(57)【要約】【課題】弁体の開閉時において、弁体が弁孔に対して傾いたとしても、弁体と弁孔との径方向隙間が周方向に亘って大きな偏りを生じないようにできる減圧弁を提供する。【解決手段】減圧弁１１は、弁体２４が傾動した場合に、高圧室２２に当接する位置を第一当接位置Ｐ１とし、低圧室２３に当接する位置を第二当接位置Ｐ２とする。弁体２４が弁孔２１ａ、高圧室２２及び低圧室２３と同軸上に配置された状態において、第一当接位置Ｐ１と高圧室２２との径方向隙間をＣ１とし、第二当接位置Ｐ２と低圧室２３との径方向隙間をＣ２とする。また、第一当接位置Ｐ１と基準点Ｐ０との距離をＬ１とし、第二当接位置Ｐ２と基準点Ｐ０との距離をＬ２とし、弁体２４を全開状態又は全閉状態とした場合に、式（１）の関係を満たす基準点Ｐ０が、弁座２１の厚み方向の範囲内に位置するように設定される。[数１]    Ｌ１：Ｌ２＝Ｃ１：Ｃ２        ・・・（１）【選択図】図２
2018018285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の圧力を高圧から低圧に減圧する減圧弁であって、
前記流体の流路を形成するハウジング本体と、
前記流路の閉鎖及び開放を切り替える開閉弁と、
前記ハウジング本体内で前記流体の低圧側に配置され、前記ハウジング本体内で所定方向に往復移動可能に配置され、前記往復移動によって前記開閉弁を開閉するピストンと、
を備え、
前記開閉弁は、
前記流路の絞り部としての弁孔を備えると共に前記流体の流通方向に所定厚みを有する弁座と、
前記弁座の上流に設けられ前記高圧の流体の前記流路を形成する高圧室と、
前記弁座の下流に設けられ前記低圧の流体の前記流路を形成する低圧室と、
前記弁孔に挿通され且つ前記高圧室と前記低圧室とに跨って軸方向に移動可能に配置され、前記ピストンが上流側へ移動することに伴い前記弁孔との隙間を全開状態にする弁体と、
前記弁体を下流に向かって付勢し、前記弁孔と前記弁体の隙間を全閉状態にする弾性部材と、
を備え、
前記弁孔、前記高圧室及び前記低圧室は、同軸上に形成され、
前記弁体は、前記弁孔、前記高圧室及び前記低圧室の中心軸線に対して傾動可能に配置され、
前記弁体が傾動した場合に、前記弁体における前記高圧室に当接する位置を第一当接位置Ｐ１とし、前記弁体における前記低圧室に当接する位置を第二当接位置Ｐ２とし、
前記弁体が前記弁孔、前記高圧室及び前記低圧室と同軸上に配置された状態において、前記第一当接位置Ｐ１と前記高圧室との径方向隙間をＣ１とし、前記第二当接位置Ｐ２と前記低圧室との径方向隙間をＣ２とし、
前記弁体の中心軸線上の基準点をＰ０とし、前記第一当接位置Ｐ１と前記基準点Ｐ０との前記弁体の軸方向の距離をＬ１とし、前記第二当接位置Ｐ２と前記基準点Ｐ０との前記弁体の軸方向の距離をＬ２とし、
前記弁体と前記弁孔との隙間を前記全開状態又は前記全閉状態とした場合に、式（１）の関係を満たす前記基準点Ｐ０が、前記弁座の厚み方向の範囲内に位置するように設定される、減圧弁。
[数１]
Ｌ１：Ｌ２＝Ｃ１：Ｃ２        ・・・（１）
【請求項２】
前記弁孔は、前記弁座の厚み方向の範囲内において上流側に形成されるテーパ孔と、下流側に形成される円筒孔と、を備え、
前記弁体は、前記円筒孔と前記テーパ孔との境界に当接可能なテーパ軸部を備え、
前記テーパ軸部と前記境界との隙間を前記全開状態とした場合に、前記式（１）の関係を満たす前記基準点Ｐ０が、前記円筒孔の範囲内に位置するように設定される、請求項１に記載の減圧弁。
【請求項３】
前記弁孔は、前記弁座の厚み方向の範囲内において上流側に形成されるテーパ孔と、下流側に形成される円筒孔と、を備え、
前記弁体は、前記円筒孔と前記テーパ孔との境界に当接可能なテーパ軸部を備え、
前記テーパ軸部と前記境界とが当接し前記隙間を前記全閉状態とした場合に、前記式（１）の関係を満たす前記基準点Ｐ０が、前記テーパ孔の範囲内に位置するように設定される、請求項１に記載の減圧弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の圧力を減圧する減圧弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、供給された高圧流体（高圧ガス）を減圧して低圧流体（低圧ガス）とし外部へ供給する減圧装置（減圧弁）がある（特許文献１参照）。特許文献１に開示される減圧弁では、開閉弁の開閉によって高圧流体の圧力を減圧する。詳細には、開閉弁を構成する弁座４２のシール部と弁体３４のテーパ部３６とを接離させることによって開閉弁を開閉させ圧力を減圧する。このとき、弁体３４は、開閉弁の下流側に設けられたピストン５５の作動に連動して開閉する。ピストン５５の作動と連動させるため、弁体３４とピストン５５と間にはピン４６が介在している。ピンは、シール部が上流側の端部に形成される弁座４２の弁孔に挿通されている。
【０００３】
