JP2004054624A

JP2004054624A - 弁装置

Info

Publication number: JP2004054624A
Application number: JP2002211540A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Nomichi; 野道　薫; Seiji Ishii; 石井　清治; Makoto Ninomiya; 二宮　誠
Original assignee: Kawasaki Precision Machinery Ltd
Current assignee: Kawasaki Precision Machinery Ltd
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: JP3718488B2

Abstract

【課題】半径方向の寸法を小さく抑えることができる弁装置を提供する。
【解決手段】開閉弁部と、減圧弁部とが、相互に、少なくとも一部の構成が流体の流下方向に重複する位置に配置されて設けられる。これによって開閉弁部と減圧弁部とを単に縦列して設ける場合に比べて、装置軸線Ｌ１の寸法を小さくすることができる。しかも開閉弁部と減圧弁部とは、同軸に設けられており、ハウジングを共用することができ、半径方向の寸法を小さくすることができる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば流体圧装置に設けられる弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１８は、従来の技術の弁装置１を示す断面図である。図１９は、弁装置１を示す構成回路図である。弁装置１は、天然ガス自動車のタンク２に設けられるレギュレータ装置であって、米国特許第６０４１７６２に示されている。この弁装置１は、タンク２のガスを減圧してタンク２外に吐出する減圧弁部３と、タンク２のガスの吐出および吐出停止をする開閉弁部４と、緊急時開放用の安全弁部５とを有し、減圧弁部３がタンク２内に設けられ、開閉弁部４および安全弁部５がタンク２外に設けられている。また安全弁部５を作動させる圧力および温度を検出する検出センサ６が、タンク２外に設けられている。開閉弁部４は、減圧弁部３の下流側に設けられている。
【０００３】
図２０は、従来の技術の減圧弁部３の構成を簡略化して模式的に示す断面図である。減圧弁部３は、ハウジング７内に、軸線方向に変位自在にピストン８が保持され、ピストン８に軸線方向一方ｘ１に向かうばね力を与えるばね部材９が設けられて構成される。ハウジング７には、一次ポート１０および二次ポート１１が形成され、一次ポート１０を外囲して突起片１２が形成され、この突起片１２とこれに対向するピストン８のシート部１３とによって、減圧のためのオリフィス１４が形成される。このようにして、ハウジング７内が、一次ポート１０に連なる一次圧力室１５と、二次ポート１１に連なる二次圧力室１６とに仕切られる。この減圧弁部３は、一次ポート１０に供給された一次圧力（以下「一次圧」という）ｐ１の流体を、オリフィス１４の通過によって二次圧力（以下「二次圧」という）ｐ２に減圧し、二次ポート１１から吐出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
弁装置１では、減圧弁部３と開閉弁部４とが、ガスの流下方向に縦列に設けられるので、弁装置１が大形化してしまう。また開閉弁部４を減圧弁部３よりも下流側に設ける構成では、開閉弁部４を閉じた状態で長時間放置されたとき、減圧弁部３の二次圧が一次圧と同一の高圧になってしまう場合があり、この場合、開閉弁部４を開いた直後に、高圧のガスが吐出されてしまう。
【０００５】
図２１は、従来技術の減圧弁部３の二次圧力ｐ２を示すグラフである。減圧弁部３では、二次圧ｐ２は、一次圧ｐ１を用いて、次式（１）のように表される。
【０００６】
【数１】

