| 【発明の名称】 |
中空樹脂長尺体の成形方法及び成形装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】藤原 覚
【氏名】山本 昭宏
【氏名】大堀 篤
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| 【要約】 |
【課題】射出成型時の金型内の溶融樹脂の流速を均一にさせることで、成形品の精度を向上させることができる中空樹脂長尺体の成形方法及び成形装置を提供することを目的とする。
【解決手段】シャフト２を中心に有し環状空間部３を形成する金型１と、環状空間部３の軸心方向ｃの一端部に連通する円環平板状フィルムゲート14と、フィルムゲート14に連通する拡大円環空室状の樹脂溜13と、樹脂溜13に射出成形機７からの溶融樹脂を供給する複数本のスプル11を金型１の上記軸心方向ｃに向けて有するものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 溶融樹脂Ｒを、複数個のスプル11から、拡大円環空室状の樹脂溜13へ一旦充填した後に、薄いフィルムゲート14を通じて金型１の環状空間部３内へ供給することを特徴とする中空樹脂長尺体の成形方法。
【請求項２】 環状空間部３を鉛直方向縦向きに配置し、溶融樹脂Ｒを、複数個のスプル11から、拡大円環空室状の樹脂溜13へ一旦充填した後に、薄いフィルムゲート14を通じて金型１の該環状空間部３内へ供給することを特徴とする中空樹脂長尺体の成形方法。
【請求項３】 シャフト２を中心に設けて環状空間部３を形成する金型１と、該環状空間部３の軸心方向ｃの一端部に連通する円環平板状フィルムゲート14と、該フィルムゲート14に連通する拡大円環空室状の樹脂溜13と、該樹脂溜13に射出成形機７からの溶融樹脂Ｒを供給する複数本のスプル11を上記軸心方向ｃに向けて有することを特徴とする中空樹脂長尺体の成形装置。
【請求項４】 シャフト２を中心に設けて環状空間部３を形成する金型１と、該環状空間部３の軸心方向ｃの一端部に連通する円筒状フィルムゲート14と、該フィルムゲート14に連通する拡大円環空室状の樹脂溜13と、該樹脂溜13に射出成形機７からの溶融樹脂Ｒを供給する複数本のスプル11を該樹脂溜13の拡大円環外周側寄りに有することを特徴とする中空樹脂長尺体の成形装置。
【請求項５】 上記金型１を鉛直方向縦向きに配設した請求項３または請求項４記載の中空樹脂長尺体の成形装置。
【請求項６】 上記シャフト２が中空状であって、上記溶融樹脂Ｒと一体化されて成形品として金型１から取り出される請求項３，請求項４または請求項５記載の中空樹脂長尺体の成形装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は中空樹脂長尺体の成形方法及び成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、溶融樹脂を射出成形にて中空長尺体を製造するために、シャフトを内部に有する金型の一端部に多点ピンゲート又は、フィルムゲートを設け、金型内部に熱可塑性の溶融樹脂を供給して行う成形装置、成形方法が広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図10に示すように、金型41内部に供給された溶融樹脂Ｒは、金型41内部で樹脂の流動速度が、ゲート44の配置及び溶融樹脂供給バランスにより金型41内部で不均一となる。この時、溶融樹脂Ｒが先行した箇所では、図10の二点鎖線に示すように、溶融樹脂Ｒの圧力によりシャフト42が曲がった状態で成形され、成形品を金型41から外したとき、曲げられたシャフト42が戻ろうとするため、成形品が逆方向に湾曲してしまうという問題点がある。
【０００４】また、成形品としては、コピー機、プリンター等のＯＡ機器に使用されるローラがあり、現在、これらは高速処理、大型紙対応の傾向にあり、長尺かつ高精度のものが特に要求されている。このように製品の中空長尺体が長く、かつ、細い形状の場合、金型41内の溶融樹脂Ｒの流路も狭くなり、溶融樹脂Ｒの流動抵抗が大きくなるため溶融樹脂Ｒの射出圧力が大きくなり、その結果シャフト42の変形を助長してしまう問題点がある。
