(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を収容する燃料電池ケースに用いられる樹脂製の換気カバーであって、
中心付近に設けられる換気口と、
周縁に配置され、取付穴を有する複数の取付部と、
前記換気口の周囲における前記燃料電池ケース側の面に配置されるガスケットと、
を備え、
前記複数の取付部のうちの最初にボルト締結を行うと定められた所定の取付部の周辺には、
当該換気カバーの最外周部に配置され、前記燃料電池ケースとは反対側に向かって突出するリブと、
前記換気口と前記所定の取付部との間における前記燃料電池ケースと反対側の面に配置される平坦部と、
を備える換気カバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を収容する燃料電池ケースに用いられる換気カバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池ケース用の換気カバーは、例えば、特許文献１に記載されているように、中心付近に換気口を備え、周縁に複数の取付ボスを備える構造を有している。各取付ボスの換気カバーの中心側には、リブが形成されており、ボスにボルトを取り付けた際に、ボルトの締結荷重が効率良く与えられるような構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−７６１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記先行技術の換気カバーでは、複数の取付ボスの取付穴にボルトを取り付けるに際し、単軸ナットランナーで１箇所ずつ規定のトルクに達するまで順に一巡で締結した場合、最初にボルトを締結する取付ボスの周辺に亀裂が発生する虞があった。この問題を解決するために、取付ボスの全周を囲うように燃料電池ケースとは反対側にリブを設け、取付ボス周辺の強度を向上させることが考えられる。しかし、このようにリブを設ける場合、換気カバーの製造時に樹脂が収縮することで発生するヒケ（歪）が燃料電池ケース側の面に発生し、換気カバーに取り付ける際に必要な平面度が確保できなくなる課題が発生した。
【０００５】
また、リブを設けても、ボルト締結時に前述したヒケによる応力増加が起き、亀裂発生の効果を十分に期待できない。このため、多軸ナットランナーを用い複数の取付ボスに同時にボルト締結を行うか、各ボルトに与えるトルクを少しずつ増加しながら、複数の取付ボスを順に２〜３巡してボルト締結を行うことが考えられる。しかし、前者の多軸ナットランナーを用いた方法では、設備が大がかりとなり、設備コストが増大するという課題があった。特に、この課題は少量生産では看過できないものであった。後者の２〜３巡してボルト締結を行う方法では、少量生産には適するものの、締結作業に時間を要し生産性が落ちるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部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。
【０００７】
（１）本発明の一形態は、燃料電池を収容する燃料電池ケースに用いられる樹脂製の換気カバーである。この換気カバーは、中心付近に設けられる換気口と、周縁に配置され、取付穴を有する複数の取付部と、前記換気口の周囲における前記燃料電池ケース側の面に配置されるガスケットと、を備える。前記複数の取付部のうちの最初にボルト締結を行うと定められた所定の取付部の周辺には、当該換気カバーの最外周部に配置され、前記燃料電池ケースとは反対側に向かって突出するリブと、前記換気口と前記所定の取付部との間における前記燃料電池ケースと反対側の面に配置される平坦部と、を備える。
【０００８】
