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公開番号2020168863
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201015
出願番号2020115264
出願日20200703
発明の名称樹脂管
出願人パナソニックIPマネジメント株式会社
代理人特許業務法人森本国際特許事務所
主分類B29C 70/42 20060101AFI20200918BHJP(プラスチックの加工;可塑状態の物質の加工一般)
要約【課題】樹脂管を容易に、生産性高く生産しながら、軽量化・高強度化する。
【解決手段】1または複数の樹脂シート104からなり全ての樹脂シート104が隙間116を隔てて配置される管状の管状構造体と、少なくとも隙間116を含めて管状構造体を樹脂封止する接合樹脂とを有し、隙間は、樹脂シート104の、端部同士、および端部と他の部分とが、厚み方向に重ならず、かつ樹脂シート104の端部同士が隙間を介して周方向に対向し、隙間116が厚み方向に貫通するとともに隙間116が長手方向に延びる状態で設けられ、接合樹脂が管状構造体の内周面および外周面の少なくとも一方の隙間116に隣接する領域にも樹脂封止され、隙間116の端部を形成する樹脂シート104の端面は、波形状、アンダーカット形状、または前記端面から任意の距離に穴が開けられた形状である樹脂管である。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
1または複数の樹脂シートからなり全ての前記樹脂シートが隙間を隔てて配置される管状の管状構造体と、
少なくとも前記隙間を含めて前記管状構造体を樹脂封止する接合樹脂と
を有し、
前記隙間は、前記樹脂シートの、端部同士、および端部と他の部分とが、厚み方向に重ならず、かつ前記樹脂シートの端部同士が前記隙間を介して周方向に対向し、前記隙間が厚み方向に貫通するとともに前記隙間が長手方向に延びる状態で設けられ、
前記接合樹脂が前記管状構造体の内周面および外周面の少なくとも一方の前記隙間に隣接する領域にも樹脂封止され、
前記隙間の端部を形成する前記樹脂シートの端面は、波形状、アンダーカット形状、または前記端面から任意の距離に穴が開けられた形状であることを特徴とする樹脂管。
続きを表示(約 690 文字)【請求項2】
前記接合樹脂が前記管状構造体の内周面および外周面の少なくとも一方の前記隙間に隣接する領域にも樹脂封止されることを特徴とする請求項1記載の樹脂管。
【請求項3】
前記樹脂シートは、熱可塑性多層繊維強化プラスチック製のシートであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の樹脂管。
【請求項4】
前記熱可塑性多層繊維強化プラスチック製のシートは、強化繊維によるファブリック層とマトリックス樹脂シートが所定の厚さに積層されたシートであることを特徴とする請求項3記載の樹脂管。
【請求項5】
前記隙間の端部を形成する前記樹脂シートの端面は、バリを有する破断面であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の樹脂管。
【請求項6】
前記管状構造体に形成され、前記接合樹脂と同じ樹脂からなる、ツギテ形状、ネジ形状または前記管状構造体の一端または両端を塞いだ形状の機能形状をさらに有することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の樹脂管。
【請求項7】
前記ツギテ形状は、L字形状またはT字形状であることを特徴とする請求項6記載の樹脂管。
【請求項8】
前記管状構造体は、円柱形状、円錐形状、または角柱形状であることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の樹脂管。
【請求項9】
前記管状構造体の軸に交差する断面形状は、円、楕円、または多角形であることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の樹脂管。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、熱可塑性多層繊維強化プラスチック等の樹脂からなる樹脂管およびその製造方法に関するものである。
続きを表示(約 7,300 文字)【背景技術】
【0002】
従来のプラスチック管の製造方法としては、例えば射出成形或いは押し出し成形等で、目標の径及び長さに成形する方法が一般的である。しかしながら、これらの方法によって成形できる繊維強化樹脂は、不連続繊維(繊維長が短い)を用いた繊維強化樹脂であるため、強度が低いプラスチック管となっていた。
【0003】
近年、より軽量且つ高強度なプラスチック管を得るために連続繊維を用いたプラスチック管の製造方法が開発されている。一般的に知られている方法としてはフィラメントワインディング法によるものがある。図16はフィラメントワインディング法による製造方法を示す図である。
【0004】
