JP7436242B2

JP7436242B2 - 過流防止弁

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Publication number: JP7436242B2
Application number: JP2020029444A
Authority: JP
Inventors: 龍天朴
Original assignee: Kitz Corp
Current assignee: Kitz Corp
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2024-02-21
Anticipated expiration: 2040-02-25
Also published as: JP2024040311A; JP2021134813A

Description

本発明は、二次側に接続された機器等の破損などにより、流量が常用流量以上に流れようとしたときに、流路を遮断して二次側への過剰な流体の流出を防止する過流防止弁に関する。

例えば、自動車用燃料電池の水素ステーションの水素供給用配管設備では、手動弁や自動弁などのバルブや配管などを通して多数の機器が接続され、高圧水素はこれらを経由した後に、吐出側の充填用ノズルから自動車の車載タンクに供給される。このような高圧水素（高圧流体）が流れる設備では、機器やバルブ・配管等のわずか一部に破損や故障が生じた場合であっても、高圧流体が二次側から過剰に漏れ出す危険があることから、流体の常用以上の過剰な二次側への流出を阻止するために、一般に、流体を遮断する過流防止弁が流路内に接続される。

この種の過流防止弁として、例えば、特許文献１の過流防止弁が開示されている。この過流防止弁は、弁室を有する第１の管状部材に第２の管状部材がねじ込みにより接合され、弁室内にはその流路方向に沿って一つの弁体が移動可能に取付けられている。このような過流防止弁は、略管状に形成されて流路に直列するように接続され、正常時には、弁開状態を維持して常用流量が流れ、一方、機器や配管の破損により流量が常用流量よりも極端に大きくなった場合には、弁体が二次側に移動して弁閉状態となって流路を遮断する。このバルブは、本体内に一つの弁体が装着され、この一段の弁体の動作により流路を閉状態とする、いわゆる一段構造になっている。

これに対して、図６（a）に示すように、本体内に２つの弁体が装着された、いわゆる二段構造の過流防止弁１００も知られている。この過流防止弁１００は、管状のボデー１０１とキャップ１０２とを備え、キャップ１０２の先方側には円筒部１０３、後方側には円筒部１０３よりも拡径した拡径円筒部１０４が形成され、この拡径円筒部１０４の外周には雄ねじ部１０５が設けられている。円筒部１０３における拡径円筒部１０４との境界付近の外周には、シール用Ｏリング１０６が装着されている。一方、ボデー１０１には、円筒部１０３が挿着される挿入穴部１１０と、拡径円筒部１０４が装着される装着凹部１１１とが形成され、この装着凹部１１１の内周には雄ねじ部１０５が螺着される雌ねじ部１１２が設けられている。

キャップ１０２は、雄ねじ部１０５と雌ねじ部１１２との螺合によりボデー１０１に取り付けられ、その取付け後には、円筒部１０３が挿入穴部１１０に挿入されてこれらがＯリング１０６でシールされた状態で、拡径円筒部１０４先端側の先端面１０４ａが装着凹部１１１の底面１１１ａに当接してボデー１０１に位置決め固定される。挿入穴部１１０の円筒部１０３よりも先方側には、円筒状のホルダ１２０が収容され、このホルダ１２０は、円筒部先端面１０３ａと挿入穴部１１０の当接面１１０ａとの間に位置決め状態で固定される。ホルダ１２０の一次側には第１ポペット弁体１２１、二次側には第２ポペット弁体１２１がそれぞれ装着され、図６（ｂ）に示すように、これら第１ポペット弁体１２１、第２ポペット弁体１２２は、内部に装着されたスプリング１２３の弾発力に抗してそれぞれ弁閉方向に動作可能に設けられている。
円筒部１０３の先端側には、環状の弾性部材１２４が取り付けられ、キャップ１０２のねじ込み時に、この弾性部材１２４がホルダ１２０との間に圧着されるようになっている。

特開２０１０－２６６０００号公報

前者の特許文献１の過流防止弁は、弁体が一段構造であるために、このバルブが接続された配管設備を流れる流体圧力が急激に上昇したとき（例えば、電源を投入した動作直後など）には、常用以上の過剰な流出が発生していないにもかかわらず、急激な流れにより一つの弁体が閉方向に移動して誤動作が生じ、この誤動作により流路が閉止するおそれがある。

