弁装置
【課題】ばね部材の付勢力を好適に設定しつつ、バルブに対するシート部材のシート性を常時確保することが可能な弁装置を提供する。
【解決手段】開閉弁３６ａは、流体通路４１を有するボディ４０と、流体通路４１を開閉する球状の弁体５０と、弁体５０に対向配置され径方向外側に突出形成された鍔部７２ｂを有するガイド部材７２と、ガイド部材７２の外周面に沿って摺動自在に配置され弁体５０をシートする第１のシート部材７４と、第１のシート部材７４とガイド部材７２との間に配置されたＯリング７６と、流体通路４１の内壁部４１ｃとガイド部材７２の外周面及び鍔部７２ｂと第１のシート部材７４とにより形成された室７８と、室７８に配置され第１のシート部材７４を弁体５０に向かって付勢するばね部材８２とを備える。流体通路４１の内壁部４１ｃと第１のシート部材７４との間には、流体通路４１の弁体５０側と室７８とを連通する間隙部８０が設けられる。
【解決手段】開閉弁３６ａは、流体通路４１を有するボディ４０と、流体通路４１を開閉する球状の弁体５０と、弁体５０に対向配置され径方向外側に突出形成された鍔部７２ｂを有するガイド部材７２と、ガイド部材７２の外周面に沿って摺動自在に配置され弁体５０をシートする第１のシート部材７４と、第１のシート部材７４とガイド部材７２との間に配置されたＯリング７６と、流体通路４１の内壁部４１ｃとガイド部材７２の外周面及び鍔部７２ｂと第１のシート部材７４とにより形成された室７８と、室７８に配置され第１のシート部材７４を弁体５０に向かって付勢するばね部材８２とを備える。流体通路４１の内壁部４１ｃと第１のシート部材７４との間には、流体通路４１の弁体５０側と室７８とを連通する間隙部８０が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体が通流する流体通路に配置され、当該流体通路を開閉する弁体を有するボールバルブ（弁装置）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、このようなボールバルブとしては、従来、図４に示すような構造がある。なお、 図４（ａ）は、従来のボールバルブ（弁装置）を示す概略縦断面図であり、（ｂ）は、シート部材及びＯリングに作用する力について説明するための（ａ）の部分拡大図である。
【０００４】
図４（ａ）に示すように、この従来のボールバルブ（弁装置）１００は、流体通路２１０を内部に有するボディ２００と、流体通路２１０に配置され、当該流体通路２１０を開閉する球状の弁体３００と、弁体３００に対して流体通路２１０の軸方向に沿って所定間隔離間して配置されたガイド部材４００と、弁体３００とガイド部材４００との間に配置され、弁体３００をシートするシート部材５００と、シート部材５００の外周面に形成された溝部５１０に装着され、流体通路２１０の内壁部２２０とシート部材５００の外周面との間をシールするＯリング６００と、ガイド部材４００とシート部材５００との間に形成される室７００に配置され、シート部材５００を弁体３００に向かって付勢するばね部材８００と、を備えている。すなわち、従来のボールバルブ１００は、ばね部材８００の付勢力Ｙ２’によりシート部材５００が弁体３００を押圧して、弁体３００に対するシート部材５００のシート性を得る構造になっている。
【０００５】
ところで、前記ボールバルブ１００を各種システムに設置した場合、流体通路２１０のシート部材５００側が負圧になり、流体通路２１０の弁体３００側の圧力（以下、「バルブ側圧力Ｐ１」という。）がシート部材５００側の圧力（以下、「シート部材側圧力Ｐ２」という。）よりも高くなることがある（Ｐ１＞Ｐ２）。
【０００６】
このとき、図４（ｂ）に示すように、シート部材５００の軸方向一端面５２０のうち弁体３００との接触部Ｔ１’よりも径方向内側の部分５２０ａと、軸方向他端面５３０のうち接触部Ｔ１’を当該軸方向他端面５３０に投影した位置よりも径方向内側の部分５３０ａには、シート部材側圧力Ｐ２がそれぞれ加わる。両者の受圧面積は同一（略同一）であるため、軸方向一端面５２０の部分５２０ａにおいて、シート部材側圧力Ｐ２によりシート部材５００を弁体３００から離間させる方向に作用する押圧力と、軸方向他端面５３０の部分５３０ａにおいて、シート部材側圧力Ｐ２によりシート部材５００を弁体３００に接近させる方向に作用する押圧力とが相殺（キャンセル）される。
【０００７】
また、シート部材５００側の流体は、シート部材５００と流体通路２１０の内壁部２２０との間に形成される間隙９００ｂを経由して、溝部５１０に流入するため、溝部５１０の側面部５１０ｂと、Ｏリングの他方側受圧面６００ｂには、シート部材側圧力Ｐ２がそれぞれ加わる。側面部５１０ｂの受圧面積と、他方側受圧面６００ｂのうち間隙９００ｂに対応する面積を除いた部分６００ｂ１の受圧面積は、同一（略同一）であるため、側面部５１０ｂにおいて、シート部材側圧力Ｐ２によりシート部材５００を弁体３００から離間させる方向に作用する押圧力と、他方側受圧面６００ｂの部分６００ｂ１において、シート部材側圧力Ｐ２によりシート部材５００を弁体３００に接近させる方向に作用する押圧力とが相殺される。
【０００８】
更に、弁体３００側の流体は、間隙９００ａを経由して、溝部５１０（詳しくはＯリング６００を挟んで側面部５１０ｂと反対側の部分）に流入するため、溝部５１０の側面部５１０ａと、Ｏリングの一方側受圧面６００ａには、バルブ側圧力Ｐ１がそれぞれ加わる。側面部５１０ａの受圧面積と、一方側受圧面６００ａのうち間隙９００ａに対応する面積を除いた部分６００ａ１の受圧面積は、同一（略同一）であるため、側面部５１０ａにおいて、バルブ側圧力Ｐ１によりシート部材５００を弁体３００に接近させる方向に作用する押圧力と、一方側受圧面６００ａの部分６００ａ１において、バルブ側圧力Ｐ１によりシート部材５００を弁体３００から離間させる方向に作用する押圧力とが相殺される。
【０００９】
一方、シート部材５００の軸方向一端面５２０のうち接触部Ｔ１’よりも径方向外側の部分５２０ｂ（図４（ｂ）の破線部分参照）には、シート部材５００を弁体３００から離間させる方向に作用するバルブ側圧力Ｐ１が加わり、軸方向他端面５３０のうち接触部Ｔ１’を当該軸方向他端面５３０に投影した位置よりも径方向外側の部分５３０ｂには（図４（ｂ）の破線部分参照）、シート部材５００を弁体３００に接近させる方向に作用するシート部材側圧力Ｐ２が加わる。
【００１０】
また、Ｏリング６００の一方側受圧面６００ａのうち間隙９００ａに対応する部分６００ａ２（図４（ｂ）の破線部分参照）には、バルブ側圧力Ｐ１が加わり、他方側受圧面６００ｂのうち間隙９００ｂに対応する部分６００ｂ２（図４（ｂ）の破線部分参照）には、シート部材側圧力Ｐ２が加わる。
【００１１】
したがって、軸方向一端面５２０の部分５２０ｂと軸方向他端面５３０の部分５３０ｂとの受圧面積、及び一方側受圧面６００ａの部分６００ａ２と他方側受圧面６００ｂの部分６００ｂ２との受圧面積は、それぞれ同一（略同一）であり、かつバルブ側圧力Ｐ１はシート部材側圧力Ｐ２よりも高いため、シート部材５００及びＯリング６００において、相殺されない部分（図４（ｂ）の破線部分参照）が生じることになる。
【００１２】
なお、相殺されない部分の受圧面積は、図４（ａ）に示すように、ボディ２００の内壁部２２０の内径面積Ｓ２’から、シート部材５００のうち弁体３００との接触部Ｔ１’，Ｔ１’よりも径方向内側の部分の面積Ｓ１’を引いた値になる（Ｓ２’−Ｓ１’）。この場合、面積Ｓ１’は、シート部材５００の中心に形成された孔部を含む面積のことをいう。
【００１３】
その結果、シート部材５００には、弁体３００から離間させる方向の力（（Ｐ１−Ｐ２）×（Ｓ２’−Ｓ１’）＝差圧による力Ｙ１’）が作用するため、この差圧による力Ｙ１’の分だけシート部材５００が弁体３００を押圧する力（弁体３００に加わる荷重）Ｙ３’が低下してしまい、弁体３００に対するシート部材５００のシート性が悪化するという問題があった。
【００１４】
そこで、このような問題を解決する手段として、弁体３００に加わる荷重Ｙ３’の低下分を考慮して、ばね部材８００の付勢力（ばね荷重）Ｙ２’を高めに設定する方法が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特公昭６３−９１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところが、ばね部材の付勢力を高めに設定した場合、シート部材のシート面が弁体に強く押し付けられるため、弁体の回動動作時の作動フリクションが増大したり、弁体の回動動作時に当該弁体とシート部材のシート面とが強く擦れ合ってしまい、シート部材の磨耗が増大したりするという問題があった。
【００１７】
