JP2022014938A - タンクを備えた車両およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022014938000001
【課題】口金を一端に備えるタンクの軸方向における口金と反対側の他端側について、口金を用いないで車体に固定する。
【解決手段】車両は、円筒形状のタンク本体と、前記タンク本体の軸方向の一端に設けられた口金と、前記口金を用いて、前記タンク本体をネックマウント方式で車体に固定するブラケットと、前記タンク本体の前記軸方向の他端において、前記タンク本体の外周面を囲みながら挟んで保持する被覆部と、前記被覆部と一体に設けられ前記車体に固定される固定部と、を有する固定装置と、を備える。
【選択図】図1

Description

本開示は、タンクを備えた車両およびその製造方法に関する。
特許文献1には、タンクの口金部分を保持して車体に固定するネックマウントを備える固定機構が開示されている。
特開2017-206042号公報
特許文献1に記載された固定機構では、タンクが口金を有していることが求められる。タンクが、その両端に口金を有している場合には、タンクを両方の端部で固定できる。しかし、タンクの一方の端部にしか口金が設けられていない場合や、他方の端部に口金があっても固定に用いられない形状の場合があり、軸方向の他端側について、口金を用いない固定方法が望まれていた。
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
(1)本開示の一形態によれば、タンクを備えた車両が提供される。この車両は、円筒形状のタンク本体と、前記タンク本体の軸方向の一端に設けられた口金と、前記口金を用いて、前記タンク本体をネックマウント方式で車体に固定するブラケットと、前記タンク本体の前記軸方向の他端において、前記タンク本体の外周面を囲みながら挟んで保持する被覆部と、前記被覆部と一体に設けられ前記車体に固定される固定部と、を有する固定装置と、を備える。口金を設けると、タンクの内圧に耐えうる高精度な形状が要求されるため、高価となる。そのため、タンク本体の外側での対応が望まれる。この形態によれば、タンク本体の口金側の一端についてはブラケットを用いてネックマウント方式で車体に固定し、他端についてはタンク本体の外周面を囲みながら挟んで保持する被覆部を備える固定装置を用いて車体に固定するので、他端について、口金を用いずにタンク本体を車両に固定できる。
(2)上記形態の車両において、前記被覆部は、弾性を有し、前記タンク本体の前記他端を外周側から挟む複数の腕を備えてもよい。この形態によれば、弾性を有する複数の腕を用いてタンク本体を外周側から挟んで固定できるので、別途衝撃吸収機構を配置しなくても、腕の弾性でタンク本体にかかる衝撃を吸収できる。
(3)上記形態の車両において、前記タンク本体には少なくとも前記他端を覆う膨張黒鉛層が接着されており、前記タンク本体の前記他端において、前記腕に覆われていない位置における前記膨張黒鉛層の外径が、前記腕に覆われている位置における前記膨張黒鉛層の外径よりも大きくてもよい。この形態によれば、タンク本体の他端において、腕に覆われていない位置における膨張黒鉛層の外径が、腕に覆われている位置における膨張黒鉛層の外径よりも大きいので、タンク本体が軸周りに回転しようとしても、腕と膨張黒鉛層とが干渉するので、タンク本体の回転を抑制できる。
(4)上記形態の車両において、前記タンク本体には前記タンク本体全体を覆う膨張黒鉛層が接着されており、複数の前記腕の少なくとも1つは、前記軸方向において前記タンク本体の中央まで伸びていてもよい。何らかの事情で火災が生じたときに、この中央まで伸びた腕を通して火炎の熱を膨張黒鉛層に伝えて膨張黒鉛層を膨張させることができる。その結果、膨張黒鉛層を断熱・耐火層として用いることで、タンク本体への熱の伝達を抑制できる。
(5)上記形態の車両において、前記口金は、前記ブラケットが嵌まる小径部を有し、前記ブラケットが前記小径部に嵌まった状態における前記タンク本体と前記口金との境界から前記ブラケットまでの前記軸方向の離間距離は、前記腕のうち、最も短い腕の先端から前記タンク本体の前記他端までの前記軸方向の長さより短くてもよい。この形態によれば、タンク本体が軸方向に移動しても、落下しない。
