JP6020486B2

JP6020486B2 - 樹脂燃料タンク

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Publication number: JP6020486B2
Application number: JP2014032229A
Authority: JP
Inventors: 大輔田邉; 真介木下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: EP3107750A1; WO2015125569A1; US9643485B2; US20170050511A1; CN106029422A; EP3107750B1; JP2015157511A; CN106029422B

Description

本発明は、樹脂燃料タンクに関する。

車両の樹脂燃料タンクは、一般に燃料タンクに作用する正圧・負圧により燃料タンク自体が膨張・収縮を繰り返す。この燃料タンクの変形を抑制するために、燃料タンクの上壁と底壁の間に支持部材を介在させ、支持部材にダンパを設けるものが提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１１−１４８３３７号公報

ところで、樹脂燃料タンクはブロー成形によって成形されるため、燃料タンク内部に配設される内蔵部品は、ブロー成形時に溶融樹脂に固定される。成形時に樹脂は熱収縮するが内蔵部品は変形しないため、燃料タンクの壁面における内蔵部品の固定位置に応力が集中して歪等が生じてしまうおそれがあった。

この点について、上記先行技術には改善の余地があった。

本発明は上記事実を考慮し、壁部に対する応力集中を低減すると共に、燃料タンクの変形を抑制する樹脂燃料タンクを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明では、内部に燃料が貯留される閉空間が形成された燃料タンク本体と、前記閉空間の内部に配設され前記燃料タンク本体の１つの壁部に少なくとも２カ所の取付部で固定される内蔵部品と、前記内蔵部品において、前記壁部から離間して設けられ２つの前記取付部間を連結する連結部と、前記内蔵部品において、前記取付部と前記連結部の間に設けられ、一端が連結部に固定され、他端が連結部に対して高さ方向で離間して設けられた弾性変形可能な側面視逆Ｕ字型の変形吸収部と、を備える。

本発明の樹脂燃料タンクでは、燃料タンク本体の１つの壁部に少なくとも２ケ所の取付部で内蔵部品が固定される。内蔵部品の取付部間は連結部で連結されており、連結部と取付部の間に弾性変形可能な側面視逆Ｕ字型の変形吸収部が設けられている。

したがって、ブロー成形時後の冷却によって燃料タンク本体の壁部に熱収縮が生じた場合にも、内蔵部品の側面視逆Ｕ字型の変形吸収部が変形することによって取付部が壁部の収縮（変位）に追従することができ、壁部における内蔵部品の固定位置に応力が集中することを抑制できる。

また、燃料タンク本体が壁部から垂直な方向に変形（膨張・収縮）をする時には、壁部の変形に伴う取付部の変位が側面視逆Ｕ字型の変形吸収部の変形で吸収されるため、連結部側の変位が防止又は抑制される。したがって、燃料タンク本体の膨張・収縮変形時には、取付部から変形吸収部に至る部分や燃料タンク本体の壁部が連結部側と当接し、壁部の変形が停止される。すなわち、燃料タンク本体の変形が抑制される。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記変形吸収部と前記連結部の境界部分に設けられ、当該変形吸収部よりも板厚が厚い補強部を備える。

この樹脂燃料タンクでは、補強部と変形吸収部の間で板厚を変更することにより剛性及び強度が低下するため、所定値以上の荷重が内蔵部品に作用した場合、内蔵部品は補強部と変形吸収部との境界部分で破断される。この結果、燃料タンク本体の壁部において内蔵部品固定位置へ所定値以上の応力が集中することを防止できる。

請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、前記連結部に設けられる当接部と、前記変形吸収部と前記取付部との間に設けられ、前記当接部が前記壁部に沿って第１方向へ前記取付部に対して相対移動することで当該当接部と当接する第１被当接部と、を備える。

