JP2008075680A

JP2008075680A - バルブのシール構造

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Publication number: JP2008075680A
Application number: JP2006252633A
Authority: JP
Inventors: Koji Tsukamoto; 浩司塚本
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2026-09-19
Also published as: JP5110252B2

Abstract

【課題】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おいて、シール要素にゴムパッキンのようなへたりを生じにくく、もって弁開時に形成される流路幅を高精度に設定することが可能なバルブのシール構造を提供する。
【解決手段】他方のシール要素に接離自在に当接する一方のシール要素は、予め平板を立体構造に加工した形状を有して圧縮時にバネ性を発揮可能な板バネ部材１６よりなり、この板バネ部材１６の当接部１６ｃにシールゴム１７ａが被着されている。板バネ部材１６は、取付部１６ａに一体成形された斜面部１６ｂを有しており、この斜面部１６ｂは、弁閉時に流体圧力を受けてシールゴム１７ａを一方のシール要素に押し付ける形状を有している。
【選択図】図４

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７に示す従来のバルブ装置５１においてはその閉弁作動時、他方のシール要素であるバルブボディ側の弁座面５２に対して、一方のシール要素である弁体側のゴムパッキン５３が接離自在に当接するように構成されており、ゴムパッキン５３は当接時、所定のつぶし代をもって弁座面５２に押し付けられる（尚、図上矢印Ａは、弁開時における流体（ガス）の流れ方向を示している）。

しかしながら近年、流体流量制御の高精度化を実現するため、弁開時に弁座面５２およびゴムパッキン５３間に形成される流路幅Ｃの寸法を高精度に設定することが求められており、この点、ゴムパッキン５３ではその材質上へたりを生じ易いことから、この要求に対して充分に応えることができない。また、ゴムの加工については金属の加工ほどに加工精度が出せないことからも、流路幅Ｃに誤差が生じ易くなっている。

尚、本願出願人は先に、板バネを用いるバルブとして、下記特許文献１または２に掲載されたバルブ構造を提案しているが、これらの先行技術は何れもバルブ本体をバルブハウジングに装着するために板バネを用いるものであって、本発明のように直接のシール要素として板バネ部材を用いるものではない。

特開２００６−１５６８６８号公報特開２００３−１９７４８３号公報

本発明は以上の点に鑑みて、シール要素にゴムパッキンのようなへたりを生じにくく、もって弁開時に形成される流路幅を高精度に設定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、本発明の請求項１によるシール構造は、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おいて、他方のシール要素に接離自在に当接する一方のシール要素は、予め平板を立体構造に加工した形状を有して圧縮時にバネ性を発揮可能な板バネ部材よりなり、前記板バネ部材の当接部にはシールゴムが被着されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項２によるシール構造は、上記した請求項１記載のシール構造において、板バネ部材は、断面略コ字状またはＵ字状に成形されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項３によるシール構造は、上記した請求項１記載のシール構造において、板バネ部材は、保持部材に取り付けられる取付部に一体成形された斜面部を有し、前記斜面部は、弁閉時に流体圧力を受けてシールゴムを他方のシール要素に押し付ける形状を有していることを特徴とする。

上記構成を有する本発明の請求項１によるシール構造のように、他方のシール要素と組み合わされる一方のシール要素として従来のゴムパッキンに代えて、予め平板を立体構造として圧縮時にバネ性を発揮する板バネ部材を使用すると、この板バネ部材が材質上へたりを生じにくく、また加工精度を出し易いものであることから、弁開時における流路幅を高精度に設定することが可能となる。板バネ部材は、圧縮時に弾性変形してバネ性を発揮するよう予め立体構造のものとして製作されており、その構造例としては、一部に弾性リップ片を有する、断面略コ字状またはＵ字状のもの（請求項２）や、取付部に斜面部を一体成形したもの（請求項３）などが好適である。

