燃料電池用電磁弁
【課題】エア等の流体の流量を調節可能な燃料電池用電磁弁を提供する。
【解決手段】燃料電池用電磁弁１は、流体が導入される導入ポート１０ａと、流体が導出される導出ポート１０ｂと、導入ポート１０ａと導出ポート１０ｂとの間に設けられた連通室１０ｃと、連通室と導出ポートとを連通させる第一の連通路Ｒ１と、第一の連通路Ｒ１の連通室１０ｃ側開口に設けられた弁座面９１ａと、連通室１０ｃに収容されているとともに、弁座面９１ａに対して離座・着座可能に設けられた弁部７０と、連通室１０ｃと導出ポート１０ｂとを連通させる第二の連通路Ｒ２と、を備え、第一の連通路Ｒ１は、弁座面９１ａに対する弁部７０の離座・着座によって開閉され、第二の連通路Ｒ２は、常に連通室１０ｃと導出ポート１０ｂとを連通させるように開放されている。
【解決手段】燃料電池用電磁弁１は、流体が導入される導入ポート１０ａと、流体が導出される導出ポート１０ｂと、導入ポート１０ａと導出ポート１０ｂとの間に設けられた連通室１０ｃと、連通室と導出ポートとを連通させる第一の連通路Ｒ１と、第一の連通路Ｒ１の連通室１０ｃ側開口に設けられた弁座面９１ａと、連通室１０ｃに収容されているとともに、弁座面９１ａに対して離座・着座可能に設けられた弁部７０と、連通室１０ｃと導出ポート１０ｂとを連通させる第二の連通路Ｒ２と、を備え、第一の連通路Ｒ１は、弁座面９１ａに対する弁部７０の離座・着座によって開閉され、第二の連通路Ｒ２は、常に連通室１０ｃと導出ポート１０ｂとを連通させるように開放されている。
【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いて、燃料電池からガス及び／又は水を外部へと排出する燃料電池用電磁弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体高分子膜型燃料電池は、固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して構成されたスタック（以下、燃料電池という）を備えており、アノードに燃料として水素が供給され、カソードに酸化剤としてエアが供給されて、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで電気化学反応を起こして発電するようになっている。
【０００３】
このような燃料電池装置は、例えば、燃料電池のカソード側に反応ガスとしてエアを供給するためのエアコンプレッサ等を備え、さらに、このエアの圧力を信号圧として、エアの圧力に応じた圧力で燃料電池のアノード側に反応ガスとして水素を供給する圧力制御弁を備え、燃料電池のカソード側に対するアノード側の反応ガスの圧力を所定圧に調圧して所定の発電効率を確保すると共に、燃料電池に供給される反応ガスの流量を制御することで所定の出力が得られるように設定されている。
【０００４】
そこで、本出願人は、燃料電池内におけるエア流路及び／又は水素流路の適宜の位置に設けられ、燃料電池の外部にエア、水素又は水を排出する燃料電池用電磁弁を提案している（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５３２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
かかる燃料電池用電磁弁は、エア等が流通可能な開弁状態と、エア等が流通不能な閉弁状態と、を切換可能な弁である。ところで、燃料電池システムが複雑化・高機能化するにつれて、燃料電池用電磁弁には様々な機能が望まれるようになってきている。例えば、燃料電池から排出された水素を希釈する希釈器に、希釈用のエアを供給する際に、供給されるエアの流量を調節したいという要望がある。
【０００７】
本発明は、前記要望を鑑みて創案されたものであり、エア等の流体の流量を調節可能な燃料電池用電磁弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明は、流体が導入される導入ポートと、前記流体が導出される導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとの間に設けられた連通室と、前記連通室と前記導出ポートとを連通させる第一の連通路と、前記第一の連通路の連通室側開口に設けられた弁座と、前記連通室に収容されているとともに、前記弁座に対して離座・着座可能に設けられた弁部と、前記連通室と前記導出ポートとを連通させる第二の連通路と、を備え、前記第一の連通路は、前記弁座に対する前記弁部の離座・着座によって開閉され、前記第二の連通路は、常に前記連通室と前記導出ポートとを連通させるように開放されていることを特徴とする。
【０００９】
かかる燃料電池用電磁弁は、弁部が弁座に着座した状態（第一の状態）では、第一の連通路が閉塞され、第二の連通路のみを介して流体を排出し、弁部が弁座から離座した状態（第二の状態）では、第一の連通路及び第二の連通路を介して流体を排出する。したがって、前記燃料電池用電磁弁は、流体の流量を調節することができる。
【００１０】
また、前記弁座は、前記第二の連通路の連通室側開口よりも前記弁部側に突設されていることが望ましい。
【００１１】
かかる燃料電池用電磁弁は、弁座が第二の連通路の連通室側開口よりも弁部側に突設されているので、弁部が弁座に着座した状態（第一の状態）であっても、弁部と第二の連通路の連通室側開口との間にクリアランスが生じている。したがって、前記燃料電池用電磁弁は、弁部が磨耗した場合等であっても、弁部によって第二の連通路が閉塞されることなく、第二の連通路を介した流体の排出を好適に行うことができる。
【００１２】
また、前記燃料電池用電磁弁は、前記弁部が前記弁座から離座した際に、前記弁部と当接することによって前記弁部の移動を規制する移動規制部をさらに備え、前記弁部は、弁基部と、前記弁基部の外周に取り付けられており、前記移動規制部と対向する弾性体部と、を備えており、前記弾性体部の前記移動規制部と対向する面は、前記移動規制部と当接可能な当接部と、前記当接部が前記移動規制部と当接した状態において前記移動規制部から離間している凹部と、を備えており、前記当接部は、放射状に延びているとともに、前記弾性体部の軸中心に対して周方向に複数設けられていることが望ましく、複数の前記当接部は、その内径側端部が前記弾性体部の内径側端部よりも外径側で立ち上がるように形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、エア等の流体の流量を調節可能な燃料電池用電磁弁を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
続いて、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁を備える燃料電池システムの構成図である。かかる燃料電池システム２００は、例えば、自動車等の車両に搭載される。
【００１５】
図１に示すように、燃料電池システム２００は、燃料電池２１１と、内部に高圧の水素ガスが充填されており、燃料電池２１１に対して燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素タンク２１２と、燃料電池２１１に対して酸化剤ガス（酸素）を含む圧縮エアを供給するエアコンプレッサ２１３と、燃料電池２１１から排出された水素ガスを、燃料電池２１１から排出されたエア及びエアコンプレッサ２１３から供給されたエアによって希釈する希釈器２１４と、を備えている。
【００１６】
燃料電池２１１は、例えば、固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）であり、図示しない燃料電池自動車等の車両に搭載される。この燃料電池２１１は、複数の単セルが積層して構成されたスタック本体（図示せず）を有しており、燃料ガスとして水素ガスが供給されるアノードと、酸化剤ガスとして、例えば、酸素を含むエアが供給されるカソードと、を備えている。
【００１７】
水素タンク２１２と燃料電池２１１との間には、水素供給通路２０１が設けられており、水素供給通路２０１中には、エゼクタ２１５が配設されている。このエゼクタ２１５には、燃料電池２１１から排出された燃料オフガスである未反応の水素（以下、水素オフガスという）をフィードバックさせる循環通路２０２が接続されており、燃料電池２１１からフィードバックされた水素オフガスを水素タンク２１２から供給される水素ガスに混合させて、燃料電池２１１のアノードに供給する装置である。
【００１８】
エアコンプレッサ２１３と燃料電池２１１との間には、エア供給通路２０３が設けられており、エア供給通路２０３中には、エアコンプレッサ２１３から供給されたエアを加湿する加湿器２１６が配設されている。加湿器２１６によって加湿されたエアは、エア供給通路２０３を介して燃料電池２１１のカソードに供給される。
