KR101264948B1 - 플라스틱 연료 탱크의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패리슨 성형에 의한 플라스틱 연료 탱크의 제조 방법으로서, 성형 작업 동안 파이프가 둘 이상의 지점에서 패리슨에 부착되어 있고, 파이프가 패리슨에 부착되어 있는 동안 연장되는 굴곡부의 존재에 의하여 상기 파이프가 이 두 지점 사이에서 변형 가능한, 플라스틱 연료 탱크의 제조 방법에 관한 것이다.

플라스틱 연료 탱크, 플라스틱 연료 탱크의 제조 방법, 환기 파이프.

Description

플라스틱 연료 탱크의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING A PLASTIC FUEL TANK}

본 발명은 플라스틱 연료 탱크의 제조 방법, 이 방법에 의해 제조된 연료 탱크, 및 상기 방법 및 탱크에 사용되는 환기 파이프에 관한 것이다.

다양한 종류의 차량에 끼움장착되는 연료 탱크는 일반적으로 설계 목적인 사용 형태 및 의무적으로 따라야 하는 환경 조건에 맞춰, 누설 저항성 및 투과성에 대한 기준을 따라야 한다. 현재, 일반적으로 대기 및 자연으로의 오염 물질 배출 한도에 관한 요건은 유럽 및 전 세계적으로도 점점 더 엄격해지고 있다.

이러한 배출물을 제한하기 위한 특수한 아이디어 중 하나는, 탱크 내에 및/또는 충진 파이프 내에 구성 부품들 (환기 라인, 밸브, 배플, 스티프너 등) 을 위치시키는 것이었다 (출원인의 WO 2004/024487 참조). 하지만, 이러한 부품들이 탱크 성형 후에 탱크 내에 고정되는 경우에는, 그 부품들을 탱크 내에 도입하고 고정하기 위해 일반적으로 탱크 내에 하나 이상의 개구를 만들어야 한다. 따라서 이러한 개구 근방에서 누설 문제가 생길 수 있게 된다.

본 발명은, 탱크가 실제로 성형 될 때, 부품의 도입 (및 고정) 을 가능하게 하는 슬롯을 하나 이상 포함하는 패리슨으로부터 시작되는 성형 방법으로서, 탱크 내부에 개구를 잘라낼 필요가 없다 (EP 1110697 참조). 하지만 그러한 방법의 경우, 탱크와 부품이 모두 플라스틱으로 만들어진 경우라 하더라도 (폴리머 사이에는 열 팽창/수축의 차이가 크기 때문에), 성형 후 냉각 동안 탱크는 상당량의 수축이 일어나는 반면 성형 과정에서 탱크 내에 결합된 부분은 약간만 가열되어 수축 역시 훨씬 덜 일어난다는 것이 알려졌다. 만약 파이프의 양 단부 모두가 탱크에 고정된 경우, 이는 용인하기 힘든 변형 (및 그로 인한 내부 장력) 을 일으킬 수 있다. 그러나, 그러한 고정은 파이프 단부에 밸브를 갖는 환기 라인의 경우에는 특히 유리하다.

따라서, 본 발명의 목적은 성형에 의한 제조 과정에서, 탱크 냉각 이후의 변형을 일으키지 않으면서 플라스틱 연료 탱크 내에 파이프를 일체화하는 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적에서, 본 발명은 패리슨 성형에 의한 플라스틱 연료 탱크의 제조 방법에 관한 것으로서, 패리슨 성형 작업 동안 파이프가 둘 이상의 지점에서 패리슨에 부착되어 있고, 파이프가 패리슨에 부착되는 동안 연장되어 있는 굴곡부에 의해 상기 파이프는 이 두 지점 사이에서 변형 가능하게 된다.

여기서 "연료 탱크" 는 여러 가지 다양한 환경 및 사용 조건 하에서 연료를 저장할 수 있는 밀봉된 탱크를 의미한다. 이러한 탱크의 한 예로서 자동차에 적합한 것이 있다.

