(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱溶融された樹脂を成形する射出成形装置であって、
樹脂流動部を有する成形用金型と、
前記樹脂流動部に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段と、
加熱溶融された樹脂を前記不活性ガスが供給された樹脂流動部に射出した後の樹脂流動端末部の樹脂を前記成形用金型内で所定の形状に熱加工するための熱加工部材と、
を有することを特徴とする射出成形装置。
【請求項２】
加熱溶融された樹脂を成形する射出成形方法であって、
成形用金型の樹脂流動部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給工程と、
加熱溶融された樹脂を前記不活性ガスが供給された樹脂流動部に射出する射出工程と、
熱加熱部材を用いて、前記樹脂流動部に射出した後の樹脂流動端末部の樹脂を前記成形用金型内で所定の形状に熱加工する熱加工工程と、
を含むことを特徴とする射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形装置および射出成形方法に関し、特に、樹脂等を加熱溶融して、成形用金型の樹脂流動部（キャビティ）内に射出して成形体を成形するための射出成形装置および射出成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池自動車や天然ガス自動車等には、燃料ガスとしての水素ガスや天然ガス等を貯蔵する高圧タンクが搭載される。高圧タンクとして、樹脂製タンク（ライナ：内容器）の外面に単位密度当りの強度が非常に高い炭素繊維強化プラスチック材（ＣＦＲＰ材）等を巻き付けて補強した高圧タンクが知られている。このような高圧タンクを製造する際、例えばフィラメントワインディング法のように炭素繊維等の繊維束にエポキシ樹脂等の樹脂溶液を含浸させた状態で樹脂製タンク（樹脂ライナ）の外面に巻き付けて繊維層を形成した後、樹脂を硬化させて補強層を形成する方法がある。
【０００３】
樹脂ライナは、例えば、成形材料の樹脂を加熱溶融し、成形用金型のキャビティ内に射出して成形する射出成形により成形される。例えば、成形用金型に樹脂を流し込んで、端末部にリブ形状を有する略半円柱体である成形体を２つ成形し、リブ形状を有する端末部でそれらを嵌合させて、嵌合部をレーザ等により溶着して略円柱状の樹脂ライナが成形される。
【０００４】
このような高圧タンク用樹脂ライナの成形のように、成形用金型内の樹脂流動長が長く、かつ、樹脂流動端末部がリブ形状のような細い形状となっている場合、射出成形時に樹脂が成形用金型内を流動する際、樹脂の充填不良、焼け等が発生したり、酸化劣化した樹脂が成形体の端末部に残留することがある。また、このような状態でレーザ溶着すると、レーザが透過しない等の原因で、レーザ溶着時に、焼け、未溶着等の溶着不良が発生することがある。
【０００５】
特許文献１には、圧力容器となるＦＲＰ補強タンクを成形する際に、成形工程に要する時間を短縮すると共に、ボイドが生じず成形品内部まで樹脂含浸を可能とするために、芯体となるライナに強化繊維層が巻回された巻付体を密閉する分離自在な金型と、前記金型に樹脂を注入する樹脂注入器と、前記金型から漏出する樹脂を受け取る樹脂トラップと、該樹脂トラップに連通する真空ポンプとを有するＦＲＰ補強タンクの成形装置であって、前記金型の一方の端部に樹脂注入口を設けて前記樹脂注入器を接続し、他方の端部に真空引き口を設けて前記樹脂トラップを接続し、前記樹脂注入器にコンプレッサを配設して所定の硬化剤と混合された樹脂を前記金型に加圧注入する構成とすると共に、注入された樹脂を硬化させるための加熱手段を前記金型に設けたＦＲＰ補強タンクの成形装置が記載されている。
【０００６】
しかし、特許文献１の技術では、成形体の樹脂流動端末部における樹脂の充填不良、焼け等の発生、酸化劣化した樹脂の残留等を抑制できず、安定した品質を確保することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１２５８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、射出成形による成形体の安定した品質を確保することができる射出成形装置および射出成形方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、加熱溶融された樹脂を成形する射出成形装置であって、樹脂流動部を有する成形用金型と、前記樹脂流動部に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段と、加熱溶融された樹脂を前記不活性ガスが供給された樹脂流動部に射出した後の樹脂流動端末部の樹脂を前記成形用金型内で所定の形状に熱加工するための熱加工部材と、を有する射出成形装置である。
