JP4349457B2 - 高圧タンク搭載車両とタンクアッセンブリ - Google Patents

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Description

本発明は、高圧タンクを車両床下に横置きに搭載した車両と高圧タンクを車両床下に横置きに搭載するタンクアッセンブリに関する。
燃料電池を駆動源とする車両は、燃料としての水素ガス或いは水素含有ガスを高圧で貯留した高圧タンクを搭載する。こうした高圧タンクの車両搭載に当たっては、乗員室内やトランクルーム容積の確保の観点から高圧タンクを車両床下に搭載する手法が取られている(例えば、特許文献1)。
特開2002−370550号公報
この特許文献では、高圧タンクを上方に移動させるような力が作用した際のタンク脱落を防止する手法が提案されている。ところが、車両に横置き搭載済みの高圧タンクに作用する力は多種多様であり、高圧タンクを下方に移動させるような力が作用することがある。こうした場合には、タンク間に配管された高圧配管に大きな負荷が掛かる事態が予想される。
本発明は、上記した課題を踏まえ、車両に横置き搭載した高圧タンクを下方に移動させるような力に対しての新たな対処を提案することをその目的とする。
上記した目的を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。
[適用:車両]
高圧タンクをタンク長手方向が車両床下に沿うように横置き搭載した車両であって、
横置き搭載済みの前記高圧タンクに巻回バンドを巻回し、
該巻回バンドに固定された固定バンドを、前記巻回バンドとの固定箇所から延在させて車両側に固定した
ことを要旨とする。
上記構成の車両では、横置き搭載済みの高圧タンクに対して巻回バンドと固定バンドを用い、一端で巻回バンドに固定された固定バンドを他端側で車両に固定することで、横置き搭載済みの高圧タンクを、車両側に固定された固定バントとタンクに巻回済みの巻回バンドで、車両に対して繋ぎ止める。よって、横置き搭載済みの高圧タンクが下方に移動したとしても、下方へのタンク移動を巻回バンドにて制限することができる。このため、横置き搭載済みの高圧タンクが下方に移動した場合にタンク間の高圧配管に掛かる負荷を、巻回バンドによるタンク移動の制限の分だけ軽減できる。なお、高圧タンクをタンク長手方向が車両床下に沿うように横置き搭載するに当たっては、高圧タンクを車両床下と平行に搭載することができる他、高圧タンクを車両床下に対してある程度傾斜させて搭載するようにもできる。
上記した車両は、次のような態様とすることができる。例えば、固定バンドを巻回バンドとの固定箇所から高圧タンクの周壁上端側に延びるようにし、車両側に固定することもできる。こうすれば、横置き搭載済みの高圧タンクが下方に移動しようとする際、高圧タンクは、タンク周壁上端側でタンク周壁に重なった固定バンドから離れるよう動く。つまり、タンク周壁に対する固定バンドの接触はタンク周壁上端側であることから、固定バンドから離れるよう高圧タンクが下方に移動する際に、高圧タンクはそのまま下方に移動するに過ぎず、高圧タンクにはこれを回転させるような力は作用しない。このため、高圧タンクが自身のタンク軸回りに自転するようなことがなく、高圧配管にはタンク回転に伴う負荷が掛からないようにできる。上記したように固定バンドが固定箇所から高圧タンクの周壁上端側に延びるようにするには、固定バンドを巻回バンドと重なるようにできるほか、固定バンドが巻回バンドと重ならないで高圧タンクの周壁上端側に延びるようにもできる。
この場合、前記巻回バンドと前記固定バンドの前記固定箇所が前記高圧タンクの周壁において位置するタンク面と対向するタンク面側で、前記固定バンドは車両側に固定すれば、固定バンドを高圧タンクの上端側周壁に確実かつ容易に延びるようにできる。
本発明では、高圧タンクを搭載した車両としての構成の他、車両への高圧タンクの搭載を図るタンクアッセンブリとして、以下の構成を採用した。
[適用:タンクアッセンブリ]
車両への高圧タンクの搭載を図るタンクアッセンブリであって、
高圧タンクの両側でタンク長手方向に延び、車両床下において車両幅方向に沿って配置されて前記車両に固定される一対のフレームと、