본 발명에 따른 연료탱크는 플라스틱으로 만들어져 있다.

여기서 "플라스틱" 은 1종 이상의 합성 수지 폴리머를 포함하는 물질을 나타내는 것으로 사용되었다.

모든 종류의 플라스틱이 적합할 수 있다. 매우 적합한 플라스틱은 열가소성 물질의 범주에 속한다.

여기서 "열가소성 물질" 은 열가소성 폴리머를 나타내며, 열가소성 탄성체 및 그들의 혼합물을 포함한다. "폴리머" 라는 용어는 호모폴리머 및 코폴리머 (특히 2원 또는 3원 코폴리머) 를 나타낸다. 그러한 코폴리머의 예로는, 비한정적으로, 랜덤 코폴리머, 선형 블록 코폴리머, 다른 블록 코폴리머 및 그라프트 코폴리머 등이 있다.

융점이 분해 온도 이하인 어떤 종류의 열가소성 폴리머 또는 코폴리머라도 적합하다. 용융 범위가 10℃ 이상에 걸쳐 있는 합성 열가소성 물질이 특히 적합하다. 그러한 물질의 예로는 분자량에 있어서 폴리 분산 (polydispersion) 을 나타내는 물질들을 포함한다.

특히, 폴리올레핀, 열가소성 폴리에스테르, 폴리케톤, 폴리아미드 및 이들의 코폴리머가 사용될 수 있다. 탄소, 염 및 기타 무기 유도체 및 천연 섬유 또는 폴리머 섬유와 같은 무기, 유기 및/또는 천연 충진재와 폴리머 물질의 혼합물처럼 폴리머 또는 코폴리머의 혼합 역시 사용될 수 있다. 또한, 서로 결합되어 있는 적층으로 구성되어 있고 상기 폴리머 또는 코폴리머를 하나 이상 포함하는 다층 구조를 사용하는 것 역시 가능하다.

자주 사용되는 폴리머의 하나로 폴리에틸렌이 있다. 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE) 은 훌륭한 결과가 얻어진다.

탱크의 벽은 열가소성 재료의 단일층 또는 이중층으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 추가층이 있을 수 있으며 이 추가층은 액체 및/또는 가스 차단 물질로 된 층으로 구성되는 것이 유리하다. 이 차단층의 성질 및 두께는 탱크 내면과 접촉하게 될 액체 및 가스의 투과율을 최소화하도록 선택되는 것이 바람직하다. 이 층은 차단성 수지, 즉 EVOH (에틸렌/비닐 알콜 코폴리머) 와 같은 연료 불투과성 수지계인 것이 바람직하다. 또는, 탱크는 연료에 대해 불투과성을 갖도록 표면처리 (불소화 또는 술폰화) 를 거칠 수도 있다.

본 발명에 따른 탱크는 HDPE-계의 외층 사이에 EVOH-계의 차단층을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 탱크는 패리슨을 성형함으로써 만들어진다. "패리슨"은 일반적으로 압출된 예비성형체로서, 원하는 형상과 크기로 성형된 후 탱크의 벽을 형성하게 된다. 이 예비성형체는 하나의 조각일 필요는 없다.

따라서 패리슨은 실제로 두 개의 조각, 예를 들면 두 개의 시트로 구성된다. 하지만, 상기 참조 문헌인 EP 1110697 에 기술되어 있는 바와 같이, 이 조각들은 압출된 튜브 모양의 패리슨을 절삭하여 얻게 된다. 이러한 변형예에 있어서, 단일 패리슨의 압출 후에, 패리슨은 두 부분 (시트) 으로 나누기 위해 직경 방향으로 반대편인 두 선을 따라 세로로 절단된다.

