(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク殻の板厚方向の軸上にタンク殻の支持点を有するタンク殻の支持部を備え、同タンク殻の支持部は固定部に取付けられた支持軸とタンク殻との間に形成される球面ジョイントで構成され、前記球面ジョイントの凸球面部が前記支持軸の先端に設けられ、前記凸球面部を回転支持する凹球面部を、前記凸球面部の中心が前記タンク殻面の延長位置に位置されるように、前記タンク殻に埋設していることを特徴とする薄肉型タンク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、宇宙機器の姿勢制御用エンジンシステム、球形のガス又は液体タンク等に適用される薄肉型タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特に軽量化が要求される従来の宇宙機器用のタンクにおいては、材料にチタン合金を用い、膜構造の薄肉の球形のタンク殻が使用され、これをベース板に結合するために、図３及び図４に示す支持構造が採用されてきた。
【０００３】
即ち、半径Ｒの薄肉球形のタンク殻１ａの数箇所に支持軸１ｄを有するボス部１ｂを削り出しや溶接で創り出し、これをブラケット３によってベース板１１に固定している。このとき、振動荷重やタンク内圧力による支持軸１ｄの変位を吸収するために、球面軸受５によってタンク殻１ａの自由な支持を行なっている。
【０００４】
前記球面軸受５はボス部１ｂの支持軸１ｄとブラケット３との間に介装されており、前記支持軸１ｄに螺合されたナット１０によって前記支持軸１ｄ上に位置決めされており、また、球面軸受５の球面受け５ａは、抑え金具９によってブラケット３に固定されている。
【０００５】
前記ブラケット３は、同ブラケット３とベース板１１との間に介装された断熱材８と共にボルト６によってベース板１１に固定されている。なお、４は球面軸受５とボス部１ｂとの間に設けられたスペーサ、７はボルト７とブラケット３との間に設けられた断熱材製のスペーサである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記の従来のタンクの支持構造においては、荷重を球面軸受５で受けていることから、タンクの支持軸１ｄには振動、衝撃等によるモーメント荷重が作用し、このモーメント荷重を薄いタンク殻１ａで受けなければならない。薄肉のタンク殻にモーメント荷重Ｍが作用するときには、図５の解析図に示すように、タンク殻１ａが変形するので、ボス部１ｂとタンク殻１ａの薄肉部との接続箇所付近の部分Ａ、Ｂで応力の大きい部分が発生する。
【０００７】
以上のような大きいモーメント荷重に耐えうるようにするために、タンク殻１ａの板厚が決定され、このタンク殻１ａの板厚は、概してタンクの耐圧要求から必要とされる板厚よりも厚いものとなる。これは、最適軽量化設計の観点からは決して好ましいものとはいえない。
【０００８】
少しでもタンクを軽量化するために、図３及び図４に示される補強リブ１ｃをボス部１ｂの周囲に配することも行なわれているが、製作上からは複雑な形状を創製しなければならないこととなる。
【０００９】
本発明は、以上の問題点を解決することができる薄肉型タンクを提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄肉型タンクは、タンク殻の板厚方向の軸上にタンク殻の支持点を有するタンク殻の支持部を備え、同タンク殻の支持部は固定部に取付けられた支持軸とタンク殻との間に形成される球面ジョイントで構成され、前記球面ジョイントの凸球面部が前記支持軸の先端に設けられ、前記凸球面部を回転支持する凹球面部を、前記凸球面部の中心が前記タンク殻面の延長位置に位置されるように、前記タンク殻に埋設していることを特徴とする。本発明では、前記のように構成されているので、ラジアル及びスラスト荷重はタンク殻へ伝わるが、モーメント荷重はタンク殻には伝えられない。また、前記支持部はタンク殻の板厚方向の中心軸上に支持点を有しているので、モーメントアームを小さくし球面ジョイントから伝わるラジアル荷重に起因するモーメント荷重を極力小さくすることができる。
【００１１】
