(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンクの製造方法であって、複数区分の金型内で熱可塑性樹脂材料から２つのシェル状の半完成製品を形成して型キャビティを形成し、金型内に載置され若しくは前記シェルの形成前に用いられた繊維合成材料の要素と共に実質的に閉じた中空体を形成するために前記シェルを接続させ、前記要素は前記型キャビティにより規定される外形上に配されて、前記繊維合成材料は好ましくはその形成時に前記シェル状の半完成製品と好ましくは材料同士の接着をなすものであって、
熱可塑性樹脂材料からの前記シェル状の半完成製品は、チューブ状のプレフォームの押出が行われ、前記プレフォームは開くように切られてシート状の巻き取りを形成し、押出の熱を用いてシェルに取り出されて形成されるか、或いは巻き取り形式のシート状のプレフォームの押出が行われ、前記プレフォームは押出の熱によりシェルに形成されることで得られてなり、
前記プレフォームは、多層状態で押し出され、少なくとも１層の炭化水素のバリヤ層と、少なくとも１層の接着剤層を有し、該接着剤層は繊維合成材料の前記シート状要素に当接することを特徴とする燃料タンクの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の燃料タンクの製造方法であって、温度による養生可能な樹脂材料の前記シート状要素は金型内に載置されることを特徴とする燃料タンクの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料タンクの製造方法であって、前記シート状要素は溶融した熱い前記シェル状の半完成製品を介した接触熱伝導により養生されることを特徴とする燃料タンクの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか記載の製造方法により得られる、多層のタンク壁を有する樹脂製の燃料タンクであって、少なくとも１層の熱可塑性材料の内側層と、少なくとも一層の繊維合成材料の外側層を有し、
前記内側層と前記外側層は互いに材料同士で結合され、前記内側層としてポリエチレン、好ましくはHDPE（高密度ポリエチレン）に基づく多層押出物が配され、前記内側層と前記外側層は接着剤によって互いに接続されることを特徴とする燃料タンク。
【請求項５】
請求項４記載の燃料タンクであって、前記外側層は熱硬化性樹脂母材における繊維材料からなることを特徴とする燃料タンク。
【請求項６】
請求項４または５記載の燃料タンクであって、前記繊維材料として、ガラス繊維若しくは炭素繊維、好ましくは連続繊維が配されることを特徴とする燃料タンク。
【請求項７】
請求項５記載の燃料タンクであって、前記熱硬化性樹脂として、温度で養生される樹脂、好ましくはエポキシ系樹脂が配されることを特徴とする燃料タンク。
【請求項８】
請求項４乃至７のいずれか記載の燃料タンクであって、前記内側層は少なくとも１つの炭化水素のバリヤ層を有することを特徴とする燃料タンク。
【請求項９】
請求項４乃至８のいずれか記載の燃料タンクであって、前記内側層は４層の共押出物として形成されることを特徴とする燃料タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は樹脂製燃料タンクとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の自動車用の樹脂製燃料タンクは、ポリエチレン系（HDPE）の燃料タンクとして形成される。これらは通常、炭化水素のバリヤ層を伴う多層壁構造か、或いは化学処理（フッ素化若しくは硫化処理）により炭化水素への耐性をもったものとされる。HDPE系の樹脂製燃料タンクは、空間的に比較的複雑な設計を以て製造でき、十分な形状保持と安定性を有する。このような燃料タンクはまた十分な衝撃耐性を有し、衝突時において、対応する衝突力に耐えることができる。衝突時の燃料タンクの短期の変形は、一般には外郭への永久の変化につながるものではない。最後に、既知の樹脂製燃料タンクは、内部圧力が短期間で増大した際に、最大限にその形状を維持するものであり、少なくとも圧力が低下した時には元の形状に復帰するものとされる。
【０００３】
収納器壁の大きな面積を被う領域での燃料タンクの外形形状の変化を防止するため、燃料タンクの内側に種々の支持部材を配することが知られている。比較的に小さな樹脂製燃料タンクの場合には、タンクの内部に配される内部部品、例えば、内部バッフル、送りユニットなどの形式のものでさえタンクへの安定効果が得られる。
【０００４】
