流量制御弁
【課題】シール部材の寸法のばらつきを低減し、開弁時における規定の最大流量を長期的に維持することのできる流量制御弁を提供する。
【解決手段】流量制御弁は、ガス噴射孔（流体流出孔）４７及び弁座４０ａを有するバルブシート３６と、バルブシート３６の弁座４０ａに対して弾性を有するシール部材５８を介して着座及び離座する弁体５０とを備える。バルブシート３６が、支持側の第１のシート部材３８と、その第１のシート部材３８に組付けられかつガス噴射孔４７及び弁座４０ａが設けられた第２のシート部材４０とから構成される。開弁時における最大流量を、第２のシート部材４０の弁座４０ａとシール部材５８との間の間隙によって規定する。閉弁時における弁体５０の全閉位置を、第１のシート部材３８に設けられた座面３８ａに対する弁体５０の当接によって規定する。
【解決手段】流量制御弁は、ガス噴射孔（流体流出孔）４７及び弁座４０ａを有するバルブシート３６と、バルブシート３６の弁座４０ａに対して弾性を有するシール部材５８を介して着座及び離座する弁体５０とを備える。バルブシート３６が、支持側の第１のシート部材３８と、その第１のシート部材３８に組付けられかつガス噴射孔４７及び弁座４０ａが設けられた第２のシート部材４０とから構成される。開弁時における最大流量を、第２のシート部材４０の弁座４０ａとシール部材５８との間の間隙によって規定する。閉弁時における弁体５０の全閉位置を、第１のシート部材３８に設けられた座面３８ａに対する弁体５０の当接によって規定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流量制御弁としては、例えば同一出願人が先に提案した特許文献１（「従来例」という）がある。なお、図７は流量制御弁の要部を示す概略図である。
図７に示すように、特許文献１のものでは、流体流出孔１０２ａ及び弁座１０２ｂを有するバルブシート１００と、バルブシート１００の弁座１０２ｂに対して弾性を有するシール部材１０４を介して着座及び離座する弁体１０３とを備えている。バルブシート１００が、支持側の第１のシート部材１０１と、その第１のシート部材１０１に組付けられかつ流体流出孔１０２ａ及び弁座１０２ｂが設けられた第２のシート部材１０２とから構成されている。そして、開弁時における最大流量が、第２のシート部材１０２の弁座１０２ｂとシール部材１０４との間の間隙Stによって規定される。また、閉弁時における弁体１０３の全閉位置が、第２のシート部材１０２の弁座１０２ｂに対する弁体１０３のシール部材１０４の当接によって規定される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０３６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の流量制御弁では、開弁時における最大流量と閉弁時における弁体１０３の全閉位置とが同一部材間すなわち第２のシート部材１０２（詳しくは弁座１０２ｂ）とシール部材１０４との間において規定されていた。このため、シール部材１０４のへたりによる寸法のばらつきが生じやすい。また、シール部材１０４の寸法がばらつくことにより、開弁時における規定の最大流量が変動するという問題点があった。
本発明が解決しようとする課題は、シール部材の寸法のばらつきを低減し、開弁時における規定の最大流量を長期的に維持することのできる流量制御弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題は、特許請求の範囲の欄に記載された構成を要旨とする流量制御弁により解決することができる。
すなわち、特許請求の範囲の請求項１に記載された流量制御弁によると、開弁時における最大流量を第２のシート部材の弁座とシール部材との間の間隙によって規定し、また、閉弁時における弁体の全閉位置を第１のシート部材に設けられた座面に対する弁体の当接によって規定するものである。したがって、開弁時における最大流量と閉弁時における弁体の全閉位置とを異なる部材間においてそれぞれ規定することにより、シール部材のへたりを低減し、シール部材の寸法のばらつきを低減することができる。また、シール部材の寸法のばらつきの低減により、開弁時における規定の最大流量を長期的に維持することができる。
【０００６】
また、特許請求の範囲の請求項２に記載された流量制御弁によると、第１のシート部材と固定側の部材との間に介在したシムの厚さにより弁体の全開位置を容易に調整することができる。
【０００７】
また、特許請求の範囲の請求項３に記載された流量制御弁によると、第１のシート部材に対する第２のシート部材の圧入量により最大流量を容易に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。
【実施例】
【０００９】
本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。本実施例に係る流量制御弁は、燃料電池自動車に搭載されている燃料電池発電装置に水素ガスを供給する装置における流量制御弁として用いられるものである。なお、図１は流量制御弁を示す断面図である。また、説明の都合上、図１に示すように、水素ガスの供給側を上側とし、水素ガスの噴射側を下側として説明を行う。
【００１０】
図１に示すように、流量制御弁１０は、電磁駆動式で、磁性材からなる円筒状のバルブボディ１２を備えている。バルブボディ１２は、上下二分割構成をなしており、アッパボディ部材１３とロアボディ部材１４とを備えている。両ボディ部材１３，１４は、互いに嵌合された状態で溶接により接合されている。なお、バルブボディ１２は、本明細書でいう「固定側の部材」に相当する。
また、アッパボディ部材１３の中央部内には、磁性材からなる円筒状のコア１６の下半部が配置されている。ロアボディ部材１４とコア１６との間には、非磁性材からなる鍔付リング１８が配置されている。なお、図２はバルブシート及び弁体の周辺部を示す断面図である。
