弁装置
【課題】ステムに嵌め込まれたシール部材の脱落を防止できる弁装置を提供すること。
【解決手段】高圧源に接続される筒状空間１９と、筒状空間１９の底部１９１（弁座）に開口する一端である流路開口部１１１ａをもつ弁ハウジング連通孔１１１とを区画する弁ハウジング１１と、筒状空間１９内に配設され、弁座１９１に対し着離可能に移動し、高圧源と低圧源との間を断続可能なシール部材１３と、シール部材１３を保持する収納凹部１２１が一端部に形成されたステム１２とを有し、シール部材１３は、弁座１９１に密着した状態にあって、収納凹部１２１内と流路開口部１１１ａとの間を連通するシール部材連通孔１３１をもつ。シール部材連通孔１３１をシール部材１３に設けることにより、高圧源と低圧源との圧力差に起因して発生するシール部材１３をステムから脱離する方向での力を抑制でき、シール部材１３１を収納凹部１２１から脱落させる力が弱くなる。
【解決手段】高圧源に接続される筒状空間１９と、筒状空間１９の底部１９１（弁座）に開口する一端である流路開口部１１１ａをもつ弁ハウジング連通孔１１１とを区画する弁ハウジング１１と、筒状空間１９内に配設され、弁座１９１に対し着離可能に移動し、高圧源と低圧源との間を断続可能なシール部材１３と、シール部材１３を保持する収納凹部１２１が一端部に形成されたステム１２とを有し、シール部材１３は、弁座１９１に密着した状態にあって、収納凹部１２１内と流路開口部１１１ａとの間を連通するシール部材連通孔１３１をもつ。シール部材連通孔１３１をシール部材１３に設けることにより、高圧源と低圧源との圧力差に起因して発生するシール部材１３をステムから脱離する方向での力を抑制でき、シール部材１３１を収納凹部１２１から脱落させる力が弱くなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁装置に関し、詳しくは、水素ガスなどの高圧ガスを貯蔵するガスタンクにおけるマニュアル弁などのように、圧力差が大きい流路を遮断・開放できる弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタンクの開口部を閉塞する栓体には、ガスタンクの内部と外部とを連通する１以上の流路をもち、その流路内におけるガスの流通を制御する弁装置が設けられている。弁装置の一例として、開閉操作をマニュアル操作により行うマニュアル弁がある（特許文献１など）。
【０００３】
特許文献１に開示のマニュアル弁は、特許文献１の図３に示すように、その栓体ハウジング（１６）の外側面（１６ａ）に開口する第１凹部（２１）内に配設される。マニュアル弁（１４）は、有底筒状をなすハウジング（３５）と、ハウジング（３５）内にその軸線方向に沿って摺動可能に収容された弁体（３６）と、その弁体（３６）を操作するための操作螺子（３７）とを備えており、ハウジング（３５）は、その底部（３５ａ）が逆止弁（９）の蓋体（２６）に当接するように第１凹部（２１）内に配設されている。そして、ハウジング（３５）の底部（３５ａ）には、逆止弁（９）の貫通孔（３２）に連通される貫通孔（３８）が形成され、底部（３５ａ）近傍の側壁（３５ｂ）には第１流路（１８）に連通される貫通孔（３９）が形成されている。そして、弁体（３６）の外周には、シール部材としてＯリング（３６ｃ）が嵌装されている。弁体（３６）の先端部（３６ａ）は円錐状に形成されており弁座（４０）に対して着離する。
【０００４】
図５に示す従来技術のマニュアル弁は、有底円筒状の筒状空間９９を区画する弁ハウジング９１と、その筒状空間９９の底部に流路開口部９１１ａ（弁ハウジング連通孔９１１の一端側）が開口する弁座９９１に着離可能なシール部材９３と、そのシール部材９３を一端部に嵌め込んで保持するステム９２とから形成されており、シール部材９３が弁座９１１に着離することにより、弁の開閉を行うものである。シール部材９３はステム９２などとは異なる素材から形成でき、例えば、樹脂材料から形成することによって、弁座９１１への密着性に優れたシール部材９３とすることが可能になり、シール性に優れたマニュアル弁を提供することができる。
【特許文献１】特開２００６−１４４８４１号公報（図３など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、シール部材を設けることにより、弁座への密着性が向上することにより弁装置の性能が向上するが、弁座９１１側が低圧側、筒状空間９９側が高圧側に接続される構成を採用すると、その優れたシール性により低圧側である弁座９１１にシール部材９３が吸着してしまい、その後の弁の開閉に支障が生じる場合があった。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑み完成したものであり、ステムに嵌め込まれたシール部材を介してシールを行う際にシール部材がステムから脱落することを防止できる弁装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する請求項１に係る弁装置の特徴は、高圧源に接続される有底の筒状空間と、前記筒状空間の底部の弁座に開口する一端である流路開口部をもち且つ前記筒状空間及び低圧源の間を連通可能な弁ハウジング連通孔と、を区画する弁ハウジングと、
前記筒状空間内に配設され、前記弁座に対し着離可能に移動し、前記高圧源と前記低圧源との間を断続可能なシール部材と、
前記シール部材を嵌め込んで保持する収納凹部が一端部に形成され、軸方向に移動可能なステムと、
を有する弁装置であって、
前記シール部材は、前記弁座に密着した状態にあって、前記収納凹部内と前記低圧源との間を連通するシール部材連通孔をもつことにある。
【０００８】
上記課題を解決する請求項２に係る弁装置の特徴は、請求項１において、前記ステムは、前記収納凹部の内外を連通するステム連通孔が形成され、
前記シール部材は、前記シール部材連通孔の周囲を囲むように前記収納凹部の内面に密着し、前記収納凹部内に開口する前記ステム連通孔の開口部及び前記収納凹部の外部と、前記低圧源との間の気密を保持する密着面をもつことにある。
【０００９】
上記課題を解決する請求項３に係る弁装置の特徴は、請求項１又は２において、前記シール部材は、前記筒状空間の底部及び前記収納凹部内面に密着した状態で前記高圧源と連通可能な高圧源連通可能部分の形状が、前記高圧源連通可能部分に前記高圧源から加わる外力が前記ステムから前記シール部材が着脱可能な方向において釣り合っているか又は前記収納凹部内に押圧する方向が勝っていることにある。
【００１０】
上記課題を解決する請求項４に係る弁装置の特徴は、請求項３において、前記高圧源連通可能部分は前記着脱可能方向の前記弁座側からの投影面積が前記ステム側からの投影面積以上であることにある。
【００１１】
上記課題を解決する請求項５に係る弁装置の特徴は、請求項３において、前記シール部材は、前記筒状空間の底部及び前記収納凹部内面に密着した状態で前記低圧源と連通可能な低圧源連通可能部分の形状が、前記低圧源連通可能部分に前記低圧源から加わる外力と前記高圧源から加わる外力との和が前記ステムから前記シール部材が着脱可能な方向において釣り合っているか又は前記収納凹部内に押圧する方向が勝っていることにある。
【００１２】
上記課題を解決する請求項６に係る弁装置の特徴は、請求項１〜４の何れか１項において、前記シール部材は、前記筒状空間の底部及び前記収納凹部内面に密着した状態で前記低圧源と連通可能な低圧源連通可能部分の形状が、前記低圧源連通可能部分に前記低圧源から加わる外力が前記ステムから前記シール部材が着脱可能な方向において釣り合っているか又は前記収納凹部内に押圧する方向が勝っていることにある。
【００１３】
上記課題を解決する請求項７に係る弁装置の特徴は、請求項６において、前記低圧源連通可能部分は前記着脱可能方向の前記弁座側からの投影面積が前記ステム側からの投影面積と等しいことにある。
【００１４】
