(57)【要約】【課題】指令値と弁体の移動量との相関性を高めるのに有利なダイヤフラム内蔵バルブを提供することを課題とする。【解決手段】このバルブは、１次圧通路１６と２次圧通路１７と弁口１８とをもつハウジング１と、弁軸３と、１次圧Ｐ１と２次圧Ｐ２との差圧に基づいて差圧流体力ＦＡが作用する弁体５と、ダイヤフラム６とをもつ。ダイヤフラム６は曲成突出部６３を有する。曲成突出部６３は、弁体５に作用する差圧流体力ＦＡと反対の方向に向く減殺力ＦＢを、ダイヤフラムが受圧する差圧に基づく発揮させる有効受圧面積を備える。【選択図】図１
2010127301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁口と、前記弁口よりも上流に位置すると共に前記弁口よりも上流側の１次圧が作用する１次圧通路と、前記弁口よりも下流に位置すると共に前記弁口よりも下流側の２次圧が作用する２次圧通路と、作動圧室とをもつハウジングと、
前記ハウジングに移動可能に設けられた弁軸と、
前記ハウジングに設けられ前記弁軸を開弁方向および／または閉弁方向に移動させる駆動部と、
前記弁軸に設けられ前記弁口を開閉させ且つ前記１次圧を受圧する第１弁体面と前記２次圧を受圧する第２弁体面とをもち、前記第１弁体面が受圧する前記１次圧と前記第２弁体面が受圧する前記２次圧との差圧に基づいて前記弁軸の軸長方向に沿った差圧流体力が作用する弁体と、
前記作動室に対面するように前記弁軸に接続され、前記１次圧と前記２次圧とのうちのいずれか一方と前記作動圧室に作用する圧力との差圧により変形可能な膜状をなすダイヤフラムとを具備しており、
前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムの軸芯の回りにおいて突出するように設けられた曲成突出部を備えており、
前記弁体が開弁方向または閉弁方向に動作するとき、前記曲成突出部は、前記弁体に作用する前記差圧流体力を減殺させるように前記差圧流体力と反対の方向に向く減殺力を、前記ダイヤフラムが受圧する前記差圧に基づいて発生させる有効受圧面積を備えることを特徴とするダイヤフラム内蔵バルブ。
【請求項２】
請求項１において、前記弁体が閉弁している状態から前記弁体の開弁度が増加するにつれて、前記ダイヤフラムの前記曲成突出部は、前記ダイヤフラムの有効受圧面積を小さくさせることを特徴とするダイヤフラム内蔵バルブ。
【請求項３】
請求項１または２において、前記ハウジングにおいて前記作動圧室は、前記１次圧通路および前記２次圧通路のうちのいずれか他方に連通されており、前記１次圧通路の１次圧、および、前記２次圧通路の２次圧のうちのいずれか他方が前記作動圧室に導入されることを特徴とするダイヤフラム内蔵バルブ。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか一項において、前記ハウジングにおいて前記作動圧室は大気に連通されていることを特徴とするダイヤフラム内蔵バルブ。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか一項において、前記ダイヤフラムは、前記１次圧と前記２次圧とのうちのいずれか一方と前記作動圧室に作用する圧力との差圧により変形可能であり、前記作動圧室には、前記１次圧と前記２次圧とのうちのいずれか他方が導入されることを特徴とするダイヤフラム内蔵バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は弁体およびダイヤフラムを搭載するダイヤフラム内蔵バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に係る比例制御弁は、弁口、流入路および流出路をもつハウジングと、弁口を開閉させる弁体と、弁体に連結されたプランジャと、プランジャを吸引させる電磁力を発生させる励磁コイルと、励磁コイルによる吸引方向と反対方向に付勢するバネと、ダイヤフラムとを有する。このものによれば、弁体の閉弁時において、弁体のうち下流側の面積が弁体のうち上流側の面積よりも大きく、且つ、ダイヤフラムの有効径が弁体の径よりも小さくされている。
【０００３】
特許文献２に係るＥＧＲ制御弁は、バルブシャフトの下端部に設けられた弁体と、弁体で開閉される弁口と、弁体の上方の連通通路に連通する圧力バランス室と、圧力バランス室を区画すると共にバルブシャフトに連結された可動ピストンとを有する。このものによれば、圧力バランス室の圧力は、弁体を下方に付勢させるように作用する。このため、弁体を上方に付勢する排気圧力は、圧力バランス室の圧力で相殺される。このため駆動源であるステッピングモータは、排気圧力の影響を受けることなく弁体を開閉できる。但しＥＧＲ制御弁は、ダイヤフラムを内蔵しているダイヤフラム内蔵バルブではない。
【特許文献１】特開昭６３−１３５６８３号公報
【特許文献２】特開平１０−２７４１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１，２に係る技術によれば、電流指令値と実際の流体流量との相関性は、必ずしも充分ではなかった。まして特許文献２に係る制御弁は、ダイヤフラムを内蔵しているダイヤフラム内蔵バルブではない。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、駆動部に対する制御量指令値と弁体の移動量との相関性を高めるのに有利なダイヤフラム内蔵バルブを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明に係るダイヤフラム内蔵バルブは、（ｉ）弁口と、弁口よりも上流に位置すると共に前記弁口よりも上流側の１次圧が作用する１次圧通路と、前記弁口よりも下流に位置すると共に前記弁口よりも下流側の２次圧が作用する２次圧通路と、作動圧室とをもつハウジングと、（ｉｉ）ハウジングに移動可能に設けられた弁軸と、（ｉｉｉ）ハウジングに設けられ弁軸を開弁方向および／または閉弁方向に移動させる駆動部と、（ｉｖ）弁軸に設けられ弁口を開閉させ且つ１次圧を受圧する第１弁体面と２次圧を受圧する第２弁体面とをもち、第１弁体面が受圧する１次圧と第２弁体面が受圧する２次圧との差圧に基づいて弁軸の軸長方向に沿った差圧流体力が作用する弁体と、（ｖ）作動室に対面するように弁軸に接続され、１次圧と２次圧とのうちのいずれか一方と作動圧室に作用する圧力との差圧により変形可能な膜状をなすダイヤフラムとを具備しており、
（ｖｉ）ダイヤフラムは、ダイヤフラムの軸芯の回りにおいて突出するように設けられた曲成突出部を備えており、弁体が開弁方向または閉弁方向に動作するとき、曲成突出部は、弁体に作用する差圧流体力を減殺させるように差圧流体力と反対の方向に向く減殺力を、ダイヤフラムが受圧する差圧に基づいて発生させる有効受圧面積を備えることを特徴とする
本発明によれば、１次圧Ｐ１は、弁口よりも上流側の圧力をいう。２次圧Ｐ２は、弁口よりも下流側の圧力をいい、一般的には、１次圧Ｐ１よりも低い。弁体は弁軸に設けられており、弁軸の移動に伴い弁口を開閉させるものである。弁体は、１次圧Ｐ１を受圧する第１弁体面と、２次圧Ｐ１を受圧する第２弁体面とをもつ。ダイヤフラムは、１次圧と２次圧とのうちのいずれか一方と、作動圧室に作用する圧力との差圧により変形可能とされている。  
【０００７】
弁体が開弁方向または閉弁方向に動作するとき、第１弁体面が受圧する１次圧Ｐ１と第２弁体面が受圧する２次圧Ｐ２との差圧に基づいた差圧流体力が、弁軸の軸長方向に沿って弁体に作用する。ここで、全閉状態の弁体が開放される方向に移動されるにつれて、差圧流体力は次第に小さくなる傾向がある。すなわち、開放状態の弁体が閉鎖する方向に移動するにつれて、差圧流体力は次第に大きくなる傾向がある。
