JP3528154B2 - タンク用インサートとその製造法 - Google Patents

タンク用インサートとその製造法

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    • B60K2015/03467—Arrangements or special measures related to fuel tanks or fuel handling for fixing or mounting parts of the fuel tank together by clip or snap fit fittings

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に熱可塑性樹脂
製燃料タンクの接続開口の画定及び／又は接続要素用の
取付座の形成に適合するインサート部品として熱可塑性
樹脂製中空体に接合可能な熱可塑性樹脂製インサート及
びその製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば自動車用の燃料タンクは、タンク
の接続開口を画定する構成部品及び／又は接続要素のた
めの取付座を形成する構成部品を含んでいるのが通常で
ある。ここで言う接続要素とは、例えばバルブ、接続ス
リーブ、ニップルなどである。更にタンクの接続開口は
燃料送出ユニットをタンク内に収容するためのアクセス
用開口とすることもでき、或いはまたタンク内に燃料レ
ベル指示用発信器（液面計）を収容するための発信器挿
入口や燃料注入管挿入口の形態とすることもできる。
【０００３】燃料タンクには、炭化水素に対する透過性
に関して厳しい条件が要求される。最新の環境保護基準
によれば、エンジン停止状態においてさえ自動車からの
炭化水素の総放出量は２４時間当り０．５ｇを超えては
ならない。これに対応して燃料タンク系自体からの炭化
水素の最大放出量に関しても相応の厳しい条件が要求さ
れる。このような理由から、プラスチック製燃料タンク
は共押出ブロー成形法で製造されることが多く、その場
合、燃料タンクの壁部は単層又は複数層の炭化水素難透
過性バリア層を備えた積層体で構成される。このような
タンクは、炭化水素の最大許容透過量レベルに関する厳
しい要件をほぼ満足している。
【０００４】しかしながら、これに関する問題を依然と
して含んでいるのがタンクにおけるバルブ等の接続要素
のための密封取付座を形成する接続開口である。このよ
うな接続開口は、開口内に例えばバルブ等の接続要素を
確実なシールと共に遊隙無しに取付けることを保証する
ために許容寸法誤差を極めて小さくしなければならない
ので、殆どの場合、押出ブロー成形によりタンクを製造
する際に弁座や接続要素のための密封取付座をも一工程
で同時形成することは不可能である。
【０００５】従って、タンクに穴を開けて接続開口とし
て機能させているのが通常であり、この穴に、例えばバ
ルブを密封シール形式で嵌合するやり方は種々の形式で
可能である。例えば、タンク壁に対してバルブをねじ込
み、同じくタンク壁構造に支承させたシールを介在させ
ればよいが、燃料タンクの場合、このような分離部品の
組立構造はタンクの一体シール構造に匹敵する厳しい要
件に適合しない。タンクにバルブを溶接することも全く
考慮に値せず、というのも、特に燃料に対して耐性を有
する材料特性の観点からバルブと接続要素は一般にポリ
オキシメチレン（ＰＯＭ）で形成されるのに対し、タン
クは少なくとも一部ポリエチレン（ＰＥ）を含む材料か
ら成るからであり、これら異質材料は相互に溶接可能で
はないからである。
【０００６】このような理由から、ＰＯＭ製のバルブや
ニップルに対してＰＥ製の射出成形ステムを準備し、こ
のステム内にバルブや接続ニップルをクリップ止めで嵌
め込むことも行われている。このステム部はタンク接続
開口の部分でタンクに例えば加熱溶着法で溶接すること
ができる。
【０００７】しかしながら、このような溶接方式による
場合、ＰＥ（ポリエチレン）は炭化水素に対して透過性
であって炭化水素の存在下で膨潤するのに対し、ＰＯＭ
（ポリオキシメチレン）は炭化水素に対して殆ど透過性
を示さないので、タンクの接続開口が炭化水素の放出の
可能性に関する弱点を内在しているという欠点を依然と
