弁
【課題】弾性体からなるシール部材の耐久性を高めることができると共に、高差圧から低差圧まで広いレンジでシール性を好適に維持することが可能な弁を提供する。
【解決手段】弁体（１）または弁座（２）に設けた弾性体からなるシール部材（５）を介して、弁体（１）と弁座（２）とが密接する弁（１００）において、弁体（１）および／または弁座（２）の形状により画定され、これらの間に構成される流路を狭める絞り部（３０）を有し、絞り部（３０）は、シール部材（５）の周辺に設けられた弁（１００）である。そして、この絞り部（３０）によって狭まる流路は、弁体（１）の閉動作の際に、シール部材（５）の直近の流路に優先して狭まるように設定されている。
【解決手段】弁体（１）または弁座（２）に設けた弾性体からなるシール部材（５）を介して、弁体（１）と弁座（２）とが密接する弁（１００）において、弁体（１）および／または弁座（２）の形状により画定され、これらの間に構成される流路を狭める絞り部（３０）を有し、絞り部（３０）は、シール部材（５）の周辺に設けられた弁（１００）である。そして、この絞り部（３０）によって狭まる流路は、弁体（１）の閉動作の際に、シール部材（５）の直近の流路に優先して狭まるように設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃料電池システムにおける高圧ガスの配管系に設けられるものであり、弁体と弁座とがこれらの一方に設けた弾性体からなるシール部材を介して密接する弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高圧の流体を対象とする従来の弁として、ゴムなどの弾性体からなるシール部材を弁体または弁座の一方に配置したものが知られている（例えば、特許文献１および２参照。）。このうち、弁座側にシール部材を配置した特許文献１に記載のパイロット式電磁弁では、弁体の開弁時に、高圧の流体により押圧されたシール部材が、その流体の流れ方向の変形に起因して損傷しないように、シール部材および弁体の形状が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４０１４９号公報（第４頁および第２図）
【特許文献２】実開平５−７３３６８号公報（第９頁および第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の弁では、１次側と２次側との差圧が大きい条件となると、開弁時に、流体が急激に２次側へと流れ、この流体によりシール部材が急激な力を受けることになる。このため、弾性体であるシール部材は大きく変形し易く、その結果耐久性が損なわれ易い問題があった。
【０００５】
もっとも、かかる問題に鑑みて、シール部材の硬度を大きくすることも考えられる。しかし、１次側と２次側との差圧が小さい条件となると、閉弁時においてシール部材を押し付ける力が不足し、今度はシール性が損なわれ易くなる。
【０００６】
本発明は、弾性体からなるシール部材の耐久性を高めることができると共に、高差圧から低差圧まで広いレンジでシール性を好適に維持することが可能な弁を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の弁は、弁体または弁座に設けられた弾性体からなるシール部材を介して、弁体と弁座とが密接する弁において、弁体および／または弁座の形状により画定され、これらの間に構成される流路を狭める絞り部を有し、絞り部は、シール部材の周辺に設けられたものである。
この構成によれば、シール部材の周辺に設けた絞り部によって流体は圧力損失が発生するため、シール部材に作用する流体の力が緩和される。これにより、１次側と２次側とが高差圧の場合であっても、シール部材の耐久性を好適に高めることができる。このことはまた、シール部材の硬度などの性状に自由度を持たせながら、高差圧から低差圧まで広いレンジでシール性を維持することを可能にする。
【０００８】
ここで、「シール部材の周辺」には、シール部材の上流側および下流側のいずれか一方または両者の位置が含まれる。例えば、シール部材が環状からなる場合には、絞り部は、シール部材の径方向の内側および外側の少なくとも一方に位置することにより、シール部材の周辺に設けられる。
絞り部は、弁体および弁座の一方のみの形状により画定することもできるし、両者の形状を関連付けることにより画定することもできる。
本発明の弁は、直動式およびパイロット式の両者に適用することができ、その駆動方式を手動としてもよいし、各種のアクチュエータによるものとしてもよく、例えば電磁弁とすることができる。
【０００９】
本発明の一態様によれば、絞り部によって狭まる流路は、弁体の閉動作の際に、シール部材の直近の流路に優先して狭まるように設定されていることが、好ましい。
この構成によれば、弁体の閉動作の際には、十分な圧力損失を発生させてシール部材の耐久性を好適に高めつつ、一方で弁の開時では、圧力損失を極力回避して弁内流路において十分な（所定の）流量を確保することができる。
【００１０】
本発明の他の弁は、弁体または弁座に設けられた弾性体からなるシール部材を介して、弁体と弁座とが密接する弁であって、流入口からシール部材の位置を通過して流出口に至る流路と、シール部材の近傍に設けられ、流路の断面積を部分的に小さくすることにより流体の流れを阻害する圧損部と、を有するものである。
この構成によれば、上記同様に、シール部材に作用する流体の力が緩和される。これにより、１次側と２次側とが高差圧の場合であっても、シール部材の耐久性を好適に高めることができる。
【００１１】
この場合、圧損部は、弁体の閉方向への移動に伴い、流路の断面積を部分的に徐々に小さくすることが、好ましい。
これらの場合、圧損部は、弁体および／または弁座の形状により画定されていることが、好ましい。
【００１２】
本発明のまた別の弁は、弁体または弁座に設けられた弾性体からなる環状のシール部材を介して、弁体と弁座とが密接する弁であって、弁体は、弁座に対向する第１の面と、第１の面に連なる第１の周面とを有し、弁座は、第１の面に対面する第２の面と、第１の周面に対向する位置に、第２の面よりも第１の周面側に突出された環状突部とを有し、シール部材は、第１の面および第２の面の一方に設けられ、且つ第１の面および第２の面の他方に密接可能に構成され、第１の周面と環状突部との間の流路には、第１の面と第２の面との間の流路よりも、断面積が小さくなるように設定された流路が含まれているものである。
【００１３】
この場合、前記断面積が小さくなるように設定された流路は、第１の面と第２の面との間の流路よりも、弁体の閉動作に伴う断面積の減少率が大きいことが、好ましい。
【００１４】
これらの場合、環状突部は、第２の面に連なり、第１の周面に対面可能な第２の周面を有し、前記断面積が小さくなるように設定された流路は、第１の周面と第２の周面との間の流路の少なくとも一部であることが、好ましい。
【００１５】
この場合、第１の周面は、テーパ状周面からなり、第２の周面は、弁体側へ傾斜する逆テーパ状周面からなることが、好ましい。
【００１６】
この場合、第１の面とテーパ状周面との交差部までの距離をＲ1とし、第２の面と逆テーパ状周面との交差部までの距離をＲ2としたとき、Ｒ1＞Ｒ2を満たすことが、好ましい。
【００１７】
これらの場合．弁体の軸心に対するテーパ状周面の傾斜角度をθ1とし、弁体の軸心に対する逆テーパ状周面の傾斜角度をθ2としたとき、θ1＞θ2を満たすことが、好ましい。
【００１８】
また、上記した本発明の弁の一態様によれば、第１の周面と環状突部との間の距離をＨ3とし、第１の面と第２の面との間の距離をＨ4としたとき、Ｈ3＜Ｈ4を満たすことが、好ましい。
【００１９】
この場合、弁体の閉動作の際に、Ｈ3の減少率は、Ｈ4の減少率よりも大きくなるように設定されていることが、好ましい。
【００２０】
また、上記した本発明の弁の一態様によれば、環状突部は、第２の面に連なり、第１の周面に対面可能な第２の周面と、第２の周面に連なり、前記第２の面に平行な環状面と、を有していてもよい。
【００２１】
これらの場合、第１の面および第２の面は、平行であることが、好ましい。
【００２２】
これらの場合、シール部材は、第１の面および第２の面の一方から他方側に突出していることが、好ましい。
【００２３】
