JP2004505814A - ツインシート型パラレルオフセット式圧力成形法を用いる低透過性プラスチック燃料タンクの大量生産 - Google Patents

Abstract

低透過性プラスチック容器を形成するよう熱可塑性シートを並行加工してプラスチック容器を熱可塑性シートから製造する方法が開示される。複数の熱可塑性シート（５０）を予備状態調整工程（１４）で第１の温度まで次第に加熱する。一群の熱可塑性シート（５０）を複数の熱可塑性シート（５０）から選択し、最終加熱工程（１６）で第２の温度まで急速加熱する。次に、一群の熱可塑性シート（５０）を成形工程（１８）で加工して低透過性プラスチック容器を形成する。

Description

【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、プラスチック製の燃料タンクの製造に関し、特に、ツインシート型熱成形（サーモフォーミング）法を用いてプラスチック燃料タンクを製造する方法及びシステムに関する。
【０００２】
〔背景技術〕
陸上車両、水上水中車両及び飛行機内のエンジン及び他の燃料消費装置のための燃料のリザーバとなるプラスチック製の燃料タンクが周知である。プラスチック燃料タンクを用いると、軽量で且つ耐久性があって耐腐食性の燃料タンクが得られる。加うるに、プラスチック燃料タンクは、車両内の利用可能な空間内に最適に嵌まり込む複雑な形状に経済的に成形することができる。
【０００３】
プラスチック燃料タンクは代表的には、単一層又は同時押出し形態で高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）プラスチックを用いてブロー成形（吹込成形）法で製造される。プラスチックは代表的には、燃料及び関連の蒸気の通過を防止する炭化水素バリヤを有している。ブロー成形中、溶融状態又は軟化状態の中空円筒形プラスチックが金型内に押し出される。金型は、成形面によって定められた内部中空領域を有している。加圧流体を中空円筒形プラスチック内に送り込んでプラスチックを移動させてこれを成形面に接触させる。プラスチックをいったん成形面に合わせて成形すると、金型を開き、燃料タンクの形状に成形されたプラスチックを取り出す。
【０００４】
燃料系統を作るために燃料タンクに追加のコンポーネントが付加されるのが通例である。これらコンポーネントとしては、弁、ホース、ポンプ、レベル検出器、構造的支持体等が挙げられる。代表的には、ブロー成形法により成形される燃料タンクでは、これらコンポーネントのうち幾つかは、タンクに供用穴（ｓｅｒｖｉｃｅ ｈｏｌｅ）を切断形成することにより燃料タンクの内側に取り付けられる。加うるに、これらコンポーネントのうち幾つかは、タンクの外側に取り付けられ、したがって、追加の穴、溝及び（又は）凹部が必要である。
【０００５】
政府の規制についての最近の変化により、燃料タンクからの許容可能な燃料蒸気放出量が下げられた。許容可能な燃料蒸気放出を減少させる１つの方法は、炭化水素バリヤの欠陥を最小限に抑えることによってである。燃料系統のコンポーネントの内部設置による燃料タンクの穴の数の減少により、欠陥が最小限に抑えられる。燃料系統のコンポーネントを内部設置する１つの方法は、燃料タンクの製造中に、コンポーネントを挿入することである。
【０００６】
しかしながら、ブロー成形法で製造されたプラスチック燃料タンクでは、かかる内部設置は容易には達成されない。成形中に燃料タンクの内部に接近できるのは、比較的小さな開口部を通してであり、これにより配置が困難になる。加うるに、かかる開口部中に嵌まるよう極めてコンパクトな形態の燃料系統コンポーネントが必要な場合がある。
【０００７】
プラスチック容器を作る別の方法は、ツインシート型熱成形法を用いている。ツインシート型熱成形法は代表的には、回転式熱成形機を用いて行われる。回転式熱成形機では、先に押し出した熱可塑性シートを、作業中、順次ステーションを通して割り送りする。各熱可塑性シートは第１のステーションで熱成形機内に１つづつロードされる。熱可塑性シートを順次、第２及び第３のステーションに割り送りして溶融又は軟化状態まで加熱が行われるようにする。第３のステーションから出たシートを、第１の金型の輪郭に一致させる。
【０００８】
第３のステーションから出たツインシートを第２の金型の輪郭に一致させる。第１及び第２の金型は、プラスチック容器の２つの半部をもたらし、次にこれらを接合することができる。
【０００９】
従来型回転式成形機を用いるツインシート型熱成形法は第１及び第２の金型内への燃料系統コンポーネントの内部設置を行うことができるが、公知のように効率が悪いので、この技術はプラスチック燃料タンクの大量生産には適していない。
【００１０】
効率が悪い１つの原因は、加工時間が長いことにある。シートを所望の加工温度まで加熱するのに相当長い加工時間が必要である。シートの厚さ全体にわたって加熱することは通常、熱可塑性プラスチックを燃やさず又は損傷させないで、シートの温度を次第に上昇させるように行われる。加うるに、各シートの順次加工と関連した遅延時間により、加工時間全体が長くなる。効率がよくないもう１つの原因は、次に加熱される熱可塑性シートの加熱を待機している間、先に加熱された熱可塑性シートの熱損失及びその結果としての工程変動が生じることにある。したがって、燃料系統コンポーネントの内部設置を可能にしながら、プラスチック燃料タンクの効率的な大量生産を可能にする方法及びシステムが要望されている。
【００１１】
〔発明の概要〕
本発明は、特許請求の範囲の記載によって定められるものであり、この発明の概要の項には、請求項の発明を限定するものとして解釈される事項は記載していない。概要を述べると、以下に説明する実施形態は、低透過性プラスチック燃料タンクの効率の高い大量に且つ高効率で製造する方法及びシステムを含む。この方法及びシステムは、ツインシート型並行処理システムを用いるパラレルオフセット式ツインシート型圧力成形法を用いることにより燃料系統コンポーネントの内部設置を可能にしながら、遅延時間及び熱損失による効率の悪さを最小限に抑える。
