JP2007113764A - ダイヤフラム式制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図るのに有利なダイヤフラム式制御弁を提供する。
【解決手段】プランジャー３はダイヤフラム４の内周部４４の片面に対面する第１挟持面７１をもつ。弁体２はダイヤフラム４の内周部４４の他の片面に対面する第２挟持面７２をもつ。ボディ１は、プランジャー３の外径よりも小さな内径をもつと共にダイヤフラム４の外周部４３の厚み方向の片面に対面する第３挟持面７３を有するホルダ部材８と、ホルダ部材８に対向するダイヤフラム４の外周部４３の厚み方向の他の片面に対面する第４挟持面７４とをもつ。ダイヤフラム４の内周部４４は、プランジャー３の第１挟持面７１と弁体２の第２挟持面７２とで挟持されている。ダイヤフラム４の外周部４３は、ホルダ部材８の第３挟持面７３とボディ１の第４挟持面７４とで挟持されている。
【選択図】図１

Description

本発明はダイヤフラムを有するダイヤフラム式制御弁に関する。

従来、特許文献１には、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、プランジャーを移動させる電磁ソレノイド部とをもつダイヤフラム式の電磁弁が開示されている。

また特許文献２には、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、プランジャーを移動させる電磁ソレノイド部とをもつダイヤフラム式の電磁弁が開示されている。
特開２００１−２２７６７１号公報 特開２００４−１７９１１８号公報

上記した特許文献１に係る電磁弁によれば、ダイヤフラムにより隔離された流体通路室を区画する内壁面の内径が、プランジャーの外径よりも大きく設定されている。従って、ダイヤフラムの外周部は、プランジャーの外径よりも大きな径をもつ位置でボディに固定されている。このためダイヤフラムの受圧部の外径をプランジャーの外径よりも大きくする必要があり、必然的にダイヤフラムの受圧部の外径が大径化する。この場合、ダイヤフラムの受圧部がガス通路室のガスから受圧する受圧力が大きくなる。この結果、付勢部材の付勢力を大きくする必要がある。このため付勢部材に抗して弁体を作動させる力を発揮する電磁ソレノイド部等の駆動要素の大型化を招く。ひいては電磁弁の大型化を招く。

上記した特許文献２に係る電磁弁によれば、プランジャーと弁体は、細いシャフトで軸長方向において距離を隔てて互いに連結されている。更に、電磁ソレノイド部の励磁コイルへの給電時にプランジャーが軸長方向に沿って移動するが、プランジャーの移動方向は特許文献１の場合とは逆方向である。従って、弁体を開く場合には、プランジャーが電磁ソレノイド部から遠ざかるようにプランジャーが移動する必要がある。このため駆動要素としての電磁ソレノイド部の軸長方向に大きなスペースが必要とされる。従って電磁弁が軸長方向に大型化する不具合があった。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、小型化を図るのに有利な制御弁を提供することを課題とする。

（１）様相１の係るダイヤフラム式制御弁は、（ａ）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、弁体を保持するプランジャーと、開弁時に弁口に連通可能な流体通路室と副室とに室を仕切ると共に受圧部をもつダイヤフラムとを具備するダイヤフラム式制御弁において、
（ｂ）プランジャーはダイヤフラムの内周部の厚み方向の片面に対面する第１挟持面をもち、弁体はダイヤフラムの内周部の厚み方向の他の片面に対面する第２挟持面をもち、
（ｃ）ボディは、プランジャーの外径よりも小さな内径をもつと共にダイヤフラムの外周部の厚み方向の片面に対面する第３挟持面を有するホルダ部材と、ホルダ部材に対向するダイヤフラムの外周部の厚み方向の他の片面に対面する第４挟持面とをもち、
（ｄ）ダイヤフラムの内周部は、プランジャーの第１挟持面と弁体の第２挟持面とで厚み方向に挟持されており、ダイヤフラムの外周部は、ホルダ部材の第３挟持面とボディの第４挟持面とで厚み方向に挟持されていることを特徴とする。

