CN103016739A - 密封结构体 - Google Patents

Abstract

本发明提供即使用连续的支承环也能够容易地组装的密封结构体。其包括：具备具有填充室的填充室体和与填充室体一体形成的圆筒状的接头部的箱体主体、具有插入于接头部的插入部的阀体、设置在接头部与插入部之间的O形密封环、配置在O形密封环的一侧且对O形密封环的移动进行限制的连续的第一支承环，在接头部的内周面上通过沿径向向外凹陷而形成收容O形密封环及第一支承环的环状的收容槽，接头部具备与填充室体一体的第一圆筒部和在轴向上可与第一圆筒部拆装的第二圆筒部，在第二圆筒部从第一圆筒部脱离的情况下，收容槽在轴向上被分割而面向外部。

Description

密封结构体

技术领域

本发明涉及密封结构体。

背景技术

近年来，对燃料电池车等的开发得到迅速进展，作为延长其续航距离的一个方法，使向燃料电池供给氢(燃料气体、流体)的氢箱体(气体箱体)实现高压化。这种氢箱体的外形呈圆柱状，由铝合金等形成，并且具备填充室体，该填充室体具有在内部填充有氢的填充室(箱体室)。

此外，在填充室体的一端侧，与填充室体一体地形成有圆筒状的接头部(圆筒体)，圆柱状的阀体(插入构件)插入并螺合于该接头部。即，在阀体的外周面和接头部的内周面分别形成螺纹部(外螺纹部、内螺纹部)。此外，在接头部与阀体之间设置有用于防止氢泄漏的环状的O形密封环(密封环)。需要说明的是，O形密封环通常由橡胶制成。

另外，由于填充室的压力根据氢的剩余量和温度而变动，因此O形密封环在氢箱体(接头部)的轴向上移动。即，在氢的剩余量多而填充室为高压的情况下，在高压氢的作用下，O形密封环被沿着轴向向外按压，另一方面，在氢的剩余量少而填充室为低压的情况下，在低压氢的作用下，O形密封环被沿着轴向向内吸引。需要说明的是，沿着轴向向外是远离填充室的朝向，沿着轴向向内是指靠近填充室的朝向。此外，因此作用于O形密封环的压力以这种方式从高压向低压变动而所作用的力的朝向发生交替，所以该压力被称为交替压力。

然而，若O形密封环如此沿轴向移动，则O形密封环因咬入本来不应存在的接头部与阀体间的极小间隙而发生变形，因该变形造成在O形密封环的外周面形成损伤等，从而造成O形密封环的密封性降低。

因此，提出了如下技术方案，即，在轴向上在O形密封环的两侧分别设置支承环，通过这两个支承环对O形密封环在轴向上的移动进行限制，从而防止伴随着O形密封环的咬入、变形而产生的损伤(参照专利文献1～2)。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本专利第3543617号公报

【专利文献2】日本特开2002-161983号公报

在此，由于若支承环本身伴随填充室的压力变动而发生变形则失去意义，所以支承环由氟树脂、聚酰胺树脂、硬质橡胶、轻金属等硬质材料形成。因此，由于支承环本身几乎不会伸长变形，所以将连续(endless)的支承环安装在例如阀体的外周面形成为环状的收容槽内是非常困难的。

因此，可以想到的是，通过将支承环的一部切断而使其具有端部，从而改善支承环的组装性。但是，当高压作用于O形密封环时，O形密封环可能会咬入支承环的切断部分而造成损伤。

发明内容

因此，本发明的课题在于提供即使使用连续的支承环也能够容易地组装的密封结构体。

【用于解决课题的手段】

作为用于解决所述课题的手段，本发明的密封结构体的特征在于，其包括：填充室结构体，其包括：具有在内部填充有流体的填充室的填充室体、与所述填充室体一体形成的圆筒状的圆筒体；插入构件，其插入所述圆筒体且具有外形为圆柱状的插入部；O形密封环，其设置在所述圆筒体与所述插入部之间而密封流体；连续的第一支承环，其在轴向上配置在所述O形密封环的一侧且对所述O形密封环在轴向上的移动进行限制，在所述圆筒体的内周面上，通过沿径向向外凹陷而形成收容所述O形密封环及所述第一支承环的环状的收容槽，所述圆筒体具备：与所述填充室体一体的第一圆筒部、在轴向上与所述第一圆筒部可拆装的第二圆筒部，在所述第二圆筒部从所述第一圆筒部脱离的情况下，所述收容槽在轴向上被分割而面向外部。

