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技術 流体制御弁

出願人 アイシン精機株式会社
発明者 梶尾克宏
出願日 2016年9月9日 (4年3ヶ月経過) 出願番号 2016-177046
公開日 2018年3月15日 (2年9ヶ月経過) 公開番号 2018-040486
状態 特許登録済
技術分野 リフト弁 弁の操作手段一般;電気駆動弁
主要キーワード 最小径部位 水冷ポンプ バルブフレーム ピン状部材 螺子機構 燃料供給モジュール 回り止め状態 流体制御弁
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年3月15日)のものです。
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図面 (11)

課題

簡便な構成でシール機能を確保できるコンパクト流体制御弁を提供する。

解決手段

流体制御弁は、軸部材33と、筒状部40aを有する保持部材40と、ハウジングと、を備え、軸部材33の端部は、筒状部40aの底部40a1に向かって縮径して構成され、底部40a1に当接する第一当接部33a1を含む第一領域33aと、第一領域33aとの境界面Pから底部40a1とは反対側に向かって縮径して構成され、筒状部40aの凹部40a2に当接する第二当接部33b1を含む第二領域33bとを有し、境界面Pの中心Oから第一当接部33a1までの距離R1は、境界面Pの中心Oから第二当接部33b1までの距離R2よりも小さく構成されている。

概要

背景

従来、車両に搭載された各種機器(例えば、燃料電池)に供給する空気の流量を制御するポペットバルブ式の流体制御弁が知られている(例えば、特許文献1参照)。

特許文献1の流体制御弁は、駆動源駆動力により軸芯に沿って移動する軸部材(文献では弁軸)と、軸部材の先端部が径方向に所定の隙間を有して挿入された筒状部と当該筒状部から径方向外側に延出する弁体とを有する保持部材(文献ではバルブフレーム)と、弁体が当接する環状の弁座を有するハウジング(文献ではバルブハウジング)と、を備えている。

また、軸部材の先端部に設けられた貫通孔に回転可能な球体を配置し、保持部材をかしめて球体を固定することで、保持部材が軸部材に対して揺動可能に構成している。その結果、弁体を閉弁するとき、弁体が流体から受ける流体圧構成部材の寸法誤差に起因して、弁体と弁座との平行度が一致しない場合でも、軸部材に前進方向の駆動力を付与することで、弁体のシール部材が全周に亘って弁座に押付けられるように構成している。

概要

簡便な構成でシール機能を確保できるコンパクトな流体制御弁を提供する。流体制御弁は、軸部材33と、筒状部40aを有する保持部材40と、ハウジングと、を備え、軸部材33の端部は、筒状部40aの底部40a1に向かって縮径して構成され、底部40a1に当接する第一当接部33a1を含む第一領域33aと、第一領域33aとの境界面Pから底部40a1とは反対側に向かって縮径して構成され、筒状部40aの凹部40a2に当接する第二当接部33b1を含む第二領域33bとを有し、境界面Pの中心Oから第一当接部33a1までの距離R1は、境界面Pの中心Oから第二当接部33b1までの距離R2よりも小さく構成されている。

目的

そこで、簡便な構成でシール機能を確保できるコンパクトな流体制御弁が望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

一端部に接続された駆動源からの駆動力により軸芯に沿って移動する軸部材と、前記軸部材の他端部が径方向に所定の隙間を有して挿入されており、表面から径方向内側に窪んだ凹部が形成された有底筒状の筒状部と、前記筒状部から径方向外側に延出した平板状の本体部の外周にシール部材が固定されて形成された弁体と、を有する保持部材と、流体の流入口および流出口と、前記流入口と前記流出口との連通を遮断するように前記弁体が当接する環状の弁座とを有し、前記軸部材および前記保持部材を収容するハウジングと、を備え、前記軸部材の前記他端部は、前記筒状部の底部に向かって縮径して構成され、前記底部に当接する第一当接部を含む第一領域と、前記第一領域との境界面から前記底部とは反対側に向かって縮径して構成され、前記凹部に当接する第二当接部を含む第二領域とを有し、前記境界面の中心から前記第一当接部までの距離は、前記境界面の中心から第二当接部までの距離よりも小さく構成されている流体制御弁