従って、ピストンが上流側に向かって移動すると、ピストンはピンを介して弁体３４を押動し、ピストンの最大ストローク時にテーパ部３６とシール部との隙間を最大とし全開状態とする。また、ピストンが上記と反対方向に移動すると、ピンを介して弁体を押動するピストンの力が解除される。このため、弁体のテーパ部３６は、弁体を下流方向に向かって付勢する弾性部材の作用等によって弁座のシール部に着座し、テーパ部３６とシール部との隙間を０とし全閉状態とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２０６３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構成では、開放状態において、弁体を収容する各収容室と弁体との間に設けられた径方向隙間の大きさに応じ弁体が径方向に移動する（偏倚する）虞がある。このとき、弁体の軸線が傾き、傾いた状態のまま径方向に平行移動する場合も想定できる。このように、弁座の弁孔（シール部含む）に挿通されるピンの位置が径方向に移動し、弁孔（シール部含む）の内周面とピンとの間の隙間に偏りが生じると、偏った隙間を流れる流体の流れが不均一となって圧力変動が生じ、異音を発生させる虞がある。
【０００６】
また、テーパ部３６とシール部とが当接する直前において、弁孔のシール部とテーパ部との間の隙間に偏りが生じていると、テーパ部３６とシール部とが当接した際、テーパ部３６が、弁孔と周方向全周で均一に当接できず、全閉状態においてシール力が不足する虞がある。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、弁体の開閉時において、弁体が弁孔に対して傾いたとしても、弁体と弁孔との径方向隙間が周方向に亘って大きな偏りを生じないようにできる減圧弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の減圧弁は、流体の圧力を高圧から低圧に減圧する減圧弁であって、前記流体の流路を形成するハウジング本体と、前記流路の閉鎖及び開放を切り替える開閉弁と、前記ハウジング本体内で前記流体の低圧側に配置され、前記ハウジング本体内で所定方向に往復移動可能に配置され、前記往復移動によって前記開閉弁を開閉するピストンとを備える。
【０００９】
前記開閉弁は、前記流路の絞り部としての弁孔を備えると共に前記流体の流通方向に所定厚みを有する弁座と、前記弁座の上流に設けられ前記高圧の流体の前記流路を形成する高圧室と、前記弁座の下流に設けられ前記低圧の流体の前記流路を形成する低圧室と、前記弁孔に挿通され且つ前記高圧室と前記低圧室とに跨って軸方向に移動可能に配置され、前記ピストンが上流側へ移動することに伴い前記弁孔との隙間を全開状態にする弁体と、前記弁体を下流に向かって付勢し、前記弁孔と前記弁体の隙間を全閉状態にする弾性部材とを備える。
【００１０】
前記弁孔、前記高圧室及び前記低圧室は、同軸上に形成される。前記弁体は、前記弁孔、前記高圧室及び前記低圧室の中心軸線に対して傾動可能に配置される。前記弁体が傾動した場合に、前記弁体における前記高圧室に当接する位置を第一当接位置Ｐ１とし、前記弁体における前記低圧室に当接する位置を第二当接位置Ｐ２とする。前記弁体が前記弁孔、前記高圧室及び前記低圧室と同軸上に配置された状態において、前記第一当接位置Ｐ１と前記高圧室との径方向隙間をＣ１とし、前記第二当接位置Ｐ２と前記低圧室との径方向隙間をＣ２とし、前記弁体の中心軸線上の基準点をＰ０とする。前記第一当接位置Ｐ１と前記基準点Ｐ０との前記弁体の軸方向の距離をＬ１とし、前記第二当接位置Ｐ２と前記基準点Ｐ０との前記弁体の軸方向の距離をＬ２とする。
【００１１】
前記弁体と前記弁孔との隙間を前記全開状態又は前記全閉状態とした場合に、式（１）の関係を満たす前記基準点Ｐ０が、前記弁座の厚み方向の範囲内に位置するように設定される。
[数１]  Ｌ１：Ｌ２＝Ｃ１：Ｃ２  ・・・  （１）
【００１２】
このように、開閉弁の全開状態又は全閉状態において、同軸に配置された弁座、高圧室及び低圧室と同軸となるよう弁体が配置された状態で、弁体の中心軸線上、且つ弁座の軸線方向における厚み方向の範囲内に設けられる弁体の傾動中心となる基準点Ｐ０が、式（１）を満たすように設定される。従って、弁体が基準点Ｐ０を傾動中心として傾動する事態が生じても、高圧室に配置される弁体の第一当接位置Ｐ１と、低圧室に配置される弁体の第二当接位置Ｐ２とが同時に高圧室及び低圧室の内周面に当接する。なお、このとき、基準点Ｐ０は、弁座の軸線方向における厚み方向の範囲内に設けられている。
【００１３】
これにより、全開状態において式（１）を満たすように基準点Ｐ０を設定した場合、全開状態で弁体が傾いたとしても、弁孔に挿通された弁体の部分も概ね弁孔の中心軸線上にあることになる。よって、弁孔を挿通する弁体の部分と弁孔との間の径方向隙間（流路）は、周方向に亘って大きく偏り不均一となることはない。従って、弁孔を挿通する弁体の部分の周りに形成される流路が流体の流れを乱して異音を発生させる虞は低い。
【００１４】
また、全閉状態において式（１）を満たすように基準点Ｐ０を設定した場合、弁体が傾いた状態のまま全開状態から移動し全閉状態に移行する直前においては、弁体の基準点Ｐ０は、弁孔の軸線の近傍に位置することになる。このため、弁体が、さらに軸線方向に移動し弁座の弁孔に当接する際には、弁孔と当接する弁体の部分は弁孔のほぼ中心に配置された状態で弁孔に当接できる。このため、全閉状態において、弁体は、弁孔と周方向全周において均一に当接でき、弁体と弁孔との間のシール性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態の減圧弁の部分断面図である。
【図２】全開状態における開閉弁の拡大断面図である。
【図３】図２のIII−III矢視断面図である。
【図４】図２のIV−IV矢視断面図である。
