JP2005014311A - ゴムの射出成形用ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】部分的に過剰な昇温を抑え、昇温ムラをなくすことができ、しかも加硫時間の短縮を図ることができるゴムの射出成形用ノズルを提供する。
【解決手段】射出用流路５の一部が非円形の断面を有するオリフィス６として形成し、このオリフィス６を、その断面形状において中心部で交叉連続して、かつ該中心部から略等角度間隔で３方以上の数方向に延びるスリット６ａの組み合わせによる交叉スリット形状、例えば十字形状とする。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防振ゴム等のゴム製品の射出成形に使用するゴムの射出成形用ノズルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
例えば、自動車用の防振ゴム等のゴム製部品その他の比較的小さいゴム製品は、一般に射出成形によって製造されており、プリプラ方式の射出成形機、あるいはインラインスクリュー方式の射出成形機が主に使用される。
【０００３】
これらの射出成形機は、いずれの場合も、射出用シリンダーの先端部にゴムの射出成形用のノズルが設けられている。
【０００４】
通常、ゴムの射出成形用ノズルは、射出用シリンダーに対する取付部の側から先端に向って貫通する射出用流路を有し、この流路の一部に流路径を絞ることによりゴムの流速を速めるためのオリフィスが設けられている。これにより、前記シリンダーから押出された加熱状態のゴムが、前記流路を流通するとともに、前記オリフィスによる絞り効果で流速が速められて、ノズル先端より成形金型のスプルーに高速で射出され、キャビティに注入されるようになっている。
【０００５】
従来より、断面形状が単純な円形のオリフィスを有するノズルが使用されているが、該オリフィスの径を絞ることにより、射出速度が上がり、ノズル内壁面との摩擦でゴムの発熱を促し、ある程度の昇温の効果が得られることは知られていた。
【０００６】
しかしながら、単なる円形のオリフィスの場合には、中央部と外周部とで発熱の度合いが異なり、例えばオリフィスを通過するゴムの外周部では、オリフィス内壁面との摩擦力を受けることでゴム内のせん断応力が大きくなり、ある程度は昇温の効果は得られるものの、中央部では発熱温度がそれほど上がらず、射出されるゴム内部で温度差が生じ、例えば、ノズルのオリフィス径が２．５ｍｍ、射出ポットの調節設定温度が９５℃（実温度１００℃〜１１０℃）、フリーショットゴムの温度が１３０℃〜１４０℃（中心部付近と外周部の平均温度）の場合、前記温度差が１００℃近くにもなる。
【０００７】
そのため、前記のように温度差のあるゴムをそのまま成形金型のキャビティに注入すると、中央部の流側の速い部分がオリフィス部分で滞留することなく先行してキャビティに到達する。また、キャビティでは、注入されたゴムの中央部の低温ゴム部分がキャビティ空間の広い部分に溜まり、やや遅れてキャビティに到達する外周部のゴムがその周囲の成形金型の壁面近くに流れ込むことになり、前記の低温ゴム部分を包み込む状態になる。
【０００８】
このような状態で、成形金型により熱伝導率の悪いゴムを外側から加熱することになるので、先行してキャビティに流入しかつ中央部に溜まることになる前記低温ゴム部分の昇温に時間を要し、その結果、加硫時間の短縮の効果を望めないものであった。
【０００９】
そこで、本出願人は、前記ノズルのオリフィスの断面形状を、昇温効果の高い非円形断面にすることを提案している（下記の特許文献１）。すなわち、下記の特許文献１においては、前記オリフィスの断面形状を、一方向に長く、かつ長軸方向の両端部において、該両端に近くなるほど長軸方向と直交する方向の寸法が小さくなる扁平形状にすることを提案しており、さらに、中心部に島を有するクロス状の部材を配して、オリフィスを複数に分離形成したもの、あるいは複数の小孔を配設したものが示されている。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示された特殊な扁平形状をなすオリフィスは、断面における長軸方向両端部付近のゴムが中央部に比して過剰に昇温することになり、そのため昇温ムラが生じるおそれがあり、昇温効果の制御が難しく、結果的に加硫時間の短縮の効果が充分に得られないものである。また、中心部に島をなすクロス状の部材を設けて複数に分離したものや、複数の小孔を設けたものについても、過剰な昇温を抑えるのが難しく、昇温ムラが生じ易いものである。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなしたものであり、部分的に過剰な昇温を抑え、昇温ムラをなくすことができ、しかも加硫時間の短縮を図ることができるゴムの射出成形用ノズルを提供するものである。
