高圧容器のシール構造およびそれに用いるシール部材
【課題】３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で高圧容器に流体を充填した場合でも、漏れが発生することなく、気密性を確保することができるシール構造およびそれに用いるシール部材を提供する。
【解決手段】高圧容器１とこれに隣接する付属品２との間にシール部材５を配置するシール構造であって、円筒状のシール部材５が外周に、第１テーパー面５ａおよび第２テーパー面５ｂを有し、第１テーパー面５ａは、第２テーパー面５ｂから遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、第２テーパー面５ｂは、第１テーパー面５ａから遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、高圧容器の開口部１ｂに設けられたテーパー面１ｅに第１テーパー面を嵌め合い、付属品の開口部２ｂに設けられたテーパー面２ｃに第２テーパー面５ｂを嵌め合うことを特徴とする高圧容器のシール構造である。
【解決手段】高圧容器１とこれに隣接する付属品２との間にシール部材５を配置するシール構造であって、円筒状のシール部材５が外周に、第１テーパー面５ａおよび第２テーパー面５ｂを有し、第１テーパー面５ａは、第２テーパー面５ｂから遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、第２テーパー面５ｂは、第１テーパー面５ａから遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、高圧容器の開口部１ｂに設けられたテーパー面１ｅに第１テーパー面を嵌め合い、付属品の開口部２ｂに設けられたテーパー面２ｃに第２テーパー面５ｂを嵌め合うことを特徴とする高圧容器のシール構造である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が高圧で充填される高圧容器と、これに隣接する接続管や止栓といった付属品の間を密閉するためのシール構造およびそれに用いるシール部材に関し、さらに詳しくは、３５ＭＰａ以上の超高圧の流体の充填・放出に高圧容器を用いる際に、流体が高圧容器と接合部材の間から漏れるのを抑制できるシール構造およびそれに用いるシール部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧容器は、主に水素、酸素、窒素等の流体の貯蔵に用いられ、これらの流体が高圧で充填される。高圧流体の充填・放出に高圧容器を用いる際は、配管が取付け可能な接続管や開口部を封止する止栓といった付属品が隣接される。高圧容器と付属品の間から、充填・放出される高圧流体がリーク（漏れ）するのを防止するため、高圧容器と付属品の間にシール部材が配置される。従来、充填・放出される流体の最大圧力は、２０ＭＰａが慣用されていた。
【０００３】
近年、燃料電池自動車の開発が急速に進められており、その燃料には水素ガスが用いられる。燃料電池自動車では、水素ステーションの高圧容器に貯蔵された水素ガスを燃料電池自動車が備えるガスタンクに充填して使用する。ガスタンクの充填容量を向上させるために、燃料電池自動車では、慣用される２０ＭＰａを超えて、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で水素ガスをガスタンクに充填する場合がある。このため、ガスタンクに水素ガスを充填する高圧容器およびそれに用いられるシール構造も、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で漏れがないことが求められる。
【０００４】
図１は、従来の高圧容器に用いられるシール構造を示す断面図である。同図に示すシール構造は、付属品として接続管を用いる場合を示し、高圧流体を充填・放出する高圧容器１と、高圧容器に隣接される接続管２と、流体の漏れを防止するためのシール部材であるＯリング３と、高圧容器１に隣接する付属品（接続管２）を固定する袋ナット４とが用いられる。
【０００５】
高圧容器１は、流体が充填される容器部１ａと、流体の流路となる開口部１ｂと、袋ナットが締め付けられるねじ部１ｃと、隣接される付属品と接合する接合面１ｄとを備えている。また、接続管２は、高圧容器との接合面１ｄにシール部材であるＯリングを受け入れる溝部２ａと、流体の流路となる開口部２ｂを備え、袋ナット４は高圧容器と付属品（接続管２）の接合面における流体漏れを検知するための孔であるリークポート４ａを備える。
【０００６】
同図に示すように、シール構造では、付属品（接続管２）の溝部２ａにＯリング３を埋め込むことにより、高圧容器１と付属品（接続管２）の間に、シール部材を配置する。この状態で袋ナット４を締め付け、付属品（接続管２）を高圧容器１に押し付けることにより、Ｏリング３が圧縮変形し、高圧容器の接合面１ｄおよび付属品（接続管２）の溝部２ａの底面と密着する。
【０００７】
また、高圧流体が充填・放出される際は、高圧流体の圧力によりＯリングが拡径方向に変形し、Ｏリングと付属品の溝部の外周側の側面が密着する。このように、Ｏリングと高圧容器の接合面並びに付属品の溝部の底面および外周側の側面が密着して気密性が向上し、高圧容器と付属品の間から流体が漏れるのを防止している。以下、シール部材（Ｏリング）と高圧容器および付属品（接続管や止栓）が密着する部分をシール部とも呼ぶ。
【０００８】
一般的に、シール構造では、シール部材を圧縮変形させて高圧容器および付属品に密着させる。この際、圧縮変形したシール部材と高圧容器および付属品の間に発生する圧力が、気密にすることができる流体の最大圧力であることが知られている。すなわち、シール部材と高圧容器および付属品が密着して発生する圧力は、充填・放出される流体の圧力以上にする必要がある。同図に示すシール構造では、シール部に発生させる圧力は、袋ナットを締め付ける際のトルクにより調整される。
【０００９】
高圧ガスの充填・放出に高圧容器を用いる際は、高圧ガス保安法により気密性を確認するため、設計圧力以上の圧力による気密試験を行うようにしなければならない。前記図１に示すシール構造を用い、袋ナットの締め付けトルクを調整した後、高圧容器に３５ＭＰａを超える圧力の流体の充填や放出を行うと、高圧容器と付属品（接続管や止栓）の間から流体が漏れる場合があり、この場合、気密試験に要するコストや、気密試験で不合格となった場合の手直しにより製品歩留りが低下し、問題となる。
【００１０】
また、前記図１に示すシール構造により２０ＭＰａを超える圧力の流体の充填や放出する際に、シール部材としてゴム材料を用いた場合、外気圧と充填・放出される流体の差圧により埋め込まれたシール部材が溝部から外れ、気密性が低下する恐れがある。
【００１１】
２０ＭＰａを超える圧力の流体の充填や放出に用いることができるシール構造として、従来から種々の提案がなされている。
【００１２】
特許文献１には、３５ＭＰａ、７０ＭＰａといった高圧の水素ガスを充填する繊維強化プラスチックの高圧容器において、シャットオフ弁に用いるシール構造が提案されている。特許文献１では、空間を区切るシール部材として、ゴム材料といった弾性体からなり、高圧の第１の空間側に形成される環状部と、第１の環状部より体積が小さく、低圧の第２の空間側に形成される環状部とを有するものを用いたシール構造が提案されている。
