WO2006112491A1

WO2006112491A1 - 流体用開閉弁装置

Info

Publication number: WO2006112491A1
Application number: PCT/JP2006/308258
Authority: WO
Inventors: Tsukuo Ishitoya; Nobuo Kobayashi; Nobuyuki Ogami; Akira Yamashita
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2006-10-26
Also published as: KR100909454B1; KR20070110933A; CN101160485A; EP1870620A1; CA2603735C; US8186377B2; US20090267014A1; EP1870620A4; CA2603735A1; JP2006292152A; JP4654747B2; EP1870620B1; CN101160485B

Abstract

　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ために、弁座部に対して離接することで流体通路を連通・封鎖する弁体アッセンブリ（弁体）３Ａを備えた逆止弁（流体用開閉弁装置）１Ａにおいて、弁体アッセンブリ３Ａは、弁本体１０と、軟質材料からなる低圧シール部１２と、低圧シール部１２よりも硬質な材料からなる高圧シール部１３とを備え、流体通路が封鎖される際、該流体通路の上流側通路７と下流側通路８の差圧が比較的低圧である場合は、低圧シール部１２が突起部６に密着することにより前記流体通路が封鎖され、前記差圧が比較的高圧である場合は、低圧シール部１２が差圧により圧縮変形されるとともに、高圧シール部１３が弁座本体４に密着することにより前記流体通路が封鎖される。

Description

明細書流体用開閉弁装置技術分野

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。背景技術

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、例えば特開 2 0 0 2— 2 9 5 7 1 1号公報に開示されているように、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。発明の開示

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 5 0 M P a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 5 0 M P a以上）下での耐圧性及ぴシール性の確保は容易だが、比較的低い差圧（例えば 5 0 M P a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を連通 ·封鎖する弁体と、該弁体と前記弁座部との間を複数箇所にて選択的にシールする複数のシール部とを有する、流体用開閉弁装置であって、前記複数のシル部は互いに硬度が異なり、前記流体通路の上流側通路と下流側通路との差圧に応じて、前記弁体と前記弁座部との間をシールするシール部が硬度の異なる他のシール部に切り替わる。

かかる構成によれば、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（言い換えれば、弾性係数 · 弾性率、剛性）の異なる複数のシール部にて選択的に弁体一弁座部間のシールを行うことが可能となる。なお、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。

上記流体用開閉弁装置においては、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、前記複数のシール部は、前記離接方向と直交する方向に互いに並列に配置されていてもよい。

かかる構成によれば、複数のシール部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じ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、前記複数のシール部は、前記弁座部に密着する端面から該弁座部までの距離が、硬度が大なるシール部ほど長く、硬度が小なるシール部ほど短くてもよい。

かかる構成では、硬度の小さなシール部ほど硬度の大きなシール部よりも先に弁座部に当接する。

上記流体用開閉弁装置において、前記複数のシール部のうち少なくとも硬度が最も低いシール部には、圧縮変形に対して復元力を与える復元手段が設けられていてもよい。

かかる構成によれば、上下流間の差圧が所定の高圧状態から所定の低圧状態に移行する際には、より先に圧縮変形している硬度の低い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、高圧状態でのシール圧も確保される。

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である場合は、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、前記差圧が前記所定値以上である場合は、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異なるシール部が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。

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、弹性係数 ·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。

本発明の^体用開閉弁装置においては、前記弁体の一部が俞記第 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。

本発明の流体用開閉弁装置においては、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、前記第 1シール部は、前記第 2シール部よりも前記流れ方向の上流側に配置されていてもよい。

かかる構成では、第 1シール部が上流側（高圧側）、第 2シール部が下流側 (低圧側）に位置する。上下流間の差圧が低圧状態（所定値未満）から高圧状態（所定値以上）に移行する際には、増大する差圧により、第 1シール部が流体流れ方向の上流側から下流側に向かって倒れるように変形してシール性が失われ、主として第 2シール部に差圧が作用する。このとき、実際に第 2シール部に作用する差圧は、差圧作用方向の弁体平面視にて、第 2シール部の外周と弁本体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。

したがって、上記構成によれば、第 2シール部が第 1シール部よりも径方向外側（上流側）に位置している場合と比較して、上記リング状の領域が相対的に広くなるので、上下流間の差圧を第 2シール部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。

上記流体用開閉弁装置においては、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、前記第 1シール部と前記第 2シール部は、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いてもよい。

