(57)【要約】【課題】  パーツの公差を（従来程度に）許容しつつも、（従来より）高いシール性を確保することが可能なシール装置とその製造方法の提供。【解決手段】  （１）目的変数であるシール装置のシール不良の大きさを説明変数であるシール装置の複数の構成条件から予測できる制御式を作成し、該制御式を用いて、シール装置にシール不良を起こさせないための目的変数の条件を満足する、シール装置の複数の構成条件の組を選択する選択工程と、該選択された組の構成条件を有するシール装置構成部材同士を組み合わせてシール装置を組立てる組立工程と、を有するシール装置の製造方法。（２）  シール装置のシール不良の大きさをシール装置の複数の構成条件から予測できる制御式を用いて、シール装置にシール不良を起こさせないための条件を満足する、シール装置の複数の構成条件の組を選択し、該選択された組の構成条件を有するシール装置構成部材同士で構成したシール装置。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的変数であるシール装置のシール不良の大きさを説明変数であるシール装置の複数の構成条件から予測できる制御式を作成し、該制御式を用いて、シール装置にシール不良を起こさせないための目的変数の条件を満足する、シール装置の複数の構成条件の組を選択する選択工程と、
該選択された組の構成条件を有するシール装置構成部材同士を組み合わせてシール装置を組立てる組立工程と、
を有するシール装置の製造方法。
【請求項２】
前記制御式を作成する工程の前に、前記シール装置のシール不良の発生要因から、前記制御式の説明変数を特定する説明変数特定工程を有する請求項１記載のシール装置の製造方法。
【請求項３】
前記制御式はシール装置のシール不良の大きさを目的変数としシール装置の複数の構成条件を説明変数とする重回帰式である請求項１または請求項２記載のシール装置の製造方法。
【請求項４】
前記シール装置構成部材は、燃料電池用水素タンクのライナー、アダプタ、シールリング、グリースの少なくとも１つを含んでいる請求項１〜３の何れか一項記載のシール装置の製造方法。
【請求項５】
目的変数であるシール装置のシール不良の大きさを説明変数であるシール装置の複数の構成条件から予測できる制御式を用いて、シール装置にシール不良を起こさせないための目的変数の条件を満足する、シール装置の複数の構成条件の組を選択し、該選択された組の構成条件を有するシール装置構成部材同士を組み合わせて構成したシール装置。
【請求項６】
前記シール装置構成部材は、燃料電池用水素タンクのライナー、アダプタ、シールリング、グリースの少なくとも１つを含んでいる請求項５記載のシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール装置とその製造方法に関し、たとえば、燃料電池用水素タンクの口金部のシール装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００２−３４９７９６号公報は、一般の高圧ガスを貯蔵するタンクの口金へのバルブ取付け構造とそのシールを開示している。
燃料電池（Fuel Cell,またはＦＣ）は、水素と酸素を反応させて電気を取り出す電気科学的発電機で、最後にできるものは水だけのため、クリーンな動力源として開発が進められている。水素の供給源の一つとして、高圧水素タンクが挙げられる。ＦＣ車あるいはＦＣＨＶ（ＨＶはHybrid Vehicle）に搭載される水素タンクは、航続距離向上のため、３５ＭＰａという高圧で水素を貯蔵する。
【特許文献１】特開２００２−３４９７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般の高圧ガスタンクを貯蔵するタンクでは、ガス洩れ防止の観点から口金およびバルブ間の高いシール性が要求される。一般の高圧ガスタンクをＦＣ用の水素タンクに利用する場合、水素が可燃性であること、ＦＣ用の水素タンクが３５ＭＰａという高圧であることを考慮すると、さらに高いシール性が要求される。                                  一般に、密閉するための部材の公差が小さいほどガス洩れを抑制することができるが、技術的または経済的な制約から、ある程度の公差は許容しなければならない。
【０００４】