この樹脂燃料タンクでは、ブロー成形における冷却時には燃料タンク本体の壁部が壁面に沿って収縮変形する。この結果、壁部に固定されていた内蔵部品の取付部は、変形吸収部の変形によって壁部に追従して変位する。この際、変位方向と第１方向が一致するように燃料タンク本体内に内蔵部品を配設することで、取付部の変位に伴って当接部と第１被当接部が相対移動して当接可能となる。この結果、取付部の変位量を規制することができる。

請求項４記載の発明では、請求項３記載の発明において、前記変形吸収部と前記取付部との間に設けられ、前記当接部が前記壁部に沿って前記第１方向と反対方向である第２方向へ前記取付部に対して相対移動することで当該当接部と当接する第２被当接部を備える。

この樹脂燃料タンクでは、ブロー成形時の熱収縮において燃料タンク本体の壁部が壁面に沿って収縮変形する。この際、壁面の収縮方向が予測できない場合には、第１方向と反対方向の第２方向にも第２被当接部を設けることによって、いずれの方向に壁部が収縮した場合にも取付部の変形が規制できるようになる。

本発明は上記構成としたので、成形時の熱収縮によって燃料タンク本体の壁面における内蔵部品の固定点に応力が集中することを低減すると共に、燃料タンクの変形を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る樹脂燃料タンクの縦断面図である。本発明の一実施形態に係る内蔵部品の斜視図である。本発明の一実施形態に係るブロー成形時における樹脂燃料タンクの底壁に対する内蔵部品の取付構造を示す部分縦断面図である。本発明の一実施形態に係る熱収縮時における樹脂燃料タンクの底壁に対する内蔵部品の取付構造を示す部分縦断面図である。本発明の一実施形態に係る膨張変形時における樹脂燃料タンクの底壁に対する内蔵部品の取付構造を示す部分縦断面図である。本発明の一実施形態に係る収縮変形時における樹脂燃料タンクに対する内蔵部品の取付構造を示す部分縦断面図である。

本発明の一実施形態に係る樹脂燃料タンクについて図１〜図６を参照して説明する。

以下、各図面において、燃料タンク及び内蔵部品の長手方向を矢印Ｘ方向、短手方向を矢印Ｙ方向、上方向を矢印Ｚ方向で示す。なお、樹脂燃料タンクの内部には、様々な部品が取り付けられるが、本実施形態に関連する部品のみ図示し、他の部品は図示を省略する。

先ず、車両搭載時の樹脂燃料タンクについて図１〜図４を参照して説明する。

図１に示すように、樹脂燃料タンク１０は、前壁１２、後壁１４、上壁１６、底壁１８を備える燃料タンク本体１９の内部に、燃料を貯留する閉空間２０を形成したものである。

樹脂燃料タンク１０の内部には、底壁１８上に長手方向（矢印Ｘ方向）に沿って内蔵部品２４が固定されている。内蔵部品２４は、図２に示すように、頂壁２６と、頂壁２６の短手方向(矢印Ｙ方向)両端から下方に延在する側壁２８、３０と、側壁２８、３０の下端から短手方向に延在するフランジ部３２、３４とを有し、長手方向視ハット形状に形成されている。

内蔵部品２４の頂壁２６には、長手方向中央部で上側（矢印Ｚ方向）に突出した凸部３５が形成され、凸部３５の中央部にはさらに上側に突出した突起部３６が形成されている。

さらに内蔵部品２４は、図２に示すように、フランジ部３２の長手方向（矢印Ｘ方向）に沿って燃料タンク本体１９の底壁１８に固定するためのカシメ部３８Ａ、３８Ｂが設けられている。なお、フランジ部３４側にもカシメ部が形成されているが、フランジ部３２側と同様の構成なので説明を省略する。

フランジ部３２は、図２に示すように、長手方向に沿った２か所でフランジ部３２の一部が短手方向に切り欠かれた切欠部４２Ａ、４２Ｂが形成されている。この切欠部４２Ａ、４２Ｂによってフランジ部３２は、三つの固定部３２Ａ〜３２Ｃに分割されている。

