弁装置のロック機構
【課題】回転駆動源への通電無しで弁体を所定の開度位置に保持できると共に、弁体の所定の開度位置での保持を解除するために特別の駆動機構を必要としない弁装置のロック機構を提供する。
【解決手段】弁装置３６ａ，３６ｂのロック機構８０は、弁体４６と共に移動するラック部６３の壁面６４ｃに当接可能なボール８１と、ボール８１を壁面６４ｃに向けて押圧するためのばね部材８２とを備えており、ラック部６３の壁面６４ｃにボール８１を押圧したときに発生する摩擦力により弁体４６を保持する。
【解決手段】弁装置３６ａ，３６ｂのロック機構８０は、弁体４６と共に移動するラック部６３の壁面６４ｃに当接可能なボール８１と、ボール８１を壁面６４ｃに向けて押圧するためのばね部材８２とを備えており、ラック部６３の壁面６４ｃにボール８１を押圧したときに発生する摩擦力により弁体４６を保持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁装置のロック機構に関し、より詳しくは、流体通路を開閉する弁体を有する弁装置の前記弁体を所定の開度位置に保持するためのロック機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、エンジンの始動時に、２次空気流路管内に発生する２次空気を三元触媒コンバータに導入して三元触媒の暖機を促進させる２次空気供給システムに組み込まれた流体制御弁装置が開示されている。
【０００３】
この流体制御弁装置は、電動モータと、電動モータの回転速度を減速する減速機構と、減速機構中の最終ギアと噛合する複数のラック歯が外周面に設けられ前記最終ギアの回転運動を直線運動に変換して弁体と一体的に変位するバルブシャフト（弁ロッド）とを備えている。この場合、電動モータを正転又は逆転させて最終ギアとラック歯とを噛合させることにより、ラック歯を有するバルブシャフトと一体的に弁体を変位させて流体通路を開閉するようにしている。
【０００４】
また、本出願人らは、弁装置のケースに揺動可能なロックレバーを設置すると共に、ラック歯が設けられたラック部材のラック歯とは反対側の背面に係合部を形成し、ロックレバーを係合部に係合させることにより、回転駆動源への通電無しでラック部材と共に移動する弁体を開放位置（開弁状態）に保持する弁装置を提案している（特願２００９−２２９０６５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ロックレバーをラック部材の係合部に係合させることにより弁体を開放位置に保持する弁装置においては、弁体を開放位置から閉止位置に変位させる際に、係合部と係合する方向へばね部材により回転力が付与されたロックレバーを係合部から外すために、ソレノイド等の特別の駆動機構が必要になるという課題があった。
【０００７】
また、ソレノイド等の駆動機構の推力と比較して、ばね部材による係合方向への回転力は大きい。このため、ロックレバーを係合部から外す際に、一旦ラック部材を開弁方向に移動させてロックレバーの先端が係合部と接触しない離れた状態としてから、ソレノイド等の駆動機構でロックレバーを駆動しなければならない。したがって、閉弁時には、一旦開弁方向にラック部材を移動させる無駄な作動ストロークが生じ、結果的にラック部材の作動ストロークを若干大きく取る必要がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、回転駆動源への通電無しで弁体を所定の開度位置に保持できると共に、弁体の所定の開度位置での保持を解除するために特別の駆動機構を必要としない弁装置のロック機構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】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、流体通路を開閉する弁体を有する弁装置の前記弁体を所定の開度位置に保持するためのロック機構であって、前記弁装置は、回転駆動源の回転駆動力が伝達されるギアと、前記ギアと噛合するラック歯が設けられ前記ギアの回転運動を直線運動に変換して前記弁体と共に移動するラック部とを有し、前記ラック部の壁面に当接可能なボールと、前記ボールを前記壁面に向けて押圧するためのばね部材とを備え、前記ラック部の壁面に前記ボールを押圧したときに発生する摩擦力により前記弁体を保持することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、ラック部の壁面に、ばね部材によりボールが押圧されて、ラック部の壁面とボールとの間に摩擦力が発生し、この摩擦力によってラック部が保持される。したがって、回転駆動源への通電が無くとも、弁体を所定の開度位置に保持することができ、消費電力が低減される。しかも、弁体の所定の開度位置での保持を解除するために特別の駆動機構を必要としないため、簡素な構造を実現でき、小型軽量化及び低コスト化が可能となる。
すなわち、回転駆動源への通電無しで弁体を所定の開度位置に保持できると共に、弁体の所定の開度位置での保持を解除するために特別の駆動機構を必要としない弁装置のロック機構を提供できる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の弁装置のロック機構において、前記ばね部材側である軸方向に沿う第１の方向に臨む保持面を有し、当該保持面により前記ボールを保持する保持具と、前記ボールが当接され、前記第１の方向と反対方向の第２の方向に向けて徐々に外径が減少する当接面、及び前記第１の方向に臨み、前記ばね部材の前記第２の方向の付勢力を受けるばね受け面を有する押し具と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、ばね部材によって押し具のばね受け面に加えられた付勢力は、押し具の当接面を介してボールに伝達されて、ボールからラック部の壁面に押圧力が加わる。このようなコンパクトな構成により、ラック部の壁面とボールとの間に摩擦力を生じさせてラック部を保持することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の弁装置のロック機構において、前記押し具の当接面は、前記第２の方向に向けて直線的に外径が減少するテーパ形状を呈しており、前記ボールは、前記押し具の当接面の周方向において前記保持具に複数個保持されることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、簡易な形状の当接面によって、ばね部材の付勢力を複数個のボールに振り分けることができる。したがって、ラック部の壁面とボールとの間でボールの数だけ摩擦力が発生し、ラック部の壁面が円周上の複数個所で安定的に保持されることになるため、ラック部をより確実に保持することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の弁装置のロック機構において、前記保持具には、前記ボールが前記保持具の半径方向外方に離脱することを防止する離脱防止部が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、ボールから離間するようにラック部の壁面を軸方向に移動させたとしても、ボールが半径方向外方に飛び出して脱落してしまうことが防止される。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の弁装置のロック機構において、前記押し具には、前記保持具に当接することにより前記押し具の前記第２の方向への移動を規制する移動規制部が設けられており、前記移動規制部が前記保持具に当接した状態において、前記ボールは、前記ラック部の壁面が前記ボールに対向する位置まで移動させられた場合に前記壁面を押圧するように、前記押し具の当接面により位置規制されて前記保持具の半径方向外方に所定量突出することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、ラック部がボールから離間するように第２の方向に移動させられた場合、押し具からボールに押圧力が加わらないようにすることができ、ボールに不必要な負荷がかかることが防止される。一方、ラック部の壁面が前記ボールに対向する位置まで第１の方向に移動させられた場合、所定量外方に突出したボールがラック部の壁面に当接して内方に移動させられ、この際、押し具がボールにより押圧されてばね部材の付勢力に抗して第１の方向に移動するため、ボールからラック部の壁面に押圧力を確実に付与できる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の弁装置のロック機構において、前記弁体の保持を解除する場合、前記摩擦力に打ち勝つための回転駆動力を前記回転駆動源に発生させることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、摩擦力に打ち勝つための回転駆動力を回転駆動源に発生させるだけで、特別の駆動機構を必要とすることなく、弁体の所定の開度位置での保持を解除することができる。また、閉弁時には、閉弁方向にラック部を移動させるだけで済み、一旦開弁方向にラック部材を移動させる無駄な作動ストロークは生じない。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の弁装置のロック機構において、前記弁体を所定の開度位置に保持する保持力は、前記ばね部材のばね荷重により設定されることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、ばね部材のばね荷重を変更することで、弁体を所定の開度位置に保持する保持力を調整することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、回転駆動源への通電無しで弁体を所定の開度位置に保持できると共に、弁体の所定の開度位置での保持を解除するために特別の駆動機構を必要としない弁装置のロック機構を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る弁装置のロック機構が適用された燃料電池システムの全体構成図である。