【００１２】
【特許文献１】
特許第３０７９４７６号公報 （図３〜図９）
【００１３】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明は、射出用流路の一部が非円形の断面を有するオリフィスとして形成されてなるゴムの射出成形用ノズルであって、前記オリフィスが、その断面形状において、中心部で交叉連続して、該中心部から略等角度間隔で３方以上の数方向に延びるスリットの組み合わせによる交叉スリット形状をなしていることを特徴とする。
【００１４】
このゴムの射出成形用ノズルを使用して、ゴム製品を射出成形した場合、成形材料のゴムが前記射出用流路のオリフィスを通過する際、前記の交叉スリット形状のオリフィスのために、同じ断面積を持つ断面円形のもの、さらには扁平形状をなすものに比して、この部分を通過するゴムの接触面積が増すとともに、該オリフィスを通過するゴムがその中央部においてもスリット外周部と略同程度の間隙の部分を流れることになる。
【００１５】
そのため、ゴム自体の内部発熱の効果が高められ、オリフィスを通過するゴム全体としての内部発熱による温度上昇が効果的に、かつ外周部と中央部とで略均一に昇温することになり、昇温ムラが抑えられる。その結果、加硫時間を短縮することができる。
【００１６】
また、前記オリフィスが、その断面形状において４方に延びるスリットにより十字状をなしていると、前記の昇温効果をさらに良好に発揮でき、しかもゴムの射出時間を速くできて、加硫時間の短縮効果を高めることができる。
【００１７】
特に、前記オリフィスの各スリットが、該オリフィスの断面形状における中心部側ほどスリット幅が狭く形成されていると、該オリフィスを通過するゴムの中央部での昇温の効果が大きくなる一方、外周部での過剰な昇温を抑えることができ、該オリフィスを通過するゴムの昇温の効果がさらに均一化することになって、昇温ムラが生じ難くなる。またそのため、ゴムの発熱を利用した昇温効果を充分に発揮でき、しかもその昇温効果の制御が容易になり、また射出速度を速めることができ、加硫時間の短縮の効果を高めることができる。
【００１８】
前記オリフィスの断面積が、前記射出用流路における前記オリフィスより下流側流路の断面積の３５〜７０％であるのが実施上好ましい。すなわち、オリフィスの断面積が前記範囲より小さくなると、射出時間が長くなり、また前記断面積が前記範囲より大きくなると、昇温の効果が充分に得られなくなる。
【００１９】
例えば、前記射出用流路における前記オリフィスより下流側流路の内径が５．５ｍｍ〜６．５ｍｍであるものにおいて、前記オリフィスの断面積が９ｍｍ^２ 以上、２０ｍｍ^２ 以下であるのが好ましい。これにより、前記オリフィスより下流側流路の断面積に対する前記オリフィスの断面積の割合が、前記範囲に確保できて、オリフィス効果を良好に発揮でき、昇温ムラを生じさせずに効果的に昇温できることになる。
【００２０】
前記オリフィスの断面において、前記各スリットが交叉する中心部における内接円径が２．３ｍｍ以下であり、各スリットの中心部の幅が１．６ｍｍ以下であるのが好ましく、前記の断面積を確保できて、昇温効果、昇温ムラ抑制の効果および加硫時間の減少の効果を良好に発揮できるものとなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２２】
図１〜図３は、本発明にかかるゴム射出成形用ノズルの一つの実施例を示している。
【００２３】
