(57)【要約】【課題】１次流体の突入時におけるコイルばねの偏荷重に伴うピストンの傾きを低減できる圧力調整弁を提供すること。【解決手段】１次流体の圧力を減圧する調圧室１１と、調圧室内に軸方向へ移動可能に収容されるピストン１５と、ピストンを軸方向へ付勢するコイルばね１６と、ピストンの外周縁に嵌装され調圧室内の気密性を確保するシール部材１５１とを備える圧力調整弁１０である。コイルばね１６は、ピストン側のコイル端部１６１が無負荷時に軸方向に対して傾斜するように形成され、かつ負荷時に軸方向に対して直角になるように形成されている。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次流体の圧力を減圧する調圧室と、前記調圧室内に軸方向へ移動可能に収容されるピストンと、前記ピストンを軸方向へ付勢するコイルばねと、前記ピストンの外周縁に嵌装され前記調圧室内の気密性を確保するシール部材とを備える圧力調整弁において、
前記コイルばねは、前記ピストン側のコイル端部が無負荷時に軸方向に対して傾斜するように形成され、かつ負荷時に軸方向に対して直角になるように形成されていることを特徴とする圧力調整弁。
【請求項２】
請求項１に記載された圧力調整弁において、
前記コイルばねは、負荷時のコイル撓み量が、前記ピストン側のコイル端部における巻線端部位置でのコイル撓み量より、当該巻線端部位置とコイル中心を挟んで対向する巻線位置でのコイル撓み量の方が大きいように形成されていることを特徴とする圧力調整弁。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された圧力調整弁において、
前記コイルばねは、前記ピストン側のコイル端部における巻線端部位置と前記調圧室側のコイル端部における巻線端部位置とをコイル上面から見たときに、コイル中心から各巻線端部位置を結ぶ直線間で形成される中心角が９０度以内となるように形成されていることを特徴とする圧力調整弁。
【請求項４】
請求項３に記載された圧力調整弁において、
前記コイルばねは、前記ピストン側のコイル端部における巻線端部位置と、前記中心角が形成する円弧状の巻線と前記中心角の二等分線とが交差する巻線位置と、の間でコイル自由長が最小となり、当該コイル自由長が最小となる巻線位置と１８０度ずれた巻線位置でコイル自由長が最大となるように形成されていることを特徴とする圧力調整弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧の１次流体の圧力を減圧して所望の圧力に調整する圧力調整弁に関し、特に、車両用燃料ガスの供給回路に使用される圧力調整弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高圧の１次流体の圧力を減圧して所望の圧力に調整するため、１次流体の圧力を減圧する調圧室と、調圧室内に軸方向へ移動可能に収容されるピストンと、ピストンを軸方向へ付勢するコイルばねと、ピストンの外周縁に嵌装され調圧室内の気密性を確保するシール部材とを備える圧力調整弁では、ピストン移動時におけるピストンの軸方向に対する傾きを防止して、ピストンのシール性やシール部材の耐久性を向上させることが求められている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、図９に示すように、１次流体Ｌ１が供給される入力室１０１と、連通路１０２を介して入力室１０１と接続され、２次流体Ｌ２が出力される出力室１０３（調圧室に該当）と、出力室１０３の内壁に沿い軸方向に移動可能なピストン１０４と、ピストン１０４を軸方向に付勢する付勢手段（コイルばね）１０５と、ピストン１０４と連動して軸方向に移動し、連通路１０２を開閉する弁体１０６とを備え、付勢手段１０５は、出力室１０３内に配置され、有効巻数がｎを整数として、ｎ＋０．５のコイルばねであることを特徴とする減圧弁１００（圧力調整弁に該当）が開示されている。なお、ピストン１０４の外周縁には、出力室１０３内の気密性を確保するシール部材１０７が嵌装されている。
【０００４】
この減圧弁１００によれば、出力室１０３とピストン１０４との間に有効巻数がｎ＋０．５の付勢手段（コイルばね）１０５を備えるので、コイルばねの荷重がピストン１０４におけるコイルばねの軸方向に垂直な端面の中心にかかるようにすることができ、ピストン１０４の傾きを抑制できると考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１５７６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記減圧弁１００には、以下の問題があった。すなわち、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、付勢手段（コイルばね）１０５は、一般に、コイル端部１０５１の軸方向に対する直角度を高めるため、コイル端部１０５１の巻線だけ巻角度を変えて隣の巻線１０５３に巻線端部１０５２を略当接させる巻き方（いわゆるクローズドエンド）で巻回した上で、コイル端部１０５１をコイルばねの軸方向に対して直角に研削して形成されている。
【０００７】
