JP5035599B2 - 機能性キャビティの射出成形 - Google Patents

Description

本発明は、ガス圧を利用する射出成形に関し、特に、機能性キャビティを具備した最終製品／成形部品を製造するガス圧を利用する射出成形に関する。

ガス圧を利用する（即ち、ガスの補助を受ける）射出成形は、熱可塑性の成形プロセスである。このプロセスにおいては、成形材料が型枠内に入った後、不活性ガスを成形材料内に注入する。ガスは成形材料とは混合せず、モールドのより厚い部分の中間部分に滞留する。ガスの圧力と、成形材料の量と、型枠内に射出（放出）されるガスの流速とを制御することにより、空間がモールドされた部分内に形成される。ガスの圧力により、成形材料がモールドのより厚い部分で収縮する傾向を打ち消す。これによりモールドが歪むのを阻止し応力を減らす。圧縮されたガスは、モールドに孔を開ける前に、解放することができる。

従来圧縮されたガスを型枠内に導入することは、成形材料をその部分に導入するのと同じノズルを介して行われていた。ある部分の製造に際し、圧縮されたガスは、成形材料が導入されるのとは別の場所で導入するのが好ましい。従来ガスピンは、この為に使用されるが、機能性キャビティを生成するのが望ましい製品には適用できない。

本明細書において、「機能性キャビティ」とは、射出成形された製品／部品内に形成されるキャビティ、最終製品で所定の有効目的のために使われるキャビティを意味する。この所定の有効目的とは、２本のダクト（即ちチューブ）の結合部が、モールド内に保持され、モールドのキャビティ内に伸び、機能性キャビティ内で、２本のダクト間の流体連結を提供する為に、製品内にモールドされることである。機能性キャビティは、例えば、２つの流体流を混合する為、あるいはモールドされた部品内で一方のダクトから他方のダクトへ流体を流す為に、使用される。

それ故に本発明は、機能性キャビティをその中に有する部品の射出成形で使用される型枠組立体において、少なくとも第１型枠半部分と第２型枠半部分と、前記第１型枠半部分と第２型枠半部分が一体に結合されたときに、部品を成形する為に空洞部分を形成し、前記第１型枠半部分と第２型枠半部分の少なくとも一方はその中に開口を有し、この開口を介して成形材料が空洞内に射出できるようになり、前記第１型枠半部分と第２型枠半部分の少なくとも一方に形成されたリセスと、前記リセスは、成形材料の空洞部分内への注入の前に型枠内に配置される挿入中空管を収納し、モールド後は最終製品／部品内に残り、注入プロセスの間、圧縮されたガスを挿入中空管内に供給するガス供給装置とを有し、これにより最終製品／部品内に機能製キャビティを形成する。

好ましくは圧縮流体は、ガスである。

それ故に機能性キャビティが最終製品に形成されるが、この機能性キャビティは、ガスを、モールドステップの間、部品の成形が完了した後、挿入中空管を介してガスを注入することにより形成される。モールド内に形成されたキャビティへのアクセスは、挿入中空部を介して可能である。モールドされた部品が、複数の挿入中空部を有する場合には、機能性キャビティは、第１挿入中空管と第２挿入中空管の間の流体結合部として機能する。

本発明の一実施例よれば、成形材料は柔軟性のある材料であり、その結果ポンプあるいは吸引装置が形成できる。最終製品を操作することにより、流体は、機能性キャビティ内に挿入中空管を介して注入されるあるいはそこを介して放出される。他のアプリケーションにおいては、モールド可能な材料は適宜の成形材料である。

成形材料を空洞内に注入するステップにおいて、一実施例においては、空洞を充填するには足らない量の成形材料を注入する。射出プロセスの間、所定圧力のガスが挿入中空管を介して所望の空洞部／キャビティのほぼ中央部に入れられる。

前記注入（射出）される成形材料の量と、注入時間と、注入圧力と、ガスの注入量と、圧力と、温度と、タイミングは、最終製品に好ましい特性と寸法及び機能性キャビティを与えるよう選択される。

別の構成の型枠組立体は、前記空洞部分から伸びるダクトを有する追加の空洞部分を更に有し、十分な量の成形材料を型枠内に注入し、ガスを挿入中空管を介して注入したときに、余分な成形材料が、ダクトを介して、メインの空洞部から追加の空洞部に流れる。モールドサイクルの終了時、追加の空洞部内に入る余分な成形材料は、モールドされた部分から切り離され、リサイクルされる。

