JP4473028B2

JP4473028B2 - 成形型および成形方法

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Publication number: JP4473028B2
Application number: JP2004107742A
Authority: JP
Inventors: 直樹内田
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005288908A

Description

本発明は、成形型および成形方法に関する。

従来、シリンジ外筒を成形する際には、例えば、ホットランナと呼ばれる方式を採った成形型が用いられている。この成形型としては、キャビティ内に成形材料を供給する流路と、当該流路の外周側に設置されたヒータとを有するホットランナノズルを備えた成形型が開示されている（例えば、特許文献１）。

しかしながら、この成形型は、例えばポリプロピレンのような比較的融点の低い樹脂材料でシリンジ外筒を成形する場合には支障ないが、例えば、シクロオレフィンホモポリマー（ＣＯＰ）やシクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）のような比較的融点の高い樹脂材料でシリンジ外筒を成形する場合には不利である。

比較的融点の高い樹脂材料（以下、単に「樹脂材料」という）を前記成形型に用いた場合、流路を通過する樹脂材料が流路の出口（ゲート）に達するまでに、樹脂材料の熱が流路を介して成形型（金型）に奪われる。そして、ゲート付近において、樹脂材料の粘度が高くなり、樹脂材料が滞留し易くなる。その結果、樹脂材料がキャビティ内に充分に充填されない、或いは均一に充填されないという問題があった。特に、工業製品の製造の際に常用される多数個取り金型の場合、各キャビティに設けられたゲート間のバランス制御が行えなくなり、この問題は、一層顕著であった。

特開２００２−２２５０９５号公報

本発明の目的は、環状ポリオレフィンを主とする樹脂材料をキャビティ内に確実に充填することができるシリンジ外筒の成形型および成形方法を提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（７）の本発明により達成される。
（１）有底筒状の外筒本体と、該外筒本体の基端に形成された開口の外周部から突出するフランジ部とを有するシリンジ外筒を合成樹脂材料で成形する成形型であって、
前記シリンジ外筒の形状に対応した形状のキャビティと、
溶融状態の前記樹脂材料を前記キャビティ内に供給し、その出口が前記キャビティにおけるフランジ部の縁部に対応する箇所に連通するように設けられた流路と、
前記流路の外周側に設置され、前記流路内の前記樹脂材料を加熱する主ヒータと、
前記流路の出口付近に設置され、前記流路の出口付近を通過する前記樹脂材料を加熱する局部ヒータとを有し、
前記キャビティは、該キャビティ内で成形されるシリンジ外筒の中心軸がほぼ鉛直方向となり、かつ、当該成形されるシリンジ外筒のフランジ部側が鉛直下向きとなるように設けられていることを特徴とする成形型。

（２）前記合成樹脂材料は、その融点が２００℃以上である上記（１）に記載の成形型。

（３）前記合成樹脂材料は、環状ポリオレフィンを主成分とする樹脂材料である上記（１）に記載の成形型。

（４）前記局部ヒータは、チップヒータで構成されている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の成形型。

（５）上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の成形型を用いて前記シリンジ外筒を成形する方法であって、
前記成形型の型閉めを行ない、その状態を維持する第１の工程と、
前記主ヒータを作動させつつ、前記キャビティ内に溶融状態の前記樹脂材料を射出する第２の工程と、
前記キャビティ内に充填された前記樹脂材料の圧力を保つ第３の工程と、
前記成形型を冷却する第４の工程と、
前記成形型の型開きを行なう第５の工程と、
得られた前記シリンジ外筒を離型する第６の工程とを有し、
前記第１の工程の途中から前記第３の工程の途中にわたって、前記局部ヒータを作動させることを特徴とする成形方法。

（６）前記第１の工程の終了の１〜９秒前に、前記局部ヒータの作動が開始される上記（５）に記載の成形方法。

（７）前記第３の工程の終了より若干早く、前記局部ヒータの作動が終了する上記（５）または（６）に記載の成形方法。

本発明によれば、環状ポリオレフィンなどの樹脂材料からなるシリンジ外筒を射出成形する際に、流路の出口付近においても、該樹脂材料の射出時に溶融状態を維持することができるため、前記樹脂材料をキャビティ内に確実に充填してシリンジ外筒を成形することができる。

以下、本発明の成形型および成形方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の成形型を示す縦断面図、図２は、図１中の実線で囲まれた領域［Ａ］の拡大詳細図、図３は、図１に示す成形型における成形サイクルを示すタイミングチャート、図４は、シリンジ外筒の縦断面図である。なお、以下では、説明の都合上、図１、図２および図４中の上側を「先端」、下側を「基端」と言う。

