JP2000233269A

JP2000233269A - ホットランナー金型

Info

Publication number: JP2000233269A
Application number: JP11032104A
Authority: JP
Inventors: Itsuo Shibata; 逸雄柴田; Takashi Mizushima; 貴水島; Ryoichi Sekiguchi; 良一関口; Hitoshi Toki; 仁土岐
Original assignee: JUO KK
Current assignee: JUO KK
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2000-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】溶融金属流通部の高温高圧下におけるクリー
プ強度を高めて、溶融金属のホットランナー射出成形に
適したホットランナー金型を提供することを目的とす
る。【解決手段】溶融金属流通部は、金属製の外筒体と、
この外筒体の内側に形成されたセラミック製の内筒体
と、前記外筒体と前記内筒体との間の空間部と、この空
間部に装填され、前記溶融金属と化学反応を生じさせて
前記溶融金属を固化させる化学反応材と、前記内筒体に
形成され、前記内筒体を流れる溶融金を前記空間部に導
く溶融金属導入部とを有し、前記溶融金属を前記空間部
に流し、前記化学反応材と前記溶融金属とを反応させ、
固化した反応金属で前記空間部又は前記溶融金属導入部
を閉塞させたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形時にラン
ナーやスプルーを排出することのないホットランナー金
型に関し、特に、高温高圧において溶融金属が流れるラ
ンナーやノズル等の溶融金属流通部のクリープ強度を向
上させることによって、溶融金属の射出成形に適するよ
うにしたホットランナー金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】ランナーレス射出成形法は、ランナーや
スプルーを排出することなく製品の成形が可能であるの
で、ランナー・ゲート方式の射出成形に比してその利益
が極めて大きい。このようなランナーレス射出成形は、
溶融温度が２００℃〜３００℃と比較的低温の樹脂など
の射出成形に適している。従って、樹脂の射出成形にお
いてはランナーレス射出成形法が広く利用されている。
図５は誘導加熱を利用したホットランナー金型の断面図
である。金型は、ノズル２０′やマニホールド１０′が
取り付けられる固定側金型板１と、製品形状に応じた形
状のキャビティ２ａが形成された可動側金型板２とを有
する。キャビティ２ａは、可動側金型板２に取り付けら
れた耐熱性に優れる金属コア６に形成され、この金属コ
ア６に対応する金属コア５が固定側金型板１に取り付け
られている。

【０００３】固定側金型板１の後方にバックプレート３
が取り付けられ、このバックプレート３と固定側金型板
１との間の空間部７にマニホールド１０′が配置され
る。マニホールド１０′の外周面には誘導加熱用のコイ
ル４が巻回され、マニホールド１０′内の材料を加熱で
きるようになっている。固定側金型板１及び金属コア５
には、空間７から可動側金型板２のキャビティ２ａに向
けて貫通するノズル取付穴１ａが形成され、このノズル
取付穴１ａに空間７側からノズル２０′が嵌入される。
特に図示しないが、ノズル２０′の周囲には加熱用のコ
イルが巻回され、ノズル２０′内の材料を加熱すること
ができるようになっている。上記構成のホットランナー
型射出成形機は、理論上はマグネシウムやアルミニウ
ム、亜鉛などの金属においても適用が可能である。

