WO2015064424A1

WO2015064424A1 - 航空機用水タンク

Info

Publication number: WO2015064424A1
Application number: PCT/JP2014/077971
Authority: WO
Inventors: 恭隆増田
Original assignee: 横浜ゴム株式会社
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2015-05-07
Also published as: EP3064450A4; EP3064450B1; JP2015085946A; EP3064450A1; CN105636882A; US20160257403A1

Abstract

　より簡易な構成の航空機用水タンクを提供すること。航空機用水タンクである航空機用水タンク８は、円筒部１０２と、ドーム部１０４と、口金１６とを備えている。口金１６は、口金本体２６と、インナーライナー１２と繊維強化樹脂層１４との間で口金本体２６の外周部全周から半径方向外側に延在し開口部２２、２４の周囲でそれらインナーライナー１２と繊維強化樹脂層１４とに取着される環状壁部２８とを備えている。この環状壁部２８は、繊維強化樹脂層１４と接する外側面２８０４が等張力曲面によって形成されている。

Description

航空機用水タンク

　本発明は航空機用水タンクに関する。

　従来、円筒部と、この円筒部の両側に設けられたドーム部とを有するタンク本体と、ドーム部の中央に設けられた口金とを備えた航空機用水タンクが提案されている。
　タンク本体は、水を収容する内部空間が形成されたインナーライナーと、インナーライナーの外周面を覆う繊維強化樹脂層とで構成されている。
　ドーム部の中央においてインナーライナーと繊維強化樹脂層には、第１、第２の開口部が同軸上に設けられ、口金は、第１、第２の開口部を貫通した状態でインナーライナーおよび繊維強化樹脂層に取着され内部空間に連通している（特許文献１参照）。

　図６は、従来技術にかかる航空機用水タンク６０の口金６１６近傍の構造を示す断面図である。水を収容する内部空間Ｓが形成されたインナーライナー６１２の外周面が、繊維強化樹脂層６１４によって覆われている。ドーム部の中央において、インナーライナー６１２には第１の開口部６１２０が、繊維強化樹脂層６１４には第２の開口部６１４０が、互いに同軸上に設けられている。
　口金６１６は、第１、第２の開口部６１２０，６１４０に貫通される筒状の口金本体６１６０と、口金本体６１６０の外周部から膨出され第１の開口部６１２０の周囲のインナーライナー６１２の部分と第２の開口部６１４０の周囲の繊維強化樹脂層６１４の部分との間で半径方向外側に延在しそれらインナーライナー６１２の部分と繊維強化樹脂層６１４の部分とが取着される環状壁部６１６２とを有している。そして、口金本体６１６０の内周部に形成された開口部に蓋６２０が嵌着されることで内部空間Ｓが閉塞されている。

　第１の開口部６１２０の周囲のインナーライナー６１２の部分と環状壁部６１６２との間には、ガラス繊維を複数積層させた補強材（ダブラー）６１２４が設けられている。補強材６１２４は、環状壁部６１６２の外周端部周辺から受ける応力からインナーライナー６１２を保護するために設けられる。
　また、第１の開口部６１２０の周囲のインナーライナー６１２の部分のうち、環状壁部６１６２の半径よりも外側の部分には、充填剤（フィラー）６２２が充填されている。充填剤６２２は、インナーライナー６１２に対して繊維強化樹脂層６１４を巻きつける際に、ドーム状となった航空機用水タンク６０の開口部（第１、第２の開口部６１２０，６１４０）周辺に生じる隙間を埋めるためのものである。

