JP2000141011A - ホットランナ射出成形方法及びホットランナ射出成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形品におけるランナ・ゲートとの切断面を
平滑にできるホットランナ金型を用いたホットランナ射
出成形方法及び装置を提供する。 【解決手段】 キャビティ１０内には、ホットランナノ
ズル２及びゲート７を経由して成形材料が充填されるよ
うになっている。ゲート分離機構の分離部材１７は、ア
クチュエータ２０の作動により、成形材料の充填時には
ゲート７を開とし、成形材料の充填後でホットランナノ
ズル２内部の成形材料が溶融または半溶融状態であると
きに、ゲート７を閉じて成形品とゲート７を分離する。
この分離の際、ゲート７内の成形材料をホットランナノ
ズル２側に逆流させるべく、ホットランナノズル２側の
射出圧力を減圧する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホットランナ金型
を用いてチクソ成形又はダイカスト成形を行うホットラ
ンナ射出成形装置に関し、特に、成形品におけるランナ
・ゲートとの切断面を平滑にできるホットランナ射出成
形方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属材料をチクソ成形又はダイカ
スト成形する装置としては、コールドランナ金型を用い
た（コールドランナ方式と記す）射出成形装置が一般的
である。このコールドランナ方式による成形では、通
常、成形品のランナゲートは、成形品の取り出し後にト
リミングプレスや手作業により取り除かれる。そして、
ランナゲートの切断面の平滑性が特に要求される場合に
は、切断後さらに切削，ヤスリ仕上げ等の加工が必要と
される。

【０００３】一方、樹脂材料を成形する装置としては、
ホットランナ金型を用いた（ホットランナ方式と記す）
射出成形装置が知られている。ホットランナ方式では、
ランナ部分にヒータが挿入されており、そのヒータの加
熱により成形中常にランナ内の成形材料が流動状態に保
たれる。この方式には、大別して２つの方式、即ち、ゲ
ートを機械的な弁で開閉する“バルブゲート方式”と、
ゲート部分の材料の温度をコントロールしてゲートを閉
鎖する“熱バランス方式”があるが、いずれも、１回の
成形毎に金型内に成形材料の流路を残したまま製品だけ
を取り出すようにしており、以下のような特徴がある。 １．ランナ・スプル等の廃棄材料が生じない。 ２．ランナ・スプルの取り出しが不要で、且つピンポイ
ントゲート（孔状のゲート），スリットゲートにおいて
成形品を自動分離できるので、ゲート切断分離の工程が
不要である。

【０００４】このように、ホットランナ方式によれば、
廃材が少なくなり、また製品歩留まりを向上できるた
め、コストを削減できるという利点がある。

【０００５】しかしながら、ホットランナ方式では金属
材料の成形を行った場合、金属材料の熔融粘度が低いこ
とに起因して、ゲートから熔融した金属材料が漏れてし
まい、金属材料の射出成形用金型としては用いることが
できないという問題点があった。

【０００６】その問題を解決するものとして特開平９−
８５４１６号公報に記載のホットランナ手法が知られて
いる。図４，５はそのホットランナ方式で用いられる金
型構成を示す図である。以下、この手法について説明す
る。

【０００７】ノズル板４８及び可動側型板５０の互いに
対向する面に複数個取りのキャビティ４９が設けられて
いる。各キャビティ４９毎にヒータ４４によって加熱さ
れるホットランナノズル４３が配設されている。各ホッ
トランナノズル４３はマニホルド４７に内設された流路
４６に連通されている。各ホットランナノズル４３はそ
れぞれ２個以上の断面形状が円形の孔からなるゲート４
１を有している。

【０００８】上記ゲート４１は直径が０．１ｍｍ〜０．
５ｍｍの範囲内に設定され、各孔を通る溶融した金属材
料の流動抵抗が流路４６に滞留している溶融した金属材
料の残圧より高くなるように構成されているため、ゲー
ト４１からの金属材料の流出を防止することができる。

【０００９】なお、この特開平９−８５４１６号公報の
ホットランナ方式では、成形後のゲート４１の分離は、
成形材料を型内で冷却固化させた後、型開きすることで
自動的に行われるようになっている。すなわち、上記型
開きを行うことで、ゲート開口部と成形品の境界におい
てそれらが切断分離するようになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たホットランナ方式では、ゲート４１の分離を成形品と
ゲートとの破断分離により行うため、成形品にゲート残
りや糸引き現象が起きる場合があり、また逆に成形品側
に凹面のゲート跡が残ることもあった。

【００１１】このため、その成形品が外観製品の場合、
このような部分（ゲート残り部分等）に対しては、やす
り仕上げ等を施す必要があり、工程数が増えるという問
題があった。