前記高圧タンクの両側の前記フレームに掛け渡され、前記高圧タンクを横置き状にしてフレーム間に固定するタンク固定バンドと、
該タンク固定バンドにより前記フレームに横置き固定済みの前記高圧タンクに巻回された巻回バンドと、
前記一対のフレームの一方のフレームの側において前記巻回バンドに固定され、該固定箇所から前記高圧タンクの周壁上端側に延びて前記一対のフレームの他方のフレームに固定された固定バントとを備える
ことを要旨とする。
このタンクアッセンブリでは、横置きの高圧タンクの下方移動に対しての対処をサブアッシー品として予め図った上で、車両に高圧タンクを横置き搭載できる。
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図1は本発明の実施例としての車両10におけるタンク搭載の様子を概略的に示す説明図、図2は車両10の車体後方側におけるタンク搭載ユニット100を車両側方側から示す説明図、図3はタンク搭載ユニット100を車両後方側から斜視にて示す説明図、図4はタンク搭載ユニット100へのタンク装着の様子を示す説明図である。
図1に示すように、車両10は、4本の高圧タンクT1〜T4を、タンク長手方向が車両幅方向となるように、プラットフォームFの下方に横置きに搭載する。これら高圧タンクT1〜T4は、水素ガスを最大70MPaという高圧で貯留する。各タンクに貯留された水素ガスは、車両10が搭載した図示しない燃料電池に高圧タンクT1〜T4からガス配管Pを経て供給される。なお、水素ガスは、図示しない減圧弁により減圧された上で燃料電池に供給される。
高圧タンクT1、T2は、後述のタンクフレームに固定されてユニット化され、後輪RTの車軸より前方側にほぼ同じ高さで並んで横置き搭載される。高圧タンクT3、T4は、タンクフレームに固定されてユニット化され、後輪RTの車軸より後方側に横置き搭載される。車両後方側の高圧タンクT4は、高圧タンクT3よりやや高い位置とされている。つまり、高圧タンクT3と高圧タンクT4を高圧タンクT4が高い位置となるよう斜めに並べることで、後輪RTの車軸より後方側の狭小なタンク搭載スペースへのタンク搭載を可能としている。
このように、高圧タンクT3と高圧タンクT4は斜めに並んで横置き搭載されていることから、図1に示すように車両後方側から過大な外力が掛かると、車両後方側の高圧タンクT4は、この外力を受けて図中の矢印T4Fで示すように斜め上方に移動しようとする。その一方、高圧タンクT4より車両前方側に位置して当該タンクより低い位置の高圧タンクT3は、斜め上方に移動しようとする高圧タンクT4に押されて、図中の矢印T3Fで示すように斜め下方に移動しようとする。本実施例では、下方側に向けた高圧タンクT3の移動に対しての対処を後述の巻回バンド140と固定バンド150とで図る。
タンクのユニット化について、高圧タンクT3と高圧タンクT4を例に挙げ説明する。図2〜図4に示すように、タンク搭載ユニット100は、3本のフレーム111〜113をタンク長手方向に並べて備え、高圧タンクT4の側のフレーム111とフレーム112とを、両端側において補強フレーム114にて連結させている。各フレームは、その両端に平板状とされた固定座115を備え、固定座115は、図示しないボルトを用いた車両フレームへのタンク搭載ユニット100の固定に用いられる。各フレームは、軽量化のために金属製パイプを押圧並びに屈曲して形成され、強度を有する部位、例えば固定座115の内部には補強用の金属ブロックを有する。
タンク搭載ユニット100は、フレーム111とフレーム112との間に、タンク長手方向がフレームに沿うよう高圧タンクT4を横置きし、フレーム112とフレーム113との間に高圧タンクT3を同様に横置きにする。このように横置きされた高圧タンクT4の側のフレーム111は、当該タンクをタンク長手方向のタンク軸から見て高圧タンクT4の周壁側方よりやや上部に位置し、フレーム112とフレーム113は、上記のタンク軸から見て高圧タンクT3の周壁側方ではあるものの周壁上端側に位置する。そして、フレームへのタンク固定のために、タンク上端側固定バンド120とタンク下端側固定バンド130とを、2本ずつ、隣り合うフレーム間に掛け渡して備える。