JP2015085669A

JP2015085669A - 樹脂成形品の製造方法およびその製造装置

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Publication number: JP2015085669A
Application number: JP2013228746A
Authority: JP
Inventors: 卓史安澤; Takufumi Yasuzawa; 鉄兵鈴木; Teppei Suzuki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2015-05-07
Also published as: EP3062986A1; US20160243751A1; WO2015063571A1; CN105682884A

Abstract

【課題】精度良く成形できる樹脂成形品の製造方法およびその製造装置を提供すること。
【解決手段】樹脂燃料タンクの製造装置１０は、シート状の被成形体１８の内部に冷却型１６を挿入して成形型１４Ａ、１４Ｂを型閉じすることによって、被成形体１８を効率的に冷却することができる。この際、冷却型１６の表面には半球状の凸部３６が密に形成されており、被成形体１８では冷却型１６を当接させた当接部１８Ａから非当接の非当接部１８Ｂに移行する境界領域１８Ｃにおいて被成形体１８に対する凸部３６の当接面積が徐々に減少していく。したがって、境界領域１８Ｃにおける被成形体１８の温度勾配が抑制され、境界領域１８Ｃに溝が形成されることを抑制できる。したがって、精度よく樹脂成形品を製造することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、樹脂成形品の製造方法およびその製造装置に関する。

従来から、大型の樹脂成形品を中空成形するために、押出ダイから押し出された溶融樹脂の内側に立体形状の冷却用金型を挿入し、成形用金型で型閉じすることによって、成形用金型と冷却用金型の双方で溶融樹脂を冷却することが開示されている(例えば、特許文献１参照)。これにより、冷却時間を短縮し、成形サイクルの短縮化が図られている。

特開２０１２−２１８２１２号公報特開２００４−１３０５２８号公報

このように、溶融樹脂の内側を冷却用金型で冷却する場合、溶融樹脂において冷却用金型が当接されている当接部と当接されていない非当接部との境界領域には、温度差による熱収縮量の差によって溝が形成されてしまうおそれがあった。

また、成形品が多層の樹脂からなる場合には、この溝部分において層構造が乱れてしまうという不都合があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、精度良く成形できる樹脂成形品の製造方法およびその製造装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の樹脂成形品の製造方法は、押出ダイから溶融樹脂を押し出す第１工程と、前記溶融樹脂を成形型で賦形した後、又は賦形すると同時に、前記溶融樹脂を挟んで前記成形型と対向する位置に賦形した前記溶融樹脂の厚さよりも突出高さが低い複数の凸部が表面に形成された冷却型を当接させる第２工程と、を備える。

この樹脂成形品の製造方法によれば、押出ダイから押し出された溶融樹脂を成形型で賦形する。賦形した後、または賦形と同時に成形型と反対側の位置に冷却型を当接させることによって溶融樹脂を効率的に冷却する。この際、冷却型の表面に形成された凸部が溶融樹脂に食い込むため、溶融樹脂における冷却型が当接している当接部と当接していない非当接部の境界領域において溶融樹脂に対する凸部の食い込み量（当接面積）が徐々に減少していく。すなわち、境界領域における溶融樹脂の冷却度合が徐々に変更されるため、境界領域における温度勾配が抑制される。この結果、熱収縮量の差によって境界領域に溝が形成されることを抑制できる。また、凸部は、賦形された溶融樹脂の厚さよりも突出高さが低いため、溶融樹脂を突き破るおそれはない。なお、賦形と同時とは、冷却型と成形型で溶融樹脂を挟持することによって賦形する場合を含むものとする。

請求項２に記載の樹脂成形品の製造方法は、請求項１の樹脂成形品の製造方法において、前記第１工程において、前記溶融樹脂をシート状に押し出す。

この樹脂成形品の製造方法によれば、押出ダイから押し出されたシート状の溶融樹脂の成形型と反対側の面に冷却型を当接させるため、筒状とされた溶融樹脂と比較して、シート状の溶融樹脂に冷却型を容易に当接させることができる。

請求項３に記載の樹脂成形品の製造方法は、請求項１又は２の樹脂成形品の製造方法において、前記凸部は曲面形状である。

この樹脂成形品の製造方法によれば、冷却型が溶融樹脂に当接することによって、冷却型の表面に形成された凸部が溶融樹脂に食い込む。したがって、樹脂成形品の表面には凸部に対応する形状の凹部が形成されることになる。ここで、凸部が角部を有する形状である場合には成形品に形成された凹部の角部に応力集中を生じてしまうおそれがあるが、凸部が曲面形状であるため、凸部によって形成された成形品の凹部に応力集中を生ずることを抑制できる。

