JP2005532187A - タンク開口部の封止システム及び封止方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、プラスチック製タンクの開口部を封止するための、バリアー層（９）を含む多層構造のプラスチック製プレート（１）からなるシステムに関し、バリアー層は開口部の外周に溶接され、かつ、タンク（１１）とバリアー層（９）間に位置する層に気体及び液体が浸透することを効率的に抑えることができるように薄くした外周領域（１３、１４）が設けられている。また、本発明は、かかるプレート（１）の溶接によってタンク（１１）を封止する方法に関するもので、薄くされた外周領域（１３、１４）をレーザー又は赤外線照射法を用いて溶接することを含む封止方法に関する。さらに、本発明は自動車両用燃料タンク（１１）を封止すために前記方法を使用することに関する。

Description

本発明は、タンク開口部の封止システムに関する。

産業界用の、または様々な種類の搭乗車両に用いるリキッドタンクおよびガスタンクは、一般に、タンクの設計用途にかかわる密封性や透過性の基準を満たし、かつ適合すべき環境規制を満たさなければならない。現在、欧州だけでなく世界において、大気中および環境への汚染物質の排出制限に関する規制は、全体としてかなり厳しくなりつつある。その結果、リキッドタンク及びガスタンクの設計においては、様々な運転条件下で密封性と安全性をより保障することができる技術の利用へ向けての急速な開発の波を受けている。さらに、タンクに付随した種々の付属品や管類から発生するいかなる損失もできる限り削減することにも尽力している。特定の付属品や管類をタンクの中に組み込んでそれらの外界との境界面をなくすことが、往々にして用いられてきた手段の一つであった。

ソルヴェイ（SOLVAY）による特許出願 Ｗ／Ｏ ０１／２１４２８号からは、多層構造の燃料タンクの開口部を、開口部を覆うようにタンク壁に溶接された多層プラスチックシートで封止していることがわかるが、タンクに溶接されたシートのプラスチック層がタンク表面層と親和性のある組成物を含んでいる。
しかしながら、上記特許出願に記載されたタンクでは、封止シートの多層構造物の内側に通常設けられているバリアー層とタンク壁との間に燃料が浸透する流路が依然として存在しており、その流路がＨＤＰＥなどの合成樹脂で構成されているため、燃料の不浸透性は最適とはいえない。

本発明の目的は、公知のタンク封止システムに比べて液体や気体の損失をさらに削減し、かつ、その損失レベルが、欧州および米国の両方で近い将来の発効をめざして策定中の新しい環境基準に十分に適合するよう低減されることを可能とするタンクの封止システムを提供するものである。

上記の目的のために、本発明は、プラスチック製タンクの開口部を封止するための、前記開口部の外周に沿って前記タンクの壁に溶接されたプラスチックシートによるシステムに関し、前記シートがバリアー層を含む多層構造体により形成され、その構造体の外層がタンクに溶接され、かつ、前記タンクの外表面を形成しているプラスチックの組成と親和性のある組成を有するシステムであって、前記シートの外周領域が溶接域内において、関係式ｌ／ｅ≧５による形状に適合するように薄くされているシステムで、式中、ｌは薄くされた領域の幅を示し、ｅはタンク壁に接触する層の厚みを示し、ともに同じ長さ単位で表される。
好ましくは、前記ｌ／ｅ比は少なくとも８となる。

「タンク」という用語は、形状は様々であるが、外部に対して通常は密封された閉じたチャンバーを意味し、チャンバー内部に、又はチャンバー壁を貫通する様々な付属品が設けられていてもよいと解釈される。タンクは、ガスタンク、リキッドタンク又はガスと液体の両方を収納するように設計されているタンクであってもよい。リキッドタンク又は気相も含むリキッドタンクが好ましい。
タンクによっては１個以上の開口部を有するものもあるが、この開口部は、多様な目的のために、例えば、タンクの製造工程においてタンク内に組み込むことができない１種以上の付属品をタンク内に導入することを可能にするために、タンク壁を貫通して円形などの形状に切り取られている。
液体や気体を貯蔵、収容するといった通常の用途にタンクを利用することに先立って、付属品導入後にタンクをできる限り密封することが可能な封止システムを設計して適応させておく必要がある。