【００１９】
燃料電池２１１と希釈器２１４との間には、燃料電池２１１のアノードから排出された水素ガスを希釈器２１４に送る水素ガス排出通路２０４が設けられている。なお、水素ガス排出通路２０４において、循環通路２０２との分岐の下流側には、図示しないパージ弁が設けられており、かかるパージ弁によって水素ガス排出通路２０４を開閉することによって、水素オフガスの流れる方向を切り替えることが可能である。
【００２０】
燃料電池２１１と希釈器２１４との間には、燃料電池２１１のカソードから排出されたエアを希釈器２１４に送るエア排出通路２０５が設けられている。
エアコンプレッサ２１３と希釈器２１４との間には、エアコンプレッサ２１３からのエアを希釈器２１４の供給するエア供給通路２０６が設けられている。エア供給通路２０６中には、当該エア供給通路２０６を部分的に開閉する燃料電池用電磁弁１が設けられている。
【００２１】
次に、前記燃料電池システム２００に組み込まれた燃料電池用電磁弁１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。図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁の構造を説明するための断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る弾性部材を説明するための図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。図４は、本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁の動作を説明するための要部断面図であり、（ａ）は閉弁状態を示す図、（ｂ）は開弁状態を示す図である。
【００２２】
この燃料電池用電磁弁１は、エアコンプレッサ２１３で圧縮されたエアを希釈器２１４に供給するための弁であり、図２に示すように、バルブボディ１０と、ガイドボディ２０と、カラーガイド３０と、樹脂封止体４０と、ハウジング５０と、ソレノイド部６０と、弾性部材８０を有する弁体７０と、弁座部材９０と、を備えている。
【００２３】
＜バルブボディ１０＞
図２に示すように、バルブボディ１０は、エアコンプレッサ２１３（図１参照）で圧縮されたエア）が導入される導入ポート１０ａと、導入されたエアが外部へと導出される導出ポート１０ｂと、を有する。バルブボディ１０は、金属製材料（例えば、ステンレス鋼）から形成されており、その内部に弁体７０が変位自在（ここでは、図の上下方向に変位自在）に設けられている。
【００２４】
導入ポート１０ａは、エアコンプレッサ２１３で圧縮されたエアが供給される通路であり、バルブボディ１０の内部に形成される連通室１０ｃと、当該連通室１０ｃの側壁１０ｃ１にて連通している。また、導入ポート１０ａ内には、塵埃等の除去するためのフィルタＦが配設されている。このフィルタＦは、下方から供給されたエアに含有された塵埃等を当該フィルタＦの下面で捕捉するので、捕捉された塵埃は、自重によって下方に落下する。したがって、フィルタＦは目詰まりを起こすことがない。
【００２５】
導出ポート１０ｂは、連通室１０ｃ内のエアが導出される通路であり、連通室１０ｃの底壁１０ｃ２に形成された孔部１０ｄに圧入された弁座部材９０内の第一の連通路Ｒ１を介して、連通室１０ｃと連通している。また、導出ポート１０ｂは、連通室１０ｃの底壁１０ｃ２に形成された第二の連通路Ｒ２を介して、連通室１０ｃと連通している。この第一の連通路Ｒ１が開口する弁座部材９０の上面は、後記する弁体７０の着座部８１が着座・離座する弁座面（弁座）９１ａとして機能している。
【００２６】
＜ガイドボディ２０及びカラーガイド３０＞
ガイドボディ２０は、バルブボディ１０の上部に連結され、その内部に後記する可動コア６４が軸線方向に沿って変位自在に設けられる。ガイドボディ２０は、筒状に形成され、内部に可動コア６４が変位自在に設けられる円筒部２１と、当該円筒部２１より半径外方向に突出し、バルブボディ１０の上部に連結ボルトＢ１を介して連結されるフランジ部２２と、を備えている。なお、フランジ部２２には、周方向に所定間隔離間して形成される複数の孔部（図示せず）を介して連結ボルトＢ１が挿通され、当該連結ボルトＢ１がバルブボディ１０の上面に螺合されることにより、ガイドボディ２０とバルブボディ１０とが一体的に連結されている。
【００２７】
円筒部２１の下部は、バルブボディ１０の内部に挿入され、前記円筒部２１とフランジ部２２とが接合する角部とバルブボディ１０との間には、シール部材Ｓ１が装着されている。これにより、円筒部２１が挿入されるバルブボディ１０の内部の気密が確実に保持される。
【００２８】
また、円筒部２１の内部には、略同一直径から筒状に形成されるカラーガイド３０の一端部側が挿入され、当該カラーガイド３０の一端部に形成される鍔部３１が円筒部２１の下部に装着されている。このカラーガイド３０は、後記する可動コア６４を上下方向に沿って案内するガイド機能を有しており、金属製材料から薄板円筒状に形成され、半径外方向に突出した鍔部３１の上面が、円筒部２１の下面に当接した状態でレーザ溶接等によって強固に固着されている。これにより、円筒部２１の内周面がカラーガイド３０によって覆われる。鍔部３１には、周方向に沿って複数の孔部３１ａが配列されており、孔部３１ａを介して、エアが鍔部３１の内側及び外側に流通可能となっている。
【００２９】
また、カラーガイド３０の鍔部３１は、弁体７０がガイドボディ２０側に向かって変位した際の変位を規制するストッパ機能を備えている。鍔部３１の下面（弾性部材８０と対向する面）は、平面形状を呈している。また、カラーガイド３０の表面は、フッ素コーティング被膜（図示せず）によって被覆されている。
【００３０】
また、カラーガイド３０の他端部は、ガイドボディ２０の円筒部２１から突出するように上方に向かって所定長だけ延在し、ソレノイド部６０のボビン６２（後記する）の内部に挿通されている。
【００３１】
＜樹脂封止体４０＞
樹脂封止体４０は、後記するコイル６１及びボビン６２からなるコイル巻線体が樹脂製材料によってモールドされることによって形成され、ガイドボディ２０の上部に連結されている。この樹脂封止体４０の側面には、ソレノイド部６０に電流を供給するための電源（図示せず）に接続されるコネクタ部４１が設けられ、当該コネクタ部４１には、その内部に一端部が露呈するように金属製材料からなる端子（図示せず）が設けられている。そして、かかる端子は、樹脂封止体４０の内部を介してソレノイド部６０のコイル６１へと接続されている。なお、端子は、図示しないリード線を介して前記電源と接続されている。
【００３２】
樹脂封止体４０の上面には、半径内方向に張り出した張出部４２が形成され、当該張出部４２の上面に形成された環状溝を介してＯリングＡ１が装着されている。そして、ＯリングＡ１が樹脂封止体４０と後記するハウジング５０との間で挟持されることにより、樹脂封止体４０とハウジング５０との間の気密が保持される。
【００３３】
＜ハウジング５０＞
ハウジング５０は、磁性体からなる金属製材料より断面略Ｕ字状に形成され、樹脂封止体４０及びガイドボディ２０の一部を上部から覆うように装着されている。ハウジング５０の上部には、略中央部に孔部５１が形成されており、孔部５１には、後記する固定コア６３の上面に設けられるねじ部６３ａが挿通されている。このように、ハウジング５０を断面略Ｕ字状に形成することにより、軽量化を図ることができると共に、使用される材料の量を削減することができるためコストの低減を図ることも可能である。
【００３４】
また、ハウジング５０には、軸線方向に沿って略長方形状に切り欠かれた開口部５２が形成されており、コネクタ部４１は、かかる開口部５２を介してハウジング５０の外側に突出している。
【００３５】
＜ソレノイド部６０＞
ソレノイド部６０は、図２に示すように、樹脂封止体４０の内部に配設され、外周面にコイル６１が巻回されたボビン６２と、樹脂封止体４０の上部にキャップナットＣ１を介して一体的に連結される固定コア６３と、固定コア６３と対向し、ボビン６２の内部を軸線方向に沿って変位自在に設けられる可動コア６４と、固定コア６３と可動コア６４との間に介装されるリターンスプリング６５と、を備えている。
【００３６】
ボビン６２は、樹脂封止体４０の内周面に当接するように設けられ、その上端部及び下端部には半径外方向へと拡径した第１拡径部６２ａ及び第２拡径部６２ｂがそれぞれ形成されている。そして、ボビン６２は、第１拡径部６２ａと第２拡径部６２ｂとの間にコイル６１が巻回された状態で樹脂封止体４０の内部にモールドされている。
【００３７】
