JP5638831B2

JP5638831B2 - 燃料タンク

Info

Publication number: JP5638831B2
Application number: JP2010094097A
Authority: JP
Inventors: 孝明安東; 義直小野; 興明林田; 新一郎黒木; 清二北野; 英樹今村
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2030-04-15
Also published as: JP2011225022A

Description

本発明は、耐久性の向上を図るとともに軽量化を実現しうる燃料タンクに関するものである。

車両に搭載される燃料タンクは振動耐久性の向上を図るとともに軽量化を促進する観点から技術開発が要請される。
本出願人は先に上記の観点に立って特許文献１に記載されるように、振動耐久性の向上に有利となる燃料タンクに係る発明について特許出願を行った。この出願に係る発明における燃料タンクは筒状のドラム内面に配置したセパレータに上コーナー部から下コーナー部に沿う対角線方向に骨格となるＸ字状の主ビードを設けている。この主ビードの両端を円弧状の湾曲面によりセパレータのフランジに滑らかに連結させた構成を有する。これにより振動耐久性の向上を図るようにしている。

ところが、上記の特許文献１の燃料タンクにあっては、ただ単に外側に曲率を有して膨出する膨出部を形成したに過ぎない形態のエンドプレートを用いて燃料タンクを構成している。そのため、振動耐久性の向上、および燃料タンクの軽量化には限界があった。
燃料タンクのエンドプレートに関する技術として上記特許文献１の他に、特許文献２や特許文献３のものが知られている。特許文献２に記載の燃料タンクにおけるエンドプレートにはＸ状の主ビードが、また特許文献３の燃料タンクではエンドプレートだけでなく中間に配置されたセパレータにもＸ状の主ビードがそれぞれ形成される構成を有している。

特許文献１特開２００６−６２４９１号公報
特許文献２特開２００２−１２７７６５号公報
特許文献３特開２００８−２４８６９６号公報

しかしながら、上記の特許文献２および特許文献３に記載の従来技術にあっては、エンドプレートにＸ状の主ビードを設けただけの構成である。そのため、燃料タンクをサイドフレーム（車台フレーム）にベルトを介して拘束(固縛)するときに、ベルトからエンドプレートやセパレータに固縛力が及ぶ結果、主ビードがＸ状に交差する部位の端面に応力が集中しやすい。
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、応力集中を抑制し、エンドプレートやセパレータ、さらには燃料タンク全体としての固有振動数を効果的に高めることで軽量化が図れる燃料タンクを提供することを目的とする。

(１)このため、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、横断面が略四角形をなすドラム開口端に、外側へ膨出する曲面を有するエンドプレートが接合されて前記ドラム開口端を閉塞すると共に、ブラケットに対応する前記ドラム内にセパレータを収納配置した燃料タンクにおいて、前記曲面を、前記エンドプレートの中心部を通過する水平断面で曲率が形成される第１曲面と、前記中心部を通過して前記水平断面に直交する垂直断面で曲率が形成される第２曲面と、前記中心部および四隅の各コーナー部を含んで対角線方向に延びる各三角領域に直交する断面で曲率が形成される第３曲面との少なくとも８つの曲面を有する複合曲面で構成され、さらに前記三角領域の前記中心部を挟む両側縁の延長線が前記ドラムのコーナー部におけるＲ止まりに挟まれた内方に向かって延び、前記第３曲面は前記中心部から前記コーナー部に亘って略同じ曲率で形成し、前記第１曲面を形成する面と前記三角領域、前記第２曲面を形成する面と前記三角領域とは互いに曲率が徐々に変化しながら連続するように構成されていることを特徴とする燃料タンクである。

本発明によれば複合曲面を有するエンドプレートの三角領域に第３曲面を構成すると共にその三角領域の両側縁の延長線がドラムのコーナー部におけるＲ止まりに挟まれた内方に向かって延びるように設定されている。このため、エンドプレートの複合曲面が面内応力状態に近づき中立軸となる中心部へ固縛力が流れ、対角線方向における三角領域は骨格としての機能を発揮する。しかも、その骨格に対角線方向にベルトからの固縛力が作用してもエンドプレートのコーナー部近傍に応力が集中するのを抑制して固縛力を円滑に分散できるようになっている。その結果、板厚の薄い素材を使用してエンドプレートの変形を抑制した燃料タンクを製作することで、燃料タンクの軽量化を図ることができるようになる。
また、エンドプレート全体としての剛性が高められているので、燃料タンクの固有振動数値を高めることができ、振動耐久性に優れた燃料タンクを実現できる。

(２)また請求項２に記載の発明は、請求項１記載の燃料タンクにおいて、前記セパレータは外側へ膨出する曲面を有する一方、前記セパレータの曲面は、少なくとも8つの曲面を有する複合曲面で構成され、前記セパレータの複合曲面が互いに曲率が徐々に変化しながら連続するように構成されていることを特徴とする燃料タンクである。

