KR101643433B1 - 소음 감소 배플을 포함하는 플라스틱 연료 탱크 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소음 감소 배플(6), 및 탱크에 부압이 인가된 경우에 탱크 변형을 억제하고, 탱크의 상면과 하면에서 각각 탱크의 내부로 돌출되며, 서로 소정 간격을 가지고 실질적으로 대향하도록 배치된 간섭 섹션들(2)을 포함하는 플라스틱 연료 탱크(1)를 개시하고, 상기 섹션들 중 일 섹션은 배플을 탱크 벽에 고정하는 고정 장치(5, 7)의 일부이다.

Description

소음 감소 배플을 포함하는 플라스틱 연료 탱크 및 그 제조 방법{PLASTIC FUEL TANK COMPRISING A NOISE REDUCTION BAFFLE AND PROCESS FOR MANUFACTURING IT}

본 발명은 소음 감소 배플이 장착된 플라스틱 연료 탱크 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

다양한 유형의 차량 탑재형 연료 시스템은 일반적으로 연료를 저장하는 탱크를 포함하고, 이 탱크는 일반적으로 하나 이상의 내부 부속물을 포함한다. 이러한 부속물들 중 하나의 특별한 예가 소음 감소 배플이고, 상기 배플의 용도는 차량이 빠르게 가속, 제동, 회전 등을 수행할 때 탱크 내측에 발생할 수 있는 파동과 연관된 소음(“유동성(slosh)” 소음)을 흡수하는 것이다. 이러한 배플은 자동차 분야에서 “반유동성(anti-slosh) 배플”로도 알려져 있다.

일부 국가에서는, 환경 법규에 의해 자기 진단 시스템(OBD; On Board Diagnosis systems)의 사용을 강제하여 차량의 연료 시스템의 누출 기밀성을 시험하고 있다. 이러한 시험은 종종 탱크를 일정 시간 동안 부압 하에 놓는 것을 의미한다. 그러므로, 특히 플라스틱 탱크의 경우 이러한 부압을 견디도록 설계되어야 한다.

미국 특허 출원 번호 제2006/0207991호에 기재된 방법은 연료 탱크의 상면과 하면에서 각각 연료 탱크의 내부로 돌출되며 서로 소정 간격을 가지고 실질적으로 대향하도록 배치된 간섭 섹션들을 제공하여 이러한 과제의 해결을 가능하게 한다. 특정 실시예에서, 이러한 섹션들은 또한 유동성 소음 억제 배플로 작용하는 배플의 형상으로 성형된다. 그러나, 이 해결 방법은 몇 가지 결점이 있다:

- 상기 배플들이 점유한 체적이 상당하여 연료를 위해 사용 가능한 내부 체적을 감소시킨다.

- 탱크의 전체 중량을 증가시키고, 각각의 배플은 일종의 이중 벽으로 구성된다.

- 이러한 배플들은 탱크 벽으로부터 성형되기 때문에 형태 및 재료의 측면에서 많은 가능성을 제공하지 않는다.

본 발명은 탱크의 내부 체적을 제한하거나 탱크의 중량을 증가시킴 없이 용이하고 유연한 방식으로 소음 감소 배플과 진공(부압) 저항성 장치 양자를 구비한 연료 탱크를 제공하는 것을 가능하게 하는 방법을 제공하여 이러한 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적으로, 본 발명은 소음 감소 배플, 및 상기 탱크에 부압이 인가된 경우에 탱크 변형을 억제하고, 탱크의 상면과 하면에서 각각 탱크의 내부로 돌출되며, 서로 소정 간격을 가지고 실질적으로 대향하도록 배치된 간섭 섹션들을 포함하는 플라스틱 연료 탱크에 관한 것으로, 상기 섹션들 중 일 섹션은 배플을 탱크 벽에 고정하는 고정 장치의 일부이다.

도 1은 배플이 중공 바를 이용하여 고정된 연료 탱크의 절개도를 도시한다.
도 2는 배플과 바를 조립하는 방식을 도시한다.
도 3은 배플과 일체형으로 성형된 커버를 바에 고정하는 방식을 구체적으로 도시한다.

“연료 탱크”라는 표현은 다양한 용도 및 환경 조건에서 연료를 저장할 수 있는 누출 방지 탱크를 의미하는 것으로 이해된다. 이 탱크의 예로 자동차에 장착되는 탱크가 있다.

본 발명에 따른 연료 탱크는 일반적으로 오목부에 형성된 내면 및 볼록부에 형성된 외면을 포함하는 플라스틱 벽으로 이루어진다.

