JP2016191419A - 弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弁装置において、十分な耐久性を確保するとともに、シール部材が摩耗する懸念を払拭する。【解決手段】弁装置１０を構成するボディ１２には、第１流路１４及び第２流路１６と、両流路１４、１６の交差部に到達してホルダ２６及び弁体３６が配置された弁収容孔１８が形成される。弁体３６の係止部４２は、ホルダ２６に形成された第１内孔２８に挿入される。また、ホルダ２６には、第１内孔２８に連なる第２内孔３０が形成される。第２内孔３０の内壁に刻設された第１ネジ部３４は、該第２内孔３０に挿入された操作部材３８の第２ネジ部７４に螺合される。操作部材３８は係止部４２に係止されており、このため、弁体３６は、操作部材３８の進退動作に伴って一体的に進退動作する。その一方で、弁体３６は、操作部材３８が回転動作を行うことに追従して回転することはない。【選択図】図１

Description

本発明は、流路に設けられた弁座に対し、弁体を構成する弁部が着座又は離間することで閉弁状態又は開弁状態となる弁装置に関する。

例えば、燃料電池車では、燃料電池と、該燃料電池のアノードに水素を供給するための水素貯蔵容器とが搭載されるとともに、水素貯蔵用容器から導出された水素を外部に放出する流路が設けられる。ここで、特許文献１に記載されるように、流路には、弁装置としての手動遮断弁が配置される。この手動遮断弁は、作業者の手作業によって開閉される。勿論、閉弁状態となったときには流路が閉塞され、水素の流通が遮断される。

前記手動遮断弁を構成するボディ（ハウジング）及び操作部材（操作螺子）には、第１ネジ部、第２ネジ部がそれぞれ形成される。第２ネジ部は第１ネジ部に螺合されており、このため、第２ネジ部が第１ネジ部に沿って螺回されると、操作部材が回転動作及び進退動作を行う。操作部材がこのような動作を行うことに追従し、操作部材に連結された弁体（主弁体）が一体的に回転動作及び進退動作を行う。その結果、弁体の先端部が弁座に対して着座又は離間する。

特開２０１０−１９０２９６号公報

前記手動遮断弁においては、操作部材と弁体が塑性変形部を介して連結されており、また、弁体の基端面が操作部材の先端面に対して面接触で当接している。従って、この場合、流体の圧力が弁体に作用したとき、その圧力を操作部材で受けることになる。このため、第１ネジ部や第２ネジ部のネジ山にヘタリや摩耗が発生する可能性がある。すなわち、上記したような構成では、十分な耐久性を確保し得ない懸念がある。

また、操作部材と弁体を塑性変形部、すなわち、塑性変形させた部材によって連結するようにしているので、何らかの事情で弁体を交換する等の保守作業や点検作業を行うことが困難となる。さらに、操作部材と弁体を再連結する際には新たな塑性変形部を用意する必要があるので、コストが高騰する。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、簡素な構成で十分な耐久性を確保し得、しかも、シール部材が摩耗する懸念を払拭し得る弁装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る弁装置は、流体が流通する流路と、その外壁から延在して前記流路に到達した弁収容孔とが形成されたボディと、
前記弁収容孔に収容されるとともに、前記弁収容孔に連通する第１内孔と、前記第１内孔に連なり且つ該第１内孔に比して小径に設定されて内壁に第１ネジ部が設けられた第２内孔とが形成され、前記第１内孔及び前記第２内孔が前記弁収容孔に沿って延在するホルダと、
外壁の少なくとも一部に、前記第１ネジ部に螺合された第２ネジ部が設けられ、前記第２ネジ部が前記第１ネジ部に沿って螺回されることに伴って、回転動作と、前記第１内孔内を変位する進退動作とを行う操作部材と、
前記操作部材に係止される係止部と、前記流路に設けられた弁座に対して着座又は離間する弁部とを有する弁体と、
前記ボディと前記弁体との間をシールするシール部材と、
を有し、
前記弁体は、前記操作部材が回転動作及び進退動作を行う際、前記操作部材と一体的に変位する進退動作のみを行い、前記進退動作に伴って前記弁部が前記弁座に対して着座又は離間し、
前記ホルダ内に、前記第１内孔と前記第２内孔とによって段部が形成され、
前記係止部の直径は、前記第２内孔の直径に比して大きく設定され、
開弁状態時、前記係止部が前記段部に当接し、
さらに、前記弁体が、前記操作部材に比して高硬度の素材からなることを特徴とする。