して解決できない。従って、このようなタンクの接続開
口は依然として炭化水素の放出源を形成しているのであ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、燃料
タンクの炭化水素総放出量が公知のタンクよりも低減す
るように炭化水素に対する透過性を極めて低くしたイン
サート、特に熱可塑性樹脂製燃料タンクの接続開口の画
定及び／又は接続要素用の取付座の形成に適合するイン
サート部品として熱可塑性樹脂製中空体に接合可能な熱
可塑性樹脂製インサート及びその製造法を提供すること
にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、熱可塑性樹脂製タンクの接続開口の画定及び／又
は接続要素用の取付座の形成に適合するインサート部品
として熱可塑性樹脂製中空体に接合可能な熱可塑性樹脂
製のインサート、特に炭化水素に対して難透過性を有す
る積層材の加圧成形品からなることを特徴とするインサ
ートによって解決されるものである。このような特徴を
備えた本発明によるインサートは、一方ではポリエチレ
ンのみから射出成形されたインサートに比べて炭化水素
透過性が低減する利点を有し、他方では積層材として例
えば共押出ブロー成形法でタンクを製造する際に得られ
るタンク成形用の多層押出品を利用して比較的簡単に加
圧成形で製造可能である。勿論、この代わりにインサー
ト製造用の板状多層半製品を別に準備し、或いはタンク
のブロー成形時に発生する余剰の多層押出物を使用して
インサートを成形することも可能である。
【００１０】本発明によるインサートにおいては、加圧
成形品が熱可塑性樹脂製中空体、即ち燃料タンクに対し
て、素材同士の溶接により接合可能なフランジ端部を有
することが好ましい。これは、特に本発明によるインサ
ートの加圧成形体が燃料タンクと同じ積層体からなる場
合に保証される。インサートと燃料タンクとの接合に関
して溶接手法として考慮に値するのは、加熱具による溶
着法、熱反射体を用いた突合溶接法、或いは摩擦圧接法
であり、特に加熱具による溶着法が好適である。
【００１１】本発明によるインサートは、炭化水素に対
する少なくとも１つのバリア層を備えた積層体で形成す
ることが好ましい。このような単層又は複数層のバリア
層は、インサートの素材中にほぼ完全に埋め込まれた構
造とすることができる。特に好ましくはバリア層を２層
とする。これらのバリア層は、実質的にポリエチレンか
らなる本体内に埋め込まれた構造とすることができ、こ
れによってインサート本体をタンク材料に確実に溶接す
ることができる。先にも述べたように、プラスチック製
燃料タンクは同様に炭化水素に対するバリア層を含む積
層体で壁部が形成されているので、本発明によるインサ
ートをタンクに溶接した際に、インサートのバリア層が
タンク壁内の同様のバリア層にできるだけ密封状態で連
続するように、インサートのバリア層は加圧成型品とな
った段階でも本体の材料中で全周に亘って延在配置され
ているべきである。また、タンク内の燃料物質である炭
化水素の外部への漏洩をタンクの接続開口の全周でほぼ
完全に阻止できるようにするためには、バリア層はその
内側端が接続開口の極力内壁側に全周で近接するように
接続開口の長手軸に対して求心的に角度を成して本体内
に延在させるのが望ましい。
【００１２】本発明において、インサート内に埋め込ま
れたバリア層はエチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）
からなるものとすることが好ましい。このようなバリア
層を含む加圧成形用素材としての積層体押出物に関して
は、共押出ブロー成形法で製造される容器を提案してい
る例えばドイツ公開特許第４３３７４９１号公報に開示
されており、本明細書では、少なくとも積層体押出物に
関する限り、その全ての開示内容をここで引照する。
【００１３】本発明の基本理念によれば、前述の課題は
更に、熱可塑性樹脂製タンクに対して封止と共に脱離不
能に接合される接続開口用インサートを製造するに際
し、炭化水素に対して難透過性の積層体を加圧成形する
ことによりインサートを得ることを特徴とするインサー
トの製造法によって解決される。成形素材として使用す