様相１によれば、弁体はプランジャーの先端部に保持されるものであり、ダイヤフラムの内周部は、プランジャーの第１挟持面と弁体の第２挟持面とで厚み方向に挟持されている。即ち、プランジャーと弁体とは互いに接近している。このため、プランジャーの軸長方向において余分なスペースが節約され、ダイヤフラム式制御弁の軸長方向の長さを抑制することができる。更に、ダイヤフラムの外周部の厚み方向の片面に対面する第３挟持面を有するホルダ部材を設けている。そして、ホルダ部材の内径をプランジャーの外径よりも小さくしているため、ホルダ部材で保持されるダイヤフラムの受圧部の外径をプランジャーの外径よりも小さくすることができる。このためダイヤフラムの受圧部の小径化を図ることができ、ダイヤフラムの受圧部の受圧面積を小さくすることができる。

（２）様相２の係るダイヤフラム式制御弁によれば、プランジャーを閉弁方向または開弁方向に付勢する付勢部材と、付勢部材の付勢力に抗して弁体を作動させる駆動要素とが設けられている。駆動要素としては、電磁ソレノイド部やモータが例示される。電磁ソレノイド部は、励磁コイルに励磁電流を流して磁力を形成し、磁力に基づいて弁体を作動させるものをいう。モータはステッピングモータを含む。

流体通路室に流体が供給されるとき、流体通路室の流体の圧力がダイヤフラムの受圧部に受圧される。このダイヤフラムの受圧力に起因して、プランジャーにはこれの軸長方向に沿って荷重が作用する。弁体の閉弁性または開弁性を確保するためには、ダイヤフラムの受圧部に作用する受圧力に対向するような付勢力をもつ付勢部材が必要とされる。そして制御弁が常時閉弁で通電により開弁するタイプの場合には、弁体を開弁させるとき、電磁ソレノイド部やモータ等の駆動要素を作動させてプランジャーと共に弁体を作動させて、弁体を開弁させる。また制御弁が常時開弁で通電により閉弁するタイプの場合には、弁体を閉弁させるとき、電磁ソレノイド部やモータ等の駆動要素を作動させてプランジャーと共に弁体を作動させて、弁体を閉弁させる。このとき電磁ソレノイド部やモータ等の駆動要素で発生する力を、付勢部材の付勢力よりも大きくする必要がある。

この意味において、ダイヤフラムの受圧面積が大きくてダイヤフラムの受圧部が受圧する受圧力が大きいと、付勢部材の付勢力が大きくなり、付勢部材に抗する電磁ソレノイド部やモータ等の駆動要素が大型化する。従ってダイヤフラム式制御弁の小型化を図るためには、ダイヤフラムの受圧部の外径をできるだけ小さくすることが好ましい。

この点様相２によれば、前述したように、ダイヤフラムの外周部を挟持するホルダ部材の内径をプランジャーの外径よりも小さくしているため、ダイヤフラムの受圧部の外径をプランジャーの外径よりも小さくすることができる。このためダイヤフラムの受圧部の小径化を図ることができ、ダイヤフラムの受圧部の受圧面積を小さくすることができる。従って、付勢部材の小型化、電磁ソレノイド部やモータ等の小型化に貢献できる。ひいては制御弁の小型化に貢献できる。

（３）様相３の係るダイヤフラム式制御弁によれば、ホルダ部材の内径がプランジャーの外径よりも小さくされているばかりか、ダイヤフラムの受圧部の外径はプランジャーの外径より小さく設定されている。このため、ダイヤフラムの受圧部の外径が小径化される。従って、付勢部材の小型化、電磁ソレノイド部やモータ等の駆動要素の小型化に貢献できる。ひいては制御弁の小型化に貢献できる。

（４）様相４の係るダイヤフラム式制御弁によれば、流体通路室を形成する内壁面の内径は、プランジャーの外径より小さく設定されている。この場合、ダイヤフラムの受圧部の外径を小さくするのに有利となる。従って、付勢部材の小型化、電磁ソレノイド部の小型化に貢献できる。ひいては制御弁の小型化に貢献できる。

（５）様相５の係るダイヤフラム式制御弁によれば、プランジャーは、凹部および凸部のうちの一方からなる嵌合部を有しており、弁体は、凹部および凸部のうちの他方からなる被嵌合部を有しており、プランジャーの嵌合部と弁体の被嵌合部との嵌合により、弁体はプランジャーに組み付けられている。この場合、プランジャーの第１挟持面と弁体の第２挟持面とでダイヤフラムの内周部を直接的に挟持するのに有利となる。従って、プランジャーの軸長方向において制御弁の小型化を図るのに有利となる。

