減圧弁
【課題】 弁体による通過孔の閉塞状態で通過孔からの流体の漏れを防止できる減圧弁を得る。
【解決手段】 本電磁弁１０では、ソレノイド本体８８に対する通電が遮断されてソレノイド本体８８の周囲及び内側に形成されていた磁界が解消されると、プランジャ９２がシャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３によって上昇する。これにより、プランジャ９２の押圧部９８が弁体５８を下側からシャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３に基づく押圧力で弁体５８を下から押し上げる。このように、弁体５８が押し上げられることで、弁体５８の上端側は通過孔４８の内周部に密着し、これにより、通過孔４８が密閉される。このため、一次圧室５０から二次圧室５２への水素ガスの漏れ（ガス圧の漏れ）を確実に防止でき、二次圧室５２側の不用意な圧力上昇を確実に防止できる。
【解決手段】 本電磁弁１０では、ソレノイド本体８８に対する通電が遮断されてソレノイド本体８８の周囲及び内側に形成されていた磁界が解消されると、プランジャ９２がシャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３によって上昇する。これにより、プランジャ９２の押圧部９８が弁体５８を下側からシャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３に基づく押圧力で弁体５８を下から押し上げる。このように、弁体５８が押し上げられることで、弁体５８の上端側は通過孔４８の内周部に密着し、これにより、通過孔４８が密閉される。このため、一次圧室５０から二次圧室５２への水素ガスの漏れ（ガス圧の漏れ）を確実に防止でき、二次圧室５２側の不用意な圧力上昇を確実に防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス等の流体の二次圧を一次圧に対して減圧する減圧弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の動力用エネルギー源等として実用的な所謂燃料電池の開発が進められている。この燃料電池は、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電するシステムであり、その一例としては、固体高分子型燃料電池がある。この固体高分子型燃料電池は、複数のセルを積層することで構成されたスタックを備えている。スタックを構成するセルは、アノード（燃料極）とカソード（空気極）とを備えており、これらのアノードとカソードとの間には、イオン交換基としてスルフォン酸基を有する固体高分子電解質膜が介在している。
【０００３】
アノードには水素を含む燃料ガスが供給され、カソードには酸化剤として酸素を含むガス、一例として空気が供給される。アノードに燃料ガスが供給されることで、燃料ガスに含まれる水素がアノードを構成する触媒層の触媒と反応し、これによって水素イオンが発生する。発生した水素イオンは固体高分子電解質膜を通過して、カソードで酸素と電気化学反応を起す。この電気化学反応により発電される構成となっている。
【０００４】
ところで、燃料電池には、上記のように水素を含む燃料ガスが用いられるが、このような燃料を搭載するための燃料の形態には、液体、固体、気体等の各種形態が検討されている。このような形態のうち、最も簡便な方法としては、水素ガスを高圧で貯蔵する方法や圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を高圧で貯蔵して更に改質して水素リッチの二酸化炭素との混合ガスとして燃料電池に供給する方法が考えられている。
【０００５】
上記のような水素ガスや圧縮天然ガスは、低圧では体積が大きくなってしまう。このため、限られた車両のスペースに搭載するにあたり、炭素繊維複合材料で製造したタンクに、３５ＭＰａや７０ＭＰａと言った超高圧の状態で貯蔵される。
【０００６】
一方、高圧水素を燃料として用いる燃料電池システムでは、数十ミクロンの電解質膜を隔てて水素と空気とが供給される。このため、水素と空気との間の圧力差を小さくすることが要求される。これに応じて、仮に、空気の圧力を上げると圧縮動力が増加して総合した効率が低下する。このことから、固体高分子型燃料電池では水素の圧力を０．３ＭＰａまで低下させて作動させることが一般的である。
【０００７】
したがって、上記のように、３５ＭＰａや７０ＭＰａと言った超高圧の状態でタンクに貯蔵された水素を、例えば、下記特許文献１に開示されているような減圧弁によって減圧して燃料電池に供給することになる。
【０００８】
また、上記の圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を用いる場合でも、改質した混合ガスを低圧にすることで反応が進む傾向があるため、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）も水素と同様に、超高圧の状態でタンクに貯蔵して、減圧弁によって減圧して燃料電池に供給することが考えられている。
【０００９】
このようなガスタンクに用いられる減圧弁は、通過孔（通気孔）よりも弁体側である一次圧室に供給されたガスの圧力と、弁保持スプリングの付勢力の合力が、通過孔を介して弁体とは反対側に設けられたピストンを付勢する調圧スプリングの付勢力よりも小さければ弁体がピストンに押圧されて通過孔から離間し、これにより、通過孔が開放される構造である。
【００１０】
また、通過孔が開放されて通過孔よりもピストン側の二次圧室にガスが流れ込むと、二次圧室内のガス圧がピストンに対して調圧スプリングの付勢力とは反対側に作用する。このため、ピストンを通過孔側に付勢する力が減少する。これにより、ピストンが弁体に付与する押圧力が減少すると、弁体は上記の合力で通過孔に接近して通過孔を閉塞する。
【００１１】
このようにして、一次圧室側でピストンに付与される力と二次圧室側で弁体に付与される力とのバランスでガスの圧力が減圧されて二次圧室から外部、例えば、燃料電池システムに供給される。
【特許文献１】特開平１１−１６６６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、例えば、燃料電池システムを停止させて、減圧弁よりも下流側の電磁弁を閉めて燃料ガスの流れを止めると、減圧弁は、その構造上、弁体の接圧が「０」の状態で弁体が通過孔を閉塞する。
【００１３】
現実的には、このような接圧が「０」の状態では、一次圧室側から二次圧室側に燃料ガスが漏れ、二次圧室でのガス圧が上昇してしまう。二次圧室でのガス圧が上昇することで、弁体が通過孔を閉塞する圧力が上昇するため、これにより、通過孔が密閉される。しかしながら、このように二次圧室側のガス圧が上昇した状態で燃料電池システムの運転を再開するために、電磁弁を開放すると、高圧の波動が一瞬配管を通り、その下流の燃料電池システムに高圧の波動が流入する。このような高圧の波動が燃料電池システムに流入すると、燃料電池システムを構成する機器を損傷したり、異常な音が周囲に聞こえると言う問題がある。
【００１４】
また、仮に、減圧弁の上流側に電磁弁を設けても、減圧弁と電磁弁との間の高圧ガスが減圧弁から漏れて二次圧が上昇するため、上記の問題と同様の問題が発生する可能性がある。
【００１５】
本発明は、上記事実を考慮して、弁体による通過孔の閉塞状態で通過孔からの流体の漏れを防止できる減圧弁を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載の本発明に係る減圧弁は、流体が通過する通過孔よりも前記流体の上流側で前記通過孔に対して接離移動可能に設けられると共に、前記通過孔側への第１付勢力により前記通過孔側へ付勢され、前記通過孔よりも前記流体の上流側での前記流体の圧力である一次圧と前記第１付勢力との一次圧側合力で前記通過孔に接近移動することで前記通過孔を閉塞する弁体と、前記通過孔よりも前記流体の下流側で且つ前記通過孔を介して前記弁体とは反対側で、前記通過孔に対して接離移動可能に設けられると共に、前記通過孔から離間する方向への第２付勢力により付勢され、前記第２付勢力と前記通過孔よりも前記流体の下流側での流体の圧力である二次圧と前記第２付勢力との二次圧側合力が前記一次圧側合力を上回ることで前記弁体を前記通過孔から離間させる調圧部材と、前記弁体に対して干渉及び当該干渉の解除が可能で、前記弁体に対する干渉状態で前記通過孔から離間する方向への前記弁体の移動を規制する干渉手段と、を備えている。
【００１７】
請求項１に記載の本発明に係る減圧弁によれば、通過孔に対して接離移動可能な弁体が第１付勢力と、通過孔よりも流体の上流側における一次圧との一次圧側合力によって通過孔側へ接近することで通過孔が弁体によって閉塞される（以下、弁体により通過孔が閉塞された状態を便宜上「閉塞状態」と称する）。
【００１８】
一方、通過孔を介して弁体とは反対側には、調圧部材が弁体に対して接離移動可能に設けられている。但し、調圧部材には通過孔よりも流体の下流側での二次圧が弁体から調圧部材を離間させる方向に作用しており、この二次圧と、二次圧に対抗して調圧部材を通過孔側へ向けて付勢する第２付勢力との二次圧側合力が上記の一次圧側合力を上回ると、弁体が通過孔から離間して通過孔が開放される。
【００１９】
このようにして、通過孔が開放されると、流体が通過孔を通過して下流側へと流れる。さらに、流体が通過孔を通過することで二次圧が上昇する。上記のように、二次圧は弁体を通過孔側へ付勢する第２付勢力とは反対方向に弁体に作用するため、二次圧が上昇することで二次圧側合力が減少する。
【００２０】
このように二次圧側合力が減少して、二次圧側合力が一次圧側合力を均衡すると、一次圧側合力によって弁体が通過孔に接近し、これにより、通過孔が閉塞される。
【００２１】
すなわち、本発明に係る減圧弁は、二次圧が所定の大きさ未満の場合にのみ弁体による通過孔の閉塞が解除されるため、減圧動作を行って流体が流れている状態では流体の二次圧が所定の大きさ未満になる。
【００２２】
一方、本発明に係る減圧弁では、干渉手段によって弁体が干渉されると、通過孔から離間する方向への弁体の移動が干渉手段によって規制される。閉塞状態で通過孔から離間する方向への弁体の移動が規制されると、基本的には二次圧側合力と一次圧側合力との差異に拘わらず閉塞状態が維持されて通過孔が密閉される。
【００２３】
このため、仮に、一次圧が比較的に高圧であっても弁体による通過孔のシール性を向上でき、閉塞状態における一次圧の漏れを防止できる。このように一次圧の漏れを防止できることで、閉塞状態で二次圧が上昇してしまうことを防止できる。
【００２４】
また、減圧弁と電磁弁とが別々に設けられていた従来の構成とは異なり、本発明に係る減圧弁は弁体を加圧して一次圧の漏れを防止するため、減圧弁と電磁弁との間の高圧ガスが減圧弁から二次側に漏れることはなく、このような高圧ガスの二次側への漏れに起因するトラブル（不具合）を発生させることがない。
【００２５】
請求項２に記載の本発明に係る減圧弁は、請求項１に記載の本発明において、前記弁体に対する前記干渉手段の干渉状態で、前記干渉手段が前記弁体を前記通過孔側へ押圧する、ことを特徴としている。
【００２６】
請求項２に記載の本発明に係る減圧弁によれば、干渉手段が弁体に干渉した状態では、干渉手段によって弁体が通過孔側へ押圧される。
【００２７】
このため、閉塞状態では、二次圧側合力と一次圧側合力とが均衡して弁体が通過孔を閉塞した状態で、更に、干渉手段が干渉して干渉手段からの押圧力が弁体に付与されることで、単に通過孔や通過孔の周囲に弁体が当接して通過孔を閉塞するのではなく、弁体が通過孔や通過孔の周囲に押し付けられて、通過孔や通過孔の周囲に弁体が圧接される。
【００２８】
これにより、通過孔が確実に密閉され、一次圧の漏れを効果的に防止できる。
【００２９】
請求項３に記載の本発明に係る減圧弁は、請求項１又は請求項２に記載の本発明において、前記通過孔に対する前記弁体の接離移動方向に沿って前記弁体の前記通過孔とは反対側で、前記弁体に対して接離移動可能に設けられ、前記弁体に対する接近移動により前記弁体に接触して干渉する干渉部材と、前記弁体に対して接近する方向及び離間する方向の少なくとも何れか一方へ向けて前記干渉部材を移動させる駆動手段と、を含めて前記干渉手段を構成した、ことを特徴としている。
【００３０】
請求項３に記載の本発明に係る減圧弁によれば、通過孔に対する弁体の接離移動方向に沿って弁体の通過孔とは反対側に、干渉手段を構成する干渉部材が弁体に対して接離移動可能に設けられている。干渉部材は駆動手段が作動することで、弁体に対して接近する方向及び離間する方向の少なくとも何れか一方に移動する。
【００３１】
駆動手段が作動することで、干渉部材が弁体に接近する方向に移動するのであれば、駆動手段が作動することで干渉部材が弁体に干渉する。したがって、流体の送給を停止する場合には、本発明に係る減圧弁よりも流体の下流側に設けられたバルブ等を締めると共に、駆動手段を作動させれば、弁体の通過孔とは反対側から干渉部材が弁体に干渉し、これにより、閉塞状態における一次圧の漏れを防止できる。
【００３２】
これに対して、駆動手段が作動することで、干渉部材が弁体から離間する方向に移動するのであれば、駆動手段が作動することで弁体に対する干渉部材の干渉が解除される。したがって、流体の送給を行なう場合には、本発明に係る減圧弁よりも流体の下流側に設けられたバルブ等を緩めて二次圧を低下させると共に、駆動手段を作動させれば、二次圧側合力が一次圧側合力よりも小さくなり、弁体が開放され、二次圧を所定の圧力未満に低下させた状態で流体を送給できる。
【００３３】
