(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流通する流路を有したボディと、前記流路に臨むように設けられた弁座面と、該弁座面に対して着座自在に設けられ前記流路の連通状態を切り換える弁体と、該弁体を軸方向に沿って移動させる駆動手段とを備えた弁装置であって、
互いに対向する前記弁体及び前記弁座面のいずれか一方に、それぞれ直径が異なり且つ互いに同心状となる複数の環状溝が径方向に並ぶように設けられると共に、
前記弁体又は前記弁座面の他方には、複数の凹状部又は梨地状部が形成されることを特徴とする弁装置。
【請求項２】
請求項１記載の弁装置において、
前記弁体及び前記弁座面の一方は、少なくとも一部が樹脂製材料から形成され、前記環状溝が前記樹脂製材料からなる前記弁体又は前記弁座面に設けられることを特徴とする弁装置。
【請求項３】
請求項２記載の弁装置において、
前記弁体及び前記弁座面の他方は、少なくとも一部が弾性材料から形成されることを特徴とする弁装置。
【請求項４】
請求項１又は３記載の弁装置において、
前記弁体は、前記弁座面側に向かって突出した環状の接触部を備え、前記接触部が前記弁座面に当接することを特徴とする弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸方向に移動自在な弁体を有し、該弁体がボディの弁座面へと着座することで流体の流れる流路の連通状態を遮断可能な弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流路を流れる流体の流通状態を切り換え可能な弁装置が知られており、例えば、特許文献１には、ボディの内部に軸方向に沿って移動自在に弁体が設けられ、該弁体はピストンロッドに連結されると共に、前記ボディの内部に設けられた弁座に着座自在に設けられる。この弁座は、リング状に形成され、弁体に臨む弁座面には径方向に沿って延在し、且つ、周方向に沿って並ぶように配置された複数の凹部を有している。
【０００３】
そして、弁体が弁座の弁座面に着座することでボディの内部を通じた流体の流通が遮断されると共に、前記弁体が前記弁座から離間する開弁動作時には、複数の凹部と弁体との接触面積が小さくなっているため両者の貼り付きが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−５０１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した弁装置では、複数の凹部が径方向に沿って延在するようにそれぞれ設けられているため、例えば、弁座を製造する際の成形不良や弁体との接触等によって凹部と弁座面との間に細かな傷や溝ができた場合、弁閉時に傷や溝を通じて流体が径方向に流れることで漏れが生じてしまうこととなる。その結果、弁座面に凹部を設けることで、開弁時における弁体の貼り付き防止は達成されるものの弁閉時におけるシート性の低下を招くこととなり、２つの機能を両立することができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、弁体が弁座面へと着座した際のシート性を確保しつつ、開弁時における貼り付きを防止することが可能な弁装置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】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明は、流体の流通する流路を有したボディと、流路に臨むように設けられた弁座面と、弁座面に対して着座自在に設けられ流路の連通状態を切り換える弁体と、弁体を軸方向に沿って移動させる駆動手段とを備えた弁装置であって、
互いに対向する弁体及び弁座面のいずれか一方に、それぞれ直径が異なり且つ互いに同心状となる複数の環状溝が径方向に並ぶように設けられると共に、弁体又は弁座面の他方には、複数の凹状部又は梨地状部が形成されることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、弁装置において、互いに対向する弁体及び弁座面の少なくともいずれか一方に、直径が異なり且つ互いに同心状となる複数の環状溝を設けることで、環状溝を設けていない場合と比較し、弁体と弁座面との接触面積を小さくできるため、弁閉状態にある弁体を開弁動作させる際の貼り付きを防止し、円滑に作動させることができ、しかも、例えば、成形不良等の何らかの原因で弁座面に傷や溝ができてしまい隣接する環状溝同士が連通してしまった場合でも、同心状且つ直径の異なる複数の環状溝（弁座面）が径方向に並ぶように設けられているため、傷や溝のついていない弁座面によって流体の漏れを防止することができる。
