(57)【要約】【課題】装置の組立てやメンテナンス時等において、フランジのシール溝から金属製のＯリングが脱落するのを防止すると共に高圧のガスを密封するのに好適な金属製Ｏリングを提供することを目的とする。【解決手段】金属製Ｏリング１の高圧となる内径側または外径側に貫通孔13を設け、シール本体10とは別部材であるワイヤー２を挿通係止する。金属製Ｏリング１の組付時、フランジ３の内径壁33にワイヤー２が弾発的に当接し、その摩擦力により金属製Ｏリング１の脱落防止を図る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のＯリングであって、Ｏリング本体のシール面以外の所定位置に形成された、少なくとも２つの貫通孔双方にワイヤーを挿通してなることを特徴とする金属製Ｏリング。
【請求項２】
前記２つの貫通孔は、Ｏリングの内径側または外径側のうち、高圧側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の金属製Ｏリング。
【請求項３】
前記２つの該貫通孔に挿通されるワイヤーは、Ｏリングの内径側または外径側のうち、高圧側に凸となる円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の金属製Ｏリング。
【請求項４】
内径壁及び外径壁を有するシール溝に装着される金属製Ｏリングのシール構造において、Ｏリングの外周面がシール溝の外周壁に円周状にほぼ均一に当接し、Ｏリング本体の内径側に設けた少なくとも２つの貫通孔双方に挿通されたワイヤーが、前記シール溝の内径壁に当接することで、前記Ｏリングがシール溝内に係止状に保持されてなることを特徴とする金属製Ｏリングのシール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ガスを密封する金属製Ｏリングおよびそのシール構造に関するものであり、特にシール部材の脱落が問題となる場合に有効な金属製Ｏリングおよびそのシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧ガスを密封するために、金属製Ｏリング等の金属シールが用いられている。金属シールが装着されるフランジ等は、その組立て時において、フランジのシール溝が常に上向状態に保たれているわけではなく、水平方向に傾けられたりした場合には、金属シールがフランジのシール溝から落下してしまい、フランジ等の組立てが煩わしいものとなっていた。
【０００３】
従来では、落下防止のためのシール構造として、以下に示す特許文献１には、全体形状が円形の金属製Ｏリングの一部に、装着するシール溝の円形状に合う範囲内で所定弦長さのストレート部を具備したものが開示されている。
【０００４】
すなわち、特許文献１に示される金属シールは、内径壁及び外径壁を有するシール溝に金属シールを装着すると、シール溝の内径壁にストレート部が弾発的に圧接し、その圧接による摩擦抵抗によって、フランジの組立て・修理・分解時においていずれの方向にシール溝が傾いても金属シールがシール溝から落下しないようにするものである。
【特許文献１】実開平７−１０６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、金属シールをさらに高圧の環境、例えば燃料電池の高圧水素ガス用として用いられるタンクのフランジ等で使用する場合、特許文献１に示された金属シールの使用は好ましくない。すなわち、金属シールのシール面は、高圧ガスを密封する場合には、そのシール面となる接触面の均一性が極めて重要になるが、特許文献１に示された金属シールでは、非常に高圧な流体を密封すると漏れが発生する恐れがある。
【０００６】
すなわち、金属シールは相手部材に挟持されると、金属シールが押圧により塑性変形して、金属シールと相手部材の境界面がシール面となるが、シール面が均一でない場合あるいは押圧による塑性変形が均一にならない場合には、流体漏れの原因となり、高圧の気体を密封する際には、その影響が顕著である。
【０００７】
特許文献１に記載の金属シールは、環状のシール本体にストレート部を設ける構成であるため、その境界部分で金属シール表面の均一性が低下しており、シール性が不均一となる問題が生じやすい。すなわち、円弧状部とストレート部との境界においては、境界部分において圧縮永久ひずみが小さく、境界以外の部分と挟持力（押圧力）に対する変形量が異なるため、均一なシール力が得られず、漏れの原因となる恐れがある。
【０００８】
また、高圧ガスを密封する場合、シール面が微小でも摺動することのないように、金属シールの固定状態が問題となる。そこで、金属シールの外周面をシール溝の外径面に均一に当接させることによって、高圧ガスの圧力が作用しても安定を保てるようにする必要があるが、特許文献１の金属シールはストレート部を設けているため、ストレート部のみシール溝の外径面に当接させることができず、高圧ガスが作用した場合に不安定になる可能性がある。
【０００９】
さらに、装置が小型化されるに伴い、金属シールも小型化されている現状においては、特許文献１のように金属シールにストレート部を形成するのは困難である。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、フランジ等の組立てやメンテナンス時において、シール溝から落下することを防止でき、さらに高圧ガスを密封可能な金属製Ｏリングおよびそのシール構造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】