【図２】燃料電池システムに組み込まれる弁装置の概略縦断面図である。
【図３】ボールを保持する保持具を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】弁装置のロック機構の動作を説明するための概略縦断面図であり、（ａ）は開弁状態を示す図、（ｂ）は開弁状態を解除した後の閉弁状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る弁装置のロック機構が適用された燃料電池システムの全体構成図である。なお、本実施形態では、車両に搭載された燃料電池に組み込まれる弁装置を以下に例示して説明しているが、これに限定されるものでなく、例えば、船舶や航空機等、又は業務用や家庭用の定置式の燃料電池等に組み込まれる各種の弁装置に適用することができる。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態に係る弁装置のロック機構が適用された燃料電池システム１０は、燃料電池１２、アノード系１４、カソード系１６、図示しない制御系等を備えて構成されている。
【００２７】
燃料電池１２は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）からなり、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体）を図示しないセパレータで挟持してなる単セルが複数積層されて構成されている。ＭＥＡは、電解質膜（固体高分子膜）、これを挟持するカソード及びアノード等を備える。前記カソード及びアノードは、例えば、白金等の触媒がカーボンブラック等の触媒担体に担持された電極触媒層からなる。また、各セパレータには、溝や貫通孔からなるアノード流路２２及びカソード流路２４が形成されている。
【００２８】
このような燃料電池１２では、アノードに水素（反応ガス、燃料ガス）が供給され、一方、カソードに酸素を含むエア（反応ガス、酸化剤ガス）が供給されると、アノード及びカソードに含まれる触媒上で電極反応が起こり、燃料電池１２が発電可能な状態となる。
【００２９】
前記燃料電池１２は、図示しない外部負荷と電気的に接続され、前記外部負荷によって電流が取り出されると、燃料電池１２が発電するようになっている。なお、前記外部負荷とは、走行用のモータ、バッテリやキャパシタ等の蓄電装置、後記するエアポンプ２６等である。
【００３０】
アノード系１４は、水素タンク２８、遮断弁３０、パージ弁３２、配管ａ１〜ａ４等によって構成される。
【００３１】
水素タンク２８は、高純度の水素を高圧で貯蔵するものであり、配管ａ１を介して下流側の遮断弁３０と接続されている。前記遮断弁３０は、例えば、電磁弁からなり、配管ａ２を介して下流側の燃料電池１２のアノード流路２２の入口と接続されている。
【００３２】
パージ弁３２は、例えば、電磁弁からなり、配管ａ３を介して上流側の燃料電池１２のアノード流路２２の出口と接続されている。
【００３３】
カソード系１６は、エアポンプ２６、弁装置３６ａ，３６ｂ、背圧弁３８、配管（酸化剤ガス流路）ｃ１〜ｃ５等で構成されている。
【００３４】
エアポンプ２６は、例えば、図示しないモータで駆動される機械式の過給器であり、取り込んだ外気（エア）を圧縮して燃料電池１２に供給する。
【００３５】
弁装置３６ａは、酸化剤ガスの供給側に設けられ、配管ｃ１を介して上流側のエアポンプ２６と接続されると共に、配管ｃ２を介して下流側の燃料電池１２のカソード流路２４の入口と接続されている。また、弁装置３６ｂは、酸化剤ガスの排出側に設けられ、配管ｃ３を介して上流側の燃料電池１２のカソード流路２４の出口と接続されると共に、配管ｃ４を介して下流側の背圧弁３８と接続されている。
【００３６】
二つの弁装置３６ａ，３６ｂは、それぞれ、ノーマルクローズタイプで同一構成からなるため、以下、弁装置３６ａの構成を詳細に説明して、弁装置３６ｂの説明を省略する。
【００３７】
図２は、燃料電池システムに組み込まれる弁装置の概略縦断面図である。
図２に示すように、弁装置３６ａは、流体（圧力流体）が導入されるインレットポート４０ａが側壁に形成されると共に、流体（圧力流体）が導出されるアウトレットポート４０ｂが底壁に形成されたバルブハウジング４２と、前記バルブハウジング４２の上部側に搭載されて一体的に結合されるギアケース４３ａと、前記バルブハウジング４２と前記ギアケース４３ａとの間に介装される中間プレート４３ｂとを含む。なお、前記バルブハウジング４２、ギアケース４３ａ及び中間プレート４３ｂは、バルブ本体として機能するものである。
【００３８】
さらに、弁装置３６ａは、前記バルブハウジング４２と中間プレート４３ｂとによって閉塞される室４４内に設けられインレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂとの連通状態と非連通状態とを切り換える弁体４６と、前記ギアケース４３ａの内側に形成される空間部４５内に設けられ前記弁体４６が着座部４８から離間する方向及び着座部４８に着座する方向に沿って前記弁体４６を変位させる弁駆動機構５２と、前記弁体４６を開放位置（開弁状態）に保持するロック機構８０とを備える。ここで、弁体４６は、インレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂとの連通状態と非連通状態とを切り換えることによって、配管ｃ１、配管ｃ２、及び室４４から構成される流体通路を開閉する。
【００３９】
弁体４６は、円板状に形成された弁部４６ａと、前記弁部４６ａの中心に連結される弁ロッド４６ｂとを有し、前記弁部４６ａの下面には、バルブハウジング４２の着座部４８に当接してシール機能を発揮する弁パッキン４６ｃが装着される。なお、弁部４６ａと弁ロッド４６ｂとは、それぞれ別個に製造されてねじ（図示せず）で締結することにより一体的に組み付けられるように構成される。但し、弁部４６ａと弁ロッド４６ｂとを一体成形するようにしてもよい。
【００４０】
弁駆動機構５２は、例えば、ステッピングモータやＤＣサーボモータ等からなる回転駆動源５６と、回転駆動源５６の回転駆動力が伝達されるギア５９と、ギア５９と噛合するラック歯６０が設けられ前記ギア５９の回転運動を直線運動に変換して前記弁体４６と共に移動するラック部６３とを有している。なお、回転駆動源５６の回転駆動力は、複数のギアによって構成される減速機構（図示せず）を介してギア５９に伝達されるようになっている。
【００４１】
ラック部６３は、有底円筒形状の本体部６４を有しており、本体部６４の下部には弁ロッド４６ｂが連設されている。ここで、ラック部６３は、弁ロッド４６ｂと一体成形されるように構成されており、弁体４６と共に（一体的に）移動（変位）可能となっている。但し、ラック部６３と弁ロッド４６ｂとは、それぞれ別個に製造されてねじ締結されるように構成されてもよい。
【００４２】
また、ラック部６３と弁ロッド４６ｂとは、ここでは両者の中心軸が同一直線上に配置されているが、これに限定されるものではなく、両者の中心軸が平面視して所定距離だけオフセットしていると共に、側面視して上下方向に沿って略並行に配設されるように構成されていてもよい。
【００４３】
ラック部６３の本体部６４の軸方向両端には、大径部６４ａ，６４ｂが形成されている。これら大径部６４ａ，６４ｂの外周面に摺接してラック部６３を上下方向移動可能に支持するカラー６７ａ，６７ｂが、ギアケース４３ａの内面４３ｃにそれぞれ装着されている。カラー６７ａ，６７ｂは、例えば、焼結金属等で形成された円筒形状の部材からなり、ラック部６３を摺動可能に支持する軸受けとして機能することにより、ラック部６３、ひいては弁部４６ａ及び弁ロッド４６ｂの傾動（傾斜）を阻止してより一層安定した着座作用を発揮させることができる。
【００４４】