【０００７】
ここで、ａ１は、軸線方向一方ｘ１に一次圧ｐ１を受ける受圧面積であり、ａ２は、軸線方向一方ｘ１に二次圧ｐ２を受ける受圧面積であり、ａ３は、軸線方向他方ｘ２に二次圧ｐ２を受ける受圧面積である。またｋは、ばね部材９のばね定数であり、Δｈは、ばね部材９の初期状態での撓み量である。またｚは、ピストン３の初期状態からの変位量であって、式（２）で表されるように、一次圧ｐ１と、減圧弁部３を流下する流体の流量ｑとの関数で表される。
【０００８】
減圧弁部３では、ピストン８が一次圧ｐ１を面積ａ１の受圧面で軸線方向一方ｘ１にだけ受ける構成であって、二次圧ｐ２を表す式（１）は、右辺の第一項および第二項がともに、一次圧ｐ１の変化に伴って変化する式となる。特に、式（１）の右辺第二項は、一次圧ｐ１の変化に伴って大きく変化する項である。したがって図２１に示されるように、一次圧ｐ１が変化すると、二次圧ｐ２が大きく変化する。
【０００９】
また減圧弁部３の流量キャパシティ、すなわち最大許容流量を大きくするためには、突起片１２の直径を大きくする必要がある。突起片１２の直径を大きくすると、受圧面積ａ１が大きくなり、一次圧ｐ１の変化量Δｐ１に対する二次圧ｐ２の変化量Δｐ２が大きくなる。この二次圧ｐ２の変化量Δｐ２を小さく抑えるためには、式（１）の右辺第二項の分母を大きくするために、受圧面積ａ３を大きくする必要があり、ピストン８の最大外径が大きくなる。またこれに伴ってばね部材９も、外径を大きくする必要がある。したがって減圧弁部３の半径方向寸法が大きくなる。
【００１０】
また減圧弁部３について具体的に説明したけれども、開閉弁部４においても、減圧弁部３と同様に、最大許容流量を大きくしようとすると、開閉弁部４の半径方向寸法が大きくなる。
【００１１】
本発明の目的は、半径方向の寸法を小さく抑えることができる弁装置を提供することである。
【００１２】
また本発明の目的は、減圧弁部において、一次圧力の変化に伴う二次圧力の変化を小さく抑えることができる弁装置を提供することである。
【００１３】
また本発明の目的は、耐久性を高くできるとともに、開閉弁部を閉じて長期間放置した後、開閉弁部を開いても、高圧の流体が吐出されることを防ぐことができる弁装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、一次ポートおよび二次ポートが形成されるハウジングと、
ハウジング内に設けられ、一次ポートと二次ポートとの接続状態を、開状態と閉状態とに切換える開閉弁部と、
少なくとも一部の構成が開閉弁部と流体の流下方向に重複する位置に配置されて、ハウジング内に同軸に設けられ、二次ポートにおける流体の二次圧力を、一次ポートにおける流体の一次圧力よりも減圧させる減圧弁部とを含むことを特徴とする弁装置である。
【００１５】
本発明に従えば、一次ポートと二次ポートとの接続状態を切換える開閉弁部と、二次圧力を一次圧力よりも減少させる減圧弁部とが、相互に、少なくとも一部の構成が流体の流下方向に重複する位置に配置されて設けられる。これによって開閉弁部と減圧弁部とを単に縦列して設ける場合に比べて、流下方向、具体的には軸線方向の寸法を小さくすることができる。しかも開閉弁部と減圧弁部とは、同軸に設けられており、開閉弁部と減圧弁部とが部分的に重複する領域では、ハウジングを共用することができ、開閉弁部と減圧弁部とを単に並列して設ける場合に比べて、流下方向に交差する方向、具体的には半径方向の寸法を小さくすることができる。このように軸線方向寸法および半径方向寸法を小さくして、小形の弁装置を実現することができる。
【００１６】
請求項２記載の本発明は、減圧弁部は、
ハウジング内に軸線方向に変位自在に保持され、一次ポートに連なる一次圧力室と二次ポートに連なる二次圧力室とにハウジング内を仕切り、一次圧力室の流体から軸線方向一方に向かう一次圧力を受ける一次受圧面積の一次受圧面と、一次圧力に保持される減圧背圧力室の流体から軸線方向他方に向かう一次圧力を一次受圧面積と同一の背受圧面積で受ける背受圧面と、二次圧力室の流体から軸線方向他方に向かう二次圧力を受ける二次受圧面とが形成される減圧ピストンと、減圧ピストンに軸線方向一方に向かう減圧ばね力を与える減圧ばね力発生手段とを含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、減圧ピストンに一次受圧面積と同一の背受圧面積を有する背受圧面が形成され、この背受圧面は減圧背圧力室から一次圧力を受けるように構成される。一次受圧面と背受圧面とは、軸線方向に相互に反対方向から一次圧力を受ける。これによって一次圧力に基づいて、減圧ピストンに軸線方向一方に働く力と、減圧ピストンに軸線方向他方に働く力とを釣り合わせて、減圧ピストンに働く一次圧力による軸線方向の力を相殺することができるので、二次圧力が、一次圧力の影響を受けにくくすることができる。したがって一次圧力の変化量に対する二次圧力の変化量を、大幅に低減することができる。
【００１８】
さらに最大許容流量を大きくするために、一次圧力を受ける減圧ピストンの一次受圧面積を大きくしても、一次受圧面積の変化が二次圧力の変化に大きく影響しないので、一次圧力の変化量に対する二次圧力の変化量を抑えるために、減圧ピストンの最大外径を大きくする必要がない。したがって半径方向寸法を小さく抑えて最大許容流量を大きくし、かつ二次圧力の変化量を小さく抑えることができる弁装置を実現することができる。
【００１９】
請求項３記載の本発明は、開閉弁部は、
ハウジング内に軸線方向に変位自在に保持され、ハウジングに形成される弁座に着座および離間することによって、一次ポートと二次ポートとの接続状態を切換える開閉ピストンであって、開閉ピストンを弁座に着座させる方向の一次圧力を閉受圧面積で受ける閉受圧面と、開閉ピストンを弁座から離間方向の一次圧力を閉受圧面積と同一の開受圧面積で受ける開受圧面とが形成される開閉ピストンと、
開閉ピストンに軸線方向の駆動力を与えて、一次ポートと二次ポートとの接続状態を、開状態と閉状態とに切換え駆動する開閉駆動手段とを含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、開閉ピストンに、閉受圧面積を有する閉受圧面と、閉受圧面積と同一の開受圧面積を有する開受圧面が形成され、閉受圧面は開閉ピストンを弁座に着座させる方向に一次圧力を受け、開受圧面は開閉ピストンを弁座から離間させる方向に一次圧力を受けるように構成される。閉受圧面と開受圧面とは、軸線方向に相互に反対方向から一次圧力を受ける。これによって一次圧力に基づいて、開閉ピストンに軸線方向一方に働く力と、開閉ピストンに軸線方向他方に働く力とを釣り合わせて、開閉ピストンに働く供給圧力による軸線方向の力を相殺することができるので、一次圧力の大小に拘わらず、開閉駆動手段が一次ポートと二次ポートとの接続状態を切換えるために、開閉ピストンに与える軸線方向の駆動力を小さくすることができる。
【００２１】
さらに最大許容流量を大きくするために、一次圧力を受ける開閉ピストンの閉受圧面積および開受圧面積を大きくしても、閉受圧面積と開受圧面積とを同一に形成することで、一次圧力に基づいて、開閉ピストンに軸線方向一方に働く力と、開閉ピストンに軸線方向他方に働く力とを釣り合わせて、ピストンに働く一次圧力による軸線方向の力を相殺できる。これによって開閉ピストンを駆動するために大きな駆動力を必要とせず、開閉駆動手段を大きくすることなく、最大許容流量を大きくすることができる弁装置を容易に実現することができる。
【００２２】
請求項４記載の本発明は、開閉弁部における流路の開閉位置は、減圧弁部における減圧位置に比べて、流体の流下方向上流側に配置されていることを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、開閉弁部における流路の開閉位置が、減圧弁部における減圧位置に比べて、流体の流下方向上流側に配置されている。これによって開閉弁部が閉じた状態では、減圧弁部に高圧の一次圧力が働くことがなく、耐久性を高くすることができる。また開閉弁部を通過した流体は、必ず減圧弁部で減圧されることになり、開閉弁部を閉じた状態で長時間放置した後に、開閉弁部を開放しても、二次圧力は、減圧されている。このように高圧のガスが吐出されてしまうことが防がれる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の弁装置２０を示す断面図である。弁装置２０は、一次側から二次側に流体が流下する流路に介在され、供給される一次圧力（以下「一次圧」という）Ｐ１の流体を、一次圧Ｐ１よりも低い二次圧力（以下「二次圧」という）Ｐ２に減圧して吐出する弁装置である。本実施の形態では、弁装置２０は、高圧容器である高圧タンク（以下、単に「タンク」という場合がある）２００の開口部８１に装着され、タンク２００に貯留される流体のタンク２００外への排出および排出停止を制御するために用いられる。したがって一次側がタンク２００内となり、二次側がタンク２００外となり、タンク２００内からタンク２００外への流体の流下を制御する。
【００２５】
この弁装置２０は、ハウジング２１と、減圧ピストン２２と、減圧ばね部材２３と、筒状部材２４と、開閉ピストン８５と、開閉駆動手段８６とを含んで構成される。開閉ピストン８５は、開閉弁体８７と、軸体８８とを含み、開閉駆動手段８６は、駆動ばね部材８９と、電磁ソレノイド９０とを含む。少なくとも減圧ばね部材２３と、筒状部材２４とを含んで、減圧弁部が構成され、少なくとも開閉ピストン８５と、開閉駆動手段８６とを含んで、開閉弁部が構成される。
【００２６】
弁装置２０では、少なくも、ハウジング２１、減圧ピストン２２、減圧ばね部材２３、筒状部材２４、開閉ピストン８５および駆動ばね部材８９は、相互に同軸に設けられる。本実施の形態では電磁ソレノイド９０を含めて、同軸に設けられ、それぞれの軸線は、弁装置２０の装置軸線Ｌ１と一致している。
【００２７】
ハウジング２１は、有底円筒状のハウジング本体２５と、ハウジング本体２５の開放端部２６に内挿されて装着されるキャップ部材２７とを有する。キャップ部材２７は、ハウジング本体２５に対して、装置軸線Ｌ１まわりに回転して、装置軸線Ｌ１に沿って螺進および螺退自在に螺着され、軸線方向の位置を調節自在に設けられる。キャップ部材２７は、有底筒状であって、開放端部９１をハウジング本体２５の底部２９側に配置して、したがってハウジング２１の軸線方向一端部３１側に底部９２を配置し、ハウジング２１の軸線方向他端部３２側に配置して設けられる。ハウジング本体２５の内周部とキャップ部材２７の外周部との間は、周方向全周にわたってシールが達成されている。
【００２８】
キャップ部材２７には、底部９２に装置軸線Ｌ１に沿って挿通する一次ポート２８が形成され、ハウジング本体２５の底部２９には、装置軸線Ｌ１からずれて二次ポート３０が形成される。このようにハウジング２１には、軸線方向一端部３１に一次ポート２８が形成され、軸線方向他端部３２に二次ポート３０が形成され、このハウジング２１内に、一次ポート２８と二次ポート３０を連通する弁空間９４が形成される。
【００２９】
またキャップ部材２７には、開放端部９１寄りの部分に、半径方向内方に突出して周方向全周に延びるフランジ状の内向き凸部９３が形成されている。この内向き凸部９３には、軸線方向一方Ｘ１の端面部、したがってハウジング本体２５の底部２９に臨む側の端面部に、ハウジング本体２５の底部２９に向けて、軸線方向一方Ｘ１へ先細状に突出し、周方向全周に延びる円環状の突起片３８が形成される。またキャップ部材２７の内向き凸部９３には、軸線方向他方Ｘ２の端面部、したがってキャップ部材２７の底部９２に臨む側の端面部に、弁座１１２が形成される。
【００３０】
このようなハウジング２１は、一次ポート２８がタンク２００内で開口し、二次ポート３０がタンク２００外で開口するように、外周部をタンク２００の開口部８１における内周部に螺合して螺着される。ハウジング２１の外周部とタンク２００の開口部８１における内周部との間は、周方向全周にわたってシールが達成されている。軸線方向一方Ｘ１は、ハウジング２１の軸線方向一端部３１から他端部３２に向かう方向である。
【００３１】
減圧ピストン２２は、有底円筒状に形成され、軸線方向一端部である底部３５側をハウジング２１の軸線方向一端部３１側に配置し、軸線方向他端部である開放端部３６側をハウジング２１の軸線方向他端部３２側に配置して、ハウジング２１内に保持される。この状態で減圧ピストン２２は、装置軸線Ｌ１に沿って、軸線方向一方Ｘ１およびその反対の軸線方向他方Ｘ２へ変位自在である。
【００３２】
ハウジング２１の軸線方向両端部３１，３２間の軸線方向中間部３９には、半径方向内方に突出して周方向全周に延びるフランジ状の内向き凸部４０が形成され、この内向き凸部４０の内周部に、減圧ピストン２２の底部３５および開放端部３６間の軸線方向中間部３７における外周部が、シールを達成した状態で当接している。また減圧ピストン２２の開放端部３６には、半径方向外方に突出して周方向全周に延びるフランジ状の外向き凸部４１が形成され、この外向き凸部４１の外周部が、ハウジング２１の軸線方向中間部３９における内向き凸部４０よりも軸線方向他端部３２寄りの部分の内周部に、シールを達成した状態で当接している。
【００３３】
減圧ばね力発生手段である減圧ばね部材２３は、圧縮コイルばねであり、ハウジング２１と減圧ピストン２２とが半径方向に間隔をあけて形成される円環状のばね収容空間４３に配置されて、減圧ピストン２２に外嵌される状態でハウジング２１内に設けられる。ばね収容空間４３は、内向き凸部４０と外向き凸部４１との間に形成され、ハウジング２１に形成される大気開放孔４４によって大気に開放されている。
【００３４】
減圧ばね部材２３は、軸線方向一端部４５がハウジング本体２５の内向き凸部４０に支持され、軸線方向他端部４６が開閉ピストン２２の外向き凸部４１に支持される。この減圧ばね部材２３によって、ハウジング２１に対して軸線方向一方Ｘ１に向かうばね力を、減圧ピストン２２に与えることができる。
【００３５】
筒状部材２４は、大略的に円筒状であって、ハウジング２１に保持され、軸線方向一端部４８側の部分を減圧ピストン２２内に、減圧ピストン２２に対して、装置軸線Ｌ１に沿って、軸線方向一方Ｘ１および軸線方向他方Ｘ２へ変位自在に挿入されている。この筒状部材２４は、少なくとも軸線方向他端部５１が減圧ピストン２２から突出した状態で設けられ、この軸線方向他端部５１は、残余の部分に比べて外径が大きく形成されており、減圧ピストン２２の開放端部３６を軸線方向に支持することができるように構成されている。
