(57)【要約】耐圧構造容器は、筒状部材と、筒状部材の開口端に接続されて該筒状部材の開口を覆う蓋部材と、一端が蓋部材の内側表面に取り付けられ、他端が筒状部材の内周面に対向する支持部材と、を有する。容器が内圧に比べて高い外圧を受けるとき、蓋部材に作用する外圧によって筒状部材の開口端と蓋部材との間の接続部を中心とするモーメントが支持部材に発生し、そのモーメントによって支持部材の他端に生じた力で外圧が作用する筒状部材の内周面を支持部材が支持する。
2017187470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐圧構造を備える耐圧構造容器であって、
筒状部材と、
筒状部材の開口端に接続されて該筒状部材の開口を覆う蓋部材と、
一端が蓋部材の内側表面に取り付けられ、他端が筒状部材の内周面に対向する支持部材と、を有し、
耐圧構造容器が内圧に比べて高い外圧を受けるとき、蓋部材に作用する外圧によって筒状部材の開口端と蓋部材との間の接続部を中心とするモーメントが支持部材に発生し、そのモーメントによって支持部材の他端に生じた力で外圧が作用する筒状部材の内周面を支持部材が支持する、耐圧構造容器。
【請求項２】
蓋部材がその内側表面から突出する複数のリブ部を備え、
筒状部材の内周面に対向する外周面を備えるリング部材が設けられ、
複数の支持部材それぞれは、その一端がリブ部に固定され、その他端がリング部材に固定されている、請求項１に記載の耐圧構造容器。
【請求項３】
蓋部材が部分球面と平坦な頂面とから構成される外側表面を備え、
複数のリブ部が部分球面裏側の内側表面の部分に設けられている、請求項２に記載の耐圧構造容器。
【請求項４】
蓋部材がフランジ部を備え、
フランジ部に筒状部材の開口端と係合する環状溝が設けられている、請求項１から３のいずれか一項に記載の耐圧構造容器。
【請求項５】
筒状部材の両端が開口端であって、
開口端それぞれに蓋部材が取り付けられ、
筒状部材の外周面に沿って並べられ、一方の蓋部材のフランジ部に固定される一端と他方の蓋部材のフランジ部に固定する他端とをそれぞれ備える複数のロッドを有する、請求項４に記載の耐圧構造容器。
【請求項６】
筒状部材が透明ガラスまたは透明樹脂材料から作製され、
蓋部材が金属材料から作製されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の耐圧構造容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、外圧に対抗する耐圧構造容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載するように、外圧に対抗する耐圧構造の容器（筐体）が知られている。この筐体は、人が搭乗可能な潜水艇のカプセルであって、水圧に対抗する耐圧構造を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−１９７１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、容器が複数の部材から構成されている場合、容器全体が内圧に比べて高い外圧を受けたとき、特定の部材が、その形状や材質等を原因として、他の部材に比べて大きく変形することがある。その特定の部材の大きな変形を原因として容器全体が破損に至ることがある。【０００５】
そこで、本開示は、複数の部材から構成される容器について、外圧による破損を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記技術的課題を解決するために、本開示の一態様によれば、
耐圧構造を備える耐圧構造容器であって、
筒状部材と、
筒状部材の開口端に接続されて該筒状部材の開口を覆う蓋部材と、
一端が蓋部材の内側表面に取り付けられ、他端が筒状部材の内周面に対向する支持部材と、を有し、
耐圧構造容器が内圧に比べて高い外圧を受けるとき、蓋部材に作用する外圧によって筒状部材の開口端と蓋部材との間の接続部を中心とするモーメントが支持部材に発生し、そのモーメントによって支持部材の他端に生じた力で外圧が作用する筒状部材の内周面を支持部材が支持する、耐圧構造容器が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、複数の部材から構成される容器について、外圧による破損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明のこれらの態様と特徴は、添付された図面についての好ましい実施の形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
【図１】一実施の形態に係る耐圧構造の容器の斜視図である。
【図２】耐圧構造の容器の側面図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ線に沿った耐圧構造の容器の断面図である。
【図４】図３に示すＢ−Ｂ線に沿った耐圧構造の容器の断面図である。
【図５】筒状部材を省略した状態の耐圧構造の容器の斜視図である。
【図６】本耐圧構造を説明するための容器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の一態様の耐圧構造容器は、筒状部材と、筒状部材の開口端に接続されて該筒状部材の開口を覆う蓋部材と、一端が蓋部材の内側表面に取り付けられ、他端が筒状部材の内周面に対向する支持部材と、を有し、耐圧構造容器が内圧に比べて高い外圧を受けるとき、蓋部材に作用する外圧によって筒状部材の開口端と蓋部材との間の接続部を中心とするモーメントが支持部材に発生し、そのモーメントによって支持部材の他端に生じた力で外圧が作用する筒状部材の内周面を支持部材が支持する。