請求項2

前記第二領域が半球状に構成されている請求項1に記載の流体制御弁。

請求項3

前記軸部材と前記筒状部との間には、前記第二当接部よりも前記底部とは反対側にOリングが設けられている請求項1又は2に記載の流体制御弁。

請求項4

前記凹部は、前記筒状部が外側からかしめ加工されたかしめ部で構成されており、前記凹部の内周面と前記第二当接部とが摺動可能に構成されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の流体制御弁。

請求項5

一端部に接続された駆動源からの駆動力により軸芯に沿って移動する軸部材と、前記軸部材の他端部が径方向に所定の隙間を有して挿入されており、表面から径方向内側に窪んだ凹部が形成された有底筒状の筒状部と、前記筒状部から径方向外側に延出した平板状の本体部の外周にシール部材が固定されて形成される弁体と、を有する保持部材と、流体の流入口および流出口と、前記流入口と前記流出口との連通を遮断するように前記弁体が当接する環状の弁座とを有し、前記軸部材および前記保持部材を収容するハウジングと、を備え、前記軸部材の前記他端部は、前記筒状部の底部に向かって拡径して構成されて、前記凹部に当接する拡径部と、前記拡径部の先端面を平坦にした平坦部と、を有し、前記底部は、表面を前記平坦部に向かって突出するように形成され、前記平坦部に当接する凸部を有している流体制御弁。

技術分野

0001

本発明は、流体の流量および圧力を制御する流体制御弁に関する。

背景技術

0002

従来、車両に搭載された各種機器(例えば、燃料電池)に供給する空気の流量を制御するポペットバルブ式の流体制御弁が知られている(例えば、特許文献1参照)。

0003

特許文献1の流体制御弁は、駆動源駆動力により軸芯に沿って移動する軸部材(文献では弁軸)と、軸部材の先端部が径方向に所定の隙間を有して挿入された筒状部と当該筒状部から径方向外側に延出する弁体とを有する保持部材(文献ではバルブフレーム)と、弁体が当接する環状の弁座を有するハウジング(文献ではバルブハウジング)と、を備えている。

0004

また、軸部材の先端部に設けられた貫通孔に回転可能な球体を配置し、保持部材をかしめて球体を固定することで、保持部材が軸部材に対して揺動可能に構成している。その結果、弁体を閉弁するとき、弁体が流体から受ける流体圧構成部材の寸法誤差に起因して、弁体と弁座との平行度が一致しない場合でも、軸部材に前進方向の駆動力を付与することで、弁体のシール部材が全周に亘って弁座に押付けられるように構成している。

先行技術

0005

特開2013−87803号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、従来の流体制御弁は、弁体が軸部材に対して揺動して弁体のシール部材が全周に亘って弁座に押付けられるのでシール性が高いものであるが、軸部材の先端部に貫通孔を加工して球体を配置する必要があり製造コストが増加する。また、球体や球体の収容空間を設ける必要があるため、流体制御弁の軸長が長くなってしまう。

0007

そこで、簡便な構成でシール機能を確保できるコンパクトな流体制御弁が望まれている。

課題を解決するための手段

0008

流体制御弁の特徴構成は、一端部に接続された駆動源からの駆動力により軸芯に沿って移動する軸部材と、前記軸部材の他端部が径方向に所定の隙間を有して挿入されており、表面から径方向内側に窪んだ凹部が形成された有底筒状の筒状部と、前記筒状部から径方向外側に延出した平板状の本体部の外周にシール部材が固定されて形成された弁体と、を有する保持部材と、流体の流入口および流出口と、前記流入口と前記流出口との連通を遮断するように前記弁体が当接する環状の弁座とを有し、前記軸部材および前記保持部材を収容するハウジングと、を備え、前記軸部材の前記他端部は、前記筒状部の底部に向かって縮径して構成され、前記底部に当接する第一当接部を含む第一領域と、前記第一領域との境界面から前記底部とは反対側に向かって縮径して構成され、前記凹部に当接する第二当接部を含む第二領域とを有し、前記境界面の中心から前記第一当接部までの距離は、前記境界面の中心から第二当接部までの距離よりも小さく構成されている点にある。

