JP7446173B2

JP7446173B2 - バルブ装置

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Publication number: JP7446173B2
Application number: JP2020125901A
Authority: JP
Inventors: 衛吉岡; 重仁鈴木
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2020-07-23
Filing date: 2020-07-23
Publication date: 2024-03-08
Anticipated expiration: 2040-07-23
Also published as: JP2022021969A

Description

本開示は、バルブ装置に関する。

バルブ装置に関する技術として、特許文献１には、弁座と弁体の締め代が弁体における弁体の径方向の回転軸方向端部の位置で最小となっているバルブ装置の技術が開示されている。

特開２０１９－１９９７５号公報

燃料電池システムを搭載した車両において、燃料電池スタックへのエアの供給を制御するエアバルブの閉弁動作は、車両停止制御時以外に回生ブレーキ制御時にも実施される。すなわち、車両停止制御時には燃料電池スタックの劣化防止のため、また、回生ブレーキ制御時には燃料電池スタックの発電抑制のため、エアバルブを全閉状態にすることが実施される。ここで、車両停止制御時にはエアバルブのエアの漏れをゼロにすることが要求される一方で、回生ブレーキ制御時にはエアバルブのエアの微小な漏れが許容されるので、全閉状態時のエアの漏れに対する要求は、回生ブレーキ制御時よりも車両停止制御時の方が厳しい。つまり、回生ブレーキ制御時は全閉状態時のエアの漏れが多少許容されている。

そこで、このような全閉状態時のエアの漏れに対する要求の違いがあるため、従来より車両停止制御時と回生ブレーキ制御時とで制御される全閉開度域（すなわち、全閉状態となる開度の領域）を切り分ける必要がある。この点、特許文献１には、全閉開度域の拡大を図ることについて特に開示も示唆もされていない。

そこで、本開示は上記した問題点を解決するためになされたものであり、全閉開度域の拡大を図ることができるバルブ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、環状のシート面を備える環状の弁座と、前記シート面に対応する環状のシール面を備える円板状または略円板状の弁体と、前記弁体を回転させるための回転軸と、を有し、前記回転軸の中心軸方向が前記弁座および前記弁体の径方向と平行であり、前記弁体を前記回転軸の中心軸を中心に回転させることにより開閉弁動作し、前記シート面または前記シール面は、前記弁座または前記弁体に設けられる環状のゴムシール部に形成されているバルブ装置において、前記弁体における前記回転軸の中心軸方向に位置する両端部を弁体軸方向両端部と定義し、前記弁体における前記回転軸の中心軸方向に直交する方向に位置する両端部を弁体直交方向両端部と定義し、前記バルブ装置が開弁状態から閉弁動作を行うときに、前記弁体にて当該弁体が前記弁座と接触し始める部分を接触開始部と定義し、前記弁体軸方向両端部における前記弁体の中心軸方向の中央を中央部と定義し、前記中央部から前記接触開始部までの前記弁体の中心軸方向における長さを中央部接触開始部間長さと定義するときに、前記弁体直交方向両端部における前記中央部接触開始部間長さは、前記弁体軸方向両端部における前記中央部接触開始部間長さよりも大きいこと、を特徴とする。

この態様によれば、弁体直交方向両端部における中央部接触開始部間長さを大きくした分、バルブ装置の全閉開度域を拡大させることができる。また、弁体軸方向両端部における中央部接触開始部間長さを小さくした分、ゴムシール部の摩耗抑制および駆動トルクの低減を図ることができる。

上記の態様においては、前記弁体の周方向に沿って前記弁体軸方向両端部から前記弁体直交方向両端部に向かうほど、前記接触開始部におけるＲ寸法が徐々に小さくなるように形成されていること、が好ましい。

この態様によれば、弁体が開弁状態から閉弁方向へと移行する際の回転軸と弁体との接続箇所の負荷が過大となることを抑制できる。

上記の態様においては、前記中央部から、前記バルブ装置が閉弁動作を行うときに前記弁体が移動する方向側の端部までの前記弁体の中心軸方向における前記弁体の厚みを閉弁方向側厚みと定義し、前記中央部から、前記バルブ装置が開弁動作を行うときに前記弁体が移動する方向側の端部までの前記弁体の中心軸方向における前記弁体の厚みを開弁方向側厚みと定義するときに、前記弁体直交方向両端部では、前記閉弁方向側厚みが前記開弁方向側厚みよりも大きく形成されていること、が好ましい。

この態様によれば、全周に亘って厚みが一定に形成される従来形状の弁体に対して、閉弁方向側厚みが大きくなるように形成すればよい。そのため、従来形状の弁体からの設計変更を最小限に抑えることができる。

上記の態様においては、前記中央部から、前記バルブ装置が閉弁動作を行うときに前記弁体が移動する方向側の端部までの前記弁体の中心軸方向における前記弁体の厚みを閉弁方向側厚みと定義するときに、前記弁体の周方向に沿って前記弁体軸方向両端部から前記弁体直交方向両端部に向かうほど、前記閉弁方向側厚みが徐々に大きくなるように形成されていること、が好ましい。

この態様によれば、全閉開度域全体に亘って弁座と弁体との間のシール性（封止性）を確保できる。そのため、より確実に、全閉状態時にてバルブ装置の流体の漏れを抑制できる。
上記の態様においては、前記弁体直交方向両端部を構成する両方の端部は、前記バルブ装置が閉弁状態から開弁動作を行うときに、前記弁座から同時または略同時に離脱するように、および、前記バルブ装置が開弁状態から閉弁動作を行うときに、前記弁座に同時または略同時に接触するように、形成されていること、が好ましい。
この態様によれば、バルブ装置が閉弁状態から開弁動作を行うときに、弁体直交方向両端部を構成する両方の端部のうちの一方の端部のみが先に弁座から離脱することで流体の漏れが生じること、を抑制できる。また、バルブ装置が開弁状態から閉弁動作を行うときに、弁体直交方向両端部を構成する両方の端部が弁座に同時または略同時に接触して、確実に全閉状態を実現できるようになる。

