特許 5973816 高圧ガス容器のシール構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5973816

(24)【登録日】2016年7月22日

(45)【発行日】2016年8月23日

(54)【発明の名称】高圧ガス容器のシール構造

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/00 20060101AFI20160809BHJP

   F16J 12/00 20060101ALI20160809BHJP

   F16J 15/10 20060101ALI20160809BHJP

   F16J 15/08 20060101ALI20160809BHJP

   F16L 19/00 20060101ALN20160809BHJP

【ＦＩ】

   F17C13/00 301Z

   F16J12/00 D

   F16J15/10 L

   F16J15/08 L

   !F16L19/00

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-153838(P2012-153838)

(22)【出願日】2012年7月9日

(65)【公開番号】特開2014-15983(P2014-15983A)

(43)【公開日】2014年1月30日

【審査請求日】2015年6月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000182926

【氏名又は名称】日鉄住金機工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001553

【氏名又は名称】アセンド特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】100103481

【弁理士】

【氏名又は名称】森 道雄

(74)【代理人】

【識別番号】100134957

【弁理士】

【氏名又は名称】松永 英幸

(72)【発明者】

【氏名】木之下 弘信

【審査官】 佐野 健治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１９６５１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３０３９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２８７６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２６１５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３４９７９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１７Ｃ １３／００

Ｆ１６Ｊ １２／００

Ｆ１６Ｊ １５／０８

Ｆ１６Ｊ １５／１０

Ｆ１６Ｌ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高圧ガス容器の管台部とこの管台部に連設される付属品との間のシール構造であって、
円柱部、この円柱部の一端からテーパー状に連なる第１円錐台部、および前記円柱部の他端からテーパー状に連なる第２円錐台部からなり、軸心に沿って貫通孔を有する金属製のブロックと、
前記円柱部の前記第１円錐台部寄りに環装されたゴム製の第１Ｏリングと、
前記円柱部の前記第２円錐台部寄りに環装されたゴム製の第２Ｏリングと、を備え、
前記管台部には、前記第１円錐台部の全体を収容するテーパー面の領域、および前記円柱部の前記第１Ｏリングが環装された部分を収容する円筒面の領域からなる第１凹部が形成され、
前記付属品には、前記第２円錐台部の全体を収容するテーパー面の領域、および前記円柱部の前記第２Ｏリングが環装された部分を収容する円筒面の領域からなる第２凹部が形成されており、
前記管台部の前記第１凹部および前記付属品の前記第２凹部に前記ブロックが収容され、前記付属品が前記管台部に向けて軸方向に押し付けられることにより、前記第１円錐台部の外周面が前記第１凹部の前記テーパー面に圧接するとともに、前記第２円錐台部の外周面が前記第２凹部の前記テーパー面に圧接し、さらに、前記第１Ｏリングが前記第１凹部の前記円筒面に接触するとともに、前記第２Ｏリングが前記第２凹部の前記円筒面に接触した状態にされていること、
を特徴とする高圧ガス容器のシール構造。

【請求項2】

前記ブロックの材質が、極軟鋼、純鉄、銅、アルミニウム、チタンもしくはそれらの合金、またはステンレス鋼であること、
を特徴とする請求項１に記載の高圧ガス容器のシール構造。

【請求項3】

前記第１Ｏリングおよび前記第２Ｏリングの材質が合成ゴムであること、
を特徴とする請求項１または２に記載の高圧ガス容器のシール構造。

【請求項4】

前記円柱部には、前記第１Ｏリングの前記第２円錐台部側に隣接して前記第１Ｏリングよりも硬い樹脂製の第１バックアップリングが環装され、前記第２Ｏリングの前記第１円錐台部側に隣接して前記第２Ｏリングよりも硬い樹脂製の第２バックアップリングが環装されていること、
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高圧ガス容器のシール構造。

【請求項5】

前記第１円錐台部および前記第２円錐台部それぞれの前記外周面、並びに前記第１凹部および前記第２凹部それぞれの前記テーパー面の表面粗さが、ＪＩＳ規格のＢ０６０１に準拠した算術平均粗さ（Ｒａ）で１．６μｍ以下であること、
を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高圧ガス容器のシール構造。

【請求項6】

前記第１円錐台部および前記第２円錐台部それぞれのテーパー角度の加工公差を−２°／＋０°とし、前記第１凹部および前記第２凹部それぞれの前記テーパー面の領域のテーパー角度の加工公差を−０°／＋２°とすること、
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の高圧ガス容器のシール構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高圧ガス容器の口に該当する管台部と、これに連設される接続管や止栓といった付属品と、の間を密閉し、充填ガスの漏出を防止する高圧ガス容器のシール構造に関する。

