JP5447358B2

JP5447358B2 - シール構造

Info

Publication number: JP5447358B2
Application number: JP2010280772A
Authority: JP
Inventors: 賢記稲垣; ウェンレオンルー; 静一高崎; 功浅井; 豊松原
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2030-12-16
Also published as: JP2012129107A

Description

本発明は、電気自動車のバッテリを収容するためのバッテリトレイにおいて、樹脂部と金属部との境界面におけるシール構造に関する。

電気自動車に使用されるバッテリユニットは、複数のバッテリと、バッテリを収容するバッテリケース等とから構成されている。バッテリケースの構造としては、例えば、特許文献１に記載のように、バッテリを支持する樹脂製のトレイ部材と、トレイ部材の上部を覆う樹脂製のカバー部材とを備え、トレイ部材とカバー部材とが、トレイ部材の周縁部とカバー部材の周縁部との接合部において複数のボルト及びナットにより接合されたものがある。

特許文献１に記載のバッテリケースを構成するトレイ部材には、トレイ部材の長手方向を区切る幅方向に延びた隔壁と、トレイ部材上を複数の区画に仕切る前後方向に延びた仕切壁とが立設されている。複数のバッテリは、これら隔壁及び仕切壁とによって区画された部分に収納されて固定されている。

特開２０１０−１５３１３０号公報

ところで、バッテリをトレイ部材に固定する手法としては、例えば、図４に示すように、バッテリに固定用のブラケット６４を設け、このブラケット６４をトレイ部材５０の隔壁や周壁等の立設された壁（以下、立壁という）５１に埋設された金属製のホルダーナット６１にボルト６２を螺合することによって固定する方法が知られている。トレイ部材５０にホルダーナット６１を埋設するには、例えばトレイ部材５０をインジェクション成形により一体成形するときに、予め金型にホルダーナット６１を固定しておきトレイ部材５０とともに一体成形することで行うことができる。成形直後のトレイ部材５０は、立壁５１とホルダーナット６１とが密着した状態となる。

しかしながら、例えば、バッテリの充放電時の発熱により繰り返し熱を加えられると、樹脂と金属とは熱膨張率が異なるため、立壁５１とホルダーナット６１との境界面５６は剥離して、図４に示すように隙間Ｇを生じることがある。このとき、図４に示すように、ホルダーナット６１がトレイ部材５０の立壁５１を貫通し、トレイ部材５０の内部と外部とを連通するように設けられている場合、立壁５１とホルダーナット６１との境界面５６に隙間Ｇが生じると、バッテリケースの内部へ水等が浸入するおそれがある。

そこで、立壁５１の先端部、すなわち、ホルダーナット６１のバッテリケース内に位置する一端部６１ａの周囲に深溝部５５を形成し、この深溝部５５に柔軟性を有する樹脂等の接着剤６３を充填してシールし、たとえ境界面５６が剥離した場合であっても、必要とされる防水性を確保することが考えられる。
しかしながら、深溝部５５内に接着剤６３を充填する場合、作業者が一つ一つ手作業で行うことが必要になり、作業性の上で課題がある。また、立壁５１に深溝部５５を形成するためには、トレイ部材５０を成形する金型に、深溝部５５を形成するための大きな凸部が必要となり、型強度の面でも課題がある。

本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、樹脂部材と金属部材との境界面において、簡素な構成で容易に必要とされる防水性を確保することができるようにした、シール構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のシール構造は、電気自動車の駆動用のバッテリを収容する樹脂製のバッテリトレイに立設された立壁と、前記立壁に埋設され前記バッテリトレイに保持部材を固定するための金属製のホルダーナットとを備え、前記立壁と前記ホルダーナットとの境界面のシール構造であって、前記ホルダーナットは、前記立壁を貫通するように埋設され、前記保持部材が当接される一端部に雌ねじ部を有し、前記立壁は、前記ホルダーナットの前記一端部の外周囲との隙間で環状溝部を形成し、前記環状溝部には、前記境界面をシールするＯリングが装着されることを特徴としている。