特開２０１１－２５１７３６号公報

　上述のように、従来技術にかかる航空機用水タンク６０では、環状壁部６１６２の外周端部周辺から受ける応力からインナーライナー６１２を保護するため、また、インナーライナー６１２に対して繊維強化樹脂層６１４を巻きつける際に開口部（第１、第２の開口部６１２０，６１４０）周辺に生じる隙間を埋めるため、開口部周辺に複数の補強用部材（補強材６１２４、充填剤６２２）を設ける必要がある。このため、航空機用水タンクを構成する部品の点数が多くなり、航空機用水タンクの製造コストが増大するという課題があった。また、従来技術にかかる航空機用水タンクでは、補強用部材を付加する工程によって製造工程が複雑になるという課題があった。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、より簡易な構成の航空機用水タンクを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明にかかる航空機用水タンクは、円筒部と、前記円筒部の両側に設けられたドーム部と、前記ドーム部の中央に設けられた口金とを備えた航空機用水タンクであって、前記ドーム部は、インナーライナーと、前記インナーライナーの外周面に設けられた繊維強化樹脂層とを備え、前記インナーライナーと前記繊維強化樹脂層は、互いに同軸上に位置する開口部を備え、前記口金は、前記開口部に貫通される筒状の口金本体と、前記インナーライナーと前記繊維強化樹脂層との間で前記口金本体の外周部全周から半径方向外側に延在し前記開口部の周囲でそれらインナーライナーと繊維強化樹脂層とに取着される環状壁部と、を備え、前記環状壁部は、前記繊維強化樹脂層と接する側の表面形状が等張力曲面によって形成されていることを特徴とする。

　本発明によれば、繊維強化樹脂層と接する口金の環状壁部の表面形状が等張力曲面に沿っているため、この表面に直接繊維強化樹脂層を巻きつけることでドーム部の形状を等張力曲面とすることが可能となる。よって、開口部の周辺に隙間が生じなくなり、インナーライナーと繊維強化樹脂層との間に充填されていた従来の充填剤（フィラー）が不要となる。
　また、環状壁部の表面形状の曲率が従来技術にかかる口金よりも小さく、口金の外周端部の厚みが薄くなる。このため、口金の外周端部における弾力性が向上し、外周端部周辺における応力を広く分散することができ、従来の補強材（ダブラー）が不要となる。
　したがって、航空機用水タンクの部品点数を減らし、コストダウンを図る上で有利となる。また、航空機用水タンクの製造工程数を減らすことができ、生産効率を向上させることができる。

実施の形態にかかる航空機用水タンクの外観斜視図である。第１の実施の形態における航空機用水タンクの構成を示すＡ－Ａ’断面図である。第１の実施の形態における航空機用水タンクの要部を示す断面図である。第２の実施の形態における航空機用水タンクの要部を示す断面図である。第２の実施の形態におけるインナーライナーの製造方法を示す説明図である。従来技術にかかる航空機用水タンクの開口部近傍の構造を示す断面図である。

（第１の実施の形態）
　次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
　図１は、実施の形態にかかる航空機用水タンクの外観斜視図、図２は、航空機用水タンクの構成を示すＡ－Ａ’断面図、図３は、航空機用水タンクの要部を示す断面図である。
　航空機用水タンク８は、航空機に設置されて飲料水を収容するものである。図１に示すように、航空機用水タンク８は、航空機内の適宜箇所において、２つの口金１６に着脱可能な蓋２０でそれぞれ閉塞された状態で航空機用水タンク８の長手方向を水平方向に向けて設置される。
　航空機用水タンク８の長手方向の中間部で上方に臨む箇所に内部空間Ｓに連通する水や空気の出し入れを行なう給水用のタンクポート（給水口）６２が設けられ、航空機用水タンク８の延在方向の中間部で下方に臨む箇所に内部空間Ｓに連通する不図示の水供給用のタンクポートが設けられる。
　航空機用水タンク８内に飲料水を収容する場合は、前記の給水用のタンクポート６２を外部の水供給源に接続し、該水供給源から前記の給水用のタンクポート６２を介して内部空間Ｓに飲料水を供給する。
　内部空間Ｓに飲料水が収容されたならば、前記の給水用のタンクポート６２を水供給源から切り離し、前記の水供給用のタンクポートを航空機内に設置されている蛇口に連通する水供給用管路に接続する。
　航空機用水タンク８から航空機内の蛇口などに飲料水を供給する場合は、航空機内に設置された空気供給源から給水用のタンクポート６２を介して内部空間Ｓに空気を供給することで航空機用水タンク８内の飲料水に圧力を加え、これにより飲料水を前記の水供給用のタンクポート、水供給用管路を介して蛇口に供給する。

　図２および図３に示すように、航空機用水タンク８は、タンク本体１０と口金１６とを備えている。タンク本体１０は、円筒部１０２と、円筒部１０２の両側に設けられたドーム部１０４とを有し、口金１６はドーム部１０４の中央に設けられている。口金１６は、航空機用水タンク８の内部を洗浄する洗浄用開口部を構成する。円筒部１０２およびドーム部１０４は、インナーライナー１２と、インナーライナー１２の外周面に設けられた繊維強化樹脂層１４とを備えている。ドーム部１０４の中央において、インナーライナー１２と繊維強化樹脂層１４は、口金１６用に設けられ互いに同軸上に位置する開口部（第１の開口部２２、第２の開口部２４）を備えている。