この実施例の射出成形用ノズル１は、従来のノズルと同様に、射出成形機３０の射出用シリンダー３１の先端部に取付けて使用するものであり、先端部１ａは成形金型４０の充填用口部４１に対して嵌合自在な円錐台形状をなし、後端部は前記射出用シリンダー３１に対する螺合手段２ａを外周に有する取付部２として形成されている。このノズル１は、その内部に、前記取付部２の側を入口３として先端に向って貫通する射出用流路５を有している。この射出用流路５には、その両端部の入口３と先端の出口４との間、例えば図のように流路途中に、流路径を絞って成形材料であるゴムの流速を速めるためのオリフィス６が設けられている。
【００２４】
前記射出用流路５のうち、前記オリフィス６より上流側（入口側）の流路５ａおよびオリフィスより下流側（出口側）の流路５ｂは、いずれも断面円形であり、下流側の流路５ｂの流路径は、上流側の流路５ａの流路径のほぼ１／２〜１／３程度に設定されている。
【００２５】
前記オリフィス６は、上流側流路５ａおよび下流側流路５ｂとの間にそれぞれ段面を介して連続させることも可能であるが、通常、図１のように前記オリフィス６から漸次拡径して上流側流路５ａおよび下流側流路５ｂに連続するテーパ部７ａおよび７ｂがそれぞれ設けられている。上流側の前記テーパ部７ａの開き角度は３０°〜６０°、加硫側の前記テーパ部７ｂの開き角度は３０°〜９０°が一般的であるが、もちろん前記以外の角度に設定することもできる。
【００２６】
そして、本発明のノズル１の場合、前記の射出用流路５のオリフィス６は、その断面形状において、中心部で交叉連続して、該中心部から略等角度間隔で３方以上の複数方向に延びるスリット６ａの組み合わせによる交叉スリット形状をなしている。例えば、図３に拡大して示すように、中心部から四方に延びるスリット６ａにより十字状なすように形成されている。
【００２７】
前記のオリフィス６を構成するスリット６ａによる断面における交叉スリット形状としては、図３あるいは図４のように、周方向に隣接する二つのスリット６ａ，６ａが直角に交叉する断面十字状をなすものには限らず、例えば図５のように、中心部から周方向に略１２０°間隔で３方向に延びるスリット６ａによる三叉形状をなすもの、あるいは図６のように、中心部から周方向に略６０°間隔で６方向に延びるスリット６ａによる交叉形状をなすもの等、種々の交叉形状による実施が可能である。前記スリット６ａの断面における深さは、通常、該スリットの外接円径ｄ１が、前記オリフィス６より加硫側流路５ｂの口径より僅かに、例えば０．５ｍｍ程度小さくなるように設定されるが、場合によっては、図７のように、断面において十字状をなす縦横のスリット６ａ，６ａの深さを変化させることもできる。
【００２８】
なお、前記のスリット６ａの数や角度方向は任意に設定できるが、昇温効果の均一化あるいは隣接するスリット６ａ，６ａ間の凸部分の強度や製作の容易性等の点から、図のように周方向に略等角度間隔の３〜６方向に延びるスリット６ａを有するもの、中でも十字状をなすものが好ましい。
【００２９】
前記各スリット６ａの形状については、図３のように、オリフィス６における各スリット６ａの幅が、断面における中心部から外周端側に向かって同幅で、かつ外周側端で丸みを付したもののほか、図４のように、スリット６ａの中心部側ほど幅が狭く形成されているもの、さらには外周端側でその外接円に沿った円弧状をなすように形成されているものとすることができる。これにより、該オリフィス６を通過するゴムの中央部での昇温の効果が大きくなる一方、外周部での過剰な昇温を抑えることができ、実施上より好ましいものとなる。
【００３０】
すなわち、前記オリフィス６から上流側流路５ａおよび下流側流路５ｂとの連続部分にテーパ部７ａおよび７ｂが設けられている場合、前記スリット６ａの外周端側ほど流れ方向に長くなる。そのためゴムの摩擦抵抗が中心部の側より大きくなり、内部発熱の効果が高められ、過剰に昇温するおそれがあるが、前記のようにスリット６ａの幅が中心部の側ほど狭く、つまりは外周端側ほど広く形成されていると、前記過剰な昇温を抑えることができ、実施上さらに好ましいものとなる。図５および図６さらには図７の実施例の場合にも、前記のスリット形状とすることにより、同様の効果を発揮できる。
【００３１】
いずれの実施例の場合にも、前記オリフィス６の断面積は、前記射出用流路５における前記オリフィス６より下流側流路５ｂの断面積によっても異なるが、通常、前記流路５ｂの断面積の３５〜７０％の範囲にあるように設定される。
【００３２】
