圧力容器の支持構造および車両

【課題】圧力容器が受ける衝撃に起因する圧力容器およびブラケットに対する荷重を緩衝し、負荷を軽減する。
【解決手段】圧力容器１０ａと、圧力容器１０ａの軸方向の両端部分をそれぞれ保持し、サイドメンバ１１０ａ，１１０ｂに取り付けるためのブラケット３０，４０とを備える。ブラケット３０，４０が、取り付け部３４，４４と、保持部と、圧力容器１０ａへの押圧力の入力に応じて、取り付け部３４，４４とサイドメンバ１１０ａ，１１０ｂとの接触部分が互いに摺動するようにブラケット３０，４０をそれぞれ移動させ、ブラケット３０，４０の移動に伴い圧力容器１０ａをサイドメンバ１１０ａ，１１０ｂに対して回転させる圧力容器回転機構と、をそれぞれ含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力容器の支持構造および車両に関し、特に、流体を圧縮して貯留し得る圧力容器の支持構造、および該支持構造を用いて圧力容器を支持し、搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、天然ガスや水素ガスなどの常温常圧では気体の物質を高圧で圧縮し、充填した高圧タンクなどの圧力容器が知られている。天然ガス自動車や燃料電池自動車などの車両には、燃料となる天然ガスや水素ガスなどに圧力を付加して充填し、貯留した圧力容器が搭載される。車両に搭載する圧力容器には、一般に、燃費の向上などのために軽量化が望まれており、このため、例えば炭素繊維強化プラスティック（ＣＦＲＰ）やガラス繊維強化プラスティック（ＧＦＲＰ）などの繊維強化プラスティック（ＦＲＰ）製の圧力容器が好適に採用されている。
【０００３】
図６に例示する圧力容器１０は、中空形状のライナ１２と、ライナ１２の外周部分を被覆する繊維強化樹脂層（ＦＲＰ層）１４とを備え、構成されている。圧力容器１０の端部にはまた、少なくとも一つの口金部１６を有する。口金部１６は、ここでは図示しないバルブを接続可能に構成されており、このバルブの開閉動作により圧力容器１０の内外への高圧流体の流通を制御することができる。ライナ１２には、例えば、６−ナイロン、６，６−ナイロンなどのナイロン樹脂やポリプロピレン樹脂などの高いガスバリア性を有する熱可塑性樹脂に、必要に応じてエラストマーを添加して構成される。
【０００４】
繊維強化樹脂層１４は一般に、例えばガラス繊維、炭素繊維、ケブラ繊維などからなる、長く連続した糸状の繊維を複数束ねた繊維束（フィラメント）に、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂を含む樹脂液を含浸させ、必要に応じて乾燥および／または半硬化させたいわゆるプリプレグ繊維をライナ１２の外周表面に巻きつけて、その後該樹脂液を硬化させることにより形成することができる。このとき、ライナ１２の材質および／または厚みの他、例えば、繊維強化樹脂層１４を構成する繊維または繊維束の太さやプリプレグ繊維の巻き数等を調整し、繊維強化樹脂層１４の厚みを調整することにより、圧力容器１０の耐圧性および耐衝撃性、その他の設計強度を所望のものとすることができる。
【０００５】
このような圧力容器を車両に搭載する場合には、例えば車両後部や中央部など、衝撃などの外部からの影響が比較的少ない箇所に配置されていたが、近年、単位容積あたりの充填量を上昇させる必要性から圧力容器の耐圧性が向上し、これに伴い耐衝撃性も向上したこと、また、搭乗空間または積載容積の確保の要請などの点から、車両の形状や用途によっては車両の下部または底部に搭載することが望ましい場合もある。
【０００６】
図７は、図６に示す圧力容器１０を車両の下部または底部に搭載した車両の一例を示したものである。図７に示す圧力容器１０は、その長手方向が車両の側面方向であって、かつ水平面にほぼ平行となるように配置されている。圧力容器１０の長手方向の一方端部、より具体的には図６において口金部１６の開口部分に相当する部分には、バルブ１８が設けられている。なお、ここでは１つの圧力容器１０を搭載した車両について例示しているが、必要に応じて、直列または並列に配置された複数の圧力容器を車両に搭載することができる。
