WO2022209964A1

WO2022209964A1 - 弁

Info

Publication number: WO2022209964A1
Application number: PCT/JP2022/012340
Authority: WO
Inventors: 英樹東堂園
Original assignee: イーグル工業株式会社
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2022-03-17
Publication date: 2022-10-06
Also published as: US20240159320A1; JPWO2022209964A1; CN117098943A; EP4317755A1

Abstract

弁体を精度よく弁座から離間させる方向に移動させることができる弁を提供する。　弁体５１における弁座１０ｆと軸方向反対側には、軸方向に伸縮可能なベローズ６０が弁体５１とバルブハウジング１０とに亘って配置されている。

Description

弁

　本発明は、作動流体を制御する弁に関する。

　様々な産業分野で作動流体の制御を行うために利用されている弁は、弁座と、弁座に対して離接可能な弁体を備え、弁開度が調節されることで作動流体の圧力や流量が制御可能となっている。

　このような弁には、弁座である開口に対して平行に弁体であるスプールが移動するスプール弁、弁体が回動軸を有するバタフライ弁、さらには弁体が弁座である開口に対して直交するように移動するリフト弁が代表的な弁形態として挙げられる。これらの弁の中でも流量や圧力制御に最も適した弁がリフト弁である。

　リフト弁として、例えば、特許文献１に示されるように、燃料電池へ供給する水素ガスの圧力を調整する圧力制御弁が挙げられる。特許文献１の圧力制御弁は、ガス供給源から水素ガスが供給される１次圧空間、燃料電池のノズル部に圧力が調整された水素ガスを供給する２次圧空間、１次圧空間及び２次圧空間を連通する弁孔を備えたバルブハウジングと、弁孔の２次圧空間側に設けられる弁座と、ソレノイドにより軸方向に移動可能であり、先端が１次圧空間及び弁孔を通って２次圧空間に配置されるロッドと、２次圧空間に配置されロッドの移動により弁座に着座または離座する弁体と、を備えている。

　１次圧室とソレノイドが配置される背面空間とは、軸方向一端がロッドに固定され、軸方向他端がバルブハウジングの内周面に固定されたベローズにより密封状に区画され、一次圧室の水素がソレノイド側に漏れることが防止されている。このベローズの有効受圧面積は、弁孔の開口面積と等しくなっている。これにより、１次圧室の流体圧により弁体を弁座から離間させる方向に移動させる力と、１次圧室の流体圧により弁体を弁座に近接させる方向に移動させる力とがキャンセルされるようになっている。

国際公開第２０１１／１３２４３８号公報（第６頁、第２図）

　特許文献１のような弁にあっては、１次圧空間の流体圧により弁体に作用する力がキャンセルされるため、１次圧空間に供給される上流側のガスの圧力が変動しても弁体の移動への影響を抑えることができるようになっている。しかしながら、弁の使用態様に応じて変動する２次圧空間の流体圧は弁体を弁座に近接させる方向に常に作用するため、弁体を弁座から離間させる方向に移動させるときには、２次圧空間の流体圧に応じて弁体のストローク距離が変化してしまい、弁体を精度よく弁座から離間させる方向に移動させることができない虞があった。

　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、弁体を精度よく弁座から離間させる方向に移動させることができる弁を提供することを目的とする。

　前記課題を解決するために、本発明の弁は、
　１次圧空間と２次圧空間とこれら空間を連通する弁孔とが形成されたバルブハウジングと、
　前記バルブハウジングにおける前記弁孔よりも前記２次圧空間側に設けられる弁座と、
　駆動源により軸方向に移動可能に前記バルブハウジング内に配置されるロッドと、
　前記２次圧空間に配置され前記ロッドの移動により前記弁座に着座または離座する弁体と、を備え、
　前記１次圧空間の圧力により前記ロッドに前記２次圧空間とは反対側に向かう力を作用させる受圧面が設けられている弁であって、
　前記弁体における前記弁座と軸方向反対側には、軸方向に伸縮可能なベローズが前記弁体と前記バルブハウジングとに亘って配置されている。
　これによれば、軸方向に伸縮可能なベローズが弁体における弁座と軸方向反対側に配置されているため、２次圧空間の流体圧が弁体に作用する受圧面積を小さくすることができ、２次圧空間の流体圧により弁体に及ぼす力の影響を小さくして、弁体を精度よく弁座から離間させる方向に移動させることができる。

　前記ベローズは密閉された内部空間を有していてもよい。
　これによれば、ベローズが設置される周囲環境によらず、弁配置の自由度が高い。

　前記内部空間は真空状態であってもよい。
　これによれば、内部空間は真空状態であるため、ベローズの伸縮に伴う内部空間の容積変化によりベローズから弁体に作用する力の変化を小さくすることができる。

　前記ベローズの有効受圧面積は、前記弁の有効面積と等しくなっていてもよい。
　これによれば、弁体に作用する２次圧空間の流体圧による力がキャンセルされるため、２次圧空間の流体圧によらず、精度よく弁体を移動させることができる。

　前記弁体を軸方向一方側に付勢する付勢手段を備え、前記付勢手段は前記ベローズと並列に配置されていてもよい。
　これによれば、付勢手段とベローズとが軸方向に近い位置で並列に配置されているため、付勢手段の付勢力によりベローズの軸方向の伸縮を安定させることができる。

