特開 2024-145566 樹脂成形品用成形型、それを用いた樹脂成形品、樹脂製管継手及びそれらの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024145566

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】樹脂成形品用成形型、それを用いた樹脂成形品、樹脂製管継手及びそれらの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 33/38 20060101AFI20241004BHJP

   B29C 57/04 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

B29C33/38

B29C57/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023057973

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000002174

【氏名又は名称】積水化学工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】391033724

【氏名又は名称】シーケー金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114074

【弁理士】

【氏名又は名称】大谷 嘉一

(74)【代理人】

【識別番号】100222324

【弁理士】

【氏名又は名称】西野 千明

(72)【発明者】

【氏名】青山 航大

(72)【発明者】

【氏名】井関 知美

(72)【発明者】

【氏名】大橋 一善

(72)【発明者】

【氏名】山本 匡秀

【テーマコード（参考）】

4F202

4F209

【Ｆターム（参考）】

4F202AE02

4F202AH11

4F202AJ12

4F202CA27

4F202CB01

4F202CN27

4F209AG08

4F209AG24

4F209AH11

4F209NA22

4F209NB01

4F209NG03

4F209NH06

4F209NM01

4F209NM12

4F209NN02

4F209NP01

(57)【要約】

【課題】熱可塑性を有する樹脂管材の端部側にフランジ等を金型を用いて加熱成形し、外観に優れた管継手等の樹脂成形品を得るのに適した樹脂成形品用成形型及びそれを用いた樹脂成形品、樹脂製管継手及びそれらの製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】熱可塑性を有する樹脂管材の端部側を挿入及び押圧し、樹脂成形品を加熱成形するのに用いる成形型であって、前記成形型は、樹脂成形品の、外形を成形する外形型と内形を成形する内形型との間に成形部を備え、前記外形型又は／及び内形型は、前記樹脂管材を挿入した際に当該樹脂管材の外周部又は内周部に位置する断熱部材を有していることを特徴とする。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱可塑性を有する樹脂管材の端部側を挿入及び押圧し、樹脂成形品を加熱成形するのに用いる成形型であって、前記成形型は、樹脂成形品の、外形を成形する外形型と内形を成形する内形型との間に成形部を備え、前記外形型又は／及び内形型は、前記樹脂管材を挿入した際に当該樹脂管材の外周部又は内周部に位置する断熱部材を有していることを特徴とする樹脂成形品用成形型。

【請求項2】

前記外形型はベース金型と、前記ベース金型の成形部側に配置した外金型を有し、前記外金型に前記断熱部材として外側断熱部材を配設してあり、
前記外側断熱部材は前記外金型よりも熱膨張係数が大きいことを特徴とする請求項１記載の樹脂成形品用成形型。

【請求項3】

前記内形型は内金型と前記内金型の前記樹脂管材の挿入側に前記断熱部材として内側断熱部材を配設してあり、
前記内側断熱部材は前記内金型よりも熱膨張係数が大きいことを特徴とする請求項１又は２記載の樹脂成形品用成形型。

【請求項4】

熱可塑性樹脂からなる筒状の樹脂管材本体部と、前記樹脂管材本体部と一体であって、前記樹脂管材本体部の開口部の周縁から外方に張り出したフランジ部とを有し、
前記樹脂管材本体部のフランジ部側に側面視でＴ字型の凸部又は凹部が形成されていることを特徴とする樹脂製管継手。

【請求項5】

請求項１に記載の樹脂成形品用成形型を用いて、樹脂管材の端部側にフランジ部を成形することを特徴とする樹脂成形品の製造方法。

【請求項6】

請求項４に記載の樹脂製管継手の製造方法であって、請求項１記載の樹脂成形品用成形型を用いて前記樹脂管材本体部の開口部の周縁にフランジ部を成形することを特徴とする樹脂製管継手の製造方法。

【請求項7】

前記外形型及び内形型を加熱するステップと、
樹脂管材を樹脂成形品用成形型内に挿入し、その後にフランジ部を押圧成形するステップと、
前記フランジ部を加圧保持しながら冷却するステップとを有し、
前記冷却するステップにおいて外金型と内金型とのうち、外金型の方を先に冷却することを特徴とする請求項５記載の樹脂成形品の製造方法。

