JP2003136559A - 射出ノズル及びこれを備えた射出成形装置並びに射出成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズル先端の温度制御を精密に行うことによ
り、成形品の品位の向上や製品の歩留まり向上を図るこ
とにある。また、ノズル先端の温度制御を迅速に行うこ
とにより従来よりも生産性を向上させる。 【解決手段】 ノズル本体２１の先端部にはノズル本体
２１の外周面から内部に向けて細孔２１ｄが穿設され、
この細孔２１ｄの内端部は、逆テーパ部２１ｃの内面の
近傍に達している。細孔２１ｄには熱電対が挿入され、
細孔２１ｄの内端部には熱電対の感温部２３が配置され
ている。この感温部２３は、ノズル本体２１を軸線方向
に見たときの逆テーパ部２１ｃが設けられている領域Ａ
内に配置されるように構成されている。ノズル本体２１
の先端部には、ノズル本体２１の外周面に開口した冷媒
導入路２１ｅが設けられ、この冷媒導入路２１ｅは、逆
テーパ部２１ｃよりもやや先端側にて射出経路２１ａを
ほぼ取巻くように略環状に構成された冷媒通路２１ｆに
連通されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は射出ノズル及びこれ
を備えた射出成形装置並びに射出成形方法に係り、特
に、射出ノズルの先端部の構造と、これを用いた射出成
形装置の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、射出成形は、成形材料を溶融さ
せた状態で攪拌し送り出すための射出シリンダと、射出
シリンダから送り出された成形材料を金型へ射出する射
出ノズルと、金型の固定側部分を取り付ける固定側取付
部と、金型の可動側部分を取り付ける可動側取付部と、
可動側取付部を駆動する金型駆動機構とを備えた射出成
形装置によって行われる。

【０００３】このような射出成形装置の射出ノズル１０
の近傍を示す拡大断面図を図９に示す。射出ノズル１０
は、ノズル本体１１と、ノズル本体１１の周囲に巻回さ
れた加熱ヒータからなる加熱ヒータ１２と、ノズル本体
１１の外面上に配置された熱電対等で構成される感温部
１３とを備えている。ノズル本体１１の内部には、上記
射出シリンダに直接若しくは間接的に接続される射出経
路１１ａが形成され、この射出経路１１ａの先端には先
端開口１１ｂが形成されている。射出経路１１ａの先端
部近傍には、射出方向（図示左方向）とは逆方向（すな
わち図示右方向）に向けて断面積が漸増する逆テーパ部
１１ｃが設けられている。図示の状態では、ノズル本体
１１の上記逆テーパ部１１ｃの近傍において射出経路１
１ａ内において成形材料Ｍが固化してなるコールドプラ
グＣＰが形成され、このコールドプラグＣＰにより成形
材料Ｍが先端開口１１ｂから漏出することが防止されて
いる。

【０００４】上記の射出成形装置を用いて射出成形を行
う場合には、まず、図示の状態で射出ノズル１０の先端
を金型１１０のスプルーブッシュ１１０ａに接触させ、
加熱ヒータ１２によりノズル本体１１の先端を急速に昇
温させてコールドプラグＣＰを溶解し、図示しない射出
シリンダによって供給される成形材料Ｍを図示しないプ
ランジャによって押しだし、金型１１０内に射出させ
る。その後、加熱ヒータ１２の加熱の停止と、ノズル本
体１１から金型１１０への放熱によりノズル本体１１の
先端温度を低下させ、金型内の成形材料Ｍが固化する際
に上記先端開口１１ｂ近傍の成形材料Ｍもまた固化させ
る。そして、ノズル本体１１を金型１１０から離反させ
ることによって成形材料Ｍが先端開口１１ｂの近傍で分
断され、図示のようなコールドプラグＣＰが残存した状
態となる。その後、金型１１０は図示しない駆動機構の
動作によって開き、成形品を取り出した後に型締め状態
に戻る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の射出成形方法においては、感温部１３がノズル本体
の外周面上に配置されているので、ノズル本体１１の先
端部内の成形材料温度を正確に検出することができない
ため、コールドプラグＣＰの溶解状態や形成状態を良好
に制御することができず、成形材料Ｍの射出時の温度も
ばらつくことから、良好な成形状態を得ることが難しい
という問題点がある。

【０００６】特に、金属材料を射出する場合には、ノズ
ル本体１１の先端部近傍の成形材料Ｍの溶融状態や固化
状態の制御が不十分であるために、コールドプラグの形
成状態（コールドプラグとして固化している金属材料の
量）にばらつきが生じ、射出状態が不安定になり、成形
品の品質を高めることができないので、製品の歩留まり
が低くなってしまうとともに、過大なコールドプラグが
形成されてしまうことによる射出不能やコールドプラグ
の形成不良による金属材料の漏れなどが発生するという
問題点がある。

