專利名稱：閥裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及閥裝置。
背景技術(shù)：
已知如下的球閥(閥裝置)(例如，參照專利文獻(xiàn)I)，該球閥配置于流體流通的流體通道中，具有對該流體通道進(jìn)行開閉的閥芯。并且，關(guān)于這種球閥，傳統(tǒng)有如圖4所示的構(gòu)造。另外，圖4(a)是表示傳統(tǒng)的球閥(閥裝置)的縱剖面示意圖，圖4(b)是(a)的局部放大圖，用于對作用于閥座部件及O型密封圈的力進(jìn)行說明。如圖4(a)所示，這種傳統(tǒng)的球閥(閥裝置)100具有閥體20，在其內(nèi)部具有流體·通道210 ;球狀的閥芯300，其配置于流體通道210中，對該流體通道210進(jìn)行開閉；引導(dǎo)部件400，其與閥芯300沿著流體通道210的軸向隔開預(yù)定間隙地配置；閥座部件500，其配置于閥芯300和引導(dǎo)部件400之間，使閥芯300落座；0型密封圈600，其安裝于形成在閥座部件500的外周面的槽部510中，將流體通道210的內(nèi)壁部220與閥座部件500的外周面之間密封；以及彈簧部件800，其配置于形成在引導(dǎo)部件400與閥座部件500之間的閥室700中，將閥座部件500壓向閥芯300。S卩，傳統(tǒng)的球閥100被構(gòu)成為利用彈簧部件800的作用力Y2’使閥座部件500按壓閥芯300，實(shí)現(xiàn)閥座部件500對于閥芯300的落座性能?？墒?，在將前述球閥100設(shè)置于各種系統(tǒng)的情況下，有時流體通道210的閥座部件500側(cè)成為負(fù)壓，流體通道210的閥芯300側(cè)的壓力(下面稱為“閥側(cè)壓力P1”)高于閥座部件500側(cè)的壓力(下面稱為“閥座部件側(cè)壓力P2”)(Pl > P2)。此時，如圖4(b)所示，閥座部件500的軸向一個端面520中的比與閥芯300的接觸部Tl’更靠徑向內(nèi)側(cè)的部分520a、以及軸向另一個端面530中的比將接觸部Tl’投影到該軸向另一個端面530上的投影位置更靠徑向內(nèi)側(cè)的部分530a分別被施加閥座部件側(cè)壓力P2。兩者的受壓面積相同(大致相同)，因而以下的兩個按壓力相抵消(消除)即在軸向一個端面520的部分520a中作用于借助閥座部件側(cè)壓力P2使閥座部件500從閥芯300離開的方向上的按壓力，以及在軸向另一個端面530的部分530a中作用于借助閥座部件側(cè)壓力P2使閥座部件500接近閥芯300的方向上的按壓力。并且，閥座部件500側(cè)的流體經(jīng)由在閥座部件500與流體通道210的內(nèi)壁部220之間形成的間隙900b流入槽部510，因而槽部510的側(cè)面部510b和O型密封圈的另一側(cè)受壓面600b分別被施加閥座部件側(cè)壓力P2。側(cè)面部510b的受壓面積與另一側(cè)受壓面600b中除與間隙900b對應(yīng)的面積之外的部分600bl的受壓面積相同(大致相同)，因而以下的兩個按壓力相抵消即在側(cè)面部510b中作用于借助閥座部件側(cè)壓力P2使閥座部件500從閥芯300離開的方向上的按壓力，以及在另一側(cè)受壓面600b的部分600bl中作用于借助閥座部件側(cè)壓力P2使閥座部件500接近閥芯300的方向上的按壓力。另外，閥芯300側(cè)的流體經(jīng)由間隙900a流入槽部510 (具體地講是隔著O型密封圈600與側(cè)面部510b相對側(cè)的部分)，因而槽部510的側(cè)面部510a和O型密封圈的一側(cè)受壓面600a分別被施加閥側(cè)壓力P1。側(cè)面部510a的受壓面積與一側(cè)受壓面600a中除與間隙900a對應(yīng)的面積之外的部分600al的受壓面積相同(大致相同)，因而以下的兩個按壓力相抵消即在側(cè)面部510a中作用于借助閥側(cè)壓力Pl使閥座部件500接近閥芯300的方向上的按壓力，以及在一側(cè)受壓面600a的部分600al中作用于借助閥側(cè)壓力Pl使閥座部件500從閥芯300離開的方向上的按壓力。另一方面，閥座部件500的軸向一個端面520中的比接觸部Tl’更靠徑向外側(cè)的部分520b(參照圖4(b)的虛線部分)被施加作用于使閥座部件500從閥芯300離開的方向上的閥側(cè)壓力P1，軸向另一個端面530中的比將接觸部Tl’投影到該軸向另一個端面530上的投影位置更靠徑向外側(cè)的部分530b(參照圖4(b)的虛線部分)被施加作用于使閥座部件500接近閥芯300的方向上的閥座部件側(cè)壓力P2。