(57)【要約】【課題】鋼板製の自動車用燃料タンクにおいてタンク内の圧力変動により疲労亀裂が最も入りやすい曲率半径が小さい部分にタンクの板厚の1倍以上の鋼板を貼り付けて補強し、従来より板厚の薄い鋼板を使用することでタンクの軽量化を図る。【解決手段】曲率半径が40mm以下の曲面を含む領域に、当該領域と同形状で板厚がタンク板厚の1倍以上の金属板を貼り付け補強する。燃料消費の削減に効果のある軽量化を図ることができ産業上極めて大きな効果を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクの板厚が1.2mm以下で曲率半径が40mm以下の曲面を含む領域に、当該領域と同形状で板厚がタンクの板厚の1倍以上の鋼板を貼り付け補強したことを特徴とする自動車用燃料タンク。
【請求項２】
前記鋼板の板厚は、前記タンクの板厚の４倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の自動車用燃料タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の燃料タンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車のガソリン燃料タンク用鋼材には、燃料タンク環境における耐食性と燃料タンクにプレス成形するための加工性が要求される。燃料タンク内部の環境は、ガソリンが劣化して生じたぎ酸や酢酸などの有機酸がガソリンに含有される水相に溶解した場合に、鋼材にとって厳しい腐食環境になる。
【０００３】
一方、燃料タンクの外面腐食は、融雪塩や海塩の塩害環境が主因である。これらの内外面の腐食環境に適合する鋼材としてPb-Sn合金を表面処理したターンシートが使用されている。また、近年の環境負荷物質溶出抑制の必要性からPbを含有しないメッキ鋼板（例えば、Aｌ系メッキ鋼板〔特開平９−１５６０２７号公報〕、Sn-Zn系メッキ鋼板〔特開２０００−１１９８６７〕が使用される場合がある。
【０００４】
このようなメッキ鋼板を用いて、燃料タンクはプレス成形で製造されるが、部分的に複雑な形状をしており、鋼材にはプレス成形性が合わせて要求される。その原板にIF鋼と呼ばれる軟鋼板を用いており、加工性を確保している。
【特許文献１】特開平９−１５６０２７号公報
【特許文献２】特開２０００−１１９８６７
【非特許文献１】姫木  浩明、他2名、「樹脂燃料タンク材料の疲労特性解析と耐久性評価」、社団法人自動車技術会、2005年春季大会学術講演論文集、No.19-05、p.21-24
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に述べられているように自動車用燃料タンクは、受熱および冷却の繰り返し等によるガソリン蒸気圧の変化により圧力変動を受ける。この圧力変動による疲労による亀裂の発生により板厚を薄くして軽量化を図ることが困難であった。
【０００６】
本発明は、このような状況を鑑み、燃料タンクに作用する圧力に耐え、軽量化を可能とするタンクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、タンクの板厚が1.2mm以下で曲率半径が40mm以下の曲面を含む領域に、当該領域と同形状で板厚がタンク板厚の1倍以上の金属板を貼り付け補強したことを特徴とする。前記鋼板の板厚を、前記タンクの板厚の４倍以下に設定するのが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
以上述べたように、本発明は燃料タンクの軽量化を図ることができ産業上極めて大きな効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために基礎的な検討を実施した。質量％で、Cを0.001％、Siを0.012％、Mnを0.12％、Pを0.01％含有し、引張り強さが270MPa級の軟鋼板を用いて、板厚の異なる普通乗用車用の燃料タンクを製作し、繰返し圧力を負荷した試験を行った。
【００１１】
その結果、板厚を薄くすると曲面部に疲労亀裂が発生することを知見した。続いて、曲面部に生じる歪振幅と疲労亀裂の関係を調査したところ、図１に示すように圧力変動により生じる歪振幅が大きくなると疲労亀裂が発生すること、すなわち燃料タンクの疲労が低サイクル疲労であることを知見した。
【００１２】
さらに、曲率半径が40mm以下になると曲げ変形による歪振幅が大きくなり疲労亀裂が発生することを突き止めた。疲労亀裂を防止するため、曲率半径が40mm以下の曲面部に当該部分と同形状の鋼板を貼り付けることを発想し、貼り付ける鋼板の領域と板厚について詳細に検討した。