　より詳細には、インナーライナー１２は、円筒部１０２およびドーム部１０４が一体的に形成され、液体（飲料水）を収容する内部空間Ｓが形成されている。ドーム部１０４の中央をなすインナーライナー１２の長手方向の両端には、同軸上に第１の開口部２２がそれぞれ設けられている。円筒部１０２を形成するインナーライナー１２の部分を胴体部１２０２とし、ドーム部１０４を形成するインナーライナー１２の部分をドーム部１２０４とすると、第１の開口部２２は各ドーム部１２０４の中央に形成されている。

　インナーライナー１２は、たとえばポリオレフィンによって形成されている。また、インナーライナー１２は他の合成樹脂、たとえばＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂などの従来公知のさまざまな合成樹脂で形成してもよい。

　繊維強化樹脂層１４は、第１の開口部２２と同軸上に位置する第２の開口部２４を有し、インナーライナー１２の外周面を覆っている。円筒部１０２を形成し、インナーライナー１２の胴体部１２０２に重ねられる繊維強化樹脂層１４の部分を胴体部１４０２とし、ドーム部１０４を形成し、インナーライナー１２の各ドーム部１２０４に重ねられる繊維強化樹脂層１４の部分をドーム部１４０４とすると、第２の開口部２４は各ドーム部１４０４の中央に形成されている。
　繊維強化樹脂層１４は、熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維（フィラメント）をインナーライナー１２の外周面に巻き付けたのち、熱硬化性樹脂を熱硬化させるフィラメントワインディング法によって形成される。
　熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂など従来公知のさまざまな合成樹脂が使用可能である。また、強化繊維として、カーボン繊維、ガラス繊維など従来公知のさまざまな繊維が使用可能である。

　口金１６は、口金１６に係脱可能な蓋２０を備えている。図３に示すように、口金１６は、筒状の口金本体２６と、口金本体２６の外周部全周から半径方向外側に拡がる環状壁部２８とを有している。
　口金本体２６は、第１、第２の開口部２２、２４に貫通され、その内周部は内部空間Ｓに連通している。
　本実施の形態では、口金１６は、たとえば耐薬品性に優れた合成樹脂で形成されている。このような合成樹脂として、ガラス繊維入りポリフェニールサルフォン樹脂など従来公知のさまざまな合成樹脂が使用可能である。
　口金本体２６の内周部に、口金側開口部３２が設けられている。
　口金側開口部３２は、蓋２０が嵌着される大径孔部３２０２と、大径孔部３２０２に続く小径孔部３２０４とを有している。

　環状壁部２８は、インナーライナー１２と繊維強化樹脂層１４との間に配置されている。
　より詳細に説明すると、環状壁部２８は、第１の開口部２２の周囲のインナーライナー１２の部分と第２の開口部２４の周囲の繊維強化樹脂層１４の部分との間で第１、第２の開口部２２、２４の半径方向外側に延在している。
　環状壁部２８は、厚さ方向の一方の側面が航空機用水タンク８の内部に対向する内側面２８０２とされ、他方の側面が航空機用水タンク８の外方に対向する外側面２８０４とされる。
　環状壁部２８の内側面２８０２の全域は第１の開口部２２の周囲のインナーライナー１２の部分に取着されている。
　また、環状壁部２８の外側面２８０４の全域は第２の開口部２４の周囲の繊維強化樹脂層１４の部分に取着されている。
　環状壁部２８の厚みは、口金本体２６側の基部２８２から外周端部２８４に向かって薄くなっている。

　ここで、環状壁部２８は、繊維強化樹脂層１４と接する側の表面形状、すなわち外側面２８０４が等張力曲面によって形成されている。航空機用水タンク８のドーム部１０４の形状は、作用内圧に対してドーム部１０４上の繊維強化樹脂層１４の応力が均一となる等張力曲面で形成されている。環状壁部２８は、繊維強化樹脂層１４と接する外側面２８０４が等張力曲面に沿っており、この外側面２８０４上に繊維強化樹脂層１４を巻きつけることによって、繊維強化樹脂層１４の外周面、すなわち航空機用水タンク８のドーム部１０４の形状が等張力曲面となる。