本発明の目的は、パーツの公差を（従来程度に）許容しつつも、（従来より）高いシール性を確保することが可能なシール装置とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  目的変数であるシール装置のシール不良の大きさを説明変数であるシール装置の複数の構成条件から予測できる制御式を作成し、該制御式を用いて、シール装置にシール不良を起こさせないための目的変数の条件を満足する、シール装置の複数の構成条件の組を選択する選択工程と、
該選択された組の構成条件を有するシール装置構成部材同士を組み合わせてシール装置を組立てる組立工程と、
を有するシール装置の製造方法。
（２）  前記制御式を作成する工程の前に、前記シール装置のシール不良の発生要因から、前記制御式の説明変数を特定する説明変数特定工程を有する（１）記載のシール装置の製造方法。
（３）  前記制御式はシール装置のシール不良の大きさを目的変数としシール装置の複数の構成条件を説明変数とする重回帰式である（１）または（２）記載のシール装置の製造方法。
（４）  前記シール装置構成部材は、燃料電池用水素タンクのライナー、アダプタ、シールリング、グリースの少なくとも１つを含んでいる（１）〜（３）の何れかに記載のシール装置の製造方法。
（５）  目的変数であるシール装置のシール不良の大きさを説明変数であるシール装置の複数の構成条件から予測できる制御式を用いて、シール装置にシール不良を起こさせないための目的変数の条件を満足する、シール装置の複数の構成条件の組を選択し、該選択された組の構成条件を有するシール装置構成部材同士を組み合わせて構成したシール装置。
（６）  前記シール装置構成部材は、燃料電池用水素タンクのライナー、アダプタ、シールリング、グリースの少なくとも１つを含んでいる（５）記載のシール装置。
【発明の効果】
【０００６】
上記（１）〜（４）のシール装置の製造方法、上記（５）、（６）のシール装置によれば、シール装置の構成条件は従来通りでよく、シール装置構成部材同士の組み合わせを従来と変える（選択組み付けする）ことにより、シール装置にシール不良を起こさせないようにすることができる。したがって、パーツの公差を（従来程度に）許容しつつも、（従来より）高いシール性を確保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】
【０００７】
以下に、本発明のシール装置とその製造方法を、ＦＣ用水素タンクの場合を例にとって（ただし、ＦＣ用水素タンクに限るものではない）、図面を参照して説明する。
まず、タンク口金部の構造・工程の概要を図１、図２、図４を参照して説明する。
シール装置１は、Ｕカップリング２とＯリング３が、それぞれライナー４と締め代をもった二重の軸シール構造となっている。Ｕカップリング２は断面Ｕ字状のリング２ａとリング２ａのＵ字状断面の中に入れられた断面円形状のリング２ｂとからなり、リング２ａ、２ｂはゴムまたは樹脂からなる。
工程は、まずタンクボス５にライナー４を形成後、ライナー４の内径および口元面取り６の加工を行う。その後、アダプタ７にＵカップリング２とＯリング３をセットし（この際、両リング２、３に潤滑材を塗布）、タンクボス５にネジ込む。タンクボス５とアダプタ７は金属製で、たとえば、ＳＵＳである。ライナー４は樹脂で、たとえばポリエチレンである。
アダプタ７は別のシールリング１２でシールされてバルブ１１に取付けられている。１３はカーボンファイバー層、１４はプロテクタである。
【０００８】
本発明のシール装置（ＦＣ用水素タンクの実施例では、「シール装置」は「ＦＣ用水素タンクのタンクの口金のライナーとバルブのアダプタとの間のＵカップリングを含むシール装置）の製造方法（ＦＣ用水素タンクの実施例では、「製造方法」は、口金とアダプタとＵカップリングの、シール不良を起こさせない組を選択して、シール装置を組み立てる方法）は、
目的変数であるシール装置のシール不良（ＦＣ用水素タンクの実施例では、「シール不良」は「Ｕカップリングのちぎれ」）の大きさを説明変数であるシール装置の複数の構成条件（ＦＣ用水素タンクの実施例では、「シール装置の複数の構成条件」は「８つの単品精度（以下のＸ９、Ｘ１４、Ｘ１２、Ｘ１３、Ｘ１６、Ｘ２６、Ｘ２２、Ｘ１０）条件」）から予測できる制御式（ＦＣ用水素タンクの実施例では、Ｙ＝・・・の式）を作成し、該制御式を用いて、シール装置にシール不良を起こさせないための目的変数の条件（ＦＣ用水素タンクの実施例では、Ｕカップリングのちぎれの大きさを５段階に分け、点１を良品とし点５に向かって順に不良品とした場合、Ｙが２点以下という条件）を満足する、シール装置の複数の構成条件の組を選択する（ＦＣ用水素タンクの実施例では、タンクメーカー、バルブメーカー、Ｕカップリングメーカーから複数のパーツが納入された場合、ライナーの寸法精度、アダプタのＵカップリングの溝の寸法精度、Ｕカップリングの寸法精度を適当に組み合わせた場合にＹが２点以下となるようなライナーの寸法精度、アダプタのＵカップリングの溝の寸法精度、Ｕカップリングの寸法精度の組を選択する）選択工程と、
