JP2021049644A - 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】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加熱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、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加熱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、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樹脂を加熱する加熱部と、前記加熱され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、本開示の一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、本開示の一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、本開示の一実施形態において、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５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図５Ｅおよび図５Ｆは、本明細書に記載した試験例２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、本開示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、本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、成形材料である樹脂を、成形すべき中空体の断面形状に応じた所定の温度に加熱する工程（工程Ｓ１１０）と、キャビティの内部に上記加熱した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。

なお、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。

（成形装置）
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、加熱部１１０、主キャビティ１２０、コア１３０、加圧ポート１４０、副キャビティ１５０、および制御部１６０を有する。

加熱部１１０は、ホッパー１１２、ヒーター１１４ａおよびスクリュー１１４ｂを有するシリンダー１１４、およびダイ１１６を有する公知の射出装置または押出装置とすることができる。本実施形態では、本工程において、ペレット状の樹脂をホッパー１１２からシリンダー１１４に投入する。投入された樹脂は、シリンダー１１４の内部でヒーター１１４ａにより加熱されて軟化または溶融し、かつスクリュー１１４ｂによって撹拌されて、混練される。その後、混練された樹脂は、ダイ１１６から射出または押出されて、主キャビティ１２０へと移動する。

主キャビティ１２０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１３０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１２０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１２０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１２０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１２０または成形される中空体の、コア１３０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１２０は、断面形状がコア１３０の断面形状に相似かつ一定である定形部１２２と、定形部１２２に対して断面形状が変化している異形部１２４と、を有する。具体的には、主キャビティ１２０は、断面形状が円形の定形部１２２と、異形部１２４として、断面形状が四角形である異形部１２４ａと、断面形状が長円形である異形部１２４ｂと、を有する。

また、主キャビティ１２０は、加熱部１１０から移動してきた樹脂が導入される導入口１２６を有する。

コア１３０は、主キャビティ１２０の内径（特には定形部１２２の短径および異形部１２４の短径のうち最も短い短径）よりも小さい外径を有する移動体である。コア１３０の材料は、主キャビティ１２０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１３０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１３０を形成することは、成形後に、コア１３０の通過により押し出された樹脂とコア１３０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１３０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１２０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１３０を通過させるときは、コア１３０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１３０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１３０が樹脂の内部で停止してしまうことがある。上記コア１３０の停止を抑制する観点から、コア１３０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１４０は、主キャビティ１２０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１２０の内部に加圧流体を導入する。また、加圧ポート１４０は、コア１３０を着脱可能に保持する。加圧ポート１４０は、次工程（工程Ｓ１２０）で樹脂を主キャビティ１２０の内部に導入するときには、コア１３０を固定して保持しておく。そして、主キャビティ１２０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１４０は、コア１３０を解放し、かつ主キャビティ１２０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１３０を通過させる。

上記加圧流体は、コア１３０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１５０は、主キャビティ１２０の他方の端部に配置されており、かつ主キャビティ１２０の上記他方の端部と連通している。副キャビティ１５０は、導入された樹脂の中をコア１３０が通過する際にコア１３０によって押し出された樹脂が流入する空洞である。

制御部１６０は、加熱部１１０による樹脂の加熱、導入口１２６からの樹脂の導入、および加圧ポート１４０による加圧流体の導入などの各動作を制御する。

制御部１６０による上記各制御の詳細は後述する。

（中空体の断面形状の変化）
本実施形態に関する方法では、上記加熱する工程（工程Ｓ１１０）における樹脂の加熱温度を、成形しようとする中空体の断面形状に応じた所定の温度とする。上記樹脂の加熱温度によって、成形しようとする中空体の断面形状を変化させることができる理由は、以下の通りであると考えられる。

