JP5803990B2 - 樹脂製車両用空調ダクトの成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、一対の熱可塑性樹脂シートにより形成された車両用空調ダクトの成形方法に関する。

従来より車両用空調ダクトの製造方法として、上下一対の金型間に予め成形された２枚のシートを再加熱することにより溶融状態として配置し、型締めしてシート間に加圧流体を吹き込むことで第一の半体と第二の半体が一体に溶着されたダクトを形成する方法が知られている。

例えば、特許文献１および２には発泡樹脂シートを用いた所謂シートブロー成形方法が開示されている。シートブロー成形方法は、予め所定の大きさに裁断された２枚の熱可塑性樹脂シートを赤外線ヒーターにより加熱して軟化状態とした後に型締めし、金型によりピンチオフさせるとともにシート間に加圧流体を吹き込んでシートをキャビティに密着させて所望の形状に形成する成形方法である。この成形方法を用いた場合、予め用意した常温のシートはシートブロー成形時に赤外線ヒーターなどの輻射熱によりで再度加熱することで軟化状態とするため、特に発泡樹脂シートを用いた場合にはシートの内部まで均一に溶融状態とすることが困難であり、溶融押出しされたシートと比べて熱量が小さく、金型キャビティへの追随性が悪いだけでなく、２枚のシートのピンチオフ部分（パーティングライン）の溶着強度は不十分となる。

特開２００１−２３９８２４号公報 特開２０００−２８９０９３号公報

本発明は、軽量性、断熱性、剛性、耐衝撃性、温度および湿度の変化に対する耐久性に優れることが特に要求される樹脂製車両用空調ダクトの成形方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の樹脂製車両用空調ダクトの成形方法は、一対の熱可塑性樹脂シートにより成形する樹脂製車両用空調ダクトの成形方法であって、押出機から一対の分割金型間に溶融状態の２枚の熱可塑性樹脂シートを押し出し配置した後、２枚の熱可塑性樹脂シートをそれぞれ一対の分割金型のキャビティに真空吸引することでキャビティ形状に沿った形状とするとともに一対の分割金型を閉じることによりピンチオフ形成部によってパーティングラインを形成し、その後、離型した後にピンチオフ形成部によって形成されたパーティングラインの外周でバリを切除してダクトを形成し、２枚の熱可塑性樹脂シートは、２３０℃におけるＭＦＲが１．５〜３．０ｇ／１０分の熱可塑性樹脂を溶融混練した後、溶融混練された熱可塑性樹脂を第一のアキュムレータのアキュム室および第二のアキュムレータの第二アキュム室にそれぞれ貯留し、第一のアキュムレータのアキュム室に貯留された熱可塑性樹脂は第一のＴダイのスリット開口から、前記第二のアキュムレータのアキュム室に貯留された熱可塑性樹脂は第二のＴダイのスリット開口からそれぞれ０．６〜６．０ｍｍの厚さで押し出され、２枚の熱可塑性樹脂シートの厚みが別個に調整されて一対の分割金型間に配置され、前記押出機から供給された発泡剤を混練した熱可塑性樹脂をアキュム室に貯留して一定間隔でプランジャーを用いて前記第一のＴダイおよび前記第二のＴダイに供給し、溶融状態で、かつ、気泡セルを有するシートとして間欠的に押出すことを特徴とする。

本発明によれば、軽量性、断熱性、剛性、耐衝撃性、温度および湿度の変化に対する耐久性に優れる樹脂製車両用空調ダクトを得ることができる。

本発明に係る車両用空調ダクトの成形方法を実施する成形装置の一例を示す断面図である。 図１の成形装置において一対の分割金型内に一対の熱可塑性樹脂シートを配置し、それぞれの熱可塑性樹脂シートと対応する金型のキャビティ間を型枠により閉じた工程を示す部分断面図である。 図１の成形装置において図２に示す態様からそれぞれの熱可塑性樹脂シートを対応する金型のキャビティに真空吸引させた工程を示す部分断面図である。 図１の成形装置において図３に示す態様から金型を閉じて成形する工程を示す部分断面図である。 図１の成形装置において図４の態様から金型を開いて成形品を取り出す工程を示す部分断面図である。 図１の成形装置において成形された車両用空調ダクトの斜視図である。 同上拡大断面図である。

