(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
機械用部品や日用品、その他種々の用途の部材として、樹脂製中空筒体が用いられる。この樹脂製中空筒体は、長手状の部材であって、その内部に長手方向に沿って伸びる中空部を備えた筒状部材である。このような樹脂製中空筒体の製造方法に関し、例えば、特許文献1に記載のものがある。
【0003】
特許文献1の技術では、押出成形機によって形成される中空筒体の構造を、フッ素樹脂からなる内層チューブと、ポリウレタンエラストマーからなる外層チューブの二層構造としている。また、その二層構造の互いの接合面に、長手方向へ伸びる係止用凸条と係止用凹条とを備えて、内層チューブと外層チューブの接合強度が高められている。
【0004】
樹脂製中空筒体の素材については、特許文献1では、内層チューブにフッ素樹脂を、外層チューブにポリウレタンエラストマーを採用しているが、この種の樹脂製中空筒体では、その用途や仕様に応じて種々の素材を採用する。例えば、軽量で高比強度な部材とするために、特許文献2に記載のように、その構成素材として繊維強化樹脂(FRP)等を用いる場合もある。また、特許文献3に記載のように、繊維強化樹脂と金属とを併用した樹脂製中空筒体もある。
【0005】
以下、樹脂のみで構成された中空筒体とともに、樹脂と樹脂以外の材料(例えば、繊維や金属等)の両方を用いた中空筒体を、樹脂製中空筒体と総称する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上記特許文献1,3の技術では、内部の中空部は長手方向に沿って同一の断面で連続している。しかし、用途や仕様によっては、例えば、特許文献2に記載のように、内部の中空部の断面が長手方向に沿って一様でない製品が必要な場合もある。
【0008】
このように、内部の中空部の断面が長手方向に沿って一様でない場合、特許文献2では樹脂成形時において、部材の内部に中空部を形成するために、型枠内に溶解可能な素材からなる中子を配置している。樹脂が硬化した後に中子を溶解させることで、その中子を除去できる。
【0009】
しかし、このような中子を溶解させる手法では、中子の再利用が困難である。また、設備によっては、溶解させた中子の廃棄処理が困難な場合もある。
【0010】
そこで、この発明の課題は、容易に再利用できる型枠や中子を用いて、内部の中空部の断面が長手方向に沿って一様でない樹脂製中空筒体を製造することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記の課題を解決するために、この発明は、型枠内に中子を配置する工程と、前記型枠と前記中子との間に未硬化の樹脂を注入して硬化させる工程と、を含み、その内部に長手方向に沿って断面が一様でない中空部を有する樹脂製中空筒体の製造方法において、前記中空部は前記樹脂製中空筒体の長手方向端部に臨み且つ長手方向中央部寄りの前記中空部よりも長手方向端部寄りの前記中空部が大径であり、前記中子は前記型枠の長手方向端部から前記型枠内に挿入される樹脂製中空筒体の製造方法を採用した。
【0012】
また、この発明は、型枠内に中子を配置する工程と、前記型枠と前記中子との間に未硬化の樹脂を注入して硬化させる工程と、を含み、その内部に長手方向に沿って断面が一様でない中空部を有する樹脂製中空筒体の製造方法において、前記中空部は前記樹脂製中空筒体の長手方向端部に臨み且つ長手方向端部寄りの前記中空部よりも長手方向中央部寄りの前記中空部が大径であり、前記中子は前記型枠の長手方向端部から前記型枠内に挿入され、長手方向中央部寄りの前記中空部に対応する前記中子は、樹脂が硬化した後の前記樹脂製中空筒体の長手方向端部から取り出し可能に分割されている樹脂製中空筒体の製造方法を採用した。
【0013】
