JP2020089986A - 樹脂管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスアシスト成形方法などのアシスト材を用いた樹脂射出成形により、所望層厚の内層および外層を有する複数層構造の樹脂管の製造方法を提供する。【解決手段】溶融した種類の異なる樹脂４ａ、４ｂをキャビティ３の延在方向に向かって射出し、一方の樹脂４ａによりキャビティ３の横断面中心部に円柱状の充填部４Ａを形成し、他方の樹脂４ｂにより円柱状の充填部４Ａの外周側に積層される円筒状の充填部４Ｂを形成し、樹脂管６での内層厚ｔ１に基づいて、円柱状の充填部４Ａの外径Ｄ１と、アシスト材５の注入仕様とが設定されていて、この設定された注入仕様によって、キャビティ３の延在方向に向かってアシスト材５を注入した後、樹脂４ａ、４ｂを硬化させて、一方の樹脂４ａにより形成された内層厚ｔ１の内層７、他方の樹脂４ｂにより形成された外層厚ｔ２の外層８を有する複数層構造の樹脂管６を製造する。【選択図】図９

Description

本発明は、樹脂管の製造方法に関し、さらに詳しくは、ガスアシスト成形方法などのアシスト材を用いた樹脂射出成形により、所望層厚の内層および外層を有する複数層構造の樹脂管を製造することができる樹脂管の製造方法に関するものである。

樹脂射出成形により樹脂管を成形する際に、溶融した樹脂をモールドに射出した後、窒素ガスなどの高圧ガスをモールドに注入するガスアシスト成形方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。高圧ガスに代わって、水や金属球、樹脂球をアシスト材としてモールドに高圧で注入することもある。

フローティングコア（アシスト材）を用いた樹脂射出成形によって、内層と外層とを有する二層構造の樹脂管を製造する方法が提案されている（特許文献２参照）。この提案の方法では、内層および外層となる樹脂をそれぞれ主キャビティに充填した後、内層となる樹脂の中にフローティングコアを通過させる。これにより、内層となる樹脂の所定量がフローティングコアによって主キャビティから押し出されて二層構造の樹脂管が成形される。

この提案の方法では、内層となる樹脂だけを、移動するフローティングコアによって主キャビティから押し出すことを前提にしているので、内層および外層を所望層厚にする自由度が小さい。それ故、所望厚みの内層および外層を有する複数層構造の樹脂管を製造するには改善の余地がある。

特開２００３−１８１８６８号公報 特開平９−１２３２１２号公報

本発明の目的は、ガスアシスト成形方法などのアシスト材を用いた樹脂射出成形により、所望層厚の内層および外層を有する複数層構造の樹脂管を製造することができる樹脂管の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の樹脂管の製造方法は、モールドに形成されたキャビティの延在方向に向かって、溶融した複数種類の樹脂をそれぞれ射出して、前記キャビティの横断面中心部に円柱状の充填部と、この円柱状の充填部の外周側にこの円柱状の充填部と同軸上に配置されて積層状態となる１つまたは複数の円筒状の充填部とを形成して、半径方向に隣り合うそれぞれの前記充填部どうしが前記複数種類の樹脂のうちの異なる種類の樹脂により形成されていて、前記キャビティに前記キャビティの延在方向に向かってアシスト材を注入し、射出したそれぞれの前記樹脂を硬化させることにより、前記円柱状の充填部の樹脂により形成された所定の内層厚の内層および最外周の前記円筒状の充填部の樹脂により形成された所定の外層厚の外層を有する複数層構造の樹脂管を製造する樹脂管の製造方法であって、前記内層厚に基づいて、前記円柱状の充填部の外径と、前記アシスト材の注入仕様とが設定されることを特徴とする。

本発明によれば、製造される樹脂管における内層の内層厚に基づいて、キャビティの横断面中心部に形成される樹脂からなる円柱状の充填部の外径と、アシスト材の注入仕様とが適切に設定されることで、製造した樹脂管の内層および外層それぞれを所望層厚にすることが可能になる。

