JP2017001618A - 燃料タンク - Google Patents

Abstract

【課題】軽量でありながら高い剛性を有する燃料タンクを提供する。【解決手段】燃料タンク２は、合成樹脂によって形成された多層構造を有する燃料タンクであって、発泡樹脂によって形成される発泡層２０と、繊維強化樹脂によって形成され、発泡層２０よりも内側及び外側のそれぞれに配置される繊維強化層２１と、熱可塑性樹脂によって形成され、発泡層２０と内側の繊維強化層２１ａとの間に配置される溶着層２２とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、車両用の燃料タンクに関する。

従来、合成樹脂製の車両用燃料タンクが知られている。合成樹脂製の燃料タンクは、一般に、燃料タンク本体が合成樹脂によって形成された多層構造を有しており、燃料タンク本体を成す内層及び外層を備え、内層と外層との間にバリア層が挟まれた構成とされることが多い。

例えば、特許文献１には、燃料タンク上側壁及び燃料タンク下側壁が、表皮層、外側本体層、外側接着剤層、バリア層、内側接着剤層及び内側本体層から形成されている燃料タンクが開示されている。この燃料タンクにおいては、表皮層、外側本体層及び内側本体層が、高密度ポリエチレン（High Density Polyethylene；ＨＤＰＥ）等によって形成されるものとされている。また、燃料の透過を防止するバリア層が、エチレンビニルアルコール共重合体等によって形成されるものとされている。

特開２０１４−１０４９２０号公報

特許文献１に開示されるような燃料タンクは、外側本体層及び内側本体層が高密度ポリエチレン等で形成されることによって、良好な耐衝撃性や剛性が備えられる。高密度ポリエチレン等によって形成される本体層とバリア層とを備える多層構造は、多層化されたパリソンを利用するブロー成形により少ない工数で形成することも可能である。

しかしながら、従来から、燃料タンクの更なる軽量化が求められている。燃料タンクの軽量化を図る方策としては、高密度ポリエチレン等で形成される燃料タンク本体の目付量を削減する方法も採り得る。ところが、燃料タンク本体の剛性は容器壁部の厚さの三乗に比例するため、壁部を薄肉化する方法では、燃料タンクに求められる高剛性を確保することが困難である。

そこで、本発明は、軽量でありながら高い剛性を有する燃料タンクを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために請求項１に記載の燃料タンクは、合成樹脂によって形成された多層構造を有する燃料タンクであって、発泡樹脂によって形成される発泡層と、繊維強化樹脂によって形成され、前記発泡層よりも内側及び外側のそれぞれに配置される繊維強化層と、熱可塑性樹脂によって形成され、前記発泡層と内側の前記繊維強化層との間に配置される溶着層とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、繊維強化層が備えられているため、燃料タンク本体の厚さや目付量に対して高い剛性が備えられる。また、厚さや気泡率の選択に幅がある発泡層が備えられているため、剛性を保ったまま燃料タンク本体の厚さを調整したり、目付量を削減したりすることが可能となる。さらには、溶着代となる溶着層が備えられているため、発泡層や繊維強化層によって困難となり得る溶着において、高い接合強度を実現することができる。そのため、発泡層や繊維強化層を備え、軽量でありながら高い剛性を有する燃料タンクを、溶着による接合を利用して提供することができる。具体的には、燃料タンク本体の目付量については、従来構造による剛性の水準を維持しつつ略半減させることが可能である。また、燃料タンクに溶着によって他部材を接合する場合に、高い接合強度を得ることが可能となる。

また、請求項２に記載の燃料タンクは、前記発泡層が、発泡ポリプロピレンによって形成され、前記繊維強化層が、ポリプロピレン繊維と、ポリエチレンの母相とによって形成され、前記溶着層が、ポリエチレンによって形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、発泡層が発泡ポリプロピレンによって形成されているため、剛性が良好に高められると共に、燃料の透過による漏出の恐れがより低減される。また、繊維強化層がポリプロピレン繊維とポリエチレンの母相とによって形成されているため、剛性が良好に高められる。また、溶着層がポリエチレンによって形成されているため、溶着温度を比較的低温にすることができるし、燃料の透過による漏出の恐れもより低減される。加えて、これらの層間同士の接着性や成形性も良好となり、製造性に優れた燃料タンクとなる。

また、請求項３に記載の燃料タンクは、前記発泡層と前記溶着層との間に配置され、燃料の透過を防止するバリア層をさらに備えることを特徴とする。

この発明によれば、バリア層が備えられているため、燃料の透過による漏出が良好に阻止される。また、バリア層は、発泡層よりも内側に配置されることになるため、発泡層の燃料による膨潤が防止され、発泡層の機能や燃料の遮蔽性が長期にわたって保持されるようになる。そのため、燃料の透過による漏出が少なく、軽量でありながら高い剛性を有する燃料タンクを提供することができる。

