JP2008215573A - タンクの密封装置およびそのｏリングの組付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｏリングを被嵌合部に嵌合する組付対象部材の嵌合部に組み付ける場合であっても、Ｏリングの組付状態を確認可能なタンクの密封装置及びＯリングの組付方法を提供する。
【解決手段】口金部材１２における被嵌合部１９に嵌合する嵌合部２３に軸線方向一側に抜ける段差部２７を形成し、この段差部２７にＯリング３４を組み付けるため、嵌合部２３を被嵌合部１９に嵌合しても、Ｏリング３４の組付状態を段差部２７の抜け方向前側から確認できる。その後、口金部材１２とは別体の抜止部材３６でＯリング３４の段差部２７からの抜けを規制する。
【選択図】図３

Description

本発明は、タンクの密封装置およびそのＯリングの組付方法に関する。

高圧水素タンク等、高圧のガスを貯蔵するためのタンクにおいて密封装置は気密性を保つうえで重要な部材である。従来、このようなガスの気密性を有する箇所のパッキン（例えばＯリング）における漏れを、パッキンの歪みを検出する歪センサ、ガスの圧力を検出する圧力センサあるいは微小ガス漏れによって生じる高周波を検出するＡＥセンサを用いて検出する技術が提案されている。また、カバーを透光性の部材とし、組付け後のＯリングの状態を外部から視認できるようにした技術も提案されている（例えば特許文献１〜２参照）。
特開２００１−２１１４号公報 実開昭６３−１４５０６１号公報

一方で、Ｏリングを被嵌合部に嵌合する組付対象部材の嵌合部に組み付ける場合、嵌合部を被嵌合部に嵌合する際に被嵌合部との摩擦でＯリングに捻れが生じたり溝からはみ出したりする場合がある。しかしながら、嵌合部にＯリングを組み付ける場合には、通常、嵌合部に環状溝を形成し、この環状溝にＯリングを組み付けるため、嵌合後にはＯリングが嵌合部と被嵌合部とで覆われて捻れ等の確認が困難になってしまう。仮に、Ｏリングに捻れが生じていると、Ｏリングの本来の性能を十分に発揮することができない可能性がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、タンクの被嵌合部と該タンクに取り付けられる組付対象部材の嵌合部との間におけるＯリングの組付状態を確認可能なタンクの密封装置およびそのＯリングの組付方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、タンクの被嵌合部と該タンクに取り付けられる組付対象部材の嵌合部との間を気密に保つための密封装置において、前記嵌合部には前記タンクの内部側に連通する段差部が形成され、該段差部には前記被嵌合部と前記嵌合部との間に介在するＯリングが組み付けられ、前記組付対象部材とは別体の抜止部材で前記Ｏリングの前記段差部からの抜けを規制している構造となっている。

Ｏリングにねじれ等が発生していると、Ｏリングの本来の性能が十分に発揮されない場合がある。また、例えば高圧水素タンクにおける低温（例えば−５０℃程度）状況下では水素漏れが生じるおそれがある。さらに、リークチェック（ガス漏れ検査）ではこのような低温状態のリークや、Ｏリング劣化時のリークまでは測定できない。これらを回避する最善の方法としてはＯリングのねじれを直接測定する必要があるが、従来このような方法がなかった。

本構成によれば、タンク内部側に連通するよう形成された段差部にＯリングを組み付け、嵌合部を被嵌合部に嵌合した後においても、Ｏリングの組付状態をタンクへ連通している側（タンク内へと抜けている側）から確認できる。そして、確認後、組付対象部材とは別体の抜止部材でＯリングの段差部からの抜けを規制する。よって、Ｏリングを組付対象部材における被嵌合部に嵌合する嵌合部に組み付ける場合であっても、Ｏリングの組付状態を確認可能となる。

前記タンクの密封装置において、前記Ｏリングには、該Ｏリングと同心状をなし且つ該Ｏリングとは異なる色の環状ラインが付されていても良い。

前記タンクの密封装置において、前記Ｏリングには、該Ｏリングと同心状をなして軸線方向一側に突出する環状突条部が形成されていても良い。

また、本発明に係るＯリングの組付方法は、タンクの被嵌合部と該タンクに取り付けられる組付対象部材の嵌合部との間を気密に保つためのＯリングの組付方法において、前記タンクの内部側に連通するように前記嵌合部に形成された段差部に前記Ｏリングを組み付け、前記嵌合部を前記被嵌合部に嵌合し、前記Ｏリングの組付状態を前記段差部の前記タンクへ連通している側から確認後、前記組付対象部材とは別体の抜止部材を前記段差部に隣接させて前記Ｏリングの前記段差部からの抜けを規制するものである。

