ｐ２から受ける作用力は略ゼロになる。なお、弁体４３の摺動部４３ａの軸線方向他方側の端部の外径は、有効径ｒ１のダイアフラム５８を設けるべく、弁口５１の口径ｒ１より小径になっている。
【００５４】
このように、一次圧ｐ１及び二次圧ｐ２から弁体４３が受ける作用力が略ゼロになるので、小さな駆動力で弁体４３を動かすことができるようになり、弁用圧縮コイルばね５５の付勢力を小さくすることができ、制御弁２２を小形化することができる。また、一次圧ｐ１及び二次圧ｐ２の圧力変動等の影響を受けることなく、弁体４３を精度よく動かすことができ、弁通路４７の開度をソレノイド２３に流す電流に応じた開度に精度よく調整することができる。これにより、二次ポート４６に流れる流量を精度よく調整することができる。
【００５５】
［制御弁の作用効果］
このように構成された制御弁２２では、弁用軸受け部材４４により弁体４３が支持されているので、弁体４３の動きが円滑になり、弁体４３の位置精度及び応答性が向上する。それ故、弁通路４７の開度をより精度よく調整することができるようになる。このような作用効果を奏する弁用軸受け部材４４の両側には、Ｏリング５７及びダイアフラム５８が設けられており、Ｏリング５７及びダイアフラム５８により弁側背圧力室５９及び弁側圧力室６０を流れる作動流体から弁用軸受け部材４４が隔離されている。それ故、軸受け部材４４が作動流体に曝露されることを防ぐことができる。そうすると、作動流体によって侵食（特に水素では水素脆化）を生じやすいが、摺動抵抗が小さい高硬度材料を弁用軸受け部材４４に採用しても、制御弁２２の耐久性を低下させることがない。それ故、耐久性を維持しつつ、弁通路４７の開度を精度よく調整することができる。
【００５６】
また、弁用軸受け部材４４を弁側背圧力室５９及び弁側圧力室６０から隔離することで、弁用軸受け部材４４に付着したグリスが作動流体に混入することがない。それ故、軸受け部材４４のグリス潤滑が可能となり、このグリス潤滑により弁用軸受け部材４４の耐久性を向上させることができる。また、グリス潤滑により弁体の動きがより円滑になり、弁体４３の位置精度及び応答性が向上し、弁通路４７の開度をより精度よく調整することができる。
【００５７】
弁用軸受け部材４４を弁側背圧力室５９及び弁側圧力室６０から隔離する際、Ｏリング５７を弁側圧力室６０側に配置することで、一次ポート４５に供給される一次圧ｐ１が高圧であっても耐え得ることができる。また、弁側背圧力室５９に導かれる流体圧は二次圧ｐ２であり、一次圧ｐ１に比べて低圧であるので、ダイアフラム５８であっても耐え得ることができる。ダイアフラム５８は、余剰部分を有しているので、ダイアフラム５８が変形しやすく、ダイアフラム５８が弁体４３の摺動変位の妨げとならない。ダイアフラム５８を用いることで弁体４３との間の摩擦抵抗を抑え、弁体４３を円滑に移動させることができる。それ故、ダイアフラム５８を設けても弁体４３の位置精度及び応答性が著しく低下するということがない。
【００５８】
［第２実施形態の制御弁］
図３は、第２実施形態の制御弁２２Ａを示す断面図である。第２実施形態の制御弁２２Ａは、第１実施形態の制御弁２２と構成が類似している。以下では、第２実施形態の制御弁２２Ａの構成について、類似する第１実施形態の制御弁２２と異なる点についてだけ説明し、同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。第３乃至第９実施形態の制御弁２２Ｂ〜２２Ｈについても同様である。
【００５９】
制御弁２２Ａは、弁用軸受け部材４４の軸線方向一方側（図３において右側）に一次側シール部材であるダイアフラム５７Ａが設けられ、２つのダイアフラム５７Ａ、５８によって弁側間隙５６の軸線方向両側が塞がれている。以下では、軸線方向一方側に設けられるダイアフラム５７Ａを一次側ダイアフラム５７Ａといい、軸線方向他方側に設けられるダイアフラム５８を二次側ダイアフラム５８という。
