(57)【要約】【課題】少ない数の補強部材でもタンクシェルの剛性を高め、タンクの軽量化を図ることができる軽量燃料タンクの提供。【解決手段】アッパーシェル２とロアシェル３とを接合して形成される直方体状のタンクシェルと、タンクシェルの内底面から両長手壁面まで達するタンクシェルの短手方向に沿って固定されたタンク内側に凸の断面形状を有する１又は複数の補強部材４とを有し、補強部材４の板厚が前記タンクシェルの板厚以下で、前記１又は複数の補強部材４の重量が前記タンクシェル重量の十分の１以下とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アッパーシェルとロアシェルとを接合して形成される直方体状のタンクシェルと、タンクシェルの内底面から両長手壁面まで達する、タンクシェルの短手方向に沿って固定されたタンク内側に凸の断面形状を有する１又は複数の補強部材と、を有し、前記補強部材の板厚が前記タンクシェルの板厚以下で、前記１又は複数の補強部材の重量が前記タンクシェル重量の十分の１以下であることを特徴とする軽量燃料タンク。
【請求項２】
前記補強部材の凸部の高さを（ｈ）、底部幅を（ｗ）とした場合、ｈは５〜１００ｍｍ、ｗは１〜５０ｍｍであり、ｈとｗの比（ｈ/ｗ）が１〜１４の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の軽量燃料タンク。
【請求項３】
前記タンクシェルの底面積が０．２ｍ２を超える場合、前記補強部材を２〜８本設けることを特徴とする請求項１または２に記載の軽量燃料タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両に搭載される軽量燃料タンクに係り、特に、軽量な補強部品で耐圧剛性を確保し、タンクシェルの板厚を薄くできる軽量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、実際の使用環境下において、タンク内には圧力変動が生じており、この圧力変動に伴って燃料タンクは膨張、収縮を繰り返している。このため、規定の圧力を負荷したときのタンク変形量が基準値以下となるようにタンク設計がなされている。
【０００３】
主にプレス成形にてアッパーシェル及びロアシェルを形成し、これらを接合する方法で製造される自動車用の金属製燃料タンクは、近年、軽量化が図られており、タンク素材の板厚を薄くする薄手化によりタンクの軽量化を図ることが最も効果的である。
【０００４】
しかし、タンクシェルの板厚を単純に薄手化するとタンクの剛性低下を招くので、例えばプレス成形時にタンクシェルにビードを形成し剛性を確保することがなされている（特許文献１）。しかし、タンクシェルにビードを設けると、プレス成形性の観点から導入できるビード深さに限界があり、必要な剛性を確保できないばかりか、タンクの内容量が減るという問題もある。
【０００５】
このため、タンクシェルに別部材である補強部品を取り付けてタンクシェルの剛性を高くする提案がなされている（特許文献２、３）。
【０００６】
特許文献２、３に記載の燃料タンクは、接合された一対のシェル間に補強部材を取り付けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１５８９５６号公報
【特許文献２】特開２００５−１６２０１０号公報
【特許文献３】特開平９−１８９２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
引用文献２、３に記載の燃料タンクのように、対向するシェル間に補強部材を配置するタンク構造にあっては、大型の補強部材を要するため、タンクの軽量化の効果が小さい。
【０００９】
また、自動車用燃料タンクは一般に略直方体状に形成され、特許文献１に開示の燃料タンクでは、ビードをロアシェルの底面に多数本形成している。
【００１０】
しかしながら、ビードに代えて補強部材をロアシェルの底面に配置しても、補強部材の数が多いため、タンクの軽量化にはつながらない。
【００１１】
本発明の目的は、補強部材をできるだけ少なくしてタンクシェルの剛性を高めることができ、タンクの軽量化を図ることができる軽量燃料タンクを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的を実現する軽量燃料タンクの第１の構成は、アッパーシェルとロアシェルとを接合して形成される直方体状のタンクシェルと、タンクシェルの内底面から両長手壁面まで達する、タンクシェルの短手方向に沿って固定されたタンク内側に凸の断面形状を有する１又は複数の補強部材と、を有し、前記補強部材の板厚が前記タンクシェルの板厚以下で、前記１又は複数の補強部材の重量が前記タンクシェル重量の十分の１以下であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の目的を実現する軽量燃料タンクの第２の構成は、上記の構成において、前記補強部材の凸部の高さを（ｈ）、底部幅を（ｗ）とした場合、ｈは５〜１００ｍｍ、ｗは１〜５０ｍｍであり、ｈとｗの比（ｈ/ｗ）が１〜１４の範囲であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の目的を実現する軽量燃料タンクの第３の構成は、上記の第１または第２の構成において、前記タンクシェルの底面積が０．