上記課題を解決するためになされた本開示の他の形態は、環状のシート面を備える環状の弁座と、前記シート面に対応する環状のシール面を備える円板状または略円板状の弁体と、前記弁体を回転させるための回転軸と、を有し、前記回転軸の中心軸方向が前記弁座および前記弁体の径方向と平行であり、前記弁体を前記回転軸の中心軸を中心に回転させることにより開閉弁動作し、前記シート面または前記シール面は、前記弁座または前記弁体に設けられる環状のゴムシール部に形成されているバルブ装置において、前記弁座における前記回転軸の中心軸方向に位置する両端部を弁座軸方向両端部と定義し、前記弁座における前記回転軸の中心軸方向に直交する方向に位置する両端部を弁座直交方向両端部と定義し、前記バルブ装置が開弁状態から閉弁動作を行うときに、前記弁座にて当該弁座が前記弁体と接触し始める部分を接触開始部と定義し、前記弁座軸方向両端部における前記弁座の中心軸方向の中央を中央部と定義し、前記中央部から前記接触開始部までの前記弁座の中心軸方向における長さを中央部接触開始部間長さと定義し、前記弁座の中心軸方向の一方側の端部であって、前記バルブ装置が閉弁動作を行うときに前記弁体が移動する方向側の端部を閉弁側端部と定義し、前記閉弁側端部から前記接触開始部までの前記弁座の中心軸方向における長さを端部接触開始部間長さと定義するときに、前記弁座直交方向両端部を構成する両方の端部は、前記弁座の中心軸方向に沿って切り取ったときの断面の形状が異なっており、前記弁座直交方向両端部の一方の端部における前記中央部接触開始部間長さは、前記弁座軸方向両端部における前記中央部接触開始部間長さよりも大きく、前記弁座直交方向両端部の他方の端部における前記端部接触開始部間長さは、前記弁座軸方向両端部における前記端部接触開始部間長さよりも大きいこと、を特徴とする。

この態様によれば、弁座直交方向両端部における中央部接触開始部間長さと端部接触開始部間長さを大きくした分、バルブ装置の全閉開度域を拡大させることができる。また、弁座軸方向両端部における中央部接触開始部間長さと端部接触開始部間長さを小さくした分、ゴムシール部の摩耗抑制を図ることができる。

上記の態様においては、前記弁座の周方向に沿って前記弁座軸方向両端部から前記弁座直交方向両端部に向かうほど、前記接触開始部におけるＲ寸法が徐々に小さくなるように形成されていること、が好ましい。

この態様によれば、より確実に弁座直交方向両端部における中央部接触開始部間長さと端部接触開始部間長さを、弁座軸方向両端部における中央部接触開始部間長さと端部接触開始部間長さよりも大きくして、バルブ装置の全閉開度域を拡大することができる。

上記の態様においては、前記弁座直交方向両端部を構成する両方の端部は、前記バルブ装置が閉弁状態から開弁動作を行うときに、前記弁体から同時または略同時に離脱するように、および、前記バルブ装置が開弁状態から閉弁動作を行うときに、前記弁体に同時または略同時に接触するように、形成されていること、が好ましい。

この態様によれば、バルブ装置が閉弁状態から開弁動作を行うときに、弁座直交方向両端部を構成する両方の端部のうちの一方の端部のみが先に弁体から離脱することで流体の漏れが生じること、を抑制できる。また、バルブ装置が開弁状態から閉弁動作を行うときに、弁座直交方向両端部を構成する両方の端部が弁体に同時または略同時に接触して、確実に全閉状態を実現できるようになる。

上記の態様においては、前記バルブ装置は、モビリティに搭載される燃料電池システムの燃料電池スタックへの空気の供給、または、前記燃料電池スタックからの空気の排出を制御するエアバルブであること、が好ましい。

この態様によれば、エアバルブにおいて、全閉開度域の拡大を図ることができる。

上記の態様においては、前記エアバルブの開閉弁動作の制御を行う制御部により、減速回生制御時およびモビリティ停止制御時に前記エアバルブを全閉状態に制御され、前記エアバルブを全閉状態にしたときの全閉開度について、前記減速回生制御時の方が前記モビリティ停止制御時よりも大きくなるように制御され、前記減速回生制御時の前記全閉開度を、前記モビリティの総走行距離が長いほど前記モビリティ停止制御時の前記全閉開度との差分が小さくなるように制御されること、が好ましい。

この態様によれば、減速回生制御時では全閉開度が大きくなるように制御して、弁座と弁体との間における流体の微少な漏れを許容する開度に制御することにより、弁座と弁体との摺動抵抗を抑制して、ゴムシール部の摩耗を抑制できる。

また、モビリティの総走行距離が長いほど、ゴムシール部の摩耗が進行するため、上記構成とすることで、弁座と弁体との間における流体の漏れ増大を抑制することができる。

本開示のバルブ装置によれば、全閉開度域の拡大を図ることができる。

第１，２実施形態のエアバルブが設けられる燃料電池システムの概要図である。第１，２実施形態のエアバルブの外観斜視図である。全閉状態における弁部を一部破断して示した斜視図である。全開状態における弁部を一部破断して示した斜視図である。全閉状態であるときの弁座、弁体及び回転軸を示す側面図である。図５のＡ－Ａ断面図である。全閉状態の弁座と弁体を示す断面図である。全閉状態の弁座と弁体を示す上面図である。第１，２実施形態における弁座と弁体と回転軸の上面図である。第１実施形態において、図９のＢ－Ｂ断面図であり、開度が全閉開度域の開弁側の上限値であるときを示す図である。図１０の領域ＲＥ１の部分の拡大図である。図１０の領域ＲＥ２の部分の拡大図である。エアバルブの開度と、弁座と弁体の接触状態と、車両停止制御時と回生ブレーキ制御時における開度の区分けについての一例を示す図である。第１,２実施形態で行われる制御の内容を示すフローチャート図である。エアバルブの制御開度を求めるために使用するマップを示す図である。第２実施形態において、図９のＢ－Ｂ断面図であり、開度が全閉開度域の開弁側の上限値であるときを示す図である。図１６の領域ＲＥ１の部分の拡大図である。図１６の領域ＲＥ２の部分の拡大図である。

