JP2009127720A - 流体バルブ装置および燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】弁座に対する弁部の着座性、弁口の閉弁性を確保することができる流体バルブ装置および燃料電池システムを提供する。
【解決手段】流体バルブ装置１は、弁口２４を形成する弁座２５と流体通過孔２７とをもつボディ２と、カム面３４，３５をもつカムシャフト３と、ボディ２に設けられカムシャフト３をこれの軸線３ｃ回りで回転させる駆動部４と、弁口２４を開閉させる弁部５１をもつ弁軸５と、弁軸５とカムシャフト３との間に位置するように弁軸５に設けられたプレート部材６（７，８）とを備える。プレート部材６（７，８）は、カムシャフト３のカム面３４，３５に沿って係合することにより弁座２５を弁口２４に対して開閉させる係合部７０，８０をもち、更に、弁軸５の軸長方向に沿った方向にバネ性を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は流体バルブ装置および燃料電池システムに関する。

特許文献１は、流体が流れる弁口を形成する弁座と弁口に連通する流体通過孔とをもつボディと、ボディに回転可能に設けられカム面をもつカム部材と、ボディに設けられカム部材をこれの軸線回りで回転させる駆動モータと、弁口を開閉させる弁部をもつ弁軸と、弁軸を開弁方向に付勢するバネと、弁軸とカム部材との間に位置する押圧棒とを備えているバルブ装置を開示している。押圧棒の両端部はボディの係合孔に嵌合して係合されている。このものによれば、駆動モータが閉弁方向に駆動すると、カム部材が閉弁方向に回転し、カム面が弁軸を閉弁方向に移動させる。駆動モータが開弁方向に駆動すると、カム部材が開弁方向に回転し、カム面が弁軸を開弁方向に付勢する。特許文献２は、カム溝をもつ偏心カムと、偏心カムを回転させる駆動モータと、
スプールとをもつポペットリフト量制御機構を開示している。このものによれば、駆動モータが駆動すると、偏心カムが回転し、スプールがこれの軸長方向に沿って移動する。
特開昭６０−１２６７７１号公報 特開昭６０−８４８７６号公報

上記した従来技術によれば、弁座、弁軸等の部品に精度のバラツキが存在していることがある。このような場合であっても、弁座に対する弁部の着座性、弁口の閉弁性を良好に確保するには限界があった。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、弁座、弁軸、カム面等の部品に精度のバラツキが存在していたとしても、弁軸の弁部を弁座に良好に押し当てることができ、従って、弁座に対する弁部の着座性、弁口の閉弁性を確保することができる流体バルブ装置および燃料電池システムを提供することを課題とする。

（１）様相１に係る流体バルブ装置は、（ｉ）流体が流れる弁口を形成する弁座と弁口に連通する流体通過孔とをもつボディと、（ｉｉ）ボディに回転可能に設けられカム面をもつカムシャフトと、（ｉｉｉ）ボディに設けられカムシャフトをこれの軸線回りで回転させる駆動部と、（ｉｖ）弁口を開閉させる弁部をもつ弁軸と、（ｖ）弁軸とカムシャフトとの間に位置するように弁体に設けられ、駆動部の駆動に伴いカムシャフトが回転するとき、回転するカムシャフトのカム面に沿って係合することにより弁部を弁口に対して閉弁および／または開弁させる係合部をもち、且つ、弁軸の軸長方向に沿った方向にバネ性を有するプレート部材とを具備していることを特徴とする。

様相１によれば、駆動部の駆動に伴いカムシャフトがこれの軸芯回りで回転するとき、係合部がカムシャフトのカム面に沿って係合する。これにより弁部を弁口に対して閉弁弁および／または開弁させる。ここで、閉弁時の場合には、弁部を弁座に強く着座させると、弁部および弁座の摩耗が進行し易い。プレート部材は、弁軸の軸長方向に沿った方向にバネ性を有するため、弁座、弁軸、カム面等の部品に精度のバラツキが存在していたとしても、弁軸の弁部を弁座に良好に押し当てて閉弁させることができる。従って、弁口の閉弁性を良好に確保することができる。従って弁座、弁軸、カム面等の部品に精度のバラツキの許容性を高めることができ、量産品として好適する。

更に、プレート部材は、弁軸の軸長方向に沿った方向にバネ性を有するものの、プレート部材の表面に沿った面方向において、即ち、弁軸の軸直角方向において高い剛性を有する。このためプレート部材の係合部がカムシャフトのカム面に沿って係合しつつ摺動するとき、プレート部材の係合部の移動軌跡の安定性が確保される。従ってプレート部材の係合部の動作の安定性が維持される。

（２）様相２に係る流体バルブ装置によれば、上記様相において、係合部がカム面に沿って摺動するときにおいて弁軸の軸芯の傾斜を抑制する傾斜抑制部がボディに設けられていることを特徴とする。係合部がカム面に沿って摺動するとき、弁軸には付勢力が作用するため、弁軸の軸芯が傾くおそれがある。そこで傾斜抑制部は弁軸の軸芯の傾斜を抑制するため、弁軸の軸芯が傾くような変位が抑制される。従って、弁部の弁軸の移動が円滑となる。

（３）様相３に係る流体バルブ装置によれば、上記様相において、カム面は、閉弁用カム面と開弁用カム面とを備えており、プレート部材は、閉弁用カム面に係合する閉弁用係合部をもつ閉弁用プレート部材と、開弁用カム面に係合する開弁用係合部をもつ開弁用プレート部材とを備えていることを特徴とする。本様相によれば、閉弁用プレート部材の閉弁用係合部は、閉弁用カム面に係合しつつ摺動する。開弁用プレート部材の開弁用係合部は、開弁用カム面に係合しつつ摺動する。このように開弁用カム面と開弁用係合部とは、閉弁動作に対して独立して開弁動作を実施する。また閉弁用カム面と閉弁用係合部とは、開弁動作に対して独立して閉弁動作を実施する。閉弁用プレート部材の厚み方向のバネ定数をＫｃとし、開弁用プレート部材の厚み方向のバネ定数をＫｏとすると、流体バルブ装置の種類、用途などに応じて、Ｋｃ＝Ｋｏ、Ｋｃ≒Ｋｏ、Ｋｃ＞Ｋｏ、Ｋｃ＜Ｋｏが例示される。

（４）様相４に係る流体バルブ装置によれば、上記様相において、閉弁用プレート部材の閉弁用係合部が閉弁用カム面に係合しつ摺動するとき、開弁用プレート部材の開弁用係合部が開弁用カム面に非接触であり、且つ、開弁用用プレート部材の開弁用係合部が開弁用カム面に係合しつ摺動するとき、閉弁用プレート部材の閉弁用係合部が閉弁用カム面に非接触であることを特徴とする。

閉弁用プレート部材の閉弁用係合部が閉弁用カム面に係合しつつ摺動するとき、開弁用プレート部材の開弁用係合部が開弁用カム面に非接触であるため、閉弁用係合部の閉弁動作は安定する。同様に、開弁用プレート部材の開弁用係合部が開弁用カム面に係合しつつ摺動するとき、閉弁用プレート部材の閉弁用係合部が閉弁用カム面に非接触であるため、開弁用係合部の開弁動作は安定する。

（５）様相５に係る流体バルブ装置によれば、上記様相において、閉弁用プレート部材および開弁用プレート部材のうちの少なくとも一方は、弁軸の軸長方向において位置調整できる構造とされていることを特徴とする。従って、閉弁用プレート部材の閉弁用係合部、および、開弁用プレート部材の開弁用係合部のうちの少なくとも一方の位置調整を実施できる。閉弁用係合部および開弁用係合部の面圧および／または摺動性を調整できる。この場合、閉弁用プレート部材および開弁用プレート部材をブロックに取り付け、ブロックを弁軸の軸長方向に沿って移動させ得る構造が例示される。

（６）様相６に係る流体バルブ装置によれば、上記様相において、閉弁用プレート部材の厚み方向のバネ定数をＫｃとし、開弁用プレート部材の厚み方向のバネ定数をＫｏとするとき、Ｋｃ／Ｋｏは０．８〜１．２に設定されていることを特徴とする。Ｋｃ／Ｋｏは同程度であるため、閉弁用プレート部材および開弁用プレート部材の共通部品化に有利となり、コスト低減に貢献できる。

