タンク部品の締結構造
【課題】貯留した内部ガスをタンク内に密封するためのシール部に傷が付くこと、あるいは口金部の内周部や当該タンク部品自体が損傷することを抑制する。
【解決手段】高圧タンク１の口金部２に締結されるタンク部品３の締結構造に関し、口金部２と締結されるためのねじ締結部４を備え、当該タンク部品３のうち口金部２に挿入される部分の少なくとも一部が弾性部材５によって一体的に被覆されている。ねじ締結部４の先端や当該タンク部品３の先端部分にテーパシール面５を備え、該テーパシール面５が弾性部材６によって一体的に覆われていることが好ましい。
【解決手段】高圧タンク１の口金部２に締結されるタンク部品３の締結構造に関し、口金部２と締結されるためのねじ締結部４を備え、当該タンク部品３のうち口金部２に挿入される部分の少なくとも一部が弾性部材５によって一体的に被覆されている。ねじ締結部４の先端や当該タンク部品３の先端部分にテーパシール面５を備え、該テーパシール面５が弾性部材６によって一体的に覆われていることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク部品の締結構造に関する。さらに詳述すると、本発明は、水素等の貯蔵に利用される高圧タンクにおいてねじを利用してバルブアッセンブリ等の部品を締結するための構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素等の貯蔵に利用される高圧タンクとして、タンク開口部に設けられた口金部にバルブアッセンブリ（高圧バルブ等を内蔵した部品）を取り付ける構造のものが利用されている。また、口金部にバルブアッセンブリを取り付けるにあたっては、口金部のめねじ部分にバルブアッセンブリのおねじ部分を螺合させるというような単純なねじ構造を利用したタンク部品の締結構造が多く利用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなタンク部品の締結構造の場合、例えば３５ＭＰａ場合によって７０ＭＰａにも至るような高い内圧をねじ締結部だけでなく座面でも受けることになるため、バルブアッセンブリ等のタンク部品の締結荷重をそれに見合う程度にまで大きくする必要がある。また、貯留した内部ガスをタンク内に密封するためのシール部（例えば封止用シール部材が設けられる部分）がバルブアッセンブリの先端付近や口金部内周部のこれに対応する部分に設けられている。
【特許文献１】特開２００５−２９１４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、バルブアッセンブリを取り付けたりあるいは取り外したりする際、ねじ締結部とシール部の同軸度にずれが生じ、当該バルブアッセンブリの特に先端部で口金部の内周部に形成されているシール部やめねじ部を傷付けたり、あるいは当該タンク部品自体を損傷させたりしてしまうことがある。そうすると、シール部におけるシール性（シール性能ないしはシール能力）の低下を招来し、ガス密封性能が劣化するといった問題が生じるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、貯留した内部ガスをタンク内に密封するためのシール部に傷が付くこと、あるいは口金部の内周部や当該タンク部品自体が損傷することを抑制できるようにしたタンク部品の締結構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するため、本発明者は種々の検討を行った。例えば燃料電池システム用の水素用高圧タンクにおいては、バルブアッセンブリの先端付近と口金部の内周部との隙間が１０〜２０μｍといった程度の極めて狭いクリアランスに設定されていることがある。したがってクリアランス管理が難しい、つまり、このような狭いクリアランスの下でタンク部品を傷付けずに取り扱うことが難しい場合がある。また、このように極めて狭いクリアランスの下では、同軸度が僅かにずれているだけでもバルブアッセンブリの一部（例えば先端付近）が口金部の内周部に当たって傷が付いたり損傷したりすることがありうる。
【０００７】
そこで上述のごとき同軸度のずれについて本発明者がさらに検討すると、その要因として、表面に傷が付いていることや、おねじがめねじに噛み込みあるいは食い付いてしまった状態（以下、「かじり」と表現する）が生じていることが挙げられると考えた。すなわち、傷やかじりが生じていると軸力にばらつきが生じ、過大な軸力が作用してねじ面が破損したり、あるいはそこに軸力低下が加わってねじの緩みが生じたりする。また、例えばタンクに作用する内圧の影響により口金部が変形し、クリアランスが減少して金属どうしの接触が起こることもあり得る。
【０００８】
以上から、本発明者は口金部の内周部分やタンク部品自体が損傷するのを効果的に抑えてシール部によるガス密封性能が劣化するのを抑制する、という観点から検討を重ね、かかる課題の解決に結び付く技術を知見するに至った。
【０００９】
本発明はかかる知見に基づくものであり、高圧タンクの口金部に締結されるタンク部品の締結構造であって、前記口金部と締結されるためのねじ締結部を備え、当該タンク部品のうち前記口金部に挿入される部分の少なくとも一部が弾性部材によって一体的に被覆されていることを特徴とするものである。さらに、本発明では、前記ねじ締結部の先端にテーパシール面を備え、該テーパシール面が前記弾性部材によって一体的に覆われている、という締結構造とする。あるいは、当該タンク部品の先端部分にテーパシール面を備え、該テーパシール面が前記弾性部材によって一体的に覆われている、という締結構造ともする。
【００１０】
このように、タンク部品のうち口金部に挿入される部分の少なくとも一部に一体的に被覆された弾性部材は、締結されたタンク部品と口金部との間に弾性変形した状態で介在しうる。このように金属どうしの間に弾性部材を介在させる、という構造をとる本発明によれば口金部の内周部や当該タンク部品自体が損傷するのを抑制することが可能となる。また、これにより、傷やかじりが生じないようにして軸力にばらつきが生じるのを抑え、結果として同軸度にずれが生じるのを抑制することができる。したがって、バルブアッセンブリを取り付けたりあるいは取り外したりする際、シール部に傷が付いてシール性が低下してしまうのを抑制することも可能となる。
【００１１】
また、ねじ締結部の先端あるいはタンク部品（例えばバルブアッセンブリ）の先端にテーパシール面が設けられ、当該テーパシール面を弾性部材によって一体的に覆っている場合には、当該弾性部材が口金部に面当たりする構造とすることができる。しかも、この弾性部材はねじ締結部の先端、あるいは当該タンク部品の先端のテーパシール面を覆うものだから、タンク部品を口金部に取り付ける際、金属どうしが接触するのを回避するように介在し尚かつ弾性変形する部材として機能し、金属の表面に傷が生じるのを抑制する。また、テーパシール面と口金部の内周部との間で押圧された状態となった当該弾性部材は、ガスをタンク内に密封するためのシール部材としても機能する。換言すれば、ねじの先端部分あるいは当該タンク部品の先端部分がシール機能を発揮することになる。しかも、テーパ形状となっているから、Ｏリングなどの従来のシール部材よりもシールの面積を大きくとることが可能である。加えて、弾性変形した状態でタンク部品と口金部との間に介在した弾性部材は、ねじ締結部の緩み抵抗となって回り止めとしても機能しうる。
【００１２】
以上のようなタンク部品の締結構造の場合、タンク部品の複数箇所にテーパシール面を備え、これらテーパシール面が前記弾性部材によって一体的に覆われていることも好ましい。この場合、より高いシール性を発揮することが可能である。
【００１３】
さらに、前記弾性部材が熱収縮チューブであることも好ましい。テーパシール面を熱収縮チューブで被覆した場合、この熱収縮チューブからなる弾性部材が、口金部の内周部やタンク部品自体が損傷するのを抑えることができる。しかも、テーパ形状のシール面に熱収縮チューブを被覆した構造であるため、シールの面積を大きくとることが可能である。
【００１４】
さらに、前記ねじ締結部が弾性コーティングされている締結構造も好ましい。この場合、ねじ締結部の軸方向で異なる弾性部材がコーティングされていることも好ましい。