樹脂製燃料タンクの安定性手段は、ハイブリッド車の導入と共に重要度を増している。ディーゼル車やガソリン車の場合には、燃料タンクは通常実質的に圧力なしでいろいろなサイズの燃料蒸気フィルターを介して連通する。自動車の内燃機関が作動している間は、燃料蒸気フィルターは逆流となり、エンジンの運転フェーズの間で燃料蒸気フィルターを介してエンジンに必要な空気が取られてしまう。燃料蒸気フィルターの吸収容量は相応に設計される。
【０００５】
他方、昨今のハイブリッド車の場合、内燃機関の運転サイクルの数や運転時間は大きく減少する。結果として、燃料蒸気フィルターの可能な逆流サイクルの数や時間は同様に制限される。これは設置空間に起因してしばしば制限される燃料蒸気フィルターの対応する寸法を要求するものとなる。このためハイブリッド車の燃料タンクは、大気に対しておよそプラス４００ｍｂａｒ乃至マイナス１５０ｍｂａｒの圧力変動が燃料タンクに生じ得るようにしばしば大気と閉塞される。この大気に対する差圧はできるだけ長く比較的に長い時間に維持されるようにされている。
【０００６】
安定性はポリエチレン系の燃料タンクの関係では特に重要である。なぜならばポリエチレンは、持続した圧力や張力が加わると、室温であっても流動してしまい、タンク内側の支持要素の形式の安定用手段が全ての状況下では満足のいく結果を残し得ないからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
それ故、本発明は前述の課題を解決するための樹脂製燃料タンクを提供することを基礎になされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
その目的は、まず、多層のタンク壁を有する樹脂製の燃料タンクであって、少なくとも１層の熱可塑性材料の内側層と、少なくとも一層の繊維合成材料の外側層を有することを特徴とする燃料タンクにより達成される。この"サンドイッチ構造"は、燃料タンクが外側の、比較的に固く、軽い重さの層を有し、内側層は順応して特に燃料タンクシステム全体の非透過性を確かなものとさせる。本発明による燃料タンクは、高い強度で固い構造、同時にいくらかの脆弱性を有する利点と、いくらかの制限と炭化水素を非透過とし、衝突の際には、対応する衝撃負荷を吸収できるシェルの利点とを組み合わせている。この目的のため、もし内側層と外側層が互いに材料同士が接着されていなければ、有利かもしれない。前記燃料タンクの好都合な変形例においては、これらの層は互いに材料同士で接着される。
【０００９】
本発明に従う燃料タンクの特に好適な実施形態においては、HDPE系の多層押出物が内側層として配される。該内側層は従来法の共押出法で生産されても良い。
【００１０】
外側層は、例えば、熱硬化性樹脂母材に繊維材料を配したものとからなる。原理的には、熱可塑性樹脂も母材の材料として考慮される。
【００１１】
繊維材料として、ガラス繊維やアラミド繊維若しくは炭素繊維が、好ましくは連続繊維として、考慮される。
【００１２】
特に好ましくは熱硬化性樹脂として温度で養生できる樹脂が配される。この方法では、内側層と外側層が特に有利に１つの製造工程で互いに接着される。
【００１３】
内側層は、例えば炭化水素のバリヤ層を伴う共押出物とされる。
【００１４】
特に好ましくは、内側層は４つの層の共押出物とされ、共押出物の外側接着剤層が同時に外側層への材料同士で接着を作り出すようにすることも可能である。
【００１５】
先に知られた多層燃料タンクは、一般的に、６層の共押出物からなり、その層構造は、内側から外側にかけて、無色の純粋なHDPE層、接着剤層、EVOH（エチレン―ビニルアルコール共重合樹脂）のバリヤ層、例えばLDPE系のさらなる接着剤層、リサイクル若しくは再生（reground）樹脂層、及びカーボンブラックの色のHDPEからなるHDPE層を有する。
【００１６】
本発明の燃料タンクでは、タンク壁の２つの外側層が１つの繊維合成材料に有利に置換され、外側層の量が共押出物の外側層として必要とされていた量と同じかそれ以下にすることができるように外側層の厚みを選択できる。この場合、EVOH層上に位置する接着剤層は前記外側層との材料同士の接着をもたらす。
【００１７】
本発明が基づく目的は、燃料タンクを製造する方法、特に前述の型の燃料タンクを製造する方法であって、多部品金型内で熱可塑性樹脂材から２つのシェル状の半完成製品を形成し、型キャビティを形成し、前記金型内に置かれ若しくは前記シェルの形成前に適用された繊維合成材料の要素と共に、本質的に閉じた中空体を形成するように前記シェルを接続させ、前記要素は前記型キャビティにより定められる外郭に置かれて、前記繊維合成材料は好ましくは前記シェル状の半完成製品にその形成中に結合することを特徴とする燃料タンクを製造する方法によっても達成される。
【００１８】
