(57)【要約】【課題】可動プランジャーに偏摩耗等の摩耗が発生するおそれが低減され、ダイヤフラムの組付性を改善させるダイヤフラム式制御弁を提供する。【解決手段】ボディ１は、弁口１１と弁座部１２と位置決め係合部１８とを有する。ダイヤフラム４はボディ１の中空室１０を流体室１３と作動室１４とに仕切る。ガイド７はボディ１の位置決め係合部１８に係合されている。弁体２は、ダイヤフラム４の中央領域を接合してダイヤフラム４の中央領域を保持する第１接合面２ｍを備えている。ガイド７は、ダイヤフラム４の外周領域４ｐを接合してダイヤフラム４の外周領域４ｐを保持する第２接合面７ｍを備えている。第１接合面２ｍおよび第２接合面７ｍを介して、ダイヤフラム４、ガイド７および弁体２はユニット品８１とされている。【選択図】図１
2008309279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁口を形成する弁座と前記弁口に連通する中空室と凹状または凸状の位置決め係合部とを有するボディと、前記弁口を閉弁および開弁させる弁体と、前記弁体を保持すると共に前記弁体と共に閉弁方向および開弁方向に移動可能な可動プランジャーと、前記ボディに設けられ前記可動プランジャーを閉弁方向および開弁方向に移動させる駆動部と、前記弁口に連通可能な流体室と前記可動プランジャーを収容する作動室とに前記ボディの前記中空室を仕切ると共に変形可能な受圧部をもつ可撓材料を基材とするダイヤフラムと、前記ボディの前記位置決め係合部に係合されたガイドとを具備しており、
前記弁体および／または前記可動プランジャーの外壁面は、前記ダイヤフラムの中央領域を接合して前記ダイヤフラムの前記中央領域を保持する第１接合面を備えており、
前記ガイドの外壁面は、前記ダイヤフラムの外周領域を接合して前記ダイヤフラムの前記外周領域を保持する第２接合面を備えており、
前記弁体および／または前記可動プランジャー、前記ダイヤフラム、前記ガイドは、前記第１接合面および前記第２接合面により一体に組み付けられてユニット品とされていることを特徴とするダイヤフラム式制御弁。
【請求項２】
請求項１において、前記ダイヤフラムは、その中央領域に厚み方向に貫通する貫通孔を備えており、前記弁体は前記ダイヤフラムの前記貫通孔に連通する開口および前記開口に対面する底面を有する有底形状をなす取付孔を備えており、
前記可動プランジャーは、前記弁体の前記取付孔に挿入されて前記弁体に取り付けられる取付突起を備えており、
前記可動プランジャーの前記取付突起が前記ダイヤフラムの前記貫通孔を介して前記弁体の前記取付孔に取り付けられることにより前記ユニット品が形成されており、前記ユニット品は、前記弁体、前記可動プランジャー、前記ガイド、前記ダイヤフラムを一体化していることを特徴とするダイヤフラム式制御弁。
【請求項３】
請求項１または２において、前記ガイドは、前記ボディの前記位置決め係合部に係合するリング形状をなす着座部と、前記可動プランジャー側に向けて前記着座部に連設された円筒形状をなす摺動部とを備えており、
前記摺動部の内周壁面は、前記可動プランジャーを案内する摺動面とされていいることを特徴とするダイヤフラム式制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は膜状をなすダイヤフラムを有するダイヤフラム式制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、室と弁口とを有するボディと、弁口を閉弁および開弁させる弁体と、弁体を保持する可動プランジャーと、弁口に連通可能な流体通路室を隔離するダイヤフラムと、付勢部材と、可動プランジャーを移動させる磁力発生部とをもつダイヤフラム式の制御弁が開示されている（特許文献１〜３）。
【特許文献１】特開２００１−２２７６７１号公報
【特許文献２】特開２００４−１７９１１８号公報
【特許文献３】特開２００４−１１６６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した制御弁によれば、部品点数が多いため、組付誤差が重なり、径方向における可動プランジャーの軸ずれが発生するおそれがある。この場合、使用期間が長期にわたると、可動プランジャーに偏摩耗等の摩耗が発生するおそれがある。
【０００４】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、可動プランジャーに偏摩耗等の摩耗が発生するおそれが低減され、更に、ダイヤフラムの組付性を改善させるのに有利なダイヤフラム式制御弁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】
【０００５】
（１）様相１に係るダイヤフラム式制御弁は、弁口を形成する弁座と弁口に連通する中空室と凹状または凸状の位置決め係合部とを有するボディと、弁口を閉弁および開弁させる弁体と、弁体を保持すると共に弁体と共に閉弁方向および開弁方向に移動可能な可動プランジャーと、ボディに設けられ可動プランジャーを閉弁方向および開弁方向に移動させる駆動部と、弁口に連通可能な流体室と可動プランジャーを収容する作動室とにボディの中空室を仕切ると共に変形可能な受圧部をもつ可撓材料を基材とするダイヤフラムと、ボディの位置決め係合部に係合されたガイドとを具備しており、
弁体および／または可動プランジャーの外壁面は、ダイヤフラムの中央領域を接合してダイヤフラムの中央領域を保持する第１接合面を備えており、
ガイドの外壁面は、ダイヤフラムの外周領域を接合してダイヤフラムの外周領域を保持する第２接合面を備えており、弁体および／または可動プランジャー、ダイヤフラム、ガイドは、第１接合面および第２接合面により一体に組み付けられてユニット品とされていることを特徴とする。
【０００６】
