JP2020183273A - 繊維強化樹脂製の車載用水槽及びその構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】この水槽の強度保持を高めて内圧膨張抑制を可能にし、且つ、スリム化と軽量化を両立させ得る車載用水槽を提供する。【解決手段】繊維強化樹脂製の直方体形状から成る車載用水槽であって、繊維強化樹脂製の補強部位２、３により直方体形状内部の対向する側面５間を接合し、固定して成る構造体を特徴とする内圧膨張を抑制可能な車載用水槽にする。【選択図】図１（ａ）

Description

本発明は、水槽付消防車等の車載用水槽に関する。

消防車両等に搭載されて用いられる車載用水槽は、耐圧性が要求されることから、金属製が多く採用されている。近年、有用な消防機材等の追加積載が必要になり、車両総重量の軽量化が求められている。その中で、該水槽の軽量化策として、例えば、ポリエチレン等の樹脂製が従来の金属製よりも軽量化に優れているが、金属製と同様の耐圧性能を確保するために様々な要素技術の検討が必要である。

また、水槽付消防車は、車載する水槽に約１，５００Ｌ位の初期消火用の水を貯蔵し、火災現場に到着すると直ちに放水して迅速な消火活動ができる様にしている。また、該水槽は、耐圧等の関係からオーバーフロー開口部や漏水量低減するに防波板を設ける事などが法令で定められている。更に、この様な該水槽に関しては、従来から高機能化や収納スペース拡大による作業性向上等に対応した各種仕様の水槽を備えた消防車両が提供されている（例えば、特許文献１〜特許文献５参照）。

ところで、上記の従来技術において、特に、軽量化及び省スペース化が要求される消防車両用水槽に関しては、例えば、強度保持した上での薄肉厚化等（特許文献４）、また、一般的に形成されるＦＲＰ水槽の改良で、装備するオーバーフロー開口部や防波板等の改善によるコンパクト化（特許文献５）が提案されている。

特開１９８８−１７１５７３号公報 特開２０００−１０７３１３号公報 特開２００６−２５８２０号公報 特開２００６−４３１１６号公報 特開２００９− ５７９１号公報

然しながら、前記の従来技術において、特許文献４は、曲面を構成要素とする変形楕円形状の水槽であって、必要な容量を確保しつつ強度保持した上で壁材薄肉化等の手段で該水槽を軽量にするものである。一方、繊維強化樹脂製の直方体形状から成る車載用水槽の軽量化は、金属製に比べて材料の比重が低く有利であるが、スリム化で壁面を薄厚方向にすると、隣接する面が直角に交わる形状のために、全体の強度を保持することが難しく、該水槽の内圧膨張抑制に対し不利である。このことから、本発明では、直方体形状から成る該水槽の強度保持を高めて、スリム化と軽量化を両立させることが課題である。

そこで、本発明の目的は、繊維強化樹脂製の直方体形状から成る車載用水槽であって、該水槽構造体の強度保持を高めることにより、スリム化と軽量化を実現させ得た内圧膨張を抑制可能な車載用水槽を提供する。

本発明において、水槽本体は車両搭載の際に無駄な隙間を少なくし易い直方体形状である。一方、本発明の目的であるスリム化と軽量化の実現に対して、繊維強化樹脂製は、金属製に比べて材料自体の比重が低く軽量化に有利であるが、剛性が高くなく、金属製と同様の剛性レベルにすると厚い壁面になり、同じ容量でも水槽本体の外面周囲は大きくなる。そこで、車両積載の収納スペースを広くするためにも、繊維強化樹脂製の壁面を薄厚にしてスリム化し、直方体形状の強度を保持する必要がある。

しかし、スリム化で壁面を薄厚方向にすると、隣接する面が直角に交わる直方体形状の強度保持が困難である。その対策手段として、本発明では補強部位により直方体形状内部の対向する側面間を接続・固定し、壁面を強固にした構造体を採用することで、水槽本体の強度を保持し、急所の内圧膨張を抑制することが可能になる。