（６）様相６によれば、プランジャーの嵌合部はストッパ面を有し、弁体の被嵌合部は、ストッパ面に対面する被ストッパ面を有する。そして、ストッパ面と被ストッパ面との当接により、プランジャーに対する弁体の位置決めが設定されている。故にダイヤフラムの内周部の締め代が規定されている。この場合、ストッパ面と被ストッパ面とが当接するため、ダイヤフラムの内周部を挟持する挟持力を一定化させるのに有利である。故に、当該内周部の締め代の過剰化が抑制され、内周部の耐久性の向上が図られる。

（７）様相７によれば、ボディのうちホルダ部材を保持する部分は第２ストッパ面を有し、ホルダ部材が第２ストッパ面に当接することにより、ダイヤフラムの外周部の締め代が規定されている。この場合、ダイヤフラムの外周部を挟持する挟持力を一定化させるのに有利である。故に、当該外周部の締め代の過剰化が抑制され、外周部の耐久性の向上が図られる。

（８）様相８によれば、電磁ソレノイド部等の駆動要素とホルダ部材との間に加圧部材が介在しており、加圧部材を介してホルダ部材はボディに保持されている。この場合、ホルダ部材をボディに圧入して固定せずとも良い。故に、ホルダ部材の組み付け作業が容易となる。加圧部材は駆動要素とホルダ部材との間に介在しており、ホルダ部材をボディに保持するものをいう。加圧部材はリング状でも良いし、非リング状でも良い。材質は特に限定されない。

（９）様相９によれば、燃料流体を燃料電池スタックに供給する燃料供給路と、酸化剤流体を燃料電池スタックに供給する酸化剤供給路と、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、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発電システムのうち、ダイヤフラム式制御弁は、燃料排出路および酸化剤排出路のうちの少なくとも一方に用いられる。このダイヤフラム式制御弁は小型化を図り得るため、燃料電池発電システムの小型化に貢献できる。

本発明によれば、ダイヤフラムの内周部は、プランジャーの第１挟持面と弁体の第２挟持面とで挟持されている。このためプランジャーの軸長方向において余分なスペースが節約され、ダイヤフラム式制御弁の軸長方向の長さを抑制できる。更に、ダイヤフラムの外周部の厚み方向の片面に対面する第３挟持面を有するホルダ部材を設けている。そして、ホルダ部材の内径をプランジャーの外径よりも小さくしている。このため、ホルダ部材により保持されるダイヤフラムの受圧部の外径を、プランジャーの外径よりも小さくすることができる。このためダイヤフラムの受圧部の小径化を図ることができ、ダイヤフラムの受圧部の受圧面積を小さくすることができる。この結果、流体通路の流体（例えばガス）からダイヤフラムの受圧部が受圧する受圧力を小さくすることができる。従ってダイヤフラム式制御弁の小型化に有利となる。

（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はダイヤフラム式制御弁の断面を示す。図２は要部を示す。図３はホルダ部材８、ダイヤフラム４およびボディ１を分解して示す。図４は要部の寸法関係を示す。図４は複雑化の回避のためハッチングを省略している。ダイヤフラム式制御弁は、液成分または蒸気を含有することがあるガス（流体）が流れるガス流路に配設されている。ダイヤフラム式制御弁は、図１に示すように、ボディ１と、弁体２と、プランジャー３と、膜状をなす可撓性を有するダイヤフラム４とを備える。更にダイヤフラム式制御弁は、付勢部材５と、駆動要素としての電磁ソレノイド部６とを備える。

図１に示すように、ボディ１は中空状の室１０と弁口１１と弁座１２とを有する。弁座１２は弁体２に向けて（上向き）膨出している。弁口１１は弁座１２で区画されている。排水性を向上させるために、弁座１２は後述のガス通路室１３（流体通路室）のうち下部側に設けられている。

弁口１１の上流にはガス供給部１５が設けられている。弁口１１の下流にはガス排出部１６が設けられている。弁体２はガス通路室１３内に配置されている。弁体２の外径とボディ１のガス通路室１３の内壁面１３ｆとの間には、凍結防止用の所定量の空間が形成されている。弁体２は、被ストッパ面２１をもつ凹状の被嵌合部２０を有する。弁体２の先端部には、弁口１１をシールするためのシール部材２２が保持されている。

図３に示すように、ダイヤフラム４は、受圧部４１と、厚み方向に貫通する中央孔４２と、ダイヤフラム４の外周を形成する外周部４３と、ダイヤフラム４の内周を形成する内周部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する。ダイヤフラム４の外周部４３は、締め代を確保してシール性を高めべく、厚肉とされている。ダイヤフラム４の内周部４４は、締め代を確保してシール性を高めべく、厚肉とされている。

