JP2018069647A - 容器製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】口金とタンクライナーのシール性を確保しつつ、製造工程の簡略化と部品点数の削減を実現する容器製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様である容器製造方法は、口金を口金型に設置する工程と、樹脂を押出するヘッド部へ、口金型を押し上げて近接させる工程と、ヘッド部から口金へ向けて樹脂を押出して、ヘッド部と口金型の間に樹脂層を形成する工程と、ヘッド部から口金へ向けて樹脂を押出しながら口金型を引き戻すことにより、樹脂層と一体的なパリソンを形成する工程と、パリソンを取り囲むように賦形型を型閉じする工程と、ブローピンからパリソンの内部に圧空を吹き出して賦形型の形状を賦与してタンクライナーを形成する工程と、タンクライナーを冷却する工程と、冷却されて一体化されたタンクライナーと口金を有する容器を取り出す工程とを含む。【選択図】図５

Description

本発明は、容器製造方法に関する。

燃料電池車が普及するに従い、その基幹部品となる水素タンクの性能向上と製造工程の単純化が求められている。水素タンクは、内側のタンクライナーとその外側に設けるラッピング層から成ることが多い。水素を貯蔵するという性質上、タンクライナーと口金部のシール性は、水素タンク全体の品質を大きく左右する。例えば特許文献１によれば、口金をパリソンの内部から進入させ、口金の外側に樹脂層を形成して、さらにその外側からキャップで固定することによりシール性を確保している。

特開２００８−１６４１３３号公報

口金周りの部品点数を増やしてシール性を確保する手法は、製造工程の複雑化と部品コストの増大を招いてしまう。本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、口金とタンクライナーのシール性を確保しつつ、製造工程の簡略化と部品点数の削減を実現する容器製造方法を提供するものである。

本発明の具体的態様における容器製造方法は、口金を口金型に設置する工程と、樹脂を押出するヘッド部へ、口金型を押し上げて近接させる工程と、ヘッド部から口金へ向けて樹脂を押出して、ヘッド部と口金型の間に樹脂層を形成する工程と、ヘッド部から口金へ向けて樹脂を押出しながら口金型を引き戻すことにより、樹脂層と一体的なパリソンを形成する工程と、パリソンを取り囲むように賦形型を型閉じする工程と、ブローピンからパリソンの内部に圧空を吹き出して賦形型の形状を賦与してタンクライナーを形成する工程と、タンクライナーを冷却する工程と、冷却されて一体化されたタンクライナーと口金を有する容器を取り出す工程とを含む。

このような工程を含むことにより、タンクライナーの成形前に口金の内側から樹脂層を密着させることができるので、部品点数を増やすことなく高いシール性を確保した中空容器を製造できる。

本発明により、口金とタンクライナーのシール性を確保しつつ、製造工程の簡略化と部品点数の削減を実現する容器製造方法を提供できる。

ブロー成形機の全体を説明する図である。 口金をセットする工程を説明する図である。 口金型をヘッドへ近接させる工程を説明する図である。 口金に密着させる樹脂層を形成する工程を説明する図である。 パリソンを形成する工程を説明する図である。 型閉じするする工程を説明する図である。 タンクライナーの形状を賦与する工程を説明する図である。 タンクライナーを冷却する工程を説明する図である。 中空容器を取り出す工程を説明する図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

本実施例にかかる中空容器は、例えば燃料電池車に組み込まれる水素タンクの主要部として利用される。水素タンクは、主に、内側のタンクライナーとその外側に設けるラッピング層によって構成されるが、以下に説明する製造方法によって製造される中空容器は、タンクライナーに口金が設けられたものであり、その用途に応じて追加工が可能なものである。また、用途に応じて必要な加工は、追加工に限らず、以下に説明する各工程に割り込ませて行っても良い。本実施形態にかかる中空容器の製造方法は、ブロー成形をベースとするものである。以下に、図を用いて各工程を製造工程の順に説明する。

図１は、ブロー成形機１００の全体を説明する図である。図は、中空容器の製造を開始する前の様子を表している。なお、図においてｘｙ平面は水平面と平行であり、ｚ軸方向は鉛直方向を表す。また、図において一部の要素は断面を表すが、明瞭性の観点からハッチングを省いている。後述の各図も同様である。

本実施形態において用いるブロー成形機１００は、アキューム式ブロー成形機である。ブロー成形機１００は、主に、押出機１０１、ヘッド１０２、水平型締機１０３、成形金型１０４、口金型１０５、鉛直型締機１０６、およびブローピン１０７によって構成される。