　蓋２０は、図３に示すように、口金側開口部３２に嵌着されることで内部空間Ｓを閉塞するものである。
　蓋２０は、大径孔部３２０２に係脱可能に結合される大径部２００２と、小径孔部３２０４に嵌合される小径部２００４とを備えている。

　次に、航空機用水タンク８の作用、効果について説明する。
　従来技術におけるタンクの口金は、環状壁部の表面形状が等張力曲面よりも曲率が大きく、本実施の形態の口金１６と比較して口金１６中心からの半径が短いものであった（図６参照）。このため、ドーム部１０４の繊維強化樹脂層１４を等張力曲面に沿って巻きつけた場合に、インナーライナー１２との間に隙間が生じ、この隙間に充填剤（フィラー：図６参照）を充填する必要があった。
　これに対して、本実施の形態では、口金１６の環状壁部２８の表面形状が等張力曲面に沿っているため、この表面に直接繊維強化樹脂層１４を巻きつけることでドーム部１０４の形状を等張力曲面とすることが可能となる。よって、本実施の形態にかかる航空機用水タンク８では口金１６周囲の充填剤が不要となる。

　また、本実施の形態では、口金１６の環状壁部２８の表面形状の曲率が従来技術にかかる口金よりも小さく、口金１６中心からの半径が長い。このため、本実施の形態にかかる口金１６は、口金本体２６と接する基部２８２の厚みを同一とした場合、従来技術にかかる口金よりも外周端部２８４の厚みが薄くなる。このため、外周端部２８４における弾力性が向上し、外周端部２８４周辺における応力を広く分散することができ、従来の補強材（ダブラー：図６参照）が不要となる。
　よって、本実施の形態では、口金１６の外周部とインナーライナー１２との間の補強材も不要となる。
　したがって、本実施の形態によれば、航空機用水タンク８の部品点数を減らし、コストダウンを図る上で有利となる。また、航空機用水タンク８の製造工程数を減らすことができ、生産効率を向上させることができる。

（第２の実施の形態）
　次に、図４および図５を参照して第２の実施の形態について説明する。
　第２の実施の形態では、図４に示すように、インナーライナー１２の第１の開口部２２の周囲の部分（開口周囲部）１２０が他の部分よりも肉厚である点が第１の実施の形態と異なっており、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。なお、以下の実施の形態では、第１の実施の形態と同一または同様の部分、部材には同一の符号を付して説明する。

　ここで、第２の実施の形態におけるインナーライナー１２は、ポリオレフィンによって形成されている。
　ポリオレフィンは、オレフィン類やアルケンをモノマー（単位分子）として合成されるポリマー（高分子）の総称である。
　たとえば代表的なポリオレフィンであるポリプロピレンは、組成としてはプロピレンを重合させた樹脂で、熱可塑性プラスチックの一つである。常用の耐熱温度は１００～１４０℃であり、プラスチックの中では最も比重が小さく、０．９～０．９１となっている。耐熱性が比較的良好で、機械的強度にも優れた素材である。生産量も多い材料で、ポリエチレンに次ぐ量が生産されており、安価である。
　ポリオレフィンは難接着性を有するが、コロナ放電処理やイトロ処理等の接着前処理により接着性の向上が可能である。機械的性質（引っ張り強度、圧縮強度、衝撃強度）に優れており、表面硬度も高く、耐摩耗性に優れる素材である。また、耐熱温度が高いため、硬化温度を高く設定し、硬化時間の短縮が見込まれる。さらに、機体の配管や航空機用水タンクの清掃に用いられる消毒剤の酸性やアルカリ性の溶液に高い耐性を持つ。