ラック部６３の本体部６４の内部には、略円筒形状のばね受け部材６５が配置されており、ばね受け部材６５の上面に、コイルスプリング５０が装着されている。コイルスプリング５０は、ばね力によって、ばね受け部材６５を介して、弁体４６を着座部（弁座）４８の方向に向かって押圧する機能を有するものである。
【００４５】
回転駆動源５６に供給される電流の極性を切り換えることにより、ギア５９の回転方向を正逆いずれかの方向に切り換えることができる。ギア５９の回転運動は、ギア５９とラック歯６０との噛合作用によって、ラック部６３の直線運動（昇降運動）に変換される。そして、ラック部６３の直線運動は、ラック部６３の下部に連設された弁ロッド４６ｂに伝達されて、弁体４６を上下方向に沿って変位させる。この結果、弁体４６（弁部４６ａ）が着座部４８に着座してアウトレットポート４０ｂを閉塞することにより、インレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂとの連通が遮断された閉弁状態となり、一方、弁体４６が着座部４８から離間することにより、バルブハウジング４２内の室４４を介してインレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂとが連通する開弁状態となる。
【００４６】
ラック部６３に連設される弁体４６の弁ロッド４６ｂは、中間プレート４３ｂに形成された挿通孔６９に挿通される。挿通孔６９には、ギアケース４３ａの空間部４５とバルブハウジング４２の室４４とを液密乃至気密に保持するシール部材７１（例えば、Ｏリング）が設置される。
【００４７】
次に、ロック機構８０について説明する。
ロック機構８０は、ラック部６３の本体部６４の内周面である壁面６４ｃに当接可能なボール８１と、ボール８１を壁面６４ｃに向けて押圧するためのコイルスプリング等のばね部材８２とを備えている。このロック機構８０は、ラック部６３の壁面６４ｃにボール８１を押圧したときに発生する摩擦力により前記弁体４６を開放位置に保持するものである。
【００４８】
また、ロック機構８０は、ボール８１を保持する保持具８３を備えている。保持具８３は、ばね部材８２側である軸方向に沿う第１の方向（図２では上方向）に臨む保持面８４を有しており、当該保持面８４によりボール８１を保持する。ここで、第１の方向は、保持具８３から見て弁体４６と反対方向である。
【００４９】
ここでは、４個のボール８１が保持具８３に保持されている。但し、ボールの配置数は適宜設定可能である。ボール８１としては例えば鋼球が使用される。
【００５０】
図３は、ボールを保持する保持具を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００５１】
図３に示すように、保持具８３は、中央部が窪んだ円形蓋形状を呈しており、窪んだ部分の底部にはボール８１（図２参照）を収容するボール収容室８５が形成されている。ボール収容室８５の円筒形状の側壁部８６には、円周上等間隔に、ここでは４箇所で平面加工が施されることにより、４つの平面部８６ａが形成されている。
【００５２】
４つの平面部８６ａには、ドリル等の加工具により半径方向に沿って穴８７がそれぞれ開設されている。この穴８７の内周面の一部（図３（ｄ）の下方部分）がボール８１を保持する保持面８４を構成する。平面部８６ａを形成することは、ボール８１の保持具８３から外方への突出量を大きくして、ボール８１をラック部６３の壁面６４ｃに押圧させ易くなるため好ましい。また、保持面８４は、円筒側面の一部に相当する溝形状を呈しているため、ボール８１を安定して保持することができる。なお、平面部８６ａ及び保持面８４の数は、配置されるボール８１の数と同じになるように設定される。
【００５３】
穴８７の径は、ボール８１（図２参照）の直径よりも小さく設定されている。したがって、穴８７の開口端部は、ボール８１が保持具８３の半径方向外方に離脱することを防止する離脱防止部８７ａとして機能するものである。このような構成によれば、ボール８１から離間するようにラック部６３の壁面６４ｃ（図２参照）を軸方向に移動させたとしても、ボール８１が半径方向外方に飛び出して脱落してしまうことが防止される。
【００５４】
また、保持具８３の下部には、コイルスプリング５０（図２参照）の上端を受けるばね受け面８８が形成されている。すなわち、コイルスプリング５０は、保持具８３とばね受け部材６５（図２参照）との間に装着される。なお、図３中の符号８９は、空気が流通する空気孔を示す。
【００５５】
図２の説明に戻り、ロック機構８０は、ボール８１が当接され、前記第１の方向と反対方向の第２の方向（図２では下方向）に向けて徐々に外径が減少する当接面９１を有する押し具９０を備えている。ここでは、当接面９１は、下方向に向けて直線的に外径が減少するテーパ形状（円錐側面形状）を呈しており、簡易な形状とされている。但し、当接面９１は、略半球面形状等であってもよい。
【００５６】
押し具９０は、第１の方向（上方向）に臨み、ばね部材８２の第２の方向（下方向）の付勢力を受けるばね受け面９２を有している。押し具９０は、ばね部材８２の下方向の付勢力を、半径方向外方への力に変換するものである。なお、図２中の符号９４は、空気が流通する空気孔を示す。
【００５７】
押し具９０には、保持具８３に当接することにより押し具９０の第２の方向（下方向）への移動を規制する移動規制部９３が設けられている。そして、移動規制部９３が保持具８３に当接した状態において、ボール８１は、ラック部６３の壁面６４ｃがボール８１に対向する位置まで移動させられた場合に壁面６４ｃを押圧するように、押し具９０の当接面９１により位置規制されて保持具８３の半径方向外方に所定量突出する構成となっている。
【００５８】
さらに、ロック機構８０は、ばね部材８２の上端を受けるばね押え具９５を備えている。すなわち、ばね部材８２は、押し具９０とばね押え具９５との間に装着されており、押し具９０を下方向へ付勢する。
【００５９】
ばね押え具９５は、保持具８３の上面に、ねじ部材７４によって固定されており、ばね押え具９５と保持具８３との間は、シール部材７２によってシールされる。また、保持具８３は、ギアケース４３ａの上面に、ねじ部材７５によって固定されており、保持具８３とギアケース４３ａとの間は、シール部材７３によってシールされる。なお、ねじ部材７４，７５による締結箇所の数は、図３に示す４箇所に限定されず、適宜変更可能である。
【００６０】
ボール８１が当接する保持具８３、押し具９０、及びラック部６３は、例えば鉄鋼等の金属材料から形成されており、ボール８１が圧接されても損傷の無いように所定の硬度を持たせるべく熱処理等の表面硬化処理が全部又は一部に施されることが好ましい。
【００６１】
このように構成された弁装置３６ａのロック機構８０は、以下のように作用する。
図４は、弁装置のロック機構の動作を説明するための概略縦断面図であり、（ａ）は開弁状態を示す図、（ｂ）は開弁状態を解除した後の閉弁状態を示す図である。
【００６２】
まず、図４（ａ）を参照して、開弁状態への移行について説明する。
図４（ａ）に示すように、ギア５９の回転により、ラック部６３が開弁方向（上方向）に移動してくると、ラック部６３の壁面６４ｃにボール８１が接触し、ボール８１は、保持具８３の半径方向内方へ移動する。ここで、保持具８３とラック部６３の壁面６４ｃとの間には、半径方向の隙間が存在しており、ラック部６３の壁面６４ｃにはボール８１のみが接触する。
【００６３】
ラック部６３の壁面６４ｃとボール８１との接触によってボール８１が半径方向内方へ移動すると、ボール８１が押し具９０の当接面９１に当接して押し具９０を上方向に移動させ、これにより、ばね部材８２が圧縮される。
【００６４】
ばね部材８２が圧縮されたことによる付勢力Ｂは、押し具９０のテーパ形状の当接面９１によって、半径方向外方への力に変換されて、ボール８１をラック部６３の壁面６４ｃに押圧する押圧力Ｃとなる。
【００６５】
この押圧力Ｃによってボール８１とラック部６３の壁面６４ｃとの間に摩擦力Ｄが発生する。この摩擦力Ｄは、ボール８１とラック部６３の壁面６４ｃとの接触点において、ボール８１の数だけ発生する。したがって、ラック部６３の壁面６４ｃが円周上の複数個所で安定的に保持されることになるため、ラック部６３をより確実に保持することができる。このとき、ラック部６３を保持する力は、ラック部６３を保持する力＝摩擦力Ｄ×接触数（ボール８１の数）、の式により算出される。このように、回転駆動源５６（図２参照）への通電が無くとも、ラック部６３、ひいては弁体４６（図２参照）を開放位置に保持することができる。
【００６６】
ここで、弁体４６（図２参照）を開放位置に保持する保持力は、ばね部材８２のばね荷重により設定される。したがって、ばね部材８２のばね荷重を変更することで、弁体４６を開放位置に保持する保持力を調整することが可能となる。
【００６７】
次に、図４（ｂ）を参照して、開弁状態の解除について説明する。