以下、本開示のバルブ装置（流体制御弁）の実施形態の一例であるエアバルブについて説明する。

〔第１実施形態〕
まず、第１実施形態について説明する。

＜エアバルブの概要＞
まず、本実施形態のエアバルブ１の概要について説明する。図１に示すように、エアバルブ１は、車両やドローンなどのモビリティに搭載される燃料電池システム１０１のエア系において、燃料電池スタック１０２にエア（空気）を供給するためのエア供給流路１０３に設けられている。そして、エアバルブ１は、燃料電池スタック１０２に対するエアの供給および遮断を制御する。

なお、燃料電池システム１０１のエア系において、エア供給流路１０３の他に、燃料電池スタック１０２からエア（エアオフガス）を排出するためのエア排出流路１０４が設けられている。また、燃料電池システム１０１の水素系において、燃料電池スタック１０２へ水素を供給するための水素供給流路１０５と、燃料電池スタック１０２から水素（水素オフガス）を排出するための水素排出流路１０６が設けられている。

次に、エアバルブ１の構成について説明する。図２に示すように、エアバルブ１は、二重偏心弁より構成される弁部２と、モータを内蔵したモータ部３と、複数のギヤを内蔵した減速機構部４とを有する。図３と図４に示すように、弁部２は、内部に流体が流れる流路１１を有する金属製の管部１２を備え、流路１１の中には弁座１３、弁体１４及び回転軸１５が配置されている。流路１１の内形、弁座１３の外形、弁体１４の外形は、それぞれ平面視で円形又はほぼ円形をなしている。回転軸１５には、モータの回転力が複数のギヤを介して伝えられるようになっている。これにより、回転軸１５は、弁体１４を回転させる。また、流路１１を有する管部１２は、ハウジング６の一部に相当し、モータ部３のモータや減速機構部４の複数のギヤは、このハウジング６により覆われる。ハウジング６は、アルミ等の金属により形成される。

流路１１には段部１０が形成され、その段部１０に弁座１３が組み込まれる。弁座１３は、円環状をなし、中央に円形又はほぼ円形の弁孔１６を有する。弁孔１６の縁部には環状のシート面１７が形成されている。本実施形態では、弁座１３は、環状のゴムシール部１３ａを備えており、このゴムシール部１３ａにシート面１７が形成されている。弁体１４は、円板状をなし（詳しくは、円板状の円板部１４ａを備え）、その外周には、シート面１７に対応する環状のシール面１８が形成されている。弁体１４は回転軸１５に固定され、回転軸１５と一体的に回動する。

図６～図８に示すように、回転軸１５の軸線Ｌ１は、弁体１４及び弁孔１６の径方向と平行に伸び、弁孔１６の中心Ｐ１から弁孔１６の径方向へ偏心して配置されると共に、弁体１４のシール面１８が回転軸１５の軸線Ｌ１から弁体１４の軸線Ｌ２が伸びる方向へ偏心して配置される。また、弁体１４を回転軸１５の軸線Ｌ１を中心に回転させることにより、エアバルブ１が開閉弁動作する。すなわち、弁体１４のシール面１８が、弁座１３のシート面１７に面接触する全閉位置（図３参照）とシート面１７から最も離れる全開位置（図４参照）との間で移動可能に構成されている。

本実施形態では、図６において、全閉位置から弁体１４が開弁方向（図６に示す矢印Ｆ１の方向、すなわち図６において時計方向）へ回動し始めると同時に、弁体１４のシール面１８が弁座１３のシート面１７から離れ始めると共に回転軸１５の軸線Ｌ１を中心とする回動軌跡Ｔ１，Ｔ２に沿って移動し始めるようになっている。

図７と図８に示すように、弁体１４は、回転軸１５の軸線Ｌ１から弁座１３および弁孔１６の軸線Ｌ３（中心軸）（弁体１４の軸線Ｌ２）が伸びる方向と平行に伸びる仮想面Ｖ１を境として第１の側部２１（図７と図８において網掛けを付して示す部分。）と第２の側部２２（図７と図８において網掛けを付さない部分。）に二分される。そして、図７に示す全閉位置から弁体１４が矢印Ｆ１で示す開弁方向へ回動するとき、第１の側部２１が弁孔１６の中へ向けて回動し、第２の側部２２が弁孔１６の外へ向けて回動するように構成される。また、開弁位置（図４参照）から図７に示す全閉位置に向かう閉弁方向（矢印Ｆ１で示す方向とは逆方向）へ回動するときには、第１の側部２１が弁孔１６の中から外へ向けて回動し、第２の側部２２が弁孔１６の外から中へ向けて回動するように構成される。

図５～図８に示すように、弁体１４は、円板状または略円板状の円板部１４ａと、当該円板部１４ａの上面から突出すように形成され回転軸１５に固定される山形状の固定部１４ｂを備えている。この固定部１４ｂは回転軸１５の軸線Ｌ１から回転軸１５の径方向へずれた位置にて、回転軸１５の先端から突出するピン１５ａを介して回転軸１５に固定される。また、図６～図８に示すように、固定部１４ｂは、弁体１４の軸線Ｌ２上に配置され、固定部１４ｂを含む弁体１４が、弁体１４の軸線Ｌ２を中心に左右対称形状をなすように形成される。

このような概要のエアバルブ１は、後述するように、制御部３１（図１参照）により弁体１４の開閉弁動作が制御される。なお、制御部３１は、例えば、車両に設けられるＥＣＵである。