ボディの位置決め係合部は凹状または凸状をなしており、ガイドを位置決めする位置決め機能をもつ。ダイヤフラムは、ゴムや軟質樹脂等の可撓材料を基材とする部材であり、弁口に連通する流体室と可動プランジャーを収容する作動室とにボディの中空室を仕切るものであり、変形可能な受圧部をもつ。駆動部は、可動プランジャーを閉弁方向および開弁方向に移動させるものであれば特に限定されない。従って、駆動部としては、可動プランジャーを吸引または反発させるための磁力を発生させる励磁ソレノイド部、モータ機構等を用いても良い。
【０００７】
弁体および／または可動プランジャーの第１接合面は、ダイヤフラムの中央領域を接合して保持する。ガイドの第２接合面は、ダイヤフラムの外周領域を接合して保持する。従って、弁体および／または可動プランジャー、ガイド、ダイヤフラムは、第１接合面および第２接合面により一体化されており、ユニット品とされている。
【０００８】
ユニット品のガイドは、ボディの位置決め係合部に係合して位置決めされる。このため、ユニット品はボディの位置決め係合部に係合し、ユニット品の径方向に位置決めされる。従って、ボディに対してユニット品が良好に位置決めされる。ひいては、ユニット品の径方向において、ボディに対してユニット品の軸ずれが抑えられる。これにより径方向におけるユニット品と可動プランジャーとの同軸性が高まる。この結果、使用期間が長期に渡ったとしても、可動プランジャーに偏摩耗等の摩耗が発生することが抑えられる。
【０００９】
更に弁体および／または可動プランジャー、ガイド、ダイヤフラムは、一体化されており、ユニット品とされている。このため、ユニット品のガイドをボディの位置決め係合部に係合させて位置決めすれば、ダイヤフラムをボディに容易に位置決めすることができる。よってボディへのダイヤフラムの組付性が改善される。なお、制御弁の作動時において、ダイヤフラムのうち第１接合面および第２接合面に接合されている材料部分は、接合されていない部分に比較して、接合に起因する拘束性を有する。
【００１０】
（２）様相２に係るダイヤフラム式制御弁によれば、上記様相において、ダイヤフラムは、その中央領域に厚み方向に貫通する貫通孔を備えており、弁体はダイヤフラムの貫通孔に連通する開口および開口に対面する底面を有する有底形状をなす取付孔を備えており、可動プランジャーは、弁体の取付孔に挿入されて弁体に取り付けられる取付突起を備えており、可動プランジャーの取付突起がダイヤフラムの貫通孔を介して弁体の取付孔に取り付けられることにより、弁体および／または可動プランジャー、ガイド、ダイヤフラムは、一体化されており、ユニット品とされていることを特徴とする。
【００１１】
この場合、ユニット品に組み付けられているガイドは、ボディの位置決め係合部に係合して径方向に位置決めされる。このため、ガイドを有するユニット品は、ボディの位置決め係合部に係合して径方向に位置決めされる。従って、ボディに対してユニット品の径方向の軸ずれが抑えられる。ひいては径方向においてユニット品と可動プランジャーとの同軸性が高まる。この結果、使用期間が長期に渡ったとしても、可動プランジャーに偏摩耗等の摩耗が発生することが抑えられる。
【００１２】
（３）各様相によれば、ガイドは、ボディの位置決め係合部に係合するリング形状をなす着座部と、可動プランジャー側に向けて着座部に連設された円筒形状をなす円筒形状をなす摺動部とを備えていることが好ましい。この場合、摺動部の内周壁面は、可動プランジャーを案内する摺動面とされていることが好ましい。また、弁体のうち弁口に対面する側には、シール材料を基材とすると共に閉弁時に弁座に接触するシール部が接合されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、弁体および／または可動プランジャーの第１接合面は、ダイヤフラムの中央領域を接合して保持する。ガイドの第２接合面はダイヤフラムの外周領域を接合して保持する。従って、弁体および／または可動プランジャー、ダイヤフラム、ガイドは第１接合面および第２接合面により接合されて、ユニット品とされている。ユニット品のガイドは、ボディの位置決め係合部に係合して位置決めされ、特に径方向に位置決めされる。このため、ユニット品はボディの位置決め係合部に係合して径方向に位置決めされる。従って、径方向においてボディに対してユニット品が良好に位置決めされる。ひいてはボディに対してユニット品の径方向の軸ずれが抑えられる。これによりユニット品と可動プランジャーとの同軸性が高まる。この結果、使用期間が長期に渡ったとしても、可動プランジャーに偏摩耗等の摩耗が発生することが抑えられる。
【００１４】
更に前述したように弁体および／または可動プランジャー、ダイヤフラム、ガイドおよび弁体は、第１接合面および第２接合面により一体に組み付けられてユニット品とされている。このため、ユニット品のガイドをボディの位置決め係合部に係合させて位置決めすれば、ダイヤフラムをボディに容易に位置決めすることができる。よってボディへのダイヤフラムの組付性が改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１〜図４を参照して説明する。図１は組付後におけるダイヤフラム式制御弁の断面を示す。この制御弁は、液成分または蒸気を含有することがあるガス（例えば水素ガス、酸素ガス、空気等の流体）が流れるガス流路に配設されている。この制御弁は、図１に示すように、ボディ１と、弁体２と、可動プランジャー３と、膜状をなす隔離用のダイヤフラム４と、付勢部材５および磁力発生部６と、軸芯Ｐ１を有する円筒形状をなすガイド７とを備える。付勢部材５および磁力発生部６は、弁体２を移動させる駆動部を構成する。
【００１６】