【００１３】
特許文献１で提案されるシール構造では、第２の環状部の体積を第１の環状部より小さくすることにより、シール部材を弁座に当接させて弁を閉じた際、高圧側の第１の環状部から低圧側の第２の環状部へ向かって弾性体の流動が生じ、第２の環状部において弾性体と弁座との接触によるシール圧が増大され、流体の漏れを防止できるとしている。また、弾性体が流動する際に、第１の環状部に配置された余剰体積分が第２の環状部に移動するので、シール部材全体の歪みが緩和されて大変形が生じず、シール部材が溝部から外れるのを防止できるとしている。
【００１４】
特許文献１で提案されるシール構造では、シール部材をゴム材料といった弾性体を用いる。高圧ガス環境でゴム材料を曝露すると、減圧後にゴム内部から気泡や亀裂が発生する、いわゆる、ブリスタ破壊が発生する場合がある。したがって、特許文献１で提案されるシール構造では、高圧容器への高圧ガスの充填・放出を繰り返すことにより、シール部材にブリスタ破壊が発生する恐れが高く、耐久性が問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００９−１３３４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前述の通り、従来の高圧容器に用いられるシール構造は、２０ＭＰａを超え、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で流体を充填する場合、漏れの発生や、高圧ガス環境で発生するブリスタ破壊による耐久性が問題となる。
【００１７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で高圧容器に流体を充填した場合でも気密性を確保できるとともに、ブリスタ破壊を防ぎ耐久性に優れたシール構造およびそれに用いるシール部材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者は、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で高圧容器に流体を充填した場合でも気密性を確保できるシール構造として、前記図１に示すシール構造において、Ｏリング以外にも、断面形状が八角形であるオクタゴナル形リングジョイントガスケットを用いることを検討した。オクタゴナル形リングジョイントガスケットを用いた場合、５０ＭＰａまでの高圧流体の充填・放出では、漏れが発生することなく、十分な気密性を確保することができる。
【００１９】
しかし、５０ＭＰａを超える高圧流体の充填・放出では気密性を確保するために必要な圧力をシール部に発生させるため、袋ナットを締め付けるトルクが増大し問題となる。例えば、ねじ部サイズをＭ６０とし、設計圧力を９０ＭＰａとする場合、締め付けトルクは２００ｋｇｆ・ｍとなり、作業者が単独で取り付ける場合に作業上実用的ではなくなる。このため、オクタゴナル形リングジョイントガスケットを５０ＭＰａ以上の高圧流体のシール部材に用いることは困難であることが判明した。
【００２０】
本発明者は、さらに種々の試験を行い、鋭意検討を重ねた結果、シール部材と高圧容器、およびシール部材と付属品のシール部を、それぞれテーパーを用いた嵌め合いとすることにより、９０ＭＰａ以上の圧力で高圧容器に流体を充填した場合でも気密性を確保できることを知見した。
【００２１】
本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、下記（１）および（２）の高圧容器のシール構造、下記（３）および（４）の高圧容器のシール部材を要旨としている。
【００２２】
（１）高圧容器とこれに隣接する付属品との間にシール部材を配置するシール構造であって、円筒状の前記シール部材が外周に、第１テーパー面および第２テーパー面を有し、前記第１テーパー面は、前記第２テーパー面から遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、前記第２テーパー面は、前記第１テーパー面から遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、前記高圧容器の開口部に設けられたテーパー面に前記第１テーパー面を嵌め合い、前記付属品の開口部または凹部に設けられたテーパー面に前記第２テーパー面を嵌め合うことを特徴とする高圧容器のシール構造。
【００２３】
（２）前記シール部材が金属材料からなることを特徴とする前記（１）に記載の高圧容器のシール構造。
【００２４】
（３）高圧容器とこれに隣接する付属品との間に配置される円筒状のシール部材であって、外周に、第１テーパー面および第２テーパー面を有し、前記第１テーパー面は、前記第２テーパー面から遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、前記第２テーパー面は、前記第１テーパー面から遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成されることを特徴とする高圧容器のシール部材。
【００２５】
（４）前記シール部材が金属材料からなることを特徴とする前記（３）に記載の高圧容器のシール部材。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の高圧容器のシール構造によれば、シール部材と高圧容器、およびシール部材と付属品のシール部を、それぞれテーパーを用いた嵌め合いとすることにより、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で流体を充填・放出する場合でも、漏れが発生することなく、気密性を確保することができる。さらに、シール部材をＪＩＳ記号ＳＵＳ３１６Ｌのステンレス鋼とすることにより、樹脂材料やゴム材料等を用いたシール部材で危惧されるブリスタ破壊の発生および金属材料等を用いたシール部材で危惧される水素脆化を防止でき、水素環境中においても優れた耐久性を確保することができる。
【００２７】
このシール構造に用いる本発明の高圧容器のシール部材は、高圧容器および付属品に嵌め合わされる第１テーパー面および第２テーパー面を有することにより、シール部材と高圧容器、およびシール部材と付属品のシール部を、それぞれテーパーを用いた嵌め合いとすることができ、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で流体を充填・放出するシール構造に用いる場合でも、漏れが発生することなく、気密性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の高圧容器に用いられるシール構造を示す断面図である。
【図２】本発明の高圧容器のシール構造であって、付属品として接続管を用いる場合の構成例を説明する断面図である。
【図３】本発明の高圧容器のシール構造であって、付属品として止栓を用いる場合の構成例を説明する断面図である。
【図４】本発明の高圧容器のシール構造であって、フランジ型によりシール部を密着させる場合を説明する断面図である。
