JP6084880B2 - 逆止弁体及びそれを用いた逆止弁 - Google Patents

Description

本発明は逆止弁に関し、特に、ハウジング内に変位可能に設定された弁体（逆止弁体）が弁座に対して付勢され、上流側の流体圧によって弁座から離れて流体の上流側から下流側への一方向での流れを可能とする、いわゆるポペット式の逆止弁に関する。

例えば水素自動車に水素を供給する水素供給ステーションでは、高圧低温での気体または液体水素を貯留したステーションタンクから延びる供給ホース先端の雌型継手部材（ソケット）を、水素自動車の水素貯留タンクから延びる水素受入管の外部端にある雄型継手部材（プラグ）に連結して、水素の供給が行われる。この雄型継手部材内には供給ホースから水素自動車の水素貯留タンクへの流れだけを許容し、その逆の流れを阻止する逆止弁が設けられる。

この逆止弁としてポペット式のものを採用した場合、次のような問題が生じる虞がある。すなわち、水素自動車の水素貯留タンクへの水素の充填が進むと、水素貯留タンク内の圧力が水素供給ステーションの供給ホース内の圧力に近づき、当該逆止弁の上流側と下流側との圧力差が小さくなるため、弁体を弁座に付勢する付勢力とこの圧力差が拮抗した状態となり、弁体が弁座に着座したり離れたりする状態が頻繁に繰り返されるいわゆるチャタリングが生じる。このようなチャタリングは、水素の安定した状態での供給を妨げ、騒音の発生、弁体や弁座の耐久性の低下といった問題を生じる。

かかる問題を解消するため、弁体内に流路を形成し、弁座を通して流入した流体を弁体内の流路を通すようにするとともに、この流路の流路抵抗を大きくすることにより当該弁体前後での急激な圧力変動が生じないようにして上述のような問題を解消しようとしたものが開発されている（特許文献１）。

特開平２０１１−７２７５号

特許文献１に開示の提案した逆止弁は、チャタリングの発生を抑制する点で有効なものではあるが、流路抵抗を大きくしている分だけ流体の供給に時間がかかってしまう。例えば、供給ステーションでの水素自動車への水素供給は、できるだけ高速で行われることが望まれるので、この点に対する解決が必要とされる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、チャタリングの発生を抑制しつつ、流体の効率よい供給を可能とする逆止弁及びそれに適した逆止弁体を提供することを目的とする。

すなわち、本願発明は、
上流側流路からの流体を導入する開口を有する弁座から下流側に延びる筒状壁によって画定された下流側流路内に、上流及び下流側へ変位可能に設定され、上流側に向けての予閉止付勢力により該弁座に当接される逆止弁体であって、
該逆止弁体の外周面に設けられた係止部と、
該外周面の該係止部の下流側に隣接した摺動抵抗付与部材支持部であって、摺動抵抗付与部材を支持し、当該逆止弁体が上流及び下流側へ変位するときに該摺動抵抗付与部材が該筒状壁に摺動するようにする摺動抵抗付与部材支持部と、
該外周面の該摺動抵抗付与部材支持部の下流側の付勢部材支持部であって、上流側へ付勢される付勢部材を支持し、該付勢部材が該摺動抵抗付与部材を上流側に付勢することにより該摺動抵抗付与部材が該係止部に係止されながらその外径が増大するようにする付勢部材支持部と
を有する逆止弁体を提供する。

この逆止弁体は、上述の如き摺動抵抗付与部材を支持可能であり、摺動抵抗付与部材を当該逆止弁体が設定されている下流側流路の周壁と摺動可能とすることにより、当該逆止弁体の前後にかかる流体圧の差圧の変動により当該逆止弁体が上流側及び下流側に変位しようとするときに、それに抗する摺動抵抗を生じさせ、これにより該逆止弁体の上記差圧変動に敏感な変位を抑制し、上述の如きチャタリングを抑制することを可能とする。

