JP7601115B2 - 減圧弁 - Google Patents

Description

本開示は、減圧弁に関する。

従来、たとえば特許文献１に記載されるように、一次ポートから供給されるガスの圧力を減圧し、この減圧されるガスを二次ポートへ送出する減圧弁がある。減圧弁は、ボディ、弁座、弁体および付勢部材を有している。ボディの内部には、一次ポートと二次ポートとを互いに連通させる流路が設けられている。弁座は、流路の途中に設けられている。弁体は、弁座に対して接離可能に設けられている。付勢部材は、弁体を弁座から離間させる方向へ付勢する。流路は、弁体に対して一次ポートが位置する側の一次側流路部と、弁体に対して二次ポートが位置する側の二次側流路部と、を含む。弁体は、一次側流路部の圧力と二次側流路部の圧力との差圧、および付勢部材の付勢力に応じて移動する。弁体の位置に応じて減圧弁の開度が変化することにより二次圧が調整される。

特開２０１７－１２６２６９号公報

特許文献１の減圧弁においては、つぎのようなことが懸念される。たとえば減圧弁が開弁した状態において、ガスが一次ポートから急激に入り込む際、一次側流路部の圧力が急激に上昇する。このため、一次側流路部の圧力と二次側流路部の圧力との差がより大きくなることによって、弁体の閉弁動作が遅れるおそれがある。この閉弁動作の遅れに起因して二次圧が設定された圧力の値を超えることが懸念される。

本開示の目的は、ガスの圧力をより適切に調整することができる減圧弁を提供することにある。

本開示の一態様に係る減圧弁は、ガス流路を有するボディと、前記ガス流路の途中に設けられた弁座と、前記ガス流路における前記弁座の下流側に設けられた弁体と、を備えている。前記ガス流路は、前記弁体の上流側に位置する一次側流路部と、前記弁体の下流側に位置する二次側流路部と、を含み、前記一次側流路部は、前記弁体と前記弁座との間に形成される空間である圧力室を含む。前記弁体は、前記弁座に対して離間する方向へ常時付勢されるとともに、前記一次側流路部の圧力と前記二次側流路部の圧力との差に応じて前記弁座を開閉するように構成されている。さらに、前記弁体は、前記圧力室を前記二次側流路部に連通させる弁体流路と、前記弁体と前記弁座との間の隙間に応じて前記圧力室に流入するガスが前記二次側流路部へ流出することを補助する補助流路と、を有している。

本開示の一態様に係る減圧弁は、ガス流路を有するボディと、前記ガス流路の途中に設けられた弁座と、前記ガス流路における前記弁座の下流側に設けられた弁体と、を備えている。前記ガス流路は、前記弁体の上流側に位置する一次側流路部と、前記弁体の下流側に位置する二次側流路部と、を含み、前記一次側流路部は、前記弁体と前記弁座との間に形成される空間である圧力室を含む。前記弁体は、前記弁座に対して離間する方向へ常時付勢されるとともに、前記一次側流路部の圧力と前記二次側流路部の圧力との差に応じて前記弁座を開閉するように構成されている。さらに、前記弁体は、前記圧力室を前記二次側流路部に連通させる弁体流路を有している。前記減圧弁は、前記弁体と前記弁座との間の隙間に応じて前記圧力室に流入するガスの流量を絞る絞り部をさらに備えている。

第１の実施の形態の減圧弁をその軸線に沿って切断した断面図。 図１の減圧弁における弁体および弁座の近傍を拡大して示す断面図。 図１の減圧弁における弁体および弁座の近傍を拡大して示す断面図。 第１の実施の形態の変形例の減圧弁における弁体および弁座の近傍を拡大して示す断面図。 第２の実施の形態の減圧弁における弁体および弁座の近傍を拡大して示す断面図。 第３の実施の形態の減圧弁における弁体および弁座の近傍を拡大して示す断面図。 第４の実施の形態の減圧弁における弁体および弁座の近傍を拡大して示す断面図。 他の実施の形態の減圧弁における弁体および弁座の近傍を拡大して示す断面図。

＜第１の実施の形態＞
以下、減圧弁を具体化した第１の実施の形態を説明する。

図１に示すように、減圧弁１は、一例として、燃料電池自動車に搭載される水素ガスのガスタンク２と燃料電池３とをつなぐ流体回路の途中に設けられる。減圧弁１は、ガスタンク２から一次ポート４を介して供給される水素ガスの圧力を設定圧力以下の圧力に減圧し、この減圧されたガスを二次ポート５を介して燃料電池３に供給する。一次ポート４から供給される水素ガスの圧力である一次圧は、たとえば８７．５ＭＰａ程度の高圧である。設定圧力は、減圧弁１により減圧された圧力である二次圧の目標値であり、たとえば１．２ＭＰａ程度である。

減圧弁１は、ボディ１１と、弁座１２と、弁体１３と、付勢部材１４と、第１シール部材１５と、第２シール部材１６とを備えている。

ボディ１１は、一次ポート４と二次ポート５とを互いに連通し、高圧ガスが流通するガス流路１７を有している。なお、以下の説明において、「上流側」および「下流側」は、ガス流路１７における水素ガスの流通方向を基準として定義される。弁座１２は、ガス流路１７に配置されている。弁体１３は、ガス流路１７における弁座１２の下流側に配置されている。付勢部材１４は、弁体１３を弁座１２から離間させる開弁方向に付勢する。第１シール部材１５および第２シール部材１６は、弁体１３の外周面に装着されている。弁体１３は、一次圧と二次圧との差圧および付勢部材１４の付勢力に応じて弁座１２に対して接離する。弁体１３の位置に応じて減圧弁１の開度が変化することにより、二次圧が設定値以下の圧力に調整される。

