JP6807891B2 - 高圧タンクのシール構造 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば水素タンクなどの内圧の高い容器に適用される高圧タンクのシール構造に関する。
従来、水素タンクなどに適用される高圧タンクのシール構造が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載された高圧タンクは、筒状に形成された第一部材と、柱状に形成された第二部材と、を備えている。第一部材の内部には、タンク室が形成されている。また、第一部材の軸方向端部には、開口孔が設けられている。第二部材は、第一部材の開口孔に嵌る軸体を有している。第二部材の軸体は、第一部材の開口孔を塞ぐようにその開口孔に嵌められる。
第二部材の外周部には、環状の取付溝が設けられている。高圧タンクは、また、第一部材と第二部材との間をシールするシール部材を備えている。このシール部材は、第二部材の取付溝に取り付けられる。シール部材は、Ｏリングなどのシールリングと、そのシールリングとは別体に、それぞれテーパ面が形成された二つのバックアップリングと、を有している。
シールリングは、第二部材の取付溝の内部においてタンク室側に配置されている。シールリングは、第一部材と第二部材との組付後かつタンク室へのガス充填後、その取付溝内でタンク室の圧力によりタンク室側とは反対の軸方向へ押圧されて移動する。また、二つのバックアップリングは、第二部材の取付溝の内部においてシールリングよりもタンク室側とは反対側に配置されている。二つのバックアップリングはそれぞれ、互いに対向する斜面部を有している。二つのバックアップリングは、それぞれ軸方向に対して傾斜する傾斜面同士が対向した状態で軸方向に互いに隣接するように配置されている。二つのバックアップリングは、タンク室の圧力により移動したシールリングに押圧されることにより斜面部同士が当接した状態でスライドして全体の径方向幅が大きくなるようにすなわち全体が拡径するように変形する。かかるバックアップリングの変形が生じると、第一部材と第二部材との径方向隙間がそのバックアップリングにより塞がれる。このため、シールリングが高圧ガスで押圧されて高圧側から低圧側に向かって潰された場合でも、シールリングが上記の径方向隙間に入り込むことを防ぐことができる。従って、シールリングによるシール機能を十分に発揮させることができ、また、シールリングが上記の径方向隙間に入り込んで部分的に損傷することなどを防ぐことができる。
特開２００７−１４６９４６号公報
上記特許文献１記載の高圧タンクにおいて、二つのバックアップリングそれぞれの斜面部が軸方向に対して傾斜する角度が、位置によって変化しない一律な角度である。従って、二つのバックアップリング同士の軸方向への相対変位量が大きくなるほど、二つのバックアップリング全体の径方向への変形量（すなわち拡径量）が比例的に大きくなる。このため、タンク室の圧力によってシールリングが二つのバックアップリングを押圧した際に、変形したバックアップリングが第一部材の内周面に与える荷重が過大となるおそれがある。特に、第一部材が樹脂製の部材であるものとすると、その第一部材がバックアップリングからの荷重により破壊される事態が生じ得る。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、第一部材と第二部材との径方向隙間をバックアップリングの径方向への変形により塞ぐことでシール性を確保しつつ、上記径方向隙間が塞がれた後におけるバックアップリングから第一部材への径方向の押圧力を抑えることが可能な高圧タンクのシール構造を提供することを目的とする。
本発明は、軸方向端部に開口孔が設けられた、内部にタンク室が形成される筒状の第一部材と、前記第一部材の前記開口孔に嵌る、外周面に環状の溝が設けられた第二部材と、を備える高圧タンクの、前記第一部材と前記第二部材との間をシールするシール構造であって、前記溝の内部において前記タンク室側に配置され、前記タンク室の圧力により前記タンク室側とは反対の軸方向へ押圧されて移動する環状のシール部材と、前記溝の内部において前記シール部材よりも前記タンク室側とは反対側に配置され、それぞれ互いに対向する斜面部を有し、前記タンク室の圧力により移動した前記シール部材に押圧されることにより前記斜面部同士が当接した状態でスライドして全体の径方向幅が大きくなるように変形する第一バックアップ部材及び第二バックアップ部材と、を備え、前記第一バックアップ部材の前記斜面部は、前記第一部材の軸方向に対して所定角度に傾斜する第一低角度傾斜部と、前記シール部材からの押圧時に前記第一低角度傾斜部での当接タイミングよりも後に当接が生じる、前記第一部材の軸方向に対して前記所定角度よりも大きい角度に傾斜する第一高角度傾斜部と、前記第一低角度傾斜部と前記第一高角度傾斜部とが互いに連接する谷折り角部と、を有する、高圧タンクのシール構造である。
