WO2012093484A1

WO2012093484A1 - メカニカルヒューズ搭載システムおよびメカニカルヒューズ

Info

Publication number: WO2012093484A1
Application number: PCT/JP2011/050119
Authority: WO
Inventors: 博青山
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2012-07-12

Abstract

　電気自動車１において、確実に電池ユニット２を衝突時の大変形から保護する。フレーム１５が大きく塑性変形すると、メカニカルヒューズ８には大きな剪断力が働き、積層面２３に沿って剪断破壊が生じる（破断方向制御機能２３）。前側のメカニカルヒューズ８ｆにおいて、破断方向制御機能２３ｆは電池ユニット２を前方向および下方向に押し下げるように作動する。後側のメカニカルヒューズ８ｒにおいて、破断方向制御機能２３ｒは電池ユニット２を後方向および下方向に押し下げるように作動する。その結果、電池ユニット２を下方向に押し下げるような力が働く。これにより、電池ユニット２は車体１から確実に離脱する。なお、通常の走行時においては、メカニカルヒューズ８は安定した連結状態を維持できる。

Description

メカニカルヒューズ搭載システムおよびメカニカルヒューズ

　本発明は、一対の連結対象をそれぞれ連結するとともに、所定以上の外力が作用すると、剪断破壊により連結状態を解除するメカニカルヒューズ、および、このメカニカルヒューズを介して移動体と保護対象（または保護対象を収容する保護容器）とを連結するメカニカルヒューズ搭載システムに関する。

　大きな駆動力を発生する機械、例えば自動車、建設機械やロボットには駆動力発生源としてモータやエンジンが搭載される場合が多い。その駆動エネルギの源には電池や化石燃料や水素が用いられる。近年、電気自動車の普及に伴い、より小型で高出力の電池の開発が進んでいる。そのひとつにリチウムイオン電池があり、単位体積当たりの電力量が大きいため、大きな駆動力を発生させるのに有利と考えられている。一方、自動車には衝突時に乗車人員や周囲に危険が及ばないような各種工夫が必要となっており、電気自動車もその例外ではない。特にリチウムイオン電池は、衝突によって大変形してしまうと、大きな発熱と反応ガスが発生するため、場合によっては二次災害が発生する可能性がある。

　リチウムイオン電池等保護対象を衝突時の大変形から保護するアイデアとして、電池構造を強固にする従来技術（特許文献１）や衝突時にアクティブ制御されたエアバックが作動して電池ユニットを上方にわずかに傾かせ、直接衝突力が電池ユニットに作用することを回避する従来技術（特許文献２）や、衝突時の外力を受けて、電池ケースと車体とを連結するセラミックスピンが破断（パッシブ制御）し、速やかに大変形した車体から電池ケースを分離する（特許文献３）が提案されている。

　特許文献１の従来技術において、リチウムイオン電池を電気自動車に搭載するために、電池ケースを強固なフレームで囲うことにより、電池ユニットが非常に重くなり、車体重量が増加する。駆動するためのモータも大型化する必要があり、また、衝突に耐えうるだけの強固なフレーム設計をするためには相当に大型の骨組み構造が必要となり、さらに、車体重量が増加する。これでは、電気自動車が志向する省エネルギ思想に反し、好ましくない。

　特許文献２の従来技術において、エアバックを作動させるアクティブ制御は、センサの故障のおそれなど信頼性に係る課題が有り、好ましくない。

　特許文献３の従来技術における、セラミックスピンは、メカニカルヒューズの一例である。メカニカルヒューズは簡素な構成なため重量が増加することもなく、パッシブ制御であり、所定以上の外力が作用すると確実に作動するため信頼性が高く、特許文献１，２の従来技術に比べ、より好ましい。

　なお、樹脂製のメカニカルヒューズを調理用オーブンのドアヒンジに適用し、ドアに過大な荷重が作動すると脱落する従来技術（特許文献４）が提案されている。

特開２００８－１１０６９３号公報特開２００７－９１０３４号公報特開平７－１１７６９０号公報米国ＵＳ７０１７２３２Ｂ１号公報

　特許文献３に記載のセラミックス製メカニカルヒューズは、セラミクスが脆性材料であり、ひずみエネルギの吸収能力に乏しいため、通常の走行時の振動でも破断してしまうおそれがある。

　特許文献４に記載の樹脂製メカニカルヒューズは、摺動するヒンジ構造にかかるものであり、走行時リチウムイオン電池を電気自動車に常時固定する構造に、直ちに適用できるものではない。

　本発明の目的は、小型・軽量・省エネルギ思想に合致し、信頼性が高く確実に保護対象を衝突時の大変形から保護できるとともに、走行時は安定した連結状態を維持できるメカニカルヒューズおよびメカニカルヒューズ搭載システムを提供することである。

　（１）上記目的を達成するために、本発明は、保護対象と、前記保護対象を収容する保護容器と、前記保護容器を移動体に収容する収容部と、前記保護容器と前記収容部とを連結し、積層された複数の繊維部材と、この繊維部材に含浸された樹脂とを有するメカニカルヒューズとを備え、前記メカニカルヒューズは、所定以上の外力が作用すると、前記複数の繊維部材の間に形成される積層面に沿って所定の方向に剪断破壊するように制御する破断方向制御機能を有する。