【００１０】
このような構成によれば、複数の部材から構成される容器について、外圧による破損を抑制することができる。
【００１１】
例えば、蓋部材が、その内側表面の部分から突出する複数のリブ部を備え、筒状部材の内周面に対向する外周面を備えるリング部材が設けられ、複数の支持部材それぞれは、その一端がリブ部に固定され、その他端がリング部材に固定されている。これにより、蓋部材の変形を抑制するリブ部を利用して、すなわちリブ部と協働して、支持部材が筒状部材を支持して該筒状部材の変形を抑制することができる。
【００１２】
例えば、蓋部材が、部分球面と平坦な頂面とから構成される外側表面を備え、複数のリブ部が部分球面裏側の内側表面の部分に設けられている。これにより、蓋部材の外圧に対する耐圧性を向上させることができる。
【００１３】
例えば、蓋部材がフランジ部を備え、フランジ部に筒状部材の開口端と係合する環状溝が設けられている。これにより、蓋部材の剛性が向上し、すなわち外圧に対する耐圧性が向上する。また、そのフランジ部で筒状部材と蓋部材が接続するため、容器が外圧を受けても筒状部材と蓋部材との間の接続が維持される。
【００１４】
例えば、筒状部材の両端が開口端であって、開口端それぞれに蓋部材が取り付けられる。また、容器は、筒状部材の外周面に沿って並べられ、一方の蓋部材のフランジ部に固定される一端と他方の蓋部材のフランジ部に固定する他端とをそれぞれ備える複数のロッドを有する。複数のロッドにより、筒状部材の両端それぞれに取り付けられた蓋部材同士が連結され、蓋部材それぞれと筒状部材との間の接続を維持することができる。
【００１５】
例えば、筒状部材が透明ガラスまたは透明樹脂材料から作製され、蓋部材が金属材料から作製されている。容器内に搭載されたカメラは、濡れることなく、支持部材によって水圧による変形が抑制されている筒状部材を介して、水中を良好に撮影することができる。
【００１６】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【００１７】
なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するものであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１８】
図１は一実施の形態に係る耐圧構造の容器の斜視図である。図２は容器の側面図であって、図３は図２に示すＡ−Ａ線に沿った容器の断面図であって、図４は図３に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００１９】
図１および図４に示すように、容器１０は、筒状部材１２と、筒状部材１２の両端それぞれに取り付けられた蓋部材１４、１６とを有する。
【００２０】
本実施の形態の場合、図４に示すように、筒状部材１２は、その中心軸Ｃ方向の両端に開口（開口端１２ａ）を備える円筒形状であって、例えば透明ガラスや透明樹脂材料等から作製されている。
【００２１】
本実施の形態の場合、図１に示すように、蓋部材１４は、略ドーム形状、具体的には半球の頂点をカットした形状であって、部分球面１４ａと平坦な頂面１４ｂとから構成される外側表面を備えている。蓋部材１６も同様に、部分球面１６ａと頂面１６ｂとから構成される外側表面を備える形状である。略ドーム形状であるため、蓋部材１４、１６は外圧に対して高い耐圧性を備える。
【００２２】
本実施の形態の場合、蓋部材１４、１６はまた、例えばアルミニウム等の金属材料から作製されている。
【００２３】
蓋部材１４，１６はさらに、その開口端１４ｃ、１６ｃ側にフランジ部１４ｄ、１６ｄを備える。このフランジ部１４ｄ、１６ｄを備えることにより、蓋部材１４、１６は高い剛性を備える、すなわち外圧に対して高い耐圧性を備える（フランジ部がない場合に比べて）。
【００２４】
フランジ部１４ｄ、１６ｄには、図４に示すように、筒状部材１２の開口端１２ａと係合する環状溝１４ｅ、１６ｅが形成されている。なお、環状溝１４ｅ、１６ｅ内には、シールリング１８が配置されている。このシールリング１８によって蓋部材１４、１６それぞれと筒状部材１２の開口端１２ａとの間の隙間がシールされ、容器１０の内部空間１０ａが密閉されている。剛性が高いフランジ部１４ｄ、１６ｄで蓋部材１４、１６が筒状部材１２の開口端１２ａと接続するため、容器１０が外圧を受けてもその接続が維持される。すなわち、蓋部材１４、１６それぞれと筒状部材１２の開口端１２ａとの間のシールが維持される。なお、密閉された容器１０の内部空間１０ａには、例えばカメラ（図示）等が搭載される。容器１０内に搭載されたカメラは、濡れることなく水中を撮影することができる。
【００２５】
蓋部材１４、１６は、図２に示すように、複数の直線状のロッド２０によって連結されている。本実施の形態の場合、ロッド２０は６本である。複数のロッド２０は、図３に示すように、筒状部材１２の外周面１２ｂに沿って等間隔に配置されている。また、図２に示すように、複数のロッド２０それぞれは、筒状部材１２の中心軸Ｃ方向に延在している。
【００２６】
