燃料電池用ガス遮断弁
【課題】燃料電池用ガス遮断弁において、圧縮荷重を大きくすることなく、シール性を高く維持するとともに高シール性をできるだけ長期間継続する。
【解決手段】遮断弁は、弁座５４ｃを備えたシール面５４ｂを有するボディー５０と、第１流路と第２流路を連通、遮断する弁体６１と、弁体６１に取り付けられ弁座５４ｃに当接してシールするシール部材７０と、を備えている。シール部材７０は、環状に形成され、シール部材７０の基部７１は、弁体６１に固定され、シール部材７０の先端部７２は、相対する２つの面７２ａ，７２ｂが先細となるように傾斜する形状に形成されるとともに、先端部７２が弁座５４ｃに接触した時点に２つの面７２ａ，７２ｂのなす角の断面２等分線Ｌ１とシール面５４ｂとのなす角θ１が鋭角または鈍角となるように形成されている。
【解決手段】遮断弁は、弁座５４ｃを備えたシール面５４ｂを有するボディー５０と、第１流路と第２流路を連通、遮断する弁体６１と、弁体６１に取り付けられ弁座５４ｃに当接してシールするシール部材７０と、を備えている。シール部材７０は、環状に形成され、シール部材７０の基部７１は、弁体６１に固定され、シール部材７０の先端部７２は、相対する２つの面７２ａ，７２ｂが先細となるように傾斜する形状に形成されるとともに、先端部７２が弁座５４ｃに接触した時点に２つの面７２ａ，７２ｂのなす角の断面２等分線Ｌ１とシール面５４ｂとのなす角θ１が鋭角または鈍角となるように形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用ガス遮断弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池用ガス遮断弁の一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図３に示されているように、燃料電池用ガス遮断弁（弁装置４８）においては、弁本体（本体部５２）に、凸状に形成された弁座６６が設けられ、弁体６８に、弁座６６が当接する弾性部材７６が設けられている。弾性部材７６の当接面は平面である。弾性部材７６はシール部材である。
【０００３】
また、他の一形式として、特許文献２に示されているものが知られている。特許文献２の図１に示されているように、燃料電池用ガス遮断弁（燃料電池用排気排水弁１）においては、弁本体に、凸状に形成された弁座（シート部３）が設けられ、弁体（バルブホルダ４）に、弁座が当接するシールゴム２が設けられている。シールゴム２の当接面は平面である。シールゴム２はシール部材である。
【０００４】
さらに、他の一形式として、特許文献３に示されているものが知られている。特許文献３の図１に示されているように、燃料電池用ガス遮断弁（バルブ）においては、弁体１に弁座が設けられ、弁本体（バルブボディ２）に、弁座に当接する複数の環状突起６が形成されたゴム状弾性体５が設けられている。弁体１の弁座は平面である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７３７０４号公報
【特許文献２】特開２００８−１１６０２４号公報
【特許文献３】特開２００７−３２７６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および特許文献２に記載の燃料電池用ガス遮断弁においては、閉弁時にアクチュエータによる押圧力がシール部材の圧縮方向に加わり続けるため、燃料電池システムのような高温高湿環境下で使用されると、圧縮永久歪等によりシール部材の平面に窪みが発生（突起形状の転写）するなどの問題が起こる可能性がある。また、弁の開閉を繰り返す中で環状の突起（シール先端面）をまたぐように窪みと重なった場合にはシール不良が起こる。さらに、シール部材の当接面が平らな場合には、部品精度のバラツキを吸収しながら相手弁座との当接を確実に行う必要があるため、圧縮荷重を大きくする必要がある。よって、アクチュエータ等の大型化・推力増大が必要となる。
【０００７】
また、特許文献３に記載の燃料電池用ガス遮断弁においては、ゴム状弾性体５の表面に複数の環状突起を持つため、個々の突起間の高さ精度が異なる場合においては、シール面と当接する際の面圧が不均一になる可能性があり、シール不良を起こす可能性がある。さらに、シール不良を改善するため、全ての突起を圧縮するのに必要荷重を大幅に増加すると、アクチュエータの推力の増大、大型化が必要となる。
【０００８】
本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、燃料電池用ガス遮断弁において、圧縮荷重を大きくすることなく、シール性を高く維持するとともに高シール性をできるだけ長期間継続することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、弁座を備えたシール面を有するボディーと、第１流路と第２流路を連通、遮断する弁体と、弁体に取り付けられ弁座に当接してシールするシール部材と、弁体を駆動させて第１流路と第２流路との間の流通状態を切り替えるアクチュエータと、を備えた燃料電池用ガス遮断弁であって、シール部材は、環状に形成され、シール部材の基部は、弁体に固定され、シール部材の先端部は、相対する２つの面が先細となるように傾斜する形状に形成されるとともに、先端部が弁座に接触した時点に２つの面のなす角の断面２等分線とシール面とのなす角が鋭角または鈍角となるように形成されていることである。
【００１０】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、シール部材の先端部は非対称に形成されるとともに、シール面はシール部材の環状先端を含む平面に対して水平に形成されることである。
【００１１】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、シール部材の先端部は対称に形成されるとともに、シール面はシール部材の環状先端を含む平面に対して傾斜するように形成されることである。
【００１２】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項３の何れか一項において、シール部材の先端部は、２つの面の断面２等分線とシール面とのなす角のうち圧力が小さい流路側のなす角が鋭角となるように形成されていることである。
【００１３】
また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、２つの面は、これらいずれかの面とシール部材の環状先端を含む平面とのなす角が鋭角となるように形成されていることである。
【００１４】
また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項５の何れか一項において、シール部材の基部は、先端部より幅広の台状に形成され、先端部の両側面のうち少なくとも一方側に段部が形成されていることである。
【００１５】
また請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項６の何れか一項において、弁体には、シール部材の基部が固定される面から反対側の面まで貫通する複数の貫通孔が形成され、シール部材の基部は、貫通孔を貫通する連結部を介して反対側の面に設けられ貫通孔より大きく弁体より小さい抜け防止部材に連結されて弁体に固定されていることである。
【００１６】
また請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項７の何れか一項において、ボディーおよび弁体の何れか一方に形成された定寸部を備え、定寸部は、他方の該定寸部に対向する部分と当接することで、シール部材の潰し代を規定するように形成されたことである。
【００１７】
また請求項９に係る発明の構成上の特徴は、請求項８において、定寸部をボディーに形成した場合、定寸部に１つ以上の切り欠き部を設けたことである。
【００１８】
また請求項１０に係る発明の構成上の特徴は、請求項９において、切り欠き部の少なくとも１つは、第１流路に流体が流入する流入口に対向する位置に配置されていることである。
【発明の効果】
【００１９】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、シール部材の先端部は、相対する２つの面が先細となるように傾斜する形状に形成されている。よって、燃料電池用ガス遮断弁が閉弁される際において、アクチュエータが駆動されて弁体がボディーに近づいて、先端部が弁座に接触すると、それ以降は、細長に形成された先端部は弁体の移動方向に沿って圧縮される。このとき、比較的小さい押圧力で先端部を圧縮変形することができ、シール部材の反力を小さく抑制することができる。また、その先端部は、先端部が弁座に当接した時点に２つの面のなす角の断面２等分線とシール面とのなす角が鋭角または鈍角となるように形成されている。よって、燃料電池用ガス遮断弁が閉弁される際において、先端部は圧縮されながら、当接している先端はシール面に沿って倒れる方向に力が加わるので、先端部は倒れる方向に傾く。このように、閉弁時においては、シール部材は、圧縮されるだけでなく、傾くことにより、シール部材と弁座との間をシールすることができるので、比較的小さい押圧力でもシール性を確保することができる。ひいては、アクチュエータの小型化、省力化を図ることができる。
【００２０】
また、圧縮永久歪などによってシール部材が傾倒しても、当初のシール位置からずれるもののシール部材は弁座に確実に当接するためシール性は低下することはないので、シール性を長期間維持することができる。
【００２１】
以上のことから、圧縮荷重を大きくすることなく（アクチュエータを大型化することなく）、シール性を高く維持するとともに高シール性をできるだけ長期間継続することができる。
【００２２】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１において、シール部材の先端部は非対称に形成されるとともに、シール面はシール部材の環状先端を含む平面に対して水平に形成される。これにより、シール部材の先端部は、先端部が弁座に当接した時点に２つの面のなす角の断面２等分線とシール面とのなす角が鋭角または鈍角となるように形成することが簡単かつ確実に達成できる。
【００２３】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１において、シール部材の先端部は対称に形成されるとともに、シール面はシール部材の環状先端を含む平面に対して傾斜するように形成される。これにより、シール部材の先端部は、先端部が弁座に当接した時点に２つの面のなす角の断面２等分線とシール面とのなす角が鋭角または鈍角となるように形成することが簡単かつ確実に達成できる。
【００２４】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１乃至請求項３の何れか一項において、シール部材の先端部は、２つの面の断面２等分線とシール面とのなす角のうち圧力が小さい流路側のなす角が鋭角となるように形成されている。これにより、シール部材は圧力が小さい側に向かう吸引力が作用する。よって、この作用によりシール部材はより弁座に押し付けられるので（シール面圧をより高くできるので）、より良好なシール性を確保することができる。
【００２５】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、２つの面は、これらいずれかの面とシール部材の環状先端を含む平面とのなす角が鋭角となるように形成されている。これにより、シール部材を型で形成する場合、その型からシール部材（環状）を抜き出す際に、引っかかることなくスムーズに行うことができる。よって、シール部材に初期亀裂が発生することなく、品質よいシール部材を製造することができる。