かかる構成によれば、タンク内部側に連通するよう形成された段差部にＯリングを組み付け、嵌合部を被嵌合部に嵌合した後においても、Ｏリングの組付状態をタンクへ連通している側（タンク内へと抜けている側）から確認できる。確認後は、組付対象部材とは別体の抜止部材でＯリングの段差部からの抜けを規制することができる。よって、Ｏリングを組付対象部材における被嵌合部に嵌合する嵌合部に組み付ける場合であっても、Ｏリングの組付状態が確認可能である。

本発明によれば、タンクの被嵌合部と該タンクに取り付けられる組付対象部材の嵌合部との間におけるＯリングの組付状態を確認できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るタンクの密封装置１、およびＯリング３４の組付方法について説明する。

図１は、内部に高圧ガス（例えば水素ガス）を充填保管するための例えば燃料電池システムにおける水素供給用タンク（被嵌合部材）１１と口金部材（組付対象部材）１２とを示しており、口金部材１２は、タンク１１の軸線方向一側に形成された口部１３に図２に示すように取り付けられるものである。ここで、図示は略すが、これらタンク１１及び口金部材１２を有するガスタンクは、金属製の口金部材１２が取り付けられた例えば合成樹脂製のライナーの外側を繊維強化樹脂層で補強して構成されるものである（以下、タンクをライナーと表現する場合もある）。

ライナー１１は、円筒状の胴部１５と、胴部１５の軸線方向一端側を閉塞するように形成された底部１６と、胴部１５の軸線方向逆側に胴部１５から軸線方向に離れるほど縮径するように形成された肩部１７と、図３に示すように、肩部１７の内端縁から中心軸線側に小径側ほどライナー１１内側に位置するように傾斜しつつ延出する内側延出部１８と、内側延出部１８の肩部１７とは反対側からライナー１１の軸線方向に沿ってライナー１１内に突出する円筒状の被嵌合部１９とを有しており、この被嵌合部１９の内側が口部１３となっている。また、この口部１３の外周には、Ｏリング３４を締め付けるインサートリング２０が嵌合されている。

口金部材１２は、中央に一定径の貫通穴２１が形成されるとともに、軸線方向一端側に口元フランジ部２２が形成され、軸線方向他端側に略円筒状の嵌合部２３が形成されており、これら口元フランジ部２２及び嵌合部２３の間は、口元フランジ部２２側が口元フランジ部２２から離れるほど大径となる第１テーパ部２４とされ、嵌合部２３側が嵌合部２３から離れるほど大径となる第２テーパ部２５とされている。ここで、口金部材１２は、第２テーパ部２５が内側延出部１８に当接するまで嵌合部２３を被嵌合部１９に圧入で嵌合させることによってライナー１１に取り付けられる。

そして、本実施形態において、円筒状の嵌合部２３には、その外周側に、軸線方向一側、具体的には第２テーパ部２５とは反対側に抜ける段差部２７が形成されている。つまり、嵌合部２３の外周側は、その中間部から第２テーパ部２５にかけて軸線方向に沿う大径外周面２８が形成され、第２テーパ部２５とは反対側に大径外周面２８と同軸でこれより小径の小径外周面２９が形成され、これら大径外周面２８と小径外周面２９とを軸直交方向に沿う段面３０で結んだ形状をなしており、小径外周面２９と段面３０とが段差部２７を構成している。

この段差部２７には、段面３０側に断面矩形状の二つの合成樹脂製のバックアップリング３２，３３が軸線方向に並んで嵌合され、さらにこれらバックアップリング３２，３３の段面３０とは反対側に、断面円形状であってＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエン三元共重合体）等のゴム製のＯリング３４が嵌合されている。ここで、段差部２７が軸線方向一側に抜ける形状をなしているため、溝部に組み付ける場合には円周方向に一箇所切れ目を形成する必要があったバックアップリング３２，３３は切れ目がなくても段差部２７に図４に示すようにそのまま嵌合可能となり切れ目が不要となる。

そして、図３に示すように、口金部材１２の嵌合部２３の端面には、口金部材１２とは別体に設けられたキャップ（抜止部材）３６が当接させられている。このキャップ３６は、リング状をなすとともに外周側の軸線方向一側に面取り部３７が形成された形状をなしており、外径が被嵌合部１９の内周面に全周にわたって当接可能であって、内径が貫通穴２１と略同一径をなす大きさに形成され、その結果、Ｏリング３４の段差部２７からの抜けを規制する。