本発明では、弁体を操作部材に係止するとともに、操作部材とホルダのネジ部同士を螺合するようにしているので、構成が簡素となる。しかも、弁体を操作部材に連結する際に何らかの部材を塑性変形させる必要がない。従って、保守作業や点検作業時に弁装置を分解した場合、再組み立てを行うときに新たな部材を用意する必要もない。このため、交換部品に要するコストの低廉化を図ることができる。

また、上記の構成によれば、弁装置が開弁状態にあるとき、係止部が段部に当接する。このため、高圧流体が弁体に接触して該弁体を押圧する際、押圧力は、係止部と段部の当接面に作用する。押圧力は、この当接面からホルダに十分に伝達される。従って、操作部材とホルダの各ネジ部に押圧力が作用することが回避される。このために操作部材とホルダの各ネジ部のネジ山にヘタリや摩耗が発生することが回避されるので、弁装置の耐久性を確保することができる。

さらに、上記の通り、この弁装置では、操作部材が回転動作を行ったときであっても、該操作部材に係止された弁体が追従回転することがない。すなわち、弁体は、該弁体とボディとの間に介在するシール部材に対し、相対的な進退動作（直進動作）を行うのみである。このため、シール部材に作用する負荷が低減するので、シール部材が摩耗し難くなる。換言すれば、シール部材が摩耗する懸念を払拭し得る。

操作部材に弁体を係止するには、例えば、操作部材に、大径部と、前記大径部に連なり且つ該大径部に比して小径な小径部とを設ける一方、弁体の係止部に、前記大径部を挿入する大径部挿入口と、該大径部挿入口に連なり、且つ前記小径部を挿入する小径部挿入口とを形成する。この構成において、小径部挿入口を、幅方向寸法が大径部よりも小さく且つ小径部よりも大きいＵ字状溝とすることにより、操作部材に弁体が掛止されるとともに、大径部挿入口及び小径部挿入口からの弁体の抜け止めがなされる。

弁体は、耐水素脆性を示す素材からなることが好ましい。この場合、高圧水素が流通する流路に弁装置を設けることができるからである。すなわち、この構成では、弁体が耐水素脆性を示すので、該弁体中に水素が浸透することが抑制される。従って、浸透した水素に起因して弁体に破壊や白点、膨れ等が発生することが回避される。

また、弁体は、引っ張り強度が大きい素材からなることが好ましい。このような素材からなる弁体は、優れた耐圧性を示す。このため、弁体が高圧流体で押圧されたときに該弁体が変形したり、該弁体に割れ等が生じたりすることを回避することができる。以上のような理由から、弁体の耐久性が一層向上する。

本発明によれば、弁体を操作部材に係止するとともに、操作部材とホルダのネジ部同士を螺合することで弁装置を構成するようにしているので、構成が簡素となるとともに、組み立てや分解が容易となる。しかも、交換部品に要するコストの低廉化を図ることができる。

また、弁装置が開弁状態にあるときには、弁体の係止部をホルダの段部に当接させるようにしているので、高圧流体の押圧力が、係止部と段部の当接面からホルダに十分に伝達される。このために操作部材とホルダの各ネジ部に押圧力が作用することが回避されるので、各ネジ部のネジ山にヘタリや摩耗が発生することが回避される。従って、弁装置の耐久性を確保することができる。

さらに、本発明では、操作部材が回転動作を行ったときであっても、該操作部材に係止された弁体が追従回転することがない。その結果としてシール部材に作用する負荷が低減するので、シール部材が摩耗する懸念を払拭し得る。

