安全弁及び電磁弁
【課題】構成簡素且つ低コストにて、精度よく、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制することのできる安全弁を提供すること。
【解決手段】安全弁１は、開口端３を有して高圧ガス流路に連通する筒体４と、開口端３を気密に封止する閉塞体５とを備える。そして、ガス圧に応じた筒体４の変形に基づき開口端３が拡開してガスを漏出させることにより、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制する。
【解決手段】安全弁１は、開口端３を有して高圧ガス流路に連通する筒体４と、開口端３を気密に封止する閉塞体５とを備える。そして、ガス圧に応じた筒体４の変形に基づき開口端３が拡開してガスを漏出させることにより、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制する安全弁、及び同安全弁として機能する電磁弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池車用のガスタンクのような高圧ガスの供給系には、例えば、そのガスタンク内に貯留された水素ガスの供給を制御する電磁弁（例えば、特許文献１参照）等、様々な弁装置が設けられている。そして、このような弁装置の一つに、許容水準を超えたガス圧の上昇（過剰圧）を抑制する安全弁がある。
【０００３】
即ち、上記のような燃料電池車用のガスタンクの場合、その内圧が極めて高く設定されている（貯留する水素ガスの圧力、例えば、７０ＭＰａ（メガパスカル）程度）。このため、ガスタンクに対する水素ガスの充填は、その内圧よりも十分に高い充填ガス圧（例えば、２００ＭＰａ程度）を、減圧弁を用いて減圧調整する充填装置により行われることがある。
【０００４】
ところが、仮に充填装置側の減圧弁が故障し、その極めて高い充填ガス圧が減圧されないままガスタンクに印加された場合には、当該ガスタンクの内圧が、瞬時に、その許容水準を超えてしまう可能性がある。そこで、こうした事態が発生した場合には、安全弁により、そのガスタンク（及び高圧ガス流路）内の水素ガスを外部に放出する。そして、これにより、その許容水準を超えたガス圧の上昇を抑えて高い安全性を確保する構成が一般的となっている。
【０００５】
尚、このような安全装置の具体例として、例えば、特許文献２や特許文献３等には、高圧ガス流路の圧力上昇により破裂して外部にガスを放出する破裂部材を用いる構成が開示されている。そして、特許文献４に示すようなバネ圧を利用するリリーフ弁もまた、高圧ガス用の安全弁として用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２４０１４８号公報
【特許文献２】特開平１１−１８２７２２号公報
【特許文献３】特開昭５９−１９７６８０号公報
【特許文献４】特開平１１−１５１１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ラプチャーディスクのような破裂部材は、その破裂する限界圧力、即ち破裂限界を制御することが難しく、大量生産による低コスト化は期待できない。また、バネ圧を利用したリリーフバルブは、上記破裂部材に比べて大型であるとともに、特に水素ガスの供給系においては、バネの脆化により、その動作が鈍くなる可能性がある。そのため、従来、構成簡素且つ低コストにて、精度よく動作する安全弁が求められており、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、構成簡素且つ低コストにて、精度よく、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制することのできる安全弁及び当該安全弁として機能する電磁弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、開口端を有して高圧ガス流路に連通する筒体と、前記開口端を気密に封止する閉塞体とを備え、ガス圧に応じた前記筒体の変形に基づき前記開口端が拡開してガスを漏出させることにより、許容水準を超えた前記ガス圧の上昇を抑制する安全弁であること、を要旨とする。
【００１０】
即ち、ガス圧に応じた筒体の変形、及びそれに基づく開口端の拡開は、筒体の材質及び形状に基づいて、容易且つ高精度に予測することが可能である。そのため、破裂限界の制御が難しいラプチャーディスクのような破裂部材と比較して、その性能の均質化が容易、且つ安価に製造することができる。また、筒体及び閉塞体からなる構成は、バネ圧を利用したリリーフバルブよりも簡素であり、且つその小型化が容易である。そして、特に水素ガスの供給系においては、当該水素ガスによる脆化の影響を受けることなく、より安定的に作動させることができる。従って、上記構成によれば、構成簡素且つ低コストにて、精度よく、許容水準を超えたガス圧の上昇（過剰圧）を抑制することができるようになる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記閉塞体と前記開口端との間に圧縮状態で介在されることにより該開口端を気密に封止可能なシール部材を備えること、を要旨とする。
即ち、ガス圧の上昇に伴う開口端の拡開により当該開口端と閉塞体との間に隙間が形成された状況においても、両者の間に圧縮状態で介在されたシール部材が復元し、その機能を喪失するまでは、開口端を気密に封止された状態で維持することができる。従って、上記構成によれば、簡素な構成にて、容易且つ高精度に、そのガスが漏出するに至る圧力を制御することができる。加えて、その後、ガス圧が低下した場合において、開口端が縮径してシール部材を圧縮することにより、再度、当該開口端を気密に封止するような構成とすることも可能になる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記閉塞体及び前記筒体が離間する方向へ相対移動することを規制する規制体を備えること、を要旨とする。
上記構成によれば、前記閉塞体と前記筒体との相対移動に基づくガス漏出を抑えて、そのガスが漏出するに至る圧力を、より高精度に制御することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、高圧ガス流路の途中に設けられた筒状のスリーブと、前記スリーブの径方向外側に設けられた電磁コイルの起磁力に基づき前記スリーブ内を移動するプランジャと、前記プランジャの移動に基づき前記高圧ガス流路を開閉可能な弁体とを備えるとともに、前記スリーブの軸方向端部は、閉塞体により気密に封止される開口端として形成された電磁弁であって、ガス圧に応じた前記スリーブの変形に基づき前記開口端が拡開してガスを漏出させることにより、許容水準を超えた前記ガス圧の上昇を抑制する安全弁として機能すること、を要旨とする。
【００１４】
上記構成によれば、例えば、燃料電池車用のガスタンク等、高圧ガスの供給系に設けられた既存の電磁弁を安全弁として機能させることができる。その結果、新たな構成を追加することなく、構成簡素且つ低コストにて、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制して、その安全性の向上を図ることができる。
【００１５】
また、閉塞体によりスリーブの開口端を気密に封止する電磁弁では、そのガス圧が閉塞体をスリーブ離間させる方向（軸方向）に作用する。しかしながら、上記構成によれば、開口端の拡開により、その閉塞体を押圧するガス圧が低減される。これにより、閉塞体がスリーブから離間する動きを抑制することができ、その結果、更なる安全性の向上を図ることができるようになる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記スリーブには、前記ガス圧に応じた変形量が前記開口端よりも小さい高剛性部が形成されること、を要旨とする。
即ち、スリーブが軸方向に長い構成の場合、その開口端が拡開するよりも、同スリーブの中間部分が膨らんでしまう可能性がある。しかしながら、上記構成により、開口端とは反対側の軸方向端部に近い部分、或いは不要な膨張が生ずる可能性のある中間部分に高剛性部を設定することで、スリーブは、その開口端近傍が、優先的に拡開するようになる。その結果、より高精度に安全弁として機能させることができるようになる。
【００１７】
更に、この高剛性部をプランジャの移動範囲（摺動範囲）に形成することで、ガス圧によるスリーブの変形の影響を抑えて、より円滑に同プランジャを移動させることができる。そして、これにより、その電磁弁本来の機能を損ねることなく、安全弁として機能させることができるようになる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、構成簡素且つ低コストにて、精度よく、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制することが可能な安全弁及び当該安全弁として機能する電磁弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】安全弁の断面図。