まず、シリンジ外筒２について説明する。
図４に示すように、シリンジ外筒２（以下、単に「外筒」という）は、底部２１１を有する有底筒状の部材（外筒本体２８）で構成されている。この外筒本体２８の基端には、基端開口２６が形成されている。

外筒２（外筒本体２８）の基端開口２６の外周部には、当該外周部から突出した板状のフランジ部２７が一体的に形成されている。

外筒２の底部２１１の中央部には、外筒２の胴部に対し縮径した口部２２が一体的に形成されている。この口部２２の内部には、例えば薬液が通過可能な流路２２１が形成され、外筒２の内腔部２４と連通している。

また、外筒２は、樹脂材料Ｐで成形されている。該樹脂材料Ｐは、融点が２００℃以上であると本発明の効果はより一層極立ったものになる。なお、融点のない樹脂材料においては、流動可能温度のことを融点という。具体的には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）・（融点：２５０℃付近）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）・（融点：２６０℃付近）、ポリカーボネート（ＰＣ）・（融点：２４０℃付近）や環状ポリオレフィン（融点：２５０℃付近）等が挙げられる。これらのうち、環状ポリオレフィンが好適に使用され、例えば、ノルボルネン、シクロヘキセン、ビニルシクロヘキサンまたはこれらの置換体（例えばアルキル置換体、アルキリデン置換体等）を単量体とする単独重合体や、これらの単量体と他のモノマーとの共重合体等が挙げられ、例えば、ノルボルネン系モノマーの開環重合体（いわゆるＣＯＰ）やノルボルネン系モノマーとα−オレフィンとの付加共重合体（いわゆるＣＯＣ）が特に好ましい。

本発明の成形方法は、以上のような外筒２を成形する方法である。また、本発明の成形方法は、本発明の成形型１を用いて実施される。

次に、本発明の成形型１および成形方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

まず、本発明の成形型１について説明する。
図１に示すように、成形型１は、型閉じ型開き自在な、上型３と下型４とで構成されている。型閉じの際には、この成形型１に複数（本実施形態では、２つ）のキャビティ５が形成される。なお、図１中の二点鎖線は、上型３と下型４との境界部を示す線である。

上型３（成形型１）は、外筒２の外形（外側の形状）に対応した形状の凹部３１と、溶融状態の樹脂材料（成形材料）Ｐをキャビティ５内に供給する流路６と、樹脂材料Ｐを加熱する主ヒータ７と、主ヒータ７と同様に樹脂材料Ｐを加熱する局部ヒータ８とを備えている。

下型４（成形型１）は、外筒２の内側（例えば、内腔部２４や流路２２１）の形状に対応した形状のコア４１を備えている。

以下、各部の構成について説明する。
図１に示すように、凹部３１は、上型３の基端部３２に形成されている。また、コア４１は、下型４の先端部４２に突出して形成されている。型閉めの際には、コア４１が凹部３１内に挿入されて、コア４１と凹部３１とで囲まれた（画成された）キャビティ５が形成される。

このキャビティ５は、外筒２の形状に対応した形状をなしている。すなわち、このキャビティ５は、外筒２の外筒本体２８が成形される本体成形部５１と、フランジ部２７が成形されるフランジ成形部５２と、口部２２が成形される口部成形部５３とを有している。

このような構成のキャビティ５は、このキャビティ５内で成形される外筒２の中心軸２３がほぼ鉛直方向（図１中の上下方向）となるように成形型１に設けられている（図１参照）。また、キャビティ５は、成形される外筒２のフランジ部２７側が鉛直下向きとなるように、すなわち、フランジ成形部５２が基端側に位置するように設けられている（図１参照）。

キャビティ５が以上のような姿勢をなして（以上のように設けられて）いることにより、樹脂材料Ｐがキャビティ５内で均一に広がり易くなり、よって、樹脂材料Ｐをキャビティ５内により確実に充填することができる。

図１に示すように、流路（湯道）６は、樹脂材料Ｐが貯留されている貯留部（湯だまり）（図示せず）に連通する主流路６１と、主流路６１から各キャビティ５へ分岐する（向う）副流路６２と、副流路６２（流路６）の出口となるゲート（出口）６３とを備えている。

主流路６１は、ほぼ鉛直方向に（先端から基端に向って）形成されている。この主流路６１は、２つのキャビティ５のほぼ中間に位置している（図１参照）。

各副流路６２は、主流路６１の基端部６１１からそれぞれ分岐している。また、副流路６２は、ほぼ水平方向（図１中、左右方向）に形成されている。この副流路６２の内径（流路径）は、主流路６１の基端部６１１側からキャビティ５（ゲート６３）側に向って漸減している。