また、ボビン６２の略中央部には、軸線方向に沿って貫通した挿通孔６２ｃが形成されており、当該挿通孔６２ｃには、ガイドボディ２０の円筒部２１に固着されたカラーガイド３０が挿通されると共に、挿通孔６２ｃの上部には磁性体からなる金属製材料により円柱状に形成された固定コア６３が挿入されている。なお、挿通孔６２ｃの内周径は、前記カラーガイド３０の外周径と略同等となるように形成されている。
【００３８】
固定コア６３は、その上部に形成されたねじ部６３ａが、ハウジング５０の孔部５１に挿通された後に、ワッシャＷ１が挿通されてキャップナットＣ１が螺合される。これにより、固定コア６３が樹脂封止体４０に一体的に連結される。
【００３９】
また、固定コア６３の外周面の可動コア６４側には、縮径した縮径部６３ｂが形成されており、縮径部６３ｂには、ガイドボディ２０に固着されたカラーガイド３０の他端部が装着される。詳細には、カラーガイド３０は、固定コア６３に対してレーザ溶接で溶着されることにより、固定コア６３に対して強固に固着されている。
【００４０】
これにより、固定コア６３、ガイドボディ２０及びカラーガイド３０という３部品をレーザ溶接等によって一体化することができるため、予め一体化された固定コア６３、ガイドボディ２０及びカラーガイド３０を他部品に組み付けることが可能となり、組み付ける際の組付工数の低減及び作業性の向上を図ることが可能となる。
【００４１】
さらに、固定コア６３の縮径部６３ｂは、カラーガイド３０の厚さ分だけ半径内方向に縮径して形成されているため、縮径部６３ｂに装着されたカラーガイド３０の外周面が、固定コア６３の外周面と略面一となる。そして、固定コア６３の下方には、カラーガイド３０を介して可動コア６４が挿入されている。
【００４２】
固定コア６３の下面には、その略中央部に可動コア６４側に向かって突出した凸部６３ｃが形成されており、可動コア６４との間に介装されるリターンスプリング６５の一端部が係着されている。
【００４３】
可動コア６４は、磁性体からなる金属製材料によって円筒状に形成され、固定コア６３側となる一端部には所定深さで窪んだスプリング受穴６４ａが形成されている。スプリング受穴６４ａと当該スプリング受穴６４ａと対向する固定コア６３の凸部６３ｃとの間には、リターンスプリング６５が介装されており、リターンスプリング６５の弾発力は、可動コア６４を固定コア６３から離間させる方向に付勢している。
【００４４】
また、可動コア６４の外周面には、複数の溝部６４ｂが軸線方向に沿って形成されており、これらの溝部６４ｂは、可動コア６３の周方向に沿って所定間隔離間して形成されている。溝部６４ｂは、例えば、断面略Ｖ字状となるように形成されている。
【００４５】
このように、可動コア６４の外周面に沿って溝部６４ｂを形成することにより、可動コア６４が軸線方向に沿って変位する際に、可動コア６４と固定コア６３との間に存在するエアを、溝部６４ｂを通じて弁体７０側へと通気させることができる。そのため、可動コア６４と固定コア６３との間のエアによって可動コア６４の変位抵抗が生じることがなく、可動コア６４を円滑に変位させることが可能となる。
【００４６】
一方、可動コア６４の内部には、その他端部側に弁体７０が連結される小径孔６４ｃと、小径孔６４ｃよりも拡径して形成される大径孔６４ｄとが形成されている。なお、リターンスプリング６５が介装されるスプリング受穴６４ａと小径孔６４ｃ及び大径孔６４ｄとは連通している。
【００４７】
＜弁体７０及び弁座部材９０＞
弁体７０は、可動コア６４に連結されるシャフト部（軸部）７１と、当該シャフト部７１の下部に形成され、バルブボディ１０における本体部１１の弁座面１０ｃに着座・離座自在に設けられる弁部７２と、を備えている。
【００４８】
シャフト部７１は、金属製材料から形成されており、可動コア６４の小径孔６４ｃに圧入される第１軸７１ａと、当該第１軸７１ａよりも拡径して可動コア６４の大径孔６４ｄに挿入される第２軸７１ｂと、当該第２軸７１ｂよりもさらに拡径して形成され、可動コア６４の下端面に係止される第３軸７１ｃと、を備えている。このように、シャフト部７１ａの第１軸７１ａが可動コア６４の小径孔６４ｃに対して圧入されているため、弁体７０と可動コア６４とが強固に連結された状態となる。
【００４９】
弁部７２は、バルブボディ１０の連通室１０ｃに配設され、シャフト部７１の第３軸７１ｃの下部に形成されて当該第３軸７１ｃよりも拡径した拡径部（弁基部）７２ａと、当該拡径部７２ａを取り囲むように外装された弾性材料（例えば、フッ素ゴム）からなる弾性部材（弾性体部）８０と、を備えている。
【００５０】
拡径部７２ａは、略円盤状に形成され、その外周径は、連通室１１ｄの内周径より小さく形成される。また、拡径部７２ａには、その上下面間を貫通する複数の連通孔７２ｂが所定間隔離間して形成されている。
【００５１】
一方、弾性部材８０は、前記拡径部７２ａを図示しない成形型の内部に載置し、前記成形型に弾性材料を充填させて固化させることにより、拡径部７２ａの全体を覆うように形成される（弾性材料の連通孔７２ｂへの充填を含む）。
【００５２】
この弾性部材８０は、拡径部７２ａの外周面及び下面側に略一定の厚さとなるように形成されている。弾性部材８０は、拡径部７２ａの上面と下面とを連通する複数の連通孔７２ｂに充填されているため、弾性部材８０が拡径部７２ａから脱落することが防止される。このように、弁体７０は、拡径部７２ａが弾性部材８０の中心に設けられる構造としているため、弾性材料からなる弾性部材８０の強度を向上させることができる。
【００５３】
また、弾性部材８０の下部には、その略中央部に環状に突出した着座部（環状突部）８１が形成されており、着座部８１の直径は、弁座部材９０に開口した第一の連通路Ｒ１の内径よりも大きく形成される。すなわち、着座部８１が弁座部材９０の弁座面９１ａに当接し、弁座面９１ａに開口する第一の連通路Ｒ１の外周部位を覆うことにより、第一の連通路Ｒ１における連通室１０ｃと導出ポート１０ｂとの連通状態が遮断される。
【００５４】
弾性部材８０の着座部８１よりも内周側において、拡径部７２ａの底面は、弾性部材８０によって覆われずに露出している。
【００５５】
弾性部材８０は、図３に示すように、鍔部３１と対向する上面側に、鍔部３１と当接可能な当接部８２と、当接部８２が鍔部３１と当接した状態において鍔部から離間している凹部８３と、を備える。この弾性部材８０において、凹部８３は、弾性部材８０の軸中心に対して周方向に等間隔となるように複数設けられており、放射状に延びている（本実施形態では、９０度ごとに計４個）。
【００５６】
当接部８２の内径側端部８２ａは、鍔部３１の内径側端部と外径側端部との間又は鍔部３１の内径側端部よりも内側に位置し、当接部８２の外径側端部８２ｂは、弾性部材８０の外周面まで延びている。燃料電池用電磁弁１は、かかる形状の凹部８３を採用することによって、弾性部材８０の当接部８２が鍔部３１と当接した状態において、凹部８３内のエアが凹部８３外へと流通可能となる。また、燃料電池用電磁弁１は、かかる形状の当接部８２を採用することによって、弾性部材８０の当接部８２が鍔部３１と当接した際の衝撃を、当接部８２の外径側端部８２ｂだけでなく内径側端部８２ａにも逃がすことができる。また、当接部８２の内径側面及び一対の側面は、それぞれテーパ面８２ｃ及びテーパ面８２ｄ，８２ｄとなっている。また、当接部８２及び凹部８３の内側となる中央部８４の外周面は、テーパ面８４ａとなっている。テーパ面８２ｃ及びテーパ面８４ａは、Ｖ字形状の切欠きを構成している。
【００５７】
凹部８３の内径側端部８３ａは、鍔部３１の内径側端部よりも内側に位置し、凹部８３の外径側端部８３ｂは、弾性部材８０の外周面に向かって開放されている。かかる形状の凹部８３を採用することによって、弾性部材８０の当接部８２が鍔部３１と当接した状態において、凹部８３内のエアが凹部８３外へと流通可能となる。
【００５８】
弁座部材９０は、図２に示すように、バルブボディ１０の孔部１０ｄに圧入される金属製（例えば、ＳＵＳ製）部材であり、円筒部９１と、フランジ部９２と、を備えている。円筒部９１は、その内部に第一の連通路Ｒ１を備えるとともに、その上面が弁座面９１ａとなっている。フランジ部９２は、円筒部９１の上端部近傍に設けられており、弁座部材９０をバルブボディ１０の孔部１０ｄに圧入した状態において、バルブボディ１０の底壁１０ｃ２と当接する。また、弁座部材９０の表面は、フッ素コーティング被膜（図示せず）によって被覆されている。
【００５９】
燃料電池用電磁弁１は、弁座部材９０の弁座面９１ａが第二の連通路Ｒ２の連通室１０ｃ側開口よりも弁部７０側に突設されているので、弁体７０が弁座面９１ａに着座した状態（第一の状態）であっても、弁体７０と第二の連通路Ｒ２の連通室１０ｃ側開口との間にクリアランスが生じている。したがって、燃料電池用電磁弁１は、弁体７０の着座部８１が磨耗した場合等であっても、弁体７０によって第二の連通路Ｒ２が閉塞されることなく、第二の連通路Ｒ２を介したエアの排出を好適に行うことができる。
