特許 6904858 減圧弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6904858

(24)【登録日】2021年6月28日

(45)【発行日】2021年7月21日

(54)【発明の名称】減圧弁

(51)【国際特許分類】

   G05D 16/10 20060101AFI20210708BHJP

   F16K 17/28 20060101ALI20210708BHJP

   F16K 47/02 20060101ALI20210708BHJP

【ＦＩ】

   G05D16/10 Z

   F16K17/28

   F16K47/02 D

【請求項の数】2

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-169428(P2017-169428)

(22)【出願日】2017年9月4日

(65)【公開番号】特開2019-46235(P2019-46235A)

(43)【公開日】2019年3月22日

【審査請求日】2020年7月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】杉山 和久

(72)【発明者】

【氏名】西 幸二

(72)【発明者】

【氏名】中野 哲

(72)【発明者】

【氏名】堀田 裕

(72)【発明者】

【氏名】山下 顕

(72)【発明者】

【氏名】山本 翔太

(72)【発明者】

【氏名】三石 康志

【審査官】 牧 初

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−２１９８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−８５６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１３７４６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−２００９４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｄ １６／００−１６／２０

Ｇ０５Ｄ ７／００− ７／０６

Ｆ１６Ｋ １７／００−１７／３４

Ｆ１６Ｋ ３９／００−５１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一次ポート及び二次ポートが設けられたボディと、
前記一次ポートと前記二次ポートとを繋ぐガス流路の途中に設けられ、弁孔を有する環状の弁座と、
前記弁座の上流側において前記ガス流路の内周面との間に隙間を有して設けられ、前記弁座に対して接離する弁体と、
前記二次ポートの圧力に応じて前記弁体を前記弁座から離間する方向に押圧する押圧機構とを備え、
前記押圧機構は、
前記弁座の下流側に設けられ、前記弁孔の軸方向に貫通したプラグ孔を有するプラグと、
前記プラグ孔内において該プラグ孔の内周面との間に隙間を有して挿入される軸状の摺動部、及び前記摺動部の上流側に形成されて前記弁体に当接する上流端部を有するピンとを備え、
前記ピン及び前記プラグは、前記摺動部の前記プラグ孔に対する嵌合長さを「Ｌ」、前記摺動部と前記プラグ孔との間の隙間を「Ｃ」とした場合に、前記嵌合長さＬと前記隙間Ｃとが次式
０．０００５Ｌ＜Ｃ＜０．００９０８Ｌ
を満たすように形成された減圧弁。

【請求項2】

請求項１に記載の減圧弁において、
前記嵌合長さＬと前記隙間Ｃとが次式
０．０００５Ｌ＜Ｃ＜０．００４５４Ｌ
を満たすように形成された減圧弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、減圧弁に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、燃料電池自動車に用いられる高圧水素ガス等の圧力調整を行うための減圧弁（レギュレータ）がある（例えば、特許文献１）。こうした減圧弁は、ボディにおける一次ポートと二次ポートとの間に設けられる弁機構（開閉弁）と、二次ポート側の圧力に応じて弁体を押圧して弁機構の開き量（開度）を変化させる押圧機構とを備えている。そして、弁機構の開き量に応じて一次ポートから流入する高圧の水素ガスを減圧し、二次ポートに送出する。

【0003】

詳しくは、押圧機構は、弁座の下流側に設けられるとともに軸方向に貫通したプラグ孔を有するプラグと、プラグ孔内に往復動可能に収容される軸状のピンと、プラグの下流側に設けられるシリンダと、シリンダ内に往復動可能に収容されてピンに当接するピストンと、ピストンをピン側に付勢するバネとを備えている。ピストンは、シリンダ内を二次ポートに繋がる圧力調整室とバネが収容される減圧室とに区画しており、圧力調整室と減圧室との差圧及びバネの付勢力に応じた荷重でピンを押圧し、この荷重をピンが弁体に伝達する。これにより、弁体は、押圧機構によって二次ポート側の圧力に応じて押圧される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６−８５６２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、高圧の水素ガスは、弁機構により絞られる流路を通過する際に減圧され、二次ポートへ送出される。そのため、水素ガスの流速が弁機構を通過する際に急激に速くなり、乱流が発生した場合、高周波の気流音（笛吹音）が発生するおそれがあるという問題があった。