【０００８】
上記したように弁体が開弁方向または閉弁方向に動作するとき、１次圧Ｐ１と２次圧Ｐ２との差圧に基づく差圧流体力が弁体に作用する。その差圧流体力の大きさは、弁体の開弁度の度合に応じて変動する。このため弁軸を開弁方向または閉弁方向へ移動させる動部の制御量と、弁体の開弁方向または閉弁方向への移動量との相関性は、必ずしも充分ではない傾向がある。
【０００９】
そこで本発明によれば、弁体が開弁方向または閉弁方向に動作するときにおいて弁体に作用する差圧流体力の大きさの変動を減殺させる減殺力を発生させるダイヤフラムが設けられている。このダイヤフラムは作動圧室に対面するように弁軸に接続されており、変形可能な膜状をなす。ダイヤフラムの曲成突出部は、弁体の閉弁時においてダイヤフラムの軸芯の回りにおいて突出するように設けられている。
【００１０】
ダイヤフラムは、１次圧と２次圧とのうちのいずれか一方と、作動圧室に作用する圧力との差圧により変形可能とされている。ダイヤフラムの曲成突出部は有効受圧面積を備えている。有効受圧面積は、前記した差圧に基づいて可変となる。有効受圧面積は、弁体に作用する差圧流体力の方向と反対の方向に向く減殺力を、ダイヤフラムが受圧する差圧に基づいて発生させる。このようにダイヤフラムの曲成突出部に基づく減殺力は、弁体に作用する差圧流体力とは互いに反対方向に向いており、差圧流体力を減殺させる機能を果たす。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本発明によれば、ダイヤフラムの曲成突出部に基づく減殺力は、弁体に作用する差圧流体力とは互いに反対方向に向いており、差圧流体力を減殺させる機能を果たす。従って、弁体が開弁方向または閉弁方向に動作するときにおいて、この減殺力は、弁体に作用する差圧流体力の大きさを低減または消失化させることができる。
【００１２】
従って、弁体に作用する差圧流体力の影響を小さくさせつつ、あるいは、当該差圧流体力の影響を消失させつつ、駆動部を駆動させることができる。この結果、駆動部の開弁方向または閉弁方向への制御量と、弁体の開弁方向または閉弁方向への移動量との相関性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ダイヤフラムは、１次圧と２次圧とのうちのいずれか一方と、作動圧室に作用する圧力との差圧により変形可能とされている。ここで好ましい一形態によれば、ダイヤフラムは、１次圧と２次圧とのうちのいずれか一方と、作動圧室に作用する圧力との差圧により変形可能とされている。作動圧室には、１次圧、２次圧、他系統の圧力のうちのいずれかを導入することができる。
【００１４】
好ましい一形態によれば、弁体が閉弁している状態から弁体の開弁度が増加するにつれて、ダイヤフラムの曲成突出部は、ダイヤフラムの有効受圧面積を小さくさせることができる（請求項２）。
【００１５】
好ましい一形態によれば、作動圧室は１次圧通路および２次圧通路のうちのいずれか他方と連通されており、１次圧通路の１次圧および２次圧通路の２次圧のうちのいずれか他方が作動圧室に導入されることができる（請求項３）。この場合、作動圧室の圧力は基本的には１次圧Ｐ１または２次圧Ｐ２となる。
【００１６】
この場合、ダイヤフラムの第１受圧面は１次圧Ｐ１を受圧し、第２受圧面は２次圧Ｐ２を受圧する形態が例示できる。この場合、ダイヤフラムの表裏が受圧する１次圧Ｐ１と２次圧Ｐ２との差圧に基づいて、ダイヤフラムは変形して減殺力を発生させ、これにより弁体に作用する差圧流体力が減殺される。
【００１７】
またダイヤフラムの第１受圧面は１次圧Ｐ１を受圧し、第２受圧面は他系統の圧力Ｐ３を受圧する形態が例示できる。この場合、ダイヤフラムの表裏が受圧する１次圧Ｐ１と他系統の圧力Ｐ３との差圧に基づいて、ダイヤフラムは変形して減殺力を発生させ、これにより弁体に作用する差圧流体力が減殺される。
【００１８】
またダイヤフラムの第１受圧面は他系統の圧力Ｐ３を受圧し、第２受圧面は２次圧Ｐ２を受圧する形態が例示できる。この場合、ダイヤフラムの表裏が受圧する圧力Ｐ３と２次圧Ｐ２との差圧に基づいて、ダイヤフラムは変形して減殺力を発生させ、これにより弁体に作用する差圧流体力が減殺される。
【００１９】
また、別の好ましい一形態によれば、２次圧Ｐ２が大気圧に近いときには、作動圧室を大気に連通させることができる（請求項４）。すなわち、大気圧（１ａｔｍ）を１００として相対表示するとき、２次圧Ｐ２が例えば１００〜１５０の範囲内であるときには、作動圧室を大気に連通させることができる。従って作動圧室の２次圧Ｐ２は、大気圧または大気圧に近い圧力となる。この場合、ダイヤフラムは１次圧Ｐ１および２次圧Ｐ２（大気圧または実質的に大気圧に近い圧力）を表裏で受圧する。この場合、差圧に基づいてダイヤフラムは変形して減殺力を発生させる。これにより弁体に作用する差圧流体力が減殺される。この場合、作動圧室が大気に連通されるため、作動圧室と２次圧通路とを繋ぐ配管が不要とされる利点が得られる。
【００２０】
好ましい一形態によれば、作動圧室は１次圧通路と連通されていることができる。この場合、作動圧室の圧力は基本的には１次圧Ｐ１となる。この場合、ダイヤフラムの第１受圧面は１次圧Ｐ１を受圧し、第２受圧面は２次圧Ｐ２を受圧する。この場合、ダイヤフラムが受圧する１次圧Ｐ１と２次圧Ｐ２との差圧に基づいて、ダイヤフラムは変形し、減殺力を発生させる。これにより弁体に作用する差圧流体力が減殺される。
【００２１】
また、別の好ましい一形態によれば、曲成突出部は、弁体に作用する差圧流体力を減殺させるように差圧流体力と反対の方向に向く減殺力を、ダイヤフラムが受圧する差圧に基づいて発生させる有効受圧面積を備える。
【実施例１】
【００２２】
本発明に係るダイヤフラム内蔵バルブの実施例１について、図１〜図３を参照して説明する。図１は実施例に係るダイヤフラム内蔵バルブを示す。図２は実施例１に係るダイヤフラム内蔵バルブの概念を模式化して示す。図３は実施例１に係るダイヤフラム内蔵バルブの概念を模式化して示す。
【００２３】
図１に示すように、ダイヤフラム内蔵バルブは、ハウジング１と、弁軸３と、駆動部として機能するソレノイドアクチュエータ４と、ソレノイドアクチュエータ４により開閉される弁体５と、ソレノイドアクチュエータ４により変形されるダイヤフラム６とを有する。
【００２４】
ハウジング１は、メインボディ１０と、メインボディ１０に接続され入口通路１１をもつ入口管１２と、メインボディ１０に接続され出口通路１３をもつ出口管１４とを備えている。メインボディ１０は第１ボティ１０ｆと第２ボティ１０ｓと第３ボティ１０ｔとを有する。図１において、１０ｕ，１０ｔはシールを示す。
【００２５】
ハウジング１は、１次圧Ｐ１が作用する高圧側の１次圧通路１６と、２次圧Ｐ２（Ｐ１＞Ｐ２）が作用する低圧側の２次圧通路１７と、１次圧通路１６および２次圧通路１７を連通させる弁口１８とをもつ。弁口１８は、耐摩耗性を高めたリング状の弁座１９で形成されている。１次圧Ｐ１は弁口１８の上流の圧力をいう。２次圧Ｐ２は弁口１８の下流の圧力をいう。
【００２６】
１次圧通路１６は、弁口１８の上流に位置するようにハウジング１の第１ボディ１０ｆに形成されている。２次圧通路１７は、弁口１８の下流に位置するようにハウジング１の第２ボディ１０ｓに形成されている。
【００２７】