更に本発明の他の実施例においては、メインの空洞部に十分な量の成形材料を注入し、余分な成形材料が、開口（第１又は第２の型枠のいずれかに形成された）介して、射出器に戻る。この為に射出圧力が取り除かれるか射出器のネジを逆回転させて、モールドされた材料の一部を回収する。

圧縮されたガスは、空気又は乾燥窒素ガス等である。

本発明の更なる実施例においては、機能性キャビティを有する部品をモールド射出成形する方法は、（Ａ）上記した型枠組立体を用意するステップと、（Ｂ）挿入中空管を型枠組立体のリセス内に搭載するステップと、（Ｃ）成形材料を、前記開口を介して空洞部分内に注入するステップと、（Ｄ）圧縮されたガスを挿入中空管を介して、前記空洞部分内に注入するステップと、（Ｅ）成形材料を冷却するステップとを有する。この後、挿入中空管を有するモールド部品をとりだす為に、型枠を開き、開口が機能性キャビティに通じる。

（Ｆ）空気が注入される前に、型枠を冷却するステップを有する。これによりモールドされた部品の外側にスキンを形成する。空気がその後注入されると、キャビティがモールドされた部品の表皮に伸びるのを阻止する。

成形されるべき部品が柔軟性材料から形成される場合は、最初のモールドステップ、で、より固い成形材料（例、ポリカーボネイト）を、挿入中空管の部分にモールドし、挿入中空管の周囲にリブを形成する。その後、リブを有する挿入中空管が、別の型枠に配置され、柔らかな材料による挿入中空管を具備した型枠内にモールドする。この挿入中空管に付属するリブは柔らかな外側層との接着を補助する。モールドされた部品に形成された機能性キャビティ即ち空洞（ボイド）は、モールドされた部品が圧縮されたり解放したりするときに、ポンプとして機能する。

図１−５を参照すると、型枠組立体１は、第１型枠半部分２と第２型枠半部分４とを有する。この第１型枠半部分２と第２型枠半部分４は、これらが一体になった時に、型枠組立体１内に空洞６を形成するような凹部をそれぞれ有する。開口７は、湯口とゲート８を提供し、ここを介して成形材料が空洞６内に射出される。リセス１０は、第１型枠半部分２と第２型枠半部分４内の半円形リセス１２，１４により形成され、そこに挿入中空管１６を収納する。この挿入中空管１６は、空洞６内に伸びる。挿入中空管１６が挿入された状態を図２に示す。図２に示した構造は、図３に示すような射出成形を行う準備（前）段階である。成形材料２３は、矢印１８に示すように、湯口である開口７内に射出される。成形材料２３の射出直後に、空気が、空気供給源２４から、矢印２０に示すように、挿入中空管１６を介して、バルブ２２で制御しながら、空洞２１内に射出（供給）される。このプロセスにより、空洞２１が成形材料２３内に形成される。空気圧は、成形材料が硬化するまで維持される。

空気の代わりに、乾燥ガス例えば窒素ガスが挿入中空管を介して射出（注入）される。

最終成形部品２５は、その後型枠組立体１から外される（図４）。

射出される成形（モールド）材料が柔軟な場合は、最終製品は、撓み、手で曲げることができ、ピペット等が形成できる。図５において、最終製品である成形部品２５の側面２７は指で圧縮でき、空洞２１内の流体を挿入中空管１６を介して移動させることができる。この挿入中空管１６は、最終製品内にモールドされ、最終成形部品２５は、例えばピペットあるいは他の有効な機能装置として作動する。この空洞（キャビティ）２１は、最終製品の機能性キャビティである。

２本の挿入中空管が適宜のバルブ装置と共に用いられると、この最終製品は、一方の管から他方の管へ流体を移動させるポンプとして機能する。

本発明の他の実施例を、ダブル・ルーメン吸引カテーテルの成型製品を例に以下議論する。

吸引カテーテルを、様々な構成部品を示す図１０を参照して最初に議論し、その後吸引カテーテルの成形を、図６−９を参照して議論する。

図１０に示す吸引カテーテルは、ハンドル（ボディ）４０を有し、その中を吸引チューブ４２が貫通する。吸引チューブ４２は、ハンドル４０内のキャビティ４４とは連通しておらず、カニョーレ４６のニードルチップ５８まで伸びる。吸引チューブ４２は、ハンドル４０内へ伸びる挿入中空管として、ハンドル４０内のキャビティ４４に入る開口として機能する。側部チューブ５０は、ハンドル４０上のアーム５２を貫通して伸び、洗浄流体５４がこの側部チューブ５０を介してキャビティ４４内に供給され、その後吸引チューブ４２とニードル４８の間の環状ルーメン５６を通過する。その結果洗浄流体５４は、ニードルチップ５８に供給され、洗浄流体５４が吸引チューブ４２内に入り、適宜の吸引システム（図示せず）内に流れるのを補助する。