上記課題を解決する請求項８に係る弁装置の特徴は、請求項１〜７の何れか１項において、前記シール部材の形状は前記ステムの移動方向に垂直な面において面対称であることにある。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明においては、収納凹部と低圧源との間を連通するシール部材連通孔をシール部材に設けることにより、高圧源と低圧源との圧力差に起因して発生するシール部材をステムから脱離する方向での力を抑制できる。つまり、シール部材にシール部材連通孔を設けたことにより、シール部材をステムの先端部の収納凹部から脱落させる力が弱くなると共に、収納凹部内も低圧になって、ステム側にも低圧源に由来する吸引力が作用することになり、シール部材が収納凹部から脱落する虞を少なくできる。
【００１６】
請求項２に係る発明においては、ステム連通孔を形成することにより、シール部材と収納凹部との隙間と筒状空間内との間を連通させて、シール部材と収納凹部との隙間に気体が残留することが防止できる。
【００１７】
請求項３に係る発明においては、シール部材における高圧源に連通可能な部分である高圧源連通可能部分が高圧源から受ける力がシール部材が収納凹部から着脱可能な方向に対して釣り合っているか、又は、シール部材を収納凹部内に押圧する力が勝る形状とすることにより、シール部材がステムから脱落することを防止するものである。特に、請求項４に係る発明のように、高圧源連通可能部分の着脱可能方向の弁座側（シール部材を収納凹部内に押圧する側）から見た投影面積が、ステム側（シール部材を収納凹部内から脱離する方向に押圧する側）から見た投影面積以上であることにより、シール部材がステムから脱離する方向に力が加わることを抑制できる。つまり、シール部材が着脱可能方向において受ける力はそれぞれの投影面積×高圧源の圧力であるが、高圧源の圧力は両方向共に等しいため、投影面積の大小の比較のみにより、高圧源により押圧される方向が決定できる。なお、高圧源連通可能部分の投影面積はシール部材が筒状空間の底部や収納凹部の底面に密着した部分を除いて算出する。
【００１８】
請求項５に係る発明においては、高圧源連通可能部分及び低圧源連通可能部分が高圧源及び低圧源から受ける力がシール部材が収納凹部から着脱可能な方向に対して釣り合っているか、又は、シール部材を収納凹部内に押圧する力が勝る形状とすることにより、シール部材がステムから脱落することを防止するものである。
【００１９】
請求項６に係る発明においては、シール部材における低圧源に連通可能な部分である低圧源連通可能部分が低圧源から受ける力がシール部材が収納凹部から着脱可能な方向に対して釣り合っているか、又は、シール部材を収納凹部内に押圧する力が勝る形状とすることにより、シール部材がステムから脱落することを防止するものである。特に、請求項７に係る発明のように、低圧源連通可能部分の着脱可能方向の弁座側（シール部材を収納凹部外に押圧する側）から見た投影面積が、ステム側（シール部材を収納凹部内に押圧する側）から見た投影面積と等しくすることにより、シール部材がステムから脱離する方向に力が加わることを抑制できる。つまり、シール部材が着脱可能方向において受ける力は、高圧源連通可能部分と同様に、それぞれの投影面積×低圧源の圧力であるが、低圧源の圧力は両方向で等しいため、投影面積の大小のみを比較することにより、低圧源により押圧される方向が決定できる。なお、低圧源連通可能部分の投影面積はシール部材が筒状空間の底部や収納凹部の底面に密着した部分を除いて算出する。
【００２０】
請求項８に係る発明においては、シール部材の形状をステムが移動する方向に垂直な方向において面対称とすることにより、高圧源連通可能部分及び低圧源連通可能部分に高圧源及び低圧源から加えられる力が釣り合うことになり、シール部材がステムの収納凹部内から脱落することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の弁装置を水素用ガスタンクにおいて水素ガスを充填する充填路の開閉を行うマニュアル弁（ＩＮマニュアル弁）に具現化した一実施形態を図面に従って説明する。
【００２２】
（構成）
本実施形態のマニュアル弁が適用される水素用ガスタンクは、図１及び２に示すように、高圧水素タンク２と、栓体３とを有する。高圧水素タンク２には内外を連通する開口部２ａが形成されている。栓体３は、開口部２ａ内に挿入された栓体本体部３０をもつ。栓体本体部３０はＯリング３７により気密が保たれる。栓体本体部３０内には、高圧水素タンク２内に水素を供給する充填路４と高圧水素タンク２内から水素を外部に供給する供給路５と高圧水素タンク２の内外を電気的に接続する配線路６とが形成されている。
【００２３】
充填路４には、高圧水素タンク２の外部から内部に向けた水素ガスの流れに沿って、外部の水素ガス供給源（図略）に接続されるＩＮポート４２、本発明の弁装置が好適に適用できるＩＮマニュアル弁１０、逆止弁３８が配置され、最終的に高圧水素タンク２内に開口する開口部４１をもつ。
【００２４】
供給路５には、高圧水素タンク２の内部から外部に向けた水素の流れに沿って、電磁弁３６、ＯＵＴマニュアル弁３２、外部の水素ガス供給対象（図略）に接続されるＯＵＴポート５１が配置されている。逆止弁３８と開口部４１との間の充填路４と、外部との間に、溶接弁３２と圧抜き用のマニュアル弁３３とが並列に接続されている。
【００２５】
配線路６は栓体本体部３０の先端に設けられた温度センサ３９が生成する温度信号や電磁弁３６を制御する制御信号を伝達するための電気的な配線を収納する通路であり、それらの配線を通した状態で高圧水素タンク２の内外の気密が保たれる構造をもつ。
【００２６】
ＩＮマニュアル弁１０は、図２に示すように、栓体本体部３０に設けられた開口部３０１内に配設される。開口部３０１は外部に開口する部分から順に３段階の内径をもつ円筒状の第１〜第３空間３０１ａ、ｂ及びｃから構成され、外部に最も近い第１円筒状空間３０１ａの内周面にはねじ溝が形成されている。外部から最も遠い第３円筒状空間３０１ｃの先端部は充填路４（低圧源）に接続されている。円筒状空間３０１ａ及び３０１ｃの間の第２円筒状空間３０１ｂの側面にはＩＮポート４２（高圧源）が接続されている開口部４２１が形成されている。
【００２７】
ＩＮマニュアル弁１０は、図３に示すように、弁ハウジング１１と、その弁ハウジング１１内において軸方向に移動可能なステム１２と、ステム１２の先端部に嵌め込まれているシール部材１３と、ステム１２及び筒状空間の間の保持・気密を確保する第１プラグ１４、第１シールリング１８１、第１バックアップリング１８２、第２シールリング１８３、及び第２バックアップリング１８４と、ステム１２をシール部材１２が嵌め込まれている側と反対方向に付勢するスプリング１６と、マニュアル操作によりステム１２をシール部材１２が嵌め込まれている方向に押圧する操作ねじ１７及び第２プラグ１５とを有する。
【００２８】
弁ハウジング１１は、一端側に開口する有底円筒状の筒状空間１９と、その筒状空間１９の底部１９１（弁座）に開口する流路開口部１１１ａをもつ弁ハウジング連通孔１１１と筒状空間１９及び第２円筒状空間３０１ｂの間を接続し且つ筒状空間１９の側面に開口し第２円筒状空間３０１ｂに開口する開口部４２１と接続する連通孔１１２とを区画する部材である。底部１９１における流路開口部１１１ａの周辺部が本ＩＮマニュアル弁１０の弁座として作用する。弁ハウジング１１は第２円筒状空間３０１ｂ内に一端側を外側に向けて配設される。第２円筒状空間３０１ｂは、弁ハウジング１１に対して第３円筒状空間３０１ｃ側に逆止弁３８が配設されている。流路開口部１１１ａは逆止弁３８を介して充填路４に接続される。詳細は省略するが、弁ハウジング１１は逆止弁３８のハウジングのうちの１つと一体化されている。
【００２９】
