JP2020138470A - 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】キャビティの温度を、成形すべき中空体の断面形状に応じた所定の温度に調整する工程と、溶融した樹脂を前記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、キャビティの温度を、成形すべき前記中空体の断面形状に応じた所定の温度に調整する工程と、溶融した樹脂を前記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、前記キャビティの温度を、成形すべき前記中空体の断面形状に応じた所定の温度に調整する温度調整部と、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３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４Ａ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４Ｂ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４Ｃ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５は、第一の実施形態で使用する別の成形装置の構成を示す模式図である。 図６Ａ、図６Ｃおよび図６Ｅ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６Ｂ、図６Ｄおよび図６Ｆ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７Ａは、本明細書に記載した実施例で成形された中空体において、主キャビティを１００℃および１２０℃に加熱して、直径９ｍｍのコアをそれぞれ通過させて形成した中空部の断面積を、図７Ｂは、主キャビティを８０℃および１２０℃に加熱して、直径１２ｍｍのコアをそれぞれ通過させて形成した中空部の断面積を、それぞれ示すグラフである。 図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃおよび図８Ｄは、本明細書に記載した実施例で成形された中空体の断面を示す写真である。

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、キャビティの温度を、成形すべき前記中空体の断面形状に応じた所定の温度に調整する工程（工程Ｓ１１０）と、キャビティの内部に樹脂を導入する工程（工程Ｓ１２０）と、上記導入された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。

（キャビティの温度を調整する工程（工程Ｓ１１０））
本工程では、溶融した樹脂が導入され、その後、コアが通過することにより中空体の成形が行われる型である、キャビティの温度を調整する。なお、上記キャビティの温度の調整は、少なくとも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（工程Ｓ１３０）まで維持することが好ましい。

図２および図３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、副キャビティ１４０、および温度調整部１５０を有する。なお、図２は、成形装置１００のより上部側（紙面手前側）における断面図であり、図３は、成形装置１００のより下部側（紙面奥側）における断面図である。

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。

主キャビティ１１０に導入した樹脂の粘度がより高い状態で、上記樹脂の内部にコア１２０を通過させるときは、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、次工程（工程Ｓ１２０）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を固定して保持しておく。そして、主キャビティ１１０の内部に溶融した樹脂を導入した後に、樹脂の内部にコアを通過させるとき（工程Ｓ１３０）は、加圧ポート１３０は、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。

温度調整部１５０は、主キャビティ１１０を上下方向（紙面手前−奥方向）から挟むように対向して配置されており、それぞれ、水や油などの熱媒体が流れる１本または複数本の流路１５２と、流路１５２に流通させる熱媒体の温度や流量などを制御させる熱媒体制御部１５４と、を有する。

流路１５２は、成形装置１００の主キャビティ１１０とは異なる層の断面における、主キャビティ１１０に対応する位置に配置されている。流路１５２は、所定の温度に制御された温度を有する熱媒体を流通させることにより、上記熱媒体からの熱を主キャビティ１１０に移動させたり、主キャビティ１１０からの熱を上記熱媒体に移動させたりする。

熱媒体制御部１５４は、流路１５２を流通する熱媒体の温度および流量などを制御して、上記主キャビティ１１０と上記熱媒体との間の熱の移動によって変化する主キャビティ１１０の温度を、所定の温度に調整する。

このとき、温度調整部１５０は、主キャビティ１１０の温度を、成形すべき前記中空体の断面形状に応じた所定の温度に調整する。

図４は、主キャビティ１１０の内部に導入された樹脂５１０の内部を、コア１２０が通過するとき（工程Ｓ１３０）の様子を示す模式図である。後述する工程Ｓ１３０では、図４Ａに示すように、樹脂５１０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４Ｂ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５２０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４Ｃ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５３０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て増粘した樹脂５１５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５１０の内部に、この増粘した樹脂５１５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５１５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５３０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の温度を調整して、主キャビティ１１０の内部に導入された樹脂の粘度分布を変化させることで、上記増粘した樹脂５１５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５３０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おり、かつ、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５１５は、通過する樹脂の粘度がより低いときは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。そのため、所定の粘度分布となっている樹脂の内部にコア１２０を通過させるときの、増粘した樹脂５１５の断面方向の幅（形状）は、当該樹脂の温度分布（粘度分布）に応じて幅方向に変化することになる。

