JP2009148969A - 二層中空成形品の成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内層と外層の２層の肉厚が均一な曲管パイプを射出成形にて得る。
【解決手段】第一の金型のキャビティ１内に、第一の溶融樹脂を射出した後、加圧ポート３から加圧流体を圧入して、フローティングコア２を排出口４側に移動させると共に該排出口４から捨てキャビティ５に第一の溶融樹脂を押し出させ、次いで第一の溶融樹脂を固化させて中空体を成形する第一の成形工程と、第二の金型のキャビティ１内にインサートされた前記中空体７の中空部６に、前記第一の溶融樹脂とは異なる第二の溶融樹脂を射出した後、加圧ポート３から加圧流体を圧入して、フローティングコア２’を排出口４側に移動させると共に該排出口４から捨てキャビティ５に第二の溶融樹脂を押し出させる第二の成形工程と、を有する二層中空成形品の成形方法。
【選択図】図１

Description

本発明は中空体の射出成形法に関する。更に詳しくは、射出成形法による多次元中空体、例えば曲管パイプの成形法に関する。

射出成形法による中空体の成形法として、ガス支援射出成形法が開発されているがその成形法は中空製品の肉厚部のヒケやソリを防止することを主目的としている。把手、ハンドル類で内部が中空な製品もガス射出成形で得られているが中空部の形状は均一ではなく、肉厚均一なものは得られていなく曲管パイプ等のような用途には不向きである。斯様な用途例えば、曲管パイプなどに適用すべく水などの流体を利用する試みもなされているが充分満足行くレベルにはない。

曲管パイプの成形法として、特許文献１に開示されている中空成形法があり、この方法によると曲管パイプとして充分な肉厚の均一性が得られることが開示されている。さらに、パイプとしての耐圧性、剛性と内面平滑性とのバランスを得るための試みとして、特許文献２には、２層から成る曲管パイプの成形方法が開示されている。

特開平４−２０８４２５号公報 特開平９−１２３２２１２号公報

本発明は、内層と外層の２層の肉厚が均一な曲管パイプ等の二層中空成形品を射出成形にて得ることができる成形方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の二層中空成形品の成形方法は、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キャビティ、を備えた第一の金型の該キャビティ内に、第一の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第一の溶融樹脂を押し出させ、次いで前記第一の溶融樹脂を固化させて中空体を成形する第一の成形工程と、
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キャビティ、を備えた第二の金型の該キャビティ内にインサートされた前記中空体の中空部に、前記第一の溶融樹脂とは異なる第二の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第二の溶融樹脂を押し出させる第二の成形工程と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、内層と外層の肉厚が均一な二層中空成形品を射出成形にて得ることができる。また、フローティングコアの径を選択することによって、内層と外層との肉厚の比率を任意に調整することができる。

また、設計の自由度が増し、自動車などのエンジンルーム内で種々の流体を通過させるために使用される複雑に折曲された長尺の曲管パイプ等を、容易に成形することができる。

本発明の成形方法を、図１〜図８を用いて説明する。図１〜図７は、本発明の成形方法を説明する図、図８は、本発明の成形方法で得られる二層中空成形品を示す図である。

＜第一の成形工程＞
図１に基づいて第一の成形工程で使用する第一の金型を説明する。

図１中、１はキャビティで、このキャビティ１は、成形品の外形に沿った形状となっている。本例における成形品は、図４に示す曲管パイプである。

キャビティ１の一端には、成形品の内径に相当する径を有するフローティングコア２が設けられていると共に、このフローティングコア２をキャビティ１の他端側へ押圧移動させる加圧流体を圧入するための加圧ポート３が設けられている。

フローティングコア２は、加圧ポート３から圧入される加圧流体で押圧できるよう、加圧ポート３を背にしてキャビティ１内に設けられているもので、例えば銅、ステンレス鋼、鉄、アルミニウム等の金属製とする他、成形時に大きく溶融変形しないものであれば樹脂製とすることもできる。特に樹脂製のフローティングコア２とすると、軽いことから、加圧流体の圧力をさほど高くしなくとも容易に押圧移動させることができると共に、金属製の場合に比して、射出されてフローティングコア２に接触した樹脂が急激な冷却を受けにくいので、成形品の加圧ポート３側内表面の成形状態が向上する利点がある。また、フローティングコア２の形状は、図示される球形の他、最大径が成形品の内径に相当するものであれば、例えば円錐形、砲弾形、半球形等とすることもできる。

