JP6616552B2

JP6616552B2 - 燃料タンク及び繊維強化樹脂部材の成形方法

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Publication number: JP6616552B2
Application number: JP2019511098A
Authority: JP
Inventors: 龍志谷
Original assignee: Yachiyo Industry Co Ltd
Current assignee: Yachiyo Industry Co Ltd
Priority date: 2017-04-06
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2019-12-04
Anticipated expiration: 2038-03-01
Also published as: WO2018186067A1; CN110494315A; JPWO2018186067A1; CN110494315B

Description

本発明は、燃料タンク及び繊維強化樹脂部材の成形方法に関する。

樹脂製のタンク本体の一部に、繊維強化樹脂部材を溶着して燃料タンクの補強を図ることが知られている（特許文献１）。従来の技術で用いられる繊維強化樹脂部材は、繊維シートと、マトリックス樹脂シートとを積層させて形成されている。マトリックス樹脂シートには、タンク本体に親和性（接着性）の高いポリエチレン系のマトリックス樹脂が用いられている。

特表２０１６−５１９６２３号公報

しかし、ポリエチレン系のマトリックス樹脂シートは、エンジニアリングプラスチック系（例えばポリアミド系）のマトリックス樹脂シートに比べて繊維シートに対する含浸性が低く、また樹脂自体の強度も低い。そのため、ポリエチレン系のマトリックス樹脂シートからなる繊維強化樹脂部材は、ポリアミド系のマトリックス樹脂からなる繊維強化樹脂部材よりも強度が低くなるという問題がある。一方、エンジニアリングプラスチック系（例えばポリアミド系）のマトリックス樹脂シートからなる繊維強化樹脂部材は、タンク本体への接着性が低いという問題がある。

本発明は、このような課題を解決するために創作されたものであり、タンク本体への接着性の向上及び燃料タンクの強度の向上の両立を図ることができる繊維強化樹脂部材を備える燃料タンク及び繊維強化樹脂部材の成形方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、樹脂製のタンク本体の壁面に繊維強化樹脂部材が溶着された燃料タンクであって、前記繊維強化樹脂部材は、繊維シートと、前記繊維シートに隣接して積層されるマトリックス樹脂シートと、前記タンク本体に臨むように表面側に配置される接着性樹脂シートと、を含んで積層されるとともに、前記マトリックス樹脂シートは、前記接着性樹脂シートに比べて前記繊維シートに対する含浸性が高いまたは樹脂自体の強度が高く、前記接着性樹脂シートは、前記マトリックス樹脂シートに比べて前記タンク本体に対する接着性が高いことを特徴とする。

また、本発明は、樹脂製のタンク本体の壁面に繊維強化樹脂部材を溶着する前に、前記タンク本体の壁面の形状に合わせて成形する繊維強化樹脂部材の成形方法であって、繊維シートと、マトリックス樹脂シートとを積層させるとともに、最外層に前記マトリックス樹脂シートに比べて前記タンク本体に対する接着性が高い接着性樹脂シートとを積層させて積層体を形成する準備工程と、前記積層体を一対の成形型に配置する配置工程と、前記接着性樹脂シート側に配置された一方の前記成形型の温度を、他方の成形型の温度よりも低く設定する成形工程と、を含むことを特徴とする。

かかる構成によれば、繊維強化樹脂部材の燃料タンク側に接着性樹脂シートを設けているため、タンク本体に対する接着性を高めることができる。一方、接着性樹脂シートよりも含浸性が高いまたは樹脂自体の強度が高いマトリックス樹脂が繊維シートに入り込むことにより、繊維強化樹脂部材の強度を高めることができるため、燃料タンクの強度も高めることができる。また、繊維強化樹脂部材を一対の成形型にて成形する際に、接着性樹脂シート側に配置された一方の成形型の温度を、他方の成形型の温度よりも低く設定することで、接着性樹脂シートの変質を抑制することができる。