そのため、付勢手段（コイルばね）１０５を出力室１０３とピストン１０４との間に装着したときには、初期撓みによって、巻線端部１０５２が隣の巻線１０５３に密着した状態となって、ピストン１０４と当接するコイル端部１０５１において、巻線端部１０５２の位置Ｐにおけるばね定数が、コイル周方向の他の巻線位置Ｑにおけるばね定数より大きくなる。
【０００８】
したがって、図１１に示すように、高圧の１次流体Ｌ１を出力室１０３に供給するためピストン１０４が軸方向に移動するとき、コイル端部１０５１のコイル周方向におけるばね定数の差異に基づく偏荷重（ｆ１＞ｆ２）がピストン１０４に作用することによって、ピストン１０４の軸方向に対する傾きが生じやすくなり、シール部材１０７が出力室１０３の内壁に追従できずにシール機能が低下する恐れがあった。その結果、１次流体Ｌ１の突入時の出力室１０３における気密性の低下、ピストン１４やシール部材１０７の偏摩耗や損傷が起こりやすいという問題があった。
【０００９】
特に、近年、車両用燃料ガス（例えば、水素ガスやＣＮＧ）における１次流体圧の高圧化が進められている中で、車両用燃料ガスの供給回路に使用される圧力調整弁にとって、高圧ガスの突入時における圧力調整弁のシール機能を向上させるとともに、シール部材に対する耐摩耗性を向上させる要求が高まっている。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、１次流体の圧力を減圧する調圧室と、調圧室内に軸方向へ移動可能に収容されるピストンと、ピストンを軸方向へ付勢するコイルばねと、ピストンの外周縁に嵌装され調圧室内の気密性を確保するシール部材とを備える圧力調整弁において、高圧の１次流体の突入時におけるコイルばねの偏荷重に伴うピストンの傾きを低減できる圧力調整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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る圧力調整弁は、以下の構成を有している。
【００１２】
（１）１次流体の圧力を減圧する調圧室と、前記調圧室内に軸方向へ移動可能に収容されるピストンと、前記ピストンを軸方向へ付勢するコイルばねと、前記ピストンの外周縁に嵌装され前記調圧室内の気密性を確保するシール部材とを備える圧力調整弁において、前記コイルばねは、前記ピストン側のコイル端部が無負荷時に軸方向に対して傾斜するように形成され、かつ負荷時に軸方向に対して直角になるように形成されていることを特徴とする。ここで、「無負荷時」とは、コイルばねに対して軸方向の荷重が作用していない時を意味する。また、「負荷時」とは、１次流体が調圧室内に突入し、コイルばねに対して軸方向の荷重が作用している時を意味する。
【００１３】
本発明においては、コイルばねは、ピストン側のコイル端部が無負荷時に軸方向に対して傾斜するように形成され、かつ負荷時に軸方向に対して直角になるように形成されているので、コイルばねのピストン側のコイル端部において、コイル周方向におけるばね定数の差異があっても、無負荷時に対する負荷時のコイル撓み量をコイル周方向で変化させることによって、負荷時のばね反発力をコイル周方向で均衡させることができる。そのため、圧力調整弁にコイルばねをセットする前（無負荷時）に、ピストン側のコイル端部を軸方向に対して傾斜するように形成するという簡単な方法で、１次流体を調圧室に供給するためピストンが軸方向に移動するとき（負荷時）に、ピストンに対するばね反発力をコイル周方向で均衡させ、ピストンの軸方向に対する傾きを低減できる。その結果、高圧の１次流体の突入時におけるコイルばねの偏荷重に伴うピストンの傾きを簡単に低減できる。
【００１４】
（２）（１）に記載された圧力調整弁において、前記コイルばねは、負荷時のコイル撓み量が、前記ピストン側のコイル端部における巻線端部位置でのコイル撓み量より、当該巻線端部位置とコイル中心を挟んで対向する巻線位置でのコイル撓み量の方が大きいように形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、コイルばねは、負荷時のコイル撓み量が、ピストン側のコイル端部における巻線端部位置でのコイル撓み量より、当該巻線端部位置とコイル中心を挟んで対向する巻線位置でのコイル撓み量の方が大きいように形成されているので、ピストン側のコイル端部における巻線の巻角度を変えて隣の巻線に巻線端部を略当接させる巻き方（いわゆるクローズドエンド）で巻回したコイルばねにおいて、巻線端部位置でのばね定数の増加を、コイル撓み量の縮小によって解消させることができる。そのため、ピストン側のコイル端部における巻線端部位置での負荷時のばね反発力と、当該巻線端部位置とコイル中心を挟んで対向する巻線位置での負荷時のばね反発力との差異を、確実に低減できる。その結果、高圧の１次流体の突入時におけるコイルばねの偏荷重に伴うピストンの傾きを、より簡単かつ確実に低減できる。
【００１６】
