JP2010052327A - 樹脂成形体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】極めて熱伝達が良好な保温あるいは放熱機能を付与でき、信頼性が高く、製造工程が簡便で低コストの樹脂成形体を提供する。
【解決手段】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パイプ部キャビティを備えた金型の該パイプ部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から得られる、少なくとも曲管部３を有し流体を通過させるパイプ部１と、平板部４とが一体に射出成形されてなる樹脂成形体。
【選択図】図１

Description

本発明はパイプ部と平板部とが一体で射出成形された樹脂成形体及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、パイプ部に流体を通過させることで、保温板、或いは放熱板として機能する樹脂成形体及びその製造方法に関する。

保温機能を有する床暖房システムにおいては、従来、例えば、特許文献１，２に示されているように、温水を流すパイプと、このパイプが組み込まれた温水マット等と、床材との複合体が一般的に使用されている。

また、温水便座においては、特許文献３に、樹脂成形体からなるカバープレートとベースプレートの空間に保温用電熱線を組み込んで便座の保温機能を付与する例が紹介されている。

さらに近年、自動車分野においては、高性能化環境対応からエンジンルーム内の温度が上昇しており、エンジンヘッドカバーなどのカバー類などの放熱機能付与が重要な課題となっている。これに対し、デザイン面から表面積を増大して放熱効率を上げる、あるいは高熱伝導材料を利用して放熱効率を上げる等の提案がされている。

また、コンピューターや映像機器も薄型化高性能化されるにつれて機器の内部発熱への対応が急がれている。これに対し、筐体に放熱材料を利用するなどの提案がされている。

特許第３９４７５２７号公報 特開平７−２１７９２０号公報 特許第３０４８４１３号公報

しかしながら、特許文献１，２の床暖房システムは、温水が通過するパイプと、温水マット或いは床材とは別部材であり、これらを一体化して組立てるコストはかなり高いものであり、且つパイプと、温水マット或いは床材とは完全に密着して組立てられてはいないので熱伝導効率が低いという課題を有している。

また、特許文献３の保温便座は、便座カバープレート、ベースプレートの樹脂成形体２部品と面状発熱体を組み合わせた物であり、組立てコストがかかり、また発熱体とカバープレートの間には空隙の存在は避けられず、熱効率の低いものとなっている。

また、自動車エンジンカバーや家電ＯＡ機器の筐体等については、前述のような材料面、或いはデザイン面での放熱機能付与のみでは十分とはいえず、検討課題のままである。

そこで、本発明は、極めて熱伝達が良好な保温あるいは放熱機能を付与でき、信頼性が高く、製造工程が簡便で低コストの樹脂成形体及びその製造方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明の樹脂成形体は、少なくとも曲管部を有し流体を通過させるパイプ部と、平板部とが一体に射出成形されてなることを特徴とする。

また、本発明の樹脂成形体の製造方法は、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パイプ部キャビティを備えた金型の該パイプ部キャビティ内に、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ことを特徴とする。

本発明の樹脂成形体は、パイプ部に流体を通過させることで、保温板、或いは放熱板として機能するが、パイプ部と平板部とが一体で射出成形されるため、極めて熱伝達が良好で、流体の漏れも無く、更に組立てコストは不要である。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の樹脂成形体の一例を示す斜視図である。

図１に示す樹脂成形体は、直管部２と曲管部３を連続的に有し、「ＲＰ」のアルファベット文字形状をなしているパイプ部１が、平板部４上に配設されている。また、パイプ部１の端部は、平板部４の端部から起立する側板部１４のうちの一枚に連結している。そして、パイプ部１端部が連結された側板部１４には、パイプ部１の内径と同等の出入孔１３が形成されており、これにより、パイプ部１は、流体が通過する管路をなしている。

パイプ部１内に、加熱媒体、冷却媒体等の流体を通過せしめるためには、パイプ部１の中空部断面形状は円形であることが好ましく、内径の変動は、パイプの平均内径をΦとし、最大径−最小径＝ＲとしたときにＲ／Φ×１００（％）が２０％以下であることが望ましい。すなわち、流体がスムースに流れるためには、パイプ部１の中空部断面は円形であり、かつ変動の小さいことが望ましい。また、パイプ部１には、流体を流すための内圧がかかっており設計からの要請で肉厚は出来るだけ均一であることが望ましい。

