JP2020138469A - 中空体の成形方法および中空体の成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中空部の断面積の変更への対応が容易に行える、フローティングコア方式による中空体の成形方法を提供すること。【解決手段】溶融した樹脂をキャビティの内部に導入する工程と、前記導入された樹脂を、成形すべき中空体の断面形状に応じた所定の固化率となるまで固化させる工程と、前記所定の固化率となっている前記樹脂の内部にコアを通過させる工程と、を有する、中空体の成形方法。【選択図】図１

Description

本開示は、中空体の成形方法および中空体の成形装置に関する。

パイプなどの中空体を成形する方法として、フローティングコア方式の成形方法が知られている。

たとえば、特許文献１には、一端に加圧ポートを有し、他端に開閉可能な連通口を有するキャビティ内に溶融樹脂を射出した後、加圧ポートからの加圧によりコアを連通口へと移動させる、中空体の成形方法が記載されている。特許文献１には、上記コアの通過により、キャビティ内の樹脂にはコアの径とほぼ等しい径の中空部が形成されること、および、その後樹脂を冷却してキャビティから取り出すことで中空状の成形品が得られること、が記載されている。

特開平１０−１８０８１２号公報

特許文献１に記載されているように、従来のフローティングコア方式による中空体の成形では、コアの径とほぼ等しい断面積（径）の中空部が形成されていた。そのため、従来の方法では、中空体の形状変更、特には中空部の断面積の変更への対応が困難であった。

本開示の目的は、中空部の断面積の変更への対応が容易に行える、フローティングコア方式による中空体の成形方法、および当該成形方法を実施できる中空体の成形装置を提供することにある。

一態様に係る中空体の成形方法は、溶融した樹脂をキャビティの内部に導入する工程と、前記導入された樹脂の内部にコアを通過させる工程と、を有し、前記コアを通過させるときの前記樹脂の固化率を、成形すべき中空体の断面形状に応じた所定の固化率とする。

また、一態様に係る中空体の成形方法は、溶融した樹脂をキャビティの内部に導入する工程と、前記導入された樹脂の内部にコアを通過させる工程と、を有し、前記樹脂を導入した後、前記コアを通過させるまでの時間を、成形すべき中空体の断面形状に応じた時間とする。

また、一態様に係る中空体の成形装置は、溶融した樹脂が導入されるキャビティと、前記キャビティの内部に導入された樹脂の内部にコアを通過させるための加圧流体を、前記樹脂の内部に導入する、加圧ポートと、を有し、前記加圧ポートは、成形すべき中空体の断面形状に応じた所定の固化率となっている前記樹脂の内部に前記コアが通過するように、前記加圧流体を導入する。

また、一態様に係る中空体の成形装置は、溶融した樹脂が導入されるキャビティと、前記キャビティの内部に導入された樹脂の内部にコアを通過させるための加圧流体を、樹脂の内部に導入する、加圧ポートと、を有し、前記加圧ポートは、前記樹脂を導入した後、前記コアを通過させるまでの時間が、成形すべき中空体の断面形状に応じた時間となるように、前記加圧流体を導入する。

