JP2004074803A - 射出機用ノズル及び射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】　ノズルゲートの射出条件を短時間内に効率よく制御して製品の不良を減少させ，良質の製品をより短時間内に量産する射出機用ノズル，及び射出成形方法を提供する。
【解決手段】　金型のキャビティ１０と接触するノズルゲート７を有するゲートチップ８の周辺に設置した，加熱ヒータ４とは異なる独立の電気的加熱装置である加熱装置５と，加熱装置５と平行に設置し，冷媒が通過し得る冷却装置６とを含む射出機用ノズルが提供され，ノズル本体にあるヒータを作動し，ノズルを加熱する段階と，ゲートチップ８に設置された加熱装置５を作動し，ゲートチップ８を加熱する段階と，射出段階と，射出完了後，加熱装置５を止めてゲートチップ８を冷却する段階と，ゲートチップ８に設置された冷却装置６を作動し，ゲートチップ８を冷却する段階と，からなる。
【選択図】　　図４

Description

　本発明は，ホットランナーシステムに用いられる射出機用ノズルに関し，さらに詳しくは，ノズルの終端部のゲートチップに加熱装置と冷却装置を共に設置することにより，ノズルゲートへの樹脂の流動を正確に制御して不良率を低減し，作業時間を短縮することが可能な射出機用ノズル及び射出成形方法に関するものである。

　一般に，射出機用ノズルは，射出機で溶融した樹脂をノズルのゲートを介して金型のキャビティに供給して射出物を成形する。すなわち，従来から使用されてきたノズルは，金属からなるノズル本体の外部にヒータを設置してノズル本体を加熱しながら，熱電対を用いて温度を測定，制御することにより，樹脂が固化せず連続して溶融状態を保ったまま，射出されるようにしたものである。

　しかし，従来の方法は，ノズルの終端部であるゲートが常時開いているので，成形済みの製品を取り出したとき，ゲートから樹脂が引き続き流れ出して射出品に凸凹ができたり，或いはゲートに接している部分に樹脂の糸引きが発生するなどのコールドスラグ（ｃｏｌｄ　ｓｌｕｇ）を形成したりするという欠点があり，これにより次のサイクル成形に支障を与えるという問題点があった。

　一方最近は，これを改善するためにバルブゲートノズル（ｖａｌｖｅ　ｇａｔｅ　ｎｏｚｚｌｅ）やシャットオフノズル（ｓｈｕｔ−ｏｆｆ　ｎｏｚｚｌｅ）などが発明された。すなわち，バルブゲートノズルは，バルブピン（ｖａｌｖｅ　ｐｉｎ）とシリンダ（ｃｙｌｉｎｄｅｒ）を用いて機械的にゲートを開閉する方法である。本出願人もこれと関連して幾つかの特許，例えば特許文献１〜特許文献４を保有している。

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　しかし，バルブピンが溶融樹脂によって取り囲まれている構造であるため，樹脂が高速でバルブピンの周辺を通過しながら熱エネルギーを発生してバルブピンを加熱するから，バルブピンが過熱され易いという問題点があり，適切に冷却させる方法がなかった。

　すなわち，高温に過熱したバルブピンは，固化した成形製品に接触しているので，金型の内部に注入された樹脂と，高温のゲートに接している部分の樹脂との温度差が激しく，これにより成形製品の冷却速度が異なるから，ゲート部位に近接する成形製品の部位に鼻垂れ現象が生じたり，凸凹に成形されたりすることにより，外観が良好ではなく，製品の質を低下させる要因となり，不良廃棄する場合もあるという欠点もあった。

　一方，シャットオフノズルは，ノズルの終端部であるゲートに取り付けられた瞬間加熱が可能な電気装置によってゲートの周囲を瞬間加熱して樹脂を流動させ，加熱装置の電源を遮断し，冷却することにより，時間の流れに伴ってゲートが固化できるようにする発明であったが，自然冷却方式なので冷却速度の調節が不可能であり，冷却時間が長くて射出成形製品の生産性を低下させるという問題点があった。

　すなわち，シャットオフノズルの場合，ノズルの終端部に加熱装置を設置することによりノズルを容易に加熱することはできるが，射出済みの時点でノズルを冷却させる場合に電源の遮断によって自然冷却がなされるようにしたので，冷却時間が長くかかり，製品を短時間に量産することができなかった。