0009

本構成では、軸部材の他端部において、第一領域が筒状部の底部に当接すると共に、筒状部の底部とは反対側に縮径された第二領域が筒状部に形成された凹部に当接しているので、保持部材の軸部材に対する軸方向の相対移動規制されている。この状態で軸部材が径方向に所定の隙間を有して筒状部に挿入されているので、弁体を有する保持部材が軸部材に対して揺動可能に構成されている。その結果、軸部材に軸方向の駆動力を付与して弁体を弁座に押付ければ、弁体が軸部材に対して揺動して弁体のシール部材が全周に亘って弁座に押付けられるので、弁体と弁座との平行度が一致しない場合でもシール性を高めることができる。

0010

また、弁体を軸部材に対して揺動させる機構は、軸部材の他端部を旋盤加工したり保持部材をプレス加工して凹部を形成したりするだけで良いので、従来のように球体を設ける場合に比べて製造コストを節約できる。しかも、軸部材の他端部を第一領域と第二領域とに区分して、第一領域の軸方向の寸法を小さく構成しているので、流体制御弁の軸長を短くすることができる。このように、簡便な構成でシール機能を確保できるコンパクトな流体制御弁が提供できた。

0011

他の特徴構成は、前記第二領域が半球状に構成されている点にある。

0012

本構成のように、第二領域を半球状に構成すれば、弁体が軸部材に対して揺動したとき、球面と凹部とが円滑に摺接する。このため、軸部材に軸方向の駆動力を付与して弁体を弁座に押付ければ、弁体の姿勢が弁座と平行になるように確実に修正されてシール性を高めることができる。

0013

他の特徴構成は、前記軸部材と前記筒状部との間には、前記第二当接部よりも前記底部とは反対側にOリングが設けられている点にある。

0014

本構成のように、第二当接部よりも筒状部の底部とは反対側における軸部材と筒状部との間にOリングを設ければ、異物が筒状部の内部に侵入することがないので、弁体の軸部材に対する揺動が異物によって阻害されることがない。その結果、繰り返し弁体を閉弁した場合でも、長期間に亘って弁体の姿勢を修正することができる。

0015

他の特徴構成は、前記凹部は、前記筒状部が外側からかしめ加工されたかしめ部で構成されており、前記凹部の内周面と前記第二当接部とが摺動可能に構成されている点にある。

0016

本構成では、筒状部の外側からかしめ加工するだけで第二当接部に対して摺動する凹部を形成することができるので、加工が容易である。

0017

流体制御弁の特徴構成は、一端部に接続された駆動源からの駆動力により軸芯に沿って移動する軸部材と、前記軸部材の他端部が径方向に所定の隙間を有して挿入されており、表面から径方向内側に窪んだ凹部が形成された有底筒状の筒状部と、前記筒状部から径方向外側に延出した平板状の本体部の外周にシール部材が固定されて形成される弁体と、を有する保持部材と、流体の流入口および流出口と、前記流入口と前記流出口との連通を遮断するように前記弁体が当接する環状の弁座とを有し、前記軸部材および前記保持部材を収容するハウジングと、を備え、前記軸部材の前記他端部は、前記筒状部の底部に向かって拡径して構成されて、前記凹部に当接する拡径部と、前記拡径部の先端面を平坦にした平坦部と、を有し、前記底部は、表面を前記平坦部に向かって突出するように形成され、前記平坦部に当接する凸部を有している点にある。