本開示によれば、中空部の断面積の変更への対応が容易に行える、フローティングコア方式による中空体の成形方法および成形装置が提供される。

図１は、第一の実施形態に関する中空体の成形方法の、例示的な工程を示すフローチャートである。 図２は、第一の実施形態で使用する成形装置の構成を示す模式図である。 図３Ａは、樹脂の内部に、主キャビティの径よりも小さい径を有するコアを通過させる様子を示す模式図であり、図３Ｂは、従来考えられていた、コアの通過後にはコアの径とほぼ等しい径の中空部が形成される様子を示す模式図であり、図３Ｃは、第一の実施形態において、コアの通過後に、コアの径とは異なる径の中空部が形成される様子を示す模式図である。 図４Ａ、図４Ｃおよび図４Ｅは、樹脂の固化率がより低いときに樹脂の内部にコアを通過させたときに形成される中空部の様子を示す模式図であり、図４Ｂ、図４Ｄおよび図４Ｆは、樹脂の固化率がより高いときに樹脂の内部にコアを通過させたときに形成される中空部の様子を示す模式図である。 図５は、断面形状を円形、四角形、円形、長円形および円形の順に変化させた主キャビティの内部に、断面形状が円形のコアを通過させたときに形成された中空体の断面形状を写した写真であり、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、この順に、コアの通過方向に沿って上流側から下流側にかけての断面形状であり、主キャビティの形状が、図５Ａは最も上流側の円形となっている部位、図５Ｂは四角形となっている部位、図５Ｃは中間の円形となっている部位の断面写真である。 図６は、図５と同じ断面形状を円形、四角形、円形、長円形および円形の順に変化させた主キャビティの内部に、断面形状が円形のコアを通過させたときに形成された中空体の断面形状を写した写真であり、図６Ａおよび図６Ｂは、この順に、コアの通過方向に沿って上流側から下流側にかけての図５Ｃより下流側の断面形状であり、主キャビティの形状が、図６Ａは長円系となっている部位、図６Ｂは最も下流側の円形となっている部位の断面写真である。 図７Ａおよび図７Ｂは、本開示の実施例に示した試験１における、遅延時間に対する樹脂の固化率（菱形）および中空体の肉厚（正方形）の関係を示すグラフである。

以下、本開示の複数の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本発明はこれらの実施形態により限定されるものではない。

［中空体の成形方法］
図１は、第一の実施形態に関する中空体の成形方法の、例示的な工程を示すフローチャートである。

図１に示すように、本実施形態に関する方法は、キャビティの内部に樹脂を導入する工程（工程Ｓ１１０）と、導入された樹脂を所定の固化率となるまで半固化させる工程（工程Ｓ１２０）と、上記所定の固化率となっている上記樹脂の内部にコアを通過させる工程（工程Ｓ１３０）と、樹脂をさらに固化させる工程（工程Ｓ１４０）と、を有する。

（樹脂を導入する工程（工程Ｓ１１０））
本工程では、溶融した樹脂をキャビティの内部に導入する。

図２は、本実施形態で使用する成形装置の構成を示す模式図である。成形装置１００は、主キャビティ１１０、コア１２０、加圧ポート１３０、および副キャビティ１４０を有する。

主キャビティ１１０は、中空体の成形が行われる型であり、成形すべき中空体の外形に沿った形状を有し、かつ一方の端部から他方の端部に向けてコア１２０が通過できる形状を有する管状の空洞である。主キャビティ１１０は、成形される中空体の用途に応じて、持ち手、微細な凹凸、およびフランジ部などを成形される中空体の外表面に形成できる形状であってもよい。また、主キャビティ１１０は、成形される中空体の用途に応じて、直線状の中空部を有する直線部のほか、湾曲部や折れ曲がり部などを成形される中空体に形成できる形状であってもよい。また、主キャビティ１１０の断面形状（以下、単に「断面形状」というときは、主キャビティ１１０または成形される中空体の、コア１２０が移動（通過）する方向を示す仮想直線と垂直に交わる平面における断面形状を意味する。）は一定であってもよいし、断面形状（たとえば、形、断面積および長径または短径の長さなど）が異なる異形部を有していてもよい。

本実施形態では、主キャビティ１１０は、断面形状が一定である定形部１１２と、定形部１１２に対して断面形状が変化している異形部１１４と、を有する。主キャビティ１１０は、異形部１１４として、定形部１１２に対して短径の長さが短くなっている異形部１１４ａと、定形部１１２に対して短径の長さが長くなっている異形部１１４ｂと、を有する。

コア１２０は、主キャビティ１１０の内径（特には短径が最も小さくなる異形部１１４ａの短径）よりも小さい外径を有する移動体である。コア１２０の材料は、主キャビティ１１０の内部を通過する際に熱で変形しない程度の耐熱性を有するものであればよく、銅、黄銅、ステンレス、鉄、アルミニウムなどの金属であってもよいし、樹脂であってもよいし、セラミックであってもよいし、シリコーンなどの弾性材料であってもよい。なお、本開示における、コア１２０の材料である樹脂とは、炭素−炭素結合を主骨格とする高分子を意味し、公知の熱硬化性樹脂（ただし、シリコーンは除く）および熱可塑性樹脂を含むものである。