また、請求項４に記載の燃料タンクは、外側の前記繊維強化層のさらに外側に配置され、前記繊維強化層を保護する外皮層をさらに備えることを特徴とする。

この発明によれば、外皮層が備えられているため、外側の繊維強化層が燃料タンクの外部から加えられる外力に対して良好に保護されるようになる。そのため、外力に起因する剛性の低下や外観の意匠性の低下が少なく、軽量でありながら高い剛性を有する燃料タンクを提供することができる。

本発明によれば、軽量でありながら高い剛性を有する燃料タンクを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料タンクの概略形状を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る燃料タンクの壁部の構造を模式的に示す部分拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る燃料タンクの断面構造を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る燃料タンクの溶着工程の一例を示す図である。（ａ）は、各部材を固定治具に固定した状態、（ｂ）は、各部材を加熱している状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る燃料タンクの溶着工程の一例を示す図である。（ａ）は、各部材を溶着している状態、（ｂ）は、各部材の周縁部を加圧している状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る燃料タンクの溶着工程の他の例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る燃料タンクについて、図を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において共通する構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料タンクの概略形状を示す斜視図である。
図１に示す燃料タンク１は、中空構造の燃料タンク本体（本体）２を有している。燃料タンク本体２は、詳細には、本体容器の略上半部を構成する上部材２Ａと略下半部を構成する下部材２Ｂとによって形成されている。

上部材２Ａの上面には、燃料ポンプ取付孔４と、パージパイプ取付孔６と、リターンパイプ取付孔８とが設けられている。燃料ポンプ取付孔４には、燃料タンク本体の壁部から外側に突出するようにキャップ取付部材１０が備えられている。パージパイプ取付孔６には、キャニスタに接続されるパージパイプが取り付けられるようになっている。また、リターンパイプ取付孔８には、レギュレータから燃料を返送するリターンパイプが取り付けられるようになっている。さらに、燃料タンク本体２の側面には、給油管が取り付けられる不図示の燃料注入口が設けられる。なお、燃料ポンプ取付孔４とキャップ取付部材１０については後記する。

図２は、本発明の一実施形態に係る燃料タンクの壁部の構造を模式的に示す部分拡大断面図である。
図２に示すように、燃料タンク本体２は、合成樹脂によって各層が形成された多層構造の壁部を有している。詳細には、燃料タンク本体２の壁部は、発泡層２０と、繊維強化層２１（２１ａ，２１ｂ）と、溶着層２２と、バリア層２３と、外皮層２４とを備えている。なお、図３に示す燃料タンク本体２においては、繊維強化層２１としては、発泡層２０よりも内側に第１繊維強化層２１ａが配置され、発泡層２０よりも外側に第２繊維強化層２１ｂが配置されている。また、バリア層２３は、接着剤層２５と共に多層化されたバリアフィルム３０を構成している。

図２に示す多層構造は、上部材２Ａと下部材２Ｂのそれぞれにおいて、ガソリン等の燃料が貯留される燃料タンク本体２の壁部を形成している。上部材２Ａ及び下部材２Ｂのそれぞれの壁部は、具体的には、燃料タンクの内部空間を臨む内側から外側に向けて、第１繊維強化層２１ａ、溶着層２２、接着剤層２５、バリア層２３、接着剤層２５、発泡層２０、第２繊維強化層２１ｂ、外皮層２４の順に積層されている。

発泡層２０は、発泡樹脂によって形成されている。発泡層２０は、層内に無数の気泡を有しており、多層構造を構成する複数の層のうちで最大の厚さを有する層となっている。発泡層２０の層あたりの目付量は、層の厚さと気泡率とを適宜変えることによって、剛性を確保しつつ調整することが可能である。そのため、燃料タンク本体２は、発泡層２０を備えることによって、一定以上の剛性を備えながらも目付量が削減され得るようになっている。

発泡層２０を形成する材料としては、具体的には、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレン（発泡高密度ポリエチレン等）、発泡ポリアミド、発泡ポリエステル等を用いることができる。これらの中で特に好ましい材料は、発泡ポリプロピレンである。発泡ポリプロピレンは、耐油性や強度が良好であり、また、成形時の形状や寸法の精度にも優れるためである。

発泡層２０は、層の形成時にガスの溶解によって起泡させてもよいし、発泡剤を添加して起泡させてもよい。但し、発泡層２０の剛性や燃料の遮蔽性を高める観点からは、発泡剤を添加して起泡させることが好ましい。発泡剤によると、独立気泡の形成や、発泡率の均一性の確保を行い易いため、剛性の過剰な低下や燃料の透過を避けることができる。

起泡のために溶解させるガスとしては、例えば、窒素ガスや、炭酸ガスや、ブタン、ペンタン、ヘキサン等の炭化水素ガスや、フッ素置換等されたハロゲン化炭化水素等の適宜のガスを用いることができる。また、発泡剤としては、無機系発泡剤及び有機系発泡剤のいずれを用いることもできる。無機系発泡剤としては、例えば、炭酸アンモニウム、炭酸カルシウム等の炭酸塩や、炭酸水素ナトリウム等の炭酸水素塩や、クエン酸ナトリウム等の有機酸塩等が挙げられる。また、有機系発泡剤としては、例えば、アゾジカルボンアミド、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、アゾイソブチロジニトリル等が挙げられる。