図16において、樹脂槽50にて樹脂を含浸した繊維基材51が回転しているマンドレル53にデリバリー52を通して複数回巻きつけられ、所定の回数巻きつけた後、硬化されることによって目標の肉厚の管形状を得ている。しかしながら、上記の方法では設備投資が高いことや目標の厚みを得るために複数回巻きつけることが必要であり、生産性が低くコストが高いという課題があった。
【0005】
上記の課題に対し、特許文献1に示すような方法が開発されている。図17は特許文献1に記載されたシートワインディング法を示す図である。
図17において、熱可塑性プリプレグ41をローリングプレートを構成する上板11と下板12との間に配置された誘導体32によってマンドレル31に巻きつけて管を成形する。この方法において、プリプレグ41を加熱手段23を備える下板12側で誘導体32上に配して加熱・軟化させ、下板12を移動させることによってマンドレル31に巻きつけるとともに、約半周巻きつけたところで上板11側の冷却手段19によって強制冷却し、さらに半周回転したところで再び下板12側の加熱手段23によって加熱することによって溶着させ、所定の回数のワインディングを行った後に下板12に設けられている第2の冷却手段30によって最終的な冷却を行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開平8−72157号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、前記従来の構成では、プリプレグ41を最終形状(肉厚)まで複数回巻きつけることが必要であり、且つ、加熱による溶着と冷却による固化を繰り返す必要がある。また、成形時の加熱溶融温度はマトリックス樹脂が溶融し且つ強化繊維が溶融しない温度域で設定する必要があり、加熱と冷却を約半周ずつ繰り返しながら巻きつけるため、温度条件設定が困難であり生産性が低くコストが高い。さらに、管状構造体だけでは商品とならない場合が多く、管の両端や中央部等に後加工で機能形状(他の管との接合部等)を付与する必要があるが、容易にプラスチック管に機能形状を付与できないという課題を有している。
【0008】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、樹脂管を容易に、生産性高く生産しながら、軽量化・高強度化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために、本発明の樹脂管の製造方法は、樹脂シートの端部間に隙間が形成されるように前記樹脂シートを管状に成形して管状構造体を形成する工程と、少なくとも前記隙間を含めて樹脂封止する工程とを有することを特徴とする。
【0010】
また、本発明の樹脂管は、1または複数の樹脂シートからなり全ての前記樹脂シートが隙間を隔てて配置される管状の管状構造体と、少なくとも前記隙間を含めて前記管状構造体を樹脂封止する接合樹脂とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
以上のように、樹脂シートを隙間を持たせて管状に成形し、少なくとも隙間部分に樹脂を封止して樹脂管を製造することにより、容易に、生産性高く、樹脂管を軽量化・高強度化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
実施の形態1におけるプラスチック管の製造方法を工程ごとに例示し製造装置の構成例の主要部を概略的に示す図
実施の形態1におけるプラスチック管の製造方法を工程ごとに例示し製造装置の構成例の主要部を概略的に示す図
実施の形態1におけるプラスチック管の製造方法を工程ごとに例示し製造装置の構成例の主要部を概略的に示す図
実施の形態1におけるプラスチック管の製造方法を工程ごとに例示し製造装置の構成例の主要部を概略的に示す図
実施の形態2における熱可塑性多層繊維強化プラスチック管の軸方向断面を例示する図
実施の形態2の熱可塑性多層繊維強化プラスチック管の製造装置における金型の構成例を示す図
実施の形態3における熱可塑性多層繊維強化プラスチックシート半径方向合わせ面形状の例を列挙する図
実施の形態4における熱可塑性多層繊維強化プラスチック管半径方向断面形状の例を列挙する図
実施の形態5における熱可塑性多層繊維強化プラスチックシート軸方向合わせ面形状の例を列挙する図
実施の形態6における熱可塑性多層繊維強化プラスチック管の軸方向両端機能形状断面の例を列挙する図
実施の形態7における熱可塑性多層繊維強化プラスチック管の半径方向管断面形状の例を列挙する図
実施の形態7における軸方向にテーパが施された管を製造する方法例を工程ごとに示す図
実施の形態8における熱可塑性多層繊維強化プラスチック管を複数のシートで製造する例を工程ごとに示す図
樹脂シートの隙間の有無による接合状態の違いを説明する図
ポリオレフィン系熱可塑性多層繊維強化プラスチックシートの構成例を示す図
一般的なフィラメントワインディング法を示す図
特許文献1に記載されたシートワインディング法を示す図
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の熱可塑性多層繊維強化プラスチック等の樹脂からなる樹脂管の製造方法は、まず、材料となる樹脂ブランク等の樹脂シートが管状に成形される。このとき、樹脂シートの2つの端部は隙間を隔てて向かい合うように成形される。そして、隙間および必要に応じて隙間の周囲の管上に接合用の樹脂が供給され、樹脂が硬化されることにより、樹脂管を固定する。
