JP2023103007A - 屈曲樹脂管の製造方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】アシスト材を用いた樹脂射出成形により屈曲樹脂管を製造する際に、屈曲部の偏肉をより確実に是正できる屈曲樹脂管の製造方法および装置を提供する。【解決手段】モールド１０に形成されたキャビティ１１の予め選択された屈曲部１２の屈曲内側部分１４ａと屈曲外側部分１４ｂとの少なくとも一方を、温度調整可能なピース部１５で構成して、射出成形機８から溶融した樹脂Ｒをキャビティ１１に射出した後、制御部１７によりピース部１５の温度制御をして、屈曲内側部分１４ａを屈曲外側部分１４ｂに比して低温の状態にしてアシスト材注入部９からアシスト材Ｓをキャビティ１１に注入して通過させることで管路１ａを形成し、キャビティ１１に残存している樹脂Ｒが硬化することで屈曲樹脂管１が製造される。【選択図】図２
Description
本発明は、屈曲樹脂管の製造方法および装置に関し、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屈曲樹脂管を製造する際に、屈曲部の偏肉をより確実に是正できる屈曲樹脂管の製造方法および装置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に、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。
アシスト材を用いた樹脂射出成形によって屈曲樹脂管を製造する場合、モールドのキャビティに注入されたアシスト材は、キャビティの屈曲部では最短ルートで通過しようとする特性がある。そのため、注入されたアシスト材は、キャビティの屈曲部では屈曲内側に偏在するように通過して、屈曲内側部分では屈曲外側部分に比して樹脂の厚さが薄くなって偏肉が生じる。これに伴って、製造された屈曲樹脂管は、予め設定された目標内圧に耐える耐圧性を確保し難くなる。そこで、キャビティの屈曲内側部分にリブ成形部を設けておき、製造した屈曲樹脂管の屈曲内側部分にリブを形成して補強することで耐圧性を確保することが提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、この提案の方法では、屈曲樹脂管の屈曲内側部分は相対的に薄肉のままであり、本来は必要がないリブが突出した形状なる。それ故、屈曲部の偏肉を確実に是正するには改善の余地がある。
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屈曲樹脂管を製造する際に、屈曲部の偏肉をより確実に是正できる屈曲樹脂管の製造方法および装置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屈曲樹脂管の製造方法は、モールドに形成された屈曲して延在するキャビティに溶融した樹脂を射出した後、このキャビティにアシスト材を注入し、射出した前記樹脂を硬化させて屈曲樹脂管を製造する屈曲樹脂管の製造方法において、前記キャビティに前記アシスト材を注入する際に、前記キャビティの予め選択された屈曲部の屈曲内側部分を屈曲外側部分に比して低温の状態にすることを特徴とする。
本発明の屈曲樹脂管の製造装置は、屈曲して延在するキャビティが形成されているモールドと、前記キャビティに溶融した樹脂を射出する射出成形機と、前記樹脂が射出された前記キャビティにアシスト材を注入するアシスト材注入部とを有する屈曲樹脂管の製造装置において、前記キャビティの予め選択された屈曲部の屈曲内側部分と屈曲外側部分との少なくとも一方が、温度調整可能なピース部で構成されていて、前記ピース部の温度を制御する制御部を有し、前記アシスト材を前記キャビティに注入する際に、前記制御部により前記ピース部を温度制御することで、前記屈曲内側部分が前記屈曲外側部分に比して低温の状態にされる構成にしたことを特徴とする。
