弁装置
【課題】２つの流体通路を開閉するようにした弁装置において、スペース効率がよく、小型化を図る。
【解決手段】第１の弁２０、第２の弁３０、付勢部材４０、駆動機構５０、ロック機構６０と、解除部材７０と、を備え、駆動機構５０は、開弁時に、第１の弁２０を他端側に向けて駆動し、ロック機構６０により第１の弁２０と第２の弁３０とが連結された後に、これらを一端側へ向けて一体に駆動して、第１の弁２０と第２の弁３０とを開弁状態にするようになっており、閉弁時に、ロック機構６０により連結された第１の弁２０と第２の弁３０とを一端側へ向けて一体に駆動して、第１の弁２０を閉弁状態とするようになっており、解除部材７０は、駆動機構５０により一端側へ向けて一体に駆動された第１の弁２０と第２の弁３０との連結を解除する構成とした。
【解決手段】第１の弁２０、第２の弁３０、付勢部材４０、駆動機構５０、ロック機構６０と、解除部材７０と、を備え、駆動機構５０は、開弁時に、第１の弁２０を他端側に向けて駆動し、ロック機構６０により第１の弁２０と第２の弁３０とが連結された後に、これらを一端側へ向けて一体に駆動して、第１の弁２０と第２の弁３０とを開弁状態にするようになっており、閉弁時に、ロック機構６０により連結された第１の弁２０と第２の弁３０とを一端側へ向けて一体に駆動して、第１の弁２０を閉弁状態とするようになっており、解除部材７０は、駆動機構５０により一端側へ向けて一体に駆動された第１の弁２０と第２の弁３０との連結を解除する構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体通路を開閉することが可能な弁装置に関する。
【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ヤ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ヤ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、電動モータを正転または逆転させて最終ギヤ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ともに、ラック歯が設けられたラック部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ととも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）。
【０００５】
また、１つのピニオンで２つのラックを作動させ、２つのラックにそれぞれ設けられた弁体を作動させて、２つの流体通路を開閉するようにした弁装置も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
ところで、前記特許文献１に開示された流体制御弁装置や、ロックレバーをラック部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、例えば、１つのシステムにおいて２つの弁装置を用いる場合に、自ずと２つ分の設置スペースが必要であり、スペース効率が悪いという問題があった。
【０００８】
この点、１つのピニオンで２つのラックを作動させて２つの流体通路を開閉するようにした弁装置では、前記のように２つの弁装置を用いる場合に比べて、スペース効率のよい設置が可能となる。しかしながら、１つのピニオンで２つのラックを作動させる構成であるため、駆動用のモータのトルクが倍以上必要となり、モータの大型化やギヤ比を大きくする必要がある等、装置が大型化するという問題があった。
【０００９】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、２つの流体通路を開閉するようにした弁装置において、スペース効率がよく、小型化を図ることができる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】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、バルブ本体の一端側に設けられ、他端側に向けて移動することにより開弁する第１の弁と、前記バルブ本体の他端側に設けられ、一端側に向けて移動することにより開弁する第２の弁と、前記第２の弁を他端側に向けて付勢する付勢部材と、前記第１の弁および前記第２の弁を開閉駆動する駆動機構と、前記駆動機構により他端側へ向けて移動した前記第１の弁を、前記第２の弁に一体に連結するロック機構と、前記ロック機構による連結を解除する解除部材と、を備え、前記駆動機構は、開弁時に、前記第１の弁を他端側に向けて駆動し、前記ロック機構により前記第１の弁と前記第２の弁とが連結された後に、これらを一端側へ向けて一体に駆動し、当該第１の弁と当該第２の弁とを開弁状態とするようになっており、閉弁時に、前記第１の弁と前記第２の弁とを一端側へ向けて一体に駆動し、前記第１の弁を閉弁するようになっており、前記解除部材は、前記駆動機構により一端側へ向けて一体に駆動された前記第１の弁と前記第２の弁との連結を解除することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、ロック機構により第１の弁と第２の弁とを一体化させることが可能となり、第１の弁および第２の弁の２つの弁を、駆動機構による１つ分のモータトルクで開閉することが可能となる。すなわち、２つの弁を１つずつ順番に駆動することで１つ分のモータトルクで２つの弁を開閉することができる。
【００１２】
また、本発明は、前記第１の弁には有底円筒部が設けられ、前記有底円筒部の内周には、前記第２の弁のガイド軸が摺動自在に配置され、前記有底円筒部の外周には、前記ロック機構のレバーが配置され、前記ガイド軸の外周には、前記レバーに設けられたフック部が係合可能な凹部が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、第１の弁の有底円筒部に設けられたレバーのフック部が、第２の弁のガイド軸の外周に設けられた凹部に係合することによって、第１の弁と第２の弁とが一体化される。したがって、簡単な構成によって第１の弁と第２の弁とを連結することができる。また、連結の構成が簡単であるので、連結を解除する構成も簡単なものとすることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記ロック機構は、前記レバーを回動自在に支持する支軸と、前記レバーを前記ガイド軸の外周に向けて付勢するばね部材と、を含んで構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、第１の弁の有底円筒部を第１の弁の開弁方向へ所定位置まで移動させると、有底円筒部に設けたレバーのフック部がガイド軸の凹部に係合する。したがって、簡単な構成によって第１の弁と第２の弁とを連結することができる。
【００１６】
また、本発明は、前記解除部材は、ピン状の部材であり、前記駆動機構により前記第１の弁とともに一端側へ向けて移動されてきた前記ロック機構の前記レバーに当接し、前記ばね部材の付勢力に抗して前記凹部から前記フック部が脱する方向へ前記レバーを回動させることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、有底円筒部に設けたレバーが解除部材と当接することによって、凹部に対するレバーの係合が外れ、第１の弁と第２の弁との連結が解除される。したがって、ソレノイド等の別機構を設ける必要がなく、機構の簡素化および製造コストの低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、２つの流体通路を開閉するようにした弁装置において、スペース効率がよく、小型化を図ることができる弁装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る弁装置が組み込まれた燃料電池システムの全体構成図である。