【００３６】
ハウジング２１の軸線方向一端部３１、したがってハウジング本体２５の底部２９には、開放端部２６に向かって（軸線方向他方Ｘ２に）凹となる嵌合凹所５０が形成される。筒状部材２４は、この嵌合凹所５０に軸線方向他端部５１が嵌まり込んで保持されている。
【００３７】
筒状部材２４の軸線方向一端部４８は、その外周部が減圧ピストン２２の内周部にシールを達成した状態で当接し、開閉ピストン８５と協働して、減圧ピストン２２と筒状部材２４との間に減圧背圧力室５５が形成される。また筒状部材２４は、軸線方向一端部４８を除く部分であって、減圧ピストン２２内に挿入される部分の外周部は、減圧ピストン２２の内周部との間に半径方向に間隔をあけており、円環状のピストン内空間５６が形成される。
【００３８】
開閉ピストン８５の開閉弁体８７は、有底筒状の弁体部９５と、弁体部９５の底部から同軸に突出する動力伝達部９６とを有する。この開閉弁体８７は、弁体部９５をハウジング２１の軸線方向一端部３１側に配置し、動力伝達部９６をハウジング２１の軸線方向他端部３２側に配置し、弁体部９５が、キャップ部材２７の底部９２と内向き凸部９３とに挟まれる弁体室９７に嵌まり込み、かつ動力伝達部９６がキャップ部材２７の内向き凸部９３の内方を緩やかに挿通する状態で、ハウジング２１内に保持される。また減圧ピストン２２の底部３５には、この底部３５を装置軸線Ｌ１に沿って挿通する透孔７１が形成されており、動力伝達部９６は、この透孔７１を緩やかに挿通して、減圧ピストン２２内まで延びている。
【００３９】
開閉弁体８７は、このように設けられた状態で、弁体部９５の底部に形成される開閉シート部９９が弁座１１２に着座する閉位置と、開閉シート部９９が弁座１１２から離間する開位置とにわたって、装置軸線Ｌ１に沿って軸線方向一方Ｘ１および軸線方向他方Ｘ２へ変位自在である。開閉弁体８７が開位置にある場合、一次ポート２８と、減圧ピストン一次圧受圧空間部１００とが開放され、開閉弁体８７が閉位置にある場合、一次ポート２８と、減圧ピストン一次圧受圧空間部１００とが閉塞される。減圧ピストン一次圧受圧空間部１００は、キャップ部材２７の内向き凸部９３と、減圧ピストン２２の底部３５とに挟まれ、かつキャップ部材２７の内向き凸部９３に形成される突起片３８の半径方向内方側の空間である。
【００４０】
開閉ピストン８５の軸体８８は、大略的に円筒状であって、ハウジング２１に装置軸線Ｌ１に沿って、軸線方向一方Ｘ１および軸線方向他方Ｘ２へ変位自在に保持される。この軸体８８は、軸線方向一端部１０１側の部分を筒状部材２４内に、筒状部材２４に対して、装置軸線Ｌ１に沿って、軸線方向一方Ｘ１および軸線方向他方Ｘ２へ変位自在に挿入されている。
【００４１】
この軸体８８は、少なくとも軸線方向他端部１０２が筒状部材２４から突出した状態で設けられる。ハウジング２１の軸線方向他端部３２、具体的にはハウジング本体２５の底部２９には、装置軸線Ｌ１に沿って挿通する挿通孔１０４が形成されており、軸体８８は、この挿通孔１０４を挿通して、軸線方向他端部１０２がハウジング２１の外部に突出するように延びている。
【００４２】
軸体８８の軸線方向一端部１０１は、その外周部が筒状部材２４の内周部にシールを達成した状態で当接し、これによって前述の減圧背圧力室５５の形成にされる。また軸体８８は、挿通孔１０４を挿通する部分に、軸線方向一端部１０１側の部分が軸線方向他端部１０２側の部分に比べて、外径の大きい段差部１０５が形成され、段差部１０５の軸線方向両側で、外周部がハウジング本体２５の挿通孔１０４に臨む内周部にシールを達成した状態で当接している。
【００４３】
このようにして、ハウジング本体２５と軸体８８とによって、軸体８８の段差部１０５が臨む開閉背圧力室１０６が形成され、この開閉背圧力室１０６は、ハウジング本体２５に形成される連通路１０７によってタンク２００内に連通され、一次圧Ｐ１が導かれる。またハウジング２１と、筒状部材２４と、軸体８８とによって空間１２３が形成されが、この空間１２３は、前記大気開放孔４４によって、大気に開放されている。
【００４４】
開閉弁体８７と軸体８８とは、相互に当接した状態で、開閉弁体８７から軸体８８に、軸線方向一方Ｘ１への力を伝達することができ、軸体８８から開閉弁体８７に、軸線方向他方Ｘ２への力を伝達することができる。したがって開閉ピストン８５は、開閉弁体８７と軸体８８とが相互に当接した状態で、開閉弁体８７に軸線方向一方Ｘ１への駆動力を与えて、一体に軸線方向一方Ｘ１へ変位させることができ、軸体８８に軸線方向他方Ｘ２への駆動力を与えて、一体に軸線方向他方Ｘ２へ変位させることができる。
【００４５】
開閉駆動手段８６の駆動ばね部材８９は、圧縮コイルばねであり、弁体室９７に配置されて、開閉弁体８７の弁体部９５に少なくとも部分的に内挿されて設けられる。駆動ばね力発生手段であるこの駆動ばね部材８９は、軸線方向一端部１１０がキャップ部材２７の底部９２に支持され、軸線方向他端部１１１が弁体部９５の底部付近（底部を含む）に支持される。この駆動ばね部材８９によって、ハウジング２１に対して、装置軸線Ｌ１沿って軸線方向へ変位駆動するためのばね力を、具体的には軸線方向一方Ｘ１に向かうばね力であって弁体部９５を弁座１１２に着座させる閉方向のばね力を、開閉ピストン８５に与えることができる。
【００４６】
開閉駆動手段８６の電磁ソレノイド９０は、ハウジング２１の外方に配置され、ハウジング本体２５の底部２９に、挿通孔１０４を外方から覆う状態で設けられる。電磁駆動源であるこの電磁ソレノイド９０は、装置軸線Ｌ１に沿って、軸線方向一方Ｘ１および軸線方向他方Ｘ２へ変位自在に保持される駆動部材１２０と駆動コイルとを有している。電磁ソレノイド９０とハウジング２１とによって形成され、軸部材８８が臨む空間１２２は、前記大気開放孔４４によって、大気に開放されている。
【００４７】
駆動コイルへの通電および非通電を切換えることによって、駆動部材１２０を装置軸線Ｌ１に沿って軸線方向へ変位させ、この駆動部材１２０によって軸体８８を押圧して、ハウジング２１に対して、装置軸線Ｌ１に沿って軸線方向へ変位駆動するための電磁駆動力を、具体的には軸線方向他方Ｘ２に向かう電磁駆動力であって弁体部９５を弁座１１２から離間させる開方向の電磁駆動力を、開閉ピストン８５に与えることができる。電磁ソレノイド９０による電磁駆動力は、駆動ばね部材８９のばね力よりも大きい。
【００４８】
このような弁装置２０では、上述のように減圧ピストン２２の外周部が、２箇所において、ハウジング２１の内周部に、周方向全周にわたってシールを達成した状態で当接している。ハウジング２１内には、ハウジング２１と減圧ピストン２２との間に、ハウジング本体２５の内向き凸部４０よりも軸線方向他方Ｘ２側に、有底筒状の第１空間６０が形成されるとともに、減圧ピストン２２の外向き凸部４１よりも軸線方向一方Ｘ１側に、二次ポート３０に連なる環状の第２空間６１が形成される。
【００４９】
減圧ピストン２２は、軸線方向一端部の端面部分に、周方向全周に延びる特殊樹脂から成る減圧シート部６２が形成され、この減圧シート部６２がキャップ部材２７の突起片３８に軸線方向に対向して、周方向全周に延びる円環状のオリフィス６３が形成される。第１空間６０は、オリフィス６３を介して連なる２つの空間部１００，６５を有する。オリフィス６３よりも半径方向内方側となる領域は、一次ポート２８に連なる前述の減圧ピストン一次圧受圧空間部１００である。
【００５０】
また減圧ピストン２２には、軸線方向中間部３７における筒状部材２４の軸線方向一端部４８に当接する部分よりも開放端部３６寄りの部分に、内外に挿通する挿通孔６７が形成される。この挿通孔６７によって、第１空間６０のオリフィス６３よりも半径方向外方側の外側空間部６５と、ピストン内空間５６とが連通される。
【００５１】
また筒状部材２４の軸線方向他端部５１およびその付近には、一端部が減圧ピストン２２内に挿入される部分で開口し、他端部が減圧ピストン２２から突出する部分で開口する連通孔６８が形成される。この連通孔６８によって、第２空間６１と、ピストン内空間５６とが連通されるとともに、これら第２空間６１およびピストン内空間５６が、二次ポート３０に連通される。オリフィス６３よりも半径方向外方側の外側空間部６５、第２空間６１、ピストン内空間５６、挿通孔６７および連通孔６８を含んで、二次ポート３０に連なる二次圧力室７０が構成される。
【００５２】
開閉弁体８７の弁体部９５には、内外に挿通する挿通孔１１５が形成される。この挿通孔１１５によって、弁体室９７内に密閉される領域が形成されることを防ぐことができる。この弁体室９７と減圧ピストン一次圧受圧空間部１００とは、キャップ部材２７の内向き凸部９３と開閉弁体８７の動力伝達部９６との間の環状の連通空間１２１を介して連なり、弁体室９７および減圧ピストン一次圧受圧空間部１００が一次ポート２８に連通される。弁体室９７、減圧ピストン一次圧受圧空間部１００および連通空間１２１を含んで、一次ポート２８に連なる一次圧力室６４が構成される。
【００５３】
開閉弁体８７によって、弁体室９７と減圧ピストン一次圧受圧空間部１００との間を、開放する開状態と、閉塞する閉状態とに切換えることができる。閉状態では、減圧ピストン一次圧受圧空間部１００および連通空間１２１には、一次圧Ｐ１が導かれないが、開状態では、一次圧力室６４全体に一次圧Ｐ１が導かれる。また弁体室９７と減圧ピストン一次圧受圧空間部１００との間を、開放する開状態と、閉塞する閉状態とに切換えることによって、一次ポート２８と二次ポート３０との間を、開放する開状態と、閉塞する閉状態とに、一次ポート２８と二次ポート３０との接続状態を切換える。
【００５４】
また減圧ピストン２２の底部３５には、この底部３５を装置軸線Ｌ１に沿って挿通する透孔７１が形成されている。この透孔７１によって、一次圧力室６４の減圧ピストン一次圧受圧空間部１００と、減圧背圧力室５５とが連通され、減圧背圧力室５５が一次圧Ｐ１に保持される。
【００５５】
このような弁装置２０では、電磁ソレノイド９０の駆動コイルに駆動電流を与えない非通電状態では、開閉ピストン８５は、駆動ばね部材８９の軸線方向一方Ｘ１に向かう閉方向のばね力によって、図１に示すような、開閉弁体８７が開閉シート部９９を弁座１１２に着座させる閉位置にある第１位置に配置される。この状態で、弁装置２０は、一次ポート２８から二次ポート３０への流体の流下を阻止し、タンク２００内からタンク２００外への流体の吐出を停止する。
【００５６】
また弁装置２０では、電磁ソレノイド９０の駆動コイルに駆動電流を与える通電状態では、電磁ソレノイド９０によって発生される電磁力であって、軸線方向他方Ｘ２に向かう開方向の電磁力によって、駆動ばね部材８９のばね力に抗して、開閉ピストン８５が、図１の第１位置から軸線方向他方Ｘ２に変位した第２位置、したがって開閉弁体８７が開閉シート部９９を弁座１１２から離間させる開位置にある第２位置に配置される。この状態で、弁装置２０は、一次ポート２８から二次ポート３０への流体の流下を許容し、タンク２００内からタンク２００外への流体の吐出を解除する。
【００５７】
このように開閉弁部は、電磁ソレノイド９０への駆動電流の供給および供給停止によって、電磁ソレノイド９０と駆動ばね部材８９とが協働して、開閉ピストン８５に電磁力およびばね力の少なくともいずれか一方を働かせて、開閉ピストン８５を変位駆動させ、一次ポート２８と二次ポート３０との連通および遮断を制御することができる。本実施の形態において、開閉ピストン８５の駆動力は、駆動ばね部材８９によるばね力および電磁ソレノイド９０による電磁力を含む。
【００５８】
また弁装置２０では、減圧ピストン２２は、ハウジング２１内を、オリフィス６３によって連なる一次圧力室６４と二次圧力室７０とに仕切る。開閉弁部が開いている状態で、一次ポート２８に供給される流体は、一次圧力室６４からオリフィス６３を通過して二次圧力室７０に、具体的には、第１空間６０の外側空間部６５に流下し、挿通孔６７、ピストン内空間５６および連通孔６８を経て、二次ポート３０に流下し、二次ポート３０から吐出される。このように弁装置２０を流体が流下するとき、減圧ピストン２２は、筒状部材２４の軸線方向他端部５１との間に軸線方向に間隔をあける。
【００５９】
流体がオリフィス６３を通過するとき、流体の圧力が低下される。言い換えるならば、流体は、一次圧力室から、オリフィス６３を通過することによって減圧されて、二次圧力室７０に流下する。したがって一次ポート２８、一次圧力室６４および減圧背圧力室５５内の流体は、一次圧Ｐ１を有し、二次ポート３０および二次圧力室７０内の流体は、一次圧Ｐ１よりも低い減圧された二次圧Ｐ２を有する。
【００６０】
図２は、弁装置２０の各部の寸法を説明するために示す断面図である。開閉ピストン８５の開閉弁体８７は、その外表面が、一次圧Ｐ１に保持される一次圧力室６４および減圧背圧力室５５に臨み、軸体８８は、一次圧Ｐ１に保持される減圧背圧力室５５および開閉背圧力室１０６に臨んでいる。このような開閉ピストン８５は、開閉ピストン８５を弁座１１２に着座させる方向の一次圧Ｐ１を、有効的に受ける閉受圧面積Ａ１の閉受圧面１３０を有する。閉受圧面積Ａ１は、開閉ピストン８５が一次圧力室６４および減圧背圧力室５５内の流体によって軸線方向一方Ｘ１に一次圧Ｐ１を受ける受圧面積から、開閉ピストン８５が一次圧力室６４および減圧背圧力室５５内の流体によって軸線方向他方Ｘ２に一次圧Ｐ１を受ける受圧面積を減算した面積であって、一次圧力室６４および減圧背圧力室５５内の流体から受ける一次圧Ｐ１が、開閉ピストン８５に軸線方向一方Ｘ１への力として有効的に働く面積である。本実施の形態では、軸部８８の減圧背圧力室５５に臨む軸線方向一端部１０１の装置軸線Ｌ１に垂直な断面の直径Ｄ４は、弁座１１２の先端部の外径Ｄ１と同一に形成されている。したがって、開閉ピストン８５は、開閉弁部が開いているか閉じているかに拘わらず、また開閉弁体８７と軸体８８とが当接しているか離間しているかに拘わらず、閉受圧面積Ａ１は、弁座１１２の先端部の外径Ｄ１と同一の外径の円の面積となり、次式（３）で表される。
【００６１】
【数２】