以上のように、タンク殻に作用するモーメント荷重を小さくすることによって、タンク殻の支持部周辺の薄肉部分がモーメント変形することが抑えられる。これにより、同周辺の薄肉部の応力集中を避けることができる。従って、タンク殻の板厚を薄くした設計が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を、図１及び図２によって説明する。１ａは半径Ｒの薄肉球形のタンク殻であり、内部には燃料などの液体が充てんされ質量負荷となっている。薄肉球形のタンク殻１ａの数箇所（３〜４カ所）に、このタンクを支える構造を有させるための比較的厚肉のボス部１ｂを設ける。
【００１３】
前記ボス部１ｂには、支持軸２の先端に設けられた凸球面部２ａと組み合されて球面ジョイントを形成する凹球面部２ｂがボルト１２によってボス部１ｂに取付けられた抑え金具によって固定されていて、この球面ジョイントによってタンク殻１ａの支持部が構成されている。また、前記凸球面部２ａと凹球面部２ｂは、自由にすべり、かつ、回転できるように構成されている。また更に、前記凸球面部２ａのタンク殻１ａよりの部分は、ボス部１ｂに設けられた凹球面状の部分に収容されている。
【００１４】
断熱材８と断熱材製のスペーサ７にはさまれてボルト６によってベース板１１に固定されたブラケット３の先端のボス部３ａには、支持軸２の凸球面部２ａと反対側の軸部が軸方向にすべることができるように貫通して組み付けられており、タンク殻１ａの内圧等による軸方向の膨張変位を逃げることができるようになっている。
【００１５】
前記支持軸２は、薄肉球形のタンク殻１ａの中心Ｏに向うように配置され、支持軸２の凸球面部２ａとボス部１ｂに固定された凹球面部２ｂよりなる球面ジョイントで構成されるタンク殻１ａの支持部は、タンク殻１ａの板厚方向の中心軸Ｏ−Ｏ′上に球面ジョイントの中心部、即ち支持点を有している。
【００１６】
以上のように構成された本実施の形態では、前記球面ジョイントにおいては、凸球面部２ａと凹球面部２ｂは自由にすべり、かつ、回転できるために、同球面ジョイントは、ラジアル荷重Ｒとスラスト荷重Ｔを支持軸２からタンク殻１ａに伝達するが、タンク殻１ａに設けられたボス部１ｂを図１の面内で回転させる方向のモーメント荷重Ｍを支持軸２からタンク殻１ａに伝達することはなく、このモーメント荷重Ｍをブラケット３によって受けることになる。
【００１７】
また、球面ジョイントの中心部、即ち支持部は、タンク殻１ａの板厚方向の中心軸Ｏ−Ｏ′上にあるために、ラジアル荷重Ｒの作用点とタンク殻１ａとの間のモーメントアームを小さくすることができ、ラジアル荷重Ｒに起因してタンク殻１ａに作用するモーメント荷重を小さくすることができる。
【００１８】
以上のように、本実施の形態では、タンク殻１ａに作用するモーメント荷重を小さくすることができ、タンク殻１ａの支持部の周辺の薄肉部分がモーメント変形することが抑制され、応力集中を避けてタンク殻１ａの板厚を薄くすることができる。
【００１９】
なお、前記の本発明の実施の形態では、球形の薄肉のタンク殻を前記構成の球面ジョイントよりなる支持部で支持するようにしているが、本発明は、同様な構成の支持部によって球形以外の形状の薄肉のタンク殻を支持するようにすることもできる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、薄肉のタンク殻にモーメント荷重が伝わることがなく、かつ、ラジアル荷重に起因してタンク殻に作用する荷重を小さくすることができ、タンク殻の板厚を薄くすることができる。また、タンク殻の支持部にモーメント荷重が作用することなく、その構造を簡単にし製造を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の縦断面図である。
【図２】前記本発明の実施の形態の側面図である。
【図３】従来の薄肉タンクの縦断面図である。
【図４】前記従来の薄肉タンクの側面図である。
【図５】従来の薄肉タンクの変形状態の解析図である。
【符号の説明】
１ａ  タンク殻
１ｂ  ボス部
１ｃ  補強リブ
２    支持軸
２ａ  凸球面部
２ｂ  凹球面部
３    ブラケット
３ａ  ブラケットのボス部
４    スペーサ
５    球面軸受
６    ボルト
７    スペーサ
８    断熱材
９    抑え金具
１０  ナット
１１  ベース板
１２  ボルト
Ｍ    モーメント荷重
Ｒ    ラジアル荷重
Ｔ    スラスト荷重
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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