タンク上端側固定バンド120とタンク下端側固定バンド130は、共に金属製のバンドであり、タンク上端側固定バンド120は、その両端でフレームに固定された定寸バンドであり、タンク下端側固定バンド130によるタンクの締め付け固定状態では、タンクの上端周壁に密着する。この場合、高圧タンクT4の側のフレーム111は上記したようにタンク軸から見て周壁側方であり、高圧タンクT3の両側のフレーム112とフレーム113はタンク軸から見て周壁上端よりであることから、高圧タンクT4についてのタンク上端側固定バンド120は、高圧タンクT3についてのタンク上端側固定バンド120よりバンド長は長く、高圧タンクT4の周壁上端側の広い範囲に亘って高圧タンクT4に密着する。なお、以下の説明に当たって、タンク周壁の側方、上端側、下端側等の周壁位置は、既述したように横置きの高圧タンクを長手方向のタンク軸から見たタンク周壁位置を意味する。
タンク下端側固定バンド130は、高圧タンクT3と高圧タンクT4の間に位置するフレーム112に一端が固定され、バンド経路途中にはヒンジ部131を有し、自由端側には固定金具132を有する。この固定金具132は、フレーム111とフレーム113とに設けられたバンド固定具116に係合される。バンド固定具116は、係合された固定金具132に対してスプリング117の付勢力を及ぼした状態で、固定金具132をフレーム111或いはフレーム113に固定する。よって、タンク下端側固定バンド130は、フレーム112からタンク下端側に延びて、タンク下端側周壁に密着して高圧タンクT3或いは高圧タンクT4をタンク上端側固定バンド120の側に持ち上げつつ、それぞれのタンクを横置き状態でフレーム111〜113に対して固定する。タンク下端側固定バンド130は、ヒンジ部131にて折り曲がることから、当該ヒンジ部から固定金具132に達するまでのバンド経路部を確実にタンク下端側周壁に密着させると共に、このようにバンドを密着させる際の作業を簡略化する。なお、タンク上端側固定バンド120とタンク下端側固定バンド130は、タンク周壁と密着する側に図示しない帯状のクッション材を備える。
タンク搭載ユニット100は、高圧タンクT4の側のフレーム111にプロテクタ160を備える。プロテクタ160は、金属鋼板のプレス成型品であり、図3に示すように、既述したタンク上端側固定バンド120とタンク下端側固定バンド130によりフレーム111とフレーム112の間に横置き固定済みの高圧タンクT4の長手方向に亘って、当該タンクの側面側の周壁を覆っている。図5はプロテクタ160の装着の様子を示す説明図である。プロテクタ160は、フレーム111に設けた3箇所の固定腕部118にボルト止めされ、バンド固定具116と干渉しないようにされた上で、高圧タンクT4の周壁側方よりやや上部に位置するフレーム111から高圧タンクT4の下端側に延びてタンク側面側周壁と対向する。つまり、このプロテクタ160は、高圧タンクT4の周壁を、周壁の側方から周壁下端側に掛けての一部範囲においてタンク長手方向に亘って覆うことになる。また、プロテクタ160は、高圧タンクT4の周壁形状(円筒形状)に倣って湾曲形成されており、タンク側にクッション材161を備える。このため、プロテクタ160は、図5に示すように、クッション材161をタンク周壁に近接した上で、当該周壁に対向する。また、プロテクタ160は、下端湾曲部162が高圧タンクT4の周壁最下端より上部に位置するようにしてタンク周壁と対向するよう、フレーム111に固定されている。
タンク搭載ユニット100は、上記したタンク固定のためのバンドとは別に、高圧タンクT3に直接巻回して装着される巻回バンド140と、当該巻回バンドにボルト143にて固定された半円状のバンド軌跡の固定バンド150とを備える。図4では、巻回バンド140はタンク外部に示されているが、フレームへのタンク固定の際に、巻回バンド140は高圧タンクT3に予め装着される。図6は巻回バンド140を一部断面と一部拡大図を用いつつ説明する説明図、図7は固定バンド150を両端の拡大図を用いつつ説明する説明図である。