図３は、主キャビティ１２０の内部に導入された樹脂２１０の内部を、コア１３０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３Ａに示すように、樹脂２１０の内部に、主キャビティ１２０の径よりも小さい径を有するコア１３０を通過させる。このとき、従来は、図３Ｂに示すように、コア１３０の前方にある樹脂のみがコア１３０の移動により押し出されて、コア１３０の通過後にはコア１３０の断面形状とほぼ等しい断面形状の中空部２２０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１３０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１３０の通過後に、コア１３０の断面形状とは異なる断面形状の中空部２３０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、導入した樹脂の内部をコア１３０が通過するとき、コア１３０との接触により冷却されて増粘した樹脂２１５が、コア１３０の前面の周囲にコア１３０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１２０の内部に導入された樹脂２１０の内部に、この増粘した樹脂２１５が前面の周囲に付着したコア１３０を通過させると、増粘した樹脂２１５がその前方にある所定の粘度の樹脂を押し出すため、コア１３０の断面形状とは異なる断面形状の中空部２３０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１２０に導入する樹脂の温度を調整して、主キャビティ１２０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２１５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１３０に対して形成される中空部２３０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１２０の内部に導入された樹脂は、主キャビティ１２０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１２０の内部側ほど温度がより高く、主キャビティ１２０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１２０の内部に導入された樹脂は、主キャビティ１２０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１２０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１２０の外部側ほど粘度がより高く、主キャビティ１２０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１２０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２１５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１３０を通過させるときの、増粘した樹脂２１５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。

図４は、主キャビティ１２０に導入された樹脂の粘度分布に応じて、形成される中空部の形状も変化する様子を示す模式断面図である。

樹脂２１０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。このような状態でコア１３０を通過させると、増粘した樹脂２１５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。その結果として、図４Ａ、図４Ｃおよび図４Ｅに示すように、それぞれ定形部１２２、異形部１２４ａおよび異形部１２４ｂの断面形状に沿った、より断面積の大きい（中空体２１２の肉厚が薄い）中空部２３０が形成される。このようにして、形成される中空部の径の大きさを、通過させるコア１３０の径に対してより大きくすることができる。

逆に、樹脂２１０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。このような状態でコア１３０を通過させると、増粘した樹脂２１５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。その結果として、図４Ｂ、図４Ｄおよび図４Ｆに示すように、それぞれ定形部１２２、異形部１２４ａおよび異形部１２４ｂの断面形状に沿った、より断面積の小さい（中空体２１２の肉厚が厚い）中空部２３０が形成される。このようにして、形成される中空部の径の大きさを、通過させるコア１３０の径により近い大きさとする（あるいはコア１３０の径に対してより小さくする）ことができる。

このように、増粘した樹脂２１５が広がることができる範囲は、コア１３０が通過するときの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１２０に樹脂を導入した後、樹脂の温度が低下していくに従って変化すると考えられる。

そのため、本実施形態では、主キャビティ１２０に導入される樹脂の温度を調整して、コア１３０が通過するときの樹脂の内部の温度分布を調整する。これにより、上記樹脂の内部の粘度分布を調整し、増粘した樹脂２１５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。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、加熱部１１０は、導入する樹脂の温度がより高くなるように、上記樹脂を加熱する。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、加熱部１１０は、導入する樹脂の温度がより低くなるように、上記樹脂を加熱する。

ただし、上記樹脂の粘度分布は、主キャビティ１２０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、主キャビティ１２０の周囲の型の温度、および、主キャビティ１２０の内部に樹脂を導入してからコア１３０を通過させるまでの経過時間（遅延時間）などによっても変化する。そのため、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に応じた樹脂の加熱温度を予め求めておき、次回からは求められた条件で成形を行えばよい。

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１２０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１２０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１２０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。

上記固化率は、導入された加圧流体がコア１３０を追い抜くことによる主キャビティ１２０中でのコア１３０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１３０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。

（樹脂を加熱する工程（工程Ｓ１１０））
本工程では、中空体の材料となる樹脂を加熱する。

上述した知見に基づき、本実施形態では、主キャビティ１２０の内部に導入する樹脂の温度を調整してコア１３０が通過するときの樹脂の粘度分布を調整し、これによって形成される中空部の断面積を変化させる。そのため、本工程においては、加熱部１１０が、形成される中空部の断面積（中空体の断面形状）に応じた所定の温度に、上記樹脂を加熱する。

