(57)【要約】【課題】ガスや流体のリークが発生しにくいシール構造を提供することを目的とする。【解決手段】シール部材３００を介して第１の部材１００と第２の部材１００の接合面をシールするシール構造であって、前記シール部材３００を収納するために前記第１の部材の接合面に設けられた溝１１０を有し、前記溝１１０の側面１２０に凹部１２２が形成されている、シール構造。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シール部材を介して第１の部材と第２の部材の接合面をシールするシール構造であって、
前記シール部材を収納するために前記第１の部材の接合面に設けられた溝を有し、
前記溝の側面に凹部が形成されている、シール構造。
【請求項２】
請求項１に記載のシール構造において、
前記溝は、高圧側の側面と低圧側の側面とを有し、
前記凹部は、前記低圧側の側面に形成されている、シール構造。
【請求項３】
請求項２に記載のシール構造において、さらに、
前記凹部の底と前記低圧側の外部空間とをつなぐバイパス通路を備える、シール構造。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のシール構造において、
前記凹部の曲率と前記シール部材の曲率は、同じ大きさである、シール構造。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のシール構造において、
前記溝の側面は、前記凹部と前記接合面との間に、前記接合面に対して垂直な垂直側面有する、シール構造。
【請求項６】
請求項５に記載のシール構造において、
前記垂直側面と前記凹部との境界において、前記凹部を為す面と前記垂直側面との為す角が鈍角である、シール構造。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載にシール構造において、さらに、
前記溝の底面に、第２の凹部が形成されている、シール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール部材を用いたシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｏリングシール構造は、２つの部材の接合部において、ガスや流体のリークを抑制するために用いられている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６９７９２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、従来のＯリングシール構造は、高圧下で用いると、Ｏリングが溝から２つの部材の隙間にはみ出し、Ｏリングに亀裂が生じ、その結果、ガスや流体がリークするという問題があった。
【０００５】
本発明は上記課題の少なくとも１つを解決し、ガスや流体のリークが発生しにくい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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
シール部材を介して第１の部材と第２の部材の接合面をシールするシール構造であって、前記シール部材を収納するために前記第１の部材の接合面に設けられた溝を有し、前記溝の側面に凹部が形成されている、シール構造。
この適用例によれば、シール部材は、押されて溝の凹部に収まるので、溝から２つの部材の隙間にシール部材がはみ出しにくくなる。したがって、シール部材が損傷しにくく、ガスや流体のリークが発生しにくくすることが可能となる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載のシール構造において、前記溝は、高圧側の側面と低圧側の側面とを有し、前記凹部は、前記低圧側の側面に形成されている、シール構造。
シール部材は、高圧側から低圧側に押される。この適用例によれば、凹部は低圧側の側面にあるので、押されたシール部材を、凹部に収めることが可能となる。
【０００９】
［適用例３］
適用例２に記載のシール構造において、さらに、前記凹部の底と前記低圧側の外部空間とをつなぐバイパス通路を備える、シール構造。
この適用例によれば、凹部の底を低圧にできるので、シール部材は、凹部に収まりやすくなる。
【００１０】
［適用例４］
適用例１から適用例３のいずれかに記載のシール構造において、前記凹部の曲率と前記シール部材の曲率は、同じ大きさである、シール構造。
この適用例によれば、シール部材は凹部に収まるときに変形をしないので、シール部材が溝から２つの部材の隙間にはみ出しにくくなる。
【００１１】
［適用例５］
適用例１から適用例４のいずれかに記載のシール構造において、前記溝の側面は、前記凹部と前記接合面との間に、前記接合面に対して垂直な垂直側面有する、シール構造。
この適用例によれば、第１の部材からシール部材へのダメージを抑えることが可能となる。
【００１２】
［適用例６］
適用例５に記載のシール構造において、前記垂直側面と前記凹部との境界において、前記凹部を為す面と前記垂直側面との為す角が鈍角である、シール構造。