　破断方向制御機能は、外力の所定値（閾値）や破断方向を制御し、メカニカルヒューズは意図したとおり破断する。これにより、移動体が衝突しまたは衝突され、移動体に過度の変形が生じた場合、保護容器は移動体から離脱することにより保護される。

　（２）上記（１）において、好ましくは、前記移動体に水平方向の外力が作用すると、前記破断方向制御機能が作動して前記保護容器が移動体から離脱するように、前記メカニカルヒューズが配置されている。

　メカニカルヒューズが適正に配置されることにより、破断方向制御機能は意図したとおり作動する。

　（３）上記（２）において、前記メカニカルヒューズは、略平行に配置された、前記保護容器を連結する第１連結面と、前記収容部を連結する第２連結面とを有し、前記積層面は、前記連結面に対し斜めに配置される。

　これにより、破断方向制御機能は、破断方向を制御できる。

　（４）上記（２）において、前記メカニカルヒューズは、略平行に配置された、前記保護容器を連結する第１連結面と、前記収容部を連結する第２連結面とを有し、前記積層面は、前記連結面に対し略平行に配置され、前記メカニカルヒューズ搭載システムは、更に、前記保護容器と前記第１連結面との間、および、前記収容部を連結する第２連結面との間にそれぞれ楔状に介挿され、外力作用方向に対する前記積層面の配置角を設定するベース部材を備える。

　ベース部材が配置角を設定することにより、破断方向制御機能は、破断方向を制御できる。

　（５）上記（１）において、前記保護容器は、有機繊維を含んだ樹脂により形成されている。

　これにより、保護容器は離脱時の衝撃を吸収できる。

　（６）上記目的を達成するために、本発明は、積層された複数の繊維部材と、この繊維部材に含浸された樹脂とを備えたメカニカルヒューズにおいて、所定以上の外力が作用すると、前記複数の繊維部材の間に形成される積層面に沿って所定の方向に剪断破壊するように制御する破断方向制御機能を有する。

　破断方向制御機能は、外力の所定値（閾値）や破断方向を制御し、メカニカルヒューズは意図したとおり破断する。

　（７）上記（６）において、好ましくは、前記繊維部材の縦弾性係数は、前記樹脂の縦弾性係数より小さい。

　これにより、破断方向制御機能は、外力の所定値（閾値）を制御できる。

　（８）上記（６）において、好ましくは、前記繊維部材の硬さは、前記樹脂の硬さより小さい。

　（９）上記（６）において、好ましくは、一対の連結対象をそれぞれ連結し、略平行に配置された一対の連結面を有し、
　前記積層面は、前記連結面に対し斜めに配置されている。

　（１０）上記（９）記載のメカニカルヒューズの製造方法は、好ましくは、複数の繊維部材を、水平に設置して積層する繊維部材水平積層ステップと、積層された繊維部材に樹脂を含浸させる樹脂含浸ステップと、樹脂を硬化させ積層体を形成する積層体形成ステップと、積層体を積層方向に対し斜め方向に切削する切削ステップとを有する。

　これにより所定の強度を確保しつつ、低コストで、メカニカルヒューズを製造できる。

　本発明によれば、小型・軽量・省エネルギ思想に合致し、信頼性が高く確実に保護対象を衝突時の大変形から保護できるとともに、走行時は安定した連結状態を維持できる。

メカニカルヒューズの主要部（ＦＲＰ部）の概略斜視図である。（第１実施形態）メカニカルヒューズの製造方法（積層ステップ）を説明する図である。メカニカルヒューズの製造方法（積層ステップ）を説明する図である。メカニカルヒューズの製造方法（切削ステップ）を説明する図である。メカニカルヒューズの主要部（ＦＲＰ部）の概略斜視図である。（第２実施形態）電池ユニットを底面に搭載した電気自動車の背面斜視図である。電池ユニットおよびメカニカルヒューズ搭載システムの斜視図である。（第３実施形態）メカニカルヒューズとベースプレートの連結部分の詳細を示す断面図である。電池ユニットを底面に搭載した電気自動車の概略断面図である。メカニカルヒューズ搭載システムの概略断面図である。車体衝突時の破断方向制御機能の動作を説明する図である。メカニカルヒューズ搭載システムの概略断面図である。（第４実施形態）車体衝突時の破断方向制御機能の動作を説明する図である。メカニカルヒューズ搭載システムの概略断面図である。（第５実施形態）車体衝突時の破断方向制御機能の動作を説明する図である。メカニカルヒューズ搭載システムの斜視図である。（第６実施形態）メカニカルヒューズとベースプレートの連結部分の詳細を示す断面図である。メカニカルヒューズ搭載システムの概略断面図である。メカニカルヒューズ搭載システムの概略断面図である。（第７実施形態）メカニカルヒューズ搭載システムの概略断面図である。（第８実施形態）車体衝突時の破断方向制御機能の動作を説明する図である。電動大型バスの斜視図である。ロボットアームの斜視図である。油圧ショベルの断面図である。