以上、本発明の弁によれば、シール部材に作用する急激な流体の流れが絞り部によって制限されるため、シール部材の耐久性を高めることができると共に、１次側と２次側とが高差圧および低差圧のいずれの場合であっても、すなわち１次側と２次側との差圧に関らず、シール部材によるシール性を適切に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態１に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図２】実施形態１に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図３】実施形態１に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図４】実施形態１に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図５】実施形態２に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図６】実施形態３に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図７】実施形態４に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図８】実施形態５に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図９】実施形態６に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図１０】実施形態７に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図１１】実施形態８に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図１２】実施形態９に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図１３】実施形態１０に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図１４】実施形態１１に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図１５】実施形態１２に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図１６】本発明による弁の一実施形態を用いた高圧タンクの一例を示す模式断面図である。
【図１７】図１６における要部を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る弁について説明する。この弁は、高圧のガス等の流体を対象として、流体の流路をシール部材を介して遮断するものであり、主として燃料電池システムの水素ガスや酸素ガスの配管系に組み込まれるものである。以下の説明では、パイロット式の電磁弁を例に、シール部材まわりの構造について詳述する。なお、図１ないし図１５では、シール部材まわりの構造について、Ｙ1−Ｙ2軸を中心とした左半部が模式的に示されている。
【００２６】
[実施形態１]
図１６は、前述の如く、本発明による弁の一実施形態を用いた高圧タンクの一例を示す模式断面図である。高圧タンク２００は、全体形状が略円筒状のタンク本体２０１と、その長手方向の一端部または両端部に設けられた口金２０２と、その口金２０２に着脱可能に取り付けられたバルブアッセンブリ２０３と、を具備している。タンク本体２０１の内部は、例えば天然ガスや水素ガス等各種のガスといった流体を高圧で貯留する貯留空間２０４とされている。このような高圧タンク２００を燃料電池システムに適用した場合には、例えば３５ＭＰａ若しくは７０ＭＰａの水素ガス、又は２０ＭＰａのＣＮＧガス（圧縮天然ガス）が、貯留空間２０４内に密閉保持される。
【００２７】
後述する本発明の対象となる弁体１、弁座２およびシール部材５を有する弁１００は、少なくとも１ＭＰａ以上のガス等の流体を対象としたものである。この弁１００は、好ましくは３ＭＰａ以上、より好ましくは３５ＭＰａ以上の圧力の流体を対象としたものである。
【００２８】
タンク本体２０１は、ガスバリア性を有する内側のライナー２１０（内殻）の外側がＦＲＰから成るシェル２１２（外殻）で覆われた二重構造を有するものである。ライナー２１０は、例えば高密度ポリエチレン等の樹脂で形成される。ただし、タンク本体２０１をアルミニウム合金等の金属製容器としても構わない。さらに、タンク本体２０１内に貯留されるガスは、口金２０２に取り付けられたバルブアッセンブリ２０３を通して外部のガスラインから貯留空間２０４に供給されると共に、そのバルブアッセンブリ２０３を通して外部のガスラインへ排出されるようになっている。
【００２９】
口金２０２とタンク２００との間は、図示しない複数のシール部材によって気密に封止されている。また、口金２０２の開口部の外周面には、おねじ２１６が形成されている。バルブアッセンブリ２０３は、おねじ２１６を介して口金２０２の開口部に螺合接続される。さらに、バルブアッセンブリ２０３には、外部のガスラインと貯留空間２０４とを接続する流路２１８が設けられている。
【００３０】
バルブアッセンブリ２０３には、種々のバルブや継手等の配管要素が一体的に組み込まれている。バルブアッセンブリ２０３は、例えば、流路２１８上に配置された元弁となるパイロット式の電磁弁１００と、電磁弁１００と直列に流路２１８上に配置された図外のレギュレータ（バルブ）と、を備えている。なお、電磁弁１００とレギュレータとを逆に配置することも可能であり、電磁弁１００をバルブアッセンブリ２０３に一体的に組み込まず、バルブアッセンブリ２０３とは別体に構成して口金２０２に接続するようにしてもよい。
【００３１】
図１７は、図１６における要部を示す拡大断面図である。なお、図１７および後述する図１〜図１５においては、貯留空間２０４側すなわち上流側が図示上方になるように部材配置を示した。
【００３２】
図１６および図１７に示すように、電磁弁１００は、駆動用のソレノイドユニット１１０に接続された弁体１と、その弁体１に離間して対向設置された弁座２と、弁体１に設けられた弾性体のシール部材５と、を具備している。ソレノイドユニット１１０の駆動により、弁体１が弁座２に対して離接移動する。弁体１は、シール部材５を介して弁座２に密接し、この密接状態（閉弁状態）となると、貯留空間２０４と流路２１８とが隔離シールされる。
【００３３】
電磁弁１００は、その外殻をハウジング１２０により構成されている。ハウジング１２０には、流入口Ｇ１が弁体１の上流側に設けられていると共に、流路２１８に接続された流出口Ｇ２が弁座２の下流側に設けられている。電磁弁１００を通流する流体は、流入口Ｇ１を経て１次側の高圧側３から流入し、弁体１および弁座２の間に構成される流路を通過し、２次側の低圧側４から流出口Ｇ２に流出する。
【００３４】
図１は、図１７における要部を拡大して示す電磁弁１００の概略断面図である。図１に示すように、弁体１、弁座２およびシール部材５は、Ｙ1−Ｙ2軸上に沿って同心的に配設されている。また、流出口に連なる通路６が、このＹ1−Ｙ2軸上に形成されている。
【００３５】
弁体１は、金属等の非弾性体で形成され、その軸心であるＹ1−Ｙ2軸方向に移動可能に構成されている。弁体１は、Ｙ1−Ｙ2軸に直交する表面１０（第１の面）と、表面１０から基部側にテーパ状に一体に連なる傾斜面１１（第１の周面またはテーパ状周面）と、を有して、全体として略円錐台状に形成されている。弁体１の表面１０はＹ1−Ｙ2軸を中心として半径Ｒ1からなり、傾斜面１１はＹ1−Ｙ2軸に対して所定の角度θ1をなしている。
【００３６】
弁座２は、弁体１と同様に、金属等の非弾性体で形成され、全体として段付きの略環状部材で形成されている。弁座２は、弁体１の表面１０に平行に対面するシート面２１（第２の面）と、シート面２１に一体に連なり、弁体１側へと傾斜する斜面２２（第２の周面または逆テーパ状周面）と、斜面２２に一体に連なり、シート面２１と平行な非シート面２３と、を有している。非シート面２３は、シート面２１に対するＹ1−Ｙ2軸方向の距離がＨ1に設定されている。斜面２２および非シート面２３により、シート面２１よりも表面１０側に突出された環状突部が構成され、環状突部が傾斜面１１に対向している。
【００３７】