【００１５】
ねじ締結部が弾性コーティングされた締結構造、つまり弾性部材で被覆された締結構造の場合、当該ねじ締結部に作用する軸力や反力、拘束力といった種々の力を弾性コーティング部分で抑えることが可能となる。つまり、タンク部品を締め付けていき、やがて座面が接触すると軸力等の外力がねじ締結部に作用するが、本発明の場合、弾性コーティングされた部分が当該ねじ締結部と口金部（のめねじ部）との間に介在し、上記のような外力の作用を低減する。これによれば、タンク部品（バルブアッセンブリ）がシール部へと強く押し付けられることを抑え、傷が付くのを抑制することができる。また、例えばシール性に優れる弾性部材と耐久性に優れる弾性部材といったように、前記ねじ締結部の軸方向で異なる弾性部材がコーティングされているようにすればそれぞれの長所を組み合わせて活かすことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、タンク部品を取り付ける際、口金部の内周部や当該タンク部品自体が損傷するのを抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１〜図６に本発明にかかるタンク部品の締結構造の実施形態を示す。本発明にかかるタンク部品３の締結構造は、高圧タンク１の口金部２に取り付けられる例えばバルブアッセンブリなどのタンク部品（以下、バルブアッセンブリとだけ表現する場合がある）３を締結するためのものである。以下では、このようなバルブアッセンブリ（タンク部品）３の締結構造の一実施形態として、燃料電池自動車用の高圧水素タンクに適用した場合について説明することにする。
【００１９】
まず、本実施形態における燃料電池システムの概略について示す（図１参照）。この燃料電池システム１０は、燃料電池２０と、酸化ガスとしての空気（酸素）を燃料電池２０に供給する酸化ガス配管系３０と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２０に供給する燃料ガス配管系４０と、システム全体を統括制御する制御部７０と、を備えたシステムとして構成されている。
【００２０】
燃料電池２０は、例えば固体高分子電解質型で構成され、多数の単セルを積層したスタック構造を備えている。燃料電池２０の単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有している。一方のセパレータの燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、このガス供給により燃料電池２０は電力を発生する。
【００２１】
酸化ガス配管系３０は、燃料電池２０に供給される酸化ガスが流れる供給路１１と、燃料電池２０から排出された酸化オフガスが流れる排出路１２と、を有している。供給路１１には、フィルタ１３を介して酸化ガスを取り込むコンプレッサ１４と、コンプレッサ１４により圧送される酸化ガスを加湿する加湿器１５と、が設けられている。排出路１２を流れる酸化オフガスは、背圧調整弁１６を通って加湿器１５で水分交換に供された後、最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。
【００２２】
燃料ガス配管系４０は、燃料供給源としての高圧の水素タンク（本明細書では高圧タンクという）１と、高圧タンク１から燃料電池２０に供給される水素ガスが流れる供給路２２と、燃料電池２０から排出された水素オフガス（燃料オフガス）を供給路２２の合流点Ａに戻すための循環路２３と、循環路２３内の水素オフガスを供給路２２に圧送するポンプ２４と、循環路２３に分岐接続された排出路２５と、を有している。
【００２３】
高圧タンク１は、例えば３５ＭＰａ又は７０ＭＰａの水素ガスを貯留可能に構成されている。高圧タンク１の主止弁２６を開くと、供給路２２に水素ガスが流出する。その後、水素ガスは、インジェクタ２９により流量及び圧力を調整された後、さらに下流において機械式の調圧弁２７その他の減圧弁により、最終的に例えば２００ｋＰａ程度まで減圧されて、燃料電池２０に供給される。主止弁２６及びインジェクタ２９は、図１において破線の枠線で示すバルブアッセンブリ３に組み込まれ、バルブアッセンブリ３が高圧タンク１に接続されている。
【００２４】
供給路２２の合流点Ａの上流側には、遮断弁２８が設けられている。水素ガスの循環系は、供給路２２の合流点Ａの下流側流路と、燃料電池２０のセパレータに形成される燃料ガス流路と、循環路２３とを順番に連通することで構成されている。排出路２５上のパージ弁３３が燃料電池システム１０の運転時に適宜開弁することで、水素オフガス中の不純物が水素オフガスと共に図示省略した水素希釈器に排出される。パージ弁３３の開弁により、循環路２３内の水素オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環供給される水素オフガス中の水素濃度が上がる。
【００２５】
制御部７０は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。ＣＰＵは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して、インジェクタ２９の流量制御など、種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。制御部７０は、ガス系統（３０，４０）や図示省略の冷媒系統に用いられる各種の圧力センサや温度センサなどの検出信号を入力し、各構成要素に制御信号を出力する。
【００２６】
続いて、本実施形態にかかるタンク部品の締結構造について説明する（図２等参照）。
【００２７】
高圧タンク１は、当該高圧タンク１のボディを構成する密閉円筒状の本体の一端に口金部２が設けられた構造となっている（図２参照）。本体は、ガスが外部へ透過するのを抑制する内側の樹脂ライナ１ａと、この樹脂ライナ１ａの外側を覆う例えばＣＦＲＰあるいはＧＦＲＰからなるシェル１ｂとの二層構造となっている。また、高圧タンク１の本体内部は水素ガスを高圧で貯蔵する貯蔵空間１ｃとなっている（図２参照）。
【００２８】
口金部２は、例えばステンレスなどの金属で形成され、タンク本体の球面状をした端壁部の中心に設けられている。また、この口金部２の内周面に形成されためねじを介して、バルブアッセンブリ３が当該口金部２にねじ込まれて着脱可能な状態で締結されるようになっている。
【００２９】
バルブアッセンブリ３は、高圧タンク１におけるガス排出部を構成している部品である。図中では特に示していないが、直列に配置された高圧バルブやインジェクタを内蔵した構造となっている。また、このバルブアッセンブリ３のハウジングはアルミニウム合金製である。これらも特に図示していないが、このハウジングには、インジェクタ等以外に、安全弁（リリーフ弁、溶栓弁）や逆止弁など他のバルブが設けられてもよい。
【００３０】
また、このようなバルブアッセンブリ３を高圧タンク１に着脱可能に取り付けるため、口金部２と締結させるためのねじ締結部４が設けられている（図２等参照）。ねじ締結部４は、バルブアッセンブリ３を口金部２に締結するために形成されている部位であり、より具体的には、口金部２の内周面のめねじに螺合するよう当該バルブアッセンブリ３の外周面に形成されたおねじである。例えば本実施形態の場合、バルブアッセンブリ３の一部は口金部２の内側に収まる細径部となっており、この細径部の途中に上述のようなねじ締結部４が形成されている（図２等参照）。
【００３１】
さらに、本実施形態では、バルブアッセンブリ３のうち口金部２に挿入される部分（細径部）の少なくとも一部を弾性部材５によって一体的に被覆することとしている（図中では当該弾性部材自体、または弾性部材がコーティング等されて設けられた部分を符号５で示す）。このように、バルブアッセンブリ３のうち口金部２に挿入される部分の少なくとも一部に一体的に被覆された弾性部材５は、バルブアッセンブリ３と口金部２との間に弾性変形した状態で介在することができる（図２参照）。このようにして金属どうしの間に弾性部材５を介在させるという構造をとる本実施形態の高圧タンク１によれば、口金部２の内周部やバルブアッセンブリ３が損傷するのを抑制することが可能である。さらには、口金部２、バルブアッセンブリ３あるいはそのねじ締結部４に傷やかじりが生じないようにして軸力にばらつきが生じるのを抑えることも可能である。したがって、ねじ締結部４を含め、口金部２とバルブアッセンブリ３との間における同軸度にずれが生じるのを抑制することが可能となっている。したがって、本実施形態のごとき締結構造によれば、バルブアッセンブリ３を取り付けたりあるいは取り外したりする際、シール部に傷が付いてシール性が低下してしまうという問題が生じるのを回避することが可能である。