請求項４に記載の本発明に係る減圧弁は、請求項３に記載の本発明において、前記干渉部材を前記弁体に接近する方向又は前記弁体から離間する方向に付勢する付勢手段を備えると共に、前記付勢手段による前記干渉部材の付勢方向とは反対方向へのみ前記駆動手段が前記干渉部材を移動させる、ことを特徴としている。
【００３４】
請求項４に記載の本発明に係る減圧弁によれば、干渉部材が付勢手段によって弁体に接近する方向又は弁体から離間する方向の何れか一方に付勢される。
【００３５】
したがって、付勢手段が干渉部材を弁体に接近させる方向に付勢するのであれば、基本的には付勢手段の付勢力によって干渉部材が弁体に接近しており、弁体が干渉部材によって干渉される。
【００３６】
これに対して、付勢手段が干渉部材を弁体から離間させる方向に付勢するのであれば、基本的には付勢手段の付勢力によって干渉部材が弁体から離間しており、干渉部材による弁体への干渉が解除されている。
【００３７】
一方、本発明に係る減圧弁では、駆動手段は作動することで上記の付勢手段による干渉部材の付勢方向とは反対方向に干渉部材を移動させる。
【００３８】
したがって、付勢手段が干渉部材を弁体に接近させる方向に付勢するのであれば、付勢手段の付勢力によって干渉部材が弁体に接近しており、弁体が干渉部材によって干渉された状態で駆動手段が作動すると、駆動手段の駆動力が付勢手段の付勢力に抗して干渉部材を弁体から離間させる。これにより、弁体に対する干渉部材の干渉が解除される。
【００３９】
これに対して、付勢手段が干渉部材を弁体から離間させる方向に付勢するのであれば、付勢手段の付勢力によって干渉部材が弁体から離間している状態で駆動手段が作動すると、駆動手段の駆動力が付勢手段の付勢力に抗して干渉部材を弁体に接近させる。これにより、弁体が干渉部材に干渉され、通過孔から離間する方向への弁体の移動が規制される。
【００４０】
なお、本発明において駆動手段に関する具体的な構成に関しては特に限定するものではなく、作動状態で付勢手段の付勢力に抗して干渉部材を移動させることができる構成であればよい。したがって、駆動手段は電動機（モータ）であってもよいし、通電されることで生じた磁力により干渉部材を引き付ける又は遠ざけるソレノイドを駆動手段としもよい。
【００４１】
請求項５に記載の本発明に係る減圧弁は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の本発明において、前記通過孔を通過する前記流体の流量が予め設定された所定値以下の状態で、前記干渉手段が前記弁体に干渉する、ことを特徴としている。
【００４２】
請求項５に記載の本発明に係る減圧弁では、通過孔を通過する流体の流量が予め設定された所定値以下の状態になると、通過孔が弁体に閉塞されると共に、干渉手段によって弁体が干渉され、通過孔から離間する方向への弁体の移動が干渉手段の干渉により規制される。
【００４３】
すなわち、例えば、本発明に係る減圧弁よりも流体の下流側に設けられたバルブ等で流体の流路を閉止して、流体の送給を停止すると、全体的な流体の流量が減少する。したがって、この状態では、通過孔を通過する流体の流量も減少する。
【００４４】
ここで、予め設定された所定値以下の状態で干渉手段が弁体に干渉するのであれば、例えば、流量が所定値以下になると干渉手段によって弁体が干渉され、これにより、二次圧側合力と一次圧側合力との差異に拘わらず閉塞状態が維持されて通過孔が密閉される。
【００４５】
このように、干渉手段が弁体に干渉して通過孔から離間する方向への弁体の移動が干渉手段により規制されることで、弁体による通過孔のシール性を向上でき、流体の送給停止状態における一次圧の漏れを防止できる。このように一次圧の漏れを防止できることで、閉塞状態で二次圧が上昇することを防止できる。
【発明の効果】
【００４６】
以上説明したように、本発明に係る減圧弁では、一次圧が比較的に高圧であっても弁体による通過孔のシール性を向上でき、閉塞状態における一次圧の漏れを防止できる。このように一次圧の漏れを防止できることで、閉塞状態で二次圧が上昇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】
【００４７】
＜第１の実施の形態の構成＞
（減圧弁１０の構成）
図１には、本発明の第１の実施の形態に係る減圧弁１０の構成が断面図によって示されている。
【００４８】
図１に示されるように、本減圧弁１０はボディ１２を備えている。図１における上方側の端部が閉止された有底円筒形状に形成されている。ボディ１２の上下方向中間部における外周部からはフランジ部１４が延出されている。フランジ部１４よりも下側におけるボディ１２の外周部には雄ねじ１６が形成されいる。
【００４９】
雄ねじ１６は、例えば、高圧のガス（一例としては水素ガス）を貯蔵するタンク１８の口金部２０に形成された雌ねじ２２に螺合可能とされており、雄ねじ１６を口金部２０の雌ねじ２２に螺合させることで、口金部２０の開口端を閉塞できる。また、フランジ部１４の下面には雄ねじ１６と同心の環状溝２４が形成されている。
【００５０】
環状溝２４にはＯリング（オーリング）やガスケット等の封止手段としての環状の封止部材２６が嵌め込まれている。上記の雄ねじ１６を口金部２０の雌ねじ２２に螺合させてボディ１２をその下端側から口金部２０の内側に所定量嵌め込むと、封止部材２６が口金部２０の上端面と環状溝２４の底部に密着する。これにより、口金部２０とボディ１２との間が封止される。
【００５１】
さらに、フランジ部１４の一部には供給部２８が形成されている。供給部２８はフランジ部１４の径方向にボディ１２を貫通してボディ１２の内外を連通する孔とされており、ボディ１２内を通過したガス（水素ガス）は供給部２８を通過して本減圧弁１０の外部に送給される。
【００５２】
一方、ボディ１２には弁機構３０が設けられている。弁機構３０はフレーム３２を備えている。フレーム３２は外径寸法がボディ１２の内径寸法に概ね等しい（厳密には嵌合可能な程度に極僅かに小さい）円柱形状に形成されている。フレーム３２の下端部近傍における外周部には環状溝３４が形成されている。
【００５３】
環状溝３４にはＯリング（オーリング）やガスケット等の封止手段としての封止部材３６が嵌め込まれている。フレーム３２をボディ１２の下側開口端から嵌挿した状態では、封止部材３６がボディ１２の内周部及び環状溝３４の底部の双方に密着してボディ１２の内周部とフレーム３２の外周部との間を封止している。
【００５４】
さらに、フレーム３２の下端からはフレーム３２の径方向外方側へ向けてフランジ部３８が延出されている。フランジ部３８は、ボディ１２にフレーム３２が嵌挿された状態でボディ１２の下端と対向する。また、フランジ部３８には透孔４０が形成されており、この透孔４０に対向してボディ１２にはねじ孔４２が形成されている。
【００５５】
フランジ部３８を介してボディ１２とは反対側からは締結手段としてのボルト４４が透孔４０を貫通した状態でねじ孔４２に螺合しており、これにより、フランジ部３８がボディ１２の下面に密着した状態で締結固定されている。さらに、フレーム３２には通気部４６が形成されている。
【００５６】
通気部４６はフレーム３２の内外を連通しており、ボディ１２が口金部２０に装着された状態では、通気部４６を介してフレーム３２の内部とタンク１８の内部とが連通する。また、フレーム３２の上端部には通過孔４８が形成されており、フレーム３２の内部空間である一次圧室５０とフレーム３２よりも上側におけるボディ１２の内部空間である二次圧室５２とが通過孔４８を介して連通している。
【００５７】
さらに、フレーム３２の一次圧室５０の下端には、後述する駆動手段として干渉手段を構成するソレノイド５４が図示しないねじによって固定されている。また、一次圧室５０には弁体５８が収容されている。
【００５８】
弁体５８は本体６０を備えている。本体６０は上下方向に沿って軸方向とされた略円柱形状に形成されている。本体６０の軸方向中間部における外周部には、係止フランジ６１が形成されている。
【００５９】
この係止フランジ６１の下面と、ソレノイド５４のハウジング５６との間には第１付勢手段としての弁保持スプリング６２が設けられており、その付勢力Ｆ１（以下、弁保持スプリング６２の付勢力Ｆ１を「第１付勢力Ｆ１」と称する）によって本体６０を上方、すなわち、通過孔４８が形成されたフレーム３２の上底部へ接近する方向へ付勢している。
【００６０】
さらに、本体６０の上端側は上方へ向けて漸次外径寸法が小さくなる円錐形状とされ、下方から通過孔４８に対向し、本体６０の上端部が通過孔４８に嵌まり込むことで通過孔４８を閉塞できる構造になっている。また、本体６０の上端部には被押圧片６４が一体的に形成されている。
【００６１】
被押圧片６４は外径寸法が通過孔４８の内径寸法よりも十分に小さく、その先端側（本体６０とは反対側）は通過孔４８を通過して二次圧室５２に突出している。この被押圧片６４に対応して二次圧室５２には調圧部材としてのピストン６６が設けられている。
【００６２】
ピストン６６は上方へ向けて開口した有底円筒形状に形成されており、二次圧室５２をシリンダとして上下方向に摺動可能とされている。ピストン６６の外周部にはピストン６６と同心の環状溝６８が形成されている。
【００６３】
環状溝６８にはＯリング（オーリング）やガスケット等の封止手段としての環状の封止部材７０が嵌め込まれている。封止部材７０はボディ１２の内周部と環状溝６８の底部の双方に密着しており、ピストン６６の外周部とボディ１２の内周部との間を封止する構造となっている。
【００６４】
一方、ボディ１２の上底部７２にはシャフト７４が設けられている。シャフト７４は、ボディ１２に対して略同軸的に上底部７２を貫通している。シャフト７４は上底部７２に回転自在に軸支されているものの、上下方向に沿ったスライドは規制されている。
【００６５】
また、シャフト７４の上端部には把持部７６が設けられており、この把持部７６を把持した状態で上下方向を軸方向とする軸周りの回転力を把持部７６に付与することで、シャフト７４をその軸周りに回転させることができる構造となっている。
【００６６】
さらに、ボディ１２内には非円形（本実施の形態では、四角形）のスプリング受板７８が設けられている。スプリング受板７８は、ボディ１２内における上底部７２の近傍のガイド部８０に上下方向が厚さ方向とされた状態で嵌め込まれている。ガイド部８０はスプリング受板７８に対応した形状の（すなわち、本実施の形態では、四角形の）孔部とされ、ガイド部８０内にスプリング受板７８が嵌め込まれることで、スプリング受板７８は上下方向にスライド可能な状態で回り止めされている。また、スプリング受板７８には雌ねじ８２が形成されている。
【００６７】
雌ねじ８２にはシャフト７４の下端部近傍に形成された雄ねじ８４が螺合しており、これにより、スプリング受板７８がシャフト７４に支持されていると共に、シャフト７４の自らの軸周りの回転によりスプリング受板７８が上下にスライドする構造となっている。
【００６８】
さらに、上記のピストン６６の内底部とスプリング受板７８との間には第２付勢手段としての調圧スプリング８６が設けられている。調圧スプリング８６は、その下端がピストン６６の内底部に当接していると共に、上端がスプリング受板７８に当接し、その付勢力Ｆ２（以下、調圧スプリング８６の付勢力Ｆ２を「第２付勢力Ｆ２」と称する）によってピストン６６を下方、すなわち、通過孔４８が形成されたフレーム３２の上底部へ接近する方向へ付勢している。
【００６９】
一方、上記のハウジング５６の内側にはソレノイド本体８８が設けられている。ソレノイド本体８８は通電されることで周囲に磁界を形成するコイルで、その形状を円筒形状とみなした場合には、その軸方向が上下方向を向く。ソレノイド本体８８の内側には鉄心９０が配置されている。
【００７０】
鉄心９０は鉄等の強磁性体により形成されており、ソレノイド本体８８が形成した磁界により磁化されると、ソレノイド本体８８の軸方向に磁極が向く磁石になる。また、ソレノイド本体８８の内側で且つ鉄心９０の上側には押圧部材として干渉手段を構成するプランジャ９２が設けられている。
【００７１】
プランジャ９２は基部９４を備えている。基部９４はソレノイド本体８８の内側でソレノイド本体８８の軸方向に沿って鉄心９０に対して接離移動可能とされている。基部９４の鉄心９０とは反対側の端面からは棒状の軸部９６が突出形成されている。軸部９６はハウジング５６を貫通してフレーム３２の内側に入り込んでいる。さらに、軸部９６の先端（基部９４とは反対側の端部）には押圧部９８が形成されている。
【００７２】
押圧部９８は軸部９６よりも大径の円板状に形成されており、軸部９６に対して同軸的に一体形成されていると共に、上下方向に沿って弁体５８の本体６０の下面と対向している。また、押圧部９８の裏面（軸部９６側の面）とフレーム３２を閉止するハウジング５６との間には第３付勢手段（特許請求の範囲で言うところの「付勢手段」）としてのシャットスプリング１００が設けられている。
【００７３】
シャットスプリング１００はその下端がハウジング５６に接した状態でハウジング５６上に載置されていると共に、上端は押圧部９８の裏面に当接し、押圧部９８、ひいてはプランジャ９２を、その付勢力Ｆ３（以下、シャットスプリング１００の付勢力Ｆ３を「第３付勢力Ｆ３」と称する）によって上方、すなわち、本体６０（弁体５８）の下面に接近する方向へ付勢している。
【００７４】
この第３付勢力Ｆ３以外の外力がプランジャ９２に作用していない状態では、図１に示されるように、押圧部９８が本体６０（弁体５８）の下面に当接して、第３付勢力Ｆ３に基づく押圧力で弁体５８を下方から押し上げている。
【００７５】
（減圧弁１０の適用例）
次に、本減圧弁１０の適用例について説明する。
【００７６】
図４には、本減圧弁１０を適用した燃料電池システム１１０の構成の概略がブロック図により示されている。
【００７７】