一方、後者の図６の過流防止弁１００は、二段構造のポペット弁体１２１、１２２を設けていることで、一段目の第１ポペット弁体１２１が急激な圧力上昇により誤動作して弁閉状態になったとしても、その弁閉時に二段目の第２ポペット弁体１２２側にわずかな流体が流れ続けることで、特許文献１の一段構造の過流防止弁のような、急激な流路の閉止を回避することが可能になっている。
しかし、この過流防止弁１００は、拡径円筒部１０４を装着凹部１１１にねじ込みつつ、Ｏリング１０６によって円筒部１０３の外周と挿入穴部１１０の内周とを円周方向にシールする構成であるため、例えば、流体の温度変化などによりＯリング１０６が膨張或いは収縮したときにはシール性が低下し、特に、低温の高圧流体が流れるときには、Oリング１０６が収縮して外部漏れを生じる可能性がある。

また、拡径円筒部１０４の先端面１０４ａを装着凹部１１１の底面１１１ａに当接させることでキャップ１０２をボデー１０１に位置決め固定し、これにより挿入穴部１１０のホルダ１２０が収容される空間Ｃを設定していることから、この空間Ｃの流路方向の長さが一定となる。そのため、ホルダ１２０と円筒部先端面１０３ａとの間に圧接されている弾性部材１２４が経年劣化したり、或いは収縮や破損したりして流路方向に短くなった場合には、キャップ１０２とホルダ１２０との間に過大な隙間が生じ、ホルダ１２０の固定が不十分となる。

上記のように、拡径円筒部の先端面１０４ａと装着凹部の底面１１１ａとの当接によってホルダ１２０の空間Ｃが設定されるため、製作時には精密な寸法精度が要求され、内部構造も複雑であることから加工も難しいという問題も有している。

本発明は、従来の課題を解決するために開発されたものであり、その目的とするところは、誤動作を回避しつつ弁閉して常用流量以上の過剰な流体の二次側への流出を阻止し、流体に温度変化が生じた場合にもシール性を十分に維持して外部漏れを確実に防ぎ、簡易な内部構成によって製作も容易な過流防止弁を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、管状のボデー部材とキャップ部材とが接合されて内部に流体流路を備えたボデー本体が構成され、このボデー本体の対向面近傍には流体流路と連通するとともに円筒状のホルダ部材が収容される収容空間が形成され、この収容空間に収容されたホルダ部材の一、二次側には、それぞれスプリング部材で弁開方向に弾発付勢された第１弁体と第２弁体とが流体の圧力で弁閉可能な状態で装着され、ホルダ部材は、ボデー部材或いはキャップ部材の少なくとも一方側との対向面に対向する緩衝部材が装着された状態で、その外周位置でボデー部材とキャップ部材との対向面の間に装着されたシール用ガスケットを通して収容空間に挟着されている過流防止弁である。

請求項２に係る発明は、第１弁体にかかる弾発付勢力ＦＡと第２弁体にかかる弾発付勢力ＦＢがＦＡ＜ＦＢの関係であり、かつ、第１弁体は、弁閉位置においても流量が絞られた状態で二次側に流体が流れるようになっている過流防止弁である。

請求項３に係る発明は、キャップ部材とボデー部材との対向面の何れか一方或いは双方に流体流路よりも拡径した環状段部が形成され、この環状段部にホルダ部材の外周が嵌め込まれて位置決めされた過流防止弁である。

請求項４に係る発明は、環状段部が、キャップ部材とボデー部材との双方に形成され、キャップ部材側の環状段部は、ホルダ部材の外径と略同じ径であり、ボデー部材側の環状段部は、ホルダ部材の外径よりもやや大径である過流防止弁である。

請求項５に係る発明は、ボデー本体には、第１弁体の一次側からホルダ部材の外周側を通り、緩衝部材に至るまでの領域を連通する連通路が形成された過流防止弁である。

請求項１に記載の発明によると、第１弁体と第２弁体とによる二段構造としていることで、誤動作を回避しつつ弁閉して常用流量以上の過剰な流体の二次側への流出を阻止できる。ボデー部材とキャップ部材との対向面の間にシール用ガスケットを装着し、この流路方向に挟着したガスケットにより、流体に温度変化が生じた場合にもシール性を十分に維持して外部漏れを確実に防ぐことが可能となる。ボデー部材とキャップ部材との締め込み力を調整できることで、ガスケットによるシール性を調整し、必要なシール力を確保しやすくなる。特に、ボデー部材とキャップ部材との間に緩衝部材を装着していることで、この緩衝部材で締め込み力を緩和しつつ強く締め込んで最適なシール性を確保でき、増し締めによりガスケットの挟着力を高めてシール性を回復させることもできる。このように、緩衝部材を装着したホルダ部材を、ガスケットを通して流体流路と連通する収容空間に装着していることで、収容空間とホルダ部材との間に流路方向の隙間が過大に発生することを防ぎ、弁開時には騒音の発生を防ぎつつ常用流量を流すことが可能になる。ガスケット及びホルダ部材を、ボデー部材とキャップ部材との間に挟んで固定できるため組立て容易であり、簡易な内部構成であることから製作も容易になる。

