(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを加圧して貯える略円筒形状の燃料容器の外周部にバンドを沿わせて該燃料容器を保持するバンドにおいて、
該バンドの少なくとも一部に形状記憶素材を用いたことを特徴とする燃料容器保持用バンド構造。
【請求項２】
バンド中央部を前記形状記憶素材とする一方、バンド両端部は非形状記憶素材としたことを特徴とする請求項１記載の燃料容器保持用バンド構造。
【請求項３】
前記バンド中央部の前記形状記憶素材の部分の両端部に切り欠きまたは孔を設け、前記バンド両端部の前記非形状記憶素材の部分に前記切り欠きまたは孔に係合する係合部を設けて、前記形状記憶素材と前記非形状記憶素材とを結合したことを特徴とする請求項２記載の燃料容器保持用バンド構造。
【請求項４】
前記バンド中央部の幅は、前記バンド両端部の幅よりも狭くしたことを特徴とする請求項２または請求項３記載の燃料容器保持用バンド構造。
【請求項５】
前記形状記憶素材の長さは、
前記燃料容器の外形が最小となった状態でも、前記形状記憶素材の応力−歪量特性が、応力略一定のまま歪量が変化する特性部分に存在するような長さに設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の燃料容器保持用バンド構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料容器保持用バンド構造に係り、特に、高圧ガス容器等の内圧や温度により外径が変化する容器の固定に最適な燃料容器保持用バンド構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より天然ガス車両や燃料電池車両用として、燃料ガスを高圧で貯蔵する燃料容器が用いられている。車両用の燃料容器は、重量軽減のためにスチール容器やアルミニウム容器よりもアルミニウムライナーを有する樹脂系のコンポジット容器やオールコンポジット容器が好まれる傾向がある。
【０００３】
このようなアルミニウムライナーを有するコンポジット容器やオールコンポジット容器は、燃料ガスを高圧充填すると、容器が膨張変位して外径が大きくなり、燃料ガスを消費して内圧が下がると、容器が収縮変位して外径が小さくなるという変化を起こす。
【０００４】
かかる燃料容器を車両に搭載して固定する方法として、特開２００１−１２３０８号公報（以下、第１従来例）、特開平１０−２７８６０１号公報（以下、第２従来例）が知られている。
【０００５】
第１従来例にあっては、燃料容器を固定するために、燃料容器外周部に沿わせたアッパバンドとロワバンドとで燃料容器を挟み込んで、アッパバンド及びロワバンドをブラケットにボルトとナットで共締めしていた。
【０００６】
第２従来例にあっては、バンドを複数に分割し、各分割部材間をスプリングを介して結合することにより、容器の外形変化を吸収していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１従来例はバンド素材の弾性域を利用した保持構造になっていたため、外形の変化により、バンド素材も伸縮し、バンド素材の弾性定数およびフックの法則に従って保持力が変化するという問題点があった。
【０００８】
第２従来例にあっては、バンドのみでなくばねを併用して燃料容器を保持しているが、この場合もばね定数およびフックの法則に従って保持力が変化するという問題点があった。
【０００９】
以上の問題点に鑑み本発明の目的は、燃料容器の外径が変化しても保持力変化を抑制できる燃料容器保持用バンド構造を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、燃料ガスを加圧して貯える略円筒形状の燃料容器の外周部にバンドを沿わせて該燃料容器を保持するバンドにおいて、該バンドの少なくとも一部に形状記憶素材を用いたことを要旨とする燃料容器保持用バンド構造である。
【００１１】
上記目的を達成するために請求項２記載の発明は、請求項１記載の燃料容器保持用バンド構造バンドにおいて、中央部を前記形状記憶素材とする一方、バンド両端部は非形状記憶素材としたことを要旨とする。