図１ないし図５において、１は第一のアキュムレータ、２は第二のアキュムレータ、３は第一のプランジャー、４は第二のプランジャー、５は第一のＴダイ、６は第二のＴダイ、７は第一の押出機、８は第二の押出機、９は第一の熱可塑性樹脂供給ホッパ、１０は第二の熱可塑性樹脂供給ホッパ、１１，１１は第一の一対のローラ、１２，１２は第二の一対のローラ、１３，１３は一対の分割金型、１４，１４はキャビティ、１５，１５はピンチオフ形成部、１６，１６は熱可塑性樹脂シートである。１７，１７は型枠であって一対の分割金型１３，１３の外周に位置している。

図６および図７に示す車両用空調ダクト１８は、エアコンユニットより供給される空調エアを所望の部位へ通風させるための軽量な空調ダクトである。この車両用空調ダクト１８は、発泡状態の壁面（第一の壁面１９および第二の壁面２０、以下同じ）により構成され、発泡倍率２．０倍以上で複数の気泡セル有する独立気泡構造（独立気泡率が７０％以上）を有している。２１はパーティングライン、２２は取付片である。前記壁面の平均肉厚は３．５ｍｍ以下であり、壁面の厚み方向における気泡セルの平均気泡径は３００μｍ未満、好ましくは１００μｍ未満である。前記車両用空調ダクト１８は、ポリプロピレン系樹脂からなり、好ましくは１〜２０ｗｔ％のポリエチレン系樹脂および／または５〜４０ｗｔ％の水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーを混合させたブレンド樹脂により構成されており、−１０℃における引張破壊伸びが４０％以上で、かつ常温時における引張弾性率が１０００ｋｇ／ｃｍ2以上である。さらに−１０℃における引張破壊伸びが１００％以上であることが好ましい。

引張破壊伸び：本発明に係る成形方法により得られた車両用空調ダクト１８の壁面を切り出しマイナス１０℃で保管後に、ＪＩＳ Ｋ−７１１３に準じて２号形試験片として引張速度を５０ｍｍ／分で測定を行った。
引張弾性率：本発明に係る成形方法により得られた車両用空調ダクトの壁面１８を切り出し常温（２３℃）で、ＪＩＳ Ｋ−７１１３に準じて２号形試験片として引張速度を５０ｍｍ／分で測定を行った。
発泡倍率：本発明に係る成形方法に用いた熱可塑性樹脂の密度を本発明に係る成形方法により得られた車両用空調ダクトの壁面の見かけ密度で割った値を発泡倍率とした。
メルトフローレイト（ＭＦＲ）：プロピレン系樹脂およびこれに配合するスチレン系エラストマー、エチレン系重合体をＪＩＳ Ｋ−７２１０に準じて試験温度２３０℃、試験荷重２．１６ｋｇにて測定を行った。
アイゾット衝撃強度：本発明に係る成形方法により得られた車両用空調ダクト１８の壁面を切り出しマイナス２０℃で保管後に、８０×１０（長さ×幅ｍｍ）の試験片として切り出し、厚さが４ｍｍとなるように切り出した試験片を重ねてこれを用いてＪＩＳ Ｋ−７１１０（ノッチ付き）に準じて測定を行った。

図５および図６に示す車両用空調ダクト１８は図１ないし図５に示す態様により成形される。すなわち、車両用空調ダクト１８の第一の壁１９および第二の壁２０を成形するための２枚の溶融状態でかつ、気泡セルを有する熱可塑性樹脂シート１６，１６をそれぞれ第一のＴダイ５および第二のＴダイ６から押出し、一対の分割金型１３，１３の間に垂下させる。垂下させた溶融状態でかつ、気泡セルを有する２枚の熱可塑性樹脂シート１６，１６をそれぞれ一対の分割金型１３，１３のキャビティ１４，１４に真空吸引することでキャビティ形状に沿った形状とする。その後、一対の分割金型１３，１３内で冷却された車両用空調ダクト１８は、離型した後にピンチオフ形成部１５，１５によって形成されたパーティングライン２１の外周でバリを切除して形成される。