２ｍ２を超える場合、前記補強部材を２〜８本設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、補強部材が、タンクシェルの底面部のみならず、両長手壁面まで延びていることにより、内圧変化によるタンクシェルの変形を抑えることができ、しかも補強部材の板厚をタンクシェルの板厚よりも薄くし、総重量をタンクシェル重量の十分の１以下として軽量化を図っても、タンクシェルの内圧変化に対してタンクシェルの変形を十分に抑えることができる。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、補強部材の断面形状を規定することにより、さらなるタンクシェルの耐圧強度の大幅向上が実現できる。
【００１７】
請求項３に係る発明によれば、タンクシェルの高さが低く、相対的に底面積が広い、扁平のタンクのような、大きな変形量を生じやすいタンクに対しても、軽量化を図りつつタンクシェルの耐圧強度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による軽量燃料タンクの実施形態を示す縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図。
【図３】図２のＢ−Ｂ矢視図。
【図４】図１〜図３に示す補強部材の縦断面図。
【図５】正圧（２６ｋＰａ）負荷時の補強部材の高さ（ｈ）と底部幅（ｗ）の比（ｈ/ｗ）と、ロアシェルの最大変位量の関係を示す図。
【図６】正圧（＋２０ｋＰａ）負荷時のロアシェルの最大変位量を示す図。
【図７】負圧（−１６ｋＰａ）負荷時のロアシェルの最大変位量を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
本実施形態の軽量燃料タンク１は、直方体状に形成されている。軽量燃料タンク１は、直方体形状のアッパーシェル２とロアシェル３とを接合して構成されている。アッパーシェル２とロアシェル３とは、金属板をプレス成形してそれぞれ矩形箱型形状に形成されている。ここで、軽量燃料タンク１の短手方向をｘ軸方向、長手方向をｙ軸方向、高さ方向をｚ軸方向とする。
【００２１】
矩形箱型形状に形成されたロアシェル３は、矩形形状の底面をなす底面部３１と、側壁面をなすｘ軸方向に平行な一対の対向する短手壁面部３２，３４と、側壁面をなすｙ軸方向に平行な一対の対向する長手壁面部３３，３５が一体的に形成されている。また、ロアシェル３の開口部には、フランジ部３６が形成されている。なお、アッパーシェル２もロアシェル３と略同一構造に形成され、互いのフランジ部３６を合わせて接合され、軽量燃料タンク１が形成される。
【００２２】
ロアシェル３の内面には、ｘ軸方向に沿って図４に示す断面ハット形状に形成された補強部材４が隔設して複数取り付けられている。本実施形態において、補強部材４は、例えば板材をプレス成形により形成され、断面凸形状の凸部４ａの下端両側にフランジ部４ｂを延出したハット形状に形成されている。
【００２３】
補強部材４は、ロアシェル３の底面部１３の内底面に溶接により固着される第１補強部４１と、前記第１補強部４１の両側からｚ軸方向を上方に向けてそれぞれ延び、対向する長手壁面部３３と長手壁面部３５の両内壁面にわたって溶接により固着される第２補強部４２とが一体に構成されている。第２補強部４２の高さとしては、両長手壁面部３３，３５の高さの中間位置が好ましく、それ以上の高さにしても、単に重量の増加を招くのみである。また、第２補強部４２の高さが低すぎると、十分な変形抑制効果が得られない。第２補強部４２は、底面部から両長手壁面部３３，３５にかかる曲面部の変形を抑えることで、ロアシェル３の底面部１３の変形を抑える役割を果たす。したがって、本実施形態では、両長手壁面部３３，３５の全高にわたって第２補強部４２を設けずに、両長手壁面部３３，３５の変形抑制ができる高さまで第２補強部を設けている。
【００２４】
本実施形態において、ロアシェル３の板厚をｔ１、補強部材４の板厚をｔ２とすると、ｔ１＞ｔ２とし、できる限り補強部材４の軽量化を図っている。また、補強部材４の総重量をタンクシェルの重量（アッパーシェル２とロアシェル３の重量）の十分の１以下としている。
【００２５】
