(57)【要約】【課題】シール部材や弁体の損傷を回避でき、気密性を高めることができる、弁機構及びそれを備えた弁装置を提供すること。【解決手段】高圧タンク用の弁機構１であって、所定の流体が流れる流路８５に連通する弁機構収容孔９０に収容されるものであり、弁機構収容孔９０の内壁の少なくとも一部に形成されたネジ部３１ｂと螺合して、回動により弁機構収容孔９０内を移動する第１プランジャ３と、第１プランジャ３に一端で相対回動自在に係合されると共に、周囲にシール部材が接触する第２プランジャ５と、第２プランジャ５の他端で係合されると共に、流路８５に形成された弁座８５ｃに対して着座又は離座する弁体７とを備えること。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧タンク用の弁機構であって、所定の流体が流れる流路に連通する弁機構収容孔に収容されるものであり、
前記弁機構収容孔の内壁の少なくとも一部に形成されたネジ部と螺合して、回動により前記弁機構収容孔内を移動する第１プランジャと、
前記第１プランジャに一端で相対回動自在に係合されると共に、周囲にシール部材が接触する第２プランジャと、
前記第２プランジャの他端で係合されると共に、前記流路に形成された弁座に着座又は離座する弁体と、を備える高圧タンク用の弁機構。
【請求項２】
請求項１に記載の高圧タンク用の弁機構であって、
前記第２プランジャと前記弁体とは軸方向に相対移動可能であり、前記第２プランジャと前記弁体の間に、これら第２プランジャと前記弁体とを離間させる方向に弾性力を付与する弾性体を備えている、高圧タンク用の弁機構。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の高圧タンク用の弁機構と、
前記弁機構収容孔が形成されたボディと、
前記ボディの内部に形成され、前記流体が流れる前記流路と、
前記流路に形成され、前記弁体と協働して前記流路の連通及び遮断を行う前記弁座と、を備える高圧タンク用の弁装置。
【請求項４】
請求項３に記載の高圧タンク用の弁装置であって、
前記流路は、前記高圧タンクの内部空間と連通する第１流路と、前記高圧タンクの外部と連通する第２流路とを含み、前記弁座は第１流路と第２流路の境界に設けられ、前記第２流路に接続される配管系の気密検査において、前記第２流路内の流体の圧力は、前記第１流路内の流体の圧力よりも高い、高圧タンク用の弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧タンク用の弁機構及びそれを備えた弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池自動車や定置型燃料電池に用いられる高圧タンクには、数十ＭＰａもの高圧の水素が貯蔵されている。このため、高圧タンクに接続される配管系にも高圧がかかる。燃料電池自動車等の組立時やメンテナンス時には、配管系に漏えいが無いかを確認するために、いわゆる気密検査が実施される。具体的には、配管系に高圧流体が充填され、配管系からの流体の漏えいの有無が検査される。
【０００３】
気密検査に際しては、燃料である水素等は用いられず、例えばヘリウムなどの不活性ガスが用いられる。気密検査において、不活性ガスが高圧タンクに入り込まないように、高圧タンクには気密検査用の弁装置（手動弁）を装着する必要がある。気密検査用の弁装置としては、特許文献１に示されるような手動安全拘束弁がある。この手動安全拘束弁は、ガス流路内に配置され、ねじ付き柄を回転させることで、弾性ガスケットを第２弁座に密着させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３０１３５９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の手動安全拘束弁は、弁体が一部品であるため、以下のような課題があった。すなわち、ねじ付き柄１５３を回動させると、弁体の全体が回動する。このため、手動安全拘束弁の外周面に配置されているシール部材に、所定の回動力が加わってしまう。このため、シール部材の表面に傷がついて、ガスの漏れが発生する場合がある。また、ガスケットが第２の弁座に接触する際にも、回動しながら第２の弁座に押しつけられて圧接される。これにより、ガスケットの表面に傷が付き、ガスの漏れが発生する場合がある。
【０００６】
