JP2021088088A - 中空体の成形方法、中空体の成形装置および中空体 - Google Patents

Abstract

【課題】中空体である樹脂成形体と金属部材とが接合してなる中空体であって、作製時の樹脂成形体の割れや変性が生じにくい中空体の成形方法を提供すること。【解決手段】中空体の成形方法は、キャビティの内部に金属部材を保持する工程と、前記キャビティの内部に溶融した材料樹脂を導入して、前記保持された金属部材に接触させる工程と、前記導入された材料樹脂の内部にコアを通過させる工程と、前記コアの通過により中空部が形成された樹脂成形体に前記金属部材が接合した複合体を取り出す工程と、を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、中空体の成形方法、中空体の成形装置および中空体に関する。

エンジンを冷却する冷却水、潤滑油および燃料などを流通させる配管などには、金属製の中空体が用いられている。配管を他の部材（オイルタンクなど）に接続したり、別個に作製した配管同士を接続したりする方法としては、フランジ同士の溶接（特許文献１参照）、嵌め込み（特許文献２参照）、かしめ（特許文献３参照）などが知られている。また、車両の車体への配管の組み付け（位置固定）は、ブラケットを用いて行われることが通常である（特許文献４参照）。

ところで、配管などの材料を金属から樹脂に置き換えて、車両や船舶を軽量化することにより、さらなる低燃費化や、積載できる荷物の量の増大などを達成することが期待される。

樹脂製の中空体を製造する方法として、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５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２０１６−２２３３１１号公報 特開平０７−２２９５５４号公報 特開２０１９−０１８６０８号公報 特開２０１９−１２７１５７号公報 特開平１０−１８０８１２号公報

金属製の中空体を樹脂製に置き換えることは、軽量化の観点からは有用である。

ここで、本発明者らの知見によると他の部材への接合部や中空体（配管）同士の接合部、またはブラケットとの接触部などの強度が必要とされる部分では、樹脂同士を接合しようとすると接合時の応力や熱で割れや変形が生じたり、あるいは耐久性が劣ったりすることがあり、金属製の部材を用いたほうが実用的である。また、配管の一部分のみ高温にさらされることが予想されるときは、当該一部分のみを金属製の配管とすることが望まれる。そこで、中空体の本体のみを樹脂製とし、上記接合部や接触部のみを金属製とする方法が考えられる。

しかし、このとき従来のように、樹脂製の本体（樹脂成形体）と金属製の接合部または接触部とを別個に作製して、これらを接合しようとすると、接合時（たとえばフランジへの抜き差し時やクランプによる締結時）に樹脂の割れや変形が生じてしまうという問題がある。上記割れや変形は、中空体の内部を流通するガスなどの流体が漏れる原因ともなりかねない。

本開示の目的は、中空体である樹脂成形体と金属部材とが接合してなる中空体であって、作製時の樹脂成形体の割れや変性が生じにくい中空体の成形方法、当該成形方法を実施できる中空体の成形装置、および当該成形方法により成形される中空体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、キャビティの内部に金属部材を保持する工程と、前記キャビティの内部に溶融した材料樹脂を導入して、前記保持された金属部材に接触させる工程と、前記導入された材料樹脂の内部にコアを通過させる工程と、前記コアの通過により中空部が形成された樹脂成形体に前記金属部材が接合した複合体を取り出す工程と、を有する。

また、一態様に係る中空体の成形装置は、溶融された材料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材料樹脂の内部にコアを通過させるための加圧流体を、前記キャビティの内部に導入する、加圧ポートと、を有し、前記キャビティは、前記キャビティの内部で前記導入された材料樹脂に接触するように金属部材を保持する保持部を有する。

また、一態様に係る中空体は、中空状の樹脂成形体と、前記樹脂成形体に接合した金属部材と、を有する。

本開示によれば、中空体である樹脂成形体と金属部材とが接合してなる中空体であって、作製時の樹脂成形体の割れや変性が生じにくい中空体の成形方法、当該成形方法を実施できる中空体の成形装置、および当該成形方法により成形される中空体が提供される。

