JP4941640B2

JP4941640B2 - バルブのシール構造

Info

Publication number: JP4941640B2
Application number: JP2006160754A
Authority: JP
Inventors: 浩司塚本
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2026-06-09
Also published as: JP2007327613A

Description

本発明は、バルブの開閉作動に合わせて一対のシール要素が互いに接離する構造のバルブのシール構造に関するものである。本発明のシール構造は例えば、燃料電池用高圧ガスバルブの開閉作動部に用いられる。

図１０に示す従来のバルブ装置５１においてはその閉弁作動時、図１１（Ａ）に示すように弁体５２がゴムリップ（外側シール部）５３および金属部（内側シール部）５４に順次当接するように構成され、すなわち先ずゴムリップ５３に当接してから金属部５４に当接するように構成されている。

しかしながらこの構造によると、シールすべきガス圧力の高圧化に伴ってゴムリップ５３が圧力に押されて変形し、はみ出し現象を生じることから、図１１（Ｂ）に示すようにゴムリップ５３が弁体５２と金属部５４との間に挟まれて破損してしまうことがある。

特開平９−１５０７２８号公報

本発明は以上の点に鑑みて、一方のシール要素をなすゴム状弾性体にはみ出し現象が発生するのを抑えることができ、もってその破損を防止することが可能なバルブのシール構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のシール構造は、バルブの開閉作動に合わせて剛性部品とゴム状弾性体および剛性部材とが互いに接離する構造のバルブのシール構造において、閉弁作動時に前記ゴム状弾性体のシール部が前記剛性部品に当接するよりも先にまたは当接するのと略同時に前記剛性部材が前記剛性部品に当接する構造を有し、前記ゴム状弾性体は、前記剛性部材の当接後に前記剛性部材に対し相対変位して当該ゴム状弾性体を前記剛性部品に押し付ける押圧部材に保持され、前記剛性部品はバルブの弁体を形成し、前記ゴム状弾性体および剛性部材はバルブの弁座を形成していることを特徴とするものである。

上記従来技術において、シールすべきガス圧力の高圧化に伴ってゴムリップが圧力に押されて変形し、はみ出し現象を生じていたのは、閉弁作動時、弁体がゴムリップに当接してから金属部に当接するように構成され、すなわち弁体が金属部に当接するまでの間にゴムリップが圧力に押されてはみ出す時間的余裕があったからである。これに対して本発明のシール構造は、閉弁作動時にゴム状弾性体のシール部が剛性部品に当接するよりも先にまたは当接するのと略同時に剛性部材が剛性部品に当接することから、ゴム状弾性体が圧力に押されてはみ出す時間的余裕がなく、余裕がないため、はみ出しを抑えることが可能とされている。

但し、ゴム状弾性体のシール部が剛性部品に当接するよりも先にまたは当接するのと略同時に剛性部材が剛性部品に当接する構造とすると、ゴム状弾性体が剛性部品に強く密接しないことからシール性が不安定になることが懸念される。そこで、本発明では、ゴム状弾性体は、剛性部材の当接後に剛性部材に対し相対変位して当該ゴム状弾性体を剛性部品に押し付ける押圧部材に保持される構造とし、これによりゴム状弾性体が剛性部品に強く密接する構成とした。したがって、これによれば十分なゴムシール性が確保される。

剛性部品はバルブの弁体を形成し、ゴム状弾性体および剛性部材はバルブの弁座を形成する。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明のシール構造においては上記したように、閉弁作動時にゴム状弾性体のシール部が剛性部品に当接するよりも先にまたは当接するのと略同時に剛性部材が剛性部品に当接することから、ゴム状弾性体が圧力に押されてはみ出す時間的余裕がなく、余裕がないため、はみ出しを抑えることが可能とされている。したがって、ゴム状弾性体にはみ出し現象が発生するのを抑えることができ、もってその破損を防止することができる。

またこれに加えて、本発明のシール構造においては、剛性部材の当接後に押圧部材が剛性部材に対し相対変位してゴム状弾性体を剛性部品に押し付けるよう構成され、これによりゴム状弾性体が剛性部品に強く密接することから、十分なゴムシール性を発揮することが可能とされている。したがって、上記請求項１によりゴム状弾性体のはみ出し破損を防止できるうえに優れたシール性を発揮するシール構造を提供することができる。

また、本発明は、剛性部品をバルブの弁体とするとともにゴム状弾性体および剛性部材をバルブの弁座とするタイプのバルブに適用するものであって、このタイプのバルブにつき上記作用効果を得ることができる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第一実施例・・・
図１は、本発明の第一実施例に係るバルブのシール構造を示している。

