JP6990595B2 - 燃料タンクの成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性樹脂を使用した燃料タンクの成形方法の技術に関する。

熱可塑性樹脂（以下、適宜樹脂と称する）によって構成された自動車用の燃料タンクでは、タンク本体内の燃料が揮発することで、タンク本体が膨張する現象が生じる。このようなタンク本体の膨張を抑えるため、繊維強化樹脂からなるカバーで、タンク本体の周囲を覆うことが行われている。

図１１は、従来行われている、ブロー成形による燃料タンクの製造方法を示す図である。
ブロー成形装置１ｂは、ダイス１１、エアピン１３、金型１２ｂを有している。
ダイス１１は、図示しない押出装置から押し出された融解樹脂（パリソンＰ）を、例えば筒状にして金型１２ｂのキャビティ内へ吐出する。

ここで、図１１に示すように、金型１２ｂの内側には、予め成形されているカバーＣが配置されている。カバーＣは、成形されるタンク本体の外形と同じ形状を有している（タンク本体と嵌合する形状を有している）。すなわち、カバーＣは、金型１２ｂに嵌合した状態となっている。
このようにカバーＣが金型１２ｂに嵌合した状態において、エアピン１３からパリソンＰの内側に圧縮エアが供給されることで、パリソンＰが膨張すると、膨張したパリソンＰがカバーＣに押し当てられる。これによって、樹脂製のタンク本体が成形される（ブロー成形）。

このとき、高温のパリソンＰがカバーＣに押し当てられることで、パリソンＰと接しているカバーＣの部分（すなわち、カバーＣの内側表面）が融解する。この結果、パリソンＰと、カバーＣとが融着する。
その後、パリソンＰ及びカバーＣが冷却した後、パリソンＰ（すなわち、タンク本体）及びカバーＣが融着した状態で金型１２ｂから取り出される。

この結果、カバーＣとタンク本体とが融着し、カバーＣとタンク本体との間の剛性を向上させることができる。

ここで、タンク本体がブロー成形された後、金型１２ｂ内で冷却する際に、カバーＣが金型１２ｂのキャビティ内に固定されず、図１２に示すように、金型１２ｂとカバーＣの間に隙間Ｇが生じてしまうことがある。このような隙間Ｇが生じると、この隙間Ｇに空気層が形成される。この空気層が断熱材の役割をしてしまうため、冷却時において、カバーＣの熱が金型１２ｂに逃げないという現象が生じる。これにより、パリソンＰ（タンク本体）が充分に冷却されないという現象が生じる。

このように、パリソンＰ（タンク本体）の冷却が不十分だと、カバーＣは硬化しているが、パリソンＰ（タンク本体）は柔らかい状態となっている。このような状態で、カバーＣ及びタンク本体を取り出すと、取り出した後にタンク本体を構成する樹脂が急激に冷却される。その結果、タンク本体を構成する樹脂が急激に硬化し、凝固収縮を起こす。そして、カバーＣと、タンク本体との収縮差が生じ、カバーＣと、タンク本体との密着面に剥がれが生じる。

さらに、パリソンＰ（タンク本体）の冷却にむらが生じていると、カバーＣに融着している部分と、融着していない部分が生じるため、タンク本体を取り出した際に、タンク本体にゆがみが生じる。この結果、タンク本体の変形が生じてしまう。
また、カバーＣの内側表面は、パリソンＰの熱で融解するが、この部分の冷却が不十分だと、カバーＣの内側表面に剥がれが生じる原因ともなる。

そして、金型１２ｂ内で冷却を十分に行うためには金型１２ｂへの熱引きの十分な時間が必要となり、 サイクルタイムが長くなる。

このような課題を解決するため、特許文献１には、外側金型に要素が導入された後、要素が真空等の手段によって固定された後、プレフォーム（パリソン）による成形が行われることが記載されている。

特許５６０８２８７号明細書

前記したように、パリソン（燃料タンク）の冷却が不十分であると、カバーと、燃料タンクとの密着面に剥がれが生じる。しかし、特許文献１には、冷却に関する記載はない。

このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、燃料タンクの成形における効率を向上させることを課題とする。

