(57)【要約】      （修正有）【課題】二次圧力の設定圧が小さい場合でも、外径寸法を大きくすることなく二次圧力を高い精度で設定圧に制御することができる減圧弁を提供する。【解決手段】減圧弁１は、ハウジング１１と、弁体１８と、第１ばね部材１６とを備えている。ハウジング１１は、弁通路１９によって繋がる一次ポート２１と二次ポート２２とを有している。弁体１８は、ハウジング１１内に設けられ、弁通路１９を閉じる閉位置と弁通路１９を開く開位置との間で軸線方向に移動して弁通路１９の開度を調整するようになっている。第１ばね部材１６は、弁体１８を開位置の方に付勢している。また、弁体１８は、二次ポート２２に導かれる二次圧ｐ２を第１ばね部材１６の付勢力に抗して閉位置方向に受圧する第３及び第５受圧面を有しており、これら２つの受圧面は、軸線方向に夫々離され、且つ互いに軸線方向に重なり合うよう位置している。【選択図】図２
2012216110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁通路によって繋がる一次ポートと二次ポートとを有しているハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、前記弁通路を閉じる閉位置と前記弁通路を開く開位置との間で軸線方向に移動して前記弁通路の開度を調整する弁体と、
前記弁体を開位置の方に付勢している付勢部材とを備え、
前記弁体は、前記二次ポートに導かれる二次圧力を前記付勢部材の付勢力に抗して受圧している複数の二次側受圧面を有し、
前記複数の二次側受圧面は、前記軸線方向に夫々離され、且つ少なくとも一部分が前記軸線方向に夫々重なり合うように位置している、減圧弁。
【請求項２】
前記弁体は、前記複数の二次側受圧面の間に中間軸部を有し、
前記中間軸部にはシール部材が設けられている、請求項１に記載の減圧弁。
【請求項３】
前記弁体は、第１の前記二次側受圧面を有している第１ピストンと、第２の前記二次側受圧面を有している第２ピストンとを有し、
前記第１ピストンは、前記軸線方向に移動して前記弁通路の開度を調整し、前記付勢部材により付勢されており、
前記第２ピストンは、前記第２の二次側受圧面で受圧している前記二次圧力に応じた力を前記付勢力に抗して前記第１ピストンに与えるようになっている、請求項２に記載の減圧弁。
【請求項４】
前記弁体は、第１及び第２の前記二次側受圧面を有しているピストンから成る、請求項２に記載の減圧弁。
【請求項５】
前記ハウジングは、前記ハウジング外に繋がり、前記二次圧力より低圧の低圧空間を有しており、
前記低圧空間は、前記弁体の前記二次側受圧面の前記軸線方向反対側にある面に臨むように位置している、請求項１乃至４の何れか１つに記載の減圧弁。
【請求項６】
前記弁体は、前記軸線方向において、前記複数の二次側受圧面の全面が互いに重なるように形成されている、請求項１乃至５の何れか１つに記載の減圧弁。
【請求項７】
前記弁体は、前記一次ポートに繋がり、そこに導かれた背圧力により前記弁体が受ける一次圧力を打ち消すよう形成されている背圧力室を有している、請求項１乃至６の何れか１つに記載の減圧弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次圧をそれより低圧の二次圧に減圧する減圧弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から一次圧をそれより低圧の二次圧へと減圧する減圧弁が知られている。減圧弁は、ハウジングとピストンとを備え、ハウジングには、弁通路により繋がれた一次ポート及び二次ポートとが形成されている。また、ハウジング内には、ピストンが移動可能に設けられており、このピストンを移動させることで弁通路の開度が調節されるようになっている。ピストンは、ばね部材によって弁通路を開く開位置に付勢されている。また、ピストンは、受圧面にて二次圧力を受圧するようになっており、この二次圧力を弁通路を閉じる閉方向に受けている。
【０００３】
このように構成される減圧弁１は、一次圧力を弁通路の開度に応じた二次圧力に減圧するようになっており、減圧された二次圧力を受けるピストンは、二次圧力、ばね部材のばね力、及びその他のピストンにかかる力（外乱）等が釣り合う位置まで移動する。移動することで、弁通路の開度が調整され、二次圧力が設定圧力に制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１５０２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
設定圧力は、減圧弁より下流側の機器の使用圧力に応じて設定される。そのため、下流側の機器が低圧仕様の場合、それに合わせて設定圧力を低く設定するには、ばね部材のばね荷重を小さく設定する必要がある。そうすると、設定圧力が高い場合に比べて、シールの摺動抵抗等の弁体が受ける力（外乱）に対するばね荷重の割合が小さくなり、その結果、二次圧力制御に関して外乱の影響が大きくなる。それ故、二次圧力の減圧精度（即ち、二次圧力の制御精度）が低下する。
【０００６】