当該実施例に係るシール構造は、バルブの開閉作動に合わせて剛性部品１よりなる弁体がゴム状弾性体２および剛性部材３よりなる弁座に対して接離するものであって、閉弁作動時にゴム状弾性体２のシール部２ａが剛性部品１に当接するよりも先に剛性部材３が剛性部品１に当接する構造とされている。またゴム状弾性体２は、剛性部材３の当接後に剛性部材３に対し相対変位して当該ゴム状弾性体２を剛性部品１に押し付ける押圧部材４に保持されている。

剛性部品１は、金属または硬質樹脂等の剛材によって成形され、軸直角平面状の当接面１ａを有している。剛性部材３は、金属または硬質樹脂等の剛材によって円板状に成形され、軸直角平面状の当接面３ａを有している。また、剛性部材３の外周側および背面（図では下面）側に環状のゴム状弾性体２が加硫接着されており、このゴム状弾性体２の外周側および背面側に金属または硬質樹脂等の剛材よりなる環状の押圧部材４が接着されている。

ゴム状弾性体２の正面（図では上面）には、弁閉時に剛性部品１の当接面１ａに密接してシール作用をなすビード状ないしリップ状のシール部２ａが設けられている。このシール部２ａは、図２に示すように剛性部品１の当接面１ａと剛性部材３の当接面３ａとが互いに当接したとき、剛性部品１の当接面１ａに未だ届かず当接しないように設定されている。

押圧部材４は、ゴム状弾性体２を保持する保持部４ｂのほかに、その正面に軸直角平面状の当接面４ａを有している。この押圧部材４の当接面４ａは、図２に示すように剛性部品１の当接面１ａと剛性部材３の当接面３ａとが互いに当接したとき、剛性部品１の当接面１ａに未だ届かず当接しないよう設定され、またこの図２の状態において、押圧部材４に対してその背面側から所定の大きさの圧力が作用すると、図３に示すように押圧部材４は剛性部品１に向けて変位し、その当接面４ａを剛性部品１の当接面１ａに当接させるように設定されている。このとき押圧部材４は、すでに剛性部品１に当接している剛性部材３に対して相対変位してゴム状弾性体２のシール部２ａを剛性部品１の当接面１ａに押し付けることになる。

尚、この動きを可能とするため、押圧部材４およびゴム状弾性体２よりなるフロート構造の受圧面積は、その正面側受圧面積Ｓ_１よりも背面側受圧面積Ｓ_２のほうが大きく設定されている（Ｓ_１＜Ｓ_２）。

図１はバルブの弁開状態を示しており、高圧側空間Ｈから低圧側空間Ｌへ高圧ガスが流れている。この弁開状態からバルブが閉弁作動して弁体である剛性部品１が図上下方へ変位すると、図２に示すようにこの剛性部品１は剛性部材３に当接して停止する。このときゴム状弾性体２のシール部２ａおよび押圧部材４は未だ剛性部品１に当接していないので、シール部２ａがはみ出し現象により剛性部品１および剛性部材３間に挟み込まれて破損することはない。剛性部品１が剛性部材３に当接して停止すると、上記受圧面積Ｓ_１，Ｓ_２の差により圧力によって押圧部材４が剛性部品１に向けて変位し、図３に示すように剛性部品１に当接して停止する。このとき押圧部材４は上記したように、すでに剛性部品１に当接している剛性部材３に対して相対変位してゴム状弾性体２のシール部２ａを剛性部品１の当接面１ａに押し付けることになるので、これによりゴムシール性が発揮される。したがって、以上によりゴム状弾性体２のはみ出しによる破損を防止することができ、なおかつ十分なシール性を発揮することができる。

第二実施例・・・
ゴム状弾性体２は、これを図４のように設定し、すなわちゴムのボリュームを大きくしてシール部２ａの飛び出し量を増大させるようにしても良い。また同図に示すように、押圧部材４の当接面４ａは省略することが可能である。

第三実施例・・・
また、上記第一実施例（図１）では、剛性部品１、ゴム状弾性体２および剛性部材３の各当接面１ａ，２ａ，３ａが軸直角の平面状に設定されているが、これを図５ないし図７に示すようにそれぞれ、対応する円錐面状に設定するようにしても良い。