【０００７】また、成形材料Ｍを射出した後にコールド
プラグが形成されるまでの間の温度降下は、ノズル本体
１１から金型１１０への放熱に頼っているので、コール
ドプラグが形成されるまでに時間がかかり、これによっ
て成形サイクルが長くなり、生産性が低くなるという問
題点もある。特に、マグネシウム合金を成形材料Ｍとし
て射出成形を行う場合には、コールドプラグが形成され
ずに溶湯が先端開口１１ｂから漏出すると発火事故に繋
がるので、上記のノズル先端の冷却時間を短縮すること
は特に難しい。

【０００８】そこで本発明は上記問題点を解決するもの
であり、その課題は、ノズル先端の温度制御を精密に行
うことにより、成形品の品位の向上や製品の歩留まり向
上を図ることにある。また、ノズル先端の温度制御を迅
速に行うことにより従来よりも生産性を向上させること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の射出ノズルは、成形材料を射出するための射
出経路が構成されたノズル本体と、該ノズル本体を加熱
する加熱手段と、前記ノズル本体の温度を検出する感温
部とを有する射出ノズルにおいて、前記感温部は、前記
ノズル本体の先端部内に配置されていることを特徴とす
る。

【００１０】この発明によれば、感温部がノズル本体の
先端部内に配置されていることにより、ノズル本体の外
面上に感温部が配置されていた従来構造に較べて、ノズ
ル本体内の成形材料の温度をより正確に検出することが
可能になるので、この温度に基づいて温度制御を行うこ
とにより、コールドプラグの形成状態及び成形材料の温
度を安定化させることができる。

【００１１】本発明において、前記ノズル本体の先端部
内の前記射出経路にはその経路断面が射出方向とは逆側
に向けて漸増する逆テーパ部が設けられ、射出方向に見
たときに前記逆テーパ部の形成範囲内に前記感温部が配
置されていることが好ましい。この発明によれば、射出
経路の逆テーパ部内の成形材料の温度をより正確に検出
することができるので、この温度に基づいて温度制御を
行うことにより、コールドプラグの形成状態をさらに安
定化させることができる。

【００１２】本発明において、前記ノズル本体の先端部
内に冷媒通路が設けられていることが好ましい。この発
明によれば、冷媒通路内に冷媒を流通させることによ
り、ノズル本体の先端部を強制的に冷却することができ
るので、射出後、短時間でコールドプラグを形成するこ
とができ、成形サイクルを短縮し、生産性を向上させる
ことができる。ここで、冷媒通路は、上記の感温部より
も先端側に配置されていることが望ましい。

【００１３】本発明の別の射出ノズルは、成形材料を射
出するための射出経路が構成されたノズル本体と、該ノ
ズル本体を加熱する加熱手段と、前記ノズル本体の温度
を検出する感温部とを有する射出ノズルにおいて、前記
ノズル本体の先端部内に冷媒通路が設けられていること
を特徴とする。この発明によれば、冷媒通路内に冷媒を
流通させることにより、ノズル本体の先端部を強制的に
冷却することができるので、射出後、短時間でコールド
プラグを形成することができ、成形サイクルを短縮し、
生産性を向上させることができる。ここで、冷媒通路
は、上記の感温部よりも先端側に配置されていることが
望ましい。

【００１４】本発明において、前記射出経路と前記感温
部との距離は、前記感温部と前記冷媒通路との距離の半
分以下であることが好ましい。この発明によれば、冷媒
通路を通過する冷媒による感温部の検出温度への影響を
低減し、射出経路内の成形材料の温度を正確に検出する
ことが可能になる。

【００１５】本発明において、前記冷媒通路は、前記逆
テーパ部よりも先端側に配置されていることが好まし
い。この発明によれば、冷媒通路が逆テーパ部よりも先
端側に配置されていることにより、コールドプラグの形
成部位の両側に温度勾配を確実に形成することができる
ので、コールドプラグの形成状態を安定させることがで
きる。

【００１６】次に、本発明の射出成形装置は、成形材料
を射出するための射出経路が構成されたノズル本体、該
ノズル本体を加熱する加熱手段、及び、前記ノズル本体
の温度を検出する感温部とを有する射出ノズルと、前記
射出ノズルから射出された前記成形材料を成形する金型
と、前記感温部にて検出された前記ノズル本体の温度に
基づいて温度制御を行う温度制御手段とを有する射出成
形装置において、前記感温部は、前記ノズル本体の先端
部内に配置されていることを特徴とする。

【００１７】本発明において、前記ノズル本体の先端部
内の前記射出経路にはその経路断面が射出方向とは逆側
に向けて漸増する逆テーパ部が設けられ、射出方向に見
たときに前記逆テーパ部の形成範囲内に前記感温部が配
置されていることが好ましい。

