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中空成形体の製造方法及び製造装置 - 株式会社イトーキクレビオ
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発明の名称 中空成形体の製造方法及び製造装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−272646
公開日 平成10年(1998)10月13日
出願番号 特願平9−79846
出願日 平成9年(1997)3月31日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】石井 暁夫 (外2名)
発明者 福原 敦志 / 中林 和昭
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】密着・離反自在で且つ合わせ面にキャビティを形成した一対の金型を使用して、両金型を密着させた状態でキャビティ内に注入口から溶融合成樹脂を未充満の状態に注入し、この溶融合成樹脂を、両金型のうちいずれか一方又は両方に設けたノズルからキャビティ内に噴出させたガスによって中空状に膨らませるようにした中空成形体の製造方法において、前記溶融合成樹脂の注入途中にガスをキャビティ内に噴出させて、溶融合成樹脂をキャビティに注入しつつ中空状に膨らませることを特徴とする中空成形体の製造方法。
【請求項2】「請求項1」に使用する製造装置であって、密着・離反自在で且つ合わせ面にキャビティを形成した一対の金型を備えており、両金型のいずれか一方又は両方に、キャビティに溶融合成樹脂を注入するための注入口を設けると共に、キャビティ内にガスを噴出させるためのノズルを、注入途中の溶融合成樹脂で覆われるようにして配置し、このノズルからのガスの噴出と前記注入口からの溶融合成樹脂の注入とを、注入途中の溶融合成樹脂がノズルの箇所まで到達したら、溶融合成樹脂の注入口を続けながらノズルからガスを噴出させるように制御していることをを特徴とする中空成形体の製造装置。
【請求項3】「請求項2」において、複数個のノズルを、注入口から遠ざかる方向に沿って適宜隔てて配置し、これらのノズルからのガスの噴出と注入口からの溶融合成樹脂の注入とを、溶融合成樹脂が注入口からキャビティ内に拡散していくのに連れて、注入口に近いノズルから遠いノズルに向けて順にガスを噴出させるように制御していることを特徴とする中空成形体の製造装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス支援射出成形法によって製造される中空成形体の製造方法並びに製造用金型装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ガス支援射出成形法は、密着・離反自在な一対の金型の合わせ面に形成したキャビティに、溶融合成樹脂を、キャビティの容積よりも少ない量(例えばキャビティの容積の50〜80%程度)だけ注入し、次いで、溶融合成樹脂を注入し切ってから、キャビティ内に窒素ガス等のガスを噴出させて、溶融合成樹脂をキャビティの内面に押し付けることによって中空成形体を製造するものである。
【0003】この成形法によると、例えばポリプロピレンのような安価な素材を使用して、単純な断面形状で強度の高い中空成形体を製造できる利点がある。このため、例えば椅子用脚体のように、従来は6ナイロンや66ナイロン等のエンジニアリングプラスチックを素材として射出成形法で製造していた物品に適用すると、コストダウンが可能になる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の一般的なガス支援射出成形法は、ガスを500 Kg/cm2程度の高圧で噴出させることによって溶融合成樹脂を中空に膨らませるものであるため、シール性の点から金型を高い寸法精度で加工しなければならないばかりか耐久性も低く、しかも、ガスの圧縮機等も堅牢な構造にせねばならず、このためコストダウンの効果を十分に享受できないという問題があった。更に、成形サイクルが長くなるため、製造能率が悪いと言う問題もあった。