(6)本開示の一形態によれば、車両の製造方法が提供される。この車両の製造方法は、軸方向の一端に口金が設けられた円筒形状のタンク本体の他端に、前記タンク本体の外周面を囲みながら挟んで保持する被覆部と、前記被覆部と一体に設けられ車体に固定される固定部と、を有する固定装置を取り付け、前記固定装置を、前記車体の予め定めた取付部に固定する。この形態によれば、タンク本体の外周面を囲みながら挟んで保持する被覆部を備えた固定装置を取り付けてから固定装置を車体に固定するので、タンク本体の固定時における固定部とタンク本体の位置の誤差を吸収できる。
(7)上記形態の車両の製造方法において、前記タンク本体の前記一端を、前記口金を用いてネックマウント方式で、前記車体の前記取付部とは異なる位置で固定してもよい。この形態によれば、一端について、口金を用いてネックマウント方式タンクを車両の異なる位置に固定できる。
本開示は、車両、車両の製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、タンクの固定部材、タンクの取り付け方法等の形態で実現することができる。
車両の車体とタンクの固定構成を示す説明図である。 タンク及び固定装置をタンクの軸方向から見た図である。 図1におけるIII-III断面図である。 固定装置の製造工程の一例を示す説明図である。 固定装置の他の製造工程を示す説明図である。 車両へのタンクの取り付け工程を示す説明図である。 第2実施形態におけるタンクをタンクの軸方向からみた図である。 第3実施形態を示す説明図である。 第4実施形態におけるタンクの軸と垂直な断面を示す説明図である。
・第1実施形態:
図1は、車両10の車体12とタンク100の固定構成を示す説明図である。タンク100は、車両10の燃料として用いられる水素やLPガス等のガスを格納する。タンク100は、円筒形の円筒部110と、円筒部の軸O方向両端に略半球形状のドーム部120、130を備える。ドーム部120は、半球形状の頂部に口金140を備えるが、ドーム部130は、口金を備えない。タンク100のうち、口金140を除いたものを「タンク本体」と呼ぶ。ドーム部120は、外形が略半球形状の膨張黒鉛層150が接着されて、膨張黒鉛層150により覆われており、ドーム部130は、外形が略半球形状の膨張黒鉛層160が接着されて、膨張黒鉛層160により覆われている。膨張黒鉛層150、160は、黒鉛粒子とウレタン樹脂とを含んでいる。膨張黒鉛層150、160の黒鉛粒子は、熱により膨張し、互いが絡まりあうことによって大容量の空隙を有する断熱層を生成する。すなわち、膨張黒鉛層150、160は、高温環境下で急激に膨張して内部に空気の層が形成されることによって、断熱効果を発揮する。また、膨張黒鉛層150、160は難燃性であり、耐火性を有する。例えば、車両10が何らかの事情で火炎にさらされても、膨張黒鉛層150、160は、火炎の熱を受けて膨張し、タンク100へ熱が伝わるのを抑制する。
口金140は、膨張黒鉛層150の頂部と、最端部141との間に小径部142を有している。この小径部142にブラケット170が取り付けられる。例えば、ブラケット170は、凹みのある2つの部品を有しており、凹みに小径部142が嵌まるように取り付けられる。ブラケット170は、ボルト190により、車体12の予め定められたブラケット固定部13に固定される。すなわち、タンク100の口金140側の一端は、ブラケット170により、いわゆるネックマウント方式により、車体12のブラケット固定部13に固定される。
