(57)【要約】      （修正有）【課題】流体制御弁において、流体の乱れによる圧力損失を抑制する。【解決手段】三方弁３は、モータアッセンブリ３２の出力シャフト３２２ａが閉弁位置にて位置決め固定されることにより、バルブ部材３５が弁座３１２ｂに接触しバルブハウジング本体３１の流路が閉じられる状態が維持される流体制御弁である。三方弁３は、バルブ部材３５の制御弁座３１２ｂ側の面の全周に亘って、バルブ部材３５の中心側から外周側に延在して立設され板状に形成された複数の整流突起板３５５をさらに設けている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流入口と流出口とを有する流路が形成されたバルブハウジング本体と、
前記バルブハウジング本体に設けられたバルブハウジング固定部に取り付けられた固定部を備えた駆動装置と、
前記駆動装置の出力軸に連結されて、前記バルブハウジング本体内において軸方向に移動する弁軸と、
前記弁軸の軸心に対し半径方向に延びるように取り付けられ、前記弁軸とともに移動することにより、前記バルブハウジング本体の流路に形成された弁座に離れまたは接触して、前記流路を開閉する弁体と、
を備え、前記駆動装置の出力軸が閉弁位置にて位置決め固定されることにより、前記弁体が前記弁座に接触し前記バルブハウジング本体の流路が閉じられる状態が維持される流体制御弁であって、
前記弁体の弁座側の面の全周に亘って、前記弁体の中心側から外周側に延在して立設され板状に形成された複数の整流突起板をさらに設けた流体制御弁。
【請求項２】
前記各整流突起板の高さが、前記弁体の全開位置状態で、前記弁体の弁座側端面より前記弁座の弁体側端面への半分の長さから、前記弁体の弁座側端面より前記弁座の弁体側端面への長さまでの範囲で設定されている請求項１に記載の流体制御弁。
【請求項３】
前記各整流突起板の高さは、前記弁体の外側から内側に向かうにしたがって高くなるように設定されている請求項１または２に記載の流体制御弁。
【請求項４】
前記各整流突起板は、前記弁軸に垂直な平面で切断する断面形状が、翼型形状である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流体制御弁。
【請求項５】
前記弁体の弁座側の面の中心には、弁座方向へ突出する突出部が設けられている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の流体制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流れを制御する流体制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体の流れを制御する流体制御弁として、弁座の開口度制御を電動により進退する弁体で行うようにした電動式流体制御弁が知られている。
このような電動式流体制御弁として特許文献１には、モータの回転軸に形成されたねじ部と、このねじ部に螺合するねじ孔を有するとともに、進退自在で、回転不能に設定された弁体と、この弁体の開口度が制御される弁座とを具備し、弁体の中央部からは弁座方向への突出部を設けて、ねじ孔の一端が連なる凹部をこの突出部内部に形成したものが記載されている。ねじ孔の一端が連なる凹部を突出部の内部に形成することで、弁装置としての小型化を図る。また、弁体と弁座との間の開口を介して流動する流体は、外周から中心部方向に流れるところから、中心部分で流体の流れを突出部によって整流して、流体の乱れによる圧力損失の増大を抑制するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−７８０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に記載されている電動式流体制御弁においては、中央部の突出部に沿って流体が流れるが、対面した周辺部から突出部のある中央部に向かって流れる流体同士がぶつかるので、流体の乱れによる圧力損失を生じるおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、流体制御弁において、流体の乱れによる圧力損失を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明は、流体の流入口と流出口とを有する流路が形成されたバルブハウジング本体と、前記バルブハウジング本体に設けられたバルブハウジング固定部に取り付けられた固定部を備えた駆動装置と、前記駆動装置の出力軸に連結されて、前記バルブハウジング本体内において軸方向に移動する弁軸と、前記弁軸の軸心に対し半径方向に延びるように取り付けられ、前記弁軸とともに移動することにより、前記バルブハウジング本体の流路に形成された弁座に離れまたは接触して、前記流路を開閉する弁体と、を備え、前記駆動装置の出力軸が閉弁位置にて位置決め固定されることにより、前記弁体が前記弁座に接触し前記バルブハウジング本体の流路が閉じられる状態が維持される流体制御弁であって、前記弁体の弁座側の面の全周に亘って、前記弁体の中心側から外周側に延在して立設され板状に形成された複数の整流突起板をさらに設けている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、弁体の弁座側の面に全周に亘って設けられた複数の整流突起板が、弁体の弁座側の面にて、弁体の外周側から軸心へ向かう複数のほぼ放射状の流体の流れを形成する。これにより、流体制御弁は、流入口から流入した流体に弁体の軸心方向に沿ったらせん状の流れを形成させることが可能となる。その結果、流体制御弁は、流入口から流入した流体の乱れをできるだけ抑制し、流入した流体をスムーズに流出口に流通させるので、流体制御弁の圧力損失をできるだけ小さく抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態による燃料電池システムを示したブロック図である。
