(57)【要約】【課題】バックアップリングとＯリングとを併用したシール機構の高圧シール性の向上を図る。【解決手段】シール機構１０は、シャフト２０のリング収容溝２２にＯリング４０とバックアップリング５０とを収容する。高圧環境下において、Ｏリング４０は、高圧側からの圧力を受けてバックアップリング５０の側に押されて圧縮されつつ、リング中央箇所をバックアップリング５０の当接部５１に当接させつつ、突出部５３の傾斜面５４にも当接して、この突出部５３を広げる。これにより、突出部５３は低圧側における隙間３３を塞ぐようにして広がってＯリング４０を受け止め、このＯリング４０が低圧側の隙間３３にはみ出ようとすることを防止する。この場合、突出部５３は当接部５１より硬質の弾性材料から形成したので、突出部５３はこの広がった形状をより確実に維持する。【選択図】図４
2009210113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する二つの部材の間をシールするシール機構であって、
前記二つの部材の少なくとも一方の部材に陥没形成されたシール収容溝に、圧縮可能な弾性材料からなる環状のシール部材と環状のバックアップリングとを、該バックアップリングが圧力の低い側に位置するようにして収容し、
前記バックアップリングは、
前記シール部材の中央箇所が当接する当接部と、該当接部の上下周縁で前記当接部と一体となり前記上下周縁の側から前記シール部材に向けて突出した突出部とを、圧縮による弾発程度が相違する硬軟の弾性材料から形成し、前記当接部を軟質の弾性材料で、前記突出部を硬質の弾性材料で各々形成している
シール機構。
【請求項２】
前記バックアップリングの突出部は、前記上下周縁を含む３方で前記当接部を取り囲んで前記上下周縁から突出する請求項１に記載のシール機構。
【請求項３】
前記シール部材は高圧ガスのシール用途に用いられるＯリングである請求項１または請求項２に記載のシール機構。
【請求項４】
圧縮可能な弾性材料からなる環状のシール部材と共にシール収容溝に収容して用いられる環状のバックアップリングであって、
前記シール収容溝に収容された際に前記シール部材の中央箇所が当接する当接部と、
該当接部の上下周縁で前記当接部と一体となり前記上下周縁の側から前記シール部材に向けて突出した突出部とを備え、
前記当接部と前記突出部とを圧縮による弾発程度が相違する硬軟の弾性材料から形成し、前記当接部を軟質の弾性材料にて形成し、前記突出部を硬質の弾性材料にて形成してなる
バックアップリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対向する二つの部材の間をシールするシール機構、特にシール収容溝に圧縮可能な弾性材料からなるシール部材とバックアップリングとを収容したシール機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のシール機構では、シール収容溝にシール部材とバックアップリングとを収容するに当たり、シール部材として一般的なＯリングの部材間へのはみ出しを抑制してシール性を高めることが提案されている（例えば、特許文献１等）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３３６８３５号公報
【特許文献２】特開平８−２００５０１号公報
【０００４】
これら特許文献では、ただ単にバックアップリングとＯリングを並べてシール収容溝に収容するだけではなく、バックアップリングの形状を工夫することで上記したＯリングのはみ出しを抑制している。
【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、近年では、例えば高圧タンクでのガスの充填効率を高めることが求められている。これは、燃料電池車両では、搭載する水素ガス等の燃料ガスの高圧タンクの充填効率が高くなれば、ガス充填量の増大により走行可能距離が伸びるためである。こうしたことから、シール機構には、より高圧環境下でのシール性確保が求められつつある。
【０００６】
本発明は、上記した課題を踏まえ、バックアップリングとＯリングとを併用したシール機構の高圧シール性の向上を図ることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。
【０００８】
[適用１：シール機構]
対向する二つの部材の間をシールするシール機構であって、
前記二つの部材の少なくとも一方の部材に陥没形成されたシール収容溝に、圧縮可能な弾性材料からなる環状のシール部材と環状のバックアップリングとを、該バックアップリングが圧力の低い側に位置するようにして収容し、
前記バックアップリングは、
