JP2016183598A - 圧力調整弁 - Google Patents

Abstract

【課題】蓋部材に設けたシール部材を摩耗、変形させることなく、蓋部材をボデー部材に組み付けて固定することができる圧力調整弁を提供すること。
【解決手段】構成部品を内部に収容するボデー部材７と、ボデー部材７の端部に形成された開口７ａ，７ｂをシール部材２３１，４６１を設けて塞ぐ蓋部材２３，４６とを備える圧力調整弁１０において、蓋部材２３，４６の端面２３ａ，４６ａを覆う金属板４５を備え、その金属板４５は、ボデー部材７に対して複数の固定ネジ４５２で固定されている
。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧の気体燃料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するものである。

気体燃料の圧力を調整する圧力調整弁では、ボデー部材に形成された開口がシール部材が設けられた蓋部材により塞がれているものがある。この種の圧力調整弁として、例えば、蓋部材の外壁に形成されたネジ溝がボデー部材の内壁に形成されたネジ溝に螺合することにより、蓋部材がボデー部材に組み付けられ固定されているものがある（特許文献１参照）。また、蓋部材が直接、ボデー部材に対してネジで固定されているものもある。

特開２０１４−１１９０７号公報

しかしながら、上記の圧力調整弁では、蓋部材をボデー部材に組み付けて固定する際、蓋部材ネジ溝とボデー部材のネジ溝とを螺合させるため、蓋部材を回転させながらボデー部材に組み付ける必要がある。また、蓋部材を直接、ボデー部材にネジで固定するものでは、ネジ穴を合わせるために蓋部材を回転させる必要がある。このように組付けの際、蓋部材を回転させる必要があるため、蓋部材に設けたシール部材を摩耗、変形させてしまうおそれがある。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、蓋部材に設けたシール部材を摩耗、変形させることなく、蓋部材をボデー部材に組み付けて固定することができる圧力調整弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一形態は、構成部品を内部に収容するボデー部材と、前記ボデー部材の端部に形成された開口をシール部材を設けて塞ぐ蓋部材とを備える圧力調整弁において、前記蓋部材の端面の少なくとも一部を覆う固定部材を備え、前記固定部材は、前記ボデー部材に対して複数のネジで固定されていることを特徴とする。

この圧力調整弁では、蓋部材の端面の少なくとも一部を覆う固定部材が、ボデー部材に対してネジで固定されている。そのため、蓋部材をボデー部材内に先に挿入して組み付け、蓋部材を回転させることなく固定部材だけを移動させネジ穴を合わせてネジにより固定部材をボデー部材に固定することにより蓋部材をボデー部材に固定することができる。従って、蓋部材に設けたシール部材を摩耗、変形させることなく、蓋部材をボデー部材に組み付けて固定することができる。

そして、上記した圧力調整弁において、前記蓋部材に凸部が形成され、前記固定部材に、前記凸部に嵌め合わせられる穴が形成されていることが望ましい。

このような構成にすることにより、蓋部材の凸部がガイドとなるため、凸部に固定部材の穴を嵌め込むだけで固定部材の位置合わせ（ネジ穴合わせ）を簡単に行うことができる。従って、固定部材のボデー部材に対する固定作業が非常に容易になる。

また、上記した圧力調整弁において、前記ボデー部材の複数箇所に前記蓋部材を備え、前記固定部材は、複数の前記蓋部材を固定していても良い。

このような構成であれば、複数の蓋部材を共通（１つ）の固定部材で固定することができる。従って、部品点数を削減できるとともに、ネジの固定作業工数も減るため生産性が向上する。

本発明に係る圧力調整弁によれば、蓋部材に設けたシール部材を摩耗、変形させることなく、蓋部材をボデー部材に組み付けて固定することができる。

実施形態に係る圧力調整弁の断面図である。 実施形態に係る圧力調整弁の上面図である。

本発明に係る実施形態である圧力調整弁について詳細に説明する。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、本実施形態に係る蓋部材及び固定部材の構成とその作用について説明する。

＜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について、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る圧力調整弁の断面図である。

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。

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。

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。

（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。なお、ピストン１５は、弁体１３に対して弁ばね１３３の付勢方向の先に配置されている。

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（弁座１４側の方向）へ付勢する弁ばね１３３（付勢部材）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１３４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の先端面に当接している。

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。

（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。

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。なお、蓋部材２３の詳細については後述する。そして、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。

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。

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。

（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。

（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に対して封止する蓋部材４６と、弁室４１の出口部４７とを備えている。なお、蓋部材４６の詳細については後述する。そして、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。

＜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。
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。

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。

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。

＜蓋部材及び固定部材の説明＞
続いて、蓋部材２３，４６と金属板（固定部材）４５について、図２も参照しながら説明する。図２は、実施形態に係る圧力調整弁の上面図である。

蓋部材２３は、下流圧力調整弁２の上部に配置されており、ボデー部７の上端部（調圧室２１の上方）に形成された開口７ａを塞ぐものである。蓋部材２３には、シール部材２３１が設けられている。このシール部材２３１により、調圧室２１がシールされている。そして、蓋部材２３は、その端面２３ａが固定部材である金属板４５に覆われている（密着している）。また、蓋部材２３の端面２３ａには、凸部２３２が形成されている。この凸部２３２は、金属板４５に形成された穴４５１に嵌っている。