前記した課題を解決するため、本発明は、金型内に成形済みのカバーを配置する配置工
程と、前記金型内に、前記カバーと対向するように、前記カバーと融着可能な外表面を有する熱可塑性樹脂を導入する導入工程と、前記熱可塑性樹脂の内部にエアが吹き込まれることで、前記熱可塑性樹脂を前記カバーに融着させる成形工程と、前記金型内で前記カバー及び前記熱可塑性樹脂を冷却硬化させる冷却工程と、を有し、前記冷却工程において、固定機構によって、前記カバーが前記金型へ密着固定され、前記固定機構は、金型に設けられた複数の孔から金型内のエアを吸引することで、前記カバーを固定するものであり、前記固定機構による固定は、前記複数の孔を介して前記金型と、前記カバーとの間に存在するエアを吸引することで行われ、前記密着固定は、前記孔毎に吸引力が調整されることで行われることを特徴とする。
その他の解決手段については、実施形態中に適宜記載する。

本発明によれば、燃料タンクの成形における効率を向上させることができる。

第１実施形態で用いられる燃料タンク成形システム１００の構成を示す機能ブロック図である。 第１実施形態で用いられる燃料タンク成形システム１００（図１参照）によって、成形される燃料タンクＦの例を示す図である。 タンク本体Ｔ（図２参照）の樹脂層の例を示す図である。 カバー配置工程を示す図である。 導入工程及びブロー成形工程を示す図である。 挟み込み工程が完了したブロー成形工程を示す図である。 冷却工程を示す図である。 取出工程を示す図である。 第２実施形態で用いられる燃料タンク成形システム１００ａの構成を示す機能ブロック図である。 第２実施形態における冷却工程を示す図である。 従来行われている、ブロー成形による燃料タンクの製造方法を示す図である。 金型１２ｂとカバーＣのずれを示す模式図である。

次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
まず、図１～図８を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。
（システム）
図１は、第１実施形態で用いられる燃料タンク成形システム１００の構成を示す機能ブロック図である。
燃料タンク成形システム１００は、ブロー成形装置１及びエア吸引装置２を有している。
ブロー成形装置１は、ブロー成形によってタンク本体Ｔ（図２参照）を成形する。
エア吸引装置２は、金型１２（図４～図８）に設けられている吸引孔（固定機構）１４（図４～図８）からエアを吸引する。

（燃料タンクＦ）
図２は、第１実施形態で用いられる燃料タンク成形システム１００（図１参照）によって、成形される燃料タンクＦの例を示す斜視図である。
燃料タンクＦは、タンク本体Ｔと、カバーＣとから構成される。カバーＣは、繊維強化プラスチック等といった、タンク本体Ｔの外側表皮層３１（図３参照）に融着可能な繊維強化樹脂によって構成されている。タンク本体Ｔの構造については後記する。

前記したように、カバーＣは、タンク本体Ｔ内の燃料の蒸発に伴うタンク本体Ｔの膨張を抑えるために設けられる。なお、図２では、タンク本体Ｔと、カバーＣとが分離しているが、実際には、タンク本体Ｔと、カバーＣとは融着している。前記したように、タンク本体Ｔと、カバーＣとが融着することによって、剛性を上げることができる。なお、カバーＣは、アッパーカバーＣａ及びロアーカバーＣｂを有している。

図３は、タンク本体Ｔ（図２参照）の樹脂層の例を示す図である。
前記したように、タンク本体Ｔは熱可塑性樹脂によって構成されている。タンク本体Ｔは、外側から順に、外側表皮層３１、外側ベース層３２、外側接着剤層３３、バリヤ層３４、内側接着剤層３５、内側ベース層３６を有している。なお、外側表皮層３１、外側ベース層３２は衝撃耐性を有し、内側ベース層３６は燃料油に対する耐久性を有する。

