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JP2021055715A - Constraint structure of structure - Google Patents

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JP2021055715A
JP2021055715A JP2019177640A JP2019177640A JP2021055715A JP 2021055715 A JP2021055715 A JP 2021055715A JP 2019177640 A JP2019177640 A JP 2019177640A JP 2019177640 A JP2019177640 A JP 2019177640A JP 2021055715 A JP2021055715 A JP 2021055715A
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JP
Japan
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belt
axial direction
interlayer
body portion
restrained
Prior art date
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Application number
JP2019177640A
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Japanese (ja)
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統 澤井
Osamu Sawai
統 澤井
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】CFRPベルトの曲線部における圧縮破壊を抑制することが可能な構造物の拘束構造を得る。
【解決手段】構造物の拘束構造は、胴体部20と、胴体部20の両端に設けられた一対の口金30と、一対の口金30を掛け渡すように胴体部20の軸方向に沿って周回ベルトを巻き付けた周回層と、を備え、周回層において、胴体部20に沿った直線部40Aに接続されかつ口金30の外周に設けられた曲線部40Cの半径をR、胴体部20を挟んで対向する直線部40Aの外側面同士の距離をHとすると、R>H/3を満たしている。
【選択図】図3
PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a restraint structure of a structure capable of suppressing compressive fracture in a curved portion of a CFRP belt.
SOLUTION: A restraining structure of a structure circulates along an axial direction of a body portion 20 so as to hang a body portion 20, a pair of bases 30 provided at both ends of the body portion 20, and a pair of bases 30. A circumferential layer around which a belt is wound is provided, and in the circumferential layer, the radius of the curved portion 40C connected to the straight portion 40A along the body portion 20 and provided on the outer periphery of the base 30 is R, and the body portion 20 is sandwiched between them. Assuming that the distance between the outer surfaces of the opposing straight line portions 40A is H, R> H / 3 is satisfied.
[Selection diagram] Fig. 3

Description

本発明は、筒体又は積層体を含む構造物の拘束構造に関する。 The present invention relates to a restraint structure of a structure including a tubular body or a laminated body.

下記特許文献1には、高圧タンクを構成する胴体部の軸方向に沿ってシート状のCFRP(炭素繊維強化樹脂)ベルトを巻き付けた高圧タンクの拘束構造が開示されている。このような拘束構造は、複数のセルからなるバッテリを拘束する場合にも適用可能である。 Patent Document 1 below discloses a restraint structure of a high-pressure tank in which a sheet-shaped CFRP (carbon fiber reinforced resin) belt is wound along the axial direction of a body portion constituting the high-pressure tank. Such a restraint structure can also be applied when restraining a battery composed of a plurality of cells.

特開2018−119578号公報JP-A-2018-119578

しかしながら、上記のような拘束構造は、構造物が膨張する等してCFRPベルトに加わる張力が増加した場合、CFRPベルトの曲線部において圧縮破壊が発生してしまうおそれがある。 However, in the above-mentioned restraint structure, when the tension applied to the CFRP belt increases due to the expansion of the structure or the like, compressive fracture may occur at the curved portion of the CFRP belt.

本発明は上記事実を考慮し、CFRPベルトの曲線部における圧縮破壊を抑制することが可能な構造物の拘束構造を得ることを目的とする。 In consideration of the above facts, an object of the present invention is to obtain a restraint structure of a structure capable of suppressing compressive fracture at a curved portion of a CFRP belt.

請求項1に記載の構造物の拘束構造は、筒体又は積層体である被拘束部と、前記被拘束部の両端に設けられた一対の保持部と、前記一対の保持部を掛け渡すように前記被拘束部の軸方向に沿ってCFRPベルトを巻き付けた拘束部と、を備え、前記拘束部において、前記被拘束部に沿った直線部に接続されかつ前記保持部の外周に設けられた曲線部の半径をR、前記被拘束部を挟んで対向する前記直線部の外側面同士の距離をHとすると、下記関係式(a)を満たしている。
R>H/3・・・式(a)
The restraint structure of the structure according to claim 1 is such that a restrained portion which is a tubular body or a laminated body, a pair of holding portions provided at both ends of the restrained portion, and the pair of holding portions are hung. A restraint portion around which a CFRP belt is wound along the axial direction of the restrained portion is provided, and the restraint portion is connected to a straight line portion along the restrained portion and is provided on the outer periphery of the holding portion. Assuming that the radius of the curved portion is R and the distance between the outer surfaces of the straight portions facing each other across the restrained portion is H, the following relational expression (a) is satisfied.
R> H / 3 ... Equation (a)

請求項1に記載の構造物の拘束構造では、筒体又は積層体である被拘束部が一対の保持部により両側から保持されており、一対の保持部を掛け渡すように被拘束部の軸方向に沿ってCFRPベルトが巻き付けられている。ここで、CFRPベルトが巻き付けられたことにより形成される拘束部は、被拘束部に沿った直線部と、直線部に接続されかつ保持部の外周に設けられた曲線部と、を有している。そして、当該構造物の拘束構造によれば、曲線部の半径をR、対向する直線部の外側面同士の距離をHとした場合にR>H/3を満たすことで、CFRPベルトの曲線部が受ける面圧を軽減でき、これにより圧縮破壊を抑制することができる。 In the restraint structure of the structure according to claim 1, the restrained portion which is a cylinder or a laminated body is held from both sides by a pair of holding portions, and the shaft of the restrained portion is hung so as to hang the pair of holding portions. A CFRP belt is wrapped along the direction. Here, the restraint portion formed by winding the CFRP belt has a straight portion along the restrained portion and a curved portion connected to the straight portion and provided on the outer periphery of the holding portion. There is. Then, according to the restraint structure of the structure, when the radius of the curved portion is R and the distance between the outer surfaces of the opposing straight portions is H, R> H / 3 is satisfied, so that the curved portion of the CFRP belt is satisfied. It is possible to reduce the surface pressure that the belt receives, and thereby suppress the compressive fracture.

