JP7304331B2 - 燃料タンク及び燃料タンクの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料タンク及び燃料タンクの製造方法に関する。

タンクロアとタンクアッパーとが周方向に接合して一体形成された樹脂製の燃料タンクが知られている（特許文献１）。タンクロアとタンクアッパーの外側には、周方向に亘ってフランジ部及び凹部が設けられている。

当該燃料タンクを製造する際は、まず、タンクロア及びタンクアッパーを、例えば、射出成形で形成する。そして、タンクロア及びタンクアッパーの側壁の端部同士を突き合わせるとともに前記凹部に治具を挿入し、タンクロア及びタンクアッパーに振動を付与するとともに上下方向に押圧する（振動溶着）ことで両者を接合することができる。

特開２００６－１８２０９３号公報

前記したように、接合する際には、タンクロア及びタンクアッパーの側壁の端部同士が溶着部（接合面）となる。タンクロア及びタンクアッパーを射出成形する際、両者の側壁の端部付近は、流動末端部となるため樹脂の流れが悪くなり、ボイドやヒケが発生するおそれがある。タンクロア及びタンクアッパーの側壁の端部付近にボイドやヒケが発生すると、接合する際に接合不良となるおそれが高くなり、燃料が透過したり、接合強度が低下したりするという問題がある。

そこで本発明は、接合部にボイドが発生するのを防ぐとともに、接合強度を高めることができる燃料タンク及び燃料タンクの製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、射出成形で形成されたタンクロアとタンクアッパーとが互いの周端部において周方向全体に亘って溶着されて成る樹脂製の燃料タンクであって、前記タンクロア及び前記タンクアッパーの側壁の端部同士において、前記側壁よりも板厚方向に幅広に形成されるとともに外方に張り出す接合部と、前記接合部からくびれ部を介してさらに外方に張り出すフランジ部と、前記側壁の外面と前記フランジ部との間に形成され溶着の際に用いられる治具が挿入される凹部と、をそれぞれ有し、対向する前記接合部同士が溶着されているとともに、前記接合部のうち前記凹部に対応する部位の断面積が、前記フランジ部の断面積よりも小さく、前記くびれ部は、前記接合部と前記フランジ部との間において前記接合部よりも厚さが小さくなっていることを特徴とする。

また、本発明は、樹脂製のタンクロア及びタンクアッパーを射出成形によりそれぞれ成形する成形工程と、前記タンクロアの側壁の端部に設けられた接合部と、前記タンクアッパーの側壁の端部に設けられた接合部とを周方向に亘って突き合わせる突合せ工程と、前記接合部同士を溶着により接合する接合工程と、を含み、前記タンクロア及び前記タンクアッパーの側壁の端部は、前記側壁よりも板厚方向に幅広に形成されるとともに外方に張り出す接合部と、前記接合部からくびれ部を介してさらに外方に張り出すフランジ部と、前記側壁の外面と前記フランジ部との間に形成され溶着の際に用いられる治具が挿入される凹部と、をそれぞれ有し、前記成形工程では、前記接合部のうち前記凹部に対応する部位の断面積を、前記フランジ部の断面積よりも小さくなるように成形し、前記接合部と前記フランジ部との間に前記接合部よりも厚さが小さい前記くびれ部を成形することを特徴とする。

本発明によれば、接合部のうち凹部に対応する部位の断面積が、フランジ部の断面積よりも小さいため、成形時に接合部付近の樹脂の流動性が向上する。これにより、タンクロア及びタンクアッパーの成形時において、接合部にボイドやヒケが発生するのを防ぐことができる。よって、タンクロアとタンクアッパーとを接合する際に、溶着部又はその近傍にボイドが発生するのを防ぐことができ、好適に接合することができる。また、接合部を側壁よりも幅広に形成しているため、溶着面積を大きくすることができ、接合強度を高めることができる。

また、前記接合部は、前記側壁に対して垂直になっていることが好ましい。

本発明によれば、タンクロア及びタンクアッパーの成形時において、接合部の樹脂の流動性を高めることができ、ボイドやヒケの発生をより抑制することができる。

本発明の燃料タンク及び燃料タンクの製造方法によれば、接合部にボイドが発生するのを防ぐとともに、接合強度を高めることができる。

本発明の実施形態に係る燃料タンクの斜視図である。 本実施形態に係る燃料タンクの接合部周りの断面図である。 本実施形態に係るタンクアッパーの接合前の断面図である。 比較例１に係るタンクアッパーの接合前の断面図である。 比較例２に係るタンクロア及びタンクアッパーの接合前の断面図である。 比較例２に係る燃料タンクの接合後の断面図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態に係る燃料タンク１は、樹脂製であって内部に燃料を貯留するための中空容器である。燃料タンク１は、タンクロア２と、タンクアッパー３とを周方向に接合して形成されている。