図１に示すように、弁軸３は、ハウジング１において弁軸３の軸長方向に沿って移動可能に設けられており、ハウジング１の弁口１８を貫通すると共に、弁軸３の一部をなす延設軸部３ｋが弁体５を超えてダイヤフラム６側（作動圧室１５側）に向けて延設されている。ソレノイドアクチュエータ４はハウジング１に設けられており、弁軸３をこれの軸長方向において開弁方向（矢印Ｙ１方向）および閉弁方向（矢印Ｙ２方向）に移動させる。弁軸３の他端部３ｒには、弁軸３を閉弁方向（矢印Ｙ２方向）に移動させるための付勢バネ２が設けられている。
【００２８】
付勢バネ２は、ハウジング１の第３ボディ１０ｔと弁軸３の着座板１３ａとの間に介在している。付勢バネ２はコイル状をなしているが、これら限定されるものではない。雄螺子で形成されたバネ調整要素２０がハウジング１の第３ボディ１０ｔに設けられている。バネ調整要素２０を螺進退させて位置調整させれば、バネ調整要素２０の位置が開弁方向および閉弁方向における調整される。ひいては、閉弁方向（矢印Ｙ２方向）に向かう付勢バネ２のバネ力が調整される。なお場合によっては、バネ調整要素２０を廃止することもできる。
【００２９】
ソレノイドアクチュエータ４はハウジング１に固定されており、コネクタ４０をもつ駆動側ボディ４１と、駆動側ボディ４１に設けられた励磁ソレノイド４２と、励磁ソレノイド４２により閉弁方向および開弁方向に移動される可動軸４３とを有する。可動軸４３は弁軸３の延長線上に同軸的に配置されている。制御装置１００からコネクタ４０に信号が入力されると、励磁ソレノイド４２が励磁され、ソレノイドアクチュエータ４が弁体５を開弁させる開弁駆動力ＦＳを発揮し、可動軸４３を開弁方向（矢印Ｙ１方向）に移動し、ひいては弁軸３が弁体５と共に開弁方向（矢印Ｙ１方向）に移動する。
【００３０】
図２に示すように、弁体５は、ハウジング１の弁口１８を開閉させるものであり、弁軸３と一体的に移動するように弁軸３に鍔状に設けられている。弁体５は、１次圧通路１６に対面する第１弁体面５１と、２次圧通路１７に対面する第２弁体面５２とをもつ。弁体５の第１弁体面５１は、高圧側の１次圧通路１６の１次圧Ｐ１を弁体５を閉弁させる方向（矢印Ｙ２方向）に受圧する受圧面部分を意味する。第２弁体面５２は、低圧側の２次圧通路１７の２次圧Ｐ２を弁体５を開弁させる方向（矢印Ｙ１方向）に受圧する受圧面部分を意味する。
【００３１】
ここで、弁体５の質量を無視すると、弁体５に閉弁方向（矢印Ｙ２方向）に作用する閉弁力は、基本的には、弁体５の第１弁体面５１の受圧面積と１次圧Ｐ１との積と、閉弁用の付勢バネ２のバネ力との和となる。これに対して、弁体５に開弁方向（矢印Ｙ１方向）に作用する開弁力は、基本的には、弁体５の第２弁体面５２の受圧面積と２次圧Ｐ２との積と、ソレノイドアクチュエータ４の開弁駆動力ＦＳとの和となる。弁体５が開放されるとき、基本的には、開弁力と開弁力とが釣り合った位置に弁体５は保持される。
【００３２】
弁体５が弁口１８を閉弁しているとき、１次圧Ｐ１は、弁体５を閉弁させる方向に弁体５の第１弁体面５１の受圧面積に作用すると共に、２次圧Ｐ２は、弁体５を開弁させる方向に弁体５の第２弁体面５２の受圧面積に作用する。従って、弁体５が弁口１８を閉弁しているとき、第１弁体面５１から受圧する１次圧Ｐ１と第２弁体面５２から受圧する２次圧Ｐ２との差圧に基づいて、弁体５には差圧流体力ＦＡ（図２，図３参照）が作用する。弁体５が弁口１８を全閉しているとき、１次圧Ｐ１と２次圧Ｐ２との差圧が最も大きいため、閉弁方向（矢印Ｙ２方向）に作用する最も大きな差圧流体力ＦＡが弁体５に閉弁方向（矢印Ｙ２方向）に作用している。なお、差圧流体力ＦＡは、ソレノイドアクチュエータ４による開弁駆動力ＦＳに対して反抗する方向である閉弁方向に作用する。
【００３３】
更に、図３に示すように、弁体５が開き始めるとき（開放量：ΔＬ）に開放しているとき、１次圧通路１６の流体は２次圧通路１７に向けて矢印Ｓ１方向に流れる。このとき１次圧Ｐ１も弁体５の第２弁体面５２の外縁５２ｆ側に回り込み、弁体５の第２弁体面５２の外周面５２ｆを開弁させる方向（矢印Ｙ１方向）に作用する。このため全閉状態の弁体５が開き始めると、閉弁方向（矢印Ｙ２方向）に弁体５に作用する差圧流体力ＦＡが低下する。
【００３４】
差圧流体力ＦＡの大きさは、弁体５の開弁度の増加と共に低下する。この結果、開弁方向へのソレノイドアクチュエータ４の制御量と、弁体５の開弁方向への移動量とのリニア制御性は、厳密な意味では、必ずしも充分ではない傾向がある。
【００３５】
このようにリニア制御性が必ずしも充分ではないため、弁体５をオープン制御させるには限界がある。従って、弁体５の開弁方向への移動量に関する物理量をセンサで実際に検知し、その物理量をソレノイドアクチュエータ４の制御量にフィードバック制御させる方式を実施することになる。しかしながら制御の簡素のためには、フィードバック制御よりも、オープン制御が好ましい。
【００３６】
そこで本実施例によれば、オープン制御を実施し易くするため、差圧流体力ＦＡの大きさの変動をできるだけ減殺（相殺）させる減殺力を発生させるダイヤフラム６が設けられている。
【００３７】
図１〜図３に示すように、このダイヤフラム６は変形可能な膜状をなしている。ダイヤフラム６の中央部６ｉは、鍔部１３ｃおよび着座板１３ａを介して弁軸３に接続されている。ダイヤフラム６の外縁部の厚肉状の固定部６０は、第１ボディ１０ｆと第３ボディ１０ｔとに挟持されており、ハウジング１に固定されている。ダイヤフラム６は、ハウジング１の内部を低圧側の作動圧室１５と高圧側の１次圧通路１６とを仕切る。すなわち、ダイヤフラム６は、低圧側の作動圧室１５に対面すると共に、高圧側の１次圧通路１６に対面する。従って作動圧室１５は１次圧通路１６とは非連通である。作動圧室１５と２次圧通路１７とは連通中間路２４で連通されている。故に、作動圧室１５の圧力は基本的には２次圧Ｐ２となる。作動圧室１５は連通中間路２４を除いて密閉状態とされている。作動圧室１５は２次圧通路１７の圧力を受けるだけであり、２次圧通路１７を流れる流体が作動圧室１５を流れ続けるものではない。
【００３８】
図１〜図３に示すように、ダイヤフラム６は、高圧側の１次圧通路１６に対面すると共に１次圧通路１６の１次圧Ｐ１を受圧する第１受圧体面６１と、低圧側の作動圧室１５に対面すると共に作動圧室１５の圧力（基本的には２次圧Ｐ２）を受圧する第２受圧面６２とをもつ。
【００３９】
図１〜図３は、弁軸３の軸芯ＹＡに沿って軸芯ＹＡを通過する断面を示す。この断面において、ダイヤフラム６の変形可能な曲成突出部６３は、コンボリューション部とも呼ばれており、弁軸３の軸芯ＹＡの回りをリング状に１周している。ダイヤフラム６の曲成突出部６３は、弁体５の閉弁時において、作動圧室１５に向けて円弧状に突出するように設けられている。従って曲成突出部６３の凸面６３ａは、低圧側の作動圧室１５に対面するため、作動圧室１５の圧力（基本的には２次圧Ｐ２）を受圧する。また、曲成突出部６３の円弧状の凸面６３ａと背向する円弧状の凹面６３ｃは、高圧側の１次圧通路１６に対面するため、１次圧通路１６の１次圧Ｐ１（Ｐ１＞Ｐ２）を受圧する。
【００４０】
図２および図３に示すように、曲成突出部６３は、作動圧室１５に向けて最も突出する頂点６４を有する。頂点６４は弁軸３の軸芯ＹＡの回りをリング状に１周する。弁体５が閉弁しているとき、頂点６４は仮想線Ｍ１（図２参照）の位置となる。弁体５の開弁が進行するとき、ダイヤフラム６の曲成突出部６３は第３ボディ１０ｔの作動圧室１５に向けて移動するため、弁軸３は矢印Ｙ１方向に移動するため、弁軸３に接続されているダイヤフラム６の曲成突出部６３は変形し、その頂点６４は径内側に次第に移動する。なお、弁体５がある程度開弁しているとき、頂点６４は仮想線Ｍ２（図３参照）の位置となる。
