JP7321775B2 - Ｆｒｐ製車載水槽およびそれを搭載した消防車両 - Google Patents

Description

本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製車載水槽およびそれを搭載した消防車両に関し、とくに、ＦＲＰ製とすることによる軽量性を確保しつつ望ましい形態で補強することが可能で、車両搭載のために外形形状の設計の自由度の向上が可能なＦＲＰ製車載水槽、およびそれを搭載した消防車両に関する。

車載水槽、例えば消防車両に搭載される水槽には、車両重量を小さくするための軽量性とともに、必要な耐圧性を確保するための強度、とくに水槽壁強度が要求されることが多い（例えば、特許文献１）。また、とくに消防車両等では、水槽以外の多種の機能設備も搭載しなければならず、所定以上の水槽容量を確保しつつ限られた車上スペースに効率よく水槽を搭載しなければならないため、略箱形の水槽が要求されることが多く、かつ、周囲の設備との関係から、外形形状の設計の自由度の向上が要求されることが多い。

軽量性のみを満たすためには樹脂製の水槽も考えられるが、樹脂製水槽では十分な耐圧性を確保することが難しい場合が多く、とくに消防車両用水槽では困難である。一方、耐圧性を確保するためには、通常、金属製の水槽が採用されるが、金属製水槽では、大幅な軽量化は困難である。

軽量性および耐圧性の両方を満たす有力な水槽素材として、ＦＲＰが考えられる。しかし、ＦＲＰ製の水槽とする場合にあっても、十分な耐圧性を確保するために単に壁厚を厚くするのでは、大幅な軽量化は望めないばかりか、製造コストも大幅に増加する。壁厚を薄くすると、とくに箱形水槽の場合に壁厚を薄くすると、必要な耐圧性を確保するための補強が必要になるが、ＦＲＰ製水槽の場合、補強は通常外部側で行われるため、補強構造が付加される分、外形形状のサイズが大きくなるとともに、外形形状の設計の自由度や車両への搭載の際の自由度が減少する。

また、とくに箱形水槽の場合、所定以上の水槽容量を確保しつつ耐圧性が小さいと壁部の外側への膨らみ量が大きくなるので、その分水槽搭載スペースが余分に必要になり、この面からは膨らみ抑制のための補強が要求されることになる。

さらに、車載水槽にあっては、振動や衝撃まで考慮した厳しい条件下での水漏れ等を防止する必要があるため、静置水槽に比べ、より強固に補強する必要があり、壁の膨らみ抑制もより強固に行う必要がある。

なお、水槽用ではないが、箱形の金属製燃料タンク（ショベルカー等の燃料タンク）の補強構造として、対向壁間に、各壁部に溶接接合された棒状補強部材を配設した補強構造が知られている（例えば、特許文献２）。

特開２０１４－１８４４２号公報 特開２０１３－７５６０７号公報

上述の如く、車載水槽の軽量性と耐圧性を満たすための有力な素材としては、まずＦＲＰが考えられる。しかし単にＦＲＰで水槽を構成するだけでは、とくに軽量化やコスト低減を考慮して壁を比較的薄肉にした場合、十分な耐圧性や壁の膨らみ抑制を図ることは困難である。一方、十分な耐圧性や壁の膨らみ抑制を満たすために水槽外側から補強したのでは、その分全体サイズが大きくなるとともに周囲設備との取り合いが難しくなり、外形形状の設計の自由度や車両への搭載の際の自由度が減少する。

そこで本発明の課題は、上記のような実情に鑑み、軽量性と耐圧性を満たすことを可能とするために基本的に少なくとも壁部がＦＲＰパネルからなるＦＲＰ製水槽の構造を採用し、軽量性を確保しつつ膨らみを抑制可能な望ましい形態に補強することが可能で、かつ、車両搭載のために外形形状の設計の自由度の大幅な向上が可能な、特に消防車両用水槽等にあっては所定以上の十分な水槽容量を確保しつつ車両搭載性の向上が可能なＦＲＰ製車載水槽、およびそれを搭載した消防車両を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るＦＲＰ製車載水槽は、少なくとも壁部がＦＲＰパネルからなるＦＲＰ製車載水槽であって、水槽の内部空間を水槽の対向壁間にわたって延び対向壁同士を接続する補強部材を有するとともに、該補強部材の各対向壁との接続部を水密構造に構成したことを特徴とするものからなる。