【図２】弁装置の模式縦断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、第１の弁が、弁閉状態から弁開状態となる動作説明に供される図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は、第１の弁と第２の弁とが連結されて第２の弁が弁開状態となる動作説明に供される図、（ｃ）（ｄ）は第１の弁と第２の弁とが弁閉状態となる動作説明に供される図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、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、本発明の実施形態に係る弁装置１００が組み込まれた燃料電池システム１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、また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開閉バルブに適用することができる。
【００２１】
図１に示されるように、本実施形態に係る弁装置１００が組み込まれた燃料電池システム１は、燃料電池２、アノード系３、カソード系４、図示しない制御系を備えて構成されている。
【００２２】
燃料電池２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およびアノード等を備える。前記カソードおよびアノードは、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３Ａおよびカソード流路４Ａが形成されている。
【００２３】
このような燃料電池２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、アノードおよ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２が発電可能な状態となる。
【００２４】
燃料電池２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２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５等である。
【００２５】
アノード系３は、水素タンク６、遮断弁７、パージ弁８、配管ａ１〜ａ４等によって構成される。
【００２６】
水素タンク６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７と接続されている。前記遮断弁７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２のアノード流路３Ａの入口と接続されている。
【００２７】
パージ弁８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２のアノード流路３Ａの出口と接続されている。
【００２８】
カソード系４は、エアポンプ５、弁装置１００、背圧弁９、配管（酸化剤ガス流路）ｃ１〜ｃ５等で構成されている。
【００２９】
エアポンプ５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２に供給する。
【００３０】
本発明の実施形態に係る弁装置１００は、酸化剤ガスの供給側および排出側における２つの流体通路を開閉可能に構成された弁である。
酸化剤ガスの供給側において弁装置１００は、配管ｃ１を介して上流側のエアポンプ５と接続されるとともに、配管ｃ２を介して下流側の燃料電池２のカソード流路４Ａの入口と接続されている。一方、酸化剤ガスの排出側において弁装置１００は、配管ｃ３を介して上流側の燃料電池２のカソード流路４Ａの出口と接続されるとともに、配管ｃ４を介して下流側の背圧弁９と接続されている。
【００３１】
具体的に、弁装置１００は、図２に示すように、バルブ本体１０と、バルブ本体１０の一端側に設けられ供給側の流体通路を開閉する第１の弁２０と、バルブ本体１０の他端側に設けられた第２の弁３０と、付勢部材４０と、駆動機構５０と、ロック機構６０と、解除部材（固定ピン）が７０と、を備えて構成されている。
【００３２】
バルブ本体１０は、軸方向の一端側に、第１の弁２０の弁体２１等が配置される弁室２０ａを有しており、これとは反対側となる軸方向の他端側に、第２の弁３０の弁体３１等が配置される弁室３０ａを有している。また、バルブ本体１０の内部には、軸芯周りに円筒状の空間部１１が形成されている。この空間部１１には、第１の弁２０に連結された後記する有底円筒部としてのラック部２６が軸方向に摺動可能に収容されるようになっている。
【００３３】
一端側の弁室２０ａは、バルブ本体１０と中間プレート１２と弁体２１とによって仕切られる室であり、流体（圧力流体）が導入されるインレットポート２２ａと流体（圧力流体）が導出されるアウトレットポート２２ｂとを備える。
【００３４】
インレットポート２２ａには、配管ｃ１が接続されており、配管ｃ１を通じてエアポンプ５（図１参照）からの圧縮空気が供給されるようになっている。
また、アウトレットポート２２ｂには、燃料電池２のカソード流路４Ａに通じる配管ｃ２が接続されている。これにより、アウトレットポート２２ｂから配管ｃ２を通じて燃料電池２のカソード流路４Ａ（図１参照）にエアが供給されるようになっている。
【００３５】
他端側の弁室３０ａは、バルブ本体１０と中間プレート１３と弁体３１によって仕切られる室であり、流体（圧力流体）が導入されるインレットポート３２ａと流体（圧力流体）が導出されるアウトレットポート３２ｂとを備える。
【００３６】
インレットポート３２ａには、配管ｃ３が接続されており、配管ｃ３を通じて燃料電池２のカソード流路４Ａを通じて燃料電池２から排出された空気が供給されるようになっている。
また、アウトレットポート３２ｂには、背圧弁９（図１参照）に通じる配管ｃ４が接続されている。これにより、アウトレットポート３２ｂから配管ｃ４を通じて背圧弁９にエアが供給されるようになっている。
【００３７】
第１の弁２０は、インレットポート２２ａとアウトレットポート２２ｂとの連通状態と非連通状態とを切り換える弁体２１と、弁体２１に連結されたロッド２１ａと、を備えている。弁体２１の下面（外側面）には、弁座部１４に着座するパッキン２１ｂが装着されている。
【００３８】
ロッド２１ａは、中間プレート１２を貫通して中間プレート１２の内側（空間部１１内）に延設されており、その端部が有底円筒状のラック部２６に一体的に連結されている。ロッド２１ａは、中間プレート１２において、シール部材１２ａを介して気密に摺動支持されている。
【００３９】
ラック部２６は、バルブ本体１０の内部に形成された空間部１１に対して軸方向に摺動自在に挿入されている。ラック部２６の外周面には、ラック歯２６ａが形成されている。このラック歯２６ａは、空間部１１に形成された切欠部１１ａを通じて、その側方に配置される駆動機構５０の歯車５１に噛合するようになっている。
なお、ラック部２６は、軸方向の両端部分にフランジ部２７，２８を有しており、各フランジ部２７，２８が空間部１１の内壁面に摺接するように構成されている。これにより、ラック部２６の外周面の全体が空間部１１の内壁面に摺接するものと比べて、摺動抵抗を低減することができる。これにより、滑らかでスムーズなラック部２６の摺動が実現される。
また、ラック部２６の内空は、第２の弁３０の後記する挿入部３３（ガイド軸）を収容可能な大きさを備えている。ラック部２６の内壁面２６ｃは、これに挿入される挿入部３３の外周面に対向しており、挿入部３３の外周面との間で摺接可能となっている。つまり、ラック部２６は、中空部１１内において、挿入部３３の外周面にラック部２６の内周面２６ｃが摺接しながらストロークするように構成されている。