【背景技術】

【0002】

高圧ガス容器は、水素（Ｈ₂）や酸素（Ｏ₂）や窒素（Ｎ₂）などのガス（液化ガスを含む）を高圧状態で貯蔵するのに用いられる。一般に、高圧ガス容器は、円筒状の胴部、この胴部の両端にそれぞれ形成された鏡板部、およびこれらの鏡板部の一方または両方から突き出す管台部から構成される。管台部は高圧ガス容器の口に該当し、高圧ガス容器の内部空間は管台部を通じて外部に開口する。

【0003】

管台部が鏡板部の両方に設けられた高圧ガス容器の場合、一方の管台部には、ガスを充填したり放出したりするために、付属品として配管の取付けが可能な接続管が連設され、他方の管台部には、その開口を閉塞するために、付属品として止栓が連設される。管台部が鏡板部の一方のみに設けられた高圧ガス容器の場合は、その管台部に接続管が連設される。このように、高圧ガス容器は、管台部に付属品が連設されることから、管台部と付属品との間から充填ガスが漏出するのを防止するシール構造が不可欠である（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

図１は、従来の一般的なシール構造を示す模式図であり、同図（ａ）は各部材を分解した状態の断面図を示し、同図（ｂ）は各部材を組み付けた状態の断面図を示す。同図では、高圧ガス容器１は、胴部２の端に形成された鏡板部３から管台部４が突き出しており、この管台部４に付属品として接続管５が連設されるものを例示している。また、管台部４への接続管５の固定は袋ナット６を用いるものを例示している。

【0005】

図１に示すように、従来のシール構造では、管台部４の先端面４ａと対向する接続管５の端面５ａに環状溝５ｂが形成されており、この環状溝５ｂに金属製のＯリング１１が挿入される。この金属Ｏリング１１は、金属細管をリング状に成形し、その端面同士を溶接した後、表面研磨し、必要に応じて表面にコーティングやメッキを施した中空の金属ガスケットである。

【0006】

組み付けに際し、金属Ｏリング１１を端面５ａに備えた接続管５は、高圧ガス容器１の管台部４の先端に隣接して配置され、袋ナット６が被せられる。そして、管台部４の外周面に形成された雄ねじ４ｂに袋ナット６を螺合させ、袋ナット６が管台部４に締め付けられることにより、接続管５は金属Ｏリング１１を介在した状態で管台部４に向けて軸方向に押し付けられる。これにより、金属Ｏリング１１は弾性変形し、管台部４の先端面４ａに圧接するとともに、接続管５の環状溝５ｂに圧接した状態にされる。

【0007】

このように、従来のシール構造では、金属Ｏリング１１がシール部材として機能し、金属Ｏリング１１と管台部４および接続管５との弾性接触により気密性が保たれ、管台部４と接続管５との間からの充填ガスの漏出が防止される。

【0008】

なお、袋ナット６には、管台部４の先端面４ａと接続管５の端面５ａとの隙間につながるリークポート６ａが穿設されている。このリークポート６ａは、充填ガスの漏出の検知に用いられる。

【0009】

ところで、高圧ガス容器に充填されるガスの圧力仕様は、従来、一般的に１０〜２０ＭＰａ程度、高くても４０ＭＰａ程度に過ぎなかったが、近年では、それを遥かに超えて９０ＭＰａとされるものもあった。しかし、充填ガスの圧力が９０ＭＰａと高い場合、前記図１に示すような金属Ｏリング１１の弾性接触によるシール構造では、シール性能が不足し、充填ガスの漏出を抑えることができない。特に、水素やヘリウム（Ｈｅ）などように分子が小さくて透過性が高いガスを充填した場合は、なおさら充填ガスの漏出防止は困難である。

【0010】

このため、本出願人は、前記特許文献１に記載されるとおり、充填ガスの圧力が高い場合であってもシール性能を確保できる特殊なシール構造を提案した。

【0011】

図２は、特許文献１に記載される特殊なシール構造を示す模式図であり、同図（ａ）は各部材を分解した状態の断面図を示し、同図（ｂ）は各部材を組み付けた状態の断面図を示し、同図（ｃ）は同図（ａ）の要部拡大図を示す。同図では、前記図１と共通するものには同一の符号を付しており、高圧ガス容器１の管台部４に付属品として接続管５が連設され、管台部４への接続管５の固定は袋ナット６を用いるものを例示している。