【図５】本発明例または比較例のシール構造を用いた気密試験での充填された流体圧力とリーク発生率（％）の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明の高圧容器のシール構造およびそれに用いるシール部材を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図２は、本発明の高圧容器のシール構造であって、付属品として接続管を用いる場合の構成例を説明する断面図である。同図に示すシール構造では、高圧流体を充填・放出する高圧容器１と、高圧容器に隣接される付属品である接続管２と、高圧容器１と接続管２の間から流体が漏れるのを防止するシール部材５と、高圧容器１に接続管２を固定する袋ナット４とを用いる。
【００３１】
本発明の高圧容器のシール構造は、高圧容器１とこれに隣接する付属品（接続管２）との間にシール部材５を配置するシール構造であって、円筒状のシール部材５が外周に、第１テーパー面５ａおよび第２テーパー面５ｂを有し、第１テーパー面５ａは、第２テーパー面５ｂから遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、第２テーパー面５ｂは、第１テーパー面５ａから遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、高圧容器の開口部１ｂに設けられたテーパー面１ｅに第１テーパー面５ａを嵌め合い、付属品（接続管２）の開口部２ｂに設けられたテーパー面２ｃに第２テーパー面５ｂを嵌め合うことを特徴とする。
【００３２】
すなわち、シール部材５の外周に、第２テーパー面５ｂから遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成された第１テーパー面５ａを設けるとともに、高圧容器１の開口部１ｂにテーパー面１ｅを設け、シール部材５と高圧容器１のシール部をテーパーによる嵌め合いとする。さらに、シール部材５の外周に、第１テーパー面５ａから遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成された第２テーパー面５ｂを設けるとともに、接続管２の開口部２ｂにテーパー面２ｃを設け、シール部材５と接続管２のシール部をテーパーによる嵌め合いとする。
【００３３】
このように、シール部材と高圧容器、およびシール部材と付属品のシール部を、それぞれテーパーを用いた嵌め合いとすることにより、シール部が強く密着して気密性が向上するとともに、袋ナットを締め付ける際のトルクが実用的な範囲内であっても、シール部に９０ＭＰａ以上の圧力を生じさせることができる。
【００３４】
例えば、高圧容器のねじ部サイズをＭ６０とし、設計圧力を９０ＭＰａとする場合、袋ナットの締付トルクは、前述のオクタゴナル形リングジョイントガスケットを用いたシール構造では２００ｋｇｆ・ｍとなるのに対し、本発明の高圧容器のシール構造では１１０ｋｇｆ・ｍとなる。これは、本発明の高圧容器のシール構造では、従来のシール構造よりも流体の流路から近い距離にシール部材が配置できることから、シール部材の内径が小さくなることによる。
【００３５】
このため、本発明の高圧容器のシール構造は、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で流体を充填・放出する場合でも、漏れが発生することなく、気密性を確保することができる。
【００３６】
従来のＯリングやリングジョイントガスケットといったシール部材を用いたシール構造は、高圧容器の開口部（流体の流路）の外径より大きな外径のシール部材を用いるのに対し、本発明のシール構造では、高圧容器の開口部に設けたテーパー面にシール部材を嵌め合う。これにより、本発明のシール構造ではシール部材（ガスケット）の反力円の直径を従来のものより小さくすることができ、シール構造を小型にして効率的に気密性を確保することができる。
【００３７】
前記図２に示すシール構造では、高圧容器に隣接する付属品が接続管であることから、シール部材には、流体の流路として孔を設けている。本発明のシール構造は、付属品に止栓を用いる場合にも適用することができる。
【００３８】
図３は、本発明の高圧容器のシール構造であって、付属品として止栓を用いる場合の構成例を説明する断面図である。同図に示すように、付属品を止栓とする場合、止栓６にシール部材の一端を挿入する凹部６ａと、その凹部にシール部材の第２テーパー面５ｂを嵌め合うテーパー面６ｂとを設ける。これにより、シール部材と高圧容器、およびシール部材と付属品のシール部が、それぞれテーパーを用いた嵌め合いとなり、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で流体を充填・放出する場合でも、高圧容器１と止栓６の間から漏れが発生することなく、気密性を確保することができる。
【００３９】
前記図２および前記図３で示すシール構造では、高圧容器と付属品を接合させるとともに、シール部材と高圧容器および付属品を密着させるために、袋ナットを用いているが、本発明のシール構造では、フランジ型によりシール部を密着させることもできる。
【００４０】
図４は、本発明の高圧容器のシール構造であって、フランジ型によりシール部を密着させる場合を説明する断面図である。同図に示すシール構造は、付属品を接続管とする場合を示し、高圧容器のねじ部に取付けるフランジ７と、接続管を高圧容器に接合させる押さえフランジ８と、フランジに押さえフランジを固定するボルト９とを用いる。
【００４１】
同図に示すように、フランジ７を高圧容器のねじ部１ｃに取付け、高圧容器１と押さえフランジ８の間に接続管２を配置した状態で、ボルト９およびフランジ７を締め付けることにより、押さえフランジ８が高圧容器側に移動し、接続管２が高圧容器に押付けられるとともに、シール部材が高圧容器および接続管と密着する。
【００４２】
本発明の高圧容器のシール構造は、シール部材に金属材料を用いるのが好ましい。前述の通り、ゴム材料は高圧ガス環境下で使用すると、ブリスタ破壊を生じ、耐久性が問題となる。また、従来のゴム材料からなるＯリングを用いたシール構造で発生し、シール部材が大変形して溝から外れ、気密性が低下して問題となる。このような耐久性や気密性が低下する問題を、シール部材に金属材料を用いることにより、防止できる。
【００４３】
さらに、シール部材にゴム材料を用いた場合、高温環境でシール部材が劣化し、または極低温環境でシール部材が硬化して気密性が低下するおそれがあるが、シール部材に金属材料を用いることにより、高温環境および極低温環境で気密性が低下する問題を抑制できる。金属材料としては、例えば、アルミ合金、ステンレス鋼、低炭素鋼、ニッケル基合金を用いることができる。
【００４４】
高圧容器が充填・放出する流体が水素ガスである場合、シール部材をＪＩＳ記号ＳＵＳ３１６Ｌのステンレス鋼とするのが好ましい。ＪＩＳ記号ＳＵＳ３１６Ｌのステンレス鋼は、水素脆化による影響が小さいので、高圧容器が充填・放出する流体が水素とする場合でも、耐久性を確保することができるからである。
【００４５】
本発明の高圧容器のシール構造では、前記図２に示すシール部材５の第１テーパー面の傾斜角α、および第２テーパー面の傾斜角βは、高圧容器、シール部材および付属品の材質や、シール部に発生させる必要圧力に応じて、適宜決定することができる。
【００４６】
具体的にはシール部材と接触する高圧容器と付属品の材料の強度が同じ場合、シール部材の第１テーパー面の傾斜角αと第２テーパー面の傾斜角βを同一にするのが好ましい。
【００４７】