本発明によれば、CFRPベルトの曲線部における圧縮破壊を抑制することができる。 According to the present invention, compressive fracture at the curved portion of the CFRP belt can be suppressed.

第1の実施形態に係る高圧タンクを組み合わせたタンクモジュールの斜視図である。It is a perspective view of the tank module which combined the high pressure tank which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る高圧タンクの側方断面図である。It is a side sectional view of the high pressure tank which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る高圧タンクの口金付近の側方断面図(図2の拡大図)である。It is a side sectional view (enlarged view of FIG. 2) of the vicinity of the base of the high pressure tank which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る高圧タンクの口金付近の側面図であって、Rエンドに作用する合力の模式図である。It is a side view of the vicinity of the base of the high pressure tank which concerns on 1st Embodiment, and is the schematic diagram of the resultant force acting on the R end. 第1の実施形態に係る高圧タンクであって、固定ベルトの一部を拡大した側方断面図である。FIG. 5 is an enlarged side sectional view of a high-pressure tank according to the first embodiment, in which a part of a fixed belt is enlarged. 第1の実施形態に係る高圧タンクであって、固定ベルトの平面図であって、炭素繊維の方向を示す模式図である。It is a high pressure tank which concerns on 1st Embodiment, is a plan view of a fixed belt, and is a schematic view which shows the direction of carbon fiber. 第2の実施形態に係るバッテリユニットを組み合わせたバッテリモジュールの斜視図である。It is a perspective view of the battery module which combined the battery unit which concerns on 2nd Embodiment.

[第1の実施形態]
以下、図1〜図6を用いて、構造物の拘束構造が適用された第1の実施形態の高圧タンク10について説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, the high-pressure tank 10 of the first embodiment to which the restraint structure of the structure is applied will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

図1に示されるように、構造物としての高圧タンク10は、タンクモジュール12の一部を構成している。すなわち、複数の高圧タンク10が並べられ、連結されることでタンクモジュール12が構成されている。このタンクモジュール12は、一例として、燃料電池車両のフロアパネルの車両下方側に収容されている。本実施形態の高圧タンク10には、一例として流体である水素が収容されている。 As shown in FIG. 1, the high-pressure tank 10 as a structure constitutes a part of the tank module 12. That is, the tank module 12 is configured by arranging and connecting a plurality of high-pressure tanks 10. As an example, the tank module 12 is housed on the lower side of the floor panel of the fuel cell vehicle. The high-pressure tank 10 of the present embodiment contains hydrogen, which is a fluid, as an example.

高圧タンク10は、車両前後方向を軸方向(長手方向)とする円柱状に形成されている。この高圧タンク10は、筒状の胴体部20と、胴体部20の軸方向の両端にそれぞれ設けられた口金30と、一対の口金30を掛け渡すように胴体部20の軸方向に沿って巻き付けられた固定ベルト40と、を含んで構成されている。胴体部20は筒体である被拘束部の一例であり、口金30は保持部の一例である。以下、特段の説明がない限り、胴体部20の軸方向を単に軸方向とし、胴体部20の径方向を単に径方向とする。 The high-pressure tank 10 is formed in a columnar shape with the vehicle front-rear direction as the axial direction (longitudinal direction). The high-pressure tank 10 is wound along the axial direction of the body portion 20 so as to hang a tubular body portion 20, a base portion 30 provided at both ends of the body portion 20 in the axial direction, and a pair of base portions 30. It is configured to include the fixed belt 40 and the fixed belt 40. The body portion 20 is an example of a restrained portion which is a tubular body, and the base 30 is an example of a holding portion. Hereinafter, unless otherwise specified, the axial direction of the body portion 20 is simply the axial direction, and the radial direction of the body portion 20 is simply the radial direction.

図2及び図3に示されるように、胴体部20は、一例としてアルミニウム合金により形成された円筒状のライナ24と、ライナ24の外周面に設けられたCFRP(炭素繊維強化樹脂)による補強層26と、を有している。補強層26は、ライナ24の外周面に対し、予め樹脂が含浸されたシート状のCFRPを巻き付けるか、又はライナ24の外周面に炭素繊維を巻き付けた後に樹脂を含浸させることで形成されている。なお、補強層26における内周面側は、繊維強化樹脂内の図示しない炭素繊維がライナ24ひいては胴体部20の周方向に沿って配列されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the body portion 20 has, for example, a cylindrical liner 24 formed of an aluminum alloy and a reinforcing layer made of CFRP (carbon fiber reinforced resin) provided on the outer peripheral surface of the liner 24. It has 26 and. The reinforcing layer 26 is formed by wrapping a sheet-shaped CFRP impregnated with resin in advance around the outer peripheral surface of the liner 24, or by wrapping carbon fiber around the outer peripheral surface of the liner 24 and then impregnating with the resin. .. On the inner peripheral surface side of the reinforcing layer 26, carbon fibers (not shown) in the fiber reinforced resin are arranged along the circumferential direction of the liner 24 and the body portion 20.