【0012】

図２に示すシール構造では、前記図１に示す金属Ｏリング１１に代え、管台部４と接続管５との間に金属製のブロック２０が介在している。具体的には、その金属ブロック２０は、円柱部２１、この円柱部２１の一端からテーパー状に連なる第１円錐台部２２、および円柱部２１の他端からテーパー状に連なる第２円錐台部２３からなり、軸心に沿って貫通孔２４を有する。また、管台部４、接続管５には、金属ブロック２０を受け入れるために、それぞれ第１凹部３０、第２凹部４０が形成されている。

【0013】

管台部４に形成された第１凹部３０は、金属ブロック２０の第１円錐台部２２の全体を収容するとともに、円柱部２１の第１円錐台部２２側のほぼ半分を収容する。この第１凹部３０はテーパー面３１の領域を有し、この領域のテーパー角度α２が金属ブロック２０の第１円錐台部２２のテーパー角度α１と一致している。一方、接続管５に形成された第２凹部４０は、金属ブロック２０の第２円錐台部２３の全体を収容するとともに、円柱部２１の第２円錐台部２３側のほぼ半分を収容する。この第２凹部４０はテーパー面４１の領域を有し、この領域のテーパー角度β２が金属ブロック２０の第２円錐台部２３のテーパー角度β１と一致している。

【0014】

組み付けに際し、接続管５は、高圧ガス容器１の管台部４に先端に隣接して配置され、袋ナット６が被せられる。このとき、管台部４の第１凹部３０および接続管５の第２凹部４０には、金属ブロック２０が挿入された状態にある。そして、袋ナット６が管台部４に締め付けられることにより、接続管５は金属ブロック２０を介在した状態で管台部４に向けて軸方向に押し付けられる。これにより、金属ブロック２０は、第１円錐台部２２の外周面が第１凹部３０のテーパー面３１に圧接するとともに、第２円錐台部２３の外周面が第２凹部４０のテーパー面４１に圧接した状態にされる。

【0015】

このように、図２に示すシール構造では、金属ブロック２０がシール部材として機能し、第１円錐台部２２の外周面と第１凹部３０のテーパー面３１とがテーパー形状でメタル面接触すると同時に、第２円錐台部２３の外周面と第２凹部４０のテーパー面４１とがテーパー形状でメタル面接触し、これらの接触面に押付け力集中させることにより、管台部４と接続管５との間の気密性が強力に保たれる。これにより、充填ガスの圧力が高い場合であっても、管台部４と接続管５との間からの充填ガスの漏出が防止される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0016】

【特許文献1】特開２０１１−１９６５１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

高圧ガス容器に充填されるガスの圧力仕様は、近年、９０ＭＰａが最高となっていたところ、ここ最近では、それをさらに超える圧力仕様が要求されている。確かに、前記図２に示すような金属ブロックのメタル面接触によるシール構造によれば、前記特許文献１に記載されるように、充填ガスの圧力が９０ＭＰａまでの場合は、充填ガスの漏出を防止できることが実証されている。しかし、充填ガスの圧力が９０ＭＰａを超えた場合の検証はされていない。したがって、充填ガスの圧力仕様がますます増加する動向からして、高圧ガス容器のシール構造のさらなる改良と、その技術の確立が強く望まれている。

【0018】

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、充填ガスの圧力が９０ＭＰａを超えて高い場合であっても、高圧ガス容器の管台部とこれに連設される接続管や止栓といった付属品との間から充填ガスが漏出するのを確実に防止できるシール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】

【0019】

本発明者は、上記目的を達成するため、前記図２に示すような金属ブロックのメタル面接触によるシール構造を前提として改良を重ね、種々の試験を実施して鋭意検討を行った。その結果、前記図２に示すシール構造と同様の金属ブロックのメタル面接触に加え、金属ブロックの円柱部にゴム製のＯリングを環装させて、このＯリングの弾性接触を活用すれば、メタル面接触と弾性接触という二重のシールが形成されるので、シール性能が向上し、充填ガスの漏出を確実に防止できることを知見した。