この構成によれば、第一及び第二バックアップ部材同士の当接が、軸方向に対する傾斜角度が比較的小さい第一低角度傾斜部で生じ、その後に、軸方向に対する傾斜角度が比較的大きい第一高角度傾斜部で生じる。この当接タイミングによれば、第一低角度傾斜部により第二バックアップ部材から第一バックアップ部材へ径方向に向けて付与する押圧力を大きくすることができるので、シール部材の押圧による第一及び第二バックアップ部材の径方向への変形を速やかに行って、第一部材と第二部材との間の径方向隙間を速やかに塞ぐことができる。また、第一高角度傾斜部により第二バックアップ部材から第一バックアップ部材へ径方向に向けて付与する押圧力を小さく抑えることができるので、上記の径方向隙間の閉塞後における第一及び第二バックアップ部材から第一部材への径方向の押圧力を抑えることができる。
本発明の一実施形態に係る高圧タンクの正面図である。 実施形態の高圧タンクを図１に示す直線II−IIで切断した際の断面図である。 実施形態の高圧タンクを図１に示す矢印IIIで見た際の矢視図である。 実施形態の高圧タンクの図２に破線で示すシール領域の、容器本体と口金との組付時における拡大断面図である。 実施形態の高圧タンクの図２に破線で示すシール領域の、タンク室へのガス充填後における拡大断面図である。 実施形態の高圧タンクのシール構造の、タンク室からの圧力作用初期段階或いは低圧作用時における拡大断面図である。 実施形態の高圧タンクのシール構造の、タンク室からの高圧作用時おける拡大断面図である。 本発明の第一変形形態に係る高圧タンクのシール構造の、タンク室からの圧力作用初期段階における拡大断面図である。 本発明の第二変形形態に係る高圧タンクのシール構造の、タンク室からの圧力作用初期段階における拡大断面図である。 本発明の第三変形形態に係る高圧タンクのシール構造の、タンク室からの圧力作用初期段階における拡大断面図である。 本発明の第四変形形態に係る高圧タンクの断面図である。 本発明の第五変形形態に係る高圧タンクの要部断面図である。
以下、本発明に係る高圧タンクのシール構造の具体的な実施形態及び変形形態について、図面を用いて説明する。
尚、以下に示す実施形態においては、容器本体１０が特許請求の範囲に記載した「第一部材」に、口金４０が特許請求の範囲に記載した「第二部材」に、Ｏリング５１が特許請求の範囲に記載した「シール部材」に、第二バックアップリング５４が特許請求の範囲に記載した「第一バックアップ部材」に、第一バックアップリング５３が特許請求の範囲に記載した「第二バックアップ部材」に、第二低角度傾斜部５６ａが特許請求の範囲に記載した「第一低角度傾斜部」に、第二高角度傾斜部５６ｂが特許請求の範囲に記載した「第一高角度傾斜部」に、第一低角度傾斜部５５ａが特許請求の範囲に記載した「第二低角度傾斜部」に、第一高角度傾斜部５５ｂが特許請求の範囲に記載した「第二高角度傾斜部」に、それぞれ相当している。
一実施形態の高圧タンク１は、例えば水素ガスや天然ガスなどを高圧で充填することが可能なタンクである。高圧タンク１は、例えば自動車などに搭載される。高圧タンク１は、図１及び図３に示す如く、容器本体１０を備えている。容器本体１０は、略円筒状に形成されている。容器本体１０は、図２に示す如く、内周壁２０と外周壁３０との二重壁により構成されている。容器本体１０の内部には、タンク室１１が形成されている。以下、高圧タンク１や容器本体１０の軸が延びる方向を、適宜、軸方向Ａと称す。
内周壁２０は、ガスバリア性を有する材料（例えば、ポリエチレンやポリプロピレン，ナイロン，ＥＶＯＨ（エチレン−ビニルアルコール共重合体），その他の樹脂など）により形成された中空の樹脂製ライナである。尚、内周壁２０は、例えばアルミニウムなどの材料により形成された金属ライナであってもよい。内周壁２０は、それぞれ略均一な外径及び内径を有している。外周壁３０は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させたカーボン繊維やガラス繊維，アラミド繊維などの高強度繊維により形成された繊維強化部材である。外周壁３０は、フィラメントワインディング法などにより内周壁２０の外面側に高強度繊維を巻き締めて被覆し樹脂硬化（乾燥）させることにより形成される。
内周壁２０の軸方向両端部にはそれぞれ、円形の開口孔２１が設けられている。高圧タンク１は、また、口金４０を有している。口金４０は、略半球状に形成されたドーム部４１と、ドーム部４１から軸方向Ａの内方へ向けて延びる、内周壁２０の開口孔２１に嵌入可能な筒状に形成された嵌入部４２と、ドーム部４１の頂点近傍から軸方向Ａの外方へ突出するボス部４３と、を有している。
口金４０は、ステンレスやアルミニウムなどの金属により形成されている。口金４０は、内周壁２０の軸方向両端部それぞれに取り付け固定される。この口金４０の取り付け固定は、嵌入部４２が内周壁２０の開口孔２１に嵌入されることにより実現される。口金４０には、高圧タンク１の外部とタンク室１１とを連通する連通孔４４が設けられる。口金４０の連通孔４４には、バルブ（図示せず）が螺合により取り付けられる。口金４０の連通孔４４は、バルブにより閉じられる。