本発明により製造された樹脂管を例示し、図１（Ａ）は縦断面図、図１（Ｂ）は横断面図である。 樹脂管を製造する成形装置を例示する説明図である。 図２のモールドを縦断面視で例示する説明図である。 図３のキャビティに２種類の樹脂を充填した状態を例示する説明図である。 図４のキャビティにアシスト材を注入している状態を例示する説明図である。 図５のキャビティの中で成形された樹脂管を例示する説明図である。 本発明により製造された別の樹脂管を例示し、図７（Ａ）は縦断面図、図７（Ｂ）は横断面図である。 キャビティに２種類の樹脂を充填した状態をモールドの縦断面視で例示する説明図である。 図８のキャビティにアシスト材を注入している状態を例示する説明図である。 図９のキャビティの中で成形された樹脂管を例示する説明図である。 本発明により製造されたさらに別の樹脂管を例示し、図１１（Ａ）は縦断面図、図１１（Ｂ）は横断面図である。 キャビティに３種類の樹脂を充填した状態を例示する説明図である。 図１２のキャビティの中で成形された樹脂管を例示する説明図である。

以下、本発明の樹脂管の製造方法を、図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１、図２に例示するように、本発明により製造される樹脂管６は、円筒状の内層７と円筒状の外層８とが一体的に接合されていて、内層７および外層８を有する二層構造になっている。詳述すると、この樹脂管６（内径Ｄ１、外径Ｄ２）では、所望の内層厚ｔ１の内層７の外周面に、所望の外層厚ｔ２の外層８が積層されている。

樹脂管６の形状は設置場所等のスペースの制約によって決定されるので、この実施形態のように直管状に限らず屈曲管の場合もある。図中の一点鎖線ＣＬは、管路１０の横断面中心を通過する中心線を示している。

内層７と外層８には、樹脂管６において要求される性能を満足するために、互いに異なる種類の樹脂が用いられている。ここで、異なる種類の樹脂とは、樹脂自体の種類が異なることだけを意味するのではなく、樹脂自体の種類が同じであっても混合されている添加物の配合量または種類が異なっていることも意味する。

例えば、内層７には管路１０を流れる流体に対する耐久性に優れた樹脂が使用され、外層８には外部からの衝撃、摩耗、紫外線等に対する耐久性に優れた樹脂が使用される。この実施形態では、内層７には管路１０を流れる流体に対する耐久性に優れた樹脂が使用され、外層８には内層７に使用されている樹脂と同じ種類の樹脂に、補強繊維（例えばガラス繊維または炭素繊維など）が所定割合で混合された繊維強化樹脂が使用されている。即ち、内層７と外層８とは、樹脂に補強繊維が含有されているか否かだけが異なっている。

この樹脂管６は、図２に例示する成形装置１を用いて製造される。成形装置１は、溶融した樹脂４（２種類の樹脂４ａ、４ｂ）をモールド２（２ａ、２ｂ）に射出するシリンダ１ａと、アシスト材５をモールド２に注入するアシスト材注入部１ｂとを備えている。

一方の樹脂４ａにより内層７が形成され、他方の樹脂４ｂにより外層８が形成されることになる。シリンダ１ａは、それぞれの樹脂４ａ、４ｂを溶融した状態で射出することができる、いわゆる２色成形可能な公知の機構が採用される。

アシスト材５は公知のものでよく、窒素ガスなどの気体、水などの液体、金属球や樹脂球、砲弾形状の金属塊、樹脂塊などの固体から適切な材料が選択される。アシスト材注入部１ｂは、アシスト材５の種類に応じて公知の適切な機構が採用される。

図３に例示するように、モールド２はいわゆる２つ割りタイプであり、組み付けられる一方のモールド２ａと他方のモールド２ｂとで構成されている。互いのモールド２ａ、２ｂはパーティングラインＰＬを境界にして接合および分離する。

モールド２には、空洞であるキャビティ３が形成されている。このキャビティ３は、製造される樹脂管６と同じ外形状であり、この実施形態では外径Ｄ２の円柱状である。キャビティ３は、モールド２に形成されたランナー等を介して、成形装置１の射出ノズルに接続される。モールド２には、余分な量の樹脂４（４ａ、４ｂ）をキャビティ３から排出させる排出部と、キャビティ３に注入されたアシスト材５の排出部も設けられている。