【0006】

本発明の目的は、高周波気流音の発生を抑制できる減圧弁を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決する減圧弁は、一次ポート及び二次ポートが設けられたボディと、前記一次ポートと前記二次ポートとを繋ぐガス流路の途中に設けられ、弁孔を有する環状の弁座と、前記弁座の上流側において前記ガス流路の内周面との間に隙間を有して設けられ、前記弁座に対して接離する弁体と、前記二次ポートの圧力に応じて前記弁体を前記弁座から離間する方向に押圧する押圧機構とを備え、前記押圧機構は、前記弁座の下流側に設けられ、前記弁孔の軸方向に貫通したプラグ孔を有するプラグと、前記プラグ孔内において該プラグ孔の内周面との間に隙間を有して挿入される軸状の摺動部、及び前記摺動部の上流側に形成されて前記弁体に当接する上流端部を有するピンとを備え、前記ピン及び前記プラグは、前記摺動部の前記プラグ孔に対する嵌合長さを「Ｌ」、前記摺動部と前記プラグ孔との間の隙間を「Ｃ」とした場合に、前記嵌合長さＬと前記隙間Ｃとが式：０．０００５Ｌ＜Ｃ＜０．００９０８Ｌを満たすように形成された。

【0008】

本発明者らは、鋭意研究の結果、高周波気流音が発生する一因としてピンの傾斜が関係すること見出した。この発生メカニズムは次のように推測される。
すなわち、弁体及びピンの円滑な往復動を可能とするために、弁体はガス流路内に隙間を有して挿入されるとともに、ピンはプラグのプラグ孔内に隙間を有して挿入されるため、ピンがプラグ孔内で僅かながら傾斜した姿勢となり得る。その結果、ピンは、傾斜した姿勢のまま弁体を押圧して弁座から離間させることがある。この場合、弁体が弁座の軸線方向に沿って移動せず、ピンの傾斜に倣うため、該弁座の弁孔と弁体との間に形成される流路の断面が弁座の軸線回りに対称な形状とならない。これにより、弁孔と弁体との間に形成される流路について、幅の狭い部分と広い部分が生じることで、該流路を通過するガスに流速差が生じ、この流速差が大きくなると、乱流が生じて高周波気流音が発生すると推測される。

【0009】

そして、本発明者らは、上記知見に基づき更なる研究開発を続けた結果、ピンの軸線に対する傾斜角が０．５２度以下であれば、弁体が該ピンの傾斜に倣って移動しても、弁孔と弁体との間に形成される流路について、幅の狭い部分と広い部分との差が過大になり難く、気流音の発生が抑制されることを見出した。この点、上記構成によれば、隙間Ｃと嵌合長さＬとの関係を０．０００５Ｌ＜Ｃ＜０．００９０８Ｌとするため、ピンがプラグ孔内で構造的（幾何学的）に最大限傾斜できる角度が０．５２度に規制される。したがって、弁孔と弁体との間の流路について、幅の狭い部分と広い部分との差が過大になることを抑制でき、該流路を通過するガスに生じる流速差を抑制して高周波気流音が発生することを抑制できる。

【0010】

上記減圧弁において、前記嵌合長さＬと前記隙間Ｃとが式：０．０００５Ｌ＜Ｃ＜０．００４５４Ｌを満たすように形成されることが好ましい。
上記構成によれば、隙間Ｃと嵌合長さＬとの関係を０．０００５Ｌ＜Ｃ＜０．００４５４Ｌとするため、ピンがプラグ孔内で構造的に最大限傾斜できる角度が０．２６度に規制される。これにより、高周波気流音の発生率を極めて低く抑えることができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、気流音の発生を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】減圧弁の一部断面図。

