JP7748583B2 - 自動車用プラスチック製タンクの内部補強要素 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用プラスチック製タンクの内部補強要素に関する。本発明は、内部補強要素を含む自動車用プラスチック製タンク、および自動車用プラスチック製タンクの製造方法にも関する。

従来、自動車の燃料タンクは、大気圧とほぼ同じ圧力で一定量の燃料を蓄えるように設計される。ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ハイブリッド電気自動車）、ＭＨＥＶ（Ｍｉｌｄ－Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、マイルドハイブリッド電気自動車）またはＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、プラグインハイブリッド電気自動車）とも称されるハイブリッド車、言い換えれば燃焼機関と１つまたは複数の電気モータとを含み、燃焼機関を使用しなくても数か月間にわたり走行し得る自動車の登場に伴い、キャニスタとも称される活性炭フィルタを通るガソリン蒸気の通過を減らすために、タンク内の圧力を維持することが好ましい。これは、Ｆｕｅｌ Ｔａｎｋ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ Ｖａｌｖｅ（ＦＴＩＶ、燃料タンクアイソレーションバルブ）などのバルブを使用してキャニスタとタンクを隔離することによって実施される。

この種のプラスチック製燃料タンクは、耐用期間を通じそのサイズが変動する。これは、このプラスチック製燃料タンクはパリソンの押出ブロー成形により得られるため、まずは冷却により素材が収縮する型抜き直後、またこれに加え使用期間中も、耐用期間中の熱膨張、１日のサイクルによって生じる温度変化、または経年劣化による中身の過圧や減圧に起因するからである。

自動車用プラスチック製燃料タンク、より具体的にはハイブリッド車用プラスチック製燃料タンクは、通常、タンクの対向する２つの内表面を連結する支柱形状の内部補強要素を含む。この種の支柱は、例えば長期経年劣化試験または高さ１メートルからの「落下（ｈａｎｄｌｉｎｇ ｄｒｏｐ）」試験などの各種試験に耐え、燃料タンクの特性を損なわないことが要求される。例えば、文献国際公開第ＷＯ２０１２／１３９９６２号は、引っ張り／圧縮現象に起因する軸方向の応力、ならびに経年劣化試験および耐久試験に非常によく耐える砂時計形状の円形支柱を開示している。しかし、この種の支柱は、曲げ現象および／またはねじれ現象により生じる応力に比較的弱い。

国際公開第２０１２／１３９９６２号

本発明の主たる目的は、先行技術のこうした欠点を補うことである。より具体的には、本発明の目的は、引っ張り／圧縮現象に起因する軸方向の応力だけでなく、曲げ現象およびねじれ現象にも耐え得る自動車用プラスチック製タンク内部補強要素を提供することであり、この内部補強要素は、射出成形により容易に得ることができる。

このために、本発明は、自動車用プラスチック製タンクの内部補強要素であって、
－ 円弧形状の横断面を有し、補強要素の主軸を画定し、第１の面積を有する中央部であって、主軸が円弧部分に対し垂直に円弧部分の回転中心を通り、中央部が主軸に対し半径方向に延びる、半径方向リブネットワークと称するリブネットワークを含む中央部と、
－ 主軸沿いに見て中央部の両側に位置する２つの軸方向端部であって、各軸方向端部が、中央部の横断面に包含され第１の面積よりも小さい第２の面積を有する、湾曲した長円形の端部表面を有する軸方向端部と
を含む、一体的に実現された内部補強要素を対象とする。

中央部の曲線形状とそのリブ構造は、内部補強要素の完成品を用いて本発明者らが実施した分析結果に示されるように、この要素に伝わる応力を様々な方向にうまく分散させることができる。この種の内部補強要素は、一方向性と形容可能な構造を特徴とする先行技術の支柱よりも、曲げ現象およびねじれ現象によく耐えることが理解される。

さらに、内部補強要素の曲線形状は、タンク内におけるその位置に起因する応力から内部補強要素を解放しやすくなっている。例えば、内部補強要素の凹部分はタンク内に設けられる付属品を取り囲むことが可能で、その結果、この凹部分の体積がすべて無駄になることはない。先行技術の支柱では、こうした配置を実現できない。