ステム１２は一端部の先端が拡径された先太部１２２をもち、その先太部１２２が弁ハウジング１１の一端側から筒状空間１９内に挿入される。先太部１２２の外径は筒状空間１９の内径よりも僅かに小さく、水素ガスがその隙間を通過可能になっている。ステム１２の軸方向における先太部１２２の長さは筒状空間１９の長さより短い。ステム１２は軸方向の中央部１２３における外径が一定であり、後述する第１プラグ１４内にて軸方向に摺動可能になっている。ステム１２の軸方向における摺動は、先太部１２２の先端が筒状空間１９の底部１９１に当接する状態から先太部１２２が第１プラグ１４に至ってそれ以上移動できなくなるまでの間で可能である。ステム１２の他端部にはスプリング１６の一端部をステム１２の一端部側から他端部側に向けて受けスプリング１６から付勢されるフランジ部１２４が嵌め込まれている。ステム１２の一端部における先端にはシール部材１２が嵌め込み可能な空間である円筒状の収納凹部１２１が形成されている。図３に示すように、収納凹部１２１の底部近傍からからステム１２の拡径方向（軸方向に対し垂直な方向）に向けてステム連通孔１２１ａが形成されている。ステム連通孔１２１ａが形成されることで、シール部材１３とステム１２の収納凹部１２１との間にガスが溜まることが無くなる。
【００３０】
シール部材１３はステム１２や弁ハウジング１１の筒状空間１９内面よりも容易に変形可能な素材（樹脂など）から形成されており、シール部材連通孔１３１が中央に設けられたドーナッツ状の部材である。シール部材１３の外径はステム１２の収納凹部１２１の内径に相当する大きさで収納凹部１２１に嵌め込まれることで固定可能な大きさである。シール部材１３は一端面１３ａで筒状空間１９の底部１９１に当接可能であり、他端面１３ｂで収納凹部１２１の底面１２１ｂに当接している。シール部材１３に設けられたシール部材連通孔１３１の大きさは流路開口部１１１ａに当接する際に流路開口部１１１ａに相当する大きさである。流路開口部１１１ａの周辺部である一端面１３ａは流路開口部１１１ａの周囲を囲むことができ、流路開口部１１１ａ及び筒状空間１９の間をシールすることができる。筒状空間の底部１９１及び一端面１３ａの間はステム１２の軸方向（一端側）への押圧により密着することによりシール性能を発揮する。収納凹部１２１の底面１２１ｂ及び他他端面１３ｂの間は常に密着することによりシールされている。シール部材１３の軸方向の長さは収納凹部１２１の深さよりも僅かに長く、シール部材１３を収納凹部１２１内に嵌め込み、その他端面１３ｂが収納凹部１２１の底面１２１ｂに当接した状態で、僅かに一端面１３ａが収納凹部１２１から突出する。シール部材連通孔１３１の両端はそれぞれ同じ形状でテーパ状になったテーパ状部１３１ａ（一端面１３ａ側）及び１３１ｂ（他端面１３ｂ側）が形成されている。また、周辺部には同じ形状で面取りが為された面取り部１３２ａ（一端面１３ａ側）及び１３２ｂ（他端面１３ｂ側）が形成されている。
【００３１】
第１プラグ１４は弁ハウジング１１の一端側に当接し、第２円筒状空間３０１ｂの内径とほぼ同じ外形をもつ第１プラグ先端部１４１と第１円筒状空間３０１ａの内径とほぼ同じ外形をもち、外周面に第１円筒状空間３０１ａの内面に設けられたねじ溝と螺合可能なねじ溝が形成されている第１プラグ基部１４２とをもち、第１プラグ基部１４２を第１円筒状空間３０１ａ内にねじ込むことで固定される。第１プラグ１４の長さは、第１〜第３円筒状空間３０１ａ〜ｃ内にねじ込んだ後も第１円筒状空間３０１ａ内には軸方向に空間があり、後述する第２プラグ１５が挿設可能な長さである。第１プラグ先端部１４１は軸方向の中央部における外面側に弁ハウジング１１に向けて徐々に縮径する外周テーパ面１４１ａが形成されている。外周テーパ面１４１ａの軸方向両端には第２円筒状空間３０１ｂの内径と概ね同じに保たれている。第１プラグ１４の内部には軸方向に貫通する円筒状の内部空間１４３及び１４４をもつ。弁ハウジング１１側から、内部空間１４３及び１４４の順に直列に形成される。内部空間１４３は、ステム１２の中央部１２３の外径と内径が概ね同じであり、軸方向の中央部における内面側に弁ハウジング１１に向けて徐々に拡径する内周テーパ面１４３ａが形成されている。内周テーパ面１４３ａの軸方向両端にはステム１２の中央部１２３の外径と概ね同じに保たれている。内部空間１４４の内径はステム１２の中央部１２３の外径よりも大きく且つフランジ部１２４の外径と概ね同じである。
【００３２】
シールリング１８１は第１プラグ１４の第１プラグ先端部１４１の外周に設けられた外周テーパ面１４１ａ内の弁ハウジング１１側に配設され、第１プラグ１４及び第２円筒状空間３０１ｂの内周面の間をシールする。シールリング１８１に対して弁ハウジング１１側が高圧となるため、シールリング１８１は外周テーパ面１４１ａ内を第１プラグ基部１４２側に移動するが外周テーパ面１４１ａは第１プラグ基部１４２側に行くに従い、拡径するため、シールリング１８１はより密着することになりシール性能が確保される。バックアップリング１８２はシールリング１８１よりも変形し難い材料から形成される。シールリング１８１の弁ハウジング１１に対して反対側にバックアップリング１８２が設けられている。バックアップリング１８２は外周テーパ面１４１ａ及び第２円筒状空間３０１ｂの内面との間にシールリング１８１が過度に挟み込まれて損傷を受けることを防止する。
【００３３】
シールリング１８３は第１プラグ１４の第１プラグ先端部１４１の内周に設けられた内周テーパ面１４３ａ内の弁ハウジング１１側に配設され、第１プラグ１４及びステム１２の中央部１２３の外周面の間をシールする。シールリング１８３に対して弁ハウジング１１側が高圧となるため、シールリング１８３は内周テーパ面１４３ａ内を第１プラグ基部１４２側に移動するが内周テーパ面１４３ａは第１プラグ基部１４２側に行くに従い、縮径するため、シールリング１８３はより密着することになりシール性能が確保される。バックアップリング１８４はシールリング１８４よりも変形し難い材料から形成される。シールリング１８３の弁ハウジング１１に対して反対側にバックアップリング１８４が設けられている。バックアップリング１８４は内周テーパ面１４３ａ及びステム１２の中央部１２３の外面との間にシールリング１８３が過度に挟み込まれて損傷を受けることを防止する。
【００３４】
スプリング１６はステム１２の中央部１２３の外径よりも内径が大きく、第１プラグ１４の内部空間１４４の内径（そしてフランジ部１２４の外径）よりも外径が小さい。スプリング１６は中央部１２３及び内部空間１４４の間に配設され、一端が内部空間１４４から内部空間１４３に至る段差部分１４３１に当接し、他端がフランジ部１２４の中央部１２３側の側面１２４ａに当接しており、フランジ部１２４を常に弁ハウジング１１側から反対方向に付勢している。従って、スプリング１６はシール部材１３を流路開口部１１１ａから離間する方向に付勢する部材である。
【００３５】
第２プラグ１５は、第１円筒状空間３０１ａの内面に設けたねじ溝と螺合可能なねじ溝が外面に形成された円筒状の部材である。第２プラグ１５には内部に操作ねじ１７が螺合可能な内部空間１５１が形成されている。
【００３６】
操作ねじ１７は第２プラグ１５の内部空間１５１に螺合されている。操作ねじ１７の六角穴１７１にレンチを挿入して回転させることにより、螺合する程度が変化して、その先端部１７２の位置が軸方向に移動する。その先端部１７２によりステム１２のフランジ部１２４を押動させ、ステム１２を任意の位置に保持することができる。
【００３７】
（作用効果）
本実施形態のＩＮマニュアル弁１０は以上の構成を有することから以下の作用効果を発揮する。
【００３８】
