JP6835511B2

JP6835511B2 - 樹脂燃料タンク

Info

Publication number: JP6835511B2
Application number: JP2016176760A
Authority: JP
Inventors: 良介深谷; 利昌朝原
Original assignee: Toyota Motor Corp; FTS Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; FTS Co Ltd
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2036-09-09
Also published as: JP2018039470A

Description

本発明は、樹脂燃料タンクに関する。

近年、自動車には樹脂燃料タンクが採用されてきている。樹脂燃料タンクは、雰囲気温度の変化等によるタンク内圧の変化による変形を抑制するために、対向する内壁、例えば、底壁と上壁の間に補強部材が配置されている。補強部材（支柱）は、両端部に設けられたフランジ部が底壁と上壁に溶着されることによって、燃料タンク内に固定されている。

特開２０１６−１２８２７７号公報

しかし、上記先行技術では、補強部材のフランジ部と燃料タンクの壁部との溶着状態によっては、燃料タンクに大荷重が入力された際にフランジ部と壁部との溶着部に形成された溶着ビードに応力が集中して、溶着部から破断するおそれがある。

本発明は上記事実を考慮し、大荷重入力時に、設定された位置から支柱が安定的に破断される樹脂燃料タンクを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、中空箱状に形成され、上壁及び下壁においてそれぞれ内側に突出形成された上側取付座と下側取付座とを備える樹脂製の燃料タンク本体と、燃料タンク本体の内部に配設され、前記上側取付座と前記下側取付座を結ぶ方向を軸方向とされ前記軸方向の中間部に脆弱部が設けられ、かつ内部を貫通する孔部が形成された軸部と、前記軸方向における前記軸部の上端部に形成され前記上側取付座に溶着された上フランジ部と、前記軸方向における前記軸部の下端部に形成され前記下側取付座に溶着された下フランジ部と、を有し、前記上フランジ部と前記下フランジ部がそれぞれ前記上側取付座と前記下側取付座よりも前記軸方向と直交する径方向の外側まで延出されている樹脂製の支柱と、を備え、前記軸部は、軸と、前記上フランジ部と前記下フランジ部の間に前記軸方向に延在しているリブと、を有し、前記軸又は前記リブに局所的な肉の欠損部によって前記脆弱部が設けられており、前記脆弱部と、前記上側取付座及び前記下側取付座のそれぞれの前記径方向の外側端部と、を結ぶ線を荷重伝達線として、前記リブの上端及び下端の前記径方向の外側端部が、それぞれ前記荷重伝達線よりも前記径方向の外側に位置している。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記軸部の下端側には燃料孔が形成され、かつ前記軸部の上端側には空気抜き孔が形成されることにより、前記孔部が燃料の貯留スペースとされている。

この構成によれば、樹脂製の支柱の上フランジ部が樹脂製の燃料タンク本体の上壁に設けられた上側取付座よりも径方向外側まで延出して形成されている。したがって、樹脂燃料タンクの製造時に上側取付座と上フランジ部の溶着面から溶融樹脂がはみ出し、上フランジ部の上面において上側取付座の径方向外側に溶着ビードが形成される。同様に、下側フランジ部の下面において下側取付座の径方向外側に溶着ビードが形成される。

樹脂製の燃料タンク本体に荷重が入力されると、上側取付座から上フランジ部を介して、又は下側取付座から下フランジ部を介して軸部に荷重が伝達される。この際、溶着ビードは上側取付座や下側取付座の径方向端部よりも径方向外側に位置するため、上側取付座から上フランジ部を介して、又は下側取付座から下フランジ部を介して軸部に伝達される荷重伝達経路から径方向外側に外れて位置することになる。この結果、樹脂製の燃料タンク本体に大荷重が入力された場合に、溶着ビード（に形成されたノッチ）に応力集中することが抑制され、溶着ビード（支柱と取付座との溶着部）を起点として樹脂製の燃料タンク本体が損傷することが防止又は抑制される。すなわち、樹脂製の燃料タンク本体に大荷重が入力された場合に、樹脂製の支柱の軸部の脆弱部を起点して支柱が安定的に破断される。