さらに、この発明は、型枠内に未硬化の樹脂を注入して硬化させる工程、を含み、その内部に長手方向に沿って断面が一様でない中空部を有する樹脂製中空筒体の製造方法において、筒軸回りに複数の部材に分割された分割成形体を成形する工程と、前記分割成形体を筒軸回りに接合して筒状の接合成形体とする工程と、前記接合成形体の外周に外周樹脂成形部を成形する工程と、を含む樹脂製中空筒体の製造方法を採用した。
【0014】
このとき、前記中空部は前記樹脂製中空筒体の長手方向端部に臨み且つ長手方向端部寄りの前記中空部よりも長手方向中央部寄りの前記中空部が大径である構成とすることができる。
【0015】
なお、前述の型枠内に中子を配置する態様においても、前記未硬化の樹脂が硬化して前記中子を取り出した後の前記樹脂製中空筒体の外周に外周樹脂成形部を成形する工程を含む構成を採用することができる。
【0016】
ここで、前記外周樹脂成形部はシートワインディング又はフィラメントワインディングによって成形される構成を採用することができる。
【0017】
また、前記外周樹脂成形部の外周に金属部を一体化させる工程を含む構成を採用することができる。
【発明の効果】
【0018】
この発明は、容易に再利用できる型枠や中子を用いて、内部の中空部の断面が長手方向に沿って一様でない樹脂製中空筒体を製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【0020】
この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の各実施形態は、内部に形成される中空部2,3;4,5の断面が、長手方向(筒軸方向)に沿って変化する部分を有する樹脂製中空筒体1,31,41,51の製造方法に関するものである。この実施形態の樹脂製中空筒体1,31,41,51は、回転力伝達用に用いられる機械用部品(シャフト)や、あるいは、シート状の部材を巻回する巻芯等に使用されることを想定しているが、この実施形態の用途には限定されず、この発明は、各種の機械用部品や日用品、その他種々の用途の部材、及びその製造に用いることができる。
【0021】
(第一の実施形態)
図1にこの発明の第一の実施形態を示す。この第一の実施形態で製造される樹脂製中空筒体1は、長手方向に沿って全長に亘って中空部2,3を有し、その断面は、長手方向に沿って変化する部分を備えて、長手方向に沿って断面が一様でない構成となっている。特に、長手方向中央部寄りの中空部2は相対的に小径の中央小径中空部(以下、中央小径中空部2と称する)であり、また、長手方向端部寄りの中空部3は相対的に大径の端部大径中空部(以下、端部大径中空部3と称する)となっている。
【0022】
中央小径中空部2と端部大径中空部3は長手方向に連続しており、端部大径中空部3は樹脂製中空筒体1の長手方向端部に臨んでいる。また、この実施形態では、中央小径中空部2と端部大径中空部3はそれぞれ断面円形であり、それぞれの領域において長手方向全長に亘って同一の円形断面で連続している。
【0023】
ただし、中央小径中空部2と端部大径中空部3の断面形状を円形以外で構成することもでき、例えば、中央小径中空部2や端部大径中空部3の断面形状を、それぞれ矩形や多角形とすることもできる。これは、後述の他の実施形態においても同様である。
【0024】
第一の実施形態の樹脂製中空筒体1の製造方法は、以下の工程から構成される。
【0025】
まず、型枠10内に中子20を配置する工程と、型枠10と中子20との間に未硬化の樹脂を注入して硬化させる工程と、樹脂が硬化した後の樹脂製中空筒体1の長手方向端部から中子20を取り出す工程と、樹脂製中空筒体1を型枠10から取り出す工程である。
【0026】
型枠10内への樹脂の注入に関しては、通常の射出成形法によるほか、例えば、レジントランスファーモールディング法、シートモールディングコンパウンド法、バルクモールディングコンパウンド法等、型枠10を用いる種々の手法を採用することができる。これは、後述の各実施形態においても同様である。
【0027】
