(57)【要約】【課題】内径及び肉厚が均一で、かつ内面の平滑性に優れた熱可塑性樹脂製の中空体、特に屈曲部を有するパイプ状の中空体を、射出成形にて製造する。【解決手段】一端にフローティングコア６を備えた加圧ポート４を有し他端に排出口５を有する型キャビティ２を備えた金型１の型キャビティ２内に、溶融樹脂８を射出した後、加圧ポート４から加圧流体を圧入して、フローティングコア６を排出口５側に移動させると共に排出口５から溶融樹脂８を押し出させる工程を有する中空体の製造方法において、  フローティングコア６は、円柱部と、円柱部の一方の面に連接し、円柱部の中心軸と垂直な断面積が円柱部の一方の面側から漸減する形状を有する頂部からなり、円柱部の直径をＡとした時、円柱部の高さは０．１Ａ〜１Ａ、頂部の高さは０．３Ａ〜１．６Ａである中空体の製造方法。【選択図】図１
2010241084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端にフローティングコアを備えた加圧ポートを有し他端に排出口を有する型キャビティを備えた金型の該型キャビティ内に、溶融樹脂を射出した後、前記加圧ポートから加圧流体を圧入して、前記フローティングコアを前記排出口側に移動させると共に該排出口から前記溶融樹脂を押し出させる工程を有する中空体の製造方法において、
前記フローティングコアは、円柱部と、該円柱部の一方の面に連接し、該円柱部の中心軸と垂直な断面積が該円柱部の一方の面側から漸減する形状を有する頂部からなり、該円柱部の直径をＡとした時、該円柱部の高さは０．１Ａ〜１Ａ、前記頂部の高さは０．３Ａ〜１．６Ａであることを特徴とする中空体の製造方法。
【請求項２】
前記フローティングコアは、前記円柱部の他方の面側で、前記加圧ポートに嵌合していることを特徴とする請求項１に記載の中空体の製造方法。
【請求項３】
前記フローティングコアは、前記円柱部の他方の面に設けられた凹部により、前記加圧ポートの凸部に嵌合していることを特徴とする請求項２に記載の中空体の製造方法。
【請求項４】
前記フローティングコアの円柱部の他方の面の周縁には曲率半径Ａ／１０００〜Ａ／３の面取り加工が施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の中空体の製造方法。
【請求項５】
前記円柱部の一方の面の面積と、前記頂部が前記円柱部と接する面の面積が等しいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の中空体の製造方法。
【請求項６】
前記円柱部の中心軸と、前記頂部の中心軸が等しいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の中空体の製造方法。
【請求項７】
前記頂部の形状が、円錐または半回転楕円体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の中空体の製造方法。
【請求項８】
前記半回転楕円体が、半球であることを特徴とする請求項７に記載の中空体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は中空体の製造方法に関し、特に熱可塑性樹脂製の屈曲パイプ類の製造に好適な中空体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂からなるパイプ成形法としては、押出し成形、ブロー成形が従来用いられてきている。
【０００３】
押出し成形によるパイプは本質的には直管パイプであるが、パイプの材質を軟質な物にする、或いはパイプデザインを例えばコルゲート状にすることにより屈曲性を与えることが可能である。しかしながら、押出し成形法ではパイプ材質そのものが剛直でパイプ内外面が平滑な屈曲パイプを得ることは不可能であった。また、パイプに鍔部や取り付け部、パイプ端部にカップリング機能を有する成形体部などを一体に成形することも不可能である。
【０００４】
ブロー成形法は、近年金型傾斜機構や金型揺動装置を有する多目的ブロー成形機の発達により３次元屈曲パイプの成形が可能になっているが、肉厚精度、表面の仕上がり精度、寸法精度、部品一体化機能等は射出成形に比較して満足できるレベルにはない。また、使用材料面では材料の流動特性や溶融粘弾性等の特性面で制約を受け、特にエンジニアリングプラスチック等は前記制約を多く受けるなど問題が多い。
