JP6597348B2

JP6597348B2 - 樹脂燃料タンク用の金型構造

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Publication number: JP6597348B2
Application number: JP2016017963A
Authority: JP
Inventors: 樹木村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2019-10-30
Anticipated expiration: 2036-02-02
Also published as: JP2017136722A

Description

本発明は、樹脂燃料タンク用の金型構造に関する。

従来、自動車用の樹脂燃料タンクを成形する場合には、外層と内層の間にガスバリア性を有するバリア層が積層された多層の溶融樹脂のシート体を金型の第１成形型と第２成形型にそれぞれ賦形し、第１成形型と第２成形型にそれぞれ賦形されたシート体をピンチオフ部で融着することにより燃料タンクとして一体化される。

第１成形型、第２成形型の成形面には、燃料を貯留する燃料タンク本体を成形するキャビティ（凹部）の外周に沿ってピンチオフ部を成形するピンチオフ成形部が設けられている。ピンチオフ成形部は、多層からなるシート体同士が接合される際に、シート体（溶融樹脂）を押し潰して食い切り面を形成するため、シート体に大きな剪断応力が作用する。この際、シート体の温度が低いと、多層からなるシート体において外層と内層よりも融点が高いバリア層(例えば、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）)と外層と内層との間に粘度の差が大きくなり、複数の層の界面で位置ずれを生じるおそれがある。したがって、第１成形型、第２成形型において、ピンチオフ成形部の温度を高く設定したいという要望がある。

一方、第１成形型、第２成形型において燃料タンク本体を成形するキャビティ成形部は、成形品の冷却サイクルを高めるため、低い温度に設定される。

特開２００５−２４６６７１号公報

ところで、第１成形型、第２成形型のキャビティ（凹部）は燃料を貯留する燃料タンク本体を成形する意匠面であるため、製造精度（形状転写精度）確保するために、金属で成形されている。金属は熱伝導率が高いため、接合時にピンチオフ成形部をヒータで加熱してもキャビティ成形部に伝熱し、ピンチオフ成形部のみを高温に維持することは困難であった。

このように、接合時にピンチオフ成形部を所定の温度まで上昇させることができないと、成形品である燃料タンクのピンチオフ部の接合品質の向上が図れないと問題があった。

一方、ピンチオフ成形部とキャビティ成形部との間にピンチオフ成形部及びキャビティ成形部よりも熱伝導率が低い断熱材を配設することにより、キャビティ成形部と比較してピンチオフ成形部の温度を局所的に高くすることができる。しかしながら、意匠面におけるピンチオフ成形部とキャビティ成形部との温度差が大きい場合には、両者間の温度勾配が大きく、溶融樹脂の樹脂結晶化速度の違いにより成形品に鋭角の角部を有する段差が形成されるおそれがあった。このような段差は、成形品である樹脂燃料タンクに外力が作用した際に応力が集中するため好ましくない。

このように、金型において、接合時にピンチオフ成形部とキャビティ成形部に所定の温度差を確保して冷却サイクルを高めつつピンチオフ部の接合品質を確保すると共に、意匠面におけるキャビティ成形部とピンチオフ成形部との温度勾配を緩和して成形品である樹脂燃料タンクに段差が形成されることを抑制することの両立が望まれている。

本発明は上記事実を考慮し、接合時にピンチオフ成形部とキャビティ成形部との温度差を確保すると共に、意匠面におけるピンチオフ成形部とキャビティ成形部との温度勾配を緩和させた樹脂燃料タンク用の金型構造を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、第１成形型と第２成形型を型閉じして樹脂燃料タンクを成形する前記第１成形型と前記第２成形型の各成形面において、燃料が貯留される前記樹脂燃料タンクの燃料タンク本体を成形する意匠面を構成する凹部が形成されたキャビティ成形部と、前記成形面において前記凹部の外周に配設され、凹部側側面が前記意匠面の一部を構成し、内部にヒータが配置されると共に、賦形された樹脂体と他方の成形型に賦形された樹脂体とを接合させて前記樹脂燃料タンクのピンチオフ部を成形するピンチオフ成形部と、前記キャビティ成形部と前記ピンチオフ成形部との間で前記ピンチオフ成形部側に配設され、前記意匠面を構成する凹部側端部が、前記第１成形型と前記第２成形型との型閉じ方向において前記ピンチオフ成形部側から前記キャビティ成形部側に向かって、凹部側から外周側に向かう方向の厚さが薄くなるように形成されると共に、前記キャビティ成形部及びピンチオフ成形部よりも熱伝導率が低い金属製の第１断熱材と、前記キャビティ成形部と前記ピンチオフ成形部との間で前記第１断熱材よりも前記キャビティ成形部側に配設され、前記凹部側端部が前記意匠面に露出せず、前記第１断熱材よりも熱伝導率が低い第２断熱材と、を備える。