【図２】安全弁の動作説明図。
【図３】電磁弁の断面図。
【図４】電磁弁の要部断面図。
【図５】安全弁として機能する電磁弁の動作説明図。
【図６】別例の電磁弁の断面図。
【図７】別例の電磁弁の断面図。
【図８】別例の安全弁の断面図。
【図９】別例の安全弁の断面図。
【図１０】別例の安全弁の断面図。
【図１１】別例の安全弁の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１の実施形態］
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の安全弁１は、高圧ガス流路２に連通するとともに軸方向の一端（同図中、上側の端部）が「底部（又は蓋部）」を有しない開口端３として形成された略円筒状の筒体４と、その開口端３を気密に封止する閉塞体５とを備えている。
【００２１】
詳述すると、本実施形態の筒体４は、上記開口端３の反対側の軸方向端部（同図中、下側の端部）が、上記高圧ガス流路２に臨む接続端６として形成されている。尚、本実施形態では、同接続端６の外周、及び高圧ガス流路２の壁部７に形成された接続孔８には、螺子溝が螺刻されている。そして、本実施形態の筒体４は、その接続端６が接続孔８に螺着されることにより、同筒体４の筒内９と高圧ガス流路２とが連通する構成になっている。
【００２２】
一方、本実施形態の閉塞体５は、上記開口端３内に挿入される略円柱状の挿入部１１を備えている。具体的には、同挿入部１１は、その外径が開口端３の内径と略等しく形成されている。また、挿入部１１の外周には、環状溝１２が形成されるとともに、同環状溝１２内には、当該環状溝１２と対向する開口端３の内周面１４との間で挟圧されたシール部材としてのＯリング１３が収容されている。そして、本実施形態の閉塞体５は、この挿入部１１と開口端３の内周面１４との間に圧縮状態で介在されたＯリング１３により、同開口端３を気密に封止する構成となっている。
【００２３】
また、閉塞体５は、その本体部１５に当接する規制体１６により、筒体４から離間する方向の軸方向移動（同図中、上側への移動）が規制されている。つまり、閉塞体５及び筒体４は、規制体１６により、その両者間の相対移動が規制されている。そして、本実施形態の安全弁１は、これにより、そのガス圧（筒内９及び高圧ガス流路２のガス圧）に応じた筒体４の変形に基づいて、当該筒体４の開口端３が径方向外側に拡開する構成となっている。
【００２４】
即ち、図２に示すように、ガス圧の上昇に伴い開口端３が拡開することにより、当該開口端３の内周面１４と閉塞体５側の挿入部１１との間に隙間Ｘが形成される。また、更なるガス圧の上昇に伴いその隙間Ｘが広がることにより、開口端３と挿入部１１との間に圧縮状態で介在されたＯリング１３が復元し、そのシール部材としての機能を喪失する。そして、本実施形態の安全弁１は、その隙間Ｘから筒内９のガスを漏出させることにより、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制する構成となっている。
【００２５】
以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）安全弁１は、開口端３を有して高圧ガス流路２に連通する筒体４と、開口端３を気密に封止する閉塞体５とを備える。そして、ガス圧に応じた筒体４の変形に基づき開口端３が拡開してガスを漏出させることにより、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制する。
【００２６】
即ち、ガス圧に応じた筒体４の変形、及びそれに基づく開口端３の拡開は、筒体４の材質及び形状に基づいて、容易且つ高精度に予測することが可能である。そのため、破裂限界の制御が難しいラプチャーディスクのような破裂部材と比較して、その性能の均質化が容易、且つ安価に製造することができる。また、筒体４及び閉塞体５からなる構成は、バネ圧を利用したリリーフバルブよりも簡素であり、且つその小型化が容易である。そして、特に水素ガスの供給系においては、当該水素ガスによる脆化の影響を受けることなく、より安定的に作動させることができる。従って、上記構成によれば、構成簡素且つ低コストにて、精度よく、許容水準を超えたガス圧の上昇（過剰圧）を抑制することができるようになる。
【００２７】
（２）閉塞体５は、挿入部１１と開口端３の内周面１４との間に圧縮状態で介在されることにより同開口端３を気密に封止するシール部材としてのＯリング１３を備える。
即ち、ガス圧の上昇に伴う開口端３の拡開により当該開口端３の内周面１４と閉塞体５側の挿入部１１との間に隙間Ｘが形成された状況においても、両者の間に圧縮状態で介在されたＯリング１３が復元し、そのシール部材としての機能を喪失するまでは、開口端３４を気密に封止された状態で維持することができる。従って、上記構成によれば、簡素な構成にて、容易且つ高精度に、そのガスが漏出するに至る圧力を制御することができる。加えて、その後、ガス圧が低下した場合には、その開口端３が縮径してＯリング１３を圧縮することにより、再度、当該開口端３を気密に封止する構成とすることも可能になる。
【００２８】
［第２の実施形態］
以下、本発明を、高圧水素ガスの供給系に設けられた電磁弁に具体化した第２の実施形態を図面に従って説明する。
【００２９】
図３に示すように、本実施形態の電磁弁２０は、高圧水素用のガスタンク（図示略）に取着されることにより高圧ガス流路２１の一部を構成するバルブボディ２２内に形成されている。
【００３０】
詳述すると、本実施形態のバルブボディ２２の一端２２ａ（同図中、右側の端部）には、断面円形状の収容穴２３が形成されている。また、収容穴２３の底面２４には、収容穴２３と同軸、且つ同収容穴２３よりも小径の挿入穴２５が形成されている。尚、本実施形態では、この挿入穴２５もまた、断面円形状に形成されている。そして、バルブボディ２２には、この挿入穴２５に連通することにより、ガスタンクに充填された水素ガスが流入する入力ポート２６、及びその流入した水素ガスを供給先に送出するための出力ポート２７が形成されている。
【００３１】
具体的には、入力ポート２６は、挿入穴２５の軸線と略直交する方向（同図中、上下方向）に延設されて同挿入穴２５の底面２８近傍に開口するように形成されている。そして、出力ポート２７は、挿入穴２５の軸線方向（同図中、左右方向）に延設されて同挿入穴２５の底面２８、詳しくは、当該挿入穴２５と同軸となる位置に開口するように形成されている。
【００３２】
また、本実施形態のバルブボディ２２において、上記のように同軸に連接する収容穴２３及び挿入穴２５には、有底略円筒状のスリーブ３１が収容されている。そして、このスリーブ３１（の筒内）を介して上記入力ポート２６と出力ポート２７とが連通することにより、同バルブボディ２２内に、そのガスタンクに貯留された水素ガスを供給先に送出するための高圧ガス流路２１が形成される構成となっている。
【００３３】
さらに詳述すると、本実施形態では、スリーブ３１の外径は、上記挿入穴２５の内径と略等しく設定されている。また、スリーブ３１の底部３２には、同スリーブ３１と同軸位置において、その軸線方向に延びる円柱状の突出部３３が形成されている。更に、この突出部３３の外径は、上記出力ポート２７の内径と略等しく設定されている。そして、本実施形態のスリーブ３１は、その底部３２が上記挿入穴２５内に挿入されるとともに、同底部３２から軸線方向（同図中、左側）に延びる突出部３３が上記出力ポート２７内に挿入された状態で、上記収容穴２３内に収容されている。
【００３４】
また、本実施形態のスリーブ３１は、上記のように底部３２を有して挿入穴２５内に挿入される軸方向端部３１ａ（同図中、左側の端部）とは反対側の軸方向端部３１ｂ（同図中、右側の端部）が、「底部（又は蓋部）」を有しない開口端３４として形成されている。そして、同開口端３４には、当該開口端３４内に配置される挿入部３５を有したストッパ３６（閉塞体）が取着されている。
【００３５】
ここで、このストッパ３６の挿入部３５とスリーブ３１の開口端３４との間には、シール部材としてのＯリング３７が介在されている。また、上記挿入穴２５と当該挿入穴２５内に挿入されたスリーブ３１の底部３２との間、及び上記出力ポート２７と同出力ポート２７内に挿入された突出部３３との間にも、同様のＯリング３８，３９が介在されている。そして、本実施形態では、これにより、スリーブ３１の筒内と収容穴２３との間、同収容穴２３と挿入穴２５との間、及び同挿入穴２５と出力ポート２７との間が、それぞれ、気密に区画されている。
【００３６】
更に、スリーブ３１の底部３２には、上記入力ポート２６に連続する挿入穴２５とスリーブ３１の筒内とを連通する連通孔４４が形成されている。また、上記出力ポート２７内に挿入された突出部３３には、同突出部３３及びスリーブ３１の底部３２を軸方向に貫通して、出力ポート２７とスリーブ３１の筒内とを連通する連通孔４５が形成されている。そして、本実施形態では、これにより、スリーブ３１の筒内を介して入力ポート２６から出力ポート２７へと続く高圧ガス流路２１が形成されるようになっている。
【００３７】