なお、「脆弱部が形成された軸部」には、軸状のピラーのみならずピラーにリブ等が形成されたものを含み、さらにリブ等に脆弱部が設けられたものを含む。

請求項１記載の発明の樹脂燃料タンクは、上記構成としたので、燃料タンク本体に大荷重が入力された場合に、設定された位置から支柱を安定的に破断することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料タンクの縦断面図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。本発明の一実施形態に係る内蔵支柱の斜視図である。本発明の一実施形態に係る燃料タンク本体に対する内蔵支柱の取付状態を示す図１の要部拡大断面図である。比較例に係る燃料タンクの図４に対応する図である。

本発明の一実施形態に係る燃料タンクについて図１〜図５を参照して説明する。なお、各図は模式的なものであり、本発明と関連性の低いものは図示を省略している。また、各図中に示される矢印ＦＲは車両前方、矢印Ｗは車幅方向、矢印ＵＰは車両上方を示す。以下、単に上下の方向について説明する場合、車両上下方向の上下を示すものとする。

（構成）
図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る自動車の燃料タンク１０は、内部に燃料Ｆを貯留する樹脂製の燃料タンク本体１２と、燃料タンク本体１２の内部に配設された樹脂製の内蔵支柱１４とを備えている。この内蔵支柱１４は、本発明の「支柱」に相当する。なお、図２においては、ポンプモジュールに符号１６を付している。

燃料タンク本体１２は、図１に示されるように、車両上下方向に互いに対向した一対の壁部である底壁１８と上壁２０と、底壁１８と上壁２０の外周縁部を車両上下方向に繋いだ側壁２２とを備えており、中空の略直方体形状に形成されている。

なお、底壁１８には、壁部の一部が上方（燃料タンク内側）に向かって円錐台形状に突出された下側取付座２４が形成されている。下側取付座２４は、平面視円形で底壁１８に略平行な平面であり、内蔵支柱１４の下端が固定されるものである。同様に、上壁２０にも、壁部の一部が下方（燃料タンク内側）に向かって円錐台形状に突出された上側取付座２６が形成されている。上側取付座２６は、平面視円形で上壁２０に略平行な平面であり、下側取付座２４に対向した形成され、内蔵支柱１４の上端が固定されるものである。

内蔵支柱１４は、燃料タンク本体１２の内部に配設され、底壁１８と上壁２０の間に架設されている。この内蔵支柱１４は、図２に示されるように、平面視において燃料タンク本体１２の中央に配設されている。なお、本実施形態では、燃料タンク本体１２内に内蔵支柱１４が一本だけ配設されているが、燃料タンク本体１２内に複数の内蔵支柱１４を配設しても良い。また、燃料タンク本体１２の形状、若しくは内蔵支柱１４の本数によっては、内蔵支柱１４の配置位置は燃料タンク本体１２の中央でなくても良い。

内蔵支柱１４は、上壁２０（上側取付座２６）と底壁１８（下側取付座２４）の対向方向（車両上下方向）に沿った長さが、下側取付座２４と上側取付座２６との間隔と等しく設定されている。内蔵支柱１４は、車両上下方向に延在する軸部２８と、軸部２８の上端と下端にそれぞれ形成された上フランジ部３０と下フランジ部３２と、軸部２８に設けられた複数（本実施形態では４つ）のリブ３４とを有している。

軸部は軸としての軸部２８とリブ３４とを有し、軸部２８は、燃料タンク本体１２の内部に下側取付座２４と上側取付座２６との対向方向（車両上下方向）を軸方向として配設されている。軸部２８の車両上下方向長さは、下側取付座２４と上側取付座２６との車両上下方向の間隔に等しく設定されている。

上フランジ部３０は、図３及び図４に示すように、軸部２８の軸方向一端部（上端部）から径方向外側へ延出して形成されており、下フランジ部３２は、軸部２８の軸方向他端部（下端部）から径方向外側へ延出して形成されている。上フランジ部３０及び下フランジ部３２は、図２に示すように、軸部２８の軸方向から視て円形であり、内側に軸部２８の内部を貫通した孔部３６が形成されている。