　前記バルブハウジングは、前記ベローズの一端が密封状に固定されるとともに軸方向位置を調整可能な可動部材を有していてもよい。
　これによれば、可動部材を動かすことで、ベローズの伸縮度合いと付勢手段の付勢力とを同時に調整することができる。

　前記付勢手段は前記ベローズ内に配置されていてもよい。
　これによれば、付勢手段に２次圧空間の流体圧が作用しないため、付勢手段の付勢力を弁体に対して適正に作用させることができる。

　前記ベローズは、前記バルブハウジングに対して回動可能に配置されていてもよい。
　これによれば、弁の作動に伴ってベローズの捩じれを抑制できる。

　尚、本発明における真空状態とは、日本工業規格（ＪＩＳ　Ｚ　８１２６）によって定義されている「通常の大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間の状態」のことである。

本発明の実施例１における圧力制御弁を示す断面図である。圧力制御弁が閉弁された様子を示す要部拡大断面図である。圧力制御弁が開弁された様子を示す要部拡大断面図である。本発明に係る実施例２における圧力制御弁を示す断面図である。本発明に係る実施例３における圧力制御弁を示す要部拡大断面図である。

　本発明に係る弁を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。尚、実施例は圧力制御弁を例にして説明するが、その他の用途にも適用可能である。

　実施例１に係る圧力制御弁につき、図１から図３を参照して説明する。以下、図１の正面側から見て左右側を圧力制御弁の左右側として説明する。詳しくは、バルブハウジング１０が配置される紙面左側を圧力制御弁の左側、ソレノイド８０が配置される紙面右側を圧力制御弁の右側として説明する。

　本発明の圧力制御弁は、ガス供給源から供給される作動流体である水素ガス（以下、単に「流体」と表記する。）の圧力を調整し、調整された水素ガスを外部に供給するものである。

　図１に示されるように、本実施例１の圧力制御弁Ｖ１は、ガス供給源から流体が流入する１次圧空間Ｓ１、外部に供給する流体が収容される２次圧空間Ｓ２、１次圧空間Ｓ１及び２次圧空間Ｓ２を連通する弁孔１０ｄを有するバルブハウジング１０を備えている。駆動源としてのソレノイド８０を構成するコイル８６に通電する電流を調整し、弁５０の開閉制御を行うことにより、１次圧空間Ｓ１から２次圧空間Ｓ２に流入する流量を変化させて、２次圧空間Ｓ２内の制御圧力Ｐｃを可変制御している。尚、ガス供給源の吐出圧力Ｐｄの吐出流体が１次圧空間Ｓ１に常時供給されており、圧力制御弁Ｖ１における弁５０の弁開度を絞ることにより２次圧空間Ｓ２内の制御圧力Ｐｃを低下させ、弁５０の弁開度を開くことにより２次圧空間Ｓ２内の制御圧力Ｐｃを上昇させられるようになっている。

　本実施例１の圧力制御弁Ｖ１において、弁５０は、弁体５１と、バルブハウジング１０の内径側に延びる区画壁部１０ｅの左面に形成された弁座１０ｆとにより構成されており、弁体５１の右側に配設されるシール部材１５が弁座１０ｆに軸方向に接離することで、弁５０が開閉するようになっている。本実施例の弁５０は、非通電状態において閉弁するノーマルクローズ型の弁である。

　圧力制御弁Ｖ１は、ガス供給源と外部とに連通する各通路を有する図示しないマニホールド部材に装着されて使用される。この圧力制御弁Ｖ１は、金属材料により形成されたバルブハウジング１０と、バルブハウジング１０内に軸方向に往復動自在に配置された弁体５１と、弁体５１の軸方向右側に配置されるロッド部材２０と、バルブハウジング１０に接続されロッド部材２０及び弁体５１に駆動力を及ぼすソレノイド８０と、バルブハウジング１０とロッド部材２０との間に密封状に配置される第１ベローズ３０と、弁体５１の軸方向左方に密封固定され独立した内部空間Ｓ４を区画するベローズとしての第２ベローズ６０と、から主に構成されている。

　図１及び図２に示されるように、バルブハウジング１０は、バルブハウジング本体部１０Ａ（以下、単に本体部１０Ａという。）と、本体部１０Ａに対して軸方向位置を調整可能な可動部材としての蓋部材１３及び軸部材１６と、を備えている。

　本体部１０Ａの軸方向右側には、径方向に貫通する複数の入口ポート１１を通じてガス供給源と連通する１次圧空間Ｓ１が形成されており、本体部１０Ａの軸方向左側には、径方向に貫通する複数の出口ポート１２を通じて外部と連通する２次圧空間Ｓ２が形成されている。

　本体部１０Ａには、軸方向左端から軸方向右方に凹み、軸方向左端が開口した凹部１０ａが形成されている。

　また、本体部１０Ａの軸方向左端は蓋部材１３及び軸部材１６により閉塞されており、凹部１０ａを構成する内周面、右端面、蓋部材１３及び軸部材１６で囲まれた空間が２次圧空間Ｓ２となっている。尚、この蓋部材１３は、本体部１０Ａの左端部に対して螺合・固定されており、本体部１０Ａに対して軸方向の固定位置を調節可能となっている。

　また、蓋部材１３には、中央部に左右方向に貫通する貫通孔１３ａが形成されており、貫通孔１３ａには軸部材１６の左端軸部１６ｃが蓋部材１３に対して相対回転可能に挿入されており、軸部材１６の大径フランジ部１６ｄは蓋部材１３の右端面に当接している。