カシメ部３８Ａは、固定部３２Ａ、３２Ｂから切欠部４２Ａに延びる舌片４４Ａ、４４Ｂと、舌片４４Ａ、４４Ｂに支持された円形の係止台４６とから構成されている。

舌片４４Ａは、図１及び図２に示すように、固定部３２Ａの上部に形成された側面視逆Ｕ字状に形成された弾性変形可能な変形吸収部４８Ａと、変形吸収部４８Ａの係止台４６側から係止台４６に向かって延在する接続部５０Ａとから形成されている。

変形吸収部４８Ａは、図１及び図２に示すように、固定部３２Ａ側の一端から上方に延在し、逆Ｕ字型に折り返されて下方に延在した他端が固定部３２Ａの上部で固定部３２Ａから離間して位置する。この変形吸収部４８Ａの他端側から係止台４６に向かって延びる接続部５０Ａが形成されている。

この接続部５０Ａは、水平に延在する底壁５２Ａと、そのＹ方向両側に形成された縦壁５４Ａとから樋形状に形成されている。この接続部５０Ａは、後述する係止台４６の縦壁６２の上部に接続される。

なお、変形吸収部４８Ａにおいて、接続部５０Ａの底壁５２Ａと接続している部分よりも他端（下）側をストッパ５６Ａとする。

一方、固定部３２Ａの切欠部４２Ａ側端部には、上側に折り曲げられた膨張規制部５８Ａが形成されている。この膨張規制部５８Ａは、ストッパ５６Ａの下端よりも高い位置まで形成されている。したがって、後述するように、ストッパ５６Ａや縦壁６２に対して膨張規制部５８ＡがＸ方向に所定量以上相対移動した場合には、ストッパ５６Ａや縦壁６２に当接して相対移動が規制されるように構成されている。

さらに、固定部３２Ａにおいて変形吸収部４８Ａとの境界である根元部６８Ａは、変形吸収部４８Ａよりも板厚が厚く形成されている。

なお、舌片４４Ｂも同様の構成なので、舌片４４Ａと同様の構成要素には同一の参照番号にＢを付し、その詳細な説明を省略する。

次に、係止台４６は、図２に示すように、円形の底部６０とその外周に沿って周回する縦壁６２から形成されている。底部６０の中央には、燃料タンク本体１９の底壁１８に形成された凸部（いわゆるダボ）６４が挿入される孔部６６（図１参照）が形成されている（図１参照）。燃料タンク本体１９の底壁１８に内蔵部品２４を設置する際、内蔵部品２４の係止台４６の孔部６６に底壁１８の凸部６４が挿入され、凸部６４の頭部が潰される（カシメる）ことによって内蔵部品２４を燃料タンク本体１９に固定している。

なお、カシメ部３８Ｂもカシメ部３８Ａと同様の構成であり、同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。なお、舌片４４Ａ、４４Ｂは、長手方向端部側の舌片を４４Ａとし、中央（突出部４０）側の舌片を４４Ｂとする。

ところで、この内蔵部品２４のカシメ部３８Ａ、３８Ｂでは、図３に示すように、初期状態（ブロー成形時の取付状態）において、長手方向端部側の舌片４４Ａのストッパ５６Ａと膨張規制部５８Ａの間隔（長手方向距離）Ｌ１が、長手方向中央側の舌片４４Ｂのストッパ５６Ｂと膨張規制部５８Ｂとの間隔（長手方向距離）Ｌ２よりも長く形成されている。

このように構成された樹脂燃料タンク１０の作用について説明する。

先ず、成形時の作用について説明する。

樹脂燃料タンク１０を製造する場合には、シート状の溶融樹脂を上型、下型に賦形し、そこに内蔵部品２４等を設置した後、型締めしてブロー成形し、溶融樹脂を冷却してから樹脂燃料タンク１０を型から取り出す。