また、特許文献１の手動安全拘束弁の構造では、気密検査用の高圧の不活性ガスが充填された場合、手動安全拘束弁に対して開弁する方向に力が発生する。手動安全拘束弁の気密性を確保するためには、弁体を更にねじ込んで、第２の弁座とガスケットとの接触圧力を高める必要がある。この場合、ガスケットは、第２の弁座に対して高い圧力で接触した状態で回動するため、ガスケットに傷がよりつきやすい。
【０００７】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、シール部材や弁体の損傷を回避でき、気密性を高めることができる弁機構及び弁装置を提供すること、を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１手段は、高圧タンク用の弁機構であって、所定の流体が流れる流路に連通する弁機構収容孔に収容されるものであり、弁機構収容孔の内壁の少なくとも一部に形成されたネジ部と螺合して、回動により弁機構収容孔内を移動する第１プランジャと、第１プランジャに一端で相対回動自在に係合されると共に、周囲にシール部材が接触する第２プランジャと、第２プランジャの他端に係合されると共に、流路に形成された弁座に着座又は離座する弁体とを備える、という構成を採っている。これにより、第１プランジャが回動しても、その回動運動は第２プランジャに伝達されない。
【０００９】
第２手段は、第１手段の構成に加え、第２プランジャと弁体とは軸方向に相対移動可能であり、第２プランジャと弁体の間に、これら第２プランジャと弁体とを離間させる方向に弾性力を付与する弾性体を備えている、という構成を採っている。これにより、弁体が弁座に着座した後に、更に第１プランジャがねじ込まれても、弾性体６が縮むことで、第２プランジャ５の軸方向の移動が直接弁体に伝達されない。このため、弁体と弁座との間に強い接触圧力が生じるのが防止される。また、開弁時に内部流体の急激な移動等で、弁体が上方向に押される力が発生したとしても、弾性体によって、弁体が急激に上昇し暴れが出るのを防止できる。
【００１０】
第３手段は、高圧タンク用の弁装置であって、第１手段又は第２手段の弁機構と、弁機構収容孔が形成されたボディと、ボディの内部に形成され、流体が流れる流路と、流路に形成され、弁体と協働して流路の連通及び遮断を行う弁座とを備える、という構成を採っている。第２プランジャの外周面とボディの間にはシール部材が配置されているが、第２プランジャが回動しないことで、第２プランジャの周囲に配置されているシール部材にも回動方向の力は加わらない。このため、シール部材の損傷が効果的に防止される。また、シール部材に接触している第２プランジャを回動させる力が不要となるので、第１プランジャを回動させる力が低減される。
【００１１】
第４手段は、第３手段の構成に加え、流路は、高圧タンクの内部空間と連通する第１流路と、高圧タンクの外部と連通する第２流路とを含み、弁座は第１流路と第２流路の境界に設けられ、前記第２流路に接続される配管系の気密検査において、第２流路内の流体の圧力は、第１流路内の流体の圧力よりも高い、という構成を採っている。これにより、弁体の表面には第１流路内の流体の圧力と、第２流路内の流体の圧力がかかるが、第２流路内の流体の圧力の方が高いため、弁体を弁座に押しつける力（閉弁力）の方が、弁体を弁座から離間させる力（開弁力）よりも大きくなる。このため、気密検査においては、第１プランジャのねじ込みによって弁体と弁座の間に発生する接触圧力に頼ることなく、弁体が弁座に着座し、気密状態を維持することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シール部材や弁部材に回動による力が加わらない。このため、シール部材や弁体が損傷するのを防ぐことができる。また、弁体には閉弁方向の力が加わるため、第１プランジャによって大きな接触圧力を付与する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る弁装置と、高圧タンク及び配管系並びに燃料電池スタックを示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る弁装置の断面図であり、弁装置が流路を連通させている状態を示す。
【図３】図２に開示した弁装置の断面図であり、弁装置が流路を遮断している状態を示す。
【図４】図３に開示した弁機構の弁体に印加される圧力を概念的に示す断面図である。
