(57)【要約】      （修正有）【課題】前後差圧に影響されることなく全閉時における漏れの発生をなくすことができる封止弁を提供すること。【解決手段】弁孔１６を含む弁座１３と、弁孔１６を開閉する弁体１４と、全閉時に弁体１４と弁座１３との間を封止するシール部材２０を備える封止弁において、シール部材２０は、弁座１３に固定される固定部２１と、弁体１４のシール面１８に当接する当接部２２と、固定部２１と当接部２２との間に設けられた括れ部２３とを有し、当接部２２が括れ部２３を中心にして回動するようになっている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁孔を含む弁座と、前記弁孔を開閉する弁体と、全閉時に前記弁体と前記弁座との間を封止するシール部材を備える封止弁において、
前記シール部材は、前記弁座に固定される固定部と、前記弁体に当接する当接部と、前記固定部と前記当接部との間に設けられた括れ部とを有し、前記当接部が前記括れ部を中心にして回動するものである
ことを特徴とする封止弁。
【請求項２】
請求項１に記載する封止弁において、
前後差圧がない状態で全閉のときに、前記弁体のシール面と対向する前記当接部の対向面のうち前記弁体に接触しない非接触面の面積が、前記非接触面の裏側に位置する前記当接部の端部から前記括れ部までの裏面の面積よりも小さい
ことを特徴とする封止弁。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する封止弁において、
前記当接部の対向面は、前記括れ部に位置する前記当接部の回動中心から前記対向面までの距離が、前記シール部材と前記弁体とのシール位置から両端部に向うにつれて大きくなる略円弧形状をなしている
ことを特徴とする封止弁。
【請求項４】
請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの封止弁において、
前記弁体のシール面の両端部及び前記当接部の対向面の両端部は、Ｒ形状をなしている
ことを特徴とする封止弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路を開閉する封止弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、流路を流れる流体の供給・停止を制御するために封止弁が使用されている。そして、特許文献１に開示された偏心弁（弁体のシール面が回転軸から偏心して配置される流量制御弁）を利用し、偏心弁の閉弁状態におけるシール性を向上させ、この偏心弁を封止弁として利用することを、本出願人が特願２０１５−２５３２５９号にて提案している。この封止弁（偏心弁）は、弁座にシール部を設け、シール部に弁体を密着させて（押し付けて）流路を封止するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１６／００２５９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した封止弁（偏心弁）では、全閉時において、前後差圧によってはシール部が弁体から離れる方向へ変形してしまい、漏れが発生するおそれがある。例えば、図１３に示すように、弁体１１４より上流側が正圧（高圧）になるような場合には、シール部１２１の変形部１２１ａが弁体１１４から離れる方向へ変形してしまうため、漏れが発生してしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、前後差圧に影響されることなく全閉時における漏れの発生をなくすことができる封止弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた本発明の一形態は、弁孔を含む弁座と、前記弁孔を開閉する弁体と、全閉時に前記弁体と前記弁座との間を封止するシール部材を備える封止弁において、前記シール部材は、前記弁座に固定される固定部と、前記弁体に当接する当接部と、前記固定部と前記当接部との間に設けられた括れ部とを有し、前記当接部が前記括れ部を中心にして回動するものであることを特徴とする。
【０００７】