【図５】全閉状態における開閉弁の拡大断面図である。
【図６】全開状態において、弁体が傾動した状態を示す拡大断面図である。
【図７】図６のVII−VII矢視断面図である。
【図８】全閉状態において、弁体が傾動した状態を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜１．第一実施形態＞
（１−１.概要）
以下、図面を参照しつつ本発明の第一実施形態について説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る減圧弁１１の構造の概要を示す軸方向断面図である。この減圧弁１１は、例えば、燃料電池車両などの燃料電池システムに搭載される。減圧弁１１は、燃料タンク（図示せず）から供給される高圧（例えば７０ＭＰａ）の流体である水素ガスを低圧（例えば１ＭＰａ）に減圧して、燃料電池スタック（図示せず）に供給するピストン型の減圧弁である。
【００１７】
（１−２.減圧弁の構成）
図１に示すように、減圧弁１１は、水素ガス（流体）の流路を形成するハウジング本体１３と、水素ガスの流路に配置され弁体２４の軸線方向への移動によって水素ガスの流路の閉鎖及び開放を切り替える開閉弁２０と、ピストン１６等と、を備える。
【００１８】
ハウジング本体１３の内部には、高圧室２２（弁室）、第一収容孔３１、第二収容孔３２及びシリンダ３３が下側から順に同軸に形成される。これら高圧室２２、第一収容孔３１、第二収容孔３２及びシリンダ３３の内径は、記載した順に大きくなるように設定される。
【００１９】
なお、図示は省略するが、高圧室２２は、図示しない弁、及びハウジング本体１３に形成される入力側通路１２を介して高圧ガスの供給源（例えば水素タンク）と接続される。また、シリンダ３３は、ハウジング本体１３に形成される出力側通路１５、及び図示しないインジェクタ等を介して燃料電池スタックと接続される。なお、以降において、上、または下と説明した場合、図１における上下のことを言うものとする。ただし、流体の流路における上流、下流については、高圧側を上流とし、低圧側を下流とする。
【００２０】
（１−３.開閉弁の構成）
開閉弁２０は、図１，図２に示すように、弁座２１と、高圧室２２（弁室）と、低圧室２３と、弁体２４と、弁ばね２５（弾性部材に相当）と、を備える。弁座２１は、流路の絞り部としての弁孔２１ａを備えると共に水素ガス（流体）の流通方向に所定厚みＡを有する（図２参照）。弁座２１は、第一収容孔３１に収容される。
【００２１】
弁座２１は、弾性変形可能な硬質樹脂により、リング状に形成される。硬質樹脂は、ポリイミド樹脂等を挙げることができるが、これらの樹脂に限定するものではない。なお、弁座２１の全厚みＡ（上下方向長さ）は、第一収容孔３１の深さ（図１における上下方向長さ）よりも若干厚く（長く）形成される。
【００２２】
弁座２１の弁孔２１ａは、弁座２１の厚み方向における全厚みＡの範囲内において上流側に形成されるテーパ孔２１ａ１と、下流側に形成される円筒孔２１ａ２と、を備える。テーパ孔２１ａ１は、円筒孔２１ａ２とは異なる角度（後述する中心軸線ＣＬに対する角度）によって円筒孔２１ａ２に連続して形成される。円筒孔２１ａ２とテーパ孔２１ａ１との境界に形成される交線２１ｃによって、シール部が形成される。
【００２３】
高圧室２２（弁室）は、弁座２１の上流に設けられ、高圧の水素ガス（流体）の流路を形成する。高圧室２２の円筒内周面である第一内周面２２ａが第一内径φＤ１で形成される。低圧室２３は、プラグ２６に形成され弁座２１の下流に設けられる低圧の水素ガス（流体）の流路である。低圧室２３は、プラグ２６の軸線と同軸で上下方向に貫通されて形成される。低圧室２３の円筒内周面である、第二内周面２３ａは第二内径φＤ２で形成される。
【００２４】
高圧室２２及び低圧室２３は、弁座２１の弁孔２１ａと連通する。図１に示すように、プラグ２６は、第二収容孔３２に収容される。第二収容孔３２の内壁には、めねじが形成される。また、プラグ２６の外周面には、おねじが形成される。そして、第二収容孔３２のめねじにプラグ２６のおねじが螺着されプラグ２６が第二収容孔３２に固定される。
【００２５】
プラグ２６は、金属材料により形成される。プラグ２６の底面は、弁座２１の上面と当接する。プラグ２６の螺入に伴い、弁座２１は下方に向かって押圧される。従って、弁座２１は、プラグ２６と第一収容孔３１の底部との間で挟持される。これにより、第一収容孔３１の底部と弁座２１との間の気密が確保される。図１に示すように、プラグ２６の上部には、径方向に延びる８つの流路孔２７が形成されている（２つのみ図示する）。８つの流路孔２７は、周方向に等角度間隔（ここでは４５°間隔）に設けられている。図１に示すように、低圧室２３とシリンダ３３との間は、８つの流路孔２７によって接続される。
【００２６】
なお、図２に示すように、プラグ２６の上端面２８は、凹凸のない均一面とされる。図１に示すように、プラグ２６の厚み（上下方向長さ）は、第二収容孔３２の深さ（上下方向長さ）よりも厚く形成される。このため、プラグ２６の上部は、シリンダ３３内に侵入している。上記において、弁孔２１ａ（テーパ孔２１ａ１及び円筒孔２１ａ２）と、高圧室２２（弁室）及びプラグ２６に形成される低圧室２３は、同軸上に形成される。
【００２７】