　軸部材１６は、軸方向左側から順に左端軸部１６ｃ、大径フランジ部１６ｄ、フランジ部１６ａ、右端軸部１６ｂを有している。大径フランジ部１６ｄ及びフランジ部１６ａは、軸方向に離間して配置されており、大径フランジ部１６ｄとフランジ部１６ａとを連結する部位は、該大径フランジ部１６ｄ及びフランジ部１６ａよりも小径、かつ左端軸部１６ｃ及び右端軸部１６ｂよりも大径に形成されている。

　軸部材１６と弁体５１との間には、軸方向に伸縮可能な第２ベローズ６０の胴部６１と、弁体５１を弁５０の閉弁方向である軸方向右方に付勢する付勢手段としてのコイルスプリング１４と、が並列に配置されている。

　第２ベローズ６０は、金属製の蛇腹状のベローズ本体としての胴部６１と、胴部６１の軸方向左端の開口を閉塞する軸部材１６と、胴部６１の軸方向右端の開口を閉塞する弁体５１と、で構成されている。

　詳しくは、胴部６１は、軸部材１６のフランジ部１６ａと、弁体５１の軸方向略中央部に設けられフランジ部１６ａと軸方向に対向するフランジ部５４（図２参照）と、の間に配置され、溶接等の任意の固定手段により固定されている。これにより第２ベローズ６０の内部空間Ｓ４が２次圧空間Ｓ２と密封状に区画されている。

　この内部空間Ｓ４は、大気圧より低い圧力の気体で満たされた真空状態となっている。尚、第２ベローズ６０の胴部６１は、金属以外の素材で構成されていてもよい。

　コイルスプリング１４は、押しバネであり、第２ベローズ６０の内側、すなわち内部空間Ｓ４内に配置されている。詳しくは、コイルスプリング１４の内側に弁体５１の先端軸部５２と軸部材１６の右端軸部１６ｂとが挿通されている。これにより、コイルスプリング１４の軸ブレが抑えられるようになっている（図２参照）。すなわち、コイルスプリング１４と第２ベローズ６０の胴部６１とは径方向に重畳している。

　また、このコイルスプリング１４の付勢力により、軸部材１６の大径フランジ部１６ｄが蓋部材１３の右端面に当接された状態が維持されている。また内部空間Ｓ４は、真空状態のため、真空を基準としてコイルスプリング１４の付勢力を調整しやすい。

　図１に戻って、本体部１０Ａには、軸方向右端の内径側が軸方向左方に凹む凹部１０ｃが形成されており、凹部１０ａと凹部１０ｃとの間には軸方向に連通する連通孔部１０ｂが形成されている。この連通孔部１０ｂは、凹部１０ａ，１０ｃよりも小径である。

　詳しくは、本体部１０Ａには、凹部１０ａと連通孔部１０ｂとを区画する区画壁部１０ｅが内径方向に延びて設けられており、区画壁部１０ｅの径方向中央部には、左右に貫通する弁孔１０ｄが形成されている。この弁孔１０ｄは、連通孔部１０ｂの軸方向左側と連通している。

　凹部１０ｃには、第１ベローズ３０が密封状に固定されている。この第１ベローズ３０及び連通孔部１０ｂで囲まれた空間が１次圧空間Ｓ１となっている。

　第１ベローズ３０は、軸方向に伸縮可能な蛇腹を有する筒状の胴部３１と、胴部３１の軸方向左端の開口を閉塞する固定板部３２と、胴部３１の軸方向右端に設けられ凹部１０ｃに圧入固定されるリング部３３と、を有している。

　胴部３１、固定板部３２およびリング部３３は、金属により構成されている。固定板部３２およびリング部３３は、胴部３１よりも厚く形成されており胴部３１よりも剛性を有する。尚、胴部３１、固定板部３２およびリング部３３は別素材で構成されていてもよいが、固定板部３２およびリング部３３は胴部３１よりも剛性を有することが好ましい。また、胴部３１、固定板部３２およびリング部３３は金属以外の素材で構成されていてもよい。

　固定板部３２の軸方向左面は左に向かうにつれて縮径するように延びるテーパ面３２ｄである。このテーパ面３２ｄの内径側の部位は、弁体５１における大径部５３の軸方向右端面の受圧面と対向する受圧面として機能している。

　また、固定板部３２のテーパ面３２ｄの左端における径方向中心部には、軸方向左側に延びる突出軸部３２ａが形成されており、突出軸部３２ａの軸方向左端部、すなわち先端部は、弁孔１０ｄを通じて後述する弁体５１の凹部５３ａに圧入固定されている。この突出軸部３２ａとロッド部材２０とが弁体５１に移動力を伝えるロッドとして機能している。

　リング部３３の軸方向右端内径側には、軸方向左側に凹む嵌合凹部３３ａが形成されており、該嵌合凹部３３ａには後述するセンタポスト８２の筒状凸部８２ｄが挿入されている。

　図２に示されるように、弁体５１には、軸方向左端から順に、先端軸部５２、フランジ部５４、大径部５３が形成されている。

　先端軸部５２は、フランジ部５４及び大径部５３よりも小径であり、フランジ部５４は、大径部５３よりも小径である。大径部５３は、バルブハウジング１０の弁孔１０ｄよりも大径である。

