JP5145834B2 - 燃料タンク - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両に備えられる燃料タンクに関する。

自動車等の車両に備えられる燃料タンクには、樹脂製のものがある。たとえば特許文献１では、タンク本体の下面側にガラスマット層を介して断熱材層が固定された車両用燃料タンクが記載されている。

ところで、特許文献１に記載の構造では、断熱材層の下面が全面にわたって露出しており、外気が断熱材層に触れて熱が直接的に伝わる。そして、この熱がさらにガラスマット層を介してタンク本体に伝わりやすくなってしまっている。また、ガラスマット層内の微小な空間にも、外気の出入りによって熱が伝わり、さらにこの熱がタンク本体に伝わることがある。
実開平６−８０４５４号公報

本発明は上記事実を考慮し、断熱効果の高い燃料タンクを得ることを課題とする。

請求項１に記載の発明では、燃料を収容可能で、少なくとも外面が樹脂製とされた燃料タンク本体と、断熱空間を内在する断熱層とこの断熱層を被覆して密閉する樹脂製の被覆層とを備え、被覆層を前記燃料タンク本体に溶着することで燃料タンク本体の周囲に配置される断熱部材と、隣接された前記断熱部材の前記被覆層から前記燃料タンク本体の外側に向けて突出するように延出され、互いに溶着されると共に溶着部分において該燃料タンク本体の内側から外側に向かう突出長が該被覆層の厚みよりも長い被覆層溶着部と、を有することを特徴とする。

この燃料タンクでは、断熱部材が、断熱空間を内在する断熱層を備え、さらに断熱層が樹脂製の被覆層により被覆されて密閉されている。断熱部材の被覆層の樹脂と燃料タンク本体の外面の樹脂とを溶着させて、断熱部材を燃料タンク本体に接合することができる。このように燃料タンク本体の周囲に断熱部材が配置されることで、燃料タンクが断熱される。

断熱部材の断熱層は被覆層で密閉されており、断熱層が露出していないので、断熱層の断熱空間が直接的に外気に触れて熱が伝わることがなくなる。このため、断熱層が露出して外気に触れる構造と比較して、断熱効果が高くなる。

また、被覆層も樹脂製とされており、その内部に外気が出入りできる空間が存在しない。この点においても、燃料タンク本体に対する断熱効果が高くなる。
さらに、この燃料タンクでは、隣接された断熱部材の被覆層から燃料タンク本体の外側に向けて突出するように延出された被覆層溶着部が互いに溶着されている。被覆層溶着部の溶着部分では、燃料タンク本体の内側から外側に向かう突出長が、被覆層の厚みよりも長い。このため、燃料の透過を抑制することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記断熱層が、強化繊維を含んでいることを特徴とする。

したがって、断熱層が強化繊維を含んでいない構成と比較して、剛性が高くなる。断熱層を有する断熱部材は燃料タンク本体に溶着されるので、燃料タンク全体の剛性も高くなる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記断熱部材が、前記断熱層と前記被覆層の間に燃料透過性が被覆層よりも相対的に低い透過抑制層を備えていることを特徴とする。

透過抑制層により、燃料タンク本体からの燃料の透過を抑制することができる。しかも、透過抑制層は断熱層と被覆層の間に備えられているため、断熱部材の表面には樹脂製の被覆層が存在することになる。したがって、この被覆層により、断熱部材を燃料タンクの外面の樹脂に溶着することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記透過抑制層が、金属層を含んでいることを特徴とする。

このように、金属層を設ける簡単な構造で、透過抑制層を構成できる。

請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記燃料タンク本体に溶着される溶着部品を有し、前記透過抑制層を備えた前記断熱部材が、透過抑制層が前記溶着部品と部分的に重なるように配置されていることを特徴とする。

このように、透過抑制層が溶着部品と部分的に重なるように断熱部材を配置することで、重なった部分での燃料透過を抑制できる。

請求項６に記載の発明では、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記断熱部材に、この断熱部材を厚み方向に貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とする。