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および第一の実施形態の工程Ｓ１１０における成形装置の様子を示す模式図である。 図３は、第一の実施形態の工程Ｓ１２０における成形装置の様子を示す模式図である。 図４は、第一の実施形態の工程Ｓ１３０における成形装置の様子を示す模式図である。 図５は、第一の実施形態の工程Ｓ１４０において取り出された中空体の断面形状を示す模式図である。 図６は、第二の実施形態で使用する成形装置の構成および第二の実施形態の工程Ｓ１１０における成形装置の様子を示す模式図である。 図７は、第二の実施形態の工程Ｓ１４０において取り出された中空体の断面形状を示す模式図である。 図８は、第三の実施形態で使用する成形装置の構成および第三の実施形態の工程Ｓ１１０における成形装置の様子を示す模式図である。 図９は、第三の実施形態の工程Ｓ１４０において取り出された中空体の断面形状を示す模式図である。 図１０は、第四の実施形態で使用する成形装置の構成および第四の実施形態の工程Ｓ１１０における成形装置の様子を示す模式図である。

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。

１．第一の実施形態
［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金属部材を配置する工程（工程Ｓ１１０）と、キャビティの内部に中空体の材料となる樹脂（以下、単に「材料樹脂」ともいう。）を導入する工程（工程Ｓ１２０）と、上記導入された材料樹脂の内部にコアを通過させる工程（工程Ｓ１３０）と、材料樹脂を固化させて、樹脂成形体に金属部材が接合した複合体を取り出す工程（工程Ｓ１４０）と、を有する。

（金属部材を配置する工程（工程Ｓ１１０））
本工程では、キャビティの内部に、金属部材を配置する。

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、副キャビティ１４０および金属部材１８０を保持する保持部１５０を有する。なお、図２は、本工程において金属部材１８０を主キャビティ１１０の内部に配置した状態を示している。

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、かつ上流側の端部（コアが発射される側の端部、加圧ポート１３０側の端部）から下流側の端部（コアが排出される側の端部、副キャビティ１４０側の端部）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。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、金属部材１８０は、継手（フランジ）となる部材であり、成形する中空体よりも大きい径を有する平板状のフランジ部１８２と、フランジ部１８２に対して略垂直方向に延出した中空状の筒状部材である接合部１８４と、を有する。フランジ部１８２は、平面方向中心部を貫通する、接合部１８４が有する中空部と連接した貫通孔を有する。互いに連接された、フランジ部１８２が有する上記貫通孔と、接合部１８４が有する中空部とは、いずれも、コア１２０が通過できる大きさであり、かつ略同一の径を有する。

本実施形態において、金属部材１８０は、接合部１８４の外径が、保持部１５０のうち接合部１８４が配置される位置における主キャビティ１１０の内径よりも小さい。また、金属部材１８０は、後述の工程（工程Ｓ１４０）で固化した材料樹脂（樹脂成形体）が接合部１８４の伸出方向に引き抜かれにくくするための、外径が部分的に拡大された係留部１８４ａを接合部１８４に有する。

接合部１８４は、金属部材１８０と材料樹脂との接触面積（金属部材１８０と樹脂成形体との接合面積）を大きくして、金属部材１８０と樹脂成形体との接合強度を高めることができる。また、接合部１８４の材料樹脂と接触する表面（本実施形態では、外径側の表面）は粗面化処理されており、本実施形態において具体的には、レーザー加工、ブラスト処理および化学的処理などの方法により、ナノメートル〜マイクロメートルオーダーのミクロ凹凸と、ミリメートルオーダーのマクロ凹凸と、が重畳的に形成されている。これらの方法により粗面化処理された表面は、材料樹脂と金属部材との接触面積を大きくして、アンカー効果により樹脂成形体と金属部材との接合強度を高めることができる。