発泡層２０の厚さは、燃料タンク本体２の仕様や空孔率の程度にもよるが、一例として、凡そ３ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲、４ｍｍ程度に設ければよい。

繊維強化層２１（２１ａ，２１ｂ）は、繊維強化樹脂によって形成されている。詳細には、繊維強化層２１（２１ａ，２１ｂ）は、合成樹脂からなる母相１２１と、母相１２１に埋設された強化繊維１２２とを有している。繊維強化層２１（２１ａ，２１ｂ）は、薄肉化された場合であっても、強度や硬さが良好な強化繊維１２２によって高剛性に維持される。そのため、燃料タンク本体２は、繊維強化層２１（２１ａ，２１ｂ）を備えることによって、軽量化に対応しながらも高い剛性が備えられる。

母相１２１としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン（高密度ポリエチレン等）、ポリエステル、ポリアミド、ポリエステル等の適宜の熱可塑性樹脂を用いることができる。これらの中で特に好ましい材料は、ポリエチレンであり、特に高密度ポリエチレンが好適に用いられる。ポリエチレンは、融点が比較的低く、燃料タンク本体２の上部材２Ａと下部材２Ｂとの溶着や、繊維強化層２１（２１ａ，２１ｂ）と隣接層との接着や、強化繊維１２２の融点以下における成形等に適しているためである。なお、母相１２１は、強化繊維１２２として熱可塑性の有機繊維を使用し、溶着時に強化繊維１２２を融解させることによって形成させてもよい。

強化繊維１２２としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、鉱物繊維等の無機繊維や、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維、アクリル繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維等の有機繊維を用いることができる。これらの中で特に好ましい材料は、ポリプロピレン繊維である。ポリプロピレン繊維は、耐油性や強度が良好であり、軽量で柔軟性も高く、また、燃料タンク本体２の上部材２Ａと下部材２Ｂとの溶着にも寄与する熱可塑性を持つためである。

強化繊維１２２は、織物状、不織布状、成形体状等のいずれの形態であってもよい。不織布状の強化繊維１２２の形成方法としては、乾式法、湿式法等を用いることができるが、剛性を高める観点からはスパンボンド法によることが好ましい。また、成形体状の強化繊維１２２としては、一軸方向又は多軸方向に並列させた繊維を適宜の形状に成形したもの等を用いることができる。但し、強化繊維１２２は、燃料タンク本体２について高剛性を確保する観点からは、織物状の形態とすることが好ましい。強化繊維１２２は、アンチモン類、ハロゲン化物類、リン酸エステル類、ホウ酸塩類、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の難燃剤をあらかじめ含むものであってもよい。

繊維強化層２１（２１ａ，２１ｂ）の厚さは、燃料タンク本体２の仕様にもよるが、一例として、凡そ０．３ｍｍ以上０．７ｍｍ以下の範囲、壁部の全体厚さに対しては、５％以上１５％以下程度に設ければよい。

溶着層２２は、熱可塑性樹脂によって形成されている。溶着層２２は、発泡層２０と第１繊維強化層２１ａとの間、詳細には、バリアフィルム３０と第１繊維強化層２１ａとの間に配置されている。図２に示す多層構造には、気泡を有しており、層あたりの目付量が小さく抑えられる発泡層２０層と、溶着時に完全には溶融されない強化繊維１２２が含まれており、厚さが薄く抑えられ得る第１繊維強化層２１ａとがそれぞれ設けられている。そのため、この多層構造を有する上部材２Ａと下部材２Ｂとの溶着による接合や、これらと他部材との溶着による接合においては良好な接合強度を得られない恐れがある。溶着層２２は、このような溶着による接合性を保障するための溶着代として機能する。

溶着層２２を形成する材料としては、具体的には、ポリプロピレン、ポリエチレン（高密度ポリエチレン等）、ポリアミド、ポリエステル等を用いることができる。これらの中で特に好ましい材料は、ポリエチレンであり、特に高密度ポリエチレンが好適に用いられる。ポリエチレンは、融点が比較的低く、燃料タンク本体２の上部材２Ａと下部材２Ｂとの溶着や、溶着層２２と隣接層との接着に適しているためである。

溶着層２２の厚さは、燃料タンク本体２の仕様にもよるが、一例として、凡そ０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲、１ｍｍ程度に設ければよい。

バリアフィルム３０は、バリア層２３と、その両面にそれぞれ積層された接着剤層２５，２５とによって形成されており、発泡層２０と溶着層２２との間に配置されている。バリア層２３は、燃料タンク本体２の内部空間に貯留される燃料や、この燃料が気化して生じる燃料ガスの透過を防止するために備えられている。また、接着剤層２５は、バリアフィルム３０（バリア層２３）を隣接層に接着している。