本発明によれば、請求項１の発明と同様に、複合曲面を有するセパレータの三角領域に第３曲面が構成されると共にその三角領域の両側縁の延長線がドラムのコーナー部におけるＲ止まりに挟まれた内方に向かって延びるように設定されている。このため、セパレータが面内応力状態に近づくと中立軸となるセパレータの中心部に力が流れる。これにより対角線方向における三角領域は骨格としての機能を発揮し、その骨格に対角線方向への外力、換言するとベルトからの固縛力が作用してもセパレータのコーナー部近傍に応力が集中するのを抑制しつつ固縛力を円滑に分散できるようになっている。その結果、板厚の薄い素材を使用してセパレータの変形を抑制しうる燃料タンク製作することで、燃料タンクの軽量化を図ることができるようになる。
また、セパレータはそれ自体として剛性が高められているので、燃料タンクの固有振動数値を高めることができ、振動耐久性に優れた燃料タンクを実現できる。

また、本発明によれば、ベルトによる固縛力が作用してもエンドプレートのコーナー部およびセパレータのコーナー部に応力集中が生じることがない。このため、エンドプレートやセパレータの変形が惹起するのを抑制できる。その結果、軽量化を図った燃料タンクを得ることができ、耐久性に優れ、ひいては振動耐久性に有利な燃料タンクを実現できるようになる。

本発明によれば、応力集中の発生を抑制したエンドプレートやセパレータを用いた燃料タンクにより、固有振動数値を高めて振動耐久性に優れ、板厚の薄い素材を使用することで軽量化を図ることのできる燃料タンクを実現できる。

本発明の一実施形態に係る燃料タンクを一部破断して透視した外観斜視図である。同じく、図１に示すエンドプレートを有限要素法による線図で表示した外観斜視図である。同じく、図２に示すエンドプレートの三面図に係り、(ａ)は正面図、(ｂ)は(ａ)のＸ−Ｘ線における矢視断面図、(ｃ)は(ａ)のＹ−Ｙ線における矢視断面図、(ｄ)は(ａ)のｄ−ｄ線における断面図である。同じく、図１に示すセパレータの三面図に係り、（ａ）は正面図、（ｂ）は(ａ)のＸ−Ｘ線における矢視断面図、(ｃ)は（ａ）のＹ−Ｙ線における矢視断面図、(ｄ)は(ａ)のｄ−ｄ線における断面図である。同じく、上記燃料タンクがブラケットを介して車台フレームに取り付けられる状態を説明する図１のＹ−Ｙ線における矢視断面図である。

以下において、本発明の一実施形態を図１〜図５に基づいて詳述する。図１および図５に示すように、本実施形態に係る燃料タンク１は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム合金板等の金属素材を板金加工した各要素を、溶接等の接合により組み込んで製造される。燃料タンク１は車台フレーム２に略Ｌ字状に折り曲げ形成されたブラケット３にセット(載置)され、燃料タンク１に取り回される帯板状のベルト４でブラケット３に位置決めして固縛することで車両に搭載できるようになっている。なお、ベルト４はセパレータ８が配置される位置に対応するように燃料タンク１に取り回されるものである。また図５中の符号５はブラケット３およびベルト４と燃料タンク１との間に設けられた摩擦接触部材としてのラバーを示す。

燃料タンク１の構成をより具体的に説明する。燃料タンク１は主として横断面が略四角形をなすドラム６と、その前後開口端に接合されてドラム６を外部から閉塞する略四角形の２枚のエンドプレート７と、ドラム６内部に収容して接合されドラム６の補強をするセパレータ８との要素から成る。本実施形態では３枚を使用した場合を例に挙げたが、その使用枚数はこれに限定されない。

エンドプレート７には図１〜図３に示されるように、燃料タンク１の外側へ膨出する曲面７ｂと、その周縁を囲むように曲面７ｂが膨出する方向へ折り曲げられたフランジ７ａとが形成されている。曲面７ｂはエンドプレート７の中心部(中心点)Ｐを通過する水平断面(図３に示す断面Ｘ−Ｘ)で所定の曲率により形成される第１曲面７ｂ１(図３(ｂ)参照)と、同様に中心部Ｐを通過して上記水平断面に直交する垂直断面(図４の断面Ｙ−Ｙ)で所定の曲率により形成される第２曲面７ｂ２(図３(ｃ)参照)と、中心部Ｐおよび四隅の各コーナー部Ｒを含んで対角線Ｓ方向に延びる各三角領域(図３(ａ)のハッチングで示した部分)に直交する断面で曲率が形成される４つの第３曲面７ｂ３(図３(ｄ)参照)との少なくとも８つの曲面を有する複合曲面で構成される。なお、上記の三角領域Ｔについては後で詳述する。