この構成によれば、第１成形型、第２成形型それぞれのキャビティ成形部とピンチオフ成形部との間には、キャビティ成形部及びピンチオフ成形部よりも熱伝導率が低い第１断熱材と第１断熱材よりも熱伝導率が低い第２断熱材が配設されている。したがって、ピンチオフ成形部からキャビティ成形部に熱伝導される伝熱量が抑制されるため、接合時にピンチオフ成形部に設けられたヒータを駆動することで、ピンチオフ成形部の接合時の温度をキャビティ成形部よりも高い温度に維持することができる。

この結果、キャビティ成形部をピンチオフ成形部よりも低い温度に維持して、冷却サイクルを短くすることができると共に、ピンチオフ成形部の接合時温度をキャビティ成形部よりも高く設定することによって他の層よりも融点の高いバリア層を含む溶融樹脂の複数の層間の粘度の差を抑制する。したがって、接合時に食い切り面形成のために溶融樹脂に大きな剪断応力が作用しても溶融樹脂の複数の層間の位置ずれを防止又は抑制して、ピンチオフ部の接合品質を向上させることができる。

なお、キャビティ成形部とピンチオフ成形部との間に配設された第１断熱材の凹部側端部は、意匠面の一部を構成するが、第１断熱層は金属製であり所定の強度を有しているため、成形品の製造精度（形状転写精度）を確保することができる。

また、意匠面を構成する第１断熱材は、型閉じ方向においてピンチオフ成形部側からキャビティ成形部側に向かって、ピンチオフ成形部の凹部（内周）側から外周側に向かう方向（以下、「幅方向」という）の厚さが薄くなるように形成されている。すなわち、意匠面の背後に位置する第１断熱材の幅方向厚さがピンチオフ成形部からキャビティ成形部に向かって徐々に減少していく。したがって、意匠面に沿ったピンチオフ部からキャビティ成形部への温度勾配が緩やかになり、成形品（樹脂燃料タンク）における鋭角な角部を有する段差の形成が防止又は抑制される。

請求項１記載の発明の樹脂燃料タンク用の金型構造は、上記構成としたので、樹脂燃料タンクのピンチオフ部の接合品質を確保しつつ、冷却サイクルを高めることができると共に、樹脂燃料タンクに意図しない鋭角な角部を有する段差が形成されることを防止又は抑制できる。

本発明の一実施形態に係る樹脂燃料タンク製造に用いられる金型の型開き状態を示す概略図である。本発明の一実施形態に係る燃料タンク製造に用いられる第２成形型を示す斜視図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。

本発明の一実施形態に係る樹脂燃料タンク用の金型構造について図１〜図３を参照して説明する。なお、各図は模式的なものであり、本発明と関連性の低いものは図示を省略している。また、矢印Ｘは後述する幅方向、矢印Ｙは周方向、矢印Ｚは上下（型閉じ）方向を示す。

図１に示すように、自動車の樹脂燃料タンクの製造に用いられる金型１０は、第１成形型１２と第２成形型１４と、第１成形型１２と第２成形型１４の間に進退自在に構成された中子１６とを備えている。

第１成形型１２の成形面１８には、樹脂燃料タンクの燃料が貯留される燃料タンク本体を成形するための凹部２０（キャビティ）が形成されている。同様に、第２成形型１４の成形面２２には、燃料タンク本体を成形するための凹部（キャビティ）２４が成形されている。

以下、第１成形型１２と第２成形型１４は略同様の構成であるため、第２成形型１４についてのみ説明する。なお、第１成形型１２について、第２成形型１４と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、第２成形型１４が、型開き時、又は型閉じ時に第１成形型１２に対して相対的に移動する方向を「上下方向」といい、型閉じ方向を「上方向」、型開き方向を「下方向」という。また、第２成形型１４の成形面２２を上下方向から視て、凹部２４の端部（外周）に沿って周回する方向を「周方向」と、周方向に直交する方向を「幅方向」という。

