JP2008133852A - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体が開弁動作しにくい場合であっても、弁口を閉鎖している弁体を開弁動作させるのに有利なバルブ装置を提供する。
【解決手段】バルブ装置は、弁口１０をもつボディ１と、軸長方向に沿って前進および後退可能に設けられた弁軸２と、弁軸２の前進により弁口１０を閉弁し且つ弁軸２の後退により弁口１０を開弁する鍔状の弁体３と、弁体３が弁口１０を開弁する方向（Ｍ２方向）に弁軸２を後退させると共に弁体３が弁口１０を閉弁する方向（Ｍ１方向）に弁軸２を前進させる駆動機構５とを備えている。開弁時において弁軸２を開弁させる方向に作用する開弁力の作用中心点Ｅ１は、弁軸２の径方向において、弁体３の中心線Ｐ３に対して偏った位置に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は弁軸と弁軸の先端部に連設された鍔状の弁体とを備えるバルブ装置に関する。

従来、流体の流れを遮断させた流体を供給させたりするバルブ装置が設けられている。バルブ装置は、図１３に模式的に示すように、弁口１０Ｘを形成する弁座をもつボディと、ボディの内部で前進および後退可能に設けられた弁軸２Ｘと、弁軸２Ｘの先端部に連設された鍔状の弁体３Ｘと、弁体３Ｘが弁口１０Ｘを開弁する方向（矢印Ｍ２方向）に弁軸２Ｘを後退させると共に弁体３Ｘが弁口１０Ｘを閉弁する方向（矢印Ｍ１方向）に弁軸２Ｘを前進させる駆動機構とを備えている。

弁体３Ｘは、弁軸２Ｘの矢印Ｍ１方向への前進により弁口１０Ｘを閉弁し、且つ、弁軸２Ｘの矢印Ｍ２方向への後退により弁口１０Ｘを開弁する。弁軸２Ｘの中心線Ｐ２と弁体３Ｘの中心線Ｐ３とは、同軸的に設定されている。従って、開弁時において弁軸２Ｘに作用する開弁力の作用中心点Ｅ１０は、弁軸２Ｘの中心線上にある。

バルブ装置の用途として燃料電池システムがある。燃料電池システムの分野では、発電反応により水が生成される傾向にあるため、バルブ装置に残留する水を外部に排出させるために、ボディの底部に水抜き路を形成したバルブ装置が開発されている（特許文献１）。

また、燃料電池システムの運転停止直後に、バルブの上側から乾燥流体を吹き込むと共に、逆止弁の入口に向けて乾燥流体を吹き込み、バルブの内部に乾燥流体を閉じこめる燃料電池システム用のバルブ装置が開発されている（特許文献２）。
特開２００６−１４７４５５号公報 特開２００６−１４７４０１号公報

上記したバルブ装置によれば、駆動機構により弁軸２Ｘが開弁方向（矢印Ｍ２方向）に後退すれば、弁体３Ｘが弁口１０Ｘの弁座１１Ｘから離間し、弁口１０Ｘが開弁される。しかしながら弁体３Ｘの開弁動作を確実に行わせるためには、駆動機構の駆動力が所定値以上必要である。駆動機構が小型であると、弁体２Ｘの開弁動作性が充分に得られないおそれがある。

例えば、バルブ装置の弁口１０Ｘ側が負圧化されている場合には、弁軸２Ｘの開弁力は負圧に打ち勝たなければ、弁軸２Ｘの開弁動作性が低下するおそれがある。また、例えば、寒冷地等で、バルブ装置の弁口１０Ｘを形成する弁座１１Ｘに弁体３Ｘが氷結等により固着する場合があるが、この場合、弁軸２Ｘの開弁力は氷結等の固着力に打ち勝たなければ、弁体３の開弁動作性が低下するおそれがある。駆動機構が大型化されると、弁体３Ｘの開弁動作性が増加するが、駆動機構の大型化にはスペース、コスト等の限界がある。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、弁体が開弁動作しにくい場合であっても、弁口を閉鎖している弁体を開弁動作させるのに有利なバルブ装置を提供することを課題とする。

（１）様相１に係るバルブ装置は、（ａ）入口ポートと、出口ポートと、入口ポートと出口ポートと間に設けられている弁口を形成する弁座をもつボディと、
（ｂ）ボディに軸長方向に沿って前進および後退可能に設けられた弁軸と、
（ｃ）弁軸に連設され弁軸の中心線の回りに縁部をもち弁軸の前進により弁口を閉弁し且つ弁軸の後退により弁口を開弁する鍔状の弁体と、
（ｄ）弁体が弁口を開弁する方向に弁軸を後退させると共に弁体が弁口を閉弁する方向に弁軸を前進させる駆動機構とを具備するバルブ装置において、
（ｅ）開弁時の少なくとも初期において、弁軸に作用する開弁力の作用中心点は、弁軸の径方向において、弁体の中心線に対して偏った位置に設けられていることを特徴とする。

弁座に固着状態に着座している弁体を開弁させる開弁時において、開弁時のうち初期（開弁初期）が弁体を開弁させにくい。様相１によれば、開弁時の少なくとも初期において、弁軸に作用する開弁力の作用中心点は、弁軸の径方向（弁体の径方向）において、弁体の中心線に対して偏った位置に設けられている。このため開弁時の少なくとも初期において、弁体を開弁方向に移動させる開弁力は、弁体の周方向において一様に作用するよりも、局部的に集中して作用する傾向が得られる。弁体のうち開弁力が集中した部分が優先的に開弁される。この場合、開弁時の少なくとも初期に限らず、開弁時の全体にわたり、弁軸に作用する開弁力の作用中心点は、弁軸の径方向（弁体の径方向）において、弁体の中心線に対して偏った位置に設けられていても良い。

本様相によれば、弁体が弁座に固着状態に着座して閉弁している状況のもとでは、時間的にみると、弁体の全体は、弁座から瞬間的に同時に離れるのではなく、弁体の縁部のうち離間し易い部分から、優先して弁座から離れる。このように弁体のうち離間し易い部分から優先して弁座から離れれば、開弁力は、弁体のうちまだ閉弁状態にある残りの部分に集中して作用する傾向が得られ、開弁性が確保される。このように開弁時において、弁体を時間的にずらして少しずつ開弁させる。

このため駆動機構（駆動部）の開弁用の駆動力が大きくないときであっても、また、出口ポートおよび弁口が負圧化されて弁体が開弁しにくい状況のときであっても、また、弁体が弁座に氷結等により固着しているため、弁体が開弁しにくい状況のときであっても、弁体を良好に開弁させることができる。駆動機構は、弁体が弁口を開弁する方向に弁軸を後退させる機能をもつと共に、弁体が弁口を閉弁する方向に弁軸を前進させる機能をもつものであれば何でも良い。駆動機構としては、モータで弁体を直接的または間接的に移動させるモータ機構、シリンダで弁体を直接的または間接的に移動させるシリンダ機構、流体圧室に供給した流体圧で弁体を直接的または間接的に移動させる流体圧室機構等が例示される。間接的とは、他の部材を介してという意味である。

なお、負圧や氷結等が発生していないとき等のように、弁体が弁座に固着状態に閉弁していない状況のもとでは、弁体の縁部の全体は弁座から同時に離れることができる。

（２）様相２に係るバルブ装置によれば、様相１において、弁軸の径方向において弁軸の中心線は弁体の中心線に対して偏芯していることを特徴とする。この場合、開弁時において弁軸に作用する開弁力の作用中心点は、弁軸の径方向において弁体の中心線に対して偏った位置に設けられている。このため様相１で述べた作用が得られる。

このため駆動機構の開弁用の駆動力が大きくないときであっても、また、弁口が負圧化されて弁体が開弁しにくい状況のときであっても、また、弁体が弁座に氷結等により固着しているため、弁体が開弁しにくい状況のときであっても、弁体を良好に開弁させることができる。弁軸の径方向において弁軸の中心線と弁体の中心線との偏芯量をΔＤとし、弁体の外径をＤとすると、ΔＤ／Ｄ×１００＝αとすると、α＝１〜２５に設定されていることが好ましい。ここで、より好ましいαとして、α＝１．５〜２０、１．５〜１０が例示される。αの上限値としては２４または２０または１５または１０または５が例示される。各上限値と組み合わせ得るαの下限値としては、１または２または３または４または６が例示される。但しこれらに限定されるものではない。

ここで弁体の外径をＤミリメートル（２０〜６０ミリメートル、３０〜５０ミリメートル）とし、弁軸の径方向において弁軸の中心線と弁体の中心線との偏芯量をΔＤミリメートルとするとき、ΔＤとしては０．５〜１３ミリメートル、０．５〜１０ミリメートル、０．７５〜８ミリメートル、１〜５ミリメートルが例示される。但しこれに限定されるものではない。