力かる構成によれば、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、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レ、。

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力、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。 . 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をゴム，樹脂又は金属のいずれかより構成し、相対的に硬度が大なるシール部を樹脂又は金属のいずれかより構成してもよい。

また、前記第 1シール部をゴム，樹脂又は金属のいずれかより構成し、前記第 2シール部を樹脂又は金属のいずれかより構成してもよい。

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（例えば、 l M^ a以上）の高圧ガスが流通する流体流路に設けれるものであつてもよい。この場合において前記高圧ガスは、電気エネルギー又は熱エネルギ一の発生に供される燃料ガスであってもよく、さらに前記燃料ガスは、水素ガス又は天然ガス（C N G) であってもよい。 ·

本発明の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，リリーフ弁のいずれかであってもよい。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1実施形態に係る逆止弁の縦断面図である。

図 2は、同逆止弁の低圧時の状態を示す縦断面図である。

図 3は、同逆止弁の高圧時の状態を示す縦断面図である。

図 4は、同逆止弁の変形例を示す縦断面図である。

図 5は、同逆止弁の変形例を示す縦断面図である。

図 6は、同逆止弁の変形例を示す縦断面図である。

図 7は、同逆止弁の変形例を示す縦断面図である。

図 8は、本発明の第 2実施形態に係る逆止弁の縦断面図である。

図 9は、同逆止弁の低圧時の状態を示す縦断面図である。

図 1 0は、同逆止弁の高圧時の状態を示す縦断面図である。

図 1 1は、同逆止弁の変形例を示す縦断面図である。

図 1 2は、同逆止弁の変形例を示す縦断面図である。

図 1 3は、本発明の第 3実施形態に係る逆止弁の縦断面図である。

図 1 4は、同逆止弁の低圧時の状態を示す縦断面図である。

図 1 5は、同逆止弁の高圧時の状態を示す縦断面図である。

図 1 6は、同逆止弁の変形例を示す縦断面図である。

図 1 7は、同逆止弁の変形例を示す縦断面図である。

図 1 8は、本発明の第 4実施形態に係る逆止弁の縦断面図である。

図 1 9は、. 同逆止弁の低圧時の状態を示す縦断面図である。. 図 2 0は、同逆止弁の高圧時の状態を示す縦断面図である。

図 2 1は、同逆止弁の変形例を示す縦断面図である。

図 2 2は、同逆止弁の変形例を示す縦断面図である。

図 2 3は、低圧シール部を支持する復元手段の変形例を示す部分断面図である。

図 2 4は、低圧シール部を支持する復元手段の変形例を示す部分断面図である。

図 2 5は、低圧シール部を支持する復元手段の変形例を示す部分断面図である。

図 2 6は、低圧シール部を支持する復元手段の変形例を示す部分断面図である。

図 2 7は、低圧シール部を支持する復元手段の変形例を示す部分断面図である。発明を実施するための最良の形態

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） 1 Aである。逆止弁 1 Aは、バルブボデー 2に形成された流体通路 7 , 8内に弁体アッセンプリ（弁体） 3 Aが配設されてなるものである。弁体アッセンプリ 3 A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。

パルプボデー 2の低圧側には、弁体ァッセンブリ 3 A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、パルプボデー 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プリ 3 Aに与えるパネ 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プリ · 3 A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およぴ突起部 6により弁座部が構成される。

弁体アッセンブリ 3 Aは、 H型断面の弁本体 1 0に、低圧シール部（第 1 シール部） 1 2と高圧シール部（第 2シール部） 1 3が固定されてなるものである。各シール部 1 2， 1 3は、高分子材料により形成ざれ、低圧シール部 1 2は高圧シール部 1 3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 1 2としてはゴムを採用し、高圧シール部 1 3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 1 3は、弁本体 1 0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 1 0 a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 1 3 a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 1 2は、高圧シール部 1 3の端面 1 3 aに取り囲まれた領域、つまり、高圧シール部 1 3の中央部に形成された凹部 1 3 bに、完全に収容された状態で当該高圧シール部 1 3に固定されている。そして、低圧シール部 1 2の端面（弁座本体 4側と対向する面） 1 2 a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 1 2の端面 1 2 aは、高圧シール部 1 3の端面 1 3 aよりも弁本体 1 0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、これら端面 1 2 a , 1 3 a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 1 2 a と突起部 6の端面とが面一に接触した状態はもとより、弁体アッセンプリ 3 Aが閉弁方^に更に移動して、低圧シール部 1 2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 1 3の端面 1 3 a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 1 2 aの接触タイミングと、弁座本体 4に対する端面 1 3 a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 1 2の端面 1 2 a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 1 3の端面 1 3 aから弁座本体 4までの距離よりも短い。