バリア層２３を形成する材料としては、具体的には、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル等の合成樹脂や、合成樹脂と無機材料又は金属材料との複合材料等の適宜の材料を用いることができる。これらの中で特に好ましい材料は、エチレンビニルアルコール共重合体である。エチレンビニルアルコール共重合体は、耐油性やガスバリア性が良好であり、また、溶融成形可能な熱可塑性を示すためである。また、オレフィン系の樹脂との接着に適しているためである。

接着剤層２５を形成する材料としては、具体的には、変性ポリオレフィン樹脂、例えば、不飽和カルボン酸変性ポリエチレン樹脂や、低密度ポリエチレン等の材料を用いることができる。これらの中で特に好ましい材料は、不飽和カルボン酸変性ポリエチレン樹脂である。不飽和カルボン酸変性ポリエチレン樹脂は、多層押出し成形に好適に用いられ、バリア層２５の層形状を保ってガスバリア性を確実に発揮させ得るためである。また、オレフィン系の樹脂との接着に適しているためである。

バリアフィルム３０の厚さは、バリア層２０を形成する材料のガス透過度等にもよるが、一例として、０．１ｍｍ程度に設ければよい。なお、バリアフィルム３０は、図１において、バリア層２３と接着剤層２５とからなる形態とされているが、接着剤層２５のさらに外側に熱可塑性樹脂の層が積層された形態など、その他の層構成を有する形態であってもよい。

外皮層２４は、第２繊維強化層２１ｂのさらに外側に配置されており、燃料タンク本体２の外皮を成している。外皮層２４は、外側に配置される第２繊維強化層２１ｂのさらに外側に設けられることによって、第２繊維強化層２１ｂが有する強化繊維１２２を外力等から保護している。すなわち、燃料タンク本体２が、車体フレームや車体側に支持する支持部材等から押圧や摩擦力等を受けた場合においても、強化繊維１２２が母相１２１から露出したり、強化繊維１２２がほつれたりする事態が防止されるようになっている。そのため、燃料タンク本体２は、強化繊維１２２により発揮される剛性が保たれ易く、外観の意匠性も損なわれ難くなっている。

外皮層２４としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン（高密度ポリエチレン等）、ポリエステル、ポリアミド、ポリエステル等の適宜の樹脂を用いることができる。これらの中で特に好ましい材料は、ポリプロピレンである。ポリプロピレンは、耐油性や強度が良好であり、また、成形性や平滑性が良好であるためである。

外皮層２４の厚さは、燃料タンク本体２の仕様にもよるが、一例として、凡そ０．０３ｍｍ以上０．０７ｍｍ以下の範囲、壁部の全体厚さに対しては、０．５％以上１．５％以下程度に設ければよい。

次に、本実施形態に係る燃料タンクの構造について説明する。

図３は、本発明の一実施形態に係る燃料タンクの断面構造を模式的に示す断面図である。なお、図３においては、燃料タンク本体２の壁部の多層構造（図２参照）を簡略化して示し、燃料タンク本体２に計装される各種機器部品について省略化している。
図３に示すように、燃料タンク本体２は、凹状にそれぞれ成形されている上部材２Ａと下部材２Ｂとによって形成されている。凹状の上部材２Ａと下部材２Ｂとは、燃料タンク１の容器形状の略上半部と下半部とをそれぞれ構成している。

上部材２Ａは、凹状に形成された領域の外縁側に平面状の溶着部１１４ａを有している。また、下部材２Ｂは、同様にして、凹状に形成された領域の外縁側に平面状の溶着部１１４ｂを有している。これら溶着部１１４ａと溶着部１１４ｂとが溶着されることによって、上部材２Ａと下部材２Ｂとが互いに接合され、燃料タンク本体２が形成されている。

上部材２Ａが有する溶着部１１４ａと、下部材２Ｂが有する溶着部１１４ｂとは、図２に示したように、第１繊維強化層２１ａの皮下に溶着層２２が設けられた多層構造を有している。そのため、上部材２Ａと下部材２Ｂとは、主として、第１繊維強化層２１ａを構成する合成樹脂や、溶着代として機能する溶着層２２が溶融して一体化されることによって高い接合強度をもって接合される。本実施形態に係る燃料タンク１では、このような高い接合強度の溶着によって、接合部の剥離の防止や、接合部を経る燃料の漏出の防止が図られるようになっている。

加えて、上部材２Ａは、平面状の溶着部１１４ａの側端に、厚さ方向に圧潰された側端部１１６ａを有している。また、下部材２Ｂは、同様にして、平面状の溶着部１１４ｂの側端に、厚さ方向に圧潰された側端部１１６ｂを有している。側端部１１６ａ及び側端部１１６ｂは、圧潰され、緻密化されることによってガスの遮蔽性が高められている。

