JP4801891B2 - 燃料タンク - Google Patents

Description

本発明は、サイドフレームにブラケットを介して搭載される燃料タンクの剛性を高め、その振動周波数をばね下の振動周波数よりも大きくし、耐久性を増大させる燃料タンクに関するものである。

トラックの燃料タンク０１は、図8に示すように、横断面四角形状の筒状部０２の内部に、燃料の流動安定のための透孔０３ａを有するセパレータ０３をスポット溶接により固着し、筒状部０２の内部空間を複数の室に仕切る。また、筒状部０２の両端開口部には、エンドプレート０４がシーム溶接により取り付けられる。このように製作された従来装置としての燃料タンク０１は、図9に示すように、トラックのサイドフレーム０５の外側面にボルト締結により取り付けた、横断面ハット型で外観形状がＬ型をなすブラケット０６にベルト０８を巻き付けて搭載される。

すなわち、ブラケット０６の上にラバー（摩擦接触部材）０７を張り付けるようにして敷き、その上に燃料タンク０１を載せる。この状態の燃料タンク０１にベルト０８を巻き付けるとき、ベルト０８側にも同様にラバー（図示しない）を介して燃料タンク０１に巻き付けることにより、燃料タンク０１がブラケット０６に固定される。このとき、ブラケット０６は、セパレータ０３からオフセットされた位置でベルト０８により巻き付けられる、つまり筒状部０２部分だけをベルト０８で締め付ける構造にしているため、ベルト０８により入力を受ける筒状部０２部分は、面外応力状態となり、ベルトに所要の張力を発生させる前に燃料タンク断面の変形が進行し、適切な張力が得られず、その結果、燃料タンク０１を安定した状態でブラケットへ締結できない。このため、従来装置における燃料タンク０１のベルト締結部の剛性は非常に低くなり、ベルト０８に十分な初期張力を付与することはできない。

そこで、ベルトに初期張力を付与する方法として、セパレータ０３をベルト直下に配置する構造が採用される。係る技術として、例えば、特開２００２−１６０５３９号公報（特許文献１）や特開２００４−１２３０５２号公報（特許文献２）記載のものが知られている。これら公報に記載の技術はいずれも、上記従来装置における燃料タンク０１の基本形態と略同一の構造を有するが、燃料タンクのセパレータをベルト直下に配置してブラケットに固定した点で相違する。これにより、特許文献１および特許文献１のものは、ベルトから受ける入力に対してセパレータの剛性を高める。
特開２００２−１６０５３９号公報 特開２００４−１２３０５２号公報

しかしながら、上記特許文献１および特許文献２のものにおけるセパレータは、単に補強ビードを形成することによりセパレータの剛性を大きくしているに過ぎない。そのため、燃料タンクに巻き付けられるベルトの中間部に当接する燃料タンクの上コーナー部から対角線に沿う方向にビードが設けられておらず、ベルト締め付け時における上コーナー部から燃料タンクに作用する締め付け力に対する剛性を高めるには一定の限界がある。その結果、ベルト締結に対する剛性を高めることが困難となり、燃料質量を伴う燃料タンクの振動挙動において、その振動周波数（固有振動数）はトラックのバネ下振動周波数に近づき、燃料タンク全体として振動し易くなる。したがって、セパレータの溶接結合部への振動入力による溶接部の剥離、セパレータそのものの塑性変形による破損等を惹起する問題がある。

本発明は、このような問題を解決するために工夫されたものであり、サイドフレームにブラケットを介して搭載される燃料タンクの剛性を高め、その振動周波数をばね下の振動周波数よりも大きくし、耐久性を増大させる燃料タンクを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては次のような手段を講ずることとした。すなわち、請求項１記載の発明は、燃料タンクであって、セパレータ外周のフランジを横断面略四角形状の筒状部内面に溶着して形成される燃料タンク本体を、サイドフレームに取り付けた略Ｌ字状のブラケットに敷いた摩擦接触部材上に載せ、前記燃料タンク本体にベルト部材を巻き付けて前記ブラケットに固定した燃料タンクにおいて、前記燃料タンク本体のセパレータを前記ベルト部材直下に配置し、前記ベルト部材の張力の入力部となる前記セパレータの上コーナー部から前記ブラケットのコーナー部における前記セパレータの下コーナー部とを結ぶ対角線方向に前記セパレータの骨格となる主ビードを設けるとともに、前記主ビード両端の両側縁を、前記フランジに、所定の半径を有する湾曲面により滑らかに連結したことを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の燃料タンクに係り、前記セパレータのもう一方の対角線に沿って、前記主ビードに交差して前記セパレータのフランジに連続する主ビードを骨格として設けたことを特徴とする。