并且，O型密封圈600的一側(cè)受壓面600a中的與間隙900a對應(yīng)的部分600a2 (參照圖4(b)的虛線部分)被施加閥側(cè)壓力P1，另一側(cè)受壓面600b中的與間隙900b對應(yīng)的部分600b2(參照圖4(b)的虛線部分)被施加閥座部件側(cè)壓力P2。 因此，軸向一個端面520的部分520b和軸向另一個端面530的部分530b的受壓面積、以及一側(cè)受壓面600a的部分600a2和另一側(cè)受壓面600b的部分600b2的受壓面積分別相同(大致相同)，而且閥側(cè)壓力Pl高于閥座部件側(cè)壓力P2，因而在閥座部件500和O型密封圈600中產(chǎn)生未抵消的部分(參照圖4(b)的虛線部分)。另外，如圖4(a)所示，未抵消的部分的受壓面積是從閥體200的內(nèi)壁部220的內(nèi)徑面積S2’減去閥座部件500中的比與閥芯300的接觸部Tl’、ΤΓ更靠徑向內(nèi)側(cè)的部分的面積SI，而得到的值(S2’ -SI，)。在這種情況下，面積SI，是指包含在閥座部件500的中心形成的孔部的面積。其結(jié)果是，閥座部件500上被作用使其離開閥芯300的方向的力((Ρ1-Ρ2) X (S2’ -SI，)=基于差壓的力ΥΓ )，因而導(dǎo)致閥座部件500按壓閥芯300的力(施加給閥芯300的荷重)Υ3’下降了基于該差壓的力ΥΓ的量，存在閥座部件500對于閥芯300的落座性能惡化的問題。因此，作為解決這種問題的手段，考慮到施加給閥芯300的荷重Υ3’的下降量，想到了將彈簧部件800的作用力(彈簧荷重)Υ2’設(shè)置得更高的方法。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I日本特公昭63-9150號公報然而，在將彈簧部件的作用力設(shè)置得更高的情況下，閥座部件的落座面被閥芯強(qiáng)力按壓，因而存在如下問題，即在閥芯進(jìn)行轉(zhuǎn)動動作時的動作摩擦力增大，在閥芯進(jìn)行轉(zhuǎn)動動作時該閥芯與閥座部件的落座面強(qiáng)力地相互摩擦，閥座部件的磨損增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于這種觀點(diǎn)而提出的，其目的是提供一種閥裝置，能夠合理地設(shè)定彈簧部件的作用力，并始終確保閥座部件對于閥的落座性能。為了解決上述問題，本發(fā)明的閥裝置具有閥體，在其內(nèi)部具有流體通道；球狀閥，其配置于所述流體通道中，對所述流體通道進(jìn)行開閉；引導(dǎo)部件，其在所述流體通道的軸向上與所述閥相對配置，在其外周面具有沿著與軸向大致垂直的方向的支撐部；圓筒狀的閥座部件，其被配置為沿所述引導(dǎo)部件的外周面滑動自如，使所述閥落座；密封部件，其配置于所述閥座部件的內(nèi)周面與所述引導(dǎo)部件的外周面之間；閥室，其是由所述流體通道的內(nèi)壁部、所述引導(dǎo)部件的外周面及所述支撐部和所述閥座部件包圍形成的；以及彈簧部件，其配置于所述閥室中，朝向所述閥對所述閥座部件施力，其特征在于，在所述流體通道的內(nèi)壁部與所述閥座部件之間設(shè)置有將所述流體通道的所述閥側(cè)和所述閥室連通起來的連通部。根據(jù)本發(fā)明，密封部件配置于閥座部件的內(nèi)徑側(cè)，而且在流體通道的內(nèi)壁部與閥座部件之間設(shè)有將流體通道的閥側(cè)和閥室連通起來的連通部，由此在流體通道的閥座部件偵牝流體通道的閥側(cè)的流體(例如大氣)經(jīng)由連通部流入閥室。因此，閥室的壓力(下面稱為“閥室的壓力P3”)達(dá)到與閥側(cè)壓力Pl相同的壓力(大致相同的壓力)，而且高于閥座部件側(cè)壓力P2。其結(jié)果是，閥座部件及密封部件中的與閥相反側(cè)的部分被施加閥室的壓力P3，因而與傳統(tǒng)技術(shù)(專利文獻(xiàn)I記載的發(fā)明)相比，能夠增加在閥座部件和密封部件中相抵消的部分而減少不能抵消的部分，能夠降低使離開閥的方向的力。因此，流體通道的閥座部件側(cè)的閥座部件的落座性能提高，因而與傳統(tǒng)技術(shù)相比不再需要將定彈簧部件的作用力 設(shè)置得很高，能夠防止在閥進(jìn)行轉(zhuǎn)動動作時的動作摩擦里的增大，并且防止閥座部件的磨損的增大，從而提高閥座部件的耐用性。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種閥裝置，該閥裝置能夠合理地設(shè)定彈簧部件的施力，并始終確保閥座部件對于閥的落座性能。