根据这种结构，在第二圆筒部从第一圆筒部脱离的情况下，收容槽被沿轴向分割而面向外部。由此，能够使连续的第一支承环在发生扩径/缩径等变形的情况下沿轴向移动，由此能够容易地收容在收容槽中。即，由几乎不会伸长、变形的硬质材料构成的连续的第一支承环也能够容易地组装在沿轴向被分割而面向外部的收容槽内。需要说明的是，O形密封环和第一支承环的组装顺序可以适当变更。

接下来，通过将第二圆筒部安装于第一圆筒部，构成圆筒体及收容槽，且成为在该收容槽内收容有O形密封环及第一支承环的状态，在轴向上O形密封环及第一支承环被收容槽的槽宽(轴向的宽度)限制。

接下来，通过将插入构件的插入部插入该圆筒体的中空部，由此成为O形密封环设置在圆筒体与插入部之间的状态，从而构成密封结构体。

此外，根据这种密封结构体，设置在圆筒体与插入部之间的O形密封环适当地密封流体，即，填充室的流体不会向外部泄漏。

另外，通过填充室的流体的压力变动，而O形密封环向一侧移动，即，即使向一侧偏移，O形密封环也会与配置在一侧的第一支承环接触(抵接)，即被支承(限制)，从而O形密封环不会咬入圆筒体与插入部的间隙。由此，O形密封环不会较大地变形，另外，其外周面不会发生损伤，而且O形密封环的密封性也不会降低。

进一步而言，第一支承环是连续的，因此，O形密封环不会咬入支承环的切断部，O形密封环的外周面也不会受到损伤。

另外，在所述密封结构体中，优选：还具备连续的第二支承环，该第二支承环配置在所述O形密封环的另一侧且对所述O形密封环在轴向上的移动进行限制，并且收容在所述收容槽内。

根据这种结构，在第二圆筒部从第一圆筒部脱离的情况下，与第一支承环同样，能够在不使连续的第二支承环变形的状态下容易地将其收容在沿轴向面向外部的收容槽内。

此外，在各部件的组装后的密封结构体中，第二支承环成为配置于O形密封环的另一侧的状态，即，在轴向上，O形密封环成为被第一支承环和第二支承环夹持的状态。

因此，因填充室的流体的压力变动，O形密封环向另一侧移动，即，即使向另一侧偏移，O形密封环也会与配置在另一侧的第二支承环接触(抵接)，即被支承(限制)，O形密封环不会咬入圆筒体与插入部的间隙。由此，O形密封环不会发生较大的变形，另外，其外周面不会发生损伤，且O形密封环的密封性也不会降低。

即，即使因填充室的流体的压力变动而对O形密封环作用交替压力，O形密封环也会被配置在其两侧的第一支承环及第二支承环适当地支承(限制)。

另外，第二支承环是连续的，因此，O形密封环不会咬入支承环的切断部，O形密封环的外周面也不会发生损伤。

另外，在所述密封结构体中，优选：所述第一圆筒部具备：与所述插入部的外径对应的第一中空部、与所述第一中空部连续且直径比所述第一中空部大并且与所述第二圆筒部的外径对应的第二中空部，在包围所述第二中空部的所述第一圆筒部的内周面和所述第二圆筒部的外周面上形成有使所述第一圆筒部和所述第二圆筒部螺合的螺纹部，在径向上，所述螺纹部配置在比所述收容槽靠外侧。

根据这种结构，通过在分别形成在包围第二中空部的第一圆筒部的内周面和第二圆筒部的外周面上且使第一圆筒部和第二圆筒部螺合的螺纹部，能够使第二圆筒部相对于第一圆筒部容易拆装(安装/脱离)。