（３）様相３に係るバルブ装置によれば、様相１において、駆動機構により移動され弁軸に係合し弁軸を前進後退させる係合軸が設けられており、係合軸は、弁軸をこれの前進方向に加圧して弁体を弁口に閉弁させる弁軸前進面と、弁軸をこれの後退方向に引っ張って弁体を弁口から離間させて開弁させる弁軸後退面とを備えており、弁軸は、係合軸の弁軸前進面に対面して係合する弁軸被前進面と、係合軸の弁軸後退面に対面して係合する弁軸被後退面とを備えており、係合軸の弁軸後退面は弁軸の中心線に対して弁軸の径方向において偏った位置に形成されていることを特徴とする。

本様相によれば、係合軸の弁軸前進面は、弁軸の弁軸被前進面をこれの前進方向に加圧して、弁体を弁口に向けて前進させ弁座に着座させ弁口を閉弁させる。また、係合軸の弁軸後退面は、弁軸の弁軸被後退面をこれの後退方向に引っ張って、弁体を弁座から離間させて弁口を開弁させる。

ここで、係合軸の弁軸後退面は、弁軸の中心線に対して弁軸の径方向において偏った位置に形成されている。このため弁軸を弁口から後退させて開弁する開弁時において、弁軸に作用する開弁力の作用中心点は、弁軸の径方向において、弁体の中心線に対して偏った位置に設けられている。このため弁体の開弁時に、弁体の開弁力は、弁体の周方向において一様に作用するよりも、弁体の縁部のうち開弁力の作用中心点に近い側に局部的に集中して作用する傾向が得られる。このため上記した様相１における作用が得られる。

このため駆動機構の開弁用の駆動力が大きくないときであっても、また、出口ポートおよび弁口が負圧化されて弁体が開弁しにくい状況のときであっても、また、弁体が弁座に氷結等により固着しているため、弁体が開弁しにくい状況のときであっても、弁体を良好に開弁させることができる。

（４）様相４に係るバルブ装置によれば、様相１において、駆動機構により前進後退される係合軸と、一端部が係合軸に揺動可能に連結され他端部が弁軸に揺動可能に連結され係合軸および弁軸に対して揺動可能な揺動体とが設けられており、
揺動体は、弁軸をこれの前進方向に加圧して弁体を弁口に閉弁させる弁軸前進位置と、弁軸をこれの後退方向に引っ張って弁体を弁口から離間させて開弁させる弁軸後退位置とを備えており、揺動体の弁軸後退位置は弁軸の中心線に対して弁軸の径方向において偏った位置に形成されていることを特徴とする。

本様相によれば、揺動体が弁軸前進位置に揺動すると、弁軸をこれの前進方向に加圧して、弁体を弁座に着座させ、弁口を閉弁させる。これに対して、揺動体が弁軸後退位置に揺動すると、弁軸をこれの後退方向に引っ張って弁体を弁座から離間させて弁口を開弁させる。ここで、揺動体の弁軸後退位置は、弁軸の径方向において、弁軸の中心線に対して偏った位置に形成されている。このため弁軸を弁口から後退させて開弁する開弁時の少なくとも初期において、弁軸に作用する開弁力の作用中心点は、弁軸の径方向において弁体の中心線に対して偏った位置に設けられている。このため弁体の開弁時の少なくとも初期において、弁体の開弁力は、弁体の周方向において一様に作用するよりも、弁体の縁部のうち開弁力の作用中心点に近い側に集中して作用する傾向が得られる。このため弁体の縁部のうち開弁力の作用中心点に近い側が弁座から離間し易くなり、様相１における作用が得られる。

このため駆動機構の開弁用の駆動力が大きくないときであっても、また、出口ポートおよび弁口が負圧化されて弁体が開弁しにくい状況のときであっても、また、弁体が弁座に氷結等により固着しているため、弁体が開弁しにくい状況のときであっても、弁体を良好に開弁させることができる。

（５）様相５に係るバルブ装置によれば、様相１において、弁軸を前進後退方向に案内する第１案内部が設けられていることを特徴とする。この場合、弁軸と第１案内部の間には、弁軸の中心線を第１案内部の中心線に対して傾斜させる隙間が、弁軸の径方向において形成されている。第１案内部により弁軸は前進後退方向に良好に案内される。隙間により、弁軸の中心線を第１案内部の中心線に対して傾斜させることができる。従って、弁軸を前進後退方向に案内する第１案内部が設けられていたとしても、弁軸の傾きは許容される。

（６）様相６に係るバルブ装置によれば、上記様相において、閉弁時の少なくとも初期において弁軸に作用する閉弁力の作用中心点は、開弁時において弁軸に作用する開弁力の作用中心点よりも、弁軸の径方向において、弁体の中心線の近くに設定されていることを特徴とする。この場合、弁体を閉弁させるとき、弁軸および弁体の全体に閉弁力を均等に作用させるのに有利となる。このため弁体の縁部の全体を弁座に均等に着座させるのに有利となる。故に、閉弁時における着座性のムラおよびシール性のムラが低減される。

本発明に係るバルブ装置によれば、弁体が開弁動作しにくい場合であっても、弁口を閉鎖している弁体を開弁動作させるのに有利となる。これにより弁体の開弁性が良好に維持される。

（実施形態１）
本発明の実施形態１について図１および図２を参照して説明する。図１はバルブ装置の要部を模式的に示す。バルブ装置は、気体状または液体状の流体を遮断・供給させるものである。このバルブ装置は、耐負圧性、耐凍結性等に優れているため、気相状または液相状の水を含む流体を遮断・供給させる環境（例えば燃料電池システムで使用されるカソードガスまたはアノードガスを流すバルブ装置）で使用するのに有効である。図１は中心線Ｐ２，Ｐ３を含む面の断面である。

図１に模式的に示すように、バルブ装置は、弁口１０をもつ金属または硬質樹脂製のボディ１と、ボディ１に軸長方向に沿って前進および後退可能に設けられた縦軸型の円柱形状をなす弁軸２と、弁軸２の先端部２ｕ（下端部）に連設された鍔状の弁体３と、弁体３および弁軸２を移動させる駆動機構５とを備えている。弁口１０は、円筒形状をなす筒部１２で形成されている。筒部１２の先端部はリング状の弁座１１とされている。弁座１１は円形状の弁口１０を形成している。弁口１０は上下方向（鉛直方向）に沿って貫通している。場合によっては、弁口１０は、鉛直方向に対して斜めに沿って貫通していても良い。つまり弁口１０の中心線は上下方向（鉛直方向）に沿って延設されていても良いし、斜め上下方向に沿って延設されていても良い。弁口１０の中心線は弁体３の中心線と同軸であることが好ましい。

弁軸２は、ボディ１の内部において、円柱形状をなす弁軸２の軸長方向に沿って、矢印Ｍ１方向に前進および矢印Ｍ２方向に後退可能に設けられている。弁体３は、弁軸２の外径よりも大きな外径をもつ円形鍔状をなしており、弁軸２の軸直角方向に沿っている。弁体３は、弁軸２の先端部２ｕ（下端部）に連設された金属または硬質樹脂製の第１弁体３１と、第１弁体３１に被覆されたゴムや樹脂等のシール材料で形成された第２弁体３２とを備えている。第２弁体３２は弁座１１に着座するので、シール性が確保される。第１弁体３１は、第２弁体３２の中心線Ｐ３の回りにおいて円鍔形状をなしている。第２弁体３２は、弁体３の中心線Ｐ３の回りに円形状をなしており、第１弁体３１の外周および下面を被覆している。

駆動機構５は、鍔状の弁体３が弁口１０を開弁する方向（矢印Ｍ２方向）に弁軸２を後退させる開弁力を発生させる第１駆動機構５１と、弁体３が弁口１０を閉弁する方向（矢印Ｍ１方向）に弁軸２を前進させる閉弁力を発生させる第２駆動機構５２とを備えている。第１駆動機構５１としては、流体圧（気体圧、液圧等）で開弁力を発生させる機構でも良いし、電磁吸引力で開弁力を発生させる機構でも良いし、バネ力で開弁力を発生させる機構でも良いし、モータで開弁力を発生させる機構でも良い。第２駆動機構５２としては、流体圧で閉弁力を発生させる機構でも良いし、電磁吸引力で閉弁力を発生させる機構でも良いし、バネ力で閉弁力を発生させる機構でも良い。

弁軸２が閉弁方向（矢印Ｍ１方向，下方向）に前進すると、弁体３は同方向に前進して弁座１１に着座し、弁口１０は閉弁される。これに対して、弁軸２が開弁方向（矢印Ｍ２方向，上方向）に後退すると、弁体３は弁座１１から同方向に離間して弁口１０は開弁される。このように駆動機構５は、鍔状の弁体３が弁口１０を開弁する方向（矢印Ｍ２方向）に弁軸２を後退させると共に、弁体３が弁口１０を閉弁する方向（矢印Ｍ１方向）に弁軸２を前進させる。