【００６０】
一次側ダイアフラム５７Ａは、二次側ダイアフラム５８と同じ形状になっており、内縁部分５７ａが弁体４３Ａの摺動部４３ａに固定されている。一次側ダイアフラム５７Ａと二次側ダイアフラム５８の固定方法としては、例えば摺動部４３ａを３つの分割体にし、第１及び第２の分割体の間に内縁部分５７ａをいれ、第２及び第３の分割体の間に内縁部分５８ａを入れる。そして、３つの分割体を締結して分割体により内縁部分５７ａ，５８ａを挟持して固定する方法がある。一次側ダイアフラム５７Ａの外縁部５７ｂは、弁用ガイド部材４２とばね受け部材５４との間に挟まれて固定されている。
【００６１】
一次側ダイアフラム５７Ａは、第３の受圧面Ｐ３を有しており、この第３の受圧面Ｐ３において、弁側圧力室６０の作動流体から一次圧ｐ１を軸線方向他方に受圧している。一次側ダイアフラム５７Ａの受圧面の有効径がｒ１であり、摺動部４３ａの外径がｒ２である。それ故、第３の受圧面Ｐ３の有効面積Ａ３は、π／４×（ｒ１２―ｒ２２）になる。摺動部４３ａの外径がｒ２になっているため、弁体４３Ａが受圧する一次圧ｐ１を全て打ち消すことができない。それ故、ばね受け部４３ｂにある第４の受圧面Ｐ４において、前記一次圧ｐ１を軸線方向一方に受圧する。この第４の受圧面Ｐ４の有効面積Ａ４は、π／４×（ｒ１２―ｒ２２）であり、第３の受圧面Ｐ３の有効面積Ａ３と一致している。それ故、一次側シール部材として一次側ダイアフラム５７Ａを用いても、第３の受圧面Ｐ３で受圧する一次圧ｐ１を第４の受圧面Ｐ４で受圧する一次圧ｐ１により完全に打ち消すことができ、一次側ダイアフラム５７Ａで受圧する一次圧ｐ１の圧力変動の影響を受けないようにすることができる。これにより、弁通路４７の開度を精度よく調整することができる。従って、制御弁２２Ａは、第１の実施形態の制御弁２２と同様に、二次ポート４６に流れる流量をソレノイド２３に流す電流に応じた流量に精度よく調整することができる。
【００６２】
［第３実施形態の制御弁］
図４は、第３実施形態の制御弁２２Ｂを示す断面図である。制御弁２２Ｂは、弁用軸受け部材４４の軸線方向他方側（図４において左側）に二次側シール部材であるＯリング５８Ｂが設けられ、２つのＯリング５７、５８Ｂによって弁側間隙５６の軸線方向両側が塞がれている。以下では、軸線方向一方側に設けられるＯリング５７を一次側Ｏリング５７といい、軸線方向他方側に設けられるＯリング５８Ｂを二次側Ｏリング５８Ｂという。
【００６３】
二次側Ｏリング５８Ｂは、一次側Ｏリング５７と同じ形状になっている。この二次側Ｏリング５８Ｂを配置すべく、弁用ガイド部材４２Ｂの内壁の軸線方向他方側には、凸部４２ｄが形成されている。凸部４２ｄの内周部には、Ｏリング用溝４２ｅが形成されている。このＯリング用溝４２ｅは、凸部４２ａの周方向全周にわたって延在しており、そこには、二次側Ｏリング５８Ｂが嵌合されている。二次側Ｏリング５８Ｂは、弁体４３Ｂの摺動部４３ａに摺動可能に当接しており、弁体４３Ｂが静止状態及び移動状態のどちらの状態であっても弁体４３Ｂと弁用ガイド部材４２Ｂとの間をシールし、弁用軸受け部材４４の軸線方向他方側を二次側Ｏリング５８Ｂによって塞いでいる。なお、Ｏリング用溝４２ｅは、弁体４３の外周部に形成しても、同様の効果を得ることができる。
【００６４】
制御弁２２Ｂでは、弁体４３Ｂの摺動部４３ａの軸線方向他端面が第２の受圧面Ｐ２をなしている。弁体４３Ｂの外径は、弁口５１の口径と同じくｒ１になっており、第２の受圧面Ｐ２の有効面積Ａ２は、第１の受圧面Ｐ１の有効面積Ａ１と等しく、Ａ２＝Ａ１＝π／４×ｒ１２になっている。なお、二次側Ｏリング５８Ｂが二次圧ｐ２を受圧する受圧面は、第１の受圧面Ｐ１に含まれない。
【００６５】