（７）様相７に係る流体バルブ装置によれば、上記様相において、閉弁用プレート部材の厚み方向のバネ定数をＫｃとし、開弁用プレート部材の厚み方向のバネ定数をＫｏとするとき、Ｋｃ＞ＫｏまたはＫｃ＝Ｋｏの関係に設定されていることを特徴とする。
閉弁用プレート部材は厚み方向にバネ性を発揮しつつも、開弁用プレート部材よりも剛性が高めである。従って、閉弁用カム面と閉弁用係合部との摺動による閉弁駆動力を閉弁用プレート部材に効果的に伝達でき、閉弁動作を良好になし得る。

（８）様相８に係る流体バルブ装置によれば、上記様相において、閉弁用プレート部材の厚み方向のバネ定数をＫｃとし、開弁用プレート部材の厚み方向のバネ定数をＫｏとするとき、Ｋｃ≦Ｋｏの関係に設定されていることを特徴とする。
開弁用プレート部材は厚み方向にバネ性を発揮しつつも、閉弁用プレート部材よりも剛性が高めである。従って、開弁用カム面と開弁用係合部との摺動による開弁駆動力を開弁用プレート部材に効果的に伝達できる。この場合、閉弁状態の弁部が弁座に凍結等で固着しているとき、弁部を開弁させるのに有利である。

（９）様相９に係る流体バルブ装置によれば、上記様相において、カムシャフトの軸長方向の一端部は駆動部に接続され、軸長方向の他端部は、ボディに設けられた軸受に回転可能に支持されており、軸受は、プレート部材の係合部の移動空間を形成するように切欠をもつことを特徴とする。プレート部材の係合部の移動空間が切欠により形成されている。このため、ボディ内が狭いときであっても、係合部の移動空間が確保され、カム部のカム動作が確保される。

（１０）様相１０に係る流体バルブ装置によれば、上記様相において、プレート部材はこれのバネ定数を調整するバネ定数調整部をもつことを特徴とする。バネ定数調整部はリブ、突起、孔、スリット、溝が例示される。この場合、プレート部材の厚み方向のバネ定数、および／または、プレート部材の面方向のバネ定数が調整できる。

（１１）様相１１に係る燃料電池システムは、燃料極および酸化剤極をもつ燃料電池と、燃料電池の燃料極に供給される燃料を通過させる燃料通路と、燃料電池の酸化剤極に供給される酸化剤を通過させる酸化剤通路と、燃料電池の燃料極から排出された発電反応後の燃料オフ流体を通過させる燃料オフ通路と、燃料電池の酸化剤極から排出された発電反応後の酸化剤流体を通過させる酸化剤オフ通路とを具備する燃料電池システムにおいて、燃料通路、酸化剤通路、燃料オフ通路および酸化剤オフ通路のうちの少なくとも一方は、上記した各様相に記載の流体バルブ装置を備えていることを特徴とする。本様相によれば、上記した様相と同様の作用効果が得られる。

本発明によれば、駆動部の開弁方向への駆動に伴い、カムシャフトがこれの軸芯回りで開弁方向に回転するとき、係合部がカムシャフトのカム面に沿って係合しつつ一方向に摺動する。これにより弁部を弁口に対して開弁させる。また駆動部の閉弁方向への回転に伴いカムシャフトがこれの軸芯回りで閉弁方向に回転するとき、係合部がカムシャフトのカム面に沿って係合しつつ他方向に摺動する。これにより弁部を弁口に対して閉弁させる。

このとき、プレート部材は、弁軸の軸長方向に沿った方向にバネ性を有するため、弁座、弁軸、カム面等の部品に精度のバラツキが存在していたとしても、バラツキをプレート部材のバネ性により吸収し、弁軸の弁部を弁座に良好に押し当てて閉弁させることができる。従って、弁座に対する弁部の着座性、弁口の閉弁性を確保することができる。故に弁座、弁軸、カム面等の部品に精度のバラツキの許容性を高めることができ、量産品として適する。

更に、プレート部材は、プレート形状という形状特性を有するため、弁軸の軸長方向に沿った方向に所定のバネ性を発揮できるものの、プレート部材の表面に沿った面方向において、即ち、弁軸の軸直角方向において高い剛性を発揮できる。換言すると、プレート部材の厚み方向（弁軸の軸長方向に沿った方向）におけるバネ定数よりも、プレート部材の面方向（弁軸の軸芯に対して軸直角方向）におけるバネ定数は、高いという特性が得られる。このためプレート部材の係合部がカムシャフトのカム面に沿って係合しつつ摺動するとき、係合部がプレート部材の面方向においてずれ変位することが抑制される。故に、係合部の移動軌跡の安定性が確保される。従ってプレート部材の係合部の動作の安定性が維持される。

ボディは、流体が流れる弁口を形成する弁座と、弁口に連通する流体通過孔とをもつものである。流体は、特に限定されず、液体でも、気体でも良い。カムシャフトはボディに回転可能に設けられており、カム面をもつ。駆動部は、ボディに設けられており、カムシャフトをこれの軸線回りで回転させるものである。弁軸は弁口を開閉させるための弁部をもつ。カムシャフトの端部を回転可能に支持する軸受部は、円筒形状でも良いし、半円筒形状でも良いし、２／３円筒形状でも良く、要するにカムシャフトのシャフト部の軸芯の回りを１周していなくても良い。プレート部材は、弁軸とカムシャフトとの間に位置するように弁体に設けられている。プレート部材は、係合部に向かうにつれて幅が狭くなる形状（Ｖ形状、扇形状、Ｙ形状）にできる。駆動部の駆動に伴いカムシャフトが回転するとき、プレート部材の係合部はカム従動子として機能し、従って、回転するカムシャフトのカム面に沿って係合しつつ摺動する。これによりカムシャフトの回転運動が弁軸の直進運動に変換され、弁軸の弁座をボディの弁口に対して開閉させることができる。プレート部材は、弁軸の軸長方向に沿った方向にバネ性を有するものであり、材質は限定されない。

上記したカム面は、閉弁用カム面と開弁用カム面とを備えていることが好ましい。プレート部材は、閉弁用カム面に係合する閉弁用係合部をもつ閉弁用プレート部材と、開弁用カム面に係合する開弁用係合部をもつ開弁用プレート部材とを備えていることが好ましい。更に、係合部がカム面に沿って摺動するときにおいて弁軸の軸芯の傾斜を抑制する傾斜抑制部がボディに設けられていることが好ましい。

（実施形態１）
図１〜図９は実施形態１を示す。図１は、弁部が開弁位置に設定されている流体バルブ装置を示す。図２は、弁部が閉弁位置に設定されている流体バルブ装置を示す。図９は流体バルブ装置を示す。流体バルブ装置１（以下、バルブ装置という）は、例えば燃料電池システム等の流体システムに使用されており、流体（例えば燃料電池システムでは反応ガス（例えば、酸素含有ガス等のカソードガス、水素ガス等のアノードガス）の供給および停止を実施するシャットバルブとして使用されるものである。図１に示すように、バルブ装置１は、硬質樹脂（例えばＰＰＳ樹脂等）または金属製（例えば鉄、アルミニウム合金等）のボディ２と、カムシャフト３と、駆動部として機能する駆動モータ４と、弁軸５と、閉弁および開弁用のプレート部材６（係合部材）とを備えている。

図１および図２に示すように、ボディ２は、第１ボディ２１と、取付具９８ｋおよびシール部２３を介して第１ボディ２１に固定された第２ボディ２２とを備えている。第１ボディ２１は、流体が流れる円形状の弁口２４を形成するように筒形状に突出する弁座２５と、弁口２４に連通する弁室２６と、弁室２６および弁口２４に連通する流体通過孔２７（図９参照）とをもつ。弁室２６は作動室２９に対して非連通とされている。

弁口２４はボディ２の一面２ｆに開口している。弁口２４は、燃料電池システムでは、燃料電池のスタックの酸化剤極に連通する。流体通過孔２７はボディ２の他面２ｓに開口する。ボディ２の一面２ｆおよび他面２ｓは互いに交差（直交）する面とされている。