断熱部材にこのような貫通孔を形成しておくと、断熱部材を燃料タンク本体の外面に溶着するときに、これらの間の空気を貫通孔から抜くことができる。断熱部材と燃料タンク本体との密着性を高くして、接合強度を高めることが可能になる。

本発明は上記構成としたので、断熱効果の高い燃料タンクが得られる。

図１には、本発明の第１実施形態の燃料タンク１２が示されている。この燃料タンク１２は、略直方体状の燃料タンク本体１４が、略上半分の燃料タンク構成体１６と、略下半分の燃料タンク構成体１８とを型締め部２０で接合することで構成されている。

図３にも示すように、燃料タンク構成体１６は、たとえばポリエチレン（ＰＥ）製の２つの樹脂層２２Ａ、２２Ｃとこれら樹脂層２２Ａ、２２Ｃの間のバリアー層２４Ａとが重層され、図示しない接着層により接着されて構成されている。バリアー層２４Ａは、たとえばエチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）等、樹脂層２２Ａ、２２Ｃよりも燃料透過性の低い（燃料が透過しづらい）材料で構成されている。

また、もう一方の燃料タンク構成体１８も同様に、２つの樹脂層２２Ｂ、２２Ｄとこの間のバリアー層２４Ｂとが重層され、接着層により接着されて構成されている。以下では、これら樹脂層２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄを特に区別する必要がないときは、樹脂層２２として説明する。同様に、バリアー層２４Ａ、２４Ｂを特に区別する必要がないときは、バリアー層２４として説明する。

このような構成とされた燃料タンク構成体１６、１８が型締め部２０で接合され、全体として略直方体形状の燃料タンク本体１４が構成されている。図３に詳細に示すように、型締め部２０では、燃料タンク構成体１６、１８の接合部分が局所的に燃料タンク１２の外側へと湾曲され、対向する樹脂層２２Ｃ、２２Ｄが溶着されて一体化されている。これにより、型締め部２０に接合部２６が構成されていることになる。

接合部２６では、２つのバリアー層２４Ａ、２４Ｂの間隔が、接合部２６が構成されていない一般部２８での樹脂層２２Ｂ、２２Ｄの厚みの和よりも短くなっている。このようにバリアー層２４Ａ、２４Ｂの間隔が短くされることで、樹脂層２２Ｂ、２２Ｄの厚みも、接合部２６では一般部２８と比較して局所的に薄肉とされている。なお、バリアー層２４Ａの上方及びバリアー層２４Ｂの下方に位置する樹脂層２２Ａ、２２Ｄの厚みも薄くなっている。

図１に示すように、燃料タンク本体１４の周囲（外面）には、断熱部材４２が接合されている。本実施形態では、燃料タンク本体１４の上側において、燃料タンク構成体１６を略全面にわたって覆う断熱部材４２Ａと、燃料タンク本体１４の下側において、燃料タンク構成体１８を略全面にわたって覆う断熱部材４２Ｂとを有している。以下、特にこれら断熱部材４２Ａ、４２Ｂを区別する必要がない場合は、単に断熱部材４２として説明する。

図（Ａ）及び（Ｂ）にも詳細に示すように、断熱部材４２は、断熱層４４と、この断熱層４４を被覆する被覆層４６Ａ、４６Ｂを備えている。断熱層４４は、内部に空間を保つことが可能な材料（たとえばガラス繊維や発泡材等）で構成された芯材４８を有している。本実施形態では、特に芯材４８としてガラス強化繊維を用いており、特に剛性が高められている。

被覆層４６Ａ、４６Ｂは、この断熱層４４の厚み方向の両側に配置されている。断熱層４４の外縁部分では、被覆層４６Ａが断熱層４４の端部を覆うように被覆層４６Ｂに接近されて溶着されており、被覆層溶着部５０が構成されている。この被覆層溶着部５０によって、断熱層４４は被覆されて密閉されているため、芯材４８の内部の空間が空気層又は真空層となった状態、すなわち断熱空間として維持され、これら空気層又は真空層に対して外部との空気の出入りが生じないようになっている。したがって、断熱層４４は、芯材４８とその内部の断熱空間とによって構成されていることになる。