また、スリーブ３１の径方向外側には、電磁コイル５０が設けられるとともに、スリーブ３１の筒内には、同電磁コイル５０の起磁力に基づいて、その筒内を軸方向移動するプランジャ５１が設けられている。そして、本実施形態の電磁弁２０は、このプランジャ５１の軸方向移動に基づいて、上記のように構成された高圧ガス流路２１を開閉するようになっている。
【００３８】
詳述すると、本実施形態では、上記電磁コイル５０は、ボビン状のインシュレータ５２に巻回された状態で、その磁路を形成するヨーク５３，５４，５５とともに、上記収容穴２３内に収容されている。そして、上記スリーブ３１は、その電磁コイル５０が巻回されたインシュレータ５２の筒内に挿入される態様で、バルブボディ２２に組み付けられるようになっている。
【００３９】
一方、本実施形態のプランジャ５１は、スリーブ３１の内周面に摺接した状態で軸方向移動可能な略円柱状に形成されるとともに、同プランジャ５１と上記ストッパ３６との間には、コイルバネ５６が介在されている。また、本実施形態のストッパ３６は、その本体部５７が上記収容穴２３を閉塞する蓋部材５８に当接することにより、そのスリーブ３１から離間する方向への軸方向移動（同図中、右側への移動）が規制されている。つまり、閉塞体としてのストッパ３６及び筒体としてのスリーブ３１は、規制体としての蓋部材５８により、その両者間の相対移動が規制されている。尚、本実施形態の蓋部材５８は、ボルト（図示略）により、収容穴２３が凹設されたバルブボディ２２の一端２２ａに締結されている。そして、プランジャ５１は、そのコイルバネ５６の弾性力によって、スリーブ３１の底部３２側（同図中、左側）に向かって付勢されている。
【００４０】
また、スリーブ３１の底部３２には、上記突出部３３に形成された連通孔４５に連続する貫通孔６０を有してプランジャ５１に対向する主弁座６１が設けられている。そして、プランジャ５１には、同プランジャ５１の軸方向移動に伴い上記主弁座６１に当接して、その貫通孔６０を閉塞可能な主弁体６２が設けられている。
【００４１】
図４に示すように、本実施形態のプランジャ５１は、上記主弁座６１に対向する側の軸方向端面５１ａ（同図中、左側の端面）に開口する収容穴６３を備えている。そして、主弁体６２は、この収容穴６３内に収容される基部６４と、同基部６４から軸方向、主弁座６１側（同図中、左側）に突出することにより、その先端が収容穴６３の外部に配置される略円柱状の弁本体６５とを備えて構成されている。
【００４２】
具体的には、収容穴６３の開口部６３ａには、上記主弁座６１の貫通孔６０に対応する位置に貫通孔６６を有した規制板６７が固定されている。そして、主弁体６２において、その基部６４は、この貫通孔６６よりも大きな外径を有している。
【００４３】
一方、弁本体６５は、上記規制板６７に形成された貫通孔６６を介して収容穴６３の外部に突出することにより、その先端が、プランジャ５１の軸方向端面５１ａよりも上記主弁座６１側に配置されている。更に、弁本体６５の先端には、略円錐状のテーパ部６８が形成されている。そして、本実施形態の主弁体６２は、このテーパ部６８が、上記主弁座６１の貫通孔６０に対して同軸に当接することにより、同貫通孔６０を気密に閉塞することが可能となっている。
【００４４】
また、本実施形態の主弁体６２には、同主弁体６２を軸方向（同図中、左右方向）に貫通して上記テーパ部６８の頂点部分に開口するパイロット流路６９が形成されている。更に、上記突出部３３とは反対側の主弁体６２の軸方向端部６２ａには、同パイロット流路６９に連続する貫通孔７０を有したパイロット弁座７１が設けられている。尚、本実施形態では、パイロット弁座７１は、主弁体６２の軸方向端部６２ａに形成された凹部７２内に固定されている。更に、パイロット弁座７１の貫通孔７０は、上記主弁座６１の貫通孔６０との比較において、その直径が小さく設定されている。そして、本実施形態の電磁弁２０は、プランジャ５１の移動に伴いパイロット弁座７１に接離するパイロット弁体７３を備えたパイロット式の電磁弁として構成されている。
【００４５】
さらに詳述すると、本実施形態では、主弁体６２の基部６４は、その外径が収容穴６３の内径と略等しく設定されるとともに、その軸方向長さが収容穴６３の軸方向長さよりも短く設定されることにより、同収容穴６３内を軸方向に摺動可能となっている。また、プランジャ５１には、上記ストッパ３６側の軸方向端面５１ｂから同プランジャ５１を軸方向に貫通して収容穴６３に開口する貫通孔７４が形成されている。更に、プランジャ５１には、その軸方向に沿って同プランジャ５１の外周面に凹設された導入溝７５、並びに当該導入溝７５と上記収容穴６３とを連通する導入路７６ａ及び導入溝７５と貫通孔７４とを連通する導入路７６ｂが形成されている。そして、上記貫通孔７４における収容穴６３側の開口部７４ａには、プランジャ５１と一体に軸方向移動するように、上記パイロット弁座７１と対向するパイロット弁体７３が設けられている。
【００４６】
尚、本実施形態のパイロット弁体７３は、略球状に形成され、貫通孔７４に圧入されることにより、その開口部７４ａに固定されるようになっている。また、貫通孔７４内には、押圧板７８が固定されており、上記コイルバネ５６の一端は、この押圧板７８に当接されている。そして、同コイルバネ５６は、この押圧板７８とストッパ３６の挿入部３５に形成された収容穴７９の底面との間で圧縮されることにより、スリーブ３１内においてプランジャ５１を底部３２側に付勢する構成となっている。
【００４７】
即ち、上記電磁コイル５０の非通電時、プランジャ５１は、コイルバネ５６の弾性力に基づいて、スリーブ３１内を底部３２側（図３参照、同図中、左側）に軸方向移動する。このとき、パイロット弁体７３は、パイロット弁座７１に着座し、そのパイロット流路６９に連続する貫通孔７０を閉塞した状態で同パイロット弁座７１を押圧する。これにより、主弁体６２は、プランジャ５１とともに底部３２側に軸方向移動し、同底部３２に設けられた主弁座６１に着座する。そして、その弁本体６５（の先端に形成されたテーパ部６８）が、上記出力ポート２７に続く主弁座６１の貫通孔６０を閉塞することにより、高圧ガス流路２１が閉状態となる。
【００４８】
一方、電磁コイル５０に通電することにより、プランジャ５１は、その起磁力に基づいて、コイルバネ５６の弾性力に抗して、スリーブ３１内を開口端３４側（ストッパ３６側、図３参照、同図中、左側）に軸方向移動する。このとき、プランジャ５１内においては、先ず、パイロット弁体７３がパイロット弁座７１から離座し、その後、収容孔の開口部６３ａに設けられた規制板６７が主弁体６２の基部６４に当接することにより、同主弁体６２は、プランジャ５１ともに開口端３４側に軸方向移動する。そして、その主弁体６２が主弁座６１から離座することにより、高圧ガス流路２１が開状態となる。
【００４９】
つまり、パイロット弁体７３により閉塞されるパイロット弁座７１の貫通孔７０は小径であるため、比較的小さな力で、同パイロット弁座７１からパイロット弁体７３を離座させることができる。また、パイロット弁体７３の離座によりパイロット流路６９を介して出力ポート２７内に水素ガスが流入することで、当該出力ポート２７とスリーブ３１の筒内との圧力差が小さくなる。その結果、比較的小さな力で主弁体６２を主弁座６１から離座させることができる。そして、本実施形態では、このようなパイロット式の構成を採用することにより、その駆動源となる電磁コイル５０の巻線数を抑えて装置の小型化を図ることが可能となっている。
【００５０】
（過剰圧抑制構造）
次に、本実施形態の電磁弁に設けられた過剰圧抑制構造、即ち許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制する安全弁としての機能について説明する。
【００５１】
図３に示すように、本実施形態では、筒状をなすスリーブ３１の外周と電磁コイル５０が巻回されたインシュレータ５２との間には、同スリーブ３１の変形を許容する隙間が設定されている。そして、本実施形態のスリーブ３１は、その筒内のガス圧に応じた変形により開口端３４が径方向外側に拡開するように形成されている。
【００５２】
即ち、図５に示すように、ガス圧の上昇に伴い開口端３４が拡開することにより、当該開口端３４の内周面８１とその閉塞体である上記ストッパ３６の挿入部３５との間に隙間Ｘが生ずる。つまり、本実施形態の電磁弁２０において、スリーブ３１は、上記第１の実施形態に示された安全弁１における筒体４に相当し、ストッパ３６は、その筒体４の開口端３を気密に封止する閉塞体５に相当する。
【００５３】
ここで、本実施形態では、これら開口端３４とストッパ３６の挿入部３５との間に介在された上記Ｏリング３７は、挿入部３５の外周面８２に形成された環状溝８３内に収容されている。そして、同環状溝８３に対向する開口端３４の内周面８１との間で挟圧され、圧縮状態で両者に接触することにより、上記第１の実施形態におけるＯリング１３と同様（図２参照）、そのシール部材としての機能を奏する構成となっている。
【００５４】
つまり、更なるガス圧の上昇により、その隙間Ｘが広がることで、上記Ｏリング３７は復元し、そのシール部材としての機能を喪失する。そして、本実施形態の電磁弁２０は、その隙間Ｘから水素ガスをスリーブ３１の外部に漏出させることにより、上記第１の実施形態に示された安全弁１と同様、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制する安全弁として機能する構成になっている。