圖I是被組裝到燃料電池系統(tǒng)中的本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的閥裝置(開閉閥)的縱剖示意圖。圖2是圖I的局部放大縱剖視圖。圖3是圖2的局部放大圖，用于對作用于第I閥座部件及O型密封圈的力進(jìn)行說明。圖4(a)是表示過去的球閥(閥裝置)的縱剖示意圖，圖4(b)是(a)的局部放大圖，用于對作用于閥座部件及O型密封圈的力進(jìn)行說明。標(biāo)號說明36a開閉閥(閥裝置)；40閥體；41流體通道；41c內(nèi)壁部；50閥芯(閥)；72引導(dǎo)部件；72b凸緣部(支撐部)；74第I閥座部件(閥座部件);760型密封圈(密封部件);78閥室；80間隙部(連通部);82彈簧部件。
具體實(shí)施例方式關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施方式，參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。在說明中對相同的要素標(biāo)注相同的標(biāo)號，并省略重復(fù)說明。圖I是被組裝到燃料電池系統(tǒng)中的本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的閥裝置(開閉閥)的縱剖示意圖。另外，在本實(shí)施方式中，下面以被組裝到搭載于車輛上的燃料電池系統(tǒng)中的閥裝置為例進(jìn)行說明，但不限于此，例如也能夠應(yīng)用于被組裝到船舶或航空設(shè)備等、或者辦公用和家庭用的固定放置類型的燃料電池等中的各種閥裝置。如圖I所示，組裝有本實(shí)施方式涉及的閥裝置的燃料電池系統(tǒng)10被構(gòu)成為具有燃料電池12、陽極系統(tǒng)14、陰極系統(tǒng)16、未圖示的控制系統(tǒng)等。另外，在下面的說明中，以將本實(shí)施方式的閥裝置應(yīng)用于燃料電池系統(tǒng)10的陰極系統(tǒng)16的開閉閥36a的情況為例進(jìn)行說明。燃料電池(燃料電池對堆)12由固體高分子型燃料電池(Polymer ElectrolyteFuel Cell :PEFC)構(gòu)成，是將多個單電池進(jìn)行層疊而構(gòu)成的，該單電池是利用未圖示的隔膜夾持MEA(Membrane Electrode Assembly :膜電極接合體)而構(gòu)成的。MEA包括電解質(zhì)膜(固體高分子膜)、夾持電解質(zhì)膜的陰極和陽極等。所述陰極和陽極例如由在碳黑等觸媒載體中承載鉬等觸媒而形成的電極觸媒層構(gòu)成。并且，在各個隔膜中形成有由槽或通孔構(gòu)成的陽極流道22和陰極流道24。
在這種燃料電池12中，當(dāng)向陽極供給氫氣(反應(yīng)氣體、燃料氣體)而向陰極供給含有氧的氣體(反應(yīng)氣體、氧化劑氣體)時，在陽極及陰極所包含的觸媒上產(chǎn)生電極反應(yīng)，燃料電池12成為能夠發(fā)電的狀態(tài)。所述燃料電池12與未圖示的外部負(fù)荷電連接，在利用所述外部負(fù)荷取出電流時，燃料電池12發(fā)電。另外，所述外部負(fù)荷指行駛用的發(fā)動機(jī)、電池和電容器等蓄電裝置以及后述的空氣泵26等。陽極系統(tǒng)14由氫氣罐28、斷流閥30、凈化閥32、配管al a4等構(gòu)成。氫氣罐28用于在高壓下儲存高純度的氫氣，通過配管al與下游側(cè)的斷流閥30連接。所述斷流閥30例如由電磁閥構(gòu)成，通過配管a2與下游側(cè)的燃料電池12的陽極流道22的入口連接。凈化閥32例如由電磁閥構(gòu)成，通過配管a3與上游側(cè)的燃料電池12的陽極流道22的出口連接。陰極系統(tǒng)16由空氣泵26、開閉閥36a和36b、背壓閥38、配管(氧化劑氣體流路)cl c5等構(gòu)成?？諝獗?6例如是由未圖示的電機(jī)驅(qū)動的機(jī)械式的增壓器，將所取入的外部氣體(空氣)壓縮并提供給燃料電池12。開閉閥36a設(shè)于氧化劑氣體的供給側(cè)，通過配管cl與上游側(cè)的空氣泵26連接，并且通過配管c2與下游側(cè)的燃料電池12的陰極流道24的入口連接。另外，開閉閥36b設(shè)于氧化劑氣體的排出側(cè)，通過配管c3與上游側(cè)的燃料電池12的陰極流道24的出口連接，并且通過配管c4與下游側(cè)的背壓閥38連接。