また、被覆層４６Ａ、４６Ｂのうち、少なくとも燃料タンク本体１４側に位置する被覆層４６Ａは、燃料タンク構成体１６、１８の外面を構成している樹脂と溶着可能な樹脂とされている。たとえば、燃料タンク構成体１６、１８の外面と同一の樹脂とすれば、高い溶着強度が得られる。本実施形態では、被覆層４６Ａ、４６Ｂのいずれもポリエチレン（ＰＥ）とすることで、構造の簡素化と、燃料タンク本体１４への高い溶着強度を両立させている。

図１及び図２（Ａ）に示すように、燃料タンク本体１４の下側に配置される断熱部材４２Ｂには、断熱層４４（芯材４８）を局所的に穿孔して貫通部分が形成されると共に、この貫通部分の内縁部分に被覆層４６Ｂを入り込ませて被覆層４６Ａと溶着し、被覆層溶着部５０が構成されている。そして、被覆層溶着部５０に貫通孔５２が形成されている。この貫通孔５２は、断熱部材４２を燃料タンク本体１４（燃料タンク構成体１６、１８）に溶着するときに、燃料タンク構成体１６、１８と断熱部材４２との間に存在する空気を抜く作用を有するものである。

燃料タンク本体１４の天面１４Ｔには、燃料タンク構成体１６を厚み方向（上下方向）に貫通する取付孔１４Ｈが形成されており、この取付孔１４Ｈに溶着部品３０が挿通されている。本実施形態では、図４にも詳細に示すように、溶着部品３０として、略円筒状に形成された円筒部３２Ｐ、この円筒部３２Ｐから径方向外側に延出されたフランジ状のバリアー材３２Ｂ、バリアー材３２Ｂの周囲に配置されるフランジ部３２Ｆ、及び、フランジ部３２Ｆから上部に膨出された膨出部３２Ｃを有するものを挙げている。

また、燃料タンク本体１４の上側に配置される断熱部材４２Ａにおいても、図１及び図４に示すように、取付孔１４Ｈに対応する位置において断熱層４４を局所的に穿孔して貫通部分が形成され、この貫通部分の内側に被覆層溶着部５０が構成されている。

断熱層４４の貫通部分では、この貫通部分の内縁部分における被覆層４６Ａの内径Ｄ１が、溶着部品３０のフランジ部３２Ｆの外径Ｄ２よりも大きくなるように設定されている。また、被覆層溶着部５０には、溶着部品３０のフランジ部３２Ｆよりも小径で、且つ膨出部３２Ｃよりも大きい内径Ｄ３を有する挿通孔５４が形成されている。すなわち、断熱部材４２には、溶着部品３０に対応する位置に、大径挿通孔５４Ｌと小径挿通孔５４Ｓとを有する挿通孔５４が形成されていることになる。

そして、溶着部品３０は、フランジ部３２Ｆの下面が燃料タンク構成体１６の外面の被覆層４６Ａに接触するように配置されている。フランジ部３２Ｆの上面には、被覆層溶着部５０が部分的に重なるように被せて配置される。これにより、フランジ部３２Ｆは全周にわたって、被覆層４６Ａと被覆層溶着部５０とに挟まれて溶着されている。

図３に詳細に示すように、燃料タンク本体１４の接合部２６では、この接合部２６の上側に位置する断熱部材４２Ａの被覆層溶着部５０と、下側に位置する断熱部材４２Ｂの被覆層溶着部５０とが、一体的に溶着されて固定されており、接合部２６を燃料タンク本体１４の全周にわたって外側から包囲する樹脂包囲部５６が構成されている。これにより、接合部２６を燃料タンク本体１４の内側から外側へと（矢印Ｌ方向に）見たとき、樹脂で構成される部分の長さが、樹脂包囲部５６がない構造では単に被覆層４６Ａの厚みと被覆層４６Ａの厚みを加えたものになるが、本実施形態では樹脂包囲部５６が突出長Ｔ１で突出しているため、結果的に矢印Ｌ方向に長く（厚く）なっている。また、樹脂包囲部５６を上下方向（矢印Ｌと直交する方向）に測った厚みＴ２は、単に被覆増４６Ａと被覆層４６Ｂの厚みを加えたものより薄くなっている。