次に、Ｏリング３４を組み付ける際の組付方法を説明する。

まず、図４に示すように、口金部材１２の段差部２７に、段面３０側から順に、バックアップリング３２、バックアップリング３３、Ｏリング３４を嵌合させてサブアッセンブリ化しておく。

このような口金部材１２をライナー１１の被嵌合部１９に嵌合させる前に、ライナー１１の被嵌合部１９にキャップ３６を嵌合させ、所定深さまで移動させておく。

そして、図５に示すように、口金部材１２を、第２テーパ部２５が内側延出部１８に当接するまで嵌合部２３を被嵌合部１９に圧入することでライナー１１に取り付ける。このときに嵌合部２３と十分な距離が確保されるように上記作業においてキャップ３６は予め移動させられている。

この嵌合部２３の被嵌合部１９への嵌合時に、口金部材１２にサブアッセンブリ化されたＯリング３４は、被嵌合部１９に対し接触しながら軸線方向に相対移動し被嵌合部１９から摩擦力を受けることになる。このため、場合によっては、バックアップリング３３と被嵌合部１９との間に入り込んだり、捻れを生じたりする可能性がある。しかしながら、上記のように、嵌合部２３の軸線方向一側に抜ける段差部２７にＯリング３４を組み付けているため、嵌合部２３を被嵌合部１９に嵌合したとしても、Ｏリング３４の組付状態を段差部２７の抜け方向前側つまりライナー１１の内側から確認できる。

つまり、口金部材１２をライナー１１に圧入した状態で、例えば、口金部材１２の貫通穴２１に口元フランジ部２２側から挿入した反射鏡４０を用いて、Ｏリング３４の組付状態を段差部２７の抜け方向前側から全周にわたって目視確認し、Ｏリング３４が段差部２７内に収まっていれば、正常位置に組み付けられたと判定し、Ｏリング３４が段差部２７内に収まっていなければ正常位置に組み付けられていないと判定する。

また、このような目視確認時に、Ｏリング３４の捻れの確認を行うために、図６（ａ）に示すように、通常ゴム色である黒色とされるＯリング３４に、これと同心状をなし且つ異なる例えば白色の環状ライン４１を外径位置と内径位置との間の中央に印刷しておく。このように構成することで、段差部２７への配設時に環状ライン４１を段差部２７の抜け方向前側に配置しておき、圧入後の目視時に、この環状ライン４１が外径位置と内径位置との間の中央で真円と判断できる程度の円形状をなしていればＯリング３４が捻れなく組み付けられていると判定し、それ以外の場合、例えば図６（ｂ）に示すように、この環状ライン４１が真円とは判断できない楕円形状等をなしていればＯリング３４に捻れが生じていると判定する。

そして、Ｏリング３４が正常位置に組み付けられ、捻れも生じていなければ正常に組み付けられたと判定し、それ以外の場合は正常に組み付けられていないと判定する。
なお、Ｏリング３４の確認には、反射鏡４０に限らず、ファイバスコープ（内視鏡）を用いても良い。また、目視以外にカメラを用いて画像を検出しても良く、この画像から、検査者がＯリング３４が正常に組み付けられているか否かを判断したり、画像解析装置を有する検査装置を用いてＯリング３４が正常に組み付けられているか否かを自動判定したりできる。

あるいは、口金部材１２をライナー１１に圧入した状態で、例えば、図７に示すように、口金部材１２の貫通穴２１に口元フランジ部２２側から挿入した深さ測定ゲージ４４を用いて、Ｏリング３４の組付状態を段差部２７の抜け方向前側から確認することで、Ｏリング３４が正常位置に組み付けられたか否かを判定することもできる。つまり、深さ測定ゲージ４４の本体４５を口金部材１２の口元フランジ部２２に当接させる等しての軸線方向における位置を一定させた状態で、そのプローブ４６をＯリング３４の口元フランジ部２２とは反対側の端部に当接させながら少なくともＯリング３４の一周分移動させる。このときのプローブ４６で検出される深さ位置の所定の基準位置に対する誤差が全周にわたって所定の許容範囲内にあった場合には、Ｏリング３４が正常位置に組み付けられたと判定し、少なくともいずれかの位置でこの許容範囲を超えたら、Ｏリング３４が正常位置に組み付けられていないと判定する。