この適用例によれば、シール部材が傷つきにくい。
【００１３】
［適用例７］
適用例１から適用例６のいずれかに記載にシール構造において、さらに、前記溝の底面に、第２の凹部が形成されている、シール構造。
この適用例によれば、シール部材は、第２の凹部方向にも押されるので、溝から２つの部材の隙間にはみ出しにくくなる。
【００１４】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、シール構造の他、リーク抑制方法、様々な形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１の実施例：
図１は、２つの配管の接合部の構造を模式的に示す説明図である。図１（ａ）は、配管の方向と平行な面で切った断面図であり、図１（ｂ）は、２つの配管を図１（ａ）の下方から見た平面図である。図１には、２つの配管１００、２００と、Ｏリング３００と、ボルト４００と、ナット４１０とが表されている。２つの配管１００、２００は、フランジ１０５、２０５を有している。ボルト４００とナット４１０は、フランジ１０５、２０５において、２つの配管１００、２００を接合している。一方の配管１００の、配管２００との接合面１５０には、溝１１０が設けられている。Ｏリング３００は、溝１１０に収納されている。Ｏリング３００は、ボルト４００とナット４１０による締め付けにより、配管１００と配管２００の両方に接し、配管１００、２００を流れる流体のリークを抑制している。
【００１６】
図２は、Ｏリング近傍を詳しく説明する説明図である。図２（ａ）に示す実施例では、溝１１０は、接合面１５０に形成されている。溝１１０は、２つの側面１２０、１３０と底面１４０により形成されている。側面１２０は、低圧側の側面であり、側面１３０は、高圧側の側面である。低圧側の側面１２０には、凹部１２２が形成されている。溝１１０の内部には、Ｏリング３００が収納されている。Ｏリング３００は、配管１００内外の圧力差により生じる力Ｆにより、低圧側の側面１２０に押されている。ここで、側面１２０には、凹部１２２が形成されているため、Ｏリング３００の一部が、凹部１２２に嵌っている。また、Ｏリング３００の配管２００近傍の一部３０２は、配管１００と配管２００の隙間５００にはみ出ている。
【００１７】
図２（ｂ）は、比較例を示している。比較例では、側面１２０に凹部１２２が形成されていない点が異なる。Oリング３００は、側面１２０方向に押されて、押し潰されている。また、Ｏリング３００の配管２００近傍の一部３０２ｂは、配管１００と配管２００の隙間５００にはみ出ている。このとき、比較例における一部３０２ｂのはみ出しの大きさは、実施例における一部３０２のはみ出しの大きさよりも大きくなっている。すなわち、実施例の方が比較例よりＯリング３００が隙間５００にはみ出しにくい。したがって、Ｏリング３００に亀裂などの損傷が発生しにくく、ガスや流体のリークが発生しにくい。
【００１８】
実施例の方が比較例よりＯリング３００が隙間５００にはみ出しにくい理由については、明確にはわかっていないが、例えば、以下の理由が考えられる。（１）比較例では、図２（ｂ）に示すように、Ｏリング３００がＷ、Ｘ、Ｙの３点で支持されているのに対し、実施例では、図２（ａ）に示すように、Ｏリング３００が、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚの４点で支持されている。その結果、Ｏリング３００にかかる応力が分散する。（２）比較例では、圧力差により生じる力Ｆは、隙間５００方向への力Ｆ１に集中するのに対し、実施例では、圧力差により生じる力Ｆは、隙間５００方向への力Ｆ１と、凹部１２２方向への力Ｆ２に分散される。（３）Ｏリング３００が潰されて変形すると、その変形分は隙間５００方向に流れるが、実施例では、側面１２０に凹部１２２があるため、Ｏリング３００が変形しにくく、隙間５００方向に流れる変形分が少ない。
【００１９】
図３は、隙間５００と凹部１２２の間の構造を説明する説明図である。凹部１２２は、接合面１５０から長さＬ１の間隔を空けて形成されている。ここで接合面１５０と凹部１２２の間の部分を側面部分１２４（「垂直側面」とも呼ぶ）と呼ぶ。側面部分１２４の長さはＬ１である。ここで、側面部分１２４の長さが０であると、凹部１２２と接合面１５０の境目の形状が楔形となり、側面部分１２４がＯリング３００を傷つける恐れがあるが、本実施例では、側面部分１２４の長さがＬ１あるので、側面部分１２４がＯリングを傷つけにくい。したがって、ガスや流体のリークを発生しにくくすることが可能となる。また、凹部１２２と側面部分１２４の境界を点１２６と呼ぶ。点１２６において、凹部１２２と側面部分１２４の為す角θは鈍角となっていてもよい。これにより、本実施例では、点１２６において、Ｏリング３００を傷つきにくくすることが可能である。したがって、ガスや流体のリークを発生しにくくすることが可能である。なお、点１２６は、角が落ちて丸まった形状をしていてもよい。
【００２０】
以上、第１の実施例によれば、溝１１０の側面１２０に凹部１２２が形成されているので、Oリング３００が損傷しにくく、ガスや流体のリークを発生しにくくすることが可能となる。また、凹部１２２が形成されている側面は、低圧側の側面１２０であってもよい。
