JPWO2018003982A1 - 逆止弁 - Google Patents

Abstract

シール部材の破損を抑制しながら、極低圧時及び高圧時に封止することができる逆止弁を提供する。本発明に係る逆止弁は、高圧時には、ポペット弁体３が弁座２１側に移動し、シール部材３５２、３５４が弁座２１により圧縮変形されると共に弁体シール面３５１及びシール部材３５２、３５４が弁座２１に接触する一方で、極低圧時には、ポペット弁体３が弁座２１側に移動し、シール部材３５２、３５４及び弁体シール面３５１のうちシール部材３５２、３５４のみが弁座２１に接触することにより流体流路Ｐが封止される。

Description

本発明は、逆止弁に関する。

流体を扱う各種の装置においては、流体の流れを一方向のみに規制する逆止弁が用いられている。

逆止弁は、一般的に、一次側流路と二次側流路とを連通する流体流路内に設けられた弁座と、その弁座に対して離接する弁体とが設けられ、弁体がスプリングによって弁座方向に付勢される基本構造とされている。

この種の逆止弁として、例えば下記特許文献１がある。下記特許文献１では、弁体のシール面（弁座と接触する面）にＯリングを設け、スプリングによりこのＯリングが弁座に押し付けられて弁座を閉塞し、流体が逆流しないようになっている。

ところで、近年では、燃料電池自動車に燃料ガスを充填するための水素ステーションの供給インフラが普及しつつある。この水素ステーションの配管設備には、通常、流量制御用のバルブなどとともにインラインチャッキである逆止弁が用いられる。この場合、水素ステーションでは、高圧（例えば９９ＭＰａ）の水素が流れることもあるため、逆止弁も高圧流体に耐え得ることが重要である。

そこで、下記特許文献２では、高圧時でも逆止め性能を確実に発揮することを意図した逆止弁が提案されている。詳細には、弁体のＯリング（以下、シール部材とも称する）と密着可能な屈曲部が弁座に形成され、この屈曲部を起点として第１傾斜部及び第２傾斜部が形成されている。閉弁時には、このように形成された弁座にシール部材が接触されるため、シール部材と弁座との接触面積が大きくなり、高圧時においてもシール部材が破損することなく確実な密封ができる、とされている。

特開平５−３０２６８０号公報 特開２００７−２０５４０６号公報

上記のように、従来では様々な逆止弁の構造が提案されているが、高圧時及び極低圧時（例えば０．１ＭＰａ以下）の両方において、弁体と弁座との封止を十分に確保した構成について何ら検討されていなかった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シール部材の破損を抑制しながら、極低圧時及び高圧時に封止することができる逆止弁を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る逆止弁は、流体流路を内部に有する本体部と、流体流路の途中に設けられる弁座と、弁座に離接して流体流路を開閉する弁体と、を有する逆止弁であって、弁体における弁座に接触可能な弁体シール面に、弁体よりも軟質のシール部材が設けられ、シール部材は、弁体シール面から弁座側に突出され、高圧時には、弁体が弁座側に移動し、シール部材が弁座により圧縮変形されると共に弁体シール面及びシール部材を弁座に接触させ、極低圧時には、弁体が弁座側に移動し、シール部材及び弁体シール面のうちシール部材のみを弁座に接触させることにより流体流路を封止する。

極低圧時（例えば０．１ＭＰａ以下）でも封止できるようにするためには、弁体よりも軟質のシール部材（例えばシートやＯ−リング等の樹脂材料）を弁座に接触させて封止する必要がある。これを考慮して、例えば、シール部材及び弁体シール面の両方を弁座に接触させて封止する構成とした場合、高圧時には弁体よりも軟質のシール部材が弁座に強く押圧されて塑性変形するが、変形したシールではその後、十分に封止できなくなるおそれがある。これに対し、本発明では、高圧時には、シール部材が弁体により圧縮変形することで弁体シール面が弁座に接触する一方で、極低圧時には、弁体シール面及びシール部材のうちシール部材のみが弁座に接触して流体流路を封止している。このように構成することにより、極低圧時にはシール部材で封止する構成としながら、高圧時には、弁体シール面を弁座に接触させてシール部材の変形を抑えることができる。その結果、シール部材の破損を抑制しながら、極低圧でも高圧でも封止性能を維持することが可能となる。

また本発明に係る逆止弁は、弁体の弁体シール面は、外周側に向かうに従い弁座から離れる方向に傾斜していることも好ましい。

かかる構成によれば、高圧時に弁体が弁座側に移動した際に、弁体シール面全面が弁座に接触せずに弁体シール面のうちの一部が弁座に接触するので、弁体シール面と弁座との接触面積をより小さくすることができる。つまり、弁体シール面と弁座とが線接触して流体流路を封止するので、面接触で封止する構成と比較して、接触部分の押圧力を大きくすることができ、高圧時における封止性能をより高めることができる。

また本発明に係る逆止弁は、弁座のうちシール部材と接触する部位が、弁体側へ盛り上がるように形成されていることも好ましい。

かかる構成によれば、弁座が平面である場合と比較して、シール部材が弁座に接触するときの接触面積がより小さくなり、シール部材と弁座とを線接触させることができる。線接触させることにより、面接触で流体流路を封止する場合と比較して接触部分の押圧力を大きくすることができ、封止性能を高めることができる。

また本発明に係る逆止弁では、シール部材は、樹脂材料により構成されるシートであり、シートは、弁体の弁体シール面側に形成された雌ねじ部に螺合されるねじによって弁体に固定され、ねじの円筒部の周囲には、シートの底面からねじの軸方向へシートの厚さ以上に延在してねじの頭部座面を支持するガイド部材が設けられていることも好ましい。

かかる構成によれば、シートを弁体に固定するためのねじを締め付ける際に、ガイド部材によってねじの頭部座面が支持され、ねじの締め過ぎが防止される。つまり、ねじの締め過ぎによってねじの頭部座面でシートが強く押圧されることを防ぐことができるので、シートが変形することを抑制することができる。

また本発明に係る逆止弁では、ガイド部材は、シート表面のうちねじの中心軸側を覆う延出部を更に備え、弁体におけるシートに接触する接触面のうちのねじの中心軸側に、接触面から延出部側に突出する凸部が設けられていることも好ましい。