（３）（１）又は（２）に記載された圧力調整弁において、前記コイルばねは、前記ピストン側のコイル端部における巻線端部位置と前記調圧室側のコイル端部における巻線端部位置とをコイル上面から見たときに、コイル中心から各巻線端部位置を結ぶ直線間で形成される中心角が９０度以内となるように形成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明においては、コイルばねは、ピストン側のコイル端部における巻線端部位置と調圧室側のコイル端部における巻線端部位置とをコイル上面から見たときに、コイル中心から各巻線端部位置を結ぶ直線間で形成される中心角が９０度以内となるように形成されているので、ピストン側のコイル端部における巻線端部位置と、調圧室側のコイル端部における巻線端部位置とを、コイル周方向で近接させることができる。そのため、両巻線端部位置をコイル周方向で近接させることによって、コイルばね全体として、コイル周方向でばね定数が相対的に大きくなる範囲と相対的に小さくなる範囲とを、コイル中心に対して対称に形成することができる。その結果、ピストン側のコイル端部を無負荷時に軸方向に対して傾斜させて形成する際、その傾斜方向をばね定数の大小に基づいて正確に決めることができ、高圧の１次流体の突入時におけるコイルばねの偏荷重に伴うピストンの傾きを、より正確に低減できる。
【００１８】
なお、コイルばねは、ピストン側のコイル端部における巻線端部位置と調圧室側のコイル端部における巻線端部位置とをコイル上面から見たときに、両者が重なっているように形成されていることが、より好ましい。コイルばね全体として、ばね定数が大きくなる範囲をコイル周方向の一箇所に集中させることで、コイルばねを精度よく形成することが容易となる。また、コイルばねは、個体差によるばね定数や負荷時のばね反発力等のバラツキを抑制することができる。
【００１９】
（４）（３）に記載された圧力調整弁において、前記コイルばねは、前記ピストン側のコイル端部における巻線端部位置と、前記中心角が形成する円弧状の巻線と前記中心角の二等分線とが交差する巻線位置と、の間でコイル自由長が最小となり、当該コイル自由長が最小となる位置と１８０度ずれた巻線位置でコイル自由長が最大となるように形成されていることを特徴とする。ここで、「コイル自由長」とは、無負荷時におけるコイルばねの軸方向の長さを意味する。
【００２０】
本発明においては、コイルばねは、ピストン側のコイル端部における巻線端部位置と、中心角が形成する円弧上の巻線と中心角の二等分線とが交差する巻線位置と、の間でコイル自由長が最小となり、当該コイル自由長が最小となる位置と１８０度ずれた巻線位置でコイル自由長が最大となるように形成されているので、コイルばね全体として相対的にばね定数が大きくなる巻線位置で負荷時のコイル撓み量を最小とさせ、その反対側の巻線位置で負荷時のコイル撓み量を最大とさせることができる。そのため、コイルばね全体として、コイル周方向におけるばね反発力の均衡化を図ることができる。その結果、高圧の１次流体の突入時におけるコイルばねの偏荷重に伴うピストンの傾きを、より安定して低減できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、１次流体の圧力を減圧する調圧室と、調圧室内に軸方向へ移動可能に収容されるピストンと、ピストンを軸方向へ付勢するコイルばねと、ピストンの外周縁に嵌装され調圧室内の気密性を確保するシール部材とを備える圧力調整弁において、高圧の１次流体の突入時におけるコイルばねの偏荷重に伴うピストンの傾きを低減できる圧力調整弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力調整弁の全体断面図である。
【図２】図１に示す上流圧力調整弁におけるコイルばねの上面図である。
【図３】図２に示すコイルばねの無負荷時におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２に示すコイルばねの負荷時におけるＡ−Ａ断面図である。
【図５】図１に示す上流圧力調整弁の１次流体の突入時における動作説明図である。（ａ）は、ピストンが上昇端から下降開始する時を示し、（ｂ）は、ピストンが所定ストロークだけ移動し、下降完了する時を示す。
【図６】図２に示すコイルばねの変形例１の上面図である。
【図７】図２に示すコイルばねの変形例２の上面図である。
【図８】図２に示すコイルばねの変形例３の上面図である。
【図９】特許文献１に記載された減圧弁の断面図である。
【図１０】図９に示す減圧弁におけるコイルばねの詳細図である。（ａ）は、ピストン側コイル端部の断面図であり、（ｂ）は、その底面図である。
【図１１】図９に示す減圧弁の１次流体の突入時における動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明に係る実施形態である圧力調整弁について、図面を参照して詳細に説明する。はじめに、本実施形態に係る圧力調整弁の全体構造とその動作方法を説明し、その後、本実施形態に係る圧力調整弁の上流圧力調整弁へ高圧の１次流体が供給されるときのピストンの動作状況を説明する。また、上流圧力調整弁のピストンを付勢するコイルばねの変形例について説明する。
【００２４】
＜圧力調整弁の全体構造＞