별개로 압출되고 그 두께가 일정한 두 시트를 성형하는 것과 비교하면, 이러한 방법은, 적절한 압출 장치 (일반적으로 위치 조절이 가능한 맨드릴을 갖는 다이로 고정된 압출기) 를 이용하여 얻은 고르지 못한 두께 (고르지 못함은 길이 방향으로 일정하지 않음을 의미함) 의 패리슨을 사용하는 것을 가능하게 한다. 그러한 패리슨은, 주형 내에서 재료 변형의 변화율로 인해, 패리슨의 특정 지점에서 성형하는 동안 발생하는 두께 감소가 허용된다.

패리슨이 두 조각으로 성형된 후, 일반적으로 한 조각은 연료 탱크의 하부 벽, 나머지 조각은 연료 탱크의 상부 벽을 형성하게 된다.

본 발명은 하나의 패리슨 부분 및 특히 탱크 (두 조각의 패리슨으로 성형되든 되지 않든 간에) 상층부 (상부 벽) 상의 두 점에서 파이프를 고정하는 데 매우 적합하다. 이 지점들은 일반적으로 수 센티미터 또는 수십 센티미터 떨어진 곳에 있게 된다.

본 발명의 목적에서, "파이프" 는 단부가 개방되고 기본적으로 튜브 모양의 길다란 채널을 의미한다. 본 발명에 따른 파이프는 환기 파이프, 연료 펌프 파이프, 엔진으로부터 탱크에 연료를 회수하는 라인 (디젤 엔진의 경우), 충진 라인, 전기 라인 (파이프가 일반적으로 전기 케이블 외장인 경우) 등일 수 있다. 파이프는 (유체 또는 전기와 같은) 어떤 것을 운반하는 데 사용되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 파이프는 일반적으로 그 단부에 의해 두 지점 이상에서 탱크에 고정되어 있다 (엄밀히 말해서 패리슨에 고정되며, "탱크" 는 마감 성형된 물체를 의미한다). 이는 본 발명이 두 지점 이상에서 탱크 벽에 고정되어 있는 "스파이더" (즉, 여러 개의 가지를 갖는) 파이프 시스템을 포함하지 않음을 암시하는 것은 아니다. 파이프가 두 지점 이상에서 탱크에 고정되는 경우, 두 고정 지점 사이에 놓인 파이프 각 부분이 변형 가능한 이점이 있다.

본 발명에 따르면, 파이프는 패리슨에 고정/부착되어 성형 후 연료 탱크를 형성하게 된다. 이는 탱크 벽에 직접 접촉하고 있거나, 또는 중간 고정 수단에 연결된 후에 탱크 벽과 직접 접촉하고 있음을 의미한다. 상기 중간 고정 수단은 탱크 상에서 실제적인 역할을 다할 수 있다. 상기 중간 고정 수단은 밸브가 될 수도 있다. 여기서 "접촉" 이란 기계적인 부착 (해제 가능) 또는 용접 (또는 분자간 상호침투) 을 의미한다. 용접은 투과성의 관점에서 양호한 결과를 만들고, 성형 작업 동안 패리슨이 용융/연화되기 때문에 본 발명의 환경에 사용하기에 실용적이다. 예를 들면 리벳 펀칭 같은 (바람직하게는 패리슨이 용융/연화된다는 사실도 이용하는) 다른 기술들 또한 사용 가능하다. 이 기술은 참조 문헌인 출원인의 FR 04.08196 에 기술되어 있다.

비록 본 발명이 성형 동안 탱크에 내부 파이프를 고정하기 위한 목적으로 개발되었지만, 외부 파이프를 탱크에 고정시키는 경우로서 수축 문제가 발생하는 경우에도 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 파이프는 기능에 적합한 어떤 재료로도 제작될 수 있다. 주위 온도에 근접한 온도에서 유체를 운반하는 파이프의 경우 (예를 들면, 일반적으로 탱크 상부를 캐니스터 또는 연료 증기 흡수 장치에 연결하는 탱크 환기 파이프, 또는 탱크가 충진되는 경우 충진 파이프 상부에 약간의 증기를 운반하는 증기 공급 라인, 또는 연료 수위에 의해 노즐을 개폐하는 연료 수위 고정 라인 등), 이 파이프의 주된 부품은 일반적으로 플라스틱이다.