【図５】弁機構の全体概要を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態について説明する。なお、以下の説明において、「軸方向」という用語を適宜用いるが、これは弁機構１又は弁機構収容孔９０の長手方向中心軸に沿った方向を意味している。また、「高圧タンク」という用語を用いているが、少なくとも大気圧よりも高い圧力の流体を貯蔵するものであれば、本発明の高圧タンクの範囲に含まれる。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る弁装置と、高圧タンク１０１及び配管系１１１並びに燃料電池スタック１２１を示す概略図である。高圧タンク１０１は、限定されるものではないが、高圧水素を貯蔵するための高圧タンクである。燃料電池自動車などで利用する高圧タンク１０１の場合、７０Ｍｐａ程度の圧力に耐える必要がある。また、水素に対して耐性を有することが求められる。このため、高圧タンク１０１は樹脂材料やアルミで作られている。高圧タンク１０１の口金部１０３には、当該口金部１０３を封止するように、ボディ８０が螺合している。ボディ８０の内部には、高圧タンク１０１の内部空間１０２に連通する、電磁式のインタンク電磁弁１０５が設けられている。そして、このインタンク電磁弁１０５の下流側に、第１流路８５ａを介して本実施形態の弁装置８が設けられている。本実施形態の弁装置８は、ボディ８０の外部から操作できる手動弁である。弁装置８の下流側には、第２流路８５ｂが形成されている。なお、以下の説明において、第１流路８５ａと第２流路８５ｂを合わせて流路８５と称する場合がある。
【００１６】
第２流路８５ｂには、外部から流体を充填するための充填流路１０７が設けられている。充填流路１０７の途中には逆止弁が設けられ、第２流路８５ｂから充填流路１０７を通って流体が流出するのを防いでいる。この充填流路１０７からは、高圧タンク１０１内に貯蔵される水素が充填される他、気密検査に用いる高圧流体（通常は、不活性ガス）も充填される。また、第２流路８５ｂには、燃料電池スタック１２１に水素を供給する主配管１１３が接続されている。主配管１１３には、ボディ８０の側から順に、レギュレータ１１５、圧力計１１６および１１７、制御弁１１９が接続されている。レギュレータ１１５は、高圧タンク１０１から供給される水素の圧力を調整（減圧）するものである。圧力計１１６は、調整前の水素の圧力を、そして圧力計１１７は、調整されたあとの水素の圧力をそれぞれ測定するものである。制御弁１１９は、燃料電池スタック１２１への水素の供給を制御（又は遮断）するものである。
【００１７】
通常の使用態様においては、インタンク電磁弁１０５は、図示しない制御部からの制御信号で開閉が制御される。また、本実施形態の弁装置８は、常に開状態となっている。一方、配管系１１１の組立時やメンテナンス時に気密検査を行う場合には、弁装置８が手動で操作され、第１流路８５ａと第２流路８５ｂが遮断される。これら第１流路８５ａと第２流路８５ｂが遮断されてないと、気密検査用の高圧流体が第１流路８５ａを通って、高圧タンク１０１内に入ってしまうからである。
【００１８】
［弁装置の全体構成］
次に、図２及び図３に基づいて、前記弁装置８の全体構成について説明する。なお、以下の説明において「係合」という用語を用いているが、狭く解釈されるべきものではない。すなわち、「係合」とは、以下の実施形態で説明するような、第１プランジャ３の鍔部３５と一端係合部５２により係合する構造や、他端係合部５４と弁体頭部７７により係合する構造に限定されない。例えば、第１プランジャ３が単純に第２プランジャの一端に接して、第２プランジャ５に推力（閉弁方向の力）を付与するような構造や、第２プランジャ５の他端が単純に弁体７に接して、弁体７に推力を付与するような構造でもよい。その他、第２プランジャ５と弁体７とをワイヤで連結するような構造も、「係合」に含まれる。また、第１プランジャ３と第２プランジャ５との係合と、第２プランジャ５と弁体７との係合は、常に両者が接触していることを前提としているものではない。条件によっては、第１プランジャ３と第２プランジャ５が直接接触していない状態も発生し得るし、第２プランジャ５と弁体７が直接接触しない状態も生じ得る。
【００１９】
弁装置８は、前記弁機構１と、弁機構１を保持するボディ８０とを備えている。ボディ８０は、第１プランジャ３を内部に保持する弁ホルダ８１と、この弁ホルダ８１が取り付けられる弁ボディ８３を備えている。また、ボディ８０の内部には、所定の流体が流れる流路８５が形成されている。そして、弁機構１が、流路８５の連通及び遮断を切り替えるようになっている。
【００２０】