【０００５】
射出成形による中空体の成形法として、ガス支援射出成形法が知られているが（特許文献１，２）、この方法で中空パイプ部を成形することは可能であるものの、均一な内径を確保することは不可能である。流体としてガスの変わりに水を使用して中空パイプ部を形成する水支援成形（ＷＩＴ）方法も知られているが（非特許文献１）、これもパイプ内径の均一性、パイプ肉厚の均一性、パイプ内面の表面性等に課題があり、射出成形によるパイプ成形の拡大には限界がある。
【０００６】
これらの問題を解決する成形法として、フローティングコアを用いる方法が知られている（特許文献３，４）。特許文献３，４の方法によれば、得られるパイプの内径・肉厚の均一性については、特許文献１，２の方法に比較してはるかに優れる。しかし、高強度で高耐久性を要するパイプに応用するには、より高度なパイプ内径・肉厚の均一性、パイプ内面の平滑性が要求され、用途拡大に限界があるのが実情であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公昭５７−１４９６８号公報
【特許文献２】特開昭６３−２６８６１１号公報
【特許文献３】特許１９８８８７０号公報
【特許文献４】特許３４１１７１０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】プラスチックエージ２００７年９月号１０６頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記課題を解決し、内径及び肉厚が均一で、かつ内面の平滑性に優れた熱可塑性樹脂製の中空体、特に屈曲部を有するパイプ状の中空体を、射出成形にて製造することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の中空体の製造方法は、一端にフローティングコアを備えた加圧ポートを有し他端に排出口を有する型キャビティを備えた金型の該型キャビティ内に、溶融樹脂を射出した後、前記加圧ポートから加圧流体を圧入して、前記フローティングコアを前記排出口側に移動させると共に該排出口から前記溶融樹脂を押し出させる工程を有する中空体の製造方法において、
前記フローティングコアは、円柱部と、該円柱部の一方の面に連接し、該円柱部の中心軸と垂直な断面積が該円柱部の一方の面側から漸減する形状を有する頂部からなり、該円柱部の直径をＡとした時、該円柱部の高さは０．１Ａ〜１Ａ、前記頂部の高さは０．３Ａ〜１．６Ａであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、内径及び肉厚が均一で、かつ内面の平滑性に優れた熱可塑性樹脂製の中空体、特に屈曲部を有するパイプ状の中空体を、射出成形にて製造することが可能である。また、射出成形にて成形するため、屈曲パイプ等の中空体とともに、取りつけ部、接続部、シール部等の各種複雑な付属部位を一体成形可能であり、コストダウンもはかれる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に用いる金型の一例を示す図である。
【図２】本発明の成形方法の説明図である。
【図３】本発明の成形方法の説明図である。
【図４】本発明の成形方法の説明図である。
【図５】本発明で得られる中空体の一例を示す斜視図である。
【図６】本発明に用いられるフローティングコアの一例を示す縦断面図である。
【図７】本発明に用いられるフローティングコアの他の例を示す縦断面図である。
【図８】本発明で用いられる加圧ポートとフローティングコアの一例を示す縦断面図図である。
【図９】本発明で用いられる加圧ポートとフローティングコアの他の例を示す縦断面図である。
【図１０】実施例１で用いたフローティングコアを示す縦断面図である。
【図１１】実施例７で用いた加圧ポートとフローティングコアを示す縦断面図である。
【図１２】比較例１で用いた加圧ポートとフローティングコアを示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について、詳細に説明する。