【００１８】本発明において、前記ノズル本体の先端部
内には冷媒通路が設けられ、該冷媒通路に冷媒を流通さ
せる冷媒流通手段を有することが好ましい。

【００１９】また、本発明の別の射出成形装置は、成形
材料を射出するための射出経路が構成されたノズル本
体、該ノズル本体を加熱する加熱手段、及び、前記ノズ
ル本体の温度を検出する感温部とを有する射出ノズル
と、前記射出ノズルから射出された前記成形材料を成形
する金型と、前記感温部にて検出された前記ノズル本体
の温度に基づいて温度制御を行う温度制御手段とを有す
る射出成形装置において、前記ノズル本体の先端部内に
は冷媒通路が設けられ、該冷媒通路に冷媒を流通させる
冷媒流通手段を有することを特徴とする。

【００２０】本発明において、前記射出経路と前記感温
部との間の距離は、前記感温部と前記冷媒通路との間の
距離半分以下であることが好ましい。

【００２１】本発明において、前記冷媒通路は、前記逆
テーパ部よりも先端側に配置されていることが好まし
い。

【００２２】なお、上記各発明においては、上記加熱手
段は、誘導加熱によってノズル本体を直接加熱するもの
（例えば誘導コイル）であることが急速な昇温及び降温
を行うことができる点で望ましい。

【００２３】次に、本発明の射出成形方法は、成形材料
を射出ノズルから金型内に射出して成形を行う射出成形
方法において、成形材料を射出するための射出経路が構
成されたノズル本体を昇温させる昇温ステップと、前記
射出ノズルから前記成形材料を前記金型内に射出する射
出ステップと、前記ノズル本体の先端部を強制的に冷却
してコールドプラグを形成する降温ステップと、を順次
有することを特徴とする。

【００２４】この発明によれば、降温ステップにおいて
ノズル本体の先端部を強制的に冷却することによって、
迅速にコールドプラグを形成することが可能になるの
で、成形サイクルを短縮し、生産性を向上させることが
できる。

【００２５】本発明において、前記降温ステップにおい
ては、前記射出ノズルの射出経路を取巻く冷媒通路に冷
媒を流通させることが好ましい。射出ノズルの射出経路
を取巻く冷媒通路に冷媒を流通させることによって効率
的に射出ノズルの先端部を冷却することが可能になる。

【００２６】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
に係る射出ノズル及び射出成形装置並びに射出成形方法
の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明に
係る射出成形装置に用いる射出ノズルの先端部の拡大断
面図である。この射出ノズル２０は、内部に射出経路２
１ａを備えたノズル本体２１と、このノズル本体２１の
外周にコイル状に配置された誘導加熱用の誘導コイル等
で構成された加熱ヒータ２２とを有する。

【００２７】ノズル本体２１の射出経路２１ａには、先
端部にて開口する先端開口２１ｂと、この先端開口２１
ｂの近傍に、射出方向（図示左方向）とは反対側（すな
わち図示右側）に向けて漸次断面積が増大するように形
成された逆テーパ部２１ｃとが設けられている。

【００２８】また、ノズル本体２１の先端部にはノズル
本体２１の外周面から内部に向けて細孔２１ｄが穿設さ
れ、この細孔２１ｄの内端部は、上記逆テーパ部２１ｃ
の内面の近傍に達している。細孔２１ｄには熱電対が挿
入され、細孔２１ｄの内端部には熱電対の感温部（異種
金属の接合部分）２３が配置されている。この感温部２
３は、ノズル本体２１を軸線方向（すなわち射出方向）
に見たときの逆テーパ部２１ｃが設けられている領域
内、すなわち逆テーパ部の形成範囲Ａ内に配置されるよ
うに構成されている。

【００２９】さらに、ノズル本体２１の先端部には、ノ
ズル本体２１の外周面に開口した冷媒導入路２１ｅが設
けられ、この冷媒導入路２１ｅは、上記逆テーパ部２１
ｃよりもやや先端側にて上記射出経路２１ａをほぼ取巻
くように略環状に構成された冷媒通路２１ｆに連通され
ている。冷媒通路２１ｆには、後述する冷媒が流される
ことによって、逆テーパ部２１ｃから先端側の射出経路
２１ａの周囲を冷却するように構成されている。