次に、本実施形態の燃料タンク１２の作用を説明する。

燃料タンク１２は、燃料タンク本体１４に加えて、その周囲に配置された断熱部材４２を有している。断熱部材４２の被覆層４６Ａの樹脂は、燃料タンク本体１４の外面の樹脂と広い面積で溶着されており、断熱部材４２を燃料タンク本体１４に対し確実に取り付けることができる。

また、本実施形態の断熱部材４２では、断熱部材４２を燃料タンク本体１４に溶着する工程において、溶着途中で燃料タンク本体１４と断熱部材４２の間に入ってしまった空気を、被覆層溶着部５０の貫通孔５２から抜くことができる。これにより、燃料タンク本体１４と断熱部材４２との密着性を高めて、接合強度を向上させることができる。

そして、断熱部材４２により、燃料タンク本体１４を断熱し、外部からの伝熱を抑制することできる。特に、本実施形態の断熱部材４２は、断熱層４４の周囲を被覆して密閉する被覆層４６Ａ、４６Ｂを有しており、断熱層４４の内部で断熱空間（空気層又は真空層）が維持される。断熱層４４は外部に露出しないので、外気に直接触れて熱が直接的に伝わることがない。このため、断熱層４４（断熱空間）が外気に触れる構造と比較して、断熱効果が高くなる。

また、被覆層４６Ａも樹脂製とされており、その内部に外気が出入りできる空間が存在していない。特に、断熱層４４と燃料タンク本体１４の間に外気が侵入する空間が存在していない。したがって、この部分に外気が侵入する構成と比較して、断熱効果が高くなる。

しかも、本実施形態では、このように断熱層４４を被覆層４６Ａで密閉しつつ、この被覆層４６Ａを用いて断熱部材４２を燃料タンク本体１４に溶着している。すなわち、被覆層４６Ａが断熱層４４を密閉する作用と、燃料タンク本体１４へ溶着させる作用を兼ねていることになるので、たとえば、燃料タンク本体１４へ断熱部材４２を取り付ける部材が不要となり、低コスト化や軽量化を図ることが可能になる。

また、本実施形態の断熱部材４２は、断熱層４４としてガラス強化繊維を用いた芯材４８を有しているため、結果的にこのガラス強化繊維を燃料タンク本体１４の周囲に取り付けたことになっている。このため、燃料タンク本体１４の強度が向上され、たとえば燃料タンク本体１４の内圧等による変形を抑制することができる。しかも、このように燃料タンク本体１４の強度を向上させるために、燃料タンク構成体１６、１８等の板厚を厚くする必要がないので、コスト増や質量増を招かない。

さらに、燃料タンク構成体１６、１８の接合部２６では、図３に示すように、バリアー層２４Ａ、２４Ｂ間で樹脂層２２Ｃ、２２Ｄの厚みが、一般部２８と比較して薄くなっており、断面積も小さくなっている。

ここで、図９には、樹脂層２２と同一の材料に対する、燃料の透過面積（透過方向と直交する方向の断面積）と、透過量との関係が示されている。また、図１０には、同様の材料に対する、燃料の透過長さと透過量との関係が示されている。図９からは、この材料に対する燃料の透過面積が小さくなるほど、透過量も少なくなることが分かる。また、図１０からは、燃料の透過長が長くなるほど、透過量が少なくなることが分かる。

本実施形態では上記のように、バリアー層２４Ａ、２４Ｂ間に位置する樹脂層２２Ｃ、２２Ｄ、すなわち、実際に燃料が透過する可能性がある部分におけるこれら樹脂層２２Ｃ、２２Ｄの断面積を小さくし、且つ長さを長くしているので、燃料の透過量が少なくなる。