この図に示されるように、燃料電池システム１１０はスタック１１２を備えている。スタック１１２は、イオン交換基としてスルフォン酸基を有する固体高分子により薄膜状に形成された電解質膜、電解質膜の厚さ方向一方の側に設けられた板状のアノード側セパレータ、及び電解質膜の厚さ方向他方の側に設けられた板状のカソード側セパレータ、カーボンペーパやカーボンクロスにより形成されて良好な導電性及び通気性を有し、両セパレータと電解質膜の間に設けられたガス拡散層、及び、触媒としての白金や白金系合金を担持した炭素と、電解質とが適度に混ざり合ったマトリックス状に形成されて電解室膜と各ガス拡散層とに設けられた触媒層を含めて構成された複数のセルを備えている。
【００７８】
スタック１１２にはカソード側ガス供給口１１４が形成されている。カソード側ガス供給口１１４は、ポンプ１１６、流量計１１８、及びフィルタ１２０を介して空気吸入口１２２に接続されており、ポンプ１１６を作動させることで、外気（空気）を吸入し、この外気をカソードガスとしてカソード側ガス供給口１１４からスタック１１２の内部に設けられたセルのカソード側セパレータに供給できる構造となっている。
【００７９】
また、スタック１１２にはカソード側ガス排気口１２４が形成されており、スタック１１２内で使用された外気をカソード排気ガスとして外部に排気できる構造となっている。
【００８０】
一方、スタック１１２にはアノード側ガス供給口１２６が形成されている。アノード側ガス供給口１２６は、バルブ１２８、流量計１３０、及び圧力計１３２を介して本減圧弁１０に接続されており、更に、本減圧弁１０を介して高圧の水素ガスを貯蔵したタンク１８に接続されている（実際には、上述したように、タンク１８の口金部２０に本減圧弁１０が取り付けられている）。
【００８１】
また、スタック１１２にはアノード側ガス排気口１３４が形成されており、アノード側ガス供給口１２６でバルブ１２８を開放すると、タンク１８の水素ガスがアノードガスとして減圧弁１０にて減圧され、圧力計１３２、流量計１３０、バルブ１２８を通過してアノード側ガス供給口１２６からスタック１１２の内部に設けられたセルのアノード側セパレータに供給される。さらに、スタック１１２に供給されて使用されたアノードガス（水素ガス）はアノード側ガス排気口１３４からアノード排気ガスとして排気される構造になっている。
【００８２】
一方、図５には、制御手段、或いは、弁体制御手段やアノードガス制御手段として把握できるソレノイド制御装置１４０の構成の概略がブロック図により示されている。ソレノイド制御装置１４０は、複数の比較器１４２、１４４、１４６を備えている。
【００８３】
上記の流量計１３０は比較器１４２に接続されており、流量計１３０から出力されたアノードガス（水素ガス）の流量に応じた流量信号Ｈｓが、比較器１４２の一方の入力端子から比較器１４２に入力される。また、比較器１４２の他方の入力端子には予め設定された下限流量値Ｈｕが入力される。
【００８４】
比較器１４２では流量信号Ｈｓと下限流量値Ｈｕとが比較され、流量信号Ｈｓに基づくアノードガスの流量が、下限流量値Ｈｕに基づくアノードガスの流量よりも高い（多い）場合にはＬｏｗレベルの信号を出力端子から比較器１４２が出力し、流量信号Ｈｓに基づくアノードガスの流量が、下限流量値Ｈｕに基づくアノードガスの流量よりも低い（少ない）場合にはＨｉｇｈレベルの信号を出力端子から比較器１４２が出力する構成となっている。
【００８５】
また、圧力計１３２は、比較器１４４の一方の入力端子に接続されていると共に、比較器１４６の一方の入力端子に接続され、両比較器１４４、１４６に圧力計１３２を通過するアノードガスの圧力に応じた圧力信号Ｐｓが入力される構成になっている。
【００８６】
比較器１４４の他方の入力端子には、予め設定された上限圧力値Ｐｏが入力される。比較器１４４では、圧力信号Ｐｓと上限圧力値Ｐｏとが比較され、圧力信号Ｐｓに基づくアノードガスの圧力が、上限圧力値Ｐｏに基づくアノードガスの圧力よりも低い（小さい）場合にはＬｏｗレベルの信号を出力端子から比較器１４４が出力し、圧力信号Ｐｓに基づくアノードガスの圧力が、上限圧力値Ｐｏに基づくアノードガスの圧力よりも高い（大きい）場合にはＨｉｇｈレベルの信号を出力端子から比較器１４４が出力する構成となっている。
【００８７】
これに対し、比較器１４６の他方の入力端子には、予め設定された下限圧力値Ｐｕが入力される。比較器１４６では、圧力信号Ｐｓと下限圧力値Ｐｕとが比較され、圧力信号Ｐｓに基づくアノードガスの圧力が、下限圧力値Ｐｕに基づくアノードガスの圧力よりも高い（大きい）場合にはＬｏｗレベルの信号を出力端子から比較器１４６が出力し、圧力信号Ｐｓに基づくアノードガスの圧力が、下限圧力値Ｐｕに基づくアノードガスの圧力よりも低い（小さい）場合にはＨｉｇｈレベルの信号を出力端子から比較器１４６が出力する構成となっている。
【００８８】
各比較器１４２、１４４、１４６の各出力端子は、３入力のＯＲゲート１４８に接続されており、各比較器１４２〜１４６の少なくとも何れか１つからＨｉｇｈレベルの信号が出力されてＯＲゲート１４８に入力されると、ＯＲゲート１４８からＨｉｇｈレベルの信号が出力される構成になっている。
【００８９】
さらに、ＯＲゲート１４８はドライバ１５０に接続されている。ドライバ１５０は上述したソレノイド５４のソレノイド本体８８に接続されていると共に、バッテリー１５２に接続されており、ＯＲゲート１４８から出力されたＨｉｇｈレベルの信号がドライバ１５０に入力されると、ドライバ１５０はソレノイド本体８８に対する通電を遮断する。
【００９０】
また、図５における図示は省略するが、ドライバ１５０は、バルブ１２８が開放されることでソレノイド本体８８に対する通電を開始する構成になっているが、ＯＲゲート１４８からのＨｉｇｈレベルの信号が入力された場合には、ドライバ１５０はバルブ１２８の状態とは無関係にソレノイド本体８８に対する通電を解除する。
【００９１】
＜第１の実施の形態の作用、効果＞
次に、上記の燃料電池システム１１０の動作の説明を通して、本減圧弁１０の作用並びに効果について説明する。
【００９２】
燃料電池システム１１０は、ポンプ１１６を作動させると、外気（空気）がフィルタ１２０、流量計１１８を介してポンプ１１６に吸入され、更に、ポンプ１１６に吸入された外気（空気）がカソードガスとしてカソード側ガス供給口１１４からスタック１１２内に供給される。
【００９３】
一方、ポンプ１１６の作動に前後してバルブ１２８を開放状態にすると、ドライバ１５０がソレノイド本体８８に対して通電を開始する。ソレノイド本体８８が通電されるとソレノイド本体８８の周囲並びに内側で磁界が生じ、この磁界によって鉄心９０が磁化される。このように鉄心９０が磁化されることで、強磁性体により形成されたプランジャ９２の基部９４が鉄心９０に吸引される。
【００９４】
これにより、図２に示されるように、プランジャ９２は、シャットスプリング１００の第３付勢力に抗して下降する。したがって、この状態では、シャットスプリング１００の第３付勢力がプランジャ９２を介して弁体５８に作用することがない。
【００９５】
さらに、バルブ１２８が開放されると、タンク１８内の水素ガスが本減圧弁１０の通過孔４８を通過する。通過孔４８を通過し高圧の水素ガスは一次圧室５０内では一次圧Ｐ１として弁体５８に作用する。
【００９６】
図３に示されるように、弁体５８には一次圧Ｐ１と通過孔４８の開口面積に応じた弁面積Ｓ１の積に対応した圧力Ｐａ（すなわち、Ｐａ＝Ｐ１×Ｓ１）が作用し、更に、この圧力Ｐ１と弁保持スプリング６２の第１付勢力Ｆ１との和である一次圧側合力Ｆｘにより弁体５８が通過孔４８側へ押圧される。
【００９７】
この一次圧側合力Ｆｘに押圧された弁体５８は、被押圧片６４を介してピストン６６の下面を上方へ押圧する。これに対して、ピストン６６には調圧スプリング８６の第２付勢力Ｆ２が一次圧側合力Ｆｘとは反対向きに作用している。
【００９８】
一次圧側合力Ｆｘよりも調圧スプリング８６の第２付勢力Ｆ２が大きければ、一次圧側合力Ｆｘに抗して調圧スプリング８６の第２付勢力Ｆ２が被押圧片６４を介して弁体５８を押し下げる（図３の二点鎖線で示す状態）。これにより、通過孔４８が開放されて一次圧室５０側から通過孔４８を介して二次圧室５２側へ水素ガスが流れる。
【００９９】
二次圧室５２側に流れた水素ガスは、供給部２８を通過して本減圧弁１０の外部（すなわち、タンク１８の外部）に送給される。本減圧弁１０の外部に送給された水素ガスは、圧力計１３２、流量計１３０を通過し、アノードガスとしてアノード側ガス供給口１２６からスタック１１２内に供給される。
【０１００】
このように、水素ガスがアノードガスとしてスタック１１２内に供給され、外気（空気）がカソードガスとしてスタック１１２内に供給されると、電解質膜のアノード側に位置する触媒層では、水素分子（Ｈ2）から水素イオン（Ｈ+）と電子（ｅ-）が生じる。水素イオンは電解質膜を透過して電解質膜のカソード側に位置する触媒層に到達する。
【０１０１】
一方、電子は外部回路を介して図４に示される負荷１３６へ流れる電流となり、負荷１３６の動力として供される。カソード側の触媒層では、電解質膜を透過した水素イオンと空気中の酸素分子（Ｏ2）、及び負荷１３６からの外部回路を介してカソード側の触媒層に到達した電子によって電気化学反応が生じ、その結果、水が生成される。
【０１０２】
このようにして生成された水は、電気化学反応終了後の空気であるカソード排気ガスと共にカソード側ガス排気口１２４から排出される。
【０１０３】
一方、本減圧弁１０では、上記のように一次圧室５０から二次圧室５２に水素ガスが流れると、図３に示されるように、二次圧室５２内に流れた水素ガスの圧力が二次圧Ｐ２としてピストン６６に作用する。ピストン６６には、ピストン６６の下面の面積Ｓ２と上記の通過孔４８の開口面積Ｓ１との差と、二次圧Ｐ２の積である圧力Ｐｂ（すなわち、Ｐｂ＝（Ｓ２−Ｓ１）×Ｐ２）がピストン６６を押し上げる力として作用する。
【０１０４】
これに対して、ピストン６６には、上記の調圧スプリング８６の第２付勢力Ｆ２及びピストン６６とボディ１２の上底部７２との間での大気圧Ｐｃが圧力Ｐｂに抗するように作用する。したがって、この状態では、二次圧Ｐ２、第２付勢力Ｆ２、及び大気圧Ｐｃの和である二次圧側合力Ｆｙがピストン６６に作用する。
【０１０５】
一次圧室５０から二次圧室５２への水素ガスの流入により二次圧Ｐ２が上昇すると、二次圧側合力Ｆｙが減少する。二次圧側合力Ｆｙが減少すると、二次圧側合力Ｆｙが一次圧側合力Ｆｘに抗しきれずに弁体５８の被押圧片６４に押圧されてピストン６６が押し上げられる。これにより、ピストン６６及び弁体５８が上昇すると、弁体５８が通過孔４８の一部又は全部を閉塞する。
【０１０６】
このように弁体５８によって通過孔４８の一部又は全部が閉塞されると、一次圧室５０から二次圧室５２への水素ガスの流入が停止又は減少するため、二次圧Ｐ２が減少する。このように二次圧Ｐ２が減少することで二次圧側合力Ｆｙが上昇すると、二次圧側合力Ｆｙが一次圧側合力Ｆｘに抗して被押圧片６４を介して弁体５８を押し下げる。
【０１０７】
これにより、通過孔４８の全部又は一部が開放される。このようにして、一次圧Ｐ１よりも十分に減圧された二次圧Ｐ２で水素ガスが減圧弁１０の外部（すなわち、タンク１８の外部）に送給され、スタック１１２内に供される。
【０１０８】
一方、燃料電池システム１１０を停止させるにあたり、バルブ１２８を閉じると、タンク１８とバルブ１２８との間で水素ガスの流路が閉塞される。このため、二次圧Ｐ２が上昇する。
【０１０９】
二次圧Ｐ２が上昇することで二次圧側合力Ｆｙが減少すると、上記のように弁体５８の被押圧片６４に押圧されてピストン６６が押し上げられる。これにより、ピストン６６及び弁体５８が上昇すると、弁体５８が通過孔４８を閉塞する。
【０１１０】
この状態で、弁体５８と通過孔４８との間に隙間が生じていると、この隙間を介して一次圧室５０側から二次圧室５２側へ水素ガスが漏れ、これにより、二次圧Ｐ２が上昇し、更に、弁体５８が上昇する。基本的には通過孔４８が弁体５８によって閉塞される通過孔４８が弁体５８により閉塞されると、流量計１１８にて検出される水素ガスの流量値Ｈｓが下限設定値Ｈｕを下回る。
【０１１１】
このため、比較器１４２からはＨｉｇｈレベルの信号が出力される。比較器１４２から出力されたＨｉｇｈレベルの信号がＯＲゲート１４８に入力されると、ＯＲゲート１４８からＨｉｇｈレベルの信号が出力される。ＯＲゲート１４８から出力されたＨｉｇｈレベルの信号がドライバ１５０に入力されることにより、ドライバ１５０はソレノイド本体８８に対する通電を遮断する。
【０１１２】
ソレノイド本体８８は通電が遮断されることで、それまでソレノイド本体８８の周囲及び内側に形成されていた磁界が解消され、これに伴い、鉄心９０の磁化が解消される。鉄心９０の磁化が解消されることで、鉄心９０によるプランジャ９２の基部９４の吸引が解除されるため、図１に示されるように、プランジャ９２はシャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３によって上昇する。
【０１１３】
上昇したプランジャ９２は押圧部９８が弁体５８（本体６０）の下面に当接し、シャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３に基づく押圧力で弁体５８を下から押し上げる。このように、弁体５８が押し上げられることで、弁体５８の上端側は通過孔４８の内周部に密着し、これにより、通過孔４８が密閉される。
【０１１４】
このように、通過孔４８が密閉されることで、一次圧室５０から二次圧室５２への水素ガスの漏れ（ガス圧の漏れ）を確実に防止でき、二次圧室５２側の不用意な圧力上昇を確実に防止できる。このように、バルブ１２８の閉止状態における二次圧室５２内の不用意な圧力上昇を防止できることで、再度、バルブ１２８を開放した際に不用意に高い圧力の水素ガスがアノードガスとしてスタック１１２に供給されることがなく、これにより、不用意に高圧の水素ガスがスタック１１２内に供給されることに起因するスタック１１２等の破壊を確実に防止できる。