【００３２】
また、本実施形態では、ねじ締結部４の端部（ねじ端）にテーパ形状のシール面６を設け、該テーパシール面６にゴムコーティングやゴムライニングといった処理を施し、弾性部材５によって一体的に覆うという構造としている（図２参照）。具体的には、口金部２の内周であってめねじ部の下端部にいわば擂り鉢状の傾斜面をもつ環状の受け用シール面２ａを設けるとともに、バルブアッセンブリ３側のねじ締結部４の下端部であってこのシール面２ａに対向する部分にはテーパ形状のシール面６ａを設けている（図２（Ａ）参照）。また、このシール面６ａを、弾性部材５ａにより一体的となるように被覆している。この場合、口金部２とバルブアッセンブリ３に形成されているシール部（シール面２ａ，６ａ）の間に弾性部材５（５ａ）が介在した状態でこれらタンク部品が締結されることになるから、これらシール部に傷が付いてシール性が低下してしまうという事態を抑制することができる。
【００３３】
なお、シール部を複数設けることとしてシール性の向上を図ることが好ましい。例えば本実施形態では、バルブアッセンブリ３の先端（図２中における下端）部分にもシール部を形成してシール部を二重構造としている。具体的には、口金部２の内周であってバルブアッセンブリ３の先端が当接する部分にはいわば擂り鉢状の傾斜面をもつ環状の受け用シール面２ｂを設けるとともに、バルブアッセンブリ３の先端部であってこのシール面２ｂに対向する部分（いわば首下端面）にはテーパ形状のシール面６ｂを設けている（図２（Ａ）参照）。また、このシール面６ｂを、弾性部材５ｂにより一体的となるように被覆している。この場合、口金部２とバルブアッセンブリ３に形成されているシール部（シール面２ｂ，６ｂ）の間に弾性部材５（５ｂ）が介在した状態でこれらタンク部品が締結されることになるから、これらシール部に傷が付いてシール性が低下してしまうという事態を抑制することができる。
【００３４】
また、上述したごとくバルブアッセンブリ３の先端部分（首下端面）にシール部（シール面６ｂ）およびこれを覆う弾性部材５ｂを設けることは、シール部自体に傷が付くこと、あるいは口金部２の内周部やバルブアッセンブリ３自体が損傷することを効果的に抑制しうるという点で好ましい。すなわち、例えば口金部２の開口部からバルブアッセンブリ３を差し入れて取り付ける場合、仮に当該バルブアッセンブリ３の先端が口金部２の内周面に接触したとしても、当該先端を被覆している弾性部材５（５ｂ）が傷や損傷が生じるのを抑えうる。つまり、換言すれば本実施形態ではねじ（あるいはねじを有するタンク部品）の先端自体をシール部として機能させることとしているから、特にタンク部品の取付け・取外し時において生じやすい傷や損傷を効果的に抑えうるという利点がある。
【００３５】
さらに、バルブアッセンブリ３の先端部分（首下端面）に設けられたシール部（シール面６ｂ）およびこれを覆う弾性部材５ｂは、従来のＯリングのような軸シールとしての機能と、面シール（例えばメタルシールのようなもの）としての機能の両方を併せ持ったシールを構成することができる。
【００３６】
また、締結時、一般的にはねじ締結部４の端部（ねじ端）の面に応力集中が作用することになるが、本実施形態の締結構造においては当該ねじ端面に弾性部材５（５ａ）が設けられており、当該部分に弾性を有した構造となっているから、このような応力の集中を緩和するという作用効果を得ることも可能である。
【００３７】
しかも、本実施形態では各シール面２ａ，２ｂ，６ａ，６ｂをテーパ状に形成し、比較的広い領域で面当たりするようにしているため、バルブアッセンブリ３を締め込むにつれて自動的に軸合わせも行われるなど、シール性を確保しやすいという利点がある。また、軸方向位置にかかわらずクリアランスの大きさとシール部材の大きさとでほぼシール力が決まっていた従来のシール構造（例えば口金部２とバルブアッセンブリ３の間にＯリングを介在させるシール構造）とは異なり、本実施形態の締結構造によればバルブアッセンブリ３を締め込むにつれて弾性部材５の変形量が増しシール力が大きくなることになる。このため、バルブアッセンブリ３を締め込み終わるのとほぼ同時に所定のシール力が得られる点で特徴的である。また、口金部２とバルブアッセンブリ３との間に介在する弾性部材５は、これら口金部２やバルブアッセンブリ３との接触面積が従来構造（例えばＯリングを利用したもの）よりも大きく、尚かつゴム材料等が利用されることによって高い摩擦係数を有しているものであるから、バルブアッセンブリ３が緩ないようにする緩み抵抗となり、一定の締結状態を維持する回り止めのように機能することもできる。さらに加えると、本実施形態の締結構造においては、従来のシール構造のように口金部２の内周面にＯリングを接触させ引きずるようにして移動させるというような動作も不要である。
【００３８】
なお、以上のようなバルブアッセンブリ３の製造、および口金部２への取付けの工程を概略的に示すと図３に示すとおりである。すなわち、外周にねじ締結部４を形成するなどの加工（バルブ加工）を経た後（図３（Ａ）参照）、シール面６を構成する部位にゴム等の弾性材料を被覆する。例えば図２に示した本実施形態のバルブアッセンブリ３であれば、ねじ締結部４の端部（ねじ端）に設けられたテーパ形状のシール面６（６ａ）に弾性部材５（５ａ）を被覆し（図３（Ｂ）参照）、さらに、バルブアッセンブリ３の先端部に設けられたテーパ形状のシール面６（６ｂ）に弾性部材５（５ｂ）を被覆することになる（図３（Ｃ）参照）。ただしこれらは被覆の形態の好適例に過ぎず、例えば、図３（Ｄ）に示すような中間被覆、つまりねじ締結部４の端部（ねじ端）とバルブアッセンブリ３の先端部との中間付近に形成されたテーパ形状のシール面６に弾性部材５を被覆することとしてもよい。要は、ねじ締結部４の先端側、より具体的に表現するとねじ締結部４からバルブアッセンブリ３の先端までの領域に弾性部材５が一体的に被覆されたシール面６を形成することとすれば、傷や損傷が生じるのをより効果的に回避することが可能になるということである。以上のようにして弾性部材５が一体的となるように被覆されたバルブアッセンブリ３は、口金部２に嵌め込まれて締結される（図３（Ｅ）参照）。
【００３９】
なお、図２では計２箇所にテーパ形状のシール面６（６ａ，６ｂ）が形成された二重シール構造のバルブアッセンブリ３を例示したが、これはシール性の向上を図るための好適例に過ぎない。所定のシール性が確保されるのであればシール面６は１箇所でも構わない。また、そのシール面６を弾性部材５で被覆する形態は、図３に示したねじ端被覆、先端被覆、中間被覆など、適宜変更して構わない。
【００４０】
ここで、上述した弾性部材５の材質を例示すると、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、ブチルゴム、シリコーン、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンラバー）などを挙げることができる。また、ゴム材料で被覆する際の接着方法としては、上述したゴムライニング等の他、ゴム塗料などのスプレー塗布、ディスペンサによるコーティングなどを挙げることができる。
【００４１】
あるいは、弾性部材５として熱収縮チューブを適用することもできる（図４参照）。上述したようなテーパシール面６を熱収縮チューブで被覆した締結構造によっても上述したのと同様の作用効果を得ることが可能である。また、熱収縮チューブを被覆するにあたっては、バルブアッセンブリ３のうち対象となるテーパシール面６に当該弾性部材（熱収縮チューブ）５を被せ（図４（Ａ）参照）、熱風を吹き付けるなどして加熱し（図４（Ｂ）参照）、テーパシール面６に被せた状態で一体的にすることができる。これによれば、バルブアッセンブリ３の少なくとも一部を弾性部材５で一体的に被覆するに際し、比較的簡単な手法で済むという利点がある。