図１に示すように、ダイヤフラム４は、ボディ１の室１０をガス通路室１３と副室１４とに仕切る。ガス通路室１３は副室１４よりも下側に配置されている。副室１４は大気に連通する。ガス通路室１３に流れるガスが液分（例えば水分）を含むとき、液分が副室１４に進入しないように、ダイヤフラム４はガス通路室１３と副室１４とを隔離している。ダイヤフラム４には、バリヤ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。これによりガス通路室１３と副室１４との間におけるガスや液の混入防止性が高い。ガス通路室１３に連通する上流通路１３ｕは、ガス供給部１５に繋がる。ガス通路室１３に連通する下流通路１３ｄは、ガス排出部１６に繋がる。ガス通路室１３の底面に弁口１１が形成されている。

プランジャー３は磁束が透過できる材料で形成されている。図１に示すように、プランジャー３は、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延設された中径部３１と、中径部３１の先端部に同軸的に延設された小径状の嵌合部３２とをもつ。ここで、プランジャー３の軸芯Ｐ１は縦方向に沿っている。嵌合部３２はプランジャー３の先端側に位置している。プランジャー３の嵌合部３２はダイヤフラム４の中央孔４２に挿入されている。

図２に示すように、プランジャー３の嵌合部３２の先端の軸端面は、ストッパ面３３とされている。プランジャー３の嵌合部３２は弁体２の凹状の被嵌合部２０に圧入により嵌合されている。これによりプランジャー３および弁体２は一体的に組み付けられている。

図１に示すように、付勢部材５はプランジャー３の軸芯Ｐ１と同軸的に配置されたコイルバネであり、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。付勢部材５は、プランジャー３の本体部３０に形成したバネ収容室３６に配置されている。電磁ソレノイド部６はボディ１に組み付けられている。電磁ソレノイド部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、電磁ソレノイド部６は、プランジャー３の本体部３０の外周面に対面する内周面６０ｉをもつリング状のプレート６０と、プレート６０の上側に組み付けられた筒形状のハウジング６１と、ハウジング６１に内蔵された電気絶縁材で形成された筒形状のボビン６２と、ボビン６２の外周面にリング状に巻装された励磁コイル６３と、励磁コイル６３の外周側に配置され磁路を形成する筒形状のヨーク６４と、ヨーク６４の内部に設けられた固定コア６５とを有する。なお、ボビン６２の内周面で区画された空間において、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。

固定コア６５は励磁コイル６３の内部に配置されており、プランジャー３を吸引作動できるようにプランジャー３の上側に配置されている。固定コア６５と弁体２とでプランジャー３を挟むように設定されている。即ち、固定コア６５は、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。ヨーク６４は固定コア６５を圧入等により保持している。図１に示すように、弁口１１よりも上方に、プランジャー３，付勢部材５および固定コア６５が配置されている。従って、弁口１１に対して、プランジャー３，付勢部材５および固定コア６５（電磁ソレノイド部６）は同じ側に配置されている。

使用の際に、励磁電流が励磁コイル６３に通電されると、磁界が発生し、固定コア６５が励磁される。すると、プランジャー３が固定コア６５に吸引されて開弁方向（矢印Ｙ２方向）に移動し、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１２から離間し、弁口１１が開放される。この場合、制御弁の種類にもよるが、弁座１２の頂部から弁体２が離間する距離は、例えば、０．５ミリメートル以下、１ミリメートル以下、あるいは２ミリメートル以下である。

上記したように弁口１１が開放されると、ガス供給部１５のガスは、ボディ１の上流通路１３ｕ→ガス通路室１３→弁口１１→下流通路１３ｄ→ガス排出部１６の順に流れる。この場合、プランジャー３は磁路を形成する。

このような弁体２の開弁時において、ガス通路室１３のガス圧力は、弁体２を開弁させる方向（矢印Ｙ２方向）にダイヤフラム４の受圧部４１に作用する。また励磁コイル６３が断電されると、付勢部材５の付勢力によりプランジャー３が閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に押圧されて弁体２が弁座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６３の断電時には閉弁されており、励磁コイル６３への通電により開弁するものである。このような弁体２の開弁時においても、ガス通路室１３のガス圧力は、弁体２を開弁させる方向（矢印Ｙ２方向）にダイヤフラム４の受圧部４１に作用する。

