(57)【要約】【課題】燃料タンクフランジ接合部での応力集中を回避し、疲労寿命を向上させる製造方法を提供する。【解決手段】燃料タンクアッパーシェル１及びロアーシェル２及び、それらを重ね合わせて接合した接合部３からなる、燃料タンクフランジ部分に曲げ成形を加えるにおいて、水平線４に対する、接合面の角度θが、４５度以上となるように曲げ成形を加える方法であって、内圧が負荷された際に発生する接合部分での歪みの集中を回避することが可能な、耐疲労特性に優れた燃料タンクの製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンクアッパーシェル及びロアーシェルのフランジ部分を重ね合わせて接合し、当該フランジ部に曲げ成形を加えるにおいて、水平線に対する、接合面の角度が45度以上となるような曲げ成形を加えることを特徴とする、燃料タンクの製造方法。
【請求項２】
前記曲げ成形により屈曲された前記フランジ部分の曲げ部の曲率半径は、前記フランジ部分における前記燃料タンクアッパーシェル及びロアーシェルの総板厚寸法の１／２以上であることを特徴とする請求項１に記載の燃料タンクの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法で製造された燃料タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は耐疲労特性に優れた燃料タンクの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両に取り付けられた燃料タンクは、外気温の変化等の影響を受けて、内部の気化した燃料が、膨張、収縮を繰り返す。これに伴い、燃料タンク自体も膨張、収縮を繰り返している。従って、仮に燃料タンクの剛性が不足している場合、内圧が変化して燃料タンクが膨張、収縮する際の変形量が大きくなる。
【０００３】
この時、アッパーシェル及びロアーシェルを接合しているフランジ部分では、それらを分離する方向の変形量が増大し、接合部で切り欠き効果も加わって歪の集中が発生し、繰り返し疲労が蓄積される。
【０００４】
このような繰り返し疲労に対処する方法として、燃料タンク自体の剛性を上げ、繰り返し圧力変化を受けた際の変形量を小さく抑え、接合部など歪の集中し易い部位での歪を小さく抑える方法がある。
【０００５】
具体的な燃料タンクの剛性を上げる方法として、燃料タンクの板厚を厚くする方法や、ビードを導入する方法がある。また、特開2005-162010号公報では、アッパーケース及びロアーケースの底面相互をステーにより連結することによって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。
【０００６】
また、特開平9-309347号公報では、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。これらの従来技術においても、安全上の問題を生じない範囲で燃料タンクの剛性は確保されている。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃料タンクの剛性を上げるため、素材の板厚を厚くした場合、タンク全体の剛性を確実に上げることができるが、一方でタンクの重量増加や素材のコスト増加を招くといった問題がある。
【０００８】
また、ビードを導入しタンクの剛性を上げる場合、よりタンクの剛性を上げるには深いビードを導入する必要があるが、ビードを深くするほど、タンクの容量が減ることになるため、その効果は限定的である。
【０００９】
また、ビードを設計する際には、圧力負荷時に変形量が大きくなる部位を予測し、かつビードの位置や幅、深さ等を試行錯誤的に設計する必要があり、タンク試作後に剛性が不足していることが判明した場合は、再度設計の見直しが必要となるなど、製造負荷が高いという問題もある。
【００１０】
特開2005-162010号公報（特許文献１）に開示されている方法では、アッパーケース及びロアーケースの底面相互をステーにより連結する必要があり、タンクのコスト増加を招くと共に、内圧力を受けた際に、ステーの連結部に歪が集中する場合がある。
【００１１】
また、特開平9-309347号公報（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非効率的である。
【００１２】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、燃料タンク重量の増大や、形状自由度の低下を招くことなく、比較的簡易な方法で疲労寿命を向上させることが可能な燃料タンク及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
燃料タンクアッパーシェル及びロアーシェルのフランジ部分を重ね合わせて接合し、当該フランジ部に曲げ成形を加えるにおいて、水平線に対する、接合面の角度が45度以上となるような曲げ成形を加えることを特徴とする、燃料タンク及びその製造方法である。
【００１４】
ここで、前記曲げ成形により屈曲された前記フランジ部分の曲げ部の曲率半径は、前記フランジ部分における前記燃料タンクアッパーシェル及びロアーシェルの総板厚寸法の１／２以上に設定するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、燃料タンクが内圧力の変化によって、膨張もしくは収縮する際に発生する、接合部分での歪の集中を緩和することができ、素材板厚を増大させることなく接合部近傍での耐疲労特性を向上させた燃料タンクを低コストで提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明の実施形態を図を用いて説明する。図１は請求項１に記載の曲げ成形を加える前、つまり従来の燃料タンクのフランジ部分の断面図を示している。アッパーシェル１及びロアーシェル２を重ね合わせてなるフランジの接合部３の接合方法はシーム溶接、レーザー溶接、ろう付け、接着材などの方法が用いられている。