二次圧力の制御精度を向上させるためには、外乱の影響を小さくする必要がある。そのためには、ばね荷重を大きくすると共に、それに釣り合う力を弁体に作用させるべく、弁体の外径寸法を大きくして弁体の受圧面の受圧面積を大きくしなければならない。そうすると、減圧弁の外径寸法が大きくなってしまう。
【０００７】
そこで本発明は、二次圧力の設定圧が小さい場合でも、外径寸法を大きくすることなく二次圧力を高い精度で設定圧に制御することができる減圧弁を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の減圧弁は、弁通路によって繋がる一次ポートと二次ポートとを有しているハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、前記弁通路を閉じる閉位置と前記弁通路を開く開位置との間で軸線方向に移動して前記弁通路の開度を調整する弁体と、前記弁体を開位置の方に付勢している付勢部材とを備え、前記弁体は、前記二次ポートに導かれる二次圧力を前記付勢部材の付勢力に抗して受圧している複数の二次側受圧面を有し、前記複数の二次側受圧面は、前記軸線方向に夫々離され、且つ少なくとも一部分が前記軸線方向に夫々重なり合うように位置しているものである。
【０００９】
本発明に従えば、複数の二次側受圧面を有し、それらの一部分が互いに重なっているので、個々の二次側受圧面の受圧面積を大きくすることなく、弁体全体の受圧面積を大きくすることができる。即ち、減圧弁の外径寸法を維持しつつ弁体の受圧面積を大きくすることができる。これにより、二次圧力の設定圧が小さい場合でも、減圧弁の外径寸法を大きくすることなく二次圧力を高い精度で設定圧に制御することができる。
【００１０】
上記発明において、前記弁体は、前記複数の二次側受圧面の間に中間軸部を有し、前記中間軸部にはシール部材が設けられているようになっていることが好ましい。
【００１１】
上記構成に従えば、複数の二次側受圧面がシール部材によって間仕切りされているので、夫々の二次側受圧面に作用する力が打ち消されることなく、そのまま付勢部材の付勢力に抗う向きに作用させることができる。
【００１２】
上記発明において、前記弁体は、第１の前記二次側受圧面を有している第１ピストンと、第２の前記二次側受圧面を有している第２ピストンとを有し、前記第１ピストンは、前記軸線方向に移動して前記弁通路の開度を調整し、前記付勢部材により付勢されており、前記第２ピストンは、前記第２の二次側受圧面で受圧している前記二次圧力に応じた力を前記付勢力に抗して前記第１ピストンに与えるようになっていることが好ましい。
【００１３】
上記構成に従えば、弁体が２つのピストンに分割されているので、２つのピストンの軸ずれを許容することができる。これにより、ハウジングの加工精度を低く抑えることができ、製造が容易になる。
【００１４】
また、本発明では、各ピストンに二次側受圧面を形成することで第２ピストンから第１ピストンに与えられる力（例えば、押圧力）を小さくすることができる。
【００１５】
上記発明において、前記弁体は、第１及び第２の前記二次側受圧面を有しているピストンから成ることが好ましい。
【００１６】
上記構成に従えば、１つのピストンで構成されているので、弁体が複数のピストンに分割されている場合のように各ピストンが半径方向に夫々振れるようなことがない。それ故、１つのピストンで構成されることで分割されている場合に比べて移動時におけるハウジングとの接触を抑えることができる。これにより、弁体を円滑に移動させることができる。
【００１７】
上記発明において、前記ハウジングは、前記ハウジング外に繋がり、前記二次圧力より低圧の低圧空間を有しており、前記低圧空間は、前記弁体の前記二次側受圧面の前記軸線方向反対側にある面に臨むように位置していることが好ましい。
【００１８】
上記構成に従えば、開位置に向かって受ける二次圧力を小さくすることができる。それ故、付勢部材の付勢力を大きくすることができ、二次圧力制御において外乱に対する影響をより小さくすることができる。
【００１９】
上記発明において、前記弁体は、前記軸線方向において、前記複数の二次側受圧面の全面が互いに重なるように形成されていることが好ましい。
【００２０】
上記構成に従えば、減圧弁の外径寸法を維持しつつ最大限の受圧面積を確保することができる。
【００２１】
上記発明において、前記弁体は、前記一次ポートに繋がり、そこに導かれた背圧力により前記弁体が受ける一次圧力を打ち消すよう形成されている背圧力室を有していることが好ましい。
【００２２】
上記構成に従えば、弁体に作用する一次圧を打ち消すことができるので、二次圧力制御における一次圧力の影響を抑えることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、二次圧力の設定圧が小さい場合でも、外径寸法を大きくすることなく二次圧力を高い精度で設定圧に制御することができる減圧弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の減圧弁が設けられたバルブブロック及びタンクを示す部分断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る減圧弁を示す断面図である。