溶着部１１４ａ及び溶着部１１４ｂは、図２に示したように、気泡を有する発泡層２０を備えており、この発泡層２０における沿層方向についてはバリア層２３が介在して無く遮蔽性が低くなっている。そこで、ガスの遮蔽性が高い側端部１１６ａや側端部１１６ｂを設け、接合部を通過するガスの遮蔽性が高められる構造としている。本実施形態に係る燃料タンク１では、このような構造によって、接合部を経る燃料の漏出の防止が図られるようになっている。

一方、上部材２Ａの頂部には、燃料ポンプ取付孔４が貫設されている。そして、燃料ポンプ取付孔４には、上部材２Ａとは別体のキャップ取付部材１０が接合されている。キャップ取付部材１０は、不図示の燃料ポンプモジュールと締結される部材である。キャップ取付部材１０は、合成樹脂により一体として成形されており、側面に螺子溝が設けられた筒状部１０２と、筒状部１０２の下端周縁から側方に向けて延設されたフランジ部１０４とを有している。不図示の燃料ポンプモジュールは、燃料ポンプ取付孔４に挿入されて燃料タンク本体２の内部に装着される。このとき、燃料ポンプモジュールの上部側に設けられる蓋部が、キャップ取付部材１０が有する螺子溝に螺合するナット型のキャップによって固定されることにより燃料ポンプ取付孔４が密閉される。

一般には、燃料タンク本体はブロー成形によって製造されることが多く、燃料ポンプモジュールの上部側に設けられるキャップ取付部についても、燃料タンク本体の壁部から外側に突出するように一体成形されることが多い。このようにしてキャップ取付部をブロー成形によって一体成形する場合は、複雑形状を有するキャップ取付部の付近において、局所的に薄肉の領域が生じることが少なくない。

これに対して、本実施形態に係る燃料タンク１では、図３に示すように、キャップ取付部材１０が、燃料タンク本体２（上部材２Ａ）とは別体に設けられている。別体のキャップ取付部材１０は、ブロー成形に代えて型成形によって製造することが可能であるため、形状や寸法の精度を高くすることができ、剛性が高められる。また、溶着による接合性が良好な材料であれば、燃料タンク本体２とは別種の材料によって製造することが可能であるため、更に高剛性に設けることも可能になる。そのため、本実施形態に係る燃料タンク１では、別体のキャップ取付部材１０を備える構成とされることによって、燃料タンク本体が衝撃を受けたり、燃料ポンプモジュールの揺動によって荷重を受けたりした場合に、燃料ポンプ取付孔４付近が破壊の起点となり難くなり、耐衝撃性の向上が図られるようになっている。

また、本実施形態に係る燃料タンク１では、別体のキャップ取付部材１０が、フランジ部１０４の上面と、上部材２Ａの頂部下面１１２とが互いに溶着されることによって接合されている。すなわち、キャップ取付部材１０は、燃料タンク本体２の内部側に接合されている。このような構造によると、キャップ取付部材１０に螺合させたキャップとキャップ取付部材１０のフランジ部１０４とによって上部材２Ａの燃料ポンプ取付孔４の周縁部を挟み込むことで、燃料ポンプモジュールを確実に支持することが可能になる。また、燃料ポンプ取付孔４の密閉性を向上させることも可能になる。そのため、本実施形態に係る燃料タンク１では、燃料ポンプ取付孔４付近について、耐衝撃性に加え、燃料の封止性の向上も図られるようになっている。

次に、本実施形態に係る燃料タンクの製造方法について説明する。

本実施形態に係る燃料タンク１は、上部材２Ａ及び下部材２Ｂがそれぞれ繊維強化層２１（２１ａ，２１ｂ）を有しており、強化繊維１２２によって剛性が確保される構造とされている（図２参照）。そのため、燃料タンク本体２の製造方法としては、ブロー成形やツインシートブロー成形等とは異なり、繊維強化層２１（２１ａ，２１ｂ）を構成する強化繊維１２２の配向や縫製状態が損なわれ難い方法が好適である。

燃料タンク本体２は、シート化された上部材２Ａ及び下部材２Ｂを容器形状に成形し、互いに接合することによって製造することができる。例えば、上部材２Ａ及び下部材２Ｂをそれぞれプレス成形し、溶着によって互いに接合する方法や、上部材２Ａ及び下部材２Ｂを真空成形と圧空成形とによって同時成形し、溶着によって互いに接合する方法（ツインコンポジット成形法）等を利用することが可能である。

上部材２Ａ及び下部材２Ｂの素材としては、図２に示す多層構造の各層があらかじめ積層されているシート体を成形に用いてもよいし、各層に対応する複数のシート体を重ねて成形に用いてもよい。例えば、各層に対応する複数のシート体を用いる場合は、各シート体を重ねて熱プレス成形を施すことによって一枚のシート体とし、このシート体を素材として成形に用いてもよい。