バルブ装置１が例えば燃料電池システムに適用される場合には、弁口２４は燃料電池の酸化剤極（カソード）の出口または入口に繋がる。弁室２６および作動室２９は、第２ボディ２２の遮蔽壁２８により区画されている。遮蔽壁２８は、弁室２６および作動室２９に連通する軸孔２８ａをもつ。

図１に示すように、第１ボディ２１のモータ取付側には、貫通孔２０１をもつベース２００が着脱可能に取り付けられている。図８に示すように、ベース２００は、第１ボディ２１に取付具９８ｂにより着脱可能に取り付けられている。

図１および図２に示すように、カムシャフト３は、ボディ２に回転可能に設けられたシャフト部３０と、シャフト部３０の軸長方向の中間部に設けられた突起状をなすカム部３２とをもつ。シャフト部３０は金属で形成しても良いし、硬質樹脂で形成しても良い。カム部３２は金属で形成しても良いし、硬質樹脂で形成しても良い。カム部３２の径はシャフト部３０の径よりも大きくされている。図１に示すように、カムシャフト３の軸長方向の一端部３ｆは、ボディ２のベース２００の貫通孔２０１にブッシュ２０３（軸受）および係止リング２０４（係止具）を介して回転可能に嵌合されている。カムシャフト３の軸長方向の一端部３ｆは、ベース２００の表出面よりも寸法ΔＬ１ぶん駆動モータ４側に突出し、駆動モータ４と連結されている（図１，図３参照）。

駆動モータ４は入力パルス数に応じて駆動するステッピングモータであり、カムシャフト３の軸長方向の一端部３ｆ（上端部、スプラインやセレーション等の噛合突起部）に嵌合する嵌合孔４０（スプラインやセレーション等をもつ噛合孔）をもつ。カムシャフト３の軸長方向の他端部３ｓ（下端部）は、第２ボディ２２の一部を形成する突起状の軸受部２２ｋに回転可能にあてがわれている。軸受部２２ｋは、空間２２ｈ（図１参照）を形成するように非リング形状をなしている。軸受部２２ｋは切欠２２ｘ（図１，図８参照）を備えており、カムシャフト３の軸芯３ｃの回りの所定範囲において（例えば２／３周）する範囲内で、カムシャフト３の軸長方向の他端部３ｓを覆っている。

このように軸受部２２ｋの切欠２２ｘにより空間２２ｈが形成される。このため、閉弁用プレート部材７の閉弁用係合部７０の移動および／または撓みのための必要空間が確保される。ここで、軸受部２２ｋの内面２２ｉ（断面で円弧形状）は、カムシャフト３のシャフト部３０の外周面３０ｐに接触しつつ摺動する。従って、図１に示すように、カムシャフト３はこれの軸長方向において、軸受部２２ｋおよびベース２００により両端支持されており、カムシャフト３の回転動作の円滑性が確保されている。

カム部３２はカム面３３をもつ。図１および図２に示すように、カム面３３は、互いに背向する閉弁用カム面３４と、開弁用カム面３５とを備えている。閉弁用カム面３４は、カムシャフト３の軸芯３ｃに対して螺旋状に傾斜している。開弁用カム面３５は、カムシャフト３の軸芯３ｃに対して閉弁用カム面３４と同じ向きに螺旋状に傾斜している。なお、カム部３２は軽量性等を考慮し、硬質樹脂またはゴム等の高分子材料を基材としても良い。場合によって金属を基材としても良い。閉弁用カム面３４および開弁用カム面３５は、互いに背向して反対側に形成されており、しかも外面に露出しているため、カム溝を形成する場合よりも成形が容易となる。故に、閉弁用カム面３４のカム曲線、開弁用カム面３５のカム曲線を適切に成形できる。従ってシャフト部３０およびカム部３２を含むカムシャフト３全体を、樹脂等の高分子材料の成形で一体成形することも可能であり、コスト低廉化に一層貢献できる。

図５は閉弁用カム面３４のカム曲線の展開軌跡を示す。図６は開弁用カム面３５のカム曲線の展開軌跡を示す。上記した閉弁用カム面３４のカム曲線、開弁用カム面３５のカム曲線を必要に応じて設定すれば、弁軸５の弁部５１の動作速度などを任意に設定できる。

図５に示すように、閉弁用カム面３４は、両端に第１平坦面３４ｆおよび第２平坦面３４ｓをもつ。図６に示すように、開弁用カム面３５は、両端に第１平坦面３５ｆおよび第２平坦面３５ｓをもつ。第１平坦面３４ｆ，３５ｆおよび第２平坦面３４ｓ，３５ｓは、カムシャフト３のシャフト部３０の軸芯３ｃに対して軸直角方向に沿っている。

閉弁用カム面３４において、第１平坦面３４ｆは、弁部５１を閉弁状態に維持し、弁部５１が開弁方向に戻ることを抑制する（図５および図２参照）。これに対して開弁用カム面３５において、第２平坦面３５ｓは、弁部５１を開弁位置に維持しており、弁部５１が閉弁方向に戻ることを抑制する（図６および図１参照）。

なお、閉弁用カム面３４および開弁用カム面３５によれば、カムシャフト３が軸芯３ｃの回りを２７０〜３４０°（例えば３１５°）回転すると、開弁位置から閉弁位置に変更できる。

弁軸５について説明を加える。図１および図２に示すように、弁軸５は、ボディ２の遮蔽壁２８の軸孔２８ａに移動可能に挿入された長軸形の軸部５０と、軸部５０の先端（下端）に形成された鍔状をなす弁部５１と、軸部５０に取付具９８ｘ（ロックナット）により固定されたブロック５２とを備えている。弁軸５の軸芯５ｖはカムシャフト３の軸芯３ｃに対して寸法Ｍ（図１参照）離間している。弁軸５はカムシャフト３とほぼ平行となるように並設されている。

図１および図２に示すように、鍔状をなす弁部５１は、軸部５０よりも径大とされている。弁部５１には、弁部５１よりも軟質の弾性被覆層５４が積層されており、これにより弁口２４を弁部５１で閉弁しているとき、弁口２４のシール性が確保される。弾性被覆層５４は、弁部５１のうち弁口２４に対面する部分５４ａと、弁口２４に背向するように遮蔽壁２８に対面する部分５４ｃにも被覆されている。閉弁時には、図２において矢視Ｍ１として示すように、弁座２５の先端部（上端部）が弾性被覆層５４にこれの厚み方向に食い込んでおり、閉弁封止性が高まる。

図１および図２に示すように、プレート部材６は、弁軸５の軸部５０にブロック５２を介して取付具９８ｘにより着脱可能に取り付けられている。プレート部材６は、閉弁用カム面３４に係合する閉弁用係合部７０をもつ閉弁用プレート部材７と、開弁用カム面３５に係合する開弁用係合部８０をもつ開弁用プレート部材８とを備えている。閉弁用プレート部材７および開弁用プレート部材８は、ブロック５２の長さ相当ぶん間隔を隔てて、互いに対向するように並設されている（図１参照）。なお本実施形態によれば、弁軸５の軸長方向において、開弁用プレート部材８および閉弁用プレート部材７のうち、閉弁用プレート部材７は開弁用プレート部材８よりも弁部５１に接近した位置に配置されている。換言すると、開弁用プレート部材８は閉弁用プレート部材７よりも弁部５１から離間した位置に配置されている。

図８は開弁用プレート部材８の平面視を示す。図８に示すように、開弁用プレート部材８は、カムシャフト３の軸芯３ｃに対して開弁用係合部８０から離間するにつれて互いに拡開するように傾斜する２個１組の開弁用アーム部８２を有しており、全体としてほぼＶ形状（二股形状）をなしている。

図８に示すように、開弁用アーム部８２は、開弁用係合部８０に接近するにつれてが互いに接近する向きに角度θ１で傾斜する傾斜辺８３をもつ。このように閉弁用プレート部材７は傾斜辺８３をもち、Ｖ形状をなしている。このため、閉弁用プレート部材７の先端側の閉弁用係合部７０のバネ性（弾性変形量）を増加させることができる。このように傾斜辺８３がカム部３２から退避している。このため、カムシャフト３が軸芯３ｃ回りで回転するときであっても、カム部３２と開弁用プレート部材８との無用な摩擦接触が回避され、カム部３２の円滑な回転が維持される。

