JP4654747B2

JP4654747B2 - 流体用開閉弁装置

Info

Publication number: JP4654747B2
Application number: JP2005117597A
Authority: JP
Inventors: 尽生石戸谷; 信夫小林; 敦幸大神; 顕山下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2025-04-14
Also published as: EP1870620A1; CA2603735A1; KR20070110933A; WO2006112491A1; CN101160485A; KR100909454B1; EP1870620A4; JP2006292152A; CN101160485B; US8186377B2; EP1870620B1; CA2603735C; US20090267014A1

Description

本発明は、流体通路を開閉する流体用開閉弁装置に関する。

高圧流体通路を開閉する高圧開閉弁装置（流体用開閉弁装置）における高圧流体の弁部シール方法としては、ゴム、樹脂、金属のいずれか一種類により構成されたシール材を可動部である弁体に設け、該シール材を弁座部に着座させて流体をシールするのが一般的である。
特開２００２―２９５７１１号公報

ここで、シール材としてゴムを用いた場合、シール性はよいが、耐圧性に乏しい。例えば、流体通路の上流側通路と下流側通路の差圧が５０ＭＰａ以上の高圧下では、シール材の過量な圧縮変形によるはみ出し現象によってシール不良が起こる可能性がある。

一方、シール材として樹脂および金属を用いた場合は、前記差圧が高圧（例えば５０ＭＰａ以上）下での耐圧性及びシール性の確保は容易だが、比較的低い差圧（例えば５０ＭＰａ未満）ではシールが困難な場合がある。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、流体通路の上流側通路と下流側通路の差圧が高圧状態及び低圧状態の両方で良好なシール性を得ることができる流体用開閉弁装置を提供することを目的とする。

本発明の流体用開閉弁装置は、弁座部と、該弁座部に離接して流体通路の上流側通路と下流側通路とを連通・封鎖する弁体と、を備えると共に、該弁体が前記弁座部との間をシールする第１シール部と該第１シール部よりも硬度が大なる第２シール部とを有する、流体用開閉弁装置であって、前記弁座部に対する前記弁体の離接方向と、前記流体通路の上流側通路から導入される流体の流れ方向とが交差しており、且つ、前記第１シール部と前記第２シール部とが、前記弁体の離接方向と直交する方向に互いに並列に配置されており、前記流体通路の上流側通路と下流側通路との差圧によって前記流体通路が封鎖される場合において、前記差圧が所定値未満であるときは、前記第１シール部が前記弁座部に密着して前記流体通路が封鎖される一方、前記差圧が前記所定値以上であるときは、前記弁座部に密着している第１シール部が前記差圧により圧縮変形するとともに、前記第２シール部が前記弁座部に密着して前記流体通路が封鎖される。

かかる構成では、流体通路の上流側通路と下流側通路との差圧が高圧の状態と低圧の状態とで硬度の異なるシール部が主体となって流体のシールを行う。すなわち、上下流間の差圧が所定値未満の時は、相対的に硬度の小さい第１シール部が弁座部と密着し、所定値以上の時は、相対的に硬度の大きい第２シール部が弁座部と密着する。
また、かかる構成によれば、第１シール部と第２シール部とを弁体の離接方向に直列配置する場合に比して、該離接方向の長さを短くして弁装置の小型化を図ることができる、あるいは、同一サイズの弁装置であれば離接方向のストロークを稼ぐことができる。
上記流体用開閉弁装置においては、上流圧と下流圧との差圧が所定圧以上の高圧ガスが流通する流体流路に設けられるものであってもよい。
上記流体用開閉弁装置は、前記流体流路に設けられる逆止弁，開閉弁，主止弁、調圧弁のいずれかであってもよい。

例えば各シール部の材質を適切に選択することで、差圧が高圧の状態と低圧の状態との両方で良好なシール性を得ることができる。例えば、第１シール部としてはゴム等の軟質（言い換えれば、弾性係数・弾性率が小、剛性が小、硬度が小）の材料を採用することができ、第２シール部としては樹脂や金属等、第１シール部よりも硬質（言い換えれば、弾性係数・弾性率が大、剛性が大、硬度が大）の材料を採用することができる。
具体的には、前記第１シール部はゴム，樹脂又は金属のいずれかよりなり、前記第２シール部は樹脂又は金属のいずれかよりなるものとすることができる。