る積層体の積層構造に応じて、最終的に得られるインサ
ートが単層又は複数層のバリア層を有することになる。
更に、インサート内のバリア層の配置形状も加圧成形用
金型の構造、例えば金型分割線の位置或いは分割金型の
閉鎖邂逅部すなわちパリソン狭み込み切断部の位置など
に依存することになる。
【００１４】本発明による製造法の好適な一形態におい
ては、積層体のパリソンを共押出しする工程と、該パリ
ソンを第１の加熱温度で加圧成形してインサートの最終
形状とする工程とを備えている。
【００１５】この場合、パリソンをチューブの形態で押
出し、このチューブの対向壁部同士を加圧成形中に圧着
することが好ましい。チューブ状パリソンの対向壁同士
の圧着は好ましくは加圧成形型内での押付けにより行
う。この加圧成形に用いるチューブ状パリソンとして
は、例えばタンク自体を成形するために押出ヘッドから
押し出される多層構造パリソンを利用でき、これは、イ
ンサートの成形のための素材パリソンもタンクの成形の
ための素材パリソンも同じ押出手法で製造可能であるこ
とを意味しており、従ってタンクの成形設備において
は、他にインサートの成形のための加圧成形設備を付加
的に準備すれば足りることになる。
【００１６】本発明で言う加圧成形とは、押出成形品で
あれ可塑化半製品であれ、いずれにせよ可塑化された熱
可塑性樹脂素材を、複数の金型部分、好ましくは基本的
に雄型及び雌型からなる二つの金型部分を備えた成形型
の内部で成形することを意味するものである。
【００１７】尚、本発明によるインサートは、共押出ブ
ロー成形法を用いたタンクの製造プロセス中においてチ
ューブ状パリソンの金型からはみ出してブロー成形終了
後にタンク部分から切り離されるスクラップ部分によっ
て製造することも可能である。この場合のインサートの
加圧成形は、ブロー成形金型を閉じる動作によって一工
程で行うことができ、ブロー成形金型を開けばタンクの
横に加圧成形済みインサートが得られるようにすること
もできる。この場合、ブロー成形金型のタンク成形用の
金型キャビティの外側にインサート成形用の加圧成形金
型部分、つまり雄型と雌型の各キャビティを設ければよ
い。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施形態によ
るインサートを示しており、このインサート１は、円筒
形部分２と、支持フランジ３を形成する鍔部４とを備え
た中空円筒形の環状要素として構成されている。
【００１９】符号５は共押出ブロー成形法で製造された
燃料タンクの壁部であり、インサート１の鍔部４は該タ
ンク壁部に設けられた接続開口６の周縁部で該タンク壁
部に溶接されている。燃料タンクの壁部５は炭化水素に
対して軟透過性の積層体からなり、この積層体はエチレ
ンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）製のバリア層７を内部
に備えている。バリア層７は、炭化水素がタンク壁部５
を通過するのを遮断する。
【００２０】図１に示したインサートと同様に、図２に
示した本発明の第２実施形態によるインサート１も同様
のバリア層７を内部に備えた炭化水素難透過性積層体か
らなる。図１に示した実施形態と図２に示した実施形態
ではバリア層７の配置形状が互いに異なっている。図１
に示した実施形態では、バリア層７がインサート１の円
筒形部分２の領域でインサート１の長手軸に対して角度
を成して延在しており、円筒形部分２の下端ではその内
壁面１３に近接している。また、鍔部４の領域ではバリ
ア層７は支持フランジ３よりも僅かに上方へ膨らんでい
る。
【００２１】一方、図２に示した第２実施形態では、バ
リア層７は更に理想的に先ずインサート１の内壁面１３
に極力近接した位置で内壁面１３と平行に延在してい
る。鍔部４の領域ではバリア層７はインサート１の外面
に極力近接した位置に延在し、更に支持フランジ３の領
域でも可能な限り外面に近接した位置で終わっている。
【００２２】次に図３を参照して本発明の第３実施形態
によるインサート１を説明すると、このインサート１は
二重のバリア層７を備えている。図３に示した実施形態
によるインサート１の詳細な積層構造は図７に拡大して
示してある。
【００２３】インサート１を構成する積層体の基材樹脂
が、タンクの基材樹脂と同じ炭化水素の存在下で膨潤す