高圧タンク１は、容器本体１０の内周壁２０と口金４０とが組み付けられて互いに取り付け固定されると共に、その内周壁２０と口金４０との組付構造体の外面に外周壁３０が被覆されることにより製造される。このように高圧タンク１が製造されると、容器本体１０の内周壁２０の内部（径方向内側）には、閉塞されたタンク室１１が形成される。この閉塞されたタンク室１１には、ガスが充填される。タンク室１１へのガスの充填は、規定圧（例えば７００気圧）まで行われることが可能である。
容器本体１０の内周壁２０及び口金４０はそれぞれ、内周壁２０の内径と口金４０の嵌入部４２の外径とが略一致するように形成されている。尚、口金４０のドーム部４１の最大外径（具体的には、ドーム部４１が嵌入部４２に連接する部位の外径）は、内周壁２０の内径に比して大きくてよい。
高圧タンク１は、更に、図４に示す如く、シール部材５０を備えている。シール部材５０は、容器本体１０の内周壁２０と口金４０との組付後における内周壁２０の内周面と口金４０の外周面との径方向に空いた隙間を塞ぐことにより容器本体１０の内周壁２０と口金４０との間をシールする部材である。
口金４０の嵌入部４２の軸方向先端側の外周面には、溝４７が設けられている。溝４７は、シール部材５０を取り付けるための取付溝である。溝４７は、環状かつ帯状に形成されている。シール部材５０は、溝４７に嵌められて取り付けられる。溝４７は、容器本体１０の内周壁２０と口金４０との組付後、内部にシール部材５０が配設された状態で閉塞された空間となる。尚、溝４７は、支持プレートを介してタンク室１１と区画されている。また、溝４７の閉塞状態とは、嵌入部４２の外周面と内周壁２０の内周面との間に、溝４７とタンク室１１とが連通し得る僅かな隙間が形成された状態を含む。
シール部材５０は、Ｏリング５１と、バックアップリング５２と、を有している。Ｏリング５１は、例えばゴム製などの弾性を有する材料により構成されたシールリングである。Ｏリング５１は、口金４０の嵌入部４２における溝４７の径方向底壁４７ａの外周を取り囲むように環状に形成されている。Ｏリング５１の内径は、自然状態で溝４７の径方向底壁４７ａの外径よりも小径であり、径方向底壁４７ａに対して締め代を有している。
Ｏリング５１は、溝４７の内部においてタンク室１１側に配置されている。尚、Ｏリング５１の外径は、溝４７の径方向底壁４７ａに取り付けた状態で、内周壁２０の内径よりも大径であり、内周壁２０に対して締め代を有している。Ｏリング５１の断面形状は、略円形である。
バックアップリング５２は、溝４７の内部においてＯリング５１よりもタンク室１１側とは反対側に配置されている。バックアップリング５２は、自然状態から拡径することにより容器本体１０の内周壁２０と口金４０との間をシールすることが可能である。バックアップリング５２は、互いに別体で構成された、第一バックアップリング５３と、第二バックアップリング５４と、からなる。第一及び第二バックアップリング５３，５４はそれぞれ、例えば樹脂製材料や金属製材料により構成されたリング部材である。第一及び第二バックアップリング５３，５４はそれぞれ、口金４０の嵌入部４２における溝４７の径方向底壁４７ａの外周を取り囲むように環状に形成されている。
第一及び第二バックアップリング５３，５４それぞれの内径は、自然状態で溝４７の径方向底壁４７ａの外径と略同じである。また、第一及び第二バックアップリング５３，５４それぞれの外径は、自然状態で嵌入部４２の外径と略同じであって、内周壁２０の内径よりも僅かに小さい。第一及び第二バックアップリング５３，５４は、溝４７内において軸方向Ａに並んで配置されている。第一バックアップリング５３は、第二バックアップリング５４よりもタンク室１１側かつ径方向内側に配置されている。第二バックアップリング５４は、口金４０の溝４７の側壁をなす軸方向側壁４７ｂに接するように口金４０に対して支持されている。
第一バックアップリング５３は、斜面部５５を有している。第二バックアップリング５４は、斜面部５６を有している。斜面部５５と斜面部５６とは、軸方向Ａに対して斜め方向で互いに対向している。斜面部５５，５６はそれぞれ、軸方向Ａに対して傾斜するようにテーパ状に形成されている。
環状の第一バックアップリング５３の径方向幅は、軸方向位置に応じて異なると共に、同じ軸方向位置において全周に亘って略一定である。また、環状の第二バックアップリング５４の径方向幅は、軸方向位置に応じて異なると共に、同じ軸方向位置において全周に亘って略一定である。第一バックアップリング５３の径方向幅の最大値、及び、第二バックアップリング５４の径方向幅の最大値はそれぞれ、組付後の口金４０の溝４７の径方向底壁４７ａと内周壁２０の内周面との径方向隙間に比して小さい。また、第一バックアップリング５３の軸方向長さは、径方向位置に応じて異なると共に、同じ径方向位置において全周に亘って略一定である。第二バックアップリング５４の軸方向長さは、径方向位置に応じて異なると共に、同じ径方向位置において全周に亘って略一定である。