本発明によれば、溶融した樹脂が射出された前記キャビティに前記アシスト材を注入する際に、前記キャビティの予め選択された屈曲部の屈曲内側部分を屈曲外側部分に比して低温の状態にする。これにより、射出された溶融樹脂は、注入した前記アシスト材が通過する際には、屈曲内側部分では屈曲外側部分に比して硬くなる。そのため、前記アシスト材が屈曲部を通過する際に屈曲内側部分に偏在しようとしても、屈曲内側部分に充填されている溶融樹脂は通過するアシスト材によって除去され難く（削られ難く）なる。その結果、屈曲部の偏肉をより確実に是正することが可能になる。
以下、本発明の屈曲樹脂管の製造方法および装置を、図に示した実施形態に基づいて説明する。
図１～図４に例示する屈曲樹脂管の製造装置７の実施形態は、モールド１０と、モールド１０のキャビティ１１に溶融した樹脂Ｒを射出する射出成形機８と、キャビティ１１にアシスト材Ｓを注入するアシスト材注入部９とを有している。このモールド１０の一部は温度調整可能なピース部１５で構成されていて、ピース部１５の温度を制御する制御部１７を有している。
この製造装置７を用いて、図７～図９に例示する屈曲樹脂管１が製造される。この屈曲樹脂管１は、曲率半径が小さい屈曲部４（４Ａ、４Ｂ）と、曲率半径が大きい屈曲部５とを有して延在する筒状体であり、直線部３も有している。屈曲樹脂管１の管路１ａの長手方向両端は開口部２になっている。図中の一点鎖線ＣＬは、管路１ａの横断面中心を通過する中心線を示している。屈曲樹脂管１は、直線部３を有していない場合もあり、屈曲部４、５の数も限定されない。
射出成形機８は、熱可塑性の樹脂Ｒを射出する公知の種々の仕様のものを用いることができる。使用する樹脂Ｒは、製造される屈曲樹脂管１に要求される性能等に応じて適切な種類が選択される。例えば、自動車に搭載されるエアコンディショナー用の屈曲樹脂管１を製造する場合には、樹脂Ｒとしては例えば、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド等が使用される。
アシスト材注入部９は、キャビティ１１にアシスト材Ｓを注入する公知の種々の仕様のものを用いることができる。使用するアシスト材Ｓは、公知のものでよく、製造される屈曲樹脂管１の形状などに応じて、窒素ガスなどの気体、水などの液体、金属球や樹脂球などの固体から適切な材料が選択される。
モールド１０には、屈曲して延在するキャビティ１１が形成されている。この実施形態では、モールド１０は、組み付けられる一対のモールド１０ａ、１０ｂで構成されている。互いのモールド１０ａ、１０ｂはパーティングラインＰＬを境界にして型閉めおよび型開きされる。
モールド１０には、キャビティ１１に対してゲート１８ｂを介して接続されるランナー１８ａが形成されている。このランナー１８ａは、モールド１０に形成されたスプルーを介して、射出成形機８やアシスト材注入部９のノズルに接続される。モールド１０にはキャビティ１１に注入されたアシスト材Ｓの排出部も設けられている。
空洞を形成するキャビティ１１は、製造される屈曲樹脂管１と同様の形状で屈曲して延在している。キャビティ１１の予め選択された屈曲部１２（１２Ａ、１２Ｂ）の屈曲内側部分１４ａと屈曲外側部分１４ｂとの少なくとも一方が、温度調整可能なピース部１５で構成されている。即ち、モールド１０は、予め選択された屈曲部１２（１２Ａ、１２Ｂ）の屈曲内側部分１４ａと屈曲外側部分１４ｂとの少なくとも一方に、ピース部１５が組み込まれて構成される。