本発明による封止システムはプラスチックタンク向けに設計されている。「プラスチック」という用語は、周囲条件下で固体状態である熱可塑性又は熱硬化性のあらゆる合成高分子物質、ならびにこれらの物質を少なくとも２種含む混合物を意味すると解釈される。本発明で意図するポリマーとしては、ホモポリマーとコポリマー（特に二元または三元コポリマー）の両方が含まれる。このようなコポリマーの例は何ら限定されないが、ランダム共重合体、線状ブロック共重合体、その他のブロック共重合体、及びグラフト共重合体が挙げられる。熱可塑性エラストマーをはじめとする熱可塑性ポリマーが好ましい。

本発明のプラスチックタンクの形としては、多層構造タンクが好ましい。高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）からなる層を少なくとも１層有するタンクが特に好ましい。前記構造体中に、通常高分子特性を有し、かつ特定の液体及び気体に対して非常に高い不透過性を示す材料であるバリアー材で形成された内部層がさらに少なくとも１層含まれるタンクがとりわけ好ましい。

例えば、燃料タンクを不浸透性にするのに用いるような公知のバリアー組成物を使用することができる。このようなバリアー組成物の例は何ら制限されないが、ポリアミド又はコポリアミドを主体とする樹脂類、エチレン／ビニルアルコールのランダム共重合体（ＥＶＯＨ）、あるいは、ｐ−ヒドロキシ安息香酸と、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸又はテレフタル酸のいずれかと、４，４’−ビフェノールとのコポリエステルなどのサーモトロピック液晶ポリマー（例えば、ＶＥＣＴＲＡ（登録商標）及びＸＹＤＡＲ（登録商標）という商品名で販売されているコポリエステル類）も挙げることができる。

「シート」という用語は、その厚みが面積に比べて薄く、その剛性がタンク壁の剛性と近似している固体の構成部品を意味すると解釈される。本発明によると、シートの構成材料にはプラスチックが含まれる。本発明の封止システムの一部を形成しているシートは、プラスチックのみで作製されていることが好ましい。シートは様々な形状にすることができる。通常は、シートの形状は、タンクの種々のタイプや封止しなければならないタンク表面に設けられている開口部の位置によって決まる。例えば直径が８０ｍｍ以下の円形開口部などの小さな開口部の場合は特にそうであるが、シートの表面は平坦であるか、またはわずかに曲面になっていることが多い。

本発明によると、シートは開口部の外周に沿ってタンク壁に溶接されている。これによって、シートの２つの主要面のうちの片方の表面の一部位、即ち、シート端部に隣接し、閉じたリング状、円形などの接合面を形成し、かつ、シートの前述の面の外周にほぼ忠実に一致する部位の分子を、開口部の外周に沿った境界線のまわりに位置するタンクの該当面の分子と接触、相互浸透させることによって、シートはタンク壁に固定されていると理解することができる。
本発明によると、シートは多層構造体で形成され、多層構造体の外層がタンクに溶接され、その外層にはタンクの外表面を形成しているプラスチックの組成と親和性のある組成物が含まれている。

「親和性」という用語は、本願明細書では、タンクに溶接されているシート中の層の組成物と、開口部領域におけるタンクの外壁に含まれる組成物それぞれの成分の化学的親和性と物理的親和性とを意味すると解釈される。親和性が良好であれば、溶接部分のそれぞれの組成物の特定の成分が凝離する現象や、同様に、タンク開口部を封止するためのタンク特性にとって不利となる化学反応や物理現象をすべて抑える。一般に、親和性が良好であると、シートが長期にわたって確実にタンクに付着している。