次に、図１に例示した樹脂管６の製造方法の手順の一例を説明する。

まず、図３に例示するようにモールド２ａ、２ｂを互いに組み付けて型閉めした状態にする。この状態で、溶融した２種類の樹脂４ａ、４ｂをそれぞれ、シリンダ１ａからキャビティ３の延在方向に向かって射出してキャビティ３に注入する。

樹脂４ａ、４ｂを射出することで、図４に例示するように、一方の樹脂４ａがキャビティ３の横断面中心部に充填されて、外径Ｔ１の円柱状の充填部４Ａが形成される。また、他方の樹脂４ｂがキャビティ３に充填されて、円柱状の充填部４Ａの外周側に円柱状の充填部４Ａと同軸上に配置されて積層状態となる層厚Ｔ２の円筒状の充填部４Ｂが形成される。したがって、半径方向に隣り合うそれぞれの充填部４Ａ、４Ｂどうしが、溶融した異なる種類の樹脂４ａ、４ｂにより形成される。

内径Ｄ１、外径Ｄ２、内層厚ｔ１の内層７および外層厚ｔ２の外層８を有する樹脂管６を製造する場合には、この内層厚ｔ１の大きさに基づいて、キャビティ３内の円柱状の充填部４Ａの外径Ｔ１と、アシスト材５の注入仕様とが設定される。注入仕様とは、樹脂４（４ａ、４ｂ）を所望層厚（内層厚ｔ１、外層厚ｔ２）にするために必要とされるアシスト材５の注入圧力、注入速度、通過外径Ｗ、樹脂４（４ａ、４ｂ）の温度を含む作業条件である。

内層厚ｔ１が、所定の基準値Ｃ以上の厚肉の場合に、円筒状の充填部４Ｂの層厚Ｔ２は、外層厚ｔ２と同じ大きさに設定される（Ｔ２＝ｔ２）。キャビティ３の外径Ｄ２は決まっているので、層厚Ｔ２の大きさが設定されることにより、円柱状の充填部４Ａの外径Ｔ１も自動的に設定される。この外径Ｔ１は、内層厚ｔ１よりも大きく設定される（Ｔ１>ｔ１）。

アシスト材５の注入仕様は、キャビティ３内の円筒状の充填部４Ｂの層厚Ｔ２を変化させずに、円柱状の充填４Ａを、内層厚ｔ１の円筒状に変形させる仕様に設定される。具体的には、アシスト材５の通過外径Ｗは、製造される樹脂管６の内径Ｄ１と実質的に同じ大きさに設定される。固体のアシスト材５を使用する場合は、アシスト材５の外径を通過外径Ｗ（外径Ｄ１）と同じにする。アシスト材５の注入圧力、注入速度、樹脂４（４ａ、４ｂ）の温度は、樹脂管６の成形テスト時のデータ等に基づいて適切な許容範囲内の値に設定する。円筒状の充填部４Ｂ（樹脂４ｂ）は流動性を抑えるために、円柱状の充填部４Ａ（樹脂４ａ）よりも低温にするとよい。気体や液体のアシスト材５を使用する場合は、その通過外径Ｗ（外径Ｄ１）になるようにアシスト材５の注入圧力、注入速度等を調整する。

キャビティ３に樹脂４（４ａ、４ｂ）を充填した後、直ちに、図５に例示するように、設定された注入仕様で、アシスト材注入部１ｂからアシスト材５をモールド２に所定の高圧で注入する。注入されたアシスト材５は、未硬化の円柱状の充填部４Ａの内部をキャビティ３の延在方向に沿って高圧で通過する。アシスト材５が通過することで、まだ完全に硬化していない円柱状の充填部４Ａの樹脂４ａの一部がキャビティ３の外部に排出されて、円柱状の充填部４Ａが所望層厚（内層厚ｔ１）の円筒状に成形される。アシスト材５の通過外径Ｗは、円柱状の充填部４Ａの外径Ｔ１よりも小さく設定されている。そのため、アシスト材５を注入しても、円筒状の充填部４Ｂの層厚Ｔ２には実質的な変化は生じない。