【0020】

本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の高圧ガス容器のシール構造にある。すなわち、本発明は、高圧ガス容器の管台部とこの管台部に連設される付属品との間のシール構造であって、
円柱部、この円柱部の一端からテーパー状に連なる第１円錐台部、および前記円柱部の他端からテーパー状に連なる第２円錐台部からなり、軸心に沿って貫通孔を有する金属製のブロックと、
前記円柱部の前記第１円錐台部寄りに環装されたゴム製の第１Ｏリングと、
前記円柱部の前記第２円錐台部寄りに環装されたゴム製の第２Ｏリングと、を備え、
前記管台部には、前記第１円錐台部の全体を収容するテーパー面の領域、および前記円柱部の前記第１Ｏリングが環装された部分を収容する円筒面の領域からなる第１凹部が形成され、
前記付属品には、前記第２円錐台部の全体を収容するテーパー面の領域、および前記円柱部の前記第２Ｏリングが環装された部分を収容する円筒面の領域からなる第２凹部が形成されており、
前記管台部の前記第１凹部および前記付属品の前記第２凹部に前記ブロックが収容され、前記付属品が前記管台部に向けて軸方向に押し付けられることにより、前記第１円錐台部の外周面が前記第１凹部の前記テーパー面に圧接するとともに、前記第２円錐台部の外周面が前記第２凹部の前記テーパー面に圧接し、さらに、前記第１Ｏリングが前記第１凹部の前記円筒面に接触するとともに、前記第２Ｏリングが前記第２凹部の前記円筒面に接触した状態にされていること、
を特徴とする高圧ガス容器のシール構造である。

【0021】

上記のシール構造では、前記ブロックの材質が、極軟鋼、純鉄、銅、アルミニウム、チタンもしくはそれらの合金、またはステンレス鋼であることが好ましい。

【0022】

上記のシール構造では、前記第１Ｏリングおよび前記第２Ｏリングの材質が合成ゴムであることが好ましい。

【0023】

上記のシール構造において、前記円柱部には、前記第１Ｏリングの前記第２円錐台部側に隣接して前記第１Ｏリングよりも硬い樹脂製の第１バックアップリングが環装され、前記第２Ｏリングの前記第１円錐台部側に隣接して前記第２Ｏリングよりも硬い樹脂製の第２バックアップリングが環装されていることが好ましい。

【0024】

また、上記のシール構造では、前記第１円錐台部および前記第２円錐台部それぞれの前記外周面、並びに前記第１凹部および前記第２凹部それぞれの前記テーパー面の表面粗さが、ＪＩＳ規格のＢ０６０１に準拠した算術平均粗さ（Ｒａ）で１．６μｍ以下であることが好ましい。

【0025】

上記のシール構造においては、前記第１円錐台部および前記第２円錐台部それぞれのテーパー角度の加工公差を−２°／＋０°とし、前記第１凹部および前記第２凹部それぞれの前記テーパー面の領域のテーパー角度の加工公差を−０°／＋２°とすることが好ましい。

【発明の効果】

【0026】

本発明のシール構造によれば、先ず金属ブロックがメタル面接触によるシール部材として機能し、これに加え、第１、第２Ｏリングが弾性接触によるさらなるシール部材として機能するため、シール性能が向上し、充填ガスの圧力が９０ＭＰａを超えて高い場合であっても、充填ガスの漏出を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】従来の一般的なシール構造を示す模式図であり、同図（ａ）は各部材を分解した状態の断面図を示し、同図（ｂ）は各部材を組み付けた状態の断面図を示す。

【図2】特許文献１に記載される特殊なシール構造を示す模式図であり、同図（ａ）は各部材を分解した状態の断面図を示し、同図（ｂ）は各部材を組み付けた状態の断面図を示し、同図（ｃ）は同図（ａ）の要部拡大図を示す。

【図3】本発明の第１実施形態のシール構造を示す模式図であり、同図（ａ）は各部材を分解した状態の断面図を示し、同図（ｂ）は各部材を組み付けた状態の断面図を示し、同図（ｃ）は同図（ａ）の要部拡大図を示す。

【図4】本発明の第２実施形態のシール構造を示す模式図であり、同図（ａ）は各部材を分解した状態の断面図を示し、同図（ｂ）は各部材を組み付けた状態の断面図を示す。

【図5】本発明の第３実施形態のシール構造を示す模式図であり、同図（ａ）は各部材を分解した状態の断面図を示し、同図（ｂ）は各部材を組み付けた状態の断面図を示す。

【図6】実施例の試験結果として充填ガスの圧力と漏出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】

【0028】

以下に、本発明の高圧ガス容器のシール構造について、その実施形態を詳述する。

【0029】

＜第１実施形態＞
図３は、本発明の第１実施形態のシール構造を示す模式図であり、同図（ａ）は各部材を分解した状態の断面図を示し、同図（ｂ）は各部材を組み付けた状態の断面図を示し、同図（ｃ）は同図（ａ）の要部拡大図を示す。同図に示す第１実施形態のシール構造は、前記図２に示すシール構造の構成を基本としており、前記図２と共通するものには同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