0018

本構成では、軸部材の他端部において、平坦部が筒状部の底部の凸部に当接すると共に、筒状部の底部に向かって拡径された拡径部が筒状部に形成された凹部に当接しているので、筒状部の軸部材に対する軸方向の相対移動が規制されている。この状態で軸部材が径方向に所定の隙間を有して筒状部に挿入されているので、弁体を有する保持部材は軸部材に対して揺動可能に構成されている。その結果、軸部材に軸方向の駆動力を付与して弁体を弁座に押付ければ、弁体が軸部材に対して揺動して弁体のシール部材が全周に亘って弁座に押付けられるので、弁体と弁座との平行度が一致しない場合でもシール性を高めることができる。

0019

また、弁体を軸部材に対して揺動させる機構は、軸部材の他端部を旋盤加工したり保持部材をプレス加工して凹部や凸部を形成したりするだけで良いので、従来のように球体を設ける場合に比べて製造コストを節約できる。しかも、軸部材の他端部の先端を平坦面に形成しているので、流体制御弁の軸長を短くすることができる。このように、簡便な構成でシール機能を確保できるコンパクトな流体制御弁が提供できた。

図面の簡単な説明

0020

燃料電池システムを示す概略図である。
流体制御弁の開弁時を示す断面図である。
流体制御弁の閉弁時を示す断面図である。
軸部材の他端部を拡大した図である。
軸部材を露出した状態の流体制御弁の斜視図である。
閉弁し始めた状態を示す軸部材の拡大図である。
完全に閉弁した状態を示す軸部材の拡大図である。
別実施形態1に係る軸部材の拡大図である。
別実施形態2に係る軸部材の拡大図である。
別実施形態3に係る軸部材の拡大図である。

実施例

0021

以下に、本発明に係る流体制御弁の実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、流体制御弁の一例として、燃料電池システム1の酸素供給モジュール2に配置される空気調圧弁3(流体制御弁の一例)として説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

0022

[燃料電池システム]
図1に示すように、本実施形態では、自動車一般産業用機械等の車両の駆動源として電動モータ51を用いるものである。この電動モータ51には、燃料電池システム1で発電した電力が供給される。燃料電池システム1は、燃料電池5と、燃料電池5に空気を供給する酸素供給モジュール2と、燃料電池5に水素ガスを供給する燃料供給モジュール4とを備えている。なお、燃料電池5で発電した電力を電動モータ51に供給しながら余剰電力バッテリ蓄電しても良く、特に限定されない。

0023

燃料電池5は、燃料極空気極との間に電解質を挟んだセルセパレータによって区画されたセルユニットを、直列に積層して構成されている。空気極に対向するセパレータには、酸素を含んだ空気が流通する空気流路5aが形成され、燃料極に対向するセパレータには、水素ガスが流通する水素流路5bが形成されている。燃料電池5は、水素ガスが水素イオンとなって電解質を通過して酸素と化学反応することで、水(水蒸気)が発生すると共に、燃料極の側が陰極、空気極の側が陽極となって電動モータ51に電力が供給される。また、燃料電池5を冷却するために、水冷ポンプP1によって冷却水循環されている。

0024

酸素供給モジュール2は、コンプレッサ21によって酸素を含む空気を燃料電池5に供給する空気供給路2aを備えている。この空気供給路2aは、燃料電池5の空気流路5aに接続されており、コンプレッサ21と空気流路5aとの間には、三方弁22が配置されている。この三方弁22にはバイパス流路2bの一端が接続されており、このバイパス流路2bの他端が酸素側排出路2cに接続されている。三方弁22の弁位置を変位させることで、バイパス流路2bを介して酸素側排出路2cに空気の一部を排出し、燃料電池5の空気流路5aに供給する空気量が調節される。なお、空気供給路2aには、空気に含まれる異物を除去するエアフィルタやコンプレッサ21によって圧縮された空気を冷却するインタークーラが適宜設けられているが、図示を省略している。

