(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１壁とこれに対向して燃料室を画定する第２壁とを有する燃料タンクの補強構造において、
前記第１壁に一体的に設けられ前記燃料室内に突入する第１凹みを含み、該第１凹みは底部を有しており、
前記第２壁に一体的に設けた第２凹みを含み、該第２凹みは前記第１凹みの前記底部と係合する底部を有しており、
前記燃料室内に配置され、前記第１壁の前記底部と前記第２壁の前記底部の間に形成された環状の係合領域を有する応力逃がし体を含み、該両底部の間で該係合領域内に空間が形成され、
前記応力逃がし体は、該係合領域を貫いて該空間と前記燃料室とを連通する少なくとも一つの開口を有し、該開口によって該係合領域が中断されており、該開口が、所定の内圧または外圧を越えた時に該係合領域における破断の始点を提供することを特徴とする燃料タンクの補強構造。
【請求項２】
前記第１凹みの前記底部が前記第２凹みの前記底部と対称であることを特徴とする請求項１記載の燃料タンクの補強構造。
【請求項３】
前記第１及び第２凹みの前記底部が実質的に一定の壁厚を有し、前記係合領域がいずれかの隣接する凹みの横断面の７５％であるかまたはそれ以下（但し、０％を除く）であることを特徴とする請求項１記載の燃料タンクの補強構造。
【請求項４】
前記燃料タンクがプラスチック材料の多層構造であり、ブロー成形工程により形成されることを特徴とする請求項１記載の燃料タンクの補強構造。
【請求項５】
前記第１及び第２凹みを有する燃料タンクがプラスチック材料の多層構造であり、前記係合領域が溶接されたプラスチックであることを特徴とする請求項１記載の燃料タンクの補強構造。
【請求項６】
前記第１及び第２凹みの前記底部が実質的に一定の壁厚を有し、前記係合領域がいずれかの隣接する凹みの横断面の７５％であるかまたはそれ以下（但し、０％を除く）であることを特徴とする請求項５記載の燃料タンクの補強構造。
【請求項７】
前記係合領域を貫く前記開口が、該係合領域を貫く径方向の開口であることを特徴とする請求項１記載の燃料タンクの補強構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料タンクに関し、さらに詳細には、一体の応力逃がし体を備える補強構造を有する燃料タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
安全のために、燃料タンクは所定の内圧と外圧の差、過渡変化や応力により生ずる力に耐えなければならない。これはプラスチックまたは高密度ポリエチレン即ちＨＤＰＥ製のタンクにあっては特にそうである。典型的には圧力の過渡変化は周囲の温度変化により引き起こされる。例えば、タンクまたは内部の燃料の温度上昇が、タンク内圧を上昇させ、タンクシェルの反りや変形を生ぜしめる。タンクの無制限の変形及び／または膨張は、タンクシェルが車両に接触するのを防止するため避けねばならない。タンクシェルが車両に接触すると、車両の客室に雑音を伝えたり、タンクシェルを損傷したり燃料漏れを引き起こす。タンク内に収容された燃料の重量もまた、シェルの形状の変形につながる。
【０００３】
タンクの形状一体性を確保する１つの方法は、タンクシェルを外部から締め付ける保持ストラップを使用することである。残念ながらこの方法は、組立及び取り付け作業の増加を招き、材料コストを増加させ、これらすべてが最終的に総製造コストを上昇させることになる。さらに、このような方法は、外力、タンク内部の負圧或いは大気圧以下の状態に対し何ら保護とならないか或いは限定的な保護しか提供しない。
【０００４】
別の既知の方法は、タンク内部に１個または多数のキス部材即ち補強構造を使用することである。典型的にはこの構造は、タンクの対向壁にそれぞれ成形された内側に突入する２個の対向する凹みを有する。これら凹みはその先端部分で互いに「キス」即ち係合して溶接され、シェルの反りを減少させると共にタンクの形状安定性を高める。このためタンクの剛性は高められるが、タンク内部の内圧が過剰になったりタンクにかかる外圧が極端に高い時に、タンク壁が破れて燃料タンクに漏れを生ずる可能性が高くなる。
【０００５】
対向する凹みの先端部分はスポット状またはほぼ円形の溶接で係合される。係合領域は構造体としてばかりでなく、タンク壁やシェルが破壊しないように、過剰な力で破れる撓み体として機能することが望ましい。しかしこの係合領域は製造中制御及び／または画成が困難である。実験では、この種のポイント状スポット溶接では、有効壁厚が周辺領域より溶接点でのほうが大きいので、所望の撓み行動を得ることは非常に困難であることがわかった。従って、撓むのはしばしば周囲の壁領域であって溶接領域ではく、その結果タンクからの漏れを起こすことが観察された。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、タンクに過剰な力が加わった時燃料タンクの漏れにつながるような外壁の破断が起こらないように、撓んだり分離したり出来る補強構造を備えた燃料タンクを提供することであり、部品数が少なく、比較的簡単で、低価格で、堅牢にして、耐久性があり、且つ信頼出来る燃料タンクを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるプラスチックの燃料タンクの内部補強構造は、燃料タンクの対向壁の変形や破断に抵抗し、所定の力を上回った時に一体の且つ方向性の敏感な応力逃し体を提供する。該応力逃がし体は、対向する壁により形成された燃料タンクの燃料室内に収容される。各壁は、好適には溶接プラスチック係合領域を介して先端部分即ち底部で互いに係合する構造の、内側に延びる凹みを有する。該凹みは、応力逃がし体よりも大きい横断面積を有する一定の壁厚を有し、壁に対向して破断または分離する応力逃がし機能を生ずることにより、燃料タンクの一体性を保証すると共に燃料漏れを防止する。