請求項２に記載の発明によると、弾発付勢力ＦＡ＜弾発付勢力ＦＢの関係より、二次側流量が大きくなったときには、先ず第１弁体が動作し、次いで第２弁体が動作する二段階の動作となることで、一時的な急激な流れが発生したときには、両方の弁体が動作して流路が完全に遮断される誤動作を防ぎ、二次側の過剰な流出のみの場合に両方の弁体が動作して過剰な流体の流出を阻止できる。第１弁体は、弁閉時にも流量が絞られた状態で二次側に流体が流れるようになっているため、一時的な急激な流れにより第１弁体が弁閉位置に動作したときにも二次側への流れを確実に維持できる。

請求項３に記載の発明によると、環状段部にホルダ部材の外周を嵌め込みより位置決めできることで、ホルダ部材をボデー本体内の所定位置に容易に装着でき、装着後のホルダ部材をボデー内に強固に固定可能となる。

請求項４に記載の発明によると、組立て時に、ボデー部材をキャップ部材との対向面が上向きになるように配置し、その所定位置に第１弁体、第２弁体、スプリング部材、ホルダ部材、ガスケットを重ねた状態で載置し、その上方からキャップ部材を被せて締め込みことにより、簡便に組立てできる。このとき、キャップ部材の環状段部がホルダ部材の外径と略同じ径であることで、キャップ部材に対してホルダ部材をほぼ固定した状態で装着し、これに対してホルダ部材の外径よりもやや大径の環状段部を、隙間を設けた状態で嵌め込むことで容易に装着可能になる。

請求項５に記載の発明によると、流体流路内と連通路との領域を均圧化し、これらの間の差圧を防いで流体により緩衝部材に過剰な力が加わることを防止し、緩衝部材の破損を阻止できる。

本発明の過流防止弁の実施形態を示す断面図である。図１の過流防止弁の分離斜視図である。図１の要部拡大断面図である。図３の第１弁体の弁閉状態を示す要部拡大断面図である。図３の第１弁体と第２弁体の弁閉状態を示す要部拡大断面図である。従来の過流防止弁を示す断面図である。

以下に、本発明における過流防止弁の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明の過流防止弁は、特に、水素ステーションにおける水素供給用配管設備に使用する過流防止用のバルブとして好適である。図１においては、本発明の過流防止弁の実施形態であり、弁開状態を示している。図２は、図１の過流防止弁の分離斜視図、図３は、図１の過流防止弁の弁開状態における要部拡大断面図を示す。

図において、過流防止弁は、ボデー部材１、キャップ部材２、円筒状のホルダ部材３、コイルスプリングからなるスプリング部材４、第１弁体５、第２弁体６、緩衝部材７、シール用ガスケット８を備え、これらが組み合わされて構成され、常用流量では弁開状態を維持し、常用流量以上の流量となったときに、弁閉状態に動作して二次側への過流を防止する。なお、図１の過流防止弁において、左側を一次側、右側を二次側とする。

ボデー部材１とキャップ部材２とは、例えばステンレスやステンレス合金により管状に形成され、これらが一体に接合されてボデー本体１０が構成され、このボデー本体１０の内部に流体流路１１が備えられる。

ボデー本体１０において、ボデー部材１のキャップ部材２との接合側（図における左側）には、その外周付近が一次側に立ち上がった側壁部１０ａが形成され、この側壁部１０ａの内周には雌ネジ１２が形成される。ボデー部材１０の中心側の内周には、流体流路１１の二次側をなす二次側流路１３が形成され、この二次側流路１３は、キャップ部材２との対向側がより拡径して形成されている。二次側流路１３には一次側に向けてやや拡径した装着部１４が形成され、この装着部１４の一次側内周側には弁座部１５が形成されている。装着部１４の二次側（右側）には縮径状の当接係止面１６が形成され、この当接係止面１６には弾発付勢したスプリング部材４の一端側（右側端部）が当接係止可能に設けられる。