【図３】図１に示す減圧弁が一次圧及び二次圧を夫々受ける受圧面を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る減圧弁を示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る減圧弁を示す断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る減圧弁を示す断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る減圧弁を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
燃料電池やガスエンジン等の燃料消費器は、燃料ガスにより作動するようになっている。この燃料ガスは、図１に示すような高圧タンク２に、例えば３５ＭＰａ〜７０ＭＰａのような高圧で貯蔵されている。燃料消費器の使用圧力は高圧タンク２内の圧力に比べて低圧のため、貯蔵された燃料ガスを高圧のまま燃料消費器に供給することができない。そのため、燃料ガスを使用圧力まで減圧するべく高圧タンク２には、減圧弁１が設けられている。減圧弁１は、電磁開閉弁３及びバルブブロック本体４と共にバルブブロック５を構成しており、このバルブブロック５が高圧タンク２の開口部に設けられている。
【００２６】
バルブブロック本体４には、高圧タンク２内に繋がる流路４ａが形成されている。電磁開閉弁３は、その流路４ａの途中に設けられており、減圧弁１は、その電磁開閉弁３より更に下流側に設けられている。これら減圧弁１及び電磁開閉弁３は、バルブブロック本体４に設けられており、それらの軸線Ｌ１、Ｌ３が反対方向に夫々延在し、且つ高圧タンク２の軸線Ｌ２に対して直交するように位置している。
【００２７】
このように構成されるバルブブロック５では、電磁開閉弁３により高圧タンク２と燃料消費器との間が開閉され、電磁開閉弁３を通って燃料消費器に供給される燃料ガスが減圧弁１により減圧される。そして、この減圧弁１は、高圧の燃料ガスを低圧の設定圧（例えば、０．１ＭＰａ）に正確に減圧すべく様々な特徴を有している。
【００２８】
以下では、本発明の実施形態に係る減圧弁１，１Ａ乃至１Ｄについて、図２乃至７を参照しながら、説明する。なお、各実施形態における上下方向の概念は、説明の便宜上使用するものであって、減圧弁１，１Ａ乃至１Ｄに関して、それらの構成の配置及び向き等をその方向に限定することを示唆するものではない。また、以下に説明する減圧弁１，１Ａ乃至１Ｄは、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明は実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、及び変更が可能である。
【００２９】
＜第１実施形態＞
［減圧弁の構成］
減圧弁１は、図２に示すようにハウジング１１、第１ピストン１２、第１軸受部材１３、第２ピストン１４、第２軸受部材１５、第１ばね部材１６及び第２ばね部材１７を備えている。ハウジング１１は、大略円筒状に形成されており、その先端部１１ａ側を図１に示すバルブブロック本体４に螺合して取付けるようになっている。ハウジング１１には、一次ポート２１と二次ポート２２とが形成されており、更にその中に内部空間２３を有している。
【００３０】
一次ポート２１は、ハウジング１１の先端部１１ａに形成されており、図１に示すバルブブロック４の流路４ａを介して電磁開閉弁３や高圧タンク２内に繋がっている。また、ハウジング１１の先端部１１ａには、軸線Ｌ１に沿って一次側通路２４が形成されており、この一次側通路２４によって一次ポート２１と内部空間２３とが繋がっている。他方、二次ポート２２は、ハウジング１１の基端部１１ｂに形成されており、図示しない通路を介して燃料消費器に繋がっている。また、ハウジング１１の基端部１１ｂには、軸線Ｌ１に沿って二次側通路２５が形成されており、この二次側通路２５によって二次ポート２２と内部空間２３とが繋がっている。
【００３１】
内部空間２３は、大略断面円形状に形成されており、その先端部１１ａ側（即ち、下側）に第１領域２６を有し、基端部１１ｂ側（即ち、上側）に第２領域２７を有している。また、内部空間２３は、第１領域２６の半径方向外側に円環状の円環状空間２８を有している。第１領域２６と円環状空間２８とは、その間に部分的に位置する略円筒状の支持部２９により分断されており、更にこの支持部２９より上方にて連通している。支持部２９は、ハウジング１１に一体的に設けられており、その内に第１ピストン１２が上下方向に移動可能に挿入されている。
【００３２】
第１ピストン１２は、第２ピストン１４と共に弁体１８を構成している。つまり、弁体１８は、多段式（分割式）の弁体となっている。また、第１ピストン１２は、大略円柱状になっており、その中間軸部１２ａは、先端部分１２ｂに比べて大径に、そして基端部分１２ｃに比べて小径になっている。更に、第１ピストン１２の中間軸部１２ａには、大略円筒状の第１軸受部材１３が外嵌されており、第１軸受部材１３は、中間軸部１２ａと支持部２９との間の間隙２９ａに挿入されてそれらの間に介在している。第１軸受部材１３は、例えば、ボール軸受、又はすべり軸受であり、第１ピストン１２を上下方向（軸線方向）に円滑に移動できるように支持している。