ボディ１１は、継ぎ手部材２１と、第１ハウジング部材２２と、第２ハウジング部材２３とを備えている。継ぎ手部材２１、第１ハウジング部材２２および第２ハウジング部材２３は、金属製である。継ぎ手部材２１、第１ハウジング部材２２、および第２ハウジング部材２３はこの順で、上流側から水素ガスの流通方向に並んでいる。これらの部材２１，２２，２３が相互連結されることにより、ボディ１１が組み立てられている。組み立て後のボディ１１において、継ぎ手部材２１、第１ハウジング部材２２および第２ハウジング部材２３は、共通の軸線Ｌ上に配置されている。

継ぎ手部材２１の形状は、概ね段付きの円柱状である。継ぎ手部材２１における大径部３１の外周面は、雄ねじを有している。継ぎ手部材２１は、ガス流路１７の一部である継ぎ手流路３２を有している。継ぎ手流路３２は、軸線Ｌに沿って直線状に延びており、継ぎ手部材２１の両端に開口している。継ぎ手流路３２の上流側の開口が一次ポート４として機能する。継ぎ手部材２１は、フィルタ３３を備えている。フィルタ３３は、継ぎ手流路３２の下流側の開口に設けられている。

第１ハウジング部材２２の形状は、概ね円柱状である。第１ハウジング部材２２の外径は、継ぎ手部材２１の外径よりも大きい。

第１ハウジング部材２２は、ガス流路１７の一部である第１取付穴４１および第２取付穴４２を有している。第１取付穴４１および第２取付穴４２の形状は、丸穴状である。第１取付穴４１は、第１ハウジング部材２２の上流側の端面に開口している。第２取付穴４２は、第１取付穴４１の下流側に連続している。第１取付穴４１および第２取付穴４２は、同一の軸線Ｌ上に設けられている。第１取付穴４１の内周面は、雌ねじを有している。継ぎ手部材２１は、その大径部３１が第１取付穴４１に締め付けられることにより、第１ハウジング部材２２に連結されている。第２取付穴４２の内径は、第１取付穴４１の内径よりも小さい。第２取付穴４２には、弁座１２が取り付けられている。すなわち、弁座１２はガス流路１７の途中に設けられている。

第１ハウジング部材２２は、ガス流路１７の一部である収容穴４３を有している。収容穴４３は、概ね丸穴形状である。収容穴４３は第２取付穴４２に連通するとともに、第１ハウジング部材２２の下流側の端面に開口している。収容穴４３は、軸線Ｌ上に設けられている。第１ハウジング部材２２は、収容穴４３と第２取付穴４２とを互いから仕切る隔壁４４を有している。隔壁４４の形状は、軸線Ｌに沿った方向からみて円環状である。隔壁４４の内径は、上流側へ向かうにつれて徐々に小さくなる。収容穴４３内には、弁体１３の一部が収容される。すなわち、弁体１３は、ガス流路１７における弁座１２の下流側に設けられている。

第１ハウジング部材２２は、円環状の設置溝４６を有している。設置溝４６は、収容穴４３の周囲に位置している。設置溝４６は、収容穴４３と同様に、第１ハウジング部材２２の下流側に開口している。設置溝４６は、第１ハウジング部材２２に設けられた円筒状の内壁４７と円筒状の外壁４８との間の隙間として設けられている。内壁４７は、設置溝４６の内郭を規定する。外壁４８は、設置溝４６の外郭を規定する。外壁４８は、内壁４７よりも下流側に突出している。外壁４８の外周面は、第１ハウジング部材２２の外周面の一部を構成する。外壁４８の外周面には、雄ねじが設けられている。この雄ねじは、設置溝４６と対応する位置に設けられている。なお、第１ハウジング部材２２は、設置溝４６の内部とボディ１１の外部とを互いに連通させる連通路４９を有している。

第２ハウジング部材２３の形状は、概ね円柱状である。第２ハウジング部材２３の外径は、第１ハウジング部材２２の外径よりもやや大きい。第２ハウジング部材２３は、連結穴５１を有している。連結穴５１は、第２ハウジング部材２３の上流側の端面に開口している。連結穴５１の形状は、丸穴状である。連結穴５１の内周面には、雌ねじが設けられている。この雌ねじは連結穴５１の開口端寄りに位置している。連結穴５１に外壁４８を挿入しつつ締め付けることにより、第１ハウジング部材２２が第２ハウジング部材２３に連結されている。なお、外壁４８の外周面には、たとえばＯリングなどの第３シール部材５２が装着されている。

また、第２ハウジング部材２３は、ガス流路１７の一部であるハウジング流路５３を有している。ハウジング流路５３は、軸線Ｌに沿って直線状に延びている。ハウジング流路５３は、連結穴５１の底面に上流側の開口を有し、第２ハウジング部材２３の下流側の端面に下流側の開口を有している。ハウジング流路５３の下流側の開口が二次ポート５として機能する。

弁座１２は、樹脂製である。弁座１２の形状は、円環状である。弁座１２は、第１ハウジング部材２２の第２取付穴４２に配置されている。そして、弁座１２は、第１取付穴４１に取り付けられた継ぎ手部材２１によって第２取付穴４２の底面に押さえつけられている。弁座１２は、弁孔６１を有している。弁孔６１は、軸線Ｌに沿って直線状に延びており、軸線Ｌに沿った方向における弁座１２の両端面に開口している。弁孔６１の下流側の領域において、弁孔６１の内周面は下流側に向かうほど内径がより大きくなるように傾斜している。