【００４２】
以上、ここまではテーパ形状のシール面６を弾性部材５で一体的に被覆した締結構造について説明したが、別形態として、例えばねじ締結部４自体を弾性コーティングした構造とすることも好ましい（図５参照）。すなわち、ねじが形成されている部分を全体的に弾性コーティングすることにより、当該ねじ締結部４に作用する軸力や反力、拘束力といった種々の力をコーティング部分で抑え、あるいは緩和することが可能となる。つまり、タンク部品（バルブアッセンブリ３）を締め付けていき、やがて座面が接触すると軸力等の外力がねじ締結部４に作用するが、本実施形態の場合、弾性コーティングされた部分が当該ねじ締結部４と口金部２との間に介在し、上記のような外力の作用を低減する。また、当該弾性コーティングによって保護されるため、バルブアッセンブリ３および口金部２に傷が付きにくいという利点もある。さらには、ねじ全体へのコーティングにより密封性能、封止性能を向上させてより高いシール性を実現することが可能になる。さらに加えると、ねじ締結部４の表面における耐腐食性を向上させるための防食剤としての機能も期待できる。ねじ部が腐食すると強度低下や緩みが生じるおそれがあるが、防食機能が発揮されることによってこのような事態を抑制することが可能である。
【００４３】
なお、ここでいう弾性コーティングの一例としては、ねじ締結部４の全面に対して液状のパッキンを塗布して形成したものを例示することができる。液状パッキンは流動性を有しているため、タンク部品の締結時に潤滑効果を発揮することが可能であり、当該締結時に生じることのあったかじりをこの潤滑効果によって抑え、あるいは解消することが可能である。また、硬化後における当該液状パッキンは、被覆層としてねじ締結部４を覆った状態となり、シール機能のみならず上述したような防食機能や外力を緩和する機能を発揮することができる。なお、ここで説明した液状パッキンは弾性コーティングの好適な一例に過ぎない。このようなものの他、ゴムコーティングあるいはゴムライニングを施すなど種々の手段を採用することが可能である。
【００４４】
さらには、ねじ締結部４の軸方向で異なる材料を弾性コーティングすることも好ましい（図６参照）。例えば、シール性に優れる弾性部材（例えば図６中におけるゴムＡ）５と、耐久性に優れる弾性部材（例えば図６中におけるゴムＢ）５’といったように、ねじ締結部４の軸方向で異なる弾性部材（５，５’）をコーティングすることとすれば、それぞれの材料の長所を組み合わせて活かすことが可能な構造となる。例示すれば、使用環境の変化によって雰囲気温度が大きく変化するような場合には、高温下にて性能を発揮しやすいゴム材料と低温下にて性能を発揮しやすいゴム材料とを組み合わせることも好適である。
【００４５】
また、ここまで説明したようにねじ締結部４の全体を弾性コーティングする場合、バルブアッセンブリ３側のみならず、口金部２の内周側にコーティングすることもできる。ここでは特に図示してはいないが、例えばバルブアッセンブリ３と口金部２の両方にコーティングすることにより、金属どうしが干渉しあうのを回避して傷付きや損傷が生じるのをより効果的に抑制することが可能である。
【００４６】
以上の説明から明らかなように、従来は金属どうしの接触が傷発生の要因となっていたのに対し、本実施形態においてはこのような構造であることを逆に利用する、つまり、金属どうしが接触しあう部位をシール機能を有した弾性部材５で被覆し、これによって接触部位をシール面として活用できるようにしている。このような締結構造によれば、貯留した内部ガス密封用のシール部に傷が付くこと、あるいは口金部２の内周部やバルブアッセンブリ３の一部に傷が生じたり損傷したりすることを効果的に抑制することが可能となる。しかも、ねじ締結力を利用してシール性を発揮させる構造となっているから、高いシール性を実現し、尚かつこの状態を維持することも可能である。
【００４７】
また、高圧タンク１を燃料電池システムに適用する場合等における実際問題として、協会等による指定を受けているものしか利用できないなど使用可能な材料に制限が課されていることがある。このため、このような状況下では材料強度を大幅に改善することが困難な場合が多く、所望の材料強度がなかなか得られないということも生じる。このような状況下、上述した締結構造は、タンク部品の強度を所定値以上とし、あるいは当該強度を維持できるようにし、さらには所定値以上のシール性をも実現することを可能とする構造として有用である。
【００４８】
また、貯留した内部ガス密封用のシール部は、例えば３５ＭＰａまたは７０ＭＰａといった高圧で貯留される水素ガス等を密封するために利用されるものであり、一重あるいは二重等に配置されたＯリングが多く利用されている状況にある。これに対し、ここまで説明した締結構造では、テーパ形状に一体化された弾性部材５を利用してシール部を構成することができるから、従前のＯリングなどは省略することが可能となっている。
【００４９】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述した実施形態では、熱収縮チューブからなる弾性部材５の一例として筒状のものを図示したが（図４参照）、この代わりに、テーパ形状のシール面６にあわせてあらかじめテーパ状に形成されている熱収縮性の部材を利用することももちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施形態における燃料電池システムの概略を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す高圧タンクにおける口金部等の断面図であり、（Ａ）は図中の上側丸で囲った部分の拡大図、（Ｂ）は図中の下側丸で囲った部分の拡大図である。
【図３】バルブアッセンブリの製造および取付け工程の概要を示す図であり、（Ａ）はバルブアッセンブリの加工、（Ｂ）〜（Ｄ）はそれぞれねじ端、バルブアッセンブリの先端、バルブアッセンブリの中間位置での弾性部材の被覆、（Ｅ）はバルブアッセンブリの高圧タンク（口金部）への締結を示している。
【図４】テーパシール面に熱収縮チューブを被覆する工程の概要を示す図であり、（Ａ）はバルブアッセンブリのうち対象となるテーパシール面に熱収縮チューブを被せるところ、（Ｂ）は熱風を吹き付けるなどして加熱するところ、（Ｃ）は熱収縮チューブをテーパシール面に被せた状態で一体的にするところをそれぞれ示している。
【図５】ねじ締結部を弾性コーティングした締結構造の一例を示す概略図である。
【図６】ねじ締結部の軸方向で異なる材料を弾性コーティングした締結構造の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…高圧タンク、２…口金部、３…バルブアッセンブリ（タンク部品）、４…ねじ締結部、５…弾性部材、６…シール面（テーパシール面）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク部品の締結構造に関する。さらに詳述すると、本発明は、水素等の貯蔵に利用される高圧タンクにおいてねじを利用してバルブアッセンブリ等の部品を締結するための構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素等の貯蔵に利用される高圧タンクとして、タンク開口部に設けられた口金部にバルブアッセンブリ（高圧バルブ等を内蔵した部品）を取り付ける構造のものが利用されている。また、口金部にバルブアッセンブリを取り付けるにあたっては、口金部のめねじ部分にバルブアッセンブリのおねじ部分を螺合させるというような単純なねじ構造を利用したタンク部品の締結構造が多く利用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなタンク部品の締結構造の場合、例えば３５ＭＰａ場合によって７０ＭＰａにも至るような高い内圧をねじ締結部だけでなく座面でも受けることになるため、バルブアッセンブリ等のタンク部品の締結荷重をそれに見合う程度にまで大きくする必要がある。また、貯留した内部ガスをタンク内に密封するためのシール部（例えば封止用シール部材が設けられる部分）がバルブアッセンブリの先端付近や口金部内周部のこれに対応する部分に設けられている。