＜弁体の形状について＞
本実施形態では、弁体１４の形状が、全閉開度域（すなわち、全閉状態のエアバルブ１の開度領域）の拡大を図ることができるように形成されている。

具体的には、図９に示すように、弁体１４の周方向について軸方向両端部４２から直交方向両端部４１に向かうほど弁体１４の厚みを大きくして、直交方向両端部４１での弁体１４の厚みが軸方向両端部４２での弁体１４の厚みよりも大きくなるように形成されている。

詳しくは、図１０～図１２に示すように、弁体１４をその厚み方向Ｄｅ（すなわち、軸線Ｌ２方向）に切り取った断面において、直交方向両端部４１における長さＬＥ１は、軸方向両端部４２における長さＬＥ２よりも大きい。なお、図１０～図１２においては、軸方向両端部４２における弁体１４の外形状を破線で示している。

ここで、直交方向両端部４１は、図９に示すように、弁体１４において、当該弁体１４の周方向について、当該弁体１４の径方向かつ回転軸１５の軸方向（すなわち、中心軸方向、軸線Ｌ１方向）に直交する方向に位置する両方の端部である。一方、軸方向両端部４２は、図９に示すように、弁体１４において、当該弁体１４の周方向について、当該弁体１４の径方向かつ回転軸１５の軸方向に位置する両方の端部である。なお、直交方向両端部４１は、本開示の「弁体直交方向両端部」の一例である。また、軸方向両端部４２は、本開示の「弁体軸方向両端部」の一例である。

また、長さＬＥ１，ＬＥ２は、図１１と図１２に示すように、中央部ＰＥ０から接触開始部５０までの弁体１４の厚み方向Ｄｅにおける長さである。ここで、中央部ＰＥ０は、軸方向両端部４２における弁体１４の厚み方向Ｄｅの中央である。さらに、接触開始部５０は、エアバルブ１が開弁状態から閉弁動作を行うときに、弁体１４にて当該弁体１４が弁座１３と接触し始める部分である。

別例として、直交方向両端部４１における長さＬＥ１を軸方向両端部４２における長さＬＥ２よりも大きくするために、直交方向両端部４１と軸方向両端部４２において、弁体１４の厚みを変更する代わりに、接触開始部５０におけるＲ寸法を変更してもよい。例えば、直交方向両端部４１での接触開始部５０におけるＲ寸法（Ｒ１）を、軸方向両端部４２での接触開始部５０におけるＲ寸法（Ｒ２）よりも小さくしてもよい。詳しくは、弁体１４の周方向に沿って軸方向両端部４２から直交方向両端部４１に向かうほど、接触開始部５０におけるＲ寸法が徐々に小さく（曲率が徐々に大きく）なるように形成され、弁体１４の厚み方向Ｄｅについての中央部ＰＥ０から接触開始部５０までの長さが徐々に大きくなるように形成されていてもよい。なお、図１１と図１２においては、接触開始部５０におけるＲ寸法を変更しておらず、直交方向両端部４１での接触開始部５０におけるＲ寸法（Ｒ１）と、軸方向両端部４２での接触開始部５０におけるＲ寸法（Ｒ２）とが等しい例を示している。

また、本実施形態において、図１１と図１２に示すように、弁体１４の直交方向両端部４１では、閉弁方向側厚みＴＣが開弁方向側厚みＴＯよりも大きく形成されている。

ここで、閉弁方向側厚みＴＣは、中央部ＰＥ０から、エアバルブ１が閉弁動作を行うときに弁体１４が移動する方向側の端部５１までの厚み方向Ｄｅにおける弁体１４の厚みである。また、開弁方向側厚みＴＯは、中央部ＰＥ０から、エアバルブ１が開弁動作を行うときに弁体１４が移動する方向側の端部５２までの厚み方向Ｄｅにおける弁体１４の厚みである。

そして、本実施形態では、弁体１４の周方向について軸方向両端部４２から直交方向両端部４１に向かうほど、閉弁方向側厚みＴＣが徐々に大きくなるように形成されている。

このようにして弁体１４の形状により全閉開度域の拡大を図ることにより、図１３に示すように、車両停止制御時（本開示の「モビリティ停止制御時」の一例）と回生ブレーキ制御時（本開示の「減速回生制御時」の一例）とで全閉開度（すなわち、全閉状態での開度）の差分を大きくできる。例えば、本実施形態では全閉開度域の開度を０°～６°に拡大することで、車両停止制御時の全閉開度を０°～１°（図１３にて実線で示す範囲）、回生ブレーキ制御時の全閉開度を３°～５°（図１３にて実線で示す範囲）と制御をより確実に切り分けるができる。

なお、車両停止制御時は、車両（本実施形態のエアバルブ１を備える燃料電池システム１０１が搭載される車両）が停止しており、エアバルブ１が全閉状態に制御されている。また、回生ブレーキ制御時は、回生ブレーキにより車両が減速しており、エアバルブ１が全閉状態に制御されている。

なお、別例として、直交方向両端部４１における長さＬＥ１を軸方向両端部４２における長さＬＥ２よりも大きくするために、直交方向両端部４１と軸方向両端部４２において、弁体１４の厚みを変更するとともに、接触開始部５０におけるＲ寸法を変更してもよい。

また、本実施形態では、弁体１４における直交方向両端部４１を構成する両方の端部４１Ａ，４１Ｂ（図１１と図１２参照）は、エアバルブ１が閉弁状態から開弁動作を行うときに、弁座１３のゴムシール部１３ａから同時または略同時に離脱するように形成されている。さらに、両方の端部４１Ａ，４１Ｂは、エアバルブ１が開弁状態から閉弁動作を行うときに、弁座１３のゴムシール部１３ａに同時または略同時に接触するように形成されている。

＜本実施形態で行われる制御＞
本実施形態では、前記のようにして弁体１４の形状により全閉開度域の拡大を図った上で、車両停止制御時や回生ブレーキ制御時などにおいて、制御部３１により図１４に示す制御が行われる。