口金30は、軸方向外側部分が軸方向外側に向かって凸となる略半円柱状に形成されている。この口金30は、挿入部32と、連通流路34とを有している。挿入部32は、高圧タンク10の開口22に挿入される部位であり、軸方向内側へ向かって突出された略円柱状に形成されている。挿入部32の外周面は、胴体部20の内周面と当接されている。また、挿入部32の先端部には、外縁部を切り欠くことで形成されたパッキン収容部36が設けられており、このパッキン収容部36の内部にOリング38が収められている。Oリング38は、径方向に沿って弾性的に変形されている。この挿入部32によって、胴体部20は、軸方向一方側の端部と他方側の端部とがそれぞれ閉塞されている。 The base 30 is formed in a substantially semi-cylindrical shape in which the outer portion in the axial direction is convex toward the outer side in the axial direction. The mouthpiece 30 has an insertion portion 32 and a communication flow path 34. The insertion portion 32 is a portion to be inserted into the opening 22 of the high-pressure tank 10, and is formed in a substantially columnar shape protruding inward in the axial direction. The outer peripheral surface of the insertion portion 32 is in contact with the inner peripheral surface of the body portion 20. Further, a packing accommodating portion 36 formed by cutting out an outer edge portion is provided at the tip end portion of the insertion portion 32, and the O-ring 38 is housed inside the packing accommodating portion 36. The O-ring 38 is elastically deformed along the radial direction. The body portion 20 is closed by the insertion portion 32 at one end in the axial direction and at the other end.

連通流路34は、口金30の内部に形成されている。この連通流路34は、挿入部32の内部に軸方向に沿ってかつ当該軸方向内側に向かって開口された第1連通流路34Aと、幅方向に延びかつ第1連通流路34Aに接続される第2連通流路34B(図4参照)とを含んで構成されている。隣接する高圧タンク10では、第2連通流路34B同士が接続されることにより、複数の高圧タンク10の胴体部20の内部は、互いに連通されている。なお、複数の挿入部32を備える口金に対して、複数の胴体部20を接続してもよい。 The communication flow path 34 is formed inside the base 30. The communication flow path 34 extends in the width direction and connects to the first communication flow path 34A which is opened inside the insertion portion 32 along the axial direction and inward in the axial direction. It is configured to include a second communication flow path 34B (see FIG. 4). In the adjacent high-pressure tanks 10, the insides of the body portions 20 of the plurality of high-pressure tanks 10 are communicated with each other by connecting the second communication flow paths 34B to each other. A plurality of body portions 20 may be connected to a base having a plurality of insertion portions 32.

口金30内の連通流路34には、弁部材としての図示しないバルブが設けられており、これにより連通流路34内を流れる流体の量をコントロール可能とされている。そして、連通流路34は、それぞれ図示しない燃料電池スタックや供給パイプ等に接続されている。 The communication flow path 34 in the mouthpiece 30 is provided with a valve (not shown) as a valve member, whereby the amount of fluid flowing in the communication flow path 34 can be controlled. The communication flow path 34 is connected to a fuel cell stack, a supply pipe, or the like (not shown).

固定ベルト40は、胴体部20の径方向外側及び一対の口金30の外側に設けられている。具体的に、固定ベルト40は、一対の口金30の外側面に軸方向に沿って架け渡すように巻き付けられている。この固定ベルト40は、軸方向に沿って胴体部20を周回される周回ベルト42と、周回ベルト42の層間に含まれる層間ベルト44と、を有している。図5に示されるように、A−A線において固定ベルト40は20層にわたり積層されており、径方向内側から2層目及び18層目には層間ベルト44が存在し、他の層には周回ベルト42が存在している。 The fixing belt 40 is provided on the outer side in the radial direction of the body portion 20 and the outer side of the pair of bases 30. Specifically, the fixed belt 40 is wound around the outer surfaces of the pair of bases 30 so as to be bridged along the axial direction. The fixed belt 40 has an orbiting belt 42 that orbits the body portion 20 along the axial direction, and an interlayer belt 44 that is included between the layers of the orbiting belt 42. As shown in FIG. 5, the fixed belts 40 are laminated over 20 layers in the AA line, and the interlayer belts 44 are present in the second and 18th layers from the inside in the radial direction, and the other layers have the interlayer belts 44. There is a circuit belt 42.