その後、図６に例示するように、それぞれの樹脂４ａ、４ｂが硬化することで内層厚ｔ１の内層７、外層厚ｔ２の外層８が形成されるとともに、互いの樹脂４ａ、４ｂが接合される。これにより、キャビティ３に沿った所望形状の樹脂管６が成形される。即ち、樹脂４の射出成形工程の完了とともに内層７と外層８を有する二層構造の樹脂管６が製造される。

上述のように、内層厚ｔ１が所定の基準値Ｃ以上の厚肉の場合には、キャビティ３内に形成された円柱状の充填部４Ａだけを、注入したアシスト材５によって変形させて、その樹脂４ａの一部をキャビティ３から排出する。このように成形を行うと、所望の内層厚ｔ１、外層厚ｔ２を確保し易い。

次に、図７に例示するように、内層厚ｔ１が、所定の基準値Ｃ未満の薄肉の場合の樹脂管６を製造する手順を説明する。

この場合に、図８に例示するように、キャビティ３内の円柱状の充填部４Ａの外径Ｔ１、円筒状の充填部４Ｂの層厚Ｔ２はそれぞれ、内層厚ｔ１、外層厚ｔ２よりも大きく設定される（Ｔ１>ｔ１、Ｔ２>ｔ２）。

アシスト材５の注入仕様は、キャビティ３内の円柱状の充填部４Ａを内層厚ｔ１の円筒状に変形させ、かつ、円筒状の充填部４Ｂの層厚Ｔ２を外層厚ｔ２に低減させる仕様に設定される。具体的には、アシスト材５の通過外径Ｗは、製造される樹脂管６の内径Ｄ１と実質的に同じ大きさに設定される。固体のアシスト材５を使用する場合は、アシスト材５の外径を通過外径Ｗ（外径Ｄ１）と同じにする。アシスト材５の注入圧力、注入速度、樹脂４（４ａ、４ｂ）の温度は、樹脂管６の成形テスト時のデータ等に基づいて適切な許容範囲内の値に設定する。円柱状の充填部４Ａ（樹脂４ａ）、円筒状の充填部４Ｂ（樹脂４ｂ）はそれぞれ、高い流動性を確保するために、それぞれの樹脂４ａ、４ｂの射出温度に相当する程度の高温に維持するとよい。気体や液体のアシスト材５を使用する場合は、その通過外径Ｗ（外径Ｄ１）になるようにアシスト材５の注入圧力、注入速度等を調整する。

キャビティ３に樹脂４（４ａ、４ｂ）を充填した後、直ちに、図９に例示するように、設定された注入仕様で、アシスト材注入部１ｂからアシスト材５をモールド２に所定の高圧で注入する。注入されたアシスト材５は、未硬化の円柱状の充填部４Ａの内部をキャビティ３の延在方向に沿って高圧で通過する。アシスト材５が通過することで、まだ完全に硬化していない円柱状の充填部４Ａの樹脂４ａの一部がキャビティ３の外部に排出されて、円柱状の充填部４Ａは所望層厚（内層厚ｔ１）に成形される。

アシスト材５の通過外径Ｗは、円柱状の充填部４Ａの外径Ｔ１よりも大きく設定されている。そのため、アシスト材５を注入すると、円柱状の充填部４Ａが拡径しつつ円筒状に変形し、円筒状の充填部４Ｂの一部の樹脂４ｂもキャビティ３の外部に排出されて、円筒状の充填部４Ｂは所望層厚（外層厚ｔ２）に成形される。

その後、図１０に例示するように、それぞれの樹脂４ａ、４ｂが硬化することで内層厚ｔ１の内層７、外層厚ｔ２の外層８が形成されるとともに、互いの樹脂４ａ、４ｂが接合される。これにより、キャビティ３に沿った所望形状の樹脂管６が成形される。即ち、樹脂４の射出成形工程の完了とともに内層７と外層８を有する二層構造の樹脂管６が製造される。