【００４１】
ダイヤフラム６の曲成突出部６３は、有効受圧面積を備えている。有効受圧面積の大きさは、第１受圧面６１に作用する圧力と第２受圧面６２に作用する圧力との差圧で可変とされている。有効受圧面積は、弁体５を開放させる開弁力に寄与する付勢力としてダイヤフラム６が圧力を受圧する受圧面積を意味する。
【００４２】
ここで、ダイヤフラム６の曲成突出部６３の頂点６４よりも径内側の部分と、頂点６４よりも径外側の部分とが１次圧Ｐ１を受圧すると、曲成突出部６３に働く力の方向は曲成突出部６３の曲面に対して直交する方向に働くため、曲成突出部６３に作用する力の総和は、弁体５を開弁させる方向（矢印Ｙ２方向）以外は、径内側と径外側方向の力が相反するため、相殺されて減少する。従って、ダイヤフラム６が受圧する受圧力は相殺されたぶん減少するため、ダイヤフラム６の有効受圧面積は、計算上、曲成突出部６３の頂点６４よりも径内側の受圧面積に相当し、ダイヤフラム６の曲成突出部６３の頂点６４よりも径外側に相当する受圧面積を含まない。
【００４３】
ダイヤフラム６の曲成突出部６３の有効受圧面積は、高圧側の１次圧通路１６の１次圧Ｐ１と低圧側の作動圧室１５の２次圧Ｐ２との差圧に基づいて、弁体５を開弁させる方向（矢印Ｙ１方向）に弁体５に作用するものであり、減殺力ＦＢ（図２および図３参照）を弁体５に作用させる。減殺力ＦＢは、弁体５を閉弁させる方向（矢印Ｙ２方向）に弁体５に作用する差圧流体力ＦＡとは反対の向き（矢印Ｙ１方向）に作用する。
【００４４】
ここで本実施例によれば、互いに反対方向に向く差圧流体力ＦＡ［Ｎ］および減殺力ＦＢ［Ｎ］については、差圧流体力ＦＡ［Ｎ］を１００として相対表示するとき、減殺力ＦＢ［Ｎ］は４０〜１００の範囲内、６０〜１００の範囲内、８０〜１００の範囲内、９０〜１００の範囲内とすることができる。理想的には９０〜１００の範囲内、９５〜１００の範囲内が好ましい。ここで、差圧流体力ＦＡ［Ｎ］＞減殺力ＦＢ［Ｎ］とすることができる。
【００４５】
また、相殺性を高めるためには、差圧流体力ＦＡ［Ｎ］＝減殺力ＦＢ［Ｎ］、あるいは、差圧流体力ＦＡ［Ｎ］≒減殺力ＦＢ［Ｎ］とすることができる。この場合、差圧流体力ＦＡを減殺力ＦＢで相殺、あるいは、実質的に相殺させることができる。
【００４６】
上記した本実施例によれば、ダイヤフラム６の曲成突出部６３の曲率の設定にあたり、弁体５が全閉〜開き初めの状態で弁体５に作用する差圧流体力ＦＡに応じて、ダイヤフラム６の頂点６４の径を設定する。更に弁体５が移動して弁体５の開弁が進行するにつれて減少する差圧流体力ＦＡを求め、差圧流体力ＦＡの大きさの変動に合わせて曲成突出部６３の形状を設定することができる。
【００４７】
上記したように本実施例によれば、弁体５の開弁度が増加するつれて、ダイヤフラム６の曲成突出部６３の頂点６４は径内側に変位するため、ダイヤフラム６の曲成突出部６３の有効受圧面積は次第に小さくなる。すなわち、弁体５の開弁度が増加するつれて有効受圧面積が次第に小さくなり、ダイヤフラム６による減殺力ＦＢは次第に小さくなる。
【００４８】
換言すると、本実施例によれば、弁体５の開弁度が小さいとき、１次圧通路１６の１次圧Ｐ１と２次圧通路１７の２次圧Ｐ２との差圧が大きいため、差圧に基づいて閉弁方向（矢印Ｙ２方向）に弁体５に作用する差圧流体力ＦＡが相対的に大きい。同様に、１次圧通路１６の１次圧Ｐ１と作動圧室１５の２次圧Ｐ２との差圧（開弁度（弁体５の移動量）により変化する）に基づいて開弁方向（矢印Ｙ１方向）にダイヤフラム６に作用する減殺力ＦＢも相対的に大きい。従って、弁体５の開弁度が小さいとき、互いに反対方向に向く差圧流体力ＦＡと減殺力ＦＢとが良好に減殺される。
【００４９】
また弁体５の開弁度が大きいとき、１次圧通路１６の１次圧Ｐ１と２次圧通路１７の２次圧Ｐ２との差圧が小さくなるため、差圧に基づいて閉弁方向（矢印Ｙ２方向）に弁体５に作用する差圧流体力ＦＡは、相対的に小さい。同様に、１次圧通路１６の１次圧Ｐ１と作動圧室１５の２次圧Ｐ２との差圧（開弁度（弁体５の移動量）により変化する）に基づいて開弁方向（矢印Ｙ１方向）にダイヤフラム６に作用する減殺力ＦＢも、相対的に小さい。従って、弁体５の開弁度が大きいとき、互いに反対方向に向く差圧流体力ＦＡと減殺力ＦＢとが良好に減殺される。差圧流体力ＦＡおよび減殺力ＦＢは、弁体５の開弁度に対して追従性が高い。
【００５０】
ここで本実施例によれば、前述したように、差圧流体力ＦＡは、１次圧通路１６の１次圧Ｐ１と２次圧通路１７の２次圧Ｐ２との開弁度（弁体５の移動量）により決定される差圧に基づく。減殺力ＦＢは、１次圧通路１６の１次圧Ｐ１と作動圧室１５の２次圧Ｐ２との差圧に基づき、開弁度（弁体５の移動量）に良好に追従する。従って、事情により１次圧Ｐ１の大きさが変動したときであっても、その変動は差圧流体力ＦＡおよび減殺力ＦＢの双方に同様に作用する。同様に２次圧Ｐ２の大きさが変動したときであっても、その変動は差圧流体力ＦＡおよび減殺力ＦＢの双方に同様に作用する。このため１次圧Ｐ１が変動するときであっても、弁体５の開弁開始時、閉弁終了時の変動が抑制される。同様に、２次圧Ｐ２が変動するときであっても、弁体５の開弁開始時、閉弁終了時の変動が抑制される。
【００５１】
このような本実施例によれば、弁体５のストロークの全域において、ソレノイドアクチュエータ４の開弁方向への制御量と、弁体５の開弁方向への移動量とのリニア制御性等の相関性を高めることができる。同様に、弁体５のストロークの全域において、ソレノイドアクチュエータ４の閉弁方向への制御量と、弁体５の閉弁方向への移動量とのリニア制御性等の相関性を高めることができる。
【００５２】
結果として、弁体５のストロークの全域において、ソレノイドアクチュエータ４に対する指令値と弁体５の移動量とのリニア制御性を高めることができる。従って、閉弁指令値に基づいて弁体５の移動量を規定するオープン制御が可能となる。故に、フィードバック制御の廃止または簡素化を図ることができる。
【００５３】
なお、１次圧通路１６に供給される流体としては気体が例示される。気体としては燃料ガス、空気、窒素ガス、酸素ガス、希ガス等が例示される。本バルブは燃料電池システム等の流体機器システムに利用することができる。
【実施例２】
【００５４】
本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。以下、相違する部分を中心として説明する。本実施例によれば、２次圧通路１７の２次圧Ｐ２は大気圧、または大気圧に近い圧力である。従って作動圧室１５と２次圧通路１７とを連通中間路２４で連通させる必要性が乏しい。この場合には、作動圧室１５は大気に開放され、作動圧室１５の圧力は大気圧とされている。従って作動圧室１５と２次圧通路１７とを繋ぐ連通中間路２４を廃止できる。
【実施例３】
【００５５】
図４は実施例３を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。弁軸３Ｂは中空状の部分を有しており、１次圧通路１６と作動圧室１５とを連通させる連通中間路２４Ｂをもつ。連通中間路２４Ｂは、弁軸３Ｂの軸長方向に沿った主連通路２４４と、弁軸３Ｂの径方向に沿った副連通路２４５とをもつ。従って、連通中間路２４Ｂを除いて密閉されている作動圧室１５の圧力は、基本的には、高圧側の１次圧通路１６の１次圧Ｐ１とされる。なお、作動圧室１５は連通中間路２４Ｂを除いて密閉状態とされている。
【００５６】