図6に示すように、巻回バンド140は、2層構造とされ、金属製のバンドからなる表層バンド141の内面に、帯状のクッション層142を備え、表層バンド141の両端を屈曲した屈曲片部141a、141bとする。表層バンド141は、高圧タンクT3の外径に倣った径で円形形状に賦形され、向かい合う屈曲片部141aと屈曲片部141bが離れるように変形可能であると共に、上記した円形形状に復帰する。屈曲片部141bには、固定金具145がスポット溶接されている。この固定金具145は、屈曲片部141bの補強として機能するほか、固定バンド150の固定部としても機能し、ボルト143(図4参照)は、固定金具145の側からボルト穴146、147に差し込まれ、固定バンド150をこの固定金具145の装着箇所で固定する。
固定バンド150は、バネ鋼板等を用いた金属バンドであり、図7に示すように、一端側を屈曲した屈曲片部151とし、当該屈曲片部に補強のためのL字状の屈曲ピース152をスポット溶接して備える。固定バンド150は、バンド他端側についても屈曲片部155とし、当該屈曲片部にボルト穴156を有する固定金具157をスポット溶接して備える。固定金具157は、屈曲片部155の補強として機能するほか、巻回バンド140の固定金具145と共に固定バンド150の固定部としても機能する。つまり、固定バンド150は、図4に示すように、巻回バンド140の固定金具145と固定金具156とを接合させた上で、ボルト143と図示しないナットにより、巻回バンド140の固定金具145の装着箇所で巻回バンド140に固定される。こうして巻回バンド140に固定された固定バンド150は、図4に示すようにバンド自由端側の屈曲片部151をフレーム113の固定座113aに位置させて、ボルト153によりフレーム113に固定されている。
後輪RTより前方側の高圧タンクT1〜T2にあっても、上記したタンク搭載ユニット100と同様にフレームにてユニット化されて搭載される。なお、高圧タンクT1〜T2は後輪RTより車両前方側に位置することから、当該タンク位置まで異物の接近は起きがたいので、プロテクタ160を省略することができる。また、高圧タンクT1〜T2が水平に並んで配置されていること、および上記したように後輪RTより車両前方側に位置することから、図1に示した外力がこれらタンク位置まで及ぶことがないとして、巻回バンド140と固定バンド150を省略することができる。
タンク搭載ユニット100は、上記したようにタンク上端側固定バンド120とタンク下端側固定バンド130により高圧タンクT3と高圧タンクT4をフレームに横置き状に固定した状態で、図2に示すように、後輪RTの車軸より後方側のプラットフォームF下方の搭載領域に固定される。つまり、フレーム111〜113の両端の固定座115を図示しない車両フレームに固定すると、高圧タンクT3と高圧タンクT4は、高圧タンクT4が高い位置となるよう斜めに並んで横置き搭載され、車両幅方向に沿って配置されることになる。そして、高圧タンクT4は、リアバンパRBと衝撃緩衝材RAを固定するバンパフレームBFの側、即ち車両後方側に位置し、プロテクタ160は、後輪RTの車軸から離れたフレーム111と共に高圧タンクT4より更に車両後方側(車両周囲側)に位置することになる。なお、上記したようにタンク搭載ユニット100の固定後には、タンク下方に樹脂製のタンクカバーTKが装着される。このタンクカバーTKは、後輪RTが巻き込んだ小石等がタンクに当たらないようにする。
上記構成を有する本実施例の車両10では、後輪RTの車軸より車両後方側にタンク搭載ユニット100を介して横置き搭載済みの高圧タンクT3を、フレーム113に固定された固定バンド150と高圧タンクT3に巻回済みの巻回バンド140で、フレーム113および車両に対して繋ぎ止める。図8は巻回バンド140と固定バンド150とにより高圧タンクT3をフレーム113に繋ぎ止めた様子を示す説明図である。この図8では、タンク固定の様子を省略してあるが、図2〜図4で説明したように、高圧タンクT3は、フレーム112とフレーム113にタンク上下で掛け渡されたタンク上端側固定バンド120とタンク下端側固定バンド130により、上記両フレーム間に横置き搭載して固定されている。また、この図8には後輪RTの図示も省略されているが、図2における高圧タンクT3の図示の様子から明らかなように、図8の高圧タンクT3の左右方向が車両前後方向となり、高圧タンクT3の右方が車両後方側となる。