【請求項8】

前記外形型及び内形型を加熱するステップと、
樹脂管材を樹脂成形品用成形型内に挿入し、その後に樹脂管材本体部の開口部の周縁にフランジ部を押圧成形するステップと、前記フランジ部を加圧保持しながら冷却するステップとを有し、
前記冷却するステップにおいて外金型と内金型とのうち、外金型の方を先に冷却することを特徴とする請求項４記載の樹脂製管継手の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱可塑性の樹脂管材を用いて、樹脂成形品を加熱成形するのに用いられる成形型に関し、特に樹脂管材の端部側を加熱された成形型に挿入及び押圧することで、この樹脂管材の端部側にフランジ部等を加熱成形するのに用いられる成形型、それを用いた樹脂成形品、樹脂製管継手並びにそれらの製造方法に係る。

【背景技術】

【0002】

ポリエチレン，ポリプロピレン等からなる熱可塑性の樹脂管材の端部側を加熱温調された金型内に挿入及び押圧することで、樹脂管材の端部側にフランジ部を塑性変形させることにより成形することができる（特許文献１）。

【0003】

同公報に記載の成型方法は、樹脂管材の端部を金型に挿入し、軟化温度以上に加熱した状態でさらに樹脂管材を押し込んで管継手が成形される。
しかし、樹脂管材を押し込んだ際に金型の割面や端面から溶融した樹脂が流れ込み凸状のリブが周状に形成される。
この凸状のリブは高さが５ｍｍ程度と大きいものになる場合がある。
これが原因による外観不良や管内面での通水時の流体の流れが阻害する恐れもあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第７０６８０３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、熱可塑性を有する樹脂管材の端部側にフランジ等を金型を用いて加熱成形し、外観に優れた管継手等の樹脂成形品を得るのに適した樹脂成形品用成形型及びそれを用いた樹脂成形品、樹脂製管継手及びそれらの製造方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る樹脂成形品用成形型は、熱可塑性を有する樹脂管材の端部側を挿入及び押圧し、樹脂成形品を加熱成形するのに用いる成形型であって、前記成形型は、樹脂成形品の、外形を成形する外形型と内形を成形する内形型との間に成形部を備え、前記外形型又は／及び内形型は、前記樹脂管材を挿入した際に当該樹脂管材の外周部又は内周部に位置する断熱部材を有していることを特徴とする。

【0007】

ここで、外形型及び内形型は、樹脂管材が軟化あるいは溶融し、塑性変形するまで加熱温調される。
ここで、約２５０℃程度まで昇温可能であれば特に限定されず、例えばヒーター，温調機等が用いられる。
この場合に本発明は、樹脂管材の端部側を成形型の成形部に向けて挿入及び押圧（押し込む）する際に、外形型と内形型の一方又は両方の挿入口側に断熱部材を取り付けた点に特徴がある。

【0008】

上記のように、断熱部材を配置したことにより、樹脂管材の断熱部材に接する部位での軟化あるいは溶融が抑えられるので、局部的な樹脂管材の変形やバリ発生を防止できるとともに、塑性変形が必要なフランジ部等の成形部以外の加熱が抑えられるので、それだけ押し込み力が加熱成形部に加わりやすくなる。

【0009】

本発明において、外形型はベース金型と、前記ベース金型の成形部側に配置した外金型を有し、前記外金型に前記断熱部材として外側断熱部材を配設してあり、前記外側断熱部材は前記外金型よりも熱膨張係数が大きいのが好ましく、内形型は内金型と前記内金型の前記樹脂管材の挿入側に前記断熱部材として内側断熱部材を配設してあり、前記内側断熱部材は前記内金型よりも熱膨張係数が大きいのが好ましい。

【0010】

このようにすると、外金型，内金型の加熱温度により、外側断熱部材は内径が縮径する方向に熱膨張することで、隙間から樹脂材が流れ込むのを抑える。
内側断熱部材は、外形が拡径する方向に熱膨張し、同様に隙間から樹脂材が流れ込むのを抑える。

【0011】

本発明に係る樹脂製管継手は、熱可塑性樹脂からなる筒状の樹脂管材本体部と、前記樹脂管材本体部と一体であって、前記樹脂管材本体部の開口部の周縁から外方に張り出したフランジ部とを有し、前記樹脂管材本体部のフランジ部側に側面視でＴ字型の凸部又は凹部が形成されていることを特徴とする。
このような凸部又は凹部は樹脂製管継手の成形時に外側断熱部材又は内側断熱部材との接触によりできる。