まず、本実施形態に係る圧力調整弁の全体構造を、図１〜図４を用いて説明する。図１に、本発明の実施形態に係る圧力調整弁の全体断面図を示す。図２に、図１に示す上流圧力調整弁におけるコイルばねの上面図を示す。図３に、図２に示すコイルばねの無負荷時におけるＡ−Ａ断面図を示す。図４に、図２に示すコイルばねの負荷時におけるＡ−Ａ断面図を示す。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態に係る圧力調整弁１０は、上流に位置する上流圧力調整弁１と、下流に位置する下流圧力調整弁２と、上流圧力調整弁１による減圧後であって下流圧力調整弁２による減圧前の燃料ガスＧが通過する中通路３と、当該中通路３に接続された逆止弁４とをボデー部材７に備え、燃料ガスＧを多段階に減圧しながら所望の圧力に調整する多段圧力調整弁である。本圧力調整弁１０は、アルミ合金製のボデー部材７の内部に、上流圧力調整弁１、下流圧力調整弁２、中通路３、逆止弁４等が形成されている。上流圧力調整弁１と下流圧力調整弁２とは、直列に接続されている。
【００２６】
なお、燃料ガスＧは、例えば、車両用燃料電池（ＦＣ）に供給される水素ガスであり、本圧力調整弁１０の上流側には、燃料タンクに貯留された燃料ガスＧを供給又は停止する主止弁が接続され、本圧力調整弁１０の下流側には、所望の圧力に調圧された燃料ガスＧを燃料電池に供給するインジェクタが接続されている（図示しない）。燃料タンクに貯留される燃料ガスＧは、充填設備によっては約８０〜９０Ｍｐａ程度の圧力で充填される場合がある。一方、本圧力調整弁１０からインジェクタに供給される燃料ガスＧの圧力は、１．０〜１．５Ｍｐａ程度の圧力まで減圧される。したがって、本圧力調整弁１０は、例えば、上流圧力調整弁１にて約８０〜９０Ｍｐａ程度から約３．０〜２．５Ｍｐａ程度まで減圧し、下流圧力調整弁２にて約３．０〜２．５Ｍｐａ程度から約１．０〜１．５Ｍｐａ程度まで減圧する。
【００２７】
ボデー部材７の左上端には、上方へ突設された円筒状凸部７３が形成されている。円筒状凸部７３には、六角柱状に形成された端子ブロック７４が上方から螺子止めされている。端子ブロック７４には、上方に開口し主止弁と接続される入口端子８が形成されている。また、ボデー部材７の上右端には、右方へ開口しインジェクタに接続される出口端子６が形成されている。
【００２８】
（上流圧力調整弁）
上流圧力調整弁１は、入口端子８と連通される弁室１２と、弁室１２内を上下動する弁体１３と、弁室１２の下端に形成され弁体１３と当接、離間する弁座１４と、弁座１４の下方に位置し弁体１３が上方へ移動したとき弁室１２と連通される調圧室１１と、調圧室１１内を上下動するピストン１５と、ピストン１５を上方へ付勢するコイルばね１６と、コイルばね１６の下端に当接してコイルばね１６を保持する保持部材１７と、保持部材１７を高さ調整可能にボデー部材７に螺子止する止め部材１８とを備えている。
【００２９】
入口端子８と弁室１２との間には、入口端子通路８１が垂直状に形成されている。弁室１２と弁体１３との間には、弁体１３を下方へ付勢する弁ばね１３３が介装されている。弁体１３には、弁ばね１３３が装着された本体部の下方に弁座１４と当接するテーパ部１３２が形成されている。テーパ部１３２の下方には、ニードル部１３１が形成されている。ニードル部１３１は、弁座１４に形成された通孔を貫通して調圧室１１まで延伸されている。ニードル部１３１の下端は、ピストン１５の本体部上端に突設された軸突部１５３の上端に当接している。
【００３０】
ピストン１５の本体部外周縁には、調圧室１１の内周縁と摺接して調圧室１１をシールする環状シール部材１５１が嵌装されている。環状シール部材１５１は、上方へＶ字状に開くリップ状断面を有する。ピストン１５の下端には、コイルばね１６を保持するばね受座１５４が凹形成されている。ばね受座１５４は、水平状に形成され、コイルばね１６のコイル端部１６１と当接している。ばね受座１５４の外周壁には、フッ素系樹脂製の摺動部材１５２が装着されている。コイルばね１６の下端に当接する保持部材１７には、通気口１７１が形成され、止め部材１８には、通気口１７１を通して導入される外気に対するフィルタ部材１９が係止されている。調圧室１１は、後述するように中通路３（３１、３２、３３）を介して下流圧力調整弁２の弁室２２と連通されている。コイルばね１６については、後で詳述する。
【００３１】
（下流圧力調整弁）
下流圧力調整弁２は、出口端子６と連通される調圧室２１と、調圧室２１内を上下動するピストン２４と、ピストン２４を上方へ付勢するコイルばね２５と、調圧室２１の下方に形成された弁室２２と、ピストン２４の軸部に沿って弁室２２まで延設された略円筒状の弁体２４１と、弁室２２の下端に形成され弁体２４１の下端部が当接、離間する弁座２６と、弁座２６が内嵌されボデー部材７の右下端に螺子止めされる止め部材２７と、止め部材２７に螺着させ弁座２６を高さ調整可能に形成された調整ねじ２８とを備えている。
【００３２】
調圧室２１は、ボデー部材７の右上端から嵌装される蓋部材２３によってシールされている。蓋部材２３の軸下方には、ピストン２４の上端部に当接して、ピストン２４の上方への移動を規制する円柱状凸部が形成されている。円柱状凸部がピストン２４の上端部に当接した時には、調圧室２１には円環状空間が形成される。調圧室２１と出口端子６との間には、両者を連通させる出口端子通路６１が水平状に形成されている。
【００３３】