【００２６】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項１乃至請求項５の何れか一項において、シール部材の基部は、先端部より幅広の台状に形成され、先端部の両側面
のうち少なくとも一方側に段部が形成されている。これにより、先端部を先細形状とすることで、上述したように圧縮荷重を大きくすることなくシール性を高く維持することができ、さらに先端部より幅広の基部によりシール部材を弁体に確実に固定することができる。
【００２７】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項１乃至請求項６の何れか一項において、弁体には、シール部材の基部が固定される面から反対側の面まで貫通する複数の貫通孔が形成され、シール部材の基部は、貫通孔を貫通する連結部を介して反対側の面に設けられ貫通孔より大きく弁体より小さい抜け防止部材に連結されて弁体に固定されている。これにより、開弁時にシール部材に弁体から引き剥がす力が加わってもシール部材が容易に剥がれないようになっている。また、そのようにシール部材が剥がれない構造をなす弁体を小径に形成することができる。
【００２８】
上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項１乃至請求項７の何れか一項において、ボディーおよび弁体の何れか一方に形成された定寸部を備え、定寸部は、他方の該定寸部に対向する部分と当接することで、シール部材の潰し代を規定するように形成された。これにより、シール部材の潰し代を確実に管理することができる。
【００２９】
上記のように構成した請求項９に係る発明においては、請求項８において、定寸部をボディーに形成した場合、定寸部に１つ以上の切り欠き部を設けた。これにより、開弁時に切り欠き部が弁体とボディーとの間の流体の流路として機能するので、その流路断面積を拡大することにより、流体流量の増大を図ることができ、安定した流量−弁開度特性を得ることができる。また、ボディー側に切り欠き部を形成できるので、より大きい流路断面積を得ることができる。
【００３０】
上記のように構成した請求項１０に係る発明においては、請求項９において、切り欠き部の少なくとも１つは、第１流路に流体が流入する流入口に対向する位置に配置されている。これにより、開弁時に、流入口から流入した流体は切り欠き部に向かって流れ、切り欠き部を通って第２流路に流出するので、流体の流れが乱れるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による燃料電池用ガス遮断弁の第１の実施形態を適用した燃料電池システムの概要を示す概要図である。
【図２】図１に示す閉弁状態の遮断弁を示す断面図である。
【図３】図１に示す開弁状態の遮断弁を示す断面図である。
【図４】図２に示す遮断弁のＡ方向から見た図である。なお、弁体は省略している。
【図５】図３に示す開弁状態の遮断弁を示す（シール部材とシール面との関係を示す）部分拡大断面図である。
【図６】（ａ）はシール部材、連結部および抜け防止部材を示す部分拡大断面図であり、（ｂ）は弁体単体の底面図である。
【図７】（ａ）は、タイプ１を示す断面図であり、（ｂ）は、タイプ２を示す断面図であり、（ａ）は、タイプ３を示す断面図であり、（ｃ）はタイプ１〜タイプ３の反力−圧縮量特性を示す図である。
【図８】（ａ）は、弁座に接触した時点のシール部材を示す断面図であり、（ｂ）は、接触時点以降に圧縮されたシール部材を示す断面図であり、（ｃ）は、さらに閉弁されて倒れたシール部材を示す断面図である。
【図９】（ａ）は、本実施形態により切り欠き部を設けた遮断弁の開弁時の流量−開度特性を示す図であり、（ｂ）は切り欠き部がない場合の流量−開度特性を示す図である。
【図１０】切り欠き部の断面積を変えた場合の流量−開度特性を示す図である。
【図１１】本発明による燃料電池用ガス遮断弁の第２の実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図１２】本発明による燃料電池用ガス遮断弁の第３の実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図１３】本発明による燃料電池用ガス遮断弁の第４の実施形態を示す部分拡大断面図であり、（ａ）は、切り欠き部をボディーに設けたものの断面図であり、（ｂ）は、切り欠き部を弁体に設けたものの断面図である。
【図１４】本発明による燃料電池用ガス遮断弁の第５の実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図１５】本発明による燃料電池用ガス遮断弁の第６の実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図１６】本発明による燃料電池用ガス遮断弁の第７の実施形態を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
１）第１の実施形態
以下、本発明による燃料電池用ガス遮断弁の第１の実施形態について説明する。図１はこの燃料電池用ガス遮断弁を使用した燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは、燃料電池１０、水素供給源２１、空気圧送装置２２、および第１乃至第４遮断装置２３〜２６を備えている。
【００３３】
燃料電池１０は、燃料が供給される燃料流路１１と酸化剤ガスが供給される酸化剤流路１２を有している。燃料流路１１は、燃料極に燃料を供給するものであり、酸化剤流路１２は、酸化剤極に酸化剤ガスを供給するものである。燃料極と酸化剤極との間には電解質が介装されている。本第１の実施形態では、燃料は水素ガスであり、酸化剤ガスは空気である。燃料電池１０は、水素ガスと空気が化学反応して発電するものである。
【００３４】
水素供給源２１は、燃料電池１０の燃料流路１１に燃料である水素を供給するものである。本第１の実施形態では、水素供給源２１は水素タンクである。なお、改質器でもよい。
【００３５】
燃料電池１０の燃料流路１１に水素を導入する導入口１１ａは、燃料供給管３１を介して水素供給源２１に接続されている。燃料供給管３１の途中には、燃料供給管３１を開閉する第１遮断装置２３が設けられている。燃料電池１０の燃料流路１１から燃料オフガスを導出する導出口１１ｂには、オフガス排出管３２が接続されている。オフガス排出管３２の途中には、オフガス排出管３２を開閉する第２遮断装置２４が設けられている。
【００３６】
空気圧送装置２２は、燃料電池１０の酸化剤流路１２に空気を圧送するものである。本第１の実施形態では、空気圧送装置２２はコンプレッサである。
【００３７】
燃料電池１０の酸化剤流路１２に酸化剤を導入する導入口１２ａは、酸化剤供給管３３を介して空気圧送装置２２の吐出口２２ａに接続されている。酸化剤供給管３３の途中には、酸化剤供給管３３を開閉する第３遮断装置２５が設けられている。燃料電池１０の酸化剤流路１２から酸化剤オフガスを導出する導出口１２ｂは、オフガス排出管３４を介して大気に開放されている。オフガス排出管３４の途中には、オフガス排出管３４を開閉する第４遮断装置２６が設けられている。
【００３８】
第３遮断装置２５（第４遮断装置２６）は、図２、図３に示すように、遮断弁４０（燃料電池用ガス遮断弁）である。図２は、遮断弁４０の閉状態を示す断面図であり、図３は
、遮断弁４０の開状態を示す断面図である。遮断弁４０は、ボディー５０、および弁体６１を備えている。
【００３９】
ボディー５０は、第１ボディー５１と第２ボディー５２と仕切壁５３とが連結し構成されている。第１ボディー５１には、第１流路４１と第２流路４２とを連通する弁穴５４ａが形成された環状の段部５４が形成されている。弁穴５４ａの第２流路４２側の開口周縁にはシール面５４ｂが形成されている。第１流路４１と第２流路４２は弁穴５４ａを境に分けられる。シール面５４ｂには、シール部材７０の先端部７２が当接する弁座５４ｃが備えられている。
【００４０】
段部５４には、定寸部５４ｄが備えられている。定寸部５４ｄは、該定寸部５４ｄと対向する部分である弁体６１の周縁に当接するようになっている。定寸部５４ｄは、弁体６１の周縁と当接することで、シール部材７０の潰し代が規定されるように形成されている。
【００４１】
定寸部５４ｄには、切り欠き部５４ｅが形成されている。切り欠き部５４ｅは１つ以上形成されるのが好ましい。本実施形態では、図４に示すように、切り欠き部５４ｅは３つ形成されている。これら切り欠き部５４ｅは所定間隔で配置されているので、弁体６１を当接時の姿勢を安定させることができる。このうちの少なくとも１つ（５４ｅ１）は、図２、図３に示すように、第１流路４１に流体が流入する第１入出口４１ａ（流入口）に対向する位置に配置されている。
【００４２】
第１流路４１は流体が流入または流出する第１入出口４１ａを有しており、第２流路４２は流体が流入または流出する第２入出口４２ａを有している。遮断弁４０を第３遮断装置２５に使用する場合には、第１入出口４１ａを燃料電池１０の導入口１２ａに連通させ、第２入出口４２ａを空気圧送装置２２の吐出口に連通させる。また、遮断弁４０を第４遮断装置２６に使用する場合には、第１入出口４１ａを燃料電池１０の導出口１２ｂに連通させ、第２入出口４２ａを大気に開放させる。
【００４３】
弁体６１は、第２流路４２側に配設され弁座５４ｃに当接して閉状態をなし一方離間されて開状態をなすものである。弁体６１は、円板状に形成されており、弁座５４ｃに当接する面（上面）の周縁部に環状のシール部材７０が取り付けられている。シール部材７０の先端部７２と弁座５４ｃが当接することでシール性を確保している。
【００４４】
シール部材７０は、耐久性のあるゴムや熱可塑性樹脂などの弾性材（例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム））で環状に形成されている。図５に示すように、シール部材７０の基部７１は、弁体６１の上面に固定され、シール部材７０の先端部７２は、相対する２つの面７２ａ，７２ｂが先細となるように傾斜する形状に形成されている。先端部７２が弁座５４ｃに接触した時点に２つの面７２ａ，７２ｂのなす角の断面２等分線Ｌ１（図５で破線で示す）とシール面５４ｂとのなす角θ１が鋭角または鈍角となるように形成されている。本実施形態では、なす角θ１は鋭角である。なお、面７２ａに沿った直線をＬ２、面７２ｂに沿った直線をＬ３とする。また、シール面５４ｂに鉛直な直線をＬ４（図５で一点破線で示す）とする。
【００４５】
さらに、先端部７２は非対称に形成されている。具体的には、先端部７２は、弁体６１の上面（シール面５４ｂに平行である）に対して非平行に形成されている。すなわち、シール面５４ｂに鉛直な直線に対して断面２等分線Ｌ１が平行ではない。また、シール部材７０の環状先端を含む平面Ｓ１は、シール面５４ｂと平行になるように形成されている。これにより、シール部材７０は、全周に亘ってシール面５４ｂに均一に接触（当接）することができる。また、先端部７２は、２つの面７２ａ，７２ｂの断面２等分線Ｌ１とシー
ル面５４ｂとのなす角のうち圧力が小さい流路側のなす角θ１が鋭角となるように形成されている。また、２つの面７２ａ，７２ｂは、これらいずれかの面７２ａ，７２ｂとシール部材７０の環状先端を含む平面Ｓ１とのなす角θ２，θ３が鋭角となるように形成されている。
【００４６】
シール部材７０の基部７１は、先端部７２より幅広の台状に形成され、先端部７２の両側面のうち少なくとも一方側（本実施形態では外周側（正圧側））に段部７１ａが形成されている。
【００４７】
図６（ａ）に示すように、シール部材７０は、連結部７３を介して弁体６１の下面に設けられた抜け防止部材７４に連結されて弁体６１に固定されている。図６（ｂ）に示すように、弁体６１には、周方向に所定間隔に複数の貫通孔６１ａが形成されている。貫通孔６１ａは、シール部材７０の基部７１が固定される面（上面）から反対側の面（下面）まで貫通している。
【００４８】
