JP7021713B2 - タンクの搭載構造及び車両 - Google Patents

Description

本発明は、タンクの搭載構造及び車両に関する。

特許文献１では、燃料電池に用いるガスを収容したタンクへの衝撃を緩和するため、タンクの胴体部の後ろ側を覆うプロテクタを、車両のリヤアクスルに設けた構成が開示されている。

特開２００５－１１９５９５号公報

一般に、タンクは収容するガスの量により膨張または収縮する。このため、特許文献１に記載の構成では、タンクが収縮した際にタンクとプロテクタとの間の隙間が拡大する虞があった。また、この拡大した隙間に大きな石などの異物が挟まった状態で、プロテクタが外部からの力を受けた場合、挟まった異物と接するタンクの部分が局所的に力を受け、この結果として、タンクが損傷する虞があった。このため、タンクとプロテクタとの間の隙間が拡大することを抑制する技術が望まれていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、タンクの搭載構造が提供される。このタンクの搭載構造は、前記タンクの固定に使用されるタンク固定用部材と、前記タンク固定用部材とともに前記タンクを挟んだ状態で、前記タンクの膨張または収縮に追随して前記タンクを固定するバンドと、前記バンドの内側もしくは外側に固定され、前記タンクの膨張または収縮に追随して移動するように取り付けられたタンクプロテクタと、を備え、前記タンク固定用部材と前記バンドのそれぞれは、互いに並行に２つずつ設けられている。
本発明の他の形態のタンクの搭載構造は、前記タンクの固定に使用されるタンク固定用部材と、前記タンク固定用部材とともに前記タンクを挟んだ状態で、前記タンクの膨張または収縮に追随して前記タンクを固定するバンドと、前記バンドの内側もしくは外側に固定され、前記タンクの膨張または収縮に追随して移動するように取り付けられたタンクプロテクタと、を備え、前記バンドの一端は、バネによって前記バンドが前記タンクの外周に押しつけられるように前記バネと第１ボルトとを用いて前記タンク固定用部材の一端に連結されており、前記バンドの他端は、第２ボルトを用いて前記タンク固定用部材の他端に固定されている。
これらの形態のタンクの搭載構造によれば、タンクプロテクタとバンドとが固定されているため、タンクプロテクタがタンクの膨張や収縮に伴って移動することにより、タンクとタンクプロテクタとの間の隙間が拡大することを抑制できる。

（２）上記形態のタンクの搭載構造において、前記タンクプロテクタは、前記タンクの円筒状の部分である円筒部の外側に設けられた中央部材と、前記タンクの前記円筒部の両端側にあるドーム部の外側にそれぞれ設けられた端部部材と、を備え、前記端部部材は、前記中央部材よりも厚くてもよい。この形態のタンクの搭載構造によれば、強度が比較的小さいドーム部を端部部材によって重点的に保護することができるとともに、中央部材を端部部材よりも薄くすることによってタンクプロテクタの軽量化を図ることができる。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、タンクの搭載構造を有する車両などの形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としてのタンクの搭載構造を有する車両を示す図。 タンクの断面図。 車両へのタンクの搭載構造を示す斜視図。 タンクの円筒部における搭載構造を示す断面図。 タンクのドーム部における搭載構造を示す断面図。

Ａ．実施形態
図１は、本発明の一実施形態としてのタンク６０の搭載構造を有する車両１００を示す図である。本実施形態では、車両１００として、燃料電池車両を用いる。車両１００における方向に関する記載（「右」、「左」、「前」、「後」、「上」、「下」）は、それぞれ、車両１００に搭乗しているときの運転者を基準とする方向である。図１において、Ｘ軸正方向は車両前方を示し、Ｙ軸正方向は重力方向の上方を示し、Ｚ軸正方向は車両右方を示す。つまり、Ｘ軸方向は車両の前後方向を示し、Ｙ軸方向は、重力方向を示し、Ｚ軸方向は車両の幅方向を示す。ＸＹＺ軸は、図１以降の図においても同じである。