【００３０】上記細孔２１ｄの内端部に配置された感温
部２３の位置と、逆テーパ部２１ｃの内面との間の距離
Ｂは、約１〜２ｍｍ程度であることが好ましく、この距
離Ｂは、感温部２３の位置と冷媒通路２１ｆとの間の距
離Ｃの半分以下であることが好ましい。距離Ｂの値は、
１ｍｍ未満では、ノズル本体２１の材料強度に依存する
ものの、射出経路２１ａ内の圧力や温度に耐え難く、耐
久性を確保することができない。また、２ｍｍを越える
と、射出経路２１ａ内の成形材料Ｍの温度を正確に反映
しにくくなる。さらに、距離Ｂが距離Ｃの半分以下にな
っていることにより、感温部２３によって温度を検出す
る場合、その検出温度が冷媒通路２１ｆによる冷却作用
によって低下してしまい、逆テーパ部２１ｃ内の成形材
料の温度を或る程度正確に検出できなくなってしまうと
いったことを防止することができる。

【００３１】図８には、上記ノズル本体２１の先端部の
構造を示す分解斜視図を示す。ノズル本体２１は、上記
冷媒通路２１ｆを軸線方向に二分するように分割され
た、先端部品２１Ａと、この先端部品２１Ａと合致する
端面を有する基端部品２１Ｂとを相互に接合することに
よって構成されている。先端部品２１Ａと、基端部品２
１Ｂとには、それぞれ略環状の凹溝が形成され、先端部
品２１Ａと基端部品２１Ｂが接合されたときに、これら
の凹溝同士が冷媒通路２１ｆを構成するようになってい
る。

【００３２】上述のように構成された射出ノズル２０
は、その先端部が金型２１０のスプルーブッシュ２１０
ａに対向するように配置され、また、全体がその軸線方
向に移動可能に構成されて、その先端部がスプルーブッ
シュ２１０ａに接触したり、或いは、図１に示すように
スプルーブッシュ２１０ａに対して離反した状態となっ
たりするように構成されている。

【００３３】図２は、上記射出ノズル２０が待機してい
るときの状態を示す断面図である。このとき、ノズル本
体２１の射出経路２１ａ内には成形材料Ｍが存在する
が、先端開口２１ｂから逆テーパ部２１ｃまでの範囲内
に、成形材料Ｍが固化して成るコールドプラグＣＰが形
成されている。

【００３４】図３は、上記射出ノズル２０がスプルーブ
ッシュ２１０ａに接触し、成形材料Ｍが先端開口２１ｂ
から金型２１０内に射出されている状態を示す。成形材
料Ｍが金型２１０内に射出された後には、後述するよう
に冷媒通路２１ｆに冷媒ＣＬを流通させてノズル本体２
１の先端部を急速に冷却する。

【００３５】図４は、本実施形態の射出成形装置の全体
構成を模式的に示す概略構成図である。この射出成形装
置２００は、上記射出ノズル２０と、この射出ノズル２
０に対して成形材料を供給するための、射出シリンダや
プランジャを含む給材部２２０と、金型２１０を開閉駆
動する金型駆動機構２３０とを備えている。これらの給
材部２２０や金型駆動機構２３０は、装置の中央制御部
２００Ａによって制御駆動されるように構成されてい
る。また、この射出成形装置２００は、射出ノズル２０
の温度制御を行う温度制御部２０１と、この温度制御部
２０１にて用いる温度データ等を格納するメモリやスト
レージユニット等で構成された記憶部２０２と、温度設
定プログラム２０４と、温度設定プログラム２０４の設
定温度と感温部２３にて検出された温度とを比較する比
較回路２０６とによって構成される温度制御手段２００
ＴＣを備えている。この温度制御手段２００ＴＣは、マ
イクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）等で構成すること
ができる。上記の中央制御部２００Ａは、入出力回路２
０３を介して温度制御手段２００ＴＣとの間で信号のや
り取りを行うようになっている。

【００３６】射出ノズルに設けられた感温部２３から出
力される検出信号は温度測定アンプ２０５に導入されて
検出温度を示す検出温度信号となり、比較回路２０６へ
入力される。また、温度設定プログラム２０４は目標制
御温度を示す目標温度信号を比較回路２０６に出力し、
比較回路２０６は、目標温度信号と検出温度信号とを比
較して温度差信号を上記温度制御部２０１に送出する。
温度制御部２０１は、上記温度差信号に応じて記憶部２
０２に保存されている温度データを元に加熱制御信号を
加熱電力回路２０７に送出し、この加熱電力回路２０７
から加熱ヒータ２２に電力が供給される。

【００３７】ここで、温度制御部２０１は、記憶部２０
２に保存されている温度データ、例えば、加熱電力回路
２０７によって出力される電力供給量と、感温部２３に
て検出された検出温度との関係を示す温度データなどを
元に、温度設定プログラムによって設定された温度目標
値の変化に追随するために最適な電力供給量を計算し、
加熱電力回路２０７に電力量を指示するようになってい
る。