かかる構成によれば、シートが弁座に押圧されて潰れた場合（すなわち、シートが塑性変形した場合）でも、ガイド部材の延出部と凸部によりシートは常に押圧された状態となっているので、シートが弁座に接触したときの該接触部分に、十分な面圧を加えることができる。その結果、シートが潰れて塑性変形したとしても、十分な封止性能を維持することができる。

また本発明に係る逆止弁では、シール部材は、弁体における弁座に接触可能な部分のうちシール部材を除いた部分よりも外周側に設けられていることも好ましい。

かかる構成によれば、例えば高圧時に弁体が弁座に接触するときに、シール部材よりも内側において弁体と弁座が接触する部分が存在することとなる。この高圧時には、特に封止直前直後に弁座付近において二次側から一次側に引き込まれる力が急激に加わるが、シール部材の内側に、弁座と接触する弁体の一部分が存在するので（言い換えれば、弁体における弁座に接触する部分のうち外側部分（外周側）にシール部材が設けられているので）、シール部材が一次側に引き込まれて外れてしまうことを防ぐことができる。

また本発明に係る逆止弁では、弁体は同一材質で一体的に形成されていることも好ましい。

弁体における弁体シール面は高圧時に弁座に接触するが、かかる構成によれば、この弁体シール面は弁体として一体的に形成されているので、高圧時にシール部として機能する箇所（すなわち弁体シール面）は、弁体から脱離することはない。このため、高圧時にも確実に封止を行うことができる。

また本発明に係る逆止弁を高圧水素の供給ラインに用いた水素ステーションとすることも好ましい。

本発明によれば、シール部材の破損を抑制しながら、極低圧時及び高圧時に封止することができる逆止弁を提供することができる。

本実施形態における逆止弁の概略構成を示す縦断面図である。 図１のスリーブを示す縦断面図である。 図１のポペット弁体を示す縦断面図である。 図１の逆止弁の弁開状態を示す縦断面図である。 （Ａ）極低圧時のシール状態を表す縦断面図である。（Ｂ）高圧時のシール状態を表す縦断面図である。 図５に示す円Ｅの拡大断面図である。 ポペット弁体の第１変形例における、シート周辺の概略構成を示す拡大断面図である。 ポペット弁体の第２変形例における、シート周辺の概略構成を示す拡大断面図である。 ポペット弁体の第３変形例における、シート周辺の概略構成を示す拡大断面図である。 第４変形例のポペット弁体を、弁体シール面側からみたときの概略構成を示す斜視図である。 （Ａ）第５変形例における極低圧時のシール状態を表す縦断面図である。（Ｂ）第５変形例における高圧時のシール状態を表す縦断面図である。 図１１に示すポペット弁体の変形例（第６変形例）における、Ｏリング周辺の概略構成を示す拡大断面図である。 第７変形例におけるポペット弁体周辺の概略構成を示す縦断面図である。 （Ａ）図１３に示すポペット弁体の概略斜視図である。（Ｂ）図１３に示すポペット弁体の概略断面図である。 高圧時の封止直前に生じる弁座付近の流体の流れを説明するための図である。 水素ステーションを示すブロック図である。 図１６に示す圧縮機の構成を説明するための図である。

以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

まず、本実施形態における逆止弁の構成について説明する。図１は、逆止弁の概略構成を示す縦断面図である。図２は、図１に示すスリーブの縦断面図である。図３は、図１に示すポペット弁体の縦断面図である。

逆止弁は、一次側から二次側への流体の流動を可能とすると共に、逆方向の流動を制止する機能を有する。本実施形態における逆止弁は、図１に示すように、ボデー１、キャップ体２、ポペット弁体３（弁体）、ガスケット４、スプリング５を有する。

ボデー１は、略筒状に形成され、その内部に流体を流通させることが可能な流体流路Ｐを有する。ボデー１は、例えばステンレス合金から成る金属材料で構成される。

ボデー１の一端側（図１では右側）には、雌ねじ部からなる管接合部１０が形成され、この管接合部１０には外部継手の雄ねじ部９０を螺合可能になっている。この管接合部１０に続けて縮径穴１１が形成され、この縮径穴１１と連通して縮径穴１１よりも拡径した弁体収容部１２が設けられている。更に、弁体収容部１２に続いて雌ねじ部１３が形成されている。弁体収容部１２内には、ポペット弁体３が配設され、雌ねじ部１３には、以下で説明するキャップ１７が接続される。なお、ボデー１の弁体収容部１２よりも開口側には開口側端面１４が形成され、この開口側端面１４にはガスケット４を装着可能になっている。また、ボデー１における管接合部１０と縮径穴１１との間には、気密検査用の検査孔２６が設けられている。

ボデー１の他端側（図１では左側）にはキャップ体２が接続され、このキャップ体２は、スリーブ１６と、キャップ１７とからなる。

（スリーブ）
スリーブ１６は、図２に示すように、筒部１８とこの筒部１８よりも拡径した段部面１９とを有し、内部にはボデー１の弁体収容部１２と連通する流路２０を有する。スリーブ１６のポペット弁体３との対向面である先端側には弁座２１が形成されている。この弁座２１よりも外径側には先端面２３が位置し、当該先端面２３は、スリーブ１６がボデー１に取り付けられるときに、ガスケット４を介してボデー１の開口側端面１４と対向する。なお、スリーブ１６は、金属材料により形成され、本実施形態ではステンレス合金により設けられている。

（キャップ）
キャップ１７は、例えば、ボデー１と同じステンレス合金からなり、このキャップ１７の内部には挿入穴部３０が形成され、この挿入穴部３０に続けて雌ねじ部からなる管接合部３１が形成されている。管接合部３１には、ボデー１の雌ねじと同様に、外部継手の雄ねじ部９１を螺合可能になっている。キャップ１７のボデー取付け側には雌ねじ部１３に螺合可能な雄ねじ部３２が形成され、この雄ねじ部３２を介してキャップ１７がボデー１に螺合して取付けられる。キャップ１７のスリーブ１６側には、このスリーブ押圧用の端部面３３が形成されている。キャップ１７における管接合部３１と挿入穴部３０との間には、気密検査用の検査孔２７が設けられている。