【００１２】
ツインシート型並行処理システムは、少なくとも１つのローディング又は積込みステージ、少なくとも１つの予備状態調整又は予備コンディショニングステージ、少なくとも１つの最終加熱ステージ、少なくとも１つの成形ステージ及びアンローディング又は取出しステージを有する。低透過性プラスチック燃料タンクを成形するには、熱可塑性シートがツインシート型並行処理システムで用いられる。熱可塑性シートは、燃料タンクについての安全上の規制に従うことができると共に炭化水素の透過を最小限に抑える特性を備えている。低透過性プラスチック燃料タンクの大量生産では、ローディングステージに複数の熱可塑性シートを配置する。熱可塑性シートを予備状態調整ステージに移送する。
【００１３】
予備状態調整ステージ内では、熱可塑性シートは予備加工温度である第１の温度まで徐々に加熱される。複数の熱可塑性シートから、予備加工温度で一群の熱可塑性シートが取り出される。熱可塑性シート群を最終加熱ステージで迅速に加熱する。最終加熱ステージでの加熱は、加工温度である第２の温度まで行われる。次に、熱可塑性シート群を成形ステージに割り送りし、容器を形成するように形づくる。
【００１４】
最終加熱ステージ及び成形ステージ内での熱可塑性シート群の加工は、予備状態調整ステージ内での熱可塑性シートの加熱よりも著しく早く行われる。効率のよい大量生産は、熱可塑性シート予備状態調整ステージ内で徐々に加熱して予備加工温度の熱可塑性シート群が最終加熱ステージ及び成形ステージに常時利用できるようにすることによって達成される。
【００１５】
低透過性プラスチック燃料タンクの製造における効率は、加工時間の減少及び燃料消費量の減少の結果である。加工時間の減少は、熱可塑性シート群内の熱可塑性シートの各々の並行処理によって達成される。加うるに、熱可塑性シート群を予備加工温度まで加熱することにより、損傷を与えないで加工温度への温度の迅速な上昇が可能となる。
【００１６】
ツインシート型並行処理システムの重要な特徴は、予備可塑性シート群を融解させたときに形成されるキャビティを加圧することができるということにある。キャビティは、成形作業中に加圧され、それにより、熱可塑性シート群を所望の成形状態に一段としやすくする。
【００１７】
ツインシート型並行処理システムの別の重要な特徴は、成形作業中、熱可塑性シート群内において少なくとも１つの熱可塑性シートと物体を結合できることにある。結合の場所によっては、低透過性プラスチック燃料タンクを完全に成形したときに、物体が内部に設置されることになる。
【００１８】
ツインシート型並行処理システムのさらにもう１つの重要な特徴は、低透過性プラスチック燃料タンクを成形するよう熱可塑性シート群を融合できるということにある。熱可塑性シート群の融合は、成形ステージ内で生じる。ハーメチックシールであるピンチオフ領域は、融合中に形成される。ハーメチックシールは、炭化水素蒸気に対してバリヤとなる。
【００１９】
本発明のさらに別の特徴及び利点を、好ましい実施形態と関連して以下に説明する。
〔発明の最適実施形態〕
図１は、ツインシート型並行処理システム１０の一実施形態のブロック図である。ツインシート型並行処理システム１０は、ローディングステージ１２、予備状態調整ステージ１４、最終加熱ステージ１６、成形ステージ１８及びアンローディングステージ２０を有し、これらステージは図示のように互いに作動的に協働する。ツインシート型並行処理システム１０内におけるステージの識別は、システムの機能的特徴を表しており、他の実施形態での機能的特徴を識別するのに追加又は上記よりも少ないステージを用いてもよい。ツインシート型並行処理システム１０は、プラスチック容器の効率的な大量生産を行うことができる。
【００２０】
プラスチック容器は好ましくは、熱可塑性シートから作られる。本明細書で用いる「熱可塑性シート」という用語は、２つの比較的平らな互いに反対側に位置する表面を有するように成形された合成樹脂を意味している。互いに反対側に位置する表面相互間の合成樹脂の厚さは、互いに反対側に位置する表面の長さ及び（又は）幅と比べて薄い。熱可塑性シートを、単一層、同時押出し又は複合積層品成形法によって形成できる。したがって、各熱可塑性シートを、合成樹脂の単一の層で作ってもよく、或いは各熱可塑性シートは、複数の層を有するものであってもよい。
【００２１】
現時点において好ましい実施形態は、低透過性プラスチック燃料タンクの効率的な大量生産を行う。プラスチック燃料タンクと関連した安全上及び性能上の基準により、熱可塑性シートの仕様及び特性が定められる。例示の安全及び性能上の基準としては、耐破裂性、耐衝撃性及び難燃性が挙げられる。
【００２２】
上記基準に従うと、その結果として、熱可塑性シートは比較的厚みがあり且つ堅牢な材料となる。熱可塑性シートの堅牢性により、捩り剛性及び曲げ剛性がかなり増大する。捩り剛性及び曲げ剛性により、熱可塑性シートの熱成形が困難になる。加うるに、熱可塑性プラスチックの熱伝導性が低いので、熱可塑性シートは損傷なく比較的遅いプロセスで加熱される。さらに、シートの厚さの中に、相当高い温度感受性が示される場合がある。かかる温度感受性は、熱可塑性シートの加工を困難にする粘度のばらつきに示される場合がある。
【００２３】
熱可塑性シートの温度の達成及び維持は、上できの熱成形及び基準の遵守にとって重要な要素である。加うるに、シートの表面全体及びシート中における温度の一様性並びに種々の熱可塑性シートの温度の類似性は、ばらつきを最小限に抑える上で等しく重要である。例えばもし温かい状態の熱可塑性シート（例えば、室温）を冷たい状態の熱可塑性シート（例えば、未加熱状態の貯蔵温度）と共に加工すると、相当大きな工程の変動が生じ、その結果、基準に合致しない容器が生じることになる。加うるに、熱可塑性シートは多数の層を有している場合、一様且つ完璧な加熱が重要である。
【００２４】