押出機１０１は、樹脂材を溶融してヘッド１０２へ押し出す機能を担う。押出機１０１は、例えばホッパー、加熱シリンダー、押し出しスクリューを含み、ホッパーから投入される樹脂材を加熱シリンダーで加熱して溶融し、溶融した樹脂材を押し出しスクリューでヘッド１０２へ送り出す。樹脂材としては、例えばポリエチレンベースのサーモプラスチック材を用いることができる。ヘッド１０２は、溶融した樹脂材が流れるランナー１０２ａを備える。ランナー１０２ａは、途中で分岐して、ヘッド１０２の押出面においては円周となる押出口形状を成す。このような構造により、ヘッド１０２は、溶融樹脂材を円筒状のパリソンとして押出する。

水平型締機１０３は、成形金型１０４を支持すると共に、成形金型１０４を水平方向へ移動させる機能を有する。成形金型１０４は、賦形型である。溶融樹脂に接触する表面である賦形面１０４ａは、製造対象物であるタンクライナーの外表面に合わせて成形されている。本実施形態においては、賦形面１０４ａは、鉛直方向の中心軸に対して水平断面が真円となるように成形されている。

成形金型１０４は、図示するように、ｘｚ平面で分割された２つの金型から成る。水平型締機１０３は、分割されたそれぞれの成形金型１０４を、互いに接触させたり離間させたりすることができる。なお、成形金型１０４は、２つに限らず、３つ以上に分割されていても良い。

従来のブロー成形機は、成形金型のみでパリソンを密閉する密閉空間を形成するものが多いが、本実施形態にかかるブロー成形機１００は、成形金型１０４と口金型１０５とによって密閉空間を形成する。鉛直型締機１０６は、口金型１０５を支持すると共に、口金型１０５を鉛直方向へ移動させることができる。口金型１０５は、鉛直方向に貫通する挿通孔１０５ａを有する。ブローピン１０７は、圧空を噴出させるノズルを複数備え、挿通孔１０５ａを通って密閉空間の内部へ進入したり、密封空間から退避したりすることができる。なお、樹脂材の流通、圧空の噴出、各要素の動作等は、不図示の制御部によって制御される。

図２は、口金２０１をブロー成形機１００にセットする工程を説明する図である。具体的には、作業者が、口金２０１を口金型１０５にセットする。口金２０１は、例えば、容器内へガスを充填したり、容器内からガスを取り出したりするためのノズルを装着する部材であり、中空容器の一部を構成する。口金２０１は、ガスを連通させる連通口２０１ａを中央に有し、作業者は、連通口２０１ａを口金型１０５の挿通孔１０５ａに一致させて、口金２０１を口金型１０５にセットする。したがって、ブローピン１０７は、連通口２０１ａおよび挿通孔１０５ａを通って、密封空間内部へ進退できる。

図３は、口金型１０５をヘッド１０２へ近接させる工程を説明する図である。口金型１０５に口金２０１がセットされると、鉛直型締機１０６は、口金型１０５を押し上げてヘッド１０２へ近接させる。このとき、ブローピン１０７も、押し上げられる。ただし、ブローピン１０７は、成形金型１０４が型閉じされたときに形成される密封空間の内部に収まる位置に留められる。

口金型１０５がヘッド１０２と接触すると、口金型１０５は、不図示のロック機構を用いてヘッド１０２に対して固定される。

図４は、口金２０１に密着させる樹脂層を形成する工程を説明する図である。図４は、ヘッド１０２と、ヘッド１０２に固定された口金型１０５との近傍を拡大した図である。

ヘッド１０２に口金型１０５を固定すると、ヘッド１０２の、固定された口金型１０５に対向する面と、口金型１０５の、口金２０１を載置した窪みとの間には、空間が生じる。押出機１０１は、溶融した樹脂２０２を、ヘッド１０２のランナー１０２ａを介して、この空間へ流し込む。

上述のように、ヘッド１０２は、通常であれば溶融した樹脂２０２を円筒状のパリソンとして押出するが、ここでは口金型１０５によってヘッド１０２の先端部が封鎖されているので、口金２０１周りの窪み空間に樹脂２０２を充填させることになる。すると、充填された樹脂２０２が口金２０１に密着すると共に、口金２０１の周囲を抱え込む。このように、樹脂２０２が窪み空間の全体に回り込んで、口金２０１周りに樹脂層が形成されたら、次の工程に移行する。

図５は、パリソン２０３を形成する工程を説明する図である。樹脂２０２が、図４で示した窪み空間の全体に回り込んで樹脂層を形成したら、鉛直型締機１０６は、口金型１０５を徐々に引き戻す。このとき、押出機１０１は、溶融樹脂の供給を継続する。すると、ヘッド１０２からは溶融樹脂が押出されて、口金２０１周りの樹脂層から連なる円筒状のパリソン２０３が、順次形成されていく。逆言すれば、押出機１０１が溶融樹脂を供給する速度と、鉛直型締機１０６が口金型１０５を引き戻す速度は、口金２０１周りの樹脂層と一体的に連なったパリソンが順次形成されるように、それぞれ調整される。

