JP7428880B2

JP7428880B2 - 樹脂管の製造方法

Info

Publication number: JP7428880B2
Application number: JP2020004110A
Authority: JP
Inventors: 延全栗林
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2020-01-15
Filing date: 2020-01-15
Publication date: 2024-02-07
Anticipated expiration: 2040-01-15
Also published as: JP2021109413A

Description

本発明は、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って、薄肉の樹脂管をより安定して製造することができる樹脂管の製造方法に関するものである。

樹脂管を製造する方法として、溶融した樹脂をモールドに形成されたキャビティに射出した後、窒素ガスなどの高圧ガスをキャビティ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、樹脂球がアシスト材としてモールドに高圧で注入されることもある。

アシスト材を用いた樹脂射出成形では、射出された溶融樹脂がキャビティの表面に接触した瞬間から冷却されて硬化が始まる。即ち、アシスト材が注入される前にキャビティの表面近傍では溶融樹脂が既に硬化し始めている。硬化している樹脂は注入したアシスト材によってキャビティから排出させることができないため、薄肉の樹脂管を製造することが難しい。それ故、アシスト材を用いた樹脂射出成形によって、薄肉の樹脂管を安定して製造するには改善の余地がある。

特開２００３－１８１８６８号公報

本発明の目的は、アシスト材を用いた樹脂射出成形によって、薄肉の樹脂管をより安定して製造することができる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樹脂管の製造方法は、モールドに形成されたキャビティに溶融樹脂を射出した後、前記キャビティにアシスト材を前記キャビティの延在方向に向かって注入して、余分な前記溶融樹脂を前記キャビティから排出させて、前記キャビティに残存する前記溶融樹脂を硬化させることにより、前記キャビティの中に周壁の厚さが０．５ｍｍ～１．５ｍｍの薄肉の樹脂管を成形する樹脂管の製造方法であって、前記キャビティの表面を、前記モールドの素地の材質よりも熱伝導率が小さい断熱層にすることを特徴とする。

本発明によれば、前記キャビティの表面を、前記モールドの素地の材質よりも熱伝導率が小さい断熱層にするので、キャビティに射出された溶融樹脂は、モールドの素地に接触せずに断熱層に接触する。そのため、溶融樹脂がモールドによって急激に冷却されることを回避するには有利になる。これに伴い、アシスト材をキャビティに射出するまでに硬化する溶融樹脂の量が抑制されるので、薄肉の樹脂管をより安定して製造することが可能になる。

本発明により製造された樹脂管を例示し、図１（Ａ）は縦断面図、図１（Ｂ）は横断面図である。樹脂管を製造する成形装置を例示する説明図である。図２のモールドを例示し、図３（Ａ）は縦断面図、図３（Ｂ）は横断面図である。図３のキャビティに溶融樹脂を射出した状態を縦断面視で例示する説明図である。図４のキャビティにアシスト材を注入している状態を縦断面視で例示する説明図である。図５のキャビティの中で成形された樹脂管を例示する説明図である。

以下、本発明の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に例示するように、本発明により製造される樹脂管７は、内径Ｄ１の管路８を備えた外径Ｄ２の樹脂製の円筒体である。樹脂管７を形成する樹脂としては、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂、ナイロン樹脂などの公知の種々の樹脂が使用される。図中の一点鎖線ＣＬは、管路８の横断面中心を通過する中心線を示している。樹脂管７は直線形状に限らず、湾曲形状の場合もある。

この実施形態では、単一の材質で形成された樹脂管７になっているが、複数の層が同軸上に積層された複層構造の場合もある。樹脂管７に使用される樹脂の種類（仕様）は、樹脂管７に要求される性能に基づいて決定される。例えば、管路８を流れる流体に対する耐久性、外部からの衝撃、摩耗、紫外線等に対する耐久性などに優れた樹脂が使用される。これら樹脂には、補強繊維（例えばガラス繊維または炭素繊維など）が所定割合で混合される場合もある。