【００６０】
本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁１は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００６１】
図１及び図２に示すように、燃料電池システム２００において燃料電池用電磁弁１は、エア供給路２０６中に設けられており、燃料電池用電磁弁１の導入ポート１０ａは、エア供給路２０６の上流側と接続されている。そして、導出ポート１０ｂは、パイプＰを介してエア供給路２０６の下流側と接続されている。
【００６２】
図４（ａ）は、燃料電池用電磁弁１の部分拡大図であり、コイル６１に対してコネクタ部４１を介して電流を供給していない非励磁状態にあり、弁体７０の着座部８１が、弁座部材９０の上面１１ｂに形成された弁座面１０ｃに着座して、第一の連通路Ｒ１における導入ポート１０ａと導出ポート１０ｂとの連通が遮断されたオフ状態（第一の状態）を示している。なお、かかるオフ状態においても、導入ポート１０ａから導入室１０ｃへ導入されたエアは、第二の連通路Ｒ２を介して導出ポート１０ｃへと流通可能である。
【００６３】
このようなオフ状態において、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御装置）による駆動制御によって、図示しない電源を付勢してコネクタ部４１の端子を介してコイル６１に通電することによりコイル６１が励磁され、その励磁作用下に磁束がコイル６１から可動コア６４へと向かい、再びコイル６１へと復帰して周回するように発生する。
【００６４】
そして、図４（ｂ）に示すように、可動コア６４がリターンスプリング６５の弾発力に抗して軸線方向に沿って上方へと変位し、弁体７０の着座部８１が弁座部材９０の弁座面９１ａから離座する。
【００６５】
そして、弁体７０の拡径部７２ａに装着された弾性部材８０の上面が、カラーガイド３０の鍔部３１に当接して変位終端位置となる。なお、その際、弾性材料からなる弾性部材８０によって弁体７０が変位終端位置まで変位した際の衝撃が緩和されると共に、その当接音が低減される。その結果、燃料電池用電磁弁１がオフ状態からオン状態（第二の状態）へと切り換わる。かかるオン状態においては、導入ポート１０ａから導入室１０ｃへ導入されたエアは、第一の連通路Ｒ１及び第二の連通路Ｒ２を介して導出ポート１０ｃへと流通可能である。
【００６６】
このように、開弁状態である第二の状態では、導入ポート１０ａから連通室１０ｃの内部に導入されたエアが、第一の連通路Ｒ１及び第二の連通路Ｒ２を介して連通路１２ａから導出ポート１０ｂを通じて外部へと排出されるので、第二の連通路Ｒ２のみを介してエアが排出される閉弁状態である第一の状態と比べて、より多くのエアが排出可能、すなわち、希釈器２１４へ供給可能である。
【００６７】
また、このようなオン状態において、エアの排出量を抑制したい場合には、再び弁体７０の着座部８１を弁座部材９０の弁座面９１ａに着座させて、第一の連通路Ｒ１における導入ポート１０ａと導出ポート１０ｂとの連通が遮断されたオフ状態とする。
【００６８】
この場合には、図示しない電源からコイル６１に通電されていた電流の供給を停止することにより当該コイル６１が非励磁状態となり、可動コア６４に付勢されていた上方への変位力が滅勢される。
【００６９】
そのため、可動コア６４がリターンスプリング６５の弾発力によって下方へと押圧され、弁体７０における弾性部材８０の上面が鍔部３１の下面から離間する。その際、弾性部材８０の上面には、鍔部３１の下面と当接した状態において、当該弾性部材８０の上面に形成された凹部８３によって弾性部材８０の上面と鍔部３１の下面との間に予め非接触部分（空間）が設けられる。そのため、弁体７０の弾性部材８０と鍔部３１とが貼り付くことが防止され、弁体７０を下方へと変位させる際、弾性部材８０を鍔部３１から確実かつ容易に離間させることができる。また、固定側の鍔部３１ではなく可動側の弁部７２側に凹部８３を設け、可動側が凹部８３の分だけ軽量化されるので、弁体７２の動作がより円滑となり、弾性部材８０を鍔部３１から確実かつ容易に離間させることができる。
【００７０】
そして、弁体７０の着座部８１が、弁座部材９０の弁座面９１ａに着座し、環状の着座部８１によって第一の連通路Ｒ１の外周部位が閉塞されることにより、第一の連通路Ｒ１を介した導入ポート１０ａから導出ポート１０ｂへのエアの流通が遮断される。その結果、燃料電池用電磁弁１から希釈器２１４側へのエアの排出は、第二の連通路Ｒ２のみを介して行われることになり、エアの排出量が低減される。
【００７１】
前記燃料電池用電磁弁１は、弾性部材８０が複数の凹部８３を備えているので、弾性部材８０が鍔部３１に当接した際に、弾性部材８０が鍔部３１に対して貼着されることが防止される。また、前記排出弁１は、弾性部材８０の鍔部３１と対向する面に凹部８３を備えているので、弾性部材８０と鍔部３１との当接面積を減少させることができ、それによって当接音を低減することができる。さらに、前記燃料電池用電磁弁１は、弾性部材８０の鍔部３１と対向する面に凹部８３を備えているので、弾性部材８０の鍔部３１との当接面が柔らかく、弾性変形しやすくなり、それによって当接音をさらに抑制することができる。さらに、前記燃料電池用電磁弁１は、金属製の鍔部３１ではなく樹脂、ゴム等から形成可能な弾性部材８０に凹部８３を備えるので、容易に製造可能である。
【００７２】
以上、本発明の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定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜設計変更可能である。例えば、本発明の燃料電池用電磁弁１は、エアを排出するための弁だけではなく、水や、水素等の流体（圧力流体を含む）を排出するための弁にも適用可能である。また、弾性部材８０の当接部８２及び凹部８３の数、形状等は図示したものに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁を備える燃料電池システムのブロック構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁の構造を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る弾性部材を説明するための図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁の動作を説明するための要部断面図であり、（ａ）は閉弁状態を示す図、（ｂ）は開弁状態を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 燃料電池用電磁弁
１０ａ 導入ポート
１０ｂ 導出ポート
１０ｃ 連通室
７２ 弁部
７２ａ 拡径部（弁基部）
８０ 弾性部材（弾性体部）
８２ 当接部
８３ 凹部
９１ａ 弁座面（弁座）
Ｒ１ 第一の連通路
Ｒ２ 第二の連通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、燃料電池システムにおいて、燃料電池からガス及び／又は水を外部へと排出する燃料電池用電磁弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体高分子膜型燃料電池は、固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して構成されたスタック（以下、燃料電池という）を備えており、アノードに燃料として水素が供給され、カソードに酸化剤としてエアが供給されて、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで電気化学反応を起こして発電するようになっている。
【０００３】
このような燃料電池装置は、例えば、燃料電池のカソード側に反応ガスとしてエアを供給するためのエアコンプレッサ等を備え、さらに、このエアの圧力を信号圧として、エアの圧力に応じた圧力で燃料電池のアノード側に反応ガスとして水素を供給する圧力制御弁を備え、燃料電池のカソード側に対するアノード側の反応ガスの圧力を所定圧に調圧して所定の発電効率を確保すると共に、燃料電池に供給される反応ガスの流量を制御することで所定の出力が得られるように設定されている。
【０００４】
そこで、本出願人は、燃料電池内におけるエア流路及び／又は水素流路の適宜の位置に設けられ、燃料電池の外部にエア、水素又は水を排出する燃料電池用電磁弁を提案している（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５３２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