　＜第１実施形態＞
　本発明に係るメカニカルヒューズの第１実施形態について説明する。

　図１は、メカニカルヒューズ８の主要部（ＦＲＰ部１０）の概略斜視図である。ＦＲＰ部１０は例えば円柱形状をしている。角型形状でもよい。ＦＲＰ部１０は、積層された複数の繊維部材２１と、この繊維部材に含浸された樹脂２２とから構成される積層体である。

　ところで、一般に繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、例えば炭素繊維など縦弾性率が大きく硬い材質の繊維と、それよりも縦弾性率が小さく軟らかい材質の樹脂との組み合わせで構成されることが多い。

　本実施形態の第１の特徴は材質の選択である。繊維部材２１としては、連続した繊維で編まれた布や一方向に揃えられた繊維束などが考えられ、繊維としては木綿繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、絹糸、毛糸、木繊維などの高分子繊維が考えられる。樹脂２２としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フッ素樹脂などが考えられる。いずれの場合も、繊維部材２１を構成する繊維の縦弾性率が、樹脂２２のそれよりも同等それ未満になるように材質が選択される。また、繊維部材２１を構成する繊維の硬さが、樹脂２２のそれよりも同等それ未満になるように材質が選択される。

　本実施形態の第２の特徴は積層方向である。繊維部材２１同士の間に形成される積層面２３は、円柱形状をしたＦＲＰ部１０の両端面１０ａ，１０ｂに対し斜めに配置されている。

　第１の特徴を有することにより、ＦＲＰ部１０に所定以上の外力が作用すると、繊維部材２１が破壊され、何れかの積層面２３に沿って剪断破壊が生じる。外力の所定値（閾値）は、材質の選択により設定できる。第２の特徴を有することにより、剪断破壊は円柱形状の両端面に対し、斜め方向に発生する。すなわち、ＦＲＰ部１０は、破断方向を予めパッシブ制御する破断方向制御機能を有する。言い換えると、第１および第２の特徴が化体した積層面２３は破断方向制御機能を構成する。

　破断方向制御機能２３による効果については、メカニカルヒューズ８を用いたメカニカルヒューズ搭載システムの説明の中で後述する。

　つぎに、本実施形態のメカニカルヒューズ８の主要部（ＦＲＰ部１０）の製造方法について図２～４に基づいて説明する。

　図２のように、連続した繊維で編まれた布２１ａを複数枚水平に設置して積層する。図３のように一方向に揃えられた繊維束２１ｂを交互方向に積層してもよい。複数の繊維部材２１が積層された状態において、樹脂２２を含浸させる。そして、樹脂２２を硬化させFPR積層板１７を形成する。図４のようにＦＲＰ積層板１７の積層方向（水平方向と直角方向）に対して斜め方向に切削し、機械加工によって円柱１８（角柱でもよい）を形成する。さらに、円柱１８部の両端をテーパ加工する。

　一般的に、金型などに樹脂を流し込んで成型する場合には、その冷却過程で樹脂が均一に冷えず、残留応力によって割れが生じることが多く、所定の強度が得られないおそれがある。本実施形態では、金型を用いることがないため、所定の強度を確保できる。また、特殊な金型を用いることなくプレス成型装置でＦＲＰ積層板１７が製作できるため、低コスト化が図れる。さらに、繊維部材２１の積層枚数によりＦＲＰ積層板１７の板厚を調整できることにより、板厚の大きな部材が形成しやすくなる。

　＜第２実施形態＞
　本発明に係るメカニカルヒューズの第２実施形態について説明する。

　図５は、第２実施形態にかかるメカニカルヒューズ８Ａの主要部（ＦＲＰ部１０Ａ）の概略斜視図である。ＦＲＰ部１０Ａは円柱形状をしており、積層された複数の繊維部材２１と、この繊維部材に含浸された樹脂２２とから構成される積層体である点、維部材２１樹脂２２材質選択（第１の特徴）の点では、第１実施形態と共通である。

　第１実施形態との相違点は、積層方向にある。繊維部材２１同士の間に形成される積層面２３Ａは、円柱形状をしたＦＲＰ部１０Ａの両端面に対し略平行に配置されている。これにより、破断方向制御機能２３Ａは、円柱形状の両端面に対し平行な破断方向を設定する。

　相違点に係る特徴により、第１実施形態におけるＦＲＰ積層板１７の斜め切削ステップに代えて、積層方向（鉛直方向）に切削すればよく、工程が簡素化できる。また、端材発生の多い斜め切削にくらべ、積層方向切削の方が歩留まりが高くなり、さらに低コスト化が図れる。