［弁ホルダ］
弁ホルダ８１は、略円筒形状の部材であり、図中の上側の小径部８１ａと下側の大径部８１ｂとが一体となっている（図２において、説明の便宜上、仮想線で上下に区切って表示）。大径部８１ｂの外周面には、弁ホルダ雄ネジ部８１ｃが形成されている。弁ホルダ雄ネジ部８１ｃは、大径部８１ｂの外周面の全面に形成されているのではなく、大径部８１ｂの上半分の領域に形成されている。但し、大径部８１ｂの外周面の全面に弁ホルダ雄ネジ部８１ｃを形成してもよい。なお、大径部８１ｂの下半分の領域はネジ部が形成されていないため、ネジの高さ分だけ弁ホルダ雄ネジ部８１ｃよりも僅かに小径となっている。
【００２１】
弁ホルダ８１の内部は中空となっており、弁ホルダ８１の上から順に、弁ホルダ雌ネジ部８１ｄ、大径穴８１ｅ、第１シール部材用穴８１ｆとなっている。これら弁ホルダ雌ネジ部８１ｄ、大径穴８１ｅ、第１シール部材用穴８１ｆが、弁機構収容孔９０の一部を構成している。各部の直径については、弁ホルダ雌ネジ部８１ｄの直径が最も小さく、第１シール部材用穴８１ｆの直径が最も大きい。弁ホルダ雌ネジ部８１ｄの内径は、弁機構１の第１プランジャ３に形成された雄ネジ部３１ｂの直径に対応している。このため、弁ホルダ雌ネジ部８１ｄに第１プランジャ３が螺合される。弁ホルダ雌ネジ部８１ｄは、弁ホルダ８１の上端部から高さ方向の半分程度の範囲まで形成されている。このため、第１プランジャ３は、回動することで弁ホルダ雌ネジ部８１ｄの範囲を軸方向に移動できる。
【００２２】
大径穴８１ｅは円柱状の穴であり、この大径穴８１ｅ内に弁機構１の第２プランジャ５が収容されるようになっている。このため大径穴８１ｅの直径は、第２プランジャ５の直径よりも僅かに大きくなっている。大径穴８１ｅ内の第２プランジャ５は、一端（上端）で第１プランジャ３に係合されている。このため、第２プランジャ５は、第１プランジャ３と共に大径穴内８１ｅを移動する。但し、第２プランジャ５の一端（上端）が大径穴８１の上端部に接触すると、それ以上は上方に移動できない。
【００２３】
第１シール部材用穴８１ｆは、シール部材（例えば、Ｏリングとバックアップリング）８７を配置するための穴である。本実施形態では、大径穴８１ｅに第２プランジャ５が配置されることで、第２プランジャ５の外側にリング状の空間が形成される。このリング状の空間内に、シール部材８７が配置することで、第２プランジャ５の周囲にシール部材８７が接触するようになる。但し、本実施形態では、後記するように、弁ボディ８３の側にシール部材８７が配置されている。
【００２４】
［弁ボディ］
次に、弁ボディ８３について説明する。図２は、弁ボディ８３の一部分であって、弁装置８が設けられている部分を示している。弁ボディ８３には、弁ボディ雌ネジ部８３ａが形成されている。この弁ボディ雌ネジ部８３ａは、前記弁ホルダ８１を取り付けるためのものである。すなわち、弁ボディ雌ネジ部８３ａの内径は、弁ホルダ雄ネジ部８１ｃの直径に対応している。このため、弁ホルダ８１を弁ボディ雌ネジ部８３ａにねじ込むことで、弁ホルダ８１を弁ボディ８３に固定することができる。また、弁ボディ雌ネジ部８３ａの下方には、弁ホルダ８１の下部を収容するための弁ホルダ収容穴が形成されている。
【００２５】
また、弁ボディ８３における、弁ホルダ８１の下方には、弁機構収容孔９０の一部を構成する空間が形成されている。この弁ボディ８３に形成された弁機構収容孔９０は、第２シール部材用穴８３ｂと、円柱形状空間８３ｃとを含んでいる。第２シール部材用穴８３ｂは、第１シール部材用穴８１ｆと同等の内径を有している。このため、第２プランジャ５の外周面との間に所定のリング状の隙間が形成される。この隙間内であって、第２プランジャ５の周囲にシール部材８７が配置される。シール部材８７が配置されると、第１シール部材用穴８１ｆ、第２シール部材用穴８３ｂ及び第２プランジャ５によって形成される空間は、第１プランジャ３の側と弁体７の側とに遮断される。このため、シール部材８７を挟んで、大気に開放された上側の空間と大気圧よりも高い所定の圧力となる下側の空間とに維持することが可能となる。
【００２６】
また、弁ボディ８３の流路８５は、高圧タンク１０１の内部空間１０２に連通する第１流路８５ａと、高圧タンク１０１の外部（例えば、水素を供給する配管系１１１）に連通する第２流路８５ｂを含んでいる。第１流路８５ａは、弁機構収容孔９０と同軸で、弁体７に臨むように向けられている。第１流路８５ａの直径は、弁体７の逆円錐台形状に対応して設定されている。すなわち、第１流路８５ａの直径は、弁体７の逆円錐台形状の弁部７１における、小径部７１ａの直径よりも大きく、大径部７１ｂの直径よりも小さくなっている。そして、第１流路８５ａの端部（図中の上端部）に、弁体７の弁部７１のテーパ面が接触するようになっているため（図３参照）、第１流路８５ａと第２流路８５ｂの境界が弁座８５ｃとなる。