金属部材１８０の材料は特に限定されず、鉄、鋼、ステンレス、アルミニウム、マグネシウム、チタン、銅およびこれらの合金などの公知の材料を用いることができる。金属部材１８０の表面は、アルミニウム、ニッケル、亜鉛およびこれらの合金などで、めっき処理されていてもよいし、他の表面処理（有機材料または無機材料による化成処理）をされていてもよい。

本実施形態において、主キャビティ１１０は、金属部材１８０を保持する保持部１５０を、主キャビティ１１０をコアが通過する方向における上流側の端部に有する。保持部１５０は、回転対称である金属部材１８０の接合部１８４の回転軸と、管状である主キャビティの中心軸とが一致するように、金属部材１８０を保持する。本実施形態において、保持部１５０は、金属部材１８０のフランジ部１８２が主キャビティ１１０の加圧ポート１３０に接するように、金属部材１８０を保持する。

コア１２０は、主キャビティ１１０の内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、成形される材料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材料樹脂とコア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、成形される材料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に導入した材料樹脂の粘度がより高い状態で、上記材料樹脂の内部にコア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が材料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の上流側の端部に配置されており、上記上流側の端部から、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）で材料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の内部に溶融した材料樹脂を導入した後に、材料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、導入された材料樹脂の内部にコア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材料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の下流側の端部に配置されており、かつ主キャビティ１１０の下流側の端部と連通している。副キャビティ１４０は、導入された材料樹脂の中をコア１２０が通過する際にコア１２０によって押し出された材料樹脂が流入する空洞である。

（材料樹脂を導入する工程（工程Ｓ１２０））
本工程では、溶融した材料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材料樹脂を導入する。

図３は、本工程における成形装置１００の様子を示す模式図である。主キャビティの内部に溶融した材料樹脂が導入される。本実施形態において、接合部１８４の外径は対応する保持部１５０の内径よりも小さいため、導入された材料樹脂は金属部材１８０（接合部１８４の外径側の表面）と接触する。

上記材料樹脂の導入は、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。

上記材料樹脂は、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。上記材料樹脂の例には、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。これらの材料樹脂には、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。

（コアを通過させる工程（工程Ｓ１３０））
本工程では、上記導入された材料樹脂の内部にコア１２０を通過させる。

図４は、本工程における成形装置１００の様子を示す模式図である。主キャビティの内部に導入された材料樹脂の内部をコア１２０が通過し、通過した後には中空部が形成されている。

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、金属部材１８０の内部および主キャビティ１１０に導入された材料樹脂の内部を移動する。このとき、コア１２０は、上記導入された材料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、材料樹脂の内部にコア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に導入した材料樹脂の固化率が低い（より粘度が低い）状態で、上記材料樹脂の内部にコア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が材料樹脂の内部で停止してしまうことがある。上記材料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。

（複合体を取り出す工程（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材料樹脂を冷却して固化させ、主キャビティ１１０から取り出す。本工程では、材料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、材料樹脂を固化させればよい。本工程において、上記材料樹脂は、自然冷却により固化させてもよいし、本実施形態では不図示の温度調整部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。

このとき、冷却して固化した材料樹脂が金属部材１８０に強固に接合する。特に、本実施形態では金属部材１８０の接合部１８４がミクロ凹凸およびマクロ凹凸を有するため、アンカー効果が大きく作用して材料樹脂と金属部材１８０との接合強度はより高くなる。さらに、本実施形態では、主キャビティ１１０のうち、金属部材１８０が有する接合部１８４の外側にも材料樹脂が入り込む。この外側に入り込んだ材料樹脂は、線膨張係数が金属よりも大きいため、冷却されるときの収縮率が金属よりも高い。そのため、冷却された材料樹脂が外側から金属部材１８０を強固に締め付けることができ、これによっても冷却して固化した材料樹脂が金属部材１８０にさらに強固に接合すると考えられる。