【００１１】
図２に示すように、前記鍔付リング１８内にはコア１６の下端部が挿着されている。また、鍔付リング１８の下端部の外周面に突出する鍔部１８ａは、ロアボディ部材１４の上端部内に嵌合されている。ロアボディ部材１４の内周面には、鍔付リング１８の鍔部１８ａに対してその下側において重合状に当接するフランジ部１４ａが突出されている。また、ロアボディ部材１４と鍔付リング１８の鍔部１８ａとは、全周に亘る溶接（溶接部分に符号、１９を付す）によって接合されており、両部材１４，１８間が封止されている。これにより、両部材１４，１８間からの水素ガスのガス洩れが防止されている。すなわち、溶接部分１９がガス洩れ防止用の封止部となっている。
【００１２】
図１に示すように、前記アッパボディ部材１３と前記コア１６との間には、合成樹脂等の電気絶縁材からなる円筒状のボビン２１が配置されている。ボビン２１には、ソレノイドコイル２２が多層状に巻装されている。ソレノイドコイル２２には、ターミナル２３が電気的に接続されている。アッパボディ部材１３及びロアボディ部材１４の上端部は、モールド成形された樹脂部２５により被覆されている。樹脂部２５には、ターミナル２３を取り囲むソケット型のコネクタ部２６が形成されている。コネクタ部２６には、図示しないプラグ型の給電用コネクタが接続される。ソレノイドコイル２２に対する通電及びその解除は、電子制御装置（図示しない）により制御されるようになっている。また、ソレノイドコイル２２の通電によって生ずる電磁力によって弁体５０（後述する）が開弁される。なお、ボビン２１及びソレノイドコイル２２は、本明細書でいう「電磁力発生手段」を構成している。
【００１３】
図２に示すように、前記ロアボディ部材１４内には、ストッパ２８、上側のシム３０、板バネ３２、下側のシム３４、及び、バルブシート３６が嵌合されている。ストッパ２８は、磁性材によりリング状に形成されている。ストッパ２８は、ロアボディ部材１４のフランジ部１４ａに重合状に当接されている。また、上側のシム３０は、例えばステンレス材によりリング状に形成されている。上側のシム３０は、ストッパ２８に当接されている。
【００１４】
前記板バネ３２は、例えば析出硬化系ステンレス板により環状に形成されている。板バネ３２の外周部の上面は、前記上側のシム３０に当接されている。また、前記下側のシム３４は、例えばステンレス材によりリング状に形成されている。下側のシム３４は、板バネ３２の外周部の下面に当接されている。すなわち、上側のシム３０と下側のシム３４との間に板バネ３２の外周部が挟持されている。なお、図６はシムの周辺部を示す断面図である。
【００１５】
前記バルブシート３６は、二重円筒構成をなしており、外筒側すなわち支持側の第１のシート部材３８と、その第１のシート部材３８内に挿着された内筒側の第２のシート部材４０とを備えている。両シート部材３８，４０は、非磁性材あるいは非磁性の制振合金によって形成されている。第１のシート部材３８の上半部は、前記ロアボディ部材１４内に圧入されている。ロアボディ部材１４内に対する第１のシート部材３８の圧入によって、前記したストッパ２８、上側のシム３０、板バネ３２、下側のシム３４がロアボディ部材１４のフランジ部１４ａに押付けられている。これにより、ロアボディ部材１４と第１のシート部材３８との間の各部材２８，３０，３２，３４が固定されている。
【００１６】
前記ロアボディ部材１４と第１のシート部材３８とは、全周に亘る溶接（溶接部分に符号、４２を付す）によって接合されており、両部材１４，３８間が封止されている。これにより、両部材１４，３８間からの水素ガスのガス洩れが防止されている。すなわち、溶接部分４２がガス洩れ防止用の封止部となっている。また、第１のシート部材３８の上端面は、流量制御弁１０の軸線L（図６参照）に直交する平面からなる座面３８ａとなっている。
【００１７】
前記第２のシート部材４０は、前記第１のシート部材３８内に挿入されている。なお、図５は第１のシート部材と第２のシート部材との組付関係を示す断面図である。
図５に示すように、第２のシート部材４０の下端部の外周面には、外径を大きくする圧入部４４が形成されている。この圧入部４４が第１のシート部材３８の下端部内に圧入されている。
【００１８】
図２に示すように、両シート部材３８，４０は、全周に亘る溶接（溶接部分に符号、４５を付す）によって接合されており、両部材３８，４０間が封止されている。これにより、両部材３８，４０間からの水素ガスのガス洩れが防止されている。すなわち、溶接部分４５がガス洩れ防止用の封止部となっている。なお、図３は開弁状態の要部を示す断面図、図４は閉弁状態の要部を示す断面図である。
【００１９】
図３に示すように、前記第２のシート部材４０の上端面は、流量制御弁１０の軸線L（図６参照）に直交する平面からなる弁座４０ａとなっている。また、第２のシート部材４０の中空孔がガス噴射孔４７となっている。ガス噴射孔４７の上部には、水素ガスの噴流を整流化するために、口径を小さくする絞り部４７ａが形成されている（図２参照）。なお、ガス噴射孔４７は、本明細書でいう「流体流出孔」に相当する。
【００２０】
図２に示すように、前記板バネ３２の中央孔には弁体５０が装着されている。これにより、弁体５０は、板バネ３２によりフローティング状態で弾性的に支持されている。また、弁体５０は、磁性材である電磁ステンレス材により形成されている。また、弁体５０は、円筒状の主部５１と、主部５１の下端部の外周面に突出するフランジ部５２と、主部５１の下端面に同心状に突出する小径の有底円筒状のバルブ部５３とを有している（図６参照）。
【００２１】