連結部７３は貫通孔６１ａと同径に形成されている。連結部７３の直径（基部７１の径方向の幅）は、基部７１の幅（径方向）より小さくその幅の半分より大きくなるように形成されている。抜け防止部材７４は、貫通孔６１ａの孔径より大きく弁体６１より小さく形成されるのが好ましい。シール部材７０が引っ張られても抜け防止部材７４によって抜けることはない。本実施形態では、環状に形成されている。連結部７３および抜け防止部材７４は、いずれもシール部材７０と同一の材料で形成されている。また、シール部材７０、連結部７３および抜け防止部材７４は、一体成型で形成され、弁体６１とともにインサート成型で形成される。
【００４９】
基部７１の径方向における連結部７３との接触する面積の比は高ければ高いほどシール部材７０を安定して固定させることができ、引っ張り強度も高くすることができる。また、連結部７３の直径をある程度の大きさを確保すると、基部７１の幅は大きくなる。この場合、段部７１ａを設けずに、先端部７２を先細にしようとすると、先端部７２は比較的高くなる。そこで、先端部７２を先細に形成し、かつ、固定の安定性、および引っ張り強度を高く維持するために、段部７１ａを設けるようにした。すなわち、連結部７３を比較的大径に形成し、それに応じて基部７１の幅を大きく形成するが、段部７１ａを設けることで、先端部７２を先細に形成することができる。
【００５０】
また、先端部７２の高さを変更して得た実験データを図７に示す。３つのタイプを示す。タイプ１は、図７（ａ）に示すように、先細の形状であるが段部はないものである。タイプ２は、図７（ｂ）に示すように、先細の形状であり段部を有するものである。タイプ３は、図７（ｃ）に示すように、先細の形状であり段部を有するものである。タイプ１〜３の高さは、順に高くなっている。タイプ１〜３は同一の幅である。タイプ１〜３の反力−圧縮量特性を図７（ｄ）に示す。図７（ｄ）から明らかなように、同じ幅であれば、高さが高いほど同一圧縮量である場合の反力は小さくなる。
【００５１】
なお、貫通孔６１ａを例えば０．８ｍｍに設定した場合、シール部材７０の基部７１の幅は１．０〜２．０ｍｍの範囲が好ましく、本実施形態では１．４ｍｍに設定され、シール部材７０の高さは、１．０〜２．０ｍｍの範囲が好ましく、１．８ｍｍに設定されている。また、シール部材７０のゴム硬度は、Ｈｓ４０〜７０の範囲が好ましく、Ｈｓ５０に設定されている。
【００５２】
弁体６１の中央部には、図２、図３に示すように、弁軸６２の一端（下端）が固定されている。弁軸６２は弁体６１に対して直交している。弁軸６２の他端（上端）は、仕切壁５３を貫通しており、その他端にはダイヤフラム取付部６３が固定されている。弁軸６２
は、仕切壁５３に形成された弁軸挿通孔５３ａにシール部材５３ｂを介して摺動可能かつ気密に保持されている。
【００５３】
遮断弁４０は、アクチュエータ８０を備えている。アクチュエータ８０は、弁軸６２を駆動させて第１流路４１と第２流路４２との間の流通状態を切り替えるものである。アクチュエータ８０は、ダイヤフラム８１、ばね８２、変圧室Ｒ１、大気圧室Ｒ２を備えている。ダイヤフラム８１は、第２ボディー５２と仕切壁５３で形成された空間を区画して変圧室Ｒ１と大気圧室Ｒ２を形成する。ダイヤフラム８１の外周縁は第２ボディー５２の内壁に固定され、ダイヤフラム８１の内周縁はダイヤフラム取付部６３の外周端に固定されている。ダイヤフラム８１は、ゴム、樹脂などの弾性材で形成されている。
【００５４】
ばね８２は、ダイヤフラム取付部６３と仕切壁５３と間に介装されている。ばね８２は、その付勢力によって弁軸６２を閉弁方向（弁体６１を弁座５４ｃに近づける方向）に付勢している。変圧室Ｒ１は、入出口Ｒ１ａを介して圧力供給源（例えば空気圧送装置２２）に接続され、圧力が供給されるようになっている。大気圧室Ｒ２は、入出口Ｒ２ａを介して大気に開放されている。
【００５５】
変圧室Ｒ１へ圧力（圧縮空気）が供給されると、ばね８２の付勢力に抗して弁軸６２が開弁方向（弁体６１を弁座５４ｃから遠ざける方向）に移動される。逆に、変圧室Ｒ１への圧力の供給が解除されると、ばね８２の付勢力により弁軸６２は閉弁方向に移動される。
【００５６】
次に、このように構成された燃料電池用ガス遮断弁の閉弁時の作動について図８を参照しながら説明する。開弁状態にある遮断弁４０が閉弁される際において、アクチュエータ８０が駆動されて（すなわち変圧室Ｒ１に供給されている圧力の供給が停止さればね８２の付勢力によって）弁体６１がボディー５０のシール面５４ｂに近づいて、先端部７２が弁座５４ｃに接触する（図８（ａ））。
【００５７】
接触時点以降は、細長に形成された先端部７２は弁軸６２の移動方向（弁軸の軸方向）に沿って圧縮される（図８（ｂ））。このとき、比較的小さい押圧力で先端部７２を圧縮変形することができ、シール部材７０の反力を小さく抑制することができる。なお、図８（ｂ）で破線は接触時点の先端部７２の輪郭を示している。
【００５８】
さらに、弁軸６２が閉弁方向に移動されると、先端部７２は、先端部７２が弁座５４ｃに当接した時点に２つの面７２ａ，７２ｂのなす角の断面２等分線Ｌ１とシール面５４ｂとのなす角θ１が鋭角または鈍角となるように形成されているので、先端部７２は圧縮されながら、当接している先端はシール面５４ｂに沿って倒れる方向に力が加わるので、先端部７２は倒れる方向に傾く（図８（ｃ））。
【００５９】
このように、遮断弁４０が閉弁されると、燃料電池１０の酸化剤流路１２内では、封じ込まれた空気が消費されたり、温度が低下したりするので、第３および第４遮断装置２５，２６の第１流路４１は負圧となる。一方、第２流路４２は大気に開放されるので、正圧となる。よって、第１流路４１と第２流路４２との間には差圧が生じる。シール部材７０の先端部７２の倒れ方向、量は、閉弁時にその差圧によって倒れ方向の反対側に吸い込まれないように設定されている。すなわち、先端部７２の高さ、幅、材質（硬度）が適切に設定されている。
【００６０】
さらに、遮断弁４０の開弁について説明する。定寸部５４ｄに切り欠き部５４ｅを設けることで、封止状態から開弁開始して、弁の開度が大きくなる過程において、切り欠き部５４ｅを流体流路として機能させることができる。よって、切り欠き部５４ｅを設けない
場合と比較して、流量を多くすることができる。
【００６１】
また、図９（ａ）に示すように、乱れのない流量−開度特性を得ることができる。これは、切り欠き部５４ｅがない場合、開弁直後しばらくの間、弁体６１と定寸部５４ｄとの間が小さく、流体流れの妨げとなるが（図９（ｂ）に示すように流量−開度特性に乱れが生じる）、切り欠き部５４ｅがある場合、開弁直後しばらくの間、弁体６１と定寸部５４ｄとの間に切り欠き部５４ｅによってより広い流路を確保できるためである。よって、弁体６１の形状とボディー５０の形状の組み合わせの影響で生じる流量の乱れを解消することが可能となる。
【００６２】
さらに、切り欠き部５４ｅの形状や断面積を変えることで、開度に応じた流量（圧力）の特性をコントロールすることが可能となる。例えば、少ない開度で大流量流したり、開度を広げていっても流量の変化を少なくしたりすることができる。図１０に示すように、曲線ｆ１は断面積が大きいものであり、曲線ｆ２は断面積が小さいものである。図１０から明らかなように、同じ開度であれば、断面積が大きいほうが流量が多くなっている。よって、切り欠き部５４ｅの断面積を調整することで、開度毎の流量を調整することができる。
【００６３】
上述した説明から明らかなように、本第１の実施形態においては、シール部材７０の先端部７２は、相対する２つの面７２ａ，７２ｂが先細となるように傾斜する形状に形成されている。よって、燃料電池用ガス遮断弁４０が閉弁される際において、アクチュエータ８０が駆動されて弁体６１がボディー５０に近づいて、先端部７２が弁座５４ｃに接触すると、それ以降は、細長に形成された先端部７２は弁体６１の移動方向に沿って圧縮される（図８（ｂ））。このとき、比較的小さい押圧力で先端部７２を圧縮変形することができ、シール部材７０の反力を小さく抑制することができる。また、その先端部７２は、先端部７２が弁座５４ｃに当接した時点に２つの面７２ａ，７２ｂのなす角の断面２等分線Ｌ１とシール面５４ｂとのなす角θ１が鋭角または鈍角となるように形成されている。よって、燃料電池用ガス遮断弁４０が閉弁される際において、先端部７２は圧縮されながら、当接している先端はシール面５４ｂに沿って逃げるので、先端部７２は逃げる方向に傾く。このように、閉弁時においては、シール部材７０は、圧縮されるだけでなく、傾くことにより、シール部材７０と弁座５４ｃとの間をシールすることができるので、比較的小さい押圧力でもシール性を確保することができる。ひいては、アクチュエータの小型化、省力化を図ることができる。
【００６４】
また、圧縮永久歪などによってシール部材７０が傾倒しても、当初のシール位置からずれるもののシール部材７０は弁座に確実に当接するためシール性は低下することはないので、シール性を長期間維持することができる。
【００６５】
以上のことから、大型のアクチュエータにより圧縮荷重を大きくすることなく、シール性を高く維持するとともに高シール性をできるだけ長期間継続することができる。
【００６６】
さらに、圧縮時に先端部７２の倒れ方向が定寸部５４ｄや先端部７２の形状で負圧に対応できるように自動調整されるため（定寸部５４ｄや先端部７２の形状により）、負圧に対しても十分な対応が可能である。また、先端部７２が細く、リップ状でないため、相手シール面積を最小限に抑えることができるため、省スペース化が可能である。また、使用時の応力集中を緩和できる形状であるため、繰り返し圧縮時のヘタリ発生を抑制することが可能である。また、燃料電池１０内の負圧化でシール部材７０に負圧力がかかった場合でも、シール面圧を十分に確保できるため、良好なシール性を得ることが可能である。
【００６７】
また、シール部材７０の先端部７２は非対称に形成されるとともに、シール面５４ｂは
シール部材７０の環状先端を含む平面Ｓ１に対して水平に形成される。これにより、シール部材７０の先端部７２は、先端部７２が弁座５４ｃに当接した時点に２つの面７２ａ，７２ｂのなす角の断面２等分線Ｌ１とシール面５４ｂとのなす角θ１が鋭角または鈍角となるように形成することが簡単かつ確実に達成できる。
【００６８】
また、シール部材７０の先端部７２は、２つの面７２ａ，７２ｂの断面２等分線Ｌ１とシール面５４ｂとのなす角θ１のうち圧力が小さい流路（本実施形態では第１流路４１）側のなす角が鋭角となるように形成されている。これにより、シール部材７０は圧力が小さい側に向かう吸引力が作用する。よって、この作用によりシール部材７０はより弁座に押し付けられるので（シール面圧をより高くできるので）、より良好なシール性を確保することができる。
【００６９】
また、２つの面７２ａ，７２ｂは、これらいずれかの面７２ａ，７２ｂとシール部材７０の環状先端を含む平面Ｓ１とのなす角が鋭角となるように形成されている。これにより、シール部材７０を型で形成する場合、その型からシール部材７０（環状）を抜き出す際に、引っかかることなくスムーズに行うことができる。よって、シール部材７０に初期亀裂が発生することなく、品質よいシール部材７０を製造することができる。
【００７０】
また、シール部材７０の基部７１は、先端部７２より幅広の台状に形成され、先端部７２の両側面７２ａ，７２ｂのうち少なくとも一方側に段部７１ａが形成されるのが好ましい。これにより、先端部７２を先細形状とすることで、上述したように圧縮荷重を大きくすることなくシール性を高く維持することができ、さらに先端部７２より幅広の基部７１によりシール部材を弁体に確実に固定することができる。
【００７１】