なお、接触位置でなく接触圧を検出する接触圧測定ゲージを用いて、Ｏリング３４が正常位置に組み付けられているか否か判断しても良い。つまり、接触圧測定ゲージの本体を上記と同様にして口金部材１２の軸線方向における位置を一定させた状態で、接触圧測定ゲージのプローブをＯリング３４の口元フランジ部２２とは反対側の端部に当接させながら少なくともＯリング３４の一周分移動させ、プローブで検出される接触圧の所定の基準値に対する誤差が全周にわたって所定の許容範囲内にあった場合には、Ｏリング３４が正常位置に組み付けられたと判定し、少なくともいずれかの位置でこの許容範囲を超えたら、Ｏリング３４が正常位置に組み付けられていないと判定する。

また、上記のような深さ測定ゲージ４４を用いたＯリング３４の位置確認時に、Ｏリング３４の捻れ確認を行うために、図８（ａ）に示すように、Ｏリング３４に、これと同心状をなして軸線方向一側に突出する断面三角形状の先細の環状突条部４８を形成しておく。このように構成することで、段差部２７への配置時に環状突条部４８を段差部２７の抜け方向前側に配置しておき、圧入後に、深さ測定ゲージ４４のプローブ５０でＯリング３４の内径側および外径側における位置をそれぞれ少なくともＯリング３４の一周分計測し、これらの所定の基準値に対する誤差がいずれも許容範囲内であった場合には、Ｏリング３４に捻れを生じていないと判定し、これらのうちのいずれか一方の基準値に対する誤差が許容範囲内になければ、図８（ｂ）に示すように、捻れのない状態に対する位置の違いΔＬが大きく、Ｏリング３４に捻れを生じていると判定する。

そして、Ｏリング３４が正常位置に組み付けられ、捻れも生じていなければ正常に組み付けられたと判定し、それ以外は正常に組み付けられていないと判定する。なお、上記した深さ測定ゲージ４４あるいは接触圧測定ゲージによる計測を自動化して、Ｏリング３４が正常に組み付けられているか否かを自動判定しても良い。

このようにして、Ｏリング３４が正常に組み付けられていると判定すると、口金部材１２の貫通穴２１に口元フランジ部２２側から挿入した図示略の工具でキャップ３６を口金部材１２の方向に移動させる。すると、キャップ３６はライナー１１の被嵌合部１９の内周面に嵌合した状態のまま、図３に示すように口金部材１２の嵌合部２３の端面に当接する。その結果、キャップ３６は、Ｏリング３４の抜けを規制することになる。そして、口部１３の外周に、インサートリング２０を圧入し、Ｏリング３４を締め付ける。
ここで、Ｏリング３４よりも段差部２７が突出するように段差部２７の長さを設定しておき、キャップ３６を段差部２７の小径外周面２９と被嵌合部１９との隙間に嵌め込んで固定しても良い。さらには、適宜の係止構造を適用してキャップ３６を嵌合部２３に係止しても良い。加えて、キャップ３６をゴム等の弾性材料で形成し、Ｏリング３４の組付確認後に変形させながら口金部材１２の貫通穴２１から挿入し嵌合部２３よりも先で復元させて嵌合部２３の端面に当接させることによりＯリング３４の抜けを規制するようにしても良い。

以上に述べた本実施形態によれば、嵌合部２３に軸線方向一側に抜ける段差部２７が形成された口金部材１２の段差部２７にＯリング３４を組み付け、嵌合部２３をライナー１１の被嵌合部１９に嵌合しても、Ｏリング３４の組付状態を段差部２７の抜け方向前側から確認できる。つまり、嵌合部２３の先端に形成されていたいわば傘形状部分をキャップ３６として分離しているから、Ｏリング３４の組付後に目視等で当該Ｏリング３４の捻れ等を確認することが可能である。そして、確認後、口金部材１２とは別体のキャップ３６でＯリング３４の段差部２７からの抜けを規制する。よって、Ｏリング３４を口金部材１２におけるライナー１１の被嵌合部１９に嵌合する嵌合部２３に組み付ける場合であっても、Ｏリング３４の組付状態を確認可能となる。したがって、Ｏリング３４の組付不良を抑制でき、Ｏリング３４のシール性能を確保できる。