【0014】
以下本発明の実施の形態について、樹脂シートとして熱可塑性多層繊維強化シートを用いる場合を例に図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
まず、本発明において、成形された管状の樹脂シートに隙間が設けられる理由を説明する。図14は樹脂シートの隙間の有無による接合状態の違いを説明する図であり、隙間を設けずに管状にされた樹脂シートと隙間を設けて管状に形成された樹脂シートとの樹脂接合構成を比較して説明する図である。901(図14の(熱溶着))及び902(図14の(射出接合))に示す構成では熱可塑性多層繊維強化シート(以下、シートと記載)の隙間を0mmでセッティング設定(端面同士の接触)した接合を試みた。ここで、構成901は、つき合わせたシート端部を熱溶着による接合した場合、構成902はつき合わせたシート端部を射出接合による接合した場合を示し、いずれもシートの端部に隙間が形成されていない。結果として、構成901及び902のいずれにおいても、シート切断精度及びシートの熱膨張が原因で隙間0mmでの接合は困難であった。また、構成901の熱溶着による接合ではシート内の繊維の溶融と崩れを抑制するために無押圧で接合する必要があり、そのために接合強度が不足する。構成902は接合断面の厚みAによって接合強度を確保する構成であるため、Aの厚みが5mm以下の場合強度不足となる。上記の経過を経て、本発明はシート合わせ面110間に隙間116を設け、且つ、シート合わせ面110と管半径方向外周面111の2面で接合する構成401とし(図14の(本発明)、シート合わせ面110間の隙間116を含む金型内の半径方向接合用空間(後出の接合用空間109)に接合樹脂を射出することでシート合わせ面110とシート半径方向外周面111の2面とを接合樹脂と接合させる接合断面を持つことを特徴とする構成とした。
【0015】
また、熱溶着接合した構成901の管と比較した結果、前述の合わせ面110に隙間116を設け、且つ、隙間116と管の周面とで樹脂接合した管は、シートの接合面に投入される熱量が著しく低下するため、合わせ面110での熱収縮が抑制されシートのソリが低減し、真円度の高い管を得られた。
【0016】
なお、熱可塑性多層繊維強化プラスチックシートとして、ポリオレフィン系シートを用いた。図15は熱可塑性多層繊維強化プラスチックシートを示す図である。シートは、コア層1を中心に上下に接着層2、強化繊維によるファブリック層である織物層3、マトリックス樹脂シートである表皮層4を所定の厚みまで積層された構造となっており、総厚みが1.2mmのシートを79mm×306mmのサイズにカットしたブランク(後出のブランク102)を用いた。これを外径φ27mmの円筒形状の芯棒に巻きつけることで、
シート合わせ面の隙間は約5.8mmとなる。また、例えば、金型内の接合用空間は外周側に2.0mmを設けることができる。
【0017】
この隙間及び接合用空間の設定に関して、シートの合わせ面には0.3mm以上、且つ周長の30%以下の隙間を設け、金型側にはこのシートの隙間を中心として半径方向にシートの内縁或いは外縁から0.3mm以上5mm以下、円周方向には隙間を中心にシートの端面から片側1.5mm以上、且つ20mm以内の空間、また、管形状の軸方向両端にもシートの軸方向端面から2mm以上の空間を設けることで、接合強度の高いプラスチック管を得られる。
【0018】
接合用樹脂として、上記図15に示すポリオレフィン系シートと同一のポリオレフィン系樹脂を用いることができる。シート及び接合用樹脂を同一にすることで、シート表面では一部溶融接合とアンカー効果による接合が生じ、より強固な接合強度を得られる。
【0019】
図1〜図4は、本発明の実施の形態1における熱可塑性多層繊維強化プラスチック管の製造工程を示す図である。図1において、まず、熱可塑性多層繊維プラスチックシート101を所定の大きさに切出してブランク102とする(図1の工程a)。次に、上下板に加熱手段を有するプリヒート治具103がブランク102を60℃で30sec間挟み込み保持し予備加熱を行なう(図1の工程b)。次に、予備加熱されたブランク102が、キャビティ106とスライドコア105と円筒形状の芯棒108とコア107によって構成される金型内に配置され、射出成形機の型閉じによりコア107に取り付けられたスライドコア105が可動しながらキャビティ106へと接近し、ブランク102が芯棒108に巻きつけられながら半径方向接合用空間109を有した状態で、且つ、シート合わせ面110間に隙間を有した状態で管状ブランク104が形成され、型閉じが完了する(図2の工程c)。その後、キャビティ106及びスライドコア105に設けられたスプルー113を通って半径方向接合用空間109へ溶融した接合樹脂が射出され、管状ブランク104を接合及び一体化成形する(図3の工程d)。冷却後にコア107を型開きすることでスライドコア105を解放するとともにランナー114を除去し、円筒形状の芯棒108を引き抜くことで合わせ面110に接合用空間を有する状態で管状に形成したプラスチックシートと接合用空間に接合樹脂117を成形して構成した管状に一体化成形された熱可塑性多層繊維強化プラスチック管115を取出す(図4の工程e)。