キャップ体２をボデー１に取付けるときには、スリーブ１６の段部面１９をキャップ１７の端部面３３で押圧するように、キャップ１７をボデー１にガスケット４を介して結合する。スリーブ１６は、筒部１８が挿入穴部３０に挿入されるようにキャップ１７に取付けられる。

ボデー１の開口側端面１４とスリーブ１６の先端面２３との間には、前述したようにガスケット４が介在され、ボデー１の雌ねじ部１３とスリーブ１６の雄ねじ部３２との結合によりこのガスケット４が挟着される。ガスケット４は、ボデー１とスリーブ１６との間の漏れを防止する機能を有し、例えば、銅又は銅合金などで構成される。

（ポペット弁体）
続いて、ポペット弁体３の構成について説明する。図３は、ポペット弁体３の縦断面図である。ポペット弁体３は、図１に示したボデー１の弁体収容部１２内にスプリング５を介して装着されている。

ポペット弁体３は、ボデー１の弁体収容部１２に往復動可能に設けられ、その先端側が弁座２１に離接して流体流路Ｐを開閉する。ポペット弁体３は、スプリング５の弾発力によりスリーブ１６の方向に付勢され、ポペット弁体３の先端部（後述するシート又は弁体シール面）が弁座２１に当接されると、流体流路Ｐが封止される。本実施形態では、図３に示すように、ポペット弁体３は、ヘッド部３５と、円筒部３７とを有する。

円筒部３７は、ヘッド部３５の軸方向に連続して設けられ、その内外を連通する流路穴３６を有する。流路穴３６は、ポペット弁体３の内外を連通するように径方向９０°毎に４つ配置され、弁開時にはこの流路穴３６を介して一次側流路（図１では、流体流路Ｐのうち、弁座２１よりも上流側に形成される流路（スリーブ１６側の流路））と二次側流路（図１では、流体流路Ｐのうち、弁座２１よりも下流側に形成される流路（弁体収容部１２側の流路））とが連通可能となる。

ヘッド部３５は、その先端側に、スリーブ１６の弁座２１に当接可能な弁体シール面３５１を有する。弁体シール面３５１は、その一部が弁座２１に離接して弁座２１を閉塞又は開放するものである。本実施形態では、弁体シール面３５１は、高圧時に、ポペット弁体３が一次側（図１では左側）に移動したときに、弁座２１に接触する。弁体シール面３５１は、平面としても良いが、外周側に向かうに従い、弁座２１から離れる方向（図１では右側）に傾斜していることが好ましい。言い換えれば、弁体シール面３５１は、外周側に向かうに従い、一次側から二次側に向かう方向に傾斜していることが好ましい。これにより、弁体シール面３５１が弁座２１に接触するときに、両者の接触面積をより小さくすることができる（言い換えれば、線接触により流体流路Ｐにおける逆流を防止することができる）。このため、面接触して封止する構成と比較して、封止性能を高めることができる。なお、ヘッド部３５の外径Ｄ３と円筒部３７の外径Ｄ４とは、外径Ｄ３＜外径Ｄ４の関係に設定されている。本実施形態におけるヘッド部３５と円筒部３７との間に位置する連結部（谷部）は、ヘッド部３５の外径Ｄ３よりも小径に設定されている。これにより、ポペット弁体３の外周３８には凹部が形成され、流体が効率的に案内される。

なお、本実施形態における「弁体シール面３５１が弁座２１に接触する」とは、弁体シール面３５１全面が接触することに限定されず、弁体シール面３５１の一部が弁座２１に接触することも含まれる。

（シート）
ヘッド部３５の弁体シール面３５１には、その表面から窪んだシート収容部３５１ａが形成され、このシート収容部３５１ａにシート３５２（シール部材）が設けられている。シート３５２は、ポペット弁体３の移動により、弁座２１に離接して弁座２１を閉塞又は開放するものである。本実施形態では、シート３５２は、その先端側が弁体シール面３５１よりも弁座２１側に所定量（図６に示す距離Ｄ）突出するように設けられている。このようにシート３５２が所定量突出しているため、高圧時にはシート３５２が弁座２１に押圧されて圧縮変形するものの、やがてポペット弁体３が弁座２１に当接してそれ以上の圧縮変形が防がれるため、それによってシート３５２の不可逆な変形（塑性変形）が生じず、その結果、繰り返し動作しても極低差圧（例えば０．１ＭＰａ以下）及び高圧のいずれの場合のシール性が十分に維持される。本実施形態におけるシート３５２の突出量Ｄは、０．３ｍｍ以上〜０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

なお、シート３５２は、ポペット弁体３の材料よりも低硬度の材料（軟質材料）で形成されており、本実施形態では、例えば樹脂製の材料から成る。また、シート３５２の形状は、本実施形態では、その先端を平面形状としているが、図示した例に限定されるわけではなく、弁座２１に離接して弁座２１を閉塞又は開放する機能を有するものであれば、その形状や大きさ等は適宜選択されるものである。

また、シート３５２は、ポペット弁体３の弁体シール面３５１側に形成された雌ねじ部３５６に螺合されるねじ３５８によって、ポペット弁体３に固定される。ねじ３５８の円筒部３５８ｂの周囲には、ガイド部材Ｗが設けられている。

（ガイド部材）
ガイド部材Ｗは、ねじ３５８の締め過ぎによるシート３５２の潰れを抑制する機能を有する。ガイド部材Ｗは、内部にねじ３５８を挿通可能なように略円筒状に形成される。詳細には、図３に示すように、ガイド部材Ｗは、円筒状の胴部Ｗｂと、該胴部Ｗｂの上端側（頭部座面３５８ａａ側）から外側（ねじ３５８から離れる方向）に略直角に屈曲する延出部Ｗａとを有する。