したがって、従来の熱成形法は、低透過性プラスチック燃料タンクについての安全及び性能上の基準を満たすことができる熱可塑性シートを用いて効率の高い大量生産を首尾よく達成していなかった。
【００２５】
一実施形態では、熱可塑性シートは各々、６つの層を有している。第１の層は、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）及びカーボンブラックを含む外側層である。第２の層は、第１の層に隣接して位置決めされる内側層であり、熱可塑性シートの粉砕再生材料を有している。第２の層に隣接して位置した第３の層も又、内側層であり、接着性ポリマーを有している。第３の層に隣接して、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）を有する第４の層が設けられている。この実施形態のＥＶＯＨ層は、熱可塑性シートを透過する炭化水素の放出を減少させるための炭化水素バリヤとなる。第５の層は、第４の層に隣接して位置し、接着性ポリマーを有している。第６の層は、第５の層に隣接して位置する他の外側層を形成し、ＨＤＰＥを有している。他の実施形態では、熱可塑性シートを形成するのに層の種々の組成、配置状態及び量を用いることができる。
【００２６】
再び図１を参照すると、ローディングステージ１２は、複数の熱可塑性シートの受入れ箇所である。本明細書で用いる「複数の熱可塑性シート」又は「熱可塑性シート」は、個々の熱可塑性シートの量が、無限の数の熱可塑性シートまで任意であることを意味している。一実施形態では、ローディングステージ１２は、熱可塑性シートを受け入れ、このローディングステージは、熱可塑性シートを予備状態調整ステージ１４にシャットリングさせる自動化機構を有している。熱可塑性シートを束、ペレット、連（ｒｅａｍ）の形態で受け取ってもよく、或いは、熱可塑性シートを成形する押出し工程から直接受け取ることができる。
【００２７】
予備状態調整ステージ１４は、複数の熱可塑性シートの温度を、予備加工温度である第１の温度まで上昇させることができる任意の機構又は装置であるのがよい。一実施形態では、熱可塑性シートは、熱対流炉内で予備状態調整される。熱対流炉は、吹込み熱を生じさせて熱可塑性シートを熱浸軟（ｈｅａｔ−ｓｏａｋ ）して熱可塑性シートの各々の温度をゆっくりと且つ一様に上昇させる。
【００２８】
この実施形態では、予備状態調整ステージ１４は、連続スループットを生じさせるよう動作する漸次多ステージ型熱浸軟（ヒートソーク）オーブンである。漸次多ステージ熱浸軟オーブンは、この中に配置された熱可塑性シートの温度を上昇させる。加うるに、このオーブンは、追加の熱可塑性シートの連続挿入及び予備加工温度まで次第に加熱された熱可塑性シートの取り出しを行うことができる。他の実施形態では、他の加熱機構及び方法を利用して、連続加熱工程を実施して予備状態調整ステージ１４内の熱可塑性シートのうち何割かが、予備加工温度の状態にあると共に他の熱可塑性シートが次第に加熱されているようにすることができる。
【００２９】
予備加工温度は、熱可塑性シートの溶融温度よりも低い任意の温度であってよい。好ましくは、予備加工温度は、熱可塑性シートを損傷なく取り扱って操作することができる最高温度である。一実施形態では、予備加工温度は、約８８〜１１０℃である。
【００３０】
予備加工温度を達成してこれを維持するための予備状態調整ステージ１４の制御は、熱可塑性シートについて一定の温度を実現するための例えば温度制御回路、時限回路、温度分布又は任意他の制御方法によって可能である。熱可塑性シートを予備状態調整ステージ１４内で予備加工温度まで加熱するには、相当長い時間を要する。連続大量生産を維持するためには、予備状態調整ステージ１４は好ましくは、熱可塑性シート予備加工温度で最終加熱ステージ１６に連続供給するのに十分な量の熱可塑性シートを漸次加熱することができる。
【００３１】
最終加熱ステージ１６は、一群の熱可塑性シートの温度を加工温度である第２の温度まで迅速に上昇させることができる任意の機構又は装置であるのがよい。一実施形態では、熱可塑性シートは多層のものである場合、最終加熱ステージは、全ての層の感温材料特性、例えば、粘度が加工温度まで繰り返し高くされるように温度を上昇させる。例示の加工ステージ１６は、上述したように制御される１以上の列をなす赤外線加熱器を有している。本明細書で用いる「群」又は「熱可塑性シート群」という用語は、予備状態調整ステージ１４内に存在する少なくとも２つ、しかしながらこれよりも少ない数の複数の熱可塑性シートを意味している。
【００３２】
加工温度は、成形ステージ１８内でのその後の加工に最適な温度である。この加工温度は、熱可塑性シート群を、好ましくは溶融状態である可鍛状態下にする。本明細書で用いる「溶融状態」という用語は、プラスチックに成形性があり、適合性があり、可撓性があり、且つプラスチックが相溶性材料に溶接することにより結合できるような液体状態に温度が高められたプラスチックの状態として定義される。
【００３３】
一実施形態では、加工温度は、約１９９〜２１６℃の範囲にある。他の実施形態では、加工温度は、これよりも高くても、或いは低くてもよい。さらに別の実施形態では、群内の個々の熱可塑性シートの加工温度を、成形ステージ１８での次に行う加工を最適化するよう種々の温度に制御してもよい。
【００３４】
成形ステージ１８は、熱可塑性シート群を低透過性燃料タンク又は他のプラスチック容器の部分の状態に成形することができる任意の機構又は装置であるのがよい。成形ステージ１８は、熱可塑性シート群を形づくる機能及び物体を挿入して群を接合して容器を形成する機能を有している。他の実施形態の追加の機能としては、例えば、熱可塑性シートの化学的処理、品質管理、局部加熱及び（又は）冷却、材料の再割当て、アップリケ施工及び（又は）コーティングが挙げられる。加うるに、低透過性プラスチック燃料タンク又は他の容器の形成にふさわしい積層施工及び任意他の機能が含まれる。
【００３５】
