KR100308140B1 - 구조 보강용 커넥션 융착부의 노치를 방지하여내충격성을 개선시킨 자동차용 플라스틱 연료탱크의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조 보강용 커넥션(connection) 융착부를 갖는 자동차용 플라스틱 연료탱크의 제조 방법에 관한 것으로 종래 플라스틱 연료탱크의 커넥션 융착부에 발생하는 노치(notch)를 방지하여 내압 상승에 따른 변형 방지 뿐만 아니라 차량 충돌 등의 충격이 가해질 경우 깨짐이 없도록 그 내충격성을 개선시킨 자동차용 플라스틱 연료탱크의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

구조 보강용 커넥션 융착부의 노치를 방지하여 내충격성을 개선시킨 자동차용 플라스틱 연료탱크의 제조 방법

본 발명은 블로우(blow) 성형하는 자동차용 플라스틱 연료탱크의 제조 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 구조 보강용 커넥션(connection) 융착부의 노치(notch)를 방지하여 그 내충격성을 개선시킨 자동차용 플라스틱 연료탱크의 제조 방법에 관한 것이다.

자동차용 연료탱크는 저장하는 연료에 따라 두가지로 구분할 수 있는데 가솔린용 연료탱크와 디젤용 연료탱크가 그것이다. 이 두가지 연료탱크는 그 구성이 거의 비슷하여 재료 및 부품에 있어서 약간의 차이만을 보인다. 따라서 본 발명에 따른 플라스틱 연료탱크의 제조 방법에서는 그 재료 부분에서만 이 둘을 구분하여 설명하고 나머지 부분에서는 이 두 종류의 연료탱크를 함께 다루기로 한다.

일반적으로 자동차용 연료탱크는 강철 재질의 것이 사용되었으나 최근에는 중량 감소, 부식 방지, 원가 절감 등의 목적을 충족시키는 플라스틱 재질의 것이 사용되고 있다.

플라스틱 연료탱크는 주로 블로우 성형법에 의해 제조되는데 이 블로우 성형된 플라스틱 연료탱크는 차량 주행이나 정지시 엔진에서 소비되고 남은 잔여 연료가 연료탱크로 일부 되돌아 오거나 연료탱크 주위의 고온 부품의 영향을 받아 그 온도가 급격히 상승하게 된다.

연료탱크의 온도가 상승하면 연료탱크 내에 많은 양의 증발 가스가 발생하여 압력이 상승하게 되고 결국 연료탱크의 변형이 일어나며 이로 인해 연료탱크와 근접 부품간의 일정 간격 유지가 힘들어져 부품간의 간섭 문제는 물론이고 연료탱크 자체의 내구성 문제도 발생할 수 있다.

이러한 플라스틱 연료탱크의 내압 상승에 따른 변형을 방지하고자, 즉 구조를 보강하고자 마련한 것이 커넥션 융착부이다.

도 1 및 도 2는 종래의 커넥션 융착부가 있는 플라스틱 연료탱크의 제조 공정을 보이는 것으로 용융된 플라스틱 원재료가 도 1의 다이 헤드(1)를 통해 고온의 용융수지인 패리슨(parison)(3)으로 압출된 후 이 패리슨(3) 주위로 한 쌍의 금형(4, 4´)이 닫힘과 동시에 블로우 핀(2)에서 고압의 공기가 나오게 되고 중공(中空)의 패리슨(3)이 공기 압력에 의해서 금형(4, 4´)의 내부에 밀착이 된다.

저온을 유지하는 금형(4, 4´) 내면에 밀착된 용융 상태의 고온의 패리슨(3)이 고화되고 도 2와 같이 블로우 핀(2)이 아래로 이동한 후 금형(4, 4´)이 열려 성형품(6)이 탈형되는 것으로 이는 종래의 플라스틱 연료탱크의 블로우 성형 공정이다.

이때 사용되는 한쌍의 금형(4, 4´)은 도 1 및 도 2의 X 및 X´부분에서 보는 바와 같이 각각이 두 개의 볼록한 부분(이하 커넥션 융착부 형성부라 함)(5, 5´)을 가지는데 이 커넥션 융착부 형성부(5, 5´)는 모서리가 둥글며 밑넓이가 넓어지는 형상이다.