この実施形態では、屈曲内側部分１４ａのみがピース部１５で構成されている。ピース部１５は、一対のモールド１０ａ、１０ｂに対応して、一対のピース部１５ａ、１５ｂで構成されている。一方のピース部１５ａが一方のモールド１０ａに組み込まれ、他方のピース部１５ｂが他方のモールド１０ｂに組み込まれている。
屈曲内側部分１４ａおよび屈曲外側部分１４ｂの内、屈曲外側部分１４ｂのみがピース部１５で構成された仕様にすることも、屈曲内側部分１４ａおよび屈曲外側部分１４ｂがピース部１５で構成された仕様にすることもできる。尚、屈曲部１２Ａ、１２Ｂは同様の構成になるので、図面では代表して屈曲部１２Ａが詳細に記載されている。
キャビティ１１の屈曲部１２（１２Ａ、１２Ｂ）は、屈曲樹脂管１の曲率半径が小さい屈曲部４（４Ａ、４Ｂ）に対応し、キャビティ１１の屈曲部１３は、屈曲樹脂管１の曲率半径が大きい屈曲部５に対応している。したがって、曲率半径および屈曲角度が比較的小さい屈曲部１２が選択されて、その選択された屈曲部１２の少なくとも一部がピース部１５で構成される。
選択される屈曲部１２の屈曲内側部分１４ａの屈曲角度Ｃａは例えば９０°以下であり、より好ましくは７５°以下である。この屈曲内側部分１４ａの曲率半径Ｃｒは例えば２０ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以下である。
ピース部１５は例えば、屈曲内側部分１４ａの屈曲頂点Ｐの前後方向（キャビティ１１の延在方向）１５ｍｍ～２０ｍｍ程度の範囲を構成する。ピース部１５で構成する範囲（長さ）が過小であると屈曲部４での屈曲樹脂管１の偏肉を是正できなくなる。一方、ピース部１５で構成する範囲（長さ）が過大であると屈曲部４以外の部分での偏肉が生じ易くなる。ピース部１５で構成する範囲（キャビティ１１の延在方向範囲など）は、事前テストやコンピュータシミュレーションを行って適切な値に設定する。
ピース部１５は、モールド１０のピース部１５以外の部分を形成している金属よりも高い熱伝導性を有する金属によって形成することが好ましい。モールド１０のピース部１５以外の部分は例えば一般炭素鋼により形成されるが、ピース部１５は例えばベリリウム銅合金により形成される。
ピース部１５を温度制御する制御部１７には公知のコンピュータが用いられる。ピース部１５には例えば、水などの媒体が流れる専用の流路が形成されていて、その媒体の温調器が制御部１７により制御されて媒体の温度を調整することで、ピース部１５が所望の温度範囲に制御される。この実施形態では、水が媒体として使用されていて、制御部１７により水の冷却温度が調整されてピース部１５が所望の温度範囲に冷却される。
詳述すると、アシスト材Ｓをキャビティ１１に注入する際に、制御部１７はピース部１５を温度制御することで、屈曲内側部分１４ａを屈曲外側部分１４ｂに比して低温の状態にする。ピース部１５の熱伝導性を、モールド１０の他の部分よりも高くすることで、ピース部１５と他の部分（屈曲外側部分１４ｂ）との温度差を迅速に大きくするには有利になる。
次に、本発明の屈曲樹脂管の製造方法の手順の一例を説明する。
図１、図２に例示するように一対のモールド１０ａ、１０ｂを互いに組み付けて型閉めした状態で、溶融した樹脂Ｒを射出成形機８からモールド１０に射出する。射出された樹脂Ｒは、モールド１０に形成されたスプルー、ランナー１８ａ、ゲート１８ｂを通過して図５に例示するようにキャビティ１１注入される。キャビティ１１は、溶融した樹脂Ｒが充填された状態になる。