【００１４】
図１は、図５に示す様な曲管部と直管部を有する屈曲パイプを成形するための金型の一例を示す一部切欠図である。図１において金型１は、型１ａ、１ｂとから構成されている。そして型１ａ、１ｂのそれぞれの合わせ面にはパイプ形状に一致する型キャビティ２が形成されている。型１ａには射出注入口３が形成されている。そして型キャビティ２の一端には外部と連通する加圧ポート４が、他端には外部と連通する排出口５が形成されている。加圧ポート４には型キャビティ２の内径より小さい断面径を有するフローティングコア６が、移動しうるよう嵌合されている。排出口５には開閉手段７が設けられている。排出口５には連通して、余剰樹脂とフローティングコア６を収容可能な余剰樹脂収容キャビティ１２が設けられている。
【００１５】
次に、図１に示す金型を用いて図５に示す屈曲パイプを製造する方法を、図２〜図４により説明する。
【００１６】
まず、型１ａの射出注入口３から、溶融樹脂８を射出し、図２に示すように、型キャビティ２内を溶融樹脂８にて充填する。
【００１７】
溶融樹脂８充填後、開閉手段７を開き、次いで加圧ポート４の加圧流体口９に、加圧流体源（図示せず）から加圧流体を圧入し、フローティングコア６を溶融樹脂８中に押し込む。図３に示すように、フローティングコア６は、まだ溶融状態にある樹脂の中心部、すなわち粘度が比較的低い部分に沿い排出口５に向かって移動する。加圧流体を引続き圧入し、図４に示すように、フローティングコア６を、排出口５から排出し、余剰樹脂収容キャビティ１２に収容する。
【００１８】
この際、フローティングコア６は、その前方にある溶融樹脂８を型キャビティ２の内面に押し付けながら、余剰の溶融樹脂８を排出口５から余剰樹脂収容キャビティ１２に押出す。従って、フローティングコア６が中心部を通過したあとは、型キャビティー２の内面に均一な肉厚の樹脂が残り、フローティングコア６の断面径にほぼ等しい内径を有する中空部１０、及びパイプ部１１が形成される。このようにフローティングコア６が型キャビティ２にそって移動する為、複雑多次元形状であっても、良好な中空部１０が形成される。また、溶融樹脂８は、中空部１０から圧力が加わって型キャビティ２に押し付けられている為、出来上がった屈曲パイプの表面状態は綺麗であり、ヒケやそりもない。
【００１９】
溶融樹脂８が冷却固化した後、加圧流体は、加圧ポートから或いは適宜な方法で外部に放出或いは回収され、次いで金型１を開いて、屈曲パイプを取り出す。
【００２０】
フローティングコア６によって押出された余剰樹脂は、余剰樹脂収容キャビティ１２に収納された後、スプルーやランナー、更にはフローティングコア６が同一樹脂からなる場合にはフローティングコア６も含めて、再度製品の材料として再利用可能であり、材料ロスがない。また、型キャビティ２の内径に対してフローティングコア６の断面径を変えることにより、所望の肉厚の屈曲パイプ製品を得ることが可能である。さらに、ブロー成形や押出し成形ではなし得なかった屈曲したパイプ部１１と、一般の射出成形にて成形可能なブラケットやリブ、取りつけ部１３等の突起物を同時に一体成形可能である。
【００２１】
本発明で用いるフローティングコアの一例の縦断面図を図６に示す。本発明のフローティングコアは、円柱部１４と、円柱部１４の一方の面に連接し、円柱部１４の中心軸と垂直な断面積が、円柱部１４の一方の面側から先端側に向かって漸減する形状（図６（ａ）では円錐、図６（ｂ）では半球）を有する頂部１５からなる。そして、図６に示すフローティングコアは、円柱部１４の一方の面の面積と、頂部１５が円柱部１４と接する面の面積が等しく、円柱部１４の中心軸と、頂部１５の中心軸が等しい。
【００２２】
フローティングコアが球体では、得られる中空体の中空部内面にスジ状の傷が発生し、内面の平滑性が損なわれてしまう。特に、中空体が屈曲部を有する場合、屈曲部周辺で、この現象が顕著である。また、フローティングコアが、単なる円錐体、半球体等の円柱部を有さない形状では、フローティングコアが型キャビティの途中で移動しなくなり、所望の中空体が得られない。
【００２３】