　破断方向制御機能２３Ａによる効果についても、メカニカルヒューズ搭載システムの説明の中で後述する。

　＜第３実施形態＞
　第１実施形態におけるメカニカルヒューズ８を用いたメカニカルヒューズ搭載システムを第３実施形態として説明する。

　～構成～
　図６は、電池ユニットを底面に搭載した電気自動車の背面斜視図である。図７は電池ユニットおよびメカニカルヒューズ搭載システムの斜視図である。

　電気自動車車体１の底面において、車体フレーム１５が凹状に加工されて電池ユニット収容部１４が設けられ、電池ユニット収容部１４には、電池ユニット２の交換が容易となるように、電池ユニット２が搭載されている。電池ユニット２は、複数の電池３（保護対象）が電池箱４（保護容器）の中に固定され、電池箱４の上面には蓋５（保護容器）が被さりねじなどで固定され、電池箱４の底面には電池箱４の底面積より大きいベースプレート７（保護容器）が固定される構成になっている。電池３の種類としてはリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池が考えられる。電池箱４の内部には軽微な衝撃で電池３が破壊することがないように緩衝材などが詰められる。電池箱４の側面には電池３からの電力を取り出したり、充電するための端子ソケット６が固定される。電池箱４および蓋５は、衝撃吸収エネルギの高い有機繊維を強化繊維としたＦＲＰ製である。有機繊維としては、ポリベンゾイミダゾール、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、芳香族ポリアミド、ポリアリレート、芳香族ポリエステルが望ましい。樹脂はフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フッ素樹脂などが考えられる。

　メカニカルヒューズ８は、電池ユニット２と電池ユニット収容部１４とを連結するとともに、所定以上の外力が作用すると、剪断破壊により連結状態を解除する。４つのメカニカルヒューズ８は、ベースプレート７の四隅にねじ９によって固定される。

　図８は、メカニカルヒューズ８とベースプレート７の連結部分の詳細を示す断面図である。メカニカルヒューズ８は円断面をしたＦＲＰ部１０と締結金具１１と面圧付与ボルト１２によって構成される。なお、ＦＲＰ部１０は角型断面であってもよい。ＦＲＰ部１０の両端はテーパ状に加工されており締結金具１１に施されたテーパ面と接し、ＦＲＰ部１０の底面を面圧付与ボルト１２によって締め上げることでＦＲＰ部１０が締結金具１１から抜けないように固定される。締結金具１１の底面には、ねじ９で固定するためのねじ孔１３が加工されている。ベースプレート７の貫通孔を介してねじ９がねじ孔１３に固定されることにより、メカニカルヒューズ８の一端面と電池ユニット２とが連結する。同様に、メカニカルヒューズ８の他端面と電池ユニット収容部１４とが連結する（図示省略）。

　図９は、電池ユニット２を底面に搭載した電気自動車１の概略断面図である。ここで、図示左側を車体前側、図示前側を車体後側とする（以下、全図同じ）。図１０は、メカニカルヒューズ搭載システムの概略断面図である。メカニカルヒューズ搭載システムは、電池ユニット２と、電池ユニット収容部１４と、メカニカルヒューズ８とを備えている。

　本実施形態の特徴は、メカニカルヒューズ８の配置である。円柱形状のメカニカルヒューズ８の中心軸が鉛直方向を向くように、前後（及び左右）の４つのメカニカルヒューズ８が、電池ユニット２と電池ユニット収容部１４とを連結する。さらに、前側のメカニカルヒューズ８ｆの積層面２３ｆ（破断方向制御機能、図１参照）が、車体後方に向かって上方向に傾くように、前側のメカニカルヒューズ８ｆが配置される。後側のメカニカルヒューズ８ｒの積層面２３ｒが、車体前方に向かって上方向に傾くように、後側のメカニカルヒューズ８ｒが配置される。

　～動作～
　図１１は、車体衝突時の破断方向制御機能２３の動作を説明する図である。

　車体１が衝突を起こしまたは追突され、車体１に前後いずれかの方向から大きな外力（圧縮力）が作用すると、車体１のフレーム１５が大きく塑性変形する。電池ユニット２はメカニカルヒューズ８により縁切りされており、フレーム１５の変形に追従しないため、メカニカルヒューズ８には大きな剪断力が働き、積層面２３に沿って剪断破壊が生じる（破断方向制御機能２３）。

　前側のメカニカルヒューズ８ｆにおいて、破断方向制御機能２３ｆは電池ユニット２を前方向および下方向に押し下げるように作動する。後側のメカニカルヒューズ８ｒにおいて、破断方向制御機能２３ｒは電池ユニット２を後方向および下方向に押し下げるように作動する。その結果、電池ユニット２を下方向に押し下げるような力が働く。

　これにより、電池ユニット２は車体１から確実に離脱する。電池箱４および蓋５はＦＲＰ製で有り、路面との衝突エネルギを吸収する。これにより、車体衝突時の過度の変形から電池ユニット２を保護し、２次災害発生を防止できる。