【０００４】しかしながら、溶融金属が流通するマニホ
ールドやノズルなどのような金型内の溶融金属流通部
は、通常は鉄などの金属で形成されているため、上記し
た融点が４００℃〜７００℃（マグネシウム：約６５０
℃、アルミニウム：約６６０℃、亜鉛：約４２０℃）と
高温の金属を、１０００ｋｇ／cm²という高圧で繰り返
し射出するにはクリープ強度が弱く、寿命が短いという
問題がある。このような高温高圧下におけるクリープ強
度を高めるためには、溶融金属流通部の肉厚を厚くすれ
ばよいのだが、金型の大きさ及び重量には一定の制限が
あるため、厚くできる肉厚にも限度があり、大幅な寿命
の向上を期待することはできない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
に鑑みてなされたもので、マニホールドやノズルなどの
溶融金属流通部の高温高圧下におけるクリープ強度を高
めて、これらの寿命の大幅な向上を図り、マグネシウム
などの溶融金属のホットランナー射出成形に適したホッ
トランナー金型を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願発明者は、高温高圧に対するクリープ強度に優
れる窒化珪素などのセラミックに着目し、セラミックを
利用して溶融金属流通部を形成することとした。本発明
は、固定側金型板と、この固定側金型板に対して移動可
能に設けられ、キャビティが形成された可動側金型板
と、前記キャビティに溶融材料を射出するために前記固
定側金型板に形成された溶融金属流通部とを有するホッ
トランナー金型において、前記溶融金属流通部は、金属
製の外筒体と、この外筒体の内側に形成されたセラミッ
ク製の内筒体と、前記外筒体と前記内筒体との間の空間
部と、この空間部に装填され、前記溶融金属と化学反応
を生じさせて前記溶融金属を固化させる化学反応材と、
前記内筒体に形成され、前記内筒体を流れる溶融金を前
記空間部に導く溶融金属導入部とを有し、前記溶融金属
を前記空間部に流し、前記化学反応材と前記溶融金属と
を反応させ、固化した反応金属で前記空間部又は前記溶
融金属導入部を閉塞させたことを特徴とする。

【０００７】セラミックを利用するに当たって問題とな
るのは、セラミックは高温高圧下におけるクリープ強度
が金属よりも優れるものの、その性質上、脆性破壊しや
すいという点である。そこで、本発明では、セラミック
の内筒体と金属の外筒体とから溶融金属流通部を構成し
た。セラミックを利用するに当たって次に問題となるの
は、セラミックはその性質上、長大な製品の一体成形が
困難な点である。従って、マニホールドのような長大な
ものを形成するには、内筒体を複数の分割部分に形成
し、各部分を接合する必要がある。しかし、このような
分割部分を接合する場合、高温高圧下においても前記接
合部分に完全なシールを形成することは極めて困難であ
り、コストも極めて高くなって現実的ではない。また、
シールが不完全なままでは、溶融金属を流したときの熱
により、セラミック製の内筒体と金属製の外筒体との間
に熱膨張率の違いによる微小な隙間ができ、この隙間に
溶融金属が流れ込んで溶融金属の圧力がそのまま高温高
圧下におけるクリープ強度の低い金属製の外筒体に作用
するので、本発明の目的を達成することはできない。

【０００８】そこで、本発明では、前記外筒体と前記内
筒体との間に所定幅の空間部を形成し、この空間部に連
通する溶融金属導入部を内筒体に形成して、溶融金属を
前記空間部に積極的に流し込むようにした。内筒体を複
数の分割部分で形成する場合には、各部分の接合部の間
隙をそのまま溶融金属導入部として利用することが可能
であることから、コストも安価にできる。空間部には、
酸素、塩素、弗素などの化学反応材が装填されていて、
この化学反応材に高温の溶融金属が接触することによっ
て酸化、塩化又は弗化などの化学反応が生じる。これら
と反応して得られた反応金属は一旦固化すると極めて安
定的になり、溶融金属を流しても容易には溶融しない。
前記空間部の幅は、空間部に気体状態で存在する化学反
応材によって溶融金属の少なくとも表面を十分に化学反
応させることのできるものであることが好ましい。化学
反応としては酸化反応が好ましい。酸化アルミニウムな
どの化学反応促進剤を空間部に散布したり、溶融金属と
ともにスプルーからガスを吹き込むなど他の手段によっ
て溶融金属の化学反応を促進させるようにしてもよい。
このような補助的な手段を用いれば、狭い幅の空間部で
十分な量の反応金属を得ることができ、空間部の幅が同
一である場合には、金属のより深部まで達する反応金属
を得ることができる。