【0020】
かかる構成によれば、熱可塑性多層繊維強化プラスチックシートにより管を製造することにより、日本ポリプロ株式会社製のポリプロピレン(BC03B)を射出成形で製造した管よりも同厚みにおいて、1.2倍の曲げ強度(JIS K6911−1979)を得た。また、シート合わせ面110間に隙間116を設けることにより、接合用空間へ接合樹脂を射出した際の熱膨張を無視できるため、正確な位置あわせが不要となり、容易に管状ブランク104の取付け精度及び成形条件に柔軟性が生まれ、高精度に軽量化・高強度化された樹脂管の生産性・歩留まりが向上する。
【0021】
なお、本実施の形態において、予備加熱としてプリヒート治具103を設けたが、管状ブランク104が容易に変形可能な場合はプリヒート治具103が無くても良い。また、本実施の形態において、成形機の型閉じによりスライドコア105が可動し、円筒形状の芯棒108にブランク102が巻きつけられることで管形状を得た後に、接合用樹脂で接合したが、プリヒート治具103にてブランク102を予備加熱した後、別治具にてブランク102を予備曲げしたものを金型に取り付け、接合用樹脂で接合しても良い。また、半径方向接合用空間109は管状ブランク104の内周面112側に設けても良い。また、本実施の形態では強化繊維及びマトリックス樹脂シートともにポリオレフィン系を用いたが、連続繊維でファブリック層を構成可能な強化繊維及びシート状にして積層可能な樹脂等であれば素材の材質・種類は特に限定されない。また、本実施の形態ではポリオレフ
ィン系の強化繊維およびマトリックス樹脂シートで構成されたポリオレフィン系シートと同一のポリオレフィン系接合用樹脂を用いたが、その組合せは特に限定されず、異種系統の強化繊維及びシート同士を接合して管を製造しても良い。
【0022】
(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2の熱可塑性多層繊維強化プラスチック管の軸方向断面形状を例示する図、図6は実施の形態2の熱可塑性多層繊維強化プラスチック管の製造装置における金型の構成例を示す図である。図5,図6において、図1〜図4と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【0023】
実施の形態2で製造された樹脂管は、実施の形態1に示した熱可塑性多層繊維強化プラスチック管の両端部に任意の形状が付与された構成である。任意の形状は、たとえば一定の機能を有する機能形状であり、図6に示すような、半径方向接合用空間109と連続して、機能形状を樹脂成型するための軸方向接合用空間206が設けられた金型を用いて、接合樹脂と一体的に形成される。
【0024】
図5,図6において、管状に一体化成形された熱可塑性多層繊維強化プラスチック管215の軸方向断面形状は、熱可塑性多層繊維強化プラスチック管215本体を構成する管状構造体201と付与された機能形状202によって構成されている。管状構造体201の端部に付与された機能形状202は、管状構造体201の軸方向端面203及び外周面204の2面に形成される。この際、金型の機能形状202の軸方向に対応する位置に設けられた軸方向接合用空間206の幅は20.0mmとし、半径方向の厚みは実施の形態1で設定した半径方向接合用空間109の厚み2.0mmと一致させた。
【0025】
かかる構成によれば、実施の形態1同様、管状ブランク端面及び内周或いは外周のいずれか最低2面を熱可塑性樹脂によって接合することで、管の強度を向上させることができる。また、成形一体化の際に機能形状202を同時に付与するため、後工程で別途機能形状を付与する工程を削減することができ、生産性が向上する。
【0026】
なお、実施の形態2において、軸方向シート端面203の接合では管状構造体201の軸方向端面203及び軸方向内周面205の2面での接合でも良く、或いは3面全て(内周面、外周面、管状ブランク端面)を含んで接合しても良い。
【0027】
(実施の形態3)
図7は、本発明の実施の形態3の熱可塑性多層繊維強化プラスチック管の半径方向シート端面形状の例を列挙する図である。
【0028】
図7において、管状ブランク104の端面形状は滑らかなせん断面であるシート合わせ面110(例1)でなくてよく、例えば破断面301(例2)やテーパ面303(例4)であってもよく、形状は限定されない。また、ブランク切断時に故意にクリアランスを大きく設けバリ302を生じさせても良い(例3)。
【0029】
かかる構成によれば、破断面を粗くすることでアンカー効果が発現され、テーパ面、バリを設けることで接合面積が増加し、接合強度が向上した。また、ブランク切出し時のシート端面形状に制限がないため、精密な切出しが不要になり比較的安価な方法でブランクを製作できる。
【0030】
なお、上記実施の形態3において、軸方向シート端面を粗面にしても同様の効果が得られる。
(実施の形態4)
図8は、本発明の実施の形態4の熱可塑性多層繊維強化プラスチック管の半径方向シート接合断面形状の例を列挙する図である。
(【0031】以降は省略されています)

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