本発明の流体用開閉弁装置においては、前記弁体の一部が前記第２シール部を構成していてもよい。

かかる構成によれば、弁体自身により第２シール部が構成されるので、部品点数の増加を抑制することができる。

上記流体用開閉弁装置においては、前記第１シール部の前記弁座部に密着する端面から該弁座部までの距離が、前記第２シール部の前記弁座部に密着する端面から該弁座部までの距離よりも短くてもよい。

かかる構成では、硬度の相対的に小さな第１シール部が硬度の相対的に大きな第２シール部よりも先に弁座部に当接する。

本発明の流体用開閉弁装置においては、圧縮変形した前記第１シール部に対して復元力を与える復元手段を設けてもよい。

かかる構成によれば、上下流間の差圧が高圧状態（所定値以上）から低圧状態（所定値未満）に移行する際には、第１シール部が低圧状態でのシールに好適な元の形状へと速やかに復元されると共に、所定圧以上のシール圧も確保される。

本発明の流体用開閉弁装置においては、前記弁座部を弁座部本体と該弁座部本体よりも軟質の弁座側シール部とを備えた構成とし、該弁座側シール部を前記第１シール部と対向する位置に設けてもよい。

かかる構成では、第１シール部が弁座側シール部と密着することによりシールが行われる。すなわち、第１シール部は弁座部本体と直接には接しないから、第１シール部が弁座部本体に対して摺動することによる当該第１シール部の摩耗が抑制される。
なお、本発明の流体用開閉弁装置において、前記複数のシール部のうち、相対的に硬度が小なるシール部はゴム，樹脂又は金属のいずれかよりなり、相対的に硬度が大なるシール部は樹脂又は金属のいずれかよりなるものでもよい。また、本発明の流体用開閉弁装において、前記第１シール部はゴム，樹脂又は金属のいずれかよりなり、前記第２シール部は樹脂又は金属のいずれかよりなるものでもよい。
さらに、本発明の流体用開閉弁装置は、上流圧と下流圧との差圧が所定圧以上の高圧ガスが流通する流体流路に設けられるものでもよい。そして、かかる流体用開閉弁装置は、前記流体流路に設けられる逆止弁でもよい。

本発明によれば、流体通路の上流側通路と下流側通路との差圧が所定の高圧状態と所定の低圧状態とで、互いに硬度の異なる複数のシール部を主体に弁体−弁座部間のシールを行うことが可能となる。

本発明によれば、流体通路の上流側通路と下流側通路との差圧が所定値未満の時（低圧時）には第１シール部が弁座部と密着し、所定値以上の時（高圧時）には第２シール部が弁座部と密着するので、各シール部の材質を適切に選択することにより、上下流間の差圧が高圧状態及び低圧状態の両方で良好なシール性を得ることが可能となる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞

図１は、例えば高圧流体流路に設けられる弁であって、流体の一方向の流通は許容するが他方向の流通は禁止する逆止弁（流体用開閉弁装置）１Ａである。逆止弁１Ａは、バルブボデー２に形成された流体通路７，８内に弁体アッセンブリ（弁体）３Ａが配設されてなるものである。弁体アッセンブリ３Ａは、流体流れ方向の上流側である高圧側流体通路（上流側通路）７から流体流れ方向の下流側である低圧側流体通路（下流側通路）８への流体の流入を止めるものである。

バルブボデー２の低圧側には、弁体アッセンブリ３Ａと協働してシールを形成する弁座本体（弁座部）４が形成されている。また、バルブボデー２中には、弁座本体４から離間する方向の復元力を弁体アッセンブリ３Ａに与えるバネ５が設けられている。弁座本体４の中央側には、低圧側流体通路８の開口縁を取り囲んで弁体アッセンブリ３Ａ側に突出する突起部６が形成されている。これら弁座本体４および突起部６により弁座部が構成される。

弁体アッセンブリ３Ａは、Ｈ型断面の弁本体１０に、低圧シール部（第１シール部）１２と高圧シール部（第２シール部）１３が固定されてなるものである。各シール部１２，１３は、高分子材料により形成され、低圧シール部１２は高圧シール部１３よりも柔らかい材料、つまり、相対的に硬度が小さい材料により形成されている。詳細には、低圧シール部１２としてはゴムを採用し、高圧シール部１３としては相対的に硬度が大きい樹脂を採用することができる。