【００６２】
ここで軸体８８の軸線方向一端部１０１における装置軸線Ｌ１に垂直な断面の面積Ａ４は、次式（４）で表され、閉受圧面積Ａ１と同一である。
【００６３】
【数３】

【００６４】
また開閉ピストン８５は、前述のように軸体８８に段差部１０５が形成され、この段差部１０５が開閉背圧力室１０６に設けられるように構成される。これによって開閉ピストン８５は、開閉ピストン８５を弁座１１２から離間方向の一次圧Ｐ１を、有効的に受ける開受圧面積Ａ７−Ａ８の開受圧面１３１を有する。開受圧面積Ａ７−Ａ８は、開閉ピストン８５が開閉背圧力室１０５内の流体によって軸線方向他方Ｘ２に一次圧Ｐ１を受ける受圧面積から、開閉ピストン８５が開閉背圧力室１０６内の流体によって軸線方向一方Ｘ１に一次圧Ｐ１を受ける受圧面積を減算した面積であって、開閉背圧力室１０６内の流体から受ける一次圧Ｐ１が、開閉ピストン８５に軸線方向他方Ｘ２への力として有効的に働く面積である。
【００６５】
本実施の形態では、軸体８８の段差部１０５に、開受圧面１３１が形成されており、段差部１０５における軸線方向一端部１０１側の外径が大きい部分の装置軸線Ｌ１に垂直な断面の面積Ａ７から、段差部１０５における軸線方向他端部１０２側の外径が小さい部分の装置軸線Ｌ１に垂直な断面の面積Ａ８を減算した面積である。したがって、開受圧面積Ａ７−Ａ８は、段差部１０５における軸線方向一端部１０１側の外径が大きい部分の外径Ｄ７と、段差部１０５における軸線方向他端部１０２側の外径が小さい部分の外径Ｄ８とを用いて、次式（５）で表される。
【００６６】
【数４】