この形態の換気カバーによれば、最初にボルト締結を行うと定められた所定の取付部の周辺の強度を、リブによって向上させることができる。一方、平坦部によって、製造時に樹脂が収縮することで発生するヒケ（歪）を減少させることができる。この結果、平坦部と反対側である燃料電池ケース側の面の平面度がヒケによって損なわれることがないことから、換気カバーに取り付ける際に必要な平面度が確保できるという効果を奏する。また、ヒケが減少した結果、締結時の応力増加を抑えることができることから、複数の取付部を一巡でボルト締結した場合に、最初にボルト締結を行う所定の取付部の周辺に亀裂が発生することを抑制できる。したがって、複数の取付部を一巡でボルト締結を行う方法を採用することができることから、設備コストの低減と生産性の向上とを両立できるという効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態としての燃料電池ケースの全体構成を示す説明図である。
【図２】換気カバーを示す説明図である。
【図３】換気カバーの燃料電池ケースへの取り付け態様を示す説明図である。
【図４】実施形態締結方法でボルト締結を行った場合に、各ボスの近傍に発生する歪(応力)の時間変化を示すタイミングチャートである。
【図５】参考例の換気カバーを示す説明図である。
【図６】参考例の換気カバーにおいて実施形態締結方法でボルト締結を行った場合に、各ボスの近傍に発生する歪の時間変化を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の実施形態を説明する。
Ａ．全体構成：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池ケースの全体構成を示す説明図である。この燃料電池ケース１０は、燃料電池スタック（図示せず）を収容するケースであり、燃料電池車両の床下に搭載される。燃料電池スタックは、燃料電池のセル（発電セル）が複数、積層されたセル積層体であり、例えば固体高分子型のものである。各発電セルは、燃料電池車両が搭載する燃料ガスタンク（図示せず）から供給される燃料ガスと、燃料電池車両の周囲から酸化剤ガスとして供給される空気とを用いて発電する。本実施形態においては、燃料ガスとして水素ガスを採用する。
【００１１】
燃料電池ケース１０は、大まかには直方体の形状を有しており、直方体の長手方向に複数の発電セルの積層方向Ｙが一致するように、燃料電池スタックを収容する。燃料電池ケース１０は、金属（例えば、アルミニウム）製の鋳造品である。
【００１２】
燃料電池ケース１０は、車体に連結されたスタックフレーム（図示省略）上に固定される。燃料電池ケース１０とスタックフレームとの間の固定は、本実施形態では、マウント部１２によってなされている。
【００１３】
燃料電池ケース１０の有する四方の側面のうちの積層方向Ｙに垂直な一方の側面１１には、３つの換気カバー１００，２００，３００が取り付けられている。なお、この側面１１は、車両の上下方向Ｚに沿うように立設された壁体である。各換気カバー１００，２００，３００は、燃料電池ケース１０に形成された後述する換気用のケース開口部を覆う。図中のＸ方向は、積層方向Ｙおよび上下方向Ｚに垂直な方向である。
【００１４】
Ｂ．換気カバーの構成：
図２は換気カバー１００を示す説明図であり、図３は換気カバー１００の燃料電池ケースへの取り付け態様を示す説明図である。３つの換気カバー１００，２００，３００は、同一の形状であることから、その一つである換気カバー１００を代表として説明する。なお、図３における換気カバー１００は、図２におけるＡ−Ａ線矢視断面図として示されている。
【００１５】
図２に示すように、換気カバー１００は、枠体１１０とルーバー１２０とを備えた一体成形物であり、樹脂製である。枠体１１０は、平面視の外形が大まかに三角形となる形状であり、その中央に円形の開口部としての換気口１１２を有する。この換気口１１２にルーバー１２０が固設されている。
【００１６】
図２および図３に示すように、ルーバー１２０は、細長い板形状である複数の羽板１２２を、隙間をあけて平行に組んだものである。本実施形態では、羽板１２２の数は５枚である。なお、羽板１２２は複数であれば、いずれの数としてもよい。ルーバー１２０は、枠体１１０の換気口１１２の内側に固設されており、羽板１２２の傾斜角は、換気口１１２の気体の流れを阻害せず、かつ異物（例えば、泥水、小石）の侵入を有効に防止するに適した角度となっている。
【００１７】
