(57)【要約】【課題】  燃料電池の水素高圧系配管の締結部に配置されるシールリングであって、シール部の信頼性がゴム製のシールリングを用いる場合に比べて向上するシールリングの提供。【解決手段】（１）燃料電池の水素高圧系部品２０の締結部２１に配置されるシールリング１０であって、超弾性金属材料で構成されているシールリング１０。（２）シールリング１０の断面形状は矩形である。（３）シールリング１０の水素高圧系部品２０との接触面１２は、接触面１２の全体を水素高圧系部品２０のシールリング接触面２３と平行な平面で構成した場合よりも小とされている。（４）シールリング１０の断面形状は菱形である。（５）接触面１２は曲面とされている。（６）シールリング１０の接触面１２に溝部１１が形成されている。（７）溝部１１に液状ガスケット、グリスまたはゴムが配置されている。（８）シールリング１０は継ぎ目なしのリングからなる。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の水素高圧系部品の締結部に配置されるシールリングであって、
超弾性金属材料で構成されているシールリング。
【請求項２】
前記シールリングの断面形状は矩形である請求項１記載のシールリング。
【請求項３】
前記シールリングの前記水素高圧系部品との接触面は、該接触面の全体を前記水素高圧系部品のシールリング接触面と平行な平面で構成した場合よりも小とされている請求項１記載のシールリング。
【請求項４】
前記シールリングの断面形状は菱形である請求項３記載のシールリング。
【請求項５】
前記接触面は曲面とされている請求項３記載のシールリング。
【請求項６】
前記シールリングの前記接触面に溝部が形成されている請求項３記載のシールリング。
【請求項７】
前記溝部に液状ガスケット、グリスまたはゴムが配置されている請求項６記載のシールリング。
【請求項８】
前記シールリングは継ぎ目なしのリングからなる請求項１記載のシールリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の水素高圧系部品の締結部に配置されるシールリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池車等に使用される高圧水素タンクは非常に高圧のため配管締結部から水素が漏れないように細心の注意が払われている。シールにはゴム製のシールリングが用いられている。
【０００３】
しかし、従来のシールリングにはつぎの問題点がある。
燃料電池車の燃料として使用される水素は分子の大きさが小さく、また、高圧であるため、水素が配管締結部から漏れ易い。さらに、一般の車の寿命、高圧水素タンクの使用期間等を考慮して、シールリングは定期交換なしで長期（たとえば１５年以上）にわたって「漏れ」を防止できることが望ましい。しかし、ゴムは一般的に酸化劣化や温度変化による劣化など経時劣化要因が金属材料よりも多い。とくに、温度変化については、水素高圧系部品は水素充填時の断熱圧縮による温度上昇とその逆の放出時の断熱膨張による温度低下の熱サイクルを受けることがわかっており厳しい環境にある。このため、さらに良いシール方法が求められている。
【特許文献１】特開２００２−２４９８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする問題点は、燃料電池の水素高圧系部品の締結部に配置されるシールリングにゴム製のシールリングを用いていることである。
本発明の目的は、燃料電池の水素高圧系部品の締結部に配置されるシールリングであって、シール部の信頼性がゴム製のシールリングを用いる場合に比べて向上するシールリング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）  燃料電池の水素高圧系部品の締結部に配置されるシールリングであって、
超弾性金属材料で構成されているシールリング。
（２）  前記シールリングの断面形状は矩形である（１）記載のシールリング。
（３）  前記シールリングの前記水素高圧系部品との接触面は、該接触面の全体を前記水素高圧系部品のシールリング接触面と平行な平面で構成した場合よりも小とされている（１）記載のシールリング。
（４）  前記シールリングの断面形状は菱形である（３）記載のシールリング。
（５）  前記接触面は曲面とされている（３）記載のシールリング。
（６）  前記シールリングの前記接触面に溝部が形成されている（３）記載のシールリング。
（７）  前記溝部に液状ガスケット、グリスまたはゴムが配置されている（６）記載のシールリング。
（８）  前記シールリングは継ぎ目なしのリングからなる（１）記載のシールリング。
【発明の効果】
【０００６】
上記（１）のシールリングでは、超弾性金属材料を材料としているので、シール部の信頼性がゴム製のシールリングを用いる場合に比べて向上する。
上記（２）のシールリングでは、シールリングの断面形状が矩形であるので、板状の超弾性金属材料をリング状に打ち抜くだけで、継ぎ目無しのシールリングを成形できる。
上記（３）のシールリングでは、シールリングの水素高圧系部品との接触面が接触面の全体を水素高圧系部品のシールリング接触面と平行な平面で構成した場合よりも小とされているので、接触面の全体を平面で構成した場合に比べて、シールリングは変形し易くなり水素高圧系部品に密着し易くなる。