【００５５】
尚、本実施形態では、スリーブ３１が収容された収容穴２３は、バルブボディ２２（の一端２２ａ）にボルト締結された蓋部材５８により、その開口部が閉塞されている。そして、上記のようにスリーブ３１から収容穴２３内に漏出したガスは、その収容穴２３の開口部と蓋部材５８との隙間から、外部空間に放出されるようになっている。
【００５６】
以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（３）上記構成によれば、燃料電池車用のガスタンク等、高圧水素ガスの供給系に設けられた既存の電磁弁２０を安全弁として機能させることができる。その結果、新たな構成を追加することなく、構成簡素且つ低コストにて、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制して、その安全性の向上を図ることができる。
【００５７】
（４）また、スリーブ３１の開口端３４を閉塞体としてのストッパ３６により気密に封止する電磁弁２０では、そのガス圧がストッパ３６をスリーブ３１から離間させる方向（図４参照、軸方向右側）に作用する。しかしながら、上記構成によれば、上記開口端３４の拡開により、そのストッパ３６を押圧するガス圧が低減される。これにより、閉塞体としてのストッパ３６がスリーブ３１から離間する動きを抑制することができ、その結果、更なる安全性の向上を図ることができる。
【００５８】
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記第２の実施形態では、本発明を、高圧水素ガスの供給系に設けられた電磁弁２０に具体化した。しかし、これに限らず、その他の高圧ガス用の電磁弁に適用してもよい。
【００５９】
・また、上記第２の実施形態では、本発明を、高圧ガス流路を開閉可能な弁体として、主弁体６２及びパイロット弁体７３を備えるパイロット式の電磁弁２０に具体化した。しかし、これに限らず、主弁体６２に相当する弁体を直接的に駆動する構成に適用してもよい。
【００６０】
・上記第２の実施形態では、筒状をなすスリーブ３１の外周と電磁コイル５０が巻回されたインシュレータ５２との間には、同スリーブ３１の変形を許容する隙間が設定されることとした。しかし、そのスリーブ３１とインシュレータ５２との間の隙間については、必ずしもスリーブ３１全体の変形を許容するものでなくともよく、少なくとも開口端３４の拡開を許容するものであればよい。
【００６１】
具体的には、例えば、図６に示すように、スリーブ３１の底部３２側（同図中、左側、図４参照）については、同スリーブ３１の外周と略当接するように、インシュレータ８５の形状を設計する。そして、スリーブ３１の開口端３４側については、その内径が徐々に拡径するように、同インシュレータ８５の形状を設計することにより、上記のような開口端３４の拡開を許容する隙間が形成されるような構成であってもよい。
【００６２】
・また、ガス圧に応じた変形量が開口端よりも小さい高剛性部をスリーブに形成してもよい。即ち、スリーブが軸方向に長い構成の場合、その開口端が拡開するよりも、同スリーブの中間部分が膨らんでしまう可能性がある。そこで、例えば、図７に示すように、その底部３２側（同図中、左側）の肉厚Ｗ１を、開口端３４側（同図中、右側）の肉厚Ｗ２よりも厚くすることにより、上記高剛性部８８を形成する。このような構成とすることで、スリーブ８９は、その開口端３４近傍が、優先的に拡開するようになる。その結果、より高精度に安全弁として機能させることができるようになる。
【００６３】
更に、この高剛性部８８をプランジャ５１の移動範囲（摺動範囲）に形成することで、そのガス圧によるスリーブの変形の影響を抑えて、より円滑に同プランジャ５１を移動させることができる。そして、これにより、その電磁弁本来の機能を損ねることなく、安全弁として機能させることができるようになる。
【００６４】
尚、こうした高剛性部８８の形成方法については、上記のような肉厚（Ｗ１，Ｗ２）の相違に基づくものに限らず、熱処理の相違（焼入れ・焼戻し、及びその有無）に基づくものであってもよい。また、スリーブ３１の外周に対して、例えば、図６に示すように電磁コイル５０が巻回されたインシュレータの一部を当接させる等、スリーブ３１の変形を抑制可能な補強体を設けることにより高剛性部を形成する構成であってもよい。そして、高剛性部の形成位置については、その他、ガス圧の上昇により不要な膨張が生ずる可能性のある部位（例えば、スリーブの中間部分等）に設定してもよい。
【００６５】
・上記第１の実施形態では、安全弁１の筒体４は、その開口端３とは反対側の軸方向端部が、高圧ガス流路２に臨む接続端６として形成されることとした。しかし、これに限らず、図８に示す安全弁９０のように、筒体９１の側壁９１ａに、高圧ガス流路（図示略）に連通する連通路９２を形成する。そして、同筒体９１における開口端９３とは反対側の軸方向端部を、底部９４ａを有する閉塞端９４とする構成であってもよい。
【００６６】
・また、図９に示す安全弁９５のように、筒体９６の軸方向両端が開口端９７，９８として形成される構成であってもよい。これにより、そのガスが漏出するに至る圧力を、より高精度に制御することができる。
【００６７】
・更に、図１０に示す安全弁１００のように、筒体９６の筒内９に挿通された連結軸１０１により、その軸方向両端の開口端９７，９８を閉塞する二つの閉塞体１０２，１０３を一体に連結する構成としてもよい。これにより、各閉塞体１０２，１０３に作用するガス圧を相殺して当該各閉塞体１０２，１０３の移動を抑制することができる。その結果、上記各実施例にみられるような規制体を廃して、更なる構成の簡素化を図ることができる。
【００６８】
・また、図１１に示す安全弁１０５のように、開口端９３とは反対側の軸方向端部が底部９４ａを有する閉塞端９４として形成された筒体９１を用いる。そして、その高圧ガス流路（図示略）に連通する連通路１０６を閉塞体１０７に形成する構成としてもよい。
【００６９】
次に、以上の実施形態から把握することのできる技術的思想を記載する。
（イ）前記閉塞体と前記開口端との間に圧縮状態で介在されることにより該開口端を気密に封止可能なシール部材を備えること、を特徴とする電磁弁。これにより、請求項２と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
（ロ）前記スリーブの径方向外側には、前記開口端の拡開を許容する隙間が設定されること、を特徴とする電磁弁。これにより、開口端の円滑な拡開を担保して、精度よく、その許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制することができる。
【００７１】
（ハ）前記高剛性部は、肉厚又は熱処理の相違、若しくは補強体の存在に基づくものであること、を特徴とする電磁弁。これにより、容易に高剛性部を形成することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１…安全弁、２…高圧ガス流路、３…開口端、４…筒体、５…閉塞体、９…筒内、１１…挿入部、１３…Ｏリング、１６…規制体、２０…電磁弁、２１…高圧ガス流路、２６…入力ポート、２７…出力ポート、３１…スリーブ、３４…開口端、３５…挿入部、３６…ストッパ、３７…Ｏリング、５０…電磁コイル、５１…プランジャ、５８…蓋部材、８８…高剛性部、８９…スリーブ、Ｘ…隙間、Ｗ１，Ｗ２…肉厚。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制する安全弁、及び同安全弁として機能する電磁弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池車用のガスタンクのような高圧ガスの供給系には、例えば、そのガスタンク内に貯留された水素ガスの供給を制御する電磁弁（例えば、特許文献１参照）等、様々な弁装置が設けられている。そして、このような弁装置の一つに、許容水準を超えたガス圧の上昇（過剰圧）を抑制する安全弁がある。
【０００３】
即ち、上記のような燃料電池車用のガスタンクの場合、その内圧が極めて高く設定されている（貯留する水素ガスの圧力、例えば、７０ＭＰａ（メガパスカル）程度）。このため、ガスタンクに対する水素ガスの充填は、その内圧よりも十分に高い充填ガス圧（例えば、２００ＭＰａ程度）を、減圧弁を用いて減圧調整する充填装置により行われることがある。
【０００４】
ところが、仮に充填装置側の減圧弁が故障し、その極めて高い充填ガス圧が減圧されないままガスタンクに印加された場合には、当該ガスタンクの内圧が、瞬時に、その許容水準を超えてしまう可能性がある。そこで、こうした事態が発生した場合には、安全弁により、そのガスタンク（及び高圧ガス流路）内の水素ガスを外部に放出する。そして、これにより、その許容水準を超えたガス圧の上昇を抑えて高い安全性を確保する構成が一般的となっている。
【０００５】