0025

酸素側排出路2cは、一端が燃料電池5の空気流路5aの出口に接続され、他端が後述する燃料側排出路4bに合流されている。この酸素側排出路2cでは、発電に使用されなかった空気や発電によって生成された水(水蒸気)が排出される。本実施形態における空気調圧弁3は、酸素側排出路2cの経路上に配置されており、燃料電池5の空気流路5aの出口とバイパス流路2bの他端との間に設けられている。詳細な構成は後述するが、空気調圧弁3は、燃料電池5の内部に残存した空気の排出量を調節することで、燃料電池5の内部圧力を制御するものである。

0026

燃料供給モジュール4は、水素タンク41から燃料電池5の水素流路5bに水素ガスを供給する水素供給流路4aを備えている。この水素供給流路4aには、車両の運転停止時には水素ガスの供給を遮断する遮断弁42が設けられている。また、少量の水素ガスが含まれる主に空気極から透過してきた窒素や電解質を透過した水(水蒸気)を排出する燃料側排出路4bが水素流路5bの出口に接続されている。

0027

この燃料側排出路4bの経路上には、気液分離器43が設けられており、水素ガスと水とが気液分離器43で分離される。気液分離器43で分離された水素ガスは、循環ポンプP2によって水素供給流路4aの遮断弁42より下流側に循環し、再度、燃料電池5の燃料として使用される。一方、気液分離器43で分離された水や循環に用いられなかった水素ガスは、燃料側排出路4bに排出され、酸素側排出路2cから流入した空気や水と混合して外部に排出される。なお、燃料側排出路4bには、気液分離器43の排水量を調節する排水弁や酸素側排出路2cとの合流部に水素ガスを空気により希釈する希釈器が適宜設けられているが、図示を省略している。

0028

燃料電池システム1は、車両が運転を開始すると、コンプレッサ21によって酸素を含む空気を空気流路5aに供給し、遮断弁42を開弁すると共に循環ポンプP2を作動させて水素ガスを水素流路5bに供給し、燃料電池5が発電を行うように構成されている。このとき、空気調圧弁3は、燃料電池5の内部に残存した空気を排出して燃料電池5の内部圧力を制御するために開弁状態となっている(図2参照)。一方、燃料電池システム1は、車両が運転を停止すると、コンプレッサ21が停止して空気流路5aへの空気の供給が無くなり、遮断弁42を閉弁すると共に循環ポンプP2を停止して水素流路5bへの水素ガスの供給が無くなる。このとき、空気調圧弁3は、閉弁状態となっている(図3参照)。

0029

[流体制御弁]
次に、図2図7を用いて、本実施形態に係る流体制御弁としての空気調圧弁3の構成を説明する。以下の説明において、図2紙面を基準とした上下方向、左右方向(側方)を用いて説明するが、空気調圧弁3の実際の取付方向とは必ずしも一致していない。

0030

図2に示すように、空気調圧弁3は、ステッピングモータ31(駆動源の一例)と、一端部に接続されたステッピングモータ31からの駆動力によって軸芯Xに沿って移動する金属製の軸部材33と、軸部材33の他端部に接続された平板状の弁体34と、上部ハウジング32aと下部ハウジング32bとを締結して形成され、軸部材33および弁体34を収容する樹脂製のハウジング32とを備えている。

0031

ステッピングモータ31は、上部ハウジング32aに密封状態で固定されており、出力軸に設けた螺子機構によって出力軸を回転させることで、回り止め状態でステッピングモータ31に支持された軸部材33が軸芯Xに沿って上下移動するように構成されている。このステッピングモータ31は、印加されるパルス数に応じてステップ角を調整して、軸部材33の移動距離を細かく設定することができるモータであり、公知であるので詳細な説明を省略する。なお、駆動源はステッピングモータ31に限定されず、回転角度を制御可能なブラシレスモータ等で構成しても良い。