　～効果～
　以上のように、本実施形態のニカルヒューズ搭載システムは、車体衝突時の過度の変形から電池ユニット２を保護し、２次災害発生を防止できる。

　メカニカルヒューズ８は、小型で軽量であり、電気自動車が志向する省エネルギ思想に合致する。

　メカニカルヒューズ８の破断方向制御機能２３はパッシブ制御であり信頼性が高い。

　メカニカルヒューズ８のＦＲＰ部１０は、所定の強度を確保し、かつひずみエネルギの吸収能力を有し、通常の走行時、安定した連結状態を維持できる。

　＜第４実施形態＞
　第３実施形態の変形例を第４実施形態として説明する。

　図１２は、本実施形態のメカニカルヒューズ搭載システムの概略断面図である。図１０に示す第３実施形態のメカニカルヒューズ搭載システムと同じ構成には同じ符号を付している。

　第３実施形態との相違点は、前側のメカニカルヒューズ８ｆのかわりに、一般的なＦＲＰ製の連結部材２５を用いる点である。メカニカルヒューズ８は所定以上の外力が作用すると、積層面２３に沿って剪断破壊が生じるのに対し、連結部材２５は破断しない。

　図１３は、車体衝突時の破断方向制御機能２３の動作を説明する図である。車体１が追突されると、後側のメカニカルヒューズ８ｒにおいて、破断方向制御機能２３ｒは電池ユニット２を後方向および下方向に押し下げるように作動する。一方、連結部材２５は電池ユニット２と電池ユニット収容部１４との連結状態を維持する。その結果、電池ユニット２は車体１から一部離脱するとともに、連結状態を維持する。

　電池ユニット２が車体１から完全に離脱すれば、車体衝突時の過度の変形から電池ユニット２を保護できるが、離脱した電池ユニット２が後続走行する車両と衝突し、新たに２次災害が発生するおそれもある。

　本実施形態では、電池ユニット２が車体１から一部離脱することにより、車体衝突時の過度の変形から電池ユニット２を保護でき、連結状態を維持することで、後続走行車両との衝突を回避できる。

　なお、後側のメカニカルヒューズ８ｒのかわりに、ＦＲＰ製の連結部材２５を用いてもよい。

　＜第５実施形態＞
　第１実施形態におけるメカニカルヒューズ８を用いた別のメカニカルヒューズ搭載システムを第５実施形態として説明する。

　図１４は、本実施形態のメカニカルヒューズ搭載システムの概略断面図である。図１０に示す第３実施形態のメカニカルヒューズ搭載システムと同じ構成には同じ符号を付している。

　第３実施形態との相違点は、メカニカルヒューズ８の配置である。第３実施形態では円柱形状のメカニカルヒューズ８の中心軸が鉛直方向を向くように配置されるのに対し、本実施形態では、円柱形状のメカニカルヒューズ８の中心軸が水平方向（車体前後方向）を向くように配置され、電池ユニット２と電池ユニット収容部１４とを連結する。

　さらに、前側のメカニカルヒューズ８ｆの積層面２３ｆ（破断方向制御機能、図１参照）が、車体後方に向かって上方向に傾くように、前側のメカニカルヒューズ８ｆが配置される。後側のメカニカルヒューズ８ｒの積層面２３ｒが、車体前方に向かって上方向に傾くように、後側のメカニカルヒューズ８ｒが配置される。

　　図１５は、車体衝突時の破断方向制御機能２３の動作を説明する図である。

　車体１が衝突を起こしまたは追突され、車体１に前後いずれかの方向から大きな外力（圧縮力）が作用すると、車体１のフレーム１５が大きく塑性変形する。メカニカルヒューズ８の中心軸が水平方向を向くように配置されており、メカニカルヒューズ８には大きな圧縮力が働くとともに、剪断力も働き、積層面２３に沿って剪断破壊が生じる（破断方向制御機能２３）。

　前側のメカニカルヒューズ８ｆにおいて、破断方向制御機能２３ｆは電池ユニット２を前方向および下方向に押し下げるように作動する。後側のメカニカルヒューズ８ｒにおいて、破断方向制御機能２３ｒは電池ユニット２を後方向および下方向に押し下げるように作動する。その結果、電池ユニット２を下方向に押し下げるような力が働くこれにより、電池ユニット２は車体１から確実に離脱する。

　本実施時形態においても、第３実施形態における効果と同じ効果が得られる。

　なお、前側のメカニカルヒューズ８ｆまたは後側のメカニカルヒューズ８ｒいずれかのかわりに、ＦＲＰ製の連結部材２５を用いてもよい。第４実施形態における効果と同じ効果が得られる。

　＜第６実施形態＞
　第２実施形態におけるメカニカルヒューズ８Ａを用いたメカニカルヒューズ搭載システムを第６実施形態として説明する。

　図１６は、本実施形態のメカニカルヒューズ搭載システムの概略斜視図である。図７に示す第３実施形態のメカニカルヒューズ搭載システムと同じ構成には同じ符号を付している。

　第３実施形態は、メカニカルヒューズ（斜め積層）８を用いるのに対し、本実施形態は、メカニカルヒューズ（水平積層）８Ａと楔形ベース２６を用いる。メカニカルヒューズ８Ａとベースプレート７とは、楔形ベース２６を介して連結される。