図１に示すように、ボディ１は、主ボディ１ａと、主ボディ１ａに取り付けられヨークとして機能できる副ボディ１ｃとを備えている。主ボディ１ａは中空状の中空室１０と弁口１１と弁座部１２とを有する。弁座部１２は弁座１２ｃをもつ剤筒形状をなしており、弁体２に向けて（上向き）膨出している。弁口１１は円形状をなしており、弁座部１２で区画されている。主ボディ１ａにおいて、弁口１１の上流にはガス供給部１５が設けられており、弁口１１の下流にはガス排出部１６が設けられている。主ボディ１ａの上面１ｕには、凹状の位置決め係合部１８が形成されている。なお位置決め係合部１８は凸状としても良い。ここで、位置決め係合部１８は、主ボディ１ａの軸線Ｐ１の回りで１周するリング溝形状とされており、内周面状をなす係合面１８ａと、深さｈ１を有する底面１８ｃとを有する。主ボディ１ａにおいて、位置決め係合部１８の内周側にはリング状の取付溝１７が形成されており、取付溝１７の内周側にリング突部１９が形成されている。
【００１７】
図１に示すように、ガイド７はステンレス鋼（非磁性および電気絶縁が高い材料）を基材として形成されており、主ボディ１ａの位置決め係合部１８に嵌合して着座されるリング板形状をなす着座部７０と、着座部７０の内周部から上方（開弁方向）に延設された円筒形状をなす摺動部７２とを備えている。ガイド７の摺動部７２の内周壁面である摺動壁面７２ｉにより、円筒形状の空間７２ｃが形成されている。空間７２ｃに可動プランジャー３が移動可能に収容されている。
【００１８】
主ボディ１ａの位置決め係合部１８にガイド７の着座部７０が着座されるとき、ガイド７の着座部７０のリング状をなす外周面７０ｐが位置決め係合部１８のリング状をなす係合面１８ａに当接して位置決めされる。また、着座部７０の下面７０ｄは位置決め係合部１８の底面１８ｃに当接して位置決めされる。
【００１９】
図２に示すように、ガイド７の着座部７０の外径ＤＡは、ダイヤフラム４の外周シール部４３の外径ＤＢよりも大きくされている。このためガイド７の上方（図２に示す矢印ＵＴ方向）から視認すると、ガイド７の着座部７０によりダイヤフラム４の外周シール部４３は隠蔽されている。換言すると、着座部７０の外周面７０ｐはダイヤフラム４の外周シール部４３よりも径外方向にΔＤ（図２参照）突出している。
【００２０】
図２に示すように、ダイヤフラム４は、可撓性を有する可撓材料（一般的にはゴムや軟質樹脂、具体的にはＥＰＤＭ（エチレン・プロピレンゴム））を基材とする。ダイヤフラム４は、変形可能な受圧部４１と、中央領域において厚み方向に貫通する貫通孔４２と、ダイヤフラム４の外周を形成する厚肉リング状の外周シール部４３と、貫通孔４２を形成するようにダイヤフラム４の内周を形成する厚肉リング状の内周シール部４４とをもつ。受圧部４１は、ダイヤフラム４の変形量を確保するために波形状とされたコンボリューション部を有しておらず、荷重が実質的に作用していないときには、水平面に沿った平坦状をなす。但し、受圧部４１は、波形状とされたコンボリューション部を有していても良い。ここで、ダイヤフラム４の外周シール部４３の厚みｔ１（図２参照）は、締め代を確保してシール性を高めるべく、厚肉とされている。ダイヤフラム４の内周シール部４４の厚みｔ２（図２参照）は、締め代を確保してシール性を高めるべく、厚肉とされている。
【００２１】
図１に示すように、ダイヤフラム４は、ボディ１の室１０を流体室１３と作動室１４とに仕切る。流体室１３は作動室１４よりも下側に配置されている。作動室１４は大気に連通する。流体室１３に流れるガスが液分（例えば水分）を含むとき、液分等が作動室１４内に進入しないように、ダイヤフラム４は流体室１３と作動室１４とを隔離している。ここで、ダイヤフラム４には、バリヤ層（例えば金属層、硬質樹脂層）が埋設等により設けられていることが好ましい。バリヤ層は、ガス遮断性および液遮断性が高い。これにより流体室１３と作動室１４との間におけるガスや液の混入防止性が高い。流体室１３に連通する上流通路１３ｕは、ガス供給部１５に繋がる。弁口１１に連通する下流通路１３ｄは、ガス排出部１６に繋がる。開弁時に、流体室１３は弁口１１に連通する。
【００２２】
図１に示すように、弁体２は流体室１３内に配置されている。弁体２は金属、硬質樹脂またはセラミックスで形成されている。図２に示すように、弁体２の中央域には、ダイヤフラム４の貫通孔４２に連通する有底形状をなす取付孔２０が形成されている。取付孔２０は断面円形状をなしており、貫通孔４２に対面する開口２２と、底面２３と、リング状の内周壁面２４とを有する。組付前では、貫通孔４２の内径Ｄ１は取付孔２０の内径と実質的に同一とされている。弁体２の下面２ｄの凹部２ｘには、シール材料（例えばゴムまたは軟質樹脂）で形成されたシール部２６が接合されている。シール部２６は弁体２の下面２ｄよりも下方に突出する。
【００２３】
図３に示すように、可動プランジャー３は軸線Ｐ２をもち、磁束が透過できる材料（例えば鉄系）で形成されている。可動プランジャー３は、可動プランジャー３の過半数の容積を占める本体部３０と、本体部３０の先端部に同軸的に弁口１１に向けて突出する中径部３１と、中径部３１の先端部に同軸的に弁口１１に向けて突出する小径状の取付突起３２とをもつ。本体部３０は断面円形状を有する円柱形状をなす。中径部３１は断面円形状を有しており、中径部３１の先端面に、弁口１１に向けて開口するリング溝３４を有する。リング溝３４は可動プランジャー３の軸線Ｐ２回りで取付突起３２を１周する。取付突起３２は断面円形状を有する軸状とされており、弁体２の取付孔２０の内径Ｄ１よりも若干大きい外径を備えている。本体部３０、中径部３１、取付突起３２は同軸状とされている。取付突起３２は可動プランジャー３の下端側に位置している。
【００２４】