0032

軸部材33は、一端部にステッピングモータ31が接続され、他端部に円環状の弁体34が接続された棒状に構成されている。軸部材33の中間部には、内周側が固定部材37により保持されたダイヤフラム35が設けられている。このダイヤフラム35は、基布ゴム材料を固定して構成されている。固定部材37の上側にはリテーナ38が配置されており、このリテーナ38と上部ハウジング32aの間には、圧縮スプリング39が設けられている。圧縮スプリング39は弁体34の閉弁方向に付勢しており、車両の運転停止時には、圧縮スプリング39の付勢力により弁体34が閉弁状態に維持される(図3参照)。

0033

軸部材33の他端部には、軸部材33の他端部が径方向に所定の隙間mを有した状態で挿入された有底筒状の筒状部40aと、筒状部40aの開口側から径方向外側に延出した平板状の本体部40bと、本体部40bの外周に固定されたシール部材Sとを備えた保持部材40が装着されている。金属製の保持部材40が装着されている。これら筒状部40aと本体部40bとは金属材料で構成され、シール部材Sはゴム材料で構成されている。軸部材33の他端部に接続された弁体34は、保持部材40の一部である本体部40bと、本体部40bの外周に固定されたシール部材Sとで構成されている。本実施形態では、軸部材33の他端部を筒状部40aに挿入した状態で、筒状部40aの外面をプレス加工(かしめ加工)している(図5参照)。これによって、筒状部40aには、表面から径方向内側に窪んだ複数の凹部40a2(対向する2箇所)がかしめ部として形成されている(図4参照)。

0034

図4に示すように、軸部材33の他端部は、先端側(筒状部40aの底部40a1の側)から順に、第一領域33a、第二領域33b、第三領域33c、第四領域33d、第五領域33eで構成されている。

0035

第一領域33aは、筒状部40aの底部40a1に向かって縮径した円錐状に構成され、筒状部40aの底部40a1に当接する第一当接部33a1を有している。また、第一領域33aの先端は球面状に構成されている。

0036

第二領域33bは、第一領域33aとの境界面Pから筒状部40aの底部40a1とは反対側に向かって縮径した半球状に構成されている。上述した筒状部40aの凹部40a2を第二領域33bの第二当接部33b1に当接させることで、保持部材40が軸部材33に対して軸芯Xの方向に抜け止め状態で保持されている。また、第二領域33bには、第一領域33aとの境界面Pから所定の曲率を持った部位まで直線状で移行する移行部33b2が形成されている。なお、移行部33b2を省略して、第二領域33bの外面を全て曲面で形成しても良い。

0037

第一領域33aの軸芯X方向の長さは、第二領域33bの半径に比べて短く構成されている。換言すると、境界面Pの中心Oから第一当接部33a1までの距離R1は、境界面Pの中心Oから第二当接部33b1までの距離R2よりも小さく構成されている。これら第一領域33aや第二領域33bは、軸部材33の他端部を旋盤加工等で切削すれば容易に形成することができるので、製造コストを節約できる。また、第一領域33aの長さを短く形成しているので、軸部材33の軸長を短くして空気調圧弁3をコンパクトなものとすることができる。

0038

第三領域33cは、第二領域33bの最小径部位に連なる円柱状に構成されている。第四領域33dは、第三領域33cとの接続部位から底部40a1とは反対側に向かって拡径したテーパ面を有している。第五領域33eは、第四領域33dの最大径部位に連なる円柱状に構成されており、一部を窪ませた溝部33e1を有している。溝部33e1には、ゴム製のOリング47が嵌め込まれており、このOリング47が軸部材33の外面と筒状部40aの内面とに当接して圧縮されている。つまり、軸部材33と筒状部40aとの間には、第二当接部33b1よりも筒状部40aの底部40a1とは反対側にOリング47が設けられている。

0039

上述したように、軸部材33の他端部が径方向に所定の隙間mを有した状態で筒状部40aに挿入されているので、第一領域33aおよび第二領域33bが筒状部40aの内面に摺接しつつ、保持部材40(弁体34)が軸部材33に対して所定の範囲で揺動可能に構成されている。なお、保持部材40が軸部材33に対して揺動する構成に限定されず、保持部材40が固定された軸部材33自体が揺動する構成にしても良い。