　大径部５３の軸方向右側の端面には、径方向中央部において軸方向左側に凹む凹部５３ａと、軸方向右側に開口し凹部５３ａの外径側を取り囲むように形成される環状溝部５３ｂと、が設けられており、環状溝部５３ｂにはゴム素材から形成される環状のシール部材１５が圧入配置されている。

　このシール部材１５は、バルブハウジング１０の区画壁部１０ｅの軸方向左側の端面において弁孔１０ｄの周縁に設けられた弁座１０ｆに当接可能になっており、弁座１０ｆに当接した状態において弁座１０ｆと弁体５１との間の流体のリーク量をほぼゼロにしている。尚、シール部材１５は、ゴム素材に限られず、合成樹脂や金属等により構成されていてもよい。さらに尚、弁座１０ｆは、弁孔１０ｄに圧入固定されるバルブハウジング１０とは別の部材により構成されていてもよい。

　図１に戻って、ソレノイド８０は、軸方向左方に開放する開口部８１ａを有するケーシング８１と、ケーシング８１の開口部８１ａに挿入されケーシング８１の内径側とバルブハウジング１０の内径側との間に配置される略円筒形状のセンタポスト８２と、センタポスト８２に挿通され軸方向に往復動自在、かつその軸方向左端部がバルブハウジング１０内に配置されるロッド部材２０と、ロッド部材２０の軸方向右端部が挿嵌・固定される可動鉄心８４と、センタポスト８２の外側にボビンを介して巻き付けられた励磁用のコイル８６と、センタポスト８２の一部、可動鉄心８４、およびロッド部材２０の一部が収納される有底筒状のスリーブ８７と、から主に構成されている。

　センタポスト８２は、鉄やケイ素鋼等の磁性材料である剛体から形成され、軸方向に延びロッド部材２０が挿通される挿通孔８２ｃが形成される円筒部８２ｂと、円筒部８２ｂの左端面の内径側から軸方向左側に延びる筒状凸部８２ｄと、を備えている。

　挿通孔８２ｃの軸方向右側の部位は、ロッド部材２０よりも僅かに大径の小径孔部８２ｅとなっており、挿通孔８２ｃの軸方向左側の部位は、小径孔部８２ｅよりも大径の大径孔部８２ｆとなっている。この大径孔部８２ｆには、環状のベアリング１７が配置されており、ロッド部材２０の軸方向の移動をガイドしているとともに、ロッド部材２０の傾きを規制している。

　筒状凸部８２ｄは、第１ベローズ３０の嵌合凹部３３ａに嵌合するように挿入されている。

　また、センタポスト８２には、筒状凸部８２ｄの左端部から円筒部８２ｂの左端部に亘って外径方向に開口するように切り欠かれた切欠き部８２ｇが形成されている。切欠き部８２ｇを構成する底部は、その左端部がベアリング１７よりも軸方向左側、かつ筒状凸部８２ｄの左端面よりも軸方向右側の位置から断面視で内径方向に凸を成すように円弧状に外径方向に延びている。すなわち、切欠き部８２ｇの左端部は挿通孔８２ｃの大径孔部８２ｆに連通している。

　センタポスト８２の筒状凸部８２ｄが第１ベローズ３０の嵌合凹部３３ａに嵌合された状態において、切欠き部８２ｇは、ソレノイド８０内の背面空間Ｓ３における軸方向左側の部位と圧力制御弁Ｖ１の外部の空間とを連通する通路を形成している。すなわち、背面空間Ｓ３における軸方向左側の部位は大気圧となっている。

　尚、ここでいう背面空間Ｓ３における軸方向左側の部位は、第１ベローズ３０内の空間、及び大径孔部８２ｆにおけるベアリング１７よりも軸方向左側の空間を含んでいる。

　スリーブ８７は、センタポスト８２の一部、可動鉄心８４の一部が挿入される筒状部材８７ａと、軸方向左側に開口し、筒状部材８７ａの軸方向右端に接続される断面視Ｕ字状のキャップ部材８７ｂと、を有している。

　キャップ部材８７ｂには径方向に貫通するポート８７ｃが形成されており、ポート８７ｃはソレノイド８０内の背面空間Ｓ３における軸方向右側の部位と圧力制御弁Ｖ１の外部の空間とを連通している。すなわち、背面空間Ｓ３における軸方向右側の部位は大気圧となっている。

　尚、ここでいう背面空間Ｓ３における軸方向左側の部位は、大径孔部８２ｆにおけるベアリング１７よりも軸方向右側の空間、挿通孔８２ｃの小径孔部８２ｅ内の空間、及びスリーブ８７内の可動鉄心８４の左右の空間を含んでいる。

　ベアリング１７の内周面とロッド部材２０の外周面との間には僅かに隙間が形成されており、背面空間Ｓ３における軸方向右側の部位及び軸方向左側の部位は連通している。すなわち、ソレノイド８０内の背面空間Ｓ３は、１次圧空間Ｓ１と仕切られた弁体５１の背面側の主にスリーブ８７内の空間である。

　ロッド部材２０は、センタポスト８２の挿通孔８２ｃに挿通されており、ロッド部材２０の軸方向右端部は可動鉄心８４に挿嵌・固定され、ロッド部材２０の軸方向左端部は第１ベローズ３０の胴部３１内に挿入されている。また、ロッド部材２０の軸方向左端部は、固定板部３２の右面から軸方向右側に延びる軸部３２ｂの右端面において軸方向左側に凹む凹部３２ｃに挿嵌・固定されている。なお、ロッド部材２０の軸方向左端部は、固定板部３２の右面に接着材や溶接等で固定されていてもよい。

