JP2019168079A

JP2019168079A - フレーム

Info

Publication number: JP2019168079A
Application number: JP2018057917A
Authority: JP
Inventors: 大祐石川; Daisuke Ishikawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2019-10-03
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: JP7024544B2

Abstract

【課題】リベットで接続されたプレートを更にボルトを介してフレームに接続する際に当該プレートの回転を所望の範囲内に抑制可能なフレームを実現する。【解決手段】本発明の一形態に係るフレーム２は、プレート１０が内部に配置される空洞部２ｄを有し、リベット１１を介してフレーム２にプレート１０が接続された状態で、プレート１０の長さ方向での第１のリベット孔１０ｂの中心から第１のボルト孔１０ｃの側の端辺までの距離をＡとし、第１のリベット孔１０ｂの中心から第１のボルト孔１０ｃの中心までの距離をａとし、第１のリベット孔１０ｂの中心から空洞部２ｄの側面２ｈまでの距離をＢとし、プレートの幅方向での第１のリベット孔１０ｂの中心から端辺までの距離をｂとし、第１のボルト孔１０ｃと第２のボルト孔２ｆとの許容位置ズレ量をｘとした場合に、（Ｂ−ｂ）×ａ／Ａ≦ｘを満たす。【選択図】図１

Description

本発明は、フレームに関する。

リベットを介して被接続部材を接続部材に接続することが一般的に行われている。このとき、リベットによる接続構造では、被接続部材が接続部材に対して当該リベットを中心に回転する可能性があり、例えば、被接続部材と接続部材とを更にボルトで接続する場合、被接続部材のボルト孔と接続部材のボルト孔とが位置ずれし、被接続部材と接続部材とをボルトで接続できない場合がある。

ちなみに、特許文献１では、回転規制部を有するパッキンの内部に接続杆を配置し、接続杆を回転規制部で囲むことで、接続杆の回転を抑制する構成とされている。但し、特許文献１の電池は、ボルトによって接続杆を電池外装体に接続していない。

特開２０１１−２１６２４３号公報

このようにリベットで接続された被接続部材を更にボルトを介して接続部材に接続する構成において、ボルトを介して被接続部材を接続部材に接続する際に当該被接続部材の回転を所望の範囲内に抑制できる構成は見聞することができない。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、リベットで接続されたプレートを更にボルトを介してフレームに接続する際に当該プレートの回転を所望の範囲内に抑制可能なフレームを実現する。

本発明の一態様に係るフレームは、矩形平板のプレートの一方の端部の幅中央に形成された第１のリベット孔と共通のリベットが通される第２のリベット孔と、前記プレートの他方の端部の幅中央に形成された第１のボルト孔と共通のボルトが通される第２のボルト孔と、を有し、前記第１のリベット孔及び前記第２のリベット孔に通されたリベットを介してプレートが接続された後に、前記第１のボルト孔及び前記第２のボルト孔に通されたボルトを介して搭載物が接続されるフレームであって、
一軸方向に延在し、前記プレートが内部に配置される空洞部を有し、
前記リベットを介して前記フレームに前記プレートが接続された状態で、前記第１のリベット孔の中心と前記第１のボルト孔の中心とを通る直線上での前記プレートにおける前記第１のリベット孔の中心から前記第１のボルト孔の側の端辺までの距離をＡとし、前記第１のリベット孔の中心から前記第１のボルト孔の中心までの距離をａとし、前記第１のリベット孔の中心から前記空洞部が延在する方向と前記リベットの軸方向とに直交する方向での前記空洞部の側面までの距離をＢとし、前記第１のリベット孔の中心から前記直線と前記リベットの軸方向とに直交する方向での前記プレートの端辺までの距離をｂとし、予め設定された前記第１のボルト孔と前記第２のボルト孔との許容位置ズレ量をｘとした場合に、
（Ｂ−ｂ）×ａ／Ａ≦ｘ
を満たし、
前記空洞部の角部にＲ部を有し、前記Ｒ部の半径より大きい突出量で突出部が前記空洞部の内方に突出している。

本発明によれば、リベットで接続されたプレートを更にボルトを介してフレームに接続する際に当該プレートの回転を所望の範囲内に抑制可能なフレームを実現できる。

実施の形態のフレームが適用される燃料電池車両を模式的に示す図である。実施の形態のフレームとプレートとの接続部近傍の端面図である。実施の形態のフレームとプレートとの接続部近傍の異なる端面図である。実施の形態のフレームとプレートとの関係を説明するための図である。

以下、本発明を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。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