また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の燃料タンクに係り、前記セパレータのもう一方の対角線に沿って、前記主ビードと前記セパレータのフランジに不連続となる副ビードを設けたことを特徴とする。

また、請求項４記載の発明は、請求項２乃至３記載の燃料タンクに係り、前記両対角線に主ビードを設けた前記セパレータを、所定の半径により湾曲させたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、燃料タンク本体のセパレータをベルト部材直下に配置し、ベルト部材の張力の入力部となるセパレータの上コーナー部からブラケットのコーナー部におけるセパレータの下コーナー部に沿う対角線方向におけるセパレータに、骨格となる主ビードを設けているので、セパレータ自体の剛性が高められる。そのため、車体から受ける振動入力に対する振動特性が向上できるとともに、セパレータ内を伝わる力の流れに沿った方向（対角線方向）に配置したビードにより、ベルト締め付け（締結）時におけるセパレータそのものの強度を確保できる。したがって、燃料タンクはベルト締結剛性が高められ、一次固有値（固有振動数の一番低い値）は大きくなり、振動周波数を車両のばね下振動周波数よりも高められ、耐久性に優れた燃料タンクを実現できる効果を奏する。
また、主ビード両端の両側縁を、フランジに、所定の半径を有する湾曲面により隙間なく滑らかに連続するように連結しているので、ベルト締結時における締め付け力を確実にセパレータの下コーナー部からブラケットに応力分散を図りながら伝える。このため、燃料タンクはブラケットに対し強固な圧着力（締結力）で固定されるようになる。

また、請求項２記載の発明によれば、セパレータのもう一方の対角線に沿って、主ビードに交差してセパレータのフランジに連続する主ビードを骨格として設けた。すなわち、セパレータの両対角線に沿って互いに交差するように、主ビードを設け、かつ、これら主ビードの外方端を共にセパレータのフランジに連続するように形成したので、セパレータの構造を対象な形状とすることができる。このため、燃料タンクの筒状部の長手方向の寸法が長い、つまり、開口端から奥行きの深い筒状部であっても、セパレータの方向を気にすることなく、一方の開口端と反対側の他方の開口端とから自由に入れて溶接して筒状部に溶着することができる。その結果、一つのセパレータを生産準備するだけで燃料タンクを製造でき、プレス金型の準備コストを低減できる。

また、請求項３記載の発明によれば、主ビードが設けられていないセパレータのもう一方の対角線に沿って、主ビードとセパレータのフランジに対して不連続に副ビードを設けているので、同部分の剛性を大きくできる。また、セパレータの面の剛性を損なわない範囲で燃料タンクのコーナー部に発生するセパレータ剛性の変化による応力集中から開放され、セパレータの変形に対する柔軟性を維持することができる。

また、請求項４記載の発明によれば、両対角線に主ビードを交差可能に設けたセパレータを、所定の半径により湾曲させたので、主ビード同士が交差するセパレータ中央部での剛性低下分を補うことができ、その結果、セパレータの剛性低下を防止することができる。

以下において、本発明の実施の形態について、図1乃至図4を基に詳述する。
本実施の形態に係る燃料タンク１は、図1に示すように、例えば、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金等の金属素材で形成される。その基本形態は、横断面がほぼ四角形状の筒状部２と、その内部に間隔を存して配置された３個のセパレータ３と、筒状部２両端開口部を閉塞するエンドプレート４とによって、内部空間に燃料が貯留可能となる燃料タンク本体が形成される。なお、セパレータ３の数は、３個に限定されるものではないのは勿論である。燃料タンク１のトラックへの搭載は、トラックのサイドフレーム５に取り付けたＬ型のブラケット６に摩擦接触部材であるラバー７を敷き、そのラバー７の上に燃料タンク１を載置し、ベルト８により締め付けて固定して行われる。