第２成形型１４は、図１及び図２に示すように、凹部２４を含む略矩形状のキャビティ成形部２６と、キャビティ成形部２６の成形面２２側で、凹部２４の外周に配置された本発明のピンチオフ部に相当するピンチオフ入子２８とを備えている。このキャビティ成形部２６と、ピンチオフ入子２８は、それぞれ金属製であり、例えば、後述する断熱層４７（第１断熱材４４、第２断熱材４６）、断熱層８２（第１断熱材７８、第２断熱材８０）よりも熱伝導率が相対的に高いアルミ等から形成されている。

キャビティ成形部２６は、図３に示すように、凹部２４の外周に成形面２２から一段下がった凹部３０が形成されており、凹部３０にピンチオフ入子２８が配置されている。凹部３０は、キャビティ成形部２６の凹部２４側の端部（以下、「内周側端部」という）から幅方向に延在する水平面３２と、水平面３２の外周側端部から上下方向に延在する上下面３４とを有する。

ピンチオフ入子２８は、図３に示すように、キャビティ成形部２６の凹部２４に連続して燃料タンク本体の意匠面を構成する内側面３６と、燃料タンクのピンチオフ部を成形する上面３８とを備えている。また、ピンチオフ入子２８は、キャビティ成形部２６の凹部３０の形状に対応して、内周側端部から幅方向に延在する下面４０と、下面４０の外周側端部から上下方向に延在する外側面４２とを備えている。

また、ピンチオフ入子２８には、周方向において所定の間隔をあけて複数のヒータ４３が配設されている。すなわち、複数のヒータ４３は、ピンチオフ入子２８がそれぞれの位置で接合時に所定の温度となるように配置されている。

ピンチオフ入子２８の下面４０とキャビティ成形部２６の凹部３０の水平面３２の間には、第１断熱材４４と第２断熱材４６が上下方向に積層された断熱層４７が設けられている。

第１断熱材４４は、上下方向でピンチオフ入子２８側に配設されるものであり、ピンチオフ入子２８と同様に周方向に延在し、略板状に形成されている。第１断熱材４４は、キャビティ成形部２６及びピンチオフ入子２８よりも熱伝導率が低い金属製の断熱材から形成されている。例えば、ステンレスから形成されている。

また、第１断熱材４４は、図３に示すように、ピンチオフ入子２８の下面４０側の上面４８に、幅方向に一定の間隔をおいて周方向に延在する溝（凹部）５０が形成されている。換言すれば、第１断熱材４４は、上面４８に周方向に延在する溝５０と凸部５２が幅方向に交互に形成されている。

同様に、第１断熱材４４は、キャビティ成形部２６の水平面３２側の下面５４にも周方向に延在する溝（凹部）５６と凸部５８が幅方向に交互に形成されている。

第１断熱材４４の幅方向内周側端部には、キャビティ成形部２６の凹部２４及びピンチオフ入子２８の内側面３６と共に、燃料タンク本体を成形する意匠面を構成する内側面６０が形成されている。

また、第１断熱材４４の下面５４の幅方向内周側端部には、内周側に進むに従って下方向に傾斜した傾斜面６２が形成されている。すなわち、第１断熱材４４は、傾斜面６２の部分において、下方向に向かって幅方向厚さが減少するように形成されている。

第２断熱材４６は、第１断熱材４４とキャビティ成形部２６の凹部３０の水平面３２との間に配設されるものであり、第１断熱材４４と同様に周方向に延在し、略板状に形成されている。第２断熱材４６は、第１断熱材４４よりも熱伝導率が低い樹脂系材料から形成されている。例えば、ガラス繊維とエポキシ樹脂から形成されている。

また、第２断熱材４６は、図３に示すように、第１断熱材４４側の上面６４に、幅方向に一定の間隔をおいて周方向に延在する溝（凹部）６６が形成されている。換言すれば、第１断熱材４４は、上面４８に周方向に延在する溝６６と凸部６８が幅方向に交互に形成されている。