0040

図2図3に戻って説明すると、ハウジング32は、上部ハウジング32aと下部ハウジング32bとの接合面にダイヤフラム35の外周側を挟持した状態で、上部ハウジング32aと下部ハウジング32bとをボルトによって締結固定して構成されている。ハウジング32の収容空間32Aには、上述した軸部材33、弁体34、ダイヤフラム35や圧縮スプリング39等が収容されている。

0041

上部ハウジング32aの側面には、ダイヤフラム35と上部ハウジング32aとの間で区画形成される上部室32A1と外部空間32Bとを連通する貫通孔32a1が形成されている。これによって、上部室32A1は、大気圧に維持されている。また、弁体34が閉弁状態にあるとき、弁体34と下部ハウジング32bとダイヤフラム35とで囲まれる空間には、流入口32Cに連通した下部室32A2が形成されている(図3参照)。

0042

上部ハウジング32aの上部には、ステッピングモータ31を固定するモータ固定部32a3から下方(弁体34の側)に筒状に延出する筒状壁32a4が形成されており、この筒状壁32a4に軸部材33の一端側が支持されている。

0043

下部ハウジング32bは、燃料電池5の空気流路5aの出口から空気や水(水蒸気)が流入する流入口32Cと、弁体34が開弁したときに酸素側排出路2cの下流側に空気や水(水蒸気)を流出させる流出口32Dとを有している。本実施形態では、流入口32Cが下部ハウジング32bの側方に開口形成されており、流出口32Dが下部ハウジング32bの下方に開口形成されている。

0044

下部ハウジング32bには、流入口32Cと流出口32Dとの連通を遮断するように弁体34が当接する環状の弁座46が形成されている。弁座46は、弁体34のシール部材Sが当接する当接部46aと、当接部46aから径方向内側に延出した状態で当接部46aよりも上側に(本体部40bに向かって)突出してある突出部46bとを有している。当接部46aは、下部ハウジング32bのうち流出口32Dを構成する周壁部32b1の天面となる平坦面で構成されている。突出部46bは、下部ハウジング32bのうち流出口32Dを構成する周壁部32b1から径方向内側にテーパ状に延出した基端部46b2より上側(弁体34の側)に突出形成されている。また、突出部46bは、弁座46の周方向に沿って等間隔に複数設けられており、これら突出部46bは周方向に沿って互いに分離している。これにより、シール部材Sが当接部46aに当接した状態で、突出部46bの先端部46b1が弁体34の本体部40bに当接して弁体34の移動を規制する(図7参照)。

0045

弁体34を閉弁したとき、弁体34が流体から受ける流体圧や構成部材の寸法誤差に起因して、弁体34と弁座46との平行度が一致しないことがある。このため、例えば、図6に示すように、他端部に弁体34が接続された軸部材33を軸芯Xに沿って移動させれば、一方の側(左側)にあるシール部材Sが当接部46aに押付けられる。このとき、右側の隙間mが狭まるように弁体34が軸部材33に対して傾いた状態となっている。

0046

次いで軸部材33を更に下方に移動させる駆動力をステッピングモータ31が軸部材33に作用させたとき、図7に示すように、左側の突出部46bを支点として弁体34が弁座46に対して平行姿勢に修正される。つまり、軸部材33と筒状部40aとが隙間mを有するように、第一領域33aの第一当接部33a1が筒状部40aの底部40a1に対して摺動すると共に、第二領域33bの第二当接部33b1が対向する2箇所の凹部40a2に対して摺動する。

0047

このとき、本実施形態では、第一領域33aの先端を球面状に構成すると共に、第二領域33bを半球状に構成しているので、第一領域33aおよび第二領域33bが円滑に摺動して、弁体34の姿勢が弁座46に対して平行となるように確実に修正される。その結果、弁体34のシール部材Sが弁座46の全周に亘って均等に押し付けられるので、シール性を高めることができる。