図1に示すように、樹脂製中空筒体1の外周1aは円筒面であるので、型枠10の内周もそれに対応する円筒面となっている。樹脂製中空筒体1の内周1b、すなわち、内部の中空部2,3の内面は、中央小径中空部2と端部大径中空部3の内面がそれぞれ円筒面であるので、中子20の外周もそれに対応する円筒面となっている。
【0028】
中子20は、長手方向一方側の第一中子21と、長手方向他方側の第二中子22とで構成される。第一中子21は、長手方向一方側の端部大径中空部3と中央小径中空部2の長手方向中ほどまでに対応する。また、第二中子22は、長手方向他方側の端部大径中空部3と中央小径中空部2の長手方向中ほどまでに対応する。第一中子21の端面と第二中子22の端面は面接触し、その接触面間には樹脂が侵入しにくいようになっている。
【0029】
このため、第一中子21と第二中子22は、それぞれ、中央小径中空部2に対応する小径部21b、22bと、端部大径中空部3に対応する大径部21a,22aとを備えた構成となり、大径部21a,22aが小径部21b、22bよりも長手方向外側である。したがって、第一中子21と第二中子22は、型枠10の長手方向端部から型枠10内に挿入され、型枠10と中子20(第一中子21及び第二中子22)との間の空間に注入した樹脂が硬化した後、樹脂製中空筒体1の長手方向端部から外部へ取り出し可能である。
【0030】
なお、型枠10からの樹脂製中空筒体1の取り出しは、樹脂製中空筒体1からの中子20の取り外し前でもよいし、中子20の取り外し後でもよい。この点も、後述の他の実施形態において同様である。
【0031】
この実施形態において、中央小径中空部2や端部大径中空部3の断面形状が、長手方向に沿って途中で変化する構成とすることもできる。ただし、中央小径中空部2や端部大径中空部3の断面形状が、長手方向に沿って途中で変化する場合、その断面は、長手方向中央部寄りよりも長手方向端部寄りの方が大断面であることが望ましく、中子20が、樹脂が硬化した後の樹脂製中空筒体1の長手方向端部から取り出し可能である必要がある。
【0032】
(第二の実施形態)
図2にこの発明の第二の実施形態を示す。この第二の実施形態で製造される樹脂製中空筒体1は、長手方向に沿って全長に亘って中空部4,5を有し、その断面は、長手方向に沿って変化する部分を備えて、長手方向に沿って断面が一様でない構成となっている点は前述の実施形態と同様である。そして、長手方向中央部寄りの中空部4は相対的に大径の中央大径中空部(以下、中央大径中空部4と称する)であり、また、長手方向端部寄りの中空部5は相対的に小径の端部小径中空部(以下、端部小径中空部5と称する)となっている。
【0033】
中央大径中空部4と端部小径中空部5は長手方向に連続しており、端部小径中空部5は樹脂製中空筒体1の長手方向端部に臨んでいる。また、この実施形態では、中央大径中空部4と端部小径中空部5はそれぞれ断面円形であり、それぞれの領域において長手方向全長に亘って同一の円形断面で連続している。
【0034】
第二の実施形態の樹脂製中空筒体1の製造方法は、以下の工程から構成される。
【0035】
まず、型枠10内に中子20を配置する工程と、型枠10と中子20との間に未硬化の樹脂を注入して硬化させる工程と、樹脂が硬化した後の樹脂製中空筒体1の長手方向端部から中子20を取り出す工程と、樹脂製中空筒体1を型枠10から取り出す工程である。
【0036】
図2に示すように、樹脂製中空筒体1の外周1aは円筒面であるので、型枠10の内周もそれに対応する円筒面となっている。樹脂製中空筒体1の内周1b、すなわち、内部の中空部4,5の内面は、中央大径中空部4と端部小径中空部5の内面がそれぞれ円筒面であるので、中子20の外周もそれに対応する円筒面となっている。
【0037】
中子20は、長手方向全長に亘る軸状の第三中子23と、長手方向中央部付近において第三中子23の外周側に配置される第四中子24とで構成される。第三中子23は、長手方向両側の端部小径中空部5に対応し、且つ、長手方向中央部付近の第四中子24を内径側から保持する機能を発揮する。また、第四中子24は、長手方向中央部付近の中央大径中空部4に対応する。第三中子23の外面と第四中子24の内面は面接触し、その接触面には樹脂が侵入しにくいようになっている。