本発明の方法の好適な変形例においては、シート状の養生されていない熱硬化性樹脂材料が金型内に置かれる。これらの要素は、例えば、所謂"プレプレグス"（pre-impregnated fibers）とすることができ、これらは言わば未だ養生していない熱硬化性の高分子母材に連続繊維を配したものからなる半完成の製品である。連続繊維は、純粋な一方向性の層、織り込んだ繊維、若しくは配された構造の形式をとることができる。例えば、それらは織られた繊維の巻き取りのまま金型内に配置され、そこに固定される。
【００１９】
本発明の方法の特に有益な変形例の場合では、金型での形成時に金型内に固定されるシート状要素に対して配され、それによって熱がシート状要素に伝導される熱く溶融したシート状の半完成製品を介した熱接触伝導により該シート状要素は養生（硬化）される。母材（熱硬化性の）の硬化特性の望ましい条件からは、シート状要素が冷却工程でのポリエチレン系の内側層の収縮に適合するという効果が得られる。
【００２０】
好ましくは本発明の方法は、チューブ状のプレフォームの押出を行うものであり、該プレフォームは開くように切られてシート状の巻き取りを形成し、押出の熱を用いてシェルに取り出されて形成される。
【００２１】
或いは、巻き取り形式のシート状のプレフォームは直接押し出され、押出の熱を用いてシェルに形成される。
【００２２】
押出の熱を使用することは実質的に押出機で可塑化された高分子の最初の熱からのものを意味する。
【００２３】
既知であり、また押出ブロー成形に使用される押出ヘッドと共押出ヘッドは、プレフォームの押出に使用されていても良い。
【００２４】
本発明の方法は、好ましくは押出ブロー成形方法として実行されるものであり、その中でプレフォームは実質的にブロー成形金型中の最初の熱でシェルに形状形成され、それらは一緒に結合若しくは互いに融着される。繊維合成材料の要素の形式のシェル状要素は、繊維合成材料のシェルの形式の半完成中空体を囲むように、ブロー成形金型内に配置される。
【００２５】
より好適には、プレフォームは、少なくとも１層の炭化水素及び／又は酸素のバリヤ層と少なくとも１層の接着剤層を伴う多層状態で押し出され、前記接着剤層は、内側層と外側層の間に材料同士の接着をもたらすように繊維合成材料のシート状要素に接するものとされる。
【００２６】
本発明の方法の有益な変形例においては、巻き取り状の熱可塑性樹脂のプレフォームは、３部のブロー成形金型の開いた部品の間に最初に運び込まれ、２つ外側型が完成製品の外郭を規定する型キャビティを形成する。最初の方法工程では、繊維合成材料の非養生若しくは部分的に養生した要素がブロー成形金型のキャビティ内に配置され、そこに固定される。さらなる工程では、巻き取り形状のポリエチレン系の熱可塑性樹脂のシート状のプレフォームがブロー成形金型の開いた外側金型とそれらの間に配設された中央金型の間に運び込まれる。次の方法工程では、中央金型に対してブロー成形金型が閉じられ、キャビティ内に配された繊維合成材料のシート状要素に対して熱可塑性樹脂材料のシェルが形成される。シェルの形成直後には、中央金型は、型キャビティに面している側のシェルにタンクの内部部品を接続するのに使用される。さらなる方法工程では、中央金型が除かれ、ピンチオフ溶接を形成しながらシェルが互いに融着されるようにブロー成形金型が互いに閉じられる。ピンチオフ溶接は燃料タンクの内側層の領域に実質的に形成される。繊維合成材料の要素は内側層の材料に接着して強い結合となることから、燃料タンクの外側層をピンチオフ溶接の領域に接続する繊維合成材料の要素は必ずしも必要なものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
図面に示された例示的な実施形態を基に本発明は以下に説明されるものであり、その中で、
【図１】繊維合成材料の２つの要素の形式での、樹脂製燃料タンクの内側層の模式斜視図である。
【図２】シート状要素がブロー成形金型のキャビティ内に導入された際の本発明の燃料タンクを製造するブロー成形金型を示す模式図である。
【図３】熱可塑性材料のプレフォーム押出の方法工程を図示する、図２に対応した図である。
【図４】繊維合成材料の要素に対して金型内でシェルを形成するところを図示した対応図である。
【図５】燃料タンクのシェルの融着の間での閉じたブロー成形金型を示す図である。