【０００７】
図８Ａ，図８Ｂは、図６に示す圧力容器１０の、従来の支持構造の一例について説明するための要部拡大図である。圧力容器１０は、一対のブラケット１３０，１４０を介して、車体の底部、より具体的には、例えば車両の前後方向に延設された、剛性の比較的高い一対のサイドメンバ１１０ａ，１１０ｂの底面１１２，１１４に取り付けられている。
【０００８】
ブラケット１３０，１４０にはそれぞれ、保持部１３２，１４２と、保持部１３２，１４２に対しほぼ直角となるように屈曲部１５８，１６８をそれぞれ屈曲させて配置された取り付け部１３４，１４４とを有する。
【０００９】
保持部１３２，１４２は一般に、圧力容器１０の軸方向の両端部分をそれぞれ保持することができるように構成されている。保持部１３２は、例えば、圧力容器１０のバルブ１８を挿入可能な開口を有することができる。このとき、保持部１３２を挿入させたバルブ１８を口金部に取付けることにより、保持部１３２が口金部とバルブ１８との間に挟みこまれ、圧力容器１０とブラケット１３０とが固定される。一方、圧力容器１０の軸方向の両端部分のうち、バルブ１８側とは反対側のいわゆるエンド側端部を保持するためのブラケット１４０の保持部１４２もまた、ブラケット１３０の保持部１３２と同様の構成とすることもできるが、車載した圧力容器１０が容易に脱落しないように適切に保持することが可能な構成であればよく、保持部１３２，１４２の形状に制限はない。
【００１０】
取り付け部１３４，１４４には一般に、１または複数の挿通孔（図示せず）がそれぞれ設けられている。サイドメンバ１１０ａ，１１０ｂの底面１１２，１１４に取り付け部１３４，１４４の一方面側である取り付け面１３５，１４５をそれぞれ当接させるとともに、挿通孔に挿通させたボルトまたはネジなどの締結部材１３６，１４６を用いて締め付けると、ブラケット１３０，１４０は締結部材１３６，１４６の頭部と車両のサイドメンバ１１０ａ，１１０ｂの底面１１２，１１４との間にそれぞれ挟まれ、固定される。このようにして、圧力容器１０が車両の下部または底部に搭載される。
【００１１】
このように、車両の下部または底部に圧力容器を搭載した場合であっても、通常の走行では不具合は発生しないが、例えば未舗装路などの路面の凹凸が著しい悪路や、石などの障害物上を車両が通過すると、路面または路面上の障害物と車両の下部または底部とが干渉し、荷重を受ける場合がある。このとき、圧力容器や該圧力容器の取り付けに用いられるブラケットに許容限度を超えた荷重を受けると、場合によっては圧力容器および／またはブラケットの変形、破損などの不具合が生じうる。
【００１２】
ところで、特許文献１には、タンク本体の少なくとも一部を覆うタンク被覆部材と、タンク本体に対してタンク被覆部材が相対的に回転移動するための回転手段と、を備える高圧タンクが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−０３０６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述した特許文献１の技術では、高圧タンク本体への衝撃力は抑制しうる一方、例えば、高圧タンクが受けた衝撃や車両の振動等に起因してブラケットが受けうる荷重に関する対策が十分でない場合があり得た。
【００１５】
本発明の目的は、圧力容器および該圧力容器を保持するためのブラケットに対し、圧力容器が受ける衝撃等に起因して圧力容器およびブラケットが受けうる荷重を緩衝し、負荷を軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の構成は、以下の通りである。
【００１７】
（１）圧力容器と、前記圧力容器の軸方向の両端部分をそれぞれ保持し、基材に取り付けるための一対のブラケットとを備え、前記一対のブラケットが、基材に取り付けるための取り付け部と、前記取り付け部に対して屈曲されてなり、前記圧力容器の端部を保持するための保持部と、前記圧力容器への押圧力の入力に応じて、前記取り付け部と前記基材との接触部分が互いに摺動するように前記ブラケットをそれぞれ移動させ、前記ブラケットの移動に伴い前記圧力容器を前記基材に対して回転させる圧力容器回転機構と、をそれぞれ含む、圧力容器の支持構造。
