(57)【要約】【課題】内圧力に対する燃料タンクの剛性及び疲労特性を向上させ軽量化を実現する。【解決手段】アッパーシェル１及びロアーシェル２をプレス成形し、それぞれを接合する方法で製造される金属製燃料タンクにおいて、正圧負荷時の変形量が大きい部分を締め付けバンド５で巻き締め、負圧負荷時の変形量が大きい部分には、プレス成形時にアッパーシェル１及びロアーシェル２に凹部６を設け、かつ、接合した時にそれぞれの凹部３の中心軸が一致するようにする。【選択図】図２A
2010221747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス成形により成形されたアッパーシェル及びロアーシェルを接合した燃料タンク構造において、
該燃料タンクの外面に沿って配置されることにより、前記アッパーシェル及び前記ロアーシェルを互いに接近させる方向に押圧する締め付けバンドを有することを特徴とする燃料タンク構造。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料タンク構造であって、前記アッパーシェルの外面には前記ロアーシェル側に突出するアッパー側凹部が形成されており、前記ロアーシェルの外面には前記アッパーシェル側に突出するロアー側凹部が形成されており、前記アッパーシェル及び前記ロアーシェルの接合方向視において、前記アッパー側凹部及び前記ロアー側凹部の中心軸が一致することを特徴とする燃料タンク構造。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料タンク構造であって、前記アッパー側凹部の底面部と、前記ロアー側凹部の底面部とを接続する接続部材を有することを特徴とする燃料タンク構造。
【請求項４】
該燃料タンクは、タンク内部の圧力変化に応じて膨張し、この膨張の際に変位量が最大となる部位に締め付けバンドを配置したことを特徴とする請求項１に記載の燃料タンク構造。
【請求項５】
有限要素法による圧力解析結果に基づき、前記締め付けバンドが配置される位置を定めたことを特徴とする請求項４に記載の燃料タンク構造。
【請求項６】
該燃料タンクは、タンク内部の圧力変化に応じて膨張及び収縮し、膨張の際に変位量が最大となる部位に締め付けバンドを配置し、収縮の際に変位量が最大となる部位に前記アッパー側凹部及び前記ロアー側凹部を形成したことを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料タンク構造。
【請求項７】
有限要素法による圧力解析結果に基づき、前記締め付けバンドが配置される位置、前記アッパー側凹部及び前記ロアー側凹部が形成される位置を定めたことを特徴とする請求項６に記載の燃料タンク構造。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちいずれか一つに記載の燃料タンク構造を備えた燃料タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料タンク構造及びその構造を備えた燃料タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に取り付けられた燃料タンクは、実使用環境下において内部の圧力変動が生じており、それに伴って、燃料タンクは膨張や収縮を繰り返している。従って、例えば軽量化を目的に、燃料タンク本体の板厚を薄くした場合、燃料タンクの剛性が低下することから、内部の圧力変動による変形量が増大し、周辺部品と燃料タンクが接触したり、変形の起点になるような部位で疲労が蓄積され、疲労破壊に至ることも考えられる。
【０００３】
以上のことから、軽量化を実現するためには、その分、燃料タンクの剛性を上げる必要がある。これに対して、特許文献１には、アッパーシェル及びロアーシェルの底面相互をステーによって連結し、内圧力を受けた際のタンクの変形を抑制する方法が開示されている。また、特許文献２には、燃料タンク形状をドーナツ状にすることで耐圧性を高めた燃料タンクが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６２０１０号公報