この封止弁では、シール部材が、弁座に固定される固定部と、弁体に当接する当接部と、固定部と当接部との間に設けられた括れ部とを有し、当接部が括れ部を中心にして回動するものであるため、例えば、弁体より上流側が正圧（高圧）になるような前後差圧が発生した場合には、当接部が下流側へ押されて、当接部が括れ部を中心に回動して弁体に押さえつけられる。逆に、弁体より上流側が負圧（低圧）になるような前後差圧が発生した場合には、当接部が上流側へ押されて、当接部が括れ部を中心に（逆方向に）回動して弁体に押さえつけられる。そのため、前後差圧に影響されることなく全閉時における漏れの発生をなくすことができる。
【０００８】
上記した封止弁において、前後差圧がない状態で全閉のときに、前記弁体のシール面と対向する前記当接部の対向面のうち前記弁体に接触しない非接触面の面積が、前記非接触面の裏側に位置する前記当接部の端部から前記括れ部までの裏面の面積よりも小さいことが望ましい。
【０００９】
このようにすることにより、前後差圧が発生した場合に、シール部材の当接部を弁体に確実に押し付けるように回動させることができる。そのため、当接部を弁体にしっかりと押しつけることができ、全閉時における漏れの発生をなくすことができる。
【００１０】
また、上記した封止弁において、前記当接部の対向面は、前記括れ部に位置する前記当接部の回動中心から前記対向面までの距離が、前記シール部材と前記弁体とのシール位置から両端部に向うにつれて大きくなる略円弧形状をなしていることが好ましい。
【００１１】
当接部の対向面の形状をこのような略円弧形状にすることにより、当接部が回動したときに当接部を弁体に確実に押しつけることができ、全閉時における漏れの発生をなくすことができる。
【００１２】
そして、上記した封止弁において、前記弁体のシール面の両端部及び前記当接部の対向面の両端部は、Ｒ形状をなしていることが好ましい。
【００１３】
このようにすることにより、弁体の開閉時にシール部材が損傷することを防止することができるとともに、シール部材の摩耗も抑制することができる。その結果として、全閉時における漏れ性能が長期間にわたって損なわれない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る封止弁によれば、前後差圧に影響されることなく全閉時における漏れの発生をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係る封止弁の正面図である。
【図２】実施形態に係る封止弁の上面図である。
【図３】弁体がシール部材（弁座）に着座した全閉状態における弁部を一部破断して示した斜視図である。
【図４】弁体がシール部材（弁座）から最も離れた全開状態における弁部を一部破断して示した斜視図である。
【図５】弁体及びシャフトを示す側面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図９】全閉時に前後差圧がない場合における弁体とシール部材との状態を示す図である。
【図１０】シール部材における当接部の形状を説明する図である。
【図１１】全閉時に上流側が負圧（低圧）の場合における弁体とシール部材との状態を示す図である。
【図１２】全閉時に上流側が正圧（高圧）の場合における弁体とシール部材との状態を示す図である。
【図１３】従来のシール部材を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の封止弁を具体化した実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態では、燃料電池システムにおいて燃料電池スタックへのエアの供給と遮断を切り替える封止弁に本発明を適用した場合を例示して説明する。
【００１７】
封止弁１は、図１と図２に示すように、二重偏心弁より構成される弁部２と、駆動機構部３とを備える。弁部２は、内部に流体としてのエアが流れる流路１１を備え、流路１１の中には弁座１３、弁体１４及びシャフト１５（図７や図８参照）が配置されている。シャフト１５には、駆動機構部３から駆動力（回転力）が伝えられるようになっている。駆動機構部３は、モータ３２と減速機構３３（図７や図８参照）を備えている。