胴部Ｗｂは、ねじ３５８の円筒部３５８ｂの周囲を覆うように円筒状に形成される。胴部Ｗｂは、その下端がポペット弁体３とシート３５２との接触面Ｓに当接すると共に、その上端が頭部座面３５８ａａに当接するように、ねじ３５８の軸方向に沿って設けられている。言い換えれば、胴部Ｗｂは、ポペット弁体３とシート３５２との接触面Ｓ（すなわちシート３５２の底面に対応する位置）からねじ３５８の軸方向へシート３５２の厚さ（図３ではシート３５２の左右方向の幅）以上に延在してねじ３５８の頭部座面３５８ａａを支持するように設けられている。

胴部Ｗｂの上端側には延出部Ｗａが設けられている。延出部Ｗａは、シート３５２表面と頭部座面３５８ａａとの間に設けられ、頭部座面３５８ａａを支持するように設けられている。詳細には、延出部Ｗａは、シート３５２表面のうちねじ３５８の中心軸側の部分を覆うように、平面視略環状に形成されている。なお、延出部Ｗａは、ねじ３５８の頭部座面３５８ａａを支持する機能を有するものであれば、図示した形状等に限定されず、適宜その形状を変形することができる。

このようにガイド部材Ｗがねじ３５８の周囲に設けられることにより、ねじ３５８を締め付ける際に、ねじ３５８の締付方向への移動がガイド部材Ｗにより規制され、ねじ３５８の頭部３５８ａがシート３５２に強く押し付けられることを防ぐことができる。その結果、ねじ３５８の締め過ぎによってねじ３５８の頭部３５８ａがシート３５２表面に強く押し付けられてシート３５２が変形することを抑制することができる。

なお、ガイド部材Ｗの形状や大きさは図示した例に限定されず、ねじ３５８の締め過ぎによるシート３５２の潰れを抑制する機能を有していれば、他の形状等に変形することができる。

（凸部）
ポペット弁体３とシート３５２との接触面Ｓのうちねじ３５８側の部分には、接触面Ｓから弁座２１側（図３では左側）に突出する凸部Ｐｒが設けられている。凸部Ｐｒとガイド部材Ｗの延出部Ｗａとの間の間隔（軸方向の距離）は、シート３５２の厚さよりも小さくなっているため、シート３５２が凸部Ｐｒとガイド部材Ｗの延出部Ｗａとの間に配置されることにより、シート３５２が押圧された状態を維持することができる。これにより、シート３５２が弁座２１に押圧されて潰れた場合（すなわち、シート３５２が塑性変形した場合）でも、凸部Ｐｒを設けていることにより、シート３５２が弁座２１に当接した場合の当該当接部分に十分な面圧を加えることができる。その結果、シート３５２が塑性変形したとしても、十分な封止性能を維持することができる。

なお、凸部Ｐｒの形状や大きさは、図示した例に限定されず、シート３５２が押圧される機能を有していれば、他の形状等に変形することができる。

続いて、上述した構成を備える逆止弁の動作を説明する。図４は、逆止弁の弁開状態を示している。

図４に示すように、左方から高圧流体が流れると、その流体圧によってポペット弁体３がスプリング５の弾発力に抗して右方向に押圧される。そうすると、スリーブ１６の弁座２１が開口した状態になり、矢印に示すように流体が流路２０から弁体収容部１２に流れ、流路穴３６を介してポペット弁体３内部に案内され、このポペット弁体３を介して縮径穴１１よりボデー１の外部へと流れる。

図１において、流体が逆流しようとしたときには、ポペット弁体３がその流体圧によって左方向に押され、弁座２１にヘッド部３５が押圧される。その際、逆止圧力の大きさに応じて（言い換えれば、上流側と下流側との圧力差に応じて）、ポペット弁体３と弁座２１との当接状態が変化する。以下、詳細に説明する。

図５（Ａ）は、極低圧時のシール状態を表す縦断面図である。図５（Ｂ）は、高圧時のシール状態を表す縦断面図である。図６は、図５（Ａ）に示す円Ｅの拡大図である。

（極低圧時）
図５（Ａ）に示すように、極低圧時においては、ポペット弁体３がスリーブ１６側に押される力が弱くなっているため、弁体シール面３５１が弁座２１に当接しない一方で、シート３５２が弁座２１に当接する。言い換えれば、極低圧時においては、弁体シール面３５１とシート３５２のうちのシート３５２のみが弁座２１に当接して封止される。本実施形態の逆止弁により封止可能な逆圧について測定したところ、シート３５２としてＰＴＦＥからなるものを用いた場合、０．２５〜０．２６ＭＰａであり、ＥＰＤＭからなるものを用いた場合、０．１４〜０．１５ＭＰａであった。これに対し、シート３５２を用いず、ポペット弁体３自体を弁座２１に当接させて封止する場合、おおよそ９Ｍａ以上の逆圧が必要であった。なお、この封止可能な逆圧は、逆止弁にかける逆圧（二次側から一次側への圧力）を徐々に変化させていき、一次側で許容漏れ量を超える圧力が検知されるかどうかを測定する試験を行うことで測定した。この試験で漏れが検知されなかった最大の圧力を、この封止可能な逆圧とした。

（高圧時）
一方、高圧時のときには、図５（Ｂ）に示すように、ポペット弁体３がスリーブ１６側に押される力が強くなっているため、シート３５２が弁座２１に接触して圧縮変形することにより弁体シール面３５１及びシート３５２が弁座２１に当接して封止される。

このように、高圧時には、シート３５２よりも高硬度な弁体シール面３５１が弁座２１に当接することによって、高圧時にシート３５２が弁座２１によって圧縮変形される量を抑えることができる。言い換えれば、シート３５２の変形量を抑える機能を、高圧時に弁体シール面３５１を弁座２１に当接させることで実現している。これにより、高圧時にシート３５２が弁座２１に強く押圧されて塑性変形することを防ぐことができ、その結果、極低圧時でも高圧時でも封止性能を維持することが可能となる。

なお、本実施形態では、図６に示すように、弁座２１のうちシート３５２と接触する部位２１ａがポペット弁体３側へ盛り上がるように形成されている。これにより、弁座２１が平面である構成（図６の破線Ｈ）と比較して、シート３５２が弁座２１に接触するときの接触面積がより小さくなり、シート３５２と弁座２１とを線接触させることができる。線接触させることにより、面接触で流体流路を封止する場合と比較して、接触部分の押圧力を大きくすることができ、封止性能を高めることができる。