かかる燃料電池用電磁弁は、エア等が流通可能な開弁状態と、エア等が流通不能な閉弁状態と、を切換可能な弁である。ところで、燃料電池システムが複雑化・高機能化するにつれて、燃料電池用電磁弁には様々な機能が望まれるようになってきている。例えば、燃料電池から排出された水素を希釈する希釈器に、希釈用のエアを供給する際に、供給されるエアの流量を調節したいという要望がある。
【０００７】
本発明は、前記要望を鑑みて創案されたものであり、エア等の流体の流量を調節可能な燃料電池用電磁弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明は、流体が導入される導入ポートと、前記流体が導出される導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとの間に設けられた連通室と、前記連通室と前記導出ポートとを連通させる第一の連通路と、前記第一の連通路の連通室側開口に設けられた弁座と、前記連通室に収容されているとともに、前記弁座に対して離座・着座可能に設けられた弁部と、前記連通室と前記導出ポートとを連通させる第二の連通路と、を備え、前記第一の連通路は、前記弁座に対する前記弁部の離座・着座によって開閉され、前記第二の連通路は、常に前記連通室と前記導出ポートとを連通させるように開放されていることを特徴とする。
【０００９】
かかる燃料電池用電磁弁は、弁部が弁座に着座した状態（第一の状態）では、第一の連通路が閉塞され、第二の連通路のみを介して流体を排出し、弁部が弁座から離座した状態（第二の状態）では、第一の連通路及び第二の連通路を介して流体を排出する。したがって、前記燃料電池用電磁弁は、流体の流量を調節することができる。
【００１０】
また、前記弁座は、前記第二の連通路の連通室側開口よりも前記弁部側に突設されていることが望ましい。
【００１１】
かかる燃料電池用電磁弁は、弁座が第二の連通路の連通室側開口よりも弁部側に突設されているので、弁部が弁座に着座した状態（第一の状態）であっても、弁部と第二の連通路の連通室側開口との間にクリアランスが生じている。したがって、前記燃料電池用電磁弁は、弁部が磨耗した場合等であっても、弁部によって第二の連通路が閉塞されることなく、第二の連通路を介した流体の排出を好適に行うことができる。
【００１２】
また、前記燃料電池用電磁弁は、前記弁部が前記弁座から離座した際に、前記弁部と当接することによって前記弁部の移動を規制する移動規制部をさらに備え、前記弁部は、弁基部と、前記弁基部の外周に取り付けられており、前記移動規制部と対向する弾性体部と、を備えており、前記弾性体部の前記移動規制部と対向する面は、前記移動規制部と当接可能な当接部と、前記当接部が前記移動規制部と当接した状態において前記移動規制部から離間している凹部と、を備えており、前記当接部は、放射状に延びているとともに、前記弾性体部の軸中心に対して周方向に複数設けられていることが望ましく、複数の前記当接部は、その内径側端部が前記弾性体部の内径側端部よりも外径側で立ち上がるように形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、エア等の流体の流量を調節可能な燃料電池用電磁弁を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
続いて、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁を備える燃料電池システムの構成図である。かかる燃料電池システム２００は、例えば、自動車等の車両に搭載される。
【００１５】
図１に示すように、燃料電池システム２００は、燃料電池２１１と、内部に高圧の水素ガスが充填されており、燃料電池２１１に対して燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素タンク２１２と、燃料電池２１１に対して酸化剤ガス（酸素）を含む圧縮エアを供給するエアコンプレッサ２１３と、燃料電池２１１から排出された水素ガスを、燃料電池２１１から排出されたエア及びエアコンプレッサ２１３から供給されたエアによって希釈する希釈器２１４と、を備えている。
【００１６】
燃料電池２１１は、例えば、固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）であり、図示しない燃料電池自動車等の車両に搭載される。この燃料電池２１１は、複数の単セルが積層して構成されたスタック本体（図示せず）を有しており、燃料ガスとして水素ガスが供給されるアノードと、酸化剤ガスとして、例えば、酸素を含むエアが供給されるカソードと、を備えている。
【００１７】
水素タンク２１２と燃料電池２１１との間には、水素供給通路２０１が設けられており、水素供給通路２０１中には、エゼクタ２１５が配設されている。このエゼクタ２１５には、燃料電池２１１から排出された燃料オフガスである未反応の水素（以下、水素オフガスという）をフィードバックさせる循環通路２０２が接続されており、燃料電池２１１からフィードバックされた水素オフガスを水素タンク２１２から供給される水素ガスに混合させて、燃料電池２１１のアノードに供給する装置である。
【００１８】
エアコンプレッサ２１３と燃料電池２１１との間には、エア供給通路２０３が設けられており、エア供給通路２０３中には、エアコンプレッサ２１３から供給されたエアを加湿する加湿器２１６が配設されている。加湿器２１６によって加湿されたエアは、エア供給通路２０３を介して燃料電池２１１のカソードに供給される。
【００１９】
燃料電池２１１と希釈器２１４との間には、燃料電池２１１のアノードから排出された水素ガスを希釈器２１４に送る水素ガス排出通路２０４が設けられている。なお、水素ガス排出通路２０４において、循環通路２０２との分岐の下流側には、図示しないパージ弁が設けられており、かかるパージ弁によって水素ガス排出通路２０４を開閉することによって、水素オフガスの流れる方向を切り替えることが可能である。
【００２０】
燃料電池２１１と希釈器２１４との間には、燃料電池２１１のカソードから排出されたエアを希釈器２１４に送るエア排出通路２０５が設けられている。
エアコンプレッサ２１３と希釈器２１４との間には、エアコンプレッサ２１３からのエアを希釈器２１４の供給するエア供給通路２０６が設けられている。エア供給通路２０６中には、当該エア供給通路２０６を部分的に開閉する燃料電池用電磁弁１が設けられている。
【００２１】
次に、前記燃料電池システム２００に組み込まれた燃料電池用電磁弁１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。図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁の構造を説明するための断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る弾性部材を説明するための図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。図４は、本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁の動作を説明するための要部断面図であり、（ａ）は閉弁状態を示す図、（ｂ）は開弁状態を示す図である。
【００２２】
この燃料電池用電磁弁１は、エアコンプレッサ２１３で圧縮されたエアを希釈器２１４に供給するための弁であり、図２に示すように、バルブボディ１０と、ガイドボディ２０と、カラーガイド３０と、樹脂封止体４０と、ハウジング５０と、ソレノイド部６０と、弾性部材８０を有する弁体７０と、弁座部材９０と、を備えている。
【００２３】
＜バルブボディ１０＞
図２に示すように、バルブボディ１０は、エアコンプレッサ２１３（図１参照）で圧縮されたエア）が導入される導入ポート１０ａと、導入されたエアが外部へと導出される導出ポート１０ｂと、を有する。バルブボディ１０は、金属製材料（例えば、ステンレス鋼）から形成されており、その内部に弁体７０が変位自在（ここでは、図の上下方向に変位自在）に設けられている。
【００２４】
導入ポート１０ａは、エアコンプレッサ２１３で圧縮されたエアが供給される通路であり、バルブボディ１０の内部に形成される連通室１０ｃと、当該連通室１０ｃの側壁１０ｃ１にて連通している。また、導入ポート１０ａ内には、塵埃等の除去するためのフィルタＦが配設されている。このフィルタＦは、下方から供給されたエアに含有された塵埃等を当該フィルタＦの下面で捕捉するので、捕捉された塵埃は、自重によって下方に落下する。したがって、フィルタＦは目詰まりを起こすことがない。
【００２５】