具体的には、コア１２０を通過させるときの樹脂５１０の温度がより高いときは、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５１５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５１０の温度がより低いときは、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５１５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５１５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る。そして、上記樹脂の内部の粘度分布は上記樹脂の内部の温度分布に応じて変化し、上記樹脂の内部の温度分布は、主キャビティ１１０を通じて樹脂から熱が放出される度合いに応じて変化すると考えられる。そのため、主キャビティ１１０の温度を調整して、導入された樹脂から熱を放出されやすく（あるいは放出されにくく）することで、上記樹脂の内部の粘度分布を調整し、増粘した樹脂５１５が広がることができる範囲を調整して、形成される中空部の断面積を変化させることができると考えられる。

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の幅に応じて、増粘した樹脂５１５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。

そのため、本工程では、温度調整部１５０により主キャビティ１１０の温度を調整することで、コア１２０が通過するときの樹脂５１０の粘度分布を調整して、形成される中空部の断面積を変化させることができる。具体的には、断面積がより大きい中空部を形成したいときは、温度調整部１５０は、流路１５２を流通する熱媒体の温度をより高く制御して、主キャビティ１１０の温度をより高く調整する。あるいは、断面積がより小さい中空部を形成したいときは、温度調整部１５０は、流路１５２を流通する熱媒体の温度をより低く制御して、主キャビティ１１０の温度をより低く調整する。

なお、図５に示すように、成形装置１００ａは、複数（図５では２個）の温度調整部１５０ａおよび温度調整部１５０ｂを有して、主キャビティ１１０を、その領域ごとに異なった温度に調整してもよい。

なお、高温で溶融されて主キャビティ１１０に導入された樹脂は、温度調整部１５０ａによって温度を調整されるものの、基本的には時間が経過するとともに温度が低下していく。このとき、コア１２０が通過するときの、導入された後の樹脂の温度は領域ごとに異なることがある。たとえば、上記導入口の近くに導入された樹脂に比べて、主キャビティ１１０への樹脂の導入口からより離れた位置にまで移動した樹脂ほど温度が低くなりやすい。また、樹脂の内部にコア１２０を通過させるとき、コア１２０の移動方向に対する上流側に比べて、下流側ほど、温度がより低下した樹脂の内部をコア１２０が通過することになる。そのため、略一定の断面積を有する中空体を形成したいときは、コア１２０が通過する領域間の樹脂の温度差が解消されるように、主キャビティ１１０の温度をその領域ごとに異なった温度に調整してもよい。たとえば、コア１２０を通過させるときの温度がより低くなりやすい領域（樹脂の導入口からより遠い領域や、コア１２０の進行方向におけるより下流側の領域）は、主キャビティ１１０の温度をより高く調整し、コア１２０を通過させるときの温度がより高くなりやすい領域（樹脂の導入口により近い領域や、コア１２０の進行方向におけるより上流側の領域）は、主キャビティ１１０の温度をより低い調整することができる。

図５に示す成形装置１００ａでは、温度調整部１５０ａは、熱媒体制御部１５４ａが流路１５２ａを流通する熱媒体の温度をより低い温度に制御することにより、主キャビティ１１０のうち、コア１２０の進行方向における上流側をより低い温度に調整する。一方で、温度調整部１５０ｂは、熱媒体制御部１５４ｂが流路１５２ｂを流通する熱媒体の温度をより高い温度に制御することにより、主キャビティ１１０のうち、コア１２０の進行方向における下流側をより高い温度に調整する。これにより、これにより、主キャビティ１１０のうちコア１２０の進行方向における上流側をより低温に調整し、下流側をより高温に調整することで、上流側と下流側との間での樹脂の温度差をより小さくし、上流側と下流側との間での形成される中空部の断面積の差もより小さくすることができる。