【００４０】
ラック部２６には、ラック歯２６ａが設けられる側と反対側の周壁面に、軸方向に沿う長穴２６ｂが形成されている。この長溝２６ｂ内には、ロック機構（連結機構）６０が配置されている。
ロック機構６０は、レバー６１と、支軸６２と、コイルばね６６とを含んで構成されている。レバー６１は、長軸部６３と短軸部６４と有する略Ｌ字形状を呈しており、支軸６２を中心として回動可能に支持されている。長軸部６３は、支軸６２側の細幅部６３ａと先端側の太幅部６３ｂとを有しており、これらの間に段部６３ｃが形成されている。また、長軸部６３の先端部には、バルブ本体１０の中空部１１の内面に膨出形成された膨出部１５に当接可能な突出部６５ａと、この突出部６５ａと反対側に向けて突出するフック部（フック）６５ｂが形成されている。
【００４１】
短軸部６４は、ラック部２６の内側へ向けて突出しており、長軸部６３と一体的に形成されている。短軸部６４の外側面には、ピン状の解除部材７０の先端部が当接可能となっている。ここで、解除部材７０は、第１の弁２０が弁座部１４に着座してアウトレットポート２２ｂが閉じられた状態で、短軸部６４に当接するように配置されている。
【００４２】
このようなレバー６１は、支軸６２を中心としてコイルばね６６によって、図中時計回り方向（右回り方向）に付勢されている。なお、図２では、解除部材７０に短軸部６４が当接して、レバー６１が、コイルばね６６の付勢力に抗して、図中反時計回り方向（左回り方向）に回動した状態を示している。この状態でレバー６１の突出部６５ａは、空間部１１の内壁面１１ｂに当接した状態に保持されている。
【００４３】
第２の弁３０は、インレットポート３２ａとアウトレットポート３２ｂとの連通状態と非連通状態とを切り換える弁体３１と、弁体３１に連結されたロッド３１ａと、を備えている。弁体３１の上面（外側面）には、弁座部１６に着座するパッキン３１ｂが装着されている。
【００４４】
ロッド３１ａは、中間プレート１３を貫通して中間プレート１３の内側（空間部１１内）に長く延設されており、端部には、ロッド３１ａよりも太径とされた挿入部３３が形成されている。挿入部３３は、段付き円柱状を呈しており、空間部１１内において、ラック部２６の内空に挿入されて、ラック部２６の内壁面２６ｃとの間で摺接可能となっている。
なお、ロッド３１ａは、中間プレート１３において、シール部材１３ａを介して気密に摺動支持されている。
【００４５】
挿入部３３は、２つの周溝３４，３５を有している。周溝３４は、ロック機構６０のレバー６１の先端部に対向して形成されており、時計回りに付勢されたレバー６１の先端部を収容可能に設けられている。周溝３４の他端部には、周溝３５（凹部）の縁部へ向けた上り傾斜面３４ａが形成されている。
【００４６】
周溝３５は、周溝３４よりも浅く形成された溝であり、時計回りに付勢されたレバー６１のフック部６５ｂが係脱可能となっている。
【００４７】
付勢部材４０は、第１の弁２０および第２の弁３０を相互に閉じる側に付勢するものであり、挿入部３３の下面（内側面）と、ラック部２６の底部となるフランジ部２７の上面（内側面）との間に収容されている。なお、本実施形態では、コイルばねからなるばねを例示しているが、ばねの種類や形態を限定する趣旨ではない。
【００４８】
駆動機構５０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図示しない回転駆動源と、この回転駆動源の回転駆動軸（モータ軸）に図示しない減速機構を介してその出力軸５２に連結された歯車５１とを備えて構成される。なお、回転駆動源は、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）からの制御信号により駆動される。
【００４９】
解除部材７０は、空間部１１の内壁１１ｂから内空に向けて突設されたピン状の部材であり、ラック部２６の周壁に設けられた長孔２６ｅを通じてラック部２６の内側に突出している。解除部材７０の先端部は、ロック機構６０のレバー６１を構成している短軸部６４の移動軌跡上に位置している。
【００５０】
図１に戻って、背圧弁９は、燃料電池２のカソードの圧力を調整する機能を有し、弁開度の調節が可能なバタフライ弁（常開型）等で構成されている。
【００５１】
制御系は、図示しないＥＣＵ、燃料電池２の温度を検出する温度センサ等で構成されている。ＥＣＵは、遮断弁３０、パージ弁３２、第１の開閉バルブ３６ａ、第２の開閉バルブ３６ｂ、第１および第２の開閉バルブ３６ａ、３６ｂにそれぞれ設けられた弁駆動機構５２、ロック機構５４を制御する。さらに、ＥＣＵは、エアポンプ２６のモータの回転速度を制御し、背圧弁３８の弁開度を調整する。
【００５２】
本実施形態に係る弁装置１００が組み込まれた燃料電池システム１は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００５３】
先ず、燃料電池２の発電が停止されている場合について説明する。
【００５４】
燃料電池２の発電が停止されている場合、ＥＣＵからの制御信号によって、遮断弁７が閉じられて燃料電池２側への水素の供給が停止されているとともに、エアポンプ５の図示しないモータの駆動が停止されて燃料電池２側へのエアの供給が停止されている。また、燃料電池２の発電停止中は、弁装置１００が弁閉状態（図２に示す状態）にあり、燃料電池２のカソードが封鎖されている。
【００５５】
換言すると、燃料電池２の発電停止中において、弁装置１００は、ノーマルクローズタイプのバルブとして機能し、図２に示されるように、付勢手段４０によって第１の弁２０の弁体２１が弁座部１４に着座するように押圧され、また、第２の弁３０の弁体３１が弁座部１６に着座するように押圧されている。したがって、第１の弁２０により、インレットポート２２ａとアウトレットポート２２ｂとの連通が遮断され、また、第２の弁３０により、インレットポート３２ａとアウトレットポート３２ｂとの連通が遮断される。
【００５６】
このように燃料電池２のカソードが弁装置１００によって封鎖されることにより、燃料電池２の発電停止中において、カソード流路４Ａ内に新たなエアが流れ込むことを阻止することができる。
【００５７】
次に、燃料電池システム１が運転中である場合には、ＥＣＵによって弁装置１００の第１の弁２０および第２の弁３０がそれぞれ弁閉状態から弁開状態に切り換えられてカソードの封鎖状態が解除される。同時に、ＥＣＵによって遮断弁７が弁開状態とされて水素タンク６からアノードに水素が供給されるとともに、エアポンプ５が駆動されてカソードにエア（空気）が供給されて、燃料電池２の発電が行われる。
【００５８】
ここで、カソードの封鎖状態を解除したときにおける、弁装置１００の弁閉状態から弁開状態への切換動作について、図３、図４に基づいて以下詳細に説明する。なお、以下の説明において、図３、図４に図示されていない部分については、図２を適宜参照するものとする。
なお、図３（ａ）は、図２に示されるように第１の弁２０および第２の弁３０が弁閉状態にあり、この弁閉状態を初期位置として説明する。
【００５９】
先ず、ＥＣＵは、燃料電池システム１の運転が開始されたことを検知したとき、図３（ｂ）に示されるように、駆動機構５０の回転駆動源に制御信号を送って歯車５１を駆動し、ラック歯２６ａを介してラック部２６を他端側へ向けて移動させる。そうすると、ロッド２１ａを介して弁体２１が弁座部１４から離座する。このとき、ラック部２６の他端側へ向けた移動により、ロック機構６０のレバー６１もラック部２６とともに他端側へ向けて移動する。