シール部材と接触する高圧容器と付属品の材料の強度が異なる場合、シール部材と高圧容器、およびシール部材と付属品のシール部にそれぞれ発生させる必要圧力を均等とするために、シール部材の第１テーパー面の傾斜角αと第２テーパー面の傾斜角βを異なる角度とするとともに、シール部で高圧容器または付属品とシール部材が接触する面積を同一とするのが好ましい。具体的には、高圧容器と付属品の材料強度を比べ、強度が低い材料と接触するシール部材のテーパー面の傾斜角を、強度が高い材料と接触するシール部材のテーパー面の傾斜角より、大きくするのが好ましい。
【００４８】
本発明の高圧容器のシール部材は、前述の本発明の高圧容器のシール構造に用いられるシール部材である。このため、本発明の高圧容器のシール部材によれば、シール部がテーパーを用いた嵌め合いとなり、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で流体を充填・放出する場合でも、漏れが発生することなく、気密性を確保することができる。
【実施例】
【００４９】
本発明の高圧容器のシール構造およびそれに用いるシール部材を用い、高圧容器に高圧流体を充填する気密試験を行い、本発明の効果を検証した。
【００５０】
［試験方法］
両端に開口部を有する高圧容器を用い、一端に前記図２に示すシール構造により接続管を隣接し、他端に前記図３に示すシール構造により止栓を隣接した。接続管には配管を介して高圧容器に流体を供給するポンプおよび圧力計を接続した。流体は、不燃性ガスである窒素ガスを用い、シール部材は、ＪＩＳ記号ＳＵＳ３１６Ｌのステンレス鋼とし、袋ナットの締め付けトルクは１１０ｋｇｆ・ｍとし、高圧容器の容量は６０Ｌとした。
【００５１】
接続管または止栓はＪＩＳ記号ＳＣＭ４３５のクロームモリブデン鋼とし、高圧容器はＪＩＳ記号ＳＮＣＭ４３９のニッケルクロムモリブデン鋼とした。高圧容器と接続管または止栓の強度を比べ、高強度である高圧容器と接触するシール部材の第１テーパー面の傾斜角αを３０°とし、低強度である接続管または止栓と接触するシール部材の第２テーパー面の傾斜角βを４５°とした。また、シール部材において第１テーパー面および第２テーパー面の軸方向の長さを調整し、シール部で高圧容器、接続管または止栓とシール部材が接触する面積を同一とした。
【００５２】
気密試験は、昇圧機により窒素ガスを９０ＭＰａになるまで高圧容器に充填して行った。この際、１０ＭＰａごとに両端のシール構造から窒素ガスの漏れがないか、袋ナットに設けられたリークポートに、検知液を用いて気泡の発生有無を確認して行った。
【００５３】
比較例として、高圧容器の両端の開口部を前記図１に示すメタルＯリングを用いたシール構造とし、気密試験を行った。この際、ＯリングはＪＩＳ記号ＳＵＳ３１６Ｌのステンレス鋼とし、袋ナットの締め付けトルクは、１１０ｋｇｆ・ｍとした。高圧容器の容量は、比較例１では６０Ｌとし、比較例２では１００Ｌとした。気密試験は、比較例１では本発明例と同様に９０ＭＰａになるまで窒素ガスを充填し、比較例２では７２ＭＰａになるまで窒素ガスを充填して行った。
【００５４】
［評価指標］
気密試験による漏れ確認を、本発明例ではのべ２箇所、比較例１ではのべ２２箇所、比較例２ではのべ１０箇所で行い、それぞれリーク発生率を算出した。リーク発生率は、漏れが発生したシール構造の箇所数をシール構造を用いたのべ箇所数で除して百分率により表示したものである。
【００５５】
［試験結果］
図５は、本発明例または比較例のシール構造を用いた気密試験での充填された流体圧力とリーク発生率（％）の関係を示す図である。同図から、従前型のＯリングを用いた比較例１および２では、充填された流体圧力が５０ＭＰａを超えるあたりから、漏れの発生がみられたが、本発明例のシール構造においては、流体圧力が９０ＭＰａまで全く漏れは発生しなかった。
【００５６】
したがって、本発明の高圧容器のシール構造およびそれに用いるシール部材により、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で高圧容器に流体を充填した場合でも、漏れが発生することなく、気密性を確保できることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の高圧容器のシール構造によれば、シール部材と高圧容器、およびシール部材と付属品のシール部を、それぞれテーパーを用いた嵌め合いとすることにより、３５ＭＰａ以上を超え、５０ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で流体を充填・放出する場合でも、漏れが発生することなく、気密性を確保することができる。さらに、シール部材をＪＩＳ記号ＳＵＳ３１６Ｌのステンレス鋼とすることにより、ブリスタ破壊の発生および水素脆化を防止でき、優れた耐久性を確保することができる。
【００５８】
このシール構造に用いる本発明の高圧容器のシール部材は、高圧容器および付属品に嵌め合わされる第１テーパー面および第２テーパー面を有することにより、シール部材と高圧容器、およびシール部材と付属品のシール部を、それぞれテーパーを用いた嵌め合いとすることができ、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で流体を充填・放出するシール構造に用いる場合でも、漏れが発生することなく、気密性を確保することができる。
【００５９】
したがって、本発明の高圧容器のシール構造およびそれに用いるシール部材を燃料電池自動車向等の水素ステーション用の蓄圧器に適用すれば、より高圧の水素ガスをガスタンクに充填できる。このため、本発明の高圧容器のシール構造およびそれに用いるシール部材は、燃料電池自動車に用いられるガスタンクの充填容量の向上に大きく寄与することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１：高圧容器、 １ａ：容器部、 １ｂ：開口部、 １ｃ：ねじ部、 １ｄ：接合面、
１ｅ：高圧容器のテーパー面、 ２：接続管、 ２ａ：溝部、 ２ｂ：開口部、
２ｃ：接続管のテーパー面、 ３：Ｏリング、 ４：袋ナット、
４ａ：リークポート、 ５：シール部材、 ５ａ：第１テーパー面、
５ｂ：第２テーパー面、 ６：止栓、 ６ａ：凹部、 ６ｂ：止栓のテーパー面、
７：フランジ、 ８：押さえフランジ、 ９：ボルト、
α：第１テーパー面の傾斜角、 β：第２テーパー面の傾斜角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が高圧で充填される高圧容器と、これに隣接する接続管や止栓といった付属品の間を密閉するためのシール構造およびそれに用いるシール部材に関し、さらに詳しくは、３５ＭＰａ以上の超高圧の流体の充填・放出に高圧容器を用いる際に、流体が高圧容器と接合部材の間から漏れるのを抑制できるシール構造およびそれに用いるシール部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧容器は、主に水素、酸素、窒素等の流体の貯蔵に用いられ、これらの流体が高圧で充填される。高圧流体の充填・放出に高圧容器を用いる際は、配管が取付け可能な接続管や開口部を封止する止栓といった付属品が隣接される。高圧容器と付属品の間から、充填・放出される高圧流体がリーク（漏れ）するのを防止するため、高圧容器と付属品の間にシール部材が配置される。従来、充填・放出される流体の最大圧力は、２０ＭＰａが慣用されていた。