弁体２４は、弁孔２１ａに挿通され、且つ高圧室２２と低圧室２３とに跨って軸方向に移動可能に配置され、ピストン１６が上流側へ移動することに伴い弁孔２１ａとの隙間を全開状態にする。なお、ピストン１６と全開状態との関係、及び弁孔２１ａと隙間との関係については、後に詳述する。弁体２４は、弁孔２１ａ、高圧室２２及び低圧室２３の中心軸線ＣＬに対して傾動可能に配置される。
【００２８】
弁体２４は、上流側から順番に第一軸部２４１、テーパ軸部２４２、接続軸部２４３、及び第二軸部２４４を備える。第一軸部２４１は、第一内周面２２ａが第一内径φＤ１で形成された高圧室２２内に収容され、流路の下流側に底部を有し有底筒状に形成される。第一軸部２４１は、第一外径φｄ１で形成された第一外周面２４１ａを備える。前述したように第一内周面２２ａは、第一内径φＤ１で形成される。このとき、φｄ１＜φＤ１であり、第一軸部２４１は、高圧室２２内で軸線方向に移動可能である。
【００２９】
従って、弁体２４が弁孔２１ａ、高圧室２２及び低圧室２３と同軸上に配置された状態における、第一外周面２４１ａと高圧室２２の第一内周面２２ａとの間の径方向隙間Ｃ１（図３参照）の大きさは、式（２）で演算される。なお、φｄ１、φＤ１、及びＣ１は後に説明する開閉弁２０の設定方法で使用する。
［数２］  Ｃ１＝（φＤ１−φｄ１）／２      ・・・  （２）
【００３０】
テーパ軸部２４２は、第一軸部２４１と同様、高圧室２２に収容され、弁体２４の軸線周りに所定の角度で形成されるテーパ面２４２ａを備える。テーパ面２４２ａは、円筒孔２１ａ２とテーパ孔２１ａ１との境界に形成されるシール部（交線２１ｃ）に当接可能である。テーパ面２４２ａは、弁座２１側に向かうに従って直線的に徐々に外径が小さくなり、弁座２１の交線２１ｃとの間で、可変絞り部（絞り部）を構成する。このように、テーパ軸部２４２は、ポペット形の弁であり、第一軸部２４１の底部の背面側に第一軸部２４１と一体的に形成される。
【００３１】
テーパ面２４２ａは、弁座２１の弁孔２１ａによって形成されるシール部（交線２１ｃ）の全周に対し着座可能である。テーパ軸部２４２のテーパ面２４２ａは、弁座２１の交線２１ｃに着座することで、弁孔２１ａのシール部（交線２１ｃ）とテーパ軸部２４２（テーパ面２４２ａ）との隙間を０とし、水素ガスの流路を閉鎖して全閉状態とする。
【００３２】
接続軸部２４３は、テーパ軸部２４２の頂部に一端が接続されて弁座２１の弁孔２１ａに挿通される。このとき、接続軸部２４３の外周面と円筒孔２１ａ２（弁孔２１ａ）の内周面との間の径方向隙間Ｃ３（図２参照）は、前述した第一軸部２４１の第一外周面２４１ａと高圧室２２の第一内周面２２ａとの間の径方向隙間Ｃ１よりも大きくなるよう形成される。径方向隙間Ｃ３は、水素ガスの流路となる。
【００３３】
第一軸部２４１は、軸線に直交する径方向断面における外周面形状が円ではない場合がある。本実施形態では、図３に示すように、第一軸部２４１は、円柱の外周面が四隅に残るよう、円柱に対し四面を除去加工して第一外周面２４１ａを形成している。なお、このとき、除去加工して生成された空間は水素ガスの流路となる。第一軸部２４１では、第一外周面２４１ａが内接する仮想の外接円を軸線方向に延在させて仮想の外周面を形成し、当該仮想の外周面を外接円周面２４１ｃと定義する。そして、外接円周面２４１ｃの外径をφｄ１とする。つまり、本実施形態では、φｄ１は、第一外周面２４１ａの角部における外径である。
【００３４】
第二軸部２４４は、外形をφｄ２とする軸状に形成され、接続軸部２４３の他端と接続される。第二軸部２４４は、第二外周面２４４ａを備えて、プラグ２６の低圧室２３（流路）に収容される。図２、図４に示すように、第二軸部２４４の軸線周りには、軸線方向に貫通する流路２４４ｂが複数（本実施形態では、例えば４本）設けられる。このとき、流路２４４ｂは、軸線周りに等角度間隔で配置されることが好ましい。そして、第二軸部２４４は、第二内周面２３ａ（内周面）が、第二内径φＤ２で形成されたプラグ２６の低圧室２３に収容される。
【００３５】
このとき、φｄ２＜φＤ２であるので、第二軸部２４４は、低圧室２３内を軸線方向に移動可能である。上記より、第二外周面２４４ａと低圧室２３の第二内周面２３ａとの間の径方向隙間Ｃ２の大きさは、式（３）で演算される。
［数３］  Ｃ２＝（Ｄ２−φｄ２）／２  ・・・  （３）
【００３６】
また、径方向隙間Ｃ２、及び複数の流路２４４ｂが水素ガスの流路となる。φｄ２、φＤ２、及びＣ２は後に説明する開閉弁２０の設定方法で使用する。また、第二軸部２４４の図２における上端には、円柱状の第二軸上端部２４５を備える。
【００３７】
なお、上記において、第二軸部２４４内に設けた複数の流路２４４ｂは、４本に限らず何本（１本を含む）でもよい。また、複数の流路２４４ｂの配置は、上述したように低圧室２３の周りに等角度間隔で配置しなくてもよい。
【００３８】
図５に示すように、テーパ軸部２４２が、弁座２１の交線２１ｃ（シール部）と当接した状態（全閉状態）にあるとき、第二軸上端部２４５は、プラグ２６の上端面２８から突出し、シリンダ３３内に侵入する。なお、シリンダ３３は、図１に示すように、ハウジング本体１３に形成された円筒内周面１３ａとピストン１６と、の間に底部を上方にして介在する有底筒状のカバー部材１４の円筒内部に形成される。カバー部材１４の円筒外周面１４ａとハウジング本体１３の円筒内周面１３ａとの間には、シール部材７９が介在し、シール部材７９によって、カバー部材１４とハウジング本体１３との間の気密が確保される。