具体例として、図３〜図６の実施例において、前記射出用流路５における前記オリフィス６より下流側流路５ｂの前記内径が５．５〜６．５ｍｍの範囲にある場合、前記オリフィス６の断面積が９ｍｍ^２ 以上、２０ｍｍ^２ 以下に設定される。これにより、前記オリフィス６の断面積の割合を前記範囲に良好に確保できて、オリフィス効果を良好に発揮でき、昇温ムラを生じさせずに効果的に昇温できることになる。
【００３３】
さらに、前記オリフィス６の断面において、前記各スリット６ａが交叉する中心部での各スリット間の凸部分に対する内接円径ｄ２は２．３ｍｍ以下、好ましくは２．３〜１．０ｍｍで、かつ各スリット６ａの中心部の幅ｗは１．６ｍｍ以下、好ましくは１．６〜０．８ｍｍとする。これにより、昇温効果、昇温ムラ低減の効果および加硫時間の減少の効果を良好に発揮できるものとなる。このような効果の点から、特に好ましくは、前記中心部の内接円径ｄ２は約２．０ｍｍであり、各スリット６ａの中心部の幅ｗは約１．４ｍｍである。
【００３４】
なお、前記オリフィス６の位置は、ノズル１内の射出用流路５の入口３から出口４までのどの位置にあってもよく、例えば出口４を構成するように設けておくことも可能であるが、実施上は出口４から１０〜７０ｍｍの範囲に設けておくのがよく、より好ましくは１５〜３０ｍｍの範囲である。また、ノズル長は最内周部の長さ（Ｌ）が２ｍｍ前後のものが好適である。
【００３５】
上記した各実施例のゴムの射出成形用ノズル１は、従来と同様に、射出成形機において、射出用シリンダー３１の先端に取付けて使用される。
【００３６】
例えば、図１〜図３の実施例のノズル１を用いた射出成形において、加熱状態で射出用シリンダー３１から押出された成形材料の未加硫ゴムは、ノズル１内の射出用流路５を流通するとともに、該流路５の途中に設けられているオリフィス６を通過することで、該オリフィス６の絞り効果で流速が速められて、先端の出口４から成形金型４０のスプルー４１内に高速で射出され、ランナーを通じて成形金型４０のキャビティに充填される。この際、射出されるゴムは、前記オリフィス６を通過することで、ゴム内部にせん断応力が生じてゴム自体が内部から発熱し、ゴム自体の温度が上昇する。
【００３７】
特に、前記オリフィス６はその断面形状が、中心部から３方以上の数方向に延びるスリット６ａの組み合わせによる交叉スリット形状をなしているために、これらのスリット６ａを通過するゴムと該スリット６ａによるオリフィス内壁面との接触面積が、同じ断面積を持つ断面円形のもの、さらには扁平形状をなすものに比して増大し、ゴムに作用する摩擦力が大きくなるとともに、ゴム内部に生じるせん断応力も大きくなる。特には、このせん断応力は、スリット６ａが交叉連続する中心部においても同様に大きくなる。
【００３８】
そのため、オリフィス６内におけるゴムは中心部においても、ゴム自体の内部発熱の効果が高められ、その結果、ゴム全体の温度が効果的に上昇し、中央部と周辺部との温度差が小さくなり、昇温ムラが抑えられる。特に、前記オリフィス６が、その断面形状において４方に延びるスリット６ａにより十字状をなしている場合、さらには図４等のように、オリフィス６の断面形状における中心部側ほどスリット幅が狭く形成されている場合、前記の効果はさらに顕著になる。
【００３９】
従って、ゴムの発熱を利用した昇温効果を存分に発揮でき、その発熱効果の制御が容易になり、また射出速度を速めても昇温ムラが生じず、その結果として、射出時間を短縮できるとともに、加硫時間の短縮を図ることができる。
【００４０】
上記した本発明の射出成形用ノズル１による効果は、下記の射出成形試験における加硫時間の比較により明らかである。
【００４１】
下記の［表１］は、ゴム製品のサンプルとしての成形品を射出成形した結果を示し、金型温度１５５℃、ポット温調９５℃、スクリュー温調９５℃として、全て同じゴム材料を使用して射出成形を行なった。
【００４２】
成形品は、５０ｍｍ×７０ｍｍ×５０ｍｍの角ブロックであり、成形後に２分割して、切断面の低温ゴム部分によるムラの状態を確認し、その結果を下記［表１］に示している。
【００４３】