請求項４に記載の樹脂成形品の製造方法は、請求項1〜３のいずれか１項記載の樹脂成形品の製造方法において、前記凸部は、冷却型の少なくとも前記第２工程において前記溶融樹脂に当接する部分に密に形成されている。

この樹脂成形品の製造方法によれば、冷却型に当接する溶融樹脂の当接部と当接しない非接触部との境界領域に、冷却型の凸部が必要である。この境界領域は冷却型の形状等により設計的に意図された位置に発生すると共に、溶融樹脂の厚さの不均一さ等によって意図しない位置でも発生する。そこで、少なくとも第２工程において溶融樹脂が当接する冷却型の部分に凸部を密に形成することにより、意図しない位置で発生した溶融樹脂の境界領域に対しても、凸部が当接される。したがって、溶融樹脂の境界領域における温度勾配を低減させ、樹脂成形品における溝の発生を抑制できる。

請求項５に記載の樹脂成形品の製造方法は、請求項１〜４のいずれか１項記載の樹脂成形品の製造方法において、前記冷却型は、温度調整手段により温度調整可能とされている。

この樹脂成型品の製造方法によれば、冷却型が温度調整手段を有しているため、溶融樹脂の冷却時に冷却温度を調整することが可能である。したがって、樹脂の冷却に必要な最低限の温度に設定することにより、冷却型の溶融樹脂に対する当接（冷却）時間を長時間化することによって、熱伝導率の低い樹脂に対する冷却効果を高めることが可能となる。特に厚肉の溶融樹脂に対する冷却を行う場合に効果的である。

請求項６に記載の樹脂成形品の製造方法は、請求項５項記載の樹脂成形品の製造方法において、前記温度調整手段は、前記冷却型内部形成された冷却用液体又は気体を流す管路である。

この樹脂成形品の製造方法によれば、温度調整手段は冷却型に設けられた冷却用液体又は気体を流す管路であるため、温度調整された液体又は気体を流すだけで冷却型の温度を容易に制御することができる。

請求項７に記載の樹脂成形品の製造方法は、請求項１〜６のいずれか１項記載の樹脂成形品の製造方法において、前前記樹脂成形品は、樹脂製の車両用燃料タンクの少なくとも一部である。

この樹脂成形品の製造方法によれば、溶融樹脂に対する冷却型の当接部と非当接部の境界領域に溝が形成されることを抑制できる。この結果、成形品である樹脂製の車両用燃料タンクまたはその一部が所定の強度を確保することができる。

請求項８に記載の樹脂成形品の製造装置は、溶融樹脂を押し出す押出ダイと、前記溶融樹脂に賦形する成形型と、前記溶融樹脂を挟んで前記成形型と対向する位置で前記溶融樹脂に当接することによって当該溶融樹脂を冷却する、賦形した前記溶融樹脂の厚さよりも突出高さが低い複数の凸部が表面に形成された冷却型と、を備える。

この樹脂成形品の製造装置によれば、押出ダイから押し出された溶融樹脂が成形型で賦形され、成形型と反対側の位置で冷却型が溶融樹脂に当接することによって溶融樹脂を効率的に冷却する。この際、冷却型の表面に形成された凸部が溶融樹脂に食い込むため、溶融樹脂における冷却型が当接している当接部と当接していない非当接部の境界領域において溶融樹脂に対する凸部の食い込み量（当接面積）が徐々に減少していく。すなわち、境界領域における溶融樹脂の冷却度合が徐々に変更されるため、境界領域における温度勾配が抑制される。この結果、熱収縮量の差によって境界領域に溝が形成されることを抑制できる。また、凸部は、賦形された溶融樹脂の厚さよりも突出高さが低いため、溶融樹脂を突き破るおそれはない。

以上詳述したように、本発明によれば、樹脂成形品を精度良く製造することができる。

本発明の一実施形態に係る樹脂燃料タンクの製造装置の全体構成図である。本発明の一実施形態に係る樹脂燃料タンクの製造方法を示す工程図である。本発明の一実施形態に係る樹脂燃料タンクの製造方法を示す工程図である。本発明の一実施形態に係る樹脂燃料タンクの製造装置における要部拡大図である。本発明の一実施形態に係る樹脂燃料タンクの製造方法における作用説明図である。

本発明の一実施形態に係る樹脂成形品の製造方法および製造装置について図１〜図５を参照して説明する。なお、図４、図５では説明の都合上、誇張して記載している部分がある。

