JP5805220B2 - 圧力流体の充填口構造 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、車両や定置型装置等の圧力流体利用装置に設けられたレセクタプルに対してノズルを挿入し、ガス等の圧力流体を充填することが可能な圧力流体の充填口構造に関する。
図7(a)は、SAE J2799に記載された70MPa仕様の自動車用水素充填口の構造断面図である。
この水素充填口は、図7(a)に示されるように、受け側であるレセプタクル1にシール部材が配設されたコネクタ構造からなり、図示しないノズルが差し込まれる差込口2側に外径が大なる第1のOリング3が装着されている。また、差込口2から中心軸に沿って離間する奥部側には、一対のバックアップリング4a、4bと、前記一対のバックアップリング4a、4bの間に介装された外径が小なる第2のOリング5とが配置されている。
これらの一対のバックアップリング4a、4b及び第2のOリング5は、差込口2の内径よりも小径な環状溝からなる固定溝6に装着されている。さらに、差込口2側の第1のOリング3と、奥部側の一対のバックアップリング4a、4b及び第2のOリング5との間には、内径側に向かって突出する環状隔壁7が形成されている。
また、この種のコネクタ構造に関し、例えば、特許文献1には、レセプタクルの差込口の近傍に配置された第1のOリングと、第1のOリングよりも下流側に配置された第2のOリングと、第1のOリングと第2のOリングとの間に配置された異物除去部材とを備えたガス供給構造が開示されている。
特開2009−156371号公報
ところで、SAE J2799に記載された自動車用水素充填口では、レセプタクル1に対して一対のバックアップリング4a、4b及び第2のOリング5をそれぞれ組み付ける際、前記一対のバックアップリング4a、4b及び第2のOリング5が装着される固定溝6が差込口2の奥部に位置していると共に、固定溝6よりも内径が小さく形成された環状隔壁7が固定溝6の手前側に位置して障害物となっている。このため、差込口2からのシール部材の組付作業が煩雑となり、また新品への交換作業でも同様に煩雑となって、作業時間が長くなる。
この点に関し、特許文献1に開示されたガス供給構造においても、同様であり、差込口から奥側に位置する第2のOリングの組付作業や交換作業が煩雑となる。
本発明の一般的な目的は、Oリング等のシール部材をより簡便に組み付け、交換することが可能な圧力流体の充填口構造を提供することにある。
前記の目的を達成するために、本発明は、圧力流体利用装置に設けられ、それぞれ別個に製造された第1ボディと第2ボディとを組み合わせて構成される圧力流体の充填口構造であって、前記第1ボディには、前記圧力流体利用装置の外部からノズルが挿通される第1流路が設けられ、前記第1流路は、前記ノズルが挿通される側から内径が小さくなる順に、第1内径部と第2内径部とを有し、前記第1内径部及び前記第2内径部の内周面には、それぞれシール装着面が形成され、前記第2ボディは、前記第1ボディと組み合わされた際、前記第1流路と連通可能な第2流路を有すると共に、前記圧力流体利用装置と前記充填口とを固定する第2ボディ固定部が設けられ、前記第2ボディは、前記第1流路側から外径が大きくなる順に、前記第2内径部に挿入される外径を有して先端部から連続する第1外径部と第2外径部とを有し、前記第2ボディの先端部を前記第1流路に内挿した際、前記第2内径部の軸方向に沿った端部に設けられる壁面と、前記第2ボディの先端部の端面と、前記第2内径部の内周面とによってシール溝が形成されることを特徴とする。
本発明によれば、第1ボディと第2ボディとをそれぞれ別体で構成することにより、第1ボディの第2内径部に対するシール部材の装着作業を簡便に遂行することができ、組立性を向上させて組立時間を短縮することができる。
すなわち、第2ボディの先端部が第1ボディの第1流路に内挿される前は、第1ボディの内周面が未だシール溝として構成されていない。このため、第2ボディの先端部が挿入可能な第1ボディの開口部側から、第1ボディの内周面(シール装着面)に対して、シール部材を簡便に組み付けることができる。さらに、シール部材が装着された後、第1ボディの第1流路に沿って第2ボディの先端部を挿通し、第1ボディと第2ボディとを一体的に組み合わせることで、圧力流体の充填口が構成される。