ピストン２４及び弁体２４１の軸中心には、円柱状の貫通孔２４１１がピストン２４の上端部から弁体の下端部まで形成されている。ピストン２４の本体部外周縁には、調圧室２１の内周縁と摺接して調圧室２１をシールする環状シール部材２４２が嵌装されている。環状シール部材２４２は、上方へＶ字状に開くリップ状断面を有する。ピストン２４の下端には、コイルばね２５を保持するばね受座２４６が凹形成されている。コイルばね２５は、円筒状の圧縮ばねである。コイルばね２５の下端は、ボデー部材７と一体に形成された保持部２４７によって位置規制されている。
【００３４】
保持部２４７の下方には、弁体２４１の外周縁と摺接して弁室２２をシールする環状シール部材２４３が嵌装されている。環状シール部材２４３は、下方（弁室側）へＶ字状に開くリップ状断面を有する。環状シール部材２４３の下方には、弁体２４を上下方向に軸支する軸受部２４５が装着されている。軸受部２４５は、環状シール部材２４３の落下止めを兼ねている。弁室２２は、軸受部２４５の下方で略円筒状に形成されている。
【００３５】
（中通路）
中通路３は、上流圧力調整弁１の調圧室１１から水平状に形成された第１中通路３１と、下流圧力調整弁２の弁室２２から水平状に形成された第２中通路３２と、第１中通路３１と第２中通路３２とを上下方向に連通する第３中通路３３とを備えている。ボデー部材７には、第１中通路３１を加工するための中通路用加工孔７２と、第２中通路３２を加工するための中通路用加工孔７２が形成されている。ボデー部材７の外壁面７１には、各中通路用加工孔７２、７２を封止する封止部材９、９が締結されている。第３中通路３３の上方には、後述する逆止弁４が配設されている。逆止弁４の入口部４２と第３中通路３３との間には、両者を連通させる逆止弁入口通路５２が上下方向に形成されている。
【００３６】
（逆止弁）
逆止弁４は、内気逆止弁であって、弁室４１と、弁室４１の入口部４２と、弁室４１内に収容され入口部４２と当接、離間するボール弁４３と、ボール弁４３を入口部４２へ付勢する押圧ばね４４と、押圧ばね４４を保持するとともに弁室４１をボデー部材７に対して封止する封止部材４６と、弁室４１の出口部４７とを備えている。出口部４７と下流圧力調整弁２の調圧室２１との間には、両者を連通させる逆止弁出口通路５１が水平状に形成されている。逆止弁出口通路５１は、出口端子通路６１と同軸上に形成されている。
【００３７】
（コイルばね）
コイルばねには、上流圧力調整弁１のピストン１５を軸方向に付勢するコイルばね１６と、下流圧力調整弁２のピストン２４を軸方向に付勢するコイルばね２５とがあるが、ここでは、高圧ガスが突入する上流圧力調整弁１のピストン１５を軸方向に付勢するコイルばね１６について、詳細に説明する。なお、下流圧力調整弁２のピストン２４を軸方向に付勢するコイルばね２５は、通常の円筒状の圧縮ばねを用いているので、詳細の説明は割愛する。
【００３８】
図２〜図４に示すように、コイルばね１６は、略円筒状の圧縮ばねである。コイルばね１６は、ピストン側のコイル端部１６１における巻線１６３の巻角度を変えて隣の巻線１６４に巻線端部１６２を略当接させる巻き方（いわゆるクローズドエンド）で巻回した上で、無負荷時にピストン側のコイル端部１６１が軸方向に対して所定の角度θ１で傾斜するように形成され、かつ負荷時に軸方向に対して直角になるように形成されている。コイルばね１６の軸方向の中間部１６５では、巻線のピッチが均等になるように巻回されている。
【００３９】
また、コイルばね１６は、保持部材側（調圧室側）のコイル端部１６９における巻線１６７の巻角度を変えて隣の巻線１６６に巻線端部１６８を略当接させる巻き方（いわゆるクローズドエンド）で巻回した上で、無負荷時及び負荷時に保持部材側のコイル端部１６９が軸方向に対して直角になるように形成されている。ここで、「無負荷時」とは、コイルばね１６に対して軸方向の荷重が作用していない時を意味し、「負荷時」とは、燃料ガスＧ（１次流体）が調圧室１１内に突入し、コイルばね１６に対して軸方向の荷重が作用している時を意味する。
【００４０】
また、コイルばね１６は、無負荷時に対する負荷時のコイル撓み量が、ピストン側のコイル端部１６１における巻線端部位置Ｐ（１６２）でのコイル撓み量（Ｈ０−Ｈ２）より、当該巻線端部位置Ｐ（１６２）とコイル中心Ｃを挟んで対向する巻線位置Ｑ（１６３）でのコイル撓み量（Ｈ１−Ｈ２）の方が大きいように形成されている。なお、Ｈ０は、巻線端部位置Ｐ（１６２）でのコイル自由長であり、Ｈ１は、巻線位置Ｑ（１６３）でのコイル自由長であり、Ｈ２は、巻線端部位置Ｐ（１６２）及び巻線位置Ｑ（１６３）でのコイル圧縮長である。ここで、「コイル自由長」とは、無負荷時におけるコイルばねの軸方向の長さを意味し、「コイル圧縮長」とは、負荷時におけるコイルばねの軸方向の長さを意味する。
【００４１】
また、コイルばね１６は、ピストン側のコイル端部１６１における巻線端部位置Ｐ（１６２）と保持部材側（調圧室側）のコイル端部１６９における巻線端部位置Ｒ（１６８）とをコイル上面から見たときに、コイル中心Ｃから各巻線端部位置を結ぶ直線間で形成される中心角θ２が９０度以内となるように形成されている。図２では、中心角θ２が９０度の場合を示している。
【００４２】
＜圧力調整弁の動作方法＞
次に、本実施形態に係る圧力調整弁の動作方法を、図１を用いて説明する。
【００４３】