図２に示すように、前記主部５１は、前記コア１６の下端面の内径及び外径とほぼ等しい内径及び外径を有しており、前記した鍔付リング１８、ロアボディ部材１４のフランジ部１４ａ、ストッパ２８内に対して遊嵌状に配置されている。また、前記フランジ部５２は、前記上側のシム３０に対して遊嵌状に配置されている。また、前記バルブ部５３は、前記板バネ３２の中央孔に挿着されている。また、図３に示すように、バルブ部５３には、径方向に放射状に貫通する貫通孔５４が形成されている。貫通孔５４は主部５１内の中空部（符号、５５を付す）と連通されている。また、貫通孔５４の外端部は、板バネ３２より下側において開口されている。なお、弁体５０の貫通孔５４と中空部５５とにより、弁体５０のガス通路が構成されている。
【００２２】
図３に示すように、前記バルブ部５３の下端面は流量制御弁１０の軸線L（図６参照）に直交する当接面５６となっている。しかして、当接面５６の中央部には、円形状の凹部５７が形成されている。凹部５７には、ゴム状弾性材からなる円板状のシール部材５８が装着されている。シール部材５８の下面の外周部には、当接面５６より下方へ突出する環状の凸部５８ａが突出されている。凸部５８ａは、前記第２のシート部材４０の弁座４０ａに対応しており、閉弁時において弁座４０ａに弾性的に接触可能となっている（図４参照）。また、シール部材５８の周囲に位置するバルブ部５３の当接面５６は、前記第１のシート部材３８の座面３８ａに対応しており、閉弁時において座面３８ａに当接可能となっている（図４参照）。
【００２３】
前記弁体５０の主部５１及びフランジ部５２は、前記ソレノイドコイル２２の通電時において、アーマチュアとして機能する。また、ソレノイドコイル２２の通電によって発生する電磁力によって、弁体５０がガス噴射孔４７を開く方向（図２において上方）へ移動すなわち開弁される。また、開弁時において、弁体５０のフランジ部５２がストッパ２８と当接することにより、弁体５０の全開位置が規定される（図６参照）。なお、ストッパ２８は、本明細書でいう「全開位置規定部材」に相当する。
【００２４】
図１に示すように、前記弁体５０は、前記コア１６内に配置されたコイルバネ６１の弾性によってガス噴射孔４７を閉じる方向すなわち下方へ付勢されている。コア１６内には、コイルバネ６１上に位置するバネ荷重調整用のパイプ６３が圧入されている。パイプ６３の圧入量によってコイルバネ６１の付勢力が調整されている。なお、パイプ６３は、コア１６内に対して圧入に代えてねじ付けることもできる。この場合、パイプ６３のねじ込み量によってコイルバネ６１の付勢力を調整することができる。また、コア１６の中空部すなわちガス通路６５の上端開口部内には、異物を捕捉するストレーナ６７が配置されている。なお、ガス通路６５は、本明細書でいう「流体通路」に相当する。
【００２５】
また、ソレノイドコイル２２の通電が解除されているときは、弁体５０がコイルバネ６１の弾性によって閉弁状態に保持されるようになっている。また、板バネ３２は、コイルバネ６１の閉じ方向の付勢力に比べてはるかに小さくかつコイルバネ６１による弁体５０の閉弁動作を損なわない程度の開き方向の付勢力を有している。なお、コイルバネ６１は、本明細書でいう「付勢部材」に相当する。
【００２６】
次に、前記した流量制御弁１０の作動について説明する。
ソレノイドコイル２２の通電が解除されている閉弁時には、弁体５０がコイルバネ６１の付勢力によって閉弁状態におかれている（図２参照）。このとき、弁体５０のバルブ部５３の当接面５６が第１のシート部材３８の座面３８ａに当接することで、弁体５０の全閉位置が規制されている（図４参照）。また、弁体５０のシール部材５８の凸部５８ａが第２のシート部材４０の弁座４０ａに弾性的に当接している。このため、水素ガスは、コア１６内のガス通路６５（パイプ６３内の中空部を含む）から弁体５０のガス通路（中空部５５及び貫通孔５４）を介して、弁体５０及びロアボディ部材１４並びにバルブシート３６により取り囲まれた空間部６９（図２参照）に達しているものの、第２のシート部材４０のガス噴射孔４７へは流れない。
【００２７】
また、電子制御装置の制御によるソレノイドコイル２２の通電によって発生する電磁力による開弁時には、弁体５０がコイルバネ６１の付勢に抗して後退（図２において上動）される。このため、図３に示すように、弁体５０のバルブ部５３の当接面５６が第１のシート部材３８の座面３８ａから離れるいわゆる離座する。また、弁体５０のシール部材５８の凸部５８ａが第２のシート部材４０の弁座４０ａから離れるいわゆる離座する。これにともない、弁体５０のフランジ部５２がバルブボディ１２側のストッパ２８に当接することで、弁体５０の全開位置が規制される（図６参照）。これにより、前記空間部６９に達している水素ガスが、第２のシート部材４０のガス噴射孔４７を通って噴射される。また、ソレノイドコイル２２に対する通電が遮断されたときは、弁体５０がコイルバネ６１の付勢力で進出（図２において下動）されることで前記閉弁状態（図４参照）となる。
【００２８】
次に、前記流量制御弁１０に係る組付調整について説明する。
図３に示すように、開弁時における弁体５０のバルブ部５３の当接面５６と第１のシート部材３８の座面３８ａとの間隙をSt1とする。また、弁体５０のシール部材５８の凸部５８ａと第２のシート部材４０の弁座４０ａとの間隙であって、開弁時における最大流量を規定する間隙をSt2とする。このとき、
St1≦St2
の関係を満たすように間隙St1，St2が調整される。なお、
St1＞St2
では開弁時における最大流量が稼ぐことができない。
【００２９】
また、弁体５０のバルブ部５３の当接面５６に対するシール部材５８の凸部５８ａの突出代をaとする。また、第２のシート部材４０の弁座４０ａに対する第１のシート部材３８の座面３８ａの段差量をbとする。このとき、
a＞b
の関係を満たすようにa，bが設定される。これにより、全閉時のシールが可能である。なお、
a＜b
では全閉時のシールが不可能であるためガス洩れが発生する。
【００３０】