また、段差部２７が軸線方向一側に抜ける形状をなしているため、溝部に組み付ける場合には円周方向に一箇所切れ目を形成する必要があったバックアップリング３２，３３は段差部２７にそのまま先端から嵌合可能となり切れ目が必要なくなる。よって、バックアップリング３２，３３の切れ目形成のためのコストを低減できるとともに切れ目に起因した組付不良も抑制できる。

なお、以上の実施形態においては、ガスタンクのライナー１１の被嵌合部１９に嵌合される口金部材１２の嵌合部２３にＯリング３４を組み付ける場合を例にとり説明したが、例えば、図９に示すように、バルブの一部を構成するバルブボディ（被嵌合部）５２の嵌合穴５３に嵌合されて取り付けられる圧力又は温度モニタ用のセンサ（組付対象部材）５４へのＯリング５５の組み付け等、他の種々の部材へのＯリングの組み付けに適用可能であり、いずれにおいても上記と同様の効果が得られる。

つまり、図９に示す例では、嵌合穴５３に嵌合する円柱状の嵌合部５７の一端側にフランジ部５８が形成された形状のセンサ５４の嵌合部５７に、先端の検出部５９の周囲を囲んで、フランジ部５８とは反対側に抜ける形状の段差部６０を形成し、この段差部６０にバックアップリング６１，６２及びＯリング５５を組み付けてサブアッセンブリ化しておく。そして、予めバルブボディ５２の嵌合穴５３に環状のキャップ６４を嵌合させて所定の深さ位置に位置させておく。次に、センサ５４の嵌合部５７をバルブボディ５２の嵌合穴５３に嵌合させてセンサ５４をバルブボディ５２に取り付けて、Ｏリング５５の組付状態を上記と同様に確認し、正常であると、キャップ６４をバルブボディ５２の内側から図示略の工具で段差部６０と嵌合穴５３との隙間に嵌め込んで固定する。

また、上記実施形態では、嵌合部２３に形成した段差部２７内にバックアップリング３２，３３とともにＯリング３４を組み付けた構造を例にとって説明したが、これらバックアップリング３２，３３とともにＯリング３４を組み付けた段差部２７とは別に、口部１３への嵌合方向後方側に溝部を形成し、その溝部に例えばブチルゴムなどから形成された他のＯリングを組み付けても良い。

ライナー及び口金部材の分解斜視図である。 図１に示すライナー及び口金部材の組立図である。 本発明の実施形態に係るタンクの密封装置を示す断面図である。 図３に示す組付構造の組付方法を説明する断面図である。 図３に示す組付構造の組付方法を説明する断面図である。 図３に示す組付構造で用いられるＯリングを説明するための断面図である 。 図３に示す組付構造の組付方法を説明する断面図である。 図３に示す組付構造で用いられるＯリングを説明するための断面図である 。 本発明の実施形態に係るタンクの密封装置の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１…密封装置、１１…タンク（被嵌合部材）、１２…口金部材（組付対象部材）、１９…被嵌合部、２３，５７…嵌合部、２７，６０…段差部、３４，５５…Ｏリング、３６…キャップ（抜止部材）、４１…環状ライン、４８…環状突条部、５２…バルブボディ（被嵌合部材）、５４…センサ（組付対象部材）、６４…キャップ（抜止部材）。

Claims (4)

1. タンクの被嵌合部と該タンクに取り付けられる組付対象部材の嵌合部との間を気密に保つための密封装置において、
   前記嵌合部には前記タンクの内部側に連通する段差部が形成され、該段差部には前記被嵌合部と前記嵌合部との間に介在するＯリングが組み付けられ、前記組付対象部材とは別体の抜止部材で前記Ｏリングの前記段差部からの抜けを規制している構造のタンクの密封装置。
2. 前記Ｏリングには、該Ｏリングと同心状をなし且つ該Ｏリングとは異なる色の環状ラインが付されている請求項１記載のタンクの密封装置。
3. 前記Ｏリングには、該Ｏリングと同心状をなして軸線方向一側に突出する環状突条部が形成されている請求項１又は２記載のタンクの密封装置。
4. タンクの被嵌合部と該タンクに取り付けられる組付対象部材の嵌合部との間を気密に保つためのＯリングの組付方法において、
   前記タンクの内部側に連通するように前記嵌合部に形成された段差部に前記Ｏリングを組み付け、前記嵌合部を前記被嵌合部に嵌合し、前記Ｏリングの組付状態を前記段差部の前記タンクへ連通している側から確認後、前記組付対象部材とは別体の抜止部材を前記段差部に隣接させて前記Ｏリングの前記段差部からの抜けを規制するＯリングの組付方法。

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