図４に示すように、ロッド２０の両端には、おねじ部２０ａが形成されている。そのおねじ部２０ａは、蓋部材１４、１６のフランジ部１４ｄ、１６ｄに形成された貫通穴１４ｆ、１６ｆを通過している。貫通穴１４ｆ、１６ｆを通過したおねじ部２０ａに、ワッシャ２２、スプリングワッシャ２４、およびナット２６が取り付けられている。これにより、複数のロッド２０の両端に、蓋部材１４、１６が固定されている。
【００２７】
蓋部材１４、１６が複数のロッド２０を介して連結されることにより、蓋部材１４、１６と筒状部材１２との接続が維持される。その結果、容器１０の内部空間１０ａが密閉状態で維持される。
【００２８】
ここからは、外圧に対抗するための容器１０の耐圧構造について説明する。
【００２９】
まず、本実施の形態の場合、蓋部材１４、１６それぞれは、図１に示すように、部分球面と平坦な頂面とから構成される外側表面を備える略ドーム形状であるために外圧に対して高い耐圧性を備える。一方、筒状部材１２は、外圧を受けるとくびれ（縮径部）が生じるように変形しうる。そのため、筒状部材１２の変形を抑制する後述の耐圧構造を、容器１０は備える。
【００３０】
蓋部材１４、１６は、図４および図５に示すように、その内側表面１４ｇ，１６ｇに複数のリブ部１４ｈ、１６ｈを備える。これらのリブ部１４ｈ、１６ｈは、蓋部材１４、１６の部分球面１４ａ、１６ａの裏側の内側表面１４ｇ、１６ｇの部分から突出し、筒状部材１２の中心軸Ｃ方向に開口端１４ｃ、１６ｃまで延在している。本実施の形態の場合、４つのリブ部１４ｈが蓋部材１４に設けられ、４つのリブ部１６ｈが蓋部材１６に設けられている。このリブ部１４ｈ、１６ｈにより、蓋部材１４、１６、特に部分球面１４ａ、１６ａの変形が抑制される。
【００３１】
また、図４および図５に示すように、筒状部材１２内には、環状のリング部材３０、３２が配置されている。本実施の形態の場合、リング部材３０、３２は、円環状であって、例えばアルミニウム材料から作製されている。
【００３２】
図４に示すように、リング部材３０、３２は、筒状部材１２の内周面１２ｃに対向する外周面３０ａ、３２ａを備える。リング部材３０、３２は、筒状部材１２内において、中心軸Ｃ方向における異なる位置に配置されている。
【００３３】
図４に示すように、蓋部材１４のリブ部１４ｈそれぞれとリング部材３０との間および蓋部材１６のリブ部１６ｈそれぞれとリング部材３２との間には、複数の支持部材３４が配置されている。これらの支持部材３４は、直線状の部材であって、一端におねじ部３４ａが形成され、他端にめねじ部３４ｂが形成されている。また、これらの支持部材３４は、筒状部材１２の内周面１２ｃに沿って等間隔に並んでいる。本実施の形態の場合、蓋部材１４、１６それぞれに対して、支持部材３４は４本である。
【００３４】
支持部材３４のおねじ部３４ａは、蓋部材１４、１６のリブ部１４ｈ、１６ｈの先端（開口端１４ｃ、１６ｃ側の端）に形成されためねじ部１４ｊ、１６ｊに係合する。これにより、支持部材３４の一端が蓋部材１４、１６のリブ部１４ｈ、１６ｈに固定される。
【００３５】
一方、支持部材３４のめねじ部３４ｂは、リング部材３０、３２を貫通するねじ３６と係合する。具体的には、リング部材３０、３２には、その中心に向かって突出する舌片部３０ｂ、３２ｂが形成されており、その舌片部３０ｂ、３２ｂをねじ３６が貫通している。これにより、支持部材３４の他端がリング部材３０、３２に固定される。
【００３６】
その結果として、リング部材３０は支持部材３４を介して蓋部材１４に支持され、リング部材３２は支持部材３４を介して蓋部材１６に支持される。
【００３７】
このような耐圧構造により、容器１０にその内部圧力に比べて高い外圧（例えば水圧）が作用したとき、筒状部材１２の内側への変形が抑制される。その変形抑制のメカニズムについて、図６を参照しながら説明する。
【００３８】
例えば容器１０が水中に沈められた場合、容器１０全体に外圧（水圧）Ｐが作用する。筒状部材１２の外周面１２ｂに水圧Ｐが作用するとともに、蓋部材１４の外側表面（部分球面１４ａ、頂面１４ｂ）にも水圧Ｐが作用する。
【００３９】
図６に示すように、筒状部材１２の一方の開口端１２ａと一方の蓋部材１４との間の接続部、本実施の形態の場合には筒状部材１２の開口端１２ａと蓋部材１４の環状溝１４ｅとの間の係合部を実質的に中心とするモーメントＭが発生する。主に蓋部材１４の部分球面１４ａに作用した水圧Ｐにより、このモーメントＭが発生する。このモーメントＭは、筒状部材１２の開口端１２ａと蓋部材１４との間の接続部を中心として、蓋部材１４の部分球面１４ａの裏側のリブ部１４ｈにおける頂面１４ｂ側が容器１０の中央に向かって回動し、またリブ部１４ｈにおける開口端１４ｃ側が容器１０の外側に向かって回動するようなモーメントである。
【００４０】
別の観点から言えば、リブ部１４ｈと支持部材３４とを１つの物体とみなすと、リブ部１４ｈに力点が生じ、筒状部材１２の開口端１２ａと蓋部材１４との間の接続部が支点として機能し、支持部材３４に作用点が生じる。
【００４１】
このモーメントＭにより、リブ部１４ｈに一端が固定された支持部材３４の他端に、筒状部材１２の内周面１２ｃに向かう外側方向の力Ｆｏｕｔが発生する。支持部材３４の他端にはリング部材３０が固定されているため、支持部材３４の他端は、リング部材３０を介して筒状部材１２の内周面１２ｃを力Ｆｏｕｔで押圧する。それにより、外周面１２ｂに水圧Ｐを受けている筒状部材１２を、その内側からリング部材３０を介して支持部材３４が支持する。
【００４２】