まず、ＩＮマニュアル弁１０を閉じる場合について説明する。六角穴１７１にレンチを差し込み操作ねじ１７を回転させることにより操作ねじ１７をステム１２側に移動させる。すると、操作ねじ１７の先端部１７２がステム１２のフランジ部１２４を押圧し、ステム１２を弁ハウジング１１側に移動させる。ステム１２の移動に伴い、ステム１２の収納凹部１２１に嵌め込まれているシール部材１３の一端面１３ａが流路開口部１１１ａに当接する。このとき、シール部材１３の一端面１３ａが筒状空間１９の底部１９１に密着すると共に、他端面１３ｂが収納凹部１２１の底面１２１ｂに密着することで、弁ハウジング連通孔１１１及び筒状空間１９の間のシールが確保される。この場合に、テーパ状部１３１ａ及び１３１ｂ（低圧源連通可能部分における軸方向における投影部分）は同じ圧力（弁ハウジング連通孔１１１：低圧源側）に曝されており且つステム１２の軸方向に対するそれぞれの投影面積が等しいため、軸方向に加わる外力ｆ１及びｆ２は反対方向且つ同じ大きさとなり釣り合うことになる。同様に、面取り部１３２ａ及び１３２ｂ（高圧源連通可能部分における軸方向における投影部分）についても同じ圧力（筒状空間１９に連通する空間１２１ｃ及び１２１ｄ：高圧源側）に曝されており且つステム１２の軸方向に対するそれぞれの投影面積が等しいため、軸方向に加わる外力ｆ３及びｆ４も反対方向且つ同じ大きさとなり釣り合うことになる。つまり、高圧源側及び低圧源側共に外力が釣り合い、シール部材１３にはガスの圧力に起因する付勢力はいずれの方向（シール部材１３が収納凹部１２１から脱落する方向はもちろん、内部に押し込まれる方向にも）にも加わらないことになる。
【００３９】
この状態からＩＮマニュアル弁１０を開ける場合を説明する。六角穴１７１にレンチを差し込み回転させることにより、操作ねじ１７がステム１２側とは反対方向に移動する。ステム１２はそのフランジ部１２４の側面１２４ａにスプリング１６により付勢力が加えられているため、操作ねじ１７が離れていくと、その移動量に応じて、ステム１２も軸方向に移動する。そのときに、ステム１２の先端の収納凹部１２１内に嵌め込まれたシール部材１３も一緒に移動する。その結果、シール部材１３の一端面１３ａは筒状空間１９の底部１９１から離れ、弁ハウジング連通孔１１１の流路開口部１１１ａと筒状空間１９とは直接、連絡することになり、両者の圧力差に従い、水素ガスが流れていく。この場合において、先に説明したように、シール部材１３にはガスに起因する外力は加わっていないため、ステム１２の移動に伴いシール部材１３も支障なく移動できる。また、何らかの予期せぬ要因により、万が一、シール部材１３が収納凹部１２１から脱離する方向に移動したとしても、完全にシール部材１３が収納凹部１２１から脱離するまではシール部材１３としての機能を果たすことができる。すなわち、シール部材１３が底部１９１に密着し、収納凹部１２１から脱離する方向に僅かに移動した場合、流路開口部１１１ａはシール部材連通孔１３１、収納凹部１２１、そしてステム連通孔１２１ａを介して、ＩＮポート４２にまで連通可能であり、弁としての機能を果たすことができる。反対にシール部材１３が僅かに脱離した状態から、ステム１２を一端部側に移動させることにより、収納凹部１２１内にシール部材１３を迎え入れる状態になり、最終的にはシール部材１３の他端面１３ｂが収納凹部１２１の底面１２１ｂに当接・密着することになり、流路開口部１１１ａと筒状空間１９内とのシールが確保できる。
【００４０】
ここで、図５にて説明した従来技術のマニュアル弁において、本実施形態のマニュアル弁１０と同様の動作を行う場合、以下に説明する機構にて不具合が生じることがある。
【００４１】
図６に示すステム９２の先端部の拡大図に基づき説明を行う。ステム９２の先端にはシール部材９１が嵌合可能な収納凹部９２１が形成されている。収納凹部９２１の底面９２１ｂ近傍の側面には収納凹部９２１及び筒状空間９９の間を連通するステム連通孔９２１ａが形成されている。シール部材９３は大小２つの円筒を同軸状に重ね合わせた形状であり、小径部が収納凹部９２１の奥に入るように嵌め込まれる。このような構成をもつ従来技術のマニュアル弁を閉じると、筒状空間９９（高圧源側）に由来する力がシール部材９３に力ｆ５として加わることになる。弁ハウジング連通孔９１１（低圧源側）に由来する力ｆ６は力ｆ５に比べて非常に小さく（受圧面積が小さい上にガスの圧力も小さいため）、シール部材９３全体として考えると、シール部材９３を収納凹部９２１内から脱落させる方向に外力が加わることになる。ここで、高圧水素タンク２内が空である場合など、低圧源と高圧源との圧力差が大きい場合に、力ｆ５と力ｆ６との差が大きくなって、シール部材１３の外周面と収納凹部９２１の内面との間の摩擦力に打ち勝って、シール部材９３を収納凹部９２１内から実際に脱落する方向に移動することになる場合も生じる。そうすると、シール部材９３は弁ハウジング連通孔９１１を閉塞し続けることになり、弁を開くことが困難になる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施形態における水素用ガスタンクの部分断面模式図である（図２におけるＩ−Ｉ断面）。
【図２】実施形態における水素用ガスタンクの栓体の正面透視模式図である。
【図３】実施形態におけるＩＮマニュアル弁の断面図である。
【図４】実施形態におけるＩＮマニュアル弁のシール部材近傍の部分拡大断面図である。
【図５】従来技術のＩＮマニュアル弁の断面図である。
【図６】従来技術のＩＮマニュアル弁のシール部材近傍の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…ＩＮマニュアル弁
１１…弁ハウジング １１１…弁ハウジング連通孔 １１１ａ…流路開口部 １１２…連通孔 １９…筒状空間 １９１…筒状空間の底部（弁座）
１２…ステム １２１…収納凹部 １２１ａ…ステム連通孔 １２１ｂ…収納凹部の底面 １２１ｃ及び１２１ｄ…シール部材及び収納凹部の隙間の空間 １２２…先太部 １２３…中央部 １２４…フランジ部 １２４ａ…フランジ部の側面
１３…シール部材 １３ａ…一端面 １３ｂ…他端面 １３１…シール部材連通孔 １３１ａ…一端面のテーパ状部 １３１ｂ…他端面のテーパ状部 １３２ａ…一端面の面取り部 １３２ｂ…他端面の面取り部
１４…第１プラグ １４１…第１プラグ先端部 １４２…第１プラグ基部 １４３…内部空間
１５…第２プラグ １５１…内部空間
１６…スプリング
１７…操作ねじ １７１…六角穴
１８１、１８３…シールリング １８２、１８４…バックアップリング
２…高圧水素タンク ２ａ…開口部
３…栓体 ３０…栓体本体部 ３０１…開口部 ３０１ａ〜ｃ…第１〜第３円筒状空間
４…充填路 ５…供給路 ６…配線路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁装置に関し、詳しくは、水素ガスなどの高圧ガスを貯蔵するガスタンクにおけるマニュアル弁などのように、圧力差が大きい流路を遮断・開放できる弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタンクの開口部を閉塞する栓体には、ガスタンクの内部と外部とを連通する１以上の流路をもち、その流路内におけるガスの流通を制御する弁装置が設けられている。弁装置の一例として、開閉操作をマニュアル操作により行うマニュアル弁がある（特許文献１など）。
【０００３】
特許文献１に開示のマニュアル弁は、特許文献１の図３に示すように、その栓体ハウジング（１６）の外側面（１６ａ）に開口する第１凹部（２１）内に配設される。マニュアル弁（１４）は、有底筒状をなすハウジング（３５）と、ハウジング（３５）内にその軸線方向に沿って摺動可能に収容された弁体（３６）と、その弁体（３６）を操作するための操作螺子（３７）とを備えており、ハウジング（３５）は、その底部（３５ａ）が逆止弁（９）の蓋体（２６）に当接するように第１凹部（２１）内に配設されている。そして、ハウジング（３５）の底部（３５ａ）には、逆止弁（９）の貫通孔（３２）に連通される貫通孔（３８）が形成され、底部（３５ａ）近傍の側壁（３５ｂ）には第１流路（１８）に連通される貫通孔（３９）が形成されている。そして、弁体（３６）の外周には、シール部材としてＯリング（３６ｃ）が嵌装されている。弁体（３６）の先端部（３６ａ）は円錐状に形成されており弁座（４０）に対して着離する。
【０００４】
図５に示す従来技術のマニュアル弁は、有底円筒状の筒状空間９９を区画する弁ハウジング９１と、その筒状空間９９の底部に流路開口部９１１ａ（弁ハウジング連通孔９１１の一端側）が開口する弁座９９１に着離可能なシール部材９３と、そのシール部材９３を一端部に嵌め込んで保持するステム９２とから形成されており、シール部材９３が弁座９１１に着離することにより、弁の開閉を行うものである。シール部材９３はステム９２などとは異なる素材から形成でき、例えば、樹脂材料から形成することによって、弁座９１１への密着性に優れたシール部材９３とすることが可能になり、シール性に優れたマニュアル弁を提供することができる。
