説明

バルブのシール構造

【課題】バルブの開閉作動に合わせて一対のシール要素が互いに接離する構造のバルブのシール構造において、一方のシール要素をなすゴム状弾性体にはみ出し現象が発生するのを抑えることができ、もってその破損を防止することが可能なバルブのシール構造を提供する。
【解決手段】一対のシール要素を金属等の剛性部品とゴム状弾性体との組み合わせとし、ゴム状弾性体5に設けた複数の環状突起6が同時に剛性部品に接離する複数段シール構造7を設定することにより、はみ出しの原因となる高圧を減圧する。または一対のシール要素を金属等の剛性部品とゴム状弾性体との組み合わせとし、剛性部品に設けた複数の環状突起が同時にゴム状弾性体に接離する複数段シール構造を設定することにより、はみ出しの原因となる高圧を減圧する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バルブの開閉作動に合わせて一対のシール要素が互いに接離する構造のバルブのシール構造に関するものである。本発明のシール構造は例えば、燃料電池用高圧ガスバルブの開閉作動部に用いられる。
【背景技術】
【0002】
図7に示す従来のバルブ装置51においてはその閉弁作動時、図8(A)に示すように弁体52がゴムリップ(外側シール部)53および金属部(内側シール部)54に順次当接するように構成され、すなわち先ずゴムリップ53に当接してから金属部54に当接するように構成されている。
【0003】
しかしながらこの構造によると、シールすべきガス圧力の高圧化に伴ってゴムリップ53が圧力に押されて変形し、はみ出し現象を生じることから、図8(B)に示すようにゴムリップ53が弁体52と金属部54との間に挟まれて破損してしまうことがある。
【0004】
【特許文献1】特開平9−150728号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は以上の点に鑑みて、一方のシール要素をなすゴム状弾性体にはみ出し現象が発生するのを抑えることができ、もってその破損を防止することが可能なバルブのシール構造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】
上記目的を達成するため、本発明の請求項1によるシール構造は、バルブの開閉作動に合わせて一対のシール要素が互いに接離する構造のバルブのシール構造において、前記一対のシール要素は、金属等の剛性部品とゴム状弾性体との組み合わせよりなり、前記ゴム状弾性体に設けた複数の環状突起が同時に前記剛性部品に接離する複数段シール構造を有することを特徴とするものである。
【0007】
また、本発明の請求項2によるシール構造は、バルブの開閉作動に合わせて一対のシール要素が互いに接離する構造のバルブのシール構造において、前記一対のシール要素は、金属等の剛性部品とゴム状弾性体との組み合わせよりなり、前記剛性部品に設けた複数の環状突起が同時に前記ゴム状弾性体に接離する複数段シール構造を有することを特徴とするものである。
【0008】
また、本発明の請求項3によるシール構造は、上記した請求項2記載のシール構造において、ゴム状弾性体は、これも環状突起に合わせて複数が配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明は、以下の効果を奏する。
【0010】
すなわち、上記構成を備えた本発明の請求項1または2によるシール構造においては、一対のシール要素をなす剛性部品およびゴム状弾性体間に複数段シール構造を設けるようにしたために、この複数段シール構造が発揮する蓄圧作用によって高圧を徐々に減圧させることが可能とされている。高圧が減圧されるとゴム状弾性体の末端部はもはや、はみ出し現象を生じるほど大きく変形しないことになる。したがって、ゴム状弾性体にはみ出し現象が発生するのを抑えることができ、もってその破損を防止することができる。
【0011】
またこれに加えて、本発明の請求項3によるシール構造においては、複数の環状突起を剛性部品側に設ける場合にゴム状弾性体も合わせて複数配置するようにしたために、複数のゴム状弾性体は単品ごとにその特性を設定することが可能とされている。したがって例えば、高圧側に配置するゴム状弾性体には耐圧・耐破損性重視の設定を行ない、低圧側に配置するゴム状弾性体にはシール性重視の設定を行なうと云ったことが可能となるので、これにより広くバルブシールの性能向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【0013】
第一実施例・・・
図1は、本発明の第一実施例に係るバルブのシール構造を示している。
【0014】
当該実施例に係るシール構造は、バルブの開閉作動に合わせて一対のシール要素が互いに接離するものであって、一対のシール要素は、金属等の剛性部品である弁体1と弁座側のゴム状弾性体5との組み合わせよりなり、この弁体1およびゴム状弾性体5の間に、ゴム状弾性体5に設けた複数の環状突起(ビード)6が弁体1に対して同時に接離する複数段シール構造7が設けられている。
【0015】