【００１０】
また、本発明は、加熱溶融された樹脂を成形する射出成形方法であって、成形用金型の樹脂流動部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給工程と、加熱溶融された樹脂を前記不活性ガスが供給された樹脂流動部に射出する射出工程と、熱加熱部材を用いて、前記樹脂流動部に射出した後の樹脂流動端末部の樹脂を前記成形用金型内で所定の形状に熱加工する熱加工工程と、を含む射出成形方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、熱加熱部材を用いて、成形用金型の樹脂流動部に射出した後の樹脂流動端末部の樹脂を成形用金型内で所定の形状に熱加工することによって、射出成形による成形体の安定した品質を確保することができる射出成形装置および射出成形方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る射出成形装置の一例の全体構成を示す概略図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）本発明の実施形態に係る射出成形方法の一例を説明するための概略図である。
【図３】高圧タンクを製造するための樹脂ライナ成形体の一例を示す概略図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る射出成形方法における熱加熱部材による樹脂流動末端部の熱加工の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
本発明の実施形態に係る射出成形装置の一例の構成の概略を図１に示す。
【００１５】
図１に示すように、射出成形装置１は、加熱溶融された樹脂を成形する射出成形装置であって、樹脂流動部１８を有する成形用金型１６と、樹脂流動部１８に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段としての不活性ガス供給流路２４と、加熱溶融された樹脂を樹脂流動部１８に射出した後の樹脂流動端末部の樹脂を成形用金型１６内で所定の形状に熱加工するための熱加工部材としての熱刃２０とを備える。射出成形装置１は、加熱溶融された樹脂を樹脂流動部１８に射出する際に樹脂流動端末部を遮蔽するための可動型の遮蔽手段としての遮蔽部材２２を備えていてもよい。また、射出成形装置１は、樹脂を加熱溶融するための加熱シリンダ１０と、加熱シリンダ１０の筒部に内蔵され、加熱シリンダ１０内の加熱溶融された樹脂を射出するための射出スクリュ１２と、成形用の樹脂２６を加熱シリンダ１０内に供給するための樹脂供給手段としての樹脂供給装置１４とを備えていてもよい。
【００１６】
射出成形装置１において、例えば、加熱シリンダ１０の筒部の周囲には、加熱シリンダ１０を加熱するための加熱手段としての加熱用ヒータ（図示せず）等が配置され、加熱シリンダ１０の内部を加熱するようになっている。
【００１７】
射出スクリュ１２は、軸部と、軸部の周囲に沿って螺旋状に形成され、加熱シリンダ１０内で加熱溶融された樹脂を射出するための溝部とを有する。射出スクリュ１２の軸部は、モータ（図示せず）等の回転駆動手段と連結されている。
【００１８】
樹脂供給装置１４は、樹脂供給通路等により加熱シリンダ１０の供給受け部の開口部と接続されている。樹脂供給通路の途中位置には、樹脂供給通路を開閉するためのバルブ等が設置されていてもよい。
【００１９】
射出成形装置１の加熱シリンダ１０は、射出ノズル等を介して成形用金型１６の供給受け部の開口部と接続されている。成形用金型１６は、高圧タンク用樹脂ライナ等の成形体を成形するための樹脂流動部（キャビティ）１８を構成するようになっている。
【００２０】
成形用金型１６には樹脂流動部１８に通じる不活性ガス供給流路２４が設けられ、図示しない不活性ガス供給装置から不活性ガス供給流路２４を通して樹脂流動部１８に不活性ガスが供給されるように構成されている。
【００２１】
また、成形用金型１６において、加熱溶融された樹脂が樹脂流動部１８に射出される際には可動型の遮蔽部材２２により樹脂流動端末部が遮蔽され、樹脂流動部１８に樹脂が射出された後の樹脂流動端末部の樹脂が熱刃２０により所定の形状に熱加工される際には、遮蔽部材２２が移動されて樹脂流動端末部が開放されるように構成されている。
【００２２】
本実施形態に係る射出成形方法および射出成形装置１の動作について、図１，図２を参照しながら説明する。
【００２３】