さらに、シミュレーション試験によれば、端部表面が長円形でない場合、すなわちこの表面が尖った角を有している場合には、これらの角の位置に応力が集中し、これにより内部補強要素に脆弱な箇所が生じることが明らかになっている。本発明者らは、これらの尖った角を丸みのある縁に変えて長円形とすることで、応力がこれらの丸みのある縁に集中することなく内部補強要素全体にうまく分散されることを確認している。この種のシミュレーション試験では、中央部から軸方向端部に移行するにつれて断面を縮小していくことによっても、類似の結果が観察されている。

有利には、内部補強要素は、その全体が高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）またはガラス繊維で強化された高密度ポリエチレンで実現される。

このように内部補強要素は、射出や溶接が容易でかつ安価な素材を用いて実現される。内部補強要素の物理的特性をさらに向上させるため、例えば１０重量％までのガラス繊維で高密度ポリエチレンを強化することができる。

有利には、端部表面の各々が、軸方向突起ネットワークを含む。

軸方向突起により内部補強要素をタンクの壁に溶接しやすくなる。とりわけ、この突起により予熱なしの溶接が可能となる。

好適には、端部表面の各々が、軸方向突起ネットワークを取り囲む軸方向リブの穴開きアセンブリを含む。

タンクの壁に溶接されるためのものでもある軸方向リブは、溶接中のエア抜きを可能とすることで、タンクの壁に対する内部補強要素の溶接の保持力を向上させる。言い換えれば、軸方向リブは、軸方向端部表面とタンクの壁との間にエアが溜まることによる内部補強要素とタンク間の接合の脆弱化を防ぐ。

有利には、半径方向リブネットワークは、主軸に垂直または平行に延びて各リブ間に略直方体形状のくぼみを画定する直線的なリブと、各リブ間に略円筒形状のくぼみを画定する円筒形のリブとを含む。

こうして半径方向リブネットワークは、内部強化要素の中央部の中にブラインドホールのネットワークを形成し、これにより中央部にワッフルのような形状を付与する。この種のネットワークにより、内部補強要素の剛性が向上する。さらに、半径方向リブネットワークは、卵パックの音響特性に類似した仕組みにより、内部補強要素に防音効果を付与する。

有利には、半径方向リブは、左右非対称のネットワークを形成する。

つまり、タンク内での内部補強要素の位置と方向を強制的に確定し、タンク内への内部補強要素の組立てミスを回避することで自動車用プラスチック製タンクの製造における廃棄率を低減可能な、日本語で「ポカ（うっかりミス）ヨケ（防止する）」とも称される誤操作防止機能を半径方向リブネットワークに付与する。

有利には、内部補強要素は、中央部の側壁上に位置する把持手段を含む。

こうして、内部補強要素に、様々な成形技術に適合できる手段を持たせ、これにより本発明を容易に実施することができる。

有利には、端部表面は、相似比ｋが１以下の円弧部分の相似形に相当する、その四隅を丸みのある縁に変えた形状を有する。言い換えれば、端部表面は、１未満の相似比ｋを乗じた中央部円弧部分の角セクタと半径にそれぞれ対応する角セクタと半径に沿って延び、その四隅が丸みのある縁に変えられた円弧形状を有する。

端部表面は、容易に実現されることに加え、このように中央部の横断面に近い形状を有する。こうして、中央部と各端部との間の幾何学的な移行部が、応力を集中させ得る形状にならず内部補強要素を脆弱化しないようにしている。

本発明の具体的な一実施形態によれば、中央部の横断面の円弧形状は無限の半径を有し、各軸方向端部の端部表面の湾曲した長円形状も無限の半径を有する。言い換えれば、補強要素は、曲線形状よりもむしろ線形形状を有する。

線形形状の補強要素には曲線形状の補強要素ほどの利点はないが、線形形状の補強要素には、中央部から各軸方向端部に移行するにつれて縮小していく断面と長円形状に起因する前述の利点がある。

本発明により、上に定義するような内部補強要素を含む自動車用プラスチック製タンクも想定される。

本発明により、タンクの対向する２つの内壁に、上に定義するような内部補強要素が溶接される、自動車用プラスチック製タンクの製造方法も想定される。

本発明は、下記添付図面を参照しながら以下にあくまで参考例として挙げる説明を読むことで理解しやすくなるだろう。

本発明の一実施形態によるプラスチック製タンクの内部補強要素の斜視図である。 図１の内部補強要素の正面図である。 図１の内部補強要素の横断面図である。 図１の内部補強要素の俯瞰図である。 図１の内部補強要素を含む、本発明による自動車用プラスチック製タンクの概略図である。