本発明が推奨する特別なシステムの１つは、シートと同様にタンクにも液体及び気体に対して不透過性を示すバリアー層が含まれているシステムである。シートのバリアー層とタンクのバリアー層は同じでも異なるものであってもよい。一般に、これらのバリアー層は同一であるほうが好ましく、これらのバリアー層が同一のバリアー組成物を含む場合が特に好ましい。
上記のバリアー組成物はシートを構成する層中の１層に混入してもよいし、あるいは、実質的にバリアー組成物からなる特別な付加層を構造体に挿入してもよい。実質的にバリアー組成物からなる付加的な層を構造体に挿入する方が好ましい。

タンクが多層構造を有する場合、シートの多層構造体とタンク自体の壁の多層構造体は異なっていてもよいが、同じであってもよい。シートの構造体がタンク壁の構造体と同一である封止システムのほうが好ましい場合が多い。同一の構造体内において、バリアー組成物自体が同じで同一の高分子層を形成しているシステムが最も好ましい。
変形例として、シートの多層構造体に２種の異なるバリアー層が含まれていてもよい。この変形による推奨例は、２つのタンク壁と同一な完全な構造体の一方を他方に重ねて、タンク壁と同一であるこの２つの構造体を圧縮することによって得られるシートの例である。
もう１つの別の変形例は、シート各層、特にバリアー層以外の層の厚みをシート端部近傍で薄くする型押しを作製することによって得られるものである。この場合の利点は、シートがタンクに溶接された箇所での透過による損失の危険をさらに抑えることである。

「シートの外層」という表現は、一方の面がシートの別の層に隣接し、他方の面がシートにとっての外部環境に接している層を意味すると解釈される。
本発明のシステムは、タンクに設けられた単純な開口部を封止するのに非常に適している。また、タンクの中に配置された付属品の上に位置する開口部の封止にも適している。
本発明の封止システムの特に好ましい実施形態の１つでは、タンク内部に配置された少なくとも１種の付属品にシートが固定されている。「付属品」という用語は、一般に、液体又は気体が通り抜ける部材、あるいは液体又は気体と接している部材であって、これとは別の２つの部材間を液体及び／又は気体を輸送する機能をはじめとする、タンクがその一部を構成している装置に特有のそれぞれの機能を果たす部材を意味すると解釈される。

このような付属品の例は特に限定されるものではなく、以下のものが挙げられる。
・化学的又は物理的組成物を収納する容器で、特に蒸気吸着用キャニスター。
・液体又はガス計量計
・液体又はガス計量計を終点とする電気接続部品
・液体又はガスポンプ
・ある特定の条件下でタンクの封止を調整するための安全弁
・液体を収容するための排水可能な容器
・液体又はガスポンプのモーターに電力供給するための電気接続部品
・特にエンジン用の供給装置を終点とする液体用パイプ
・液体／蒸気分離装置

少なくとも２種の付属品をいずれに組み合わせたものでも用いることができ、任意で同じ付属品が数種類存在していてもよい。
この実施形態では付属品がシートに固定されているが、これは付属品が機械的手段でシートに連結しているということである。タンクの種類、タンクに収容されている液体及び気体の性質、ならびにタンクの通常の使用の仕方に適合した機械的な手段によって、付属品がシートに固定されている。付属品の保持手段や搬送手段がシートによって付与されてもよい。例えば、付属品が機械的な固定装置でシートに固定されているシートを用いることができる。このような装置としては、例えば、ネジ、ボルト、ナット、クリップシステムなどがある。また、シートと付属品の製造時に、これらを例えば成形などによって一緒に固定したものを使用することも可能である。また、より一層永久的な特性を有する固定手段、例えば接着又は溶接といった手段を利用することも可能である。一般に、溶接によって付属品がシートに固定されていることが好ましい。