この構成におけるキャビティ４４は、機能性キャビティとして機能する。その理由はキャビティ４４は、アーム５２内の側部チューブ５０とニードル４８（特にニードル４８の環状ルーメン５６）との間の流体合流点を提供するからである。このニードル４８は、ニードルチップ５８まで伸びる。

この様な組立体をモールド（成形）することは、図６−９で示されるように行われる。

図６は型枠組立体６０を示す。この型枠組立体６０は、第１型枠半部分６２と第２型枠半部分６４とを有する。第１型枠半部分６２と第２型枠半部分６４はパートライン６６上で一体結合される。第１型枠半部分６２と第２型枠半部分６４内のリセスは、それらが一体に結合されたときは、吸引カテーテルのハンドル部分の形状を形成する。領域７５は、ハンドル４０の形状を規定し、領域７４は、アーム５２の形状を決定する。

湯口６８は、第２型枠半部分６４に具備される。リセス７０，７２が第１型枠半部分６２，第２型枠半部分６４にそれぞれ形成される。リセス７０は、モールドが一体結合されたときは、吸引チューブであるカニョーレ４２を収納する。リセス７２は、型枠が一体結合されたときには、ニードル４８を収納する。カニョーレ４２は、ニードル４８内を同軸に伸びる（図７）。

図７は第１型枠半部分６２を示す。側部チューブ５０がアーム５２内に挿入されるような中空ダクトを形成する（図１０を参照のこと）ために、ボイドを形成するコア７６が、第２型枠半部分６４内に配置される。コア７６が、ニードル４８の内側端部７８まで伸びる。

の不十分な量のプラスチック（モールド）材料７７が、湯口６８（図６）を介して、型枠組立体内に部分的に充填され、その後空気がニードル４８と吸引チューブ４２の間の環状ルーメン５６を通して注入され、成形材料の中央部にキャビティ４４を形成するまで、供給され（図８）る。冷却後成形部品８０は、型枠組立体６０から取り外され、コア７６も取り除かれる。これにより図９に示した製品／部分が残る。側部チューブ５０が、コア７６が取り除かれて残った開口８２内に押し込まれ、更にキャビティ４４内に入る（図１０）。これにより側部チューブ５０と環状ルーメン５６の間の流体結合が、機能性キャビティ４４を介して可能となる。

機能性キャビティをポンプとして利用する場合には、挿入管であるカニョーレ４２とニードル４８をモールド内に挿入する前に、固いプラスチック材料を、領域８４の吸引チューブ４２上と、領域８６のニードル４８上にモールドする。ハンドル４０の部分が形成される成形材料は、より柔軟性のある材料から形成される。これにより最終製品を指で押して圧縮しポンプとして機能するような十分なフレキシビリティ与えることができる。

吸引カテーテル組立体の他の形態は、シングルルーメンニードルシステムとして形成することも可能である。図１２において、このシステムは、流体流合流点は、洗浄流体入口ラインである側部チューブ５０と吸引カニョーレである吸引チューブ４２との間の機能性キャビティ４４内に具備される。この為に、吸引チューブ４２は、機能性キャビティ４４の領域内に、開口を有する。

図１１Ａ，１１Ｂは、より固い成形材料が、吸引カテーテルの入口上に、モールドされた吸引組立体の部分を表す。図１１Ａにおいて、吸引カニョーレである吸引チューブ４２は、その上にモールドされるより固い成形材料部分９２、例えばＰＶＣ製、スチレン製の部分を有する。より固い成形材料部分９２は、ウイング９３を有する。このウイング９３が、挿入管であるカニョーレ４２が吸引組立体内に搭載されたときには、より広い接触表面積を与える。同様に図１１Ｂにおいて、ニードル４８は、別の行程でその上にモールドされるより固い成形材料部分９４、例えばＰＶＣ製、スチレン製の部分を有する。より固い成形材料部分９４は、ウイング９５を有する。このウイング９５が、挿入管であるニードル４８が吸引組立体内に搭載されたときには、より広い表面積を与える。

図１２は、図１１Ａ，１１Ｂに示した挿入管４２，４８を組み込んだ最終製品を示す。追加されたより固い成形材料９２，９４は、成形材料７７で覆われる。これにより、より大きな表面積の領域を与え、成形材料と挿入管との間の良好な接着を与え、これにより強度が改善される。