第1ボディは、第2ボディ固定部よりも圧力流体利用装置の外側に位置する第1ボディ固定部を有するようにするとよい。このように構成されることにより、例えば、車両に適用した場合、車載状態でシール部材の交換作業を行うことができる。
第1ボディは、ノズルが挿通される側から離間する一端側の外周に、工具掛かり用の凹部を有するようにするとよい。このように構成されることにより、工具掛かり用の凹部を係止するために専用工具が必要となり、エンドユーザによる第1ボディと第2ボディの分解を困難とすることができる。
第2流路には、第1流路に近接する側から順に、フィルタと、第1流路から送給される圧力流体を封止可能なチェック弁とが配置されるようにするとよい。このように構成されることにより、仮に、第1ボディと第2ボディとを分離した際、チェック弁により水素ガスの外部への漏出が防止され、水素ガスの浪費を回避することができる。また、分離の際、作業者が不用意にチェック弁に触れることを防止することができる。
第1ボディ固定部には、雌ねじを半径方向に貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔には、第2ボディを係止する係止部材が設けられるようにするとよい。このように構成されることにより、貫通孔に沿って螺入される係止部材よって雄ねじが損壊され、エンドユーザによって第1ボディと第2ボディとを分解することが不可能な構造とすることができる。
Oリング等のシール部材をより簡便に組み付け、交換することが可能な圧力流体の充填口構造を得ることができる。
本発明の実施形態に係る水素ガス充填口の概略構造断面図である。 図1の水素ガス充填口に対してノズルが挿入された状態を示す縦断面図である。 (a)は、第1ボディの縦断面図、(b)は、第2ボディの縦断面図である。 図1に示すA部の拡大断面図である。 (a)及び(b)は、水素ガス充填口の組付工程を示す縦断面図である。 本発明の他の実施形態に係る水素ガス充填口の概略構造断面図である。 (a)は、SAE J2799に記載された70MPa仕様の自動車用水素充填口の構造断面図、(b)は、(a)に示されるOリングを変形させながら差込口の奥部に対して組み付ける状態を示す断面図である。
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
例えば、燃料電池自動車には、燃料電池が搭載されている。この燃料電池としては、固体高分子型燃料電池が知られている。固体高分子型燃料電池は、例えば、水素ガス等の燃料ガスが供給されるアノードと、例えば、エア等の酸素を含有する酸化ガスが供給されるカソードとを備える。
燃料電池自動車には、アノードに対して水素ガスを供給するために、水素ガス供給システムが設けられる。水素ガス供給システムは、例えば、水素ガスが貯留される水素タンク、水素タンクに対して水素ガスを充填する水素ガス充填口10(図1参照)、水素ガス充填口10と水素タンクとを接続する配管、水素ガスの流路を開閉するバルブ、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ等を備える。なお、本実施形態では、圧力流体利用装置として燃料電池自動車を用いて説明するが、これに限定されるものではなく、例えば、図示しない定置型装置等に適用することが可能である。
図1は、本発明の実施形態に係る水素ガス充填口の概略構造断面図、図2は、図1の水素ガス充填口に対してノズルが挿入された状態を示す縦断面図、図3(a)は、第1ボディの縦断面図、図3(b)は、第2ボディの縦断面図、図4は、図1に示すA部の拡大断面図である。
水素ガス充填口10は、例えば、燃料電池自動車のフューエルリッド部12に設けられる。水素ガス充填口10は、図1に示されるように、それぞれ別個に製造された第1ボディ14と第2ボディ16とを有し、第1ボディ14と第2ボディ16とがそれぞれ軸方向に沿って一体的に組み付けられて構成される。なお、水素ガス充填口10に充填される水素ガス(圧力流体)は、例えば、高圧ガス保安法で定義される「高圧ガス」が用いられる。