上部材２Ａと下部材２Ｂとを溶着する方法としては、熱板溶着、射出溶着、高周波溶着、超音波溶着、レーザー溶着等の各種の方法を利用することが可能である。以下においては、燃料タンク本体２の製造方法の一例として、あらかじめ容器形状に成形されている上部材２Ａと下部材２Ｂとを熱板溶着によって互いに接合する方法について説明する。

図４は、本発明の一実施形態に係る燃料タンクの溶着工程の一例を示す図である。図４（ａ）は、各部材を固定治具に固定した状態、図４（ｂ）は、各部材を加熱している状態を示す図である。
図４（ａ）に示すように、上部材２Ａと下部材２Ｂとを溶着によって接合するにあたっては、上部材２Ａ及び下部材２Ｂを第１固定治具２１０Ａと第２固定治具２１０Ｂとにそれぞれ固定する。

第１固定治具２１０Ａ及び第２固定治具２１０Ｂは、上部材２Ａ及び下部材２Ｂのそれぞれを外側から面支持可能な凹部を有し、不図示の可動機構によって移動可能に設けられている。例えば、第１固定治具２１０Ａ及び第２固定治具２１０Ｂは、互いに離隔した状態から密着して押圧される状態まで、段階的に相対移動可能とされる。

また、第１固定治具２１０Ａ及び第２固定治具２１０Ｂに付随して、第１加圧成形型２１２Ａ及び第２加圧成形型２１２Ｂと、熱板２５０とが備えられている。第１加圧成形型２１２Ａ及び第２加圧成形型２１２Ｂは、第１固定治具２１０Ａ及び第２固定治具２１０Ｂのそれぞれの外周に沿うように設けられており、上部材２Ａ及び下部材２Ｂの外縁部を加圧成形するために備えられている。一方、熱板２５０は、第１固定治具２１０Ａと第２固定治具２１０Ｂとの間に対して進退自在に設けられている。

上部材２Ａ及び下部材２Ｂは、あらかじめ、燃料タンク１の各半部の容器形状にプレス成形された状態で第１固定治具２１０Ａ及び第２固定治具２１０Ｂに固定される。このとき、上部材２Ａ及び下部材２Ｂは、第１繊維強化層２１ａ、溶着層２２、バリアフィルム３０、発泡層２０、第２繊維強化層２１ｂ及び外皮層２４がこの順にあらかじめ積層された状態である。このような上部材２Ａ及び下部材２Ｂは、多層構造を有するシート体に、容器形状に応じたプレス成形等を施すことで準備される。図４（ａ）に示すように、上部材２Ａには、あらかじめキャップ取付部材１０を溶着させておくことが可能である。

続いて、図４（ｂ）に示すように、上部材２Ａと下部材２Ｂとの間に熱板２５０を挿入し、第１固定治具２１０Ａと第２固定治具２１０Ｂとを接近させることによって、上部材２Ａと下部材２Ｂとを熱板２５０に密着させる。上部材２Ａの溶着部１１４ａと下部材２Ｂの溶着部１１４ｂとは、加温されている熱板２５０に押圧されることによって加熱される。このとき、溶着部１１４ａ及び溶着部１１４ｂの内側にある溶着面Ａでは、主として、第１繊維強化層２１ａを構成する合成樹脂や、溶着代として機能する溶着層２２が溶融する。なお、加熱温度、加熱時間、押圧圧力については、溶着層２２の融点や接合強度等を勘案して適宜設定すればよい。

図５は、本発明の一実施形態に係る燃料タンクの溶着前工程の一例を示す図である。図５（ａ）は、各部材を溶着している状態、図５（ｂ）は、各部材の周縁部を加圧している状態を示す図である。

上部材２Ａ及び下部材２Ｂの溶着面Ａを加熱し、熱板２５０を退かせた後、図５（ａ）に示すように、上部材２Ａの溶着部１１４ａと下部材２Ｂの溶着部１１４ｂとを突き合わせて互いに押圧する。このように溶着面Ａが加圧されることによって、溶着部１１４ａと溶着部１１４ｂとが部分的に一体化する。なお、押圧時間、押圧圧力については、接合強度等を勘案して適宜設定すればよい。このとき、第１加圧成形型２１２Ａと第２加圧成形型２１２Ｂとは、互いに密着すること無く、離隔した位置で停止した状態である。

続いて、図５（ｂ）に示すように、上部材２Ａと下部材２Ｂとを固定した状態のままで、第１加圧成形型２１２Ａと第２加圧成形型２１２Ｂとを互いに押し付けて、上部材２Ａの溶着部１１４ａの外縁（側端部１１６ａ）と、下部材２Ｂの溶着部１１４ｂの外縁（側端部１１６ｂ）とを更に押圧する。そして、上部材２Ａの溶着部１１４ａと下部材２Ｂの溶着部１１４ｂとを加圧状態に保持したまま冷却する。なお、溶着部１１４ａ及び溶着部１１４ｂは、第１加圧成形型２１２Ａ及び第２加圧成形型２１２Ｂによって押圧する前に完全に冷却し、第１加圧成形型２１２Ａ及び第２加圧成形型２１２Ｂによる熱プレスによって加圧成形を行ってもよいし、或いは、適度な流動性が保たれる程度に半冷し、半溶融状態において外縁の加圧成形を行ってもよい。