一実施形態では、成形ステージ１８は、熱可塑性シート群及び金型を用いて低透過性燃料タンクの部分を真空成形する。金型は、熱可塑性シート群と接触するよう設計された表面を備える２以上の金型部品であるのがよい。一実施形態の金型は、少なくとも１つの金型インサートを使えるようにできる手段を有している。金型インサートは例えば、構造特性増進装置、外部に設けられた物体、群中の熱可塑性シートのうちの１つの突き通す物体及び（又は）プラスチック容器の一部を形成するのが望ましい任意他の物体であるのがよい。成形ステージ１８は、金型用水加熱及び（又は）冷却手段、金型の部分の選択的加熱及び（又は）冷却手段、熱成形法で用いられる機械的作用手段又は任意他の金型関連機能をさらに有するのがよい。
【００３６】
成形ステージ１８内では、金型部品は可動であり、これらを分離すると、成形表面への接近が可能になり、物品の挿入が容易になる。物品、例えば、装置、構造的コンポーネント及び（又は）コネクタを挿入して熱可塑性シート群と結合することができる。熱可塑性シート群との結合方法としては、物体を群内の熱可塑性シートのうちの少なくとも１つの中に埋め込む方法、溶接する方法、接着する方法及び（又は）物体を熱可塑性シート群のうちの少なくとも１つに対して固定的に位置決めする任意他の機構を用いることが挙げられる。
【００３７】
成形及び物体挿入に続き、金型部品を整列させて結合する。金型部品をかなり大きな圧縮荷重下で結合して熱可塑性シート群を融合させて容器を形成する。熱可塑性シートを融合させてピンチオフ領域と通称されているハーメチックシールを形成する。その結果得られた容器を加圧して熱可塑性シート群の形状を金型部品に完全に一致させ、物品／金型部品を包み込み、そして仕上がり及び輪郭の明確さを向上させる。一実施形態では、完全な容器は、低透過性プラスチック燃料タンクである。他の実施形態では、他形式の形式を形成することもできる。
【００３８】
アンローディングステージ２０は、プラスチック容器を成形ステージ１８から受け入れることができる任意の機構又は装置であるのがよい。一実施形態のアンローディングステージ２０は、低透過性プラスチック燃料タンクの冷却及び最終の細部仕上げ及び包装のための他のシステムへのその移送を可能にする。
【００３９】
作動中、熱可塑性シートをローディングステージ１２内に堆積させ、予備状態調整ステージ１４にシャットリングする。予備状態調整ステージ１４内では、熱可塑性シートの各々の温度を、厳密に制御された環境下で一様に上げる。予備加工温度にいったん達すると、熱可塑性シートを、必要になるまでその温度に一定維持する。成形ステージ１４から指示があると、熱可塑性シート群を選択し、最終加熱ステージ１６にシャットリングする。一実施形態では、最終加熱ステージ１６に入るように選択された熱可塑性シート群は、予備加工温度の状態にあるのがよい。この実施形態では、温度は、厳密に制御された条件下で加工温度まで迅速に上がる。いったん適正に溶融されると、熱可塑性シート群を成形ステージ１８にシャットリングする。
【００４０】
成形ステージ１８内では、熱可塑性シート群を個々に金型部品に合わせて成形し、それにより、プラスチック容器の壁を形成する。加うるに、熱可塑性シートを任意の金型インサートに合わせて成形する。熱可塑性シートをいったん成形すると、物体を金型部品内に入れて溶融状態の壁と結合させるのがよい。次に、金型部品を整列させて相当大きな力で互いに融合させ、それによりハーメチックシールを形成する。金型部品を分離すると、完成したプラスチック容器を冷却のためにアンローディングステージ２０にシャットリングする。金型部品をシャットリングして開始位置に戻す。新しい金型インサートを金型部品内に入れるのがよく、そして、最終加熱ステージ１６に支持を与えて別の熱可塑性シート群を選択して加工温度まで加熱する。
【００４１】
予備状態調整ステージ１４の加熱作業は、最終加熱ステージ１６及び成形ステージ１８による加工よりも相当長く行われる。大量生産は、予備状態調整ステージ１４内での熱可塑性シートの加熱と関連した長いサイクル時間を最小限に抑えることによりこれら実施形態で達成される。予備状態調整ステージ１４内で多量の熱可塑性シートを加熱することにより、サイクル時間が最小限に抑えられる。予備状態調整ステージ１４内に多くの数の熱可塑性シートがあることにより、熱可塑性シート群が予備加工温度で最終加熱ステージ１６及び成形ステージ１８に連続供給される。
【００４２】
高い効率は、成形ステージ１８内での処理の間、並行処理及び接近性によって達成される。最終加熱ステージ１６及び成形ステージ１８内での熱可塑性シート群中の各熱可塑性シートの並行処理により、熱温室が最小限に抑えられるだけでなく加工の遅延が最小限に抑えられる。加うるに、金型表面に接近できること及び金型内融合方法を用いることにより、加工時間及び追加の加工上の要件が最小限に抑えられるので効率が一段と向上する。
【００４３】
図２は、ツインシート型並行処理システム１０の別の実施形態のブロック図である。この実施形態のツインシート型並行処理システム１０は、第１のローディングステージ１２ａ、第２のローディングステージ１２ｂ、第１の予備状態調整ステージ１４ａ、第２の予備状態調整ステージ１４ｂ、第１の最終加熱ステージ１６ａ、第２の最終加熱ステージ１６ｂ、底部成形ステージ２４、頂部成形ステージ２６、底部オペレータ２８、頂部オペレータ３０及びアンローディングステージ２０を有し、これらは図示のように作動的に協働する。上述の実施形態と同様に、この実施形態は、低透過性プラスチック燃料タンクの効率的な大量生産を可能にする。
【００４４】
第１及び第２のローディングステージ１２ａ，１２ｂ、第１及び第２の予備状態調整ステージ１４ａ，１４ｂ、第１及び第２の最終加熱ステージ１６ａ，１６ｂは、作用及び機能が図１に示す上述のローディングステージ１２、予備状態調整ステージ１４、最終加熱ステージ１６と類似している。しかしながら、ステージ内における分離により、熱可塑性シートの別個独立の加工経路が得られる。
【００４５】