【特許文献２】特開平９−３０９３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来技術には以下の問題点がある。特許文献１に開示されている方法では、部品構成が複雑になり、生産性が著しく低下するだけでなく、疲労破壊の起点となり易い溶接点数が増加することで、溶接部を起点とした疲労破壊の可能性が高くなる。
【０００６】
また、特許文献２に開示されている方法では、燃料タンク形状をドーナツ状にする必要があり、燃料タンクの形状の自由度が低い上に、中心部は空洞となるため、その分だけタンクの容量が減ることを意味し、限られたスペースで最大限容量を確保することを求められる燃料タンクにおいては不利な形状である。
【０００７】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、形状自由度の低下を極力抑え、比較的簡易な方法で燃料タンクの剛性を向上させることで、燃料タンクの軽量化を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための、本発明の燃料タンク構造は、（１）プレス成形により成形されたアッパーシェル及びロアーシェルを接合した燃料タンクにおいて、該燃料タンクの外面に沿って配置されることにより、前記アッパーシェル及び前記ロアーシェルを互いに接近させる方向に押圧する締め付けバンドを有することを特徴としている。
【０００９】
（２）（１）の構成において、前記アッパーシェルの外面には前記ロアーシェル側に突出するアッパー側凹部が形成されており、前記ロアーシェルの外面には前記アッパーシェル側に突出するロアー側凹部が形成されており、前記アッパーシェル及び前記ロアーシェルの接合方向視において、前記アッパー側凹部及び前記ロアー側凹部の中心軸が一致するように構成することができる。
【００１０】
（３）（２）の構成において、前記アッパー側凹部の底面部と、前記ロアー側凹部の底面部とを接続する接続部材を設けることができる。
【００１１】
（４）（１）の構成において、該燃料タンクは、タンク内部の圧力変化に応じて膨張し、この膨張の際に変位量が最大となる部位に締め付けバンドを配置することができる。
【００１２】
（５）（４）の構成において、有限要素法による圧力解析結果に基づき、前記締め付けバンドが配置される位置を定めることができる。
【００１３】
（６）（２）又は（３）の構成において、タンク内部の圧力変化に応じて膨張及び収縮し、膨張の際に変位量が最大となる部位に締め付けバンドを配置し、収縮の際に変位量が最大となる部位に前記アッパー側凹部及び前記ロアー側凹部を形成することができる。
【００１４】
（７）（６）の構成において、有限要素法による圧力解析結果に基づき、前記締め付けバンドが配置される位置、前記アッパー側凹部及び前記ロアー側凹部が形成される位置を定めることができる。
【００１５】
（８）（１）〜（７）の燃料タンク構造を備えた燃料タンク。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、内圧力を負荷された燃料タンクの最弱部の変形を抑制し、効率的に剛性を高めることが可能であり、疲労特性を向上させることも可能である。これによって、燃料タンク本体の板厚を薄くすることが可能となり、低コストで軽量な燃料タンクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】燃料タンクの斜視図
【図２Ａ】燃料タンクの平面図である。
【図２Ｂ】燃料タンクの断面図である
【図３】凹部の断面図である。
【図４】変形例１の凹部の断面図である。
【図５】変形例２の凹部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の請求項１に係る金属製燃料タンクの一実施形態を示しており、この燃料タンクは特に正圧に対して高い変形抑制効果を有している。なお、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する異なる三軸を示している。
【００１９】