【0030】

図３に示すように、第１実施形態のシール構造では、高圧ガス容器１の管台部４に付属品として接続管５が連設され、管台部４への接続管５の固定には袋ナット６が用いられる。管台部４と接続管５との間には、前記図２に示すシール構造と同様に、円柱部２１、第１円錐台部２２および第２円錐台部２３からなる金属ブロック２０が介在している。第１円錐台部２２は円柱部２１の一端からテーパー状に連なり、第２円錐台部２３は円柱部２１の他端からテーパー状に連なる。金属ブロック２０には、第１円錐台部２２、円柱部２１および第２円錐台部２３にわたり、軸心に沿って貫通孔２４が形成されている。

【0031】

金属ブロック２０の材質としては、極軟鋼、純鉄、銅、アルミニウム、チタンもしくはそれらの合金、またはステンレス鋼を採用することができる。

【0032】

また、円柱部２１の外周面には、第１円錐台部２２寄りの位置に円周方向にわたり第１円周溝２１ａが形成され、第２円錐台部２３寄りの位置に円周方向にわたり第２円周溝２１ｂが形成されている。第１円周溝２１ａには、弾性変形が可能なゴム製の第１Ｏリング２５が嵌め込まれ、第２円周溝２１ｂには、同じく弾性変形が可能なゴム製の第２Ｏリング２６が嵌め込まれる。第１、第２Ｏリング２５、２６の材質としては、合成ゴムを採用することができ、一般的にはＮＢＲと称されるニトリルゴム等が用いられる。

【0033】

さらに、第１実施形態では、第１円周溝２１ａには、第１Ｏリング２５の第２円錐台部２３側（第１円錐台部２２側とは反対側）に隣接して、第１Ｏリング２５よりも硬い樹脂製の第１バックアップリング２７が嵌め込まれている。第２円周溝２１ｂには、第２Ｏリング２６の第１円錐台部２２側（第２円錐台部２３側とは反対側）に隣接して、第２Ｏリング２６よりも硬い樹脂製の第２バックアップリング２８が嵌め込まれている。第１、第２バックアップリング２７、２８は、それぞれ、第１、第２Ｏリング２５、２６の過剰な変形を抑え、第１、第２円周溝２１ａ、２１ｂから第１、第２Ｏリング２５、２６が脱落するのを防止する役割を担う。第１、第２バックアップリング２７、２８の材質としては、硬質のフッ素樹脂を採用することができ、一般的にはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が用いられる。

【0034】

このように、円柱部２１には、第１円錐台部２２寄りに第１Ｏリング２５および第１バックアップリング２７が環装され、第２円錐台部２３寄りに第２Ｏリング２６および第２バックアップリング２８が環装されている。

【0035】

また、管台部４、接続管５には、そのような第１、第２Ｏリング２５、２６および第１、第２バックアップリング２７、２８を備えた金属ブロック２０を受け入れるために、それぞれ第１凹部３０、第２凹部４０が形成されている。

【0036】

管台部４に形成された第１凹部３０は、金属ブロック２０の第１円錐台部２２の全体を収容するテーパー面３１の領域、および円柱部２１の第１円錐台部２２側のほぼ半分を収容する円筒面３２の領域からなる。この第１凹部３０のテーパー面３１のテーパー角度α２は、金属ブロック２０の第１円錐台部２２のテーパー角度α１と一致している。円柱部２１の第１Ｏリング２５が環装された部分は、その第１凹部３０の円筒面３２の領域に収容される。

【0037】

一方、接続管５に形成された第２凹部４０は、金属ブロック２０の第２円錐台部２３の全体を収容するテーパー面４１の領域、および円柱部２１の第２円錐台部２３側のほぼ半分を収容する円筒面４２の領域からなる。この第２凹部４０のテーパー面４１のテーパー角度β２は、金属ブロック２０の第２円錐台部２３のテーパー角度β１と一致している。円柱部２１の第２Ｏリング２６が環装された部分は、その第２凹部４０の円筒面４２の領域に収容される。

【0038】

組み付けに際し、接続管５は、高圧ガス容器１の管台部４に先端に隣接して配置され、袋ナット６が被せられる。このとき、管台部４の第１凹部３０および接続管５の第２凹部４０には、第１、第２Ｏリング２５、２６および第１、第２バックアップリング２７、２８を備えた金属ブロック２０が挿入された状態にある。そして、袋ナット６が管台部４に締め付けられることにより、接続管５は金属ブロック２０を介在した状態で管台部４に向けて軸方向に押し付けられる。

【0039】

これにより、金属ブロック２０は、第１円錐台部２２の外周面が第１凹部３０のテーパー面３１に圧接するとともに、第２円錐台部２３の外周面が第２凹部４０のテーパー面４１に圧接した状態にされる。これと同時に、第１Ｏリング２５が弾性変形によって第１凹部３０の円筒面３２に接触するとともに、第２Ｏリング２６が弾性変形によって第２凹部４０の円筒面４２に接触した状態にされる。