これにより、レバー６１の短軸部６４が解除部材７０の先端部から離れ、解除部材７０によるレバー６１の反時計回り方向の保持状態が解除される。この解除によりレバー６１は、コイルばね６６によって、時計回り方向に回動し、先端部が第２の弁３０の挿入部３３の周溝３４に入り込むようにして当接する。
【００６０】
その後、図３（ｃ）に示すように、駆動機構５０によってラック部２６が他端側へ向けてさらに移動されると、レバー６１の先端部（フック部６５ｂ）が周溝３４の傾斜面３４ａに沿って移動し、周溝３５の縁部へ位置する（図３（ｄ）参照）。このとき、図３（ｄ）に示すように、レバー６１の突出部６５ａは、中空部１１の膨出部１５の頂部を通り過ぎて膨出部の傾斜部分に位置しているので、レバー６１の反時計回り方向の回動が許容される。
【００６１】
その後、図４（ａ）に示すように、駆動機構５０によってラック部２６が他端側へ向けてさらに移動されると、周溝３５の縁部に位置していたフック部６５ｂ（先端部）が、コイルばね６６の付勢力によって周溝３５に係合される。この状態で、駆動機構５０による駆動が一旦停止され、第１の弁２０が全開状態となる。なお、フック部６５ｂが周溝３５に係合されたことの検出は、予め設定された所定の時間（確実に係合される駆動時間）だけ駆動することによって行ってもよいし、図示しないセンサ等を用いて行ってもよい。
【００６２】
その後、ＥＣＵは、駆動機構５０の回転駆動源に制御信号を送って歯車５１を逆方向に駆動し、図４（ｂ）に示すように、ラック部２６を一端側へ向けて移動させる。ここで、レバー６１のフック部６５ｂは、第２の弁３０の挿入部３３の周溝３５に係合したままの状態であるので、レバー６１を介してラック部２６と挿入部３３とは連結状態にあり、前記ラック部２６の移動によって、これらが一体的に一端側へ向けて移動する。これにより、第２の弁３０の弁体３１が着座部１６から離座する。そして、図４（ｂ）に示すように、レバー６１の突出部６５ａが空間部１１の膨出部１５の頂部に移動したところで、ＥＣＵは、駆動機構５０に制御信号を出力して、駆動を停止する。これにより、第１の弁２０と第２の弁３０とがロック機構６０のレバー６１を介して開弁状態に保持される。
なお、弁開状態に保持された状態では、駆動機構５０に対する電力の供給がないので、その分、省電力化を達成することができる。
また、レバー６１の突出部６５ａが空間部１１の膨出部１５の頂部に位置しているので、膨出部１５が規制部材として機能し、レバー６１の反時計回り方向の回動が阻止される。これにより、レバー６１のフック部６５ｂと周溝３５との係合状態が確実に維持されることとなる。
【００６３】
次に、第１の弁２０および第２の弁３０が弁開状態に保持された状態から弁閉状態への切換動作について説明する。
ＥＣＵは、燃料電池２の発電が停止されたことを検知したとき、駆動機構５０の歯車５１を回転させ、ラック部２６を一端側へ向けて移動させる。そうすると、図４（ｃ）に示されるように、ラック部２６と挿入部３３とが一体的に一端側へ向けて移動する。これにより、第１の弁２０の弁体２１が着座部１４に近づく。このとき、レバー６１の短軸部６４は、解除部材７０の先端部に当接しておらず、レバー６１のフック部６５ｂと周溝３５との係合状態が維持されて第１の弁２０と第２の弁３０とが一体的に移動する。
【００６４】
その後、図４（ｄ）に示すように、第１の弁２０の弁体２１が着座部１４に着座する。そうすると、レバー６１の短軸部６４が、解除部材７０の先端部に当接し、レバー６１が軸部６２を中心として反時計回り方向に回動する。これによって、レバー６１のフック部６５ｂと周溝３５との係合状態が解除される。
そうすると、付勢部材４０の付勢力によって第２の弁３０の挿入部３３がラック部２６内を他端側ヘ向けて移動し、第２の弁３０の弁体３１が着座部１６に着座する。これにより、図３（ａ）に示すように、第１の弁２０と第２の弁３０とが閉弁状態に復帰する。
【００６５】
以上説明した本実施形態の弁装置１００によれば、ロック機構６０（レバー６１）により第１の弁２０と第２の弁３０とを一体化させることが可能となり、第１の弁２０および第２の弁３０の２つの弁を、駆動機構５０による１つ分のモータトルクで開閉することが可能となる。すなわち、２つの弁を１つずつ順番に駆動することで１つ分のモータトルクで２つの弁を開閉することができる。したがって、２つの流体通路を開閉するようにした弁装置１００において、スペース効率がよく、小型化を図ることが可能となる。
【００６６】
また、第１の弁２０のラック部２６に設けられたレバー６１のフック部６５ｂが、第２の弁３０の挿入部３３に設けられた周溝３５に係合することによって、第１の弁２０と第２の弁３０とが一体化される。したがって、簡単な構成によって第１の弁２０と第２の弁３０とを連結することができる。また、連結の構成が簡単であるので、連結を解除する構成（解除部材７０）も簡単なものとすることができる。
【００６７】
また、第１の弁２０のラック部２６を第１の弁２０の開弁方向へ所定位置まで移動させると、ラック部２６に設けたレバー６１のフック部６５ｂが挿入部３３の周溝３５に係合するので、係合による簡単な構成によって第１の弁２０と第２の弁３０とを連結することができる。
【００６８】
また、ラック部２６に設けたレバー６１の短軸部６４が解除部材７０と当接することによって、周溝３５に対するレバー６１（フック部６５ｂ）の係合が外れ、第１の弁２０と第２の弁３０との連結が解除されるので、解除機構としてソレノイド等の別機構を設ける必要がなく、機構の簡素化および製造コストの低減を図ることができる。
【００６９】
なお、挿入部３３に周溝３５を形成することなく、挿入部３３に凹部を形成して、この凹部にフック部６５ｂが係合するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１０ バルブ本体
２０ 第１の弁
２６ ラック部（有底円筒部）
３０ 第２の弁
３３ 挿入部（ガイド軸）
３５ 周溝（凹部）
５０ 駆動機構
６０ ロック機構
６１ レバー
６５ｂ フック部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体通路を開閉することが可能な弁装置に関する。
【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ヤ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ヤ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、電動モータを正転または逆転させて最終ギヤ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ともに、ラック歯が設けられたラック部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ととも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）。
【０００５】
また、１つのピニオンで２つのラックを作動させ、２つのラックにそれぞれ設けられた弁体を作動させて、２つの流体通路を開閉するようにした弁装置も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
ところで、前記特許文献１に開示された流体制御弁装置や、ロックレバーをラック部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、例えば、１つのシステムにおいて２つの弁装置を用いる場合に、自ずと２つ分の設置スペースが必要であり、スペース効率が悪いという問題があった。
【０００８】
この点、１つのピニオンで２つのラックを作動させて２つの流体通路を開閉するようにした弁装置では、前記のように２つの弁装置を用いる場合に比べて、スペース効率のよい設置が可能となる。しかしながら、１つのピニオンで２つのラックを作動させる構成であるため、駆動用のモータのトルクが倍以上必要となり、モータの大型化やギヤ比を大きくする必要がある等、装置が大型化するという問題があった。