【００１２】また、薄肉成形品の場合には、ゲート断面
積を大きくとる必要があり、ピンポイントゲートまたは
スリットゲートの数を多くすることで対応せざるを得
ず、結果としてゲート跡の仕上げ工数が増えるという問
題があった。

【００１３】本発明は上記問題を解決するためになされ
たものであって、成形品におけるランナ・ゲートとの切
断面を平滑にできるホットランナ金型を用いたホットラ
ンナ射出成形方法及び装置を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のホット
ランナ射出成形方法は、キャビティ内に、ホットラン
ナ、及び、ファンゲートまたはフィルムゲートからなる
ゲートを経由して成形材料を充填することで成形品を製
造するホットランナ射出成形方法において、前記キャビ
ティと前記ゲートとの境界部分において前記ゲートを開
閉するゲート分離手段により、前記成形材料の充填時に
は前記ゲートを開けておき、前記成形材料の充填後で前
記ホットランナ内の成形材料が溶融または半溶融状態で
あるときに、前記ゲートを閉じることを特徴としてい
る。

【００１５】請求項２に記載のホットランナ射出成形方
法は、請求項１に記載のホットランナ射出成形方法にお
いて、前記ゲート分離手段が前記ゲートを閉じることに
より、前記ゲート内の成形材料を前記ホットランナ側に
逆流させることを特徴としている。

【００１６】請求項３に記載のホットランナ射出成形方
法は、請求項２に記載のホットランナ射出成形方法にお
いて、前記ゲート分離手段が前記ゲートを閉じる動作に
同期して、前記ホットランナ側の射出圧力を減圧するこ
とを特徴としている。

【００１７】請求項４に記載のホットランナ射出成形装
置は、キャビティ内に、ホットランナ、及び、ファンゲ
ートまたはフィルムゲートからなるゲートを経由して成
形材料を充填することで成形品を製造するホットランナ
射出成形装置において、前記キャビティと前記ゲートと
の境界部分において前記ゲートを開閉するゲート分離手
段と、該ゲート分離手段に、前記成形材料の充填時には
前記ゲートを開けさせ、前記成形材料の充填後で前記ホ
ットランナ内の成形材料が溶融または半溶融状態である
ときに前記ゲートを閉じさせる制御手段と、を有するこ
とを特徴としている。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づき説明する。図１は、本発明の一実施の形態
のホットランナ射出成形装置を示す断面図である。図２
はその要部拡大断面図である。

【００１９】図１，２において、金属材料等の成形材料
は、スプルブッシュ１に形成されたスプル３、及び、ホ
ットランナノズル２に形成されたランナ９，ゲート７を
経由してキャビティ１０内に充填される。なお、ゲート
７は急速充填が可能なファンゲートである。

【００２０】ホットランナノズル２の近傍にはコイル
４，５及びコイル絶縁部材６が配置されており、電磁誘
導加熱方式によりホットランナノズル２を高温に保てる
ようになっている。この電磁誘導加熱方式によれば、コ
イル４，５自体の発熱を小さくした上で、ホットランナ
ノズル２を直接渦電流損によって発熱させることができ
る。これにより、成形材料を高温に保った状態でキャビ
ティ１０内に充填できる。また、コイル４，５に供給す
る電流は成形サイクルに同期させて制御可能であり、ホ
ットランナノズル２の温度を任意に設定できるようにな
っている。したがって、成形時にホットランナノズル２
を高温に昇温する（高温モード）とともに、成形中断時
にコイル４，５に供給する電流を少なくしてゲートシー
ル状態とする（保温モード）ことができる。すなわち、
成形中断時にはホットランナノズル２の温度を降下させ
て、ホットランナノズル２から溶融金属が漏洩すること
を防止し、さらに電力のロスを省くことができる。

【００２１】ホットランナノズル２とコイル絶縁部材６
との間には、エアギャップ１１が設けられており、ホッ
トランナノズル２からコイル４，５への熱伝導を低減
し、ノズルの加熱によりコイルが溶融し断線しない構造
となっている。また、ホットランナノズル２の周囲には
断熱部材１２〜１６が設けられており、熱が金型全体へ
と伝わるのを抑制している。断熱部材１３はキャビティ
型２３の一部をなしており、対向するコア型２２とでキ
ャビティ１０を形成している。

【００２２】キャビティ１０の下方（コア型側）には突
き出し棒２１が設けられており、成形後に突き出し棒２
１を図中の矢印Ｘ方向に駆動することで、キャビティ１
０内の成形品の取り出しがなされる。