以下、セパレータ（以下、場合によっては「パターン１のセパレータ」ともいう）３について、具体的に説明していく。セパレータ３は、図2に示されるように、筒状部２内部に収納されるようにほぼ四角形状の外周を有し、燃料の流動安定のための透孔３ａが上下左右に４カ所設けられ、かつ、全周にはフランジ３ｂが形成される。また、ベルト部材８の張力の入力部となるセパレータ３の上コーナー部３ｃから対角方向に対向する位置に存する下コーナー部３ｄは、半径Ｒ１の曲面が形成される。上コーナー部３ｃと下コーナー部３ｄを結ぶセパレータ３の対角線方向に、セパレータ３の骨格となる主ビード３ｅが設けられる。主ビード３ｅ両端の両側縁は、所定の半径を有する円弧状の湾曲面３ｆによりフランジ３ｂに滑らかに連結される。また、下コーナー部３ｄは、ブラケット６の半径Ｒ２を有するコーナー部６ａに対峙して着座するようになっている（図3，図4参照）。

ここで、ブラケット６のコーナー部６ａにおける半径Ｒ２と、セパレータ３の下コーナー部３ｄの半径Ｒ１と、タンク筒部の板厚ｔ１と、ラバー７の厚みｔ２との関係は、下記の数式１を満足する寸法に設定されるものである。

（数１）
Ｒ１＋ｔ１＋ｔ２≦Ｒ２

このように、図4に示されるように、燃料タンク１におけるセパレータ３の下コーナー部３ｄと、ラバー７と、ブラケット６のコーナー部６ａとの相互間における取付は、上記数式を満足するような寸法設定により互いに隙間の無い状態で取り付けられることとなる。このため、燃料タンク１がベルト部材８により巻き付けられるときに、ベルト部材８による締め付け力が確実になる。その結果、燃料タンク１のブラケット６に対する圧着力が高められ、燃料タンク１と、ラバー７と、ブラケット６とが一体化された状態で結合され、ベルト部材８からセパレータ３の主ビード３ｅに伝わるベルト締め付け力に起因する応力を効果的に分散することが可能となり、燃料タンク１の損傷を良好に回避することができるようになる。

一方、セパレータ３の、上記主ビード３ｅに交差するもう一方の対角線に沿って、主ビード３ｅとセパレータ３のフランジ３ｂに不連続となる状態で２個の副ビード３ｇ、３ｈが設けられる。主ビード３ｅと副ビード３ｇ、３ｈの凹みは、
フランジ３ｂと、主ビード３ｅとを滑らかに結合させて、セパレータの剛性をあげるため、共にフランジ３ｂの折り曲げられる方向にプレス加工により形成される。このとき、図2のように、副ビード３ｈと外側の下コーナー部３ｉとの間の距離は、好ましくは上記半径Ｒ１と略同じ距離Ｇ（図2参照）だけ離すのがよい。

なお、セパレータ３の種類としては、筒状部２へセパレータ３が収容し易くなる作業性、およびスポット溶接のスポットガンが筒状部２内に入り易くなる等を考慮して二種類のセパレータ３が製作される。すなわち、図1に示すように、手前側（下側）から一枚目および二枚目のセパレータ３と、奥から一枚目（上から一枚目）のセパレータ３とは、少なくともフランジ３ｂの向きが異なるように、異なる金型でプレス加工される。

次に、燃料タンク本体の製作について説明する。まず、上記セパレータ３を、筒状部２に収容して取り付ける場合、図1の手前側から一枚目及び二枚目のセパレータ３は、同じ方向に向けた状態で下端開口部から収容してフランジ３ｂを筒状部２内周面に、×印で示したように、スポット溶接等の溶接手段により順次溶着して固定する。三枚目（上から一枚目）のセパレータ３は、上端開口部から収容して同様にフランジをスポット溶着する。

所定間隔を存して三枚のセパレータ３を溶着した筒状部２の両端開口部には、プレス加工されたエンドプレート４が、例えばシーム溶接により溶着して閉塞される。このエンドプレート４は、外周全周にフランジが形成され、このフランジに囲まれた平面部のところに、燃料タンク１の外側に向かって球面状に膨らむように曲面部が形成される。このように曲面部が設けられることにより、当該曲面部への垂直負荷成分の一部を分力成分としてエンドプレート４の面内方向へ力が流れるようになる。これにより、エンドプレート４の剛性を上げ、振動特性の向上を図るようにしている。

こうして、製作された燃料タンク（燃料タンク本体）１には、３枚のセパレータ３によって透孔３ａで互いに連通する４個の燃料貯留室が形成される。

次に、燃料タンク１の取り付け構造を説明する。すなわち、図1，図5に示すように、トラックのサイドフレーム５の外側面に、図示しないボルトにより、例えばハット型の横断面を有するＬ型のブラケット６が二カ所に締結される。ブラケット６のコーナー部６ａにも、ラバーがコーナーラバーとして途切れることなく設けられ、その上に燃料タンク１が載置される。このとき、三個のうち２個のセパレータ３が二カ所のブラケット６の真上に配置される。ベルト８の両端をブラケット６に結合することにより、燃料タンク１は上記数式１の関係を満足する態様で、各セパレータ３がベルト８直下に配置された態様でブラケット６に締結される。

