(57)【要約】【課題】半結晶性材料から寸法的に安定した回転成形部品を製造する方法を提供すること【解決手段】最終部品の所望の寸法に近似する寸法を有する試験金型を作製する。次いで従来の回転成形技術を用いて、試験金型で試験部品を成形する。試験部品を部分的に冷却した後に、それを金型から取り出し、環境温度まで冷却して測定し、オーブン中でアニールする。アニーリングの間に、部品はガラス転移温度と結晶溶融温度間の中間の結晶化温度まで加熱される。アニーリングの後、部品を環境温度まで冷却し、再び測定する。次いでアニーリング後の寸法をアニーリング前に求めた寸法と比較して収縮量を求める。次いで計算した収縮量を考慮して生産金型を作製する。次いで生産部品を生産金型で成形し、結晶化温度でアニールして、寸法公差の小さい、高い引っ張り強度を有する部品を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の最終サイズに近似する寸法を有する部品を製造するための試験金型を作るステップと、
半結晶性樹脂を使用して試験部品を試験金型内で回転成形するステップと、
部品を金型から取り出して環境温度に冷却した後に、試験部品の基準線寸法を測定するステップと、
部品をオーブン中で結晶化温度までアニールするステップと、
部品を環境温度まで冷却した後にアニーリング後の寸法を測定するステップと、
基準線寸法をアニーリング後の寸法と比較して収縮の量を求めるステップと、
成形部品と最終部品の間の過大寸法量を収縮量の目標にして生産金型を作るステップと、
生産金型で生産部品を成形するステップと、
生産部品を結晶化温度でアニールして生産部品を最終サイズに縮小させるステップ
とを含む、半結晶性材料から部品を回転成形する方法。
【請求項２】
半結晶性材料がポリエチレンである、半結晶性材料から部品を回転成形する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
半結晶性材料がポリアミドである、半結晶性材料から部品を回転成形する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
結晶化温度がガラス転移温度と結晶溶融温度の中間である、半結晶性材料から部品を回転成形する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
アニーリングステップの間、歪みのない部品の動きを可能にしながら、部品を支持する固定具上に部品を置く、半結晶性材料から部品を回転成形する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
材料がすべて結晶化するまで部品をアニールする、半結晶性材料から部品を回転成形する請求項４に記載の方法。
【請求項７】
所望の最終サイズに近似する寸法を有する部品を製造するための試験金型を作るステップと、
粉状化半結晶性樹脂を試験金型に装填するステップと、
粉状化半結晶性樹脂を溶融するために試験金型を加熱するステップと、
溶融した樹脂を金型の表面に被覆させるために試験金型を回転させるステップと、
部品を金型から取り出して環境温度に冷却した後に、試験部品の基準線寸法を測定するステップと、
部品をオーブン中で結晶化温度までアニールするステップと、
部品を環境温度まで冷却した後にアニーリング後の部品の寸法を測定するステップと、
基準線寸法をアニーリング後の寸法と比較して収縮の量を求めるステップと、
成形部品と最終部品の間の過大寸法量を収縮量の目標にして生産金型を作るステップと、
粉状化半結晶性樹脂を生産金型に装填するステップと、
粉状化半結晶性樹脂を溶融するために生産金型を加熱するステップと、
溶融した樹脂を金型の表面に被覆させるために、生産金型を回転させるステップと、
生産金型を回転させながら冷却するステップと、
成形生産部品を生産金型から取り出すステップと、
生産部品を結晶化温度でアニールして、生産部品を最終サイズに縮小させるステップと、
生産金型で追加の生産部品を成形し、追加の生産部品をアニールして部品を最終サイズに縮小させるステップ
とを含む、半結晶性材料から部品を回転成形する方法。
【請求項８】
半結晶性材料がポリエチレンである、半結晶性材料から部品を回転成形する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
半結晶性材料がポリアミドである、半結晶性材料から部品を回転成形する請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