まず、成形用金型１６を閉じ、遮蔽部材２２により樹脂流動部１８の樹脂流動端末部が遮蔽される。成形用金型１６の型締めが完了すると、射出成形を実施するにあたり、不活性ガス供給流路２４を通じて、成形用金型１６の樹脂流動部１８内への不活性ガスの供給が行われる（図２（ａ）、不活性ガス供給工程）。これにより、成形用金型１６内部での加熱等による樹脂の溶融操作時の酸化の防止が図られる。不活性ガス供給工程の前に、図示しない真空ポンプ等の減圧脱気手段により、成形用金型１６の樹脂流動部１８内を減圧脱気して真空状態としてもよい（減圧脱気工程）。
【００２４】
図１の樹脂供給装置１４には樹脂供給源から樹脂が供給され、樹脂供給装置１４に供給された樹脂は、バルブ等の開閉動作により開口部から加熱シリンダ１０内に所定量が供給される。加熱シリンダ１０は、加熱用ヒータ等により加熱され、加熱シリンダ１０内の温度は温度センサ、制御部等により所定の加熱温度範囲内となるように制御される。加熱シリンダ１０の加熱により、加熱シリンダ１０内の樹脂が加熱、溶融される。
【００２５】
射出スクリュ１２は回転駆動手段等による回転動作と、軸方向の直進移動動作の制御が行われ、加熱シリンダ１０から、溶融樹脂が成形用金型１６の樹脂流動部１８内に射出される（図２（ｂ）、射出工程）。射出が完了した後、必要に応じて溶融樹脂が成形用金型１６内で冷却または放冷され、半硬化状態とされる（半硬化工程）。その後、遮蔽部材２２が移動されて樹脂流動端末部が開放され、所定の形状を有し加熱された熱刃２０が押し付けられることにより樹脂流動端末部の樹脂が所定の形状に熱加工される（図２（ｃ）、熱加工工程）。熱加工工程後、成形体の冷却が完了する（冷却工程）と、型開き後、成形体３０が成形用金型１６から押出され、取り出されて完成品となる（図２（ｄ）、取り出し工程）。連続成形の場合は、以上のサイクルを繰り返せばよい。
【００２６】
なお、本明細書において、「半硬化状態」とは、樹脂が完全に硬化する前の状態のことをいう。
【００２７】
不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等が挙げられる。
【００２８】
熱刃２０等の熱加工部材は図示しない加熱手段により加熱され、熱刃２０の表面温度は、成形に用いる樹脂の硬化温度より高い温度であればよく、特に制限はないが、例えば、成形に用いる樹脂の硬化温度＋５０℃〜＋１８０℃の範囲であればよい。
【００２９】
熱加工部材は例えば、鉄、ステンレス等の金属製の熱刃である。熱加工部材の形状は、成形する成形体の用途、成形体の後加工工程等に応じた樹脂流動端末部に必要な形状に基づいて設定される。必要に応じて、樹脂流動端末部において、他の部分よりも厚肉に成形して、熱加工部材により熱加工してもよい。例えば、成形体が図３，４に示すような高圧タンク用樹脂ライナである場合、成形体３０の樹脂流動端末部を図５に示すような厚肉に成形し、くさび形状を有する熱刃２０により溶着リブ３２の形状とすればよい。
【００３０】
本実施形態において、温度制御された加熱不活性ガスを使用すると、活動性向上を図る等の効果がある。加熱不活性ガスの温度としては、例えば、１００℃〜１５０℃とすればよい。
【００３１】
このように、樹脂の射出前に、成形用金型１６内を必要に応じて一度真空状態にした後、不活性ガスを充填し、その後、樹脂を射出して充填した後、樹脂流動末端部の形状を、成形用金型１６内で高温の熱刃２０で熱加工することにより、良好な樹脂流動末端部の形状を加工することができる。特に、燃料電池用等の高圧タンク用樹脂ライナの成形のように、成形用金型１６内の樹脂流動長が長く、かつ、樹脂流動端末部がリブ形状のような細い形状となっている成形体に対して特に有効である。このような成形体であっても、射出成形時に樹脂が成形用金型１６内を流動する際に、樹脂の充填不良、焼け等が発生したり、酸化劣化した樹脂が成形体の端末部に残留したりすることを抑制することができ、安定した品質を確保することができる。
【００３２】
成形体を成型した後の後工程で、溶着リブ形状を後加工する場合、樹脂がほぼ完全に固化しており、通常、加工は困難かつ長時間を要する。また、高温で熱加工すると、熱劣化（酸化劣化）が生じる場合がある。本実施形態のように樹脂流動端末部を成形用金型１６内で高温の熱刃２０で熱加工することにより、樹脂の充填不良、焼けや、樹脂流動端末部における樹脂の酸化劣化を防止できるとともに、成型用金型１６内を加熱不活性ガスで充填させておくことで、高温の熱刃２０での熱加工による樹脂の酸化劣化も防止できる。また、成形用金型１６内での成形途中で熱加工できるため、生産性を低下させずに、樹脂流動端末部の不具合を防止し、安定した品質を確保することができる。
【００３３】
本実施形態に係る射出成形装置および射出成形方法は、高圧タンク用の樹脂ライナ、バンパ、インテークマニホールド等の各種の成形体の製造に用いることができる。特に、耐圧性等の高い品質が要求される高圧タンク用の樹脂ライナの製造に好適に用いることができる。
【００３４】