図１は弁体３が弁口１０を閉弁している状態を示す。閉弁している弁体３を開弁させるとき、図１に示すように、弁軸２を開弁させる方向に作用する開弁力の作用中心点Ｅ１は、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において、弁体３の中心線Ｐ３に対して偏った位置に設けられている。具体的には、図１に示すように、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において、弁軸２の中心線Ｐ２は弁体３の中心線Ｐ３に対してΔＤ偏芯している。この結果、開弁時において、弁軸２を開弁させる方向に作用する開弁力の作用中心点Ｅ１は、弁軸２の径方向において、弁体３の中心線Ｐ３に対してΔＤ偏った位置に偏芯して設けられている。

ここで、弁体３の外径をＤミリメートル（４０ミリメートル）とし、弁軸２の径方向において弁軸２の中心線Ｐ２と弁体３の中心線Ｐ３との偏芯量をΔＤミリメートルとするとき、ΔＤとしては０．５ミリメートル、１ミリメートル、１．５ミリメートル、２ミリメートル、３ミリメートルが例示される（０．５〜３ミリメートル、０．５〜２ミリメートル）。αは上記した値に設定できる。但しこれらに限定されるものではない。

図１に示すように、弁体３の縁部３４のうち、一方の縁部３４ｒと他方の縁部３４ｔとは、弁軸２の中心線Ｐ２を挟んで互いに対向する。弁軸２の中心線Ｐ２を含むように中心線Ｐ２に沿った断面（図１）でみると、弁体３の一方の縁部３４ｒの外周面と弁軸２の中心線Ｐ２との間の距離をＬ１とする。弁体３の他方の縁部３４ｔ（一方の縁部３４ｒと反対側）の外周面と弁軸２の中心線Ｐ２との間の距離をＬ２とする。Ｌ１とＬ２とを比較すると、Ｌ１はＬ２よりも短く設定されている（Ｌ１＜Ｌ２）。従って、弁軸２の中心線Ｐ２に沿った断面において、一方の縁部３４ｒは、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において、他方の縁部３４ｔよりも弁軸２の中心線Ｐ２に近い位置とされている。この結果、弁体３の全体が負圧または凍結等により弁座１１に固着しているとき、開弁時における引き剥がし力Ｆは、一方の縁部３４ｒに集中して作用し易い。弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において、縁部３４ｒは、縁部３４ｔよりも、開弁力の作用中心点Ｅ１に近いため、縁部３４ｔが支点となり縁部３４ｒ（作用点）に梃子の原理が作用するためであると推論される。

更に説明を加える。上記した本実施形態によれば、弁体３が開弁するときにおいて、弁軸２を開弁させる方向に作用する開弁力の作用中心点Ｅ１は、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において、弁体３の中心線Ｐ３に対してΔＤ偏った位置に設けられている。このため開弁時に、弁体３に作用する開弁力は、弁体３の周方向において一様に作用するよりも、弁体３の周方向において局部的に集中して作用する傾向が得られる。

弁体３の縁部３４のうち、ΔＤ偏っている側の縁部３４ｒ（弁軸２の中心線Ｐ２からの距離が短い側の縁部、即ち、弁軸２の中心線Ｐ２に相対的に接近している側の縁部）に引き剥がし力Ｆが作用し易い。なお、弁体３のうち偏っている縁部３４ｒと反対側の縁部３４ｔ（弁軸２の中心線Ｐ２からの距離が長い側、つまり、弁軸２の中心線Ｐ２から相対的に離間している側の縁部）に押圧力Ｆ３が作用すると考えられる。このように縁部３４ｒが弁座１１から離間するものの、反対側の縁部３４ｔが弁座１１に着座しているため、弁軸２は弁口１０の中心線に対して傾斜しつつ、矢印Ｍ２方向に開弁する。

この結果、弁体３が弁座１１に固着しており開弁しにくい状況のもとでは、時間的にみると、閉弁状態の弁体３の縁部３４の全体は、瞬間的に弁座１１から同時に離れるのではなく、弁体３を１周する縁部３４のうち、離間し易い側の縁部３４ｒに集中的に開弁力が作用するため、縁部３４ｒから優先して離れる。この後、開弁力は、弁体３のうちまだ閉弁状態にある残りの部分に集中的に作用する。このように閉弁状態の弁体３の縁部３４について、時間的にずらして少しずつ開弁させることができる。

この結果、駆動機構５の第１駆動機構５１の開弁用の駆動力が大きくないときであっても、また、出口ポートおよび弁口１０側が負圧化されて弁体３が開弁しにくい状況のときであっても、また、弁体３が弁座１１に氷結等により固着しているため、弁体３が開弁しにくい状況のときであっても、開弁力の集中性を向上させることができるため、弁体３を弁座１１から開弁方向（矢印Ｍ２方向）に離間させて良好に開弁させることができる効果が得られる。

弁体３のうちΔＤ偏っているため中心線Ｐ２に接近している縁部３４ｒが優先的に弁座１１から離間するものの、弁体３の反対側の縁部３４ｔが弁座１１に着座したままであるときには、弁軸２の中心線Ｐ２は、弁口１０の中心線（弁座１１の中心線）に対して傾斜する。

図１に示すように、弁軸２を案内する断面円形状の第１案内孔７０をもつ筒形状をなす第１案内部７が設けられている。第１案内部７は金属または硬質樹脂で形成されている。図２（Ａ）に示すように、第１案内部７の第１案内孔７０の第１内壁面７１と弁軸２の外壁面との間には、リング状の隙間７２が形成されている。従って第１案内部７０の第１案内孔７０に、弁軸２は隙間７２を介して遊嵌されている（図２（Ａ）参照）。上記したように縁部３４ｔが弁座１１に固着状態に着座しているものの、縁部３４ｒが弁座１１から離れる場合には、弁軸２は弁口１０の中心線に対して傾斜する。このとき、第１案内部７に隙間７２が存在するため、弁軸２の上記した傾きが許容されている。故に、弁軸２を傾けて縁部３４ｒを縁部３４ｔよりも優先して弁座１１から離間させることができる。

図２（Ｂ）に示すように、第１案内部７は、硬質の外層７ｘと外層７ｘよりも軟質の内層７ｙとの複層構造で形成しても良い。内層７ｙは、ゴムや軟質樹脂等の可撓性をもつ材料で形成されている。内層７ｙは、弁軸２を案内する断面円形状の第１案内孔７０をもつ第１内壁面７１を形成する。内層７ｙにより、弁軸２の上記した傾きが許容されている。なお本実施形態によれば、開弁力の作用中心点Ｅ１は、弁軸２を閉弁させる方向に作用する閉弁力の作用中心点としても機能する。

（実施形態２）
図３および図４（中心線Ｐ２，Ｐ３を含む面の断面である）は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には共通の構成および共通の作用効果を有する。共通する部位に共通の符号を付する。このバルブ装置は、弁口１０を形成する弁座１１を形成する筒部１２をもつボディ１と、ボディ１に軸長方向に沿って前進および後退可能に設けられた弁軸２と、弁軸２に連設され弁軸２の前進により弁口１０を閉弁し且つ弁軸２の後退により弁口１０を開弁する鍔状の弁体３と、弁体３を移動させる駆動機構５とを備えている。

ボディ１は、高圧側の入口ポート１４と低圧側の出口ポート１５と中間室１６とをもつ。弁体３の外径よりも弁軸２の外径は大きくされている。弁体３は鍔状とされており、弁軸２の中心線Ｐ２の回りに径大な縁部３４をもつ。

駆動機構５は、第１駆動機構５１と第２駆動機構５２とを備えている。第１駆動機構５１は、鍔状の弁体３が弁口１０を開弁する方向（矢印Ｍ２方向）に弁軸２を後退させる開弁力を発生させるものである。第１駆動機構５１は、ボディ１に保持された励磁コイル部５１１と、透磁率が高い透磁材料（例えば軟磁性材料）で形成されたヨーク５１２と、ボディ１に保持され透磁率が高い透磁材料で形成された固定透磁体として機能する固定鉄芯５１３と、ボディ１に保持され透磁率が高い透磁材料で形成された可動透磁体として機能する可動鉄芯５１４とをもつ。非磁性材料で形成された筒形状の支持部材５１５が励磁コイル部５１１の内側に配置されている。可動鉄芯５１４の底部のうち弁口１０に対面する域には、弁軸２が下向きに連設されている。弁軸２の先端部２ｕ（下端部）に弁体３が連設されている。なお、可動鉄芯５１４の底部中央域に連接されている弁軸３の中心線Ｐ２は、可動鉄芯５１４や固定鉄芯５１３と同軸的配置とされている。弁体３の中心線Ｐ３は弁口１０の中心線Ｐ４と同軸的配置とされている。