本発明は、このような観点から創案されたものであり、ばね部材の付勢力を好適に設定しつつ、バルブに対するシート部材のシート性を常時確保することが可能な弁装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記課題を解決するために、本発明は、流体通路を内部に有するボディと、前記流体通路に配置され、前記流体通路を開閉する球状のバルブと、前記流体通路の軸方向で前記バルブに対向して配置され、その外周面に軸方向に略直交する方向に沿う支持部を有するガイド部材と、前記ガイド部材の外周面に沿って摺動自在に配置され、前記バルブをシートする円筒状のシート部材と、前記シート部材の内周面と前記ガイド部材の外周面との間に配置されたシール部材と、前記流体通路の内壁部と前記ガイド部材の外周面及び前記支持部と前記シート部材とによって囲まれて形成された室と、前記室に配置され、前記シート部材を前記バルブに向かって付勢するばね部材と、を備えた弁装置であって、前記流体通路の内壁部と前記シート部材との間には、前記流体通路の前記バルブ側と前記室とを連通する連通部が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、シール部材は、シート部材の内径側に配置され、且つ流体通路の内壁部とシート部材との間には、流体通路のバルブ側と室とを連通する連通部が設けられていることにより、流体通路のシート部材側において、流体通路のバルブ側の流体（例えば、大気）が連通部を経由して室に流入する。そのため、室の圧力（以下、「室の圧力Ｐ３」という。）は、バルブ側圧力Ｐ１と同圧（略同圧）になり、且つシート部材側圧力Ｐ２よりも高くなる。その結果、シート部材及びシール部材のうちバルブと反対側の部分には、室の圧力Ｐ３が加わるため、従来技術（特許文献１に記載の発明）に比較して、シート部材及びシール部材において、相殺される部分を増加して相殺されない部分を低減することが可能となり、バルブから離間させる方向の力を低下させることができる。したがって、流体通路のシート部材側におけるシート部材のシート性が向上するため、従来技術に比較して、ばね部材の付勢力を高めに設定する必要がなくなり、バルブの回動動作時の作動フリクションの増大を防止できると共に、シート部材の磨耗の増大を防止してシート部材の耐用性を向上できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ばね部材の付勢力を好適に設定しつつ、バルブに対するシート部材のシート性を常時確保することが可能な弁装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】燃料電池システムに組み込まれる本発明の実施形態に係る弁装置（開閉弁）の概略縦断面図である。
【図２】図１の部分拡大縦断面図である。
【図３】第１のシート部材及びＯリングに作用する力について説明するための図２の部分拡大図である。
【図４】（ａ）は、従来のボールバルブ（弁装置）を示す概略縦断面図であり、（ｂ）は、シート部材及びＯリングに作用する力について説明するための（ａ）の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２３】
図１は、燃料電池システムに組み込まれる本発明の実施形態に係る弁装置（開閉弁）の概略縦断面図である。なお、本実施形態では、車両に搭載された燃料電池システム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。
【００２４】
図１に示すように、本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。なお、以下の説明においては、本実施形態に係る弁装置を、燃料電池システム１０のカソード系１６の開閉弁３６ａに適用した場合を例として説明する。
【００２５】
燃料電池（燃料電池スタック）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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
カソード系１６は、エアポンプ２６、開閉弁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。
【００３２】
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。
【００３３】
開閉弁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、開閉弁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。
【００３４】
背圧弁３８は、カソード流路２４の出口側に接続されている。背圧弁３８は、下流側の希釈器（図示せず）を通じて大気側に排気されるエアの排出量を調節し、同時に、燃料電池１２のカソード流路２４に供給されるエアの圧力を制御する機能を有している。
【００３５】
次に、燃料電池システム１０に組み込まれた開閉弁３６ａの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図１中の矢印Ｘは、流体が流れる方向を示す。
図１に示すように、開閉弁３６ａは、ボディ４０と、このボディ４０の上部に図示しないボルトにより装着されるハウジング４２と、を備えており、ボディ４０及びハウジング４２内に、回転駆動源４４、ギアプレート４６、シャフト４８、弁体５０、保持部材６６、第２のシート部材７０、ガイド部材７２、第１のシート部材７４等を備えている。
【００３６】
ボディ４０の下部側内部には、一方の面４０ａから他方の面４０ｂに貫通する流体通路４１が形成されており、この流体通路４１には、流体の流れ方向Ｘにおいて上流側から順に、保持部材６６と、第２のシート部材７０と、弁体５０と、第１のシート部材７４と、ガイド部材７２が配置されている。
【００３７】
保持部材６６及び第２のシート部材７０には、夫々軸方向に沿って貫通した断面円形状の孔部６６ｃ，７０ｅが形成されており、これらの孔部６６ｃ，７０ｅが流入通路４１ａを構成している。一方、ガイド部材７２には、軸方向に沿って貫通した断面円形状の孔部７２ｃが形成されており、この孔部７２ｃが流出通路４１ｂを構成している。なお、流入通路４１ａには、配管ｃ１が接続される一方、流出通路４１ｂには、配管ｃ２が接続されている。
【００３８】
回転駆動源４４は、公知のＤＣモータ、ステッピングモータ及びブラシレスＤＣ／ＡＣモータ等の中から適宜選択して用いられるものであり、ボディ４０に形成された凹部４０ｃに収容されている。回転駆動源４４の出力軸４４ａには、駆動ギア５２が固定されており、この駆動ギア５２が、アイドルシャフト５４に軸支されるアイドルギア５６に設けられた大径ギア部５６ａに噛合する。
【００３９】
シャフト４８は、ボディ４０に設けられた支持孔４０ｄに挿通されて弁軸として機能するものであり、流体通路４１内に位置される部位には、流体通路４１を開閉するバルブとしての弁体５０が連結されている。シャフト４８の軸方向の一端部は、弁体５０の上部に形成された凹部５０ａに嵌合している。弁体５０は、流体通路４１の断面形状に対応した球状に形成されており、その中心軸に沿って貫通形成された円形状の貫通孔５０ｂを有している。なお、図１は、弁体５０が流体通路４１を全面的に閉止する全閉位置に保持された状態を示している。
【００４０】
この場合、回転駆動源４４を駆動して、シャフト４８と一体的に弁体５０が回動されると、貫通孔５０ｂが流入通路４１ａに連通すると共に、流出通路４１ｂに連通して、流体が流体通路４１を通流可能な開弁状態となる。
【００４１】
弁体５０が固定されたシャフト４８は、ベアリング５８を介して、ボディ４０に軸支される。ボディ４０には、流体通路４１からボディ４０内のギアプレート４６等が収容される空間部へのガス漏れを防止するためのシール部材６０が装着されている。
【００４２】
シャフト４８のギアプレート４６側の外周部には、弁体５０を閉弁方向に回動するように付勢するばね部材６２が設置されている。すなわち、ここでは、開閉弁３６ａは、通常時（回転駆動源４４の非通電時）に弁体５０がばね部材６２の付勢力により流体通路４１を全面的に閉止する全閉位置に保持されるノーマルクローズタイプの弁装置である。
【００４３】
ギアプレート４６は、シャフト４８の軸方向の他端部に、ねじ部材６４により固定されている。なお、ギアプレート４６の回転方向位置が回転角度センサ（図示せず）により検出されることにより、弁体５０の開度が検知されるようになっている。
【００４４】
ギアプレート４６は、硬質樹脂製のギアであり、アイドルギア５６の回動力を受けて回動駆動されるように構成されている。ギアプレート４６は、その外周部の一部にギア部４６ａを有しており、このギア部４６ａがアイドルギア５６に設けられた小径ギア部５６ｂに噛合する。
【００４５】