【００１８】
（２）前記ブラケットにはそれぞれ、締結部材を挿通させて前記基材と前記取り付け部とを締結させるための、前記取り付け部を貫通する１または複数の挿通孔が形成されてなり、前記ブラケットが、前記挿通孔に挿通された締結部材に対し垂直方向に移動可能である、上記（１）に記載の圧力容器の支持構造。
【００１９】
（３）前記ブラケットが、前記基材の底部に対して下方側から取付けられてなり、前記取り付け部と前記保持部との間に、前記圧力容器の下方側から入力した押圧力を緩衝するために余長を迂曲させた迂曲部をさらに含む、上記（１）または（２）に記載の圧力容器の支持構造。
【００２０】
（４）前記基材が、車両の前後方向に延設された一対のサイドメンバである、上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の圧力容器の支持構造。
【００２１】
（５）圧力容器と、前記圧力容器の軸方向の両端部分をそれぞれ保持し、車体に取り付けるための一対のブラケットとを備え、前記一対のブラケットが、前記車体の底部に取り付けるための取り付け部と、前記取り付け部に対して屈曲されてなり、前記圧力容器の端部を保持するための保持部と、前記圧力容器への押圧力の入力に応じて、前記取り付け部と前記車体の底部との接触部分が互いに摺動するように前記ブラケットがそれぞれ移動し、前記ブラケットの移動に伴い前記圧力容器が前記車体に対して回転する圧力容器回転機構と、をそれぞれ含む、車両。
【発明の効果】
【００２２】
圧力容器が受ける衝撃に起因する圧力容器およびブラケットに対する荷重を緩衝し、負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】本発明の実施の形態において、圧力容器を備える車両の構成の概略を説明するための側面視した図である。
【図１Ｂ】本発明の実施の形態において、圧力容器を備える車両の構成の概略を説明するための背面視した図である。
【図２】本発明の実施の形態において、車両における圧力容器の支持構造の構成の概略について説明するための底面視した要部拡大図である。
【図２Ａ】図２の部分拡大図である。
【図３】図２に示す圧力容器の支持構造の動作について説明するための底面視した図である。
【図４Ａ】図２に示す圧力容器の支持構造の動作の一例について説明するための底面視した図である。
【図４Ｂ】図２に示す圧力容器の支持構造の動作の一例について説明するための底面視した図である。
【図４Ｃ】図２に示す圧力容器の支持構造の動作の一例について説明するための底面視した図である。
【図５】本発明の他の実施の形態において、車両における圧力容器の支持構造の構成の概略を説明するための背面視した要部拡大図である。
【図６】圧力容器の構成の概略を示す部分断面図である。
【図７】圧力容器を備える車両の構成の概略を説明するための背面視した図である。
【図８Ａ】従来の圧力容器の支持構造の一例について説明するための背面視した要部拡大図である。
【図８Ｂ】従来の圧力容器の支持構造の一例について説明するための底面視した要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２５】
図１Ａ，図１Ｂは、図６に示す圧力容器１０に相当する圧力容器１０ａ，１０ｂを車両の下部または底部に搭載した車両の一例を示したものである。図１Ａは、車両を側面視した図であり、図１Ｂは、この車両を背面視した図である。なお、ここでは２つの圧力容器１０ａ，１０ｂを搭載した車両について例示しているが、これに限定されるものではなく、車両に搭載する圧力容器は１つであっても良く、また３つ以上であっても良い。
【００２６】