【特許文献１】特開２００５−２９１４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、バルブアッセンブリを取り付けたりあるいは取り外したりする際、ねじ締結部とシール部の同軸度にずれが生じ、当該バルブアッセンブリの特に先端部で口金部の内周部に形成されているシール部やめねじ部を傷付けたり、あるいは当該タンク部品自体を損傷させたりしてしまうことがある。そうすると、シール部におけるシール性（シール性能ないしはシール能力）の低下を招来し、ガス密封性能が劣化するといった問題が生じるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、貯留した内部ガスをタンク内に密封するためのシール部に傷が付くこと、あるいは口金部の内周部や当該タンク部品自体が損傷することを抑制できるようにしたタンク部品の締結構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するため、本発明者は種々の検討を行った。例えば燃料電池システム用の水素用高圧タンクにおいては、バルブアッセンブリの先端付近と口金部の内周部との隙間が１０〜２０μｍといった程度の極めて狭いクリアランスに設定されていることがある。したがってクリアランス管理が難しい、つまり、このような狭いクリアランスの下でタンク部品を傷付けずに取り扱うことが難しい場合がある。また、このように極めて狭いクリアランスの下では、同軸度が僅かにずれているだけでもバルブアッセンブリの一部（例えば先端付近）が口金部の内周部に当たって傷が付いたり損傷したりすることがありうる。
【０００７】
そこで上述のごとき同軸度のずれについて本発明者がさらに検討すると、その要因として、表面に傷が付いていることや、おねじがめねじに噛み込みあるいは食い付いてしまった状態（以下、「かじり」と表現する）が生じていることが挙げられると考えた。すなわち、傷やかじりが生じていると軸力にばらつきが生じ、過大な軸力が作用してねじ面が破損したり、あるいはそこに軸力低下が加わってねじの緩みが生じたりする。また、例えばタンクに作用する内圧の影響により口金部が変形し、クリアランスが減少して金属どうしの接触が起こることもあり得る。
【０００８】
以上から、本発明者は口金部の内周部分やタンク部品自体が損傷するのを効果的に抑えてシール部によるガス密封性能が劣化するのを抑制する、という観点から検討を重ね、かかる課題の解決に結び付く技術を知見するに至った。
【０００９】
本発明はかかる知見に基づくものであり、高圧タンクの口金部に締結されるタンク部品の締結構造であって、前記口金部と締結されるためのねじ締結部を備え、当該タンク部品のうち前記口金部に挿入される部分の少なくとも一部が弾性部材によって一体的に被覆されていることを特徴とするものである。さらに、本発明では、前記ねじ締結部の先端にテーパシール面を備え、該テーパシール面が前記弾性部材によって一体的に覆われている、という締結構造とする。あるいは、当該タンク部品の先端部分にテーパシール面を備え、該テーパシール面が前記弾性部材によって一体的に覆われている、という締結構造ともする。
【００１０】
このように、タンク部品のうち口金部に挿入される部分の少なくとも一部に一体的に被覆された弾性部材は、締結されたタンク部品と口金部との間に弾性変形した状態で介在しうる。このように金属どうしの間に弾性部材を介在させる、という構造をとる本発明によれば口金部の内周部や当該タンク部品自体が損傷するのを抑制することが可能となる。また、これにより、傷やかじりが生じないようにして軸力にばらつきが生じるのを抑え、結果として同軸度にずれが生じるのを抑制することができる。したがって、バルブアッセンブリを取り付けたりあるいは取り外したりする際、シール部に傷が付いてシール性が低下してしまうのを抑制することも可能となる。
【００１１】
また、ねじ締結部の先端あるいはタンク部品（例えばバルブアッセンブリ）の先端にテーパシール面が設けられ、当該テーパシール面を弾性部材によって一体的に覆っている場合には、当該弾性部材が口金部に面当たりする構造とすることができる。しかも、この弾性部材はねじ締結部の先端、あるいは当該タンク部品の先端のテーパシール面を覆うものだから、タンク部品を口金部に取り付ける際、金属どうしが接触するのを回避するように介在し尚かつ弾性変形する部材として機能し、金属の表面に傷が生じるのを抑制する。また、テーパシール面と口金部の内周部との間で押圧された状態となった当該弾性部材は、ガスをタンク内に密封するためのシール部材としても機能する。換言すれば、ねじの先端部分あるいは当該タンク部品の先端部分がシール機能を発揮することになる。しかも、テーパ形状となっているから、Ｏリングなどの従来のシール部材よりもシールの面積を大きくとることが可能である。加えて、弾性変形した状態でタンク部品と口金部との間に介在した弾性部材は、ねじ締結部の緩み抵抗となって回り止めとしても機能しうる。
【００１２】
以上のようなタンク部品の締結構造の場合、タンク部品の複数箇所にテーパシール面を備え、これらテーパシール面が前記弾性部材によって一体的に覆われていることも好ましい。この場合、より高いシール性を発揮することが可能である。
【００１３】
さらに、前記弾性部材が熱収縮チューブであることも好ましい。テーパシール面を熱収縮チューブで被覆した場合、この熱収縮チューブからなる弾性部材が、口金部の内周部やタンク部品自体が損傷するのを抑えることができる。しかも、テーパ形状のシール面に熱収縮チューブを被覆した構造であるため、シールの面積を大きくとることが可能である。
【００１４】
さらに、前記ねじ締結部が弾性コーティングされている締結構造も好ましい。この場合、ねじ締結部の軸方向で異なる弾性部材がコーティングされていることも好ましい。
【００１５】
ねじ締結部が弾性コーティングされた締結構造、つまり弾性部材で被覆された締結構造の場合、当該ねじ締結部に作用する軸力や反力、拘束力といった種々の力を弾性コーティング部分で抑えることが可能となる。つまり、タンク部品を締め付けていき、やがて座面が接触すると軸力等の外力がねじ締結部に作用するが、本発明の場合、弾性コーティングされた部分が当該ねじ締結部と口金部（のめねじ部）との間に介在し、上記のような外力の作用を低減する。これによれば、タンク部品（バルブアッセンブリ）がシール部へと強く押し付けられることを抑え、傷が付くのを抑制することができる。また、例えばシール性に優れる弾性部材と耐久性に優れる弾性部材といったように、前記ねじ締結部の軸方向で異なる弾性部材がコーティングされているようにすればそれぞれの長所を組み合わせて活かすことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、タンク部品を取り付ける際、口金部の内周部や当該タンク部品自体が損傷するのを抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１〜図６に本発明にかかるタンク部品の締結構造の実施形態を示す。本発明にかかるタンク部品３の締結構造は、高圧タンク１の口金部２に取り付けられる例えばバルブアッセンブリなどのタンク部品（以下、バルブアッセンブリとだけ表現する場合がある）３を締結するためのものである。以下では、このようなバルブアッセンブリ（タンク部品）３の締結構造の一実施形態として、燃料電池自動車用の高圧水素タンクに適用した場合について説明することにする。
【００１９】
まず、本実施形態における燃料電池システムの概略について示す（図１参照）。この燃料電池システム１０は、燃料電池２０と、酸化ガスとしての空気（酸素）を燃料電池２０に供給する酸化ガス配管系３０と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２０に供給する燃料ガス配管系４０と、システム全体を統括制御する制御部７０と、を備えたシステムとして構成されている。
【００２０】