先ず、本実施の形態のフレームが適用される燃料電池車両の構成を簡単に説明する。図１は、本実施の形態のフレームが適用される燃料電池車両を模式的に示す図である。燃料電池車両１は、フレーム２に燃料電池スタック３が搭載されている。

フレーム２は、詳細は後述するが、燃料電池車両１の上方から見て、燃料電池スタック３を搭載可能な広さを有する当該燃料電池スタック３の搭載部である。このようなフレーム２は、燃料電池車両１の骨格構造を成すボデーに連結されたサスペンションメンバー４に支持されている。

燃料電池スタック３は、燃料電池スタック３の空気極に供給された空気に含まれる酸素と、水素タンク５から燃料電池スタック３の燃料極に供給された水素と、を化学反応させて発電し、図示を省略したモータを駆動する。モータの駆動力は車輪６に伝達され、これにより、燃料電池車両１が走行する。このようなモータ及び燃料電池スタック３は、パワーコントロールユニット７によって制御される。

次に、本実施の形態のフレーム２の構成を説明する。図２は、本実施の形態のフレームとプレートとの接続部近傍の端面図である。図３は、本実施の形態のフレームとプレートとの接続部近傍の異なる端面図である。図４は、本実施の形態のフレームとプレートとの関係を説明するための図である。ここで、以下の説明では、説明を明確にするために、三次元（ＸＹＺ）座標系を用いて説明する。

フレーム２は、図２及び図３に示すように、燃料電池スタック３をフレーム２に接続する際に、プレート１０を補強板として用いる。プレート１０は、プレート本体１０ａ、リベット孔１０ｂ、ボルト孔１０ｃ及びナット１０ｄを備えている。プレート本体１０ａは、図４に示すように、例えば、略長方形状の平板であるが、略矩形状であればよい。

リベット孔１０ｂは、例えば、プレート本体１０ａの長手方向の一方の端部において幅方向の略中央に形成されている。ボルト孔１０ｃは、例えば、プレート本体１０ａの長手方向の他方の端部において幅方向の略中央に形成されている。つまり、リベット孔１０ｂ及びボルト孔１０ｃは、所望の間隔を開けてプレート本体１０ａに形成されている。ナット１０ｄは、ボルト孔１０ｃの中心軸とナット１０ｄの中心軸とが重なるように、プレート本体１０ａに固定されている。

フレーム２は、Ｚ軸＋側の第１の平板２ａとＺ軸−側の第２の平板２ｂとがリブ部２ｃで連結されて補強された形状であり、例えば、アルミの押し出し成形品である。そして、フレーム２は、内部にプレート１０が挿入される空洞部２ｄを備えている。つまり、空洞部２ｄは、第１の平板２ａと第２の平板２ｂとリブ部２ｃとで、大凡、囲まれた空間である。このような空洞部２ｄは、Ｙ軸方向に複数列並び、各々の空洞部２ｄは、Ｘ軸方向に延在している。

第１の平板２ａの周縁部における所望の位置には、プレート１０のリベット孔１０ｂとボルト孔１０ｃとの間隔と略等しい間隔をＸ軸方向に開けてリベット孔２ｅ及びボルト孔２ｆが形成されている。

第２の平板２ｂの周縁部における所望の位置には、プレート１０を挿入するための開口部２ｇが形成されている。これにより、プレート１０が挿入される空洞部２ｄのＺ軸＋側にリベット孔２ｅ及びボルト孔２ｆが配置され、当該空洞部２ｄのＺ軸−側に開口部２ｇが配置される。

このようなフレーム２にプレート１０を介して燃料電池スタック３を接続する際には、先ず、フレーム２の開口部２ｇからプレート１０を空洞部２ｄの内部に挿入し、フレーム２のリベット孔２ｅとプレート１０のリベット孔１０ｂとにリベット１１を通し、当該リベット１１をかしめる。これにより、リベット１１を介してプレート１０がフレーム２に接続される。

次に、燃料電池スタック３をフレーム２の第１の平板２ａに載置し、燃料電池スタック３の接続片３ａに嵌め込まれたブッシュ１２のボルト孔１２ａとフレーム２のボルト孔２ｆとプレート１０のボルト孔１０ｃにボルト１３を通してナット１０ｄにねじ込むことで、プレート１０を介して燃料電池スタック３をフレーム２に接続することができる。

ここで、リベット１１を介してフレーム２にプレート１０が接続された際に、プレート１０は、リベット１１を中心にＺ軸回りに回転可能な状態となる。そのため、燃料電池スタック３の接続片３ａに嵌め込まれたブッシュ１２のボルト孔１２ａとフレーム２のボルト孔２ｆとプレート１０のボルト孔１０ｃとにボルト１３を通す際に、良好に通すことができない可能性がある。