結晶化温度がガラス転移温度と結晶溶融温度の中間である、半結晶性材料から部品を回転成形する請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
アニーリングステップの間、歪みのない部品の動きを可能にしながら、部品を支持する固定具上に部品を置く、半結晶性材料から部品を回転成形する請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
材料がすべて結晶化するまで部品をアニールする、半結晶性材料から部品を回転成形する請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に非金属材料を成形、注型、または造形して物品を製造するプロセスに関する。より詳細には、本発明は、形成された物品を加工、成形、または造形した後に、処理を行うプロセスに関する。特に、本発明は、加工し、造形し、または成形した物品を物品のアニーリングのために積極的に熱を加えるプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリエチレン（ＰＥ）およびポリアミド（ＰＡ）などの合成半結晶性材料は、しばしば車両本体部品の成形物品に使用される。それらの物品はしばしば回転成形によって製造される。回転成形プロセスでは、大きな金型キャビティが粉状化プラスチック樹脂の装填を受容し、その後金型を回転および加熱して、プラスチック粉を溶融させ、金型キャビティの内部表面に流動させる。成形樹脂が表面全体を被覆した後、金型を冷却して部品を取り出し、金型の外部の環境温度まで冷却する。
【０００３】
回転成形されたＰＥおよびＰＡなどの合成樹脂材料は、１．５％を超える収縮率を有する。一般的な成形プロセスでは、合成材料は金型の中で常に収縮平衡に達するとは限らない。成形物品は、物品が部分的に収縮しただけの状態で金型から取り出される。その結果、成形の後に収縮が起きて、物品は寸法が変化し、したがって製品ごとに、ある範囲内で寸法が変動する。
【０００４】
したがって、隣接する車両本体部品、または部品と車両構造の間に生じる間隔が広がって好ましくない。結果として、外観品質がしばしば望んでいるよりも劣り、部品の嵌合および装着に問題が生じる。時には回転成形によって製造された部品は十分に収縮しない。その結果、それらの部品はしばしば嵌合、組立ておよび／または美観上の問題のため不良品となる。或る場合には、収縮は回転成形品の寸法を縮小させ、車両に装着する前の所定の最小サイズを満足しないほど小さいサイズに、あるいはそれらを車両に装着するのが不可能になるほどの寸法変化に収縮させる。このように、回転成形部品は比較的大きな公差範囲を有する。したがって、回転成形は従来大きな公差範囲が許容された部品に限定されてきた。
【０００５】
部品の収縮に対する１つの解決は、部品を過大のサイズに成形し、部品を適切なサイズまで収縮させることである。しかし、収縮の量が一定しないため、回転成形部品は、冷却の後にしばしば大きすぎ、または小さすぎるであろう。その一貫性のなさは、プロセス、材料、温度および作業者の変動によるものである。
【０００６】
したがって、当分野には、半結晶性材料から作られた回転成形部品を寸法的に安定させ、製品間に一定の嵌合と外観を獲得する手段が明らかに必要である。以下に開示するアニーリングプロセスによって、以前は厳しい公差によって回転成形部品が使用できなかった用途に、回転成形部品を使用することが可能になる。したがって、回転成形部品の市場を拡大できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の観点から、本発明の目的は、半結晶性材料から作った回転成形部品を寸法的に安定させるプロセスを提供することである。
本発明の他の目的は、小さな寸法公差を必要とする用途に使用できる回転成形部品を製造するプロセスを提供することである。
【０００８】
さらに本発明の他の目的は、不良数を減らし、それによって時間、金および資源を節約する、寸法的に安定した回転成形部品を製造するプロセスを提供することである。
さらに本発明の目的は、知られた技術を用いる従来可能なものよりも、高い引っ張り強度、伸び率および強度レベルを有する回転成形部品を製造するプロセスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