本実施形態では、樹脂成形品の一例として樹脂製の車両用燃料タンク（以下、「樹脂燃料タンク」という）の場合について説明する。先ず、樹脂燃料タンクの製造装置について説明し、その後でこの製造方法について説明する。

図１に示すように、樹脂燃料タンクの製造装置(以下、「製造装置」という)１０は、シート状の溶融樹脂を押し出すダイヘッド１２と、ダイヘッド１２から押し出されたシート状の溶融樹脂に賦形する一対の成形型１４Ａ、１４Ｂと、一対の成形型１４Ａ、１４Ｂの内部に進入してシート状の溶融樹脂を内側から冷却する冷却型１６とを備える。

ダイヘッド１２は、周知の押出ヘッドであって、所定の幅、厚さとした溶融樹脂のシート体(以下、「被成形体」という)１８を一対の成形型１４Ａ、１４Ｂの間に供給するものである。

一対の成形型１４Ａ、１４Ｂは、相互に矢印Ｘ方向に接近離間可能、いわゆる型開き、型閉じ可能に構成されている。成形型１４Ａ、１４Ｂの内側面１９Ａ、１９Ｂには、樹脂燃料タンクの形状に対応して枠部２０Ａ、２０Ｂ間に凸部２２を挟んで２つの凹部２４Ａ、２４Ｂが形成されている。

冷却型１６は、図１に示すように、成形型１４Ａ、１４Ｂの間に矢印Ｘ方向に直交する矢印Ｙ方向に進退自在に構成されており、進入時に成形型１４Ａ、１４Ｂの内側面１９Ａ、１９Ｂに対向する外側面２７Ａ、２７Ｂには、成形型１４Ａ、１４Ｂの凹部２４Ａ、２４Ｂに対応した凸部２８Ａ、２８Ｂおよび凸部２２に対応した凹部３０が形成されている。

図４に示すように、冷却型１６の凸部２８Ａ、２８Ｂは、根元部分に凹部３２Ａ、凹部３２Ｂが形成されている。また、冷却型１６の凹部３０は、奥側で拡幅部３４が形成されている。

さらに、図４に示すように、冷却型１６の外側面２７Ａ、２７Ｂには、半球状の凸部３６が全面にわたって間断なく密に形成されている（図５参照）。「密に形成」とは、隣接している凸部３６同士の間隔が底面の径（最長長さ）よりも短く形成されていることをいう。本実施形態では、隣接している凸部３６の下端同士が当接している。また、凸部３６の高さは、賦形された被成形体（溶融樹脂）１８の厚さよりも突出高さが低く設定されている。

さらに、冷却型１６の内部には、冷却水用の管路３８が形成されており、温度調整された冷却用の水を循環させることによって凸部２８Ａ、２８Ｂが当接された被成形体１８を冷却する構成である。

このように構成される製造装置１０を用いた樹脂燃料タンクの製造方法について図２、図３を参照して説明する。

先ず、型開き状態の成形型１４Ａ、１４Ｂの間に、ダイヘッド１２から一対のシート状の被成形体１８が供給される（図２（Ａ）参照）。

次に、冷却型１６が成形型１４Ａ、１４Ｂの間に挿入される（図２（Ｂ）参照）。

続いて、成形型１４Ａ、１４Ｂが型閉じすることによって、被成形体１８が冷却型１６の凸部２８Ａ、２８Ｂ及び凹部３０によって成形型１４Ａ、１４Ｂの凹部２４Ａ、２４Ｂ及び凸部２２に押し付けられ、被成形体１８が成形型１４Ａ、１４Ｂの内側面１９Ａ、１９Ｂに沿って賦形される（図２（Ｃ）参照）。

同時に、成形型１４Ａ、１４Ｂで賦形された一対の被成形体１８は、成形型１４Ａ、１４Ｂと反対側の面、すなわち内側から冷却型１６の凸部２８Ａ、２８Ｂが当接されることにより冷却される。特に、凸部２８Ａ、２８Ｂの管路３８には温度調整された冷却用の水が循環しているため、溶融樹脂である被成形体１８が効果的に冷却される。

被成形体１８の冷却後、成形型１４Ａ、１４Ｂの型開きを行う（図２（Ｄ）参照）。続いて、成形型１４Ａ、１４Ｂの間から冷却型１６を下降させる（抜き出す）（図２（Ｅ）参照）。