弁体１３は、金属製である。図２に示すように、弁体１３は、頭部７１と、本体部７２と、受圧部７３とを有している。頭部７１、本体部７２および受圧部７３は、上流側からこの順で一体に形成されている。頭部７１および本体部７２は、第１ハウジング部材２２の収容穴４３に収容されている。受圧部７３は、内壁４７から下流側へ突出していて外壁４８の内側に収容されている。弁体１３は、ボディ１１の内部において軸線Ｌに沿って移動可能である。また、弁体１３は、弁座１２に対して接離可能である。

頭部７１の形状は、概ね円柱状である。頭部７１は、先端側、すなわち上流側に向かって先細となるテーパ形状を有している。頭部７１のテーパ形状は、弁孔６１の下流側の領域における傾斜に対応して傾斜している。

本体部７２の形状は、概ね段付きの円柱状である。本体部７２は、先端部８１と、中間部８２と、基端部８３とを有している。先端部８１、中間部８２および基端部８３は、上流側からこの順で一体に形成されている。頭部７１は、先端部８１における上流側の端面に設けられている。本体部７２の外径は、先端部８１、中間部８２、基端部８３の順に、より大きい値に設定されている。基端部８３の外周面は、第１装着溝８４を有している。第１装着溝８４は、基端部８３の全周にわたって延びる円環状に設けられている。

先端部８１の外径は、第１ハウジング部材２２の隔壁４４の内径よりも小さく、先端部８１と隔壁４４との間の隙間はガス流路の１７の一部として機能する。中間部８２の外径は、先端部８１の外径よりも大きい。基端部８３の外径は、収容穴４３の内径よりもわずかに小さい。基端部８３の外周面は、収容穴４３の内周面に対して摺動可能である。

また、本体部７２は、複数（たとえば４つ）の横穴８６と、１つの縦穴８７とを有している。各横穴８６は、軸線Ｌと直交する方向に沿って直線状に延びている。各横穴８６は、中間部８２の外周面に開口している。複数の横穴８６は、本体部７２の周方向に等角度間隔で設けられている。縦穴８７は、軸線Ｌに沿って直線状に延びている。縦穴８７は、本体部７２における頭部７１と反対側の端面に開口している。すなわち、縦穴８７の下流側の端部は、ガス流路１７における弁体１３の下流側に開口している。縦穴８７の上流側の端部は、複数の横穴８６のそれぞれに連通している。複数の横穴８６および縦穴８７は、弁体流路を構成する。

受圧部７３の形状は、概ね段付きの円環状である。受圧部７３は、本体部７２の下流側の端部から径方向における外側に延出されている。受圧部７３の外径は、第１ハウジング部材２２の外壁４８の内径よりもわずかに小さい。受圧部７３の外周面は、外壁４８の内周面に対して摺動可能である。受圧部７３の軸線Ｌに沿った方向における厚みは、径方向における外側部分の方が径方向における内側部分よりも厚い。受圧部７３の外周面は、第２装着溝８８を有している。第２装着溝８８は、受圧部７３の全周にわたって延びる円環状に設けられている。

付勢部材１４には、たとえば圧縮コイルばねが採用されている。付勢部材１４は、設置溝４６に収容されている。付勢部材１４は、設置溝４６において、設置溝４６の底面と弁体１３の受圧部７３との間で軸線Ｌに沿って圧縮されている。付勢部材１４は、弁体１３を弁座１２から離間する開弁方向、すなわち水素ガスの流通方向における下流側へ向けて付勢する。

第１シール部材１５および第２シール部材１６には、リップシールが採用されている。第１シール部材１５は第１装着溝８４に装着され、第２シール部材１６は第２装着溝８８に装着されている。第１シール部材１５は、本体部７２の外周面と収容穴４３の内周面との間を密封する。第２シール部材１６は、受圧部７３の外周面と外壁４８の内周面との間を密封する。これにより、減圧された水素ガスが設置溝４６および連通路４９を介して外部に放出されることが抑制される。

つぎに、減圧弁１の動作について説明する。

一次ポート４から高圧の水素ガスが供給される前の初期状態において、弁体１３は付勢部材１４の付勢力により下流側に移動した状態に維持される。すなわち、減圧弁１は、弁体１３が弁座１２から離間した開弁状態に維持される。

一次ポート４から供給される一次圧の水素ガスは、ガス流路１７である継ぎ手流路３２を通り、弁孔６１と弁体１３の頭部７１との間の隙間を介して収容穴４３内に流入する。水素ガスは、弁孔６１と頭部７１との間の隙間を通過する際に、当該隙間の大きさに応じて減圧される。減圧された水素ガスは、横穴８６および縦穴８７を介してガス流路１７であるハウジング流路５３に流入し、二次ポート５から送出される。このように弁孔６１を介して流入する水素ガスが増加することで、二次圧が上昇する。

弁体１３は、付勢部材１４の付勢力および弁孔６１を介して頭部７１が受ける一次圧に応じた付勢力によって、下流側である開弁方向へ付勢される。これに対し、弁体１３は、主に受圧部７３が受ける二次圧に応じた付勢力によって、上流側である閉弁方向へ付勢される。弁体１３は、このような上流側へ向けた付勢力と下流側へ向けた付勢力との大小関係に応じて移動する。