“플라스틱”이라는 용어는 하나 이상의 합성 중합체 수지를 포함하는 임의의 물질을 의미하는 것으로 이해된다.

모든 유형의 플라스틱이 적합할 수 있다. 특히 적합한 플라스틱은 열가소성 물질의 범주에 속한다.

“열가소성”이라는 용어는 열가소성 일래스토머 및 그 혼합물들을 포함하는 임의의 열가소성 중합체를 의미하는 것으로 이해된다. “중합체”라는 용어는 단일 중합체와 공중합체(특히, 이원 또는 삼원 공중합체) 양자를 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 공중합체들의 예로 랜덤 공중합체, 선형 블록 공중합체, 기타 블록 공중합체, 및 그라프트 공중합체가 있으나, 이에 제한되지 않는다.

융점이 분해 온도 미만인 모든 유형의 열가소성 중합체 또는 공중합체가 적합하다. 용융 범위가 10℃ 이상에 분포된 합성 열가소성 물질들이 특히 적합하다. 이러한 물질들의 예로 분자량에 복합 분산(polydispersion)을 보이는 물질들을 포함한다.

특히, 폴리올레핀, 열가소성 폴리에스테르, 폴리케톤, 폴리아미드, 및 그 공중합체들을 사용하는 것이 가능하다. 중합체들 또는 공중합체들의 혼합물이 또한 마찬가지로 사용될 수 있다. 예를 들어, 그러나 이에 제한되지 않고, 탄소, 염, 및 기타 무기 유도체, 천연 섬유 또는 중합체 섬유와 같은 무기, 유기 및/또는 천연 충전제와 중합체 물질들의 혼합물을 사용하는 것도 가능하다. 또한, 전술한 중합체들 또는 공중합체들 중 하나 이상을 포함하는 적층 및 결합된 층들로 구성된 다층 구조를 사용하는 것도 가능하다.

자주 사용되는 중합체로 폴리에틸렌이 있다. 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 탁월한 결과를 얻었다.

바람직하게, 본 발명에 따른 방법이 사용되는 탱크는, 유리하게 액체 및/또는 기체를 차단하는 물질로 형성될 수 있는 하나 이상의 추가층과 하나 이상의 열가소성층을 포함하는 다층 구조를 가진다.

바람직하게, 차단층의 특성과 두께는 탱크의 벽에 접촉한 액체와 기체의 투과성을 최소화하도록 선택된다. 바람직하게, 이러한 층은 차단 물질, 즉, 예를 들어, 부분적으로 가수분해된 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체(EVOH)와 같은 연료 불투과성 수지에 기반한다. 대안으로, 탱크는 연료 불투과성이 되기 위해 표면 처리(불소화 또는 술폰화)를 거칠 수 있다.

내부 EVOH층과 외부 HDPE층에 기반한 연료 탱크가 선호된다.

“배플”은 전반적으로 편평한 부품, 바람직하게 플레이트를 의미하는 것으로, 임의의 형상을 가질 수 있고 연료가 통과할 수 있도록 바람직하게 홀들을 구비한다.

배플은 바람직하게 플라스틱으로 이루어지고, 특히 가장 바람직하게 패리슨(parison)(및 그로부터 성형된 탱크)을 형성하는 플라스틱과 동일한 플라스틱에 기반한다. 그러므로, 유리하게는, 폴리-옥시-메틸렌(POM)보다 더 저렴한 물질인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 이루어진 배플이 양호한 연료 저항성을 보이고 양호한 내구성(적은 노화)을 가진다.

대안으로, 배플은 그 고정 장치(상세히 후술됨)와 일체형으로 형성될 수 있고, 이 경우, 배플은 바람직하게 폴리아세탈 같은 탄성 플라스틱, 특히 폴리-옥시-메틸렌(POM)으로 이루어진다.

“간섭 섹션들”이라는 용어는 탱크 내의 두 양각부(portions in relief)를 나타내기 위한 것으로, 상기 섹션들은 충돌을 방지하기 위해 부압이 탱크에 인가될 때 결합될 수 있는 형상과 크기로 이루어진다. 일반적으로, 상기 섹션들 각각은 편평면을 가지고, 양 편평면들은 부압이 인가될 때 접촉하게 된다. 바람직하게, 양 편평면들은 10㎠ 이상, 바람직하게 15㎠ 이상, 더 바람직하게, 20㎠ 이상 접촉한다. 휴지 상태에서 이 편평면들은 서로 수 ㎜(통상, 10㎜ 내지 20㎜)의 간격(공간)을 가진다.