上記温度は、少なくとも樹脂が軟化して主キャビティ１２０の内部への導入（射出または押出）およびコア１３０の通過が可能となる温度であればよいが、上記樹脂が溶融している温度であることが好ましい。

上記加熱は、加熱部１１０が有するシリンダー１１４の内部で、投入された樹脂を混練する際に、シリンダー１１４が有するヒーター１１４ａにより行われる。また、混練された樹脂を射出または押出する際に、ダイ１１６または主キャビティ１２０の導入口１２６を加熱していてもよい。

上記加熱の温度は、樹脂の温度を測定しながら行ってもよいが、ヒーター１１４ａ（またはダイ１１６もしくは導入口１２６）の温度から、導入される樹脂の温度が推測できるようであれば、ヒーター１１４ａ（またはダイ１１６もしくは導入口１２６）の温度を調整しながら行えばよい。

このとき、制御部１６０は、後の工程（工程Ｓ１３０）でコア１３０が通過するときの樹脂の粘度分布が所望の状態となっているように、本工程（工程Ｓ１１０）における樹脂の加熱温度を調整する。

たとえば、制御部１６０は、主キャビティ１２０に樹脂を導入（工程Ｓ１２０）した後、コアを通過させる（工程Ｓ１３０）までの遅延時間に応じた加熱温度で、加熱部１１０により樹脂を加熱させる。このとき、制御部１６０は、上記遅延時間がより長いときは、樹脂の加熱温度がより高くなるように加熱部１１０による樹脂の加熱を制御し、上記遅延時間がより短いときは、樹脂の加熱温度がより低くなるように加熱部１１０による樹脂の加熱を制御することができる。

遅延時間が長くなるにつれ、主キャビティ１２０に導入された樹脂は冷却されて粘度が高くなっていくため、増粘した樹脂２１５は外側に広がりにくくなっていき、形成される中空部の大きさは小さくなっていく。これに対し、樹脂の加熱温度を高くしておけば、主キャビティ１２０の内部における樹脂の粘度上昇を遅らせることができるため、遅延時間を長くしたとしても、より大きい径の中空部を形成することができる。一方で、樹脂の加熱温度を低くし、かつ、遅延時間を短くすることで、中空部の断面積が略同じ中空体をより短時間で成形することもできる。このように、樹脂の加熱温度と遅延時間とを組み合わせて制御することにより、所望の断面形状を有する中空体を形成するための中空体の製造条件に、より柔軟性を持たせることができる。

（樹脂を導入する工程（工程Ｓ１２０））
本工程では、上記加熱された樹脂を主キャビティ１２０の内部に導入する。具体的には、加圧ポート１４０にコア１３０が保持された状態で、主キャビティ１２０の内部に上記加熱された樹脂を導入する。

具体的には、制御部１６０は、射出装置または押出装置でもある加熱部１１０から上記加熱された樹脂を射出または押出して、導入口１２６から、主キャビティ１２０の内部に上記加熱された樹脂を導入する。このとき、制御部１６０は、不図示のゲートを開閉するなどして、樹脂の導入を制御してもよい。

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。

（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１３０を通過させる。

具体的には、本工程では、制御部１６０は、加圧ポート１４０にコア１３０を開放させ、かつ、加圧ポート１４０から主キャビティ１２０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１３０は、加圧ポート１４０側から副キャビティ１５０側へと、主キャビティ１２０に導入された樹脂の内部を移動する。このとき、コア１３０は、上記導入された樹脂を押し出して副キャビティ１５０に流入させながら移動することにより、コア１３０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。

なお、このとき、主キャビティ１２０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１２０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２１５の断面方向の形状が変形するため、主キャビティ１２０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。

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１３０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１２０に導入した樹脂の粘度がより低い状態で、上記樹脂の内部にコア１３０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１３０を追い越してしまい、コア１３０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１３０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１３０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、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。