次に、本逆止弁 1 Aの作用について説明する。この逆止弁 1 A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 1 0に作用し、弁体ァッセンブリ 3 Aはパネ 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 I M P a以上 5 0 M P a未満である。この状態では、軟質の低圧シール部 1 2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 1 3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 5 O M P a以上である。この状態では、弁体アッセンプリ 3 A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 1 2は圧縮変形して弁体アッセンプリ 3 Aは閉弁方向に更に変位する。そして、硬質の高圧シール部 1 3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 1 Aによれば、低圧時においては低圧シ —ル部 1 2が突起部 6と密着し、高圧時においては高圧シール部 1 3が弁座本体 4と密する。通常、低圧シール部 1 2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 1 3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 1 2によりシールを行い、高圧下では高圧シール部 1 3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 1 A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ぴ大き、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 1 Bの弁体ァッセンブリ 3 Bは上記の高圧シール部 1 3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 1 6を備える。弁本体 1 6の中央に形成された凹部 1 6 aには、例えばゴム等の軟質のシール部 1 7が収容された状態で固定されている。

弁本体 1 6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 1 8を凹部 1 6 aの外側に備え、突起 1 8の端面 1 8 a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 1 7は、突起 1 8に取り囲まれた位置に固定されており、端面 1 7 a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 1 7 aは端面 1 8 aよりも弁本体 1 6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 1 6の一部、つまり、突起 1 8が上記の高圧シール部 1 3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 1 Bおよび図 5に示した逆止弁 1 C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 1 7， 1 2および高圧シール部 1 8 , 1 3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 1 B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 1 Aの構成とは逆に、弁体アッセンプリ 3 Bにおける低圧シール部 1 7の端面 1 7 aが高圧シール部を構成している突起 1 8の端面 1 8 a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 1 2でシールした後に、高圧シール部をなす突起 1 8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 1 C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 1 Aの構成とは逆に、弁体アッセンプリ 3 Cにおける低圧シール部 1 2の端面 1 2 aが高圧シール部 1 3の端面 1 3 a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 1 2でシールされた後に、高圧シール部 1 3でシールされるようになっている。

図 1の逆止弁 1 Aの他の変形例として、図 6に示した逆止弁 1 Dとしてもよい。この逆止弁 1 Dの弁体アッセンブリ 3 Dには、リング状の低圧シール部 2 0と該低圧シール部 2 0の径方向外側に位置する高圧シール部 2 1とが、弁本体 1 9に設けられた環状の凹部 1 9 aに収容された状態で固定されている。シール部 2 0 , 2 1はそれぞれシール部 1 2， 1 3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 1 Aの更に他の変形例として、図 7に示した逆止弁 1 Eとしてもよい。この逆止弁 1 Eは、逆止弁 1 Aが備える突起部 6は有しない。弁体ァッセンプリ 3 Eは、リング状の低圧シール部 2 2と該低圧シール部 2 2 の外側に位 *する高圧シール部 2 3とが、弁本体 1 9に設けれた環状の凹部 1 9 aに収容された状態で固定されている。各シール部 2 2， 2 3は円筒形状である。

本変形例においても、シール部 1 2， 1 3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 2 2 , 2 3を備えるため、同様の作用効果を有する。ぐ第 2実施形態 >

図 8は、本発明の第 2実施形態を示す逆止弁 1 Fである。本実施形態においては、図 7の逆止弁 1 E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 2 4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つている。詳細には、逆止弁 1 Fの弁体アッセンプリ 3 Fには、リング状の低圧シール部 2 5と該低圧シール部 2 5の径方向内側に位置する高圧シール部 2 6と力弁本体 2 4に設けられた環状の凹部 2 4 aに収容された状態で固定されでいる。

すなわち、低圧シール部 2 5は、高圧シール部 2 6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 2 5の少なくとも端面 2 5 aを含む先端部と、高圧シール部 2 6の少なくとも端面 2 6 aを含む先端部は、弁体アッセンプリ 3 F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 2 5の端面 2 5 a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 2 6と弁座本体 4とは接触しない。