【００３３】
第１ピストン１２の先端部分１２ｂは、支持部２９より下方に位置しており、その先端面１２ｅは、一次側通路２４の開口に対向している。一次側通路２４の開口の周りには、それを外囲するように円環状の突起片３１が形成されている。他方、先端部分１２ｂは、突起片３１に対向する位置に円環状のシート部材（図示せず）を有している。このシート部材は、ゴムや合成樹脂、軟金属等の突起片３１より軟らかい材料から成り、弁座である突起片３１に着座して（つまり、第１ピストン１２が閉位置に位置する）前記一次側通路２４を閉じるようになっている。また、第１ピストン１２は、上方に移動することで先端部分１２ｂが突起片３１から離れる開位置に位置するようになっており、開位置に位置することで突起片３１と先端部分１２ｂとの間にオリフィス３２が形成される。このオリフィス３２の内側には、一次ポート２１に繋がる一次側空間３４が形成されており、その外側には、二次側空間３３が形成されている。二次側空間３３は、大略円筒状の空間となっており、第１ピストン１２の先端部分１２ｂを外囲している。
【００３４】
他方、第１ピストン１２の基端部分１２ｃは、その外周部にフランジ部１２ｄを有しており、このフランジ部１２ｄは、支持部２９より上方に位置している。フランジ部１２ｄは、基端部分１２ｃの周方向全周にわたって延在しており、半径方向外方に突出している。フランジ部１２ｄは、円環状空間２８を横切ってハウジング１１の内周部まで張り出しており、円環状空間２８をフランジ部１２ｄより下側にあるばね収容室２８ａと上側にある第１圧力領域２８ｂとに分断している。
【００３５】
低圧空間であるばね収容室２８ａには、第１ばね部材１６が収容されている。付勢部材である第１ばね部材１６は、いわゆる圧縮コイルばねであり、支持部２９に外装されている。第１ばね部材１６は、第１ピストン１２を開位置へと移動させるようフランジ部１２ｄを上方である開位置方向に付勢している。このように付勢されているフランジ部１２ｄの外周部には、円環状の第１シール部材３５（例えば、Ｏリングやダイアフラムシール）が設けられている。第１シール部材３５は、フランジ部１２ｄとハウジング１１との間をシールしており、この第１シール部材３５によってばね収容室２８ａと第１圧力領域２８ｂとが隔離されている。
【００３６】
また、第１ピストン１２の中間軸部１２ａは、第１軸受部材１３より先端部分１２ｂ寄りの位置に円環状の第２シール部材３６（例えば、Ｏリングやダイアフラムシール）が設けられている。この第２シール部材３６は、支持部２９と第１ピストン１２との間をシールしており、この第２シール部材３６によって二次側空間３３と間隙２９ａとが隔離されている。なお、この間隙２９ａは、ばね収容室２８ａと繋がっており、ばね収容室２８ａは、ハウジング１１に形成される第１大気開放孔３７によって大気に開放されている。
【００３７】
他方、第１圧力領域２８ｂは、第１領域２６の第１ピストン１２の基端部分１２ｃより上側の領域と共に第１圧力室４０を成している。この第１圧力室４０は、第１ピストン１２に形成される第１連通路４１とピストン受け部４２とによって二次側空間３３に繋がっている。第１連通路４１は、第１ピストン１２内部に形成される通路であり、第１ピストン１２の軸線（軸線Ｌ１に略一致）に沿って上下方向に延在している。また、第１連通路４１は、第１ピストン１２の先端部分１２ｂの側面において二次側空間３３に繋がる複数の開口と、ピストン受け部４２に繋がる開口とを有している。
【００３８】
ピストン受け部４２は、第１ピストン１２の基端部分１２ｃに形成される下方に凹んでいる凹部である。ピストン受け部４２は、第１ピストン１２の軸線周りに形成されており、上方に開いて第１圧力室４０に繋がっている。また、このピストン受け部４２は、その下側部分４２ａがテーパ状になっており、下方に進むにつれて先細りになっている。この下側部分４２ａには、第２ピストン１４の先端面１４ａが当接しており、この第２ピストン１４は、第１圧力室４０に繋がる第２領域２７に上下方向に移動可能に挿入されている。
【００３９】
第２ピストン１４は、大略的に円筒状になっており、その中間軸部１４ｂ及び先端部分１４ｃは、その基端部分１４ｄに比べて小径になっている。また、第２ピストン１４の中間軸部１４ｂには、大略円筒状の第２軸受部材１５が外嵌されており、第２軸受部材１５は、中間軸部１４ｂとハウジング１１との間の間隙１１ｃに挿入されてそれらの間に介在している。第２軸受部材１５は、例えば、ボール軸受、又はすべり軸受であり、第２ピストン１４を上下方向（軸線方向）に円滑に移動できるように支持している。
【００４０】
また、第２ピストン１４の中間軸部１４ｂは、第２軸受部材１５より先端面１４ａ寄りの位置に円環状の第３シール部材４４（例えば、Ｏリングやダイアフラムシール）が設けられている。この第３シール部材４４は、ハウジング１１と第２ピストン１４との間をシールしており、この第３シール部材４４により第１圧力室４０と間隙１１ｃとが隔離されている。