そして、図8に示すように、巻回バンド140はその固定金具145が図におけるタンク右方側のタンク周壁に位置するよう高圧タンクT3に巻回される。固定バンド150は、巻回バンド140の固定金具145から延びて巻回バンド140と重なって当該バンドと共に高圧タンクT3の周壁にその上端側で接触してフレーム113までに延び、このフレーム113に固定される。このようなバンドの位置関係とするには、巻回バンド140と固定バンド150とを仮止めした状態で先に固定バンド150をフレーム113に固定する。その後、固定バンド150が巻回バンド140と共にタンク周壁に接触するよう、巻回バンド140を介して固定バンド150にテンションを掛け、巻回バンド140と固定バンド150とを固定(本締め)すればよい。
図8のようにしてフレーム112とフレーム113の間に横置き搭載済みの高圧タンクT3が図1で示した外力の影響を受けて矢印T3Fのように下方へ移動したとしても、下方への高圧タンクT3のタンク移動は、固定バンド150のバンド長にて制限される。このため、横置き搭載済みの高圧タンクT3が下方に移動した場合にタンク間のガス配管P(図1参照)に掛かる負荷を、固定バンド150によるタンク移動の制限の分だけ軽減できる。
また、本実施例では、固定バンド150にて高圧タンクT3をフレーム113(車両)と繋ぎ止めるに当たり、固定バンド150を巻回バンド140と重なって当該バンドと共に高圧タンクT3の周壁にその上端側で接触するようにした。よって、横置き搭載済みの高圧タンクTが上記したように矢印T3Fのように下方に移動しようとする際、高圧タンクT3は、タンク周壁上端側でタンク周壁に巻回バンド140と一緒に重なった固定バンド150から離れるよう動く。つまり、タンク周壁に対する固定バンド150の接触はタンク周壁上端側であることから、固定バンド150から離れるよう高圧タンクT3が下方に移動する際に、高圧タンクT3はそのまま下方に移動するに過ぎず、高圧タンクT3にはこれを回転させるような力は作用しない。このため、高圧タンクT3が自身のタンク軸回りに自転するようなことがなく、ガス配管Pにはタンク回転に伴う負荷が掛からないようにできる。
しかも、固定バンド150を上記したようにタンク周壁上端側でタンク周壁に巻回バンド140と一緒に重なるようにするには、高圧タンクT3に巻回済みの巻回バンド140と固定バンド150との仮締め、その後の巻回バンド140の回転、バンド同士の固定を図ればよいことから、簡便である。
また、本実施例では、予め高圧タンクT3〜T4を横置き状にしてタンク搭載ユニット100のフレーム111〜113に固定し、このタンク搭載ユニット100の状態で巻回バンド140と固定バンド150によるタンク下方移動に対しての対処を予め図っておく。よって、このタンク搭載ユニット100を後輪RTの車軸より後方のタンク搭載領域に固定するだけで、高圧タンクT3〜T4を車両10に容易に横置き搭載できる。
更に、本実施例では、巻回バンド140は横置き搭載済みの高圧タンクに後付けすることもできる。つまり、屈曲片部141a、141bを一旦大きく広げて巻回バンド140を高圧タンクに巻回させ、その後、巻回バンド140に固定バンド150を固定すればよい。よって、既存の高圧タンク搭載済み車両に対して巻回バンド140と固定バンド150を装着すれば、タンク下方移動に対しての対処を図ることができる。この場合、既存車両がタンク搭載に当たってタンク搭載ユニット100のようなタンクフレームを用いていれば、当該タンクフレームに固定バンド150を固定すればよく、タンクフレームを用いていない場合には、固定バンド150を車両の適宜箇所、例えばプラットフォームFの車両フレームに固定すればよい。
以上、本発明の実施の形態を実施例にて説明したが、本発明は上記した実施例や変形例の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。例えば、上記した実施例では、高圧タンクT1〜T4を、車両10が搭載した燃料電池に供給する水素ガスタンクとして説明したが、天然ガスを燃料とするエンジンを搭載した車両における天然ガスタンクとして搭載する場合にも適用できる。