【０００５】そこで本発明は、射出成型時の、金型内の溶融樹脂の流速を均一にさせることで、成形品の精度を向上させることができる中空樹脂長尺体の成形方法及び成形装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するために、本発明に係る中空樹脂長尺体の成形方法は、溶融樹脂を、複数個のスプルから、拡大円環空室状の樹脂溜へ一旦充填した後に、薄いフィルムゲートを通じて金型の環状空間部内へ供給するものである。
【０００７】また、環状空間部を鉛直方向縦向きに配置し、溶融樹脂を、複数個のスプルから、拡大円環空室状の樹脂溜へ一旦充填した後に、薄いフィルムゲートを通じて金型の環状空間部内へ供給するものである。
【０００８】また、本発明に係る中空樹脂長尺体の成形装置は、シャフトを中心に設けて環状空間部を形成する金型と、環状空間部の軸心方向の一端部に連通する円環平板状フィルムゲートと、フィルムゲートに連通する拡大円環空室状の樹脂溜と、樹脂溜に射出成形機からの溶融樹脂を供給する複数本のスプルを上記軸心方向に向けて有するものである。
【０００９】また、シャフトを中心に設けて環状空間部を形成する金型と、環状空間部の軸心方向の一端部に連通する円筒状フィルムゲートと、フィルムゲートに連通する拡大円環空室状の樹脂溜と、樹脂溜に射出成形機からの溶融樹脂を供給する複数本のスプルを樹脂溜の拡大円環外周側寄りに有するものである。
【００１０】また、上記金型を鉛直方向縦向きに配設したものである。上記シャフトが中空状であって、上記溶融樹脂と一体化されて成形品として金型から取り出されるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図示の実施の形態に基づき、本発明を詳説する。
【００１２】図１は、本発明に係る中空樹脂長尺体の成形装置の実施の一形態を示し、この成形装置は、シャフト２を中心に配置可能な射出成形用の金型１と、溶融樹脂供給路本体８と、溶融樹脂射出成形機７と、により構成されている。上記金型１は、長尺体成形用の円孔９を有し、その中心にシャフト２を挿入状に設けることにより、金型１の内部に環状空間部３───キャビティ───を形成したものである。上記金型１及びシャフト２は、射出成形機７が連通された供給路本体８に着脱可能に固定されている。また、図２は、本発明の他の実施の形態を示し、上記環状空間部３（金型１）を鉛直方向縦向きに配設して、環状空間部３の下端側に供給路本体８が設けられた中空樹脂長尺体の成形装置である。
【００１３】また、本発明の成形装置に於て、熱可塑性の溶融樹脂Ｒが環状空間部３内に射出され、金型１内の環状空間部３に充填し、冷却固化され、シャフト２と共にローラ36を得るものである（図７参照）。つまり、金属製のシャフト２の外周に溶融樹脂Ｒを射出成形にて被覆させローラ36を作製する。このシャフト２は、両端部に、突出軸21を有し、この突出軸21が供給路本体８に設けられた保持孔22に嵌挿し、シャフト２を保持している。また、このシャフト２に溶融樹脂Ｒを被覆して得る成形品（ローラ36）は、順次金型１から取り出されるので、上記シャフト２は、次々と金型１内に供給される部品に相当する。
【００１４】また、本発明の成形装置にて作製されるローラ36は、コピー機、プリンター等のＯＡ機器に使用され、これらは現在、高速処理、大型紙対応の傾向にあり、使用されるローラは長尺かつ高精度のものが特に要求されている。
【００１５】また、図１又は図２に示すように、上記金型１の環状空間部３の軸心方向ｃの一端部（図２においては下端部）には、環状空間部３の半径方向ｒ向きに円環平板状のフィルムゲート14が連設されている。そのフィルムゲート14の他端（外径端）側には、拡大円環空室断面形状を有する樹脂溜13が連設している。この樹脂溜13は、環状空間部３の軸心方向ｃ及び半径方向ｒ向きの空間を有するもので、環状短円柱形をなすものである。また、この樹脂溜13には、複数本のスプル11が上記軸心方向ｃに向けて配設されている。また、このスプル11の（樹脂溜13との）接続位置は、樹脂溜13に連通するフィルムゲート14と離れた位置が望ましい。