【０１１５】
一方、上記のように、流量計１１８にて検出される水素ガスの流量値Ｈｓが下限設定値Ｈｕを下回らないまでも、通過孔４８と弁体５８との隙間から一次圧室５０側の水素ガスが二次圧室５２側に漏れ、これにより二次圧Ｐ２が上昇する。二次圧Ｐ２は圧力計１３２により検出され、この検出結果に基づく（二次圧Ｐ２の大きさに基づく）圧力信号Ｐｓが圧力計１３２から出力される。
【０１１６】
圧力計１３２から出力された圧力信号Ｐｓは比較器１４４に入力される。上記のように、一次圧室５０側からに二次圧室５２側に水素ガスが漏れることで、上昇した二次圧Ｐ２が予め設定された上限圧力値Ｐｏに基づく圧力を上回ると、比較器１４４からはＨｉｇｈレベルの信号が出力される。
【０１１７】
比較器１４４から出力されたＨｉｇｈレベルの信号がＯＲゲート１４８に入力されると、ＯＲゲート１４８からＨｉｇｈレベルの信号が出力される。ＯＲゲート１４８から出力されたＨｉｇｈレベルの信号がドライバ１５０に入力されることにより、ドライバ１５０はソレノイド本体８８に対する通電を遮断する。
【０１１８】
したがって、流量計１１８にて検出される水素ガスの流量値Ｈｓが下限設定値Ｈｕを下回った場合と同様に、ソレノイド本体８８に対する通電が遮断されて、シャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３によって上昇したプランジャ９２の押圧部９８が弁体５８を下から押し上げる。これにより、上述したように、弁体５８によって通過孔４８が密閉され、一次圧室５０から二次圧室５２への水素ガスの漏れ（ガス圧の漏れ）を確実に防止でき、二次圧室５２側の不用意な圧力上昇を確実に防止できる。
【０１１９】
さらに、圧力計１３２から出力された圧力信号Ｐｓは、比較器１４４のみならず、比較器１４６にも入力される。比較器１４６では入力された圧力信号Ｐｓと、予め設定された下限圧力値Ｐｕとが比較され、二次圧Ｐ２が予め設定された下限圧力値Ｐｕに基づく圧力を下回ると、比較器１４６からはＨｉｇｈレベルの信号が出力される。
【０１２０】
比較器１４６から出力されたＨｉｇｈレベルの信号がＯＲゲート１４８に入力されると、ＯＲゲート１４８からＨｉｇｈレベルの信号が出力される。ＯＲゲート１４８から出力されたＨｉｇｈレベルの信号がドライバ１５０に入力されることにより、ドライバ１５０はソレノイド本体８８に対する通電を遮断する。これにより、シャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３によって上昇したプランジャ９２の押圧部９８が弁体５８を下から押し上げる。
【０１２１】
ここで、例えば、何らかの異常で本来流れるべきでない流量の水素ガスが流れた場合には、二次圧Ｐ２が異常に低下する。ここで、本減圧弁１０では、二次圧Ｐ２が上記の下限圧力値Ｐｕに基づく圧力を下回ると、プランジャ９２の押圧部９８がシャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３で弁体５８を強制的に押し上げる。
【０１２２】
このように、弁体５８が強制的に押し上げられることで、一次圧側合力Ｆｘや二次圧側合力Ｆｙの大きさや差異の如何を問わず、通過孔４８が弁体５８によって強制的に密閉される。これにより、本減圧弁１０やその他の部位の故障や破損等による所定の流量以上の水素ガスが流れることを防止できる。
【０１２３】
また、本減圧弁１０は、弁保持スプリング６２の第１付勢力Ｆ１が付与されている１つの弁体５８に対してシャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３に基づくプランジャ９２の押圧力を付与する構造である。このため、単純に従来の減圧弁とレギュレータとを並べて一体化した構造に比べると遥かに小型化でき、タンク１８の口金部２０に装着する所謂「インタンクタイプ」の減圧弁として適用できる。
【０１２４】
なお、本実施の形態では、本減圧弁１０の適用例として燃料電池システム１１０を例示した。しかしながら、本減圧弁１０の適用が燃料電池システム１１０に限定されるものではなく、高圧流体を減圧して送給する際の減圧用として、その用途は幅広く適用されるものである。
【０１２５】
但し、燃料電池システム１１０を車両に搭載した車両の駆動エネルギー源として適用する場合には、タンク１８に貯蔵する水素ガスの容量が多いほど好ましく、しかしながら、タンク１８は小型であることが好ましい。このような点を考慮した場合、タンク１８内の水素ガスは極めて高圧になり、タンク１８の内圧とスタック１１２に送給される水素ガスのガス圧の差異が大きくなる。
【０１２６】
このような構成では、上記のように弁体５８による通過孔４８の閉塞状態で押圧部９８が下方から弁体５８を押し上げて通過孔４８を密閉し、一次圧室５０側から二次圧室５２側への水素ガスの漏れを確実に防止できる本減圧弁１０を適用することは非常に効果的で、結果的にタンク１８の小型化、ひいては、燃料電池システム１１０の小型化に寄与する。
【０１２７】
しかも、上記のように、単純に従来の減圧弁とレギュレータとを並べて一体化した構造に比べると本減圧弁１０は遥かに小型化でき、タンク１８の口金部２０に装着する所謂「インタンクタイプ」の減圧弁として適用できることから、この意味でも燃料電池システム１１０の小型化に寄与する。
【０１２８】
また、本実施の形態では、ソレノイド制御装置１４０がソレノイド本体８８に対する通電を遮断する際の条件を、スタック１１２に流れる水素ガスの流量が予め設定された下限流量値Ｈｕ以下になった場合、スタック１１２に流れる水素ガスの圧力が上限圧力値Ｐｏ以上になった場合、及び、スタック１１２に流れる水素ガスの圧力が下限圧力値Ｐｕ以下になった場合の少なくとも何れか１つの場合であった。しかしながら、ソレノイド本体８８に対する通電を遮断する際の条件は、上記の３つの条件の何れか１つ又は２つだけでもよいし、上記の３つの条件以外であってもよい。
【０１２９】
さらに、本実施の形態では、上記のように、ソレノイド制御装置１４０を比較器１４２、１４４、１４６、及びＯＲゲート１４２を含めて構成したが、例えば、このような比較器１４２、１４４、１４６、及びＯＲゲート１４２を用いずに、上記のような条件を満たしたか否かを判定するプログラムを用いて、ソフト的に制御する構成としても構わない。
【０１３０】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態を説明するにあたり前記第１の実施の形態と基本的に同一の部位に関しては、同一の符号を付与してその説明を省略する。
【０１３１】
図６には、本実施の形態に係る減圧弁１７０の構成が断面図によって示されている。
【０１３２】
図６に示されるように、本減圧弁１７０はフレーム３２に代わりフレーム１７２を備えている。フレーム１７２の内側にはフレーム３２と同様に弁体５８及び弁保持スプリング６２が収容されている。但し、フレーム３２とは異なり、フレーム１７２の上下方向中間部に中底部１７４が形成されており、弁保持スプリング６２の下端部は中底部１７４上に載置されている。
【０１３３】
また、本減圧弁１７０は駆動手段として干渉手段を構成するモータアクチュエータ１７６を備えている。モータアクチュエータ１７６はモータ１７８を備えている。モータ１７８を構成するモータハウジング又はヨークの外周部にはフランジ部１８０が形成されており、このフランジ部１８０によってフレーム１７２の下側開口端を閉止している。
【０１３４】
モータ１７８の出力軸１８２は中底部１７４よりも下側でフレーム１７２内に収容されている。さらに、フレーム１７２の内側にはリニアガイド１８４が設けられている。リニアガイド１８４は円筒形状の筒体１８６を備えている。筒体１８６は内径寸法が出力軸１８２の外径寸法よりも大きく、出力軸１８２を内側に収容した状態で出力軸１８２に対して同軸的に配置されている。
【０１３５】
筒体１８６の内周部及び出力軸１８２の外周部の各々にはねじ溝が形成されており、両ねじ溝の間には複数の球体１８８が配置されている。すなわち、出力軸１８２、筒体１８６、及び複数の球体１８８によりボールねじが構成されており、出力軸１８２が自らの軸周り方向一方に回転すると、筒体１８６が下方へスライドする構成となっている。
【０１３６】
また、筒体１８６の下端部とモータ１７８のモータハウジング又はヨークの上端部との間にはシャットスプリング１００が配置されている。すなわち、本実施の形態では、シャットスプリング１００がプランジャ９２ではなく、筒体１８６をその第３付勢力Ｆ３によって上方へ付勢している。さらに、筒体１８６の上端側は中底部１７４を貫通しており、その上端部には円柱形状の押圧部１９０が弁体５８の本体６０の下側で本体６０の下面に対向した状態で一体的に固定されている。
【０１３７】
すなわち、本減圧弁１７０では、モータ１７８が作動して出力軸１８２が自らの軸周り方向一方に回転すると、リニアガイド１８４の筒体１８６がしてシャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３に抗して下降する。これにより、押圧部１９０が弁体５８の本体６０から離間する。
【０１３８】
これに対して、モータ１７８が停止すると、シャットスプリング１００がその第３付勢力Ｆ３によって筒体１８６を押し上げつつ出力軸１８２をその軸周り他方へ回転させる。これにより、押圧部１９０が上昇して弁体５８の下面（本体６０の下面）に当接し、シャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３に基づく押圧力で弁体５８を押し上げる。
【０１３９】
このように、本減圧弁１７０は、駆動手段の構成が前記第１の実施の形態に係る減圧弁１０とは異なるが、弁保持スプリング６２とは別に押圧部９８に代わる押圧部１９０が下側から弁体５８を押し上げると言う点に関しては前記第１の実施の形態に係る減圧弁１０と同等の作用を奏する。したがって、本減圧弁１７０も基本的に前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１４０】
なお、これまでに説明した各実施の形態では、シャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３で押圧部９８、１９０が弁体５８を押し上げる構成であったが、シャットスプリング１００のような付勢手段の付勢力で弁体５８を押し上げる構成でなくてもよく、例えば、ソレノイド本体８８が形成する磁界や、モータ１７８の回転力で押圧部９８、１９０を上昇させて弁体５８を押し上げる構成としてもよい。このような構成とした場合には、押圧部９８、１９０を弁体５８から離間させるために別途スプリングを設ける構成としてもよい。
【０１４１】
また、上記の各実施の形態では、駆動手段にソレノイド５４やモータ１７８を適用したが、駆動手段の構成はソレノイド５４やモータ１７８に限定されるものではなく、押圧部９８、１９０を上昇及び下降の少なくとも何れか一方に移動させることができる構成であればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る減圧弁の構成を示す断面図である。
【図２】干渉手段が弁体に干渉した状態を示す図１に対応した断面図である。
【図３】弁体及びピストンに作用する力の状態を示す図である。
【図４】燃料電池システムの構成の概略を示すブロック図である。
【図５】燃料電池システムにおける本発明の第１の実施の形態に係る減圧弁の制御システムの構成の概略を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る減圧弁の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１０ 減圧弁
４８ 通過孔
５０ 一次圧室
５２ 二次圧室
５４ ソレノイド（干渉手段、駆動手段）
５８ 弁体
６６ ピストン（調圧部材）
１００ シャットスプリング（付勢手段）
１７０ 減圧弁
１７６ モータアクチュエータ（干渉手段、駆動手段）
Ｆ１ 第１付勢力
Ｆ２ 第2付勢力
Ｆｘ 一次圧側合力
Ｆｙ 二次圧側合力
Ｐ１ 一次圧
Ｐ２ 二次圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス等の流体の二次圧を一次圧に対して減圧する減圧弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の動力用エネルギー源等として実用的な所謂燃料電池の開発が進められている。この燃料電池は、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電するシステムであり、その一例としては、固体高分子型燃料電池がある。この固体高分子型燃料電池は、複数のセルを積層することで構成されたスタックを備えている。スタックを構成するセルは、アノード（燃料極）とカソード（空気極）とを備えており、これらのアノードとカソードとの間には、イオン交換基としてスルフォン酸基を有する固体高分子電解質膜が介在している。
【０００３】
アノードには水素を含む燃料ガスが供給され、カソードには酸化剤として酸素を含むガス、一例として空気が供給される。アノードに燃料ガスが供給されることで、燃料ガスに含まれる水素がアノードを構成する触媒層の触媒と反応し、これによって水素イオンが発生する。発生した水素イオンは固体高分子電解質膜を通過して、カソードで酸素と電気化学反応を起す。この電気化学反応により発電される構成となっている。
【０００４】
ところで、燃料電池には、上記のように水素を含む燃料ガスが用いられるが、このような燃料を搭載するための燃料の形態には、液体、固体、気体等の各種形態が検討されている。このような形態のうち、最も簡便な方法としては、水素ガスを高圧で貯蔵する方法や圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を高圧で貯蔵して更に改質して水素リッチの二酸化炭素との混合ガスとして燃料電池に供給する方法が考えられている。