このようにして材料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。

図５は、本実施形態において取り出された中空体１９０の断面形状を示す模式図である。中空体１９０は、一方の端部側が中空部を有する金属部材１８０となっており、他方の端部側が中空部を有する樹脂成形体１９６となっており、金属部材１８０は樹脂成形体１９６に接合している。

中空体１９０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。

このとき、一方の端部側の金属部材を、他の中空体の金属部材や、エンジンのガス排出部などに溶接させたりすることにより、中空体１９０を他の中空体や他の部材に強力に接合させることができる。

本実施形態によれば、中空部を有する樹脂成形体を成形するときに、金属部材との接合も一体的に行うため、樹脂成形体と金属部材を接合するときの樹脂成形体の割れや変形が生じにくい。

また、本実施形態によれば、樹脂成形体と金属部材とを強固に接合させることができる。さらに、一の中空体が有する金属部材のフランジ部と、他の中空体が有する金属部材のフランジ部とを接合させることで、樹脂成形体同士を接合させるときに比べて、中空体同士の接合強度を寄り高めることができる。

なお、本実施形態では、一方の端部側のみに金属部材が配置された中空体の製造について説明したが、一方の端部側および他方の端部側の両方の端部側に金属部材が配置された中空体を製造してもよい。なお、他方の端部側のみに金属部材が配置されるようにしてもよいが、コアの発射を安定化させる観点からは、本実施形態における金属部材は、主キャビティ１１０において、少なくとも上流側の端部側に配置されることが好ましい。

２．第二の実施形態
第二の実施形態は、金属部材がブラケットとなる部材である点で、第一の実施形態とは異なる。以下、第一の実施形態と重複する部分については説明を省略する。

図６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２００は、主キャビティ１１０、コア１２０、加圧ポート１３０、副キャビティ１４０および金属部材２８０を保持する保持部１５０を有する。なお、図６は、金属部材を配置する工程（工程Ｓ１１０）において金属部材２８０を主キャビティ１１０の内部に配置した状態を示している。

本実施形態において、金属部材２８０は、ボルトなどの締結部材が挿入される貫通孔２８２ａが設けられた締結部２８２と、締結部２８２に接続した中空状の筒状部材である接合部２８４と、を有する。締結部２８２は、接合部２８４が有する中空部と連接した貫通孔をさらに有する。互いに連接された、締結部２８２が有する上記貫通孔と、接合部２８４が有する中空部とは、いずれも、コア１２０が通過できる大きさであり、かつ略同一の径を有する。

本実施形態において、金属部材２８０は、接合部２８４のうち一部の外径が、保持部１５０のうち接合部２８４が配置される位置における主キャビティ１１０の内径よりも小さい。また、金属部材２８０は、樹脂成形体が接合部２８４の伸出方向に引き抜かれにくくするための、外径が部分的に拡大された係留部２８４ａを接合部２８４に有する。

本実施形態においても、接合部２８４は、金属部材２８０と材料樹脂との接触面積（金属部材２８０と樹脂成形体との接合面積）を大きくして、金属部材２８０と樹脂成形体との接合強度を高めることができる。また、接合部２８４の材料樹脂と接触する表面（本実施形態では、外径側の表面）は粗面化処理されており、本実施形態において具体的には、レーザー加工、ブラスト処理および化学的処理などの方法により、ナノメートル〜マイクロメートルオーダーのミクロ凹凸と、ミリメートルオーダーのマクロ凹凸と、が重畳的に形成されている。これらの方法により粗面化処理された表面は、材料樹脂と金属部材との接触面積を大きくして、アンカー効果により樹脂成形体と金属部材との接合強度を高めることができる。

図７は、本実施形態において取り出された中空体２９０の断面形状を示す模式図である。中空体２９０は、一方の端部側が中空部を有する金属部材２８０となっており、他方の端部側が中空部を有する樹脂成形体２９６となっており、金属部材２８０は樹脂成形体２９６に接合している。