高圧シール部１３は、弁本体１０の下面、言い換えれば、弁座本体４と対向する面に形成された凹部１０ａに収容された状態で固定され、弁座本体４側に突出するリング状部の端面１３ａが弁座本体４と接触することにより、シールが行われる。

低圧シール部１２は、高圧シール部１３の端面１３ａに取り囲まれた領域、つまり、高圧シール部１３の中央部に形成された凹部１３ｂに、完全に収容された状態で当該高圧シール部１３に固定されている。そして、低圧シール部１２の端面（弁座本体４側と対向する面）１２ａが突起部６と接触することによりシールが行われる。

低圧シール部１２の端面１２ａは、高圧シール部１３の端面１３ａよりも弁本体１０の軸線方向（弁開閉方向、弁体の離接方向）内側に位置しているが、これら端面１２ａ，１３ａ間の弁開閉方向に沿う高さの差は、突起部６の弁開放方向に沿う突出高さよりも小さく設定されているため、端面１２ａと突起部６の端面とが面一に接触した状態はもとより、弁体アッセンブリ３Ａが閉弁方向に更に移動して、低圧シール部１２が突起部６に押圧されて圧縮変形しても、その変形量が所定量までであれば、図２に示すように、高圧シール部１３の端面１３ａが弁座本体４に接触することはない。

つまり、突起部６に対する端面１２ａの接触タイミングと、弁座本体４に対する端面１３ａの接触タイミングは異なる。言い換えれば、相対的に硬度の小なる低圧シール部１２の端面１２ａから突起部６までの距離は、相対的に硬度の大なる高圧シール部１３の端面１３ａから弁座本体４までの距離よりも短い。

次に、本逆止弁１Ａの作用について説明する。この逆止弁１Ａにおいて、高圧側流体通路７の流体圧力が上昇すると、該流体圧力と低圧側流体通路８の流体圧力との差圧と、該差圧の受圧面積とに応じた閉弁方向の荷重（以下、閉弁方向荷重）が弁本体１０に作用し、弁体アッセンブリ３Ａはバネ５の復元力に反して弁座本体４側へと移動する。

図２は低圧時、すなわち、高圧側流体通路７と低圧側流体通路８との差圧が比較的小さい場合を示す。このときの差圧は、例えば５０ＭＰａ未満である。この状態では、軟質の低圧シール部１２が突起部６と密着することによりシールが行われる。この状態では硬質の高圧シール部１３と弁座本体４とは接触しない。

図３は高圧時、すなわち、高圧側流体通路７と低圧側流体通路８との差圧が比較的大きい場合を示す。このときの差圧は、例えば５０ＭＰａ以上である。この状態では、弁体アッセンブリ３Ａに作用する閉弁方向の荷重が増大するため、低圧シール部１２は圧縮変形して弁体アッセンブリ３Ａは閉弁方向に更に変位する。そして、硬質の高圧シール部１３が弁座本体４と接触してシールが行われる。

このように、本実施形態の逆止弁１Ａによれば、低圧時においては低圧シール部１２が突起部６と密着し、高圧時においては高圧シール部１３が弁座本体４と密着する。通常、低圧シール部１２の材質は、高圧下では変形してシール性が低下し、高圧シール部１３の材質は、低圧化では十分なシール性が得られないが、本実施形態においては、低圧下では低圧シール部１２によりシールを行い、高圧下では高圧シール部１３によりシールを行う構成であるから、上下流間の差圧が高圧の状態と低圧の状態との両方で良好なシール性を得ることができる。

次に、上記の逆止弁１Ａの変形例について説明する。なお、以下の各変形例において、低圧シール部と高圧シール部はそれぞれ硬度の小さい材料及び大きい材料により構成され、特に上記の例と同じくそれぞれ高分子材料により構成するものとする。また、以下の説明において、上記実施形態と重複する構成については同じ符号を用い、その説明を省略する。また、作用効果についても重複する説明を省略する。

図４に示した逆止弁１Ｂの弁体アッセンブリ３Ｂは上記の高圧シール部１３と同様の材質、例えばポリイミド等の硬い高分子材料により形成された弁本体１６を備える。弁本体１６の中央に形成された凹部１６ａには、例えばゴム等の軟質のシール部１７が収容された状態で固定されている。

