JP2003254165A - 燃料容器保持用バンド構造 - Google Patents

燃料容器保持用バンド構造

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料容器の外径が変化しても保持力変化を抑
制できる燃料容器保持用バンド構造を提供する。 【解決手段】 ブラケットベースアッセンブリ1は、図
示しない車体等に固定されている。燃料容器20をブラ
ケットベースアッセンブリ1に固定するためのバンド本
体8は、バンド中央部を構成する形状記憶素材部9と、
バンド両端部を構成する非形状記憶素材部10からな
る。形状記憶素材部9の端部に切り欠きまたは孔を設
け、非形状記憶素材部10の端部に前記切り欠きまたは
孔に係合する係合部を設けて、両者を1本に結合する。
形状記憶素材部9の幅は、非形状記憶素材部10の幅よ
り狭くしたことにより、形状記憶素材に応力が集中する
ようになり、形状記憶素材の超弾性特性を有効に利用で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料容器保持用バ
ンド構造に係り、特に、高圧ガス容器等の内圧や温度に
より外径が変化する容器の固定に最適な燃料容器保持用
バンド構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より天然ガス車両や燃料電池車両用
として、燃料ガスを高圧で貯蔵する燃料容器が用いられ
ている。車両用の燃料容器は、重量軽減のためにスチー
ル容器やアルミニウム容器よりもアルミニウムライナー
を有する樹脂系のコンポジット容器やオールコンポジッ
ト容器が好まれる傾向がある。
【0003】このようなアルミニウムライナーを有する
コンポジット容器やオールコンポジット容器は、燃料ガ
スを高圧充填すると、容器が膨張変位して外径が大きく
なり、燃料ガスを消費して内圧が下がると、容器が収縮
変位して外径が小さくなるという変化を起こす。
【0004】かかる燃料容器を車両に搭載して固定する
方法として、特開2001−12308号公報(以下、
第1従来例)、特開平10−278601号公報(以
下、第2従来例)が知られている。
【0005】第1従来例にあっては、燃料容器を固定す
るために、燃料容器外周部に沿わせたアッパバンドとロ
ワバンドとで燃料容器を挟み込んで、アッパバンド及び
ロワバンドをブラケットにボルトとナットで共締めして
いた。
【0006】第2従来例にあっては、バンドを複数に分
割し、各分割部材間をスプリングを介して結合すること
により、容器の外形変化を吸収していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第1従
来例はバンド素材の弾性域を利用した保持構造になって
いたため、外形の変化により、バンド素材も伸縮し、バ
ンド素材の弾性定数およびフックの法則に従って保持力
が変化するという問題点があった。
【0008】第2従来例にあっては、バンドのみでなく
ばねを併用して燃料容器を保持しているが、この場合も
ばね定数およびフックの法則に従って保持力が変化する
という問題点があった。
【0009】以上の問題点に鑑み本発明の目的は、燃料
容器の外径が変化しても保持力変化を抑制できる燃料容
器保持用バンド構造を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1記載の発明は、燃料ガスを加圧して貯える略
円筒形状の燃料容器の外周部にバンドを沿わせて該燃料
容器を保持するバンドにおいて、該バンドの少なくとも
一部に形状記憶素材を用いたことを要旨とする燃料容器
保持用バンド構造である。
【0011】上記目的を達成するために請求項2記載の
発明は、請求項1記載の燃料容器保持用バンド構造バン
ドにおいて、中央部を前記形状記憶素材とする一方、バ
ンド両端部は非形状記憶素材としたことを要旨とする。
【0012】上記目的を達成するために請求項3記載の
発明は、請求項2記載の燃料容器保持用バンド構造にお
いて、前記バンド中央部の前記形状記憶素材の部分の両
端部に切り欠きまたは孔を設け、前記バンド両端部の前
記非形状記憶素材の部分に前記切り欠きまたは孔に係合
する係合部を設けて、前記形状記憶素材と前記非形状記
憶素材とを結合したことを要旨とする。
【0013】上記目的を達成するために請求項4記載の
発明は、請求項2または請求項3記載の燃料容器保持用