ボデー部材１の側壁部１０ａの内側において、キャップ部材２の接合端面側には対向面２０が設けられ、この対向面２０の流体流路１１付近の内径側には、装着部１４よりも拡径した段差部による環状段部２１が所定深さにより形成される。この環状段部２１は、ホルダ部材３の外径よりもやや大径に設けられる。

ボデー部材側対向面２０の環状段部２１よりも外径側には、内径方向に略テーパ状に隆起するように鈍角状のエッジシール部２２が形成され、さらにこのエッジシール部２２よりも外径側には、このエッジシール部２２に続けて拡径状の環状凹部２３が形成されている。

一方、キャップ部材２において、ボデー部材１との接合側（図における右側）の外周には、雌ネジ１２に螺合可能な雄ネジ３０が形成されている。キャップ部材２の中心側の内周には、流体流路１１の一次側をなす一次側流路３１が形成され、この一次側流路３１は、ボデー部材１との対向側がより拡径して形成されている。

キャップ部材２におけるボデー部材１との接合端面側には対向面３２が設けられ、この対向面３２の流体流路１１付近の内径側には、この流体流路１１よりも拡径した段差部による環状段部３３が、本例においてはボデー部材１の環状段部２１よりも流路方向に深く形成される。環状段部３３は、ホルダ部材３の外径と略同じ径により所定深さに設けられ、本実施形態ではこれらの間にごくわずかの間隙を設けるように、環状段部３３の内径をホルダ部材外径よりもやや大きく形成している。

さらに、キャップ部材側対向面３２の環状段部３３よりも外径側には、ボデー部材側エッジシール部２２と対向するように、内径方向に略テーパ状に隆起した鈍角状のエッジシール部３４が、ボデー側エッジシール部２２と略対称形状になるように形成される。

上述したボデー部材１側及びキャップ部材２側の各エッジシール部２２、３４は、例えば、角度α１、角度α２がそれぞれ１６０～１７８°の範囲の適宜の角度で形成されているとよく、本実施形態では、角度α１、α２ともに、１７０°の鈍角に設けられている。

対向面２０と対向面３０とは、各エッジシール部２２、３４より外径側、特にガスケット８よりも外径側で互いに離間しており、クリアランスＧ１を有している。このクリアランスＧ１により、キャップ部材２とボデー部材３との更なる締め込みが可能であり、シール性が低下した際の増し締めが可能となる。

上記ボデー部材１とキャップ部材２との一体化後には、ボデー本体１の対向面近傍に、前述した環状段部２１、３３により所定広さの収容空間Ｓが形成され、この収容空間Ｓ内に、ホルダ部材３が収容可能に設けられる。
ボデー本体１０の一次側（キャップ部材２側）端部には、めねじによる一次側接合部３５、二次側（ボデー部材１側）端部には、めねじによる二次側接合部３６がそれぞれ設けられ、これら一次側接合部３５、二次側接合部３６を通して、過流防止弁が配管設備の所定位置に接続可能に設けられる。

ホルダ部材３は、収容空間Ｓに装着可能な大きさに形成され、このホルダ部材３のボデー部材１の対向面２０と対向する外径側には環状の凹溝４０が形成され、この凹溝４０に、嵌め込みにより緩衝部材７が装着される。ホルダ部材３のキャップ部材２の対向面３２との対向側には、その中心側から外周側にかけてＶ字状の切欠溝４１が２箇所に等間隔で形成され、この切欠溝４１を通して流体が通過可能になっている。

切欠溝４１よりも内径側には、連通穴からなる収容部４２が形成され、この収容部４２にスプリング部材４が装着可能に設けられる。図において、収容部４２の右側には縮径状の当接係止面４３が形成され、この当接係止面４３に弾発付勢したスプリング部材４の一端側（右側端部）が当接係止可能に設けられる。収容部４２の左側の開口端部側には、第１弁体５が当接シール可能な弁座部４４が形成されている。

緩衝部材７は、例えばＰＴＦＥなどのフッ素樹脂材料により、環状段部２１の対向する面に当接可能な外径及び厚さに形成される。この緩衝部材７は、ホルダ部材３とボデー部材１とが押し付け合う力に応じて、これらの間に収縮可能な状態で収容空間Ｓに収容される。この緩衝部材７は、キャップ部材２とボデー部材１との接合時に、その接合力に応じて収縮できる。また、ホルダ部材３を、ボデー本体１０に対して固定する機能も有する。