図４（ｂ）に示すように、開弁状態の解除は、ギア５９の回転によりラック部６３を閉弁方向（下方向）に移動させることによって行われる。このとき、弁装置３６ａは、ラック部６３を保持する力である摩擦力Ｄの総和に打ち勝つための回転駆動力を回転駆動源５６（図２参照）に発生させる。このように摩擦力Ｄの総和に打ち勝つための回転駆動力を回転駆動源５６（図２参照）に発生させるだけで、特別の駆動機構を必要とすることなく、開弁状態を解除することができる。
【００６８】
さらに、ギア５９の回転によりラック部６３を閉弁方向（下方向）に移動させることにより、弁装置３６ａは閉弁状態となる。このように、閉弁時には、閉弁方向にラック部を移動させるだけで済み、一旦開弁方向にラック部材を移動させる無駄な作動ストロークは生じない。
【００６９】
また、図４（ｂ）に示す閉弁状態では、押し具９０の移動規制部９３が保持具８３に当接することにより、押し具９０の下方向への移動が規制される。このとき、ばね部材８２の付勢力Ｂは、移動規制部９３を介して保持具８３にかかり、反力Ｅと釣り合うことになる。したがって、ラック部６３がボール８１から離間するように下方向に移動させられて保持が不要な場合には、押し具９０からボール８１に押圧力が加わらないようにすることができ、ボール８１に不必要な負荷がかかることが防止される。
【００７０】
一方、移動規制部９３が保持具８３に当接した状態において、ボール８１は、押し具９０の当接面９１により位置規制されて保持具８３の半径方向外方に所定量突出する。したがって、ラック部６３の壁面６４ｃがボール８１に対向する位置まで上方向に移動させられた場合、所定量外方に突出したボール８１がラック部６３の壁面６４ｃに当接して内方に移動させられ、この際、押し具９０がボール８１により押圧されてばね部材８２の付勢力に抗して上方向に移動するため、ボール８１からラック部６３の壁面６４ｃに押圧力を確実に付与できる。
【００７１】
前記したように、本実施形態に係る弁装置３６ａ，３６ｂのロック機構８０は、弁体４６と共に移動するラック部６３の壁面６４ｃに当接可能なボール８１と、ボール８１を壁面６４ｃに向けて押圧するためのばね部材８２とを備えており、ラック部６３の壁面６４ｃにボール８１を押圧したときに発生する摩擦力により弁体４６を保持する。
【００７２】
このような本実施形態によれば、ラック部６３の壁面６４ｃに、ばね部材８２によりボール８１が押圧されて、ラック部６３の壁面６４ｃとボール８１との間に摩擦力が発生し、この摩擦力によってラック部６３、ひいては弁体４６が保持される。したがって、回転駆動源５６への通電が無くとも、弁体４６を開放位置に保持することができ、消費電力が低減される。しかも、弁体４６の開放位置での保持を解除するために特別の駆動機構を必要としないため、簡素な構造を実現でき、小型軽量化及び低コスト化が可能となる。
すなわち、回転駆動源５６への通電無しで弁体４６を開放位置に保持できると共に、弁体４６の開放位置での保持を解除するために特別の駆動機構を必要としない弁装置のロック機構を提供できる。
【００７３】
また本実施形態では、ロック機構８０は、上方向に臨む保持面８４を有し当該保持面８４によりボール８１を保持する保持具８３と、ボール８１が当接され下方向に向けて徐々に外径が減少する当接面９１、及び上方向に臨みばね部材８２の下方向の付勢力を受けるばね受け面９２を有する押し具９０と、を備えている。
【００７４】
このような構成によれば、ばね部材８２によって押し具９０のばね受け面９２に加えられた付勢力Ｂは、押し具９０の当接面９１を介してボール８１に伝達されて、ボール８１からラック部６３の壁面６４ｃに押圧力Ｃが加わる（図４（ａ）参照）。このようなコンパクトな構成により、ラック部６３の壁面６４ｃとボール８１との間に摩擦力Ｄ（図４（ａ）参照）を生じさせてラック部６３を保持することができる。
【００７５】
また本実施形態では、押し具９０の当接面９１は、下方向に向けて直線的に外径が減少するテーパ形状を呈しており、ボール８１は、保持具８３に複数個保持される。
【００７６】
このような構成によれば、簡易な形状の当接面９１によって、ばね部材８２の付勢力を複数個のボール８１に振り分けることができる。したがって、ラック部６３の壁面６４ｃとボール８１との間でボール８１の数だけ摩擦力が発生するため、ラック部６３をより確実に保持することができる。
【００７７】
以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００７８】
例えば、前記実施形態では、ロック機構８０は、弁体４６を開放位置に保持することができるように構成されているが、例えばバルブハウジング４２の天井部に着座部を設けることにより、弁体４６を閉止位置に保持することができるように構成されてもよい。この場合、弁装置はノーマルオープンタイプである。さらには、ロック機構８０は、ラック部６３の壁面におけるボール８１からの押圧力を受ける部分（部分的に内径を小さくした部分）を軸方向の所定位置にずらして形成することにより、弁体４６を所定の開度位置に保持することができるように構成されてもよい。
【００７９】
また、前記実施形態では、ボール８１をラック部６３の本体部６４の内周面である壁面６４ｃに押圧することにより、ラック部６３を保持するように構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ボール８１をラック部６３の本体部６４の外周面である壁面に押圧することにより、ラック部６３を保持するように構成されてもよい。
【００８０】
また、前記実施形態では、１つのばね部材８２の付勢力を、例えばテーパ形状の当接面９１を有する押し具９０を利用することによって、複数個のボール８１に振り分けるように構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数個のボール８１の各々について、ボール８１をラック部６３の壁面に向けて付勢するばね部材を設置するように構成されてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
３６ａ，３６ｂ 弁装置 ４４ 室（流体通路）
４６ 弁体 ５６ 回転駆動源
５９ ギア ６０ ラック歯
６３ ラック部 ６４ｃ 壁面
８０ ロック機構 ８１ ボール
８２ ばね部材 ８３ 保持具
８４ 保持面 ８７ａ 離脱防止部
９０ 押し具 ９１ 当接面
９２ ばね受け面 ９３ 移動規制部
Ｂ 付勢力 Ｃ 押圧力
Ｄ 摩擦力 ｃ１，ｃ２ 配管（流体通路）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁装置のロック機構に関し、より詳しくは、流体通路を開閉する弁体を有する弁装置の前記弁体を所定の開度位置に保持するためのロック機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、エンジンの始動時に、２次空気流路管内に発生する２次空気を三元触媒コンバータに導入して三元触媒の暖機を促進させる２次空気供給システムに組み込まれた流体制御弁装置が開示されている。
【０００３】
この流体制御弁装置は、電動モータと、電動モータの回転速度を減速する減速機構と、減速機構中の最終ギアと噛合する複数のラック歯が外周面に設けられ前記最終ギアの回転運動を直線運動に変換して弁体と一体的に変位するバルブシャフト（弁ロッド）とを備えている。この場合、電動モータを正転又は逆転させて最終ギアとラック歯とを噛合させることにより、ラック歯を有するバルブシャフトと一体的に弁体を変位させて流体通路を開閉するようにしている。
【０００４】
また、本出願人らは、弁装置のケースに揺動可能なロックレバーを設置すると共に、ラック歯が設けられたラック部材のラック歯とは反対側の背面に係合部を形成し、ロックレバーを係合部に係合させることにより、回転駆動源への通電無しでラック部材と共に移動する弁体を開放位置（開弁状態）に保持する弁装置を提案している（特願２００９−２２９０６５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ロックレバーをラック部材の係合部に係合させることにより弁体を開放位置に保持する弁装置においては、弁体を開放位置から閉止位置に変位させる際に、係合部と係合する方向へばね部材により回転力が付与されたロックレバーを係合部から外すために、ソレノイド等の特別の駆動機構が必要になるという課題があった。
【０００７】