主ヒータ７は、例えば、電熱線で構成されている。図１に示すように、この主ヒータ７は、螺旋状をなして、主流路６１（流路６）の外周側に設置されている。

なお、主ヒータ７の出力数は、特に限定されず、１００〜１０００Ｗであるのが好ましく、３００〜５００Ｗであるのがより好ましい。これにより、主流路６１内の樹脂材料Ｐを確実に加熱することができる。

図１、図２に示すように、局部ヒータ８は、以下で詳述するゲート６３付近に、副流路６２を囲むように設置されている。また、局部ヒータ８は、主流路６１から副流路６２を経てゲート６３付近を通過する樹脂材料Ｐを加熱するように作動する。

たとえ、主ヒータ７により加熱された樹脂材料Ｐがゲート６３に達するまでに、樹脂材料Ｐの熱が流路６（主流路６１、副流路６２）を介して上型３（成形型１）に奪われたとしても、前述したような局部ヒータ８により、ゲート６３を通過する樹脂材料Ｐを確実に加熱することができる。これにより、温度低下により樹脂材料Ｐの粘度が低下して樹脂材料Ｐがゲート６３付近で滞留する（ゲートバランスが悪化する）のを防止することができ、よって、樹脂材料Ｐをキャビティ５内に確実に充填することができる。

ここで、「ゲートバランスが悪化する」とは、樹脂材料を充填してもゲートが閉塞して樹脂材料が流れない状態のことをいう。この状態で樹脂材料を充填し続けると、キャビティ内の圧力が増加し、遂には、ゲートがその圧力により開放する。しかし、このときのゲートから突出した樹脂材料は、高速で流れるため、その速度の制御が困難となり、ガス焼け、ヒケ、気泡等のような成形不良が発生する。

また、前述したように樹脂材料Ｐがゲート６３付近で滞留するのを防止することができるため、ゲート６３から射出される樹脂材料Ｐの射出速度を制御することができ、よって、樹脂材料Ｐが、圧縮されて高温になったキャビティ５内の空気により、例えば茶色や黒色に変色するのを防止する、すなわち、例えば、樹脂材料Ｐにガス焼けが生じるのを防止することができる。また、同様に、射出速度を制御することができることにより、ヒケが生じるのを防止するような射出速度により射出を行うことができる。また、同様に、射出速度を制御することができることにより、樹脂材料Ｐに空気を巻き込むのを防止することができ、よって、成形した外筒２内に泡が生じる（残留）のを防止することができる。

また、前述したように樹脂材料Ｐがゲート６３付近で滞留するのを防止することができるため、樹脂材料Ｐに掛けられた圧力が損失することなく、ストレートにキャビティ５内に圧力を伝えられるので、ゲート６３によって開口されている樹脂注入口からキャビティ５内に流れ出る樹脂の平均化、樹脂材料Ｐの滞留による劣化防止が実現される。

また、局部ヒータ８により、ゲート６３の開放性を向上させることができ、よって、フランジ成形部５２のような金型加工の困難な細部にゲート６３を設けることができる。

また、局部ヒータ８は、チップヒータで構成されているのが好ましい。ここで、チップヒータとは、局所的な加熱に適し、例えば、ニクロム線で構成され、電流を流すと発熱するものをいう。

チップヒータは、その温度制御が容易であるため、ゲート６３を通過する樹脂材料Ｐをより確実に加熱することができる。また、チップヒータは、成形型１への設置（組み込み）が容易である。

また、局部ヒータ８（チップヒータ）の出力数は、特に限定されず、５０〜３００Ｗであるのが好ましく、１００〜２００Ｗであるのがより好ましい。これにより、ゲート６３の樹脂材料Ｐをより確実に加熱することができる。

局部ヒータ８を備えたゲート６３は、図１、図２に示すように、キャビティ５のフランジ成形部５２の縁部５２１（フランジ部２７の縁部に対応する箇所）に連通している。すなわち、ゲート６３は、キャビティ５の基端付近に位置している。

ゲート６３がこのような位置に設けられていることにより、上述した局部ヒータ８の効果と相まって、ゲート６３から射出される環状ポリオレフィン樹脂のような熱量の不足しがちな樹脂材料Ｐであっても、樹脂材料Ｐによるコア４１への押圧を防止することができ、よって、射出時にコア４１が傾倒するのを防止（抑制）することができる。従って、コア４１の傾倒により外筒２の肉厚が部分的に薄くなる、すなわち、外筒２の内面の真円度の向上が図れるとともに、外筒２が曲がって成形されること（成形品曲がり）を防止（抑制）することができる。