図1及び図3(a)に示されるように、第1ボディ14は、略円筒状を呈し、軸方向に沿って貫通する第1流路18が設けられる。この第1流路18には、外部からノズル20が挿通される(図2参照)。第1流路18は、ノズル20が挿通される側から軸方向に沿って内径が小さくなる順に、第1内径部22aと第2内径部22bとがそれぞれ設けられる。第1ボディ14の第2内径部22bから第2ボディ16が挿入される開口部23側に向かって第3内径部22cが形成されている。この第3内径部22cは、内径側段差部を含み、第2内径部22bの内径よりも大きく設定されている。
第1内径部22a及び第2内径部22bの内周面24a、24bには、それぞれ、シール部材を装着するためのシール装着面が形成される。第1内径部22aの内周面24aには、外径が大なる第1のOリング26が装着される。第2内径部22bの内周面24bには、一対のバックアップリング28、28と、前記一対のバックアップリング28、28の間に挟持され外径が小なる第2のOリング30とがそれぞれ第2内径部22bの軸方向に沿って装着される。
第2内径部22bの内周面24bは、第1ボディ14の内径部の中で最も内径が小さく設定され、しかも開口部23側で障害物となるものが何ら存在しないため、後記するように、開口部23側から一対のバックアップリング28、28及び第2のOリング30を第2内径部22bの内周面24bに対して容易に装着することができる(図5(a)参照)。
第1内径部22aと第2内径部22bとの間には、内周面24a、24bからそれぞれ立ち上がり内径側に向かって突出する環状突起部31が設けられる。この環状突起部31の内径は、第1内径部22a及び第2内径部22bよりも小さく形成される。図4に示されるように、環状突起部31の相互に対向する一方の壁面67は、内周面24aとの間で第1のOリング26を保持するシール溝が形成される。また、環状突起部31の相互に対向する他方の壁面69は、後記するように、内周面24bと第2ボディ16の先端部64の端面64aとの間で一対のバックアップリング28、28及び第2のOリング30を保持するシール溝70が形成される。
図1及び図3(a)に示されるように、第1ボディ14の軸方向に沿った一端部には、ノズル20の差込用開口部32が設けられる。この差込用開口部32は、第1流路18に連続して形成される。第1ボディ14の軸方向に沿った他端部には、第2ボディ16が挿入される開口部23が設けられる。この開口部23を有する第1ボディ14の端面25は、第2ボディ16の環状側壁27(図3(b)も参照のこと)に当接して、第1ボディ14と第2ボディ16との分割面が構成される。
開口部23に近接する第1ボディ14の内周面には、第2ボディ16の外周に形成された後記する雄ねじ34と螺合する雌ねじ36が設けられる。この雌ねじ36は、第1ボディ固定部として機能するものである。
また、第1ボディ14の外周には、近傍の他の外周面と比較して内径側に窪む断面略矩形状の凹部からなる工具掛かり部40が設けられる。この工具掛かり部40は、例えば、相互に対向する2面や環状に連続する六角面等によって形成され、例えば、第2ボディ16から第1ボディ14を離間させるときに図示しない専用工具によって係止される。
第1ボディ14の他端部側には、軸方向と直交し半径方向に貫通する貫通孔42が形成され、前記貫通孔42にはねじ部を介して螺入される止めねじ部材(係止部材)44が設けられる。この止めねじ部材44は、頭部にねじ溝を有するセットスクリュからなり、貫通孔42に沿ってねじ込まれることで止めねじ部材44の先端面が第2ボディ16の外周面に当接して第2ボディ16を係止するものである。なお、止めねじ部材44に代替して、図示しない止めピン部材を貫通孔42に沿って圧入してもよい。
図1及び図3(b)に示されるように、第2ボディ16の外周には、他の外周と比較して半径外方向に向かって突出する環状凸部46が設けられ、外周に形成されたねじ部48に嵌合する取付ナット50と前記環状凸部46との間でフューエルリッド部12の底壁12aが挟持される。この場合、フューエルリッド部12の底壁12aを境界として車体内側(圧力流体利用装置の内側)とフューエルリッド部12側とが区分される(図1参照)。なお、環状凸部46、ねじ部48及び取付ナット50は、車体(圧力流体利用装置)と水素ガス充填口10とを固定する第2ボディ固定部として機能するものである。
第2ボディ16の内部には、第1ボディ14と組み合わされた際、第1流路18と連通する第2流路52が設けられる。第2流路52には、第1流路18に近接する側から順に、水素ガス中に含有する塵埃等を除去するフィルタ54と、第1流路18から送給される水素ガスを封止可能なチェック弁56とが配設される。