【図２】図１に示した三方弁の閉弁時の部分断面図である。
【図３】図１に示した三方弁の全開弁時の部分断面図である。
【図４】三方弁のバルブ部材の制御弁座側の面に設けられた整流突起板および突出部を示す斜視図である。
【図５】整流突起板による流体の整流状態を示す説明図である。
【図６】三方弁インレットから三方弁アウトレットへ流通する流体の整流状態を示す説明図である。
【図７】整流突起板を通過する流体の流れを示す図である。
【図８】整流突起板の他の翼型形状を示す図である。
【図９】整流突起板の他の翼型形状を示す図である。
【図１０】二枚の整流突起板の間の流体の流れる方向を示す図である。
【図１１】整流突起板について、流体の流れる方向を設定すべき範囲を説明する図である。
【図１２】整流突起板の他の実施例を部分的に拡大して示す図である。
【図１３】他の実施例における流体の整流状態を示す説明図である。
【図１４】整流突起板の他の変形例の整流状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜実施形態＞
以下、図１および図２に基づき、本発明の流体制御弁を三方弁に実施した実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態による三方弁３（流体制御弁に該当する）は、車両に搭載された燃料電池システム１の酸素系２に適用されている。しかしながら、本発明はこれに限定されるべきものではなく、燃料供給系システムあるいは油圧ブレーキシステムといった、車両用の流体制御弁として広範囲に使用することが可能であり、また、家庭用機器もしくは一般産業機械用の流体制御弁としても適用することが可能である。
【００１０】
図１に示すように、燃料電池システム１は、酸素系２、燃料系５、電池スタック６、動力系７、冷却系８および制御装置（コントローラ）９とから構成されている。
電池スタック６は、これに限定されるべきものではないが、複数の固体高分子型の単セルが積層されることで形成されている。複数の単セルは電気的に直列に接続されており、各々の単セルは電解質膜と、これを挟むアノード極およびカソード極（いずれも図示せず）を含んでいる。また、単セルのアノードセパレータ（図示せず）には、アノード極に対して水素ガスを供給するためのアノード流路６１が形成されており、カソードセパレータ（図示せず）には、カソード極に対して空気を供給するためのカソード流路６２が形成されている。
【００１１】
酸素系２は、酸素系供給配管２１ａを備えており、酸素系供給配管２１ａは電池スタック６内のカソード流路６２の一端と接続されている。酸素系供給配管２１ａ上には、電池スタック６に向けて順に、エアフィルタ２２、エアコンプレッサ２３、インタークーラ２４および三方弁３が形成されている。
【００１２】
カソード流路６２の他端には酸素系排出配管２１ｂの一端が接続されており、酸素系排出配管２１ｂ上には、２ポートの流体制御弁であるエア調圧弁４が設けられている。また、前述した三方弁３は３ポートの流体制御弁であって、バイパス管路２１ｃの一端が接続されており、バイパス管路２１ｃの他端は、酸素系排出配管２１ｂのエア調圧弁４よりも下流側部位（電池スタック６が接続されていない側）に接続されている。
【００１３】
一方、燃料系５は、燃料系供給配管５１ａの一端に水素タンク５２が接続されており、燃料系供給配管５１ａ上には遮断弁５３が形成されている。燃料系供給配管５１ａの他端は、電池スタック６内のアノード流路６１の一端と接続されている。アノード流路６１の他端には、燃料系排出配管５１ｂが接続されており、燃料系排出配管５１ｂ上には、電池スタック６に近い側から順に、気液分離器５４、排気排水弁５５および排出ガス希釈器５６が形成されている。排出ガス希釈器５６には、上述した酸素系排出配管２１ｂの他端が接続されている。
【００１４】
また、気液分離器５４は、燃料系循環路５１ｃを介して、燃料系供給配管５１ａ上の遮断弁５３とアノード流路６１との接続部との間の部位に接続されている。燃料系循環路５１ｃ上には、循環ポンプ５７が設けられており、気液分離器５４からアノード流路６１に向けて水素ガスを循環させている。
【００１５】
動力系７は、車両を走行させるための電動モータ７１を備えている。電動モータ７１は電池スタック６の正極および負極と接続されており、電池スタック６の発電によって駆動される。
また、冷却系８は水冷ポンプ８１を備え、電池スタック６内に冷却水を循環させて電池スタック６を冷却している。
【００１６】
制御装置（コントローラ）９は、エアコンプレッサ２３、三方弁３、エア調圧弁４、遮断弁５３、循環ポンプ５７および水冷ポンプ８１と電気的に接続されている。制御装置９は車両の走行状態に応じて算出された電池スタック６の必要な発電量に基づき、これらの各構成要素の作動を制御している。
【００１７】
上述した構成により、車両が運転開始すると、制御装置９はエアコンプレッサ２３を作動させてカソード流路６２へ空気を供給するとともに、遮断弁５３および循環ポンプ５７を作動させてアノード流路６１へ水素ガスを供給し、電池スタック６において発電を行う。