【００２７】
なお、第１流路８５ａの直径は、全長にわたって前記のような条件を満たす必要はない。少なくとも、弁座８５ｃとなる第１流路８５ａの端部が上記条件を満たしていればよく、第１流路８５ａの他の部分は、異なる直径で構成されていてもよい。また、本実施形態では、弁機構収容孔９０と第１流路８５ａが同軸上に形成されているが、このことは必須では無い。すなわち、弁座８５ｃが弁体７１に対向する位置にあれば良く、第１流路８５ａはどのような形状及び位置に形成されてもよい。
【００２８】
第２流路８５ｂは、弁機構収容孔９０及び第１流路８５ａに対して直交する方向に延びている。図２においては、第２流路８５ｂは右方向に延びるように形成されている。なお、図２に示す状態は、弁機構１が第１流路８５ａと第２流路８５ｂとの間を連通している状態である。このため、高圧タンク１０１の内部空間１０２に貯蔵されている高圧の水素が、第１流路８５ａを通って第２流路８５ｂに供給される。
【００２９】
［弁機構］
次に、図５に基づいて、本実施形態の弁機構１について説明する。本実施形態の弁機構１は、主として４つの部品を含んでいる。すなわち、弁機構１は、第１プランジャ３と、第１プランジャ３に係合される第２プランジャ５と、第２プランジャ５に係合される弁体７と、第２プランジャ５と弁体との間に配置される弾性体６とを備えている。
【００３０】
［第１のプランジャ］
第１のプランジャ３は、内部に六角穴３１ａが形成された円筒状の頭部３１と、頭部３１よりも直径が小さい円柱状の胴部３３と、胴部３３の下に形成されている鍔部３５とを備えている。六角穴３１ａは、六角レンチなどの工具が挿入される部分である。但し、頭部３１の穴は六角穴に限定されるものではなく、例えば、三角形や四角形、あるいは星型の穴であってもよい。また、頭部３１の外周面の少なくとも一部には、雄ネジ部３１ｂが形成されている。更に、鍔部３５は円盤形状を有しており、その直径は胴部３３の直径よりも大きくなっている。本実施形態の第１プランジャ３は、胴部３３の直径が最も小さく、頭部３１及び鍔部３５の直径が略同じ大きさとなっている。
【００３１】
［弁体］
弁体７は、後記する流路８５に形成された弁座８５ｃ（図２参照）に対して離座及び着座して、流路８５の連通及び遮断を切り替えるものである。弁体７は、一方（下側）が小さい直径で他方（上側）が大きな直径の逆円錐台形状の弁部７１と、この弁部７１の上方に位置する円盤部７３と、この円盤部７３の上方に位置する弁体首部７５と、弁体首部７５の上方に位置する弁体頭部７７とを備えている。それぞれの部分の寸法であるが、円盤部７３が最も大きな直径を有している。そして、弁部７１の上端部の直径が、円盤部７３の直径と近い大きさとなっている。次に直径が大きいのが、弁体頭部７７である。弁体頭部７７の直径は、円盤部７３の略半分程度である。但し、弁体頭部７７の直径は特に限定されるものではない。更に、弁体首部７５が、最も小さな直径を有している。
【００３２】
弁体頭部７７の内部には、第２プランジャ５に向かって開口する有底のバネ受け部７７ａが形成されている。このバネ受け部７７ａは、後記する弾性体（圧縮コイルバネ）６の端部が差し込まれるためのものである。このため、バネ受け部７７ａの内径は、弾性体６の直径よりも僅かに大きくなっている。弁体７の材料は、弁座８５ｃとの接触で大きな変形が生じない程度の強度を有するものが望ましい。本実施形態では、弁体の材料は、ポリイミドやポリアミドイミド等である。
【００３３】
［第２プランジャ］
第２プランジャ５は、第１プランジャ３の鍔部３５の直径よりも大きな直径を有する、略円柱形状の部材である。そして、第２プランジャ５の一端（上端）と他端（下端）には、第１プランジャ用切欠き５１と弁体用切欠き５３が形成されている。第１プランジャ用切欠き５１は、第１プランジャ３の胴部３３が挿入される第１切欠き部５１ａと、第１プランジャ３の鍔部３５が挿入される第２切欠き部５１ｂとからなる。第１切欠き部５１ａと第２切欠き部５１ｂは、第１プランジャ３の胴部３３と鍔部３５とを、第２プランジャ５の側面から挿入できるように、それぞれの開口部の幅Ｗ１、Ｗ２が，胴部３３及び鍔部５５の直径よりも僅かに大きくなっている。また、第１切欠き部の幅Ｗ１は、鍔部３５の直径よりも狭くなっている。これにより、図５において、第２切欠き部５１ｂの上方に第１係合部５２ａが形成され、第２切欠き部５１ｂの下方に第２係合部５２ｂが形成される。これら、第１係合部５２ａと第２係合部５２ｂによって、一端係合部５２が形成される。このため、第１プランジャ３の鍔部３５が一端係合部５２に係合されると、弁機構１の軸方向に関して、第１プランジャ３と第２プランジャ５は外れないようになる。