具体的には、第一バックアップリング５３の軸方向長さは、外径側位置から内径側位置にかけて徐々に大きくなる。第一バックアップリング５３の径方向幅は、軸方向Ａのタンク室１１側の位置から反対側の位置にかけて徐々に小さくなる。また、第二バックアップリング５４の軸方向長さは、外径側位置から内径側位置にかけて徐々に小さくなる。第二バックアップリング５４の径方向幅は、軸方向Ａのタンク室１１側の位置から反対側の位置にかけて徐々に大きくなる。第一バックアップリング５３と第二バックアップリング５４とは、斜面部５５，５６同士が対向した状態で軸方向Ａに重ね合わされている。
図６に示す如く、第一及び第二バックアップリング５３，５４の斜面部５５，５６はそれぞれ、軸方向Ａに対して傾斜する角度が変化するように形成されている。斜面部５５は、第一低角度傾斜部５５ａと、第一高角度傾斜部５５ｂと、山折り角部５５ｃと、を有している。第一低角度傾斜部５５ａと第一高角度傾斜部５５ｂとは、山折り角部５５ｃを介して互いに連接している。山折り角部５５ｃは、第一バックアップリング５３の外周全周に亘って環状に形成されている。山折り角部５５ｃは、第一バックアップリング５３の斜面部５５を第一低角度傾斜部５５ａと第一高角度傾斜部５５ｂとに山折りしている。
斜面部５６は、第二低角度傾斜部５６ａと、第二高角度傾斜部５６ｂと、谷折り角部５６ｃと、を有している。第二低角度傾斜部５６ａと第二高角度傾斜部５６ｂとは、谷折り角部５６ｃを介して互いに連接している。谷折り角部５６ｃは、第二バックアップリング５４の外周全周に亘って環状に形成されている。谷折り角部５６ｃは、第二バックアップリング５４の斜面部５６を第二低角度傾斜部５６ａと第二高角度傾斜部５６ｂとに谷折りしている。
斜面部５５の第一低角度傾斜部５５ａは、軸方向Ａに対して角度α１だけ傾斜する平面部位である。第一高角度傾斜部５５ｂは、軸方向Ａに対して角度α２だけ傾斜する平面部位である。角度α２は、角度α１よりも大きい。すなわち、第一高角度傾斜部５５ｂは、第一低角度傾斜部５５ａよりも法線が軸方向Ａに対してなす角度が小さい部位である。
第一低角度傾斜部５５ａは、第一高角度傾斜部５５ｂよりも軸方向Ａのタンク室１１側に位置している。第一バックアップリング５３の斜面部５５は、第一低角度傾斜部５５ａが軸方向Ａのタンク室１１側かつ径方向外側に位置しかつ第一高角度傾斜部５５ｂが軸方向Ａのタンク室１１側とは反対側かつ径方向内側に位置するように配置されている。第一バックアップリング５３の斜面部５５は、角部５５ｃで山折りされている。
第一バックアップリング５３の軸方向長さは、最外径側位置から内径側の角部５５ｃの位置にかけて一定割合で徐々に大きくなると共に、その角部５５ｃの位置から最内径側位置にかけてその一定割合を下回る一定割合で徐々に大きくなる。第一バックアップリング５３の径方向幅は、軸方向Ａの最もタンク室１１側の位置から角部５５ｃの軸方向位置にかけて一定割合で徐々に小さくなると共に、その角部５５ｃの軸方向位置から軸方向Ａの最もタンク室１１側とは反対側の位置にかけてその一定割合を上回る一定割合で徐々に小さくなる。
尚、第一バックアップリング５３は、軸方向Ａのタンク室１１側とは反対側の端部が軸方向Ａに対して垂直な平面でカットされることで軸方向Ａに向いた端面を有するように形成されていてもよい。また同様に、第一バックアップリング５３は、最外径側端部が径方向に対して垂直な面でカットされることで径方向外側に向いた端面を有するように形成されていてもよい。
上記のように、第一バックアップリング５３における第一高角度傾斜部５５ｂのタンク室１１側とは反対側の端部が軸方向Ａに対して垂直な平面でカットされれば、第一バックアップリング５３において先端部の鋭い角部が無くなるので、第一バックアップリング５３が破損し難くなる。また同様に、第一バックアップリング５３における最外径側端部が径方向に対して垂直な面でカットされれば、第一バックアップリング５３が破損し難くなる。
斜面部５６の第二低角度傾斜部５６ａは、軸方向Ａに対して角度β１だけ傾斜する平面部位である。第二高角度傾斜部５６ｂは、軸方向Ａに対して角度β２だけ傾斜する平面部位である。角度β２は、角度β１よりも大きい。すなわち、第二高角度傾斜部５６ｂは、第二低角度傾斜部５６ａよりも法線が軸方向Ａに対してなす角度が小さい部位である。角度β１は、第一バックアップリング５３の斜面部５５の第一低角度傾斜部５５ａの角度α１に対応している。また、角度β２は、第一バックアップリング５３の斜面部５５の第一高角度傾斜部５５ｂの角度α２に対応している。
第二低角度傾斜部５６ａは、第二高角度傾斜部５６ｂよりも軸方向Ａのタンク室１１側に位置している。第二バックアップリング５４の斜面部５６は、第二低角度傾斜部５６ａが軸方向Ａのタンク室１１側かつ径方向外側に位置しかつ第二高角度傾斜部５６ｂが軸方向Ａのタンク室１１側とは反対側かつ径方向内側に位置するように配置されている。第二バックアップリング５４の斜面部５６は、角部５６ｃで谷折りされている。
第二バックアップリング５４の軸方向長さは、最外径側位置から内径側の角部５６ｃの位置にかけて一定割合で徐々に小さくなると共に、その角部５６ｃの位置から最内径側位置にかけてその一定割合を下回る一定割合で徐々に小さくなる。第二バックアップリング５４の径方向幅は、軸方向Ａの最もタンク室１１側の位置から角部５６ｃの軸方向位置にかけて一定割合で徐々に大きくなると共に、その角部５６ｃの軸方向位置から軸方向Ａの最もタンク室１１側とは反対側の位置にかけてその一定割合を上回る一定割合で徐々に大きくなる。