0048

また、本実施形態のように、第二当接部33b1よりも筒状部40aの底部40a1とは反対側における軸部材33と筒状部40aとの間にOリング47を設ければ、異物が筒状部40aの内面に侵入することがないので、弁体34の軸部材33に対する揺動が異物によって阻害されることがない。その結果、繰り返し弁体34を閉弁した場合でも、長期間に亘って弁体34の姿勢を修正することができる。しかも、このOリング47は、保持部材40が軸部材33に対して傾いた際に、筒状部40aの内面と軸部材33の外面とが強く当接するのを防止する衝撃吸収機能も兼ね備えているので、騒音振動を低減することができる。なお、Oリング47は、自身の弾性力によって弁体34を弁座46に対して平行姿勢に修正する調芯機能を有しているので、開弁状態のときに弁体34の傾きを抑えることができる。

0049

[その他の実施形態]
(a)(別実施形態1)
図8に示すように、軸部材33の他端部は、筒状部40aの底部40a1に向かって拡径して構成されて、凹部40a2に当接する拡径部33fと、拡径部33fの先端面を平坦にした平坦部33gと、を有している。また、表面を平坦部33gに向かって突出するように形成され、平坦部33gに当接する凸部40a3を有している。この軸部材33の他端部は旋盤加工等により形成され、凸部40a3は筒状部40aの底部40a1をプレス加工することで形成される。本実施形態でも上述と同様の作用効果が得られ、特に、軸部材33の他端部の先端を平坦部33gで構成しているので、空気調圧弁3の軸長を短くすることができる。

0050

(b)(別実施形態2)
図9に示すように、軸部材33の他端部は、筒状部40aの底部40a1に向かって縮径した円錐状に構成される第一領域33iと、第一領域33iとの境界面Pから筒状部40aの底部40a1とは反対側に向かって縮径したテーパ状に構成される第二領域33hとを有していても良い。上述した実施形態における半球状の第二領域33bに代えて、テーパ状の第二領域33hとした点が異なっている。本実施形態でも上述と同様の作用効果が得られる。

0051

(c)(別実施形態3)
図10に示すように、軸部材33の他端部は、筒状部40aの底部40a1に向かって拡径して構成されて、凹部40a2に当接する拡径部33jと、拡径部33jの先端面を平坦にした平坦部33kと、平坦部33kから筒状部40aの底部40a1に向かって突出する半球状部33lと、を有している。この半球状部33lは、平坦部33kの孔部33k1に嵌合されるピン状部材48の先端部で構成されている。本実施形態でも上述と同様の作用効果が得られる。なお、半球状部33lを軸部材33と一体形成しても良い。

0052

(d)流入口32Cを下部ハウジング32bの側方に設け、流出口32Dを下部ハウジング32bの下方に設けたが、流入口32Cと流出口32Dとを入れ替えても良い。この場合、上述した実施形態における流入口32Cが流出口32Dに置き換えられ、流出口32Dが流入口32Cに置き換えられることとなる。

0053

(e)本実施形態では燃料電池システム1に用いられる流体制御弁について説明したが、その他の車両用流体制御弁として用いても良いし、家庭用機器の流体制御弁として用いても良く特に限定されない。

0054

本発明は、流体の流量および圧力を制御する流体制御弁に利用可能である。

0055

3空気調圧弁(流体制御弁)
31ステッピングモータ(駆動源)
32ハウジング
32C 流入口
32D 流出口
33軸部材
33a 第一領域
33a1 第一当接部
33b 第二領域
33b1 第二当接部
33f 拡径部
33g平坦部
34弁体
40保持部材
40a 筒状部
40a1 底部
40a2 凹部
40a3 凸部
40b 本体部
46弁座
47 Oリング
m 所定の隙間
O 中心
P境界面
R1 境界面の中心から第一当接部までの距離
R2 境界面の中心から第二当接部までの距離
Sシール部材
X 軸芯

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