【００１８】
図３、図４に示すように、流路１１に弁座１３が組み込まれている。弁座１３は、円環状をなし、中央に弁孔１６を有する。また、弁座１３には、シール部材２０が固定されている。弁体１４は、円板状の部分を備え、その円板状の部分の外周には、シール部材２０に当接する環状のシール面１８が形成されている。シール面１８の両端部１８ａ，１８ｂは、丸みが付けられたＲ形状をなしている（図５や図６参照）。弁体１４は、シャフト１５に一体的に設けられ、シャフト１５と一体的に回転する。図３、図４において、弁座１３より上の流路１１はエアの流れの上流側を示し、弁体１４より下の流路１１がエアの流れの下流側を示す。すなわち、流路１１において弁体１４は、弁座１３よりもエアの流れの下流側に配置されている。
【００１９】
ここで、シール部材２０は、図３、図４に示すように、弁座１３に固定される固定部２１と、弁体１４に当接する当接部２２と、固定部２１と当接部２２との間に設けられた括れ部２３とを有する円環状のゴムシールである。このシール部材２０は、当接部２２が括れ部２３を中心にして回動（首振り）するようになっている。そして、全閉時において、弁体１４のシール面１８に対向する当接部２２の対向面２４と弁体１４のシール面１８とが面接触することによりシール性能が確保される。当接部２２（対向面２４）の両端部２２ａ，２２ｂは、丸みが付けられたＲ形状をなしている（図９参照）。
【００２０】
また、図９に示すように、当接部２２において、前後差圧がない状態で全閉のときに、対向面２４のうち弁体１４のシール面１８に接触しない非接触面２４ａの面積Ｓ１が、非接触面２４ａの裏側に位置する当接部２２の端部から括れ部２３までの裏面２５の面積Ｓ２よりも小さくなっている（Ｓ１＜Ｓ２）。これにより、前後差圧が発生した場合に、シール部材２０の当接部２２を弁体１４に確実に押し付けるように回動させることができる。そのため、当接部２２を弁体１４にしっかりと押しつけることができ、全閉時における漏れの発生をなくすことができる。なお、非接触面２４ａと裏面２５の上記関係は、上流側に位置する非接触面２４ａ及び裏面２５と下流側に位置する非接触面２４ａ及び裏面２５とでそれぞれ成立している。
【００２１】
さらに、対向面２４は、図１０に示すように、括れ部２３に位置する当接部２２の回動中心Ｃから対向面２４までの距離Ｌ（破線矢印の部分）が、シール部材２０と弁体１４とのシール位置Ａから当接部２２の両端部２２ａ，２２ｂに向うにつれて徐々に大きくなる略円弧形状をなしている。言い換えると、当接部２２の回動軌跡ＴＲ１の半径Ｒ１が、対向面２４を一部とする円ＴＲ２の半径Ｒ２よりも小さくなっている（Ｒ１＜Ｒ２）。このような対向面２４の形状により、当接部２２が回動したときに当接部２２を弁体１４に確実に押しつけることができ、全閉時における漏れの発生をなくすことができる。
【００２２】
図５と図６に示すように、シャフト１５の中心軸Ｌｓは、弁体１４の径方向と平行に伸び、弁体１４の中心軸Ｌｖから弁体１４の径方向（弁孔１６の中心Ｐ１から弁孔１６の径方向）へ偏心して配置されると共に、弁体１４のシール面１８がシャフト１５の中心軸Ｌｓから弁体１４の中心軸Ｌｖが伸びる方向へ偏心して配置されている。このようにして、弁部２は、二重偏心弁より構成されている。また、シャフト１５の中心軸Ｌｓを中心に弁体１４を回転させることにより、弁体１４のシール面１８が、シール部材２０に面接触する全閉位置（図３参照）とシール部材２０から最も離れる全開位置（図４参照）との間で移動可能となっている。
【００２３】
図１、図７及び図８に示すように、金属製又は合成樹脂製の弁ハウジング３５は、流路１１が形成されたボア部１２と、モータ３２を収容するためのモータ収容部３５ａとを備えている。また、弁ハウジング３５内に、弁体１４及びシャフト１５が配置されている。シャフト１５は、その先端から突出するピン１５ａを備えている。このように、ピン１５ａは、シャフト１５の中心軸Ｌｓ（図８参照）方向の一方（弁体１４側）の端部に設けられている。一方、シャフト１５の中心軸Ｌｓ方向の他方（メインギヤ４１側）の端部には、基端部１５ｂが設けられている。図７と図８に示すように、シャフト１５の基端部１５ｂには、メインギヤ４１が固定されている。弁ハウジング３５とメインギヤ４１との間には、リターンスプリング４０が設けられている。