弁本体１６は、弁座本体４側に向かい弁開閉方向に沿って突出する環状の突起１８を凹部１６ａの外側に備え、突起１８の端面１８ａが弁座本体４と接触することによりシールが行われる。低圧シール部１７は、突起１８に取り囲まれた位置に固定されており、端面１７ａが弁座本体４と接触することによりシールが行われる。端面１７ａは端面１８ａよりも弁本体１６の軸線方向（弁開閉方向、弁体の離接方向）内側に位置している。

本変形例によれば、弁本体１６の一部、つまり、突起１８が上記の高圧シール部１３と同様に弁座本体４と接触することにより、高圧時のシールを行う。よって、上記実施形態よりも少ない部品点数で同様の作用効果を得ることができる。

他の変形例として、図４に示した逆止弁１Ｂおよび図５に示した逆止弁１Ｃのように、弁座本体４側に突起部６（図１参照）を備えず、弁座本体４全体をフラットな形状としてもよい。この場合、弁体側のシール部に段差または傾斜を設けることで、弁座本体４に対する低圧シール部１７，１２および高圧シール部１８，１３の接触タイミングを調整することができる。

例えば、図４に示した逆止弁１Ｂにおいては、弁座本体４側に突起部６が設けられていない分、図１の逆止弁１Ａの構成とは逆に、弁体アッセンブリ３Ｂにおける低圧シール部１７の端面１７ａが高圧シール部を構成している突起１８の端面１８ａよりも弁座本体４側に突出していて、閉弁動作時には、まず、低圧シール部１２でシールした後に、高圧シール部をなす突起１８でシールするようになっている。

同様に、図５に示した逆止弁１Ｃにおいては、弁座本体４側に突起部６が設けられていない分、図１の逆止弁１Ａの構成とは逆に、弁体アッセンブリ３Ｃにおける低圧シール部１２の端面１２ａが高圧シール部１３の端面１３ａよりも弁座本体４側に突出していて、閉弁動作時には、まず、低圧シール部１２でシールされた後に、高圧シール部１３でシールされるようになっている。

図１の逆止弁１Ａの他の変形例として、図６に示した逆止弁１Ｄとしてもよい。この逆止弁１Ｄの弁体アッセンブリ３Ｄには、リング状の低圧シール部２０と該低圧シール部２０の径方向外側に位置する高圧シール部２１とが、弁本体１９に設けられた環状の凹部１９ａに収容された状態で固定されている。シール部２０，２１はそれぞれシール部１２，１３と同じ高分子材料により形成され、同様の作用効果を有する。

図１の逆止弁１Ａの更に他の変形例として、図７に示した逆止弁１Ｅとしてもよい。この逆止弁１Ｅは、逆止弁１Ａが備える突起部６は有しない。弁体アッセンブリ３Ｅは、リング状の低圧シール部２２と該低圧シール部２２の外側に位置する高圧シール部２３とが、弁本体１９に設けられた環状の凹部１９ａに収容された状態で固定されている。各シール部２２，２３は円筒形状である。

本変形例においても、シール部１２，１３と同じ高分子材料により形成されたリング状のシール部２２，２３を備えるため、同様の作用効果を有する。
＜第２実施形態＞

図８は、本発明の第２実施形態を示す逆止弁１Ｆである。本実施形態においては、図７の逆止弁１Ｅと比較して、低圧シール部と高圧シール部の配置が弁本体２４の径方向（弁開閉方向と直交する方向、高圧側流体通路７から導入される流体の流れ方向）において内外逆になっている。詳細には、逆止弁１Ｆの弁体アッセンブリ３Fには、リング状の低圧シール部２５と該低圧シール部２５の径方向内側に位置する高圧シール部２６とが、弁本体２４に設けられた環状の凹部２４ａに収容された状態で固定されている。

すなわち、低圧シール部２５は、高圧シール部２６よりも流体流れ方向の上流側に配置されている。言い換えれば、低圧シール部２５の少なくとも端面２５ａを含む先端部と、高圧シール部２６の少なくとも端面２６ａを含む先端部は、弁体アッセンブリ３Ｆの弁開閉方向（弁体の離接方向）と直交する方向に互いに並列に配置されている。