図４に示すように、弁体５は、弁軸３と一体的に移動するように弁軸３に設けられている。弁体５は、高圧側の１次圧通路１６の１次圧Ｐ１を閉弁方向に受圧する第１弁体面５１と、低圧側の２次圧通路１７の２次圧Ｐ２を受圧する開弁方向（矢印Ｙ１方向）に第２弁体面５２とをもつ。
【００５７】
ここで、ダイヤフラム６を考慮しない場合において、弁体５に閉弁方向（矢印Ｙ２方向）作用する閉弁力は、基本的には、弁体５の第１弁体面５１の受圧面積と１次圧通路１６の１次圧Ｐ１との積と、付勢バネ２のバネ力との和となる。弁体５に作用する開弁力は、基本的には、弁体５の第２弁体面５２の受圧面積と２次圧通路１７の２次圧Ｐ２との積と、ソレノイドアクチュエータ４が駆動する開弁駆動力ＦＳとの和となる。
【００５８】
このように弁体５が弁口１８を閉弁しているとき、高圧側の１次圧通路１６の１次圧Ｐ１は、弁体５の第１弁体面５１の受圧面積に閉弁方向に作用する。低圧側の２次圧通路１７の２次圧Ｐ２は、弁体５の第２弁体面５２の受圧面積に開弁方向に作用する。従って、弁体５が弁口１８を閉弁しているとき、１次圧通路１６の１次圧Ｐ１と２次圧通路１７の２次圧Ｐ２との差圧に基づいて、弁体５には差圧流体力ＦＡ（図４参照）が作用する。
【００５９】
実施例１と同様に、弁体５の開弁度が増加するにつれて、差圧が小さくなるため、閉弁方向（矢印Ｙ２方向）に弁体５に作用する差圧流体力ＦＡが次第に低下する。このように差圧流体力ＦＡの大きさが弁体５の開弁につれて変動する結果、開弁方向へのソレノイドアクチュエータ４の制御量と、弁体５の開弁方向への移動量とのリニア制御性は、厳密には必ずしも充分ではない傾向がある。
【００６０】
そこで本実施例によれば、差圧流体力ＦＡの大きさの変動を減殺させるために差圧流体力ＦＡと反対方向に向く減殺力ＦＢを発生させるダイヤフラム６が設けられている。ダイヤフラム６の中央部６ｉは、鍔部１３ｃを利用して弁軸３に接続されている。ダイヤフラム６の外縁部の厚肉状の固定部６０は、ハウジング１に固定されている。ダイヤフラム６は、ハウジング１の内部を作動圧室１５と２次圧通路１７とを仕切る。作動圧室１５は弁体５の中間連通路２４Ｂにより１次圧通路１６に連通されており、作動圧室１５の圧力は基本的に１次圧通路１６の１次圧Ｐ１となる。
【００６１】
図４に示すように、ダイヤフラム６は、高圧側の作動圧室１５の圧力（すなわち１次圧Ｐ１）を受圧する第１受圧面６１と、低圧側の２次圧通路１７に対面すると共に２次圧通路１７の２次圧Ｐ２（Ｐ２＜Ｐ１）を受圧する第２受圧面６２とをもつ。ダイヤフラム６は、可変な有効受圧面積を備える曲成突出部６３を有する。実施例１と同様に、曲成突出部６３の凸面６３ａは、２次圧通路１７の２次圧Ｐ２を受圧する。曲成突出部６３の凹面６３ｃは、高圧側の作動圧室１５の圧力（基本的には１次圧Ｐ１）を受圧する。
【００６２】
前述したように、ダイヤフラム６の曲成突出部６３の有効受圧面積は、弁体５を開弁させる方向（矢印Ｙ１方向）にダイヤフラム６および弁軸３を介して弁体５に作用するものであり、減殺力ＦＢ（図４参照）をダイヤフラム６に作用させる。減殺力ＦＢは、ダイヤフラム６の受圧に応じて弁体５を開弁させる方向（矢印Ｙ１方向）に作用するものであり、差圧流体力ＦＡとは反対の向きに作用する。この減殺力ＦＢは弁軸３を介して弁体５に作用する。
【００６３】
このような本実施例によれば、弁体５が全閉しているとき、ダイヤフラム６の曲成突出部６３の有効受圧面積は、最も大きくなるように設定されている。そして全閉している弁体５が開き始めると、ダイヤフラム６の曲成突出部６３の有効受圧面積は次第に小さくなり、弁体５の開弁度が増加するにつれて減殺力ＦＢは次第に小さくなる。
【００６４】
本実施例によれば、実施例１と同様に、弁体５の開弁度が小さいとき、差圧が大きいため、差圧に基づく差圧流体力ＦＡの大きさは相対的に大きいが、同様に差圧に基づく減殺力ＦＢの大きさも相対的に大きい。従って、弁体５の開弁度が小さいときにおいて、互いに反対方向に向く差圧流体力ＦＡと減殺力とが良好に減殺される。
【００６５】
また実施例１と同様に、弁体５の開弁度が大きいとき、差圧が小さいため差圧流体力ＦＡの大きさが相対的に小さいが、同様に、減殺力ＦＢの大きさも相対的に小さい。従って、弁体５の開弁度が大きいときにおいて、互いに反対方向に向く差圧流体力ＦＡと減殺力とが良好に減殺される。
【００６６】
ここで本実施例によれば、実施例１と同様に、差圧流体力ＦＡは、１次圧通路１６の１次圧Ｐ１と２次圧通路１７の２次圧Ｐ２との差圧に基づく。また減殺力ＦＢは、作動圧室１５の１次圧Ｐ１と２次圧通路１７の２次圧Ｐ２との差圧に基づく。従って、１次圧Ｐ１の大きさが変動したときであっても、その変動は差圧流体力ＦＡおよび減殺力ＦＢの双方に作用する。同様に２次圧Ｐ２の大きさが変動したときであっても、その変動は差圧流体力ＦＡおよび減殺力ＦＢの双方に作用する。
【００６７】
このような本実施例によれば、実施例１と同様に、弁体５のストロークの全域において、ソレノイドアクチュエータ４の開弁方向への制御量と、弁体５の開弁方向への移動量とのリニア制御性を高めることができる。同様に、弁体５のストロークの全域において、ソレノイドアクチュエータ４の閉弁方向への制御量と、弁体５の閉弁方向への移動量とのリニア制御性等の相関性を高めることができる。結果として、実施例１と同様に、ソレノイドアクチュエータ４に対する指令値と弁体５の移動量とのリニア制御性等の相関性を高めることができる。
【実施例４】
【００６８】
図５および図６は実施例４を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図５に示すように、ダイヤフラム内蔵バルブは、軸受１ｍをもつハウジング１と、軸受１ｍに案内される弁軸３Ｃと、駆動部としてのモータ７と、モータ７により開閉される弁体５と、変形可能なダイヤフラム６とを有する。ハウジング１は、入口通路１１に連通すると共に第１次圧Ｐ１が作用する１次圧通路１６と、２次圧Ｐ２が作用する２次圧通路１７と、１次圧通路１６および２次圧通路１７を連通させる弁口１８と、作動圧室１５Ｃとをもつ。ハウジング１はアクチュエータハウジング２７をもつ。
【００６９】
図５に示すように、弁軸３Ｃは、ハウジング１において軸長方向に沿って移動可能に設けられており、ラック部５９を一体的に有する。弁軸３Ｃの先端部はハウジング１の弁口１８に至る。駆動部として機能するモータ７はアクチュエータハウジング２７に設けられており、ラック部５９と噛み合うピニオン７１をもつモータ軸７０を有する。ラック部５９およびピニオン７１は、モータ７の回転力を開弁および閉弁用のために弁軸３Ｃの直進動作に変更する変換機構を意味する。モータ７が回転すると、モータ軸７０およびピニオン７１が回転し、ラック部５９と共に弁軸３Ｃがこれの軸長方向において開弁方向（矢印Ｙ１方向）および閉弁方向（矢印Ｙ２方向）に移動する。モータ７はコネクタ４０をもつ。
【００７０】
制御装置１００からコネクタ４０に信号が入力されると、モータ７が開弁駆動力ＦＳを発揮し、ピニオン７１が回転し、ラック部５９と共に弁軸３Ｃが開弁方向（矢印Ｙ１方向）に移動する。弁軸３Ｃは付勢バネ２により閉弁方向（矢印Ｙ２方向）に付勢されている。付勢バネ２は、弁軸３Ｃの着座板１３ｅとアクチュエータハウジング２７の着座部２７ｅとの間に介在されている。
【００７１】
弁体５は弁口１８を開閉させるものであり、弁軸３Ｃと一体的に移動するように弁軸３Ｃの先端部に設けられている。弁体５は、金属製の第１弁体５ｆと、第１弁体５ｆを被覆する高分子材料で形成された第２弁体５ｓとを有する。弁体５は、高圧側の１次圧通路１６の１次圧Ｐ１を閉弁方向に向けて受圧する第１弁体面５１と、低圧側の２次圧通路１７の２次圧Ｐ２を開弁方向に向けて受圧する第２弁体面５２とをもつ。