図3に示されるように、固定ベルト40は、胴体部20の軸方向に沿った一対の直線部40Aと、口金30の軸方向外側の外側面に沿った一対の外周部40Bと、直線部40A及び外周部40Bを接続する曲線部40Cと、を有している。外周部40B及び曲線部40Cは、湾曲部の一例である。ここで、曲線部40Cの半径をR、高圧タンク10の高さ(換言すると、胴体部20を挟んで対向する直線部40Aの外側面同士の距離)をHとすると、R>H/3となるように形成されている。また、外周部40Bの半径をrとすると、r>H/2となるように形成されている。 As shown in FIG. 3, the fixed belt 40 includes a pair of straight portions 40A along the axial direction of the body portion 20, a pair of outer peripheral portions 40B along the outer outer surface of the base 30 in the axial direction, and a straight portion. It has a curved portion 40C connecting the 40A and the outer peripheral portion 40B. The outer peripheral portion 40B and the curved portion 40C are examples of curved portions. Here, assuming that the radius of the curved portion 40C is R and the height of the high-pressure tank 10 (in other words, the distance between the outer surfaces of the straight portions 40A facing each other across the body portion 20) is H, then R> H / 3. It is formed to be. Further, assuming that the radius of the outer peripheral portion 40B is r, the outer peripheral portion 40B is formed so that r> H / 2.

図6に示されるように、CFRPベルトである周回ベルト42は、CFRP製のベルトであって、軸方向に沿った0°方向の炭素繊維CFを有するUD(Uni Direction)テープである。なお、軸方向に沿った0°方向は、周回ベルト42の製造時における炭素繊維CFの方向の誤差、及び、周回ベルト42を巻き付けた際に生じる炭素繊維CFの方向の誤差を含む。また、周回ベルト42は、炭素繊維CFに予め樹脂が含浸されている所謂プリプレグであって、巻き付け後に硬化するものである。周回ベルト42は、径方向内側の端部E1が口金30の外側面に接着固定され(図3参照)、胴体部20を17周して拘束部としての周回層CLを形成した後、径方向外側の端部E2が直線部40Aと曲線部40Cとの接続部付近において層間ベルト44に接着固定されている(図5参照)。 As shown in FIG. 6, the circumferential belt 42, which is a CFRP belt, is a CFRP belt and is a UD (Uni Direction) tape having carbon fiber CF in the 0 ° direction along the axial direction. The 0 ° direction along the axial direction includes an error in the direction of the carbon fiber CF during the manufacture of the circuit belt 42 and an error in the direction of the carbon fiber CF that occurs when the circuit belt 42 is wound. Further, the circumferential belt 42 is a so-called prepreg in which the carbon fiber CF is pre-impregnated with a resin, and is cured after being wound. In the circumferential belt 42, the radial inner end E1 is adhesively fixed to the outer surface of the base 30 (see FIG. 3), and after 17 laps around the body 20 to form an orbital layer CL as a restraining portion, the circumferential belt 42 is radial. The outer end portion E2 is adhesively fixed to the interlayer belt 44 in the vicinity of the connecting portion between the straight portion 40A and the curved portion 40C (see FIG. 5).

図6に示されるように、層間ベルト44は、CFRP製のベルトであって、胴体部20の幅方向に沿った90°方向の炭素繊維CFを有するUDテープである。なお、軸方向に沿った90°方向は、層間ベルト44の製造時における炭素繊維CFの方向の誤差、及び、層間ベルト44を巻き付けた際に生じる炭素繊維CFの方向の誤差を含む。また、層間ベルト44は、炭素繊維CFに予め樹脂が含浸されている所謂プリプレグであって、巻き付け後に硬化するものである。ここで、本実施形態では、固定ベルト40全体に占める層間ベルト44の炭素繊維CFが10%有するように形成されている。 As shown in FIG. 6, the interlayer belt 44 is a CFRP belt, which is a UD tape having carbon fiber CF in the 90 ° direction along the width direction of the body portion 20. The 90 ° direction along the axial direction includes an error in the direction of the carbon fiber CF during the manufacture of the interlayer belt 44 and an error in the direction of the carbon fiber CF that occurs when the interlayer belt 44 is wound. Further, the interlayer belt 44 is a so-called prepreg in which the carbon fiber CF is pre-impregnated with a resin, and is cured after being wound. Here, in the present embodiment, the carbon fiber CF of the interlayer belt 44 accounts for 10% of the entire fixed belt 40.

図5に示されるように、層間ベルト44は、最外層である最上層TLの周回ベルト42に隣接して積層されている。具体的に、層間ベルト44は、固定ベルト40の最上層TLの周回ベルト42と、最上層TLの1周前の周回ベルト42との間において1周巻き付けられている。 As shown in FIG. 5, the interlayer belt 44 is laminated adjacent to the peripheral belt 42 of the uppermost layer TL, which is the outermost layer. Specifically, the interlayer belt 44 is wound once between the circulation belt 42 of the uppermost layer TL of the fixed belt 40 and the circulation belt 42 one lap before the uppermost layer TL.

層間ベルト44は、最下層BLの周回ベルト42に隣接して積層されている。具体的に、層間ベルト44は、固定ベルト40の最下層BLの周回ベルト42と、最下層BLの1周後の周回ベルト42との間において1周巻き付けられている。 The interlayer belt 44 is laminated adjacent to the peripheral belt 42 of the lowermost layer BL. Specifically, the interlayer belt 44 is wound around once between the circulation belt 42 of the lowermost layer BL of the fixed belt 40 and the circulation belt 42 one rotation after the lowermost layer BL.