【００２１】
また、本実施例によれば、凹部１２２は、接合面１５０から長さＬ１の間隔を空けて形成されている。これにより、側面部分１２４がＯリングを傷つけにくい。したがって、ガスや流体のリークを発生しにくくすることが可能となる。さらに、本実施例では、点１２６において、凹部１２２と側面部分１２４の為す角θは鈍角となっている。これにより、点１２６において、Ｏリング３００を傷つきにくくすることが可能である。
【００２２】
第２の実施例：
図４は、第２の実施例の構成を示す説明図である。図４（ａ）は配管の方向と平行な面で切った断面図であり、図４（ｂ）は、配管１００を接合面５００方向から見た平面図である。第２の実施例は、凹部１２２の底と接合面１５０とをつなぐバイパス通路１６０を備えている点が第１の実施例と異なる。第２の実施例では、バイパス通路により、凹部１２２の底の圧力を下げることができる。Oリング３００を凹部１２２に逃がすことが容易になるので、Oリング３００の隙間５００へのはみ出しを抑えることが出来る。その結果、Oリングの亀裂等による損傷を抑制することが出来、ガスや流体のリークを発生しにくくすることが可能となる。
【００２３】
なお、バイパス通路１６０は、接合面１５０から斜めにドリルで穴を空けることにより、形成することが可能である。ここで、ドリルが接合面１５０で滑りやすい場合には、接合面１５０から垂直に浅い穴を掘り、当該穴からドリルで斜めの穴を空けることにより、バイパス通路１６０を形成することが可能である。
【００２４】
第３の実施例：
図５は、第３の実施例の構成を示す説明図である。第３の実施例は、溝１１０の底面１４０に第２の凹部１４２が形成されている点が第１の実施例と異なる。第３の実施例では、溝１１０の底面１４０に第２の凹部１４２が形成されているので、Ｏリング３００を第２の凹部１４２に逃がすことが可能となる。これにより、Oリング３００の隙間５００へのはみ出しを抑えることが可能となる。なお、Ｏリングシール構造では、Ｏリング３００につぶし代を与えることにより接触圧力を生じさせる。そして、Ｏリングシール構造の最大接触圧力はこの接触圧力に密閉すべき圧力を加えたものになる。したがって、底面１４０に第２の凹部１４２が形成されていても、第２の凹部１４２の大きさが、第２の凹部１４２とＯリング３００との間に接触圧力が生じるような大きさであれば、シールは可能である。
【００２５】
変形例：
図６は、凹部１２２の形状のバリエーションを示す説明図である。本実施例では、凹部１２２の形状が三角形（図６（ａ））であったが、他の形状であってもよい。例えば、図６（ｂ）に示す矩形、図６（ｃ）に示す台形、図６（ｄ）に示す円弧形であってもよい。なお、円弧形の場合には、円弧の曲率と、Ｏリングの曲率が同じであることが好ましい。こうすると、Ｏリング３００が凹部１２２に抑えられたときにＯリング３００が変形しにくいので、Oリング３００の隙間５００へのはみ出しを抑えることが出来る。
【００２６】
本実施例では、シール部材としてＯリング３００を用いたが、シール部材の形状は他の形状であってもよい。シール部材としては、Ｏリング３００の他に、例えば、Ｃリング、Ｄリング、Ｘリングなど様々な形状のシール部材を用いることが可能である。
【００２７】
本実施例では、バイパス通路１６０は、凹部１２２の底と接合面１５０とをつないでいるが、凹部１２２の底と配管１００の低圧側の外部とをつなぐ通路であれば、接合面１５０以外の場所であってもよい。
【００２８】
本実施例では、配管１００と配管２００の接合部を例にとり説明したが、例えば、配管と燃料電池の接合部、燃料電池のセパレータ膜電極接合体の接合部にも適用することが可能である。また、本実施例では、内部側が高圧になる場合を説明したが、逆に、内部側が低圧になる場合であっても用いることができる。例えば、上記説明した構造を、防水シールの構造として用いることも可能である。
【００２９】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】２つの配管の接合部の構造を模式的に示す説明図である。
【図２】Ｏリング近傍を詳しく説明する説明図である。
【図３】隙間５００と凹部１２２の間の構造を説明する説明図である。
【図４】第２の実施例の構成を示す説明図である。
【図５】第３の実施例の構成を示す説明図である。
【図６】凹部１２２の形状のバリエーションを示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１００…配管
１０５…フランジ
１１０…溝
１２０…側面
１２２…凹部
１２４…側面部分
１２６…点
１３０…側面
１４０…底面
１４２…第２の凹部
１５０…接合面
１６０…バイパス通路
２００…配管
３００…Ｏリング
３０２…一部
３０２ｂ…一部
４００…ボルト
４１０…ナット
５００…隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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