また、前述したように、コア４１の傾倒を防止することができるため、射出（充填）時にコア４１と凹部３１の内周面３１１とが接するのを防止することができ、よって、コア４１と内周面３１１とが互いに磨耗するのを防止することができる。

本発明では、コア４１の傾倒量は、通常、０．０１〜０．０５ｍｍに抑制することができる。なお、コア４１の傾倒量は、以下のように計測される。

まず、成形された外筒本体２８の先端部の肉厚を、外筒本体２８の周方向に沿って計測する。次いで、計測された肉厚において、最大肉厚と最小肉厚との差をとり、この差を２で除する。このときの数値がコア４１の傾倒量となる。

また、ゲート６３の長さ（図２中、Ｌで示す長さ）は、特に限定されないが、０．５〜５ｍｍであるのが好ましく、０．７〜３ｍｍであるのがより好ましい。これにより、後述する局部ヒータ８で加熱された樹脂材料Ｐを即座にキャビティ５内へ射出することができ、よって、樹脂材料Ｐをキャビティ５内により確実に充填することができる。

また、ゲート６３の内径（図２中、φｄで示す長さ）は、特に限定されないが、０．３〜２ｍｍであるのが好ましく、０．５〜１ｍｍであるのがより好ましい。これにより、樹脂材料Ｐをキャビティ５内へ確実に射出することができる。

以上のような構成の成形型１により、樹脂材料Ｐが流路６内で溶融状態を維持することができ、よって、樹脂材料Ｐをキャビティ５内に確実に充填することができる。従って、成形品（外筒２）が確実に（良好に）成形され得る。

次に、成形型１を用いて外筒２を成形する工程（成形方法）について、主に図３を参照して説明する。

［１］型閉め工程（第１の工程）
まず、図１に示すように、上型３を基端方向に移動して、成形型１の型閉めを行ない、その状態を維持する。また、本工程の途中から、局部ヒータ８に通電し、局部ヒータ８の作動が開始される。この局部ヒータ８の作動開始のタイミング（図３中ｔ_１で示す時間）は、特に限定されないが、本工程の終了の１〜９秒前であるのが好ましく、本工程の終了の５〜９秒前であるのがより好ましい。

なお、局部ヒータ８は、その出力を切らずに、低出力で作動させて、ゲート６３を加熱するよう構成させていてもよい。これにより、射出時の樹脂材料Ｐの温度を短時間で必要な温度まで上昇させることができる。

このような局所ヒータ８の始動により、樹脂材料Ｐを射出する前にゲート６３が加熱される（温められる）ため、ゲート６３で樹脂材料Ｐの熱が奪われるのを防止することができ、よって、樹脂材料Ｐがゲート６３内を通過し易くなる。

なお、局所ヒータ８の作動によるゲート６３の加熱温度は、特に限定されず、例えば、１００〜４００度であるのが好ましく、２００〜３５０度であるのがより好ましい。

［２］射出工程（第２の工程）
次に、主ヒータ７を作動させつつ、キャビティ５内に樹脂材料Ｐを射出する（充填する）。

なお、樹脂材料Ｐがキャビティ５内へ射出されるときの射出量は、特に限定されないが、３〜５０ｍＬ／秒であるのが好ましく、５〜３５ｍＬ／秒であるのがより好ましい。

また、局所ヒータ８の作動は、継続して（維持されて）いる（図３参照）。これにより、ゲート６３を通過する樹脂材料Ｐを加熱し続けることができ、よって、樹脂材料Ｐを確実にキャビティ５内へ充填することができる。

［３］保圧工程（第３の工程）
樹脂材料Ｐがキャビティ５内に充填された後、この樹脂材料Ｐの圧力（内圧）を一定時間保つ。

なお、樹脂材料Ｐの内圧を保つ保圧時間（図３中ｔ_２で示す時間）は、特に限定されないが、０．５〜８．０秒であるのが好ましく、１．０〜８．０秒であるのがより好ましい。これにより、樹脂材料Ｐがキャビティ５内で均一に拡散する（広がる）ことができる。

また、継続していた局部ヒータ８の作動は、本工程の途中で終了（次工程の冷却が開始されるまでに終了）するが、その終了は、本工程の終了より若干早く終了するのが好ましい（図３参照）。これにより、ゲート６３付近の樹脂材料Ｐを加熱し続けることができる。