【００３４】
また、第１プランジャ用切欠き５１は、第１プランジャ３が第２プランジャ５の一端係合部５２に係合されると、両者の長手方向中心軸が略同軸となるように、位置と大きさが設定されている。但し、第１切欠き部５１ａと第２切欠き部５１ｂの内径を、第１プランジャ３の胴部３３及び鍔部３５の直径よりも弁動作の妨げとならない範囲で大きくしてもよい。なぜなら、第１プランジャ３と第２プランジャ５が後記する弁機構収容孔９０に収容されることで、両者が同軸関係となるからである。また、第２切欠き部５１ｂの高さＨ２は、第１プランジャ３の鍔部３５の厚さよりも高くなっており、一端係合部５２と鍔部３５との間に軸方向の隙間が形成されるようになっている。また、第２切欠き部５１ｂの内径及び開口部の幅Ｗ２も、第１プランジャ３の鍔部３５の外周面との間に隙間が形成される程度に大きくなっている。このため、第１プランジャ３が回動しても、鍔部３５の回動が第２プランジャ５には伝達されない。すなわち、第１プランジャ３と第２プランジャ５とは、相対回動自在に係合される。
【００３５】
また、弁体用切欠き５３は、弁体首部７５が挿入される第３切欠き部５３ａと、弁体頭部７７が挿入される第４切欠き部５３ｂとからなる。第３切欠き部５３ａと第４切欠き部５３ｂは、弁体首部７５と弁体頭部７７が第２プランジャ５の側面側から挿入できるように、それぞれの開口部の幅Ｗ３，Ｗ４が、弁体首部７５及び弁体頭部７７の直径よりも大きくなっている。また、第３切欠き部の幅Ｗ３は、弁体頭部７７の直径よりも狭くなっている。これにより、第４切欠き部５３ｂの上方に第３係合部５４ａが形成され、第４切欠き部５３ｂの下方に第４係合部５４ｂが形成される。これら、第３係合部５４ａと第４係合部５４ｂによって、他端係合部５４が形成される。このため、弁体７が第２プランジャ５の他端係合部５４に係合されると、弁機構１の軸方向に関して、第２プランジャ３と弁体７は外れないようになる。また、第４切欠き部５３ｂの高さＨ４は、弁体頭部７７の厚さよりも高くなっている。このため、他端係合部５４と弁体頭部７７の間には、軸方向の隙間が形成される。この軸方向の隙間により、第２プランジャ５と弁体７とは、軸方向に相対移動可能である。
【００３６】
［弾性体（圧縮コイルバネ）］
図２に示すように、第２プランジャ５の内部であって、弁体用切欠き５３の上部には、バネ収容穴５５が形成されている。このバネ収容穴５５は、前記弾性体６である圧縮コイルバネを収容するためのものである。すなわち、第２プランジャ５に弁体７が係合されると、弁体７のバネ受け部７７ａとバネ収容穴５５とによって、円柱状の空間が形成される。この円柱状の空間内に、弾性体６が配置される。弾性体６は圧縮コイルバネなので、第２プランジャ５と弁体７の間に配置されると、第２プランジャ５と弁体７とは相互に離間する方向に弾性力が付与される。なお、本実施形態のバネ収容穴５５は、上端部の内径が他の部分よりも小さくなっている。この上端部の内径は、弾性体６の直径と略同じ大きさである。このため、弾性体６を配置した場合に、弾性体６がバネ収容穴５５の上端部に保持される。なお、弾性体６は、コイルバネではなく、ゴムなどの弾性を有し且つ使用される流体（例えば、水素など）に耐性を有する部材であれば、どのような部材を用いてもよい。
【００３７】
［作用］
次に、本実施形態の弁機構１及び弁装置８の作用について、図２及び図３に基づいて説明する。図２は、前記したように、弁機構１が流路８５（第１流路８５ａと第２流路）を連通させている状態を示している。流路８５が連通している場合、第１流路８５ａと第２流路８５ｂ内は、高圧タンク１０１の内部空間１０２の圧力Ｐ１となっている。
【００３８】