本発明の実施の形態に係る弁装置の、閉弁状態であるときの要部概略縦断面図である。 弁体を構成する係止部と、操作部材との係合箇所を示す要部概略平面図である。 図１に示す弁装置が開弁状態であるときの要部概略縦断面図である。

以下、本発明に係る弁装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、弁装置を、水素貯蔵容器から導出された水素を外部に放出する流路に設ける場合を例示する。すなわち、本実施の形態においては、水素が流体となる。

また、「下」、「上」は、それぞれ、図１及び図３における下方及び上方を指すものとする。ただし、これは、図面を参照した説明の理解を容易にするための便宜的な呼称であり、弁装置を実使用する際の方向を特定したものではない。

図１は、本実施の形態に係る弁装置１０の、閉弁状態であるときの要部概略縦断面図である。この弁装置１０は、ボディ１２に形成された第１流路１４と第２流路１６を連通又は連通遮断することにより、水素を流通又は流通停止させるものである。

第１流路１４は、下方から上方に指向して延在する。一方、第１流路１４に連なる第２流路１６は、第１流路１４から屈曲し、水平方向に指向して延在する。第１流路１４の上流側には図示しない水素貯蔵容器が接続されるとともに、第２流路１６の下流側は図示しない放出路に接続される。

ボディ１２には、その外壁から、第１流路１４と第２流路１６の交差部に向かって延在する弁収容孔１８が形成される。換言すれば、弁収容孔１８は、第１流路１４と第２流路１６の交差部に到達した貫通孔である。弁収容孔１８は、ボディ１２の外壁側に形成された大径な大径孔２０と、第１流路１４と第２流路１６の交差部側に形成されて該大径孔２０に比して小径な小径孔２２とからなる。そして、大径孔２０と小径孔２２の内径差に対応し、大径孔２０の底壁に位置決め段部２４が形成される。

大径孔２０には、中空円筒体形状のホルダ２６が挿入される。ホルダ２６の下端面がボディ１２の位置決め段部２４に当接することにより、ホルダ２６が堰止されて大径孔２０内で位置決め固定される。

ホルダ２６の略中心部には、その内径が弁収容孔１８の小径孔２２の内径と略同等である第１内孔２８と、該第１内孔２８に比して小径な第２内孔３０とが形成される。これら第１内孔２８及び第２内孔３０は、弁収容孔１８に沿って延在する。そして、第１内孔２８と第２内孔３０の内径差に対応し、第１内孔２８の天井壁にストッパ段部３２が形成される。

さらに、第２内孔３０の内壁には第１ネジ部３４が刻設されている。なお、第１内孔２８の内壁にはネジ部は刻設されていない。

小径孔２２には、弁体３６が収容される。後述するように、弁体３６は、操作部材３８を介してホルダ２６に保持される。

弁体３６は、弁部４０と係止部４２を一体的に有する単一部材である。弁体３６の素材は、耐水素脆性を示すとともに、引っ張り強度が大きなものであることが好ましい。このような特性を有する好適な素材の一例としては、高圧水素用ステンレス鋼を挙げることができる。

前記弁部４０は、第１流路１４に進入することで該第１流路１４を閉塞する役割を果たす。一方、係止部４２には、上方の一部を側壁から内部に向かって切り欠くようにして係止口５６が形成される。

係止口５６は、操作部材３８を係止するために用いられる。この係止口５６は、大径部挿入口６４と、前記大径部挿入口６４に直線的に連なり、且つ大径部挿入口６４に比して幅狭な小径部挿入口６６とからなる。これら大径部挿入口６４及び小径部挿入口６６はいずれも、平面視で略Ｕ字形状をなすＵ字状溝である（図２参照）。