　図１７は、メカニカルヒューズ８Ａとベースプレート７の連結部分の詳細を示す断面図である。楔形ベース２６は、楔形状をしており、メカニカルヒューズ８Ａ端面に接する第１面２６ａとベースプレート７に接する第２面２６ｂを有している。第１面２６ａと第２面２６ｂとなす角度は、積層面２３Ａの配置角を設定する（後述）。楔形ベース２６には貫通孔が設けられており、ベースプレート７の貫通孔および楔形ベース２６の貫通孔を介してねじ９がねじ孔１３に固定されることにより、メカニカルヒューズ８Ａの一端面と電池ユニット２とが連結する。

　同様に、メカニカルヒューズ８Ａと電池ユニット収容部１４とは、楔形ベース２６を介して連結される（図示省略）。

　図１８は、本実施形態のメカニカルヒューズ搭載システムの概略断面図である。図１０に示す第３実施形態のメカニカルヒューズ搭載システムと同じ構成には同じ符号を付している。

　前側の楔形ベース２６ｆは、第２面２６ｂｆがベースプレート７に接するとともに、第１面２６ａｆが車体後方に向かって上方向に傾くように、配置される。後ろ側の楔形ベース２６ｒは、第２面２６ｂｒがベースプレート７に接するとともに、第１面２６ａｒが車体前方に向かって上方向に傾くように、配置される。さらに、楔形ベース２６は、同様な傾きを形成するように配置され、電池ユニット収容部１４に固定される。

　メカニカルヒューズ８Ａの両端面が、それぞれ上下の第１面２６ａに接するように、メカニカルヒューズ８Ａは配置される。すなわち、円柱形状のメカニカルヒューズ８の中心軸は、鉛直方向から第１面２６ａと第２面２６ｂとなす角度（配置角）だけ傾く。その結果、前側のメカニカルヒューズ８Ａｆの積層面２３Ａｆ（破断方向制御機能、図２参照）が、車体後方に向かって上方向に傾くように、前側のメカニカルヒューズ８Ａｆが配置される。後側のメカニカルヒューズ８Ａｒの積層面２３Ａｒが、車体前方に向かって上方向に傾くように、後側のメカニカルヒューズ８Ａｒが配置される。

　これにより、破断方向制御機能２３Ａは、実質的に破断方向制御機能２３と同様な構成となり、同様な動作をする（図１１参照）。

　楔形ベース２６を介してメカニカルヒューズ８Ａを配置し、破断方向制御機能２３Ａが作動する方向を設定することにより、破断方向制御機能２３Ａは破断方向制御機能２３と同様に作動し、第３実施形態における効果と同じ効果が得られる。

　メカニカルヒューズ（水平積層）８Ａは、メカニカルヒューズ（斜め積層）８に比べて簡易な工程でかつ低コストで製作できる。また、楔形ベース２６は簡易な構成であり、低コストで製作できる。その結果、メカニカルヒューズ搭載システムを更に低コストで実現できる。

　＜第７実施形態＞
　第２実施形態におけるメカニカルヒューズ８Ａを用いた別のメカニカルヒューズ搭載システムを第７実施形態として説明する。

　図１９は、本実施形態のメカニカルヒューズ搭載システムの概略断面図である。図１８に示す第６実施形態のメカニカルヒューズ搭載システムと同じ構成には同じ符号を付している。

　第６実施形態との相違点は、メカニカルヒューズ８Ａの配置である。第６実施形態では、楔形ベース２６介挿により、円柱形状のメカニカルヒューズ８Ａの中心軸が鉛直方向から所定の配置角だけ傾いて配置されるのに対し、本実施形態では、楔形ベース２６介挿により、円柱形状のメカニカルヒューズ８の中心軸が水平方向（車体前後方向）を向くように配置され、電池ユニット２と電池ユニット収容部１４とを連結する。

　すなわち、本実施形態は、第５実施形態の特徴（水平配置）と、第６実施形態の特徴（メカニカルヒューズ（水平積層）および楔形ベース）とを併せもつ。

　本実施形態においても、前側のメカニカルヒューズ８Ａｆの積層面２３Ａｆ（破断方向制御機能、図２参照）が、車体後方に向かって上方向に傾くように、前側のメカニカルヒューズ８Ａｆが配置される。後側のメカニカルヒューズ８Ａｒの積層面２３Ａｒが、車体前方に向かって上方向に傾くように、後側のメカニカルヒューズ８Ａｒが配置される。

　これにより、破断方向制御機能２３Ａは、実質的に破断方向制御機能２３と同様な構成となり、同様な動作をし（図１５参照）、第５実施形態における効果と同じ効果が得られる。さらに、第６実施形態と同様に、メカニカルヒューズ搭載システムを更に低コストで実現できる。