これらのうち、樹脂は、質量が小さいためより低い圧力でもキャビティの内部を通過させることができ、かつ伝熱性が低いため通過時に成形される樹脂を急速に冷却させにくく、成形される中空体の断面形状をより安定させやすいため好ましい。また、成形される樹脂と同じ材料からコア１２０を形成することは、成形後に、コア１２０の通過により押し出された樹脂とコア１２０とを分離せずにその後の処理（溶融および固化による再利用など）ができるため好ましい。なお、上記同じ材料からコア１２０を形成するとは、成形される樹脂とコアの材料とが、同種の樹脂を含むことを意味する。

後述するように、本実施形態では、主キャビティ１１０に導入した樹脂の固化率が高い（より粘度が高い）状態で、上記樹脂の内部にコア１２０を通過させることがある。このとき、コア１２０の硬度が低いと、加圧流体の導入によってコアが変形または破損して、コア１２０の前後での圧力差が低くなって（あるいは無くなって）しまい、コア１２０が樹脂の内部で停止してしまうことがある。上記コア１２０の停止を抑制する観点から、コア１２０は硬度がより高いことが好ましく、たとえば、ＪＩＳ Ｋ６２５３−３（２０１２）に即して測定されるデュロメータタイプＡ硬さが４０以上であることが好ましく、５０以上であることがより好ましく、６０以上であることがさらに好ましい。

加圧ポート１３０は、主キャビティ１１０の一方の端部に配置されており、上記一方の端部から、主キャビティ１１０の内部に加圧流体を導入する。また、加圧ポート１３０は、コア１２０を着脱可能に保持する。加圧ポート１３０は、本工程で樹脂を主キャビティ１１０の内部に導入するときには、コア１２０を固定して保持し、主キャビティ１１０の内部に溶融した樹脂を導入した後に、コア１２０を解放し、主キャビティ１１０の内部に加圧流体を導入して、導入された樹脂の内部にコア１２０を通過させる。

上記加圧流体は、コア１２０を通過させる際の温度および圧力下において導入された樹脂と反応しない気体または液体であればよい。上記気体の例には、窒素ガスおよびアルゴンなどを含む不活性ガス、炭酸ガス、ならびに空気などが含まれる。上記液体の例には、水、グリセリンおよびパラフィンなどが含まれる。

副キャビティ１４０は、主キャビティ１１０の他方の端部に配置されており、かつ主キャビティ１１０の上記他方の端部と連通している。副キャビティ１４０は、導入された樹脂の中をコア１２０が通過する際にコア１２０によって押し出された樹脂が流入する空洞である。

本工程では、加圧ポート１３０にコア１２０が保持された状態で、主キャビティ１１０の内部に溶融された樹脂を導入する。

上記樹脂の導入は、公知の射出成型または押出成形と同様に行うことができる。

上記樹脂は、射出成型または押出成形が可能な熱可塑性樹脂から、成形すべき中空体の用途などに応じて任意に選択することができる。上記樹脂の例には、ポリプロピレン（ＰＰ）などを含むポリオレフィン、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、およびポリカーボネート（ＰＣ）などを含むエンジニアリングプラスチック、ならびに、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、およびポリイミド（ＰＩ）などを含むスーパーエンジニアリングプラスチックなどが含まれる。これらの樹脂には、強化繊維および着色剤などの添加剤が配合されていてもよい。

（樹脂を半固化させる工程（工程Ｓ１２０））
本工程では、導入された樹脂を半固化させる。

前の工程（工程Ｓ１１０）で主キャビティ１１０の内部に導入された樹脂は、時間が経過するにつれて主キャビティ表面側から冷却されて固化していく。本工程では、樹脂を完全には固化させず、次の工程（工程Ｓ１３０）でコア１２０が通過できる程度の粘度になるように、上記導入された樹脂を固化（半固化）させる。本工程において、上記樹脂は、自然冷却により半固化させてもよいし、不図示の冷却管などにより冷却させて半固化させてもよい。なお、次工程（工程Ｓ１３０）でコア１２０を通過させるときの固化率に応じては、本工程を省略して、樹脂を導入（工程Ｓ１１０）した後すぐにコア１２０を通過（工程Ｓ１３０）させてもよい。