弁体１３は、二次圧の上昇に応じて弁座１２に接近し、二次圧が設定圧力に達すると、弁座１２に着座する。すなわち、減圧弁１は閉弁した状態となる。

この後、燃料電池３において水素ガスが消費されることによって二次圧が低下すると、この二次圧の低下に伴い弁体１３が下流側へ向けて移動する。やがて減圧弁１が再び開弁した状態になると、一次ポート４から水素ガスが流入する。このように一次圧と二次圧との差圧に応じて弁体１３が移動することにより、設定圧力に調整された水素ガスが減圧弁１から燃料電池３へ供給される。

ここで、ガス流路１７における弁体１３の上流側、すなわち弁体１３に対して一次ポート４が設けられている側を一次側として参照し、ガス流路１７における弁体１３の下流側、すなわち弁体１３に対して二次ポート５が設けられている側を二次側として参照する。ガス流路１７は、弁体１３の上流側に位置する一次側流路部と、弁体１３の下流側に位置する二次側流路部とを含む。また、収容穴４３における基端部８３を基準とする一次側の空間を圧力室４３Ａとして参照する。すなわち、一次側流路部は、弁体１３と弁座１２との間に形成される空間である圧力室４３Ａを含む。

このように構成した減圧弁１においては、つぎのようなことが懸念される。たとえば減圧弁１が開弁した状態において、多量の水素ガスが一次ポート４から急激に流入する際、ガス流路１７における一次側流路部の圧力、より具体的には圧力室４３Ａの圧力が急激に上昇することが考えられる。この場合、一次側流路部の圧力と二次側流路部の圧力との差がより大きくなることによって、弁体１３の閉弁動作が遅れるおそれがある。この弁体１３の閉弁動作の遅れに起因して二次圧が設定圧力の値を超えることが懸念される。

そこで、本実施の形態では、弁体１３としてつぎの構成を採用している。

図３に示すように、弁体１３は、複数（たとえば４つ）の補助流路８９を有している。これら補助流路８９は、弁体１３の先端部８１に頭部７１の周囲を囲むかたちで設けられている。補助流路８９は、頭部７１の周方向において等間隔に設けられている。各補助流路８９は、軸線Ｌに沿って直線状に延びている。各補助流路８９は、縦穴８７の上流側における直下で縦穴８７を圧力室４３Ａに連通させている。換言すると、各補助流路８９は、縦穴８７の上流側の内端面に開口している。各補助流路８９は、先端部８１と隔壁４４との間の空間である圧力室４３Ａと、縦穴８７の内部、すなわち弁体流路の途中の部分とを互いに連通させている。補助流路８９の寸法である内径Ｄ１は、たとえば減圧弁１が全開状態であるときの弁座１２と弁体１３の頭部７１との間の隙間の長さＤ２よりも大きく設定される。長さＤ２は、弁体１３と弁座１２との間の隙間の寸法、すなわち弁体１３と弁座１２との間の距離である。

この構成を採用することにより、つぎのような作用および効果が得られる。

（１－１）弁体１３は、補助流路８９有しているため、圧力室４３Ａに流入する水素ガスは、補助流路８９を介してガス流路１７の二次側流路部へ流出することが補助される。このため、多量の水素ガスが圧力室４３Ａに急激に供給される場合であれ、圧力室４３Ａの圧力が急激に上昇することが抑えられる。ひいては、弁体１３を基準とする一次側の圧力と二次側の圧力との差が低減されるため、弁体１３はより適切なタイミングで閉弁動作を行う。したがって、二次側の圧力をより適切に調整することができる。

詳しくは、減圧弁１が開弁した状態において、一次ポート４から供給される水素ガスは、弁座１２と弁体１３の頭部７１との間の隙間を介して収容穴４３の内部、より具体的には圧力室４３Ａに流入する。収容穴４３の内部に流入する水素ガスの一部は、複数の補助流路８９を介して縦穴８７の内部に即時にかつ直接的に流入する。収容穴４３の内部に流入する水素ガスの残りの一部は、弁体１３の先端部８１を迂回するかたちで先端部８１と隔壁４４との間の隙間を下流側へ移動しつつ横穴８６を介して縦穴８７の内部に流入する。したがって、一次ポート４から供給される水素ガスの一部、すなわち補助流路８９を介して縦穴８７に流入する水素ガスは、横穴８６を介して縦穴８７に流入する水素ガスに先立って燃料電池３に供給される。このため、減圧弁１が開弁した状態において多量の水素ガスが一次ポート４から急激に流入する場合であれ、一次側流路部の一部である圧力室４３Ａの圧力が急激に上昇することが抑制される。また、水素ガスの一部が補助流路８９を介していち早く燃料電池３へ供給されることにより、二次側流路部の圧力もより早く上昇し始める。したがって、一次側流路部の一部である圧力室４３Ａの圧力と二次側流路部の圧力との差が、より迅速に低減される。これにより、二次側流路部の圧力の上昇に伴い弁体１３はより適切なタイミングで閉弁動作を開始する。したがって、二次側流路部の圧力が設定圧力を超えることが抑制される。減圧弁１によれば、水素ガスの圧力をより適切に調整することができる。

（１－２）補助流路８９は、圧力室４３Ａを弁体流路である縦穴８７の途中の部分に連通させている。この構成によれば、圧力室４３Ａから縦穴８７へのガスの流入が補助される。これにより、圧力室４３Ａからガス流路１７の二次側流路部へ向けた水素ガスの流出が促される。

なお、各補助流路８９は圧力室４３Ａを横穴８６の途中の部分（弁体流路の途中の部分）に連通させるように設けられてもよい。このようにしても、圧力室４３Ａから横穴８６、ひいては縦穴８７への水素ガスの流入が補助される。これにより、圧力室４３Ａからガス流路１７の二次側流路部へ向けた水素ガスの流出が促される。