ここで、この緩衝部材７を介して対向するホルダ部材３とボデー部材１との対向面は、所定のクリアランスＧ２にて離間されている。このクリアランスＧ２は、少なくとも、クリアランスＧ１を利用したキャップ部材２とボデー部材１との締め込みの分以上に設ける必要があり、最大でもクリアランスＧ１と同程度とすればよい。

さらに、ホルダ部材３の凹溝４０から環状段部２１側への突出量が大きすぎると、ボデー部材１とキャップ部材２との締め込み力が過剰に必要となる一方、小さすぎると環状段部２１に当接できず、ホルダ部材３を固定できない。したがって、緩衝部材７の当該突出量は、少なくとも、ボデー部材１とキャップ部材２とを締め込んだ状態で当接できる程度であることが必要である。一方で、過剰な締め込みを不要とできるよう、エッジシール部２２及びエッジシール部３４がガスケット８に接した状態で、緩衝部材７が環状段部２１にちょうど接するか、あるいはわずかに接しない程度とすることが好ましい。

環状凹部２３には、ホルダ部材３の外周側よりも大径に形成されたガスケット８が装着される。ガスケット８は、例えば銅又は銅合金より形成され、環状凹部２３に嵌め込まれた状態で、この環状凹部２３とキャップ部材３側の対向面３２との間に挟着される。
この取付け構造により、上記ホルダ部材３は、その外周位置で対向面２０、３２の間にガスケット８が装着された状態となり、このガスケット８の内径側を通るように、ホルダ部材３が収容空間Ｓ内においてボデー部材１とキャップ部材２とにより挟着される。

ホルダ部材３とキャップ部材２との間には切欠溝４１が配置されていることで、これらホルダ部材３及びキャップ部材２によるボデー本体１０における一次側付近に連通路Ｔが形成される。この場合、キャップ部材２の対向面３２とホルダ部材３との間が切欠溝４１を通して内外周方向にかけて連通され、この切欠溝４１に続けてキャップ部材２内周とホルダ部材３外周との間に設けられるごくわずかな隙間により連通路Ｔが設けられる。このように、連通路Ｔは、第１弁体５の一次側からホルダ部材３の外周側の環状段部２１との隙間を通り、緩衝部材７が装着されている箇所に至るまでの領域を連通する範囲に設けられる。

収容空間Ｓに収容されたホルダ部材３に対し、それぞれポペット弁体状に形成された第１弁体５、第２弁体６が、それぞれ一次側及び二次側に直列状態に装着され、これら第１弁体５及び第２弁体６により、二段構造の過流防止弁が構成される。

第１弁体５、第２弁体６は、例えば、スーパーエンジニアリングプラスチックに属するポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又はポリイミド（ＰＩ）などの樹脂材料により形成される。これらの一部には、それぞれ拡径した円板部５０、５１が形成され、これら円板部５０、５１の二次側外周位置にシール部５２、５３が形成され、各シール部５２、５３は、前述した弁座部４４、１５にそれぞれ当接シール可能に設けられている。

第１弁体５、第２弁体６の双方において、各シール部５２、５３よりも一次側には短筒部５４、５５がそれぞれ形成され、各短筒部５４、５５は、それぞれの一次側にて、一次側流路の端面５６、ホルダ部材３の二次側の端面５７に当接する。短筒部５４、５５は、それぞれ一部が切欠かれるようにして複数の連通口５８、５９がそれぞれ形成され、これら連通口５８、５９により、短筒部５４、５５が端面５６、５７に当接した状態において流体が流入する。各弁体のシール部５２、５３よりも二次側には長筒部６０、６１がそれぞれ形成され、各長筒部６０、６１の円板部５０、５１側には、複数の連通孔部６２、６３がそれぞれ形成される。連通孔部６２、６３よりも二次側には、縮径状の当接係止面６４、６５がそれぞれ形成され、各当接係止面６４、６５には、弾発付勢したスプリング部材４の一端側（左側端部）が当接係止可能に設けられる。

第１弁体５の長筒部６０は、収容部４２に挿入可能な外径に形成され、第２弁体６の長筒部６１は、装着部１４に挿入可能な外径に形成される。
第１弁体５の円板部５０の中央には貫通孔７０が形成され、第１弁体は、この貫通孔７０を通して第１弁体５のシール部５２が弁座部４４に当接した状態（弁閉位置）においても、その流量が絞られた状態で二次側に流体が流れるようになっている。一方、第２弁体６の円板部５１には貫通孔は形成されておらず、この第２弁体の閉塞時には二次側への流体の流れが防がれる。