【００６７】
本実施の形態では、開受圧面積Ａ７−Ａ８は、閉受圧面積Ａ１（＝Ａ４）と同一である。開閉ピストン８５は、二次圧Ｐ２に保持される二次圧力室７０には臨んでおらず、二次圧Ｐ２は受けない。
【００６８】
開閉ピストン８５には、大気圧も働くが、開閉ピストン８５の動作に与える影響が小さいので、便宜上、大気圧による力を無視すると、開閉ピストン８５に働く軸線方向の力Ｆ１は、軸線方向一方Ｘ１の力を正として、次式（６）のように表される。
Ｆ１＝Ｆｋ＋｛Ａ１−（Ａ７−Ａ８）｝Ｐ１−Ｆｓ　　　　　…（６）
Ｆｋ＝Ｋ１（ΔＨ１＋Ｚ１）　　　　　　　　　　　　　　　　…（７）
【００６９】
ここで、Ｆｋは、駆動ばね部材８９によるばね力であって、Ｋ１は、駆動ばね部材８９のばね定数であり、ΔＨ１は、開閉弁体８７が閉位置にある場合の駆動ばね部材８９の自然状態からの撓み量であり、Ｚ１は、開閉弁体８７の閉位置からの軸線方向一方Ｘ１への変位量である。Ｆｓは、電磁ソレノイド９０による電磁力である。
【００７０】
本実施の形態の開閉弁部では、上式（６）において、開閉背圧力室１０６を形成して、開閉ピストン８５が一次圧Ｐ１を開受圧面積Ａ７−Ａ８で、軸線方向他方Ｘ２に受けるように構成し、これによって開閉ピストン８５が軸線方向一方Ｘ１に受ける一次圧Ｐ１による力（Ａ１×Ｐ１）と、開閉ピストン８５が軸線方向他方Ｘ２に受ける一次圧Ｐ１による力｛（Ａ７−Ａ８）×Ｐ１｝とを釣り合わせて、開閉ピストン８５に働く一次圧Ｐ１による軸線方向の力を相殺すること、つまり｛Ａ１−（Ａ７−Ａ８）｝Ｐ１＝０にすることができる。
【００７１】
従来の構成では、一次圧を高くすると、安定して開閉ピストンを弁座に着座させるために、その一次圧によって開閉ピストンに働く力に抗するような大きさのばね力を開閉ピストンに与えるばね力の大きな駆動ばね部材を用いる必要があり、開閉ピストンを弁座から離間するときには、このような大きなばね力に抗する大きな電磁力を与えることができるように電磁ソレノイドを大形化しなければならない。これに対して、本実施の形態の弁装置２０における開閉弁部では、開閉ピストン８５に働く一次圧Ｐ１による軸線方向の力が相殺されるので、一次圧Ｐ１を高くしても、安定して開閉ピストン８５の開閉シート部９９を弁座１１２に着座させて閉じるために、駆動ばね部材８９のばね力を大きくする必要がない。これに伴って、開閉ピストン８５の開閉シート部９９を弁座１１２から離間させて開くために、電磁ソレノイド９０が開閉ピストン８５に与える電磁力を大きくする必要がなく、電磁ソレノイド９０を小形化することができ、開閉弁部の寸法を小さく抑えることができる。
【００７２】
また流量キャパシティ、すなわち最大許容流量を大きくするために、一次圧Ｐ１を受ける閉受圧面積Ａ１を大きくしても、開閉ピストン８５に働く一次圧Ｐ１による軸線方向の力を相殺して、駆動ばね部材８９が一次ポート２８と二次ポート３０とを閉塞するために開閉ピストン８５に与えるばね力を小さくすることができる。これによって電磁ソレノイド９０が一次ポート２８と二次ポート３０とを開放するために開閉ピストン８５に与える電磁力を大きくすることがない。
【００７３】
また減圧ピストン２２は、一次圧力室６４の流体から軸線方向一方Ｘ１に向かう一次圧Ｐ１を、有効的に受ける一次受圧面積Ａ２の一次受圧面７５を有する。一次受圧面積Ａ２は、減圧ピストン２２が一次圧力室６４内の流体によって軸線方向一方Ｘ１に一次圧Ｐ１を受ける受圧面積から、減圧ピストン２２が一次圧力室６４内の流体によって軸線方向他方Ｘ２に一次圧Ｐ１を受ける受圧面積を減算した面積であって、一次圧力室６４内の流体から受ける一次圧Ｐ１が、減圧ピストン２２を軸線方向一方Ｘ１への力として有効的に働く面積である。
【００７４】
減圧ピストン２２は、一次圧力室６４に軸線方向一方Ｘ１側からだけ臨んでおり、一次圧力室６４の流体から軸線方向一方Ｘ１にだけ一次圧Ｐ１を受ける。一次受圧面積Ａ２は、減圧シート部６２と協働してオリフィス６３を形成する突起片３８の先端部の直径Ｄ２と、減圧ピストン２２に形成される透孔７１の直径Ｄ１０とを用いて、次式（８）で表される。
【００７５】
【数５】

【００７６】
また減圧背圧力室５５は、上述のように減圧ピストン２２内に筒状部材２４の軸線方向一端部４８が挿入されることによって形成されており、減圧ピストン２２は、減圧背圧力室５５内の流体から軸線方向他方Ｘ２に向かう一次圧Ｐ１を、有効的に受ける背受圧面積Ａ３の背受圧面７６を有する。背受圧面積Ａ３は、減圧ピストン２２が減圧背圧力室５５内の流体から軸線方向他方Ｘ２に一次圧Ｐ１を受ける受圧面積から、減圧ピストン２２が減圧背圧力室５５内の流体から軸線方向一方Ｘ１に一次圧Ｐ１を受ける受圧面積を減算した面積であって、減圧背圧力室５５内の流体から受ける一次圧Ｐ１が、減圧ピストン２２を軸線方向他方Ｘ２への力として有効的に働く面積である。この背受圧面積Ａ３は、筒状部材２４の軸線方向一端部４８の外径Ｄ３と、減圧ピストン２２に形成される透孔７１の直径Ｄ１０とを用いて、次式（９）で表される。
【００７７】
【数６】

【００７８】
突起片３８の先端部の直径Ｄ２と、筒状部材２４の軸線方向一端部４８の外径Ｄ３は、同一であって、したがって一次受圧面積Ａ２と有効背受圧面積Ａ３とは同一である。このように減圧ピストン２２は、一次圧力室６４内の流体から一次圧Ｐ１を軸線方向一方Ｘ１に受ける一次受圧面７５の一次受圧面積Ａ２と同一の有効背受圧面積Ａ３とを有し、減圧背圧力室５５内の流体から軸線方向他方Ｘ２に向かう一次圧Ｐ１を受ける背受圧面７６を有する。
【００７９】
また減圧ピストン２２は二次圧力室７０内の流体から軸線方向他方Ｘ２に向かう二次圧Ｐ２を有効的に受ける受圧面積Ａ６−Ａ５の二次受圧面８０を有する。減圧ピストン２２が二次圧力室７０内の流体から軸線方向他方Ｘ２に二次圧Ｐ２を受ける受圧面積Ａ６は、減圧ピストン２２の第２空間６１に臨む部分の最大外径である外向き凸部４１の外径Ｄ６を直径とする円の面積から筒状部材２４の軸線方向一端部４８の装置軸線Ｌ１に垂直な断面の面積（＝（π／４）Ｄ３^２）を減算した面積であって、次式（１０）で表される。
【００８０】
【数７】