【０００９】
この結果、直径の異なる複数の環状溝を弁体及び弁座面のいずれか一方に同心状に設けることで、開弁動作させる際の貼り付きを防止しつつ、弁閉時におけるシート性を確保することが可能となる。また、弁体又は弁座面の他方に複数の凹状部又は梨地状部を形成することで、弁座面に対して弁体を当接させた際のシート性をより高めることができると同時に、弁体及び弁座面のいずれか一方に径方向に並ぶように設けられた複数の環状溝によって一層確実に貼り付きを防止できる。
【００１０】
また、弁体及び弁座面の一方は、少なくとも一部が樹脂製材料から形成され、環状溝を樹脂製材料からなる弁体又は弁座面に設けることで、環状溝が変形しにくく安定したシート性が得られ、シート性の確保と貼り付きの防止とを好適に両立させることができる。
【００１１】
さらに、弁体及び弁座面の他方は、少なくとも一部が弾性材料から形成されることで、弁座面に対して弁体を当接させた際のシート性をより高めることができると同時に、弁座面に設けられた複数の環状溝によって貼り付きも防止される。
【００１２】
さらにまた、弁体は、弁座面側に向かって突出した環状の接触部を備え、接触部を弁座面に当接させるとよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００１４】
すなわち、弁装置において、互いに対向する弁体及び弁座面の少なくともいずれか一方に、それぞれ直径が異なり且つ互いに同心状となる複数の環状溝を設けることで、環状溝を設けていない場合と比較し、弁体と弁座面との接触面積を小さくできるため、弁体を開弁動作させる際の弁座面に対する貼り付きを防止でき、しかも、成形不良等に起因した弁座面の傷や溝によって隣接する環状溝同士が連通してしまった場合でも、同心状且つ直径の異なる複数の環状溝（弁座面）が径方向に並ぶように設けられているため、傷や溝のできていない弁座面によって流体の漏れを防止することができる。その結果、直径の異なる複数の環状溝を弁体及び弁座面の少なくとも一方に同心状に設けることで、開弁動作させる際の貼り付きを防止しつつ、弁閉時におけるシート性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る弁装置の全体断面図である。
【図２】図２Ａは、図１の弁装置における弁体の接触部近傍を示す拡大断面図であり、図２Ｂは、弁座部材の平面図である。
【図３】変形例に係る弁座部材が用いられた場合を示す弁体の接触部近傍の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る弁装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る弁装置を示す。
【００１７】
この弁装置１０は、例えば、燃料電池システムにおいて燃料ガスの流通状態を切り換える目的で用いられ、図１に示されるように、内部に流体の流通する流路１２を有したボディ１４と、該ボディ１４の上部に設けられ内部にソレノイド部１６の収納されたハウジング１８と、前記ソレノイド部１６の励磁作用下に軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って移動する可動コア２０と、前記可動コア２０に連結され前記流路１２の連通状態を切り換える弁体２２と、前記ボディ１４に設けられ前記弁体２２の着座する弁座部材２４とを含む。
【００１８】
なお、以下、弁装置１０におけるハウジング１８側を基端側（矢印Ａ方向）、ボディ１４側を先端側（矢印Ｂ方向）として説明する。
【００１９】
ボディ１４は、例えば、金属製材料から形成され、内部に断面Ｌ字状に折れ曲がった流路１２を有し、該流路１２の一端部はボディ１４の側方に開口した供給ポート２６と連通し、他端部は先端（矢印Ｂ方向）に向かって開口した排出ポート２８と連通している。
【００２０】
ハウジング１８は、例えば、有底筒状に形成され、その開口端部がボディ１４の基端面に対して固定され、その内部に設けられるソレノイド部１６は、ハウジング１８の基端中央に形成されボディ１４側（矢印Ｂ方向）に向かって突出した固定コア部３０と、該固定コア部３０の外周側に設けられるコイル３２と、前記コイル３２と前記ボディ１４との間に設けられるガイド部材３４とを備え、前記コイル３２の励磁作用下に前記固定コア部３０の先端に臨むように配置された可動コア２０をガイド部材３４に沿って軸方向へと移動させる。すなわち、ソレノイド部１６は、可動コア２０と共に弁体２２を軸方向に沿って駆動させる駆動手段として機能する。