車両１００は、燃料電池スタック１０とタンク６０とを備える。燃料電池スタック１０は、例えば、電解質膜の両側にアノードとカソードの両電極を接合させた膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を備える発電モジュールを積層して構成されている。燃料電池スタック１０は、タンク６０から供給される燃料ガスとしての水素ガスと大気中の酸素との電気化学反応によって発電する。本実施形態では、燃料電池スタック１０は、車両１００の前方（＋Ｘ軸方向側）に配置されている。具体的には、車両１００の前後方向（Ｘ軸方向）において、燃料電池スタック１０は、一部分が前輪ＦＷと重なる位置に配されている。

本実施形態では、タンク６０は、車両１００の後方（－Ｘ軸方向側）において、車両１００の幅方向（Ｚ軸方向）に沿って配されている。具体的には、車両１００の前後方向（Ｘ軸方向）において、タンク６０は、一部分が後輪ＲＷと重なる位置であるとともに、他の部分が後輪ＲＷよりも後方となる位置に配されている。

図２は、タンク６０の断面図である。本実施形態では、タンク６０は、ライナー６２と、補強層６４とを備える。

タンク６０のライナー６２は、流体を収容する密閉容器である。ライナー６２の材料としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、樹脂を用いることができる。ライナーは、長手方向の両端側にそれぞれ口金部６１を備える。口金部６１は、例えば、ライナー６２へガスを収容する際の配管としての役割を担っている。本実施形態では、タンク６０内の水素ガスの充填量によって、タンク６０の外径は、約１ｍｍから約２ｍｍ変化する。

タンク６０の補強層６４は、ライナー６２の表面に樹脂を含浸した繊維束が巻きつけられたことにより形成された層である。補強層６４は、タンク６０の強度を上げるために設けられている。本実施形態では、補強層６４に用いる繊維として、カーボン繊維を用いる。

本実施形態では、タンク６０は、中央部分に形成された円筒状の円筒部１１と、円筒部１１の両端側にそれぞれ設けられた略半球状のドーム部１２とを備える。一般に、ドーム部１２に補強層６４が薄くなる部分が生じる傾向にあるため、ドーム部１２に比べて円筒部１１のほうが強度が比較的大きい傾向にある。

図３から図５は、車両１００へのタンク６０の搭載構造を示す図である。図３は、車両１００へのタンク６０の搭載構造を示す斜視図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ断面を示し、タンク６０の円筒部１１における搭載構造を示す断面図である。図５は、図３のＶ－Ｖ断面を示し、タンク６０のドーム部１２における搭載構造を示す断面図である。タンク６０の搭載構造は、フレーム７０と、バンド８０と、タンクプロテクタ９０とを備える。

フレーム７０は、タンク６０の固定に使用される部材である（図３参照）。本実施形態では、フレーム７０は、タンク６０の下方（－Ｙ軸方向側）に設けられているとともに、車両１００の前後方向（Ｘ軸方向）に沿って設けられている。本実施形態では、フレーム７０は、タンク６０の円筒部１１の下方において、互いに平行に２つ設けられている。

図４に示されるように、本実施形態では、前後方向（Ｘ軸方向）におけるフレーム７０の両端は、ブラケット２２とボルト２１により、車両１００のアンダーボディ２０の下側の面に締結されている。本実施形態では、フレーム７０の中央部分は、タンク６０の形状に沿って折れ曲がっており、下側に凹状の形状を有する。

バンド８０は、フレーム７０とともにタンク６０を挟んだ状態で、タンク６０の膨張または収縮に追随してタンク６０を固定する部材である（図３参照）。本実施形態では、バンド８０は、タンク６０の円筒部１１の上方（＋Ｙ軸方向側）に設けられているとともに、車両１００の前後方向（Ｘ軸方向）に延伸する形状を有している。本実施形態では、バンド８０は、互いに平行に２つ設けられている。本実施形態では、バンド８０は、タンク６０の外周に沿うように湾曲している。