図２に示すように、プランジャー３の中径部３１は、ダイヤフラム４の内周部４４の片面に対面するリング形状の第１挟持面７１をもつ。弁体２の上側の軸端面は、ダイヤフラム４の内周部４４の他の片面に対面するリング形状の第２挟持面７２とされている。ダイヤフラム４の内周部４４は、プランジャー３の第１挟持面７１と弁体２の第２挟持面７２とで厚み方向に挟持されている。第１挟持面７１および第２挟持面７２は平坦状をなす。

ここで図２に示すように、プランジャー３の嵌合部３２のストッパ面３３は、弁体２の凹状の被嵌合部２０の被ストッパ面２１に当接している。これによりプランジャー３の軸長方向において、プランジャー３に対する弁体２の位置決めがなされている。この結果、ダイヤフラム４の内周部４４の厚み方向の締め代量、つまり、内周部４４の挟持力が一定化されている。従ってダイヤフラム４の内周部４４の耐久性の向上、シール性の向上に有利である。

図３に示すように、リング形状のホルダ部材８がボディ１に取り付けられる。ホルダ部材８は、相対的に厚肉状の第１ホルダ部８１と、第１ホルダ部８１よりも薄肉状とされた第２ホルダ部８２と、第１ホルダ部８１と第２ホルダ部８２との境界となる段部８３とをもつ。第１ホルダ部８１はホルダ部材８の外周側に位置する。第２ホルダ部８２はホルダ部材８の内周側に位置する。圧入側である第１ホルダ部８１の厚みｔ１（図３参照）は、第２ホルダ部８２の厚みｔ２よりも厚肉化されている。このためホルダ部材８の強度および剛性が確保される。ホルダ部材８の材質は特に限定されるものではなく、金属、硬質樹脂、セラミックスを採用できる。

第２ホルダ部８２の上面である面８２ｘは、第１ホルダ部８１の上面である面８１ｘよりも弁口１１に近づく方向にΔｔ（図１参照）退避している。これによりプランジャー３はホルダ部材８に接近することができ、制御弁の軸長方向の小型化に更に貢献できる。図３に示すように、ホルダ部材８の内周面８ｉは中央孔８６を形成する。内周面８ｉは、ホルダ部材８の中心に向けて円弧凸状に突出する円弧面とされている。これによりホルダ部材８の内周面８ｉがダイヤフラム４に円滑に当たるため、ダイヤフラム４の損傷が抑制される。なお、ダイヤフラム８の中央孔８６にはプランジャー３の嵌合部３２が挿入される。

図４は寸法関係を示す。図４に示すように、プランジャー３の本体部３０の外径はＤ１として示される。プランジャー３の中径部３１の外径はＤ２として示される。外径Ｄ２は弁体２の外径よりも小さくされている。プランジャー３の嵌合部３２の外径はＤ３として示される。ガス通路室１３を形成する内壁面１３ｆの内径はＤ０として示される。ダイヤフラム４の外周部４３の外径はＤｐとして示される。ダイヤフラム４の内周部４４の内径はＤｉ（Ｄｉ≒Ｄ３，Ｄｉ＝Ｄ３）として示される。ダイヤフラム４の受圧部４１の外径はＤｍとして示される。更に、図４に示すように、ホルダ部材８の外径はＤ４として示される。ホルダ部材８の内径はＤ５（Ｄ５≒Ｄｍ，，Ｄ５＝Ｄｍ）として示される。ホルダ部材８の第１ホルダ部８１の内径はＤ６として示される。更に、ホルダ部材８の内径Ｄ５は、プランジャー３の外径Ｄ１よりも小さく設定されている（Ｄ５＜Ｄ１）。ホルダ部材８の内径Ｄ５は、ガス通路室１３を形成する内壁面１３ｆの内径Ｄ０と基本的には同じ寸法とされている。。

図４に示すように、ホルダ部材８の第１ホルダ部８１の内径Ｄ６は、プランジャー３の外径Ｄ１よりも多少大きく設定されている（Ｄ１＜Ｄ６）。Ｄ１＜Ｄ６であるため、プランジャー３の本体部３０はこれの軸長方向においてホルダ部材８の第２ホルダ部８２の面８２ｘに接近することができる。これによりプランジャー３はホルダ部材８に接近することができ、制御弁の軸長方向の小型化に一層貢献できる。ホルダ部材８の外径Ｄ４は、プランジャー３の本体部３０の外径Ｄ１よりも大きく設定されている（Ｄ４＞Ｄ１）。このようにホルダ部材８の外径Ｄ４を大きくしているため、保持面積が増加し、ホルダ部材８をボディ１に保持する保持力を確保するのに有利である。