導出ポート１０ｂは、連通室１０ｃ内のエアが導出される通路であり、連通室１０ｃの底壁１０ｃ２に形成された孔部１０ｄに圧入された弁座部材９０内の第一の連通路Ｒ１を介して、連通室１０ｃと連通している。また、導出ポート１０ｂは、連通室１０ｃの底壁１０ｃ２に形成された第二の連通路Ｒ２を介して、連通室１０ｃと連通している。この第一の連通路Ｒ１が開口する弁座部材９０の上面は、後記する弁体７０の着座部８１が着座・離座する弁座面（弁座）９１ａとして機能している。
【００２６】
＜ガイドボディ２０及びカラーガイド３０＞
ガイドボディ２０は、バルブボディ１０の上部に連結され、その内部に後記する可動コア６４が軸線方向に沿って変位自在に設けられる。ガイドボディ２０は、筒状に形成され、内部に可動コア６４が変位自在に設けられる円筒部２１と、当該円筒部２１より半径外方向に突出し、バルブボディ１０の上部に連結ボルトＢ１を介して連結されるフランジ部２２と、を備えている。なお、フランジ部２２には、周方向に所定間隔離間して形成される複数の孔部（図示せず）を介して連結ボルトＢ１が挿通され、当該連結ボルトＢ１がバルブボディ１０の上面に螺合されることにより、ガイドボディ２０とバルブボディ１０とが一体的に連結されている。
【００２７】
円筒部２１の下部は、バルブボディ１０の内部に挿入され、前記円筒部２１とフランジ部２２とが接合する角部とバルブボディ１０との間には、シール部材Ｓ１が装着されている。これにより、円筒部２１が挿入されるバルブボディ１０の内部の気密が確実に保持される。
【００２８】
また、円筒部２１の内部には、略同一直径から筒状に形成されるカラーガイド３０の一端部側が挿入され、当該カラーガイド３０の一端部に形成される鍔部３１が円筒部２１の下部に装着されている。このカラーガイド３０は、後記する可動コア６４を上下方向に沿って案内するガイド機能を有しており、金属製材料から薄板円筒状に形成され、半径外方向に突出した鍔部３１の上面が、円筒部２１の下面に当接した状態でレーザ溶接等によって強固に固着されている。これにより、円筒部２１の内周面がカラーガイド３０によって覆われる。鍔部３１には、周方向に沿って複数の孔部３１ａが配列されており、孔部３１ａを介して、エアが鍔部３１の内側及び外側に流通可能となっている。
【００２９】
また、カラーガイド３０の鍔部３１は、弁体７０がガイドボディ２０側に向かって変位した際の変位を規制するストッパ機能を備えている。鍔部３１の下面（弾性部材８０と対向する面）は、平面形状を呈している。また、カラーガイド３０の表面は、フッ素コーティング被膜（図示せず）によって被覆されている。
【００３０】
また、カラーガイド３０の他端部は、ガイドボディ２０の円筒部２１から突出するように上方に向かって所定長だけ延在し、ソレノイド部６０のボビン６２（後記する）の内部に挿通されている。
【００３１】
＜樹脂封止体４０＞
樹脂封止体４０は、後記するコイル６１及びボビン６２からなるコイル巻線体が樹脂製材料によってモールドされることによって形成され、ガイドボディ２０の上部に連結されている。この樹脂封止体４０の側面には、ソレノイド部６０に電流を供給するための電源（図示せず）に接続されるコネクタ部４１が設けられ、当該コネクタ部４１には、その内部に一端部が露呈するように金属製材料からなる端子（図示せず）が設けられている。そして、かかる端子は、樹脂封止体４０の内部を介してソレノイド部６０のコイル６１へと接続されている。なお、端子は、図示しないリード線を介して前記電源と接続されている。
【００３２】
樹脂封止体４０の上面には、半径内方向に張り出した張出部４２が形成され、当該張出部４２の上面に形成された環状溝を介してＯリングＡ１が装着されている。そして、ＯリングＡ１が樹脂封止体４０と後記するハウジング５０との間で挟持されることにより、樹脂封止体４０とハウジング５０との間の気密が保持される。
【００３３】
＜ハウジング５０＞
ハウジング５０は、磁性体からなる金属製材料より断面略Ｕ字状に形成され、樹脂封止体４０及びガイドボディ２０の一部を上部から覆うように装着されている。ハウジング５０の上部には、略中央部に孔部５１が形成されており、孔部５１には、後記する固定コア６３の上面に設けられるねじ部６３ａが挿通されている。このように、ハウジング５０を断面略Ｕ字状に形成することにより、軽量化を図ることができると共に、使用される材料の量を削減することができるためコストの低減を図ることも可能である。
【００３４】
また、ハウジング５０には、軸線方向に沿って略長方形状に切り欠かれた開口部５２が形成されており、コネクタ部４１は、かかる開口部５２を介してハウジング５０の外側に突出している。
【００３５】
＜ソレノイド部６０＞
ソレノイド部６０は、図２に示すように、樹脂封止体４０の内部に配設され、外周面にコイル６１が巻回されたボビン６２と、樹脂封止体４０の上部にキャップナットＣ１を介して一体的に連結される固定コア６３と、固定コア６３と対向し、ボビン６２の内部を軸線方向に沿って変位自在に設けられる可動コア６４と、固定コア６３と可動コア６４との間に介装されるリターンスプリング６５と、を備えている。
【００３６】
ボビン６２は、樹脂封止体４０の内周面に当接するように設けられ、その上端部及び下端部には半径外方向へと拡径した第１拡径部６２ａ及び第２拡径部６２ｂがそれぞれ形成されている。そして、ボビン６２は、第１拡径部６２ａと第２拡径部６２ｂとの間にコイル６１が巻回された状態で樹脂封止体４０の内部にモールドされている。
【００３７】
また、ボビン６２の略中央部には、軸線方向に沿って貫通した挿通孔６２ｃが形成されており、当該挿通孔６２ｃには、ガイドボディ２０の円筒部２１に固着されたカラーガイド３０が挿通されると共に、挿通孔６２ｃの上部には磁性体からなる金属製材料により円柱状に形成された固定コア６３が挿入されている。なお、挿通孔６２ｃの内周径は、前記カラーガイド３０の外周径と略同等となるように形成されている。
【００３８】
固定コア６３は、その上部に形成されたねじ部６３ａが、ハウジング５０の孔部５１に挿通された後に、ワッシャＷ１が挿通されてキャップナットＣ１が螺合される。これにより、固定コア６３が樹脂封止体４０に一体的に連結される。
【００３９】
また、固定コア６３の外周面の可動コア６４側には、縮径した縮径部６３ｂが形成されており、縮径部６３ｂには、ガイドボディ２０に固着されたカラーガイド３０の他端部が装着される。詳細には、カラーガイド３０は、固定コア６３に対してレーザ溶接で溶着されることにより、固定コア６３に対して強固に固着されている。
【００４０】
これにより、固定コア６３、ガイドボディ２０及びカラーガイド３０という３部品をレーザ溶接等によって一体化することができるため、予め一体化された固定コア６３、ガイドボディ２０及びカラーガイド３０を他部品に組み付けることが可能となり、組み付ける際の組付工数の低減及び作業性の向上を図ることが可能となる。
【００４１】
さらに、固定コア６３の縮径部６３ｂは、カラーガイド３０の厚さ分だけ半径内方向に縮径して形成されているため、縮径部６３ｂに装着されたカラーガイド３０の外周面が、固定コア６３の外周面と略面一となる。そして、固定コア６３の下方には、カラーガイド３０を介して可動コア６４が挿入されている。
【００４２】
固定コア６３の下面には、その略中央部に可動コア６４側に向かって突出した凸部６３ｃが形成されており、可動コア６４との間に介装されるリターンスプリング６５の一端部が係着されている。
【００４３】
可動コア６４は、磁性体からなる金属製材料によって円筒状に形成され、固定コア６３側となる一端部には所定深さで窪んだスプリング受穴６４ａが形成されている。スプリング受穴６４ａと当該スプリング受穴６４ａと対向する固定コア６３の凸部６３ｃとの間には、リターンスプリング６５が介装されており、リターンスプリング６５の弾発力は、可動コア６４を固定コア６３から離間させる方向に付勢している。
【００４４】
また、可動コア６４の外周面には、複数の溝部６４ｂが軸線方向に沿って形成されており、これらの溝部６４ｂは、可動コア６３の周方向に沿って所定間隔離間して形成されている。溝部６４ｂは、例えば、断面略Ｖ字状となるように形成されている。
【００４５】
このように、可動コア６４の外周面に沿って溝部６４ｂを形成することにより、可動コア６４が軸線方向に沿って変位する際に、可動コア６４と固定コア６３との間に存在するエアを、溝部６４ｂを通じて弁体７０側へと通気させることができる。そのため、可動コア６４と固定コア６３との間のエアによって可動コア６４の変位抵抗が生じることがなく、可動コア６４を円滑に変位させることが可能となる。
【００４６】
一方、可動コア６４の内部には、その他端部側に弁体７０が連結される小径孔６４ｃと、小径孔６４ｃよりも拡径して形成される大径孔６４ｄとが形成されている。なお、リターンスプリング６５が介装されるスプリング受穴６４ａと小径孔６４ｃ及び大径孔６４ｄとは連通している。