一対の分割金型１３，１３の間に垂下された２枚の発泡状態の熱可塑性樹脂シート１６，１６はドローダウン、ネックインなどにより肉厚のバラツキが発生することを防止するためシートの厚み、押出し速度、押出し方向の肉厚分布などを別個に調整することが必要である。発泡状態の各熱可塑性樹脂シート１６，１６は、それぞれ第一の押出機７および第二の押出機８により発泡剤を添加した熱可塑性樹脂を溶融混練した後、第一のアキュムレータ１のアキュム室、第二のアキュムレータ２のアキュム室に一時的に貯留され、一定間隔ごとに第一のプランジャー３によって第一のＴダイ５に、第二のプランジャー４によって第二のＴダイ６にそれぞれ供給される。第一のＴダイ５および第二のＴダイ６より押出された発泡状態の熱可塑性樹脂シート１６，１６はそれぞれ第一の一対のローラ１１，１１および第二の一対のローラ１２，１２によって挟圧されて一対の分割金型１３，１３間に配置される。この際、それぞれの発泡状態の熱可塑性樹脂シート１６，１６の厚み、肉厚分布などは別個に調整される。

具体的にはまず、第一のアキュムレータ１および第二のアキュムレータ２、第一のＴダイ５および第二のＴダイ６により押出速度がそれぞれ別個に設定される。第一のアキュムレータ１および第二のアキュムレータ２にそれぞれ接続される第一の押出機７および第二の押出機８の押出し能力は車両用空調ダクト１８の大きさにより適宜選択することが可能であるが、５０ｋｇ／時以上であることが成形サイクルを短縮させる観点から好ましい。また、ドローダウンの発生を防止する観点から第一のＴダイ５および第二のＴダイ６からの熱可塑性樹脂シート１６，１６の押出し工程は４０秒以内、さらに好ましくは３０秒以内に完了する必要がある。このため、第一のアキュムレータ１のアキュム室および第二のアキュムレータ２の第二アキュム室に貯留された熱可塑性樹脂は第一のＴダイ５および第二のＴダイ６のスリットの開口から１ｃｍ2当り５０ｋｇ／時以上、好ましくは６０ｋｇ／時以上で押出される。この際、第一のＴダイ５および第二のＴダイ６の各スリット隙間を熱可塑性樹脂シート１６，１６の押出しに併せて変動させることによりドローダウンの影響を最小限に抑えることができる。つまり、ドローダウン現象により熱可塑性樹脂シート１６，１６の上方へ行くに従い自重により引き伸ばされて薄くなる肉厚に対して、スリット隙間を押出しの開始から徐々に広げて肉厚を熱可塑性樹脂シート１６，１６の上方ほど厚く押出すことで、熱可塑性樹脂シート１６，１６の上方から下方にわたって均一な厚みに調整することができる。さらに、第一のＴダイ５および第二のＴダイ６から押出された熱可塑性樹脂シート１６，１６の押出速度に対して第一の一対のローラ１１，１１および第二の一対のローラ１２，１２の回転速度を変動させることで、第一のＴダイ５および第二のＴダイ６からの熱可塑性樹脂シート１６，１６の押出速度とローラによる送り速度との差により、第一のＴダイ５および第二のＴダイ６と第一の一対のローラ１１，１１および第二の一対のローラ１２，１２間で熱可塑性樹脂シート１６，１６を延伸させてシートの厚みを薄く調整することができる。

第一のＴダイ５および第二のＴダイ６にそれぞれ供給された熱可塑性樹脂は図示しない各Ｔダイ本体のマニホールドから樹脂流路を通ってスリットからシートとして押出される。各Ｔダイ本体は、一方のダイおよび他方のダイを重ね合わせてなり、各Ｔダイ本体の先端部分において一方のダイリップおよび他方のダイリップがスリット隙間をもって対向しており、スリット隙間の間隔はスリット隙間調製装置２３により設定される。スリット隙間により押出されるシートの厚みが決定されるが、具体的には、第一のＴダイ５および第二のＴダイ６からそれぞれ０．６〜６．０ｍｍの厚さの熱可塑性樹脂シート１６，１６として押し出される。なお、上記説明においては第一のＴダイ５および第二のＴダイ６への熱可塑性樹脂の供給経路がそれぞれ独立した場合について説明してきたが、第一のＴダイ５および第二のＴダイ６に対して一つの押出機とそれに連結される一つのアキュムレータを用いて、アキュムレータの先に分岐路を設けて各Ｔダイへ熱可塑性樹脂を供給することも可能である。さらに、アキュムレータの種類はサイドアキュム方式またはリングアキュム方式を用いることができる。

スリット隙間は公知のスリット隙間調整装置によってシートの幅方向における均一性が調整される。さらに、図示しないスリット隙間駆動装置により間欠的に押出されるシートの押出し開始から終了までの間で他方のダイリップを変動させて、シートの押出し方向の厚みが調整される。