【0005】本発明は、この問題を解消した製法及び装置を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】このため本発明の製造方法は、請求項1に記載したように、「密着・離反自在で且つ合わせ面にキャビティを形成した一対の金型を使用して、両金型を密着させた状態でキャビティ内に注入口から溶融合成樹脂を未充満の状態に注入し、この溶融合成樹脂を、両金型のうちいずれか一方又は両方に設けたノズルからキャビティ内に噴出させたガスによって中空状に膨らませるようにした中空成形体の製造方法において、前記溶融合成樹脂の注入途中にガスをキャビティ内に噴出させて、溶融合成樹脂をキャビティに注入しつつ中空状に膨らませる」の構成にした。
【0007】他方、本発明の製造装置は、請求項2に記載したように、「密着・離反自在で且つ合わせ面にキャビティを形成した一対の金型を備えており、両金型のいずれか一方又は両方に、キャビティに溶融合成樹脂を注入するための注入口を設けると共に、キャビティ内にガスを噴出させるためのノズルを、注入途中の溶融合成樹脂で覆われるようにして配置し、このノズルからのガスの噴出と前記注入口からの溶融合成樹脂の注入とを、注入途中の溶融合成樹脂がノズルの箇所まで到達したら、溶融合成樹脂の注入口を続けながらノズルからガスを噴出させるように制御する」の構成にした。
【0008】更に製造装置のより好適な形態として、請求項3に記載したように、「複数個のノズルを、注入口から遠ざかる方向に沿って適宜隔てて配置し、これらのノズルからのガスの噴出と注入口からの溶融合成樹脂の注入とを、溶融合成樹脂が注入口からキャビティ内に拡散していくのに連れて、注入口に近いノズルから遠いノズルに向けて順にガスを噴出させるように制御する」の構成にした。
【0009】
【発明の作用・効果】従来のように溶融合成樹脂を所定量だけキャビティ内に注入し切ってからガスを噴出させる方法では、所定量注入し切るまで時間が経過することによって溶融合成樹脂の流動性が低くなっており、しかも、溶融合成樹脂を所定量だけ注入し切っているため溶融合成樹脂を延び変形させるに際しての抵抗も大きく、このため従来は、ガスを500 Kg/cm2程度の高圧で噴出させて溶融合成樹脂を強引に押し広げていた。
【0010】更に、溶融合成樹脂がキャビティに流れ込むと、キャビティの内面に接触した箇所がすぐに硬化して薄いスキン層ができるが、溶融合成樹脂を所定量だけ注入し切るまでガスの噴出を待機しているとスキン層が発達するため、ガスの圧力を500 Kg/cm2程度の高圧で噴出させないとスキン層を突き破ることができないのであった。
【0011】これに対して本発明のように溶融合成樹脂の注入途中でガスを噴出させると、溶融合成樹脂の流動性が高い状態で当該溶融合成樹脂を膨らませることができることと、溶融合成樹脂を押し広げるに際しての溶融合成樹脂の抵抗を著しく低減できること、及びスキン層が発達する前に溶融合成樹脂Rを押し広げ形成できることとが相まって、ガスの噴出圧力が20〜30Kg/cm2程度の低圧であっても、溶融合成樹脂を膨らませて中空成形体を製造することができる。
【0012】従って本発明によると、ガスの噴出圧力が低くても中空成形体を製造できるため、金型の加工コスト等の設備費のの軽減と耐久性向上を図ることができると共に、ガスの噴出系統の機器の加工コスト低減と耐久性向上を図ることができ、その結果、中空成形体の製造コストを低減できる効果を有する。また、成形サイクルを短くできるから、製造能率も向上できる。
【0013】特に、請求項3のように、溶融合成樹脂をキャビティに注入しながら複数のノズルから順次ガスを噴出させる構成にすると、溶融合成樹脂を注入しながら膨らませることを容易に行うことができる。
【0014】
【発明の実施形態】次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1〜図8で示すのは本発明を椅子の脚体に適用した第1実施形態であり、このうち図1は椅子1の斜視図である。この椅子1は、座体2と中空成形体の一例としての脚体3とを備えており、脚体3は、中央に位置した上向き開口の筒部4と、筒部4から放射状に延びる5本の棒状水平部5とから成っている。各棒状水平部5の先端にはキャスター6を取付けている。図示していないが、脚体3の筒部4にはガスシリンダ等の脚柱を取付けており、これを蛇腹状のカバー7で覆っている。