ここで、本出願人が行った実験結果を図5のグラフに示す。このグラフは、セパレータ３、つまりパターン１のセパレータを備えた燃料タンク１と、主ビードを有しないタイプのセパレータを備えた燃料タンクとについて、ベルト発生張力とベルト引張り量との関係を比較して示したものである。これより、ベルト直下にセパレータを配置した燃料タンクであっても、そのセパレータが主ビード３ｅを有しない通常のセパレータの場合よりもパターン１のセパレータ、すなわち上記実施の形態におけるセパレータ３を有する燃料タンク１の方が、ベルト発生張力が大きく、有利であることがわかった。

以上より、本実施の形態によれば、セパレータ３に主ビード３eを設けたことにより、セパレータ３の剛性が高くなって振動特性が向上する。また、ベルト直下に、剛性を高くしたセパレータ３を配置したため、所要なベルト張力を得ることができる。また、ベルト締め付け時におけるセパレータ３内の力の流れを考慮した主ビード３ｂを配置しているため、ベルト締め付け時におけるセパレータそのものの強度を確保できる。また、ブラケット６のコーナー部６ａにおいては、上記数式１を満足する寸法関係、すなわち、燃料タンクとブラケットとの間に隙間を生じることなくラバー７を介在して完全密着する状態で、燃料タンク１をブラケット６に締結できるため、ベルト締結力による面圧が大きくなり、燃料タンク１はラバー７を介してブラケット６に圧着する。

また、図2のように、副ビード３ｈの外方端と外側の下コーナー部３ｉとの間には、ビードの存在しない不連続な部分が形成されるため、応力集中が抑制され、セパレータ３は変形に対する柔軟性を増すことができ好都合となるものである。

換言すると、本実施の形態に係る燃料タンクは、ベルトによる燃料タンクへの締結剛性が著しく高まり、燃料タンクの振動周波数（固有振動数）は、ばね下振動周波数よりも高くなる。そのため、セパレータの溶接結合ブラケットの振動入力による破損等のトラブルを防止し、確実な燃料タンク１の締め付けが可能となり、ベルトによる締め付け時のセパレータ３そのものの塑性変形を阻止できる。その結果、燃料タンク１のブラケット６に対する取り付け安定性を格段に向上でき、ひいては使用耐用年数を増大できる。

次に、第二実施の形態を図6（ａ）に基づいて説明する。すなわち、第二実施の形態のセパレータ３０（以下「パターン２のセパレータ」ともいう）の基本形態は、第一実施の形態のセパレータ３と同じ構成であるが、上コーナー部３０ｃと下コーナー部３０ｄとを結ぶ対角線に沿う主ビード３０ｅに加えて、セパレータのもう一方の対角線に沿って、主ビード３０ｅに交差する別の骨格となる主ビード３０ｊを設けた点が異なる。その他の構成、つまり、両主ビード３０ｅ，３０ｊの両端の両側縁は、それぞれ所定の半径を有する湾曲面３０ｆにより滑らかにフランジ３０ｂに連結する点、および透孔３０ａを設けた点は、第一実施の形態と同様の構成である。

第二実施の形態のセパレータ３０は、第一実施の形態の場合と同様に、筒状部２に組み込んで溶着する。こうして製造された燃料タンク１は、ベルト直下にセパレータ３０を配置した態様でブラケット６に実施の形態を介して取り付けることにより、車両に搭載される。

この第二実施の形態に係る燃料タンク１によれば、二つの主ビード３０ｅ、３０ｊが公差する中央部で、骨格が途切れる状態となる。このため、セパレータ３０の剛性は、上記第一実施の形態の場合よりも低下するが、セパレータ３０の振動特性を向上でき、ベルト締め付け時におけるセパレータ自体の強度の確保も可能となり、ひいてはベルト締結力を向上できる。また、筒状部２のいずれの開口端からも向きを考慮することなく収納してスポット溶接が可能となり、その結果、セパレータ部品の共用化を図れ、製造コストを低減できる。