第一バックアップリング５３及び第二バックアップリング５４は、後述の如きＯリング５１からの押圧による両バックアップリング５３，５４の当接が第一低角度傾斜部５５ａと第二低角度傾斜部５６ａの外径側部位との間で開始され、その後に第二低角度傾斜部５６ａの内径側部位へ移行されるように形成されている。また、第一バックアップリング５３及び第二バックアップリング５４は、後述の如きＯリング５１からの押圧による両バックアップリング５３，５４の当接が第一低角度傾斜部５５ａと第二低角度傾斜部５６ａとの間で行われた後に第一高角度傾斜部５５ｂと第二高角度傾斜部５６ｂとの間へ移行するように形成されている。
尚、第二バックアップリング５４は、軸方向Ａのタンク室１１側の端部が軸方向Ａに対して垂直な平面でカットされることで軸方向Ａに向いた端面を有するように形成されていてもよい。また同様に、第二バックアップリング５４は、最内径側端部が径方向に対して垂直な面でカットされることで径方向内側に向いた端面を有するように形成されていてもよい。
上記のように、第二バックアップリング５４における第二低角度傾斜部５６ａのタンク室１１側の端部が軸方向Ａに対して垂直な平面でカットされれば、第二バックアップリング５４において先端部の鋭い角部が無くなるので、第二バックアップリング５４が破損し難くなる。また同様に、第二バックアップリング５４における最内径側端部が径方向に対して垂直な面でカットされれば、第二バックアップリング５４が破損し難くなる。
第二バックアップリング５４は、自然状態から拡径することが可能に形成されている。例えば、第二バックアップリング５４の環状形状は、周方向の一部が切断されたスリット付きのものであってよい。第二バックアップリング５４は、後述の如くＯリング５１に当接された第一バックアップリング５３から押圧されるまでは、その外径が口金４０の嵌入部４２の外径と略同じ又は内周壁２０の内径よりも小さい状態にある一方、第一バックアップリング５３からの押圧力の伝達により押圧されることによって、斜面部５６と第一バックアップリング５３の斜面部５５とのスライド摺動により拡径する。この第二バックアップリング５４の拡径は、第二バックアップリング５４の外周面が容器本体１０の内周壁２０の内周面に当接するまで継続される。
尚、第一バックアップリング５３は、自然状態から縮径することが可能に形成されていてもよい。この場合、例えば、第一バックアップリング５３の環状形状は、周方向の一部が切断されたスリット付きのものであってよい。また、この場合、第一バックアップリング５３は、その内径が溝４７の径方向底壁４７ａの外径よりも僅かに大きい状態すなわち第一バックアップリング５３の内周面と溝４７の径方向底壁４７ａとの間に隙間が形成された状態にあるときは、Ｏリング５１に当接されて押圧されることによって、斜面部５５と第二バックアップリング５４の斜面部５６とのスライド摺動により縮径する。この第一バックアップリング５３の縮径は、第一バックアップリング５３の内周面が溝４７の径方向底壁４７ａに当接するまで継続される。
上記した高圧タンク１の構造においては、容器本体１０の内周壁２０と口金４０との組付後、タンク室１１にガスが充填されると、容器本体１０の内周壁２０の内周面と口金４０の外周面との間の隙間を介してタンク室１１内のガスが溝４７へ進入する。
溝４７に高圧のガスが進入すると、まず、その高圧ガスの圧力が、溝４７内でタンク室１１側に配置されたＯリング５１に付与されることで、そのＯリング５１の全体がタンク室１１側とは反対の軸方向Ａへ押圧されて移動する。かかるＯリング５１の移動が生じると、そのＯリング５１が第一バックアップリング５３の軸方向Ａに向いた端面に当接することで、第一バックアップリング５３に軸方向Ａへ移動させる押圧力が付与される。
Ｏリング５１からの押圧力が第一バックアップリング５３に付与されてその第一バックアップリング５３がタンク室１１側とは反対の軸方向Ａへ移動されると、その第一バックアップリング５３が第二バックアップリング５４に当接することで、第二バックアップリング５４が溝４７の軸方向側壁４７ｂに接することで口金４０に対して支持された状態で、第一バックアップリング５３から第二バックアップリング５４にその第二バックアップリング５４を径方向外側へ移動させる押圧力が付与される。
Ｏリング５１からの押圧による第一バックアップリング５３と第二バックアップリング５４との当接は、両バックアップリング５３，５４の斜面部５５，５６同士で行われる。かかる当接が行われると、両斜面部５５，５６同士が摺動しながらスライドする。この場合、第一及び第二バックアップリング５３，５４を含むバックアップリング５２全体は、その外径が大きくなる拡径が生じる又はその拡径と共に更にその内径が小さくなる縮径が生じるように、すなわち、全周に亘って径方向幅が大きくなるように変形する。