このように、第１及び第２の受圧面Ｐ１，Ｐ２の有効面積が一致しているため、各受圧面Ｐ１，Ｐ２で受圧する二次圧ｐ２が互いに打ち消しあい、二次圧ｐ２から弁体４３が受ける作用力は、略ゼロになる。従って、制御弁２２Ｂは、第１実施形態の制御弁２２と同様に、弁通路４７の開度を精度よく調整できる。即ち、二次ポート４６に流れる流量をソレノイド２３に流す電流に応じた流量に精度よく調整することができる。制御弁２２Ｂは、その他、第１実施形態の制御弁２２と同様の作用効果を奏する。
【００６６】
［第４実施形態の制御弁］
図５は、第４実施形態の制御弁２２Ｃを示す断面図である。制御弁２２Ｃでは、第３実施形態の制御弁２２Ｂと同様に弁体４３Ｂの摺動部４３ａの外径が弁口５１の口径と同じくｒ１になっている。また、ダイアフラム５８Ｃの外径が弁口５１の口径ｒ１より大きいｒ３になっている。それ故、第２の受圧面Ｐ２の有効面積Ａ２が第１の受圧面Ｐ１の有効面積Ａ１より大きくなっており、Ａ１＜Ａ２＝π／４×ｒ３２となる。これにより、弁体４３に軸線方向一方の作用力を作用させることができ、弁用圧縮コイルばね５５の付勢力を小さくすることができる。それ故、弁用圧縮コイルばね５５を小さくすることができ、制御弁２２Ｃの小型化を図ることができる。ところで、この軸線方向一方の作用力は、第１及び第２の受圧面Ｐ１，Ｐ２の面積差Ａ２−Ａ１に二次圧ｐ２を乗じたものである。この意味するところは、ソレノイド２３に流す電流に応じた二次圧ｐ２を制御できるということである。つまり、制御弁２２Ｃは、ノーマルクローズ形の電磁式減圧弁となる。
【００６７】
［第５実施形態の制御弁］
図６は、第５実施形態の制御弁２２Ｄを示す断面図である。制御弁２２Ｄは、第２実施形態の制御弁２２Ａに類似している。制御弁２２Ｄでは、第４実施形態の制御弁２２Ｃと同様に二次側ダイアフラム５８Ｃの有効径が半径ｒ３となっており、それに伴って、弁側蓋体５３の内径及び弁用ガイド部材４２の軸線方向他端側（図９の左端側）の内径が大きくなっている。制御弁２２Ｄは、制御弁２２Ｃと同様、ノーマルクローズ形の電磁式減圧弁であり、作用効果は、第４実施形態の制御弁２２Ｃと同様である。
【００６８】
［第６実施形態の制御弁］
図７は、第６実施形態の制御弁２２Ｅを示す断面図である。制御弁２２Ｅは、第３実施形態の制御弁２２Ｂに類似している。制御弁２２Ｅでは、弁体４３Ｅ
の摺動部４３ａの軸線方向他方側の外径ｒ３が残余部分の外径ｒ１よりも大きくなっている。制御弁２２Ｅは、制御弁２２Ｃと同様に、ノーマルクローズ形の電磁式減圧弁であり、作用効果は、第４実施形態の制御弁２２Ｃと同様である。
【００６９】
［第７〜９実施形態の制御弁］
図８〜１０は、第７〜９実施形態の制御弁２２Ｆ〜２２Ｈを示す断面図である。制御弁２２Ｆ〜２２Ｈの構成は、第１、第２及び第３実施形態の制御弁２２，２２Ａ，２２Ｂの構成に夫々類似しており、弁用軸受け部材４４に代えて弁用すべり軸受け部材１０１が設けられている点が異なる。弁用すべり軸受け部材１０１は、所謂すべり軸受けである。弁用すべり軸受け部材１０１は、円環状に形成されており、弁体４３に外装された状態で弁体４３と弁用ガイド部材４２との間に介在している。弁用すべり軸受け部材１０１は、グリス潤滑され、弁用ガイド部材４２に形成される凸部４２ａにより軸線方向他方への移動が阻止されている。
【００７０】
このように配置される弁用すべり軸受け部材１０１は、弁体４３と弁用ガイド部材４２との摩擦力を低減し、弁体４３の摺動変位を円滑にしている。制御弁２２Ｆ〜２２Ｈは、その他、第１、第２及び第３実施形態の制御弁２２，２２Ａ，２２Ｂ等と同様の作用効果を奏する。
【００７１】
また、本実施形態の制御弁２２〜２２Ｈは、電磁比例制御弁であるが、弁通路４７の開度及び二次圧ｐ２が電流値に比例しない電磁切換弁、電磁開閉弁であっても適用することができる。
【００７２】
なお、第１乃至第９実施形態では、制御弁２２〜２２Ｈを駆動する装置としてソレノイド２１を挙げているが、必ずしもソレノイド２１に限られない。例えば、フォースモータであってもよく、弁体４３を直線運動させることができる電気駆動装置であればよい。