上述のように、内層厚ｔ１が所定の基準値Ｃ未満の薄肉の場合には、キャビティ３内の円柱状の充填部４Ａおよび円筒状の充填部４Ｂを、注入したアシスト材５によって変形させて、それぞれの樹脂４ａ、４ｂの一部をキャビティ３から排出する。このように成形を行うと、所望の内層厚ｔ１、外層厚ｔ２を確保し易い。

樹脂４の種類（仕様）に応じて、内層７の厚みｔ１についての所定の基準値Ｃは異なる。そこで、例えば、樹脂４の種類（仕様）毎に、キャビティ３内の充填部４Ａ、４Ｂの寸法Ｔ１、Ｔ２を様々に異ならせた条件で樹脂管６の成形テストを繰り返し行う。このような成形テストによって成形された樹脂管６の内層７、外層８の層厚のデータを取得し、これら取得したデータに基づいて、所定の基準値Ｃを決定することができる。内径Ｄ１が１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の樹脂管６の場合は、所定の基準値Ｃは例えば１ｍｍ程度である。

このようにして、樹脂管６における内層７の予め設定された内層厚ｔ１に基づいて、キャビティ３内の円柱状の充填部４Ａの外径Ｔ１と、アシスト材５の注入仕様とを適切に設定する。この設定された条件に基づいて射出成形を行うことで、所望の内層厚ｔ１の内層７および所望の外層厚ｔ２の外層８を有する樹脂管６を製造することが可能になる。

樹脂管６は、上述したそれぞれの実施形態のような二層構造に限らず、図１１に例示するように、内層７と外層８との間に中間層９が１層または複数層介在して、内層７、中間層９、外層８とが一体的に接合された複数層構造の場合もある。図１１に例示する樹脂管６は、内層厚ｔ１の内層７と外層厚ｔ２の外層８との間に１層の中間層９（層厚ｔ３）が介在する三層構造である。中間層９を２層や３層にして四層構造、五層構造の樹脂管６を製造することも可能であるが、中間層９の層数が増える程、樹脂管６を製造し難くなる。

３層構造の樹脂管６を製造するには、図１２に例示するように、溶融した３種類の樹脂４（４ａ、４ｂ、４ｃ）をそれぞれ射出して、キャビティ３の横断面中心部に外径Ｔ１の円柱状の充填部４Ａと、円柱状の充填部４Ａの外周側に円柱状の充填部４ａと同軸上に配置されて積層状態となる２つ円筒状の充填部４Ｂ、４Ｃとを形成する。それぞれの円筒状の充填部４Ｂ、４Ｃの層厚は、Ｔ２、Ｔ３である。充填部４Ａ、４Ｂ、４Ｃはそれぞれ、樹脂４ａ、４ｂ、４ｃにより形成されている。半径方向に隣り合うそれぞれの充填部４Ａ、４Ｂ、４Ｃどうしは異なる種類の樹脂４により形成されている。

次いで、先の実施形態のように、キャビティ３にキャビティ３の延在方向に向かってアシスト材５を注入する。ここで、内層厚ｔ１が、所定の基準値Ｃ以上の厚肉の場合は、図４、図５に例示した実施形態のように、最外周の円筒状の充填部４Ｂの層厚Ｔ２が、外層厚ｔ２と同じ大きさに設定され、かつ、円柱状の充填部４Ａの外径Ｔ１が、内層厚ｔ１よりも大きく設定される。さらに、円筒状の充填部４Ｃの層厚Ｔ３は、中間層９の層厚ｔ３と実質的に同じに設定される。

アシスト材５の注入仕様は、最外周の円筒状の充填部４Ｂの層厚Ｔ２を変化させずに、円柱状の充填部４Ａを内層厚ｔ１の円筒状に変形させる仕様に設定される。さらに、円筒状の充填部４Ｃの層厚Ｔ３も変化させない仕様に設定される。

内層厚ｔ１が、所定の基準値Ｃ未満の薄肉の場合は、図８、図９に例示した実施形態のように、円柱状の充填部４Ａの外径Ｔ１、最外周の円筒状の充填部４Ｂの層厚Ｔ２がそれぞれ、内層厚ｔ１、外層厚ｔ２よりも大きく設定される。さらに、円筒状の充填部４Ｃの層厚Ｔ３は中間層９の層厚ｔ３よりも大きく設定される。

