JP4997589B2 - 燃料タンクの構成部品及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ポリマー燃料タンクに取り付けられる燃料タンクの構成部品に関するものであり、特に、お互いに接合される異なる材料から作られる二つの構成部分からなり、その一方は、燃料タンクに溶接（溶着）でき、他方は炭化水素透過バリヤを有する燃料タンクの構成部品に関する。

燃料タンクは、ポリエチレンのような、溶接可能なポリマー材料から製造されることが増加している。ポリマー燃料タンクと燃料タンクに取り付けられるすべての構成部品は、各種の環境規制を受け入れねばならない。これらの規制は、燃料タンクに取り付けられ［例 ホットプレート溶接（接合）］、また、炭化水素透バリヤである構成部品を要求する。したがって、構成部品のある部分は、取り付けられる燃料タンク材料（例 ポリエチレン）と化学的に相溶性がなければならない。しかしながら、取り付けられる材料は、しばしば良好な炭化水素透過バリヤではなく、また、他の材料が、炭化水素透過バリヤとして構成部品に使用されてよい。

燃料タンクへの取り付けられるどの部品も、環境規制で許される最大レベルを越える炭化水素を透過することはできない。このため、液体燃料および燃料蒸気の漏れを最小にする、もしくは防止するように構成部品の部分に要求される。しかし、構成部品内の様々な部分は、異なる、また潜在的に非相溶性である材料から作製されているので、化学的及び／あるいは機械的ないくつかのタイプの方法が、耐浸透とするために組み込まれなければならない。

そこで、燃料タンクに取り付けられる構成部品において異なる材料を接続するために、簡単で、コスト効率の良い方法が望まれている。

本発明は、構成部品ハウジングに接続される溶着可能なコネクタを有する燃料タンク構成部品に関するものである。上記溶着可能なコネクタは、ポリマー燃料タンクに溶着可能である材料から作られ、一方、上記構成部品ハウジングは溶着不可能バリヤ材料から作られる。上記コネクタと構成部品ハウジングを接合するために、たとい二つの材料が化学的に非相溶性でも、安定した接合が作られるように、接合フィルムが上記溶着可能材料と上記溶着不可材料との間に配置される。上記フィルムは、上記材料間で液体と蒸気が漏れることに対してバリヤ（障壁）として作用する。

上記燃料タンク構成部品の部品を接合するフィルムは、二つの異なる材料間で耐液体性及び耐蒸気性のインターフェイス（接触面）を創ることによって、上記構成部品を製造する工程を単純化する。また、構成部品での溶着可能及び溶着不可能な材料は、化学的に相溶性であることを必要としないので、上記フィルムは、構成部品での、材料選択工程を単純化し、より低いコストの材料の選択をする、他の基準に基づいて材料を選択することを可能とする。

図１を参照すると、本発明が目指す、通気弁、吸気弁、チェック弁、あるいは他の部品のような燃料タンク構成部品１００が示されており、それは、ポリマー燃料タンク１０５（図２に示される）の外側表面に構成部品１００を接続するように設計されている溶着可能なコネクタ１０４を備えた構成部品ハウジング１０２を有する。ハウジング１０２は、燃料タンク内に伸びる円筒型の下部部分１０６と、燃料タンクの外側に伸びる円筒型の上部部分１０８を有する。構成部品１００は、それ自身、如何なる形態でもよい。例えば、燃料蒸気を燃料タンクの内部から、大気へ、あるいは外部の蒸気処理構造へ放出するように設計できる。一例では、構成部品１００は、典型的には中空であり、主構成部品ハウジング１０２の下部及び上部部分に接続され、上記ハウジング１０２の上部部分内の通気出口で終わる、適当な開口及び蒸気通路を備える。例えば、上記構成部品１００は、上記タンクから蒸気を放出し、あるいは上記タンクへ、あるいは上記タンクからの燃料流量を制御するロールオーバーバルブ、頭弁、充填制御バルブ、あるいは、他の公知の構成部品の構造であってよい。ハウジング１０２は、ホットプレート溶接のような、溶接技術で生じる温度に耐える十分な耐熱性があり、化学結合のための適切な化学成分を有する、任意の適切なポリマー材料から形成される。