知られた技術を越えるその利点と共に、本発明の前述の目的および他の目的は、以下の詳細な明細書で明らかにされるように、所望の最終サイズに近似する寸法を有する部品を製造するための試験金型を作るステップと、半結晶性樹脂を使用して試験部品を試験金型で回転成形するステップと、部品を金型から取り出して環境温度に冷却した後に、試験部品の基準線寸法を測定するステップと、部品をオーブン中で結晶化温度までアニールするステップと、部品を環境温度まで冷却した後にアニーリング後の寸法を測定するステップと、基準線寸法をアニーリング後の寸法と比較して収縮の量を求めるステップと、成形部品と最終部品の間の過大寸法量を収縮量の目標にして生産金型を作るステップと、生産金型で生産部品を成形するステップと、生産部品を結晶化温度でアニールして生産部品を最終サイズに縮小させるステップとを含む、半結晶性材料から部品を回転成形する方法によって達成される。
【００１０】
本発明の他の目的は、所望の最終サイズに近似する寸法を有する部品を製造するための試験金型を作るステップと、粉状化半結晶性樹脂を試験金型に装填するステップと、粉状化半結晶性樹脂を溶融するために試験金型を加熱するステップと、溶融した樹脂を金型の表面に被覆させるために試験金型を回転させるステップと、部品を金型から取り出して環境温度に冷却した後に、試験部品の基準線寸法を測定するステップと、部品をオーブン中で結晶化温度までアニールするステップと、部品を環境温度まで冷却した後にアニーリング後の寸法を測定するステップと、基準線寸法をアニーリング後の寸法と比較して収縮の量を求めるステップと、成形部品と最終部品の間の過大寸法量を収縮量の目標にして生産金型を作るステップと、粉状化半結晶性樹脂を生産金型に装填するステップと、粉状化半結晶性樹脂を溶融するために生産金型を加熱するステップと、溶融した樹脂を金型の表面に被覆させるために生産金型を回転させるステップと、生産金型を回転させながら冷却するステップと、成形生産部品を生産金型から取り出すステップと、生産部品を結晶化温度でアニールして生産部品を最終サイズに縮小させるステップと、生産金型で追加の生産部品を成形し、追加の生産部品をアニールして部品を最終サイズに縮小させるステップとを含む、半結晶性材料から部品を回転成形する方法によって達成される。
【００１１】
全般的に、半結晶性材料から寸法的に安定した回転成形部品を製造する方法が提供される。最終部品の所望の寸法に近似する寸法を有する試験金型を作製する。次いで従来の回転成形技術を用いて、試験金型で試験部品を成形する。試験部品を部分的に冷却した後に、それを金型から取り外し、環境温度まで冷却して測定し、オーブン中でアニールする。アニーリングの間に、部品はガラス転移温度と結晶溶融温度の間の中間の結晶化温度まで加熱される。アニーリングの後、部品を環境温度まで冷却し、再び測定する。次いでアニーリング後の寸法をアニーリング前に求めた寸法と比較して収縮量を求める。次いで計算した収縮量を考慮して生産金型を作製する。次いで生産部品を生産金型で成形し、結晶化温度でアニールして、寸法公差の小さい、高い引っ張り強度を有する部品を得ることができる。
【００１２】
本発明に最も密接に関連する技術分野に熟知した人のために、発明を実施するための最良の態様を説明する発明の好ましい一実施形態を、明細書の一部を形成する添付の図面を参照して本明細書で説明する。本発明が実施されるであろう種々の形態および修正のすべてを示すことは意図せずに、例示的な実施形態を詳細に説明する。このように、本明細書で示し説明する実施形態は例示的なものであり、当分野の技術者には明らかであるように、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、さまざまに修正を加えることができ、発明は、付随する請求項によって判断され、本明細書の詳細によって判断されるものではない。
【００１３】
本発明の目的、技術、および構造を完全に理解するためには、以下の詳細説明および付随する図面を参照されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図面を参照するに際して、方法の個々のステップが、ステップ番号と共にＳ文字を含む番号付けの約束によって名称付けされていることに注目されよう。したがって、ステップ１はＳ１と表される。この約束は本明細書を通じて適用される。
【００１５】
半結晶性材料から回転成形部品を製造することを最初に決定したならば、部品の最終寸法に近似する寸法を有する試験金型を作製する（Ｓ１）。
次いで、知られた回転成形技術を用いて、試験金型で試験部品を回転成形することができる（Ｓ２）。このように、金型に樹脂を装填し、樹脂が溶融して金型の内部表面を被覆するように加熱および回転する。次いで熱を金型から取り除き、金型を回転させながら部品を部分的に冷却させる。次いで部品を金型から取り出し、環境温度まで冷却し、その基準線寸法を求めるために測定する（Ｓ３）。