シートに固定される付属品とは、封止状態が作られた時にタンクの内側を向く方のシート面に存在する。
様々なタイプの付属品がこの実施形態に該当する。例えば、ロールオーバーバルブ（ＲＯＶ）、即ち、タンクがひっくり返った場合に自動的に閉まるバルブ、車載型給油時燃料蒸発ガス排出抑止（ＯＲＶＲ）バルブ、即ち、タンクに燃料を供給する際の蒸発ガスの回収装置、および車載型診断（ＯＢＤ）装置、ならびに液体／気体セパレータについて言及することができる。

これらの付属品として、シートにあけたオリフィスを介してシートを貫通する少なくとも１種の管が含まれてもよい。この場合、管の出口側のオリフィスに封止を施しておくと有利であることが多い。
また、封止される開口部の周囲状況や、シートが固定される付属品の形状及び大きさに最大限合うように、シートの形成を行うとよい。
オリフィスを介してシートを貫通する気体排出管を含む液体−気体セパレータにシートが固定された場合、良好な結果が得られた。
タンクの壁上の開口部近くに固定ラグを担持したタンクを使用する場合に、ある特定の封止システムとなる。溶接作業中にタンク壁がフレキシブルな変形を受けても、上記のラグによってタンク壁は支えられる。

また、本発明は、プラスチック製タンクの開口部を多層構造のプラスチックシートを用いて封止する方法に関するものでもあり、前記多層構造の外層が、開口部の外周に沿ってタンク壁に溶接され、かつ、タンクの外側表面を形成しているプラスチックの組成と親和性のある組成物を含む方法であって、シートの外周部を下記関係式ｌ／ｅ≧５による形状に適合するように薄くした後に溶接を行うことを特徴とする方法に関するが、式中、ｌは薄くされた領域の幅を示し、ｅはその厚みを示すが、これらはともに同じ長さ単位で表される。

上記の方法において、タンク、開口部、封止、プラスチック、多層構造、シート、溶接、開口部の外周に沿った、親和性のある組成物、などの共通の特定の用語及び表現については、封止システムのところで前述したものと全く同じ意味を有する。
この方法において使用されるシートは、様々な調達元からのものであってもよい。例えば、タンク本体とは別個に作製したものであってもよく、ことによると別々の時に、タンクを作製する方法とは必ずしも同一ではないある特定の方法を用いて作製したものであってもよい。例えば、シートの作製は共有押出し成形によるとよいが、任意で共有押出し成形後に圧縮成形を行ってもよい。また、公知の多様な技術のいずれか１つを用いてシートを成形によって得ることもできる。かかる技術としては、例えば、ブロー成形、圧縮成形、射出成形、熱成形などが挙げられる。

シートをタンクとは別個に作製する場合は、シートの寸法よりもわずかに小さい寸法で開口部をタンクに設けた後、シートを溶接して開口部を封止する。
変形例として、シートをタンクと同時に作製して、タンクの作製に用いられる多層構造プラスチックから切り取ることができる。この工程は、付属品が取り付けられたタンクの作製を同時進行させるという観点から特に有利である。例えば、タンク又はその一部を作製した後に、タンク壁の領分からシート用に直接切り取ることが可能である。この変形例では、タンク多層構造体の一番内側の表面層が一番外側の層と適合性があることを前提としている。
もう１つの変形例は、タンク作製中のスクラップが最適な多層構造体であるならば、そこからシートを切り取ることができる。
また、当初からそのために特別に設計しタンクと同時に作製されたタンク補助部分からシートを切り取ることも可能である。