【０００９】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、２つの流体通路を開閉するようにした弁装置において、スペース効率がよく、小型化を図ることができる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】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、バルブ本体の一端側に設けられ、他端側に向けて移動することにより開弁する第１の弁と、前記バルブ本体の他端側に設けられ、一端側に向けて移動することにより開弁する第２の弁と、前記第２の弁を他端側に向けて付勢する付勢部材と、前記第１の弁および前記第２の弁を開閉駆動する駆動機構と、前記駆動機構により他端側へ向けて移動した前記第１の弁を、前記第２の弁に一体に連結するロック機構と、前記ロック機構による連結を解除する解除部材と、を備え、前記駆動機構は、開弁時に、前記第１の弁を他端側に向けて駆動し、前記ロック機構により前記第１の弁と前記第２の弁とが連結された後に、これらを一端側へ向けて一体に駆動し、当該第１の弁と当該第２の弁とを開弁状態とするようになっており、閉弁時に、前記第１の弁と前記第２の弁とを一端側へ向けて一体に駆動し、前記第１の弁を閉弁するようになっており、前記解除部材は、前記駆動機構により一端側へ向けて一体に駆動された前記第１の弁と前記第２の弁との連結を解除することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、ロック機構により第１の弁と第２の弁とを一体化させることが可能となり、第１の弁および第２の弁の２つの弁を、駆動機構による１つ分のモータトルクで開閉することが可能となる。すなわち、２つの弁を１つずつ順番に駆動することで１つ分のモータトルクで２つの弁を開閉することができる。
【００１２】
また、本発明は、前記第１の弁には有底円筒部が設けられ、前記有底円筒部の内周には、前記第２の弁のガイド軸が摺動自在に配置され、前記有底円筒部の外周には、前記ロック機構のレバーが配置され、前記ガイド軸の外周には、前記レバーに設けられたフック部が係合可能な凹部が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、第１の弁の有底円筒部に設けられたレバーのフック部が、第２の弁のガイド軸の外周に設けられた凹部に係合することによって、第１の弁と第２の弁とが一体化される。したがって、簡単な構成によって第１の弁と第２の弁とを連結することができる。また、連結の構成が簡単であるので、連結を解除する構成も簡単なものとすることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記ロック機構は、前記レバーを回動自在に支持する支軸と、前記レバーを前記ガイド軸の外周に向けて付勢するばね部材と、を含んで構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、第１の弁の有底円筒部を第１の弁の開弁方向へ所定位置まで移動させると、有底円筒部に設けたレバーのフック部がガイド軸の凹部に係合する。したがって、簡単な構成によって第１の弁と第２の弁とを連結することができる。
【００１６】
また、本発明は、前記解除部材は、ピン状の部材であり、前記駆動機構により前記第１の弁とともに一端側へ向けて移動されてきた前記ロック機構の前記レバーに当接し、前記ばね部材の付勢力に抗して前記凹部から前記フック部が脱する方向へ前記レバーを回動させることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、有底円筒部に設けたレバーが解除部材と当接することによって、凹部に対するレバーの係合が外れ、第１の弁と第２の弁との連結が解除される。したがって、ソレノイド等の別機構を設ける必要がなく、機構の簡素化および製造コストの低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、２つの流体通路を開閉するようにした弁装置において、スペース効率がよく、小型化を図ることができる弁装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る弁装置が組み込まれた燃料電池システムの全体構成図である。
【図２】弁装置の模式縦断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、第１の弁が、弁閉状態から弁開状態となる動作説明に供される図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は、第１の弁と第２の弁とが連結されて第２の弁が弁開状態となる動作説明に供される図、（ｃ）（ｄ）は第１の弁と第２の弁とが弁閉状態となる動作説明に供される図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、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、本発明の実施形態に係る弁装置１００が組み込まれた燃料電池システム１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、また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開閉バルブに適用することができる。
【００２１】
図１に示されるように、本実施形態に係る弁装置１００が組み込まれた燃料電池システム１は、燃料電池２、アノード系３、カソード系４、図示しない制御系を備えて構成されている。
【００２２】
燃料電池２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およびアノード等を備える。前記カソードおよびアノードは、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３Ａおよびカソード流路４Ａが形成されている。
【００２３】
このような燃料電池２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、アノードおよ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２が発電可能な状態となる。
【００２４】
燃料電池２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２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５等である。
【００２５】
アノード系３は、水素タンク６、遮断弁７、パージ弁８、配管ａ１〜ａ４等によって構成される。
【００２６】
水素タンク６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７と接続されている。前記遮断弁７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２のアノード流路３Ａの入口と接続されている。
【００２７】
パージ弁８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２のアノード流路３Ａの出口と接続されている。
【００２８】
カソード系４は、エアポンプ５、弁装置１００、背圧弁９、配管（酸化剤ガス流路）ｃ１〜ｃ５等で構成されている。
【００２９】
エアポンプ５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２に供給する。