ここで、本工程では、樹脂の固化の度合い（固化率）が、成形される中空体の断面形状（特には断面積）に応じた所定の値または所定の範囲になるように、上記樹脂を半固化させる。

図３は、主キャビティ１１０の内部に導入された樹脂３１０の内部を、コア１２０が通過するときの様子を示す模式図である。図３Ａに示すように、樹脂３１０の内部に、主キャビティ１１０の径よりも小さい径を有するコア１２０を通過させる。このとき、従来は、図３Ｂに示すように、コア１２０の前方にある樹脂のみがコア１２０の移動により押し出されて、コア１２０の通過後にはコア１２０の断面形状とほぼ等しい断面形状の中空部３２０が形成されると考えられていた。

しかし、本発明者らの知見によると、このとき、コア１２０を通過させる際の樹脂の条件を適切に調整することにより、図３Ｃに示すように、コア１２０の通過後に、コア１２０の断面形状とは異なる断面形状の中空部３３０を形成することができる。

この理由は定かではないものの、溶融した樹脂を主キャビティ１１０の内部に導入したとき、コア１２０との接触により冷却された増粘した樹脂３１５が、コア１２０の前面の周囲にコア１２０の断面形状よりもやや広がった形状で付着しているためだと、本発明者らは考えている。そして、主キャビティ１１０の内部に導入された樹脂３１０の内部に、この増粘した樹脂３１５が前面の周囲に付着したコア１２０を通過させると、増粘した樹脂３１５がその前方にある樹脂を押し出すため、コア１２０の断面形状とは異なる断面形状の中空部３３０が形成されるものと考えられる。本発明者らは、上記知見に基づいてさらに検討および実験を重ね、主キャビティ１１０の内部に導入された樹脂の固化率に応じて、上記増粘した樹脂３１５の広がりの度合いを調整することができ、これにより、通過するコア１２０に対して形成される中空部３３０の断面形状を変更することができることを見出した。

つまり、主キャビティ１１０の内部に導入された樹脂は、主キャビティ１１０の表面側から冷却されていく。そのため、上記樹脂の温度分布は、主キャビティ１１０の内部側ほど温度がより高く、主キャビティ１１０の外部側ほど温度がより低くなるような分布となっている。そして、上記冷却に伴い、主キャビティ１１０の内部に導入された樹脂は、主キャビティ１１０の断面形状に沿って外側から内側へと固化していく。そのため、上記樹脂の粘度分布では、略同一の粘度となっている領域が、主キャビティ１１０の断面形状に略相似な形状に広がっている。また、上記樹脂の粘度分布は、粘度がより低い領域が主キャビティ１１０の内部側に、粘度がより高い領域が主キャビティ１１０の外部側になるような分布となっており、主キャビティ１１０の外部側ほど粘度がより高く、主キャビティ１１０の内部側ほど粘度がより低くなるような分布となっている。そして、上記粘度分布は、主キャビティ１１０の内部に導入された樹脂が冷却されるにつれて、粘度が高い領域がより内部に進行していくように変化する。

このとき、増粘した樹脂３１５は、通過する樹脂の粘度がより低いときより外部側へ広がることができるものの、通過する樹脂の粘度が冷却により高くなるにつれ、外部側へ広がりにくくなる。つまり、増粘した樹脂３１５が広がることができる範囲は、導入された樹脂の内部の粘度分布によって変化すると考えられ、上記樹脂の内部の粘度分布は、樹脂の固化率に応じて変化すると考えられる。

具体的には、コア１２０を通過させるときの樹脂３１０の固化率がより低いときは、樹脂のうち粘度が高い領域はさほど内部側まで進行していないため、増粘した樹脂３１５はより外部側に広がることができ、形成される中空部の断面積はより大きくなる。逆に、コア１２０を通過させるときの樹脂３１０の固化率がより高いときは、樹脂の粘度が高い領域がより内部側まで進行しているため、増粘した樹脂３１５はさほど外部側に広がることができず、形成される中空部の断面積はより小さくなる。

このように、増粘した樹脂３１５が広がることができる範囲は、導入された樹脂の固化率によって変化すると考えられる。そして、形成される中空部の断面形状は、典型的には主キャビティの内径に対して、断面積が異なる相似形になる。