上記（４）のシールリングでは、シールリングの断面形状が菱形であるので、菱形の頂点（角部）を利用することで、シールリングと水素高圧系部品との接触面積を小にすることができる。
上記（５）のシールリングでは、シールリングの水素高圧系部品との接触面が曲面とされているので、シールリングと水素高圧系部品との接触面積を小にすることができる。
上記（６）のシールリングでは、シールリングの接触面に溝部が形成されているので、シールリングと水素高圧系部品との接触面積を小にすることができる。
上記（７）のシールリングでは、溝部にガスケット、グリスまたはゴムが配置されているので、ガスケット、グリスまたはゴムが配置されていない場合に比べてシール性が向上する。
上記（８）のシールリングでは、シールリングが継ぎ目なしのリングからなるので、継ぎ目がある場合に比べてシール性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明実施例１のシールリングを示しており、図２は、本発明実施例２のシールリングを示しており、図３は、本発明実施例３のシールリングを示しており、図４〜図６は、本発明実施例４のシールリングを示しており、図７は、本発明全実施例に適用可能な応力ひずみ線図を示している。
本発明全実施例にわたって共通する部分には、本発明全実施例にわたって同じ符号をふしてある。
まず、本発明全実施例にわたって共通する部分を説明する。
本発明実施例のシールリング１０は、燃料電池車等に搭載される図示略の燃料電池の水素高圧系部品２０の締結部２１に設けられる。
【０００８】
水素高圧系部品２０とは、圧力が１ＭＰａ以上であるようなガスの流路に設置された圧力制御弁や遮断弁、圧力センサー、温度センサー等の部品および、これらの部品を集合して配設する耐圧容器や更に流路である配管のことをいう。これら部品は本発明が対象とするガスシールを介して互いにねじ締結されている。
水素高圧系部品２０は、金属製である。互いに隣接し合う２つの水素高圧系接続部分２０ａ、２０ｂは、図１に示すように、締結部２１で締結される。２つの水素高圧系接続部分２０ａ、２０ｂは図示略の締結ネジ等を用いて締結される。２つの水素高圧系接続部分２０ａ、２０ｂが締結されたとき、図５に示すように、２つの水素高圧系接続部分２０ａ、２０ｂは、締結部２１同士で接触し合っている。
互いに隣接する２つの水素高圧系接続部分２０ａ、２０ｂの、いずれか少なくとも一方の締結部２１には、シールリング用溝２２が設けられている（図示例では、一方の水素高圧系接続部分２０ｂのみに設けられている場合を示している）。シールリング用溝２２は、接続部周方向に連続して延びている。
【０００９】
シールリング１０は、シールリング用溝２２に嵌められる。シールリング１０は、超弾性金属材料からなる。超弾性金属材料は、Ｔｉ合金が主体である。図７は、超弾性金属材料の応力ひずみ線図を一般金属材料と比較した図を示している。この図からわかるように、超弾性金属材料は、超弾性域（図７の囲まれた領域）で、ひずみ増加に対して応力がほとんど増加しない特性を有する。また、超弾性金属材料は、応力を下げると塑性変形せず弾性的に元に戻る性質がある。一般金属材料が大きなひずみを与えると塑性変形してしまうのに比べると、超弾性金属材料はゴムのような性質を持つ。超弾性金属材料の超弾性を示すひずみ量は数パーセントあり、シール材として実用可能である。この超弾性域でシールリング１０を変形させて締結面に密着させることができる。
【００１０】
シールリング１０は、継ぎ目無しのリングである。シールリング１０は、ゴムのように継ぎ目無しのリングを製作することは難しいので、板状の超弾性金属材料をリング状に打ち抜いて製作される。
シールリング１０の断面形状は、（ａ）図１に示すように矩形（正方形含む）であってもよく、（ｂ）図２に示すように菱形であってもよく、（ｃ）図３に示すように太鼓形（たる形）であってもよく、（ｄ）図４〜図６に示すように少なくとも一本（図示例では３本）の溝部１１が形成された形状であってもよい。
シールリング１０の断面形状が図１に示すような矩形である場合、シールリング１０の水素高圧系部品２０との接触面１２は、接触面１２の全体にわたって水素高圧系部品２０のシールリング接触面２３と平行である。シールリング１０の断面形状が図２〜図６に示すような形状である場合、接触面１２とシールリング接触面２３との接触面積は、接触面１２の全体をシールリング接触面２３と平行な平面で構成した場合（図１の場合）より小とされる。
【００１１】
ここで、本発明全実施例に共通する作用を説明する。
本発明実施例では、超弾性金属材料を材料としている。超弾性金属材料は、従来のゴム製シールリングと同じようなシール性が得られると同時に強靭性が高い。また超弾性域では超弾性金属材料のひずみ量の変動による応力変化がほとんど無いので水素高圧系部品２０の塑性変形や締結ねじのクリープなどによるひずみ量変化があっても、超弾性金属材料の密着力はほとんど変化せず耐圧性が変化しない。また、金属であるのでゴムよりも材料強度が高く、当然締め付け荷重も高く必然的に耐圧性がより高くなる。また、温度変化などの環境劣化要因もゴムに比べればはるかに少ない。したがって、シールリングがゴム製からなる場合に比べてシール部の信頼性が向上する。
また、シールリング１０が継ぎ目なしのリングからなるので、継ぎ目がある場合に比べてシール性が向上する。