次に、図２の状態から図３の状態まで変化するプロセスを説明する。図２の状態において、第１プランジャ３の六角穴３１ａに六角レンチなどの工具が差し込まれ、作業者の操作によって、六角レンチが時計回りに回動する。すると、第１プランジャ３が弁ホルダ雌ネジ部８１ｄによって、回動しながら弁機構収容孔９０の軸方向（図の下方）にねじ込まれる。このため、第１プランジャ３の鍔部３５に係合された第２プランジャ５も、弁機構収容孔９０の軸方向に沿って下方に移動する。このとき、シール部材８７を挟んで、第２プランジャ５の上側は大気圧となっている。一方、第２プランジャ５の下側には、流路８５内の流体の圧力Ｐ１が印加されている。ここで、圧力Ｐ１は大気圧よりも高い圧力である。このため、第２プランジャ５には、開弁方向の力が加わり、鍔部３５の下面と第２係合部５２ｂとが接触する。
【００３９】
このとき、第１プランジャ３と第２プランジャ５とは、相対回動自在に係合されている。このため、第１プランジャ３の回動運動は、第２プランジャ５へは伝達されない。第２プランジャ５が回動しないので、第２プランジャ５の外周部に配置されているシール部材８７にも回動運動が伝達されない。従って、シール部材８７の表面が損傷するのを効果的に防止することができる。また、第２プランジャ５に相対回動が生じないので、作業者が第１プランジャ３に加える回動力も、従来の弁機構と比較して小さな力で済む。
【００４０】
また、第２プランジャ５と弁体７との間には、弾性体６が設けられている。このため、弁体頭部７７の下面が、第４係合部５４ｂに接触する。そして、弁体７が弁座８５ｃに着座するまで、第１プランジャ３が回動する。このとき、弁体７が弁座８５ｃに着座した後に、更に第１プランジャ３がねじ込まれる場合もある。この場合、弁体頭部７７が第４係合部５４ｂから離間すると共に弾性体６が縮むことで、第２プランジャ５の軸方向の移動による荷重は急激に高まることなく弁体７に伝達される。一方、作業者は、弾性体６が縮み始めることで回動トルクが増加したことを知ることができる。このため、弁体７が弁座８５ｃに着座したことを間接的に知ることができ、第１プランジャ３のねじ込み操作を停止する。このため、弁体７と弁座８５ｃとの間に過剰な接触圧力が生じるのを防止できる。
【００４１】
また、弁体７が弁座８５ｃに着座する際に、弁体７は回動しないため、弁体７と弁座８５ｃの間には相対回動は生じない。従って、弁体７の弁部７１は、弁座８５ｃに対し弁機構収容孔９０の軸方向に移動して接触するだけである。このように、弁体７と弁座８５ｃにも相対回動が生じないため、弁体７の弁部７１の表面が損傷するのを効果的に防止することができる。特に、流路８５に形成された弁座８５ｃは、高い気密性を確保するために幅の狭いテーパ面で形成されている場合もある。このような場合、弁体７が弁座８５ｃに対して相対回動すると、弁部７１が損傷する可能性も高い。このため、相対回動が生じない本実施形態の弁装置１は、特に高い圧力が印加される高圧タンク１０１に使用すると有効である。
【００４２】
弁体７が弁座８５ｃに着座することで、第１流路８５ａと第２流路８５ｂとが遮断される。第１流路８５ａと第２流路８５ｂとを遮断するのは、第２流路８５ｂに充填流路１０７（図１参照）から高圧気体を充填して、第２流路８５ｂに接続されている配管系の気密検査をするためである。この場合、第１流路８５ａは高圧タンク１０１の内部空間１０２の圧力Ｐ１となっており、第２流路８５ｂは気密検査用の流体の圧力Ｐ２となっている。気密検査に使用する気体の圧力Ｐ２は、高圧タンク１０１の内部空間１０２の圧力Ｐ１よりも高く設定されている。これは、通常の使用状態で印加される圧力よりも高い圧力を配管系１１１に印加することで、配管系１１１の漏れを確実に検査できるようにするためである。
【００４３】
本実施形態の弁装置８では、弁体７を第２プランジャ５に対して別体としたことで、次のような特別な効果も奏する。弁体７だけに着目すると、第２プランジャ５とシール部材８７によって、弁体７の表面には図４の矢印で示すような圧力Ｐ１，Ｐ２が流体によって加わる。第２流路８５ｂの圧力Ｐ２の流体が弁体７を閉弁方向（図の下方）に押す力は、Ｓ２×Ｐ２である。ここで、Ｓ２は、弁体７を弁体頭部７７又は弁部７１の側から見た場合の投影面積である。また、第２流路８５ｂの圧力Ｐ２の流体が弁体７を開弁方向（図の上方）に押す力は、面積Ｓ２から面積Ｓ１を除いた部分に加わるので、（Ｓ２−Ｓ１）×Ｐ２である。ここで、Ｓ１は、弁体７を弁部７１側から見た場合の、弁座８５ｃによって囲まれた部分の弁体７の投影面積である。更に、第１流路８５ａの圧力Ｐ１の流体が弁体７を開弁方向に押す力は、Ｓ１×Ｐ１である。ここで、弁体７に対して下方向（弁座に向かう方向）に加わる力を閉弁力と称し、逆に、弁体７に対し上方向に加わる力を開弁力と称する。すると、閉弁力から開弁力を差し引いた力Ｆは、