次いで、アシスト材注入部９からアシスト材Ｓをモールド１０に所定の高圧で注入する。注入されたアシスト材Ｓは、注入された溶融樹脂Ｒが充填されているキャビティ１１の内部をその延在方向に沿って高圧で通過する。
図６に例示するようにキャビティ１１の屈曲部１２Ａ、１２Ｂでは、高圧で注入されたアシスト材Ｓは、キャビティ１１の最短ルートになる屈曲内側に偏って通過しようとする。そのため、通常であれば屈曲部１２Ａ、１２Ｂの屈曲内側部分１４ａの樹脂Ｒが高圧で通過するアシスト材Ｓによってより多く削られる。そのため、屈曲内側部分１４ａの壁面の樹脂Ｒの厚さは、屈曲外側部分１４ｂの樹脂Ｒの厚さに比して薄くなって偏肉が生じる。そこで、この偏肉を是正するために、この実施形態では、ピース部１５の温度制御が行われる。
尚、屈曲部１３においても、アシスト材Ｓは上記と同様に通過する。しかし、屈曲部１３は曲率半径Ｃｒが比較的大きいため、屈曲内側部分１４ａの壁面の樹脂Ｒは高圧で通過するアシスト材Ｓによって削られ難い。それ故、屈曲部１３では、樹脂Ｒの偏肉は生じ難く、基準の肉厚を確保できるので、屈曲部１２Ａ、１２Ｂだけがピース部１５を組み込む部位として選択されている。
この実施形態では、キャビティ１１にアシスト材Ｓを注入する際に、制御部１７によりピース部１５を温度制御することで、予め選択された屈曲部１２Ａ、１２Ｂの屈曲内側部分１４ａを屈曲外側部分１４ｂに比して低温の状態にする。キャビティ１１のピース部１５以外のすべての部分は概ね同じ温度になっていて、キャビティ１１では屈曲部１２Ａ、１２Ｂの屈曲内側部分１４ａだけが相対的に低温になっている。
このようにピース部１５が温度制御されることで、アシスト材Ｓが通過する際には、キャビティ１１に充填されている溶融樹脂Ｒは、屈曲内側部分１４ａでは屈曲外側部分１４ｂに比して硬くなる。そのため、アシスト材Ｓが屈曲部１２Ａ、１２Ｂを通過する際に、上述したように屈曲内側部分１４ａに偏在しようとしても、屈曲内側部分１４ａに充填されている溶融樹脂Ｒは通過するアシスト材Ｓによって削られ難く（除去され難く）なる。
アシスト材Ｓがキャビティ１１の全長を通過することで、モールド１０では、キャビティ１１に残留している樹脂Ｒによって管路１ａが形成され、この樹脂Ｒが硬化することで、キャビティ１１に沿った形状の屈曲樹脂管１が製造される。この実施形態では、通過するアシスト材Ｓによって相対的に削られ易い配置になっている屈曲内側部分１４ａの樹脂Ｒを相対的に硬くすることで、削られ難くしている。その結果、屈曲部１２Ａ、１２Ｂの屈曲内側部分１４ａと屈曲外側部分１４ｂとの樹脂Ｒの偏肉が是正されて、屈曲部４Ａ、４Ｂの屈曲内側部分６ａと屈曲外側部分６ｂでの偏肉がより確実に是正された図７～図９に例示する屈曲樹脂管１を製造することが可能になる。
ピース部１５の温度制御を行わずに、屈曲部１２Ａ、１２Ｂの屈曲内側部分１４ａと屈曲外側部分１４ｂとが実質的に同じ温度になっていると、図１０～図１２に例示するように、通過するアシスト材Ｓによって屈曲内側部分１４ａでは屈曲外側部分１４ｂに比してより多くの樹脂Ｒが削られる。そのため、屈曲部４Ａ、４Ｂ（１２Ａ、１２Ｂ）では偏肉が発生するが、本願発明では、このような偏肉の発生を抑制することができる。それ故、本発明によれば、屈曲内側部分６ａの樹脂Ｒの肉厚不足を補うリブを省略することも可能になる。