【０００９】反応金属は空間部内を流れて空間部又は溶
融金属導入部を塞ぐ。従って、溶融金属流通部内を流れ
る溶融金属の圧力のほとんどが高温高圧下において高い
クリープ強度を有するセラミック製の内筒体に作用する
ので、溶融金属流通部の寿命を飛躍的に向上させること
が可能になる。また、前述したように熱膨張率の相違か
ら外筒体と内筒体の間に隙間が生じると、外部加熱手段
によって外筒体を加熱してもその熱が内筒体に効率よく
伝わらないという問題が生じる。この発明では、熱伝導
性に優れる金属が空間部内に充填されるので、多少広幅
の空間部を内筒体と外筒体の間に形成しても前記外部加
熱手段による熱を効率よく外筒体から内筒体に伝えるこ
とができる。さらに、前記溶融金属流通部はノズルで、
前記空間部に連通する貫通穴状の溶融金属導入部を前記
内筒体の周壁に形成してもよい。

【００１０】この場合も、反応金属が溶融金属導入部を
塞ぐので、ノズル内を流れる溶融金属の圧力がほとんど
外筒体に作用しない。上記のように、セラミックと金属
とからノズルやマニホールドなどの溶融金属流通部を形
成することが可能になった。従って、本発明によって、
今までダイキャスト成形しか行うことができなかったア
ルミニウムなど、他の金属との反応性が極めて強い金属
についても、ホットランナ射出成形法を適用することが
可能になった。アルミニウムの場合には、セラミックと
して窒化珪素を用いることが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のホットランナー金型の好
適な実施形態を図面に従って詳細に説明する。なお、以
下の説明では溶融金属としてマグネシウム（融点６５０
℃）を例に挙げて説明するが、この発明はマグネシウム
に限らず亜鉛などの他の金属にも適用が可能である。ま
た、以下の説明において図５に示す従来例と同一の部
位、同一の部材には同一の符号を付して詳しい説明は省
略する。図１は本発明を溶融金属流通部であるマニホー
ルドに適用した第１の実施形態で、マニホールドの断面
図、図２は図１のＸ−Ｘ方向断面図である。マニホール
ド１０はバックプレート３に取り付けられる金属製の外
筒体１１と、この外筒体１１の中に挿入されるセラミッ
ク製の内筒体１２とから構成される。外筒体１１はラン
ナー収容部１１ａとスプルー収容部１１ｂとからなり、
これらはボルト１８でそれぞれ締結される。内筒体１２
は、外筒体１１の断面形状に合わせて筒状角柱形に形成
された複数個（この実施形態では４つ）のブロック体１
２を、外筒体１１のランナー収容部１１ａ及びスプルー
収容部１１ｂに挿入して形成される。ブロック体１２の
各々は外筒体１１の内寸法より小さい外寸法に形成さ
れ、外筒体１１と内筒体１２との間に所定の幅（外筒体
１１の内周面と内筒体１２の外周面との間の距離）の空
間部１９が形成されるようになっている。この空間部１
９の前記幅は、前記空間部１９に存在する酸素を含む気
体（例えば空気）量が、空間部１９に浸入した溶融金属
の表面を酸化するのに十分なものであるように決定され
るのが好ましい。なお、空間部１９は上記のように予め
形成されるものとしてもよいが、空間部１９に浸入した
溶融金属の表面を酸化するのに十分であれば、外筒体１
１と内筒体１２の熱膨張の差によって生じた隙間を空間
部１９として利用してもよい。

【００１２】ランナー収容部１１ａに挿入されたブロッ
ク体１２は、ランナー収容部１１ａの両端に嵌め込まれ
た閉塞部材１７によってランナー収容部１１ａ内に位置
決めされる。また、スプルー収容部１１ｂに挿入された
ブロック体１２は、マニホールド１０をバックプレート
３に取り付けることにより、スプルー収容部１１ｂに位
置決めされる。各ブロック体１２の連通状の中空部がラ
ンナー１５及びスプルー１６を形成する。各ブロック体
１２のほぼ中央には、ブロック体１２の周壁を貫通する
貫通穴１４が放射状に形成されている。また、ブロック
体１２とブロック体１２の当接部には間隙１３が形成さ
れる。この実施形態では、貫通穴１４及び間隙１３が、
ランナー１５及びスプルー１６から空間部１９に溶融マ
グネシウムを導く溶融金属導入部である。もちろん、貫
通穴１４を形成することなく、間隙１３のみを溶融導入
部としてもよい。