また、前記保持部材は、前記バッテリを前記バッテリトレイに固定するためのバッテリブラケットであり、前記バッテリブラケットは、前記ホルダーナットの前記雌ねじ部にボルトを螺合することにより前記バッテリトレイに固定されることが好ましい。
或いは、前記保持部材は、前記バッテリトレイを補強するための補強部材であり、前記補強部材は、前記ホルダーナットの前記雌ねじ部にボルトを螺合することにより前記バッテリトレイに固定されることが好ましい。

本発明のシール構造によれば、樹脂製のバッテリトレイの立壁と、この立壁に埋設された金属製のホルダーナットとの境界面に剥離による隙間が生じても、環状溝部に装着されるＯリングにより容易にシールすることができ、防水性を確保することができる。また、環状溝部にＯリングを装着するだけで防水性を確保することができるため、作業性が向上し、作業者による品質の偏りをなくすことができる。

本発明の一実施形態にかかるシール構造を説明する模式的な図であり、図２のＡ−Ａ矢視断面図である。本発明の一実施形態にかかるシール構造が適用されたバッテリケースの構造を説明する模式的な全体斜視図である（各部材の対応関係を一点鎖線で示す）。本発明の一実施形態にかかるシール構造が適用されたバッテリユニットの搭載構造を説明する模式的な分解斜視図である。樹脂部材と金属部材との境界面における課題を説明するための模式的な断面図である。

以下、図面により実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。
本実施形態にかかるシール構造について、図１〜図３を用いて説明する。本シール構造は、ハイブリッド電気自動車を含む電気自動車に使用されるバッテリユニットのバッテリケースにおいて、防水性が要求される環境で使用されるものに用いられる。なお、以下、電気自動車の進行方向を前方とし、前方を基準に左右を定め、重力の方向を下方とし、その逆を上方として説明する。また、バッテリケースの中心に向かう側を内側、その逆を外側として説明する。また、以下の説明では、バッテリケースを構成するバッテリトレイが下側、カバーが上側に位置する通常の使い方をした場合を説明するが、バッテリケースを逆さまで使用する場合は、上下が反対になる。

図３に示すように、電気自動車１は、車体２の後方に配置される走行用のモータ及び充電装置（いずれも図示略）と、車体２の床下に配置されるバッテリユニット６等とを備えている。また、バッテリユニット６の上方には、フロアパネル３が設けられ、フロアパネル３の上方、すなわち車室内には、フロントシート４Ｆ及びリヤシート４Ｒが配置されている。

フロアパネル３は、例えば板金により形成され、車体２の前後方向及び左右方向に延び、車体２の床部を構成する。フロアパネル３は、車体２を構成する図示しないサイドメンバを含むフレーム構体の所定位置に溶接等によって固定されている。バッテリユニット６は、このフロアパネル３の下方、すなわち、車体の外部である床下に、フロアパネル３から離隔して配置される。また、バッテリユニット６の下方には、アンダーカバー５が配置され、フレーム構体等に固定される。

図２に示すように、バッテリユニット６は、バッテリケース７の内部に、駆動用の複数のバッテリ８（図２に一部のみ二点鎖線で収納状態を例示する）や電子部品（図示略）等を収容して構成されている。バッテリケース７は、バッテリ８等を支持する樹脂製のトレイ部材（バッテリトレイ）１０と、トレイ部材１０の上に重ねられてトレイ部材１０に結合，固定される樹脂製のカバー部材２０と、トレイ部材１０の下面に設けられ、トレイ部材１０を下方から支持する支持部材３０とを有して構成されている。

トレイ部材１０及びカバー部材２０は、例えばガラス繊維等の繊維を補強材として混合されて強度，剛性を向上させ、電気絶縁性を有する繊維強化樹脂（ＦＲＰ）で形成されている。また、支持部材３０は、バッテリケース７全体の荷重を支えるに足る強度を有する金属材料（例えば鋼板）によって構成されている。また、バッテリケース７に収容されるバッテリ８は、例えば、リチウムイオン電池で構成されるバッテリセルを複数個直列に接続したものである。なお、ここでは、バッテリセルやバッテリセルを複数個接続してモジュール化（一体化）したバッテリモジュールを総称してバッテリ８という。