【０００５】
上記のような水素ガスや圧縮天然ガスは、低圧では体積が大きくなってしまう。このため、限られた車両のスペースに搭載するにあたり、炭素繊維複合材料で製造したタンクに、３５ＭＰａや７０ＭＰａと言った超高圧の状態で貯蔵される。
【０００６】
一方、高圧水素を燃料として用いる燃料電池システムでは、数十ミクロンの電解質膜を隔てて水素と空気とが供給される。このため、水素と空気との間の圧力差を小さくすることが要求される。これに応じて、仮に、空気の圧力を上げると圧縮動力が増加して総合した効率が低下する。このことから、固体高分子型燃料電池では水素の圧力を０．３ＭＰａまで低下させて作動させることが一般的である。
【０００７】
したがって、上記のように、３５ＭＰａや７０ＭＰａと言った超高圧の状態でタンクに貯蔵された水素を、例えば、下記特許文献１に開示されているような減圧弁によって減圧して燃料電池に供給することになる。
【０００８】
また、上記の圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を用いる場合でも、改質した混合ガスを低圧にすることで反応が進む傾向があるため、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）も水素と同様に、超高圧の状態でタンクに貯蔵して、減圧弁によって減圧して燃料電池に供給することが考えられている。
【０００９】
このようなガスタンクに用いられる減圧弁は、通過孔（通気孔）よりも弁体側である一次圧室に供給されたガスの圧力と、弁保持スプリングの付勢力の合力が、通過孔を介して弁体とは反対側に設けられたピストンを付勢する調圧スプリングの付勢力よりも小さければ弁体がピストンに押圧されて通過孔から離間し、これにより、通過孔が開放される構造である。
【００１０】
また、通過孔が開放されて通過孔よりもピストン側の二次圧室にガスが流れ込むと、二次圧室内のガス圧がピストンに対して調圧スプリングの付勢力とは反対側に作用する。このため、ピストンを通過孔側に付勢する力が減少する。これにより、ピストンが弁体に付与する押圧力が減少すると、弁体は上記の合力で通過孔に接近して通過孔を閉塞する。
【００１１】
このようにして、一次圧室側でピストンに付与される力と二次圧室側で弁体に付与される力とのバランスでガスの圧力が減圧されて二次圧室から外部、例えば、燃料電池システムに供給される。
【特許文献１】特開平１１−１６６６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、例えば、燃料電池システムを停止させて、減圧弁よりも下流側の電磁弁を閉めて燃料ガスの流れを止めると、減圧弁は、その構造上、弁体の接圧が「０」の状態で弁体が通過孔を閉塞する。
【００１３】
現実的には、このような接圧が「０」の状態では、一次圧室側から二次圧室側に燃料ガスが漏れ、二次圧室でのガス圧が上昇してしまう。二次圧室でのガス圧が上昇することで、弁体が通過孔を閉塞する圧力が上昇するため、これにより、通過孔が密閉される。しかしながら、このように二次圧室側のガス圧が上昇した状態で燃料電池システムの運転を再開するために、電磁弁を開放すると、高圧の波動が一瞬配管を通り、その下流の燃料電池システムに高圧の波動が流入する。このような高圧の波動が燃料電池システムに流入すると、燃料電池システムを構成する機器を損傷したり、異常な音が周囲に聞こえると言う問題がある。
【００１４】
また、仮に、減圧弁の上流側に電磁弁を設けても、減圧弁と電磁弁との間の高圧ガスが減圧弁から漏れて二次圧が上昇するため、上記の問題と同様の問題が発生する可能性がある。
【００１５】
本発明は、上記事実を考慮して、弁体による通過孔の閉塞状態で通過孔からの流体の漏れを防止できる減圧弁を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載の本発明に係る減圧弁は、流体が通過する通過孔よりも前記流体の上流側で前記通過孔に対して接離移動可能に設けられると共に、前記通過孔側への第１付勢力により前記通過孔側へ付勢され、前記通過孔よりも前記流体の上流側での前記流体の圧力である一次圧と前記第１付勢力との一次圧側合力で前記通過孔に接近移動することで前記通過孔を閉塞する弁体と、前記通過孔よりも前記流体の下流側で且つ前記通過孔を介して前記弁体とは反対側で、前記通過孔に対して接離移動可能に設けられると共に、前記通過孔から離間する方向への第２付勢力により付勢され、前記第２付勢力と前記通過孔よりも前記流体の下流側での流体の圧力である二次圧と前記第２付勢力との二次圧側合力が前記一次圧側合力を上回ることで前記弁体を前記通過孔から離間させる調圧部材と、前記弁体に対して干渉及び当該干渉の解除が可能で、前記弁体に対する干渉状態で前記通過孔から離間する方向への前記弁体の移動を規制する干渉手段と、を備えている。
【００１７】
請求項１に記載の本発明に係る減圧弁によれば、通過孔に対して接離移動可能な弁体が第１付勢力と、通過孔よりも流体の上流側における一次圧との一次圧側合力によって通過孔側へ接近することで通過孔が弁体によって閉塞される（以下、弁体により通過孔が閉塞された状態を便宜上「閉塞状態」と称する）。
【００１８】
一方、通過孔を介して弁体とは反対側には、調圧部材が弁体に対して接離移動可能に設けられている。但し、調圧部材には通過孔よりも流体の下流側での二次圧が弁体から調圧部材を離間させる方向に作用しており、この二次圧と、二次圧に対抗して調圧部材を通過孔側へ向けて付勢する第２付勢力との二次圧側合力が上記の一次圧側合力を上回ると、弁体が通過孔から離間して通過孔が開放される。
【００１９】
このようにして、通過孔が開放されると、流体が通過孔を通過して下流側へと流れる。さらに、流体が通過孔を通過することで二次圧が上昇する。上記のように、二次圧は弁体を通過孔側へ付勢する第２付勢力とは反対方向に弁体に作用するため、二次圧が上昇することで二次圧側合力が減少する。
【００２０】
このように二次圧側合力が減少して、二次圧側合力が一次圧側合力を均衡すると、一次圧側合力によって弁体が通過孔に接近し、これにより、通過孔が閉塞される。
【００２１】
すなわち、本発明に係る減圧弁は、二次圧が所定の大きさ未満の場合にのみ弁体による通過孔の閉塞が解除されるため、減圧動作を行って流体が流れている状態では流体の二次圧が所定の大きさ未満になる。
【００２２】
一方、本発明に係る減圧弁では、干渉手段によって弁体が干渉されると、通過孔から離間する方向への弁体の移動が干渉手段によって規制される。閉塞状態で通過孔から離間する方向への弁体の移動が規制されると、基本的には二次圧側合力と一次圧側合力との差異に拘わらず閉塞状態が維持されて通過孔が密閉される。
【００２３】
このため、仮に、一次圧が比較的に高圧であっても弁体による通過孔のシール性を向上でき、閉塞状態における一次圧の漏れを防止できる。このように一次圧の漏れを防止できることで、閉塞状態で二次圧が上昇してしまうことを防止できる。
【００２４】
また、減圧弁と電磁弁とが別々に設けられていた従来の構成とは異なり、本発明に係る減圧弁は弁体を加圧して一次圧の漏れを防止するため、減圧弁と電磁弁との間の高圧ガスが減圧弁から二次側に漏れることはなく、このような高圧ガスの二次側への漏れに起因するトラブル（不具合）を発生させることがない。
【００２５】
請求項２に記載の本発明に係る減圧弁は、請求項１に記載の本発明において、前記弁体に対する前記干渉手段の干渉状態で、前記干渉手段が前記弁体を前記通過孔側へ押圧する、ことを特徴としている。
【００２６】
請求項２に記載の本発明に係る減圧弁によれば、干渉手段が弁体に干渉した状態では、干渉手段によって弁体が通過孔側へ押圧される。
【００２７】
このため、閉塞状態では、二次圧側合力と一次圧側合力とが均衡して弁体が通過孔を閉塞した状態で、更に、干渉手段が干渉して干渉手段からの押圧力が弁体に付与されることで、単に通過孔や通過孔の周囲に弁体が当接して通過孔を閉塞するのではなく、弁体が通過孔や通過孔の周囲に押し付けられて、通過孔や通過孔の周囲に弁体が圧接される。
【００２８】
これにより、通過孔が確実に密閉され、一次圧の漏れを効果的に防止できる。
【００２９】
請求項３に記載の本発明に係る減圧弁は、請求項１又は請求項２に記載の本発明において、前記通過孔に対する前記弁体の接離移動方向に沿って前記弁体の前記通過孔とは反対側で、前記弁体に対して接離移動可能に設けられ、前記弁体に対する接近移動により前記弁体に接触して干渉する干渉部材と、前記弁体に対して接近する方向及び離間する方向の少なくとも何れか一方へ向けて前記干渉部材を移動させる駆動手段と、を含めて前記干渉手段を構成した、ことを特徴としている。
【００３０】
請求項３に記載の本発明に係る減圧弁によれば、通過孔に対する弁体の接離移動方向に沿って弁体の通過孔とは反対側に、干渉手段を構成する干渉部材が弁体に対して接離移動可能に設けられている。干渉部材は駆動手段が作動することで、弁体に対して接近する方向及び離間する方向の少なくとも何れか一方に移動する。
【００３１】
駆動手段が作動することで、干渉部材が弁体に接近する方向に移動するのであれば、駆動手段が作動することで干渉部材が弁体に干渉する。したがって、流体の送給を停止する場合には、本発明に係る減圧弁よりも流体の下流側に設けられたバルブ等を締めると共に、駆動手段を作動させれば、弁体の通過孔とは反対側から干渉部材が弁体に干渉し、これにより、閉塞状態における一次圧の漏れを防止できる。
【００３２】
これに対して、駆動手段が作動することで、干渉部材が弁体から離間する方向に移動するのであれば、駆動手段が作動することで弁体に対する干渉部材の干渉が解除される。したがって、流体の送給を行なう場合には、本発明に係る減圧弁よりも流体の下流側に設けられたバルブ等を緩めて二次圧を低下させると共に、駆動手段を作動させれば、二次圧側合力が一次圧側合力よりも小さくなり、弁体が開放され、二次圧を所定の圧力未満に低下させた状態で流体を送給できる。
【００３３】
請求項４に記載の本発明に係る減圧弁は、請求項３に記載の本発明において、前記干渉部材を前記弁体に接近する方向又は前記弁体から離間する方向に付勢する付勢手段を備えると共に、前記付勢手段による前記干渉部材の付勢方向とは反対方向へのみ前記駆動手段が前記干渉部材を移動させる、ことを特徴としている。
【００３４】
請求項４に記載の本発明に係る減圧弁によれば、干渉部材が付勢手段によって弁体に接近する方向又は弁体から離間する方向の何れか一方に付勢される。
【００３５】
したがって、付勢手段が干渉部材を弁体に接近させる方向に付勢するのであれば、基本的には付勢手段の付勢力によって干渉部材が弁体に接近しており、弁体が干渉部材によって干渉される。
【００３６】
これに対して、付勢手段が干渉部材を弁体から離間させる方向に付勢するのであれば、基本的には付勢手段の付勢力によって干渉部材が弁体から離間しており、干渉部材による弁体への干渉が解除されている。
【００３７】
一方、本発明に係る減圧弁では、駆動手段は作動することで上記の付勢手段による干渉部材の付勢方向とは反対方向に干渉部材を移動させる。
【００３８】
したがって、付勢手段が干渉部材を弁体に接近させる方向に付勢するのであれば、付勢手段の付勢力によって干渉部材が弁体に接近しており、弁体が干渉部材によって干渉された状態で駆動手段が作動すると、駆動手段の駆動力が付勢手段の付勢力に抗して干渉部材を弁体から離間させる。これにより、弁体に対する干渉部材の干渉が解除される。
【００３９】
これに対して、付勢手段が干渉部材を弁体から離間させる方向に付勢するのであれば、付勢手段の付勢力によって干渉部材が弁体から離間している状態で駆動手段が作動すると、駆動手段の駆動力が付勢手段の付勢力に抗して干渉部材を弁体に接近させる。これにより、弁体が干渉部材に干渉され、通過孔から離間する方向への弁体の移動が規制される。
【００４０】
なお、本発明において駆動手段に関する具体的な構成に関しては特に限定するものではなく、作動状態で付勢手段の付勢力に抗して干渉部材を移動させることができる構成であればよい。したがって、駆動手段は電動機（モータ）であってもよいし、通電されることで生じた磁力により干渉部材を引き付ける又は遠ざけるソレノイドを駆動手段としもよい。
【００４１】
請求項５に記載の本発明に係る減圧弁は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の本発明において、前記通過孔を通過する前記流体の流量が予め設定された所定値以下の状態で、前記干渉手段が前記弁体に干渉する、ことを特徴としている。
【００４２】
請求項５に記載の本発明に係る減圧弁では、通過孔を通過する流体の流量が予め設定された所定値以下の状態になると、通過孔が弁体に閉塞されると共に、干渉手段によって弁体が干渉され、通過孔から離間する方向への弁体の移動が干渉手段の干渉により規制される。
【００４３】
すなわち、例えば、本発明に係る減圧弁よりも流体の下流側に設けられたバルブ等で流体の流路を閉止して、流体の送給を停止すると、全体的な流体の流量が減少する。したがって、この状態では、通過孔を通過する流体の流量も減少する。
【００４４】
ここで、予め設定された所定値以下の状態で干渉手段が弁体に干渉するのであれば、例えば、流量が所定値以下になると干渉手段によって弁体が干渉され、これにより、二次圧側合力と一次圧側合力との差異に拘わらず閉塞状態が維持されて通過孔が密閉される。
【００４５】
このように、干渉手段が弁体に干渉して通過孔から離間する方向への弁体の移動が干渉手段により規制されることで、弁体による通過孔のシール性を向上でき、流体の送給停止状態における一次圧の漏れを防止できる。このように一次圧の漏れを防止できることで、閉塞状態で二次圧が上昇することを防止できる。