【０００３】
近年、燃料電池自動車の開発が急速に進められており、その燃料には水素ガスが用いられる。燃料電池自動車では、水素ステーションの高圧容器に貯蔵された水素ガスを燃料電池自動車が備えるガスタンクに充填して使用する。ガスタンクの充填容量を向上させるために、燃料電池自動車では、慣用される２０ＭＰａを超えて、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で水素ガスをガスタンクに充填する場合がある。このため、ガスタンクに水素ガスを充填する高圧容器およびそれに用いられるシール構造も、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で漏れがないことが求められる。
【０００４】
図１は、従来の高圧容器に用いられるシール構造を示す断面図である。同図に示すシール構造は、付属品として接続管を用いる場合を示し、高圧流体を充填・放出する高圧容器１と、高圧容器に隣接される接続管２と、流体の漏れを防止するためのシール部材であるＯリング３と、高圧容器１に隣接する付属品（接続管２）を固定する袋ナット４とが用いられる。
【０００５】
高圧容器１は、流体が充填される容器部１ａと、流体の流路となる開口部１ｂと、袋ナットが締め付けられるねじ部１ｃと、隣接される付属品と接合する接合面１ｄとを備えている。また、接続管２は、高圧容器との接合面１ｄにシール部材であるＯリングを受け入れる溝部２ａと、流体の流路となる開口部２ｂを備え、袋ナット４は高圧容器と付属品（接続管２）の接合面における流体漏れを検知するための孔であるリークポート４ａを備える。
【０００６】
同図に示すように、シール構造では、付属品（接続管２）の溝部２ａにＯリング３を埋め込むことにより、高圧容器１と付属品（接続管２）の間に、シール部材を配置する。この状態で袋ナット４を締め付け、付属品（接続管２）を高圧容器１に押し付けることにより、Ｏリング３が圧縮変形し、高圧容器の接合面１ｄおよび付属品（接続管２）の溝部２ａの底面と密着する。
【０００７】
また、高圧流体が充填・放出される際は、高圧流体の圧力によりＯリングが拡径方向に変形し、Ｏリングと付属品の溝部の外周側の側面が密着する。このように、Ｏリングと高圧容器の接合面並びに付属品の溝部の底面および外周側の側面が密着して気密性が向上し、高圧容器と付属品の間から流体が漏れるのを防止している。以下、シール部材（Ｏリング）と高圧容器および付属品（接続管や止栓）が密着する部分をシール部とも呼ぶ。
【０００８】
一般的に、シール構造では、シール部材を圧縮変形させて高圧容器および付属品に密着させる。この際、圧縮変形したシール部材と高圧容器および付属品の間に発生する圧力が、気密にすることができる流体の最大圧力であることが知られている。すなわち、シール部材と高圧容器および付属品が密着して発生する圧力は、充填・放出される流体の圧力以上にする必要がある。同図に示すシール構造では、シール部に発生させる圧力は、袋ナットを締め付ける際のトルクにより調整される。
【０００９】
高圧ガスの充填・放出に高圧容器を用いる際は、高圧ガス保安法により気密性を確認するため、設計圧力以上の圧力による気密試験を行うようにしなければならない。前記図１に示すシール構造を用い、袋ナットの締め付けトルクを調整した後、高圧容器に３５ＭＰａを超える圧力の流体の充填や放出を行うと、高圧容器と付属品（接続管や止栓）の間から流体が漏れる場合があり、この場合、気密試験に要するコストや、気密試験で不合格となった場合の手直しにより製品歩留りが低下し、問題となる。
【００１０】
また、前記図１に示すシール構造により２０ＭＰａを超える圧力の流体の充填や放出する際に、シール部材としてゴム材料を用いた場合、外気圧と充填・放出される流体の差圧により埋め込まれたシール部材が溝部から外れ、気密性が低下する恐れがある。
【００１１】
２０ＭＰａを超える圧力の流体の充填や放出に用いることができるシール構造として、従来から種々の提案がなされている。
【００１２】
特許文献１には、３５ＭＰａ、７０ＭＰａといった高圧の水素ガスを充填する繊維強化プラスチックの高圧容器において、シャットオフ弁に用いるシール構造が提案されている。特許文献１では、空間を区切るシール部材として、ゴム材料といった弾性体からなり、高圧の第１の空間側に形成される環状部と、第１の環状部より体積が小さく、低圧の第２の空間側に形成される環状部とを有するものを用いたシール構造が提案されている。
【００１３】
特許文献１で提案されるシール構造では、第２の環状部の体積を第１の環状部より小さくすることにより、シール部材を弁座に当接させて弁を閉じた際、高圧側の第１の環状部から低圧側の第２の環状部へ向かって弾性体の流動が生じ、第２の環状部において弾性体と弁座との接触によるシール圧が増大され、流体の漏れを防止できるとしている。また、弾性体が流動する際に、第１の環状部に配置された余剰体積分が第２の環状部に移動するので、シール部材全体の歪みが緩和されて大変形が生じず、シール部材が溝部から外れるのを防止できるとしている。
【００１４】
特許文献１で提案されるシール構造では、シール部材をゴム材料といった弾性体を用いる。高圧ガス環境でゴム材料を曝露すると、減圧後にゴム内部から気泡や亀裂が発生する、いわゆる、ブリスタ破壊が発生する場合がある。したがって、特許文献１で提案されるシール構造では、高圧容器への高圧ガスの充填・放出を繰り返すことにより、シール部材にブリスタ破壊が発生する恐れが高く、耐久性が問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００９−１３３４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前述の通り、従来の高圧容器に用いられるシール構造は、２０ＭＰａを超え、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で流体を充填する場合、漏れの発生や、高圧ガス環境で発生するブリスタ破壊による耐久性が問題となる。
【００１７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で高圧容器に流体を充填した場合でも気密性を確保できるとともに、ブリスタ破壊を防ぎ耐久性に優れたシール構造およびそれに用いるシール部材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者は、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で高圧容器に流体を充填した場合でも気密性を確保できるシール構造として、前記図１に示すシール構造において、Ｏリング以外にも、断面形状が八角形であるオクタゴナル形リングジョイントガスケットを用いることを検討した。オクタゴナル形リングジョイントガスケットを用いた場合、５０ＭＰａまでの高圧流体の充填・放出では、漏れが発生することなく、十分な気密性を確保することができる。
【００１９】
しかし、５０ＭＰａを超える高圧流体の充填・放出では気密性を確保するために必要な圧力をシール部に発生させるため、袋ナットを締め付けるトルクが増大し問題となる。例えば、ねじ部サイズをＭ６０とし、設計圧力を９０ＭＰａとする場合、締め付けトルクは２００ｋｇｆ・ｍとなり、作業者が単独で取り付ける場合に作業上実用的ではなくなる。このため、オクタゴナル形リングジョイントガスケットを５０ＭＰａ以上の高圧流体のシール部材に用いることは困難であることが判明した。