尚、このような安全装置の具体例として、例えば、特許文献２や特許文献３等には、高圧ガス流路の圧力上昇により破裂して外部にガスを放出する破裂部材を用いる構成が開示されている。そして、特許文献４に示すようなバネ圧を利用するリリーフ弁もまた、高圧ガス用の安全弁として用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２４０１４８号公報
【特許文献２】特開平１１−１８２７２２号公報
【特許文献３】特開昭５９−１９７６８０号公報
【特許文献４】特開平１１−１５１１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ラプチャーディスクのような破裂部材は、その破裂する限界圧力、即ち破裂限界を制御することが難しく、大量生産による低コスト化は期待できない。また、バネ圧を利用したリリーフバルブは、上記破裂部材に比べて大型であるとともに、特に水素ガスの供給系においては、バネの脆化により、その動作が鈍くなる可能性がある。そのため、従来、構成簡素且つ低コストにて、精度よく動作する安全弁が求められており、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、構成簡素且つ低コストにて、精度よく、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制することのできる安全弁及び当該安全弁として機能する電磁弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、開口端を有して高圧ガス流路に連通する筒体と、前記開口端を気密に封止する閉塞体とを備え、ガス圧に応じた前記筒体の変形に基づき前記開口端が拡開してガスを漏出させることにより、許容水準を超えた前記ガス圧の上昇を抑制する安全弁であること、を要旨とする。
【００１０】
即ち、ガス圧に応じた筒体の変形、及びそれに基づく開口端の拡開は、筒体の材質及び形状に基づいて、容易且つ高精度に予測することが可能である。そのため、破裂限界の制御が難しいラプチャーディスクのような破裂部材と比較して、その性能の均質化が容易、且つ安価に製造することができる。また、筒体及び閉塞体からなる構成は、バネ圧を利用したリリーフバルブよりも簡素であり、且つその小型化が容易である。そして、特に水素ガスの供給系においては、当該水素ガスによる脆化の影響を受けることなく、より安定的に作動させることができる。従って、上記構成によれば、構成簡素且つ低コストにて、精度よく、許容水準を超えたガス圧の上昇（過剰圧）を抑制することができるようになる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記閉塞体と前記開口端との間に圧縮状態で介在されることにより該開口端を気密に封止可能なシール部材を備えること、を要旨とする。
即ち、ガス圧の上昇に伴う開口端の拡開により当該開口端と閉塞体との間に隙間が形成された状況においても、両者の間に圧縮状態で介在されたシール部材が復元し、その機能を喪失するまでは、開口端を気密に封止された状態で維持することができる。従って、上記構成によれば、簡素な構成にて、容易且つ高精度に、そのガスが漏出するに至る圧力を制御することができる。加えて、その後、ガス圧が低下した場合において、開口端が縮径してシール部材を圧縮することにより、再度、当該開口端を気密に封止するような構成とすることも可能になる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記閉塞体及び前記筒体が離間する方向へ相対移動することを規制する規制体を備えること、を要旨とする。
上記構成によれば、前記閉塞体と前記筒体との相対移動に基づくガス漏出を抑えて、そのガスが漏出するに至る圧力を、より高精度に制御することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、高圧ガス流路の途中に設けられた筒状のスリーブと、前記スリーブの径方向外側に設けられた電磁コイルの起磁力に基づき前記スリーブ内を移動するプランジャと、前記プランジャの移動に基づき前記高圧ガス流路を開閉可能な弁体とを備えるとともに、前記スリーブの軸方向端部は、閉塞体により気密に封止される開口端として形成された電磁弁であって、ガス圧に応じた前記スリーブの変形に基づき前記開口端が拡開してガスを漏出させることにより、許容水準を超えた前記ガス圧の上昇を抑制する安全弁として機能すること、を要旨とする。
【００１４】
上記構成によれば、例えば、燃料電池車用のガスタンク等、高圧ガスの供給系に設けられた既存の電磁弁を安全弁として機能させることができる。その結果、新たな構成を追加することなく、構成簡素且つ低コストにて、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制して、その安全性の向上を図ることができる。
【００１５】
また、閉塞体によりスリーブの開口端を気密に封止する電磁弁では、そのガス圧が閉塞体をスリーブ離間させる方向（軸方向）に作用する。しかしながら、上記構成によれば、開口端の拡開により、その閉塞体を押圧するガス圧が低減される。これにより、閉塞体がスリーブから離間する動きを抑制することができ、その結果、更なる安全性の向上を図ることができるようになる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記スリーブには、前記ガス圧に応じた変形量が前記開口端よりも小さい高剛性部が形成されること、を要旨とする。
即ち、スリーブが軸方向に長い構成の場合、その開口端が拡開するよりも、同スリーブの中間部分が膨らんでしまう可能性がある。しかしながら、上記構成により、開口端とは反対側の軸方向端部に近い部分、或いは不要な膨張が生ずる可能性のある中間部分に高剛性部を設定することで、スリーブは、その開口端近傍が、優先的に拡開するようになる。その結果、より高精度に安全弁として機能させることができるようになる。
【００１７】
更に、この高剛性部をプランジャの移動範囲（摺動範囲）に形成することで、ガス圧によるスリーブの変形の影響を抑えて、より円滑に同プランジャを移動させることができる。そして、これにより、その電磁弁本来の機能を損ねることなく、安全弁として機能させることができるようになる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、構成簡素且つ低コストにて、精度よく、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制することが可能な安全弁及び当該安全弁として機能する電磁弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】安全弁の断面図。
【図２】安全弁の動作説明図。
【図３】電磁弁の断面図。
【図４】電磁弁の要部断面図。
【図５】安全弁として機能する電磁弁の動作説明図。
【図６】別例の電磁弁の断面図。
【図７】別例の電磁弁の断面図。
【図８】別例の安全弁の断面図。
【図９】別例の安全弁の断面図。
【図１０】別例の安全弁の断面図。
【図１１】別例の安全弁の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１の実施形態］
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の安全弁１は、高圧ガス流路２に連通するとともに軸方向の一端（同図中、上側の端部）が「底部（又は蓋部）」を有しない開口端３として形成された略円筒状の筒体４と、その開口端３を気密に封止する閉塞体５とを備えている。
【００２１】
詳述すると、本実施形態の筒体４は、上記開口端３の反対側の軸方向端部（同図中、下側の端部）が、上記高圧ガス流路２に臨む接続端６として形成されている。尚、本実施形態では、同接続端６の外周、及び高圧ガス流路２の壁部７に形成された接続孔８には、螺子溝が螺刻されている。そして、本実施形態の筒体４は、その接続端６が接続孔８に螺着されることにより、同筒体４の筒内９と高圧ガス流路２とが連通する構成になっている。
【００２２】
一方、本実施形態の閉塞体５は、上記開口端３内に挿入される略円柱状の挿入部１１を備えている。具体的には、同挿入部１１は、その外径が開口端３の内径と略等しく形成されている。また、挿入部１１の外周には、環状溝１２が形成されるとともに、同環状溝１２内には、当該環状溝１２と対向する開口端３の内周面１４との間で挟圧されたシール部材としてのＯリング１３が収容されている。そして、本実施形態の閉塞体５は、この挿入部１１と開口端３の内周面１４との間に圧縮状態で介在されたＯリング１３により、同開口端３を気密に封止する構成となっている。
【００２３】
また、閉塞体５は、その本体部１５に当接する規制体１６により、筒体４から離間する方向の軸方向移動（同図中、上側への移動）が規制されている。つまり、閉塞体５及び筒体４は、規制体１６により、その両者間の相対移動が規制されている。そして、本実施形態の安全弁１は、これにより、そのガス圧（筒内９及び高圧ガス流路２のガス圧）に応じた筒体４の変形に基づいて、当該筒体４の開口端３が径方向外側に拡開する構成となっている。