本発明の燃料タンク及び繊維強化樹脂部材の成形方法によれば、タンク本体への接着性の向上及び燃料タンクの強度の向上の両立を図ることができる。

本発明の第一実施形態に係る燃料タンクを示す斜視図である。第一実施形態の繊維強化樹脂部材周りを示す断面図である。繊維強化樹脂部材を示す斜視図である。第一実施形態に係る繊維強化樹脂部材の成形方法の準備工程を示す斜視図である。第一実施形態に係る繊維強化樹脂部材の成形方法の配置工程及び成形工程を示す断面図である。燃料タンク成形工程を示す断面図である。図２のＡ部分の要部拡大断面図である。第二実施形態に係る繊維強化樹脂部材の成形方法の配置工程及び成形工程を示す断面図である。第二実施形態に係る繊維強化樹脂部材の要部拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る燃料タンク及び燃料タンクの製造方法を、図面を参照して説明する。以下の説明において、「前後」、「左右」、「上下」を言うときは、図１に示した方向を基準とする。なお、各方向は、燃料タンクＴを説明する上で便宜上設定したものであり、燃料タンクＴを車両に搭載したときの方向を限定する趣旨ではない。

燃料タンクＴは、図１に示すように、自動車やバイク並びに船舶等の移動手段に搭載されるものであり、タンク本体１と、複数の繊維強化樹脂部材２１（本実施形態では８つ）とで主に構成されている。

タンク本体１は、ガソリン等の燃料を貯溜する樹脂製の中空容器であり、例えばバリア層を含んだ複数層構造になっている。タンク本体１は、例えば、ポリエチレン、高密度ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を主な材料としている。タンク本体１は、例えばブロー成形等によって成形される。

タンク本体１は、下壁１１と、上壁１２と、第一側壁１３、第二側壁１４、第三側壁１５及び第四側壁１６とで構成されている。タンク本体１の下壁１１、上壁１２、第三側壁１５及び第四側壁１６には、全周に亘って連続する凹部３が形成されている。凹部３は、本実施形態では間をあけて前後方向に平行に４つ並設されている。凹部３は、底部及び当該底部から立ち上がる一対の側壁を有し、外側に開放するように形成されている。凹部３は、全周に亘って一定の断面で形成されている。凹部３の個数は限定されるものではない。

繊維強化樹脂部材２１は、タンク本体１を補強する部材であって、タンク本体１の外面に設けられている。繊維強化樹脂部材２１は、繊維シート４１（図４参照）に樹脂を含浸させて形成された繊維強化樹脂（ＦＲＰ：Fiber-Reinforced Plastics）である。繊維強化樹脂部材２１は、薄い帯状の部材であって、タンク本体１の外面にそれぞれ溶着されている。

繊維強化樹脂部材２１は、図１及び図２に示すように、タンク本体１の外面に間をあけて前後方向に平行に並設されている。各繊維強化樹脂部材２１は、タンク本体１の各凹部３に配置され一体形成されている。繊維強化樹脂部材２１は、外観視略Ｕ字状を呈する。繊維強化樹脂部材２１は、底部２１ａと、底部２１ａの前後方向両側から立ち上がる側壁２１ｂ，２１ｂとで構成されている。つまり、繊維強化樹脂部材２１には底部２１ａと、側壁２１ｂ，２１ｂとで凹溝が形成されており、全長に亘って一定の断面形状になっている。

下側に配置された繊維強化樹脂部材２１は、第三側壁１５、下壁１１及び第四側壁１６に亘って連続的に配置されている。また、上側に配置された繊維強化樹脂部材２１は、第三側壁１５、上壁１２及び第四側壁１６に亘って連続的に配置されている。繊維強化樹脂部材２１の形状は、タンク本体１の形状に合わせて成形されている。また、繊維強化樹脂部材２１の配置位置はタンク本体１の形状や用途に応じて適宜設定すればよい。

次に、繊維強化樹脂部材成形方法について説明する。繊維強化樹脂部材の成形方法は、準備工程と、配置工程と、成形工程と、を行う。

準備工程は、図４に示すように、複数の繊維シート４１と、複数のマトリックス樹脂シート４２と、接着性樹脂シート４３と、を重ね合わせて積層体４０を形成する工程である。繊維シート４１は、炭素繊維、ガラス繊維又は樹脂繊維等で形成された薄いシートである。