　本発明は，かかる問題点に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，樹脂の溶融，固化時間を短縮して射出成形の生産性を高め，ゲート流動性の適切な制御を可能とした，射出機用ノズル及び射出成形方法を提供することにある。

　上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，溶融した樹脂を，ノズルを介して金型に供給する射出成形方法において，ノズルに設置されたヒータを作動し，ノズルを加熱する段階と，ノズルの先端に位置するゲートチップに設置された加熱装置を作動し，ゲートチップを加熱する段階と，ノズル及びゲートチップの加熱により溶融した樹脂を金型に射出する段階と，射出完了の後，加熱装置を止めてゲートチップを自然冷却する段階と，ゲートチップに設置された冷却装置を作動し，ゲートチップを冷却する段階と，を含むことを特徴とする射出成形方法が提供される。

　こうして，ゲートチップに設置されている加熱装置を止めて自然冷却するだけでなく，冷却装置によりゲートチップを強制的に冷却し，射出成形物を均一に冷却することにより，加熱樹脂の鼻垂れを防止することができる。

　また，上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，溶融した樹脂を，ノズルを介して金型に供給する射出成形方法において，ノズルに設置されたヒータを作動し，ノズルを加熱する段階と，ノズルの先端に位置するゲートチップに設置された加熱装置を作動し，ゲートチップを加熱する段階と，ノズル及びゲートチップの加熱により溶融した樹脂を金型に射出する段階と，射出完了の前，加熱装置を止めてゲートチップを自然冷却する段階と，射出完了の後，ゲートチップに設置された冷却装置を作動し，ゲートチップを冷却する段階と，を含むことを特徴とする射出成形方法が提供され，同様に射出成形物の不良を防ぐことができる。

　さらに，上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，溶融した樹脂を，ノズルを介して金型に供給する射出成形方法において，ノズルに設置されたヒータを作動し，ノズルを加熱する段階と，ノズルの先端に位置するゲートチップに設置された加熱装置を作動し，ゲートチップを加熱する段階と，ノズル及びゲートチップの加熱により溶融した樹脂を金型に射出する段階と，射出完了の前，ゲートチップに設置された冷却装置を作動し，ゲートチップを冷却する段階と，射出完了の後，加熱装置を止める段階と，を含むことを特徴とする射出成形方法が提供され，同様に射出成形物の不良を防ぐことができる。

　また，上記の射出成形方法を適用するために，内部に樹脂流路が設けられ，外部には加熱ヒータと温度測定制御用の熱電対とが設置された射出機用ノズルにおいて，金型のキャビティと接触するノズルゲートを有するゲートチップの周辺に設置した，加熱ヒータとは異なる独立の電気的加熱装置である加熱装置と，加熱装置と平行に設置し，冷媒が通過し得る冷却装置と，を含むことを特徴とする射出機用ノズルが提供される。

　ここで，加熱装及び冷却装置は，熱電モジュールを用いることができ，ゲートチップを加熱するだけでなく，冷却することもできる。或いは，加熱装及び冷却装置は，ゲートチップの外部に設置される加熱コイルと冷却用パイプとから構成することができ，冷却用パイプには水，または空気などの冷媒を流すことが好ましい。

　以上詳述したように本発明によれば，ノズルの終端部に瞬間加熱装置と同時に瞬間冷却装置を設置したことにより，ゲートチップ先端のノズルゲートの温度を瞬間上昇或いは瞬間冷却し，ノズルゲートの射出条件を短時間内に効率よく制御して製品の不良を減少させるとともに，良質の製品をより短時間内に量産することにより，生産量を増加させることができる。

　以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施の形態）
　本実施の形態の構成について説明する。図４に示すように内部には樹脂流路２が設けられ，外部には加熱ヒータ４と温度測定制御用の熱電対３が設置されたノズル１において，ノズル１と金型のキャビティ１０が接触する，ノズルゲート７を有するゲートチップ８の周辺に，前記加熱ヒータ４とは異なる独立の電気的加熱装置である加熱装置５を設置するとともに，冷媒の通過が可能な冷却装置６を設置する。