図１に示す樹脂成形品は、一体に射出成形されてなるため、パイプ部１と平板部４と側板部１４の間には、溶着部あるいは継ぎ目を有さない。尚、側板部１４は必ずしも必要ではないが、成形体の強度向上の観点から側板部１４を有する方が好ましい。

本発明で用いる樹脂としては、中空体を射出成形可能なあらゆる熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂を挙げられるが、射出成形での中空部成形性という観点からは熱可塑性樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリスチレン、ＡＳ，ＡＢＳ等のポリスチレン系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ナイロン６６、あるいはナイロン６などのポリアミド系樹脂、ＰＥＴ，ＰＢＴなどのポリエステル系樹脂、ＰＯＭ、ポリカーボネート、ＰＰＳ、変性ＰＰＥ、ＰＭＭＡ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂など種々の樹脂が挙げられ、これら樹脂にガラス繊維、タルク、炭酸カルシウム、カオリンなどの強化材、無機フィラーなどを添加したものでもよい。また、熱硬化性樹脂としては、例えば不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などもＢＭＣとして知られている射出成形が可能な熱硬化性樹脂であれば用いることができる。さらに近年、高熱伝導性樹脂等も入手可能であり、本発明においては好ましい樹脂の例である。

本発明の樹脂成形体は、パイプ部１に、流体として温水等の加熱保温媒体を通過させることにより、平板部４を均一に効率的に加熱保温でき、保温板として機能する。そのため、例えば壁或いは床暖房等の加熱保温機能を有する住宅設備用樹脂成形体、保温便座等に、好適に使用可能である。

また、パイプ部１に、流体として冷水や不凍液等の冷却媒体を通過させることにより、平板部４を均一に効率的に冷却でき、放熱板として機能する。そのため、例えば内部発熱が課題である各種家電ＯＡ機器の筐体、自動車のエンジンカバー等に、好適に使用可能である。

そして、本発明の樹脂成形体は、パイプ部１と平板部４とが一体で射出成形されたものであるため、極めて熱伝達が良好、すなわち熱効率または放熱効率が高い。また、一体で射出成形されたものであるため、組立てコストは不要であり、コスト的に有利であると共に、流体がもれることもない。更に、パイプ部１を継ぎ手や溶接の手段を用いないで成形可能であり、かつパイプ部１の配置も、二次元、三次元でも可能であるなどデザインの自由度も高い。

本発明の樹脂成形体は、単独で用いることもできるが、本発明の樹脂成形体を１ユニットとして複数個のパイプ同士を継手等の手段で結合することで、例えば、床暖房の面積を大型から小型までカバーし得る等、設計の自由度が増したり、メンテナンスを容易にしたりすることも可能である。

次に、本発明の樹脂成形体の製造方法について説明する。

本発明の樹脂成形体を製造する方法としては、ガスアシスト射出成形法（例えば特公昭５７−１４９６８号公報等）、水アシスト射出成形（例えばプラスチックエージ（Ｓｅｐ．２００７年、１０６ページ）等）、フローティングコアを用いる方法（例えば特公平７−２０６４６号公報）等が挙げられる。こららのうちでも、パイプ内径をパイプの全領域に渡って均一に保つためにはフローティングコアを用いる射出成形法が好ましく、より好ましくは、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パイプ部キャビティを備えた金型の該パイプ部キャビティ内に、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射出成形法である。

以下、フローティングコアを用いて図１の樹脂成形体を製造する方法を説明する。

図２は、本発明で用いる金型の一例を示す図である。

図２に示すように、金型は、直管部キャビティ２’と曲管部キャビティ３’とからなるパイプ部キャビティ１’と、平板部キャビティ４’と、側板部キャビティ１４’からなる、成形体の外形に沿った形状のキャビティ２０を有する。

パイプ部キャビティ１’の一端７には、パイプ部１の内径に相当する径を有するフローティングコア５が設けられていると共に、このフローティングコア５をパイプ部キャビティ１’の他端８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６が設けられている。