最後になるが、タンク壁と同一の２枚の構造体を一緒にしてプレスすることによって、タンク壁と同一構造の２枚の完全な構造体を含むシートを製造することも可能である。この場合、例えば、タンクを製造するために用いられるパリソンの特定部分を圧縮することも可能である。これを実行する際は、シート用の２枚の同じ構造体をタンクの場合と同じ製造用の型を用いて圧縮することが最も有利である。
シートの外周領域を薄くするには、適切な技術であればいかなるものも用いることができる。最適な技術としては、熱成形や押出−圧縮成形などの成形技術が挙げられる。
シートをタンクに溶接する作業は、それ自体が一般に公知となっている技術であればいかなるものによって行ってもよい。例えば、熱板溶接法又はレーザー溶接法を利用することができる。熱板溶接法が好ましい。プレートをタンクに溶接する手法が、シートの厚みを薄くした外周領域の溶接の手法と異なっていてもよい。

本発明によると、シートの厚みを薄くした部分の溶接は、レーザー又は赤外線溶接方法による。
本発明の上記方法の実施にあたり推奨されるやり方として、タンクの外側表面に接触するプラスチック層の厚みを薄くした部分にレーザーまたは赤外線を通さない組成物を混入させる。
この実施方法によると、厚みを薄くしたシート外周領域のレーザー又は赤外線による溶接の品質が向上したタンクを製造することができ、有利である。「レーザー又は赤外線を通さない組成物」という表現は、レーザー又は赤外線照射エネルギーを実質的な比率で吸収及び／又は反射する組成物を意味すると解釈される。かかる組成物で良好な結果が得られた例として、カーボンブラック充填剤が挙げられる。この組成物は、タンク壁と直接的に接触する層の高分子材料全体にわたって均一に分散されるので有利である。

本発明の特定の方法によると、タンクの内側で、少なくとも１種の付属品がシートに固定されている。タンク、タンクに収納されている液体及び気体の性状、ならびにタンクの操作条件に適合するものであれば、通常、いかなる固定方法も好適であろう。
しかしながら、この固定作業を行う際には溶接を用いることが好ましい。
再度言及しておくと、「固定」及び「タンクの内側」という用語、表現は上記の封止システムですでに説明した意味と同じである。

本発明の方法を実施するためのこの特別なやり方において、第１の変形例では、シートに少なくとも１種の付属品を溶接し、その後、付属品に固定された前記シートを開口部の外周に沿って溶接して開口部を封止する。
この場合、シートが付属品の支持体の役目をし、付属品をタンクの中に容易に導入することができる。
これに対して、第２の変形例では、第１のステップで少なくとも１種の付属品を開口部に隣接したタンク内壁に固定し、それに続く第２のステップでシートを付属品と開口部の外周部とに同時に溶接する。

いずれの方法を実施した場合でも、何らかの理由でタンクの開口部近辺がフレキシブルな変形を受ける場合、例えば、タンクの自重により、また、溶接時にタンクの表面に対して垂直方向に及ぼされる力の結果として変形を被る場合、タンク壁へのシートの溶接作業を実行する際にある問題が起こる可能性がある。実際、タンクの製造直後やタンク壁の温度が依然として比較的高い状態にあるときに、同じような状況が起こる可能性がある。別の原因としては、開口部の直径が比較的大きいために、開口部が小さい場合のようには開口部の縁近傍のプラスチックを効果的に支えられないという原因が考えられる。

さらに、本発明は、タンク壁に成形したラグを用いて、シートの溶接作業中にタンク壁の開口部領域を支えることによって、上記のタンク壁のフレキシブルな変形の問題を補修する封止方法に関する。
ラグは開口部の外周近くのタンクの外壁に成形される。この箇所では、ラグを保持するクランプによってタンク壁は支えられている。
シートをタンク壁から切り取る場合も、前述のラグと同様のものを使用することができ、壁の変形を防ぐことができる。
また、溶接作業の前に、ラグを利用してタンク表面に起こりがちな平面性の欠如を補正することもできる。
最後になるが、タンクの外側表面の形状をシートの形状に完全に一致させるのにもラグは役に立つ。

さらに、本発明は、燃料タンク、とりわけ自動車両の燃料タンクの開口部を封止するために前記に説明した方法を使用することに関する。
「自動車両」という用語は、トラック、乗用車、オートバイなどの内燃機関を動力源としている乗り物を意味すると解釈される。