また、ソレノイド等の駆動機構の推力と比較して、ばね部材による係合方向への回転力は大きい。このため、ロックレバーを係合部から外す際に、一旦ラック部材を開弁方向に移動させてロックレバーの先端が係合部と接触しない離れた状態としてから、ソレノイド等の駆動機構でロックレバーを駆動しなければならない。したがって、閉弁時には、一旦開弁方向にラック部材を移動させる無駄な作動ストロークが生じ、結果的にラック部材の作動ストロークを若干大きく取る必要がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、回転駆動源への通電無しで弁体を所定の開度位置に保持できると共に、弁体の所定の開度位置での保持を解除するために特別の駆動機構を必要としない弁装置のロック機構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】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、流体通路を開閉する弁体を有する弁装置の前記弁体を所定の開度位置に保持するためのロック機構であって、前記弁装置は、回転駆動源の回転駆動力が伝達されるギアと、前記ギアと噛合するラック歯が設けられ前記ギアの回転運動を直線運動に変換して前記弁体と共に移動するラック部とを有し、前記ラック部の壁面に当接可能なボールと、前記ボールを前記壁面に向けて押圧するためのばね部材とを備え、前記ラック部の壁面に前記ボールを押圧したときに発生する摩擦力により前記弁体を保持することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、ラック部の壁面に、ばね部材によりボールが押圧されて、ラック部の壁面とボールとの間に摩擦力が発生し、この摩擦力によってラック部が保持される。したがって、回転駆動源への通電が無くとも、弁体を所定の開度位置に保持することができ、消費電力が低減される。しかも、弁体の所定の開度位置での保持を解除するために特別の駆動機構を必要としないため、簡素な構造を実現でき、小型軽量化及び低コスト化が可能となる。
すなわち、回転駆動源への通電無しで弁体を所定の開度位置に保持できると共に、弁体の所定の開度位置での保持を解除するために特別の駆動機構を必要としない弁装置のロック機構を提供できる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の弁装置のロック機構において、前記ばね部材側である軸方向に沿う第１の方向に臨む保持面を有し、当該保持面により前記ボールを保持する保持具と、前記ボールが当接され、前記第１の方向と反対方向の第２の方向に向けて徐々に外径が減少する当接面、及び前記第１の方向に臨み、前記ばね部材の前記第２の方向の付勢力を受けるばね受け面を有する押し具と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、ばね部材によって押し具のばね受け面に加えられた付勢力は、押し具の当接面を介してボールに伝達されて、ボールからラック部の壁面に押圧力が加わる。このようなコンパクトな構成により、ラック部の壁面とボールとの間に摩擦力を生じさせてラック部を保持することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の弁装置のロック機構において、前記押し具の当接面は、前記第２の方向に向けて直線的に外径が減少するテーパ形状を呈しており、前記ボールは、前記押し具の当接面の周方向において前記保持具に複数個保持されることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、簡易な形状の当接面によって、ばね部材の付勢力を複数個のボールに振り分けることができる。したがって、ラック部の壁面とボールとの間でボールの数だけ摩擦力が発生し、ラック部の壁面が円周上の複数個所で安定的に保持されることになるため、ラック部をより確実に保持することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の弁装置のロック機構において、前記保持具には、前記ボールが前記保持具の半径方向外方に離脱することを防止する離脱防止部が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、ボールから離間するようにラック部の壁面を軸方向に移動させたとしても、ボールが半径方向外方に飛び出して脱落してしまうことが防止される。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の弁装置のロック機構において、前記押し具には、前記保持具に当接することにより前記押し具の前記第２の方向への移動を規制する移動規制部が設けられており、前記移動規制部が前記保持具に当接した状態において、前記ボールは、前記ラック部の壁面が前記ボールに対向する位置まで移動させられた場合に前記壁面を押圧するように、前記押し具の当接面により位置規制されて前記保持具の半径方向外方に所定量突出することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、ラック部がボールから離間するように第２の方向に移動させられた場合、押し具からボールに押圧力が加わらないようにすることができ、ボールに不必要な負荷がかかることが防止される。一方、ラック部の壁面が前記ボールに対向する位置まで第１の方向に移動させられた場合、所定量外方に突出したボールがラック部の壁面に当接して内方に移動させられ、この際、押し具がボールにより押圧されてばね部材の付勢力に抗して第１の方向に移動するため、ボールからラック部の壁面に押圧力を確実に付与できる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の弁装置のロック機構において、前記弁体の保持を解除する場合、前記摩擦力に打ち勝つための回転駆動力を前記回転駆動源に発生させることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、摩擦力に打ち勝つための回転駆動力を回転駆動源に発生させるだけで、特別の駆動機構を必要とすることなく、弁体の所定の開度位置での保持を解除することができる。また、閉弁時には、閉弁方向にラック部を移動させるだけで済み、一旦開弁方向にラック部材を移動させる無駄な作動ストロークは生じない。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の弁装置のロック機構において、前記弁体を所定の開度位置に保持する保持力は、前記ばね部材のばね荷重により設定されることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、ばね部材のばね荷重を変更することで、弁体を所定の開度位置に保持する保持力を調整することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、回転駆動源への通電無しで弁体を所定の開度位置に保持できると共に、弁体の所定の開度位置での保持を解除するために特別の駆動機構を必要としない弁装置のロック機構を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る弁装置のロック機構が適用された燃料電池システムの全体構成図である。
【図２】燃料電池システムに組み込まれる弁装置の概略縦断面図である。
【図３】ボールを保持する保持具を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】弁装置のロック機構の動作を説明するための概略縦断面図であり、（ａ）は開弁状態を示す図、（ｂ）は開弁状態を解除した後の閉弁状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る弁装置のロック機構が適用された燃料電池システムの全体構成図である。なお、本実施形態では、車両に搭載された燃料電池に組み込まれる弁装置を以下に例示して説明しているが、これに限定されるものでなく、例えば、船舶や航空機等、又は業務用や家庭用の定置式の燃料電池等に組み込まれる各種の弁装置に適用することができる。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態に係る弁装置のロック機構が適用された燃料電池システム１０は、燃料電池１２、アノード系１４、カソード系１６、図示しない制御系等を備えて構成されている。
【００２７】
燃料電池１２は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）からなり、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体）を図示しないセパレータで挟持してなる単セルが複数積層されて構成されている。ＭＥＡは、電解質膜（固体高分子膜）、これを挟持するカソード及びアノード等を備える。前記カソード及びアノードは、例えば、白金等の触媒がカーボンブラック等の触媒担体に担持された電極触媒層からなる。また、各セパレータには、溝や貫通孔からなるアノード流路２２及びカソード流路２４が形成されている。
【００２８】
このような燃料電池１２では、アノードに水素（反応ガス、燃料ガス）が供給され、一方、カソードに酸素を含むエア（反応ガス、酸化剤ガス）が供給されると、アノード及びカソードに含まれる触媒上で電極反応が起こり、燃料電池１２が発電可能な状態となる。
【００２９】
前記燃料電池１２は、図示しない外部負荷と電気的に接続され、前記外部負荷によって電流が取り出されると、燃料電池１２が発電するようになっている。なお、前記外部負荷とは、走行用のモータ、バッテリやキャパシタ等の蓄電装置、後記するエアポンプ２６等である。