またこれに加えて、請求項３に記載したように、板バネ部材が取付部に一体成形された斜面部を有し、この斜面部が弁閉時に流体圧力を受けてシールゴムを他方のシール要素に押し付ける形状とされていると、弁閉時に板バネ部材のバネ性に加えて流体圧力によってシールゴムが一方のシール要素に強く押し付けられることになる。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明の各請求項によるシール構造においては上記したように、他方のシール要素と組み合わされる一方のシール要素として、予め平板を立体構造に加工した形状を有して圧縮時にバネ性を発揮可能な板バネ部材が使用され、この板バネ部材が材質上へたりを生じにくく、また加工精度を出し易いものであることから、弁開時における流路幅を高精度に設定することが可能とされている。したがって本発明所期の目的どおり、シール要素にへたりを生じにくく、もって弁開時に形成される流路幅を高精度に設定可能で、流量制御の高精度化に寄与することができるバルブのシール構造を提供することができる。

また、板バネ部材の当接部にはシールゴムが被着されているので、弁閉時に微少漏れが発生することはない。また、板バネ部材の当接部に被着されるシールゴムは従来のゴムパッキンと比較して充分に薄いので、そのへたりが問題化することもない。

またこれに加えて、本発明の請求項３によるシール構造においては、板バネ部材の斜面部が弁閉時に流体圧力を受けてシールゴムを他方のシール要素に押し付けることにより、弁閉時におけるシール性を一層増大させることが可能とされている。したがって、シール要素にへたりを生じにくく、弁開時に形成される流路幅を高精度に設定可能で、流量制御の高精度化に寄与することができ、しかも弁閉時のシール性に優れたバルブのシール構造を提供することができる。

本発明には、以下の実施形態が含まれる。

すなわち、板バネを使用することによって安定したシール反力を出しつつ、ゴムのへたり等による経時変化等の影響をなくす。そして、接触面にゴムを焼き付けることにより微もれを防ぎ、シール性を確保する。

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。当該第一実施例ならびに後記する第二および第三実施例は請求項１および請求項２についての実施例である。

当該第一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一対のシール要素が互いに接離するものであって、この一対のシール要素が、金属等の剛性部品よりなるバルブボディ１側の弁座面２と、この弁座面２に接離自在に当接する弁体４側の板バネ部材６との組み合わせにより構成されている。

板バネ部材６は、金属板等の剛板によって環状に成形され、保持部材である弁体４の端面に設けた環状の装着溝５に装着され、弁閉時、弁座面２に当接してバルブボディ１側の弁孔３を閉塞するものであって、更に以下のように構成されている。

すなわち、この板バネ部材６は、予め平板（金属平板）を立体構造に加工した形状を有して圧縮時にバネ性を発揮することが可能とされており、具体的には図示するように内径側（低圧側）を開放した断面略コ字状の環状体として成形されており、装着溝５の底面５ａ側に配置される固定部（固定板部）６ａと、軸方向の立ち上がり部（立ち上がり板部）６ｂと、弁座面２側に配置される当接部（当接板部）６ｃとを一体に有している。上記コの字はバルブの内径側が開放されているが、これに代えてバルブの外径側（高圧側）が開放されていても良く、すなわち径方向の何れか一方が開放されていれば良い。当接部６ｃは当該板バネ部材６の弾性リップ片をなすもので、少なくともその先端部位は装着溝５の外部へ突出するよう配置され、その外側端面（図では上面）に環状のシールゴム７ａが被着（接着）され、このシールゴム７ａが弁座面２に接離自在に密接する構成とされている。

シールゴム７ａは、金属製の板バネ部材６の外面に被着したゴム状弾性体７の一部としてリップ状に設けられている。ゴム状弾性体７にはシールゴム７ａのほかに、固定部６ａの外側端面（図では下面）に被着されて、固定部６ａと装着溝５の底面５ａとの間をシールする第二シールゴム７ｂ、および立ち上がり部６ｂの外周面に被着されて、立ち上がり部６ｂと装着溝５の側面５ｂとの間をシールする第三シールゴム７ｃが一体に設けられている。

ゴム状弾性体７を被着した板バネ部材６は、図示するように弁体４に設けた装着溝５に装着される。図は弁開状態を示しており、移送流体である高圧ガスは矢印Ａ方向に流れている。この弁開状態からソレノイドへの励磁等により閉弁作動が開始されて弁体４が弁座面２に近付く方向へストロークすると、板バネ部材６の当接部６ｃに被着したシールゴム７ａが弁座面２に当接し、圧縮され、次いで板バネ部材６にも閉弁力が作用し、板バネ部材６はコの字の開口幅を狭めるよう弾性変形し、その反力によってシールゴム７ａを弁座面２に強く押し付け、弁閉状態が実現される。