一方、蓋部材４６は、逆止弁４の上部に配置されており、ボデー部７の上端部（弁室４１の上方）に形成された開口７ｂを塞ぐものである。蓋部材４６には、シール部材４６１が設けられている。このシール部材４６１により、弁室４１がシールされている。そして、蓋部材４６は、その端面４６ａが金属板４５に覆われている（密着している）。

金属板４５は、蓋部材２３，４６を覆い固定する部材である。そのため、図２に示すように、金属板４５の四隅には、ボデー部材７に形成されたネジ穴に一致するように設けれた貫通穴があり、各貫通穴にそれぞれ固定ネジ４５２が配置されている。そして、固定ネジ４５２をボデー部材７に形成されたネジ穴に螺合させることにより、金属板４５はボデー部材７に固定されている。なお、本実施形態では、金属板４５は４本の固定ネジにより固定されているが、金属板４５を固定する固定ネジは３本以上あれば良い。

また、金属板４５には、蓋部材２３の凸部２３２に嵌め合わせられる穴４５１が形成されている。本実施形態では、穴４５１は貫通穴であるが、貫通穴に限られることはなく、蓋部材２３の凸部２３２が嵌り込む穴であれば良い。なお、貫通穴でない場合には、金属板４５が蓋部材２３の端面２３ａに密着するように、穴の深さを凸部２３２の高さよりも大きくする必要がある。

ここで、上記の蓋部材２３，４６のボデー部材への組み付け、固定について説明する。まず、各開口７ａ，７ｂに上方から押し込まれてボデー部材７に組み込まれる。各蓋部材２３，４６がボデー部材７に組み込まれると、金属板４５が各蓋部材２３，４６の上に配置される。このとき、金属板４５の穴４５１に蓋部材２３の凸部２３２が嵌め合わされる。これにより、各蓋部材２３，４６の各端面２３ａ，４６ａは、金属板４５に覆われる。

次に、金属板４５を移動（回転）させて、金属板の四隅に設けられている貫通穴とボデー部材に形成されているネジ穴とを一致させる。このとき、蓋部材２３の凸部２３２がガイドとなるため、金属板４５の位置合わせ（ネジ穴合わせ）を簡単に行うことができる。その後、各固定ネジ４５２が締められて、金属板４５がボデー部材７に対して固定される。これにより、各蓋部材２３，４６がボデー部材に固定される。

このように本実施形態では、蓋部材２３，４６をボデー部材７に組み付けて固定する際に、蓋部材２３，４６を回転させる必要がない。そのため、蓋部材２３，４６に設けたシール部材２３１，４６１を摩耗、変形させることなく、蓋部材２３，４６をボデー部材７に組み付けて固定することができる。しかも、組み付け作業が非常に容易である。
また、複数の蓋部材２３，４６を共通（１つ）の金属板４５で固定しているため、部品点数を削減できるとともに、固定ネジ４５２の固定作業工数も減るため生産性が向上する。

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、蓋部材２３，４６の端面２３ａ，４６ａを覆う金属板４５が、ボデー部材７に対して固定ネジ４５２で固定されている。そのため、蓋部材２３，４６をボデー部材７内に先に挿入して組み付け、蓋部材２３，４６を回転させることなく金属板４５だけを移動（回転）させて、金属板４５の位置合わせ（ネジ穴合わせ）を行った後、固定ネジ４５２により金属板４５をボデー部材７に固定することにより蓋部材２３，４６をボデー部材７に固定することができる。よって、蓋部材２３，４６に設けたシール部材２３１，４６１を摩耗、変形させることなく、蓋部材２３，４６をボデー部材７に組み付けて固定することができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記の実施形態では、２つの蓋部材２３，４６を１つの金属板４５を用いて固定しているが、それぞれの蓋部材に対してそれぞれ金属板を用いて固定することもできる。

１ 上流圧力調整弁
２ 下流圧力調整弁
３ 中通路
４ 逆止弁
７ ボデー部材
７ａ 開口
７ｂ 開口
１０ 圧力調整弁
２３ 蓋部材
２３ａ 端面
４５ 金属板
４６ 蓋部材
４６ａ 端面
２３１ シール部材
２３２ 凸部
４５１ 穴
４５２ 固定ネジ
Ｇ 燃料ガス

Claims (3)

1. 構成部品を内部に収容するボデー部材と、前記ボデー部材の端部に形成された開口をシール部材を設けて塞ぐ蓋部材とを備える圧力調整弁において、
   前記蓋部材の端面の少なくとも一部を覆う固定部材を備え、
   前記固定部材は、前記ボデー部材に対して複数のネジで固定されている
   ことを特徴とする圧力調整弁。
2. 請求項１に記載する圧力調整弁において、
   前記蓋部材に凸部が形成され、
   前記固定部材に、前記凸部に嵌め合わせられる穴が形成されている
   ことを特徴とする圧力調整弁。
3. 請求項１又は請求項２に記載する圧力調整弁において、
   前記ボデー部材の複数箇所に前記蓋部材を備え、
   前記固定部材は、複数の前記蓋部材を固定している
   ことを特徴とする圧力調整弁。

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