あるいは、図５に示す成形装置１００ａが樹脂の導入口（不図示）を副キャビティと連通する端部側に有するときは、温度調整部１５０ａは、熱媒体制御部１５４ａが流路１５２ａを流通する熱媒体の温度をより高い温度に制御することにより、主キャビティ１１０のうち、樹脂の導入口からより遠い領域をより高い温度に調整する。一方で、温度調整部１５０ｂは、熱媒体制御部１５４ｂが流路１５２ｂを流通する熱媒体の温度をより低い温度に制御することにより、主キャビティ１１０のうち、樹脂の導入口により近い領域をより低い温度に調整する。これにより、主キャビティ１１０のうち樹脂の導入口からより遠い領域をより高温に調整し、樹脂の導入口により近い領域をより低温に調整することで、樹脂の導入口からの距離による樹脂の温度差をより小さくし、中空部の断面積の差もより小さくすることができる。

なお、図５では成形装置１００ａが２個の温度調整部を有しているが、成形装置１００ａは３個以上の温度調整部を有してもよい。多数の温度調整部により、主キャビティ１１０の温度をより細かく調整することにより、形成される中空部の断面積の変位をより小さくすることが可能である。あるいは、多数の温度調整部により、主キャビティ１１０の温度を大きく異なる温度に調整することにより、中空部の断面積を途中で意図的に変化させた中空体を成形することも可能である。

（樹脂を導入する工程（工程Ｓ１２０））
本工程では、溶融した樹脂を主キャビティ１１０の内部に導入する。具体的には、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。

なお、本実施形態では、主キャビティ１１０の温度を調整（工程Ｓ１１０）した後に、主キャビティ１１０に樹脂を導入する（工程Ｓ１２０）が、逆に、主キャビティ１１０に樹脂を導入した（工程Ｓ１２０）後に、主キャビティ１１０の温度を調整（工程Ｓ１１０）してもよい。ただし、主キャビティ１１０に導入された樹脂は、その瞬間から冷却されて粘度分布が変化していくため、主キャビティ１１０の温度を、成形すべき前記中空体の断面形状に応じた所定の温度に予め調整した（工程Ｓ１１０）後に、主キャビティ１１０に樹脂を導入する（工程Ｓ１２０）ことが好ましい。

（コアを通過させる工程（工程Ｓ１３０））
本工程では、上記導入された樹脂の内部にコア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。

前の工程（工程Ｓ１２０）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、温度調整部１５０により主キャビティ１１０の温度が所定の温度に調整され、樹脂の粘度分布も所望の状態となっているときに、コア１２０を通過させる。

なお、上記粘度分布は、樹脂の固化率から推測することもできる。

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。

図６は、温度調整部１５０により主キャビティ１１０の温度を異なる温度に調整した状態でコア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。主キャビティ１１０の温度をより高く調整して（固化率がより低い状態で）、樹脂の内部にコア１２０を通過させると、図６Ａ、図６Ｃおよび図６Ｅ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５１２の肉厚が薄い）中空部５３０が形成される。一方で、主キャビティ１１０の温度をより低く調整して（固化率がより高い状態で）、樹脂の内部にコア１２０を通過させると、図６Ｂ、図６Ｄおよび図６Ｆ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５１２の肉厚が厚い）中空部５３０が形成される。

このように、本実施形態では、温度調整部１５０による主キャビティ１１０の温度の調整により、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（形や断面積など）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。

（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、温度調整部１５０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、主キャビティの温度を調整する温度調整部と、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。この主キャビティは、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、長円形、および円形である、４つの直線部（順に「直線部Ａ」、「直線部Ｂ」、「直線部Ｃ」および「直線部Ｄ」とする。）を有しており、上記４つの直線部は、湾曲部によって接続されていた。なお、直線部Ｂと直線部Ｃとは、湾曲する方向が異なる２つの湾曲部によって接続されていた（上記２つの湾曲部を、順に「湾曲部Ｘ」および「湾曲部Ｙ」とする。）。つまり、主キャビティは、直線部Ａ（断面形状は円形）、直線部Ｂ（断面形状は四角形）、湾曲部Ｘ（断面形状は円形）、湾曲部Ｙ（断面形状は円形）、直線部Ｃ（断面形状は長円形）、および直線部Ｄ（断面形状は円形）がこの順番に配置されていた。