【００１７】
このタンクを膨張させる方向に内圧が加わった場合を考えると、アッパーシェル１及びロアーシェル２が互いに分離する方向に力が加わる。
【００１８】
この時、当該接合部分には、切り欠き効果も加わって、図１に示す位置で歪の集中が発生する。そのため、当該接合部分の強度を高めることにより、より一層信頼性の高い燃料タンクを提供することができる。
【００１９】
本発明は、素材の板厚を増大させることにより、タンク全体の剛性を増すのではなく、薄手の素材であっても、繰り返しの内圧力変化に対する耐疲労特性に優れた燃料タンクを安価に製造する方法を提供することを目的としており、これらについて鋭意研究を重ねた結果、以下の結論に至った。
【００２０】
図２に本発明例を示す。歪の集中が起こる接合部分を有するフランジに、曲げ成形を加えることによって、内圧が加わりタンクが膨張する際の接合部分での歪を分散することができる。
【００２１】
これによって接合部での歪の集中が緩和されるため、耐疲労特性の向上が図れる。このような曲げ成形を加える方法として、目的の曲げＲに相当するＲを有するダイスをフランジのロアー側に押し当てた状態で、アッパー側からロアー側にパンチを移動させることで、フランジ部分に曲げ成形を加える方法があるが、曲げ成形方法は特に問わない。
【００２２】
但し、水平線に対する接合面の角度θ1が45度以上となるように曲げ成形を加える必要がある。
【００２３】
図２は、θ1が90度となるような曲げ成形を加えた例である。これは、フランジ先端がロアー側に位置するように曲げ成形を加えているが、フランジ先端がアッパー側に位置するように曲げ成形を加えても良い。
【００２４】
一方、比較例１として、フランジ部分に曲げ成形を加えているものの、水平線に対する接合面の角度θ2が45度未満の場合のフランジ断面図を図３に示す。このように曲げ角度が不足している燃料タンクに内圧が加わった場合、図１のように全く曲げ成形を加えていない場合に比べ、むしろ歪の集中が助長され、かえって疲労寿命の低下を招く。
【００２５】
この理由は、図１のように全く曲げ成形を加えていないフランジに内圧が加わった場合は、歪の集中がアッパー側、ロアー側それぞれにほぼ均等に分散するのに対して、図３のように曲げ角度が小さい場合は、歪の集中が片側（図３のようにフランジ先端をロアー側に曲げた場合はアッパー側）に集中するためである。
【００２６】
なお、図３に図示するように、接合部分が屈曲している場合には、接合部分の中心における接合面を基準として、曲げ角度が45度以上であるか否かを判別する。
【００２７】
従って、曲げ角度は45度以上とする必要がある。また、比較例２として、水平線に対する接合面の角度θ3が45度以上となるように曲げ成形を加えてはいるものの、曲折部の曲げＲ（曲率半径）が小さい場合のフランジ断面図を図４に示している。
【００２８】
このように、曲げＲが小さい場合、接合部分に歪が集中することは無いが、代わりに曲折部分に歪が集中するおそれがある。従って、曲折部の曲げＲは素材板厚以上のＲであることが望ましい。すなわち、曲折部の曲げＲは、フランジ部分におけるタンクアッパーシェル及びロアーシェルの総板厚寸法の１／２以上に設定するのが好ましい。
【実施例】
【００２９】
以下本発明の実施例を示す。試験に用いた燃料タンクの素材は、引張り強度270MPa級軟鋼板の板厚0.9mmである。この鋼板にプレスによる絞り成形を加え、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。作成したタンクは鞍型の形状をしており、図１と同様の形状のフランジを有している。
【００３０】
このタンクのフランジに水平線に対する接合面の角度が32、45、56、78、90度となるように曲げ成形を加えた。また、比較用として、全くフランジに曲げ成形を加えていないタンクも準備した。
【００３１】
なお、フランジに曲げ成形を加える際には、フランジの曲げRが5となるように、ロアー側に、R5の曲面を有するダイスを押し付けた状態で、アッパー側からロアー側にパンチを移動させることで曲げ成形を加えた。
【００３２】
燃料タンクは、繰り返しの内圧力変化によって疲労が進行し、かつ燃料タンクの疲労は低サイクル疲労であることが知られている。
【００３３】
つまり、繰り返し圧力負荷を与えた時の破断危険部（曲げを加えていない場合は図１、曲げを加えて場合は図３の歪集中発生位置に相当する位置）での歪範囲を求める事によって、燃料タンクの疲労寿命を知ることができる。
【００３４】
よって、燃料タンクに0kPa→18kPaの繰り返し内圧荷重を与えた時の、破断危険部の歪範囲を測定した。水平線に対する接合面の角度と歪範囲の関係をプロットした結果を図５に示す。水平線に対する接合面の角度が45度より小さい場合は、本発明適用範囲外であり、従来の曲げを加えていない場合よりも、歪範囲がむしろ大きくなり、疲労寿命が低下した。
【００３５】
一方、水平線に対する接合面の角度が45度以上となるように曲げ成形を加えた場合が本発明範囲であり、従来の曲げを加えていない場合に比べ、歪範囲が小さくなり、疲労寿命が向上した。
【００３６】
更に、90度まで曲げ成形を加えることで最大の歪範囲の低減効果が得られ、この時、燃料タンクの疲労寿命は大幅に向上した。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来の燃料タンクのフランジ断面図
【図２】本発明の一実施形態に係る燃料タンクのフランジ断面図
【図３】比較例１フランジ断面図
【図４】比較例２フランジ断面図
【図５】水平線に対する接合面の曲げ角度と歪範囲の関係を表したグラフ
【符号の説明】
【００３８】
１  アッパーシェル
２  ロアーシェル
３  接合部
４  水平線
【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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