保持部材６６は、第２のシート部材７０を保持するための略円筒状の部材である。保持部材６６は、流体通路４１の軸方向に沿って形成され、流体通路４１に挿入される挿入部６６ａと、挿入部６６ａの軸方向の一端部外周面から径方向外側に突出形成された鍔部６６ｂと、を有している。
【００４６】
挿入部６６ａは、孔部６６ｃに連通し且つ当該孔部６６ｃよりも拡径して形成された環状段部６６ｄを有している。挿入部６６ａの外周面には、保持部材６６とボディ４０との間を液密乃至気密に保持するためのシール部材６８が装着されている。保持部材６６は、ボディ４０の一方の面４０ａに対して、鍔部６６ｂを介して図示しないボルトで固定されている。
【００４７】
第２のシート部材７０は、環状段部６６ｄに嵌合する円筒状の樹脂製部材又は金属製部材である。第２のシート部材７０の内周面７０ｂの弁体５０側（軸方向の一方の端面７０ａ側）には、弁体５０の外周面に接触可能な接触面（シート面）７０ｃが形成されており、この接触面７０ｃは、弁体５０の中心軸に向かうにつれて徐々に拡径する縦断面視円弧面に形成されている。なお、接触面７０ｃは、弁体５０の中心軸に向かって凸又は凹となる縦断面視円弧面に形成される。第２のシート部材７０の外周面には、第２のシート部材７０と保持部材６６との間を液密乃至気密に保持するためのシール部材７０ｄが装着されている。
【００４８】
次に、図２及び図３を参照して、ガイド部材７２、第１のシート部材７４、Ｏリング７６、室７８、間隙部８０及びばね部材８２について説明する。なお、図２は、図１の部分拡大縦断面図である。図３は、第１のシート部材及びＯリングに作用する力について説明するための図２の部分拡大図である。
なお、図３では、説明の便宜のため、ばね部材８２を省略すると共に、Ｏリング７６の軸方向両側部分と溝部７４ｃとの間に間隙を設けた状態を描いている。
【００４９】
図２に示すように、ガイド部材７２は、第１のシート部材７４及びばね部材８２を保持すると共に、第１のシート部材７４を摺動可能に支持するための略円筒状の部材である。
ガイド部材７２は、流体通路４１の軸方向で弁体５０に対向して（所定間隔離間して）配置された部材であり、流体通路４１の軸方向に沿って形成され、流体通路４１に挿入される挿入部７２ａと、挿入部７２ａの軸方向の一端部外周面から径方向外側に突出形成された鍔部７２ｂと、を有している。
【００５０】
挿入部７２ａの外径は、流体通路４１の内壁部４１ｃの内径よりも小さく形成されており、ボディ４０の内部には、流体通路４１の内壁部４１ｃと、ガイド部材７２の挿入部７２ａ及び鍔部７２ｂと、第１のシート部材７４とによって囲まれた環状の室７８が形成されている。
支持部としての鍔部７２ｂは、挿入部７２ａの弁体５０と反対側の端部外周面から軸方向に略直交する方向に沿って延設されている。ガイド部材７２は、ボディ４０の他方の面４０ｂに対して、鍔部７２ｂを介して図示しないボルトで固定されている。ガイド部材７２の中心軸には、流体通路４１の軸方向に沿って貫通した円形状の孔部７２ｃが形成されている。
【００５１】
第１のシート部材７４は、第２のシート部材７０（図１参照）と協働して、流体通路４１の軸方向両側から弁体５０をシートするための円筒状の樹脂製部材又は金属製部材である。すなわち、第１のシート部材７４は、ばね部材８２の付勢力により弁体５０を押圧して、当該弁体５０をシートする部材である。
第１のシート部材７４は、挿入部７２ａの外周面に装着され、当該外周面に沿って摺動自在に配置された摺動部７４ａと、摺動部７４ａの軸方向の一端部に連続して形成され、弁体５０に接触するシート部７４ｂと、を有している。
【００５２】
摺動部７４ａは、軸方向に沿って一定の外径を有する円筒状に形成された部位である。摺動部７４ａの内周面には、図３に示すように、後記する小径面７４ｋよりも直径が大きく軸方向に沿って一定の内径を有する第１中径面７４ｆ及び第２中径面７４ｇと、第１中径面７４ｆ及び第２中径面７４ｇよりも直径が大きく軸方向に沿って一定の内径を有する大径面７４ｈと、径方向に沿って延在して第１中径面７４ｆ及び第２中径面７４ｇと大径面７４ｈとを繋ぐ第１段差面７４ｉ及び第２段差面７４ｊと、が形成されている。
【００５３】
大径面７４ｈ、第１段差面７４ｉ、及び第２段差面７４ｊは、環状の溝部７４ｃを構成している。第１中径面７４ｆ及び第２中径面７４ｇは、挿入部７２ａの外周面に摺接する摺動面を構成している。第１中径面７４ｆは、径方向に沿って延在する軸方向の他端面７４ｎに連続している。
【００５４】
摺動部７４ａの内周面には、環状の溝部７４ｃを介してＯリング７６が装着されている。すなわち、シール部材としてのＯリング７６は、摺動部７４ａの内周面と挿入部７２ａの外周面との間に配置される部材であって、流体通路４１の軸方向で室７８に対して所定間隔離間して設けられている。
【００５５】
ちなみに、Ｏリング７６の径方向両側部分は、摺動部７４ａ（溝部７４ｃ）の内周面及びガイド部材７２の挿入部７２ａの外周面に圧接する（図３参照）。また、摺動部７４ａと挿入部７２ａとの間には、微細な間隙ＣＬ１，ＣＬ２が形成される。この間隙ＣＬ１は、流体通路４１の第１のシート部材７４側と溝部７４ｃ（詳しくは溝部７４ｃのうち、Ｏリング７６よりも弁体５０側の部分）とを連通し、間隙ＣＬ２は、室７８と溝部７４ｃ（詳しくは溝部７４ｃのうち、Ｏリング７６よりも室７８側の部分）とを連通している。このような構成により、流体通路４１の第１のシート部材７４側の負圧環境下において、流体通路４１の第１のシート部材７４側の流体は、間隙ＣＬ１を経由して溝部７４ｃに流入する一方、室７８の流体は、間隙ＣＬ２を経由して溝部７４ｃに流入することになる。図３では、説明の便宜のため、間隙ＣＬ１，ＣＬ２を極端に大きく描いている。
【００５６】
なお、以下の説明において、Ｏリング７６の軸方向両側部分のうち、流体通路４１の第１のシート部材７４側の圧力が加わる面のことを、「一方側受圧面７６ａ」といい、Ｏリング７６の軸方向両側部分のうち、室７８の圧力が加わる面のことを、「他方側受圧面７６ｂ」という。
【００５７】
図２に戻り、シート部７４ｂの内周面には、摺動部７４ａの内径よりも縮径し且つガイド部材７２の内径と略同一の内径を有する段部７４ｄが形成されている。すなわち、シート部７４ｂの内周面には、図３に示すように、第１中径面７４ｆ及び第２中径面７４ｇよりも直径が小さく軸方向に沿って一定の内径を有する小径面７４ｋと、小径面７４ｋと径方向に沿って延在する軸方向の一端面７４ｍとを繋ぐと共に弁体５０の外周面に接触可能な接触面（シート面）７４ｅと、径方向に沿って延在して小径面７４ｋと第２中径面７４ｇとを繋ぐ第３段差面７４ｌと、が形成されている。
【００５８】
段部７４ｄは、挿入部７２ａに対して弁体５０側に所定間隔離間して設けられており、第３段差面７４ｌと挿入部７２ａとの間には、間隙ＣＬ１と連通する間隙ＣＬ３が形成される。
【００５９】
接触面７４ｅは、弁体５０の中心軸に向かうにつれて徐々に拡径する縦断面視円弧面に形成されている。なお、接触面７４ｅは、弁体５０の中心軸に向かって凸又は凹となる縦断面視円弧面に形成される。また、段部７４ｄを省略し、シート部７４ｂが摺動部７４ａの内径と同一の内径を有する構成として、当該シート部７４ｂの内周面の弁体５０側に接触面７４ｅを形成してもよい。
【００６０】
第１のシート部材７４の外径は、図２に示すように、流体通路４１の内壁部４１ｃの内径よりも僅かに小さく形成されている。これにより、ボディ４０の内部には、流体通路４１の弁体５０側と室７８とを連通する環状の間隙部（連通部）８０が形成されている。なお、第１のシート部材７４の外径を、流体通路４１の内壁部４１ｃの内径と同一にし、第１のシート部材７４の外周面に、流体通路４１の弁体５０側と室７８とを連通する溝部を形成してもよいし、第１のシート部材７４の内部に、流体通路４１の弁体５０側と室７８とを連通する孔部（貫通孔）を形成してもよい。
【００６１】
ばね部材８２は、公知のばねの中から適宜選択し、その一例としてコイルスプリングが用いられ、第１のシート部材７４を弁体５０に向けて付勢する部材である。ばね部材８２は、ガイド部材７２の挿入部７２ａの外周面に装着された状態で、室７８に配置されている。ばね部材８２の軸方向両端部は、ガイド部材７２の鍔部７２ｂ及び第１のシート部材７４の摺動部７４ａに係着されている。
【００６２】
本発明の実施形態に係る開閉弁（弁装置）３６ａは、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、図２及び図３を適宜参照して、流体通路４１の第１のシート部材７４側におけるＯリング７６及び第１のシート部材７４に作用する力について説明する。
【００６３】
流体通路４１の弁体５０側は、エアポンプ２６を介して外部と連通しているため（図１参照）、燃料電池システム１０の運転停止時には、外部から流体通路４１の弁体５０側に大気が流入して、流体通路４１の弁体５０側の圧力（以下、「バルブ側圧力Ｐ１という。」）は大気圧になる。