상기 플라스틱 연료탱크의 커넥션 융착부(7)는 이 금형(4, 4´)의 커넥션 융착부 형성부(5, 5´)에 의해 형성되는 부분으로, 보다 상세하게는 상기 패리슨(3)의 좌우에 위치하는 한쌍의 금형(4, 4´)이 닫혔을 때 금형(4, 4´) 양측의 커넥션 융착부 형성부(5, 5´)사이의 간격이 패리슨(3) 두겹의 두께보다 얇아 두겹의 패리슨(3)이 융착 및 고화되어 성형되는 부분이다.

이러한 커넥션 융착부(7)는 내압 상승에 따른 연료탱크의 변형을 방지하는데 탁월한 효과를 보이는 반면에 도 2의 Y 부분 확대도인 도 3에서 보는 바와 같이 두겹의 패리슨이 만나는 부분(9)에 노치(8)가 발생하며 이러한 노치(8)는 연료탱크에 충격이 가해질 경우 응력(應力)이 집중되는 부분이 된다.

실제 차량 충돌 시험에서 이 부분의 노치로 인해 연료탱크가 깨어지는 현상이 발생했으며 누유(漏油)의 원인이 되는 이러한 연료탱크의 깨짐은 차량 화재로 발전되기 때문에 승객 보호를 위해 국내외의 안전 법규로서 엄격히 규제되고 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 블로우 성형하는 자동차용 플라스틱 연료탱크의 구조 보강용 커넥션 융착부의 노치를 방지하여 내압 상승으로 인한 연료탱크의 변형 방지 뿐만 아니라 차량 충돌 등의 충격이 가해질 경우 깨짐이 없도록 내충격성을 개선한 자동차용 플라스틱 연료탱크의 제조 방법을 제공하고자 한다.

도 1 및 도 2는 종래의 플라스틱 연료탱크의 블로우 성형 공정.

도 3은 도 2의 Y 부분 확대도.

도 4는 도 1 및 도 2의 X 및 X´부분에 대응되는 본 발명의 부분 확대도.

도 5는 도 2의 Y 부분에 대응되는 본 발명의 부분 확대도.

도 6a는 본 발명에 따른 플라스틱 연료탱크의 사시도.

도 6b는 도 6a의 평면도.

도 6c는 도 6a의 정면도(투시도).

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

1 : 다이 헤드 2 : 블로우 핀

3 : 패리슨 4 : 금형

4´: 금형 5 : 커넥션 융착부 형성부

5´: 커넥션 융착부 형성부 6 : 성형품

7 : 커넥션 융착부 8 : 노치

9 : 두겹의 패리슨이 만나는 부분 10 : 커넥션 융착부 형성부

10´: 커넥션 융착부 형성부 11 : 중앙 융착부 형성부

11´: 중앙 융착부 형성부 12 : 노치 방지 융착부 형성부

12´: 노치 방지 융착부 형성부 13 : 커넥션 융착부

14 : 중앙 융착부 15 : 노치 방지 융착부

16 : 노치가 방지된 구조 17 : 두겹의 패리슨이 만나는 부분

18 : 블로우 캡 19 : 필라 넥 니플

20 : 에어 브레더 니플 21 : 이베퍼레이터 니플 조립부

22 : 배출 파이프와 연료 게이지부 조립부

23 : 구멍 24 : 스월 포트

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 플라스틱 연료탱크의 제조 공정은 금형의 커넥션 융착부 형성부 및 성형품의 커넥션 융착부를 제외하고는 종래의 제조 공정과 같다. 따라서 우선 도 1 및 도 2에 의거하여 제조 공정을 설명하고 본 발명의 금형 및 성형품을 설명함에 있어서는 도 4 및 도 5에 의거하여 설명하도록 한다.