【図2】減圧弁におけるプラグ及びピン近傍の拡大断面図。

【図3】弁体及びピンが傾斜した状態を示す模式図。

【図4】ピンが傾斜した姿勢のまま弁体を押圧した際の弁孔内を示す断面図（図３のＩＶ−ＩＶ線断面図）。

【図5】ピンの画像傾斜角と音圧との関係を示すグラフ。

【図6】ピンの構造的最大傾斜角と気流音発生率との関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、減圧弁の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示す減圧弁（レギュレータ）１は、燃料電池自動車に搭載される水素ガスのガスタンク２と燃料電池３に水素ガスを供給するインジェクタ４とをつなぐ流体回路の途中に設けられ、高圧（例えば最大８７．５ＭＰａ程度）の水素ガスを減圧（例えば１．２ＭＰａ程度）してインジェクタ４側に送出する。なお、本実施形態のインジェクタ４には、ＰＷＭ（Pulse width modulation）制御によりスイッチング素子をオンオフしてコイル（ともに図示略）に駆動電力を供給することで、燃料電池３への水素ガスの供給量が制御されるものが採用されており、スイッチング素子のデューティ比（オンオフ比）が大きいほど、水素ガスの供給量が多くなる。

【0014】

減圧弁１は、一次ポート５及び二次ポート６が形成されたボディ７と、ボディ７内における一次ポート５と二次ポート６との間に設けられた弁機構８と、弁機構８の開き量（開度）を調整する押圧機構９とを備えている。

【0015】

図１及び図２に示すように、ボディ７には、一次ポート５及び二次ポート６に連通するとともに、外部に開口した丸穴状の収容穴１１が形成されている。一次ポート５から延びるガス流路としての供給流路１２は収容穴１１の底面１１ａにおける中央に開口し、二次ポート６へ延びるガス流路としての送出流路１３は収容穴１１の底面における偏心した位置に開口している。供給流路１２は断面円形の直線状に形成されるとともに、その収容穴１１側の開口部分は弁機構８を収容するように他の部分よりも大きな内径に設定されている。具体的には、供給流路１２の開口部分は、供給流路１２の上流側（図１中、下側）から順に円筒状の第１収容部１４、及び第１収容部１４に連続するとともに底面１１ａに開口する円筒状の第２収容部１５を有している。第１及び第２収容部１４，１５は、内径がこの順で大きくなるとともに、それぞれ収容穴１１と同軸上に配置されるように形成されている。なお、供給流路１２における開口部分よりも上流側部分の内径ＩＤ１は、例えば８ｍｍ程度に設定されており、燃料電池自動車用の減圧弁１としては４ｍｍ〜１６ｍｍ程度の範囲が好ましい。

【0016】

弁機構８は、供給流路１２に収容される弁体（ポペット）２１と、第１収容部１４に収容される弁座２２とを備えている。
弁体２１は、有底筒状の筒状部３１と、筒状部３１の底部から下流側（図１中、上側）に向かって外径が小さくなるテーパ状の頭部３２と、頭部３２の下流側端部から突出した円柱状の当接部３３とを有している。筒状部３１、頭部３２及び当接部３３は、同一の軸線ＡＸ１上に一体形成されている。筒状部３１（弁体２１）の外径ＯＤ１は供給流路１２の内径ＩＤ１よりも僅かに小さく設定されている。なお、筒状部３１の外径ＯＤ１は、例えば８ｍｍ程度に設定されており、燃料電池自動車用の減圧弁１としては４ｍｍ〜１６ｍｍ程度の範囲が好ましい。そして、弁体２１は供給流路１２の内周面との間に隙間を有して供給流路１２に挿入されており、軸方向移動可能に配置されている。なお、図２では、説明の便宜上、供給流路１２と弁体２１との間の隙間、及び後述するプラグ５１とピン５２との間の隙間を誇張して示している。頭部３２の外周面は、軸線ＡＸ１に対して略一定の傾斜角を有するテーパ状に形成されており、当接部３３の外周面は、軸線ＡＸ１に対して略平行な円筒状に形成されている。なお、本実施形態の当接部３３の外径ＯＤ２は、例えば１．８ｍｍ程度に設定されており、燃料電池自動車用の減圧弁１としては０．９ｍｍ〜３．６ｍｍ程度の範囲が好ましい。