加圧ポート３は、加圧流体を圧入・排出するための加圧流体系（図示されていない）に接続されている。加圧ポート３は、加圧流体系から供給される加圧流体をフローティングコア２の背面側に作用させ、フローティングコア２をキャビティ１の他端側へと押圧移動させるためのものである。加圧ポート３からの加圧流体の圧入は、キャビティ１内を樹脂で満たした後に行われるもので、溶融樹脂の射出時に、フローティングコア２を浮き上がらせることなく、フローティングコア２を加圧ポート３へ押し付けながらキャビティ１内を溶融樹脂で満たすことができるよう、フローティングコア２からやや離れた位置にゲート（図示されていない）が設けられている。

キャビティ１の他端側には開閉可能な排出口４が設けられており、この排出口４を介してキャビティ１に捨てキャビティ５が連通されいる。排出口４はフローティングコア２の通過を許容する大きさではあるが、ややくびれた形状となっている。捨てキャビティ５は、キャビティ１内を樹脂で満たした状態で加圧ポート３から加圧流体を圧入し、フローティングコア２を移動させた時に、キャビティ１から押し出される余剰樹脂とフローティングコア２とを余裕をもって収容できる容積を有している。

排出口４を開閉する手段は、特に限定されないが、例えば、受け軸の進退によって排出口４を開閉する手段が挙げられる。具体的には、捨てキャビティ５のほぼ中央部を通って、排出口４に向かって進退可能に挿入された受け軸が、前進時に先端部周縁が排出口４の周壁に圧接されて排出口４を閉鎖すると共に、後退時に排出口４を開放するものである。受け軸の先端は、加圧流体の圧入時に捨てキャビティ５へと移動してくるフローティングコア２を載置できるものとなっていることが好ましい。

次に、図１に示す金型を用いた第一の成形工程の具体的手順について説明する。

まず、図２に示されるように、排出口４が閉鎖された状態で、第一の溶融樹脂をキャビティ１内に射出する。この射出は、公知の射出成形装置を用いて行うことができる。

第一の樹脂としては、例えばポリスチレン系樹脂、ポリプロピレン樹脂等のポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、ＰＯＭ、ＰＰＳ、変性ＰＰＥ、ポリカーボネイト、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂等、一般の熱可塑性樹脂を広く使用することができる。また、これらの熱可塑性樹脂をベース樹脂とし、フィラー強化材と繊維強化材の一方若しくは両者を添加することで機械的物性を向上させた強化樹脂がより好ましい。フィラー強化材としては、例えばタルク、ウオラスナイト、炭酸カルシウム等を用いることができ、繊維強化材としては例えばガラス繊維、カーボン繊維、金属繊維等を用いることができる。強化樹脂におけるこれらのフィラー強化材及び／又は繊維強化材の含有量は、用途上要求される物性に応じて選択されるが、一般的には５重量％以上である。また、第一の樹脂には、必要に応じて各種添加剤、着色剤等を加えることができる。

次いで、図３に示されるように、排出口４を開放すると共に、加圧ポート３から加圧流体を圧入する。これにより、フローティングコア２は、冷却固化が始まったキャビティ外周側の第一の溶融樹脂を残しつつ、冷却が遅れる中心部の第一の溶融樹脂を排出口４を介して捨てキャビティ５に押し出しながら排出口４へ向かって前進する。最終的には、フローティングコア２が捨てキャビティ５に入り込み、捨てキャビティ５内は、排出口４から押し出された樹脂で満たされる。フローティングコア２が通過した後には、フローティングコア２の径とほぼ等しい径の中空部６が形成される。従って、フローティングコア２の径を選択することによって、形成される中空部６の径を調整できる。そして、中空部６が形成された箇所の樹脂は、圧入された加圧流体の圧力によってキャビティ１の周壁面に押し付けられ、その形状が維持される。

上記加圧流体としては、射出成形の温度及び圧力下で使用樹脂と反応又は相溶しない気体又は液体が使用される。具体的には、例えば窒素ガス、炭酸ガス、空気、水、グリセリン、流動パラフィン等が使用できるが、窒素ガスを初めとする不活性ガスが好ましい。この加圧流体の圧入は、例えば窒素ガス等の気体を用いる場合、予め圧縮機で蓄圧タンク（図示されていない）内に昇圧して蓄えた加圧ガスを配管を通じて加圧ポート３に導くことや、圧縮機で直接加圧ポート３に加圧ガスを送り込んで逐次昇圧させることで行うことができる。前者の場合、加圧ポート３に供給する加圧ガスの圧力は、使用する樹脂の種類等によっても相違するが、通常５０〜３００ｋｇ／ｃｍ²Ｇ程度である。

次いで、金型内の圧力を維持したまま樹脂を冷却し、中空部６内の加圧流体を排出した後、成形品を取り出す。加圧流体の排出は、加圧流体として気体を用いた場合には加圧ポート３を大気に開放することでも行うことができるが、回収タンク（図示されていない）へ回収して循環利用することが好ましい。