フィルタ54は、有底円筒体からなり、底部と反対側に設けられた環状フランジ部58によって第2流路52内の環状段部に保持される。チェック弁56は、第2流路52の段差部に設けられた着座部に着座するテーパ面を有する弁体60と、弁体60を着座部に向かって付勢するコイルスプリングからなるばね部材62とを有する。
この場合、チェック弁56は、通常時において弁体60が着座部に着座した閉弁状態となるノーマルクローズタイプからなり、例えば、第1ボディ14と第2ボディ16とを分解した際、第2ボディ16の第2流路52における、チェック弁56側からフィルタ54側へ向かう、内部から外部への水素ガスの漏出が遮断される。また、チェック弁56は、第1流路18から送給される高圧な水素ガスによって弁体60が押圧され、ばね部材62のばね力に打ち勝って弁体60が着座部から離間することによって開弁状態となり、水素ガスが第1流路18から第2流路52を介して車体内側方向に流通する。
第2ボディ16の外周には、第1流路18側から外径が大きくなる順に、先端部64と、第2内径部22bに挿入される外径を有して先端部64から連続する第1外径部66aと、段差部68を介して第1外径部66aと連続する第2外径部66bとを有する。第2外径部66bの外周には、第1ボディ14側の雌ねじ36と螺合する雄ねじ34が形成される。
この場合、第2ボディ16の先端部64を第1ボディ14の第1流路18に内挿した際、第2内径部22bの軸方向に沿った端部に設けられる壁面69と、第2ボディ16の先端部64の端面64aと、第2内径部22bの内周面24bとの間で、一対のバックアップリング28、28及び第2のOリング30が装着されるシール溝70が形成される(図4参照)。
このシール溝70は、断面矩形状の環状溝からなり、第2ボディ16の先端部64が第1ボディ14の第1流路18に内挿される前は、未だシール溝70として構成されていない。このため、後記するように一対のバックアップリング28、28及び第2のOリング30を第1ボディ14の内周面24b(シール装着面)に対して簡便に組み付けることができる。これらのシール部材の組付作業については、後記で詳細に説明する。
第1ボディ14の内周と第2ボディ16の外周との間には、一対の他のバックアップリング72、72と、一対の他のバックアップリング72、72間に介装される他のOリング74とが設けられる。この一対の他のバックアップリング72、72及び他のOリング74は、第1ボディ14と第2ボディ16との結合部位をシールするものである。
本実施形態に係る水素ガス充填口10は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
先ず、水素ガス充填口10の組付作業について説明する。図5(a)及び図5(b)は、水素ガス充填口の組付工程を示す縦断面図である。なお、図5(a)において、第1内径部22aの内周面24aには、差込用開口部32から予め第1のOリング26が装着されているものとする。
図5(a)に示されるように、第1ボディ14の第2内径部22bの内周面24bに対して1対のバックアップリング28、28及び第2のOリング30をそれぞれ装着する。この場合、第2ボディ16が挿入される開口部23側からみて、第1ボディ14の第2内径部22bの内周面24bは、第1ボディ14の内径部の中で最も内径が小さく設定され、しかも、環状突起部31が内周面24bの奥側に位置して開口部23側において障害物となるものが何ら存在しない。このため、一対のバックアップリング28、28及び第2のOリング30を、開口部23側から第2内径部22bの内周面24bに対して容易に装着することができる。
第2内径部22bの内周面24bに対して1対のバックアップリング28、28及び第2のOリング30をそれぞれ装着した後、図5(b)に示されるように、第1ボディ14の開口部23側から第2ボディ16の先端部64を挿通し、第1ボディ14側の雌ねじ36と第2ボディ16側の雄ねじ34とを螺合することにより、第1ボディ14と第2ボディ16とが一体的に組み付けられる。