フローティングコア５は、加圧ポート６から圧入される加圧流体で押圧できるよう、加圧ポート６を背にしてパイプ部キャビティー１’内に設けられているもので、例えば銅、鉄、アルミ、ステンレス、鋼などの金属製とするほか樹脂製とすることができる。フローティングコア５の形状は、図示される球形の他に最大径がパイプ部１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６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６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５の背面に作用させ、フローティングコア５をパイプ部キャビティ１’の他端８側へと押圧移動させるためのものである。加圧ポート６からの加圧流体の圧入は、キャビティ２０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５を浮き上がらせることなく、フローティングコア５を加圧ポート６へ押し付けながらキャビティ２０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５からやや離れた位置に樹脂ゲート９が設けられている。

パイプ部キャビティ１’の他端８側には連通口１０が設けられており、この連通口１０を介してパイプ部キャビティ１’に余剰樹脂収容キャビティ１１が連通されている。連通口１０はフローティングコア５の通過を許容する大きさであるが、ややくびれた形状にすることが後の切断工程等の容易さから好ましい。余剰樹脂収容キャビティ１１はキャビティ２０内を樹脂で満たした状態で加圧ポート６から加圧流体を圧入し、フローティングコア５を移動させた時にパイプ部キャビティ１’から押し出される余剰樹脂とフローティングコア５とを余裕をもって収容できる容積を有している。

連通口１０を開閉する手段は、特に限定されないが、たとえば、油圧などの手段で受け軸の進退によって連通口１０を開閉する手段が挙げられる。具体的には余剰樹脂収容キャビティ１１のほぼ中央を通って、連通口１０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連通口１０の周壁に圧接されて連通口を閉鎖すると共に、進退時に連通口１０を開閉するものである。或いは単にスライド式に開閉するバー等を用いて油圧などの手段で開閉動作させる方法も適用できる。

次に図２に示す金型を用いた射出成形の具体的手順について説明する。

まず、図３に示されるように、連通口１０が閉鎖された状態で、溶融樹脂を射出する。この射出は、公知の射出成形装置を用いておこなうことができる。

ついで、図４に示されるように、連通口１０を開放すると共に、加圧ポート６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５は、冷却或いは加熱による固化が始まったパイプ部キャビティ１’外周部の樹脂を残しつつ、固化が遅れる中心部の溶融樹脂を連通口１０を介して余剰樹脂収容キャビティ１１に押出しながら余剰樹脂収容キャビティ１１に向かって前進する。最終的には、フローティングコア５は余剰樹脂収容キャビティ１１に入り込み、余剰樹脂収容キャビティ１１は連通口１０から押出された樹脂で満たされる。フローティングコア５が通過した後には、フローティングコア５の径とほぼ等しい径の中空部１２が形成される。従ってフローティングコア５の径を選択することによって、形成される中空部１２の径を調整できる。そして中空部１２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パイプ部キャビティ１’の周壁面に押し付けられ、その形状が維持される。

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、グリセリン、流動パラフィン等が使用できるが、窒素ガスをはじ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、予め圧縮機で畜圧タンク（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６に導くことや、圧縮機で直接加圧ポート６に加圧ガスを送り込んで昇圧させることでおこなう事ができる。加圧ポート６に供給する加圧ガスの圧力は、使用する樹脂の種類やフローティングコア５の大きさなどによっても相違するが、通常４．９０〜２９．４２ＭＰａ（５０〜３００ｋｇ／ｃｍ²Ｇ）程度である。

次いで、好ましくは金型内の内圧を維持しつつ樹脂を冷却し、中空部１２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６を大気に開放することでも行う事ができるが、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もできる。

取り出された成形品から、余剰樹脂収容キャビティ１１で成形された副成形品（図示されていない）を分離して、本発明の樹脂成形体を得ることができる。副成形品は連通口の近傍で切断などの方法で容易に分離することができるが、連通口１０をくびれ形状に予めしておくことによってさらに容易に分離切断することができる。