高圧タンクは、燃料電池自動車や天然ガス自動車等に搭載される、燃料ガスとしての水素ガスや天然ガス等を貯蔵するタンクである。高圧タンクとして、樹脂製タンク（ライナ：内容器）の外面に単位密度当りの強度が非常に高い炭素繊維強化プラスチック材（ＣＦＲＰ材）等を巻き付けた補強層（外層）により補強した高圧タンクが知られている。このような高圧タンクを製造する際、例えばフィラメントワインディング法のように炭素繊維等の繊維束に未硬化のエポキシ樹脂等のマトリックス樹脂を含浸させた状態で樹脂ライナの外面に巻き付けて繊維層を形成した後、マトリックス樹脂を硬化させて補強層を形成する方法がある。
【００３５】
樹脂材料から構成されるライナは、例えば、上記樹脂の射出成形により成形される。例えば、成形用金型にポリアミド樹脂等の樹脂を流し込んで、図３，４に示すような端末部にリブ形状の溶着リブ３２を有する略半円柱体である成形体３０を２つ成形し、リブ形状を有する端末部でそれらを嵌合させて、嵌合部をレーザ等により溶着して略円柱状の樹脂ライナが成形される。この射出成形により、厚みが略均一な樹脂ライナが成形される。
【００３６】
成形体として図３に示すような高圧タンク用の樹脂ライナ用の成形体３０を射出成形する際、樹脂流動端末部が図４，図５に示すような溶着リブ３２の形状になっている場合、劣化した樹脂が溶着リブ３２に残留し易く、その状態でレーザ溶着すると、レーザが透過しにくく、レーザ溶着時、焼け、未溶着等の溶着不良が発生することがある。本実施形態に係る成形方法および成形装置により、高圧タンク用樹脂ライナのようなレーザ溶着する成形体に対して、成形中に酸化劣化した樹脂が成形用金型内に入り、成形体に混入することにより発生する溶着不良等の発生を防止することができ、安定した成形および溶着品質を確保することができる。
【００３７】
樹脂ライナは、略円柱状等に形成されてなり、例えば高圧水素ガスなどの媒体をその内部に収容するためのものであり、水素ガス等のガスに直接接触する層である。樹脂ライナの形状、サイズ、厚みは使用目的、仕様等に応じたものを任意に選択することができる。樹脂ライナの厚みは、例えば、２ｍｍ〜４ｍｍの範囲である。
【００３８】
ライナを構成する樹脂材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、フッ素樹脂等が挙げられ、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やポリウレタン等が挙げられる。ライナの肉厚やライナを構成する材料の種類は、ライナに要求される強度、気密性、成形性等に応じて適宜選択することができる。これらのうち、強度や耐ガス透過性等の点からナイロン等のポリアミド樹脂が好ましい。
【００３９】
補強層は、ライナの外側を覆うように設けられてライナを補強する層であり、例えば、繊維およびマトリックス樹脂を含んで構成される。補強層を構成する繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、金属繊維等が挙げられる。
【００４０】
また、補強層を構成するマトリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、フッ素樹脂等が挙げられ、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やポリウレタン等が挙げられる。これらのうち、強度や接着性等の点からエポキシ樹脂が好ましい。
【００４１】
補強層は、例えば、繊維の繊維束にマトリックス樹脂溶液を含浸させた状態でライナの外面に巻き付けた後、樹脂を硬化させて形成することができる。補強層の厚みは、巻き付ける繊維束の層数等により調整することができる。
【００４２】
本実施形態に係る成形方法および成形装置により得られる成形体を用いた高圧タンクは、例えば、移動体に搭載され、内部に高圧ガスを貯蔵する高圧タンクである。また、高圧タンクは、据え置き型の高圧タンクであってもよい。
【００４３】
ここで、移動体としては、二輪の車両、バスや乗用車等の四輪以上の自動車のほか、電車、船舶、航空機、ロボットなどが挙げられ、特に燃料電池車両である。高圧ガスとしては、水素ガスや圧縮天然ガスなどが挙げられる。
【符号の説明】
【００４４】
１  射出成形装置、１０  加熱シリンダ、１２  射出スクリュ、１４  樹脂供給装置、１６  成形用金型、１８  樹脂流動部、２０  熱刃、２２  遮蔽部材、２４  不活性ガス供給流路、２６  樹脂、３０  成形体、３２  溶着リブ。
【図１】
0005644179.tif 000002
【図２】
0005644179.tif 000003
【図３】
0005644179.tif 000004
【図４】
0005644179.tif 000005
【図５】
0005644179.tif 000006