続いて、図１〜図６で示したポペット弁体の変形例について説明する。以下で説明する変形例は、ポペット弁体の一部の構造を変化させたもので、それ以外の構成や機能は上述したポペット弁体と同じである。したがって、上述したポペット弁体と同じ部分については、その説明を省略する。

（第１変形例）
図７は、ポペット弁体の第１変形例における、シート周辺の概略構成を示す拡大断面図である。

図７に示す第１変形例では、シート３５２の外周側に面取り３５２ａを施している。この面取り３５２ａする位置としては、シート３５２のうち弁座２１と接触する部位よりも外周側（図７では下側）を面取りすることが好適である。このようにシート３５２に面取り３５２ａを施してテーパ面とすることで、シート３５２と弁座２１とがより線状に接触して面圧が向上し、極低圧時でもより確実に封止することができる。

（第２変形例）
図８は、ポペット弁体の第２変形例における、シート周辺の概略構成を示す拡大断面図である。

図８に示す第２変形例では、シート３５２のうち弁座２１と接触する部位を盛り上げる。具体的には、シート３５２のうち弁座２１と接触する部位に、その表面から弁座２１側に突出させた、断面視山型形状の凸部３５２ｂを形成する。このようにシート３５２表面の形状を変化させることによっても、シート３５２と弁座２１とがより線状に接触して面圧を向上させることができる。なお、図８に示す例では、凸部３５２ｂが断面視凸湾曲面を有する形状であるが、この例に限定されず、シート３５２を弁座２１により線状に接触させて面圧を向上させる機能を有していれば、その形状等を適宜変形することができる。

（第３変形例）
図９は、ポペット弁体の第３変形例における、シート周辺の概略構成を示す拡大断面図である。

第３変形例では、ポペット弁体３のうちシート３５２と接触する接触面Ｓ（言い換えれば、シート収容部３５１ａの底面）に、弁座２１側（図９では左方向）に突出する突起Ｃを設けている。特に高圧時では、圧力がシート３５２の裏側に回り込み、シート３５２が流路に飛び出してしまうおそれがあるが、これを防止するため、第３変形例では突起Ｃを設けてシート３５２が引っ掛かるようにしている。このように突起Ｃを設けることにより、シート３５２の位置ずれを抑えてシート３５２の脱落を防止することができる。なお、突起Ｃの形状としては、図示の例に限定されるわけではなく、シート３５２が引っ掛かる機能を有していれば、その形状や大きさ等を適宜変形することができる。

また第３変形例において、図９に示すように、シート３５２の外周側には間隙Ｇａが設けられている。詳細には、シート３５２の外端３５２ｅとシート収容部３５１ａの側面（ポペット弁体３の内壁）との間に間隙Ｇａが設けられている。間隙Ｇａの大きさは任意に設定されるが、例えばシート３５２の寸法誤差＋０．５ｍｍ程度に設定される。このようにシート３５２の外周側に間隙Ｇａが設けられることにより、高圧時にシート３５２が弁座２１に圧接されて押しつぶされた際に、シート３５２が外周側に逃げることが可能となり、高圧時においてもポペット弁体３が弁座２１に確実に接触できるようにすることができる。

また第３変形例では、図９に示すように、ポペット弁体３のうち、ねじ３５８の雄ねじ部（図示略）が螺合される部分（雌ねじ部３５６）を、ねじ３５８の軸方向に沿って延長した延設部３５ａを設ける。これにより、ポペット弁体３に対してねじ３５８が掛かる部分の長さを延長することができ、高圧時にねじ３５８が脱落することを防止することができる。なお、図９に示す延設部３５ａを有する場合、ガイド部材Ｗは、延設部３５ａ上面とねじ３５８の頭部座面３５８ａａとの間に位置すると共に、シート３５２表面のうちねじ３５８軸側を覆うように設けられている。このようなガイド部材Ｗによっても、図６等を参照しながら説明したガイド部材Ｗの機能と同様の機能を有する。

なお、ポペット弁体３の材質として、例えばポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）を用いるが、好適には、ステンレス鋼材（例えばＳＵＳ３１６等）を用いることが好ましい。ステンレス鋼材を用いることで、ポペット弁体３の強度を向上させることができ、ねじ３５８の脱落をより一層防止することができる。

（第４変形例）
図１０は、第４変形例のポペット弁体を、弁体シール面側からみたときの概略構成を示す斜視図である。

第４変形例では、図１０に示すように、ガイド部材Ｗのうち、ねじ３５８の頭部座面３５８ａａ（図５等参照）に当接する面（図１０の上面Ｗｔ）に、複数の溝Ｇｒを設けている。この溝Ｇｒは、高圧時にねじ３５８が抜ける方向（図１０では左方向）にかかる圧力を逃がす圧力逃がし穴として機能する。本実施形態では、溝Ｇｒは、上面Ｗｔのうちのねじ３５８の軸側から外側の方向へスリット状に複数形成されている。しかしながらこの例に限定されず、本実施形態における溝Ｇｒは、例えば１ヶ所のみでも良く、圧力逃がし穴として機能するものであれば、その形状や個数や表裏の位置を変更することができる。

（第５変形例）
続いて、ポペット弁体の第５変形例について説明する。図１１（Ａ）は、第５変形例における極低圧時のシール状態を表す縦断面図である。図１１（Ｂ）は、第５変形例における高圧時のシール状態を表す縦断面図である。図１１に示すポペット弁体３は、図５等で示したポペット弁体３におけるシート３５２をОリング３５４に変えたもので、それ以外の構成及び機能は、図５等で示したポペット弁体３と同じである。したがって、図５等で示したポペット弁体３と同じ部分については、その説明を省略する。

（極低圧時）
図１１（Ａ）に示すように、極低圧時において、弁体シール面３５１が弁座２１に当接しない一方で、ポペット弁体３の先端側に設けられたОリング３５４が弁座２１に当接する。言い換えれば、極低圧時においては、弁体シール面３５１及びОリング３５４のうちのОリング３５４のみが弁座２１に当接して封止される。