このバックアップリング５２の変形が、バックアップリング５２の径方向両端部（具体的には、第一バックアップリング５３の内周側端部及び第二バックアップリング５４の外周側端部）が内周壁２０の内周面及び口金４０の溝４７の径方向底壁４７ａに当接するまで進行すると、容器本体１０の内周壁２０の内周面と口金４０の外周面との間の径方向隙間がそのバックアップリング５２により塞がれる。従って、高圧タンク１の構造によれば、弾性変形可能なＯリング５１を用いて容器本体１０の内周壁２０と口金４０との間をシールすることができると共に、径方向幅が拡大し得るバックアップリング５２を用いて、タンク室１１への高圧ガスの充填による容器本体１０の内周壁２０と口金４０との間へのＯリング５１の一部の入り込み現象を防止することができる。
また、本実施形態の高圧タンク１において、上記したＯリング５１からの押圧による第一バックアップリング５３と第二バックアップリング５４との当接は、より具体的には、まず、図６に示す如く、第一バックアップリング５３の斜面部５５の第一低角度傾斜部５５ａと第二バックアップリング５４の斜面部５６の第二低角度傾斜部５６ａの外径側部位との間で開始される。この際、第一バックアップリング５３は、第二バックアップリング５４に軸方向Ａへ押圧力Ｆ１を付与する。そして、Ｏリング５１からバックアップリング５２への押圧が継続すると、第一バックアップリング５３と第二バックアップリング５４との当接は、第一低角度傾斜部５５ａと第二低角度傾斜部５６ａとのスライド摺動により第一低角度傾斜部５５ａと第二低角度傾斜部５６ａの内径側部位との間へ移行される。
第一低角度傾斜部５５ａ及び第二低角度傾斜部５６ａの軸方向Ａに対する角度α１，β１は、第一高角度傾斜部５５ｂ及び第二高角度傾斜部５６ｂの軸方向Ａに対する角度α２，β２よりも小さい。このため、第一低角度傾斜部５５ａと第二低角度傾斜部５６ａとのスライド摺動中は、第一バックアップリング５３の軸方向Ａへの変位Ｘの単位量当たり、その第一バックアップリング５３（具体的には、第一低角度傾斜部５５ａ）が第二バックアップリング５４（具体的には、第二低角度傾斜部５６ａ）を径方向外側へ押圧する力Ｆ２の変化量が、第一高角度傾斜部５５ｂと第二高角度傾斜部５６ｂとのスライド摺動中の径方向外側への押圧力Ｆ２の変化量に比べて、大きい。この単位変位量当たりの押圧力Ｆ２の変化量が比較的大きい状態は、第一バックアップリング５３の変位Ｘが、その斜面部５５の角部５５ｃの位置が第二バックアップリング５４の斜面部５６の角部５６ｃの位置に一致する所定変位に達するまで継続される。
そして、タンク室１１が所定圧以上の高圧状態に達することで第一バックアップリング５３の変位Ｘが上記の所定変位に達した後は、図７に示す如く、Ｏリング５１からの押圧による第一バックアップリング５３と第二バックアップリング５４との当接は、第一バックアップリング５３の斜面部５５の第一高角度傾斜部５５ｂと第二バックアップリング５４の斜面部５６の第二高角度傾斜部５６ｂとの間へ移行される。
上記の如く、角度α２，β２は、角度α１，β１よりも大きい。このため、第一高角度傾斜部５５ｂと第二高角度傾斜部５６ｂとのスライド摺動中は、第一バックアップリング５３から第二バックアップリング５４への軸方向Ａに押圧する力Ｆ１が同じであっても、第一バックアップリング５３の軸方向Ａへの変位Ｘの単位量当たり、その第一バックアップリング５３（具体的には、第一高角度傾斜部５５ｂ）が第二バックアップリング５４（具体的には、第二高角度傾斜部５６ｂ）を径方向外側へ押圧する力Ｆ２の変化量が、第一低角度傾斜部５５ａと第二低角度傾斜部５６ａとのスライド摺動中の径方向外側への押圧力Ｆ２の変化量に比べて、小さい。
このように、高圧タンク１のシール構造においては、第一及び第二バックアップリング５３，５４の斜面部５５，５６同士の当接が、軸方向Ａに対する傾斜角度が比較的小さい第一及び第二低角度傾斜部５５ａ，５６ａで生じ、その後、軸方向Ａに対する傾斜角度が比較的大きい第一及び第二高角度傾斜部５５ｂ，５６ｂへ移行される。
上記した斜面部５５，５６同士の当接タイミングによれば、第一及び第二低角度傾斜部５５ａ，５６ａのスライド摺動時は、第一バックアップリング５３から第二バックアップリング５４へ径方向外側に向けて付与する押圧力Ｆ２を大きくすることができるので、タンク室１１が低圧状態にあっても、バックアップリング５２を拡径する力を十分に確保することができると共に、Ｏリング５１の押圧によるバックアップリング５２の拡径を速やかに行うことができる。このため、バックアップリング５２の外周側端部を容器本体１０の内周壁２０の内周面に確実かつ速やかに当接させることで、その内周壁２０と口金４０との間の径方向隙間をバックアップリング５２により塞ぐことができる。
更に、第一及び第二低角度傾斜部５５ａ，５６ａのスライド摺動後の、第一及び第二高角度傾斜部５５ｂ，５６ｂのスライド摺動時は、第一バックアップリング５３から第二バックアップリング５４へ径方向外側に向けて付与する押圧力Ｆ２を小さく抑えることができる。このため、バックアップリング５２の外周側端部が容器本体１０の内周壁２０の内周面に当接してその内周壁２０と口金４０との間の径方向隙間がバックアップリング５２により塞がれた後、バックアップリング５２から内周壁２０への拡径による荷重が過度に生じるのを抑えることができる。