【００１６】
基準線寸法を求めた後、部品はオーブン中でガラス転移温度（Ｔｇ）と結晶溶融温度（Ｔｍ）の間の温度までアニールされる（Ｓ４）。アニーリングのための理想的な温度は、ＴｇとＴｍの中間であり、本明細書では結晶化温度（Ｔｃ）と呼ぶ。ＴｇおよびＴｍの値は材料の特性であり、示差走査熱量計（ＤＳＣ）または圧力−容積−温度（ＰＶＴ）または他の適切な試験結果によって、材料製造者または供給者から提供を受けることができる。所定の材料についてＴｃが定まれば、その温度をアニーリングプロセスに用いる。Ｔｃで部品の非晶質領域が結晶化し、部品内に存在する結晶は大きくなる。結果として、部品の密度が増加し、部品の自由容積が減少して収縮を起こす。
【００１７】
Ｔｃは材料の特性であるが、アニーリングに必要な時間は部品の特性であり、理想的な時間を求めるには、作業者が部品についていくつかの実験を行うことが必要となる。部品がＴｃにある時間は所望する最終部品の寸法に依存する。要点を言えば、部品がＴｃにある時間が長い程、より多くの結晶が形成され、かつ最終部品がより大きく収縮する。しかし、結晶形成が連続して起きる時間の長さには限界がある。すべての結晶化が起きればそれ以上の結晶は形成されない。所望の最終部品の寸法を得るために部品を全結晶化までアニールすれば、アニーリングプロセス後の冷却速度は重要ではない。部品がすべて結晶化されない場合には、冷却速度は部品中の結晶量に影響を与え、したがって部品の最終的なサイズに影響を及ぼす。
【００１８】
実施上の観点からは、最適な結晶形成は、環境温度から部品全体がＴｃに到達するまで部品をゆっくり加熱し、再び部品を環境温度までゆっくり冷却させることによって達成される。アニーリングおよび冷却プロセスの間、部品が自由に動けるように、一方で部品が歪まないように、部品は適切な固定具に置かなければならない。部品を環境温度までアニールおよび冷却する間に、結晶化による収縮が可能なように、部品は支持するが拘束しないことが重要である。また、前のアニーリングプロセスで全結晶化が達成されなかった場合には、アニーリングプロセスは部品の全結晶化を達成するまで複数回繰り返すことができることに留意しなければならない。しかし、部品がすべて結晶化した後では、追加のアニーリングプロセスは結晶化の量および収縮に大きな変化を与えないであろう。
【００１９】
Ｔｃでアニールした後に試験部品を測定し、アニーリング後の寸法を基準線寸法と比較することによって、試験で求めた収縮量を目標にして生産金型を作製することができる（Ｓ５）。このようにして、次いで生産部品を成形（Ｓ６）およびアニール（Ｓ７）して厳しい公差を一定して達成することができ、したがって最終製品の所望の嵌合と外観を達成することができる。部品をアニールした後は寸法的に安定しており、より高い引っ張り強度と伸び率を有し、より強度のある製品となる。アニールした部品は、次いで顧客に発送することができる（Ｓ８）。プロセスは通常的に監視して嵌合と外観の品質を確保することができる。
【００２０】
上述のプロセスを用いることによって、知られた技術で以前に達成された＋／−１．５％よりもはるかに小さい、＋／−０．２５％の寸法公差範囲を有する部品が一定して得られることは明らかであった。
【００２１】
このように、本発明の目的は上で示した構造によって満たされたことが判る。特許法に従って本発明の最良の態様および好ましい実施形態を詳細に示し説明したが、発明を網羅する意図、あるいは開示した詳細な形に制限する意図はない。上の教示に基づいて、修正または変形が明らかに可能である。実施形態は、本発明の原理およびその実際の用途の最良の例証を提供し、それによって当分野の通常の技術者が、種々の実施形態で、および企図する特殊な用途に適した種々の修正を加えて発明を用いることができるように選択し説明した。そのすべての修正および変形は、公正かつ法的な権利の幅に従って解釈するとき、付随する請求項によって明確にされるように、本発明の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の方法のステップを示すフロー図である。
【符号の説明】
【００２３】
Ｓ１  ステップ１
Ｓ２  ステップ２
Ｓ３  ステップ３
Ｓ４  ステップ４
Ｓ５  ステップ５
Ｓ６  ステップ６
Ｓ７  ステップ７
Ｓ８  ステップ８
【図１】
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【外国語明細書】
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