【発明の効果】
【００４６】
以上説明したように、本発明に係る減圧弁では、一次圧が比較的に高圧であっても弁体による通過孔のシール性を向上でき、閉塞状態における一次圧の漏れを防止できる。このように一次圧の漏れを防止できることで、閉塞状態で二次圧が上昇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】
【００４７】
＜第１の実施の形態の構成＞
（減圧弁１０の構成）
図１には、本発明の第１の実施の形態に係る減圧弁１０の構成が断面図によって示されている。
【００４８】
図１に示されるように、本減圧弁１０はボディ１２を備えている。図１における上方側の端部が閉止された有底円筒形状に形成されている。ボディ１２の上下方向中間部における外周部からはフランジ部１４が延出されている。フランジ部１４よりも下側におけるボディ１２の外周部には雄ねじ１６が形成されいる。
【００４９】
雄ねじ１６は、例えば、高圧のガス（一例としては水素ガス）を貯蔵するタンク１８の口金部２０に形成された雌ねじ２２に螺合可能とされており、雄ねじ１６を口金部２０の雌ねじ２２に螺合させることで、口金部２０の開口端を閉塞できる。また、フランジ部１４の下面には雄ねじ１６と同心の環状溝２４が形成されている。
【００５０】
環状溝２４にはＯリング（オーリング）やガスケット等の封止手段としての環状の封止部材２６が嵌め込まれている。上記の雄ねじ１６を口金部２０の雌ねじ２２に螺合させてボディ１２をその下端側から口金部２０の内側に所定量嵌め込むと、封止部材２６が口金部２０の上端面と環状溝２４の底部に密着する。これにより、口金部２０とボディ１２との間が封止される。
【００５１】
さらに、フランジ部１４の一部には供給部２８が形成されている。供給部２８はフランジ部１４の径方向にボディ１２を貫通してボディ１２の内外を連通する孔とされており、ボディ１２内を通過したガス（水素ガス）は供給部２８を通過して本減圧弁１０の外部に送給される。
【００５２】
一方、ボディ１２には弁機構３０が設けられている。弁機構３０はフレーム３２を備えている。フレーム３２は外径寸法がボディ１２の内径寸法に概ね等しい（厳密には嵌合可能な程度に極僅かに小さい）円柱形状に形成されている。フレーム３２の下端部近傍における外周部には環状溝３４が形成されている。
【００５３】
環状溝３４にはＯリング（オーリング）やガスケット等の封止手段としての封止部材３６が嵌め込まれている。フレーム３２をボディ１２の下側開口端から嵌挿した状態では、封止部材３６がボディ１２の内周部及び環状溝３４の底部の双方に密着してボディ１２の内周部とフレーム３２の外周部との間を封止している。
【００５４】
さらに、フレーム３２の下端からはフレーム３２の径方向外方側へ向けてフランジ部３８が延出されている。フランジ部３８は、ボディ１２にフレーム３２が嵌挿された状態でボディ１２の下端と対向する。また、フランジ部３８には透孔４０が形成されており、この透孔４０に対向してボディ１２にはねじ孔４２が形成されている。
【００５５】
フランジ部３８を介してボディ１２とは反対側からは締結手段としてのボルト４４が透孔４０を貫通した状態でねじ孔４２に螺合しており、これにより、フランジ部３８がボディ１２の下面に密着した状態で締結固定されている。さらに、フレーム３２には通気部４６が形成されている。
【００５６】
通気部４６はフレーム３２の内外を連通しており、ボディ１２が口金部２０に装着された状態では、通気部４６を介してフレーム３２の内部とタンク１８の内部とが連通する。また、フレーム３２の上端部には通過孔４８が形成されており、フレーム３２の内部空間である一次圧室５０とフレーム３２よりも上側におけるボディ１２の内部空間である二次圧室５２とが通過孔４８を介して連通している。
【００５７】
さらに、フレーム３２の一次圧室５０の下端には、後述する駆動手段として干渉手段を構成するソレノイド５４が図示しないねじによって固定されている。また、一次圧室５０には弁体５８が収容されている。
【００５８】
弁体５８は本体６０を備えている。本体６０は上下方向に沿って軸方向とされた略円柱形状に形成されている。本体６０の軸方向中間部における外周部には、係止フランジ６１が形成されている。
【００５９】
この係止フランジ６１の下面と、ソレノイド５４のハウジング５６との間には第１付勢手段としての弁保持スプリング６２が設けられており、その付勢力Ｆ１（以下、弁保持スプリング６２の付勢力Ｆ１を「第１付勢力Ｆ１」と称する）によって本体６０を上方、すなわち、通過孔４８が形成されたフレーム３２の上底部へ接近する方向へ付勢している。
【００６０】
さらに、本体６０の上端側は上方へ向けて漸次外径寸法が小さくなる円錐形状とされ、下方から通過孔４８に対向し、本体６０の上端部が通過孔４８に嵌まり込むことで通過孔４８を閉塞できる構造になっている。また、本体６０の上端部には被押圧片６４が一体的に形成されている。
【００６１】
被押圧片６４は外径寸法が通過孔４８の内径寸法よりも十分に小さく、その先端側（本体６０とは反対側）は通過孔４８を通過して二次圧室５２に突出している。この被押圧片６４に対応して二次圧室５２には調圧部材としてのピストン６６が設けられている。
【００６２】
ピストン６６は上方へ向けて開口した有底円筒形状に形成されており、二次圧室５２をシリンダとして上下方向に摺動可能とされている。ピストン６６の外周部にはピストン６６と同心の環状溝６８が形成されている。
【００６３】
環状溝６８にはＯリング（オーリング）やガスケット等の封止手段としての環状の封止部材７０が嵌め込まれている。封止部材７０はボディ１２の内周部と環状溝６８の底部の双方に密着しており、ピストン６６の外周部とボディ１２の内周部との間を封止する構造となっている。
【００６４】
一方、ボディ１２の上底部７２にはシャフト７４が設けられている。シャフト７４は、ボディ１２に対して略同軸的に上底部７２を貫通している。シャフト７４は上底部７２に回転自在に軸支されているものの、上下方向に沿ったスライドは規制されている。
【００６５】
また、シャフト７４の上端部には把持部７６が設けられており、この把持部７６を把持した状態で上下方向を軸方向とする軸周りの回転力を把持部７６に付与することで、シャフト７４をその軸周りに回転させることができる構造となっている。
【００６６】
さらに、ボディ１２内には非円形（本実施の形態では、四角形）のスプリング受板７８が設けられている。スプリング受板７８は、ボディ１２内における上底部７２の近傍のガイド部８０に上下方向が厚さ方向とされた状態で嵌め込まれている。ガイド部８０はスプリング受板７８に対応した形状の（すなわち、本実施の形態では、四角形の）孔部とされ、ガイド部８０内にスプリング受板７８が嵌め込まれることで、スプリング受板７８は上下方向にスライド可能な状態で回り止めされている。また、スプリング受板７８には雌ねじ８２が形成されている。
【００６７】
雌ねじ８２にはシャフト７４の下端部近傍に形成された雄ねじ８４が螺合しており、これにより、スプリング受板７８がシャフト７４に支持されていると共に、シャフト７４の自らの軸周りの回転によりスプリング受板７８が上下にスライドする構造となっている。
【００６８】
さらに、上記のピストン６６の内底部とスプリング受板７８との間には第２付勢手段としての調圧スプリング８６が設けられている。調圧スプリング８６は、その下端がピストン６６の内底部に当接していると共に、上端がスプリング受板７８に当接し、その付勢力Ｆ２（以下、調圧スプリング８６の付勢力Ｆ２を「第２付勢力Ｆ２」と称する）によってピストン６６を下方、すなわち、通過孔４８が形成されたフレーム３２の上底部へ接近する方向へ付勢している。
【００６９】
一方、上記のハウジング５６の内側にはソレノイド本体８８が設けられている。ソレノイド本体８８は通電されることで周囲に磁界を形成するコイルで、その形状を円筒形状とみなした場合には、その軸方向が上下方向を向く。ソレノイド本体８８の内側には鉄心９０が配置されている。
【００７０】
鉄心９０は鉄等の強磁性体により形成されており、ソレノイド本体８８が形成した磁界により磁化されると、ソレノイド本体８８の軸方向に磁極が向く磁石になる。また、ソレノイド本体８８の内側で且つ鉄心９０の上側には押圧部材として干渉手段を構成するプランジャ９２が設けられている。
【００７１】
プランジャ９２は基部９４を備えている。基部９４はソレノイド本体８８の内側でソレノイド本体８８の軸方向に沿って鉄心９０に対して接離移動可能とされている。基部９４の鉄心９０とは反対側の端面からは棒状の軸部９６が突出形成されている。軸部９６はハウジング５６を貫通してフレーム３２の内側に入り込んでいる。さらに、軸部９６の先端（基部９４とは反対側の端部）には押圧部９８が形成されている。
【００７２】
押圧部９８は軸部９６よりも大径の円板状に形成されており、軸部９６に対して同軸的に一体形成されていると共に、上下方向に沿って弁体５８の本体６０の下面と対向している。また、押圧部９８の裏面（軸部９６側の面）とフレーム３２を閉止するハウジング５６との間には第３付勢手段（特許請求の範囲で言うところの「付勢手段」）としてのシャットスプリング１００が設けられている。
【００７３】
シャットスプリング１００はその下端がハウジング５６に接した状態でハウジング５６上に載置されていると共に、上端は押圧部９８の裏面に当接し、押圧部９８、ひいてはプランジャ９２を、その付勢力Ｆ３（以下、シャットスプリング１００の付勢力Ｆ３を「第３付勢力Ｆ３」と称する）によって上方、すなわち、本体６０（弁体５８）の下面に接近する方向へ付勢している。
【００７４】
この第３付勢力Ｆ３以外の外力がプランジャ９２に作用していない状態では、図１に示されるように、押圧部９８が本体６０（弁体５８）の下面に当接して、第３付勢力Ｆ３に基づく押圧力で弁体５８を下方から押し上げている。
【００７５】
（減圧弁１０の適用例）
次に、本減圧弁１０の適用例について説明する。
【００７６】
図４には、本減圧弁１０を適用した燃料電池システム１１０の構成の概略がブロック図により示されている。
【００７７】
この図に示されるように、燃料電池システム１１０はスタック１１２を備えている。スタック１１２は、イオン交換基としてスルフォン酸基を有する固体高分子により薄膜状に形成された電解質膜、電解質膜の厚さ方向一方の側に設けられた板状のアノード側セパレータ、及び電解質膜の厚さ方向他方の側に設けられた板状のカソード側セパレータ、カーボンペーパやカーボンクロスにより形成されて良好な導電性及び通気性を有し、両セパレータと電解質膜の間に設けられたガス拡散層、及び、触媒としての白金や白金系合金を担持した炭素と、電解質とが適度に混ざり合ったマトリックス状に形成されて電解室膜と各ガス拡散層とに設けられた触媒層を含めて構成された複数のセルを備えている。
【００７８】
スタック１１２にはカソード側ガス供給口１１４が形成されている。カソード側ガス供給口１１４は、ポンプ１１６、流量計１１８、及びフィルタ１２０を介して空気吸入口１２２に接続されており、ポンプ１１６を作動させることで、外気（空気）を吸入し、この外気をカソードガスとしてカソード側ガス供給口１１４からスタック１１２の内部に設けられたセルのカソード側セパレータに供給できる構造となっている。
【００７９】
また、スタック１１２にはカソード側ガス排気口１２４が形成されており、スタック１１２内で使用された外気をカソード排気ガスとして外部に排気できる構造となっている。
【００８０】
一方、スタック１１２にはアノード側ガス供給口１２６が形成されている。アノード側ガス供給口１２６は、バルブ１２８、流量計１３０、及び圧力計１３２を介して本減圧弁１０に接続されており、更に、本減圧弁１０を介して高圧の水素ガスを貯蔵したタンク１８に接続されている（実際には、上述したように、タンク１８の口金部２０に本減圧弁１０が取り付けられている）。
【００８１】
また、スタック１１２にはアノード側ガス排気口１３４が形成されており、アノード側ガス供給口１２６でバルブ１２８を開放すると、タンク１８の水素ガスがアノードガスとして減圧弁１０にて減圧され、圧力計１３２、流量計１３０、バルブ１２８を通過してアノード側ガス供給口１２６からスタック１１２の内部に設けられたセルのアノード側セパレータに供給される。さらに、スタック１１２に供給されて使用されたアノードガス（水素ガス）はアノード側ガス排気口１３４からアノード排気ガスとして排気される構造になっている。
【００８２】
一方、図５には、制御手段、或いは、弁体制御手段やアノードガス制御手段として把握できるソレノイド制御装置１４０の構成の概略がブロック図により示されている。ソレノイド制御装置１４０は、複数の比較器１４２、１４４、１４６を備えている。
【００８３】
上記の流量計１３０は比較器１４２に接続されており、流量計１３０から出力されたアノードガス（水素ガス）の流量に応じた流量信号Ｈｓが、比較器１４２の一方の入力端子から比較器１４２に入力される。また、比較器１４２の他方の入力端子には予め設定された下限流量値Ｈｕが入力される。
【００８４】
比較器１４２では流量信号Ｈｓと下限流量値Ｈｕとが比較され、流量信号Ｈｓに基づくアノードガスの流量が、下限流量値Ｈｕに基づくアノードガスの流量よりも高い（多い）場合にはＬｏｗレベルの信号を出力端子から比較器１４２が出力し、流量信号Ｈｓに基づくアノードガスの流量が、下限流量値Ｈｕに基づくアノードガスの流量よりも低い（少ない）場合にはＨｉｇｈレベルの信号を出力端子から比較器１４２が出力する構成となっている。
【００８５】
また、圧力計１３２は、比較器１４４の一方の入力端子に接続されていると共に、比較器１４６の一方の入力端子に接続され、両比較器１４４、１４６に圧力計１３２を通過するアノードガスの圧力に応じた圧力信号Ｐｓが入力される構成になっている。
【００８６】