弁座２のシート面２１はＹ1−Ｙ2軸を中心として半径Ｒ2からなり、その斜面２２はＹ1−Ｙ2軸に対して所定の角度θ2をなしている。この場合、半径Ｒ2が半径Ｒ1よりも僅かに大きく設定され、且つ角度θ2が角度θ1よりも僅かに小さく設定されている。そして、弁体１および弁座２の両者のこれらの形状要素（θ1、θ2、Ｒ1、Ｒ2）により、弁体１と弁座２との間に構成される流路のうち、シール部材５の径方向の外側の流路を狭める絞り部３０が画定されている。
【００３８】
絞り部３０は、流入口Ｇ１（高圧側３）から流出口Ｇ２（低圧側４）に至る弁１００内の流路を、シール部材５の近傍の上流側において周方向に亘って狭めている。すなわち、絞り部３０での流路は、表面１０とシート面２１との間の流路よりも、断面積が小さく設定されている。このような絞り部３０は、この弁１００内の流路の断面積を、部分的に小さくすることにより流体の流れを阻害する圧損部として機能する。
【００３９】
絞り部３０を画定する具体的な部位は、弁座２側では斜面２２および非シート面２３の交差部２５からなる。一方、弁体１側で絞り部３０を画定する部位は、この交差部２５から最短距離に位置する傾斜面１１の部位１２に設定されるが、この部位１２は弁体１の位置に基づいて変動するようになっている。
【００４０】
すなわち、図１に示すように、弁体１と弁座２とが十分に離間した開時では、絞り部３０を画定する弁体１側の部位１２は、その表面１０および傾斜面１１の交差部に設定される。一方、図３に示すように弁体１が弁座２に比較的接近した開時（閉動作時）では、絞り部３０を構成する弁体１側の部位１２は、弁座２側の交差部２５から傾斜面１１におろした垂線が交差する傾斜面１１の所定の部位に設定される。
【００４１】
以下の説明では、絞り部３０を構成する弁座２側の交差部２５および弁体１側の部位１２の間の距離をＨ3とする。また、説明の便宜上、Ｈ3が、絞り部３０によって狭められる流路（隙間）自体や、その大きさまたは流路断面積を意味することがある。同様に、弁体１の表面１０と弁座２のシート面２１との距離Ｈ4は、弁体１の表面１０と非シート面２３との間の距離Ｈ2に上記のＨ1を加算したものである。同様に、説明の便宜上、Ｈ4は、絞り部３０から外れたシール部材５の直近の流路（表面１０―シート面２１間の隙間）自体や、その大きさまたは流路断面積を意味することがある。
【００４２】
このように、絞り部３０が形成されているため、図１に示す開時では、Ｈ3はＨ4よりも小さく設定されることになる。また、図２や図３に示す弁体１の閉動作の際には、Ｈ3およびＨ4はＨ3＜Ｈ4の関係を維持しながら各々狭まっていくが、このとき、Ｈ3はＨ4に優先して狭まるように設定されることになる。すなわち、弁体１の閉動作の際に、単位時間当たりのＨ3の減少率がＨ4の減少率よりも大きくなるように設定されることになる。そしてこれにより、弁体１の閉動作の際に絞り部３０で十分な圧力損失を発生させて、シール部材５に作用する流体の力が緩和されるようになっている。
【００４３】
シール部材５は、ゴム等の弾性体で形成され、Ｙ1−Ｙ2軸を中心として環状に形成されている。シール部材５は、絞り部３０の周辺に、弁体１の表面１０からシート面２１側に突出するように設けられている。シール部材５は、弁座２のシート面２１に対面する面がこれに平行な平坦面で構成されており、閉時にシート面２１に密接して流路を遮断する。シール部材５により、高圧側３と低圧側４との間が気密にシールされる。
【００４４】
以上のように構成された電磁弁１００の作用について、図１ないし図４を参照して説明する。図１に示す開時では、流体は、高圧側３からＨ3およびＨ4を通過して低圧側４へと流れる。このときの流体の流量は、主としてＨ3に依存される。
【００４５】
図２に示すように、弁体１の閉動作に移行した状態では、流体は、Ｈ4よりも優先して狭まったＨ3を通過する際に圧力損失を受けると共に流量が制限されて、Ｈ4に流れ込む。一方で、Ｈ3＜Ｈ4の関係は維持されるため、Ｈ4での流速は、Ｈ3での流速に比べて低減される。したがって、Ｈ4に位置するシール部材５は、絞り部３０がない場合と比較すると、流体より受ける力が低減されることになる。なお、このときの流体の流量は、主としてＨ3に依存される。
【００４６】
図３に示すように、弁体１の閉動作がさらに後期に移行した状態では、シール部材５は弁座２のシート面２１に当接するが、このとき流体は、Ｈ3を通過する際に極めて大きな圧力損失を受けることになると共に流量が大きく制限される。したがって、シール部材５は、絞り部３０がない場合と比較すると、流体より受ける力が大きく低減されることになる。なお、シール部材５とシート面２１との接触面圧が高圧側３の圧力以上となったところで、高圧側３と低圧側４との間が気密にシールされることになる。
【００４７】
このように、図２および図３に示す弁体１の閉動作の過程では、シール部材５に作用する流体の力が徐々に緩和されるようになっていることから、シール部材５の耐久性を好適に向上することができる。そして、図４に示す閉時では、弁体１の表面１０と弁座２のシート面２１とは、シール部材５のつぶししろを押しつぶすようにして互いに密接して、高圧側３と低圧側４との間が気密性良く確実にシールされる。このとき、Ｈ4は零またはほぼ零となり、Ｈ3は僅かに存在するように設定されている。なお、弁座２側の交差部２５を弁体１の傾斜面１１に接触させるようにして、Ｈ3が零になるように設定してもよい。
【００４８】
また、図２に示す弁体１の閉動作の過程では、流体の流れによるセルフセンタリングの原理によって、弁体１の弁座２に対する接触平面度および同心度が向上されるようになっている。具体的には、弁体１の閉動作に伴ってＨ3が小さくなるほど、弁体１は流体によって軸心に且つＹ1−Ｙ2軸のＹ1方向に移動されるようになる。このため、弁体１は、弁座２に対して接触平面度を維持しつつ且つ自動向心しながら閉動作を行うと共に、その閉動作の移動速度が低減されることになる。
【００４９】
これにより、弁体１の閉動作を安定性よく行うことができると共に、図３に示すように、シール部材５と弁座２との接触を、その接触速度を緩和しながら行うことができる。したがって、図３および図４に示すシール部材５と弁座２との接触状態では、シール部材５は、その周方向において均一の力で弁座２に接触することになり、この点においてシール部材５の耐久性の向上に寄与することができる。
【００５０】
なお、詳述しないが、本実施形態の電磁弁１００は、弁体１の開動作においても、すなわち図４→図３→図２→図１となる弁体１の動作においても、シール部材５が流体から受ける力は絞り部３０によって緩和される。そして、図１に示す開時では、圧力損失を極力回避して、弁内の流路では十分な流量が確保される。
【００５１】
次に、本発明の他の実施形態に係る電磁弁１００について図面を参照して説明する。その際、実施形態１ないしは各実施形態の相違点を中心に説明し、前記と同一部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
[実施形態２]
図５に示すように、実施形態２の電磁弁１００は、実施形態１のシール部材５を弁座２のシート面２１に設けたものである。実施形態２でのシール部材５の配置位置は、実施形態１での配置位置に対向する位置であり、シール部材５は弁体１の表面１０に密接可能に構成されている。したがって、本実施形態においても、実施形態１と同様の作用および効果を奏することができる。
【００５３】
[実施形態３]
図６に示すように、実施形態３の電磁弁１００は、実施形態１の構成要素に加えて、弁体１と弁座２との間に構成されるシール部材５の下流側の流路を狭める絞り部４０を有している。この下流側の絞り部４０は、実施形態１の上流側の絞り部３０と同様の機能を有するものであるが、主として弁体１の表面１０から突出させたニードル状の突出部４１で画定されている。この突出部４１は、その軸心をＹ1−Ｙ2軸に合致させて設けられており、通路６に受容可能に構成されている。
【００５４】
下流側の絞り部４０では、突出部４１の斜面が上流側の絞り部３０における傾斜面１１に対応し、通路６を構成する弁座２の環状の角部４２が上流側の絞り部３０における弁座２の交差部２５に対応している。下流側の絞り部４０によって狭められる流路は、Ｈ3とＨ4との関係と同様に、弁体１の閉動作の際に、シール部材５の直近の流路（Ｈ4）に優先して狭まるように設定されている。また、下流側の絞り部４０によって狭められる流路の断面積は、通路６の断面積よりも小さく設定されているが、弁体１の閉動作の際にも、この関係を維持しながら小さくなっていくように設定されている。
【００５５】