加熱により部分的に一体化された上部材２Ａの溶着部１１４ａと下部材２Ｂの溶着部１１４ｂとが冷却されることによって、溶着部１１４ａと溶着部１１４ｂとが接合される。また、溶着部１１４ａ及び溶着部１１４ｂのそれぞれの外縁は、第１加圧成形型２１２Ａと第２加圧成形型２１２Ｂとによって薄肉の偏平状に加圧成形される。すなわち、上部材２Ａ及び下部材２Ｂの外縁に、厚さ方向に圧潰された側端部１１６ａ及び側端部１１６ｂが形成される。

以上の燃料タンク１（燃料タンク本体２）の製造方法によると、あらかじめプレス成形によってシート化した上部材２Ａと下部材２Ｂとが使用されるため、燃料タンク本体２の内部側に、キャップ取付部材１０を容易に接合させておくことができる。これに対して、一般的なブロー成形では、このような内部側への接合は困難であるし、強化繊維１２２の配向や縫製状態が損なわれ易い。また、一般的なツインシートブロー成形では、内部側への接合のための設備コスト等が嵩むし、接合位置の位置決めも容易ではない。すなわち、溶着層２２を備え、溶着による接合性が良好な素材を用いるこの製造方法は、耐衝撃性や燃料の封止性が向上した燃料タンク１の製造に有利である。

また、以上の燃料タンク１（燃料タンク本体２）の製造方法によると、上部材２Ａと下部材２Ｂとの接合に熱板溶着が採用されているため、上部材２Ａと下部材２Ｂとの接合部の強度を良好にすることができる。溶着部１１４ａ及び溶着部１１４ｂにおいて、第１繊維強化層２１ａの皮下に設けられている溶着層２２は、熱板２５０から、薄肉に設けてよい第１繊維強化層２１ａを経て伝わる伝熱によって、均一性をもって溶融し、溶着代としての機能を適切に発揮することができる。

次に、本実施形態に係る燃料タンクの製造方法の他の例について説明する。

燃料タンク本体２の製造においては、上部材２Ａと下部材２Ｂとの接合を射出溶着によって行うことも可能である。例えば、図５（ａ）に示すように、上部材２Ａの溶着部１１４ａと下部材２Ｂの溶着部１１４ｂとを突き合わせている状態において、上部材２Ａと下部材２Ｂとの接合部（溶着部１１４ａ及び溶着部１１４ｂ）の側方から射出溶着を施すことが可能である。なお、溶着部１１４ａ及び溶着部１１４ｂは、この状態に至るまでに、熱板（２５０）によって加熱されていてもよいが、あらかじめ加熱されていなくてもよい。

図６は、本発明の一実施形態に係る燃料タンクの溶着工程の他の例を示す図である。図６（ａ）は、射出成形型に型締めされた各部材の接合部近傍を拡大して模式的に示す断面図、図６（ｂ）は、二次成形された各部材の接合部の概略形状を模式的に示す断面図である。
図６（ａ）に示すように、この溶着工程では、第１固定治具２１０Ａ及び第２固定治具２１０Ｂと共に、第１射出成形型２１４Ａ及び第２射出成形型２１４Ｂを使用して射出溶着を行う。射出溶着によって、上部材２Ａと下部材２Ｂとの接合を行いつつ、上部材２Ａと下部材２Ｂとの接合部（溶着部１１４ａ及び溶着部１１４ｂ）の側方に封止部１３０（図６（ｂ）参照）を二次成形する方法である。

第１射出成形型２１４Ａ及び第２射出成形型２１４Ｂは、第１加圧成形型２１２Ａ及び第２加圧成形型２１２Ｂ（図４及び図５参照）に代えて、第１固定治具２１０Ａ及び第２固定治具２１０Ｂのそれぞれの外周に沿うように設けられるものである。第１射出成形型２１４Ａ及び第２射出成形型２１４Ｂは、図６（ａ）に示すように、凹部２３１ａ及び凹部２３１ｂをそれぞれ有している。凹部２３１ａ及び凹部２３１ｂは、第１固定治具２１０Ａに固定されている上部材２Ａの溶着部１１４ａと、第２固定治具２１０Ｂに固定されている下部材２Ｂの溶着部１１４ｂとのそれぞれが内側に突出し得る位置に設けられている。

第１射出成形型２１４Ａ及び第２射出成形型２１４Ｂは、第１固定治具２１０Ａと第２固定治具２１０Ｂとが互いに押し付けられ、また、上部材２Ａの溶着部１１４ａと下部材２Ｂの溶着部１１４ｂとが突き合わされて加圧されている状態において型締めされるように設けられている。そして、型締めされた状態においては、凹部２３１ａと凹部２３１ｂとによってキャビティ２３３が形成されている。キャビティ２３３は、上部材２Ａの溶着部１１４ａの側端側と下部材２Ｂの溶着部１１４ｂの側端側とを、全周にわたって内包するように形成される。