【００７２】
ここで、弁体５に作用する閉弁力は、基本的には、弁体５の第１弁体面５１の受圧面積と１次圧通路１６の１次圧Ｐ１との積と、付勢バネ２のバネ力との和となる。弁体５に作用する開弁力は、基本的には、弁体５の第２弁体面５２の受圧面積と２次圧通路１７の２次圧Ｐ２との積と、モータ７の開弁駆動力ＦＳとの和となる。
【００７３】
弁体５が弁口１８を閉弁しているとき、１次圧Ｐ１は、弁体５を閉弁させる方向に向けて弁体５の第１弁体面５１の受圧面積に作用する。２次圧Ｐ２は、弁体５を開弁させる方向に向けて弁体５の第２弁体面５２の受圧面積に作用する。従って、弁体５が弁口１８を閉弁しているとき、１次圧通路１６の１次圧Ｐ１と２次圧通路１７の２次圧Ｐ２との差圧に基づいて、弁体５には差圧流体力ＦＡが作用する。弁体５が弁口１８を閉弁しているとき、この差圧が最も大きいため、閉弁方向（矢印Ｙ２方向）に作用する最も大きな差圧流体力ＦＡが弁体５に閉弁方向（矢印Ｙ２方向）に作用している。
【００７４】
更に、図６から理解できるように、弁体５が開放しているとき、１次圧通路１６の流体は２次圧通路１７に向けて矢印Ｓ１方向に流れる。このとき１次圧Ｐ１も弁体５の第２弁体面５２の外縁側に回り込む量が増加する。このように第２弁体面５２の外縁側に回り込んだ１次圧Ｐ１が弁体５の第２弁体面５２に開弁方向（矢印Ｙ１方向）に作用する。このため開弁に伴い、差圧流体力ＦＡが低下する。そして弁体５の開弁度が増加するつれて、１次圧通路１６の流体は２次圧通路１７に向けて矢印Ｓ１方向に流れるため、１次圧通路１６の１次圧Ｐ１が弁体５の第２弁体面５２の外縁側に回り込む。この結果、第２弁体面５２の外縁側に回り込んだ１次圧Ｐ１が、ますます弁体５の第２弁体面５２に開弁方向（矢印Ｙ１方向）に作用する。このため弁体５の開弁度が増加するにつれて、差圧流体力ＦＡが次第に低下する。このように本実施例においても、実施例１と同様に、差圧流体力ＦＡの大きさが弁体５の開弁度の変化と共に変動する結果、開弁方向へのソレノイドアクチュエータ４の制御量と、弁体５の開弁方向への移動量とのリニア制御性は、厳密には必ずしも充分ではない傾向がある。
【００７５】
そこで本実施例によれば、差圧流体力ＦＡの大きさの変動を減殺させる方向に作用する減殺力ＦＢを作用させるダイヤフラム６が設けられている。図５および図６に示すように、このダイヤフラム６は変形可能な膜状をなしている。ダイヤフラム６の中央部６ｉは、支持筒６８と共に弁軸３Ｃの着座板１３ｅに固定されている。
【００７６】
図５に示すように、ダイヤフラム６の外縁部の厚肉状の固定部６０は、ハウジング１に固定されている。ダイヤフラム６は、ハウジング１の内部を低圧側の作動圧室１５Ｃと高圧側の１次圧通路１６とに仕切る。作動圧室１５Ｃは連通中間路２４（図５参照）を介して２次圧通路１７に連通している。従って、作動圧室１５Ｃの圧力は、基本的には、低圧側の２次圧通路１７の圧力Ｐ２となる。
【００７７】
ダイヤフラム６は、高圧側の１次圧通路１６に対面すると共に１次圧通路１６の１次圧Ｐ１を受圧する第１受圧面６１と、低圧側の作動圧室１５Ｃに対面すると共に作動圧室１５Ｃの圧力（基本的には２次圧通路１７の２次圧Ｐ２）を受圧する第２受圧面６２とをもつ。
【００７８】
図５および図６は、弁軸３Ｃの軸芯ＹＡに沿って軸芯ＹＡを通過する断面を示す。図５に示すように、ダイヤフラム６の変形可能な曲成突出部６３は、弁軸３Ｃの軸芯ＹＡの回りを１周している。ダイヤフラム６の曲成突出部６３は、弁体５の閉弁時において、低圧側の作動圧室１５Ｃに向けて突出するように設けられている。曲成突出部６３の凸面６３ａは、作動圧室１５Ｃに対面すると共に作動圧室１５Ｃの圧力（基本的には２次圧通路１７の２次圧Ｐ２）を受圧する。曲成突出部６３の凹面６３ｃは１次圧通路１６に対面して高圧側の１次圧Ｐ１（Ｐ１＞Ｐ２）を受圧する。曲成突出部６３は、作動圧室１５Ｃに向けて最も突出する頂点６４を有する。
【００７９】
ダイヤフラム６の曲成突出部６３は、可変な有効受圧面積を備えている。有効受圧面積は、前述したように、ダイヤフラム６の第１弁体面５１のうち、ダイヤフラム６の曲成突出部６３の頂点６４よりも径内側の受圧面積を意味する。
【００８０】
このようにダイヤフラム６の曲成突出部６３の有効受圧面積は、弁体５を開弁させる方向（矢印Ｙ１方向）に弁体５に作用するものであり、１次圧通路１６の１次圧Ｐ１と作動圧室１５Ｃの圧力（基本的には２次圧通路１７の２次圧Ｐ２）との差圧に基づいて、減殺力ＦＢ（図５参照）をダイヤフラム６に作用させる。図５に示すように、減殺力ＦＢは、弁体５を閉弁させる方向（矢印Ｙ２方向）に弁体５に作用する差圧流体力ＦＡとは反対の向きに作用しており、弁軸３Ｃを介して弁体５に作用する。
【００８１】
このような本実施例によれば、弁軸３Ｃおよび弁体５が矢印Ｙ１方向に移動して弁体５の開弁度が増加するにつれて、ダイヤフラム６の曲成突出部６３の頂点６４は、径内側に移行し、ダイヤフラム６の曲成突出部６３の有効受圧面積は次第に小さくなる。すなわち、弁体５の開弁度が増加するにつれて、ダイヤフラム６の曲成突出部６３の有効受圧面積が次第に小さくなり、ダイヤフラム６による減殺力ＦＢは次第に小さくなる。
【００８２】
図５に示すように、アクチュエータハウジング２７のガイド面２７ｃは、ダイヤフラム６の曲成突出部６３に対面しており、弁軸３Ｃの軸芯ＹＡに沿って弁口１８から遠ざかるにつれて内径が次第に縮径するような傾斜角θ１（図５，図６参照）をもつ円錐面とされている。弁軸３Ｃが開弁方向に移動し、弁体５の開弁が進行するにつれて、ダイヤフラム６の曲成突出部６３の外周側は、ガイド面２７ｃに張り付きつつ変形するため、曲成突出部６３の頂点６４が径内側に次第に移動し、これにより有効受圧面積が次第に小さくなる。
【００８３】
換言すると、本実施例によれば、実施例１と同様に、弁体５の開弁度が小さいとき、差圧が大きいため、差圧流体力ＦＡの大きさが相対的に大きいが、同様に、減殺力ＦＢの大きさも相対的に大きい。従って、弁体５の開弁度が小さいとき、互いに反対方向に向く差圧流体力ＦＡと減殺力ＦＢとが良好に減殺される。
【００８４】
また弁体５の開弁度が大きいとき、差圧が小さくなるため、差圧流体力ＦＡの大きさが相対的に小さいが、同様に、減殺力ＦＢの大きさも相対的に小さい。従って、弁体５の開弁度が大きいとき、互いに反対方向に向く差圧流体力ＦＡと減殺力ＦＢとが良好に減殺される。
【００８５】
ここで本実施例によれば、差圧流体力ＦＡは、１次圧通路１６の１次圧Ｐ１と２次圧通路１７の２次圧Ｐ２との差圧に基づく。減殺力ＦＢは、１次圧通路１６の１次圧Ｐ１と作動圧室１５の２次圧Ｐ２との差圧に基づく。従って、事情により１次圧Ｐ１の大きさが変動したときであっても、その変動は差圧流体力ＦＡおよび減殺力ＦＢの双方に同様に作用する。同様に２次圧Ｐ２の大きさが変動したときであっても、その変動は差圧流体力ＦＡおよび減殺力ＦＢの双方に同様に作用する。このため１次圧Ｐ１が変動するときであっても、弁体５の開弁開始時、閉弁終了時の変動が抑制される。同様に、２次圧Ｐ２が変動するときであっても、弁体５の開弁開始時、閉弁終了時の変動が抑制される。
【００８６】
このような本実施例によれば、弁体５のストロークの全域において、駆動部としてのモータ７の制御量と、弁体５の移動量とのリニア制御性を高めることができる。従って、モータ７に対する閉弁指令値と弁体５の移動量とのリニア制御性等の相関性を高めることができる。従って、指令値に基づいて弁体５の移動量を規定するオープン制御が可能となる。故に、フィードバック制御の廃止または簡素化を図ることができる。