【００２４】
即ち、図２に示すように、ガス圧の上昇に伴い開口端３が拡開することにより、当該開口端３の内周面１４と閉塞体５側の挿入部１１との間に隙間Ｘが形成される。また、更なるガス圧の上昇に伴いその隙間Ｘが広がることにより、開口端３と挿入部１１との間に圧縮状態で介在されたＯリング１３が復元し、そのシール部材としての機能を喪失する。そして、本実施形態の安全弁１は、その隙間Ｘから筒内９のガスを漏出させることにより、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制する構成となっている。
【００２５】
以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）安全弁１は、開口端３を有して高圧ガス流路２に連通する筒体４と、開口端３を気密に封止する閉塞体５とを備える。そして、ガス圧に応じた筒体４の変形に基づき開口端３が拡開してガスを漏出させることにより、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制する。
【００２６】
即ち、ガス圧に応じた筒体４の変形、及びそれに基づく開口端３の拡開は、筒体４の材質及び形状に基づいて、容易且つ高精度に予測することが可能である。そのため、破裂限界の制御が難しいラプチャーディスクのような破裂部材と比較して、その性能の均質化が容易、且つ安価に製造することができる。また、筒体４及び閉塞体５からなる構成は、バネ圧を利用したリリーフバルブよりも簡素であり、且つその小型化が容易である。そして、特に水素ガスの供給系においては、当該水素ガスによる脆化の影響を受けることなく、より安定的に作動させることができる。従って、上記構成によれば、構成簡素且つ低コストにて、精度よく、許容水準を超えたガス圧の上昇（過剰圧）を抑制することができるようになる。
【００２７】
（２）閉塞体５は、挿入部１１と開口端３の内周面１４との間に圧縮状態で介在されることにより同開口端３を気密に封止するシール部材としてのＯリング１３を備える。
即ち、ガス圧の上昇に伴う開口端３の拡開により当該開口端３の内周面１４と閉塞体５側の挿入部１１との間に隙間Ｘが形成された状況においても、両者の間に圧縮状態で介在されたＯリング１３が復元し、そのシール部材としての機能を喪失するまでは、開口端３４を気密に封止された状態で維持することができる。従って、上記構成によれば、簡素な構成にて、容易且つ高精度に、そのガスが漏出するに至る圧力を制御することができる。加えて、その後、ガス圧が低下した場合には、その開口端３が縮径してＯリング１３を圧縮することにより、再度、当該開口端３を気密に封止する構成とすることも可能になる。
【００２８】
［第２の実施形態］
以下、本発明を、高圧水素ガスの供給系に設けられた電磁弁に具体化した第２の実施形態を図面に従って説明する。
【００２９】
図３に示すように、本実施形態の電磁弁２０は、高圧水素用のガスタンク（図示略）に取着されることにより高圧ガス流路２１の一部を構成するバルブボディ２２内に形成されている。
【００３０】
詳述すると、本実施形態のバルブボディ２２の一端２２ａ（同図中、右側の端部）には、断面円形状の収容穴２３が形成されている。また、収容穴２３の底面２４には、収容穴２３と同軸、且つ同収容穴２３よりも小径の挿入穴２５が形成されている。尚、本実施形態では、この挿入穴２５もまた、断面円形状に形成されている。そして、バルブボディ２２には、この挿入穴２５に連通することにより、ガスタンクに充填された水素ガスが流入する入力ポート２６、及びその流入した水素ガスを供給先に送出するための出力ポート２７が形成されている。
【００３１】
具体的には、入力ポート２６は、挿入穴２５の軸線と略直交する方向（同図中、上下方向）に延設されて同挿入穴２５の底面２８近傍に開口するように形成されている。そして、出力ポート２７は、挿入穴２５の軸線方向（同図中、左右方向）に延設されて同挿入穴２５の底面２８、詳しくは、当該挿入穴２５と同軸となる位置に開口するように形成されている。
【００３２】
また、本実施形態のバルブボディ２２において、上記のように同軸に連接する収容穴２３及び挿入穴２５には、有底略円筒状のスリーブ３１が収容されている。そして、このスリーブ３１（の筒内）を介して上記入力ポート２６と出力ポート２７とが連通することにより、同バルブボディ２２内に、そのガスタンクに貯留された水素ガスを供給先に送出するための高圧ガス流路２１が形成される構成となっている。
【００３３】
さらに詳述すると、本実施形態では、スリーブ３１の外径は、上記挿入穴２５の内径と略等しく設定されている。また、スリーブ３１の底部３２には、同スリーブ３１と同軸位置において、その軸線方向に延びる円柱状の突出部３３が形成されている。更に、この突出部３３の外径は、上記出力ポート２７の内径と略等しく設定されている。そして、本実施形態のスリーブ３１は、その底部３２が上記挿入穴２５内に挿入されるとともに、同底部３２から軸線方向（同図中、左側）に延びる突出部３３が上記出力ポート２７内に挿入された状態で、上記収容穴２３内に収容されている。
【００３４】
また、本実施形態のスリーブ３１は、上記のように底部３２を有して挿入穴２５内に挿入される軸方向端部３１ａ（同図中、左側の端部）とは反対側の軸方向端部３１ｂ（同図中、右側の端部）が、「底部（又は蓋部）」を有しない開口端３４として形成されている。そして、同開口端３４には、当該開口端３４内に配置される挿入部３５を有したストッパ３６（閉塞体）が取着されている。
【００３５】
ここで、このストッパ３６の挿入部３５とスリーブ３１の開口端３４との間には、シール部材としてのＯリング３７が介在されている。また、上記挿入穴２５と当該挿入穴２５内に挿入されたスリーブ３１の底部３２との間、及び上記出力ポート２７と同出力ポート２７内に挿入された突出部３３との間にも、同様のＯリング３８，３９が介在されている。そして、本実施形態では、これにより、スリーブ３１の筒内と収容穴２３との間、同収容穴２３と挿入穴２５との間、及び同挿入穴２５と出力ポート２７との間が、それぞれ、気密に区画されている。
【００３６】
更に、スリーブ３１の底部３２には、上記入力ポート２６に連続する挿入穴２５とスリーブ３１の筒内とを連通する連通孔４４が形成されている。また、上記出力ポート２７内に挿入された突出部３３には、同突出部３３及びスリーブ３１の底部３２を軸方向に貫通して、出力ポート２７とスリーブ３１の筒内とを連通する連通孔４５が形成されている。そして、本実施形態では、これにより、スリーブ３１の筒内を介して入力ポート２６から出力ポート２７へと続く高圧ガス流路２１が形成されるようになっている。
【００３７】
また、スリーブ３１の径方向外側には、電磁コイル５０が設けられるとともに、スリーブ３１の筒内には、同電磁コイル５０の起磁力に基づいて、その筒内を軸方向移動するプランジャ５１が設けられている。そして、本実施形態の電磁弁２０は、このプランジャ５１の軸方向移動に基づいて、上記のように構成された高圧ガス流路２１を開閉するようになっている。
【００３８】
詳述すると、本実施形態では、上記電磁コイル５０は、ボビン状のインシュレータ５２に巻回された状態で、その磁路を形成するヨーク５３，５４，５５とともに、上記収容穴２３内に収容されている。そして、上記スリーブ３１は、その電磁コイル５０が巻回されたインシュレータ５２の筒内に挿入される態様で、バルブボディ２２に組み付けられるようになっている。
【００３９】
一方、本実施形態のプランジャ５１は、スリーブ３１の内周面に摺接した状態で軸方向移動可能な略円柱状に形成されるとともに、同プランジャ５１と上記ストッパ３６との間には、コイルバネ５６が介在されている。また、本実施形態のストッパ３６は、その本体部５７が上記収容穴２３を閉塞する蓋部材５８に当接することにより、そのスリーブ３１から離間する方向への軸方向移動（同図中、右側への移動）が規制されている。つまり、閉塞体としてのストッパ３６及び筒体としてのスリーブ３１は、規制体としての蓋部材５８により、その両者間の相対移動が規制されている。尚、本実施形態の蓋部材５８は、ボルト（図示略）により、収容穴２３が凹設されたバルブボディ２２の一端２２ａに締結されている。そして、プランジャ５１は、そのコイルバネ５６の弾性力によって、スリーブ３１の底部３２側（同図中、左側）に向かって付勢されている。
【００４０】
また、スリーブ３１の底部３２には、上記突出部３３に形成された連通孔４５に連続する貫通孔６０を有してプランジャ５１に対向する主弁座６１が設けられている。そして、プランジャ５１には、同プランジャ５１の軸方向移動に伴い上記主弁座６１に当接して、その貫通孔６０を閉塞可能な主弁体６２が設けられている。
【００４１】
図４に示すように、本実施形態のプランジャ５１は、上記主弁座６１に対向する側の軸方向端面５１ａ（同図中、左側の端面）に開口する収容穴６３を備えている。そして、主弁体６２は、この収容穴６３内に収容される基部６４と、同基部６４から軸方向、主弁座６１側（同図中、左側）に突出することにより、その先端が収容穴６３の外部に配置される略円柱状の弁本体６５とを備えて構成されている。
