JP7131339B2 - 屈曲樹脂管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、屈曲樹脂管の製造方法に関し、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、屈曲樹脂管の屈曲内側部分を補強して耐圧性を確実に向上させることが可能な屈曲樹脂管の製造方法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。

このようにアシスト材を用いて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、屈曲樹脂管の屈曲部を成形する範囲では、最短ルートでキャビティを通過しようとする特性がある。即ち、モールドに形成されたキャビティの屈曲部では、注入されたアシスト材は、キャビティの屈曲内側に偏在するように通過する。そのため、この屈曲内側部分では射出された樹脂がアシスト材によって削られ易くなり、屈曲外側部分に比して樹脂の厚さが薄くなる。これに伴い、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ため改善の余地がある。

特開２００３－１８１８６８号公報

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、屈曲樹脂管の屈曲内側部分を補強して耐圧性を確実に向上させることが可能な屈曲樹脂管の製造方法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、前記キャビティの予め選択された屈曲部の屈曲内側部分に、その屈曲内側部分から突出して前記キャビティの延在方向に所定長さ延在する保持部を前記キャビティに連通させた状態で前記モールドに形成しておき、前記保持部にインサート部材を嵌合して前記モールドを閉型した後、溶融した前記樹脂を前記キャビティに射出して、硬化させた前記樹脂と前記インサート部材とを一体化し、前記インサート部材が前記樹脂と同じ種類の樹脂で形成されていることを特徴とする。
本発明の別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、前記キャビティの予め選択された屈曲部の屈曲内側部分に、その屈曲内側部分から突出して前記キャビティの延在方向に所定長さ延在する保持部を前記キャビティに連通させた状態で前記モールドに形成しておき、前記保持部にインサート部材を嵌合して前記モールドを閉型した後、溶融した前記樹脂を前記キャビティに射出して、硬化させた前記樹脂と前記インサート部材とを一体化し、前記インサート部材が金属製であることを特徴とする。

本発明によれば、キャビティの予め選択された屈曲部の屈曲内側部分に形成された前記保持部にインサート部材を嵌合した状態にして、このキャビティに溶融した樹脂を射出するので、インサート部材を一体化した屈曲樹脂管を製造することができる。そして、一体化されたインサート部材による補強効果によって、この屈曲内側部分の耐圧性を確実に向上させることが可能になる。

本発明により製造された屈曲樹脂管を平面視で例示する説明図である。 図１の一部拡大図である。 図２のＡ－Ａ断面図である。 インサート部材の変形例を屈曲樹脂管の平面視で示す説明図である。 図４のＢ－Ｂ断面図である。 屈曲樹脂管を製造する成形装置を例示する説明図である。 図６のモールドを平面視で例示する説明図である。 図７のインサート部材を除いた状態のモールドを拡大してパーティングラインでの平面視で例示する説明図である。 図７のモールドを閉型する前のＣ－Ｃ断面図である。 図９のモールドを閉型した状態を例示する断面図である。 全周インサート部材を使用した場合の図７のモールドを閉型する前のＣ－Ｃ断面図である。 図１１のモールドを閉型した状態を例示する断面図である。 溶融した樹脂の射出後、注入したアシスト材の図７のキャビティの屈曲部の内部での流れをパーティングラインでの平面視で模式的に例示する説明図である。

以下、本発明の屈曲樹脂管の製造方法を、図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１～図３に例示するように、本発明により製造される屈曲樹脂管１は、屈曲部４（４Ａ、４Ｂ）、５を有して延在する筒状体であり、この実施形態では、屈曲樹脂管１は直線部３も有している。屈曲樹脂管１の中空の管路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の壁面の厚さは所定の基準値ｔｍに設定されているが、後述するようにアシスト材１８を用いて成形するため、屈曲部４では、屈曲内側部分６ａの壁面の厚さｔ１が、基準値ｔｍおよび屈曲外側部分６ｂの壁面の厚さｔ２よりも薄くなっている（ｔ１＜ｔｍ＜ｔ２）。屈曲部５では、屈曲内側部分６ａの壁面の厚さが、屈曲外側部分６ｂの壁面の厚さよりも薄くなっているが基準値ｔｍ以上になっている。直線部３の壁面の厚さは基準値ｔｍ以上の許容範囲内になっている。

そのため、この実施形態では複数の屈曲部４、５のうち、屈曲内側部分６ａの壁面の厚さが基準値ｔｍ未満である屈曲部４に対して耐圧性を向上させるインサート部材７（後述する半周インサート部材７ａ、全周インサート部材７ｂなど）が一体化される。屈曲部５は、その壁面の厚さが基準値ｔｍ以上であるため、インサート部材７による補強対象外となる。