また、前記流量制御弁１０の組付過程において、前記弁体５０の全開位置は、前記バルブボディ１２（詳しくはロアボディ部材１４）と第１のシート部材３８との間に介在された上側のシム３０の厚さ３０tと下側のシム３４の厚さ３４tとにより調整されている。また、開弁時におけるストッパ２８の下面から弁体５０の当接面５６までの寸法をL1とする。また、板バネ３２の厚さを３２tとする。また、開弁時における弁体５０のバルブ部５３の当接面５６と第１のシート部材３８の座面３８ａとの間隙をSt1とする。このとき、上側のシム３０の厚さ３０tと下側のシム３４の厚さ３４tは、
３０t＋３４t＝L1＋St1−３２t
で求められる。
【００３１】
また、前記開弁時における最大流量は、前記第１のシート部材３８に対する前記第２のシート部材４０の圧入量により調整されている。すなわち、第１のシート部材３８に対する第２のシート部材４０の圧入時（図５参照）において、最大流量を規定する間隙St2（図３参照）が所定値となるように、第１のシート部材３８に対して第２のシート部材４０を圧入する。詳しくは、弁体５０をストッパ２８にて規定される全開位置において、ガス噴射孔４７を流れる水素ガスの流量すなわち弁体５０の上流側と下流側との差圧に基づく流量を測定しながら、第１のシート部材３８内に第２のシート部材４０を徐々に圧入していき、間隙St2を徐々に変化（減少）させていくことにより調整される。これにより、最大流量のバラツキを低減することができる。その調整後、両シート部材３８，４０が全周に亘る溶接（符号、４５参照）によって接合される（図２参照）。
【００３２】
前記した流量制御弁１０によると、開弁時における最大流量を第２のシート部材４０の弁座４０ａとシール部材５８（詳しくは凸部５８ａ）との間の間隙St2によって規定し、また、閉弁時における弁体５０の全閉位置を第１のシート部材３８の座面３８ａに対する弁体５０（詳しくは当接面５６）の当接によって規定するものである。したがって、開弁時における最大流量と閉弁時における弁体５０の全閉位置とを異なる部材間においてそれぞれ規定することにより、閉弁時におけるシール部材５８の負担を軽減することができる。これにより、シール部材５８のへたりを低減し、シール部材５８の耐久性を向上するとともに、シール部材５８の寸法のばらつきを低減することができる。また、シール部材５８の寸法のばらつきの低減により、開弁時における規定の最大流量を長期的に維持することができる。また、閉弁時におけるシール部材５８の負担を軽減することにより、シール部材５８の凸部５８ａの突出代を大きくすることによってもシール部材５８の耐久性を向上することができる。
【００３３】
また、バルブボディ１２（詳しくはロアボディ部材１４）と第１のシート部材３８との間に介在した上側のシム３０の厚さ３０t及び下側のシム３４の厚さ３４tにより、弁体５０の全開位置を容易に調整することができる（図６参照）。なお、両シム３０，３４の厚さ３０t，３４tに限らず、少なくとも一方のシムの厚さにより弁体５０の全開位置を調整してもよい。
【００３４】
また、第１のシート部材３８に対する第２のシート部材４０の圧入量により最大流量を容易に調整することができる。
【００３５】
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本発明の流量制御弁１０は、水素ガスに限らず、例えば圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等の気体燃料、液体燃料、その他の燃料以外の流体を供給する装置における流量制御弁として用いることができる。また、前記実施例では、２つのシム３０，３４を用いたが、いずれか一方のシムを省略したり、あるいは３つ以上のシムを用いたりしてもよい。また、前記実施例では、弁体５０の全開位置を規定するストッパ２８と上側のシム３０とを別部材としたが、これらを一体化した部材に代えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】一実施例に係る流量制御弁を示す断面図である。
【図２】バルブシート及び弁体の周辺部を示す断面図である。
【図３】開弁状態の要部を示す断面図である。
【図４】閉弁状態の要部を示す断面図である。
【図５】第１のシート部材と第２のシート部材との組付関係を示す断面図である。
【図６】シムの周辺部を示す断面図である。
【図７】従来例に係る流量制御弁の要部を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 流量制御弁
１２ バルブボディ（固定側の部材）
１３ アッパボディ部材
１４ ロアボディ部材
３０ 上側のシム
３４ 下側のシム
３６ バルブシート
３８ 第１のシート部材
３８ａ 座面
４０ 第２のシート部材
４０ａ 弁座
４７ ガス噴射孔（流体流出孔）
５０ 弁体
５８ シール部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流量制御弁としては、例えば同一出願人が先に提案した特許文献１（「従来例」という）がある。なお、図７は流量制御弁の要部を示す概略図である。