【００３０】
本発明の実施形態に係る弁装置１００は、酸化剤ガスの供給側および排出側における２つの流体通路を開閉可能に構成された弁である。
酸化剤ガスの供給側において弁装置１００は、配管ｃ１を介して上流側のエアポンプ５と接続されるとともに、配管ｃ２を介して下流側の燃料電池２のカソード流路４Ａの入口と接続されている。一方、酸化剤ガスの排出側において弁装置１００は、配管ｃ３を介して上流側の燃料電池２のカソード流路４Ａの出口と接続されるとともに、配管ｃ４を介して下流側の背圧弁９と接続されている。
【００３１】
具体的に、弁装置１００は、図２に示すように、バルブ本体１０と、バルブ本体１０の一端側に設けられ供給側の流体通路を開閉する第１の弁２０と、バルブ本体１０の他端側に設けられた第２の弁３０と、付勢部材４０と、駆動機構５０と、ロック機構６０と、解除部材（固定ピン）が７０と、を備えて構成されている。
【００３２】
バルブ本体１０は、軸方向の一端側に、第１の弁２０の弁体２１等が配置される弁室２０ａを有しており、これとは反対側となる軸方向の他端側に、第２の弁３０の弁体３１等が配置される弁室３０ａを有している。また、バルブ本体１０の内部には、軸芯周りに円筒状の空間部１１が形成されている。この空間部１１には、第１の弁２０に連結された後記する有底円筒部としてのラック部２６が軸方向に摺動可能に収容されるようになっている。
【００３３】
一端側の弁室２０ａは、バルブ本体１０と中間プレート１２と弁体２１とによって仕切られる室であり、流体（圧力流体）が導入されるインレットポート２２ａと流体（圧力流体）が導出されるアウトレットポート２２ｂとを備える。
【００３４】
インレットポート２２ａには、配管ｃ１が接続されており、配管ｃ１を通じてエアポンプ５（図１参照）からの圧縮空気が供給されるようになっている。
また、アウトレットポート２２ｂには、燃料電池２のカソード流路４Ａに通じる配管ｃ２が接続されている。これにより、アウトレットポート２２ｂから配管ｃ２を通じて燃料電池２のカソード流路４Ａ（図１参照）にエアが供給されるようになっている。
【００３５】
他端側の弁室３０ａは、バルブ本体１０と中間プレート１３と弁体３１によって仕切られる室であり、流体（圧力流体）が導入されるインレットポート３２ａと流体（圧力流体）が導出されるアウトレットポート３２ｂとを備える。
【００３６】
インレットポート３２ａには、配管ｃ３が接続されており、配管ｃ３を通じて燃料電池２のカソード流路４Ａを通じて燃料電池２から排出された空気が供給されるようになっている。
また、アウトレットポート３２ｂには、背圧弁９（図１参照）に通じる配管ｃ４が接続されている。これにより、アウトレットポート３２ｂから配管ｃ４を通じて背圧弁９にエアが供給されるようになっている。
【００３７】
第１の弁２０は、インレットポート２２ａとアウトレットポート２２ｂとの連通状態と非連通状態とを切り換える弁体２１と、弁体２１に連結されたロッド２１ａと、を備えている。弁体２１の下面（外側面）には、弁座部１４に着座するパッキン２１ｂが装着されている。
【００３８】
ロッド２１ａは、中間プレート１２を貫通して中間プレート１２の内側（空間部１１内）に延設されており、その端部が有底円筒状のラック部２６に一体的に連結されている。ロッド２１ａは、中間プレート１２において、シール部材１２ａを介して気密に摺動支持されている。
【００３９】
ラック部２６は、バルブ本体１０の内部に形成された空間部１１に対して軸方向に摺動自在に挿入されている。ラック部２６の外周面には、ラック歯２６ａが形成されている。このラック歯２６ａは、空間部１１に形成された切欠部１１ａを通じて、その側方に配置される駆動機構５０の歯車５１に噛合するようになっている。
なお、ラック部２６は、軸方向の両端部分にフランジ部２７，２８を有しており、各フランジ部２７，２８が空間部１１の内壁面に摺接するように構成されている。これにより、ラック部２６の外周面の全体が空間部１１の内壁面に摺接するものと比べて、摺動抵抗を低減することができる。これにより、滑らかでスムーズなラック部２６の摺動が実現される。
また、ラック部２６の内空は、第２の弁３０の後記する挿入部３３（ガイド軸）を収容可能な大きさを備えている。ラック部２６の内壁面２６ｃは、これに挿入される挿入部３３の外周面に対向しており、挿入部３３の外周面との間で摺接可能となっている。つまり、ラック部２６は、中空部１１内において、挿入部３３の外周面にラック部２６の内周面２６ｃが摺接しながらストロークするように構成されている。
【００４０】
ラック部２６には、ラック歯２６ａが設けられる側と反対側の周壁面に、軸方向に沿う長穴２６ｂが形成されている。この長溝２６ｂ内には、ロック機構（連結機構）６０が配置されている。
ロック機構６０は、レバー６１と、支軸６２と、コイルばね６６とを含んで構成されている。レバー６１は、長軸部６３と短軸部６４と有する略Ｌ字形状を呈しており、支軸６２を中心として回動可能に支持されている。長軸部６３は、支軸６２側の細幅部６３ａと先端側の太幅部６３ｂとを有しており、これらの間に段部６３ｃが形成されている。また、長軸部６３の先端部には、バルブ本体１０の中空部１１の内面に膨出形成された膨出部１５に当接可能な突出部６５ａと、この突出部６５ａと反対側に向けて突出するフック部（フック）６５ｂが形成されている。
【００４１】
短軸部６４は、ラック部２６の内側へ向けて突出しており、長軸部６３と一体的に形成されている。短軸部６４の外側面には、ピン状の解除部材７０の先端部が当接可能となっている。ここで、解除部材７０は、第１の弁２０が弁座部１４に着座してアウトレットポート２２ｂが閉じられた状態で、短軸部６４に当接するように配置されている。
【００４２】
このようなレバー６１は、支軸６２を中心としてコイルばね６６によって、図中時計回り方向（右回り方向）に付勢されている。なお、図２では、解除部材７０に短軸部６４が当接して、レバー６１が、コイルばね６６の付勢力に抗して、図中反時計回り方向（左回り方向）に回動した状態を示している。この状態でレバー６１の突出部６５ａは、空間部１１の内壁面１１ｂに当接した状態に保持されている。
【００４３】
第２の弁３０は、インレットポート３２ａとアウトレットポート３２ｂとの連通状態と非連通状態とを切り換える弁体３１と、弁体３１に連結されたロッド３１ａと、を備えている。弁体３１の上面（外側面）には、弁座部１６に着座するパッキン３１ｂが装着されている。
【００４４】
ロッド３１ａは、中間プレート１３を貫通して中間プレート１３の内側（空間部１１内）に長く延設されており、端部には、ロッド３１ａよりも太径とされた挿入部３３が形成されている。挿入部３３は、段付き円柱状を呈しており、空間部１１内において、ラック部２６の内空に挿入されて、ラック部２６の内壁面２６ｃとの間で摺接可能となっている。
なお、ロッド３１ａは、中間プレート１３において、シール部材１３ａを介して気密に摺動支持されている。
【００４５】
挿入部３３は、２つの周溝３４，３５を有している。周溝３４は、ロック機構６０のレバー６１の先端部に対向して形成されており、時計回りに付勢されたレバー６１の先端部を収容可能に設けられている。周溝３４の他端部には、周溝３５（凹部）の縁部へ向けた上り傾斜面３４ａが形成されている。
【００４６】
周溝３５は、周溝３４よりも浅く形成された溝であり、時計回りに付勢されたレバー６１のフック部６５ｂが係脱可能となっている。
【００４７】
付勢部材４０は、第１の弁２０および第２の弁３０を相互に閉じる側に付勢するものであり、挿入部３３の下面（内側面）と、ラック部２６の底部となるフランジ部２７の上面（内側面）との間に収容されている。なお、本実施形態では、コイルばねからなるばねを例示しているが、ばねの種類や形態を限定する趣旨ではない。
【００４８】