본 발명에 따르면, 고정되는 파이프는 하나 이상의 굴곡부의 존재에 의해, 탱크에 부착되는 두 지점 사이에서 변형이 가능해진다. 여기서 "변형 가능" 하다는 것은 파이프의 두 부착 지점 사이의 거리가 가변적임을 의미한다. "굴곡" 은 파이프가 당겨지는 경우 연장될 수 있게 하는 변형을 의미한다 (컨벌루션 등의 루프 또는 벨로우, 컬 등의 하나 이상의 주름과 같음). (파이프의 간단한 변형, 바람직하게는 열간 변형에 의해 적용이 간이한 이유로) 실제에서 매우 유용한 한 가지 변형예는 하나 이상의 굴곡부를 원하는 영역 내에서 S 형상, 파동 형상 또는 V 형상 (엄격히 말하면 굴곡부의 단부까지 고려하는 경우 W 형상) 으로 만드는 것이다. 이는 파이프 내에 일종의 스프링을 만들게 되는데, 이 스프링은 패리슨에 파이프를 고정시키는 동안, 성형된 탱크가 냉각되면 휴지 상태 (또는 거의 휴지 상태) 에 있도록 하기 위해 일정량 (일정 범위) 만큼 연장된다.

일반적으로, 본 발명에 따른 제조 방법은,

패리슨이 주형 내에 위치하는 단계,

코어가 주형 내에, 패리슨 내부에 위치하고 상기 코어가 파이프를 운반하는 단계,

주형이 닫히는 단계,

코어를 통해 가해지는 내부 가스 압력에 의해 또는 주형 후방에 진공을 만들어, 패리슨을 주형 벽에 대해 가압하는 단계,

코어의 도움으로 파이프를 패리슨에 고정하는 단계,

필요한 경우 플라스틱의 가스를 제거하는 단계,

코어를 회수하기 위해 주형을 개방하는 단계 및,

(압력을 가하면서 유체를 주입하는) 블로우 성형 또는 (주형 후방을 당겨 진공으로 만드는) 열성형 중 하나에 의해 패리슨을 성형하는 단계를 포함한다.

본 발명의 이러한 변형예에서 주형은 패리슨의 외면과 접촉하게 되는 두 개의 틀 (impression) 을 갖고, 패리슨은 패리슨 내에 주입된 압축 가스에 의해 상기 틀 상에 팽창된다.

가스 제거 단계 (블로우 성형의 경우 필요한 단계이나 열성형의 경우 불필요함) 는 어떠한 적절한 방법으로도 수행될 수 있다. 규칙으로서는, 상기 패리슨은 우선 (바늘로 찔러서) 구멍이 나게 되고, 그 후 유체는 주형으로부터 (밸브의 도움으로) 빠져나오게 된다.

따라서 본 발명의 이러한 변형예에 따른 방법은 파이프 (연장된 굴곡부를 가짐) 를 패리슨에 고정하기 위해 코어를 사용한다. 이는 구성 요소의 크기 및 형상이 주형 틀 사이에 삽입될 수 있는 것임을 의미한다. 예를 들면 참조 문헌인 특허 GB 1,410,215 내에 그러한 구성 요소가 기술되어 있다.

이 변형예에서 코어는 패리슨의 블로우 성형에 요구되는 압축 가스를 불어넣는 데 사용될 수도 있다. 만약 블로우 성형되는 패리슨이 두 부분인 경우라면, 상기 코어는 본 발명의 단계에 있어서 하나 이상의 단계 (보통 탱크를 만들기 위해 용접하기 전) 동안 이 두 부분의 가장자리를 뜨겁게 유지하는 데 사용될 수도 있다. 두 부분으로 된 패리슨은, 주형이 개방될 때 서로 분리될 수 있어 파이프의 고정을 단순화시키므로, 이러한 변형예에 매우 적합하다.