【００８１】
また減圧ピストン２２が二次圧力室７０内の流体から軸線方向一方Ｘ１に二次圧Ｐ２を受ける受圧面積Ａ５は、減圧ピストン２２の外側空間部６５に臨む部分の最大外径Ｄ５を直径とする円の面積から突起片３８の先端部の直径Ｄ２と同一直径の円の面積を減算した面積であって、次式（１１）で表される。
【００８２】
【数８】

【００８３】
図３は、弁装置２０の二次圧Ｐ２を示すグラフであって、図３（１）は、一次圧Ｐ１と二次圧Ｐ２との関係を示し、図３（２）は、流量Ｑと二次圧Ｐ２との関係を示す。弁装置２０では、減圧ピストン２２に働く力の釣り合いは、次式（１２）によって表される。
【００８４】
【数９】

【００８５】
ここで、Ｋ２は、減圧ばね部材２３のばね定数であり、ΔＨは、図１に示される減圧ばね部材２３の初期状態での自然状態からの撓み量である。この初期状態は、たとえば減圧ピストン２２が最も軸線方向一方Ｘ１に配置され、筒状部材２４によって軸線方向に支持されている状態である。またＺ２は、減圧ピストン２２の図１に示される初期状態からの軸線方向他方Ｘ２への変位量であって、式（１３）で表されるように、一次圧Ｐ１と、弁装置２０を流下する流体の流量Ｑとの関数で表される。
【００８６】
前記式（１２）の釣り合いの式から、二次圧Ｐ２は、次式（１４）のように表される。
【００８７】
【数１０】