るポリエチレンである場合、図１に示すようにインサー
ト１の円筒形部分２の外周面に金属製支持リング８を嵌
め込んでおくことが好ましい。この支持リングは、イン
サート１がタンク内部の炭化水素を吸収した場合に直径
の増加を伴う変形を防止するものであり、丁度、スリー
ブのようにインサート１の主要部である円筒形部分２を
取り囲んで拘束する。この場合、炭化水素の存在に基づ
いてインサート１が膨潤しても、インサートの変形によ
る応力は金属製支持リング８による拘束で内側に向かう
方向へ逃がされ、径方向の外側への応力の作用が回避さ
れるので、インサートとタンク壁部５との接合が損なわ
れることはない。更にまた、インサート内にある接続要
素、例えばバルブや燃料導入管その他の挿入部品も、イ
ンサート内でのその取付座及びそれに付随する密封シー
ルに関して不利な作用を受けることはない。
【００２４】図１に示した実施形態において、インサー
ト１はポリオキシメチレン（ＰＯＭ）製のバルブ９のた
めの密封シール取付座として機能している。バルブ９は
円筒形本体１０を有し、このバルブ本体の外面輪郭と外
径はインサートの内面輪郭と内径に高い寸法精度で合致
されている。バルブ９の本体１０は、バルブ本体先端部
外周に設けられた固定用突出ラッチ爪１１により脱離不
能にインサート１内に係止されている。バルブ９は２つ
のＯリングシール１２によってインサート１に対して密
封シールされており、これらＯリングシールは、一方が
低温領域用、他方が高温領域用のシール性能を有するも
のである。
【００２５】図２に特に示したように、支持フランジ３
の端部におけるバリア層７の位置は、支持フランジ３を
タンク壁部５に溶接する際にインサート１のバリア層７
がタンク壁部５のバリア層７に確実に溶接されるよう
に、極力外側に位置するように配置されていることが好
ましい。また、いずれにせよインサートのバリア層７
は、個別部品としての保管中、運搬中、取扱中、或いは
タンクへの溶接準備中などに受ける恐れのある物理的損
傷から保護しておく目的で、インサート１の基材樹脂内
に埋め込まれていることが望ましい。
【００２６】図４は本発明の第４実施形態によるインサ
ートを示しており、このインサート１は、バルブに代え
てポリオキシメチレン（ＰＯＭ）製のエルボ管１４を受
け入れるように適合化されている。尚、以上に示したい
ずれの実施形態においても、図示したインサート１は平
滑な内壁面１３を有する比較的単純な構造のものであ
り、これらインサート１には、エルボ管１４或いはバル
ブ９のいずれかが脱離不能に係合する。勿論、この他に
も、インサート１の内壁面に例えばネジ山などの異形形
態を与えて対応する連結形態の接続要素をインサート１
に螺着できるようにしても良いことは述べるまでもな
い。
【００２７】インサート１の製造過程の一例を図５及び
図６に略示する。符号１５は雄型１６と雌型１７とから
なる二分割構成の金型であり、この金型がインサートを
製造するための加圧成形型を形成する。本発明による一
つの好適な製造法によれば、インサート１は共押出ヘッ
ドから押出された多層構造のチューブ状パリソン１８を
成形素材として製造され、このチューブ状パリソン１８
が可塑化状態のまま開放状態にある金型１５（図５）に
導入される。
【００２８】金型１５の雄型１６と雌型１７を互いに接
近させると、金型１５のキャビティ１９内がチューブ状
パリソン１８で満たされる。キャビティ１９からはみ出
した素材過剰部分は雌型１７と雄型１６とに加わる型締
力によってキャビティの縁部で狭まれて切断され、一部
は補償室２０内に押しやられる。共押出ヘッドから押出
されるチューブ状パリソンは好ましくは６層構造のチュ
ーブであり、これが金型１５内で両側から圧着されて合
計１２層の積層体からなる成形品となる。
【００２９】加圧成形の後に金型を開き、インサート１
を離型して取り出すが、この後にインサートに固着して
残っている余分な部分、即ち、補償室２０内に押しやら
れた体積分と外側方へ張出した周縁バリ部を除去する。
【００３０】完成したインサートは、図７に略示したよ
うに合計１２層の平行な積層構造を有し、例えば両側の
最外層２１はポリエチレン層、その内側の層２２はそれ
ぞれ再生材からなる層、更にその内側にそれぞれバリア