バンド構造において、前記バンド中央部の幅は、前記バ
ンド両端部の幅よりも狭くしたことを要旨とする。
【0014】上記目的を達成するために請求項5記載の
発明は、請求項1乃至請求項4の何れか1項記載の燃料
容器保持用バンド構造において、前記形状記憶素材の長
さは、前記燃料容器の外形が最小となった状態でも、前
記形状記憶素材の応力−歪量特性が、応力略一定のまま
歪量が変化する特性部分に存在するような長さに設定し
たことを要旨とする。
【0015】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、燃料ガス
を加圧して貯える略円筒形状の燃料容器の外周部にバン
ドを沿わせて該燃料容器を保持するバンドにおいて、該
バンドの少なくとも一部に形状記憶素材を用いたことに
より、燃料容器の外径が変化しても形状記憶素材の超弾
性特性により保持力を略一定に保つことができるという
効果がある。また車両など振動の多い場所でも安定して
燃料容器を固定することができるという効果がある。
【0016】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の燃料容器保持用バンド構造バンドにおいて、中央部
を前記形状記憶素材とする一方、バンド両端部は非形状
記憶素材としたことにより、比較的価格の高い形状記憶
素材の使用量を抑制してコストアップを抑制できるとい
う効果がある。
【0017】また、燃料容器外径変化の影響が最も大き
いバンド中央部に形状記憶素材を設けることで形状記憶
素材の超弾性特性を有効に活用できるという効果があ
る。
【0018】請求項3記載の発明によれば、請求項2記
載の燃料容器保持用バンド構造において、前記バンド中
央部の前記形状記憶素材の部分の両端部に切り欠きまた
は孔を設け、前記バンド両端部の前記非形状記憶素材の
部分に前記切り欠きまたは孔に係合する係合部を設け
て、前記形状記憶素材と前記非形状記憶素材とを結合し
たことにより、コストのかかる形状記憶素材への溶接工
程を用いることなく結合できるようになるのでコストア
ップを抑制できるという効果がある。
【0019】請求項4記載の発明によれば、請求項2ま
たは請求項3記載の燃料容器保持用バンド構造におい
て、前記バンド中央部の幅は、前記バンド両端部の幅よ
りも狭くしたことにより、形状記憶素材に応力が集中す
るようになり、形状記憶素材の超弾性特性を有効に利用
できるという効果がある。
【0020】請求項5記載の発明によれば、請求項1乃
至請求項4の何れか1項記載の燃料容器保持用バンド構
造において、前記形状記憶素材の長さは、前記燃料容器
の外形が最小となった状態でも、前記形状記憶素材の応
力−歪量特性が、応力略一定のまま歪量が変化する特性
部分に存在するような長さに設定したことにより、燃料
容器の燃料保持量に依存せずに、形状記憶素材の超弾性
特性を有効に利用できるという効果がある。
【0021】
【発明の実施の形態】次に図面を参照して、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1(a)は、本発明に係
る燃料容器保持用バンド構造の全体構成を説明する全体
側面図であり、図1(b)は、組立前のバンド単体の形
状を示す平面図である。本実施形態は燃料電池車両用の
高圧水素容器等の固定などに好適な燃料容器保持用バン
ド構造である。
【0022】図1(a)において、スティール等で形成
されたブラケットベースアッセンブリ1は、図示しない
ボルトナット等で車体に固定される。ブラケットベース
アセンブリ1の燃料容器20に接する部分には、直接ス
ティール部が接触しないようにベースラバー2が被せら
れている。
【0023】燃料容器20をブラケットベースアッセン
ブリ1に固定するバンド本体8は、バンド中央部の形状
記憶素材部9と、形状記憶素材部9に接続したバンド両
端部である非形状記憶素材部10からなる。非形状記憶
素材部10にはそれぞれ長孔10aが形成され、さらに
非形状記憶素材部10は、後述するストラップバー6の
半径とほぼ同等の曲率で折り曲げられて、ブラケット7
を構成している。
【0024】2つのブラケット7には、それぞれストラ
ップバー6が通され、ストラップバー6はスクリュー
3、ナット4及びワッシャ5によりブラケットベースア
ッセンブリ1に締め付けられている。
【0025】バンド中央部の形状記憶素材部9には、例
えばNi−Ti合金の形状記憶素材を使用し、バンド両