主キャビティを８０℃、１００℃または１２０℃に加熱し、２９０℃で溶融させた樹脂を、副キャビティと連通する端部側から、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９ｍｍの円形の断面を有するコア（断面積は６３．６ｍｍ^２）または直径１２ｍｍの円形の断面を有するコア（断面積は１１３．０ｍｍ^２）を用いた。

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同じくして、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、１２ＭＰａとした。

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。上記中空体をそれぞれの直線部および湾曲部で切断して、中空部の断面積を測定した。

図７は、このようにして成形された中空体の、いずれも断面形状が円形である直線部Ａ、湾曲部Ｘ、湾曲部Ｙ、および直線部Ｄにおける断面積を示すグラフである。図７Ａは、主キャビティを１００℃および１２０℃に加熱して、直径９ｍｍのコアをそれぞれ通過させて形成した中空部の、上記４箇所の断面積であり、図７Ｂは、主キャビティを８０℃および１２０℃に加熱して、直径１２ｍｍのコアをそれぞれ通過させて形成した中空部の、上記４箇所の断面積である。

いずれも、主キャビティの温度が高いほど、断面積がより大きい中空部が形成されていた。

また、樹脂の導入部に近いほど、中空部の断面積は小さくなっていた。これらの結果より、全体を通して中空部の断面積がより均一な中空体を成形するためには、主キャビティの温度を、コアの出口に近い下流側の領域ほど高くすることが望ましいことがわかる。

図８は、主キャビティを１００℃に加熱して、直径９ｍｍのコアをそれぞれ通過させて形成した中空部の、直線部Ａ、直線部Ｂ、直線部Ｃおよび直線部Ｄの断面写真である。図８Ａは直線部Ａの、図８Ｂは直線部Ｂの、図８Ｃは直線部Ｃの、図８Ｄは直線部Ｄの、それぞれ断面写真である。図８から明らかなように、主キャビティの形状が異なる異形部では、それぞれの主キャビティの断面形状に応じた形状の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（断面積など）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
１５０ 温度調整部
５１０ 樹脂
５１２ 中空体
５１５ 増粘した樹脂
５２０、５３０ 中空部

Claims (9)

1. キャビティの温度を、成形すべき中空体の断面形状に応じた所定の温度に調整する工程と、
   溶融した樹脂を前記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、
   を有する、中空体の成形方法。
2. 前記キャビティの温度は、中空部の断面積がより大きい中空体を成形するときはより高い温度になり、中空部の断面積がより小さい中空体を成形するときはより低い温度になるように調整される、請求項１に記載の中空体の成形方法。
3. 前記キャビティの温度は、前記キャビティ内の領域ごとに異なった温度に調整される、請求項１または２に記載の中空体の成形方法。
4. 前記キャビティの温度は、前記コアの進行方向における上流側はより低い温度になり、前記コアが通過する下流側はより高い温度になるように調整される、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. 前記コアは、前記導入された樹脂と同種の樹脂を含む、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. 溶融した樹脂が導入されるキャビティと、
   前記キャビティの温度を、成形すべき中空体の断面形状に応じた所定の温度に調整する温度調整部と、
   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、
   を有する、
   中空体の成形装置。
7. 前記温度調整部は、中空部の断面積がより大きい中空体を成形するときはより高い温度になり、中空部の断面積がより小さい中空体を成形するときはより低い温度になるように、前記キャビティの温度を調整する、請求項６に記載の中空体の成形装置。
8. 前記温度調整部は、前記キャビティの温度を、前記キャビティ内の領域ごとに異なった温度に調整する、請求項６または７に記載の中空体の成形装置。
9. 前記温度調整部は、前記コアの進行方向における上流側はより低い温度になり、前記コアが通過する下流側はより高い温度になるように調整される、前記キャビティの温度を調整する、請求項６〜８のいずれか１項に記載の中空体の成形装置。