屈曲樹脂管１の形状は、設置場所等のスペースの制約によって決定されるので、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。ただし、屈曲樹脂管１は、インサート部材７による補強対象となる屈曲部４を少なくとも１つ有している。図１に例示する屈曲樹脂管１は、インサート部材７による補強対象となる２つの屈曲部４Ａ、４Ｂを有している。

インサート部材７は、屈曲部４の屈曲内側部分６ａに一体化されている。詳述すると、図２、図３に例示するように、屈曲部４Ａの屈曲内側部分６ａに、この屈曲内側部分６ａから屈曲樹脂管１の半径方向外側に突出する半周インサート部材７ａが設けられている。半周インサート部材７ａは、屈曲樹脂管１の延在方向に所定長さ延在し、かつ、屈曲樹脂管１の周方向に半周だけ延在した形状になっている。即ち、半周インサート部材７ａは、屈曲樹脂管１の外周面の半周範囲を覆う半円筒形状になっている。

半周インサート部材７ａは、壁面の厚さが基準値ｔｍ未満の範囲を網羅するように屈曲内側部分６ａに設けられる。屈曲部４の屈曲内側部分６ａには、壁面の厚さが基準値ｔｍと基準値ｔｍ未満となる境界点Ｐが存在している。そこで、図２に例示するように半周インサート部材７ａは、屈曲樹脂管１の延在方向に離間している境界点Ｐどうしを間に延在している。或いは、基準値ｔｍよりも壁面の厚さが若干厚い位置どうしの間に半周インサート部材７ａを延在させる。

インサート部材７には様々な形状を採用することができ、図４、図５に例示するように、全周インサート部材７ｂを採用することもできる。全周インサート部材７ｂは、屈曲樹脂管１の延在方向に所定長さ延在し、かつ、屈曲樹脂管１の屈曲部４の屈曲内側部分６ａだけでなく、屈曲外側部分６ｂにも延在して周方向全周に連続している。即ち、全周インサート部材７ｂは、屈曲樹脂管１の外周面の全周範囲を覆う円筒形状になっている。

インサート部材７は、屈曲樹脂管１と同じ種類（仕様）の樹脂により形成することも、異なる種類（仕様）の樹脂により形成することもできる。或いは、金属製のインサート部材７を用いることもできる。インサート部材７を、屈曲樹脂管１とは異なる種類の樹脂または金属により形成する場合は、屈曲樹脂管１を形成している樹脂１７よりも剛性（破断応力）が高い材質を用いる。

それぞれのインサート部材７（７ａ、７ｂ）は、例えば実質的に一定の厚さに設定され、十分な補強効果が得られる寸法に設定される。インサート部材７が屈曲樹脂管１と同じ樹脂１７により形成される場合、屈曲内側部分６ａでの壁面の厚さｔ１の最小値がｔ１ｎであれば、半周インサート部材７ａの厚さｔａは例えば、基準値ｔｍ―最小値ｔ１ｎと同じかそれ以上に設定される。即ち、（ｔｍ－ｔ１ｎ）≦ｔａ≦（ｔｍ－ｔ１ｎ）×１．２程度に設定される。全周インサート部材７ｂの厚さｔｂも半周インサート部材７ａの厚さｔａと同様に設定される。

この屈曲樹脂管１は、図６に例示する成形装置８を用いて製造される。成形装置８は、溶融した樹脂１７をモールド１０に射出するシリンダ９ａと、アシスト材１８をモールド１０に注入するアシスト材注入部９ｂとを備えている。

射出可能な様々な樹脂１７の中から、屈曲樹脂管１に要求される性能等に応じて適切な種類の樹脂１７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１７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１８は公知のものでよく、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。アシスト材注入部９ｂは、アシスト材１８の種類に応じて公知の適切な機構が採用される。

図７～図１０に例示するようにモールド１０は、組み付けられる一方のモールド１０ａと他方のモールド１０ｂとで構成されている。互いのモールド１０ａ、１０ｂはパーティングラインＰＬを境界にして接合および分離する。

モールド１０には、空洞であるキャビティ１１が形成されている。このキャビティ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。モールド１０には、キャビティ１１に対してゲート１６ｂを介して接続するランナー１６ａが形成されている。このランナー１６ａは、モールド１０に形成されたスプルーを介して、成形装置８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１８の排出部も設けられている。

この実施形態では、モールド１０にさらに追加キャビティ１１ａが形成されている。詳述すると、キャビティ１１からさらに延在するランナー１６ａに、半周インサート部材７ａと同じ形状の空洞である追加キャビティ１１ａが連通した状態で形成されている。

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に、その屈曲内側部分１４ａから突出する保持部１５（後述する半周保持部１５ａ、全周保持部１５ｂなど）がキャビティ１１に連通した状態でモールド１０に形成されている。屈曲樹脂管１の屈曲部４（４Ａ、４Ｂ）、５に相当する部分がそれぞれ、モールド１０では、キャビティ１１の屈曲部１２（１２Ａ、１２Ｂ）、１３として形成されている。また、屈曲樹脂管１のインサート部材７に対応する位置には、インサート部材７が嵌合する保持部１５が形成されている。