端部の非形状記憶素材部10には、例えばスティール等
の非形状記憶素材を使用する。
【0026】図1(b)に示すように、バンド中央部の
形状記憶素材部9の幅aは、非形状記憶素材部10の幅
Wよりも狭くする。
【0027】〔第1実施形態〕図2に形状記憶素材部と
非形状記憶素材部との結合構造の第1実施形態の詳細を
示す。図2(a)は側面図であり、図2(b)は平面図
である。
【0028】バンド本体8の中央部である形状記憶素材
部9の両端部に、幅d、奥行きeの切り欠きを設け、非
形状記憶素材部10に前記切り欠きに係合するバンド本
体の長さ方向とは直角方向に伸びる(すなわちL字形
状)帯状の係合部k1を設ける。形状記憶素材部9と非
形状記憶素材部10とを前記切り欠きと係合部k1とで
結合する。そして係合部k1を折りまげて加締めたうえ
で非形状記憶素材(スティール)部10の「*」印の位
置にスポット溶接を施す。これにより、形状記憶素材部
9と非形状記憶素材部10とが結合される。
【0029】形状記憶素材部9の切り欠きを設けて細く
なった部分の幅fを中央部の幅aより太くし、f>aと
する。これにより、バンド本体に長手方向に張力が掛か
った際に、形状記憶素材部9に応力集中させることがで
き、形状記憶素材の超弾性特性を有効に利用できるよう
になる。
【0030】〔第2実施形態〕図3に形状記憶素材の部
分と非形状記憶素材の部分との結合構造の第2実施形態
の詳細を示す。図3(a)は側面図であり、図3(b)
は平面図である。
【0031】バンド本体の形状記憶素材部9の両端部
に、それぞれ幅X−(b+c)の孔を長手方向、幅方向
ともに位置をずらして2つ設け、バンド両端部の非形状
記憶素材部10に前記孔に係合する帯状の係合部k2,
k3を設ける。係合部k2,k3を形状記憶素材部9の
孔に貫通させた上で折り返して、非形状記憶素材(ステ
ィール)部10の「*」印で示す位置にスポット溶接を
施すことで、形状記憶素材と非形状記憶素材とを結合す
る。
【0032】形状記憶素材部10の両端部の孔を除く部
分の幅(b+c)を中央部の幅aより太くし、b+c>
aとする。これにより、バンド本体に長手方向に張力が
掛かった際に、形状記憶素材部9に応力集中させること
ができ、形状記憶素材の超弾性特性を有効に利用できる
ようになる。
【0033】以下、形状記憶素材の超弾性特性について
説明する。形状記憶素材のマルテンサイト変態温度より
も使用環境温度が低い場合には、形状変形後加熱するこ
とにより形状が回復する“形状記憶効果”が現れるが、
それよりも使用環境温度が高い場合には、荷重(応力)
除去後、常に形状回復するといった弾性体に似た“超弾
性効果”を示す。
【0034】図4に、形状記憶素材の物理的特性を特徴
付ける“応力−歪曲線”の模式図を示す。図4(a)が
ニッケル−チタン(NT)合金の例であり、図4(b)
が比較例の通常の金属である。
【0035】図4(a)に示すように、形状記憶素材に
荷重を負荷して応力を増加すると、応力が小さい間は、
応力に比例した変位量(歪む量)が生じる弾性領域であ
るが、弾性領域を超えると荷重(応力)一定のまま変位
量(歪量)が増加するステージ(超弾性領域)が現れ
る。
【0036】同様に、図4(a)の“除荷”に示すよう
に、この領域では荷重(応力)一定のまま変位量(歪
量)が減少するステージでもある。この応力−歪特性が
一般の弾性体(応力−歪が略比例関係)とは大きく異な
り、超弾性効果と呼ばれる。
【0037】本特性は、形状記憶素材の組成、熱処理方
法などによって、さまざまな条件に制御することが可能
である。
【0038】本実施形態では、燃料容器固定用バンドの
一部に形状記憶素材を用い、“超弾性効果”、なかでも
歪量が変化しても荷重(応力)が略一定のままである特
性の領域で使用することで、燃料容器外径変化による固
定バンドの長さ変化が生じても、応力、すなわち固定保
持力の変化を抑制することが可能になる。
【0039】なお、図5(a)に示すように、燃料容器
の外径が最小となった状態(このときの形状記憶素材の
長さLmin)でも、バンド本体8の形状記憶素材部1
0の応力−歪量特性が、応力略一定のまま歪量が変化す
る特性部分(図5(c)のAの領域)に存在するよう
に、自然長L0(燃料容器へ取り付ける前の長さ)はや
や短めの長さ(L0≦Lmin−α、α=応力略一定の
まま歪量が変化する特性を有する領域の最小歪量)にな
るよう設定する。