従って、高圧タンク１のシール構造によれば、容器本体１０の内周壁２０と口金４０との径方向隙間をバックアップリング５２の径方向への変形により塞ぐことでＯリング５１のシール性を確保しつつ、その径方向隙間が塞がれた後におけるバックアップリング５２から容器本体１０の内周壁２０への径方向の押圧力を抑えることができる。特に、容器本体１０の内周壁２０は樹脂製の部材であるので、バックアップリング５２が内周壁２０を径方向外側へ押圧する力が過大であると、その内周壁２０が破損するおそれがある。これに対して、本実施形態では、上記の如く、バックアップリング５２の拡径変形により樹脂製の内周壁２０を径方向外側へ押圧する力を小さく抑えることができるので、バックアップリング５２からの荷重によるその内周壁２０の内周面の破損ひいては容器本体１０全体の破壊強度の低下を確実に防止することができる。
ところで、上記の実施形態においては、バックアップリング５２が、互いに別体で形成された第一及び第二バックアップリング５３，５４からなり、斜面部５５，５６同士が対向した状態で軸方向Ａに重ね合わされている。また、図４及び図５などに示す如く、第一バックアップリング５３が溝４７の内部において第二バックアップリング５４よりも軸方向Ａのタンク室１１側かつ径方向内側に配置されている。そして、第一バックアップリング５３が、軸方向Ａのタンク室１１側から反対側にかけて外径が徐々に小さくなる斜面部５５を有するように形成されていると共に、その斜面部５５が、軸方向Ａに対して傾斜する角度が比較的小さい第一低角度傾斜部５５ａと、軸方向Ａに対して傾斜する角度が比較的大きい第一高角度傾斜部５５ｂと、第一低角度傾斜部５５ａと第一高角度傾斜部５５ｂとが互いに連接する山折り角部５５ｃと、を有する。また、第二バックアップリング５４が、軸方向Ａのタンク室１１側から反対側にかけて内径が徐々に小さくなる斜面部５６を有するように形成されていると共に、その斜面部５６が、軸方向Ａに対して傾斜する角度が比較的小さい第二低角度傾斜部５６ａと、軸方向Ａに対して傾斜する角度が比較的大きい第二高角度傾斜部５６ｂと、第二低角度傾斜部５６ａと第二高角度傾斜部５６ｂとが互いに連接する谷折り角部５６ｃと、を有する。
しかし、本発明はこれに限定されるものではない。図８に示す如く、第一バックアップリング５３が、軸方向Ａのタンク室１１側から反対側にかけて内径が徐々に大きくなる斜面部５５を有するように形成されていると共に、第二バックアップリング５４が、軸方向Ａのタンク室１１側から反対側にかけて外径が徐々に大きくなる斜面部５６を有するように形成されていてもよい。
また、図９に示す如く、第一バックアップリング５３が溝４７の内部において第二バックアップリング５４よりも軸方向Ａのタンク室１１側とは反対側かつ径方向外側に配置されていてもよい。この場合、第一バックアップリング５３は、軸方向Ａのタンク室１１側から反対側にかけて内径が徐々に小さくなる斜面部５５を有するように形成されている。また、第二バックアップリング５４は、軸方向Ａのタンク室１１側から反対側にかけて外径が徐々に小さくなる斜面部５６を有するように形成されている。
また、図１０に示す如く、第一バックアップリング５３が溝４７の内部において第二バックアップリング５４よりも軸方向Ａのタンク室１１側とは反対側かつ径方向内側に配置されていてもよい。この場合、第一バックアップリング５３は、軸方向Ａのタンク室１１側から反対側にかけて外径が徐々に大きくなる斜面部５５を有するように形成されている。また、第二バックアップリング５４は、軸方向Ａのタンク室１１側から反対側にかけて内径が徐々に大きくなる斜面部５６を有するように形成されている。
また、上記の実施形態においては、開口孔２１に口金４０が嵌入されるライナである内周壁２０が、軸方向端部で折り返されることなく軸方向Ａに直線状に延びるように円筒状に形成されており、シール部材５０が、その内周壁２０の内周面と口金４０の嵌入部４２の外周面との径方向に空いた隙間を塞ぐものとしている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、図１１及び図１２に示す如く、内周壁２０が軸方向端部で折り返されるように形成されており、シール部材５０が、その内周壁２０の折り返された折返部２２の内周面と口金４０の嵌入部４２の外周面との径方向に空いた隙間を塞ぐものに適用することとしてもよい。
また、上記の実施形態においては、口金４０が容器本体１０のライナである内周壁２０の開口孔２１に嵌入される高圧タンク１が、内周壁２０の内周面と口金４０の外周面との径方向に空いた隙間を塞ぐシール部材５０を備えるものとしている。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。図１２に示す如く、口金４０に設けられた開口孔である連通孔４４にバルブ８０が螺合により取り付けられる高圧タンク１が、口金４０の内周面とバルブ８０の外周面との径方向に空いた隙間を塞ぐシール部材５０を備えるものとし、そのシール部材５０のシール性に適用することとしてもよい。