【００１８】
酸素系２において、エアフィルタ２２を介して吸引された酸素を含んだ空気は、エアコンプレッサ２３において圧縮された後、インタークーラ２４によって冷却される。三方弁３は、電池スタック６の発電量に応じて後述するバルブ部材（弁体に相当する）３５の位置を変位させ、インタークーラ２４から供給された空気を分流してバイパス管路２１ｃへ逃すことにより、電池スタック６への空気の流量を制御している。
また、エア調圧弁４は、その開度を調整し電池スタック６内に残存した空気の排出量を調整することにより、電池スタック６内の圧力を制御している。
【００１９】
アノード流路６１から排出される水素オフガス（燃料ガスオフガス）には発電に使用されなかった水素ガスと発電によって生成された水（水蒸気）が含まれている。気液分離器５４は水素ガスと水を分離する機能を有している。気液分離器５４で分離された水素ガスは循環ポンプ５７により燃料系循環路５１ｃを介して燃料系供給配管５１ａに供給され循環される。気液分離器５４で分離された水（液状）は排気排水弁５５が開状態になったとき、水素ガスとともに排出ガス希釈器５６に送られる。気液分離器５４から排出ガス希釈器５６に排出された水素ガスは、排出ガス希釈器５６において、酸素系排出配管２１ｂから供給された空気により希釈化された後、水とともに外部へと放出される。
【００２０】
次に、三方弁３（流体制御弁に該当する）の構造について、図２および図３に基づき詳細に説明する。尚、以下、図２および図３における上方および下方を、それぞれ三方弁３の上方および下方とし、図２および図３における右方および左方を、それぞれ三方弁３の右方および左方として説明しているが、車両における三方弁３の実際の取付方向とは無関係である。
【００２１】
図２に示したように、三方弁３には、バルブハウジング３１の外周面にモータアッセンブリ３２（駆動装置に該当する）が取り付けられて形成されている。バルブハウジング３１（バルブハウジング本体に該当する）は、ともにポリフェニレンサルファイド等の合成樹脂材料にて形成された第１ボデー３１１と第２ボデー３１２とを、互いに気密的に嵌合させて形成している。なお、本実施形態においては、駆動装置として電動モータを使用したモータアッセンブリ３２を使用しているが、ソレノイドアクチュエータやガス圧によって駆動されるアクチュエータなどを使用してもよい。
【００２２】
第１ボデー３１１には、図２において右方に開口する三方弁インレット３１１ａ（流入口に該当する）が形成されている。三方弁インレット３１１ａは、上述した酸素系供給配管２１ａを介して、インタークーラ２４に接続されている（図１示）。また、第２ボデー３１２には、三方弁インレット３１１ａに対し垂直方向に開口（図２において下方に開口）する三方弁アウトレット３１２ａ（流出口に該当する）が形成されている。三方弁アウトレット３１２ａは、上述した酸素系供給配管２１ａを介して、電池スタック６のカソード流路６２の一端に接続されている（図１示）。また、第１ボデー３１１には、図２において左方に開口するバイパス口３１１ｂが形成されている。バイパス口３１１ｂは、上述したバイパス管路２１ｃを介して、排出ガス希釈器５６に接続されている（図１示）。
【００２３】
また、第２ボデー３１２の内周面において、三方弁インレット３１１ａと三方弁アウトレット３１２ａとの間には制御弁座３１２ｂ（弁座に該当する）が形成されている。制御弁座３１２ｂは平坦な円環状に形成されている。
【００２４】
また、第１ボデー３１１の内部上面からは、円筒状の着座体３１１ｃが下方に延びている。着座体３１１ｃの下端は平坦に形成され、三方弁インレット３１１ａおよび三方弁アウトレット３１２ａと、バイパス口３１１ｂとの間に位置するバイパス弁座３１１ｄが形成されている。また、第１ボデー３１１の内周上面からは、着座体３１１ｃの半径方向内方に位置するように、円筒形のシャフト支持部３１１ｅが突出している。
【００２５】
バルブハウジング３１の上面には、上述したモータアッセンブリ３２が取り付けられている。モータアッセンブリ３２は、モータケース３２１の機構収容部３２１ａの外周面を、第１ボデー３１１の上端部に形成されたモータ取付ボス３１１ｆの内周面に嵌合させた状態で、モータケース３２１に貫通させた複数の取付スクリュー３９を、第１ボデー３１１の固定部３１１ｇ（バルブハウジング固定部に該当する）に締め付けることによって第１ボデー３１１に固定される。取付スクリュー３９はモータケース３２１の固定部３２１ｂに形成された貫通孔（図示せず）に対して遊嵌しており、モータアッセンブリ３２は、機構収容部３２１ａの外周面がモータ取付ボス３１１ｆの内周面に当接することにより、その位置決めが行われる。
【００２６】
第１ボデー３１１の固定部３１１ｇは、モータ取付ボス３１１ｆの開口端から外方に向けて延設されるフランジ部である。モータケース３２１の固定部３２１ｂは、バルブハウジング本体に設けられた固定部３１１ｇに取り付けられている。
【００２７】
モータケース３２１内には、ステッピングモータ３２２が固定されており、ステッピングモータ３２２の出力シャフト３２２ａ（出力軸の該当する）の回転運動は直進運動に変換され、バルブシャフト３３（弁軸に該当する）に伝達される。ステッピングモータ３２２の出力シャフト３２２ａの先端は円筒形状を呈しており、その軸心部には駆動孔３２２ｂが形成されている。駆動孔３２２ｂの内周面には所定の長さの雌螺子が形成されており、バルブシャフト３３の端部外周面に形成された雄螺子部３３９と螺合している。