この樹脂管７は、図２に例示する成形装置１を用いて製造される。成形装置１は、溶融樹脂５をモールド２（２ａ、２ｂ）に射出するシリンダ１ａと、アシスト材６をモールド２に注入するアシスト材注入部１ｂとを備えている。

アシスト材６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、砲弾形状の金属塊、樹脂塊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１ｂは、アシスト材６の種類に応じて公知の適切な機構が採用される。

図３に例示するように、モールド２はいわゆる２つ割りタイプであり、組み付けられる一方のモールド２ａと他方のモールド２ｂとで構成されている。互いのモールド２ａ、２ｂ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。

それぞれのモールド２ａ、２ｂの内側は所定形状に形成されていて、組付けられたモールド２には、空洞であるキャビティ３が形成される。このキャビティ３は、製造される樹脂管７と同じ外形状であり、この実施形態では外径Ｄ２の円柱状である。

キャビティ３の表面３ａは、モールド２の素地の材質よりも熱伝導率が小さい断熱層４になっている。即ち、キャビティ３の表面３ａの全範囲は断熱層４によって被覆された状態になっている。尚、この熱伝導率は常温での値である。

断熱層４は例えば、モールド２の内側の所定形状に形成された素地の表面に、セラミックをバインダ等で付着させた状態で焼成する。これにより、このセラミック製の断熱層４がモールド２の素地と一体的に接合されてキャビティ３の表面３ａに形成される。

モールド２は繰り返し使用されるので、断熱層４には、射出された溶融樹脂５が繰り返し接触する。そのため、断熱層４は熱伝導率が小さく、かつ、耐熱性および耐久性に優れる仕様にすることが要求される。そこで、断熱層４には種々のセラミックを使用するとよい。

一般的なセラミックの熱伝導率は０．６０～０．６２Ｗ／ｍ／Ｋである。モールド２の素地の材質として使用される炭素鋼の熱伝導率は４６～５０Ｗ／ｍ／Ｋなので、セラミック製の断熱層４を採用すると、熱伝導率はモールド２の素地の材質の１／１００程度になる。

キャビティ３は、モールド２に形成されたランナー等を介して、成形装置１の射出ノズルに接続される。モールド２には、余分な量の溶融樹脂５をキャビティ３から排出させる排出部と、キャビティ３に注入されたアシスト材６の排出部も設けられている。

次に、図１に例示した樹脂管７の製造方法の手順の一例を説明する。

まず、図３に例示するようにモールド２ａ、２ｂを互いに組み付けて型閉めした状態にする。この状態で、キャビティ３には順次、溶融樹脂５を射出し、アシスト材６を注入する。溶融樹脂５の射出条件、アシスト材６の注入条件は事前テストなどを行って、良品の樹脂管７を製造できる適切範囲を把握しておく。そして、この予め把握した適切範囲の条件下で溶融樹脂５の射出、アシスト材６の注入を行う。

詳述すると、溶融樹脂５を、シリンダ１ａからキャビティ３の延在方向に向かって射出してキャビティ３に注入する。溶融樹脂５を射出することで、図４に例示するように、キャビティ３に溶融樹脂５が充填される。キャビティ３では、射出された溶融樹脂５は断熱層４に接触するが、モールド２の素地に接触することがない。即ち、溶融樹脂５とモールド３の素地との間に断熱層４が介在した状態になる。

キャビティ３に溶融樹脂５を充填した後、直ちに、図５に例示するように、アシスト材注入部１ｂからアシスト材６をモールド２に所定の高圧で注入する。注入されたアシスト材６は、溶融樹脂５が充填されているキャビティ３を、キャビティ３の延在方向に沿って高圧で通過する。アシスト材６が通過することで、まだ完全に硬化していない溶融樹脂５のうち、余分な量がキャビティ３の外部に排出される。これにより、キャビティ３の内部では溶融樹脂５が円筒状に成形され、管路８が形成される。

その後、キャビティ３に残存している溶融樹脂５が完全に硬化する。これにより、図６に例示するように、キャビティ３の中にキャビティ３に沿った所望形状の樹脂管７が製造される。