比較器１４４の他方の入力端子には、予め設定された上限圧力値Ｐｏが入力される。比較器１４４では、圧力信号Ｐｓと上限圧力値Ｐｏとが比較され、圧力信号Ｐｓに基づくアノードガスの圧力が、上限圧力値Ｐｏに基づくアノードガスの圧力よりも低い（小さい）場合にはＬｏｗレベルの信号を出力端子から比較器１４４が出力し、圧力信号Ｐｓに基づくアノードガスの圧力が、上限圧力値Ｐｏに基づくアノードガスの圧力よりも高い（大きい）場合にはＨｉｇｈレベルの信号を出力端子から比較器１４４が出力する構成となっている。
【００８７】
これに対し、比較器１４６の他方の入力端子には、予め設定された下限圧力値Ｐｕが入力される。比較器１４６では、圧力信号Ｐｓと下限圧力値Ｐｕとが比較され、圧力信号Ｐｓに基づくアノードガスの圧力が、下限圧力値Ｐｕに基づくアノードガスの圧力よりも高い（大きい）場合にはＬｏｗレベルの信号を出力端子から比較器１４６が出力し、圧力信号Ｐｓに基づくアノードガスの圧力が、下限圧力値Ｐｕに基づくアノードガスの圧力よりも低い（小さい）場合にはＨｉｇｈレベルの信号を出力端子から比較器１４６が出力する構成となっている。
【００８８】
各比較器１４２、１４４、１４６の各出力端子は、３入力のＯＲゲート１４８に接続されており、各比較器１４２〜１４６の少なくとも何れか１つからＨｉｇｈレベルの信号が出力されてＯＲゲート１４８に入力されると、ＯＲゲート１４８からＨｉｇｈレベルの信号が出力される構成になっている。
【００８９】
さらに、ＯＲゲート１４８はドライバ１５０に接続されている。ドライバ１５０は上述したソレノイド５４のソレノイド本体８８に接続されていると共に、バッテリー１５２に接続されており、ＯＲゲート１４８から出力されたＨｉｇｈレベルの信号がドライバ１５０に入力されると、ドライバ１５０はソレノイド本体８８に対する通電を遮断する。
【００９０】
また、図５における図示は省略するが、ドライバ１５０は、バルブ１２８が開放されることでソレノイド本体８８に対する通電を開始する構成になっているが、ＯＲゲート１４８からのＨｉｇｈレベルの信号が入力された場合には、ドライバ１５０はバルブ１２８の状態とは無関係にソレノイド本体８８に対する通電を解除する。
【００９１】
＜第１の実施の形態の作用、効果＞
次に、上記の燃料電池システム１１０の動作の説明を通して、本減圧弁１０の作用並びに効果について説明する。
【００９２】
燃料電池システム１１０は、ポンプ１１６を作動させると、外気（空気）がフィルタ１２０、流量計１１８を介してポンプ１１６に吸入され、更に、ポンプ１１６に吸入された外気（空気）がカソードガスとしてカソード側ガス供給口１１４からスタック１１２内に供給される。
【００９３】
一方、ポンプ１１６の作動に前後してバルブ１２８を開放状態にすると、ドライバ１５０がソレノイド本体８８に対して通電を開始する。ソレノイド本体８８が通電されるとソレノイド本体８８の周囲並びに内側で磁界が生じ、この磁界によって鉄心９０が磁化される。このように鉄心９０が磁化されることで、強磁性体により形成されたプランジャ９２の基部９４が鉄心９０に吸引される。
【００９４】
これにより、図２に示されるように、プランジャ９２は、シャットスプリング１００の第３付勢力に抗して下降する。したがって、この状態では、シャットスプリング１００の第３付勢力がプランジャ９２を介して弁体５８に作用することがない。
【００９５】
さらに、バルブ１２８が開放されると、タンク１８内の水素ガスが本減圧弁１０の通過孔４８を通過する。通過孔４８を通過し高圧の水素ガスは一次圧室５０内では一次圧Ｐ１として弁体５８に作用する。
【００９６】
図３に示されるように、弁体５８には一次圧Ｐ１と通過孔４８の開口面積に応じた弁面積Ｓ１の積に対応した圧力Ｐａ（すなわち、Ｐａ＝Ｐ１×Ｓ１）が作用し、更に、この圧力Ｐ１と弁保持スプリング６２の第１付勢力Ｆ１との和である一次圧側合力Ｆｘにより弁体５８が通過孔４８側へ押圧される。
【００９７】
この一次圧側合力Ｆｘに押圧された弁体５８は、被押圧片６４を介してピストン６６の下面を上方へ押圧する。これに対して、ピストン６６には調圧スプリング８６の第２付勢力Ｆ２が一次圧側合力Ｆｘとは反対向きに作用している。
【００９８】
一次圧側合力Ｆｘよりも調圧スプリング８６の第２付勢力Ｆ２が大きければ、一次圧側合力Ｆｘに抗して調圧スプリング８６の第２付勢力Ｆ２が被押圧片６４を介して弁体５８を押し下げる（図３の二点鎖線で示す状態）。これにより、通過孔４８が開放されて一次圧室５０側から通過孔４８を介して二次圧室５２側へ水素ガスが流れる。
【００９９】
二次圧室５２側に流れた水素ガスは、供給部２８を通過して本減圧弁１０の外部（すなわち、タンク１８の外部）に送給される。本減圧弁１０の外部に送給された水素ガスは、圧力計１３２、流量計１３０を通過し、アノードガスとしてアノード側ガス供給口１２６からスタック１１２内に供給される。
【０１００】
このように、水素ガスがアノードガスとしてスタック１１２内に供給され、外気（空気）がカソードガスとしてスタック１１２内に供給されると、電解質膜のアノード側に位置する触媒層では、水素分子（Ｈ2）から水素イオン（Ｈ+）と電子（ｅ-）が生じる。水素イオンは電解質膜を透過して電解質膜のカソード側に位置する触媒層に到達する。
【０１０１】
一方、電子は外部回路を介して図４に示される負荷１３６へ流れる電流となり、負荷１３６の動力として供される。カソード側の触媒層では、電解質膜を透過した水素イオンと空気中の酸素分子（Ｏ2）、及び負荷１３６からの外部回路を介してカソード側の触媒層に到達した電子によって電気化学反応が生じ、その結果、水が生成される。
【０１０２】
このようにして生成された水は、電気化学反応終了後の空気であるカソード排気ガスと共にカソード側ガス排気口１２４から排出される。
【０１０３】
一方、本減圧弁１０では、上記のように一次圧室５０から二次圧室５２に水素ガスが流れると、図３に示されるように、二次圧室５２内に流れた水素ガスの圧力が二次圧Ｐ２としてピストン６６に作用する。ピストン６６には、ピストン６６の下面の面積Ｓ２と上記の通過孔４８の開口面積Ｓ１との差と、二次圧Ｐ２の積である圧力Ｐｂ（すなわち、Ｐｂ＝（Ｓ２−Ｓ１）×Ｐ２）がピストン６６を押し上げる力として作用する。
【０１０４】
これに対して、ピストン６６には、上記の調圧スプリング８６の第２付勢力Ｆ２及びピストン６６とボディ１２の上底部７２との間での大気圧Ｐｃが圧力Ｐｂに抗するように作用する。したがって、この状態では、二次圧Ｐ２、第２付勢力Ｆ２、及び大気圧Ｐｃの和である二次圧側合力Ｆｙがピストン６６に作用する。
【０１０５】
一次圧室５０から二次圧室５２への水素ガスの流入により二次圧Ｐ２が上昇すると、二次圧側合力Ｆｙが減少する。二次圧側合力Ｆｙが減少すると、二次圧側合力Ｆｙが一次圧側合力Ｆｘに抗しきれずに弁体５８の被押圧片６４に押圧されてピストン６６が押し上げられる。これにより、ピストン６６及び弁体５８が上昇すると、弁体５８が通過孔４８の一部又は全部を閉塞する。
【０１０６】
このように弁体５８によって通過孔４８の一部又は全部が閉塞されると、一次圧室５０から二次圧室５２への水素ガスの流入が停止又は減少するため、二次圧Ｐ２が減少する。このように二次圧Ｐ２が減少することで二次圧側合力Ｆｙが上昇すると、二次圧側合力Ｆｙが一次圧側合力Ｆｘに抗して被押圧片６４を介して弁体５８を押し下げる。
【０１０７】
これにより、通過孔４８の全部又は一部が開放される。このようにして、一次圧Ｐ１よりも十分に減圧された二次圧Ｐ２で水素ガスが減圧弁１０の外部（すなわち、タンク１８の外部）に送給され、スタック１１２内に供される。
【０１０８】
一方、燃料電池システム１１０を停止させるにあたり、バルブ１２８を閉じると、タンク１８とバルブ１２８との間で水素ガスの流路が閉塞される。このため、二次圧Ｐ２が上昇する。
【０１０９】
二次圧Ｐ２が上昇することで二次圧側合力Ｆｙが減少すると、上記のように弁体５８の被押圧片６４に押圧されてピストン６６が押し上げられる。これにより、ピストン６６及び弁体５８が上昇すると、弁体５８が通過孔４８を閉塞する。
【０１１０】
この状態で、弁体５８と通過孔４８との間に隙間が生じていると、この隙間を介して一次圧室５０側から二次圧室５２側へ水素ガスが漏れ、これにより、二次圧Ｐ２が上昇し、更に、弁体５８が上昇する。基本的には通過孔４８が弁体５８によって閉塞される通過孔４８が弁体５８により閉塞されると、流量計１１８にて検出される水素ガスの流量値Ｈｓが下限設定値Ｈｕを下回る。
【０１１１】
このため、比較器１４２からはＨｉｇｈレベルの信号が出力される。比較器１４２から出力されたＨｉｇｈレベルの信号がＯＲゲート１４８に入力されると、ＯＲゲート１４８からＨｉｇｈレベルの信号が出力される。ＯＲゲート１４８から出力されたＨｉｇｈレベルの信号がドライバ１５０に入力されることにより、ドライバ１５０はソレノイド本体８８に対する通電を遮断する。
【０１１２】
ソレノイド本体８８は通電が遮断されることで、それまでソレノイド本体８８の周囲及び内側に形成されていた磁界が解消され、これに伴い、鉄心９０の磁化が解消される。鉄心９０の磁化が解消されることで、鉄心９０によるプランジャ９２の基部９４の吸引が解除されるため、図１に示されるように、プランジャ９２はシャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３によって上昇する。
【０１１３】
上昇したプランジャ９２は押圧部９８が弁体５８（本体６０）の下面に当接し、シャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３に基づく押圧力で弁体５８を下から押し上げる。このように、弁体５８が押し上げられることで、弁体５８の上端側は通過孔４８の内周部に密着し、これにより、通過孔４８が密閉される。
【０１１４】
このように、通過孔４８が密閉されることで、一次圧室５０から二次圧室５２への水素ガスの漏れ（ガス圧の漏れ）を確実に防止でき、二次圧室５２側の不用意な圧力上昇を確実に防止できる。このように、バルブ１２８の閉止状態における二次圧室５２内の不用意な圧力上昇を防止できることで、再度、バルブ１２８を開放した際に不用意に高い圧力の水素ガスがアノードガスとしてスタック１１２に供給されることがなく、これにより、不用意に高圧の水素ガスがスタック１１２内に供給されることに起因するスタック１１２等の破壊を確実に防止できる。
【０１１５】
一方、上記のように、流量計１１８にて検出される水素ガスの流量値Ｈｓが下限設定値Ｈｕを下回らないまでも、通過孔４８と弁体５８との隙間から一次圧室５０側の水素ガスが二次圧室５２側に漏れ、これにより二次圧Ｐ２が上昇する。二次圧Ｐ２は圧力計１３２により検出され、この検出結果に基づく（二次圧Ｐ２の大きさに基づく）圧力信号Ｐｓが圧力計１３２から出力される。
【０１１６】
圧力計１３２から出力された圧力信号Ｐｓは比較器１４４に入力される。上記のように、一次圧室５０側からに二次圧室５２側に水素ガスが漏れることで、上昇した二次圧Ｐ２が予め設定された上限圧力値Ｐｏに基づく圧力を上回ると、比較器１４４からはＨｉｇｈレベルの信号が出力される。
【０１１７】
比較器１４４から出力されたＨｉｇｈレベルの信号がＯＲゲート１４８に入力されると、ＯＲゲート１４８からＨｉｇｈレベルの信号が出力される。ＯＲゲート１４８から出力されたＨｉｇｈレベルの信号がドライバ１５０に入力されることにより、ドライバ１５０はソレノイド本体８８に対する通電を遮断する。
【０１１８】
したがって、流量計１１８にて検出される水素ガスの流量値Ｈｓが下限設定値Ｈｕを下回った場合と同様に、ソレノイド本体８８に対する通電が遮断されて、シャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３によって上昇したプランジャ９２の押圧部９８が弁体５８を下から押し上げる。これにより、上述したように、弁体５８によって通過孔４８が密閉され、一次圧室５０から二次圧室５２への水素ガスの漏れ（ガス圧の漏れ）を確実に防止でき、二次圧室５２側の不用意な圧力上昇を確実に防止できる。
【０１１９】
さらに、圧力計１３２から出力された圧力信号Ｐｓは、比較器１４４のみならず、比較器１４６にも入力される。比較器１４６では入力された圧力信号Ｐｓと、予め設定された下限圧力値Ｐｕとが比較され、二次圧Ｐ２が予め設定された下限圧力値Ｐｕに基づく圧力を下回ると、比較器１４６からはＨｉｇｈレベルの信号が出力される。
【０１２０】
比較器１４６から出力されたＨｉｇｈレベルの信号がＯＲゲート１４８に入力されると、ＯＲゲート１４８からＨｉｇｈレベルの信号が出力される。ＯＲゲート１４８から出力されたＨｉｇｈレベルの信号がドライバ１５０に入力されることにより、ドライバ１５０はソレノイド本体８８に対する通電を遮断する。これにより、シャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３によって上昇したプランジャ９２の押圧部９８が弁体５８を下から押し上げる。
【０１２１】
ここで、例えば、何らかの異常で本来流れるべきでない流量の水素ガスが流れた場合には、二次圧Ｐ２が異常に低下する。ここで、本減圧弁１０では、二次圧Ｐ２が上記の下限圧力値Ｐｕに基づく圧力を下回ると、プランジャ９２の押圧部９８がシャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３で弁体５８を強制的に押し上げる。
【０１２２】
このように、弁体５８が強制的に押し上げられることで、一次圧側合力Ｆｘや二次圧側合力Ｆｙの大きさや差異の如何を問わず、通過孔４８が弁体５８によって強制的に密閉される。これにより、本減圧弁１０やその他の部位の故障や破損等による所定の流量以上の水素ガスが流れることを防止できる。
【０１２３】