図４に示されるように、本実施形態では、バンド８０の車両１００後方側（－Ｘ軸方向側）の端部が、ヒンジ８２とボルト８３とを介してフレーム７０と固定されている。また、バンド８０の車両１００前方側（＋Ｘ軸方向側）の端部が、バネ８４によってタンク６０に押圧力を与えながらボルト８３を用いてフレーム７０に固定されている。このような構成とすることにより、バンド８０は、フレーム７０とともにタンク６０を挟んだ状態で、タンク６０の膨張または収縮に追随してタンク６０を固定する。本実施形態では、バンド８０は、金属により形成されているが、例えば、炭素繊維樹脂、ガラス繊維樹脂、皮革、帆布、ロープなどの他の材料により形成されていてもよい。

タンクプロテクタ９０は、タンク６０を外力から保護するための部材である。外力がかかる時としては、例えば、車両１００の衝突時が挙げられる。タンクプロテクタ９０は、タンク６０の外側に設けられているとともに、バンド８０の外側に固定されている。なお、タンクプロテクタ９０は、バンド８０の内側に固定されていてもよく、バンド８０の内側及び外側に固定されていてもよい。後者の場合には、２枚のタンクプロテクタ９０が使用される。

タンク６０を保護する観点から、車両１００の後方（－Ｘ軸方向側）からＸ軸方向に平行に見たとき、タンク６０の全体に対して、タンクプロテクタ９０と重なるタンク６０の領域の割合は、５０％以上が好ましく、６０％以上がより好ましく、７０％以上がさらに好ましい。一方、タンクプロテクタ９０の軽量化の観点からは、タンク６０の全体に対して、タンクプロテクタ９０と重なるタンク６０の領域の割合は、９０％以下が好ましく、８０％以下がより好ましい。本実施形態では、車両１００の後方（－Ｘ軸方向側）からＸ軸方向に平行に見たとき、タンク６０の全体に対して、タンクプロテクタ９０と重なるタンク６０の領域の割合が７０％以上８０％以下である。

タンク６０を外力から保護する観点から、タンクプロテクタ９０のせん断強度は、バンド８０のせん断強度よりも大きいことが好ましい。ここで、本明細書において、せん断強度とは、同じ大きさのパンチを用いて部材を貫通させるのに必要な荷重を言う。せん断強度は、部材の厚みに比例する。本実施形態では、タンクプロテクタ９０は、バンド８０と同じ材料である金属により形成されており、タンクプロテクタ９０のほうがバンド８０よりも厚いため、タンクプロテクタ９０はバンド８０よりもせん断強度が大きい。なお、タンクプロテクタ９０の材料としては、金属に限られず、例えば、炭素繊維樹脂、ポリカーボネートなどの他の材料により形成されていてもよい。

図４に示されるように、本実施形態では、タンクプロテクタ９０は、ボルト９２，９３により２箇所でバンド８０に固定されている。タンクプロテクタ９０の固定方法は、ボルトに限られず、例えば、タンクプロテクタ９０とバンド８０とが溶接されていてもよい。本実施形態では、タンクプロテクタ９０は、バンド８０の前後方向（Ｘ軸方向）における端部ではない部分で固定されている。本実施形態では、上方に設けられたボルト９２がアンダーボディ２０と接触するのを抑制する観点から、ボルト９２を設けるタンクプロテクタ９０の部分が、タンクプロテクタ９０の他の部分よりも薄くなっている。しかし、これに限られず、例えば、ボルト９２を設ける部分のタンクプロテクタ９０の厚みは、他の部分のタンクプロテクタ９０の厚みと同じとしてもよい。

図３に示されるように、本実施形態では、タンクプロテクタ９０は、３つの部材により構成されている。具体的には、タンクプロテクタ９０は、中央に配された中央部材９５と、中央部材９５の両端側にそれぞれ設けられた２つの端部部材９６とにより構成されている。中央部材９５は、タンク６０の円筒部１１の外側に設けられた部材である。端部部材９６は、タンク６０のドーム部１２の外側に設けられた部材である。本実施形態では、中央部材９５と端部部材９６とは溶接により接合されている。また、中央部材９５と端部部材９６の重なり部分は、溶接に必要な幅（例えば約１ｃｍから約２ｃｍ）であり、中央部材９５はタンクプロテクタ９０の両端に達していない。このようにすることにより、端部部材９６と中央部材９５との連結部分の剛性が高まるので、車両１００の前後方向（Ｘ軸方向）における振動に起因した端部部材９６の羽ばたき状の弾性変形を抑制できる。なお、端部部材９６と中央部材９５とは端面において溶接されていてもよい。