第２射出成形型２１４Ｂには、図６（ａ）に示すように、キャビティ２３３に通じる射出孔２３４が設けられている。射出孔２３４には、不図示の押出混練機のノズルが接続されるようになっている。なお、射出孔２３４は、上部材２Ａ及び下部材２Ｂの全周に沿って複数設けてもよいし、周方向に沿ってスライド自在に設けてもよい。また、射出孔２３４は、第１射出成形型２１４Ａに設けられていてもよいし、第１射出成形型２１４Ａ及び第２射出成形型２１４Ｂの両方に設けられていてもよい。

この射出成形においては、射出孔２３４に接続される押出混練機から溶融混練されている熱可塑性樹脂が射出される。射出する材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン（高密度ポリエチレン等）、ポリアミド、ポリエステル等を用いることができる。射出された高温の熱可塑性樹脂は、キャビティ２３３に充填されると共に、溶着部１１４ａ及び溶着部１１４ｂを部分的に溶融させる。そのため、冷却後には、図６（ｂ）に示すように、上部材２Ａの溶着部１１４ａと下部材２Ｂの溶着部１１４ｂとが接合され、溶着部１１４ａ及び溶着部１１４ｂの側方には、封止部１３０が射出成形される。

以上の燃料タンク１（燃料タンク本体２）の製造方法によると、封止部１３０が、溶着部１１４ａ及び溶着部１１４ｂの側端を全周にわたって覆うように形成される。よって、上部材２Ａや下部材２Ｂが有する多層構造の沿層方向の側端や、溶着部１１４ａと溶着部１１４ｂとの接触面に生じ得る隙間は、封止部１３０によって確実に封止される。そのため、溶着の不全により生じ得る燃料の漏出や、多層構造中のバリア層２０によって阻止できない沿層方向に沿ったサイドリーク等を、より確実に阻止することが可能になる。

なお、以上の燃料タンク１（燃料タンク本体２）の構成や、その製造方法については、発明の趣旨を変更しない限りにおいて種々の変更を行うことが可能である。例えば、燃料タンク本体２は、適宜の形状に設けることができ、溶着面Ａの位置も外縁側のみに限られない。また、燃料タンク本体２は、第１繊維強化層２１ａ、溶着層２２、バリアフィルム３０、発泡層２０、第２繊維強化層２１ｂ、外皮層２４に加えて、他の層を備えていてもよい。また、バリアフィルム３０に代えて、ガスの透過性が低い単層又は複数層が形成されていてもよい。また、繊維強化層２１や発泡層２０は、溶着層２２の外側において、それぞれ交互に多層化されていてもよい。燃料タンク１の製造に用いる装置機器については、適宜の構成や形状とすることが可能である。

１ 燃料タンク
２ 燃料タンク本体
２Ａ 上部材
２Ｂ 下部材
４ 燃料ポンプ取付孔
６ パージパイプ取付孔
８ リターンパイプ取付孔
１０ キャップ取付部材
２０ 発泡層
２１ａ 第１繊維強化層
２１ｂ 第２繊維強化層
２２ 溶着層
２３ バリア層
２４ 外皮層
２５ 接着剤層
３０ バリアフィルム
１０２ 筒状部
１０４ フランジ部
１１２ 頂部下面
１１４ａ，１１４ｂ 溶着部
１１６ａ，１１６ｂ 側端部
１２１ 母相
１２２ 強化繊維
１３０ 封止部
２１０Ａ 第１固定治具
２１０Ｂ 第２固定治具
２１２Ａ 第１加圧成形型
２１２Ｂ 第２加圧成形型
２１４Ａ 第１射出成形型
２１４Ｂ 第２射出成形型
２３１ａ，２３１ｂ 凹部
２３３ キャビティ
２３４ 射出孔
２５０ 熱板

Claims (4)

1. 合成樹脂によって形成された多層構造を有する燃料タンクであって、
   発泡樹脂によって形成される発泡層と、
   繊維強化樹脂によって形成され、前記発泡層よりも内側及び外側のそれぞれに配置される繊維強化層と、
   熱可塑性樹脂によって形成され、前記発泡層と内側の前記繊維強化層との間に配置される溶着層とを備えることを特徴とする燃料タンク。
2. 前記発泡層が、発泡ポリプロピレンによって形成され、
   前記繊維強化層が、ポリプロピレン繊維と、ポリエチレンの母相とによって形成され、
   前記溶着層が、ポリエチレンによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料タンク。
3. 前記発泡層と前記溶着層との間に配置され、燃料の透過を防止するバリア層をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料タンク。
4. 外側の前記繊維強化層のさらに外側に配置され、前記繊維強化層を保護する外皮層をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料タンク。

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