図示の実施形態は、矢印３２で示した第１の加工経路及び矢印３４で示した第２の加工経路を有している。第１の加工経路は、第１のローディングステージ１２ａ、予備状態調整ステージ１４ａ、最終加熱ステージ１６ａ及び底部成形ステージ２４を有している。第２の加工経路がこれと同様に、第２のローディングステージ１２ｂ、予備状態調整ステージ１４ｂ、最終加熱ステージ１６ｂ及び頂部成形ステージ２６を有している。第１及び第２の加工経路は、熱可塑性シートを矢印３６で示す共通加工経路にシャットリングする。
【００４６】
図２に示すように、共通加工経路は、頂部成形ステージ２６で始まり、アンローディングステージ２０を有している。他の実施形態では、共通加工経路は、底部成形ステージ２４で始まってもよい。さらに別の実施形態では、共通加工経路の開始を指示する共通加工ステージを設けてもよい。
【００４７】
底部成形ステージ２４は、低透過性プラスチック燃料タンクの下半分を形成する少なくとも１つの下側金型部品を有する任意の装置又は機構であるのがよい。図１を参照して説明した成形ステージ１８と同様に、底部成形ステージ２４は、熱可塑性シート群内の少なくとも１つの熱可塑性シートを成形する機能を有している。底部成形ステージ２４は、下側金型部品と整列してこれを頂部成形ステージ２６に移送する機能をさらに有している。別の実施形態では、整列及び整列の指示を頂部成形ステージ２６又は底部成形ステージ２４と頂部成形ステージ２６の組合せによって行ってもよい。
【００４８】
頂部成形ステージ２６は、低透過性プラスチック燃料タンクの上半分を形成する少なくとも１つの上側金型部品を有する任意の装置又は機構であるのがよい。頂部成形ステージ２６は上記と同様に、熱可塑性シートを成形する機能を有している。加うるに、頂部成形ステージ２６は、底部成形ステージ２４から出された下側金型部品を受け入れる機能を有している。別の実施形態では、頂部成形ステージ２６は、上側金型部品を底部成形ステージ２４に運ぶ。
【００４９】
一実施形態では、頂部成形ステージ２６は、共通加工手段をさらに有している。共通加工手段は、熱可塑性シート群を融合させる機能及び以下に説明する追加の成形工程を含む。別の実施形態では、共通加工は、底部成形ステージ２４で行われる。
【００５０】
共通加工中の融合により、下側金型部品内の熱可塑性シートは上側金型部品内の熱可塑性シートと結合する。一実施形態では、下側金型部品と上側金型部品を整列させ、次にかなり大きな圧力下で互いに結合させる。この実施形態では、金型部品の各々の中の熱可塑性シートの部分と互いに押し付けてピンチオフ領域を形成する。多数の上側及び下側金型部品が存在している場合、金型部品を選択的に整列させて互いに結合し、それによって多数のピンチオフ領域を形成するのがよい。
【００５１】
底部成形ステージ２４、頂部成形ステージ２６に隣接してそれぞれ、底部オペレータ２８、頂部オペレータ３０が設けられている。底部及び頂部オペレータ２８，３０は、熱可塑性シート群を対応関係にある金型部品に合わせて成形し、物体をこの中に挿入し、そして熱可塑性シート群を融合させるのを助けることができる任意の機構又は装置であるのがよい。他の実施形態では、底部及び頂部オペレータ２８，３０は、追加の機能、例えば、スポット加熱及び（又は）冷却、コーティング及び積層品の被着、及び溶接又は他のこれと類似した結合方法を含むのがよい。
【００５２】
一実施形態の底部及び頂部オペレータ２８，３０は各々、補助機構４０及び挿入機構４２を有している。補助機構４０は、熱可塑性シート群を下側及び上側金型部品の表面の形状に一致させることができる任意の装置であってよい。熱可塑性シート群を例えば従来型真空成形及び（又は）プラグ補助装置によって金型表面の形状に一致させるのがよい。
【００５３】
プラグ補助装置は、成形作業中、シートの最小厚さを維持するよう熱可塑性シート群を操作しやすくする周知の装置である。プラグ補助装置は、下側及び上側金型部品の表面とそれぞれの熱可塑性シートとの間の接触部にほぼ制限なく接近できるので上述の実施形態では特に効果的である。プラグ補助方式の有効性は、プラグ補助作用を下側金型部品及び上側金型部品の各々に同時に実施し、それにより加工時間、熱損失及び工程変動を最小限に抑えることができることによっても高められる。
【００５４】
挿入機構４２は、ロボットアーム、スイングアーム、スタンピング装置又は熱可塑性シート中の少なくとも１つの熱可塑性シートと接触状態に位置決めできる任意他の可動装置であってよい。一実施形態の挿入機構は、熱可塑性シートが下側又は上側金型部品に接触する前及び（又は）後に燃料系統コンポーネントを熱可塑性シート群と接触状態に位置決めする。燃料系統コンポーネントとしては、例えば、弁、ホース、ポンプ、カプセル封入カムロック、構造特性増進手段、センサ及び他の燃料系統関連機構及び特徴部が挙げられる。
【００５５】
上側成形ステージ２６内での共通加工手段は、詰込み機構４４をさらに有している。詰込み機構４４は、下側金型部品と上側金型部品をいったん結合すると、熱可塑性シート群を金型に合わせて一段と成形しやすくする任意の装置又は機構であってよい。詰込み機構４４は、別個のスタンドアロン型装置であってもよく、或いは下側及び上側金型部品の一部であってもよい。
【００５６】
一実施形態では、詰込み機構４４は、１以上のニードル及び高圧流体、例えば、空気、窒素又は別の或る流体を有する。ニードルは、金型内の熱可塑性シート群を穴開けし、流体を比較的高い圧力下で注入する。一実施形態の比較的高い圧力は、６２０〜１，１０３ｋＰａである。下側及び上側金型部品の構造的健全性は、破損又は変形を生じないで高圧流体を収容するのに十分である。加うるに、下側及び上側金型部品は、高圧流体が利用されている間、結合状態のままである。
【００５７】
高圧流体が充満し、溶融状態の熱可塑性シート群を流動させ、それにより、金型の表面及び任意の金型インサートを封入する。封入工程に続き、大量且つ高速の流れ、例えば空気が、乱流状態で金型中へ流され、成形状態の熱可塑性シート群を冷却する。