このような本発明に係るＦＲＰ製車載水槽においては、まず、少なくとも壁部がＦＲＰパネルからなるＦＲＰ製水槽に構成されるので、壁部が金属製のものに比べ、大幅な軽量化が可能になる。壁部以外の部分、とくに枠部分については、材質は特に限定されず、金属製の枠等も可能であるが、水槽全体の重量の低減の面からは、壁部以外の部分もＦＲＰ製とすることが好ましい。ＦＲＰ製水槽の成形には、例えばインフュージョン成形を採用できる。そして、水槽の対向壁間にわたって延び対向壁同士を接続する補強部材を有するので、補強部材を介して対向壁同士が外側へ膨らんで変形するのを互いに抑制し合う構造となり、壁部の外側への膨らみを抑制することが可能になるとともに、変形が抑制されて耐圧性も向上される。素材がＦＲＰであることにより、樹脂製に比べて元々耐圧性は高いので、上記耐圧性向上効果が一層助長され、結果的に耐圧性の大幅な向上が期待できる。また、補強部材が水槽の内部空間を水槽の対向壁間にわたって延びることで、実質的に外部からの補強無しで内部補強のみで所望の補強、耐圧性向上、外側への膨らみ抑制を達成できる。その結果、十分な軽量性を確保しつつ、実質的に外部からの補強無しの効率のよい内部補強により、耐圧性を大幅に向上できるとともに、容易に十分な水槽容量を確保しつつ車両搭載性を向上することが可能になる。さらに、補強部材の各対向壁との接続部が水密構造に構成されているので、上記のような望ましい内部補強を行いつつ、水槽に要求される基本性能である水漏れ防止を、条件の厳しい車載水槽にあっても容易に達成可能となる。

上記本発明に係るＦＲＰ製車載水槽においては、水槽が複数の側壁を有しており、上記補強部材が、複数の側壁中、相対的に面積の広い側壁である対向壁同士を接続していることが好ましい。相対的に面積の広い側壁は、受ける内圧により該側壁を外側へ変形させようとする力も大きいので、このような相対的に面積の広い側壁である対向壁同士を補強部材で接続することにより、壁部の外側への膨らみを効率よく抑制することが可能になり、耐圧性がより効果的に高められる。水槽に設けられる複数の側壁としては、水槽の側面４面を構成する側壁であってもよく、それ以上の数の側面に分割されている側壁構成であってもよいが、相対的に面積の広い側壁である対向壁同士を補強部材で接続することで、壁部の外側への膨らみが効率よく抑制される。

また、本発明に係るＦＲＰ製車載水槽においては、上記補強部材が少なくとも一方の対向壁に対し垂直に接続されていることが好ましい。より好ましくは、両対向壁に対しそれぞれ垂直に接続される。前述の如く、本発明では補強部材を介して対向壁同士が外側へ膨らんで変形するのを互いに抑制し合う構造となるので、補強部材が対向壁に対し垂直に接続されている場合に、最も効率よく壁部の外側への膨らみが抑制されることになる。

また、本発明に係るＦＲＰ製車載水槽においては、上記補強部材が水平方向に延びていることが好ましい。水槽に収容された水によって水槽の側壁部には水平方向の内圧がかかるので、補強部材が水平方向に延びていることにより、この内圧による側壁部の外側への膨らみ変形が効果的に抑制される。

また、本発明に係るＦＲＰ製車載水槽においては、上記補強部材が直線状に延びる棒状部材からなることが好ましい。上述の如く補強部材を介して対向壁同士が外側への膨らみ変形を抑制し合うが、その際、対向壁間では補強部材を介して膨らみ変形抑制のための力の伝達が行われることになる。補強部材が直線状に延びる棒状部材の場合に、軽量で単純な形状の補強部材でありながら、この膨らみ変形抑制のための力の伝達が最も効率よく行われるので、水槽全体の軽量性を大きく損なうことなく、また、水槽全体の構造の複雑化を抑えながら、所望の膨らみ変形抑制、耐圧性向上が効率よく実現される。