まず、制御部３１は、車両の走行距離（ｔｏｔａｌｋｍ）、回生閉弁制御回数（ｋａｉｓｅｉ数）、全閉停止回数（ｃｌｏｓｅ数）を取り込む（ステップＳ１）。なお、回生閉弁制御回数（ｋａｉｓｅｉ数）とは、回生ブレーキ制御を行うために全閉状態に制御された回数である。また、全閉停止回数（ｃｌｏｓｅ数）とは、車両停止制御を行うために全閉状態に制御された回数である。

次に、制御部３１は、回生閉弁要求がなされたか否かを判断する（ステップＳ２）。そして、回生閉弁要求がなされた場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）には、制御部３１は、走行距離（ｔｏｔａｌｋｍ）、回生閉弁制御回数（ｋａｉｓｅｉ数）に応じた回生制御開度（ｔｋａｉｓｅｉｄｅｇ）を求める（ステップＳ３）。このとき、制御部３１は、図２１に示すマップを用いて、走行距離（ｔｏｔａｌｋｍ）と回生閉弁制御回数（ｋａｉｓｅｉ数）に基づいて、回生制御開度（ｔｋａｉｓｅｉｄｅｇ）を求める。なお、回生閉弁要求とは、回生ブレーキ制御を行うために全閉状態にする要求である。

そして、制御部３１は、エアバルブ１の開度をステップＳ３で求めた回生制御開度（ｔｋａｉｓｅｉｄｅｇ）に制御する（ステップＳ４）。

また、ステップＳ２において、回生閉弁要求がなされなかった場合（ステップＳ２：ＮＯ）には、制御部３１は、全閉停止要求がなされたか否かを判断する（ステップＳ５）。そして、全閉停止要求がなされた場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）には、制御部３１は、走行距離（ｔｏｔａｌｋｍ）、全閉停止回数（ｃｌｏｓｅ数）に応じた全閉停止制御開度（ｔｃｌｏｓｅｄｅｇ）を求める（ステップＳ６）。このとき、制御部３１は、図２１に示すマップを用いて、走行距離（ｔｏｔａｌｋｍ）と全閉停止回数（ｃｌｏｓｅ数）に基づいて、全閉停止制御開度（ｔｃｌｏｓｅｄｅｇ）を求める。なお、全閉停止要求とは、車両停止制御を行うために全閉状態にする要求である。

そして、制御部３１は、エアバルブ１の開度をステップＳ６で求めた全閉停止制御開度（ｔｃｌｏｓｅｄｅｇ）に制御する（ステップＳ７）。

また、ステップＳ５において、全閉停止要求がなされなかった場合（ステップＳ５：ＮＯ）には、制御部３１は、発電要求に応じた開弁制御開度（ｔｏｐｅｎｄｅｇ）を求め（ステップＳ８）、エアバルブ１の開度をステップＳ８で求めた開弁制御開度（ｔｏｐｅｎｄｅｇ）に制御する（ステップＳ９）。

ここで、図１５に示すマップでは回生制御開度（ｔｋａｉｓｅｉｄｅｇ）は全閉停止制御開度（ｔｃｌｏｓｅｄｅｇ）よりも大きく規定されており、これにより、制御部３１は、エアバルブ１を全閉状態にしたときの全閉開度について、回生ブレーキ制御時の方が車両停止制御時よりも大きくなるように制御している。

また、図１５に示すマップでは走行距離（ｔｏｔａｌｋｍ）が長いほど、回生制御開度（ｔｋａｉｓｅｉｄｅｇ）と全閉停止制御開度（ｔｃｌｏｓｅｄｅｇ）を小さくしつつ、回生制御開度（ｔｋａｉｓｅｉｄｅｇ）と全閉停止制御開度（ｔｃｌｏｓｅｄｅｇ）との差分が小さくなるように規定されている。そして、これにより、制御部３１は、回生ブレーキ制御時の全閉開度を、車両の総走行距離が長いほど、車両停止制御時の全閉開度との差分が小さくなるように制御している。

なお、図１５に示すマップでは回生閉弁制御回数（ｋａｉｓｅｉ数）や全閉停止回数（ｃｌｏｓｅ数）が多いほど、回生制御開度（ｔｋａｉｓｅｉｄｅｇ）や全閉停止制御開度（ｔｃｌｏｓｅｄｅｇ）が小さくなるように規定されている。

＜本実施形態の効果＞
本実施形態によれば、図１１と図１２に示すように、エアバルブ１の弁体１４において、直交方向両端部４１における長さＬＥ１は、軸方向両端部４２における長さＬＥ２よりも大きい。

このようにして弁体１４の直交方向両端部４１における長さＬＥ１を大きくすることにより、エアバルブ１が開弁状態から閉弁動作を行うときに、弁体１４のうちで最も弁座１３に接触するタイミングが遅い直交方向両端部４１が、より高開度側（すなわち、より開弁側）のエアバルブ１の開度で弁座１３に接触する。そのため、エアバルブ１の開度として高開度側で全閉状態にすることができるので、エアバルブ１の全閉開度域を拡大することができる。なお、全閉状態とは、弁座１３のゴムシール部１３ａと弁体１４がそれらの周方向の全周で接触した状態である。

また、弁体１４の軸方向両端部４２における長さＬＥ２を直交方向両端部４１での長さＬＥ１よりも小さくした分、全閉状態において弁体１４の軸方向両端部４２におけるシール面１８と弁座１３のゴムシール部１３ａのシート面１７との接触面積を小さくできる。そのため、開閉弁動作時にゴムシール部１３ａに作用する摺動抵抗を抑制できるので、ゴムシール部１３ａの摩耗抑制を図ることができる。

そして、本実施形態では、弁体１４の周方向に沿って軸方向両端部４２から直交方向両端部４１に向かうほど、接触開始部５０におけるＲ寸法が徐々に小さくなるように形成されていてもよい。これにより、弁体１４が開弁状態から閉弁方向へと移行する際の回転軸１５と弁体１４との接続箇所の負荷の上昇を滑らかとすることで、回転軸１５と弁体１４との接続箇所の破損を抑制することができる。