【００３８】また、温度制御部２０１は、上記温度差信
号に応じて冷却制御信号を弁駆動回路２０９に出力し、
弁駆動回路２０９は、電磁弁等で構成される冷媒制御弁
２４１を開閉駆動するようになっている。冷媒制御弁２
４１は冷媒源２４０に接続されており、弁駆動回路２０
９からの駆動信号に応じて制御された量の冷媒ＣＬを射
出ノズル２０へ送り出したり、或いは、冷媒ＣＬの供給
を遮断したりするようになっている。ここで、冷媒ＣＬ
は、水やクーラント液等の液体であってもよいが、金属
射出成形を行う場合にはノズル本体２１の温度が５００
度以上となる場合もあるので、冷媒通路の内圧を制御し
やすいという観点から気体を用いることが好ましい。特
にこのような高温下では気体として窒素ガス等の不活性
ガスを用いることがノズル本体２１の酸化等を防止する
上で望ましい。

【００３９】なお、本実施形態の射出成形装置２００に
おいては、射出ノズル２０に設けられた上記加熱ヒータ
２２の後方に、もう一つの加熱ヒータ２４が配置されて
いる。この加熱ヒータ２４は、上記と同様に温度制御部
２０１からの指令に基づいて動作する加熱電力回路２０
８からの電力供給によってノズル本体２１を加熱するよ
うに構成されている。この加熱ヒータ２４は、ノズル本
体２１内の先端部を除く部分の内部に配置された成形材
料Ｍを常時溶融状態に保持するために設けられている。
なお、この加熱ヒータ２４は、上記感温部２３とは別途
設けられた図示しない感温部にて検出された温度によっ
て制御されるように構成される。

【００４０】上記構成において、射出ノズル２０の先端
部を昇温させる場合には、加熱ヒータ２２に供給する電
力量を増加させるが、特に急速に昇温させようとするに
は、冷媒制御弁２４１を遮断して、冷媒ＣＬの流通を停
止した状態で加熱ヒータ２２への電力供給量を増大させ
る。また、射出ノズル２０の先端部を降温させる場合に
は、加熱ヒータ２２に供給する電力量を減少させるか、
或いは、供給電力量を０にするが、特に急速に降温させ
ようとするには、冷媒制御弁２４１を開いて冷媒ＣＬを
冷媒通路に流通させる。さらに、射出ノズル２０の先端
部の温度を一定に保持しようとする場合には、加熱ヒー
タ２２への供給電力を制御するだけでもよいが、冷媒Ｃ
Ｌを供給して加熱と冷却を併用してもよい。特に、冷媒
ＣＬによる冷却を併用することによって、射出ノズル２
０が金型２１０から離反した状態であっても、ノズル本
体２１の先端部にコールドプラグＣＰを維持するために
必要な温度勾配（すなわち、ノズル先端側が低く、ノズ
ル基端側が高い温度プロファイル）を制御性良く形成す
ることができる。

【００４１】次に、上記構成の射出成形装置２００を用
いて射出成形を行う場合の装置の動作及び成形方法につ
いて説明する。以下では、金属射出成形の一例として、
ＪＩＳ（日本工業規格）にて規定されるＡＺ９１Ｄ合金
（Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金）を成形材料とする溶融金属
射出成形について説明する。図７は、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ
系合金の状態図である。図示一点鎖線で示すＡＺ９１Ｄ
（Ａｌ：９．１ｗｔ％、Ｚｎ：０．６４ｗｔ％）の合金
組成では、約６００℃以上であれば完全な溶融状態にあ
り、５９０℃未満では、液相と固相とが混在した半溶融
状態になる。例えば、５８０℃では、図７に示す液相線
Ｌと固相線Ｓとの交差点までの長さの比Ｘ：Ｙによって
表される液相と固相の比率は約２：１であり、５３０℃
では同様に液相と固相の比率は３：７となる。

【００４２】射出ノズル２０は、図２に示す待機状態に
おいて、図４に示す基端側の加熱ヒータ２４により６２
０℃に保持される。また、先端側の加熱ヒータ２２は、
上記感温部２３にて検出される温度が５３０〜５８０℃
の範囲内であって、成形材料Ｍが半溶融状態になるよう
に制御される。５３０℃未満では固相が多すぎて、後述
する射出状態が不安定になり、射出不能になる場合もあ
り、また、５８０℃を越えると、コールドプラグＣＰが
形成されにくくなり、図２に示す待機状態で溶湯が漏出
する事故が発生し易くなる。待機状態においては、冷媒
通路２１ｆに冷媒ＣＬ（例えば窒素ガス）を流しつづけ
ていてもよいが、この場合でも冷媒ＣＬの流量は比較的
小さな量に制限される。もちろん、この待機状態におい
て冷媒ＣＬを停止させておいても構わない。