【００３０】
アノード系１４は、水素タンク２８、遮断弁３０、パージ弁３２、配管ａ１〜ａ４等によって構成される。
【００３１】
水素タンク２８は、高純度の水素を高圧で貯蔵するものであり、配管ａ１を介して下流側の遮断弁３０と接続されている。前記遮断弁３０は、例えば、電磁弁からなり、配管ａ２を介して下流側の燃料電池１２のアノード流路２２の入口と接続されている。
【００３２】
パージ弁３２は、例えば、電磁弁からなり、配管ａ３を介して上流側の燃料電池１２のアノード流路２２の出口と接続されている。
【００３３】
カソード系１６は、エアポンプ２６、弁装置３６ａ，３６ｂ、背圧弁３８、配管（酸化剤ガス流路）ｃ１〜ｃ５等で構成されている。
【００３４】
エアポンプ２６は、例えば、図示しないモータで駆動される機械式の過給器であり、取り込んだ外気（エア）を圧縮して燃料電池１２に供給する。
【００３５】
弁装置３６ａは、酸化剤ガスの供給側に設けられ、配管ｃ１を介して上流側のエアポンプ２６と接続されると共に、配管ｃ２を介して下流側の燃料電池１２のカソード流路２４の入口と接続されている。また、弁装置３６ｂは、酸化剤ガスの排出側に設けられ、配管ｃ３を介して上流側の燃料電池１２のカソード流路２４の出口と接続されると共に、配管ｃ４を介して下流側の背圧弁３８と接続されている。
【００３６】
二つの弁装置３６ａ，３６ｂは、それぞれ、ノーマルクローズタイプで同一構成からなるため、以下、弁装置３６ａの構成を詳細に説明して、弁装置３６ｂの説明を省略する。
【００３７】
図２は、燃料電池システムに組み込まれる弁装置の概略縦断面図である。
図２に示すように、弁装置３６ａは、流体（圧力流体）が導入されるインレットポート４０ａが側壁に形成されると共に、流体（圧力流体）が導出されるアウトレットポート４０ｂが底壁に形成されたバルブハウジング４２と、前記バルブハウジング４２の上部側に搭載されて一体的に結合されるギアケース４３ａと、前記バルブハウジング４２と前記ギアケース４３ａとの間に介装される中間プレート４３ｂとを含む。なお、前記バルブハウジング４２、ギアケース４３ａ及び中間プレート４３ｂは、バルブ本体として機能するものである。
【００３８】
さらに、弁装置３６ａは、前記バルブハウジング４２と中間プレート４３ｂとによって閉塞される室４４内に設けられインレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂとの連通状態と非連通状態とを切り換える弁体４６と、前記ギアケース４３ａの内側に形成される空間部４５内に設けられ前記弁体４６が着座部４８から離間する方向及び着座部４８に着座する方向に沿って前記弁体４６を変位させる弁駆動機構５２と、前記弁体４６を開放位置（開弁状態）に保持するロック機構８０とを備える。ここで、弁体４６は、インレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂとの連通状態と非連通状態とを切り換えることによって、配管ｃ１、配管ｃ２、及び室４４から構成される流体通路を開閉する。
【００３９】
弁体４６は、円板状に形成された弁部４６ａと、前記弁部４６ａの中心に連結される弁ロッド４６ｂとを有し、前記弁部４６ａの下面には、バルブハウジング４２の着座部４８に当接してシール機能を発揮する弁パッキン４６ｃが装着される。なお、弁部４６ａと弁ロッド４６ｂとは、それぞれ別個に製造されてねじ（図示せず）で締結することにより一体的に組み付けられるように構成される。但し、弁部４６ａと弁ロッド４６ｂとを一体成形するようにしてもよい。
【００４０】
弁駆動機構５２は、例えば、ステッピングモータやＤＣサーボモータ等からなる回転駆動源５６と、回転駆動源５６の回転駆動力が伝達されるギア５９と、ギア５９と噛合するラック歯６０が設けられ前記ギア５９の回転運動を直線運動に変換して前記弁体４６と共に移動するラック部６３とを有している。なお、回転駆動源５６の回転駆動力は、複数のギアによって構成される減速機構（図示せず）を介してギア５９に伝達されるようになっている。
【００４１】
ラック部６３は、有底円筒形状の本体部６４を有しており、本体部６４の下部には弁ロッド４６ｂが連設されている。ここで、ラック部６３は、弁ロッド４６ｂと一体成形されるように構成されており、弁体４６と共に（一体的に）移動（変位）可能となっている。但し、ラック部６３と弁ロッド４６ｂとは、それぞれ別個に製造されてねじ締結されるように構成されてもよい。
【００４２】
また、ラック部６３と弁ロッド４６ｂとは、ここでは両者の中心軸が同一直線上に配置されているが、これに限定されるものではなく、両者の中心軸が平面視して所定距離だけオフセットしていると共に、側面視して上下方向に沿って略並行に配設されるように構成されていてもよい。
【００４３】
ラック部６３の本体部６４の軸方向両端には、大径部６４ａ，６４ｂが形成されている。これら大径部６４ａ，６４ｂの外周面に摺接してラック部６３を上下方向移動可能に支持するカラー６７ａ，６７ｂが、ギアケース４３ａの内面４３ｃにそれぞれ装着されている。カラー６７ａ，６７ｂは、例えば、焼結金属等で形成された円筒形状の部材からなり、ラック部６３を摺動可能に支持する軸受けとして機能することにより、ラック部６３、ひいては弁部４６ａ及び弁ロッド４６ｂの傾動（傾斜）を阻止してより一層安定した着座作用を発揮させることができる。
【００４４】
ラック部６３の本体部６４の内部には、略円筒形状のばね受け部材６５が配置されており、ばね受け部材６５の上面に、コイルスプリング５０が装着されている。コイルスプリング５０は、ばね力によって、ばね受け部材６５を介して、弁体４６を着座部（弁座）４８の方向に向かって押圧する機能を有するものである。
【００４５】
回転駆動源５６に供給される電流の極性を切り換えることにより、ギア５９の回転方向を正逆いずれかの方向に切り換えることができる。ギア５９の回転運動は、ギア５９とラック歯６０との噛合作用によって、ラック部６３の直線運動（昇降運動）に変換される。そして、ラック部６３の直線運動は、ラック部６３の下部に連設された弁ロッド４６ｂに伝達されて、弁体４６を上下方向に沿って変位させる。この結果、弁体４６（弁部４６ａ）が着座部４８に着座してアウトレットポート４０ｂを閉塞することにより、インレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂとの連通が遮断された閉弁状態となり、一方、弁体４６が着座部４８から離間することにより、バルブハウジング４２内の室４４を介してインレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂとが連通する開弁状態となる。
【００４６】
ラック部６３に連設される弁体４６の弁ロッド４６ｂは、中間プレート４３ｂに形成された挿通孔６９に挿通される。挿通孔６９には、ギアケース４３ａの空間部４５とバルブハウジング４２の室４４とを液密乃至気密に保持するシール部材７１（例えば、Ｏリング）が設置される。
【００４７】
次に、ロック機構８０について説明する。
ロック機構８０は、ラック部６３の本体部６４の内周面である壁面６４ｃに当接可能なボール８１と、ボール８１を壁面６４ｃに向けて押圧するためのコイルスプリング等のばね部材８２とを備えている。このロック機構８０は、ラック部６３の壁面６４ｃにボール８１を押圧したときに発生する摩擦力により前記弁体４６を開放位置に保持するものである。
【００４８】
また、ロック機構８０は、ボール８１を保持する保持具８３を備えている。保持具８３は、ばね部材８２側である軸方向に沿う第１の方向（図２では上方向）に臨む保持面８４を有しており、当該保持面８４によりボール８１を保持する。ここで、第１の方向は、保持具８３から見て弁体４６と反対方向である。
【００４９】
ここでは、４個のボール８１が保持具８３に保持されている。但し、ボールの配置数は適宜設定可能である。ボール８１としては例えば鋼球が使用される。
【００５０】
図３は、ボールを保持する保持具を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００５１】
図３に示すように、保持具８３は、中央部が窪んだ円形蓋形状を呈しており、窪んだ部分の底部にはボール８１（図２参照）を収容するボール収容室８５が形成されている。ボール収容室８５の円筒形状の側壁部８６には、円周上等間隔に、ここでは４箇所で平面加工が施されることにより、４つの平面部８６ａが形成されている。
【００５２】
４つの平面部８６ａには、ドリル等の加工具により半径方向に沿って穴８７がそれぞれ開設されている。この穴８７の内周面の一部（図３（ｄ）の下方部分）がボール８１を保持する保持面８４を構成する。平面部８６ａを形成することは、ボール８１の保持具８３から外方への突出量を大きくして、ボール８１をラック部６３の壁面６４ｃに押圧させ易くなるため好ましい。また、保持面８４は、円筒側面の一部に相当する溝形状を呈しているため、ボール８１を安定して保持することができる。なお、平面部８６ａ及び保持面８４の数は、配置されるボール８１の数と同じになるように設定される。