タンク100の口金140の軸O方向の反対側の他端には、固定装置180が設けられている。固定装置180は、例えば、ステンレス鋼で形成されており、固定部181と被覆部182とを備える。固定部181と被覆部182ととは、一体に形成されている。「一体に形成されている」とは、1つの部材から形成されていること、複数の部材が、例えば溶接等により接合されて1つの部品とされていること、の両方を含む。被覆部182は、腕183とキャップ部184とを備える。キャップ部184は、膨張黒鉛層160の頂部を覆っている。腕183は、キャップ部184から、円筒部110方向に伸びている。腕183は、弾性変形可能な弾性体で形成されており、タンク100の径方向に力を付与している。すなわち、腕183は、タンク100の外周面を囲みながら挟んで保持している。タンク100は、中にガスが充填されている状態では、充填されていない状態よりも、全長あるいは直径において、1パーセント程度大きい。本実施形態では、弾性変形可能な弾性体で形成された腕183でタンク100の外周面を囲みながら挟んでタンク100を保持するので、ガスの充填状態が変化することによるタンク100の大きさが変化しても、タンク100を確実に保持できる。
図1に示す例では、腕183は、4本あり、タンク100の円周方向に沿って、4回対称位置にある。腕183は、4本以外の本数、例えば、3本、5本であってもよい。一般に、腕183は、n本(nは3以上の整数)であればよく、腕183は、n回対称位置にある。これにより、弾性力による偶力がタンク100に働かない。なお、偶力が働かない位置であれば、腕183は、n回対称位置に無くても良い。また、腕183の円周方向の幅が広ければ、腕の数は、2本でも良い。
固定部181は、キャップ部184の腕183と反対側の頂部に接合されている。固定部181は、ボルト190により車体12の、ブラケット固定部13と異なる取付部14に接続される。なお、キャップ部184は無くても良い。すなわち、固定部181と腕183とが直接接合される構造であってもよい。
図1に示すタンク100の固定状態において、ブラケット170における、タンクの100の一端とブラケット170との離間距離、すなわち、膨張黒鉛層150の頂部からブラケット170までの離間距離をLvとする。また、固定装置180の被覆部182によるタンク100他端の軸O方向の被覆長さ、すなわち、被覆部182が膨張黒鉛層150を最も大きく覆っているときにおける腕183の先端からタンク100のドーム部130の頂部までの軸O方向の長さをLeとする。離間距離Lvが長さLeよりも短ければ、例えば外力によってタンク100が口金140方向に移動しても、タンク100は、固定装置180から抜けない。すなわち、タンク100の落下を抑制できる。
図2は、タンク100及び固定装置180をタンク100の軸O方向から見た図である。固定装置180のキャップ部184が膨張黒鉛層160の頂部に被さり、4つの腕183が膨張黒鉛層160を上下左右の4方向から挟んでいる構造となっている。腕183がある部分におけるタンク100の軸Oから膨張黒鉛層160の外縁までの距離r1と、腕183がない部分におけるタンク100の軸Oから膨張黒鉛層160の外縁までの距離r2とは、ほぼ等しい。
図3は、図1におけるIII-III断面図である。固定装置180の4つの腕183は、上述したように、弾性変形可能な弾性体であり、タンク100を挟み込んだとき、タンク100の軸Oに向けて力Fで挟んでいる。このためには、例えば、固定装置180がドーム部130に被せられていないときにおいて、ドーム部130における軸Oと垂直な断面が略円形であることから、腕183に内接する円の内径が、ドーム部130の外径よりも小さい形状であればよい。なお、腕183に内接する円の内径の下限については、ドーム部130を挿入できる大きさ、例えば、ドーム部130の外径の70%から80%以上であればよい。