図１に示すのは、本発明の一実施形態による自動車用プラスチック製タンクの内部補強要素２である。内部補強要素２は、その全体がプラスチック製タンクの壁との溶接に適した材料で一体的に実現される。ここで補強要素２は、その全体が高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）またはガラス繊維で強化された高密度ポリエチレンで実現される。

補強要素２は、補強要素２の軸方向を画定する主軸６に対し円弧形状の横断面を有する中央部４を含む。主軸６は、円弧部分に対し垂直に円弧部分の回転中心を通る軸となるよう画定される。これは円弧部分の回転軸である。つまり、主軸６は、円弧部分と内部補強要素２の外に延びる。本発明による主軸６の主な特性はその方向であり位置ではないため、図面のわかりやすさを考慮し、主軸６は、内部補強要素２の中またはその表面に延びる軸をもって図示する。言い換えれば、各図面上で参照符号「６」を付される軸は主軸に平行な軸であり、軸方向を示している。図２の対象である内部補強要素２の正面図によく示されるように、中央部４は、主軸６に対し半径方向に延びる、半径方向リブネットワーク８と称するリブネットワークを含む。

半径方向リブネットワーク８は、主軸６に垂直または平行に延びて各リブ間に略直方体形状のくぼみ、またはブラインドホールを画定する直線的なリブ８ａを含む。半径方向リブネットワーク８は、各リブ間に略円筒形状のくぼみ、またはブラインドホールを画定する円筒形のリブ８ｂも含む。直線的なリブ８ａは、とりわけ内部補強要素２の曲げとねじれに対する耐久性を向上させることで、その物理的特性に寄与する。半径方向リブ８ｂも、内部補強要素２の物理的特性の強化に貢献するが、その役割はこれだけにとどまらない。半径方向リブ８ｂは、誤操作防止機能を実現可能な左右非対称のネットワークを形成する。言い換えれば、半径方向リブ８ｂの位置により、オペレータは、タンク内の正しい位置に正しい方向で内部補強要素２を設置でき、その最適な補強機能を損ねかねない逆方向での取り付けを防止する。ここで図２では、内部補強要素２の中央部４が、中央部４の均分円上に位置する半径方向リブ８ｂと、均分円から離れたところに位置するもう１つの半径方向リブ８ｂとを含むことが見てとれる。後者の半径方向リブにより、オペレータは内部補強要素２をタンク内で正しい方向に向けることができる。

図３に示すのは内部補強要素２の横断面図で、中央部４の円弧形状が見てとれる。このために、図３に示す破線９のような中実の面を得るため、半径方向リブネットワーク８により画定されるブラインドホールを仮想的に満たしている。主軸６に対し垂直な面上に想定される中央部４の横断面は、第１の面積ａ_１を有する。

図２に戻って、内部補強要素２は、中央部４の側壁１２に位置する把持手段１０を含む。本発明のこの実施形態において、補強要素２の中央部４は、各々が把持手段１０を含む対向する２つの側壁１２を含む。この把持手段１０の各々は、対応する側壁１２の２点において接続される真っ直ぐなハンドル形状を有する。この把持手段１０の形状は、手提げかばんの持ち手の形状にたとえることができる。把持手段１０により、プラスチック製タンクの製造時、とりわけこれがパリソン内への内部補強要素の挿入技術を用いたブロー成形により実現される時に、内部補強要素２の挿入が容易化される。

内部補強要素２は、主軸６沿いに見て中央部４の両側に位置する２つの軸方向端部１４を含む。内部補強要素２の俯瞰図である図４によく示されるように、各軸方向端部１４は、中央部４の横断面に包含され第１の面積ａ_１よりも小さい第２の面積ａ_２を有する、湾曲した長円形の端部表面１６を有する。ここで端部表面１６は、相似比ｋが１以下の中央部の円弧部分の相似形に相当する、その四隅を丸みのある縁１８に変えた形状を有する。好適には相似比ｋは、０．５超、または０．８超、さらには０．９超の中から選択される。同等の定義によると、端部表面１６は、１未満の相似比ｋを乗じた中央部円弧部分の角セクタと半径にそれぞれ対応する角セクタと半径に沿って延び、その四隅が丸みのある縁１８に変えられた円弧形状を有する。端部表面１６は、プラスチック製タンクの対向する２つの壁に溶接されるためのものである。