【実施例５】
【００８７】
本実施例は基本的には図５および図６に示す実施例４と同様の構成および作用効果を有する。但し、２次圧通路１７と作動圧室１５Ｃとを連通中間通路で繋ぐことなく、作動圧室１５Ｃを大気開放させても良い。この場合、作動圧室１５Ｃは大気圧とされている。従って作動圧室１５Ｃと２次圧通路１７とを繋ぐ連通中間路２４を廃止できる。
【実施例６】
【００８８】
本実施例は基本的には図１〜図３に示す実施例１と同様の構成および作用効果を有するため、図１〜図３を準用することができる。但し、作動圧室１５と２次圧通路１７とは非連通である。故に、作動圧室１５と２次圧通路１７とを連通させる連通中間路２４は廃止されている。作動圧室１５には他系統の圧力Ｐ３（Ｐ３＜Ｐ１）が導入される。
【００８９】
ダイヤフラム６の曲成突出部６３の有効受圧面積は、弁体５を開弁させる方向（矢印Ｙ１方向）に弁体５に作用するものであり、１次圧通路１６の１次圧Ｐ１と作動圧室１５Ｃの圧力Ｐ３との差圧に基づいて、減殺力ＦＢをダイヤフラム６に作用させる。弁体５の開弁度が増加するにつれて、他系統の圧力Ｐ３は、図略の調圧機構により２次圧Ｐ２と同様に増加していくように設定されている。
【００９０】
本実施例によれば、実施例１と同様に、弁体５の開弁度が小さいとき、１次圧Ｐ１と２次圧Ｐ２と差圧に基づく流体力ＦＡの大きさは、相対的に大きい。同様に、１次圧Ｐ１と圧力Ｐ３と差圧に基づく減殺力ＦＢの大きさも相対的に大きい。従って、弁体５の開弁度が小さいときにおいて、互いに反対方向に向く差圧流体力ＦＡと減殺力とが良好に減殺される。
【００９１】
また実施例１と同様に、弁体５の開弁度が大きいとき、１次圧Ｐ１と２次圧Ｐ２と差圧に基づく差圧流体力ＦＡの大きさが相対的に小さい。同様に、１次圧Ｐ１と圧力Ｐ３（Ｐ３＜Ｐ１）と差圧に基づく減殺力ＦＢの大きさも、相対的に小さい。従って、弁体５の開弁度が大きいときにおいて、互いに反対方向に向く差圧流体力ＦＡと減殺力ＦＢとが良好に減殺される。
【００９２】
このように本実施例によれば、実施例１と同様に、弁体５に作用する差圧流体力ＦＡは、１次圧Ｐ１と２次圧Ｐ２との差圧に基づく。但し、減殺力ＦＢは、１次圧Ｐ１と２次圧Ｐ２との差圧ではなく、１次圧Ｐ１と作動圧室１５の圧力Ｐ３との差圧（ダイヤフラム６の表裏が受圧する差圧）に基づく。
【実施例７】
【００９３】
本実施例は基本的には図５および図６に示す実施例４と同様の構成および作用効果を有するため、図５および図６を準用することができる。但し、作動圧室１５Ｃと２次圧通路１７とは非連通である。故に、作動圧室１５Ｃと２次圧通路１７とを連通させる連通中間路２４は廃止されている。作動圧室１５Ｃには他系統の圧力Ｐ３（Ｐ３＜Ｐ１）が導入される。
【００９４】
本実施例によれば、実施例４と同様に、弁体５の開弁度が小さいとき、１次圧Ｐ１と２次圧Ｐ２と差圧に基づく流体力ＦＡの大きさは、相対的に大きい。同様に、１次圧Ｐ１と圧力Ｐ３と差圧に基づく減殺力ＦＢの大きさも相対的に大きい。従って、弁体５の開弁度が小さいときにおいて、互いに反対方向に向く差圧流体力ＦＡと減殺力ＦＢとが良好に減殺される。
【００９５】
また実施例４と同様に、弁体５の開弁度が大きいとき、１次圧Ｐ１と２次圧Ｐ２と差圧に基づく差圧流体力ＦＡの大きさが相対的に小さい。同様に、１次圧Ｐ１と圧力Ｐ３（Ｐ３＜Ｐ１）と差圧に基づく減殺力ＦＢの大きさも、相対的に小さい。従って、弁体５の開弁度が大きいときにおいて、互いに反対方向に向く差圧流体力ＦＡと減殺力ＦＢとが良好に減殺される。
【００９６】
このように本実施例によれば、弁体５に作用する差圧流体力ＦＡは、１次圧通路１６の１次圧Ｐ１と２次圧通路１７の２次圧Ｐ２との差圧に基づく。但し、減殺力ＦＢは、１次圧Ｐ１と２次圧Ｐ２との差圧ではなく、１次圧Ｐ１と作動圧室１５Ｃの圧力Ｐ３との差圧（ダイヤフラム６の表裏が受圧する差圧）に基づく。
【実施例８】
【００９７】
（試験例１）
図１に示すダイヤフラム内蔵バルブを用い、実際に試験例１を実施した。図７および図８は、その試験した実測値の結果を示す。試験例では、弁口１８の内径は１８ミリメートル、１次圧Ｐ１は５０ｋＰａとした。２次圧Ｐ２は開弁に伴い０〜５ｋＰａとした。閉弁時におけるダイヤフラム６の曲成突出部６３の有効受圧面積を規定する直径は、６〜１８ミリメートルとした。曲成突出部６３の平均厚みは０．５ミリメートルとした。図７の横軸は、弁体５の開弁方向（矢印Ｙ１方向）のストローク（ミリメートル）を示し、弁体５の開弁度に相当する。
【００９８】
図７の縦軸は、閉弁方向（矢印Ｙ２方向）に作用する弁体５の差圧流体力ＦＡ（特性線Ｗ１）を示す。図８の横軸は、弁体５の開弁方向（矢印Ｙ１方向）のストローク（ミリメートル）を示し、弁体５の開弁度に相当する。図８の縦軸は、ダイヤフラム６の曲成突出部６３の有効受圧面積に開弁方向（矢印Ｙ１方向）に作用する減殺力（特性線Ｘ１）を示す。閉弁方向に作用する差圧流体力ＦＡは正の符号とする。開弁方向に作用する減殺力ＦＢは、差圧流体力ＦＡと反対の方向であるため、負の符号とする。差圧流体力ＦＡは実測値であり、弁軸３の他端部３ｒの先端にロードセルとリニアゲージを設置し、開弁度（ストローク）と差圧流体力ＦＡとの相関性を求めた。減殺力ＦＢは実測値であり、ダイヤフラム６をボディおよびシャフトに取り付け、同様にロードセルとリニアゲージを設置して求めた。
【００９９】
図７から理解できるように、弁体５が全閉している閉弁時においては、差圧流体力ＦＡは＋約１２Ｎであったが、開弁方向への弁体５のストローク（開弁度）が増加するつれて、差圧流体力ＦＡは次第に減少した。弁体５が全開している開弁時においては、差圧流体力ＦＡは＋約５Ｎであった。
【０１００】
また図８から理解できるように、弁体５が全閉している閉弁時においては、減殺力は−約１２Ｎであったが、開弁方向への弁体５のストローク（開弁度）が増加するつれて、減殺力ＦＢは次第に増加した。弁体５が全開している開弁時においては、減殺力ＦＢは−約６Ｎであった。
【０１０１】
図７および図８から理解できるように、弁体５の開弁度が小さいとき、特性線Ｗ１として示すように、差圧流体力ＦＡが相対的に大きいが、同様に、特性線Ｘ１として示すように減殺力ＦＢが相対的に大きい。従って、弁体５の開弁度が小さいときにおいて、互いに逆向きの差圧流体力ＦＡと減殺力ＦＢとが良好に打ち消しあい、減殺される。
【０１０２】
これに対して弁体５の開弁度が大きいとき、特性線Ｗ１として示すように差圧流体力ＦＡが相対的に小さいが、同様に、特性線Ｘ１として示すように減殺力ＦＢが相対的に小さい。従って、弁体５のストロークの全域において、互いに逆向きの差圧流体力ＦＡと減殺力ＦＢとが良好に減殺され、指令値と弁体５の閉弁方向への移動量とのリニア制御性等の相関性を高めることができる。従って、指令値に基づいて弁体５の移動量を規定するオープン制御が可能となる。故に、フィードバック制御の廃止または簡素化を図ることができる。
【０１０３】
（試験例２）
図９は、図１に示すダイヤフラム内蔵バルブを用いて実際に試験した試験例２を示す。弁口１８の内径は１８ミリメートル、１次圧Ｐ１は１０ｋＰａと１００ｋＰａとした。閉弁時におけるダイヤフラム６の曲成突出部６３の有効受圧面積は２５４ｍｍ２とした。図９の横軸はソレノイドアクチュエータ４に通電する電流値を示す。図９の縦軸は弁体５の開弁方向へのストローク、つまり開弁度を示す。
【０１０４】