【0040】

このような第１実施形態のシール構造によれば、先ず金属ブロック２０がシール部材として機能し、第１円錐台部２２の外周面と第１凹部３０のテーパー面３１とがテーパー形状でメタル面接触すると同時に、第２円錐台部２３の外周面と第２凹部４０のテーパー面４１とがテーパー形状でメタル面接触し、これらの接触面に押付け力集中させることにより、管台部４と接続管５との間の気密性が強力に保たれる。これに加え、第１、第２Ｏリング２５、２６がさらなるシール部材として機能し、第１Ｏリング２５と管台部４および金属ブロック２０との弾性接触、並びに第２Ｏリング２６と接続管５および金属ブロック２０との弾性接触により、上記のメタル面接触の下流側でも気密性が保たれる。このため、メタル面接触と弾性接触という二重のシールが形成されるので、シール性能が向上し、充填ガスの圧力が９０ＭＰａを超えて高い場合であっても、管台部４と接続管５との間からの充填ガスの漏出を確実に防止することができる。

【0041】

高圧ガス容器１の材質は、特に限定はないが、耐圧強度および耐腐食性に優れたクロムモリブデン鋼（例：ＪＩＳ規格のＳＣＭ４３５）やニッケルクロムモリブデン鋼（例：ＪＩＳ規格のＳＮＣＭ４３９）などの低合金鋼を採用することができる。また、金属ブロック２０および接続管５の材質も、特に限定はないが、充填ガスとして水素を用いる場合、水素脆化による影響の小さいステンレス鋼（例：ＪＩＳ規格のＳＵＳ３１６Ｌ）を採用することができる。

【0042】

ここで、メタル面接触によって充填ガスの漏出を防止するには、接続管５を管台部４に向けて軸方向に押し付けることに伴いその軸方向の押付け力によって、第１、第２円錐台部２２、２３の外周面と第１、第２凹部３０、４０のテーパー面３１、４１との各接触面に直角に作用する面圧（以下、「面接触力」という）が、少なくとも充填ガスの圧力を超えている必要がある。接続管５の押付け力は袋ナット６の締付けトルクに依存することから、面接触力の調整は、袋ナット６の締付けトルクを調整することで行える。そして、金属ブロック２０の第１、第２円錐台部２２、２３それぞれのテーパー角度α１、β１（第１、第２凹部３０、４０それぞれのテーパー面３１、４１のテーパー角度α２、β２）は、高圧ガス容器１、金属ブロック２０および接続管５の材質に応じて適宜設定される。

【0043】

もっとも、高圧ガス容器１（管台部４）の材質と接続管５の材質が異なり、高圧ガス容器１の材料強度と接続管５の材料強度が相違する場合、材料強度の低い方が、歪み量が大きくなり、充填ガスの漏出が生じ易い。このため、材料強度の低い方の面接触力を補完すべく、材料強度の低い方のテーパー角度は材料強度の高い方のテーパー角度よりも大きくすることが望ましい。

【0044】

具体的には、管台部４の材料強度が接続管５の材料強度よりも高い場合、材料強度の高い側の第１円錐台部２２のテーパー角度α１および第１凹部３０のテーパー面３１の領域のテーパー角度α２を、材料強度の低い側の第２円錐台部２３のテーパー角度β１および第２凹部４０のテーパー面４１の領域のテーパー角度β２よりも小さくする。例えば、前者のテーパー角度を３０°とし、後者のテーパー角度を４５°とする。これとは逆に、管台部４の材料強度が接続管５の材料強度よりも低い場合、材料強度の低い側の第１円錐台部２２のテーパー角度α１および第１凹部３０のテーパー面３１の領域のテーパー角度α２を、材料強度の高い側の第２円錐台部２３のテーパー角度β１および第２凹部４０のテーパー面４１の領域のテーパー角度β２よりも大きくする。例えば、前者のテーパー角度を４５°とし、後者の角度をテーパー３０°とする。

【0045】

また、第１、第２円錐台部２２、２３それぞれの外周面、および第１、第２凹部３０、４０それぞれのテーパー面３１、４１の表面粗さは、ＪＩＳ規格のＢ０６０１に準拠した算術平均粗さ（Ｒａ）で１．６μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、０．８μｍ以下である。上記の各面はメタル面接触の接触面であるため、その表面粗さが大き過ぎると充填ガスが透過して漏出してしまうからである。