また、車両後方側に車両幅方向に沿って高圧タンクT3〜T4をタンク搭載ユニット100にて横置き搭載した場合について説明したが、タンク搭載ユニット100をタンクが車両幅方向に沿って横置き搭載されるよう車両前方側に固定したり、タンク搭載ユニット100をタンクが車両前後方向に沿って横置き搭載されるよう固定する場合にも適用できる。つまり、これらのタンク搭載にあっても、下方への移動が起き得るタンクに巻回バンド140を巻回した上で、この巻回バンド140に固定済みの固定バンド150を車両フレームやタンクフレームに固定すればよい。
本発明の実施例としての車両10におけるタンク搭載の様子を概略的に示す説明図である。 車両10の車体後方側におけるタンク搭載ユニット100を車両側方側から示す説明図である。 タンク搭載ユニット100を車両後方側から斜視にて示す説明図である。 タンク搭載ユニット100へのタンク装着の様子を示す説明図である。 プロテクタ160の装着の様子を示す説明図である。 巻回バンド140を一部断面と一部拡大図を用いつつ説明する説明図である。 固定バンド150を両端の拡大図を用いつつ説明する説明図である。 巻回バンド140と固定バンド150とにより高圧タンクT3をフレーム113に繋ぎ止めた様子を示す説明図である。
符号の説明
10…車両
100…タンク搭載ユニット
111〜113…フレーム
113a…固定座
114…補強フレーム
115…固定座
116…バンド固定具
117…スプリング
118…固定腕部
120…タンク上端側固定バンド
130…タンク下端側固定バンド
131…ヒンジ部
132…固定金具
140…巻回バンド
141…表層バンド
141a〜141b…屈曲片部
142…クッション層
143…ボルト
145…固定金具
146…ボルト穴
150…固定バンド
151…屈曲片部
152…屈曲ピース
153…ボルト
155…屈曲片部
156…ボルト穴
157…固定金具
160…プロテクタ
161…クッション材
162…下端湾曲部
F…プラットフォーム
P…ガス配管
T…高圧タンク
T1〜T4…高圧タンク
RA…衝撃緩衝材
RB…リアバンパ
BF…バンパフレーム
TK…タンクカバー
RT…後輪

Claims (5)

  1. 高圧タンクをタンク長手方向が車両床下に沿うように横置き搭載した車両であって、
    横置き搭載済みの前記高圧タンクに巻回された巻回バンドと、
    該巻回バンドに固定された固定バンドとを備え、
    該固定バンドを前記巻回バンドとの固定箇所から延在させて車両側に固定するに当たり、前記固定バンドを、前記固定箇所から前記高圧タンクの周壁上端側に延ばして車両側に固定した
    車両。
  2. 前記巻回バンドと前記固定バンドの前記固定箇所が前記高圧タンクの周壁において位置するタンク面と対向するタンク面側で、前記固定バンドは車両側に固定されている請求項1に記載の車両。
  3. 請求項1または請求項2に記載の車両であって、
    第1高圧タンクと第2高圧タンクとを、タンク長手方向が車両幅方向となって車両前後方向に並ぶようにしつつ、前記第1高圧タンクよりも車両後方側の前記第2高圧タンクが前記第1高圧タンクより高い位置となるよう、前記第1高圧タンクと前記第2高圧タンクとを車両床下に横置きに搭載し、
    前記第1高圧タンクに、前記固定バンドが前記固定箇所で固定された前記巻回バンドを巻回した車両。
  4. 前記第1高圧タンクは、車両後輪の車軸より後方側に位置する請求項3に記載の車両。
  5. 車両への高圧タンクの搭載を図るタンクアッセンブリであって、
    高圧タンクの両側でタンク長手方向に延び、車両床下において車両幅方向に沿って配置されて前記車両に固定される一対のフレームと、
    前記高圧タンクの両側の前記フレームに掛け渡され、前記高圧タンクを横置き状にしてフレーム間に固定するタンク固定バンドと、
    前記フレームに横置き固定済みの前記高圧タンクに巻回された巻回バンドと、
    前記一対のフレームの一方のフレームの側において前記巻回バンドに固定され、該固定箇所から前記高圧タンクの周壁上端側に延びて前記一対のフレームの他方のフレームに固定された固定バントとを備える
    タンクアッセンブリ。
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