（高圧時）
一方、高圧時において、図１１（Ｂ）に示すように、Оリング３５４が弁座２１に接触して圧縮変形することにより弁体シール面３５１及びОリング３５４が弁座２１に当接する。これにより、図５等を参照しながら説明したポペット弁体３にシート３５２を設けた構成と同様の効果を奏する。すなわち、Оリング３５４が塑性変形することを防ぐことができ、極低圧時にも高圧時でも封止性能を維持することが可能となる。

（第６変形例）
図１２は、図１１に示したポペット弁体の変形例（第６変形例）における、Ｏリング周辺の概略構成を示す拡大断面図である。

第６変形例では、図１２に示すように、Оリング３５４部分に加わった圧力を抜くための孔Ｆを設ける。この孔Ｆは、Оリング３５４を収容するＯリング収容部３５４ａと外部（弁体収容部１２）とを連通するようにヘッド部３５に形成されるものであり、この孔Ｆを介してＯリング収容部３５４ａ内の流体が外部に流出される。これにより、Ｏリング収容部３５４ａ内の圧力が低下し、Оリング３５４が外れる方向にかかる圧力を抑えられ、Оリング３５４の脱落を防止することができる。なお、孔Ｆの形状としては、図示の形状に限定されるわけではなく、Оリング３５４が外れる方向にかかる圧力を抑えられる機能を有していれば、その形状等を変形することができる。

（第７変形例）
続いて、ポペット弁体の第７変形例について図１３及び図１４を参照しながら説明する。図１３は、第７変形例のポペット弁体周辺の構成を示す縦断面図である。図１４（Ａ）は、第７変形例のポペット弁体の概略斜視図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）に示すポペット弁体の概略断面図である。第７変形例におけるポペット弁体３は、図５等で示したポペット弁体３におけるヘッド部側の構造を変化させたもので、それ以外の構成及び機能は、図５等で示したポペット弁体３と同じである。したがって、図５等で示したポペット弁体３と同じ部分については、その説明を省略する。

第７変形例において、図１３及び図１４に示すシート３５２ｂは、弁体シール面３５１から弁座２１側に突出してポペット弁体３に圧着成形されると共に、平面視略円形の外形を有する弁体シール面３５１の外周側を覆うように設けられている。シート３５２ｂの位置について詳細には、シート３５２ｂは、ポペット弁体３における弁座２１に接触可能な部分のうちシート３５２ｂを除いた部分よりも外周側（すなわち、ポペット弁体３のうち高圧時のみ接触する部分（弁体シール面３５１の一部）よりも外周側）に設けられている。言い換えれば、ポペット弁体３の先端側（すなわち弁体シール面３５１）が弁座２１に接触するときに、当該弁体シール面３５１が弁座２１に接触する箇所よりも外周側の箇所にシート３５２ｂが接触するように設けられている。

なお、シート３５２ｂの圧着成形は、ポペット弁体３の一部を型として利用することで、このポペット弁体３のシート３５２ｂを形成すべき位置において直接シート３５２ｂを成形するものである。例えば、ポペット弁体３のシート３５２ｂの形成部位に圧着成形用の接着剤を塗布し、これに別の型を組み合わせた後、シート３５２ｂの形成部位に原料を供給することによって行うことができる。なお、シート３５２ｂは、必ずしも圧着成形によって形成しなくても良く、インサート成形により形成しても良く、別の方法で成形してから接着剤等でポペット弁体３に固定しても良い。ただし、シート３５２ｂは、圧着成形により形成する方がポペット弁体３に対して強固に固定され、他の方法に比べて高圧時の脱離が生じにくい傾向にある。

ところで、高圧時において、封止直前直後（すなわち、ポペット弁体３が弁座２１に当接する直前）には弁座２１付近で二次側（ボデー１（図１参照）内部に形成される流体流路のうち弁体収容部１２内の流路側）から一次側（ボデー１内部に形成される流体流路のうちスリーブ１６内の流路側）に引き込まれる力（例えば、図１５に示す矢印ＦＬ）が急激に加わることとなる。この場合、例えば図１５（Ｃ）に示す構造のポペット弁体４００においては、その先端側に取り付けられたシール部材４１０ａ、４１０ｂのうち高圧時のみ弁座２１に接触するシール部材４１０ｂよりも内側にシール部材４１０ａが位置しているため、上記した高圧時の封止直前直後に生じる二次側から一次側に引き込まれる力により、シール部材４１０ａが一次側に引き込まれてシール部材４１０ａが脱離するおそれがある。

なお、図１５（Ｃ）に示すポペット弁体４００は、そのヘッド部４３５の先端に、ヘッド部４３５とは別体の部材としてシール部材４１０ａ、４１０ｂを設けたものであって、当該シール部材４１０ａ、４１０ｂが弁座２１に離接して流体流路を開閉する構成を備えたものである。

上記した図１５（Ｃ）に示すポペット弁体４００に対し、本実施形態（例えば図１５（Ｂ）に示すポペット弁体３）では、シート３５２ｂは、ポペット弁体３における弁座２１に接触可能な部分のうちシート３５２ｂを除いた部分（言い換えれば、ポペット弁体３のうち高圧時のみ接触する部分）よりも外周側に設けられている。この構成によれば、高圧時にポペット弁体３が弁座２１に接触するときに、シート３５２ｂよりも内側においてポペット弁体３と弁座２１とが接触する部分が存在し、この部分がシール部として機能する。高圧時には、封止直前から弁座２１付近において二次側から一次側に引き込まれる力（図１５（Ｂ）に示す矢印ＦＬ）が大きくなるが、特に封止直後、ポペット弁体３と弁座２１とのシール部の内側において、一次側に引き込まれる力が急激に発生する。このとき、シート３５２ｂはこのシール部よりも外側（外周側）に存在しているため、一次側に引き込まれる力を受けることがなく、ポペット弁体３からの脱離等を生じ難い。また、封止直前の矢印ＦＬで示される力に対しても、シート３５２ｂの内側に、弁座２１に接触するポペット弁体３の一部分が存在するので（言い換えれば、弁体における弁座に接触する部分のうち外側部分（外周側）にシート３５２ｂが設けられているので）、この部分でシート３５２ｂの引き込みが阻害され、ポペット弁体３からの脱離を防ぐことができる。