図３(ａ)においてハッチングで示したように、エンドプレート７には中心部Ｐからコーナー部Ｒを挟むように三角形に近似した４つのエリア、すなわち三角領域Ｔが形成される。この三角領域Ｔにおける第３曲面７ｂ３は中心部Ｐからコーナー部Ｒに亘って略同じ曲率で形成されている。
またドラム６にはＲ０とＲ０′の範囲に所定の曲率で形成される。なお、Ｒ０，Ｒ０′をＲ止まりといい、コーナー部の範囲を画定するものである。三角領域Ｔの中心部Ｐを挟んだ両側に２つの側縁(曲面端縁)Ｔ１、Ｔ２があり、これら側縁Ｔ１，Ｔ２の延長線はドラム６のコーナー部の範囲を画定するＲ止まりＲ０，Ｒ０′に挟まれた内方に位置する交点Ｒ１，Ｒ２に向かって延び交差するように設定されている。

こうして、第１曲面７ｂ１を形成する面Ｂ，Ｄ、第２曲面７ｂ２を形成する面Ａ、Ｃ、および第３曲面７ｂ３を形成する４つの三角領域Ｔは、互いに曲率が徐々に変化しながら滑らかに連続するようにしている。これにより、エンドプレート７に全体として外方へ膨出する一つの複合曲面が形成されることとなる。そして、Ｒ止まりＲ０，Ｒ０′に挟まれた内方に位置する交点Ｒ１，Ｒ２に三角領域Ｔの側縁Ｔ１，Ｔ２の延長線が交差する三角領域Ｔが対角線Ｓ方向に作用する外力(固縛力)に対する骨格的な機能を発揮できるようになっている。

次にセパレータ８について説明する。図４(ａ)〜(ｄ)に示すようにセパレータ８は、上記したエンドプレート７とほぼ同様の形態を有する。なお、図３と実質的に同じ部分には同じ符号を付すこととする。すなわち、セパレータ８には図４に示すように、膨出する曲面８ｂと、その曲面８ｂの周縁を囲み、かつ、曲面８ｂが膨出する方向と同じ側へ折り曲げたフランジ８ａとが形成されている。曲面８ｂはセパレータ８の中心部(中心点)Ｐを通過する水平断面(図４に示す断面Ｘ−Ｘ)で所定の曲率により形成される第１曲面８ｂ１(図４(ｂ)参照)と、同様に中心部Ｐを通過して上記水平断面Ｘ−Ｘに直交する垂直断面Ｙ−Ｙで所定の曲率により形成される第２曲８ｂ２(図４(ｃ)参照)と、中心部Ｐおよび四隅の各コーナー部Ｒを含んで対角線Ｓ方向に延びる各三角領域(図４(ａ)のハッチングで示した部分)に直交する断面で曲率が形成される４つの第３曲面８ｂ３(図４(ｄ)参照)との少なくとも８つの曲面を有する複合曲面で構成される。

図４(ａ)においてハッチングで示したように、セパレータ８には中心部Ｐからコーナー部Ｒを挟むように三角形に近似した４つのエリア、すなわち三角領域Ｔが形成される。この三角領域Ｔにおける第３曲面８ｂ３は中心部Ｐからコーナー部Ｒに亘って略同じ曲率で形成されている。
またドラム６にはＲ０とＲ０′の範囲に所定の曲率で形成される。なお、Ｒ０，Ｒ０′をＲ止まりといい、コーナー部の範囲を画定するものである。三角領域Ｔの中心部Ｐを挟んだ両側に２つの側縁(曲面端縁)Ｔ１、Ｔ２があり、これら側縁Ｔ１，Ｔ２の延長線はドラム６のコーナー部の範囲を画定するＲ止まりＲ０，Ｒ０′の内方に位置する交点Ｒ１，Ｒ２に向かって延び交差するように設定されている。

こうして、セパレータ８もエンドプレート７と同様にして、第１曲面８ｂ１を形成する面Ｂ，Ｄ、第２曲面８ｂ２を形成する面Ａ、Ｃ、および第３曲面８ｂ３を形成する４つの三角領域Ｔは、互いに曲率が徐々に変化しながら滑らかな連続面を成すように繋がる。そして、セパレータ８には全体として外方へ膨出する一つの複合曲面が形成されることとなる。その結果、Ｒ止まりＲ１，Ｒ２に三角領域Ｔの側縁Ｔ１，Ｔ２の延長線が交差する三角領域Ｔが対角線Ｓ方向に作用する外力(固縛力)に対する骨格的な機能を発揮できるようになっている。

燃料タンク１は車台フレーム２に固定したブラケット３に載置され、ブラケット４を介して車台フレーム２に固縛される。このとき、セパレータ８の位置がブラケット３に略対応する位置に合致するように配慮し、ベルト４の固縛力がドラム６を介してセパレータ８で受け止められるようにしている。