図４に示すように、弁体３は弁軸２の外径よりも外径が大きい円形鍔状をなしている。弁体３は、弁軸２の先端部（下端部）に連設された金属または硬質樹脂製の第１弁体３１と、第１弁体３１に被覆されたゴムや樹脂等のシール材料で形成された第２弁体３２とを備えている。第２弁体３２は弁座１１に着座するため、シール性が確保される。弁体３４は、弁軸２の中心線Ｐ２の回りに円形状をなす縁部３４をもつ。図３に示すように、ゴムまたは軟質樹脂等の弾性材料で形成された可撓性をもつダイヤフラム膜６は、中間室１６を第１室１６ｆと第２室１６ｓとに仕切る。ダイヤフラム膜６の内部にはガスバリヤ層が埋設されていても良い。ダイヤフラム膜６の内周部は、弁軸２と弁体３との間に位置するように保持されている。ダイヤフラム膜６の外周部は、リング状のシート座１７を介してボディ１に保持されている。ダイヤフラム膜６は、入口ポート１４および出口ポート１５の流体が可動鉄芯５１４および励磁コイル部５１１の側に進入することを防止する。

第２駆動機構５２は、弁体３が弁口１０を閉弁する方向（矢印Ｍ１方向、下方向）に弁軸２を前進させる閉弁力を発生させるものである。第２駆動機構５２は、固定鉄芯５１３と可動鉄芯５１４との間に介在する付勢要素として機能するコイル状のバネ５２０で形成されている。バネ５２０の長さ方向の一端部は固定鉄芯５１３の着座面５１３ｘに着座している。バネ５２０の長さ方向の他端部は可動鉄芯５１４の着座面５１４ｘに着座している。バネ５２０は板バネとしても良い。通常の状態では、バネ５２０により弁体３は閉弁されている。

図３に示すように弁体３が閉弁している状態において、励磁コイル部５１１に通電されると、固定鉄芯５１３および可動鉄芯５１４を透過する磁路が形成され、磁気吸引力が発生する。この結果、バネ５２０の付勢力に反抗して可動鉄芯が開弁方向（矢印Ｍ２方向、上方）に移動し、弁体３が同方向に移動し、弁体３が弁座１１から離間し、弁口１０が開弁される。

図４は、弁体３が弁口１０を閉弁している状態を模式的に示す。閉弁している弁体３を開弁させるとき、弁軸２を開弁させる方向に作用する開弁力の作用中心点Ｅ１は、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において、弁体３の中心線Ｐ３に対してΔＤ２偏った位置に設けられている。具体的には、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において、弁軸２の中心線Ｐ２は弁体３の中心線Ｐ３に対してΔＤ２偏芯している。

本実施形態によれば、弁体３が開弁するときにおいて、図４に示すように、弁軸２を開弁させる方向に作用する開弁力の作用中心点Ｅ１は、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において、弁体３の中心線Ｐ３に対してΔＤ２偏った位置に設けられている。このため弁軸２が開弁方向（矢印Ｍ２方向）に移動するとき、弁体３の開弁力は、弁体３の周方向において一様に作用するよりも、弁体３の周方向において局部的に集中して作用する傾向が得られる。

換言すると、弁体３の縁部３４のうち中心線Ｐ２にΔＤ２近づくように偏っている側の縁部３４ｒ（弁軸２の中心線Ｐ２に対して相対的に近い側）に、縁部３４ｔ（弁軸２の中心線Ｐ２に対して相対的に遠い側）よりも、引き剥がし力Ｆが集中して作用する傾向が得られる。このような本実施形態によれば、弁体３が開弁しにくい状況のもとでは、時間的にみると、閉弁状態の弁体３の縁部３４の全体は、瞬間的に弁座１１から同時に離れるのではなく、弁体３を１周する縁部３４のうち、離間し易い側の縁部３４ｒから優先して離れる。その後、開弁力は、弁体３の縁部３４のうちまだ閉弁状態にある残りの部分に作用する。このように閉弁状態の弁体３について、時間的にずらして少しずつ開弁させることができる。このように縁部３４ｔが弁座１１に固着状態に着座しているものの、縁部３４ｒが離れる場合には、弁軸２は弁口１０の中心線Ｐ４（図３参照）に対して傾斜する。

この結果、駆動機構５の第１駆動機構５１の開弁用の駆動力が大きくないときであっても、また、出口ポート１５および弁口１０側が負圧化されて弁体３が開弁しにくい状況のときであっても、また、弁体３が弁座１１に氷結等により固着しているため、弁体３が開弁しにくい状況のときであっても、開弁力の集中性を向上させることができるため、弁体３を弁座１１から開弁方向（矢印Ｍ２方向）に離間させて良好に開弁させることができる。

（実施形態３）
図５〜図７は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には共通の構成および共通の作用効果を有する。共通する部位に共通の符号を付する。このバルブ装置は、気体または液体状の流体を遮断・供給させるものであり、耐凍結性に優れているため、気相状または液相状の水を含む流体を遮断・供給させる環境（例えば燃料電池システムで使用されるカソードガスまたはアノードガスを流すバルブ装置）で使用するのに有効である。

図５に示すように、バルブ装置は、弁口１０をもつ金属または硬質樹脂製のボディ１と、ボディ１に軸長方向に沿って前進および後退可能に設けられた弁軸２と、弁軸２の先端部２ｕ（下端部）に連設された鍔状の弁体３と、駆動機構５とを備えている。図５に示すように、ボディ１は、主ボティ１ｍと、主ボティ１ｍの上部に連結された副ボディ１８とを備えている。副ボディ１８は、主ボティ１ｍに第１取付具１ｘにより連結された第１副ボディ１８ｆと、第１副ボディ１８ｆに第２取付具１ｙにより連結された第２副ボディ１８ｓとをもつ。第１副ボディ１８ｆと第２副ボディ１８ｓとにより気体室１９が形成されている。

図５に示すように、気体室１９には、可撓性をもつ第１ダイヤフラム膜６Ｆが配置されている。第１ダイヤフラム膜６の縁部は第１副ボディ１８ｆと第２副ボディ１８ｓとにより挟持されている。気体室１９は、第１ダイヤフラム膜６Ｆにより閉弁室１９ａと開弁室１９ｃに区画されている。第１ダイヤフラム膜６Ｆの中央域は弁軸２の上端部に取付具６ｘにより接続されている。主ボディ１ｍと第１副ボディ１８ｆとにより、可撓性をもつ流路隔壁となる可撓性をもつ可撓材料（ゴムや軟質樹脂等）で形成された第２ダイヤフラム膜６Ｓが配置されている。第２ダイヤフラム膜６Ｓの縁部は、主ボディ１ｍと第１副ボディ１８ｆとにより挟持されている。第２ダイヤフラム膜６Ｓと第１副ボディ１８ｆの仕切壁１８ｒとでダイヤフラム室１３を形成している。ダイヤフラム室１３は第１副ボディ１８ｆの呼吸ポート１８ａに連通しており、呼吸ポート１８ａを介して大気に開放されている。第１副ボディ１８ｆの仕切壁１８ｒと第２ダイヤフラム膜６Ｓとの間には、付勢部材としてのコイル状のシールバネ１３９が配置されている。シールバネ１３９は弁軸２の回りに同軸的に配置されており、第２ダイヤフラム膜６Ｓが出口ポート１５を覆うように第２ダイヤフラム膜６Ｓを下方に付勢している。

図５に示すように、弁体３が閉弁しているとき、シールバネ１３９の付勢力により、第２ダイヤフラム膜６Ｓは下方に弁口１０に向けて付勢されており、第２ダイヤフラム６Ｓの膜部分は出口ポート１５に対面して出口ポート１５を覆っている。これにより出口ポート１５側の水蒸気または水がバルブ装置の内部に進入することが抑制されている。シールバネ１３９はノーマルクローズとして利用するものである。弁体３が矢印Ｍ２方向（上方）に移動して弁体３が開弁するにつれて、第２ダイヤフラム膜６Ｓの膜部分は上方（矢印Ｍ２方向，上方）に変位し、出口ポート１５から遠ざかる。この結果、出口ポート１５と弁口１０との連通性が高まる。

ここで、図５に示すように、主ボティ１ｍは、弁口１０に連通する高圧側の入口ポート１４と、低圧側の出口ポート１５とをもつ。主ボディ１ｍの中心線Ｐ６が水平方向に沿うように、主ボディ１ｍは配置されている。副ボディ１８の中心線Ｐ７は、鉛直線ＰＳに対して角度θ１傾斜して配置されており、主ボディ１ｍの中心線Ｐ６に対して角度θ２傾斜している。