また、本実施形態によれば、樹脂成形体と金属部材とを強固に接合させることができる。さらに、一の中空体が有する金属部材の締結部により、他の部材（車両の車体など）に組み付けることで、樹脂成形体を組み付けるときよりも、組み付け部の耐久性を高めることができる。

３．第三の実施形態
第三の実施形態は、成形装置の構成および成形される中空体の構成が第一の実施形態または第二の実施形態と異なる。以下、第一の実施形態または第二の実施形態と重複する部分については説明を省略する。

図８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３００は、主キャビティ１１０、コア１２０、加圧ポート１３０、副キャビティ１４０および金属部材３８０を保持する保持部３５０を有する。なお、図８は、金属部材を配置する工程（工程Ｓ１１０）において金属部材３８０を主キャビティ１１０の内部に配置した状態を示している。

本実施形態において、金属部材３８０は、中空体の使用時に高温にさらされたり、繰り返し擦動されたりする部分に配置され、中空体の熱による劣化や変形を抑制する部材である。本実施形態における金属部材３８０は、主キャビティ１１０と略平行に延在する、略円筒状の部材であり、外径が主キャビティ１１０の保持部３５０と一致する本体部３８２と、本体部３８２の両端部から延出した一対の接合部３８４ａおよび３８４ｂとを、有する。

本実施形態において、金属部材３８０は、接合部３８４ａおよび３８４ｂの外径が、保持部３５０のうち接合部３８４ａおよび３８４ｂが配置される位置における主キャビティ１１０の内径よりも小さい。

本実施形態においても、接合部３８４ａおよび３８４ｂは、金属部材３８０と材料樹脂との接触面積（金属部材３８０と樹脂成形体との接合面積）を大きくして、金属部材３８０と樹脂成形体との接合強度を高めることができる。また、接合部３８４ａおよび３８４ｂの材料樹脂と接触する表面（本実施形態では、外径側の表面）は粗面化処理されており、本実施形態において具体的には、レーザー加工、ブラスト処理および化学的処理などの方法により、ナノメートル〜マイクロメートルオーダーのミクロ凹凸と、ミリメートルオーダーのマクロ凹凸と、が重畳的に形成されている。これらの方法により粗面化処理された表面は、材料樹脂と金属部材との接触面積を大きくして、アンカー効果により樹脂成形体と金属部材との接合強度を高めることができる。

一方で、本実施形態において、主キャビティ１１０は、金属部材３８０を保持する保持部３５０を、主キャビティ１１０をコアが通過する方向における上流側の端部（加圧ポート１３０側の端部）および下流側の端部（副キャビティ１４０側の端部）のいずれからも離間した中間部に有する。保持部３５０は、回転対称である金属部材３８０の本体部３８２の回転軸と、管状である主キャビティの中心軸とが一致するように、金属部材３８０を保持する。

また、保持部３５０は、主キャビティ１１０の内表面が金型内部側に陥没した陥没部３５０ａを有し、金属部材３８０は、陥没部３５０ａと略同一形状に突起した突起部３８２ａを有する。そして、金属部材３８０の突起部３８２ａが保持部３５０の陥没部３５０ａに嵌め込まれることにより、保持部３５０は金属部材３８０を保持する。

図９は、本実施形態において取り出された中空体３９０の断面形状を示す模式図である。中空体３９０は、中間部が中空部を有する金属部材３８０となっており、一方の端部側が中空部を有する樹脂成形体３９６ａとなっており、他方の端部側が中空部を有する樹脂成形体３９６ｂとなっており、金属部材３８０は樹脂成形体３９６ａおよび樹脂成形体３９６ｂの両方に接合している。

なお、本実施形態でも、金属部材３８０の接合部３８４ａおよび３８４ｂがミクロ凹凸およびマクロ凹凸を有するため、アンカー効果が大きく作用して材料樹脂と金属部材３８０との接合強度はより高くなる。

