(57)【要約】【課題】タンク部品の取付け時にシールされる部分が損傷することを抑制でき、シール性を確保できる、タンクとタンク部品との締結構造を課題とする。【解決手段】タンク（１）とタンク部品（４）との締結構造は、タンク部品（４）がタンク（１）の口金部（３）にねじ込まれることによりネジ締結されると共に、タンク部品（４）と口金部（３）との間がシール部材（７０）により軸シールされるものにおいて、タンク部品（４）と口金部（３）との間には、ネジ締結及び軸シールの軸線（Ｙ−Ｙ）上に実質的に軸心を有する軸受け（９０）が設けられているものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク部品がタンクの口金部にねじ込まれることによりネジ締結されると共に、当該タンク部品と当該口金部との間がシール部材により軸シールされる、タンクとタンク部品との締結構造において、
前記タンク部品と前記口金部との間には、前記ネジ締結及び前記軸シールの軸線上に軸心を有する軸受けが設けられている、タンクとタンク部品との締結構造。
【請求項２】
前記軸受けは、前記軸シールされる部分よりも前記ネジ締結される部分の近くに位置している、請求項１に記載のタンクとタンク部品との締結構造。
【請求項３】
前記軸シールされる部分は、前記ネジ締結される部分から見て、前記タンク部品のねじ込み方向の前方に位置し、
前記軸受けは、前記ネジ締結される部分から見て、前記タンク部品のねじ込み方向の後方に位置する、請求項１又は２に記載のタンクとタンク部品との締結構造。
【請求項４】
前記タンク部品は、ねじ込みの完了後に、前記タンクの口金部に着座するように構成されており、
前記軸受けは、前記着座される部分と前記ネジ締結される部分との間に位置している、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のタンクとタンク部品との締結構造。
【請求項５】
前記軸受けは、転がり軸受けである、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のタンクとタンク部品との締結構造。
【請求項６】
前記軸受けは、前記口金部に取り付けられている、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のタンクとタンク部品との締結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃料電池システムに搭載されるタンクとこれに締結されるタンク部品との締結構造に関し、特に、両者がネジ締結されてシールされる締結構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧縮天然ガスや水素ガスを高圧で貯留する容器として、高圧タンクの開発が進んでいる。高圧タンクは、タンク本体に金属性の口金部が設けられ、口金部の開口部に各種のタンク部品が取り付けられる（例えば、特許文献１ないし５参照。）。タンク部品としては、単なる栓体のみならず、バルブ等の配管要素を一体的に組み込んだ金属製のバルブアッセンブリが知られている。
【０００３】
上記いずれの特許文献も、バルブアッセンブリを口金部にねじ込むことでこれに取り付ける。具体的には、口金部の開口部にバルブアッセンブリを挿入して回転させ、口金部の内周面のめねじに、バルブアッセンブリのボディの外周面のおねじを螺合する。口金部には、めねじよりもねじ込み方向の前方の内周面にシール面が形成されており、このシール面に、バルブアッセンブリのボディに装着したＯリングが当接することで、口金部とバルブアッセンブリとの間が軸シールされる。また、ねじ込みの最終段階では、バルブアッセンブリの座面を口金部の座面に接触させた状態で増し締めし、これにより締付けトルクを付与して、おねじ・めねじの締付け軸力を確保する。
【特許文献１】特開２００５−２９１４３４号公報（図１）
【特許文献２】特開２００３−２４７６９６号公報
【特許文献３】特開２００４−３０８７９５号公報
【特許文献４】特開２００５−４８９１８号公報