図３に示すように、可動プランジャー３の本体部３０の上面３０ｕにはリング状の凹部３８が形成されている。凹部３８にはリング状の衝撃緩衝部３９が保持されている。衝撃緩衝部３９はゴムまたは軟質樹脂等の可撓材料で形成されており、可動プランジャー３と固定コア６３との衝突を緩和させる。ここで、可動プランジャー３の軸線Ｐ２は縦方向に沿っている。
【００２５】
図１に示すように、可動プランジャー３の取付突起３２の先端の軸端面は、平坦状のストッパ面３３とされている。可動プランジャー３の取付突起３２は、弁体２の凹状の取付孔２０に圧入により弁体２に嵌合されて固定されている。
【００２６】
図１に示すように、付勢部材５は、可動プランジャー３の軸線Ｐ２と同軸的に配置されたコイルバネであり、可動プランジャー３を閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に付勢する付勢力をもつ。ここで、付勢部材５は、可動プランジャー３の本体部３０の中央域に形成されたバネ収容室３６に配置されている。付勢部材５の一端５ａはバネ収容室３６の底面に着座している。付勢部材５の他端５ｃは固定コア６３の下面６３ｄに着座している。
【００２７】
図１に示すように、磁力発生部６はボディ１に組み付けられている。磁力発生部６は、閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に付勢する付勢部材５の付勢力に抗して開弁力（矢印Ｙ２方向に向かう力）を通電により発生させるものである。図１に示すように、磁力発生部６は、ガイドの外周側に巻回された励磁コイル６１と、透磁性が高いコア材料で形成された複ボディ１ｃと、励磁コイル６１の下面に配置されたヨークとして機能するリング状のプレート６２と、可動プランジャー３の上側に配置され透磁性が高いコア材料で形成された固定コア６３とを有する。なお、ガイド７の摺動部７２の摺動壁面７２ｉで区画された空間７２ｃにおいて、可動プランジャー３は矢印Ｙ１，Ｙ２方向に沿って移動可能とされている。
【００２８】
図１に示すように、固定コア６３は、リング状の励磁コイル６１の内部に配置されており、可動プランジャー３を吸引作動できるように可動プランジャー３の上側に配置されている。固定コア６３と弁体２とで可動プランジャー３を挟むように設定されている。即ち、固定コア６３は、可動プランジャー３に対して弁体２と反対側に配置されている。図１に示すように、弁口１１よりも上方に、可動プランジャー３，付勢部材５および固定コア６３が作動室１４内に配置されている。従って、弁口１１に対して、可動プランジャー３，付勢部材５および固定コア６３は同じ側に配置されている。
【００２９】
使用の際に、励磁電流が励磁コイル６１に通電される。すると磁界が発生し、固定コア６３が励磁される。この場合、固定コア６３、副ボディ１ｃ、プレート６２、可動プランジャー３を透過する磁路が形成され、磁気吸引力が発生する。この結果、可動プランジャー３が固定コア６３に吸引されて開弁方向（矢印Ｙ２方向，上方）に移動し、可動プランジャー３に接続された弁体２が開弁方向に移動し、弁座部１２から離間し、弁口１１が開放される。上記したように弁口１１が開放されると、ガス供給部１５のガス（流体）は、ボディ１の上流通路１３ｕ→流体室１３→弁口１１→下流通路１３ｄ→ガス排出部１６の順に流れる。このような弁体２の開弁時において、流体室１３のガス圧力は、弁体２を開弁させる方向にダイヤフラム４の受圧部４１に上向き（矢印Ｕ１方向）に作用する。
【００３０】
また励磁コイル６１が断電されると、磁気吸引力が消失するため、付勢部材５の付勢力により可動プランジャー３が閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に押圧されて弁体２のシール部２６が弁座部１２に着座し、弁口１１が閉鎖される。従ってこの制御弁は励磁コイル６１の断電時には閉弁されており、励磁コイル６１への通電により開弁するものである。弁体２の開弁時においても、閉弁時においても、流体室１３のガス圧力は、弁体２を開弁させる方向にダイヤフラム４の受圧部４１に上向き（矢印Ｕ１方向）に作用する。
【００３１】
さて本実施形態の要部構成について図２及び図３を参照して説明する。図２に示すように、弁体２の外壁面である上壁面２ｕは、第１接合面２ｍ（図２において××として図示）を備えている。第１接合面２ｍは、ダイヤフラム４の中央領域４ｉの下面を接合して保持する。ガイド７の着座部７０の外壁面である下面７０ｄは、第２接合面７ｍ（図２において××として図示）を備えている。第２接合面７ｍは、ダイヤフラム４の外周領域４ｐを接合して保持する。弁体２の凹部２ｘの第３接合面２ｗは、シール部２６を接合して保持する。
【００３２】
可動プランジャー３については、これの本体部３０の凹部３８の壁面は、第４接合面３８ｍ（図３において××として図示）とされている。第４接合面３８ｍは、リング状の衝撃緩衝部３９を接合して保持する。
【００３３】
制御弁を組付ける場合について説明する。この場合、成形型の成形キャビティ（図示せず）の所定部位に弁体２およびガイド７が配置される。この状態では、弁体２の第１接合面２ｍおよび第３接合面２ｗ、ガイド７の着座部７０の第２接合面７ｍには、接着剤（接合剤）が塗布されている。その後、ダイヤフラム４およびシール部２６を構成する流動性をもつ成形材料（例えば未加硫ゴム、未固化の軟質樹脂）が成形型の成形キャビティに装填され、固化される。これによりダイヤフラム４およびシール部２６が固化成形される。この結果、接着剤層が設けられている第１接合面２ｍおよび第２接合面７ｍの接合力を介して、ダイヤフラム４、ガイド７および弁体２が一体品となり、第１ユニット品８１（図２参照）となる。この場合、第３接合面２ｗを介してシール部２６が弁体２に一体に接合されており、第１ユニット品８１（図２参照）に組み込まれている。なお、予め成形されているダイヤフラム４およびシール部２６をガイド７および弁体２に接合させて一体化し、第１ユニット品８１を形成しても良い。