図３に示すように、軸部２８の周囲には、複数のリブ３４が形成されている。複数のリブ３４は、上フランジ部３０と下フランジ部３２の間に軸部２８の軸方向に延在している。複数のリブ３４は、図２に示すように、軸部２８の軸方向から視て、軸部２８の外周面２８Ａから放射状に突出して形成されており、周方向に等間隔とされている。各リブ３４は、軸部２８の周方向を板厚方向とする板状に形成されており、軸部２８の軸方向に延在している。各リブ３４は、図３及び図４に示すように、軸部２８の軸方向中央に向かうほど、軸部２８の径方向長さが減少している。すなわち、各リブ３４は、軸部２８の周方向から視て略台形状（略三角形状）に形成されている。

各リブ３４には、図３及び図４に示すように、軸部２８の軸方向における中央部に対応する位置に、脆弱部としての切欠部３８が形成されている。各切欠部３８は、各リブ３４の一部が軸部２８側に局部的に凹んで形成されており、軸部２８の軸方向の中央部側に向かって径方向長さが減少するように形成されている。すなわち、図４に示すように、切欠部３８は、軸部２８の周方向から視て略三角形状に形成されている。

したがって、各リブ３４は、各切欠部３８によって、軸部２８の軸方向一端側（上側）に位置する上側リブ３４Ａと、軸部２８の軸方向他端側（下側）に位置する下側リブ３４Ｂに分断されている。

なお、図４に示すように、各上側リブ３４Ａの上端（上フランジ部３０との当接部分）における径方向長さは、切欠部３８と上側取付座２６の外周部（径方向外側端部）とを結ぶ荷重伝達線Ｌ１よりも径方向外側に位置するように設定されている。同様に、各下側リブ３４Ｂの下端（下フランジ部３２との当接部分）における径方向長さは、切欠部３８と下側取付座２４の外周部（径方向外側端部）とを結ぶ荷重伝達線Ｌ２よりも径方向外側に位置するように設定されている。

なお、内蔵支柱１４には、軸部２８の下端側で下フランジ部３２よりも若干上側に、軸部２８の内部に形成された孔部３６に燃料Ｆを流入させるための図示しない燃料孔（小孔）が形成されている。また、軸部２８の上端側で上フランジ部３０よりも若干下側に、図示しない空気抜き孔（小孔）が形成されている。これにより、軸部２８内の孔部３６が燃料Ｆの貯留スペースとして活用可能とされている。また、この燃料孔の付近には、下フランジ部３２と軸部２８の間に図示しない補強用の小リブが形成されており、空気抜き孔の付近には、上フランジ部３０と軸部２８の間に図示しない補強用の小リブが形成されている。この小リブによって燃料孔及び空気孔付近における軸部２８の強度低下を補う構成となっている。

このように構成される内蔵支柱１４は、図４に示すように、上側取付座２６に上フランジ部３０、下側取付座２４に下フランジ部３２が溶着されることによって、製造時に燃料タンク本体１２に固定される。この製造時に、溶融樹脂が上側取付座２６と上フランジ部３０との溶着面から径方向外側にはみ出して溶着ビード４０を形成する。燃料タンク１０では、上側取付座２６よりも上フランジ部３０の外径が大きいため、上フランジ部３０の上面３０Ａにおいて上側取付座２６の径方向外側に溶着ビード４０が形成されている。同様に、下側取付座２４よりも下フランジ部３２の外径が大きいため、下フランジ部３２の下面３２Ａにおいて下側取付座２４の径方向外側に溶着ビード４２が形成されている。

(作用)
このように構成された燃料タンク１０の作用について説明する。
燃料タンク１０では、燃料タンク本体１２の内圧が変動すると燃料タンク本体１２が変形する。例えば、気温の上昇等により、燃料タンク本体１２の内圧が上昇すると、燃料タンク本体１２が膨張する。この際、燃料Ｆの重量が作用している底壁１８が最も大きく変形する（図１、二点鎖線参照）。この点において、燃料タンク１０では、燃料タンク本体１２の上壁２０と底壁１８の間に内蔵支柱１４が架設されているため、燃料タンク本体１２の変形が抑制される。特に、内蔵支柱１４が結合されている部分では、底壁１８と上壁２０との間隔の変動が防止又は効果的に抑制される。

また、内蔵支柱１４が上フランジ部３０と下フランジ部３２を有しているため、内蔵支柱１４が上フランジ部３０と下フランジ部３２とを有していない構成と比較して上側取付座２６及び下側取付座２４との溶着面積を拡大することができる。この結果、内蔵支柱１４と燃料タンク本体１２との溶着強度を良好に確保できると共に、通常時における燃料タンク本体１２の変形を抑制可能となる。