図3からわかるように、この実施形態では、固定装置180の4つの腕183の中心軸O側は、タンク100の上下左右の4方向に接しており、腕183とタンク100との間には、膨張黒鉛層160がない。ただし、腕183とタンク100との間には、膨張黒鉛層160があってもよい。また、4つの腕183のうち、1つの腕183、図3における-z方向の腕183aを除き、腕183は、円周方向において、膨張黒鉛層160と接していない。なお、本実施形態では、4つの腕183は同形状であるが、他の部材の形状との関係で、便宜上、-z方向の腕183に183aの符号を付している。すなわち、腕183aと膨張黒鉛層160との間には隙間が無いが、他の腕183と膨張黒鉛層160との間に隙間162がある。あるいは、他の腕183が配置される位置では、2つの膨張黒鉛層160の間の隙間162が大きいとも言える。このような構成を採用することで、膨張黒鉛層160に固定装置180を組み付けるときに、膨張黒鉛層160の隙間162に腕183、183aを挿入しやすい。また、1つの腕183aは、円周方向が膨張黒鉛層160と接しているため、膨張黒鉛層160に対する固定装置180の位置決めが容易となる。すなわち、固定装置180の挿入のし易さと、位置決めのしやすさとを両立することができる。
図4は、固定装置の製造工程の一例を示す説明図である。ステップS100では、ステンレス鋼で形成されたパイプ185を準備する。パイプ185の太さは、固定装置180の固定部181の太さと同じである。ステップS110では、パイプ185の一方の端部に切り込み186を入れる。腕183の数がn本である場合、切り込み186の数は、nである。なお、切り込み186は、円周方向にある程度の幅を持っていても良い。ステップS120からS130にかけて、パイプ185の切り込み186を入れた側の内側に治具を挿入し、治具を用いて拡径し、腕183とキャップ部184を形成する。ステップS140では、腕183の先端の角を丸める。
図5は、固定装置の他の製造工程を示す説明図である。ステップS200では、ステンレス鋼で形成された平板187を準備し、プレスにより、略十字形の部材188を打ち抜く。部材188が略十字形なのは、腕183の数が4本だからである。従って、腕183の数により部材188の形状は、異なる。ステップS210では、部材188をプレスにより、腕183とキャップ部184とを有する略半球形の被覆部182を形成する。なお、平板187から部材188を打ち抜くときに、同時に、略半球形の被覆部182まで加工してもよい。ステップS220では、被覆部182の頂部に円筒形の固定部181を溶接する。例えば、固定部181は、一方の端部に溶接代181cを有しており、この溶接代181cを被覆部182の頂部に溶接する。溶接代181cは、例えば、固定部181の端部に切り込みを入れて、切り込み側を外側に折り曲げることで容易に形成できる。なお、腕183の本数が偶数の場合には、細長い平板をプレスによりアルファベットの「U」の字の形状に曲げU字部材を形成し、複数のU字部材と固定部181とを溶接しても良い。
図6は、車両10へのタンク100の取り付け工程を示す説明図である。ステップS300では、タンク100を準備する。ステップS310では、タンク100のドーム部120、130に、膨張黒鉛層150、160を形成する。ステップS320では、膨張黒鉛層160に、固定装置180の被覆部182を被せる。ステップS320では、口金140の小径部142を挟むようにブラケット170を取り付け、ブラケット170と、固定装置180をボルト190で車体12に固定する。なお、口金140をブラケット170の穴に挿入しておき、その後、口金140をタンク100に取り付けてもよい。こうすれば、ブラケット170を2分割構造にしなくても良い。
以上、第1実施形態によれば、タンク100のドーム部120側の一端において、口金140を用いて、タンク100を車体に固定するブラケット170と、タンク100の軸O方向の他端のドーム部130に、外形より狭い内形となる部位を備えた弾性変形可能な被覆部182とタンク100の他端を車体12に固定する固定部181とを有する固定装置180と、を備えるので、ドーム部130に口金が取り付けられていなくても0、タンク100を車両10の車体12に取り付けることができる。
第1実施形態によれば、固定装置180の被覆部182は、タンク100のドーム部130側の端部を外周側から挟む複数の腕183を備えるので、別途衝撃吸収機構を備えることなく、車体12にタンク100を保持できる。