【特許文献１】特開２００６−１４４８４１号公報（図３など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、シール部材を設けることにより、弁座への密着性が向上することにより弁装置の性能が向上するが、弁座９１１側が低圧側、筒状空間９９側が高圧側に接続される構成を採用すると、その優れたシール性により低圧側である弁座９１１にシール部材９３が吸着してしまい、その後の弁の開閉に支障が生じる場合があった。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑み完成したものであり、ステムに嵌め込まれたシール部材を介してシールを行う際にシール部材がステムから脱落することを防止できる弁装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する請求項１に係る弁装置の特徴は、高圧源に接続される有底の筒状空間と、前記筒状空間の底部の弁座に開口する一端である流路開口部をもち且つ前記筒状空間及び低圧源の間を連通可能な弁ハウジング連通孔と、を区画する弁ハウジングと、
前記筒状空間内に配設され、前記弁座に対し着離可能に移動し、前記高圧源と前記低圧源との間を断続可能なシール部材と、
前記シール部材を嵌め込んで保持する収納凹部が一端部に形成され、軸方向に移動可能なステムと、
を有する弁装置であって、
前記シール部材は、前記弁座に密着した状態にあって、前記収納凹部内と前記低圧源との間を連通するシール部材連通孔をもつことにある。
【０００８】
上記課題を解決する請求項２に係る弁装置の特徴は、請求項１において、前記ステムは、前記収納凹部の内外を連通するステム連通孔が形成され、
前記シール部材は、前記シール部材連通孔の周囲を囲むように前記収納凹部の内面に密着し、前記収納凹部内に開口する前記ステム連通孔の開口部及び前記収納凹部の外部と、前記低圧源との間の気密を保持する密着面をもつことにある。
【０００９】
上記課題を解決する請求項３に係る弁装置の特徴は、請求項１又は２において、前記シール部材は、前記筒状空間の底部及び前記収納凹部内面に密着した状態で前記高圧源と連通可能な高圧源連通可能部分の形状が、前記高圧源連通可能部分に前記高圧源から加わる外力が前記ステムから前記シール部材が着脱可能な方向において釣り合っているか又は前記収納凹部内に押圧する方向が勝っていることにある。
【００１０】
上記課題を解決する請求項４に係る弁装置の特徴は、請求項３において、前記高圧源連通可能部分は前記着脱可能方向の前記弁座側からの投影面積が前記ステム側からの投影面積以上であることにある。
【００１１】
上記課題を解決する請求項５に係る弁装置の特徴は、請求項３において、前記シール部材は、前記筒状空間の底部及び前記収納凹部内面に密着した状態で前記低圧源と連通可能な低圧源連通可能部分の形状が、前記低圧源連通可能部分に前記低圧源から加わる外力と前記高圧源から加わる外力との和が前記ステムから前記シール部材が着脱可能な方向において釣り合っているか又は前記収納凹部内に押圧する方向が勝っていることにある。
【００１２】
上記課題を解決する請求項６に係る弁装置の特徴は、請求項１〜４の何れか１項において、前記シール部材は、前記筒状空間の底部及び前記収納凹部内面に密着した状態で前記低圧源と連通可能な低圧源連通可能部分の形状が、前記低圧源連通可能部分に前記低圧源から加わる外力が前記ステムから前記シール部材が着脱可能な方向において釣り合っているか又は前記収納凹部内に押圧する方向が勝っていることにある。
【００１３】
上記課題を解決する請求項７に係る弁装置の特徴は、請求項６において、前記低圧源連通可能部分は前記着脱可能方向の前記弁座側からの投影面積が前記ステム側からの投影面積と等しいことにある。
【００１４】
上記課題を解決する請求項８に係る弁装置の特徴は、請求項１〜７の何れか１項において、前記シール部材の形状は前記ステムの移動方向に垂直な面において面対称であることにある。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明においては、収納凹部と低圧源との間を連通するシール部材連通孔をシール部材に設けることにより、高圧源と低圧源との圧力差に起因して発生するシール部材をステムから脱離する方向での力を抑制できる。つまり、シール部材にシール部材連通孔を設けたことにより、シール部材をステムの先端部の収納凹部から脱落させる力が弱くなると共に、収納凹部内も低圧になって、ステム側にも低圧源に由来する吸引力が作用することになり、シール部材が収納凹部から脱落する虞を少なくできる。
【００１６】
請求項２に係る発明においては、ステム連通孔を形成することにより、シール部材と収納凹部との隙間と筒状空間内との間を連通させて、シール部材と収納凹部との隙間に気体が残留することが防止できる。
【００１７】
請求項３に係る発明においては、シール部材における高圧源に連通可能な部分である高圧源連通可能部分が高圧源から受ける力がシール部材が収納凹部から着脱可能な方向に対して釣り合っているか、又は、シール部材を収納凹部内に押圧する力が勝る形状とすることにより、シール部材がステムから脱落することを防止するものである。特に、請求項４に係る発明のように、高圧源連通可能部分の着脱可能方向の弁座側（シール部材を収納凹部内に押圧する側）から見た投影面積が、ステム側（シール部材を収納凹部内から脱離する方向に押圧する側）から見た投影面積以上であることにより、シール部材がステムから脱離する方向に力が加わることを抑制できる。つまり、シール部材が着脱可能方向において受ける力はそれぞれの投影面積×高圧源の圧力であるが、高圧源の圧力は両方向共に等しいため、投影面積の大小の比較のみにより、高圧源により押圧される方向が決定できる。なお、高圧源連通可能部分の投影面積はシール部材が筒状空間の底部や収納凹部の底面に密着した部分を除いて算出する。
【００１８】
請求項５に係る発明においては、高圧源連通可能部分及び低圧源連通可能部分が高圧源及び低圧源から受ける力がシール部材が収納凹部から着脱可能な方向に対して釣り合っているか、又は、シール部材を収納凹部内に押圧する力が勝る形状とすることにより、シール部材がステムから脱落することを防止するものである。
【００１９】
請求項６に係る発明においては、シール部材における低圧源に連通可能な部分である低圧源連通可能部分が低圧源から受ける力がシール部材が収納凹部から着脱可能な方向に対して釣り合っているか、又は、シール部材を収納凹部内に押圧する力が勝る形状とすることにより、シール部材がステムから脱落することを防止するものである。特に、請求項７に係る発明のように、低圧源連通可能部分の着脱可能方向の弁座側（シール部材を収納凹部外に押圧する側）から見た投影面積が、ステム側（シール部材を収納凹部内に押圧する側）から見た投影面積と等しくすることにより、シール部材がステムから脱離する方向に力が加わることを抑制できる。つまり、シール部材が着脱可能方向において受ける力は、高圧源連通可能部分と同様に、それぞれの投影面積×低圧源の圧力であるが、低圧源の圧力は両方向で等しいため、投影面積の大小のみを比較することにより、低圧源により押圧される方向が決定できる。なお、低圧源連通可能部分の投影面積はシール部材が筒状空間の底部や収納凹部の底面に密着した部分を除いて算出する。
【００２０】
請求項８に係る発明においては、シール部材の形状をステムが移動する方向に垂直な方向において面対称とすることにより、高圧源連通可能部分及び低圧源連通可能部分に高圧源及び低圧源から加えられる力が釣り合うことになり、シール部材がステムの収納凹部内から脱落することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の弁装置を水素用ガスタンクにおいて水素ガスを充填する充填路の開閉を行うマニュアル弁（ＩＮマニュアル弁）に具現化した一実施形態を図面に従って説明する。