此外，第二中空部与第二圆筒部的外径对应，且直径比与插入部的外径对应的第一中空部大，在径向上，由于螺纹部配置在比收容槽靠外侧，因此螺纹部的周向长度比收容槽的周向长度长。

由此，在第二圆筒部螺合于第一圆筒部的情况下，在轴向上第一圆筒部与第二圆筒部不分离，在该螺合位置进行保持的力，即轴向上的第一圆筒部与第二圆筒部的组装强度与构成为螺纹部在径向上设置在比收容槽靠内侧(中心轴侧)的结构相比大。即，即使填充室的流体产生较大的压力变动，第一圆筒部和第二圆筒部也难以在轴向上分离。因此，能够缩短螺纹部的轴向长度，即，能够减少螺纹部的间距数。另外，若能够缩短螺纹部的轴向长度，则也能够缩短第一圆筒部和第二圆筒部的轴向长度。

【发明效果】

根据本发明，能够提供即使使用连续的支承环也能够容易组装的密封结构体。

附图说明

图1是本实施方式的密封结构体的侧剖视图。

图2是本实施方式的密封结构体的侧剖视图，且以省略阀体等的方式进行图示。

图3是本实施方式的密封结构体的分解图。

图4是比较例的密封结构体的侧剖视图。

【符号说明】

1   密封结构体

10  箱体主体(填充室结构体)

11  填充室体

12  填充室

20  接头部(圆筒体)

21  收容槽

22  第一半槽

23  第二半槽

30  第一圆筒部

31  第一中空部

32  第二中空部

35  内螺纹部

40  第二圆筒部

42  外螺纹部

50  阀体(插入构件)

51  插入部

53  外螺纹部

60  O形密封环

70  第一支承环

80  第二支承环

D   分割面

具体实施方式

参照图1～图3说明本发明的一实施方式。

在此，例示出密封结构体适用于以高压填充氢(流体)的氢箱体的接头部(颈部)的构造的情况。这种氢箱体例如能够横卧地搭载在燃料电池车上，从而构成对燃料电池供给氢的氢供给源。但是，使用方式并不局限于此，例如，也可以构成为固定型的对燃料电池供给氢的氢供给源的方式。

《密封结构体的结构》

如图1所示，密封结构体1构成氢箱体的一部分，且具备箱体主体10(填充室结构体)、圆柱状的阀体50(插入构件)、O形密封环60、第一支承环70、第二支承环80。

需要说明的是，氢箱体除此之外还具备在箱体主体10的后述的填充室体11的外周面上形成的加强层(未图示)。加强层例如由CFRP(CarbonFiber Reinforced Plastics碳纤维增强塑料)等的纤维强化塑料形成。

<箱体主体>

箱体主体10例如由铝合金等金属制成，并且是被称为套筒的部件。关于箱体主体10，其外形为圆柱状，并且具备：在内部具有填充室12(箱体室)的壳状的填充室体11、在填充室体11的一端部与填充室体11一体形成的圆筒状的接头部20(圆筒体)。

<箱体主体-接头部>

接头部20呈大致圆筒状，并且具备：与填充室体11一体形成且从填充室体11的一端部朝向轴向外侧延伸的圆筒状的第一圆筒部30、在轴向上与第一圆筒部30可拆装的圆筒状的第二圆筒部40。即，接头部20是能够在轴向上被分割面D分割成第一圆筒部30和第二圆筒部40的分割结构。

需要说明的是，轴向对应于呈圆柱状的氢箱体的长度方向，轴向外侧对应于外部侧(图1的右侧)，轴向内侧对应于填充室12侧(图1的左侧)。

在接头部20的内周面形成有沿径向朝外凹陷的环状的收容槽21(参照图2)。收容槽21是收容O形密封环60、第一支承环70、第二支承环80的槽。

收容槽21在轴向上配置成横跨分割面D即横跨第一圆筒部30和第二圆筒部40。此外，在第二圆筒部40从第一圆筒部30脱离的情况下，收容槽21也成为在轴向上被分割成第一半槽22和第二半槽23的形态(参照图3)。第一半槽22形成在第一圆筒部30上，第二半槽23形成在第二圆筒部40上。此外，在第二圆筒部40被拆下的状态下，第一半槽22成为面向外部的形态。