本実施形態によれば、実施形態１の作用および効果に加えて、特に弁体１の閉動作の際に、シール部材５の下流側でも絞り部４０で圧力損失を発生させることができるため、シール部材５に作用する流体の力をより一層緩和させることができる。したがって、シール部材５の耐久性をより一層向上することができる。
【００５６】
[実施形態４]
図７に示すように、実施形態４の電磁弁１００は、実施形態３のシール部材５を弁座２のシート面２１に設けたものである。本実施形態は、実施形態３と同様に、シール部材５の上流側および下流側の前後に絞り部３０、４０があるため、実施形態３と同様の作用および効果を奏することができる。
【００５７】
[実施形態５]
図８に示すように、実施形態５の電磁弁１００は、図６に示す実施形態３の構成から、上流側の絞り部３０を省略したものである。したがって、図８に示す開時では、流体は、高圧側３からＨ4を通過後、下流側の絞り部４０によって狭められた流路を通過して、低圧側４へと流れる。
【００５８】
本実施形態は、シール部材５の下流側でのみ絞り部４０が機能して圧力損失を発生させると共に、Ｈ4に流れ込む流量を制限することができるものであるが、実施形態１と同様に、シール部材５に作用する流体の力を緩和させることができる。したがって、本実施形態においても実施形態１と同様の作用および効果を奏することができる。
【００５９】
[実施形態６]
図９に示すように、実施形態６の電磁弁１００は、実施形態５のシール部材５を弁座２のシート面２１に設けたものである。実施形態６でのシール部材５の配置位置は、実施形態５での配置位置に対向するところであり、実施形態６は実施形態５と同様の作用および効果を奏することができる。
【００６０】
[実施形態７]
図１０に示すように、実施形態７の電磁弁１００では、実施形態１とは異なる絞り部３０が形成されている。本実施形態の絞り部３０は、弁体１の表面１０から下方に突出形成した環状の凸部５１と、凸部５１に対応してこれを受容可能に形成され、弁座２のシート面２１に環状に形成された凹部５２と、で画定されている。
【００６１】
本実施形態の絞り部３０によれば、シール部材５の周辺となるシール部材５の上流側の流路を狭めて、圧力損失を発生させることができるため、上記実施形態と略同様に、シール部材５に作用する流体の力を緩和させて、シール部材５の耐久性を向上することができる。なお、絞り部３０を画定する形状要素は弁体１および弁座２間で逆の構成としてもよく、弁体１に凹部５２を、弁座２に凸部５１を形成してもよい。
【００６２】
[実施形態８]
図１１に示すように、実施形態８の電磁弁１００は、実施形態７のシール部材５を弁座２のシート面２１に設けたものである。実施形態８でのシール部材５の配置位置は、実施形態７での配置位置に対向するところであり、実施形態８は実施形態７と同様の作用および効果を奏することができる。
【００６３】
[実施形態９]
図１２に示すように、実施形態９の電磁弁１００は、図１０に示す実施形態７の絞り部３０をシール部材５の下流側に設けたものである。本実施形態の絞り部４０によれば、シール部材５の周辺となるシール部材５の下流側の流路を狭めて、圧力損失を発生させることができるため、実施形態７と略同様に、シール部材５に作用する流体の力を緩和させて、シール部材５の耐久性を向上することができる。
【００６４】
[実施形態１０]
図１３に示すように、実施形態１０の電磁弁１００は、実施形態９のシール部材５を弁座２のシート面２１に設けたものであり、その配置位置は実施形態９での配置位置に対向する。したがって、本実施形態でも、実施形態９と同様の作用および効果を奏することができる。
【００６５】
[実施形態１１]
図１４に示すように、実施形態１１の電磁弁１００は、図１０に示す実施形態７と図１２に示す実施形態９との組み合わせに相当するものである。すなわち、本実施形態の電磁弁１００は、シール部材５の上流側および下流側の両方に、凸部５１および凹部５２からなる絞り部３０、４０を設けたものであり、その際、凸部５１を弁体１に形成したものである。本実施形態によれば、絞り部が一つの場合に比べて、シール部材５に作用する流体の力をより一層緩和させて、シール部材５の耐久性をより一層向上することができる。
【００６６】
[実施形態１２]
図１５に示すように、実施形態１２の電磁弁１００は、実施形態１１のシール部材５を弁座２のシート面２１に設けたものであり、その配置位置は実施形態１１での配置位置に対向する。したがって、本実施形態でも、実施形態１１と同様の作用および効果を奏することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃料電池システムにおける高圧ガスの配管系に設けられるものであり、弁体と弁座とがこれらの一方に設けた弾性体からなるシール部材を介して密接する弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高圧の流体を対象とする従来の弁として、ゴムなどの弾性体からなるシール部材を弁体または弁座の一方に配置したものが知られている（例えば、特許文献１および２参照。）。このうち、弁座側にシール部材を配置した特許文献１に記載のパイロット式電磁弁では、弁体の開弁時に、高圧の流体により押圧されたシール部材が、その流体の流れ方向の変形に起因して損傷しないように、シール部材および弁体の形状が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４０１４９号公報（第４頁および第２図）
【特許文献２】実開平５−７３３６８号公報（第９頁および第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の弁では、１次側と２次側との差圧が大きい条件となると、開弁時に、流体が急激に２次側へと流れ、この流体によりシール部材が急激な力を受けることになる。このため、弾性体であるシール部材は大きく変形し易く、その結果耐久性が損なわれ易い問題があった。
【０００５】
もっとも、かかる問題に鑑みて、シール部材の硬度を大きくすることも考えられる。しかし、１次側と２次側との差圧が小さい条件となると、閉弁時においてシール部材を押し付ける力が不足し、今度はシール性が損なわれ易くなる。
【０００６】
本発明は、弾性体からなるシール部材の耐久性を高めることができると共に、高差圧から低差圧まで広いレンジでシール性を好適に維持することが可能な弁を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の弁は、弁体または弁座に設けられた弾性体からなるシール部材を介して、弁体と弁座とが密接する弁において、弁体および／または弁座の形状により画定され、これらの間に構成される流路を狭める絞り部を有し、絞り部は、シール部材の周辺に設けられたものである。
この構成によれば、シール部材の周辺に設けた絞り部によって流体は圧力損失が発生するため、シール部材に作用する流体の力が緩和される。これにより、１次側と２次側とが高差圧の場合であっても、シール部材の耐久性を好適に高めることができる。このことはまた、シール部材の硬度などの性状に自由度を持たせながら、高差圧から低差圧まで広いレンジでシール性を維持することを可能にする。
【０００８】
ここで、「シール部材の周辺」には、シール部材の上流側および下流側のいずれか一方または両者の位置が含まれる。例えば、シール部材が環状からなる場合には、絞り部は、シール部材の径方向の内側および外側の少なくとも一方に位置することにより、シール部材の周辺に設けられる。
絞り部は、弁体および弁座の一方のみの形状により画定することもできるし、両者の形状を関連付けることにより画定することもできる。
本発明の弁は、直動式およびパイロット式の両者に適用することができ、その駆動方式を手動としてもよいし、各種のアクチュエータによるものとしてもよく、例えば電磁弁とすることができる。
【０００９】
本発明の一態様によれば、絞り部によって狭まる流路は、弁体の閉動作の際に、シール部材の直近の流路に優先して狭まるように設定されていることが、好ましい。
この構成によれば、弁体の閉動作の際には、十分な圧力損失を発生させてシール部材の耐久性を好適に高めつつ、一方で弁の開時では、圧力損失を極力回避して弁内流路において十分な（所定の）流量を確保することができる。
【００１０】