各端部表面１６は、主軸６に対し平行に長さ１～２ミリメートルにわたって延びる軸方向突起ネットワーク２０を含む。ここで軸方向突起２０は、半径方向の列に沿って並び、端部表面１６の面積の大部分を占める。各端部表面１６は、軸方向突起ネットワーク２０を取り囲む軸方向リブ２２の穴開きアセンブリをさらに含む。このことは、軸方向リブ２２がすべての軸方向突起２０を包含する外縁を画定することを意味する。軸方向リブ２２には、端部表面１６をタンクの壁に溶接する際にエア抜きが可能となるよう穴が開けられており、言い換えればリブの間に隙間がある。

補強要素２は、射出成形タイプの方法により製造される。その幾何学形状、とりわけ半径方向リブネットワーク８の幾何学形状により、成形は一度の作業で簡単に実現される。

図５に示すのは、本発明によるプラスチック製タンク２４である。タンク２４は内部補強要素２を含み、これがタンク２４の対向する２つの壁２６に溶接される。タンクの壁２６への内部補強要素２の溶接は、タンク２４の成形中または成形後に、あらゆる適切な技術を用いて実現できる。把持手段１０は、タンクの壁２６への補強要素２の溶接を容易化するため、保持部材（図示せず）により固定してもよい。

本発明は、紹介した各実施形態に限定されず、他の実施形態も当業者には明白に想定されるだろう。

２ 内部補強要素
４ 中央部
６ 主軸
８ 半径方向リブネットワーク
８ａ 直線的なリブ
８ｂ 円筒形のリブ
９ 破線
１０ 把持手段
１２ 側壁
１４ 軸方向端部
１６ 端部表面
１８ 丸みのある縁
２０ 軸方向突起ネットワーク
２２ 軸方向リブ
２４ タンク
２６ タンクの壁

Claims (10)

1. 自動車用プラスチック製タンクの内部補強要素（２）であって、
   － 前記補強要素（２）の主軸（６）を画定し、前記主軸（６）に対し垂直な面上に第１の面積（ａ _１ ）を有する円弧形状の横断面を含む中央部（４）であって、
   前記主軸（６）は、前記円弧形状の横断面に対し垂直であり、かつ前記円弧形状がその一部を形成する円の中心を通り、
   前記中央部（４）が、前記主軸に対し半径方向に延びる、半径方向リブネットワーク（８）と称するリブネットワークを含む中央部（４）と、
   － 前記主軸（６）と平行な方向において前記中央部（４）の両側に位置する２つの軸方向端部（１４）であって、各前記軸方向端部（１４）が、前記主軸（６）と平行な方向から視た場合に、前記中央部（４）の横断面に包含され前記第１の面積（ａ_１）よりも小さい第２の面積（ａ_２）を有する、湾曲した長円形の端部表面（１６）を有する軸方向端部（１４）と、
   を含む、一体的に実現された内部補強要素（２）。
2. 全体が高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）またはガラス繊維で強化された高密度ポリエチレンで実現される、請求項１に記載の補強要素（２）。
3. 前記端部表面（１６）の各々が、軸方向突起ネットワーク（２０）を含む、請求項１または２に記載の補強要素（２）。
4. 前記端部表面（１６）の各々が、前記軸方向突起ネットワーク（２０）を取り囲む軸方向リブの穴開きアセンブリ（２２）を含む、請求項３に記載の補強要素（２）。
5. 前記半径方向リブネットワーク（８）が、前記主軸（６）に垂直または平行に延びて各リブ間に略直方体形状のくぼみを画定する直線的なリブ（８ａ）と、各リブ間に略円筒形状のくぼみを画定する円筒形のリブ（８ｂ）とを含む、請求項１または２に記載の補強要素（２）。
6. 前記半径方向リブ（８）が、左右非対称のネットワークを形成する、請求項１または２に記載の補強要素（２）。
7. 前記中央部（４）の側壁（１２）上に位置する把持手段（１０）を含む、請求項１または２に記載の補強要素（２）。
8. 前記端部表面（１６）が、相似比ｋが１以下の前記円弧形状の相似形に相当する、その四隅を丸みのある縁に変えた形状を有する、請求項１または２に記載の補強要素（２）。
9. 請求項１または２に記載の補強要素（２）を含む自動車用プラスチック製タンク（２４）。
10. 前記タンク（２４）の対向する２つの内壁（２６）に、請求項１または２に記載の補強要素（２）が溶接される、自動車用プラスチック製タンク（２４）の製造方法。