　＜第８実施形態＞
　第２実施形態におけるメカニカルヒューズ８Ａを用いた別のメカニカルヒューズ搭載システムを第８実施形態として説明する。

　図２０は、本実施形態のメカニカルヒューズ搭載システムの概略断面図である。本実施形態の特徴は、電池ユニット収容部１４および電池箱４の形状と、板バネ２７である。

　電池ユニット収容部前面１４ｆは、車体後方に向かって上方向に傾斜しており、電池ユニット収容部後面１４ｒは、車体前方に向かって上方向に傾斜している。電池箱４は、電池ユニット収容部１４に対応する形状をしている。すなわち、電池箱前面４ｆは、車体後方に向かって上方向に傾斜しており、電池箱後面４ｒは、車体前方に向かって上方向に傾斜している。

　電池箱後面４ｒには電池３からの需給電を行うための端子ソケット６が固定されている。

　電池ユニット２の蓋５と電池ユニット収容部１４との間には、板バネ２７が挟みこまれている。板バネは、一枚でもよいし、複数枚を圧縮変形したものでもよい。板バネに代えてコイルスプリングでも良い。

　電池ユニット２のベースプレート７と電池ユニット収容部１４との間には、前後において、メカニカルヒューズ８Ａが、円柱形状の中心軸が鉛直方向を向くように、配置される。

　図２１は、車体衝突時の破断方向制御機能２３Ａの動作を説明する図である。

　車体１が衝突を起こしまたは追突され、車体１に前後いずれかの方向から大きな外力（圧縮力）が作用すると、車体１のフレーム１５が大きく塑性変形する。電池ユニット２はメカニカルヒューズ８により縁切りされており、フレーム１５の変形に追従しないため、メカニカルヒューズ８には大きな剪断力が働き、積層面２３Ａに沿って剪断破壊が生じる（破断方向制御機能２３Ａ）。

　さらに、フレーム１５が圧縮変形して、電池ユニット収容部前面１４ｆと電池ユニット収容部後面１４ｒとが近づくと、電池ユニット２は、傾斜した電池箱前面４ｆおよび電池箱後面４ｒに沿って電池ユニット収容部１４から押し出される。

　また、板バネ２７は、フレーム１５の変形に伴い、伸び変形をし、電池ユニット２の押し出しを補助する。

　これらにより、電池ユニット２は車体１から確実に離脱する。

　なお、衝突時には、車体１側と電池ユニット２側の配線１７を速やかに切断し、電気ショートなどによる引火を引き起こさないようにしなければならない。本実施形態では端子ソケット６を傾斜した電池箱後面４ｒに固定しているため、電池ユニット２が落下した際に車体側からスムースに需給電端子が抜けるように、斜め下方にソケット６を抜く力が働く。

　また、電池ユニット収容部１４および電池箱４の形状に係る特徴、板バネ２７に係る特徴の何れかの特徴のみでもよい。

　＜第９実施形態＞
　第３～８実施形態において、メカニカルヒューズ８，８Ａを電気自動車に搭載した例を示したが、これに限ることはなく、様々な移動体、駆動体に搭載可能である。

　（１）保護対象は電池に限定されない。電池の代わりに、ガソリンや軽油などの化石燃料タンクを搭載していても良いし、圧縮水素ガスを充てんしたタンクを搭載しても良い。

　（２）メカニカルヒューズ８，８Ａを電動大型バスに搭載してもよい。図２２は電動大型バスの斜視図である。

　バス車体の屋根に電池ユニット２がメカニカルヒューズ８によって固定されている。大型バスを電動化しようとした場合、車体下面は荷物室になる場合が多く、電池ユニット２を搭載する空間が無いため、電池ユニット２を車体屋根に搭載する。バス車体に前後あるいは側面から衝突あるいは転倒による大きな力が働いた場合、メカニカルヒューズ８のＦＲＰ破断によって確実に車体上方へ、電池ユニット２が離脱する。

　（３）メカニカルヒューズ８Ａは、所定以上の回転駆動力を遮断する場合にも適している。ロボットアームに適用してもよい。図２３はロボットアームの斜視図である。

　ロボットアームは複数の関節を有し、関節数に応じた自由度を有し、複雑な駆動が可能である。たとえば、第１作業腕３１と第２作業腕３２との間の関節３３は回転駆動可能となっている。メカニカルヒューズ８Ａは関節３３に適用される。

　作業中に何らかの影響で過大なねじり力が働いてしまった場合、メカニカルヒューズ８Ａが破断することで、過大なねじり力を遮断し、ほかの駆動部の破壊を防止できる。メカニカルヒューズ８Ａの破断後、停止モード信号を出力することで、安全にロボットアームを停止する。

　（４）油圧ショベルに適用してもよい。図２４は油圧ショベルの断面図である。

　油圧ショベルは、下部走行体３６と、この下部走行体上に旋回可能に設けた上部旋回体３７と、この上部旋回体に俯仰可能に設けられブーム、アーム、バケットからなる多関節型のフロント作業機３８とから構成される。下部走行体３６と上部旋回体３７の間には旋回モータ３９が設けられ、旋回モータ３９の回転駆動により、上部旋回体３７は旋回する。メカニカルヒューズ８Ａは旋回モータ３９の回転軸に適用される。