操作部材３８は、ホルダ２６の第２内孔３０に比して長尺に設定される。該操作部材３８は、大径部６８と、該大径部６８に比して小径で且つ長尺な小径部７０と、直径が大径部６８と略同等である操作ネジ部７２とを有する。大径部６８が係止口５６の大径部挿入口６４に挿入され、且つ小径部７０が小径部挿入口６６に挿入されることで、操作部材３８の係止口５６からの抜け止めがなされる。図２に示すように、小径部挿入口６６の幅方向寸法Ｗ１が、大径部６８の直径Ｄ１に比して小さいからである。

なお、小径部挿入口６６の幅方向寸法Ｗ１は、小径部７０の直径Ｄ２に比して大きく設定される。このため、小径部挿入口６６に小径部７０を容易に挿入することができる。

大径部挿入口６４の高さ及び幅方向寸法は、大径部６８の高さ及び直径に比して若干大きい。同様に、小径部挿入口６６の幅方向寸法Ｗ１も、小径部７０の直径に比して若干大きい。すなわち、大径部挿入口６４の内壁と大径部６８との間、及び小径部挿入口６６の内壁と小径部７０との間には、遊びが形成されている。

図１に示すように、操作ネジ部７２の側壁には、第２ネジ部７４が刻設されている。この第２ネジ部７４は、ホルダ２６の第２内孔３０の内壁に刻設された第１ネジ部３４に螺合される。また、操作ネジ部７２の上端部には、六角穴７６が陥没形成されている。この六角穴７６は、例えば、六角レンチ等を差し込むための有底穴である。

本実施の形態では、操作部材３８は、弁体３６に比して低硬度の素材からなる。具体的には、弁体３６が高圧水素用ステンレス鋼からなるとき、操作部材３８の素材の好適な例としては真鍮が挙げられる。なお、弁体３６及び操作部材３８の素材の組み合わせがこれに限定されるものではないことは勿論である。

以上の構成において、弁体３６には、側壁に沿って周回する周回溝９８が形成される。この周回溝９８には、シール部材としてのＯリング１００が収容されている。

本実施の形態に係る弁装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

この弁装置１０を組み立てる際には、はじめに、ホルダ２６の第１内孔２８側から操作部材３８の操作ネジ部７２を挿入し、さらに、該操作ネジ部７２を第２内孔３０に差し込む。この状態で操作部材３８を回転させることにより、第２内孔３０の内壁に形成された第１ネジ部３４に、操作ネジ部７２の第２ネジ部７４が螺合する。この時点では、第１内孔２８から大径部６８及び小径部７０を露呈させておくと、後述する弁体３６の係止作業が容易となる。

次に、係止部４２の係止口５６に、ホルダ２６から突出した操作部材３８の大径部６８及び小径部７０を係止する。この係止により、操作部材３８を介して弁体３６がホルダ２６に保持される。

すなわち、大径部挿入口６４に大径部６８を挿入するとともに、小径部挿入口６６に小径部７０を挿入する。係止口５６（大径部挿入口６４、小径部挿入口６６）がＵ字状溝であるので、係止口５６に操作部材３８を係止することが容易である。

操作部材３８を回転させることで弁体３６をホルダ２６側にある程度変位させた後、ホルダ２６を弁収容孔１８の大径孔２０に挿入する。ホルダ２６の外径が小径孔２２に比して著しく大きいため、ホルダ２６は、位置決め段部２４に堰止される。これによりホルダ２６が弁収容孔１８内で位置決め固定され、弁装置１０が構成される。

以上のように、この弁装置１０を構成するに際しては、操作部材３８のホルダ２６への組み付けや、弁体３６の操作部材３８への組み付けを容易に行うことができる。従って、弁装置１０を分解することも容易であるので、守作業や点検作業を行うことも容易である。

加えて、本実施の形態では、何らかの部材を塑性変形させることで操作部材３８と弁体３６を連結することがない。このため、弁装置１０を分解した後に再組み立てを行う際、新たな部材（塑性変形部）を用意する必要もない。このため、交換部品に要するコストの低廉化を図ることができる。