Ｆ＝（Ｓ２×Ｐ２）−（（Ｓ２−Ｓ１）×Ｐ２）−（Ｓ１×Ｐ１）
となる。これを簡単にすると、
Ｆ＝Ｓ１（Ｐ２−Ｐ１）
このとき、Ｐ１＝Ｐ２と仮定すると、Ｆ＝０となり、弁体７に加わる力は軸方向に関して釣り合う。
【００４４】
一方、配管系１１１の気密検査の際には、第２流路８５ｂ内には、高圧タンク１０１の内部空間１０２の圧力Ｐ１よりも高い圧力Ｐ２の流体が充填される。このときの、流体が弁体７を閉弁方向に押す力Ｆは、
Ｆ＝Ｓ１（Ｐ２−Ｐ１）
となる。ここで、Ｐ２＞Ｐ１であるので、Ｆは常に正の値となる。すなわち、Ｐ２＞Ｐ１の条件が満たされていれば、弁体７には常に閉弁力が働く。
【００４５】
前記のように、気密検査の際には、弁体７には常に閉弁力が働く。このため、第１プランジャ３のねじ込みによる閉弁力に頼ることなく、確実に第１流路８５ａと第２流路８５ｂとを遮断することができる。これは、弁体７を第２プランジャ５に対して別体としたことによる特別の効果である。なお、第２流路８５ｂに圧力Ｐ２の流体が満たされると、その圧力Ｐ２が第２プランジャ５に印加される。この圧力Ｐ２によって第２プランジャ５には、開弁方向の力が加わる。このため、第２プランジャ５は、弁機構収容孔９０内を僅かに上昇する。このとき、第２プランジャ５と弁体７との間には、軸方向に所定の隙間が形成されている。この隙間は、第２流路８５ｂ内の圧力がＰ１からＰ２に上昇して、第２プランジャ５が開弁方向に移動する距離よりも大きくなっている。このため、第２のプランジャ５の上方への移動が、弁体７には伝達されることはなく、圧力Ｐ１とＰ２の圧力差によって発生する閉弁力は維持される。
【００４６】
気密検査を終了する場合には、第２流路８５ｂから気密検査用の流体が排出される。流体を大気に放出した場合、第２流路８５ｂの圧力は大気圧となる。すると、第１流路８５ａ内の圧力Ｐ１の流体によって、弁体７には開弁方向の力が加わる。しかし、弾性体６の弾性力およびプランジャ３のねじ込みによる軸力によって、弁体７の移動が防止される。その後、第１プランジャ３を反時計回りに回動させることによって、第１プランジャが開弁方向に移動する。第１プランジャ３が移動すると、弁体７が弁座８５ｃから離座する。これにより、第２流路８５ｂ内の圧力Ｐ１の流体（水素）が流れ込み、圧力Ｐ１は低下しながら第２流路８５ｂ内も同圧としていく。そして、弁体７は、第４係合部５４ｂに支持されて、第２プランジャ５と共に開弁方向に移動する。なお、高圧タンク１０１内の流体が全て排出されて、高圧タンク１０１内が大気圧になることも考えられる。この場合、第２プランジャ５には、開弁方向への力は加わらない。この場合でも、第１プランジャ３の鍔部３５に、第２プランジャ５の第１係合部５２ａが接触し、第２プランジャ５が開弁方向に移動する。
【００４７】
なお、前記したように、気密検査の際には、第１流路８５ａ内の流体の圧力Ｐ１よりも、第２流路内８５ｂの流体の圧力Ｐ２の方が高くなるように設定されている。しかしながら、意図しない原因で、圧力Ｐ１とＰ２の高さが逆転する可能性もある。その場合は、弁体７を上方向に押す力が発生する。この場合でも、前記プランジャ３のねじ込みによる軸力を適切に設定していることから、弁体７が急激に上昇することを防止できる。
【００４８】
［変形例］
なお、前記実施形態では、弁ホルダ８１と弁ボディ８３とは別体であった。しかしながら、弁ホルダ８１と弁ボディ８３と分割せずに、ボディ８０を一体部品にし、このボディ８０に直接弁機構収容孔９０を形成するようにしてもよい。この場合、ボディ８０に形成された弁機構収容孔９０の内面に、第１プランジャ３を螺合するための雌ネジ部を形成すればよい。また、弁装置は、必ずしもボディ８０内に設けなくてもよい。すなわち、第２流路８５ｂの更に下流側の配管系１１１に弁装置８’（仮想線で示す）を設けるようにしてもよい。但し、この場合は、充填流路１０７も弁装置８’の更に下流側に設ける必要がある。
【符号の説明】
【００４９】
１  弁機構
３  第１プランジャ
５  第２プランジャ
５２  一端係合部
５４  他端係合部
６  弾性体（圧縮コイルばね）
７  弁体
８  弁装置
８０  ボディ
８１  弁ホルダ
８３  弁ボディ
８５  流路
８５ａ  第１流路
８５ｂ  第２流路
９０  弁機構収容孔
１０１  高圧タンク
１０２  内部空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2017150627.tif 000006
【図５】
2017150627.tif 000007