アッパーシェル１の下端部にはアッパー側フランジ部３Ａが形成されており、ロアーシェル２の上端部にはロアー側フランジ部３Ｂが形成されている。これらのアッパー側フランジ部３Ａ及びロアー側フランジ部３Ｂはシーム溶接により接合されている。この接合方法はシーム溶接に限られるものではなく、レーザー溶接、ろう付け、接着材、かしめなどの他の接合方法を用いることもできる。また、燃料タンクは固定バンド４で車体のフロアに吊下げられた状態で固定されている。燃料タンクの固定方法はこれに限られるものではなく、例えば、アッパー側フランジ部３Ａ及びロアー側フランジ部３Ｂを車体のフロアにボルトで固定する方法などを用いることもできる。
【００２０】
更に、この燃料タンクは、燃料タンク外部の温度変化などの影響を受けて膨張する。燃料タンクが膨張、つまり正圧が負荷された場合の変形を抑制するために、締め付けバンド５で燃料タンクを巻き締めている。締め付けバンド５をアッパーシェル１及びロアーシェル２の外面に沿って配置して締めつけることにより、燃料タンクの膨張力に抗してアッパーシェル１及びロアーシェル２を接近させる方向（Ｚ軸方向の一方向）に押圧することができる。
【００２１】
この締め付けバンドの位置や本数は特に規定しないが、正圧を負荷した際の燃料タンクの変形が大きくなる部分に配置することでより高い変形抑制効果が得られる。また、この締め付けバンド５の素材や板厚、幅も特に規定しないが、素材を高強度化する、もしくは板厚や板幅を増すことでバンド強度を高めることができる。これによって、より高い変形抑制効果を得ることができる。
【００２２】
図２は、本発明の請求項２に係る金属製燃料タンクの一実施形態を示している。図２Ａは燃料タンクの平面図であり、図２Ｂは燃料タンクをＡ−Ａ´面で切断した断面図である。なお、燃料タンクは、タンク外部の温度変化などの影響を受け膨張及び収縮する。これらの図を参照して、アッパーシェル１には、ロアーシェル２に向かって突出するアッパー側凹部６Ａが形成されている。このアッパー側凹部６Ａは、ロアーシェル２に接近するほど内径寸法が漸減する円錐台状に形成されている。ロアーシェル２には、アッパーシェル１に向かって突出するロアー側凹部６Ｂが形成されている。このロアー側凹部６Ｂは、アッパーシェル１に接近するほど内径寸法が漸減する円錐台形状に形成されている。これらのアッパー側凹部６Ａ及びロアー側凹部６Ｂは、プレス加工により成形されている。
【００２３】
負圧を負荷されることにより燃料タンクは収縮するが、この時、アッパー側凹部６Ａ及びロアー側凹部６Ｂが互いにＺ軸方向において当接して、アッパーシェル１及びロアーシェル２のそれ以上の変形を抑制するから、負圧に対しても高い変形抑制効果を得ることができる。
【００２４】
また、Ｚ軸方向視において、アッパー側凹部６Ａ及びロアー側凹部６Ｂの中心軸は一致している。これにより、燃料タンクの収縮時において、アッパー側凹部６Ａ及びロアー側凹部６Ｂを確実に当接させ、変形を抑制することができる。
【００２５】
図２Ａ、図２Ｂでは、アッパー側凹部６Ａ及びロアー側凹部６Ｂの個数がそれぞれ１つの場合を示しているが、この凹部の数や位置はこれに限定されるものではない。アッパー側凹部６Ａ及びロアー側凹部６Ｂを、負圧を負荷した際の燃料タンクの変形が大きくなる部分に形成することにより、より高い変形抑制効果が得られる。
【００２６】
図３はアッパー側凹部６Ａ及びロアー側凹部６Ｂの断面図である。アッパー側凹部６Ａ及びロアー側凹部６Ｂはプレス加工によって成形されるため、凹部の深さ（Ｚ軸方向の深さ）をより深くとるには、凹部の穴径をより大きく、凹部に流れ込むＲをより大きくする必要がある。ただし、この凹部の体積分だけ燃料タンクの内容積が減少することから、凹部の穴径やＲを大きくしすぎることは望ましくない。従って、この凹部の形は、プレス成形性や内容積の減少分をどれだけ許容するかで決定されるものであり、アッパー側凹部６Ａ及びロアー側凹部６Ｂの中心軸が一致さえしていれば、形状は特に限定されるものではない。そのため、例えば、下記の変形例も本願発明に含まれる。
【００２７】