スリット隙間調整装置としては熱膨張式または機械式があり、その両方の機能を併せ持つ装置を用いることが好ましい。スリット隙間調整装置はスリットの幅方向に沿って等間隔に複数配置され、各スリット隙間調整装置によってスリット隙間をそれぞれ狭くしたり、広くしたりすることで幅方向におけるシートの厚みを均一なものとする。

スリット隙間調整装置は一方のダイリップに向けて進退自在に設けたダイボルトを有し、その先端に圧力伝達部を介して調整軸が配置されている。調整軸には締結ボルトにより係合片が結合されており、係合片は一方のダイリップに連結されている。ダイボルトを前進させると圧力伝達部を介して調整軸が先端方向に押出されて一方のダイリップが押圧される。これにより、ダイリップは凹溝の部位で変形されてスリット隙間が狭くなる。スリット隙間を広くするにはこれと逆にダイボルトを後退させる。

さらに、上記機械式の調整手段に合わせて熱膨張式の調整手段を用いることで精度良くスリット隙間を調整することができる。具体的には、図示しない電熱ヒーターにより調整軸を加熱して熱膨張させることで一方のダイリップが押圧され、スリット隙間が狭くなる。また、スリット隙間を広くするには電熱ヒーターを停止させ、図示しない冷却手段により調整軸を冷却して収縮させる。

Ｔダイより押出されたシートは分割金型間に垂下された状態で、つまり型締めされる時点において押出し方向の厚みが均一となるように調整することが好ましい。この場合、スリット隙間を押出し開始から徐々に広げ、押出し終了時に最大となるように変動させる。これによりＴダイより押出されるシートの厚みは押出し開始から徐々に厚くなるが、溶融状態で押出されたシートは自重により引き伸ばされてシートの下方から上方へ徐々に薄くなるため、スリット隙間を広げて厚く押出した分とドローダウン現象により引き伸ばされて薄くなった分が相殺されて、シート上方から下方にわたって均一な厚みに調整することができる。

本発明において用いられる発泡剤としては、物理発泡剤、化学発泡剤およびその混合物のいずれを用いてもよい。物理発泡剤としては、空気、炭酸ガス、窒素ガス、水等の無機系物理発泡剤、およびブタン、ペンタン、ヘキサン、ジクロロメタン、ジクロロエタン等の有機系物理発泡剤、さらにはそれらの超臨界流体を用いることができる。超臨界流体としては、二酸化炭素、窒素などを用いて作ることが好ましく、窒素であれば臨界温度１４９．１℃、臨界圧力３．４ＭＰａ以上、二酸化炭素であれば臨界温度３１℃、臨界圧力７．４ＭＰａ以上とすることにより得られる。

本発明に係る車両用空調ダクトを構成するブレンド樹脂に用いられるポリプロピレン系樹脂としては、２３０℃におけるメルトテンションが３０〜３５０ｍＮの範囲内のポリプロピレンを用いる。特に、ポリプロピレン系樹脂が長鎖分岐構造を有するプロピレン単独重合体であることが好ましく、エチレン−プロピレンブロック共重合体を添加することがさらに好ましい。

また、前記樹脂にブレンドされる水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーとしては、耐衝撃性を改善するとともに空調ダクトとしての剛性を維持するために前記ポリプロピレン系樹脂に対して５〜４０ｗｔ％、好ましくは１５〜３０ｗｔ％の範囲で添加される。具体的には、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−ブタジエンランダム共重合体などの水素添加ポリマーを用いる。また、水素添加スチレン系熱可塑性エラストマーとしては、スチレン含有量が３０ｗｔ％未満、好ましくは２０ｗｔ％未満であり、２３０℃におけるＭＦＲは１０ｇ／１０分以下、好ましくは５．０ｇ／１０分以下で、かつ１．０ｇ／１０分以上ある。