この冷却によって、燃料タンク本体１９は全体的に収縮する。この際、図４に示すように、底壁１８も全体的に中心Ｃに向かって収縮する（図３→図４、矢印Ｘ１方向、矢印Ｘ２方向参照）。一方、内蔵部品２４は剛体なので収縮しないが、カシメ部３８Ａ、３８Ｂの舌片４４Ａ、４４Ｂが変形することによって係止台４６（底部６０）が底壁１８の収縮に追従して変位する。具体的には、底壁１８の収縮に伴ってカシメ部３８Ａの舌片４４Ａの変形吸収部４８Ａが拡がり、舌片４４Ｂの変形吸収部４８Ｂが折れ曲がることで、係止台４６が底壁１８の中心Ｃに向かって矢印Ｘ１方向に距離Ｄ１移動する。カシメ部３８Ｂも同様に変形吸収部４８Ａ、４８Ｂが変形し、係止台４６が底壁１８の中心Ｃに向かって矢印Ｘ２方向に距離Ｄ２移動する。

これによって、カシメ部３８Ａ、３８Ｂの係止台４６（底部６０）は、底壁１８の収縮方向に沿って変位することができ、成形時の熱収縮によって凸部６４のカシメ位置（内蔵部品２４の固定位置）で底壁１８に応力が集中することを抑制できる。

なお、この際、係止台４６（底部６０）の移動に伴って縦壁６２およびストッパ５６Ａ、５６Ｂが変位する。ストッパ５６Ａと膨張規制部５８Ａとの間、ストッパ５６Ｂと膨張規制部５８Ｂとの間にＸ方向の間隙Ｌ１、Ｌ２が形成されているため、係止台４６の移動に伴う膨張規制部５８Ａ、５８Ｂのストッパ５６Ａ、５６Ｂに対する相対移動を許容できる。すなわち、膨張規制部５８Ａ、５８Ｂが係止台４６の縦壁６２とストッパ５６Ａ、５６Ｂの間で相対移動可能であり、この移動可能距離が係止台４６（底部６０）の移動可能距離とされている。

なお、本実施形態のように、底壁１８に対する内蔵部品２４の設置位置によって収縮方向が予測される場合には、図３に示すように、収縮方向に合わせて間隙Ｌ１、Ｌ２を設定しておけば効果的である。例えば、カシメ部３８Ａでは、ストッパ５６Ａ、５６Ｂが底壁１８の収縮によって右側（矢印Ｘ１方向）に変位する（ストッパ５６Ａ、５６Ｂに対して膨張規制部５８Ａ、５８Ｂは左側に相対変位する）ことが予測できる。したがって、舌片４４Ａの間隙Ｌ１は大きく、舌片４４Ｂの間隙Ｌ２は小さく設定することで、膨張規制部５８Ａのストッパ５６Ａに対する、また膨張規制部５８Ｂの縦壁６２に対する相対変位量を大きく確保することができる。

また、膨張規制部５８Ａ、５８Ｂの相対移動量が過大となって、変形吸収部４８Ａ、４８ＢのＵ字部分の内側に進入しないように、膨張規制部５８Ａ、５８Ｂは組み付け状態時（図３参照）でストッパ５６Ａ、ストッパ５６Ｂの下端よりも高く形成されている。したがって、例えば、底壁１８の収縮量が過大で底部６０のＸ方向変位量が間隙Ｌ１よりも大きい場合には、膨張規制部５８Ａとストッパ５６Ａが当接して、膨張規制部５８Ａが変形吸収部４８Ａの内部に進入することが確実に防止される。

次に、この燃料タンク１０の使用時における作用について説明する。

燃料タンク１０に対する内蔵部品２４の使用時におけるカシメ部３８Ａ、３８Ｂの初期状態は、ブロー成形時の熱収縮による変位によって、図４に示す通りである。

ここで、燃料タンク１０に正圧が作用して膨張する場合には、底壁１８が下方向に変位する（図４→図５参照）。この結果、底壁１８にカシメ固定されている係止台４６（底部６０）に連続する接続部５０Ａ、５０Ｂも下方に変位する。なお、この変位は変形吸収部４８Ａ、４８Ｂの変形で吸収されるため、固定部３２Ａ〜３２Ｃは変位しない。この結果、下方に変位する接続部５０Ａ、５０Ｂの底壁５２Ａ、５２Ｂが固定部３２Ａ〜３２Ｃの先端に形成された膨張規制部５８Ａ、５８Ｂに突き当たる。この結果、内蔵部品２４の係止台４６にカシメ固定された底壁１８の膨張変形が停止される。すなわち、正圧による底壁１８の膨張変形を抑制することができる。