【0046】

さらに、第１、第２円錐台部２２、２３それぞれのテーパー角度α１、β１の加工公差を−２°／＋０°とし、第１、第２凹部３０、４０それぞれのテーパー面３１、４１の領域のテーパー角度α２、β２の加工公差を−０°／＋２°とすることが好ましい。すなわち、組み付け前の状態で、第１円錐台部２２のテーパー角度α１は、第１凹部３０のテーパー面３１の領域のテーパー角度α２と同じにするか、それよりも小さくし、第２円錐台部２３のテーパー角度β１は、第２凹部４０のテーパー面４１の領域のテーパー角度β２と同じにするか、それよりも小さくしておく。第１、第２円錐台部２２、２３のテーパー角度α１、β１の方が大きいと、第１、第２円錐台部２２、２３が第１、第２凹部３０、４０の奥まで挿入されないため、第１、第２円錐台部２２、２３それぞれの外周面と、第１、第２凹部３０、４０それぞれのテーパー面３１、４１とのメタル面接触が不十分となるからである。

【0047】

＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態のシール構造を示す模式図であり、同図（ａ）は各部材を分解した状態の断面図を示し、同図（ｂ）は各部材を組み付けた状態の断面図を示す。同図に示す第２実施形態のシール構造は、前記図３に示す第１実施形態のシール構造の構成を変形したものである。

【0048】

図４に示すように、第２実施形態のシール構造では、高圧ガス容器１の管台部４に連設される付属品として、前記図３に示す接続管５に代え、止栓７を適用している。この止栓７に、前記第１実施形態と同様の第２凹部４０が形成されている。これにより、付属品として止栓７を用いる場合にも、管台部４と止栓７との間からの充填ガスの漏出を確実に防止することができる。なお、止栓７を用いる場合、金属ブロック２０には、第１円錐台部２２、円柱部２１および第２円錐台部２３にわたり、軸心に沿って貫通孔２４が形成されていなくても構わない。

【0049】

＜第３実施形態＞
図５は、本発明の第３実施形態のシール構造を示す模式図であり、同図（ａ）は各部材を分解した状態の断面図を示し、同図（ｂ）は各部材を組み付けた状態の断面図を示す。同図に示す第３実施形態のシール構造は、前記図３に示す第１実施形態のシール構造の構成を変形したものである。

【0050】

図５に示すように、第３実施形態のシール構造では、管台部４に接続管５を固定するのに、前記図３に示す袋ナット６に代え、フランジ形式を適用している。すなわち、管台部４の雄ねじ４ｂにフランジ８を取り付け、接続管５に押さえ用フランジ９を取り付け、フランジ８と押さえ用フランジ９とをボルト１０によって締結する。このようにフランジ形式による場合でも、接続管５は金属ブロック２０を介在した状態で管台部４に向けて軸方向に押し付けられるので、前記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

【0051】

もっとも、第３実施形態のシール構造でも、前記図３に示す接続管５に代え、前記第２実施形態と同様に止栓を用いても構わない。この場合、止栓に押さえ用フランジが取り付けられる。

【実施例】

【0052】

本発明のシール構造による効果を確認するため、下記の気密試験を実施した。

【0053】

［試験方法］
本発明例では、充填ガスとして透過性が高い水素ガスを用いる気密試験を行うこととした。このため、高圧ガス容器から管台部を切り出し、この管台部の先端に、前記図４（ｂ）に示すように止栓を袋ナットによって連設した、金属ブロックのメタル面接触および第１、第２Ｏリングの弾性接触によるシール構造のものを試験体とした。この試験体の管台部の後端にガス供給配管を連結し、このガス供給配管に、水素ガスを圧送するポンプと、水素ガスの圧力を計測する圧力計を接続した後、その試験体を試験用の耐圧チャンバー内に格納して外気から隔離した。

【0054】

そして、１個の試験体を準備し、この試験体に水素ガスを１０５ＭＰａの圧力になるまで段階的に送り込み、およそ１０ＭＰａ上昇する毎に、試験体（管台部と止栓の間）からの水素ガスの漏出有無を調査した。水素ガスの漏出有無の判断は、ガスクロマトグラフィ法により耐圧チャンバー内の水素ガスを検出することによって行った。なお、このように耐圧チャンバー内で試験を実施する理由は、爆発の危険性のある水素ガスを用いることから、安全上のためである。

【0055】

本発明例の試験に際し、管台部の材質はＳＣＭ４３５とし、止栓および金属ブロックの材質はＳＵＳ３１６Ｌとした。ＳＣＭ４３５とＳＵＳ３１６Ｌを比較すると、材料強度はＳＣＭ４３５の方が高いため、材料強度の高い管台部側の第１円錐台部および第１凹部のテーパー角度は３０°とし、材料強度の低い止栓側の第２円錐台部および第２凹部のテーパー角度はそれよりも大きい４５°とした。また、第１、第２Ｏリングの材質はＮＢＲとし、第１、第２バックアップリングの材質はＰＴＦＥとした。