アシスト材の注入仕様は、円柱状の充填部４Ａを内層厚ｔ１の円筒状に変形させ、かつ、最外周の円筒状の充填部４Ｂの層厚Ｔ２を外層厚ｔ２に低減させる仕様に設定される。さらに、円筒状の充填部４Ｃの層厚Ｔ３を中間層９の層厚ｔ３に低減させる仕様に設定される。

そして、射出したそれぞれの樹脂４を硬化させることにより、図１３に例示するように、円柱状の充填部４Ａを形成していた樹脂４ａにより所定の内層厚ｔ１の内層７、円筒状の充填部４Ｂを形成していた樹脂４ｂにより所定の外層厚ｔ２の外層８、円筒状の充填部４Ｃを形成していた樹脂４ｃにより所定の層厚ｔ３の中間層９を形成する。

その後、それぞれの樹脂４ａ、４ｂ、４ｃが硬化することで内層厚ｔ１の内層７、外層厚ｔ２の外層８、層厚ｔ３の中間層９が形成されるとともに、半径方向に隣り合う樹脂４ａ、４ｂ、４ｃどうしが接合される。これにより、キャビティ３に沿った所望形状の樹脂管６が成形される。即ち、樹脂４の射出成形工程の完了とともに内層７、外層８、中間層９を有する三層構造の樹脂管６が製造される。

１ 成形装置
１ａ シリンダ
１ｂ アシスト材注入部
２（２ａ、２ｂ） モールド
３ キャビティ
４（４ａ、４ｂ、４ｃ） 樹脂
４Ａ 円柱状の充填部
４Ｂ、４Ｃ 円筒状の充填部
５ アシスト材
６ 樹脂管
７ 内層
８ 外層
９ 中間層
１０ 管路

Claims (4)

1. モールドに形成されたキャビティの延在方向に向かって、溶融した複数種類の樹脂をそれぞれ射出して、前記キャビティの横断面中心部に円柱状の充填部と、この円柱状の充填部の外周側にこの円柱状の充填部と同軸上に配置されて積層状態となる１つまたは複数の円筒状の充填部とを形成して、半径方向に隣り合うそれぞれの前記充填部どうしが前記複数種類の樹脂のうちの異なる種類の樹脂により形成されていて、前記キャビティに前記キャビティの延在方向に向かってアシスト材を注入し、射出したそれぞれの前記樹脂を硬化させることにより、前記円柱状の充填部の樹脂により形成された所定の内層厚の内層および最外周の前記円筒状の充填部の樹脂により形成された所定の外層厚の外層を有する複数層構造の樹脂管を製造する樹脂管の製造方法であって、
   前記内層厚に基づいて、前記円柱状の充填部の外径と、前記アシスト材の注入仕様とが設定されることを特徴とする樹脂管の製造方法。
2. 前記内層厚が所定の基準値以上の場合に、最外周の前記円筒状の充填部の層厚が、前記外層厚と同じ大きさに設定され、かつ、前記円柱状の充填部の外径が、前記内層厚よりも大きく設定され、前記アシスト材の注入仕様が、最外周の前記円筒状の充填部の層厚を変化させずに、前記円柱状の充填部を前記内層厚の円筒状に変形させる仕様に設定される請求項１に記載の樹脂管の製造方法。
3. 前記内層厚が所定の基準値未満の場合に、前記円柱状の充填部の外径、最外周の前記円筒状の充填部の層厚がそれぞれ、前記内層厚、前記外層厚よりも大きく設定され、前記アシスト材の注入仕様が、前記円柱状の充填部を前記内層厚の円筒状に変形させ、かつ、最外周の前記円筒状の充填部の層厚を前記外層厚に低減させる仕様に設定される請求項１に記載の樹脂管の製造方法。
4. 最内周の前記円筒状の充填部の樹脂が、前記円柱状の充填部の樹脂と同じ種類の樹脂に補強繊維が混合された繊維強化樹脂である請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂管の製造方法。

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