また、流体通路４１の第１のシート部材７４側は、燃料電池１２のカソード流路２４と連通しているため（図１参照）、燃料電池システム１０の運転停止時には、流体通路４１の第１のシート部材７４側の圧力（以下、「シート部材側圧力Ｐ２」という。）は小さくなって負圧になる。したがって、バルブ側圧力Ｐ１は、シート部材側圧力Ｐ２よりも高くなる（Ｐ１＞Ｐ２）。
【００６４】
このとき、図３に示すように、接触面７４ｅのうち弁体５０との接触部Ｔ１よりも径方向内側の部分７４ｅ１と、第３段差面７４ｌのうち接触部Ｔ１を当該第３段差面７４ｌに投影した位置よりも径方向内側の部分７４ｌ１には、シート部材側圧力Ｐ２がそれぞれ加わる。両者の受圧面積は同一（略同一）であるため、接触面７４ｅの部分７４ｅ１において、シート部材側圧力Ｐ２により第１のシート部材７４を弁体５０から離間させる方向に作用する押圧力と、第３段差面７４ｌの部分７４ｌ１において、シート部材側圧力Ｐ２により第１のシート部材７４を弁体５０に接近させる方向に作用する押圧力とが相殺（キャンセル）される。
【００６５】
また、第１のシート部材７４側の流体は、間隙ＣＬ１，３を経由して、溝部７４ｃ（詳しくは溝部７４ｃのうち、Ｏリング７６よりも弁体５０側の部分）に流入するため、第２段差面７４ｊと、Ｏリング７６の一方側受圧面７６ａには、シート部材側圧力Ｐ２がそれぞれ加わる。第２段差面７４ｊの受圧面積と、一方側受圧面７６ａのうち間隙ＣＬ１に対応する面積を除いた部分７６ａ１の受圧面積は、同一（略同一）であるため、第２段差面７４ｊにおいて、シート部材側圧力Ｐ２により第１のシート部材７４を弁体５０に接近させる方向に作用する押圧力と、一方側受圧面７６ａの部分７６ａ１において、シート部材側圧力Ｐ２により第１のシート部材７４を弁体５０から離間させる方向に作用する押圧力とが相殺される。
【００６６】
また、第３段差面７４ｌと、Ｏリング７６の一方側受圧面７６ａには、シート部材側圧力Ｐ２がそれぞれ加わる。第３段差面７４ｌのうち間隙ＣＬ１に対応する部分７４ｌ２の受圧面積と、一方側受圧面７６ａのうち間隙ＣＬ１に対応する部分７６ａ２の受圧面積は、同一（略同一）であるため、第３段差面７４ｌの部分７４ｌ２において、シート部材側圧力Ｐ２により第１のシート部材７４を弁体５０に接近させる方向に作用する押圧力と、一方側受圧面７６ａの部分７６ａ２において、シート部材側圧力Ｐ２により第１のシート部材７４を弁体５０から離間させる方向に作用する押圧力とが相殺される。
【００６７】
ところで、本実施形態では、流体通路４１の弁体５０側の流体（大気）が、間隙部８０を経由して室７８に流入するため、室７８の圧力Ｐ３は、バルブ側圧力Ｐ１と同圧（略同圧）になり、且つシート部材側圧力Ｐ２よりも高くなる（Ｐ３＝Ｐ１、Ｐ３＞Ｐ２）。
以下の説明において、室７８の圧力Ｐ３を「バルブ側圧力Ｐ１」という場合もある。
【００６８】
そして、室７８の流体は、間隙ＣＬ２を経由して、溝部７４ｃ（詳しくは溝部７４ｃのうち、Ｏリング７６よりも室７８側の部分）に流入するため、第１段差面７４ｉと、Ｏリング７６の他方側受圧面７６ｂには、バルブ側圧力Ｐ１がそれぞれ加わる。第１段差面７４ｉの受圧面積と、他方側受圧面７６ｂのうち間隙ＣＬ２に対応する面積を除いた部分７６ｂ１の受圧面積は、同一（略同一）であるため、第１段差面７４ｉにおいて、バルブ側圧力Ｐ１により第１のシート部材７４を弁体５０から離間させる方向に作用する押圧力と、他方側受圧面７６ｂの部分７６ｂ１において、バルブ側圧力Ｐ１により第１のシート部材７４を弁体５０に接近させる方向に作用する押圧力とが相殺される。
【００６９】
また、軸方向の一端面７４ｍ及び接触面７４ｅのうち点Ｖよりも径方向外側の部分７４ｅ２と、軸方向の他端面７４ｎ及びＯリング７６の他方側受圧面７６ｂのうち間隙ＣＬ２に対応する部分７６ｂ２には、バルブ側圧力Ｐ１がそれぞれ加わる。軸方向の一端面７４ｍ及び接触面７４ｅの部分７４ｅ２の受圧面積と、軸方向の他端面７４ｎ及び他方側受圧面７６ｂの部分７６ｂ２の受圧面積は、同一（略同一）であるため、軸方向の一端面７４ｍ及び接触面７４ｅの部分７４ｅ２において、バルブ側圧力Ｐ１により第１のシート部材７４を弁体５０から離間させる方向に作用する押圧力と、軸方向の他端面７４ｎ及び他方側受圧面７６ｂの部分７６ｂ２において、バルブ側圧力Ｐ１により第１のシート部材７４を弁体５０に接近させる方向に作用する押圧力とが相殺される。
【００７０】
一方、接触面７４ｅのうち部分７４ｅ１，７４ｅ２を除いた部分７４ｅ３（図３の破線部分参照）には、第１のシート部材７４を弁体５０から離間させる方向に作用するバルブ側圧力Ｐ１が加わり、第３段差面７４ｌのうち部分７４ｌ１，７４ｌ２を除いた部分７４ｌ３（図３の破線部分参照）には、第１のシート部材７４を弁体５０に接近させる方向に作用するシート側圧力Ｐ２が加わる。
【００７１】
したがって、接触面７４ｅの部分７４ｅ３と第３段差面７４ｌの部分７４ｌ３の受圧面積は、同一（略同一）であり、かつバルブ側圧力Ｐ１はシート部材側圧力Ｐ２よりも高いため、第１のシート部材７４において、相殺されない部分（図３の破線部分参照）が生じることになる。
【００７２】
なお、相殺されない部分の受圧面積は、図２に示すように、ガイド部材７２の挿入部７２ａの外径面積Ｓ２から、第１のシート部材７４のうち弁体５０との接触部Ｔ１，Ｔ１よりも径方向内側の部分の面積Ｓ１を引いた値になる（Ｓ２−Ｓ１）。この場合、面積Ｓ１は、第１のシート部材７４の中心に形成された孔部を含む面積のことをいい、外径面積Ｓ２は、ガイド部材７２の中心に形成された孔部７２ｃを含む面積のことをいう。
【００７３】
その結果、第１のシート部材７４には、弁体５０から離間させる方向の力（（Ｐ１−Ｐ２）×（Ｓ２−Ｓ１）＝差圧による力Ｙ１）が作用する。
【００７４】
しかして、本実施形態では、図３に示すように、流体通路４１の弁体５０側の流体（大気）が、間隙部８０を経由して室７８に流入し、かつ室７８の流体が、間隙ＣＬ２を経由して溝部７４ｃに流入するため、第１のシート部材７４の軸方向の他端面７４ｎ及び他方側受圧面７６ｂの部分７６ｂ２にバルブ側圧力Ｐ１が加わるため、従来技術（特許文献１に記載の発明）に比較して、第１のシート部材７４及びＯリング７６において、相殺される部分を増加して相殺されない部分を低減することが可能となり、弁体５０から離間させる方向の力（差圧による力Ｙ１）を低下させることができる。
【００７５】
したがって、本実施形態によれば、流体通路４１の第１のシート部材７４側における第１のシート部材７４のシート性が向上するため、従来技術に比較して、ばね部材８２の付勢力Ｙ２を高めに設定する必要がなくなり、弁体５０の回動動作時の作動フリクションの増大を防止できると共に、第１のシート部材７４の磨耗の増大を防止して第１のシート部材７４の耐用性を向上できる。なお、燃料電池システム１０の作動時には、ばね部材８２の付勢力Ｙ２によって第１のシート部材７４を弁体５０に確実にシートさせることができるため、弁体５０に対する第１のシート部材７４のシート性を常時確保できる。
【００７６】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
【００７７】
本実施形態では、本発明の弁装置を、バルブ側圧力Ｐ１が大気圧であり、シート部材側圧力Ｐ２が負圧である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、バルブ側圧力Ｐ１が正圧であり、シート部材側圧力Ｐ２が負圧である場合や、バルブ側圧力Ｐ１が正圧（大）であり、シート部材側圧力Ｐ２が正圧（小）である場合等にも適用可能である。すなわち、バルブ側圧力Ｐ１がシート部材側圧力Ｐ２よりも大（Ｐ１＞Ｐ２）の関係になっているものに適用可能である。
【００７８】
また、本実施形態では、本発明の弁装置を、燃料電池システム１０のカソード系１６に設置される開閉弁３６ａに適用したが、これに限定されるものではなく、各種システム（装置）の任意の箇所に設置される弁装置に適用してもよい。
【００７９】
また、本発明の弁装置を、燃料電池システム１０のカソード系１６に設置される開閉弁３６ｂや背圧弁３８に適用してもよい。
【符号の説明】
【００８０】
３６ａ 開閉弁（弁装置） ４０ ボディ
４１ 流体通路 ４１ｃ 内壁部
５０ 弁体（バルブ） ７２ ガイド部材
７２ｂ 鍔部（支持部） ７４ 第１のシート部材（シート部材）
７６ Ｏリング（シール部材） ７８ 室
８０ 間隙部（連通部） ８２ ばね部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体が通流する流体通路に配置され、当該流体通路を開閉する弁体を有するボールバルブ（弁装置）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、このようなボールバルブとしては、従来、図４に示すような構造がある。なお、 図４（ａ）は、従来のボールバルブ（弁装置）を示す概略縦断面図であり、（ｂ）は、シート部材及びＯリングに作用する力について説明するための（ａ）の部分拡大図である。