なお、このとき、主キャビティ１１０の断面形状が楕円形や長円形、四角形などの円形ではない形状であったとしても、上記主キャビティ１１０の断面形状に略相似な形状に広がっている、略同一の粘度となっている領域に応じて、増粘した樹脂３１５の断面方向の形状が変形するため、主キャビティ１１０の断面形状に略相似な断面形状を有する中空部が形成されると考えられる。

図４は、本実施形態に関する主キャビティ１１０の内部に導入された樹脂の固化率が異なる状態でコア１２０を通過させたときに、形成される中空部の形状を示す模式断面図である。樹脂の固化率がより低いときに樹脂の内部にコア１２０を通過させると、図４Ａ、図４Ｃおよび図４Ｅに示すように、それぞれ定形部１１２、異形部１１４ａおよび異形部１１４ｂの断面形状に沿った、より断面積の大きい（中空体３１２の肉厚が薄い）中空部３３０が形成される。一方で、樹脂の固化率がより高いときに樹脂の内部にコア１２０を通過させると、図４Ｂ、図４Ｄおよび図４Ｆに示すように、それぞれ定形部１１２、異形部１１４ａおよび異形部１１４ｂの断面形状に沿った、より断面積の小さい（中空体３１２の肉厚が厚い）中空部３３０が形成される。

図５および図６は、断面形状を円形、四角形、円形、長円形および円形の順に変化させた主キャビティ１１０の内部に、断面形状が円形のコア１２０を通過させたときに形成された中空体の断面形状を写した写真である。図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図６Ａおよび図６Ｂは、この順に、コア１２０の通過方向に沿って上流側から下流側にかけての断面形状であり、主キャビティ１１０の形状が、図５Ａは最も上流側の円形となっている部位、図５Ｂは四角形となっている部位、図５Ｃは中間の円形となっている部位、図６Ａは長円系となっている部位、図６Ｂは最も下流側の円形となっている部位の断面写真である。

このように、本実施形態では、導入された樹脂の固化率の調整により、所望の断面形状（断面積）を有する中空部を備えた中空体を形成することができる。そのため、中空部の形状などに応じて異なる主キャビティやコアを用意する必要がなく、中空体の形成がより容易にできる。また、本実施形態では、主キャビティの形状に沿った中空部であって、かつ、複数の異なる断面形状（断面積）を有する中空部を備えた中空体を、一度のコア１２０の通過によって一体化して形成することができる。そのため、中空部の断面形状や断面積に応じた複数の中空体をそれぞれ形成して接合させる等の必要がなく、中空体の形成がより容易にできる。

このとき、形成される断面積の大きさは、通過させるコア１２０の断面積に対して、１．０５倍以上３．００倍以下の範囲で調整されることが好ましく、１．０５倍以上２．５０倍以下の範囲で調整されることがより好ましく、１．０５倍以上２．００倍以下の範囲で調整されることがさらに好ましく、１．０５倍以上１．５０倍以下の範囲で調整されることが特に好ましい。

特に、コア１２０が樹脂から形成されているときは、コア１２０の断面積よりも大きい断面積を有する中空部を形成しやすい。特に、コア１２０が、成形される樹脂と同じ材料から形成されたときは、より大きい断面積を有する中空部を形成しやすい。

また、コア１２０が、シリコーンなどの変形できる材料から形成されたときは、おそらくは樹脂の固化率が高くなるにつれてコア１２０が変形（収縮）することができ、コア１２０の前面の周囲に付着した増粘した樹脂の形状も断面方向に収縮することができるため、コア１２０の断面積よりも小さい断面積を有する中空部を形成することもできる。このとき、形成される断面積の大きさは、通過させるコア１２０の断面積に対して、０．８０倍以上０．９５倍以下の範囲で調整されることが好ましく、０．８５倍以上０．９５倍以下の範囲で調整されることがより好ましい。

上記固化率は、主キャビティ１１０の内部に導入された樹脂がどの程度まで固化したかを示す値である。上記固化率は、主キャビティ１１０中に導入された樹脂の温度分布が経時的に変化する様子を、樹脂の流動解析が可能なcomputer aided engineering（ＣＡＥ）ソフトで解析し、主キャビティ１１０の断面積に対する、上記導入された樹脂の結晶化温度以下の温度となっている領域の割合を計算する方法などによって算出することができる。

