JP2005324500A - 樹脂材料の射出ノズル装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 小型の射出成形機に適用可能なシャットオフノズルを提供すること。
【解決手段】 樹脂材料が供給されるシリンダ2aの内部を、ノズル孔32に向けて前進して樹脂材料を押圧し射出するプランジャ4と、基端部がプランジャ4の内部に進退動可能に配設され、先端部がノズル孔32に嵌合可能なニードル5aと、前記プランジャ4の内部に配設され、常態では前記ニードル5aを付勢して前進させて、ニードル5aの先端部をノズル孔32に嵌合させる押さえバネ81とを備えると共に、ニードル5aの先端部には、押さえバネ81の付勢力に抗してニードル5aを後退させて前記ノズル孔32を開放するように、樹脂材料の圧力を受けて押圧する受圧面511が形成される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、樹脂材料の射出ノズル装置に関し、更に詳しくは、樹脂材料を射出成形用金型に射出充填して樹脂成形品を得るに際し、作業者が手作業で取り扱うハンディタイプの射出成形機や、作業卓上で使用する小型の射出成形機に好適に用いられる樹脂材料の射出ノズル装置に関する。
従来一般には、射出ノズルの先端からの樹脂材料の漏れや糸引きの防止、あるいはノズルを後退させる必要がある場合などには、シャットオフノズルが使用されている。
例えばシャットオフノズルの一種であるニードルタイプノズルでは、樹脂材料を射出するノズル孔の後方にニードル弁を配設し、このニードル弁を外部から伝達される動力によって往復動させてノズル孔を開閉する構成が用いられている。そして、射出ノズルの先端で樹脂材料を遮断して樹脂材料の漏れや糸引きを防止するものである。
しかしながら、射出ノズルにこのような構造のニードル弁を組み込むと、構造が複雑になると共に、ニードル弁が組み込まれた部分、具体的には射出ノズルの先端部分が大型化する。また、ニードル弁を作動させる動力源も必要となる。
このため、作業者が手作業で取り扱うハンディタイプの射出成形機や、市販の作業卓上で使用する小型の射出成形機に適用すると、目的とする樹脂成形品のサイズや、適用する射出成形機の本体のサイズに比較して、射出ノズルのサイズが過大となる。従って、射出ノズルに対して追加の温度制御が必要となったり、設備の取り回し性が悪化したりするという問題点がある。
構造が簡単で確実に樹脂材料の封鎖ができるニードルタイプノズルとして、射出ノズルの内部にニードル弁を配設し、このニードル弁をスプリングにより付勢する構成が開示されている(特許文献1、特許文献2参照)。この構成によれば、射出ノズル内の樹脂材料の圧力が上昇すると、ニードル弁がスプリングの付勢力に抗して後退し、射出ノズルの先端に形成されるノズル孔が開放されて樹脂材料が射出される。
しかしながら、この特許文献1あるいは特許文献2に記載の構成では、ニードル弁の後方に、ニードル弁及びスプリングを支持するための機構が必要で、その分だけ射出ノズルの長さが増加する。このため、射出ノズルの小型化を図るには限界がある。
特開平7−156203号公報 特開平2002−370256号公報
上記実情に鑑み、本発明の解決しようとする課題は、大型化や構造の複雑化を招かず、ハンディタイプの射出成形機あるいは作業卓上で使用する小型の射出成形機に適用可能な樹脂材料の射出ノズル装置を提供すること、あるいは簡単な構造で樹脂材料を遮断することができる樹脂材料の射出ノズル装置を提供することである。
前記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、樹脂材料が供給されるシリンダの内部を、該シリンダの先端のノズル孔に向けて前進して樹脂材料を押圧し射出するプランジャと、基端部がプランジャの内部に進退動可能に配設され、先端部が前記ノズル孔に嵌合可能なニードルと、前記プランジャの内部に配設され、常態では前記ニードルを付勢して前進させて前記ニードルの先端部を前記ノズル孔に嵌合させる付勢手段とを備えると共に、前記ニードルの先端部には、前記付勢手段の付勢力に抗してニードルを後退させて前記ノズル孔を開放するように、前記シリンダの内部に供給された樹脂材料の圧力を受けて押圧する受圧面が形成されることを要旨とするものである。