【０００４】
図４（ａ）に示すように、この従来のボールバルブ（弁装置）１００は、流体通路２１０を内部に有するボディ２００と、流体通路２１０に配置され、当該流体通路２１０を開閉する球状の弁体３００と、弁体３００に対して流体通路２１０の軸方向に沿って所定間隔離間して配置されたガイド部材４００と、弁体３００とガイド部材４００との間に配置され、弁体３００をシートするシート部材５００と、シート部材５００の外周面に形成された溝部５１０に装着され、流体通路２１０の内壁部２２０とシート部材５００の外周面との間をシールするＯリング６００と、ガイド部材４００とシート部材５００との間に形成される室７００に配置され、シート部材５００を弁体３００に向かって付勢するばね部材８００と、を備えている。すなわち、従来のボールバルブ１００は、ばね部材８００の付勢力Ｙ２’によりシート部材５００が弁体３００を押圧して、弁体３００に対するシート部材５００のシート性を得る構造になっている。
【０００５】
ところで、前記ボールバルブ１００を各種システムに設置した場合、流体通路２１０のシート部材５００側が負圧になり、流体通路２１０の弁体３００側の圧力（以下、「バルブ側圧力Ｐ１」という。）がシート部材５００側の圧力（以下、「シート部材側圧力Ｐ２」という。）よりも高くなることがある（Ｐ１＞Ｐ２）。
【０００６】
このとき、図４（ｂ）に示すように、シート部材５００の軸方向一端面５２０のうち弁体３００との接触部Ｔ１’よりも径方向内側の部分５２０ａと、軸方向他端面５３０のうち接触部Ｔ１’を当該軸方向他端面５３０に投影した位置よりも径方向内側の部分５３０ａには、シート部材側圧力Ｐ２がそれぞれ加わる。両者の受圧面積は同一（略同一）であるため、軸方向一端面５２０の部分５２０ａにおいて、シート部材側圧力Ｐ２によりシート部材５００を弁体３００から離間させる方向に作用する押圧力と、軸方向他端面５３０の部分５３０ａにおいて、シート部材側圧力Ｐ２によりシート部材５００を弁体３００に接近させる方向に作用する押圧力とが相殺（キャンセル）される。
【０００７】
また、シート部材５００側の流体は、シート部材５００と流体通路２１０の内壁部２２０との間に形成される間隙９００ｂを経由して、溝部５１０に流入するため、溝部５１０の側面部５１０ｂと、Ｏリングの他方側受圧面６００ｂには、シート部材側圧力Ｐ２がそれぞれ加わる。側面部５１０ｂの受圧面積と、他方側受圧面６００ｂのうち間隙９００ｂに対応する面積を除いた部分６００ｂ１の受圧面積は、同一（略同一）であるため、側面部５１０ｂにおいて、シート部材側圧力Ｐ２によりシート部材５００を弁体３００から離間させる方向に作用する押圧力と、他方側受圧面６００ｂの部分６００ｂ１において、シート部材側圧力Ｐ２によりシート部材５００を弁体３００に接近させる方向に作用する押圧力とが相殺される。
【０００８】
更に、弁体３００側の流体は、間隙９００ａを経由して、溝部５１０（詳しくはＯリング６００を挟んで側面部５１０ｂと反対側の部分）に流入するため、溝部５１０の側面部５１０ａと、Ｏリングの一方側受圧面６００ａには、バルブ側圧力Ｐ１がそれぞれ加わる。側面部５１０ａの受圧面積と、一方側受圧面６００ａのうち間隙９００ａに対応する面積を除いた部分６００ａ１の受圧面積は、同一（略同一）であるため、側面部５１０ａにおいて、バルブ側圧力Ｐ１によりシート部材５００を弁体３００に接近させる方向に作用する押圧力と、一方側受圧面６００ａの部分６００ａ１において、バルブ側圧力Ｐ１によりシート部材５００を弁体３００から離間させる方向に作用する押圧力とが相殺される。
【０００９】
一方、シート部材５００の軸方向一端面５２０のうち接触部Ｔ１’よりも径方向外側の部分５２０ｂ（図４（ｂ）の破線部分参照）には、シート部材５００を弁体３００から離間させる方向に作用するバルブ側圧力Ｐ１が加わり、軸方向他端面５３０のうち接触部Ｔ１’を当該軸方向他端面５３０に投影した位置よりも径方向外側の部分５３０ｂには（図４（ｂ）の破線部分参照）、シート部材５００を弁体３００に接近させる方向に作用するシート部材側圧力Ｐ２が加わる。
【００１０】
また、Ｏリング６００の一方側受圧面６００ａのうち間隙９００ａに対応する部分６００ａ２（図４（ｂ）の破線部分参照）には、バルブ側圧力Ｐ１が加わり、他方側受圧面６００ｂのうち間隙９００ｂに対応する部分６００ｂ２（図４（ｂ）の破線部分参照）には、シート部材側圧力Ｐ２が加わる。
【００１１】
したがって、軸方向一端面５２０の部分５２０ｂと軸方向他端面５３０の部分５３０ｂとの受圧面積、及び一方側受圧面６００ａの部分６００ａ２と他方側受圧面６００ｂの部分６００ｂ２との受圧面積は、それぞれ同一（略同一）であり、かつバルブ側圧力Ｐ１はシート部材側圧力Ｐ２よりも高いため、シート部材５００及びＯリング６００において、相殺されない部分（図４（ｂ）の破線部分参照）が生じることになる。
【００１２】
なお、相殺されない部分の受圧面積は、図４（ａ）に示すように、ボディ２００の内壁部２２０の内径面積Ｓ２’から、シート部材５００のうち弁体３００との接触部Ｔ１’，Ｔ１’よりも径方向内側の部分の面積Ｓ１’を引いた値になる（Ｓ２’−Ｓ１’）。この場合、面積Ｓ１’は、シート部材５００の中心に形成された孔部を含む面積のことをいう。
【００１３】
その結果、シート部材５００には、弁体３００から離間させる方向の力（（Ｐ１−Ｐ２）×（Ｓ２’−Ｓ１’）＝差圧による力Ｙ１’）が作用するため、この差圧による力Ｙ１’の分だけシート部材５００が弁体３００を押圧する力（弁体３００に加わる荷重）Ｙ３’が低下してしまい、弁体３００に対するシート部材５００のシート性が悪化するという問題があった。
【００１４】
そこで、このような問題を解決する手段として、弁体３００に加わる荷重Ｙ３’の低下分を考慮して、ばね部材８００の付勢力（ばね荷重）Ｙ２’を高めに設定する方法が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特公昭６３−９１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところが、ばね部材の付勢力を高めに設定した場合、シート部材のシート面が弁体に強く押し付けられるため、弁体の回動動作時の作動フリクションが増大したり、弁体の回動動作時に当該弁体とシート部材のシート面とが強く擦れ合ってしまい、シート部材の磨耗が増大したりするという問題があった。
【００１７】
本発明は、このような観点から創案されたものであり、ばね部材の付勢力を好適に設定しつつ、バルブに対するシート部材のシート性を常時確保することが可能な弁装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記課題を解決するために、本発明は、流体通路を内部に有するボディと、前記流体通路に配置され、前記流体通路を開閉する球状のバルブと、前記流体通路の軸方向で前記バルブに対向して配置され、その外周面に軸方向に略直交する方向に沿う支持部を有するガイド部材と、前記ガイド部材の外周面に沿って摺動自在に配置され、前記バルブをシートする円筒状のシート部材と、前記シート部材の内周面と前記ガイド部材の外周面との間に配置されたシール部材と、前記流体通路の内壁部と前記ガイド部材の外周面及び前記支持部と前記シート部材とによって囲まれて形成された室と、前記室に配置され、前記シート部材を前記バルブに向かって付勢するばね部材と、を備えた弁装置であって、前記流体通路の内壁部と前記シート部材との間には、前記流体通路の前記バルブ側と前記室とを連通する連通部が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、シール部材は、シート部材の内径側に配置され、且つ流体通路の内壁部とシート部材との間には、流体通路のバルブ側と室とを連通する連通部が設けられていることにより、流体通路のシート部材側において、流体通路のバルブ側の流体（例えば、大気）が連通部を経由して室に流入する。そのため、室の圧力（以下、「室の圧力Ｐ３」という。）は、バルブ側圧力Ｐ１と同圧（略同圧）になり、且つシート部材側圧力Ｐ２よりも高くなる。その結果、シート部材及びシール部材のうちバルブと反対側の部分には、室の圧力Ｐ３が加わるため、従来技術（特許文献１に記載の発明）に比較して、シート部材及びシール部材において、相殺される部分を増加して相殺されない部分を低減することが可能となり、バルブから離間させる方向の力を低下させることができる。したがって、流体通路のシート部材側におけるシート部材のシート性が向上するため、従来技術に比較して、ばね部材の付勢力を高めに設定する必要がなくなり、バルブの回動動作時の作動フリクションの増大を防止できると共に、シート部材の磨耗の増大を防止してシート部材の耐用性を向上できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ばね部材の付勢力を好適に設定しつつ、バルブに対するシート部材のシート性を常時確保することが可能な弁装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】燃料電池システムに組み込まれる本発明の実施形態に係る弁装置（開閉弁）の概略縦断面図である。