【００４１】
第２ピストン１４の先端部分１４ｃは、第２領域２７から突出してピストン受け部４２内まで延在し、先端面１４ａがピストン受け部４２の下側部分４２ａに当接している。このように構成することで第１ピストン及び第２ピストンが調芯され片当りすることを防いでいる。他方、第２ピストン１４の基端部分１４ｄは、その外周部にフランジ部１４ｅを有しており、このフランジ部１４ｅを収容すべく第２領域２７は、ハウジング１１の基端部１１ｂ側に残余の領域に対して半径方向外側に張り出した円環状空間４６を有している。フランジ部１４ｅは、この円環状空間４６を横切るようにハウジング１１ｂの内周部まで張り出している。そのため、円環状空間４６は、フランジ部１４ｅより上側にある第２圧力室４７と、下側にある大気開放室４８（低圧空間）とに分断されている。また、フランジ部１４ｅの外周部には、円環状の第４シール部材４９（例えば、Ｏリングやダイアフラムシール）が設けられている。第４シール部材４９は、フランジ部１４ｅとハウジング１１との間をシールしており、この第４シール部材４９によって大気開放室４８と第２圧力室４７とが隔離されている。
【００４２】
第２圧力室４７は、二次側通路２５を介して二次ポート２２に繋がり、第２ピストン１４に形成される第２連通路５０及びばね受け部５１を介して第１圧力室４０に繋がっている。第２連通路５０は、第２ピストン１４内部に形成される通路であり、第２ピストン１４の軸線（軸線Ｌ１に略一致）に沿って上下方向に延在している。この第２連通路５０は、第２ピストン１４の先端部分１４ｃにおいて側面及び先端面１４ａにて第１圧力室４０に夫々繋がる複数の開口を有しており、基端側にてばね受け部５１に繋がる開口を有している。
【００４３】
ばね受け部５１は、第２ピストン１４の基端部分１４ｄにて形成される下方に凹んでいる凹部である。ばね受け部５１は、第２ピストン１４の軸線周りに形成されており、上方に開いて第２圧力室４７に繋がっている。このばね受け部５１には、第２ばね部材１７が収容されている。第２ばね部材１７は、いわゆる圧縮コイルばねであり、圧縮された状態で収納されて第２ピストン１４の基端部分１４ｄを下方である閉位置方向に付勢している。第２ピストン１４は、第２ばね部材１７により付勢されることで第１ピストン１２を閉位置の方へと押しており、第２ばね部材１７は、結果的に第２ピストン１４を介して第１ピストン１２を閉位置方向に押すようになっている。
【００４４】
他方、大気開放室４８は、中間軸部１４ｂとハウジング１１との間の間隙１１ｃとに繋がっている。またハウジング１１には、第２大気開放孔５２が形成されており、この第２大気開放孔５２によって大気開放室４８が大気に開放されている。
【００４５】
このようにして構成される減圧弁１は、一次側通路２４、一次側空間３４、二次側空間３３、第１連通路４１、ピストン受け部４２、第１圧力室４０、第２連通路５０、ばね受け部５１、第２圧力室４７及び二次側通路２５によって弁通路１９が構成されている。減圧弁１では、この弁通路１９によって一次ポート２１と二次ポート２２とが繋がっており、第１ピストン１２を移動させることで弁通路１９の開度（具体的には、オリフィス３２の開度）を調整している。
【００４６】
［減圧弁の動作］
このように構成される減圧弁１では、図３に示すように、一次ポート２１に供給される一次圧ｐ１が一次側通路２４を通って一次側空間３４に導かれるようになっている。第１ピストン１２は、その一次圧ｐ１を第１ピストン１２の先端面１２ｅで一次側空間３４に臨む部分（図３に示す第１受圧面Ｐ１）で開位置方向に受圧している。また、一次側空間３４に導かれた一次圧ｐ１は、オリフィス３２を通ることで二次圧ｐ２に減圧されて二次側空間３３に導かれる。そして、第１ピストン１２は、二次側空間３３に導かれた二次圧ｐ２を第１ピストン１２の二次側空間３３に臨む部分（図３に示す第２受圧面Ｐ２であり、具体的には中央部分１２ａ及び先端部１２ｂの端面）で開位置方向に受圧している。
【００４７】
二次側空間３３の二次圧ｐ２は、第１連通路４１を介してピストン受け部４２及び第１圧力室４０に導かれており、第１ピストン１２は、ここに導かれた二次圧ｐ２を第１ピストン１２の基端面１２ｆ（第１の二次側受圧面である第３受圧面Ｐ３）で閉位置方向に受圧している。他方、第２ピストン１４は、第１圧力室４０に導かれた二次圧ｐ２を先端面１４ａ（第４受圧面Ｐ４）で開位置方向に受圧している。また、第１圧力室４０の二次圧ｐ２は、第２連通路５０を介してばね受け部５１及び第２圧力室４７に導かれ、更に二次側通路２５及び二次ポート２２を通って下流側の機器に供給、又は排出口から排出される。第２ピストン１４は、第２圧力室４７に導かれた二次圧ｐ２を第２ピストン１４の基端面１４ｆ（第２の二次側受圧面である第５受圧面Ｐ５）で閉位置方向に受圧している。
【００４８】