換言すると、図８に示すように、開弁用アーム部８２の連接部分（Ｖ形状の付け根部分）には、開弁用係合部８０が形成されている。開弁用アーム部８２のうち開弁用係合部８０から離間する部分８２ｅは、ブロック５２に着脱可能に取付具９８ｆにより着脱可能に取り付けられている。なお、開弁用係合部８０は、開弁用プレート部材８の中央に形成されているため、カムシャフト３の右回転および左回転の双方に良好に対処できる。

図４は、閉弁用プレート部材７の平面視を示す。閉弁用プレート部材７は、閉弁用係合部７０に近づくにつれて互いに接近する向きに角度θ２で（θ２＝θ１）傾斜する２個１組の閉弁用アーム部７２を有しており、全体としてほぼＶ形状（二股形状）をなしている。よって、閉弁用係合部７０に近づくにつれて互いに接近するように傾斜する傾斜辺８３が形成されている。このように閉弁用プレート部材７もＶ形状をなしている。このため、閉弁用プレート部材７の先端側の閉弁用係合部７０のバネ性（弾性変形量）を増加させることができる。

図４から理解できるように、傾斜辺８３が形成されているため、閉弁用プレート部材７はカム部３２からできるだけ退避している。このため、カムシャフト３が回転するときであっても、カム部３２と閉弁用プレート部材７との無用な摩擦接触が回避される。図４に示すように、アーム部７２の連接部分（Ｖ形状の付け根部分）には、閉弁用係合部７０が形成されている。アーム部７２のうち閉弁用係合部７０と離間する部分７２ｅは、取付具９８ｒにより着脱可能に角形状のブロック５２に取り付けられている。図４に示すように、閉弁用係合部７０は閉弁用プレート部材７の中央に形成されているため、カムシャフト３の右回転および左回転の双方に良好に対処できる。

本実施形態によれば、上記した閉弁用係合部７０は、閉弁用プレート部材７の先端において、閉弁用カム面３４に向けて突出するように半球状あるいは球状にプレス成形等の成形で曲成されている。従って、閉弁用係合部７０は、閉弁用カム面３４に対して点接触または疑似点接触の状態となる。また、開弁用係合部８０は、開弁用プレート部材８の先端において、開弁用カム面３５に向けて突出するように半球状あるいは球状にプレス成形等の成形で曲成されている。従って、開弁用係合部８０は、開弁用カム面３５に対して点接触または疑似点接触の状態となる。プレス成形すれば、各係合部７０，８０の加工硬化による耐摩耗性向上を期待できる。

ここで、閉弁用プレート部材７および開弁用プレート部材８は、これらの厚み方向にバネ性を有しており、金属製（例えばバネ鋼等の鉄、アルミニウム合金等）または硬質樹脂（例えばＰＰＳ樹脂等）で形成されている。閉弁用プレート部材７のバネ力（バネ定数）、開弁用プレート部材８のバネ力（バネ定数）は、互いに同程度とされている。従って部品の共通化を図り得る。なお、場合によっては、閉弁用プレート部材７のバネ力（バネ定数）と、開弁用プレート部材８のバネ力（バネ定数）とは、互いに相違していても良い。

更に、前述したように、開弁用プレート部材８は、平面視でＶ形状をなしている。Ｖ形状の連接部分には、開弁用係合部８０が形成されている。同様に、閉弁用プレート部材７は、平面視でＶ形状をなしている。Ｖ形状の連接部分には、閉弁用係合部７０が形成されている。かかるＶ形状の特性からも、開弁用係合部８０および閉弁用係合部７０は、弁軸５の軸長方向に沿って弾性バネとして変位し易くなる利点が得られる。

さて、本実施形態によれば、駆動モータ４が閉弁方向に回転駆動するときには、カムシャフト３がこれの軸芯３ｃ回りで閉弁方向に回転し、閉弁用プレート部材７の閉弁用係合部７０が閉弁用カム面３４に係合しつつ摺動する。このため、弁軸５が閉弁方向（図２に示す矢印Ｙ１方向）に移動し、弁部５１が弁座２５に着座し、弁口２４が閉鎖される。上記したように閉弁用カム面３４の第１平坦面３４ｆおよび第２平坦面３４ｓは、カムシャフト３のシャフト部３０の軸芯３ｃに対して軸直角方向に沿っている。このため弁軸５の弁部５１が弁座２５に過剰に押し付けられることが抑制される。更に、弁部５１が弁座２５に着座する着座性が安定し、閉弁状態が安定する。

上記したようにカムシャフト３および弁軸５が閉弁方向に作動するとき、閉弁用係合部７０が閉弁用カム面３４に摺動するものの、開弁用プレート部材８の開弁用係合部８０が開弁用カム面３５に第１微小隙間３５ｃ（図２参照，バルブ装置１のサイズにもよるが、０．１〜７ミリメートル程度）を介して非接触あるいは疑似非接触（ときどき、接触する場合）とされている。このため閉弁動作時には、閉弁用カム面３４が機能し、開弁用カム面３５は実質的に機能しない。従って閉弁動作が良好となる。

これに対して駆動モータ４が開弁方向に回転駆動するときには、カムシャフト３がこれの軸芯３ｃ回りで開弁方向に回転し、開弁用プレート部材８の開弁用係合部８０が開弁用カム面３５に係合しつつ摺動するため、弁軸５が開弁方向（矢印Ｙ２方向）に移動し、弁部５１が弁座２５から離間し、弁口２４が開放される。上記したように開弁用カム面３５の第１平坦面３５ｆおよび第２平坦面３５ｓとは、カムシャフト３のシャフト部３０の軸芯３ｃに対して軸直角方向に沿っている。このため弁軸５の弁部５１が開放位置に存在するとき、開放位置が安定する。

上記したようにカムシャフト３および弁軸５が開弁方向に作動するとき、開弁用係合部８０が開弁用カム面３５に係合しつつ摺動するものの、閉弁用プレート部材７の閉弁用係合部７０が閉弁用カム面３４に第２微小隙間３４ｃ（図１参照）を介して非接触あるいは疑似非接触とされている。このため開弁動作時には、開弁用カム面３５が機能し、閉弁用カム面３４は実質的に機能しない。このため開弁動作が円滑に維持される。このように開弁用カム面３５と開弁用係合部８０とは、閉弁動作に対して独立して開弁動作を実施する。また閉弁用カム面３４と閉弁用係合部７０とは、開弁動作に対して独立して閉弁動作を実施する。

上記したように本実施形態によれば、カムシャフト３の回転が閉弁用プレート部材７および開弁用プレート部材８を介して弁軸５および弁部５１の直進運動に変換される。このため、カムシャフト３、プレート部材６および弁軸５は、駆動モータ４側の回転運動を弁部５１の直進運動に変換する運動変換機構として機能することができる。

上記したように本実施形態によれば、弁軸５の弁部５１の開閉動作は、駆動モータ４に入力させるパルス数のみに依存することなく、カム部３２の開弁用カム面３５および閉弁用カム面３４のカム形状に依存して機械的に行なわれる。このためパルスの脱調等といった駆動モータ４における制御バラツキが万一発生したとしても、弁部５１の開閉動作には支障がない。従って弁部５１の閉弁封止性が確保される。従ってバルブ装置１の耐久性の向上に貢献できる。

更に、弁部５１の閉弁時における閉弁姿勢の保持力は、駆動モータ４の保持力のみに依存せず、閉弁用カム面３４に基づいて機械的に設定される。同様に、弁部５１の開弁時における開弁姿勢の保持力は、駆動モータ４の保持力のみに依存せず、開弁用カム面３５に基づいて機械的に設定される。