圧力容器１０ａ，１０ｂは、車両１００の背面２２寄り、本実施態様では後輪２４の近傍に、その長手方向が車両１００の側面方向であって、かつ水平面にほぼ平行となるように並列に配置されている。圧力容器１０ａ，１０ｂの長手方向の一方端部、より具体的には図６において口金部１６の開口部分に相当する部分には、それぞれ、電流の有無に応じて開閉するバルブ１８ａ，１８ｂが設けられている。
【００２７】
バルブ１８ａ，１８ｂとしては、例えば、内蔵するソレノイドの作用に応じて、図示しない電源からの通電によって開弁し、通電解除によって閉弁することにより、圧力容器１０ａ，１０ｂの内外の流体の流通を制御可能となるように構成された電磁弁を適用することができる。
【００２８】
図２は、図１Ｂに示す圧力容器１０ａの支持構造を備える車両について説明するための要部拡大図である。圧力容器１０ａは、一対のブラケット３０，４０を介して、車体の底部、より具体的には、例えば車両１００の前後方向に延設された一対のサイドメンバ１１０ａ，１１０ｂの底面１１２，１１４に取り付けられている。
【００２９】
ブラケット３０，４０は、取り付け部１３４，１４４に代えて取り付け部３４，４４をそれぞれ有することを除き、図８Ａ、図８Ｂに示すブラケット１３０，１４０とほぼ同様の構成を有している。
【００３０】
取り付け部３４，４４にはそれぞれ、１または複数の挿通孔が設けられている。サイドメンバ１１０ａ，１１０ｂの底面１１２，１１４に取り付け部３４，４４をそれぞれ当接させるとともに、挿通孔に挿通させたボルトまたはネジなどの締結部材３６ａ，３６ｂ，４６ａ，４６ｂを用いてそれぞれ締め付けると、ブラケット３０，４０は締結部材３６，４６と車両のサイドメンバ１１０ａ，１１０ｂの底面１１２，１１４の間にそれぞれ挟まれ、固定される。
【００３１】
図２Ａは、図２に示す圧力容器１０ａの支持構造について、より詳細に説明するための部分拡大図である。図２Ａでは特にブラケット３０側の構成について説明する。取り付け部３４に設けられた挿通孔３８ａ，３８ｂはいずれも、対応する締結部材３６ａ，３６ｂの軸部の外径または断面直径に対応する幅を有し、かつ、その中央付近が、圧力容器１０ａとは反対側が凸となるように折れ曲がったスリット形状を有している。一方、図２に示すブラケット４０の取り付け部４４の形状は、圧力容器１０ａを挟んで対向するブラケット３０の取り付け部３４とほぼ対称となるように配置されている。なお、締結部材３６ａ，３６ｂの軸部の外径または断面直径に対応する幅とは、少なくとも締結部材３６ａ，３６ｂの軸部が挿通可能であって、かつ、締結部材３６ａ，３６ｂの最大径を有する部分（通常、締結部材３６ａ，３６ｂの頭部または頂部（図２Ａで図示されている部分）である。）よりも小さく、容易に脱落しない程度であることを指す。
【００３２】
図２、図２Ａに示すようなブラケット３０，４０によって支持され、車両に搭載された圧力容器１０ａが、車両の前方または後方からの衝突や路面干渉などにより衝撃または荷重を受けると、圧力容器１０ａおよびブラケット３０，４０に対する荷重を緩和するような挙動を示す。図３に示すように、圧力容器１０ａの前方から、軸方向または長手方向の中央部分Ａ、左側部分Ｂ、右側部分Ｃにそれぞれ荷重を受けた場合を例にとり、圧力容器１０ａおよびブラケット３０，４０の挙動について、図４Ａ〜図４Ｃを用いて説明する。
【００３３】
図４Ａに示すように、圧力容器１０ａの長手方向中央部分Ａに車両の前方から荷重を受けると、圧力容器１０ａは車両の後方側へほぼ平行に移動するとともに、ブラケット３０の取り付け部３４およびブラケット４０の取り付け部４４もまた、サイドメンバ１１０ａ，１１０ｂとの接触面を摺動させながら車両の後方側へ、各挿通孔が対応する締結部材の軸部分に沿うように、ほぼ平行に移動する。本実施の形態によれば、圧力容器１０ａの長手方向中央部分Ａに車両の前方から受けた荷重を適切に緩和することができる。
【００３４】