［４］冷却工程（第４の工程）
次に、冷却手段（図示せず）を作動させ、成形型１を一定時間、冷却する。これにより、キャビティ５内の樹脂材料Ｐを冷却することができ、よって、外筒２が成形される。

なお、成形型１を冷却する冷却時間（図３中ｔ_３で示す時間）は、特に限定されないが、２〜６０秒であるのが好ましく、５〜３０秒であるのがより好ましい。これにより、キャビティ５内の樹脂材料Ｐを確実に冷却することができる。

また、成形型１を冷却する冷却速度は、特に限定されないが、４〜１２５℃／分であるのが好ましく、８〜５０℃／分であるのがより好ましい。これにより、成形不良（例えば、ヒケや割れ）を防止することができる。

［５］型開き工程（第５の工程）
次に、上型３を先端方向に移動して、成形型１の型開きを行なう。

［６］離型工程（第６の工程）
次に、得られた（成形された）外筒２を離型する。

以上のような工程を経ることにより、樹脂材料Ｐをキャビティ５内に確実に充填することができ、よって、前述したような外筒２が成形される。

以上、本発明の成形型および成形方法を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、成形型およびシリンジ外筒を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

また、成形型のキャビティの形成数は、上述した説明および説明で引用した図面では、説明の便宜上２つとしたがそれに限定されず、例えば、１つまたは３つ以上であってもよい。

また、ゲート付近は、チップヒータにより加熱されるのに限定されず、例えば、電磁誘導加熱により加熱されていてもよい。

また、冷却工程における冷却手段としては、特に限定されないが、例えば、空冷によるもの、水冷によるもの、油冷によるもの、ガス冷却によるものが挙げられる。

本発明の成形型を示す縦断面図である。図１中の実線で囲まれた領域［Ａ］の拡大詳細図である。図１に示す成形型における成形サイクルを示すタイミングチャートである。シリンジ外筒の縦断面図である。

符号の説明

１成形型
２外筒（シリンジ外筒）
２１１底部
２２口部
２２１流路
２３中心軸
２４内腔部
２６基端開口
２７フランジ部
２８外筒本体
３上型
３１凹部
３１１内周面
３２基端部
４下型
４１コア
４２先端部
５キャビティ
５１本体成形部
５２フランジ成形部
５２１縁部
５３口部成形部
６流路
６１主流路
６１１基端部
６２副流路
６３ゲート
７主ヒータ
８局部ヒータ
Ｐ樹脂材料

Claims

有底筒状の外筒本体と、該外筒本体の基端に形成された開口の外周部から突出するフランジ部とを有するシリンジ外筒を合成樹脂材料で成形する成形型であって、
前記シリンジ外筒の形状に対応した形状のキャビティと、
溶融状態の前記樹脂材料を前記キャビティ内に供給し、その出口が前記キャビティにおけるフランジ部の縁部に対応する箇所に連通するように設けられた流路と、
前記流路の外周側に設置され、前記流路内の前記樹脂材料を加熱する主ヒータと、
前記流路の出口付近に設置され、前記流路の出口付近を通過する前記樹脂材料を加熱する局部ヒータとを有し、
前記キャビティは、該キャビティ内で成形されるシリンジ外筒の中心軸がほぼ鉛直方向となり、かつ、当該成形されるシリンジ外筒のフランジ部側が鉛直下向きとなるように設けられていることを特徴とする成形型。
前記合成樹脂材料は、その融点が２００℃以上である請求項１に記載の成形型。
前記合成樹脂材料は、環状ポリオレフィンを主成分とする樹脂材料である請求項１に記載の成形型。
前記局部ヒータは、チップヒータで構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の成形型。
請求項１ないし４のいずれかに記載の成形型を用いて前記シリンジ外筒を成形する方法であって、
前記成形型の型閉めを行ない、その状態を維持する第１の工程と、
前記主ヒータを作動させつつ、前記キャビティ内に溶融状態の前記樹脂材料を射出する第２の工程と、
前記キャビティ内に充填された前記樹脂材料の圧力を保つ第３の工程と、
前記成形型を冷却する第４の工程と、
前記成形型の型開きを行なう第５の工程と、
得られた前記シリンジ外筒を離型する第６の工程とを有し、
前記第１の工程の途中から前記第３の工程の途中にわたって、前記局部ヒータを作動させることを特徴とする成形方法。
前記第１の工程の終了の１〜９秒前に、前記局部ヒータの作動が開始される請求項５に記載の成形方法。
前記第３の工程の終了より若干早く、前記局部ヒータの作動が終了する請求項５または６に記載の成形方法。