【００１６】また、図３は本発明の他の実施の形態を示したものであり、上記図１の成形装置と同様に、シャフト２を中心に配置可能な射出成形用の金型１と、溶融樹脂供給路本体８と、溶融樹脂射出成形機７と、により構成されている。また、上記金型１は、長尺体成形用の円孔９を有し、その中心にシャフト２を挿入状に設けることにより、金型１の内部に環状空間部３───キャビティ───を構成したものである。上記金型１及びシャフト２は、射出成形機７が連通された供給路本体８に着脱可能に固定されている。また、図４は、本発明のさらに他の実施の形態を示し、図３に示す環状空間部３（金型１）を鉛直方向縦向きに配設した中空樹脂長尺体の成形装置である。
【００１７】そして、図３及び図４に示すように、上記金型１の環状空間部３の軸心方向ｃの一端部（図４においては下端部）には、環状空間部３の軸心方向ｃ向きに円筒状のフィルムゲート14が連設されている。そしてそのフィルムゲート14の他端側には、拡大円環空室断面形状を有する樹脂溜13が連設している。この樹脂溜13は、環状空間部３の軸心方向ｃ及び半径方向ｒ向きの空間を有するもので、環状短円柱形をなすものである。このフィルムゲート14は、上記環状短円柱形の樹脂溜13の円環内周側に接続されている。また、図３及び図４に示すように、この樹脂溜13には、複数本のスプル11が環状短円柱形の樹脂溜13の円環外周側寄りに、金型１内環状空間部３の軸心方向ｃに向けて配設されている。または、図３，図４中に二点鎖線にて示したように、複数本のスプル11ａを環状短円柱形の樹脂溜13の円環外周面に接続してもよい。つまり、複数本のスプル11ａを樹脂溜13の外周面に環状空間部３の半径方向ｒ向きに連設してもよいものとする。
【００１８】また、上記フィルムゲート14は環状空間部３の半径方向ｒ又は軸心方向ｃ（軸心に直角又は平行）に配置するのみならず、環状空間部３に対して角度は任意としてもよい。つまり、フィルムゲート14は薄いシェルの円錐台形状としてもよい。また、スプル11に於ても、その向き（傾斜）は自由であるが、スプル11出口の延長上が、フィルムゲート14となることは避けることが望ましい。
【００１９】次に、図２に示す成形装置による中空樹脂長尺体の成形方法について説明する。射出成形機７のノズルから供給された溶融樹脂は、供給路６、複数個のスプル11へと順次送られ、さらにスプル11から拡大円環空室断面形状を有する樹脂溜13へと流動する。続いて、図５（イ）に示すように、溶融樹脂Ｒは一旦、この樹脂溜13へと充填され、直ちに、フィルムゲート14へと押し流され、図５（ロ）に示すように、環状空間部３へ流出する。
【００２０】次に、図４に示す成形装置による中空樹脂長尺体の成形方法について説明する。射出成形機７のノズルから供給された溶融樹脂は、供給路６、複数個のスプル11へと順次送られ、さらにスプル11から拡大円環空室断面形状を有する樹脂溜13へと流動する。続いて、図６（イ）に示すように、溶融樹脂Ｒは一旦、この樹脂溜13へと充填され、直ちに、フィルムゲート14へと押し流され、図６（ロ）に示すように、環状空間部３へ流出する。
【００２１】これら図５及び図６において、溶融樹脂Ｒが樹脂溜13を通じてフィルムゲート14から環状空間部３に射出され、金型１内の環状空間部３に充填していく際（射出成形時）、一旦溶融樹脂Ｒが樹脂溜13において満管状態となるため、フィルムゲート14内の溶融樹脂Ｒの射出圧力は、樹脂溜13内で均一となる。つまり、フィルムゲート14から射出する溶融樹脂Ｒは、この均等射出圧力により、環状空間部３内へ円周方向位置すべてにおいて均等な射出速度を有して射出させることができる。
【００２２】しかして、この樹脂溜13による圧力制御機能により、円周方向にわたり同一の開口面積（同一の厚さ）を有するフィルムゲート14から、射出速度の等しい溶融樹脂Ｒが射出され、その射出流量差を無くすことができるため、溶融樹脂Ｒが環状空間部３内に金型１の同一高さ（軸心方向ｃ）に均一に充填される。即ち、ゲート形状及び溶融樹脂Ｒの流量差などによって、生じる流動速度分布の不均一を、上記樹脂溜13の等圧制御作用により、発生させないものである。つまり、環状空間部３の同一横断面での溶融樹脂Ｒの流動速度分布の差を無くすことができる。