【００８８】
本実施の形態の弁装置２０では、上述のように減圧背圧力室５５を形成して、減圧ピストン２２が一次圧Ｐ１を背受圧面積Ａ３で、軸線方向他方Ｘ２に受けるように構成し、これによって減圧ピストン２２が軸線方向一方Ｘ１に受ける一次圧Ｐ１による力と、減圧ピストン２２が軸線方向他方Ｘ２に受ける一次圧Ｐ１による力とを釣り合わせて、相殺することができる。つまり一次受圧面積Ａ２と背受圧面積Ａ３を同一とし、上式（１４）における右辺第二項の分子を零にする（Ａ２−Ａ３＝０）ことができ、一次圧Ｐ１が変化しても、式（１４）における右辺第二項の値を一定値（＝０）として、右辺第一項だけが変化する式（Ｐ２＝ε）となるようにすることができる。したがって図３（１）に示すように、減圧ピストン２２に背受圧面７６を形成しない、従来の構成に比べて、一次圧Ｐ１の変化量ΔＰ１に対する二次圧Ｐ２の変化量ΔＰ２を大幅に低減することができる。
【００８９】
また弁装置２０では、流量キャパシティ、すなわち最大許容流量を大きくするために、突起片３８の先端部の直径Ｄ１を大きくして、一次受圧面積Ａ２が大きくなっても、背受圧面積Ａ３を大きくすれば、一次圧Ｐ１の変化量ΔＰ１に対する二次圧Ｐ２の変化量ΔＰ２を小さく抑えることができる。したがって最大許容流量を大きくするために、減圧ピストン２２に背受圧面７６を形成しない場合のように、減圧ピストン２２の二次圧Ｐ２を軸線方向他方Ｘ２に受ける受圧面積Ａ６を大きくする必要がなく、減圧ピストン２２の最大外径である外向き凸部４１の外径Ｄ６を大きくする必要がない。したがって弁装置２０の半径方向寸法を小さく抑えることができる。このように流量Ｑに拘わらず、弁装置２０の半径方向寸法を小さく抑えた上、一次圧Ｐ１の変化量ΔＰ１に対する二次圧Ｐ２の変化量ΔＰ２を小さく抑えることができる。
【００９０】
また筒状部材２４を設けて、減圧ピストン２２内に部分的に挿入する構成とすることによって、簡単な構成によって、減圧背圧力室５５を形成し、上述の効果が得られる弁装置２０を容易に実現することができる。さらに減圧ピストン２２と筒状部材２４との間のピストン内空間５６を流体が流下する通路として利用することによって、減圧ピストン２２に第１空間６０の外側空間部６５と第２空間６１とを連通するための軸線方向に延びる通路を穿設する必要がなく、構成が簡単であり、複雑な加工を必要としないので、容易に製造することができる。また通路の穿設に伴う減圧ピストン２２の強度低下がないので、減圧ピストン２２の肉厚（半径方向寸法）を小さく抑えることができ、これによっても、弁装置２０の半径方向寸法を小さくすることができる。もちろん減圧ピストン２２に外側空間部６５と第２空間６１とを連通するための軸線方向に延びる通路を穿設する構成も、本発明に含まれることは言うまでもない。
【００９１】
また一次ポート２８と二次ポート３０との接続状態を切換える開閉弁部と、二次圧Ｐ２を一次圧Ｐ１よりも減少させる減圧弁部とが、相互に、少なくとも一部の構成が流体の流下方向に重複する位置に配置されて設けられる。本実施の形態では、開閉弁部が減圧弁部を挿通するように構成される。これによって開閉弁部と減圧弁部とを単に縦列して設ける場合に比べて、流下方向、具体的には軸線方向の寸法を小さくすることができる。しかも開閉弁部と減圧弁部とは、同軸に設けられており、開閉弁部と減圧弁部とが部分的に重複する領域では、ハウジング２１を共用することができ、開閉弁部と減圧弁部とを単に並列して設ける場合に比べて、流下方向に交差する方向、具体的には半径方向の寸法を小さくすることができる。このように軸線方向寸法および半径方向寸法を小さくして、小形の弁装置２０を実現することができる。
【００９２】
したがって圧力装置、圧力容器および圧力配管などへの装着が容易になるうえ、取扱も容易になる。また小形にすることによって、外部から振動が与えられても大きく振動することがなく、耐振性を高くすることができ、たとえば可搬形の圧力装置および圧力容器に好適に用いることができる。また小形にすることによって、高圧容器に設ける場合に、高圧容器に容易に内蔵することが可能になり、高圧容器の外部に高圧流体が流下する配管を設ける必要がなく、高い安全性および取扱性を達成することができる。たとえば高圧タンクなどの高圧容器に減圧弁を内蔵して用いる場合、高圧容器の強度の観点から高圧容器の外径を小さく抑える必要があり、このような用途には、特に効果を発揮して、好適に用いることができる。また全体の質量を小さくすることができ、これによっても取扱性を容易にすることができる。また前述のような一体化構造によって、弁装置２０の部品点数を少なくすることができ、製造コストを低くすることができる。
【００９３】
さらに開閉弁部における流路の開閉位置が、減圧弁部における減圧位置に比べて、流体の流下方向上流側に配置されている。これによって開閉弁部が閉じた状態では、減圧弁部に高圧の一次圧力が働くことがなく、耐久性を高くすることができる。また開閉弁部を通過した流体は、必ず減圧弁部で減圧されることになり、開閉弁部を閉じた状態で長時間放置した後に、開閉弁部を開放しても、二次圧力Ｐ２は、一次圧力に比べて減圧されている。このように高圧のガスが吐出されてしまうことが防がれる。
【００９４】
また本実施の形態では、突起片３８が形成されるキャップ部材２７を、ハウジング本体２５に対する軸線方向に位置を調節できるので、突起片３８と減圧ピストン２２の減圧シート部６２との軸線方向間隔を調節することができ、一次圧Ｐ１に対する二次圧Ｐ２の減圧比を調節することができる。
【００９５】
このような弁装置２０は、たとえば消防士が火災現場などで背負う酸素を収容したタンクなどの高圧タンクに設け、高圧タンク内の酸素を、減圧しながら外部に吐出するための減圧弁として用いることができる。このような高圧タンクに内蔵化して用いる場合、高圧タンクは、強度の観点から半径方向寸法を小さくする必要があり、上述のように半径方向寸法を小さく抑えることができる弁装置２０は、好適である。
【００９６】
また開閉弁部における開閉ピストン８５を、開閉弁体８７と軸体８８とを分離して構成し、開閉弁体８７を軸体８８を介して電磁ソレノイド９０によって遠隔駆動する。これによって電磁ソレノイド９０の構成部品には、高圧の流体が働くことがなく、電磁ソレノイド９０のチューブ（ケーシング）を堅牢に形成する必要がない。また電磁ソレノイド９０の加工精度を高くしなくても、流体の漏れを防ぐシール性を高くすることができる。
【００９７】
図４は、本発明の実施の他の形態の弁装置２０Ａを示す断面図である。本実施の形態の弁装置２０Ａは、図１〜図３に示す実施の形態の弁装置２０と類似しており、同一の構成は、同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成についてだけ説明する。本実施の形態の弁装置２０Ａは、開閉弁部を手動で開閉操作するための操作ハンドル１４０をさらに有する。この操作ハンドル１４０は、電磁ソレノイド９０のケーシングに螺着され、回動させて螺進および螺退させることによって、駆動部材１２０を変位操作することができる。これによって操作ハンドル１４０を手動操作することによって、駆動ばね部材８９と協働して、開閉ピストン８５を変位駆動することができる。
【００９８】
このような弁装置２０Ａは、図１〜３の弁装置２０の効果に加えて、手動で開閉弁部を操作できる効果を達成することができる。このように手動で開閉弁部を操作できるようにすれば、電磁ソレノイド９０が何らかの要因で電気的に作動させることができない事態が生じても、開閉弁部を作動させることができる。
【００９９】
図５は、本発明の実施のさらに他の形態の弁装置２０Ｂを示す断面図である。本実施の形態の弁装置２０Ｂは、図１〜図３に示す実施の形態の弁装置２０と類似しており、同一の構成は、同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成についてだけ説明する。本実施の形態の弁装置２０Ｂは、開閉弁部に関して、開閉背圧力室１０６を形成しない構成である。このような構成では、開閉ピストン８５に、一次圧Ｐ１による軸線方向一方Ｘ１に働く力を、前述のようにして相殺（キャンセル）することはできないが、開閉背圧力室１０６および連通路１０７を設ける必要がなく、また開閉ピストン８５に段差部１０５を形成する必要がないので、構成を簡単にすることができる。この弁装置２０Ｂは、開閉ピストン８５に、一次圧Ｐ１による軸線方向一方Ｘ１に働く力を、前述のようにして相殺すること以外の効果については、図１〜図３の弁装置２０と同様に達成することができる。
【０１００】
図６は、本発明の実施のさらに他の形態の弁装置２０Ｃを示す断面図である。本実施の形態の弁装置２０Ｃは、図５に示す実施の形態の弁装置２０Ｂと類似しており、同一の構成は、同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成についてだけ説明する。本実施の形態の弁装置２０Ｃは、図５の弁装置２０Ｂの構成に加えて、図４に示す弁装置２０Ａと同様の操作ハンドル１４０が設けられる。これによって、図５の弁装置２０Ｂの効果に加えて、図４の弁装置２０Ａで説明した操作ハンドル１４の効果を同様に達成することができる。
【０１０１】
図７は、本発明の実施のさらに他の形態の弁装置２０Ｄを示す断面図である。本実施の形態の弁装置２０Ｄは、図４に示す実施の形態の弁装置２０Ａと類似しており、同一の構成は、同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成についてだけ説明する。本実施の形態の弁装置２０Ｄは、図４の弁装置２０Ａの構成において、電磁ソレノイド９０を取り除いた構成であり、換言すれば、図１〜図３の弁装置２０の構成において電磁ソレノイド９０に代えて、操作ハンドル１４０を設けた構成であり，操作ハンドル１４０は、ハウジング２１に螺着される。この弁装置２０Ｄでは、操作ハンドル１４０の操作によって、駆動永久磁石片を介することなく、開閉ピストン８５を直接操作することができる。その他の構成については、図４の弁装置２０Ａと同様であり、電磁ソレノイド９０に関連する効果以外の効果については、図４の弁装置２０Ａと同様に達成することができる。
【０１０２】
図８は、本発明の実施のさらに他の形態の弁装置２０Ｅを示す断面図である。本実施の形態の弁装置２０Ｅは、図５に示す実施の形態の弁装置２０Ｂと類似しており、同一の構成は、同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成についてだけ説明する。本実施の形態の弁装置２０Ｅは、図５の弁装置２０Ｂの構成において、図７の弁装置２０Ｄと同様に、電磁ソレノイド９０を取り除いた構成である。その他の構成については、図５の弁装置２０Ｂと同様であり、電磁ソレノイド９０に関連する効果以外の効果については、図５の弁装置２０Ｂと同様に達成することができる。
【０１０３】
図９は、タンク２００に設けられるタンク内蔵型の弁装置の分類の一例を示す図である。タンク内蔵型の弁装置２０，２０Ａ〜２０Ｅは、電磁式と手動式とに大別される。電磁式および手動式ともに、圧力キャンセル機構付と圧力キャンセル機構無とにさらに別けることができる。また電磁式では、圧力キャンセル機構付および圧力キャンセル機構無ともに、応急手動ハンドル付と応急手動ハンドル無とに別けられる。
【０１０４】
図１〜図３の弁装置２０が、電磁式であって圧力キャンセル機構付の応急手動ハンドル無の弁装置に相当する。図４の弁装置２０Ａが、電磁式であって圧力キャンセル機構付の応急手動ハンドル付の弁装置に相当する。図５の弁装置２０Ｂが、電磁式であって圧力キャンセル機構無の応急手動ハンドル無の弁装置に相当する。図６の弁装置２０Ｃが、電磁式であって圧力キャンセル機構無の応急手動ハンドル付の弁装置に相当する。図７の弁装置２０Ｄが、手動式であって圧力キャンセル機構付の弁装置に相当する。図８の弁装置２０Ｅが、手動式であって圧力キャンセル機構無の弁装置に相当する。
【０１０５】
図１０は、配管１５０の途中に設けられるインライン型の弁装置の分類の一例を示す図である。図１〜図９を参照して説明した各弁装置２０，２０Ａ〜２０Ｅは、タンク８０に設けられたけれども、弁装置は、配管途中に設けるようにしてもよい。インライン型の弁装置２０Ｆ〜２０Ｋもまた、電磁式と手動式とに大別される。電磁式および手動式ともに、圧力キャンセル機構付と圧力キャンセル機構無とにさらに別けることができる。また電磁式では、圧力キャンセル機構付および圧力キャンセル機構無ともに、応急手動ハンドル付と応急手動ハンドル無とに別けられる。
【０１０６】
図１１の弁装置２０Ｆが、電磁式であって圧力キャンセル機構付の応急手動ハンドル無の弁装置に相当する。図１２の弁装置２０Ｇが、電磁式であって圧力キャンセル機構付の応急手動ハンドル付の弁装置に相当する。図１３の弁装置２０Ｈが、電磁式であって圧力キャンセル機構無の応急手動ハンドル無の弁装置に相当する。図１４の弁装置２０Ｉが、電磁式であって圧力キャンセル機構無の応急手動ハンドル付の弁装置に相当する。図１５の弁装置２０Ｊが、手動式であって圧力キャンセル機構付の弁装置に相当する。図１６の弁装置２０Ｋが、手動式であって圧力キャンセル機構無の弁装置に相当する。このようなインライン型の弁装置であて、圧力キャンセル機構付の弁装置において、開閉弁部における一次圧Ｐ１を相殺するために、開閉背圧力室１０６に一次圧Ｐ１を導くためのハウジング本体２５の連通路１０７は、弁体室９７と開閉背圧力室１０６とを接続するように構成される。
【０１０７】
これらインライン型の各弁装置２０Ｆ〜２０Ｋは、タンク２００に設けられず、配管途中に設けられ、一次ポート２８に配管１５０の一次側部分が連結され、二次ポート３０に配管１５０の二次側部分が連結される。インライン型の各弁装置２０Ｆ〜２０Ｋは、その他の構成については、対応する分類のタンク内蔵型の各弁装置２０，２０Ａ〜２０Ｅと同様の構成であり、同様の効果を達成することができる。
【０１０８】
図１７は、本発明の実施の他の形態の弁装置２０Ｌを示す断面図である。本実施の形態の弁装置２０Ｌは、図１〜図３に示す実施の形態の弁装置２０と類似しており、同一の構成は、同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成についてだけ説明する。本実施の形態の弁装置２０Ｌは、図１〜図３の弁装置２０の電磁ソレノイド９０に代えて、装置軸線Ｌ１上ではなく、装置軸線Ｌ１に対して交差する方向から駆動する電磁ソレノイド９０Ｌが設けられる。
【０１０９】
この弁装置２０Ｌでは、ハウジング２１の軸線方向他端部に、軸体８８の軸線方向他端部１０１が配置される作動片収容部１６０が形成され、Ｌ字状の作動片１６１が収容されている。作動片１６１は、一端部で装置軸線Ｌ１に垂直な角変位軸線Ｌ２まわりに角変位自在に保持されている。
【０１１０】
電磁ソレノイド９０Ｌは、ハウジング２１の外方に配置されて、外周部に設けられ、装置軸線Ｌ１と交差する方向、具体的には装置軸線Ｌ１に垂直であり、かつ角変位軸線Ｌ２に垂直なソレノイド軸線に沿って変位自在な駆動部材１６４と、駆動コイルとを有する。この電磁ソレノイド９０Ｌは、駆動コイルへの通電および非通電を切換えることによって、駆動部材１６４をソレノイド軸線に沿って変位させ、この駆動部材１６４によって、作動片１６１を角変位させ、この作動片１６１によって押圧して、ハウジング２１に対して、装置軸線Ｌ１に沿って軸線方向へ、具体的には軸線方向他方Ｘ２に向かう方向へ変位駆動するための電磁駆動力であって弁体部９５を弁座１１２から離間させる開方向の電磁駆動力力を、開閉ピストン８５に与えることができる。
【０１１１】
このような構成では、電磁ソレノイド９０Ｌを半径方向にずらすことによって、装置軸線Ｌ１の方向の寸法をさらに小さくすることができる。また駆動部材１６４による作動片１６１への入力位置（力点）と作動片１６１の角変位軸線（支点）との距離が、作動片１６１によって軸体８８を押圧する押圧位置（作用点）と作動片１６１の角変位軸線との距離よりも大きい。これによっててこの原理によって、電磁ソレノイド９０Ｌの電磁力を増幅させて軸体８８に与えることができる。これによって電磁ソレノイド９０Ｌをさらに小形にすることができる。
【０１１２】
図１７に示す弁装置２０Ｌのその他の構成は、図１〜図３の弁装置２０と同様であり、同様の効果を達成する。
【０１１３】
上述の実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内で構成を変更することができる。たとえば図４、図５、図６、図１１、図１２、図１３および図１４に示す弁装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｆ，２０Ｇ，２０Ｈ，２０Ｉにおいて、電磁ソレノイド９０を、図１７に示す電磁ソレノイド９０Ｌに代えるようにしてもよい。またハウジング２１と筒状部材２４とは一体に形成されてもよい。また用途は、上述の消防士が背負うタンク以外の高圧タンクに設けてもよく、たとえば電気自動車などに搭載される燃料電池を構成するためのガスを収容するタンクに設けるようにしてもよい。またタンク以外の流体圧装置に設けるようにしてもよい。流体は、気体であってもよいし、液体であってもよい。
【０１１４】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、軸線方向寸法および半径方向寸法を小さくして、小形の弁装置を実現することができるので、圧力装置、圧力容器および圧力配管などへの装着が容易になるうえ、取扱も容易になる。また小形にすることによって、外部から振動が与えられても大きく振動することがなく、耐振性を高くすることができ、たとえば可搬形の圧力装置および圧力容器に好適に用いることができる。また小形にすることによって、高圧容器に設ける場合に、高圧容器に容易に内蔵することが可能になり、高圧容器の外部に高圧流体が流下する配管を設ける必要がなく、高い安全性および取扱性を達成することができる。たとえば高圧タンクなどの高圧容器に減圧弁を内蔵して用いる場合、高圧容器の強度の観点から高圧容器の外径を小さく抑える必要があり、このような用途には、特に効果を発揮して、好適に用いることができる。また全体の質量を小さくすることができ、これによっても取扱性を容易にすることができる。また前述のような一体化構造によって、弁装置の部品点数を少なくすることができ、製造コストを低くすることができる。
【０１１５】
請求項２記載の本発明によれば、一次圧力の変化量に対する二次圧力の変化量を、大幅に低減することができる。しかも最大許容流量が大きい場合であっても、半径方向寸法を小さく抑えかつ二次圧力の変化量を小さく抑えることができる。したがって極めて利便性の高い減圧弁部を備える弁装置が得られる。
【０１１６】
請求項３記載の本発明によれば、一次圧力を高くしても、開閉駆動手段によって開閉ピストンに与える駆動力を大きくする必要がない。また開閉駆動手段よって開閉ピストンに与える駆動力を大きくすることなく、最大許容流量を大きくすることができる。したがって極めて利便性の高い開閉弁部を備える弁装置が得られる。
【０１１７】
請求項４記載の本発明によれば、開閉弁部が閉じた状態では、減圧弁部に高圧の一次圧力が働くことがなく、耐久性を高くすることができる。また開閉弁部を閉じた状態で長時間放置した後に、開閉弁部を開放しても、高圧のガスが吐出されてしまうことが防がれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の弁装置２０を示す断面図である。
【図２】弁装置２０の各部の寸法を説明するために示す断面図である。
【図３】弁装置２０の二次圧Ｐ２を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の他の形態の弁装置２０Ａを示す断面図である。
【図５】本発明の実施のさらに他の形態の弁装置２０Ｂを示す断面図である。
【図６】本発明の実施のさらに他の形態の弁装置２０Ｃを示す断面図である。
【図７】本発明の実施のさらに他の形態の弁装置２０Ｄを示す断面図である。
【図８】
本発明の実施のさらに他の形態の弁装置２０Ｅを示す断面図である。
【図９】
タンク８０に設けられるタンク内蔵型の弁装置の分類の一例を示す図である。
【図１０】
配管１５０途中に設けられるインライン型の弁装置の分類の一例を示す図であ
る。
【図１１】
本発明の実施のさらに他の形態の弁装置２０Ｆを示す断面図である。
【図１２】
本発明の実施のさらに他の形態の弁装置２０Ｇを示す断面図である。
【図１３】
本発明の実施のさらに他の形態の弁装置２０Ｈを示す断面図である。
【図１４】
本発明の実施のさらに他の形態の弁装置２０Ｉを示す断面図である。
【図１５】
本発明の実施のさらに他の形態の弁装置２０Ｊを示す断面図である。
【図１６】
本発明の実施のさらに他の形態の弁装置２０Ｋを示す断面図である。
【図１７】
本発明の実施のさらに他の形態の弁装置２０Ｌを示す断面図である。
【図１８】
従来の技術の弁装置１を示す断面図である。
【図１９】
弁装置１を示す構成回路図である。
【図２０】
従来の技術の減圧弁部３の構成を簡略化して模式的に示す断面図である。
【図２１】
従来技術の減圧弁部３の二次圧力ｐ２を示すグラフである。
【符号の説明】
２０，２０Ａ〜２０Ｌ　弁装置
２１　ハウジング
２２　減圧ピストン
２３　減圧ばね部材
２４　筒状部材
２８　一次ポート
３０　二次ポート
５５　減圧背圧力室
６３　オリフィス
８５　開閉ピストン
８６　開閉駆動手段
１０６　開閉背圧力室