燃料電池２０は、例えば固体高分子電解質型で構成され、多数の単セルを積層したスタック構造を備えている。燃料電池２０の単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有している。一方のセパレータの燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、このガス供給により燃料電池２０は電力を発生する。
【００２１】
酸化ガス配管系３０は、燃料電池２０に供給される酸化ガスが流れる供給路１１と、燃料電池２０から排出された酸化オフガスが流れる排出路１２と、を有している。供給路１１には、フィルタ１３を介して酸化ガスを取り込むコンプレッサ１４と、コンプレッサ１４により圧送される酸化ガスを加湿する加湿器１５と、が設けられている。排出路１２を流れる酸化オフガスは、背圧調整弁１６を通って加湿器１５で水分交換に供された後、最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。
【００２２】
燃料ガス配管系４０は、燃料供給源としての高圧の水素タンク（本明細書では高圧タンクという）１と、高圧タンク１から燃料電池２０に供給される水素ガスが流れる供給路２２と、燃料電池２０から排出された水素オフガス（燃料オフガス）を供給路２２の合流点Ａに戻すための循環路２３と、循環路２３内の水素オフガスを供給路２２に圧送するポンプ２４と、循環路２３に分岐接続された排出路２５と、を有している。
【００２３】
高圧タンク１は、例えば３５ＭＰａ又は７０ＭＰａの水素ガスを貯留可能に構成されている。高圧タンク１の主止弁２６を開くと、供給路２２に水素ガスが流出する。その後、水素ガスは、インジェクタ２９により流量及び圧力を調整された後、さらに下流において機械式の調圧弁２７その他の減圧弁により、最終的に例えば２００ｋＰａ程度まで減圧されて、燃料電池２０に供給される。主止弁２６及びインジェクタ２９は、図１において破線の枠線で示すバルブアッセンブリ３に組み込まれ、バルブアッセンブリ３が高圧タンク１に接続されている。
【００２４】
供給路２２の合流点Ａの上流側には、遮断弁２８が設けられている。水素ガスの循環系は、供給路２２の合流点Ａの下流側流路と、燃料電池２０のセパレータに形成される燃料ガス流路と、循環路２３とを順番に連通することで構成されている。排出路２５上のパージ弁３３が燃料電池システム１０の運転時に適宜開弁することで、水素オフガス中の不純物が水素オフガスと共に図示省略した水素希釈器に排出される。パージ弁３３の開弁により、循環路２３内の水素オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環供給される水素オフガス中の水素濃度が上がる。
【００２５】
制御部７０は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。ＣＰＵは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して、インジェクタ２９の流量制御など、種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。制御部７０は、ガス系統（３０，４０）や図示省略の冷媒系統に用いられる各種の圧力センサや温度センサなどの検出信号を入力し、各構成要素に制御信号を出力する。
【００２６】
続いて、本実施形態にかかるタンク部品の締結構造について説明する（図２等参照）。
【００２７】
高圧タンク１は、当該高圧タンク１のボディを構成する密閉円筒状の本体の一端に口金部２が設けられた構造となっている（図２参照）。本体は、ガスが外部へ透過するのを抑制する内側の樹脂ライナ１ａと、この樹脂ライナ１ａの外側を覆う例えばＣＦＲＰあるいはＧＦＲＰからなるシェル１ｂとの二層構造となっている。また、高圧タンク１の本体内部は水素ガスを高圧で貯蔵する貯蔵空間１ｃとなっている（図２参照）。
【００２８】
口金部２は、例えばステンレスなどの金属で形成され、タンク本体の球面状をした端壁部の中心に設けられている。また、この口金部２の内周面に形成されためねじを介して、バルブアッセンブリ３が当該口金部２にねじ込まれて着脱可能な状態で締結されるようになっている。
【００２９】
バルブアッセンブリ３は、高圧タンク１におけるガス排出部を構成している部品である。図中では特に示していないが、直列に配置された高圧バルブやインジェクタを内蔵した構造となっている。また、このバルブアッセンブリ３のハウジングはアルミニウム合金製である。これらも特に図示していないが、このハウジングには、インジェクタ等以外に、安全弁（リリーフ弁、溶栓弁）や逆止弁など他のバルブが設けられてもよい。
【００３０】
また、このようなバルブアッセンブリ３を高圧タンク１に着脱可能に取り付けるため、口金部２と締結させるためのねじ締結部４が設けられている（図２等参照）。ねじ締結部４は、バルブアッセンブリ３を口金部２に締結するために形成されている部位であり、より具体的には、口金部２の内周面のめねじに螺合するよう当該バルブアッセンブリ３の外周面に形成されたおねじである。例えば本実施形態の場合、バルブアッセンブリ３の一部は口金部２の内側に収まる細径部となっており、この細径部の途中に上述のようなねじ締結部４が形成されている（図２等参照）。
【００３１】
さらに、本実施形態では、バルブアッセンブリ３のうち口金部２に挿入される部分（細径部）の少なくとも一部を弾性部材５によって一体的に被覆することとしている（図中では当該弾性部材自体、または弾性部材がコーティング等されて設けられた部分を符号５で示す）。このように、バルブアッセンブリ３のうち口金部２に挿入される部分の少なくとも一部に一体的に被覆された弾性部材５は、バルブアッセンブリ３と口金部２との間に弾性変形した状態で介在することができる（図２参照）。このようにして金属どうしの間に弾性部材５を介在させるという構造をとる本実施形態の高圧タンク１によれば、口金部２の内周部やバルブアッセンブリ３が損傷するのを抑制することが可能である。さらには、口金部２、バルブアッセンブリ３あるいはそのねじ締結部４に傷やかじりが生じないようにして軸力にばらつきが生じるのを抑えることも可能である。したがって、ねじ締結部４を含め、口金部２とバルブアッセンブリ３との間における同軸度にずれが生じるのを抑制することが可能となっている。したがって、本実施形態のごとき締結構造によれば、バルブアッセンブリ３を取り付けたりあるいは取り外したりする際、シール部に傷が付いてシール性が低下してしまうという問題が生じるのを回避することが可能である。
【００３２】
また、本実施形態では、ねじ締結部４の端部（ねじ端）にテーパ形状のシール面６を設け、該テーパシール面６にゴムコーティングやゴムライニングといった処理を施し、弾性部材５によって一体的に覆うという構造としている（図２参照）。具体的には、口金部２の内周であってめねじ部の下端部にいわば擂り鉢状の傾斜面をもつ環状の受け用シール面２ａを設けるとともに、バルブアッセンブリ３側のねじ締結部４の下端部であってこのシール面２ａに対向する部分にはテーパ形状のシール面６ａを設けている（図２（Ａ）参照）。また、このシール面６ａを、弾性部材５ａにより一体的となるように被覆している。この場合、口金部２とバルブアッセンブリ３に形成されているシール部（シール面２ａ，６ａ）の間に弾性部材５（５ａ）が介在した状態でこれらタンク部品が締結されることになるから、これらシール部に傷が付いてシール性が低下してしまうという事態を抑制することができる。
【００３３】
なお、シール部を複数設けることとしてシール性の向上を図ることが好ましい。例えば本実施形態では、バルブアッセンブリ３の先端（図２中における下端）部分にもシール部を形成してシール部を二重構造としている。具体的には、口金部２の内周であってバルブアッセンブリ３の先端が当接する部分にはいわば擂り鉢状の傾斜面をもつ環状の受け用シール面２ｂを設けるとともに、バルブアッセンブリ３の先端部であってこのシール面２ｂに対向する部分（いわば首下端面）にはテーパ形状のシール面６ｂを設けている（図２（Ａ）参照）。また、このシール面６ｂを、弾性部材５ｂにより一体的となるように被覆している。この場合、口金部２とバルブアッセンブリ３に形成されているシール部（シール面２ｂ，６ｂ）の間に弾性部材５（５ｂ）が介在した状態でこれらタンク部品が締結されることになるから、これらシール部に傷が付いてシール性が低下してしまうという事態を抑制することができる。