駆動機構５０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図示しない回転駆動源と、この回転駆動源の回転駆動軸（モータ軸）に図示しない減速機構を介してその出力軸５２に連結された歯車５１とを備えて構成される。なお、回転駆動源は、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）からの制御信号により駆動される。
【００４９】
解除部材７０は、空間部１１の内壁１１ｂから内空に向けて突設されたピン状の部材であり、ラック部２６の周壁に設けられた長孔２６ｅを通じてラック部２６の内側に突出している。解除部材７０の先端部は、ロック機構６０のレバー６１を構成している短軸部６４の移動軌跡上に位置している。
【００５０】
図１に戻って、背圧弁９は、燃料電池２のカソードの圧力を調整する機能を有し、弁開度の調節が可能なバタフライ弁（常開型）等で構成されている。
【００５１】
制御系は、図示しないＥＣＵ、燃料電池２の温度を検出する温度センサ等で構成されている。ＥＣＵは、遮断弁３０、パージ弁３２、第１の開閉バルブ３６ａ、第２の開閉バルブ３６ｂ、第１および第２の開閉バルブ３６ａ、３６ｂにそれぞれ設けられた弁駆動機構５２、ロック機構５４を制御する。さらに、ＥＣＵは、エアポンプ２６のモータの回転速度を制御し、背圧弁３８の弁開度を調整する。
【００５２】
本実施形態に係る弁装置１００が組み込まれた燃料電池システム１は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００５３】
先ず、燃料電池２の発電が停止されている場合について説明する。
【００５４】
燃料電池２の発電が停止されている場合、ＥＣＵからの制御信号によって、遮断弁７が閉じられて燃料電池２側への水素の供給が停止されているとともに、エアポンプ５の図示しないモータの駆動が停止されて燃料電池２側へのエアの供給が停止されている。また、燃料電池２の発電停止中は、弁装置１００が弁閉状態（図２に示す状態）にあり、燃料電池２のカソードが封鎖されている。
【００５５】
換言すると、燃料電池２の発電停止中において、弁装置１００は、ノーマルクローズタイプのバルブとして機能し、図２に示されるように、付勢手段４０によって第１の弁２０の弁体２１が弁座部１４に着座するように押圧され、また、第２の弁３０の弁体３１が弁座部１６に着座するように押圧されている。したがって、第１の弁２０により、インレットポート２２ａとアウトレットポート２２ｂとの連通が遮断され、また、第２の弁３０により、インレットポート３２ａとアウトレットポート３２ｂとの連通が遮断される。
【００５６】
このように燃料電池２のカソードが弁装置１００によって封鎖されることにより、燃料電池２の発電停止中において、カソード流路４Ａ内に新たなエアが流れ込むことを阻止することができる。
【００５７】
次に、燃料電池システム１が運転中である場合には、ＥＣＵによって弁装置１００の第１の弁２０および第２の弁３０がそれぞれ弁閉状態から弁開状態に切り換えられてカソードの封鎖状態が解除される。同時に、ＥＣＵによって遮断弁７が弁開状態とされて水素タンク６からアノードに水素が供給されるとともに、エアポンプ５が駆動されてカソードにエア（空気）が供給されて、燃料電池２の発電が行われる。
【００５８】
ここで、カソードの封鎖状態を解除したときにおける、弁装置１００の弁閉状態から弁開状態への切換動作について、図３、図４に基づいて以下詳細に説明する。なお、以下の説明において、図３、図４に図示されていない部分については、図２を適宜参照するものとする。
なお、図３（ａ）は、図２に示されるように第１の弁２０および第２の弁３０が弁閉状態にあり、この弁閉状態を初期位置として説明する。
【００５９】
先ず、ＥＣＵは、燃料電池システム１の運転が開始されたことを検知したとき、図３（ｂ）に示されるように、駆動機構５０の回転駆動源に制御信号を送って歯車５１を駆動し、ラック歯２６ａを介してラック部２６を他端側へ向けて移動させる。そうすると、ロッド２１ａを介して弁体２１が弁座部１４から離座する。このとき、ラック部２６の他端側へ向けた移動により、ロック機構６０のレバー６１もラック部２６とともに他端側へ向けて移動する。
これにより、レバー６１の短軸部６４が解除部材７０の先端部から離れ、解除部材７０によるレバー６１の反時計回り方向の保持状態が解除される。この解除によりレバー６１は、コイルばね６６によって、時計回り方向に回動し、先端部が第２の弁３０の挿入部３３の周溝３４に入り込むようにして当接する。
【００６０】
その後、図３（ｃ）に示すように、駆動機構５０によってラック部２６が他端側へ向けてさらに移動されると、レバー６１の先端部（フック部６５ｂ）が周溝３４の傾斜面３４ａに沿って移動し、周溝３５の縁部へ位置する（図３（ｄ）参照）。このとき、図３（ｄ）に示すように、レバー６１の突出部６５ａは、中空部１１の膨出部１５の頂部を通り過ぎて膨出部の傾斜部分に位置しているので、レバー６１の反時計回り方向の回動が許容される。
【００６１】
その後、図４（ａ）に示すように、駆動機構５０によってラック部２６が他端側へ向けてさらに移動されると、周溝３５の縁部に位置していたフック部６５ｂ（先端部）が、コイルばね６６の付勢力によって周溝３５に係合される。この状態で、駆動機構５０による駆動が一旦停止され、第１の弁２０が全開状態となる。なお、フック部６５ｂが周溝３５に係合されたことの検出は、予め設定された所定の時間（確実に係合される駆動時間）だけ駆動することによって行ってもよいし、図示しないセンサ等を用いて行ってもよい。
【００６２】
その後、ＥＣＵは、駆動機構５０の回転駆動源に制御信号を送って歯車５１を逆方向に駆動し、図４（ｂ）に示すように、ラック部２６を一端側へ向けて移動させる。ここで、レバー６１のフック部６５ｂは、第２の弁３０の挿入部３３の周溝３５に係合したままの状態であるので、レバー６１を介してラック部２６と挿入部３３とは連結状態にあり、前記ラック部２６の移動によって、これらが一体的に一端側へ向けて移動する。これにより、第２の弁３０の弁体３１が着座部１６から離座する。そして、図４（ｂ）に示すように、レバー６１の突出部６５ａが空間部１１の膨出部１５の頂部に移動したところで、ＥＣＵは、駆動機構５０に制御信号を出力して、駆動を停止する。これにより、第１の弁２０と第２の弁３０とがロック機構６０のレバー６１を介して開弁状態に保持される。
なお、弁開状態に保持された状態では、駆動機構５０に対する電力の供給がないので、その分、省電力化を達成することができる。
また、レバー６１の突出部６５ａが空間部１１の膨出部１５の頂部に位置しているので、膨出部１５が規制部材として機能し、レバー６１の反時計回り方向の回動が阻止される。これにより、レバー６１のフック部６５ｂと周溝３５との係合状態が確実に維持されることとなる。
【００６３】
次に、第１の弁２０および第２の弁３０が弁開状態に保持された状態から弁閉状態への切換動作について説明する。
ＥＣＵは、燃料電池２の発電が停止されたことを検知したとき、駆動機構５０の歯車５１を回転させ、ラック部２６を一端側へ向けて移動させる。そうすると、図４（ｃ）に示されるように、ラック部２６と挿入部３３とが一体的に一端側へ向けて移動する。これにより、第１の弁２０の弁体２１が着座部１４に近づく。このとき、レバー６１の短軸部６４は、解除部材７０の先端部に当接しておらず、レバー６１のフック部６５ｂと周溝３５との係合状態が維持されて第１の弁２０と第２の弁３０とが一体的に移動する。
【００６４】
その後、図４（ｄ）に示すように、第１の弁２０の弁体２１が着座部１４に着座する。そうすると、レバー６１の短軸部６４が、解除部材７０の先端部に当接し、レバー６１が軸部６２を中心として反時計回り方向に回動する。これによって、レバー６１のフック部６５ｂと周溝３５との係合状態が解除される。
