JP2007001513A - 車両搭載品の取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】マウントブラケット以外の別のダンパ部品を使用せずに、車両搭載品への変位入力の伝達を極力抑制する。
【解決手段】車体フレーム３にマウントブラケット１０を介してスタックケース２０Ａを取り付けるに際し、スタックケース２０Ａに一体に設けたマウントブラケット１０に、伝達を遮断したい外力の入力方向と交差する方向に延在するスリット１１Ａ、１１Ｂを形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に車載型燃料電池スタック等の車両搭載品を車体に取り付けるための車両搭載品の取付構造に関するものである。

従来、燃料電池スタックをマウントブラケットを介して車体に取り付ける場合、特許文献１に記載のように、振動・衝撃吸収のために、マウントブラケット以外にダンパを設けている。
特開２００１−１４３７４２号公報

従来はマウントブラケット以外に振動・衝撃吸収のためのダンパを追加していたので、ダンパの追加により、質量が増加し、占有体積が増加し、コストが増加する等の問題が生じていた。また、従来はマウントブラケットの剛性が高かったため、過大な変位入力があったときにダンパが潰れ切ると、それ以上の衝撃吸収ができず、過大な変位入力が直接燃料電池スタックに伝達されてしまい、燃料電池スタックがダメージを受ける可能性が高かった。

本発明は、上記事情を考慮し、マウントブラケット以外の別のダンパ部品を使用せずに、車両搭載品への変位入力の伝達を極力抑制することのできる、簡単な構造で製作の容易な車両搭載品の取付構造を提供することを目的とする。

本発明は、車体にマウントブラケットを介して車両搭載品を取り付けるに際し、マウントブラケットに、伝達を遮断したい外力の入力方向と交差する方向に延在するスリットを形成したことを特徴とする。

本発明によれば、マウントブラケットに設けたスリットが、外力を吸収する役目を果たす。即ち、マウントブラケットにスリットと交差する方向の外力が入力したとき、スリットの空間を利用してスリットの周縁部が撓むことにより変位入力（歪みエネルギー）を吸収する。従って、通常時はスリットがダンパの役割をなす。また、車両衝突などにより過大な変位入力が入ったときには、スリットの周縁部が塑性変形することによって変位入力を吸収し、車両搭載品に過大な破壊エネルギが伝わらないように保護する。つまり、スリットの部分が、車両搭載品を守るために意図的に破壊されるヒューズ（安全装置）の役割をなす。よって、敢えてマウントブラケットの他にダンパを装備する必要がなくなり、ダンパの追加によって質量が増加し、占有体積が増加し、コストが増加する等の問題を解決することができる。また、マウントブラケットにスリットを設けるだけの簡単な構造であるから、製作が容易であり、コスト増加も最小限に抑えられる。

以下、本発明を車両搭載型燃料電池の車体への取付構造に適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

「第１実施形態」
図１は第１実施形態として示す車両搭載型燃料電池（車両搭載品）の取付構造の斜視図である。この車両搭載型燃料電池は、主として複数個の燃料電池スタックを積層してなる燃料電池スタックブロック１と、この燃料電池スタックブロック１を内部に収容して保護すると共に車両の一部である車体フレーム３に固定するためのスタックケース２０Ａと、このスタックケース２０Ａ内に水や塵埃などが入り込まないようにするための蓋（図示略）とから構成されている。スタックケース２０Ａは、例えば軽量化などを目的として、鍛造アルミニウム合金などで形成されている。

このスタックケース２０Ａは、内部に燃料電池スタックブロック１を収納するに足る大きさの上方が開口した矩形箱状のケース本体２と、ケース本体２の側壁外面に接合されたプレート状の４枚のマウントブラケット１０とを一体に備えており、各マウントブラケット１０の下端に設けた取付座１２を、例えばボルト１３や溶接で車体フレーム３に接合することにより、略水平な姿勢で車体に取り付けられている。

スタックケース２０Ａは、燃料電池スタックブロック１の荷重を受けると共に、外部からの振動入力や衝撃入力も受けることから、これらの荷重に耐え得るように必要な箇所に、機械的強度を高めるためのリブ（図示略）を備えている。

４枚のプレート状のマウントブラケット１０は、車両搭載時に前後方向を向くケース本体２の前後側壁の外面に、車両進行方向Ｎと平行となる姿勢で、前後に２枚ずつ突設されている。つまり、ケース本体２および燃料電池スタックブロック１を組み合わせたものの重心位置よりも、車両進行方向Ｎの前方および後方にマウントブラケット１０が位置している。