【００３４】
また、可動プランジャー３側については、可動プランジャー３の本体部３０が成形型の成形キャビティが配置されており、凹部３８の壁面である第４接合面３８ｍに接着剤が塗布されている状態とする。この状態で、衝撃緩衝部３９を構成する流動性をもつ成形材料を成形キャビティに装填して固化させる。これにより衝撃緩衝部３９が可動プランジャー３に一体に接合（加硫接合）される。なお、予め成形されているリング状の衝撃緩衝部３９を可動プランジャー３に接合させても良い。
【００３５】
上記したように第１ユニット品８１を組み付けたら、第１ユニット品８１と可動プランジャー３とを組み付けることにより、第２ユニット品８４（図４参照）を形成する。この場合、可動プランジャー３をガイド７の摺動部７２の空間７２ｃに挿入し、可動プランジャー３の取付突起３２を弁体２の取付孔２０に強制的に圧入して一体に取り付けて固定させる。この結果、可動プランジャー３および弁体２は、互いに連結されて第２ユニット品８４（図４参照）となる。この場合、第１ユニット品８１と可動プランジャー３との径方向（矢印ＲＡ方向）における同軸性が高まる。即ち、径方向（矢印ＲＡ方向）における第１ユニット品８１のガイド７の摺動部７２と可動プランジャー３との同軸性が高まる。軸長方向の位置決めのため、取付突起３２の先端のストッパ面３３が取付孔２０の底面２３に接触することが好ましい。第２ユニット品８４では、図４に示すように、ガイド７の摺動部７２の空間７２ｃに可動プランジャー３が閉弁方向（矢印Ｙ１方向）および開弁方向（矢印Ｙ２方向）に摺動可能に収容されている。図４に示すように、第２ユニット品８４によれば、可動プランジャー３の本体部３０の先端面３０ｅとダイヤフラム４との間には、受圧部４１の変形を許容するリング状をなす空間３０ｒが形成されている。
【００３６】
本実施形態によれば、前述した第２ユニット品８４を主ボディ１ａに取り付ける。但し、場合によっては、第１ユニット品８１を主ボディ１ａに取り付けた後、可動プランジャー３を第１ユニット品８１に取り付けても良い。
【００３７】
ところで、第２ユニット品８４を主ボディ１ａに組み付けるにあたり、当該ユニット品に接合されているガイド７のリング板状をなす着座部７０を、主ボディ１ａのリング状の位置決め係合部１８に着座させ、位置決めする。この場合、着座部７０を位置決め係合部１８に軽く圧入させる構造としても良いし、あるいは、圧入を伴わないで着座部７０を位置決め係合部１８に挿入させる構造としても良い。着座部７０の下面７０ｄは、主ボディ１ａの位置決め係合部１８の底面１８ｃに載せられる。上記したようにガイド７の着座部７０の外周面７０ｐを、主ボディ１ａの位置決め係合部１８の係合面１８ａに位置決めする。このため、径方向（矢印ＲＡ方向）においても、高さ方向（矢印Ｈ方向）においても、第２ユニット品８４は良好に位置決めされる。従って、主ボディ１ａに対して第１ユニット品８１または第２ユニット品８４は良好に位置決めされる。この状態では、径方向ＲＡ方向において、主ボディ１ａに対して第２ユニット品８４（第１ユニット品８１）の軸ずれが抑えられる。この結果、第２ユニット品８４（第１ユニット品８１）と可動プランジャー３との同軸性が高まる。即ち、第２ユニット品８４（第１ユニット品８１）を構成するガイド７の摺動部７２と可動プランジャー３との径方向における同軸性が高まる。この結果、使用期間が長期に渡ったとしても、可動プランジャー３の本体部３０の外周壁面３０ｐ、ガイド７の摺動部７２に偏摩耗等の摩耗が発生することが抑えられる。
【００３８】
上記したように制御弁が組み付けられた状態では、図１に示すように、ダイヤフラム４の外周領域４ｐを接合しているガイド７の着座部７０は、プレート６２を介して励磁コイル６１により押さえ付けられて固定されている。ここで、ダイヤフラム４の外周シール部４３が主ボディ１ａの取付溝１７に嵌合されている。このとき、ガイド７の着座部７０により外周シール部４３が高さ方向に圧縮されてシール性が高められている。また、ダイヤフラム４の内周シール部４４が可動プランジャー３のリング溝３４に嵌合されている。このとき、内周シール部４４が可動プランジャー３により高さ方向に圧縮されてシール性が高められている。
【００３９】
本実施形態によれば、開弁時及び閉弁時には、ダイヤフラム４の受圧部４１が矢印Ｕ１方向および矢印Ｕ２方向（図２参照）に引っ張られて弾性変形する。弾性変形に伴い、ダイヤフラム４の外周領域４ｐを構成する材料は、使用条件によっては、矢印Ｒ１方向（図２参照）に過剰に流動するおそれがある。またダイヤフラム４の中央領域４ｉを構成する材料は、使用条件によっては、矢印Ｒ２方向（図２参照）に過剰に流動するおそれがある。ゴム等の可撓性材料はポアソン比（変形時における横歪／縦歪）が比較的高いため、ある部位の変形量は他の部位の変形量に影響を与え易いためである。ここで、受圧部４１の材料流動量が過剰であると、過剰の流動が、ダイヤフラム４の外周領域４ｐとガイド７の着座部７０との間におけるシール性、ダイヤフラム４の外周領域４ｐと主ボディ１ａの取付溝１７の壁面との間におけるシール性等に影響を与えるおそれがある。
【００４０】
この点について本実施形態によれば、ガイド７の着座部７０の第２接合面７ｍにより、ガイド７の着座部７０とダイヤフラム４の外周領域４ｐの上面は、接合されて拘束されている。このため、外周領域４ｐの上面における拘束性が高くなり、外周領域４ｐの上面を構成する材料が矢印Ｒ１方向に過剰に流動することは抑えられる。更に、弁体２の第１接合面２ｍにより弁体２とダイヤフラム４の中央領域４ｉの下面は接合されている。このため中央領域４ｉの下面における拘束性が高くなり、中央領域４ｉの下面を構成する材料が過剰に流動することは抑えられる。従って、シール性に与える影響が抑えられることが期待される。