【０００８】
好適には、応力逃がし体は対向する凹みの底部の間に位置する係合部を含む。溶接領域の形状は好適には環状であり、２つの底部間に設けられた空間を包囲している。該環状係合領域の破断または分離は、該溶接係合領域と同一の仮想面上にあり上記空間と燃料室との間を連通する開口で始まるのが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面を参照して本発明の他の目的、特徴、並びに効果を詳細に説明する。
図１は、ブロー成形工程を利用した高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）プラスチックまたは多層プラスチックシェルからなる燃料タンク１０を示す。タンク１０は、互いに対向する実質的に平行な壁１２、１４を有し、該壁１２、１４の各内側面１６、１８は実質的に向き合って相互間に主燃料室２０を画成する。壁１２、１４には燃料室２０内に相互に向かって突入する深い凹み２２、２４を一体的に形成し、支持乃至補強構造或いはキス部材２６を形成している。
【００１０】
図２に明瞭に示すように、それぞれの凹み２２、２４の先端部分即ち底部２８、３０で、内側面１６が溶接を介して内側面１８に固着し、過度のせん断力がかかると壁１２または壁１４が破断する前に撓んだり分離したりする応力逃がし体３３の環状係合領域３２を形成する。該係合領域３２は実質的に均一に環状であり、その周囲で幅に目立つような変化はない。このことは、環状溶接係合領域３２において、撓み、破断或いは分離特性に良好に作用する。燃料タンクシェルの壁の代わりに環状溶接係合領域３２が撓むことにより、燃料タンク１０及び／またはその透過バリアは、車両事故の結果として燃料ガスを漏らしたり透過させることがなくなる。
【００１１】
環状溶接係合領域３２に包囲され底部２８、３０を形成する内側面１６、１８は実質的に中空の空間３４を画定する。言い換えれば、それぞれの凹み２２、２４の底部２８、３０は、燃料タンク１０に対し外側に突出する小さい逆凹み即ちドーム部３１と類似している。ブロー成形によるプラスチック燃料タンク１０を製造する際、空間３４は工具３５（図３に示す）を使用して形成され、これは壁１２、１４を矢印３６、３８の方向に負圧にさらす。工具３５は２つの半割部に分割されており、各半割部は凹み２２、２４の一方を形成すると共に、環状係合領域３２に対応する環状部分３９とドーム部３１の一方を形成する半球状窪み４１を有する。実質的に一定の壁厚４０が凹み２２、２４の領域で得られ、これは環状領域３２の直径と中空域即ち球状空間３４の体積との比に依存することが、負圧によって保証される。半球形状の高さ及び直径を調整することにより、補強構造の領域において実質的に一定の壁厚４０が達成される。
【００１２】
係合領域３２が空間３４のないスポット状或いは中実溶接である場合、或いは環状係合領域３２が大きすぎる場合は、環状係合領域３２が撓まないこともよくあり、代わりに凹み２２、２４の領域で矢印３７、３９により示すような壁１２、１４のいずれかの破断が起こり、タンク１０から燃料漏れを起こすことになる。この破断を防ぐために、環状係合領域３２の寸法の基準を設けることが望ましい。環状係合領域３２の面積はかくて、補強構造２６の全体の断面積よりも小さく、タンク壁の望ましくない破断を起こすであろうタンク壁１２、１４のいずれかの最小横断面積Ａｓよりも小さくなければならない。
【００１３】
図４を参照して、破断面積Ａｓは、環状係合領域３２の内径４２と環状係合領域におけるいずれかの壁１２、１４の最小壁厚４０とから計算される。計算式は下記の通りである。
Ａs  ＝（π）（内径４２）（最小壁厚４０）、或いは
Ａs  ＝  πＤ42Ｔ40
式中Ｄ42は内径であり、Ｔ40は環状係合領域３２の最小壁厚である。同様に、環状係合領域３２はその内径４２と外径４４とから下記のように計算出来る。
領域３２  ＝｛（π）／（４）｝｛（外径４４）2−（内径４２）2｝、或いは
Ａ32  ＝（π／４）（Ｄ442−Ｄ422）
式中、Ｄ44は環状係合領域３２の外径である。実験の結果、溶接環状係合領域３２の撓み或いは分離は、環状係合領域３２がＡsの７５％以下である時、即ちＡ32  ≦  ３／４  Ａsである時に得られる。環状係合領域３２をＡsに対しより小さくすることにより、環状係合領域３２の撓みのためのより安全なゆとりが提供される。
【００１４】