本実施形態は、金属部材３８０による中間部の耐熱性および強度が高い。そのため、使用時に高熱にさらされたり、他の部材との接触や擦動などにより破損および摩耗したりしやすい部位に、金属部材３８０による中間部が配置されるように、中空体３９０を設置することで、中空体３９０の耐久性を高めることができる。

なお、本実施形態では、中間部のうち１か所にのみ金属部材を配置したが、複数個所に金属部材を配置してもよい。また、中間部に金属部材を配置しつつ、第一の実施形態のように一方の端部側または他方の端部側にも金属部材を配置してもよい。

４．第四の実施形態
第四の実施形態は、成形装置の構成が第一の実施形態〜第三の実施形態と異なる。以下、第一の実施形態〜第三の実施形態と重複する部分については説明を省略する。

図１０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４００は、主キャビティ１１０、コア１２０、加圧ポート１３０、副キャビティ１４０、金属部材１８０を保持する保持部１５０、および主キャビティ１１０の温度を調整する温度調整部４６０を有する。なお、図１０は、成形装置４００が温度調整部４６０を有すること以外は第一の実施形態と同一の成形装置１００および金属部材１８０を用いる例を示す。また、図１０は、金属部材を配置する工程（工程Ｓ１１０）において金属部材１８０を主キャビティ１１０の内部に配置した状態を示している。

温度調整部４６０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複数本の流路４６２および４６４と、流路４６２および４６４に流通させる熱媒体の温度や流量などをそれぞれ制御させる熱媒体制御部４６６と、を有する。

流路４６２および４６４は、成形装置４００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４６２および４６４は、それぞれ独立して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４６６は、流路４６２および４６４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。

金属部材１８０は、一般的に熱伝導率が高いため、主キャビティ１１０の内部に導入された材料樹脂（工程Ｓ１２０）からの熱移動を容易にして、上記導入された材料樹脂の温度を低下させてしまうことがある。上記材料樹脂の温度が低下すると、材料樹脂の粘度が高くなり、材料樹脂の内部をコア１２０が通過できないことがある。

また、本発明者らの知見によると、コア１２０の通過により形成される樹脂成形体の中空部の断面積は、コア１２０が通過したときの材料樹脂の粘度分布（固化率）によって変化する。そのため、主キャビティ１１０に導入された材料樹脂のうち、金属部材１８０と接する部分のみ温度が低下して粘度(固化率)が高まると、金属部材１８０と接する部位では、他の部位よりも中空部の断面積が小さくなってしまうおそれがある。

そのため、熱媒体制御部４６６は、流路４６２および４６４を流通する熱媒体の温度を独立して制御し、金属部材１８０と接する領域を流通する流路４６４を流通する熱媒体の温度をより高くし、金属部材１８０と接しない領域を流通する流路４６２を流通する熱媒体の温度をより低くする。これにより、温度調整部４６０は、主キャビティ１１０のうち、金属部材１８０と接する領域の温度を、金属部材１８０と接しない領域の温度よりも高くする。

本実施形態によれば、主キャビティ１１０に金属部材１８０を保持させたことによる局所的な材料樹脂の温度低下（粘度上昇）を抑制し、形成される中空部の断面積がより均一な中空体を成形することができる。

なお、上述の実施形態はそれぞれ本発明の一例を示すものであり、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において、他の種々多様な実施形態も可能であることは言うまでもない。

たとえば、各実施形態における成形装置は不図示の制御部を有してもよく、各構成部の動作を、制御部により制御してもよい。

また、保持部は金属部材を固定して保持してもよいし、第１の実施形態および第２の実施形態では金属部材を固定せずに材料樹脂の圧力で抑えるように保持してもよい。

また、第１の実施形態および第２の実施形態では、主キャビティの上流側に配置された金属部材を通過するようにコアを移動させているが、加圧ポートに金属部材の中空部を通過させた上記中空部の先端でコアを保持し、コアが金属部材を通過しないようにコアを発射させてもよい。このような態様だと、金属部材の中空部の内部に樹脂を導入しなくてよいので、上記中空部の内部に導入された樹脂が冷却されることによる通過不良を抑制することができる。