【００２８】
バルブシャフト３３は、上述したシャフト支持部３１１ｅの内周面において、その軸方向に移動可能に支持されている。
バルブシャフト３３の長さ方向の略中央部には、一定の径により軸方向に延びた円柱部３３１が形成されている。また、円柱部３３１の上方には、円柱部３３１と同径の第１ランド部３３２が設けられており、円柱部３３１と第１ランド部３３２との間には、第１シール溝３３３が円周上に形成されている。第１シール溝３３３内には、合成ゴム材料にて形成されたシールパッキン３４が装着されている。シールパッキン３４は、バルブシャフト３３の外周面とシャフト支持部３１１ｅの内周面との間でシール性能を発揮し、モータアッセンブリ３２内への水、異物等の浸入を防止している。
【００２９】
さらに、バルブシャフト３３には、弾性変形部材３８が設けられている。弾性変形部材３８は、例えば、円柱部３３１に設けられている。弾性変形部材３８は、例えば、ゴム等の弾性材やコイルばねで構成されており、円柱部３３１の軸方向に伸縮する。弾性変形部材３８をゴム等の弾性材で構成する場合には、バルブシャフト３３とほぼ同一径の円柱状（または円筒状）に形成すればよく、軸方向上下両端が円柱部３３１の上部および下部に固定されている。弾性変形部材３８をコイルばねで構成する場合には、バルブシャフト３３とほぼ同一径の円柱状（または円筒状）に形成すればよく、軸方向上下両端が円柱部３３１の上部および下部に固定されている。
【００３０】
弾性変形部材３８は、弁座３１２ｂに接触している後述のバルブ部材３５に開弁方向の力（図示上方向）が作用した場合、その力がバルブ部材３５、バルブシャフト３３およびモータアッセンブリ３２経由でバルブハウジング本体３１に伝達する経路の途中に設けられ、前記力が加わることによりバルブ部材３５が弁座３１２ｂから離れるように弾性変形するものである。本実施形態においては、弁座３１２ｂに接触しているバルブ部材３５に開弁方向の力が作用した場合、弾性変形部材３８は円柱部３３１の軸方向に弾性変形して、バルブ部材３５が弁座３１２ｂから離れる。
なお、弾性変形部材３８は、バルブシャフト３３であれば、円柱部３３１以外の部位に設けるようにしてもよい。
【００３１】
バルブシャフト３３の先端部には、円柱部３３１よりも小径の連結部３３４（取付部内に収容された部位に該当する）が一体に形成されている。連結部３３４は、外周面において対向する一対の平坦面３３４ａを有する二面幅形状に形成されている。
【００３２】
連結部３３４には、軸心に直交する方向にボール孔３３５（貫通孔に該当する）が貫通しており、ボール孔３３５の両端部は、対向した平坦面３３４ａに直交するようにそれぞれ開口している。ボール孔３３５内には、鋼球３３６（球体に該当する）が回転可能、かつ、ボール孔３３５の軸方向に移動可能に配置されている。
【００３３】
鋼球３３６の直径は、平坦面３３４ａ同士の距離（二面幅の厚み）よりも大きく設定されており、鋼球３３６はボール孔３３５の両端部から突出している。また、鋼球３３６の直径は、ボール孔３３５の直径よりも僅かに小さく、鋼球３３６はボール孔３３５内において回転可能、かつ、ボール孔３３５内をボール孔３３５の軸方向に移動可能に収容されている。
【００３４】
バルブシャフト３３の先端部に設けられた鋼球３３６には、バルブシャフト３３の軸心に対し半径方向に延在するバルブ部材３５（弁体に該当する）が取り付けられている。バルブ部材３５のバルブフレーム３５１は、バルブシャフト３３の軸心に対し、半径方向に円板状に延びた平板部３５１ａを有しており、平板部３５１ａにはその外周面（上面および外周縁）を覆うように、シール部材３５２が被覆されている。シール部材３５２は、合成ゴム材により形成される。
【００３５】
シール部材３５２の下面には、バルブ部材３５の下降により、第２ボデー３１２に形成された制御弁座３１２ｂと当接可能なシールリップ３５２ａ（シール部に該当する）が突出している。図２に示したように、シールリップ３５２ａは、電池スタック６内に残留した水素ガスと酸素の反応によって発生する負圧によりセルフシールするように、半径方向外向きに形成されている。また、シール部材３５２の上面は平坦に形成され、バルブ部材３５の上昇により、第１ボデー３１１に形成されたバイパス弁座３１１ｄと当接可能となっている（図３参照）。
【００３６】
バルブ部材３５における平板部３５１ａの制御弁座（弁座に相当）３１２ｂ側の面には、全周に亘って、バルブ部材３５の中心側から外周側に延在して立設され、板状に形成された複数の整流突起板３５５が設けられている。
【００３７】
整流突起板３５５は、平板部３５１ａと一体に形成され、バルブシャフト（弁軸）３３に垂直な平面で切断する断面形状が、図４および図５に示すように、翼型に形成されている。