【００２０】
本発明者は、さらに種々の試験を行い、鋭意検討を重ねた結果、シール部材と高圧容器、およびシール部材と付属品のシール部を、それぞれテーパーを用いた嵌め合いとすることにより、９０ＭＰａ以上の圧力で高圧容器に流体を充填した場合でも気密性を確保できることを知見した。
【００２１】
本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、下記（１）および（２）の高圧容器のシール構造、下記（３）および（４）の高圧容器のシール部材を要旨としている。
【００２２】
（１）高圧容器とこれに隣接する付属品との間にシール部材を配置するシール構造であって、円筒状の前記シール部材が外周に、第１テーパー面および第２テーパー面を有し、前記第１テーパー面は、前記第２テーパー面から遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、前記第２テーパー面は、前記第１テーパー面から遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、前記高圧容器の開口部に設けられたテーパー面に前記第１テーパー面を嵌め合い、前記付属品の開口部または凹部に設けられたテーパー面に前記第２テーパー面を嵌め合うことを特徴とする高圧容器のシール構造。
【００２３】
（２）前記シール部材が金属材料からなることを特徴とする前記（１）に記載の高圧容器のシール構造。
【００２４】
（３）高圧容器とこれに隣接する付属品との間に配置される円筒状のシール部材であって、外周に、第１テーパー面および第２テーパー面を有し、前記第１テーパー面は、前記第２テーパー面から遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、前記第２テーパー面は、前記第１テーパー面から遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成されることを特徴とする高圧容器のシール部材。
【００２５】
（４）前記シール部材が金属材料からなることを特徴とする前記（３）に記載の高圧容器のシール部材。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の高圧容器のシール構造によれば、シール部材と高圧容器、およびシール部材と付属品のシール部を、それぞれテーパーを用いた嵌め合いとすることにより、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で流体を充填・放出する場合でも、漏れが発生することなく、気密性を確保することができる。さらに、シール部材をＪＩＳ記号ＳＵＳ３１６Ｌのステンレス鋼とすることにより、樹脂材料やゴム材料等を用いたシール部材で危惧されるブリスタ破壊の発生および金属材料等を用いたシール部材で危惧される水素脆化を防止でき、水素環境中においても優れた耐久性を確保することができる。
【００２７】
このシール構造に用いる本発明の高圧容器のシール部材は、高圧容器および付属品に嵌め合わされる第１テーパー面および第２テーパー面を有することにより、シール部材と高圧容器、およびシール部材と付属品のシール部を、それぞれテーパーを用いた嵌め合いとすることができ、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で流体を充填・放出するシール構造に用いる場合でも、漏れが発生することなく、気密性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の高圧容器に用いられるシール構造を示す断面図である。
【図２】本発明の高圧容器のシール構造であって、付属品として接続管を用いる場合の構成例を説明する断面図である。
【図３】本発明の高圧容器のシール構造であって、付属品として止栓を用いる場合の構成例を説明する断面図である。
【図４】本発明の高圧容器のシール構造であって、フランジ型によりシール部を密着させる場合を説明する断面図である。
【図５】本発明例または比較例のシール構造を用いた気密試験での充填された流体圧力とリーク発生率（％）の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明の高圧容器のシール構造およびそれに用いるシール部材を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図２は、本発明の高圧容器のシール構造であって、付属品として接続管を用いる場合の構成例を説明する断面図である。同図に示すシール構造では、高圧流体を充填・放出する高圧容器１と、高圧容器に隣接される付属品である接続管２と、高圧容器１と接続管２の間から流体が漏れるのを防止するシール部材５と、高圧容器１に接続管２を固定する袋ナット４とを用いる。
【００３１】
本発明の高圧容器のシール構造は、高圧容器１とこれに隣接する付属品（接続管２）との間にシール部材５を配置するシール構造であって、円筒状のシール部材５が外周に、第１テーパー面５ａおよび第２テーパー面５ｂを有し、第１テーパー面５ａは、第２テーパー面５ｂから遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、第２テーパー面５ｂは、第１テーパー面５ａから遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、高圧容器の開口部１ｂに設けられたテーパー面１ｅに第１テーパー面５ａを嵌め合い、付属品（接続管２）の開口部２ｂに設けられたテーパー面２ｃに第２テーパー面５ｂを嵌め合うことを特徴とする。
【００３２】
すなわち、シール部材５の外周に、第２テーパー面５ｂから遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成された第１テーパー面５ａを設けるとともに、高圧容器１の開口部１ｂにテーパー面１ｅを設け、シール部材５と高圧容器１のシール部をテーパーによる嵌め合いとする。さらに、シール部材５の外周に、第１テーパー面５ａから遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成された第２テーパー面５ｂを設けるとともに、接続管２の開口部２ｂにテーパー面２ｃを設け、シール部材５と接続管２のシール部をテーパーによる嵌め合いとする。
【００３３】
このように、シール部材と高圧容器、およびシール部材と付属品のシール部を、それぞれテーパーを用いた嵌め合いとすることにより、シール部が強く密着して気密性が向上するとともに、袋ナットを締め付ける際のトルクが実用的な範囲内であっても、シール部に９０ＭＰａ以上の圧力を生じさせることができる。
【００３４】
例えば、高圧容器のねじ部サイズをＭ６０とし、設計圧力を９０ＭＰａとする場合、袋ナットの締付トルクは、前述のオクタゴナル形リングジョイントガスケットを用いたシール構造では２００ｋｇｆ・ｍとなるのに対し、本発明の高圧容器のシール構造では１１０ｋｇｆ・ｍとなる。これは、本発明の高圧容器のシール構造では、従来のシール構造よりも流体の流路から近い距離にシール部材が配置できることから、シール部材の内径が小さくなることによる。
【００３５】