溶接可能なコネクタ１０４は、構成部品１００が燃料タンク開口内で操作可能に配置される時、少なくともコネクタ１０４の部分が燃料タンク１０５に溶着できるように、ハウジング１０２に接続される。溶着可能なコネクタ１０４は、ハウジング１０２の上部部分の放出開口構造を取り囲むことができ、あるいは、それ自身、（図示されない）蒸気キャニスタに接続される放出開口から伸びるノズル導管のような、放出開口の延長部を備えることができる。コネクタ１０４は、燃料タンク壁１０５に溶着できる材料から形成される。

燃料タンクに構成部品１００を挿入するために、コネクタ１０４は燃料タンクの開口の周囲に座し、ホットプレート溶接のような、適切な公知の技術を使用して、燃料タンク壁
１０５に溶接（溶着）される。コネクタ１０４が、燃料タンクに溶接されると、ハウジング１０２とその関連する構成部品の構造は、燃料タンクに確実に、液や蒸気がもれないように、操作可能に固定される。特に、溶接されるコネクタ１０４は、溶接工程によって燃料タンク壁１０５へ効率的に合体される。コネクタ１０４と燃料タンク間の溶接シームは、コネクタ１０４が燃料タンクに溶接された後、事実上、燃料タンクの部分になるので燃料又は燃料蒸気の漏れを防止する。

ハウジング１０２とコネクタ１０４間に配置される接合フィルム１１０は、ハウジング１０２とコネクタ１０４をいっしょに確実に保持する。ハウジング１０２とコネクタ１０４双方は、フィルム１１０に結合される。フィルム１１０は、本発明の範囲を離れることなく任意の配置でよい（例 完全なリング、部分的なリング、ハウジング１０２及びあるいはコネクタ１０４の多数の表面を覆う同心リング、複数の点、複数の矩形、複数の細長い片等）。

たとい材料が互いに直接接合できなくても、フィルム１１０は、ハウジング１０２とコネクタ１０４内で使用される、異なる溶着可材料と溶着不可材料間の構造結合を、それぞれ創り出す。フィルム１１０は、また、ハウジング１０２とコネクタ１０４間に、液体あるいは蒸気が浸透するのを阻止する。ハウジング１０２とコネクタ１０４間のインターフェイスとして、フィルム１１０を使用すると、材料が化学的に相溶性を必要としないので、ハウジング１０２とコネクタ１０４のために考えられる材料の範囲が増加する。さらにフィルム１１０によって創り出される強い結合は、ハウジング１０２とコネクタ１０４の分離、裂け、あるいは他の弱点を防止し、構成部品１００が長期にわたって蒸気漏れや液漏れを防止する。

一実施形態において、フィルム１１０に使用される材料は、コネクタ１０４とハウジング１０２間にマイクロメカニカルボンド（micromechanical bond）を創り出す。構成部品１１０内の溶着可能材料と溶着不可材料の双方を結合する限り、任意の材料がフィルム１１０として使用可能である。例えば、フィルム１１０は、たとい、化学的に非相溶性でも（すなわち、それらが互いに結合できない）、物理的に材料を結合する微小孔結合層（micro-porous tie layer）を一体化するデュポン（DuPont登録商標）によって製造される微小孔ポリマーフィルムであってよい。このタイプのフィルムで、構成部品１０４とハウジング１０２双方に使用される材料は、フィルム１１０の孔内に溶け出し、ハウジング１０２とフィルム１１０間、及び構成部品１０４とフィルム１１０間に、マイクロメカニカルボンドを創り出す。このマイクロメカニカルボンドは、炭化水素透過に侵されない、構成部品１０４とハウジング１０２間の強い結合インターフェイスを生じる。構成部品それ自身の材料は、確実な結合を形成するための表面処理や変形を必要としない。その代わり、フィルム１１０は、二つの材料間で結合インターフェイスを提供する。例えば、ハウジング１０２は、従来のナイロンあるいはアセタールから作られ、コネクタ１０４は、従来のＨＤＰＥから作られ、これらは通常、共に結合しないが、それにもかかわらず、フィルム１１０によって強固な結合インターフェイスを形成する。