【0038】
第四中子24は、
図2(c)に示すように、筒軸回りに複数の部材に分割されており、その分割された部材(以下、分割第四中子24’と称する)を筒軸回りに隙間無く環状に配置することで、円環状の第四中子24を構成するようになっている。
【0039】
これにより、第三中子23及び第四中子24は型枠10の長手方向端部から型枠10内に挿入され、型枠10と中子20(第三中子23及び第四中子24)との間の空間に注入した樹脂が硬化した後、樹脂製中空筒体1の長手方向端部から取り出し可能である。すなわち、第三中子23を樹脂製中空筒体1の長手方向端部から取り出した後、第四中子24を構成する分割第四中子24’群を、複数回に分けて順次長手方向端部から取り出すことで、中子20の除去が可能である。このとき、分割第四中子24’を一つずつ取り出してもよいし、可能であれば複数個ずつ取り出してもよい。
【0040】
このように、第四中子24は、樹脂が硬化した後の樹脂製中空筒体1の長手方向端部から取り出し可能に分割されているので、長手方向中央に大径の中空部を備える樹脂製中空筒体1に対応できる。第四中子24の分割数は自由であるが、分割第四中子24’の断面が中空部5の最小内径よりも小さいことが必要である。
【0041】
なお、前述の第一の実施形態と同様に、この第二の実施形態においても、中央大径中空部4や端部小径中空部5の断面形状が、長手方向に沿って途中で変化する構成とすることもできる。ただし、中央大径中空部4や端部小径中空部5の断面形状が、長手方向に沿って途中で変化する場合、その断面は、長手方向中央部寄りよりも長手方向端部寄りの方が大断面であることが望ましく、中子20が、樹脂が硬化した後の樹脂製中空筒体1の長手方向端部から取り出し可能である必要がある。
【0042】
上記第二の実施形態では、第三中子23を、1本の連続する軸状部材で構成したが、この第三中子23を長手方向に沿って複数の部材に分割してもよい。
【0043】
(第三の実施形態)
図3〜
図5に、この発明の第三の実施形態を示す。この第三の実施形態で製造される樹脂製中空筒体41は、筒軸回りに複数の部材に分割された分割成形体1’を成形し、その分割成形体1’を筒軸回りに接合して筒状の接合成形体1”とするものである。さらに、この筒状の接合成形体1”の外周には樹脂からなる外周樹脂成形部30,40が形成されて、これにより樹脂製中空筒体41の完成品が形成される。この樹脂製中空筒体41の完成品を、
図5に示す。
【0044】
図5に示すように、樹脂で構成される筒状の接合成形体1”は、上記の各実施形態と同じく、長手方向に沿って全長に亘って中空部4,5を有し、その断面は、長手方向に沿って変化する部分を備えて、長手方向に沿って断面が一様でない構成となっている。特に、長手方向中央部寄りの中空部4は相対的に大径の中央大径中空部4であり、また、長手方向端部寄りの中空部5は相対的に小径の端部小径中空部5となっている。
【0045】
第三の実施形態の樹脂製中空筒体41の製造方法は、まず、型枠10内に未硬化の樹脂を注入して硬化させる工程を有する。この工程では、筒軸回りに複数の部材に分割された分割成形体1’を成形する。ここでは、筒軸回りに分割された2つの分割成形体1’を成形する。分割成形体1’は、筒軸回りの中心角180°を成す半円筒状部材である。
【0046】
図4(a)(b)に示すように、分割成形体1’や接合成形体1”の外周は円筒面であるので、型枠10の内周もそれに対応する円筒状面となっている。ただし、中央大径中空部4の内面は端部小径中空部5の内面よりも大径であるので、
図3(c)に示すように、上下に分割された型枠10a,10bのうち、下方の型枠10bの中央大径中空部4に相当する部分(符号11参照)は、端部小径中空部5に相当する部分(符号12参照)よりも突出した形状となっている。なお、上方の型枠10aの内面(符号13参照)は、全長に亘って同一径の円筒状面である。