金属板により成形された板バネ部材６は、繰り返し弾性変形してもへたりを生じにくいものである。また金属板により成形された板バネ部材６は、その製作時に加工精度を出し易いものである。したがって、弁開時に弁座面２およびシールゴム７ａ間に形成される流路幅Ｃを長期間に亙って高精度に設定・維持することが可能とされている。

また、板バネ部材６の当接部６ｃにシールゴム７ａが被着されてこのシールゴム７ａが弁座面２に密接するよう構成されているために、弁閉時にいわゆるメタルタッチは発生せず、よってメタルタッチを原因とする微少漏れが発生するのを防止することが可能とされている。

また、シールゴム７ａはゴム材であるのでそのへたりが懸念されるが、充分に薄く設定されているので、そのへたりが問題化することはない。

第二実施例・・・
尚、上記第一実施例では、シールゴム７ａをゴム状弾性体７の一部として第二および第三シールゴム７ｂ，７ｃとともに一体成形したが、これに代えて図２に示すように、板バネ部材６の当接部６ｃの外側端面にワンポイントで被着するようにしても良い。この場合、板バネ部材６と弁体４との間のシール性が懸念されるときは、両者４，６を溶接部８にて環状に溶接固定する。

第三実施例・・・
また、溶接に代えて、図３に示すように板バネ部材６の固定部６ａの外側端面にワンポイントで第二シールゴム７ｂを被着することにより両者４，６間をシールすることにしても良い。

また、板バネ部材６の断面形状は、コ字状に代えて、図２または図３に示すように略Ｕ字状であっても良い。図示するＵの字はその内径側（低圧側）が開放されているが、これに代えてその外径側（高圧側）が開放されていても良く、すなわち径方向の何れかが開放されていれば良い。

第四実施例・・・
図４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。当該第四実施例ならびに後記する第五および第六実施例は請求項１および請求項３についての実施例である。

当該第四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一対のシール要素が互いに接離するものであって、この一対のシール要素が、金属等の剛性部品よりなるバルブボディ１１側の弁座面１２と、この弁座面１２に接離自在に当接する弁体１４側の板バネ部材１６との組み合わせにより構成されている。

板バネ部材１６は、金属板等の剛板によって略皿状に成形され、保持部材である弁体１４の端面に止めネジ１９で固定され、弁閉時、弁座面１２に当接してバルブボディ１１側の弁孔１３を閉塞するものであって、更に以下のように構成されている。

すなわち、この板バネ部材１６は、予め平板（金属平板）を立体構造に加工した形状を有して圧縮時にバネ性を発揮することが可能とされており、具体的には図示するように皿状（円板状）に成形されており、弁体１４の端面に止めネジ１９およびワッシャ２０で固定される平板円板状の取付部１６ａ（止めネジ１９の差込み孔あり）と、この取付部１６ａの外周端部から径方向斜め外方（径方向外方であってかつ弁座面１２に近付く方向）へ向けて一体成形された環状の斜面部１６ｂと、この斜面部１６ｂの外周端部に一体成形された環状の当接部１６ｃとを一体に有している。当接部１６ｃは斜面部１６ｂの外周端部から径方向外方へ向けて平板環状に成形されているが、斜面部１６ｂの先端部位をもって当接部１６ｃとしても良く、この場合には当接部１６ｃも傾斜したものとなる。また当接部１６ｃは斜面部１６ｂとは異なる傾斜角度をもつ斜面状に成形されたものであっても良い。

斜面部１６ｂおよび当接部１６ｃは、当該板バネ部材１６の弾性リップ片をなすもので、それぞれ保持部材である弁体１４の端面よりも軸方向一方（弁座面１２側）に変位した位置に配置され、径方向についても、その外径寸法を弁体１４の外径寸法よりも大きく設定されて弁体１４の外周面よりも径方向外方へ突出するように配置されている。また当接部１６ｃの外側端面（図では上面）には環状のシールゴム１７ａが被着され、このシールゴム１７ａが弁座面１２に接離自在に密接する構成とされている。