　また、図２に示されるように、弁体５１の有効受圧面積Ｂは、弁孔１０ｄの開口面積と同じ大きさとなっている。また、第１ベローズ３０の有効受圧面積Ａ及び第２ベローズ６０の有効受圧面積Ｃは、共に弁体５１の有効受圧面積Ｂと同じ大きさに形成されている（Ａ＝Ｂ＝Ｃ）。尚、弁体５１に作用する作動流体の圧力については後に詳述する。

　次いで、圧力制御弁Ｖ１の開閉動作について説明する。

　先ず、圧力制御弁Ｖ１の非通電状態について説明する。図１及び図２に示されるように、圧力制御弁Ｖ１は、非通電状態において、弁体５１がコイルスプリング１４の付勢力により軸方向右方、すなわち閉弁方向へと押圧されることで、弁体５１のシール部材１５が弁座１０ｆに着座し、弁５０が閉塞されている。

　このとき、軸方向右向きを正として、弁体５１には、コイルスプリング１４の付勢力（Ｆ_ｓｐ）と、１次圧空間Ｓ１内の作動流体の圧力Ｐ１による力（Ｆ_Ｐ１）と、２次圧空間Ｓ２内の作動流体の圧力Ｐ２による力（Ｆ_Ｐ２）と、背面空間Ｓ３内の大気の圧力Ｐ３による力（Ｆ_Ｐ３）と、が作用している（すなわち、右向きを正として、弁体５１には、力Ｆ_ｒｏｄ＝Ｆ_ｓｐ＋Ｆ_Ｐ１＋Ｆ_Ｐ２－Ｆ_Ｐ３が作用している）。尚、内部空間Ｓ４内は真空状態であり、弁体５１に作用する内部空間Ｓ４内の圧力による力Ｆ_Ｐ４は略ゼロであるため、ここでは説明を省略する。

　さらにこのとき、弁体５１の軸方向に作用する１次圧空間Ｓ１内の作動流体の圧力Ｐ１による力、２次圧空間Ｓ２内の作動流体の圧力Ｐ２による力はそれぞれほぼキャンセルされており、弁体５１は、１次圧空間Ｓ１及び２次圧空間Ｓ２内の作動流体による影響を受けないようになっている。

　具体的には、１次圧空間Ｓ１内において、作動流体の圧力Ｐ１は、第１ベローズ３０の有効受圧面積Ａに対して軸方向右向きに作用するとともに、弁体５１の有効受圧面積Ｂに対して軸方向左向きに作用する。すなわち、弁体５１には、軸方向右向きを正として、作動流体の圧力Ｐ１による力（Ｆ_Ｐ１）＝Ｐ１×（Ａ－Ｂ）が作用している。

　弁体５１の有効受圧面積Ｂは、第１ベローズ３０の有効受圧面積Ａと等しくなっている（Ａ＝Ｂ）ため、作動流体の圧力Ｐ１により弁体５１に作用する力（Ｆ_Ｐ１）はほぼゼロとなる。

　一方、２次圧空間Ｓ２内の作動流体の圧力Ｐ２は、弁体５１の軸方向左端面における該弁体５１の有効受圧面積Ｂから第２ベローズ６０の有効受圧面積Ｃを引いた面積に対して軸方向右向きに作用する。すなわち、弁体５１には、軸方向右向きを正として、作動流体の圧力Ｐ２による力（Ｆ_Ｐ２）＝Ｐ２×（Ｂ－Ｃ）が作用している。

　弁体５１の有効受圧面積Ｂは、第２ベローズ６０の有効受圧面積Ｃと等しくなっている（Ａ＝Ｂ）ため、作動流体の圧力Ｐ２により弁体５１に作用する力（Ｆ_Ｐ２）はほぼゼロとなる。

　すなわち、右向きを正として、弁体５１には、実質的に力Ｆ_ｒｏｄ＝Ｆ_ｓｐ－Ｆ_Ｐ３が作用しており、コイルスプリング１４の付勢力（Ｆ_ｓｐ）は、圧力Ｐ３による力（Ｆ_Ｐ３）よりも大きい（Ｆ_ｓｐ＞Ｆ_ｐ３）ので、閉弁方向へと押圧されて弁５０が閉塞されている。

　次に、圧力制御弁Ｖ１の通電状態について説明する。図３に示されるように、圧力制御弁Ｖ１は、通電状態（すなわち通常制御時、いわゆるデューティ制御時）において、ソレノイド８０に電流が印加されることにより発生する電磁力（Ｆ_ｓｏｌ）が力Ｆ_ｒｏｄを上回る（Ｆ_ｓｏｌ＞Ｆ_ｒｏｄ）と、可動鉄心８４がセンタポスト８２側、すなわち軸方向左側に引き寄せられ、可動鉄心８４に固定されたロッド部材２０および弁体５１が軸方向左方、すなわち開弁方向へ共に移動することにより、弁体５１のシール部材１５が弁座１０ｆから離間し、弁５０が開放される。

　また、ソレノイド８０の駆動時には、弁体５１の先端軸部５２が軸部材１６の右端軸部１６ｂに接触することで、弁体５１がさらに弁座１０ｆから離間すなわち離座することが規制される。