その後、成形型１４Ａ、１４Ｂの型閉じを行い、被成形体１８の内部に空気を挿入することにより樹脂燃料タンクの中空成形を行う（図２（Ｆ）参照）。

このように樹脂燃料タンクの製造工程において、図２（Ｃ）に示す被成形体１８の冷却時の部分拡大図を図４に示す。図４に示すように、被成形体１８に対して冷却型１６の凸部２８Ａ、２８Ｂが当接している当接部１８Ａと冷却型１６の凹部３２Ａ、３２Ｂや凹部３０の拡幅部３４が当接していない非当接部１８Ｂに分かれる。

被成形体１８の当接部１８Ａと非当接部１８Ｂの境界領域を詳細に説明するための拡大図を図５に示す。図５に示すように、被成形体１８に対して冷却型１６（の凸部２８Ｂ）が当接している当接部１８Ａと冷却型１６（の凹部３２Ｂ）が離間している非当接部１８Ｂの境界領域１８Ｃでは、当接部１８Ａにおいて成形型１４Ａと冷却型１６に挟持されていた被成形体１８が解放され、被成形体１８の厚さが増大する。

被成形体１８は、当接部１８Ａにおいて冷却型１６の凸部３６のほぼ全表面と当接している。しかしながら、当接部１８Ａから非当接部１８Ｂに移行する境界領域１８Ｃでは、図５に示すように、被成形体１８が凸部３６に当接する面積（図５、凸部３６Ｂ〜３６Ｄにおけるハッチング部分）が非当接部１８Ｂに向かって徐々に減少していく。そして、非当接部１８Ｂでは、凸部３６Ｅと全く当接しない状態となる。

したがって、境界領域１８Ｃにおいて当接部１８Ａから非当接部１８Ｂに向かって、被成形体１８に当接する凸部３６の表面積が徐々に減少していく。この結果、被成形体１８の温度は、当接部１８Ａから非当接部１８Ｂへ徐々に上昇していく。すなわち、被成形体１８の境界領域１８Ｃにおける温度勾配が抑制される。したがって、溶融樹脂１８の温度が境界領域１８Ｃを挟んで急激に変化することにより、熱収縮量の差によって境界領域１８Ｃに応力集中の原因となる溝が形成されることが抑制される。

また、被成形体１８に溝が形成されることが抑制されるため、多層の樹脂からなる燃料タンクの層構造が乱れることも抑制される。すなわち、燃料タンクを精度よく成形することができる。

さらに、凸部３６の表面形状が半球状（曲面）であることにより、シート状の被成形体１８の表面に角状の凹部を形成することがない。すなわち、燃料タンクとなる被成形体１８の表面に応力集中の原因となる角部を有する凹部が凸部３６によって形成されることが抑制される。

さらにまた、凸部３６は冷却型１６の外側面２７Ａ、２７Ｂの全面にわたって密に形成されているため、被成形体１８のいずれの位置に当接部１８Ａと非当接部１８Ｂの境界領域１８Ｃが形成された場合でも、例えば、被成形体１８の厚さの不均一さにより意図しない位置に当接部１８Ａと非当接部１８Ｂの境界領域１８Ｃを生じた場合でも、境界領域近傍の被成形体１８に凸部３６が確実に当接し、境界領域近傍における被成形体１８の急激な温度変化を確実に抑制できる。

またさらに、本実施形態では、燃料タンクを成形するのにシート状の被成形体１８を用いているため、被成形体１８を挟んで成形体１４Ａ、１４Ｂと反対側に冷却型１６を挿入することが容易である。すなわち、筒状の被成形体の場合には、冷却型１６を挿入するのが煩雑であったが、本実施形態の場合にはシート状の被成形体１８同士の距離を調整するだけで容易に対応可能である。

さらにまた、冷却型１６は、温度調整された冷却用の水が管路３８を循環することによって温度調整可能とされている。したがって、本実施形態のように、熱伝導率の低い樹脂を用いる場合には、冷却型１６の温度を冷却のために必要最低限の温度に設定し、冷却型１６が被成形体１８に当接する時間を長くすることにより高い冷却効果を発揮させることができる。特に、被成形体１８の厚肉の場合には、熱伝導率の低さが問題となるため、このように冷却することで高い冷却効果を得られる。

一方、被成形体１８が薄肉の場合には、冷却型１６の温度を低く設定しても所定の冷却効果を得ることができるので、冷却型１６の温度を低く設定することによって成形サイクルを短縮することができる。