【００７３】
なお、本発明は、実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、ガイドに弁体が挿入され、前記ガイドと前記弁体との間に軸受け部材が介在する制御弁に適用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
２２〜２２Ｈ 制御弁
４２，４２Ｂ 弁用ガイド部材
４３，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｅ 弁体
４４ 弁用軸受け部材
４７ 弁通路
５５ 弁用圧縮コイルばね
５７ Ｏリング
５７Ａ ダイアフラム
５８ ダイアフラム
５８Ｂ Ｏリング
５８Ｃ ダイアフラム
５９ 弁側背圧力室
６０ 弁側圧力室
６１ 弁側連通路
１０１ 弁用軸受け部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
腐食性作動流体が流れる弁通路を有し、ガイドに挿入される弁体を動かすことで前記弁通路を開閉する制御弁であって、
前記弁体は、第１の受圧面で前記弁通路の二次圧を受圧し、該弁体に形成された弁側連通路により前記弁通路から弁側背圧力室に導かれた二次圧を第２の受圧面で受圧し、前記第１及び第２の受圧面で受圧する二次圧が互いに抗するようになっており、
前記弁体と前記ガイドとの間には、軸受け部材が介在し、
前記軸受け部材の両側には、該軸受け部材と前記弁通路の一次側とを隔離する一次側シール部材と、該軸受け部材と前記背圧力室とを隔離する二次側シール部材とが夫々設けられていることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
前記第１及び第２の受圧面は、それらの有効面積が等しくなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】
前記弁体は、付勢部材により押されることで前記弁通路を閉じるようになっており、
前記第１の受圧面は、そこで受圧する二次圧が前記付勢部材の付勢力に抗し、且つその有効面積が前記第２の受圧面の有効面積より小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項４】
前記二次側シール部材は、前記弁体の他端と共に第２の受圧面を構成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の制御弁。
【請求項５】
前記一次側シール部材は、Ｏリングであり、
前記二次側シール部材は、ダイアフラムであることを特徴とする請求項４に記載の制御弁。
【請求項６】
前記一次側シール部材は、前記弁通路の一次側の一次圧を受圧する第３の受圧面を構成し、
前記弁体は、前記第３の受圧面で受圧する一次圧に抗するように一次圧を受圧する第４の受圧面を有し、
前記第３及び４の受圧面の有効面積は、等しくなっていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載の制御弁。
【請求項７】
前記一次側及び二次側シール部材は、ダイアフラムであることを特徴とする請求項６に記載の制御弁。
【請求項８】
前記一次側及び二次側シール部材は、Ｏリングであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の制御弁。
【請求項９】
前記軸受け部材は、転がり軸受け部材であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１つに記載の制御弁。
【請求項１０】
前記軸受け部材は、グリス潤滑されていることを特徴とする請求項９に記載の制御弁。
【請求項１１】
前記軸受け部材は、すべり軸受け部材であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１つに記載の制御弁。