図１に示すように、例えば、車両用の燃料電池への燃料ガスＧの供給が開始され、出口端子６から燃料ガスＧが矢印の方向へ流出すると、下流圧力調整弁２の調圧室２１内に貯留される燃料ガスＧの圧力が低下する。調圧室２１内の燃料ガスＧの圧力が低下するとピストン２４が上昇し、ピストン２４及び弁体２４１に形成された貫通孔２４１１を経由して、弁室２２内の燃料ガスＧが調圧室２１内に供給され、調圧室２１内の圧力を上昇させる。調圧室２１内の圧力が所望の圧力に到達すると、ピストン２４がコイルばね２５を押し下げて、弁体２４１の下端部を弁座２６に当接させ、弁室２２内からの燃料ガスＧの供給が、停止する。なお、予め、調整ねじ２８のねじ込み量を調整することによって、調圧室２１内の圧力を所望の値（最終圧力）に設定する。
【００４４】
弁室２２内の燃料ガスＧの圧力が低下すると、下流圧力調整弁２の弁室２２と上流圧力調整弁１の調圧室１１とは、中通路３（３１、３２、３３）によって連通されているので、上流圧力調整弁１の調圧室１１内に貯留された燃料ガスＧが矢印の方向に流入して、下流圧力調整弁２の弁室２２内の圧力を上昇させる。このとき、上流圧力調整弁１の調圧室１１内の圧力が低下するので、ピストン１５を付勢するコイルばね１６の付勢力によって、上流圧力調整弁１の弁体１３が上方へ移動する。弁体１３が上方へ移動して弁座１４と離間すると、燃料タンクから入口端子８に供給される高圧の燃料ガスＧが、入口端子通路８１、弁室１２を経由して、調圧室１１内に供給される。これによって、調圧室１１内の燃料ガスＧの圧力は、所定の値（中間圧力）に維持される。なお、予め、止め部材１８のねじ込み量を調整することによって、調圧室１１内の圧力を所定の値（中間圧力）に設定する。
【００４５】
ここで、燃料電池への燃料ガスＧの供給が停止すると、下流圧力調整弁２の調圧室２１内に貯留される燃料ガスＧの圧力が低下しない。そのため、上流圧力調整弁１から中通路３（３１、３２、３３）へ漏れ出た燃料ガスＧの逃げ場がなくなり、中通路３内の圧力が上昇する。中通路３内の燃料ガスＧの圧力が既定値以上になると、逆止弁４のボール弁４３が入口部４２から離間して、逆止弁４が作動する。このとき、第３中通路３３から逆止弁入口通路５２を経由して、逆止弁４の弁室４１内に燃料ガスＧが放出される。そのため、中通路３（３１、３２、３３）に面した上流圧力調整弁１の調圧室１１をシールする環状シール部材１５１や下流圧力調整弁２の弁室２２をシールする環状シール部材２４３に対する燃料ガスＧの過負荷を回避させることができる。なお、逆止弁４の弁室４１内に放出された燃料ガスＧは、下流圧力調整弁２の調圧室２１、出口端子通路６１を経由して出口端子６に供給される。そのため、燃料ガスＧの外部への放出による無駄を低減できる。
【００４６】
＜ピストンの動作状況＞
次に、上流圧力調整弁へ１次流体が供給されるときのピストン１５の動作状況を、図５を用いて説明する。図５に、図１に示す上流圧力調整弁の１次流体の突入時における動作説明図を示す。（ａ）は、ピストンが上昇端から下降開始する時を示し、（ｂ）は、ピストンが所定ストロークだけ移動し、下降完了する時を示す。
【００４７】
図５（ａ）に示すように、上流圧力調整弁１の弁体１３が上方へ移動して弁座１４と離間すると、高圧の燃料ガスＧが弁室１２を経由して調圧室１１内に突入する。高圧の燃料ガスＧが調圧室１１内に突入することにより、ピストン１５には、下方へ押圧する荷重ＰＰが作用する。
【００４８】
一方、コイルばね１６は、前述したように、ピストン側のコイル端部１６１における巻線１６３の巻角度を変えて隣の巻線１６４に巻線端部１６２を略当接させる巻き方（いわゆるクローズドエンド）で巻回した上で、無負荷時にピストン側のコイル端部１６１が軸方向に対して所定の角度θ１で傾斜するように形成され、かつ負荷時に軸方向に対して直角になるように形成されている。そのため、ピストン側のコイル端部１６１では、巻線端部位置Ｐ（１６２）における負荷時のばね反発力Ｆ１と、巻線端部位置Ｐ（１６２）とコイル中心Ｃを挟んで対向する巻線位置Ｑ（１６３）における負荷時のばね反発力Ｆ２とが略均等な大きさとなり、燃料ガスＧが調圧室１１内に突入する時の荷重ＰＰと対抗する。
【００４９】
このとき、図５（ｂ）に示すように、ばね反発力Ｆ１、Ｆ２は、略均等な大きさでコイル中心Ｃに対して対称に、ピストン１５に作用する。したがって、ピストン１５は、傾斜することなく、軸方向に沿って所定ストロークＳＴだけ移動し、ばね反発力Ｆ１、Ｆ２と荷重ＰＰとが均衡する位置で停止する。ピストン１５が所定ストロークＳＴだけ移動すると、弁体１３が弁座１４に当接し、燃料ガスＧの調圧室１１内への供給が停止される。なお、所定ストロークＳＴは、微少量（例えば、０．１〜０．２ｍｍ程度）であるので、ピストン１５が所定ストロークＳＴだけ移動する間においても、ばね反発力Ｆ１、Ｆ２は、コイル中心Ｃに対して略均等な大きさでピストン１５に作用する。したがって、燃料ガスＧの突入時におけるコイルばね１６の偏荷重に伴うピストン１５の傾きを低減でき、高圧ガスの突入時における圧力調整弁１０のシール機能を向上させるとともに、環状シール部材１５１に対する耐摩耗性を向上させることができる。
【００５０】
＜コイルばねの変形例＞