本実施形態においては、以下のようにシールが行われる。すなわち、上下流間の差圧が低圧時（所定値未満の時）を示す図９の状態では、低圧シール部２５の端面２５ａが弁座本体４と接触することによりシールが行われる。この低圧時には高圧シール部２６と弁座本体４とは接触しない。

一方、上下流間の差圧が高圧時（所定値以上の時）を示す図１０の状態では、弁体アッセンブリ３Ｆに対してさらに大きな閉弁方向荷重が作用するため、上昇した差圧によって低圧シール部２５が更に圧縮変形しようとするが、低圧シール部２５には高圧側流体通路７からの高圧が作用しているため、当該低圧シール部２５が下流側（図１０では径方向内側）に倒れ込む。これにより、低圧シール部２５によるシール性は失われるが、高圧シール部２６の端面２６ａが弁座本体４と密着して、高圧シール部２６によるシール性が確保される。

このとき、実際に高圧シール部１３に作用する差圧は、差圧作用方向（図１０では上下方向）の弁体平面視にて、高圧シール部２６の外周と弁本体２４の外周とに囲まれたリング状の領域に作用している差圧である。

本実施形態の逆止弁１Ｆでは、高圧シール部２６が図１の逆止弁１Ａにおける高圧シール部１３よりも径方向内側（下流側）に位置しているので、上記リング状の領域が相対的に広くなる。したがって、上下流間の差圧を高圧シール部２６に有効に作用させることができ、高圧状態下でのシール性が向上する。

さらに、低圧シール部２５と高圧シール部２６が弁体アッセンブリ３Ｆの離接方向に直列配置されている構成に比して、該離接方向の長さを短くして逆止弁１Ｆの小型化を図ることができる、あるいは、同一サイズの逆止弁１Ｆであれば離接方向のストロークを稼ぐことができる。

本実施形態の変形例として、図１１に示した弁体アッセンブリ３Ｇを備えた逆止弁１Ｇとしてもよい。同図の変形例では、逆止弁１Ｆと比較して、高圧シール部２６は設けられておらず、弁体アッセンブリ３Ｇは、例えばポリイミド等の硬い高分子材料により形成された弁本体２８と、弁本体２８に形成された環状の凹部２８ａ内部に固定された例えばゴム等の軟質の低圧シール部２５とにより構成されている。

弁本体２８の径方向中央部には、該弁本体２８の弁座本体４側と対向する面の中央部（一部）が弁座本体４側（弁開閉方向）に向かって突出してなる突起２９が設けられている。本変形例では、この突起２９が高圧シール部として機能し、該突起２９の端面２９ａが座４と接触することにより、高圧時のシールが行われる。

また、他の変形例として、図１２に示した逆止弁１Ｈのように、弁４側に突起部６を設けてもよい。本変形例においては、逆止弁１Ｆと比較して突起部６が設けられている分、軟質の低圧シール部２５と硬質の高圧シール部２６の高さを適宜変更し、これら低圧および高圧シール部２５，２６の接触タイミングを調整すればよい。
＜第３実施形態＞

図１３は、本発明の第３実施形態を示す逆止弁１Ｉである。この逆止弁１Ｉは、弁座本体４に固定された軟質の弁座側低圧シール部３０を備え、該弁座側低圧シール部３０は弁座本体４と共に弁座部を構成する。弁座側低圧シール部３０は、弁座本体４よりも軟質の材料であれば、低圧シール部２５と異種でも同種の材質でもよく、例えばポリイミド等が採用される。弁座側低圧シール部３０はリング状であり、低圧シール部２５に対向した位置に設けられている。

弁体アッセンブリ３Ｉは、例えば図８等に示した弁体アッセンブリ３Ｆと同様の構成であるが、低圧シール部２５および高圧シール部２６の高さは、後述のように低圧時及び高圧時で適切にシールが行われるように適宜調整される。

本実施形態においては、以下のようにシールが行われる。すなわち、上下流間の差圧が低圧時（所定値未満の時）を示す図１４の状態では、低圧シール部２５の端面２５ａが弁座側低圧シール部３０と接触することにより、シールが行われる。低圧時には高圧シール部２６と弁座本体４とは接触しない。

一方、上下流間の差圧が高圧時（所定値以上の時）を示す図１５の状態では、弁体アッセンブリ３Ｉに対してさらに大きな閉弁方向荷重が作用するため、上昇した差圧によって低圧シール部２５及び弁座側低圧シール部３０が更に圧縮変形しようとするが、これら低圧シール部２５及び弁座側低圧シール部３０には高圧側流体通路７からの高圧が作用しているため、当該シール部２５，３０が下流側（図１５では径方向内側）に倒れ込む。