しかも、本実施形態では、接合部２６の外側に樹脂包囲部５６が構成されており、樹脂で構成される部分の実質的な厚み（図３に示す厚みＴ３参照）が、樹脂包囲部５６がないものと比較して厚くなっている。また、樹脂包囲部５６では、上下２つの断熱層４４の間に位置する被覆層４６Ａの厚み（図３に示す厚みＴ２参照）が薄くなっており、断面積も小さくなっている。したがって、このような樹脂包囲部５６が構成されていないものと比較して、燃料の透過を抑制することができる。

また、樹脂包囲部５６は、接合部２６を燃料タンク本体１４の全周にわたって外側から包囲している。すなわち、接合部２６に外気が直接的に当たらなくなる。このため、断熱部材４２による断熱効果をより高めることができる。

なお、このように、被覆層４６Ａの厚みが薄い樹脂包囲部５６は、たとえば、燃料タンク１２を金型で成形するときに、金型内に断熱部材４２をセットした状態で型締めを行えば、接近した金型どうしに挟まれるようにして、厚みの薄い樹脂包囲部５６を容易に形成できる。

図４に示すように、溶着部品３０の取付部位では、溶着部品３０のフランジ部３２Ｆは全周にわたって、被覆層４６Ａと被覆層溶着部５０とに挟まれて溶着されている。フランジ部３２Ｆと被覆層４６Ａとが重なっている部分では、実質的に燃料の透過長さも長くなっているので、燃料の透過をより効果的に抑制できる。

図５には、本発明の第二実施形態に係る断熱部材６２が部分的に拡大して示されている。なお、以下の各実施形態では、第一実施形態の断熱部材４２に対し、さらに本発明に係る透過抑制層を有するものである。以下の実施形態では断熱部材の構成のみが異なっており、燃料タンクの全体的構成は同一とされているので説明を省略する。

第二実施形態に係る断熱部材６２では、断熱層４４と被覆層４６Ａの間、及び断熱層４４と被覆層４６Ｂの間に、透過抑制層としてのアルミ蒸着層６４が設けられている。このアルミ蒸着層６４は、一般に燃料を透過させない。したがって、第二実施形態では、アルミ蒸着層６４により、燃料タンク本体１４内の燃料の透過を抑制でき、燃料の外部への放出もより効果的に抑制できる。もちろん、第二実施形態においても、断熱部材６２により燃料タンク本体１４に対する高い断熱効果が得られる。

しかも、アルミ蒸着層６４は、断熱層４４と被覆層４６Ａの間、及び断熱層４４と被覆層４６Ｂの間に設けられているため、断熱部材６２の外面には第一実施形態の断熱部材４２と同様に被覆層４６Ａ、４６Ｂが存在している（被覆層４６Ａ、４６Ｂがアルミ蒸着層６４によって覆われていない）。このため、被覆層４６Ａを燃料タンク本体１４（燃料タンク構成体１６、１８）の外面の樹脂に直接的に溶着することができる。

また、図６に示すように、溶着部品３０の溶着部位では、被覆層溶着部５０でのアルミ蒸着層６４が溶着部品３０を包囲して覆うように配置することで、燃料の透過をより確実に抑制できる。

図７には、本発明の第三実施形態に係る断熱部材７２が部分的に示されている。第三実施形態の断熱部材７２では、第二実施形態の断熱部材６２のアルミ蒸着層６４に代えて、アルミ薄膜層７４が被覆層４６Ａ、４６Ｂそれぞれの厚み方向中間部分に設けられている。アルミ薄膜層７４も、本発明の透過抑制層の一例である。この第三実施形態の断熱部材７２を用いた構成においても、第二実施形態の断熱部材６２を用いた構成と同様の作用効果が得られる。

なお、第二実施形態及び第三実施形態において、アルミ以外の金属を用いて蒸着層あるいは薄膜層を設けることで透過抑制層を構成し、上記した燃料の透過を抑制する効果を得るようにしてもよい。透過抑制層として特にアルミを用いると、他の金属を使用した場合と比較して軽量化を図ることができるので好ましい。