【００１２】
上記目的を達成するために請求項３記載の発明は、請求項２記載の燃料容器保持用バンド構造において、前記バンド中央部の前記形状記憶素材の部分の両端部に切り欠きまたは孔を設け、前記バンド両端部の前記非形状記憶素材の部分に前記切り欠きまたは孔に係合する係合部を設けて、前記形状記憶素材と前記非形状記憶素材とを結合したことを要旨とする。
【００１３】
上記目的を達成するために請求項４記載の発明は、請求項２または請求項３記載の燃料容器保持用バンド構造において、前記バンド中央部の幅は、前記バンド両端部の幅よりも狭くしたことを要旨とする。
【００１４】
上記目的を達成するために請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の燃料容器保持用バンド構造において、前記形状記憶素材の長さは、前記燃料容器の外形が最小となった状態でも、前記形状記憶素材の応力−歪量特性が、応力略一定のまま歪量が変化する特性部分に存在するような長さに設定したことを要旨とする。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、燃料ガスを加圧して貯える略円筒形状の燃料容器の外周部にバンドを沿わせて該燃料容器を保持するバンドにおいて、該バンドの少なくとも一部に形状記憶素材を用いたことにより、燃料容器の外径が変化しても形状記憶素材の超弾性特性により保持力を略一定に保つことができるという効果がある。また車両など振動の多い場所でも安定して燃料容器を固定することができるという効果がある。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の燃料容器保持用バンド構造バンドにおいて、中央部を前記形状記憶素材とする一方、バンド両端部は非形状記憶素材としたことにより、比較的価格の高い形状記憶素材の使用量を抑制してコストアップを抑制できるという効果がある。
【００１７】
また、燃料容器外径変化の影響が最も大きいバンド中央部に形状記憶素材を設けることで形状記憶素材の超弾性特性を有効に活用できるという効果がある。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の燃料容器保持用バンド構造において、前記バンド中央部の前記形状記憶素材の部分の両端部に切り欠きまたは孔を設け、前記バンド両端部の前記非形状記憶素材の部分に前記切り欠きまたは孔に係合する係合部を設けて、前記形状記憶素材と前記非形状記憶素材とを結合したことにより、コストのかかる形状記憶素材への溶接工程を用いることなく結合できるようになるのでコストアップを抑制できるという効果がある。
【００１９】
請求項４記載の発明によれば、請求項２または請求項３記載の燃料容器保持用バンド構造において、前記バンド中央部の幅は、前記バンド両端部の幅よりも狭くしたことにより、形状記憶素材に応力が集中するようになり、形状記憶素材の超弾性特性を有効に利用できるという効果がある。
【００２０】
請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の燃料容器保持用バンド構造において、前記形状記憶素材の長さは、前記燃料容器の外形が最小となった状態でも、前記形状記憶素材の応力−歪量特性が、応力略一定のまま歪量が変化する特性部分に存在するような長さに設定したことにより、燃料容器の燃料保持量に依存せずに、形状記憶素材の超弾性特性を有効に利用できるという効果がある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明に係る燃料容器保持用バンド構造の全体構成を説明する全体側面図であり、図１（ｂ）は、組立前のバンド単体の形状を示す平面図である。本実施形態は燃料電池車両用の高圧水素容器等の固定などに好適な燃料容器保持用バンド構造である。
【００２２】