（その他）
このように、本実施形態では、加熱部１１０による樹脂の加熱温度の調整により、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１３０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１３０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１３０が樹脂から形成されているときは、コア１３０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１３０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１３０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、おそらくは樹脂の粘度が高くなるにつれてコア１３０が変形（収縮）することができ、コア１３０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１３０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１３０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。

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

［試験１］
公知の射出装置である加熱部と、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、複数の直線部を有する中空体を作製した。この主キャビティは、直径２０ｍｍの円形の断面形状を有する定形部と、それぞれ四角形および長円形の断面形状を有する２つの異形部と、を有していた。上記２つの異形部は、コアの進行方向上流側から下流側にかけて、断面形状が順に長円形および四角形、または断面形状が順に四角形および長円形となっていた。断面形状の順番が異なる上記２つの主キャビティは、内部の空洞の体積が同一となるように設計されていた。

加熱部において２９０℃または３２０℃に加熱して溶融させた樹脂を、温度を１２０℃または１３０℃とした主キャビティの導入口から、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、重量を測定した。

上記試験を、それぞれの条件で９回行い、得られた重量の平均値を求めた。

表１に、主キャビティの断面形状、導入した樹脂の加熱温度、コアを通過させるときの主キャビティの加熱温度、および得られた中空体の平均重量を示す。表１中、「断面形状」は、コアの進行方向上流側から下流側にかけての断面形状が順に長円形および四角形であるものを「Ａ」、コアの進行方向上流側から下流側にかけての断面形状が順に四角形および長円形であるものを「Ｂ」としている。

表１から、樹脂を加熱する温度を高くするほど、得られた中空体の平均重量が低くなっていることがわかる。この結果から、樹脂を加熱する温度を高くするほど、コアの通過によってより多くの樹脂が押し出され、より大きい断面積の中空部が形成されることが理解できる。

形成された中空体を切断して断面を観察したところ、樹脂を加熱する温度を高くするほど、より大きい断面積の中空部が形成されたことが確認された。また、中空部の断面形状は、主キャビティの断面形状に応じた形状となっており、断面形状が長円形の異形部では長円形の中空部が形成されており、断面形状が四角形の異形部では四角形の中空部が形成されていた。

［試験２］
公知の射出装置である加熱部と、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。

加熱部において２９０℃または３２０℃に加熱して溶融させた樹脂を、温度を１２０℃または１３０℃とした主キャビティの導入口から、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、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、中空部の断面積および中空体の平均肉厚を測定した。中空体の平均肉厚は、当該中空部の断面の中心を挟んで互いに向かい合う２点と、当該２点を結ぶ直線と直交する直線上にあり、かつ同様に中空部の断面の中心を挟んで互いに向かい合う２点と、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。なお、平均肉厚は、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についてのみ、測定した。

上記試験を、それぞれの条件で３回行い、得られた断面積および平均肉厚を求めた。

表２〜表７に、導入した樹脂の加熱温度、コアを通過させるときの主キャビティの加熱温度、ならびに、得られた中空部の断面積、コアの断面積に対する形成された中空部の断面積の比率（表２〜表７では「平均断面積比」とする。）、および中空体の平均肉厚、を示す。表２は直線部Ａ、表３は直線部Ｂ、表４は湾曲部Ｘ、表５は湾曲部Ｙ、表６は直線部Ｃ、表７は直線部Ｄ、についての結果である。

表２〜表７から、樹脂を加熱する温度を高くするほど、得られた中空体の平均断面積および平均断面積比が大きくなり、平均肉厚が小さくなっていることがわかる。この結果から、樹脂を加熱する温度を高くするほど、コアの通過によってより多くの樹脂が押し出され、より大きい断面積の中空部が形成されることが理解できる。

図５は、主キャビティを１３０℃に加熱して形成した中空部の、直線部Ａ、直線部Ｂおよび直線部Ｃの断面写真である。図５Ａは樹脂の加熱温度を２９０℃としたときの直線部Ａの、図５Ｂは樹脂の加熱温度を３２０℃としたときの直線部Ａの、図５Ｃは樹脂の加熱温度を２９０℃としたときの直線部Ｂの、図５Ｄは樹脂の加熱温度を３２０℃としたときの直線部Ｂの、図５Ｅは樹脂の加熱温度を２９０℃としたときの直線部Ｃの、図５Ｆは樹脂の加熱温度を３２０℃としたときの直線部Ｆの、それぞれ断面写真である。図５から明らかなように、樹脂を加熱する温度を高くするほど、より大きい断面積の中空部が形成されていた。また、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。