본 발명에 따르면, 이러한 섹션들 중 일 섹션은 배플을 탱크 벽에 고정하는 고정 장치의 일부이다. 이 고정 장치는 배플과 일체형으로 형성될 수 있다. 그러나, 특히 탱크가 다양한 형태를 가진 수 개의 배플을 포함하는 경우(탱크 섹션이 일반적으로 가변하기 때문에 자주 그러하다), 상기 고정 장치가 표준형이 될 수 있도록(전체 배플들에 대해 동일할 수 있도록) 배플과 그 고정 장치를 별개로 제조(바람직하게는 플라스틱으로 성형)하는 것이 바람직하다. 이 경우, 고정 장치가 바람직하게 (POM같은) 양호한 탄성을 가진 물질로 이루어지는 반면, 배플은 바람직하게 HDPE로 이루어진다.

이 고정 장치는 다른 간섭 섹션의 해당 면에 대응하는 면을 갖는 모든 형상으로 이루어질 수 있다. 정사각형 또는 원통형 바가 양호한 결과를 가져온다. 바람직한 실시예에서, 이는 배플이 삽입될 수 있는 (바람직하게 수직형) 슬릿을 포함하는 중공 부품이다. 이 실시예에서, 이 중공 부품은, 간섭 섹션들 중 일 섹션으로 작용하며 배플과 일체형으로 성형될 수 있는 커버 플레이트를 가진다. 바람직하게, 상기 커버와 중공 부품(바)은 커버가 바에 견고하게 고정될 수 있도록 서로 대응하는 수단을 포함한다. 바의 적절한 형상과 크기의 슬릿(오리피스)에 대응하는 커버의 후크가 양호한 결과를 가져온다. 일반적으로, 이 슬릿은 수평형이다.

고정 장치는 용접, 리벳 스냅핑 등에 의해 탱크 벽에 고정될 수 있다. 그러나, 양호한 결과를 가져오는 기술이 본 출원인의 유럽 특허 제875411호에 기재되어 있고, 이는 탱크 벽 내에 양각부를 성형하고 고정 장치 상에 이와 연동하는 수단들을 제공한다. 이러한 수단들은 바람직하게 임의의 형상을 가질 수 있는 탄성부들/연장부들이다. 바람직하게, 탱크 벽 내의 양각부는 도브 테일(dove tail) 형상을 가지는 반면, 고정 장치의 기부는 스파이더 클립(spider clip) 형상을 가진다(즉, 탄성 연장부들을 가진다).

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, (고정 장치 상의 간섭 섹션에 대향하는) 다른 간섭 섹션은 바람직하게 적절한 형상의 몰드를 이용하여 탱크 벽과 일체형으로 성형된다. 상기 섹션은 바람직하게 편평면을 가진 돔 형상으로 이루어진다. 이 편평면은 바람직하게 다른 간섭 섹션의 편평면보다 더 크게 형성되어 두 부품 사이의 보다 안정적인 결합을 이룬다. 이 편평면은 다른 편평면보다 바람직하게 10% 이상, 더 바람직하게 15% 이상, 가장 바람직하게 20% 이상 더 크다.

바람직하게, 이 섹션이 탱크의 상측 내면으로(즉, 차량 내 적소에 위치할 때 탱크의 “밀봉”에 의해) 성형되는 반면, 배플은 고정 장치를 이용하여 탱크의 하측 내면에 고정된다.

탱크에 개구/절개부를 형성하지 않으면서 탱크 내부에 배플을 부착하는 과제를 해결하기 위해, 이러한 배플의 주위에 관형 패리슨을 압출하고, 패리슨을 취입 성형하고, 이 패리슨에 배플을 부착함에 의해, 탱크가 제조됨과 동시에 탱크에 상기 배플을 도입할 수 있다.

“패리슨”이라는 용어는 일반적으로 압출되고 일반적으로 실질적인 관형상으로 이루어진 단일 부품의 프리폼(perform)을 의미하는 것으로 이해되며, 이는 성형 후에, 즉 탱크를 얻기 위해 몰드를 이용하여 용융 상태의 패리슨을 원하는 형상과 치수로 형성하는 작업 후에 탱크의 벽을 형성하기 위한 것이다. 관형 패리슨은 결국 절반으로 절개되어, 다음으로 시트들을 구성하도록 평탄화되고, 다음으로 두 개의 외부 공동과 한 개의 내부 코어를 포함하는 몰드를 이용하여 성형될 수 있다. 이 실시예에서, 코어는 예를 들어 용접 또는 리벳 스냅핑에 의해 배플을 (그 고정 장치를 통해) 고정하도록 사용될 수 있다.