【００１３】また、外筒体１１の周囲には誘電加熱用の
コイル４が巻回され、このコイル４に所定の電圧が印加
されることによってランナー収容部１１ａ及びスプルー
収容部１１ｂの材料が誘導加熱される。次に、酸化マグ
ネシウムを形成して貫通穴１４及び間隙１３を塞ぐ手順
について説明する。溶融したマグネシウムをマニホール
ド１０内に流すと、溶融マグネシウムの一部は貫通穴１
４、間隙１３を通って空間部１９に浸入する。空間部１
９内には空気など酸素を含む気体が存在することから、
空間部１９内に浸入したマグネシウムは空気によって酸
化され、固化する。マグネシウムの表面が確実に酸化さ
れ、かつ、この酸化マグネシウムによって貫通穴１４及
び間隙１３が完全に塞がれるように、溶融マグネシウム
に加える圧力を調整するとよい。空間部１９内の気体だ
けでは十分な酸化マグネシウムを得られない場合は、例
えば、マニホールド１０内の溶融マグネシウムを一旦排
出し、マニホールド１０内に外気を取り込んで酸化を促
してもよいし、溶融マグネシウムと共にスプルー１６か
ら空気などを送り込んでもよい。また、酸化促進剤とし
て、例えば、微量の酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を
空間部１９内に散布して、溶融マグネシウムの酸化を促
進させるようにしてもよい。

【００１４】このようにして生成された酸化マグネシウ
ムは純粋なマグネシウムに比して融点がかなり高く、溶
融マグネシウムをランナー１５やスプルー１６に流した
り、誘導加熱コイル４によってマニホールド１０を加熱
しても溶けることはない。すなわち、酸化マグネシウム
によって、貫通穴１４及び間隙１３が常時閉塞された状
態になり、ランナー１５やスプルー１６を流れる溶融マ
グネシウムの圧力はそのほとんどが高温高圧下において
高いクリープ強度を有するセラミック製の内筒体１２に
作用する。次に、本発明の他の実施形態を、図面に従っ
て説明する。図３は、本発明を溶融金属流通部としての
ノズルに適用した第２の実施形態で、その断面図、図４
は図３のノズルのＹ−Ｙ方向断面図である。

【００１５】この実施形態では、ノズル２０はセラミッ
クで形成された中空円筒状の内筒体２１と、この内筒体
２１の外側に被せられた金属製の外筒体２２とから構成
される。特に図示はしないが、誘導加熱コイルが外筒体
２２の外側に巻回される。外筒体２２と内筒体２１との
間には上記第１の実施形態と同様に空間部２９が形成さ
れる。空間部２９の他端は内筒体２１のフランジ２１ａ
によって閉鎖される。内筒体２１の周壁の両端及び途中
部位の三個所には、内筒体２１の半径方向に溶融金属導
入部としての貫通穴２４が複数個（この実施形態では周
壁の円周面に沿って均等間隔で４個）形成される。この
実施形態においても、第１の実施形態と同様に空間部２
９に溶融マグネシウムを流し、空間部２９内の気体で酸
化させて酸化マグネシウムを生成する。この酸化マグネ
シウムが空間部２９内を流れて空間部２９又は貫通穴２
４を塞ぐので、ノズル２０を流れる溶融マグネシウムの
圧力はそのほとんどがセラミック製の内筒体２１に分担
される。