次に、上流圧力調整弁１のピストン１５を押圧するコイルばね１６の変形例について、図６〜図８を用いて説明する。図６に、図２に示すコイルばねの変形例１の上面図を示す。図７に、図２に示すコイルばねの変形例２の上面図を示す。図８に、図２に示すコイルばねの変形例３の上面図を示す。
【００５１】
変形例１、２、３のコイルばねは、前述したコイルばね１６と同様に、いずれもピストン側のコイル端部１６１における巻線１６３の巻角度を変えて隣の巻線１６４に巻線端部１６２を略当接させる巻き方（いわゆるクローズドエンド）で巻回した上で、無負荷時にピストン側のコイル端部１６１が軸方向に対して傾斜するように形成され、かつ負荷時に軸方向に対して直角になるように形成されている。また、コイルばねは、保持部材側（調圧室側）のコイル端部１６９における巻線１６７の巻角度を変えて隣の巻線１６６に巻線端部１６８を略当接させる巻き方（いわゆるクローズドエンド）で巻回した上で、無負荷時及び負荷時に保持部材側のコイル端部１６９が軸方向に対して直角になるように形成されている（図３、図４を参照）。
【００５２】
（変形例１）
図６に示すように、変形例１のコイルばね１６Ｂは、ピストン側のコイル端部１６１における巻線端部位置Ｐ（１６２）と保持部材側（調圧室側）のコイル端部１６９における巻線端部位置Ｒ（１６８）とをコイル上面から見たときに、コイル中心Ｃから各巻線端部位置を結ぶ直線間で形成される中心角αが９０度以内となるように形成されている。また、ピストン側のコイル端部１６１における巻線端部位置Ｐ（１６２）と、中心角αが形成する円弧状の巻線と中心角αの二等分線βとが交差する巻線位置Ｓと、の間（γ１の範囲）でコイル自由長が最小となり、当該コイル自由長が最小となる巻線位置と１８０度ずれた巻線位置Ｔ（γ２の範囲）におけるコイル自由長が最大となるように形成されている。
【００５３】
そのため、変形例１のコイルばね１６Ｂは、コイルばね全体として相対的にばね定数が大きくなる巻線位置で負荷時のコイル撓み量を最小とさせ、その反対側の巻線位置で負荷時のコイル撓み量を最大とさせることができる。したがって、コイルばね全体として、コイル周方向におけるばね反発力の均衡化を図ることができる。その結果、高圧の燃料ガスＧの突入時におけるコイルばね１６Ｂの偏荷重に伴うピストン１５の傾きを、より安定して低減できる。
【００５４】
（変形例２）
図７に示すように、変形例２のコイルばね１６Ｃは、ピストン側のコイル端部１６１における巻線端部位置Ｐと保持部材側（調圧室側）のコイル端部１６９における巻線端部位置（Ｒ１、又はＲ２）とをコイル上面から見たときに、コイル中心Ｃから各巻線端部位置を結ぶ直線間で形成される中心角（α１、又はα２）が１８０度近傍を回避するように形成されている。例えば、中心角（α１、又はα２）が１７０度以内となるように形成されている。この場合においても、ピストン側のコイル端部１６１における巻線端部位置Ｐと、中心角（α１、又はα２）が形成する円弧状の巻線と中心角（α１、又はα２）の二等分線（β１、又はβ２）とが交差する巻線位置（Ｓ１、又はＳ２）と、の間でコイル自由長が最小となり、当該コイル自由長が最小となる巻線位置と１８０度ずれた巻線位置（Ｔ１、又はＴ２）でコイル自由長が最大となるように形成されている。
【００５５】
そのため、変形例２のコイルばね１６Ｃは、ピストン側のコイル端部１６１における巻線端部位置Ｐに近い方が低く、その反対側が高くなるように、無負荷時におけるピストン側のコイル端部１６１の傾斜を形成することができる。したがって、無負荷時におけるピストン側のコイル端部１６１の傾斜方向を簡単に決めることができる。その結果、高圧の燃料ガスＧの突入時におけるコイルばね１６Ｂの偏荷重に伴うピストン１５の傾きを、簡単に低減できる。
【００５６】
（変形例３）
図８に示すように、変形例３のコイルばね１６Ｄは、ピストン側のコイル端部１６１における巻線端部位置Ｐと保持部材側（調圧室側）のコイル端部１６９における巻線端部位置Ｒとをコイル上面から見たときに、両者が重なっているように形成されている。また、巻線端部位置Ｐ、Ｒにおけるコイル自由長が最小となり、当該巻線位置Ｐ、Ｒと１８０度ずれた巻線位置Ｑにおけるコイル自由長が最大となるように形成されている。
【００５７】
そのため、変形例３のコイルばね１６Ｄは、コイルばね全体として、ばね定数が大きくなる範囲をコイル周方向の一箇所に集中させることで、コイルばねを精度よく形成することが容易となる。また、コイルばね１６Ｄは、個体差によるばね定数や負荷時のばね反発力等のバラツキを抑制することができる。
【００５８】
＜作用効果＞