また、本減圧弁１０は、弁保持スプリング６２の第１付勢力Ｆ１が付与されている１つの弁体５８に対してシャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３に基づくプランジャ９２の押圧力を付与する構造である。このため、単純に従来の減圧弁とレギュレータとを並べて一体化した構造に比べると遥かに小型化でき、タンク１８の口金部２０に装着する所謂「インタンクタイプ」の減圧弁として適用できる。
【０１２４】
なお、本実施の形態では、本減圧弁１０の適用例として燃料電池システム１１０を例示した。しかしながら、本減圧弁１０の適用が燃料電池システム１１０に限定されるものではなく、高圧流体を減圧して送給する際の減圧用として、その用途は幅広く適用されるものである。
【０１２５】
但し、燃料電池システム１１０を車両に搭載した車両の駆動エネルギー源として適用する場合には、タンク１８に貯蔵する水素ガスの容量が多いほど好ましく、しかしながら、タンク１８は小型であることが好ましい。このような点を考慮した場合、タンク１８内の水素ガスは極めて高圧になり、タンク１８の内圧とスタック１１２に送給される水素ガスのガス圧の差異が大きくなる。
【０１２６】
このような構成では、上記のように弁体５８による通過孔４８の閉塞状態で押圧部９８が下方から弁体５８を押し上げて通過孔４８を密閉し、一次圧室５０側から二次圧室５２側への水素ガスの漏れを確実に防止できる本減圧弁１０を適用することは非常に効果的で、結果的にタンク１８の小型化、ひいては、燃料電池システム１１０の小型化に寄与する。
【０１２７】
しかも、上記のように、単純に従来の減圧弁とレギュレータとを並べて一体化した構造に比べると本減圧弁１０は遥かに小型化でき、タンク１８の口金部２０に装着する所謂「インタンクタイプ」の減圧弁として適用できることから、この意味でも燃料電池システム１１０の小型化に寄与する。
【０１２８】
また、本実施の形態では、ソレノイド制御装置１４０がソレノイド本体８８に対する通電を遮断する際の条件を、スタック１１２に流れる水素ガスの流量が予め設定された下限流量値Ｈｕ以下になった場合、スタック１１２に流れる水素ガスの圧力が上限圧力値Ｐｏ以上になった場合、及び、スタック１１２に流れる水素ガスの圧力が下限圧力値Ｐｕ以下になった場合の少なくとも何れか１つの場合であった。しかしながら、ソレノイド本体８８に対する通電を遮断する際の条件は、上記の３つの条件の何れか１つ又は２つだけでもよいし、上記の３つの条件以外であってもよい。
【０１２９】
さらに、本実施の形態では、上記のように、ソレノイド制御装置１４０を比較器１４２、１４４、１４６、及びＯＲゲート１４２を含めて構成したが、例えば、このような比較器１４２、１４４、１４６、及びＯＲゲート１４２を用いずに、上記のような条件を満たしたか否かを判定するプログラムを用いて、ソフト的に制御する構成としても構わない。
【０１３０】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態を説明するにあたり前記第１の実施の形態と基本的に同一の部位に関しては、同一の符号を付与してその説明を省略する。
【０１３１】
図６には、本実施の形態に係る減圧弁１７０の構成が断面図によって示されている。
【０１３２】
図６に示されるように、本減圧弁１７０はフレーム３２に代わりフレーム１７２を備えている。フレーム１７２の内側にはフレーム３２と同様に弁体５８及び弁保持スプリング６２が収容されている。但し、フレーム３２とは異なり、フレーム１７２の上下方向中間部に中底部１７４が形成されており、弁保持スプリング６２の下端部は中底部１７４上に載置されている。
【０１３３】
また、本減圧弁１７０は駆動手段として干渉手段を構成するモータアクチュエータ１７６を備えている。モータアクチュエータ１７６はモータ１７８を備えている。モータ１７８を構成するモータハウジング又はヨークの外周部にはフランジ部１８０が形成されており、このフランジ部１８０によってフレーム１７２の下側開口端を閉止している。
【０１３４】
モータ１７８の出力軸１８２は中底部１７４よりも下側でフレーム１７２内に収容されている。さらに、フレーム１７２の内側にはリニアガイド１８４が設けられている。リニアガイド１８４は円筒形状の筒体１８６を備えている。筒体１８６は内径寸法が出力軸１８２の外径寸法よりも大きく、出力軸１８２を内側に収容した状態で出力軸１８２に対して同軸的に配置されている。
【０１３５】
筒体１８６の内周部及び出力軸１８２の外周部の各々にはねじ溝が形成されており、両ねじ溝の間には複数の球体１８８が配置されている。すなわち、出力軸１８２、筒体１８６、及び複数の球体１８８によりボールねじが構成されており、出力軸１８２が自らの軸周り方向一方に回転すると、筒体１８６が下方へスライドする構成となっている。
【０１３６】
また、筒体１８６の下端部とモータ１７８のモータハウジング又はヨークの上端部との間にはシャットスプリング１００が配置されている。すなわち、本実施の形態では、シャットスプリング１００がプランジャ９２ではなく、筒体１８６をその第３付勢力Ｆ３によって上方へ付勢している。さらに、筒体１８６の上端側は中底部１７４を貫通しており、その上端部には円柱形状の押圧部１９０が弁体５８の本体６０の下側で本体６０の下面に対向した状態で一体的に固定されている。
【０１３７】
すなわち、本減圧弁１７０では、モータ１７８が作動して出力軸１８２が自らの軸周り方向一方に回転すると、リニアガイド１８４の筒体１８６がしてシャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３に抗して下降する。これにより、押圧部１９０が弁体５８の本体６０から離間する。
【０１３８】
これに対して、モータ１７８が停止すると、シャットスプリング１００がその第３付勢力Ｆ３によって筒体１８６を押し上げつつ出力軸１８２をその軸周り他方へ回転させる。これにより、押圧部１９０が上昇して弁体５８の下面（本体６０の下面）に当接し、シャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３に基づく押圧力で弁体５８を押し上げる。
【０１３９】
このように、本減圧弁１７０は、駆動手段の構成が前記第１の実施の形態に係る減圧弁１０とは異なるが、弁保持スプリング６２とは別に押圧部９８に代わる押圧部１９０が下側から弁体５８を押し上げると言う点に関しては前記第１の実施の形態に係る減圧弁１０と同等の作用を奏する。したがって、本減圧弁１７０も基本的に前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１４０】
なお、これまでに説明した各実施の形態では、シャットスプリング１００の第３付勢力Ｆ３で押圧部９８、１９０が弁体５８を押し上げる構成であったが、シャットスプリング１００のような付勢手段の付勢力で弁体５８を押し上げる構成でなくてもよく、例えば、ソレノイド本体８８が形成する磁界や、モータ１７８の回転力で押圧部９８、１９０を上昇させて弁体５８を押し上げる構成としてもよい。このような構成とした場合には、押圧部９８、１９０を弁体５８から離間させるために別途スプリングを設ける構成としてもよい。
【０１４１】
また、上記の各実施の形態では、駆動手段にソレノイド５４やモータ１７８を適用したが、駆動手段の構成はソレノイド５４やモータ１７８に限定されるものではなく、押圧部９８、１９０を上昇及び下降の少なくとも何れか一方に移動させることができる構成であればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る減圧弁の構成を示す断面図である。
【図２】干渉手段が弁体に干渉した状態を示す図１に対応した断面図である。
【図３】弁体及びピストンに作用する力の状態を示す図である。
【図４】燃料電池システムの構成の概略を示すブロック図である。
【図５】燃料電池システムにおける本発明の第１の実施の形態に係る減圧弁の制御システムの構成の概略を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る減圧弁の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１０ 減圧弁
４８ 通過孔
５０ 一次圧室
５２ 二次圧室
５４ ソレノイド（干渉手段、駆動手段）
５８ 弁体
６６ ピストン（調圧部材）
１００ シャットスプリング（付勢手段）
１７０ 減圧弁
１７６ モータアクチュエータ（干渉手段、駆動手段）
Ｆ１ 第１付勢力
Ｆ２ 第2付勢力
Ｆｘ 一次圧側合力
Ｆｙ 二次圧側合力
Ｐ１ 一次圧
Ｐ２ 二次圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が通過する通過孔よりも前記流体の上流側で前記通過孔に対して接離移動可能に設けられると共に、前記通過孔側への第１付勢力により前記通過孔側へ付勢され、前記通過孔よりも前記流体の上流側での前記流体の圧力である一次圧と前記第１付勢力との一次圧側合力で前記通過孔に接近移動することで前記通過孔を閉塞する弁体と、
前記通過孔よりも前記流体の下流側で且つ前記通過孔を介して前記弁体とは反対側で、前記通過孔に対して接離移動可能に設けられると共に、前記通過孔から離間する方向への第２付勢力により付勢され、前記第２付勢力と前記通過孔よりも前記流体の下流側での流体の圧力である二次圧と前記第２付勢力との二次圧側合力が前記一次圧側合力を上回ることで前記弁体を前記通過孔から離間させる調圧部材と、
前記弁体に対して干渉及び当該干渉の解除が可能で、前記弁体に対する干渉状態で前記通過孔から離間する方向への前記弁体の移動を規制する干渉手段と、
を備える減圧弁。
【請求項２】
前記弁体に対する前記干渉手段の干渉状態で、前記干渉手段が前記弁体を前記通過孔側へ押圧する、
ことを特徴とする請求項１に記載の減圧弁。
【請求項３】
前記通過孔に対する前記弁体の接離移動方向に沿って前記弁体の前記通過孔とは反対側で、前記弁体に対して接離移動可能に設けられ、前記弁体に対する接近移動により前記弁体に接触して干渉する干渉部材と、
前記弁体に対して接近する方向及び離間する方向の少なくとも何れか一方へ向けて前記干渉部材を移動させる駆動手段と、
を含めて前記干渉手段を構成した、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の減圧弁。
【請求項４】
前記干渉部材を前記弁体に接近する方向又は前記弁体から離間する方向に付勢する付勢手段を備えると共に、
前記付勢手段による前記干渉部材の付勢方向とは反対方向へのみ前記駆動手段が前記干渉部材を移動させる、
ことを特徴とする請求項３に記載の減圧弁。
【請求項５】
前記通過孔を通過する前記流体の流量が予め設定された所定値以下の状態で、前記干渉手段が前記弁体に干渉する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の減圧弁。
【請求項１】
流体が通過する通過孔よりも前記流体の上流側で前記通過孔に対して接離移動可能に設けられると共に、前記通過孔側への第１付勢力により前記通過孔側へ付勢され、前記通過孔よりも前記流体の上流側での前記流体の圧力である一次圧と前記第１付勢力との一次圧側合力で前記通過孔に接近移動することで前記通過孔を閉塞する弁体と、
前記通過孔よりも前記流体の下流側で且つ前記通過孔を介して前記弁体とは反対側で、前記通過孔に対して接離移動可能に設けられると共に、前記通過孔から離間する方向への第２付勢力により付勢され、前記第２付勢力と前記通過孔よりも前記流体の下流側での流体の圧力である二次圧と前記第２付勢力との二次圧側合力が前記一次圧側合力を上回ることで前記弁体を前記通過孔から離間させる調圧部材と、
前記弁体に対して干渉及び当該干渉の解除が可能で、前記弁体に対する干渉状態で前記通過孔から離間する方向への前記弁体の移動を規制する干渉手段と、
を備える減圧弁。
【請求項２】
前記弁体に対する前記干渉手段の干渉状態で、前記干渉手段が前記弁体を前記通過孔側へ押圧する、
ことを特徴とする請求項１に記載の減圧弁。
【請求項３】
前記通過孔に対する前記弁体の接離移動方向に沿って前記弁体の前記通過孔とは反対側で、前記弁体に対して接離移動可能に設けられ、前記弁体に対する接近移動により前記弁体に接触して干渉する干渉部材と、
前記弁体に対して接近する方向及び離間する方向の少なくとも何れか一方へ向けて前記干渉部材を移動させる駆動手段と、
を含めて前記干渉手段を構成した、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の減圧弁。
【請求項４】
前記干渉部材を前記弁体に接近する方向又は前記弁体から離間する方向に付勢する付勢手段を備えると共に、
前記付勢手段による前記干渉部材の付勢方向とは反対方向へのみ前記駆動手段が前記干渉部材を移動させる、
ことを特徴とする請求項３に記載の減圧弁。
【請求項５】
前記通過孔を通過する前記流体の流量が予め設定された所定値以下の状態で、前記干渉手段が前記弁体に干渉する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の減圧弁。
【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２００６−６５５８７（Ｐ２００６−６５５８７Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４７３６１（Ｐ２００４−２４７３６１）
【出願日】平成１６年８月２６日（２００４．８．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２６日（２００４．８．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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