この実施形態では、屈曲部１２Ａ、１２Ｂの屈曲内側部分１４ａを冷却することで、アシスト材Ｓをキャビティ１１に注入する際に屈曲内側部分１４ａを屈曲外側部分１４ｂよりも低温の状態にしているが、キャビティ１１を温度制御する方法はこれに限定されない。良品の屈曲樹脂管１を製造できる温度範囲であれば、例えば、屈曲部１２Ａ、１２Ｂの屈曲外側部分１４ｂを追加的に加熱することで、アシスト材Ｓをキャビティ１１に注入する際に屈曲内側部分１４ａを屈曲外側部分１４ｂよりも低温の状態にしてもよい。この温度制御によっても、キャビティ１１に充填されている溶融樹脂Ｒは、屈曲内側部分１４ａでは屈曲外側部分１４ｂに比して硬くなる。そのため、屈曲内側部分１４ａに充填されている溶融樹脂Ｒは通過するアシスト材Ｓによって削られ難く（除去され難く）なる。
本発明によれば、複雑な形状の屈曲樹脂管１であっても大量生産することもできる。製造した屈曲樹脂管１を用いることで、金属管に比して軽量化を図りつつ、必要な耐圧性を確保することができる。例えば、使用内圧が５ＭＰａ以上で内径１０ｍｍ～２０ｍｍ程度の屈曲樹脂管１を製造することもできる。低圧の配管としても使用できるので、汎用的な屈曲金属管をこの屈曲樹脂管１に置き換えることで大幅に軽量化を図ることも可能になる。
ピース部１５の温度制御では、屈曲内側部分１４ａと屈曲外側部分１４ｂとの温度差を２０℃以上４０℃以下にすることが好ましい。この温度差が２０℃未満であると、屈曲内側部分１４ａと屈曲外側部分１４ｂとでの溶融樹脂Ｒの硬さの差異を大きくできないので、製造された屈曲樹脂管１の屈曲部４Ａ、４Ｂでの偏肉を是正する効果を得難くなる。一方、この温度差が４０℃超であると、屈曲内側部分１４ａに充填されている樹脂Ｒの流動性が低くなり過ぎる、或いは、屈曲外側部分１４ｂに充填されている樹脂Ｒが過剰に加熱されて焼けが生じるなどの問題が生じて、製造される屈曲樹脂管１の品質に悪影響が生じるリスクが高くなる。
屈曲内側部分１４ａに充填されている樹脂Ｒの十分な流動性を確保しつつ、屈曲部４Ａ、４Ｂ（１２Ａ、１２Ｂ）での偏肉を是正するには、ピース部１５の温度制御によって、屈曲内側部分１４ａの温度を３０℃以上７０℃以下にすることが好ましく、４０℃～５０℃程度にすることがより好ましい。
図１３、図１４に例示する仕様のモールド１０を用いることもできる。このモールド１０では、ピース部１５とモールド１０のピース部１５以外の部分との間に断熱層１６が介在している。この断熱層１６を介在させてピース部１５はモールド１０の一部として組み込まれている。
断熱層１６としては、モールド１０のピース部１５以外の部分よりも熱伝導性が低い材料を用いる。例えば、モールド１０が一般炭素鋼（熱伝導率は４９．８１Ｗ／ｍ／Ｃ程度）により形成されている場合は、この熱伝導率よりも低い材料を用いて断熱層１６が形成される。例えば、公知のセラミック（熱伝導率は０．６１Ｗ／ｍ／Ｃ程度）によって断熱層１６を形成する。
このように断熱層１６を介在させることで、ピース部１５とモールド１０のピース部１５以外の部分との間での伝熱がある程度遮断される。これにより、ピース部１５がモールド１０の周辺部分の温度から受ける影響を抑制して、ピース部１５を迅速に所望温度にするには有利になり、所望温度に安定して維持するにも有利になる。
１ 屈曲樹脂管
１ａ 管路
２ 開口部
３ 直線部
４（４Ａ、４Ｂ） 屈曲部
５ 屈曲部
６ａ 屈曲内側部分
６ｂ 屈曲外側部分
７ 製造装置
８ 射出成形機
９ アシスト材注入部
１０（１０ａ、１０ｂ） モールド
１１ キャビティ
１２（１２Ａ、１２Ｂ） 屈曲部
１３ 屈曲部
１４ａ 屈曲内側部分
１４ｂ 屈曲外側部分
１５（１５ａ、１５ｂ） ピース部
１６ 断熱層
１７ 制御部
１８ａ ランナー
１８ｂ ゲート
Ｒ 樹脂
Ｓ アシスト材
１ａ 管路
２ 開口部
３ 直線部
４（４Ａ、４Ｂ） 屈曲部
５ 屈曲部
６ａ 屈曲内側部分
６ｂ 屈曲外側部分
７ 製造装置
８ 射出成形機
９ アシスト材注入部
１０（１０ａ、１０ｂ） モールド