図２は、フィルム１１０によって提供される強度が増加されるのに有利な、他の可能な配置を示す側部断面図である。この実施形態において、フィルム１１０は、ハウジング１０２とコネクタ１０４間で、より大きな表面領域に適用される。これは、ハウジング１０２とコネクタ１０４間のインターフェイスでの結合強度を、最小コストで非常に増加させる。

フィルム１１０は、物理的に結合されたハウジング１０２とコネクタ１０４（例 外側被覆されるハウジング１０２）を備える構成部品１００に、付加的な耐浸透性及び／あるいは結合特性を与えるために使用されることに注意すべきである。図３は、他の可能な配置の側部断面図である。この実施形態において、ラビリンス配置１１２が、ハウジング１０２とコネクタ１０４間のインターフェイスに含まれる。この配置は、コネクタ１００の非漏れ（anti−wicking）特性を、さらに改善する。さらに、フィルム１１０は、コスト効率がよく、簡単に、コスト効率よく、特別な結合強度や、浸透抵抗を与えるために、コネクタ１００内で自由に使用できる。

その結果、フィルムを一体化する発明の構造は、ハウジング１０２とコネクタ１０４の配置を単純化するための一次的な結合機構として使用でき、それによって構成部品１００の構造を簡単にし、あるいはハウジング１０２とコネクタ１０４の結合に、付加的な結合強度と耐浸透性を与えるために使用される。そのため、フィルム１１０は、単純化された構成部品１００の配置の確実な結合を可能にするばかりではなく、現存する構成部品１００を機能強化する特性を与えることができる。フィルム１１０は、また、構成部品の配置にかかわらず、非漏れバリヤとして作用する。

図に示されるように、ハウジング１０２とコネクタ１０４は、互いに直接というよりフィルム１１０を介して同時に接合される。本発明は、それゆえ、フィルム１１０がハウジング１０２とコネクタ１０４間の漏れを阻止するバリヤとして作用するので、溶接可能及び溶接不可能な材料を選択するのに、自由度がある。いいかえれば、構成部品１００の非漏れ特性は、ハウジング１０２とコネクタ１０４間の直接的結合のみではなく、フィルム１１０によって与えられる。事実、フィルム１１０の結合特性は、ハウジング１０２とコネクタ１０４の化学的相性を、事実上、無意味にする。これは、設計者が互いに接合できるかどうかを考慮せずに、ハウジング１０２とコネクタ１０４の材料の選択することを可能にする。実際に、材料は、何の処理もしない標準的なポリマーでよい。さらに、フィルム１１０を使用することは、インターフェイスでないフィルム１１０がビッキングを阻止するので、ハウジング１０２とコネクタ１０４間のインターフェイスが、簡略化されるのを可能にする。

図４は、本発明の一実施形態による製造方法を説明するフローチャートである。フィルム１１０は、オーバーモールデイング、溶接（溶着）、ツーショット（two−shot）モールディング、押し出しラミネーション等のような如何なる相性の製造方法により、ハウジング１０２とコネクタ１０４間で一体化される。図４に示される方法は、モールド内にフィルム１１０を置くことを含む一つの可能なツーショットモールディングシーケンスを説明している（ブロック１５０）。フィルム１１０は、射出成形工程前に位置を変更しないので、一定に保たれる（ブロック１５２）。一実施形態において、１以上のインデックスピンが、適切な位置でフィルム１１０を保持する。これらのインデックスピンは、モールドがフィルムの周囲で閉じられる時、引っ込められる。フィルム１１０は、ピン上に容易に適合するように押し付けられ、そして、モールドは、最初に注入されたプラスチックがフィルム１１０を取り囲まないように、カウンタボアされる（すなわち、２回目の注入されるプラスチックが、フィルム１１０と接触でき、結合できるように、露出させたままにする）。