図１及び２に示すように、空間３４と燃料室２０間の圧力は、両者の間に延びる応力逃がし体３３の開口４６を介して製造冷却工程中常に等しい。従って環状係合領域３２は閉鎖リングではなく、少なくとも１つの開口４６によって中断されている。開口４６はさらに、空間３４の内部冷却を支持するので、一様な圧力と共に一定の壁厚４０と、タンク１０を型から取り出す際の壁１２、１４の形状安定性につながる。
【００１５】
応力逃がし体３３の開口４６はさらに、環状係合領域３２をゆっくり方向的に弱めることになる。開口４６は径方向に延びると共に、環状係合領域３２と同じ仮想面において同一平面にある。開口４６の周方向位置は理論的または経験的に決定され、大体、車両事故の際タンク１０にかかる問題となる内圧または外圧の予想方向に延びる。これにより開口４６は、臨界圧力を越えると環状係合領域３２を介して破断する始点を形成する。多方向の力が予想される場合は、圧力を逃がすために或いは伝播を分離するために１個以上の開口４６を設けてもよい。圧力逃がし開口４６の方向に働く破断が補強構造２６に起こるほどに力が強ければ、環状係合領域３２だけに均一な破断が起こり、壁１２、１４にはタンク１０の漏れにつながるような破断が起こらない。
【００１６】
図５に補強構造２６’の第２実施例を示すが、ここでは第１実施例における応力逃がし体３３の環状係合領域３２と開口４６の代わりに、応力逃がし体３３’を提供する溝４６’を備えたプラスチックの応力逃がし棒３２’が設けてある。応力逃がし棒３２’は両端で、プラスチック燃料タンク壁１２’、１４’と耐破断溶接または接着剤を介して係合している。好適には応力逃がし棒３２’は射出成形され、燃料タンクのブロー成形中にブロー成形工具３５’が閉じる前にプラスチックパリゾン内に置かれる。応力逃がし棒３２’はほぼ中央部に配置された溝４６’を有する。溝４６’は、所定の内圧または外圧を越えた時応力逃がし棒３２’が破断する始点を提供する。
【００１７】
応力逃がし棒３２’は横断面が円形、楕円形、矩形等の様々な形状であってもよい。しかし溝４６’における応力逃がし棒３２’の横断面は壁１２’、１４’或いはそこに設けたいずれかの凹みの横断面より実質的に小さい。第１実施例と同様に、溝４６’における応力逃がし棒３２’の横断面は、実質的に応力逃がし棒３２’の近くの壁１２’或いは壁１４’の凹みの横断面の７５％以下である。
【００１８】
図６に補強構造２６”の第３実施例を示すが、ここでは第１実施例の環状係合領域３２の代わりに中実の長方形または正方形の係合領域３２”が設けてある。凹み２２”は、第１実施例とは違って、タンク１０”により画定された燃料室２０”内にさらに突入する底部即ち中空突部２８”を有する。中空突部２８”の先端５０は一体的に凹み２２”を形成する壁１２”の内面１６”により支持され、長方形である。従って対向する凹み２４”との係合を提供する係合領域３２”の形状は長方形である。凹み２４”は、突部２８”と凹み２２”の残部との間に位置する鋭角の接合部５２における凹み２２”の最小壁厚４０”よりも大きい、一定の壁厚を有する。
【００１９】
第１及び第２実施例とは違って、補強構造２６”に内圧または外圧がかかると、凹み２２”の最小壁厚４０”における壁１２”において破断が起こる。壁１２”の外面５６と密閉係合したプラグまたは溶接板５４が、タンク１０”からの燃料漏れを防止する。壁１２”を介する燃料漏れはすべて、凹み１６”の外面５６とプラグ５４の間の第２室５８の内部に保持される。
【００２０】
ここに記載した本発明の形態は現在の好適な実施例を構成するものであるが、多くの他の形態も可能である。例えば、燃料タンク及び補強構造はプラスチックである必要はなく、金属や他の各種材料で製造してもよい。さらに、係合領域３２の接着は溶接の代わりに接着剤で行ってもよい。すべての同等の形態や分派をここで挙げるつもりはない。ここで使用した用語は限定的なものではなく単に記載上のものであり、本発明の範囲を逸脱することなく種々の改変が可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の燃料タンクの補強構造によれば、燃料タンクシェルの壁の代わりに係合領域３２、３２’、３２”が撓むことにより、燃料タンク１０が、車両事故の結果として、燃料ガスを漏らしたり透過させることがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の補強構造を示す燃料タンクの部分横断面図である。
【図２】応力逃がし体を示す該補強構造の、図１の２−２線に沿う横断面図である。
【図３】該補強構造を形成するためのブロー成形工具の部分横断面図である。
【図４】図１の補強構造の拡大横断面図である。
【図５】補強構造の第２実施例を示す横断面図である。
【図６】補強構造の第３実施例を示す横断面図である。
【符号の説明】
１０ 燃料タンク
１２、１４   壁
２０ 燃料室
２２、２４   凹み
２６、２６’、２６” 補強構造
３２、３２’、３２” 係合領域
３４ 空間
３５ 工具
４０ 壁厚
【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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