【００４７】
＜弁体７０及び弁座部材９０＞
弁体７０は、可動コア６４に連結されるシャフト部（軸部）７１と、当該シャフト部７１の下部に形成され、バルブボディ１０における本体部１１の弁座面１０ｃに着座・離座自在に設けられる弁部７２と、を備えている。
【００４８】
シャフト部７１は、金属製材料から形成されており、可動コア６４の小径孔６４ｃに圧入される第１軸７１ａと、当該第１軸７１ａよりも拡径して可動コア６４の大径孔６４ｄに挿入される第２軸７１ｂと、当該第２軸７１ｂよりもさらに拡径して形成され、可動コア６４の下端面に係止される第３軸７１ｃと、を備えている。このように、シャフト部７１ａの第１軸７１ａが可動コア６４の小径孔６４ｃに対して圧入されているため、弁体７０と可動コア６４とが強固に連結された状態となる。
【００４９】
弁部７２は、バルブボディ１０の連通室１０ｃに配設され、シャフト部７１の第３軸７１ｃの下部に形成されて当該第３軸７１ｃよりも拡径した拡径部（弁基部）７２ａと、当該拡径部７２ａを取り囲むように外装された弾性材料（例えば、フッ素ゴム）からなる弾性部材（弾性体部）８０と、を備えている。
【００５０】
拡径部７２ａは、略円盤状に形成され、その外周径は、連通室１１ｄの内周径より小さく形成される。また、拡径部７２ａには、その上下面間を貫通する複数の連通孔７２ｂが所定間隔離間して形成されている。
【００５１】
一方、弾性部材８０は、前記拡径部７２ａを図示しない成形型の内部に載置し、前記成形型に弾性材料を充填させて固化させることにより、拡径部７２ａの全体を覆うように形成される（弾性材料の連通孔７２ｂへの充填を含む）。
【００５２】
この弾性部材８０は、拡径部７２ａの外周面及び下面側に略一定の厚さとなるように形成されている。弾性部材８０は、拡径部７２ａの上面と下面とを連通する複数の連通孔７２ｂに充填されているため、弾性部材８０が拡径部７２ａから脱落することが防止される。このように、弁体７０は、拡径部７２ａが弾性部材８０の中心に設けられる構造としているため、弾性材料からなる弾性部材８０の強度を向上させることができる。
【００５３】
また、弾性部材８０の下部には、その略中央部に環状に突出した着座部（環状突部）８１が形成されており、着座部８１の直径は、弁座部材９０に開口した第一の連通路Ｒ１の内径よりも大きく形成される。すなわち、着座部８１が弁座部材９０の弁座面９１ａに当接し、弁座面９１ａに開口する第一の連通路Ｒ１の外周部位を覆うことにより、第一の連通路Ｒ１における連通室１０ｃと導出ポート１０ｂとの連通状態が遮断される。
【００５４】
弾性部材８０の着座部８１よりも内周側において、拡径部７２ａの底面は、弾性部材８０によって覆われずに露出している。
【００５５】
弾性部材８０は、図３に示すように、鍔部３１と対向する上面側に、鍔部３１と当接可能な当接部８２と、当接部８２が鍔部３１と当接した状態において鍔部から離間している凹部８３と、を備える。この弾性部材８０において、凹部８３は、弾性部材８０の軸中心に対して周方向に等間隔となるように複数設けられており、放射状に延びている（本実施形態では、９０度ごとに計４個）。
【００５６】
当接部８２の内径側端部８２ａは、鍔部３１の内径側端部と外径側端部との間又は鍔部３１の内径側端部よりも内側に位置し、当接部８２の外径側端部８２ｂは、弾性部材８０の外周面まで延びている。燃料電池用電磁弁１は、かかる形状の凹部８３を採用することによって、弾性部材８０の当接部８２が鍔部３１と当接した状態において、凹部８３内のエアが凹部８３外へと流通可能となる。また、燃料電池用電磁弁１は、かかる形状の当接部８２を採用することによって、弾性部材８０の当接部８２が鍔部３１と当接した際の衝撃を、当接部８２の外径側端部８２ｂだけでなく内径側端部８２ａにも逃がすことができる。また、当接部８２の内径側面及び一対の側面は、それぞれテーパ面８２ｃ及びテーパ面８２ｄ，８２ｄとなっている。また、当接部８２及び凹部８３の内側となる中央部８４の外周面は、テーパ面８４ａとなっている。テーパ面８２ｃ及びテーパ面８４ａは、Ｖ字形状の切欠きを構成している。
【００５７】
凹部８３の内径側端部８３ａは、鍔部３１の内径側端部よりも内側に位置し、凹部８３の外径側端部８３ｂは、弾性部材８０の外周面に向かって開放されている。かかる形状の凹部８３を採用することによって、弾性部材８０の当接部８２が鍔部３１と当接した状態において、凹部８３内のエアが凹部８３外へと流通可能となる。
【００５８】
弁座部材９０は、図２に示すように、バルブボディ１０の孔部１０ｄに圧入される金属製（例えば、ＳＵＳ製）部材であり、円筒部９１と、フランジ部９２と、を備えている。円筒部９１は、その内部に第一の連通路Ｒ１を備えるとともに、その上面が弁座面９１ａとなっている。フランジ部９２は、円筒部９１の上端部近傍に設けられており、弁座部材９０をバルブボディ１０の孔部１０ｄに圧入した状態において、バルブボディ１０の底壁１０ｃ２と当接する。また、弁座部材９０の表面は、フッ素コーティング被膜（図示せず）によって被覆されている。
【００５９】
燃料電池用電磁弁１は、弁座部材９０の弁座面９１ａが第二の連通路Ｒ２の連通室１０ｃ側開口よりも弁部７０側に突設されているので、弁体７０が弁座面９１ａに着座した状態（第一の状態）であっても、弁体７０と第二の連通路Ｒ２の連通室１０ｃ側開口との間にクリアランスが生じている。したがって、燃料電池用電磁弁１は、弁体７０の着座部８１が磨耗した場合等であっても、弁体７０によって第二の連通路Ｒ２が閉塞されることなく、第二の連通路Ｒ２を介したエアの排出を好適に行うことができる。
【００６０】
本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁１は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００６１】
図１及び図２に示すように、燃料電池システム２００において燃料電池用電磁弁１は、エア供給路２０６中に設けられており、燃料電池用電磁弁１の導入ポート１０ａは、エア供給路２０６の上流側と接続されている。そして、導出ポート１０ｂは、パイプＰを介してエア供給路２０６の下流側と接続されている。
【００６２】
図４（ａ）は、燃料電池用電磁弁１の部分拡大図であり、コイル６１に対してコネクタ部４１を介して電流を供給していない非励磁状態にあり、弁体７０の着座部８１が、弁座部材９０の上面１１ｂに形成された弁座面１０ｃに着座して、第一の連通路Ｒ１における導入ポート１０ａと導出ポート１０ｂとの連通が遮断されたオフ状態（第一の状態）を示している。なお、かかるオフ状態においても、導入ポート１０ａから導入室１０ｃへ導入されたエアは、第二の連通路Ｒ２を介して導出ポート１０ｃへと流通可能である。
【００６３】
このようなオフ状態において、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御装置）による駆動制御によって、図示しない電源を付勢してコネクタ部４１の端子を介してコイル６１に通電することによりコイル６１が励磁され、その励磁作用下に磁束がコイル６１から可動コア６４へと向かい、再びコイル６１へと復帰して周回するように発生する。
【００６４】
そして、図４（ｂ）に示すように、可動コア６４がリターンスプリング６５の弾発力に抗して軸線方向に沿って上方へと変位し、弁体７０の着座部８１が弁座部材９０の弁座面９１ａから離座する。
【００６５】
そして、弁体７０の拡径部７２ａに装着された弾性部材８０の上面が、カラーガイド３０の鍔部３１に当接して変位終端位置となる。なお、その際、弾性材料からなる弾性部材８０によって弁体７０が変位終端位置まで変位した際の衝撃が緩和されると共に、その当接音が低減される。その結果、燃料電池用電磁弁１がオフ状態からオン状態（第二の状態）へと切り換わる。かかるオン状態においては、導入ポート１０ａから導入室１０ｃへ導入されたエアは、第一の連通路Ｒ１及び第二の連通路Ｒ２を介して導出ポート１０ｃへと流通可能である。
【００６６】
このように、開弁状態である第二の状態では、導入ポート１０ａから連通室１０ｃの内部に導入されたエアが、第一の連通路Ｒ１及び第二の連通路Ｒ２を介して連通路１２ａから導出ポート１０ｂを通じて外部へと排出されるので、第二の連通路Ｒ２のみを介してエアが排出される閉弁状態である第一の状態と比べて、より多くのエアが排出可能、すなわち、希釈器２１４へ供給可能である。
【００６７】
また、このようなオン状態において、エアの排出量を抑制したい場合には、再び弁体７０の着座部８１を弁座部材９０の弁座面９１ａに着座させて、第一の連通路Ｒ１における導入ポート１０ａと導出ポート１０ｂとの連通が遮断されたオフ状態とする。
【００６８】