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る圧力調整弁１０によれば、上流圧力調整弁１のコイルばね１６は、ピストン側のコイル端部１６１が無負荷時に軸方向に対して傾斜するように形成され、かつ負荷時に軸方向に対して直角になるように形成されているので、コイルばね１６のピストン側のコイル端部１６１において、コイル周方向におけるばね定数の差異があっても、無負荷時に対する負荷時のコイル撓み量（Ｈ０−Ｈ２、Ｈ１−Ｈ２）をコイル周方向で変化させることによって、負荷時のばね反発力Ｆ１、Ｆ２をコイル周方向で均衡させることができる。そのため、圧力調整弁１０にコイルばね１６をセットする前（無負荷時）に、ピストン側のコイル端部１６１を軸方向に対して傾斜するように形成するという簡単な方法で、燃料ガスＧ（１次流体）を調圧室１１に供給するためピストン１５が軸方向に移動するとき（負荷時）に、ピストン１５に対するばね反発力Ｆ１、Ｆ２をコイル周方向で均衡させ、ピストン１５の軸方向の傾きを低減できる。その結果、高圧の燃料ガスＧの突入時におけるコイルばね１６の偏荷重に伴うピストン１５の傾きを簡単に低減できる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、コイルばね１６は、負荷時のコイル撓み量が、ピストン側のコイル端部１６１における巻線端部位置Ｐ（１６２）でのコイル撓み量（Ｈ０−Ｈ２）より、当該巻線端部位置とコイル中心Ｃを挟んで対向する巻線位置Ｑ（１６３）でのコイル撓み量（Ｈ１−Ｈ２）の方が大きいように形成されているので、ピストン側のコイル端部１６１における巻線１６３の巻角度を変えて隣の巻線１６４に巻線端部１６２を略当接させる巻き方（いわゆるクローズドエンド）で巻回したコイルばね１６において、巻線端部位置Ｐでのばね定数の増加を、コイル撓み量の縮小によって解消させることができる。そのため、ピストン側のコイル端部１６１における巻線端部位置Ｐでの負荷時のばね反発力Ｆ１と、当該巻線端部位置とコイル中心Ｃを挟んで対向する巻線位置Ｑでの負荷時のばね反発力Ｆ２との差異を、確実に低減できる。その結果、高圧の燃料ガスＧの突入時におけるコイルばね１６の偏荷重に伴うピストン１５の傾きを、より簡単かつ確実に低減できる。
【００６０】
また、本実施形態によれば、コイルばね１６は、ピストン側のコイル端部１６１における巻線端部位置Ｐと保持部材側（調圧室側）のコイル端部１６９における巻線端部位置Ｒとをコイル上面から見たときに、コイル中心Ｃから各巻線端部位置を結ぶ直線間で形成される中心角θ２が９０度以内となるように形成されているので、ピストン側のコイル端部１６１における巻線端部位置Ｐと、保持部材側（調圧室側）のコイル端部１６９における巻線端部位置Ｒとを、コイル周方向で近接させることができる。そのため、両巻線端部位置Ｐ、Ｒをコイル周方向で近接させることによって、コイルばね全体として、コイル周方向でばね定数が相対的に大きくなる範囲と相対的に小さくなる範囲とを、コイル中心Ｃに対して対称に形成することができる。その結果、ピストン側のコイル端部１６１を無負荷時に軸方向に対して傾斜させて形成する際、その傾斜方向をばね定数の大小に基づいて正確に決めることができ、高圧の燃料ガスＧの突入時におけるコイルばね１６の偏荷重に伴うピストン１５の傾きを、より正確に低減できる。
【００６１】
なお、上記実施形態は、本発明の要旨を変更しない範囲で変更することが可能なことは言うまでもない。例えば、本実施形態では、車両用燃料電池システムに供給する燃料ガス（水素ガス）の圧力を段階的に減圧して所望の圧力に調整する多段圧力調整弁として具体化したが、これに限定されることはない。例えば、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）を燃料とするフューエルエンジンシステムの多段圧力調整弁として、又は各種流体の供給回路に使用する圧力調整弁として、具体化することもできる。  
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、高圧の１次流体の圧力を減圧して所望の圧力に調整する圧力調整弁として、特に、車両用燃料ガスの供給回路に使用される圧力調整弁として利用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１                上流圧力調整弁
２                下流圧力調整弁
３                中通路
４                逆止弁
６                出口端子
７                ボデー部材
８                入口端子
９                封止部材
１０              圧力調整弁
１１              調圧室
１２              弁室
１３              弁体
１４              弁座
１５              ピストン
１６、１６Ｂ      コイルばね
１６Ｃ、１６Ｄ    コイルばね
２２              弁室
１５１            環状シール部材（シール部材）
１６１            コイル端部
１６２            巻線端部
１６９            コイル端部
θ２、α          中心角
Ｃ                コイル中心
Ｇ                燃料ガス（１次流体）
Ｐ、Ｒ            巻線端部位置
Ｑ、Ｓ、Ｔ        巻線位置
【図１】
2016136304.tif 000003
【図２】
2016136304.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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