マトリックス樹脂シート４２は、熱可塑性樹脂（高密度ポリエチレン、ポリエチレン、ポリアミド（ナイロン）等）又は熱硬化性樹脂（フェノール樹脂、エポキシ樹脂等）で形成された薄いフィルムである。マトリックス樹脂シート４２は、本実施形態ではナイロンを用いている。マトリックス樹脂シート４２は、接着性樹脂シート４３に比べて繊維シート４１に対する含浸性が高いおよび／または樹脂自体の強度が高いものを用いている。マトリックス樹脂シート４２と繊維シート４１とは交互に配置する。

接着性樹脂シート４３は、積層体４０の最外層（表面）に配置される。接着性樹脂シート４３は、マトリックス樹脂シート４２に比べて繊維シート４１に対する含浸性が低いおよび／または樹脂自体の強度が低いが、タンク本体１に対する接着性が高い材料である。接着性樹脂シート４３は、マレイン変性させた熱可塑性樹脂を用いることができる。本実施形態では、接着性樹脂シート４３は、無水マレイン酸で変性させたポリエチレン（ＭＡＨ−ｇ−ＰＥ）を用いている。また、接着性樹脂シート４３は、マトリックス樹脂シート４２と接着性樹脂シート４３との接着性が、マトリックス樹脂シート４２とタンク本体１との接着性に比べて高いものを用いている。

配置工程は、図５に示すように、積層体４０を成形型Ｋに配置する工程である。成形型Ｋは、下側に配置される第一型Ｋ１と、上側に配置される第二型Ｋ２を用いている。第一型Ｋ１及び第二型Ｋ２とも内部に温度調節手段Ｍを備えている。配置工程では、接着性樹脂シート４３が、第二型Ｋ２に対向するように積層体４０を配置する。

成形工程は、図５に示すように、成形型Ｋによって繊維強化樹脂部材２１（図３参照）を成形する工程である。成形工程では、成形型Ｋの温度は積層体４０が成形可能な温度に適宜設定すればよいが、本実施形態では、第二型Ｋ２の温度を、第一型Ｋ１の温度よりも低く設定している。積層体４０の最外層に配置される接着性樹脂シート（ＭＡＨ−ｇ−ＰＥ）４３の融点は約１２０〜１４０℃であり、マトリックス樹脂シート（ナイロン）４２の融点は約１７６〜２６５℃である。マトリックス樹脂シート４２に合わせて成形型Ｋを昇温させると接着性樹脂シート４３が変質して劣化するおそれがある。

そのため、例えば、第一型Ｋ１の温度をマトリックス樹脂シート４２が溶融する温度まで昇温させるとともに、第二型Ｋ２の温度を接着性樹脂シートが溶融しつつ変質しない温度まで昇温させるなどして成形型Ｋに温度差を設けて接着性樹脂シート４３の劣化を防いでいる。

繊維強化樹脂部材２１が形成されたら、燃料タンク成形工程に移行する。燃料タンク成形工程は、図６に示すように、燃料タンク用成形型Ｊに繊維強化樹脂部材２１を配置して燃料タンクを成形する工程である。燃料タンク用成形型Ｊは、ロワー側を成形する一方型Ｊ１と、アッパー側を成形する他方型Ｊ２とを有する。燃料タンク用成形型Ｊの一方型Ｊ１及び他方型Ｊ２には、それぞれ設置凸部Ｊ１ａが形成されている。設置凸部Ｊ１ａは、一方型Ｊ１及び他方型Ｊ２の底面に所定の間隔をあけてそれぞれ形成されている。設置凸部Ｊ１ａは、繊維強化樹脂部材２１が配置される部位であって、断面略矩形に形成されている。設置凸部Ｊ１ａは、タンク本体１の凹部３を成形する部位でもある。

燃料タンク成形工程では、まず、一方型Ｊ１の各設置凸部Ｊ１ａに各繊維強化樹脂部材２１を配置する。このとき、最外層に形成された接着性樹脂シート４３がパリソンＰを向くように（内側を向くように）配置する。一方型Ｊ１及び他方型Ｊ２は所定の温度に予め加熱されているため、繊維強化樹脂部材２１を配置すると繊維強化樹脂部材２１と一方型Ｊ１及び他方型Ｊ２とが落下しない程度に張り付いた状態になる。