【００３４】
また、上述したごとくバルブアッセンブリ３の先端部分（首下端面）にシール部（シール面６ｂ）およびこれを覆う弾性部材５ｂを設けることは、シール部自体に傷が付くこと、あるいは口金部２の内周部やバルブアッセンブリ３自体が損傷することを効果的に抑制しうるという点で好ましい。すなわち、例えば口金部２の開口部からバルブアッセンブリ３を差し入れて取り付ける場合、仮に当該バルブアッセンブリ３の先端が口金部２の内周面に接触したとしても、当該先端を被覆している弾性部材５（５ｂ）が傷や損傷が生じるのを抑えうる。つまり、換言すれば本実施形態ではねじ（あるいはねじを有するタンク部品）の先端自体をシール部として機能させることとしているから、特にタンク部品の取付け・取外し時において生じやすい傷や損傷を効果的に抑えうるという利点がある。
【００３５】
さらに、バルブアッセンブリ３の先端部分（首下端面）に設けられたシール部（シール面６ｂ）およびこれを覆う弾性部材５ｂは、従来のＯリングのような軸シールとしての機能と、面シール（例えばメタルシールのようなもの）としての機能の両方を併せ持ったシールを構成することができる。
【００３６】
また、締結時、一般的にはねじ締結部４の端部（ねじ端）の面に応力集中が作用することになるが、本実施形態の締結構造においては当該ねじ端面に弾性部材５（５ａ）が設けられており、当該部分に弾性を有した構造となっているから、このような応力の集中を緩和するという作用効果を得ることも可能である。
【００３７】
しかも、本実施形態では各シール面２ａ，２ｂ，６ａ，６ｂをテーパ状に形成し、比較的広い領域で面当たりするようにしているため、バルブアッセンブリ３を締め込むにつれて自動的に軸合わせも行われるなど、シール性を確保しやすいという利点がある。また、軸方向位置にかかわらずクリアランスの大きさとシール部材の大きさとでほぼシール力が決まっていた従来のシール構造（例えば口金部２とバルブアッセンブリ３の間にＯリングを介在させるシール構造）とは異なり、本実施形態の締結構造によればバルブアッセンブリ３を締め込むにつれて弾性部材５の変形量が増しシール力が大きくなることになる。このため、バルブアッセンブリ３を締め込み終わるのとほぼ同時に所定のシール力が得られる点で特徴的である。また、口金部２とバルブアッセンブリ３との間に介在する弾性部材５は、これら口金部２やバルブアッセンブリ３との接触面積が従来構造（例えばＯリングを利用したもの）よりも大きく、尚かつゴム材料等が利用されることによって高い摩擦係数を有しているものであるから、バルブアッセンブリ３が緩ないようにする緩み抵抗となり、一定の締結状態を維持する回り止めのように機能することもできる。さらに加えると、本実施形態の締結構造においては、従来のシール構造のように口金部２の内周面にＯリングを接触させ引きずるようにして移動させるというような動作も不要である。
【００３８】
なお、以上のようなバルブアッセンブリ３の製造、および口金部２への取付けの工程を概略的に示すと図３に示すとおりである。すなわち、外周にねじ締結部４を形成するなどの加工（バルブ加工）を経た後（図３（Ａ）参照）、シール面６を構成する部位にゴム等の弾性材料を被覆する。例えば図２に示した本実施形態のバルブアッセンブリ３であれば、ねじ締結部４の端部（ねじ端）に設けられたテーパ形状のシール面６（６ａ）に弾性部材５（５ａ）を被覆し（図３（Ｂ）参照）、さらに、バルブアッセンブリ３の先端部に設けられたテーパ形状のシール面６（６ｂ）に弾性部材５（５ｂ）を被覆することになる（図３（Ｃ）参照）。ただしこれらは被覆の形態の好適例に過ぎず、例えば、図３（Ｄ）に示すような中間被覆、つまりねじ締結部４の端部（ねじ端）とバルブアッセンブリ３の先端部との中間付近に形成されたテーパ形状のシール面６に弾性部材５を被覆することとしてもよい。要は、ねじ締結部４の先端側、より具体的に表現するとねじ締結部４からバルブアッセンブリ３の先端までの領域に弾性部材５が一体的に被覆されたシール面６を形成することとすれば、傷や損傷が生じるのをより効果的に回避することが可能になるということである。以上のようにして弾性部材５が一体的となるように被覆されたバルブアッセンブリ３は、口金部２に嵌め込まれて締結される（図３（Ｅ）参照）。
【００３９】
なお、図２では計２箇所にテーパ形状のシール面６（６ａ，６ｂ）が形成された二重シール構造のバルブアッセンブリ３を例示したが、これはシール性の向上を図るための好適例に過ぎない。所定のシール性が確保されるのであればシール面６は１箇所でも構わない。また、そのシール面６を弾性部材５で被覆する形態は、図３に示したねじ端被覆、先端被覆、中間被覆など、適宜変更して構わない。
【００４０】
ここで、上述した弾性部材５の材質を例示すると、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、ブチルゴム、シリコーン、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンラバー）などを挙げることができる。また、ゴム材料で被覆する際の接着方法としては、上述したゴムライニング等の他、ゴム塗料などのスプレー塗布、ディスペンサによるコーティングなどを挙げることができる。
【００４１】
あるいは、弾性部材５として熱収縮チューブを適用することもできる（図４参照）。上述したようなテーパシール面６を熱収縮チューブで被覆した締結構造によっても上述したのと同様の作用効果を得ることが可能である。また、熱収縮チューブを被覆するにあたっては、バルブアッセンブリ３のうち対象となるテーパシール面６に当該弾性部材（熱収縮チューブ）５を被せ（図４（Ａ）参照）、熱風を吹き付けるなどして加熱し（図４（Ｂ）参照）、テーパシール面６に被せた状態で一体的にすることができる。これによれば、バルブアッセンブリ３の少なくとも一部を弾性部材５で一体的に被覆するに際し、比較的簡単な手法で済むという利点がある。
【００４２】
以上、ここまではテーパ形状のシール面６を弾性部材５で一体的に被覆した締結構造について説明したが、別形態として、例えばねじ締結部４自体を弾性コーティングした構造とすることも好ましい（図５参照）。すなわち、ねじが形成されている部分を全体的に弾性コーティングすることにより、当該ねじ締結部４に作用する軸力や反力、拘束力といった種々の力をコーティング部分で抑え、あるいは緩和することが可能となる。つまり、タンク部品（バルブアッセンブリ３）を締め付けていき、やがて座面が接触すると軸力等の外力がねじ締結部４に作用するが、本実施形態の場合、弾性コーティングされた部分が当該ねじ締結部４と口金部２との間に介在し、上記のような外力の作用を低減する。また、当該弾性コーティングによって保護されるため、バルブアッセンブリ３および口金部２に傷が付きにくいという利点もある。さらには、ねじ全体へのコーティングにより密封性能、封止性能を向上させてより高いシール性を実現することが可能になる。さらに加えると、ねじ締結部４の表面における耐腐食性を向上させるための防食剤としての機能も期待できる。ねじ部が腐食すると強度低下や緩みが生じるおそれがあるが、防食機能が発揮されることによってこのような事態を抑制することが可能である。
【００４３】
なお、ここでいう弾性コーティングの一例としては、ねじ締結部４の全面に対して液状のパッキンを塗布して形成したものを例示することができる。液状パッキンは流動性を有しているため、タンク部品の締結時に潤滑効果を発揮することが可能であり、当該締結時に生じることのあったかじりをこの潤滑効果によって抑え、あるいは解消することが可能である。また、硬化後における当該液状パッキンは、被覆層としてねじ締結部４を覆った状態となり、シール機能のみならず上述したような防食機能や外力を緩和する機能を発揮することができる。なお、ここで説明した液状パッキンは弾性コーティングの好適な一例に過ぎない。このようなものの他、ゴムコーティングあるいはゴムライニングを施すなど種々の手段を採用することが可能である。
【００４４】