弁装置１０を閉弁状態とするには、作業者は、操作部材３８に形成された六角穴７６に、例えば、六角レンチを差し込み、該六角レンチを時計回りに回転させる。操作ネジ部７２の第２ネジ部７４がホルダ２６の第１ネジ部３４に螺合しているので、第２ネジ部７４が第１ネジ部３４に沿って螺回される。操作部材３８は、これに追従して回転するとともに、第１流路１４に指向して下降（変位）する。弁体３６を構成する係止部４２に操作部材３８が係止されていることから、弁体３６は、操作部材３８と一体的に下降（変位）する。

ここで、上記したように、大径部挿入口６４の内壁と大径部６８との間、及び小径部挿入口６６の内壁と小径部７０との間には、それぞれ、遊びが形成されている。このため、操作部材３８が回転したときであっても、弁体３６が従動回転することはない。換言すれば、操作部材３８の大径部６８及び小径部７０は、大径部挿入口６４及び小径部挿入口６６内で空転する。すなわち、弁体３６は、操作部材３８と一体的に変位するのみであり、回転動作を行うことはない。

換言すれば、Ｏリング１００は、ボディ１２に対して相対的に回転運動することはなく、相対的に進退動作（直線動作）を行うのみである。このため、Ｏリング１００に作用する負荷が著しく小さい。その結果として、Ｏリング１００が早期に摩耗することを回避することができる。

また、回転動作する大径部６８の下端面は、大径部挿入口６４の底壁に摺接する。この際、操作部材３８が係止部４２に比して低硬度である（係止部４２が操作部材３８に比して高硬度である）ので、操作部材３８と係止部４２との間でいわゆるかじりが発生することを回避することができる。

弁部４０が第１流路１４に進入して該弁部４０のテーパー状側壁が弁座に着座することにより、第１流路１４と第２流路１６の連通が遮断される。この状態に至ると、操作部材３８を回転させることが著しく困難となる。作業者は、このことを認識することにより、第１流路１４が弁部４０で閉塞され、弁装置１０が閉弁状態となったと判断することができる。

燃料電池を運転するべく水素貯蔵容器から水素が導出されると、該水素が第１流路１４に進行する。上記したように、第１流路１４が弁部４０で閉塞されることで第１流路１４と第２流路１６の連通が遮断されているので、水素が第２流路１６に流通することはない。

この際、弁部４０は高圧の水素で押圧される。従って、弁体３６を高圧水素用ステンレス鋼等の耐水素脆性に優れた素材で構成しておくと、水素が弁部４０中に吸収されることが抑制される。このため、弁部４０に破壊や白点、膨れ（ブリュスタ）等が発生することを抑制し得る。

弁装置１０を開弁状態とするには、作業者は、操作部材３８に形成された六角穴７６に、例えば、六角レンチを差し込み、該六角レンチを反時計回りに回転させる。この回転により第２ネジ部７４が第１ネジ部３４に沿って螺回されて操作部材３８が回転動作を行うとともに、第１流路１４から離間するように上昇（変位）する。同時に、弁体３６が操作部材３８と一体的に上昇（変位）する。これにより、図３に示すように、弁部４０が弁座から離間して弁装置１０が開弁状態となり、第１流路１４が第２流路１６に連通して水素が流通し始める。

上記と同様の理由から、操作部材３８の大径部６８及び小径部７０が大径部挿入口６４及び小径部挿入口６６内で空転するので、操作部材３８の回転動作に追従して弁体３６が回転動作を行うことはない。すなわち、この場合にも、弁体３６は、操作部材３８と一体的に変位する（進退動作を行う）のみであり、追従回転することはない。その結果として、Ｏリング１００が早期に摩耗することが回避される。

弁体３６の上昇が続行されると、図３に示すように、係止部４２の上端面がホルダ２６内のストッパ段部３２に当接する。この状態に至ると、操作部材３８を回転させることができなくなる。作業者は、このことを認識することにより、弁部４０が第１流路１４から離脱して弁装置１０が開弁状態となったと判断することができる。