また、上記の実施形態においては、第一バックアップリング５３が山折り角部５５ｃで軸方向Ａに対する傾斜角度が変化する斜面部５５を有すると共に、第二バックアップリング５４が谷折り角部５６ｃで軸方向Ａに対する傾斜角度が変化する斜面部５６を有する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。第一バックアップリング５３は、山折り角部５５ｃで軸方向Ａに対する傾斜角度が変化する斜面部５５を有する必要はなく、その第一バックアップリング５３の形状は、Ｏリング５１からの押圧による第一バックアップリング５３と第二バックアップリング５４との当接が、第二バックアップリング５４の第二低角度傾斜部５６ａと第一バックアップリング５３との間で行われた後に、第二バックアップリング５４の第二高角度傾斜部５６ｂと第一バックアップリング５３との間で行われものとすれば、例えば断面円弧状などの何れの形状であってもよい。
更に、上記の実施形態においては、第二バックアップリング５４とは別体で構成された第一バックアップリング５３が樹脂製である場合、その第一バックアップリング５３がＯリング５１に押圧された際にその弾性変形によって第二バックアップリング５４との間に隙間が形成され、その隙間にＯリング５１が挟まるおそれがある。そこで、第一バックアップリング５３は、弾性変形が生じても第二バックアップリング５４との間に隙間が形成され難いように、二色成形などで構成されて、部分的に剛性が下げられたものであってもよい。
尚、本発明は、上述した実施形態や変形形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
１：高圧タンク、１０：容器本体、１１：タンク室、２０：内周壁、２１：開口孔、４０：口金、４２：嵌入部、４７：溝、５０：シール部材、５１：Ｏリング、５２：バックアップリング、５３：第一バックアップリング、５４：第二バックアップリング、５５，５６：斜面部、５５ａ：第一低角度傾斜部、５５ｂ：第一高角度傾斜部、５５ｃ：山折り角部、５６ａ：第二低角度傾斜部、５６ｂ：第二高角度傾斜部、５６ｃ：谷折り角部。

Claims (5)

  1. 軸方向端部に開口孔が設けられた、内部にタンク室が形成される筒状の第一部材と、前記第一部材の前記開口孔に嵌る、外周面に環状の溝が設けられた第二部材と、を備える高圧タンクの、前記第一部材と前記第二部材との間をシールするシール構造であって、
    前記溝の内部において前記タンク室側に配置され、前記タンク室の圧力により前記タンク室側とは反対の軸方向へ押圧されて移動する環状のシール部材と、
    前記溝の内部において前記シール部材よりも前記タンク室側とは反対側に配置され、それぞれ互いに対向する斜面部を有し、前記タンク室の圧力により移動した前記シール部材に押圧されることにより前記斜面部同士が当接した状態でスライドして全体の径方向幅が大きくなるように変形する第一バックアップ部材及び第二バックアップ部材と、
    を備え、
    前記第一バックアップ部材の前記斜面部は、
    前記第一部材の軸方向に対して所定角度に傾斜する第一低角度傾斜部と、
    前記シール部材からの押圧時に前記第一低角度傾斜部での当接タイミングよりも後に当接が生じる、前記第一部材の軸方向に対して前記所定角度よりも大きい角度に傾斜する第一高角度傾斜部と、
    前記第一低角度傾斜部と前記第一高角度傾斜部とが互いに連接する谷折り角部と、
    を有し、
    前記第二バックアップ部材の前記斜面部は、
    前記第一部材の軸方向に対して前記第一低角度傾斜部の前記所定角度に対応した対応角度に傾斜する第二低角度傾斜部と、
    前記シール部材からの押圧時に前記第二低角度傾斜部での当接タイミングよりも後に当接が生じる、前記第一部材の軸方向に対して前記対応角度よりも大きい角度に傾斜する第二高角度傾斜部と、
    前記第二低角度傾斜部と前記第二高角度傾斜部とが互いに連接する山折り角部と、
    を有し、
    前記第一バックアップ部材及び前記第二バックアップ部材は、前記第一高角度傾斜部と前記第二高角度傾斜部とが互いに当接した状態で前記タンク室の圧力による前記シール部材の更なる押圧によりスライドする、高圧タンクのシール構造。
  2. 前記第二バックアップ部材は、前記溝の内部において前記第一バックアップ部材よりも前記タンク室側に配置され、
    前記第一バックアップ部材は、前記第一低角度傾斜部が前記第一高角度傾斜部よりも前記タンク室側に位置するように配置されている、請求項１に記載の高圧タンクのシール構造。
  3. 前記第一バックアップ部材は、前記第一低角度傾斜部が前記第一高角度傾斜部よりも径方向外側に位置するように配置されている、請求項２に記載の高圧タンクのシール構造。
  4. 前記第一部材は、樹脂製ライナである、請求項１乃至３の何れか一項に記載の高圧タンクのシール構造。
  5. 前記第二部材は、前記第一部材の軸方向端部に取り付けられる口金である、請求項４に記載の高圧タンクのシール構造。
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