【0040】以上のような構成から本実施形態では下記
の効果が得られる。燃料容器外周部にバンドを沿わせて
燃料容器を保持するバンドの少なくとも一部に形状記憶
素材を用いることで、燃料容器の外形が変化しても保持
力を略一定に保つことが出来る。車両など振動の多い場
所でも安定して燃料容器を固定することが出来る。
【0041】また、バンド中央部を形状記憶素材として
両端部は非形状記憶素材とすることで、比較的に高価な
形状記憶素材の使用量を抑制してコストアップを抑制で
きる。また、燃料容器外径変化の影響が最も大きいバン
ド中央部に形状記憶素材を設けることで形状記憶素材の
超弾性特性を有効に活用できる。
【0042】また、バンド中央部の形状記憶素材の部分
の両端部に切り欠きまたは孔を設け、バンド両端部の非
形状記憶素材の部分に前記切り欠きまたは孔に係合する
係合部を設けて、形状記憶素材と非形状記憶素材とを結
合することで、コストのかかる形状記憶素材への溶接工
程を用いることなく結合できるようになるのでコストア
ップを抑制できる。
【0043】また、バンドの形状記憶素材の中央部分の
幅は、非形状記憶素材の部分の幅よりも狭くすること
で、形状記憶素材に応力集中させることで、形状記憶素
材の超弾性特性を有効に利用できるようになる。
【0044】また、形状記憶素材の長さは、燃料容器の
外径が最小となった状態でも、バンドの形状記憶素材の
応力−歪量特性が、応力略一定のまま歪量が変化する特
性部分に存在するような長さに設定することで、ほぼす
べての運転状態で形状記憶素材の超弾性特性を有効に利
用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明に係る燃料容器保持用バンド構造
の全体構成を説明する全体側面図、(b)バンド本体の
形状を示す平面図である。
【図2】バンド本体の形状記憶素材部と非形状記憶素材
部との結合の第1実施形態を説明する(a)側面図、
(b)平面図である。
【図3】バンド本体の形状記憶素材部と非形状記憶素材
部との結合の第2実施形態を説明する(a)側面図、
(b)平面図である。
【図4】(a)NT合金、(b)通常の金属の応力−歪
特性の例を示す図である。
【図5】(a)燃料容器外径が最小の場合のバンド本体
の形状記憶素材部の長さを説明する図、(b)自然状態
の形状記憶素材部の長さを説明する図、(c)形状記憶
素材の応力−歪み曲線における超弾性領域(A領域)の
説明図である。
【符号の説明】
1…ブラケットベースアッセンブリ 2…ベースラバー 3…スクリュー 4…ナット 5…ワッシャ 6…ストラップバー 7…ブラケット 8…バンド本体 9…形状記憶素材部 10…非形状記憶素材部 10a…長孔 20…燃料容器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料ガスを加圧して貯える略円筒形状の
    燃料容器の外周部にバンドを沿わせて該燃料容器を保持
    するバンドにおいて、 該バンドの少なくとも一部に形状記憶素材を用いたこと
    を特徴とする燃料容器保持用バンド構造。
  2. 【請求項2】 バンド中央部を前記形状記憶素材とする
    一方、バンド両端部は非形状記憶素材としたことを特徴
    とする請求項1記載の燃料容器保持用バンド構造。
  3. 【請求項3】 前記バンド中央部の前記形状記憶素材の
    部分の両端部に切り欠きまたは孔を設け、前記バンド両
    端部の前記非形状記憶素材の部分に前記切り欠きまたは
    孔に係合する係合部を設けて、前記形状記憶素材と前記
    非形状記憶素材とを結合したことを特徴とする請求項2
    記載の燃料容器保持用バンド構造。
  4. 【請求項4】 前記バンド中央部の幅は、前記バンド両
    端部の幅よりも狭くしたことを特徴とする請求項2また
    は請求項3記載の燃料容器保持用バンド構造。
  5. 【請求項5】 前記形状記憶素材の長さは、 前記燃料容器の外形が最小となった状態でも、前記形状
    記憶素材の応力−歪量特性が、応力略一定のまま歪量が
    変化する特性部分に存在するような長さに設定したこと
    を特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項記載の
    燃料容器保持用バンド構造。
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