図３に示すように、換気口１１２の周囲における燃料電池ケース１０と反対側（Ｙ方向の＋側、以下、＋Ｙ側と呼ぶ）の端部には、ケース外側に向けて突出する凸部１１４が設けられている。この凸部１１４は、換気口１１２の周囲に沿うもので、円環形状（図２参照）となっている。
【００１８】
また、換気口１１２の周囲における燃料電池ケース１０側（Ｙ方向の−側、以下、−Ｙ側と呼ぶ））の端部には、凹部１１６が形成されている。凹部１１６は、換気口１１２の周囲に沿うもので、円形状となっている。凹部１１６の部分に、換気口１１２を覆うように防水通気膜１３０が設けられている。
【００１９】
防水通気膜１３０は、気体の透過を許容し、液体の透過を阻止する膜体であり、樹脂または金属からなる、職布、不織布、メッシュなどである。本実施形態では、防水通気膜１３０はフッ素樹脂製である。枠体１１０の凹部１１６に防水通気膜１３０を配置し、熱板（図示せず）によって防水通気膜１３０を押圧することで、熱によって溶けた樹脂が防水通気膜１３０内に浸透し、防水通気膜１３０は枠体１１０に溶着する。
【００２０】
図３に示すように、燃料電池ケース１０の前述した側面１１には、換気カバー１００の換気口１１２とほぼ同じ形状、サイズのケース開口部１１Ｈが形成されている。このケース開口部１１Ｈと換気カバー１００の換気口１１２とが連結されるように、換気カバー１００は燃料電池ケース１０の側面１１に取り付けられている。この結果、換気カバー１００に備えられた防水通気膜１３０によって、泥水や異物の侵入を防止する一方で、内部（図３の右側）と外部の空気を循環させたり、スタックケース内に漏れ出した水素を拡散させることが可能となる。
【００２１】
換気カバー１００は燃料電池ケース１０の側面１１に対する取り付けは、換気カバー１００の外周付近の３箇所に設けられた第１ないし第３のボス（取付部）１５０，１６０，１７０（図２）にボルト１９０を挿入して締結することで行われる。
【００２２】
図２に示すように、第１ないし第３のボス１５０〜１７０は、ボルト１９０が挿入される取付穴の回りの取付部である。「ボス」とは、厳密には、取付穴の回りの突出部分を意味するが、本実施形態では、第１ないし第３のボス１５０〜１７０は、ボスと呼べるほど他の部分から突出した部分を形成している訳ではない。しかしながら、第１ないし第３のボス１５０〜１７０の有する取付穴の回りは、ボルト挿入に十分な厚さに割り増しされて設計されており、ここでは、便宜的に「ボス」と呼ぶこととした。第１ないし第３のボス１５０〜１７０は、換気カバー１００の外周付近にほぼ均等に散らばるように配設されている。第１ないし第３のボス１５０〜１７０は、ルーバー１２０の向きが誤って取り付けられないように不均等に配置されている。第２のボス１６０の周辺形状と第３のボス１７０の周辺形状とは同一であり、これらと第１のボス１５０の周辺形状は相違する。
【００２３】
図２および図３に示すように、第１のボス１５０の有する取付穴には、外周にローレット加工したカラー１５２が、インサート成形によって一体的に成形されている。また、カラー１５２外周のローレット加工は綾目となっており、ボルト締結時の軸力が、より効率的に枠体１１０に伝わるようになっている。換気カバー１００の表側の面における第１のボス１５０と換気口１１２との間には、平坦部１５４が形成されている。平坦部１５４の高さは、第１のボス１５０の高さより少しだけ高くなっている。すなわち、平坦部１５４の表面位置は、第１のボス１５０の表面位置より少しだけ＋Ｙ側となっている。換気口１１２の周囲から＋Ｙ側に突出する凸部１１４は、平坦部１５４の表面位置より更に＋Ｙ側に突出する。
【００２４】
換気カバー１００の表側の面において第１のボス１５０の換気口１１２とは反対側の周囲、すなわち、その範囲の換気カバー１００の最外周部には、＋Ｙ側に突出するリブ１５８が設けられている。
【００２５】
図２に示すように、第２のボス１６０の有する取付穴には、第１のボス１５０側と同様に、ローレット加工したカラー１６２が、インサート成形によって一体的に成形されている。換気カバー１００の表側の面における第２のボス１６０の換気カバー１００の中心側の所定位置には、＋Ｙ側に突出するリブ１６４、１６６が設けられている。