樹脂管７を製造する際には、溶融樹脂５の温度は例えば２００℃～２５０℃程度であり、モールド３の素地の温度は例えば８０℃程度なので、モールド３の素地の温度は溶融樹脂５に比して非常に低温である。したがって、断熱層４が存在しないと、キャビティ３に射出された溶融樹脂５は、表面３ａに接触した部分がモールド３によって急激に冷却されて硬化し始める。キャビティ３に溶融樹脂５が射出されてからアシスト材６が注入されるまでに若干のタイムラグがあるため、このタイムラグの間にキャビティ３では、表面３ａの近傍に溶融樹脂５が硬化した薄層が形成される。

ところが、本発明では断熱層４が存在しているので、断熱層４による断熱効果によって、キャビティ３に射出された溶融樹脂５の熱が急速にモールド２の素地に伝わることが抑制される。即ち、溶融樹脂５が、モールド３によって急激に冷却されることが回避される。したがって、キャビティ３に溶融樹脂５が射出されてからアシスト材６が注入されるまでにタイムラグがあっても、このタイムラグの間に表面３ａの近傍で溶融樹脂５が硬化した層が形成され難くなる。その結果、周壁の厚さ（（外径Ｄ２－内径Ｄ１）／２）がより薄い樹脂管７を製造するには有利になる。

即ち、アシスト材６を用いた樹脂射出成形でありながら、薄肉の樹脂管７を安定して製造することが可能になる。例えば、周壁の厚さが０．５ｍｍ～１．５ｍｍ程度の薄肉の樹脂管７を安定して製造することができる。

断熱層４による十分な断熱効果を得るために、断熱層４の熱伝導率は、モールド２の素地の材質の熱伝導率の１／１０以下に設定することが好ましく、１／５０以下に設定することがより好ましい。

断熱層４の層厚は例えば０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上に設定する。断熱層４の層厚が０．３ｍｍ未満では溶融樹脂５の硬化を遅延させる十分な断熱効果を得ることが難しい。また、断熱層４の層厚が２ｍｍ超にしても、それに見合う断熱効果の向上を期待できない。また、断熱層４の層厚を大きくするに伴ってコストが増大する。そのため、断熱層４の層厚は上述した範囲が適切である。

樹脂管７の周壁をより安定的に均一な薄肉にするには、アシスト材６として気体を使用する場合は、キャビティ３に注入した気体の流れを止めて、溶融樹脂５が完全に硬化するまで溶融樹脂５の内周面に対して、注入した気体による内圧を付与し続けるとよい。または、溶融樹脂５の射出速度をより速くすることも効果的である。或いは、溶融樹脂５のキャビティ３への射出が完了する前に、アシスト材６をキャビティ３に注入することも効果的である。

１成形装置
１ａシリンダ
１ｂアシスト材注入部
２（２ａ、２ｂ）モールド
３キャビティ
３ａ表面
４断熱層
５溶融樹脂
６アシスト材
７樹脂管
８管路

Claims

モールドに形成されたキャビティに溶融樹脂を射出した後、前記キャビティにアシスト材を前記キャビティの延在方向に向かって注入して、余分な前記溶融樹脂を前記キャビティから排出させて、前記キャビティに残存する前記溶融樹脂を硬化させることにより、前記キャビティの中に周壁の厚さが０．５ｍｍ～１．５ｍｍの薄肉の樹脂管を成形する樹脂管の製造方法であって、
前記キャビティの表面を、前記モールドの素地の材質よりも熱伝導率が小さい断熱層にすることを特徴とする樹脂管の製造方法。
前記断熱層の熱伝導率を、前記素地の材質の熱伝導率の１／５０以下に設定する請求項１に記載の樹脂管の製造方法。
前記断熱層の層厚を０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定する請求項１に記載の樹脂管の製造方法。
前記溶融樹脂の前記キャビティへの射出が完了する前に、前記アシスト材を前記キャビティに注入する請求項１～３のいずれかに記載の樹脂管の製造方法。