收容槽21的槽宽构成为在第一支承环70的轴向内侧与第二支承环80的轴向外侧分别形成有间隙这种程度。

收容槽21的底面包括：与轴向平行的第一底面21a、与第一底面21a的轴向内侧连续的第二底面21b、与第一底面21a的轴向外侧连续的第三底面21c(参照图2)。

第一底面21a是与O形密封环60的外周面密接的面。

第二底面21b是以随着朝向第一底面21a而槽深变大的方式倾斜的锥面。此外，第一支承环70的锥状的外周面71(参照图3)与第二底面21b抵接。由此，在因氢排出导致填充室12的压力降低且对O形密封环60及第一支承环70沿轴向向内(图1中向左)作用压力的情况下，第一支承环70在第二底面21b和后述的插入部51的外周面54被沿径向压缩，从而与第二底面21b等进一步密接。因此，O形密封环60不会咬入第一支承环70与第二底面21b或外周面54的间隙。

第三底面21c是以随着朝向第一底面21a槽深变大的方式倾斜的锥面。此外，第二支承环80的锥状的外周面81(参照图3)与第三底面21c抵接。由此，在因填充氢导致填充室12的压力上升而O形密封环60及第二支承环80被沿轴向向外(图1中向右)作用压力的情况下，第二支承环80在第三底面21c和插入部51的外周面54沿径向被压缩，从而与第三底面21c等进一步密接。因此，O形密封环60不会咬入第二支承环80与第三底面21c或外周面54的间隙。

在此，所述的分割面D在轴向上配置于第一底面21a与第三底面21c的交界位置。此外，在承受从O形密封环60沿径向朝外的力的第一底面21a的径向外侧，并未配置外螺纹部42及内螺纹部35，仅存在第一圆筒部30的厚壁部分(参照图2)。由此，从O形密封环60沿径向朝外的力不会作用于外螺纹部42及内螺纹部35。因此，外螺纹部42及内螺纹部35不易变形，第二圆筒部40安装/脱离变得容易。

<箱体主体-接头部-第一圆筒部>

第一圆筒部30如所述那样为圆筒状，且具备与填充室12连通的第一中空部31、与第一中空部31的轴向外侧连续而直径比第一中空部31大的第二中空部32(参照图3)。即，第一圆筒部30的内周面上产生高低差，从而形成包围第一中空部31的第一内周面33和包围第二中空部32的第二内周面34。

第一中空部31与阀体50的后述的插入部51的外径对应，并插入有插入部51。第二中空部32与第二圆筒部40的外径对应。

在第一内周面33的轴向外侧形成有第一半槽22。

在第二内周面34上，从其途中朝向第一圆筒部30的开口地形成有内螺纹部35。内螺纹部35是与第二圆筒部40的外螺纹部42和阀体50的外螺纹部53螺合的槽(参照图1)。

<箱体主体-接头部-第二圆筒部>

第二圆筒部40是通过安装在第一圆筒部30而构成接头部20的一部分的圆筒状的部件。

第二圆筒部40的中空部41(参照图2)与第一圆筒部30的第一中空部31同样，也与阀体50的后述的插入部51的外径对应，并插入有插入部51。

在第二圆筒部40的外周面的轴向外侧形成有外螺纹部42。外螺纹部42与第一圆筒部30的内螺纹部35螺合，第二圆筒部40直接固定于第一圆筒部30。

在此，外螺纹部42及内螺纹部35在径向上配置在比收容槽21靠外侧，第一圆筒部30与第二圆筒部40的组装直径

比图4所示的结构的组装直径

大。

由此，在轴向上，第一圆筒部30与第二圆筒部40的组装强度比图4所示的插入部151与基部152的组装强度大。因此，例如，即使因填充氢导致填充室12成为高压，外螺纹部42及内螺纹部35也不易变形，从而第二圆筒部40不易向轴向外侧移动。因此，能够提高填充室12的最大填充压力。因此，在构成为氢箱体搭载在燃料电池车上这种结构时，能够使燃料电池车的续航距离变长。