【0012】

本発明に用いることができる樹脂管材の材質としては、例えば、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリ塩化ビニル，ＡＢＳ，ＡＥＳ，熱可塑性ポリエステル（熱可塑性ポリエチレンテレフタレート等）等が例として挙げられる。
特に、耐震性や耐久性の観点から、ポリオレフィン系樹脂を用いることが好適である。
オレフィン系樹脂管は、硬質塩化ビニル管に比べて、ＪＩＳ Ｋ ６８１５－１，ＪＩＳ Ｋ ６８１５－３に従って測定される引張破断伸びが高く、硬質塩化ビニル管が５０～１５０％であるのに対してオレフィン系樹脂管は３５０％以上であり、特にＩＳＯ／ＴＲ９０８０に規定する外挿方法でＰＥ１００の高密度ポリエチレン管を用いた場合には、引張破断伸びは５００％以上となるため、地震によって損傷するのを抑制することができる。
また、オレフィン系樹脂については特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン，ポリブテン，低密度ポリエチレン，高密度ポリエチレン，直鎖状低密度ポリエチレン，アタクチックポリプロピレン，アイソタクチックポリプロピレン，シンジオタクチックポリプロピレン，ポリαオレフィン等が好適である。

【0013】

従って断熱部材は、樹脂管材よりも軟化点が高い耐熱性の樹脂である。
例えば、フッ素樹脂，ポリアミドイミド，ポリフェニレンスルファイド等が例として挙げられる。
ＪＩＳ Ｋ ７１９７（２０１２）に基づいて測定すると、２５℃を基準とした１５０～２５０℃の熱膨張係数は、フッ素樹脂：１３～１８×１０^－５／℃，ポリアミドイミド：３．４～４．０×１０^－５／℃，ポリフェニレンスルファイド：４．０～５．５×１０^－５／℃である。
また、ＪＩＳ Ｋ ６３９５（２０１２）に基づく融点は、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）：３２７℃，フッ素樹脂（ＰＦＡ）：３１０℃，ポリアミドイミド：３００℃，ポリフェニレンスルファイド：２９０℃である。
よって、本発明に用いる断熱部材は、熱膨張係数にて３．４～１８×１０^－５／℃の範囲がよく、融点は２９０℃以上が好ましい。
また、金型の熱膨張係数は、ＪＩＳ Ｚ ２２８５（２００３）に基づくと、炭素鋼：１０～１１×１０^－６／℃，ステンレス鋼：１０～１５×１０^－６／℃，ＳＣ材１０～１１×１０^－６／℃である。
従って、金型を常温から２００～２５０℃に加熱した場合に、金型よりも熱膨張率の大きい外側断熱部材は内径が縮径し、内側断熱部材は外径が拡径することになる。

【0014】

このような成形型を用いて、筒状の樹脂管材の端部側（開口部）にフランジ部等を成形すると、成形寸法及び外観品質に優れた樹脂成形品が得られる。
本発明に係る樹脂成形品の製造方法は、外形型及び内形型を加熱するステップと、樹脂管材を樹脂成形品用成形型内に挿入し、その後にフランジ部を押圧成形するステップと、前記フランジ部を加圧保持しながら冷却するステップとを有し、前記冷却するステップにおいて外金型と内金型とのうち、外金型の方を先に冷却することを特徴とする。
樹脂管材にフランジ部を成形する際には、樹脂の流れを誘導するのに加熱が必要であるが、その後に冷却する際に樹脂材が収縮するので、この過程を安定させるのに樹脂が軟化温度以下に固まるその間、フランジ部を加圧保持する必要がある。
本発明は、外金型と内金型との上部にそれぞれ両側から、樹脂材を押圧する断熱部材を設けたことにより、成形及び冷却時の寸法安定性が向上する。
これにより、本発明に係る樹脂成形品の製造方法は、外形型及び内形型を加熱するステップと、樹脂管材を樹脂成形品用成形型内に挿入し、その後にフランジ部を押圧成形するステップと、前記フランジ部を加圧保持しながら冷却するステップとを有し、前記冷却するステップにおいて外金型と内金型とのうち、外金型の方を先に冷却することを特徴とする。
また、外形型及び内形型を加熱するステップと、樹脂管材を樹脂成形品用成形型内に挿入し、その後に樹脂管材本体部の開口部の周縁にフランジ部を押圧成形するステップと、前記フランジ部を加圧保持しながら冷却するステップとを有し、前記冷却するステップにおいて外金型と内金型とのうち、外金型の方を先に冷却することを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る樹脂成形品の成形型は、筒状の樹脂管材の端部側を加熱金型内に挿入及び押し込み、この樹脂管材の端部の外周部に張り出したフランジ部等を成形する際に、金型への樹脂管材の挿入口付近での変形や樹脂流れを断熱部材で抑えることができる。
これにより、一方の端縁から他方の端縁にかけて略同一の太さの部材である筒状の樹脂管材の開口部の周縁にフランジ部を形成した樹脂製の管継手が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る成形型の構造例を示し、（ａ）は樹脂管材の押入前の外観、（ｂ）はＡ－Ａ線部分断面図を示す。（ｃ）は樹脂管材の挿入状態、（ｄ）はその部分断面図を示す。