【００１１】
すなわち、本発明では、金属製のＯリングにおいて、Ｏリング本体のシール面以外の所定位置に形成された、少なくとも２つの貫通孔双方にワイヤーを挿通してなることを特徴としており、前記２つの貫通孔は、内径側または外径側のうち、高圧となる側に形成され、該貫通孔に挿通されるワイヤーは、高圧側に凸となる弧状に形成されていることを特徴としている。
【００１２】
また、内径壁及び外径壁を有するシール溝に装着される金属製Ｏリングのシール構造において、Ｏリングの外周面がシール溝の外周壁に円周状にほぼ均一に当接し、Ｏリング本体の内径側に設けた少なくとも２つの貫通孔双方に挿通されたワイヤーが、前記シール溝の内径壁に当接することで、前記Ｏリングがシール溝内に係止状に保持されてなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属製Ｏリングが、貫通孔に挿通されたワイヤーによりシール溝の内径壁に弾発的に当接して固定されるため、シール溝をいかなる方向に向けても金属製Ｏリングがシール溝から落下するのを防止することができると共に、Ｏリングが小径になっても金属シール本来のシール性能を低下させずに落下防止を達成することができる。
【００１４】
また、金属製Ｏリングの外周面が、シール溝の外径面に沿って均一に当接するため、シール溝への装着状態を安定保持できると共に、密封流体の圧力の変動などによってシール面が動いたりせず、シール面が安定しているためシール性が向上し、高圧ガスに対して有効である。
【００１５】
さらに、金属製Ｏリングの高圧側に貫通孔を設けることで、貫通孔を通して、金属製Ｏリングの内部が高圧に保たれて、シール面の面圧が上昇するため、シール力が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態を図面に基づき以下に詳説する。
図１において、１は、本発明の金属製Ｏリング１を示す図であり、シール本体10とワイヤー２からなる金属シールである。
【００１７】
シール本体10は、アルミニウム、ステンレス鋼、鉄、銅などの金属材料で成形され、全体形状が円形である。その断面形状は、円形であり内部は中空状となっている。また、シール本体10の内周面11には、シール本体10の内部と内径側の外部を連通する貫通孔13を２箇所有している。この貫通孔13は、シール本体10がシールとして機能した場合、相手部材と干渉しない位置、すなわちシール面以外の箇所に設けられ、貫通孔13の開口径は、後述するワイヤー２の線径よりも十分大きくなるように設定している。
【００１８】
ワイヤー２は、インコネル等の硬質な金属製の線状体であり、シールを組込む前の自然状態において弾性変形可能である。ワイヤー２は、その長さが２つの挿通孔13間距離ａ（弦の長さ）よりも長尺であり、挿通孔13間を延長し、シール本体10内部からシール本体10の外周面に当接する距離ｂとした場合、少なくともａ＋（ｂ−ａ）／２よりも長尺に設定されているため、金属製Ｏリング１の自然状態において、ワイヤー２が挿通方向（ワイヤー軸方向）に移動しても、ワイヤー２のみが落下することはないようになっている。
【００１９】
また、ワイヤー２は、直線状に限らず直線状のワイヤー２を挿通孔13に挿通した後、円弧状に塑性変形させたものや、ワイヤー２の両端に釣り針のようなカエリをつけたものでもよい。円弧状に形成することで、シール本体が小径となってもワイヤー２を差し込みしやすくなり、カエリをつけることで、ワイヤー２のみがシール本体10から落下しにくくなる効果がある。
【００２０】
なお、実施例では、ワイヤー２の長さを距離ｂ以上とし、シール本体10の内径側に張出すように（内径側に凸となるように）、弾性変形させてシール本体10の貫通孔13に挿通状に差し込み固定されている。すなわち、ワイヤー２の復元力により貫通孔13の開口部に当接する摩擦力により支持されている。
【００２１】
図２は、金属製Ｏリング１をフランジ３のシール溝31に装着した図である。金属製Ｏリング１は、シール溝31に装着されると、シール本体10の内周面11とシール溝31の内径壁33が一定距離離間し、シール本体10の外周面12とシール溝31の外径壁32との間は、若干の隙間が存在しているが、押圧固定されることで均一に当接するように設計されている。
【００２２】
また、ワイヤー２は、シール溝31の内径壁33に弾発的に当接している。すなわち、貫通孔13に内径側に凸となるように係止されているワイヤー２は、金属製Ｏリング１をシール溝31に装着する際、そのまま装着するとフランジの内径部分に接触する。そのため、装着時にはワイヤー２を外径側に弾性変形または塑性変形させてシール溝31に装着する。その結果、弾性変形または塑性変形させられたワイヤー２が復元力を持つため、シール本体10は、外径側すなわちシール溝31の外径壁32に押圧されると共に、ワイヤー２とフランジ３の内径壁33との間に摩擦力が発生し、フランジ３がいずれの方向に向けられたとしても、金属製Ｏリング１はシール溝31内に装着係止される。
【００２３】
次に本発明の金属製Ｏリングを用いて高圧ガスを密封する場合について説明する。
本発明の金属製Ｏリング１をフランジ３のシール溝31へ装着する際には、シール本体10に取付けられたワイヤー２をフランジ内径側のシール溝31内径壁33に当接させ、さらにワイヤー２が外径側に変形するように押込みつつ、シール溝31の底面に金属製Ｏリング１が接するように装着する。
【００２４】