さらに、内蔵支柱１４の上フランジ部３０と下フランジ部３２は、複数のリブ３４（上側リブ３４Ａ及び下側リブ３４Ｂ）を介して軸部２８と連結されているため、通常時における燃料タンク本体１２の内圧変化や外部からの入力に対して撓みが抑制される。これにより、上フランジ部３０及び下フランジ部３２の撓みに伴う燃料タンク本体１２の変形が効果的に抑制される。

次に、例えば、車両の衝突などにより、燃料タンク１０に対して大荷重が入力された際における燃料タンク１０の作用を、比較例に係る燃料タンク１００との対比で説明する。

先ず、比較例に係る燃料タンク１００について図５を参照して説明する。燃料タンク１０と異なる点は、上フランジ部３０、下フランジ部３２のみなので、その部分についてのみ説明する。なお、燃料タンク１０と同様の構成要素については、同一の参照符号に１００を足した参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

燃料タンク１００は、上フランジ部１３０、下フランジ部１３２と、上側取付座１２６、下側取付座１２４との外径の大小関係が燃料タンク１０と反対に設定されたものである。したがって、燃料タンク１００の製造時に上フランジ部１３０と上側取付座１２６との溶着面からはみ出した溶融樹脂は、上側取付座１２６上において上フランジ部１３０の径方向外側に溶着ビード１４０として形成されている。同様に、下側取付座１２４上で下フランジ部１３２の径方向外側に溶着ビード１４２が形成されている。

したがって、例えば、車両の衝突などにより燃料タンク１００に対して大荷重が入力されると、下側取付座１２４から下フランジ部１３２を介して、又は上側取付座１２６から上フランジ部１３０を介して軸部１２８やリブ１３４に大荷重が伝達される。

この際、下側取付座１２４、上側取付座１２６上においてそれぞれ下フランジ部１３２、上フランジ部１３０の径方向外側に形成された溶着ビード１４２、１４０に、下側取付座１２４、上側取付座１２６から大荷重が入力し、剥離荷重として作用すると共に、溶着ビード１４２、１４０に形成されたノッチに応力が集中する。この結果、燃料タンク１００では、溶着ビード１４０、１４２が破断の起点となり、下側取付座１２４又は上側取付座１２６と内蔵支柱１１４との結合部位（溶着部）が破断されるおそれがある。

これに対して燃料タンク１０では、上フランジ部３０及び下フランジ部３２の外径がそれぞれ上側取付座２６、下側取付座２４の外径よりも大きく形成されている。この結果、上フランジ部３０の上面３０Ａ及び下フランジ部３２の下面３２Ａ上において、それぞれ上側取付座２６、下側取付座２４の径方向外側に溶着ビード４０、４２が形成されている。

したがって、溶着ビード４０、４２は、底壁１８の下側取付座２４から下フランジ部３２を介して、又は上壁２０の上側取付座２６から上フランジ部３０を介してリブ３４及び軸部２８に至る荷重伝達経路から径方向外側に外れて位置することになる。

このように、溶着ビード４０、４２が荷重伝達経路（下側取付座２４、上側取付座２６）から径方向外側に外れて位置するため、燃料タンク本体１２に大荷重が作用しても、溶着ビード４０、４２に形成されたノッチに応力が集中することを抑制できる。したがって、燃料タンク本体１２に対する大荷重の入力によって溶着ビード４０、４２が破断の起点となることを防止又は抑制することができる。

また、上側リブ３４Ａの上端および下側リブ３４Ｂの下端の径方向外側端部がそれぞれ荷重伝達線Ｌ１、Ｌ２よりも径方向外側に位置しているため、上側リブ３４Ａの上端および下側リブ３４Ｂの下端の径方向外側端部と上フランジ部３０および下フランジ部３２とのなす角部４４、４６に応力が集中することが防止又は抑制される。したがって、燃料タンク本体１２に大荷重が入力した場合に、角部４４、４６が破断の起点となることが防止又は抑制される。