本発明の他の弁は、弁体または弁座に設けられた弾性体からなるシール部材を介して、弁体と弁座とが密接する弁であって、流入口からシール部材の位置を通過して流出口に至る流路と、シール部材の近傍に設けられ、流路の断面積を部分的に小さくすることにより流体の流れを阻害する圧損部と、を有するものである。
この構成によれば、上記同様に、シール部材に作用する流体の力が緩和される。これにより、１次側と２次側とが高差圧の場合であっても、シール部材の耐久性を好適に高めることができる。
【００１１】
この場合、圧損部は、弁体の閉方向への移動に伴い、流路の断面積を部分的に徐々に小さくすることが、好ましい。
これらの場合、圧損部は、弁体および／または弁座の形状により画定されていることが、好ましい。
【００１２】
本発明のまた別の弁は、弁体または弁座に設けられた弾性体からなる環状のシール部材を介して、弁体と弁座とが密接する弁であって、弁体は、弁座に対向する第１の面と、第１の面に連なる第１の周面とを有し、弁座は、第１の面に対面する第２の面と、第１の周面に対向する位置に、第２の面よりも第１の周面側に突出された環状突部とを有し、シール部材は、第１の面および第２の面の一方に設けられ、且つ第１の面および第２の面の他方に密接可能に構成され、第１の周面と環状突部との間の流路には、第１の面と第２の面との間の流路よりも、断面積が小さくなるように設定された流路が含まれているものである。
【００１３】
この場合、前記断面積が小さくなるように設定された流路は、第１の面と第２の面との間の流路よりも、弁体の閉動作に伴う断面積の減少率が大きいことが、好ましい。
【００１４】
これらの場合、環状突部は、第２の面に連なり、第１の周面に対面可能な第２の周面を有し、前記断面積が小さくなるように設定された流路は、第１の周面と第２の周面との間の流路の少なくとも一部であることが、好ましい。
【００１５】
この場合、第１の周面は、テーパ状周面からなり、第２の周面は、弁体側へ傾斜する逆テーパ状周面からなることが、好ましい。
【００１６】
この場合、第１の面とテーパ状周面との交差部までの距離をＲ1とし、第２の面と逆テーパ状周面との交差部までの距離をＲ2としたとき、Ｒ1＞Ｒ2を満たすことが、好ましい。
【００１７】
これらの場合．弁体の軸心に対するテーパ状周面の傾斜角度をθ1とし、弁体の軸心に対する逆テーパ状周面の傾斜角度をθ2としたとき、θ1＞θ2を満たすことが、好ましい。
【００１８】
また、上記した本発明の弁の一態様によれば、第１の周面と環状突部との間の距離をＨ3とし、第１の面と第２の面との間の距離をＨ4としたとき、Ｈ3＜Ｈ4を満たすことが、好ましい。
【００１９】
この場合、弁体の閉動作の際に、Ｈ3の減少率は、Ｈ4の減少率よりも大きくなるように設定されていることが、好ましい。
【００２０】
また、上記した本発明の弁の一態様によれば、環状突部は、第２の面に連なり、第１の周面に対面可能な第２の周面と、第２の周面に連なり、前記第２の面に平行な環状面と、を有していてもよい。
【００２１】
これらの場合、第１の面および第２の面は、平行であることが、好ましい。
【００２２】
これらの場合、シール部材は、第１の面および第２の面の一方から他方側に突出していることが、好ましい。
【００２３】
以上、本発明の弁によれば、シール部材に作用する急激な流体の流れが絞り部によって制限されるため、シール部材の耐久性を高めることができると共に、１次側と２次側とが高差圧および低差圧のいずれの場合であっても、すなわち１次側と２次側との差圧に関らず、シール部材によるシール性を適切に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態１に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図２】実施形態１に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図３】実施形態１に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図４】実施形態１に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図５】実施形態２に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図６】実施形態３に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図７】実施形態４に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図８】実施形態５に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図９】実施形態６に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図１０】実施形態７に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図１１】実施形態８に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図１２】実施形態９に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図１３】実施形態１０に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図１４】実施形態１１に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図１５】実施形態１２に係る弁の概略を断面的に示す説明図である。
【図１６】本発明による弁の一実施形態を用いた高圧タンクの一例を示す模式断面図である。
【図１７】図１６における要部を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る弁について説明する。この弁は、高圧のガス等の流体を対象として、流体の流路をシール部材を介して遮断するものであり、主として燃料電池システムの水素ガスや酸素ガスの配管系に組み込まれるものである。以下の説明では、パイロット式の電磁弁を例に、シール部材まわりの構造について詳述する。なお、図１ないし図１５では、シール部材まわりの構造について、Ｙ1−Ｙ2軸を中心とした左半部が模式的に示されている。
【００２６】
[実施形態１]
図１６は、前述の如く、本発明による弁の一実施形態を用いた高圧タンクの一例を示す模式断面図である。高圧タンク２００は、全体形状が略円筒状のタンク本体２０１と、その長手方向の一端部または両端部に設けられた口金２０２と、その口金２０２に着脱可能に取り付けられたバルブアッセンブリ２０３と、を具備している。タンク本体２０１の内部は、例えば天然ガスや水素ガス等各種のガスといった流体を高圧で貯留する貯留空間２０４とされている。このような高圧タンク２００を燃料電池システムに適用した場合には、例えば３５ＭＰａ若しくは７０ＭＰａの水素ガス、又は２０ＭＰａのＣＮＧガス（圧縮天然ガス）が、貯留空間２０４内に密閉保持される。
【００２７】
後述する本発明の対象となる弁体１、弁座２およびシール部材５を有する弁１００は、少なくとも１ＭＰａ以上のガス等の流体を対象としたものである。この弁１００は、好ましくは３ＭＰａ以上、より好ましくは３５ＭＰａ以上の圧力の流体を対象としたものである。
【００２８】
タンク本体２０１は、ガスバリア性を有する内側のライナー２１０（内殻）の外側がＦＲＰから成るシェル２１２（外殻）で覆われた二重構造を有するものである。ライナー２１０は、例えば高密度ポリエチレン等の樹脂で形成される。ただし、タンク本体２０１をアルミニウム合金等の金属製容器としても構わない。さらに、タンク本体２０１内に貯留されるガスは、口金２０２に取り付けられたバルブアッセンブリ２０３を通して外部のガスラインから貯留空間２０４に供給されると共に、そのバルブアッセンブリ２０３を通して外部のガスラインへ排出されるようになっている。
【００２９】
口金２０２とタンク２００との間は、図示しない複数のシール部材によって気密に封止されている。また、口金２０２の開口部の外周面には、おねじ２１６が形成されている。バルブアッセンブリ２０３は、おねじ２１６を介して口金２０２の開口部に螺合接続される。さらに、バルブアッセンブリ２０３には、外部のガスラインと貯留空間２０４とを接続する流路２１８が設けられている。
【００３０】