同様に、筒状部材１２の他方の開口端１２ａと他方の蓋部材１６との間の接続部を実質的に中心とするモーメントも発生する。それにより、支持部材３４が、リング部材３２を介して、水圧Ｐを受けている筒状部材１２を支持する。
【００４３】
厳密には、図６に示すように、筒状部材１２の外周面１２ｂに作用する水圧Ｐにより、筒状部材１２を介して、リング部材３０に内側方向の力Ｆｉｎが作用する。すなわち、リング部材３０を縮径する力Ｆｉｎが作用する。リング部材３０が縮径すると筒状部材１２が内側に変形するため、モーメントＭによって発生する力Ｆｏｕｔは、この内側方向の力Ｆｉｎを、少なくとも部分的に相殺する。これにより、リング部材３０の縮径が抑制され、水圧Ｐによる筒状部材１２の内側への変形が抑制される。
【００４４】
なお、このモーメントＭによって発生する筒状部材１２に作用する外側方向への力Ｆｏｕｔの大きさは、蓋部材１４（１６）の材質および形状、支持部材３４の材質および長さ等によって決まる。また、筒状部材１２の開口端１２ａと蓋部材１４（１６）との間の接続部（モーメントの中心）から支持部材３４の先端（リング部材３０（３２）側の端）までの距離によっても決まる。
【００４５】
一方、筒状部材１２に作用する水圧Ｐによって発生する内側方向への力Ｆｉｎの大きさは、筒状部材１２の材質、肉厚、および直径、筒状部材１２とリング部材３０（３２）との間の隙間等によって決まる。
【００４６】
これらの力Ｆｏｕｔ、Ｆｉｎを決定する形状的、構造的、および材質的要素は、容器１０が使用される環境の圧力（外圧）によって決定される。
【００４７】
このような耐圧構造により、外圧による筒状部材１２の変形が抑制され、容器１０全体の破損が抑制される。すなわち、本実施の形態の場合、アルミニウム等の金属材料から作製された蓋部材１４、１６に比べて剛性（破壊に対する耐性）が低い、透明ガラスや透明樹脂材料等で作製された筒状部材１２の変形が抑制され、容器１０全体の破損が抑制される。
【００４８】
また、容器１０内にカメラ（図示せず）が搭載され、その容器１０が水中に沈められる場合、支持部材３４によって変形が抑制された透明の筒状部材１２を介して、カメラは水中を良好に撮影することができる。すなわち、筒状部材１２の変形が抑制されているため、像のゆがみが小さい良好な撮影画像を得ることができる。
【００４９】
以上のような本実施の形態によれば、筒状部材１２および蓋部材１４、１６によって構成される容器１０は外圧による破損が抑制される。
【００５０】
なお、本開示の実施形態は、上述の実施の形態に限らない。
【００５１】
例えば、上述の実施の形態の場合、蓋部材１４、１６は、図２に示すように、部分球面１４ａ、１６ａと平坦な頂面１４ｂ、１６ｂとから構成される外側表面を備える略ドーム形状であるが、実施の形態はこれに限らない。例えば、蓋部材１４、１６は、半球、角錐、円錐、角錐台、円錐台形状等であってもよい。すなわち、蓋部材は、筒状部材の開口端に接続されて該筒状部材の開口を覆う部材であればよい。
【００５２】
また、上述の実施の形態の場合、筒状部材１２は円筒形状であるが、本実施の形態はこれに限らない。例えば、中心軸方向と直交する断面が正方形状である筒状部材であってもよい。
【００５３】
さらに、上述の実施の形態の場合、図６に示すように、支持部材３４は、リング部材３０（３２）を介して筒状部材１２の内周面１２ｃを支持するが、実施の形態はこれに限らない。支持部材３４が、直接的に筒状部材１２の内周面１２ｃを支持してもよい。
【００５４】
さらにまた、上述の実施の形態の場合、図４に示すように、筒状部材１２は、その中心軸Ｃ方向の両端に開口端を備えるが、実施の形態はこれに限らない。例えば、筒状部材は、一端のみに開口端を有する有底筒状部材であってもよい。この場合、容器は、１つの蓋部材を有する。
【００５５】
加えて、上述の実施の形態の場合、図４に示すように、２つのリング部材３０、３２が設けられ、一方のリング部材３０が支持部材３４を介して蓋部材１４に支持され、他方のリング部材３２が支持部材３４を介して蓋部材１６に支持されている。しかしながら、実施の形態はこれに限らない。例えば、１つのリング部材が支持部材を介して２つの蓋部材に支持されてもよい。あるいは、２つの蓋部材それぞれに支持されているリング部材同士が連結されてもよい。
【００５６】
加えてまた、上述の実施の形態の場合、蓋部材１４（１６）と、支持部材３４と、リング部材３０（３２）とは別々の部品であるが、これらを一体化した一部品を構成してもよい。
【００５７】
以上のように、本開示における技術の例示として、実施形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【００５８】
また、前述の実施形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略等を行うことができる。
【００５９】
２０１６年４月２８日に出願された日本特許出願第２０１６−０９０８１７号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本開示は、その内部圧力に比べて高い外圧を受ける容器に適用可能である。
【図１】
2017187470.tif 000003
【図２】
2017187470.tif 000004
【図３】
2017187470.tif 000005
【図４】
2017187470.tif 000006
【図５】
2017187470.tif 000007
【図６】