また、第１の実施の形態によれば、さらに以下の効果を得ることもできる。

（１－３）補助流路８９は、弁体１３の軸線Ｌに沿って延び、縦穴８７の直下で縦穴８７を圧力室４３Ａに連通させている。この構成によれば、縦穴８７に対する水素ガスの流入が補助される。これにより、圧力室４３Ａからガス流路１７の二次側流路部へ向けた水素ガスの流出が促される。

（１－４）補助流路８９の内径Ｄ１は、減圧弁１が全開状態であるときの弁座１２と弁体１３の頭部７１との間の隙間の長さＤ２よりも長い。このため、圧力室４３Ａから縦穴８７、ひいてはガス流路１７の二次側流路部へ向けたより多くの水素ガスの流出が促される。

＜第１の実施の形態の変形例＞
つぎに、減圧弁の第１の実施の形態の変形例を説明する。本変形例は、基本的には先の図１～図３に示される第１の実施の形態と同様の構成を有している。説明の便宜上、同一の構成については第１の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図４に示すように、弁体１３の先端部８１ａ全体の形状は、テーパ状である。先端部８１ａは頭部７１の下流側に連続して設けられている。つまり、先端部８１ａは、テーパ部を構成する。先端部８１ａの外周面は、先端部８１ａの軸方向全域にわたり、弁体１３の軸線Ｌに対して傾斜している。換言すると、先端部８１ａの外周面は、弁体１３の軸線Ｌと直交する平面を含まない。一例として、先端部８１ａの外周面が軸線Ｌに対して一定角度をなすように、先端部８１ａの外周面の外径が下流側から上流側に向かって線形的に小さくなっている。

各補助流路８９ａは、先端部８１ａの外周面に開口する第１開口部８９ｂと、縦穴８７の内端面に開口する第２開口部８９ｃと、を有している。各補助流路８９ａは、弁体１３の軸線Ｌに対して傾斜した方向に直線的に延びている。これにより、各第１開口部８９ｂは、頭部７１から径方向外側に離れた位置に設けられている。複数の補助流路８９ａの軸線Ｌに対する傾斜角は同一である。なお、補助流路８９ａの内径は、上記第１の実施の形態の補助流路８９の内径Ｄ１と等しい。

この構成を採用することにより、上記第１の実施の形態の作用および効果に加え、つぎのような作用および効果が得られる。

（１－５）弁体１３は、頭部７１の下流側に連続して設けられる先端部８１ａを有し、先端部８１ａの外周面は、先端部８１ａの軸方向全域にわたり、弁体１３の軸線Ｌに対して傾斜している。つまり、先端部８１ａの外周面が弁体１３の軸線Ｌと直交する平面を含まない。そのため、先端部８１ａが軸線Ｌと直交する平面を含む場合に比べ、流入した水素ガスが溜まって高圧となる部分、いわゆる圧だまりが先端部８１ａの上流側に発生することを抑制できる。これにより、ガス流路１７の一次側流路部の圧力と二次側流路部の圧力との差が低減されるため、弁体１３が適切なタイミングで閉弁動作を行うようになる。

（１－６）補助流路８９ａは、先端部８１ａの外周面に開口する第１開口部８９ｂを有している。補助流路８９ａは、第１開口部８９ｂが頭部７１から離れるように、弁体１３の軸線Ｌに対して傾斜した方向に延びている。このように第１開口部８９ｂが頭部７１から離れているため、補助流路８９ａを形成する際に頭部７１を傷つけにくくなり、弁体１３の加工が容易になる。

なお、上記のように頭部７１のテーパ形状が弁孔６１の下流側の領域における傾斜に対応して傾斜していることで、頭部７１の外周面は弁孔６１の内周面に密着する。これにより、閉弁時に水素ガスが弁孔６１を通過することを防止する。したがって、頭部７１を傷つけずに補助流路８９ａを加工することは重要である。

＜第２の実施の形態＞
つぎに、減圧弁の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態は、基本的には先の図１～図３に示される第１の実施の形態と同様の構成を有している。説明の便宜上、同一の構成については第１の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図５に示すように、第１ハウジング部材２２は、収容穴４３と第２取付穴４２とを互いから仕切る隔壁９１を有している。隔壁９１は、軸線Ｌと直交する円環状の平板である。隔壁９１は、嵌合孔９２を有している。嵌合孔９２は、収容穴４３と第２取付穴４２とを互いに連通させている。嵌合孔９２は、大径部および小径部を有する二段の孔である。嵌合孔９２の大径部は収容穴４３が設けられた側に、嵌合孔９２の小径部は第２取付穴４２が設けられた側に位置している。嵌合孔９２における大径部の内径は、弁体１３の先端部８１の外径よりもわずかに大きい。嵌合孔９２の大径部には、弁体１３の先端部８１が嵌合されている。ただし、先端部８１の外周面は、嵌合孔９２の内周面に対して摺動可能である。

ちなみに、減圧弁１が全開状態である場合であれ先端部８１が嵌合孔９２から抜けない程度に、先端部８１および嵌合孔９２の大きさなどが設定される。また、隔壁９１における嵌合孔９２の周縁部分と中間部８２における上流側の端部とは、軸線Ｌに沿った方向において互いに対向している。頭部７１が弁座１２に着座するまで中間部８２が隔壁９１に当接しないように、中間部８２と隔壁９１との間の距離などが設定される。