フィルム１１０は、また、モールドに結合されるように真空度を選択することによって、保持される。この場合、フィルムが、その位置を維持するために必要とされる力と、モールド内の真空力を比較することによって、モールド内に適切に維持されるかどうか、真空度を検出する（ブロック１５２a）。もし、モールド内で真空力がなければ、それはモールディングの失敗を示し、モールディング工程は、修正のため停止される。

一度、フィルム１１０が適切に位置し、保持されると、溶接不可の材料が、コネクタ１０４を形成するためにフィルム１１０の一方の側で、最初の位置に配置されているモールド内に注入され（ブロック１５４）、第２の位置にツールを移動し（ブロック１５６）、それからハウジングを形成するために、フィルム１１０の他方の側で、同じツール内で溶接可能な材料を注入する（ブロック１５８）。図４の実施形態では、１回目にコネクタ１０４をモールドし、２回目にハウジング１０２をモールドしているが、本発明の発明の範囲から逸脱しない限り、ハウジング１０２が最初にモールドされてもよい。

一度、コネクタ１０４とハウジング１０２がモールディングツール内に形成されると、結果として生じる構成部品１００は、公知のやり方で冷却され、固化される（ブロック１６０）。一実施形態において、第１の材料が、フィルム１１０、ハウジング１０２、コネクタ１０４間の溶着を促進するように完全に固化する前に、第２の材料がモールド内に注入される。ツーショットモールディング工程は、ハウジング１０２とコネクタ１０４を形成
するために使用される、それぞれ、製造中に同時に収縮し、構成部品１００内の内部モールディングストレスを減少し、ハウジング１０２とコネクタ１０４をフィルム１１０に結合する、二つの異なる材料を可能にする。

前述のように、構成部品１００は、本発明の範囲から逸脱せずに、二つの分離モールド内でオーバーモールドするような、他の方法により製造されてよい。

構成部品内でコネクタとハウジングを結合するフィルムを組み込むことによって、本発明の構造と方法は、単にハウジングとコネクタ間の結合を当てにすることなしに、液体と蒸気の漏れを防止する。たとい、コネクタとハウジングが互いに結合を形成できなくとも、フィルムは、コネクタとハウジングをしっかりと一緒に結合する。結果として、ハウジングとコネクタの材料は、それらの化学的な相溶性よりも構成部品（例 燃料タンク材料との浸透、化学的相溶性等）のそれぞれの材料の機能に注目して選択できる。

以上の記述は、その限定に定義されるよりむしろ、例示的である。本発明の多くの修正や変形が、上記教示の観点から可能である。本発明の好ましい実施形態が開示されたが、しかし、通常の当業者であれば、ある変形がこの発明の範囲内で生じるであろうことを認識するであろう。それゆえ、添付の請求の範囲内で、特に記載されているより外、本発明が実施できることは理解されねばならない。その理由で、以下の請求の範囲は、本発明の真の範囲と内容を決定するために検討されねばならない。

図１は、本発明の一実施形態によるハウジングとコネクタの構造関係を有する燃料タンクの構成部品を表す断面図である 図２は、本発明の他の実施形態による構成部品を表す断面図である。 図３は、本発明の他の実施形態による構成部品を表す断面図である。 図４は、本発明の一実施形態による製造工程を説明するフローチャートである。

符号の説明

１００ 燃料タンク構成部品
１０２ ハウジング
１０４ コネクタ
１１０ フィルム

Claims (19)