【0015】図2は脚体3の部分平断面図、図3は脚体3における棒状水平部5の破断斜視図である。両図に示すように、各棒状水平部5は中空状に形成されており、その底板の内面には、平面視で棒状水平部5の中心線に沿って略全長にわたって延びるリブ8を突設している。各リブ8は断面合掌状に形成されて、その付け根箇所を閉じた状態になっている。このため、棒状水平部5の下面には、リブ8の閉塞面の線9が直線状に延びている。なお、リブ8は隙間なく完全に密着させた形態でも良い。
【0016】このように、各棒状水平部5が中空であるため、ポリプロピレンのような安価な素材製であっても、高強度に製造できる。次に、図4〜図8に基づいて脚体3の製法及び製造用金型装置を説明する。図4(A)は金型装置と脚体3との分離断面図、図4(B)は(A) のB-B 視底面図、図4(C)は(A) のC-C 視平面図である。金型装置は、脚体3に上方から嵌まる形状の上金型10と、脚体3に下方から嵌まる形状の下金型11とを備えている。上金型10の中心部には中子14を設け、これに溶融合成樹脂Rの注入口(ゲート)15を下向き開口させている。なお、筒部4は上下に開口させても良い。
【0017】両金型10,11 の合わせ面には、筒部4を成形するための筒部成形用キャビティ12と、棒状水平部5を成形するための棒状水平部成形用キャビティ13とを凹み形成している。下金型11のうち各棒状水平部成形用キャビティ13の箇所には、前記リブ8を成形するための板状の可動コア16を、棒状水平部成形用キャビティ13に向けて突出・後退動自在となるように装着している。
【0018】前記各可動コア16には、ガスを棒状水平部成形用キャビティ13内に噴出させるための第1〜第3の3本のノズル17,18,19を埋設している。第1〜第3のノズル17,18,19は、各可動コア16の長手方向に沿って、すなわち、注入口15から順次遠ざかるように適宜間隔を隔てて並んでいる。各ノズル17,18,19は可動コア16の上端面から若干突出させている。なお、ノズルの個数は3個ずつには限らず、必要に応じて任意に設定できることは言うまでもない。
【0019】図5のうち(A) は図4(C)のV-V 視断面図、(B) は(A) の平面図である。なお、各ノズル17,18,19を可動コア16に対して相対的に後退・突出動するように取付けても良い。また、コア16は下金型11に固定しても良い。
【0020】下金型11のうち各棒状水平部成形用キャビティ13の先端に位置した部位には、脚体3の各棒状水平部5にキャスター取付け穴24を形成するためのピン25を突設している。更に、下金型11の筒部成形用キャビティ12のうち棒状水平部成形用キャビティ13の股部には、それぞれ仕切体26を上向きに突設している。各仕切体26は板状に形成されており(棒状でも良い)、上金型10との間に若干の隙間が空くような高さ寸法に設定している。また、各仕切り体26は筒部成形用キャビティ12の外周縁よりも若干内側に配置している。成形した後の脚体3の筒部4には、仕切り体26が抜けた後の穴27が空く。
【0021】図6〜7は脚体3の製造工程を示す図、図8は樹脂の注入とガスの噴出との関係を模式的に示す説明図であり、これらの図に基づいて、脚体3の製造(成形)工程を説明する。先ず、図6に示すように、可動コア16を突出させた状態で上下金型10,11 を密着させ、その状態で中子14の注入口15から、ポリプロピレン等の溶融合成樹脂Rを例えば一般の射出成形法の圧力で射出する。全体の射出量は、キャビティ12,13 全体の容量の例えば50〜70%程度である。注入口15から射出された溶融合成樹脂Rは、筒部成形用キャビティ12を通じて各棒状水平部成形用キャビティ13に流入し、各棒状水平部成形用キャビティ13の先端に向けて流れていく。
【0022】そこで、溶融合成樹脂Rが各棒状水平部成形用キャビティ13に注入される過程において、実線aで示すように溶融合成樹脂Rが第1ノズル17を通過したら第1ノズル17からガスを噴出させ、一点鎖線bで示すように溶融合成樹脂Rが第2ノズル18を通過したら第2ノズル18からガスを噴出させ、二点鎖線cで示すように溶融合成樹脂Rが第3ノズル19を通過したら第3ノズル19からガスを噴出させると言うように、溶融合成樹脂Rの流れに合わせて各ノズル17,18,19からガスを順次噴出させる。