本発明はまた、上述のような逆止弁体と、
該弁座及び該下流側流路を備えるハウジングと、
該逆止弁の該摺動抵抗付与部材支持部上に設定され、該逆止弁体が上流及び下流側へ変位するときに該筒状壁に摺動する摺動抵抗付与部材と、
該逆止弁体の該付勢部材支持部上に設定され、該摺動抵抗付与部材を上流側に付勢することにより該摺動抵抗付与部材が該係止部に係止されながら当該摺動抵抗付与部材の外径が増大するようにする付勢部材と
を備える逆止弁であって、
該付勢部材は、
該摺動抵抗付与部材に係合される係合部材と、
該係合部材を該摺動抵抗付与部材に下流側から押圧するバネ部材と
を有するようにした逆止弁を提供する。

この逆止弁は、上述のような逆止弁体に装着された摺動抵抗付与部材及び付勢部材を備えるので、上述の逆止弁体に関し述べたと同じ効果を奏することが可能となる。

具体的には、
該係合部材は、当該逆止弁体の該外周面上で該上流側に変位可能に設けられており、該逆止弁体の該外周面と摺動する内周面に突起を有しており、
該逆止弁体の該外周面には、該係合部材の該突起を前後方向で変位可能に受け入れる凹部であって、該突起が係合することにより該係合部材の前方への変位を阻止する前端縁を有する凹部を備えるようにすることができる。

これは、摺動抵抗付与部材の過剰な変形を阻止することにより、該摺動抵抗付与部材によって生じる摺動抵抗を適正なものにすると共に、該摺動抵抗付与部材の耐用期間を長いものにするためである。

更に具体的には、該係合部材が該摺動抵抗付与部材に下流側から係合する押圧部を有し、該押圧部は、該逆止弁体の外周面を囲う環状とされて該摺動抵抗付与部材に下流側から係合するようにされた、該上流側に向かうに従って先細りとされた押圧面を有するようにすることができる。

上述のような先細りの押圧面を設けることにより、摺動抵抗付与部材の半径方向への変形を容易にしようとするものである。

摺動抵抗付与部材は、具体的には、周方向の一部が切断されている分割リング形状とすることができる。半径方向への変形を容易にするものである。

該摺動抵抗付与部材は、該逆止弁体の外周面を囲う環状とされ、該筒状壁に摺動する外側周面と、該外側周面に形成されて該筒状壁との間に隙間を形成する凹部とを有するようにすることができる。

摺動抵抗付与部材が逆止弁と共に変位するときに、当該摺動抵抗付与部材と下流側流路の周壁との間を流れる流体が、該凹部を通るようにして、該摺動抵抗付与部材と周壁との間の摺動部分に流体中の異物が入り込むのを抑制し、当該摺動抵抗付与部材が長期間に亘り適正に機能するようにするものである。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。

水素自動車の水素受入管の外側端に取り付けられる、本発明にかかる逆止弁を備えたプラグの縦断面図である。 図1の逆止弁内の逆止弁体を上流側から見た端面図である。 逆止弁体に取り付けられる摺動抵抗付与部材の端面図である。 逆止弁体上で摺動抵抗付与部材を付勢する付勢部材を構成する係合部材の斜視図である。 図４の係合部材の変形例を示す図である。

図１は、（図示しない）水素自動車の水素貯留タンクから延びる水素受入管の外側端にネジ結合されるネジ部１０を（図で見て）右端に有するプラグ（雄型継手部材）１２であり、該プラグ１２は、（これも図示しない）水素供給ステーションにおける水素供給ホースの先端に設けられるソケット（雌型継手部材）が図１の左側から嵌合されて水素の供給を受けるようになっている。ここでソケット（雌型継手部材）、プラグ（雄型継手部材）としているのは、水素供給ステーションにおける水素供給ホースの先端に取り付けられた雌型継手部材（ソケット）が、水素自動車の水素貯留タンクから延びる水素受入管の外側端の雄型継手部材（プラグ）の周りに同心状に嵌合されるようになっていることを想定しているものであり、更に、ソケットはプラグ１２に対してそのような嵌合を行った状態で、同ソケットの中心軸線に沿って延びる水素供給ノズル（図示せず）が、プラグ１２の左端に設けられたノズル挿入口１６内に挿入されるようになっていることを想定している。