자동차용 플라스틱 연료탱크를 성형하기 위해 먼저 알갱이 모양의 플라스틱 원재료를 스크류(screw)에서 고온으로 용융시킨다. 이때 플라스틱 원재료는 디젤용 연료탱크의 경우 고밀도 폴리에틸렌(High Density Poly Ethylene : HDPE)이고, 가솔린용 연료탱크의 경우 HDPE 93중량％, 나일론-6 7중량％로 이루어진다. 용융된 원재료는 도 1의 다이 헤드(1)로 이동하여 고온의 용융수지인 패리슨(3)으로 압출되며 이때 블로우 핀(2)은 아래에 위치한다.

패리슨(3)이 압출된 후 연료탱크의 형상을 그 내면에 갖는 한 쌍의 금형(4, 4´)이 닫힘과 동시에 블로우 핀(2)에서 대략 7바(bar) 정도의 고압의 공기가 나오게 되고 중공의 패리슨(3)은 이 공기의 압력에 의해서 금형(4, 4´)의 내부에 밀착이 된다.

이때 사용되는 한쌍의 금형(4, 4´)은 도 4에서 보는 바와 같은 두 개의 커넥션 융착부 형성부(10, 10´)를 각각 갖는데 종래의 금형에서와 마찬가지로 커넥션 융착부 형성부(10, 10´)는 그 모서리가 둥글고 밑넓이가 넓어지는 형상이지만 중앙 융착부 형성부(11, 11´)와 노치 방지 융착부 형성부(12, 12´)로 이루어지는 것이 종래의 금형과 다르다. 이때 노치 방지 융착부 형성부(12, 12´)는 커넥션 융착부 형성부(10, 10´)의 가장자리 부분으로 볼록하게 튀어나와 커넥션 융착부 형성부(10, 10´)의 가운데 부분인 중앙 융착부 형성부(11, 11´)와 구별된다.

내부의 냉각수 라인에 의해 저온을 유지하는 금형(4, 4´) 내면에 밀착된 용융 상태의 고온의 패리슨(3)은 고화되는데 이 고화 시간은 제품의 형상이나 크기에 따라 다르며 여기서는 약 2분 정도의 시간이 걸린다.

패리슨(3)이 고화되고 도 2와 같이 블로우 핀(2)이 아래로 이동한 후 금형(4, 4´)이 열려 탈형한 성형품은 그 커넥션 융착부를 제외하고는 종래의 성형품과 같다.

도 5에 있어서 두겹의 패리슨(3)이 융착되어 이루어지는 커넥션 융착부(13)를 자세히 보면 그 가운데의 중앙 융착부(14)와 가장자리의 노치 방지 융착부(15)가 있어 두겹의 패리슨(3)의 융착 두께에 있어서 차이를 보이며 또한 두겹의 패리슨이 만나는 부분(17)에 노치가 방지된 구조(16)를 보인다.

우선 상대적으로 두껍게 융착이 이루어진 중앙 융착부(14)는 상기 한쌍의 금형(4, 4´)의 커넥션 융착부 형성부(10, 10´)의 중앙 융착부 형성부(11, 11´)에 의해 성형되는 부분으로 한쌍을 이루는 좌우의 금형(4, 4´)이 닫혔을 때 금형(4, 4´)의 중앙 융착부 형성부(11, 11´) 사이의 간격이 두겹의 패리슨(3)의 두께보다 얇아 두겹의 패리슨(3)의 융착이 이루어지는 부분이다.

이에 비해 상대적으로 얇게 융착이 이루어진 노치 방지 융착부(15)는 한쌍의 금형(4, 4´)의 커넥션 융착부 형성부(10, 10´)의 볼록하게 튀어나온 노치 방지 융착부 형성부(12, 12´)에 의해 성형되는 부분으로 한쌍을 이루는 좌우의 금형(4, 4´)이 닫혔을 때 금형(4, 4´)의 노치 방지 융착부 형성부(12, 12´) 사이의 간격이 두겹의 패리슨(3)의 두께는 물론이고 금형(4, 4´)의 중앙 융착부 형성부(11, 11´) 사이의 간격보다 얇아 두겹의 패리슨(3)의 융착이 이루어지고 또한 남는 패리슨이 발생한다.

이 융착되고 남은 패리슨이 두겹의 패리슨이 만나는 부분(17)으로 밀려 나와 이 부분(17)을 부드럽게 연결시킴으로써 노치가 방지된 구조(16)를 형성한다.