該選択された組の構成条件を有するシール装置構成部材（ＦＣ用水素タンクの実施例では、「シール装置構成部材」はライナー具備タンク、アダプタ具備バルブ、Ｕカップリングを含む）同士を組み合わせてシール装置を組立てる組立工程と、
を有する。
【０００９】
本発明のシール装置の製造方法は、制御式を導き出す工程の前に、シール装置のシール不良の発生要因（ＦＣ用水素タンクの実施例では、Ａ：ライナー面取りの大きさ、Ｂ：締め代の大きさ、Ｃ：Ｕカップリングの飛び出し量、Ｄ：グリース塗布量、Ｅ：Ｕカップリングの元々の亀裂、の５つの要因、とくに、Ａ、Ｂ、Ａ×Ｂの３つの要因）から、制御式の説明変数（ＦＣ用水素タンクの実施例では、Ｘ９、Ｘ１４、Ｘ１２、Ｘ１３、Ｘ１６、Ｘ２６、Ｘ２２、Ｘ１０）を特定する説明変数特定工程を有する。
制御式は、シール装置のシール不良の大きさＹを説明変数としシール装置の複数の構成条件を説明変数とする重回帰式である．
シール装置構成部材は、燃料電池用水素タンクのライナー４、アダプタ７、シールリング２、グリースの少なくとも１つを含んでいる。
【００１０】
本発明のシール装置の製造方法、および本発明のシール装置では、シール装置の構成条件は従来通りでよく、したがって、シール装置の各部の寸法精度は従来通りでよく、シール装置構成部材同士の組み合わせを従来と変える（Ｙが２点以下となるように組を選択して組み付けする）ことにより、シール装置にシール不良（Ｙが３以上がシール不良）を起こさせないようにすることができる。したがって、パーツの公差を（従来程度に）許容しつつも、（従来より）高いシール性を確保することが可能となる。
【００１１】
つぎに、シール装置１がＦＣ用水素タンクに適用された場合の本発明のシール装置１、その製造方法の実施例を説明する。
〔シール不良発生品の分解調査〕
水素洩れの発生したタンクを切断し、口金シール部の状況を観察した。結果、下部Ｕカップリング２がちぎれ（Ｕカップリング２は断面Ｕ字状のリング２ａの片側スカート部がちぎれる）、ちぎれ物９は上部Ｏリング溝部８に入り込んでいる。（図３）
同様の不具合発生状況をＮ（サンプル数）増し調査を行った。
以上より、水素洩れはＵカップリング２のちぎれに起因していることがわかった。水素洩れに至るまで流れを洩れ経路図を使ってまとめると、図４に示すようになる。
水素洩れに至るまでの流れ
ｉ）口金取付け時、Ｕカップリング２がちぎれる。
ii）ちぎれたゴム９がＯリング溝部８に入り、高圧シール面を阻害する。
iii)タンクボスとアダプタ間から水素洩れが生じる。
【００１２】
〔要因の絞り込み〕
イ．要因の洗い出し
水素洩れの原因であるＵカップリング２のちぎれの発生原因を洗い出してみた結果、つぎの５点に絞りこまれた。（図５）
１）ライナー面取りの大きさ
２）締め代の大きさ
３）Ｕカップリングの飛び出し量
４）グリース塗布量
５）Ｕカップリング元々の亀裂
ロ．発生要因の特定
固有技術による絞り込み結果を検証するため、「Ｌ27の直交実験」を実施した。特性値は「Ｕカップリングのちぎれの大きさ」（６人のパネラーによる評価の平均点）とし、各要因の水準は規格の中央値を境に前後へ振って実験を行った（図６）
分散分析の結果、主効果Ａ：ライナー面取りの大きさ、Ｂ：締め代の大きさ、および交互作用Ａ×Ｂの３つが有意となり、固有技術により絞り込んだ５つの要因から、さらに要因を特定することができた。
ここで、「Ｕカップリングのちぎれ」に影響する３つの要因についてわかったことを、母平均の推定グラフを使ってまとめておく。（図７）
【００１３】
〔要因解析〕
イ．製造管理項目の検討
分散結果から特定した「Ｕカップリングのちぎれ」に影響する３つの要因を、実際の製造工程で管理するための条件を検討することとした。
検討方法は、３つの要因に関連する各単品部品の寸法精度を説明変数（構成条件）とした重回帰分析である。なお、分析には直交実験のデータを用いた。
分析の結果、「Ｕカップリングのちぎれ」は、「８つの単品精度（以下のＸ９、Ｘ１４、Ｘ１２、Ｘ１３、Ｘ１６、Ｘ２６、Ｘ２２、Ｘ１０）の組合せでほぼ説明できる」ことが判明し、「Ｕカップリングのちぎれ」である「シール不良の大きさ」を目的変数Ｙとし、「８つの単品精度」である「構成条件」を説明変数とする、重回帰式からなるつぎの予測式（制御式ともいう）を得ることができた。