背壓閥38連接于陰極流道24的出口側(cè)。背壓閥38具有這樣的功能即調(diào)節(jié)通過下游側(cè)的稀釋器(未圖示)向大氣側(cè)排放的空氣的排出量，同時控制提供給燃料電池12的陰極流道24的空氣的壓力。下面，關(guān)于被組裝到燃料電池系統(tǒng)10中的開閉閥36a的實(shí)施方式，參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。另外，圖I中的箭頭X表示流體流動的方向。如圖I所示，開閉閥36a包括閥體40、和利用未圖示的螺栓安裝于該閥體40的上部的殼體42，在閥體40和殼體42內(nèi)包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動源44、齒輪盤46、軸48、閥芯50、保持部件66、第2閥座部件70、引導(dǎo)部件72、第I閥座部件74等。在閥體40的下部側(cè)內(nèi)部形成有從一個面40a貫通到另一個面40b的流體通道41，在該流體通道41中，在流體的流動方向X上從上游側(cè)起按順序配置有保持部件66、第2閥座部件70、閥芯50、第I閥座部件74和引導(dǎo)部件72。在保持部件66及第2閥座部件70中分別形成有沿著軸向貫通的截面呈圓形的孔部66c、70e，這些孔部66c、70e構(gòu)成流入通路41a。另一方面，在引導(dǎo)部件72中形成有沿著軸向貫通的截面呈圓形的孔部72c，該孔部72c構(gòu)成流出通路41b。另外，配管Cl與流入通路41a連接，配管c2與流出通路41b連接。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動源44采用從公知的DC電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)及無刷DC/AC電機(jī)等中適當(dāng)選擇的電機(jī)，被收納于在閥體40中形成的凹部40c中。驅(qū)動齒輪52被固定于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動源44的輸出軸44a上，該驅(qū)動齒輪52與設(shè)置在由空轉(zhuǎn)軸54樞軸支撐的惰輪56上的大徑齒輪部56a嚙合。 軸48穿過設(shè)于閥體40上的支撐孔40d，作為閥軸發(fā)揮作用，在位于流體通道41內(nèi)的部位連接著作為對流體通道41進(jìn)行開閉的閥的閥芯50。軸48的軸向的一端部嵌合于在閥芯50的上部形成的凹部50a中。閥芯50形成為與流體通道41的剖面形狀對應(yīng)的球狀，具有沿著其中心軸貫通形成的圓形的貫通孔50b。另外，圖I示出了閥芯50被保持在將流體通道41全面關(guān)閉的全閉位置上的狀態(tài)。在這種情況下，當(dāng)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動源44使閥芯50與軸48 —體轉(zhuǎn)動時，貫通孔50b與流入通路41a連通，并且與流出通路41b連通，成為能夠使流體在流體通道41中流通的開閥狀態(tài)。固定有閥芯50的軸48通過軸承58被樞軸支撐于閥體40。在閥體40安裝有密封部件60，用于防止從流體通道41向閥體40內(nèi)的收納了齒輪盤46等的空間部漏氣。在軸48的齒輪盤46側(cè)的外周面設(shè)置有彈簧部件62，彈簧部件62對閥芯50施力使其向閉閥方向轉(zhuǎn)動。即，此處的開閉閥36a是常閉型的閥裝置，在通常時(旋轉(zhuǎn)驅(qū)動源44不通電時)閥芯52借助彈簧部件62的作用力被保持在將流體通道41全面關(guān)閉的全閉位置上。齒輪盤46利用螺釘部件64固定于軸48的軸向的另一端部。另外，通過利用旋轉(zhuǎn)角度傳感器(未圖示)檢測齒輪盤46的旋轉(zhuǎn)方向位置，能夠檢測出閥芯50的開度。齒輪盤46是硬質(zhì)樹脂制的齒輪，其被構(gòu)成為受惰輪56的轉(zhuǎn)動力驅(qū)動而轉(zhuǎn)動。齒輪盤46在其外周面的一部分具有齒輪部46a，該齒輪部46a與設(shè)于惰輪56上的小徑齒輪部56b嚙合。保持部件66是用于保持第2閥座部件70的大致圓筒狀的部件。保持部件66具有沿著流體通道41的軸向形成的被插入到流體通道41中的插入部66a、和從插入部66a的軸向的一端部外周面向徑向外側(cè)突出形成的凸緣部66b。插入部66a具有與孔部66c連通而且相比該孔部66c直徑擴(kuò)大而形成的環(huán)狀臺階部66d。