同様に、第２断熱材４６は、キャビティ成形部２６の水平面３２側の下面７２にも周方向に延在する溝（凹部）７４と凸部７６が幅方向に交互に形成されている。

また、第２断熱材４６の上面６４の溝６６、凸部６８に第１断熱材４４の下面５４の凸部５８、溝５６がそれぞれ嵌合されている。

さらに、第２断熱材４６の上面６４の幅方向内周側端部には、内周側に進むに従って下方向に傾斜した、傾斜面６２に対応する傾斜面７０が形成されている。この結果、第２断熱材４６は、傾斜面７０の部分において、内周側端部に向かって上下方向厚さが減少し、その内周側端部がキャビティ成形部２６の凹部２４側に露出していない。すなわち、第２断熱材４６が、燃料タンク本体を成形する意匠面の一部を構成することはない。

なお、ピンチオフ入子２８の外側面４２と凹部３０の上下面３４との間にも、第１断熱材７８、第２断熱材８０が幅方向に沿って積層された断熱層８２が設けられている。第１断熱材７８、第２断熱材８０は、上方向端部に傾斜面が形成されてない点を除いて第１断熱材４４、第２断熱材４６と略同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。

このように構成された金型１０の作用について説明する。
図１に示すように、金型１０の第１成形型１２と第２成形型１４が型開きされ、第１成形型１２、第２成形型１４と中子１６との間に溶融樹脂のシート体１００Ａ、１００Ｂがそれぞれ挿入され、シート体１００Ａ、１００Ｂが第１成形型１２、第２成形型１４の成形面１８、２２にそれぞれ真空賦形される。

さらに、第１成形型１２と第２成形型１４の間から中子１６が離脱した後、第１成形型１２と第２成形型１４が型閉じされることにより、第１成形型１２の凹部２０等に真空賦形されたシート体１００Ａと第２成形型１４の凹部２４等に真空賦形されたシート体１００Ｂがピンチオフ入子２８、２８で挟持されることにより接合される。

以下、第２成形型１４側のみで説明するが、第１成形型１２側も略同様である。
ピンチオフ入子２８は、内蔵されているヒータ４３が駆動され、接合時にキャビティ成形部２６よりも高い設定温度に加熱される。

この際、ピンチオフ入子２８とキャビティ成形部２６の間には、キャビティ成形部２６及びピンチオフ入子２８よりも熱伝導率の低い第１断熱材４４と第２断熱材４６が配設されているため、ピンチオフ入子２８からキャビティ成形部２６に至る熱伝導が抑制され、ピンチオフ入子２８の温度低下が抑制される。

特に、第１断熱材４４の上面４８に形成された凸部５２のみがピンチオフ入子２８の下面４０に当接し、第２断熱材４６の下面７２に形成された凸部７６のみがキャビティ成形部２６に形成された凹部３０の水平面３２に当接する構成とされている。すなわち、第１断熱材４４の上面４８とピンチオフ入子２８の下面４０との当接面積、及び第２断熱材４６の下面７２とキャビティ成形部２６の水平面３２との当接面積を減少させているため、ピンチオフ入子２８からキャビティ成形部２６への熱伝導が抑制されることなる。これにより、ピンチオフ入子２８の温度低下が一層抑制される。

第１断熱材７８、第２断熱材８０も、第１断熱材４４、第２断熱材４６と同様の構成であるため、同様の作用を奏する。

したがって、ヒータ４３を駆動することにより、ピンチオフ入子２８をキャビティ成形部２６よりも高い所定の温度に維持することが可能となる。

また、断熱層４７をピンチオフ入子２８の下面４０とキャビティ成形部２６（凹部３０の水平面３２）との間に配置した場合、幅方向内周側端部が凹部２４（内周）側に露出する。すなわち、断熱層４７の幅方向内周側端部が燃料タンク本体を形成する意匠面の一部を構成することになるが、断熱層４７が樹脂製の断熱材のみから構成された場合、成形時に作用する高い圧縮応力に耐えることや十分な曲げ強度を確保することができない。

これに対して、本実施形態では、断熱層４７を金属製の第１断熱材４４と樹脂製の第２断熱材４６の積層構造とし、幅方向内周側端部では第１断熱材４４のみが凹部２４側に露出するように形成している。すなわち、断熱層４７のうち、金属製の第１断熱材４４のみが意匠面を構成していることにより、燃料タンク本体の成形精度（形状転写精度）を確保することができる。