層７を介してポリエチレン層２１が平衡に積層されてい
る。ここで層２２の再生材とはリサイクル材料のことで
あり、例えばタンクの製造又はインサート１の製造に際
してスクラップとして生じたものを指す。
【００３１】二つのバリア層７はエチレン−ビニルアル
コール（ＥＶＯＨ）からなり、それぞれのバリア層７は
両側の接着剤層２３の間に埋め込まれている。各バリア
層７は、この両側の接着剤層２３で再生材２２及びポリ
エチレン外層２１との接合が保証されている。
【００３２】このように、本実施形態では、共押出によ
る６層構造のチューブ状パリソンからインサートを加圧
成形することによって全ての層が少なくとも２重に存在
する合計１２層の積層構造を得ている。この１２層構造
のインサート１は、図３に示した実施形態に該当し、そ
こでは合計２層のバリア層７が埋め込まれている。
【００３３】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明による熱可
塑性樹脂製のインサートは、炭化水素に対して難透過性
を有する積層材の加圧成形品からなるので、ポリエチレ
ンのみから射出成形されたインサートに比べて炭化水素
透過性が低減する利点を有し、また積層材として例えば
共押出ブロー成形法でタンクを製造する際に得られるタ
ンク成形用の多層押出品を利用して比較的簡単に加圧成
形で製造可能である利点をも有し、従って接続邂逅部分
を含めて炭化水素の放出に関して厳しい環境保護基準を
満たすプラスチック製燃料タンクを簡単な製法で実現す
ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】タンク壁部に溶接された状態の本発明の第１実
施形態によるインサートをそれに嵌め込まれたバルブと
共に示す部分断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態によるインサートを示す
断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態によるインサートを示す
断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態によるインサートをそれ
に嵌め込まれたエルボ管と共に示す部分断面図である。
【図５】本発明によるインサートの加圧成形用金型を型
開状態で示す断面図である。
【図６】加圧成形用金型を型閉状態で示す断面図であ
る。
【図７】図３中のＶＩＩ部分の拡大断面図である。
【符号の説明】
１：インサート ２：円筒形部分 ３：支持フランジ ４：鍔部 ５：タンク壁部 ６：接続開口 ７：バリア層 ８：支持リング ９：バルブ １０：バルブ本体 １１：固定用突出ラッチ爪 １２：Ｏリングシール １３：内壁面 １４：エルボ管 １５：金型 １６：雄型 １７：雌型 １８：チューブ状パリソン １９：キャビティ ２０：補償室 ２１：最外層 ２２：再生材層 ２３：接着剤層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−116548（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−26517（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−320663（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−285888（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−34085（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−255121（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 49/20 B60K 15/03

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂製タンクの接続開口の画定
    及び／又は接続要素用の取付座の形成に適合するインサ
    ート部品として炭化水素に対するバリア層を内部に備え
    た積層体構造の壁部をもつ熱可塑性樹脂製中空体に接合