具体的には（一例として）、外側表皮層３１及び外側ベース層３２は、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、エチレン－ビニルアルコール共重合樹脂等で構成される。また、外側接着剤層３３は、変性ポリオレフィン樹脂等で構成される。そして、バリヤ層３４は、エチレン－ビニルアルコール共重合樹脂等で構成される。また、内側接着剤層３５は、変性ポリオフィレン樹脂等で構成される。そして、内側ベース層３６はポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂等で構成される。
なお、外側表皮層３１と、カバーＣとは同一の部材によって構成されるのが好ましい。

（燃料タンクＦの成形手順）
次に、図４～図８を参照して、第１実施形態で行われる燃料タンクＦ（図２参照）の成形手順を説明する。
図４～図８において、ブロー成形装置１は、ダイス１１、金型１２、エアピン１３を有している。
ダイス１１は、図示しない押出装置から押し出されたパリソンＰ（熱可塑性樹脂；図５参照）を、例えば筒状にして金型１２のキャビティ内へ吐出する。なお、パリソンＰは、図３に示す構成で吐出される。パリソンＰの温度は、１６０℃～１９０℃、好ましくは、１８０℃～１９０℃である。

図示しないエア供給装置は、エアピン１３を介して、パリソンＰの内側に圧縮エアを供給する。この結果、パリソンＰが膨張する。膨張したパリソンＰが金型１２に押し当てられることで、樹脂製のタンク本体Ｔが成形される（ブロー成形）。また、金型１２には、複数の吸引孔１４が設けられている。
なお、図４～図８では、タンク本体Ｔ（図２参照）及びカバーＣが、縦方向に配置されている。

＜カバー配置工程＞
図４は、カバー配置工程を示す図である。
まず、カバーＣの配置に先立ち、エア吸引装置２は、吸引孔１４からエアを吸引することを開始する（破線矢印）。
その後、図４に示すように、金型１２の内側に予め成形済みのカバーＣが配置される。カバーＣは、成形されるタンク本体Ｔ（図２参照）の外形と同じ形状を有している（タンク本体Ｔと嵌合する形状を有している）。すなわち、カバーＣは、金型１２に嵌合した状態となっている。カバーＣの配置は、図示しないマニピュレータ等で行われてもよいし、手作業で行われてもよい。

＜導入工程及びブロー成形工程＞
図５及び図６は、導入工程及びブロー成形工程を示す図である。
図５に示すように、融解状態のパリソンＰがダイス１１から、例えば、筒状に吐出される（導入工程）。また、この導入工程とともに、左右の金型１２が吐出されているパリソンＰを挟み込む挟み工程が行われる。この挟み込み工程と同時に、エアピン１３を介して、パリソンＰ内部に圧縮エアが供給される（実線矢印）ブロー成形工程が行われる。これにより、パリソンＰが膨張し、膨張したパリソンＰは金型１２（カバーＣ）に押し付けられる（図６参照）。

このとき、エア吸引装置２（図１参照）により、吸引孔１４からエアが吸引されている（破線矢印）。これにより、カバーＣが金型１２に押し付けられ、カバーＣが安定的に固定される。つまり、吸引孔１４を介して、金型１２と、カバーＣとの間に存在するエアが吸引されることで、カバーＣが金型１２に固定される。
ちなみに、この時点での金型１２の温度は常温（およそ２６℃）である。

図６は、挟み込み工程が完了したブロー成形工程を示す図である。
図６に示すように、挟み込み工程が完了することによって、パリソンＰの上下が閉じられる。図６に示すように、挟み込み完了後も、エアピン１３を介して、パリソンＰの内部に圧縮エアが所定時間供給される（実線矢印）。

パリソンＰと、カバーＣとが接すると、パリソンＰの熱によって、カバーＣのうち、パリソンＰに接する部分が融解する。この結果、タンク本体Ｔ（パリソンＰ）と、カバーＣとが融着する。なお、カバーＣを構成する繊維強化プラスチックの融点は１３０℃以上である。図６に示すように、挟み込み工程が完了した後でも、エア吸引装置２（図１）により、吸引孔１４からエアが吸引されている（破線矢印）。これにより、カバーＣが金型１２に安定的に固定され続ける。
なお、このブロー成形工程は、次の冷却工程も兼ねている。