以下の図面は本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定する意図はない。
図面にはタンク（１１）が描かれている。タンクの壁は、ＥＶＯＨからなるバリアー層とそれを囲む２層のＨＤＰＥ層とを有する多層構造体で形成されている。バリアー層は、無水マレイン酸グラフトポリエチレンの「ＡＤＭＥＲ（アドマー）（登録商標）Ｌ２１００」（三井化学の商標）からなる接着剤による厚さ８０μｍの薄い中間層を介してＨＤＰＥ層に固定されている。タンク（１１）の壁の多層構造体には開口部が設けられ、開口部では、タンク（１１）の壁（４）の縁部（５）にサイホン（２）がスナップ止めされている。フロート（６）付き排出ＲＯＶ弁（３）にはポリアセタール製のスカート（３）が設けられており、ＲＯＶ弁もサイホン（２）にスナップ止めで固定されていた。

シート（１）は、ＥＶＯＨバリアー層（９）と、ＨＤＰＥ層（８）と、０．２重量％のカーボンブラックが充填されたＨＤＰＥからなる層（１０）とを含む多層構造体で構成され、カーボンブラックが充填されたＨＤＰＥ層では、幅（ｌ）が１０ｍｍの外周領域（１３）（１４）に沿って厚み（ｅ）が０．８ｍｍになるまで断面が薄くなるように熱成形によって成形されていた。このシート（１）は、熱板溶接でタンクの外側表面（１２）に溶接され、カーボンブラック充填層（１０）がタンク（１１）の壁に接していた。熱板溶接した部分（１２）に隣接するタンクの外側部分をレーザー光で走査し、シート（１）の薄くした外周領域（１３）（１４）を溶接した。用いたレーザーは波長８０９ｎｍ、出力３５ＷのＦＡＰ型のＹＡＧダイオードレーザーで、パルスモードで使用した。

本発明で用いるタンクを示す。

Claims (10)

1. プラスチック製タンクの開口部を封止するための、前記開口部の外周に沿って前記タンクの壁に溶接されたプラスチックシートで構成されるシステムであって、前記シートがバリアー層を含む多層構造体により作成され、その構造体の外層がタンクに溶接され、かつ、前記タンクの外側表面を形成しているプラスチックの組成と親和性のある組成を有しているシステムであって、前記シートの外周領域が溶接域内において、関係式ｌ／ｅ≧５による形状に適合するように薄くされていることを特徴とし、式中、ｌは薄くされた領域の幅を示し、ｅはタンク壁に接触する層の厚みを示し、ともに同じ長さ単位で表されたシステム。
2. 前記ｌ／ｅ比が少なくとも８であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記タンクが多層構造体で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記タンク及び前記シートが同じ多層構造体で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記シートが、前記タンクの内側に配置された少なくとも１種の付属品に固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
6. プラスチック製タンクの開口部を多層構造を有するプラスチック製シートを用いて封止する方法で、前記多層構造体の外層が、前記開口部の外周に沿って前記タンクの壁に溶接され、かつ前記タンクの外側表面を形成しているプラスチックの組成と親和性のある組成を有する方法であって、溶接する前に前記シートの外周領域を関係式ｌ／ｅ≧５による形状に適合するように薄くすることを特徴とし、式中、ｌは薄くされた領域の幅を示し、ｅはその厚みを示し、ともに同じ長さ単位で表される方法。
7. 前記薄くされた部分が、レーザー又は赤外線溶接法で溶接されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記レーザーまたは赤外線を通さない組成物が、前記タンクの外側表面に接触するプラスチック層の薄くした部分に取り込まれていることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記シートの外周領域が、熱成形と押出−圧縮成形から選ばれた方法で薄くされることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 自動車両用燃料タンクの開口部を封止するための請求項６〜９のいずれか１項に記載の方法の使用。

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