翼型の形状は、図７に示すように、上側の第１表面（図５において、反時計回り方向側の表面）ＵＳおよび下側の第２表面（図５において、時計回り方向側の表面）ＬＳが、夫々翼弦ＣＬに対して外側に凸状に湾曲形成されている。また、流体の流れに対して先頭となる前縁ＬＥが丸く形成され、後尾となる後縁ＴＥが鋭角に形成されている。第１表面ＵＳは第２表面ＬＳより大きく膨らんでおり、前縁ＬＥと後縁ＴＥとを繋ぐ直線である翼弦ＣＬに対して非対称となっている。そのため、前縁ＬＥと後縁ＴＥとを繋ぐ直線である翼弦ＣＬと、翼型の（図７における）第１表面ＵＳと第２表面ＬＳとの中点を順々に結んで得られる曲線である翼型中心線ＭＬとの間に、キャンバー（翼弦ＣＬと翼型中心線ＭＬとの間の翼型中心線ＭＬに直角な方向の長さＣＢ）が生じており、図７ではキャンバーＣＢの最大値ＣＢ：ＭＡＸを表している。キャンバーＣＢが設けられた翼型は、迎角（図５および図７において、バルブフレーム３５１の半径方向に対して傾斜する角度）Ａが０であっても、翼型の整流突起板３５５を通過する流体を図７において下方へ曲げる効果（突出部３５３の接線方向に沿った方向に曲げる効果）を生じる。また、キャンバーＣＢの値が大きな翼型形状にすると、迎角Ａを増加させるのと同様に流体を下方へ曲げる効果が大きくなる。一方、翼弦ＣＬの長さである翼弦長ＣＬＬに対してキャンバーＣＢの値が大き過ぎると、流体に対する抗力が大きくなるので、三方弁３に使用される流体の流量、流速および粘性等に応じて翼型の形状を適宜設定する。円周方向に沿って配置される複数の整流突起板３５５は、同じ湾曲面形状が円周上の同じ側に整列するように並べられている。
【００３８】
このように整流突起板３５５を翼型とすることで、流体の流れ方向に平行な抗力を減少させることができる。また、整流突起板３５５の翼型は、第１表面ＵＳが第２表面ＬＳより大きく膨らんでいる。そのため、一枚の整流突起板３５５が流体の流れに及ぼす影響を考えると、流体が整流突起板３５５を通過した場合に、図７に示すように、第１表面ＵＳに沿って通過する流体の速度が、第２表面ＬＳに沿って通過する流体の速度より早くなる。そして、通過した後の流体は、第１表面ＵＳの下流側に向けて延長した延長線に沿った方向に曲がる（突出部３５３の接線方向に曲がる）流れを生じる。そして、各整流突起板３５５は、円周上の同じ側に同じ湾曲面形状の整流突起板３５５が整列するように並べられている。その結果、各整流突起板３５５を通過したバルブ部材３５の外周側の流体は、突出部３５３の外周面の接線方向に傾斜した状態で、バルブ部材３５の軸心ＢＣＬに沿って複数のほぼ放射状の流体として流通し、一定方向に回転するらせん状の流れを生じる。
【００３９】
一方、一枚の整流突起板３５５を通過する流体の流れに関しては、バルブフレーム３５１の半径方向に対する整流突起板３５５の傾斜（仰角Ａ）或いはキャンバーの最大値ＣＢ：ＭＡＸがあまり大きいと、第１表面ＵＳ側にスムーズな流れが生じなくなることで、抗力のみが増加して圧力損失を増大させる。
このようなスムーズな流れが生じなくなる原因として、以下のことが知られている。流体とその流体の中に存在する整流突起板３５５との間には、境界層といわれる層が流体に生じる。境界層は、流体の粘性の効果として流速が、整流突起板３５５の影響を受けない離れた位置にある流体の流速より小さくなる領域である。そして、この境界層が、整流突起板３５５の仰角Ａ或いはキャンバーの最大値ＣＢ：ＭＡＸが大きくなることで、整流突起板３５５の下流側で整流突起板３５５から剥離して流体に渦（カルマン渦）を生じさせることが原因とされている。
そのため、本実施形態における三方弁３においては、整流突起板３５５の仰角Ａ或いはキャンバーの最大値ＣＢ：ＭＡＸの値が、流体に生じる境界層が整流突起板３５５の下流側で整流突起板３５５から剥離しない範囲で設定される。
【００４０】
さらに、隣接する２枚の整流突起板３５５の間から流出する流体の方向が流体の流れに及ぼす影響を考える。この場合、バルブフレーム３５１の半径方向に対して傾斜された２枚の整流突起板３５５の間から流出する流体の方向は、図１０に示すように、一枚の或る整流突起板３５５ａを通過する流体の流れＳａと、隣接する整流突起板３５５ｂを通過する流体の流れＳｂとが形成する流れの中間方向に流れ方向Ｓｃが形成されると考えられる。そして、バルブ部材３５の対面した周辺部から中央部に向かって流れる流体同士がぶつかるのを防止する観点より、バルブ部材３５の軸心ＢＣＬと同軸の任意の大きさの円の接線方向であることが望ましい。
また、図１１に示すように、各整流突起板３５５ａ３，３５５ｂ３の傾斜（仰角Ａ）があまり大きいと、２枚の整流突起板３５５ａ３，３５５ｂ３の間から流出する流れ（Ｄ３）が、流出位置の近くに配置された他の整流突起板３５５ｄ３に当たって抵抗を生じる。
【００４１】
そのため、隣接する２枚の整流突起板３５５の間から流出する流れの方向は、図１１に示すように、隣接する２枚の整流突起板３５５ａ３、３５５ｂ３の組より流体が傾斜して流れる方向の円周方向に移動して２つ目となる整流突起板３５５ｄ３の出口側端部（後縁ＴＥ）の方向（２点鎖線の矢印で表示）Ｄ３から、隣接する２枚の整流突起板３５５ａ２、３５５ｂ２の組よりバルブ部材３５の軸心ＢＣＬに向かう半径方向（破線の矢印で表示）Ｄ２までの範囲ＡＧに設定することが望ましい。
以上のように、１枚の整流突起板３５５における仰角Ａ、ＣＢ：ＭＡＸの値、および２枚の整流突起板３５５ａ３，３５５ｂ３等における仰角Ａの値を考慮して整流突起板３５５を設定することが必要である。
本実施形態では、略円筒状である突出部３５３の円周の接線方向（実線の矢印で表示）Ｄ１に流通させるよう各整流突起板（図１１における２枚の整流突起板３５５においては、整流突起板３５５ａ１，３５５ｂ１）３５５を設定した。これによって、突出部３５３に流体の流れがぶつかることを防止することで、圧力損失を抑制してさらにスムーズに流体を流通させる。
【００４２】
なお、本実施形態の整流突起板３５５の翼型は、図７に示すように、第１表面ＵＳおよび第２表面ＬＳが翼弦ＣＬから両側に向けて凸状に膨らんだ形状のものとしたが、これに限定されず、例えば、図８に示すように、第１表面ＵＳ１は翼弦ＣＬに対して凸状に膨らんでいるが、第２表面ＬＳ１が直線的な平面で形成されていてもよい。また、図９に示すように、第１表面ＵＳ２は翼弦ＣＬに対して凸状に膨らんでいるが、第２表面ＬＳ２が翼弦ＣＬに対して凹状の湾曲面を有するものでも良い。