【００２１】
また、固定コア部３０の先端中央には、可動コア２０側（矢印Ｂ方向）に向かって突出し、スプリングの端部が係合される第１スプリング受け部３８が形成される。
【００２２】
可動コア２０は、例えば、磁性を有した金属製材料から形成され、固定コア部３０と同軸状に設けられ、その基端部の中心には凹状に窪んだ第２スプリング受け部４０が形成され、固定コア部３０の第１スプリング受け部３８に係合されたスプリング３６の他端部が係合される。これにより、スプリング３６は、固定コア部３０の先端と可動コア２０との間に介装され、前記可動コア２０が前記スプリング３６の弾発作用下に常に固定コア部３０から離間する方向（矢印Ｂ方向）に向かって付勢される。
【００２３】
また、可動コア２０の先端中央には、後述する弁体２２の本体部４２が挿入され連結されることで、該可動コア２０と弁体２２とが同軸状に配置され一体的に移動する。
【００２４】
弁体２２は、例えば、金属製材料から形成され、基端側に形成された軸状の本体部４２と、該本体部４２の先端に設けられ弁座部材２４に臨む円盤状の弁部４４と、該弁部４４の端面に設けられた環状の接触部４６とを含み、ボディ１４における流路１２の内部に移動自在に設けられる。
【００２５】
この接触部４６は、例えば、ゴム等の弾性材料から形成され、弁部４４の端面に対して弁座部材２４側（矢印Ｂ方向）へと所定高さだけ突出するように設けられると共に、後述する弁座部材２４の弁座面５２に着座自在な直径で形成される。また、接触部４６は、弁座部材２４に当接した際に弾性変形し端面が平面状となる。
【００２６】
なお、接触部４６は、樹脂製材料によって形成してもよい。
【００２７】
弁座部材２４は、例えば、樹脂製材料から成形によって円筒状に形成され、ボディ１４における排出ポート２８に収納されると共に、中心を軸方向に貫通した連通孔４８を介して流路１２と連通している。すなわち、ボディ１４の流路１２を流れる流体は、弁座部材２４の連通孔４８を通じて排出ポート２８から下流側（矢印Ｂ方向）へと排出される。
【００２８】
また、図１〜図２Ｂに示されるように、弁座部材２４の基端面２４ａには複数の環状溝５０が形成され、前記環状溝５０は前記基端面２４ａに対して所定深さだけ窪み、且つ、連通孔４８を中心としてそれぞれ直径の異なる同心円からなる。
【００２９】
この複数の環状溝５０における互いの間隔は略同等となるように形成され、隣接する環状溝５０同士の間には、平面状で弁体２２の接触部４６が着座する弁座面５２が形成される。すなわち、弁座面５２も複数設けられ、その径方向に沿った幅寸法がそれぞれ略同等となるように形成される。
【００３０】
また、環状溝５０の数や直径は特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すればよい。
【００３１】
さらに、環状溝５０及び弁座面５２は、接触部４６の当接する範囲よりも若干だけ径方向に広範囲となるように形成される。
【００３２】
なお、この環状溝５０は、例えば、弁座部材２４を成形する際、金型に対して予め環状溝５０に対応する凸部を設けておくことで前記弁座部材２４と同時に形成される。
【００３３】
本発明の実施の形態に係る弁装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、ここでは、弁装置１０が燃料電池システムに用いられる場合に関し、弁体２２の接触部４６が弁座部材２４の弁座面５２に着座し、流路１２を通じた燃料ガスの流通が遮断された図１に示される弁閉状態を初期状態として説明する。
【００３４】
この初期状態では、図示しない燃料ガス供給源から配管を通じて供給ポート２６へと燃料ガスが供給され、該燃料ガスは弁体２２が弁座部材２４に着座しているため流路１２内で排出ポート２８側への流通が遮断された状態にある。
【００３５】
そして、図示しない電子制御ユニットからの制御信号によってソレノイド部１６のコイル３２へ通電がなされ、該コイル３２が励磁することで可動コア２０がスプリング３６を圧縮しながら固定コア部３０側（矢印Ａ方向）へと吸引され移動することで弁体２２が弁座部材２４から離間して弁開状態となる。この際、弁体２２の着座していた弁座部材２４には、弁座面５２に複数の環状溝５０が設けられ、完全に面接触した場合と比較して接触面積が小さいため、接触部４６が前記弁座面５２から離れる際に貼り付いてしまうことが回避され、円滑に弁開動作させることができる。