양각부가 탱크 벽 내에 성형되고 이와 연동하는 수단들이 고정 장치에 구비된 전술한 실시예의 경우, 그러나, 배플과 그 고정 장치는 (양각부가 견고해야 하기 때문에) 상기 탱크가 성형된 후 탱크 벽에 고정된다. 전술한 도브 테일/스파이더 클립 장치는 단지 클립을 도브 테일 내에 슬라이딩함에 의해 이들을 용이하게 고정하는 것을 가능하게 한다. 이 실시예에서, (바람직하게 미리 조립된) 배플과 그 고정 장치는 바람직하게 상기 탱크에 기존재하는 탱크 벽의 오리피스, 예를 들어 연료 공급 모듈(FDM; Fuel Delivery Module)을 삽입하기 위해 구비된 개구를 통해 탱크에 삽입된다.

본 발명은 또한 소음 감소 배플, 및 상기 탱크에 부압이 인가된 경우에 탱크 변형을 억제하고, 탱크의 상면과 하면에서 각각 탱크의 내부로 돌출되며, 서로 소정 간격을 가지고 실질적으로 대향하도록 배치된 간섭 섹션들을 포함하는 플라스틱 연료 탱크의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 두 개의 공동을 가진 몰드를 이용하여 패리슨에 연료 탱크의 형상을 부여하는 단계로, 하나의 공동은 탱크의 하부를 위한 공동으로 상기 하부와 일체형으로 도브 테일을 성형하는 장치를 포함하고, 다른 공동은 탱크의 상부를 위한 공동으로, 탱크 벽과 일체형으로 상부 간섭 섹션을 성형하는 장치를 포함하는 단계; 성형된 탱크를 냉각 및 응고시키는 단계; 슬릿 및 스파이더 클립을 가진 기부를 포함하는 고정 바를 제공하는 단계; 하부 간섭 섹션을 제공하기 위해 배플을 바의 슬릿에 삽입하고 상기 배플과 일체형으로 형성될 수 있는 커버를 상기 바에 고정하는 단계; 및 개구를 통해 배플/고정 바/커버 조립체를 탱크에 삽입하고 고정 바의 스파이더 클립을 도브 테일에 삽입하는 단계를 포함한다.

이 방법에서, 탱크는 유리하게 취입 성형에 의해, 즉 절개된 패리슨을 팽창시키고 가압 유체를 이용하여 패리슨을 몰드 공동들에 압착하여 성형되고(유럽 특허 출원 번호 제1110697호에 기재되고, 그 내용이 이러한 목적을 위해 본 출원에 참고로 포함됨); 패리슨의 열성형에 의해, 즉 예를 들어 몰드 공동들 뒤에 흡입(진공 생성)을 제공하여 패리슨을 상기 공동들에 압착하여 성형된다.

바람직하게, 탱크는 (몰드가 개방될 때 패리슨을 공동들에 압착하기 위해) 취입 성형에 의해, 선택적으로 몰드 공동들 뒤에 진공을 배기하여 성형된다. 이는 열성형이 일반적으로 깊은 변형(예를 들어, 패리슨이 고도로 신장될 때 탱크의 코너들)을 달성할 수 있도록 몰드를 플라스틱의 가공 온도에 인접한 온도까지 가열하는 단계를 포함하기 때문이다. 이는 이러한 제약이 존재하지 않는 취입 성형보다 더 긴 사이클 시간을 초래한다.

도 1 내지 도 3의 목적은 본 발명의 범위를 어떤 방식으로든 제한함 없이 본 발명의 특정의 구체화된 양상들을 도시하는 것이다.

도 1은 배플이 중공 바를 이용하여 고정된 연료 탱크의 절개도를 도시한다. 도 2는 배플과 바를 조립하는 방식을 도시하고, 도 3은 배플과 일체형으로 성형된 커버를 바에 고정하는 방식을 구체적으로 도시한다.