1. 第１のポリマーから作られるハウジング（１０２）、
   第２のポリマーから作られるコネクタ（１０４）、及び
   上記ハウジングと上記コネクタの部分間に配置されるフィルムを含み、
   上記フィルムは上記ハウジングと上記コネクタ間の結合を形成し、上記結合は耐炭化水素透過であることを特徴とする、ポリマー燃料タンク（１０５）へ取り付けるための燃料タンクの構成部品（１００）。
2. 上記第１のポリマー及び第２のポリマーは、互いに化学的に非相溶性であることを特徴とする請求項１記載の燃料タンクの構成部品。
3. 上記第１のポリマーは、炭化水素透過バリヤであり、第２のポリマーはポリマー燃料タンクに溶着できることを特徴とする請求項１記載の燃料タンクの構成部品。
4. 上記第１のポリマーと第２のポリマーの少なくともいずれか一つは、電気伝導性があることを特徴とする請求項１記載の燃料タンクの構成部品。
5. 上記フィルムは、機械的に上記第１のポリマーと上記第２のポリマーを結合するポリマーであることを特徴とする請求項１記載の燃料タンクの構成部品。
6. 上記第１のポリマーと上記第２のポリマーが機械的結合を形成するように、孔内に溶け出すように、上記ポリマーは、複数個の孔を有する微小孔フィルムであることを特徴とする請求項５記載の燃料タンクの構成部品。
7. 上記コネクタと上記ハウジング間のインターフェイスは、第１表面と、第１側に実質的に垂直な第２側とを有し、上記フィルムは上記第１側と上記第２側の少なくともいずれか一つに配置されていることを特徴とする請求項１記載の燃料タンクの構成部品。
8. 上記フィルムは、上記第１側と上記第２側双方に配置されることを特徴とする請求項７記載の燃料タンクの構成部品。
9. 上記第２側は、ラビリンス構造を含み、上記フィルムは第１側のみに配置されていることを特徴とする請求項７記載の燃料タンクの構成部品。
10. 上記フィルムは、リング形状であることを特徴とする請求項１記載の燃料タンクの構成部品。
11. 炭化水素透過バリヤである第１のポリマーと、第２のポリマーから作られるハウジング（１０２）、
    ポリマー燃料タンクに溶着可能な第２のポリマーから作られるコネクタ（１０４）、及び
    ハウジング及びコネクタの部分間に配置されるフィルム（１１０）とを含み、
    上記フィルムは上記ハウジングと上記コネクタ間に機械的結合を創り出す微小孔ポリマーを含むことを特徴とするポリマー燃料タンク（１０５）へ取り付けるための燃料タンクの構成部品（１００）。
12. 上記第１のポリマー及び第２のポリマーは、互いに化学的に非相溶性であることを特徴とする請求項１１記載の燃料タンクの構成部品。
13. 上記第１のポリマーと第２のポリマーの少なくともいずれか一つは、電気伝導性があることを特徴とする請求項１１記載の燃料タンクの構成部品。
14. モールド内に微小孔フィルム（１５０）を置き、
    第１の注入ステップ（１５４）において、コネクタとハウジングの一方を形成するために、フィルムの第１側でモールド内に第１のポリマーを注入し、
    第２の注入ステップにおいて、上記コネクタと上記ハウジングの他方を形成するために、上記フィルムの第２側で第２のポリマー（１５８）を注入し、
    上記フィルムは、上記コネクタと上記ハウジングを一緒に結合するために、上記第１のポリマーと上記第２のポリマー間に配置されることを含むことを特徴とする燃料タンクの構成部品の製造方法。
15. 上記第１の注入ステップは、第１の位置でのモールド内に導入され、上記方法は、さらに上記第２の注入ステップ前に、上記モールドを第２の位置（１５６）へ移動することを含むことを特徴とする請求項１４記載の燃料タンクの構成部品の製造方法。
16. 上記第１の注入ステップは、上記コネクタと上記ハウジングのうちの一方を形成するために、第１のモールド内で行われ、そして上記方法は、さらに、上記第２の注入ステップ前に、フィルムと、上記コネクタと上記ハウジングのうちの一方を、第２のモールド内に置くことを含むことを特徴とする請求項１４記載の燃料タンクの構成部品の製造方法。
17. さらに、第１の注入ステップの前に、モールド内にフィルム（１５２）を一定に保つことを含むことを特徴とする請求項１４記載の燃料タンクの構成部品の製造方法。
18. 上記一定に保つステップは、フィルムと接触させて少なくとも一つのインデックスピンを取り付けることを含むことを特徴とする請求項１７記載の燃料タンクの構成部品の製造方法。
19. 上記一定に保つステップは、モールド内を真空（１５２a）とすることを含むことを特徴とする請求項１７記載の燃料タンクの構成部品の製造方法。

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