図１および図２に示すように、電子部品として機能するスイッチセンサ９がボディ２の作動室２９に位置するように複数の取付具９８ｓ（例えばボルト）により取り付けられている。取付具９８ｓはボディ２の外側に露出している。スイッチセンサ９は、弁軸５の閉弁位置および／または開弁位置を検知するものである。ボディ２の外側から取付具９８ｓを操作すれば、取付具９８ｓを緩めたり取り外したりすることができる。このように取付具９８ｓをボディ２の外側から緩めたり外したりした状態で、スイッチセンサ９を弁軸５の軸長方向（矢印Ｈ１方向）において移動させれば、スイッチセンサ９をボディ２から離脱させること無く、スイッチセンサ９の検知位置を適宜調整することができ、スイッチセンサ９の検知精度を高めることができ、開弁位置および／または閉弁位置の検知精度を良好に高めることができる。

本実施形態によれば、閉弁用プレート部材７および開弁用プレート部材８における移動抵抗を低減させるため、以下のような事項が採用されている。
（１）閉弁用カム面３４および開弁用カム面３５のカムシャフト３の軸芯３ｃに対する傾斜角度ができるだけ小さく設定されている。
（２）閉弁用カム面３４および開弁用カム面３５は、固体潤滑剤を基材とする固体潤滑剤層で被覆されている。これにより摩擦抵抗が低減されている。固体潤滑剤は二硫化モリブデン、炭素が例示される。
（３）開弁用係合部８０および閉弁用係合部７０は半球形状とされており、摩擦抵抗が低減されている。

また本実施形態によれば、弁部５１の閉弁封止性を高めるため、弁部５１よりも軟質の弾性被覆層５４が弁部５１に被覆されている。これにより弁口２４を弁部５１で閉弁しているとき、弾性被覆層５４は弾性変形されるため、弁口２４のシール性が良好に確保される。

更に、開弁用係合部８０が開弁用カム面３５に沿って摺動して開弁動作するときにおいて、弁軸５の軸芯５ｖを傾斜させるように付勢力（図１に示す矢印Ｗ１方向）が弁軸５に作用するおそれがある。そこで図８に示すように、弁軸５の軸芯５ｖの傾斜を抑制する開弁用の傾斜抑制部９５（例えば樹脂または金属製）がボディ２の作動室２９内に設けられている。従って、弁軸５の軸芯５ｖの傾斜が発生しようとするときには、図８の矢視Ｍ４から理解できるように、弁軸５のブロック５２の表面５２ｓが傾斜抑制部９５に押圧される。このため、傾斜抑制部９５が上記付勢力に対してストッパ機能を果たすことができる。このため開弁時において弁軸５の軸芯５ｖの傾斜が抑制される。なお傾斜抑制部９５はスイッチセンサ９を取り付けるための機能も兼用している。

また同様に、閉弁用係合部７０が閉弁用カム面３４に沿って摺動するときにおいて、弁軸５の軸芯５ｖを傾斜させるように付勢力（図２に示す矢印Ｗ２方向）が弁軸５に作用するおそれがある。そこで図８に示すように、弁軸５の軸芯５ｖの傾斜を抑制する閉弁用の傾斜抑制部９６（例えば樹脂または金属製）がボディ２の作動室２９内に設けられている。従って、弁軸５の軸芯５ｖの傾斜が発生しようとするときには、弁軸５のブロック５２の表面５２ｆが閉弁用の傾斜抑制部９６に押圧される。このため傾斜抑制部９６が上記付勢力に対してストッパ機能を果たす。この結果、閉弁時および開弁時の双方において、弁軸５の軸芯５ｖの傾斜が抑制される。このように弁軸５の直進移動が円滑となる。故に、弁部５１の開閉動作時において、弁軸５の軸芯５ｖの傾斜が抑制されるため、弁部５１の閉弁封止性が良好に確保される。傾斜抑制部９５，９６は、ボディ２と一体成形しても良い。

上記したように閉弁動作時および開弁動作時には、カムシャフト３の他端部３ｓにも付勢力が作用するが、第２ボディ２２の突起状の軸受部２２ｋは、他端部３ｓに作用する付勢力に対抗する。このためカムシャフト３の軸芯３ｃの過剰な傾きは抑えられる。

以上説明したように本実施形態によれば、駆動モータ４の閉弁方向への回転駆動に伴い、カムシャフト３がこれの軸芯３ｃ回りで閉弁方向に回転する。このとき、閉弁用プレート部材７の係合部７０がカムシャフト３の閉弁用カム面３４に沿って係合しつつ摺動する。これにより弁部５１を弁座２５に向けて閉弁方向に移動させることができる。最終的には、弁部５１を弁座２５に着座させて弁口２４を閉鎖させることができる。

このとき、閉弁用プレート部材７は、弁軸５の軸長方向に沿った方向（矢印Ｈ１方向，閉弁用プレート部材７の厚み方向）においてバネ性を有する。このため、弁座２５、弁軸５、カム面３４，３５等といった各部品に精度のバラツキが存在していたとしても、あるいは、カム部３２の硬度にバラツキが存在するときであっても、弁軸５の弁部５１が弁座２５に過剰に押し当てられることが抑制される。更に、上記したバラツキを閉弁用プレート部材７のバネ性により吸収できる。このため、弁軸５の弁部５１を弁座２５に押し当てて良好に着座させることができる。従って、弁部５１の閉弁封止性を良好に確保することができる。

また本実施形態によれば、弁軸５の位置のバラツキ、カム部３２の硬度のバラツキ等により駆動モータ４の出力トルクが変動し、駆動モータ４の発生トルクの不足、駆動モータ４への過負荷等が発生したとしても、閉弁用プレート部材７および開弁用プレート部材５のバネ性によりこれらを吸収できる。このため、適性荷重を越える負荷が駆動モータ４にかからない構造とされている。

更に、駆動モータ４の開弁方向への回転駆動に伴い、カムシャフト３がこれの軸芯３ｃ回りで開弁方向に回転するとき、開弁用プレート部材８の開弁用係合部８０がカムシャフト３の開弁用カム面３５に沿って係合しつつ摺動する。これにより弁部５１が弁座２５から離間して弁口２４を開放させる。このとき図１に示すように、弁部５１が第２ボディ２２の遮蔽壁２８に衝突するおそれがある。このとき開弁用プレート部材８は、弁軸５の軸長方向に沿った方向（開弁用プレート部材８の厚み方向）にバネ性を有する。このため、弁座２５、弁軸５、カム面３４，３５等の各部品に精度のバラツキが存在していたとしても、弁部５１が遮蔽壁２８に強く衝突することが抑制される。よって弁部５１に対する保護性が向上する。更に、弁部５１に被覆されている軟質の弾性被覆層５４の部分５４ｃを介して遮蔽壁２８に衝突する。このため弁部５１に対する保護性が更に向上する。

上記したように閉弁用プレート部材７は弁軸５の軸長方向に沿った方向（矢印Ｈ１方向，閉弁用プレート部材７の厚み方向）にバネ性を有する。このため、閉弁用係合部７０と閉弁用カム面３４との過剰の面圧力が抑制される。故に、両者の摩耗が低減される。同様に、開弁用プレート部材８は弁軸５の軸長方向に沿った方向（矢印Ｈ１方向，開弁用プレート部材８の厚み方向）バネ性を有する。このため、開弁用係合部８０と開弁用カム面３５との過剰の面圧力が低減される。故に、両者の摩耗が低減される。従ってこれらの耐久性を向上できる。故に、カム部３２を硬質樹脂やゴム等の高分子材料で形成することが可能となり、軽量化、コスト低廉化を図り得る。但し、カム部３２を金属で形成することもできる。

更に、閉弁用プレート部材７は、弁軸５の軸長方向に沿った方向（矢印Ｈ１方向）にバネ性を有するものの、そのプレート形状特性から、閉弁用プレート部材７の表面に沿った面方向において、即ち、弁軸５の軸直角方向（図４における矢印Ｘ１方向）において高い剛性を有する。このため閉弁用プレート部材７の閉弁用係合部７０がカムシャフト３の閉弁用カム面３４に沿って摺動するとき、閉弁用プレート部材７の閉弁用係合部７０の軌跡の安定性が確保される。