【0056】

比較例では、充填ガスとして不燃性の窒素ガスを用いる気密試験を行うこととした。このため、管台部が鏡板部の両方に設けられた高圧ガス容器を用い、一方の管台部の先端に、前記図１に示すように接続管を袋ナットによって連設するとともに、他方の管台部の先端に、止栓を袋ナットによって連設した、金属Ｏリングの弾性接触によるシール構造のものを試験体とした。この試験体の接続管にガス供給配管を連結し、このガス供給配管に、窒素ガスを圧送するポンプと、窒素ガスの圧力を計測する圧力計を接続した。

【0057】

比較例の試験に際し、管台部（高圧ガス容器）の材質はＳＣＭ４３５またはＳＮＣＭ４３９とし、接続管、止栓および金属Ｏリングの材質はＳＵＳ３１６Ｌとした。また、高圧ガス容器は、容量が６０Ｌ（リットル）（ＳＮＣＭ４３９鋼製）のものと１００Ｌ（ＳＣＭ４３５鋼製）のものの２種類を用い、前者を比較例１とし、後者を比較例２とした。

【0058】

そして、比較例１（６０Ｌ容器）では、１１個の試験体を準備し、各試験体に窒素ガスを９０ＭＰａの圧力になるまで段階的に送り込み、比較例２（１００Ｌ容器）では、５個の試験体を準備し、各試験体に窒素ガスを７２ＭＰａの圧力になるまで段階的に送り込み、それぞれ圧力がおよそ１０ＭＰａ上昇する毎に、試験体（管台部と接続管の間）からの窒素ガスの漏出有無を調査した。窒素ガスの漏出有無の判断は、袋ナットに２箇所ずつ設けられたリークポートに検知液を注入し、気泡の発生有無を確認することによって行った。

【0059】

［評価方法］
本発明例、比較例１および比較例２のいずれもガスの漏出発生率を算出して評価した。本発明例でのガス漏出発生率は、１個の試験体について、ガスの漏出が認められた場合を１００（％）、認められなかった場合を０（％）で表示するものである。一方、比較例１でのガス漏出発生率は、１１個の試験体の計２２箇所のリークポートについて、ガスの漏出が認められたリークポートの数を全リークポート数で除して百分率（％）により表示するものである。同様に、比較例２でのガス漏出発生率は、５個の試験体の計１０箇所のリークポートについて、ガスの漏出が認められたリークポートの数を全リークポート数で除して百分率（％）により表示するものである。

【0060】

［試験結果］
図６は、実施例の試験結果として充填ガスの圧力と漏出発生率の関係を示す図である。同図に示すように、金属ブロックのメタル面接触および第１、第２Ｏリングの弾性接触によるシール構造の本発明例では、充填ガスが透過性の高い水素ガスであっても、圧力が９０ＭＰａを超える１０５ＭＰａまで全く漏出が発生しなかった。一方、金属Ｏリングの弾性接触によるシール構造の比較例１、２では、充填ガスの圧力が５０ＭＰａを超えたあたりから、漏出の発生が認められた。

【産業上の利用可能性】

【0061】

本発明のシール構造は、充填ガスの圧力が９０ＭＰａを超えて高い高圧ガス容器に有用である。

【符号の説明】

【0062】

１：高圧ガス容器、 ２：胴部、 ３：鏡板部、
４：管台部、 ４ａ：先端面、 ４ｂ：雄ねじ、
５：接続管、 ５ａ：端面、 ５ｂ：環状溝、
６：袋ナット、 ６ａ：リークポート、 ７：止栓、
８：フランジ、 ９：押さえ用フランジ、 １０：ボルト、
１１：金属Ｏリング、
２０：金属ブロック、 ２１：円柱部、
２１ａ：第１円周溝、 ２１ｂ：第２円周溝、
２２：第１円錐台部、 ２３：第２円錐台部、
２４：貫通孔、 ２５：第１Ｏリング、 ２６：第２Ｏリング、
２７：第１バックアップリング、 ２８：第２バックアップリング、
３０：第１凹部、 ３１：第１凹部のテーパー面、 ３２：第１凹部の円筒面、
４０：第２凹部、 ４１：第２凹部のテーパー面、 ４２：第２凹部の円筒面、
α１：第１円錐台部のテーパー角度、 β１：第２円錐台部のテーパー角度、
α２：第１凹部テーパー面の角度、 β２：第２凹部テーパー面の角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】