この場合には、図示しない電源からコイル６１に通電されていた電流の供給を停止することにより当該コイル６１が非励磁状態となり、可動コア６４に付勢されていた上方への変位力が滅勢される。
【００６９】
そのため、可動コア６４がリターンスプリング６５の弾発力によって下方へと押圧され、弁体７０における弾性部材８０の上面が鍔部３１の下面から離間する。その際、弾性部材８０の上面には、鍔部３１の下面と当接した状態において、当該弾性部材８０の上面に形成された凹部８３によって弾性部材８０の上面と鍔部３１の下面との間に予め非接触部分（空間）が設けられる。そのため、弁体７０の弾性部材８０と鍔部３１とが貼り付くことが防止され、弁体７０を下方へと変位させる際、弾性部材８０を鍔部３１から確実かつ容易に離間させることができる。また、固定側の鍔部３１ではなく可動側の弁部７２側に凹部８３を設け、可動側が凹部８３の分だけ軽量化されるので、弁体７２の動作がより円滑となり、弾性部材８０を鍔部３１から確実かつ容易に離間させることができる。
【００７０】
そして、弁体７０の着座部８１が、弁座部材９０の弁座面９１ａに着座し、環状の着座部８１によって第一の連通路Ｒ１の外周部位が閉塞されることにより、第一の連通路Ｒ１を介した導入ポート１０ａから導出ポート１０ｂへのエアの流通が遮断される。その結果、燃料電池用電磁弁１から希釈器２１４側へのエアの排出は、第二の連通路Ｒ２のみを介して行われることになり、エアの排出量が低減される。
【００７１】
前記燃料電池用電磁弁１は、弾性部材８０が複数の凹部８３を備えているので、弾性部材８０が鍔部３１に当接した際に、弾性部材８０が鍔部３１に対して貼着されることが防止される。また、前記排出弁１は、弾性部材８０の鍔部３１と対向する面に凹部８３を備えているので、弾性部材８０と鍔部３１との当接面積を減少させることができ、それによって当接音を低減することができる。さらに、前記燃料電池用電磁弁１は、弾性部材８０の鍔部３１と対向する面に凹部８３を備えているので、弾性部材８０の鍔部３１との当接面が柔らかく、弾性変形しやすくなり、それによって当接音をさらに抑制することができる。さらに、前記燃料電池用電磁弁１は、金属製の鍔部３１ではなく樹脂、ゴム等から形成可能な弾性部材８０に凹部８３を備えるので、容易に製造可能である。
【００７２】
以上、本発明の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定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜設計変更可能である。例えば、本発明の燃料電池用電磁弁１は、エアを排出するための弁だけではなく、水や、水素等の流体（圧力流体を含む）を排出するための弁にも適用可能である。また、弾性部材８０の当接部８２及び凹部８３の数、形状等は図示したものに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁を備える燃料電池システムのブロック構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁の構造を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る弾性部材を説明するための図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る燃料電池用電磁弁の動作を説明するための要部断面図であり、（ａ）は閉弁状態を示す図、（ｂ）は開弁状態を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 燃料電池用電磁弁
１０ａ 導入ポート
１０ｂ 導出ポート
１０ｃ 連通室
７２ 弁部
７２ａ 拡径部（弁基部）
８０ 弾性部材（弾性体部）
８２ 当接部
８３ 凹部
９１ａ 弁座面（弁座）
Ｒ１ 第一の連通路
Ｒ２ 第二の連通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が導入される導入ポートと、
前記流体が導出される導出ポートと、
前記導入ポートと前記導出ポートとの間に設けられた連通室と、
前記連通室と前記導出ポートとを連通させる第一の連通路と、
前記第一の連通路の連通室側開口に設けられた弁座と、
前記連通室に収容されているとともに、前記弁座に対して離座・着座可能に設けられた弁部と、
前記連通室と前記導出ポートとを連通させる第二の連通路と、
を備え、
前記第一の連通路は、前記弁座に対する前記弁部の離座・着座によって開閉され、
前記第二の連通路は、常に前記連通室と前記導出ポートとを連通させるように開放されている
ことを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項２】
前記弁座は、前記第二の連通路の連通室側開口よりも前記弁部側に突設されている
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用電磁弁。
【請求項３】
前記弁部が前記弁座から離座した際に、前記弁部と当接することによって前記弁部の移動を規制する移動規制部をさらに備え、
前記弁部は、弁基部と、前記弁基部の外周に取り付けられており、前記移動規制部と対向する弾性体部と、を備えており、
前記弾性体部の前記移動規制部と対向する面は、前記移動規制部と当接可能な当接部と、前記当接部が前記移動規制部と当接した状態において前記移動規制部から離間している凹部と、を備えており、
前記当接部は、放射状に延びているとともに、前記弾性体部の軸中心に対して周方向に複数設けられている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池用電磁弁。
【請求項４】
複数の前記当接部は、その内径側端部が前記弾性体部の内径側端部よりも外径側で立ち上がるように形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用電磁弁。
【請求項１】
流体が導入される導入ポートと、
前記流体が導出される導出ポートと、
前記導入ポートと前記導出ポートとの間に設けられた連通室と、
前記連通室と前記導出ポートとを連通させる第一の連通路と、
前記第一の連通路の連通室側開口に設けられた弁座と、
前記連通室に収容されているとともに、前記弁座に対して離座・着座可能に設けられた弁部と、
前記連通室と前記導出ポートとを連通させる第二の連通路と、
を備え、
前記第一の連通路は、前記弁座に対する前記弁部の離座・着座によって開閉され、
前記第二の連通路は、常に前記連通室と前記導出ポートとを連通させるように開放されている
ことを特徴とする燃料電池用電磁弁。
【請求項２】
前記弁座は、前記第二の連通路の連通室側開口よりも前記弁部側に突設されている
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用電磁弁。
【請求項３】
前記弁部が前記弁座から離座した際に、前記弁部と当接することによって前記弁部の移動を規制する移動規制部をさらに備え、
前記弁部は、弁基部と、前記弁基部の外周に取り付けられており、前記移動規制部と対向する弾性体部と、を備えており、
前記弾性体部の前記移動規制部と対向する面は、前記移動規制部と当接可能な当接部と、前記当接部が前記移動規制部と当接した状態において前記移動規制部から離間している凹部と、を備えており、
前記当接部は、放射状に延びているとともに、前記弾性体部の軸中心に対して周方向に複数設けられている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池用電磁弁。
【請求項４】
複数の前記当接部は、その内径側端部が前記弾性体部の内径側端部よりも外径側で立ち上がるように形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用電磁弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−３０１８４７（Ｐ２００９−３０１８４７Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５４５１０（Ｐ２００８−１５４５１０）
【出願日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【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２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【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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