更に図示の例では、プラグ１２のノズル挿入口１６は、例えば３５ＭＰａ等の比較的低圧の水素を供給するためのソケットの水素供給ノズルを受け入れるための大径の第１ノズル受入部１８と、例えば７０ＭＰａ等の高圧の水素を供給するためのソケットの供給ノズルを受け入れるための小径の第２ノズル受入部２０を有し、これら第１及び第２ノズル受入部１８，２０には、それぞれＯリング２２とＯリング２４とが設けられており、Ｏリング２４の前後にはバックアップリング２６が設けられている。

プラグ１２は、ノズル挿入口１６から当該プラグの長さ方向に延びる流路２８を備え、該流路２８の図で見て右端の出口開口２９は水素自動車の水素貯留タンクから延びる水素受入管の外側端に連通されるようになっている。流路２８には、下流に向かうに従いフィルタ３０及び本発明に係る逆止弁３２が設けられている。

図示の実施形態では、当該プラグ１２の流路２８を画定するハウジング３４は、該流路２８の上流側流路２８ａを画定する筒状のハウジング上流部材３４ａと、フィルタ３０を支持するとともに逆止弁３２の弁座３６を構成する環状の中間部材３４ｂと、ハウジング上流部材３４ａにネジ部４０によって螺合されて、中間部材３４ｂを当該ハウジング３４内で固定するとともに、弁座３６から出口開口２９までの下流側流路４２を画定する筒状のハウジング下流部材３４ｃとを有する。

フィルタ３０は中実の上流端部材３０ａ及び筒状の下流端部材３０ｂと、上流端及び下流端部材３０ａ，３０ｂの間に設けられた筒状のフィルタ部材３０ｃと、上流端及び下流端部材３０ａ、３０ｂ間にその長さ方向で相互に間隔をあけて設けられた複数のディスク状フィルタ部材３０ｄとを有しており、下流端部材３０ｂが中間部材３４ｂ内に螺合されて、当該フィルタ３０が上流側流路２８ａと同心状に保持されるようになっている。上流側流路２８ａ内に供給される水素は、当該フィルタ３０の外周の周りに流れ、筒状のフィルタ部材３０ｃ、ディスク状フィルタ部材３０ｄ及び下流端部材３０ｂの軸方向流路３０ｅを通して下流に流れるようになっている。

中間部材３４ｂは、フィルタ３０の下流端部材３０ｂの軸方向流路３０ｅと軸線方向で整合された軸方向流路４４を有しており、該軸方向流路４４の下流側端部は下流に向かうに従って広がる弁座３６を形成している。本発明に係る逆止弁３２は、該弁座３６と、該弁座３６から下流側に延びる下流側流路４２内に、上流及び下流側へ変位可能に設定される逆止弁体４８と、該逆止弁体４８を上流側に付勢し、該逆止弁体４８の上流側端部４８ａを弁座３６に押圧し、当該弁座３６によって囲まれた軸方向流路４４の出口開口４４ａを閉じるための予閉止付勢力を該逆止弁体４８に与える付勢部材（コイルバネ）５０とを有している。

逆止弁体４８は、上流側端部４８ａの近くの外周面４８ｂ上に設けられた第１の摺動突起４８ｃと、該摺動突起４８ｃから下流側に離れた位置で外周面４８ｂ上に設けられた第２の摺動突起４８ｄと、逆止弁体４８の軸線に沿って延びる内部流路４８ｅと、該内部流路４８ｅと下流側流路４２の逆止弁体４８の周囲部分４２ａとを連通する半径方向流路４８ｆとを有している。第１及び第２の摺動突起４８ｃ、４８ｄは共に環状の突起とされ、その外周面は、下流側流路４２の周壁面４２ｂに対して僅かな隙間を有するようにされ、逆止弁体４８が下流側流路４２内を変位するときのガイドとして機能する。また、第１の摺動突起４８ｃは、図２に示すように、流体を通すための４つの凹部４８ｃ−１が周方向で相互に間隔をあけて設けられており、弁座３６から下流に流入する流体（水素）は、第１の摺動突起４８ｃの凹部４８ｃ−１を通り、半径方向流路４８ｆ及び内部流路４８ｅを通って出口開口２９に流れるようにされている。