図５に示すように、弁口１０は、リング状の弁座１１をもつ円筒形状をなす筒部１２で形成されている。弁口１０は斜め上下方向に沿って貫通している。従って、弁口１０の中心線（弁座１１の中心線）は、鉛直線ＰＳに対して出口ポート１５側に角度θ１傾斜して配置されている。よって弁座１１の着座面１１ｃに水が付着したとしても、弁座１１の差座面１１ｃは、重力により水を着座面１１ｃのうち傾斜下降部１１ｒ側に沿って矢印Ｗ３方向に沿って流下させ得るように傾斜されている。よって弁座１１の差座面１１ｃには本来的には水が残留しにくく、耐凍結性が高められている。なお、弁口１０の中心線（弁座１１の中心線）は、鉛直線ＰＳに対して入口ポート１４側に傾斜されていても良い。

図５に示すように、弁軸２の中心線Ｐ２も鉛直線ＰＳに対して角度θ１斜めに傾斜している。弁軸２は、ボディ１に弁軸２の軸長方向に沿って矢印Ｍ１方向（下方）に前進および矢印Ｍ２方向（上方）に後退可能に設けられている。弁体３は円形鍔状をなしており、弁軸２の先端部２ｕ（下端部）に連設された第１弁体３１と、第１弁体３１に被覆された第２弁体３２とを備えている。

図５に示すように、駆動機構５は、鍔状の弁体３が弁口１０を開弁する方向（矢印Ｍ２方向）に弁軸２を後退させる開弁力を発生させる第１駆動機構５１と、弁体３が弁口１０を閉弁する方向（矢印Ｍ１方向）に弁軸２を前進させる閉弁力を発生させる第２駆動機構５２とを備えている。第１駆動機構５１は、開弁室１９ｃに気体（例えば空気）を供給する気体供給部５２２と、開弁室１９ｃと気体供給部５２２とを連通させるように切り替え得る連通バルブ部５２３と、連通バルブ部５２３と開弁室１９ｃとを開弁ポート１８ｒを介して連通する通路５２４とを備えている。気体供給部５２２としてはコンプレッサ、ポンプが例示される。

第２駆動機構５２は、閉弁室１９ａと、閉弁室１９ａに気体（例えば空気）を供給する気体供給部５２２と、閉弁室１９ａと気体供給部５２２とを連通させるように切り替え得る連通バルブ部５２３と、連通バルブ部５２３と閉弁室１９ａとを閉弁ポート１８ｋを介して連通させる通路５２５とを備えている。

気体供給部５２２から通路５２５および閉弁ポート１８ｋを介して閉弁室１９ａに気体（例えば空気）が供給されると、第１ダイヤフラム膜６Ｆが閉弁室１９ａの気体圧（例えば１００〜３００ｋＰａ、１４０〜２００ｋＰａ、絶対圧）を受圧して矢印Ｍ１方向に撓み変形する。よって、弁軸２が閉弁方向（矢印Ｍ１方向）に前進し、弁体３は同方向に前進して弁座１１に着座し、弁口１０を閉弁する。この場合、開弁ポート１８ｒは大気に開放されている。

これに対して気体供給部５２２から開弁ポート１８ｒを介して開弁室１９ｃに気体（例えば空気）が供給されると、第１ダイヤフラム膜６Ｆが開弁室１９ｃの気体圧（例えば１００〜２００ｋＰａ、１２０〜１６０ｋＰａ、絶対圧）を受圧して開弁方向（矢印Ｍ２方向）に撓み変形する。よって、弁軸２が矢印Ｍ２方向に後退し、弁体３は弁座１１から同方向に離間して弁口１０を開弁する。この場合、閉弁ポート１８ｋは大気に開放される。このように駆動機構５は、鍔状の弁体３が弁口１０を開弁する方向（矢印Ｍ２方向）に弁軸２を後退させる機能と、弁体３が弁口１０を閉弁する方向（矢印Ｍ１方向）に弁軸２を前進させる機能とをもつ。

本実施形態によれば、図６（中心線Ｐ２，Ｐ３を含む面の断面である）に示すように、開弁時において弁軸２を開弁させる方向に作用する開弁力の作用中心点Ｅ１は、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において、弁体３の中心線Ｐ３に対してΔＤ３偏った位置に設けられている。具体的には、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において、弁軸２の中心線Ｐ２は、弁体３の中心線Ｐ３に対してΔＤ３偏芯している。この結果、開弁時において弁軸２を開弁させる方向に作用する開弁力の作用中心点Ｅ１は、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において、弁体３の中心線Ｐ３に対してΔＤ３偏った位置に設けられている。矢印Ｘ方向において、弁体３の縁部３４ｔよりも、弁体３の縁部３４ｒは弁体２の中心線Ｐ２に接近している。

図６に示すように、弁軸２を前進後退方向に案内する円筒形状をなす円筒形状の第１案内孔７０をもつ第１案内部７が設けられている。第１案内部７の第１案内孔７０の中心線は、鉛直線ＰＳに対して傾斜している。この場合、弁軸２の外壁面と第１案内部７の第１案内孔７０の第１内壁面７１との間には、リング状の隙間７２が弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において形成されている。弁軸２と第１案内部７との間に隙間７２が存在しているため、弁軸２の中心線Ｐ２を第１案内部７の第１案内孔７０の中心線に対して傾斜させ得る。第１案内部７の第１案内孔７０により、弁軸２の中心線Ｐ２は傾斜しつつも弁軸２は、前進後退方向に良好に案内される。隙間７２により、弁軸２の中心線Ｐ２を第１案内部７の中心線に対して傾斜させることができる。

以上説明したように本実施形態によれば、開弁時において、弁軸２を開弁させる方向に作用する開弁力の作用中心点Ｅ１は、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において、弁体３の中心線Ｐ３に対して偏った位置に設けられている。換言すると、弁体３の縁部３４のうちΔＤ３偏っている側の縁部３４ｒ（縁部３４のうち、弁軸２の中心線Ｐ２に対して縁部３４ｔよりも相対的に近い側）に引き剥がし力Ｆが集中して作用する。これに対して、弁体３のうち偏っている縁部３４ｒと反対側の縁部３４ｔ（弁軸２の中心線Ｐ２に対して縁部３４ｒよりも相対的に遠い側）に押圧力Ｆ３が作用すると考えられる。

このような本実施形態によれば、弁体３が開弁しにくい状況のもとでは、時間的にみると、閉弁状態の弁体３の縁部３４の全体は、瞬間的に弁座１１から同時に離れるのではなく、離間し易い縁部３４ｒから優先して離れる。その後、開弁力は、弁体３のうちまだ閉弁状態にある残りの部分に作用する。このように閉弁状態の弁体３について、時間的にずらして少しずつ開弁させることができる。

この結果、駆動機構５の第１駆動機構５１の開弁用の駆動力が大きくないときであっても、また、弁口１０側が負圧化されて弁体３が開弁しにくい状況のときであっても、また、弁体３が弁座１１の着座面１１ｃに氷結等により固着しているため、弁体３が開弁しにくい状況のときであっても、弁体３を弁座１１から開弁方向（矢印Ｍ２方向）に離間させて良好に開弁させることができる。なお、弁体３が開弁し易い状況のもとでは、閉弁状態の弁体３の縁部３４の全体は、瞬間的に弁座１１から同時に離れることができる。

（実施形態４）
図８および図９は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には共通の構成および共通の作用効果を有する。共通する部位に共通の符号を付する。以下、実施形態１と相違する部分を中心として説明する。バルブ装置には、弁軸２に係合し弁軸２を前進後退させるための係合軸８（可動体）が設けられている。係合軸８は断面円形状をなしており、第１駆動機構５１により矢印Ｍ１方向（下方）に前進され、第２駆動機構５２により矢印Ｍ２方向（上方）に後退される。図８に示すように、係合軸８の中心線Ｐ８と弁軸２の中心線Ｐ２とは、同軸的関係とされている。更に、弁体３の係合軸８の中心線Ｐ８と弁軸２の中心線Ｐ２と弁体３の中心線Ｐ３とは、同軸的関係とされている。

図８に示すように、係合軸８の前進後退を案内する第２案内孔７０Ｓをもつ第２軸受として機能する第２案内部７Ｓが設けられている。係合軸８は、弁軸２をこれの前進方向（矢印Ｍ１方向）に加圧して弁体３を弁口１０に閉弁させる弁軸前進面８１と、弁軸２をこれの後退方向（矢印Ｍ２方向）に引っ張って弁体３を弁口１０から離間させて開弁させる弁軸後退面８５とを備えている。弁軸前進面８１および弁軸後退面８５は、平坦面状をなしており、係合軸８の中心線Ｐ８および弁軸２の中心線Ｐ２に対して軸直角方向に沿っている。弁軸２が係合軸８から離脱することを防止する取付体８８は、弁軸２および係合軸８に取り付けられている。なお、弁軸２は係合軸８に対して矢印Ｍ１，Ｍ２方向に相対変位可能とされている。