【特許文献５】特開２００５−４８９１９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、口金部及びバルブアッセンブリとも機械加工品であるため、幾何公差の公差内でばらつき得る。例えば、口金部のめねじとバルブアッセンブリのおねじのガタによるズレや、座面とねじ部（めねじ又はおねじ）との直角度公差分のズレがある。これらのズレが大きいと、ねじ込みの最終段階で締付けトルクをかけた際に、バルブアッセンブリが傾いてシール面をかじるおそれがある。
【０００５】
具体的には、バルブアッセンブリが軸線方向から傾き、そのねじ込み方向前方の金属部分が口金部のシール面に接触して、シール面を傷付けるおそれがある。また、例えば点検のためにバルブアッセンブリを回転しながら取り外すと、シール面にらせん状の傷が付いてしまい、次の取付け時に、Ｏリングのシール性が低下するという問題もある。高圧ガスを対象とするタンクの場合には、ガス充填やガス放出に伴う大きな温度変化及び圧力変化にさらされるので、シール面の小さな傷でもガスが漏洩する原因になる。
【０００６】
もっとも、シール面とバルブアッセンブリのボディとの間のクリアランスを大きくすれば、シール面に傷がつくことを抑制できなくもない。しかし、クリアランスが大きいと、タンク内圧によりＯリングが取付け溝からはみ出し易くなり、シール性を低下するおそれがある。
【０００７】
本発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであり、タンク部品の取付け時にシールされる部分が損傷することを抑制でき、シール性を確保できる、タンクとタンク部品との締結構造を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するべく、本発明のタンクとタンク部品との締結構造は、タンク部品がタンクの口金部にねじ込まれることによりネジ締結されると共に、タンク部品と口金部との間がシール部材により軸シールされるものにおいて、タンク部品と口金部との間には、ネジ締結及び軸シールの軸線上に実質的に軸心を有する軸受けが設けられているものである。
【０００９】
かかる構成によれば、タンク部品又は口金部に加工上のばらつきがあっても、タンク部品を口金部にねじ込みながら取り付ける際に、軸受けによって、口金部に対しタンク部品を調芯できる。これにより、両者の加工上の誤差を吸収できるので、例えばネジ締結される部分のガタ等の影響を受ける可能性が少なくなり、軸シールされる部分で互いに干渉することを抑制できる。したがって、軸シールされる部分が傷つくことを抑制でき、シール性を損なうことなくタンク部品とタンクとをネジ締結できる。
【００１０】
好ましくは、軸受けは、軸シールされる部分よりもネジ締結される部分の近くに位置する。
【００１１】
かかる構成によれば、ネジ締結される部分の近くで調芯され得る。これにより、軸受けがネジ締結される部分に比較的遠い場合に比べて、ネジ締結される部分のガタ等の影響を受ける可能性がより一層低くなる。
【００１２】
好ましくは、軸シールされる部分は、ネジ締結される部分から見てタンク部品のねじ込み方向の前方に位置し、軸受けは、ネジ締結される部分から見てタンク部品のねじ込み方向の後方に位置する。
【００１３】
かかる構成によれば、ネジ締結される部分にタンク内圧が作用することを抑制できるので、この部分の締付け軸力を確保し得る。また、軸受けの位置を上記のようにしているので、ねじ込み方向の後方側の誤差を効果的に吸収でき、例えば締付けトルクをかけた場合に有用となる。
【００１４】
好ましくは、タンク部品は、ねじ込みの完了後にタンクの口金部に着座するように構成されており、軸受けは、着座される部分とネジ締結される部分との間に位置する。
【００１５】
かかる構成によれば、着座される部分とネジ締結される部分との間に加工上の誤差があっても、これらの間に軸受けが位置するので、この加工上の誤差を調芯により効果的に吸収できる。これにより、軸シールされる部分が傷つくことをより一層抑制できる。
【００１６】
好ましくは、軸受けは、転がり軸受けである。
【００１７】
一般に転がり軸受けは高温・低温特性が良好であるので、タンク内温度が広範囲で変動するタンクに対して有用となる。
【００１８】
好ましくは、軸受けは、口金部に取り付けられている。
【００１９】
