JP6334070B2 - 溶着方法及び溶着構造 - Google Patents

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Description

本発明は、車両の燃料タンクに付属部品を溶着する溶着方法及び溶着構造に関する。
特許文献１には、燃料タンクの外壁面に付属部品を溶着する溶着方法及び溶着構造が開示されている。当該付属部品（特許文献１ではバルブ）は、熱可塑性樹脂製であって、中空部を備えたハウジングと、ハウジングの端部から径外方向に張り出したフランジとを有する。当該フランジには、押入方向に突出する複数条のリブが形成されている。
当該溶着方法では、タンク本体を成形する成形型に付属部品を保持させる保持工程と、パリソンを成形型に転写させるとともにフランジ及び複数条のリブをパリソンに押入する成形工程とを行っている。フランジ及びリブをパリソンに押入すると、パリソンの熱によりフランジ及びリブが溶融し付属部品がタンク本体の外壁面に溶着される。当該従来技術によれば、複数条のリブを備えているため、比較的温度の低いパリソンの熱（約１８０℃）であっても付属部品を溶着させることができる。
米国特許第５１０３８６５号明細書
従来技術のようにパリソンの熱で溶着させる場合において、溶着強度を大きくするためには、リブの高さを大きくすることやリブを複数条設けることが考えられる。しかし、リブの高さを大きくするとパリソンとフランジとが接触しにくくなり、溶着不良となるおそれがある。一方、リブを複数条設ける場合は、隣り合うリブの間にパリソンが入り込む程度にリブ間の距離を確保しなければならない。これに伴い、フランジの張り出し長さも大きくしなければならず、設計の自由度が阻害されるという問題がある。
このような事情に鑑みて、本発明は、設計の自由度を高めるとともに溶着強度を大きくすることができる溶着方法及び溶着構造を提供することを課題とする。
上記目的を達成するため、本発明は、タンク本体として成形される溶融状態の樹脂に、熱可塑性樹脂製の付属部品を溶着する溶着方法であって、前記付属部品を、環状を呈する環状部及び前記環状部から内径方向に突出する複数の凸部を備えるように形成し、前記環状部及び前記凸部を前記溶融状態の樹脂に押入して溶着させる押入工程を含むことを特徴とする。
また、本発明は、樹脂製のタンク本体の壁面に溶着される熱可塑性樹脂製の付属部品の溶着構造であって、前記付属部品は、環状を呈する環状部及び前記環状部から内径方向に突出する複数の凸部を有し、前記環状部及び前記凸部が前記壁面に溶着されていることを特徴とする。
かかる構成によれば、径方向に突出する複数の凸部を設けることにより、溶融状態の樹脂に対する溶着面積を大きく確保することができるため、溶着強度を高めることができる。また、環状部の径方向の長さ（板厚）を大きくしなくても溶着面積を確保できる。これにより、設計の自由度を高めることができる。また、かかる構成によれば、環状部の外周面を平滑にすることができる。
また、前記タンク本体を成形する成形型に前記付属部品を保持させる保持工程を含み、前記押入工程では、前記タンク本体の成形時に前記溶融状態の樹脂の外面に前記付属部品を溶着させることが好ましい。かかる構成によれば、タンク本体の壁面に付属部品を容易に溶着させることができる。
また、複数の前記凸部は、周方向に等間隔で設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、溶融状態の樹脂の熱が均一に凸部に伝達されるため、バランスよく溶着することができる。
本発明の溶着方法及び溶着構造によれば、設計の自由度を高めるとともに溶着強度を高めることができる。
本発明の実施形態に係る燃料タンクを示す斜視図である。 本実施形態に係る付属部品を斜め上方から見た斜視図である。 本実施形態に係る付属部品を斜め下方から見た斜視図である。 本実施形態に係る付属部品の図であって、軸心Ｃの左側が凸部がある部位の断面図であり、右側が凸部がない部位の断面図である。 本実施形態に係る付属部品の連通孔がある部位の断面図である。 本実施形態に係る溶着方法の保持工程を示す断面図である。 本実施形態に係る溶着方法の押入工程及び成形工程を示す断面図である。 本実施形態に係る溶着構造の図であって、軸心Ｃの左側が凸部がある部位の断面図であり、右側が凸部がない部位の断面図である。