タンクロア２及びタンクアッパー３は、概ね矩形の底部１０と、底部１０の周端から立ち上がる４つの側壁１１とで形成されている。タンクロア２及びタンクアッパー３は、本実施形態では、単層のポリアミド系樹脂で形成されているが、他の樹脂で形成されていてもよいし、複数層構造であってもよい。

図２に示すように、タンクロア２及びタンクアッパー３はその端部同士が周方向に亘って溶着されている。タンクロア２及びタンクアッパー３の端部はいずれも概ね同じ形状になっているため、タンクアッパー３を例示して説明する。タンクアッパー３は、側壁１１と、接合部１２と、フランジ部１３と、凹部１４と、くびれ部１５とを備えている。

側壁１１は、燃料タンク１の壁となる部位であり、概ね一定の板厚で形成されている。接合部１２は、側壁１１の端部に形成され、対向するタンクロア２の接合部１２と溶着する部位である。接合部１２は、タンクアッパー３の周方向に全体に亘って形成されている。接合部１２の幅は、側壁１１の幅（板厚）よりも大きくなっている。つまり、接合部１２は、一定の厚さで、側壁１１の内面１１ａから外面１１ｂの側方まで張り出して延設されている。また、接合部１２は、側壁１１の外方のみに張り出しており、内面１１ａよりも内方には張り出していない。接合部１２の幅は、適宜設定すればよいが、本実施形態では側壁１１の幅の二倍程度になっている。

フランジ部１３は、接合部１２からさらに側方（外方）に張り出す部位である。フランジ部１３の形状は特に制限されないが、本実施形態では略台形を呈する。フランジ部１３の厚さは、接合部１２の厚さよりも大きくなっている。フランジ部１３は、タンクアッパー３の周方向に全体に亘って形成されている。フランジ部１３の内部には、ボイドＶが形成されている。

凹部１４は、側壁１１の外面１１ｂとフランジ部１３との間に形成される溝である。凹部１４は、後記する振動溶着の際に、治具が挿入される部位である。くびれ部１５は、接合部１２とフランジ部１３との間に形成されている。

図２に示すように、タンクロア２とタンクアッパー３とは側壁１１の端部同士が溶着によって一体化されている。つまり、対向する接合部１２，１２の接合面同士が、幅方向全体に亘って、かつ、周方向全体に亘って溶着されて一体化されている。フランジ部１３，１３同士は溶着されていてもよいし、本実施形態のように隙間をあけて離間していてもよい。

接合部１２（図２中点線で囲まれた部位）のうち、凹部１４に対応する部位Ｓ（網掛け部分）の断面積は、フランジ部１３の断面積よりも小さくなっている。なお、ここで示す断面積は、いずれも鉛直方向に対する各部位の断面積である。

次に、本実施形態に係る燃料タンクの製造方法について説明する。本実施形態に係る燃料タンクの製造方法では、成形工程と、突合せ工程と、接合工程と、を行う。成形工程は、タンクロア２及びタンクアッパー３を成形する工程である。成形工程では、例えば、所定の圧力で保圧を付与しつつ、射出成形でタンクロア２及びタンクアッパー３を成形する。成形工程によって、フランジ部１３の内部にボイドＶが発生する。ボイドＶの発生状況については後記する。

図３は、本実施形態に係るタンクアッパーの接合前の断面図である。接合工程前の接合部１２の接合面１２ａとフランジ部１３の底面１３ａとで形成された段差は、溶着する際の溶着代となる部分である。接合部１２は、接合面１２ａ、内面１２ｂ、仮想外面１２ｃ及び仮想上面１２ｄで囲まれた部位である。接合面１２ａは、接合部１２の端面（下面）となる部位であって、幅方向に亘って平坦になっている。内面１２ｂは、側壁１１の内面１１ａと面一に延長する部位である。仮想外面１２ｃは、接合面１２ａの外側の端部から接合面１２ａに対して垂直に立ち上がる部位である。仮想上面１２ｄは、凹部１４の底部１４ａに接触し、接合面１２ａと平行となる部位である。接合工程の前においても、接合部１２（図３中点線で囲まれた部位）のうち、凹部１４に対応する部位Ｓ（網掛け部分）の断面積は、フランジ部１３の断面積よりも小さくなっている。接合部１２のうち凹部１４に対応する部位Ｓは、接合面１２ａ、仮想外面１２ｃ、仮想上面１２ｄ及び仮想内面１２ｅで囲まれた部位である。仮想内面１２ｅは、側壁１１の外面１１ｂと面一となる部位である。また、くびれ部１５の厚さは、接合部１２の厚さよりも小さくなっている。また、フランジ部１３の厚さは、接合部１２の厚さよりも大きくなっている。