これにより、これらシール部２５，３０によるシール機能が失われるが、高圧シール部２６の端面２６ａが弁座本体４と密着し、高圧シール部２６によるシールが行われる。そして、高圧シール部２６の端面２６ａが弁座本体４と密着して、高圧シール部２６によるシール性が確保される。

また、高圧シール部２６が機能している間は、低圧シール部２５及び弁座側低圧シール部３０がいずれも径方向内側（下流側）に屈曲してシール機能が失われるので、図８等に示した実施形態と同様に、上下流間の差圧を高圧シール部２６に有効に作用させることができ、高圧状態下でのシール性が向上する。

加えて、本実施形態においては弁座側低圧シール部３０を備えているため、以下の効果も有する。すなわち、弁座側低圧シール部３０が設けられていない場合には、開閉動作の都度、低圧シール部２５が弁座本体４に対して摺動することによって、低圧シール部２５の磨耗が促進される可能性があるのに対し、本実施形態では、低圧シール部２５は弁座側低圧シール部３０にのみ接触して弁座本体４とは直接には接触しないから、低圧シール部２５の摩耗が抑制され、耐久性を向上させることができる。

本実施形態の変形例として、図１６に示した逆止弁１Ｊのように、弁座本体４に突起部６を設けてもよい。本変形例においては、図１３の逆止弁１Ｉと比較して、低圧シール部２５と高圧シール部２６の高さを適宜変更し、これら低圧および高圧シール部２５，２６の接触タイミングを調整すればよい。

本実施形態の他の変形例として、図１７に示した弁体アッセンブリ３Ｋを備えた逆止弁１Ｋとしてもよい。同図の変形例では、図１１の逆止弁１Ｇと同様に、弁体アッセンブリ３Ｋと別体の高圧シール部２６（図１６）は設けられていない。弁体アッセンブリ３Ｋは、例えばポリイミド等の硬い高分子材料により形成された弁本体３２と、弁本体３２に形成された環状の凹部３２ａの内部に固定された例えばゴム等の低圧シール部２５とにより構成されている。

すなわち、弁本体３２の径方向中央部には、該弁本体３２の弁座本体４と対向する面の中央部（一部）が弁座本体４方向に向かって突出してなる突起３３が設けられている。本変形例では、この突起３３が高圧シール部として機能し、該突起３３の端面３３ａが弁座本体４と接触することにより、高圧時のシールが行われる。
＜第４実施形態＞

図１８は、本発明の第４実施形態として示す逆止弁１Ｌである。この逆止弁１Ｌの弁体アッセンブリ３Ｌは、弁本体３５に設けられた環状の凹部３５ａの内部に、低圧シール部３６と、低圧シール部３６の径方向内側に設けられた高圧シール部３７とが固定されたものである。低圧シール部３６は、凹部３５ａから垂下する円筒部３６ａと、円筒部３６ａの下縁から内側に略水平に延びるフランジ部３６ｂとを備える。

低圧シール部３６の内側には、フランジ部３６ｂを支持するコイルバネ３８（復元手段）が、一端を弁本体３５に支持され、他端をフランジ部３６ｂに支持されて設けられている。コイルバネ３８は、逆止弁１Ｌの周方向に適宜間隔を隔てて複数個（図１８では２個図示されている。）設けられている。

本実施形態においては、以下のようにシールが行われる。すなわち、上下流間の差圧が低圧時（所定値未満の時）を示す図１９の状態では、低圧シール部３６のフランジ部３６ｂの下面が弁座本体４と接触することによりシールが行われる。この低圧時には高圧シール部３７と弁座本体４とは接触しない。

一方、上下流間の差圧が高圧時（所定値以上の時）を示す図２０の状態では、弁体アッセンブリ３Ｌに対してさらに大きな閉弁方向荷重が作用するため、上昇した差圧によって低圧シール部３６が更に変形しようとするが、低圧シール部３６には高圧側流体通路７からの高圧が作用しているため、当該低圧シール部３６が下流側（図２０では径方向内側）に倒れ込む。これにより、低圧シール部３６によるシール性は失われるが、高圧シール部３７の端面３７ａが弁座本体４と密着して、高圧シール部３７によるシール性が確保される。