【００３９】
また、図２に示すように、第一軸部２４１の円筒内周面によって形成される内部空間には、コイルばねである弁ばね２５（弾性部材に相当）が収容される。弁ばね２５は一端が高圧室２２の底面に着座し、他端が第一軸部２４１の内部空間内の底面に着座して、第一軸部２４１（弁体２４）を下流方向に向かって常時付勢する。このような弁ばね２５は、後述するピストン１６が上方に向かって移動するのに連動して弁体２４を下流方向に向かって移動させる。そして、図５に示すように、テーパ軸部２４２のテーパ面２４２ａを、弁座２１のシール部である交線２１ｃ（弁孔２１ａ）に着座させてシール部（交線２１ｃ）とテーパ面２４２ａ（テーパ軸部２４２）との隙間を０とし、全閉状態とする。
【００４０】
図１に示すように、ピストン１６は、ハウジング本体１３内で水素ガス（流体）の低圧側に配置される。ピストン１６は、ハウジング本体１３内で上下方向（所定方向）に往復移動可能に配置され、往復移動によって開閉弁２０を開閉する。詳細には、図１に示すように、ピストン１６は、金属材料により円筒状に形成され、シリンダ３３（カバー部材１４）内に上下移動自在となるよう収容される。シリンダ３３の内壁とピストン１６との間には、各種のシール部材８０が介在されており、シール部材８０によって、シリンダ３３の内壁とピストン１６との間の気密が確保される。シリンダ３３内は、ピストン１６によって２つの空間に区画され、ピストン１６の上方に設けられる空間は圧力調整室９１であり、ピストン１６の下方に設けられる空間は減圧室９２である。
【００４１】
ピストン１６は、その内部に収容されたピストンばね７２により下方に向かって常時付勢される。ピストンばね７２の付勢力は、弁ばね２５の付勢力よりも強く設定される。ピストンばね７２と弁ばね２５とは常に対向する方向に付勢しあっている。これによって、ピストン１６の下端面１６ａは、第二軸上端部２４５と常時当接する。なお、ピストン１６の下端面１６ａは、凹凸のない均一面とされている。また、ピストン１６の下端面１６ａは、その直径がプラグ２６の外径よりも大きく設定され、プラグ２６の上端面２８と当接可能とされている。このため、ピストン１６の下方への変位は、下端面１６ａがプラグ２６の上端面２８と当接することにより規制される。ピストン１６の下方への変位が規制されたときの開閉弁２０の状態を全開状態と称す。
【００４２】
また、弁体２４が全開となっている開閉弁２０の全開状態から、ピストン１６が上方に変位すると、変位するにつれてテーパ軸部２４２のテーパ面２４２ａと弁座２１の交線２１ｃ（シール部）とが接近し、やがて当接する。これにより、弁体２４（開閉弁２０）が全閉状態となり、閉弁する。このように、ピストン１６が、ハウジング本体１３内で所定の移動方向に往復移動可能に配置され往復移動することによって開閉弁２０を全閉状態及び全開状態の間の任意の状態とすることができる。
【００４３】
（１−４．開閉弁２０の設定について）
次に、開閉弁２０の設定について説明する。第一実施形態においては、図１、図２に示すように、テーパ軸部２４２（弁体２４）のテーパ面２４２ａと弁座２１の弁孔２１ａ（交線２１ｃ）との間の隙間を全開状態とした場合に、式（４）の関係を満たすよう基準点Ｐ０が設定される。
[数４]  Ｌ１：Ｌ２＝Ｃ１：Ｃ２  ・・・  （４）
【００４４】
この前提として、弁体２４を、傾動させた場合に、高圧室２２（弁室）の第一内周面２２ａに当接する弁体２４の第一軸部２４１の第一外周面２４１ａにおける位置を第一当接位置Ｐ１とする。また、同様に、弁体２４を、傾動させた場合に、低圧室２３の第二内周面２３ａに当接する弁体２４の第二軸部２４４の第二外周面２４４ａにおける位置を第二当接位置Ｐ２とする（図６参照）。また、弁体２４が、同軸に配置された弁孔２１ａ，高圧室２２及び低圧室２３と同軸上に配置された状態における第一当接位置Ｐ１と高圧室２２の第一内周面２２ａとの径方向隙間をＣ１とし、第二当接位置Ｐ２と低圧室２３の第二内周面２３ａとの径方向隙間をＣ２とする（図２参照）。
【００４５】
さらに、基準点Ｐ０を弁体２４の中心軸線上に配置するものとし、弁体２４の軸方向における第一当接位置Ｐ１と基準点Ｐ０との距離をＬ１とする。また、弁体２４の軸方向における第二当接位置Ｐ２と基準点Ｐ０との距離をＬ２とする。そして、基準点Ｐ０を弁体２４の傾動中心としたときに、距離Ｌ１、Ｌ２、径方向隙間Ｃ１，Ｃ２が式（４）を満たすよう基準点Ｐ０の位置を設定する。なお、基準点Ｐ０の位置を設定する際、距離Ｌ１、Ｌ２、径方向隙間Ｃ１，Ｃ２の大きさは自在に変更可能である。
【００４６】
なお、本実施形態において基準点Ｐ０は、上述したように、開閉弁２０を全開状態とした状態において、弁座２１の厚み方向（軸線方向）における範囲Ｂ内の交線２１ｃに対応する位置に位置するように設定される。このとき、範囲Ｂは、弁座２１の厚み方向（軸線方向）における全厚みの範囲Ａに含まれる範囲であり、円筒孔２１ａ２の厚みの範囲である。
【００４７】
これにより、全開状態において、弁体２４を基準点Ｐ０周りにα°だけ傾動させた場合には、第一軸部２４１の第一外周面２４１ａ（外接円周面２４１ｃ）の第一当接位置Ｐ１と、第二軸部２４４の第二外周面２４４ａの第二当接位置Ｐ２とが、それぞれ同時に、径方向隙間Ｃ１，Ｃ２を埋め、高圧室２２の第一内周面２２ａと低圧室２３の第二内周面２３ａとに当接する。従って、基準点Ｐ０の位置は、径方向において弁体２４が傾動する前後で移動しない。