請求項2に記載の発明は、樹脂材料が供給されるシリンダの内部で回転して、該シリンダの先端のノズル孔から樹脂材料を射出するスクリューと、基端部が前記スクリューの内部に進退動可能に配設され、先端部が前記ノズル孔に嵌合可能なニードルと、前記スクリューの内部に配設され、常態では前記ニードルを付勢して前進させて前記ニードルの先端部を前記ノズル孔に嵌合させる付勢手段とを備えると共に、前記ニードルの先端部には、前記付勢手段の付勢力に抗して前記ニードルを後退させて前記ノズル孔を開放するように、前記シリンダの内部に供給された樹脂材料の圧力を受けて押圧する受圧面が形成されることを要旨とするものである。
請求項1に記載の発明によれば、ニードルの駆動機構が、プランジャの内部に収納されているから、従来一般のニードルタイプノズルに比較して、射出ノズル装置の長さを短くして小型化を図ることができる。
プランジャを前進させると、まず付勢手段の付勢力によりニードルがノズル孔に押しつけられる力が増加するから、シリンダの内部の樹脂材料の圧力が上昇しても、樹脂材料がノズル孔から漏れることがない。そしてシリンダの内部の樹脂材料の圧力が所定の圧力に達すると、ニードルの受圧面が樹脂材料の圧力を受けて後退する。その結果ノズル孔が開放されて樹脂材料が射出される。
更にプランジャを前進させると、ニードルの基端部がプランジャに直接押圧されて前進し、ニードルがノズル孔を閉鎖する。これにより樹脂材料の射出が終了する。樹脂材料の射出の終了後におけるプランジャの後退動作中は、シリンダの内部の樹脂材料の圧力が低くなっているから、付勢手段の付勢力により、ニードルがノズル孔を閉鎖した状態に維持される。このため、樹脂材料の射出後のノズル孔からの樹脂材料の漏れや糸引きが防止される。
請求項2に記載の発明によれば、ニードルの駆動機構はスクリューの内部に収納されるから、従来一般のニードルタイプノズルに比較して、射出ノズル装置の長さを短くして小型化を図ることができる。
スクリューを回転させるとシリンダの内部の樹脂材料の圧力が上昇する。そして所定の圧力に達すると、ニードルの受圧面が樹脂材料の圧力を受けて後退する。この結果、ノズル孔が開放されて樹脂材料が射出される。樹脂材料の射出後にスクリューの回転を停止させると、シリンダの内部の樹脂材料の圧力が低下し、ニードルは付勢手段の付勢力によって前進する。その結果、ニードルがノズル孔を閉鎖し、樹脂材料の射出後において樹脂材料の漏れや糸引きが防止される。
また、プランジャやスクリューの動作に連動して自動的にノズル孔の開閉が切り替えられるから、射出ノズル装置の制御も容易となる。
以下に、本発明に係る樹脂材料の射出ノズル装置(以下、「射出ノズル」と記す)の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
第1の実施形態は、プランジャ式の射出ノズルに適用される形態である。図1〜図4は、第1の実施形態に係る射出ノズル1aの構造、及び動作状態を示した断面模式図である。詳しくは、図1は射出ノズル1aが組み付けられた状態であって動作していない状態を、図2は、プランジャが所定の距離だけ前進しているが、樹脂材料の射出は行われていない状態を、図3は、樹脂材料を射出している状態を、図4は、射出後の状態を、それぞれ示している。
図1に示すように、第1の実施形態に係る射出ノズル1aは、樹脂材料が供給されるシリンダ2aと、供給された樹脂材料を加熱して可塑化するヒータ91と、可塑化された樹脂材料を押圧するプランジャ4と、押圧された樹脂材料を射出するノズル孔32と、このノズル孔32の開閉を切り替えるニードル5aとを有する。
シリンダ2aは、従来一般のプランジャ式射出ノズルに用いられるシリンダが適用される。簡単に説明すると、シリンダ2aは略筒状に形成され、基端部側の側面には、樹脂材料を供給する樹脂材料供給孔21が形成される。また、先端部近傍には、後述するノズルヘッド3を螺合して装着可能な雄ネジ部22が形成される。