一方、図１５（Ａ）に示すポペット弁体３では、シート３５２は、ポペット弁体３における弁座２１に接触可能な部分のうちシート３５２を除いた部分（すなわち、高圧時のみ弁座２１に接触する弁体シール面３５１）よりも内側に設けられているため、高圧時の封止直前直後には、シート３５２に対して一次側に引き込まれる力が加わることとなる。しかしながら、図１５（Ａ）に示すポペット弁体３では、シート３５２がねじ３５８及びガイド部材Ｗにより固定されているので、高圧時におけるシート３５２の脱離を防止することができる。

このように、本実施形態におけるポペット弁体３は、高圧時におけるシート３５２、３５２ｂの脱離を防止しながら、低圧時にはシート３５２、３５２ｂが弁座２１に接触する一方、高圧時にはシート３５２、３５２ｂ及び弁体シール面３５１が弁座２１に接触することにより、低圧時及び高圧時の両方で流体流路を確実に封止することができる。

特に、図１５（Ａ）や図１５（Ｂ）に示す例のように、ポペット弁体３が同一材質で一体的に形成されたものであると、高圧時にシール部として機能する弁体シール面３５１が、ポペット弁体３から脱離することがないため、例えば水素ステーションで想定されるような高圧（９９ＭＰａ）でも確実なシールを行うことが可能である。これに対し、図１５（Ｃ）で示す例のように、シール部材４１０ａ、４１０ｂがポペット弁体４００と別体のものであると、ポペット弁体４００の封止直前直後でなくてもシール部材４１０ａ、４１０ｂがポペット弁体４００から脱離するおそれがあり、特に高圧時には、上述した封止直前の矢印ＦＬで示される力によりシール部材４１０ａの脱離が発生し易く、高圧時には十分な封止性能を発揮できない可能性がある。

そして、図１５（Ａ）に示す例においては、ポペット弁体３が高圧時にシール部として機能する弁体シール面３５１と一体的に形成されていることで、このポペット弁体３に対するねじ３５８の固定も容易である。ねじ３５８がポペット弁体３に対して強固に固定されていることで、高圧時でもねじ３５８が抜け落ちることがなく、シート３５２を保持することができる。また、図１５（Ｂ）に示す例においても、ポペット弁体３が、高圧時にシール部として機能する弁体シール面３５１と同一材質で一体的に形成されていることから、シート３５２ｂを圧着成形する際の型としても好適であり、圧着成形によるシート３５２ｂの形成にも有利となる。

以上説明した本実施形態のポペット弁体３を用いた際の封止性能（高圧封止性能及び低圧封止性能）を検証するための試験を実施した。高圧封止性能試験として、一次側流路と二次側流路との差圧を99[MPa]近傍に設定して、ポペット弁体により流体流路を封止した際の漏れ量を測定した。低圧封止性能試験として、一次側流路と二次側流路との差圧を0.1[MPa] 近傍に設定して、ポペット弁体により流体流路を封止した際の漏れ量を測定した。

図１〜図１０を参照しながら説明したポペット弁体３（シート３５２をねじ３５８及びガイド部材Ｗによってヘッド部３５に固定した構成を有するポペット弁体３）を用いて高圧封止性能試験（差圧を99[MPa]に設定）及び低圧封止性能試験（差圧を0.10[MPa] に設定）を実施した結果、水上置換法により測定した漏れ量が0.0[cc/min]であることが確認された。また図１３〜１５を参照しながら説明したポペット弁体３（シート３５２ｂを弁体シール面３５１の外周側に圧着成形した構成を有するポペット弁体３）を用いて高圧封止性能試験（差圧を99.08 [MPa]又は99.95[MPa] に設定）及び低圧封止性能試験（差圧を0.09 [MPa]又は0.1[MPa] に設定）を実施した結果、水上置換法により測定した漏れ量が0.0[cc/min]であることが確認された。つまり、本実施形態におけるポペット弁体３は、約0.1[MPa]から100[MPa]まで（すなわち超低圧から超高圧まで）の幅広い差圧で十分な封止性能を確保できることが検証された。

また本実施形態のポペット弁体３において、差圧0.1[MPa]以下の封止性能を検証するための試験（以下、最低圧力封止試験と称する）を実施した。この最低圧力封止試験は、ボデー１（図１）内に形成される流体流路のうち二次側を徐々に加圧し、ポペット弁体３により封止可能となる最低の圧力値を測定するものである。図１〜図１０を参照しながら説明したポペット弁体３（シート３５２をねじ３５８及びガイド部材Ｗによってヘッド部３５に固定した構成を有するポペット弁体３）を用いて最低圧力封止試験を数回実施した結果、測定値0.06[MPa]、0.08[MPa] であることが確認された。また、図１３〜１５を参照しながら説明したポペット弁体３（シート３５２ｂを弁体シール面３５１の外周側に圧着成形した構成を有するポペット弁体３）を用いて最低圧力封止試験を数回実施した結果、測定値0.04[MPa]、0.06[MPa] であることが確認された。すなわち、本実施形態のポペット弁体３は、一次側流路と二次側流路との差圧が0.1[MPa]より小さい差圧でも封止可能であることが検証された。

比較例として、図５等に示したシート３５２（シール部材）を用いない構造のポペット弁体（すなわち、比較例のポペット弁体は、低圧時及び高圧時においてもポペット弁体のうちの同じ材質の部分（弁体シール面）が弁座に当接して流体流路を封止する構造の弁体）の低圧封止性能試験を行った。この低圧封止性能試験（差圧を6.06 [MPa]又は7.90 [MPa]に設定）を実施した結果、漏れ量が0.55[cc/min]、0.13[cc/min]であることが確認された。つまり、比較例として検証した、シール部材を用いない構造のポペット弁体においては、低圧時における流体の逆流を防止できないことが確認できた。

（水素ステーション）
続いて、本実施形態に係る逆止弁を水素ステーションに適用した例を説明する。図１６は、水素ステーションのブロック図である。図１７は、図１７に示した水素ステーションにおける圧縮機の構成を説明するための図である。