【図６】本発明の燃料タンクの壁構造を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図面（図５）に示される熱可塑性材料の燃料タンク１が、かなり概略的な形式で示されている。これは熱可塑性材料の内側層２と繊維合成材料の外側層３を有する。外側層３は、熱硬化性で温度養生できる材料の母材に、例えばガラス繊維や炭素繊維などの連続繊維を配したものとされる。これは、例えば温度で作用する硬化剤を伴うエポキシ樹脂とすることができる。外側層３は、燃料タンクを囲うものであり、全表面積に亘って内側層と材料同士の接着をなしうるものとされる。内側層２は、４層のHDPE系の共押出物であり、内側HDPE 層と、LPDE系の第１の接着剤層５と、EVOHからなるバリヤ層６と、第２の外側接着剤層７とからなり、該２の外側接着剤層７は繊維合成材料からなる外側層３と材料同士の接着を形成する。
【００２９】
本発明の燃料タンク１の製造は、図２に示す全部で３部のブロー成形金型８内で生じ、該金型は２つの外側金型９ａ、９ｂと１つの中央金型１０を有する。中央金型１０は、シェルを形成するための外側金型９ａ、９ｂによって形成されるキャビティを塞ぐことを主たる役目としており、中央金型１０は外側金型９ａ、９ｂのキャビティ１１の中に繊維合成材料の要素と挿入部品を導入することを第２の役目としている。
【００３０】
図１は２つの要素１２ａ、１２ｂを示し、それら既に半分のシェルの形状を有し、この形状で、図２に詳しく示すように完全に養生した状態で外側金型９ａ、９ｂのキャビティ１１の中に持ち込まれる。本発明では、要素１２ａ、１２ｂは、基本的に外形のない状態での巻き取り若しくは帯形式の要素で、外側金型９ａ、９ｂの開いた部分の間に初めに持ち込まれ、例えば真空などの手段により、差圧によって外側金型９ａ、９ｂのキャビティ１１に対して配されるものであっても良いと理解されるものである。しかしながら、要素は対応するマニピュレーターや取扱装置によってキャビティに対して配され、そこに固定されても良い。図示のものは、要素１２ａ、１２ｂが既に半シェルの形状を有しているが、それらの形状を完全には維持することができない変形例を示す。
【００３１】
図２に示す方法工程においては、図面の面内で互いに近接及び離間する外側金型９ａ、９ｂの間に配設されるのは、中央金型１０であり、該中央金型１０は、図面の面に出没する外側金型９ａ、９ｂの移動動作に関して横方向に移動できる。中央金型１０は、部品キャリア１４を有し、該部品キャリア１４は、空圧シリンダー１５の手段により、中央金型１０により形成されるフレームから外側金型の方向に出没動作するようにできる。図２に示す方法工程では、部品キャリア１４が要素１２ａ、１２ｂと共に導入され、要素１２ａ、１２ｂは初めに外側金型９ａ、９ｂに運び込まれ、キャビティ１１の中でそこに載置されたものである。これらの要素は、例えば真空などの手段により、そこに固定できる。さらなる方法工程（図３）では、巻き取り若しくは帯形状のシート状プレフォーム１７が、ぶら下がる方法、すなわち重力の方向に押出ヘッドから連続的に押し出される。前述のように、プレフォーム１７は、EVOHのバリヤ層を備えた４層のHDPE系の共押出物である。更なる方法工程においては、外側金型９ａ、９ｂは中央金型１０に対して閉じられ、外側金型９ａ、９ｂは中央金型１０に対してプレフォーム１７を毎回挟む。
【００３２】
ブロー成形金型８は、連続押出されるプレフォーム１７の出現を邪魔しないために、押出ヘッド１６の下で該ヘッドから離れる。
【００３３】
それから、例えばキャビティ１１を真空にし、或いはキャビティ１１の内壁に空気を吹き込むことで、差圧を与え、プレフォーム１７（図４）は、要素１２ａ、１２ｂに対して配される。初めに説明したように、要素１２ａ、１２ｂは熱硬化性樹脂材料の温度養生できる母材を有する。半シェル１８を形成するための内側層２の熱可塑性樹脂材料と共にキャビティにより規定される外郭で要素を養生させることは、熱く溶融したプレフォーム１７からの接触熱伝導により生ずる。さらなる方法工程では、中央金型１０はまだ熱く溶融した半シェルに内部部品を導入するのに使用できる。前述の部品キャリア１４は例えばこの目的のために同様に使用することができる。最後に、中央金型１０は外側金型９ａ、９ｂの間から取り除かれて、外側金型９ａ、９ｂは互いに閉じられ、周辺のピンチオフ端部１９の領域で融着される内側層２により半シェルが完成した燃料タンク１を形成することが行われる。
【符号の説明】
【００３４】
１  燃料タンク
２  内側層
３  外側層
４  内側HDPE層
５  第１接着剤層
６  バリヤ層
７  外側接着剤層
８  ブロー成形金型
９ａ、９ｂ  外側金型
１０  中央金型
１１  キャビティ
１２ａ、１２ｂ  要素
１４  部品キャリア
１５  空圧シリンダー
１６  押出ヘッド
１７  プレフォーム
１８  半シェル
１９  ピンチオフ端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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