【００４３】
各整流突起板３５５は、図６に示すように、制御弁座３１２ｂ側へ突出する高さＨが、バルブ部材３５の外側から内側に向かうにしたがって高くなるように設定されている。流体は、三方弁インレット３１１ａから三方弁アウトレット３１２ａに流通する際に、バルブ部材３５の外側から内側の制御弁座３１２ｂ方向（図６における下方）に向かって流れる。そのため、外側から内側の制御弁座３１２ｂ方向に向かうにしたがって高くなる整流突起板３５５により、流体に対してバルブ部材３５の軸心ＢＣＬに向かう方向づけをより長く作用させることができる。これによって、バルブ部材３５の軸心ＢＣＬに沿って回転するらせん状の流れをより効率的に発生させる。
【００４４】
整流突起板３５５の内側端部の高さＨは、バルブ部材３５が全開状態にある全開時隙間Ｓにおけるバルブ部材３５の制御弁座３１２ｂ側の端面３５１ｇより制御弁座３１２ｂのバルブ部材３５側端面３１２ｃまでの長さＬから、全開時隙間Ｓの半分の隙間となる長さ１/２Ｌの範囲までに設定する。
整流突起板３５５の高さＨが全開時隙間Ｓに対して高過ぎると、バルブ部材３５の軸心ＢＣＬ付近で生じるらせん状の流れの形成を阻害するおそれがあり、また、流体の流れに対する抗力を増大させて圧力損失を生じるからである。一方、整流突起板３５５の高さＨが全開時隙間Ｓに対して低過ぎると、バルブ部材３５の軸心ＢＣＬに向かって整流させる効果が生じない。
本実施形態においては、整流突起板３５５の高さＨは、図６に示すように、全開時隙間Ｓの長さＬの約３分の２の長さに設定されている。
【００４５】
図２に示すように、バルブフレーム３５１には、円環状の平板部３５１ａの半径方向中心部において、バルブシャフト３３の先端方向に窪んだ凹部３５１ｂ（平板部３５１ａおよび凹部３５１ｂを包括した構成が延在部に該当する）が形成されている。また、バルブフレーム３５１は、一端が凹部３５１ｂの内周端に連続した円筒部３５１ｃ（筒状部に該当する）を有している。円筒部３５１ｃは、平板部３５１ａに対して垂直方向に延び、バルブシャフト３３の円柱部３３１が挿入されている。
【００４６】
さらに、バルブフレーム３５１は、円筒部３５１ｃの他端に連続して形成され、先端が袋状に閉じていることより、バルブシャフト３３の連結部３３４を収容することが可能な取付部３５１ｄを有している。取付部３５１ｄはボール孔３３５から突出した鋼球３３６に対しかしめられ、鋼球３３６に対し脱落不能に固定されている。
【００４７】
取付部３５１ｄは、バルブシャフト３３の連結部３３４が収容された場合に、それぞれ連結部３３４の平坦面３３４ａと対向するように一対の固定壁３５１ｅを有している。各々の固定壁３５１ｅからは、取付部３５１ｄ内に連結部３３４を挿入した際に、鋼球３３６を収容可能な嵌合部３５１ｆが突出している。また、取付部３５１ｄには、固定壁３５１ｅ同士を繋ぐように、対向した一対接続面部（図示略）が形成されている。
【００４８】
なお、双方の固定壁３５１ｅの内周面間の距離は、連結部３３４の平坦面３３４ａ同士の距離（二面幅の厚み）よりも大きく、双方の接続面部の内周面間の距離は、連結部３３４の側面部同士の距離よりも大きく設定されている。
【００４９】
バルブシャフト３３にバルブフレーム３５１を取り付ける場合、ボール孔３３５に鋼球３３６を配置した状態で、平坦面３３４ａから突出した鋼球３３６が嵌合部３５１ｆ内に収容されるように、連結部３３４を取付部３５１ｄ内に挿入する。その後、鋼球３３６に対して双方の固定壁３５１ｅをかしめることによりかしめ部が形成され、取付部３５１ｄが鋼球３３６に固定される。
【００５０】
このようにバルブフレーム３５１に設けられた凹部３５１ｂ、円筒部３５１ｃ、取付部３５１ｄおよび固定壁３５１ｅにより、バルブ部材３５の制御弁座３１２ｂ側に突出する突出部３５３が構成される。この突出部３５３が、流体に制御弁座３１２ｂ側へのスムーズな流れを形成する。
【００５１】
また、バルブフレーム３５１はバルブシャフト３３に取り付けられた状態において、円筒部３５１ｃの内周面と、バルブシャフト３３の円柱部３３１の外周面との間には、バルブシャフト３３の軸心（バルブ部材３５の軸心ＢＣＬと同じ）に対する半径方向隙間（図略）が全周上に形成されている。半径方向隙間を設けたことによって、バルブ部材３５はバルブシャフト３３に対して傾き可能に形成されている。
【００５２】
バルブシャフト３３において、上述した連結部３３４の上方には円柱部３３１と同径の第２ランド部３３７が設けられており、円柱部３３１の下端と第２ランド部３３７との間には、第２シール溝３３８が円周上に形成されている。第２シール溝３３８内には、合成ゴム材料にて形成されたリング状のシャフトシール３６（リング状のシール部材に該当する）が装着されている。シャフトシール３６は、バルブシャフト３３の外周面とバルブフレーム３５１の円筒部３５１ｃの内周面との間でシール性能を発揮し、バルブフレーム３５１の円筒部３５１ｃおよび取付部３５１ｄ内への水、異物等の浸入を防止している。
【００５３】
シャフトシール３６は、バルブシャフト３３の外周面とバルブフレーム３５１の円筒部３５１ｃの内周面との間に弾発的に設けられ、双方の間において所定の摺動抵抗を発生させている。このため、シャフトシール３６によって、バルブ部材３５は、バルブシャフト３３の軸心を中心として保持され（センタリング）、バルブ部材３５のバルブシャフト３３に対する振動および振動に伴う騒音を低減することができ、三方弁３の内部を通過する流体の流量変動を低減することができる。