プランジャ4は、前記シリンダ2aの内部に往復動可能に配設されており、シリンダ2aに供給された樹脂材料を押圧するように構成される。このプランジャ4は、基端部材41と、この基端部材41に装着される本体42とを有する。
プランジャ4の基端部材41は、外部に配設される動力源(図示せず)からの動力を受けて、シリンダ2aの内部を進退動するように構成される。この動力源としては、エア駆動シリンダなどの公知の各種動力源が適用できる。また、基端部材41の一端には、本体41を螺合して装着可能な雄ネジ部411が形成される。
プランジャ4の本体42は、一端が開放される略筒状の部材である。開放される側の端面近傍の内壁面には、基端部材41の雄ネジ部411に螺合可能な雌ネジ部422が形成される。そして基端部材41と本体42とは、これらの雄ネジ部411及び雌ネジ部422を介して一体に結合される。また、本体42の他方の端面には、軸線方向に貫通する摺動孔421が形成される。
プランジャ4の先端には、ニードル5aが設けられる。ニードル5aは、ノズル孔32を開閉する本体51aと、この本体5aの基端部に装着されるスペーサ52aとからなる。
ニードル5aの本体51aは断面が略円形の棒状の部材であり、先端部には、先細り形状に形成される受圧面511と、ノズル孔32に嵌合可能な嵌合部513を有する。一方、基端部には、スペーサ52aを螺合して装着する雄ネジ部512が形成される。
スペーサ52aは、ニードル5aの本体51aが装着される本体部521と、この本体部521から延設される係止部522とを有する。この本体部521の端面には、ニードル5aの本体51と螺合可能なネジ穴523が形成される。係止部522はネジ穴523が形成される端面の反対側の端面に突出するように形成される。
そしてニードル5aの本体51aとスペーサ52aとが、雄ネジ部512及びネジ穴523を介して一体に結合され、ニードル5aの本体51aがプランジャ4の本体42の摺動孔421の内部を、スペーサ52aがプランジャ4の本体42の内部を摺動して往復動自在に配設される。このため、このニードル5aの本体51及びスペーサ52の表面には、低摩擦処理が施されることが好ましい。具体的にはDLCコーティングなどが挙げられる。
ニードル5aのスペーサ52aと、プランジャ4の基端部材41との間には、押さえバネ81が架設される。この押さえバネ81は圧縮コイルバネであり、係止部521をプランジャ4の本体42の内壁面に押しつける向きに力が働く。
シリンダ2aの先端部には、ノズルヘッド3が装着される。このノズルヘッド3は、一端が開放され、他端が閉鎖される略カップ状の形状を有し、閉鎖される側の端面には、樹脂材料を射出するノズル孔32が形成される。そしてノズルヘッド3の内壁面は、ノズル孔32に向かって収斂する形状に形成される。図においては漏斗状に形成される例を示す。
また、開放される側の端面近傍には、その内壁面に、シリンダ2aの雄ネジ部22に螺合する雌ネジ部33が形成される。そしてノズルヘッド3は、この雌ネジ部33を介してシリンダヘッド2aに装着される。
なお、前記ノズル孔32は、ニードル5aの嵌合部511が嵌合した際に、隙間から可塑化した樹脂材料が漏出しない形状寸法に形成される。
この他、シリンダ2aの先端近傍には、樹脂材料を加熱するヒータ91が配設される。このヒータ91は、公知の各種加熱部材、加熱素子を適用することができる。
このような構成を有する射出ノズル1aの動作は次のとおりである。まず、図1に示す状態において、固体の状態の樹脂材料を樹脂材料供給孔21からシリンダ2aに供給する。そしてシリンダ2aに配設されるヒータ91により加熱して可塑化する。
次いで図2に示すように、プランジャ4を矢印aの向きに押圧する。プランジャ4が押圧されて矢印aの向きに移動すると、押さえバネ81が圧縮変形して、ニードル5aの嵌合部513をノズル孔32に押しつける力が大きくなる。このためシリンダ2aの内部圧力が増加しても、ノズル孔32から可塑化した樹脂材料が漏出することがない。従って、シリンダ2aの内部の樹脂材料の圧力を高く維持でき、高い射出圧力での射出成形を行うことができる。