その際、第2ボディ16の先端部64の端面64aが内周面24bに装着されたバックアップリング28に当接し、第2内径部22bの軸方向に沿った端部に設けられる環状突起部31の壁面69と、第2ボディ16の先端部64の端面64aと、第2内径部22bの内周面24bとの間で、一対のバックアップリング28、28及び第2のOリング30が装着されるシール溝70が構成される(図4参照)。換言すると、第1ボディ14の環状突起部31の壁面69と、第2ボディ16の先端部64の端面64aとの間で、一対のバックアップリング28、28及び第2のOリング30が挟持されることで、一対のバックアップリング28、28及び第2のOリング30の抜け止めがなされると共に、噛み込み等がなく安定したシール機能を発揮する状態で保持される。
さらに、第1ボディ14の軸方向と直交する貫通孔42に沿って止めねじ部材44を螺入することで、第1ボディ14と第2ボディ16との結合部が係止される。なお、一対のバックアップリング28、28及び第2のOリング30をメンテナンス等で取り外す際には、上記の逆の手順で実施することができる。
本実施形態では、第1ボディ14と第2ボディ16とをそれぞれ別体で構成することにより、第1ボディ14の第2内径部22bに対するシール部材の装着作業や取り外し作業を簡便に遂行することができ、組立性を向上させて組立時間及び交換時間を短縮することができる。この結果、本実施形態では、製造コストを低減させることができる。
本実施形態では、第1ボディ14の第2内径部22bから開口部23側に位置する第3内径部22cの内径が第2内径部22b及び段差部68よりも大径に形成されているため、1対のバックアップリング28、28及び第2のOリング30をそれぞれ縮径させることがなく、第2内径部22bの内周面24bに対して装着することができる。
これに対して、例えば、SAE J2799に記載された自動車用水素充填口では、図7(b)に示されるように、第2のOリング5及びバックアップリング4a、4bを固定溝6に対して装着する際、環状隔壁7の内径が第2のOリング5の外径よりも小さく形成されているため、第2のOリング5等を変形(縮径)させながら組み付ける必要があり(図7(b)中の実線参照)、その組付作業が煩雑となると共に、第2のOリング5にキズ付きの無いよう慎重に作業する必要もあり、組付時間が長くなる。
本実施形態では、一対のバックアップリング28、28及び第2のOリング30等のシール部材を変形させることがなくシール装着面に対して装着することができるため(図5(a)参照)、例えば、強度が高く硬質な材料で形成されたシール部材を用いることができ、シール部材の材料選択の幅が広がってシール部材の自由度を拡大することができる。
また、本実施形態では、第1ボディ14と第2ボディ16との分割面の位置が、取付ナット50と環状凸部46との間で挟持される締結位置よりもフューエルリッド部12の手前側に設定されている(図1参照)。このため、第2のOリング30及び一対のバックアップリング28、28を新たなものと交換する場合、図示しないフューエルリッドカバーを開成した車載状態(定置型装置に搭載した状態)においてシール部材の交換作業を行うことができる。
さらに、本実施形態では、工具掛かり部40の位置が差込用開口部32から離間し分割面の手前側の位置に設定されると共に、工具掛かり部40の形状を近傍の他の外周面と比較して内径側に窪む断面略矩形状の凹部とすることで、車載状態においてこの工具掛かり部40を係止して第1ボディ14と第2ボディ16とを分解するための専用工具が必要となる。このため、エンドユーザによる分解が困難な構造とすることができると共に、軸方向と直交する貫通孔42に沿って螺入される止めねじ部材44で係止することで、第1ボディ14と第2ボディ16との分解を防止し、エンドユーザのシール部材の誤組付によるシール不良を回避することができる。
さらにまた、本実施形態では、第2ボディ16の先端部64の開口部とチェック弁56との間の第2流路52内にフィルタ54を配置している。このため、第1ボディ14と第2ボディ16とを分解した際、チェック弁56の弁体60が着座部に着座して水素ガスの外部への漏出を防止しているため、水素ガスの浪費を回避することができると共に、チェック弁56の弁体60へ異物が付着することを好適に防止することができる。また、分解(分離)の際、作業者が不用意にチェック弁56に触れることを防止することができる。