【００４１】
また、図２に示すように、ダイヤフラム４の厚み方向において、第１接合面２ｍの反対側（上側）には、厚肉の内周シール部４４のボリューム部分４４ｖが位置している。また、第２接合面７ｍの反対側（下側）には、厚肉の外周シール部４３のボリューム部分４３ｖが位置している。ここで、厚肉のボリューム部分４３ｖ，４４ｖの大部分は、接合面で直接的に拘束されていないため、ダイヤフラム４の受圧部４１が変形するときにおいて、ダイヤフラム４を構成する材料の流動を許容しつつ、ダイヤフラム４の内周シール部４４および外周シール部４３による良好なシール性を確保することができる。
【００４２】
なお本実施形態によれば、過酷な使用条件により、万一、第１接合面２ｍまたは第２接合面７ｍが剥離したとしても、ダイヤフラム４の外周シール部４３および内周シール部４４は、圧縮されてシール性が高められているため、シール性は良好に維持される。
【００４３】
本実施形態によれば、前述したように、ダイヤフラム４、ガイド７および弁体２は第１ユニット品８１とされているため、第１ユニット品８１（第２ユニット品８４）のガイド７を主ボディ１ａの位置決め係合部１８に係合させて位置決めすれば、ダイヤフラム４を主ボディ１ａに自動的に容易に位置決めすることができる。よって主ボディ１ａへのダイヤフラム４の組付性が改善される。ここで、図２に示すように、ガイド７の着座部７０の外周面７０ｐは、ダイヤフラム４の外周シール部４３よりも径外方向にΔＤ突出しており、ダイヤフラム４を隠蔽しているものである。しかし、ダイヤフラム４は、筒形状をなすガイド７の着座部７０に一体に接合されているため、第１ユニット品８１を主ボディ１ａに組み付ければ、ダイヤフラム４を主ボディ１ａの取付溝１７に容易に取り付けることができ、組付性が改善される。
【００４４】
（実施形態２）
図５および図６は本発明の実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。以下、実施形態１と異なる部分を中心として説明する。図５は制御弁の断面図を示す。図６は第１ユニット品８１Ｂの断面図を示す。図６に示すように、ダイヤフラム４Ｂは、受圧部４１と、厚み方向に貫通する貫通孔４２と、ダイヤフラム４の外周を形成する厚肉リング状の外周シール部４３と、貫通孔４２を形成するようにダイヤフラム４の内周を形成する厚肉リング状の内周シール部４４と、内周シール部４４よりも外径および内径が大きな円筒形状をなす内筒被覆部４６と、内筒被覆部４６の底部に形成されたシール部４７とをもつ。閉弁時にシール部４７は弁座部１２に着座する。図６に示すように、弁体２Ｂのほぼ全面は、ダイヤフラム４Ｂの内筒被覆部４６およびシール部４７により被覆されているため、弁体２Ｂの保護性が高まり、弁体２Ｂの損傷および腐食等が抑制される。なお、受圧部４１の変形量が大きいとき、内筒被覆部４６は受圧部４１の変形に追従できるため、受圧部４１の変形を促進させ得る。
【００４５】
図６に示すように、弁体２Ｂは、ダイヤフラム４Ｂの貫通孔４２に連通する有底形状をなすと共に深さＫをもつ取付孔２０と、取付孔２０を包囲する筒状突起２８とを備えている。本実施形態においても、可動プランジャー３の取付突起３２は、弁体２Ｂの凹状の取付孔２０に圧入され、可動プランジャー３と弁体２Ｂとは一体化される。
【００４６】
更に、図６に××印として示すように、弁体２Ｂの第１接合面２ｍは、弁体２Ｂの外周壁面（筒状突起２８の外周壁面を含む）と、弁体２Ｂの下壁面とを含む。従って弁体２Ｂの第１接合面２ｍは、ダイヤフラム４Ｂの内周シール部４４，内筒被覆部４６，シール部４７を接合して一体に保持する。
【００４７】
本実施形態においても、主ボディ１ａに第１ユニット品８１Ｂを組み付けるにあたり、実施形態１と同様に、第１ユニット品８１Ｂのガイド７の着座部７０を主ボディ１ａの位置決め係合部１８に着座させて位置決めする。従って、径方向において主ボディ１ａに対して第１ユニット品８１Ｂが良好に位置決めされる。ひいては主ボディ１ａに対して第１ユニット品８１Ｂの径方向の軸ずれが抑えられる。これにより第１ユニット品８１Ｂと可動プランジャー３とを組み付けたとき、第１ユニット品８１Ｂと可動プランジャー３との同軸性が高まる。即ち、第１ユニット品８１Ｂのガイド７の摺動部７２と可動プランジャー３との同軸性が高まる。この結果、使用期間が長期に渡ったとしても、可動プランジャー３の本体部３０の外周壁面３０ｐ、ガイド７の摺動面７２ｉに偏摩耗等の摩耗が発生することが抑えられる。
【００４８】
制御弁が組み付けられた状態では、前述した実施形態と同様に、図５に示すように、ダイヤフラム４Ｂの外周シール部４３が主ボディ１ａの取付溝１７に嵌合され、外周シール部４３が高さ方向に圧縮されシール性が高められている。また、ダイヤフラム４Ｂの内周シール部４４が可動プランジャー３のリング溝３４に嵌合され、内周シール部４４が高さ方向に圧縮されシール性が高められている。この場合においても、第１ユニット品８１Ｂと可動プランジャー３との同軸性が高まる。即ち、第１ユニット品８１Ｂのガイド７の摺動部７２と可動プランジャー３との同軸性が高まる。
【００４９】
（実施形態３）
図７および図８は本発明の実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。以下、実施形態１と異なる部分を中心として説明する。図７は制御弁の断面図を示す。図８は第１ユニット品８１Ｃの断面図を示す。図７に示すように、ガイド７Ｃは、高さが低いリング形状をなしている点が異なる。ガイド７Ｃは、主ボディ１ａの位置決め係合部１８の係合面１８ａに係合して位置決めされる。即ち、ガイド７Ｃは、主ボディ１ａの位置決め係合部１８に嵌合して着座されるリング形状をなす着座部７０を備えているものの、円筒形状をなす摺動部を備えていない。