このように弁体１８は、第１乃至第５受圧面Ｐ１〜Ｐ５にて一次圧ｐ１及び二次圧ｐ２を受圧している。弁体１８は、一次圧ｐ１及び二次圧ｐ２、並びに第１及び第２ばね部材１６，１７の付勢力を含む弁体１８に作用する全ての力が釣り合う位置まで移動する。移動することで、オリフィス３２の開度が調整され、二次圧ｐ２が設定圧に制御される。
【００４９】
例えば、二次圧ｐ２が前記設定圧より低い場合、弁体１８が閉位置方向に受ける力より開位置方向に受ける力の方が大きくなり、弁体１８、具体的には第１及び第２ピストン１２，１４が突起片３１（図２参照）から離れるように開位置方向に移動する。これにより、オリフィス３２の開度が大きくなって二次圧ｐ２が上昇し、弁体１８に作用する全ての力が釣り合う位置まで第１及び第２ピストン１２，１４が移動する。これにより、二次圧ｐ２が設定圧まで上昇する。
【００５０】
弁体１８に作用する力が釣り合っているときの釣り合いの式（１）は、第１乃至第５受圧面Ｐ１〜Ｐ５の受圧面積をＡ１〜Ａ５とし、第１ばね部材１６のばね定数をｋ１、たわみ量ｘ１とし、第２ばね部材１７のばね定数をｋ２、たわみ量ｘ２とすると、
Ａ１×ｐ１＋ｋ１×ｘ１＋（Ａ２＋Ａ４）×ｐ２
＝（Ａ３＋Ａ５）×ｐ２＋ｋ２×ｘ２・・・（１）
である。これを二次圧ｐ２に関して整理すると、
ｐ２＝Ａ１×ｐ１／（Ａ３＋Ａ５−Ａ２−Ａ４）
＋（ｋ１×ｘ１−ｋ２×ｘ２）／（Ａ３＋Ａ５−Ａ２−Ａ４）・・・（２）
となる。つまり、弁体１８に作用する力が釣り合っているとき、二次圧ｐ２は、数式（２）の右辺で求められる圧力になる。つまり、その圧力が減圧弁１における二次圧ｐ２の設定圧である。
【００５１】
数式（２）の右辺第１項を参照すると、第５受圧面Ｐ５を新たに形成することで分母が大きくなり、二次圧ｐ２に対する一次圧ｐ１の変動の影響を小さくすることができている。それ故、設定圧は、ばね荷重ｋ１×ｘ１、ｋ２×ｘ２に応じて設定される。
【００５２】
他方、数式（２）の右辺第２項を参照すると、第５受圧面Ｐ５を新たに形成することで分母が大きくなり、同じ設定圧に設定する場合であっても、第５受圧面Ｐ５を形成しない場合に比べて第１ばね部材１６のばね荷重ｋ１×ｘ１を大きくすることができる。これにより、二次圧力制御に関して外乱の影響を小さくすることができる。
【００５３】
［弁体の受圧面］
本実施形態の減圧弁１では、第１ピストン１２の中間軸部１２ａの外径ｒ１及び第２ピストン１４の中間軸部１４ｂの外径ｒ２が略同一になっており、二次圧ｐ２が開位置方向に作用する第２受圧面Ｐ２と第４受圧面Ｐ４とが略同一の受圧面積を有している。また、各ピストン１２，１４は、それらの軸線が減圧弁１の軸線Ｌ１と略一致するように形成されているため、下方から見ると第２受圧面Ｐ２と第４受圧面Ｐ４と重なっている。
【００５４】
また、減圧弁１では、第１ピストン１２基端部分１２ｃの外径ｒ３，及び第２ピストン１４の基端部１４ｄの外径ｒ４が略同一なっている。それ故、二次圧ｐ２が閉位置方向に作用する第３受圧面Ｐ３と第５受圧面Ｐ５とが略同一の受圧面積を有している。また、各ピストン１２，１４の軸線が減圧弁１の軸線Ｌ１と略一致しているため、下方から見ると第３受圧面Ｐ３と第５受圧面Ｐ５とが重なるようになっている。つまり、減圧弁１では、二次圧ｐ２を閉位置方向に受圧する第３及び第５受圧面Ｐ３，Ｐ５が上下方向（軸線方向）に離れて位置しており、且つ下方（又は上方）から見て重なるように位置している。これにより、ピストン１２，１４により構成される弁体１８に関して、その外径を大きくすることなく、受圧面積を２倍にすることができる。即ち、減圧弁１の外径を大きくすることなく、受圧面積を最大限大きくすることができる。これにより、二次圧ｐ２の設定圧が小さい場合でも、減圧弁１の外径寸法を大きくすることなく二次圧ｐ２を高い精度で設定圧に制御することができる。
【００５５】
本実施形態の減圧弁１では、弁体１８が２つのピストン１２，１４に分割されているので、２つのピストン１２，１４の軸ずれを許容することができる。これにより、ハウジング１１の加工精度を低く抑えることができ、製造が容易になる。更に、減圧弁１では、各ピストン１２，１４に受圧面Ｐ３，Ｐ５を形成することでピストン受け部４２で受ける押圧力を小さくすることができる。
【００５６】
また、第１及び第２ピストン１２、１４において、第３受圧面Ｐ３の上下方向反対側にある面１２ｇ及び第５受圧面Ｐ５の上下方向反対側の面１４ｇは、ばね収容室２８ａ及び大気開放室４８に夫々臨んでいる。そのため、各面１２ｇ，１４ｇには、大気圧しか作用していない。それ故、第１及び第２ピストン１２、１４において、第３及び第５受圧面Ｐ３で受圧した二次圧ｐ２が各面１２ｇ，１４ｇで受圧する圧力により打ち消されることを防ぐことができ、二次圧制御において外乱に対する影響をより小さくすることができる。
【００５７】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る減圧弁１Ａは、第１実施形態に係る減圧弁１と構成が類似している。そこで、第２実施形態に係る減圧弁１Ａの構成について、第１実施形態に係る減圧弁１の構成と異なる構成についてだけ説明し、同一の構成については説明を省略する。後述する第３乃至５実施形態に係る減圧弁１Ｂ〜１Ｄについても同様である。
【００５８】