［表１］において、実施例１と実施例２は、いずれもオリフィス６の断面形状が図１〜図３の実施例の十字状をなすもので、スリット６ａの外接円径ｄ１が６．０ｍｍ、内接円径ｄ２が２．０ｍｍ、スリットの中心部の幅ｗが１．４ｍｍ、オリフィス長が最内周部で２ｍｍのものであり、そのうち、実施例２は射出速度を途中で変化させた場合を示している。射出速度比の数値は、射出スクリューの最大能力を１００とした場合の比率（％）を表している。比較例１は、オリフィスが円形の場合を、比較例２は、オリフィスが公知文献１に開示の扁平形状をなすもの、すなわち長軸方向両端部に向かって幅が狭くなった扁平形状をなす場合を示している。
【００４４】
【表１】

【００４５】
上記したように、オリフィスが円形のものよりなる比較例１の場合、加硫時間９分でも、成形品の内部に比較的大きな低温ゴム部分による加硫ムラが生じ、加硫不足による不良品となった。
【００４６】
これに対し、実施例１の場合は、加硫時間が６分では比較的大きな低温ゴム部分による加硫ムラが生じるものの、加硫時間８分になると、加硫ムラは比較的小さくなり、扁平形状の比較例２と比較しても遜色がなく、良品として許容できるものになった。また、実施例２の場合は、射出途中で射出速度を７０％にまで上げたもので、射出時間を大幅に減少させたものであるが、加硫時間８分では、低温ゴム部分による加硫ムラは殆ど目立たず、また加硫時間が６分でも、前記加硫ムラは比較的小さなものとなった。
【００４７】
したがって、本発明のように、オリフィスが十字状等の交叉スリット形状をなすものが、オリフィスを通過することによる昇温の効果を均一化でき、昇温ムラを生じさせず、加硫時間を短縮できること、特に射出速度を途中で上げた場合には、加硫ムラの抑制の効果が高められることが判明した。
【００４８】
【発明の効果】
上記したように本発明の射出成形用ノズルによれば、成形金型内に射出されるゴムの内部発熱による温度上昇効果を高めることができるとともに、部分的に過剰な昇温を抑え、ゴム内部の発熱による温度差を小さくして、昇温ムラをなくすことができ、しかも加硫時間の大幅な短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のゴムの射出成形用ノズルの１実施例を示す断面図である。
【図２】同上のノズルの出口側からみた正面図である。
【図３】同上のノズルのオリフィスの断面形状を示す拡大図である。
【図４】オリフィスの断面形状の他の例を示す拡大図である。
【図５】オリフィスの断面形状のさらに他の例を示す拡大図である。
【図６】オリフィスの断面形状のさらに他の例を示す拡大図である。
【図７】オリフィスの断面形状のさらに他の例を示す拡大図である。
【符号の説明】
１ 射出成形用ノズル
１ａ 先端
２ 取付部
２ａ 螺合手段
３ 入口
４ 出口
５ 射出用流路
５ａ 上流側流路
５ｂ 下流側流路
６ オリフィス
６ａ スリット
７ａ，７ｂ テーパ部
ｄ１ 外接円径
ｄ２ 内接円径
ｗ スリット中心部の幅

Claims (6)

1. 射出用流路の一部が非円形の断面を有するオリフィスとして形成されてなるゴムの射出成形用ノズルであって、
   前記オリフィスが、その断面形状において、中心部で交叉連続して、該中心部から略等角度間隔で３方以上の数方向に延びるスリットの組み合わせによる交叉スリット形状をなしていることを特徴とするゴムの射出成形用ノズル。
2. 前記オリフィスが、その断面形状において４方に延びるスリットにより十字状をなしている請求項１に記載のゴムの射出成形用ノズル。
3. 前記オリフィスの各スリットが、該オリフィスの断面形状における中心部側ほどスリット幅が狭く形成されてなる請求項１または２に記載のゴムの射出成形用ノズル。
4. 前記オリフィスの断面積が、前記射出用流路における前記オリフィスより下流側流路の断面積の３５〜７０％である請求項１〜３のいずれか１項に記載のゴムの射出成形用ノズル。
5. 前記射出用流路における前記オリフィスより下流側流路の内径が５．５ｍｍ〜６．５ｍｍであるものにおいて、前記オリフィスの断面積が９ｍｍ^２ 以上、２０ｍｍ^２ 以下である請求項４に記載のゴムの射出成形用ノズル。
6. 前記オリフィスの断面において、前記各スリットが交叉する中心部における内接円径が２．３ｍｍ以下であり、各スリットの中心部の幅が１．６ｍｍ以下である請求項４または５に記載のゴムの射出成形用ノズル。

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