トレイ部材１０は、前壁１１ａと、後壁１１ｂと、左右一対の側壁１１ｃ，１１ｄと、底壁１１ｅとを有し、上面側が開放した箱型に成形されている。なお、トレイ部材１０の立設された壁である前壁１１ａと後壁１１ｂと側壁１１ｃ，１１ｄを立壁ともいう。前壁１１ａは車体２の前方に、後壁１１ｂは車体２の後方にそれぞれ位置し、トレイ部材１０の長手方向両端部においてトレイ部材１０の幅方向（短手方向）に延びる。また、両側壁１１ｃ，１１ｄは前後方向に延びており、これら前壁１１ａと後壁１１ｂと両側壁１１ｃ，１１ｄとによって、トレイ部材１０の周壁１１が構成されている。なお、ここでは、前後方向がトレイ部材１０の長手方向であり、左右方向がトレイ部材１０の幅方向である。

また、トレイ部材１０には、トレイ部材１０の長手方向中間部に、トレイ部材１０上を区画する隔壁１３が立設されている。この隔壁１３は、トレイ部材１０の幅方向に延設されており、トレイ部材１０上を仕切るとともに、トレイ部材１０の剛性を高める。隔壁１３は、車体の前方に位置する前隔壁１３Ｆと、車体の後方に位置する後隔壁１３Ｒと、これら前隔壁１３Ｆ及び後隔壁１３Ｒの間に位置する中隔壁１３Ｃとによって、トレイ部材１０の長手方向を４つの区画に仕切っている。なお、これら前隔壁１３Ｆ，中隔壁１３Ｃ及び後隔壁１３Ｒを特に区別しないときは、隔壁１３という。また、トレイ部材１０に立設された壁である隔壁１３を立壁ともいう。

また、トレイ部材１０には、前壁１１ａと前隔壁１３Ｆとの間に設けられた複数の前側リブ１１ｆと、後隔壁１３Ｒと後壁１１ｂとの間に設けられた複数の後側リブ１１ｇとが形成されている。前側リブ１１ｆ及び後側リブ１１ｇは、トレイ部材１０上を複数の区画に仕切る仕切壁であるとともに、トレイ部材１０の剛性を高め必要とする剛性を確保するものであり、車体２の前後方向に延設されている。

トレイ部材１０の周壁１１の上端の周縁部には、トレイ側フランジ部１２が周壁１１の上端から水平方向に沿って外側に向けて突設されている。このトレイ側フランジ部１２はトレイ部材１０の全周にわたって連続して設けられており、後述するカバー側フランジ部２２と接合されることにより、トレイ部材１０とカバー部材２０とが密閉される。
このような形状をしたトレイ部材１０は、インジェクション成形（射出成形）により各部が一体に成形されている。なお、インジェクション成形とは、最も一般的な樹脂成形方法であり、キャビティ（凹型）とコア（凸型）とからなる金型内に製品形状を彫りこんで、成形機内で加熱されて溶融した樹脂原料を金型内に高圧で注入して成形する方法である。本トレイ部材１０は、樹脂原料に強化繊維が加えられて成形される。

支持部材３０は、トレイ部材１０の幅方向に延びる複数（ここでは、４本）の幅方向支持部３１と、幅方向支持部３１に直交する方向（すなわち、トレイ部材１０の長手方向）に延設され、これら幅方向支持部３１を接続する複数（ここでは、２本）の長手方向支持部３２とを有し、幅方向支持部３１と長手方向支持部３２とによりいわゆる井桁の形状に構成されている。幅方向支持部３１には、トレイ部材１０と支持部材３０とを結合したときに、トレイ部材１０にそれぞれ設けられる後述する複数の締結部１４と重なる位置に、幅方向支持部３１を貫通する複数の貫通孔３６が形成されている。複数の幅方向支持部３２の両端部及び長手方向支持部３１の前端部は、トレイ部材１０の周壁よりも外側へ突出しており、この突出した両端部及び前端部には、それぞれフレーム構体と固定される固定部３３が設けられている。