上記の課題を解決するために、試行錯誤の実験を重ねながら鋭意検討した結果、以下の構成要素を採用する。
（１）繊維強化樹脂製の直方体形状から成る車載用水槽であって、繊維強化樹脂製の補強部位により直方体形状内部の対向する側面間を接合・固定して成る構造体を特徴とする内圧膨張を抑制可能な車載用水槽。
（２）前記直方体形状内部の対向する側面間を接合・固定する繊維強化樹脂製の補強部位は、Ｌ字型又はＴ字型の接合部材及び防波板機能持つ板形状部材の構成から成る構造体であり、（１）に記載の内圧膨張を抑制可能な車載用水槽。
（３）前記補強部位は、前記直方体形状内部の底部から上部間に垂直に設置した繊維強化樹脂製の支柱に中継で接合・固定し、且つ、前記直方体形状内部の対向する側面間を接合・固定して成る構造体であり、（１）〜（２）の何れかに記載の内圧膨張を抑制可能な車載用水槽。
（４）前記繊維強化樹脂製の直方体形状及び補強部位は、ガラス繊維強化樹脂製から成る構造体であり、（１）〜（３）の何れかに記載の内圧膨張を抑制可能な車載用水槽。
（５）前記繊維強化樹脂製の補強部位は、炭素繊維強化樹脂製又はガラス繊維強化樹脂と炭素繊維強化樹脂を積層した複合材から成る構造体であり、（１）〜（４）の何れかに記載の内圧膨張を抑制可能な車載用水槽。
（６）前記（１）〜（５）の何れかに記載の車載用水槽を搭載した消防車両。

上記構成要素の車載用水槽は、繊維強化樹脂材であることから、金属製に比べて錆による劣化が生じることなく重量を大幅に軽量化できる。また、水槽付消防車に適用した場合、水圧膨張による変形レベルを最小限に抑制でき、且つ、スリム化と軽量化の実現により次の効果に繋がる。
Ａ．消火放水用の多水量積載が可能となり、的確な操作に寄与できる。
Ｂ．有用な消防資材の追加搭載が可能となり、多様な消火活動に対応できる。

以下、本発明に係る繊維強化樹脂製の直方体形状から成る車載用水槽は、「水槽」と略記する。また、繊維強化樹脂製の補強部位は、「補強部位」と略記、「補強部位」のＬ字型又はＴ字型の接合部材は「接合部材」、及び防波板機能持つ板形状部材は「板形状部材」と略記する。更に、「水槽」内部の底部から上部間に垂直に設置したＬ字型又はＴ字型の接合部材を備えた繊維強化樹脂製の支柱は、「支柱」と略記する。
水槽の平面図。 支柱に接続・固定の補強部位（接合部材及び板形状部材）の平面図。 水槽の側面図。 壁側面に接続・固定の補強部位（接合部材及び板形状部材）の平面図。 約１５００Ｌ水槽の正面外観図。 約１５００Ｌ水槽の側面外観図。

以下、本発明の実施形態例に関して、前記略記に準じて図面を参照しながら具体的に説明する。

図１（ａ）は「水槽」構造体の平面図、図１（ｂ）は支柱に接続・固定の接合部材及び板形状部材から構成される補強部位の平面である。更に、図２（ａ）は「水槽」構造体の側面図、図２（ｂ）は壁側面に接続・固定の接合部材及び板形状部材から構成される補強部位の平面である。

本発明の補強部位を構成する接合部材２は、Ｌ字型又はＴ字型の形状であり、支柱４及び対向する側面５に組み込み固定して備える。更に、補強部位を構成する板形状部材３は、貯蔵水を有効に防波するための防波板機能を合わせて持つものであり、接合部材２に接合し、固定する。

次に、接合部材２及び板形状部材３から構成される補強部位は、直方体形状内部の上部６から底部７の間に垂直に設置した断面十字形状の支柱４を中心に、直角の四方向に中継にして、対向する側面５の間を接合し、固定する。ここで、該水槽が小容積であって、対向する側面５の間隔が狭くなることで、補強部位の強度保持に支障がない場合は、支柱４の設置は不要である。

上記補強部位の接合部材２及び板形状部材３を支柱４及び対向する側面５に接合し、固定する手段としては、ボルトナット、リベット、接着剤等の通常方法を適用することができる。