도 1은 제1 간섭 섹션(2)과 이에 대향하는 도브 테일(3)을 구비하도록 성형된 플라스틱 연료 탱크(1)를 도시한다. 도브 테일에 스파이더 클립(4)이 삽입되는데, 이는 배플(6)을 탱크(1)의 저부에 고정하는 중공 고정바(5)의 기부와 함께 성형된다. 이 배플은 제2 간섭 섹션으로 작용하는 편평면(7)을 보여주는 커버를 포함한다. 이 부품들은 (부압이 탱크에 인가됨 없이) 휴지 상태로 도시되고, 그러므로 양 간섭 섹션들(2, 7) 사이에 작은 간격이 존재한다.

도 2는 배플(6)을 중공 고정바(5)의 수직형 슬릿(8)에 삽입하는 방식을 도시하고, 도 3은 커버에 의해 형성된 후크(9)를 바(5)의 제2 수평형 슬릿(10)에 끼우는 방식을 상세히 도시한다.

도시된 실시예에서, 배플(6)과 커버(7)는 HDPE로 이루어지고 고정바(5)는 POM으로 이루어지며, 상부 간섭 섹션(2)은 약 27.6㎠이고 하부 간섭 섹션(7)은 약 22.3㎠이다.

Claims (10)

1. 소음 감소 배플 및 탱크에 부압이 인가된 경우에 탱크 변형을 억제하기 위한 간섭 섹션을 포함하고, 상기 간섭 섹션은 탱크의 상면과 하면에서 각각 탱크의 내부로 돌출되며, 상기 간섭 섹션은 부압이 탱크에 인가되지 않을 때 서로 소정 간격을 가지고 실질적으로 대향하도록 배치되고, 상기 간섭 섹션은 부압이 탱크에 인가될 때 탱크의 붕괴를 방지하기 위해 접촉하게 되고, 상기 간섭 섹션들 중 일 섹션은 배플을 상기 탱크의 벽에 고정하는 고정바의 일부이고, 상기 고정바는 상기 탱크의 벽에 고정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 탱크.
2. 제1항에 있어서, 배플과 그 고정바는 별개로 제조되어 조립되는 부품들인 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 탱크.
3. 제2항에 있어서, 고정바는 폴리-옥시-메틸렌(POM)으로 이루어지고, 배플은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 탱크.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정바는 배플이 삽입되는 수직형 슬릿을 포함하는 중공 부품인 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 탱크.
5. 제4항에 있어서, 중공 부품은, 간섭 섹션들 중 일 섹션으로 작용하며 상기 고정바의 수평형 슬릿에 대응하는 후크를 구비하는 커버 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 탱크.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 탱크 벽은 양각부를 포함하고, 상기 고정바는 그와 연동하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 탱크.
7. 제6항에 있어서, 양각부는 도브 테일 형상을 가지고, 상기 고정바는 스파이더 클립 형상을 가진 기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 탱크.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정바 상의 간섭 섹션에 대향하는 다른 간섭 섹션은 탱크 벽과 일체형으로 성형되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 탱크.
9. 제8항에 있어서, 일체형 간섭 섹션은 탱크의 상측 내면으로 성형되고, 배플은 탱크의 하측 내면에 고정되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료 탱크.
10. 소음 감소 배플, 및 탱크에 부압이 인가된 경우에 탱크 변형을 억제하고, 탱크의 상면과 하면에서 각각 탱크의 내부로 돌출되며, 서로 소정 간격을 가지고 실질적으로 대향하도록 배치된 간섭 섹션들을 포함하는 플라스틱 연료 탱크의 제조 방법으로,
    두 개의 공동을 가진 몰드를 이용하여 패리슨에 연료 탱크의 형상을 부여하는 단계로, 하나의 공동은 탱크의 하부를 위한 공동으로 상기 하부와 일체형으로 도브 테일을 성형하는 장치를 포함하고, 다른 공동은 탱크의 상부를 위한 공동으로, 상기 탱크의 상부 벽과 일체형으로 상부 간섭 섹션을 성형하는 장치를 포함하는 단계;
    성형된 탱크를 냉각 및 응고시키는 단계;
    슬릿 및 스파이더 클립을 가진 기부를 포함하는 고정바를 제공하는 단계;
    하부 간섭 섹션을 제공하기 위해 배플을 상기 고정바의 슬릿에 삽입하고 상기 배플과 일체형으로 형성될 수 있는 커버를 상기 고정바에 고정하는 단계; 및
    개구를 통해 상기 배플, 상기 고정바 및 상기 커버를 포함하는 조립체를 탱크에 삽입하고 고정바의 스파이더 클립을 도브 테일에 삽입하는 단계를 포함하는 방법.
    
    

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