【００５０】
図７に示すように、ガイド７Ｃに対して別体をなす円筒形状をなす第２ガイド７Ｄが主ボディ１ａに取り付けられている。この第２ガイド７Ｄは、主ボディ１ａの第２位置決め係合部１８Ｄに嵌合して着座されるリング形状をなす着座部７０Ｄと、着座部７０Ｄに連設された円筒形状をなす摺動部７２Ｄとを備えている。ガイド７Ｄの摺動部７２Ｄの摺動面７２ｉにより、可動プランジャー３が配置される円筒形状の空間７２ｃが形成されている。
【００５１】
主ボディ１ａに第１ユニット品８１Ｃを組み付けるにあたり、第１ユニット品８１Ｃのガイド７Ｃの着座部７０を、主ボディ１ａの位置決め係合部１８に着座させて位置決めする。従って、径方向において主ボディ１ａに対して第１ユニット品８１Ｃが良好に位置決めされる。従って径方向（矢印ＲＡ方向）において主ボディ１ａに対して第１ユニット品８１Ｃの軸ずれが抑えられる。これにより第１ユニット品８１Ｃと第２ユニット品８２とを組み付けたとき、第１ユニット品８１Ｃと第２ユニット品８２の可動プランジャー３との同軸性が高まる。即ち、第１ユニット品８１Ｃの第２ガイド７Ｄの摺動部７２Ｄと第２ユニット品８２の可動プランジャー３との同軸性が高まる。この結果、使用期間が長期に渡ったとしても、可動プランジャー３の本体部３０の外周壁面３０ｐ、第２ガイド７Ｄの摺動部７２Ｄに偏摩耗等の摩耗が発生することが抑えられる。
【００５２】
（実施形態４）
図９は本発明の実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。以下、実施形態１と異なる部分を中心として説明する。図９に示すように、弁体２の外壁面である上壁面２ｕは、ダイヤフラム４の中央領域４ｉの下面を接合して保持する第１接合面２ｍ（図９において××として図示）を備えている。ガイド７の着座部７０の外壁面である下面７０ｄは、ダイヤフラム４の外周領域４ｐの上面を接合して保持する第２接合面７ｍ（図９において××として図示）を備えている。
【００５３】
弁体２の凹部２ｘの第３接合面２ｗは、シール部２６を接合して保持する。更に、可動プランジャー３の中径部３１の下面は、第１接合面３ｍ（××として図示、リング溝３４の壁面を含む）とされている。接合面３ｍは、ダイヤフラム４の中央領域４ｉの上面を接合して保持する。従って図９に示すように、第１接合面２ｍ、第２接合面７ｍ、第１接合面３ｍの接合により、ダイヤフラム４、ガイド７、弁体２および可動プランジャー３は、一体化されてユニット品８４Ｃとされている。
【００５４】
（実施形態５）
図１０は本発明の実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。以下、実施形態１と異なる部分を中心として説明する。図１０に示すように、ガイド７の着座部７０の外壁面である下面７０ｄは、ダイヤフラム４の外周領域４ｐの上面を接合して保持する第２接合面７ｍ（××として図示）を備える。弁体２の凹部２ｘの第３接合面２ｗは、シール部２６を接合して保持する。更に可動プランジャー３の中径部３１の下面は、第１接合面３ｍ（リング溝３４の壁面を含む）とされている。第１接合面３ｍは、ダイヤフラム４の中央領域４ｉの上面を接合して保持する。従って図１０に示すように、第２接合面７ｍ、第１接合面３ｍの接合力により、ダイヤフラム４、ガイド７および可動プランジャー３は、第１ユニット品８１Ｅ（図１０参照）とされている。可動プランジャー３の取付突起３２は、弁体２の凹状の取付孔２０に圧入されて固定される。
【００５５】
（実施形態６）
図１１は本発明の実施形態６を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。以下、実施形態１と異なる部分を中心として説明する。図１１に示すように、ガイド４の着座部７０のうちダイヤフラム４に対面する側には、貫通孔で形成された凹状の係止部７０ｘが形成されている。弁体２のうちダイヤフラム４に対面する側には、底を有する有底孔で形成された凹状の係止部２ｘが形成されている。係止部２ｘ，７０ｘは軸線Ｐ１回りに延設されたリング状をなしている。
【００５６】
ダイヤフラム４の成形時に、ダイヤフラム４の一部である被係止部４ｍが係止部２ｘに入り込み、係止される。また、ダイヤフラム４の一部である被係止部４ｎが係止部７０ｘに入れ込み係止される。これにより接合面積の増加、アンカー効果が高まり、ダイヤフラム４の接合性が向上する。故に第１接合面２ｍおよび係止部２ｘによりダイヤフラム４の中央領域４ｉに対する拘束性が更に高まる。また、第２接合面７ｍおよび係止部７０ｘによりダイヤフラム４の外周領域４ｐに対する拘束性が更に高まる。なお、ダイヤフラム４の受圧部４１の変形量が大きいとき、ダイヤフラム４の一部である被係止部４ｎおよび被係止部４ｍを構成する材料の流動が期待されるため、ダイヤフラム４によるシール性を確保しつつ、受圧部４１の変形に対処し易い。
【００５７】
（実施形態７）
図１２は本発明の実施形態７を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。以下、実施形態１と異なる部分を中心として説明する。本実施形態は燃料電池発電システムの燃料ガス供給系に適用している。図１２（ａ）に示す形態に係る燃料電池発電システムは、複数の燃料電池を有する燃料電池スタック３００と、燃料電池スタック３００のガス入口３０１に燃料ガスを供給する供給路３０２（燃料供給路）と、燃料電池スタック３００のガス出口３０３からオフガス（燃料オフ流体）を排出する排出路３０４（燃料排出路）と、供給路３０２の上流に設けられた燃料源３０５と、供給路３０２において燃料電池スタックのガス入口３０１側に設けられたガス供給弁３０６と、排出路３０４のうち燃料電池スタック３００のガス出口３０３側に設けられた第１ガス排出弁３０７とをもつ。ガス供給弁３０６、第１ガス排出弁３０７のうちの少なくとも一方は、上記した実施形態に係る制御弁で形成できる。