【００５８】
図３は、図２に示す実施形態の個々の経路加工及び共通経路加工を示す工程流れ図である。作業は、複数の熱可塑性シート５０（側面図で示す）を第１のローディングステージ１２ａ及び第２のローディングステージ１２ｂ内に配置したときに始まる。熱可塑性シート５０を第１及び第２のローディングステージ１２ａ，１２ｂから矢印５２で示すようにそれぞれの第１及び第２の予備状態調整ステージ１４ａ，１４ｂに連続的又は間欠的に送る。第１及び第２の予備状態調整ステージ１４ａ，１４ｂは、熱可塑性シート５０を予備加工温度まで予熱する。一実施形態では、第１及び第２の予備状態調整ステージ１４ａ，１４ｂは熱可塑性シート５０を所定のパターンで加熱して熱可塑性シート５０を燃やしたり、或いは劣化させないで、一様な加熱を生じさせる。
【００５９】
図３に示すように、複数の熱可塑性シート５０を予備状態調整ステージ１４ａ，１４ｂの各々において同時に加熱する。熱可塑性シート５０は、一群の熱可塑性シート５６を有している。図示の実施形態では、熱可塑性シート群５６は、第１の熱可塑性シート５８及び第２の熱可塑性シート６０を含む。第１及び第２の熱可塑性シート５８，６０は、好ましくは、予備加工温度まで加熱され、次に、矢印６２で示すようにそれぞれの予備状態調整ステージ１４ａ，１４ｂから割り送りされる。残りの熱可塑性シート５０は、予備状態調整ステージ１４ａ，１４ｂ内での熱浸軟を続けて予備加工温度に達する。
【００６０】
割送りは、シート移送システム、例えば、シートクランプ移送システム、ピンチェーン移送システム又は第１及び第２の熱可塑性シート５８，６０を移送することができる任意他のシステムで達成できる。第１及び第２の熱可塑性シート５８，６０を最終の加熱工程のためにそれぞれの第１及び第２の最終加熱ステージ１６ａ，１６ｂ内に移動させる。第１及び第２の熱可塑性シート５８，６０を割り送りすると、それよりも多くの熱可塑性シート５０を予備状態調整ステージ１４ａ，１４ｂ内に割り送りして連続貫流（ｆｌｏｗ−ｔｈｒｏｕｇｈ）生産サイクルを生じさせることができる。
【００６１】
第１の熱可塑性シート５８及び第２の熱可塑性シート６０を第１の予備状態調整ステージ１４ａ及び第２の予備状態調整ステージ１４ｂから並行的にシャットリングする。一実施形態では、第１及び第２の熱可塑性シート５８，６０を迅速に且つほぼ同時に加工温度まで加熱する。別の実施形態では、第１及び第２の熱可塑性シート５８，６０の加熱を僅かに互い違いに行う。互い違いに行うことにより、第１及び第２の熱可塑性シート５８，６０が加工温度に達するのに必要な時間が一様になる。かかる互い違い方式は、例えば、第１及び第２の熱可塑性シート５８，６０が、互いに異なる厚さ、加熱要件又は保温性を有している場合に望ましい場合がある。
【００６２】
第１及び第２の最終加熱ステージ１６ａ，１６ｂ内における最終加熱工程は、第１及び第２の予備状態調整ステージ１４ａ，１４ｂ内での加熱時間と比較して比較的短期間で生じる。したがって、第１及び第２の熱可塑性シート５８，６０の温度は、加工温度まで迅速に上昇する。加工温度まで加熱すると、例えば、図３に示すような垂れ下り状態が生じ、シート移送システムが稼働する。シート移送システムは、矢印６４で示すように第１の熱可塑性シート５８を底部成形ステージ２４に移動させると共に第２の熱可塑性シート６０を頂部成形ステージ２６に移動させる。
【００６３】
底部成形ステージ２４内では、第１の熱可塑性シート５８を底部オペレータ２８（図２）を用いて少なくとも１つの下側金型部品６６に合わせて熱成形する。図示の例示の実施形態では、金型インサート７２が、上側金型部品６８内に設けられている。金型インサート７２、上側金型部品６６、下側金型部品６８及びそれぞれの第１の熱可塑性シート５８及び第２の熱可塑性シート６０は、底部成形ステージ２４及び頂部成形ステージ２６内では断面で示されていることに読者は理解すべきである。
【００６４】
次に、矢印７４で示すように、底部及び頂部オペレータステージ２８，３０（図２）は、少なくとも１つの物体７６と第１の熱可塑性シート５８及び第２の熱可塑性シート６０と結合することができる。次に、下側金型部品６６を上側金型部品６８と整列させ、これら金型部品を矢印７８で示すように上部成形ステージ２６内で互いに結合する。
【００６５】
下側金型部品６６と上側金型部品６８を制御された閉鎖（圧締め）位置、速度及び力の分布状態で互いに結合する。この工程は、第１の熱可塑性シート５８と第２の熱可塑性シート６０を融合させて炭化水素バリヤを形成する。一実施形態では、第１の熱可塑性シート５８と第２の熱可塑性シート６０の接触が熱成形中に成形された唇部８０上で生じる。唇部８０は、下側金型部品６０及び上側金型部品６８の周囲を円周方向に包囲し、熱可塑性プラスチックの連続表面を形成する。金型部品を互いに結合すると、下側金型部品６６の唇部８０は上側金型部品６８の唇部と接触する。唇部８０は溶融熱可塑性プラスチックなので、速度、力及び圧力は、炭化水素バリヤを形成するピンチオフ領域８２を生じさせるのに十分である。
【００６６】
次に、詰込み機構４４（図２）は、第１及び第２の熱可塑性シート５８，６０で金型表面及び金型インサート７２を完全に封入するよう動作する。加うるに、第１及び第２の熱可塑性シート５８，６０は今や、容器の下半分及び上半分をそれぞれ形成しており、詰込み機構４４によって冷却される。冷却後、下側金型部品６６と上側金型部品６８を分離し、容器を取り出して、矢印８４で示すようにアンローディングステージ２０に移す。上側金型部品６６及び下側金型部品６８は、最終加熱ステージ１６ａ，１６ｂからいつでも別の熱可塑性シート群を受け入れる準備ができている開始位置に割り送りによって戻る。
【００６７】