固化率は、主キャビティ１１０の大きさ、導入する樹脂や上記樹脂に配合した添加剤の種類および量、導入する樹脂の温度、主キャビティ１１０の周囲の型の温度、および、主キャビティ１１０の内部に樹脂を導入してからコア１２０を通過させるまでの経過時間（遅延時間）などにより調整することができる。同一の成形装置によって同一の樹脂から同一形状の中空体を多数製造するときなどは、所望の径を有する中空体を製造するためのこれらの条件を予め求めておき、次回からは求められた条件で成形を行えばよく、各回の成形ごとにコア１２０を移動させる際の樹脂の固化率を測定する必要はない。

上記固化率が低いほど、形成される中空部の径の大きさを、通過させるコア１２０の径に対してより大きくすることができ、上記固化率が高いほど、形成される中空部の径の大きさを、通過させるコア１２０の径により近い大きさとする（あるいはコア１２０の径に対してより小さくする）ことができる。上記固化率は、導入された加圧流体がコア１２０を追い抜くことによる主キャビティ１１０中でのコア１２０の停止を生じにくくさせる観点からは、１０％以上であることが好ましく、形成される中空部の径の大きさを通過させるコア１２０の径に対してより大きくさせる観点からは、６０％以下であることが好ましい。上記観点からは、上記固化率は、１５％以上５０％以下であることがより好ましく、１５％以上４５％以下であることがさらに好ましい。

なお、上記固化率が低いほど、形成される中空体の肉厚をより小さくすることができ、上記固化率が高いほど、形成される中空体の肉厚をより大きくすることができる。たとえば、中空体の内外での遮熱が求められるような用途に当該中空体を使用するときなどは、求められる遮熱性に応じた肉厚の中空体が形成されるように、コア１２０を通過させるときの樹脂の固化率を調整することもできる。

（コアを通過させる工程（工程Ｓ１３０））
本工程では、上記所定の固化率となっている上記樹脂の内部にコア１２０を通過させる。

具体的には、本工程では、加圧ポート１３０にコア１２０を開放させ、かつ、加圧ポート１３０から主キャビティ１１０の内部に加圧流体を導入する。上記加圧流体の導入により、コア１２０は、加圧ポート１３０側から副キャビティ１４０側へと、主キャビティ１１０に導入された樹脂の内部を移動する。このとき、コア１２０は、上記導入された樹脂を押し出して副キャビティ１４０に流入させながら移動することにより、コア１２０が通過した後に、成形される中空体が有すべき中空部を形成する。

このとき導入される加圧流体の圧力は、樹脂の内部にコア１２０をより通過させやすくする観点からは、５ＭＰａ以上であることが好ましい。一方で、前述したように、本実施形態では、主キャビティ１１０に導入した樹脂の固化率が低い（より粘度が低い）状態で、上記樹脂の内部にコア１２０を通過させることがある。このとき、上記加圧流体の圧力が高すぎると、加圧流体がコア１２０を追い越してしまい、コア１２０の前後での圧力差が低くなって（あるいは無くなって）しまい、コア１２０が樹脂の内部で停止してしまうことがある。上記樹脂の内部でのコア１２０の停止を抑制する観点からは、上記導入される加圧流体の圧力は、２５ＭＰａ以下であることが好ましい。これらの観点からは、上記加圧流体の圧力は、５ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であることがより好ましく、１０ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下であることがさらに好ましい。

（樹脂をさらに固化させる工程（工程Ｓ１４０））
本工程では、コアを通過させて中空部が形成された樹脂を、さらに固化させる。本工程では、樹脂が常温程度にまで冷却されて所定の硬度を有するようになり、外部からの応力を付与されても容易に変形しない状態になるまで、樹脂を固化させればよい。本工程において、上記樹脂は、自然冷却により固化させてもよいし、不図示の冷却管などにより水冷または空冷などの方法で冷却させて固化させてもよい。