取り出される成形品は、図４に示されるようなキャビティ１で成形された成形品と、捨てキャビティ６で成形された副成形品（図示されていない）とからなる。成形品と副成形品との間には、排出口４のくびれ部によって形成された薄肉のくびれ部が介在するので、このくびれ部を介して成形品を副成形品から容易に切り離すことができ、これによって図４に示す中空体７を得ることができる。前述のように、フローティングコア２は捨てキャビティ５内に入り込んだ状態で、副成形品中に残留することになるので、得られる中空体７は当初より両端が開放されたものとなる。

尚、本例では、中空体７を取り出したが、金型から取り出さずに、そのまま第二の成形工程に供してもよい。

＜第二の成形工程＞
第二の成形工程で使用する第二の金型は、第一の金型のフローティングコア２よりも最大径が小さいフローティングコア２’を有する以外は、図１に示す金型と同様である。第一の金型と第二の金型は、同じ金型であってもよいし、別の金型であってもよい。

まず、図５に示されるように、キャビティ１内に、第一の成形工程で得た中空体７をインサートする。

次に、図６に示されるように、排出口４が閉鎖された状態で、第一の溶融樹脂とは異なる第二の溶融樹脂を、キャビティ１内にインサートされた中空体７の中空部６内に射出する。この射出は、公知の射出成形装置を用いて行うことができる。

第二の樹脂としては、第一の樹脂と同様の熱可塑性樹脂が挙げられ、第一の樹脂と同様に一般の熱可塑性樹脂を広く使用することができる。第二の樹脂は、フィラー強化材や繊維強化材による機械的物性の向上が付与されていない非強化樹脂が好ましいが、内表面の平滑性を損なわない範囲（実質的に機械的物性の向上が得られない範囲でもある）でフィラー強化材及び／又は繊維強化材を含有することは差し支えない。具体的には１０重量％以下の範囲、好ましくは第一の樹脂中の含有量よりも少ない範囲であれば、フィラー強化材と繊維強化材の一方若しくは両者を含有することは差し支えない。フィラー強化材、繊維強化材としては、第一の樹脂と同様のものが挙げられる。また第二の樹脂には、必要に応じて各種添加剤、着色剤等を加えることができる。

第一の樹脂中の熱可塑性樹脂と第二の樹脂中の熱可塑性樹脂は、最終的に得られる二層中空成形品（図８参照）の外層８と内層９を強固に融着させて一体化を図る上で、互いに熱溶着可能な樹脂であることが好ましく、同系の樹脂であることがより好ましい。

次いで、図７に示されるように、排出口４を開放すると共に、加圧ポート３から加圧流体を圧入する。これにより、図１のフローティングコア２よりも最大径が小さいフローティングコア２’は、冷却固化が始まった中空体７の中空部６外周側の第二の溶融樹脂を残しつつ、冷却が遅れる中心部の第二の溶融樹脂を排出口４を介して捨てキャビティ５に押し出しながら排出口４へ向かって前進する。最終的には、フローティングコア２’が捨てキャビティ５に入り込み、捨てキャビティ５内は、排出口４から押し出された樹脂で満たされる。フローティングコア２’が通過した後には、フローティングコア２’の径とほぼ等しい径の中空部６’が形成される。従って、フローティングコア２’の径を選択することによって、形成される中空部６’の径を調整できる。そして、中空部６’が形成された箇所の樹脂は、圧入された加圧流体の圧力によって中空体７の中空部６の周壁面に押し付けられ、その形状が維持される。加圧流体の種類、圧入方法に関しては、第一の成形工程で説明したのと同様である。

次いで、第一の成形工程と同様にして、金型内の圧力を維持したまま樹脂を冷却し、中空部６’内の加圧流体を排出した後、成形品を取り出し、副成形品から容易に切り離して、図８に示す二層中空成形品を得る。

本発明の成形方法で成形された二層中空成形品は、図８に示されるように、第一の樹脂で形成された外層８と、第二の樹脂で形成された内層９との二層構造となる。第一の樹脂が強化樹脂であれば、外層８は、二層中空成形品に高い機械的強度（耐圧、剛性等）をもたらす。また、第二の樹脂が非強化樹脂であれば、内層９は、平滑な内表面をもたらし、管内の流体抵抗が少ない、流体が気体の場合騒音の発生が小さくなるなどの利点がある。

尚、以上の説明は曲管パイプを成形する場合を例にしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、直線状のパイプやその他の中空物であってもよい。