さらには、ねじ締結部４の軸方向で異なる材料を弾性コーティングすることも好ましい（図６参照）。例えば、シール性に優れる弾性部材（例えば図６中におけるゴムＡ）５と、耐久性に優れる弾性部材（例えば図６中におけるゴムＢ）５’といったように、ねじ締結部４の軸方向で異なる弾性部材（５，５’）をコーティングすることとすれば、それぞれの材料の長所を組み合わせて活かすことが可能な構造となる。例示すれば、使用環境の変化によって雰囲気温度が大きく変化するような場合には、高温下にて性能を発揮しやすいゴム材料と低温下にて性能を発揮しやすいゴム材料とを組み合わせることも好適である。
【００４５】
また、ここまで説明したようにねじ締結部４の全体を弾性コーティングする場合、バルブアッセンブリ３側のみならず、口金部２の内周側にコーティングすることもできる。ここでは特に図示してはいないが、例えばバルブアッセンブリ３と口金部２の両方にコーティングすることにより、金属どうしが干渉しあうのを回避して傷付きや損傷が生じるのをより効果的に抑制することが可能である。
【００４６】
以上の説明から明らかなように、従来は金属どうしの接触が傷発生の要因となっていたのに対し、本実施形態においてはこのような構造であることを逆に利用する、つまり、金属どうしが接触しあう部位をシール機能を有した弾性部材５で被覆し、これによって接触部位をシール面として活用できるようにしている。このような締結構造によれば、貯留した内部ガス密封用のシール部に傷が付くこと、あるいは口金部２の内周部やバルブアッセンブリ３の一部に傷が生じたり損傷したりすることを効果的に抑制することが可能となる。しかも、ねじ締結力を利用してシール性を発揮させる構造となっているから、高いシール性を実現し、尚かつこの状態を維持することも可能である。
【００４７】
また、高圧タンク１を燃料電池システムに適用する場合等における実際問題として、協会等による指定を受けているものしか利用できないなど使用可能な材料に制限が課されていることがある。このため、このような状況下では材料強度を大幅に改善することが困難な場合が多く、所望の材料強度がなかなか得られないということも生じる。このような状況下、上述した締結構造は、タンク部品の強度を所定値以上とし、あるいは当該強度を維持できるようにし、さらには所定値以上のシール性をも実現することを可能とする構造として有用である。
【００４８】
また、貯留した内部ガス密封用のシール部は、例えば３５ＭＰａまたは７０ＭＰａといった高圧で貯留される水素ガス等を密封するために利用されるものであり、一重あるいは二重等に配置されたＯリングが多く利用されている状況にある。これに対し、ここまで説明した締結構造では、テーパ形状に一体化された弾性部材５を利用してシール部を構成することができるから、従前のＯリングなどは省略することが可能となっている。
【００４９】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述した実施形態では、熱収縮チューブからなる弾性部材５の一例として筒状のものを図示したが（図４参照）、この代わりに、テーパ形状のシール面６にあわせてあらかじめテーパ状に形成されている熱収縮性の部材を利用することももちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施形態における燃料電池システムの概略を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す高圧タンクにおける口金部等の断面図であり、（Ａ）は図中の上側丸で囲った部分の拡大図、（Ｂ）は図中の下側丸で囲った部分の拡大図である。
【図３】バルブアッセンブリの製造および取付け工程の概要を示す図であり、（Ａ）はバルブアッセンブリの加工、（Ｂ）〜（Ｄ）はそれぞれねじ端、バルブアッセンブリの先端、バルブアッセンブリの中間位置での弾性部材の被覆、（Ｅ）はバルブアッセンブリの高圧タンク（口金部）への締結を示している。
【図４】テーパシール面に熱収縮チューブを被覆する工程の概要を示す図であり、（Ａ）はバルブアッセンブリのうち対象となるテーパシール面に熱収縮チューブを被せるところ、（Ｂ）は熱風を吹き付けるなどして加熱するところ、（Ｃ）は熱収縮チューブをテーパシール面に被せた状態で一体的にするところをそれぞれ示している。
【図５】ねじ締結部を弾性コーティングした締結構造の一例を示す概略図である。
【図６】ねじ締結部の軸方向で異なる材料を弾性コーティングした締結構造の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…高圧タンク、２…口金部、３…バルブアッセンブリ（タンク部品）、４…ねじ締結部、５…弾性部材、６…シール面（テーパシール面）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧タンクの口金部に締結されるタンク部品の締結構造であって、
前記口金部と締結されるためのねじ締結部を備え、
当該タンク部品のうち前記口金部に挿入される部分の少なくとも一部が弾性部材によって一体的に被覆されている
ことを特徴とするタンク部品の締結構造。
【請求項２】
前記ねじ締結部の先端にテーパシール面を備え、該テーパシール面が前記弾性部材によって一体的に覆われていることを特徴とする請求項１に記載のタンク部品の締結構造。
【請求項３】
当該タンク部品の先端部分にテーパシール面を備え、該テーパシール面が前記弾性部材によって一体的に覆われていることを特徴とする請求項１または２に記載のタンク部品の締結構造。
【請求項４】
前記弾性部材が熱収縮チューブであることを特徴とする請求項２に記載のタンク部品の締結構造。
【請求項５】
タンク部品の複数箇所にテーパシール面を備え、これらテーパシール面が前記弾性部材によって一体的に覆われていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のタンク部品の締結構造。
【請求項６】
前記ねじ締結部が弾性コーティングされていることを特徴とする請求項１に記載のタンク部品の締結構造。
【請求項７】
前記ねじ締結部の軸方向で異なる弾性部材がコーティングされていることを特徴とする請求項６に記載のタンク部品の締結構造。
【請求項１】
高圧タンクの口金部に締結されるタンク部品の締結構造であって、
前記口金部と締結されるためのねじ締結部を備え、
当該タンク部品のうち前記口金部に挿入される部分の少なくとも一部が弾性部材によって一体的に被覆されている
ことを特徴とするタンク部品の締結構造。
【請求項２】
前記ねじ締結部の先端にテーパシール面を備え、該テーパシール面が前記弾性部材によって一体的に覆われていることを特徴とする請求項１に記載のタンク部品の締結構造。
【請求項３】
当該タンク部品の先端部分にテーパシール面を備え、該テーパシール面が前記弾性部材によって一体的に覆われていることを特徴とする請求項１または２に記載のタンク部品の締結構造。
【請求項４】
前記弾性部材が熱収縮チューブであることを特徴とする請求項２に記載のタンク部品の締結構造。
【請求項５】
タンク部品の複数箇所にテーパシール面を備え、これらテーパシール面が前記弾性部材によって一体的に覆われていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のタンク部品の締結構造。
【請求項６】
前記ねじ締結部が弾性コーティングされていることを特徴とする請求項１に記載のタンク部品の締結構造。
【請求項７】
前記ねじ締結部の軸方向で異なる弾性部材がコーティングされていることを特徴とする請求項６に記載のタンク部品の締結構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２７８４７２（Ｐ２００７−２７８４７２Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０９０１１（Ｐ２００６−１０９０１１）
【出願日】平成１８年４月１１日（２００６．４．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１１日（２００６．４．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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