【００２２】
（構成）
本実施形態のマニュアル弁が適用される水素用ガスタンクは、図１及び２に示すように、高圧水素タンク２と、栓体３とを有する。高圧水素タンク２には内外を連通する開口部２ａが形成されている。栓体３は、開口部２ａ内に挿入された栓体本体部３０をもつ。栓体本体部３０はＯリング３７により気密が保たれる。栓体本体部３０内には、高圧水素タンク２内に水素を供給する充填路４と高圧水素タンク２内から水素を外部に供給する供給路５と高圧水素タンク２の内外を電気的に接続する配線路６とが形成されている。
【００２３】
充填路４には、高圧水素タンク２の外部から内部に向けた水素ガスの流れに沿って、外部の水素ガス供給源（図略）に接続されるＩＮポート４２、本発明の弁装置が好適に適用できるＩＮマニュアル弁１０、逆止弁３８が配置され、最終的に高圧水素タンク２内に開口する開口部４１をもつ。
【００２４】
供給路５には、高圧水素タンク２の内部から外部に向けた水素の流れに沿って、電磁弁３６、ＯＵＴマニュアル弁３２、外部の水素ガス供給対象（図略）に接続されるＯＵＴポート５１が配置されている。逆止弁３８と開口部４１との間の充填路４と、外部との間に、溶接弁３２と圧抜き用のマニュアル弁３３とが並列に接続されている。
【００２５】
配線路６は栓体本体部３０の先端に設けられた温度センサ３９が生成する温度信号や電磁弁３６を制御する制御信号を伝達するための電気的な配線を収納する通路であり、それらの配線を通した状態で高圧水素タンク２の内外の気密が保たれる構造をもつ。
【００２６】
ＩＮマニュアル弁１０は、図２に示すように、栓体本体部３０に設けられた開口部３０１内に配設される。開口部３０１は外部に開口する部分から順に３段階の内径をもつ円筒状の第１〜第３空間３０１ａ、ｂ及びｃから構成され、外部に最も近い第１円筒状空間３０１ａの内周面にはねじ溝が形成されている。外部から最も遠い第３円筒状空間３０１ｃの先端部は充填路４（低圧源）に接続されている。円筒状空間３０１ａ及び３０１ｃの間の第２円筒状空間３０１ｂの側面にはＩＮポート４２（高圧源）が接続されている開口部４２１が形成されている。
【００２７】
ＩＮマニュアル弁１０は、図３に示すように、弁ハウジング１１と、その弁ハウジング１１内において軸方向に移動可能なステム１２と、ステム１２の先端部に嵌め込まれているシール部材１３と、ステム１２及び筒状空間の間の保持・気密を確保する第１プラグ１４、第１シールリング１８１、第１バックアップリング１８２、第２シールリング１８３、及び第２バックアップリング１８４と、ステム１２をシール部材１２が嵌め込まれている側と反対方向に付勢するスプリング１６と、マニュアル操作によりステム１２をシール部材１２が嵌め込まれている方向に押圧する操作ねじ１７及び第２プラグ１５とを有する。
【００２８】
弁ハウジング１１は、一端側に開口する有底円筒状の筒状空間１９と、その筒状空間１９の底部１９１（弁座）に開口する流路開口部１１１ａをもつ弁ハウジング連通孔１１１と筒状空間１９及び第２円筒状空間３０１ｂの間を接続し且つ筒状空間１９の側面に開口し第２円筒状空間３０１ｂに開口する開口部４２１と接続する連通孔１１２とを区画する部材である。底部１９１における流路開口部１１１ａの周辺部が本ＩＮマニュアル弁１０の弁座として作用する。弁ハウジング１１は第２円筒状空間３０１ｂ内に一端側を外側に向けて配設される。第２円筒状空間３０１ｂは、弁ハウジング１１に対して第３円筒状空間３０１ｃ側に逆止弁３８が配設されている。流路開口部１１１ａは逆止弁３８を介して充填路４に接続される。詳細は省略するが、弁ハウジング１１は逆止弁３８のハウジングのうちの１つと一体化されている。
【００２９】
ステム１２は一端部の先端が拡径された先太部１２２をもち、その先太部１２２が弁ハウジング１１の一端側から筒状空間１９内に挿入される。先太部１２２の外径は筒状空間１９の内径よりも僅かに小さく、水素ガスがその隙間を通過可能になっている。ステム１２の軸方向における先太部１２２の長さは筒状空間１９の長さより短い。ステム１２は軸方向の中央部１２３における外径が一定であり、後述する第１プラグ１４内にて軸方向に摺動可能になっている。ステム１２の軸方向における摺動は、先太部１２２の先端が筒状空間１９の底部１９１に当接する状態から先太部１２２が第１プラグ１４に至ってそれ以上移動できなくなるまでの間で可能である。ステム１２の他端部にはスプリング１６の一端部をステム１２の一端部側から他端部側に向けて受けスプリング１６から付勢されるフランジ部１２４が嵌め込まれている。ステム１２の一端部における先端にはシール部材１２が嵌め込み可能な空間である円筒状の収納凹部１２１が形成されている。図３に示すように、収納凹部１２１の底部近傍からからステム１２の拡径方向（軸方向に対し垂直な方向）に向けてステム連通孔１２１ａが形成されている。ステム連通孔１２１ａが形成されることで、シール部材１３とステム１２の収納凹部１２１との間にガスが溜まることが無くなる。
【００３０】
シール部材１３はステム１２や弁ハウジング１１の筒状空間１９内面よりも容易に変形可能な素材（樹脂など）から形成されており、シール部材連通孔１３１が中央に設けられたドーナッツ状の部材である。シール部材１３の外径はステム１２の収納凹部１２１の内径に相当する大きさで収納凹部１２１に嵌め込まれることで固定可能な大きさである。シール部材１３は一端面１３ａで筒状空間１９の底部１９１に当接可能であり、他端面１３ｂで収納凹部１２１の底面１２１ｂに当接している。シール部材１３に設けられたシール部材連通孔１３１の大きさは流路開口部１１１ａに当接する際に流路開口部１１１ａに相当する大きさである。流路開口部１１１ａの周辺部である一端面１３ａは流路開口部１１１ａの周囲を囲むことができ、流路開口部１１１ａ及び筒状空間１９の間をシールすることができる。筒状空間の底部１９１及び一端面１３ａの間はステム１２の軸方向（一端側）への押圧により密着することによりシール性能を発揮する。収納凹部１２１の底面１２１ｂ及び他他端面１３ｂの間は常に密着することによりシールされている。シール部材１３の軸方向の長さは収納凹部１２１の深さよりも僅かに長く、シール部材１３を収納凹部１２１内に嵌め込み、その他端面１３ｂが収納凹部１２１の底面１２１ｂに当接した状態で、僅かに一端面１３ａが収納凹部１２１から突出する。シール部材連通孔１３１の両端はそれぞれ同じ形状でテーパ状になったテーパ状部１３１ａ（一端面１３ａ側）及び１３１ｂ（他端面１３ｂ側）が形成されている。また、周辺部には同じ形状で面取りが為された面取り部１３２ａ（一端面１３ａ側）及び１３２ｂ（他端面１３ｂ側）が形成されている。
【００３１】
第１プラグ１４は弁ハウジング１１の一端側に当接し、第２円筒状空間３０１ｂの内径とほぼ同じ外形をもつ第１プラグ先端部１４１と第１円筒状空間３０１ａの内径とほぼ同じ外形をもち、外周面に第１円筒状空間３０１ａの内面に設けられたねじ溝と螺合可能なねじ溝が形成されている第１プラグ基部１４２とをもち、第１プラグ基部１４２を第１円筒状空間３０１ａ内にねじ込むことで固定される。第１プラグ１４の長さは、第１〜第３円筒状空間３０１ａ〜ｃ内にねじ込んだ後も第１円筒状空間３０１ａ内には軸方向に空間があり、後述する第２プラグ１５が挿設可能な長さである。第１プラグ先端部１４１は軸方向の中央部における外面側に弁ハウジング１１に向けて徐々に縮径する外周テーパ面１４１ａが形成されている。外周テーパ面１４１ａの軸方向両端には第２円筒状空間３０１ｂの内径と概ね同じに保たれている。第１プラグ１４の内部には軸方向に貫通する円筒状の内部空間１４３及び１４４をもつ。弁ハウジング１１側から、内部空間１４３及び１４４の順に直列に形成される。内部空間１４３は、ステム１２の中央部１２３の外径と内径が概ね同じであり、軸方向の中央部における内面側に弁ハウジング１１に向けて徐々に拡径する内周テーパ面１４３ａが形成されている。内周テーパ面１４３ａの軸方向両端にはステム１２の中央部１２３の外径と概ね同じに保たれている。内部空間１４４の内径はステム１２の中央部１２３の外径よりも大きく且つフランジ部１２４の外径と概ね同じである。