2017187470.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月9日(2017.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐圧構造を備える耐圧構造容器であって、
筒状部材と、
筒状部材の開口端に接続されて該筒状部材の開口を覆う蓋部材と、
一端が蓋部材の内側表面に取り付けられ、他端が筒状部材の内周面に対向する支持部材と、を有し、
耐圧構造容器が内圧に比べて高い外圧を受けるとき、蓋部材に作用する外圧によって筒状部材の開口端と蓋部材との間の接続部を中心とするモーメントが支持部材に発生し、そのモーメントによって支持部材の他端に生じた力で外圧が作用する筒状部材の内周面を支持部材が支持し、
蓋部材がその内側表面から突出する複数のリブ部を備え、
筒状部材の内周面に対向する外周面を備えるリング部材が設けられ、
複数の支持部材それぞれは、その一端がリブ部に固定され、その他端がリング部材に固定されている、耐圧構造容器。
【請求項２】
蓋部材が部分球面と平坦な頂面とから構成される外側表面を備え、
複数のリブ部が部分球面裏側の内側表面の部分に設けられている、請求項１に記載の耐圧構造容器。
【請求項３】
蓋部材がフランジ部を備え、
フランジ部に筒状部材の開口端と係合する環状溝が設けられている、請求項１または２に記載の耐圧構造容器。
【請求項４】
筒状部材の両端が開口端であって、
開口端それぞれに蓋部材が取り付けられ、
筒状部材の外周面に沿って並べられ、一方の蓋部材のフランジ部に固定される一端と他方の蓋部材のフランジ部に固定する他端とをそれぞれ備える複数のロッドを有する、請求項３に記載の耐圧構造容器。
【請求項５】
筒状部材が透明ガラスまたは透明樹脂材料から作製され、
蓋部材が金属材料から作製されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の耐圧構造容器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、外圧に対抗する耐圧構造容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載するように、外圧に対抗する耐圧構造の容器（筐体）が知られている。この筐体は、人が搭乗可能な潜水艇のカプセルであって、水圧に対抗する耐圧構造を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−１９７１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、容器が複数の部材から構成されている場合、容器全体が内圧に比べて高い外圧を受けたとき、特定の部材が、その形状や材質等を原因として、他の部材に比べて大きく変形することがある。その特定の部材の大きな変形を原因として容器全体が破損に至ることがある。
【０００５】
そこで、本開示は、複数の部材から構成される容器について、外圧による破損を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記技術的課題を解決するために、本開示の一態様によれば、
耐圧構造を備える耐圧構造容器であって、
筒状部材と、
筒状部材の開口端に接続されて該筒状部材の開口を覆う蓋部材と、
一端が蓋部材の内側表面に取り付けられ、他端が筒状部材の内周面に対向する支持部材と、を有し、
耐圧構造容器が内圧に比べて高い外圧を受けるとき、蓋部材に作用する外圧によって筒状部材の開口端と蓋部材との間の接続部を中心とするモーメントが支持部材に発生し、そのモーメントによって支持部材の他端に生じた力で外圧が作用する筒状部材の内周面を支持部材が支持し、
蓋部材がその内側表面から突出する複数のリブ部を備え、
筒状部材の内周面に対向する外周面を備えるリング部材が設けられ、
複数の支持部材それぞれは、その一端がリブ部に固定され、その他端がリング部材に固定されている、耐圧構造容器が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、複数の部材から構成される容器について、外圧による破損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明のこれらの態様と特徴は、添付された図面についての好ましい実施の形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
【図１】一実施の形態に係る耐圧構造の容器の斜視図である。
【図２】耐圧構造の容器の側面図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ線に沿った耐圧構造の容器の断面図である。
【図４】図３に示すＢ−Ｂ線に沿った耐圧構造の容器の断面図である。
【図５】筒状部材を省略した状態の耐圧構造の容器の斜視図である。
【図６】本耐圧構造を説明するための容器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の一態様の耐圧構造容器は、筒状部材と、筒状部材の開口端に接続されて該筒状部材の開口を覆う蓋部材と、一端が蓋部材の内側表面に取り付けられ、他端が筒状部材の内周面に対向する支持部材と、を有し、耐圧構造容器が内圧に比べて高い外圧を受けるとき、蓋部材に作用する外圧によって筒状部材の開口端と蓋部材との間の接続部を中心とするモーメントが支持部材に発生し、そのモーメントによって支持部材の他端に生じた力で外圧が作用する筒状部材の内周面を支持部材が支持する。
【００１０】