このとき、一度外径側に変形させられたワイヤー２が元の状態に戻ろうとする復元力により、内径壁33を押圧すると共に、シール本体10を外径側に押圧する力が働くため、ワイヤー２とシール溝31の内径壁33の摩擦力、およびシール本体10とシール溝31の外径壁32との摩擦力により、金属製Ｏリング１は、シール溝31内に装着固定される。したがって、フランジ３がいかなる方向に向けられたとしても、金属製Ｏリング１はシール溝31内に固定され、落下することはない。
【００２５】
金属製Ｏリング１をフランジ３に装着した後、蓋部材等（図示していない）で図２の紙面表側から押圧固定すると、金属製Ｏリング１は、シール溝31の底面と蓋部材とで挟持され、シール本体10とシール溝31の底面とが当接する面とシール本体10と蓋部材が当接する面とにシール面が形成されて、金属製Ｏリングの内径側と外径側とにシールできる。また、シール本体10の外周面12とシール溝31の外径壁32とが均一に当接することで金属製Ｏリング１は確実に固定される。
【００２６】
そして、フランジ３内径側に高圧ガスを封入させた場合には、高圧ガスはシール本体10にて密封され、金属製Ｏリング１の内径側が高圧に保たれる。また、高圧ガス導入時には、瞬時に金属製Ｏリング１に高圧力がかかるが、シール本体10の外周面12全体がシール溝31の外径壁32にほぼ均一に当接しているため、圧力がかかる瞬間にシール本体10自体が動くことがなく、高圧ガスの初期導入による漏れ等を防止することができる。
【００２７】
すなわち、シール面および外径壁32面の３面で金属製Ｏリング１を拘束しているため、高圧ガスの封入時だけではなく、振動、圧力変動もしくは熱膨張が生じた場合においても、シール面が動くことなく安定したシール性能を発揮することができる。
【００２８】
また、シール本体10の内周面11に形成された貫通孔13の開口径は、ワイヤー２の線径よりも十分大きく形成されている。そのため、シール本体10の内径側に高圧ガスが封入されると、貫通孔13からシール本体10の内部に高圧ガスが導入され、シール本体10の内部が高圧に保たれる。その結果、シール本体10内部から外部に押圧力により、シール面圧が上昇してシール力が向上する。したがって、内径側すなわち、貫通孔13側に高圧流体を密封することで、シール面圧を上昇させ、より強固に高圧流体を密封できることとなる。言い換えれば、貫通孔13を高圧側に設けることにより、この効果は得られることになる。
【００２９】
また、一度フランジ３に装着された後、フランジ部分の分解やメンテナンス、密封流体の入れ替えなどにより、適用用途において、密封空間が超高圧から低圧に変化する。このような圧力変動があった場合でも、本金属製Ｏリング１は、その外周面がシール溝31の外径壁32に均一に当接して固定されているため、圧力変動によるシール本体10の装着位置のずれによって、密封流体が外部に漏れることはない。
【００３０】
なお、実施例では、内径側に高圧ガスを密封することで内径側が高圧になる場合を示したが、内径側が真空状態であっても、シール溝31からの落下防止は達成できる。また、内径側を真空する場合において、埃や塵などの異物や不純物を嫌う場合や外径側の圧力を高く設定する場合には、図３に示すシール本体10の外径側に貫通孔13を形成し、ワイヤ２を備えた金属製Ｏリングとしてもよい。
【００３１】
図３に示される金属製Ｏリング１は、ワイヤー２が外径側に湾曲状に形成されて、貫通孔13に係止されており、フランジ３への装着時には、シール溝31の外径壁32にワイヤー２が弾発的に当接することで金属製Ｏリング１の落下を防止する。また、シール本体10の内周面11がフランジ３の内径壁33に均一に当接することでシール性能を安定させる。
【００３２】
このように構成することで、内径側を真空とする場合において、埃や塵などの異物や不純物を嫌う場合であっても、貫通孔13が外径側に形成されているため、異物等が内径側に混入することはなく、高真空度を保ってシールをすることができる。また、外圧を高くした場合には、高圧ガスが外径側に設けた貫通孔13から導入されるため、シール面圧が高くなってシール性が向上する。
【００３３】
なお、本実施例では、ワイヤー２が１本の場合を示したが、複数設ける構成としてもよく、また、シール溝31の内径壁33または外径壁32のうち、ワイヤー２が当接する部分に、ワイヤー２を係止できる切欠溝を設けることで、より確実にシールの落下を防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上説明したように、本発明の金属製Ｏリングとそのシール構造は、シール溝があらゆる方向で使用される場合に、シールの落下を防止できる点で有用であると共に、高圧の流体を密封する場合にも好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の金属製Ｏリングを示す図である。
【図２】本発明のシール構造を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    金属製Ｏリング
２    ワイヤー
３    フランジ
１０  シール本体
１１  内周面
１２  外周面
１３  貫通孔
３１  シール溝
３２  外径壁
３３  内径壁
【図１】
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【図２】
2005069298.tif 000004
【図３】
2005069298.tif 000005