이러한 종래의 플라스틱 연료탱크의 문제점인 노치가 방지된 본 발명의 커넥션 융착부(13)를 갖는 성형품(6)을 탈형한 후 충분히 식으면 개공 및 조립 과정을 거쳐 본 발명인 자동차용 플라스틱 연료탱크를 완성한다.

본 발명의 연료탱크는 필요에 따라 안료를 첨가하여 다양한 색상을 부여할 수 있다.

도 6a는 본 발명에 따른 플라스틱 연료탱크의 사시도, 도 6b는 도 6a의 평면도, 도 6c는 도 6a의 정면도(투시도)로 중앙 융착부(14)와 노치 방지 융착부(15)로 이루어진 두 개의 커넥션 융착부(13)를 비롯하여 블로우 성형으로 생긴 구멍을 막는 블로우 캡(18), 필라 넥 니플(filler neck nipple)(19), 에어 브레더 니플(air breather nipple)(20), 이베퍼레이터 니플(evaporator nipple) 조립부(21), 배출 파이프와 연료 게이지부 조립부(22) 및 빗물이 고이는 것을 방지하기 위한 커넥션 융착부(13)의 구멍(23) 등이 성형, 개공 및 조립된 플라스틱 연료탱크를 확인할 수 있다. 이때 조립은 손으로 돌리는 것과 같은 물리적인 조작이나 열융착에 의해 이루어진다.

또한 윗면이 없는 직육면체 형태의 스월 포트(swirl pot)(24)는 배출 파이프와 연료 게이지부 조립부(22)를 통해 연료탱크 내에 삽입하여 배출 파이프와 연료 게이지부 조립부(22) 아래에 해당되는 부분에 위치시킨 후 초음파로 융착시킨다. 이 스월 포트의 크기가 배출 파이프와 연료 게이지부 조립부(22)보다 큰 경우는 스월 포트를 저온을 유지하도록 한 후 블로우 성형시 이를 치구(治具)에 의해 블로우 핀(2) 위에 위치시키고 패리슨(3)이 이 스월 포트 둘레로 압출되도록 하여 이를 블로우 성형한 후 마찬가지로 배출 파이프와 연료 게이지부 조립부(22) 아래에 해당되는 부분에 위치시키고 초음파로 융착시킨다.

이러한 본 발명의 효과를 보면 우선 그 커넥션 융착부 형성부(10, 10´)에 노치 방지 융착부 형성부(12, 12´)를 갖는 한쌍의 금형(4, 4´)을 사용하여 블로우 성형함으로써 얻어지는 플라스틱 연료탱크는 그 커넥션 융착부(13)에 있어서 노치 방지 융착부(15)를 가짐으로써 노치가 방지된다.

이렇게 노치가 방지된 커넥션 융착부(13)를 갖는 자동차용 플라스틱 연료탱크는 내압 상승으로 인한 변형 방지 뿐만 아니라 그 내충격성이 개선되며 이로 인해 차량 충돌 시험에 합격할 수 있다.

또한 이러한 노치 방지 융착부(15)로 노치가 방지되는 구조(16)는 상기 커넥션 융착부(13) 뿐만 아니라 차량 조립을 위한 연료탱크의 차체 조립부 및 블로우 제품의 핀치 오프(pinch off)와 같은 취약함이 예상되는 금형의 파팅 라인(parting line)에 적용하면 큰 효과를 볼 수 있다.

Claims (1)

1. 고온의 용융 수지인 패리슨(parison)을 커넥션 융착부 형성부를 각각 가지는 한쌍의 금형으로 블로우 성형하여 자동차용 플라스틱 연료탱크를 제조함에 있어서, 중앙 융착부 형성부(11, 11´) 및 노치 방지 융착부 형성부(12, 12´)로 이루어진 커넥션 융착부 형성부(10, 10´)를 각각 가지는 한쌍의 금형을 사용함으로써 커넥션 융착부의 노치를 방지함을 특징으로 하는 자동차용 플라스틱 연료탱크를 제조하는 방법.