図１３は、機能性キャビティを具備した射出成形に適した吸引組立体の他の実施例である。図１４は、機能性キャビティを示すために型枠組立体１部を切り欠いた図１３の実施例を示す。

吸引組立体１００は、フィンガーグリップ１０４を具備したハンドル部分１０２を有する。ニードルカニョーレ１０６はハンドル部分１０２の一端から伸びる。流体供給チューブ１０８と吸引カニョーレ１１０は、ハンドル部分１０２の他端から伸びる。接合部分１１２に機能性キャビティ１１４が形成される。吸引カニョーレ１１０は、機能性キャビティ１１４内を、連通せず、貫通し、ニードルカニョーレ１０６のルーメン内を同軸に伸びる。流体供給チューブ１０８と、ニードルカニョーレ１０６と吸引カニョーレ１１０の間の管状ルーメンとは、機能性キャビティ１１４内に解放され（連通し）ている。圧縮されたガスが、これらを通って供給され、機能性キャビティ１１４を形成する。一実施例においては、ガスは、圧力が掛かった状態で各エントリーポイントを介して供給され、その結果、プラスチック材料はエントリーポイントを埋めない。

機能性キャビティ１１４の大きさと形状は、流体供給チューブ１０８と、ニードルカニョーレ１０６と吸引カニョーレ１１０の間の管状ルーメンとの両方からのガス圧を操作することにより決定される。出入りするガス流のタイミングは、プラスチックがエントリーポイント上でスキンを形成するのを阻止する。この実施例においては約４ｂａｒ圧の窒素ガスが用いられる。気泡のサイズは、ガス圧と成形材料の投入量の間でバランスしている。

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。

本発明の第１実施例による型枠組立体を表す図。 図１の型枠内に挿入中空管が挿入された状態の実施例を表す図。 図２の型枠に、開口を介してモールド（成形）材料が、挿入中空管を介してガスが、射出（注入）された状態を表す図。 機能性キャビティが形成された最終製品を表す図。 ポンプとして機能する被圧縮側面を有す図４の最終製品。 吸引カテーテル組立体用のハンドルがモールドされる型枠組立体の形態の本発明の第２実施例を表す図。 モールド内に支持される挿入中空管組立体とコアを具備する図６の型枠組立体を表す図。 成形材料とガス（挿入中空管を介して）が注入された後の図７の構成を表す図。 モールドされた部品が型枠から取り外された後の状態を表す図。 側部チューブが搭載された最終製品を表す図。 予備段階として、吸引カテーテルの挿入部にモールドされた硬い成形材料部分を有する吸引組立体の部分を表す図。 予備段階として、ニードルの挿入部にモールドされた硬い成形材料部分を有する吸引組立体の部分を表す図。 図１１Ａ，１１Ｂに示された吸引組立体の部分を組み込んだ最終製品を表す図。 機能性キャビティを具備した射出成形に適した吸引組立体の他の実施例を表す図。 機能性キャビティを示すために部分的に切り取られた図１３の実施例を表す図。

符号の説明

１ 型枠組立体
２ 第１型枠半部分
４ 第２型枠半部分
６ 空洞部
７ 開口
８ ゲート
１０ リセス
１２，１４ 半円形リセス
１６ 挿入中空管
１８ 矢印
２０ 矢印
２１ キャビティ
２２ バルブ
２３ 成形材料
２４ 圧縮空気供給源
２５ 最終成形部品
２７ サイド
４０ ハンドル
４２ 吸引チューブ
４４ キャビティ
４６ カニョーレ
４８ ニードル
４２，４８ 挿入部品
５０ 側部チューブ
５２ アーム
５４ 洗浄流体
５６ 環状ルーメン
５８ ニードルチップ
６０ 型枠組立体
６２ 第１型枠半部分
６４ 第２型枠半部分
６６ パートライン
６８ 湯口
７０，７２ リセス
７４，７５ 領域
７６ コア
７７ プラスチック（モールド）材料
７８ 内側端部
８０ 成形部品
８２ 開口
８４，８６ 領域
９３ ウイング
９２，９４ より固い成形材料部分
１００ 吸引組立体
１０２ ハンドル部分
１０４ フィンガーグリップ
１０６ ニードルカニョーレ
１０８ 流体供給チューブ
１１０ 吸引カニョーレ
１１２ 接合部分
１１４ 機能性キャビティ

Claims (10)