【００４２】
具体的には、収容穴６３の開口部６３ａには、上記主弁座６１の貫通孔６０に対応する位置に貫通孔６６を有した規制板６７が固定されている。そして、主弁体６２において、その基部６４は、この貫通孔６６よりも大きな外径を有している。
【００４３】
一方、弁本体６５は、上記規制板６７に形成された貫通孔６６を介して収容穴６３の外部に突出することにより、その先端が、プランジャ５１の軸方向端面５１ａよりも上記主弁座６１側に配置されている。更に、弁本体６５の先端には、略円錐状のテーパ部６８が形成されている。そして、本実施形態の主弁体６２は、このテーパ部６８が、上記主弁座６１の貫通孔６０に対して同軸に当接することにより、同貫通孔６０を気密に閉塞することが可能となっている。
【００４４】
また、本実施形態の主弁体６２には、同主弁体６２を軸方向（同図中、左右方向）に貫通して上記テーパ部６８の頂点部分に開口するパイロット流路６９が形成されている。更に、上記突出部３３とは反対側の主弁体６２の軸方向端部６２ａには、同パイロット流路６９に連続する貫通孔７０を有したパイロット弁座７１が設けられている。尚、本実施形態では、パイロット弁座７１は、主弁体６２の軸方向端部６２ａに形成された凹部７２内に固定されている。更に、パイロット弁座７１の貫通孔７０は、上記主弁座６１の貫通孔６０との比較において、その直径が小さく設定されている。そして、本実施形態の電磁弁２０は、プランジャ５１の移動に伴いパイロット弁座７１に接離するパイロット弁体７３を備えたパイロット式の電磁弁として構成されている。
【００４５】
さらに詳述すると、本実施形態では、主弁体６２の基部６４は、その外径が収容穴６３の内径と略等しく設定されるとともに、その軸方向長さが収容穴６３の軸方向長さよりも短く設定されることにより、同収容穴６３内を軸方向に摺動可能となっている。また、プランジャ５１には、上記ストッパ３６側の軸方向端面５１ｂから同プランジャ５１を軸方向に貫通して収容穴６３に開口する貫通孔７４が形成されている。更に、プランジャ５１には、その軸方向に沿って同プランジャ５１の外周面に凹設された導入溝７５、並びに当該導入溝７５と上記収容穴６３とを連通する導入路７６ａ及び導入溝７５と貫通孔７４とを連通する導入路７６ｂが形成されている。そして、上記貫通孔７４における収容穴６３側の開口部７４ａには、プランジャ５１と一体に軸方向移動するように、上記パイロット弁座７１と対向するパイロット弁体７３が設けられている。
【００４６】
尚、本実施形態のパイロット弁体７３は、略球状に形成され、貫通孔７４に圧入されることにより、その開口部７４ａに固定されるようになっている。また、貫通孔７４内には、押圧板７８が固定されており、上記コイルバネ５６の一端は、この押圧板７８に当接されている。そして、同コイルバネ５６は、この押圧板７８とストッパ３６の挿入部３５に形成された収容穴７９の底面との間で圧縮されることにより、スリーブ３１内においてプランジャ５１を底部３２側に付勢する構成となっている。
【００４７】
即ち、上記電磁コイル５０の非通電時、プランジャ５１は、コイルバネ５６の弾性力に基づいて、スリーブ３１内を底部３２側（図３参照、同図中、左側）に軸方向移動する。このとき、パイロット弁体７３は、パイロット弁座７１に着座し、そのパイロット流路６９に連続する貫通孔７０を閉塞した状態で同パイロット弁座７１を押圧する。これにより、主弁体６２は、プランジャ５１とともに底部３２側に軸方向移動し、同底部３２に設けられた主弁座６１に着座する。そして、その弁本体６５（の先端に形成されたテーパ部６８）が、上記出力ポート２７に続く主弁座６１の貫通孔６０を閉塞することにより、高圧ガス流路２１が閉状態となる。
【００４８】
一方、電磁コイル５０に通電することにより、プランジャ５１は、その起磁力に基づいて、コイルバネ５６の弾性力に抗して、スリーブ３１内を開口端３４側（ストッパ３６側、図３参照、同図中、左側）に軸方向移動する。このとき、プランジャ５１内においては、先ず、パイロット弁体７３がパイロット弁座７１から離座し、その後、収容孔の開口部６３ａに設けられた規制板６７が主弁体６２の基部６４に当接することにより、同主弁体６２は、プランジャ５１ともに開口端３４側に軸方向移動する。そして、その主弁体６２が主弁座６１から離座することにより、高圧ガス流路２１が開状態となる。
【００４９】
つまり、パイロット弁体７３により閉塞されるパイロット弁座７１の貫通孔７０は小径であるため、比較的小さな力で、同パイロット弁座７１からパイロット弁体７３を離座させることができる。また、パイロット弁体７３の離座によりパイロット流路６９を介して出力ポート２７内に水素ガスが流入することで、当該出力ポート２７とスリーブ３１の筒内との圧力差が小さくなる。その結果、比較的小さな力で主弁体６２を主弁座６１から離座させることができる。そして、本実施形態では、このようなパイロット式の構成を採用することにより、その駆動源となる電磁コイル５０の巻線数を抑えて装置の小型化を図ることが可能となっている。
【００５０】
（過剰圧抑制構造）
次に、本実施形態の電磁弁に設けられた過剰圧抑制構造、即ち許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制する安全弁としての機能について説明する。
【００５１】
図３に示すように、本実施形態では、筒状をなすスリーブ３１の外周と電磁コイル５０が巻回されたインシュレータ５２との間には、同スリーブ３１の変形を許容する隙間が設定されている。そして、本実施形態のスリーブ３１は、その筒内のガス圧に応じた変形により開口端３４が径方向外側に拡開するように形成されている。
【００５２】
即ち、図５に示すように、ガス圧の上昇に伴い開口端３４が拡開することにより、当該開口端３４の内周面８１とその閉塞体である上記ストッパ３６の挿入部３５との間に隙間Ｘが生ずる。つまり、本実施形態の電磁弁２０において、スリーブ３１は、上記第１の実施形態に示された安全弁１における筒体４に相当し、ストッパ３６は、その筒体４の開口端３を気密に封止する閉塞体５に相当する。
【００５３】
ここで、本実施形態では、これら開口端３４とストッパ３６の挿入部３５との間に介在された上記Ｏリング３７は、挿入部３５の外周面８２に形成された環状溝８３内に収容されている。そして、同環状溝８３に対向する開口端３４の内周面８１との間で挟圧され、圧縮状態で両者に接触することにより、上記第１の実施形態におけるＯリング１３と同様（図２参照）、そのシール部材としての機能を奏する構成となっている。
【００５４】
つまり、更なるガス圧の上昇により、その隙間Ｘが広がることで、上記Ｏリング３７は復元し、そのシール部材としての機能を喪失する。そして、本実施形態の電磁弁２０は、その隙間Ｘから水素ガスをスリーブ３１の外部に漏出させることにより、上記第１の実施形態に示された安全弁１と同様、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制する安全弁として機能する構成になっている。
【００５５】
尚、本実施形態では、スリーブ３１が収容された収容穴２３は、バルブボディ２２（の一端２２ａ）にボルト締結された蓋部材５８により、その開口部が閉塞されている。そして、上記のようにスリーブ３１から収容穴２３内に漏出したガスは、その収容穴２３の開口部と蓋部材５８との隙間から、外部空間に放出されるようになっている。
【００５６】
以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（３）上記構成によれば、燃料電池車用のガスタンク等、高圧水素ガスの供給系に設けられた既存の電磁弁２０を安全弁として機能させることができる。その結果、新たな構成を追加することなく、構成簡素且つ低コストにて、許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制して、その安全性の向上を図ることができる。
【００５７】
（４）また、スリーブ３１の開口端３４を閉塞体としてのストッパ３６により気密に封止する電磁弁２０では、そのガス圧がストッパ３６をスリーブ３１から離間させる方向（図４参照、軸方向右側）に作用する。しかしながら、上記構成によれば、上記開口端３４の拡開により、そのストッパ３６を押圧するガス圧が低減される。これにより、閉塞体としてのストッパ３６がスリーブ３１から離間する動きを抑制することができ、その結果、更なる安全性の向上を図ることができる。
【００５８】
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記第２の実施形態では、本発明を、高圧水素ガスの供給系に設けられた電磁弁２０に具体化した。しかし、これに限らず、その他の高圧ガス用の電磁弁に適用してもよい。
【００５９】
・また、上記第２の実施形態では、本発明を、高圧ガス流路を開閉可能な弁体として、主弁体６２及びパイロット弁体７３を備えるパイロット式の電磁弁２０に具体化した。しかし、これに限らず、主弁体６２に相当する弁体を直接的に駆動する構成に適用してもよい。
【００６０】