嵌合孔９２の内部には、嵌合孔９２と弁体１３との嵌合によって圧力室４３Ａの一部が区画かつ分離された予備室９３が設けられている。予備室９３は、弁体１３の先端部８１、嵌合孔９２の内周面、および弁座１２により囲まれることによって形成される空間である。弁体１３の先端部８１に設けられた複数の補助流路８９は、予備室９３に開口している。すなわち、予備室９３と縦穴８７とは、補助流路８９を介して互いに連通している。

この構成によれば、つぎのような作用および効果が得られる。

（２－１）弁体１３は、補助流路８９有しているため、圧力室４３Ａの一部である予備室９３に流入する水素ガスは、補助流路８９を介してガス流路１７の二次側流路部へ流出することが補助される。このため、多量の水素ガスが圧力室４３Ａに急激に供給される場合であれ、圧力室４３Ａの圧力が急激に上昇することが抑えられる。ひいては、弁体１３を基準とする一次側の圧力と二次側の圧力との差が低減されるため、弁体１３はより適切なタイミングで閉弁動作を行う。したがって、二次側の圧力をより適切に調整することができる。

詳しくは、減圧弁１が開弁した状態において、一次ポート４から供給される水素ガスは、弁座１２と弁体１３の頭部７１との間の隙間を介して、いったん予備室９３に流入する。予備室９３に流入する水素ガスの一部は、複数の補助流路８９を介して縦穴８７の内部に即時にかつ直接的に流入する。予備室９３から縦穴８７の内部に流入する水素ガスの残りの一部は、横穴８６を介して圧力室４３Ａに流入する。したがって、一次ポート４から供給される水素ガスの一部、すなわち補助流路８９を介して縦穴８７に流入する水素ガスは、横穴８６を介して縦穴８７に流入する水素ガスに先立って燃料電池３に供給される。このため、減圧弁１が開弁した状態において多量の水素ガスが一次ポート４から急激に流入する場合であれ、一次側流路部の一部である圧力室４３Ａの圧力が急激に上昇することが抑制される。また、水素ガスの一部が補助流路８９を介していち早く燃料電池３へ供給されることにより、二次側流路部の圧力もいち早く上昇し始める。したがって、圧力室４３Ａの圧力と二次側流路部の圧力との差が、より迅速に低減される。これにより、二次側流路部の圧力の上昇に伴い弁体１３はより適切なタイミングで閉弁動作を開始する。したがって、二次側流路部の圧力が設定圧力を超えることが抑制される。減圧弁１によれば、水素ガスの圧力をより適切に調整することができる。

また、第２の実施の形態によれば、さらに以下の効果を得ることもできる。

（２－２）弁体１３が弁座にしっかりと着座した全閉状態において弁体１３が弁座１２に向かってさらに移動しようとするとき、中間部８２における上流側の端部が隔壁９１における嵌合孔９２の周縁部分に当接する。弁体１３の上流側へ向けたさらなる移動が規制されることにより、弁座１２の過度な変形が抑制される。

＜第３の実施の形態＞
つぎに、減圧弁の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態は、基本的には先の図５に示される第２の実施の形態と同様の構成を有している。説明の便宜上、同一の構成については第２の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図６に示すように、隔壁９１はガス流路１７の一部である第３取付穴１０１を有している。第３取付穴１０１は、たとえば嵌合孔９２の一部分として設けてもよい。第３取付穴１０１は、嵌合孔９２における第２取付穴４２が設けられた側、すなわち上流側の部分が拡径されるかたちで設けられている。第３取付穴１０１の形状は、丸穴状である。第３取付穴１０１は、軸線Ｌ上に位置している。第３取付穴１０１の内径は、第２取付穴４２の内径よりも小さく、かつ嵌合孔９２の内径よりも大きい。

第３取付穴１０１には、ストッパ１０２が取り付けられている。ストッパ１０２は、たとえば座金であってもよい。ストッパ１０２における上流側の端面全体が弁座１２に接触している。ストッパ１０２は、金属材料または合成樹脂材料製である。ストッパ１０２の形状は、円環状である。ストッパ１０２は、軸線Ｌに沿って直線状に延びる貫通孔１０３を有している。貫通孔１０３は、ストッパ１０２の軸線Ｌに沿った方向において互いに反対側に位置する２つの側面に開口している。貫通孔１０３の内径は、弁体１３の頭部７１の外径よりも大きく、かつ弁体１３の先端部８１の外径よりも小さい。

ちなみに、弁体１３の頭部７１が弁座１２に着座するタイミングで先端部８１における上流側の端面がストッパ１０２に当接するように、先端部８１における上流側の端面とストッパ１０２との間の距離などが設定される。また、本実施の形態では、弁体１３の先端部８１、嵌合孔９２の内周面、ストッパ１０２の内周面、および弁座１２により囲まれることによって形成される空間が予備室９３として機能する。なお、圧力室４３Ａにおける予備室９３以外の残りの部分を、主室９４として参照することがある。

ストッパ１０２は、複数の溝１０４を有している。これら溝１０４は、ストッパ１０２の下流側の側面に設けられている。複数の溝１０４は、ストッパ１０２の半径方向に沿って延びていて、ストッパ１０２の内周から外周までの全長にわたって設けられている。また、複数の溝１０４は、ストッパ１０２の円周方向において等角度間隔で設けられている。溝１０４の深さＤ３は、上記長さＤ２よりも短く設定される。すなわち、溝１０４に係る流路面積は、弁座１２と弁体１３との間の隙間に係る流路面積よりも小さい値に設定される。