図２０の高圧状態から差圧が下がり、低圧状態に移行する際には、低圧シール部３６はコイルバネ３８の反発力により、速やかに元の状態である図１９の状態に復元する。このようなコイルバネ３８が設けられていない構成では、高圧状態から低圧状態に移行する際に、低圧シール部３６の復元がクリープ現象等に起因して遅れたり、弁座本体４に対する摺動を繰り返すことによる当該低圧シール部３６の磨耗によって、低圧状態でのシール性が低下する可能性があるが、本実施形態によれば、コイルバネ３８により、低圧シール部３６が迅速かつ確実に弁座本体４を所定圧以上で押圧するように復元するようになり、良好なシール性を確保することができる。

本実施形態の変形例として、図２１に示した逆止弁１Ｍとしてもよい。この逆止弁１Ｍの弁体アッセンブリ３Ｍは、例えばポリイミド等の硬い高分子材料により形成された弁本体４０と、弁本体４０に形成された環状の凹部４０ａの内部に、低圧シール部３６およびコイルバネ３８とが固定されてなるものである。

弁本体４０の径方向中央部には、該弁本体４０の弁座本体４と対向する面の中央部（一部）が弁座本体４方向に向かって突出してなる突起４１が設けられている。本変形例においては、この突起４１が高圧シール部として機能し、該突起４１の端面４１ａが弁座本体４と接触することによりシールが行われる。

本実施形態の他の変形例として、図２２に示した逆止弁１Ｎのように、弁座本体４に突起部６を設けてもよい。本変形例においては、低圧シール部３６と高圧シール部３７の高さを適宜変更し、これら低圧および高圧シール部３６，３７の接触タイミングを調整すればよい。

本実施形態およびその各変形例においては、コイルバネ３８に代えて、以下の変形例を適用することが可能である。例えば、図２３〜図２５は板バネ４５を用いた変形例を示している。図２３において、板バネ４５は、低圧シール部３６の径方向内側に設けられており、その基端側は弁本体３５に挿入固定され、先端側はフランジ部３６ｂを弾性的に支持している。

図２４は、低圧シール部３６の内部に挿入された板バネ４６を用いた変形例である。板バネ４６は、その基端側を弁本体３５に挿入固定され、円筒部３６aおよびフランジ部３６ｂに挿入されていることで低圧シール部３６全体を弾性的に支持している。

図２５は、低圧シール部３６を外側から支持する板バネ４７を用いた変形例である。板バネ４７の基端は、弁本体３５と低圧シール部３６とに挟まれた状態で固定され、先端は低圧シール部３６と固定されている。

これら図２３〜図２５に示した板バネ４５，４６，４７の変形例においても、コイルバネ３８と同様に、低圧シール部３６が内側に圧縮変形した状態から速やかに元の状態に戻るよう復元力を与えることができる。

図２６は、コイルバネ３８に代えて、低圧シール部３６の内側に設けられたゴム４８を用いた変形例である。このゴム４８は、リング状であって弁本体３５の軸周りに設けられ、断面形状が円形となっている。図２７に示した他の変形例のゴム４９のように、断面形状が矩形状であってもよい。

これら図２６及び図２７に示したゴム４８，４９についても、材質自体が備える弾性力により、低圧シール部３６が内側に圧縮変形した状態から速やかに元の状態に戻るよう復元力を与えることができる。

このように、低圧シール部３６に対して復元力を与える復元手段としては、弾性体であればいかなるものでもよい。
＜他の実施形態＞

上記いずれの逆止弁においても、バネ５は必ずしも設けなくともよい。上記においては本発明を逆止弁に適用した例を示したが、流体用開閉弁装置であれば、主止弁、調圧弁等であってもよい。

低圧シール部、高圧シール部の材質として、それぞれ軟質及び硬質の高分子材料としたが、それぞれ軟質および硬質材料であればこれに限定されるものではない。例えば、高圧シール部としては樹脂の他、例えば金属等でもよい。