前記シール部材の中央箇所が当接する当接部と、該当接部の上下周縁で前記当接部と一体となり前記上下周縁の側から前記シール部材に向けて突出した突出部とを、圧縮による弾発程度が相違する硬軟の弾性材料から形成し、前記当接部を軟質の弾性材料で、前記突出部を硬質の弾性材料で各々形成している
ことを要旨とする。
【０００９】
上記構成のシール機構では、シール収容溝に収容されたシール部材とバックアップリングのうち、バックアップリングは圧力の低い側に位置し、シール部材は圧力の高い側に位置する。こうした位置関係から、シール機構によるシールが高圧環境下となると、シール部材は、バックアップリングの側に押されてその中央箇所をバックアップリングの当接部に当接させ、当該当接部の上下周縁で当接部と一体となって上下周縁の側からシール部材に向けて突出した突出部にも当接して、この突出部を広げる。こうした突出部の広がりは、シール部材を受け止めて当該シール部材がシール対象の部材間の隙間にはみ出ようとすることを防止する。上記構成のシール機構では、この突出部を、当接部の上下周縁で当接部と一体とした上で、硬質の弾性材料から形成したので、上記のようにして広がった突出部の形状維持特性が高まる。このため、シール対象の部材間の隙間へのシール部材のはみ出し防止の実効性が高まるので、シール部材のはみ出し防止に基づくシール性をより高めることができる。この場合、硬軟の弾性材料を当接部と突出部とを形成するに際しては、同一の弾性材料とした上で硬質・軟質の弾性材料を用いたり、圧縮による弾発程度が相違する硬軟の異種類の弾性材料を用いることができる。
【００１０】
上記したシール機構は、次のような態様とすることができる。例えば、バックアップリングの突出部を、上下周縁を含む３方で当接部を取り囲んで上下周縁から突出するようにできる。こうすれば、当接部の上下周縁から突出したそれぞれの突出部の部位が当接部を挟んで繋がることから、当接部と突出部の剥離を起き難くできるので、高圧環境下でのシール性向上の実効性が高まる。
【００１１】
この他、シール部材は高圧ガスのシール用途に用いられるＯリングとすれば、バックアップリングとの併用が容易である。
【００１２】
[適用２：バックアップリング]
圧縮可能な弾性材料からなる環状のシール部材と共にシール収容溝に収容して用いられる環状のバックアップリングであって、
前記シール収容溝に収容された際に前記シール部材の中央箇所が当接する当接部と、
該当接部の上下周縁で前記当接部と一体となり前記上下周縁の側から前記シール部材に向けて突出した突出部とを備え、
前記当接部と前記突出部とを圧縮による弾発程度が相違する硬軟の弾性材料から形成し、前記当接部を軟質の弾性材料にて形成し、前記突出部を硬質の弾性材料にて形成してなる
ことを要旨とする。
【００１３】
上記構成のバックアップリングでは、環状のシール部材と共にシール収容溝に収容することで、上記したような高圧環境下での高いシール性を発揮できるシール機構を容易に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は本発明の実施例としてのシール機構１０におけるシールの様子を一部拡大して示す説明図、図２はシール機構１０に用いられるバックアップリング５０の構成を一部拡大して示す説明図、図３はＯリング４０をリング収容溝２２に収容する際のリングつぶし代等を説明する説明図である。
【００１５】
図示するように、本実施例のシール機構１０は、シャフト２０と、その装着対象の装着ボディ３０と、圧縮可能な弾性材料、例えばゴム材料からなるＯリング４０と、後述のバックアップリング５０とを備える。そして、このシール機構１０は、装着ボディ３０の挿入孔３２に挿入されて当該ボディと対向するシャフト２０と装着ボディ３０、詳しくはシャフト２０の外周面と装着ボディ３０の挿入孔３２の内周面との間を、Ｏリング４０とバックアップリング５０によりシールする。シャフト２０は、挿入孔３２に対する嵌め合い公差を考慮した外径とされ、その外周に陥没形成されたリング収容溝２２を備える。
【００１６】
このリング収容溝２２は、Ｏリング４０とバックアップリング５０とを並べて収容すること、Ｏリングを潰して圧縮した状態で収容することから、図３に示すようにリング収容溝２２の寸法を定めた。ここで、Ｏリング４０の直径をＤ、Ｏリング４０が接するリング収容溝２２の溝底面半径をＲ１、Ｏリング４０が接する挿入孔３２の半径をＲ２とする。そうすると、Ｏリング４０は、シャフト２０と装着ボディ３０をシールするに当たり、リング収容溝２２に収容された上で挿入孔３２に接することから潰されて圧縮されるので、その潰し率Ｈ（％）は次式で表される。
【００１７】
Ｈ＝（Ｄ−（Ｒ１−Ｒ２））／Ｄ  ｘ  １００
【００１８】