【0017】

筒状部３１内には、コイルバネ３４が収容されている。コイルバネ３４は、供給流路１２の上流側に配置された棒状の支持部材３５と弁体２１との間で圧縮されている。これにより、弁体２１は、コイルバネ３４によって弁座２２側に付勢されている。

【0018】

弁座２２は、弁孔４１を有する円環状に形成されており、第１収容部１４内に圧入されている。なお、弁座２２は、ポリイミド樹脂等の弾性変形可能な硬質樹脂により構成されている。弁孔４１は、その軸線ＡＸ２に対する傾斜角が頭部３２の傾斜角よりも大きいテーパ状の内周面を有するテーパ孔部４２と、軸線ＡＸ２と平行な円筒状の内周面を有する円筒孔部４４とを有している。テーパ孔部４２及び円筒孔部４４は、上流側からこの順で形成されている。なお、円筒孔部４４の内径ＩＤ２は、例えば２．８ｍｍ程度に設定されており、燃料電池自動車用の減圧弁１としては１．４ｍｍ〜５．６ｍｍ程度の範囲が好ましい。

【0019】

押圧機構９は、第２収容部１５に取着されるプラグ５１と、プラグ５１内に配置されるピン５２と、収容穴１１に固定されるシリンダ５３と、シリンダ５３内に摺動可能に収容されるピストン５４と、シリンダ５３とピストン５４との間に圧縮状態で配置されるコイルバネ等の付勢部材５５とを備えている。

【0020】

プラグ５１は、円柱状に形成されており、弁座２２を圧縮しつつ第２収容部１５の内周に螺着されており、その一部が収容穴１１内に突出している。プラグ５１の中央には、軸方向に貫通するプラグ孔６１が弁孔４１と同軸（軸線ＡＸ２）上に形成されている。プラグ孔６１は、弁孔４１に連続する縮径孔部６２と、縮径孔部６２に連続する摺動孔部６３とを有している。縮径孔部６２は、その上流側部分が弁孔４１（円筒孔部４４）と略等しい内径を有する円筒状に形成されるとともに、その下流側端部が下流側に向かって大径となるテーパ状に形成されている。摺動孔部６３は、その軸方向全域に亘って略等しい内径ＩＤ３を有する円筒状に形成されている。なお、摺動孔部６３の内径ＩＤ３は、例えば１０ｍｍ程度に設定されており、燃料電池自動車用の減圧弁１としては５ｍｍ〜２０ｍｍ程度の範囲が好ましい。また、プラグ５１における収容穴１１内に突出した突出部６４には、径方向に延びてプラグ孔６１と収容穴１１とを連通する流路孔６５が形成されている。

【0021】

ピン５２は、軸状に形成された摺動部７１と、摺動部７１から下流側に突出する下流端部７３と、摺動部７１から上流側に突出する上流端部７４とを有している。摺動部７１、下流端部７３及び上流端部７４は、同一の軸線ＡＸ３上に一体形成されている。本実施形態の摺動部７１は、プラグ孔６１の内周面に対して摺動する本体部７１ａ、及び本体部７１ａの上流側に設けられるとともに本体部７１ａよりも小さな外径を有する逃し部７１ｂを備えている。本体部７１ａの外径ＯＤ３はプラグ孔６１の摺動孔部６３の内径ＩＤ３よりも僅かに小さく設定されている。なお、摺動部７１の外径ＯＤ３は、例えば１０ｍｍ程度に設定されており、燃料電池自動車用の減圧弁１としては５ｍｍ〜２０ｍｍ程度の範囲が好ましい。また、本体部７１ａの摺動孔部６３に嵌合した嵌合長さＬは、例えば１０ｍｍ程度に設定されており、燃料電池自動車用の減圧弁１としては５ｍｍ〜２０ｍｍ程度の範囲が好ましい。なお、逃し部７１ｂの軸方向長さは、ピン５２のプラグ孔６１内での軸方向移動に伴って本体部７１ａがプラグ孔６１から突出しないように設定されており、ピン５２の位置に関わらず、嵌合長さＬは一定となる。そして、摺動部７１は、プラグ孔６１の内周面との間に隙間Ｃを有して挿入されており、軸方向移動可能に配置されている。