さらにまた、本実施形態では、第1ボディ14を取り外した後、第2ボディ16の先端部64側から容易に着脱可能とする位置にフィルタ54が配置されることで、フィルタ54の交換や洗浄を容易に行うことができ、車載状態におけるメンテナンス性を向上させることができる。
次に、本発明の他の実施形態に係る水素ガス充填口10aについて説明する。なお、図1に示される水素ガス充填口10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
図6は、本発明の他の実施形態に係る水素ガス充填口の概略構造断面図である。
他の実施形態に係る水素ガス充填口10aでは、第1ボディ14の内壁の雌ねじ36を半径方向に貫通する貫通孔42aが形成され、前記貫通孔42aには、第2ボディ16を係止する止めねじ部材(係止部材)44が設けられている点で図1に示す実施形態と相違している。
この水素ガス充填口10aでは、第1ボディ14と第2ボディ16とを一体的に締結する雄ねじ34を貫通孔42aに沿って螺入される止めねじ部材44によって部分的に損壊することにより、エンドユーザによって第1ボディ14と第2ボディ16とを分解することが不可能な構造とすることができる。その他の作用効果は、図1に示される水素ガス充填口10と同一であるため、その詳細な説明を省略する。
10、10a 水素ガス充填口
14 第1ボディ
16 第2ボディ
18 第1流路
20 ノズル
22a〜22c 内径部
24a、24b 内周面
26、30 Oリング(シール部材)
34 雄ねじ
36 雌ねじ(第1ボディ固定部)
40 工具掛かり部(工具掛かり用の凹部)
42、42a 貫通孔
44 止めねじ部材(係止部材)
46 環状凸部(第2ボディ固定部)
48 ねじ部(第2ボディ固定部)
50 取付ナット(第2ボディ固定部)
52 第2流路
54 フィルタ
56 チェック弁
64 先端部
64a 端面
66a、66b 外径部
69 壁面
70 シール溝

Claims (5)

  1. 圧力流体利用装置に設けられ、それぞれ別個に製造された第1ボディと第2ボディとを組み合わせて構成される圧力流体の充填口構造であって、
    前記第1ボディには、前記圧力流体利用装置の外部からノズルが挿通される第1流路が設けられ、
    前記第1流路は、前記ノズルが挿通される側から内径が小さくなる順に、第1内径部と第2内径部とを有し、
    前記第1内径部及び前記第2内径部の内周面には、それぞれシール装着面が形成され、
    前記第2ボディは、前記第1ボディと組み合わされた際、前記第1流路と連通可能な第2流路を有すると共に、前記圧力流体利用装置と前記充填口とを固定する第2ボディ固定部が設けられ、
    前記第2ボディは、前記第1流路側から外径が大きくなる順に、前記第2内径部に挿入される外径を有して先端部から連続する第1外径部と第2外径部とを有し、
    前記第2ボディの先端部を前記第1流路に内挿した際、前記第2内径部の軸方向に沿った端部に設けられる壁面と、前記第2ボディの先端部の端面と、前記第2内径部の内周面とによってシール溝が形成されることを特徴とする圧力流体の充填口構造。
  2. 前記第1ボディは、前記第2ボディと組み合わされた際、前記第2ボディ固定部よりも前記圧力流体利用装置の外側に位置する第1ボディ固定部を有することを特徴とする請求項1記載の圧力流体の充填口構造。
  3. 前記第1ボディは、前記ノズルが挿通される側から離間する一端側の外周に、工具掛かり用の凹部を有することを特徴とする請求項2記載の圧力流体の充填口構造。
  4. 前記第2流路には、前記第1流路に近接する側から順に、フィルタと、前記第1流路から送給される圧力流体を封止可能なチェック弁とが配置されることを特徴とする請求項1記載の圧力流体の充填口構造。
  5. 前記第1ボディ固定部は、前記第2ボディの外周に形成された雄ねじに螺合される雌ねじであり、
    前記第1ボディ固定部には、前記雌ねじを半径方向に貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔には、前記第2ボディを係止する係止部材が設けられることを特徴とする請求項2記載の圧力流体の充填口構造。
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