図９に示されている特性線Ｅ10，Ｅ100（Ｅ：Example，■印）は、ダイヤフラム６が搭載されている実施例を示し、全閉している弁体５を開弁方向に移動させる場合を示す。特性線Ｅ10は、１次圧Ｐ１が１０ｋＰａの場合を示す。特性線Ｅ100は、１次圧Ｐ１が１００ｋＰａの場合を示す。
【０１０５】
これに対して、図９に示されている特性線Ｃ10，Ｃ100（Ｃ：Comparable，◆印）はダイヤフラム６が搭載されていない比較例を示し、全閉している弁体５を開弁方向に移動させる場合を示す。特性線Ｃ10は、１次圧Ｐ１が１０ｋＰａの場合を示す。特性線Ｃ100は、１次圧Ｐ１が１００ｋＰａの場合を示す。
【０１０６】
特性線Ｃ10，Ｃ100から理解できるように、比較例に係るバルブによれば、１次圧Ｐ１が１０ｋＰａの場合と１００ｋＰａの場合とで、差圧によるずれΔＳＣが大きかった。これに対して、特性線Ｅ10，Ｅ100から理解できるように、実施例に係るバルブによれば、１次圧Ｐ１が１０ｋＰａの場合と１００ｋＰａの場合とで、差圧によるずれΔＳＥが極めて小さかった。
【０１０７】
また、比較例に係るバルブによれば、１次圧Ｐ１が１０ｋＰａであった場合には、特性線Ｃ10に示すように、ソレノイドアクチュエータ４に通電する電流値が０．４アンペアのとき、全閉の弁体５が開弁していた。しかしながら１次圧Ｐ１が１００ｋＰａに増加した場合には、特性線Ｃ100に示すように、ソレノイドアクチュエータ４に通電する電流値が０．７アンペアのとき、全閉の弁体５が開弁し始めた。このように比較例に係るバルブによれば、１次圧Ｐ１の圧力が増加すると、ソレノイドアクチュエータ４で開弁し始める開弁ポイントの電流値がΔＩｃずれてしまい、良好ではなかった。
【０１０８】
更に比較例に係るバルブによれば、１次圧Ｐ１が１０ｋＰａであった場合には、特性線Ｃ10に示すように、ソレノイドアクチュエータ４に通電する電流値が１．１アンペアのとき、弁体５が全開した。しかしながら１次圧Ｐ１が１００ｋＰａに増加した場合には、特性線Ｃ100に示すように、ソレノイドアクチュエータ４に通電する電流値が１．３アンペアで、弁体５が全開した。このように比較例に係るバルブによれば、１次圧Ｐ１の圧力が増加する場合には、弁体５が全開状態となる全開ポイントが電流値でΔＩｄずれ、良好ではなかった。
【０１０９】
これに対して、実施例に係るバルブによれば、１次圧Ｐ１が１０ｋＰａの場合には、特性線Ｅ10に示すように、ソレノイドアクチュエータ４に通電する電流値が０．４アンペアのとき、全閉状態の弁体５が開弁を開始した。また、実施例に係るバルブによれば、１００ｋＰａに増加しても、特性線Ｅ100に示すように、ソレノイドアクチュエータ４に通電する電流値が０．４アンペアで、全閉状態の弁体５が開弁し始めた。このように実施例に係るバルブによれば、１次圧Ｐ１の圧力が増加したとしても、弁体５が開弁し始める開弁ポイントが一致しており、良好であった。
【０１１０】
更に実施例に係るバルブによれば、１次圧Ｐ１が１０ｋＰａの場合には、特性線Ｃ10に示すように、ソレノイドアクチュエータ４に通電する電流値が１．６アンペアのとき、弁体５が全開した。同様に、１次圧Ｐ１が１００ｋＰａに増加したとしても、特性線Ｃ100に示すように、ソレノイドアクチュエータ４に通電する電流値が１．６アンペアで、弁体５が全開した。このように実施例に係るバルブによれば、１次圧Ｐ１の圧力の大きさが変動したとしても、弁体５が開弁し始める全開ポイントが一致しており、良好であった。
【０１１１】
（その他）
付勢バネ２のバネ力を調整するバネ調整要素２０が設けられているが、付勢バネ２のバネ力を調整する必要がなければ、バネ調整要素２０を廃止しても良い。弁軸３は水平方向にのびる横型でも良いし、鉛直方向に延びる縦型でも良い。上記した各実施例によれば、オープン制御が可能となるため、フィードバック制御の廃止を図ることができるが、更に開弁精度を厳格に高めるためには必要に応じてフィードバック制御を実施することにしても良い。本発明は上記した実施形態および実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。本明細書から次の技術的思想も把握できる。
【０１１２】
（付記項）弁口と、弁口よりも上流に位置すると共に弁口よりも上流側の１次圧が作用する１次圧通路と、弁口よりも下流に位置すると共に弁口よりも下流側の２次圧が作用する２次圧通路と、１次圧および２次圧のうちのいずれか一方が作用する作動圧室とをもつハウジングと、（ｉｉ）ハウジングに移動可能に設けられた弁軸と、（ｉｉｉ）ハウジングに設けられ弁軸を開弁方向および閉弁方向に移動させる駆動部と、（ｉｖ）弁軸に設けられ弁口を開閉させ且つ１次圧を受圧する第１弁体面と２次圧を受圧する第２弁体面とをもち、第１弁体面が受圧する１次圧と第２弁体面が受圧する２次圧との差圧に基づいて弁軸の軸長方向に沿った差圧流体力が作用する弁体と、（ｖ）作動圧室に対面するように弁軸に接続され、１次圧を受圧する第１受圧面と２次圧を受圧する第２受圧面とをもつ変形可能な膜状をなすダイヤフラムとを具備しており、（ｖ）ダイヤフラムは、ダイヤフラムの軸芯の回りにおいて突出するように設けられた曲成突出部を備えており、（ｖｉ）弁体が開弁方向または閉弁方向に動作するとき、曲成突出部は、弁体に作用する差圧流体力を減殺させるように差圧流体力と反対の方向に向く減殺力を、ダイヤフラムが受圧する１次圧と２次圧との差圧に基づいて発生させる有効受圧面積を備えることを特徴とするダイヤフラム内蔵バルブ。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は流体機器、燃料電池システム等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】実施例１に係り、ダイヤフラム内蔵バルブを示す断面図である。
【図２】実施例１に係り、閉弁時におけるダイヤフラム内蔵バルブの要部を概念化して示す断面図である。
【図３】実施例１に係り、開弁時におけるダイヤフラム内蔵バルブの要部を概念化して示す断面図である。
【図４】実施例３に係り、閉弁時におけるダイヤフラム内蔵バルブの要部を概念化して示す断面図である。
【図５】実施例４に係り、閉弁時におけるダイヤフラム内蔵バルブを示す断面図である。
【図６】実施例４に係り、開弁時におけるダイヤフラム内蔵バルブを示す断面図である。
【図７】試験例１の試験結果に係り、弁体の開弁方向のストロークと閉弁方向に作用する弁体の差圧流体力との関係を示すグラフである。
【図８】試験例１の試験結果に係り、弁体の開弁方向のストロークとダイヤフラムの曲成突出部の有効受圧面積に作用する減殺力との関係を示すグラフである。
【図９】試験例２の試験結果に係り、ソレノイドアクチュエータに通電する電流値と弁体の開弁方向のストロークとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１５】
１はハウジング、１５は作動圧室、１６は１次圧通路、１７は２次圧通路、１８は弁口、２は付勢バネ、２４は連通中間路、３は弁軸、４はソレノイドアクチュエータ（駆動部）、４２は励磁ソレノイド、５は弁体、５１は第１弁体面、５２は第２弁体面、５７は連通路、６はダイヤフラム、６０は固定部、６２は曲成突出部、６２ａは凸面、６２ｃは凹面、６４は頂点、７はモータ（駆動部）、７０はモータ軸、Ｐ１は１次圧、Ｐ２は２次圧を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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