本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態の燃料タンク１は、タンク本体２と、４つの付属部品３と、ポンプ取付部４とで主に構成されている。タンク本体２は、燃料を貯留する樹脂製の中空容器である。
付属部品３は、タンク本体２の一方面２Ａに溶着されている。一方面２Ａは、車両に取り付けられた際に地面に対向する面である。付属部品３は、燃料タンク１の外周を保護する保護プレート（図１では図示省略）を取り付けるためのクリップである。付属部品３は、本実施形態では４つ設けているが、数量を限定するものではない。ポンプ取付部４は、タンク本体２の他方面２Ｂに形成されている。ポンプ取付部４には、ポンプを取り付けるための開口部４ａが形成されている。
付属部品３は、図２に示すように、本実施形態では第一部材１０と、第二部材２０の二つの部材で構成されている。第一部材１０は、図２及び図３に示すように、環状部１１と、本体部１２と、複数の凸部１３とで構成されている。第一部材１０は、第二部材２０を支持するとともにタンク本体２に溶着される部位である。第一部材１０は、後記するパリソンの融点よりも低い融点の熱可塑性樹脂（例えば、ポリエチレン）で一体形成されている。環状部１１は、円筒状を呈する。環状部１１の径方向の長さ（板厚）は、適宜設定すればよいが、例えば、約１ｍｍである。本体部１２は、環状部１１の一端部から軸心Ｃ方向に延設されている。
図４に示すように、本体部１２の中央には、第二部材２０の胴部２２が挿入される平面視円形の第一内周面１２ｄが形成されている。また、本体部１２には、第一内周面１２ｄに対して垂直な第一底面１２ｂと、第一底面１２ｂから離間する第二底面１２ｃが形成されている。さらに、本体部１２には、第一底面１２ｂ及び第二底面１２ｃに対して垂直な第二内周面１２ｅが形成されている。
図３に示すように、凸部１３は、環状部１１から径内方向に突出するとともに、第二底面１２ｃに立設している。凸部１３は、本実施形態では板状を呈する。凸部１３は、軸心Ｃに対して放射状に延設されるとともに、環状部１１の周方向において等間隔で形成されている。凸部１３の寸法は適宜設定すればよいが、例えば、板厚が約１ｍｍ、高さが約３ｍｍ、径方向の長さが約３ｍｍである。隣り合う凸部１３間の距離は、例えば、３〜４ｍｍである。凸部１３の板厚は、本実施形態では、環状部１１の径方向の長さ（板厚）よりもやや薄くなっている。
環状部１１の端面１１ａと、凸部１３の端面１３ａとは面一になっている。また、凸部１３の側端面１３ｃと本体部１２の第二内周面１２ｅは面一になっている。環状部１１の内周面１１ｃ、本体部１２の第二底面１２ｃ、隣り合う凸部１３の側面１３ｂ，１３ｂで凹部Ｊが形成されている。凹部Ｊは、後記する成形工程の際にパリソンが入り込む部位である。
図５に示すように、本体部１２には、高さ方向に連通する連通孔１４が形成されている。連通孔１４の一端は本体部１２の上面１２ａに開口し、他端は第二底面１２ｃに開口している。連通孔１４は、後記する成形工程の際に、空気抜き孔として機能する部位である。連通孔１４の個数は特に制限されないが、本実施形態では４つ設けている。
第二部材２０は、図２及び図３に示すように、フランジ部２１と、胴部２２と、頭部２３と、首部２４とで構成されている。第二部材２０は、保護プレートＥ（図４参照）を取り付けるための部位である。第二部材２０は、パリソンの融点よりも低い融点の熱可塑性樹脂で一体形成されている。第二部材２０は、本実施形態では保護プレートＥを取り付ける機能を備えるため、第一部材１０よりも高い融点を備え、かつ、第一部材１０よりも剛性の高い材料（例えば、ＰＡ６６-ＧＦナイロン）であることが好ましい。
フランジ部２１は、リング状を呈し、胴部２２の外周面から側方に張り出している。フランジ部２１の下面２１ｂと胴部２２の下面２２ｂは面一になっている。胴部２２は略円筒状を呈する。胴部２２の内部には錐台形状の中空部２５が形成されている。胴部２２の端部側には、胴部２２から離間して頭部２３が形成されている。頭部２３は略円柱状を呈する。胴部２２及び頭部２３の外径は同一になっている。胴部２２と頭部２３の間には、首部２４が形成されている。首部２４の外径は、胴部２２及び頭部２３の外径よりも小さくなっている。首部２４には、リング状の保持クリップＦが留め付けられ、保持クリップＦと第一部材１０との間に保護プレートＥが強固に挟持される。なお、保持クリップＦを省略して首部２４に保護プレートＥを直接留め付けてもよい。