마지막으로, 상기 코어는 적어도 부분적으로 공정을 모니터하는 데 사용될 수도 있다. 이러한 목적을 위하여, 상기 코어에는 예컨대 파이프 (또는 탱크의 다른 구성 요소들) 의 부착 품질을 이미지 분석을 통해 모니터하기 위한 비디오 카메라가 설치될 수 있다. 힘, 주행거리, 압력 및 온도와 같은 하나 이상의 파라미터를 측정하기 위한 하나 이상의 센서 역시 코어 상에 설치될 수 있어, 파이프가 패리슨에 고정되는 것을 좀 더 자세하게 측정할 수 있게 된다.

선택적으로는, 본 발명에 따른 방법은,

패리슨을 형성하는 두 시트를 예열하는 단계,

두 시트를 주형 내에서 열성형에 의해 예비 성형시키는 단계,

파이프를 로봇에 의해 하나 이상의 시트에 결합시키는 단계,

주형을 다시 닫는 단계 및,

탱크를 (주형 후방을 당겨 진공으로 만드는) 열성형에 의해 성형시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 또한 상기 방법에 의하여 얻을 수 있는 플라스틱 연료 탱크에 관한 것이기도 하다.

그러한 탱크는 연료를 담게 되는 내부 체적을 한정하는 벽 및, 이 벽에 둘 이상의 지점에서 고정되어 있고 그 일부가 이 두 지점 사이에 놓여있으며, 파이프가 패리슨에 부착된 경우에 연장되는 굴곡부에 의해 변형 가능하게 되는 파이프를 포함한다.

이 파이프는 하나 이상의 밸브와, 굴곡부, 루프 또는 컨벌루션을 포함하는 영역을 포함하는 환기 파이프인 것이 바람직하다. 파이프는 하나 이상의 단부 및 굴곡부, 루프 또는 컨벌루션을 포함하는 하나 이상의 영역에 밸브가 존재하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다. 이 파이프는 각 단부에 밸브를 포함하고 이 밸브를 통하여 파이프가 연료 탱크에 고정되도록 하는 것이 유리하다.

그 이유는, 수 개의 (둘 이상의) 포켓 (이른바 안장형 탱크) 을 포함하는 탱크에 있어서, 이러한 포켓들 중 적어도 일부는 일반적으로 환기를 요하기 때문이다. 이를 위한 실제적인 방법 중 하나는, 환기가 필요한 하나 이상의 상기 포켓에 환기 밸브를 구비하고, 이 밸브를 전술한 바와 같은 파이프를 통하여 상기 파이프와 캐니스터 사이에 위치한 밸브에 의해 캐니스터에 연결하는 것이다. 이러한 밸브는 여러 기능을 수행할 수 있는데, 흔들림이 있는 경우 또는 차량의 롤 오버가 있는 경우 액체 연료가 캐니스터 안으로 유입되는 것을 방지하는 기능 {ROV (롤 오버 밸브) 기능}, 넘치는 것을 방지하는 기능 (OFP 기능), 증기에 포함된 액체 연료 방울을 붙잡아두는 기능 (액체-증기 분리 기능) 등을 하게 된다. 본 발명은 연료 탱크 내의 서로 다른 밸브들을 함께 연결하는 환기 파이프의 고정에 매우 적합하다.

따라서, 본 발명은 수 개의 포켓을 포함하고, 하나 이상의 포켓에는 하나 이상의 환기 밸브가 설치되며 이 밸브는 전술한 바와 같이 파이프를 통하여 캐니스터에 연결되는, 연료 탱크를 환기시키는 방법에 관한 것이기도 하다. 이 방법에 있어서 환기가 필요한 각 포켓에는 하나 이상의 환기 밸브가 설치되고, 이 밸브는 파이프에 의하여 모두 연결되며, 이 파이프 및 밸브는 ROV, OFP 및 액체-증기 분리 기능 등을 수행할 수 있는 밸브를 통하여 캐니스터에 연결되는 것이 바람직하다.

도 1 은 본 발명에 따른 파이프에 의해 함께 연결되어 있는 세 개의 밸브를 포함하는 연료 탱크를 나타내는 도.