【図2】（ａ）は樹脂管材の成形型内に挿し込み、成形部を成形する際のＡ－Ａ線部分断面図を示し、（ｂ）は部分拡大図を示す。

【図3】外形型を左右に分割し、成形品を成形型から取り出す流れを（ａ），（ｂ）に示す。

【図4】成形品の成形時における内外金型の温度変化を示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明に係る成形型を模式図として、図１及び図２に示すが、本発明はこれに限定されない。
図１（ｂ）は（ａ）に示したＡ－Ａ線において、内金型２１を外観図として表現し、ベース型１１，外金型１２Ａ，１２Ｂ、外側断熱部材１３Ａ，１３Ｂ及び外形拘束部材１４Ａ，１４Ｂを断面端面図として表してある。

【0018】

成形型は、樹脂成形品の外形を成形するための外形型と、内形を成形するための内形型で構成される。
本実施例では、外形型としてフランジ部等の成形部（キャビティ）３１を有するベース金型１１と、左右に分割可能な外金型１２Ａ，１２Ｂとで構成し、この外金型１２Ａ，１２Ｂと内金型との間に設けた樹脂管材１の挿入口であって、樹脂管材１の外周部に位置する外側断熱部材１３Ａ，１３Ｂを、この外金型１２Ａ，１２Ｂの上面にボルト等にて取り付けてある。
外側断熱部材１３Ａ，１３Ｂの内径寸法は、常温時において外金型１２Ａ，１２Ｂの内形寸法に一致するように製作してある。
なお、約２５０℃の加熱時に外側断熱部材１３Ａ，１３Ｂの内径が外金型の内径１２Ａ，１２Ｂより小さくなる範囲で、常温時には外側断熱部材１３Ａ，１３Ｂの内径寸法と外金型１２Ａ，１２Ｂの内径寸法に差があってもよい。
外金型を昇温すると、それに伴って、外側断熱部材は内側が縮径し、外側が拡径するが、内側の縮径を誘導するのにセラミック等からなる外形拘束部材１４Ａ，１４Ｂを外金型に設けてある。
ここで、外径拘束部材は、外側断熱部材が外側に膨張するのを抑えるのが目的であり、耐熱性を有し、外側断熱部材よりも熱膨張係数が小さいものであれば、セラミックに限定されない。

【0019】

内形型は、内金型２１とその上部に内側断熱部材２２をボルト等にて取り付けた例になっている。
内金型２１は，図１に点線で示すように内部は凹部構造になっていて、ベース金型にボルト締結により位置決めされている。
内金型２１及び内側断熱部材２２の外径寸法は、常温時において一致するように製作してある。
また、熱膨張時にこの内側断熱部材２２が拡径方向に変化するように、内側に炭素鋼又は金型鋼からなるコア部２３を設けるとともに、必要に応じて冷却時の送風孔２３ａを設けてもよい。
この場合も、加熱時に内側断熱部材２２の外径寸法が内金型２１の外径よりも大きくなれば、常温時に限らずしも外径が一致していなくてもよい。