【００３６】
これにより、弁座部材２４の連通孔４８が開放され、ボディ１４の流路１２へと供給された燃料ガスが前記連通孔４８を通じて排出ポート２８から下流側へと排出される。
【００３７】
一方、弁装置１０を通じた燃料ガスの流通状態を遮断する場合には、図示しない電子制御ユニットからの制御信号に基づいてソレノイド部１６への通電を停止することで、可動コア２０に対する固定コア部３０側（矢印Ａ方向）への吸引力が滅勢され、スプリング３６の弾発力によって前記可動コア２０が弁座部材２４側（矢印Ｂ方向）へと付勢されることで弁体２２の接触部４６が弁座面５２に着座して弁閉状態となる。これにより、ボディ１４の排出ポート２８側への燃料ガスの流通が遮断される。
【００３８】
以上のように、本実施の形態では、弁装置１０において弁体２２の着座する弁座部材２４の弁座面５２は、流体の流通する連通孔４８を中心として同心状でそれぞれ直径の異なる複数の環状溝５０を備えることで、前記弁体２２の接触部４６が前記弁座面５２に着座した弁閉状態から開弁する際、弁座面５２に対して全面的に面接触した場合と比較して接触面積が小さいため、貼り付いてしまうことがなく円滑に開弁動作させることができる。
【００３９】
また、弁座部材２４の成形不良等の何らかの原因で弁座面５２に傷や溝ができてしまい、この傷や溝によって隣接する環状溝５０同士が連通してしまった場合でも、複数の環状溝５０が径方向に並ぶように設けられているため、傷や溝のついていない弁座面５２によって連通が妨げられ、前記弁座部材２４において前記弁座面５２の外周側と最も内側にある連通孔４８とが連通してしまうことがない。
【００４０】
すなわち、弁座面５２に傷等が生じた場合でも弁体２２が弁座面５２に着座した弁閉時における流体の漏れを確実に防止することができ、安定したシート性を確保することができる。
【００４１】
換言すれば、複数の環状溝５０を径方向に設けられたラビリンス構造としているため、弁閉時における流体のシールを確実に行うことができる。
【００４２】
この結果、直径の異なる複数の環状溝５０を弁座面５２に対して同心状に設けることで、弁体２２を開弁動作させる際の貼り付きを防止しつつ、弁閉時におけるシート性を確保することが可能となる。
【００４３】
また、弁座部材２４を剛体の樹脂製材料から形成することで、弁座面５２に対して環状溝５０を設けた場合でも該環状溝５０が変形しにくく安定したシート性が得られ、該シート性の確保と貼り付きの防止とを好適に両立させることができる。
【００４４】
さらに、接触部４６を弾性部材から形成することで、弁座部材２４の弁座面５２に対して当接させた際のシート性をより高めることができると同時に、弁座面５２に設けられた複数の環状溝５０によって貼り付きも防止される。
【００４５】
さらにまた、弁体２２の接触部４６は、上述したように弁座部材２４に臨む端面が当接した際に平面状となる場合に限定されるものではなく、例えば、図３に示される弁体６０の接触部６２のように、前記弁座部材２４に臨む端面に複数の凹部（凹状部）６４を設けるようにしてもよいし、表面が凹凸状に形成された梨地状（梨地状部）としてもよい。これにより、弁座面５２に対する貼り付きをより一層確実に防止することが可能となる。なお、この凹部６４や梨地状とする場合も、接触部６２を成形する際に金型を用いて同時に形成するとよい。
【００４６】
また、上述したように、複数の環状溝５０は弁座部材２４の弁座面５２に形成される場合に限定されるものではなく、前記弁座面５２の代わりに弁体２２の接触部４６側に設けるようにしてもよい。
【００４７】
なお、本発明に係る弁装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００４８】
１０…弁装置                        １２…流路
１４…ボディ                        １６…ソレノイド部
１８…ハウジング                    ２０…可動コア
２２、６０…弁体                    ２４…弁座部材
４２…本体部                        ４４…弁部
４６、６２…接触部                  ４８…連通孔
５０…環状溝                        ５２…弁座面
６４…凹部
【図１】
0006722469.tif 000002
【図２】
0006722469.tif 000003
【図３】
0006722469.tif 000004