　本実施の形態は，図５に示すようにゲートチップ８の外部に加熱装置５として加熱コイル９を設置し，この加熱コイル９と共に設置される冷却装置６として冷却用パイプ１１を固定設置し，冷却用パイプには水又は空気を用いた冷媒が流れるようにする。また，図６に示すように，加熱装置５として熱電モジュール１２を用いてもよい。

　次に，第１の実施の形態の射出成形方法について説明する。図１を参照すると，ノズル１にあるヒータ４を作動させてノズル１を高温にするとともに，ゲートチップ８に設置された加熱装置５を作動させてゲートチップ８を同時に加熱する。このような状態でノズル１を金型のキャビティ１０に当接させた後，溶融した樹脂を射出する。

　射出完了の後，ゲートチップ８に設置されている加熱装置５を止めて，ゲートチップ８の加熱を防ぎ自然冷却し，この状態でさらにゲートチップ８の冷却装置６を作動させてゲートチップ８を急速冷却し，キャビティ１０に接しているノズルゲート７をキャビティ１０の温度と同一の温度に冷却することにより，射出成形物を均一に冷却することができる。これにより，ノズルゲート７部位に発生する加熱樹脂の鼻垂れを防止することができる。

（第２の実施の形態）
　図２に第２の実施の形態の射出成形方法について説明する。射出機用ノズルの構成については第１の実施の形態と同様である。ノズル１にあるヒータ４を作動させてノズル１を高温に加熱した後，ゲートチップ８に設置された加熱コイル９を作動させてゲートチップ８を加熱した状態で樹脂を射出する。

　このような状態で射出が完了する前に，ゲートチップ８に設置された加熱装置５を止めてゲートチップ８の継続的な加熱を防ぐとともに，徐々に自然冷却した後，射出完了の後，ゲートチップ８に設置された冷却装置６を作動させてノズルゲート７を急速冷却する方法であって，第１の実施の形態と同様に加熱樹脂の鼻垂れ等を防止し，射出成形物の不良を防ぐことができる。

（第３の実施の形態）
　一方，図３を参照して第３の実施の形態の射出成形方法について説明する。射出機用ノズルの構成については第１の実施の形態と同様である。ノズル１にあるヒータ４を作動させてノズル１を高温にした後，ゲートチップ８に設置された加熱装置５を作動させてゲートチップ８を加熱し，この状態で樹脂を射出した後，射出完了の前にゲートチップ８に設置された冷却装置６を作動させてゲートを冷却させる。

　このような状態で射出を完了した後，ゲートチップ８に設置された加熱装置５を止めることにより，ゲート７を急速冷却させると，第１の実施の形態と同様に加熱樹脂の鼻垂れ等を防止し，射出成形物の不良を防ぐことができる。

　より具体的には，ノズル１の外側に巻いている加熱ヒータ４が作動する場合，ノズル１の全体が加熱される。この加熱温度は熱電対３によって感知し，制御することができる。そして，ノズル１が金型に接続されるゲートチップ８の部位に加熱ヒータ４とは別途の加熱装置５を装着するが，この加熱装置５は電流を瞬間的に送って瞬間加熱を可能にする。

　また，この加熱装置５の加熱コイル９に平行となるように冷却装置６の冷却パイプ１１を設置し，冷却装置６に流れる冷媒（水または圧縮空気）によってゲートチップ８を急速冷却させることができる。ここで，冷却装置６は冷却パイプ１１をゲートチップ８のボディに装着させるが，その装着方法は溝を設けてパイプを溶着，或いは埋込みさせた後固定してもよい。

　このような状態で射出を行う時点では加熱装置５を瞬間加熱してゲートチップ８を加熱することにより，ノズルゲート７内の樹脂に充分流動性を持たせ，射出完了時点では冷却装置６へ冷媒（水又は圧縮空気）を通過させて急速冷却させることによりノズルゲート７内の樹脂の流動性を停止させることができる。

　一方，他の実施例では，急速冷却装置と冷却装置として図７に示す熱電モジュール１２を使用する。ここで，熱電モジュール１２は，ペルティエ効果（Ｐｅｌｔｉｅｒ　Ｅｆｆｅｃｔ）を用いたヒートポンプからなり，単純に電気の極性を変えることにより，対象体を急速加熱或いは急速冷却させることが可能な機能をもっている。