燃料タンク成形工程は、燃料タンク用成形型Ｊで燃料タンクＴをブロー成形する工程である。燃料タンク成形工程では、一方型Ｊ１と他方型Ｊ２との間に筒状又はシート状のパリソンＰをダイＤから吐出させる。パリソンＰは、例えば、内部にバリア層を含んで複数層で構成された熱可塑性樹脂である。燃料タンク用成形型Ｊは、パリソンＰが塑性変形するように所定の温度まで予め加熱させておく。

そして、パリソンＰが燃料タンク用成形型Ｊの成形面に転写されるとともに、パリソンＰと繊維強化樹脂部材２１とが溶着して一体化する。なお、一方型Ｊ１及び他方型Ｊ２に設けられた真空引き手段を用いてパリソンＰを吸引し、パリソンＰを燃料タンク用成形型Ｊに転写させてもよい。所定の時間が経過したら脱型し、燃料タンクＴを取り出す。

図７は、図２のＡ部分の要部拡大断面図である。図７は、繊維強化樹脂部材２１及びタンク本体１の断面を模式的に示すものである。繊維強化樹脂部材２１は、タンク本体１側から順番に接着性樹脂層３１、第一繊維強化層３２、マトリックス樹脂層３３、第二繊維強化層３４、マトリックス樹脂層３３、第二繊維強化層３４及びマトリックス樹脂層３３で構成されている。なお、層の厚さや層の数は模式的に示すものであって、本発明を限定するものではない。

接着性樹脂層３１は、タンク本体１と第一繊維強化層３２の間に形成されている。接着性樹脂層３１は、接着性樹脂（接着性樹脂シート４３）が硬化して形成された層である。
第一繊維強化層３２は、接着性樹脂層３１と、マトリックス樹脂層３３との間に形成されている。第一繊維強化層３２は、繊維シート４１に接着性樹脂（接着性樹脂シート４３）及びマトリックス樹脂（マトリックス樹脂シート４２）とが含浸し、硬化して形成された層である。

マトリックス樹脂層３３は、マトリックス樹脂（マトリックス樹脂シート４２）が硬化して形成された層である。
第二繊維強化層３４は、マトリックス樹脂層３３，３３の間に形成された層である。第二繊維強化層３４は、繊維シート４１に、両側のマトリックス樹脂（マトリックス樹脂シート４２）が含浸し、硬化して形成された層である。マトリックス樹脂層３３と第二繊維強化層３４は交互に積層されている。

以上説明した本実施形態に係る燃料タンク及び燃料タンクの製造方法によれば、繊維強化樹脂部材２１の燃料タンク側に接着性樹脂シート４３を設けているため、タンク本体１に対する接着性を高めることができる。一方、接着性樹脂よりも含浸性が高いおよび／または樹脂自体の強度が高いマトリックス樹脂が繊維シート４１に入り込むことにより、繊維強化樹脂部材２１の強度を高めることができるため、燃料タンクＴの強度も高めることができる。

また、本実施形態によれば、繊維強化樹脂部材２１が成形されるとき、マトリックス樹脂シート４２と接着性樹脂シート４３とは、マトリックス樹脂シート４２と接着性樹脂シート４３との間に挟まれた繊維シート４１に含浸して接着し合う。これにより、強固な第一繊維強化層（繊維強化層）３２を形成することができる。

ここで、例えば、タンク本体の最外層に接着性樹脂層を成形した後に、当該タンク本体の外側に繊維強化樹脂部材を溶着することも考えられる。しかし、通常、成形機のスクリュー及び樹脂が流通する流路は高粘度向けの設計になっているため、複数層構造のブロー成形を行う際に、最外層に接着性樹脂層（低粘度のものが多い）を設けると、サージングが発生し押出量が安定しないおそれがある。また、この方法であると、タンク本体の最外層全部が接着性樹脂層となり、接着性樹脂層の材料コストが嵩むという問題もある。

しかし、本実施形態のように、接着性樹脂層３１（接着性樹脂シート４３）を繊維強化樹脂部材２１の最外層に設けるようにすれば、タンク本体１の成形を安定して行うことができる。また、接着性樹脂層３１も繊維強化樹脂部材２１に対応して設ければよいため、材料コストを低減することができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る燃料タンク及び燃料タンクの繊維強化樹脂部材の成形方法について説明する。本実施形態に係る繊維強化樹脂部材の成形方法は、準備工程と、配置工程と、成形工程と、を行う。第二実施形態では、繊維強化樹脂部材の層構成が第一実施形態と相違するため、相違する部分を中心に説明する。