同様に、開弁用プレート部材８は、弁軸５の軸長方向に沿った方向にバネ性を有するものの、そのプレート形状特性から、開弁用プレート部材８の表面に沿った面方向において、即ち、弁軸５の軸直角方向において高い剛性を有する。このため開弁用プレート部材８の開弁用係合部８０がカムシャフト３の開弁用カム面３５に沿って摺動するとき、開弁用プレート部材８の開弁用係合部８０の軌跡の安定性が確保される。

本実施形態によれば、図１に示すように、カムシャフト３の軸芯３ｃおよび弁軸５の軸芯５ｖは平行となるように並設されているため、小型化に有利となる。

図７は、駆動モータ４が取付具９８ｍによりボディ２に固定されている状態を示す。メンテナンス時には、取付具９８ｍを緩めて駆動モータ４をボディ２から取り外すことができる。駆動モータ４をボディ２から外した状態を図８に示す。図８に示すように、駆動モータ４をボディ２から取り外した状態では、ベース２００がボディ２に取り付けられているものの、作動室２９が外方に露出している。更に、開弁用プレート部材８等が作動室２９内において露出している。このため、取付具９８ｘを外せば、開弁用プレート部材８および閉弁用プレート部材７を弁軸５から取り外すことができる。したがって、開弁用プレート部材８および閉弁用プレート部材７の調整（例えば位置調整、バネ力調整など）、メンテナンスを容易に実施することができる。更に、弁軸５の調整も行うことができる。

更に、駆動モータ４をボディ２から取り外した状態では、カムシャフト３の一端部３ｆはベース２００からΔＬ１相当ぶん露出する（図３参照）。この状態で、カムシャフト３の一端部３ｆを、カムシャフト３の軸芯３ｃの回りで手動などで回転操作することができる。この結果、カム部３２の回転位置を調整することができる。

また、駆動モータ４をボディ２から取り外した後で、取付具９８ｂ（図８参照）を外せば、ベース２００に保持されているカムシャフト３を、ベース２００と共にボディ２から取り外すことができる。故に、カムシャフト３のメンテナンスも容易に行い得る。上記したように本実施形態は駆動モータ４をボディ２から外した状態でメンテナンスでき、メンテナンス性に優れている。

更に図２に示すように、ブロック５２のうち弁軸５を嵌合させている挿入孔５２ａ（断面円形状）には、雌螺子部５２ｃが形成されている。弁軸５の軸部５０（断面円形状）には雄螺子部５０ｃが形成されている。ブロック５２の雌螺子部５２ｃと弁軸５の軸部５０の雄螺子部５０ｃとを適宜螺進退させれば、弁軸５の軸長方向（矢印Ｈ１方向）においてブロック５２の取付位置を微調整することができる。これにより弁軸５に固定されている閉弁用プレート部材７および開弁用プレート部材８の位置を矢印Ｈ１方向において微調整できる。このため閉弁用プレート部材７の閉弁用係合部７０と閉弁用カム面３４との係合位置を微調整できる。同様に、開弁用プレート部材８の開弁用係合部８０と開弁用カム面３５との係合位置を微調整できる。ブロック５２は角形状でも良いし、円筒形状でも良い。

また組付時においても、ベース２００をボディ２に取り付けるものの、駆動モータ４をボディ２に取り付けていない状態では、図８に示すように、ボディ２の作動室２９が露出している。更に、開弁用プレート部材８、カムシャフト３等が作動室２９内において露出している。このため開弁用プレート部材８、カムシャフト３等のチューニング調整を容易に行うことができる。

更に本実施形態によれば、開弁時において、開弁用プレート部材８に対して開弁用の駆動力を与える箇所は、開弁用カム面３５との接触部分である開弁用係合部８０である。開弁用係合部８０は、弁軸５の軸芯５ｖから距離ΔＬ３（図２参照）離間している。このためカムシャフト３が開弁用カム面３５と共に開弁方向に回転するとき、開弁用の力が開弁用係合部８０に与えられる。このとき開弁用の駆動力と距離ΔＬ３とを乗算したモーメントに基づく開弁駆動力が弁軸５に与えられる。このため寒冷地等において、弁部５１が弁座２５に凍結固着しているときであっても、モーメントに起因する開弁駆動力を増加できるため、弁部５１の開弁動作に有利である。

本実施形態によれば、ボディ２のうち駆動モータ４側には窓開口２ｗ（図２参照）が形成されており、作動室２９における放熱性、軽量性、構造簡素性等が高められている。必要に応じて、窓開口２ｗをカバーで覆っても良いし、あるいは、駆動モータ４を含めてカバーで覆っても良い。なお、上記したバルブ装置１は、例えば燃料電池システムにおいて、カソードガスばかりか、アノードガスの供給および停止を実施するシャットバルブとして使用することもできる。

本実施形態によれば、カム面３４，３５を摺動するプレート部材７，８がバネ性を有することにより、弁部５１と弁座２５との押し付け設定荷重を常に一定にすることができる。例えば、弁封止性能を満足するある荷重を設定した場合、初期には、軟質の弾性被覆層５４が柔らかいため、弾性被覆層５４が撓み、経年変化後には、弾性被覆層５４が次第に硬化していくため、弾性が低下していくことがある。このような場合であっても、バネ性を有するプレート部材７，８が撓むことにより設定荷重を大幅に超えることが抑えられる。弁体と同軸で機構部を設けた場合には、高さが増加することになり、小さなスペースでの搭載が困難となるおそれがある。この点本実施形態によれば、図１に示すように、弁軸５の軸部５０と駆動モータ４側のシャフト部３０（機構部の駆動軸）とが互いにほぼ平行となるように並設された状態で分かれているため、高さを抑えるのに有利となり、省スペースでの搭載が可能となった。

（実施形態２）
図１０は、燃料電池システムを示す。燃料電池システムは、燃料極および酸化剤極をもつ燃料電池のスタック１００と、燃料電池の燃料極に供給される燃料を通過させる燃料バルブ１０１をもつ燃料通路１０１ｗと、燃料電池のスタック１００の酸化剤極に供給される酸化剤を通過させる酸化剤バルブ１０２をもつ酸化剤通路１０２ｗと、燃料電池のスタック１００の燃料極から排出された発電反応後の燃料オフ流体を通過させる燃料オフバルブ１０３をもつ燃料オフ通路１０３ｗと、燃料電池のスタック１００の酸化剤極から排出された発電反応後の酸化剤流体を通過させる酸化剤オフバルブ１０４をもつ酸化剤オフ通路１０４ｗとを有する。燃料バルブ１０１、酸化剤バルブ１０２、燃料オフバルブ１０３および酸化剤オフバルブ１０４のうちの少なくとも一方は、上記した流体バルブ装置で構成されている。酸化剤バルブ１０２および／または酸化剤オフバルブ１０４は、上記した流体バルブ装置で構成されていることが好ましい。

（実施形態３）
図１１は、燃料電池システムの要部を示す。燃料電池システムは、燃料電池のスタック１００と、スタック１００のエンドプレート１０１側に組み付けられスタック１００の酸化剤極に供給するカソードガスを加湿する加湿器２００と、加湿器２００にカソードガスを送給する供給管２１０と、加湿器２００からカソードオフガスを排出す排出管２２０とをもつ。

更に、図１１に示すように、燃料電池のスタック１００の酸化剤極に供給される酸化剤を通過させる酸化剤バルブ１０２が設けられている。燃料電池のスタック１００の酸化剤極から排出された発電反応後の酸化剤オフガスを通過させる酸化剤オフバルブ１０４が設けられている。

加湿器２００は、スタック１００の酸化剤極に供給するカソードガスを加湿するための加湿室２０１と、スタック１００の酸化剤極から排出されたカソードオフガスの湿分を吸湿するための吸湿室２０２と、吸湿室２０２および加湿室２０１を仕切る膜状をなす水分保有部材２０３とを備えている。

図１１に示すように、酸化剤バルブ１０２は実施形態１に係るバルブ装置であり、スタック１００の酸化剤極の入口に連通する弁口２４と、加湿器２００の加湿室２０１側に連通する流体通過孔２７とを有する。弁口２４はボディ２のうち一面２ｆに形成されている。流体通過孔２７は、ボディ２のうち一面２ｆに対して直交する他面２ｓに形成されており、マニホルド２３０を介して加湿器２００の加湿室２０１に連通する。