【0022】

本実施形態では、隙間Ｃは、下記（１）を満たすように、好ましくは下記（２）式を満たすように設定されている。
０．０００５Ｌ＜Ｃ＜０．００９０８Ｌ …（１）
０．０００５Ｌ＜Ｃ＜０．００４５４Ｌ …（２）
なお、上記（１）、（２）式における０．０００５Ｌは、ピン５２の円滑な摺動を担保するために設定した、必要最小限度の隙間を示す。

【0023】

上記（１）、（２）式は、換言すると、ピン５２の軸線ＡＸ３の弁座２２の軸線ＡＸ２に対する交差角、つまりピン５２がプラグ孔６１内で構造的（幾何学的）に最大限傾斜できる傾斜角θ（＝ａｒｃｔａｎ（Ｃ／Ｌ））は、下記（３）式を満たし、好ましくは下記（４）式を満たす。

【0024】

０．０２９°＜θ＜０．５２° …（３）
０．０２９°＜θ＜０．２６° …（４）
また、摺動部７１には、軸方向に延びる複数の流路孔７２がその中心軸周りに等角度間隔で形成されている。下流端部７３の外径は、摺動部７１よりも小径の円柱状に形成されている。上流端部７４の外径は弁体２１における当接部３３の外径と略等しく設定されており、上流端部７４及び当接部３３は弁孔４１及びプラグ孔６１（縮径孔部６２）内に挿通されて互いに当接している。

【0025】

図１に示すように、シリンダ５３は有底円筒状に形成されている。シリンダ５３は、その円筒部８１の外周部分が収容穴１１の内周に螺着されるとともに、その底部８２の外周部分にロックナット８３が螺着されることによりボディ７に固定されている。なお、円筒部８１の開口部外周には、Ｏリング等のシール部材８４が装着されており、収容穴１１と外部との間の気密を確保している。

【0026】

ピストン５４は有底円筒状に形成されるとともに、その外径は円筒部８１の内径よりも僅かに小さく設定されている。ピストン５４は、その底部が円筒部８１の開口端側に位置する姿勢で円筒部８１内に軸方向に摺動可能収容され、円筒部８１内を二次ポート６側の圧力調整室８５と圧力調整室８５よりも低圧の減圧室８６とに区画している。なお、ピストン５４の外周にはウェアリングやリップシール等のリング部材８７が装着されており、圧力調整室８５と減圧室８６との間の気密を確保している。そして、ピストン５４は、ピン５２の下流端部７３に当接している。これにより、ピン５２及び弁体２１は、ピストン５４の摺動に応じて一体で移動する。

【0027】

付勢部材５５は、シリンダ５３とピストン５４との間で圧縮された状態で収容されている。そして、付勢部材５５は、弁体２１が弁座２２から離座する、すなわち弁機構８の開き量が大きくなるようにピストン５４を付勢している。

【0028】

このように構成された減圧弁１では、圧力調整室８５と減圧室８６との差圧、コイルバネ３４及び付勢部材５５の付勢力に応じてピストン５４が円筒部８１内を摺動する。そして、ピストン５４の軸方向位置に応じて弁機構８の開き量、より厳密には弁体２１の頭部３２とテーパ孔部４２及び円筒孔部４４間のエッジ状をなす境界部分との間の流路断面積を調整することで、二次ポート６側の圧力（圧力調整室８５内の圧力）が所定圧を超えないようにしている。