　このとき、弁体５１には、軸方向左方に電磁力（Ｆ_ｓｏｌ）、軸方向右方に力Ｆ_ｒｏｄが作用している（すなわち、右向きを正として、弁体５１には、力Ｆ_ｒｏｄ－Ｆ_ｓｏｌが作用している）。

　このように、圧力制御弁Ｖ１は、ソレノイド８０の電磁力（Ｆ_ｓｏｌ）と、コイルスプリング１４の付勢力（Ｆ_ｓｐ）と圧力Ｐ３による力（Ｆ_Ｐ３）との差分（Ｆ_ｓｐ－Ｆ_ｐ３）とのバランスにより調整される弁５０の弁開度により、２次圧空間Ｓ２内の作動流体の圧力Ｐ２を適宜制御することができる。

　尚、本実施例では、第１ベローズ３０自身の付勢力および第２ベローズ６０自身の付勢力が弁体５１にほとんど作用しない形態を例示したが、第１ベローズ３０自身の付勢力および第２ベローズ６０自身の付勢力が作用するようになっていてもよい。

　以上説明したように、本実施例の圧力制御弁Ｖ１は、弁体５１における弁座１０ｆと軸方向反対側の位置において、軸方向に伸縮可能な第２ベローズ６０が弁体５１と軸部材１６とに亘って設けられているため、第２ベローズ６０により２次圧空間Ｓ２の流体圧が弁体５１に作用する実質的な受圧面積を小さくすることができ、２次圧空間Ｓ２の流体圧により弁体５１に及ぼす力の影響を小さくすることができる。

　そのため、弁体５１を精度よく弁座１０ｆから離間させる方向に移動させることができる。また、小さな電磁力で弁体５１を弁座１０ｆから離間させる方向に移動させることができるため、ソレノイド８０の構成を小さくできる。特に、弁孔１０ｄの開口面積を大きく形成して大きな流量の制御流体を制御する場合に有用である。

　加えて、弁体５１の受圧面（すなわち大径部５３の軸方向右端面）と、該受圧面に対向する第１ベローズ３０の受圧面と、により弁体５１に作用する１次圧空間Ｓ１内の作動流体の圧力Ｐ１による力の影響を小さくすることができるため、弁体５１を精度よく弁座１０ｆから離間させる方向に移動させることができる。

　また、第２ベローズ６０は密閉された内部空間Ｓ４を有しており、第２ベローズ６０はその状態で軸方向に伸縮可能となっている。これによれば、第２ベローズ６０が軸方向に伸縮する際に、内部空間Ｓ４に流体を出し入れするための流路を必要としないため、構造を簡素にできる。すなわち、第２ベローズ６０が設置される周囲環境によらず、圧力制御弁Ｖ１の配置の自由度が高い。

　また、内部空間Ｓ４は真空状態であるため、第２ベローズ６０の伸縮に伴う内部空間Ｓ４の容積の変化により弁体５１に作用する力の変化を小さくすることができる。例えば、第２ベローズ６０が軸方向に圧縮されたときに、内部空間Ｓ４内の流体圧が高まることを抑えることができ、第２ベローズ６０を圧縮方向に大きくストロークさせることができる。さらに、弁体５１に作用する内部空間Ｓ４内の圧力による力を略ゼロとすることができる。

　また、第２ベローズ６０の有効受圧面積Ｃは、弁孔１０ｄの開口面積、すなわち弁体５１の有効受圧面積Ｂと等しくなっている。これにより、弁体５１に作用する２次圧空間Ｓ２の流体圧による力がキャンセルされるため、２次圧空間Ｓ２の流体圧によらず、精度よく弁体５１を移動させることができる。

　加えて、第１ベローズ３０の有効受圧面積Ａは、弁体５１の有効受圧面積Ｂと等しくなっている。これにより、弁体５１に作用する１次圧空間Ｓ１の流体圧による力がキャンセルされるため、１次圧空間Ｓ１の流体圧によらず、精度よく弁体５１を移動させることができる。

　また、弁体５１を軸方向右側に付勢するコイルスプリング１４は、第２ベローズ６０と径方向に重畳するように並列に配置されているため、コイルスプリング１４の付勢力により第２ベローズ６０の軸方向の伸縮を安定させることができる。

　また、バルブハウジング１０は、第２ベローズ６０の一端が密封状に固定されるとともに本体部１０Ａに対する軸方向位置を調整可能な蓋部材１３及び軸部材１６を有している。これによれば、蓋部材１３を動かして弁体５１との距離を変更することで、第２ベローズ６０の伸縮度合いと第２ベローズ６０の付勢力とを同時に調整することができる。

　図１～図３を参照して、蓋部材１３及び軸部材１６と弁体５１との距離を変更する際には、軸部材１６の回転を規制した状態で本体部１０Ａに対して蓋部材１３のみを回転させることにより、任意の蓋部材１３の螺合深度に変更することができるようになっている。このようにすることで、蓋部材１３及び軸部材１６と弁体５１との距離を変更する際に第２ベローズ６０の捻れや第１ベローズ３０の捻れが生じることを回避することができる。

　また、上記構成により第２ベローズ６０はバルブハウジング１０の本体部１０Ａに対して相対回転可能となっているため、弁５０の作動に伴って第２ベローズ６０が捩じれることを抑制できる。