また、樹脂材料を加熱するヒータ91は、シリンダ2aの先端近傍に配設されており、樹脂材料は、シリンダ2aの先端近傍においては可塑化した状態にあるが、プランジャ4の本体41の端面には可塑化していない樹脂材料が触れている状態にある。このため、可塑化した樹脂材料がニードル5aの本体51aとプランジャ4の摺動孔421の隙間に浸入して内部で劣化することがない。従って、樹脂成形品の品質の劣化を防止することができる。
プランジャ4を更に押圧して、シリンダの内部の樹脂材料の圧力が所定の圧力に達すると、図3に示すように、ニードル5aの受圧面511が樹脂材料の圧力により押圧され、ニードル5aが矢印aの反対向きに移動する。この結果、ノズル孔32が開放されて樹脂材料が射出される。なお、ニードル5aの移動に要する「所定の圧力」とは、具体的には、ニードル5aの本体51が樹脂材料から受ける矢印aと反対向きの押圧力が、押さえバネ81の付勢力よりも大きくなるような圧力である。
図4に示すように、プランジャ4を更に矢印aの向きに移動させると、プランジャ4の基端部材41の端面が、ニードル5aの係止部522の端面に当接する。この状態でプランジャ4を更に矢印aの向きに移動させると、ニードル5はプランジャ4に直接押圧されて前進し、ニードル5aの嵌合部511がノズル孔32に嵌合する。これによりノズル孔32が閉鎖され、樹脂材料の射出が停止する。
その後、プランジャ4を矢印aと反対の向きに移動させると、シリンダ2aの内部圧力が低下する。このため、ニードル5aは押さえバネ81の付勢力により、嵌合部513がノズル孔32に嵌合した状態に維持される。そして再び図1に示す状態に戻る。すなわち、プランジャ4を後退させる動作中(すなわち、矢印aと反対向きに移動する動作)においては、ノズル孔32が閉鎖される状態に維持されるから、樹脂材料の射出後における樹脂材料の漏れや糸引きが防止される。
このように、プランジャ4の動作に伴うシリンダ2aの内部圧力に応じて、ノズル孔32の開閉が自動的に切り替えられる。従ってノズル孔32の開閉機構の構造が簡単になり、制御も容易である。
次いで、本発明に係る射出ノズルの第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、スクリュー式の射出ノズルに適用される形態である。なお、第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を付して用い、詳細な説明は省略する。
図5は、第2の実施形態に係る射出ノズル1bの構造、及び動作を示した模式図である。詳しくは、図5(a)は、射出ノズル1bが組み付けられた状態であって、樹脂材料を射出していない状態を示した断面模式図、図5(b)は、射出ノズル1bが樹脂材料を射出している状態を示した断面模式図である。また、図5(c)は、ニードル5bを分解した状態を示した平面図である。
図2(a)または(b)に示すように、第2の実施形態に係る射出ノズル1bは、樹脂材料が供給されるシリンダ2bと、樹脂材料を可塑化しつつ送給するスクリュー6と、スクリュー6により送給される樹脂材料を射出するノズル孔32と、このノズル孔32の開閉を切り替えるニードル5bとを備える。この他、シリンダ2bには、樹脂材料を加熱するヒータ91が配設される。
シリンダ2bは、従来一般のスクリュー式の射出ノズルに用いられるシリンダを適用することができる。簡単に説明すると、シリンダ2bは、略筒状に形成され、樹脂材料を基端部側から供給可能に構成される。また、先端近傍には、後述するノズルヘッド3を螺合して装着可能な雄ネジ部22が形成される。
スクリュー6は、シリンダ2bの内部で回転可能に配設され(矢印bはスクリュー6の回転を示す)、この回転により、樹脂材料を可塑化しつつ基端部側から先端部側へ送給するように構成される。スクリュー6の先端面には、スクリューの軸線方向にネジ穴65が形成され、このネジ穴65には、スペーサ63を介してネジ64が装着される。また、スクリュー6の先端部の外周面には雄ネジ部62が形成され、ニードル5bを支承するニードル支承部材7が装着される。なお、このスクリュー6に形成されるスクリューフライト61は、従来一般のスクリューフライトと同一の構成でよい。また、スクリュー6の回転の動力源(図示せず)も従来一般の動力源でよい。