図３に示すように、ホルダ部材８は、平坦状の第３挟持面７３を有する。第３挟持面７３はリング形状をなしており、ダイヤフラム４の外周部４３の厚み方向の片面に対面する。図３に示すように、ボディ１は、ホルダ部材８を係合して保持するリング形状をなす係合段部１８ａと，係合段部１８ａよりも内周側に設けられたリング形状をなす係合段部１８ｂとをもつ。係合段部１８ａは、内周面となるリング形状の係合面１９を備える。係合段部１８ｂは平坦状の第４挟持面７４を備える。第４挟持面７４は、ダイヤフラム４の外周部４３の厚み方向の他の片面に対面する。第４挟持面７４の内周側には、リング状の凸部７４ｘが上向きに形成されている。凸部７４ｘは、ダイヤフラム４の受圧部４１の断面形状を上向き傾斜させるのに有利となる。凸部７４ｘの頂面７４ｙは、ダイヤフラム４の損傷を抑制すべく丸みを帯びている。

ここで、ホルダ部材８は、係合段部１８ａのリング状の係合面１９に圧入されて固定されている。上記したようにホルダ部材８が固定された結果、ダイヤフラム４の外周部４３は、ホルダ部材８の第３挟持面７３とボディ１の第４挟持面７４とで厚み方向に挟持されている。上記したようにホルダ部材８がボディ１に固定されているとき、図２に示すように、ホルダ部材８とプレート６０との間には隙間８ｋが形成されている。更に、ホルダ部材８の第３挟持面７３はボディ１の係合段部１８ａの底面である第２ストッパ面１８ｍに当接する。このため、プランジャー３の軸長方向において、ホルダ部材８の第３挟持面７３は位置決めされる。この結果、ダイヤフラム４の外周部４３の厚み方向の締め代を一定化することができ、外周部４３のシール性および寿命の確保に貢献できる。

本実施形態によれば、図２に示すように、ダイヤフラム４の内周部４４は、プランジャー３の第１挟持面７１と弁体２の第２挟持面７２とで直接的に挟持されている。このためプランジャー３の軸長方向において余分なスペースが節約される。従って、ダイヤフラム式制御弁の軸長方向の長さを抑制できる。更に、ダイヤフラム４の外周部４３の厚み方向の片面に対面する第３挟持面７３を有するホルダ部材８を設けている。そしてホルダ部材８の内径Ｄ５をプランジャー３の本体部３０の外径Ｄ１よりも小さくしている。このため、ダイヤフラム４の受圧部４１の外径Ｄｍを、プランジャー３の本体部３０の外径Ｄ１よりも小さく設定することができる。従って、ダイヤフラム４の受圧部４１の小径化を図ることができ、ダイヤフラム４の受圧部４１の受圧面積を小さくすることができる。

ここで、ガス通路室１３にガスが供給されるとき、ガス通路室１３のガス圧がダイヤフラム４の受圧部４１に受圧される。この受圧力は、弁体２を開弁させる方向（矢印Ｙ２方向）に作用する。従って、この受圧力に起因して、プランジャー３にはこれの軸長方向に沿って荷重が開弁方向（矢印Ｙ２方向）作用する。ここで、弁体２の閉弁性を確保するためには、ダイヤフラム４が受ける受圧力に対向するように、即ち、閉弁方向（矢印Ｙ１方向）に作用する付勢力をもつ付勢部材５が必要とされる。そして、弁体２を開弁させるときには、電磁ソレノイド部６を作動させて開弁力を発生させ、プランジャー３を開弁方向（矢印Ｙ２方向）に移動させ、弁体２を開弁させる。このとき電磁ソレノイド部６で発生する開弁力が付勢部材５の付勢力にうち勝つ必要がある。この意味において、ダイヤフラム４の受圧部４１の受圧面積が大きくてダイヤフラム４の受圧力が大きいと、付勢部材５の閉弁方向の付勢力が大きくなり、これに対向する開弁力を発生させる電磁ソレノイド部６が大型化する。従ってダイヤフラム式制御弁の小型化を図るためには、ダイヤフラム４の受圧部４１の外径をできるだけ小さくすることが好ましい。