【００４３】図４に示す入出力回路２０３を介して中央
制御部２００Ａからタイミング信号が送出されると、射
出ノズル２０は前進して、スプルーブッシュ２１０ａに
接触し、温度制御部２０１は、温度設定プログラム２０
４によって設定された設定値に従って目標制御温度を上
昇させ、ノズル本体２１の先端部を昇温させていく。こ
の昇温時の温度は、上記５３０〜５８０℃の半溶融温度
の範囲内である。やがて、感温部２３の温度が所定温度
（射出開始温度）に達すると、図４に示す給材部２２０
内のプランジャが前進して、成形材料Ｍを所定の圧力で
押しだすので、図３に示すように、その圧力によって成
形材料Ｍは先端開口２１ｂから金型２１０内に射出され
る。

【００４４】成形材料Ｍが先端開口２１ｂから金型２１
０内に射出されると、溶融した成形材料Ｍが通過するこ
とによってノズル本体２１の先端部の温度は急上昇する
ので、温度制御部２０１は直ちに加熱ヒータ２２への供
給電力を停止し、冷媒通路２１ｆに冷媒ＣＬを高速に流
通させる。成形材料Ｍが金型２１０内に完全に充填さ
れ、成形材料Ｍの流出が停止すると、一定の保圧の存在
下において、金型２１０内の成形材料Ｍは順次固化して
いき、ノズル本体２１の先端部の温度も、上記冷媒ＣＬ
による冷却と金型２１０への放熱によって徐々に低下し
ていく。

【００４５】感温部２３にて検出される検出温度が降下
して上記５３０〜５８０℃の範囲内の所定温度（射出完
了温度）に到達すると、温度制御部２０１から入出力回
路２０３を介して中央制御部２００Ａに型開き可能を知
らせる信号が送出され、また、射出ノズル２０は後退
し、スプルーブッシュ２１０ａから離反する。このと
き、スプルー部からノズル本体２１の先端部まで伸びる
固化した材料は、ノズル本体２１内の逆テーパ部２１ｃ
の先端寄り部分にて切断され、残った固化部分が図２に
示すコールドプラグＣＰとなる。ここで、５３０〜５８
０℃の範囲内において設定された上記射出完了温度が低
すぎると、ノズル本体２１の奥側で固化材料が切断され
るので、コールドプラグＣＰの量が少なくなり、溶湯が
流出する可能性があり、また、射出完了温度が高すぎる
と、ノズル本体２１内に多くの固化材料が残り、コール
ドプラグＣＰの量が増えるので、次回の射出時の射出圧
力が高くなり過ぎて安定した成形を行うことができなく
なる。

【００４６】その後、冷媒ＣＬの流通量を低下させる
か、或いは冷媒ＣＬを完全に停止させるとともに、加熱
ヒータ２２への電力供給量を制御することにより、５３
０〜５８０℃の範囲内の所定温度（待機温度）にノズル
本体２１が保持され、図２に示す待機状態に戻る。この
間、金型２１０は開放され、その後に成形品の取り出し
が行われた後に、必要に応じて離型剤の塗布が施され、
再び型締め状態に移行する。

【００４７】図５には、上記のようにして繰り返し行わ
れる射出成形時の温度サイクルを示すものである。射出
ノズル２０の先端部の温度は、上記の射出成形の繰り返
しによって温度Ｔ_１と温度Ｔ_２の間を繰り返し上下する
が、図示点線で示す従来の温度サイクルと較べて、温度
サイクルが短くなっているので、一定時間内により多く
の成形を行うことができることがわかる。特に、本実施
形態ではノズル本体２１の先端部内に冷媒ＣＬを流通さ
せることによって強制的に冷却しているので、射出時か
らノズル後退までの時間が短くなり、上記のように生産
性を向上させることが可能になっているとともに、ノズ
ル後退時のノズル温度が安定するので、コールドプラグ
ＣＰの形成状態を安定させ、その後の安定した射出状態
を得ることができる。

【００４８】図６は、給材部２２０内の成形材料Ｍを押
し出すプランジャの位置と、射出時の圧力との関係を示
すグラフである。射出時においてプランジャは図示矢印
のように移動するが、本実施形態では図示Ａに示す初期
射出圧力で安定して射出が行われる。これに対して、従
来は、ノズル先端部にて正確な温度を把握することがで
きなかったこともあり、たびたび、図６のＢに示すよう
に初期射出圧力が大きくなる場合があった。これは、コ
ールドプラグＣＰが大きすぎて成形材料Ｍが射出されに
くい状態となっていたためである。このように射出時に
おいて初期射出圧力が大きくなると、射出成形装置の射
出圧の損失が大きくなるため、金型２１０内への成形材
料Ｍの充填性が悪化し、成形品に湯ジワなどが生じ易く
なる。