図１（ａ）において、スティール等で形成されたブラケットベースアッセンブリ１は、図示しないボルトナット等で車体に固定される。ブラケットベースアセンブリ１の燃料容器２０に接する部分には、直接スティール部が接触しないようにベースラバー２が被せられている。
【００２３】
燃料容器２０をブラケットベースアッセンブリ１に固定するバンド本体８は、バンド中央部の形状記憶素材部９と、形状記憶素材部９に接続したバンド両端部である非形状記憶素材部１０からなる。非形状記憶素材部１０にはそれぞれ長孔１０ａが形成され、さらに非形状記憶素材部１０は、後述するストラップバー６の半径とほぼ同等の曲率で折り曲げられて、ブラケット７を構成している。
【００２４】
２つのブラケット７には、それぞれストラップバー６が通され、ストラップバー６はスクリュー３、ナット４及びワッシャ５によりブラケットベースアッセンブリ１に締め付けられている。
【００２５】
バンド中央部の形状記憶素材部９には、例えばＮｉ−Ｔｉ合金の形状記憶素材を使用し、バンド両端部の非形状記憶素材部１０には、例えばスティール等の非形状記憶素材を使用する。
【００２６】
図１（ｂ）に示すように、バンド中央部の形状記憶素材部９の幅ａは、非形状記憶素材部１０の幅Ｗよりも狭くする。
【００２７】
〔第１実施形態〕
図２に形状記憶素材部と非形状記憶素材部との結合構造の第１実施形態の詳細を示す。図２（ａ）は側面図であり、図２（ｂ）は平面図である。
【００２８】
バンド本体８の中央部である形状記憶素材部９の両端部に、幅ｄ、奥行きｅの切り欠きを設け、非形状記憶素材部１０に前記切り欠きに係合するバンド本体の長さ方向とは直角方向に伸びる（すなわちＬ字形状）帯状の係合部ｋ１を設ける。形状記憶素材部９と非形状記憶素材部１０とを前記切り欠きと係合部ｋ１とで結合する。そして係合部ｋ１を折りまげて加締めたうえで非形状記憶素材（スティール）部１０の「＊」印の位置にスポット溶接を施す。これにより、形状記憶素材部９と非形状記憶素材部１０とが結合される。
【００２９】
形状記憶素材部９の切り欠きを設けて細くなった部分の幅ｆを中央部の幅ａより太くし、ｆ＞ａとする。これにより、バンド本体に長手方向に張力が掛かった際に、形状記憶素材部９に応力集中させることができ、形状記憶素材の超弾性特性を有効に利用できるようになる。
【００３０】
〔第２実施形態〕
図３に形状記憶素材の部分と非形状記憶素材の部分との結合構造の第２実施形態の詳細を示す。図３（ａ）は側面図であり、図３（ｂ）は平面図である。
【００３１】
バンド本体の形状記憶素材部９の両端部に、それぞれ幅Ｘ−（ｂ＋ｃ）の孔を長手方向、幅方向ともに位置をずらして２つ設け、バンド両端部の非形状記憶素材部１０に前記孔に係合する帯状の係合部ｋ２，ｋ３を設ける。係合部ｋ２，ｋ３を形状記憶素材部９の孔に貫通させた上で折り返して、非形状記憶素材（スティール）部１０の「＊」印で示す位置にスポット溶接を施すことで、形状記憶素材と非形状記憶素材とを結合する。
【００３２】
形状記憶素材部１０の両端部の孔を除く部分の幅（ｂ＋ｃ）を中央部の幅ａより太くし、ｂ＋ｃ＞ａとする。これにより、バンド本体に長手方向に張力が掛かった際に、形状記憶素材部９に応力集中させることができ、形状記憶素材の超弾性特性を有効に利用できるようになる。
【００３３】
以下、形状記憶素材の超弾性特性について説明する。
形状記憶素材のマルテンサイト変態温度よりも使用環境温度が低い場合には、形状変形後加熱することにより形状が回復する“形状記憶効果”が現れるが、それよりも使用環境温度が高い場合には、荷重（応力）除去後、常に形状回復するといった弾性体に似た“超弾性効果”を示す。
【００３４】
図４に、形状記憶素材の物理的特性を特徴付ける“応力−歪曲線”の模式図を示す。図４（ａ）がニッケル−チタン（ＮＴ）合金の例であり、図４（ｂ）が比較例の通常の金属である。
【００３５】
図４（ａ）に示すように、形状記憶素材に荷重を負荷して応力を増加すると、応力が小さい間は、応力に比例した変位量（歪む量）が生じる弾性領域であるが、弾性領域を超えると荷重（応力）一定のまま変位量（歪量）が増加するステージ（超弾性領域）が現れる。
【００３６】