各マウントブラケット１０には、十字状に直交する２方向のスリット１１Ａ、１１Ｂが形成されている。この場合のスリット１１Ａ、１１Ｂは、水平方向及び鉛直方向に対し４５度の傾きをもって延在している。従って、２方向のスリット１１Ａ、１１Ｂは、車両前後方向（矢印Ｘ方向）および車両上下（高さ）方向（矢印Ｚ方向）に約４５度の傾きで交差している。

このように設けたスリット１１Ａ、１１Ｂは、車体から入力される振動や衝撃等の外力を吸収する役目を果たす。

図２を用いてその原理について説明する。ここでは、理解を簡単にするために、外力Ｆの入力する方向に対し垂直にスリット１１が延在する場合について述べる。（ａ）のように、スリット１１の短辺方向に垂直に外力Ｆが入力すると、（ｂ）のように、スリット１１の空間を利用してスリット１１の周縁部が撓むことにより、変位入力（歪みエネルギー）が吸収される。従って、スリット１１を挟んで一方側から他方側へと外力が伝達されにくくなる。

本実施形態の場合についてみると、図３に示すように、（ａ）の鉛直方向の外力Ｆｚは、（ｂ）、（ｃ）のように、各スリット１１Ａ、１１Ｂに対して垂直な成分Ｆｚａ、Ｆｚｂに分解できるから、それらの成分Ｆｚａ、Ｆｚｂに対して各スリット１１Ａ、１１Ｂが吸収作用を及ぼす。同様に、図４に示すように、（ａ）の車両前後方向の外力Ｆｘは、（ｂ）、（ｃ）のように、各スリット１１Ａ、１１Ｂに対して垂直な成分Ｆｘａ、Ｆｘｂに分解できるから、それらの成分Ｆｘａ、Ｆｘｂに対して各スリット１１Ａ、１１Ｂが吸収作用を及ぼす。

このように、マウントブラケット１０に設けたスリット１１Ａ、１１Ｂが、外力Ｆｘ、Ｆｚを吸収する役目を果たし、例えば、通常時はスリット１１Ａ、１１Ｂがダンパの役割をなすため、振動や衝撃から燃料電池スタックブロック１を守ることができる。また、車両衝突などにより過大な変位入力が入ったときには、強度的な弱部であるスリット１１Ａ、１１Ｂの周縁部が塑性変形することによって変位入力を吸収するので、燃料電池スタックブロック１に過大な破壊エネルギが伝わらないように保護することができる。つまり、スリット１１Ａ、１１Ｂの周辺部が、燃料電池スタックブロック１を守るために意図的に破壊されるヒューズの役割をなす。

よって、敢えてマウントブラケット１０と車体フレーム３の間などに他のダンパを装備する必要がなくなり、ダンパの追加によって質量が増加し、占有体積が増加し、コストが増加する等の問題を解決することができる。また、マウントブラケット１０にスリット１１Ａ、１１Ｂを入れるだけであるから、構造が簡単であり、容易に実現可能である。

「第２実施形態」
図５は第２実施形態として示す車両搭載型燃料電池（車両搭載品）の取付構造の斜視図である。この実施形態で使用しているスタックケース２０Ｂでは、各マウントブラケット１０に、各長さ方向の中間点で交差する４方向のスリット１１Ａ〜１１Ｄを設けている。即ち、前記第１実施形態で設けた４５度の傾きのスリット１１Ａ、１１Ｂに加えて、上下方向（鉛直方向）に延在するスリット１１Ｃと前後方向（水平方向）に延在するスリット１１Ｄとを新たに設けている。この場合、スリット１１Ｄは、マウントブラケット１０の車体フレーム３に対する取付面と平行なスリットに相当する。また、スリット１１Ｃは、車両進行方向Ｎに垂直な方向に延在するスリットに相当する。

それ以外の点は前記第１実施形態と同様であるため、同一要素に同一符号を付して説明を省略する。このことは、以下の各実施形態についても同様である。

本実施形態のように、上下方向に延在するスリット１１Ｃと前後方向に延在するスリット１１Ｄを追加した場合、図６に示すように、例えば、（ａ）のように鉛直方向の外力Ｆｚが作用した際に、直接（ｄ）のように前後方向に延在するスリット１１Ｄが垂直にその力Ｆｚを受けることになる。また、（ｃ）、（ｅ）のように、その外力Ｆｚの入力方向に対し４５度の傾きを持つスリット１１Ａ、１１Ｂが、鉛直方向の外力Ｆｚの分力Ｆｚａ、Ｆｚｂを垂直に受けることになる。このとき、（ａ）のように、この外力Ｆｚと平行なスリット１１Ｃは、力の吸収には寄与しない。

同様に、前後方向の外力に対しては、上下方向に延在するスリット１１Ｃが、垂直にその力を受けることになる。また、その外力Ｆｚの入力方向に対し４５度の傾きを持つスリット１１Ａ、１１Ｂが、前後方向の外力の分力を垂直に受けることになる。