【００４８】
（１−５．作用）
次に、上記のように構成された減圧弁１１の作用について主に図１に基づいて説明する。開閉弁２０が全開状態を含む開状態であるとすると、減圧弁１１に供給された水素ガスは、高圧室２２、弁体２４（テーパ軸部２４２）と弁孔２１ａの交線２１ｃ（シール部）との間の隙間、低圧室２３、及び流路孔２７を通って減圧室９２に導入される。このとき、水素ガスは、主にテーパ軸部２４２と交線２１ｃ（シール部）との間を通過した後に減圧される。そして、減圧された水素ガスは、減圧室９２から燃料電池スタックに供給される。
【００４９】
また、このとき、ピストン１６は、減圧室９２に導入された水素ガスの圧力によって減圧室９２から圧力調整室９１に向かう方向に押圧される。すなわち、ピストン１６は、減圧室９２に導入された水素ガスの圧力による押圧力、弁体２４をピストン１６方向に向かって付勢する弁ばね２５の付勢力、及び高圧水素ガスの圧力による弁体２４への押圧力の総和とピストンばね７２の付勢力との大小関係により上下いずれかの方向に変位する。
【００５０】
このとき、水素ガスの圧力による押圧力及び弁ばね２５の付勢力の総和よりもピストンばね７２の付勢力の方が大きい場合には、ピストン１６は下方（減圧室９２側）に付勢され変位する。これにより、開閉弁２０では、全開状態を含む開状態が維持される。
【００５１】
ただし、このとき、弁体２４（第一軸部２４１、接続軸部２４３、第二軸部２４４）と、プラグ２６に形成される低圧室２３（流路）、弁孔２１ａ及び高圧室２２との間には、各径方向隙間Ｃ１，Ｃ３，Ｃ２が設けられている。このため、全開状態を含む開状態においては、弁体２４は、弁孔２１ａとの同軸配置が維持できず、径方向隙間Ｃ１，Ｃ３，Ｃ２に対し、移動可能な隙間分だけ移動してしまう場合がある。
【００５２】
事前に行った検討結果によれば、弁体２４が、径方向に移動する場合、弁体２４が傾かず軸線と平行を保ったまま基準点Ｐ０が径方向へ移動する場合（ａ）、弁体２４が少しだけ傾きながら基準点Ｐ０が径方向に移動する場合（ｂ）、又は基準点Ｐ０は径方向に移動することなく弁体２４が傾くのみの場合（ｃ）などがある。しかし、いずれの場合にも、本実施形態に係る構成においては、最終的に中心軸線に対して、図６に示すような傾き状態で安定することがわかった。
【００５３】
即ち、開閉弁２０の全開状態においては、上記式（４）を満たすよう基準点Ｐ０、距離Ｌ１、距離Ｌ２、径方向隙間Ｃ１及び径方向隙間Ｃ２が設定されている場合に弁体２４が傾動すると、上記（ａ）−（ｃ）のいずれかの状態を経て、短時間で図６に示す状態に至り安定する。つまり、弁体２４が基準点Ｐ０周りに傾動されたのみの状態（ｃの状態に相当）と等しい状態で安定する。
【００５４】
このため、弁体２４が傾動しても、軸線方向における弁座２１の交線２１ｃ（シール部）に対応する位置では、弁体２４の基準点Ｐ０が、弁孔２１ａの軸線上に位置し、傾斜した接続軸部２４３が、弁孔２１ａのほぼ中心に配置される（図７参照）。従って、交線２１ｃの内側部分（円筒孔２１ａ２の内周面）と接続軸部２４３の外周面との間で形成される水素ガスの流路Ｅ（径方向隙間）の周方向（軸線周り）に亘る分布は、偏りが少なく概ね均一となる。これにより、水素ガスが、偏った分布の流路を流れることによって発生させる圧力変動による異音を良好に抑制できる。
【００５５】
なお、上記第一実施形態においては、弁体２４の基準点Ｐ０の位置が、軸線方向における弁座２１の交線２１ｃ位置に一致するよう設定した。しかし、この態様には限らない。基準点Ｐ０は、弁座２１の軸線方向における全厚みの範囲Ａのうち、交線２１ｃを含む、交線２１ｃより下流側の範囲Ｂ内のいずれかの位置に設けてもよい。この場合、基準点Ｐ０の位置に合わせて、各寸法Ｌ１、Ｌ２、Ｃ１及びＣ２を変更すればよい。これによっても、相応の効果が得られる。また、基準点Ｐ０の位置は、範囲Ｂ内に限らず、弁座２１の軸線方向における範囲Ａ内であればどこに設けてもよい。この場合においても、基準点Ｐ０の位置に合わせて、各寸法Ｌ１、Ｌ２、Ｃ１及びＣ２を変更すればよい。これによっても、相応の効果が得られる。
【００５６】
＜２．第二実施形態＞
次に、第二実施形態について図５，図８に基づき説明する。上記第一実施形態では、開閉弁２０の全開状態において、基準点Ｐ０、各寸法Ｌ１、Ｌ２、Ｃ１及びＣ２の設定を行った。しかし、第二実施形態では、図５に示す開閉弁２０の全閉状態において、開閉弁２０における基準点Ｐ０、各寸法Ｌ１、Ｌ２、Ｃ１及びＣ２の設定を行なう。なお、第一実施形態において説明した部分と同様部分については説明を省略し、異なる部分のみについて説明する。また同様の部材については、同じ符号を付して説明する。
【００５７】
上記全開状態において、減圧室９２に導入された水素ガスの圧力による押圧力、弁体２４をピストン１６方向に向かって付勢する弁ばね２５の付勢力、及び高圧水素ガスの圧力による弁体２４への押圧力の総和が、ピストンばね７２の付勢力を超えると、ピストン１６は上方（圧力調整室９１側）に向かって変位する。これに連動して、弁体２４も、ピストン１６と一緒に上方（下流方向）に向かって変位する。そして、弁体２４のテーパ軸部２４２が弁座２１の交線２１ｃ（シール部）と接近しやがて当接する。これにより、弁体２４（開閉弁２０）が、全閉状態となり閉弁する。
【００５８】