本発明で用いるフローティングコアは、図６に示すものに限定されない。例えば、図７（ａ）に示す様に、円柱部１４の中心軸と、頂部１５の中心軸が異なっていてもよいし、図７（ｂ）に示す様に、頂部１５が円柱部１４と接する面の面積が、円柱部１４の一方の面の面積より小さくてもよい。また、頂部１５として、図７（ｃ）（ｄ）に示す様に、円錐と半球を重ねて設けてもよいし、図７（ｅ）に示す様に、複数の円錐を並べて設けてもよい。また、図６，７における半球は、半回転楕円体でもよい。
【００２４】
本発明で用いるフローティングコアは、図６（ａ）に示す様に、円柱部１４の直径をＡとした時、円柱部１４の高さＨ1は０．１Ａ〜１Ａ、好ましくは０．３Ａ〜０．９Ａであり、頂部１５の高さＨ2は０．３Ａ〜１．６Ａ、好ましくは０．３Ａ〜１．２Ａである。尚、頂部１５の高さＨ2は、図７（ｅ）に示す様なフローティングコアでは、最も高い部分の高さをいう。
【００２５】
円柱部１４の高さＨ1が０．１Ａ未満では、フローティングコアが型キャビティの途中までしか移動しない。また、円柱部１４の高さＨ1が１Ａを超えると、得られる中空体の中空部内面、特に屈曲部にスジ状の傷が形成され内面平滑性に劣った物になってしまう。一方、頂部１５の高さＨ2が上記範囲外では、フローティングコアが型キャビティの途中までしか移動しないか、最後まで移動しても内面平滑性が劣った物しか得られない。
【００２６】
本発明で用いるフローティングコアは、図６に示す様に、円柱部１４の他方の面（底面１９）の周縁に、曲率半径Ａ／１０００〜Ａ／３、より好ましくはＡ／１００〜Ａ／３の面取り加工が施された面取り加工部２０を有することが好ましい。曲率半径がＡ／１０００以上であれば、中空体の中空部内面、特に屈曲部にスジ状の傷が発生しにくく、曲率半径が１／３Ａ以下であれば、フローティングコアの型キャビティ内での移動が推進される。
【００２７】
本発明で用いるフローティングコアは、図６に示す様に、円柱部１４の他方の面（底面１９）に、加圧ポートに嵌合し得る凹部１６を有することが好ましい。図１に示す様に、フローティングコア６が、加圧ポート４に嵌合していることにより、溶融樹脂を射出注入する際に、フローティングコアが、得られる中空体の中空部中心からずれるのを防止でき、肉厚のより均一な中空体を得ることができる。図８に、加圧ポートとフローティングコアの拡大図を示すが、図８に示す様に、加圧ポート４の凸部１７にはテーパーがついていることが好ましく、これにきっちり嵌合するように、フローティングコアの凹部１６にも、ほぼ同じ角度のテーパーがつけられていることが好ましい。尚、図９に示す様に、フローティングコアが底面に凸部１６’を有し、これにより加圧ポート４の凹部１７’に嵌合するようにしても、同様の効果を得られる。
【００２８】
フローティングコアの材質は、溶融樹脂圧や温度に耐え得る硬質なものであれば、樹脂、金属、セラミックスなど適宜なものが適用可能である。フローティングコアが中空体の原料樹脂と同じ樹脂からなる場合には、余剰樹脂と同時にリサイクルが可能であり、また、金型の任意の位置にフローティングコア成形キャビティを設けることによって、中空体成形時にフローティングコアを同時に成形することが可能であり、好ましい。
【００２９】
加圧ポートから圧入される流体としては、空気、窒素ガス等の気体、水、油などの液体も適用可能であるが、高温高圧の環境下に圧入されるため、窒素ガス等の不活性ガスが好ましい。
【００３０】
また、中空体の原料となる樹脂は、一般の射出成形可能な樹脂であれば特に限定は無く、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ、ＡＳ、ＰＭＭＡ、ＰＶＣ樹脂等の汎用樹脂、ポリカーボネイト、ポリアミド、ポリアセタール、変性ＰＰＥ、ＰＰＳ、ＬＣＰなどのエンジニアリング樹脂等が挙げられる。また、中空体の用途に応じて、これらの樹脂に、ガラス繊維やタルク等の強化材、着色剤、安定剤などの添加剤等を混合してもよい。
【００３１】
本発明により得られた中空体、特に屈曲部を有するパイプ状の中空体は、肉厚が均一であるため、強度、耐久性に優れ、また内径が均一であり、かつ内面平滑性に優れるため、流体の流れがスムースで流量が均一である。そのため、車両のエンジン冷却系或いは温調系に用いられる各種パイプに最適である。更に住宅設備、浴室、トイレなどに用いられるパイプ類などにも展開可能である。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明を実施例にてさらに詳細に説明する。