本実施例では、Ｏリング４０とバックアップリング５０によるシャフト２０と装着ボディ３０のシール耐性を５０〜７５ＭＰａ程度とするため、潰し率Ｈが３０％以上となるよう、Ｏリング４０の直径Ｄ、リング収容溝２２の溝底面半径Ｒ１および挿入孔３２の半径Ｒ２を定めた。
【００１９】
バックアップリング５０は、図２に詳細に示すように、中心軸方向断面における中央領域を凹状とし、当該凹状の部位を、Ｏリング４０の中央箇所が当接する当接部５１とする。この当接部５１は、単独で見れば断面矩形形状であり、上下周縁と一方側面（図２における左側側面）とを被覆部５２で取り囲まれている。この被覆部５２は、上記の上下周縁と一方側面とにおいて当接部５１と一体とされており、当接部上下周縁の側から突出した突出部５３を当接部５１を挟んで備える。突出部５３は、拡大図に示すように突出基部に顎部５３ａを備え、当接部５１はこの顎部５３ａにより押さえられている。
【００２０】
こうした構成のバックアップリング５０は、既存のバックアップリングとして常用される圧縮可能な弾性材料（例えばゴム材料）を用いて形成され、この弾性材料は、圧縮による弾発程度が相違する硬軟の弾性材料である。そして、バックアップリング５０では、当接部５１は軟質の弾性材料にて形成され、被覆部５２は突出部５３を含めて硬質の弾性材料にて形成されている。このように異なる材料にてバックアップリング５０を形成するには、金型を用いたいわゆる２色成形手法を取って当接部５１と被覆部５２とを、被覆部５２にて当接部５１を取り囲むようにするほか、当接部５１と被覆部５２とを予め形成し、その後に当接部５１を被覆部５２で取り囲むよう、一体とするようにもできる。本実施例では、当接部５１と突出部５３の形成に、同一のゴム材料、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）やシリコンゴムを用いることとし、加硫程度を調整することで同一のゴム材料でありながら圧縮による弾発程度が相違する硬軟の同一のゴム材料で形成するようにした。つまり、軟質のＥＰＤＭやシリコンゴムにて突出部５３を含む被覆部５２を形成し、軟質のＥＰＤＭやシリコンゴムにて当接部５１を形成した。
【００２１】
図１に戻り装着ボディ３０とシャフト２０のシールの様子について説明する。装着ボディ３０の挿入孔３２にシャフト２０を挿入した状態では、Ｏリング４０とバックアップリング５０とで高圧シールを図る都合上、シャフト２０の前後で圧力が相違する。例えば、図１における左側が高圧力側とすると、バックアップリング５０が圧力の低い側に位置し、Ｏリング４０が高圧側に位置するようするようにして、Ｏリング４０とバックアップリング５０がリング収容溝２２に収容される。この場合、バックアップリング５０は、リング収容溝２２の溝側面２２ａに被覆部５２が接するよう収容される。Ｏリング４０は、高圧側からの圧力を受けて、バックアップリング５０の側に移動していると共に、そのリング断面の中央箇所を当接部５１に当接させている。そして、Ｏリング４０は、既述した潰し率Ｈでリング収容溝２２において圧縮済みであることから、バックアップリング５０と相まって、シャフト２０と装着ボディ３０との間において、高圧シール性を発揮する。
【００２２】
次に、高圧環境下でのシール機構１０によるシールの様子について説明する。図４は高圧環境下でのＯリング４０とバックアップリング５０の挙動を模式的に説明する説明図である。例えば、シャフト２０と装着ボディ３０とが高圧タンクのバルブの構成材とすると、タンクへの高圧でのガス充填の過程、或いは既に規定の高圧力でのガス充填が完了した状態で、シール機構１０によるシールは高圧環境下に置かれることになる。
【００２３】
こうした高圧環境下では、Ｏリング４０は、図４に示すように高圧側からの圧力を受けてバックアップリング５０の側に押されて圧縮されつつ、リング中央箇所をバックアップリング５０の当接部５１に当接させる。この当接は、高圧環境下となる以前より強い力でなされるので、Ｏリング４０は、当接部５１の上下周縁から突出した突出部５３の傾斜面５４にも当接して、この突出部５３を広げる。この際、突出部５３は、低圧側における装着ボディ３０の挿入孔３２とシャフト２０との間の隙間３３を塞ぐようにして広がることから、こうして広がった突出部５３は、Ｏリング４０を受け止めてこのＯリング４０が低圧側の隙間３３にはみ出ようとすることを防止する。そして、本実施例のシール機構１０では、バックアップリング５０における突出部５３を、当接部５１の上下周縁で当接部５１と一体とした上で、既述したように硬質・軟質のＥＰＤＭやシリコンゴム等のゴム材料（弾性材料）から形成したので、上記のようにして広がった突出部５３の形状維持特性が高まる。このため、低圧側の隙間３３へのＯリング４０のはみ出しを高い実効性で奉仕できるので、Ｏリング４０のはみ出し防止に基づくシール性をより高めることができる。