この全閉状態において、第一実施形態と同様に、弁体２４（開閉弁２０）が、上記式（４）の関係を満たすよう基準点Ｐ０等を設定する。第二実施形態においては、基準点Ｐ０が、弁座２１の円筒孔２１ａ２の軸線方向における厚みの範囲Ｃ内に位置するように設定される（図５参照）。範囲Ｃは上述したとおりである。ただし、第二実施形態では、第一実施形態と同様、軸線方向において弁孔２１ａの下端にある交線２１ｃの位置に対応する軸線上の位置（範囲Ｃ内に含まれる）を基準点Ｐ０とする。このように、範囲Ｂと範囲Ｃとは、交線２１ｃにおいて重複している。
【００５９】
これにより、図８に示すように、弁体２４を基準点Ｐ０周りにβ°だけ傾動（回転）させた場合に、第一軸部２４１の第一外周面２４１ａ（外接円周面２４１ｃ）の第一当接位置Ｐ１と、第二軸部２４４の第二外周面２４４ａの第二当接位置Ｐ２とが、それぞれ同時に、径方向隙間Ｃ１，Ｃ２を埋め、高圧室２２の第一内周面２２ａと低圧室２３の第二内周面２３ａとに当接する。従って、基準点Ｐ０の位置は弁体２４が傾動する前の位置に対して移動しない。
【００６０】
具体的には、弁体２４が、例えば、傾きを有した状態で開状態から全閉状態に向かって変位した場合、全閉状態に移行する直前においては、弁体２４の基準点Ｐ０は、弁孔２１ａの軸線上に位置する。このため、弁体２４がさらに変位し、弁体２４のテーパ面２４２ａが弁座２１の交線２１ｃ（シール部）に当接する際には、弁孔２１ａのほぼ中心にセンタリングされた状態で当接できる。従って、テーパ軸部２４２のテーパ面２４２ａが交線２１ｃ（シール部）と当接する全閉状態において、弁体２４のテーパ面２４２ａは、弁孔２１ａの交線２１ｃ（シール部）と、軸線周りの周方向全周で均一に当接できるので、弁体２４と弁孔２１ａとの間のシール性が確保できる。
【００６１】
なお、第二実施形態においては、弁体２４の基準点Ｐ０の位置が、軸線方向において弁座２１の交線２１ｃ（シール部）の位置に一致するよう設定した。しかし、この態様には限らない。基準点Ｐ０は、弁座２１の軸線方向における全厚みの範囲Ａのうち、交線２１ｃを含む、交線２１ｃより上流側の範囲Ｃ内におけるいずれかの位置に設けてもよい。なお、この場合、基準点Ｐ０の位置に合わせて、各寸法Ｌ１、Ｌ２、Ｃ１及びＣ２を変更すればよい。これによっても、相応の効果が得られる。また、基準点Ｐ０の位置は、範囲Ｃ内に限らず、弁座２１の軸線方向における範囲Ａ内であればどの位置に設けてもよい。この場合においても、基準点Ｐ０の位置に合わせて、各寸法Ｌ１、Ｌ２、Ｃ１及びＣ２を変更すればよい。これによっても、相応の効果が得られる。
【００６２】
＜３．実施形態による効果＞
上記実施形態によれば、減圧弁１１は、水素ガス（流体）の圧力を高圧から低圧に減圧する減圧弁であって、水素ガスの流路を形成するハウジング本体１３と、流路の閉鎖及び開放を切り替える開閉弁２０と、ハウジング本体１３内で流体の低圧側に配置され、ハウジング本体１３内で所定方向に往復移動可能に配置され、往復移動によって開閉弁２０を開閉するピストン１６と、を備える。
【００６３】
そして、開閉弁２０は、流路の絞り部としての弁孔２１ａを備えると共に水素ガスの流通方向に所定厚みＡを有する弁座２１と、弁座２１の上流に設けられ高圧の水素ガス（流体）の流路を形成する高圧室２２（弁室）と、弁座２１の下流に設けられ低圧の流体の流路を形成する低圧室２３と、弁孔２１ａに挿通され且つ高圧室２２と低圧室２３とに跨って軸方向に移動可能に配置され、ピストン１６が上流側へ移動することに伴い弁孔２１ａとの隙間を全開状態にする弁体２４と、前記弁体を下流に向かって付勢し、前記弁孔と前記弁体の隙間を全閉状態にする弁ばね２５（弾性部材）と、を備える。
【００６４】
そして、弁孔２１ａ、高圧室２２及び低圧室２３は、同軸上に形成される。弁体２４は、弁孔２１ａ、高圧室２２及び低圧室２３の中心軸線に対して傾動可能に配置される。弁体２４が傾動した場合に、弁体２４における高圧室２２に当接する位置を第一当接位置Ｐ１とし、弁体２４における低圧室２３に当接する位置を第二当接位置Ｐ２とする。弁体２４が弁孔２１ａ、高圧室２２及び低圧室２３と同軸上に配置された状態において、第一当接位置Ｐ１と高圧室２２との径方向隙間をＣ１とし、第二当接位置Ｐ２と低圧室２３との径方向隙間をＣ２とする。
【００６５】
また、弁体２４の中心軸線上の基準点をＰ０とし、第一当接位置Ｐ１と基準点Ｐ０との弁体２４の軸方向の距離をＬ１とし、第二当接位置Ｐ２と基準点Ｐ０との弁体２４の軸方向の距離をＬ２とする。弁体２４と弁孔２１ａとの隙間を全開状態又は全閉状態とした場合に、式（４）の関係を満たす基準点Ｐ０が、弁座２１の厚み方向における範囲Ａ内に位置するように設定される。
【００６６】
このように、開閉弁２０の全開状態又は全閉状態において、同軸に配置された弁座２１、高圧室２２(弁室)及び低圧室２３と同軸となるよう弁体２４が配置された状態で、弁体２４の中心軸線上、且つ弁座２１の軸線方向における厚み方向の範囲Ａ内に設けられる弁体の傾動中心となる基準点Ｐ０が、式（４）の関係を満たすように設定される。従って、弁体２４が基準点Ｐ０を傾動中心として傾動する事態が生じても、高圧室２２に配置される弁体２４の第一当接位置Ｐ１と、低圧室２３に配置される弁体２４の第二当接位置Ｐ２とがα°（β°）傾動した状態で高圧室２２及び低圧室２３の内周面２２ａ，２３ａに当接する。なお、このとき、基準点Ｐ０は、弁座２１の軸線方向における厚み方向の範囲Ａ内に設けられている。