【００５８】
図１２（ａ）に示すように、燃料電池スタック３００の酸化剤ガス入口４０１に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給路４０２（酸化剤供給路）と、燃料電池スタック３００の酸化剤出口４０３から酸化剤オフガス（酸化剤オフ流体）を排出する酸化剤ガス排出路４０４（酸化剤排出路）とが設けられている。なお、オフ流体は発電反応を経たガスを意味する。
【００５９】
図１２（ｂ）に示す形態に係る燃料電池発電システムでは、排出路３０４と供給路３０２の中間部とを繋ぐ帰還路３１０が設けられている。帰還路３１０は、オフガスを供給路３０２の中間部に帰還させるものであり、開閉可能な帰還弁３１１をもつ。更に排出路３０４は第２ガス排出弁３０８をもつ。燃料電池スタック３００のガス出口３０３から排出されるオフガスは燃料分を含むことがある。このため、常時あるいは必要に応じて、オフガスを帰還路３１０を介して供給路３０２の中間部に帰還させ、燃料電池スタック３００のガス入口３０１に再供給する。場合によっては、帰還路３１０では帰還弁３１１を廃止することもできる。
【００６０】
上記した第１ガス排出弁３０７、第２ガス排出弁３０８および帰還弁３１１のうち少なくとも一つは、上記した実施形態に係る制御弁で形成できる。
【００６１】
なお、本実施形態に係る制御弁は燃料ガスが流れる制御弁に限らず、空気等の酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス系に取り付けられる制御弁に用いても良い。上記した燃料電池発電システムは車載用または定置用等に適用される。
【００６２】
（他の実施形態）
弁体および／または可動プランジャー、ダイヤフラム、ガイドは、第１接合面および第２接合面により接着剤を用いて一体に組み付けられてユニット品とされているが、接着剤に限らず、アンカー効果を利用してこれらを接合しても良い。駆動部として磁力発生部６が用いられているが、ステッピングモータ等のモータ機構としても良い。本発明は燃料電池発電システムに限らず、ガス等の流体を利用するコージェネレーションシステム等の他の流体システムに適用できる。ガスとしては水素、酸素、空気、不活性ガス等が例示される。ある実施形態に特有の構造または機能は、他の実施形態にも適用できる。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態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ものである。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
【００６３】
（付記項１）燃料流体を燃料電池スタックに供給する燃料供給路と、酸化剤流体を前記燃料電池スタックに供給する酸化剤供給路と、前記燃料電池スタックから燃料オフ流体を排出する燃料排出路と、前記燃料電池スタックから酸化剤オフ流体を排出する酸化剤排出路とを備える燃料電池システムにおいて、前記燃料排出路および前記酸化剤排出路のうちの少なくとも一方に制御弁が設けられており、制御弁は上記した各請求項に係るダイヤフラム式制御弁であることを特徴とする燃料電池システム。上記した発明の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は例えば燃料電池システム、コージェネレーションシステム等の流体システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施形態１に係り、制御弁を示す断面図である。
【図２】実施形態１に係り、第１ユニット品を示す断面図である。
【図３】実施形態１に係り、可動プランジャーを示す断面図である。
【図４】実施形態１に係り、第１ユニット品に可動プランジャーを組み付けた状態を示す断面図である。
【図５】実施形態２に係り、制御弁を示す断面図である。
【図６】実施形態２に係り、第１ユニット品を示す断面図である。
【図７】実施形態３に係り、制御弁を示す断面図である。
【図８】実施形態３に係り、第１ユニット品を示す断面図である。
【図９】実施形態４に係り、第１ユニット品に可動プランジャーを組み付けた状態を示す断面図である。
【図１０】実施形態５に係り、第１ユニット品に可動プランジャーを組み付けた状態を示す断面図である。
【図１１】実施形態６に係り、第１ユニット品を示す断面図である。
【図１２】（ａ）（ｂ）はそれぞれ実施形態７に係る燃料電池システムを示すシステム図である。
【符号の説明】
【００６６】
１はボディ、１０は室、１１は弁口、１３は流体室、２は弁体、２０は取付孔、２３は底面、３は可動プランジャー、３０は本体部、３２は取付突起、３３はストッパ面、４はダイヤフラム、４１は受圧部、４２は貫通孔、４３は外周シール部、４４は内周シール部、５は付勢部材、６は磁力発生部（駆動要素）、６１は励磁コイル、６３は固定コア、７はガイド、７０は着座部、７２は摺動部、２ｍは第１接合面、７ｍは第２接合面、２ｗは第３接合面を示す。
【図１】
2008309279.tif 000003
【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】
2008309279.tif 000010
【図９】
2008309279.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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