また、弁体１４の直交方向両端部４１では、閉弁方向側厚みＴＣが開弁方向側厚みＴＯよりも大きく形成されている。

このようにして、全周に亘って厚みが一定に形成される従来形状の弁体に対して、閉弁方向側厚みＴＣが大きくなるように形成すればよい。そのため、従来形状の弁体からの設計変更を最小限に抑えることができる。したがって、全閉状態時における弁座１３のゴムシール部１３ａと弁体１４との間のシール性について、従来形状の弁体と同様に確保できる。ゆえに、全閉状態時にてエアバルブ１のエアの漏れを抑制できる。

また、弁体１４の周方向に沿って軸方向両端部４２から直交方向両端部４１に向かうほど、閉弁方向側厚みＴＣが徐々に大きくなるように形成されている。

これにより、全閉開度域全体に亘って弁座１３のゴムシール部１３ａと弁体１４との間のシール性を確保できる。そのため、より確実に、全閉状態時にてエアバルブ１のエアの漏れを抑制できる。

また、弁体１４における直交方向両端部４１を構成する両方の端部４１Ａ，４１Ｂ（図１１と図１２参照）は、エアバルブ１が閉弁状態から開弁動作を行うときに、弁座１３のゴムシール部１３ａから同時または略同時に離脱するように形成されている。および、両方の端部４１Ａ，４１Ｂは、エアバルブ１が開弁状態から閉弁動作を行うときに、弁座１３のゴムシール部１３ａに同時または略同時に接触するように形成されている。

これにより、エアバルブ１が閉弁状態から開弁動作を行うときに、両方の端部４１Ａ，４１Ｂのうちの一方のみが先に弁座１３のゴムシール部１３ａから離脱してエアの漏れが生じることを抑制できる。また、エアバルブ１が開弁状態から閉弁動作を行うときに、両方の端部４１Ａ，４１Ｂが弁座１３のゴムシール部１３ａに同時または略同時に接触して、確実に全閉状態を実現できるようになる。

また、制御部３１は、回生ブレーキ制御時および車両停止制御時にエアバルブ１を全閉状態に制御し、エアバルブ１を全閉状態にしたときの全閉開度について、回生ブレーキ制御時の方が車両停止制御時よりも大きくなるように制御する。

このように制御部３１が全閉開度について回生ブレーキ制御時の方が車両停止制御時よりも大きくなるように制御して、回生ブレーキ制御時では全閉開度を弁座１３のゴムシール部１３ａと弁体１４との間におけるエアの微少な漏れを許容する開度に制御する。これにより、弁座１３のゴムシール部１３ａと弁体１４との摺動抵抗を抑制して、弁座１３のゴムシール部１３ａの摩耗を抑制できる。

また、車両の総走行距離が長いほど弁座１３のゴムシール部１３ａの摩耗が進むので、この点を考慮し、制御部３１は、制御される頻度の多い回生ブレーキ制御時の全閉開度を車両の総走行距離が長いほど小さくしつつ車両停止制御時の全閉開度との差分が小さくなるように制御する。これにより、弁座１３のゴムシール部１３ａの摩耗の抑制、および、弁座１３のゴムシール部１３ａと弁体１４との間のシール性の維持を両立させることができる。

また、別例として、弁体１４において、直交方向両端部４１での接触開始部５０におけるＲ寸法（Ｒ１）が軸方向両端部４２での接触開始部５０におけるＲ寸法（Ｒ２）よりも小さければ、必ずしも、閉弁方向側厚みＴＣを開弁方向側厚みＴＯよりも大きく形成する必要はない。

また、ゴムシール部を弁体１４に設けても良い。弁体１４にゴムシール部を設ける場合、本実施形態のように弁体１４自体を厚くしてもよいが、一方で弁体１４の厚さをそのままにゴムシール部の厚みを大きくしても良い。

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について説明するが、主に第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

本実施形態では、弁座１３の形状が、全閉開度域の拡大を図ることができるように形成されている。

具体的には、図９に示すように、弁座１３の周方向について軸方向両端部６２から直交方向両端部６１に向かうほど弁座１３の厚みを大きくして、直交方向両端部６１での弁座１３の厚みが軸方向両端部６２での弁座１３の厚みよりも大きくなるように形成されている。

詳しくは、図１６に示すように、弁座１３をその軸線Ｌ３方向に切り取った断面において、弁座１３の直交方向両端部６１の位置にて、直交方向両端部６１を構成する両方の端部６１Ａ，６１Ｂは、断面の形状が異なっている。そして、図１７に示すように、直交方向両端部６１の一方の端部６１Ａにおける長さＬＡ１は、軸方向両端部６２における長さＬＡ２よりも大きい。さらに、図１８に示すように、直交方向両端部６１の他方の端部６１Ｂにおける長さＬＢ１は、軸方向両端部６２における長さＬＢ２よりも大きい。なお、図１６～図１８において、軸方向両端部６２における弁座１３の外形状を破線で示している。

ここで、弁座１３における直交方向両端部６１は、図９に示すように、弁座１３において、当該弁座１３の周方向について、当該弁座１３の径方向かつ回転軸１５の軸方向に直交する方向に位置する両端部である。一方、弁座１３における軸方向両端部６２は、図９に示すように、弁座１３において、当該弁座１３の周方向について、当該弁座１３の径方向かつ回転軸１５の軸方向に位置する両端部である。なお、直交方向両端部６１は本開示の「弁座直交方向両端部」の一例であり、軸方向両端部６２は本開示の「弁座軸方向両端部」の一例である。