第四実施例・・・
図８は、本発明の第四実施例に係るバルブのシール構造を示している。

当該実施例に係るシール構造は、バルブの開閉作動に合わせて剛性部品１よりなる弁体がゴム状弾性体２および剛性部材３よりなる弁座に対して接離するものであって、閉弁作動時にゴム状弾性体２のシール部２ａが剛性部品１に当接するのと同時に剛性部材３が剛性部品１に当接する構造とされている。またゴム状弾性体２は、剛性部材３の当接後に圧力に押圧されて剛性部品１に押し付けられる形状を有している。

剛性部品１は、金属または硬質樹脂等の剛材によって成形され、軸直角平面状の当接面１ａを有している。剛性部材３は、金属または硬質樹脂等の剛材によって円板状に成形され、その正面に設けた環状突起３ｂの先端部に軸直角平面状の当接面３ａを有している。剛性部材３の正面における環状突起３ｂの外周側および内周側にそれぞれ環状のゴム状弾性体２が加硫接着されている。このゴム状弾性体２は、軸直角平面状の当接面２ｂとアンダーカット状の受圧面２ｃとを有している。

図８はバルブの弁開状態を示しており、高圧側空間Ｈから低圧側空間Ｌへと高圧ガスが流れている。この弁開状態からバルブが閉弁作動して弁体である剛性部品１が図上下方へ変位すると、図９に示すようにこの剛性部品１は剛性部材３およびゴム状弾性体２に当接して停止する。このときゴム状弾性体２は剛性部材３と同時に剛性部品１に当接するので、ゴム状弾性体２が剛性部品１および剛性部材３間に挟み込まれて破損することはない。また当接後、受圧面２ｃに圧力が作用することによりゴム状弾性体２は剛性部品１に押し付けられるので、これによりゴムシール性が発揮される。したがって、以上によりゴム状弾性体２のはみ出しによる破損を防止することができ、なおかつ十分なシール性を発揮することができる。

尚、上記実施例では、弁閉時、環状突起３ｂの内周側から圧力が作用する場合に備えて、環状突起３ｂの内周側にも対称構造のゴム状弾性体２が設けられているが、圧力の作用方向が予め定まっている場合には、環状突起３ｂの外周側および内周側の何れか一方のみにゴム状弾性体２を設ければ良い。

また、図示したように環状突起３ｂの外周側および内周側の双方にゴム状弾性体２を設ける場合にはこれらを一体成形することにしても良い。この場合、外周側および内周側のゴム状弾性体２は互いに環状突起３ｂの先端に被着される薄膜状の連結部によって互いに連結されることになるが、このほか、環状突起３ｂに径方向に貫通する連通孔を設け、この貫通孔を通してゴム状弾性体２を一体化することにしても良い。

更にまた、上記各実施例では、剛性部品１がバルブの弁体を形成し、ゴム状弾性体２および剛性部材３がバルブの弁座を形成しているが、反対に剛性部品１がバルブの弁座を形成し、ゴム状弾性体２および剛性部材３がバルブの弁体を形成することにしても良い。この場合は、ゴム状弾性体２および剛性部材３が剛性部品１に対して進退することになる。

本発明の第一実施例に係るシール構造の弁開状態を示す断面図同シール構造の閉弁作動時の状態を示す断面図同シール構造の弁閉状態を示す断面図本発明の第二実施例に係るシール構造の要部断面図本発明の第三実施例に係るシール構造の弁開状態を示す断面図同シール構造の閉弁作動時の状態を示す断面図同シール構造の弁閉状態を示す断面図本発明の第四実施例に係るシール構造の弁開状態を示す断面図同シール構造の弁閉状態を示す断面図従来例に係るバルブ装置の断面図同バルブ装置に備えられるシール構造の断面図

符号の説明

１剛性部品
１ａ，２ｂ，３ａ，４ａ当接面
２ゴム状弾性体
２ａシール部
２ｃ受圧面
３剛性部材
４押圧部材
４ｂ保持部
Ｈ高圧側空間
Ｌ低圧側空間

Claims

バルブの開閉作動に合わせて剛性部品とゴム状弾性体および剛性部材とが互いに接離する構造のバルブのシール構造において、
閉弁作動時に前記ゴム状弾性体のシール部が前記剛性部品に当接するよりも先にまたは当接するのと略同時に前記剛性部材が前記剛性部品に当接する構造を有し、
前記ゴム状弾性体は、前記剛性部材の当接後に前記剛性部材に対し相対変位して当該ゴム状弾性体を前記剛性部品に押し付ける押圧部材に保持され、
前記剛性部品はバルブの弁体を形成し、前記ゴム状弾性体および剛性部材はバルブの弁座を形成していることを特徴とするバルブのシール構造。