キャビティ１１の屈曲部１２Ａには、半周インサート部材７ａの形状の窪みを有する半周保持部１５ａが設けられている。即ち、半周保持部１５ａはキャビティ１１の延在方向に所定長さで延在していて、かつ、キャビティ１１の周方向に半周の長さだけ延在している。同様に、キャビティ１１の屈曲部１２Ｂにも、屈曲樹脂管１の屈曲部４Ｂの半周インサート部材７ａの形状の窪みを有する半周保持部１５ａが設けられている。

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９に例示するように、モールド１０ａ、１０ｂを閉型する前に、半周保持部１５ａに半周インサート部材７ａを嵌合する。その後、図１０に例示するようにモールド１０ａ、１０ｂを互いに組み付けて型閉めした状態にする。半周インサート部材７ａの内周面は、キャビティ１１の隣接する内周面と滑らか（実質的に段差なく）に連続している。

この状態で、溶融した樹脂１７をシリンダ９ａからモールド１０に射出する。射出された樹脂１７は、モールド１０に形成されたスプルー、ランナー１６ａ、ゲート１６ｂを通過してキャビティ１１およびリブ成型部１５に注入される。リブ成型部１５には溶融した樹脂１７が充填された状態になり、キャビティ１１の壁面は溶融した樹脂１７で覆われた状態になる。この実施形態では、モールド１０に射出された樹脂１７がさらに延在するランナー１６ａを通じて追加キャビティ１１ａに充填される。

次いで、アシスト材注入部９ｂからアシスト材１８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１８は、溶融した樹脂１７が注入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。

屈曲樹脂管１に全周インサート部材７ｂを一体化する場合には、図１１、図１２に例示するように、全周インサート部材７ｂの形状の窪みを有する全周保持部１５ｂがキャビティ１１に形成される。即ち、全周保持部１５ｂはキャビティ１１の延在方向に所定長さで延在していて、かつ、キャビティ１１の周方向全周に連続して延在して、キャビティ１１に連通した状態でモールド１０に形成される。

そして、図１１に例示するように、モールド１０ａ、１０ｂを閉型する前に、全周保持部１５ｂに全周インサート部材７ｂを嵌合する。その後、図１２に例示するようにモールド１０ａ、１０ｂを互いに組み付けて型閉めした状態にする。全周インサート部材７ｂの内周面は、キャビティ１１の隣接する内周面と滑らか（実質的に段差なく）に連続している。

図１３に例示するようにキャビティ１１の屈曲部１２Ａでは、高圧で注入されたアシスト材１８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、屈曲部１２Ａの屈曲内側部分１４ａの樹脂１７が高圧で通過するアシスト材１８によってより多く削られる。これにより、屈曲内側部分１４ａの壁面の樹脂１７の厚さｔ１は、屈曲外側部分１４ｂの壁面の樹脂１７の厚さｔ２に比して薄くなり、基準値ｔｍよりも薄くなる。

他の屈曲部１２Ｂ、１３においても、アシスト材１８は上記と同様に通過する。そのため、屈曲部１２Ｂでも屈曲内側部分１４ａの壁面の樹脂１７の厚さｔ１は、基準値ｔｍよりも小さくなる。一方、屈曲部１３は曲率半径が比較的大きいため、屈曲内側部分１４ａの壁面の樹脂１７が高圧で通過するアシスト材１８によって削られ難い。その結果、屈曲部１３の屈曲内側部分１４ａの壁面の樹脂１７の厚さは、基準値ｔｍ以上を確保できるので、インサート部材７が嵌合して配置される保持部１５は屈曲部１２Ａ、１２Ｂだけに設けられている。

保持部１５を設ける屈曲部を選択するには、例えば、図７のキャビティ１１に保持部１５を設けない状態で、成形装置８を用いて成形を行って、インサート部材７がない屈曲樹脂管１を製造する。この屈曲樹脂管１の屈曲部の屈曲内側部分の壁面の樹脂１７の厚さを測定して、基準値ｔｍ以上か否か確認する。測定した樹脂１７の厚さが基準値ｔｍ未満である屈曲部を、インサート部材７を一体化させる屈曲部４として特定する。そして、特定した屈曲部４に対応するキャビティ１１の屈曲部１２に保持部１５を設ける。この時に測定した屈曲内側部分の壁面の樹脂１７の厚さに基づいて、インサート部材７の厚さｔａ、ｔｂ等を設定することができる。