【００１６】本発明の好適な実施形態を説明してきた
が、本発明は上記の実施形態により何ら限定されるもの
ではない。例えば、上記説明では溶融金属流通部として
マニホールド１０とノズル２０を例に挙げて説明した
が、溶融金属が流通する部位であれば、マニホールド１
０やノズル２０に溶融金属を供給するパイプやシリンダ
などの他の溶融金属流通部にも本発明を適用することは
可能である。また、酸化反応を例に挙げて説明したが、
溶融金属と反応して固化し、溶融金属を流しても容易に
溶けることのないような反応であれば、酸化反応に限ら
ず、塩化、弗化その他の化学反応であってもよい。さら
に、上記の実施形態では射出成形する金属としてマグネ
シウムを例に挙げ、亜鉛などの他の金属であってもよい
として説明したが、本発明はセラミックを利用している
ためアルミニウムなど他の金属との反応性がきわめて強
い金属に特に適している。溶融金属がアルミニウムであ
る場合は、内筒体１２，２１は窒化珪素で形成すること
が好ましいが、アルミニウムと反応しないもの又は反応
の程度が低いものであればこれに限られない。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、高温高圧下において高
いクリープ強度を有するセラミックを利用し、セラミッ
クと金属との組み合わせによって溶融金属流通部を形成
することが可能になった。そのため、射出成形時に溶融
金属に負荷される高い圧力のほとんどを、セラミック製
の内筒体に負担させて、マニホールドやノズルなどの溶
融金属流通部の寿命を飛躍的に向上させ、実用に適する
溶融金属のホットランナー金型を得ることができる。ま
た、セラミックと金属との組み合わせが可能になったこ
とから、例えばアルミニウムなどのように、他の金属と
の反応性がきわめて強い金属にもホットランナー射出成
形法を適用することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をマニホールドに適用した第１の実施形
態にかかり、その断面図である。

【図２】図１のマニホールドのＸ−Ｘ方向断面図であ
る。

【図３】本発明をノズルに適用した第２の実施形態にか
かり、その断面図である。

【図４】図３のノズルのＹ−Ｙ方向断面図である。

【図５】ホットランナー金型の主要部の断面図である。

【符号の説明】

１固定側金型板２可動側金型板３バックプレート４誘導加熱コイル７空間部１０マニホールド１１外筒体１１ａランナー収容部１１ｂスプルー収容部１２内筒体１３間隙（溶融金属導入部）１４貫通穴（溶融金属導入部）１５ランナー１６スプルー１９空間部２０ノズル２１内筒体２２外筒体２４貫通穴（溶融金属導入部）２９空間部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4E093 NA01 NA03 PA06 4F202 AA49 AJ01 AJ02 AJ06 CA11 CD01 CK03 CK11 CR03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定側金型板と、この固定側金型板に対
して移動可能に設けられ、キャビティが形成された可動
側金型板と、前記キャビティに溶融材料を射出するため
に前記固定側金型板に形成された溶融金属流通部とを有
するホットランナー金型において、前記溶融金属流通部は、金属製の外筒体と、この外筒体
の内側に形成されたセラミック製の内筒体と、前記外筒
体と前記内筒体との間に形成された所定幅の空間部と、
この空間部に装填され、前記溶融金属と化学反応を生じ
させて前記溶融金属を固化させる化学反応材と、前記内
筒体に形成され、前記内筒体を流れる溶融金を前記空間
部に導く溶融金属導入部とを有し、前記溶融金属を前記空間部に流し、前記化学反応材と前
記溶融金属を反応させ、固化した反応金属で前記空間部
又は前記溶融金属導入部を閉塞させたこと、を特徴とするホットランナー金型。
【請求項２】前記空間部の幅は、浸入した溶融金属の
少なくとも表面を化学反応させるのに十分な気体状態の
前記化学反応材を、前記外筒体と前記内筒体との間に蓄
えることのできるものであることを特徴とする請求項１
に記載のホットランナー金型。
【請求項３】前記空間部には前記溶融金属の化学反応
を促進する反応促進剤を散布したことを特徴とする請求
項１に記載のホットランナー金型。
【請求項４】前記化学反応は酸化反応であることを特
徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のホ
ットランナー金型。
【請求項５】前記内筒体を複数の分割部分から形成
し、隣り合う前記分割部分の間の間隙を前記溶融金属導
入部としたことを特徴とする請求項１ないし請求項４の
いずれかに記載のホットランナー金型。
【請求項６】前記溶融金属流通部はランナーとスプル
ーを有するマニホールドであることを特徴とする請求項
１ないし請求項５のいずれかに記載のホットランナー金
型。
【請求項７】前記溶融金属流通部はノズルで、前記空
間部に連通する貫通穴状の溶融金属導入部を前記内筒体
の周壁に形成したことを特徴とする請求項１ないし請求
項５のいずれかに記載のホットランナー金型。
【請求項８】前記溶融金属はアルミニウムであること
を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載
のホットランナー金型。