【請求項１】
腐食性作動流体が流れる弁通路を有し、ガイドに挿入される弁体を動かすことで前記弁通路を開閉する制御弁であって、
前記弁体は、第１の受圧面で前記弁通路の二次圧を受圧し、該弁体に形成された弁側連通路により前記弁通路から弁側背圧力室に導かれた二次圧を第２の受圧面で受圧し、前記第１及び第２の受圧面で受圧する二次圧が互いに抗するようになっており、
前記弁体と前記ガイドとの間には、軸受け部材が介在し、
前記軸受け部材の両側には、該軸受け部材と前記弁通路の一次側とを隔離する一次側シール部材と、該軸受け部材と前記背圧力室とを隔離する二次側シール部材とが夫々設けられていることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
前記第１及び第２の受圧面は、それらの有効面積が等しくなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】
前記弁体は、付勢部材により押されることで前記弁通路を閉じるようになっており、
前記第１の受圧面は、そこで受圧する二次圧が前記付勢部材の付勢力に抗し、且つその有効面積が前記第２の受圧面の有効面積より小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項４】
前記二次側シール部材は、前記弁体の他端と共に第２の受圧面を構成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の制御弁。
【請求項５】
前記一次側シール部材は、Ｏリングであり、
前記二次側シール部材は、ダイアフラムであることを特徴とする請求項４に記載の制御弁。
【請求項６】
前記一次側シール部材は、前記弁通路の一次側の一次圧を受圧する第３の受圧面を構成し、
前記弁体は、前記第３の受圧面で受圧する一次圧に抗するように一次圧を受圧する第４の受圧面を有し、
前記第３及び４の受圧面の有効面積は、等しくなっていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載の制御弁。
【請求項７】
前記一次側及び二次側シール部材は、ダイアフラムであることを特徴とする請求項６に記載の制御弁。
【請求項８】
前記一次側及び二次側シール部材は、Ｏリングであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の制御弁。
【請求項９】
前記軸受け部材は、転がり軸受け部材であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１つに記載の制御弁。
【請求項１０】
前記軸受け部材は、グリス潤滑されていることを特徴とする請求項９に記載の制御弁。
【請求項１１】
前記軸受け部材は、すべり軸受け部材であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１つに記載の制御弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−５２７５１（Ｐ２０１１−５２７５１Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０１９８２（Ｐ２００９−２０１９８２）
【出願日】平成２１年９月１日（２００９．９．１）
【出願人】（５９２２１６１８８）株式会社カワサキプレシジョンマシナリ (67)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１日（２００９．９．１）
【出願人】（５９２２１６１８８）株式会社カワサキプレシジョンマシナリ (67)
【Ｆターム（参考）】
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