・上記第２の実施形態では、筒状をなすスリーブ３１の外周と電磁コイル５０が巻回されたインシュレータ５２との間には、同スリーブ３１の変形を許容する隙間が設定されることとした。しかし、そのスリーブ３１とインシュレータ５２との間の隙間については、必ずしもスリーブ３１全体の変形を許容するものでなくともよく、少なくとも開口端３４の拡開を許容するものであればよい。
【００６１】
具体的には、例えば、図６に示すように、スリーブ３１の底部３２側（同図中、左側、図４参照）については、同スリーブ３１の外周と略当接するように、インシュレータ８５の形状を設計する。そして、スリーブ３１の開口端３４側については、その内径が徐々に拡径するように、同インシュレータ８５の形状を設計することにより、上記のような開口端３４の拡開を許容する隙間が形成されるような構成であってもよい。
【００６２】
・また、ガス圧に応じた変形量が開口端よりも小さい高剛性部をスリーブに形成してもよい。即ち、スリーブが軸方向に長い構成の場合、その開口端が拡開するよりも、同スリーブの中間部分が膨らんでしまう可能性がある。そこで、例えば、図７に示すように、その底部３２側（同図中、左側）の肉厚Ｗ１を、開口端３４側（同図中、右側）の肉厚Ｗ２よりも厚くすることにより、上記高剛性部８８を形成する。このような構成とすることで、スリーブ８９は、その開口端３４近傍が、優先的に拡開するようになる。その結果、より高精度に安全弁として機能させることができるようになる。
【００６３】
更に、この高剛性部８８をプランジャ５１の移動範囲（摺動範囲）に形成することで、そのガス圧によるスリーブの変形の影響を抑えて、より円滑に同プランジャ５１を移動させることができる。そして、これにより、その電磁弁本来の機能を損ねることなく、安全弁として機能させることができるようになる。
【００６４】
尚、こうした高剛性部８８の形成方法については、上記のような肉厚（Ｗ１，Ｗ２）の相違に基づくものに限らず、熱処理の相違（焼入れ・焼戻し、及びその有無）に基づくものであってもよい。また、スリーブ３１の外周に対して、例えば、図６に示すように電磁コイル５０が巻回されたインシュレータの一部を当接させる等、スリーブ３１の変形を抑制可能な補強体を設けることにより高剛性部を形成する構成であってもよい。そして、高剛性部の形成位置については、その他、ガス圧の上昇により不要な膨張が生ずる可能性のある部位（例えば、スリーブの中間部分等）に設定してもよい。
【００６５】
・上記第１の実施形態では、安全弁１の筒体４は、その開口端３とは反対側の軸方向端部が、高圧ガス流路２に臨む接続端６として形成されることとした。しかし、これに限らず、図８に示す安全弁９０のように、筒体９１の側壁９１ａに、高圧ガス流路（図示略）に連通する連通路９２を形成する。そして、同筒体９１における開口端９３とは反対側の軸方向端部を、底部９４ａを有する閉塞端９４とする構成であってもよい。
【００６６】
・また、図９に示す安全弁９５のように、筒体９６の軸方向両端が開口端９７，９８として形成される構成であってもよい。これにより、そのガスが漏出するに至る圧力を、より高精度に制御することができる。
【００６７】
・更に、図１０に示す安全弁１００のように、筒体９６の筒内９に挿通された連結軸１０１により、その軸方向両端の開口端９７，９８を閉塞する二つの閉塞体１０２，１０３を一体に連結する構成としてもよい。これにより、各閉塞体１０２，１０３に作用するガス圧を相殺して当該各閉塞体１０２，１０３の移動を抑制することができる。その結果、上記各実施例にみられるような規制体を廃して、更なる構成の簡素化を図ることができる。
【００６８】
・また、図１１に示す安全弁１０５のように、開口端９３とは反対側の軸方向端部が底部９４ａを有する閉塞端９４として形成された筒体９１を用いる。そして、その高圧ガス流路（図示略）に連通する連通路１０６を閉塞体１０７に形成する構成としてもよい。
【００６９】
次に、以上の実施形態から把握することのできる技術的思想を記載する。
（イ）前記閉塞体と前記開口端との間に圧縮状態で介在されることにより該開口端を気密に封止可能なシール部材を備えること、を特徴とする電磁弁。これにより、請求項２と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
（ロ）前記スリーブの径方向外側には、前記開口端の拡開を許容する隙間が設定されること、を特徴とする電磁弁。これにより、開口端の円滑な拡開を担保して、精度よく、その許容水準を超えたガス圧の上昇を抑制することができる。
【００７１】
（ハ）前記高剛性部は、肉厚又は熱処理の相違、若しくは補強体の存在に基づくものであること、を特徴とする電磁弁。これにより、容易に高剛性部を形成することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１…安全弁、２…高圧ガス流路、３…開口端、４…筒体、５…閉塞体、９…筒内、１１…挿入部、１３…Ｏリング、１６…規制体、２０…電磁弁、２１…高圧ガス流路、２６…入力ポート、２７…出力ポート、３１…スリーブ、３４…開口端、３５…挿入部、３６…ストッパ、３７…Ｏリング、５０…電磁コイル、５１…プランジャ、５８…蓋部材、８８…高剛性部、８９…スリーブ、Ｘ…隙間、Ｗ１，Ｗ２…肉厚。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口端を有して高圧ガス流路に連通する筒体と、前記開口端を気密に封止する閉塞体とを備え、ガス圧に応じた前記筒体の変形に基づき前記開口端が拡開してガスを漏出させることにより、許容水準を超えた前記ガス圧の上昇を抑制する安全弁。
【請求項２】
前記閉塞体と前記開口端との間に圧縮状態で介在されることにより該開口端を気密に封止可能なシール部材を備えること、を特徴とする請求項１に記載の安全弁。
【請求項３】
前記閉塞体及び前記筒体が離間する方向へ相対移動することを規制する規制体を備えること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の安全弁。
【請求項４】
高圧ガス流路の途中に設けられた筒状のスリーブと、前記スリーブの径方向外側に設けられた電磁コイルの起磁力に基づき前記スリーブ内を移動するプランジャと、前記プランジャの移動に基づき前記高圧ガス流路を開閉可能な弁体とを備えるとともに、前記スリーブの軸方向端部は、閉塞体により気密に封止される開口端として形成された電磁弁であって、
ガス圧に応じた前記スリーブの変形に基づき前記開口端が拡開してガスを漏出させることにより、許容水準を超えた前記ガス圧の上昇を抑制する安全弁として機能すること、
を特徴とする電磁弁。
【請求項５】
前記スリーブには、前記ガス圧に応じた変形量が前記開口端よりも小さい高剛性部が形成されること、を特徴とする請求項４に記載の電磁弁。
【請求項１】
開口端を有して高圧ガス流路に連通する筒体と、前記開口端を気密に封止する閉塞体とを備え、ガス圧に応じた前記筒体の変形に基づき前記開口端が拡開してガスを漏出させることにより、許容水準を超えた前記ガス圧の上昇を抑制する安全弁。
【請求項２】
前記閉塞体と前記開口端との間に圧縮状態で介在されることにより該開口端を気密に封止可能なシール部材を備えること、を特徴とする請求項１に記載の安全弁。
【請求項３】
前記閉塞体及び前記筒体が離間する方向へ相対移動することを規制する規制体を備えること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の安全弁。
【請求項４】
高圧ガス流路の途中に設けられた筒状のスリーブと、前記スリーブの径方向外側に設けられた電磁コイルの起磁力に基づき前記スリーブ内を移動するプランジャと、前記プランジャの移動に基づき前記高圧ガス流路を開閉可能な弁体とを備えるとともに、前記スリーブの軸方向端部は、閉塞体により気密に封止される開口端として形成された電磁弁であって、
ガス圧に応じた前記スリーブの変形に基づき前記開口端が拡開してガスを漏出させることにより、許容水準を超えた前記ガス圧の上昇を抑制する安全弁として機能すること、
を特徴とする電磁弁。
【請求項５】
前記スリーブには、前記ガス圧に応じた変形量が前記開口端よりも小さい高剛性部が形成されること、を特徴とする請求項４に記載の電磁弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−７７８８５（Ｐ２０１２−７７８８５Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２５６４１（Ｐ２０１０−２２５６４１）
【出願日】平成２２年１０月５日（２０１０．１０．５）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００２４１２６７）豊興工業株式会社 (63)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月５日（２０１０．１０．５）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００２４１２６７）豊興工業株式会社 (63)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]