かかる構成によれば、口金部にねじ込まれていくタンク部品を好適に軸支できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のタンクとタンク部品との締結構造によれば、タンク部品の取付け時にシールされる部分が損傷することを抑制でき、シール性を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係るタンクとタンク部品との締結構造について説明する。ここでは、タンクとして高圧タンクを、タンク部品としてバルブアッセンブリを例に説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る高圧タンクを搭載した燃料電池自動車を示す図である。
燃料電池自動車１００は、例えば３つの高圧タンク１を車体のリア部に搭載している。各高圧タンク１は、燃料電池システムの一部を構成し、ガス供給ライン１０２を通じて燃料電池１０４に燃料ガスを供給可能に構成されている。高圧タンク１に貯留される燃料ガスは、可燃性の高圧ガスであり、例えば圧縮天然ガス又は水素ガスである。なお、高圧タンク１は、燃料電池自動車のみならず、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両のほか、各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置型にも適用できる。
【００２３】
図２は、高圧タンク１の要部を示す断面図である。
高圧タンク１は、タンク本体２及び口金３を有すると共に、口金３にバルブアッセンブリ４（タンク部品）がねじ込み接続される。タンク本体２は、全体として密閉円筒状からなり、その内部は、燃料ガスを常圧よりも高い圧力（すなわち高圧）で貯留する貯留空間６を構成している。例えば３５ＭＰａあるいは７０ＭＰａの水素ガス、または２０ＭＰａの圧縮天然ガスが貯留空間６内に貯留される。以下では、高圧タンク１が貯留する高圧ガスとして水素ガスを例に説明する。
【００２４】
タンク本体２は、例えば、ガスバリア性を有する内側の樹脂ライナー１０（内殻）と、樹脂ライナー１０の外側を覆うＦＲＰからなるシェル１２（外殻）と、の二層構造を有している。なお、樹脂ライナー１０をアルミニウム等の金属製としてもよい。
【００２５】
口金３（口金部）は、タンク本体２の半球面状をした端壁部の中心に設けられている。口金３は、例えばステンレスなどの金属で形成されており、好ましくはアルミニウムで形成されている。口金３は、タンク本体２の長手方向の一端部又は両端部に設けられ、例えばインサート成形によりタンク本体２と一体成形される。
【００２６】
口金３は、タンク本体２の軸線Ｙ−Ｙ上に軸心を有する開口部３０を備えている。開口部３０の内周面にはめねじ３１が形成されると共に、めねじ３１よりもタンク本体２内側の内周面にはシール面３２が形成されている。めねじ３１は、バルブアッセンブリ４が口金３にネジ締結される部分である。このネジ締結の軸線は、タンク本体２の軸線Ｙ−Ｙに合致する。
【００２７】
シール面３２は、バルブアッセンブリ４が口金３に軸シールされる部分であり、後述するシール部材７０、７１に当接される。シール面３２を内周面としてなる円筒状のシール部３３は、めねじ３１を内周面としてなるネジ部３４に連続している。シール面３２は、例えば一定の内径からなり、逆テーパ面３５を介してめねじ３１に連なっている。このため、シール面３２の内径は、めねじ３１の有効径よりも小さくなっている。
【００２８】
着座部３６は、ネジ部３４に連続しており、タンク本体２外にまで延出されている。着座部３６は、バルブアッセンブリ４が着座する環状の座面３７と、座面３７と直角に連なる円筒状の内壁面３８と、を有している。内壁面３８は、めねじ３１に連なっている。したがって、開口部３０の内周面は、ねじ込み方向の前方側から後方側にかけて順番に、シール面３２、逆テーパ面３５、めねじ３１、及び内壁面３８を連ねて構成されており、これらの軸線は軸線Ｙ−Ｙ上に合致する。
【００２９】
ここで、ねじ込み方向とは、バルブアッセンブリ４が口金３にねじ込まれて挿入されていく方向をいう。ねじ込み方向は、バルブアッセンブリ４の挿入方向と換言することもでき、軸線Ｙ−Ｙ方向と合致する。ねじ込み方向の前方とは、バルブアッセンブリ４が螺進して口金３へのねじ込み接続が進行する方向をいい、図２では右方向となる。一方、ねじ込み方向の後方とは、バルブアッセンブリ４が螺退して口金３から取り外される方向をいい、図２では左方向となる。