板バネ部材１６と弁体１４との間をシールするため、両者１４，１６の間に環状の第二シールゴム１７ｂが設けられており、この第二シールゴム１７ｂは板バネ部材１６の取付部１６ａの一面に被着され、弁体１４の端面に設けた環状の凹部１４ａに挿入された状態で弁体１４に密接している。

シールゴム１７ａ，１７ｂを被着した板バネ部材１６は、図示するように弁体１４の端面に止めネジ１９およびワッシャ２０にて固定される。図は弁開状態を示しており、移送流体である高圧ガスは矢印Ａ方向に流れている。この弁開状態からソレノイドへの励磁等により閉弁作動が開始されて弁体１４が弁座面１２に近付く方向へストロークすると、板バネ部材１６の当接部１６ｃに被着したシールゴム１７ａが弁座面１２に当接し、圧縮され、次いで板バネ部材１６にも閉弁力が作用し、板バネ部材１６は斜面部１６ｂの傾斜角度を小さくするよう弾性変形し、その反力によってシールゴム１７ａを弁座面１２に強く押し付け、弁閉状態が実現される。

上記の構成において、金属板により成形された板バネ部材１６は、繰り返し弾性変形してもへたりを生じにくいものである。また、金属板により成形された板バネ部材１６は、その製作時に加工精度を出し易いものである。したがって、弁開時に弁座面１２およびシールゴム１７ａ間に形成される流路幅Ｃを長期間に亙って高精度に設定・維持することが可能とされている。

また、板バネ部材１６の当接部１６ｃにシールゴム１７ａが被着されてこのシールゴム１７ａが弁座面１２に密接するよう構成されているために、弁閉時にいわゆるメタルタッチは発生せず、よってメタルタッチを原因とする微少漏れが発生するのを防止することが可能とされている。

また、シールゴム１７ａはゴム材であるのでそのへたりが懸念されるが、充分に薄く設定されているので、そのへたりが問題化することはない。

更にまた、上記構成のシール構造においては、板バネ部材１６の斜面部１６ｂおよび当接部１６ｃが弁閉時に流体圧力を受けてシールゴム１７ａを他方のシール要素である弁座面１２に押し付ける形状とされている。

すなわち弁閉時、弁座面１２にシールゴム１７ａが密接しているとき、板バネ部材１６の斜面部１６ｂの一面（図では下面）には閉弁により流れを堰き止められた流体圧力が作用することから、斜面部１６ｂが流体圧力を受けてシールゴム１７ａを弁座面１２に強く押し付ける。また同様に、板バネ部材１６の当接部１６ｃの一面（図では下面）にも流体圧力が作用することから、当接部１６ｃが流体圧力を受けてシールゴム１７ａを弁座面１２に強く押し付ける。したがって、シールゴム１７ａは板バネ部材１６のバネ性のみならず流体圧力によっても弁座面１２に押し付けられることから弁座面１２に対して強く押し付けられることになる。したがって、このように流体圧力を有効に利用することによりシールゴム１７ａの密接力を大きく設定し、これにより弁閉時のシール性を向上させることができる。

第五実施例・・・
尚、上記第四実施例では、板バネ部材１６を止めネジ１９を用いて保持部材である弁体１４に固定したが、これに代えて図５に示すように、両者１４，１６を溶接部１８にて溶接固定するようにしても良い。この場合、両者１４，１６の径方向の位置決め精度が懸念されるときには、両者１４，１６に互いに係合する位置決め手段を設定する。図では、板バネ部材１６に設けた係合孔部１６ｄが弁体１４に設けた係合凸部１４ｂに嵌合し、これにより径方向の位置決めがなされている。

第六実施例・・・
また、上記第四実施例では、板バネ部材１６を略皿状に設定したが、これに代えて図６に示すように、環状に設定しても良く、この場合には、取付部１６ａの外周側のみならず内周側にも斜面部１６ｅを設けることが考えられる。