【００４９】上記実施形態では、射出ノズル２０を前
進、後退させることによって金型２１０のスプルーブッ
シュ２１０ａに対して接離させているが、これとは逆
に、射出ノズル２０を固定し、その代わりに、金型２１
０の型締め時等において金型２１０が移動してスプルー
ブッシュ２１０ａが射出ノズル２０に接触し、型開き時
等において金型２１０が移動してスプルーブッシュ２１
０ａが射出ノズル２０から離反するように構成してもよ
い。

【００５０】上記実施形態では、図２に示す待機状態か
ら図３に示す射出状態に移行する際に、目標制御温度を
上昇させていき、成形材料が半溶融状態となる温度範囲
内に設定された射出開始温度まで昇温されるが、この昇
温時間を短縮するために、より高い温度（たとえば、上
記温度範囲を越える５９０〜６２０℃程度の温度など、
成形材料Ｍが完全溶融状態になる温度）に向けて高速に
加熱することも可能である。この場合には、昇温により
コールドプラグＣＰが溶解して先端開口２１ｂから成形
材料Ｍが流出する前にプランジャを動作させて射出を行
う必要がある。ただし、上記実施形態における昇温時の
加熱ヒータ２２への電力供給量が２〜３ｋＷであるとす
れば、この場合には加熱ヒータ２２への電力供給量を１
０〜１５ｋＷ程度と高くする必要がある。このようにす
ると、射出時においてコールドプラグＣＰがほとんど完
全に溶解するとともに、初期射出圧力も図６のＣに示す
ようにきわめて小さくなるため、射出圧ロスも低減さ
れ、金型２１０への成形材料Ｍの充填性も大幅に向上す
る。したがって、成形品の湯ジワ等もほとんど発生しな
くなる。

【００５１】以上説明した本実施形態では、特に溶融金
属射出成形において、湯ジワなどがほとんど見られない
高品位の成形品を従来とは比較にならないほどの歩留ま
りで製造することが可能になった。また、成形サイクル
を短縮することが可能になったので、生産性を大幅に向
上させることができた。

【００５２】より具体的に言えば、従来、１４０トンク
ラス（型締圧力）の射出成形装置を用いた場合にサイク
ルタイムが３５〜４０秒程度であったが、本実施形態で
は約３０秒程度となり、１５〜２０％程度の生産性の向
上を達成することができた。また、従来方法ではほとん
どの成形品に湯ジワが発生し、きわめて低い歩留まりし
か得られなかったが、本実施形態では正確で安定した温
度制御によって成形品の品位が大幅に向上し、成形品の
過半数に湯ジワが全く見られなくなった。

【００５３】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
射出ノズルの先端部を高精度に温度制御できるため、成
形品の品位を高めることができる。また、射出ノズルの
先端部の温度制御を迅速に行うことにより、成形サイク
ルを短縮でき、生産効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る射出ノズルの実施形態の先端部
の内部構造を示す縦断面図である。

【図２】 同実施形態の射出ノズル先端部における待機
状態を示す縦断面図である。

【図３】 同実施形態の射出ノズル先端部における射出
状態を示す縦断面図である。

【図４】 同実施形態の射出成形装置の構成を温度制御
部分を中心に示す概略構成図である。

【図５】 同実施形態の射出ノズル先端部の温度サイク
ルを示すグラフである。

【図６】 同実施形態のプランジャ位置と射出圧力との
関係を示すグラフである。

【図７】 Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金の状態図である。

【図８】 射出ノズルの構造を示す分解斜視図である。

【図９】 従来の射出ノズルの先端部の構造を示す縦断
面図である。

【符号の説明】

２０・・・射出ノズル、２１・・・ノズル本体、２１ａ・・・射
出経路、２１ｂ・・・先端開口、２１ｃ・・・逆テーパ部、２
１ｄ・・・細孔、２１ｅ・・・冷媒導入路、２１ｆ・・・冷媒通
路、２２，２４・・・加熱ヒータ、２３・・・感温部、２００
・・・射出成形装置、２０１・・・温度制御部、２０２・・・記
憶部、２０３・・・入出力回路、２０４・・・温度設定プログ
ラム、２０５・・・温度測定アンプ、２０６・・・比較回路、
２０７・・・加熱電力回路、２０８・・・加熱電力回路、２０
９・・・弁駆動回路、２１０・・・金型、２１０ａ・・・スプル
ーブッシュ、２２０・・・給材部、２３０・・・金型駆動機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 祥二 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 4F206 AK02 AK09 AR12 JA07 JL02 JM04 JN11 JN43 JP11 JQ51 JQ69