ニードル支承部材7は、一端が開放する略カップ状の部材である。表面にはスクリューフライト75が形成される。このスクリューフライト75は、スクリュー6に形成されるスクリューフライト61と同一の形態を有する。また、開放される側の内壁面の端面近傍には、スクリュー6の雄ネジ部62に螺合可能な雌ネジ部71が形成される。そして、この雌ネジ部71を介してスクリュー6に装着される。一方、他端の端面には、軸線方向に貫通する摺動孔72が形成される。
図5(c)に示すように、ニードル5bは、本体51bと支持部材52bとからなる。本体51bは、略円柱状の部材であり、一端は先細り形状に形成されて受圧面511を有し、更にノズル孔32に嵌合する嵌合部513が形成される。受圧面511及び嵌合部513は、それぞれ第1の実施形態におけるニードル5aの受圧面または嵌合部と同一の構成を有する。一方、他端には、支持部材52bに挿入する固定部514が形成される。また、本体51bの外周面には、リング状のパッキンを装着する溝515が形成される。なお、本体51bの表面は、低摩擦処理を施すことが好ましい。例えばDLCコーティングなどが挙げられる。
支持部材52bは略筒状の部材で、本体51bの固定部514が挿通可能な挿通孔525が形成される。なお、この支持部材52bは、熱伝導性の低い材料から形成される。
そして、図5(a)又は(b)に示すように、本体51bの固定部514をスペーサ52の挿通孔525に挿通し、挿通孔525から突出した部分にピン53を装着して抜脱不可能に固定する。また、溝515にパッキン54を装着する。このように組み付けられたニードル5bを、ニードル支承部材7に挿入し、本体51bをニードル支承部材7の摺動孔72に挿通させる。
支持部材52bとニードル支承部材7の内壁面との間には、軸受け部材55が介設され、ニードル5bはスクリュー6に対して独立して回転または停止可能に構成される。なお、この軸受け部材55は、例えばベアリング軸受けなどの公知の各種軸受け部材が適用される。
ニードル5bの支持部材52bと、スクリュー6の先端面の間には、押さえバネ81が架設される。この押さえバネ81は圧縮コイルバネであり、ニードル5bをニードル支承部材7の内壁面に押しつける向きに力を加える。このため、ニードル5bはニードル支承部材7の内部を摺動して往復動可能であるが、常態においては、押さえバネ81により押圧されて、ニードル5bの本体51bが摺動孔71から最大限突出した状態に維持される。
シリンダ2bの先端には、ノズルヘッド3が装着される。このノズルヘッド3は、第1の実施形態で適用されるノズルヘッド3と同一の構成を有する。
このような構成によれば、ニードル5bは、押さえバネの付勢力に抗することにより、スライド式に往復動可能である。また、スクリュー6とニードル5bとが互いに独立して回転可能であり、スクリュー6が回転している間もニードル5bは回転しない状態に維持できる。
そして、ニードル支承部材7は、スクリュー6と一体に結合し、かつその外周面にはフライト75が形成されるから、スクリューの実効長の一部として機能する。このため、スクリューの先端とノズル孔の間にニードル弁を配設する構成に比較して、シリンダ2bの全長を短くすることができ、射出成形装置の小型化を図ることができる。
この射出ノズル1bの動作は次のとおりである。スクリュー6が回転していない状態においては、図5(a)に示すように、押さえバネ81の付勢力によってニードル5bの嵌合部511がノズル孔32に嵌合した状態にある。このため、ノズル孔32は閉鎖されており、樹脂材料が漏出することがない。
スクリュー6が回転してシリンダ2bの内部圧力が上昇して所定の圧力に達すると、ニードル5bの本体51bの受圧面511が樹脂材料の圧力を受けて押圧される。そしてニードル5bは矢印cの向きに移動し、図5(b)に示すように、ニードル5bの嵌合部513がノズル孔32から抜脱する。この結果ノズル孔32が開放され、樹脂材料が射出される。