＜冷却工程＞
図７は、冷却工程を示す図である。
ブロー成形工程では、圧縮エアが所定時間供給されたのち、圧縮エアの供給が停止する。そして、エアピン１３が下降することにより、エアピン１３がパリソンＰの外に配置される。なお、エアピン１３によるタンク本体Ｔの穴は、パリソンＰが柔らかい状態のため、自然と閉じる。
そして、図７に示すように、この状態がしばらく保たれることにより、パリソンＰの冷却が行われる。なお、冷却は、常温で行われてもよいし、吸引孔１４とは別に金型１２に設けられる、図示しない冷却孔を介して、冷却エアが、カバーＣ外側に吹きつけられることで行われてもよい。

なお、この冷却工程中においても、エア吸引装置２（図１）により、吸引孔１４からエアが吸引されている（破線矢印）。これにより、カバーＣが金型１２に安定的に固定され続ける。さらに、冷却工程中においても、吸引孔１４からエアが吸引され続けることで、金型１２と、カバーＣとの間の隙間がなくなる。これにより、パリソンＰ（タンク本体Ｔ）及びカバーＣの熱が効率よく金型１２へ逃げる。従って、パリソンＰ（タンク本体Ｔ）及びカバーＣの冷却が促進され、パリソンＰ（タンク本体Ｔ）の硬化にかかる時間を短縮することができる。

なお、ここでは、圧縮エアが所定時間供給されたのち、圧縮エアの供給が停止し、冷却工程が開始されるものとしたが、ブロー成形工程と、冷却工程とが同時に行われてもよい。つまり、パリソンＰ（タンク本体Ｔ）及びカバーＣの冷却が完了するまで、圧縮エアが供給され続けてもよい。なお、この場合、エアピン１３によって開けられているパリソンＰの穴は、パリソンＰの冷却後にふさがれる。

＜取出工程＞
図８は、取出工程を示す図である。
所定時間が経過し、カバーＣの表面温度が、およそ７０℃以下になると、図８の白抜矢印方向に金型１２が開くことにより、燃料タンクＦ（カバーＣ＋タンク本体Ｔ）が取り出される。

第１実施形態では、冷却工程において、吸引孔１４からエアが吸引されることにより、冷却時におけるカバーＣの固定が実現される。すると、冷却時において、金型１２と、カバーＣとの間の隙間がなくなる。これにより、パリソンＰ（タンク本体Ｔ）及びカバーＣの熱が効率よく金型１２へ逃げる。従って、第１実施形態によれば、パリソンＰ（タンク本体Ｔ）及びカバーＣの冷却が促進され、パリソンＰ（タンク本体Ｔ）の硬化にかかる時間を短縮することができる。

さらに、吸引されるエアとともに、パリソンＰの熱も逃げるため、パリソンＰ（タンク本体Ｔ）の硬化にかかる時間を短縮することができる。

また、ブロー成形完了後からエアの吸引を行うことで良好な冷却を行うことができるが、この場合、エアの吸引開始とともにカバーＣの位置が移動するおそれがある。これによって、タンク本体Ｔにゆがみが生じる。このゆがみによって、タンク本体Ｔの厚みが変わったり、タンク本体Ｔと、カバーＣとの融着が剥がれたりすることも考えられる。

そこで、第１実施形態では、少なくともブロー成形開始から冷却工程まで連続して吸引孔１４からエアが吸引されている。カバーＣは成形済みの状態で金型１２に配置されるため、圧縮エアの力だけでは、カバーＣが金型１２に密着しない。少なくともブロー成形工程から冷却工程まで連続してエアが吸引されることで、この期間においてカバーＣを金型１２に密着させることができる。

これにより、金型１２に安定的に固定されたカバーＣにパリソンＰ（タンク本体Ｔ）を融着させることができる。つまり、カバーＣがずれることなく、パリソンＰ（タンク本体Ｔ）を融着させることができる。これにより、次工程の取出工程において、カバーＣや、タンク本体Ｔを変形させることがなくなる。従って、燃料タンクＦの品質を安定させることができる。