このような構成によれば、複数の部材から構成される容器について、外圧による破損を抑制することができる。
【００１１】
例えば、蓋部材が、その内側表面の部分から突出する複数のリブ部を備え、筒状部材の内周面に対向する外周面を備えるリング部材が設けられ、複数の支持部材それぞれは、その一端がリブ部に固定され、その他端がリング部材に固定されている。これにより、蓋部材の変形を抑制するリブ部を利用して、すなわちリブ部と協働して、支持部材が筒状部材を支持して該筒状部材の変形を抑制することができる。
【００１２】
例えば、蓋部材が、部分球面と平坦な頂面とから構成される外側表面を備え、複数のリブ部が部分球面裏側の内側表面の部分に設けられている。これにより、蓋部材の外圧に対する耐圧性を向上させることができる。
【００１３】
例えば、蓋部材がフランジ部を備え、フランジ部に筒状部材の開口端と係合する環状溝が設けられている。これにより、蓋部材の剛性が向上し、すなわち外圧に対する耐圧性が向上する。また、そのフランジ部で筒状部材と蓋部材が接続するため、容器が外圧を受けても筒状部材と蓋部材との間の接続が維持される。
【００１４】
例えば、筒状部材の両端が開口端であって、開口端それぞれに蓋部材が取り付けられる。また、容器は、筒状部材の外周面に沿って並べられ、一方の蓋部材のフランジ部に固定される一端と他方の蓋部材のフランジ部に固定する他端とをそれぞれ備える複数のロッドを有する。複数のロッドにより、筒状部材の両端それぞれに取り付けられた蓋部材同士が連結され、蓋部材それぞれと筒状部材との間の接続を維持することができる。
【００１５】
例えば、筒状部材が透明ガラスまたは透明樹脂材料から作製され、蓋部材が金属材料から作製されている。容器内に搭載されたカメラは、濡れることなく、支持部材によって水圧による変形が抑制されている筒状部材を介して、水中を良好に撮影することができる。
【００１６】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【００１７】
なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するものであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１８】
図１は一実施の形態に係る耐圧構造の容器の斜視図である。図２は容器の側面図であって、図３は図２に示すＡ−Ａ線に沿った容器の断面図であって、図４は図３に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００１９】
図１および図４に示すように、容器１０は、筒状部材１２と、筒状部材１２の両端それぞれに取り付けられた蓋部材１４、１６とを有する。
【００２０】
本実施の形態の場合、図４に示すように、筒状部材１２は、その中心軸Ｃ方向の両端に開口（開口端１２ａ）を備える円筒形状であって、例えば透明ガラスや透明樹脂材料等から作製されている。
【００２１】
本実施の形態の場合、図１に示すように、蓋部材１４は、略ドーム形状、具体的には半球の頂点をカットした形状であって、部分球面１４ａと平坦な頂面１４ｂとから構成される外側表面を備えている。蓋部材１６も同様に、部分球面１６ａと頂面１６ｂとから構成される外側表面を備える形状である。略ドーム形状であるため、蓋部材１４、１６は外圧に対して高い耐圧性を備える。
【００２２】
本実施の形態の場合、蓋部材１４、１６はまた、例えばアルミニウム等の金属材料から作製されている。
【００２３】
蓋部材１４，１６はさらに、その開口端１４ｃ、１６ｃ側にフランジ部１４ｄ、１６ｄを備える。このフランジ部１４ｄ、１６ｄを備えることにより、蓋部材１４、１６は高い剛性を備える、すなわち外圧に対して高い耐圧性を備える（フランジ部がない場合に比べて）。
【００２４】
フランジ部１４ｄ、１６ｄには、図４に示すように、筒状部材１２の開口端１２ａと係合する環状溝１４ｅ、１６ｅが形成されている。なお、環状溝１４ｅ、１６ｅ内には、シールリング１８が配置されている。このシールリング１８によって蓋部材１４、１６それぞれと筒状部材１２の開口端１２ａとの間の隙間がシールされ、容器１０の内部空間１０ａが密閉されている。剛性が高いフランジ部１４ｄ、１６ｄで蓋部材１４、１６が筒状部材１２の開口端１２ａと接続するため、容器１０が外圧を受けてもその接続が維持される。すなわち、蓋部材１４、１６それぞれと筒状部材１２の開口端１２ａとの間のシールが維持される。なお、密閉された容器１０の内部空間１０ａには、例えばカメラ（図示）等が搭載される。容器１０内に搭載されたカメラは、濡れることなく水中を撮影することができる。
【００２５】
蓋部材１４、１６は、図２に示すように、複数の直線状のロッド２０によって連結されている。本実施の形態の場合、ロッド２０は６本である。複数のロッド２０は、図３に示すように、筒状部材１２の外周面１２ｂに沿って等間隔に配置されている。また、図２に示すように、複数のロッド２０それぞれは、筒状部材１２の中心軸Ｃ方向に延在している。
【００２６】
図４に示すように、ロッド２０の両端には、おねじ部２０ａが形成されている。そのおねじ部２０ａは、蓋部材１４、１６のフランジ部１４ｄ、１６ｄに形成された貫通穴１４ｆ、１６ｆを通過している。貫通穴１４ｆ、１６ｆを通過したおねじ部２０ａに、ワッシャ２２、スプリングワッシャ２４、およびナット２６が取り付けられている。これにより、複数のロッド２０の両端に、蓋部材１４、１６が固定されている。
【００２７】