上記製造精度を担保すると共に、第１断熱材４４よりも熱伝導率の低い樹脂製の第２断熱材４６を積層することで、ピンチオフ入子２８からキャビティ成形部２６に至る熱伝導を低減させてピンチオフ入子２８の温度低下を一層低減することができる。

特に、断熱層４７では、内周側端部を除いて第１断熱材４４の上下方向の厚さを極力薄くし、第２断熱材４６の上下方向厚さを大きく（断熱層４７の上下方向厚さにおいて第２断熱材４６の厚さの占める割合を高く）している。これにより、ピンチオフ入子２８からキャビティ成形部２６に至る熱伝導を一層低減させ、ピンチオフ入子２８の温度低下を一層低減することができる。

このように、ピンチオフ入子２８からキャビティ成形部２６に至る熱伝導を抑制することができるため、低温（例えば３０℃）に設定されたキャビティ成形部２６に対してピンチオフ入子２８を高温（例えば８０℃）に維持することができる。この結果、ピンチオフ部を構成する溶融樹脂のシート体１００Ｂとシート体１００Ａが高温で接合され、シート体１００Ｂにおいて他の層よりも融点の高いガスバリア性を有するバリア層と他の層との粘度の差が抑制される。したがって、接合時に食い切り面を形成するためにシート体１００Ｂに大きな剪断応力が作用してもシート体１００Ｂを構成する複数の層の界面で位置ずれを生ずることが防止又は抑制され、成形品である樹脂燃料タンクのピンチオフ部の接合品質が確保される。

なお、第１断熱材４４の下面５４に形成された凸部５８と溝５６が、第２断熱材４６の上面６４に形成された溝６６と凸部６８と嵌合される構成とされるため、断熱層４７が第１断熱材４４と第２断熱材４６の積層体でありながら、十分な強度を有する。

さらに、第１断熱材４４は、下面５４に幅方向内周側端部に内周側に向かって下方向に傾斜した傾斜面６２が形成されており、下方向に向かって幅方向厚さを減少させている。すなわち、下方向（ピンチオフ入子２８側からキャビティ成形部２６側）に向かって、意匠面背後の第１断熱材４４の幅方向厚さが徐々に小さくなるように形成されている。この結果、第１断熱材４４が配設されている意匠面の温度勾配が緩和される。すなわち、意匠面に沿ったピンチオフ入子２８からキャビティ成形部２６に至る温度勾配が緩やかになる。この結果、成形品である燃料タンク本体に鋭角の角部を有する段差が形成されることが防止又は抑制される。

なお、本実施形態では、第２断熱材４６を樹脂系材料から形成されるとしたが、これに限定されるものではない。金属材料よりも熱伝導率が低いものであれば、樹脂系材料でなくても良い。

１０金型
１２第１成形型
１４第２成形型
１８、２２成形面
２０、２４凹部
２６キャビティ成形部
２８ピンチオフ入子（ピンチオフ成形部）
４４、７８第１断熱材
４６、８０第２断熱材
１００Ａ、１００Ｂシート体（樹脂体）

Claims

第１成形型と第２成形型を型閉じして樹脂燃料タンクを成形する前記第１成形型と前記第２成形型の各成形面において、燃料が貯留される前記樹脂燃料タンクの燃料タンク本体を成形する意匠面を構成する凹部が形成されたキャビティ成形部と、
前記成形面において前記凹部の外周に配設され、凹部側側面が前記意匠面の一部を構成し、内部にヒータが配置されると共に、賦形された樹脂体と他方の成形型に賦形された樹脂体とを接合させて前記樹脂燃料タンクのピンチオフ部を成形するピンチオフ成形部と、
前記キャビティ成形部と前記ピンチオフ成形部との間で前記ピンチオフ成形部側に配設され、前記意匠面を構成する凹部側端部が、前記第１成形型と前記第２成形型との型閉じ方向において前記ピンチオフ成形部側から前記キャビティ成形部側に向かって、凹部側から外周側に向かう方向の厚さが薄くなるように形成されると共に、前記キャビティ成形部及びピンチオフ成形部よりも熱伝導率が低い金属製の第１断熱材と、
前記キャビティ成形部と前記ピンチオフ成形部との間で前記第１断熱材よりも前記キャビティ成形部側に配設され、前記凹部側端部が前記意匠面に露出せず、前記第１断熱材よりも熱伝導率が低い第２断熱材と、
を備える樹脂燃料タンク用の金型構造。