本実施形態によれば、エンドプレート７やセパレータ８の三角領域Ｔの側縁Ｔ１，Ｔ２の延長線をドラム６のＲ止まりＲ０，Ｒ０´の内方に位置する交点Ｒ１，Ｒ２に交差するように設定している。このため、エンドプレートやセパレータが面内応力状態に近づくと中立軸となる中心部Ｐに力が流れるので、三角領域Ｔが対角線Ｓ方向に作用する外力(固縛力)に対して骨格、すなわち筋交いとしての機能を惹起して剛性を高める構造となる。したがって、図５に示すようにベルト４による固縛力Ｆが燃料タンク１を介して三角領域Ｔに沿って作用しても、エンドプレート７およびセパレータ８に応力集中が生じることはない。その結果、燃料タンク１そのものの固有振動数値を高くでき、振動に対する強度を増すことができる、換言すると車両走行時に生じる車体の振動や燃料タンク内部の燃料の揺れによりセパレータ８がドラム６から剥離したりして燃料タンク１に対する固縛力Ｆの低下を回避でき、燃料タンク１の耐久性を向上できる。

またエンドプレート７およびセパレータ８に膨出させた曲面は複合曲面にすることで剛性を高めることができるので、板厚の薄い素材を使用してエンドプレート７やセパレータ８を製作でき、燃料タンクの軽量化を図れる利点がある。
以上、本発明の一実施形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施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。
例えば上記の実施形態ではエンドプレート７およびセパレータ８に三角領域Ｔを有する複合曲面に形成した形態のものを使用して燃料タンク１を構成した場合について説明したが、エンドプレート７またはセパレータ８のいずれか一方にのみ三角領域Ｔを設けた複合曲面を有する曲面に形成した態様で燃料タンク１を構成する場合にも適用できるのは言うまでもない。

上記の実施形態ではエンドプレート７やセパレータ８が略四角形状の形態であり、そのため複合曲面における曲面の数は８つ形成される場合を例に挙げて説明したが、エンドプレート７やセパレータ８の形状をこれに限定されるものでなく、複合曲面を形成する曲面の数が８つ以上であってもよいのは勿論である。例えば五角形、六角形等の多角形による形態のエンドプレート７やセパレータ８でもよい。また本実施形態のようにエンドプレート７やセパレータ８が略四角形状の形態である場合でも複合曲面を形成する曲面の数を８つ以上の曲面で形成する態様にしてもよい。

本発明は耐久性の向上を図るとともに軽量化を実現しうる燃料タンクに利用可能である。

１燃料タンク
２車台フレーム
３ブラケット
４ベルト
５ラバー
６ドラム
７エンドプレート
７ａフランジ
７ｂ膨出する曲面
７ｂ１第１曲面
７ｂ２第２曲面
７ｂ３第３曲面
８セパレータ
８ａフランジ
８ｂ膨出する曲面
８ｂ１第１曲面
８ｂ２第２曲面
８ｂ３第３曲面
８ｃ透孔
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ曲面
Ｐ中心部
Ｒコーナー部
Ｒ０，Ｒ０´Ｒ止まり
Ｒ１，Ｒ２交点
Ｓ対角線
Ｔ三角領域
Ｔ１，Ｔ２側縁

Claims

横断面が略四角形をなすドラム開口端に、外側へ膨出する曲面を有するエンドプレートが接合されて前記ドラム開口端を閉塞すると共に、ブラケットに対応する前記ドラム内にセパレータを収納配置した燃料タンクにおいて、前記曲面を、前記エンドプレートの中心部を通過する水平断面で曲率が形成される第１曲面と、前記中心部を通過して前記水平断面に直交する垂直断面で曲率が形成される第２曲面と、前記中心部および四隅の各コーナー部を含んで対角線方向に延びる各三角領域に直交する断面で曲率が形成される第３曲面との少なくとも８つの曲面を有する複合曲面で構成され、さらに前記三角領域の前記中心部を挟む両側縁の延長線が前記ドラムのコーナー部におけるＲ止まりに挟まれた内方に向かって延び、前記第３曲面は前記中心部から前記コーナー部に亘って略同じ曲率で形成し、前記第１曲面を形成する面と前記三角領域、前記第２曲面を形成する面と前記三角領域とは互いに曲率が徐々に変化しながら連続するように構成されていることを特徴とする燃料タンク。
請求項１記載の燃料タンクにおいて、前記セパレータは外側へ膨出する曲面を有する一方、前記セパレータの曲面は、少なくとも8つの曲面を有する複合曲面で構成され、前記セパレータの複合曲面が互いに曲率が徐々に変化しながら連続するように構成されていることを特徴とする燃料タンク。