第一部材１０に第二部材２０を押入することにより両者が一体化される。つまり、第一部材１０の第一内周面１２ｄ、第一底面１２ｂ及び第二内周面１２ｅに、胴部２２の外周面２２ａ、フランジ部２１の上面２１ａ及びフランジ部２１の端面２１ｃがそれぞれ当接し、一体化される。
なお、本実施形態では、付属部品３が２つの部材から構成されているが、これに限定されるものではなく、一の部材で構成してもよいし、三つ以上の部材で構成してもよい。この場合も、環状部及び凸部を備える部位の融点が、他の部位の融点よりも低く設定されており、環状部及び凸部が溶融しやすくなるように形成してもよい。
次に、本実施形態に係る溶着方法（溶着構造）について説明する。本実施形態に係る溶着方法では、保持工程と、パリソン配置工程と、押入工程と、成形工程と、を行う。図６に示すように、保持工程は、付属部品３を成形型Ｋ，Ｋに保持させる工程である。成形型Ｋは、タンク本体２を成形するための型である。成形型Ｋには、成形面Ｋｂと外部とを連通する貫通孔Ｋａが複数個形成されている。貫通孔Ｋａは、パリソンＰを真空引きするための流路である。また、一方の成形型Ｋの成形面Ｋｂには付属部品３を保持させるための溝部Ｋｃが形成されている。溝部Ｋｃに付属部品３を配置すると、付属部品３の端面１１ａ，１３ａが成形型Ｋの成形面Ｋｂよりもわずかに突出する。
パリソン配置工程は、成形型Ｋ，Ｋの間に搬送機Ｄによってパリソン（溶融状態の樹脂）Ｐ，Ｐを配置する工程である。パリソンＰは、熱可塑性樹脂を基材として形成されておりバリヤ層を含んだ複数層構造になっている。パリソンＰ，Ｐは、本実施形態ではシート状のものを配置させるが、円筒状であってもよい。
押入工程及び成形工程は、本実施形態ではほぼ同時に行う。図７に示すように、押入工程及び成形工程では、パリソンＰの外面に付属部品３を押入するとともに、タンク本体２の成形を行う工程である。押入工程及び成形工程では、成形型Ｋ，Ｋを型締めした後、貫通孔Ｋａを介して真空引きを行い、パリソンＰを成形面Ｋｂに転写させる。その後、成形型Ｋ，Ｋを脱型して、タンク本体２を取り出す。
押入工程では、図３及び図８に示すように、真空引きによってパリソンＰが付属部品３の各凹部Ｊに入り込み、パリソンＰの熱（約１８０℃）によって第一部材１０及び第二部材２０の一部が溶融し、溶着する。凹部ＪにパリソンＰが入り込む際は、各連通孔１４を介して空気が外部に排出される。真空引きによってパリソンＰが第一部材１０に入り込むと、環状部１１の端面１１ａ、外周面１１ｂ及び内周面１１ｃとパリソンＰとが接触し、各面が溶着される。また、凸部１３の端面１３ａ、側面１３ｂ，１３ｂ、側端面１３ｃ及び第二底面１２ｃとパリソンＰとが接触し、各面が溶着される。さらに、第二部材２０のフランジ部２１の下面２１ｂ及び胴部２２の下面２２ｂとパリソンＰとが接触し、各面が溶着される。
以上説明した溶着方法及び溶着構造によれば、環状部１１から径方向に突出する複数の凸部１３を設けることで、パリソンＰに対する溶着面積を大きく確保することができるため、溶着強度を高めることができる。また、環状部１１の径方向の長さ（板厚）を大きくしなくても溶着面積を大きくすることができる。これにより、設計の自由度を高めることができる。
ここで、付属部品３をタンク本体２に溶着させる場合、付属部品３のうち溶着強度に最も寄与する部位（最も溶融する部位）はパリソンＰと最初に接触する部位である。また、パリソンＰに内在する熱は、平面よりも、例えば面と面で構成された縁部に熱が集中しやすい。したがって、付属部品３のうちパリソンＰに最初に接触する部位をどのような形状とするかが重要となる。また、本実施形態のように、パリソンＰの熱だけで付属部品３を溶着させる場合、パリソンＰに内在する限られた熱量で溶着させなければならないため、付属部品３のうちパリソンＰと最初に接触する部位はより重要となる。