【００５４】
また、バルブフレーム３５１の凹部３５１ｂと、第１ボデー３１１の内部上面との間には、バルブスプリング３７が介装されている。バルブスプリング３７の内周面は、上述したシャフト支持部３１１ｅの外周面に嵌着している。バルブスプリング３７は、バルブフレーム３５１と第１ボデー３１１との間に弾発的に装着され、バルブ部材３５をバルブシャフト３３の先端方向に向けて付勢している。バルブスプリング３７の付勢力により、バルブ部材３５はバルブシャフト３３の軸心からずれずに（センタリング）、バルブシャフト３３の軸心を中心として傾かずに保持される。
【００５５】
次に、三方弁３の作動方法について簡単に説明する。図３に示すように、バルブシャフト３３が上方にある時、バルブ部材３５のシール部材３５２の上面がバイパス弁座３１１ｄに着座する（接触する）とともに、制御弁座３１２ｂから離間している（全開位置状態）。この時、三方弁インレット３１１ａと三方弁アウトレット３１２ａとは連通し、双方の間の空気等の流体の流通が許容されるとともに、三方弁インレット３１１ａおよび三方弁アウトレット３１２ａと、バイパス口３１１ｂとの間の連通は遮断され、これらの間の流体の流通は断たれる。
【００５６】
バルブ部材３５の制御弁座３１２ｂ側の面には、全周に亘って複数の整流突起板３５５が設けられている。これらの複数の整流突起板３５５が、三方弁インレット３１１ａを流通する流体に、バルブ部材３５の外周側から軸心ＢＣＬに向かう複数の放射状の流れを形成する。バルブ部材３５の軸心ＢＣＬに至った流体は、軸心ＢＣＬに設けられた突出部３５３によりさらに突出部３５３の接線方向に整流され、三方弁アウトレット３１２ａを流通する。三方弁アウトレット３１２ａを流通する流体は、互いに衝突することによる乱れが抑制されて、バルブ部材３５の軸心ＢＣＬに沿ってらせん状の流れを生じてスムーズに流通する。
【００５７】
シール部材３５２がバイパス弁座３１１ｄに対して着座する時に、シール部材３５２とバイパス弁座３１１ｄのシール面との間において平行度の精度にばらつきがあった場合、鋼球３３６が回転することにより、バイパス弁座３１１ｄのシール面に倣って、バルブ部材３５が、バルブスプリング３７を撓ませながらバルブシャフト３３に対して傾き、バルブ部材３５とバイパス弁座３１１ｄとの間のシール性を確保することができる。
【００５８】
制御装置９からの駆動信号により、ステッピングモータが一方向に回転すると、バルブ部材３５がバルブシャフト３３とともに軸方向に沿って下降し、シール部材３５２の上面がバイパス弁座３１１ｄから離れるとともに、シールリップ３５２ａが制御弁座３１２ｂに着座する（閉弁位置。図２示）。この時、三方弁インレット３１１ａとバイパス口３１１ｂとが連通し、双方の間の空気等の流体の流通が許容されるとともに、三方弁インレット３１１ａおよびバイパス口３１１ｂと、三方弁アウトレット３１２ａとの間の連通は遮断され、これらの間の流体の流通は断たれる。
【００５９】
シール部材３５２が制御弁座３１２ｂに対して着座する時に、シール部材３５２と制御弁座３１２ｂの双方のシール面の間において平行度の精度にばらつきがあった場合、鋼球３３６が回転することにより、制御弁座３１２ｂのシール面に倣って、バルブ部材３５が、バルブスプリング３７を撓ませながらバルブシャフト３３に対して傾き、バルブ部材３５と制御弁座３１２ｂとの間のシール性を確保することができる。
【００６０】
三方弁３において、バルブ部材３５は、制御弁座３１２ｂとバイパス弁座３１１ｄとの間において任意の位置に位置決めされる。よって、三方弁インレット３１１ａから供給された流体の、三方弁アウトレット３１２ａおよびバイパス口３１１ｂへそれぞれ分流される流量を、流体が通過する通路の断面積に基づき制御することができる。バルブ部材３５が、全開位置状態でなく制御弁座３１２ｂとバイパス弁座３１１ｄとの間における任意の位置にあるときも、三方弁インレット３１１ａを流通する流体は、複数の整流突起板３５５により整流して三方弁アウトレット３１２ａに流通される。
【００６１】
上述により明らかなように、本実施形態によれば、流体の三方弁インレット３１１ａと三方弁アウトレット３１２ａとを有する流路が形成されたバルブハウジング３１と、バルブハウジング３１に設けられたバルブハウジング固定部３１１ｇに取り付けられた固定部３２１ｂを備えたモータアッセンブリ３２と、モータアッセンブリ３２の出力シャフト３２２ａに連結されて、バルブハウジング３１内において軸方向に移動するバルブシャフト３３と、バルブシャフト３３の軸心に対し半径方向に延びるように取り付けられ、バルブシャフト３３とともに移動することにより、バルブハウジング３１の流路に形成された制御弁座３１２ｂに離れまたは接触して、流路を開閉するバルブ部材３５と、を備え、モータアッセンブリ３２の出力シャフト３２２ａが閉弁位置にて位置決め固定されることにより、バルブ部材３５が制御弁座３１２ｂに接触しバルブハウジング３１の流路が閉じられる状態が維持される三方弁３であって、バルブ部材３５の制御弁座３１２ｂ側の面の全周に亘って、バルブ部材３５の中心側から外周側に延在して立設され板状に形成された複数の整流突起板３５５をさらに設けている。
【００６２】