減圧弁１Ａでは、図４に示すように第２軸受部材１５を備えておらず、第２ピストン１４がハウジング１１によって直接支持されている。これにより、第２ピストン１４の軸線方向の長さを短くすることができる。
【００５９】
その他、第２実施形態の減圧弁１Ａは、第１実施形態の減圧弁１と同様の作用効果を奏する。
【００６０】
＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る減圧弁１Ｂは、図５に示すように弁体１８Ｂを有している。弁体１８Ｂは、第１実施形態の第１ピストン１２及び第２ピストン１４を一体的に設けたような構成になっており、１つのピストンとして構成されている。弁体１８Ｂは、弁本体６１と、受圧部材６２と、ロックナット６３とを有している。
【００６１】
弁本体６１は、本体部６１ａと、中間軸部６１ｂとを有している。本体部６１ａは、第１ピストン１２と同様の構成を有しており、突起片３１との間でオリフィス３２を形成し、一次圧ｐ１を二次圧ｐ２に減圧するようになっている。中間軸部６１ｂは、更に本体部６１ａの基端部（第１ピストン１２の基端部分１２ｃに相当する端部）に一体的に設けられており、第２領域２７の方に延在している。中間軸部６１ｂは、大略円柱状に形成されており、中間部分がハウジング１１によって軸線方向に移動可能に支持されている。
【００６２】
また中間軸部６１ｂの本体部６１ａ側の部分は、中間軸部６１ｂの中間部分より大径に形成されており、ストッパの役割を果たしている。即ち、弁体１８Ｂが所定位置まで移動するとハウジングに当たるようになっている。中間軸部６１ｂの本体部６１ａ側の部分の周りには、第１圧力室４０Ｂが形成されている。そして、中間部分には第３シール部材４４Ｂが設けられており、この第３シール部材４４Ｂにより中間軸部６１ｂの中間部分とハウジング１１との間がシールされ、第１圧力室４０Ｂが密閉されている。
【００６３】
他方、中間軸部６１ｂの基端側には、受圧部材６２が外装されている。受圧部材６２は、大略円環状になっており、その中心孔６２ａに中間軸部６１ｂが挿通されている。受圧部材６２は、第１実施形態の第２ピストン１４のフランジ部１４ｅと同様に円環状空間４６を横切るようにハウジング１１の内周部まで張り出している。そのため、円環状空間４６が第２圧力室４７と、下側にある大気開放室４８とに分断されている。また、受圧部材６２の外周部には、円環状の第４シール部材４９Ｂが設けられており、この第４シール部材４９Ｂによって受圧部材６２とハウジング１１との間がシールされ、大気開放室４８と第２圧力室４７とが隔離されている。そして、中間軸部６１ｂにおいて受圧部材６２より基端側の部分には、ロックナット６３が螺合されており、このロックナット６３により受圧部材６２が中間軸部６１ｂに固定されている。
【００６４】
このように構成されている弁体１８Ｂは、二次側空間３３と第２圧力室４７とを繋ぐ連通路６４を有している。この連通路６４は、弁本体６１においてその軸線に沿って延在しており、連通路６４は、第１実施形態と同様に本体部６１ａの先端部分の側面に二次側空間３３に繋がる複数の開口を有しており、中間軸部６１ｂの基端に第２圧力室４７に繋がる開口を有している。また、弁本体６１は、中間軸部６１ｂの先端部分に半径方向に延在する貫通路６５を有しており、この貫通路６５によって連通路６４と第１圧力室４０Ｂとが繋がっている。
【００６５】
このように構成される減圧弁１Ｂでは、弁本体６１の本体部６１ａにおける基端面であって中間軸部６１ｂより半径方向外側の部分が第３受圧面Ｐ３を成している。また、受圧部材６２の第２圧力室４７に臨む面、即ち、受圧部材６２の上面が第５受圧面Ｐ５を成している。これら２つの受圧面Ｐ３，Ｐ５は、上下方向に離れて位置しており、且つ下方（又は上方）から見て少なくとも一部分が重なるように位置している。これにより弁体１８Ｂに関して、その外径を大きくすることなく、受圧面積を大きくすることができる。即ち、減圧弁１Ｂの外径を大きくすることなく、受圧面積を大きくすることができる。
【００６６】
本実施形態の減圧弁１Ｂでは、弁体１８Ｂが単体で構成されているので、第１実施形態のように弁体１８が２つのピストン１２，１４に分割されている場合のように各ピストン１２，１４が半径方向に夫々振れるようなことがない。それ故、分割されている場合比べて移動時におけるハウジング１１との接触を抑えることができる。これにより、弁体１８Ｂを円滑に移動させることができる。
【００６７】
その他、第３実施形態の減圧弁１Ｂは、第１実施形態の減圧弁１と同様の作用効果を奏する。
【００６８】
＜第４実施形態＞
第４実施形態に係る減圧弁１Ｃは、図６に示すように第３実施形態の減圧弁１Ｂと同様の構成を有しており、更に第２軸受部材１５Ｃを備えている。第２軸受部材１５Ｃは、中間軸部６１ｂの中間部分であって第３シール部材４４Ｂより基端側に外装されており、ハウジング１１と中間軸部６１ｂとの間に介在している。これにより、弁体１８Ｃを更に上下方向に円滑に移動させることができる。
【００６９】
その他、第４実施形態の減圧弁１Ｃは、第３実施形態の減圧弁１Ｂと同様の作用効果を奏する。
【００７０】
＜第５実施形態＞