仮に、付属部品３のうちパリソンＰとが最初に接触する部位を単に大きな面積からなる平面にすると、伝達される熱が当該平面上で分散してしまい、パリソンＰの限られた熱量では当該平面が十分に溶融せず所望の溶着強度が得られないおそれがある。そこで、本実施形態では環状部１１に、複数の凸部１３を放射状に設ける構成（隣り合う凸部１３の間に凹部Ｊを設ける構成）とした。このような構成にすることにより、パリソンＰに最初に接触する端面１１ａ，１３ａに、端面１１ａ，１３ａを含んで構成される縁部（角部）Ｑ（図３参照）が多く形成される。
よって、端面１１ａ，１３ａ及び端面１１ａ，１３ａを含む縁部ＱにパリソンＰの熱が集中的に伝達するため、これらの部位が大きく溶融して溶着強度に大きく寄与する。さらに、パリソンＰが、環状部１１の外周面１１ｂ及び内周面１１ｃ及び凸部１３の側面１３ｂ，１３ｂ、側端面１３ｃ、並びに、第二底面１２ｃ、第二部材２０の下面２１ｂ，２２ｂとも接触し、溶着する。即ち、環状部１１及び凸部１３の高さ方向にも溶着面積を確保できる。以上より、本実施形態によれば、パリソンＰに内在する熱だけであっても、溶着強度をより高めることができる。
また、付属部品３を成形型Ｋに保持し、タンク本体２の成形時にパリソンＰの外面に溶着されることで、タンク本体２の外壁面に付属部品３を容易に溶着させることができる。また、本実施形態のように、複数の凸部１３は、内径方向に突出していることで、環状部１１の外周面１１ｂを平滑にすることができる。また、複数の凸部１３を周方向に等間隔で設けることで、パリソンＰの熱が凸部１３に均一に伝達されるため、バランスよく溶着することができる。
また、連通孔１４を設けることにより成形時に付属部品３内の空気を付属部品３の外部に排出することができるため、パリソンＰと付属部品３との間に空気溜りが形成されることなく、成形性を高めることができる。
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において、適宜設計変更が可能である。本実施形態では凸部１３を板状に形成したが、凸部を例えば柱状に形成してもよい。また、凸部を角錐状又は円錐状に形成してもよい。凸部を角錐状又は円錐状にする場合は先鋭部が溶融しやすい部位となる。また、凸部１３は、本実施形態では、環状部１１に対して径内方向に突出させたが、径外方向に突出させてもよい。この場合は、第一部材１０の内周面を平滑にすることができる。
また、成形工程では、本実施形態では真空成形を例示したが、ブロー成形やインジェクション成形であってもよい。また、本実施形態では、タンク本体２の外壁面（パリソンＰの外面）に付属部品３を溶着させたが、タンク本体２の内壁面（パリソンＰの内面）に付属部品３を溶着させてもよい。また、本実施形態では、付属部品３として保護プレートＥを取り付けるためのクリップを例示したが、これに限定されるものではない。付属部品３は、タンク本体２に溶着される部品であって、例えば、各種バルブ、燃料の波消し部材等であってもよい。また、実施形態で示した各寸法はあくまで例示であって、本発明を限定するものではない。
１ 燃料タンク
２ タンク本体
３ 付属部品
４ ポンプ取付部
１０ 第一部材
１１ 環状部
１１ａ 端面
１２ 本体部
１３ 凸部
１３ａ 端面
２０ 第二部材
Ｋ 成形型

Claims (4)

  1. タンク本体として成形される溶融状態の樹脂に、熱可塑性樹脂製の付属部品を溶着する溶着方法であって、
    前記付属部品を、環状を呈する環状部及び前記環状部から内径方向に突出する複数の凸部を備えるように形成し、
    前記環状部及び前記凸部を前記溶融状態の樹脂に押入して溶着させる押入工程を含むことを特徴とする溶着方法。
  2. 前記タンク本体を成形する成形型に前記付属部品を保持させる保持工程を含み、
    前記押入工程では、前記タンク本体の成形時に前記溶融状態の樹脂の外面に前記付属部品を溶着させることを特徴とする請求項１に記載の溶着方法。
  3. 樹脂製のタンク本体の壁面に溶着される熱可塑性樹脂製の付属部品の溶着構造であって、
    前記付属部品は、環状を呈する環状部及び前記環状部から内径方向に突出する複数の凸部を有し、前記環状部及び前記凸部が前記壁面に溶着されていることを特徴とする溶着構造。
  4. 複数の前記凸部は、周方向に等間隔で設けられていることを特徴とする請求項３に記載の溶着構造。
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