このような測定データをある程度、蓄積している場合は、蓄積したデータを用いた成形シミュレーション解析によって、それぞれの屈曲部の屈曲内側部分の壁面の樹脂１７の厚さを算出することもできる。そして、算出した樹脂１７の厚さに基づいて、保持部１５を設ける屈曲部１２を決定することもできる。

モールド１０では、射出した樹脂１７が硬化することで、キャビティ１１に沿った樹脂管が成形され、この樹脂管にインサート部材７が接合される。即ち、インサート部材７が一体化した屈曲樹脂管１が製造される。屈曲樹脂管１の屈曲部４（４Ａ、４Ｂ）では、屈曲内側部分６ａの壁面の樹脂１７の厚さｔ１が基準値ｔｍよりも薄くなっているが、一体化されたインサート部材７によって補強されている。そのため、屈曲樹脂管１に予め設定された目標内圧が作用しても、耐えることが可能になる。この製造方法によれば、適切な仕様のインサート部材７を設けることで、インサート部材７の補強効果によって、屈曲樹脂管１の所望の屈曲内側部分６ａの耐圧性を確実に向上させることが可能になる。

この実施形態では、追加キャビティ１１ａに充填された樹脂１７が硬化することでインサート部材７が成形される。即ち、インサート部材７を一体化させた屈曲樹脂管１の製造とともに、追加的にインサート部材７を成形できるので非常に効率的である。追加で成形されたインサート部材７は、その後、インサート部材７を一体化させた屈曲樹脂管１を成形する時に保持部１５に嵌合して使用することができる。

また、この製造方法によれば、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によれば、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。

半周インサート部材７ａよりもキャビティ１１の周方向に延在する長さを短くした断面円弧形状、或いは、長くした断面円弧形状のインサート部材７を用いることもできる。この場合、保持部１５はインサート部材７の断面円弧形状の窪みになる。インサート部材７を保持部１５に対して容易に外れないように嵌合させるには、半周インサート部材７ａと同等以上に周方向に延在するインサート部材７を用いることが望ましい。

必要な耐圧性をより確実に確保するには、全周インサート部材７ｂを一体化させた屈曲樹脂管１を製造することが望ましい。屈曲樹脂管１の設置スペースの制約によって、インサート部材７の厚さｔａ、ｔｂを大きく設定できない場合は、屈曲樹脂管１を形成している樹脂１７よりも剛性（破断応力）が高い材質のインサート部材７を用いるとよい。このような材質でインサート部材７を形成することで、インサート部材７の厚さｔａ、ｔｂをより薄くすることができる。一方、樹脂屈曲管１を形成している樹脂１７と同じ種類の樹脂によりインサート部材７を形成すると、両者をより強固に一体化させることができる。

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（７ａ、７ｂ） インサート部材
８ 成形装置
９ａ シリンダ
９ｂ アシスト材注入部
１０（１０ａ、１０ｂ） モールド
１１ キャビティ
１１ａ 追加キャビティ
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） 保持部
１６ａ ランナー
１６ｂ ゲート
１７ 樹脂
１８ アシスト材

Claims (5)

1. 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、
   前記キャビティの予め選択された屈曲部の屈曲内側部分に、その屈曲内側部分から突出して前記キャビティの延在方向に所定長さ延在する保持部を前記キャビティに連通させた状態で前記モールドに形成しておき、前記保持部にインサート部材を嵌合して前記モールドを閉型した後、溶融した前記樹脂を前記キャビティに射出して、硬化させた前記樹脂と前記インサート部材とを一体化し、前記インサート部材が前記樹脂と同じ種類の樹脂で形成されていることを特徴とする屈曲樹脂管の製造方法。
2. 前記モールドに前記インサート部材を成形するための追加キャビティを形成しておき、前記屈曲樹脂管を成形する際に射出した前記樹脂を前記追加キャビティにも充填することにより、前記インサート部材を成形し、この成形したインサート部材をその後、前記屈曲樹脂管を成形する時に前記保持部に嵌合して使用する請求項１に記載の屈曲樹脂管の製造方法。
3. 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、
   前記キャビティの予め選択された屈曲部の屈曲内側部分に、その屈曲内側部分から突出して前記キャビティの延在方向に所定長さ延在する保持部を前記キャビティに連通させた状態で前記モールドに形成しておき、前記保持部にインサート部材を嵌合して前記モールドを閉型した後、溶融した前記樹脂を前記キャビティに射出して、硬化させた前記樹脂と前記インサート部材とを一体化し、前記インサート部材が金属製であることを特徴とする屈曲樹脂管の製造方法。
4. 前記インサート部材が、横断面視で前記キャビティの外周面の半周範囲を覆う形状である請求項１～３のいずれかに記載の屈曲樹脂管の製造方法。
5. 前記インサート部材が、横断面視で前記キャビティの外周面の全周範囲を覆う形状である請求項１～３のいずれかに記載の屈曲樹脂管の製造方法。

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