そこで、本実施の形態のフレーム２は、プレート１０のＺ軸回りの回転を所望の範囲内に抑制可能な構成とされている。詳細には、リベット１１を介してフレーム２にプレート１０が接続された状態で、フレーム２は、以下の＜式１＞を満たすように設計される。

＜式１＞
（Ｂ−ｂ）×ａ／Ａ≦ｘ
但し、図４に示すように、Ａは、プレート１０のリベット孔１０ｂの中心とプレート１０のボルト孔１０ｃの中心とを通る直線Ｌ１上でのプレート１０におけるリベット孔１０ｂの中心からボルト孔１０ｃの側の端辺までの距離である。言い換えると、直線Ｌ１上でのフレーム２のリベット孔２ｅの中心からプレート１０のＸ軸＋側の端辺までの距離である。ａは、プレート１０におけるリベット孔１０ｂの中心からボルト孔１０ｃの中心までの距離である。Ｂは、プレート１０のリベット孔１０ｂ（即ち、フレーム２のリベット孔２ｅ）の中心からＹ軸方向での空洞部２ｄの側面２ｈまでの距離である。ｂは、プレート１０のリベット孔１０ｂ（即ち、フレーム２のリベット孔２ｅ）の中心から直線Ｌ１とＺ軸方向とに直交する方向でのプレート１０の端辺までの距離である。ｘは、予め設定されたプレート１０のボルト孔１０ｃとフレーム２のボルト孔２ｆとの許容位置ズレ量であり、ボルト孔１０ｃとボルト孔２ｆとの中心間距離である。なお、図４では、回転した状態のプレート１０を二点鎖線で示している。

ここで、「許容位置ズレ量」とは、プレート１０のボルト孔１０ｃとフレーム２のボルト孔２ｆとが位置ずれしている場合に、例えば、ボルト１３の軸部の先端に形成されたガイド部をプレート１０のボルト孔１０ｃとフレーム２のボルト孔２ｆとに挿入可能な位置ズレ量である。つまり、Ｚ軸方向から見て、プレート１０のボルト孔１０ｃとフレーム２のボルト孔２ｆとが重なっている領域内に、ボルト１３の軸部を略Ｚ軸方向に配置した状態で当該ボルト１３のガイド部を挿入可能な位置ズレ量である。許容位置ズレ量としては、例えば、１．１ｍｍに設定することができるが、使用するボルト１３などに応じて、適宜、変更することができる。

このように＜式１＞を満たすようにフレーム２の空洞部２ｄを設計すると、プレート１０がリベット１１を中心にＺ軸回りに回転した際に、プレート１０のＸ軸＋側の角部がフレーム２の空洞部２ｄの側面２ｈに接触し、プレート１０のボルト孔１０ｃとフレーム２のボルト孔２ｆとの位置ズレが許容位置ズレ量ｘ以内に抑制可能である。

そのため、プレート１０のボルト孔１０ｃとフレーム２のボルト孔２ｆとが位置ズレしていても、位置ずれした状態のボルト孔１０ｃ及びボルト孔２ｆにボルト１３のガイド部を挿入し、更にボルト１３をナット１０ｄにねじ込むことができる。

このようにボルト１３を介してＺ軸回りに回転した状態のプレート１０をフレーム２に接続する場合、プレート１０はＺ軸回りに回転した状態を維持しつつフレーム２に接続される。ここで、フレーム２が押し出し成形品の場合、図２に示すように、フレーム２の空洞部２ｄのＺ軸＋側の角部がＲ形状（即ち、面取り形状）となっている。つまり、フレーム２は、空洞部２ｄのＺ軸＋側の角部にＲ部２ｉを備えている。

そのため、プレート１０がボルト１３によってＺ軸＋側に引き上げられるのに伴って、プレート１０の端部がフレーム２のＲ部２ｉに乗り上げ、プレート１０がＹ軸回りに回転した状態でフレーム２に接続される可能性がある。

そこで、本実施の形態のフレーム２は、図２に示すように、フレーム２の空洞部２ｄを形成するリブ部２ｃから当該空洞部２ｄの内方に突出する突出部２ｊを備えている。このとき、リブ部２ｃからの突出量Ｐ１は、Ｒ部２ｉの半径より大きい。

これにより、プレート１０がリベット１１を中心にＺ軸回りに回転しても、プレート１０の端部がフレーム２のＲ部２ｉに到達する前に、突出部２ｊに接触する。そのため、ボルト１３を介してＺ軸回りに回転した状態のプレート１０をフレーム２に接続する場合、プレート１０の端部がフレーム２のＲ部２ｉに乗り上げることを抑制でき、プレート１０を適切な姿勢でフレーム２に接続することができる。