蓋部材１４、１６が複数のロッド２０を介して連結されることにより、蓋部材１４、１６と筒状部材１２との接続が維持される。その結果、容器１０の内部空間１０ａが密閉状態で維持される。
【００２８】
ここからは、外圧に対抗するための容器１０の耐圧構造について説明する。
【００２９】
まず、本実施の形態の場合、蓋部材１４、１６それぞれは、図１に示すように、部分球面と平坦な頂面とから構成される外側表面を備える略ドーム形状であるために外圧に対して高い耐圧性を備える。一方、筒状部材１２は、外圧を受けるとくびれ（縮径部）が生じるように変形しうる。そのため、筒状部材１２の変形を抑制する後述の耐圧構造を、容器１０は備える。
【００３０】
蓋部材１４、１６は、図４および図５に示すように、その内側表面１４ｇ，１６ｇに複数のリブ部１４ｈ、１６ｈを備える。これらのリブ部１４ｈ、１６ｈは、蓋部材１４、１６の部分球面１４ａ、１６ａの裏側の内側表面１４ｇ、１６ｇの部分から突出し、筒状部材１２の中心軸Ｃ方向に開口端１４ｃ、１６ｃまで延在している。本実施の形態の場合、４つのリブ部１４ｈが蓋部材１４に設けられ、４つのリブ部１６ｈが蓋部材１６に設けられている。このリブ部１４ｈ、１６ｈにより、蓋部材１４、１６、特に部分球面１４ａ、１６ａの変形が抑制される。
【００３１】
また、図４および図５に示すように、筒状部材１２内には、環状のリング部材３０、３２が配置されている。本実施の形態の場合、リング部材３０、３２は、円環状であって、例えばアルミニウム材料から作製されている。
【００３２】
図４に示すように、リング部材３０、３２は、筒状部材１２の内周面１２ｃに対向する外周面３０ａ、３２ａを備える。リング部材３０、３２は、筒状部材１２内において、中心軸Ｃ方向における異なる位置に配置されている。
【００３３】
図４に示すように、蓋部材１４のリブ部１４ｈそれぞれとリング部材３０との間および蓋部材１６のリブ部１６ｈそれぞれとリング部材３２との間には、複数の支持部材３４が配置されている。これらの支持部材３４は、直線状の部材であって、一端におねじ部３４ａが形成され、他端にめねじ部３４ｂが形成されている。また、これらの支持部材３４は、筒状部材１２の内周面１２ｃに沿って等間隔に並んでいる。本実施の形態の場合、蓋部材１４、１６それぞれに対して、支持部材３４は４本である。
【００３４】
支持部材３４のおねじ部３４ａは、蓋部材１４、１６のリブ部１４ｈ、１６ｈの先端（開口端１４ｃ、１６ｃ側の端）に形成されためねじ部１４ｊ、１６ｊに係合する。これにより、支持部材３４の一端が蓋部材１４、１６のリブ部１４ｈ、１６ｈに固定される。
【００３５】
一方、支持部材３４のめねじ部３４ｂは、リング部材３０、３２を貫通するねじ３６と係合する。具体的には、リング部材３０、３２には、その中心に向かって突出する舌片部３０ｂ、３２ｂが形成されており、その舌片部３０ｂ、３２ｂをねじ３６が貫通している。これにより、支持部材３４の他端がリング部材３０、３２に固定される。
【００３６】
その結果として、リング部材３０は支持部材３４を介して蓋部材１４に支持され、リング部材３２は支持部材３４を介して蓋部材１６に支持される。
【００３７】
このような耐圧構造により、容器１０にその内部圧力に比べて高い外圧（例えば水圧）が作用したとき、筒状部材１２の内側への変形が抑制される。その変形抑制のメカニズムについて、図６を参照しながら説明する。
【００３８】
例えば容器１０が水中に沈められた場合、容器１０全体に外圧（水圧）Ｐが作用する。筒状部材１２の外周面１２ｂに水圧Ｐが作用するとともに、蓋部材１４の外側表面（部分球面１４ａ、頂面１４ｂ）にも水圧Ｐが作用する。
【００３９】
図６に示すように、筒状部材１２の一方の開口端１２ａと一方の蓋部材１４との間の接続部、本実施の形態の場合には筒状部材１２の開口端１２ａと蓋部材１４の環状溝１４ｅとの間の係合部を実質的に中心とするモーメントＭが発生する。主に蓋部材１４の部分球面１４ａに作用した水圧Ｐにより、このモーメントＭが発生する。このモーメントＭは、筒状部材１２の開口端１２ａと蓋部材１４との間の接続部を中心として、蓋部材１４の部分球面１４ａの裏側のリブ部１４ｈにおける頂面１４ｂ側が容器１０の中央に向かって回動し、またリブ部１４ｈにおける開口端１４ｃ側が容器１０の外側に向かって回動するようなモーメントである。
【００４０】
別の観点から言えば、リブ部１４ｈと支持部材３４とを１つの物体とみなすと、リブ部１４ｈに力点が生じ、筒状部材１２の開口端１２ａと蓋部材１４との間の接続部が支点として機能し、支持部材３４に作用点が生じる。
【００４１】
このモーメントＭにより、リブ部１４ｈに一端が固定された支持部材３４の他端に、筒状部材１２の内周面１２ｃに向かう外側方向の力Ｆｏｕｔが発生する。支持部材３４の他端にはリング部材３０が固定されているため、支持部材３４の他端は、リング部材３０を介して筒状部材１２の内周面１２ｃを力Ｆｏｕｔで押圧する。それにより、外周面１２ｂに水圧Ｐを受けている筒状部材１２を、その内側からリング部材３０を介して支持部材３４が支持する。
【００４２】
同様に、筒状部材１２の他方の開口端１２ａと他方の蓋部材１６との間の接続部を実質的に中心とするモーメントも発生する。それにより、支持部材３４が、リング部材３２を介して、水圧Ｐを受けている筒状部材１２を支持する。
【００４３】