ゴム状弾性体5は、環状に成形され、バルブボディ2の弁座部3に設けた環状の装着溝4に装着されている。装着溝4およびゴム状弾性体5は共に断面矩形状に成形されている。ゴム状弾性体5の表面には環状突起6が複数同心状に一体成形されている。図では環状突起6が四つ同心状に一体成形されているが、その形成数は二つ以上であれば特に限定されない。各突起6の形状や大きさは同じとされているが、互いに異なるように設定しても良い。各突起6の先端部は装着溝4から突出していて、バルブボディ2の端面部2aよりも弁体1側に配置されている。
【0016】
弁体1は、金属または硬質樹脂等の剛材によって成形され、各突起6が接離自在に密接する平面状の当接面1aを有している。
【0017】
図1(A)はバルブの弁開状態を示しており、高圧側空間Hから低圧側空間Lへ高圧ガスが流れている。この弁開状態からバルブが閉弁作動して弁体1がバルブボディ2に近付く方向に移動すると、図1(B)に示すように弁体1の当接面1aが各突起6の先端部に当接し、各突起6を若干変形させた状態で停止し、弁閉のシール状態が実現されることになる。
【0018】
上記構成のシール構造において、バルブの閉弁作動時、図1(B)に示したように弁体1の当接面1aが各突起6の先端部に当接すると、当該シール構造によって遮断されるバルブの高圧側空間Hと低圧側空間Lとの間には複数の突起6によって仕切られる中間空間が形成され、この中間空間において蓄圧作用が発揮される。図ではバルブの高圧側空間Hと低圧側空間Lとの間に突起6が四つ設けられているので中間空間M,M,Mが三箇所形成され、この中間空間M,M,Mがそれぞれ蓄圧作用を発揮し、結果、圧力は高圧側空間Hから低圧側空間Lへかけて中間空間M,M,Mごとに徐々に低くなり、低圧となった最も低圧側の中間空間Mの圧力がその更に低圧側の突起6に作用してもこの突起6は殆ど変形することがない。したがって、ゴム状弾性体5にはみ出し現象が発生するのを抑えることができ、もってゴム状弾性体5が弁体1とバルブボディ2との間に挟まれて破損するのを防止することができる。また当該実施例では、ゴム状弾性体5が装着溝4内に収容されているので、これによってもゴム状弾性体5は圧力が作用しても変形しにくく設定されていると云うことができる。尚、当該実施例では、剛性部品が弁体を形成し、ゴム状弾性体が弁座を形成しているが、反対にゴム状弾性体が弁体を形成し、剛性部品が弁座を形成する構成であっても良く、この場合は、ゴム状弾性体が剛性部品に対して進退することになる。
【0019】
第二実施例・・・
図2は、本発明の第二実施例に係るバルブのシール構造を示している。
【0020】
当該実施例に係るシール構造は、バルブの開閉作動に合わせて一対のシール要素が互いに接離するものであって、一対のシール要素は、金属等の剛性部品である弁体11と弁座側のゴム状弾性体16との組み合わせよりなり、この弁体11およびゴム状弾性体16の間に、弁体11に設けた複数の環状突起12がゴム状弾性体16に対して同時に接離する複数段シール構造17が設けられている。
【0021】
環状突起12は、金属または硬質樹脂等の剛材よりなる弁体11の端面部11aにゴム状弾性体16に向けて一体成形され、また複数が同心状に一体成形されている。図では環状突起12は四つが同心状に一体成形されているが、その形成数は二つ以上であれば特に限定されない。各突起12の形状や大きさは同じとされているが、互いに異なるように設定しても良い。
【0022】
ゴム状弾性体16は、環状に成形され、バルブボディ13の弁座部14に設けた環状の装着溝15に装着されている。装着溝15およびゴム状弾性体16は共に断面矩形状に成形されている。またこのゴム状弾性体16は、各突起12が接離自在に密接する平面状の当接面16aを有している。
【0023】
図2(A)はバルブの弁開状態を示しており、高圧側空間Hから低圧側空間Lへと高圧ガスが流れている。この弁開状態からバルブが閉弁作動して弁体11がバルブボディ13に近付く方向に移動すると、図2(B)に示すように各環状突起12がゴム状弾性体16の当接面16aに当接し、若干食い込んだ状態で停止し、弁閉のシール状態が実現されることになる。
【0024】
上記構成のシール構造において、バルブの閉弁作動時、図2(B)に示したように各突起12がゴム状弾性体16の当接面16aに当接すると、当該シール構造によって遮断されるバルブの高圧側空間Hと低圧側空間Lとの間には複数の突起12によって仕切られる中間空間が形成され、この中間空間において蓄圧作用が発揮される。図ではバルブの高圧側空間Hと低圧側空間Lとの間に突起12が四つ設けられているので中間空間M,M,Mが三箇所形成され、この中間空間M,M,Mがそれぞれ蓄圧作用を発揮し、結果、圧力は高圧側空間Hから低圧側空間Lへかけて中間空間M,M,Mごとに徐々に低くなり、低圧となった最も低圧側の中間空間Mの圧力がその更に低圧側の突起12を漏れてゴム状弾性体16の表面に作用することがあってもこの表面は殆ど変形することがない。したがって、ゴム状弾性体16にはみ出し現象が発生するのを抑えることができ、もってゴム状弾性体16が弁体11とバルブボディ13との間に挟まれて破損するのを防止することができる。また当該実施例では、ゴム状弾性体16が装着溝15内に収容されているので、これによってもゴム状弾性体16は圧力が作用しても変形しにくく設定されていると云うことができる。尚、当該実施例では、剛性部品が弁体を形成し、ゴム状弾性体が弁座を形成しているが、反対にゴム状弾性体が弁体を形成し、剛性部品が弁座を形成する構成であっても良く、この場合は、ゴム状弾性体が剛性部品に対して進退することになる。