図１６に示すように、水素ステーションは、例えば、蓄圧器７０、圧縮機７１、ディスペンサ７２、プレクール熱交換器７３、迅速継手７４、充填ホース７５、充填ノズル７６、車載タンク７７を有し、これらは高圧水素の供給ライン７８としてシステムを構成している。

本実施形態に係る逆止弁８５は、例えば、インラインチャッキとしてディスペンサ７２の二次側に設けられ、或は、その他の供給ラインに設けられる。この逆止弁８５により一次側への水素漏れが防がれて優れた逆止め性能が発揮されると共に、弁開時の大流量を確保し、耐久性やシール性も向上する。

なお、水素ステーションの各ユニットの接続部位には手動弁８１が設けられ、各ユニットの一次側又は二次側に適宜に自動弁８０が設けられている。蓄圧器７０の内部は、複数のタンクに分かれている。それぞれのタンクと圧縮機７１とを接続するバルブ８０、及びそれぞれのタンクとディスペンサ７２とを接続するバルブ８０を適宜切り替えることにより、所定圧に至ったタンクから水素をディスペンサ７２に供給する。一方で、所定の下限値圧を下回ったタンクには、ガス供給源（図示略）から供給された水素を段階的に昇圧するように構成された圧縮機７１（図１７参照）から水素を前記所定圧に至るまで充填する。圧縮機７１で所定の圧力まで段階的に昇圧された水素ガスは、一旦、蓄圧器内のいずれかのタンクに貯蔵され、所定圧まで昇圧された水素ガスが車両に供給される。なお、圧縮機７１の内部は、図１７に示すように、複数のタンクに分かれているが、この複数のタンクを用いて段階的に昇圧する過程において、タンク間を連結する充填ライン（配管）で、上流側と下流側で差圧が小さくなる部分（例えば差圧が０．１ＭＰａ以下の部分）が生じることがある。また、この差圧が小さくなる現象は、段階的に昇圧する過程においてその発生する頻度が多いことが知られている。このため、この段階的に昇圧する過程において漏れを防止する（逆流を防止する）ことが必要となっており、本実施形態に係る逆止弁を図１７に示した段階的に昇圧するライン（配管）に配設すると、特に効果的である。

なお、図１６においては、水素ステーションに本実施形態に係る逆止弁を搭載した例が示されているが、この例に限定されず、例えば、車両（車載タンク）側に本実施形態に係る逆止弁を搭載することも可能である。より具体的には、本実施形態に係る逆止弁は、車両における水素供給口から車載タンクまでのラインにおいて、水素供給口からの水素の逆流を防止するための逆止弁や、車載タンクからの水素の逆流を防止するための逆止弁、その途中に配置される逆止弁等として適用できる。或いは、車載タンクから燃料電池に水素を供給するラインにて逆流を防止するための逆止弁として適用することもできる。また、図１６では、ディスペンサ７２の二次側に、本実施形態に係る逆止弁８５を設けた例が示されているが、その他の供給ライン（例えば、圧縮機７１側や蓄圧器７０側）に逆止弁８５を設けることも可能である。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。例えば、本発明における「シール部材」は、上述したシート３５２、３５２ｂと、Оリング３５４とを含むものであるが、弁座２１に当接してシールする機能を有するものであれば、その他の弾性材料から形成されるものも含まれる。その他、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

１：ボデー
２：キャップ体
３：ポペット弁体（弁体）
４：ガスケット
５：スプリング
１０：管接合部
１１：縮径穴
１２：弁体収容部
１６：スリーブ
１７：キャップ
２０：流路
２１：弁座
２３：先端面
３０：挿入穴部
３１：管接合部
３５：ヘッド部
３６：流路穴
３７：円筒部
７０：蓄圧器
７１：圧縮機
７６：充填ノズル
７７：車載タンク
７８：供給ライン
３５１：弁体シール面
３５２：シート（シール部材）
３５４：Ｏリング（シール部材）
３５６：雌ねじ部
Ｐ：流体流路
Ｐｒ：凸部
Ｓ：接触面
Ｗ：ガイド部材
Ｗａ：延出部

Claims (8)

1. 流体流路を内部に有する本体部と、
   前記流体流路の途中に設けられる弁座と、
   前記弁座に離接して前記流体流路を開閉する弁体と、を有する逆止弁であって、
   前記弁体における前記弁座に接触可能な弁体シール面に、前記弁体よりも軟質のシール部材が設けられ、
   前記シール部材は、前記弁体シール面から前記弁座側に突出され、
   高圧時には、前記弁体が前記弁座側に移動し、前記シール部材が前記弁座により圧縮変形されると共に前記弁体シール面及び前記シール部材を前記弁座に接触させ、
   極低圧時には、前記弁体が前記弁座側に移動し、前記シール部材及び前記弁体シール面のうち前記シール部材のみを前記弁座に接触させることにより前記流体流路を封止する逆止弁。
2. 前記弁体の前記弁体シール面は、外周側に向かうに従い前記弁座から離れる方向に傾斜している請求項１に記載の逆止弁。
3. 前記弁座のうち前記シール部材と接触する部位が、前記弁体側へ盛り上がるように形成されている請求項１又は２に記載の逆止弁。
4. 前記シール部材は、樹脂材料により構成されるシートであり、
   前記シートは、前記弁体の前記弁体シール面側に形成された雌ねじ部に螺合されるねじによって前記弁体に固定され、
   前記ねじの円筒部の周囲には、前記シートの底面に対応する位置から前記ねじの軸方向へ前記シートの厚さ以上に延在して前記ねじの頭部座面を支持するガイド部材が設けられている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の逆止弁。
5. 前記ガイド部材は、前記シート表面のうち前記ねじの中心軸側を覆う延出部を更に備え、
   前記弁体における前記シートに接触する接触面のうち前記ねじの中心軸側に、前記接触面から前記延出部側に突出する凸部が設けられている請求項４に記載の逆止弁。
6. 前記シール部材は、前記弁体における前記弁座に接触可能な部分のうち前記シール部材を除いた部分よりも外周側に設けられている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の逆止弁。
7. 前記弁体は同一材質で一体的に形成されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載の逆止弁。
8. 高圧水素の供給ラインに請求項１乃至７のいずれか１項に記載の逆止弁を用いたことを特徴とする水素ステーション。
   

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