図４に示すように、補強部材４の凸部４ａの高さをｈ、底部幅をｗとすると、ｈを低くすれば補強部材４のｘ−ｚ面における曲げ剛性（縦剛性と称す）が低くなり、５ｍｍ以下になると、ほとんど変形の抑制効果が得られない。逆にｈを高くすればｘ−ｚ面における曲げ剛性が高くなるので、タンクの変形が少なくなるが、１００ｍｍ以上となると補強部材の重量が大きくなりすぎ、十分な軽量化効果が得られない。そのため、高さｈは５〜１００ｍｍとする。また、同重量で考えた場合、底部幅ｗをなるべく小さくし、その分高さｈを高くした方が、タンクの変形が少なくなると考えられるが、底部幅ｗをあまり狭くしすぎると、ｘ−ｙ面における曲げ剛性（横剛性と称す）が低くなり、タンク変形時に補強部材４が横方向（幅方向）に曲がってしまう。そのため、底部幅ｗは１ｍｍ以上とする。一方、底部幅ｗを５０ｍｍ以上とすると、補強部材の重量が大きくなりすぎ、十分な軽量化効果が得られない。そのため、底部幅ｗは１〜５０ｍｍとする。
【００２６】
図５は、重量を等価とした補強部材４の高さｈと底部幅ｗとの関係を示すグラフで、ロアシェルに補強部材４を２本設置したタンクに、正圧（＋２６ｋPａ）を負荷した時のロアシェルの最大変位を縦軸、横軸に高さｈと底部幅ｗの比（ｈ/ｗ）を示している。図５において、補強部材４の凸部４ａにおける高さｈが低い分、底部幅ｗが広く、ｈ/ｗが１以下となる破線で囲む領域１は、補強部材４の剛性が低いために、ロアシェルの変位量が大きくなる。また、ｈ/ｗが１４を超えると、凸部４ａの高さｈが高い分、底部幅ｗが狭すぎるため、破線で囲む領域２は、ロアシェル変形時に補強部材４が横方向に曲がってしまうため、ロアシェルの変位量が大きくなってしまう。したがって、本実施形態では、ｈ/ｗを１〜１４の範囲で使用する。
【００２７】
本実施形態において、補強部材４は、タンクシェルの底面部３１の底面積（長辺×短辺）が０．２ｍ２を超えるタンクに対して補強部材４を２〜８本取り付けるようにしている。
【００２８】
すなわち、同圧力に対するタンクの変形量は、底面積が広いほど大きくなるため、０．２ｍ２以下のタンクは、タンクの変形量がもともと小さく、補強部材４を取り付けた時の変形抑制代も小さくなってしまう。その結果、補強部材４による重量増を補うだけの軽量化効果代が小さい。これに対し、底面積が０．２ｍ２を超えるタンクに対し２本以上の補強部材４を取り付ければ、大きな変形抑制効果が得られ、軽量化効果代も大きくなる。ただし、補強部材が８本を超えると、補強部材による重量増を補うだけの軽量化効果が小さくなる。従って、底面積が０．２ｍ２を超えるタンクの補強部材は２〜８本とする。
【実施例】
【００２９】
板厚０．９ｍｍの軟鋼板をプレス成形し、アッパーシェル２及びロアシェル３を作製し、それらフランジ部をシーム溶接にて接合することで、燃料タンク１を作製した。この燃料タンクの長辺は８００ｍｍ、短辺は５００ｍｍであり、底面積は、０．４０ｍ２であった。補強部材を設けていない燃料タンクを比較例１、ロアシェル底面部３１のみに補強部材（図１、図２に示す第１補強部４１に相当）を短辺方向に沿って設けた燃料タンクを比較例２、図１、図２のようにロアシェル長手壁面部３５，３６まで第２補強部４２を第１補強部４１から延ばした補強部材４を短辺方向に沿って設けた燃料タンクを実施例１、比較例３，４とする。これらのタンクシェルに正圧（＋２０ｋＰａ）、負圧（−１６ｋＰａ）負荷時のロアシェルの最大変位量を図６、図７に示す。比較例２はｈ×ｗを２５ｍｍ×１０ｍｍ、比較例３はｈ×ｗを１５ｍｍ×３０ｍｍ、実施例１はｈ×ｗを２５ｍｍ×１０ｍｍ、比較例４はｈ×ｗを２９ｍｍ×２ｍｍとしている。また、補強部材には軟鋼板を用い、板厚は全て０．５ｍｍであった。
【００３０】
比較例２のｈ/ｗは２．５、比較例３のｈ/ｗは０．２、実施例１のｈ/ｗは２．５、比較例４のｈ/ｗは１４．５である。また、補強部材はそれぞれ２本設け、比較例２の１本の補強部材の重量は１７０ｇ、比較例３、実施例１、比較例４の１本の補強部材の重量は２１０ｇである。また、タンクシェルの重量は９．２ｋｇであった。
【００３１】
図６に示す正圧負荷時において、比較例１〜４はタンクシェルの変位量が７ｍｍ以上発生した。一方、図７に示す負圧負荷時において、比較例１、２はロアシェルの変位量が４０ｍｍ以上発生し、比較例３、実施例１、比較例４はロアシェルの変位量が、２０ｍｍ以下と小さかった。
【００３２】
燃料タンクは、正圧及び負圧双方の条件に対して、変形量が小さいことが求められる。そのため、比較例３,４は負圧負荷時の変形量は小さいが、正圧負荷時の変形量が大きく不適である。一方、実施例１は、正圧及び負圧共に変形量が小さく、補強部材が適正であった。
【符号の説明】
【００３３】
１  軽量燃料タンク
２  アッパーシェル
３  ロアシェル
３１  底面部      ３２，３４  短手壁面部
３３，３５  長手壁面部      ３６  フランジ部
４  補強部材
４ａ  凸部        ４ｂ  フランジ部
４１  第１補強部        ４２  第２補強部
【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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【図７】
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