次に、本発明の構造体を構成する水槽本体及び補強部位は、繊維強化樹脂製である。
該強化繊維種としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、高強度ポリエチレン繊維等が挙げられ、これらの単独系又は併用系で使用できる。更に、平織、朱子織、綾織、すだれ織など織物基材のクロス状、マット状、ストランド状等、如何なる形状でも良いが、これらの単独系よりも物性バランスや外観品位を向上させる上で併用系にて使用することが好ましい。この中で、強度・弾性率等の物性及びコスト面でも有利なガラス繊維は本発明における「水槽」本体の性能を確保するめに有効であり、より好ましく使用できる。
また、該樹脂種としては、通常のエポキシ、不飽和ポリエステル、フェノール、ビニルエステル、ポリイミドなどの熱硬化性樹脂や、ポリアミド、ポリエステル、ポリオフィレン、ＡＢＳなどの熱可塑性樹脂が例示できる。この中で、熱硬化性樹脂が該「水槽」本体の要求特性を満たし、成形性・コスト面でも有利なエポキシ樹脂がより好ましく使用できる。

次に、水槽本体の成形は、所定の容積サイズ仕様に従った直方体形状の原型上に、複数層のガラス繊維を重ねながら樹脂を塗り込み、常温硬化させて脱型するハンドレイアップ法等の一般的な方法が採用される。更に、より強度を必要とする場合も同型内でガラス繊維の枚数を増やすことで任意に強度を高めることができる。

また、水槽本体の壁面厚さは、容積の大きさにもよるが、３〜１２ｍｍの範囲が好ましく、更に、４〜１０ｍｍの範囲内で成形することがより好ましい。ここで、厚みが３ｍｍ以下になると壁面が薄厚過ぎて剛性等の強度が弱くなり、１２ｍｍ以上になると「水槽」本体のスリム化及び軽量化が困難になり、原材料等のコストアップになるので好ましくない。

次に、補強部位の接合部材及び板形状部材の成形は、水槽本体の容積仕様に従った原型上に、複数層のガラス繊維を重ねながら樹脂を塗り込み、常温硬化させて脱型するハンドレイアップ法等の一般的な方法が採用される。また、より強度保持を必要とする場合は、任意にガラス繊維の枚数を増やすことができるが、分厚くなり過ぎると軽量化が難しくなることから、ガラス繊維に比べて軽量で高強度・高弾性率の特性を持つ炭素繊維が薄厚化及び軽量化に好適である。更に、ガラス繊維と炭素繊維を積層した複合材の適用は、高価な炭素繊維の原材料費を低減できるので有効である。

また、補強部位の接合部材及び板形状部材の厚さは、必要な強度保持を優先するが、２〜１０ｍｍの範囲が好ましく、更に、３〜８ｍｍの範囲がより好ましい。ここで、厚みが２ｍｍ以下になると薄厚過ぎて強度保持が不十分になり、１０ｍｍ以上になると軽量化が難しく、原材料費が高くなるので好ましくない。

以下、本発明の水槽おける耐圧試験の実施例について説明する。水槽付消防車に係わる品質評価細則の耐圧試験は、水圧を水槽内に加えて、変形、水漏れ等がないことを確認するものであり、この試験方法に従い実施した。

該耐圧試験を実施した繊維強化樹脂製の水槽外観はを図３（ａ）及び図３（ｂ）に示したが、構成する水槽本体及び補強部位の仕様概要は次の通りである。
水槽本体‥容積約１５００Ｌ、ガラス繊維強化樹脂製（厚み：７ｍｍ）
補強部位−「接合部材」 ‥ガラス繊維強化樹脂製（厚み：５ｍｍ）
−「板形状部材」‥ガラス繊維強化樹脂（厚み：３ｍｍ）と炭素繊維強化
樹脂（厚み：１ｍｍ）を積層した複合材製（厚み：４ｍｍ）