【００１３】
図2に示す形状のタンクを用い、曲率半径が40mm以下の曲面部分を含む領域（図2中に斜線で示した領域）に、板厚の異なる金属板を張り付け試験を行った。その結果、図3に示すように歪振幅の大きさは張り付ける部分の形状により異なるものの、タンク板厚の1倍以上の金属板を貼り付けることで曲げによる歪振幅が著しく軽減されるという重要な知見を得た。
【００１４】
貼り付ける鋼板の板厚の上限は特に定めないが、図3に示すようにタンク板厚の4倍を超えると歪振幅の軽減効果が収束するばかりでなく、重量も重くなるため、望ましくは4倍以下とする。
【００１５】
曲率半径が40mm以下の曲面部分を含む領域の上限は特に定めないが、貼り付ける鋼板の領域が、曲率半径が40mm以下の曲面の周囲から20mmを越えると曲げの軽減効果が収束するばかりでなく、重量も重くなるため、望ましくは、曲率半径が40mm以下の曲面の周囲より20mmオフセットした閉曲線を含む領域の内部とする。
【００１６】
タンクの板厚が1.2mmを越えると剛性の向上により曲げ変形自体が小さくなり、疲労亀裂が発生しなくなるため、適用するタンクの板厚を1.2mm以下とした。
【００１７】
また、金属板を貼り付ける方法は特に限定されるものではないが、半田を用いれば容易に貼り付けることができる。
【００１８】
なお、本発明に適用される鋼板は軟鋼板に限定されるものではなく、高張力鋼板およびステンレス鋼板も適用可能である。また、表面処理はターンに限定されるものではなく、Sn-Zn、アルミメッキ等の適用が可能である。
【実施例】
【００１９】
板厚が1.3mmおよび1.0mmであり、引張り強さが270MPa級の軟鋼板を用いて図4に示す形状のタンクを製作した。用いた軟鋼板は、質量%で、Cを0.001％、Siを0.012％、Mnを0.12％、Pを0.01％含有する。
【００２０】
図4に破線で示す閉曲線L1は、その閉曲線を含む内部の領域が曲率半径40mm以下の曲面部分であることを示す。実線で示す閉曲線L2は、閉曲線L1より外側に10mmオフセットした閉曲線を示す。実線で示す閉曲線L3は、閉曲線L1より内側に位置する閉曲線を示す。破線で示す閉曲線L4は、その閉曲線を含む内部の領域が曲率半径40mm以下の曲面部分であることを示す。実線で示す閉曲線L5は、閉曲線L2より外側に5mmオフセットした閉曲線を示す。
【００２１】
補強板は、板厚が2.0mm、1.5ｍｍ、1.0ｍｍ、0.7mmおよび0.6mmの軟鋼板を用い、後述する領域D、領域E、領域Fおよび領域Gとし、表1のNo.3〜11の組合せのタンクを製作した。領域Dは閉曲線L1上及びその内部を含む領域である。領域Eは閉曲線L2上及びその内部を含む領域である。領域Fは閉曲線L3上及びその内部を含む領域である。領域Gは閉曲線L5上及びその内部を含む領域である。補強板は半田を用いてタンクに貼り付けた。表1に示すタンクを用いて0kPa→8kPa→0kPaの圧力パターンを1サイクルとして5万サイクルの疲労試験を実施した。
【００２２】
表１のタンク1、タンク2は本発明外のタンクであり、板厚1.3ｍｍでは割れが発生しなかったが、板厚1.0ｍｍでは割れが発生した。タンク9は、貼り付けた補強板の領域が本発明外であり割れが発生した。タンク10およびタンク11は、貼り付けた補強板の板厚が本発明外であり割れが発生した。本発明の3から8は本発明条件範囲のものであり、耐圧性を満足しかつ軽量化を図ることができている。
【００２３】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】疲労亀裂発生に及ぼす歪振幅の影響を示す図
【図２】タンク形状および金属板の貼り付けた領域を示す図
【図３】歪振幅と補強版板厚/タンク板厚の関係を示す図
【図４】本発明に係わるタンク形状
【符号の説明】
【００２５】
1・・・燃料タンク
2・・・金属板を貼り付けた領域Ａ
3・・・金属板を貼り付けた領域Ｂ
4・・・金属板を貼り付けた領域Ｃ
5・・・燃料タンク
6・・・曲率半径が40mm以下の曲面の領域を示す閉曲線L1
7・・・閉曲線L1より外側に10mmオフセットした閉曲線L2
8・・・閉曲線L1より内側に位置した閉曲線L3
9・・・曲率半径が40mm以下の曲面の領域を示す閉曲線L4
10・・・閉曲線L1より外側に5mmオフセットした閉曲線L5
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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