隔壁９１は、複数の細孔１０５を有している。細孔１０５は、溝１０４と同じ数だけ設けられる。細孔１０５は、軸線Ｌに沿って延びている。細孔１０５は、圧力室４３Ａの主室９４と第３取付穴１０１との間を連通している。細孔１０５の内径は、溝１０４の深さＤ３と同程度の大きさであってもよい。細孔１０５は、ストッパ１０２の溝１０４に対応するように、嵌合孔９２の円周方向に沿って等角度間隔で設けられている。ストッパ１０２は、溝１０４が細孔１０５に対応するように第３取付穴１０１に取り付けられている。溝１０４と細孔１０５とは、互いに連通した状態に維持される。すなわち、溝１０４と細孔１０５とから、より狭いガス流路である複数の絞り流路１０６が構成される。これにより、圧力室４３Ａにおける主室９４と予備室９３とは、複数の絞り流路１０６を介して互いに連通している。絞り流路１０６の寸法は、上記長さＤ２よりも短く設定される。

ちなみに、絞り流路１０６の寸法は、減圧弁１が全開状態であるときの弁座１２と弁体１３との間の隙間の寸法よりも小さい値に設定されている部分を有していればよい。すなわち、溝１０４および細孔１０５のいずれか一方の寸法が、長さＤ２よりも小さい値に設定されていればよい。

また、ストッパ１０２は別部材として設けなくてもよい。たとえばストッパ１０２に相当する部分を第１ハウジング部材２２に一体形成するようにしてもよい。この場合、加工性の観点から、溝１０４に代えて、たとえば圧力室４３Ａにおける主室９４と予備室９３との間を連通する斜状の孔を絞り流路１０６として設けてもよい。

なお、嵌合孔９２を含む隔壁９１、および絞り流路１０６は、圧力室４３Ａの主室９４に弁座１２と弁体１３との間の隙間に応じて流入する水素ガスの流量を絞る絞り部を構成する。

この構成によれば、つぎのような作用および効果が得られる。

（３－１）減圧弁１は、絞り部である絞り流路１０６を有している。この構成によれば、圧力室４３Ａの主室９４に流入する水素ガスの流量が絞り流路１０６によって絞られる。このため、多量の水素ガスが圧力室４３Ａに急激に供給される場合であれ、主室９４の圧力が急激に上昇することが抑えられる。ひいては、弁体１３を基準とする一次側の圧力と二次側の圧力との差が低減されるため、弁体１３はより適切なタイミングで閉弁動作を行う。したがって、二次側の圧力をより適切に調整することができる。

詳しくは、減圧弁１が開弁した状態において、一次ポート４から供給される水素ガスは、弁座１２と弁体１３の頭部７１との間の隙間を介して、いったん予備室９３に流入する。この予備室９３に流入する水素ガスは、複数の絞り流路１０６を介して主室９４に流入する。ただし、水素ガスは絞り流路１０６を通過する際、絞り流路１０６の流路面積に応じてさらに減圧される。つまり、予備室９３に流入する水素ガスは絞り流路１０６を通過することにより流量が絞られて主室９４へ供給される。このため、減圧弁１が開弁した状態において多量の水素ガスが一次ポート４から急激に流入する場合であれ、主室９４の圧力が急激に上昇することが抑制される。また、主室９４の圧力上昇速度がより緩やかに抑えられることにより、ガス流路１７の二次側流路部の圧力もより緩やかに上昇する。このため、一次側流路部の圧力と二次側流路部の圧力との差がより小さくなる。これにより、二次側流路部の圧力の上昇に伴い弁体１３はより適切なタイミングで閉弁動作を開始する。したがって、二次側流路部の圧力が設定圧力を超えることも抑制される。減圧弁１によれば、水素ガスの圧力をより適切に調整することができる。また、主室９４の圧力上昇速度が抑えられることにより、弁体１３はより円滑に閉弁動作および開弁動作を行うことができる。

また、第３の実施の形態によれば、さらに以下の効果を得ることもできる。

（３－２）絞り流路１０６の寸法は、長さＤ２よりも短い部分を有している。このため、予備室９３から主室９４へ流入する水素ガスの流量を好適に絞ることができる。

（３－３）弁体１３が弁座１２に着座した状態からさらに弁座１２へ向けて移動しようとするとき、先端部８１における上流側の端面がストッパ１０２に当接する。弁体１３の上流側へ向けたさらなる移動が規制されることにより、弁座１２の過度な変形が抑制される。

＜第４の実施の形態＞
つぎに、減圧弁の第４の実施の形態を説明する。本実施の形態は、基本的には先の図５に示される第２の実施の形態と同様の構成を有している。説明の便宜上、同一の構成については第２の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

図７に示すように、弁体１３は、複数（たとえば４つ）の絞り流路１０７を有している。複数の絞り流路１０７は、その内径が異なること以外、上記第２の実施の形態における複数の補助流路８９と同様に構成されている。そのため、絞り流路１０７は、予備室９３と縦穴８７と互いに連通させている。絞り流路１０７の内径は、上記長さＤ２よりも短く設定されている。

なお、嵌合孔９２を含む隔壁９１、および弁体１３に設けられる絞り流路１０７は、圧力室４３Ａの主室９４に弁座１２と弁体１３との間の隙間に応じて流入する水素ガスの流量を絞る絞り部を構成する。