なお、本実施形態では、被成形体１８は冷却型１６と成形型１４Ａ、１４Ｂで挟持されることにより、成形型１４Ａ、１４Ｂに賦形されたが、これに限定するものではない。例えば、図２（Ａ）に示すように、型開きした成形型１４Ａ、１４Ｂの間に挿入された被成形体１８は図示しない真空手段によって凹部２４Ａ、２４Ｂ側に吸引して成形体１４Ａ、１４Ｂで賦形される構成としても良い。また、真空吸引に換えて圧力によって反対側から成形型１４Ａ、１４Ｂに賦形される構成でも良い。このような構成にした場合には、冷却型１６の挿入前に被成形体１８は成形型１４Ａ、１４Ｂで賦形されていることになる。
また、本実施形態では、最終工程で型閉じして被成形体１８内部に空気を挿入することによって中空成形する（図３（Ｆ）参照）が、シート状の被成形体１８を真空引きすることによって成形型１４Ａに賦形し、冷却型１６を当接させるだけで、例えばインパネ等を成形するものに適用することもできる。

また、本実施形態では凸部３６の形状を半球状としたが、特に限定するものではない。例えば凸部３６は円柱形状や三角錐形状等でも良い。ただし、三角錐形状のように先端が尖った形状の場合には、被成形体１８に尖った凹部が形成され、応力集中を生ずるおそれがあるため、曲面形状の方が好ましい。

さらに、本実施形態では、凸部３６を冷却型１６の外側面２７Ａ、２７Ｂの全面に密に形成しているとしたが、これに限定するものではない。例えば、溝が形成されない程度に熱勾配を抑制できるのではあれば、凸部３６同士を所定の間隔をあけて形成しても良い。また、外側面２７Ａ、２７Ｂの全面ではなくて、局部的に設けても良い。例えば、当接部１８Ａと非当接部１８Ｂの境界領域１８Ｃが形成される部分に局部的に設けることが考えられる。少なくとも、本実施形態の当接部１８Ａ、境界領域１８Ｃに相当する冷却型１６の外側表面２７Ａ、２７Ｂに形成しておけば、意図しない境界領域に対応できると考えられる。

また、本実施形態のダイヘッド１２から押し出されたシート状の熔融樹脂は、シート状のものを押し出して形成されたものでも良いし、円筒状の溶融樹脂を切り開いてシート状に形成したものでも良いし、あるいはダイヘッド１２内部で分流させてシート状に形成したものでも良い。
さらにまた、本実施形態では、冷却型１６の管路３８には冷却用の水を循環させていたが、他の液体でも良い。また、空気等の気体であっても良い。さらに、冷却型１６の温度調整手段としては、このような管路に限定されず、ヒーター等でも良い。

またさらに、本実施形態では樹脂成形品として樹脂燃料タンクの製造方法および製造装置について説明したが、樹脂燃料タンクに限定されず、他の樹脂成形品の製造方法および製造装置について適用することができる。

１０樹脂燃料タンクの製造装置（樹脂成形品の製造装置）
１２ダイヘッド（押出ダイ）
１４Ａ、１４Ｂ成形型
１６冷却型
１８被成形体（溶融樹脂）
３６凸部
３８管路（温度調整手段）

Claims

押出ダイから溶融樹脂を押し出す第１工程と、
前記溶融樹脂を成形型で賦形した後、又は賦形すると同時に、前記溶融樹脂を挟んで前記成形型と対向する位置に賦形した前記溶融樹脂の厚さよりも突出高さが低い複数の凸部が表面に形成された冷却型を当接させる第２工程と、
を備える樹脂成形品の製造方法。
前記第１工程において、前記溶融樹脂をシート状に押し出す請求項１記載の樹脂成形品の製造方法。
前記凸部は曲面形状である請求項１又は２に記載の樹脂成形品の製造方法
前記凸部は、冷却型の少なくとも前記第２工程において前記溶融樹脂に当接する部分に密に形成されている請求項1〜3のいずれか１項記載の樹脂成形品の製造方法。
前記第２工程において、前記冷却型は温度調整手段により温度調整される請求項１〜４のいずれか一項記載の樹脂成型品の製造方法。
前記温度調整手段は、前記冷却型内部形成された冷却用液体又は気体を流す管路である請求項５記載の樹脂成形品の製造方法。
前記樹脂成形品は、樹脂製の車両用燃料タンクの少なくとも一部である請求項１〜６のいずれか１項記載の樹脂成形品の製造方法。
溶融樹脂を押し出す押出ダイと、
前記溶融樹脂に賦形する成形型と、
前記溶融樹脂を挟んで前記成形型と対向する位置で前記溶融樹脂に当接することによって当該溶融樹脂を冷却する、賦形した前記溶融樹脂の厚さよりも突出高さが低い複数の凸部が表面に形成された冷却型と、
を備える樹脂成形品の製造装置。