在插入部66a的外周面安裝有密封部件68，用于將保持部件66與閥體40之間保持為液密或氣密狀態(tài)。保持部件66利用未圖示的螺栓經(jīng)由凸緣部66b被固定于閥體40的一個面40a上。第2閥座部件70是嵌合于環(huán)狀臺階部66d上的圓筒狀的樹脂部件或者金屬部件。在第2閥座部件70的內(nèi)周面70b的閥芯50側(cè)(軸向的一個端面70a側(cè))形成有能夠與閥芯50的外周面接觸的接觸面(落座面)70c，該接觸面70c形成為以縱剖面觀察時隨著朝向閥芯50的中心軸而直徑緩慢擴(kuò)大的圓弧面。另外，接觸面70c形成為以縱剖面觀察時朝向閥芯50的中心軸凸出或者凹陷的圓弧面。在第2閥座部件70的外周面安裝有密封部件70d，用于將第2閥座部件70與保持部件66之間保持為液密或氣密狀態(tài)。下面，參照圖2和圖3說明引導(dǎo)部件72、第I閥座部件74、0型密封圈76、閥室78、間隙部80及彈簧部件82。另外，圖2是圖I的部分放大縱剖視圖。圖3是圖2的局部放大圖，用于對作用于第I閥座部件及O型密封圈的力進(jìn)行說明。另外，在圖3中為了便于說明而省略了彈簧部件82，并且描述了在O型密封圈76的軸向兩側(cè)部分與槽部74c之間設(shè)置有間隙的狀態(tài)。如圖2所示，引導(dǎo)部件72是大致圓筒狀的部件，用于保持第I閥座部件74和彈簧部件82，并且支撐第I閥座部件74使其能夠滑動。 引導(dǎo)部件72是在流體通道41的軸向上與閥芯50相對(隔開預(yù)定間隔)配置的部件，具有沿著流體通道41的軸向形成的被插入到流體通道41中的插入部72a、和從插入部72a的軸向的一端部外周面向徑向外側(cè)突出形成的凸緣部72b。插入部72a的外徑形成為比流體通道41的內(nèi)壁部41c的內(nèi)徑小，在閥體40的內(nèi)部形成有由流體通道41的內(nèi)壁部41c、引導(dǎo)部件72的插入部72a和凸緣部72b、以及第I閥座部件74包圍形成的環(huán)狀的閥室78。作為支撐部的凸緣部72b從插入部72a的與閥芯50相對側(cè)的端部外周面起沿著與軸向大致垂直的方向延伸設(shè)置。引導(dǎo)部件72利用未圖示的螺栓經(jīng)由凸緣部72b被固定于閥體40的另一個面40b。在引導(dǎo)部件72的中心軸中形成有沿著流體通道41的軸向貫通的圓形的孔部72c。第I閥座部件74是圓筒狀的樹脂部件或者金屬部件，其與第2閥座部件70 (參照圖I)協(xié)作，從流體通道41的軸向兩側(cè)使閥芯50落座。S卩，第I閥座部件74是借助彈簧部件82的作用力來按壓閥芯50，使該閥芯50落座的部件。第I閥座部件74具有滑動部74a，其安裝于插入部72a的外周面，以沿著該外周面滑動自如的方式配置；閥座部74b，其與滑動部74a的軸向的一端部連接形成，并與閥芯50接觸?；瑒硬?4a是指形成為沿著軸向具有一定的外徑的圓筒狀的部位。如圖3所示，在滑動部74a的內(nèi)周面形成有弟I中徑面74f及弟2中徑面74g,其直徑大于后述的小徑面74k，并且沿著軸向具有一定的內(nèi)徑；大徑面74h，其直徑大于第I中徑面74f及第2中徑面74g，并且沿著軸向具有一定的內(nèi)徑;第I臺階面74i及第2臺階面74j，其沿著徑向延伸，將第I中徑面74f及第2中徑面74g與大徑面74h連接起來。大徑面74h、第I臺階面74i及第2臺階面74j構(gòu)成環(huán)狀的槽部74c。第I中徑面74f及第2中徑面74g構(gòu)成與插入部72a的外周面滑動接觸的滑動面。第I中徑面74f與沿著徑向延伸的軸向的另一端面74η連接。在滑動部74a的內(nèi)周面上，經(jīng)由環(huán)狀的槽部74c安裝有O型密封圈76。S卩，作為密封部件的O型密封圈76是配置于滑動部74a的內(nèi)周面與插入部72a的外周面之間的部件，在流體通道41的軸向上與閥室78隔開預(yù)定間隔地設(shè)置。