【００２３】また、ゲート７のキャビティ１０との接続
部分にはゲート分離機構が設けられている。図３はその
ゲート分離機構を示す側面図である。ゲート分離機構
は、分離部材１７，連結ロッド１８，連結プレート１９
及び油圧シリンダ等により構成されるアクチュエータ２
０により構成されおり、後述するように、分離部材１７
を図中の矢印Ｙ方向に変位させることで、成形材料充填
後に成形品とゲート７を分離できるようになっている。
なお、図中の３０は分離部材１７の分離面であり、ゲー
トが開のときゲートの壁面を構成し、ゲートを閉のとき
成形品の端面を構成する。

【００２４】このような本実施の形態のホットランナ射
出成形装置は、図示していない制御機構によりその動作
タイミング等が制御されるようになっている。

【００２５】次に、本実施の形態のホットランナ射出成
形装置の具体例及びその動作について説明する。なお、
以下では、本ホットランナ射出成形装置によりマグネシ
ウム合金の成形を行う場合について説明する。

【００２６】ここでは、５５０〜５８０℃に加熱された
半溶融状態のマグネシウム合金を、約２００℃に温度制
御されたキャビティ１０に高速充填する。溶湯（マグネ
シウム合金）のゲート速度は製品肉厚と製品長さ（充填
長さ）から求まり、一例として、肉厚２ｍｍ，充填長さ
２２０ｍｍの場合、ゲート速度は５０ｍ／ｓｅｃとなる
（ダイカスト技術入門、ｐ．１３５，日刊工業新聞社、
参照）。ゲート面積Ａｇは、ゲート速度をＶｇ，成形機
の射出シリンダの面積をＡｃ，同射出速度をＶｃとする
と、 Ａｇ＝Ａｃ・Ｖｃ／Ｖｇ で求まる。Ｖｃを１ｍ／ｓ，シリンダ面積を２０４２ｍ
ｍ²に設定すると、上式より、Ａｇ＝４０ｍｍ²となり、
これにより、ここではゲート厚さを０．５ｍｍ，長さ８
０ｍｍのファンゲートとした。

【００２７】コイル４，５としてはホットランナノズル
を５８０℃以上に昇温できるものを使用し、ホットラン
ナノズル２の材料としては、高周波電流によるジュール
熱を大きくするために、透磁率の大きい鋼を使用した。
また、コイル絶縁部材６及び断熱部材１２〜１６として
は、熱伝導率が小さく、高温強度が優れているセラミッ
クス、ムライトを使用した。また、分離部材１７，連結
ロッド１８等の摺動部材は、２００℃以上の高温中で焼
き付けを起こさず、円滑に摺動する必要があるため、こ
れらの部材の表面には窒化クロム（ＣｒＮ）の膜をコー
ティングした。このコーティング膜としては他に高温で
の摩擦係数が小さいＣｒＣ，ＴｉＡｌＮ等が使用でき
る。

【００２８】成形は以下の手順で行う。 まず、コイル４，５を高温モードで通電して、ホット
ランナノズル２を昇温する。また、キャビティ１０の温
度制御（約２００℃）を実行する。

【００２９】次に、スプル３，ランナ９，ゲート７を
経由して、キャビティ１０に高温（５５０℃〜５８０
℃）に加熱した溶融または半溶融の成形材料（マグネシ
ウム合金）を充填する。この際、ゲート分離機構のアク
チュエータ２０により分離部材１７を下方（コア型２２
側）に移動させて、ゲート７を開いた状態にしておく。
このため、ゲート７を介して高速に成形材料を充填で
き、マグネシウム合金の流動性の低下に伴う湯廻りの不
均一化を防止できる。

【００３０】保圧後、キャビティ１０内部の成形品が
硬化した状態で、且つゲート７及びランナ９内部のマグ
ネシウム合金が半溶融状態の間に、ゲート分離機構のア
クチュエータ２０を作動させて、分離部材１７を上方
（図中の矢印Ｙ方向）に変位させ、ゲート７内部の成形
材料を成形機側（ホットランナノズル２側）に押し戻し
ながら、断熱部材１３と接する位置まで上昇させる。こ
れにより、ゲート７が閉じられ、キャビティ１０内部の
成形品とゲート７が分離される。なお、分離部材７の変
移に伴って、ゲート７内部の成形材料を成形機側に押し
戻す（逆流させる）ためには、アクチュエータ２０の作
動と同期して成形機の射出シリンダ（図示していない）
の圧力を一気に減圧することが必要である。この減圧機
構としては例えば一般的な油圧装置が使用できる。