従来のブロー成形機によって形成されるパリソンは、パリソンの形成時点においては先端が解放されているのに対して、ブロー成形機１００によって形成されるパリソン２０３は、パリソン２０３の形成時点においてすでにその先端が口金２０１とそれに密着する樹脂層によって閉塞されている。なお、ブローピン１０７は、図３で示した位置のまま静止しているので、口金型１０５が引き戻されることにより、順次形成されるパリソン２０３の内側に位置することになる。

図６は、型閉じするする工程を説明する図である。図５を用いて説明した工程において、口金型１０５を所定位置に停止させ、溶融樹脂の供給を停止すると、成形金型１０４を閉じる。具体的には、それぞれを支持する水平型締機１０３によって２つの成形金型１０４を水平方向に移動させて互いに密着させる。このとき、パリソン２０３の上端は、２つの成形金型１０４に挟まれて切断され、成形金型１０４の内部表面に沿って流れて密封される。

２つの成形金型１０４が密着したときの下端開口は、口金型１０５によって閉塞される。これにより型閉じが完了し、内部に密閉空間が形成される。この段階では、パリソン２０３は、密閉空間内において、成形金型１０４の内部表面である賦形面１０４ａからは離間して口金型１０５上に自立している。

図７は、タンクライナーの形状を賦与する工程を説明する図である。型閉じが完了したら、パリソン２０３の内部にブローピン１０７から圧空を吹き出し、パリソン２０３を賦形面１０４ａに押しつけて、タンクライナーの形状を賦与する。

図８は、タンクライナー２０４を冷却する工程を説明する図である。形状の賦与が完了したら、ブローピン１０７から噴出させる空気を冷却空気に切り替え、循環させる。この工程により樹脂が固化し、タンクライナー２０４としての形状が安定する。

図９は、中空容器２０５を取り出す工程を説明する図である。冷却され形状が安定したタンクライナー２０４は、口金２０１と一体化されて、全体として中空容器２０５が完成する。２つの成形金型１０４は、それぞれを支持する水平型締機１０３によって離間され、口金型１０５は、鉛直型締機１０６によって引き下げられる。また、ブローピン１０７も、引き戻される。これにより完成した中空容器２０５が解放され、作業者によって取り出される。

以上、順を追って説明した各工程を経て製造された中空容器２０５は、いわゆるインサート成形の工程を含むので、口金２０１とタンクライナー２０４との密着強度が高く、シール性に優れている。特に、水素タンク等の圧力容器として利用される場合には、耐圧性に優れるという特徴を備える。また、口金２０１周りに樹脂層を形成してパリソン２０３の先端部を閉塞した状態でブロー成形を行うので、タンクライナーのパーツ化や口金のパーツ化をする必要が無く、従来よりも少ない部品点数および工数により中空容器２０５を製造することができる。

また、口金型１０５によって先端を支えながら徐々に引き下げてパリソン２０３を形成するので、パリソン２０３の肉厚を厚くかつ均一にすることができる。したがって、タンクライナー２０４の中心軸に対する各断面形状を、互いにばらつきの少ない真円形状にすることができる。また、複数の中空容器２０５を製造する場合に、互いの形状のばらつきも抑制することができる。

以上の実施形態において説明した口金２０１は、金属素材であるものとして説明したが、上記の工程を採用し得るものであれば、金属素材のものでなくても良い。例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ)などの口金を採用しても良い。

また、上記の実施形態において、図４で示した窪み空間の全体に樹脂が回り込んで樹脂層を形成したら口金型１０５を徐々に引き戻す工程を説明したが、樹脂の充填後直ちに口金１０５を引き戻す工程に移行するに限らず、冷却等を施して一旦樹脂層を固化させても良い。スループットと安定性のバランスから、充填完了から引き戻し開始までのインターバルは、適宜調整し得る。

１００ ブロー成形機、１０１ 押出機、１０２ ヘッド、１０２ａ ランナー、１０３ 水平型締機、１０４ 成形金型、１０４ａ 賦形面、１０５ 口金型、１０５ａ 挿通孔、１０６ 鉛直型締機、１０７ ブローピン、２０１ 口金、２０２ 樹脂、２０３ パリソン、２０４ タンクライナー、２０５ 中空容器

Claims (1)

1. 口金を口金型に設置する工程と、
   樹脂を押出するヘッド部へ、前記口金型を押し上げて近接させる工程と、
   前記ヘッド部から前記口金へ向けて樹脂を押出して、前記ヘッド部と前記口金型の間に樹脂層を形成する工程と、
   前記ヘッド部から前記口金へ向けて樹脂を押出しながら前記口金型を引き戻すことにより、前記樹脂層と一体的なパリソンを形成する工程と、
   前記パリソンを取り囲むように賦形型を型閉じする工程と、
   ブローピンから前記パリソンの内部に圧空を吹き出して賦形型の形状を賦与してタンクライナーを形成する工程と、
   前記タンクライナーを冷却する工程と、
   冷却されて一体化された前記タンクライナーと前記口金を有する容器を取り出す工程と
   を含む容器製造方法。

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