なお、突出部２ｊは、リブ部２ｃにおける少なくともプレート１０がＺ軸回りに回転した際に当該プレート１０の角部が接触する位置周辺に形成されていればよい。

また、上述のＢの値は、プレート１０のリベット孔１０ｂの中心からＹ軸方向での空洞部２ｄの突出部２ｊまでの距離とすればよい。つまり、突出部２ｊにおける空洞部２ｄの内方側の面は、空洞部２ｄの側面２ｈを成す。

このように本実施の形態のフレーム２は、プレート１０のＺ軸回りの回転を所望の範囲内に抑制でき、プレート１０を介して燃料電池スタック３をフレーム２に接続する際に、ボルト１３によって簡単に接続することができる。しかも、フレーム２は、ボルト１３を介してＺ軸回りに回転した状態のプレート１０をフレーム２に接続する場合、プレート１０の端部がフレーム２のＲ部２ｉに乗り上げることを抑制でき、プレート１０を適切な姿勢でフレーム２に接続することができる。

なお、上述のようにリベット１１を介してフレーム２にプレート１０が接続された際に、プレート１０はフレーム２に片持ち支持された状態となり、プレート１０の自重で当該プレート１０がＹ軸回りに回転しようとする。そのため、燃料電池スタック３の接続片３ａに嵌め込まれたブッシュ１２のボルト孔１２ａとフレーム２のボルト孔２ｆとプレート１０のボルト孔１０ｃとにボルト１３を通す際に、当該ボルト１３を良好に通すことができない可能性がある。

そこで、フレーム２は、図２に示すように、プレート１０をＺ軸−側から支持する支持部２ｋを備えているとよい。支持部２ｋは、空洞部２ｄを形成するリブ部２ｃから当該空洞部２ｄの内方に向かって突出している。このような支持部２ｋは、少なくともプレート１０のボルト孔１０ｃの側の端部を支持するように配置されており、例えば、空洞部２ｄのＸ軸方向全域に配置されている。

これにより、プレート１０のＹ軸回りの回転を抑制することができ、燃料電池スタック３をフレーム２にボルト１３によって接続する際に、燃料電池スタック３の接続片３ａに嵌め込まれたブッシュ１２のボルト孔１２ａとフレーム２のボルト孔２ｆとプレート１０のボルト孔１０ｃとにボルト１３を簡単に通すことができる。

本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１燃料電池車両
２フレーム、２ａ第１の平板、２ｂ第２の平板、２ｃリブ部、２ｄ空洞部、２ｅリベット孔、２ｆボルト孔、２ｇ開口部、２ｈ側面、２ｉＲ部、２ｊ突出部、２ｋ支持部
３燃料電池スタック、３ａ接続片
４サスペンションメンバー
５水素タンク
６車輪
７パワーコントロールユニット
１０プレート、１０ａプレート本体、１０ｂリベット孔、１０ｃボルト孔、１０ｄナット
１１リベット
１２ブッシュ、１２ａボルト孔
１３ボルト

Claims

矩形平板のプレートの一方の端部の幅中央に形成された第１のリベット孔と共通のリベットが通される第２のリベット孔と、前記プレートの他方の端部の幅中央に形成された第１のボルト孔と共通のボルトが通される第２のボルト孔と、を有し、前記第１のリベット孔及び前記第２のリベット孔に通されたリベットを介してプレートが接続された後に、前記第１のボルト孔及び前記第２のボルト孔に通されたボルトを介して搭載物が接続されるフレームであって、
一軸方向に延在し、前記プレートが内部に配置される空洞部を有し、
前記リベットを介して前記フレームに前記プレートが接続された状態で、前記第１のリベット孔の中心と前記第１のボルト孔の中心とを通る直線上での前記プレートにおける前記第１のリベット孔の中心から前記第１のボルト孔の側の端辺までの距離をＡとし、前記第１のリベット孔の中心から前記第１のボルト孔の中心までの距離をａとし、前記第１のリベット孔の中心から前記空洞部が延在する方向と前記リベットの軸方向とに直交する方向での前記空洞部の側面までの距離をＢとし、前記第１のリベット孔の中心から前記直線と前記リベットの軸方向とに直交する方向での前記プレートの端辺までの距離をｂとし、予め設定された前記第１のボルト孔と前記第２のボルト孔との許容位置ズレ量をｘとした場合に、
（Ｂ−ｂ）×ａ／Ａ≦ｘ
を満たし、
前記空洞部の角部にＲ部を有し、前記Ｒ部の半径より大きい突出量で突出部が前記空洞部の内方に突出している、フレーム。