酸化剤オフバルブ１０４は実施形態１に係るバルブ装置であり、スタック１００の酸化剤極の出口に連通する弁口２４と、加湿器２００側の吸湿室２０２側に流体通過孔２７とを有する。弁口２４はボディ２のうち一面２ｆに形成されている。流体通過孔２７はボディ２のうち一面２ｆに対して直交する他面２ｓに形成されており、マニホルド２３１を介して加湿器２００の吸湿室２０２に連通する。

更に、図１１に示すように、燃料電池のスタック１００の燃料極に供給される燃料を通過させる燃料バルブ１０１をもつ燃料通路１０１ｗが設けられている。燃料電池のスタック１００の燃料極から排出された発電反応後の燃料オフ流体を通過させる燃料オフバルブ１０３をもつ燃料オフ通路１０３ｗが設けられている。

本実施形態によれば、図１１に示すように、スタック１００の幅寸法Ｌ６よりも加湿器２００の幅寸法Ｌ５が小さく設定されている（Ｌ６＞Ｌ５）。そしてスタック１００と加湿器２００との間の寸法差に相当する部分に、酸化剤バルブ１０２および酸化剤オフバルブ１０４が設けられており、システム全体の小型化に貢献できる。

（実施形態４）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１〜図９を準用する。以下、相違する部分を中心として説明する。閉弁用プレート部材７のバネ定数は、開弁用プレート部材８のバネ定数よりも大きく設定されている。バネ定数は、開弁用プレート部材８および閉弁用プレート部材７が厚み方向（弁軸５の軸長方向）に変形するときにおけるバネ定数を意味する。このように開弁用プレート部材８よりも閉弁用プレート部材７のバネ定数は大きく設定されている、弁部５１が弁座２５に着座して閉弁しているとき、カムシャフト３のカム部３２の閉弁用カム面３４により閉弁用プレート部材７を閉弁方向に強く押しつけることができる。故に、弁軸５の弁部５１の閉弁封止性を高めることができる。

本実施形態においても、閉弁用プレート部材７は、大きいバネ定数を有するといえども、弁軸５の軸長方向（矢印Ｈ１方向）に沿った方向にバネ性を有する。このため弁座２５、弁軸５、カム部３２等の各部品に精度のバラツキが存在していたとしても、バラツキを吸収でき、弁軸５の弁部５１を弁座２５に良好に押し当てて閉弁させることができる。従って、弁口２４の閉弁性を良好に確保することができる。従って弁座２５、弁軸５、カム部３２等の各部品における精度のバラツキの許容性を高めることができ、量産品として好適する。

（実施形態５）
図１２は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。閉弁用プレート部材７はバネ性を有する。これに対して開弁用プレート部材８Ｗは、閉弁用プレート部材７よりも高剛性化されている。寒冷地等で使用されるときには、弁部５１が弁座２５に着座しているとき、弁部５１が弁座２５に凍結して固着しているおそれがある。弁部５１を開弁させるときには、駆動モータ４およびカムシャフト３が開弁方向に回転する。このとき本実施形態によれば、開弁用プレート部材８Ｗがリブ８２ｒ（バネ定数調整部）により閉弁用プレート部材７よりも高剛性化されている。即ち、開弁用プレート部材８Ｗのバネ定数は、閉弁用プレート部材７のバネ定数よりも高く設定されている。このため、開弁用カム面３５に回転に基づく開弁駆動力は、開弁用プレート部材８Ｗの撓みに吸収されることなく、開弁用プレート部材８Ｗに効率良く伝達される。このため弁座２５に凍結固着している弁部５１を弁座２５から引き離す力を強くできる利点が得られる。

前述したように、開弁用プレート部材８Ｗに対して開弁用の駆動力Ｆ２（図１１参照）を与える箇所は、開弁用カム面３５との接触部分である開弁用係合部８０である。開弁用係合部８０は、弁軸５の軸芯５ｖから距離ΔＬ３（図１１参照）離間している。このためカムシャフト３が開弁用カム面３５と共に開弁方向に回転するとき、開弁用の駆動力Ｆ２が開弁用係合部８０に与えられる。このとき開弁用の駆動力Ｆ２と距離ΔＬ３とを乗算に基づくモーメントが弁軸５に開弁駆動力として与えられる。このため弁部５１が弁座２５に凍結固着しているときであっても、開弁駆動力を増加できるため、開弁動作に有利である。

（実施形態６）
図１３は実施形態６を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。開弁用プレート部材８のアーム部８２には補強用のリブ８２ｒがバネ定数調整部として形成されている。リブ８２ｒはアーム部８２の延設方向に沿って形成されている。リブ８２ｒにより開弁用プレート部材８のバネ定数を調整できる。同様に開弁用プレート部材７のアーム部７２にリブを形成しても良い。

（実施形態７）
図１４は実施形態７を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図１４（Ａ）によれば、閉弁用プレート部材７および開弁用プレート部材８は鍔形状をなしている。リブ７２ｒ．８２ｒがバネ定数調整部として形成されている。図１４（Ｂ）によれば、閉弁用プレート部材７および開弁用プレート部材８は実質的にＡ形状をなしている。図１４（Ｃ）によれば、閉弁用プレート部材７および開弁用プレート部材８は、厚み方向に段を形成する曲げ部７ｙ，８ｙを備えている。図１４（Ｄ）によれば、閉弁用プレート部材７および開弁用プレート部材８は、Ｉ形状をなしている。スリット７２ｅ，８２ｅがバネ定数調整部として形成されている。

（実施形態８）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１を準用する。以下、相違する部分を中心として説明する。本実施形態では、傾斜抑制部がボディに設けられていない。このためカムシャフト３が開弁方向に回転して弁軸５が開弁動作する初期において、弁軸５の軸芯５ｖの傾斜がある程度許容されている。寒冷地等で使用されるときには、弁部５１が弁座２５に凍結した状態で固着しているときがある。この場合、弁座２５の軸芯に対して弁軸５の軸芯５ｖが微小傾斜した方が、弁部５１の周方向において開弁駆動力が周方向に均一に作用するよりも局部的に集中て作用し易い。この場合、弁部５１の凍結固着時における開弁に有利となる。

（その他）
上記した実施形態では、閉弁用プレート部材７および開弁用プレート部材８は、平面視でＶ形状をなしているが、これに限定されるものではなく、平面視でＣ形状、Ｊ形状をなしていても良い。プレート部材６は閉弁用プレート部材７および開弁用プレート部材８で形成されているが、これに限らず、１個のプレート部材６が閉弁用および開弁用の双方を実行しても良い。この場合には、図示しないものの、閉弁用カム面３４および開弁用カム面３５を互いに対面するように形成したカム溝をカム部３２に設ける。上記した実施形態では、閉弁用プレート部材７および開弁用プレート部材８の双方がバネ性を有するが、閉弁用プレート部材７がバネ性を有すれば良く、場合によっては、開弁用プレート部材８はバネ性を有しない高剛体構造でも良い。閉弁用プレート部材７および開弁用プレート部材８はＶ形状とされているが、Ｙ形状、Ｊ形状、Ｉ形状、Ａ形状でも良く、要するに係合部側を幅狭とすることが好ましい。

上記した実施形態では、弁軸５が下方に移動するとき弁口２４を閉弁させるが、これに限らず、弁軸５が横方に移動するとき弁口２４を閉弁させても良い。弁軸５が斜め下方に移動するとき弁口２４を閉弁させても良いし、あるいは、弁軸５が斜め上方に移動するとき弁口２４を閉弁させても良いし、弁軸５が上方に移動するとき弁口２４を閉弁させても良い。カムシャフト３は両端支持構造とされているが、これに限らず、片持ち支持構造としても良い。駆動モータ４はステッピングモータに限らず、ＤＣモータ、交流モータでも良い。駆動部は、電動モータに限らず、流体圧で回転する流体圧モータ装置でも良いし、揺動機構を備える流体圧シリンダ装置でも良い。弁部５１の位置を検知するスイッチセンサ９が設けられているが、これに限らず、駆動モータ４の回転駆動量に基づいてカム部３２の位置を検知することにしても良い。スイッチセンサ９は廃止しても良い。カムシャフト３の軸芯３ｃおよび弁軸５の軸芯５ｖは平行とされているが、これに限らず、断面図示において交差する向きとしても良い。