図８には、本発明の第四実施形態に係る断熱部材８２が示されている。この断熱部材８２では、第二実施形態に係る断熱部材６２と同様のアルミ蒸着層６４を有しているが、さらに、アルミ蒸着層６４と被覆層４６Ａの間に、被覆層４６Ａよりも燃料透過性の低い樹脂材料（たとえばＰＡやＥＶＯＨ）によってバリアー層８４が構成されている。実質的に、断熱部材８２では、燃料タンク本体１４（図１参照）に溶着される側が、被覆層４６Ａとバリアー層８４の２層構造とされている。

したがって、第四実施形態においても、バリアー層８４により、燃料タンク本体１４内の燃料の透過による外部への放出をより効果的に抑制でき、断熱部材８２により燃料タンク本体１４に対する高い断熱効果も得られる。

しかも、第四実施形態も第二実施形態と同様に、断熱部材８２の外面には被覆層４６Ａ、４６Ｂが存在しているため、断熱層４４を密閉できると共に、被覆層４６Ａを燃料タンク本体１４（燃料タンク構成体１６、１８）の外面の樹脂に直接的に溶着することができる。

本発明の第一実施形態の燃料タンクの全体的構成を示す断面図である。 本発明の第一実施形態の燃料タンクに用いられる断熱部材を示し、（Ａ）は全体を示す断面図、（Ｂ）は部分的に拡大して示す断面図である。 本発明の第一実施形態の燃料タンクの接合部及びその近傍を拡大して示す断面図である。 本発明の第一実施形態の燃料タンクにおける溶着部品の取付部位を拡大して示す断面図である。 本発明の第二実施形態の燃料タンクに用いられる断熱部材を部分的に拡大して示す断面図である。 本発明の第二実施形態の燃料タンクにおける溶着部品の取付部位を拡大して示す断面図である。 本発明の第三実施形態の燃料タンクに用いられる断熱部材を部分的に拡大して示す断面図である。 本発明の第四実施形態の燃料タンクに用いられる断熱部材を部分的に拡大して示す断面図である。 燃料が樹脂材料を透過する際の透過面積と透過量との関係を定性的に示すグラフである。 燃料が樹脂材料を透過する際の透過長さと透過量との関係を定性的に示すグラフである。

符号の説明

１２ 燃料タンク
１４ 燃料タンク本体
１６ 燃料タンク構成体
１８ 燃料タンク構成体
２０ 型締め部
２２ 樹脂層
２４ バリアー層
２６ 接合部
３０ 溶着部品
４２ 断熱部材
４４ 断熱層
４６Ａ、４６Ｂ 被覆層
４８ 芯材
５０ 被覆層溶着部
５２ 貫通孔
５４ 挿通孔
５６ 樹脂包囲部
６２ 断熱部材
６４ アルミ蒸着層（透過抑制層）
７２ 断熱部材
７４ アルミ薄膜層（透過抑制層）
８２ 断熱部材
８４ バリアー層（透過抑制層）

Claims (6)

1. 燃料を収容可能で、少なくとも外面が樹脂製とされた燃料タンク本体と、
   断熱空間を内在する断熱層とこの断熱層を被覆して密閉する樹脂製の被覆層とを備え、被覆層を前記燃料タンク本体に溶着することで燃料タンク本体の周囲に配置される断熱部材と、
   隣接された前記断熱部材の前記被覆層から前記燃料タンク本体の外側に向けて突出するように延出され、互いに溶着されると共に溶着部分において該燃料タンク本体の内側から外側に向かう突出長が該被覆層の厚みよりも長い被覆層溶着部と、
   を有することを特徴とする燃料タンク。
2. 前記断熱層が、強化繊維を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の燃料タンク。
3. 前記断熱部材が、前記断熱層と前記被覆層の間に燃料透過性が被覆層よりも相対的に低い透過抑制層を備えてい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. 前記透過抑制層が、金属層を含んでいることを特徴とする請求項３に記載の燃料タンク。
5. 前記燃料タンク本体に溶着される溶着部品を有し、
   前記透過抑制層を備えた前記断熱部材が、透過抑制層が前記溶着部品と部分的に重なるように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料タンク。
6. 前記断熱部材に、この断熱部材を厚み方向に貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の燃料タンク。

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