なお、第２弁体６も、場合により、弁閉位置においてわずかに流体が二次側に流出できるようにしても良い。その手段としては、第１弁体５と同様の貫通孔を設けることや、第２弁体６のシール部５３や弁座部１５に溝を設けること等が考えられ、二次側の破損等の際にも許容される第２弁体６からの漏れの量に応じて設定できる。こうすることで、二次側の過剰な流れの原因が解消された後に、第２弁体６が速やかに弁開状態に復帰できるようになる。

第１弁体５は、キャップ部材２の一次側流路３１内において、このキャップ部材２とホルダ部材３の収容部４２との間に配置され、その二次側が収容部４２に遊嵌されている。第１弁体５の当接係止面６４とホルダ部材３の当接係止面４３との間にはスプリング部材４が弾発付勢状態で収容され、通常時は、スプリング部材４により第１弁体５が一次側（図における左方向）に弾発付勢されて弁開状態が維持される。一方、一次側から流体圧が加わったときには、第１弁体５がスプリング部材４の弾発付勢に抗して二次側（図における右方向）に移動し、流体圧がスプリング部材４の弾発付勢力を超えれば、そのシール部５２が弁座部４４に当接シールして弁閉状態となる。

第２弁体６は、ボデー部材１の二次側流路１３内において、ホルダ部材３とボデー部材１の装着部１４との間に配置され、その二次側は装着部１４に遊嵌されている。第２弁体６の当接係止面６５とボデー部材１の当接係止面１６との間にはスプリング部材４が弾発係止状態で収容され、第１弁体５の場合と同様に、通常時は、スプリング部材４により第２弁体６が一次側（図における左方向）に弾発付勢されて弁開状態が維持される。一方、第１弁体５側から流体圧が加わったときには、第２弁体６がスプリング部材４の弾発付勢に抗して二次側（図における右方向）に移動し、流体圧がスプリング部材４の弾発付勢力を超えれば、そのシール部５３が弁座部１５に当接シールして弁閉状態となる。

この場合、スプリング部材４により第１弁体５にかかる弾発付勢力をＦＡ、スプリング部材４により第２弁体にかかる弾発付勢力をＦＢとすると、これらは弾発付勢力ＦＡ＜弾発付勢力ＦＢの関係となるように設定される。これにより、ホルダ部材３を中心としたボデー本体１０の一次側と二次側との差圧に応じて、先ず第１弁体５が動作し、次いで第２弁体６する二段階の動作が可能になっている。

なお、上記実施形態では、ホルダ部材３において、ボデー部材１の対向面２０と対向する側に緩衝部材７が装着されているが、この緩衝部材７は、ボデー部材１或いはキャップ部材２の少なくとも一方側の対向面２０、３２に対向する側に装着してあればよく、ボデー部材１及びキャップ部材２の双方の対向面２０、３２に対向するように設けられていてもよい。

また、緩衝部材７は、ホルダ部材３側に溝を設けて固定するのではなく、ボデー部材１又はキャップ部材２に溝を設けて固定してもよく、あるいは単に挟み込むだけでも良い。さらに、緩衝部材は、必ずしも環状でなくても良く、例えば、複数の部材に分かれていても良い。

また、ホルダ部材３が、キャップ部材２とボデー部材１との双方に設けられた環状段部３３、２１に嵌め込まれて位置決めされているが、キャップ部材２とボデー部材１との対向面の何れか一方に環状段部が形成され、この環状段部にホルダ部材３の外周を嵌め込んで位置決めしてもよい。

ホルダ部材３の切欠溝４１は、１箇所或いは３箇所以上に形成されていてもよく、３箇所以上に形成する場合にも、中心側から外周側にかけて等間隔で放射状に形成されているとよい。切欠溝４１は、Ｖ字形状以外の断面形状に設けられていてもよく、例えば、断面矩形状の切欠溝を形成することもできる。

上記の過流防止弁を組み立てる場合には、ボデー部材１を、キャップ部材２との対向面２０が上向きになるように配置し、このボデー部材２０の二次側流路１３に、二次側のスプリング部材４、第２弁体６を装着し、この第２弁体６の上にホルダ部材３の中央部を対向させつつその外径側を環状段部２１に配置し、このホルダ部材３の収容部４２に一次側のスプリング部材４を配置し、その上から第１弁体５の長筒部６０を収容部４２に挿入するように取り付ける。これと同時に、ボデー部材１の環状凹部２３に、ガスケット８を嵌め込むようにして装着する。