(製造方法)
高圧タンク10は、以下のように製造される。まず、作業者は、予めパッキン収容部36にOリング38を収容した口金30を用意する。続いて作業者は、口金30の挿入部32を胴体部20の開口22に挿入して、胴体部20の軸方向両端に口金30を装着する。
(Production method)
The high pressure tank 10 is manufactured as follows. First, the operator prepares a base 30 in which the O-ring 38 is housed in the packing housing part 36 in advance. Subsequently, the operator inserts the insertion portion 32 of the base portion 30 into the opening 22 of the body portion 20, and attaches the base cap 30 to both ends of the body portion 20 in the axial direction.

次に作業者は、周回ベルト42の端部E1を口金30の外周面に接触させ、胴体部20の軸方向に沿って1周程巻き付ける。樹脂硬化後、周回ベルト42の端部E1は口金30に対して接着される。ここで作業者は、1層目の周回ベルト42の上から層間ベルト44を1周巻き付けてカットする。なお、2層目となる層間ベルト44の起点(端部)及び終点(端部)は、それぞれ曲線部40Cを避けるのが望ましい。 Next, the operator brings the end portion E1 of the circumferential belt 42 into contact with the outer peripheral surface of the base 30, and winds the peripheral portion 20 about one circumference along the axial direction. After the resin is cured, the end portion E1 of the circumferential belt 42 is adhered to the base 30. Here, the operator winds the interlayer belt 44 around the first layer of the peripheral belt 42 and cuts it. It is desirable that the starting point (end) and the ending point (end) of the interlayer belt 44, which is the second layer, avoid the curved portion 40C, respectively.

そして、作業者は、層間ベルト44の上から周回ベルト42を16周程、すなわち18層目を形成するまで巻き付ける。ここで作業者は、17層目の周回ベルト42の上から層間ベルト44を1周巻き付けてカットする。なお、18〜19層目となる層間ベルト44の起点(端部)及び終点(端部)は、それぞれ直線部40Aに設けるのが望ましい。 Then, the operator winds the circumferential belt 42 from above the interlayer belt 44 until about 16 laps, that is, the 18th layer is formed. Here, the operator winds the interlayer belt 44 around the 17th layer of the peripheral belt 42 and cuts it. It is desirable that the starting point (end) and the ending point (end) of the interlayer belt 44, which is the 18th to 19th layers, are provided in the straight portion 40A, respectively.

さらに作業者は、層間ベルト44の上から周回ベルト42を1周程、すなわち20層目を形成するまで巻き付ける。そして、20層目の周回ベルト42は、外周部40Bから曲線部40Cを経て直線部40Aに至るまで巻き付ける。そして、作業者は周回ベルト42の端部E2が直線部40Aと曲線部40Cとの接続部付近に位置するように余剰の周回ベルト42をカットする。 Further, the operator winds the circumferential belt 42 from the top of the interlayer belt 44 about one round, that is, until the 20th layer is formed. Then, the 20th layer circular belt 42 is wound from the outer peripheral portion 40B through the curved portion 40C to the straight portion 40A. Then, the operator cuts the excess peripheral belt 42 so that the end portion E2 of the circumferential belt 42 is located near the connection portion between the straight portion 40A and the curved portion 40C.

周回ベルト42及び層間ベルト44に含浸された樹脂が硬化することで高圧タンク10は完成する。
なお、上記の工程は作業者が行うことを前提としているが、これに限らず、製造装置により機械化してもよい。
The high-pressure tank 10 is completed by curing the resin impregnated in the circulation belt 42 and the interlayer belt 44.
The above process is premised on being performed by an operator, but the present invention is not limited to this, and the process may be mechanized by a manufacturing apparatus.

(作用効果)
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。
(Action effect)
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.

本実施形態の高圧タンク10では、収容される流体により内部の圧力が上昇すると口金30が軸方向外側に押圧され、固定ベルト40に対して張力が発生する。一方、固定ベルト40は、口金30との接触部位において、厚さ方向に圧縮する力、つまり面圧を受けることになる。 In the high-pressure tank 10 of the present embodiment, when the internal pressure rises due to the contained fluid, the base 30 is pressed outward in the axial direction, and tension is generated on the fixed belt 40. On the other hand, the fixed belt 40 receives a compression force in the thickness direction, that is, a surface pressure at the contact portion with the base 30.

一方、高圧タンク10は、外周部40Bにおいてrを大きくする程、つまり、口金30の外周半径を大きくする程、軸方向の長さは短縮されるが、直線部40Aと外周部40Bとが接続される角度が直角に近づく。そして、直線部40Aと外周部40Bとの接続部である曲線部40Cの半径Rが小さい程、固定ベルト40に対して面圧が大きく作用する。ここで、固定ベルト40に作用する面圧をP、固定ベルト40に作用する張力をFとすると、P∝F/Rとなる。つまり、張力Fが大きい程、半径Rが小さい程、面圧は大きく作用する。 On the other hand, in the high pressure tank 10, the length in the axial direction is shortened as r is increased in the outer peripheral portion 40B, that is, as the outer peripheral radius of the base 30 is increased, but the straight portion 40A and the outer peripheral portion 40B are connected. The angle to be made approaches a right angle. The smaller the radius R of the curved portion 40C, which is the connecting portion between the straight portion 40A and the outer peripheral portion 40B, the greater the surface pressure acts on the fixed belt 40. Here, assuming that the surface pressure acting on the fixed belt 40 is P and the tension acting on the fixed belt 40 is F, it becomes P∝F / R. That is, the larger the tension F and the smaller the radius R, the greater the surface pressure acts.