また、図６に示すように、弁体６１（弁体６１）には、シール部材７０の基部７１が固定される面から反対側の面まで貫通する複数の貫通孔６１ａが形成され、シール部材７０の基部７１は、貫通孔６１ａを貫通する連結部７３を介して反対側の面に設けられ貫通孔６１ａより大きく弁体６１より小さい抜け防止部材７４に連結されて弁体６１に固定されている。これにより、開弁時にシール部材７０に弁体６１から引き剥がす力が加わってもシール部材７０が容易に剥がれないようになっている。また、連結部７３、抜け防止部材７４は弁体６１の輪郭（外郭）内に配置されているので、そのようにシール部材７０が剥がれない構造をなす弁体６１を小径に形成することができる。
【００７２】
また、図２に示すように、ボディー５０に形成された定寸部５４ｄを備え、定寸部５４ｄは、弁体６１の該定寸部５４ｄに対向する部分（周縁部）と当接することで、シール部材７０の潰し代を規定するように形成された。これにより、シール部材７０の潰し代を確実に管理することができる。
【００７３】
また、定寸部５４ｄを弁座５４ｃ（ボディー５０）に形成した場合、定寸部５４ｄに１つ以上の切り欠き部５４ｅを設けた。これにより、開弁時に切り欠き部５４ｅが弁体６１とボディー５０との間の流体の流路として機能するので、その流路断面積を拡大することにより、流体流量の増大を図ることができ、安定した流量−弁開度特性（流量−開度特性）を得ることができる。また、ボディー５０側に切り欠き部５４ｅを形成できるので、より大きい流路断面積を得ることができる。
【００７４】
また、図２に示すように、切り欠き部５４ｅの少なくとも１つ（５４ｅ１）は、第１流路４１に流体が流入する流入口４１ａに対向する位置に配置されている。これにより、開弁時に、流入口４１ａから流入した流体は切り欠き部５４ｅ１に向かって流れ、切り欠き部５４ｅ１を通って第２流路４２に流出するので、流体の流れが乱れるのを抑制することができる。
【００７５】
２）第２の実施形態
次に、第２の実施形態について図１１を参照して説明する。第２の実施形態においては、シール部材１７０の先端部１７２は対称に形成されるとともに、シール面１５４ｂはシール部材１７０の環状先端を含む平面Ｓ１に対して傾斜するように形成される。この場合、先端部１７２の２つの面１７２ａ，１７２ｂは、上記７２ａ，７２ｂと同様な面であるが、２つの面１７２ａ，１７２ｂの断面２等分線Ｌ１は対称軸である。なお、第１の実施形態と同一の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００７６】
このように、先端部１７２は、シール面１５４ｂに対して傾けて形成されている。先端部１７２は、２つの面１７２ａ，１７２ｂの断面２等分線Ｌ１とシール面１５４ｂとのなす角のうち圧力が小さい流路側のなす角θ１が鋭角となるように形成されている。
【００７７】
したがって、シール部材１７０の先端部１７２は、先端部１７２が弁座５４ｃに当接した時点に２つの面１７２ａ，１７２ｂのなす角の断面２等分線Ｌ１とシール面１５４ｂとのなす角が鋭角または鈍角となるように形成することが簡単かつ確実に達成できる。
【００７８】
３）第３の実施形態
次に、第３の実施形態について図１２を参照して説明する。第３の実施形態においては、切り欠き部６１ｂを弁体６１に設けた。すなわち、定寸部５４ｄをボディー５０に形成した場合、定寸部５４ｄに当接する弁体６１の部位に１つ以上の切り欠き部６１ｂを設けた。これにより、開弁時に切り欠き部６１ｂが弁体６１とボディー５０との間の流体の流路として機能するので、その流路断面積を拡大することにより、流体流量の増大を図ることができ、安定した流量−弁開度特性を得ることができる。なお、切り欠き部をボディー５０と弁体６１の両方に設けるようにしてもよい。
【００７９】
４）第４の実施形態
次に、第４の実施形態について図１３を参照して説明する。第４の実施形態においては、定寸部６１ｃを弁体６１に設けた。定寸部６１ｃは、シール面５４ｂであって弁穴５４ａの開口周縁に当接するようになっている。定寸部６１ｃの高さは、シール部材７０の高さに潰れ代を加算した値に設定される。したがって、弁体６１に形成された定寸部６１ｃを備え、定寸部６１ｃは、ボディー５０の該定寸部６１ｃに対向する部分と当接することで、シール部材７０の潰し代を規定するように形成された。これにより、シール部材７０の潰し代を確実に管理することができる。
【００８０】
また、図１３（ａ）において、定寸部６１ｃを弁体６１に形成した場合、定寸部６１ｃに当接するボディー５０の部位（弁穴５４ａの開口周縁）に１つ以上の切り欠き部５４ｆを設けた。これにより、開弁時に切り欠き部５４ｆが弁体６１とボディー５０との間の流体の流路として機能するので、その流路断面積を拡大することにより、流体流量の増大を図ることができ、安定した流量−弁開度特性を得ることができる。また、ボディー５０側に切り欠き部５４ｆを形成できるので、より大きい流路断面積を得ることができる。
【００８１】
また、定寸部６１ｃを弁体６１に形成した場合、定寸部６１ｃに１つ以上の切り欠き部６１ｃ１を設けた。これにより、開弁時に切り欠き部６１ｃ１が弁体６１とボディー５０との間の流体の流路として機能するので、その流路断面積を拡大することにより、流体流量の増大を図ることができ、安定した流量−弁開度特性を得ることができる。
【００８２】
５）第５の実施形態
次に、第５の実施形態について図１４を参照して説明する。上述した第１の実施形態では、弁体６１がアクチュエータ８０側に近づく方向に移動すると、遮断弁４０が閉弁され
、遠ざかる方向に移動すると、開弁されるように構成されている。第５の実施形態においては、弁体１６０がアクチュエータ１８０側に近づく方向に移動すると、遮断弁４０が開弁され、遠ざかる方向に移動すると、閉弁されるように構成されている。
【００８３】
具体的には、ばね８２が、仕切壁５３とダイヤフラム取付部６３との間ではなく、仕切壁５３に対向する第２ボディー５２とダイヤフラム取付部６３との間に介装されている。よって、ばね８２は弁体１６０を下方（アクチュエータ１８０から遠ざかる方向）に付勢する。変圧室Ｒ１と大気圧室Ｒ２は、第１の実施形態と上下逆の配置になる。また、弁体１６０には、その下面周縁部にシール部材が下向きに固定されている。さらに、第１流路４１は、負圧側に配設されるので、第１の実施形態と第２流路４２を入れ替えて配置されている。なお、第１の実施形態と同一の構成については同一符号を付してその説明を省略する。
この第５の実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００８４】
６）第６の実施形態
次に、第６の実施形態について図１５を参照して説明する。上述した第５の実施形態では、定寸部５４ｄをボディー５０側に設けたが、第４の実施形態と同様に、定寸部１６１ｃを弁体１６０側に設けるようにしてもよい。この場合、定寸部１６１ｃに当接するボディーの部位（弁穴５４ａの開口周縁）に１つ以上の切り欠き部１５４ｆを設けるのが好ましい。
【００８５】
この第６の実施形態においても、上述した第４および第５の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００８６】
７）第７の実施形態
次に、第７の実施形態について図１６を参照して説明する。上述した第１の実施形態において、第１流路４１と第２流路４２が入れ替わった場合には、シール部材７０にかかる差圧による作用の方向が逆転するため、図１６に示すように、シール部材７０の形状を左右反転したシール部材２７０とすればよい。
【００８７】
なお、上述した各実施形態においては、アクチュエータとして、ダイヤフラムを備えたものを使用したが、電動モータで駆動するものを使用するようにしてもよい。電動モータとしてステッピングモータを使用することで、弁の開度を自由に制御することが可能であるため、流体の流量コントロールが容易である。また、遮断弁４０を第２遮断装置２４に使用してもよい。また、上述した各実施形態においては、２つの面７２ａ，７２ｂは、断面直線形状であるが、断面曲線形状でもよい。
【００８８】
また、定寸部および切り欠き部を設ける場合には、上述したシール部材７０を設けない遮断弁にも適用可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１０…燃料電池、１１…燃料流路、１２…酸化剤流路、１２ａ…導入口、１２ｂ…導出口、２１…水素供給源、２２…空気圧送装置（圧力供給源）、２３〜２６…第１〜第４遮断装置、３１…燃料供給管、３２，３４…オフガス排出管、３３…酸化剤供給管、４０…遮断弁、４１…第１流路、４２…第２流路、５０…ボディー、５１…第１ボディー、５２…第２ボディー、５３…仕切壁、５４…段部、５４ａ…弁穴、５４ｂ…シール面、５４ｃ…弁座、５４ｄ…定寸部、５４ｅ，５４ｅ１…切り欠き部、６１…弁体、６１ａ…貫通孔、７０…シール部材、７１…基部、７２…先端部、７２ａ，７２ｂ…２つの面、７３…連結部、７４…抜け防止部材、８０…アクチュエータ、８１…ダイヤフラム、８２…ばね、
Ｒ１…変圧室、Ｒ２…大気圧室。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用ガス遮断弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池用ガス遮断弁の一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図３に示されているように、燃料電池用ガス遮断弁（弁装置４８）においては、弁本体（本体部５２）に、凸状に形成された弁座６６が設けられ、弁体６８に、弁座６６が当接する弾性部材７６が設けられている。弾性部材７６の当接面は平面である。弾性部材７６はシール部材である。
【０００３】
また、他の一形式として、特許文献２に示されているものが知られている。特許文献２の図１に示されているように、燃料電池用ガス遮断弁（燃料電池用排気排水弁１）においては、弁本体に、凸状に形成された弁座（シート部３）が設けられ、弁体（バルブホルダ４）に、弁座が当接するシールゴム２が設けられている。シールゴム２の当接面は平面である。シールゴム２はシール部材である。
【０００４】
さらに、他の一形式として、特許文献３に示されているものが知られている。特許文献３の図１に示されているように、燃料電池用ガス遮断弁（バルブ）においては、弁体１に弁座が設けられ、弁本体（バルブボディ２）に、弁座に当接する複数の環状突起６が形成されたゴム状弾性体５が設けられている。弁体１の弁座は平面である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７３７０４号公報
【特許文献２】特開２００８−１１６０２４号公報
【特許文献３】特開２００７−３２７６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および特許文献２に記載の燃料電池用ガス遮断弁においては、閉弁時にアクチュエータによる押圧力がシール部材の圧縮方向に加わり続けるため、燃料電池システムのような高温高湿環境下で使用されると、圧縮永久歪等によりシール部材の平面に窪みが発生（突起形状の転写）するなどの問題が起こる可能性がある。また、弁の開閉を繰り返す中で環状の突起（シール先端面）をまたぐように窪みと重なった場合にはシール不良が起こる。さらに、シール部材の当接面が平らな場合には、部品精度のバラツキを吸収しながら相手弁座との当接を確実に行う必要があるため、圧縮荷重を大きくする必要がある。よって、アクチュエータ等の大型化・推力増大が必要となる。
【０００７】
また、特許文献３に記載の燃料電池用ガス遮断弁においては、ゴム状弾性体５の表面に複数の環状突起を持つため、個々の突起間の高さ精度が異なる場合においては、シール面と当接する際の面圧が不均一になる可能性があり、シール不良を起こす可能性がある。さらに、シール不良を改善するため、全ての突起を圧縮するのに必要荷重を大幅に増加すると、アクチュエータの推力の増大、大型化が必要となる。
【０００８】