図７に示すように、特許文献１のものでは、流体流出孔１０２ａ及び弁座１０２ｂを有するバルブシート１００と、バルブシート１００の弁座１０２ｂに対して弾性を有するシール部材１０４を介して着座及び離座する弁体１０３とを備えている。バルブシート１００が、支持側の第１のシート部材１０１と、その第１のシート部材１０１に組付けられかつ流体流出孔１０２ａ及び弁座１０２ｂが設けられた第２のシート部材１０２とから構成されている。そして、開弁時における最大流量が、第２のシート部材１０２の弁座１０２ｂとシール部材１０４との間の間隙Stによって規定される。また、閉弁時における弁体１０３の全閉位置が、第２のシート部材１０２の弁座１０２ｂに対する弁体１０３のシール部材１０４の当接によって規定される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０３６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の流量制御弁では、開弁時における最大流量と閉弁時における弁体１０３の全閉位置とが同一部材間すなわち第２のシート部材１０２（詳しくは弁座１０２ｂ）とシール部材１０４との間において規定されていた。このため、シール部材１０４のへたりによる寸法のばらつきが生じやすい。また、シール部材１０４の寸法がばらつくことにより、開弁時における規定の最大流量が変動するという問題点があった。
本発明が解決しようとする課題は、シール部材の寸法のばらつきを低減し、開弁時における規定の最大流量を長期的に維持することのできる流量制御弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題は、特許請求の範囲の欄に記載された構成を要旨とする流量制御弁により解決することができる。
すなわち、特許請求の範囲の請求項１に記載された流量制御弁によると、開弁時における最大流量を第２のシート部材の弁座とシール部材との間の間隙によって規定し、また、閉弁時における弁体の全閉位置を第１のシート部材に設けられた座面に対する弁体の当接によって規定するものである。したがって、開弁時における最大流量と閉弁時における弁体の全閉位置とを異なる部材間においてそれぞれ規定することにより、シール部材のへたりを低減し、シール部材の寸法のばらつきを低減することができる。また、シール部材の寸法のばらつきの低減により、開弁時における規定の最大流量を長期的に維持することができる。
【０００６】
また、特許請求の範囲の請求項２に記載された流量制御弁によると、第１のシート部材と固定側の部材との間に介在したシムの厚さにより弁体の全開位置を容易に調整することができる。
【０００７】
また、特許請求の範囲の請求項３に記載された流量制御弁によると、第１のシート部材に対する第２のシート部材の圧入量により最大流量を容易に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。
【実施例】
【０００９】
本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。本実施例に係る流量制御弁は、燃料電池自動車に搭載されている燃料電池発電装置に水素ガスを供給する装置における流量制御弁として用いられるものである。なお、図１は流量制御弁を示す断面図である。また、説明の都合上、図１に示すように、水素ガスの供給側を上側とし、水素ガスの噴射側を下側として説明を行う。
【００１０】
図１に示すように、流量制御弁１０は、電磁駆動式で、磁性材からなる円筒状のバルブボディ１２を備えている。バルブボディ１２は、上下二分割構成をなしており、アッパボディ部材１３とロアボディ部材１４とを備えている。両ボディ部材１３，１４は、互いに嵌合された状態で溶接により接合されている。なお、バルブボディ１２は、本明細書でいう「固定側の部材」に相当する。
また、アッパボディ部材１３の中央部内には、磁性材からなる円筒状のコア１６の下半部が配置されている。ロアボディ部材１４とコア１６との間には、非磁性材からなる鍔付リング１８が配置されている。なお、図２はバルブシート及び弁体の周辺部を示す断面図である。
【００１１】
図２に示すように、前記鍔付リング１８内にはコア１６の下端部が挿着されている。また、鍔付リング１８の下端部の外周面に突出する鍔部１８ａは、ロアボディ部材１４の上端部内に嵌合されている。ロアボディ部材１４の内周面には、鍔付リング１８の鍔部１８ａに対してその下側において重合状に当接するフランジ部１４ａが突出されている。また、ロアボディ部材１４と鍔付リング１８の鍔部１８ａとは、全周に亘る溶接（溶接部分に符号、１９を付す）によって接合されており、両部材１４，１８間が封止されている。これにより、両部材１４，１８間からの水素ガスのガス洩れが防止されている。すなわち、溶接部分１９がガス洩れ防止用の封止部となっている。
【００１２】
図１に示すように、前記アッパボディ部材１３と前記コア１６との間には、合成樹脂等の電気絶縁材からなる円筒状のボビン２１が配置されている。ボビン２１には、ソレノイドコイル２２が多層状に巻装されている。ソレノイドコイル２２には、ターミナル２３が電気的に接続されている。アッパボディ部材１３及びロアボディ部材１４の上端部は、モールド成形された樹脂部２５により被覆されている。樹脂部２５には、ターミナル２３を取り囲むソケット型のコネクタ部２６が形成されている。コネクタ部２６には、図示しないプラグ型の給電用コネクタが接続される。ソレノイドコイル２２に対する通電及びその解除は、電子制御装置（図示しない）により制御されるようになっている。また、ソレノイドコイル２２の通電によって生ずる電磁力によって弁体５０（後述する）が開弁される。なお、ボビン２１及びソレノイドコイル２２は、本明細書でいう「電磁力発生手段」を構成している。
【００１３】
図２に示すように、前記ロアボディ部材１４内には、ストッパ２８、上側のシム３０、板バネ３２、下側のシム３４、及び、バルブシート３６が嵌合されている。ストッパ２８は、磁性材によりリング状に形成されている。ストッパ２８は、ロアボディ部材１４のフランジ部１４ａに重合状に当接されている。また、上側のシム３０は、例えばステンレス材によりリング状に形成されている。上側のシム３０は、ストッパ２８に当接されている。
【００１４】