また、本発明に係るＦＲＰ製車載水槽においては、上記補強部材が複数設けられていることが好ましい。補強部材が適切な間隔をもって複数設けられることにより、補強部材を介した上述の膨らみ変形抑制、耐圧性向上がより小さなピッチでより効果的に行われることになる。また、複数の補強部材による膨らみ変形抑制、耐圧性向上効果を一層向上するためには、補強部材の間隔を略等間隔にすることも好ましい形態である。

また、補強部材が複数設けられる場合、水槽下部側ほど補強部材の本数が多い形態が好ましい。収容水による内圧は水槽下部側ほど高く、水槽下部側ほど膨らみ変形抑制作用が大きく求められると考えられるので、この要求を、水槽下部側ほど補強部材の本数を多くすることで満たすことが可能になる。

また、複数の補強部材が、水平方向において、所定の間隔をもって並行に設けられていることが好ましい。補強部材が所定の間隔をもって並行に配設されることで、収容水による側壁の外側への膨らみ変形抑制を効率よく達成できる。実質的に完全な平行配設が好ましいが、水槽内部にオーバーフロー水回収管等が設けられて完全な平行配設が難しい場合等には、実質的に平行な配設、つまり並行な配設とすればよい。

また、本発明に係るＦＲＰ製車載水槽においては、上記補強部材の材質は特に限定されないが、製作や取り扱い性の容易さから、また、後述の水密構造における補強部材の端部に要求される構造への加工の容易さから、補強部材は金属製部材からなることが好ましい。補強部材が金属製部材からなる場合にあっても、補強部材は単純な形状でかつ軽量、小型の部材でよいことから、水槽全体の重量増加への影響は極めて小さくて済む。

本発明に係るＦＲＰ製車載水槽においては、上記水密構造としては各種の形態を採り得るが、具体的な構造として、該水密構造が、少なくとも、水槽の外面に固定される外面固定部材と、上記補強部材の端部と、いずれかの部分間に介装されるパッキンにより構成されている構造を挙げることができる。このような単純な構造にて、補強部材による上述のような効率の良い内部補強を達成しつつ、必要な水漏れ防止、水密構造の構成が可能となる。ここで例示した水密構造以外も採用可能であり、例えば、上記の水槽の外面に固定される外面固定部材を用いないでも補強部材を各対向壁に必要な強度をもって接続可能な場合には、水槽の内側のみで水密構造を完成させることも可能である。

また、本発明に係るＦＲＰ製車載水槽においては、ＦＲＰの強化繊維、特に上記ＦＲＰパネルの強化繊維として、少なくとも炭素繊維またはガラス繊維を含むことが好ましい。特に強度を重視する場合には炭素繊維が好ましく、特に軽量性や価格を重視する場合にはガラス繊維が好ましい。但し、他の強化繊維を排除するものではない。

ＦＲＰのマトリックス樹脂、特に上記ＦＲＰパネルのマトリックス樹脂としても、特に限定されないが、製造の容易性の面からは、マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂からなることが好ましい。

このような本発明に係るＦＲＰ製車載水槽は、あらゆる車載水槽に適用可能であり、特に消防車両に搭載される水槽として好適なものである。

したがって、本発明は、上記のようなＦＲＰ製車載水槽が搭載されていることを特徴とする消防車両についても提供する。

このように、本発明に係るＦＲＰ製車載水槽によれば、軽量でありながら優れた耐圧性、変形抑制性能を有し、必要な水密性能を容易に満たすことができ、しかも容易に、所望の水槽容量を確保しつつ車両搭載のために外形形状の設計の自由度の大幅な向上が可能で、消防車両への搭載に最適なＦＲＰ製車載水槽を提供することができる。

本発明の一実施態様に係るＦＲＰ製車載水槽を搭載した消防車両の概略透視斜視図である。 図１のＦＲＰ製車載水槽の透視斜視図である。 図１のＦＲＰ製車載水槽の補強部材接続部の水密構造の一例を示す拡大分解断面図である。 図３に示した補強部材接続部の水密構造の組立後の断面図である。 本発明に係るＦＲＰ製車載水槽の具体的な一例を示す透視斜視図である。