【0047】
続いて、分割成形体1’を筒軸回りに接合して筒状の接合成形体1”とする工程と、接合成形体1”の外周に外周樹脂成形部30を成形する工程によって、完成品の前段階となる樹脂製中空筒体31は成形される。さらに、樹脂製中空筒体31の外周樹脂成形部30の外周に、別の外周樹脂成形部40を成形する工程によって、完成品である樹脂製中空筒体41が完成する。
【0048】
図4(a)は、半円筒状の分割成形体1’を示しており、
図4(b)は、分割成形体1’を筒軸回りに接合して形成した筒状の接合成形体1”である。
【0049】
複数の分割成形体1’を接合して筒状の接合成形体1”を形成した後、
図4(c)に示すように、その接合成形体1”の外周に外周樹脂成形部30が成形され、完成品の前段階となる樹脂製中空筒体31が完成する。
【0050】
分割成形体1’同士の接合方法としては、接着や溶着等の周知の手法を採用することもできるが、これらの手法に代えて又は加えて外周樹脂成形部30を成形することにより、その接合がより強固となる。また、その外周樹脂成形部30の成形が、接合成形体1”の全周であれば、分割成形体1’同士の接合がさらに強固なものとなる。
【0051】
この実施形態では、外周樹脂成形部30は、芯材である接合成形体1”の外周全周全域に形成されているが、外周樹脂成形部30は、芯材の外周の一部領域とする場合もある。例えば、分割成形体1’同士の接合強度が充分である場合、あるいは、分割成形体1’を用いず接合の必要がない場合は、外周樹脂成形部30はその芯材の全周全域に限らず、芯材の一部領域の全周、あるいは、筒軸回りの一部方位のみであってもよい。
【0052】
外周樹脂成形部30は、未硬化の樹脂を含浸させた繊維を芯材の外周に巻回して繊維強化樹脂層を形成する各種ワインディング法、例えば、シートワインディング又はフィラメントワインディング等によって成形することができる。また、外周樹脂成形部30の成形方法としては、それ以外にも、湿式成形、乾式成形の各種手法を採用できる。外周樹脂成形部30を、繊維を用いない樹脂層として成形することもできる。
【0053】
シートワインディング法は、繊維に樹脂を含浸させたシート状の材料(プリプレグ)を用い、そのシート状の材料を芯材の外周に巻きつけて部材を成形する。ここで、接合成形体1”が芯材に該当する。フィラメントワインディング法は、樹脂を含浸させた帯状の材料を、回転する芯材(マンドレル)の外周にテンションを掛けながら、所定の角度で螺旋状に巻回して部材を成形する。このように、未硬化の樹脂を含浸させた繊維を芯材の外周に巻回するワインディング法であれば、分割成形体1’の接合がより強固となる。
【0054】
さらに、この実施形態では、上記のように成形される外周樹脂成形部30の外周に、別の外周樹脂成形部40を成形する工程を有している。以下、最初に成形される外周樹脂成形部30を第一の外周樹脂成形部30と称し、その後に成形される別の外周樹脂成形部40を第二の外周樹脂成形部40と称する。
【0055】
第二の外周樹脂成形部40は、
図4(d)に示すように、第一の外周樹脂成形部30が成形された樹脂製中空筒体31の外周に、別の型枠42(以下、第二型枠42と称する。)を配置し、その第二型枠42の本体部42aに形成した凹部42bの内面と樹脂製中空筒体31の外周との間の空間に、未硬化の樹脂を注入してそれを硬化させて成形される。これにより、
図5に示すように、完成品の樹脂製中空筒体41が成形される。なお、
図5の樹脂製中空筒体41は、内部の中空部の形状が、
図4の樹脂製中空筒体31の中空部4,5の形状と若干異なったものとなっているが、中空部2,3;4,5の形状、大きさ、配置等は、用途や仕様に応じて自由に設定できる。
【0056】