このようにして樹脂を固化させた後、成形装置から中空体を取り出して、所望の用途に使用することができる。

上記中空体の用途の例には、工場および家屋などの建築物、自動車などの車両、ならびに、燃焼装置、医療機器および産業機器などの各種機器における管状部材などが含まれる。上記中空体は、ガスおよび液体などを移動させるための配管および管継手などに好適に使用することができる。

以下、実施例を参照して本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲は実施例の記載に限定されない。

［試験１］
直径２０ｍｍの円形の断面を有する空洞である主キャビティと、コアと、加圧ポートと、副キャビティと、主キャビティの内部に導入された樹脂を冷却するための冷却管と、を有する成形装置を用いて、複数の直線部、複数の湾曲部および複数の折れ曲がり部を有する中空体を作製した。

キャビティを８０℃に加熱し、２９０℃で溶融させた樹脂を、２秒かけて主キャビティの内部に射出して隙間なく充填した。樹脂は、ＰＡ６６とＰＡ６１２と、３３質量％のガラスファイバーとを含有する、ガラス繊維強化ポリアミド樹脂（旭化成株式会社製、レオナ ５３Ｇ３３（「レオナ」は同社の登録商標）を用いた。

コアは、上記導入した樹脂と同一のガラス繊維強化ポリアミド樹脂から成形した、直径１４ｍｍの円形の断面を有するコアを用いた。このコアの断面積は、１５３．９ｍｍ^２である。

溶融させた樹脂を導入した後、コアを通過させるまでの遅延時間を変更して樹脂の固化率を異ならせた複数の条件で、加圧ポートから主キャビティに加圧流体としての窒素ガスを導入して、樹脂の内部にコアを通過させた。このときの加圧流体（窒素ガス）の圧力は、２０ＭＰａとした。

コアが通過するときの樹脂の固化率は、主キャビティ中に導入された樹脂の温度分布が経時的に変化する様子を、公知のＣＡＥソフトで解析し、主キャビティの断面積に対する、上記導入された樹脂の結晶化温度以下の温度となっている領域の割合を計算して、求めた。

樹脂の内部にコアを通過させた後、樹脂をさらに冷却して固化させて、形成された中空体を主キャビティから取り出した。上記中空体を直線部で切断して、中空体の肉厚および中空部の断面積を測定した。中空体の肉厚は、異なる２つの直線部における、中空部の断面の中心を挟んで互いに向かい合う２点における肉厚を測定して、これら４点において得られた肉厚の平均値とした。

表１に、コアを通過させるまでの遅延時間と、コアを通過させたときの樹脂の固化率と、形成された中空体の肉厚および中空部の断面積と、を示す。また、図７に、遅延時間に対する樹脂の固化率（菱形）および中空体の肉厚（正方形）の関係を示すグラフを示す。

表１に示すように、コアを通過させるときの樹脂の固化率を変えることで、異なる断面積の中空部が形成されることがわかる。

また、図７に示すように、樹脂の固化率および中空体の肉厚（中空部の断面積）はいずれも、遅延時間に対して所定の相関を示すことがわかる。そのため、所望の断面積に応じた、コアを通過させる際の樹脂の固化率およびその際の遅延時間を、予め測定された実験結果から推測できることがわかる。

なお、導入された樹脂をさらに冷却して固化率が８０％になってから加圧流体としての窒素ガスを主キャビティに導入したところ、副キャビティまでコアが移動できず、所望の中空体を作製することができなかった。

［試験２］
直径１３ｍｍの円形の断面を有する、デュロメータタイプＡ硬度が６０のシリコーン製コアを用いた以外は試験１と同様にして、中空体を作製した。このコアの断面積は、１３２．７ｍｍ^２である。

表２に、本試験における、コアを通過させるまでの遅延時間と、コアを通過させたときの樹脂の固化率と、形成された中空体の肉厚および中空部の断面積と、を示す。

表２に示すように、コアの材料および大きさを変えても、試験１と同様に、通過させるときの樹脂の固化率を変えることで、異なる断面積の中空部が形成されることがわかる。

［試験３］
直径１６ｍｍの円形の断面を有する、デュロメータタイプＡ硬度が６０のシリコーン製コアを用いた以外は試験１と同様にして、中空体を作製した。このコアの断面積は、２０１．０ｍｍ^２である。