本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、燃料電池用ガス遮断弁において、圧縮荷重を大きくすることなく、シール性を高く維持するとともに高シール性をできるだけ長期間継続することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、弁座を備えたシール面を有するボディーと、第１流路と第２流路を連通、遮断する弁体と、弁体に取り付けられ弁座に当接してシールするシール部材と、弁体を駆動させて第１流路と第２流路との間の流通状態を切り替えるアクチュエータと、を備えた燃料電池用ガス遮断弁であって、シール部材は、環状に形成され、シール部材の基部は、弁体に固定され、シール部材の先端部は、相対する２つの面が先細となるように傾斜する形状に形成されるとともに、先端部が弁座に接触した時点に２つの面のなす角の断面２等分線とシール面とのなす角が鋭角または鈍角となるように形成されていることである。
【００１０】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、シール部材の先端部は非対称に形成されるとともに、シール面はシール部材の環状先端を含む平面に対して水平に形成されることである。
【００１１】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、シール部材の先端部は対称に形成されるとともに、シール面はシール部材の環状先端を含む平面に対して傾斜するように形成されることである。
【００１２】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項３の何れか一項において、シール部材の先端部は、２つの面の断面２等分線とシール面とのなす角のうち圧力が小さい流路側のなす角が鋭角となるように形成されていることである。
【００１３】
また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、２つの面は、これらいずれかの面とシール部材の環状先端を含む平面とのなす角が鋭角となるように形成されていることである。
【００１４】
また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項５の何れか一項において、シール部材の基部は、先端部より幅広の台状に形成され、先端部の両側面のうち少なくとも一方側に段部が形成されていることである。
【００１５】
また請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項６の何れか一項において、弁体には、シール部材の基部が固定される面から反対側の面まで貫通する複数の貫通孔が形成され、シール部材の基部は、貫通孔を貫通する連結部を介して反対側の面に設けられ貫通孔より大きく弁体より小さい抜け防止部材に連結されて弁体に固定されていることである。
【００１６】
また請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項７の何れか一項において、ボディーおよび弁体の何れか一方に形成された定寸部を備え、定寸部は、他方の該定寸部に対向する部分と当接することで、シール部材の潰し代を規定するように形成されたことである。
【００１７】
また請求項９に係る発明の構成上の特徴は、請求項８において、定寸部をボディーに形成した場合、定寸部に１つ以上の切り欠き部を設けたことである。
【００１８】
また請求項１０に係る発明の構成上の特徴は、請求項９において、切り欠き部の少なくとも１つは、第１流路に流体が流入する流入口に対向する位置に配置されていることである。
【発明の効果】
【００１９】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、シール部材の先端部は、相対する２つの面が先細となるように傾斜する形状に形成されている。よって、燃料電池用ガス遮断弁が閉弁される際において、アクチュエータが駆動されて弁体がボディーに近づいて、先端部が弁座に接触すると、それ以降は、細長に形成された先端部は弁体の移動方向に沿って圧縮される。このとき、比較的小さい押圧力で先端部を圧縮変形することができ、シール部材の反力を小さく抑制することができる。また、その先端部は、先端部が弁座に当接した時点に２つの面のなす角の断面２等分線とシール面とのなす角が鋭角または鈍角となるように形成されている。よって、燃料電池用ガス遮断弁が閉弁される際において、先端部は圧縮されながら、当接している先端はシール面に沿って倒れる方向に力が加わるので、先端部は倒れる方向に傾く。このように、閉弁時においては、シール部材は、圧縮されるだけでなく、傾くことにより、シール部材と弁座との間をシールすることができるので、比較的小さい押圧力でもシール性を確保することができる。ひいては、アクチュエータの小型化、省力化を図ることができる。
【００２０】
また、圧縮永久歪などによってシール部材が傾倒しても、当初のシール位置からずれるもののシール部材は弁座に確実に当接するためシール性は低下することはないので、シール性を長期間維持することができる。
【００２１】
以上のことから、圧縮荷重を大きくすることなく（アクチュエータを大型化することなく）、シール性を高く維持するとともに高シール性をできるだけ長期間継続することができる。
【００２２】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１において、シール部材の先端部は非対称に形成されるとともに、シール面はシール部材の環状先端を含む平面に対して水平に形成される。これにより、シール部材の先端部は、先端部が弁座に当接した時点に２つの面のなす角の断面２等分線とシール面とのなす角が鋭角または鈍角となるように形成することが簡単かつ確実に達成できる。
【００２３】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１において、シール部材の先端部は対称に形成されるとともに、シール面はシール部材の環状先端を含む平面に対して傾斜するように形成される。これにより、シール部材の先端部は、先端部が弁座に当接した時点に２つの面のなす角の断面２等分線とシール面とのなす角が鋭角または鈍角となるように形成することが簡単かつ確実に達成できる。
【００２４】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１乃至請求項３の何れか一項において、シール部材の先端部は、２つの面の断面２等分線とシール面とのなす角のうち圧力が小さい流路側のなす角が鋭角となるように形成されている。これにより、シール部材は圧力が小さい側に向かう吸引力が作用する。よって、この作用によりシール部材はより弁座に押し付けられるので（シール面圧をより高くできるので）、より良好なシール性を確保することができる。
【００２５】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、２つの面は、これらいずれかの面とシール部材の環状先端を含む平面とのなす角が鋭角となるように形成されている。これにより、シール部材を型で形成する場合、その型からシール部材（環状）を抜き出す際に、引っかかることなくスムーズに行うことができる。よって、シール部材に初期亀裂が発生することなく、品質よいシール部材を製造することができる。
【００２６】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項１乃至請求項５の何れか一項において、シール部材の基部は、先端部より幅広の台状に形成され、先端部の両側面
のうち少なくとも一方側に段部が形成されている。これにより、先端部を先細形状とすることで、上述したように圧縮荷重を大きくすることなくシール性を高く維持することができ、さらに先端部より幅広の基部によりシール部材を弁体に確実に固定することができる。
【００２７】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項１乃至請求項６の何れか一項において、弁体には、シール部材の基部が固定される面から反対側の面まで貫通する複数の貫通孔が形成され、シール部材の基部は、貫通孔を貫通する連結部を介して反対側の面に設けられ貫通孔より大きく弁体より小さい抜け防止部材に連結されて弁体に固定されている。これにより、開弁時にシール部材に弁体から引き剥がす力が加わってもシール部材が容易に剥がれないようになっている。また、そのようにシール部材が剥がれない構造をなす弁体を小径に形成することができる。
【００２８】
上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項１乃至請求項７の何れか一項において、ボディーおよび弁体の何れか一方に形成された定寸部を備え、定寸部は、他方の該定寸部に対向する部分と当接することで、シール部材の潰し代を規定するように形成された。これにより、シール部材の潰し代を確実に管理することができる。
【００２９】
上記のように構成した請求項９に係る発明においては、請求項８において、定寸部をボディーに形成した場合、定寸部に１つ以上の切り欠き部を設けた。これにより、開弁時に切り欠き部が弁体とボディーとの間の流体の流路として機能するので、その流路断面積を拡大することにより、流体流量の増大を図ることができ、安定した流量−弁開度特性を得ることができる。また、ボディー側に切り欠き部を形成できるので、より大きい流路断面積を得ることができる。
【００３０】
上記のように構成した請求項１０に係る発明においては、請求項９において、切り欠き部の少なくとも１つは、第１流路に流体が流入する流入口に対向する位置に配置されている。これにより、開弁時に、流入口から流入した流体は切り欠き部に向かって流れ、切り欠き部を通って第２流路に流出するので、流体の流れが乱れるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による燃料電池用ガス遮断弁の第１の実施形態を適用した燃料電池システムの概要を示す概要図である。
【図２】図１に示す閉弁状態の遮断弁を示す断面図である。
【図３】図１に示す開弁状態の遮断弁を示す断面図である。
【図４】図２に示す遮断弁のＡ方向から見た図である。なお、弁体は省略している。
【図５】図３に示す開弁状態の遮断弁を示す（シール部材とシール面との関係を示す）部分拡大断面図である。
【図６】（ａ）はシール部材、連結部および抜け防止部材を示す部分拡大断面図であり、（ｂ）は弁体単体の底面図である。
【図７】（ａ）は、タイプ１を示す断面図であり、（ｂ）は、タイプ２を示す断面図であり、（ａ）は、タイプ３を示す断面図であり、（ｃ）はタイプ１〜タイプ３の反力−圧縮量特性を示す図である。
【図８】（ａ）は、弁座に接触した時点のシール部材を示す断面図であり、（ｂ）は、接触時点以降に圧縮されたシール部材を示す断面図であり、（ｃ）は、さらに閉弁されて倒れたシール部材を示す断面図である。
【図９】（ａ）は、本実施形態により切り欠き部を設けた遮断弁の開弁時の流量−開度特性を示す図であり、（ｂ）は切り欠き部がない場合の流量−開度特性を示す図である。
【図１０】切り欠き部の断面積を変えた場合の流量−開度特性を示す図である。
【図１１】本発明による燃料電池用ガス遮断弁の第２の実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図１２】本発明による燃料電池用ガス遮断弁の第３の実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図１３】本発明による燃料電池用ガス遮断弁の第４の実施形態を示す部分拡大断面図であり、（ａ）は、切り欠き部をボディーに設けたものの断面図であり、（ｂ）は、切り欠き部を弁体に設けたものの断面図である。