【００２４】
シャフト１５はピン１５ａがある先端側が自由端とされており、シャフト１５の先端部が流路１１に挿入されて配置されている。また、シャフト１５は、互いに離れて配置された２つの軸受である第１軸受３７と第２軸受３８を介して弁ハウジング３５に対し回転可能に片持ち支持されている。第１軸受３７と第２軸受３８は、ともにボールベアリングにより構成され、弁ハウジング３５に圧入固定されている。第１軸受３７と第２軸受３８は、シャフト１５の中心軸Ｌｓ方向について弁体１４とメインギヤ４１との間の位置に配置されている。
【００２５】
シャフト１５は、第１軸受３７の内輪に圧入され、第２軸受３８の内輪に挿入されている。これにより、シャフト１５は、第１軸受３７と第２軸受３８によって回転可能に支持されている。そして、シャフト１５の先端部に形成されたピン１５ａに対して弁体１４が溶接により固定され、流路１１内に弁体１４が配置されている。
【００２６】
モータ３２は、図７に示すように、弁ハウジング３５に形成されたモータ収容部３５ａに収容されて固定されている。モータ３２は、弁体１４を開閉駆動するために減速機構３３を介してシャフト１５に駆動連結されている。すなわち、モータ３２の出力軸には、モータギヤ４３が固定されている。このモータギヤ４３は、中間ギヤ４２を介してメインギヤ４１に駆動連結されている。モータ３２は、シャフト１５を開弁、および、閉弁方向に回転させる駆動力を発生させる。
【００２７】
中間ギヤ４２は、二段ギヤであり、ピンシャフト４４を介して弁ハウジング３５に回転可能に支持されている。中間ギヤ４２には、モータギヤ４３とメインギヤ４１が駆動連結されている。本実施形態では、メインギヤ４１と中間ギヤ４２とモータギヤ４３は、軽量化のために樹脂材料より形成されている。
【００２８】
そして、弁ハウジング３５の開口端は、金属製又は合成樹脂製のエンドフレーム３６により閉鎖されている。エンドフレーム３６は、弁ハウジング３５に対し複数のクリップ３９（図１、図２参照）により固定されている。
【００２９】
このような構成の封止弁１は、図３に示すような弁体１４の全閉状態から、モータ３２に通電させると、モータ駆動力によりモータギヤ４３が正方向（弁体１４を開弁させる方向）へ回転して、その回転が中間ギヤ４２により減速されてメインギヤ４１に伝達される。そして、メインギヤ４１に固定されるシャフト１５が、リターンスプリング４０により発生する力であって閉弁方向へ付勢するリターンスプリング力に抗して、中心軸Ｌｓを中心に回転することにより、図４の矢印で示すように弁体１４が回転して流路１１が開かれる。このとき、弁体１４はシール部材２０と接触しているが、弁体１４のシール面１８の両端部がＲ形状をなしているため、シール部材２０の当接部２２を損傷することなくスムーズに回転する。そのため、シール部材２０の摩耗を抑制することができる。
【００３０】
そして、弁体１４が回転する途中でモータ３２に印加させる駆動電圧が一定に維持されると、そのときの弁体１４の回転位置にてモータ駆動力とリターンスプリング力とが均衡して、弁体１４は所定開度に保持される。その後、モータ３２への通電を停止すると、リターンスプリング力により閉弁方向へ弁体１４が回転して流路１１が閉じられる。このとき、弁体１４がシール部材２０に近づいていき、シール部材２０との締め代を作るようにシール部材２０に接触し押圧していくが、当接部２２の両端部２２ａ，２２ｂがＲ形状をなしているため、弁体１４がシール部材２０に接触する際に当接部２２を巻き込んでしまって当接部２２を損傷させることを確実に防止することができる。このことによっても、シール部材２０の摩耗が抑制される。このように、弁体１４の開閉時にシール部材２０の摩耗が抑制されるので、長期間にわたって全閉時における漏れ性能が損なわれない。
【００３１】