【図２】図１の部分拡大縦断面図である。
【図３】第１のシート部材及びＯリングに作用する力について説明するための図２の部分拡大図である。
【図４】（ａ）は、従来のボールバルブ（弁装置）を示す概略縦断面図であり、（ｂ）は、シート部材及びＯリングに作用する力について説明するための（ａ）の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２３】
図１は、燃料電池システムに組み込まれる本発明の実施形態に係る弁装置（開閉弁）の概略縦断面図である。なお、本実施形態では、車両に搭載された燃料電池システム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。
【００２４】
図１に示すように、本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。なお、以下の説明においては、本実施形態に係る弁装置を、燃料電池システム１０のカソード系１６の開閉弁３６ａに適用した場合を例として説明する。
【００２５】
燃料電池（燃料電池スタック）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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
カソード系１６は、エアポンプ２６、開閉弁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。
【００３２】
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。
【００３３】
開閉弁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、開閉弁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。
【００３４】
背圧弁３８は、カソード流路２４の出口側に接続されている。背圧弁３８は、下流側の希釈器（図示せず）を通じて大気側に排気されるエアの排出量を調節し、同時に、燃料電池１２のカソード流路２４に供給されるエアの圧力を制御する機能を有している。
【００３５】
次に、燃料電池システム１０に組み込まれた開閉弁３６ａの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図１中の矢印Ｘは、流体が流れる方向を示す。
図１に示すように、開閉弁３６ａは、ボディ４０と、このボディ４０の上部に図示しないボルトにより装着されるハウジング４２と、を備えており、ボディ４０及びハウジング４２内に、回転駆動源４４、ギアプレート４６、シャフト４８、弁体５０、保持部材６６、第２のシート部材７０、ガイド部材７２、第１のシート部材７４等を備えている。
【００３６】
ボディ４０の下部側内部には、一方の面４０ａから他方の面４０ｂに貫通する流体通路４１が形成されており、この流体通路４１には、流体の流れ方向Ｘにおいて上流側から順に、保持部材６６と、第２のシート部材７０と、弁体５０と、第１のシート部材７４と、ガイド部材７２が配置されている。
【００３７】
保持部材６６及び第２のシート部材７０には、夫々軸方向に沿って貫通した断面円形状の孔部６６ｃ，７０ｅが形成されており、これらの孔部６６ｃ，７０ｅが流入通路４１ａを構成している。一方、ガイド部材７２には、軸方向に沿って貫通した断面円形状の孔部７２ｃが形成されており、この孔部７２ｃが流出通路４１ｂを構成している。なお、流入通路４１ａには、配管ｃ１が接続される一方、流出通路４１ｂには、配管ｃ２が接続されている。
【００３８】
回転駆動源４４は、公知のＤＣモータ、ステッピングモータ及びブラシレスＤＣ／ＡＣモータ等の中から適宜選択して用いられるものであり、ボディ４０に形成された凹部４０ｃに収容されている。回転駆動源４４の出力軸４４ａには、駆動ギア５２が固定されており、この駆動ギア５２が、アイドルシャフト５４に軸支されるアイドルギア５６に設けられた大径ギア部５６ａに噛合する。
【００３９】
シャフト４８は、ボディ４０に設けられた支持孔４０ｄに挿通されて弁軸として機能するものであり、流体通路４１内に位置される部位には、流体通路４１を開閉するバルブとしての弁体５０が連結されている。シャフト４８の軸方向の一端部は、弁体５０の上部に形成された凹部５０ａに嵌合している。弁体５０は、流体通路４１の断面形状に対応した球状に形成されており、その中心軸に沿って貫通形成された円形状の貫通孔５０ｂを有している。なお、図１は、弁体５０が流体通路４１を全面的に閉止する全閉位置に保持された状態を示している。
【００４０】
この場合、回転駆動源４４を駆動して、シャフト４８と一体的に弁体５０が回動されると、貫通孔５０ｂが流入通路４１ａに連通すると共に、流出通路４１ｂに連通して、流体が流体通路４１を通流可能な開弁状態となる。
【００４１】
弁体５０が固定されたシャフト４８は、ベアリング５８を介して、ボディ４０に軸支される。ボディ４０には、流体通路４１からボディ４０内のギアプレート４６等が収容される空間部へのガス漏れを防止するためのシール部材６０が装着されている。
【００４２】
シャフト４８のギアプレート４６側の外周部には、弁体５０を閉弁方向に回動するように付勢するばね部材６２が設置されている。すなわち、ここでは、開閉弁３６ａは、通常時（回転駆動源４４の非通電時）に弁体５０がばね部材６２の付勢力により流体通路４１を全面的に閉止する全閉位置に保持されるノーマルクローズタイプの弁装置である。
【００４３】
ギアプレート４６は、シャフト４８の軸方向の他端部に、ねじ部材６４により固定されている。なお、ギアプレート４６の回転方向位置が回転角度センサ（図示せず）により検出されることにより、弁体５０の開度が検知されるようになっている。
【００４４】
ギアプレート４６は、硬質樹脂製のギアであり、アイドルギア５６の回動力を受けて回動駆動されるように構成されている。ギアプレート４６は、その外周部の一部にギア部４６ａを有しており、このギア部４６ａがアイドルギア５６に設けられた小径ギア部５６ｂに噛合する。
【００４５】
保持部材６６は、第２のシート部材７０を保持するための略円筒状の部材である。保持部材６６は、流体通路４１の軸方向に沿って形成され、流体通路４１に挿入される挿入部６６ａと、挿入部６６ａの軸方向の一端部外周面から径方向外側に突出形成された鍔部６６ｂと、を有している。
【００４６】
挿入部６６ａは、孔部６６ｃに連通し且つ当該孔部６６ｃよりも拡径して形成された環状段部６６ｄを有している。挿入部６６ａの外周面には、保持部材６６とボディ４０との間を液密乃至気密に保持するためのシール部材６８が装着されている。保持部材６６は、ボディ４０の一方の面４０ａに対して、鍔部６６ｂを介して図示しないボルトで固定されている。
【００４７】
第２のシート部材７０は、環状段部６６ｄに嵌合する円筒状の樹脂製部材又は金属製部材である。第２のシート部材７０の内周面７０ｂの弁体５０側（軸方向の一方の端面７０ａ側）には、弁体５０の外周面に接触可能な接触面（シート面）７０ｃが形成されており、この接触面７０ｃは、弁体５０の中心軸に向かうにつれて徐々に拡径する縦断面視円弧面に形成されている。なお、接触面７０ｃは、弁体５０の中心軸に向かって凸又は凹となる縦断面視円弧面に形成される。第２のシート部材７０の外周面には、第２のシート部材７０と保持部材６６との間を液密乃至気密に保持するためのシール部材７０ｄが装着されている。
【００４８】
次に、図２及び図３を参照して、ガイド部材７２、第１のシート部材７４、Ｏリング７６、室７８、間隙部８０及びばね部材８２について説明する。なお、図２は、図１の部分拡大縦断面図である。図３は、第１のシート部材及びＯリングに作用する力について説明するための図２の部分拡大図である。
なお、図３では、説明の便宜のため、ばね部材８２を省略すると共に、Ｏリング７６の軸方向両側部分と溝部７４ｃとの間に間隙を設けた状態を描いている。
【００４９】
図２に示すように、ガイド部材７２は、第１のシート部材７４及びばね部材８２を保持すると共に、第１のシート部材７４を摺動可能に支持するための略円筒状の部材である。
ガイド部材７２は、流体通路４１の軸方向で弁体５０に対向して（所定間隔離間して）配置された部材であり、流体通路４１の軸方向に沿って形成され、流体通路４１に挿入される挿入部７２ａと、挿入部７２ａの軸方向の一端部外周面から径方向外側に突出形成された鍔部７２ｂと、を有している。
【００５０】