【図１４】本発明による燃料電池用ガス遮断弁の第５の実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図１５】本発明による燃料電池用ガス遮断弁の第６の実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図１６】本発明による燃料電池用ガス遮断弁の第７の実施形態を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
１）第１の実施形態
以下、本発明による燃料電池用ガス遮断弁の第１の実施形態について説明する。図１はこの燃料電池用ガス遮断弁を使用した燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは、燃料電池１０、水素供給源２１、空気圧送装置２２、および第１乃至第４遮断装置２３〜２６を備えている。
【００３３】
燃料電池１０は、燃料が供給される燃料流路１１と酸化剤ガスが供給される酸化剤流路１２を有している。燃料流路１１は、燃料極に燃料を供給するものであり、酸化剤流路１２は、酸化剤極に酸化剤ガスを供給するものである。燃料極と酸化剤極との間には電解質が介装されている。本第１の実施形態では、燃料は水素ガスであり、酸化剤ガスは空気である。燃料電池１０は、水素ガスと空気が化学反応して発電するものである。
【００３４】
水素供給源２１は、燃料電池１０の燃料流路１１に燃料である水素を供給するものである。本第１の実施形態では、水素供給源２１は水素タンクである。なお、改質器でもよい。
【００３５】
燃料電池１０の燃料流路１１に水素を導入する導入口１１ａは、燃料供給管３１を介して水素供給源２１に接続されている。燃料供給管３１の途中には、燃料供給管３１を開閉する第１遮断装置２３が設けられている。燃料電池１０の燃料流路１１から燃料オフガスを導出する導出口１１ｂには、オフガス排出管３２が接続されている。オフガス排出管３２の途中には、オフガス排出管３２を開閉する第２遮断装置２４が設けられている。
【００３６】
空気圧送装置２２は、燃料電池１０の酸化剤流路１２に空気を圧送するものである。本第１の実施形態では、空気圧送装置２２はコンプレッサである。
【００３７】
燃料電池１０の酸化剤流路１２に酸化剤を導入する導入口１２ａは、酸化剤供給管３３を介して空気圧送装置２２の吐出口２２ａに接続されている。酸化剤供給管３３の途中には、酸化剤供給管３３を開閉する第３遮断装置２５が設けられている。燃料電池１０の酸化剤流路１２から酸化剤オフガスを導出する導出口１２ｂは、オフガス排出管３４を介して大気に開放されている。オフガス排出管３４の途中には、オフガス排出管３４を開閉する第４遮断装置２６が設けられている。
【００３８】
第３遮断装置２５（第４遮断装置２６）は、図２、図３に示すように、遮断弁４０（燃料電池用ガス遮断弁）である。図２は、遮断弁４０の閉状態を示す断面図であり、図３は
、遮断弁４０の開状態を示す断面図である。遮断弁４０は、ボディー５０、および弁体６１を備えている。
【００３９】
ボディー５０は、第１ボディー５１と第２ボディー５２と仕切壁５３とが連結し構成されている。第１ボディー５１には、第１流路４１と第２流路４２とを連通する弁穴５４ａが形成された環状の段部５４が形成されている。弁穴５４ａの第２流路４２側の開口周縁にはシール面５４ｂが形成されている。第１流路４１と第２流路４２は弁穴５４ａを境に分けられる。シール面５４ｂには、シール部材７０の先端部７２が当接する弁座５４ｃが備えられている。
【００４０】
段部５４には、定寸部５４ｄが備えられている。定寸部５４ｄは、該定寸部５４ｄと対向する部分である弁体６１の周縁に当接するようになっている。定寸部５４ｄは、弁体６１の周縁と当接することで、シール部材７０の潰し代が規定されるように形成されている。
【００４１】
定寸部５４ｄには、切り欠き部５４ｅが形成されている。切り欠き部５４ｅは１つ以上形成されるのが好ましい。本実施形態では、図４に示すように、切り欠き部５４ｅは３つ形成されている。これら切り欠き部５４ｅは所定間隔で配置されているので、弁体６１を当接時の姿勢を安定させることができる。このうちの少なくとも１つ（５４ｅ１）は、図２、図３に示すように、第１流路４１に流体が流入する第１入出口４１ａ（流入口）に対向する位置に配置されている。
【００４２】
第１流路４１は流体が流入または流出する第１入出口４１ａを有しており、第２流路４２は流体が流入または流出する第２入出口４２ａを有している。遮断弁４０を第３遮断装置２５に使用する場合には、第１入出口４１ａを燃料電池１０の導入口１２ａに連通させ、第２入出口４２ａを空気圧送装置２２の吐出口に連通させる。また、遮断弁４０を第４遮断装置２６に使用する場合には、第１入出口４１ａを燃料電池１０の導出口１２ｂに連通させ、第２入出口４２ａを大気に開放させる。
【００４３】
弁体６１は、第２流路４２側に配設され弁座５４ｃに当接して閉状態をなし一方離間されて開状態をなすものである。弁体６１は、円板状に形成されており、弁座５４ｃに当接する面（上面）の周縁部に環状のシール部材７０が取り付けられている。シール部材７０の先端部７２と弁座５４ｃが当接することでシール性を確保している。
【００４４】
シール部材７０は、耐久性のあるゴムや熱可塑性樹脂などの弾性材（例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム））で環状に形成されている。図５に示すように、シール部材７０の基部７１は、弁体６１の上面に固定され、シール部材７０の先端部７２は、相対する２つの面７２ａ，７２ｂが先細となるように傾斜する形状に形成されている。先端部７２が弁座５４ｃに接触した時点に２つの面７２ａ，７２ｂのなす角の断面２等分線Ｌ１（図５で破線で示す）とシール面５４ｂとのなす角θ１が鋭角または鈍角となるように形成されている。本実施形態では、なす角θ１は鋭角である。なお、面７２ａに沿った直線をＬ２、面７２ｂに沿った直線をＬ３とする。また、シール面５４ｂに鉛直な直線をＬ４（図５で一点破線で示す）とする。
【００４５】
さらに、先端部７２は非対称に形成されている。具体的には、先端部７２は、弁体６１の上面（シール面５４ｂに平行である）に対して非平行に形成されている。すなわち、シール面５４ｂに鉛直な直線に対して断面２等分線Ｌ１が平行ではない。また、シール部材７０の環状先端を含む平面Ｓ１は、シール面５４ｂと平行になるように形成されている。これにより、シール部材７０は、全周に亘ってシール面５４ｂに均一に接触（当接）することができる。また、先端部７２は、２つの面７２ａ，７２ｂの断面２等分線Ｌ１とシー
ル面５４ｂとのなす角のうち圧力が小さい流路側のなす角θ１が鋭角となるように形成されている。また、２つの面７２ａ，７２ｂは、これらいずれかの面７２ａ，７２ｂとシール部材７０の環状先端を含む平面Ｓ１とのなす角θ２，θ３が鋭角となるように形成されている。
【００４６】
シール部材７０の基部７１は、先端部７２より幅広の台状に形成され、先端部７２の両側面のうち少なくとも一方側（本実施形態では外周側（正圧側））に段部７１ａが形成されている。
【００４７】
図６（ａ）に示すように、シール部材７０は、連結部７３を介して弁体６１の下面に設けられた抜け防止部材７４に連結されて弁体６１に固定されている。図６（ｂ）に示すように、弁体６１には、周方向に所定間隔に複数の貫通孔６１ａが形成されている。貫通孔６１ａは、シール部材７０の基部７１が固定される面（上面）から反対側の面（下面）まで貫通している。
【００４８】
連結部７３は貫通孔６１ａと同径に形成されている。連結部７３の直径（基部７１の径方向の幅）は、基部７１の幅（径方向）より小さくその幅の半分より大きくなるように形成されている。抜け防止部材７４は、貫通孔６１ａの孔径より大きく弁体６１より小さく形成されるのが好ましい。シール部材７０が引っ張られても抜け防止部材７４によって抜けることはない。本実施形態では、環状に形成されている。連結部７３および抜け防止部材７４は、いずれもシール部材７０と同一の材料で形成されている。また、シール部材７０、連結部７３および抜け防止部材７４は、一体成型で形成され、弁体６１とともにインサート成型で形成される。
【００４９】
基部７１の径方向における連結部７３との接触する面積の比は高ければ高いほどシール部材７０を安定して固定させることができ、引っ張り強度も高くすることができる。また、連結部７３の直径をある程度の大きさを確保すると、基部７１の幅は大きくなる。この場合、段部７１ａを設けずに、先端部７２を先細にしようとすると、先端部７２は比較的高くなる。そこで、先端部７２を先細に形成し、かつ、固定の安定性、および引っ張り強度を高く維持するために、段部７１ａを設けるようにした。すなわち、連結部７３を比較的大径に形成し、それに応じて基部７１の幅を大きく形成するが、段部７１ａを設けることで、先端部７２を先細に形成することができる。
【００５０】
また、先端部７２の高さを変更して得た実験データを図７に示す。３つのタイプを示す。タイプ１は、図７（ａ）に示すように、先細の形状であるが段部はないものである。タイプ２は、図７（ｂ）に示すように、先細の形状であり段部を有するものである。タイプ３は、図７（ｃ）に示すように、先細の形状であり段部を有するものである。タイプ１〜３の高さは、順に高くなっている。タイプ１〜３は同一の幅である。タイプ１〜３の反力−圧縮量特性を図７（ｄ）に示す。図７（ｄ）から明らかなように、同じ幅であれば、高さが高いほど同一圧縮量である場合の反力は小さくなる。
【００５１】
なお、貫通孔６１ａを例えば０．８ｍｍに設定した場合、シール部材７０の基部７１の幅は１．０〜２．０ｍｍの範囲が好ましく、本実施形態では１．４ｍｍに設定され、シール部材７０の高さは、１．０〜２．０ｍｍの範囲が好ましく、１．８ｍｍに設定されている。また、シール部材７０のゴム硬度は、Ｈｓ４０〜７０の範囲が好ましく、Ｈｓ５０に設定されている。
【００５２】
弁体６１の中央部には、図２、図３に示すように、弁軸６２の一端（下端）が固定されている。弁軸６２は弁体６１に対して直交している。弁軸６２の他端（上端）は、仕切壁５３を貫通しており、その他端にはダイヤフラム取付部６３が固定されている。弁軸６２
は、仕切壁５３に形成された弁軸挿通孔５３ａにシール部材５３ｂを介して摺動可能かつ気密に保持されている。
【００５３】
遮断弁４０は、アクチュエータ８０を備えている。アクチュエータ８０は、弁軸６２を駆動させて第１流路４１と第２流路４２との間の流通状態を切り替えるものである。アクチュエータ８０は、ダイヤフラム８１、ばね８２、変圧室Ｒ１、大気圧室Ｒ２を備えている。ダイヤフラム８１は、第２ボディー５２と仕切壁５３で形成された空間を区画して変圧室Ｒ１と大気圧室Ｒ２を形成する。ダイヤフラム８１の外周縁は第２ボディー５２の内壁に固定され、ダイヤフラム８１の内周縁はダイヤフラム取付部６３の外周端に固定されている。ダイヤフラム８１は、ゴム、樹脂などの弾性材で形成されている。
【００５４】
ばね８２は、ダイヤフラム取付部６３と仕切壁５３と間に介装されている。ばね８２は、その付勢力によって弁軸６２を閉弁方向（弁体６１を弁座５４ｃに近づける方向）に付勢している。変圧室Ｒ１は、入出口Ｒ１ａを介して圧力供給源（例えば空気圧送装置２２）に接続され、圧力が供給されるようになっている。大気圧室Ｒ２は、入出口Ｒ２ａを介して大気に開放されている。
【００５５】
変圧室Ｒ１へ圧力（圧縮空気）が供給されると、ばね８２の付勢力に抗して弁軸６２が開弁方向（弁体６１を弁座５４ｃから遠ざける方向）に移動される。逆に、変圧室Ｒ１への圧力の供給が解除されると、ばね８２の付勢力により弁軸６２は閉弁方向に移動される。
【００５６】
次に、このように構成された燃料電池用ガス遮断弁の閉弁時の作動について図８を参照しながら説明する。開弁状態にある遮断弁４０が閉弁される際において、アクチュエータ８０が駆動されて（すなわち変圧室Ｒ１に供給されている圧力の供給が停止さればね８２の付勢力によって）弁体６１がボディー５０のシール面５４ｂに近づいて、先端部７２が弁座５４ｃに接触する（図８（ａ））。
【００５７】