従って、前記第１実施形態よりも、より効果的に外力を吸収できるようになる。特に、多数の方向へスリット１１Ａ〜１１Ｄを設けたことにより、多数の方向からの荷重入力がケース本体２へ伝達されることを有効に抑制できるようになる。

「第３実施形態」
図７は第３実施形態として示す車両搭載型燃料電池（車両搭載品）の取付構造の斜視図である。

この実施形態で使用しているスタックケース２０Ｃでは、各マウントブラケット１０に、上下方向に延在するスリット１１Ｃ（車両進行方向に垂直なスリット）だけを設けている。即ち、この実施形態の場合、遮断したい外力の入力方向を車両進行方向Ｎと平行な前後方向Ｘとしているので、それに対して垂直な方向に延在するように、上下方向に長いスリット１１Ｃだけを設けている。

このようなスリット１１Ｃを設けた場合、車両前後方向の外力に対してスリット１１Ｃが吸収作用を及ぼすので、運転時の前後方向振動や車両衝突時の衝撃から燃料電池スタックブロック１を保護することができる。

例えば、車両前方衝突などに伴い過大な変位入力が発生した場合には、燃料電池スタックブロック１を収納したケース本体２の重心よりも後方のマウントブラケット１０のスリット１１Ｃが広げられ、亀裂が進展することにより破断する。これにより、それ以上の変位入力がケース本体２及び燃料電池スタックブロック１へ伝わるのを抑制する。このとき、ケース本体２及び燃料電池スタックブロック１の重心よりも前方のマウントブラケット１０のスリット１１Ｃは押し縮められ、スリット１１Ｃの対向壁がくっつくことにより、ケース本体２はその位置に保持される。これにより、ケース本体２およびケース本体２の内部の燃料電池スタックブロック３は破壊から免れる。

これは前方衝突時の挙動であるが、後方衝突時には逆にケース本体２及び燃料電池スタックブロック１の重心前方（上方）のマウントブラケット１０のスリット１１Ｃが押し広げられて破断し、重心後方（下方）のマウントブラケット１０のスリット１１Ｃが押し縮められてくっつくことにより、ケース本体１の位置が保持され、これにより、ケース本体２およびケース本体２の内部の燃料電池スタックブロック３は破壊から免れる。

「第４実施形態」
図８は第４実施形態として示す車両搭載型燃料電池（車両搭載品）の取付構造の斜視図である。

この実施形態で使用しているスタックケース２０Ｄでは、各マウントブラケット１０に、前後方向に延在するスリット１１Ｄ（マウントブラケット１０の車体フレーム３への取付面に平行な方向に延在するスリットに相当）だけを設けている。即ち、この実施形態の場合、遮断したい外力の入力方向を上下方向Ｚとしているので、それに対して垂直な方向に延在するように、前後方向に長いスリット１１Ｄだけを設けている。

このようなスリット１１Ｄを設けた場合、車両で支配的な上下方向振動をスリット１１Ｃが吸収することになるので、運転時の振動から燃料電池スタックブロック１を保護することができる。また、スリット１１Ｄが、マウントブラケット１０の車体フレーム３への取付面と平行になっているので、車両からマウントブラケット１０を介してケース本体２へ伝わる振動・衝撃荷重を抑制することができる。

「第５実施形態」
図９は第５実施形態として示す車両搭載型燃料電池（車両搭載品）の取付構造の斜視図である。

この実施形態で使用しているスタックケース２０Ｅでは、各マウントブラケット１０に、上下方向に延在するスリット１１Ｃと前後方向に延在するスリット１１Ｄとを互いに離間させて設けている。即ち、この実施形態の場合、遮断したい外力の入力方向を前後方向Ｘと上下方向Ｚの両方向としているので、それに対して垂直な方向に延在するように、上下方向に長いスリット１１Ｃと前後方向に長いスリット１１Ｄを設けている。

このようにスリット１１Ｃ、１１Ｄを設けた場合、車両前後方向の外力に対してスリット１１Ｃが吸収作用を及ぼすので、運転時の前後方向振動や車両衝突時の衝撃から燃料電池スタックブロック１を保護することができる。また、車両の上下振動をスリット１１Ｃが吸収することになるので、運転時の振動から燃料電池スタックブロック１を保護することができる。従って、図１の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、上記各実施形態は、車体にマウントブラケット１０を介して車両搭載品を取り付けるに際し、マウントブラケット１０に、伝達を遮断したい外力の入力方向と交差する方向に延在するスリット１１Ａ〜１１Ｄを形成したので、各マウントブラケット１０に設けたスリット１１〜１１Ｄが、外力を吸収する役目を果たす。即ち、マウントブラケット１０にスリット１１Ａ〜１１Ｄと交差する方向の外力が入力したとき、スリット１１Ａ〜１１Ｄの空間を利用してスリット１１Ａ〜１１Ｄの周縁部が撓むことにより変位入力（歪みエネルギー）を吸収する。従って、通常時はスリット１１Ａ〜１１Ｄがダンパの役割をなす。