【００２６】
前述したように、第３のボス１７０の周辺形状は第２のボス１６０の周辺形状と同一である。すなわち、第３のボス１７０の周辺には、第２のボス１６０の周辺と同様に、ローレット加工したカラー１７２が一体的に成形され、リブ１７４、１７６が設けられている。
【００２７】
なお、本実施形態では、第１のボス１５０の幅は、後述する第２および第３のボス１６０，１７０の幅より広くなっている。
【００２８】
第１ないし第３のボス１５０，１６０，１７０（図２）にボルト１９０を取り付けるに際し、各ボス１５０，１６０，１７０にボルト１９０を通して、ボルト締結を行う。このボルト締結は、第１のボス１５０を最初に行い、次いで、第２および第３のボス１６０，１７０のうちの一方を行い、次いで、他方を行う。すなわち、各ボス１５０〜１７０のボルト締結を、第１のボス１５０を最初とし、一つずつ順に一巡にて行う。このボルト締結の方法を、以下、「実施形態締結方法」と呼ぶ。第１のボス１５０は、本発明の一形態の換気カバーが備える「所定の取付部」の下位概念である。
【００２９】
図３に示すように、枠体１１０の−Ｙ側（燃料電池ケース１０の側）の面における換気口１１２の周囲には、矩形断面の円環形状を有する溝１５６が形成されている。この溝１５６に円環形状のガスケット１８２が装着されている。ガスケット１８２は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）製である。
【００３０】
各ボス１５０〜１７０にボルト１９０を締結すると、ガスケット１８２と各ボス１５０〜１７０に設けたカラー１５２，１６２，１７２の端面がアルミダイカスト製の側面１１に当接して所定の潰し代となり、シール効果を発揮し、泥水や異物の侵入を防止できる。また、側面１１に形成した溝１１Ｇにもガスケット１８４が装着されており、同様にアルミダイカスト製の上面１４との間で、泥水や異物の侵入を防止できる。
【００３１】
Ｃ．作用、効果：
以上のように構成された本実施形態の換気カバー１００では、最初にボルト締結を行うと定められた第１のボス１５０周辺の強度を、リブ１５８によって向上させることができる。一方、平坦部１５４によって、製造時に樹脂が収縮することで発生するヒケ（歪）を減少させることができる。この結果、平坦部１５４と反対側である燃料電池ケース１０側（−Ｙ側）の面の平面度がヒケによって損なわれることがないことから、換気カバー１００に取り付ける際に必要な平面度が確保できるという効果を奏する。また、ヒケが減少した結果、実施形態締結方法でボルト締結を行う場合に、最初にボルト締結を行う第１のボス１５０の周辺に亀裂が発生することを抑制できる。したがって、実施形態締結方法を採用することができることから、多軸ナットランナーを用意する必要がなく設備コストを低減でき、２〜３巡でボルト締結を行う必要がなく生産性の向上を図ることができる。
【００３２】
図４は、実施形態締結方法でボルト締結を行った場合に、各ボス１５０〜１７０のカラー１５２〜１７２近傍の表面（図２の裏面）に発生する歪(応力)の時間変化を示すタイミングチャートである。最初の第１のボス１５０を締結した時には、カラー１５２近傍に符号１５０Ａで示す大きさの歪が生じる。２番目の第２のボス１６０を締結した時には、カラー１６２近傍に符号１６０Ａで示す大きさ（１５０Ａとほぼ同じ大きさ）の歪(応力)が生じる。この時、カラー１５２近傍に生じる歪は、符号１５０Ａよりも小さい符号１５０Ｂとなる。３番目の第３のボス１７０を締結した時には、カラー１７２近傍に符号１７０Ａで示す大きさ（１５０Ａ。１６０Ａとほぼ同じ大きさ）の歪が生じる。この時、カラー１５２近傍に生じる歪は符号１５０Ｂよりも小さい符号１５０Ｃとなり、カラー１６２近傍に生じる歪は符号１６０Ａよりも小さい符号１６０Ｂとなる。
【００３３】
図中の一点鎖線は、許容歪(許容応力)Ｄを示す。図から判るように、各ボス１５０〜１７０のいずれの段階の歪であっても、許容歪Ｄを上回ることがない。したがって、このタイミングチャートからも、ヒケ（歪）が減少して、最初にボルト締結を行う第１のボス１５０の周辺に亀裂が発生することが抑制されることが判る。