＜実施例１＞
図１に示されるような金型を用い、外径１．６ｃｍ、内径１．１ｃｍ、肉厚２．５ｍｍ、全長３８ｃｍの曲管パイプを、射出機（東洋機械金属社製「ＴＰ−１８０Ｈ」）を用いて成形した。フローティングコアとしては、第一の成形工程では直径１．４ｃｍの鋼球、第二の成形工程では直径１．１ｃｍの鋼球を用い、加圧流体の供給にはガス中空射出成形用ガス発生装置（旭エンジニアリンク社製「エアモールド」）を用いた。加圧流体としては窒素ガスを用いた。

第一の樹脂（強化樹脂）としては、ガラス繊維を３３重量％含有するポリアミド６６（旭化成工業社製「レオナ１３００Ｇ」）、第二の樹脂（非強化樹脂）としてはポリアミド６６（旭化成工業社製「レオナ１３００Ｓ」）を用いた。

［第一の成形工程］
まず、図２に示すように、強化樹脂を樹脂温度２６０℃、射出圧力１２０ｋｇ／ｃｍ²Ｇにて射出し、射出完了１秒後に圧力２３０ｋｇ／ｃｍ²の窒素ガスを圧入して、図３に示すようにフローティングコアを金型内で移動させ、３０秒間冷却した後、図４に示す中空体を取り出した。

［第二の成形工程］
次に、得られた中空体を、図５に示すように再度金型にインサートした後、図６に示すように、非強化樹脂を樹脂温度２５０℃、射出圧力１２０ｋｇ／ｃｍ²Ｇにて射出し、射出完了１秒後に圧力２３０ｋｇ／ｃｍ²の窒素ガスを圧入して、図７に示すようにフローティングコアを金型内で移動させ、３０秒間冷却した後、成形品を取り出した。

得られた成形品は、図８に示すように、ほぼ外径１．６ｃｍ、内径１．１ｃｍ、外層肉厚１ｍｍ、内層肉厚１．５ｍｍ、全長３８ｃｍの曲管パイプであった。

また、図９（ａ）のａ〜ｄで示す箇所で切断し、図９（ｂ）に示す内径Ａ，Ｂを測定した結果を表１に示す。さらに、図９（ｂ）のア〜エで示す箇所での内層肉厚、外層肉厚を測定した結果を表２に示す。尚、図９（ｂ）における「Ｐ．Ｌ．」はパーティングラインを意味する。

表１に示すように、内径寸法は非常に均一であった。また、表２に示すように、内外層の寸法比率は外層を１として内層は１〜２．４の範囲であり、工業用パイプとして充分な性能を保証できるものであった。

さらに、得られたパイプに８０℃の温水を１．５ｋｇ／ｃｍ²の内圧を負荷して１５００時間の耐久テストを実施した結果、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、工業用パイプとして十分な性能を示した。

本発明に用いる金型の一例を示す図である。 本発明の成形方法の説明図で、キャビティを第一の溶融樹脂で満たした状態を示す図である。 本発明の成形方法の説明図で、加圧流体の圧入によりフローティングコアを捨てキャビティ内に移動させた状態を示す図である。 本発明の成形方法の第一の成形工程で得られる中空体を示す図である。 本発明の成形方法の説明図で、キャビティに中空体をインサートした状態を示す図である。 本発明の成形方法の説明図で、中空部を第二の溶融樹脂で満たした状態を示す図である。 本発明の成形方法の説明図で、加圧流体の圧入によりフローティングコアを捨てキャビティ内に移動させた状態を示す図である。 本発明の成形方法で得られる二層中空成形品を示す図である。 内径、内層肉厚、外層肉厚の測定位置を説明する図である。

符号の説明

１ キャビティ
２，２’ フローティングコア
３ 加圧ポート
４ 排出口
５ 捨てキャビティ
６，６’ 中空部
７ 中空体
８ 外層
９ 内層

Claims (4)

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キャビティ、を備えた第一の金型の該キャビティ内に、第一の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第一の溶融樹脂を押し出させ、次いで前記第一の溶融樹脂を固化させて中空体を成形する第一の成形工程と、
   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キャビティ、を備えた第二の金型の該キャビティ内にインサートされた前記中空体の中空部に、前記第一の溶融樹脂とは異なる第二の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第二の溶融樹脂を押し出させる第二の成形工程と、
   を有することを特徴とする二層中空成形品の成形方法。
2. 前記第一の成形工程で成形された中空体を前記第一の金型内から取り出し、前記第二の金型のキャビティ内にインサートすることを特徴とする請求項１に記載の二層中空成形品の成形方法。
3. 前記第一の溶融樹脂が強化樹脂であり、前記第二の溶融樹脂が非強化樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の二層中空成形品の成形方法。
4. 前記第一の溶融樹脂中の熱可塑性樹脂と前記第二の溶融樹脂中の熱可塑性樹脂が互いに熱溶着可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の二層中空成形品の成形方法。

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