このため、本発明の高圧容器のシール構造は、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で流体を充填・放出する場合でも、漏れが発生することなく、気密性を確保することができる。
【００３６】
従来のＯリングやリングジョイントガスケットといったシール部材を用いたシール構造は、高圧容器の開口部（流体の流路）の外径より大きな外径のシール部材を用いるのに対し、本発明のシール構造では、高圧容器の開口部に設けたテーパー面にシール部材を嵌め合う。これにより、本発明のシール構造ではシール部材（ガスケット）の反力円の直径を従来のものより小さくすることができ、シール構造を小型にして効率的に気密性を確保することができる。
【００３７】
前記図２に示すシール構造では、高圧容器に隣接する付属品が接続管であることから、シール部材には、流体の流路として孔を設けている。本発明のシール構造は、付属品に止栓を用いる場合にも適用することができる。
【００３８】
図３は、本発明の高圧容器のシール構造であって、付属品として止栓を用いる場合の構成例を説明する断面図である。同図に示すように、付属品を止栓とする場合、止栓６にシール部材の一端を挿入する凹部６ａと、その凹部にシール部材の第２テーパー面５ｂを嵌め合うテーパー面６ｂとを設ける。これにより、シール部材と高圧容器、およびシール部材と付属品のシール部が、それぞれテーパーを用いた嵌め合いとなり、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で流体を充填・放出する場合でも、高圧容器１と止栓６の間から漏れが発生することなく、気密性を確保することができる。
【００３９】
前記図２および前記図３で示すシール構造では、高圧容器と付属品を接合させるとともに、シール部材と高圧容器および付属品を密着させるために、袋ナットを用いているが、本発明のシール構造では、フランジ型によりシール部を密着させることもできる。
【００４０】
図４は、本発明の高圧容器のシール構造であって、フランジ型によりシール部を密着させる場合を説明する断面図である。同図に示すシール構造は、付属品を接続管とする場合を示し、高圧容器のねじ部に取付けるフランジ７と、接続管を高圧容器に接合させる押さえフランジ８と、フランジに押さえフランジを固定するボルト９とを用いる。
【００４１】
同図に示すように、フランジ７を高圧容器のねじ部１ｃに取付け、高圧容器１と押さえフランジ８の間に接続管２を配置した状態で、ボルト９およびフランジ７を締め付けることにより、押さえフランジ８が高圧容器側に移動し、接続管２が高圧容器に押付けられるとともに、シール部材が高圧容器および接続管と密着する。
【００４２】
本発明の高圧容器のシール構造は、シール部材に金属材料を用いるのが好ましい。前述の通り、ゴム材料は高圧ガス環境下で使用すると、ブリスタ破壊を生じ、耐久性が問題となる。また、従来のゴム材料からなるＯリングを用いたシール構造で発生し、シール部材が大変形して溝から外れ、気密性が低下して問題となる。このような耐久性や気密性が低下する問題を、シール部材に金属材料を用いることにより、防止できる。
【００４３】
さらに、シール部材にゴム材料を用いた場合、高温環境でシール部材が劣化し、または極低温環境でシール部材が硬化して気密性が低下するおそれがあるが、シール部材に金属材料を用いることにより、高温環境および極低温環境で気密性が低下する問題を抑制できる。金属材料としては、例えば、アルミ合金、ステンレス鋼、低炭素鋼、ニッケル基合金を用いることができる。
【００４４】
高圧容器が充填・放出する流体が水素ガスである場合、シール部材をＪＩＳ記号ＳＵＳ３１６Ｌのステンレス鋼とするのが好ましい。ＪＩＳ記号ＳＵＳ３１６Ｌのステンレス鋼は、水素脆化による影響が小さいので、高圧容器が充填・放出する流体が水素とする場合でも、耐久性を確保することができるからである。
【００４５】
本発明の高圧容器のシール構造では、前記図２に示すシール部材５の第１テーパー面の傾斜角α、および第２テーパー面の傾斜角βは、高圧容器、シール部材および付属品の材質や、シール部に発生させる必要圧力に応じて、適宜決定することができる。
【００４６】
具体的にはシール部材と接触する高圧容器と付属品の材料の強度が同じ場合、シール部材の第１テーパー面の傾斜角αと第２テーパー面の傾斜角βを同一にするのが好ましい。
【００４７】
シール部材と接触する高圧容器と付属品の材料の強度が異なる場合、シール部材と高圧容器、およびシール部材と付属品のシール部にそれぞれ発生させる必要圧力を均等とするために、シール部材の第１テーパー面の傾斜角αと第２テーパー面の傾斜角βを異なる角度とするとともに、シール部で高圧容器または付属品とシール部材が接触する面積を同一とするのが好ましい。具体的には、高圧容器と付属品の材料強度を比べ、強度が低い材料と接触するシール部材のテーパー面の傾斜角を、強度が高い材料と接触するシール部材のテーパー面の傾斜角より、大きくするのが好ましい。
【００４８】
本発明の高圧容器のシール部材は、前述の本発明の高圧容器のシール構造に用いられるシール部材である。このため、本発明の高圧容器のシール部材によれば、シール部がテーパーを用いた嵌め合いとなり、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で流体を充填・放出する場合でも、漏れが発生することなく、気密性を確保することができる。
【実施例】
【００４９】
本発明の高圧容器のシール構造およびそれに用いるシール部材を用い、高圧容器に高圧流体を充填する気密試験を行い、本発明の効果を検証した。
【００５０】
［試験方法］
両端に開口部を有する高圧容器を用い、一端に前記図２に示すシール構造により接続管を隣接し、他端に前記図３に示すシール構造により止栓を隣接した。接続管には配管を介して高圧容器に流体を供給するポンプおよび圧力計を接続した。流体は、不燃性ガスである窒素ガスを用い、シール部材は、ＪＩＳ記号ＳＵＳ３１６Ｌのステンレス鋼とし、袋ナットの締め付けトルクは１１０ｋｇｆ・ｍとし、高圧容器の容量は６０Ｌとした。
【００５１】
接続管または止栓はＪＩＳ記号ＳＣＭ４３５のクロームモリブデン鋼とし、高圧容器はＪＩＳ記号ＳＮＣＭ４３９のニッケルクロムモリブデン鋼とした。高圧容器と接続管または止栓の強度を比べ、高強度である高圧容器と接触するシール部材の第１テーパー面の傾斜角αを３０°とし、低強度である接続管または止栓と接触するシール部材の第２テーパー面の傾斜角βを４５°とした。また、シール部材において第１テーパー面および第２テーパー面の軸方向の長さを調整し、シール部で高圧容器、接続管または止栓とシール部材が接触する面積を同一とした。
【００５２】
気密試験は、昇圧機により窒素ガスを９０ＭＰａになるまで高圧容器に充填して行った。この際、１０ＭＰａごとに両端のシール構造から窒素ガスの漏れがないか、袋ナットに設けられたリークポートに、検知液を用いて気泡の発生有無を確認して行った。
【００５３】
比較例として、高圧容器の両端の開口部を前記図１に示すメタルＯリングを用いたシール構造とし、気密試験を行った。この際、ＯリングはＪＩＳ記号ＳＵＳ３１６Ｌのステンレス鋼とし、袋ナットの締め付けトルクは、１１０ｋｇｆ・ｍとした。高圧容器の容量は、比較例１では６０Ｌとし、比較例２では１００Ｌとした。気密試験は、比較例１では本発明例と同様に９０ＭＰａになるまで窒素ガスを充填し、比較例２では７２ＭＰａになるまで窒素ガスを充填して行った。