また、燃料タンク１０に負圧が作用して収縮する場合には、底壁１８が上方向に変位すると共に、上壁１６が下方向に変位する（図４→図６参照）。

この結果、底壁１８にカシメ固定されている係止台４６（底部６０）に連続する接続部５０Ａ、接続部５０Ｂも上方に変位する。この変位は変形吸収部４８Ａ、４８Ｂの変形で吸収されるため、固定部３２Ａ〜３２Ｃは変位しない。この結果、上方に変位する底壁１８が、固定部３２Ａ〜３２Ｃに突き当たる。この結果、内蔵部品２４の係止台４６にカシメ固定された底壁１８の収縮変形が停止される。すなわち、負圧による底壁１８の収縮変形を抑制することができる。

また、上壁１６が下方向に変位することにより、内蔵部品２４の頂壁２６の突起部３６に当接する。この結果、上壁１６は、突起部３６に支持されることになり、下方向への変形が抑制される。すなわち、負圧による上壁１６の収縮変形を抑制することができる。

このように、内蔵部品２４の上下で燃料タンク本体１９（上壁１６、底壁１８）の変形を抑制しているため、燃料タンク本体１９の収縮変形を確実に抑制することができる。

ところで、燃料タンク１０では、燃料タンク本体１９に対して内蔵部品２４をカシメ固定している係止台４６と内蔵部品２４の固定部３２Ａ〜３２Ｃの間に舌片４４Ａ、４４Ｂ（変形吸収部４８Ａ、４８Ｂ）を設けて底壁１８の変形を吸収するように構成している。したがって、ブロー成形時に熱収縮する底壁１８に追従して係止台４６が変位可能である。この結果、熱収縮時に底壁１８における内蔵部品２４の固定位置に応力が集中することが抑制される。これは、熱収縮の問題だけでなく、寸法誤差や組み付け誤差、あるいは燃料タンク本体１９と内蔵部品２４との材料物性（膨潤、線膨張等）の差等による応力集中に対しても同様に抑制することができる。

また、固定部３８Ａ〜３８Ｃには、膨張規制部５８Ａ、５８Ｂを設けているため、燃料タンク本体１９に正圧が作用した場合、底壁１８と一体的に変位する接続部５０Ａ、５０Ｂの底壁５２Ａ、５２Ｂが膨張規制部５８Ａ、５８Ｂに当接する。この結果、底壁５２Ａ、５２Ｂに連続する係止台４６（底部６０）にカシメ固定された底壁１８の（膨張）変形が抑制される。

さらに、底壁１８が変形した場合の係止台４６の変位を舌片４４Ａ、４４Ｂの変形吸収部４８Ａ、４８Ｂの変形で吸収するため、固定部３２Ａ〜３２Ｃ側に変位が伝達されない。したがって、燃料タンク本体１９に負圧が作用した場合、上方に変形する底壁１８が固定部３２Ａ〜３２Ｃに当接することにより、底壁１８の（収縮）変形が抑制される。同時に上壁１６が内蔵部品２４の突起部３６に当接することで、上壁１６の変形も抑制される。

また、膨張規制部５８Ａ、５８Ｂが縦壁６２とストッパ５６Ａ、５６Ｂの間で相対移動可能とされている。したがって、ストッパ５６Ａ、５６Ｂと縦壁６２との距離を調整することで、膨張規制部５８Ａ、５８Ｂの矢印Ｘ方向の相対移動距離（底部６０の移動距離）を調整することができる。