この点について本実施形態によれば、前述したように、ホルダ部材８の内径Ｄ５がプランジャー３の本体部３０の外径Ｄ１よりも小さく設定されており、従って、ダイヤフラム４の受圧部４１の外径Ｄｍは、プランジャー３の外径Ｄ１より小さく設定されている。この結果、ダイヤフラム４の受圧部４１の小径化を図ることができる。また本実施形態によれば、ボディ１のガス通路室１３を形成する内壁面１３ｆの内径Ｄ０は、プランジャー３の外径Ｄ１より小さく設定されている（Ｄ０＜Ｄ１）。そして、ガス通路室１３の外側に配置したホルダ部材８を利用してダイヤフラム４の外周部４３を挟持することにしている。この結果、ダイヤフラム４の受圧部４１の外径Ｄｍを更に小さくするのに有利となる。このように本実施形態によれば、ダイヤフラム４の受圧部４１の外径Ｄｍを小さくできるため、受圧力に抗する付勢部材５の付勢力を小さくできる。ひいては、付勢部材５の付勢力に抗する電磁ソレノイド部６を小型化できる。故に全体としてダイヤフラム式制御弁を小型化できる。

（実施形態２）
図５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。プランジャー３の先端部には、凹状の嵌合部３２Ｂが形成されている。弁体２は凸状の被嵌合部２０Ｂを有する。プランジャー３の凹状の嵌合部３２Ｂと弁体２の凸状の被嵌合部２０Ｂとの圧入（嵌合）により、弁体２はプランジャー３に一体的に組み付けられている。本実施形態においても、プランジャー３の嵌合部３２Ｂのストッパ面３３は、弁体２の凸状の被嵌合部２０Ｂの被ストッパ面２１に当接している。これによりプランジャー３の軸長方向においてプランジャー３に対する弁体２の位置決めがなされている。この結果、ダイヤフラム４の内周部４４の締め代量つまり挟持力が一定化されている。従ってダイヤフラム４の内周部４４の耐久性の向上に有利である。

（実施形態３）
図６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。ボディ１は、リング状のホルダ部材８を係合して保持するリング状の係合段部１８ａ，１８ｂをもつ。係合段部１８ａはリング状の係合面１９をもつ。係合段部１８ｂはリング状の平坦な第４挟持面７４を備える。ここで、ホルダ部材８は、係合段部１８ａの係合面１９に非圧入状態で嵌合されている。

本実施形態では、図６に示すように、電磁ソレノイド部６の底部となるプレート６０とホルダ部材８との間に、加圧部材としての加圧プレート６９を介在させている。そして加圧プレート６９を介してホルダ部材８をボディ１に保持している。ここで、プレート６０を有する電磁ソレノイド部６は、図略の取付具（例えばボルト部材）によりボディ１に固定されている。電磁ソレノイド部６はボディ１の上側に位置している。電磁ソレノイド部６がボディ１に固定されているとき、プレート６０により加圧された加圧プレート６９の厚みは小さくなり、ホルダ部材８をこれの厚み方向に押圧する。これによりホルダ部材８がボディ１に固定される。これによりダイヤフラム４の外周部４３が厚み方向に挟持される。加圧プレート６９としては、加圧プレート６９の厚み方向に押圧力を発揮できるように、ゴム材等の弾性材料で形成しても良いし、あるいは、多孔質体で形成しても良いし、あるいは、波板構造としても良いし、皿バネ等のバネ要素で形成しても良い。

本実施形態によれば、ホルダ部材８をボディ１の係合段部１８ａの係合面１９に圧入せずとも良いため、ホルダ部材８の組み付け作業が容易となる。

（実施形態４）
図７は本発明の実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１〜３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１〜３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７（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。

図７（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。

図７（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。

上記した各形態において、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１〜３に係る制御弁で形成することができる。この場合、前述したようにダイヤフラム４の小径化が図られるため、制御弁の小型化を図り得る。従って燃料電池発電システムの小型化を図り得る。

なお、本実施形態は燃料ガスが流れる制御弁に使用されているが、これに限らず、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。

（他の実施形態）
駆動要素として電磁ソレノイド部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、ガスを利用するコージェネレーションシステム等の他のガスシステムに適用できる。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。