【００３０】
バルブアッセンブリ４は、開口部３０にねじ込まれることにより、口金３にネジ締結されると共に、口金３との間をシール部材７０、７１によりシールされる。バルブアッセンブリ４は、１以上のバルブを有するものであり、バルブや継手等の配管要素を一体的に組み込んだものである。バルブアッセンブリ４に含まれるバルブとしては、例えば、ガス放出のための遮断弁、遮断弁に直列に配置された調圧弁、ガス充填のための充填弁、リリーフ弁などが挙げられる。また、バルブアッセンブリ４は、圧力センサや温度センサなどの検出要素を有してもよい。
【００３１】
本発明の請求項にいう「タンク部品」とは、上記のようなバルブを１以上有するバルブアッセンブリ４、単一のバルブ、継手などの配管要素、ガス流路を構成する配管、センサ等の検出要素、及び栓体などを包含する概念である。
【００３２】
貯留空間６の水素ガスは、バルブアッセンブリ４の遮断弁及び調圧弁を経て外部のガス供給ライン１０２へと放出（供給）され、燃料電池１０４に供給される。一方、貯留空間６への水素ガスの充填は、例えば水素ステーションにおける外部のガス充填ラインからバルブアッセンブリ４のガス流路や充填弁を経ることで行われる。
【００３３】
バルブアッセンブリ４は、例えばステンレスなどの金属、好ましくはアルミニウムで形成されたバルブボデー４０を有している。バルブボデー４０は、タンク本体２外に位置する着座部４１と、タンク本体２内に位置する本体部４２と、で一体に構成されている。着座部４１及び本体部４２の内部に、上記したガス流路や遮断弁等が形成され、もしくは設けられている。
【００３４】
着座部４１は、座面３７に平行に対向する環状の座面４１ａを有している。座面４１ａは、ねじ込み接続完了後に、座面３７に着座するように面接触する。座面４１ａと座面３７とを接触した状態で、バルブアッセンブリ４を増し締めすることで、ネジ締結される部分に締付け軸力が作用する。
【００３５】
本体部４２は、全体として円柱状からなる。本体部４２の外周面には、めねじ３１に螺合するおねじ５１が形成されていると共に、おねじ５１よりもねじ込み方向の前方に二つの取付け溝５２，５３が形成されている。おねじ５１とめねじ３１との螺合態様は、例えばストレート接続である。本体部４２は、シール部３３内に挿入されて二重シールに供されるシール部５５と、シール部５５に連続して上記のおねじ５１を有するネジ部と、を備えている。
【００３６】
シール部５５の外周面６１は、環状の取付け溝５２、５３をねじ込み方向に離間して有している。取付け溝５２、５３には、それぞれ、シール部材７０，７１及びバックアップリング８０，８１が装着されている。バックアップリング８０，８１は、それぞれ、対応するシール部材７０、７１の低圧側（ねじ込み方向の後方側）に位置し且つ隣接している。
【００３７】
シール部材７０，７１は、所定のつぶししろを有するＯリングからなり、シール面３２に当接可能に構成されている。シール部材７０，７１は、口金３とバルブアッセンブリ４との間の隙間、より詳細にはシール面３２と外周面６１との間のクリアランスをふさぎ、両者の間を軸シールする。このクリアランスは、シール部材７０，７１がタンク内圧によりはみ出さないような寸法になっており、その寸法は、例えば０．０１ｍｍ以下である。
【００３８】
シール部材７０、７１の材質は、例えば、ＩＩＲ（ブチルゴム）、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレンゴム）、シリコーンゴムを用いることができる。シール部材７０、７１は、高圧タンク１内の環境温度の変化を考慮すると、シール特性が互いに異なることが好ましい。例えば、シール部材７０は比較的低温環境下でも弾性が低下しないシリコーンゴムで形成され、シール部材７１はシリコーンゴムよりもガス透過性が低いＥＰＤＭで形成されることが好ましい。こうすることで、高圧タンク１内の温度が例えば−６０℃〜１００℃の範囲で変化しても全体としてシール性を確保できる。なお、シール部材７０，７１として、リップパッキンやガスケットなどを用いてもよいし、一方を省略しても良い。