　さらに、内部空間Ｓ４は真空状態のため、真空を基準としてコイルスプリング１４の付勢力を調整しやすい。

　また、コイルスプリング１４は第２ベローズ６０内に配置されているため、２次圧空間Ｓ２の流体圧や作動流体の流れがコイルスプリング１４に作用せず、コイルスプリング１４の付勢力を弁体５１に対して適正に作用させることができる。

　次に、実施例２に係る圧力制御弁につき、図４を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

　本実施例２の圧力制御弁Ｖ２は、付勢手段としてのコイルスプリング１４０が背面空間Ｓ３内に配置されている。

　詳しくは、ソレノイド８００は、コイル８６の内側の軸方向右側にセンタポスト８２０が配置されており、コイル８６の内側の軸方向左側に可動鉄心８４０が配置されている。センタポスト８２０の左端部における径方向中央部には軸方向右側に凹む凹部８２０ａが形成されており、凹部８２０ａには、コイルスプリング１４０が配置されている。

　このコイルスプリング１４０は、凹部８２０ａの径よりも僅かに小径であり、被圧縮状態において凹部８２０ａの軸方向の長さよりも軸方向に長く形成されており、センタポスト８２０と可動鉄心８４０との間に配置されている。言い換えれば、コイルスプリング１４０は、第２ベローズ６０と軸方向に離間して配置されており、径方向に重畳していない。

　上記のような構成により、圧力制御弁Ｖ２の非通電状態にあっては、弁体５１がコイルスプリング１４０の付勢力により軸方向左側に移動し、シール部材１５が弁座１０ｆから離間している。すなわち、圧力制御弁Ｖ２は、ノーマルオープン型の弁となっている。

　この圧力制御弁Ｖ２は、前記実施例１と同様に、弁体５１の軸方向に作用する２次圧空間Ｓ２内の作動流体の圧力による力がほぼキャンセルされているため、圧力制御弁Ｖ２を通電状態から非通電状態にしたときに、２次圧空間Ｓ２内の作動流体の圧力が弁体５１の開弁方向への移動に影響しない。

　また、コイルスプリング１４０が背面空間Ｓ３内に配置されているため、コイルスプリング１４０に大気圧よりも高圧の１次圧空間Ｓ１及び２次圧空間Ｓ２の流体圧が作用することが回避されるため、コイルスプリング１４０の付勢力を弁体５１に対して適正に作用させることができる。

　また、コイルスプリング１４０は、凹部８２０ａの径よりも僅かに小径であり、凹部８２０ａを構成するセンタポスト８２０の内周面と該コイルスプリング１４０との間にほとんど隙間が形成されないため、センタポスト８２０の内周面によりコイルスプリング１４０が傾くことが規制される。

　次に、実施例３に係る圧力制御弁につき、図５を参照して説明する。尚、前記実施例１に示される構成部分と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

　本実施例３の圧力制御弁Ｖ３は、付勢手段としてのコイルスプリング２４０が２次圧空間Ｓ２内、すなわち第２ベローズ６０の胴部６１の外径側に並列に配置されている。これによれば、コイルスプリング２４０の付勢力により第２ベローズ６０の軸方向の伸縮を安定させることができる。

　さらに、第２ベローズ６０の内部にコイルスプリング２４０を設置しなくて済むため、コイルスプリング２４０の設置が簡便である。詳しくは、コイルスプリング２４０の内径は、軸部材１６の大径フランジ部１６ｄよりも大径に形成されており、コイルスプリング２４０の軸方向左端部は、蓋部材１３の右面に当接している。

　そのため、弁体５１と軸部材１６を第２ベローズ６０の胴部６１により連結した後、軸部材１６側からコイルスプリング２４０を軸方向に挿通して胴部６１の外径側に配置し、その後、軸部材１６の左端軸部１６ｃを蓋部材１３の貫通孔１３ａに挿入することで、第２ベローズ６０（すなわち胴部６１、軸部材１６、弁体５１）と、コイルスプリング２４０と、蓋部材１３とをユニット化することができ、圧力制御弁Ｖ３の組立作業を簡便に行うことができる。

　以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

　例えば、前記実施例１～３では、第２ベローズの有効受圧面積を弁体の有効受圧面積と等しく形成して弁体に作用する２次圧空間の流体圧による力をキャンセルする形態を例示したが、これに限られず、弁体に作用する２次圧空間の流体圧による力の影響が小さくなればよい。例えば、第２ベローズの有効受圧面積が弁体の有効受圧面積よりも僅かに小さいまたは大きくてもよい。このように第２ベローズと弁体との有効受圧面積が異なる場合、第２ベローズの有効受圧面積を弁体の有効受圧面積よりも小さく形成して、弁体が弁座に当接された状態を維持しやすくすることが好ましい。

　また、前記実施例１～３では、第１ベローズの有効受圧面積を弁体の有効受圧面積と等しく形成して弁体に作用する１次圧空間の流体圧による力をキャンセルする形態を例示したが、これに限られず、弁体に作用する１次圧空間の流体圧による力の影響が小さくなればよい。例えば、第１ベローズの有効受圧面積が弁体の有効受圧面積よりも僅かに小さいまたは大きくてもよい。

　また、前記実施例１～３では、第１ベローズにより１次圧空間と背面空間とが区画される形態を例示したが、ロッドとバルブハウジングまたはソレノイドのケースとが摺接することにより１次圧空間と背面空間とが区画されていてもよい。すなわち、１次圧空間と背面空間とがロッドの外周面とバルブハウジングまたはソレノイドのケースの内周面との僅かな隙間により連通していてもよい。