第１流路１４から第２流路１６には、高圧の水素が流通する。このため、弁部４０が水素から押圧を受ける。係止部４２の上端面がホルダ２６内のストッパ段部３２に当接しているので、この当接面に水素の押圧力が作用する。押圧力は、この当接面からホルダに十分に伝達される。従って、第１ネジ部３４及び第２ネジ部７４に水素の押圧力が及ぶことが回避される。このため、第１ネジ部３４や第２ネジ部７４のネジ山にヘタリや摩耗が発生することが回避される。

しかも、弁体３６が、引っ張り強度が大きな素材からなる場合、高圧の水素からの押圧を受けても該弁体３６が変形したり、割れ等が発生したりすることが回避される。すなわち、弁体３６は、高圧の水素が流通する状況下であっても十分な耐久性を示す。

以上のような理由から、弁装置１０に十分な耐久性が確保される。結局、上記の構成を採用したことにより、弁装置１０に優れた耐久性及びシール能力を長期間にわたって発現させることができる。

弁装置１０を閉弁状態とするには、上記と同様に、六角穴７６に差し込んだ六角レンチを時計回りに回転させればよい。これにより操作部材３８が回転動作を行うとともに下降し、且つ弁体３６が一体的に下降する。最終的に、弁部４０が弁座に着座し（第１流路１４を閉塞し）、第１流路１４と第２流路１６の連通を遮断する。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、弁体３６に形成した周回溝９８にＯリング１００を収容する（図１及び図３参照）ことに代替し、ボディ１２側に周回溝を形成してＯリングを収容するようにしてもよい。

１０…弁装置 １２…ボディ
１４…第１流路 １６…第２流路
１８…弁収容孔 ２６…ホルダ
２８…第１内孔 ３０…第２内孔
３２…ストッパ段部 ３４…第１ネジ部
３６…弁体 ３８…操作部材
４０…弁部 ４２…係止部
５６…係止口 ６４…大径部挿入口
６６…小径部挿入口 ６８…大径部
７０…小径部 ７２…操作ネジ部
７４…第２ネジ部 ７６…六角穴
９８…周回溝 １００…Ｏリング

Claims (2)

1. 流体が流通する流路と、その外壁から延在して前記流路に到達した弁収容孔とが形成されたボディと、
   前記弁収容孔に収容されるとともに、前記弁収容孔に連通する第１内孔と、前記第１内孔に連なり且つ該第１内孔に比して小径に設定されて内壁に第１ネジ部が設けられた第２内孔とが形成され、前記第１内孔及び前記第２内孔が前記弁収容孔に沿って延在するホルダと、
   外壁の少なくとも一部に、前記第１ネジ部に螺合された第２ネジ部が設けられ、前記第２ネジ部が前記第１ネジ部に沿って螺回されることに伴って、回転動作と、前記第１内孔内を変位する進退動作とを行う操作部材と、
   前記操作部材に係止される係止部と、前記流路に設けられた弁座に対して着座又は離間する弁部とを有する弁体と、
   前記ボディと前記弁体との間をシールするシール部材と、
   を有し、
   前記弁体は、前記操作部材が回転動作及び進退動作を行う際、前記操作部材と一体的に変位する進退動作のみを行い、前記進退動作に伴って前記弁部が前記弁座に対して着座又は離間し、
   前記ホルダ内に、前記第１内孔と前記第２内孔とによって段部が形成され、
   前記係止部の直径は、前記第２内孔の直径に比して大きく設定され、
   開弁状態時、前記係止部が前記段部に当接し、
   さらに、前記弁体が、前記操作部材に比して高硬度の素材からなることを特徴とする弁装置。
2. 請求項１記載の弁装置において、前記操作部材は、大径部と、前記大径部に連なり且つ該大径部に比して小径な小径部とを有し、
   前記係止部には、前記大径部が挿入される大径部挿入口と、前記大径部挿入口に連なり、且つ前記小径部が挿入される小径部挿入口とが形成され、
   前記小径部挿入口は、幅方向寸法が前記大径部よりも小さく且つ前記小径部よりも大きいＵ字状溝であることを特徴とする弁装置。

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