—方、上下流間の差圧が高圧時（所定値以上の時）を示す図 1 0の状態では、弁体アッセンプリ 3 F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 2 5が更に圧縮変形しようとする力低圧シール部 2 5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 2 5が下流側（図 1 0では径方向内側）に倒; L込む。これにより、低圧シール部 2 5によるシール性は失われるが、高圧シール部 2 6の端面 2 6 aが弁座本体 4と密着して、高圧シール部 2 6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 1 3に作用する差圧は、差圧作用方向（図 1 0では上下方向）の弁体平面視にて、高圧シール部 2 6の外周と弁本体 2 4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 1 Fでは、高圧シール部 2 6が図 1の逆止弁 1 Aにおける高圧シール部 1 3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 2 6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 2 5と高圧シール部 2 6が弁体ァッセンプリ 3 F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 1 F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 1 F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 1 1に示した弁体アッセンプリ 3 Gを備えた逆止弁 1 Gとしてもよい。同図の変形例では、逆止弁 1 Fと比較して、高圧シール部 2 6は設けられておらず、弁体アッセンブリ 3 Gは、例えばポリィミド等の硬い高分子材料により形成された弁本体 2 8と、弁本体 2 8に形成された環状の凹部 2 8 a内部に固定された例えばゴム等の軟質の低圧シール部 2 5とにより構成されている。

弁本体 2 8の径方向中央部には、該弁本体 2 8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 2 9が設けられている。本変形例では、この突起 2 9が高圧シール部として機能し、該突起 2 9の端面 2 9 aが座 4と接触することにより、高圧時のシールが亍われる。 · また、他の変形例として、図 1 2に示した逆止弁 1 H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 1 F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 2 5と硬質の高圧シール部 2 6の高さを適宜変更し、これら低圧および高圧シール部 2 5， 2 6の接触タイミングを調整すればよい。

<第 3実施形態〉

図 1 3は、本発明の第 3実施形態を示す逆止弁 1 Iである。この逆止弁 1 Iは、弁座本体 4に固定された軟質の弁座側低圧シール部 3 0を備え、該弁座側低圧シール部 3 0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 3 0は、弁座本体 4よりも軟質の材料であれば、低圧シール部 2 5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 3 0はリング状であり、低圧シール部 2 5に対向した位置に設けられている。

弁体アッセンブリ 3 Iは、例えば図 8等に示した弁体ァッセンブリ 3 Fと同様の構成であるが、低圧シール部 2 5および高圧シール部 2 6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 1 4の状態では、低圧シール部 2 5の端面 2 5 aが弁座側低圧シール部 3 0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 2 6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 1 5の状態では、弁体アッセンプリ ₃ Iに対してさらに大きな閉弁方向荷重が作用するため、上昇した差圧によつて低圧シール部 2 5及ぴ弁座側低圧シール部 3 0が更に圧縮変形しようとするが、これら低圧シール部 2 5及ぴ弁座側低圧シール部 3 0に高圧側流体通路 7からの高圧が作用しているたあ、当該シール部 2 5， 3 0が下流側（図 1 5では径方向内側）に倒れ込む。

これにより、これらシール部 2 5 , 3 0によるシール機能が失われるが、高圧シール部 2 6の端面 2 6 aが弁座本体 4と密着し、高圧シール部 2 6によるシールが行われる。そして、高圧シール部 2 6の端面 2 6 aが弁座本体 4と密着して、高圧シール部 2 6によるシール性が確保される。

また、高圧シール部 2 6が機能している間は、低圧シール部 2 5及ぴ弁座側低圧シール部 3 0力レ、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 2 6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 3 0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 3 0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 2 5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 2 5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 2 5は弁座側低圧シール部 3 0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 2 5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 1 6に示した逆止弁 1 J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 1 3の逆止弁 1 I と比較して、低圧シール部 2 5と高圧シール部 2 6の高さを適宜変更し、これら低圧おょぴ高圧シール部 2 5 , 2 6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 1 7に示した弁体アッセンプリ 3 Kを備えた逆止弁 1 Kとしてもよい。同図の変形例では、図 1 1の逆止弁 1 Gと同様に、弁体アッセンプリ 3 Kと別体の高圧シール部 2 6 (図 1 6 ) は設けられていない。弁体アッセンブリ 3 Kは、例えばポリイミド等の硬い高分子材料により^成された弁本体 3 2と、弁本体 3 2に形成されこ環状の凹部 3 2 aの内部に固定された例えばゴム等の低圧シール部 2 5とにより構成されている。