したがって、燃料タンク本体１２に入力された大荷重は、下側取付座２４から下フランジ部３２を介して、又は上側取付座２６から上フランジ部３０を介してリブ３４及び軸部２８に伝達され、切欠部３８を起点として内蔵支柱１４が破断されることになる。具体的には、切欠部３８は軸部２８の外周面２８Ａまで達しているため、内蔵支柱１４の軸部２８が、リブ３４の切欠部３８が外周面２８Ａに到達した箇所を起点として破断される。

これにより、燃料タンク本体１２に大荷重が入力した時に、上側取付座２６及び下側取付座２４と上フランジ部３０及び下フランジ部３２との結合部付近で損傷することを抑制できる。この結果、この損傷に起因する燃料タンク本体１２からの燃料漏れのリスクを低減することができる。

このように、燃料タンク１０では、上壁２０、底壁１８から内蔵支柱１４に到る荷重伝達経路から溶着ビード４０、４２を径方向外側に外すことによって、溶着ビード４０、４２（に形成されたノッチ）に応力が集中して破断の起点となることを防止又は抑制できる。すなわち、燃料タンク１０に大荷重が作用した場合に、内蔵支柱１４の切欠部３８が確実に破断の起点となり、意図した位置で内蔵支柱１４を破断させることにより燃料タンク本体１２の損傷を抑制することができる。

また、燃料タンク１０では、上側リブ３４Ａの上端、下側リブ３４Ｂの下端の径方向長さと上側取付座２６、下側取付座２４の外径との比、又は上側リブ３４Ａの上端、下側リブ３４Ｂの下端の径方向長さと切欠部３８の外径との比を調整することによって、上側取付座２６、下側取付座２４と上フランジ部３０、下フランジ部３２との溶着部の強度、切欠部３８の強度、リブ３４の上端又は下端の強度の比を調整することができる。

なお、本実施形態では、切欠部３８にリブ３４が形成されていないので、軸部２８のみによって内蔵支柱１４の破断荷重を設定することができる。したがって、破断荷重の設定が容易である。

［その他］
燃料タンク１０では、脆弱部としての切欠部３８がリブ３４に設けられたが、軸部２８に設けても良い。例えば、軸部２８に孔部を形成して脆弱部としても良い。

また、燃料タンク１０では、リブ３４が存在したが、リブ３４がない構成にも適用可能である。

さらに、本実施形態では、内蔵支柱１４を樹脂製としたが、金属製の内蔵支柱にも適用可能である。

１０燃料タンク
１２燃料タンク本体
１４内蔵支柱（支柱）
２４下側取付座
２６上側取付座
２８軸部（軸）
３０上フランジ部
３２下フランジ部
３４リブ（軸部）
３６孔部
３８切欠部（脆弱部）
Ｌ１、Ｌ２荷重伝達線

Claims

中空箱状に形成され、上壁及び下壁においてそれぞれ内側に突出形成された上側取付座と下側取付座とを備える樹脂製の燃料タンク本体と、
燃料タンク本体の内部に配設され、前記上側取付座と前記下側取付座を結ぶ方向を軸方向とされ前記軸方向の中間部に脆弱部が設けられ、かつ内部を貫通する孔部が形成された軸部と、前記軸方向における前記軸部の上端部に形成され前記上側取付座に溶着された上フランジ部と、前記軸方向における前記軸部の下端部に形成され前記下側取付座に溶着された下フランジ部と、を有し、前記上フランジ部と前記下フランジ部がそれぞれ前記上側取付座と前記下側取付座よりも前記軸方向と直交する径方向の外側まで延出されている樹脂製の支柱と、
を備え、
前記軸部は、軸と、前記上フランジ部と前記下フランジ部の間に前記軸方向に延在しているリブと、を有し、
前記軸又は前記リブに局所的な肉の欠損部によって前記脆弱部が設けられており、
前記脆弱部と、前記上側取付座及び前記下側取付座のそれぞれの前記径方向の外側端部と、を結ぶ線を荷重伝達線として、
前記リブの上端及び下端の前記径方向の外側端部が、それぞれ前記荷重伝達線よりも前記径方向の外側に位置している、
樹脂燃料タンク。
前記軸部の下端側には燃料孔が形成され、かつ前記軸部の上端側には空気抜き孔が形成されることにより、前記孔部が燃料の貯留スペースとされている、請求項１記載の樹脂燃料タンク。