【0029】

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）隙間Ｃと嵌合長さＬとの関係を０．０００５Ｌ＜Ｃ＜０．００９０８Ｌとすることで、ピン５２がプラグ孔６１内で構造的に最大限傾斜できる角度が０．５２度よりも小さくなるように規制され、高周波の気流音（笛吹音）が発生することを抑制できる。

【0030】

（２）隙間Ｃと嵌合長さＬとの関係を０．０００５Ｌ＜Ｃ＜０．００４５４Ｌとすることで、ピン５２がプラグ孔６１内で構造的に最大限傾斜できる角度が０．２６度よりも小さくなるように規制され、高周波気流音の発生率を極めて低く抑えることができる。

【0031】

このように高周波気流音の発生を抑制でき、その発生率を極めて低く抑えることのできるメカニズムは、次のように推測される。
上記のように弁体２１及びピン５２の円滑な往復動を可能とするために、弁体２１は供給流路１２内に隙間を有して挿入されるとともに、ピン５２はプラグ孔６１内に隙間を有して挿入されている。そのため、例えば図３に示すように、ピン５２がプラグ孔６１内で僅かながら傾斜した姿勢となり得、ピン５２は傾斜した姿勢のまま弁体２１を押圧して弁座２２から離間させることがある。この場合、弁体２１が弁座２２の軸線方向に沿って移動せず、ピン５２の傾斜に倣うため、図４に示すように、弁孔４１と弁体２１との間に形成される流路の断面が弁座２２の軸線ＡＸ２回りに対称な形状とならない。その結果、弁孔４１と弁体２１との間に形成される流路について、図４において二点鎖線で示すように、幅の狭い部分と広い部分が生じることで、該流路を通過する水素ガスに流速差が生じ、この流速差が大きくなると、乱流が生じて高周波気流音が発生する。なお、図４は、弁孔４１におけるテーパ孔部４２と円筒孔部４４との間のエッジ状をなす境界部分を通る断面図を示す。

【0032】

さらに詳しく考察すると、弁孔４１と弁体２１との間の流路において、弁体２１（頭部３２）の上流側と下流側との差圧は軸線ＡＸ２周りの全域に亘って略等しいため、水素ガスの流速は、幅の広い部分で流速が速く、幅の狭い部分で遅くなる。その結果、水素ガスの流速が遅い部分（幅の狭い部分）の圧力が、流速の速い部分（幅の広い部分）よりも大きくなる。そして、流路における幅の狭い部分と広い部分との圧力差に応じて、図３に示すように、弁体２１には、その軸心を弁座２２の軸線ＡＸ２に近づける力ｆ１が作用する。また、減圧弁１の作動時において、ピン５２が押圧機構９から受ける荷重Ｆ、ピン５２の傾きを傾斜角θとすると、ピン５２から弁体２１には、弁体２１の軸線ＡＸ１を径方向外側に偏心させる力ｆ２（＝Ｆ×ｔａｎθ）が作用する。したがって、減圧弁１の開き量が略一定となる定常状態では、力ｆ１と力ｆ２とが互いに略等しくなるため、ピン５２が傾斜した姿勢で弁体２１を押圧していても、弁体２１の偏心量は略一定となる。このことから、ピン５２の傾斜角θを好適に設定することで、弁体２１の偏心量、すなわち弁孔４１と弁体２１との間の流路で生じる流速差を高周波気流音が発生しないようなものとすることが可能になる。つまり、高周波気流音が発生する一因としてピン５２の傾斜が関係している。

【0033】

なお、弁体２１が弁座２２に対して傾いた姿勢で着座している場合であっても、弁体２１が弁座２２の軸線ＡＸ２に沿って離座すれば、弁孔４１と弁体２１との間に形成される流路の断面が弁座２２の軸線ＡＸ２回りに対称な形状となるため、気流音の発生に与える影響は少ないと考えられる。