そうすると、付勢部材４０の付勢力によって第２の弁３０の挿入部３３がラック部２６内を他端側ヘ向けて移動し、第２の弁３０の弁体３１が着座部１６に着座する。これにより、図３（ａ）に示すように、第１の弁２０と第２の弁３０とが閉弁状態に復帰する。
【００６５】
以上説明した本実施形態の弁装置１００によれば、ロック機構６０（レバー６１）により第１の弁２０と第２の弁３０とを一体化させることが可能となり、第１の弁２０および第２の弁３０の２つの弁を、駆動機構５０による１つ分のモータトルクで開閉することが可能となる。すなわち、２つの弁を１つずつ順番に駆動することで１つ分のモータトルクで２つの弁を開閉することができる。したがって、２つの流体通路を開閉するようにした弁装置１００において、スペース効率がよく、小型化を図ることが可能となる。
【００６６】
また、第１の弁２０のラック部２６に設けられたレバー６１のフック部６５ｂが、第２の弁３０の挿入部３３に設けられた周溝３５に係合することによって、第１の弁２０と第２の弁３０とが一体化される。したがって、簡単な構成によって第１の弁２０と第２の弁３０とを連結することができる。また、連結の構成が簡単であるので、連結を解除する構成（解除部材７０）も簡単なものとすることができる。
【００６７】
また、第１の弁２０のラック部２６を第１の弁２０の開弁方向へ所定位置まで移動させると、ラック部２６に設けたレバー６１のフック部６５ｂが挿入部３３の周溝３５に係合するので、係合による簡単な構成によって第１の弁２０と第２の弁３０とを連結することができる。
【００６８】
また、ラック部２６に設けたレバー６１の短軸部６４が解除部材７０と当接することによって、周溝３５に対するレバー６１（フック部６５ｂ）の係合が外れ、第１の弁２０と第２の弁３０との連結が解除されるので、解除機構としてソレノイド等の別機構を設ける必要がなく、機構の簡素化および製造コストの低減を図ることができる。
【００６９】
なお、挿入部３３に周溝３５を形成することなく、挿入部３３に凹部を形成して、この凹部にフック部６５ｂが係合するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１０ バルブ本体
２０ 第１の弁
２６ ラック部（有底円筒部）
３０ 第２の弁
３３ 挿入部（ガイド軸）
３５ 周溝（凹部）
５０ 駆動機構
６０ ロック機構
６１ レバー
６５ｂ フック部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ本体の一端側に設けられ、他端側に向けて移動することにより開弁する第１の弁と、
前記バルブ本体の他端側に設けられ、一端側に向けて移動することにより開弁する第２の弁と、
前記第２の弁を他端側に向けて付勢する付勢部材と、
前記第１の弁および前記第２の弁を開閉駆動する駆動機構と、
前記駆動機構により他端側へ向けて移動された前記第１の弁を、前記第２の弁に一体に連結するロック機構と、
前記ロック機構による前記第１の弁と前記第２の弁との連結を解除する解除部材と、を備え、
前記駆動機構は、
開弁時に、前記第１の弁を他端側に向けて駆動し、前記ロック機構により前記第１の弁と前記第２の弁とが連結された後に、これらを一端側へ向けて一体に駆動して、当該第１の弁と当該第２の弁とを開弁状態にするようになっており、
閉弁時に、前記ロック機構により連結された前記第１の弁と前記第２の弁とを一端側へ向けて一体に駆動して、前記第１の弁を閉弁状態とするようになっており、
前記解除部材は、前記駆動機構により一端側へ向けて一体に駆動された前記第１の弁と前記第２の弁との連結を解除することを特徴とする弁装置。
【請求項２】
前記第１の弁には有底円筒部が設けられ、
前記有底円筒部の内周には、前記第２の弁のガイド軸が摺動自在に配置され、
前記有底円筒部の外周には、前記ロック機構のレバーが配置され、
前記ガイド軸の外周には、前記レバーに設けられたフック部が係合可能な凹部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
【請求項３】
前記ロック機構は、前記レバーを回動自在に支持する支軸と、前記レバーを前記ガイド軸の外周に向けて付勢するばね部材と、を含んで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の弁装置。
【請求項４】
前記解除部材は、ピン状の部材であり、前記駆動機構により前記第１の弁とともに一端側へ向けて移動されてきた前記ロック機構の前記レバーに当接し、前記ばね部材の付勢力に抗して前記凹部から前記フック部が脱する方向へ前記レバーを回動させることを特徴とする請求項３に記載の弁装置。
【請求項１】
バルブ本体の一端側に設けられ、他端側に向けて移動することにより開弁する第１の弁と、
前記バルブ本体の他端側に設けられ、一端側に向けて移動することにより開弁する第２の弁と、
前記第２の弁を他端側に向けて付勢する付勢部材と、
前記第１の弁および前記第２の弁を開閉駆動する駆動機構と、
前記駆動機構により他端側へ向けて移動された前記第１の弁を、前記第２の弁に一体に連結するロック機構と、
前記ロック機構による前記第１の弁と前記第２の弁との連結を解除する解除部材と、を備え、
前記駆動機構は、
開弁時に、前記第１の弁を他端側に向けて駆動し、前記ロック機構により前記第１の弁と前記第２の弁とが連結された後に、これらを一端側へ向けて一体に駆動して、当該第１の弁と当該第２の弁とを開弁状態にするようになっており、
閉弁時に、前記ロック機構により連結された前記第１の弁と前記第２の弁とを一端側へ向けて一体に駆動して、前記第１の弁を閉弁状態とするようになっており、
前記解除部材は、前記駆動機構により一端側へ向けて一体に駆動された前記第１の弁と前記第２の弁との連結を解除することを特徴とする弁装置。
【請求項２】
前記第１の弁には有底円筒部が設けられ、
前記有底円筒部の内周には、前記第２の弁のガイド軸が摺動自在に配置され、
前記有底円筒部の外周には、前記ロック機構のレバーが配置され、
前記ガイド軸の外周には、前記レバーに設けられたフック部が係合可能な凹部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
【請求項３】
前記ロック機構は、前記レバーを回動自在に支持する支軸と、前記レバーを前記ガイド軸の外周に向けて付勢するばね部材と、を含んで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の弁装置。
【請求項４】
前記解除部材は、ピン状の部材であり、前記駆動機構により前記第１の弁とともに一端側へ向けて移動されてきた前記ロック機構の前記レバーに当接し、前記ばね部材の付勢力に抗して前記凹部から前記フック部が脱する方向へ前記レバーを回動させることを特徴とする請求項３に記載の弁装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２４７００８（Ｐ２０１２−２４７００８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１９４８０（Ｐ２０１１−１１９４８０）
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【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１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【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）】
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