【００３３】
＜実施例１＞
図１の金型を用い、図５に示す、パイプ部１１（外径２１ｍｍ、内径１６ｍｍ、肉厚２．５ｍｍ、長さ２５０ｍｍ）に取りつけ部１３が一体成形された屈曲パイプを成形した。
【００３４】
フローティングコアとしては図１０に示すものを用いた。図１０のフローティングコアは、ＧＦ強化ポリアミド６６樹脂（旭化成ケミカルズ製「レオナ１４Ｇ３３」）からなり、円柱部直径（Ａ）１６ｍｍ、円柱部高さ（Ｈ1）６ｍｍ、円錐状の頂部高さ（Ｈ2）１０ｍｍである。また、円柱部の底面には、凹部（径６ｍｍ、深さ６ｍｍ、テーパー３°）を有し、周縁に曲率１ｍｍの面取り加工が施されている。
【００３５】
射出成形機（東洋機械金属製「ＴＰ−１８０Ｈ」）を用いて、ＧＦ強化ポリアミド６６樹脂（旭化成ケミカルズ製「レオナ１４Ｇ３３」）を、樹脂温度２６０℃、射出圧力１１．７７ＭＰａ（１２０Ｋｇ／ｃｍ2）にて射出し、図２に示すように、型キャビティ２内を溶融樹脂にて充填した。
【００３６】
射出完了１秒後に、開閉手段７を開き、圧力２２．５６ＭＰａ（２３０Ｋｇ／ｃｍ2）の窒素ガスを、ガス中空成形用ガス発生装置（旭エンジニアリング社製「エアモールド」）に接続した加圧ポート４の加圧流体口９より圧入して、図３に示すようにフローティングコア６を移動させ、図４に示す様に、フローティングコア６が余剰樹脂収容キャビティ１２に収容された後、３０秒間冷却し、屈曲パイプを取り出した。
【００３７】
パイプ部１１の肉厚の最大値と最小値の差は１ｍｍであり、内面には傷等の欠陥も無く平滑であった。また、この屈曲パイプに、８０℃の温水を１４７．１０ｋＰａ（１．５Ｋｇ／ｃｍ2）の内圧を負荷して１０００時間流したところ、流動抵抗の増大や亀裂の発生等の問題を生じることなく、耐久性にも優れていた。
【００３８】
＜実施例２〜６、比較例２，３＞
フローティングコアの形状を表１に示した形状に変更した以外は実施例１と同様にして屈曲パイプを得た。結果を表１に示す。
【００３９】
＜実施例７＞
凹部を有さない以外は実施例１と同じフローティングコアと、図１１に示す様に、フローティングコア６と平面接触する加圧ポート４を用いた以外は実施例１と同様にして屈曲パイプを得た。結果を表１に示す。
【００４０】
＜実施例８＞
屈曲パイプ及びフローティングコアの熱可塑性樹脂材料として、変性ＰＰＥ樹脂（旭化成ケミカルズ製「ザイロンＧ７０２Ｈ」）を用いた以外は実施例１と同様にして屈曲パイプを得た。結果を表１に示す。
【００４１】
＜比較例１＞
図１２に示す様に、球状（直径１６ｍｍ）のフローティングコア６と、フローティングコア６と嵌合し得る半球状の凹部を有する加圧ポート４を用いた以外は実施例１と同様にして屈曲パイプを得た。結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
2010241084.tif 000003
【符号の説明】
【００４３】
１  金型
２  型キャビティ
３  射出注入口
４  加圧ポート
５  排出口
６  フローティングコア
７  開閉手段
８  溶融樹脂
９  加圧流体口
１０  中空部
１１  パイプ部
１２  余剰樹脂収容キャビティ
１３  取りつけ部
１４  円柱部
１５  頂部
１６  凹部
１６’  凸部
１７  凸部
１７’  凹部
１９  底面
２０  面取り加工部
【図１】
2010241084.tif 000004
【図２】
2010241084.tif 000005
【図３】
2010241084.tif 000006
【図４】
2010241084.tif 000007
【図５】
2010241084.tif 000008
【図６】
2010241084.tif 000009
【図７】
2010241084.tif 000010
【図８】
2010241084.tif 000011
【図９】
2010241084.tif 000012
【図１０】
2010241084.tif 000013
【図１１】
2010241084.tif 000014
【図１２】
2010241084.tif 000015