バルブアッセンブリ２０３には、種々のバルブや継手等の配管要素が一体的に組み込まれている。バルブアッセンブリ２０３は、例えば、流路２１８上に配置された元弁となるパイロット式の電磁弁１００と、電磁弁１００と直列に流路２１８上に配置された図外のレギュレータ（バルブ）と、を備えている。なお、電磁弁１００とレギュレータとを逆に配置することも可能であり、電磁弁１００をバルブアッセンブリ２０３に一体的に組み込まず、バルブアッセンブリ２０３とは別体に構成して口金２０２に接続するようにしてもよい。
【００３１】
図１７は、図１６における要部を示す拡大断面図である。なお、図１７および後述する図１〜図１５においては、貯留空間２０４側すなわち上流側が図示上方になるように部材配置を示した。
【００３２】
図１６および図１７に示すように、電磁弁１００は、駆動用のソレノイドユニット１１０に接続された弁体１と、その弁体１に離間して対向設置された弁座２と、弁体１に設けられた弾性体のシール部材５と、を具備している。ソレノイドユニット１１０の駆動により、弁体１が弁座２に対して離接移動する。弁体１は、シール部材５を介して弁座２に密接し、この密接状態（閉弁状態）となると、貯留空間２０４と流路２１８とが隔離シールされる。
【００３３】
電磁弁１００は、その外殻をハウジング１２０により構成されている。ハウジング１２０には、流入口Ｇ１が弁体１の上流側に設けられていると共に、流路２１８に接続された流出口Ｇ２が弁座２の下流側に設けられている。電磁弁１００を通流する流体は、流入口Ｇ１を経て１次側の高圧側３から流入し、弁体１および弁座２の間に構成される流路を通過し、２次側の低圧側４から流出口Ｇ２に流出する。
【００３４】
図１は、図１７における要部を拡大して示す電磁弁１００の概略断面図である。図１に示すように、弁体１、弁座２およびシール部材５は、Ｙ1−Ｙ2軸上に沿って同心的に配設されている。また、流出口に連なる通路６が、このＹ1−Ｙ2軸上に形成されている。
【００３５】
弁体１は、金属等の非弾性体で形成され、その軸心であるＹ1−Ｙ2軸方向に移動可能に構成されている。弁体１は、Ｙ1−Ｙ2軸に直交する表面１０（第１の面）と、表面１０から基部側にテーパ状に一体に連なる傾斜面１１（第１の周面またはテーパ状周面）と、を有して、全体として略円錐台状に形成されている。弁体１の表面１０はＹ1−Ｙ2軸を中心として半径Ｒ1からなり、傾斜面１１はＹ1−Ｙ2軸に対して所定の角度θ1をなしている。
【００３６】
弁座２は、弁体１と同様に、金属等の非弾性体で形成され、全体として段付きの略環状部材で形成されている。弁座２は、弁体１の表面１０に平行に対面するシート面２１（第２の面）と、シート面２１に一体に連なり、弁体１側へと傾斜する斜面２２（第２の周面または逆テーパ状周面）と、斜面２２に一体に連なり、シート面２１と平行な非シート面２３と、を有している。非シート面２３は、シート面２１に対するＹ1−Ｙ2軸方向の距離がＨ1に設定されている。斜面２２および非シート面２３により、シート面２１よりも表面１０側に突出された環状突部が構成され、環状突部が傾斜面１１に対向している。
【００３７】
弁座２のシート面２１はＹ1−Ｙ2軸を中心として半径Ｒ2からなり、その斜面２２はＹ1−Ｙ2軸に対して所定の角度θ2をなしている。この場合、半径Ｒ2が半径Ｒ1よりも僅かに大きく設定され、且つ角度θ2が角度θ1よりも僅かに小さく設定されている。そして、弁体１および弁座２の両者のこれらの形状要素（θ1、θ2、Ｒ1、Ｒ2）により、弁体１と弁座２との間に構成される流路のうち、シール部材５の径方向の外側の流路を狭める絞り部３０が画定されている。
【００３８】
絞り部３０は、流入口Ｇ１（高圧側３）から流出口Ｇ２（低圧側４）に至る弁１００内の流路を、シール部材５の近傍の上流側において周方向に亘って狭めている。すなわち、絞り部３０での流路は、表面１０とシート面２１との間の流路よりも、断面積が小さく設定されている。このような絞り部３０は、この弁１００内の流路の断面積を、部分的に小さくすることにより流体の流れを阻害する圧損部として機能する。
【００３９】
絞り部３０を画定する具体的な部位は、弁座２側では斜面２２および非シート面２３の交差部２５からなる。一方、弁体１側で絞り部３０を画定する部位は、この交差部２５から最短距離に位置する傾斜面１１の部位１２に設定されるが、この部位１２は弁体１の位置に基づいて変動するようになっている。
【００４０】
すなわち、図１に示すように、弁体１と弁座２とが十分に離間した開時では、絞り部３０を画定する弁体１側の部位１２は、その表面１０および傾斜面１１の交差部に設定される。一方、図３に示すように弁体１が弁座２に比較的接近した開時（閉動作時）では、絞り部３０を構成する弁体１側の部位１２は、弁座２側の交差部２５から傾斜面１１におろした垂線が交差する傾斜面１１の所定の部位に設定される。
【００４１】
以下の説明では、絞り部３０を構成する弁座２側の交差部２５および弁体１側の部位１２の間の距離をＨ3とする。また、説明の便宜上、Ｈ3が、絞り部３０によって狭められる流路（隙間）自体や、その大きさまたは流路断面積を意味することがある。同様に、弁体１の表面１０と弁座２のシート面２１との距離Ｈ4は、弁体１の表面１０と非シート面２３との間の距離Ｈ2に上記のＨ1を加算したものである。同様に、説明の便宜上、Ｈ4は、絞り部３０から外れたシール部材５の直近の流路（表面１０―シート面２１間の隙間）自体や、その大きさまたは流路断面積を意味することがある。
【００４２】
このように、絞り部３０が形成されているため、図１に示す開時では、Ｈ3はＨ4よりも小さく設定されることになる。また、図２や図３に示す弁体１の閉動作の際には、Ｈ3およびＨ4はＨ3＜Ｈ4の関係を維持しながら各々狭まっていくが、このとき、Ｈ3はＨ4に優先して狭まるように設定されることになる。すなわち、弁体１の閉動作の際に、単位時間当たりのＨ3の減少率がＨ4の減少率よりも大きくなるように設定されることになる。そしてこれにより、弁体１の閉動作の際に絞り部３０で十分な圧力損失を発生させて、シール部材５に作用する流体の力が緩和されるようになっている。
【００４３】
シール部材５は、ゴム等の弾性体で形成され、Ｙ1−Ｙ2軸を中心として環状に形成されている。シール部材５は、絞り部３０の周辺に、弁体１の表面１０からシート面２１側に突出するように設けられている。シール部材５は、弁座２のシート面２１に対面する面がこれに平行な平坦面で構成されており、閉時にシート面２１に密接して流路を遮断する。シール部材５により、高圧側３と低圧側４との間が気密にシールされる。
【００４４】
以上のように構成された電磁弁１００の作用について、図１ないし図４を参照して説明する。図１に示す開時では、流体は、高圧側３からＨ3およびＨ4を通過して低圧側４へと流れる。このときの流体の流量は、主としてＨ3に依存される。
【００４５】
図２に示すように、弁体１の閉動作に移行した状態では、流体は、Ｈ4よりも優先して狭まったＨ3を通過する際に圧力損失を受けると共に流量が制限されて、Ｈ4に流れ込む。一方で、Ｈ3＜Ｈ4の関係は維持されるため、Ｈ4での流速は、Ｈ3での流速に比べて低減される。したがって、Ｈ4に位置するシール部材５は、絞り部３０がない場合と比較すると、流体より受ける力が低減されることになる。なお、このときの流体の流量は、主としてＨ3に依存される。
【００４６】
図３に示すように、弁体１の閉動作がさらに後期に移行した状態では、シール部材５は弁座２のシート面２１に当接するが、このとき流体は、Ｈ3を通過する際に極めて大きな圧力損失を受けることになると共に流量が大きく制限される。したがって、シール部材５は、絞り部３０がない場合と比較すると、流体より受ける力が大きく低減されることになる。なお、シール部材５とシート面２１との接触面圧が高圧側３の圧力以上となったところで、高圧側３と低圧側４との間が気密にシールされることになる。
【００４７】
このように、図２および図３に示す弁体１の閉動作の過程では、シール部材５に作用する流体の力が徐々に緩和されるようになっていることから、シール部材５の耐久性を好適に向上することができる。そして、図４に示す閉時では、弁体１の表面１０と弁座２のシート面２１とは、シール部材５のつぶししろを押しつぶすようにして互いに密接して、高圧側３と低圧側４との間が気密性良く確実にシールされる。このとき、Ｈ4は零またはほぼ零となり、Ｈ3は僅かに存在するように設定されている。なお、弁座２側の交差部２５を弁体１の傾斜面１１に接触させるようにして、Ｈ3が零になるように設定してもよい。