【0025】
第三実施例・・・
上記第二実施例(図2)では、バルブボディ13の弁座部14にゴム状弾性体16が一つのみ配置されているが、これを図3に示すように環状突起12の形成数に合わせて複数配置するようにすると、高圧側空間Hから低圧側空間Lへかけて並べられる複数のゴム状弾性体16ごとにその特性を設定することが可能となる。したがって例えば、高圧側に配置されるゴム状弾性体16には耐圧・耐破損性に優れた形状を施すとともに低圧側に配置されるゴム状弾性体16にはシール性に優れた形状を施すと云うように特性設定の自由度を拡大することができる。図3の複数のゴム状弾性体16はそれぞれ別体とされるが、その製作に際しては図4に示すように一体で成形し、装着溝15に嵌め込んでから平板状の連結部16bを切除もしくは研摩すると良い。
【0026】
第四実施例・・・
また、上記第二実施例(図2)では、突起12を設けた弁体11の端面部11aおよび、装着溝15を設けてゴム状弾性体16を装着したバルブボディ13の端面部13aが何れも軸直角の平面状に設定されているが、これを図5および図6に示すようにそれぞれ、対応する円錐面状に設定するようにしても良い。ゴム状弾性体16の装着数は一つでも良いが、図示するように複数設けることにより上記第三実施例と同様の作用効果を発揮することができる。図示の例では、各突起12は円筒面12aと軸直角の平面12bの組み合わせよりなる段差状に設定されている。また、各装着溝15も円筒面15aと軸直角の平面15bの組み合わせよりなる段差状に設定され、ここに断面直角三角形状のゴム状弾性体16が装着されている。
【0027】
これら第三および第四実施例においても、ゴム状弾性体が弁体を形成し、剛性部品が弁座を形成する構成であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本発明の第一実施例に係るシール構造を示す図で、(A)はその弁開状態の断面図、(B)はその弁閉状態の断面図
【図2】本発明の第二実施例に係るシール構造を示す図で、(A)はその弁開状態の断面図、(B)はその弁閉状態の断面図
【図3】本発明の第三実施例に係るシール構造を示す図で、(A)はその弁開状態の断面図、(B)はその弁閉状態の断面図
【図4】同シール構造におけるゴム状弾性体の製作方法を示す断面図
【図5】本発明の第四実施例に係るシール構造の弁開状態を示す断面図
【図6】同シール構造の弁閉状態を示す断面図
【図7】従来例に係るバルブ装置の断面図
【図8】同バルブ装置に備えられるシール構造の断面図
【符号の説明】
【0029】
1,11 弁体(剛性部品)
1a,16a 当接面
2,13 バルブボディ
2a,11a,13a 端面部
3,14 弁座部
4,15 装着溝
5,16 ゴム状弾性体
6,12 環状突起
7,17 複数段シール構造
12a,15a 円筒面
12b,15b 平面
16b 連結部
H 高圧側空間
L 低圧側空間
,M,M 中間空間

【特許請求の範囲】
【請求項1】
バルブの開閉作動に合わせて一対のシール要素が互いに接離する構造のバルブのシール構造において、
前記一対のシール要素は、金属等の剛性部品とゴム状弾性体との組み合わせよりなり、
前記ゴム状弾性体に設けた複数の環状突起が同時に前記剛性部品に接離する複数段シール構造を有することを特徴とするバルブのシール構造。
【請求項2】
バルブの開閉作動に合わせて一対のシール要素が互いに接離する構造のバルブのシール構造において、
前記一対のシール要素は、金属等の剛性部品とゴム状弾性体との組み合わせよりなり、
前記剛性部品に設けた複数の環状突起が同時に前記ゴム状弾性体に接離する複数段シール構造を有することを特徴とするバルブのシール構造。
【請求項3】
請求項2記載のシール構造において、
ゴム状弾性体は、これも環状突起に合わせて複数が配置されていることを特徴とするバルブのシール構造。

【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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【公開番号】特開2007−327614(P2007−327614A)
【公開日】平成19年12月20日(2007.12.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−160763(P2006−160763)
【出願日】平成18年6月9日(2006.6.9)
【出願人】(000004385)NOK株式会社 (1,527)
【Fターム(参考)】