接触時点以降は、細長に形成された先端部７２は弁軸６２の移動方向（弁軸の軸方向）に沿って圧縮される（図８（ｂ））。このとき、比較的小さい押圧力で先端部７２を圧縮変形することができ、シール部材７０の反力を小さく抑制することができる。なお、図８（ｂ）で破線は接触時点の先端部７２の輪郭を示している。
【００５８】
さらに、弁軸６２が閉弁方向に移動されると、先端部７２は、先端部７２が弁座５４ｃに当接した時点に２つの面７２ａ，７２ｂのなす角の断面２等分線Ｌ１とシール面５４ｂとのなす角θ１が鋭角または鈍角となるように形成されているので、先端部７２は圧縮されながら、当接している先端はシール面５４ｂに沿って倒れる方向に力が加わるので、先端部７２は倒れる方向に傾く（図８（ｃ））。
【００５９】
このように、遮断弁４０が閉弁されると、燃料電池１０の酸化剤流路１２内では、封じ込まれた空気が消費されたり、温度が低下したりするので、第３および第４遮断装置２５，２６の第１流路４１は負圧となる。一方、第２流路４２は大気に開放されるので、正圧となる。よって、第１流路４１と第２流路４２との間には差圧が生じる。シール部材７０の先端部７２の倒れ方向、量は、閉弁時にその差圧によって倒れ方向の反対側に吸い込まれないように設定されている。すなわち、先端部７２の高さ、幅、材質（硬度）が適切に設定されている。
【００６０】
さらに、遮断弁４０の開弁について説明する。定寸部５４ｄに切り欠き部５４ｅを設けることで、封止状態から開弁開始して、弁の開度が大きくなる過程において、切り欠き部５４ｅを流体流路として機能させることができる。よって、切り欠き部５４ｅを設けない
場合と比較して、流量を多くすることができる。
【００６１】
また、図９（ａ）に示すように、乱れのない流量−開度特性を得ることができる。これは、切り欠き部５４ｅがない場合、開弁直後しばらくの間、弁体６１と定寸部５４ｄとの間が小さく、流体流れの妨げとなるが（図９（ｂ）に示すように流量−開度特性に乱れが生じる）、切り欠き部５４ｅがある場合、開弁直後しばらくの間、弁体６１と定寸部５４ｄとの間に切り欠き部５４ｅによってより広い流路を確保できるためである。よって、弁体６１の形状とボディー５０の形状の組み合わせの影響で生じる流量の乱れを解消することが可能となる。
【００６２】
さらに、切り欠き部５４ｅの形状や断面積を変えることで、開度に応じた流量（圧力）の特性をコントロールすることが可能となる。例えば、少ない開度で大流量流したり、開度を広げていっても流量の変化を少なくしたりすることができる。図１０に示すように、曲線ｆ１は断面積が大きいものであり、曲線ｆ２は断面積が小さいものである。図１０から明らかなように、同じ開度であれば、断面積が大きいほうが流量が多くなっている。よって、切り欠き部５４ｅの断面積を調整することで、開度毎の流量を調整することができる。
【００６３】
上述した説明から明らかなように、本第１の実施形態においては、シール部材７０の先端部７２は、相対する２つの面７２ａ，７２ｂが先細となるように傾斜する形状に形成されている。よって、燃料電池用ガス遮断弁４０が閉弁される際において、アクチュエータ８０が駆動されて弁体６１がボディー５０に近づいて、先端部７２が弁座５４ｃに接触すると、それ以降は、細長に形成された先端部７２は弁体６１の移動方向に沿って圧縮される（図８（ｂ））。このとき、比較的小さい押圧力で先端部７２を圧縮変形することができ、シール部材７０の反力を小さく抑制することができる。また、その先端部７２は、先端部７２が弁座５４ｃに当接した時点に２つの面７２ａ，７２ｂのなす角の断面２等分線Ｌ１とシール面５４ｂとのなす角θ１が鋭角または鈍角となるように形成されている。よって、燃料電池用ガス遮断弁４０が閉弁される際において、先端部７２は圧縮されながら、当接している先端はシール面５４ｂに沿って逃げるので、先端部７２は逃げる方向に傾く。このように、閉弁時においては、シール部材７０は、圧縮されるだけでなく、傾くことにより、シール部材７０と弁座５４ｃとの間をシールすることができるので、比較的小さい押圧力でもシール性を確保することができる。ひいては、アクチュエータの小型化、省力化を図ることができる。
【００６４】
また、圧縮永久歪などによってシール部材７０が傾倒しても、当初のシール位置からずれるもののシール部材７０は弁座に確実に当接するためシール性は低下することはないので、シール性を長期間維持することができる。
【００６５】
以上のことから、大型のアクチュエータにより圧縮荷重を大きくすることなく、シール性を高く維持するとともに高シール性をできるだけ長期間継続することができる。
【００６６】
さらに、圧縮時に先端部７２の倒れ方向が定寸部５４ｄや先端部７２の形状で負圧に対応できるように自動調整されるため（定寸部５４ｄや先端部７２の形状により）、負圧に対しても十分な対応が可能である。また、先端部７２が細く、リップ状でないため、相手シール面積を最小限に抑えることができるため、省スペース化が可能である。また、使用時の応力集中を緩和できる形状であるため、繰り返し圧縮時のヘタリ発生を抑制することが可能である。また、燃料電池１０内の負圧化でシール部材７０に負圧力がかかった場合でも、シール面圧を十分に確保できるため、良好なシール性を得ることが可能である。
【００６７】
また、シール部材７０の先端部７２は非対称に形成されるとともに、シール面５４ｂは
シール部材７０の環状先端を含む平面Ｓ１に対して水平に形成される。これにより、シール部材７０の先端部７２は、先端部７２が弁座５４ｃに当接した時点に２つの面７２ａ，７２ｂのなす角の断面２等分線Ｌ１とシール面５４ｂとのなす角θ１が鋭角または鈍角となるように形成することが簡単かつ確実に達成できる。
【００６８】
また、シール部材７０の先端部７２は、２つの面７２ａ，７２ｂの断面２等分線Ｌ１とシール面５４ｂとのなす角θ１のうち圧力が小さい流路（本実施形態では第１流路４１）側のなす角が鋭角となるように形成されている。これにより、シール部材７０は圧力が小さい側に向かう吸引力が作用する。よって、この作用によりシール部材７０はより弁座に押し付けられるので（シール面圧をより高くできるので）、より良好なシール性を確保することができる。
【００６９】
また、２つの面７２ａ，７２ｂは、これらいずれかの面７２ａ，７２ｂとシール部材７０の環状先端を含む平面Ｓ１とのなす角が鋭角となるように形成されている。これにより、シール部材７０を型で形成する場合、その型からシール部材７０（環状）を抜き出す際に、引っかかることなくスムーズに行うことができる。よって、シール部材７０に初期亀裂が発生することなく、品質よいシール部材７０を製造することができる。
【００７０】
また、シール部材７０の基部７１は、先端部７２より幅広の台状に形成され、先端部７２の両側面７２ａ，７２ｂのうち少なくとも一方側に段部７１ａが形成されるのが好ましい。これにより、先端部７２を先細形状とすることで、上述したように圧縮荷重を大きくすることなくシール性を高く維持することができ、さらに先端部７２より幅広の基部７１によりシール部材を弁体に確実に固定することができる。
【００７１】
また、図６に示すように、弁体６１（弁体６１）には、シール部材７０の基部７１が固定される面から反対側の面まで貫通する複数の貫通孔６１ａが形成され、シール部材７０の基部７１は、貫通孔６１ａを貫通する連結部７３を介して反対側の面に設けられ貫通孔６１ａより大きく弁体６１より小さい抜け防止部材７４に連結されて弁体６１に固定されている。これにより、開弁時にシール部材７０に弁体６１から引き剥がす力が加わってもシール部材７０が容易に剥がれないようになっている。また、連結部７３、抜け防止部材７４は弁体６１の輪郭（外郭）内に配置されているので、そのようにシール部材７０が剥がれない構造をなす弁体６１を小径に形成することができる。
【００７２】
また、図２に示すように、ボディー５０に形成された定寸部５４ｄを備え、定寸部５４ｄは、弁体６１の該定寸部５４ｄに対向する部分（周縁部）と当接することで、シール部材７０の潰し代を規定するように形成された。これにより、シール部材７０の潰し代を確実に管理することができる。
【００７３】
また、定寸部５４ｄを弁座５４ｃ（ボディー５０）に形成した場合、定寸部５４ｄに１つ以上の切り欠き部５４ｅを設けた。これにより、開弁時に切り欠き部５４ｅが弁体６１とボディー５０との間の流体の流路として機能するので、その流路断面積を拡大することにより、流体流量の増大を図ることができ、安定した流量−弁開度特性（流量−開度特性）を得ることができる。また、ボディー５０側に切り欠き部５４ｅを形成できるので、より大きい流路断面積を得ることができる。
【００７４】
また、図２に示すように、切り欠き部５４ｅの少なくとも１つ（５４ｅ１）は、第１流路４１に流体が流入する流入口４１ａに対向する位置に配置されている。これにより、開弁時に、流入口４１ａから流入した流体は切り欠き部５４ｅ１に向かって流れ、切り欠き部５４ｅ１を通って第２流路４２に流出するので、流体の流れが乱れるのを抑制することができる。
【００７５】
２）第２の実施形態
次に、第２の実施形態について図１１を参照して説明する。第２の実施形態においては、シール部材１７０の先端部１７２は対称に形成されるとともに、シール面１５４ｂはシール部材１７０の環状先端を含む平面Ｓ１に対して傾斜するように形成される。この場合、先端部１７２の２つの面１７２ａ，１７２ｂは、上記７２ａ，７２ｂと同様な面であるが、２つの面１７２ａ，１７２ｂの断面２等分線Ｌ１は対称軸である。なお、第１の実施形態と同一の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００７６】
このように、先端部１７２は、シール面１５４ｂに対して傾けて形成されている。先端部１７２は、２つの面１７２ａ，１７２ｂの断面２等分線Ｌ１とシール面１５４ｂとのなす角のうち圧力が小さい流路側のなす角θ１が鋭角となるように形成されている。
【００７７】
したがって、シール部材１７０の先端部１７２は、先端部１７２が弁座５４ｃに当接した時点に２つの面１７２ａ，１７２ｂのなす角の断面２等分線Ｌ１とシール面１５４ｂとのなす角が鋭角または鈍角となるように形成することが簡単かつ確実に達成できる。
【００７８】
３）第３の実施形態
次に、第３の実施形態について図１２を参照して説明する。第３の実施形態においては、切り欠き部６１ｂを弁体６１に設けた。すなわち、定寸部５４ｄをボディー５０に形成した場合、定寸部５４ｄに当接する弁体６１の部位に１つ以上の切り欠き部６１ｂを設けた。これにより、開弁時に切り欠き部６１ｂが弁体６１とボディー５０との間の流体の流路として機能するので、その流路断面積を拡大することにより、流体流量の増大を図ることができ、安定した流量−弁開度特性を得ることができる。なお、切り欠き部をボディー５０と弁体６１の両方に設けるようにしてもよい。
【００７９】
４）第４の実施形態
次に、第４の実施形態について図１３を参照して説明する。第４の実施形態においては、定寸部６１ｃを弁体６１に設けた。定寸部６１ｃは、シール面５４ｂであって弁穴５４ａの開口周縁に当接するようになっている。定寸部６１ｃの高さは、シール部材７０の高さに潰れ代を加算した値に設定される。したがって、弁体６１に形成された定寸部６１ｃを備え、定寸部６１ｃは、ボディー５０の該定寸部６１ｃに対向する部分と当接することで、シール部材７０の潰し代を規定するように形成された。これにより、シール部材７０の潰し代を確実に管理することができる。
【００８０】
また、図１３（ａ）において、定寸部６１ｃを弁体６１に形成した場合、定寸部６１ｃに当接するボディー５０の部位（弁穴５４ａの開口周縁）に１つ以上の切り欠き部５４ｆを設けた。これにより、開弁時に切り欠き部５４ｆが弁体６１とボディー５０との間の流体の流路として機能するので、その流路断面積を拡大することにより、流体流量の増大を図ることができ、安定した流量−弁開度特性を得ることができる。また、ボディー５０側に切り欠き部５４ｆを形成できるので、より大きい流路断面積を得ることができる。