この状態で、雌ネジ１２と雄ネジ３０とを螺合し、ボデー部材１とキャップ部材２を接合する。これにより、収容空間Ｓ内にホルダ部材３が位置決めされた状態となり、このホルダ部材３の一次側に第１弁体５、二次側に第２弁体５が、それぞれスプリング部材４で弾発付勢された状態で装着される。

ボデー本体１０の構成後には、ボデー部材１とキャップ部材２とがガスケット８によりシールされる。このとき、ガスケット８が鈍角のエッジシール部２２、３４の間に挟まれた状態になることで、これらの幅の狭いシール面によって挟圧力が高まりシール性が向上する。

続いて、本発明の過流防止弁の上記実施形態における動作並びに作用を説明する。
図１、図３においては、第１弁体５、第２弁体６が、それぞれスプリング部材４によって左方向に弾発付勢され、各弁体５、６の端面５６、５７がキャップ部材２、ホルダ部材３の対向する当接面に当接した状態を示している。この場合、第１弁体５の連通口５８、連通孔部６２、貫通孔７０、及び第２弁体の連通口５９、連通孔部６３が、一次側流路３１、二次側流路１３とそれぞれ連通し、弁開状態が維持される。

これにより、図の左方向から正常流量の高圧水素（高圧流体）が流れ込むときには、この流体がキャップ部材２側の連通口５８、連通孔部６２を通してホルダ部材３内に流れ、続いて、この流体がボデー部材１側の連通口５９、連通孔部６３を通して二次側に流れ、常用流量による流体が流出する。このとき、連通口５８、５９、連通孔部６２、６３は、常用流量が流れるのに十分な開口面積を有し、一次側との二次側との間の差圧が生じることを防いでいる。

過流防止弁の二次側で図示しない機器やバルブ・配管等の破損等が発生し、二次側流量が常用流量よりも極端に大きくなると、開口面積（ノズル面積）を流体が流れきれずに一次側と二次側との間に差圧が生じる。

この差圧が大きくなると、第１弁体５にかかる弾発付勢力ＦＡ＜第２弁体にかかる弾発付勢力ＦＢの関係より、図４に示すように、先ず、流体の流れ方向に対する抗力がより小さい第１弁体５が図の右方向に移動し、シール部５２が弁座部４４に着座して弁閉状態となる。このとき、貫通孔７０がホルダ部材３の収容部４２と連通した状態を維持するため、この貫通孔７０を通して一次側から二次側には流体が、常用流量よりも小さい一定の流量により流れ続ける。これにより、貫通孔７０がオリフィスとなって流量が絞られて、一次側、二次側の流体圧力が小さくなる。

さらに、過流防止弁の二次側流量が大きくなると、これに伴って二次側流路１３内の圧力も大きくなるが、この二次側流路１３内の圧力回復に一次側流路３１側からの流体供給量が追い付かず、これらの差圧によって第２弁体６が図５に示すように右方向に移動し、そのシール部５３が弁座部１５に着座して弁閉状態となって流路が遮断する。

このように、第１弁体５と第２弁体６とによる二段構造の過流防止弁とし、先ず、第１弁体５が作動し、次に第２弁体５が作動する構成としていることで、二次側で過剰な流出が発生した場合には、破損や故障を防ぎつつ各弁体５、６が動作して流路を確実に閉止できる。一方、例えば、電源投入直後の流れなど、二次側の過剰な流れ以外の一次的な急激な流れが発生した場合には、第１弁体５が所定流量を確保しつつ弁閉状態になることで、完全な弁閉状態になることを防ぎ、過流防止弁全体の誤動作を阻止する。また、完全な弁閉状態にはならないことで、一時的な急激な流れが解消された場合には、すみやかに第１弁体５が弁開状態に戻る。

緩衝部材７を対向面２０に対向させた状態でホルダ部材３に装着し、このホルダ部材３を、その外周位置でボデー部材１とキャップ部材２との間に装着した銅又は銅合金製のガスケット８を通して収容空間Ｓ内で挟着していることにより、ガスケット８をボデー部材１とキャップ部材２とで流路方向に挟み込んでシールできる。このため、高圧流体に温度差が生じ、例えば低温流体が流れる場合でも、ガスケット８の膨張や収縮を防ぎつつ、その挟着方向の圧接力により十分にシール性を発揮した状態を維持し、外部漏れを確実に阻止することができる。