前記板バネ３２は、例えば析出硬化系ステンレス板により環状に形成されている。板バネ３２の外周部の上面は、前記上側のシム３０に当接されている。また、前記下側のシム３４は、例えばステンレス材によりリング状に形成されている。下側のシム３４は、板バネ３２の外周部の下面に当接されている。すなわち、上側のシム３０と下側のシム３４との間に板バネ３２の外周部が挟持されている。なお、図６はシムの周辺部を示す断面図である。
【００１５】
前記バルブシート３６は、二重円筒構成をなしており、外筒側すなわち支持側の第１のシート部材３８と、その第１のシート部材３８内に挿着された内筒側の第２のシート部材４０とを備えている。両シート部材３８，４０は、非磁性材あるいは非磁性の制振合金によって形成されている。第１のシート部材３８の上半部は、前記ロアボディ部材１４内に圧入されている。ロアボディ部材１４内に対する第１のシート部材３８の圧入によって、前記したストッパ２８、上側のシム３０、板バネ３２、下側のシム３４がロアボディ部材１４のフランジ部１４ａに押付けられている。これにより、ロアボディ部材１４と第１のシート部材３８との間の各部材２８，３０，３２，３４が固定されている。
【００１６】
前記ロアボディ部材１４と第１のシート部材３８とは、全周に亘る溶接（溶接部分に符号、４２を付す）によって接合されており、両部材１４，３８間が封止されている。これにより、両部材１４，３８間からの水素ガスのガス洩れが防止されている。すなわち、溶接部分４２がガス洩れ防止用の封止部となっている。また、第１のシート部材３８の上端面は、流量制御弁１０の軸線L（図６参照）に直交する平面からなる座面３８ａとなっている。
【００１７】
前記第２のシート部材４０は、前記第１のシート部材３８内に挿入されている。なお、図５は第１のシート部材と第２のシート部材との組付関係を示す断面図である。
図５に示すように、第２のシート部材４０の下端部の外周面には、外径を大きくする圧入部４４が形成されている。この圧入部４４が第１のシート部材３８の下端部内に圧入されている。
【００１８】
図２に示すように、両シート部材３８，４０は、全周に亘る溶接（溶接部分に符号、４５を付す）によって接合されており、両部材３８，４０間が封止されている。これにより、両部材３８，４０間からの水素ガスのガス洩れが防止されている。すなわち、溶接部分４５がガス洩れ防止用の封止部となっている。なお、図３は開弁状態の要部を示す断面図、図４は閉弁状態の要部を示す断面図である。
【００１９】
図３に示すように、前記第２のシート部材４０の上端面は、流量制御弁１０の軸線L（図６参照）に直交する平面からなる弁座４０ａとなっている。また、第２のシート部材４０の中空孔がガス噴射孔４７となっている。ガス噴射孔４７の上部には、水素ガスの噴流を整流化するために、口径を小さくする絞り部４７ａが形成されている（図２参照）。なお、ガス噴射孔４７は、本明細書でいう「流体流出孔」に相当する。
【００２０】
図２に示すように、前記板バネ３２の中央孔には弁体５０が装着されている。これにより、弁体５０は、板バネ３２によりフローティング状態で弾性的に支持されている。また、弁体５０は、磁性材である電磁ステンレス材により形成されている。また、弁体５０は、円筒状の主部５１と、主部５１の下端部の外周面に突出するフランジ部５２と、主部５１の下端面に同心状に突出する小径の有底円筒状のバルブ部５３とを有している（図６参照）。
【００２１】
図２に示すように、前記主部５１は、前記コア１６の下端面の内径及び外径とほぼ等しい内径及び外径を有しており、前記した鍔付リング１８、ロアボディ部材１４のフランジ部１４ａ、ストッパ２８内に対して遊嵌状に配置されている。また、前記フランジ部５２は、前記上側のシム３０に対して遊嵌状に配置されている。また、前記バルブ部５３は、前記板バネ３２の中央孔に挿着されている。また、図３に示すように、バルブ部５３には、径方向に放射状に貫通する貫通孔５４が形成されている。貫通孔５４は主部５１内の中空部（符号、５５を付す）と連通されている。また、貫通孔５４の外端部は、板バネ３２より下側において開口されている。なお、弁体５０の貫通孔５４と中空部５５とにより、弁体５０のガス通路が構成されている。
【００２２】
図３に示すように、前記バルブ部５３の下端面は流量制御弁１０の軸線L（図６参照）に直交する当接面５６となっている。しかして、当接面５６の中央部には、円形状の凹部５７が形成されている。凹部５７には、ゴム状弾性材からなる円板状のシール部材５８が装着されている。シール部材５８の下面の外周部には、当接面５６より下方へ突出する環状の凸部５８ａが突出されている。凸部５８ａは、前記第２のシート部材４０の弁座４０ａに対応しており、閉弁時において弁座４０ａに弾性的に接触可能となっている（図４参照）。また、シール部材５８の周囲に位置するバルブ部５３の当接面５６は、前記第１のシート部材３８の座面３８ａに対応しており、閉弁時において座面３８ａに当接可能となっている（図４参照）。
【００２３】
前記弁体５０の主部５１及びフランジ部５２は、前記ソレノイドコイル２２の通電時において、アーマチュアとして機能する。また、ソレノイドコイル２２の通電によって発生する電磁力によって、弁体５０がガス噴射孔４７を開く方向（図２において上方）へ移動すなわち開弁される。また、開弁時において、弁体５０のフランジ部５２がストッパ２８と当接することにより、弁体５０の全開位置が規定される（図６参照）。なお、ストッパ２８は、本明細書でいう「全開位置規定部材」に相当する。
【００２４】
図１に示すように、前記弁体５０は、前記コア１６内に配置されたコイルバネ６１の弾性によってガス噴射孔４７を閉じる方向すなわち下方へ付勢されている。コア１６内には、コイルバネ６１上に位置するバネ荷重調整用のパイプ６３が圧入されている。パイプ６３の圧入量によってコイルバネ６１の付勢力が調整されている。なお、パイプ６３は、コア１６内に対して圧入に代えてねじ付けることもできる。この場合、パイプ６３のねじ込み量によってコイルバネ６１の付勢力を調整することができる。また、コア１６の中空部すなわちガス通路６５の上端開口部内には、異物を捕捉するストレーナ６７が配置されている。なお、ガス通路６５は、本明細書でいう「流体通路」に相当する。