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形材料を射出するための射出経路が構
   成されたノズル本体と、該ノズル本体を加熱する加熱手
   段と、前記ノズル本体の温度を検出する感温部とを有す
   る射出ノズルにおいて、前記感温部は、前記ノズル本体
   の先端部内に配置されていることを特徴とする射出ノズ
   ル。
2. 【請求項２】 前記ノズル本体の先端部内の前記射出経
   路にはその経路断面が射出方向とは逆側に向けて漸増す
   る逆テーパ部が設けられ、射出方向に見たときに前記逆
   テーパ部の形成範囲内に前記感温部が配置されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の射出ノズル。
3. 【請求項３】 前記ノズル本体の先端部内に冷媒通路が
   設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２
   に記載の射出ノズル。
4. 【請求項４】 成形材料を射出するための射出経路が構
   成されたノズル本体と、該ノズル本体を加熱する加熱手
   段と、前記ノズル本体の温度を検出する感温部とを有す
   る射出ノズルにおいて、前記ノズル本体の先端部内に冷
   媒通路が設けられていることを特徴とする射出ノズル。
5. 【請求項５】 前記ノズル本体の先端部内の前記射出経
   路にはその経路断面が射出方向とは逆側に向けて漸増す
   る逆テーパ部が設けられ、射出方向に見たときに前記逆
   テーパ部よりも先端側に前記冷媒通路が配置されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の射出ノズル。
6. 【請求項６】 前記射出経路と前記感温部との間の距離
   は、前記感温部と前記冷媒通路との間の距離の半分以下
   であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の
   射出ノズル。
7. 【請求項７】 前記冷媒通路は、前記逆テーパ部よりも
   先端側に配置されていることを特徴とする請求項３又は
   請求項６に記載の射出ノズル。
8. 【請求項８】 成形材料を射出するための射出経路が構
   成されたノズル本体、該ノズル本体を加熱する加熱手
   段、及び、前記ノズル本体の温度を検出する感温部とを
   有する射出ノズルと、前記射出ノズルから射出された前
   記成形材料を成形する金型と、前記感温部にて検出され
   た前記ノズル本体の温度に基づいて温度制御を行う温度
   制御手段とを有する射出成形装置において、前記感温部
   は、前記ノズル本体の先端部内に配置されていることを
   特徴とする射出成形装置。
9. 【請求項９】 前記ノズル本体の先端部内の前記射出経
   路にはその経路断面が射出方向とは逆側に向けて漸増す
   る逆テーパ部が設けられ、射出方向に見たときに前記逆
   テーパ部の形成範囲内に前記感温部が配置されているこ
   とを特徴とする請求項８に記載の射出成形装置。
10. 【請求項１０】 前記ノズル本体の先端部内には冷媒通
    路が設けられ、該冷媒通路に冷媒を流通させる冷媒流通
    手段を有することを特徴とする請求項８又は請求項９に
    記載の射出成形装置。
11. 【請求項１１】 成形材料を射出するための射出経路が
    構成されたノズル本体、該ノズル本体を加熱する加熱手
    段、及び、前記ノズル本体の温度を検出する感温部とを
    有する射出ノズルと、前記射出ノズルから射出された前
    記成形材料を成形する金型と、前記感温部にて検出され
    た前記ノズル本体の温度に基づいて温度制御を行う温度
    制御手段とを有する射出成形装置において、 前記ノズル本体の先端部内には冷媒通路が設けられ、該
    冷媒通路に冷媒を流通させる冷媒流通手段を有すること
    を特徴とする射出成形装置。
12. 【請求項１２】 前記ノズル本体の先端部内の前記射出
    経路にはその経路断面が射出方向とは逆側に向けて漸増
    する逆テーパ部が設けられ、射出方向に見たときに前記
    逆テーパ部よりも先端側に前記冷媒通路が配置されてい
    ることを特徴とする請求項１１に記載の射出成形装置。
13. 【請求項１３】 前記射出経路と前記感温部との距離
    は、前記感温部と前記冷媒通路との距離の半分以下であ
    ることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の
    射出成形装置。
14. 【請求項１４】 前記冷媒通路は、前記逆テーパ部より
    も先端側に配置されていることを特徴とする請求項１０
    又は請求項１３に記載の射出成形装置。
15. 【請求項１５】 成形材料を射出ノズルから金型内に射
    出して成形を行う射出成形方法において、 成形材料を射出するための射出経路が構成されたノズル
    本体を昇温させる昇温ステップと、前記射出ノズルから
    前記成形材料を前記金型内に射出する射出ステップと、
    前記ノズル本体の先端部を強制的に冷却してコールドプ
    ラグを形成する降温ステップとを順次有することを特徴
    とする射出成形方法。
16. 【請求項１６】 前記降温ステップにおいては、前記射
    出ノズルの射出経路を取巻く冷媒通路に冷媒を流通させ
    ることを特徴とする請求項１５に記載の射出成形方法。