【0023】すると、図8の実線の中空ループa’、一点鎖線の中空ループb’、二点鎖線の中空ループc’に示すように、溶融合成樹脂Rは、中空状に押し広げられながら棒状水平部成形用キャビティ13に充満していく。これにより、棒状水平部5が中空状に成形される。ところで、図8のグラフに示すように、溶融合成樹脂Rの注入過程において、当該溶融合成樹脂Rの圧力は注入口15からの距離が遠ざかるほど低くなり、且つ、時間が経過するに従って(溶融合成樹脂Rが充満していくに従って)圧力は高くなっていく。従って、棒状水平部成形用キャビティ13での圧力分布は、図8のグラフに実線d、一点鎖線e、二点鎖線fで示すようにシフトしていく。つまり、各ノズル17,18,19の箇所での圧力は、溶融合成樹脂Rの流入量と共に変化していく。
【0024】そこで、各ノズル17,18,19からガスを噴出させるに当たって、ガスの噴出圧力P0が各ノズル17,18,19の箇所での溶融合成樹脂Rの圧力P1〜P3よりも低くなるように設定する。すなわち、PO<(P1,P2,P3)の関係に設定する。例えば溶融合成樹脂Rの圧力が40〜100Kg/cm2の場合、ガスの圧力P0を20〜30Kg/cm2程度に設定する。
【0025】このようにして各ノズル17,18,19からガスを順次噴出させることにより、ガスの圧力が低くても、スキン層が発達する前に溶融合成樹脂Rを能率良く且つ正確に押し広げ変形させることができる。本実施形態のように下金型型11に可動コア16を設けると、溶融合成樹脂Rが可動コア16を包む状態になり、これによってリブ8が形成される。この場合、樹脂Rが硬化し切ってから型抜きするとリブ8は下向き開口した状態になる。これに対して本実施形態では、金型10,11 に冷却水を通して樹脂Rを硬化させる過程で、リブ8の箇所だけがまだ十分に硬化し切らずに他の部位は概ね硬化した状態で可動コア16を後退させる。すると、リブ8は、棒状水平部5の収縮に伴う内部応力により、図3のような形態に閉じ変形する。
【0026】つまり、樹脂Rの熱は金型10,11 を通して吸収されるから、各棒状水平部5は金型10,11 に密着した外面部分が先に硬化し、リブ8の部分が最も遅く硬化するため、棒状水平部5には、これを内向きに窄まらせるような内部応力が発生し、これにより、リブ8が閉じ変形するのである。脚体3の全体が硬化したら、両金型10,11 を離反して型抜きして、脚体3を得る。
【0027】本実施形態のように、筒部成形用キャビティ14に仕切体25を突設すると、各棒状水平部成形用キャビティ13内にガスを噴出させたとき、隣合った棒状水平部成形用キャビティ13間に溶融合成樹脂Rが流れ移動することが阻止されるため、各棒状水平部5の肉厚を均一化できる利点がある。図9(A)は、棒状水平部成形用キャビティ13に1個のノズル30でガスを噴出させるようにした第2実施形態を模式的に示したものである。この場合、溶融合成樹脂Rがノズル30の箇所に到達したら、そのあとノズル30からガスを噴出し続けても良いし、(B) のグラフに実線gで示すように、間欠的にガスを噴出させても良い。更に、グラフに点線hで示すように、ガスを間欠的に噴出させるにおいて噴出圧力を変化させても良い。ガスを噴出し続ける場合においても、ガスの噴出圧力を変化させても良い。また、前記第1実施形態において、各ノズル17,18,19からのガスの噴出圧力を異ならせても良い。
【0028】図10に示すのは、椅子用脚体3における棒状水平部5にリブ8を設けるにおいて、リブ8を棒状水平部5の上下両面まで連接した第3実施形態である。この場合は、ノズル31は可動コア16を挟んだ両側に1個ずつ又は複数個ずつ設けている。なお、棒状水平部5には必ずしもリブ8を設ける必要がないこと、及び、リブ8を設ける場合、その形態は種々に設定できることは言うまでもない。
【0029】図11に示すのは、ガスの噴出形態の別例である第4実施形態である。この実施形態では、第1〜第3ノズル17,18,19を設けて、第1ノズル17からガスを順次噴出させるようにした場合において、樹脂が中空状に変形し、しかも樹脂Rが硬化し切らない前に第1及び第3のノズル17,19 を後退させ、その状態で第2ノズル18からのみガスを噴出させるようにしたものである。このようにすると、第1ノズル17と第 3ノズル19とが抜けた後の穴を塞ぐことが可能となる。
【0030】以上の各実施形態は椅子の脚体3に適用した場合であったが、本発明は、例えば図12(A) に示す机の中空状脚体32や中空状天板33、図12(B) に示す中空板34、図12(C) に示す二重床用の中空フロアーパネル35など、種々の中空成形体の製法と成形装置に適用できる。




 

 


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