また、図４Ｂに示すように、圧力容器１０ａの長手方向左側部分Ｂに車両の前方から荷重を受けると、圧力容器１０ａの左側部分および左側ブラケット３０の取り付け部３４は車両の後方側へ移動する一方、圧力容器１０ａの右側部分および右側ブラケット４０の取り付け部４４は車両の前方側へ移動する。このとき、ブラケット３０，４０は協働して、圧力容器１０ａを所定の角度だけ回転させる回転機構として挙動する。本実施の形態によれば、圧力容器１０ａの長手方向左側部分Ｂに車両の前方から受けた荷重を適切に緩和することができる。
【００３５】
さらに、図４Ｃに示すように、圧力容器１０ａの長手方向右側部分Ｃに車両の前方から荷重を受けると、圧力容器１０ａの右側部分および右側ブラケット４０の取り付け部４４は車両の後方側へ移動する一方、圧力容器１０ａの左側部分および左側ブラケット３０の取り付け部３４には車両の前方側へ移動する。このとき、ブラケット３０，４０は協働して、圧力容器１０ａを図３Ｂに示す方向とは逆方向に所定の角度だけ回転させる回転機構として挙動する。本実施の形態によれば、圧力容器１０ａの長手方向右側部分Ｃに車両の前方から受けた荷重を適切に緩和することができる。
【００３６】
図４Ａ〜図４Ｃでは、圧力容器１０ａに車両の前方から荷重を受けた場合について例示したが、圧力容器１０ａに車両の後方から荷重を受けた場合においても、同様に、その荷重を受けた箇所に応じて圧力容器１０ａおよびブラケット３０，４０が適切に移動し、受けた荷重に伴う圧力容器１０ａおよび／またはブラケット３０，４０への負荷を軽減することができる。また、車両の後方側に設けられた圧力容器１０ａの支持構造だけでなく、車両の前方側に設けられた圧力容器１０ｂの支持構造についても、本実施の形態と同様の構成とすることができる。また、車両に搭載された複数の圧力容器のうち、その一部についてのみ本実施の形態の支持構造で支持することも可能である。
【００３７】
また、本発明の変形例として、圧力容器１０ａおよび圧力容器１０ａと一体に保持されたブラケット３０，４０が、左側ブラケット３０の締結部材３６ａ，３６ｂと、右側ブラケット４０の締結部材４６ａ，４６ｂの中間点をあたかも回転軸として回転移動可能とするように、図２Ａに示す略「くの字」状または山形状の挿通孔３８ａ，３８ｂに代えて円弧状のスリットにすることも好適である。
【００３８】
図５は、本発明の他の実施の形態において、車両における圧力容器の支持構造の構成の概略を説明するための背面視した要部拡大図である。ブラケット１３０，１４０に代えてブラケット５０，６０をそれぞれ備えることを除き、図８Ａの支持構造と同様の構成を有している。本実施の形態において、ブラケット５０，６０はそれぞれ、保持部１３２と取り付け部１３４との間、保持部１４２と取り付け部１４４との間に、迂曲部５８，６８をそれぞれ備える。迂曲部５８，６８は、図８Ａに示すほぼ直角形状の屈曲部１３８，１４８とは異なり、圧力容器１０の形状に沿って膨らんだような迂曲した形状を有している。迂曲部５８，６８において迂曲させた余長分が、圧力容器１０の下方側から受けた押圧力に対して緩衝作用を有することになる。
【００３９】
図５において、通常走行時には、ブラケット５０，６０は協働して圧力容器１０を適切に支持することが可能な程度の剛性を有している。一方、圧力容器１０の下方側から押圧されると、迂曲部５８，６８が延伸することにより、例えば締結部材１３６，１４６や圧力容器１０が受ける荷重を緩和することができる。なお、ブラケット５０，６０を作製するための材料としては、例えば、炭素鋼など、所望の剛性を有する金属または金属合金が好適である。必要に応じて、耐水処理、防錆処理などの表面処理を施すことも好適である。
【００４０】
本発明のさらに別の実施の形態において、図５に示すブラケット５０，６０の取り付け部１３４，１４４に代えて、図２に示すような取り付け部３４，４４を適用することも好適である。本実施の形態によれば、圧力容器の長手方向の前後方向および下方側からの押圧力を緩衝し、圧力容器やブラケットが受ける荷重を緩和することができる。
【００４１】
本発明の実施形態の圧力容器の支持構造は、例えば車両の下部または底部に搭載する態様において適用することができる。圧力容器としては、例えば、ＦＲＰ製のものに限らず、例えば鋼鉄製のものであっても構わないが、車両に搭載する場合には好ましくはＦＲＰ製の圧力容器である。また、圧力容器に充填する流体は天然ガスや水素に限らず、例えば窒素や酸素などであってもよい。