また、長さＬＡ１，ＬＡ２は、図１７に示すように、中央部ＰＳ０から接触開始部７０Ａまでの弁座１３の軸線Ｌ３方向における長さである。また、長さＬＢ１，ＬＢ２は、図１８に示すように、端部ＰＳ１から接触開始部７０Ｂまでの弁座１３の軸線Ｌ３方向における長さである。また、中央部ＰＳ０は、軸方向両端部６２における弁座１３の軸線Ｌ３方向の中央である。また、端部ＰＳ１は、弁座１３の軸線Ｌ３方向の一方側の端部であって、エアバルブ１が閉弁動作を行うときに弁体１４が移動する方向側の端部である。さらに、接触開始部７０Ａと接触開始部７０Ｂは、エアバルブ１が開弁状態から閉弁動作を行うときに、弁座１３にて当該弁座１３が弁体１４と接触し始める部分である。なお、長さＬＡ１，ＬＡ２は本開示の「中央部接触開始部間長さ」の一例であり、長さＬＢ１，ＬＢ２は本開示の「端部接触開始部間長さ」の一例である。また、端部ＰＳ１は、本開示の「閉弁側端部」の一例である。

なお、図１６～図１８に示すように、弁座１３の断面形状は、領域ＲＥ１（弁体１４の第２の側部２２（図７や図８参照）側の領域）と領域ＲＥ２（弁体１４の第１の側部２１（図７や図８参照）側の領域）の位置にて非対称に形成されている。すなわち、図１７で示される弁座１３の断面形状と、図１８で示される弁座１３の断面形状とは非対称になっている。

また、本実施形態では、弁座１３の直交方向両端部６１を構成する両方の端部６１Ａ，６１Ｂは、エアバルブ１が閉弁状態から開弁動作を行うときに、弁体１４から同時または略同時に離脱するように形成されている。さらに、両方の端部６１Ａ，６１Ｂは、エアバルブ１が開弁状態から閉弁動作を行うときに、弁体１４に同時または略同時に接触するように形成されている。

＜本実施形態の効果＞
このようにして弁座１３の直交方向両端部６１における長さＬＡ１，ＬＢ１を大きくした分、エアバルブ１の全閉開度域を拡大させることができる。また、弁座１３の軸方向両端部６２における長さＬＡ２，ＬＢ２を小さくした分、弁座１３のゴムシール部１３ａの摩耗抑制を図ることができる。

そして、本実施形態では、弁座１３の周方向に沿って軸方向両端部６２から直交方向両端部６１に向かうほど、接触開始部７０Ａ，７０ＢにおけるＲ寸法が徐々に小さくなるように形成されている。これにより、より確実に直交方向両端部６１における長さＬＡ１，ＬＢ１を軸方向両端部４２における長さＬＡ２，ＬＢ２よりも大きくして、エアバルブ１の全閉開度域を拡大することができる。

また、弁座１３の直交方向両端部６１を構成する両方の端部６１Ａ，６１Ｂは、エアバルブ１が閉弁状態から開弁動作を行うときに、弁体１４から同時または略同時に離脱するように形成されている。および、両方の端部６１Ａ，６１Ｂは、エアバルブ１が開弁状態から閉弁動作を行うときに、弁体１４に同時または略同時に接触するように形成されている。

これにより、エアバルブ１が閉弁状態から開弁動作を行うときに、弁座１３の直交方向両端部６１を構成する両方の端部６１Ａ，６１Ｂのうちの一方のみが先に弁体１４から離脱してエアの漏れが生じることを抑制できる。および／または、エアバルブ１が開弁状態から閉弁動作を行うときに、両方の端部６１Ａ，６１Ｂが弁体１４に同時または略同時に接触して、確実に全閉状態を実現できるようになる。

また、本実施形態では、前記のようにして弁座１３の形状により全閉開度域の拡大を図った上で、第１実施形態と同様に、車両停止制御時や回生ブレーキ制御時などにおいて、制御部３１により図１４に示す制御が行われる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

例えば、弁座１３にゴムシール部１３ａが設けられている代わりに、弁体１４にゴムシール部が設けられていてもよい。このとき、弁体１４のゴムシール部にシール面１８が形成されている。

また、第１実施形態と第２実施形態のエアバルブ１は、燃料電池スタック１０２からの空気の排出を制御する弁としても適用可能である。

１エアバルブ
１３弁座
１３ａゴムシール部
１４弁体
１４ａ円板部
１５回転軸
１５ａピン
３１制御部
４１（弁体の）直交方向両端部
４１Ａ，４１Ｂ端部
４２（弁体の）軸方向両端部
５０接触開始部
５１端部
５２端部
６１（弁座の）直交方向両端部
６１Ａ，６１Ｂ端部
６２（弁座の）軸方向両端部
７０Ａ接触開始部
７０Ｂ接触開始部
１０１燃料電池システム
１０２燃料電池スタック
１０３エア供給流路
Ｌ１（回転軸の）軸線
Ｌ２（弁体の）軸線
Ｌ３（弁座および弁孔の）軸線
Ｄｅ（弁体の）厚み方向
ＬＥ１長さ
ＬＥ２長さ
ＰＥ０中央部
Ｒ１，Ｒ２Ｒ寸法
ＴＣ閉弁方向側厚み
ＴＯ開弁方向側厚み
ＬＡ１長さ
ＬＡ２長さ
ＬＢ１長さ
ＬＢ２長さ
ＰＳ０中央部
ＰＳ１端部