各シール部は、弁体と弁座部のいずれか一方にのみ設けられていてもよいし、弁体と弁座部の双方に設けられていてもよい。

本発明の第１実施形態として示した逆止弁の縦断面図である。同逆止弁の低圧時の状態について示した縦断面図である。同逆止弁の高圧時の状態について示した縦断面図である。変形例として示した逆止弁の縦断面図である。変形例として示した逆止弁の縦断面図である。変形例として示した逆止弁の縦断面図である。変形例として示した逆止弁の縦断面図である。本発明の第２実施形態として示した逆止弁の縦断面図である。同逆止弁の低圧時の状態について示した縦断面図である。同逆止弁の高圧時の状態について示した縦断面図である。変形例として示した逆止弁の縦断面図である。変形例として示した逆止弁の縦断面図である。本発明の第３実施形態として示した逆止弁の縦断面図である。同逆止弁の低圧時の状態について示した縦断面図である。同逆止弁の高圧時の状態について示した縦断面図である。変形例として示した逆止弁の縦断面図である。変形例として示した逆止弁の縦断面図である。本発明の第４実施形態として示した逆止弁の縦断面図である。同逆止弁の低圧時の状態について示した縦断面図である。同逆止弁の高圧時の状態について示した縦断面図である。変形例として示した逆止弁の縦断面図である。変形例として示した逆止弁の縦断面図である。低圧シール部を支持する復元手段の変形例について示した部分断面図である。低圧シール部を支持する復元手段の変形例について示した部分断面図である。低圧シール部を支持する復元手段の変形例について示した部分断面図である。低圧シール部を支持する復元手段の変形例について示した部分断面図である。低圧シール部を支持する復元手段の変形例について示した部分断面図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｎ…逆止弁（流体用開閉弁装置）、３Ａ〜３Ｍ…弁体アッセンブリ（弁体）、４…弁座本体、５…バネ、６…突起部、７…高圧側流体通路、８…低圧側流体通路、１０，１９，２４，３５…弁本体、１２，１７，２０，２２，２５，３６…低圧シール部、１３，２１，２３，２６，３７…高圧シール部、１６，２８，３２，４０…弁本体（高圧シール部）、３０…弁座側低圧シール部、３８…コイルバネ（復元手段）、４５，４６，４７…板バネ（復元手段）、４８，４９…ゴム（復元手段）

Claims

弁座部と、該弁座部に離接して流体通路の上流側通路と下流側通路とを連通・封鎖する弁体と、を備えると共に、該弁体が前記弁座部との間をシールする第１シール部と該第１シール部よりも硬度が大なる第２シール部とを有する、流体用開閉弁装置であって、
前記弁座部に対する前記弁体の離接方向と、前記流体通路の上流側通路から導入される流体の流れ方向とが交差しており、且つ、
前記第１シール部と前記第２シール部とが、前記弁体の離接方向と直交する方向に互いに並列に配置されており、
前記流体通路の上流側通路と下流側通路との差圧によって前記流体通路が封鎖される場合において、
前記差圧が所定値未満であるときは、前記第１シール部が前記弁座部に密着して前記流体通路が封鎖される一方、
前記差圧が前記所定値以上であるときは、前記弁座部に密着している第１シール部が前記差圧により圧縮変形するとともに、前記第２シール部が前記弁座部に密着して前記流体通路が封鎖される、流体用開閉弁装置。
前記弁体の一部が前記第２シール部を構成している、請求項１に記載の流体用開閉弁装置。
前記第１シール部の前記弁座部に密着する端面から該弁座部までの距離が、前記第２シール部の前記弁座部に密着する端面から該弁座部までの距離よりも短い、請求項１に記載の流体用開閉弁装置。
圧縮変形した前記第１シール部に対して復元力を与える復元手段が設けられている、請求項１に記載の流体用開閉弁装置。
前記弁座部は、弁座部本体と該弁座部本体よりも軟質の弁座側シール部とを備えてなり、
該弁座側シール部は前記第１シール部と対向する位置に設けられている、請求項１に記載の流体用開閉弁装置。
前記第１シール部はゴム，樹脂又は金属のいずれかよりなり、
前記第２シール部は樹脂又は金属のいずれかよりなる、請求項１に記載の流体用開閉弁装置。
上流圧と下流圧との差圧が所定圧以上の高圧ガスが流通する流体流路に設けられるものである、請求項１に記載の流体用開閉弁装置。
前記流体流路に設けられる逆止弁，開閉弁，主止弁、調圧弁のいずれかである、請求項７に記載の流体用開閉弁装置。