また、車両衝突などにより過大な変位入力が入ったときには、スリット１１Ａ〜１１Ｄの周辺部が塑性変形することによって変位入力を吸収し、車両搭載品に過大な破壊エネルギが伝わらないように保護する。つまり、スリット１１Ａ〜１１Ｄの部分が、車両搭載品を守るために意図的に破壊されるヒューズの役割をなす。よって、敢えてマウントブラケット１０の他にダンパを装備する必要がなくなり、ダンパの追加により、質量が増加し、占有体積が増加し、コストが増加する等の問題を解決することができる。

また、マウントブラケット１０にスリット１１Ａ、１１Ｂを入れるだけであるから、構造が簡単であり、容易に実現可能である。

また、上記各実施形態によれば、スリット１１Ａ〜１１Ｄの延在する方向を、遮断したい外力の入力方向に対して垂直に設定したので、効果的に外力を吸収することができ、車両搭載品を外力から保護することができる。

また、上記第２、第４、第５実施形態によれば、マウントブラケット１０の水平方向に延在するスリット１１Ｄを設けているので、車載条件において最も頻度の高い上下振動を有効に吸収することができ、車両搭載品の耐久性向上に寄与することができる。

また、上記第２、第４、第５実施形態によれば、車体へのマウントブラケット１０の取付面に平行にスリット１１Ｄを延在させたので、取付面から垂直に伝達される振動・衝撃に対する吸収効果を発揮することができ、車両搭載品の耐久性向上に寄与することができる。

また、上記第２、第３、第５実施形態によれば、スリット１１Ｃが車両進行方向Ｎに垂直に延在するので、通常運転時における前後方向の振動・衝撃を車両搭載品にできるだけ直接伝えないようにすることができる。また、車両衝突時等に過大な変位入力が発生したときには、上下方向に延在するスリット１１Ｃの周縁部が塑性変形することにより変位入力を吸収するので、車両搭載品に過大な破壊エネルギが伝わらないように保護することができる。

また、上記各実施形態によれば、燃料電池スタックケース２０Ａ〜２０Ｅに一体のマウントブラケット１０にスリット１１Ａ〜１１Ｄを設けることで柔軟な構造にしたので、ケース本体２内の燃料電池スタックブロック１を振動・衝撃から有効に保護することができ、燃料電池の耐久性向上に寄与することができる。

本発明の第１実施形態の斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明の第１実施形態におけるスリットの作用説明に用いる原理図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態におけるスリットの作用説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態におけるスリットの作用説明図である。 本発明の第２実施形態の斜視図である。 （ａ）〜（ｅ）は本発明の第２実施形態の作用説明図である。 本発明の第３実施形態の斜視図である。 本発明の第４実施形態の斜視図である。 本発明の第５実施形態の斜視図である。

符号の説明

１…燃料電池スタックブロック
２…ケース本体
３…車体フレーム（車体）
１０…マウントブラケット
１１Ａ〜１１Ｄ…スリット
２０Ａ〜２０Ｅ…スタックケース

Claims (6)

1. 車体にマウントブラケットを介して車両搭載品を取り付けるに際し、前記マウントブラケットに、伝達を遮断したい外力の入力方向と交差する方向に延在するスリットを形成した
   ことを特徴とする車両搭載品の取付構造。
2. 請求項１に記載の車両搭載品の取付構造であって、
   前記スリットとして、少なくとも一つの遮断したい外力の入力方向に対して垂直な方向に延在するスリットを設けた
   ことを特徴とする車両搭載品の取付構造。
3. 請求項１に記載の車両搭載品の取付構造であって、
   前記スリットとして、水平方向に延在するスリットを設けた
   ことを特徴とする車両搭載品の取付構造。
4. 請求項１に記載の車両搭載品の取付構造であって、
   前記スリットとして、前記マウントブラケットの車体への取付面に平行な方向に延在するスリットを設けた
   ことを特徴とする車両搭載品の取付構造。
5. 請求項１に記載の車両搭載品の取付構造であって、
   前記スリットして、車両進行方向と垂直な方向に延在するスリットを設けた
   ことを特徴とする車両搭載品の取付構造。
6. 少なくとも請求項１〜５の何れか一つに記載の車両搭載品の取付構造であって、
   前記車両搭載品が車載型燃料電池であり、前記マウントブラケットが燃料電池スタックケースに一体に設けられている
   ことを特徴とする車両搭載品の取付構造。

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