厳密には、図６に示すように、筒状部材１２の外周面１２ｂに作用する水圧Ｐにより、筒状部材１２を介して、リング部材３０に内側方向の力Ｆｉｎが作用する。すなわち、リング部材３０を縮径する力Ｆｉｎが作用する。リング部材３０が縮径すると筒状部材１２が内側に変形するため、モーメントＭによって発生する力Ｆｏｕｔは、この内側方向の力Ｆｉｎを、少なくとも部分的に相殺する。これにより、リング部材３０の縮径が抑制され、水圧Ｐによる筒状部材１２の内側への変形が抑制される。
【００４４】
なお、このモーメントＭによって発生する筒状部材１２に作用する外側方向への力Ｆｏｕｔの大きさは、蓋部材１４（１６）の材質および形状、支持部材３４の材質および長さ等によって決まる。また、筒状部材１２の開口端１２ａと蓋部材１４（１６）との間の接続部（モーメントの中心）から支持部材３４の先端（リング部材３０（３２）側の端）までの距離によっても決まる。
【００４５】
一方、筒状部材１２に作用する水圧Ｐによって発生する内側方向への力Ｆｉｎの大きさは、筒状部材１２の材質、肉厚、および直径、筒状部材１２とリング部材３０（３２）との間の隙間等によって決まる。
【００４６】
これらの力Ｆｏｕｔ、Ｆｉｎを決定する形状的、構造的、および材質的要素は、容器１０が使用される環境の圧力（外圧）によって決定される。
【００４７】
このような耐圧構造により、外圧による筒状部材１２の変形が抑制され、容器１０全体の破損が抑制される。すなわち、本実施の形態の場合、アルミニウム等の金属材料から作製された蓋部材１４、１６に比べて剛性（破壊に対する耐性）が低い、透明ガラスや透明樹脂材料等で作製された筒状部材１２の変形が抑制され、容器１０全体の破損が抑制される。
【００４８】
また、容器１０内にカメラ（図示せず）が搭載され、その容器１０が水中に沈められる場合、支持部材３４によって変形が抑制された透明の筒状部材１２を介して、カメラは水中を良好に撮影することができる。すなわち、筒状部材１２の変形が抑制されているため、像のゆがみが小さい良好な撮影画像を得ることができる。
【００４９】
以上のような本実施の形態によれば、筒状部材１２および蓋部材１４、１６によって構成される容器１０は外圧による破損が抑制される。
【００５０】
なお、本開示の実施形態は、上述の実施の形態に限らない。
【００５１】
例えば、上述の実施の形態の場合、蓋部材１４、１６は、図２に示すように、部分球面１４ａ、１６ａと平坦な頂面１４ｂ、１６ｂとから構成される外側表面を備える略ドーム形状であるが、実施の形態はこれに限らない。例えば、蓋部材１４、１６は、半球、角錐、円錐、角錐台、円錐台形状等であってもよい。すなわち、蓋部材は、筒状部材の開口端に接続されて該筒状部材の開口を覆う部材であればよい。
【００５２】
また、上述の実施の形態の場合、筒状部材１２は円筒形状であるが、本実施の形態はこれに限らない。例えば、中心軸方向と直交する断面が正方形状である筒状部材であってもよい。
【００５３】
さらに、上述の実施の形態の場合、図６に示すように、支持部材３４は、リング部材３０（３２）を介して筒状部材１２の内周面１２ｃを支持するが、実施の形態はこれに限らない。支持部材３４が、直接的に筒状部材１２の内周面１２ｃを支持してもよい。
【００５４】
さらにまた、上述の実施の形態の場合、図４に示すように、筒状部材１２は、その中心軸Ｃ方向の両端に開口端を備えるが、実施の形態はこれに限らない。例えば、筒状部材は、一端のみに開口端を有する有底筒状部材であってもよい。この場合、容器は、１つの蓋部材を有する。
【００５５】
加えて、上述の実施の形態の場合、図４に示すように、２つのリング部材３０、３２が設けられ、一方のリング部材３０が支持部材３４を介して蓋部材１４に支持され、他方のリング部材３２が支持部材３４を介して蓋部材１６に支持されている。しかしながら、実施の形態はこれに限らない。例えば、１つのリング部材が支持部材を介して２つの蓋部材に支持されてもよい。あるいは、２つの蓋部材それぞれに支持されているリング部材同士が連結されてもよい。
【００５６】
加えてまた、上述の実施の形態の場合、蓋部材１４（１６）と、支持部材３４と、リング部材３０（３２）とは別々の部品であるが、これらを一体化した一部品を構成してもよい。
【００５７】
以上のように、本開示における技術の例示として、実施形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【００５８】
また、前述の実施形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略等を行うことができる。
【００５９】
２０１６年４月２８日に出願された日本特許出願第２０１６−０９０８１７号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本開示は、その内部圧力に比べて高い外圧を受ける容器に適用可能である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2017187470.tif 000009
【図２】
2017187470.tif 000010
【図３】
2017187470.tif 000011
【図４】
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【図５】
2017187470.tif 000013
【図６】
2017187470.tif 000014
【国際調査報告】
2017187470.tif 000015
2017187470.tif 000016
2017187470.tif 000017
2017187470.tif 000018