Claims

環状のシート面を備える環状の弁座と、
前記シート面に対応する環状のシール面を備える円板状または略円板状の弁体と、
前記弁体を回転させるための回転軸と、を有し、
前記回転軸の中心軸方向が前記弁座および前記弁体の径方向と平行であり、
前記弁体を前記回転軸の中心軸を中心に回転させることにより開閉弁動作し、
前記シート面または前記シール面は、前記弁座または前記弁体に設けられる環状のゴムシール部に形成されているバルブ装置において、
前記弁体における前記回転軸の中心軸方向に位置する両端部を弁体軸方向両端部と定義し、
前記弁体における前記回転軸の中心軸方向に直交する方向に位置する両端部を弁体直交方向両端部と定義し、
前記バルブ装置が開弁状態から閉弁動作を行うときに、前記弁体にて当該弁体が前記弁座と接触し始める部分を接触開始部と定義し、
前記弁体軸方向両端部における前記弁体の中心軸方向の中央を中央部と定義し、
前記中央部から前記接触開始部までの前記弁体の中心軸方向における長さを中央部接触開始部間長さと定義するときに、
前記弁体直交方向両端部における前記中央部接触開始部間長さは、前記弁体軸方向両端部における前記中央部接触開始部間長さよりも大きいこと、
を特徴とするバルブ装置。
請求項１のバルブ装置において、
前記弁体の周方向に沿って前記弁体軸方向両端部から前記弁体直交方向両端部に向かうほど、前記接触開始部におけるＲ寸法が徐々に小さくなるように形成されていること、
を特徴とするバルブ装置。
請求項１または２のバルブ装置において、
前記中央部から、前記バルブ装置が閉弁動作を行うときに前記弁体が移動する方向側の端部までの前記弁体の中心軸方向における前記弁体の厚みを閉弁方向側厚みと定義し、
前記中央部から、前記バルブ装置が開弁動作を行うときに前記弁体が移動する方向側の端部までの前記弁体の中心軸方向における前記弁体の厚みを開弁方向側厚みと定義するときに、
前記弁体直交方向両端部では、前記閉弁方向側厚みが前記開弁方向側厚みよりも大きく形成されていること、
を特徴とするバルブ装置。
請求項１乃至３のいずれか１つのバルブ装置において、
前記中央部から、前記バルブ装置が閉弁動作を行うときに前記弁体が移動する方向側の端部までの前記弁体の中心軸方向における前記弁体の厚みを閉弁方向側厚みと定義するときに、
前記弁体の周方向に沿って前記弁体軸方向両端部から前記弁体直交方向両端部に向かうほど、前記閉弁方向側厚みが徐々に大きくなるように形成されていること、
を特徴とするバルブ装置。
請求項１乃至４のいずれか１つのバルブ装置において、
前記弁体直交方向両端部を構成する両方の端部は、
前記バルブ装置が閉弁状態から開弁動作を行うときに、前記弁座から同時または略同時に離脱するように、
および、
前記バルブ装置が開弁状態から閉弁動作を行うときに、前記弁座に同時または略同時に接触するように、形成されていること、
を特徴とするバルブ装置。
環状のシート面を備える環状の弁座と、
前記シート面に対応する環状のシール面を備える円板状または略円板状の弁体と、
前記弁体を回転させるための回転軸と、を有し、
前記回転軸の中心軸方向が前記弁座および前記弁体の径方向と平行であり、
前記弁体を前記回転軸の中心軸を中心に回転させることにより開閉弁動作し、
前記シート面または前記シール面は、前記弁座または前記弁体に設けられる環状のゴムシール部に形成されているバルブ装置において、
前記弁座における前記回転軸の中心軸方向に位置する両端部を弁座軸方向両端部と定義し、
前記弁座における前記回転軸の中心軸方向に直交する方向に位置する両端部を弁座直交方向両端部と定義し、
前記バルブ装置が開弁状態から閉弁動作を行うときに、前記弁座にて当該弁座が前記弁体と接触し始める部分を接触開始部と定義し、
前記弁座軸方向両端部における前記弁座の中心軸方向の中央を中央部と定義し、
前記中央部から前記接触開始部までの前記弁座の中心軸方向における長さを中央部接触開始部間長さと定義し、
前記弁座の中心軸方向の一方側の端部であって、前記バルブ装置が閉弁動作を行うときに前記弁体が移動する方向側の端部を閉弁側端部と定義し、
前記閉弁側端部から前記接触開始部までの前記弁座の中心軸方向における長さを端部接触開始部間長さと定義するときに、
前記弁座直交方向両端部を構成する両方の端部は、前記弁座の中心軸方向に沿って切り取ったときの断面の形状が異なっており、
前記弁座直交方向両端部の一方の端部における前記中央部接触開始部間長さは、前記弁座軸方向両端部における前記中央部接触開始部間長さよりも大きく、
前記弁座直交方向両端部の他方の端部における前記端部接触開始部間長さは、前記弁座軸方向両端部における前記端部接触開始部間長さよりも大きいこと、
を特徴とするバルブ装置。
請求項６のバルブ装置において、
前記弁座の周方向に沿って前記弁座軸方向両端部から前記弁座直交方向両端部に向かうほど、前記接触開始部におけるＲ寸法が徐々に小さくなるように形成されていること、
を特徴とするバルブ装置。
請求項６または７のバルブ装置において、
前記弁座直交方向両端部を構成する両方の端部は、
前記バルブ装置が閉弁状態から開弁動作を行うときに、前記弁体から同時または略同時に離脱するように、
および、
前記バルブ装置が開弁状態から閉弁動作を行うときに、前記弁体に同時または略同時に接触するように、形成されていること、
を特徴とするバルブ装置。
請求項１乃至８のいずれか１つのバルブ装置において、
前記バルブ装置は、モビリティに搭載される燃料電池システムの燃料電池スタックへの空気の供給、または、前記燃料電池スタックからの空気の排出を制御するエアバルブであること、
を特徴とするバルブ装置。
請求項９のバルブ装置において、
前記エアバルブの開閉弁動作の制御を行う制御部により、
減速回生制御時およびモビリティ停止制御時に前記エアバルブを全閉状態に制御され、
前記エアバルブを全閉状態にしたときの全閉開度について、前記減速回生制御時の方が前記モビリティ停止制御時よりも大きくなるように制御され、
前記減速回生制御時の前記全閉開度を、前記モビリティの総走行距離が長いほど前記モビリティ停止制御時の前記全閉開度との差分が小さくなるように制御されること、
を特徴とするバルブ装置。