［試験３］
公知の射出装置である加熱部と、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、複数の直線部および複数の湾曲部を有する中空体を作製した。

加熱部において２９０℃に加熱して溶融させた樹脂を、温度を８０℃とした主キャビティの導入口から、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１４ｍｍの円形の断面を有するコア（断面積は１５３．９ｍｍ^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変更した複数の条件で、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。

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、上記中空体をそれぞれの直線部で切断して、中空部の断面積および中空体の平均肉厚を測定した。中空体の平均肉厚は、当該中空部の断面の中心を挟んで互いに向かい合う２点と、当該２点を結ぶ直線と直交する直線上にあり、かつ同様に中空部の断面の中心を挟んで互いに向かい合う２点と、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８に、遅延時間、得られた中空部の断面積、コアの断面積に対する形成された中空部の断面積の比率（表８では「平均断面積比」とする。）、および中空体の平均肉厚、を示す。

表８から、コアを通過させるまでの遅延時間を長くするほど、得られた中空体の平均断面積および平均断面積比が小さくなり、平均肉厚が大きくなっていることがわかる。この結果から、遅延時間を長くするほど、コアの通過によって押し出される樹脂の量が減少し、より小さい断面積の中空部が形成されることが理解できる。

実験１および実験２の結果と、実験３の結果とから、導入する樹脂の加熱温度を、遅延時間に応じて変化させることで、形成される中空部の断面積の大きさの調整も容易にできることがわかる。

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 加熱部
１１２ ホッパー
１１４ シリンダー
１１４ａ ヒーター
１１４ｂ スクリュー
１１６ ダイ
１２０ 主キャビティ
１２２ 定形部
１２４ａ、１２４ｂ 異形部
１２６ 導入口
１３０ コア
１４０ 加圧ポート
１５０ 副キャビティ
１６０ 制御部
２１０ 樹脂
２１２ 中空体
２１５ 増粘した樹脂
２２０、２３０ 中空部

Claims (9)

1. 成形すべき中空体の断面形状に応じた所定の温度に加熱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、
   を有する、中空体の成形方法。
2. 前記樹脂の加熱温度は、
   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であり、
   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である、
   請求項１に記載の中空体の成形方法。
3. 前記樹脂の加熱温度は、前記樹脂を導入した後、前記コアの通過までの時間に応じて調整される、請求項１または２に記載の中空体の成形方法。
4. 前記樹脂の加熱温度は、
   前記樹脂を導入した後、前記コアの通過までの時間がより長いときはより高い温度になり、
   前記樹脂を導入した後、前記コアの通過までの時間がより短いときはより低い温度になるように調整される、請求項３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. 成形すべき中空体の断面形状に応じた所定の温度に樹脂を加熱する加熱部と、
   前記加熱され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、
   を有する、
   中空体の成形装置。
7. 前記加熱部は、
   中空部の断面積がより大きい前記中空体を成形するときはより高い温度に前記樹脂を加熱し、
   中空部の断面積がより小さい前記中空体を成形するときはより低い温度に前記樹脂を加熱する、
   請求項６に記載の中空体の成形装置。
8. 前記加熱部は、前記キャビティへ前記樹脂を導入した後、前記加圧流体の導入までの時間に応じた、所定の温度に、前記樹脂を加熱する、
   請求項６または７に記載の中空体の成形装置。
9. 前記加熱部は、
   前記キャビティへ前記樹脂を導入した後、前記コアの通過までの時間がより長いときはより高い温度に、
   前記キャビティへ前記樹脂を導入した後、前記コアの通過までの時間がより短いときはより低い温度に、
   前記樹脂を加熱する、
   請求項８に記載の中空体の成形装置。

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