この構成によれば、つぎのような作用および効果が得られる。

（４－１）減圧弁１は、絞り部である絞り流路１０７を有している。この構成によれば、圧力室４３Ａの主室９４に流入する水素ガスの流量が絞り流路１０７によって絞られる。このため、多量の水素ガスが圧力室４３Ａに急激に供給される場合であれ、圧力室４３Ａの圧力が急激に上昇することが抑えられる。ひいては、弁体１３を基準とする一次側の圧力と二次側の圧力との差が低減されるため、弁体１３はより適切なタイミングで閉弁動作を行う。したがって、二次側の圧力をより適切に調整することができる。

詳しくは、減圧弁１が開弁した状態において、一次ポート４から供給される水素ガスは、弁座１２と弁体１３の頭部７１との間の隙間を介して、いったん予備室９３に流入する。この予備室９３に流入する水素ガスは、複数の絞り流路１０７および横穴８６を介して圧力室４３Ａの主室９４に流入する。ただし、水素ガスは絞り流路１０７を通過する際、絞り流路１０７の流路面積に応じてさらに減圧される。つまり、予備室９３に流入する水素ガスは絞り流路１０７を通過することにより流量が絞られて主室９４へ供給される。このため、減圧弁１が開弁した状態において多量の水素ガスが一次ポート４から急激に流入する場合であれ、主室９４の圧力が急激に上昇することが抑制される。また、主室９４の圧力上昇速度がより緩やかに抑えられることにより、二次側流路部の圧力もより緩やかに上昇する。このため、一次側流路部の圧力と二次側流路部の圧力との差がより小さくなる。これにより、二次側流路部の圧力の上昇に伴い弁体１３はより適切なタイミングで閉弁動作を開始する。したがって、二次側流路部の圧力が設定圧力を超えることも抑制される。減圧弁１によれば、水素ガスの圧力をより適切に調整することができる。また、主室９４の圧力上昇速度が抑えられることにより、弁体１３はより円滑に閉弁動作および開弁動作を行うことができる。

＜他の実施の形態＞
なお、第１～第４の実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。

・第１の実施の形態の変形例において、補助流路８９ａの形状等は適宜変更可能である。例えば、第２開口部８９ｃは、縦穴８７の端面でなく、横穴８６の内周面に開口してもよい。また、図８に示すように、各補助流路８９ａが弁体１３の軸線Ｌに沿って直線状に延びていてもよい。この例では、第１開口部８９ｂは、頭部７１に対して径方向に隣接した位置に設けられている。

・第１の実施の形態の変形例では、先端部８１ａの外周面が軸線Ｌに対して一定角度をなすように、先端部８１ａの外周面の外径が下流側から上流側に向かって線形的に小さくなったが、これに限らない。たとえば先端部８１ａの外周面の軸線Ｌに対する角度が徐々に小さくなるように、先端部８１ａの外周面の外径が下流側から上流側に向かって非線形的に小さくなってもよい。

・各実施の形態では、付勢部材１４として圧縮コイルばねを採用したが、これに限らず、たとえば皿ばねなどの他の弾性部材を採用してもよい。

・各実施の形態では、減圧弁１を高圧の水素ガスを減圧する用途に用いたが、これに限らず、水素以外の高圧ガスを減圧する用途に用いてもよい。

Claims (6)

1. ガス流路を有するボディと、
   前記ガス流路の途中に設けられた弁座と、
   前記ガス流路における前記弁座の下流側に設けられた弁体と、を備えた減圧弁であって、
   前記ガス流路は、前記弁体の上流側に位置する一次側流路部と、前記弁体の下流側に位置する二次側流路部と、を含み、
   前記一次側流路部は、前記弁体と前記弁座との間に形成される空間である圧力室を含み、
   前記弁体は、前記弁座に対して離間する方向へ常時付勢されるとともに、前記一次側流路部の圧力と前記二次側流路部の圧力との差に応じて前記弁座を開閉するように構成され、
   さらに、前記弁体は、
   前記弁体の外周面に開口し、前記圧力室を前記二次側流路部に連通させる弁体流路と、
   前記弁体の外周面に開口し、前記弁体と前記弁座との間の隙間に応じて前記圧力室に流入するガスが前記二次側流路部へ流出することを補助する補助流路と、を有し、
   前記弁体流路と前記補助流路とは、前記弁体の外周面において互いに独立して開口し、
   前記補助流路は、前記弁体流路よりも前記弁体の外周面における上流側に開口している減圧弁。
2. 前記補助流路は、前記圧力室を前記弁体流路の途中の部分に連通させている請求項１に記載の減圧弁。
3. 前記弁体は、
   前記弁座に当接する頭部と、
   前記頭部の下流側に連続して設けられるテーパ部と、を有し、
   前記テーパ部の外周面は、前記テーパ部の軸方向全域にわたり、前記弁体の軸線に対して傾斜している請求項１または請求項２に記載の減圧弁。
4. 前記補助流路は、前記テーパ部の外周面に開口する開口部を有し、
   前記補助流路は、前記開口部が前記頭部から離れるように、前記弁体の軸線に対して傾斜した方向に延びる請求項３に記載の減圧弁。
5. 前記弁体流路は、
   前記弁体における前記弁座寄りの位置において前記弁体の軸線に対して交わる方向に延び前記圧力室に開口する横穴と、
   前記弁体の軸線に沿って延び前記横穴を前記二次側流路部に連通させる縦穴と、を有し、
   前記補助流路は、前記弁体の軸線に沿って延び、前記縦穴の直下で該縦穴を前記圧力室に連通させている請求項２または請求項３に記載の減圧弁。
6. 前記補助流路の寸法は、前記弁体が前記弁座に対する全開状態であるときの前記弁体と前記弁座との間の隙間の寸法よりも大きい値に設定されている請求項１～請求項５のうちいずれか一項に記載の減圧弁。

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