すなわち、弁本体 3 2の径方向中央部には、該弁本体 3 2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 3 3が設けられている。本変形例では、この突起 3 3が高圧シール部として機能し、該突起 3 3の端面 3 3 a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 1 8は、本発明の第 4実施形態として示す逆止弁 1 Lである。この逆止弁 1 Lの弁体アッセンプリ 3 Lは、弁本体 3 5に設けられた環状の凹部 3 5 aの内部に、低圧シール部 3 6と、低圧シール部 3 6の径方向内側に設けられた高圧シール部 3 7とが固定されたものである。低圧シール部 3 6は、凹部 3 5 aから垂下する円筒部 3 6 aと、円筒部 3 6 aの下縁から内側に略水平に延びるフランジ部 3 6 bとを備える。

低圧シール部 3 6の内側には、フランジ部 3 6 bを支持するコイルバネ 3 8 (復元手段）力一端を弁本体 3 5に支持され、他端をフランジ部 3 6 b に支持されて設けられている。コイルバネ 3 8は、逆止弁 1 Lの周方向に適宜間隔を隔てて複数個（図 1 8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 1 9の状態では、低圧シール部 3 6のフランジ部 3 6 b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 3 7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 2 0の状態では、弁体アッセンプリ 3 L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 3 6が更に変形しょうとするが、低圧シール部 3 6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 3 6が下流側（図 2 0では径方向内側）に倒れ込む。これにより、低圧シール部 3 6によるシール性は失われるが、高圧シール部 3 7の端面 3 7 aが弁座本体 4と密着して、高圧シール部 3 7によるシール性が確保される。

図 2 0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 3 6はコイルバネ 3 8の反発力により、速やかに元の状態である図 1 9の状態に復元する。このようなコイルパネ 3 8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 3 6の復元がタ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 3 6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、コイルパネ 3 8により、低圧シール部 3 6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 2 1に示した逆止弁 1 Mとしてもよい。この逆止弁 1 Mの弁体アッセンプリ 3 M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 4 0と、弁本体 4 0に形成された環状の凹部 4 0 aの内部に、低圧シール部 3 6およびコイルパネ 3 8とが固定されてなるものである。

弁本体 4 0の径方向中央部には、該弁本体 4 0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 4 1が設けられている。本変形例においては、この突起 4 1が高圧シール部として機能し、該突起 4 1の端面 4 1 a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 2 2に示した逆止弁 1 N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 3 6と高圧シール部 3 7の高さを適宜変更し、これら低圧および高圧シール部 3 6， 3 7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、コイルパネ 3 8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 2 3〜図 2 5は板パネ 4 5を用いた変形例を示している。図 2 3において、板パネ 4 5は、低圧シール部 3 6の径方向内側に設けられており、その基端側は弁本体 3 5に揷入固定され、先端側はフランジ部 3 6 bを弾性的に支持している。

図 2 4は、低圧シール部 3 6の内部に揷入された板バネ 4 6を用いた変形例である。板パネ 4 6は、その基端側を弁本体 3 5に挿入固定され、円筒部 3 6 aおよびフランジ部 3 6 bに挿入されていることで低圧シール部 3 6全体を弾性的に支持している。

図 2 5は、低圧シール部 3 6を外側から支持する板パネ 4 7を用いた変形例である。板パネ 4 7の基端は、弁本体 3 5と低圧シール部 3 6とに挟まれた状態で固定され、先端は低圧シール部 3 6と固定されている。

これら図 2 3〜図 2 5に示した板パネ 4 5 , 4 6， 4 7の変形例においても、コイルパネ ₃ 8と同様に、低圧シール部 3 6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 2 6は、コイルパネ 3 8に代えて、低圧シール部 3 6の内側に設けられたゴム 4 8を用いた変形例である。このゴム 4 8は、リング状であって弁本体 3 5の軸周りに設けられ、断面形状が円形となっている。図 2 7に示した他の変形例のゴム 4 9のように、断面形状が矩形状であってもよい。

これら図 2 6及び図 2 7に示したゴム 4 8， 4 9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 3 6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 3 6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、パネ 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。