【0034】

したがって、隙間Ｃと嵌合長さＬとの関係を上記のように規定し、ピン５２のプラグ孔６１内での最大限傾斜を規定することで、高周波気流音の発生を抑制でき、その発生率を極めて低く抑えることができる。

【0035】

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、摺動部７１が本体部７１ａ及び逃し部７１ｂを有する構成としたが、これに限らず、摺動部７１が逃し部を有さない構成としても良い。なお、この場合、嵌合長さＬは、減圧弁１の閉弁時（弁体２１が弁座２２に着座した状態）におけるピン５２の位置を基準として設定される。

【0036】

・上記実施形態において、テーパ孔部４２と円筒孔部４４との間に、テーパ孔部４２よりも小さな傾斜角を有する絞り孔部を形成してもよく、例えば絞り孔部の傾斜角を頭部３２の傾斜角と等しくしてもよい。

【0037】

・上記各実施形態において、減圧弁１を高圧の水素ガスを減圧する用途に用いたが、これに限らず、例えばヘリウム等、水素以外の気体を減圧する用途に用いてもよい。

【実施例】

【0038】

以下、上記実施形態をさらに具体化した実施例について説明する。
図１に示す減圧弁１について、プラグ孔６１の摺動孔部６３とピン５２の摺動部７１との間の隙間Ｃと、摺動部７１の摺動孔部６３に対する嵌合長さＬとの関係が異なるものを複数製造し、これらを実施例ａ１〜ａ６，ｂ１〜６、比較例ａ７〜ａ９，ｂ７とした。各実施例及び比較例は、表１及び表２に示すように、隙間Ｃと嵌合長さＬとの関係を異ならせており、経験上、高周波気流音が発生し易いことが明らかになっている条件下で減圧弁１を作動させて、試験を行った。なお、試験の条件及び各実施例及び各比較例として用いた減圧弁１の参考寸法等は以下の通りである。

【0039】

ガス種：水素ガス又はヘリウムガス
一次ポート５の圧力（一次圧力）：３５ＭＰａ〜８７ＭＰａ程度
二次ポート６の圧力（二次圧力）：１．１ＭＰａ〜１．３ＭＰａ程度
インジェクタ４のデューティ比：４８％〜９０％程度
供給流路１２の内径ＩＤ１：８ｍｍ程度
弁体２１の筒状部３１の外径ＯＤ１：８ｍｍ程度
弁体の当接部３３の外径ＯＤ２：１．８ｍｍ程度
弁座２２の円筒孔部４４の内径ＩＤ２：２．８ｍｍ程度
ピン５２の摺動部７１（本体部７１ａ）の外径ＯＤ３：１０ｍｍ程度
ピン５２の摺動部７１（本体部７１ａ）の嵌合長さＬ：１０ｍｍ程度
プラグ５１の摺動孔部６３の内径ＩＤ３：１０ｍｍ程度
なお、上記のように高周波気流音は、弁孔４１と弁体２１との間の流路の断面において、流速差が大きくなることにより乱流が生じて発生すると推測されるため、弁機構８を通過する流量が多いほど、発生し易い。したがって、一次圧力が３５ＭＰａ以下の圧力であっても、またデューティ比が４８％以下の比率であっても、流量は減少するため、表１及び表２に示す各実施例の隙間Ｃと嵌合長さＬとの関係を満たせば、高周波気流音の発生を同様に抑制できると考えられる。また、流量に大きな影響を与えない減圧弁１を構成する部材の寸法についても、表１及び表２に示す各実施例の隙間Ｃと嵌合長さＬとの関係を満たせば、少なくとも上記発明を実施するための形態に示した燃料電池自動車用の減圧弁１の寸法範囲、及び該寸法範囲を大きく逸脱しない範囲で高周波気流音の発生が同様に抑制されることが期待される。