【００２５】
また、ソレノイドコイル２２の通電が解除されているときは、弁体５０がコイルバネ６１の弾性によって閉弁状態に保持されるようになっている。また、板バネ３２は、コイルバネ６１の閉じ方向の付勢力に比べてはるかに小さくかつコイルバネ６１による弁体５０の閉弁動作を損なわない程度の開き方向の付勢力を有している。なお、コイルバネ６１は、本明細書でいう「付勢部材」に相当する。
【００２６】
次に、前記した流量制御弁１０の作動について説明する。
ソレノイドコイル２２の通電が解除されている閉弁時には、弁体５０がコイルバネ６１の付勢力によって閉弁状態におかれている（図２参照）。このとき、弁体５０のバルブ部５３の当接面５６が第１のシート部材３８の座面３８ａに当接することで、弁体５０の全閉位置が規制されている（図４参照）。また、弁体５０のシール部材５８の凸部５８ａが第２のシート部材４０の弁座４０ａに弾性的に当接している。このため、水素ガスは、コア１６内のガス通路６５（パイプ６３内の中空部を含む）から弁体５０のガス通路（中空部５５及び貫通孔５４）を介して、弁体５０及びロアボディ部材１４並びにバルブシート３６により取り囲まれた空間部６９（図２参照）に達しているものの、第２のシート部材４０のガス噴射孔４７へは流れない。
【００２７】
また、電子制御装置の制御によるソレノイドコイル２２の通電によって発生する電磁力による開弁時には、弁体５０がコイルバネ６１の付勢に抗して後退（図２において上動）される。このため、図３に示すように、弁体５０のバルブ部５３の当接面５６が第１のシート部材３８の座面３８ａから離れるいわゆる離座する。また、弁体５０のシール部材５８の凸部５８ａが第２のシート部材４０の弁座４０ａから離れるいわゆる離座する。これにともない、弁体５０のフランジ部５２がバルブボディ１２側のストッパ２８に当接することで、弁体５０の全開位置が規制される（図６参照）。これにより、前記空間部６９に達している水素ガスが、第２のシート部材４０のガス噴射孔４７を通って噴射される。また、ソレノイドコイル２２に対する通電が遮断されたときは、弁体５０がコイルバネ６１の付勢力で進出（図２において下動）されることで前記閉弁状態（図４参照）となる。
【００２８】
次に、前記流量制御弁１０に係る組付調整について説明する。
図３に示すように、開弁時における弁体５０のバルブ部５３の当接面５６と第１のシート部材３８の座面３８ａとの間隙をSt1とする。また、弁体５０のシール部材５８の凸部５８ａと第２のシート部材４０の弁座４０ａとの間隙であって、開弁時における最大流量を規定する間隙をSt2とする。このとき、
St1≦St2
の関係を満たすように間隙St1，St2が調整される。なお、
St1＞St2
では開弁時における最大流量が稼ぐことができない。
【００２９】
また、弁体５０のバルブ部５３の当接面５６に対するシール部材５８の凸部５８ａの突出代をaとする。また、第２のシート部材４０の弁座４０ａに対する第１のシート部材３８の座面３８ａの段差量をbとする。このとき、
a＞b
の関係を満たすようにa，bが設定される。これにより、全閉時のシールが可能である。なお、
a＜b
では全閉時のシールが不可能であるためガス洩れが発生する。
【００３０】
また、前記流量制御弁１０の組付過程において、前記弁体５０の全開位置は、前記バルブボディ１２（詳しくはロアボディ部材１４）と第１のシート部材３８との間に介在された上側のシム３０の厚さ３０tと下側のシム３４の厚さ３４tとにより調整されている。また、開弁時におけるストッパ２８の下面から弁体５０の当接面５６までの寸法をL1とする。また、板バネ３２の厚さを３２tとする。また、開弁時における弁体５０のバルブ部５３の当接面５６と第１のシート部材３８の座面３８ａとの間隙をSt1とする。このとき、上側のシム３０の厚さ３０tと下側のシム３４の厚さ３４tは、
３０t＋３４t＝L1＋St1−３２t
で求められる。
【００３１】
また、前記開弁時における最大流量は、前記第１のシート部材３８に対する前記第２のシート部材４０の圧入量により調整されている。すなわち、第１のシート部材３８に対する第２のシート部材４０の圧入時（図５参照）において、最大流量を規定する間隙St2（図３参照）が所定値となるように、第１のシート部材３８に対して第２のシート部材４０を圧入する。詳しくは、弁体５０をストッパ２８にて規定される全開位置において、ガス噴射孔４７を流れる水素ガスの流量すなわち弁体５０の上流側と下流側との差圧に基づく流量を測定しながら、第１のシート部材３８内に第２のシート部材４０を徐々に圧入していき、間隙St2を徐々に変化（減少）させていくことにより調整される。これにより、最大流量のバラツキを低減することができる。その調整後、両シート部材３８，４０が全周に亘る溶接（符号、４５参照）によって接合される（図２参照）。
【００３２】
前記した流量制御弁１０によると、開弁時における最大流量を第２のシート部材４０の弁座４０ａとシール部材５８（詳しくは凸部５８ａ）との間の間隙St2によって規定し、また、閉弁時における弁体５０の全閉位置を第１のシート部材３８の座面３８ａに対する弁体５０（詳しくは当接面５６）の当接によって規定するものである。したがって、開弁時における最大流量と閉弁時における弁体５０の全閉位置とを異なる部材間においてそれぞれ規定することにより、閉弁時におけるシール部材５８の負担を軽減することができる。これにより、シール部材５８のへたりを低減し、シール部材５８の耐久性を向上するとともに、シール部材５８の寸法のばらつきを低減することができる。また、シール部材５８の寸法のばらつきの低減により、開弁時における規定の最大流量を長期的に維持することができる。また、閉弁時におけるシール部材５８の負担を軽減することにより、シール部材５８の凸部５８ａの突出代を大きくすることによってもシール部材５８の耐久性を向上することができる。