例えば、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池の発電電力（電気エネルギー）で走行用モータを駆動する燃料電池自動車や、天然ガス（C N G) を内燃機関で燃焼させて得た熱エネルギーを利用して走行用の駆動力を得る天然ガス自動車等、高圧流体（高圧ガス）を上記燃料電池や内燃機関等の流体消費装置（燃料消費装置）に供給するシステムにおいては、燃料ガスタンク等の燃料ガス供給源の内部あるいは燃料ガス供給源と燃料ガス消費装置との間の流体流路（燃料ガス流路）に、燃料ガス供給源から燃料ガス消費装置への燃料ガス供給の有無を制御するための主止弁（元弁）あるいは開閉弁、燃料ガス流路での燃料ガスの逆流を防止するための 1 又は複数の逆止弁、燃料ガス流路での燃料ガス流量の異常上昇を防止するための 1又は複数の過流防止弁、燃料ガス流路での燃料ガス圧力の異常上昇を防止するための 1又は複数のリリーフ弁、燃料ガス供給源から燃料ガス消費装置への燃料ガス供給圧を所定圧に調圧（減圧）するための 1又は複数の調圧弁等が設けられており、本発明はこれらの弁にも適用することが可能である。

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。低圧シール部としては、例えば、ポリブタジエン系，ブタジェンーアタリロニトロル系，クロ口プレン系等の合成ゴムの他に、天然ゴムの採用が可能である。また、高圧シール部としては、例えば、ポリエチレン（P E ) , ポリプロピレン（P P ) , ポリ塩化ビニル（P V C ) , ポリスチレン（P S ) 等の熱可塑性樹脂や、フノール樹脂（P F )，エポキシ樹脂（E P ) , アルキド樹脂等の熱硬化性樹脂の他、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。産業上の利用可能性

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にて選択的に弁体一弁座部間のシールを行うことが可能となる。また、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。

よって、本発明は、それらの要求のある流体用開閉弁装置に広く利用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 弁座部と、該弁座部に離接して流体通路を連通 ·封鎖する弁体と、該弁体と前記弁座部との間を複数箇所にて選択的にシールする複数のシール部とを有する、流体用開閉弁装置であって、

前記複数のシール部は互いに硬度が異なり、前記流体通路の上流側通路と下流側通路との差圧に応じて、前記弁体と前記弁座部との間をシールするシール部が硬度の異なる他のシール部に切り替わる。

2 . 請求項 1に記載の流体用開閉弁装置において、

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、

前記複数のシール部は、前記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。

3 . 請求項 1または 2に記載の流体用開閉弁装置において、

前記複数のシール部は、前記弁座部に密着する端面から該弁座部までの距離が、硬度が大なるシール部ほど長く、硬度が小なるシール部ほど短い。

4 . 請求項 1カゝら 3のいずれかに記載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少なくとも硬度が最も低いシール部には、圧縮変形に対して復元力を与える復元手段が設けられている。

5 . 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である場合は、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、前記差圧が前記所定値以上である場合は、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。

6 . 請求項 5に記載の流体用開閉弁装置において、

前記弁体の一部が前記第 2シール部を構成している。

7 . 請求項 5または 6に記載の流体用開閉弁装置において、

前記第 1シール部は、前記第 2シール部よりも前記流れ方向の上流側に配置されている。

8 . 請求項 5または 6に記載の流体用開閉弁装置において、

前記第 1シール部と前記第 2シール部は、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いる。.

9 . 請求項 5から 8のいずれかに記載の流体用開閉弁装置において、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。

1 0 . 請求項 5から 9のいずれかに記載の流体用開閉弁装置において、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。

1 1 . 請求項 5から 1 0のいずれかに記載の流体用開閉弁装置において、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。

1 2 . 請汆項 1から 4のいずれかに記載の流体用開閉弁装において、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。

1 3 . 請求項 5から 1 1のいずれかに記載の流体用開閉弁装置において、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。

1 4 . 請求項 1から 1 3のいずれかに記載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ある。

1 5 . 請求項 1 4に記載の流体用開閉弁装置において、

前記高圧ガスは、電気エネルギー又は熱エネルギーの発生に供される燃料ガスである。

1 6 . 請求項 1 5に記載の流体用開閉弁装置において、

前記燃料ガスは、水素ガス又は天然ガスである。

1 7 . 請求項 1 4から 1 6のいずれかに記載の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，リリーフ弁のいずれかである。