突合せ工程は、タンクロア２の側壁１１の端部に設けられた接合部１２と、タンクアッパー３の側壁１１の端部に設けられた接合部１２とを周方向に亘って突き合わせる工程である。

接合工程は、タンクロア２とタンクアッパー３とを接合する工程である。タンクロア２とタンクアッパー３との接合方法は特に制限されないが、本実施形態では、振動溶着によって両者を溶着している。タンクロア２の凹部１４及びタンクアッパー３の凹部１４にそれぞれ治具を挿入し、振動させつつ互いに近接する方向に押圧することで両者を溶着することができる。以上によって、燃料タンク１が形成される。

ここで、本実施形態の作用効果について比較例と対比しながら説明する。図４は、比較例１に係るタンクアッパーの接合前の断面図である。比較例１に係るタンクアッパー１００は、側壁１１１と、側壁１１１の端部に設けられた接合部１１２と、側壁１１１の外面１１１ａに形成された中間部１１５と、中間部１１５の外側に形成されるフランジ部１１３と、側壁１１１の外面１１１ａとフランジ部１１３との間に形成される凹部１１４とを有する。中間部１１５は、溶着代を確保するために、接合部１１２の接合面１１２ａから上方にセットバックしている。

比較例１のタンクアッパー１００を射出成形する場合、接合部１１２の部分は成形型のキャビティの末端部となる。つまり、接合部１１２が形成される部位は射出成形の際に樹脂の流動末端部となるため、樹脂の流れが悪くなる。また、接合部１１２（図４の点線部）は、中間部１１５やフランジ部１１３よりも断面積（体積）が大きい。このように、キャビティの末端部であって、比較的体積の大きい部位は、樹脂の流動性が悪くなるとともに、成形型に近い部分と樹脂の内部との温度差が大きくなるため、ボイドＶやヒケ（図示省略）が発生しやすい。

接合部１１２にボイドＶやヒケが発生した状態で接合工程を行うと、接合部１１２，１１２同士の溶着部や溶着部の近傍にボイドＶが残存し、接合不良となるおそれがある。また、ボイドＶの存在により、接合強度が低下するとともに、燃料が透過するおそれもある。

これに対し、本実施形態によれば、図３に示すように、接合部１２のうち凹部１４に対応する部位Ｓ（網掛け部分）の断面積が、フランジ部１３の断面積よりも小さくなっている。接合部１２、特に部位Ｓは、他の部位に比べて断面積（体積）が小さいため比較的早く冷却され樹脂が硬化する。このため、接合部１２にボイドＶやヒケが発生するのを抑制することができる。

換言すると、本実施形態ではフランジ部１３の部位が、キャビティの末端部となるとともに、比較的断面積（体積）が大きい部位となる。つまり、ボイドＶやヒケが発生しやすい箇所を接合部１２ではなく、フランジ部１３とすることができる。フランジ部１３にボイドＶやヒケが発生したとしても、フランジ部１３は接合（溶着）強度に寄与する部位ではないため、接合不良の原因とはならない。このように、本実地形態によれば、ボイドＶやヒケが発生する場所を制御することで、接合不良となるのを防ぐことができる。また、フランジ部１３にボイドＶやヒケをあえて発生させることにより、接合部１２にヒケが発生し難くなるため、接合部１２にボイドＶやヒケが発生するのを防ぐことができる。

また、本実施形態では、側壁１１よりも接合部１２を幅広に形成しているため、溶着面積を大きく確保することができ、接合強度を高めることができる。

また、本実施形態に係る接合部１２は、側壁１１に対して垂直になっている。換言すると、接合部１２の接合面１２ａが幅方向に亘って平坦で、かつ、側壁１１の内面１１ａと接合部１２の接合面１２ａとが垂直になっている（側壁１１の内面１１ａ及び接合部１２の内面１２ｂと、接合部１２の接合面１２ａとが垂直）。これにより、側壁１１からフランジ部１３まで樹脂が流れやすくなり、接合部１２で樹脂の流れが低下するのを防ぐことができる。