＜実施例１＞
図２に示されるような金型を用い、図１に示す下記サイズの樹脂成形品を、射出機（東洋機械金属社製「ＴＰ−１８０Ｈ」）を用いて一体に成形した。

［パイプ部］
外径７ｍｍ、内径４．５ｍｍ、肉厚１．２５ｍｍ、長さ２００ｍｍ

［平板部］
１００ｍｍ×１５０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍ

フローティングコアとしては、直径４．５ｍｍ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。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樹脂（旭化成ケミカルズ製「レオナ１３００Ｇ」）を用いた。

まず、図３に示すように、前記樹脂を樹脂温度２６０℃、射出圧力１１．７７ＭＰａ（１２０ｋｇ／ｃｍ²）にて射出し、射出完了１秒後に圧力２２．５６ＭＰａ（２３０ｋｇ／ｃｍ²）の窒素ガスを圧入して、図４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１に示す樹脂成形体を取り出した。

図５に示す様に、内径Ａ，Ｂを１７箇所で測定した結果、その平均内径Φは４．７４ｍｍで、最大内径４．９４ｍｍ、最小内径４．５９ｍｍ、Ｒ＝０．３５ｍｍであった。内径の変動Ｒ／Φ×１００（％）は７％であり実用上問題のない変動範囲であった。

得られた成形品のパイプ部の一方から６０℃の温水を通じ、他方から排出したところ、平板部の平均温度は３２℃であり、パイプ部の平均温度は５４℃であり保温用ユニットとして好適な物であった。尚、温度測定箇所は、図６に示した８ヶ所であり、パイプ部（１〜４）と平板部（５〜８）の各４箇所の平均した温度を平均温度とした。また、６０℃の温水を０．１５ＭＰａ（１．５ｋｇ／ｃｍ²）の内圧を負荷して２０００時間流す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、耐久性にも優れていた。

＜実施例２＞
樹脂としてＰＰＳ樹脂（東レ；トレリナ高熱伝導材ＨＳ０１）を用い、樹脂温度を３２０℃とした以外は実施例１と同様にして成形品を得た。

得られた成形品のパイプ部の一方から５℃の冷水を通じ、他方から排水したところ、平板部の平均温度は１８℃であり、放熱用ユニットとして十分な性能を示した。

本発明の樹脂成形体は、床或いは壁暖房等の保温機能を有する住宅設備用樹脂成形体、高温にさらされる自動車のシリンダーヘッドカバー等の冷却、放熱機能が必要とされる自動車部品用樹脂成形体、コンピュータ等の冷却放熱機能が必要とされる家電ＯＡ機器筐体用樹脂成形体等として、好適に使用される。

本発明の樹脂成形体の一例を示す斜視図である。 本発明の製造方法に用いる金型の一例を示す図である。 本発明の製造方法の説明図で、キャビティを溶融樹脂で満たした状態を示す図である。 本発明の製造方法の説明図で、加圧流体の圧入により、フローティングコアを移動させ、余剰樹脂を収納するキャビティに樹脂が満たされた状態を示す図である。 実施例１における内径測定箇所を示す図である。 実施例１における温度測定箇所を示す図である。

符号の説明

１ パイプ部
１’ パイプ部キャビティ
２ 直管部
２’ 直管部キャビティ
３ 曲管部
３’ 曲管部キャビティ
４ 平板部
４’ 平板部キャビティ
５ フローティングコア
６ 加圧ポート
７ キャビティの一端
８ キャビティの他端
９ 射出ゲート
１０ 連通口
１１ 余剰樹脂収容キャビティ
１２ 中空部
１３ 出入孔
１４ 側板部
１４’ 側板部キャビティ
２０ キャビティ

Claims (6)

1. 少なくとも曲管部を有し流体を通過させるパイプ部と、平板部とが一体に射出成形されてなることを特徴とする樹脂成形体。
2. 前記パイプ部の中空部断面形状が円形であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形体。
3. 前記パイプ部の内径の変動が実質的にないことを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂成形体。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂成形体からなることを特徴とする保温板。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂成形体からなることを特徴とする放熱板。
6. 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パイプ部キャビティを備えた金型の該パイプ部キャビティ内に、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ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂成形体の製造方法。

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