【００５３】
穴８７の径は、ボール８１（図２参照）の直径よりも小さく設定されている。したがって、穴８７の開口端部は、ボール８１が保持具８３の半径方向外方に離脱することを防止する離脱防止部８７ａとして機能するものである。このような構成によれば、ボール８１から離間するようにラック部６３の壁面６４ｃ（図２参照）を軸方向に移動させたとしても、ボール８１が半径方向外方に飛び出して脱落してしまうことが防止される。
【００５４】
また、保持具８３の下部には、コイルスプリング５０（図２参照）の上端を受けるばね受け面８８が形成されている。すなわち、コイルスプリング５０は、保持具８３とばね受け部材６５（図２参照）との間に装着される。なお、図３中の符号８９は、空気が流通する空気孔を示す。
【００５５】
図２の説明に戻り、ロック機構８０は、ボール８１が当接され、前記第１の方向と反対方向の第２の方向（図２では下方向）に向けて徐々に外径が減少する当接面９１を有する押し具９０を備えている。ここでは、当接面９１は、下方向に向けて直線的に外径が減少するテーパ形状（円錐側面形状）を呈しており、簡易な形状とされている。但し、当接面９１は、略半球面形状等であってもよい。
【００５６】
押し具９０は、第１の方向（上方向）に臨み、ばね部材８２の第２の方向（下方向）の付勢力を受けるばね受け面９２を有している。押し具９０は、ばね部材８２の下方向の付勢力を、半径方向外方への力に変換するものである。なお、図２中の符号９４は、空気が流通する空気孔を示す。
【００５７】
押し具９０には、保持具８３に当接することにより押し具９０の第２の方向（下方向）への移動を規制する移動規制部９３が設けられている。そして、移動規制部９３が保持具８３に当接した状態において、ボール８１は、ラック部６３の壁面６４ｃがボール８１に対向する位置まで移動させられた場合に壁面６４ｃを押圧するように、押し具９０の当接面９１により位置規制されて保持具８３の半径方向外方に所定量突出する構成となっている。
【００５８】
さらに、ロック機構８０は、ばね部材８２の上端を受けるばね押え具９５を備えている。すなわち、ばね部材８２は、押し具９０とばね押え具９５との間に装着されており、押し具９０を下方向へ付勢する。
【００５９】
ばね押え具９５は、保持具８３の上面に、ねじ部材７４によって固定されており、ばね押え具９５と保持具８３との間は、シール部材７２によってシールされる。また、保持具８３は、ギアケース４３ａの上面に、ねじ部材７５によって固定されており、保持具８３とギアケース４３ａとの間は、シール部材７３によってシールされる。なお、ねじ部材７４，７５による締結箇所の数は、図３に示す４箇所に限定されず、適宜変更可能である。
【００６０】
ボール８１が当接する保持具８３、押し具９０、及びラック部６３は、例えば鉄鋼等の金属材料から形成されており、ボール８１が圧接されても損傷の無いように所定の硬度を持たせるべく熱処理等の表面硬化処理が全部又は一部に施されることが好ましい。
【００６１】
このように構成された弁装置３６ａのロック機構８０は、以下のように作用する。
図４は、弁装置のロック機構の動作を説明するための概略縦断面図であり、（ａ）は開弁状態を示す図、（ｂ）は開弁状態を解除した後の閉弁状態を示す図である。
【００６２】
まず、図４（ａ）を参照して、開弁状態への移行について説明する。
図４（ａ）に示すように、ギア５９の回転により、ラック部６３が開弁方向（上方向）に移動してくると、ラック部６３の壁面６４ｃにボール８１が接触し、ボール８１は、保持具８３の半径方向内方へ移動する。ここで、保持具８３とラック部６３の壁面６４ｃとの間には、半径方向の隙間が存在しており、ラック部６３の壁面６４ｃにはボール８１のみが接触する。
【００６３】
ラック部６３の壁面６４ｃとボール８１との接触によってボール８１が半径方向内方へ移動すると、ボール８１が押し具９０の当接面９１に当接して押し具９０を上方向に移動させ、これにより、ばね部材８２が圧縮される。
【００６４】
ばね部材８２が圧縮されたことによる付勢力Ｂは、押し具９０のテーパ形状の当接面９１によって、半径方向外方への力に変換されて、ボール８１をラック部６３の壁面６４ｃに押圧する押圧力Ｃとなる。
【００６５】
この押圧力Ｃによってボール８１とラック部６３の壁面６４ｃとの間に摩擦力Ｄが発生する。この摩擦力Ｄは、ボール８１とラック部６３の壁面６４ｃとの接触点において、ボール８１の数だけ発生する。したがって、ラック部６３の壁面６４ｃが円周上の複数個所で安定的に保持されることになるため、ラック部６３をより確実に保持することができる。このとき、ラック部６３を保持する力は、ラック部６３を保持する力＝摩擦力Ｄ×接触数（ボール８１の数）、の式により算出される。このように、回転駆動源５６（図２参照）への通電が無くとも、ラック部６３、ひいては弁体４６（図２参照）を開放位置に保持することができる。
【００６６】
ここで、弁体４６（図２参照）を開放位置に保持する保持力は、ばね部材８２のばね荷重により設定される。したがって、ばね部材８２のばね荷重を変更することで、弁体４６を開放位置に保持する保持力を調整することが可能となる。
【００６７】
次に、図４（ｂ）を参照して、開弁状態の解除について説明する。
図４（ｂ）に示すように、開弁状態の解除は、ギア５９の回転によりラック部６３を閉弁方向（下方向）に移動させることによって行われる。このとき、弁装置３６ａは、ラック部６３を保持する力である摩擦力Ｄの総和に打ち勝つための回転駆動力を回転駆動源５６（図２参照）に発生させる。このように摩擦力Ｄの総和に打ち勝つための回転駆動力を回転駆動源５６（図２参照）に発生させるだけで、特別の駆動機構を必要とすることなく、開弁状態を解除することができる。
【００６８】
さらに、ギア５９の回転によりラック部６３を閉弁方向（下方向）に移動させることにより、弁装置３６ａは閉弁状態となる。このように、閉弁時には、閉弁方向にラック部を移動させるだけで済み、一旦開弁方向にラック部材を移動させる無駄な作動ストロークは生じない。
【００６９】
また、図４（ｂ）に示す閉弁状態では、押し具９０の移動規制部９３が保持具８３に当接することにより、押し具９０の下方向への移動が規制される。このとき、ばね部材８２の付勢力Ｂは、移動規制部９３を介して保持具８３にかかり、反力Ｅと釣り合うことになる。したがって、ラック部６３がボール８１から離間するように下方向に移動させられて保持が不要な場合には、押し具９０からボール８１に押圧力が加わらないようにすることができ、ボール８１に不必要な負荷がかかることが防止される。
【００７０】
一方、移動規制部９３が保持具８３に当接した状態において、ボール８１は、押し具９０の当接面９１により位置規制されて保持具８３の半径方向外方に所定量突出する。したがって、ラック部６３の壁面６４ｃがボール８１に対向する位置まで上方向に移動させられた場合、所定量外方に突出したボール８１がラック部６３の壁面６４ｃに当接して内方に移動させられ、この際、押し具９０がボール８１により押圧されてばね部材８２の付勢力に抗して上方向に移動するため、ボール８１からラック部６３の壁面６４ｃに押圧力を確実に付与できる。
【００７１】
前記したように、本実施形態に係る弁装置３６ａ，３６ｂのロック機構８０は、弁体４６と共に移動するラック部６３の壁面６４ｃに当接可能なボール８１と、ボール８１を壁面６４ｃに向けて押圧するためのばね部材８２とを備えており、ラック部６３の壁面６４ｃにボール８１を押圧したときに発生する摩擦力により弁体４６を保持する。
【００７２】
このような本実施形態によれば、ラック部６３の壁面６４ｃに、ばね部材８２によりボール８１が押圧されて、ラック部６３の壁面６４ｃとボール８１との間に摩擦力が発生し、この摩擦力によってラック部６３、ひいては弁体４６が保持される。したがって、回転駆動源５６への通電が無くとも、弁体４６を開放位置に保持することができ、消費電力が低減される。しかも、弁体４６の開放位置での保持を解除するために特別の駆動機構を必要としないため、簡素な構造を実現でき、小型軽量化及び低コスト化が可能となる。
すなわち、回転駆動源５６への通電無しで弁体４６を開放位置に保持できると共に、弁体４６の開放位置での保持を解除するために特別の駆動機構を必要としない弁装置のロック機構を提供できる。
【００７３】
また本実施形態では、ロック機構８０は、上方向に臨む保持面８４を有し当該保持面８４によりボール８１を保持する保持具８３と、ボール８１が当接され下方向に向けて徐々に外径が減少する当接面９１、及び上方向に臨みばね部材８２の下方向の付勢力を受けるばね受け面９２を有する押し具９０と、を備えている。
【００７４】
このような構成によれば、ばね部材８２によって押し具９０のばね受け面９２に加えられた付勢力Ｂは、押し具９０の当接面９１を介してボール８１に伝達されて、ボール８１からラック部６３の壁面６４ｃに押圧力Ｃが加わる（図４（ａ）参照）。このようなコンパクトな構成により、ラック部６３の壁面６４ｃとボール８１との間に摩擦力Ｄ（図４（ａ）参照）を生じさせてラック部６３を保持することができる。