また、接合部１２とフランジ部１３との間にくびれ部１５が形成されていることが好ましい。これにより、成形時に樹脂がフランジ部１３側により流動しやすくなる。

図５は、比較例２に係るタンクロア及びタンクアッパーの接合前の断面図である。図６は、比較例２に係る燃料タンクの接合後の断面図である。ここでは、比較例２のタンクロア２０及びタンクアッパー３０における射出成形におけるボイドＶの発生と、接合後の状況について説明する。

図５に示すように、タンクロア２０は、側壁３１と、接合部３２と、フランジ部３３と、凹部３４とを備えている。タンクアッパー３０は、タンクロア２０と同じ構造になっている。接合部３２（図５中の点線部分）の断面積は、フランジ部３３の断面積よりも大きくなっている。それぞれ射出成形を行うと、タンクアッパー３０の接合部３２のうち、接合面に近い部位にはボイドＶが発生している。比較例２のように、接合部３２の断面積は、フランジ部３３の断面積よりも大きいため、接合部３２にボイドＶが形成されている。

図６に示すように、タンクロア２０とタンクアッパー３０とを接合すると、タンクアッパー３０に形成されたボイドＶは接合後も溶着部付近に残存している。また、新たなボイドＶａ，Ｖａも形成されている。

以上説明した比較例２のように、射出成形後の接合部３２にボイドＶ又はヒケが形成されていると、接合部３２，３２同士を溶着させた際に、溶着部又はその近傍にボイドＶが残存するおそれが高くなる。溶着部又はその近傍にボイドＶが残存すると、接合強度が低下するとともに、燃料が透過するおそれも高くなる。

これに対し、前記した本実施形態によれば、射出成形時における接合部１２のボイドＶやヒケの発生を防止する、換言すると、ボイドＶやヒケがフランジ部１３に発生するように制御することで、好適に接合することができる。

１ 燃料タンク
２ タンクロア
３ タンクアッパー
１１ 側壁
１２ 接合部
１３ フランジ部
１４ 凹部
１５ くびれ部

Claims (3)

1. 射出成形で形成されたタンクロアとタンクアッパーとが互いの周端部において周方向全体に亘って溶着されて成る樹脂製の燃料タンクであって、
   前記タンクロア及び前記タンクアッパーの側壁の端部同士において、
   前記側壁よりも板厚方向に幅広に形成されるとともに外方に張り出す接合部と、
   前記接合部からくびれ部を介してさらに外方に張り出すフランジ部と、
   前記側壁の外面と前記フランジ部との間に形成され溶着の際に用いられる治具が挿入される凹部と、をそれぞれ有し、
   対向する前記接合部同士が溶着されているとともに、前記接合部のうち前記凹部に対応する部位の断面積が、前記フランジ部の断面積よりも小さく、
   前記くびれ部は、前記接合部と前記フランジ部との間において前記接合部よりも厚さが小さくなっていることを特徴とする燃料タンク。
2. 前記接合部は、前記側壁に対して垂直になっていることを特徴とする請求項１に記載の燃料タンク。
3. 樹脂製のタンクロア及びタンクアッパーを射出成形によりそれぞれ成形する成形工程と、
   前記タンクロアの側壁の端部に設けられた接合部と、前記タンクアッパーの側壁の端部に設けられた接合部とを周方向に亘って突き合わせる突合せ工程と、
   前記接合部同士を溶着により接合する接合工程と、を含み、
   前記タンクロア及び前記タンクアッパーの側壁の端部は、前記側壁よりも板厚方向に幅広に形成されるとともに外方に張り出す接合部と、前記接合部からくびれ部を介してさらに外方に張り出すフランジ部と、前記側壁の外面と前記フランジ部との間に形成され溶着の際に用いられる治具が挿入される凹部と、をそれぞれ有し、
   前記成形工程では、前記接合部のうち前記凹部に対応する部位の断面積を、前記フランジ部の断面積よりも小さくなるように成形し、前記接合部と前記フランジ部との間に前記接合部よりも厚さが小さい前記くびれ部を成形することを特徴とする燃料タンクの製造方法。

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