另外，O型密封圈76的徑向兩側(cè)部分壓接在滑動部74a (槽部74c)的內(nèi)周面及引導(dǎo)部件72的插入部72a的外周面上(參照圖3)。并且，在滑動部74a與插入部72a之間形成有微小的間隙CL1、CL2。該間隙CLl將流體通道41的第I閥座部件74側(cè)和槽部74c (具體地講是槽部74c中的相比O型密封圈76更靠閥芯50側(cè)的部分)連通起來，間隙CL2將閥室78和槽部74c (具體地講是槽部74c中的相比O型密封圈76更靠閥室78側(cè)的部分)連通起來。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在流體通道41的第I閥座部件74側(cè)的負(fù)壓環(huán)境下，流體通道41的第I閥座部件74側(cè)的流體經(jīng)由間隙CLl流入槽部74c，而閥室78的流體經(jīng)由間隙CL2流入槽部74c。在圖3中為了便于說明，將間隙CU、CL2描繪得極端的大。另外，在下面的說明中，將O型密封圈76的軸向兩側(cè)部分中，流體通道41的第I閥座部件74側(cè)的壓力所施加的面稱為“一側(cè)受壓面76a”，將O型密封圈76的軸向兩側(cè)部分中，閥室78的壓力所施加的面稱為“另一側(cè)受壓面76b”。返回到圖2，在閥座部74b的內(nèi)周面形成有臺階部74d，臺階部74d具有與滑動部 74a的內(nèi)徑相比小、而且與引導(dǎo)部件72的內(nèi)徑大致相同的內(nèi)徑。即，如圖3所示，在閥座部74b的內(nèi)周面形成有小徑面74k，其直徑小于第I中徑面74f及第2中徑面74g，而且沿著軸向具有一定的內(nèi)徑；接觸面(落座面)74e，其將小徑面74k和沿著徑向延伸的軸向的一端面74m連接起來，并且能夠與閥芯50的外周面接觸；第3臺階面741，其沿著徑向延伸，并將小徑面74k和第2中徑面74g連接起來。臺階部74d與插入部72a隔開預(yù)定間隔地設(shè)于閥芯50側(cè)，在第3臺階面741與插入部72a之間形成有與間隙CLl連通的間隙CL3。接觸面74e形成為以縱剖面觀察時隨著朝向閥芯50的中心軸而直徑緩慢擴(kuò)大的圓弧面。另外，接觸面74e形成為以縱剖面觀察時朝向閥芯50的中心軸凸出或者凹陷的圓弧面。并且，也可以省略臺階部74d，而且作為閥座部74b具有與滑動部74a的內(nèi)徑相同的內(nèi)徑的結(jié)構(gòu)，在該閥座部74b的內(nèi)周面的閥芯50側(cè)形成接觸面74e。如圖2所示，第I閥座部件74的外徑形成為比流體通道41的內(nèi)壁部41c的內(nèi)徑稍小。由此，在閥體40的內(nèi)部形成有將流體通道41的閥芯50側(cè)和閥室78連通起來的環(huán)狀的間隙部(連通部)80。另外，也可以使第I閥座部件74的外徑與流體通道41的內(nèi)壁部41c的內(nèi)徑相同，在第I閥座部件74的外周面形成將流體通道41的閥芯50側(cè)和閥室78連通起來的槽部，還可以在第I閥座部件74的內(nèi)部形成將流體通道41的閥芯50側(cè)和閥室78連通起來的孔部(貫通孔)。彈簧部件82從公知的彈簧中適當(dāng)選擇，作為一例是采用卷簧，彈簧部件82是將第I閥座部件74朝向閥芯50施力的部件。彈簧部件82被以安裝于引導(dǎo)部件72的插入部72a的外周面的狀態(tài)配置于閥室78中。彈簧部件82的軸向兩端部卡定安裝于引導(dǎo)部件72的凸緣部72b以及第I閥座部件74的滑動部74a上。本發(fā)明的實(shí)施方式的開閉閥(閥裝置)36a基本上是如上所述構(gòu)成的，下面適當(dāng)參照圖2和圖3，對作用于流體通道41中的第I閥座部件74側(cè)的O型密封圈76及第I閥座部件74的力進(jìn)行說明。流體通道41的閥芯50側(cè)經(jīng)由空氣泵26與外部連通(參照圖1)，因而在燃料電池系統(tǒng)10停止運(yùn)轉(zhuǎn)時，大氣從外部流入流體通道41的閥芯50側(cè)，流體通道41的閥芯50側(cè)的壓力(下面稱為“閥側(cè)壓力Pi”)成為大氣壓。并且，流體通道41的第I閥座部件74側(cè)與燃料電池12的陰極流道24連通(參照圖I)，因而在燃料電池系統(tǒng)10停止運(yùn)轉(zhuǎn)時，流體通道41的第I閥座部件74側(cè)的壓力(下面稱為“閥座部件側(cè)壓力P2”)減小而成為負(fù)壓。因此，閥側(cè)壓力Pl高于閥座部件側(cè)壓力P2(P1 > P2)。此時，如圖3所示，接觸面74e中的比與閥芯50的接觸部Tl更靠徑向內(nèi)側(cè)的部分74el、和第3臺階面741中的比將接觸部Tl投影到該第3臺階面741上的投影位置更靠徑向內(nèi)側(cè)的部分7411被分別施加閥座部件側(cè)壓力P2。兩者的受壓面積相同(大致相同)，因而以下的兩個按壓力相抵消(消除)即在接觸面74e的部分741中作用于借助閥座部件側(cè)壓力P2使第I閥座部件74從閥芯50離開的方向上的按壓力，以及在第3臺階面741的部分7411中作用于借助閥座部件側(cè)壓力P2使第I閥座部件74接近閥芯50的方向上的按壓力。