図８に示すように、準備工程では、第一積層体４０ａ及び第二積層体４０ｂを形成する。第一積層体４０ａは、マトリックス樹脂シート４２と、接着性樹脂シート４３とを積層させて形成されている。第一積層体４０ａは、例えば、共押出によって積層させている。第二積層体４０ｂは、繊維シート４１と、マトリックス樹脂シート４２とを交互に積層させて形成されている。第二積層体４０ｂは、第一積層体４０ａに対向する位置に繊維シート４１を配置している。

配置工程では、第二積層体４０ｂを第一型Ｋ１側に配置するとともに、第一積層体４０ａを第二型Ｋ２側に配置する。また、第一積層体４０ａのうち、接着性樹脂シート４３が第二型Ｋ２に対向するように配置する。

成形工程は、図８に示すように、成形型Ｋによって繊維強化樹脂部材２１（図３参照）を成形する工程である。第一実施形態と同様に、第二型Ｋ２の温度は、第一型Ｋ１の温度よりも低くなっている。燃料タンク成形工程は、第一実施形態と同様である。

図９は、第二実施形態に係る繊維強化樹脂部材の要部拡大断面図である。図９に示すように、繊維強化樹脂部材２１は、タンク本体１側から順番に、接着性樹脂層３１、マトリックス樹脂層３３、第二繊維強化層３４が積層され、その後はマトリックス樹脂層３３と第二繊維強化層３４とが交互に形成されている。

接着性樹脂層３１は、タンク本体１とマトリックス樹脂層３３との間に形成されている。接着性樹脂層３１は、接着性樹脂（接着性樹脂シート４３）が硬化して形成された層である。
マトリックス樹脂層３３は、接着性樹脂層３１と第二繊維強化層３４との間に形成されている。マトリックス樹脂層３３は、マトリックス樹脂（マトリックス樹脂シート４２）が硬化して形成された層である。

第二繊維強化層３４は、マトリックス樹脂層３３，３３の間に形成されている。第二繊維強化層３４は、繊維シート４１に、両側のマトリックス樹脂（マトリックス樹脂シート４２，４２）が含浸し、硬化して形成された層である。

第二実施形態に係る燃料タンクであっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、図９に示す第二実施形態のように、マトリックス樹脂層３３とタンク本体１との間に接着性樹脂層３１が形成されるようにしてもよい。

１タンク本体
２１繊維強化樹脂部材
４１繊維シート
４２マトリックス樹脂シート
４３接着性樹脂シート
Ｔ燃料タンク

Claims

樹脂製のタンク本体の壁面に繊維強化樹脂部材が溶着された燃料タンクであって、
前記繊維強化樹脂部材は、繊維シートと、前記繊維シートに隣接して積層されるマトリックス樹脂シートと、前記タンク本体に臨むように表面側に配置される接着性樹脂シートと、を含んで積層されるとともに、
前記マトリックス樹脂シートは、前記接着性樹脂シートに比べて前記繊維シートに対する含浸性が高いまたは樹脂自体の強度が高く、
前記接着性樹脂シートは、前記マトリックス樹脂シートに比べて前記タンク本体に対する接着性が高いことを特徴とする燃料タンク。
前記マトリックス樹脂シートと前記接着性樹脂シートとの間に挟まれた前記繊維シートにマトリックス樹脂及び接着性樹脂が含浸して繊維強化層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料タンク。
樹脂製のタンク本体の壁面に繊維強化樹脂部材を溶着する前に、前記タンク本体の壁面の形状に合わせて成形する繊維強化樹脂部材の成形方法であって、
繊維シートと、マトリックス樹脂シートとを積層させるとともに、最外層に前記マトリックス樹脂シートに比べて前記タンク本体に対する接着性が高い接着性樹脂シートとを積層させて積層体を形成する準備工程と、
前記積層体を一対の成形型に配置する配置工程と、
前記接着性樹脂シート側に配置された一方の前記成形型の温度を、他方の成形型の温度よりも低く設定する成形工程と、を含むことを特徴とする繊維強化樹脂部材の成形方法。