本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。例えば、上記したバルブ装置１は、定置用、車両搭載用、電気機器用、電子機器用、可搬用等の燃料電池システムに適用できるばかりか、燃料電池システム以外の他の流体システムに使用できる。上記した記載から次の技術的思想も把握される。上記した記載から次の技術的思想が把握される。

（付記項１）流体が流れる弁口を形成する弁座と弁口に連通する流体通過孔とをもつボディと、ボディに回転可能に設けられカム面をもつカムシャフトと、 ボディに設けられカムシャフトをこれの軸線回りで回転させる駆動部と、弁口を開閉させる弁部をもつ弁軸と、弁軸とカムシャフトとの間に位置するように弁体に設けられ、駆動部の回転に伴いカムシャフトが回転するとき、回転するカムシャフトのカム面に沿って係合することにより弁座を弁口に対して開閉させる係合部をもつ係合部材とを具備していることを特徴とする流体バルブ装置。駆動部の回転に伴い。カムシャフトが回転する。回転するカムシャフトのカム面に沿って係合部材の係合部が係合しつつ摺動する。これにより弁座を弁口に対して開閉させることができる。係合部材はプレート形状でも良いし、棒状等の他の形状でも良い。

本発明は流体システム、燃料電池システム等に利用することができる。

実施形態１に係り、弁部が開弁位置に設定されているバルブ装置を示す断面図である。 実施形態１に係り、弁部が閉弁位置に設定されているバルブ装置を示す断面図である。 実施形態１に係り、弁部が閉弁位置に設定されていると共に駆動モータがボディから離脱されたバルブ装置を示す断面図である。 実施形態１に係り、閉弁用プレート部材付近を示す平面図である。 実施形態１に係り、閉弁用カム面のカム曲線を示す特性図である。 実施形態１に係り、開弁用カム面のカム曲線を示す特性図である。 実施形態１に係り、駆動モータがボディに取り付けられている状態のバルブ装置を示す平面図である。 実施形態１に係り、駆動モータがボディから外された状態のバルブ装置を示す平面図である。 実施形態１に係り、バルブ装置を模式的に示す斜視図である。 実施形態２に係り、スタックを有する燃料電池システムを概略して示す図である。 実施形態３に係り、加湿器およびスタックを有する燃料電池システムを概略して示す図である。 実施形態５に係り、弁部が閉弁位置に設定されているバルブ装置を示す断面図である。 実施形態６を示し、開弁用プレート部材の平面図である。 実施形態７を示し、（Ａ）は開弁用プレート部材および閉弁用プレート部材を示す平面図であり、（Ｂ）は開弁用プレート部材および閉弁用プレート部材を示す平面図であり、（Ｃ）は開弁用プレート部材および閉弁用プレート部材を示す断面図であり、（Ｄ）は開弁用プレート部材および閉弁用プレート部材を示す平面図である。

符号の説明

図中、１は流体バルブ装置、２はボディ、２４は弁口、２５は弁座、２６は弁室、２７は流体通過孔、２８は遮蔽壁、２９は作動室、３はカムシャフト、３ｆは一端部、３ｓは他端部、３０はシャフト部、３２はカム部、３３はカム面、３４は閉弁用カム面、３４ｆは第１平坦面、３４ｓは第２平坦面、３５は開弁用カム面、３５ｆは第１平坦面、３５ｓは第２平坦面、４は駆動モータ（駆動部）、５は弁軸、５０は軸部、５１は弁部、５２はブロック、５４は弾性被覆層、６はプレート部材、７は閉弁用プレート部材、７０は閉弁用係合部、８は開弁用プレート部材、８０は開弁用係合部、９はスイッチセンサ、９５，９６は傾斜抑制部を示す。

Claims (11)

1. 流体が流れる弁口を形成する弁座と前記弁口に連通する流体通過孔とをもつボディと、
   前記ボディに回転可能に設けられカム面をもつカムシャフトと、
   前記ボディに設けられ前記カムシャフトをこれの軸線回りで回転させる駆動部と、
   前記弁口を開閉させる弁部をもつ弁軸と、
   前記弁軸と前記カムシャフトとの間に位置するように前記弁体に設けられ、前記駆動部の駆動に伴い前記カムシャフトが回転するとき、回転する前記カムシャフトの前記カム面に沿って係合することにより前記弁部を前記弁口に対して閉弁および／または開弁させる係合部をもち、且つ、前記弁軸の軸長方向に沿った方向にバネ性を有するプレート部材とを具備していることを特徴とする流体バルブ装置。
2. 請求項１において、前記係合部が前記カム面に沿って摺動するときにおいて前記弁軸の軸芯の傾斜を抑制する傾斜抑制部が前記ボディに設けられていることを特徴とする流体バルブ装置。
3. 請求項１または２において、前記カム面は、閉弁用カム面と開弁用カム面とを備えており、前記プレート部材は、前記閉弁用カム面に係合する閉弁用係合部をもつ閉弁用プレート部材と、前記開弁用カム面に係合する開弁用係合部をもつ開弁用プレート部材とを備えていることを特徴とする流体バルブ装置。
4. 請求項３において、前記閉弁用プレート部材の前記閉弁用係合部が前記閉弁用カム面に係合しつ摺動するとき、前記開弁用プレート部材の前記開弁用係合部が前記開弁用カム面に非接触であり、且つ、
   前記開弁用プレート部材の前記開弁用係合部が前記開弁用カム面に係合しつ摺動するとき、前記閉弁用プレート部材の前記閉弁用係合部が前記閉弁用カム面に非接触であることを特徴とする流体バルブ装置。
5. 請求項３または４において、前記閉弁用プレート部材および前記開弁用プレート部材のうちの少なくとも一方は、前記弁軸の軸長方向において位置調整できる構造とされていることを特徴とする流体バルブ装置。
6. 請求項３〜５のうちの一項において、前記閉弁用プレート部材の厚み方向のバネ定数をＫｃとし、前記開弁用プレート部材の厚み方向のバネ定数をＫｏとするとき、Ｋｃ／Ｋｏは０．８〜１．２に設定されていることを特徴とする流体バルブ装置。
7. 請求項３〜５のうちの一項において、前記閉弁用プレート部材の厚み方向のバネ定数をＫｃとし、前記開弁用プレート部材の厚み方向のバネ定数をＫｏとするとき、Ｋｃ＞ＫｏまたはＫｃ＝Ｋｏの関係に設定されていることを特徴とする流体バルブ装置。
8. 請求項２〜５のうちの一項において、前記閉弁用プレート部材の厚み方向のバネ定数をＫｃとし、前記開弁用プレート部材の厚み方向のバネ定数をＫｏとするとき、Ｋｃ≦Ｋｏの関係に設定されていることを特徴とする流体バルブ装置。
9. 請求項１〜８のうちの一項において、前記カムシャフトの軸長方向の一端部は前記駆動部に接続され、軸長方向の他端部は、前記ボディに設けられた軸受に回転可能に支持されており、前記軸受は、前記プレート部材の前記係合部の移動空間を形成するように切欠をもつことを特徴とする流体バルブ装置。
10. 請求項１〜９のうちの一項において、前記プレート部材はこれのバネ定数を調整するバネ定数調整部をもつことを特徴とする流体バルブ装置。
11. 燃料極および酸化剤極をもつ燃料電池と、前記燃料電池の前記燃料極に供給される燃料を通過させる燃料通路と、前記燃料電池の前記酸化剤極に供給される酸化剤を通過させる酸化剤通路、前記燃料電池の前記燃料極から排出された発電反応後の燃料オフ流体を通過させる燃料オフ通路と、前記燃料電池の酸化剤極から排出された発電反応後の酸化剤流体を通過させる酸化剤オフ通路とを具備する燃料電池システムにおいて、
    前記燃料通路、前記酸化剤通路、前記燃料オフ通路および前記酸化剤オフ通路のうちの少なくとも一方は、請求項１〜１０のうちの一項に記載の流体バルブ装置を備えていることを特徴とする燃料電池システム。

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