　図５を用いて、ポリオレフィン素材のインナーライナー１２の製造方法について説明する。
　本実施の形態では、ブロー成形によってポリオレフィン素材のインナーライナー１２を成形する。ブロー成形における金型４０は、内部がインナーライナー１２の形状に合わせて形成されている。具体的には、金型４０の内部には、航空機用水タンク８の円筒部１０２に対応する大径部４０２、ドーム部１０４に対応する２つの湾曲部４０４、口金１６に対応する２つの小径部４０６が形成されている。金型４０は、大径部４０２の軸方向を上下方向に向けて配置され、上側に位置する小径部４０６の内側が上部開口部４１２となり、下側に位置する小径部４０６の内側が下部開口部４１４となり、上部開口部４１２および下部開口部４１４は重力方向に沿って設置される。
　インナーライナー１２を成形する際には、金型４０の上部開口部４１２から可塑化された樹脂材料（ポリオレフィン）であるパリソン５０を導入し、パリソン５０の下部を下部開口部４１４内に位置させる。パリソン５０は図示しないドーナツ型のヘッドから押し出され、筒状である。そして、下部開口部４１４においてパリソン５０の下端の内部に圧縮空気Ｂを吹き込む。圧縮空気Ｂによりパリソン５０が膨らみ、金型４０の内壁に押し付けられ、金型４０の形状に沿った樹脂成形物、すなわちインナーライナー１２が成形される。

　ここで、ブロー成形においては、上部開口部４１２からパリソン５０を導入する際、ヘッドの隙間を調整しパリソン５０の肉厚を制御する（パリソンコントロール）ことによって、成形物の厚さおよび形状を調整することができる。すなわち、図５に示すように、大径部４０２におけるパリソン５０の肉厚に対して、上下の小径部４０６におけるパリソン５０の肉厚が厚くなるようにパリソン５０の肉厚を制御する。これにより、小径部４０６に対応する給水部近傍、すなわち、インナーライナー１２の第１の開口部２２の周囲の部分（開口周囲部）１２０の厚さを他の部分よりも肉厚とすることができる。

　従来からのインナーライナー１２の成形方法としては、インフレート成形が一般的である。これは、従来インナーライナー１２の材料として多く用いられているＡＢＳ樹脂は、成形に適した温度範囲が狭く、ブロー成形が困難であったためである。
　インフレート成形は、金型内に筒状の固形樹脂材料を搬送し、圧力および温度を加えることによって、金型に沿った形状の成形物を成形する。このインフレート成形では、航空機用水タンク８のドーム部１０４、特に口金１６付近は曲率が高く、樹脂材料が薄くなってしまう。このため、図４のように、インナーライナー１２の開口周囲部１２０の厚さを他の部分よりも肉厚とすることができなかった。

　本実施の形態では、ポリオレフィンを用いることによって、インナーライナー１２を比較的容易にブロー成形によって成形することができ、適切なパリソンコントロールによって、インナーライナー１２の開口周囲部１２０の厚さを他の部分よりも肉厚とすることが可能となる。
　インナーライナー１２の開口周囲部１２０の厚さを他の部分よりも肉厚とすることによって、環状壁部２８の外周端部２８４からインナーライナー１２が受ける応力を分散し、インナーライナー１２の強度を確保する上でより有利となる。

　また、本実施の形態では、インナーライナー１２の材料としてポリオレフィンを用いることによって、従来用いられているＡＢＳ樹脂等よりもインナーライナー１２の耐熱性、耐摩耗性、耐薬品性を向上させることができる。

８　航空機用水タンク
１０　タンク本体
１２　インナーライナー
１４　繊維強化樹脂層
１６　口金
２０　蓋
２２　第１の開口部
２４　第２の開口部
２６　口金本体
２８　環状壁部
３２　口金側開口部
１０２　円筒部
１０４　ドーム部

Claims

　円筒部と、前記円筒部の両側に設けられたドーム部と、前記ドーム部の中央に設けられた口金とを備えた航空機用水タンクであって、
　前記ドーム部は、インナーライナーと、前記インナーライナーの外周面に設けられた繊維強化樹脂層とを備え、
　前記インナーライナーと前記繊維強化樹脂層は、互いに同軸上に位置する開口部を備え、
　前記口金は、前記開口部に貫通される筒状の口金本体と、前記インナーライナーと前記繊維強化樹脂層との間で前記口金本体の外周部全周から半径方向外側に延在し前記開口部の周囲でそれらインナーライナーと繊維強化樹脂層とに取着される環状壁部と、を備え、
　前記環状壁部は、前記繊維強化樹脂層と接する側の表面形状が等張力曲面によって形成されている、
　ことを特徴とする航空機用水タンク。
　前記インナーライナーは、前記開口部の周囲の部分が他の部分よりも肉厚である、
　ことを特徴とする請求項１記載の航空機用水タンク。
　前記インナーライナーは、ポリオレフィンによって形成されている、
　ことを特徴とする請求項２記載の航空機用水タンク。