【００８１】
また、定寸部６１ｃを弁体６１に形成した場合、定寸部６１ｃに１つ以上の切り欠き部６１ｃ１を設けた。これにより、開弁時に切り欠き部６１ｃ１が弁体６１とボディー５０との間の流体の流路として機能するので、その流路断面積を拡大することにより、流体流量の増大を図ることができ、安定した流量−弁開度特性を得ることができる。
【００８２】
５）第５の実施形態
次に、第５の実施形態について図１４を参照して説明する。上述した第１の実施形態では、弁体６１がアクチュエータ８０側に近づく方向に移動すると、遮断弁４０が閉弁され
、遠ざかる方向に移動すると、開弁されるように構成されている。第５の実施形態においては、弁体１６０がアクチュエータ１８０側に近づく方向に移動すると、遮断弁４０が開弁され、遠ざかる方向に移動すると、閉弁されるように構成されている。
【００８３】
具体的には、ばね８２が、仕切壁５３とダイヤフラム取付部６３との間ではなく、仕切壁５３に対向する第２ボディー５２とダイヤフラム取付部６３との間に介装されている。よって、ばね８２は弁体１６０を下方（アクチュエータ１８０から遠ざかる方向）に付勢する。変圧室Ｒ１と大気圧室Ｒ２は、第１の実施形態と上下逆の配置になる。また、弁体１６０には、その下面周縁部にシール部材が下向きに固定されている。さらに、第１流路４１は、負圧側に配設されるので、第１の実施形態と第２流路４２を入れ替えて配置されている。なお、第１の実施形態と同一の構成については同一符号を付してその説明を省略する。
この第５の実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００８４】
６）第６の実施形態
次に、第６の実施形態について図１５を参照して説明する。上述した第５の実施形態では、定寸部５４ｄをボディー５０側に設けたが、第４の実施形態と同様に、定寸部１６１ｃを弁体１６０側に設けるようにしてもよい。この場合、定寸部１６１ｃに当接するボディーの部位（弁穴５４ａの開口周縁）に１つ以上の切り欠き部１５４ｆを設けるのが好ましい。
【００８５】
この第６の実施形態においても、上述した第４および第５の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００８６】
７）第７の実施形態
次に、第７の実施形態について図１６を参照して説明する。上述した第１の実施形態において、第１流路４１と第２流路４２が入れ替わった場合には、シール部材７０にかかる差圧による作用の方向が逆転するため、図１６に示すように、シール部材７０の形状を左右反転したシール部材２７０とすればよい。
【００８７】
なお、上述した各実施形態においては、アクチュエータとして、ダイヤフラムを備えたものを使用したが、電動モータで駆動するものを使用するようにしてもよい。電動モータとしてステッピングモータを使用することで、弁の開度を自由に制御することが可能であるため、流体の流量コントロールが容易である。また、遮断弁４０を第２遮断装置２４に使用してもよい。また、上述した各実施形態においては、２つの面７２ａ，７２ｂは、断面直線形状であるが、断面曲線形状でもよい。
【００８８】
また、定寸部および切り欠き部を設ける場合には、上述したシール部材７０を設けない遮断弁にも適用可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１０…燃料電池、１１…燃料流路、１２…酸化剤流路、１２ａ…導入口、１２ｂ…導出口、２１…水素供給源、２２…空気圧送装置（圧力供給源）、２３〜２６…第１〜第４遮断装置、３１…燃料供給管、３２，３４…オフガス排出管、３３…酸化剤供給管、４０…遮断弁、４１…第１流路、４２…第２流路、５０…ボディー、５１…第１ボディー、５２…第２ボディー、５３…仕切壁、５４…段部、５４ａ…弁穴、５４ｂ…シール面、５４ｃ…弁座、５４ｄ…定寸部、５４ｅ，５４ｅ１…切り欠き部、６１…弁体、６１ａ…貫通孔、７０…シール部材、７１…基部、７２…先端部、７２ａ，７２ｂ…２つの面、７３…連結部、７４…抜け防止部材、８０…アクチュエータ、８１…ダイヤフラム、８２…ばね、
Ｒ１…変圧室、Ｒ２…大気圧室。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁座を備えたシール面を有するボディーと、
第１流路と第２流路を連通、遮断する弁体と、
前記弁体に取り付けられ前記弁座に当接してシールするシール部材と、
前記弁体を駆動させて前記第１流路と前記第２流路との間の流通状態を切り替えるアクチュエータと、を備えた燃料電池用ガス遮断弁であって、
前記シール部材は、弾性材で環状に形成され、
前記シール部材の基部は、前記弁体に固定され、
前記シール部材の先端部は、相対する２つの面が先細となるように傾斜する形状に形成されるとともに、前記先端部が前記弁座に接触した時点に前記２つの面のなす角の断面２等分線と前記シール面とのなす角が鋭角または鈍角となるように形成されていることを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項２】
請求項１において、前記シール部材の先端部は非対称に形成されるとともに、前記シール面は前記シール部材の環状先端を含む平面に対して水平に形成されることを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項３】
請求項１において、前記シール部材の先端部は対称に形成されるとともに、前記シール面は前記シール部材の環状先端を含む平面に対して傾斜するように形成されることを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項において、前記シール部材の先端部は、前記２つの面の断面２等分線と前記シール面とのなす角のうち圧力が小さい流路側のなす角が鋭角となるように形成されていることを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項において、前記２つの面は、これらいずれかの面と前記シール部材の環状先端を含む平面とのなす角が鋭角となるように形成されていることを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項において、前記シール部材の基部は、前記先端部より幅広の台状に形成され、前記先端部の両側面のうち少なくとも一方側に段部が形成されていることを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項において、前記弁体には、前記シール部材の基部が固定される面から反対側の面まで貫通する複数の貫通孔が形成され、
前記シール部材の基部は、前記貫通孔を貫通する連結部を介して前記反対側の面に設けられ前記貫通孔より大きく前記弁体より小さい抜け防止部材に連結されて前記弁体に固定されていることを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一項において、
前記ボディーおよび前記弁体の何れか一方に形成された定寸部を備え、
前記定寸部は、他方の該定寸部に対向する部分と当接することで、前記シール部材の潰し代を規定するように形成されたことを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項９】
請求項８において、前記定寸部を前記ボディーに形成した場合、前記定寸部に１つ以上の切り欠き部を設けたことを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項１０】
請求項９において、前記切り欠き部の少なくとも１つは、前記第１流路に流体が流入する流入口に対向する位置に配置されていることを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項１】
弁座を備えたシール面を有するボディーと、
第１流路と第２流路を連通、遮断する弁体と、
前記弁体に取り付けられ前記弁座に当接してシールするシール部材と、
前記弁体を駆動させて前記第１流路と前記第２流路との間の流通状態を切り替えるアクチュエータと、を備えた燃料電池用ガス遮断弁であって、
前記シール部材は、弾性材で環状に形成され、
前記シール部材の基部は、前記弁体に固定され、
前記シール部材の先端部は、相対する２つの面が先細となるように傾斜する形状に形成されるとともに、前記先端部が前記弁座に接触した時点に前記２つの面のなす角の断面２等分線と前記シール面とのなす角が鋭角または鈍角となるように形成されていることを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項２】
請求項１において、前記シール部材の先端部は非対称に形成されるとともに、前記シール面は前記シール部材の環状先端を含む平面に対して水平に形成されることを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項３】
請求項１において、前記シール部材の先端部は対称に形成されるとともに、前記シール面は前記シール部材の環状先端を含む平面に対して傾斜するように形成されることを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項において、前記シール部材の先端部は、前記２つの面の断面２等分線と前記シール面とのなす角のうち圧力が小さい流路側のなす角が鋭角となるように形成されていることを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項において、前記２つの面は、これらいずれかの面と前記シール部材の環状先端を含む平面とのなす角が鋭角となるように形成されていることを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項において、前記シール部材の基部は、前記先端部より幅広の台状に形成され、前記先端部の両側面のうち少なくとも一方側に段部が形成されていることを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項において、前記弁体には、前記シール部材の基部が固定される面から反対側の面まで貫通する複数の貫通孔が形成され、
前記シール部材の基部は、前記貫通孔を貫通する連結部を介して前記反対側の面に設けられ前記貫通孔より大きく前記弁体より小さい抜け防止部材に連結されて前記弁体に固定されていることを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一項において、
前記ボディーおよび前記弁体の何れか一方に形成された定寸部を備え、
前記定寸部は、他方の該定寸部に対向する部分と当接することで、前記シール部材の潰し代を規定するように形成されたことを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項９】
請求項８において、前記定寸部を前記ボディーに形成した場合、前記定寸部に１つ以上の切り欠き部を設けたことを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【請求項１０】
請求項９において、前記切り欠き部の少なくとも１つは、前記第１流路に流体が流入する流入口に対向する位置に配置されていることを特徴とする燃料電池用ガス遮断弁。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−１３２９７４（Ｐ２０１１−１３２９７４Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９０５０１（Ｐ２００９−２９０５０１）
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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