    可能な熱可塑性樹脂製のインサート（１）であって、炭
    化水素に対して難透過性を有する積層体の加圧成形品か
    らなるインサートにおいて、加圧成形品の積層体も炭化
    水素に対するバリア層を有し、加圧成形品には熱可塑性
    樹脂製中空体に対して素材同士の溶接により接合可能な
    端部が設けられていると共に、該端部においては加圧成
    形品のバリア層が熱可塑性樹脂製中空体のバリア層との
    溶接のために外側に寄った位置に配置されていることを
    特徴とするインサート。
  2. 【請求項２】 加圧成形品が熱可塑性樹脂製中空体に対
    して基材樹脂同士の溶接により接合可能なフランジ端部
    を有することを特徴とする請求項１に記載のインサー
    ト。
  3. 【請求項３】 加圧成型品の本体材料中に炭化水素に対
    する少なくとも１つのバリア層（７）が埋め込まれ且つ
    加圧成形品の全周に亘って延在配置されていることを特
    徴とする請求項１又は２に記載のインサート。
  4. 【請求項４】 加圧成形品が円筒形部分（２）を備え、
    加圧成形品のバリア層（７）が前記円筒形部分（２）の
    基材樹脂中に実質的に埋め込まれて円筒形部分の下端で
    は内壁面（１３）の近傍領域まで延在していることを特
    徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインサー
    ト。
  5. 【請求項５】 加圧成形品の積層体が炭化水素に対する
    第１と第２のバリア層（７）を備えていることを特徴と
    する請求項１〜４のいずれか１項に記載のインサート。
  6. 【請求項６】 加圧成形品が実質的にポリエチレンから
    なる基材樹脂と炭化水素に対するバリア層（７）との積
    層体からなる円筒形部分を備え、円筒形部分の外周には
    基材樹脂の膨潤変形による応力を拘束する支持リングが
    嵌め込まれていることを特徴とする請求項１〜５のいず
    れか１項に記載のインサート。
  7. 【請求項７】 加圧成形品の積層体が炭化水素に対する
    少なくとも１つのバリア層（７）を備え、該バリア層
    （７）がエチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）を含ん
    でいることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に
    記載のインサート。
  8. 【請求項８】 熱可塑性樹脂製タンクに対して封止と共
    に脱離不能に接合される接続開口用インサートを製造す
    るに際し、炭化水素に対して難透過性のバリア層を有す
    る積層体構造の熱可塑性樹脂成形素材を可塑状態のまま
    開放状態の雌雄金型間のキャビティ内に導入し、雌雄金
    型を接近させて型締め加圧成形してキャビティからはみ
    出した素材過剰部分をキャビティ縁部で挟んで切断する
    ことにより、雌雄金型の素材挟み込み切断部の位置に依
    存して加圧成形品の端部ではバリア層が外側に寄った位
    置に配置されたインサートを得ることを特徴とするイン
    サートの製造法。
  9. 【請求項９】 内部に炭化水素に対するバリア層を有す
    る積層体のパリソンを共押出しする工程と、該パリソン
    を第１の加熱温度で加圧成形してインサートの最終形状
    とする工程とを備えたことを特徴とする請求項８に記載
    のインサートの製造法。
  10. 【請求項１０】 パリソンをチューブの形態で押出し、
    このチューブの対向壁部同士を加圧成形中に圧着して少
    なくとも２つのバリア層を有する積層体構造のインサー
    トを得ることを特徴とする請求項８又は９に記載のイン
    サートの製造法。
  11. 【請求項１１】 請求項１〜７のいずれか１項に記載の
    インサートを備え、炭化水素に対するバリア層を内部に
    備えた積層体構造のブロー成形壁部をもつ熱可塑性樹脂
    製タンク。
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