【００２３】また、複数のスプル11から樹脂溜13に流入する溶融樹脂Ｒは、流速が大きく、また、それぞれのスプル11からの流速はそのスプル11の位置により不均一である。そのため、直接（樹脂溜13を介さずに）溶融樹脂Ｒを環状空間部３へ射出すると、溶融樹脂Ｒの流動速度分布に差が生じ充填速度が、位置によりまちまちとなる。しかし、図５（イ）及び図６（イ）に示すように、複数のスプル11から流出された溶融樹脂Ｒは、樹脂溜13の内壁へ一旦衝突して後、この樹脂溜13内に充填される。そのため、上記のような、それぞれのスプル11からの流速が、そのスプル11の位置により不均一であっても、環状空間部３内へ射出する溶融樹脂Ｒの流速には影響を与えないものである。つまり、環状空間部３への射出速度は、樹脂溜13内の内圧（射出成形機７の射出圧力）のみに、影響を与える構成とし、この樹脂溜13の整圧により、環状空間部３内に均等に溶融樹脂Ｒを充填させることができる。このように、この樹脂溜13は、スプル11からの溶融樹脂Ｒの流入速度差を抑え、フィルムゲート14への流出速度を整える作用を有するものである。
【００２４】このように、上記樹脂溜13による溶融樹脂Ｒの流動速度制御機能により、溶融樹脂Ｒは、金型１内の軸心方向ｃに向かって同一高さに金型１内の環状空間部３に充填され（図７参照）、その後、冷却されるため、溶融樹脂Ｒの射出圧力の差によるシャフト２の変形による、成形後のローラ36の歪み、及び、射出速度の違いによる冷却速度むらによる、成形後のローラ36外径の不均一、及び、ローラ表面のスジや模様などの表面粗度の悪化を著しく防ぐことが可能となる。
【００２５】また、本発明の成形方法によれば、シャフト２が湾曲することなく、また、溶融樹脂Ｒの流れが均一なため、シャフト２は不均衡な外力を受けないため、シャフト２に内部歪みが生じにくく、また、残留応力が発生しにくいため、完成品のローラ36を長期に渡り使用したとき、特に長尺で細長比が大きいローラ36においては、ローラ36の軸心の振れなどの径年変化を少なくすることが可能となる。
【００２６】次に、本発明による成形品（樹脂溜13あり）と、従来の成形品（樹脂溜13なし）との寸法検査結果を表１に示す。なお、成形装置は図２に示すように、環状空間部３を鉛直方向縦向きに配置したものである。また、表１中の外径差ｄとは、ローラの最大外形と最小外形の差を、また、全振れεとは、ローラを回転させたときの半径方向の表面高さの最大位置と最小位置との差を意味する。
【００２７】
【表１】
【００２８】表１に示すように本発明による成形品は、外径差ｄ、全振れεとも、従来の物に比べ約50％と非常に高精度で成形することができる。また、成形品の表面の状態も、溶融樹脂Ｒの冷却差によるすじ模様について改善がされている。よって、本発明の、樹脂溜13による圧力制御機能は、樹脂長尺体の成形品の寸法精度の向上において、簡単な構成により行うことができ、かつ、非常に有効な効果を発揮することがわかる。
【００２９】次に、図２における成形装置により成形した成形品を取り出す方法は、図８に示すフィルムゲート14部拡大断面図のように、シャフト２に樹脂Ｒ′が被覆されてできた成形品を有する金型１と、供給路本体８と、を分離する。このとき成形品の下部に残る不要部31は図８の矢印Ｓに示すように、薄いフィルムゲート14部において、（図示省略するが）切断具により切断を行う。その後、完成品はシャフト２と共に、金型１から抜き出して取り出す。また、フィルムゲート14は薄い平板状からなるため、円形状刃を有する切断具により、容易に不要部31を切断除去することが可能である。
【００３０】また、金型１は円孔９を有した筒形状の一体ものであり、その軸心方向ｃには及び円周方向に於て、継ぎ目のない金型１である。つまり、成形品の樹脂Ｒ′の表面で金型１を分離するものではない。そのため、成形品の表面には、金型１の継ぎ目による段差及びバリは生じず、表面精度の高い製品を得るために、２次加工（円筒研削）を行う必要も無い。これにより、製品の製作工数を減らすこととなり、製造コストの低減が可能となる。
【００３１】また、本発明により成形される樹脂長尺体は、上述の実施の形態に於ては、中心にシャフト２を有し、その外周に樹脂Ｒ′を被覆させたローラ36の場合について説明したが、これを図９に示すように、シャフト２を（中実ではなく）中空状として、このシャフト２に樹脂Ｒ′を被覆して、非常に高精度な中空樹脂長尺体（複合材料パイプ）とすることもできる。これにより、非常に高強度かつ、高精度な長尺の複合材料パイプを作製することが可能となる。