【００６７】
これにより、全開状態において式（４）を満たすように基準点Ｐ０を設定した場合、全開状態で弁体２４が傾動すると、弁孔２１ａに挿通された弁体２４の構成部分も概ね弁孔２１ａの中心軸線上にあることになる。よって、弁孔２１ａを挿通する弁体２４の部分と弁孔２１ａとの間の径方向隙間（流路）は、周方向に亘って大きく偏り不均一となることはない。従って、弁孔２１ａを挿通する弁体２４の部分の周りに形成される流路が流体の流れを乱して異音を発生させる虞は低い。
【００６８】
また、全閉状態において式（４）を満たすように基準点Ｐ０を設定した場合、弁体２４が傾いた状態のまま全開状態から移動し全閉状態に移行する直前においては、弁体２４の基準点Ｐ０は、弁孔２１ａの軸線の近傍に位置することになる。このため、弁体２４が、さらに軸線方向に移動し弁座２１の弁孔２１ａに当接する際には、弁孔２１ａと当接する弁体２４の構成部分は弁孔２１ａのほぼ中心に配置された状態で弁孔２１ａに当接できる。このため、弁体２４が、軸線に対して傾きを有した状態で、弁孔２１ａに当接しても、弁体２４は、弁孔２１ａと周方向全周に亘って均一に当接できるので、弁体２４と弁孔２１ａとの間のシール性が確保できる。
【００６９】
また、上記第一実施形態によれば、弁孔２１ａは、弁座２１の厚み方向における範囲Ａ内において上流側に形成されるテーパ孔２１ａ１と、下流側に形成される円筒孔２１ａ２と、を備える。そして、弁体２４は、円筒孔２１ａ２とテーパ孔２１ａ１との境界（交線２１ｃ）に当接可能なテーパ軸部２４２を備える。そして、テーパ軸部２４２と境界（交線２１ｃ）との隙間を全開状態とした場合に、上記式（４）の関係を満たす基準点Ｐ０が、円筒孔２１ａ２の範囲Ｂ内に位置するように設定される。このように、弁座２１の厚み方向における全厚みの範囲Ａよりも、円筒孔２１ａ２の範囲に限定した範囲Ｂ内において、基準点Ｐ０を設定するので、全開状態において、より精度よく円筒孔２１ａ２の中心軸と弁体２４の中心軸とを一致させることができる。これにより、弁体２４が弁孔２１ａ内において径方向に大きく偏り流体の流れを不均一なものとして異音を発生させることをさらに良好に抑制できる。
【００７０】
また、上記第二実施形態によれば、弁孔２１ａは、弁座２１の厚み方向における範囲Ａ内において上流側に形成されるテーパ孔２１ａ１と、下流側に形成される円筒孔２１ａ２と、を備える。また、弁体２４は、円筒孔２１ａ２とテーパ孔２１ａ１との境界（交線２１ｃ）に当接可能なテーパ軸部２４２を備える。そして、テーパ軸部２４２と境界（交線２１ｃ）とが当接し隙間を全閉状態とした場合に、上記式（４）の関係を満たす基準点Ｐ０が、テーパ孔２１ａ１の範囲Ｃ内に位置するように設定される。このように、弁座２１の厚み方向における範囲Ａよりも、さらにテーパ孔２１ａ１の範囲に限定した範囲Ｃ内において、基準点Ｐ０を設定するので、全閉状態となった場合には、テーパ軸部２４２の中心軸を境界（交線２１ｃ）の中心軸に一致させやすくなり、さらにシール性を向上させることができる。
【００７１】
＜４．その他＞
なお、上記実施形態では、減圧弁１１が減圧するガスは、水素ガスであるとした。しかしこの態様に限らず、減圧弁１１が減圧するガスは、例えばＣＮＧ、酸素、窒素、及び空気など水素以外の気体であってもよい。またガスを構成する元素は、単一な気体に限らない。すなわち、減圧されるガスは、複数の元素で構成されていてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、弁体２４を構成する第二軸部２４４は、接続軸部２４３より大径で形成したが、この態様には限らない。第二軸部２４４は、接続軸部２４３と同径で形成してもよい。ただし、上記式（４）を成立させるため、長さＬ２、及び径方向隙間Ｃ２が設定可能なように形成される必要はある。このため、第二軸部２４４の外周面周方向に突起を設け、突起を低圧室２３の内周面に当接させてもよい。また、突起を設けなくても式（４）を成立させることが可能であれば、突起はなくてもよい。
【００７３】
また、上記実施形態では、弁体２４のテーパ軸部２４２と、弁座２１の弁孔２１ａとを当接させて、流体をシールしたが、この態様には限らない。弁孔２１ａに相当する平面状の弁座に、テーパ軸部２４２に相当する円環状の弁体を当接させてシール部としてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１１・・・減圧弁、  １６・・・ピストン、  ２０・・・開閉弁、  ２１・・・弁座、  ２１ａ・・・弁孔、  ２１ａ１・・・テーパ孔、  ２１ａ２・・・円筒孔、  ２２・・・高圧室（弁室）、  ２３・・・低圧室、  ２４・・・弁体、  ２５・・・弾性部材（弁ばね）、  ３３・・・シリンダ、  ９１・・・圧力調整室、  ９２・・・減圧室、  ２４１・・・第一軸部、  ２４２・・・テーパ軸部、  ２４３・・・接続軸部、  ２４４・・・第二軸部、  Ａ，Ｂ，Ｃ・・・厚み、  Ｃ１，Ｃ２・・・径方向隙間、  Ｌ１，Ｌ２・・・距離、  Ｐ０・・・基準点、  Ｐ１・・・第一当接位置、  Ｐ２・・・第二当接位置。
【図１】
2018018285.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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