【００４８】
また、図２に示す弁体１の閉動作の過程では、流体の流れによるセルフセンタリングの原理によって、弁体１の弁座２に対する接触平面度および同心度が向上されるようになっている。具体的には、弁体１の閉動作に伴ってＨ3が小さくなるほど、弁体１は流体によって軸心に且つＹ1−Ｙ2軸のＹ1方向に移動されるようになる。このため、弁体１は、弁座２に対して接触平面度を維持しつつ且つ自動向心しながら閉動作を行うと共に、その閉動作の移動速度が低減されることになる。
【００４９】
これにより、弁体１の閉動作を安定性よく行うことができると共に、図３に示すように、シール部材５と弁座２との接触を、その接触速度を緩和しながら行うことができる。したがって、図３および図４に示すシール部材５と弁座２との接触状態では、シール部材５は、その周方向において均一の力で弁座２に接触することになり、この点においてシール部材５の耐久性の向上に寄与することができる。
【００５０】
なお、詳述しないが、本実施形態の電磁弁１００は、弁体１の開動作においても、すなわち図４→図３→図２→図１となる弁体１の動作においても、シール部材５が流体から受ける力は絞り部３０によって緩和される。そして、図１に示す開時では、圧力損失を極力回避して、弁内の流路では十分な流量が確保される。
【００５１】
次に、本発明の他の実施形態に係る電磁弁１００について図面を参照して説明する。その際、実施形態１ないしは各実施形態の相違点を中心に説明し、前記と同一部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
[実施形態２]
図５に示すように、実施形態２の電磁弁１００は、実施形態１のシール部材５を弁座２のシート面２１に設けたものである。実施形態２でのシール部材５の配置位置は、実施形態１での配置位置に対向する位置であり、シール部材５は弁体１の表面１０に密接可能に構成されている。したがって、本実施形態においても、実施形態１と同様の作用および効果を奏することができる。
【００５３】
[実施形態３]
図６に示すように、実施形態３の電磁弁１００は、実施形態１の構成要素に加えて、弁体１と弁座２との間に構成されるシール部材５の下流側の流路を狭める絞り部４０を有している。この下流側の絞り部４０は、実施形態１の上流側の絞り部３０と同様の機能を有するものであるが、主として弁体１の表面１０から突出させたニードル状の突出部４１で画定されている。この突出部４１は、その軸心をＹ1−Ｙ2軸に合致させて設けられており、通路６に受容可能に構成されている。
【００５４】
下流側の絞り部４０では、突出部４１の斜面が上流側の絞り部３０における傾斜面１１に対応し、通路６を構成する弁座２の環状の角部４２が上流側の絞り部３０における弁座２の交差部２５に対応している。下流側の絞り部４０によって狭められる流路は、Ｈ3とＨ4との関係と同様に、弁体１の閉動作の際に、シール部材５の直近の流路（Ｈ4）に優先して狭まるように設定されている。また、下流側の絞り部４０によって狭められる流路の断面積は、通路６の断面積よりも小さく設定されているが、弁体１の閉動作の際にも、この関係を維持しながら小さくなっていくように設定されている。
【００５５】
本実施形態によれば、実施形態１の作用および効果に加えて、特に弁体１の閉動作の際に、シール部材５の下流側でも絞り部４０で圧力損失を発生させることができるため、シール部材５に作用する流体の力をより一層緩和させることができる。したがって、シール部材５の耐久性をより一層向上することができる。
【００５６】
[実施形態４]
図７に示すように、実施形態４の電磁弁１００は、実施形態３のシール部材５を弁座２のシート面２１に設けたものである。本実施形態は、実施形態３と同様に、シール部材５の上流側および下流側の前後に絞り部３０、４０があるため、実施形態３と同様の作用および効果を奏することができる。
【００５７】
[実施形態５]
図８に示すように、実施形態５の電磁弁１００は、図６に示す実施形態３の構成から、上流側の絞り部３０を省略したものである。したがって、図８に示す開時では、流体は、高圧側３からＨ4を通過後、下流側の絞り部４０によって狭められた流路を通過して、低圧側４へと流れる。
【００５８】
本実施形態は、シール部材５の下流側でのみ絞り部４０が機能して圧力損失を発生させると共に、Ｈ4に流れ込む流量を制限することができるものであるが、実施形態１と同様に、シール部材５に作用する流体の力を緩和させることができる。したがって、本実施形態においても実施形態１と同様の作用および効果を奏することができる。
【００５９】
[実施形態６]
図９に示すように、実施形態６の電磁弁１００は、実施形態５のシール部材５を弁座２のシート面２１に設けたものである。実施形態６でのシール部材５の配置位置は、実施形態５での配置位置に対向するところであり、実施形態６は実施形態５と同様の作用および効果を奏することができる。
【００６０】
[実施形態７]
図１０に示すように、実施形態７の電磁弁１００では、実施形態１とは異なる絞り部３０が形成されている。本実施形態の絞り部３０は、弁体１の表面１０から下方に突出形成した環状の凸部５１と、凸部５１に対応してこれを受容可能に形成され、弁座２のシート面２１に環状に形成された凹部５２と、で画定されている。
【００６１】
本実施形態の絞り部３０によれば、シール部材５の周辺となるシール部材５の上流側の流路を狭めて、圧力損失を発生させることができるため、上記実施形態と略同様に、シール部材５に作用する流体の力を緩和させて、シール部材５の耐久性を向上することができる。なお、絞り部３０を画定する形状要素は弁体１および弁座２間で逆の構成としてもよく、弁体１に凹部５２を、弁座２に凸部５１を形成してもよい。
【００６２】
[実施形態８]
図１１に示すように、実施形態８の電磁弁１００は、実施形態７のシール部材５を弁座２のシート面２１に設けたものである。実施形態８でのシール部材５の配置位置は、実施形態７での配置位置に対向するところであり、実施形態８は実施形態７と同様の作用および効果を奏することができる。
【００６３】
[実施形態９]
図１２に示すように、実施形態９の電磁弁１００は、図１０に示す実施形態７の絞り部３０をシール部材５の下流側に設けたものである。本実施形態の絞り部４０によれば、シール部材５の周辺となるシール部材５の下流側の流路を狭めて、圧力損失を発生させることができるため、実施形態７と略同様に、シール部材５に作用する流体の力を緩和させて、シール部材５の耐久性を向上することができる。
【００６４】
[実施形態１０]
図１３に示すように、実施形態１０の電磁弁１００は、実施形態９のシール部材５を弁座２のシート面２１に設けたものであり、その配置位置は実施形態９での配置位置に対向する。したがって、本実施形態でも、実施形態９と同様の作用および効果を奏することができる。
【００６５】
[実施形態１１]
図１４に示すように、実施形態１１の電磁弁１００は、図１０に示す実施形態７と図１２に示す実施形態９との組み合わせに相当するものである。すなわち、本実施形態の電磁弁１００は、シール部材５の上流側および下流側の両方に、凸部５１および凹部５２からなる絞り部３０、４０を設けたものであり、その際、凸部５１を弁体１に形成したものである。本実施形態によれば、絞り部が一つの場合に比べて、シール部材５に作用する流体の力をより一層緩和させて、シール部材５の耐久性をより一層向上することができる。
【００６６】
[実施形態１２]
図１５に示すように、実施形態１２の電磁弁１００は、実施形態１１のシール部材５を弁座２のシート面２１に設けたものであり、その配置位置は実施形態１１での配置位置に対向する。したがって、本実施形態でも、実施形態１１と同様の作用および効果を奏することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体または弁座に設けられた弾性体からなるシール部材を介して、当該弁体と当該弁座とが密接する弁において、
前記弁体および／または前記弁座の形状により画定され、これらの間に構成される流路を狭める絞り部を有し、
前記絞り部は、前記シール部材の周辺に設けられた弁。
【請求項２】
前記絞り部によって狭まる流路は、前記弁体の閉動作の際に、前記シール部材の直近の流路に優先して狭まるように設定されている請求項１に記載の弁。
【請求項３】
前記シール部材は、環状からなり、