同様に、図４（ａ）の“除荷”に示すように、この領域では荷重（応力）一定のまま変位量（歪量）が減少するステージでもある。この応力−歪特性が一般の弾性体（応力−歪が略比例関係）とは大きく異なり、超弾性効果と呼ばれる。
【００３７】
本特性は、形状記憶素材の組成、熱処理方法などによって、さまざまな条件に制御することが可能である。
【００３８】
本実施形態では、燃料容器固定用バンドの一部に形状記憶素材を用い、“超弾性効果”、なかでも歪量が変化しても荷重（応力）が略一定のままである特性の領域で使用することで、燃料容器外径変化による固定バンドの長さ変化が生じても、応力、すなわち固定保持力の変化を抑制することが可能になる。
【００３９】
なお、図５（ａ）に示すように、燃料容器の外径が最小となった状態（このときの形状記憶素材の長さＬｍｉｎ）でも、バンド本体８の形状記憶素材部１０の応力−歪量特性が、応力略一定のまま歪量が変化する特性部分（図５（ｃ）のＡの領域）に存在するように、自然長Ｌ０（燃料容器へ取り付ける前の長さ）はやや短めの長さ（Ｌ０≦Ｌｍｉｎ−α、α＝応力略一定のまま歪量が変化する特性を有する領域の最小歪量）になるよう設定する。
【００４０】
以上のような構成から本実施形態では下記の効果が得られる。
燃料容器外周部にバンドを沿わせて燃料容器を保持するバンドの少なくとも一部に形状記憶素材を用いることで、燃料容器の外形が変化しても保持力を略一定に保つことが出来る。車両など振動の多い場所でも安定して燃料容器を固定することが出来る。
【００４１】
また、バンド中央部を形状記憶素材として両端部は非形状記憶素材とすることで、比較的に高価な形状記憶素材の使用量を抑制してコストアップを抑制できる。
また、燃料容器外径変化の影響が最も大きいバンド中央部に形状記憶素材を設けることで形状記憶素材の超弾性特性を有効に活用できる。
【００４２】
また、バンド中央部の形状記憶素材の部分の両端部に切り欠きまたは孔を設け、バンド両端部の非形状記憶素材の部分に前記切り欠きまたは孔に係合する係合部を設けて、形状記憶素材と非形状記憶素材とを結合することで、コストのかかる形状記憶素材への溶接工程を用いることなく結合できるようになるのでコストアップを抑制できる。
【００４３】
また、バンドの形状記憶素材の中央部分の幅は、非形状記憶素材の部分の幅よりも狭くすることで、形状記憶素材に応力集中させることで、形状記憶素材の超弾性特性を有効に利用できるようになる。
【００４４】
また、形状記憶素材の長さは、燃料容器の外径が最小となった状態でも、バンドの形状記憶素材の応力−歪量特性が、応力略一定のまま歪量が変化する特性部分に存在するような長さに設定することで、ほぼすべての運転状態で形状記憶素材の超弾性特性を有効に利用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明に係る燃料容器保持用バンド構造の全体構成を説明する全体側面図、（ｂ）バンド本体の形状を示す平面図である。
【図２】バンド本体の形状記憶素材部と非形状記憶素材部との結合の第１実施形態を説明する（ａ）側面図、（ｂ）平面図である。
【図３】バンド本体の形状記憶素材部と非形状記憶素材部との結合の第２実施形態を説明する（ａ）側面図、（ｂ）平面図である。
【図４】（ａ）ＮＴ合金、（ｂ）通常の金属の応力−歪特性の例を示す図である。
【図５】（ａ）燃料容器外径が最小の場合のバンド本体の形状記憶素材部の長さを説明する図、（ｂ）自然状態の形状記憶素材部の長さを説明する図、（ｃ）形状記憶素材の応力−歪み曲線における超弾性領域（Ａ領域）の説明図である。
【符号の説明】
１…ブラケットベースアッセンブリ
２…ベースラバー
３…スクリュー
４…ナット
５…ワッシャ
６…ストラップバー
７…ブラケット
８…バンド本体
９…形状記憶素材部
１０…非形状記憶素材部
１０ａ…長孔
２０…燃料容器
【図１】
0003765275.tif 000002
【図２】
0003765275.tif 000003
【図３】
0003765275.tif 000004
【図４】
0003765275.tif 000005
【図５】
0003765275.tif 000006