【００３１】ゲート分離が終了したら、キャビティ１
０の温度を低下させて、キャビティ型２３を開ける。ま
た、コイル４，５への供給電流を低下させ、ホットラン
ナノズル２を保温状態とする。

【００３２】最後に、突き出し棒２１をＸ方向に突き
出して、成形品を取り出す。このとき、既に上記の工
程によりゲート分離がなされているため、破断分離をす
る必要がない。このため、分離部材１７の端面（分離面
３０）の表面粗さを平滑にしておけば、成形品における
分離部分８（図２参照）を美麗なものとすることがで
き、２次加工を省略（または簡単化）することが可能と
なる。

【００３３】なお、以上の実施の形態ではゲートとして
ファンゲートを用いたが急速な成形材料の充填が可能な
フィルムゲートを用いてもよい。

【００３４】また、ゲート分離機構は、キャビティとの
境界においてゲートを開閉できるものであれば、必ずし
も上記実施の形態のようにゲートと直交する方向からゲ
ートを分離するものである必要はなく、例えば、ゲート
と平行に配されゲートを平行な方向から開閉するもので
あってもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、ゲー
ト（ファンゲートまたはフィルムゲート）を開閉できる
ゲート分離機構を用いてキャビティへの成形材料の充填
するため、成形材料の充填時にはゲート大きく開けてお
くことができ、充填を高速に行うことが可能となる。こ
のため、特にマグネシウム合金等の固化が早い金属材料
の充填にその効果を発揮する。

【００３６】また、成形後のホットランナノズル内の成
形材料が半溶融状態である間に、ゲート内の成形材料を
成形機側（ホットランナ側）に逆流させてゲート分離を
行うため、成形品とゲートとの破断分離を行う必要がな
く、ゲート分離面を平滑化することができる。したがっ
て、２次加工が不要もしくは簡単になり、コスト削減を
実現できる。

【００３７】さらに、廃材となるスプルやランナが発生
しないため、材料歩留まりが向上するとともに、廃材の
再生処理が不要となる。特に、小型の成形品を製造する
場合には、スプル，ランナの体積の成形品体積に対する
割合が大きくなるため、本発明が有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のホットランナ射出成形
装置を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施の形態のホットランナ射出成形
装置の要部を示す拡大断面図である。

【図３】本発明のゲート分離機構の側面断面図である。

【図４】従来のホットランナ方式で用いられる金型構成
を示す図である。

【図５】従来のホットランナ方式で用いられる金型構成
の要部を示す拡大図である。

【符号の説明】

２ ホットランナノズル ３ スプル ４，５ コイル ７ ゲート ９ ランナ １０ キャビティ １７ 分離部材 ２０ アクチュエータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻本 八十郎 大阪府八尾市跡部本町４丁目１番33号 シ ャープマニファクチャリングシステム株式 会社内 Ｆターム(参考） 4E093 NA01 NB05 PA03 4F202 AA49 AJ06 AJ09 AJ13 CA11 CB01 CD22 CK03 CK06 CK07 CN27

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャビティ内に、ホットランナ、及び、
   ファンゲートまたはフィルムゲートからなるゲートを経
   由して成形材料を充填することで成形品を製造するホッ
   トランナ射出成形方法において、 前記キャビティと前記ゲートとの境界部分において前記
   ゲートを開閉するゲート分離手段により、前記成形材料
   の充填時には前記ゲートを開けておき、前記成形材料の
   充填後で前記ホットランナ内の成形材料が溶融または半
   溶融状態であるときに、前記ゲートを閉じて成形品とゲ
   ートを分離することを特徴とするホットランナ射出成形
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のホットランナ射出成形
   方法において、 前記ゲート分離手段が前記ゲートを閉じることにより、
   前記ゲート内の成形材料を前記ホットランナ側に逆流さ
   せることを特徴とするホットランナ成形方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のホットランナ射出成形
   方法において、 前記ゲート分離手段が前記ゲートを閉じる動作に同期し
   て、前記ホットランナ側の射出圧力を減圧することを特
   徴とするホットランナ射出成形方法。
4. 【請求項４】 キャビティ内に、ホットランナ、及び、
   ファンゲートまたはフィルムゲートからなるゲートを経
   由して成形材料を充填することで成形品を製造するホッ
   トランナ射出成形装置において、 前記キャビティと前記ゲートとの境界部分において前記
   ゲートを開閉するゲート分離手段を有し、前記成形材料
   の充填時には前記ゲートを開け、前記成形材料の充填後
   で前記ホットランナ内の成形材料が溶融または半溶融状
   態であるときに前記ゲートを閉じてゲートを分離するこ
   とを特徴とするホットランナ射出成形装置。