図４は変形例１の燃料タンクの部分断面図であり、図３に対応している。アッパー側凹部６Ａ及びロアー側凹部６Ｂが非接触である点を除き、図２に図示する燃料タンクと同様の構成である。図４を参照して、アッパー側凹部６Ａ及びロアー側凹部６Ｂの深さは図２Ａの実施形態よりも小さく、非膨張及び非収縮時において、アッパー側凹部６Ａ及びロアー側凹部６Ｂの底面は互いに離間している。
【００２８】
上述の構成において、燃料タンクに負圧が加わった場合には、アッパー側凹部６Ａ及びロアー側凹部６Ｂの底面は互いに接近して、接触するため、それ以上の変形を抑制することができる。従って、図３に示す初期状態において、必ずしもアッパー側凹部６Ａ及びロアー側凹部６Ｂの底面が互いに接触している必要はなく、これらの離間距離が燃料タンクの収縮範囲内であれば問題はない。
【００２９】
図５を参照して、本発明の請求項３に係る金属製燃料タンクの一実施形態（以下、変形理例２という）について説明する。図５は変形例２の燃料タンクの部分断面図であり、図３及び図４に対応している。変形例２に示す燃料タンクは、アッパー側凹部６Ａ及びロアー側凹部６Ｂを接合手段を用いて接合しており、その他の構成は図２の燃料タンクと同様である。接合手段には、溶接、ろう付け、接着材、ボルト接合を用いることができる。
【００３０】
変形例２の構成によれば、燃料タンクが正圧を受ける際に、アッパー側凹部６Ａ及びロアー側凹部６Ｂが離間するのを抑制できる。これにより、変形抑制効果を高めることができる。その他、図２に図示する構成と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
請求項４に係る燃料タンクは、特に正圧を負荷した際の変形量が大きい燃料タンクに対して効果を発揮するものであり、燃料タンクが膨張する際に変位量が最大となる部位に締め付けバンド５を配置している。この変位量が最大となる部位については、市販の有限要素法解析ソフトを用いて、燃料タンク内に正圧を負荷する圧力解析を行うことにより特定することができる。これによって、燃料タンクの正圧に対する最弱部位の変形を効果的に抑制することが可能であり、より高い変形抑制効果を得ることができる。上述の構成では、有限要素法を用いたが本発明はこれに限定されるものではなく、境界要素法、有限差分法など他の方法を用いて圧力解析を行うこともできる。
【００３２】
請求項６に係る燃料タンクは、正圧及び負圧を負荷した際の変形量が共に大きい燃料タンクに対して効果を発揮するものであり、燃料タンクが膨張する際に変位量が最大となる部位に締め付けバンド５を配置し、燃料タンクが収縮する際に変位量が最大となる部位にアッパー側凹部６Ａ及びロアー側凹部６Ｂを形成している。この変位量が最大となる部位については、市販の有限要素法解析ソフトを用いて、燃料タンク内に正圧及び負圧を負荷する圧力解析を行うことにより特定することができる。これによって、燃料タンクの正圧及び負圧に対する最弱部位の変形を効果的に抑制することが可能であり、より高い変形抑制効果を得ることができる。上述の構成では、有限要素法を用いたが本発明はこれに限定されるものではなく、境界要素法、有限差分法など他の方法を用いて解析することもできる。
【００３３】
なお、本発明の燃料タンクには、ガソリン燃料、ディーゼル燃料、エタノール燃料など車両の内燃機関を駆動するのに必要な様々な燃料を収容することができる。また、内燃機関のみを動力源とする車両はもちろんのこと、内燃機関と二次電池又は燃料電池とを動力源として兼用するハイブリッド車両にも適用することができる。
【実施例】
【００３４】
以下本発明の実施例を示す。試験に用いた燃料タンク素材は、板厚０．８ｍｍであり、質量％で、Ｃを０．００１５％、Ｓｉを０．０１％、Ｍｎを０．１５％、Ｐを０．０１％、Ｓを０．０１％、Ｔｉを０．０６％、Ｂを０．０００５％含有した、引張り強度２７０ＭＰａ級の軟鋼板の表面にＳｎ−８％Ｚｎメッキを施した鋼板である。この鋼板にプレス成形を加え、アッパーシェル及びロアーシェルを作成し、これらのフランジ部分を重ね合わせ、シーム溶接にて接合し、燃料タンクとした。作成した燃料タンクの外観は、およそ直方体形状をしており、長辺が８００ｍｍ、短辺が６００ｍｍ、高さが１００ｍｍである。
【００３５】