도 2 는 탱크가 블로우 성형되어 냉각된 후의 파이프의 개략도.

도 3 은 파이프를 탱크에 고정시키기 위해 사용된 코어 상에서 연장된 상태에서의 도 2 와 동일한 파이프를 나타내는 도면.

본 발명은, 비한정적으로, 도 1 내지 3 에 도시되어 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 파이프 (3) 에 의해 함께 연결되어 있는 밸브 (2) 를 포함하는 연료 탱크 (1) 를 나타낸다. 파이프 (3) 는 블로잉 주형 내에 삽입된 코어를 사용하여, 탱크 블로우 성형 동안 밸브 (2) 를 통하여 고정되어 있다.

도 2 는 탱크가 블로우 성형되어 냉각된 후의 파이프 (3) 의 개략도이며, 도 3 은 파이프를 탱크에 고정시키기 위해 사용된 코어 상에서 연장된 상태에서의 동일 파이프를 나타낸다.

Claims (11)

1. 패리슨 성형에 의한 플라스틱 연료 탱크의 제조 방법으로서,

   성형 작업 동안 파이프가 둘 이상의 지점에서 패리슨에 부착되어 있고, 파이프가 패리슨에 부착되어 있는 동안 연장되는 굴곡부의 존재에 의하여 상기 파이프가 이 두 지점 사이에서 변형 가능한, 플라스틱 연료 탱크의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 패리슨은 압출된 튜브 모양 패리슨을 절삭한 두 개의 별개의 부분으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 탱크의 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 파이프는 용접 또는 리벳 펀칭에 의해 상기 패리슨에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 탱크의 제조 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 파이프는, 두 부착 지점 사이의 영역 내에, S 형, V 형, W 형, 루프 또는 주름 형상의 굴곡부를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 탱크의 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 두 부착 지점 사이의 영역 내에 있는 상기 굴곡부는 열간 변형에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 탱크의 제조 방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   패리슨을 주형 내에 위치시키는 단계,

   코어를 주형 내에, 패리슨 내부에 위치시키고, 상기 코어가 파이프를 운반하는 단계,

   주형을 닫는 단계,

   코어를 통해 가해지는 내부 가스 압력에 의해 그리고/또는 주형 뒤에서 진공을 만들어, 패리슨을 주형 벽에 대해 가압하는 단계,

   코어의 도움으로 파이프를 패리슨에 고정하는 단계,

   필요한 경우 플라스틱의 가스를 제거하는 단계,

   코어를 회수하기 위해 주형을 개방하는 단계 및,

   블로우 성형 또는 열성형 중 하나에 의해 패리슨을 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 탱크의 제조 방법.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   패리슨을 형성하는 두 시트를 예열하는 단계,

   두 시트를 주형 내에서 열성형에 의해 예비 성형시키는 단계,

   파이프를 로봇에 의해 하나 이상의 시트에 결합시키는 단계,

   주형을 다시 닫는 단계 및,

   탱크를 열성형에 의해 성형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 탱크의 제조 방법.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 제조 방법에 의해 제조되는 플라스틱 연료 탱크로서, 그 탱크는 연료를 담게 되는 내부 체적을 한정하는 벽 및, 이 벽에 둘 이상의 지점에서 고정되어 있는 파이프를 포함하며, 이 두 지점 사이에 놓여있는 파이프의 일부가, 파이프가 패리슨에 부착된 경우에 연장되는 굴곡부에 의해 변형 가능하게 되는 플라스틱 연료 탱크.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 파이프는 하나 이상의 단부에 밸브를 포함하는 환기 파이프인 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 탱크.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 파이프는 각 단부에 밸브를 포함하고, 이 밸브들을 통해 탱크에 고정되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 탱크.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 탱크는 수 개의 포켓을 포함하고, 하나 이상의 포켓은 환기 밸브를 포함하며, 이 밸브는 환기 파이프를 통하여 캐니스터에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 탱크.

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