【００１４】
制御式（予測式）：
Ｙ＝−（ａ１）×（Ｘ９）＋（ａ２）×（Ｘ１４）＋（ａ３）×（Ｘ１２）
＋（ａ４）×（Ｘ１３）＋（ａ５）×（Ｘ１６）＋（ａ６）×（Ｘ２６）
＋（ａ７）×（Ｘ２２）＋（ａ８）×（Ｘ１０）＋定数
自由度調整済寄与率（予測確率）  Ｒ2 ＝０．７９
Ｙ    ：Ｕカップリング２のちぎれの大きさ（度合い、マグニチュード）
Ｘ９  ：面取り部６の直径
Ｘ１４：Ｕカップリング溝高さ
Ｘ１２：ライナー内径
Ｘ１３：Ｕカップリング２の溝底直径
Ｘ１６：ライナー４の内径同軸度
Ｘ２６：Ｕカップリング２の元々の亀裂
Ｘ２２：グリース塗布量
Ｘ１０：面取り直径同軸度
ａ１〜ａ８は係数で、実験において確定することができる値
各説明変数の影響度は図８に示す通りである。
【００１５】
ロ．制御式（予測式）の検証
制御式（予測式）の精度を検証するため、確認実験を実施した。
確認方法は、予測式に基づくシミュレーション（simulation）結果と確認実験による「Ｕカップリングちぎれ」の評価点に差がほぼ無いことを検証する方法をとった。
結果、シミュレーション通りの評価点を得ることができ、予測式は実質上十分な精度（７９％の精度）があることを確認できた。（図９）
【００１６】
〔メカニズムの解明〕
前述までの解析より、Ｕカップリングのちぎれの発生メカニズムをまとめると以下のようになる。
Ｕカップリングのちぎれには、つぎの（１）、（２）の２つのモードが存在する。
（１）「ライナー面取り径が小」
組み付け始めからＵカップリングが剪断されるようにちぎれる。（図１０のモード）
（２）「ライナー直径が大」＋「Ｕカップリング溝高さが大」＝「Ｕカップリング溝断面積が大」……（ｉ）
「Ｕカップリング溝底径が大」＝「Ｕカップリング飛び出し量が大」……（ii）
（ｉ）＋（ii）＝組み付け時にＵカップリングがめくれやすい……（iii ）
「Ｕカップリングに元々微小亀裂有り」……（iv）
（iii ）＋（iv）＝組み付け時にＵカップリングがめくれ、微小亀裂を起点に引きちぎられる。（図１１のモード）
【００１７】
〔対策〕
以上より、Ｕカップリングのちぎれに対して、制御式（予測式）に基づいた選択組み付けを採用し、Ｙ≦２を満足するような構造条件をもつパーツの組を選択し、その組のパーツ同士を組み立ててシール装置を製造する方法を本発明のシール装置の製造方法とした。また、この方法で製造したものを本発明のシール装置とした。
この対策をとった後は、シール装置１の不具合、水素洩れは発生していない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のシール装置とその製造方法が適用された水素タンクの一部を断面にして示した正面図である。
【図２】図１の二点鎖線で囲んだ部分の分解拡大断面図である。
【図３】従来の水素タンクの洩れ部位の分解拡大図である。
【図４】本発明が適用される（従来の）水素タンクの水素洩れ経路を示す断面図である。
【図５】水素洩れに影響する要因（諸元）を示すシール装置の断面図である。
【図６】Ｌ27直交実験のＵカップリングのちぎれの大きさ（１〜５点）と要因（Ａ〜Ｅ）を表にして示した図である。
【図７】Ｕカップリングのちぎれに影響する「３つの要因」Ａ、Ｂ、Ａ×Ｂの、母平均の推定図である。
【図８】重回帰分析を表にしてまとめた図である。
【図９】制御式（予測式）の検証結果を表にまとめた図である。
【図１０】Ｕカップリングのちぎれの２つの発生メカニズムの１つ目を示すＵカップリングとその近傍の断面図である。
【図１１】Ｕカップリングのちぎれの２つの発生メカニズムの２つ目を示すＵカップリングとその近傍の断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  シール装置
２  Ｕカップリング
２ａ  断面Ｕ字状のリング
２ｂ  断面円形状のリング
３  Ｏリング
４  ライナー
５  タンクボス
６  ライナー面取り部
７  アダプタ
８  Ｏリング溝部
９  Ｕカップリングちぎれ物
１０  Ｕカップリング溝
１１  バルブ
１２  シールリング
１３  カーボンファイバー層
１４  プロテクタ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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