カバー部材２０は、前隆起部２１ａ，後隆起部２１ｂ及び中隆起部２１ｃからなるカバー本体２１と、カバー本体２１の周縁部に設けられたカバー側フランジ部２２とから構成されており、トレイ部材１０と同様、インジェクション成形により一体成形されている。
これらトレイ部材１０とカバー部材２０とは、トレイ側フランジ部１２とカバー側フランジ部２２との間に図示しないガスケットを介装して、このガスケットを圧縮変形させながら、図示しない複数のボルト及びナットを有する接合部材により、トレイ側フランジ部１２及びカバー側フランジ部２２を接合させてバッテリケース７が密閉される。すなわち、バッテリケース７は、接合部材及びガスケットによりその周縁部のシール性が確保されている。

なお、トレイ部材１０の前壁１１ａ，後壁１１ｂ及び隔壁１３には、トレイ部材１０の幅方向に複数の締結部１４が設けられている。この締結部１４には、バッテリケース７内に収容されるバッテリ８を固定するための保持部材が締結される。
次に、締結部１４の構造について、図１を用いて説明する。なお、複数の締結部１４は、いずれも同じ構造となっているため、その一部について説明する。

図１に示すように、後隔壁（立壁）１３Ｒには、後隔壁１３Ｒがトレイ部材１０に立設される方向、すなわち鉛直方向（上下方向）に延びるように、金属性のホルダーナット４１が埋設されている。ホルダーナット４１は、その上端部（一端部）４１ａがバッテリトレイ１０の内側に位置し、後隔壁１３Ｒの上面よりも上方に突出している。また、ホルダーナット４１は、その下端部４１ｂがバッテリトレイ１０の底壁１１ｅを貫通している。すなわち、ホルダーナット４１は、トレイ部材１０を上下方向に貫通する貫通ナットである。

ホルダーナット４１の上端部４１ａ及び下端部４１ｂには、それぞれ雌ねじ部４１ｓが設けられており、雌ねじ部４１ｓに締結ボルト４２が螺合されることにより、バッテリケース７に保持部材が固定される。ここでは、ホルダーナット４１の上端部４１ａには、バッテリ８をトレイ部材１０に固定するためのバッテリブラケット９が固定され、ホルダーナット４１の下端部４１ｂには、支持部材３０の幅方向支持部３１が固定される。なお、バッテリブラケット９及び幅方向支持部３１には、締結ボルト４２が挿通されるボルト孔９ａ，３１ａがそれぞれ設けられている。

ホルダーナット４１は、トレイ部材１０をインジェクション成形により一体成形するときに、予め金型に固定しておくことでトレイ部材１０とともに一体成形され、後隔壁１３Ｒ内に埋設された状態となる。なお、トレイ部材１０の成形直後は、後隔壁１３Ｒとホルダーナット４１とは密着しており、後隔壁１３Ｒとホルダーナット４１との境界面１６はシールされた状態となっている。

後隔壁１３Ｒには、ホルダーナット４１の上端部４１ａの外周囲との隙間で環状溝部１５が形成されている。環状溝部１５は、トレイ部材１０の底壁１１ｅから突設された後隔壁１３Ｒの先端の上面に形成された円環の溝である。この環状溝部１５には、後隔壁１３Ｒとホルダーナット４１との境界面１６をシールするＯリング４３が装着されている。すなわち、環状溝部１５及びＯリング４３により、樹脂部材と金属部材との境界面のシール構造が構成されている。なお、環状溝部１５は、Ｏリング４３の太さ（自然の状態の外径）よりもやや大きい深さＨを有するように形成されている。また、ここで使用されるＯリング４３は、種々のゴムが適用される一般的なものであるため、その詳細な構成は省略する。

本実施形態にかかるシール構造は上述のように構成されているので、バッテリケース７に繰り返し熱が加えられることにより、樹脂と金属との熱膨張率の違いから、トレイ部材１０における境界面１６が剥離して隙間を生じても、バッテリケース７の外部から隙間を通じて内部に水等が浸入することを防ぐことができる。すなわち、環状溝部１５に装着されるＯリング４３により、境界面１６を容易にシールすることができ、バッテリケース７の防水性を確保することができる。