本実施形態では、端部部材９６は中央部材９５よりも厚い。ここで、「厚み」は、部材の平らな部分を一対の平板によって挟んだときの平板間の距離を意味する。このようにすることにより、強度が比較的小さいドーム部１２を端部部材９６によって重点的に保護することができるとともに、中央部材９５を端部部材９６よりも薄くすることによってタンクプロテクタ９０の軽量化を図ることができる。なお、これに限られず、中央部材９５を端部部材９６と同じ厚みにしてもよく、中央部材９５を端部部材９６よりも厚くしてもよい。なお、タンクプロテクタ９０は、３つの部材とせず、例えば、一つの部材により形成されていてもよい。

本実施形態では、タンクプロテクタ９０は、タンク６０の後方側（－Ｘ軸方向側）に設けられている。このようにすることにより、車両１００の後方からのタンク６０への外力をタンクプロテクタ９０により保護することができる。なお、これに限られず、例えば、タンクプロテクタ９０をタンク６０の前方側（＋Ｘ軸方向側）に設けてもよい。タンクプロテクタ９０は、外力が生じ得るタンク６０の部分の前方に設けることにより、効率的にタンク６０を保護することができる。

本実施形態では、車両１００の幅方向（Ｚ軸方向）から見たとき、タンクプロテクタ９０は、タンク６０の表面に沿って折れ曲がっている。このようにすることにより、タンクプロテクタ９０が幅方向（Ｚ軸方向）に折れ曲がることを抑制できる。

また、図３に示されるように、本実施形態では、タンクプロテクタ９０の中央部材９５の上端（＋Ｙ軸方向側の端）は、端部部材９６の上端と同じ高さである。図４に示されるように、タンクプロテクタ９０の上端は、タンク６０の中心軸ＣＸを通る水平面Ｓ１から中心軸ＣＸを中心として４５°上方のタンク６０の表面Ｐ１よりも上側である。このようにすることにより、タンクプロテクタ９０よりも上方において、車両１００の後方（－Ｘ軸方向側）から前方（＋Ｘ軸方向側）への外力をタンク６０が受けた場合であっても、外力の半分以上をタンク６０の表面に沿って受け流すことができる。

また、図３に示されるように、本実施形態では、タンクプロテクタ９０の端部部材９６の下端は、タンクプロテクタ９０の中央部材９５の下端よりも下側に位置する。このようにすることより、タンク６０のうちで円筒部１１よりも強度が比較的小さいドーム部１２における保護を強化することができる。

図５に示されるように、本実施形態では、タンクプロテクタ９０の端部部材９６の下端は、タンク６０の中心軸ＣＸを通る水平面Ｓ１から中心軸ＣＸを中心として４５°下方のタンクの表面Ｐ３よりも下側である。このようにすることにより、タンクプロテクタ９０よりも下方において、車両１００の後方（－Ｘ軸方向側）から前方（＋Ｘ軸方向側）への外力をタンク６０が受けた場合であっても、外力の半分以上をタンク６０の表面に沿って受け流すことができる。

上述のとおり、本実施形態のタンク６０の搭載構造において、タンクプロテクタ９０がバンド８０に固定されている。このため、タンク６０ごとに大きさのばらつきがある場合や、タンク６０が収縮した場合においても、バンド８０とタンクプロテクタ９０とがタンク６０と連動するため、タンク６０とタンクプロテクタ９０との間の隙間が拡大することを抑制できる。この結果として、隙間を最小限に保持することができ、この隙間に大きな石などの異物が挟まることを抑制できる。特に、車両などの移動体の場合、移動中に大きな石などの異物が移動体内部に侵入する虞があるが、本実施形態のタンク６０の搭載構造によれば、タンク６０とタンクプロテクタ９０との間の隙間にこのような異物が挟まることを抑制できる。また、タンク６０とタンクプロテクタ９０との間の隙間が拡大することを抑制できる結果として、隙間により生じ得る異音についての対策も容易となる。