すなわちこの図６において、板バネ部材１６は、全体として環状に成形されており、弁体１４の端面に止めネジ１９およびワッシャ２０で固定される平板環状の取付部１６ａ（止めネジ１９の差込み孔あり）と、この取付部１６ａの外周端部から径方向斜め外方（径方向外方であってかつ弁座面１２に近付く方向）へ向けて一体成形された環状の斜面部１６ｂと、この斜面部１６ｂの外周端部に一体成形された環状の当接部１６ｃとを一体に有し、更に取付部１６ａの内周端部から径方向斜め内方（径方向内方であってかつ弁座面１２に近付く方向）へ向けて一体成形された環状の斜面部１６ｅと、この斜面部１６ｅの内周端部に一体成形された環状の当接部１６ｆとを一体に有している。内外両当接部１６ｃ，１６ｆの外側端面（図では上面）にはそれぞれ環状のシールゴム１７ａ，１７ｃが被着され、このシールゴム１７ａ，１７ｃが弁座面１２に接離自在に密接する構成とされている。このような構成であると、二重のシール構造となることからシール性が一層向上するほか、弁孔１３側から図上Ｂ方向へ流体が流れるタイプのバルブについても対応することが可能となる。

更にまた、上記各実施例において、閉弁作動時に板バネ部材６，１６が潰れ過ぎることがないように、板バネ部材６，１６の弾性変形を一定量までに制限するストッパを設けることが考えられ、このようにストッパを追加すると板バネ部材６，１６の耐久性を向上させることが可能となる。

例えば上記第四実施例では、図４に示すようにワッシャ２０の弁座面１２側にストッパ２１を重ね合わせて止めネジ１９で固定する。ストッパ２１は環状平板状に形成されてその外径寸法ｄ_１を弁孔１３の内径寸法ｄ_２よりも大きく設定されているので、閉弁作動時、バルブボディ１１の弁座面１２に当接し、弁体１４のストロークを停止させ、板バネ部材１６の弾性変形を一定量までに制限する。

上記第五実施例では、図５に示すように板バネ部材１６の径方向位置決め用に設けた係合凸部１４ｂをストッパ２１として兼用する。ストッパ２１は円筒状の外周面を有してその外径寸法ｄ_１を弁孔１３の内径寸法ｄ_２よりも大きく設定されているので、閉弁作動時にバルブボディ１１の弁座面１２に当接し、弁体１４のストロークを停止させ、板バネ部材１６の弾性変形を一定量までに制限する。

上記第六実施例では、図６に示すように上記第五実施例（(図５)と同様、弁体１４の端面に凸部状のストッパ２１を一体成形する。ストッパ２１は円筒状の外周面を有してその外径寸法ｄ_１を弁孔１３の内径寸法ｄ_２よりも大きく設定されているので、閉弁作動時にバルブボディ１１の弁座面１２に当接し、弁体１４のストロークを停止させ、板バネ部材１６の弾性変形を一定量までに制限する。

また上記各実施例では、板バネ部材６，１６が弁体４，１４側に配置されているが、反対に弁座面２，１２側に配置されても良く、この場合には弁体４，１４側のシール要素が板バネ部材６，１６へ向け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要部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要部断面図本発明の第四実施例に係るシール構造の要部断面図本発明の第五実施例に係るシール構造の要部断面図本発明の第六実施例に係るシール構造の要部断面図従来例に係るシール構造の要部断面図

１，１１バルブボディ
２，１２弁座面
３，１３弁孔
４，１４弁体
５装着溝
５ａ底面
５ｂ側面
６，１６板バネ部材
６ａ固定部
６ｂ立ち上がり部
６ｃ，１６ｃ，１６ｆ当接部
７ゴム状弾性体
７ａ，７ｂ，７ｃ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃシールゴム
８，１８溶接部
１４ａ凹部
１４ｂ係合凸部
１６ａ取付部
１６ｂ，１６ｅ斜面部
１６ｄ係合孔部
１９止めネジ
２０ワッシャ
２１ストッパ

Claims

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おいて、
他方のシール要素に接離自在に当接する一方のシール要素は、予め平板を立体構造に加工した形状を有して圧縮時にバネ性を発揮可能な板バネ部材よりなり、前記板バネ部材の当接部にはシールゴムが被着されていることを特徴とするバルブのシール構造。
請求項１記載のシール構造において、
板バネ部材は、断面略コ字状またはＵ字状に成形されていることを特徴とするバルブのシール構造。
請求項１記載のシール構造において、
板バネ部材は、保持部材に取り付けられる取付部に一体成形された斜面部を有し、前記斜面部は、弁閉時に流体圧力を受けてシールゴムを他方のシール要素に押し付ける形状を有していることを特徴とするバルブのシール構造。