【００３２】あるいは、金型１内に設けられるシャフト２を製造装置（金型１）の一部品として繰り返し使用しても良い場合がある。つまり、射出成型後、上記シャフト２を樹脂Ｒ′の成形品から抜き出し、高精度な樹脂パイプを作製することができる。他の実施例としては、上記シャフト２を抜き出した樹脂パイプに金属パイプを挿着した複合パイプとしてもよい。または、所定長さの金属シャフトを挿着してもよい。これらは、金属パイプ及び金属シャフトを補強材として、金属芯を有する樹脂製長尺パイプ及びシャフトを作製することが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】本発明は上述の構成により次のような効果を奏する。
【００３４】（請求項１によれば）金型１内部に供給された溶融樹脂Ｒの環状空間部３での流動速度分布を、金型１のそれぞれの横断面における位置において均一にさせることができる。また、この樹脂溜13が有する圧力制御機能により、成形品の中空長尺体が長く、かつ、細い形状の場合でも、成形品の寸法精度を簡単な方法にて向上させることが可能である。
【００３５】（請求項２によれば）充填された溶融樹脂Ｒの上端面が常に水平となり、金型１内部に供給された溶融樹脂Ｒの環状空間部３での流動速度分布を、金型１のそれぞれの横断面における位置においてさらに均一にさせることができる。また、この樹脂溜13が有する圧力制御機能により、成形品の中空長尺体が長く、かつ、細い形状の場合でも、成形品の寸法精度を簡単な方法にて著しく向上させることが可能である。
【００３６】（請求項３によれば）金型１内部に供給された溶融樹脂Ｒの環状空間部３での流動速度分布を、金型１のそれぞれの横断面における位置において均一にさせることができる。また、溶融樹脂Ｒの圧力制御機能を有する樹脂溜13により、成形品の中空長尺体が長く、かつ、細い形状の場合でも、成形品の寸法精度を簡単な構成にて向上させることが可能である。さらに、（図８で説明した如く）成形後、不要部31の除去が容易である。
【００３７】（請求項４によれば）金型１内部に供給された溶融樹脂Ｒの環状空間部３での流動速度分布を、金型１のそれぞれの横断面における位置において均一にさせることができる。また、溶融樹脂Ｒの圧力制御機能を有する樹脂溜13により、成形品の中空長尺体が長く、かつ、細い形状の場合でも、成形品の寸法精度を簡単な構成にて向上させることが可能である。
【００３８】（請求項５によれば）充填された溶融樹脂Ｒの上端面が常に水平となり、金型１内部に供給された溶融樹脂Ｒの環状空間部３での流動速度分布を、金型１のそれぞれの横断面における位置においてさらに均一にさせることができ成形品の寸法精度を簡単な構成にて向上させることが可能である。
【００３９】（請求項６によれば）非常に高強度かつ、高精度な長尺の複合材料パイプを簡単な構成により、作製することが可能となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２６３
【氏名又は名称】三菱電線工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年３月２８日（２００１．３．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８０７４６
【弁理士】
【氏名又は名称】中谷 武嗣
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２８３４０６（Ｐ２００２−２８３４０６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年１０月３日（２００２．１０．３） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−９２１７６（Ｐ２００１−９２１７６） |
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