容器をアンローディングステーション２０内で冷却し、次に、次の加工のためアンロードする。次に行われる加工としては、例えば、ばり取りが挙げられる。ばり取りは、容器の適正な働きにとって不要な過剰の熱可塑性材料を除去する工程である。追加の加工としては、例えば、ハーメチックシール及び炭化水素バリヤの性能を高めてこれを維持するためにピンチオフ領域８２に施されるエッジ処理が挙げられる。例示のエッジ処理としては、シーラントの使用、化学的処理及び（又は）追加の融合線密封工程が挙げられる。
【００６８】
ツインシート型並行処理システム１０の上述の実施形態は、プラスチック容器の大量生産を可能にする連続サイクルシステムであるのがよい。大量生産は、１つの理由として上述の加熱方法の性質により達成できる。従来型熱成形システムは列状に配置された赤外線加熱器を用いて各熱可塑性シートを個別的に加工温度まで加熱するが、上述の実施形態は、予備状態調整ステージ１４を用いて複数の熱可塑性シートを予熱し、最大の効率及びスループットが得られるようにする。
【００６９】
予備加工温度まで熱浸軟される複数の熱可塑性シートを維持することにより、加工温度までの加熱が冷却工程とほぼ同一の速度で生じることができる。したがって、加工サイクル中の顕著なボトルネックが無くなる。さらに、熱可塑性シートの到達温度のばらつきをなくすことにより、有害な工程変動がなくなり、それにより品質及び効率が一段と向上する。これとは逆に、従来型赤外線加熱器は、熱浸軟用途に用いることは困難であり、熱可塑性シートの到達温度のばらつきの影響を受けやすい。
【００７０】
さらに、ツインシート型並行処理システム１０は、安全性及び性能上の基準に適合するよう低透過性プラスチック燃料タンクを製造することができる。燃料系統コンポーネントの内部設置及び多層熱可塑性シートの使用により、透過性が減少し、炭化水素放出の恐れが極力小さくなる。安全上及び性能上の基準に適合するための熱可塑性シートの頑丈さに関する要件にもかかわらず、低透過性プラスチック燃料タンクの高効率の大量生産がツインシート型並行処理システム１０によって達成される。さらに、ツインシート型並行処理システム１０を、他の完全工程と並行に又はインライン方式で動作させると、生産量及び効率を一段と高めることができる。
【００７１】
本発明を種々の実施形態を参照して上述したが、本発明の範囲から逸脱することなく多くの改変例及び設計変更例を想到できることは理解されよう。例えば、ツインシート型並行処理システム１０は、２以上の金型及びこれに対応した熱可塑性シート群を同時に取り扱うことができる。したがって、上述の詳細な説明は、本発明の現時点において好ましい実施形態の例示として理解されるべきであり、本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及びその均等範囲によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ツインシート型並行処理システムの１実施形態のブロック図である。
【図２】図１に示すツインシート型並行処理システムの１実施形態の拡大ブロック図である。
【図３】図２のツインシート型並行処理システムの作動を示す工程流れ図である。

Claims (34)

1. 低透過性プラスチック容器の大量生産方法であって、
   （ａ）複数の熱可塑性シート（５０）を第１の温度まで次第に加熱する工程と、
   （ｂ）一群の熱可塑性シート（５６）を複数の熱可塑性シートから取り出す工程と、
   （ｃ）前記一群の熱可塑性シートを第２の温度まで加熱する工程と、
   （ｄ）前記一群の熱可塑性シートを容器の状態に成形する工程と、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記工程（ａ）は、熱可塑性シートを熱対流炉内に位置決めする工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記工程（ｂ）は、第１の温度に到達した一群の熱可塑性シートを選択する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 前記工程（ｂ）は、追加の熱可塑性シートを次第に加熱して取り出された前記一群の熱可塑性シートに取って代わるようにする工程を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
5. 前記工程（ｃ）は、赤外線加熱器を用いて前記一群の熱可塑性シート内の各熱可塑性シートを同時に加熱する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
6. 前記工程（ｄ）は、物体（７６）と前記一群の熱可塑性シート内の少なくとも１つの熱可塑性シートを結合して物体がプラスチック容器内に配置されるようにする工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 前記工程（ｄ）は、前記一群の熱可塑性シート内の各熱可塑性シートを金型の表面に合わせて同時に真空成形する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 前記工程（ｄ）は、成形した唇部を前記一群の熱可塑性シートに融合させて容器を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１、６又は７記載の方法。
9. 前記工程（ａ）、前記工程（ｂ）及び前記工程（ｃ）は、第１の処理経路及び第２の処理経路に沿って並行して起こることを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 前記工程（ｄ）は、共通処理経路に沿って起こることを特徴とする請求項１又は９記載の方法。
11. 低透過性プラスチック燃料タンクの大量生産方法であって、
    （ａ）予備状態調整ステージ内で複数の熱可塑性シート（５０）の温度を予備加工温度まで次第に上昇させる工程と、
    （ｂ）熱可塑性シートのうち少なくとも２枚、しかしながら、全枚数には足りない枚数の熱可塑性シートを最終加熱ステージに割り送りする工程と、
    （ｃ）少なくとも２枚の熱可塑性シートの温度を加工温度まで更に増大させる工程と、