耐圧試験を実施する際の前提として、内圧膨張の変形を観察し測定する位置は、変形を受け易い中央位置を重要視した。
図３（ａ）は横：９２０ｍｍ，縦：１３２０ｍｍの正面図、図３（ａ）は横：１２４０ｍｍ・縦：１３２０ｍｍの側面図である。この両外観図を参照し、以下の（Ａ）〜（Ｅ）に記載した様に、該水槽中央の縦方向において、上部・中心・下部の各位置で、正面と裏面及び左側面と右側面の計１２箇所の変形レベルを評価した。
（Ａ）正面と裏面の中央 ‥横長さ１／２（９２０ｍｍ／２＝４６０ｍｍ）の位置
（Ｂ）左側面と右側面の中央‥横長さ１／２（１２４０ｍｍ／２＝６２０ｍｍ）の位置
（Ｃ）上部‥上端から下方に１８０ｍｍの位置
（Ｄ）中心‥縦長さ１／２（１３２０ｍｍ／２＝６６０ｍｍ）の位置
（Ｅ）下部‥下端から上方に１８０ｍｍの位置

また、耐圧試験を実施する水槽内圧の状態は、▲１▼水無し（空）のブランク、▲２▼水有り（満水）の実用時水圧条件、▲３▼水有り（満水）＋加圧：０．０３ＭＰａの強制条件で実施した。

次に、該水槽内圧の状態における耐圧試験の変形レベルの求め方は、各箇所の横方向に当たる両端部を結ぶ水平線の高さを０値とし、そこからの変位長を測定した。

上記の耐圧試験内容における実施例の変位長実測値をまとめると、以下の表１及び表２に記した結果を得た。

上記実施例における変位長実測値の結果から、正面と裏面及び左側面と右側面の横方向長さに対する該変形長は、▲２▼実用時水圧条件で約０．５％以下、▲３▼強制条件でも大きくて約１％と低レベルであり、本水槽の内圧膨張による抑制効果を確認できた。因みに、該▲２▼▲３▼の加圧条件から▲１▼のブランク状態に戻した際の変形長は最初と同値に復元していること、また、水槽の水漏れがないことも確認した。

以上、本発明の一実施例として、水槽約１５００Ｌ仕様の耐圧試験を説明したが、これに限定されず、本発明の構成要素は車載用水槽の他仕様に対しても適用可能である。
本発明が目的とする繊維強化樹脂製の直方体形状「水槽」の不利な内圧膨張抑制の課題を改善し、スリム化と軽量化の両立を可能にした車載用水槽を提供できる。

本発明は、水槽の搭載を必要とする水槽付消防車、魚類搬送等の車両用水槽として適用性があり、有効に利用できる。

１：配管類
２：補強部位（接合部材）
３：補強部位（板形状部材）
４：支柱
５：側面
６：上部
７：底部
８：マンホール

Claims (6)

1. 繊維強化樹脂製の直方体形状から成る車載用水槽であって、繊維強化樹脂製の補強部位により直方体形状内部の対向する側面間を接合・固定して成る構造体を特徴とする内圧膨張を抑制可能な車載用水槽。
2. 前記直方体形状内部の対向する側面間を接合・固定する繊維強化樹脂製の補強部位は、Ｌ字型又はＴ字型の接合部材及び防波板機能持つ板形状部材の構成から成る構造体の請求項１記載の内圧膨張を抑制可能な車載用水槽。
3. 前記補強部位は、前記直方体形状内部の底部から上部間に垂直に設置した繊維強化樹脂製の支柱に中継で接合・固定し、且つ、前記直方体形状内部の対向する側面間を接合・固定して成る構造体の請求項１〜２に記載の内圧膨張を抑制可能な車載用水槽。
4. 前記繊維強化樹脂製の直方体形状及び補強部位は、ガラス繊維強化樹脂製から成る構造体の請求項１〜３に記載の内圧膨張を抑制可能な車載用水槽。
5. 前記繊維強化樹脂製の補強部位は、炭素繊維強化樹脂製又はガラス繊維強化樹脂と炭素繊維強化樹脂を積層した複合材から成る構造体の請求項１〜４に記載の内圧膨張を抑制可能な車載用水槽。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の車載用水槽を搭載した消防車両。