表３に、本試験における、コアを通過させるまでの遅延時間と、コアを通過させたときの樹脂の固化率と、形成された中空体の肉厚および中空部の断面積と、を示す。

表３に示すように、コアの材料および大きさを変えても、試験１と同様に、通過させるときの樹脂の固化率を変えることで、異なる断面積の中空部が形成されることがわかる。また、コアの大きさを変えると、試験２と比べて、形成される中空部の形状（中空体の断面形状）が変わることがわかる。また、シリコーンから形成されたコアを用いると、コアの断面積よりも小さい断面積を有する中空部を形成しやすいことがわかる。

［試験４］
コアの進行方向上流側から下流側にかけて、断面形状が円形、四角形、円形、長円形、円形に変化するキャビティを用意して、試験１と同一のガラス繊維強化ポリアミド樹脂を溶融させて導入した。導入された樹脂の固化率が３５％であるときに、試験１と同一のガラス繊維強化ポリアミド樹脂から成形した、直径１０ｍｍの円形の断面を有するコアを通過させた。

このとき形成された中空部の断面形状を、キャビティの断面形状が円形である部分（最も上流側）、キャビティの断面形状が四角形である部分、キャビティの断面形状が長円形である部分、およびキャビティの断面形状が円形である部分（最も下流側）で確認したところ、いずれも、キャビティの断面形状に沿った形状の、中空体の肉厚が略同一である中空部が形成されていた。

本開示によれば、複数の異なる断面形状（断面積）を有する中空部を備えた中空体を、一度のコアの通過によって一体化して形成することができる。そのため、中空体の形状変更などに容易に対応することができるようになり、中空体の製造効率を高めることができる。

１００ 成形装置
１１０ 主キャビティ
１１２ 定形部
１１４ａ、１１４ｂ 異形部
１２０ コア
１３０ 加圧ポート
１４０ 副キャビティ
３１０ 樹脂
３１２ 中空体
３１５ 増粘した樹脂
３２０、３３０ 中空部

Claims (9)

1. 溶融した樹脂をキャビティの内部に導入する工程と、
   前記導入された樹脂の内部にコアを通過させる工程と、
   を有し、
   前記コアを通過させるときの前記樹脂の固化率を、成形すべき中空体の断面形状に応じた所定の固化率とする、
   中空体の成形方法。
2. 前記コアを通過させる際の前記樹脂の固化率は、１０％以上６０％以下である、請求項１に記載の中空体の成形方法。
3. 前記コアを通過させる際の前記樹脂の固化率は、１０％以上４５％以下である、請求項１または２に記載の中空体の成形方法。
4. 前記コアは、前記導入された樹脂と同種の樹脂を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の中空体の成形方法。
5. 前記コアを通過させる工程は、圧力が５ＭＰａ以上２５ＭＰａ以下である加圧流体を前記キャビティの内部に導入して、前記コアを通過させる工程である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の中空体の成形方法。
6. 溶融した樹脂をキャビティの内部に導入する工程と、
   前記導入された樹脂の内部にコアを通過させる工程と、
   を有し、
   前記樹脂を導入した後、前記コアを通過させるまでの時間を、成形すべき中空体の断面形状に応じた時間とする、
   中空体の成形方法。
7. 溶融した樹脂が導入されるキャビティと、
   前記キャビティの内部に導入された樹脂の内部にコアを通過させるための加圧流体を、前記樹脂の内部に導入する、加圧ポートと、
   を有し、
   前記加圧ポートは、成形すべき中空体の断面形状に応じた所定の固化率となっている前記樹脂の内部に前記コアが通過するように、前記加圧流体を導入する、
   中空体の成形装置。
8. 前記キャビティは、所定の断面形状を有する定形部と、前記定形部に対して断面形状または断面積が変化している異形部と、を有する、請求項７に記載の中空体の成形装置。
9. 溶融した樹脂が導入されるキャビティと、
   前記キャビティの内部に導入された樹脂の内部にコアを通過させるための加圧流体を、樹脂の内部に導入する、加圧ポートと、
   を有し、
   前記加圧ポートは、前記樹脂を導入した後、前記コアを通過させるまでの時間が、成形すべき中空体の断面形状に応じた時間となるように、前記加圧流体を導入する、
   中空体の成形装置。