【００３２】
シールリング１８１は第１プラグ１４の第１プラグ先端部１４１の外周に設けられた外周テーパ面１４１ａ内の弁ハウジング１１側に配設され、第１プラグ１４及び第２円筒状空間３０１ｂの内周面の間をシールする。シールリング１８１に対して弁ハウジング１１側が高圧となるため、シールリング１８１は外周テーパ面１４１ａ内を第１プラグ基部１４２側に移動するが外周テーパ面１４１ａは第１プラグ基部１４２側に行くに従い、拡径するため、シールリング１８１はより密着することになりシール性能が確保される。バックアップリング１８２はシールリング１８１よりも変形し難い材料から形成される。シールリング１８１の弁ハウジング１１に対して反対側にバックアップリング１８２が設けられている。バックアップリング１８２は外周テーパ面１４１ａ及び第２円筒状空間３０１ｂの内面との間にシールリング１８１が過度に挟み込まれて損傷を受けることを防止する。
【００３３】
シールリング１８３は第１プラグ１４の第１プラグ先端部１４１の内周に設けられた内周テーパ面１４３ａ内の弁ハウジング１１側に配設され、第１プラグ１４及びステム１２の中央部１２３の外周面の間をシールする。シールリング１８３に対して弁ハウジング１１側が高圧となるため、シールリング１８３は内周テーパ面１４３ａ内を第１プラグ基部１４２側に移動するが内周テーパ面１４３ａは第１プラグ基部１４２側に行くに従い、縮径するため、シールリング１８３はより密着することになりシール性能が確保される。バックアップリング１８４はシールリング１８４よりも変形し難い材料から形成される。シールリング１８３の弁ハウジング１１に対して反対側にバックアップリング１８４が設けられている。バックアップリング１８４は内周テーパ面１４３ａ及びステム１２の中央部１２３の外面との間にシールリング１８３が過度に挟み込まれて損傷を受けることを防止する。
【００３４】
スプリング１６はステム１２の中央部１２３の外径よりも内径が大きく、第１プラグ１４の内部空間１４４の内径（そしてフランジ部１２４の外径）よりも外径が小さい。スプリング１６は中央部１２３及び内部空間１４４の間に配設され、一端が内部空間１４４から内部空間１４３に至る段差部分１４３１に当接し、他端がフランジ部１２４の中央部１２３側の側面１２４ａに当接しており、フランジ部１２４を常に弁ハウジング１１側から反対方向に付勢している。従って、スプリング１６はシール部材１３を流路開口部１１１ａから離間する方向に付勢する部材である。
【００３５】
第２プラグ１５は、第１円筒状空間３０１ａの内面に設けたねじ溝と螺合可能なねじ溝が外面に形成された円筒状の部材である。第２プラグ１５には内部に操作ねじ１７が螺合可能な内部空間１５１が形成されている。
【００３６】
操作ねじ１７は第２プラグ１５の内部空間１５１に螺合されている。操作ねじ１７の六角穴１７１にレンチを挿入して回転させることにより、螺合する程度が変化して、その先端部１７２の位置が軸方向に移動する。その先端部１７２によりステム１２のフランジ部１２４を押動させ、ステム１２を任意の位置に保持することができる。
【００３７】
（作用効果）
本実施形態のＩＮマニュアル弁１０は以上の構成を有することから以下の作用効果を発揮する。
【００３８】
まず、ＩＮマニュアル弁１０を閉じる場合について説明する。六角穴１７１にレンチを差し込み操作ねじ１７を回転させることにより操作ねじ１７をステム１２側に移動させる。すると、操作ねじ１７の先端部１７２がステム１２のフランジ部１２４を押圧し、ステム１２を弁ハウジング１１側に移動させる。ステム１２の移動に伴い、ステム１２の収納凹部１２１に嵌め込まれているシール部材１３の一端面１３ａが流路開口部１１１ａに当接する。このとき、シール部材１３の一端面１３ａが筒状空間１９の底部１９１に密着すると共に、他端面１３ｂが収納凹部１２１の底面１２１ｂに密着することで、弁ハウジング連通孔１１１及び筒状空間１９の間のシールが確保される。この場合に、テーパ状部１３１ａ及び１３１ｂ（低圧源連通可能部分における軸方向における投影部分）は同じ圧力（弁ハウジング連通孔１１１：低圧源側）に曝されており且つステム１２の軸方向に対するそれぞれの投影面積が等しいため、軸方向に加わる外力ｆ１及びｆ２は反対方向且つ同じ大きさとなり釣り合うことになる。同様に、面取り部１３２ａ及び１３２ｂ（高圧源連通可能部分における軸方向における投影部分）についても同じ圧力（筒状空間１９に連通する空間１２１ｃ及び１２１ｄ：高圧源側）に曝されており且つステム１２の軸方向に対するそれぞれの投影面積が等しいため、軸方向に加わる外力ｆ３及びｆ４も反対方向且つ同じ大きさとなり釣り合うことになる。つまり、高圧源側及び低圧源側共に外力が釣り合い、シール部材１３にはガスの圧力に起因する付勢力はいずれの方向（シール部材１３が収納凹部１２１から脱落する方向はもちろん、内部に押し込まれる方向にも）にも加わらないことになる。
【００３９】
この状態からＩＮマニュアル弁１０を開ける場合を説明する。六角穴１７１にレンチを差し込み回転させることにより、操作ねじ１７がステム１２側とは反対方向に移動する。ステム１２はそのフランジ部１２４の側面１２４ａにスプリング１６により付勢力が加えられているため、操作ねじ１７が離れていくと、その移動量に応じて、ステム１２も軸方向に移動する。そのときに、ステム１２の先端の収納凹部１２１内に嵌め込まれたシール部材１３も一緒に移動する。その結果、シール部材１３の一端面１３ａは筒状空間１９の底部１９１から離れ、弁ハウジング連通孔１１１の流路開口部１１１ａと筒状空間１９とは直接、連絡することになり、両者の圧力差に従い、水素ガスが流れていく。この場合において、先に説明したように、シール部材１３にはガスに起因する外力は加わっていないため、ステム１２の移動に伴いシール部材１３も支障なく移動できる。また、何らかの予期せぬ要因により、万が一、シール部材１３が収納凹部１２１から脱離する方向に移動したとしても、完全にシール部材１３が収納凹部１２１から脱離するまではシール部材１３としての機能を果たすことができる。すなわち、シール部材１３が底部１９１に密着し、収納凹部１２１から脱離する方向に僅かに移動した場合、流路開口部１１１ａはシール部材連通孔１３１、収納凹部１２１、そしてステム連通孔１２１ａを介して、ＩＮポート４２にまで連通可能であり、弁としての機能を果たすことができる。反対にシール部材１３が僅かに脱離した状態から、ステム１２を一端部側に移動させることにより、収納凹部１２１内にシール部材１３を迎え入れる状態になり、最終的にはシール部材１３の他端面１３ｂが収納凹部１２１の底面１２１ｂに当接・密着することになり、流路開口部１１１ａと筒状空間１９内とのシールが確保できる。
【００４０】
ここで、図５にて説明した従来技術のマニュアル弁において、本実施形態のマニュアル弁１０と同様の動作を行う場合、以下に説明する機構にて不具合が生じることがある。
【００４１】
図６に示すステム９２の先端部の拡大図に基づき説明を行う。ステム９２の先端にはシール部材９１が嵌合可能な収納凹部９２１が形成されている。収納凹部９２１の底面９２１ｂ近傍の側面には収納凹部９２１及び筒状空間９９の間を連通するステム連通孔９２１ａが形成されている。シール部材９３は大小２つの円筒を同軸状に重ね合わせた形状であり、小径部が収納凹部９２１の奥に入るように嵌め込まれる。このような構成をもつ従来技術のマニュアル弁を閉じると、筒状空間９９（高圧源側）に由来する力がシール部材９３に力ｆ５として加わることになる。弁ハウジング連通孔９１１（低圧源側）に由来する力ｆ６は力ｆ５に比べて非常に小さく（受圧面積が小さい上にガスの圧力も小さいため）、シール部材９３全体として考えると、シール部材９３を収納凹部９２１内から脱落させる方向に外力が加わることになる。ここで、高圧水素タンク２内が空である場合など、低圧源と高圧源との圧力差が大きい場合に、力ｆ５と力ｆ６との差が大きくなって、シール部材１３の外周面と収納凹部９２１の内面との間の摩擦力に打ち勝って、シール部材９３を収納凹部９２１内から実際に脱落する方向に移動することになる場合も生じる。そうすると、シール部材９３は弁ハウジング連通孔９１１を閉塞し続けることになり、弁を開くことが困難になる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施形態における水素用ガスタンクの部分断面模式図である（図２におけるＩ−Ｉ断面）。