第二実施の形態では、セパレータ３０の中央部は二つの主ビード３０ｅ、３０ｊが交差しているため、力の伝達経路として骨格が途切れた半径無しの構造であったが、図6（ｂ）に示すように、セパレータ３０の平面部を、所定の半径を有する湾曲面３００で形成した半径有りの変形例にすることもできる。この変形例によれば、セパレータ３０の剛性低下を防止することができる。

ここで、第二実施の形態（パターン２の半径無し型）とその変形例（パターン２の半径有り型）とについて、ベルト発生張力とベルト引張り量との関係について比較した結果を示すと図7のグラフのようになる。図7より明らかなように、第二実施の形態の変形例、すなわち、セパレータ３０の平面部に半径を有する湾曲面３００に形成したものの方がベルト発生張力が高くなっていることがわかる。

また、コンピュータ上での数値解析により、セパレータの構造と一次固有値（一次固有振動数）との関係を調べた。その結果、一次固有値（一次固有振動数）は、主ビード３０ｅ、３０ｊを有しない平面形態の通常のセパレータ（従来型）、パターン２の半径無し型のセパレータ３０（第二実施の形態），およびパターン２の半径有りの型のセパレータ３０（第二実施の形態の変形例）の順に、増大することがわかった。また、本変形例の固有値は、上記第一実施の形態のセパレータ３を備えた燃料タンク１の固有値よりも格段に大きいことがわかった。

これらの結果から、第二実施の形態における変形例の燃料タンクが、第二実施の形態の燃料タンク、および第一実施の燃料タンクよりも固有値が大きいことから、セパレータ自体の振動特性、剛性の向上、ベルト張力の増大等の点で優れている。

以上、本発明の第一および第二実施の形態およびそれらの変形例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明の範囲に含まれるものである。

本発明の第一実施の形態に係る燃料タンクを破断して透視した外観斜視図である。 第一実施の形態の燃料タンクに使用されるセパレータの拡大外観斜視図である。 図1のＢ−Ｂ線において、サイドフレームへの取り付け構造を示す横断面図である。 図3のＣ部における要部拡大図である。 第一実施の形態におけるベルト発生張力とベルト引張り量との関係を示すグラフである。 （ａ）は本発明の第二実施の形態に係るセパレータの外観斜視図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線における第二実施の形態の変形例における横断面図である。 第二実施の形態とその変形例におけるベルト発生張力とベルト引張り量との関係を示すグラフである。 従来の燃料タンクの外観斜視図である。 図8のＥ−Ｅ線での断面図である。

１ 燃料タンク（燃料タンク本体）
２ 筒状部
３ セパレータ
３ａ 透孔
３ｂ フランジ
３ｃ 上コーナー部
３ｄ 下コーナー部
３ｅ 主ビード
３ｆ 湾曲面
３ｇ、３ｈ 副ビード
４ エンドプレート
５ サイドフレーム
６ ブラケット
６ａ コーナー部
７ ラバー（摩擦接触部材）
８ ベルト（ベルト部材））
３０ セパレータ
３０ａ 透孔
３０ｂ フランジ
３０ｃ 上コーナー部
３０ｄ 下コーナー部
３０ｅ 主ビード
３０ｆ 湾曲面
３０ｊ 主ビード
３００ 湾曲面
Ｇ 距離

Claims (4)

1. セパレータ外周のフランジを横断面略四角形状の筒状部内面に溶着して形成される燃料タンク本体を、サイドフレームに取り付けた略Ｌ字状のブラケットに敷いた摩擦接触部材上に載せ、前記燃料タンク本体にベルト部材を巻き付けて前記ブラケットに固定した燃料タンクにおいて、前記燃料タンク本体のセパレータを前記ベルト部材直下に配置し、前記ベルト部材の張力の入力部となる前記セパレータの上コーナー部から前記ブラケットのコーナー部における前記セパレータの下コーナー部とを結ぶ対角線方向に前記セパレータの骨格となる主ビードを設けるとともに、前記主ビード両端の両側縁を、前記フランジに、所定の半径を有する湾曲面により滑らかに連結したことを特徴とする燃料タンク。
2. 前記セパレータのもう一方の対角線に沿って、前記主ビードに交差して前記セパレータのフランジに連続する主ビードを骨格として設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料タンク。
3. 前記セパレータのもう一方の対角線に沿って、前記主ビードと前記セパレータのフランジに不連続となる副ビードを設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料タンク。
4. 前記両対角線に主ビードを設けた前記セパレータの面を、同面と直交する方向に球面状に湾曲させたことを特徴とする請求項２乃至３記載の燃料タンク。

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