JPH10272646A - 中空成形体の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ガス支援射出成形法で中空成形体を製造するに
おいて、金型の加工コストの低減、装置の耐久性の向
上、製造能率のアップを図る。 【手段】キャビティ13に溶融合成樹脂Ｒを注入している
途中で、注入口15から近いノズル17から遠いノズル18,1
9 の順でガスを噴出させて、溶融合成樹脂Ｒを中空状に
膨らませながら注入する。例えば20〜30kg/cm²程度の低
圧であっても溶融合成樹脂Ｒを中空状に確実且つ容易に
形成できるため、装置の製造・維持コストを低減できる
と共に、耐久性及び製造能率を向上できる。

Description

【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/cm
²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。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る脚体を使用した椅子の斜視
図である。

【図２】脚体の平断面図である。

【図３】脚体における棒状水平部の部分斜視図である。

【図４】(A) は金型装置及び脚体の分離断面図、(B) は
(A) のB-B 視底面図、(C) は(A) のC-C 視平面図であ
る。

【図５】(A) は図4(A)のV-V 視断面図、(B) は(A) の平
面図である。

【図６】成形工程を示す断面図である。

【図７】成形工程を示す断面図である。

【図８】成形工程での樹脂とガスとの関係を示す図であ
る。

【図９】第２実施形態を示す図である。

【図１０】第３実施形態の断面図である。

【図１１】第４実施形態の断面図である。

【図１２】本発明を適用できる物品の別例を示す図であ
る。

【符号の説明】

３ 中空成形体の一例としての椅子用脚体 ５ 脚体の棒状水平部 ８ リブ 10,11 金型 13 棒状水平部成形用キャビティ 15 注入口（ゲート） 16 可動コア 17,18,19 ノズル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。