　作業中に何らかの影響で過大な負荷が働いてしまった場合、メカニカルヒューズ８Ａが破断することで、負荷を遮断し、旋回モータ３９の破壊を防止できる。

　油圧ショベル以外の建設機械として、例えば、回転式杭打機（図示せず）の回転シャフトにメカニカルヒューズ８Ａを適用してもよい。

１　電気自動車車体
２　電池ユニット
３　電池
４　電池箱
５　蓋
７　ベースプレート
８，８Ａ　メカニカルヒューズ
１０　ＦＲＰ部
１４　電池ユニット収容部１４
１５　車体フレーム
１７　ＦＲＰ積層板
２１　繊維部材
２２　樹脂
２３，２３Ａ　積層面（破断方向制御機能）
２５　連結部材
２６　楔形ベース
２７　板バネ
３１　第１作業腕
３２　第２作業腕
３３　関節
３６　下部走行体
３７　上部旋回体
３８　フロント作業機
３９　旋回モータ

Claims

　保護対象（３）と、
　前記保護対象を収容する保護容器（２，４，５，７）と、
　前記保護容器を移動体（１）に収容する収容部（１４）と、
　前記保護容器と前記収容部とを連結し、積層された複数の繊維部材（２１）と、この繊維部材に含浸された樹脂（２）とを有するメカニカルヒューズ（８，８Ａ）とを備え、
　前記メカニカルヒューズ（８，８Ａ）は、所定以上の外力が作用すると、前記複数の繊維部材の間に形成される積層面（２３，２３Ａ）に沿って所定の方向に剪断破壊するように制御する破断方向制御機能（２３，２３Ａ）を有する
　ことを特徴とするメカニカルヒューズ搭載システム。
　請求項１に記載のメカニカルヒューズ搭載システムにおいて、
　前記移動体（１，１５）に水平方向の外力が作用すると、前記破断方向制御機能（２３，２３Ａ）が作動して前記保護容器が移動体から離脱するように、前記メカニカルヒューズ（８，８Ａ）が配置されている
　ことを特徴とするメカニカルヒューズ搭載システム。
　請求項２に記載のメカニカルヒューズ搭載システムにおいて、
　前記メカニカルヒューズ（８）は、略平行に配置された、前記保護容器を連結する第１連結面（１０ａ）と、前記収容部を連結する第２連結面（１０ｂ）とを有し、
　前記積層面（２３）は、前記連結面に対し斜めに配置される
　ことを特徴とするメカニカルヒューズ搭載システム。
　請求項２に記載のメカニカルヒューズ搭載システムにおいて、
　前記メカニカルヒューズ（８Ａ）は、略平行に配置された、前記保護容器を連結する第１連結面（１０ａ）と、前記収容部を連結する第２連結面（１０ｂ）とを有し、
　前記積層面（２３Ａ）は、前記連結面に対し略平行に配置され、
　前記メカニカルヒューズ搭載システムは、更に、前記保護容器と前記第１連結面との間、および、前記収容部を連結する第２連結面との間にそれぞれ楔状に介挿され、外力作用方向に対する前記積層面の配置角を設定するベース部材（２６）を備える
　ことを特徴とするメカニカルヒューズ搭載システム。
　請求項１に記載のメカニカルヒューズ搭載システムにおいて、
　前記保護容器（４，５）は、有機繊維を含んだ樹脂により形成されている
　ことを特徴とするメカニカルヒューズ搭載システム。
　積層された複数の繊維部材（２１）と、この繊維部材に含浸された樹脂（２２）とを備えたメカニカルヒューズ（８，８Ａ）において、
　所定以上の外力が作用すると、前記複数の繊維部材の間に形成される積層面（２３，２３Ａ）に沿って所定の方向に剪断破壊するように制御する破断方向制御機能（２３，２３Ａ）を有する
　ことを特徴とするメカニカルヒューズ。
　請求項６に記載のメカニカルヒューズ（８，８Ａ）において、
　前記繊維部材（２１）の縦弾性係数は、前記樹脂（２２）の縦弾性係数より小さい
　ことを特徴とするメカニカルヒューズ。
　請求項６に記載のメカニカルヒューズ（８，８Ａ）において、
　前記繊維部材（２１）の硬さは、前記樹脂（２２）の硬さより小さい
　ことを特徴とするメカニカルヒューズ。
　請求項６に記載のメカニカルヒューズ（８）において、
　一対の連結対象をそれぞれ連結し、略平行に配置された一対の連結面（１０ａ，１０ｂ）を有し、
　前記積層面（２３）は、前記連結面に対し斜めに配置されている
　ことを特徴とするメカニカルヒューズ。
　請求項９に記載のメカニカルヒューズ（８）の製造方法において、
　複数の繊維部材（２１）を、水平に設置して積層する繊維部材水平積層ステップと、
　積層された繊維部材に樹脂（２２）を含浸させる樹脂含浸ステップと、
　樹脂を硬化させ積層体（１７）を形成する積層体形成ステップと、
　積層体を積層方向に対し斜め方向に切削する切削ステップと
　を有することを特徴とするメカニカルヒューズの製造方法。