図８に示すように、係合軸８の先方に配置されている弁軸２は、係合軸８の弁軸前進面８１に対面して係合する弁軸被前進面２１と、係合軸８の弁軸後退面８５に対面して係合する弁軸被後退面２５とを備えている。弁軸被前進面２１および弁軸被後退面２５は平坦面状をなしており、弁軸２の中心線Ｐ２に対して軸直角方向に沿っている。弁軸２の中心線Ｐ２に対して直交する方向の断面（図８および図９）において、係合軸８の弁軸後退面８５は、弁軸２の中心線Ｐ２に対して、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）においてΔＤ４偏った位置に形成されている。なお、ΔＤ４は、中心線Ｐ３と、弁軸後退面８５のうちの中心線Ｐ３側の端との間の距離に相当する。

図８において、第２駆動機構５２により係合軸８が閉弁方向（矢印Ｍ１方向）に前進すると、係合軸８の弁軸前進面８１は、弁軸２の弁軸被前進面２１に密着してこれを前進方向（矢印Ｍ１方向）に加圧し、ひいては、弁体３を弁口１０に向けて前進させ、弁座１１に着座させて弁口１０を閉弁させる。この場合、図８に示すように、係合軸８の弁軸後退面８５と弁軸２の弁軸被後退面２５との間には、両者を非接触とするための隙間８５ｃが形成されている。

ここで、係合軸８の弁軸前進面８１は、弁軸２の中心線Ｐ２に対して対称形状またはほぼ対称形状とされている。同様に、弁軸２の弁軸被前進面２１は、弁軸２の中心線Ｐ２に対して対称形状またはほぼ対称形状とされている。この結果、弁体３を矢印Ｍ１方向に前進させて閉弁させるときには、弁軸２および弁体３の全体に閉弁力が均等に作用する。閉弁時において弁軸２に作用する閉弁力の作用中心点Ｅ３（図８参照）は、弁体３の中心線Ｐ３の軸上に存在する関係（同軸的関係）とされている。このため閉弁時において、弁体３の縁部３４の全体を弁座１１にできるだけ均等に着座させるのに有利となり、着座の偏りが抑えられ、閉弁時におけるシール性のムラが低減される利点が得られる。

これに対して図９に示すように、第１駆動機構５１により係合軸８が開弁方向（矢印Ｍ２方向）に後退するとき、係合軸８のうち偏位している弁軸後退面８５は、弁軸２の弁軸被後退面２５に密着して係合し、これを後退方向（矢印Ｍ２方向）に引っ張る。この結果、弁体３を弁座１１から離間させて弁口１０を開弁させる。この場合、図９に示すように、係合軸８の弁軸前進面８１と弁軸２の弁軸被前進面２１との間には、非接触とする隙間８１ｃが形成される。

図９に示すように、係合軸８の弁軸後退面８５と、弁軸２の弁軸被後退面２５とは、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において、弁軸２の中心線Ｐ２に対してΔＤ４（ΔＤ４は偏り）偏った位置に形成されている。このため弁軸２を弁口１０から開弁方向（矢印Ｍ２方向）に後退させて開弁する開弁時において、弁軸２を開弁させる方向に作用する開弁力の作用中心点Ｅ１（図９参照）は、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において、弁体３の中心線Ｐ３に対してΔＤ４相当ぶん偏った位置に設けられている。

この結果、弁体３の開弁時には、弁体３の開弁力は弁体３の周方向において一様に作用するよりも、弁体３の周方向において局部的に集中して作用する傾向が得られる。ここで、弁体３の縁部３４のうち縁部３４ｔおよび縁部３４ｒは弁軸２の中心線Ｐ２を挟むように対向している。縁部３４ｔは縁部３４ｒよりも作用中心点Ｅ１に近い側とされている。従って相対的に大きな引き剥がし力Ｆが縁部３４ｔに集中して作用する。

この結果、本実施形態によれば、弁体３が開弁しにくい状況のもとでは、時間的にみると、閉弁状態の弁体３の縁部３４の全体は、瞬間的に弁座１１から同時に離れるのではなく、弁体３のうち弁口１０の縁部３４のうち離間し易い縁部３４ｔから優先して離れる。その後、開弁力は、弁体３の縁部３４うちまだ閉弁状態にある残りの部分に作用する。従って、弁体３の縁部３４のうち、作用中心点Ｅ１から遠い側の縁部３４ｒが弁座１１から弁座１１から離れることは、時間的に遅れる。このように閉弁状態の弁体３について、時間的にずらして少しずつ開弁させることができる。

このような本実施形態によれば、駆動機構５の開弁用の駆動力が大きくないときであっても、また、出口ポート１５および弁口１０が負圧化されて弁体３が開弁しにくい状況のときであっても、また、弁体３が弁座１１に氷結等により固着しているため、弁体３が開弁しにくい状況のときであっても、開弁力の集中性を向上させることができるため、弁体３を良好に開弁させることができる。

（実施形態５）
図１０および図１１は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には共通の構成および共通の作用効果を有する。共通する部位に共通の符号を付する。以下、実施形態１と相違する部分を中心として説明する。図１０及び図１１に示すように、バルブ装置は、鍔状の弁体３をもつ弁軸２と、前進後退される係合軸８と、リンク状の揺動体９とが設けられている。弁軸２は、弁軸２の中心線Ｐ２に対して傾斜すると共に係合軸８に向かう傾斜部２８を備えており、傾斜部２８に長孔状のスライド孔２９をもつ。

図１０に示すように、係合軸８の中心線Ｐ８と弁軸２の中心線Ｐ２とは、同軸的関係とされている。更に、係合軸８の中心線Ｐ８と弁軸２の中心線Ｐ２と弁体３の中心線Ｐ３とは、同軸的関係とされている。図１０に示すように、係合軸８の前進後退を案内する第２案内孔７０Ｓをもつ第２軸受として機能する第２案内部７Ｓが設けられている。

図１０に示すように、係合軸８は第２駆動機構５２により矢印Ｍ１方向に前進され、第１駆動機構５１により矢印Ｍ２方向に後退される。スライド孔２９の中心線２９ｋは、弁軸２の中心線Ｐ２および係合軸８の中心線Ｐ８に対して傾斜している。揺動体９の一端部９ｆ（ピン）は、係合軸８の先端部の係合孔８ａに矢印Ｃ方向に揺動可能に連結されている。揺動体９の他端部９ｅ（ピン）は、弁軸２の長孔状のスライド孔２９にスライド可能に嵌合されている。この結果、揺動体９は、係合軸８および弁軸２に対して揺動可能とされている。弁軸２および弁体３は、揺動体９を介して係合軸８に対して揺動可能とされている。

上記した揺動体９の他端部９ｅ（ピン）は、弁軸２の長孔状のスライド孔２９に沿ってスライドする。このため揺動体９の他端部９ｅは、図１１に示すように弁軸２をこれの前進方向（矢印Ｍ１方向）に加圧して弁体３を弁口１０に閉弁させる弁軸前進位置Ｗ２と、図１０に示すように、弁軸２をこれの後退方向（矢印Ｍ２方向）に引っ張って弁体３を弁口１０から離間させて開弁させる弁軸後退位置Ｗ１とに切り替可能とされている。

更に説明を加える。図１０に示すように、揺動体９の弁軸後退位置Ｗ１は、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において、弁軸２の中心線Ｐ２に対してΔＤ５偏った位置に形成されている。図１１に示すように、揺動体９の弁軸前進位置Ｗ２は、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において弁軸２の中心線Ｐ２と同じ位置またはほぼ同じ位置に形成されている。

本実施形態によれば、閉弁時には、第２駆動機構５２により係合軸８が矢印Ｍ１方向に前進する。すると、揺動体９の他端部９ｅがスライド孔２９に沿ってスライド孔２９の他端部２９ｅに向けてスライドして弁軸前進位置Ｗ２（図１１参照）となるように、揺動体９が揺動する。この状態で係合軸８が矢印Ｍ１方向に更に前進すると、弁軸２をこれの前進方向（矢印Ｍ１方向）に加圧し、弁体３を弁座１１に着座させ弁口１０を閉弁させることができる。

ここで、図１１に示すように、揺動体９の弁軸前進位置Ｗ２は、弁軸２の中心線Ｐ２または弁軸２の中心線Ｐ２付近に位置する。この結果、弁体３を閉弁させるときには、係合軸８の駆動力は、弁軸２および弁体３の全体にできるだけ均等に作用させることができる。よって、弁体３の縁部３４の全体に閉弁力が均等に作用させるのに有利となる。このため弁体３の縁部の全体を弁座１１に均等に着座させるのに有利となり、閉弁時における着座性およびシール性のムラが低減される。