Claims

一次ポートおよび二次ポートが形成されるハウジングと、
ハウジング内に設けられ、一次ポートと二次ポートとの接続状態を、開状態と閉状態とに切換える開閉弁部と、
少なくとも一部の構成が開閉弁部と流体の流下方向に重複する位置に配置されて、ハウジング内に同軸に設けられ、二次ポートにおける流体の二次圧力を、一次ポートにおける流体の一次圧力よりも減圧させる減圧弁部とを含むことを特徴とする弁装置。
減圧弁部は、
ハウジング内に軸線方向に変位自在に保持され、一次ポートに連なる一次圧力室と二次ポートに連なる二次圧力室とにハウジング内を仕切り、一次圧力室の流体から軸線方向一方に向かう一次圧力を受ける一次受圧面積の一次受圧面と、一次圧力に保持される減圧背圧力室の流体から軸線方向他方に向かう一次圧力を一次受圧面積と同一の背受圧面積で受ける背受圧面と、二次圧力室の流体から軸線方向他方に向かう二次圧力を受ける二次受圧面とが形成される減圧ピストンと、減圧ピストンに軸線方向一方に向かう減圧ばね力を与える減圧ばね力発生手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の弁装置。
開閉弁部は、
ハウジング内に軸線方向に変位自在に保持され、ハウジングに形成される弁座に着座および離間することによって、一次ポートと二次ポートとの接続状態を切換える開閉ピストンであって、開閉ピストンを弁座に着座させる方向の一次圧力を閉受圧面積で受ける閉受圧面と、開閉ピストンを弁座から離間方向の一次圧力を閉受圧面積と同一の開受圧面積で受ける開受圧面とが形成される開閉ピストンと、
開閉ピストンに軸線方向の駆動力を与えて、一次ポートと二次ポートとの接続状態を、開状態と閉状態とに切換え駆動する開閉駆動手段とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の弁装置。
開閉弁部における流路の開閉位置は、減圧弁部における減圧位置に比べて、流体の流下方向上流側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の弁装置。