これによると、バルブ部材３５の制御弁座３１２ｂ側の面に全周に亘って設けられた複数の整流突起板３５５が、バルブ部材３５の制御弁座３１２ｂ側の面にて、バルブ部材３５の外周側から軸心ＢＣＬへ向かう複数のほぼ放射状の流体の流れを形成する。これにより、三方弁３は、図６に示すように、三方弁インレット３１１ａから流入した流体にバルブ部材３５の軸心ＢＣＬ方向に沿ったらせん状の流れを形成させることが可能となる。その結果、三方弁３は、三方弁インレット３１１ａから流入した流体の乱れをできるだけ抑制し、流入した流体をスムーズに三方弁アウトレット３１２ａに流通させるので、三方弁３の圧力損失をできるだけ小さく抑制することができる。
【００６３】
また、三方弁３において、各整流突起板３５５の高さＨが、バルブ部材３５の全開位置状態で、全開時隙間Ｓの半分の長さ１/２Ｌから、全開時隙間Ｓの長さＬまでの範囲で設定されている。
これによると、全開時隙間Ｓの半分の長さ１/２Ｌから、全開時隙間Ｓの長さＬまでの範囲で、高さＨが設定された各整流突起板３５５により、バルブ部材３５の開弁時において流体が効率的に整流されて流通することができる。
【００６４】
また、三方弁３において、各整流突起板３５５の高さＨは、バルブ部材３５の外側から内側に向かうにしたがって高くなるように設定されている。
これによると、外側から内側の制御弁座３１２ｂ方向に向かうにしたがって高くなる整流突起板３５５により、流体に対してバルブ部材３５の中心軸に向かう方向づけをより長く作用させることができる。これによって、バルブ部材３５の軸心ＢＣＬに沿って回転するらせん状の流れをより効率的に発生させることができる。
【００６５】
また、三方弁３において、各整流突起板３５５は、バルブシャフト３３に垂直な平面で切断する断面形状が、翼型形状である。
これによると、各整流突起板３５５は、バルブシャフト３３に垂直な平面で切断する断面形状が、翼型形状であることから、流体の流れ方向に生じる抗力を減少させる。これにより、三方弁３は流体の圧力損失をより抑制することができる。
【００６６】
また、三方弁３において、バルブ部材３５の制御弁座３１２ｂ側の面の中心には、制御弁座３１２ｂ方向へ突出する突出部３５３が設けられている。
これによると、バルブ部材３５の制御弁座３１２ｂ側の面の中心に設けられた制御弁座３１２ｂ方向へ突出する突出部３５３が、制御弁座３１２ｂ側に突出部３５３の外周に接線方向の流れをより容易に形成し、流体をより容易に整流することができる。
【００６７】
なお、上述した実施形態においては、三方弁３のバルブ部材（弁体）の制御弁座（弁座）側の面に複数の整流突起板を設けるものとしたが、これに限定されず、例えば、エア調圧弁４に設けるようにしてもよい。エア調圧弁の弁体の弁座側の面に複数の整流突起板を同様に設けることで、エア調圧弁を流れる流体にらせん状の流れを発生させて圧力損失を抑制する。
【００６８】
また、整流突起板は、断面翼型とし、かつバルブ部材３５の外側から内側に向かって高さが高くなるものとしたが、これに限定されず、例えば、図１２に示す矩形状の板３６５を、図１３に示すように、中心側から外周側に向かって半径方向に対して傾斜するよう複数配置するようにしてもよい。流体はバルブ部材３５の中心に向かって傾斜する方向に整流され、らせん状の流れを発生させる。
また、図１４に示すように、バルブ部材３５の中心側から外周側に向かって、半径方向に対して傾斜するよう配置した整流突起板３７５の外周側の部分は、バルブ部材３５の半径方向に延在する流体導入部３７５ａを設けるようにしてもよい。流体導入部３７５ａによって、外周側から中心側に向かう流体の流れは、スムーズに半径方向に対して傾斜させることができるので、圧力損失はさらに抑制される。
【００６９】
また、整流突起板３５５をバルブ部材の弁座側の面の全周に亘って互いに均等な間隔で１２枚配設したものとしたが、これに限定されず、例えば、６枚でもよく、１８枚でもよい。複数の整流突起板の相互の間隔も均等であることに限定されず、流体制御弁の構造に応じて、例えば流体の流量が多い箇所には相互の間隔を広く、流体の流量が少ない箇所には相互の間隔を狭く設定してもよい。
【００７０】
また、突出部３５３を、基端部の大きな外径の凹部３５１ｂから先端部の小さな外径の固定壁３５１ｅまで複数の円筒形を夫々段部を介して組み合わせたものとしたが、これに限定されず、例えば先端に向かって径が小さくなる円錐形であってもよい。
【符号の説明】
【００７１】
図面中、３は三方弁（流体制御弁）、４はエア調圧弁、９はコントローラ（制御装置）、３１はバルブハウジング本体、３２はモータアッセンブリ（駆動装置）、３３はバルブシャフト（弁軸）、３５はバルブ部材（弁体）、３１１ａは三方弁インレット（流入口）、３１２ａは三方弁アウトレット（流出口）、３１２ｂは制御弁座（弁座）、３１２ｃは制御弁座のバルブ部材側端面（弁座の弁体側端面）、３２２ａは出力シャフト（出力軸）、３５はバルブ部材（弁体）、３５１はバルブフレーム、３５１ａは平板部、３５１ｂは凹部（突出部）、３５１ｃは円筒部（突出部）、３５１ｄは取付部、３５１ｅは固定壁（突出部）、３５１ｇはバルブ部材の制御弁座側端面（弁体の弁座側の面・弁体の弁座側端面）、３５３は突出部、３５５は整流突起板、３６５は整流突起板、３７５は整流突起板、ＢＣＬはバルブ部材の軸心、Ｈは整流突起板の高さ、Ｌはバルブ部材の制御弁座側端面より制御弁座のバルブ部材側端面までの長さ（弁体の弁座側端面より弁座の弁体側端面までの長さ）を示している。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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