逆止弁体４８の外周面４８ｂにおける第２の摺動突起４８ｄの下流側には環状の摺動抵抗付与部材５２を支持する摺動抵抗付与部材支持部４８ｂ−１と、該摺動抵抗付与部材５２を第２の摺動突起４８ｄに向けて付勢する付勢部材５０を支持する付勢部材支持部４８ｂ−２とされている。付勢部材５０は、付勢部材支持部４８ｂ−２上で摺動可能とされて摺動抵抗付与部材５２に下流側から係合するようにされた環状の係合部材５０ａと、該係合部材５０ａを摺動抵抗付与部材５２に向けて押圧するバネ部材５０ｂとからなる。

第２の摺動突起４８ｄは、摺動抵抗付与部材５２が付勢部材５０の付勢力によって上流側に変位しようとするのを係止する係止部として作用し、当該摺動抵抗付与部材５２がその付勢力がかけられた状態で係止部としての第２の摺動突起４８ｄによって係止されながら半径方向外側に変形するようにされており、それにより当該逆止弁体４８の上流側及び下流側への変位に対して摺動抵抗を与えるようになっている。

具体的には、摺動抵抗付与部材５２は図３に示すように、周方向での一部が切断された分割リングの形態とされており、係合部材５０ａは、図１及び図４に示すように、上流に向かうに従って先細となるテーパ面とされて摺動抵抗付与部材５２に係合する係合面５０ａ−１を有し、該係合面５０ａ−１は摺動抵抗付与部材５２の半径方向内側まで延びるようにされており、該摺動抵抗付与部材５２に対して半径方向外向きの力を与えるようになっている。摺動抵抗付与部材５２は必ずしも分割リングの形態をとる必要は無く、付勢部材５０によって係止部としての第２の摺動突起４８ｄに押圧されることによって半径方向に変形可能なものであればどのような形態のものでも良い。

係合部材５０ａは、バネ部材５０ｂの上流側端を支持する下流側小径部分５０ａ−２を有しており、バネ部材５０ｂが該下流側小径部分５０ａ−２から下流側に延びて、その下流側端が下流側流路４２の形成された段部４２ｃに係合されて、当該バネ部材５０ｂが該段部４２ｃと係合部材５０ａとの間で圧縮されるようになされている。図示の例では、付勢部材５０は、上述のように、摺動抵抗付与部材５２を係止部としての第２の摺動突起４８ｄに押圧して該摺動抵抗付与部材５２が半径方向外側に広がるように機能しているが、同時に、当該逆止弁体４８を弁座３６に対して押圧し、上述した当該逆止弁体４８の予閉止付勢力をも与えるようにも機能するようにされている。しかし、これら２つの機能をそれぞれ別の付勢部材で行わせるようにすることもできる。

図５は、係合部材５０ａの変形例を示している。この係合部材５０ａはその内周面５０ａ−３の後端縁に沿って半径方向内側へ向かう環状の突起５０ａ−４を有し、逆止弁体４８の付勢部材支持部４８ｂ−２の外周面４８ｂには突起５０ａ−４を前後方向で変位可能に受け入れる環状の凹部４８ｂ−４が設けられている。突起５０ａ−４は凹部４８ｂ−４の前端縁４８ｂ−５及び後端縁４８ｂ−６との間で可動となり、係合部材５０ａが逆止弁体４８に対して一定範囲に限り変位可能とする。これは付勢部材５０の付勢により摺動抵抗付与部材５２が過剰に変形するのを阻止すると共に当該係合部材５０ａの上流側からかかる水素圧によって下流側に大きく変位して摺動抵抗付与部材５２を適正に押圧できなくなるのを防ぐものである。