挿入部７２ａの外径は、流体通路４１の内壁部４１ｃの内径よりも小さく形成されており、ボディ４０の内部には、流体通路４１の内壁部４１ｃと、ガイド部材７２の挿入部７２ａ及び鍔部７２ｂと、第１のシート部材７４とによって囲まれた環状の室７８が形成されている。
支持部としての鍔部７２ｂは、挿入部７２ａの弁体５０と反対側の端部外周面から軸方向に略直交する方向に沿って延設されている。ガイド部材７２は、ボディ４０の他方の面４０ｂに対して、鍔部７２ｂを介して図示しないボルトで固定されている。ガイド部材７２の中心軸には、流体通路４１の軸方向に沿って貫通した円形状の孔部７２ｃが形成されている。
【００５１】
第１のシート部材７４は、第２のシート部材７０（図１参照）と協働して、流体通路４１の軸方向両側から弁体５０をシートするための円筒状の樹脂製部材又は金属製部材である。すなわち、第１のシート部材７４は、ばね部材８２の付勢力により弁体５０を押圧して、当該弁体５０をシートする部材である。
第１のシート部材７４は、挿入部７２ａの外周面に装着され、当該外周面に沿って摺動自在に配置された摺動部７４ａと、摺動部７４ａの軸方向の一端部に連続して形成され、弁体５０に接触するシート部７４ｂと、を有している。
【００５２】
摺動部７４ａは、軸方向に沿って一定の外径を有する円筒状に形成された部位である。摺動部７４ａの内周面には、図３に示すように、後記する小径面７４ｋよりも直径が大きく軸方向に沿って一定の内径を有する第１中径面７４ｆ及び第２中径面７４ｇと、第１中径面７４ｆ及び第２中径面７４ｇよりも直径が大きく軸方向に沿って一定の内径を有する大径面７４ｈと、径方向に沿って延在して第１中径面７４ｆ及び第２中径面７４ｇと大径面７４ｈとを繋ぐ第１段差面７４ｉ及び第２段差面７４ｊと、が形成されている。
【００５３】
大径面７４ｈ、第１段差面７４ｉ、及び第２段差面７４ｊは、環状の溝部７４ｃを構成している。第１中径面７４ｆ及び第２中径面７４ｇは、挿入部７２ａの外周面に摺接する摺動面を構成している。第１中径面７４ｆは、径方向に沿って延在する軸方向の他端面７４ｎに連続している。
【００５４】
摺動部７４ａの内周面には、環状の溝部７４ｃを介してＯリング７６が装着されている。すなわち、シール部材としてのＯリング７６は、摺動部７４ａの内周面と挿入部７２ａの外周面との間に配置される部材であって、流体通路４１の軸方向で室７８に対して所定間隔離間して設けられている。
【００５５】
ちなみに、Ｏリング７６の径方向両側部分は、摺動部７４ａ（溝部７４ｃ）の内周面及びガイド部材７２の挿入部７２ａの外周面に圧接する（図３参照）。また、摺動部７４ａと挿入部７２ａとの間には、微細な間隙ＣＬ１，ＣＬ２が形成される。この間隙ＣＬ１は、流体通路４１の第１のシート部材７４側と溝部７４ｃ（詳しくは溝部７４ｃのうち、Ｏリング７６よりも弁体５０側の部分）とを連通し、間隙ＣＬ２は、室７８と溝部７４ｃ（詳しくは溝部７４ｃのうち、Ｏリング７６よりも室７８側の部分）とを連通している。このような構成により、流体通路４１の第１のシート部材７４側の負圧環境下において、流体通路４１の第１のシート部材７４側の流体は、間隙ＣＬ１を経由して溝部７４ｃに流入する一方、室７８の流体は、間隙ＣＬ２を経由して溝部７４ｃに流入することになる。図３では、説明の便宜のため、間隙ＣＬ１，ＣＬ２を極端に大きく描いている。
【００５６】
なお、以下の説明において、Ｏリング７６の軸方向両側部分のうち、流体通路４１の第１のシート部材７４側の圧力が加わる面のことを、「一方側受圧面７６ａ」といい、Ｏリング７６の軸方向両側部分のうち、室７８の圧力が加わる面のことを、「他方側受圧面７６ｂ」という。
【００５７】
図２に戻り、シート部７４ｂの内周面には、摺動部７４ａの内径よりも縮径し且つガイド部材７２の内径と略同一の内径を有する段部７４ｄが形成されている。すなわち、シート部７４ｂの内周面には、図３に示すように、第１中径面７４ｆ及び第２中径面７４ｇよりも直径が小さく軸方向に沿って一定の内径を有する小径面７４ｋと、小径面７４ｋと径方向に沿って延在する軸方向の一端面７４ｍとを繋ぐと共に弁体５０の外周面に接触可能な接触面（シート面）７４ｅと、径方向に沿って延在して小径面７４ｋと第２中径面７４ｇとを繋ぐ第３段差面７４ｌと、が形成されている。
【００５８】
段部７４ｄは、挿入部７２ａに対して弁体５０側に所定間隔離間して設けられており、第３段差面７４ｌと挿入部７２ａとの間には、間隙ＣＬ１と連通する間隙ＣＬ３が形成される。
【００５９】
接触面７４ｅは、弁体５０の中心軸に向かうにつれて徐々に拡径する縦断面視円弧面に形成されている。なお、接触面７４ｅは、弁体５０の中心軸に向かって凸又は凹となる縦断面視円弧面に形成される。また、段部７４ｄを省略し、シート部７４ｂが摺動部７４ａの内径と同一の内径を有する構成として、当該シート部７４ｂの内周面の弁体５０側に接触面７４ｅを形成してもよい。
【００６０】
第１のシート部材７４の外径は、図２に示すように、流体通路４１の内壁部４１ｃの内径よりも僅かに小さく形成されている。これにより、ボディ４０の内部には、流体通路４１の弁体５０側と室７８とを連通する環状の間隙部（連通部）８０が形成されている。なお、第１のシート部材７４の外径を、流体通路４１の内壁部４１ｃの内径と同一にし、第１のシート部材７４の外周面に、流体通路４１の弁体５０側と室７８とを連通する溝部を形成してもよいし、第１のシート部材７４の内部に、流体通路４１の弁体５０側と室７８とを連通する孔部（貫通孔）を形成してもよい。
【００６１】
ばね部材８２は、公知のばねの中から適宜選択し、その一例としてコイルスプリングが用いられ、第１のシート部材７４を弁体５０に向けて付勢する部材である。ばね部材８２は、ガイド部材７２の挿入部７２ａの外周面に装着された状態で、室７８に配置されている。ばね部材８２の軸方向両端部は、ガイド部材７２の鍔部７２ｂ及び第１のシート部材７４の摺動部７４ａに係着されている。
【００６２】
本発明の実施形態に係る開閉弁（弁装置）３６ａは、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、図２及び図３を適宜参照して、流体通路４１の第１のシート部材７４側におけるＯリング７６及び第１のシート部材７４に作用する力について説明する。
【００６３】
流体通路４１の弁体５０側は、エアポンプ２６を介して外部と連通しているため（図１参照）、燃料電池システム１０の運転停止時には、外部から流体通路４１の弁体５０側に大気が流入して、流体通路４１の弁体５０側の圧力（以下、「バルブ側圧力Ｐ１という。」）は大気圧になる。
また、流体通路４１の第１のシート部材７４側は、燃料電池１２のカソード流路２４と連通しているため（図１参照）、燃料電池システム１０の運転停止時には、流体通路４１の第１のシート部材７４側の圧力（以下、「シート部材側圧力Ｐ２」という。）は小さくなって負圧になる。したがって、バルブ側圧力Ｐ１は、シート部材側圧力Ｐ２よりも高くなる（Ｐ１＞Ｐ２）。
【００６４】
このとき、図３に示すように、接触面７４ｅのうち弁体５０との接触部Ｔ１よりも径方向内側の部分７４ｅ１と、第３段差面７４ｌのうち接触部Ｔ１を当該第３段差面７４ｌに投影した位置よりも径方向内側の部分７４ｌ１には、シート部材側圧力Ｐ２がそれぞれ加わる。両者の受圧面積は同一（略同一）であるため、接触面７４ｅの部分７４ｅ１において、シート部材側圧力Ｐ２により第１のシート部材７４を弁体５０から離間させる方向に作用する押圧力と、第３段差面７４ｌの部分７４ｌ１において、シート部材側圧力Ｐ２により第１のシート部材７４を弁体５０に接近させる方向に作用する押圧力とが相殺（キャンセル）される。
【００６５】
また、第１のシート部材７４側の流体は、間隙ＣＬ１，３を経由して、溝部７４ｃ（詳しくは溝部７４ｃのうち、Ｏリング７６よりも弁体５０側の部分）に流入するため、第２段差面７４ｊと、Ｏリング７６の一方側受圧面７６ａには、シート部材側圧力Ｐ２がそれぞれ加わる。第２段差面７４ｊの受圧面積と、一方側受圧面７６ａのうち間隙ＣＬ１に対応する面積を除いた部分７６ａ１の受圧面積は、同一（略同一）であるため、第２段差面７４ｊにおいて、シート部材側圧力Ｐ２により第１のシート部材７４を弁体５０に接近させる方向に作用する押圧力と、一方側受圧面７６ａの部分７６ａ１において、シート部材側圧力Ｐ２により第１のシート部材７４を弁体５０から離間させる方向に作用する押圧力とが相殺される。
【００６６】
また、第３段差面７４ｌと、Ｏリング７６の一方側受圧面７６ａには、シート部材側圧力Ｐ２がそれぞれ加わる。第３段差面７４ｌのうち間隙ＣＬ１に対応する部分７４ｌ２の受圧面積と、一方側受圧面７６ａのうち間隙ＣＬ１に対応する部分７６ａ２の受圧面積は、同一（略同一）であるため、第３段差面７４ｌの部分７４ｌ２において、シート部材側圧力Ｐ２により第１のシート部材７４を弁体５０に接近させる方向に作用する押圧力と、一方側受圧面７６ａの部分７６ａ２において、シート部材側圧力Ｐ２により第１のシート部材７４を弁体５０から離間させる方向に作用する押圧力とが相殺される。