また、中空体は、冷却水、潤滑油および燃料などの液体を流通させる配管であってもよいし、エンジンからの排気ガスを流通させる排気管などであってもよい。

また、上記実施形態では、金属部材の表面が粗面化処理されているとしたが、接合強度に問題が生じな限りにおいて、粗面化処理はされていなくてもよいし、あるいは樹脂材料との接合性を有する材料を金属部材の表面に塗布しておいてもよい。

本開示によれば、フローティングコア方式の成形方法における、廃棄樹脂のリサイクルを容易に行うことができる。そのため、中空体の製造効率を高めることができる。

１００、２００、３００、４００ 成形装置
１１０ 主キャビティ
１２０ コア
１３０ 加圧ポート
１４０ 副キャビティ
１５０、３５０ 保持部
１８０、２８０、３８０ 金属部材
１８２ フランジ部
１８４、２８４、３８４ａ、３８４ｂ 接合部
１８４ａ、２８４ａ 係留部
１９０、２９０、３９０ 中空体
１９６、２９６、３９６ａ、３９６ｂ 樹脂成形体
２８２ 締結部
２８２ａ 貫通孔
３５０ａ 陥没部
３８２ 本体部
３８２ａ 突起部
４６０ 温度調整部
４６２、４６４ 流路
４６６ 熱媒体制御部

Claims (13)

1. キャビティの内部に金属部材を保持する工程と、
   前記キャビティの内部に溶融した材料樹脂を導入して、前記保持された金属部材に接触させる工程と、
   前記導入された材料樹脂の内部にコアを通過させる工程と、
   前記コアの通過により中空部が形成された樹脂成形体に前記金属部材が接合した複合体を取り出す工程と、
   を有する、中空体の成形方法。
2. 前記金属部材は、中空状の部材であり、
   前記コアは、前記中空状の金属部材の内部を通過する、
   請求項１に記載の中空体の成形方法。
3. 前記金属部材は、前記キャビティの端部に保持される、請求項１または２に記載の中空体の成形方法。
4. 前記コアは、前記キャビティの前記金属部材が保持された端部から発射される、請求項３に記載の中空体の成形方法。
5. 前記金属部材は、前記キャビティの、前記金属部材が保持された端部および前記金属部材が排出される端部のいずれからも離間した中間部に保持される、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. 前記金属部材は、前記材料樹脂と接する部位が粗面化処理されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の中空体の成形方法。
7. 前記キャビティの温度を調整する工程を有し、
   前記温度を調整する工程において、金属部材と接する領域の温度を、金属部材と接しない領域の温度よりも高くする、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の中空体の成形方法。
8. 溶融された材料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材料樹脂の内部にコアを通過させるための加圧流体を、前記キャビティの内部に導入する、加圧ポートと、
   を有する、樹脂成形体を含む中空体の成形装置であって、
   前記キャビティは、前記キャビティの内部で前記導入された材料樹脂に接触するように金属部材を保持する保持部を有する、
   中空体の成形装置。
9. 前記キャビティの温度を独立して調整する複数の温度調整部を有し、
   前記複数の温度調整部は、前記キャビティのうち、前記金属部材と接する領域の温度を、前記金属部材と接しない領域の温度よりも高くする、
   請求項８に記載の中空体の成形装置。
10. 中空状の樹脂成形体と、前記樹脂成形体に接合した金属部材と、を有する中空体。
11. 前記金属部材は、前記樹脂成形体の端部に接合されている、請求項１０に記載の中空体。
12. 前記金属部材は、前記樹脂成形体の両端部のいずれからも離間した中間部に接合されている、請求項１０に記載の中空体。
13. 前記金属部材は、フランジまたはブラケットである、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の中空体。

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