本発明は燃料電池発電システム、コージェネレーションシステム等のガスシステムに利用することができる。

実施形態１に係る制御弁の断面図である。 実施形態１に係る制御弁の要部の断面図である。 実施形態１に係る制御弁の要部の断面図である。 実施形態１に係る制御弁の要部の拡大断面図である。 実施形態２に係る制御弁の断面図である。 実施形態３に係る制御弁の断面図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ実施形態４の別例に係る燃料電池発電システムのシステム図である。

符号の説明

１はボディ、１０は室、１１は弁口、１３はガス通路室、１８ｍは第２ストッパ面、２は弁体、２０は被嵌合部、２１は被ストッパ面、３はプランジャー、３０は本体部、３２は嵌合部、３３はストッパ面、４はダイヤフラム、４１は受圧部、４２は中央孔、４３は外周部、４４は内周部、６は電磁ソレノイド部（駆動要素）、６９は加圧プレート（加圧部材）、７１は第１挟持面、７２は第２挟持面、７３は第３挟持面、７４は第４挟持面、８はホルダ部材、３００は燃料電池スタック、３０２は供給路（燃料供給路）、３０４は排出路（燃料排出路）、３０６はガス供給弁、３０７は第１ガス排出弁を示す。

Claims (8)

1. （ａ）室と弁口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プランジャーと、開弁時に前記弁口に連通可能な流体通路室と副室とに前記室を仕切ると共に受圧部をもつダイヤフラムとを具備するダイヤフラム式制御弁において、
   （ｂ）前記プランジャーは前記ダイヤフラムの内周部の厚み方向の片面に対面する第１挟持面をもち、前記弁体は前記ダイヤフラムの内周部の厚み方向の他の片面に対面する第２挟持面をもち、
   （ｃ）前記ボディは、前記プランジャーの外径よりも小さな内径をもつと共に前記ダイヤフラムの外周部の厚み方向の片面に対面する第３挟持面を有するホルダ部材と、前記ダイヤフラムの外周部の厚み方向の他の片面に対面する第４挟持面とをもち、
   （ｄ）前記ダイヤフラムの前記内周部は、前記プランジャーの第１挟持面と前記弁体の第２挟持面とで厚み方向に挟持されており、前記ダイヤフラムの前記外周部は、前記ホルダ部材の第３挟持面と前記ボディの第４挟持面とで厚み方向に挟持されていることを特徴とするダイヤフラム式制御弁。
2. 請求項１において、前記プランジャーを閉弁方向または開弁方向に付勢する付勢部材と、前記付勢部材の付勢力に抗して前記弁体を作動させる力を発揮させる駆動要素とが設けられていることを特徴とするダイヤフラム式制御弁。
3. 請求項１または２において、前記ボディの前記流体通路室を形成する内壁面の内径は、前記プランジャーの外径より小さく設定されていることを特徴とするダイヤフラム式制御弁。
4. 請求項１〜３のうちのいずれか一項において、前記プランジャーは、凹部および凸部のうちの一方からなる嵌合部を有しており、前記弁体は、凹部および凸部のうちの他方からなる被嵌合部を有しており、前記プランジャーの前記嵌合部と前記弁体の前記被嵌合部との嵌合により、前記弁体は前記プランジャーに組み付けられていることを特徴とするダイヤフラム式制御弁。
5. 請求項４において、前記プランジャーの前記嵌合部はストッパ面を有し、前記弁体の前記被嵌合部は、前記ストッパ面に対面する被ストッパ面を有しており、前記ストッパ面と前記被ストッパ面との当接により前記プランジャーに対する前記弁体の位置決めが設定されており、前記ダイヤフラムの内周部の締め代が規定されていることを特徴とするダイヤフラム式制御弁。
6. 請求項１〜５のうちのいずれか一項において、前記ボディのうち前記ホルダ部材を保持する部分は第２ストッパ面を有し、前記ホルダ部材が前記第２ストッパ面に当接することにより、前記ダイヤフラムの外周部の締め代が規定されていることを特徴とするダイヤフラム式制御弁。
7. 請求項２〜６のうちのいずれか一項において、前記駆動要素と前記ホルダ部材との間に加圧部材が介在しており、前記加圧部材を介して前記ホルダ部材は前記ボディに保持されていることを特徴とするダイヤフラム式制御弁。
8. 請求項１〜７のうちのいずれか一項において、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発電システムのうち、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用いられることを特徴とするダイヤフラム式制御弁。

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