1. 機能性キャビティを有する成形部品を射出成形するのに使用される型枠組立体であって、
   第１型枠半部分と、第２型枠半部分と、ガス供給装置とを備え、
   前記第１と第２の型枠半部分は一体に結合されたときに空洞部分を形成し、
   前記第１と第２の型枠半部分の少なくとも一方に、成形材料を前記空洞部分に射出する開口を有し、
   また、前記第１と第２の型枠半部分の少なくとも一方に第１のリセスを有し、該第１のリセスは、成形材料を前記空洞部分に射出する前に当該型枠組立体内に配置されて成形後は前記成形部品内に残る第１の挿入中空管を収納するようにされ、
   さらに、前記第１と第２の型枠半部分の少なくとも一方に前記第１のリセスから離れた位置にある第２のリセスを有し、該第２のリセスは、成形材料を前記空洞部分に射出する前に当該型枠組立体内に配置されて成形後は前記成形部品内に残る第２の挿入中空管を収納するようにされ、
   前記第２の挿入中空管は、前記第１の挿入中空管内を同軸状に通されており、
   前記ガス供給装置が、射出プロセスの間、前記第１の挿入中空管と前記第２の挿入中空管との間を通して圧縮ガスを供給して前記成形部品に前記機能性キャビティを形成するようになされたことを特徴とする型枠組立体。
2. 前記圧縮ガスは、空気又は乾燥窒素ガスであることを特徴とする請求項１記載の型枠組立体。
3. 前記空洞部分に連通するダクトを有する追加の空洞部分を更に有し、
   成形材料が当該型枠組立体内に供給され、
   前記圧縮ガスが前記第１の挿入中空管と第２の挿入中空管との間を通して当該型枠組立体内に射出された時に、余分な成形材料が、前記空洞部分から前記追加の空洞部分内に、前記ダクトを介して流れることを特徴とする請求項１記載の型枠組立体。
4. 機能性キャビティを有する成形部品を射出成形する方法であって、
   （Ａ）請求項１に記載した型枠組立体を用意するステップと、
   （Ｂ）前記第１の挿入中空管を前記型枠組立体の第１のリセス内に搭載するステップと、
   （Ｃ）前記第２の挿入中空管を、前記第１の挿入中空管内を同軸状に通した状態で、前記型枠組立体の第２のリセス内に搭載するステップと、
   （Ｄ）第１の成形材料を、前記開口を介して、前記空洞部分内に射出するステップと、
   （Ｅ）前記圧縮ガスを、前記第１の挿入中空管と前記第２の挿入中空管との間を通して前記空洞部分内に供給して前記機能性キャビティを形成するステップと
   （Ｆ）成形された部分内に保持された前記第１及び第２の挿入中空管を有する成形部分を取り出す為に、前記型枠組立体を開き、かつ前記機能性キャビティに通じる開口を形成する前に、前記第１の成形材料を冷却するステップと、を有する、
   機能性キャビティを有する成形部品を射出成形する方法。
5. 前記ステップ（Ｄ）は、前記空洞部分を充填するのに必要な量より少ない量の成形材料を射出するステップを有することを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 前記型枠組立体は、前記空洞部分に連通するダクトを有する追加の空洞部分を更に有し、前記ステップ（Ｄ）は、成形材料を前記型枠組立体内に射出し、前記圧縮ガスを前記第１の挿入中空管と前記第２の挿入中空管との間を介して注入した時に、余分な成形材料が、前記ダクトを介して前記空洞部分から前記追加の空洞部分に流れるステップを有することを特徴とする請求項４記載の方法。
7. 前記ステップ（Ｄ）は、成形材料を射出し、前記圧縮ガスの注入時に、余分な成形材料が前記開口を介して射出器に戻るステップを有することを特徴とする請求項４記載の方法。
8. （Ｇ）前記圧縮ガスを供給する前に、前記型枠組立体を冷却するステップを更に有し
   これにより成形された製品の外側にスキンを形成することを特徴とする請求項４記載の方法。
9. （Ｈ）前記第１の成形材料より固い第２の成形材料を前記第１及び第２の挿入中空管のうちの少なくとも一方の挿入中空管の一部分にモールドするステップを更に有し、
   前記少なくとも一方の挿入中空管を前記型枠組立体の前記第１及び第２のリセスのうちの前記少なくとも一方の挿入中空管に対応するリセス内に配置する前に、前記少なくとも一方の挿入中空管の一部分の上にコーティングを形成することを特徴とする請求項４記載の方法。
10. 前記圧縮ガスは、空気又は乾燥窒素圧縮ガスであることを特徴とする請求項４記載の方法。

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