前記絞り部は、前記シール部材の径方向の内側および外側の少なくとも一方に位置することにより、前記シール部材の周辺に設けられている請求項１または２に記載の弁。
【請求項４】
弁体または弁座に設けられた弾性体からなるシール部材を介して、当該弁体と当該弁座とが密接する弁であって、
流入口から前記シール部材の位置を通過して流出口に至る流路と、
前記シール部材の近傍に設けられ、前記流路の断面積を部分的に小さくすることにより流体の流れを阻害する圧損部と、
を有する弁。
【請求項５】
前記圧損部は、前記弁体の閉方向への移動に伴い、前記流路の断面積を部分的に徐々に小さくする請求項４に記載の弁。
【請求項６】
前記圧損部は、前記弁体および／または前記弁座の形状により画定されている請求項４または５に記載の弁。
【請求項７】
弁体または弁座に設けられた弾性体からなる環状のシール部材を介して、当該弁体と当該弁座とが密接する弁であって、
前記弁体は、
前記弁座に対向する第１の面と、前記第１の面に連なる第１の周面と、を有し、
前記弁座は、
前記第１の面に対面する第２の面と、
前記第１の周面に対向する位置に、前記第２の面よりも前記第１の周面側に突出された環状突部と、を有し、
前記シール部材は、前記第１の面および前記第２の面の一方に設けられ、且つ前記第１の面および前記第２の面の他方に密接可能に構成され、
前記第１の周面と前記環状突部との間の流路には、前記第１の面と前記第２の面との間の流路よりも、断面積が小さくなるように設定された流路が含まれている弁。
【請求項８】
前記断面積が小さくなるように設定された流路は、前記第１の面と前記第２の面との間の流路よりも、前記弁体の閉動作に伴う断面積の減少率が大きい請求項７に記載の弁。
【請求項９】
前記環状突部は、前記第２の面に連なり、前記第１の周面に対面可能な第２の周面を有し、
前記断面積が小さくなるように設定された流路は、前記第１の周面と前記第２の周面との間の流路の少なくとも一部である請求項７または８に記載の弁。
【請求項１０】
前記第１の周面は、テーパ状周面からなり、
前記第２の周面は、前記弁体側へ傾斜する逆テーパ状周面からなる請求項９に記載の弁。
【請求項１１】
前記第１の面と前記テーパ状周面との交差部までの距離をＲ1とし、前記第２の面と前記逆テーパ状周面との交差部までの距離をＲ2としたとき、
Ｒ1＞Ｒ2を満たす請求項１０に記載の弁。
【請求項１２】
前記弁体の軸心に対する前記テーパ状周面の傾斜角度をθ1とし、前記弁体の軸心に対する前記逆テーパ状周面の傾斜角度をθ2としたとき、
θ1＞θ2を満たす請求項１０または１１に記載の弁。
【請求項１３】
前記第１の周面と前記環状突部との間の距離をＨ3とし、前記第１の面と前記第２の面との間の距離をＨ4としたとき、
Ｈ3＜Ｈ4を満たす請求項７に記載の弁。
【請求項１４】
前記弁体の閉動作の際に、Ｈ3の減少率は、Ｈ4の減少率よりも大きくなるように設定されている請求項１３に記載の弁。
【請求項１５】
前記環状突部は、
前記第２の面に連なり、前記第１の周面に対面可能な第２の周面と、
前記第２の周面に連なり、前記第２の面に平行な環状面と、を有する請求項７または８に記載の弁。
【請求項１６】
前記第１の面および前記第２の面は、平行である請求項７ないし１５のいずれか一項に記載の弁。
【請求項１７】
前記シール部材は、前記第１の面および前記第２の面の一方から他方側に突出している請求項７ないし１６のいずれか一項に記載の弁。
【請求項１】
弁体または弁座に設けられた弾性体からなるシール部材を介して、当該弁体と当該弁座とが密接する弁において、
前記弁体および／または前記弁座の形状により画定され、これらの間に構成される流路を狭める絞り部を有し、
前記絞り部は、前記シール部材の周辺に設けられた弁。
【請求項２】
前記絞り部によって狭まる流路は、前記弁体の閉動作の際に、前記シール部材の直近の流路に優先して狭まるように設定されている請求項１に記載の弁。
【請求項３】
前記シール部材は、環状からなり、
前記絞り部は、前記シール部材の径方向の内側および外側の少なくとも一方に位置することにより、前記シール部材の周辺に設けられている請求項１または２に記載の弁。
【請求項４】
弁体または弁座に設けられた弾性体からなるシール部材を介して、当該弁体と当該弁座とが密接する弁であって、
流入口から前記シール部材の位置を通過して流出口に至る流路と、
前記シール部材の近傍に設けられ、前記流路の断面積を部分的に小さくすることにより流体の流れを阻害する圧損部と、
を有する弁。
【請求項５】
前記圧損部は、前記弁体の閉方向への移動に伴い、前記流路の断面積を部分的に徐々に小さくする請求項４に記載の弁。
【請求項６】
前記圧損部は、前記弁体および／または前記弁座の形状により画定されている請求項４または５に記載の弁。
【請求項７】
弁体または弁座に設けられた弾性体からなる環状のシール部材を介して、当該弁体と当該弁座とが密接する弁であって、
前記弁体は、
前記弁座に対向する第１の面と、前記第１の面に連なる第１の周面と、を有し、
前記弁座は、
前記第１の面に対面する第２の面と、
前記第１の周面に対向する位置に、前記第２の面よりも前記第１の周面側に突出された環状突部と、を有し、
前記シール部材は、前記第１の面および前記第２の面の一方に設けられ、且つ前記第１の面および前記第２の面の他方に密接可能に構成され、
前記第１の周面と前記環状突部との間の流路には、前記第１の面と前記第２の面との間の流路よりも、断面積が小さくなるように設定された流路が含まれている弁。
【請求項８】
前記断面積が小さくなるように設定された流路は、前記第１の面と前記第２の面との間の流路よりも、前記弁体の閉動作に伴う断面積の減少率が大きい請求項７に記載の弁。
【請求項９】
前記環状突部は、前記第２の面に連なり、前記第１の周面に対面可能な第２の周面を有し、
前記断面積が小さくなるように設定された流路は、前記第１の周面と前記第２の周面との間の流路の少なくとも一部である請求項７または８に記載の弁。
【請求項１０】
前記第１の周面は、テーパ状周面からなり、
前記第２の周面は、前記弁体側へ傾斜する逆テーパ状周面からなる請求項９に記載の弁。
【請求項１１】
前記第１の面と前記テーパ状周面との交差部までの距離をＲ1とし、前記第２の面と前記逆テーパ状周面との交差部までの距離をＲ2としたとき、
Ｒ1＞Ｒ2を満たす請求項１０に記載の弁。
【請求項１２】
前記弁体の軸心に対する前記テーパ状周面の傾斜角度をθ1とし、前記弁体の軸心に対する前記逆テーパ状周面の傾斜角度をθ2としたとき、
θ1＞θ2を満たす請求項１０または１１に記載の弁。
【請求項１３】
前記第１の周面と前記環状突部との間の距離をＨ3とし、前記第１の面と前記第２の面との間の距離をＨ4としたとき、
Ｈ3＜Ｈ4を満たす請求項７に記載の弁。
【請求項１４】
前記弁体の閉動作の際に、Ｈ3の減少率は、Ｈ4の減少率よりも大きくなるように設定されている請求項１３に記載の弁。
【請求項１５】
前記環状突部は、
前記第２の面に連なり、前記第１の周面に対面可能な第２の周面と、
前記第２の周面に連なり、前記第２の面に平行な環状面と、を有する請求項７または８に記載の弁。
【請求項１６】
前記第１の面および前記第２の面は、平行である請求項７ないし１５のいずれか一項に記載の弁。
【請求項１７】
前記シール部材は、前記第１の面および前記第２の面の一方から他方側に突出している請求項７ないし１６のいずれか一項に記載の弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−１２１７８０（Ｐ２０１０−１２１７８０Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９４１２５（Ｐ２００９−２９４１２５）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【分割の表示】特願２００５−５１８８２０（Ｐ２００５−５１８８２０）の分割
【原出願日】平成１７年３月１０日（２００５．３．１０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【分割の表示】特願２００５−５１８８２０（Ｐ２００５−５１８８２０）の分割
【原出願日】平成１７年３月１０日（２００５．３．１０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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