并且，第I閥座部件74側(cè)的流體經(jīng)由間隙CLl、CL3流入槽部74c (具體地講是槽部74c中的比O型密封圈76更靠閥芯50側(cè)的部分)，因而第2臺階面74j和O型密封圈76的一側(cè)受壓面76a分別被施加閥座部件側(cè)壓力P2。第2臺階面74j的受壓面積與一側(cè)受壓面76a中的除與間隙CLl對應(yīng)的面積之外的部分76al的受壓面積相同(大致相同)，因而以下的兩個按壓力相抵消即在第2臺階面74j中作用于借助閥座部件側(cè)壓力P2使第I閥座部件74接近閥芯50的方向上的按壓力，以及在一側(cè)受壓面76a的部分76al中作用于借助閥座部件側(cè)壓力P2使第I閥座部件74從閥芯50離開的方向上的按壓力。另外，第3臺階面741和O型密封圈76的一側(cè)受壓面76a分別被施加閥座部件側(cè)壓力P2。第3臺階面741中的與間隙CLl對應(yīng)的部分7412的受壓面積與一側(cè)受壓面76a中的與間隙CLl對應(yīng)的部分76a2的受壓面積相同(大致相同)，因而以下的兩個按壓力相抵消即在第3臺階面741的部分7412中作用于借助閥座部件側(cè)壓力P2使第I閥座部件74接近閥芯50的方向上的按壓力，以及在一側(cè)受壓面76a的部分76a2中作用于借助閥座部件側(cè)壓力P2使第I閥座部件74從閥芯50離開的方向上的按壓力?？墒牵诒緦?shí)施方式中，流體通道41的閥芯50側(cè)的流體(大氣)經(jīng)由間隙部80流入閥室78，因而閥室78的壓力P3成為與閥側(cè)壓力Pl相同的壓力(大致相同的壓力)，而且高于閥座部件側(cè)壓力P2(P3 = PI, P3 > P2)。在下面的說明中，有時將閥室78的壓力P3稱為“閥側(cè)壓力P1”。并且，閥室78的流體經(jīng)由間隙CL2流入槽部74c (具體地講是槽部74c中的比O型密封圈76更靠閥室78側(cè)的部分)，因而第I臺階面74i和O型密封圈76的另一側(cè)受壓面76b分別被施加閥側(cè)壓力P1。第I臺階面74i的受壓面積與另一側(cè)受壓面76b中的除與間隙CL2對應(yīng)的面積之外的部分76bl的受壓面積相同(大致相同)，因而以下的兩個按壓力相抵消即在第I臺階面74i中作用于借助閥側(cè)壓力Pl使第I閥座部件74從閥芯50離開的方向上的按壓力，以及在另一側(cè)受壓面76b的部分76bl中作用于借助閥側(cè)壓力Pl使第I閥座部件74接近閥芯50的方向上的按壓力。并且，軸向的一個端面74m及接觸面74e中的比點(diǎn)V更靠徑向外側(cè)的部分74e2、和軸向的另一個端面74η及O型密封圈76的另一側(cè)受壓面76b中的對應(yīng)于間隙CL2的部分76b2分別被施加閥側(cè)壓力Pl。軸向的一個端面74m及接觸面74e的部分74e2的受壓面積與軸向的另一個端面74η及另一側(cè)受壓面76b的部分76b2的受壓面積相同(大致相同)，因而以下的兩個按壓力相抵消即在軸向的一個端面74m及接觸面74e的部分74e2中作用于借助閥側(cè)壓力Pl使第I閥座部件74從閥芯50離開的方向上的按壓力，以及在軸向的另一個端面74η及另一側(cè)受壓面76b的部分76b2中作用于借助閥側(cè)壓力Pl使第I閥座部件74接近閥芯50的方向上的按壓力。另一方面，接觸面74e中的除部分74el、74e2之外的部分74e3 (參照圖3的虛線部分)被施加作用于使第I閥座部件74從閥芯50離開的方向上的閥側(cè)壓力P1，第3臺階面741中的除部分7411、7412之外的部分7413(參照圖3的虛線部分)被施加作用于使第I閥座部件74接近閥芯50的方向上的閥側(cè)壓力P2。因此，接觸面74e的部分74e3與第3臺階面741的部分7413的受壓面積相同(大致相同)，而且閥側(cè)壓力Pl高于閥座部件側(cè)壓力P2，因而在第I閥座部件74中產(chǎn)生未抵消的部分(參照圖3的虛線部分)?！?br> 另外，未抵消的部分的受壓面積是如圖2所示從引導(dǎo)部件72的插入部72a的外徑面積S2減去第I閥座部件74中的比與閥芯50的接觸部Tl、Tl更靠徑向內(nèi)側(cè)的部分的面積SI而得到的值(S2-S1)。在這種情況下，面積SI是指包含在第I閥座部件74的中心形成的孔部的面積，外徑面積S2是指包含在引導(dǎo)部件72的中心形成的孔部72c的面積。其結(jié)果，第I閥座部件74被作用使其從閥芯50離開的方向的力((P1-P2) X (S2-S1)=基于差壓的力 Yl)。