本実施形態の高圧タンク10は、固定ベルト40において曲線部40CがR>H/3を満たすように形成されている。これにより、固定ベルト40に作用する厚さ方向の面圧を軽減し、圧縮破壊を抑制することができる。なお、曲線部40CのRは一定である必要はなく、曲げを有し、かつ引っ張り応力が大きいRエンド(直線部40Aと曲線部40Cとの接続部)に近いほど、Rを徐辺して拡大することで固定ベルト40の圧縮に対する強度をさらに向上させることができる。 The high-pressure tank 10 of the present embodiment is formed so that the curved portion 40C of the fixed belt 40 satisfies R> H / 3. As a result, the surface pressure in the thickness direction acting on the fixed belt 40 can be reduced, and compression fracture can be suppressed. The R of the curved portion 40C does not have to be constant, and the closer to the R end (the connecting portion between the straight portion 40A and the curved portion 40C) having bending and a large tensile stress, the slower the R. By enlarging, the strength of the fixed belt 40 against compression can be further improved.

また、本実施形態では、固定ベルト40全体に占める90°方向の炭素繊維CFの割合が10%となるように形成されている。軸方向に対して0°方向の炭素繊維CFを有する周回ベルト42は、0°方向に張力が働く場合に厚さ方向の強度を確保することが難しい。ここで、固定ベルト40を構成するUDテープは、90°方向の力に対して、炭素繊維CFよりも樹脂の性能が大きく寄与する。そのため、軸方向に対して90°方向の炭素繊維CFを有する層間ベルト44は、0°方向の張力の影響を受けにくく、厚さ方向への弾性を確保することが可能となる。そこで、本実施形態では固定ベルト40において、90°方向の炭素繊維CFを有する層間ベルト44を一定割合含めることにより、固定ベルト40全てが周回ベルト42で構成する場合と比べて、厚さ方向に弾性を与えることができる。そのため、本実施形態によれば、面圧の高くなる曲線部40Cにおいて、固定ベルト40の引っ張り方向の強度を確保しつつ、圧縮破壊を抑制することができる。 Further, in the present embodiment, the ratio of the carbon fiber CF in the 90 ° direction to the entire fixed belt 40 is formed to be 10%. It is difficult for the circumferential belt 42 having the carbon fiber CF in the 0 ° direction with respect to the axial direction to secure the strength in the thickness direction when tension acts in the 0 ° direction. Here, in the UD tape constituting the fixed belt 40, the performance of the resin contributes more to the force in the 90 ° direction than the carbon fiber CF. Therefore, the interlayer belt 44 having the carbon fiber CF in the 90 ° direction with respect to the axial direction is not easily affected by the tension in the 0 ° direction, and the elasticity in the thickness direction can be ensured. Therefore, in the present embodiment, the fixed belt 40 includes the interlayer belt 44 having the carbon fiber CF in the 90 ° direction in a certain ratio, so that the fixed belt 40 is formed in the thickness direction as compared with the case where all the fixed belts 40 are composed of the circumferential belt 42. It can give elasticity. Therefore, according to the present embodiment, in the curved portion 40C where the surface pressure is high, compressive fracture can be suppressed while ensuring the strength of the fixed belt 40 in the tensile direction.

なお、曲線部40Cにおいて固定ベルト40が口金30から受ける圧縮力(面圧)の影響を低減するためには、層間ベルト44をできる限り下層、具体的には2層目に設けることが望ましい。 In order to reduce the influence of the compressive force (surface pressure) that the fixed belt 40 receives from the base 30 in the curved portion 40C, it is desirable to provide the interlayer belt 44 in the lower layer, specifically, the second layer as much as possible.

また、本実施形態の固定ベルト40では、周回ベルト42が巻き終わる端部E2付近の最上層TLに隣接して層間ベルト44が積層されている。ここで、端部E2のない下層の周回ベルト42では軸方向両側に均等に応力が働く、これに対して端部E2では周回ベルト42が途切れる側において層間に応力が集中する。したがって、層間ベルト44が存在せず、単に周回ベルト42を巻き付けた場合、端部E2においてせん断応力が集中して作用するため、層間において剥離が生じる懸念がある。 Further, in the fixed belt 40 of the present embodiment, the interlayer belt 44 is laminated adjacent to the uppermost layer TL near the end E2 where the circumferential belt 42 ends winding. Here, stress acts evenly on both sides in the axial direction in the lower layer orbital belt 42 having no end E2, whereas in the end E2, stress is concentrated between layers on the side where the orbital belt 42 is interrupted. Therefore, when the interlayer belt 44 does not exist and the circumferential belt 42 is simply wound, the shear stress acts in a concentrated manner at the end E2, so that there is a concern that peeling may occur between the interlayers.