また、前記樹脂にブレンドされるポリオレフィン系重合体としては、低密度のエチレン−αオレフィンが好ましく、１〜２０ｗｔ％の範囲で配合することができる。低密度のエチレン−αオレフィンは、密度０．９１ｇ／ｃｍ３以下のものが用いられ、エチレンと炭素原子数３〜２０のα−オレフィンを共重合して得られるエチレン・α−オレフィン共重合体が好適であり、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、１−ヘプテン、１−オクテン、１−ノネン、１−デセン、１−ドデセン、４−メチル−１−ペンテン、４−メチル−１−ヘキセン等があり、好ましくは１−ブテン、１−ヘキセン、１−オクテンが用いられる。また、上記の炭素原子数３〜２０のα−オレフィンは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。エチレン・α−オレフィン共重合体中のエチレンに基づく単量体単位の含有量は、エチレン・α−オレフィン共重合体に対して、５０〜９９ｗｔ％の範囲である。また、α−オレフィンに基づく単量体単位の含有量は、エチレン・α−オレフィン共重合体に対して、１〜５０ｗｔ％の範囲である。特にメタロセン系触媒を用いて重合された直鎖状超低密度ポリエチレンまたはエチレン系エラストマー、プロピレン系エラストマーを用いることが好ましい。

一対の分割金型内に垂下させるシートはドローダウン、ネックインなどにより肉厚のバラツキが発生することを防止し、高い発泡倍率とすることにより良好な軽量性、断熱性を有するダクトを得る観点から溶融張力の高い材料を用いることが必要である。具体的には２３０℃におけるＭＦＲ（ＪＩＳ Ｋ−７２１０に準じて試験温度２３０℃、試験荷重２．１６ｋｇにて測定）が５．０ｇ／１０分以下、さらに好ましくは１．５〜３．０ｇ／１０分とする。なお、一般に、Ｔダイのスリットから薄く押し出す観点からフィルム等の成形では２３０℃におけるＭＦＲが３．０ｇ／１０分より大きく、具体的には５．０〜１０．０ｇ／１０分のものが用いられている。

１ 第一のアキュムレータ
２ 第二のアキュムレータ
３ 第一のプランジャー
４ 第二のプランジャー
５ 第一のＴダイ
６ 第二のＴダイ
７ 第一の押出機
８ 第二の押出機
９ 第一の熱可塑性樹脂供給ホッパ
１０ 第二の熱可塑性樹脂供給ホッパ
１１，１１ 第一の一対のローラ
１２，１２ 第二の一対のローラ
１３，１３ 一対の分割金型
１４，１４ キャビティ
１５，１５ ピンチオフ形成部
１６，１６ 熱可塑性樹脂シート
１７，１７ 型枠
１８ 車両用空調ダクト
１９ 第一の壁面
２０ 第二の壁面
２１ パーティングライン
２２ 取付片
２３ スリット隙間調整装置

Claims (2)

1. 一対の熱可塑性樹脂シートにより成形する樹脂製車両用空調ダクトの成形方法であって、
   押出機から一対の分割金型間に溶融状態の２枚の熱可塑性樹脂シートを押し出し配置した後、前記２枚の熱可塑性樹脂シートをそれぞれ前記一対の分割金型のキャビティに真空吸引することでキャビティ形状に沿った形状とするとともに前記一対の分割金型を閉じることによりピンチオフ形成部によってパーティングラインを形成し、
   その後、離型した後に前記ピンチオフ形成部によって形成されたパーティングラインの外周でバリを切除してダクトを形成し、
   前記２枚の熱可塑性樹脂シートは、２３０℃におけるＭＦＲが１．５〜３．０ｇ／１０分の熱可塑性樹脂を溶融混練した後、溶融混練された熱可塑性樹脂を第一のアキュムレータのアキュム室および第二のアキュムレータの第二アキュム室にそれぞれ貯留し、前記第一のアキュムレータのアキュム室に貯留された熱可塑性樹脂は第一のＴダイのスリット開口から、前記第二のアキュムレータのアキュム室に貯留された熱可塑性樹脂は第二のＴダイのスリット開口から、それぞれ０．６〜６．０ｍｍの厚さで押し出され、前記２枚の熱可塑性樹脂シートの厚みが別個に調整されて一対の分割金型間に配置され、
   前記押出機から供給された発泡剤を混練した熱可塑性樹脂をアキュム室に貯留して一定間隔でプランジャーを用いて前記第一のＴダイおよび前記第二のＴダイに供給し、溶融状態で、かつ、気泡セルを有するシートとして間欠的に押出すことを特徴とする樹脂製車両用空調ダクトの成形方法。
2. 前記押出される熱可塑性樹脂シートを一対のローラ間で延伸させて当該シートの厚みを薄く調整することを特徴とする請求項１記載の樹脂製車両用空調ダクトの成形方法。

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