Ｂ．他の実施形態
上述の実施形態では、タンク６０の下方（－Ｘ軸方向側）にフレーム７０が設けられており、タンク６０の上方（＋Ｘ軸方向側）にバンド８０が設けられているが、これに限らない。例えば、タンク６０の上方（＋Ｘ軸方向側）にフレーム７０が設けられており、タンク６０の下方（－Ｘ軸方向側）にバンド８０が設けられていてもよい。

上述の実施形態では、タンク６０の搭載構造として、タンク６０を搭載した車両１００を例にとって説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、本実施形態のタンク６０の搭載構造を採用した車両以外の移動体に用いてもよい。また、固定された装置に本実施形態のタンク６０の搭載構造を採用してもよい。外部から衝撃が加わる可能性が高いタンク６０の部分の外側にタンクプロテクタ９０を設けることにより、効果的にタンク６０を保護することができる。

上述の実施形態では、バネ８４により、バンド８０をタンク６０の膨張または収縮に追随させているが、これに限られず、例えば、バネ８４の代わりにゴムなどの他の弾性体を用いてもよく、バンド８０自体が弾性を有する樹脂などの材料により形成されていてもよい。

上述の実施形態では、バンド８０とタンクプロテクタ９０の中央部材９５とがボルト９２、９３により固定されているが、これに限らず、例えば、バンド８０とタンクプロテクタ９０の端部部材９６とがボルトにより固定されていてもよい。このようにすることにより、端部部材９６は中央部材９５よりも厚いため、タンクプロテクタ９０をバンド８０へ確実に固定させることができる。

本発明は、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中の技術的特徴は、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…燃料電池スタック
１１…円筒部
１２…ドーム部
２０…アンダーボディ
２１…ボルト
２２…ブラケット
６０…タンク
６１…口金部
６２…ライナー
６４…補強層
７０…フレーム
８０…バンド
８２…ヒンジ
８３…ボルト
８４…バネ
９０…タンクプロテクタ
９２、９３…ボルト
９５…中央部材
９６…端部部材
１００…車両
ＣＸ…中心軸
Ｐ１…表面
Ｐ３…表面
ＦＷ…前輪
ＲＷ…後輪
Ｓ１…水平面

Claims (5)

1. タンクの搭載構造であって、
   前記タンクの固定に使用されるタンク固定用部材と、
   前記タンク固定用部材とともに前記タンクを挟んだ状態で、前記タンクの膨張または収縮に追随して前記タンクを固定するバンドと、
   前記バンドの内側もしくは外側に固定され、前記タンクの膨張または収縮に追随して移動するように取り付けられたタンクプロテクタと、を備え、
   前記タンク固定用部材と前記バンドのそれぞれは、互いに並行に２つずつ設けられている、タンクの搭載構造。
2. タンクの搭載構造であって、
   前記タンクの固定に使用されるタンク固定用部材と、
   前記タンク固定用部材とともに前記タンクを挟んだ状態で、前記タンクの膨張または収縮に追随して前記タンクを固定するバンドと、
   前記バンドの内側もしくは外側に固定され、前記タンクの膨張または収縮に追随して移動するように取り付けられたタンクプロテクタと、を備え、
   前記バンドの一端は、バネによって前記バンドが前記タンクの外周に押しつけられるように前記バネと第１ボルトとを用いて前記タンク固定用部材の一端に連結されており、
   前記バンドの他端は、第２ボルトを用いて前記タンク固定用部材の他端に固定されている、タンクの搭載構造。
3. 請求項１又は２に記載のタンクの搭載構造であって、
   前記タンクプロテクタは、
   前記タンクの円筒状の部分である円筒部の外側に設けられた中央部材と、
   前記タンクの前記円筒部の両端側にあるドーム部の外側にそれぞれ設けられた端部部材と、を備え、
   前記端部部材は、前記中央部材よりも厚い、タンクの搭載構造。
4. 請求項１又は２に記載のタンクの搭載構造であって、
   前記タンクプロテクタのせん断強度は、前記バンドのせん断強度よりも大きい、タンクの搭載構造。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載のタンクの搭載構造を有する車両。

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