【００３３】
また、バルブボディ１２（詳しくはロアボディ部材１４）と第１のシート部材３８との間に介在した上側のシム３０の厚さ３０t及び下側のシム３４の厚さ３４tにより、弁体５０の全開位置を容易に調整することができる（図６参照）。なお、両シム３０，３４の厚さ３０t，３４tに限らず、少なくとも一方のシムの厚さにより弁体５０の全開位置を調整してもよい。
【００３４】
また、第１のシート部材３８に対する第２のシート部材４０の圧入量により最大流量を容易に調整することができる。
【００３５】
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本発明の流量制御弁１０は、水素ガスに限らず、例えば圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等の気体燃料、液体燃料、その他の燃料以外の流体を供給する装置における流量制御弁として用いることができる。また、前記実施例では、２つのシム３０，３４を用いたが、いずれか一方のシムを省略したり、あるいは３つ以上のシムを用いたりしてもよい。また、前記実施例では、弁体５０の全開位置を規定するストッパ２８と上側のシム３０とを別部材としたが、これらを一体化した部材に代えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】一実施例に係る流量制御弁を示す断面図である。
【図２】バルブシート及び弁体の周辺部を示す断面図である。
【図３】開弁状態の要部を示す断面図である。
【図４】閉弁状態の要部を示す断面図である。
【図５】第１のシート部材と第２のシート部材との組付関係を示す断面図である。
【図６】シムの周辺部を示す断面図である。
【図７】従来例に係る流量制御弁の要部を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 流量制御弁
１２ バルブボディ（固定側の部材）
１３ アッパボディ部材
１４ ロアボディ部材
３０ 上側のシム
３４ 下側のシム
３６ バルブシート
３８ 第１のシート部材
３８ａ 座面
４０ 第２のシート部材
４０ａ 弁座
４７ ガス噴射孔（流体流出孔）
５０ 弁体
５８ シール部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流出孔及び弁座を有するバルブシートと、
前記バルブシートの弁座に対して弾性を有するシール部材を介して着座及び離座する弁体と
を備える流量制御弁であって、
前記バルブシートが、支持側の第１のシート部材と、その第１のシート部材に組付けられかつ前記流体流出孔及び前記弁座が設けられた第２のシート部材とから構成され、
開弁時における最大流量を、前記第２のシート部材の弁座と前記シール部材との間の間隙によって規定し、
閉弁時における前記弁体の全閉位置を、前記第１のシート部材に設けられた座面に対する前記弁体の当接によって規定する構成とした
ことを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記第１のシート部材とそのシート部材の固定側の部材との間にシムを介在し、該シムの厚さにより前記弁体の全開位置を調整する構成としたことを特徴とする流量制御弁。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の流量制御弁であって、
前記第１のシート部材に前記第２のシート部材を圧入し、その圧入量により前記最大流量を調整する構成としたことを特徴とする流量制御弁。
【請求項１】
流体流出孔及び弁座を有するバルブシートと、
前記バルブシートの弁座に対して弾性を有するシール部材を介して着座及び離座する弁体と
を備える流量制御弁であって、
前記バルブシートが、支持側の第１のシート部材と、その第１のシート部材に組付けられかつ前記流体流出孔及び前記弁座が設けられた第２のシート部材とから構成され、
開弁時における最大流量を、前記第２のシート部材の弁座と前記シール部材との間の間隙によって規定し、
閉弁時における前記弁体の全閉位置を、前記第１のシート部材に設けられた座面に対する前記弁体の当接によって規定する構成とした
ことを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記第１のシート部材とそのシート部材の固定側の部材との間にシムを介在し、該シムの厚さにより前記弁体の全開位置を調整する構成としたことを特徴とする流量制御弁。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の流量制御弁であって、
前記第１のシート部材に前記第２のシート部材を圧入し、その圧入量により前記最大流量を調整する構成としたことを特徴とする流量制御弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１９３６２（Ｐ２０１０−１９３６２Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８１３１８（Ｐ２００８−１８１３１８）
【出願日】平成２０年７月１１日（２００８．７．１１）
【出願人】（０００１１６５７４）愛三工業株式会社 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１１日（２００８．７．１１）
【出願人】（０００１１６５７４）愛三工業株式会社 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
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