但是，在本實(shí)施方式中，如圖3所示，流體通道41的閥芯50側(cè)的流體(大氣)經(jīng)由間隙部80流入閥室78，而且閥室78的流體經(jīng)由間隙CL2流入槽部74c，因而第I閥座部件74的軸向的另一個端面74η及另一側(cè)受壓面76b的部分76b2被施加閥側(cè)壓力Pl，因而與傳統(tǒng)技術(shù)相比(專利文獻(xiàn)I記載的發(fā)明)，在第I閥座部件74及O型密封圈76中能夠增加抵消的部分、減少未抵消的部分，能夠降低離開閥芯50的方向的力(基于差壓的力Yl)。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，流體通道41的第I閥座部件74側(cè)的第I閥座部件74的落座性能提高，因而與傳統(tǒng)技術(shù)相比，不需要將彈簧部件82的施力Y2設(shè)定得很高，能夠防止在閥芯50進(jìn)行轉(zhuǎn)動動作時的動作摩擦力的增大，并且防止第I閥座部件74的磨損的增大，從而提高第I閥座部件74的耐用性。另外，在燃料電池系統(tǒng)10工作時，能夠借助彈簧部件82的作用力Y2使閥芯50可靠地在第I閥座部件74上落座，因而能夠始終確保第I閥座部件74對于閥芯50的落座性能。以上關(guān)于本發(fā)明對優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于前述實(shí)施方式，能夠在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)適當(dāng)進(jìn)行各種設(shè)計變更。在本實(shí)施方式中，關(guān)于本發(fā)明的閥裝置，對閥側(cè)壓力Pl是大氣壓、閥座部件側(cè)壓力P2是負(fù)壓的情況進(jìn)行了說明，但不限于此，也能夠應(yīng)用于閥側(cè)壓力Pl是正壓、閥座部件側(cè)壓力P2是負(fù)壓的情況，以及閥側(cè)壓力Pl是正壓(大)、閥座部件側(cè)壓力P2是正壓(小)的情況。即，能夠應(yīng)用于具有閥側(cè)壓力Pl大于閥座部件側(cè)壓力P2 (PI >P2)的關(guān)系的情況。并且，在本實(shí)施方式中，將本發(fā)明的閥裝置應(yīng)用于設(shè)置在燃料電池系統(tǒng)10的陰極系統(tǒng)16中的開閉閥36a，但不限于此，也能夠應(yīng)用于設(shè)置在各種系統(tǒng)(裝置)的任意部位的閥裝置。并且，也可以將本發(fā)明的閥裝置應(yīng)用于設(shè)置在燃料電池系統(tǒng)10的陰極系統(tǒng)16中的開閉閥36b和背壓閥38?！?br> 權(quán)利要求
1.一種閥裝置，該閥裝置具有 閥體，在其內(nèi)部具有流體通道； 球狀閥，其配置于所述流體通道中，對所述流體通道進(jìn)行開閉； 引導(dǎo)部件，其在所述流體通道的軸向上與所述閥相對配置，在其外周面具有沿著與軸向大致垂直的方向的支撐部； 圓筒狀的閥座部件，其被配置為沿所述引導(dǎo)部件的外周面滑動自如，使所述閥落座； 密封部件，其配置于所述閥座部件的內(nèi)周面與所述引導(dǎo)部件的外周面之間； 閥室，其是由所述流體通道的內(nèi)壁部、所述引導(dǎo)部件的外周面及所述支撐部和所述閥座部件包圍形成的； 以及彈簧部件，其配置于所述閥室中，朝向所述閥對所述閥座部件施力，其特征在于，在所述流體通道的內(nèi)壁部與所述閥座部件之間設(shè)置有將所述流體通道的所述閥側(cè)和所述閥室連通起來的連通部。
全文摘要
本發(fā)明提供閥裝置，能夠合理設(shè)定彈簧部件的作用力，并始終確保閥座部件對閥的落座性能。開閉閥(36a)具有具有流體通道(41)的閥體(40)；對流體通道開閉的球狀閥芯(50)；與閥芯相對配置的引導(dǎo)部件(72)，其具有向徑向外側(cè)突出形成的凸緣部(72b)；沿引導(dǎo)部件的外周面滑動自如以使閥芯落座的第1閥座部件(74)；置于第1閥座部件與引導(dǎo)部件之間的O型密封圈(76)；由流體通道的內(nèi)壁部(41c)、引導(dǎo)部件的外周面及凸緣部和第1閥座部件形成的閥室(78)；配置于閥室中并朝向閥芯對第1閥座部件施力的彈簧部件(82)。在流體通道的內(nèi)壁部與第1閥座部件之間設(shè)有將流體通道的閥芯側(cè)和閥室連通的間隙部(80)。
文檔編號F16K5/20GK102900865SQ20121026411
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者河內(nèi)英樹, 若林拓也, 金沢卓磨 申請人:株式會社京濱, 本田技研工業(yè)株式會社