【００７５】
また本実施形態では、押し具９０の当接面９１は、下方向に向けて直線的に外径が減少するテーパ形状を呈しており、ボール８１は、保持具８３に複数個保持される。
【００７６】
このような構成によれば、簡易な形状の当接面９１によって、ばね部材８２の付勢力を複数個のボール８１に振り分けることができる。したがって、ラック部６３の壁面６４ｃとボール８１との間でボール８１の数だけ摩擦力が発生するため、ラック部６３をより確実に保持することができる。
【００７７】
以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００７８】
例えば、前記実施形態では、ロック機構８０は、弁体４６を開放位置に保持することができるように構成されているが、例えばバルブハウジング４２の天井部に着座部を設けることにより、弁体４６を閉止位置に保持することができるように構成されてもよい。この場合、弁装置はノーマルオープンタイプである。さらには、ロック機構８０は、ラック部６３の壁面におけるボール８１からの押圧力を受ける部分（部分的に内径を小さくした部分）を軸方向の所定位置にずらして形成することにより、弁体４６を所定の開度位置に保持することができるように構成されてもよい。
【００７９】
また、前記実施形態では、ボール８１をラック部６３の本体部６４の内周面である壁面６４ｃに押圧することにより、ラック部６３を保持するように構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ボール８１をラック部６３の本体部６４の外周面である壁面に押圧することにより、ラック部６３を保持するように構成されてもよい。
【００８０】
また、前記実施形態では、１つのばね部材８２の付勢力を、例えばテーパ形状の当接面９１を有する押し具９０を利用することによって、複数個のボール８１に振り分けるように構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数個のボール８１の各々について、ボール８１をラック部６３の壁面に向けて付勢するばね部材を設置するように構成されてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
３６ａ，３６ｂ 弁装置 ４４ 室（流体通路）
４６ 弁体 ５６ 回転駆動源
５９ ギア ６０ ラック歯
６３ ラック部 ６４ｃ 壁面
８０ ロック機構 ８１ ボール
８２ ばね部材 ８３ 保持具
８４ 保持面 ８７ａ 離脱防止部
９０ 押し具 ９１ 当接面
９２ ばね受け面 ９３ 移動規制部
Ｂ 付勢力 Ｃ 押圧力
Ｄ 摩擦力 ｃ１，ｃ２ 配管（流体通路）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体通路を開閉する弁体を有する弁装置の前記弁体を所定の開度位置に保持するためのロック機構であって、
前記弁装置は、回転駆動源の回転駆動力が伝達されるギアと、前記ギアと噛合するラック歯が設けられ前記ギアの回転運動を直線運動に変換して前記弁体と共に移動するラック部とを有し、
前記ラック部の壁面に当接可能なボールと、
前記ボールを前記壁面に向けて押圧するためのばね部材とを備え、
前記ラック部の壁面に前記ボールを押圧したときに発生する摩擦力により前記弁体を保持することを特徴とする弁装置のロック機構。
【請求項２】
前記ばね部材側である軸方向に沿う第１の方向に臨む保持面を有し、当該保持面により前記ボールを保持する保持具と、
前記ボールが当接され、前記第１の方向と反対方向の第２の方向に向けて徐々に外径が減少する当接面、及び前記第１の方向に臨み、前記ばね部材の前記第２の方向の付勢力を受けるばね受け面を有する押し具と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の弁装置のロック機構。
【請求項３】
前記押し具の当接面は、前記第２の方向に向けて直線的に外径が減少するテーパ形状を呈しており、前記ボールは、前記押し具の当接面の周方向において前記保持具に複数個保持されることを特徴とする請求項２に記載の弁装置のロック機構。
【請求項４】
前記保持具には、前記ボールが前記保持具の半径方向外方に離脱することを防止する離脱防止部が設けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の弁装置のロック機構。
【請求項５】
前記押し具には、前記保持具に当接することにより前記押し具の前記第２の方向への移動を規制する移動規制部が設けられており、
前記移動規制部が前記保持具に当接した状態において、前記ボールは、前記ラック部の壁面が前記ボールに対向する位置まで移動させられた場合に前記壁面を押圧するように、前記押し具の当接面により位置規制されて前記保持具の半径方向外方に所定量突出することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の弁装置のロック機構。
【請求項６】
前記弁体の保持を解除する場合、前記摩擦力に打ち勝つための回転駆動力を前記回転駆動源に発生させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の弁装置のロック機構。
【請求項７】
前記弁体を所定の開度位置に保持する保持力は、前記ばね部材のばね荷重により設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の弁装置のロック機構。
【請求項１】
流体通路を開閉する弁体を有する弁装置の前記弁体を所定の開度位置に保持するためのロック機構であって、
前記弁装置は、回転駆動源の回転駆動力が伝達されるギアと、前記ギアと噛合するラック歯が設けられ前記ギアの回転運動を直線運動に変換して前記弁体と共に移動するラック部とを有し、
前記ラック部の壁面に当接可能なボールと、
前記ボールを前記壁面に向けて押圧するためのばね部材とを備え、
前記ラック部の壁面に前記ボールを押圧したときに発生する摩擦力により前記弁体を保持することを特徴とする弁装置のロック機構。
【請求項２】
前記ばね部材側である軸方向に沿う第１の方向に臨む保持面を有し、当該保持面により前記ボールを保持する保持具と、
前記ボールが当接され、前記第１の方向と反対方向の第２の方向に向けて徐々に外径が減少する当接面、及び前記第１の方向に臨み、前記ばね部材の前記第２の方向の付勢力を受けるばね受け面を有する押し具と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の弁装置のロック機構。
【請求項３】
前記押し具の当接面は、前記第２の方向に向けて直線的に外径が減少するテーパ形状を呈しており、前記ボールは、前記押し具の当接面の周方向において前記保持具に複数個保持されることを特徴とする請求項２に記載の弁装置のロック機構。
【請求項４】
前記保持具には、前記ボールが前記保持具の半径方向外方に離脱することを防止する離脱防止部が設けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の弁装置のロック機構。
【請求項５】
前記押し具には、前記保持具に当接することにより前記押し具の前記第２の方向への移動を規制する移動規制部が設けられており、
前記移動規制部が前記保持具に当接した状態において、前記ボールは、前記ラック部の壁面が前記ボールに対向する位置まで移動させられた場合に前記壁面を押圧するように、前記押し具の当接面により位置規制されて前記保持具の半径方向外方に所定量突出することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の弁装置のロック機構。
【請求項６】
前記弁体の保持を解除する場合、前記摩擦力に打ち勝つための回転駆動力を前記回転駆動源に発生させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の弁装置のロック機構。
【請求項７】
前記弁体を所定の開度位置に保持する保持力は、前記ばね部材のばね荷重により設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の弁装置のロック機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２１１６４１（Ｐ２０１２−２１１６４１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７７３３８（Ｐ２０１１−７７３３８）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００１４１９０１）株式会社ケーヒン (1,140)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００１４１９０１）株式会社ケーヒン (1,140)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]