１１ キャビティ
１２（１２Ａ、１２Ｂ） 屈曲部
１３ 屈曲部
１４ａ 屈曲内側部分
１４ｂ 屈曲外側部分
１５（１５ａ、１５ｂ） ピース部
１６ 断熱層
１７ 制御部
１８ａ ランナー
１８ｂ ゲート
Ｒ 樹脂
Ｓ アシスト材
Claims (7)
- モールドに形成された屈曲して延在するキャビティに溶融した樹脂を射出した後、このキャビティにアシスト材を注入し、射出した前記樹脂を硬化させて屈曲樹脂管を製造する屈曲樹脂管の製造方法において、
前記キャビティに前記アシスト材を注入する際に、前記キャビティの予め選択された屈曲部の屈曲内側部分を屈曲外側部分に比して低温の状態にすることを特徴とする屈曲樹脂管の製造方法。 - 前記屈曲内側部分と前記屈曲外側部分との温度差を２０℃以上４０℃以下にする請求項１に記載の屈曲樹脂管の製造方法。
- 前記屈曲内側部分の温度を３０℃以上７０℃以下にする請求項１または２に記載の屈曲樹脂管の製造方法。
- 予め選択された前記屈曲部の前記屈曲内側部分の屈曲角度が９０°以下、かつ、曲率半径が２０ｍｍ以下である請求項１～３のいずれかに記載の屈曲樹脂管の製造方法。
- 屈曲して延在するキャビティが形成されているモールドと、前記キャビティに溶融した樹脂を射出する射出成形機と、前記樹脂が射出された前記キャビティにアシスト材を注入するアシスト材注入部とを有する屈曲樹脂管の製造装置において、
前記キャビティの予め選択された屈曲部の屈曲内側部分と屈曲外側部分との少なくとも一方が、温度調整可能なピース部で構成されていて、前記ピース部の温度を制御する制御部を有し、
前記アシスト材を前記キャビティに注入する際に、前記制御部により前記ピース部を温度制御することで、前記屈曲内側部分が前記屈曲外側部分に比して低温の状態にされる構成にしたことを特徴とする屈曲樹脂管の製造装置。 - 前記ピース部が、前記モールドの前記ピース部以外の部分を形成している金属よりも高い熱伝導性を有する金属によって形成されている請求項５に記載の屈曲樹脂管の製造装置。
- 前記ピース部と前記モールドの前記ピース部以外の部分との間に断熱層が介在して前記ピース部が前記モールドの一部として組み込まれている請求項５または６に記載の屈曲樹脂管の製造装置。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2022003815A JP7502663B2 (ja) | 2022-01-13 | 2022-01-13 | 屈曲樹脂管の製造方法および装置 |
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|---|---|---|---|
| JP2022003815A JP7502663B2 (ja) | 2022-01-13 | 2022-01-13 | 屈曲樹脂管の製造方法および装置 |
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|---|---|
| JP2023103007A true JP2023103007A (ja) | 2023-07-26 |
| JP7502663B2 JP7502663B2 (ja) | 2024-06-19 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2022003815A Active JP7502663B2 (ja) | 2022-01-13 | 2022-01-13 | 屈曲樹脂管の製造方法および装置 |
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