【００３９】
本実施形態では、口金３とバルブアッセンブリ４との間に、軸受け９０が設けられている。軸受け９０は、滑り軸受け及び転がり軸受けのいずれも適用できるが、ここでは転がり軸受けで構成されている。軸受け９０は、周知のものを用いることができる。
【００４０】
例えば図３に示すように、軸受け９０は、内輪９１、外輪９２、転動体９３、及び転動体９３を保持する保持器を備えている。軸受け９０は、口金３の内壁面３８の取付け部にアウターリング９１を固定することで、口金３に設けられる。なお、他の実施態様では、軸受け９０をバルブアッセンブリ４に取り付けても良い。
【００４１】
軸受け９０の軸心、すなわち内輪９１及び外輪９２の軸心は、ネジ締結及び軸シールの軸線Ｙ−Ｙ上に位置している。ここで、ネジ締結の軸線とは、めねじ３１及びおねじ５１からなるネジ締結される部分の軸線をいう。また、軸シールの軸線とは、シール面３２及びシール部５５からなり、シール部材（７０，８０）により軸シールされる部分の軸線をいう。
【００４２】
軸受け９０の位置は、口金３とバルブアッセンブリ４との間であれば限定されるものではないが、好ましくは、めねじ３１の近傍であるとよく、より好ましくはめねじ３１よりもねじ込み方向の後方側の近傍であるとよい。最も好ましい態様では、軸受け９０は、座面３７及び座面４１ａからなる着座される部分と、ネジ締結される部分との間に位置し、しかもネジ締結される部分の近傍に位置するとよい。
【００４３】
ここで、本実施形態の作用効果について説明する。
バルブアッセンブリ４を口金３にねじ込み接続する過程では、バルブアッセンブリ４は軸受け９０で軸支されながら開口部３０の奥へと挿入されていく。このため、バルブアッセンブリ４は、開口部３０内で軸受け９０により調芯される。その後、座面４１ａと座面３７とを接触させる。そして、この接触状態から更にバルブアッセンブリ４をねじ込む、つまりねじ込みの最終段階で締付けトルクをかけて、めねじ３１及びおねじ５１による締結部分に締付け軸力を作用させる。
【００４４】
この締付けトルク付加時も、軸受け９０によりバルブアッセンブリ４が口金３に対して調芯される。これにより、例えば、めねじ３１とおねじ５１との間のガタによるズレ、めねじ３１と座面３７との直角度公差分のズレ、おねじ５１と座面４１ａとのズレなど、バルブアッセンブリ４及び口金３の仕上がり寸法のばらつきや幾何公差の公差内のばらつきがあっても、軸受け９０によりこのバラツキを吸収できる。
【００４５】
したがって、本実施形態によれば、ねじ込みの最終段階で締付けトルクをかけた際にも、上記の加工上のばらつきの影響を受ける可能性が少なくなり、バルブアッセンブリ４のシール部５５が傾いてシール面３２をかじることを回避できる。よって、バルブアッセンブリ４の取付け時に、シール面３２が傷つくことを抑制できると共に、取り外し時にもシール面３２にらせん状の傷を付けることを抑制できる。ゆえに、シール部材７０，７１がはみ出さないようなクリアランスを保ちつつ、シール性を適切に確保でき、高圧タンク１からの水素ガスのリークを抑制できる。
【００４６】
他の実施態様では、軸受け９０に代えて樹脂製リングを用いることもできる。この場合には、上記の調芯効果に加えて、バルブアッセンブリ４と口金３との間をバックアップ的に軸シールする機能も奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施形態に係るタンクを搭載した燃料電池自動車を示す図である。
【図２】実施形態に係るタンクとバルブアッセンブリとの締結構造の要部を示す断面図である。
【図３】実施形態に係る軸受けを示す平面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：高圧タンク、２：タンク本体、３：口金、４：バルブアッセンブリ（タンク部品）、６：貯留空間、３１：めねじ、３２：シール面、３７：座面、４１ａ：座面、５１：おねじ、５５：挿入部、７０：シール部材、７１：シール部材、９０：軸受け、Ｙ−Ｙ：軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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