この燃料タンクを比較例として用い、タンクＡと定義した。タンクＢはタンクＡに板厚１．６ｍｍ、幅３０ｍｍの軟鋼板製の巻き締めバンドを燃料タンクの長手方向３分の１の位置に巻いた燃料タンクである。タンクＣは燃料タンクの長手方向３分の１、短辺方向２分の１位置のアッパー及びロアーに深さ４９．２ｍｍの凹部をプレスにて成形し、それぞれの中心軸が一致するようにしている。
【００３６】
更にタンクＢに使用したのと同じバンドを長手方向３分の１の位置に巻き締めている。タンクＤは、タンクＣの凹部底同士をスポット溶接で接合している。タンクＥについては、先ず市販の有限要素法解析ソフトを用いて、タンクＡと同じ形状のタンク内に正圧を負荷する圧力解析を行った。その結果、燃料タンクの中心位置で変位量が最大となったため、当該部位にタンクＢに使用したのと同じバンドを巻き締めている。
【００３７】
タンクＦについては、先ず市販の有限要素法解析ソフトを用いて、タンクＡと同じ形状のタンク内に正圧及び負圧を負荷する圧力解析を行った。その結果、正圧、負圧共に燃料タンクの中心位置で変位量が最大となったため、当該部位にタンクＢに使用したのと同じバンドを巻き締めると共に、タンクＣと同様の凹部を成形している。タンクＧについては、先ず市販の有限要素法解析ソフトを用いて、タンクＡと同じ形状のタンク内に正圧及び負圧を負荷する圧力解析を行った。その結果、正圧、負圧共に燃料タンクの中心位置で変位量が最大となったため、当該部位にタンクＢに使用したのと同じバンドを巻き締めると共に、タンクＣと同様の凹部を成形し、当該凹部底面同士をスポット溶接で接合している。
【００３８】
これら燃料タンクに、正圧１１ｋＰａ、負圧１０ｋＰａを負荷し、その時の最大変位量を表１に示している。周辺部品との干渉を避けるため、最大変位量が１０ｍｍ以下を合格、それより大きければ不合格としている。タンクＡは比較例であり、正圧、負圧共にタンクの剛性が不足しているために、変位量が大きく、基準を満たさないことがわかる。
【００３９】
タンクＢは主に正圧が負荷されるタンクに有効な本発明例であり、バンドを巻き締めていることにより、正圧に対して高い変形抑制効果をもち、基準を満たすことがわかる。タンクＣは正圧及び負圧が負荷されるタンクに有効な本発明例であり、バンドを巻き締めていること及び凹部を有していることによって、正圧及び負圧に対して変形抑制効果をもち、それぞれの基準を満たすことがわかる。タンクＤは正圧及び負圧が負荷されるタンクに有効な本発明例であり、バンドを巻き締めていること及び底面を接合した凹部を有していることによって、正圧及び負圧に対して高い変形抑制効果をもち、それぞれの基準を満たすことがわかる。
【００４０】
タンクＥは主に正圧が負荷されるタンクに有効な本発明例であり、有限要素法解析ソフトを使い、事前に変形が最大となる部位を特定しておき、当該部位に効果的にバンドを巻き締めていることにより、正圧に対してタンクＢよりも更に高い変形抑制効果をもち、基準を満たすことがわかる。タンクＦは正圧及び負圧が負荷されるタンクに有効な本発明例であり、有限要素法解析ソフトを使い、事前に変形が最大となる部位を特定しておき、正圧で変形が最大になる部位にバンドを巻き締め、負圧で変形が最大になる部位に凹部を有していることによって、正圧及び負圧に対してタンクＣよりも更に高い変形抑制効果をもち、それぞれの基準を満たすことがわかる。
【００４１】
タンクＧは正圧及び負圧が負荷されるタンクに有効な本発明例であり、有限要素法解析ソフトを使い、事前に変形が最大となる部位を特定しておき、正圧で変形が最大になる部位にバンドを巻き締め、負圧で変形が最大になる部位に底面を接合した凹部を有していることによって、正圧及び負圧に対してタンクＤよりも更に高い変形抑制効果をもち、それぞれの基準を満たすことがわかる。
【００４２】
【表１】
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○：有り  ×：無し
【図１】
2010221747.tif 000004
【図２Ａ】
2010221747.tif 000005
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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