【００６７】
ところで、本実施形態では、流体通路４１の弁体５０側の流体（大気）が、間隙部８０を経由して室７８に流入するため、室７８の圧力Ｐ３は、バルブ側圧力Ｐ１と同圧（略同圧）になり、且つシート部材側圧力Ｐ２よりも高くなる（Ｐ３＝Ｐ１、Ｐ３＞Ｐ２）。
以下の説明において、室７８の圧力Ｐ３を「バルブ側圧力Ｐ１」という場合もある。
【００６８】
そして、室７８の流体は、間隙ＣＬ２を経由して、溝部７４ｃ（詳しくは溝部７４ｃのうち、Ｏリング７６よりも室７８側の部分）に流入するため、第１段差面７４ｉと、Ｏリング７６の他方側受圧面７６ｂには、バルブ側圧力Ｐ１がそれぞれ加わる。第１段差面７４ｉの受圧面積と、他方側受圧面７６ｂのうち間隙ＣＬ２に対応する面積を除いた部分７６ｂ１の受圧面積は、同一（略同一）であるため、第１段差面７４ｉにおいて、バルブ側圧力Ｐ１により第１のシート部材７４を弁体５０から離間させる方向に作用する押圧力と、他方側受圧面７６ｂの部分７６ｂ１において、バルブ側圧力Ｐ１により第１のシート部材７４を弁体５０に接近させる方向に作用する押圧力とが相殺される。
【００６９】
また、軸方向の一端面７４ｍ及び接触面７４ｅのうち点Ｖよりも径方向外側の部分７４ｅ２と、軸方向の他端面７４ｎ及びＯリング７６の他方側受圧面７６ｂのうち間隙ＣＬ２に対応する部分７６ｂ２には、バルブ側圧力Ｐ１がそれぞれ加わる。軸方向の一端面７４ｍ及び接触面７４ｅの部分７４ｅ２の受圧面積と、軸方向の他端面７４ｎ及び他方側受圧面７６ｂの部分７６ｂ２の受圧面積は、同一（略同一）であるため、軸方向の一端面７４ｍ及び接触面７４ｅの部分７４ｅ２において、バルブ側圧力Ｐ１により第１のシート部材７４を弁体５０から離間させる方向に作用する押圧力と、軸方向の他端面７４ｎ及び他方側受圧面７６ｂの部分７６ｂ２において、バルブ側圧力Ｐ１により第１のシート部材７４を弁体５０に接近させる方向に作用する押圧力とが相殺される。
【００７０】
一方、接触面７４ｅのうち部分７４ｅ１，７４ｅ２を除いた部分７４ｅ３（図３の破線部分参照）には、第１のシート部材７４を弁体５０から離間させる方向に作用するバルブ側圧力Ｐ１が加わり、第３段差面７４ｌのうち部分７４ｌ１，７４ｌ２を除いた部分７４ｌ３（図３の破線部分参照）には、第１のシート部材７４を弁体５０に接近させる方向に作用するシート側圧力Ｐ２が加わる。
【００７１】
したがって、接触面７４ｅの部分７４ｅ３と第３段差面７４ｌの部分７４ｌ３の受圧面積は、同一（略同一）であり、かつバルブ側圧力Ｐ１はシート部材側圧力Ｐ２よりも高いため、第１のシート部材７４において、相殺されない部分（図３の破線部分参照）が生じることになる。
【００７２】
なお、相殺されない部分の受圧面積は、図２に示すように、ガイド部材７２の挿入部７２ａの外径面積Ｓ２から、第１のシート部材７４のうち弁体５０との接触部Ｔ１，Ｔ１よりも径方向内側の部分の面積Ｓ１を引いた値になる（Ｓ２−Ｓ１）。この場合、面積Ｓ１は、第１のシート部材７４の中心に形成された孔部を含む面積のことをいい、外径面積Ｓ２は、ガイド部材７２の中心に形成された孔部７２ｃを含む面積のことをいう。
【００７３】
その結果、第１のシート部材７４には、弁体５０から離間させる方向の力（（Ｐ１−Ｐ２）×（Ｓ２−Ｓ１）＝差圧による力Ｙ１）が作用する。
【００７４】
しかして、本実施形態では、図３に示すように、流体通路４１の弁体５０側の流体（大気）が、間隙部８０を経由して室７８に流入し、かつ室７８の流体が、間隙ＣＬ２を経由して溝部７４ｃに流入するため、第１のシート部材７４の軸方向の他端面７４ｎ及び他方側受圧面７６ｂの部分７６ｂ２にバルブ側圧力Ｐ１が加わるため、従来技術（特許文献１に記載の発明）に比較して、第１のシート部材７４及びＯリング７６において、相殺される部分を増加して相殺されない部分を低減することが可能となり、弁体５０から離間させる方向の力（差圧による力Ｙ１）を低下させることができる。
【００７５】
したがって、本実施形態によれば、流体通路４１の第１のシート部材７４側における第１のシート部材７４のシート性が向上するため、従来技術に比較して、ばね部材８２の付勢力Ｙ２を高めに設定する必要がなくなり、弁体５０の回動動作時の作動フリクションの増大を防止できると共に、第１のシート部材７４の磨耗の増大を防止して第１のシート部材７４の耐用性を向上できる。なお、燃料電池システム１０の作動時には、ばね部材８２の付勢力Ｙ２によって第１のシート部材７４を弁体５０に確実にシートさせることができるため、弁体５０に対する第１のシート部材７４のシート性を常時確保できる。
【００７６】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
【００７７】
本実施形態では、本発明の弁装置を、バルブ側圧力Ｐ１が大気圧であり、シート部材側圧力Ｐ２が負圧である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、バルブ側圧力Ｐ１が正圧であり、シート部材側圧力Ｐ２が負圧である場合や、バルブ側圧力Ｐ１が正圧（大）であり、シート部材側圧力Ｐ２が正圧（小）である場合等にも適用可能である。すなわち、バルブ側圧力Ｐ１がシート部材側圧力Ｐ２よりも大（Ｐ１＞Ｐ２）の関係になっているものに適用可能である。
【００７８】
また、本実施形態では、本発明の弁装置を、燃料電池システム１０のカソード系１６に設置される開閉弁３６ａに適用したが、これに限定されるものではなく、各種システム（装置）の任意の箇所に設置される弁装置に適用してもよい。
【００７９】
また、本発明の弁装置を、燃料電池システム１０のカソード系１６に設置される開閉弁３６ｂや背圧弁３８に適用してもよい。
【符号の説明】
【００８０】
３６ａ 開閉弁（弁装置） ４０ ボディ
４１ 流体通路 ４１ｃ 内壁部
５０ 弁体（バルブ） ７２ ガイド部材
７２ｂ 鍔部（支持部） ７４ 第１のシート部材（シート部材）
７６ Ｏリング（シール部材） ７８ 室
８０ 間隙部（連通部） ８２ ばね部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体通路を内部に有するボディと、
前記流体通路に配置され、前記流体通路を開閉する球状のバルブと、
前記流体通路の軸方向で前記バルブに対向して配置され、その外周面に軸方向に略直交する方向に沿う支持部を有するガイド部材と、
前記ガイド部材の外周面に沿って摺動自在に配置され、前記バルブをシートする円筒状のシート部材と、
前記シート部材の内周面と前記ガイド部材の外周面との間に配置されたシール部材と、
前記流体通路の内壁部と前記ガイド部材の外周面及び前記支持部と前記シート部材とによって囲まれて形成された室と、
前記室に配置され、前記シート部材を前記バルブに向かって付勢するばね部材と、
を備えた弁装置であって、
前記流体通路の内壁部と前記シート部材との間には、前記流体通路の前記バルブ側と前記室とを連通する連通部が設けられていることを特徴とする弁装置。
【請求項１】
流体通路を内部に有するボディと、
前記流体通路に配置され、前記流体通路を開閉する球状のバルブと、
前記流体通路の軸方向で前記バルブに対向して配置され、その外周面に軸方向に略直交する方向に沿う支持部を有するガイド部材と、
前記ガイド部材の外周面に沿って摺動自在に配置され、前記バルブをシートする円筒状のシート部材と、
前記シート部材の内周面と前記ガイド部材の外周面との間に配置されたシール部材と、
前記流体通路の内壁部と前記ガイド部材の外周面及び前記支持部と前記シート部材とによって囲まれて形成された室と、
前記室に配置され、前記シート部材を前記バルブに向かって付勢するばね部材と、
を備えた弁装置であって、
前記流体通路の内壁部と前記シート部材との間には、前記流体通路の前記バルブ側と前記室とを連通する連通部が設けられていることを特徴とする弁装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−２９１２７（Ｐ２０１３−２９１２７Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６４１３６（Ｐ２０１１−１６４１３６）
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【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２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【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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