この第二の外周樹脂成形部40は、樹脂製中空筒体31の外周の一部に成形されていてもよいし、樹脂製中空筒体31の外周の全部に成形されていてもよい。また、第一の外周樹脂成形部30を省略して、第二の外周樹脂成形部40を、接合成形体1”の外周に直接成形してもよい。
【0057】
第二の外周樹脂成形部40の形状、大きさは、その用途や仕様に応じて自由に設定できる。この実施形態では、第二の外周樹脂成形部40は、
図5(a)に示すように、円筒部40aの長手方向中央に、全周に亘って突出する突条40bを設けているが、例えば、突条40bを省略して円筒部40aのみとしてもよいし、円筒部40aを省略して突条40bのみとしてもよい。また、第二の外周樹脂成形部40の成形を省略して、第一の外周樹脂成形部30が成形された段階の樹脂製中空筒体31を、完成品とする場合も考えられる。
【0058】
上記の例では、2つの分割成形体1’を筒軸回りに接合して筒状の接合成形体1”を構成したが、この分割成形体1’の分割数は任意に設定できる。例えば、3つ、あるいは4つ以上の分割成形体1’を用いて、筒状の接合成形体1”を形成してもよい。例えば、分割成形体1’の分割数を3つとする場合は分割成形体1’を120°毎、分割成形体1’の分割数を4つとする場合は分割成形体1’を90°毎といったように、筒軸回りの等分方位に分割することが望ましい。
【0059】
また、上記の例では、中空部4,5として、樹脂製中空筒体31,41の長手方向端部寄りの中空部5よりも長手方向中央部寄りの中空部4が大径である構成としたが、逆に、樹脂製中空筒体31,41の長手方向端部寄りの中空部5よりも長手方向中央部寄りの中空部4が小径である構成においても、この外周樹脂成形部30,40、あるいは、外周樹脂成形部30,40を形成する工程を備えた構成を適用できる。
【0060】
また、外周樹脂成形部30,40を成形する前段階の芯材が、分割成形体1’を接合した筒状の接合成形体1”ではなく、第一の実施形態や第二の実施形態のような分割されていない一体の樹脂製中空筒体1とした場合にも、この外周樹脂成形部30,40、あるいは、外周樹脂成形部30,40を形成する工程を備えた構成を適用できる。
【0061】
(第四の実施形態)
図6に、この発明の第四の実施形態を示す。この第四の実施形態で製造される樹脂製中空筒体51は、前述の第三の実施形態における外周樹脂成形部30,40の外周に、金属部50を一体化させたものである。
【0062】
すなわち、外周樹脂成形部30,40を成形する工程の後段に、金属部50を一体化させる工程を行う。あるいは、外周樹脂成形部30,40を成形する工程と、金属部50を一体化させる工程とが共通であり、外周樹脂成形部30,40の成形と金属部50の一体化を同時に行うこともできる。金属部50の一体化は、接着や溶着等の周知の手法を採用できるが、外周樹脂成形部30,40を成形する工程と金属部50を一体化させる工程とを同時に行う場合は、インサート成形等の手法とすることができる。なお、金属部50の形状、大きさは、その用途や仕様に応じて自由に設定できる。
【0063】
上記の各実施形態では、樹脂製中空筒体1や接合成形体1”の外周は円筒面であるので、型枠10の内周もそれに対応する円筒面となっているが、樹脂製中空筒体1や接合成形体1”の外周は、これらの実施形態のような円筒面には限定されない。
【0064】
例えば、外周樹脂成形部30,40を成形する前段の樹脂製中空筒体1や接合成形体1”の外周は、その一部に突出部を備えていてもよいし、逆に、その一部に凹部を備えていてもよい。特に、シートワインディング又はフィラメントワインディング等の各種ワインディング法を用いて繊維強化樹脂による外周樹脂成形部30を形成する場合は、突出部は、周囲と滑らかに接続された状態に膨らむ形状であることが望ましく、凹部は、周囲と滑らかに接続された状態にへこむ形状であることが望ましい。また、樹脂製中空筒体1や接合成形体1”、樹脂製中空筒体31,41,51は、上記の各実施形態のような直管に限定されず、曲管や異形管においても、この発明を適用できる。