また、環状溝部１５にＯリング４３を装着するだけで防水性を確保することができるため、簡素な構成で容易に防水性を確保できるとともに、作業性が向上し、作業者による品質の偏りを防止することができる。
また、環状溝部１５はＯリング４３装着できる程度の深さＨでよいため、従来のような深溝部を形成する必要はなく、インジェクション成形をする際の条件が緩和され、製造自由度，材料自由度が上がり、さらに金型の型強度を上げることができる。

また、トレイ部材１０をインジェクション成形により成形する場合、型抜きのために立壁の面には一定の傾斜を設ける必要があり、立壁の根元は先端よりも幅が大きくなる。そのため、図１に示すように、環状溝部１５の深さＨが小さいと、その分立壁（後隔壁１３Ｒ等）の高さｈを小さくできるため、立壁の先端の幅は従来と同じ大きさでも、立壁の根元の幅ｄを従来よりも小さくすることができる。したがって、環状溝部１５の深さＨを小さくできることにより、トレイ部材１０上のスペース効率を上げることができる。

また、バッテリ８のバッテリブラケット９は、ホルダーナット４１に締結ボルト４２を螺合することにより確実にトレイ部材１０に固定される。
また、立壁である隔壁１３に埋設されたホルダーナット４１の上端部４１ａ及び下端部４１ｂにそれぞれバッテリブラケット９及び支持部材３０が締結されることにより、トレイ部材１０の剛性を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
上記実施形態では、この締結部１４には、バッテリ８を固定するためのバッテリブラケット９が締結されているが、締結部１４に締結される保持部材はこれに限られず、例えば、バッテリトレイ１０を補強するための補強部材が締結され、トレイ部材１０に固定されてもよい。補強部材をホルダーナット４１及び締結ボルト４２によりトレイ部材１０に固定することにより、バッテリケース７の剛性を向上させることができる。

また、上記実施形態では、ホルダーナット４１の両端部に雌ねじ部４１ｓが設けられているが、ホルダーナット４１の形状はこれに限られず、少なくともバッテリトレイ１０の内側に位置する上端部４１ａ、すなわち、保持部材が当接される一端部に雌ねじ部４１ｓが設けられていればよい。
また、バッテリケース７の形状は上記したものに限られず、トレイ部材１０の隔壁１３及びリブ１１ｆ，１１ｇの数や締結部１４の数、カバー部材２０及び支持部材３０の形状等、適宜変更可能である。

また、電気自動車１の構成は上記したものに限られず、例えば、バッテリユニット６はフロアパネル３から離隔して配置されていなくてもよい。

１電気自動車
７バッテリケース
８バッテリ
９バッテリブラケット（保持部材）
１０トレイ部材（バッテリトレイ）
１１周壁（立壁）
１３隔壁（立壁）
１５環状溝部
１６境界面
４１ホルダーナット
４１ａ上端部（一端部）
４１ｓ雌ねじ部
４２締結ボルト
４３Ｏリング

Claims

電気自動車の駆動用のバッテリを収容する樹脂製のバッテリトレイに立設された立壁と、前記立壁に埋設され前記バッテリトレイに保持部材を固定するための金属製のホルダーナットとを備え、前記立壁と前記ホルダーナットとの境界面のシール構造であって、
前記ホルダーナットは、前記立壁を貫通するように埋設され、前記保持部材が当接される一端部に雌ねじ部を有し、
前記立壁は、前記ホルダーナットの前記一端部の外周囲との隙間で環状溝部を形成し、
前記環状溝部には、前記境界面をシールするＯリングが装着される
ことを特徴とする、シール構造。
前記保持部材は、前記バッテリを前記バッテリトレイに固定するためのバッテリブラケットであり、
前記バッテリブラケットは、前記ホルダーナットの前記雌ねじ部にボルトを螺合することにより前記バッテリトレイに固定される
ことを特徴とする、請求項１記載のシール構造。
前記保持部材は、前記バッテリトレイを補強するための補強部材であり、
前記補強部材は、前記ホルダーナットの前記雌ねじ部にボルトを螺合することにより前記バッテリトレイに固定される
ことを特徴とする、請求項１記載のシール構造。