これに対して、本実施形態では周回ベルト42の端部E2が層間ベルト44に対して接着されている。ここで、固定ベルト40を構成するUDテープは、0°方向の力に対しては炭素繊維CFの性能が大きく寄与し、90°方向の力に対しては樹脂の性能が大きく寄与する。すなわち、炭素繊維CFを0°方向に配置したCFRPは0°方向の引っ張り強度を確保でき、炭素繊維CFを90°方向に配置したCFRPは0°方向において弾性を与えることができる。そして、本実施形態のように、張力と直交する方向に炭素繊維CFが配置される層間ベルト44は軸方向に弾性を与えることができる。本実施形態によれば、周回ベルト42の端部E2においてせん断応力が集中して作用しても層間ベルト44の弾性により緩和されるため、層間の剥離を抑制することができる。 On the other hand, in the present embodiment, the end portion E2 of the circumferential belt 42 is adhered to the interlayer belt 44. Here, in the UD tape constituting the fixed belt 40, the performance of the carbon fiber CF greatly contributes to the force in the 0 ° direction, and the performance of the resin greatly contributes to the force in the 90 ° direction. That is, the CFRP in which the carbon fiber CF is arranged in the 0 ° direction can secure the tensile strength in the 0 ° direction, and the CFRP in which the carbon fiber CF is arranged in the 90 ° direction can give elasticity in the 0 ° direction. Then, as in the present embodiment, the interlayer belt 44 in which the carbon fiber CF is arranged in the direction orthogonal to the tension can give elasticity in the axial direction. According to the present embodiment, even if shear stress is concentrated and acts on the end portion E2 of the circumferential belt 42, it is relaxed by the elasticity of the interlayer belt 44, so that peeling between layers can be suppressed.

また、本実施形態では周回ベルト42の端部E2が直線部40Aと曲線部40Cとの接続部付近に配置されている。図4に示されるように、曲線部40Cから直線部40Aに切り替わるRエンドにおいて、固定ベルト40は、曲げ応力と引っ張り応力とがいずれも作用している。Rエンドに作用する曲げ応力は、周回ベルト42の上層側が軸方向外側の応力であり、下層側が軸方向内側の応力である。そのため、曲げ応力と引っ張り応力との合力は、上層側では相殺される。すなわち、周回ベルト42は、直線部40Aと曲線部40Cとの接続部であるRエンドにおいて、上層に向かうほど引っ張り応力が緩和される。そのため、周回ベルト42の端部E2をRエンド付近に設けることで、層間の剥離をさらに抑制することができる。 Further, in the present embodiment, the end portion E2 of the circumferential belt 42 is arranged near the connection portion between the straight portion 40A and the curved portion 40C. As shown in FIG. 4, at the R end where the curved portion 40C is switched to the straight portion 40A, both bending stress and tensile stress act on the fixed belt 40. The bending stress acting on the R end is the stress on the upper layer side of the circumferential belt 42 in the axial direction and the stress on the lower layer side in the axial direction. Therefore, the resultant force of the bending stress and the tensile stress cancels out on the upper layer side. That is, the tensile stress of the circumferential belt 42 is relaxed toward the upper layer at the R end, which is the connecting portion between the straight portion 40A and the curved portion 40C. Therefore, by providing the end portion E2 of the circumferential belt 42 near the R end, peeling between layers can be further suppressed.

[第2の実施形態]
第2の実施形態は、構造物の拘束構造がバッテリユニット50に適用された例である。なお、第1の実施形態と同じ構成には同じ符号を付し、説明は割愛する。
[Second Embodiment]
The second embodiment is an example in which the restraint structure of the structure is applied to the battery unit 50. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

図7に示されるように、構造物としてのバッテリユニット50は、バッテリモジュール52の一部を構成している。すなわち、複数のバッテリユニット50が並べられ、連結されることでバッテリモジュール52が構成されている。このバッテリモジュール52は、一例として、電気自動車のフロアパネルの車両下方側に収容されている。本実施形態のバッテリユニット50は、全固体電池の一例である。 As shown in FIG. 7, the battery unit 50 as a structure constitutes a part of the battery module 52. That is, the battery module 52 is configured by arranging and connecting a plurality of battery units 50. As an example, the battery module 52 is housed on the lower side of the floor panel of an electric vehicle. The battery unit 50 of this embodiment is an example of an all-solid-state battery.

バッテリユニット50は、車両前後方向を積層方向とする角柱状に形成されている。ここで、本実施形態では、セル60の積層方向、ケース70の長手方向を軸方向とし、セル60の積層方向と直交する方向を径方向とする。バッテリユニット50は、軸方向に並んだ複数のセル60と、セル60を覆う筒状のケース70と、ケース70の軸方向の両端にそれぞれ設けられた固定部80と、一対の固定部80を掛け渡すようにケース70の軸方向に沿って巻き付けられた固定ベルト40と、を含む。セル60は積層体である被拘束部の一例であり、固定部80は保持部の一例である。 The battery unit 50 is formed in a prismatic shape with the vehicle front-rear direction as the stacking direction. Here, in the present embodiment, the stacking direction of the cells 60 and the longitudinal direction of the case 70 are the axial directions, and the direction orthogonal to the stacking direction of the cells 60 is the radial direction. The battery unit 50 includes a plurality of cells 60 arranged in the axial direction, a tubular case 70 covering the cells 60, fixing portions 80 provided at both ends in the axial direction of the case 70, and a pair of fixing portions 80. A fixed belt 40, which is wound along the axial direction of the case 70 so as to be hung, is included. The cell 60 is an example of a restrained portion which is a laminated body, and the fixing portion 80 is an example of a holding portion.