以下に、本発明について、実施の形態とともに詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るＦＲＰ製車載水槽を搭載した消防車両を示している。図１において、符号１は消防車両全体を示しており、消防車両１の荷台２に本発明の一実施態様に係る箱形のＦＲＰ製車載水槽３（以下、単に水槽３と言うこともある。）が搭載されている。本実施態様では、壁部を構成するＦＲＰパネル、枠部を含めて水槽３の全体がＦＲＰで構成されており、該ＦＲＰは、強化繊維が炭素繊維またはガラス繊維、マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂（例えば、不飽和ポリエステル樹脂）からなる。

図２にも示すように、ＦＲＰ製車載水槽３は、複数の側壁４ａ、４ｂを有しており、複数の側壁４ａ、４ｂ中、相対的に面積の広い側壁４ａである対向壁５同士が、水槽３の内部空間を水槽３の対向壁５間にわたって延びる複数の補強部材６によって接続されている。相対的に面積の狭い側壁４ｂである対向壁間にわたっては補強部材６は設けられていない。各補強部材６は、少なくとも一方の対向壁５に対して（図示例では両対向壁５に対して）垂直に接続されており、水平方向に実質的に平行に延びている。各補強部材６は、直線状に延びる棒状部材からなり、両端が接続されている対向壁５の外側への膨らみ変形を抑制する内部補強用のテンションバーとして機能している。本実施態様では、複数の補強部材６は、金属製部材からなる。

複数の補強部材６は、水槽３の下部側ほど本数が多く、本実施態様では、上下方向に対し４段（４列）にて水平方向配列にて配設されている。複数の補強部材６は、とくに上から３段目、４段目の配列では、水平方向において、所定の間隔をもって略等間隔に互いに平行に設けられている。

各補強部材６の各対向壁５との接続部は水密構造に構成されている。この水密構造は、本実施態様では、例えば図３、図４に示すように構成されている。図３、図４において、符号５は対向壁５の一部を示しており、符号６は対向壁５へと接続される補強部材の端部部分を示している。本実施態様では、補強部材６は、補強部材本体６ａと、対向壁５へと固定される補強部材端部固定部材６ｂとからなり、補強部材本体６ａは、対向壁５の内面上に固定された補強部材端部固定部材６ｂに螺合されて固定される。対向壁５の外面側には、水槽３の外面に固定される外面固定部材７が設けられ、該外面固定部材７は、組立状態では図４に示すように対向壁５の内面側まで貫通して延び、補強部材端部固定部材６ｂに螺合されて固定される。補強部材端部固定部材６ｂと対向壁５の内面との間、および、外面固定部材７と対向壁５の外面との間には、それぞれ平板円環状のパッキン８が介装されており、これらの各部を水密にシールしている。補強部材本体６ａと補強部材端部固定部材６ｂとの螺合部、および／または、補強部材端部固定部材６ｂと外面固定部材７との螺合部は、基本的には螺合のみでシール性を確保することが可能であるが、必要に応じて、これらの螺合部位に、市販の封着剤（例えば、嫌気性封着剤や瞬間接着剤）を塗布してこれらの部位のシール性をより確実にすることも可能である。また、シール部上やその周囲部に、シール性をより確実にするために、シール性能強化用の接着剤や接着フィルムを付加することも可能である。

なお、本実施態様では、上記のような水密構造および補強部材６の端部接続構造を採用したが、前述したように他の水密構造、例えば、外面固定部材７を用いずに水槽３の内面側だけで補強部材と対向壁との必要な接続を行いつつ水密構造を完成させることが可能な場合には、そのような構造を採用してもよい。

このように構成された本実施態様に係るＦＲＰ製車載水槽３においては、少なくとも壁部がＦＲＰパネルからなるＦＲＰ製水槽に構成されることにより、壁部が金属製のものに比べ、大幅な軽量化が可能になる。また、水槽３の対向壁５間にわたって延び各対向壁５に接続される補強部材６を介して対向壁５同士の外側への膨らみ変形が抑制されるので、水槽３の耐圧性が大幅に向上される。この補強部材６を介しての補強は、実質的に外部からの補強無しで内部補強のみで達成されるから、所望の補強、耐圧性向上、外側への膨らみ抑制が、外形形状の自由度の向上をはかりつつ効率よく達成できる。この効率のよい内部補強により、十分な軽量性と耐圧性を確保しつつ、限られた搭載スペースにあっても容易に十分な水槽容量と周囲設備との取り合いの適合性を確保することが可能になり、車両搭載性が向上される。加えて、補強部材６の各対向壁５との接続部が適切な水密構造に構成されているので、所望の水漏れ防止性能も容易に確保され、消防車両等の搭載条件の厳しい車両にも容易に最適な形態で搭載可能となる。