【0020】

ここで、ベース金型１１，外金型１２Ａ，１２Ｂ及び内金型２１は、樹脂成形品の成形温度に合せて加熱温調されている。

【0021】

図１に示すように、樹脂管材１を成形型に挿入し、図２に示すようにさらに押し込むと、その押圧力により加熱された樹脂管材の端部が成形部３１の形状に合せて、軟化あるいは溶融変形し、成形品が形成される。
この成形部３１により形成された成形部が軟化温度以下になるまで冷却する。
次に、図３（ａ）に示すように左右の半割状の外金型１２Ａと１２Ｂとは、分割方向に開き、図３（ｂ）に示すようにフランジ部２ａを有する成形品２を取り出すことができる。

【0022】

次に、本発明に係る成形型の作用について説明する。
図１に示したように、樹脂管材１を内金型２１との間であって、成形型に有する外側断熱部材１３Ａ，１３Ｂの内側に形成した間口（挿入部）３３、外金型１２Ａ，１２Ｂの内側に形成した連通部３２を経由して、ベース金型１１の内側底部に突き当たるように挿入する。
次に、図２に示すように樹脂管材１をさらに押し込む。
すると、外金型１２Ａ，１２Ｂ，内金型２１及びベース金型１１により、加熱された樹脂管材の開口部は塑性変形し、成形部３１の形状に合せて加熱成形される。
この際に、図２に示すように外側断熱部材１３Ａ，１３Ｂは、縮径方向に熱膨張し、この外側断熱部材１３Ａ，１３Ｂの内周面にて矢印ｆ_１で示す方向に押圧力が作用する。
内側断熱部材２２は外径が拡径する方向に熱膨張するので、矢印ｆ_２で示す外側方向の押圧力が作用し、樹脂管材１を外周側と内周側の両方から押圧支持するので、樹脂管材１が外金型１２Ａ，１２Ｂの挿入口付近での変形を抑えることになる。
図４に成形時の内金型と外金型との温度変化を示す。
樹脂管材の端部を成形型に挿入及び押圧する際には、樹脂の流れを誘導するのに適した温度に加熱制御される。
その後に、成形部（フランジ部）を冷却する必要があるが、冷却に伴い樹脂が収縮するので、軟化温度以下になるまで加圧保持するのが好ましい。
この際に、図２（ｂ）にて外側断熱部材１３Ａ，１３Ｂ及び内側断熱部材２２の部分の樹脂温度が高いと、座屈変形したり、あるいは成形部に充分な加圧力が伝わらない恐れがある。
そこで、外側断熱部材１３Ａ，１３Ｂと、内側断熱部材２２とで両側から押圧するとともに、外金型を内金型よりも先に冷却し、その後に内金型を冷却し、金型から製品を取り出す。
この際に、図３（ｂ）に示すように成形品の内周面や、外周面であって金型の分割面及び外側断熱部材１３Ａ，１３Ｂ、内側断熱部材２０に位置する部位に、痕ができる。
具体的には、外側断熱部材１３Ａ，１３Ｂ及び内側断熱部材２２と、樹脂管材との接触面には、樹脂管材のスキン層が残ったまま帯状の押圧面が周状に凸面又は凹面として形成される。
金型の分割面にはパーティングライン（ＰＬ）としての小さなバリがでる。
これにより、図３（ｂ）に示すように側面視にてＴ字形状の痕２ｂが形成される。
断熱部材の痕の凸面高さ又は凹面深さは３ｍｍ以下であり、好ましくは１ｍｍ以下になっている。
凸面又は凹面の幅は、断熱部材の高さ方向の幅に相当し、１０～４０ｍｍ、好ましくは
２０～３０ｍｍの範囲である。
また、ＰＬのバリは２ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下、幅が１～３ｍｍ以下である。
これに対してフランジ部は、樹脂管材のスキン層が溶融により消滅している。

【0023】

本実施例では、内金型２１の上面高さ２１Ｕを外金型１２Ａ，１２Ｂの上面高さ１２Ｕよりも低く設定し、内側断熱部材２２が外金型１２Ａ，１２Ｂと、外側断熱部材１３Ａ，１３Ｂとの境界部を跨ぐように配置し、内側断熱部材２２の上面高さ２２Ｕが外側断熱部材１３Ａ，１３Ｂの上面高さ１３Ｕと同じになるように設定した例になっている。

【符号の説明】

【0024】

１ 樹脂管材
１１ ベース金型
１２Ａ 外金型
１３Ａ 外側断熱部材
２１ 内金型
２２ 内側断熱部材
３１ 成形部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】