【００３４】
図５は、参考例の換気カバー９００を示す説明図である。参考例の換気カバー９００は、上記実施形態の換気カバー１００と比較して、第１のボス９５０の周辺が相違し、残余の構成については同一である。同一のパーツには、上記実施形態と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００３５】
第１のボス９５０の周辺形状は、第２のボス１６０の周辺形状および第３のボス１７０の周辺形状と同一の形状を有する。すなわち、第１のボス９５０有する取付穴には、ローレット加工したカラー９５２が一体的に成形され、リブ９５４、９５６が設けられている。
【００３６】
図６は、参考例の換気カバー９００において実施形態締結方法でボルト締結を行った場合に、各ボス９５０、１６０、１７０のカラー９５２，１６２，１７２近傍の表面（図５の裏面）に発生する歪(応力)の時間変化を示すタイミングチャートである。最初の第１のボス９５０を締結した時には、カラー９５２近傍に符号９５０αで示す大きさの歪が生じる。９５０αの大きさの歪は、許容歪Ｄを上回る。２番目の第２のボス１６０を締結した時には、カラー１６２近傍に符号１６０αで示す大きさの歪が生じる。符号１６０αの大きさは、符号９５０αよりも小さい。この時、カラー９５２近傍に生じる歪みは、符号１６０αよりも小さい符号９５０βとなる。３番目の第３のボス１７０を締結した時には、カラー１７２近傍に符号１７０αで示す大きさの歪が生じる。この時、カラー９５２近傍に生じる歪は符号９５０γとなり、カラー１６２近傍に生じる歪は符号１６０βとなる。
【００３７】
なお、符号１６０βの大きさの歪み（応力）は、多軸ナットランナーを用い第１ないし第３のボス９５０、１６０、１７０に同時にボルト締結を行った場合に各カラー９５２，１６２，１７２近傍に発生する歪（応力）の大きさとほぼ等しい。
【００３８】
参考例では、タイミングチャートから、少なくとも最初に第１のボス９５０をボルト締結したときに、許容歪Ｄを上回る歪が発生することが判る。このため、参考例では、最初にボルト締結を行う第１のボス９５０の周辺に亀裂が発生する虞があることが判る。これは、第１のボス９５０の周辺に、第２のボス１６０の周辺および第３のボス１７０の周辺と同様に、ヒケの要因である肉厚形状となるリブ９５４、９５６が形成されているためである。
【００３９】
なお、タイミングチャートから、多軸ナットランナーを用い第１ないし第３のボス９５０、１６０、１７０に同時にボルト締結を行った場合、もしくは２〜３巡でボルト締結を行う場合には、全てのボス９５０、１６０、１７０に許容歪Ｄを上回る歪が発生することがないことも判る。
【００４０】
本発明は、上述の実施形態や変形例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、変形例中の技術的特徴は、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、前述した実施形態および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０…燃料電池ケース
１１…側面
１１Ｇ…溝
１１Ｈ…ケース開口部
１２…マウント部
１４…上面
１００…換気カバー
１１０…枠体
１１２…換気口
１１４…凸部
１１６…凹部
１２０…ルーバー
１２２…羽板
１３０…防水通気膜
１５０…第１のボス
１５２…カラー
１５４…平坦部
１５６…溝
１５８…リブ
１６０…第２のボス
１６２…カラー
１６４…リブ
１７０…第３のボス
１７２…カラー
１７４…リブ
１８２…ガスケット
１８４…ガスケット
１９０…ボルト
９００…換気カバー
９５０…第１のボス
９５２…カラー
９５４…リブ
Ｙ…積層方向
Ｚ…上下方向
【図１】
0006376090.tif 000002
【図２】
0006376090.tif 000003
【図３】
0006376090.tif 000004
【図４】
0006376090.tif 000005
【図５】
0006376090.tif 000006
【図６】
0006376090.tif 000007