さらにまた、固定部３２Ａ〜３２Ｃの膨張規制部５８Ａ、５８Ｂは、舌片４４Ａ、４４Ｂのストッパ５６Ａ、５６Ｂの下端よりも高く形成されている。したがって、燃料タンク本体１９の熱収縮時に底壁１８が所定量以上変位した場合に、膨張規制部５８Ａ、５８Ｂとストッパ５６Ａ、５６Ｂが相対変位により当接する。この結果、膨張規制部５８Ａ、５８Ｂが変形吸収部４８Ａ、４８Ｂ（Ｕ字形部分）の内部に進入することが確実に防止される。

またさらに、変形吸収部４８Ａ、４８Ｂは底壁１８側から入力される変形を吸収すると共に、内蔵部品２４側から伝達される荷重を変形により吸収して底壁１８における内蔵部品２４の固定位置に作用する応力を緩和することができる。

また、固定部３２Ａ〜３２Ｃの根元部６８Ａ、６８Ｂの板厚を変形吸収部４８Ａ、４８Ｂの板厚よりも厚くしている。これにより、内蔵部品２４側から底壁１８側に過剰な応力が伝達された場合には、根元部６８Ａ、６８Ｂから変形吸収部４８Ａ、４８Ｂが折れ、内蔵部品２４から底壁１８に対する過剰な応力の伝達を抑制することができる。

なお、本実施形態では、ブロー成形時の燃料タンク本体１９の底壁１８の収縮中心Ｃが内蔵部品２４の長手方向の中心として説明したが、内蔵部品２４と離間した位置でも良い。この場合には、カシメ部３８Ａ、３８Ｂの係止台４６（底部６０）は同一方向に移動するので、本実施形態のようにカシメ部３８Ａ、３８Ｂにおける舌片４４Ａ、４４Ｂの配置が左右対称ではなく、同一となる。

また、本実施形態では、燃料タンク本体１９の収縮時に、内蔵部品２４の固定部３２Ａ〜３２Ｃが当接することで底壁１８の変形を抑制したが、固定部３２Ａ〜３２Ｃに下方に突出する突起部を設ける構成としても良い。この場合には、突起部に底壁１８が当接することで底壁１８の収縮変形を抑制する。

１０樹脂燃料タンク
１６上壁（壁部）
１８底壁（壁部）
１９燃料タンク本体
２４内蔵部品
３２Ａ〜３２Ｃ固定部（連結部）
４４Ａ、４４Ｂ変形吸収部
５８Ａ、５８Ｂ膨張規制部（当接部）
５６Ａ、５６Ｂ（第１、第２被当接部）
６０底部（取付部）
６２縦壁部（第１、第２被当接部）
６８Ａ、６８Ｂ根元部（補強部）

Claims

内部に燃料が貯留される閉空間が形成された燃料タンク本体と、
前記閉空間の内部に配設され前記燃料タンク本体の１つの壁部に少なくとも２カ所の取付部で固定される内蔵部品と、
前記内蔵部品において、前記壁部から離間して設けられ２つの前記取付部間を連結する連結部と、
前記内蔵部品において、前記取付部と前記連結部の間に設けられ、一端が連結部に固定され、他端が連結部に対して高さ方向で離間して設けられた弾性変形可能な側面視逆Ｕ字型の変形吸収部と、
を備える樹脂燃料タンク。
前記変形吸収部と前記連結部の境界部分に設けられ、当該変形吸収部よりも板厚が厚い補強部を備える請求項１記載の樹脂燃料タンク。
前記連結部に設けられる当接部と、
前記変形吸収部と前記取付部との間に設けられ、前記当接部が前記壁部に沿って第１方向へ前記取付部に対して相対移動することで当該当接部と当接する第１被当接部と、
を備える請求項１又は２記載の樹脂燃料タンク。
前記変形吸収部と前記取付部との間に設けられ、前記当接部が前記壁部に沿って前記第１方向と反対方向である第２方向へ前記取付部に対して相対移動することで当該当接部と当接する第２被当接部を備える請求項３記載の樹脂燃料タンク。