第５実施形態に係る減圧弁１Ｄは、図７に示すように第３実施形態の減圧弁１Ｂと同様の構成を有している。また、減圧弁１Ｄは、ベースロッド７１とロッド７２とを備え、二次側通路２５Ｄが二次側空間３３に繋がっている。ベースロッド７１は、大略円柱状の部材であり、ハウジング１１において中間軸部６１ｂの基端部に対向する部分に固定されている。ベースロッド７１の先端部７１ａは、大略部分球面状になっており、その先端部７１ａが弁体１８Ｄ内に形成された連通路６４Ｄ内に位置するようにベースロッド７１が弁体１８Ｄの連通路６４Ｄに挿入されている。ベースロッド７１は、連通路６４Ｄの内径より小径に形成されており、ベースロッド７１の周りには円環状の第１通路６４ａが形成されている、また、連通路６４Ｄには、ロッド７２が収容されている。
【００７１】
ロッド７２は、大略円柱状に形成されており、その基端部７２ａがベースロッドの先端部７１ａに当接している。またロッド７２は、第３ばね部材７７によって上方に付勢されており、これにより基端部７２ａがベースロッド７１に押し付けられている。
【００７２】
他方、ロッド７２の先端部７２ｂは、弁体１８Ｄの内側底面から上方に離して設けられており、前記先端部７２ｂの下方には、ロッド７２の先端部７２ｂと本体部６１ａの内周部とによって囲まれた背圧力室７３が形成されている。更に、ロッド７２の先端部７２ｂの外周部には、第５シール部材７４（例えば、Ｏリング）が設けられており、この第５シール部材７４によって先端部７２ｂと本体部６１ａとの間がシールされている。また、本体部６１ａの先端部には、一次側空間３４と背圧力室７３とを繋ぐ連絡通路７６が形成されており、背圧力室７３には、一次圧ｐ１が導かれている。このように一次圧ｐ１が導かれる背圧力室７３は、円環状の突起片３１と同一径で形成されている。そのため、弁体１８Ｄに作用する一次圧ｐ１を打ち消すことができる。これにより、二次圧制御における一次圧ｐ１の変動の影響を抑えることができ、二次圧ｐ２の制御性を向上させることができる。
【００７３】
なお、ロッド７２の中間部分は、先端部及び基端部より小径に形成されており、その周りには円環状の第２通路６４ｂが形成されている。この第２通路６４ｂは、第１通路６４ａと繋がっており、また本体部６１ａに形成される連絡通路６４ｃによって二次側空間３３に繋がっている。
【００７４】
その他、第５実施形態の減圧弁１Ｄは、第３実施形態の減圧弁１Ｂと同様の作用効果を奏する。
【００７５】
＜その他の実施形態＞
第１及び第５実施形態の減圧弁１，１Ａ〜１Ｄでは、二次圧ｐ２を閉位置方向に受圧する受圧面が２つしか形成されていないが、３つ以上形成されていてもよい。これにより、更に第１ばね部材１６のばね荷重ｋ１×ｘ１を大きくすることができ、二次圧力制御に関して外乱の影響が小さい減圧弁１を提供することができる。また、本実施形態では、機械的に減圧する減圧弁１について説明したが、電磁ソレノイドや圧電素子等の電磁駆動手段により弁体を駆動して設定圧を可変調整可能な電磁式の減圧弁について適用してもよい。
【００７６】
また、第１及び第５実施形態の減圧弁１，１Ａ〜１Ｄでは、ハウジング１１に突起片３１が形成され、弁体１８，１８Ｂ，１８Ｄに図示しないシート部材が形成されていたが、逆であってもよい。つまり、ハウジング１１にシート部材を形成し、弁体１８，１８Ｂ，１８Ｄに突起片３１を形成してもよい。また、必ずしも突起片３１を形成する必要はなく、弁体１８，１８Ｂ，１８Ｄの先端部をテーパ状に形成し、その一部分が一次側通路２４に挿入されるような構成であってもよい。
【００７７】
第１及び第２実施形態の減圧弁１，１Ａでは、第１及び第２ピストン１２，１４が当接しているが、それらの間に緩衝ばねを介在させてもよい。また、第５実施形態の減圧弁１Ｄでは、弁体１８Ｄが一体的に構成されていたが、第１及び第２実施形態の減圧弁１，１Ａと同様に弁体１８Ｄが別体で形成されていてもよい。また、第１及び第２実施形態の減圧弁１，１Ａでは、ピストン１２，１４に受圧面が１つずつ形成されていたが、各ピストン１２，１４が複数の受圧面を有していてもよい。また、第１ピストン１２に受圧面を形成することなく第２ピストン１４に複数の受圧面を形成させてもよい。
【００７８】
また、第１及び第４実施形態の減圧弁１，１Ａ〜１Ｃにおいて、二次ポート２２は軸線Ｌ１と平行な方向に位置するものに限定されず、軸線Ｌ１と垂直な方向に位置するものであっても良い。
【符号の説明】
【００７９】
１，１Ａ〜１Ｄ  減圧弁
１１  ハウジング
１２  第１ピストン
１３  第１軸受部材
１４  第２ピストン
１５，１５Ｃ  第２軸受部材
１６  第１ばね部材
１８，１８Ｂ〜１８Ｄ  弁体
１９  弁通路
２１  一次ポート
２２  二次ポート
７３  背圧力室
Ｐ３  第３受圧面
Ｐ５  第５受圧面
【図１】
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【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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