これに対して図１０に示すように、第１駆動機構５１により係合軸８が矢印Ｍ２方向に引っ張られて後退するときには、揺動体９の他端部９ｅがスライド孔２９に沿ってスライド孔２９の一端部２９ａに向けてスライドして弁軸後退位置Ｗ１となるように、揺動体９が係合孔８ａを中心として矢印ＲＡ方向に揺動する。この状態で、係合軸８が矢印Ｍ２方向に更に後退すると、弁軸２をこれの後退方向（矢印Ｍ２方向）に引っ張って弁体３を弁座１１から離間させて弁口１０を開弁させることができる。

ここで、弁体３を開弁させるときには、図１０に示すように、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において、揺動体９の他端部９ｅがスライド孔２９に沿って矢印Ｋ１方向に移動している。この結果、揺動体９の他端部９ｅの中心が弁軸２の中心線Ｐ２に対してΔＤ５偏った位置に配置されている。このため開弁時において、弁軸２を開弁させる方向に作用する開弁力の作用中心点Ｅ１（図１０参照）は、弁軸２の径方向（矢印Ｘ方向）において、弁体３の中心線Ｐ３に対してΔＤ５偏った位置に設けられている。図１０に示すように、弁体３の縁部３４のうち縁部３４ｒは、径方向（矢印Ｘ１方向）において、縁部３４ｔよりも開弁力の作用中心点Ｅ１に近い側とされている。

この結果、弁体３が開弁しにくい状況のもとでは、時間的にみると、閉弁状態の弁体３の縁部３４の全体は、瞬間的に弁座１１から同時に離れるのではなく、弁体３の縁部３４のうち縁部３４ｒ（開弁力の作用中心点Ｅ１に近い側）から、優先して弁座１１から離間する。この後、開弁力は、弁体３のうちまだ閉弁状態にある残りの部分に作用する。このように閉弁状態の弁体３について、時間的にずらして少しずつ開弁させることができる。

このため本実施形態によれば、駆動機構５の開弁用の駆動力が大きくないときであっても、また、出口ポートおよび弁口１０が負圧化されて弁体３が開弁しにくい状況のときであっても、また、弁体３が弁座１１に氷結等により固着しているため、弁体３が開弁しにくい状況のときであっても、開弁力の集中性を向上させることができるため、弁体３を良好に開弁させることができる。なお、図１０および図１１において弁軸２の中心線Ｐ２とスライド孔２９の中心線２９ｋとのなす角度としては５〜３０度または５〜２０度程度が好ましい。

（実施形態６）
図１２は実施形態６を示す。本実施形態は燃料電池システムに適用している。実施形態１と基本的には共通の構成および共通の作用効果を有する。共通する部位に共通の符号を付する。以下、実施形態１と相違する部分を中心として説明する。燃料発電システムは、改質器１００と、燃焼器２００と、燃料ユニットとして機能する燃料電池３００と、改質器１００と燃料電池３００とを繋ぐ供給通路４００とを備えている。改質器１００には、改質用原料としての原料ガス（例えば天然ガス、都市ガス）および原料水（または水蒸気）を送給する送給通路１１０が設けられている。送給通路１１０には、原料ガスの流量を制御する制御弁１００ｅ、原料ガスを搬送するポンプ等の搬送要素１００ｆ、原料ガスのガス源１００ｋが接続されている。改質器１００は、水蒸気を利用して原料ガスを改質させて水素リッチな燃料ガス（燃料）を生成する。このため改質器１００で改質された燃料ガスは水蒸気を含むことが多い。

燃焼器２００は、燃焼用原料としての燃焼用ガスを燃焼させることにより改質器１００を改質反応に適するように加熱する。燃焼器２００は改質器１００を効果的に加熱できるように改質器１００に隣接されている。改質器１００と燃焼器２００とで改質ユニットを構成する。燃焼器２００に燃焼用ガスを供給する燃焼用ガス通路２２０が設けられている。燃焼用ガス通路２２０には、燃焼用ガスの流量を調整する制御弁２２０ｅが設けられている。

燃料電池３００は燃料極と酸化剤極とを有する。燃料電池３００は発電運転により昇温するため、冷却水通路３２０を流れる冷却水により冷却され、燃料電池３００の過熱が抑制されている。供給通路４００は、改質器１００の出口１００ｐと燃料電池３００の燃料極の入口３００ｉとを繋ぐ。供給通路４００には、供給弁５００（燃料遮断要素）が燃料電池３の燃料極の入口３００ｉの上流に位置して設けられている。

改質器１００で改質された燃料ガスは、供給通路４００を介して燃料電池３００の燃料極に供給される。酸化剤通路３３０から酸化剤ガス（空気）は加湿器３３３で加湿された後に、燃料電池３００の酸化剤極に供給される。これにより燃料電池３００は発電する。

燃料電池３００の燃料極の燃料出口３００ｐと燃焼器２００とを繋ぐ帰還通路６１０が設けられている。帰還通路６１０には開閉可能な帰還弁６００（燃料オフ流体遮断要素）が設けられている。燃料電池３００で発電反応に使用された燃料オフガス（燃料オフ流体）には、燃料成分が残留していることがある。そこで、帰還弁６００が開放すると、帰還通路６１０は、燃料電池３００で発電反応に使用された燃料オフガスを燃料極の出口３００ｐから凝縮器７３０を介して燃焼器２００に帰還させ、燃焼器２００で再利用する。

図１２に示すように、供給通路４００には分岐部４００ａを介してバイパス通路６５０が設けられている。バイパス通路６５０は、改質器１００で改質された燃料ガスを燃料電池３００に流さないように、燃料電池３００を迂回させるものである。バイパス通路６５０には、開閉可能なバイパス弁６６０（燃料遮断要素）が設けられている。システムの起動時には、改質器１００の温度が必ずしも充分に安定していない。このため、改質器１００の改質反応で生成された燃料ガスの組成は、必ずしも充分に安定していないことがある。そこで、システムの起動時には、供給弁５００を遮断し、バイパス弁６６０を開放させて、改質器１００からの燃料ガスを燃料電池３００に流さず、バイパス通路６５０から燃焼器２００に帰還させる。これにより起動直後に改質された燃料ガスは、燃焼器２００の燃焼に再利用される。

使用方法について説明を加える。起動時には、供給弁５００および帰還弁６００が閉鎖されている。先ず、制御弁２２０ｅが開放して燃焼用ガス通路２２０から燃焼用ガス（燃焼用原料）が燃焼器２００に供給されるとともに、空気通路２３０から空気が燃焼器２００に供給され、燃焼器２００で燃焼用ガスが燃焼する。これにより改質器１００が次第に加熱されて昇温する。送給通路１１０により原料ガスおよび水蒸気が改質器１００に供給され、改質器１００において改質反応により水素リッチな燃料ガスが生成される。

しかしシステムの起動時初期には、改質器１００の温度が必ずしも充分に安定していないことがある。このため、改質器１００の改質反応で生成された燃料ガスの組成は、必ずしも充分に安定していないことがある。例えば、定常運転のときよりも、水素濃度が低いことがある。また、燃料電池３００の燃料極に担持されている触媒に影響を与える物質が燃料ガスに含有されているおそれがある。

そこでシステムの起動時初期には、供給弁５００および帰還弁６００が閉鎖されている状態で、バイパス弁６６０を開放して、改質器１００からの燃料ガスを燃料電池３００の燃料極に流さず、バイパス通路６５０から凝縮器７３０を介して燃焼器２００に帰還させる。これにより燃料ガスは燃焼器２００の燃焼に再利用される。

燃焼器２００での燃焼が継続されると、改質器１００の温度が安定する。改質器１００の改質反応で生成された燃料ガスの組成も次第に安定する。そこで、バイパス弁６６０が閉鎖した状態で、供給弁５００および帰還弁６００が開放する。すると、改質器１００で生成された燃料ガスは、供給通路４００および供給弁５００を経て燃料電池３００の燃料極の入口３００ｉに至り、発電反応に使用される。燃料電池３００の酸化剤極の入口に繋がる酸化剤通路３３０には、酸化剤ガスを加湿する加湿器３３３および酸化剤供給用の供給弁３３５が設けられている。燃料電池３００の酸化剤極の出口には酸化剤排出通路３３７が設けられ、酸化剤排出通路３３７には、酸化剤オフガスを排出する排出弁３３８および加湿器３３３が設けられている。発電反応を経た酸化剤ガス（一般的には空気）は、高い湿度をもつ酸化剤オフガスとなり、燃料電池３００の酸化剤極の出口から酸化剤排出通路３３７および排出弁３３８を経て、更に加湿器３３３を通過し、加湿器３３３の水分保持部材に水分を与えた後に、外気に放出される。なお、燃料電池の内部がフラッデング気味であり、加湿器３３３に水分を与えたくないときには、発電後の酸化剤オフガスをバイパス通路３３３ｅおよびバイパス弁３３３ｆに通過させることにより加湿器３３３を迂回させると共に、発電前の酸化剤ガスをバイパス通路３３３ａおよびバイパス弁３３３ｂに通過させることにより加湿器３３３を迂回させる。