しかも、緩衝部材７がホルダ部材３とボデー部材１との間に配置されていることで、この緩衝部材７の弾性力を通してボデー部材１とキャップ部材２との締め込み力を調整し、ガスケット８による最適なシール性能を発揮した状態でボデー本体１０を組立てできると共に、増し締めによりシール性を回復することもできる。

緩衝部材７を通してホルダ部材３と収容空間Ｓとの過大な隙間を防ぎ、流体によるホルダ部材３のチャタリング現象を回避することもできる。

キャップ部材２とボデー部材１との対向面３２、２０の双方に環状段部３３、２１を形成し、これら環状段部３３、２１の間にホルダ部材３の外周を嵌め込んで位置決めしているので、このホルダ部材３を通して、第１弁体５や第２弁体６、スプリング部材４を仮組みした状態で、ボデー部材１とキャップ部材２とを容易に一体化でき、組立て後には、ホルダ部材３の外周位置にガスケット８が位置することで、このガスケット８によりホルダ部材３の装着側からの流体漏れを確実に防止する。
また、このように環状段部３３、２１を設けて収容空間Ｓを形成し、この収容空間Ｓにホルダ部材３を挟着により固定しているので、ホルダ部材３を装着するためのスペースを必要最小限にすることができ、構造の簡素化とともにコンパクト化も図ることができる。

ボデー本体１に連通路Ｔを形成し、この連通路Ｔが、第１弁体５の一次側からホルダ部材３の外周側を通り、緩衝部材７に至るまでの領域を連通しているので、第１弁体５の弁開又は弁閉状態の何れの場合にも、一次側流路３１から緩衝部材７までの間を連通路Ｔを通して均圧化し、緩衝部材７への過剰な流体圧力の印加を回避する。しかも、ホルダ部材３に設けたＶ字状の切欠溝４１、及び環状段部２１とホルダ部材３外周との間のごくわずかの間隙により連通路Ｔを常時確保している。

なお、緩衝部材７とボデー部材１側の環状段部２１との間にも間隙が設けられていてもよく、第２弁体６の閉止時に二次側流路１３を遮断できる構造であれば、第１弁体５側、ホルダ部材３側から第２弁体６側までの流路が完全にシールされていなくてもよい。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、前記実施の形態記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。

１ボデー部材
２キャップ部材
３ホルダ部材
４スプリング部材
５第１弁体
６第２弁体
７緩衝部材
８ガスケット
１０ボデー本体
１１流体流路
２０、３２対向面
２１、３３環状段部
Ｓ収容空間
Ｔ連通路

Claims

管状のボデー部材とキャップ部材とが接合されて内部に流体流路を備えたボデー本体が構成され、このボデー本体の対向面近傍には前記流体流路と連通するとともに円筒状のホルダ部材が収容される収容空間が形成され、この収容空間に収容された前記ホルダ部材の一、二次側には、それぞれスプリング部材で弁開方向に弾発付勢された第１弁体と第２弁体とが流体の圧力で弁閉可能な状態で装着され、前記ホルダ部材は、前記ボデー部材或いは前記キャップ部材の少なくとも一方側との対向面に対向する緩衝部材が装着された状態で、その外周位置で前記ボデー部材と前記キャップ部材との対向面の間に装着されたシール用ガスケットを通して前記収容空間に挟着されていることを特徴とする過流防止弁。
前記第１弁体にかかる弾発付勢力ＦＡと前記第２弁体にかかる弾発付勢力ＦＢがＦＡ＜ＦＢの関係であり、かつ、前記第１弁体は、弁閉位置においても流量が絞られた状態で二次側に流体が流れるようになっている請求項１に記載の過流防止弁。
前記キャップ部材と前記ボデー部材との前記対向面の何れか一方或いは双方に前記流体流路よりも拡径した環状段部が形成され、この環状段部に前記ホルダ部材の外周が嵌め込まれて位置決めされた請求項１又は２に記載の過流防止弁。
前記環状段部が、前記キャップ部材と前記ボデー部材との双方に形成され、前記キャップ部材側の前記環状段部は、前記ホルダ部材の外径と略同じ径であり、前記ボデー部材側の前記環状段部は、前記ホルダ部材の外径よりもやや大径である請求項３に記載の過流防止弁。
前記ボデー本体には、前記第１弁体の一次側から前記ホルダ部材の外周側を通り、前記緩衝部材に至るまでの領域を連通する連通路が形成された請求項１乃至４の何れか１項に記載の過流防止弁。