また、図４～図８に示すように、金型１２には吸引孔１４が複数設けられている。このようにすることで、吸引孔１４のレイアウトによりエアの吸引力を適宜調整することができる。燃料タンクＦの形状は複雑であり、従って、金型１２も複雑な形状を有している。このため、部分的にカバーＣが浮きやすい箇所が生じることがある。第２実施形態によれば、このようにカバーＣが浮きやすい箇所について、大きな吸引力が得られるような吸引孔１４のレイアウトとすることで、カバーＣを安定的に金型１２に固定することができる。つまり、燃料タンクＦの形状に合わせて吸引孔１４の配置を適宜調整することが可能となり、複雑な形状のカバーＣでも金型１２へ密着固定することができる。

なお、図４～図７では、左右の金型１２に２つずつの吸引孔１４が設けられているが、これに限らない。また、左右の金型１２に１つずつの吸引孔１４が設けられてもよい。

［第２実施形態］
次に、図９を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。
（システム）
図９は、第２実施形態で用いられる燃料タンク成形システム１００ａの構成を示す機能ブロック図である。図９において、図１と同様の構成については、図１と同一の符号を付して説明を省略する。
図９において、図１と異なる点は、エア吸引制御装置３が備えられている点である。
エア吸引制御装置３は、一般的なＰＣ（Personal Computer）や、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等である。そして、エア吸引制御装置３は吸引孔１４毎にエアの吸引力を調整するものである。

＜冷却工程＞
図１０は、第２実施形態における冷却工程を示す図である。
図１０に示されるように、第２実施形態では、エア吸引制御装置３は、複数ある吸引孔１４毎に異なる吸引力でエアを吸引するよう、エア吸引装置２を制御している。図１０では、大きい吸引力を太い破線矢印で示し、小さい吸引力を細い破線矢印で示している。
なお、ここでは、冷却工程のみを図示したが、ブロー成形工程でも同様に、複数ある吸引孔１４毎に異なる吸引力でエアが吸引される。

第２実施形態によれば、吸引孔１４毎にエアの吸引力を調整することができる。これにより、前記したように、金型１２内でカバーＣが浮きやすい箇所があっても、このような箇所について、大きな吸引力が得られるようにすることができる。これにより、カバーＣを安定的に金型１２に固定することができる。

なお、本実施形態では、吸引孔１４からエアが吸引されることで、カバーＣが金型１２に固定されているが、カバーＣを金型１２に固定する方法はこれに限らない。

１ ブロー成形装置
２ エア吸引装置
３ エア吸引制御装置
１００，１００ａ 燃料タンク成形システム
１１ ダイス
１２ 金型
１３ エアピン
１４ 吸引孔（金型に開けられた孔、固定機構）
Ｃ カバー
Ｆ 燃料タンク
Ｐ パリソン（熱可塑性樹脂）
Ｔ タンク本体

Claims (2)

1. 金型内に成形済みのカバーを配置する配置工程と、
   前記金型内に、前記カバーと対向するように、前記カバーと融着可能な外表面を有する熱可塑性樹脂を導入する導入工程と、
   前記熱可塑性樹脂の内部にエアが吹き込まれることで、前記熱可塑性樹脂を前記カバーに融着させる成形工程と、
   前記金型内で前記カバー及び前記熱可塑性樹脂を冷却硬化させる冷却工程と、
   を有し、
   前記冷却工程において、固定機構によって、前記カバーが前記金型へ密着固定され、
   前記固定機構は、金型に設けられた複数の孔から金型内のエアを吸引することで、前記カバーを固定するものであり、
   前記固定機構による固定は、前記複数の孔を介して前記金型と、前記カバーとの間に存在するエアを吸引することで行われ、
   前記密着固定は、前記孔毎に吸引力が調整されることで行われる
   ことを特徴とする燃料タンクの成形方法。
2. 少なくとも前記成形工程から前記冷却工程まで、前記固定機構によって、前記カバーが前記金型へ密着固定され続ける
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料タンクの成形方法。

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