発電反応を経た燃料は燃料オフガスとなる。燃料オフガスは、燃料電池３００の燃料極の出口３００ｐから帰還通路６００に吐出され、帰還通路６１０および帰還弁６００を経て、更に凝縮器７３０を経て燃焼器２００に帰還する。これにより燃料オフガスは燃焼器２００の燃焼に再利用される。発電反応を経た燃料は燃料オフガスとなる。

供給通路４００の供給弁５００、帰還通路６１０の帰還弁６００、バイパス通路６５０のバイパス弁６６０、酸化剤通路３３０の供給弁３３５、酸化剤排出通路３３７の排出弁３３８のうち少なくとも一つを、上記した各実施形態に係るバルブ装置とすることができる。更に制御弁２２０ｅ、バイパス弁３３３ｂ、バイパス弁３３３ｆについても、上記した各実施形態に係るバルブ装置とすることができる。即ち、燃料電池システムに使用するバルブを上記した各実施形態に係るバルブ装置とすることができる。改質器を搭載していない燃料電池システム（例えば自動車などの車両に搭載される燃料電池システム）において使用されるバルブにも適用できる。このバルブ装置は上記した耐負圧性、耐凍結性が優れているため、燃料電池システムの運転を良好に行うことができる。なお、改質器を搭載しないものの、燃料貯蔵タンクを搭載している燃料電池システムに適用しても良い。燃料電池システム以外の機器のバルブに適用しても良い。

（その他）
ΔＤ２〜Δ５の大きさは、前記したΔＤに対応することができる。弁体３が剛体であり、ゴムや軟質樹脂等の弾性可撓材料を弁座１１側に設けることにしても良い。本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。ある実施例に特有の構造および機能は、他の実施例においても適用することができる。

上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
（付記項１）弁口を形成する弁座をもつボディと、
前記ボディの内部において軸長方向に沿って前進および後退可能に設けられた弁軸と、
前記弁軸に連設され前記弁軸の中心線の回りに縁部をもち前記弁軸の前進により前記弁口を閉弁し且つ前記弁軸の後退により前記弁口を開弁する鍔状の弁体と、
前記弁体が前記弁口を開弁する方向に前記弁軸を後退させると共に前記弁体が前記弁口を閉弁する方向に前記弁軸を前進させる駆動機構とを具備するバルブ装置において、弁軸の中心線、弁体の中心線および弁口を形成する弁座の中心線は、鉛直線に対して傾斜して配置されていることを特徴とするバルブ装置。弁座の着座面は、水平方向に対して傾斜している。弁軸、弁口、弁座の中心線に沿って当該中心線を通る断面において、弁座の着座面は水平線に対して傾斜している。このため、弁座の着座面に残留する水を、傾斜下降端に向けて重力により流下させ易い。このため、弁座に水が残留することが抑制される。よって弁体が凍結で固着されることが抑えられる。耐凍結性が向上するため、寒冷地などであっても、弁体の開弁動作性が確保され易い。
（付記項２）付記項１において、ボディは、主ボディと主ボディに取り付けられた弁軸を収容する副ボディとを備えており、副ボディの中心線は鉛直線に対して傾斜して配置されていることを特徴とするバルブ装置。弁座の着座面は、水平方向に対して傾斜しているため、弁座の着座面に残留する水を重力により弁座の着座面に沿って流下させ易い。このため氷結が抑制され、弁座に弁体が凍結で固着されることが抑えられる。

本発明は気体状または液体状の流体を流す流体装置に使用されるバルブ装置に利用できる。

実施形態１に係り、弁軸に連設された弁体が弁口を閉弁している状態を模式的に示す断面図である。 実施形態１に係り、（Ａ）は弁軸を嵌合する第１案内部を模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は別形態に係り、弁軸を嵌合する第１案内部を模式的に示す断面図である。 実施形態２に係り、バルブ装置を模式的に示す断面図である。 実施形態２に係り、弁軸に連設された弁体が弁口を閉弁している状態を模式的に示す断面図である。 実施形態３に係り、バルブ装置を模式的に示す断面図である。 実施形態３に係り、弁軸に連設された弁体が弁口を閉弁している状態を模式的に示す断面図である。 実施形態３に係り、弁軸を嵌合する第１案内部を模式的に示す断面図である。 実施形態４に係り、弁軸に連設された弁体が閉弁する状態を模式的に示す断面図である。 実施形態４に係り、弁軸に連設された弁体が開弁する状態を模式的に示す断面図である。 実施形態５に係り、弁軸に連設された弁体が開弁する状態を模式的に示す断面図である。 実施形態５に係り、弁軸に連設された弁体が閉弁する状態を模式的に示す断面図である。 実施形態６に係り、燃料電池システムを模式的に示す図である。 従来技術に係り、弁軸に連設された弁体が弁口を閉弁している状態を模式的に示す断面図である。

符号の説明

２は弁軸、３は弁体、５は駆動部を示す。

Claims (7)

1. 入口ポートと、出口ポートと、前記入口ポートと前記出口ポートと間に設けられている弁口を形成する弁座をもつボディと、
   前記ボディに軸長方向に沿って前進および後退可能に設けられた弁軸と、
   前記弁軸に連設され前記弁軸の中心線の回りに縁部をもち前記弁軸の前進により前記弁口を閉弁し且つ前記弁軸の後退により前記弁口を開弁する鍔状の弁体と、
   前記弁体が前記弁口を開弁する方向に前記弁軸を後退させると共に前記弁体が前記弁口を閉弁する方向に前記弁軸を前進させる駆動機構とを具備するバルブ装置において、
   開弁時の少なくとも初期において、前記弁軸に作用する開弁力の作用中心点は、前記弁軸の径方向において、前記弁体の中心線に対して偏った位置に設けられていることを特徴とするバルブ装置。
2. 請求項１において、前記弁軸の径方向において、前記弁軸の中心線と前記弁体の中心線とは偏芯していることを特徴とするバルブ装置。
3. 請求項１または２において、前記弁軸の径方向において、前記弁軸の中心線と前記弁体の中心線との偏芯量をΔＤとし、前記弁体の外径をＤとすると、ΔＤ／Ｄ×１００＝αとすると、α＝１〜２５の範囲内に設定されていることを特徴とするバルブ装置。
4. 請求項１〜３のうちの一項において、前記駆動機構により移動され前記弁軸に係合し前記弁軸を前進後退させる係合軸が設けられており、
   前記係合軸は、前記弁軸をこれの前進方向に加圧して前記弁体を前記弁口に閉弁させる弁軸前進面と、前記弁軸をこれの後退方向に引っ張って前記弁体を前記弁口から離間させて開弁させる弁軸後退面とを備えており、
   前記弁軸は、前記係合軸の前記弁軸前進面に対面して係合する弁軸被前進面と、前記係合軸の前記弁軸後退面に対面して係合する弁軸被後退面とを備えており、
   前記係合軸の前記弁軸後退面は前記弁軸の径方向において前記弁軸の中心線に対して偏った位置に形成されていることを特徴とするバルブ装置。
5. 請求項１〜３のうちの一項において、前記駆動機構により前進後退される係合軸と、一端部が前記係合軸に揺動可能に連結され他端部が前記弁軸に揺動可能に連結され前記係合軸および前記弁軸に対して揺動可能な揺動体とが設けられており、
   前記揺動体は、前記弁軸をこれの前進方向に加圧して前記弁体を前記弁口に閉弁させる弁軸前進位置と、前記弁軸をこれの後退方向に引っ張って前記弁体を前記弁口から離間させて開弁させる弁軸後退位置とを備えており、
   前記揺動体の弁軸後退位置は前記弁軸の径方向において前記弁軸の中心線に対して偏った位置に形成されていることを特徴とするバルブ装置。
6. 請求項１〜５のうちの一項において、前記弁軸を前進後退方向に案内する第１案内部が設けられており、前記弁軸と前記第１案内部の間には、前記弁軸の中心線を前記第１案内部の中心線に対して傾斜させる隙間が前記弁軸の径方向において形成されていることを特徴とするバルブ装置。
7. 請求項１〜６のうちの一項において、閉弁時において前記弁軸に作用する閉弁力の作用中心点は、開弁時において前記弁軸に作用する開弁力の作用中心点よりも、前記弁軸の径方向において前記弁体の中心線の近くに設定されていることを特徴とするバルブ装置。

Images