【００５４】
［評価指標］
気密試験による漏れ確認を、本発明例ではのべ２箇所、比較例１ではのべ２２箇所、比較例２ではのべ１０箇所で行い、それぞれリーク発生率を算出した。リーク発生率は、漏れが発生したシール構造の箇所数をシール構造を用いたのべ箇所数で除して百分率により表示したものである。
【００５５】
［試験結果］
図５は、本発明例または比較例のシール構造を用いた気密試験での充填された流体圧力とリーク発生率（％）の関係を示す図である。同図から、従前型のＯリングを用いた比較例１および２では、充填された流体圧力が５０ＭＰａを超えるあたりから、漏れの発生がみられたが、本発明例のシール構造においては、流体圧力が９０ＭＰａまで全く漏れは発生しなかった。
【００５６】
したがって、本発明の高圧容器のシール構造およびそれに用いるシール部材により、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で高圧容器に流体を充填した場合でも、漏れが発生することなく、気密性を確保できることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の高圧容器のシール構造によれば、シール部材と高圧容器、およびシール部材と付属品のシール部を、それぞれテーパーを用いた嵌め合いとすることにより、３５ＭＰａ以上を超え、５０ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で流体を充填・放出する場合でも、漏れが発生することなく、気密性を確保することができる。さらに、シール部材をＪＩＳ記号ＳＵＳ３１６Ｌのステンレス鋼とすることにより、ブリスタ破壊の発生および水素脆化を防止でき、優れた耐久性を確保することができる。
【００５８】
このシール構造に用いる本発明の高圧容器のシール部材は、高圧容器および付属品に嵌め合わされる第１テーパー面および第２テーパー面を有することにより、シール部材と高圧容器、およびシール部材と付属品のシール部を、それぞれテーパーを用いた嵌め合いとすることができ、３５ＭＰａ以上の圧力、さらには９０ＭＰａ以上の圧力で流体を充填・放出するシール構造に用いる場合でも、漏れが発生することなく、気密性を確保することができる。
【００５９】
したがって、本発明の高圧容器のシール構造およびそれに用いるシール部材を燃料電池自動車向等の水素ステーション用の蓄圧器に適用すれば、より高圧の水素ガスをガスタンクに充填できる。このため、本発明の高圧容器のシール構造およびそれに用いるシール部材は、燃料電池自動車に用いられるガスタンクの充填容量の向上に大きく寄与することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１：高圧容器、 １ａ：容器部、 １ｂ：開口部、 １ｃ：ねじ部、 １ｄ：接合面、
１ｅ：高圧容器のテーパー面、 ２：接続管、 ２ａ：溝部、 ２ｂ：開口部、
２ｃ：接続管のテーパー面、 ３：Ｏリング、 ４：袋ナット、
４ａ：リークポート、 ５：シール部材、 ５ａ：第１テーパー面、
５ｂ：第２テーパー面、 ６：止栓、 ６ａ：凹部、 ６ｂ：止栓のテーパー面、
７：フランジ、 ８：押さえフランジ、 ９：ボルト、
α：第１テーパー面の傾斜角、 β：第２テーパー面の傾斜角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧容器とこれに隣接する付属品との間にシール部材を配置するシール構造であって、
円筒状の前記シール部材が外周に、第１テーパー面および第２テーパー面を有し、前記第１テーパー面は、前記第２テーパー面から遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、前記第２テーパー面は、前記第１テーパー面から遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、
前記高圧容器の開口部に設けられたテーパー面に前記第１テーパー面を嵌め合い、
前記付属品の開口部または凹部に設けられたテーパー面に前記第２テーパー面を嵌め合うことを特徴とする高圧容器のシール構造。
【請求項２】
前記シール部材が金属材料からなることを特徴とする請求項１に記載の高圧容器のシール構造。
【請求項３】
高圧容器とこれに隣接する付属品との間に配置される円筒状のシール部材であって、
外周に、第１テーパー面および第２テーパー面を有し、前記第１テーパー面は、前記第２テーパー面から遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、前記第２テーパー面は、前記第１テーパー面から遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成されることを特徴とする高圧容器のシール部材。
【請求項４】
前記シール部材が金属材料からなることを特徴とする請求項３に記載の高圧容器のシール部材。
【請求項１】
高圧容器とこれに隣接する付属品との間にシール部材を配置するシール構造であって、
円筒状の前記シール部材が外周に、第１テーパー面および第２テーパー面を有し、前記第１テーパー面は、前記第２テーパー面から遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、前記第２テーパー面は、前記第１テーパー面から遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、
前記高圧容器の開口部に設けられたテーパー面に前記第１テーパー面を嵌め合い、
前記付属品の開口部または凹部に設けられたテーパー面に前記第２テーパー面を嵌め合うことを特徴とする高圧容器のシール構造。
【請求項２】
前記シール部材が金属材料からなることを特徴とする請求項１に記載の高圧容器のシール構造。
【請求項３】
高圧容器とこれに隣接する付属品との間に配置される円筒状のシール部材であって、
外周に、第１テーパー面および第２テーパー面を有し、前記第１テーパー面は、前記第２テーパー面から遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成され、前記第２テーパー面は、前記第１テーパー面から遠ざかるにつれ径が小さくなるように形成されることを特徴とする高圧容器のシール部材。
【請求項４】
前記シール部材が金属材料からなることを特徴とする請求項３に記載の高圧容器のシール部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１９６５１１（Ｐ２０１１−１９６５１１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６６２３３（Ｐ２０１０−６６２３３）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００１８２９２６）住金機工株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００１８２９２６）住金機工株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
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