【図２】実施形態における水素用ガスタンクの栓体の正面透視模式図である。
【図３】実施形態におけるＩＮマニュアル弁の断面図である。
【図４】実施形態におけるＩＮマニュアル弁のシール部材近傍の部分拡大断面図である。
【図５】従来技術のＩＮマニュアル弁の断面図である。
【図６】従来技術のＩＮマニュアル弁のシール部材近傍の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…ＩＮマニュアル弁
１１…弁ハウジング １１１…弁ハウジング連通孔 １１１ａ…流路開口部 １１２…連通孔 １９…筒状空間 １９１…筒状空間の底部（弁座）
１２…ステム １２１…収納凹部 １２１ａ…ステム連通孔 １２１ｂ…収納凹部の底面 １２１ｃ及び１２１ｄ…シール部材及び収納凹部の隙間の空間 １２２…先太部 １２３…中央部 １２４…フランジ部 １２４ａ…フランジ部の側面
１３…シール部材 １３ａ…一端面 １３ｂ…他端面 １３１…シール部材連通孔 １３１ａ…一端面のテーパ状部 １３１ｂ…他端面のテーパ状部 １３２ａ…一端面の面取り部 １３２ｂ…他端面の面取り部
１４…第１プラグ １４１…第１プラグ先端部 １４２…第１プラグ基部 １４３…内部空間
１５…第２プラグ １５１…内部空間
１６…スプリング
１７…操作ねじ １７１…六角穴
１８１、１８３…シールリング １８２、１８４…バックアップリング
２…高圧水素タンク ２ａ…開口部
３…栓体 ３０…栓体本体部 ３０１…開口部 ３０１ａ〜ｃ…第１〜第３円筒状空間
４…充填路 ５…供給路 ６…配線路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧源に接続される有底の筒状空間と、前記筒状空間の底部の弁座に開口する一端である流路開口部をもち且つ前記筒状空間及び低圧源の間を連通可能な弁ハウジング連通孔と、を区画する弁ハウジングと、
前記筒状空間内に配設され、前記弁座に対し着離可能に移動し、前記高圧源と前記低圧源との間を断続可能なシール部材と、
前記シール部材を嵌め込んで保持する収納凹部が一端部に形成され、軸方向に移動可能なステムと、
を有する弁装置であって、
前記シール部材は、前記弁座に密着した状態にあって、前記収納凹部内と前記低圧源との間を連通するシール部材連通孔をもつことを特徴とする弁装置。
【請求項２】
前記ステムは、前記収納凹部の内外を連通するステム連通孔が形成され、
前記シール部材は、前記シール部材連通孔の周囲を囲むように前記収納凹部の内面に密着し、前記収納凹部内に開口する前記ステム連通孔の開口部及び前記収納凹部の外部と、前記低圧源との間の気密を保持する密着面をもつ請求項１に記載の弁装置。
【請求項３】
前記シール部材は、前記筒状空間の底部及び前記収納凹部内面に密着した状態で前記高圧源と連通可能な高圧源連通可能部分の形状が、前記高圧源連通可能部分に前記高圧源から加わる外力が前記ステムから前記シール部材が着脱可能な方向において釣り合っているか又は前記収納凹部内に押圧する方向が勝っている請求項１又は２に記載の弁装置。
【請求項４】
前記高圧源連通可能部分は前記着脱可能方向の前記弁座側からの投影面積が前記ステム側からの投影面積以上である請求項３に記載の弁装置。
【請求項５】
前記シール部材は、前記筒状空間の底部及び前記収納凹部内面に密着した状態で前記低圧源と連通可能な低圧源連通可能部分の形状が、前記低圧源連通可能部分に前記低圧源から加わる外力と前記高圧源から加わる外力との和が前記ステムから前記シール部材が着脱可能な方向において釣り合っているか又は前記収納凹部内に押圧する方向が勝っている請求項３に記載の弁装置。
【請求項６】
前記シール部材は、前記筒状空間の底部及び前記収納凹部内面に密着した状態で前記低圧源と連通可能な低圧源連通可能部分の形状が、前記低圧源連通可能部分に前記低圧源から加わる外力が前記ステムから前記シール部材が着脱可能な方向において釣り合っているか又は前記収納凹部内に押圧する方向が勝っている請求項１〜４の何れか１項に記載の弁装置。
【請求項７】
前記低圧源連通可能部分は前記着脱可能方向の前記弁座側からの投影面積が前記ステム側からの投影面積と等しい請求項６に記載の弁装置。
【請求項８】
前記シール部材の形状は前記ステムの移動方向に垂直な面において面対称である請求項１〜７の何れか１項に記載の弁装置。
【請求項１】
高圧源に接続される有底の筒状空間と、前記筒状空間の底部の弁座に開口する一端である流路開口部をもち且つ前記筒状空間及び低圧源の間を連通可能な弁ハウジング連通孔と、を区画する弁ハウジングと、
前記筒状空間内に配設され、前記弁座に対し着離可能に移動し、前記高圧源と前記低圧源との間を断続可能なシール部材と、
前記シール部材を嵌め込んで保持する収納凹部が一端部に形成され、軸方向に移動可能なステムと、
を有する弁装置であって、
前記シール部材は、前記弁座に密着した状態にあって、前記収納凹部内と前記低圧源との間を連通するシール部材連通孔をもつことを特徴とする弁装置。
【請求項２】
前記ステムは、前記収納凹部の内外を連通するステム連通孔が形成され、
前記シール部材は、前記シール部材連通孔の周囲を囲むように前記収納凹部の内面に密着し、前記収納凹部内に開口する前記ステム連通孔の開口部及び前記収納凹部の外部と、前記低圧源との間の気密を保持する密着面をもつ請求項１に記載の弁装置。
【請求項３】
前記シール部材は、前記筒状空間の底部及び前記収納凹部内面に密着した状態で前記高圧源と連通可能な高圧源連通可能部分の形状が、前記高圧源連通可能部分に前記高圧源から加わる外力が前記ステムから前記シール部材が着脱可能な方向において釣り合っているか又は前記収納凹部内に押圧する方向が勝っている請求項１又は２に記載の弁装置。
【請求項４】
前記高圧源連通可能部分は前記着脱可能方向の前記弁座側からの投影面積が前記ステム側からの投影面積以上である請求項３に記載の弁装置。
【請求項５】
前記シール部材は、前記筒状空間の底部及び前記収納凹部内面に密着した状態で前記低圧源と連通可能な低圧源連通可能部分の形状が、前記低圧源連通可能部分に前記低圧源から加わる外力と前記高圧源から加わる外力との和が前記ステムから前記シール部材が着脱可能な方向において釣り合っているか又は前記収納凹部内に押圧する方向が勝っている請求項３に記載の弁装置。
【請求項６】
前記シール部材は、前記筒状空間の底部及び前記収納凹部内面に密着した状態で前記低圧源と連通可能な低圧源連通可能部分の形状が、前記低圧源連通可能部分に前記低圧源から加わる外力が前記ステムから前記シール部材が着脱可能な方向において釣り合っているか又は前記収納凹部内に押圧する方向が勝っている請求項１〜４の何れか１項に記載の弁装置。
【請求項７】
前記低圧源連通可能部分は前記着脱可能方向の前記弁座側からの投影面積が前記ステム側からの投影面積と等しい請求項６に記載の弁装置。
【請求項８】
前記シール部材の形状は前記ステムの移動方向に垂直な面において面対称である請求項１〜７の何れか１項に記載の弁装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２８１５１０（Ｐ２００９−２８１５１０Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３４５３０（Ｐ２００８−１３４５３０）
【出願日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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