ここで、封止弁１が全閉状態のときに、前後差圧がない場合には、図９に示すように、弁体１４がシール部材２０（当接部２２）を押さえつけて、弁体１４のシール面１８がシール部材２０の当接部２２に面接触する。そのため、全閉時における漏れの発生をなくすことができる。
【００３２】
そして、封止弁１が全閉状態のときに、例えば上流側が負圧（低圧）になって前後差圧が発生した場合には、図１１に示すように、前後差圧により、弁体１４が上流側へ押され、シール部材２０の当接部２２に押し付けられる。また、シール部材２０の当接部２２は、前後差圧により、当接部２２が上流側へ引っ張られ、当接部２２が括れ部２３を中心に上流側へ回動する。これにより、当接部２２の下流側が弁体１４のシール面１８に押し付けられる。従って、上流側に負圧が作用して前後差圧が発生しても、全閉時における漏れの発生をなくすことができる。
【００３３】
また、封止弁１が全閉状態のときに、上流側が正圧（高圧）になって前後差圧が発生した場合には、図１２に示すように、前後差圧により、弁体１４が下流側へ押され、シール部材２０の当接部２２から離れるおそれがある。しかしながら、封止弁１では、非接触面２４ａの面積Ｓ１が、非接触面２４ａの裏面２５の面積Ｓ２よりも小さい（Ｓ１＜Ｓ２）ので、シール部材２０の当接部２２が、前後差圧により、当接部２２が確実に下流側へ押され、当接部２２が括れ部２３を中心に下流側へ回動する。そして、当接部２２の対向面２４は、当接部２２の回動中心Ｃから対向面２４までの距離Ｌが、シール部材２０と弁体１４とのシール位置Ａから当接部２２の両端部２２ａ，２２ｂに向うにつれて徐々に大きくなる略円弧形状をなしているので、当接部２２の下流側への回動により、当接部２２の上流側が弁体１４のシール面１８に確実に押し付けられる。従って、上流側に正圧が作用して前後差圧が発生しても、全閉時における漏れの発生をなくすことができる。
【００３４】
以上、詳細に説明したように本実施形態に係る封止弁１によれば、シール部材２０が、弁座１３に固定される固定部２１と、弁体１４に当接する当接部２２と、固定部２１と当接部２２との間に設けられた括れ部２３とを有し、当接部２２が括れ部２３を中心にして回動するものであるため、全閉時に上流側に負圧又は正圧のどちらが作用して前後差圧が発生すると、シール部材２０の当接部２２が括れ部２３を中心にして回動する。この当接部２２の回動動作により、当接部２２が弁体１４のシール面１８に押し付けられるため、前後差圧の影響を受けることなく全閉時における漏れの発生をなくすことができる。
【００３５】
なお、上記した実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記の実施形態では、封止弁として二重偏心弁を例示したが、本発明は、二重偏心弁に限られることなく、その他のタイプの封止弁（例えば、ポペット弁など）にも適用することができる。
【００３６】
また、上記の実施形態では、流路１１において弁体１４が、弁座１３よりもエアの流れの下流側に配置されているが、これとは逆に、流路１１において弁体１４が、弁座１３よりもエアの流れの上流側に配置されてもよい。すなわち、流路１１におけるエアの流れが逆向きであってもよい。この場合にも、上記した効果を得ることができ、前後差圧の影響を受けることなく全閉時における漏れの発生をなくすことができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  封止弁
２  弁部
３  駆動機構部
１１  流路
１３  弁座
１４  弁体
１６  弁孔
１８  シール面
２０  シール部材
２１  固定部
２２  当接部
２２ａ  端部
２２ｂ  端部
２３  括れ部
２４  対向面
２４ａ  非接触面
２５  裏面
【図１】
2018004002.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】
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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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