　加熱の際には，熱電モジュール１２のゲートチップ８との接続面に（＋）電流を通電させてゲートチップ８を加熱してノズルゲート７内の樹脂に流動性を持たせ，冷却の際には，接続面に（−）電流を通電させてゲートチップ８の表面温度を急速冷却させてノズルゲート７内の樹脂の流動性を停止させる。

　以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

　本発明は，射出機用ノズルに適用可能であり，特に射出機用ホットランナーシステムに用いられる開閉式のノズルに適用可能である。

第１の実施の形態の工程を示す流れ図である。 第２の実施の形態の工程を示す流れ図である。 第３の実施の形態の工程を示す流れ図である。 第１〜第３の実施の形態のノズル構造を示す概略断面図である。 第１〜第３の実施の形態のノズルに用いられる加熱装置と冷却装置の実施例を示す概略説明図である。 第１〜第３の実施の形態のノズルに用いられる加熱装置と冷却装置の他の実施例を示す概略説明図である。 図６に用いられる熱電モジュールを示す概略説明図である。

符号の説明

　１　　　ノズル
　２　　　樹脂流路
　３　　　熱電対
　４　　　ヒータ
　５　　　加熱装置
　６　　　冷却装置
　７　　　ノズルゲート
　８　　　ゲートチップ
　９　　　ヒータ
　１０　　キャビティ
　１１　　パイプ
　１２　　熱電モジュール

Claims (6)

1. 　溶融した樹脂を，ノズルを介して金型に供給する射出成形方法において；
   　前記ノズルに設置されたヒータを作動し，前記ノズルを加熱する段階と，
   　前記ノズルの先端に位置するゲートチップに設置された加熱装置を作動し，前記ゲートチップを加熱する段階と，
   　前記ノズル及び前記ゲートチップの加熱により溶融した樹脂を前記金型に射出する段階と，
   　射出完了の後，前記加熱装置を止めて前記ゲートチップを自然冷却する段階と，
   　前記ゲートチップに設置された冷却装置を作動し，前記ゲートチップを冷却する段階と，
   　を含むことを特徴とする射出成形方法。
2. 　溶融した樹脂を，ノズルを介して金型に供給する射出成形方法において；
   　前記ノズルに設置されたヒータを作動し，前記ノズルを加熱する段階と，
   　前記ノズルの先端に位置するゲートチップに設置された加熱装置を作動し，前記ゲートチップを加熱する段階と，
   　前記ノズル及び前記ゲートチップの加熱により溶融した樹脂を前記金型に射出する段階と，
   　射出完了の前，前記加熱装置を止めて前記ゲートチップを自然冷却する段階と，
   　射出完了の後，前記ゲートチップに設置された冷却装置を作動し，前記ゲートチップを冷却する段階と，
   　を含むことを特徴とする射出成形方法。
3. 　溶融した樹脂を，ノズルを介して金型に供給する射出成形方法において；
   　前記ノズルに設置されたヒータを作動し，前記ノズルを加熱する段階と，
   　前記ノズルの先端に位置するゲートチップに設置された加熱装置を作動し，前記ゲートチップを加熱する段階と，
   　前記ノズル及び前記ゲートチップの加熱により溶融した樹脂を前記金型に射出する段階と，
   　射出完了の前，前記ゲートチップに設置された冷却装置を作動し，前記ゲートチップを冷却する段階と，
   　射出完了の後，前記加熱装置を止める段階と，
   　を含むことを特徴とする射出成形方法。
4. 　内部に樹脂流路が設けられ，外部には加熱ヒータと温度測定制御用の熱電対とが設置された射出機用ノズルにおいて；
   　金型のキャビティと接触するノズルゲートを有するゲートチップの周辺に設置した，前記加熱ヒータとは異なる独立の電気的加熱装置である加熱装置と，
   　前記加熱装置と平行に設置した，冷媒が通過し得る冷却装置と，
   　を含むことを特徴とする射出機用ノズル。
5. 　前記加熱装及び前記冷却装置は，熱電モジュールを用いて構成されることを特徴とする請求項４に記載の射出機用ノズル。
6. 　前記加熱装置及び前記冷却装置は，前記ゲートチップの外部に設置される加熱コイルと冷却用パイプとからなり，前記冷却用パイプには水，または空気などの冷媒が流れることを特徴とする請求項４に記載の射出機用ノズル。
   

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