需要说明的是，在图4的结构中，在整体粗细与图1的插入部51同等的阀体150的外周面形成有沿径向朝内凹陷的收容槽121，且阀体150能够被分割成插入部151和基部152。在插入部151的轴向外侧端形成有在外周面具有外螺纹部的螺纹部151a，在基部152的轴向内侧端形成有在内周面具有内螺纹部且与螺纹部151a螺合的螺纹孔152a。此外，螺纹部151a的外径及螺纹孔152a的内径与组装直径对应。

<阀体>

阀体50大致呈具有高低差的外周面的圆柱状。

在此，为了简单地进行说明，如图1所示，对阀体50以实心的结构例示，但实际上，例如日本特开2011-149502号公报所记载的那样，阀体50构成通过打开而使填充室12的氢向外部(燃料电池等)排出的电磁阀的一部分。在这种情况下，在阀体50内形成有用于使填充室12和外部连通而排出氢的放出流路，在插入部51的填充室12侧配置有对所述放出流路的填充室12侧开口进行开闭的阀体、使阀体沿轴向往复运动的活塞及螺线管等。

除此之外，有时在阀体50内形成用于填充氢的填充流路、在成为规定压力以上时用于将氢向外部排出的释放用流路。

这种阀体50具备呈小径的圆柱状的插入部51和在插入部51的轴向外侧连续形成的基部52。

<阀体-插入部>

插入部51插入在第一圆筒部30的第一中空部31和第二圆筒部40的中空部41中。

<阀体-基部>

基部52呈直径比插入部51大的圆柱状，在其外周面的填充室12侧形成有外螺纹部53。外螺纹部53与所述的第一圆筒部30的内螺纹部35螺合。

<O形密封环>

O形密封环60呈环状，其由橡胶等弹性材料形成。

O形密封环60在接头部20(第一圆筒部30)与插入部51之间收容在收容槽21内。O形密封环60沿径向在收容槽21的第一底面21a和插入部51的外周面54被压缩而发生变形。由此，O形密封环60的密封功能得到良好地发挥，从而氢不会向外部泄漏。

<第一、第二支承环>

第一支承环70及第二支承环80是为了防止O形密封环60向接头部20与插入部51的极小间隙咬入而对O形密封环60在轴向上的移动进行限制的环。第一支承环70及第二支承环80由氟树脂、聚酰胺树脂、硬质橡胶、轻金属等的硬质材料形成，即使填充室12的压力变动而作用有交替压力，支承环本身也不会变形。第一支承环70及第二支承环80在周向上未被切断而保持连续(endless)。

第一支承环70及第二支承环80收容于收容槽21内。详细而言，第一支承环70配置在O形密封环60的轴向内侧(一侧、图1的左侧)，第二支承环80配置在O形密封环60的轴向外侧(另一侧、图1的右侧)。即，在轴向上，O形密封环60被第一支承环70和第二支承环80夹持。

由此，即使因填充氢导致填充室12的压力上升或因排出氢导致氢的压力降低，而O形密封环60向图1的左右移动，即，对O形密封环60作用交替压力，O形密封环60也会被第一支承环70或第二支承环80限制移动。因此，O形密封环60不会咬入所述的间隙，从而O形密封环60的外周面不会损伤。

另外，第一支承环70及第二支承环80如所述那样为连续(endless)的，在周向上不具有切断部分。由此，即使填充室12的压力变动而对O形密封环60作用有交替压力，O形密封环60也不会咬入所述切断部分，O形密封环60的外周面不会发生损伤。

《密封结构体的效果》

根据这种密封结构体1，由于第一支承环70及第二支承环80是连续(endless)的并且在周向上不具有切断部分，因此即使对O形密封环60作用有交替压力，O形密封环60也不会咬入所述切断部分，O形密封环60的外周面不会发生损伤。由此，能够通过O形密封环60适宜地密封(封入)氢。

《密封结构体的组装》

接下来，对密封结构体1的组装顺序进行说明。

如图3所示，在第二圆筒部40被从第一圆筒部30拆下的状态下，收容槽21在轴向上被分割成第一半槽22和第二半槽23，第一圆筒部30的第一半槽22在轴向上成为面向外部的状态，并在轴向上向外部开放。

