研究開発された技術紹介

金属材料価格の高騰に伴い、安価に高い剛性の得られる樹脂製品を簡単な構造体の部品として活用したいというニーズが増えてきたが、樹脂製品の代表的な成形手法である射出成形は基本的に薄肉製品を対象としており、構造体として求められる厚肉形状を成形することが難しい。本研究は通常のガスアシスト成形に回転成形の要素を加え、ガスによる圧力及び回転による遠心力の作用により肉厚35MM程度の成形を目指すものである

遠心力を活用した新しいガスアシスト成形
・金型設計手法を最適化→ガス圧力と遠心力が作用する下での樹脂流動状態をシミュレート
・強度・剛性の向上→従来は厚肉部10mm程度のところ、より厚い成形を行い、強度・剛性を向上
・厚肉品の成形→ガスアシスト成形金型の回転機構を開発。厚肉部が35mm程度の中空部を偏肉・内部不良なしに成形

(新技術)
＜ガス圧力および遠心力作用による厚肉樹脂製ジョイント＞
・従来のガスアシスト成型では困難な、「厚肉成型」を目指す
・厚肉にすることにより、トラス構造等に必要な剛性を満たす商品に

・遠心力による樹脂成形の挙動を解析
‐中空部を球体の中心に形成するためには、アシストガスの役割を持つ窒素ガスの注入口を、球体キャビティの表面でなく、中心付近とする方がよい
‐解析手法を確立し、金型を回転させる効果をシミュレーションすることによって、中空部の成形予測を実現
‐ナイロンGF50のような粘性が高い材料の場合、コアの回転数を300rpmと比較的小さくしても、キャビティ内の樹脂は中空形状に成り得る
・厚肉中空成形用金型を開発
‐多数の金型を試作し、スプルー冷却構造やゲート部の逆流防止機構、回転金型における円環状に配置したランナーなどの試行を実施
・厚肉中空の成形品を試作
‐ガス圧の持続時間を600秒程度とした場合、中空部は形成できないものの、ボールジョイントとしての実用が可能である
‐回転機構を備えた金型を用いる場合、コアの回転数を大きくすることで成形品の表面近傍の密度が高く、中心部の密度が低いことを確認
‐厚肉品を安定して成形する技術を確立。強度部材等への活用が可能
・金型のコアを回転させた場合の効果についての流体シミュレーション(流体体積法VOFモデル)
～回転数1,500rpmの条件では、0.5秒経過で、ほぼ中空に近い状態に(ただし、回転による遠心力のみで3次元の球体を成形したい場合には、回転軸を変えながら様々な角度でコア回転を行う必要あり)～

大型・厚肉樹脂製品の実現により、様々な強度部材(ボルト等)への展開が可能

・補完研究中であり、実用化はH26年度の見込み
・試作機・サンプルなし

・軽量化:従来、鋼材で作られていた厚肉部品を樹脂にすることで軽量化を実現する
・強度向上:樹脂部品を製作する際、肉厚を大きくし剛性を高めることが可能
・歩留まり向上:厚肉部品を樹脂で成形する際に、内部不良などを低減できる

当初想定のボールジョイント以外の用途への活用も視野に、補完研究を実施
・大型樹脂製ボルトの成形手法として、引き続き検討を行っている。今後は、樹脂製ボルトに関する既存製品の調査や、本事業成果(厚肉成形)により得られる樹脂製ボルトの形状や性能の予測を実施
・具体的には直径30mm程度の樹脂製ボルトの成形を目指し、これによって電気・電子分野や自動車分野についても販路の開拓を行っていく。現在市場では直径16mmのボルトが最大であるため、樹脂製(軽量・絶縁性に優れている)で大型のボルトは様々な分野における活用が見込まれる