第1実施形態によれば、ブラケット170における、タンク100の一端とブラケット170との離間距離、すなわち、膨張黒鉛層150の頂部からブラケット170までの離間距離Lvが、固定装置180の被覆部によるタンク100他端の軸O方向の被覆長さ、すなわち、腕183の先端からタンク100のドーム部130の頂部までの軸O方向の長さをLeよりも短いので、タンク100に外力がかかり、タンク100が口金140方向に移動しても、タンク100は、固定装置180から抜けない。すなわち、タンク100の落下を抑制できる。
第1実施形態によれば、軸O方向一端に口金140を有する円筒形状のタンク100の他端に、弾性変形可能な被覆部182であって、タンク100の他端を外周側から挟む複数の腕183であってタンク100の軸O方向他端の外形より狭い内形となる腕183を有する被覆部182を備えた固定装置180を取り付け、タンク100他端に取り付けられた固定装置180を、車体12に固定するので、タンク100の車体12への固定時における固定装置180とタンク100の位置の誤差を吸収できる。
・第2実施形態:
図7は、第2実施形態におけるタンク100をタンクの軸O方向からみた図である。図2に示す第1実施形態との相違点は、膨張黒鉛層161の形状である。すなわち、第1実施形態では、腕183がある部分におけるタンク100の軸Oから膨張黒鉛層160の外縁までの距離r1と、腕183がない部分におけるタンク100の軸Oから膨張黒鉛層160の外縁までの距離r2とは、ほぼ等しく、略半球形状である。これに対し、第2実施形態では、腕183がない部分におけるタンク100の軸Oから膨張黒鉛層160の外縁までの距離r3は、腕183がある部分におけるタンク100の軸Oから膨張黒鉛層160の外縁までの距離r1よりも大きい。すなわち、膨張黒鉛層160は腕183がない部分において、略半球形状よりも、外側に膨らんでいる。これにより、第1実施形態における効果を奏することに加え、以下の効果を有する。すなわち、タンク100が固定装置180に対して回転しようとしても、膨張黒鉛層160と腕183とが干渉する。その結果、タンク100が固定装置180に対して回転することを抑制できる。
・第3実施形態:
図8は、第3実施形態を示す説明図である。第3実施形態は、第1実施形態と比較すると、鉛直下方にある1本の腕183bが、タンク100の軸O方向(x方向)の中央Cまで伸びている。また、膨張黒鉛層151は、タンク100全体を覆っている。腕183bは、鉛直下方からタンク100を支えることができる。また、何らかの事情で車両の下面に火炎が生じたときには、火炎は、タンク100の下方から腕183bを加熱する。その後、腕183bの熱は膨張黒鉛層151に伝わり、膨張黒鉛層151が膨張する。その結果、第3実施形態では、第1実施形態における効果を奏することに加え、火炎により膨張した膨張黒鉛層151が、タンク100を断熱し、熱から保護する。なお、下方以外の場合で火炎が生じると想定される場合には、火炎が生じる方向の腕183bをタンク100の軸O方向の中央Cまで伸ばせば良い。なお、腕183bは、他の腕183に比べて長ければよく、タンク100の軸O方向の中央Cまで伸びていなくても良い。また、タンク100の軸O方向の中央Cを超えていても良い。
固定装置180の固定方法については、図1に示す固定方法以外の固定方法であってもよい。例えば、図8に示す固定方法であってもよい。この固定方法では、車両10の車体12は、貫通孔16を有する取付部15を有している。この貫通孔193に固定装置180の固定部181が挿入され、ボルト191で固定されている。具体的には、先に固定装置180の固定部181を取付部15の貫通孔16に挿入し、ボルト190を用いてブラケット170をブラケット固定部13に固定し、その後、ボルト191を用いて、固定部181を固定する。この方法であれば、固定装置180の固定部181にボルト190を貫通させる貫通孔を形成しなくてもよい。また、ブラケット170をブラケット固定部13に固定するときに、貫通孔16に挿入された固定部181により、タンク100を支えることができる。
・第4実施形態:
図9は、第4実施形態におけるタンクの軸Oと垂直な断面を示す説明図である。図3に示す第1実施形態と比較すると、腕183cの形状が異なっている。第1実施形態における腕183は、タンク100の外形に沿った外側に凸となる形状であるが、第1実施形態における腕183cは、タンクの表面側に凸となる形状である。第4実施形態は、第1実施形態における効果を奏することに加え、腕183cのなめらかな凸面がタンク100の表面に当たるので、タンク100を傷つけにくいという効果を奏する。
上記各実施形態では、タンク100は、円筒部110の軸O方向の両側にドーム部120、130を備えるとして説明したが、ドーム部120、130を備えず、円筒部110のみを備える構成であってもよい。2固定装置180を用いて円筒部110の端部を車体12の取付部14に固定できる。
上記各実施形態において、口金140は、一方のドーム部120にのみ設けられているとして説明したが、口金が他方のドーム部130に設けられていても良い。ドーム部130側についても、固定装置180を用いて固定できる。
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
10…車両、12…車体、13…ブラケット固定部、14…取付部、15…取付部、16…貫通孔、100…タンク、110…円筒部、120…ドーム部、130…ドーム部、140…口金、141…最端部、142…小径部、150…膨張黒鉛層、151…膨張黒鉛層、160…膨張黒鉛層、161…膨張黒鉛層、162…隙間、170…ブラケット、180…固定装置、181…固定部、182…被覆部、183…腕、183a…腕、183b…腕、183c…腕、184…キャップ部、185…パイプ、186…切り込み、187…平板、188…部材、190…ボルト、191…ボルト

Claims (7)

  1. 車両であって、
    円筒形状のタンク本体と、
    前記タンク本体の軸方向の一端に設けられた口金と、
    前記口金を用いて、前記タンク本体をネックマウント方式で車体に固定するブラケットと、
    前記タンク本体の前記軸方向の他端において、前記タンク本体の外周面を囲みながら挟んで保持する被覆部と、前記被覆部と一体に設けられ前記車体に固定される固定部と、を有する固定装置と、
    を備える車両。
  2. 請求項1に記載の車両であって、
    前記被覆部は、弾性を有し、前記タンク本体の前記他端を外周側から挟む複数の腕を備える、車両。
  3. 請求項2に記載の車両であって、
    前記タンク本体には少なくとも前記他端を覆う膨張黒鉛層が接着されており、
    前記タンク本体の前記他端において、前記腕に覆われていない位置における前記膨張黒鉛層の外径が、前記腕に覆われている位置における前記膨張黒鉛層の外径よりも大きい、車両。
  4. 請求項2または請求項3に記載の車両であって、
    前記タンク本体には前記タンク本体全体を覆う膨張黒鉛層が接着されており、
    複数の前記腕の少なくとも1つは、前記軸方向において前記タンク本体の中央まで伸びている、車両。
  5. 請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の車両であって、
    前記口金は、前記ブラケットが嵌まる小径部を有し、
    前記ブラケットが前記小径部に嵌まった状態における前記タンク本体と前記口金との境界から前記ブラケットまでの前記軸方向の離間距離は、前記腕のうち、最も短い腕の先端から前記タンク本体の前記他端までの前記軸方向の長さより短い、車両。
  6. 車両の製造方法であって、
    軸方向の一端に口金が設けられた円筒形状のタンク本体の他端に、前記タンク本体の外周面を囲みながら挟んで保持する被覆部と、前記被覆部と一体に設けられ車体に固定される固定部と、を有する固定装置を取り付け、
    前記固定装置を、前記車体の予め定めた取付部に固定する、
    車両の製造方法。
  7. 請求項6に記載の車両の製造方法であって、
    前記タンク本体の前記一端を、前記口金を用いてネックマウント方式で、前記車体の前記取付部とは異なる位置で固定する、車両の製造方法。
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