　また、前記実施例１～３では、１次圧空間の圧力によりロッドに閉弁方向に向かう力を作用させる受圧面が第１ベローズに設けられる形態を例示したが、ロッドの弁体側に小径部、ロッドのソレノイド側に大径部を設け、小径部と大径部との間の段差を受圧面としてもよい。

　また、前記実施例１～３では、弁体とロッドが別部材で構成されている構成を例示したが、これに限られず、弁体とロッドが一体であってもよい。

　また、前記実施例１～３では、第２ベローズの内部空間が密閉されている形態を例示したが、第２ベローズの内部空間が外部空間と連通していてもよい。この場合、外部空間内の流体圧が２次圧空間内の流体圧よりも低くなっていればよい。

　また、前記実施例１～３では、密閉された第２ベローズの内部空間が真空状態となっている形態を例示したが、第２ベローズの内部空間は２次圧空間内の流体圧よりも低い流体が封入されていてもよい。

　また、前記実施例１～３では、付勢手段が押しバネである形態を例示したが、引きバネであってもよい。また、付勢手段はコイルスプリングに限られず、板バネ等であってもよい。

　また、前記実施例１では、付勢手段が内部空間に配置される形態、前記実施例２では、付勢手段が背面空間に配置される形態、前記実施例３では、付勢手段が２次圧空間に配置される形態を例示したが、付勢手段が１次圧空間に配置されていてもよい。

　また、前記実施例１～３では、可動部材がバルブハウジングを構成している形態を例示したが、バルブハウジングを構成していなくてもよい。具体的には、可動部材とバルブハウジングとが２次圧空間を形成していなくてもよく、可動部材は、バルブハウジングと相対移動可能であり、かつバルブハウジングとの相対位置を固定可能であればよい。

　また、前記実施例１～３では、弁体が弁座に環状に面接触する例を説明したが、例えば、環状に線接触するものであってもよい。

　また、前記実施例１～３では、弁体の有効受圧面積Ｂは、弁孔１０ｄの開口面積に等しい例について説明したが、弁体が弁孔よりも外径箇所で接触する構成として、弁孔の開口面積よりも大きくてもよい。

　また、前記実施例１，２では、弁体を移動させる駆動源としてソレノイドを用いる形態を例示したが、ソレノイド以外の駆動源を用いて弁体を移動させてもよい。

　また、前記実施例１～３では、弁が圧力制御弁である例を説明したが、例えば、空調システムにおいて凝縮器と蒸発器との間に配置される膨張弁や、空調システムにおいて容量可変型圧縮機に組み込まれる容量制御弁等であってもよい。

１０　　　　　　　バルブハウジング
１０Ａ　　　　　　本体部
１０ｄ　　　　　　弁孔
１０ｆ　　　　　　弁座
１３　　　　　　　蓋部材（可動部材）
１４　　　　　　　コイルスプリング（付勢手段）
１６　　　　　　　軸部材（可動部材）
２０　　　　　　　ロッド部材（ロッド）
３０　　　　　　　第１ベローズ
３２ａ　　　　　　突出軸部（ロッド）
５０　　　　　　　弁
５１　　　　　　　弁体
６０　　　　　　　第２ベローズ
６１　　　　　　　胴部
８０　　　　　　　ソレノイド（駆動源）
１４０，２４０　　コイルスプリング
８００　　　　　　ソレノイド（駆動源）
Ａ～Ｃ　　　　　　有効受圧面積
Ｐ１～Ｐ３　　　　圧力
Ｓ１　　　　　　　１次圧空間
Ｓ２　　　　　　　２次圧空間
Ｓ３　　　　　　　背面空間
Ｓ４　　　　　　　内部空間
Ｖ１～Ｖ３　　　　圧力制御弁

Claims

　１次圧空間と２次圧空間とこれら空間を連通する弁孔とが形成されたバルブハウジングと、
　前記バルブハウジングにおける前記弁孔よりも前記２次圧空間側に設けられる弁座と、
　駆動源により軸方向に移動可能に前記バルブハウジング内に配置されるロッドと、
　前記２次圧空間に配置され前記ロッドの移動により前記弁座に着座または離座する弁体と、を備え、
　前記１次圧空間の圧力により前記ロッドに前記２次圧空間とは反対側に向かう力を作用させる受圧面が設けられている弁であって、
　前記弁体における前記弁座と軸方向反対側には、軸方向に伸縮可能なベローズが前記弁体と前記バルブハウジングとに亘って配置されている弁。
　前記ベローズは密閉された内部空間を有している請求項１に記載の弁。
　前記内部空間は真空状態である請求項２に記載の弁。
　前記ベローズの有効受圧面積は、前記弁の有効面積と等しくなっている請求項１ないし３のいずれかに記載の弁。
　前記弁体を軸方向一方側に付勢する付勢手段を備え、前記付勢手段は前記ベローズと並列に配置されている請求項１ないし４のいずれかに記載の弁。
　前記バルブハウジングは、前記ベローズの一端が密封状に固定されるとともに軸方向位置を調整可能な可動部材を有している請求項５に記載の弁。
　前記付勢手段は前記ベローズ内に配置されている請求項５または６に記載の弁。
　前記ベローズは、前記バルブハウジングに対して回動可能に配置されている請求項１ないし７のいずれかに記載の弁。