    （ｄ）少なくとも２枚の熱可塑性シートを成形ステージ（１８）に割り送りする工程と、
    （ｅ）少なくとも２枚の熱可塑性シートの各々を金型に接触させる工程と、
    （ｆ）少なくとも２枚の熱可塑性シートを互いに融合させてプラスチック燃料タンクを形成する工程と、
    を有することを特徴とする方法。
12. 金型は、下側金型部品（６６）と上側金型部品（６８）とから成り、前記工程（ｅ）は、少なくとも２枚の熱可塑性シートのうち１枚を下側金型部品に接触させる工程及び少なくとも２枚の熱可塑性シートのうち別の１枚を上側金型部品に接触させる工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 前記工程（ａ）は、追加の熱可塑性シートを予備状態調整ステージに割り送りしてこれが少なくとも２枚の熱可塑性シートに取って代わるようにする工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
14. 前記工程（ａ）は、熱可塑性シートの各々の温度のばらつきを最小限に抑える工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
15. 前記工程（ａ）は、熱可塑性シートを予備加工温度に維持する工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
16. 前記工程（ｄ）は、少なくとも２枚の熱可塑性シートを成形ステージに同時に割り送りする工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
17. 前記工程（ｆ）は、高圧流体を金型中に注入充満させて少なくとも２枚の熱可塑性シートを追い出す工程を含むことを特徴とする請求項１１、１２又は１６記載の方法。
18. 前記工程（ｅ）は、燃料系統コンポーネントと少なくとも２枚の熱可塑性シートのうち少なくとも１枚を結合して燃料系統コンポーネントがプラスチック燃料タンク内に位置するようにする工程を含むことを特徴とする請求項１１又は１２記載の方法。
19. 熱可塑性シートを予備加工温度まで上昇させるための時間の長さは、少なくとも２枚の熱可塑性シートを加工温度まで上昇させるための時間の長さよりも長いことを特徴とする請求項１１記載の方法。
20. 前記工程（ａ）は、所定のパターンの加熱を行って熱可塑性シートの各々の温度を一様に上昇させる工程を含むことを特徴とする請求項１１又は１９記載の方法。
21. 低透過性プラスチック燃料タンクの大量生産システムであって、
    複数の熱可塑性シート（５０）を第１の温度まで加熱するよう動作できる予備状態調整ステージ（１４）と、
    予備状態調整ステージに隣接して設けられていて、複数の熱可塑性シートから一群の熱可塑性シート（５６）を受け入れ、前記一群の熱可塑性シートを第２の温度まで上昇させるよう動作できる最終加熱ステージ（１６）と、
    最終加熱ステージに近接して設けられていて、前記一群の熱可塑性シートを操作して低透過性プラスチック燃料タンクを成形するよう動作できる成形ステージ（１８）と、
    を有することを特徴とするシステム。
22. 予備状態調整ステージは、熱対流炉から成ることを特徴とする請求項２１記載のシステム。
23. 熱可塑性シートは、複数の層から成ることを特徴とする請求項２１記載のシステム。
24. 最終加熱ステージは、前記温度を上昇させて全ての層の感温材料特性を繰り返し第２の温度まで上昇させるよう動作できることを特徴とする請求項２３記載のシステム。
25. 成形ステージは、上側成形ステージ（２４）と下側成形ステージ（２６）とから成り、上側成形ステージは、少なくとも１つの上側金型部品（６８）を有し、下側成形ステージは、少なくとも１つの下側金型部品（６６）を有していることを特徴とする請求項２１記載のシステム。
26. 上側金型部品と下側金型部品は、前記一群の熱可塑性シートを融合させるよう別々に動くことができることを特徴とする請求項２５記載のシステム。
27. 成形ステージに隣接して設けられた底部オペレータ（２８）をさらに有し、底部オペレータは、補助機構（４０）及び挿入機構（４２）を有し、挿入機構は、物体（７６）と低透過性プラスチック燃料タンクの底部を結合するよう動作できることを特徴とする請求項２１、２５又は２６記載のシステム。
28. 物体は、燃料ポンプ、構造特性増進材料、センサ及び弁のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項２７記載のシステム。
29. 成形ステージに隣接して設けられた頂部オペレータ（２８）をさらに有し、頂部オペレータは、補助機構（４０）及び挿入機構（４２）を有し、挿入機構は、物体（７６）と低透過性プラスチック燃料タンクの頂部を結合するよう動作できることを特徴とする請求項２１、２５又は２６記載のシステム。
30. 予備状態調整ステージは、互いに並行動作できる第１の予備状態調整ステージ（１４ａ）と、第２の予備状態調整ステージ（１６ｂ）とから成ることを特徴とする請求項２１又は２２記載のシステム。
31. 最終加熱ステージは、互いに並行動作できる第１の最終加熱ステージ（１６ａ）と、第２の最終加熱ステージ（１６ｂ）とから成ることを特徴とする請求項２１記載のシステム。
32. 最終加熱ステージは、赤外線加熱器から成ることを特徴とする請求項２１、２２、２４又は３１記載のシステム。
33. 成形ステージ中に金型を加圧して前記一群の熱可塑性シートを低透過性プラスチック燃料タンクの形状に一段と合致させるよう動作できる詰込み機構（４４）を更に有していることを特徴とする請求項２１又は２５記載のシステム。
34. 予備状態調整ステージは、熱可塑性シートを第１の温度に維持するよう動作できることを特徴とする請求項２１又は２２記載のシステム。

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