【００４２】
また、圧力容器への押圧力の入力に伴う圧力容器の移動に関し、例えば、（１）該圧力容器の端部に設けられたバルブに接続された図示しないガス配管の移動が追従可能な程度に圧力容器の移動を制限する、あるいは、（２）圧力容器の移動に追従して移動可能な継手部材を設ける、などといった、圧力容器の端部に設けられたバルブに接続されたガス配管等の脱落や損傷その他の不具合を防止する機構を必要に応じて併設することも好適である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の実施形態の車両には、車両の下部または底部に圧力容器を搭載し得る、例えば、自動二輪車、自転車、電車等、あらゆる車両が含まれ得る。本実施形態の車両は特に、圧力容器の配置の態様によって該圧力容器の底部と路面との干渉等が起こりうる、例えば天然ガス自動車や燃料電池自動車などの自動車に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０，１０ａ，１０ｂ圧力容器、１２ライナ、１４繊維強化樹脂層、１６口金部、１８，１８ａ，１８ｂバルブ、２２背面、２４後輪、３０，４０，５０，６０，１３０，１４０ブラケット、３４，４４，１３４，１４４取り付け部、３６，３６ａ，３６ｂ，４６，４６ａ，４６ｂ，１３６，１４６締結部材、３８ａ，３８ｂ挿通孔、５８，６８迂曲部、１００車両、１１０ａ，１１０ｂサイドメンバ、１１２，１１４底面、１３２，１４２保持部、１３５，１４５取り付け面、１３８，１４８，１５８，１６８屈曲部。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器と、前記圧力容器の軸方向の両端部分をそれぞれ保持し、基材に取り付けるための一対のブラケットとを備え、前記一対のブラケットが、
基材に取り付けるための取り付け部と、
前記取り付け部に対して屈曲されてなり、前記圧力容器の端部を保持するための保持部と、
前記圧力容器への押圧力の入力に応じて、前記取り付け部と前記基材との接触部分が互いに摺動するように前記ブラケットをそれぞれ移動させ、前記ブラケットの移動に伴い前記圧力容器を前記基材に対して回転させる圧力容器回転機構と、
をそれぞれ含むことを特徴とする圧力容器の支持構造。
【請求項２】
前記ブラケットにはそれぞれ、締結部材を挿通させて前記基材と前記取り付け部とを締結させるための、前記取り付け部を貫通する１または複数の挿通孔が形成されてなり、
前記ブラケットが、前記挿通孔に挿通された締結部材に対し垂直方向に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器の支持構造。
【請求項３】
前記ブラケットが、前記基材の底部に対して下方側から取付けられてなり、
前記取り付け部と前記保持部との間に、前記圧力容器の下方側から入力した押圧力を緩衝するために余長を迂曲させた迂曲部をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の圧力容器の支持構造。
【請求項４】
前記基材が、車両の前後方向に延設された一対のサイドメンバであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の圧力容器の支持構造。
【請求項５】
圧力容器と、前記圧力容器の軸方向の両端部分をそれぞれ保持し、車体に取り付けるための一対のブラケットとを備え、前記一対のブラケットが、
前記車体の底部に取り付けるための取り付け部と、前記取り付け部に対して屈曲されてなり、前記圧力容器の端部を保持するための保持部と、
前記圧力容器への押圧力の入力に応じて、前記取り付け部と前記車体の底部との接触部分が互いに摺動するように前記ブラケットがそれぞれ移動し、前記ブラケットの移動に伴い前記圧力容器が前記車体に対して回転する圧力容器回転機構と、
をそれぞれ含むことを特徴とする車両。

【図１Ａ】