図５に、本発明に係るＦＲＰ製車載水槽のより具体的な一例として、消防車両に搭載される箱形のＦＲＰ製水槽を示す。１０は、例えば図１に示したように消防車両１の限られたスペースに搭載されるＦＲＰ製車載水槽全体を示している。水槽１０は、複数のＦＲＰパネルからなる側壁としての対向壁１１を有しており、相対的に面積の広い側壁である対向壁１１同士が、複数の補強部材１２を介して接続されている。各補強部材１２の各端部は、図３、図４に示したような、あるいはそれと同等の水密構造をもって各対向壁１１に接続されている。符号１３は取水口に設けられたマンホール、符号１４は車両に振動等に起因するオーバーフロー水を回収するオーバーフロー水回収管を示している。

このような構成により、実際に、ＦＲＰ製とすることによる大幅な軽量化が達成されつつ、適切な本数、配置の補強部材１２による効率のよい内部補強により、所望の耐圧性向上、所望の水槽容量確保と車両搭載性向上が達成され、かつ、容易に必要な水密構造が構成可能となるので、容易に消防車両に適用して最適なＦＲＰ製車載水槽が実現される。

本発明に係るＦＲＰ製車載水槽は、あらゆる車載水槽に適用可能であり、とくに、消防車両に適用して最適なものである。

１ 消防車両
２ 荷台
３ ＦＲＰ製車載水槽
４ａ、４ｂ 側壁
５ 対向壁
６ 補強部材
６ａ 補強部材本体
６ｂ 補強部材端部固定部材
７ 外面固定部材
８ パッキン
１０ ＦＲＰ製車載水槽
１１ 対向壁
１２ 補強部材
１３ マンホール
１４ オーバーフロー水回収管

Claims (12)

1. 少なくとも壁部がＦＲＰパネルからなるＦＲＰ製車載水槽であって、水槽の内部空間を水槽の対向壁間にわたって延び対向壁同士を接続する複数の補強部材を有するとともに、該補強部材の各対向壁との接続部が水密構造に構成され、水槽下部側ほど前記補強部材の本数が多いことを特徴とするＦＲＰ製車載水槽。
2. 前記水槽が複数の側壁を有しており、前記補強部材が、複数の側壁中、相対的に面積の広い側壁である対向壁同士を接続している、請求項１に記載のＦＲＰ製車載水槽。
3. 前記補強部材が少なくとも一方の対向壁に対し垂直に接続されている、請求項１または２に記載のＦＲＰ製車載水槽。
4. 前記補強部材が水平方向に延びている、請求項１～３のいずれかに記載のＦＲＰ製車載水槽。
5. 前記補強部材が直線状に延びる棒状部材からなる、請求項１～４のいずれかに記載のＦＲＰ製車載水槽。
6. 複数の補強部材が、水平方向において、所定の間隔をもって並行に設けられている、請求項１～５のいずれかに記載のＦＲＰ製車載水槽。
7. 前記補強部材が金属製部材からなる、請求項１～６のいずれかに記載のＦＲＰ製車載水槽。
8. 前記水密構造は、少なくとも、水槽の外面に固定される外面固定部材と、前記補強部材の端部と、いずれかの部分間に介装されるパッキンにより構成されている、請求項１～７のいずれかに記載のＦＲＰ製車載水槽。
9. 前記ＦＲＰパネルの強化繊維に、少なくとも炭素繊維またはガラス繊維を含む、請求項１～８のいずれかに記載のＦＲＰ製車載水槽。
10. 前記ＦＲＰパネルのマトリックス樹脂が熱硬化性樹脂からなる、請求項１～９のいずれかに記載のＦＲＰ製車載水槽。
11. 消防車両に搭載される、請求項１～１０のいずれかに記載のＦＲＰ製車載水槽。
12. 請求項１～１０のいずれかに記載のＦＲＰ製車載水槽が搭載されていることを特徴とする消防車両。

Images