接下来，在这种面向外部的第一半槽22中，在轴向上从填充室12侧收容第一支承环70、O形密封环60、第二支承环80。在这种情况下，由于第一半槽22面向外部，所以由硬质材料形成的连续的第一支承环70及第二支承环80不会发生变形等，从而能够容易收容于第一半槽22内。

需要说明的是，为了防止第二支承环80等的径向上位置发生错位，可以向第一圆筒部30的第一中空部31插入与插入部51同等粗细的圆柱状的引导体。在这种情况下，引导体可以在第二圆筒部40安装后拆下。

此外，第二支承环80以不收容在第一半槽22内，而是收容在第二圆筒部40的第二半槽23内的方式构成。

接下来，使外螺纹部42与内螺纹部35配合，使第二圆筒部40旋转，使第二圆筒部40与第一圆筒部30螺合，将第二圆筒部40安装于第一圆筒部30。这样一来，第一半槽22和第二半槽23在轴向上合体而构成收容槽21。与此同时，成为在该收容槽21内收容有O形密封环60、第一支承环70及第二支承环80的状态。此外，在轴向上，第一圆筒部30的第一中空部31、第一支承环70的中空部、O形密封环60的中空部、第二支承环80的中空部、第二圆筒部40的中空部41成为连续的状态。

接下来，在将阀体50的插入部51插入第二圆筒部40的中空部41等的同时，使外螺纹部53与内螺纹部35配合，使阀体50旋转，使阀体50与第一圆筒部30螺合，从而将阀体50安装于第一圆筒部30。

如此一来，各部件的组装完成而获得密封结构体1。

《变形例》

以上，虽然对本发明的一实施方式进行了说明，但是本发明不局限于此，例如可以如下方式变更。

在所述实施方式中，虽然例示出具备第一支承环70及第二支承环80双方的结构，但是除此以外例如还可以构成为仅具备一方。

在所述实施方式中，关于第二圆筒部40虽然例示出在其外周面具备外螺纹部42的结构，但是除此以外，例如还可以构成为不具备外螺纹部42。作为这种结构，第二圆筒部40被与第一圆筒部30螺合的阀体50的基部52在轴向上限制。

在所述实施方式中，虽然例示出所填充的流体为氢(气体)的结构，但是可以为其他种类的气体(CNG气体等)或液体。

Claims (3)

1.一种密封结构体，其具备：

填充室结构体，其包括：具有在内部填充有流体的填充室的填充室体、与所述填充室体一体形成的圆筒状的圆筒体；

插入构件，其插入所述圆筒体且具有外形为圆柱状的插入部；

O形密封环，其设置在所述圆筒体与所述插入部之间而密封流体；

连续的第一支承环，其在轴向上配置在所述O形密封环的一侧且对所述O形密封环在轴向上的移动进行限制，

在所述圆筒体的内周面上，通过沿径向向外凹陷而形成收容所述O形密封环及所述第一支承环的环状的收容槽，

所述圆筒体具备：与所述填充室体一体的第一圆筒部、在轴向上与所述第一圆筒部可拆装的第二圆筒部，

在所述第二圆筒部从所述第一圆筒部脱离的情况下，所述收容槽在轴向上被分割而面向外部。

2.根据权利要求1所述的密封结构体，其特征在于，

还具备连续的第二支承环，该第二支承环配置在所述O形密封环的另一侧且对所述O形密封环在轴向上的移动进行限制，并且收容在所述收容槽内。

3.根据权利要求1或2所述的密封结构体，其特征在于，

所述第一圆筒部具备：与所述插入部的外径对应的第一中空部、与所述第一中空部连续且直径比所述第一中空部大并且与所述第二圆筒部的外径对应的第二中空部，

在包围所述第二中空部的所述第一圆筒部的内周面和所述第二圆筒部的外周面上形成有使所述第一圆筒部和所述第二圆筒部螺合的螺纹部，

在径向上，所述螺纹部配置在比所述收容槽靠外侧。

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