【0040】

【表1】

【0041】

【表2】

ただし、表１及び表２における「ＣとＬとの関係」の欄は、便宜上、「Ｃ」の上限のみを示しており、実施例ａ１〜ａ６，ｂ１〜６、比較例ａ７〜ａ９，ｂ７のいずれも隙間Ｃの下限は「Ｃ＞０．０００５Ｌ」である。

【0042】

表１及び図５に示す試験は、減圧弁１において、プラグ５１及びボディ７における少なくともプラグ５１と径方向に対向する部分をガラス等の透明な部材により構成し、減圧弁１の作動時におけるピン５２の角度をカメラ等により撮像するとともに発生する音の大きさ（音圧）を計測することにより行った。画像傾斜角は、撮像した画像を解析することに得られたピン５２の軸線ＡＸ２に対する傾斜角θを示す。なお、図５における白抜きの四角は、本発明者らの聴覚によっては高周波気流音を感知できなかったときの結果を示し、黒抜きの四角は、本発明者らの聴覚によって高周波気流音を感知できたときの結果を示す。表１の「高周波気流音の感知」欄では、高周波気流音が感知されなかった場合を「○」、感知された場合を「×」で示す。

【0043】

表１及び図５に示すように、ピン５２の傾斜角θが０．５２°よりも小さな範囲では、本発明者らの聴覚によっては高周波気流音が感知されなかった。この結果から、ピン５２のプラグ孔６１内での構造的な最大傾斜角を０．５２°よりも小さくなるように隙間Ｃ及び嵌合長さＬを設定する、すなわち隙間Ｃ及び嵌合長さＬとの関係が上記（１）式を満たすことによって、高周波気流音の発生を抑制できたことがわかる。

【0044】

表２及び図６に示す試験について、構造的最大傾斜角は、隙間Ｃ及び嵌合長さＬとの関係を表２に示すものとした場合に、ピン５２がプラグ孔６１内において構造的に最大限傾斜できる傾斜角θを示し、高周波気流音発生率は、各実施例及び各参考例の減圧弁１を用いて６４回の試験を行った中で本発明者らが高周波気流音を感知した回数の割合を示す。

【0045】

表２及び図６に示すように、ピン５２の傾斜角θが０．５２°よりも小さな範囲では、高周波気流音の発生を抑制できたことがわかる。なお、実施例ｂ４，ｂ６では、高周波気流音発生率がそれぞれ３０％、９．５％となっている。これは、本試験を上記のように高周波気流音が発生し易い条件下で行っているためであり、実際に各実施例の減圧弁１を搭載した燃料電池自動車で走行した際には、数％以下の小さな発生率に抑えることができると考えられる。また、こうした高周波気流音が発生し易い条件下で試験を行った場合であっても、ピン５２の構造的最大傾斜角が０．２６°よりも小さな範囲では、高周波気流音発生率を極めて低く抑えることができたことがわかる。

【符号の説明】

【0046】

１…減圧弁、５…一次ポート、６…二次ポート、７…ボディ、８…弁機構、９…押圧機構、１２…供給流路（ガス流路）、１３…送出流路（ガス流路）、２１…弁体、２２…弁座、３１…筒状部、３２…頭部、３３…当接部、４１…弁孔、４２…テーパ孔部、４４…円筒孔部、５１…プラグ、５２…ピン、５３…シリンダ、５４…ピストン、５５…付勢部材、６１…プラグ孔、６２…縮径孔部、６３…摺動孔部、７１…摺動部、７１ａ…本体部、７１ｂ…逃し部、７３…下流端部、７４…上流端部、８５…圧力調整室、８６…減圧室、Ｃ…隙間、Ｆ…荷重、ｆ１，ｆ２…力、Ｌ…嵌合長さ、ＡＸ１〜ＡＸ３…軸線、ＩＤ１〜ＩＤ３…内径、ＯＤ１〜ＯＤ３…外径、θ…傾斜角。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】