上述のように図示のプラグは水素自動車の水素貯留タンクから延びる水素受入管の外側端に取り付けられるもので、水素供給ステーションにおける水素供給ホースの先端に取り付けられたソケットが嵌合され、その水素供給ノズルがノズル挿入口１６内に挿入されて液体または気体水素の供給が開始されると、供給される水素の圧力によって、逆止弁体４８は付勢部材５０によってかけられている予閉止付勢力に抗して下流側に変位されて弁座３６を離れ、水素の供給が行われる。水素自動車の水素貯留タンクへの水素供給が進み、該タンクから延びる水素受入管内の圧力が上昇してくると、逆止弁体４８にかかる上流側と下流側の圧力差は小さくなり、最終的には当該逆止弁体４８は予閉止付勢力によって弁座に着座され、当該プラグ内の流体流路４２は閉止される。逆止弁体４８にかかる上流側と下流側の圧力差が小さくなり予閉止付勢力に近づきそれらが拮抗した状態になると、逆止弁体４８にかかる上記圧力差に変動が生じるが、本発明に係る逆止弁３２では、その逆止弁体４８に上述の如き摺動抵抗付与部材５２が設けられているので、当該逆止弁体４８がその圧力変動に敏感に反応することが抑制され、結果として、上述したチャタリングを抑制することが可能となる。

以上、本発明に係る逆止弁を、水素自動車の水素受入管に設けられるプラグに採用した実施形態につき説明したが、本発明に係る逆止弁はこれに限定されるものではなく、チャタリングの問題を有する種々の流体管路において用いることができる。

ネジ部１０；プラグ（雄型継手）１２；ノズル挿入口１６；第１ノズル受入部１８；第２ノズル受入部２０；Ｏリング２２、２４；バックアップリング２６；流路２８；上流側流路２８ａ；出口開口２９；フィルタ３０；上流端部材３０ａ；下流端部材３０ｂ；フィルタ部材３０ｃ；ディスク状フィルタ部材３０ｄ；軸方向流路３０ｅ；逆止弁３２；ハウジング３４；ハウジング上流部材３４ａ；中間部材３４ｂ；ハウジング下流部材３４ｃ；弁座３６；ネジ部４０；下流側流路４２；周囲部分４２ａ；周壁面４２ｂ；段部４２ｃ；軸方向流路４４；出口開口４４ａ；逆止弁体４８；上流側端部４８ａ；外周面４８ｂ；摺動抵抗付与部材支持部４８ｂ−１；付勢部材支持部４８ｂ−２；環状の凹部４８ｂ−３；前端縁４８ｂ−４；第１の摺動突起４８ｃ；凹部４８ｃ−１；係止部（第２の摺動突起）４８ｄ；内部流路４８ｅ；半径方向流路４８ｆ；付勢部材（コイルバネ）５０；係合部材５０ａ；係合面５０ａ−１；下流側小径部分５０ａ−２；；内周面５０ａ−３；突起５０ａ−４；バネ部材５０ｂ；摺動抵抗付与部材５２

Claims (5)