【００２４】
しかも、本実施例のシール機構１０では、バックアップリング５０の突出部５３を被覆部５２と連続させて、この突出部５３と５２とで、当接部５１をその上下周縁を含む３方で取り囲むようにし、その上で、突出部５３を当接部５１の上下周縁から突出させた。よって、当接部５１の上下周縁から突出したそれぞれの突出部５３が当接部５１を挟んで繋がることから、当接部５１と突出部５３の剥離を起き難くできる。この結果、突出部５３の形状維持の信頼性が高まり、高圧環境下でのシール性向上の実効性も高まる。
【００２５】
また、本実施例では、バックアップリング５０と併用するＯリング４０を既存のものとできるので、簡便である。
【００２６】
次に、シール機構１０の変形例について説明する。図５は図１相当図であり装着ボディ３０の側にてシールを図る変形例のシール機構１０を示す説明図である。この変形例のシール機構１０では、シャフト２０が挿入される装着ボディ３０の挿入孔３２にリング収容溝２２を形成して、当該収容溝にＯリング４０とバックアップリング５０とを収容した。この図５に示す変形例のシール機構１０によっても、高い信頼性で高圧シールを図ることができる。
【００２７】
図６は他の変形例のシール機構１０を示す説明図、図７は図２相当図でありこの変形例で用いるバックアップリング５０Ａの構成を示す説明図である。この変形例のシール機構１０は、二つの部材を面接合した際にこの接合面にて高圧シールを図る点に特徴がある。図示するように、この変形例のシール機構１０では、上下に並べて接合される下ボディ６０と上ボディ７０とを備え、高圧側となる上下のボディの貫通孔６２、７２をボディ接合面でシールする。このため、下ボディ６０の上面に貫通孔６２を取り囲むよう環状に陥没形成されたリング収容溝２２を備える。そして、このシール機構１０は、上ボディ７０の下面を下ボディ６０の下面に接合させて、Ｏリング４０とバックアップリング５０Ａを、Ｏリング４０が高圧の貫通孔６２の側に位置するよう、リング収容溝２２に収容して高圧シールを図る。この場合、この変形例では、貫通孔６２の周囲で高圧シールを図るために、Ｏリング４０とバックアップリング５０とを貫通孔を取り囲むようにリング収容溝２２に収容する。よって、図７に示すように、バックアップリング５０Ａは、被覆部５２を外側に備えて突出部５３を中央側に向かせて、当接部５１の上下周縁から突出部５３を突出させている。この図６に示す変形例のシール機構１０によっても、高い信頼性で高圧シールを図ることができる。
【００２８】
以上、本発明の実施の形態を実施例にて説明したが、本発明は上記した実施例や変形例の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。例えば、上記の実施例では、当接部５１と突出部５３とを、同一のゴム材料（ＥＰＤＭやシリコンゴム等）でありながら圧縮による弾発程度が相違する硬軟の同一のゴム材料で形成したが、圧縮による弾発程度が相違する硬軟の異種類のゴム材料を用いて、当接部５１と突出部５３とをそれぞれ形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例としてのシール機構１０におけるシールの様子を一部拡大して示す説明図である。
【図２】シール機構１０に用いられるバックアップリング５０の構成を一部拡大して示す説明図である。
【図３】Ｏリング４０をリング収容溝２２に収容する際のリングつぶし代等を説明する説明図である。
【図４】高圧環境下でのＯリング４０とバックアップリング５０の挙動を模式的に説明する説明図である。
【図５】図１相当図であり装着ボディ３０の側にてシールを図る変形例のシール機構１０を示す説明図である。
【図６】他の変形例のシール機構１０を示す説明図である。
【図７】図２相当図であり他の変形例で用いるバックアップリング５０Ａの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０…シール機構
２０…シャフト
２２…リング収容溝
２２ａ…溝側面
３０…装着ボディ
３２…挿入孔
３３…隙間
４０…Ｏリング
５０…バックアップリング
５０Ａ…バックアップリング
５１…当接部
５２…被覆部
５３…突出部
５３ａ…顎部
５４…傾斜面
６０…下ボディ
６２…貫通孔
７０…上ボディ
【図１】
2009210113.tif 000003
【図２】
2009210113.tif 000004
【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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