セル60は、軸方向に対して積層されており、隣接するセル60が直列に接続されている。このセル60は、軸方向において固定部80により挟持されている。ケース70は積層されたセル60の径方向外側を覆う角筒状の部材である。 The cells 60 are stacked in the axial direction, and adjacent cells 60 are connected in series. The cell 60 is sandwiched by the fixing portion 80 in the axial direction. The case 70 is a square tubular member that covers the radial outside of the stacked cells 60.

本実施形態では、固定ベルト40により積層されたセル60が軸方向に拘束されている。そのため、充放電サイクルにおいてセル60が膨張すれば、固定ベルト40には軸方向の張力Fが生じる。そのため、本実施形態においても第1の実施形態と同様の作用効果を奏する。 In the present embodiment, the cells 60 laminated by the fixed belt 40 are constrained in the axial direction. Therefore, if the cell 60 expands in the charge / discharge cycle, an axial tension F is generated in the fixed belt 40. Therefore, this embodiment also has the same effect as that of the first embodiment.

[備考]
なお、各実施形態において、層間ベルト44の炭素繊維CFの角度は必ずしも90°である必要はなく、軸方向に対して45°以上90以下であればよい。また、層間ベルト44における炭素繊維CFの角度は、下層側の層間ベルト44と上層側の層間ベルト44とで異なっていてもよい。
[Remarks]
In each embodiment, the angle of the carbon fiber CF of the interlayer belt 44 does not necessarily have to be 90 °, and may be 45 ° or more and 90 or less with respect to the axial direction. Further, the angle of the carbon fiber CF in the interlayer belt 44 may be different between the interlayer belt 44 on the lower layer side and the interlayer belt 44 on the upper layer side.

また、各実施形態では、固定ベルト40全体に占める90°方向の炭素繊維CFの割合が10%となるように形成されているが、この限りでなく、固定ベルト40は45°〜90°方向の炭素繊維CFを10%以上50%以下有していればよい。 Further, in each embodiment, the ratio of the carbon fiber CF in the 90 ° direction to the entire fixed belt 40 is formed to be 10%, but the present invention is not limited to this, and the fixed belt 40 is formed in the 45 ° to 90 ° direction. It suffices to have 10% or more and 50% or less of carbon fiber CF.

各実施形態では、周回ベルト42の端部E1が口金30の外周面に接着されているが、この限りでなく、胴体部20又は固定ベルト40に対して接着させてもよい。固定ベルト40に対して接着される場合、端部E2と同様に、周回ベルト42の端部E1は隣接して設けられた層間ベルト44に接着固定させるとよい。これにより、端部E1においてせん断応力が集中して作用しても層間ベルト44の弾性により緩和されるため、層間の剥離を抑制することができる。 In each embodiment, the end portion E1 of the circumferential belt 42 is adhered to the outer peripheral surface of the base 30, but the present invention is not limited to this, and the end portion E1 may be adhered to the body portion 20 or the fixed belt 40. When it is adhered to the fixing belt 40, it is preferable that the end portion E1 of the circumferential belt 42 is adhered and fixed to the interlayer belt 44 provided adjacent to the end portion E2, similarly to the end portion E2. As a result, even if shear stress is concentrated and acts on the end portion E1, it is relaxed by the elasticity of the interlayer belt 44, so that peeling between layers can be suppressed.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above, and it is possible to carry out various modifications other than the above within a range not deviating from the gist thereof. Of course.

10 高圧タンク(構造物)
20 胴体部(筒体、被拘束部)
30 口金(保持部)
40A 直線部
40C 曲線部
42 周回ベルト(CFRPベルト)
50 バッテリユニット(構造物)
60 セル(積層体、被拘束部)
80 固定部(保持部)
CL 周回層(拘束部)
10 High-pressure tank (structure)
20 Body part (cylinder body, restrained part)
30 base (holding part)
40A Straight part 40C Curved part 42 Circular belt (CFRP belt)
50 Battery unit (structure)
60 cells (laminated body, restrained part)
80 Fixed part (holding part)
CL circuit layer (restraint part)

Claims (1)

筒体又は積層体である被拘束部と、
前記被拘束部の両端に設けられた一対の保持部と、
前記一対の保持部を掛け渡すように前記被拘束部の軸方向に沿ってCFRPベルトを巻き付けた拘束部と、を備え、
前記拘束部において、前記被拘束部に沿った直線部に接続されかつ前記保持部の外周に設けられた曲線部の半径をR、前記被拘束部を挟んで対向する前記直線部の外側面同士の距離をHとすると、
下記関係式(a)を満たす構造物の拘束構造。
R>H/3・・・式(a)
With the restrained part which is a cylinder or a laminated body,
A pair of holding portions provided at both ends of the restrained portion,
A restraining portion in which a CFRP belt is wound along the axial direction of the restrained portion so as to hang the pair of holding portions is provided.
In the restraint portion, the radius of the curved portion connected to the straight line portion along the restrained portion and provided on the outer periphery of the holding portion is R, and the outer surfaces of the straight portions facing each other across the restrained portion are opposed to each other. If the distance is H,
A restraint structure of a structure satisfying the following relational expression (a).
R> H / 3 ... Equation (a)
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