【００１２】
つぎに、本発明各実施例に特有な部分を説明する。
[実施例１]（図１）
本発明実施例１では、シールリング１０の断面形状が矩形（正方形含む）であり、接触面１２が接触面１２の全体にわたってシールリング接触面２３と平行とされている場合を示している。
【００１３】
本発明実施例１では、シールリング１０の断面形状が矩形であるので、板状の超弾性金属材料をリング状に打ち抜くだけで、全周にわたって連続するシールリング１０を成形できる。
【００１４】
[実施例２]（図２）
本発明実施例２では、シールリング１０の断面形状が菱形であり、接触面１２とシールリング接触面２３との接触面積が接触面１２の全体をシールリング接触面２３と平行な平面で構成した場合（図１の場合）より小とされている場合を示している。
断面形状菱形のシールリング１０は、断面矩形のシールリングに加工（機械加工および／または成形加工）を施すことで成形される。
【００１５】
本発明実施例２では、接触面１２が接触面１２の全体をシールリング接触面２３と平行な平面で構成した場合よりも小とされているので、接触面１２の全体を平面で構成した場合に比べて、シールリング１０は変形し易くなりシールリング接触面２３に密着し易くなる。
また、シールリング２０の断面形状が菱形であるので、菱形の頂点（角部）を利用することで、接触面１２が接触面１２の全体をシールリング接触面２３と平行な平面で構成した場合に比べて、接触面１２とシールリング接触面２３との接触面積を小にすることができる。
【００１６】
[実施例３]（図３）
本発明実施例３では、シールリング１０の断面形状が太鼓形（たる形）であり接触面１２が曲面とされており、接触面１２とシールリング接触面２３との接触面積が接触面１２の全体をシールリング接触面２３と平行な平面で構成した場合（図１の場合）より小とされている場合を示している。
断面太鼓形（たる形）のシールリング１０は、断面矩形のシールリングに加工（機械加工および／または成形加工）を施すことで成形される。
【００１７】
本発明実施例３では、接触面１２が接触面１２の全体をシールリング接触面２３と平行な平面で構成した場合よりも小とされているので、接触面１２の全体を平面で構成した場合に比べて、シールリング１０は変形し易くなりシールリング接触面２３に密着し易くなる。
また、接触面１２が曲面とされているので、接触面１２が接触面１２の全体をシールリング接触面２３と平行な平面で構成した場合に比べて、接触面１２とシールリング接触面２３との接触面積を小にすることができる。
【００１８】
[実施例４]（図４〜図６）
本発明実施例４では、シールリング１０に少なくとも一本（望ましくは２本以上であり図示例では３本）の溝部１１が形成されており、接触面１２とシールリング接触面２３との接触面積が接触面１２の全体をシールリング接触面２３と平行な平面で構成した場合（図１の場合）より小とされている場合を示している。
溝部１１は、断面矩形のシールリングに加工（機械加工および／または成形加工）を施すことで成形される。溝部１１の断面形状は、図４に示すように矩形（正方形含む）であってもよく、図６に示すように台形（のこぎり形状）であってもよく、三角形であってもよい。
溝部１１には、微小な漏れを防ぐ補助的目的で、液状ガスケット（ＦＩＰＧ）もしくはゴム、グリスなどが配置されていてもよい。
【００１９】
本発明実施例４では、接触面１２が接触面１２の全体をシールリング接触面２３と平行な平面で構成した場合よりも小とされているので、接触面１２の全体を平面で構成した場合に比べて、シールリング１０は変形し易くなりシールリング接触面２３に密着し易くなる。
また、溝部１１が形成されているので、接触面１２が接触面１２の全体をシールリング接触面２３と平行な平面で構成した場合に比べて、接触面１２とシールリング接触面２３との接触面積を小にすることができる。
また、溝部１１にガスケット、グリスまたはゴムが配置されている場合には、ガスケット、グリスまたはゴムが配置されていない場合に比べてシール性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明実施例１のシールリングとその近傍を示す断面図である。
【図２】本発明実施例２のシールリングとその近傍を示す断面図である。
【図３】本発明実施例３のシールリングとその近傍を示す断面図である。
【図４】本発明実施例４のシールリングとその近傍を示す断面図であり、溝部断面形状が矩形とされている場合を示す断面図である。
【図５】図４の状態から水素高圧系接続部分を締結したときの断面図である。
【図６】本発明実施例４のシールリングとその近傍を示す断面図であり、溝部断面形状が台形とされている場合を示す断面図である。
【図７】本発明全実施例に適用可能な超弾性金属材料と一般金属材料との応力ひずみ線図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０  シールリング
１１  溝部
１２  接触面
２０  水素高圧系部品
２０ａ、２０ｂ  水素高圧系接続部分
２１  締結部
２２  シールリング用溝
２３  シールリング接触面
【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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