1. 上流側流路からの流体を導入する開口を有する弁座から下流側に延びる筒状壁によって画定された下流側流路内に、上流及び下流側へ変位可能に設定され、上流側に向けての予閉止付勢力により該弁座に当接される逆止弁体であって、
   該逆止弁体の外周面に設けられた係止部と、
   該外周面の該係止部の下流側に隣接した摺動抵抗付与部材支持部であって、摺動抵抗付与部材を支持し、当該逆止弁体が上流及び下流側へ変位するときに該摺動抵抗付与部材が該筒状壁に摺動するようにする摺動抵抗付与部材支持部と、
   該外周面の該摺動抵抗付与部材支持部の下流側の付勢部材支持部であって、上流側へ付勢される付勢部材を支持し、該付勢部材が該摺動抵抗付与部材を上流側に付勢することにより該摺動抵抗付与部材が該係止部に係止されながら当該摺動抵抗付与部材の外径が増大するようにする付勢部材支持部と、
   を有する逆止弁体と、
   該弁座及び該下流側流路を備えるハウジングと、
   該逆止弁体の該摺動抵抗付与部材支持部上に設定される摺動抵抗付与部材と、
   該逆止弁体の該付勢部材支持部上に設定され、該摺動抵抗付与部材を上流側に付勢することにより該摺動抵抗付与部材が該係止部に係止されながら当該摺動抵抗付与部材の外径が増大するようにする付勢部材と、
   を備える逆止弁であって、
   該付勢部材は、該摺動抵抗付与部材に係合される係合部材と、該係合部材を該摺動抵抗付与部材に下流側から押圧するバネ部材と、を有し、
   該係合部材は、当該逆止弁体の該外周面上で該上流側に変位可能に設けられており、該逆止弁体の該外周面と摺動する内周面に突起を有しており、
   該逆止弁体の該外周面には、該係合部材の該突起を前後方向で変位可能に受け入れる凹部であって、該突起が係合することにより該係合部材の前方への変位を阻止する前端縁を有する凹部を備えている、逆止弁。
2. 該係合部材は該摺動抵抗付与部材に下流側から係合する押圧部を有し、該押圧部は、該逆止弁体の外周面を囲う環状とされて該摺動抵抗付与部材に下流側から係合するようにされた、該上流側に向かうに従って先細りとされた押圧面を有する請求項１に記載の逆止弁。
3. 上流側流路からの流体を導入する開口を有する弁座から下流側に延びる筒状壁によって画定された下流側流路内に、上流及び下流側へ変位可能に設定され、上流側に向けての予閉止付勢力により該弁座に当接される逆止弁体であって、
   該逆止弁体の外周面に設けられた係止部と、
   該外周面の該係止部の下流側に隣接した摺動抵抗付与部材支持部であって、摺動抵抗付与部材を支持し、当該逆止弁体が上流及び下流側へ変位するときに該摺動抵抗付与部材が該筒状壁に摺動するようにする摺動抵抗付与部材支持部と、
   該外周面の該摺動抵抗付与部材支持部の下流側の付勢部材支持部であって、上流側へ付勢される付勢部材を支持し、該付勢部材が該摺動抵抗付与部材を上流側に付勢することにより該摺動抵抗付与部材が該係止部に係止されながら当該摺動抵抗付与部材の外径が増大するようにする付勢部材支持部と、
   を有する逆止弁体と、
   該弁座及び該下流側流路を備えるハウジングと、
   該逆止弁体の該摺動抵抗付与部材支持部上に設定される摺動抵抗付与部材と、
   該逆止弁体の該付勢部材支持部上に設定され、該摺動抵抗付与部材を上流側に付勢することにより該摺動抵抗付与部材が該係止部に係止されながら当該摺動抵抗付与部材の外径が増大するようにする付勢部材と、
   を備える逆止弁であって、
   該付勢部材は、該摺動抵抗付与部材に係合される係合部材と、該係合部材を該摺動抵抗付与部材に下流側から押圧するバネ部材と、を有し、
   該係合部材は該摺動抵抗付与部材に下流側から係合する押圧部を有し、該押圧部は、該逆止弁体の外周面を囲う環状とされて該摺動抵抗付与部材に下流側から係合するようにされた、該上流側に向かうに従って先細りとされた押圧面を有する、逆止弁。
4. 該摺動抵抗付与部材が周方向の一部が切断されている分割リング形状とされている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の逆止弁。
5. 該摺動抵抗付与部材は、該逆止弁体の外周面を囲う環状とされ、該筒状壁に摺動する外側周面と、該外側周面に形成されて該筒状壁との間に隙間を形成する凹部とを有する請求項４に記載の逆止弁。

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