なお、樹脂材料の圧力によりニードル5bが後退した際、ニードル5bの後端がスクリュー6に螺合されるネジ64の頭部に当接することにより、ニードル5bの移動が規制される。また、ニードル5bの本体の溝515にはパッキン54が装着されるから、ニードル支承部材7の摺動孔72の隙間から可塑化した樹脂材料が浸入して、内部で劣化することが防止される。
樹脂材料を射出後、スクリュー6の回転を停止すると、シリンダ2bの内部圧力は低下するから、ニードル5bが押さえバネ81の付勢力によって矢印cの反対向きに移動する。これによりニードル5bの嵌合部513がノズル孔32に嵌合し、図5(a)に示すように、ノズル孔32が閉鎖される。このため、樹脂材料の射出後には、ノズル孔32からの樹脂材料の糸引きや漏出が防止される。
このように、スクリュー6の回転に伴う樹脂材料の圧力の変化に応じて、ノズルの開閉が自動的に切り替えられることになる。
なお、シリンダ2bの内部圧力は、スクリュー6の回転と同時に上昇してニードル5bが移動することから、ニードル5bの表面に低摩擦処理を施しておけば、スクリュー6と一体に回転する構成であっても良い。このようにすれば、軸受け手段を省略あるいは簡略化したニードルを用いることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能であることはいうまでもない。
本発明の第1の実施形態に係る射出ノズル装置の構造及び動作を示した断面模式図であり、組み付けられた状態であって動作していない状態を示す。 本発明の第1の実施形態に係る射出ノズル装置の構造及び動作を示した断面模式図であり、樹脂材料を押圧しているが射出はしていない状態を示す。 本発明の第1の実施形態に係る射出ノズル装置の構造及び動作を示した断面模式図であり、樹脂材料を射出している状態を示す。 本発明の第1の実施形態に係る射出ノズル装置の構造及び動作を示した断面模式図であり、樹脂材料を射出した後の状態を示す。 本発明の第2の実施形態に係る射出ノズル装置の構造及び動作を示した断面模式図であり、(a)は組み付けられた状態であって樹脂材料を射出していない状態を、(b)は樹脂材料を射出している状態を示す。また、(c)はニードルを分解した状態を示した外観平面図である。
符号の説明
1a 射出ノズル装置
2a シリンダ
3 ノズルヘッド
4 プランジャ
5a ニードル
21 樹脂材料供給孔
22 雄ねじ部
32 ノズル孔
33 雌ねじ部
41 プランジャの基端部材
42 プランジャの本体
51a ニードルの本体
52a ニードルのスペーサ
81 押さえバネ
91 ヒータ
411 雄ねじ部
421 摺動孔
422 雌ネジ部
511 受圧面
512 雄ねじ部
521 スペーサの本体部
522 スペーサの係止部
523 ネジ穴
a ニードルの移動の向き

Claims (2)

  1. 樹脂材料が供給されるシリンダの内部を、該シリンダの先端のノズル孔に向けて前進して樹脂材料を押圧し射出するプランジャと、基端部がプランジャの内部に進退動可能に配設され、先端部が前記ノズル孔に嵌合可能なニードルと、前記プランジャの内部に配設され、常態では前記ニードルを付勢して前進させて前記ニードルの先端部を前記ノズル孔に嵌合させる付勢手段とを備えると共に、前記ニードルの先端部には、前記付勢手段の付勢力に抗してニードルを後退させて前記ノズル孔を開放するように、前記シリンダの内部に供給された樹脂材料の圧力を受けて押圧する受圧面が形成されることを特徴とする樹脂材料の射出ノズル装置。
  2. 樹脂材料が供給されるシリンダの内部で回転して、該シリンダの先端のノズル孔から樹脂材料を射出するスクリューと、基端部が前記スクリューの内部に進退動可能に配設され、先端部が前記ノズル孔に嵌合可能なニードルと、前記スクリューの内部に配設され、常態では前記ニードルを付勢して前進させて前記ニードルの先端部を前記ノズル孔に嵌合させる付勢手段とを備えると共に、前記ニードルの先端部には、前記付勢手段の付勢力に抗して前記ニードルを後退させて前記ノズル孔を開放するように、前記シリンダの内部に供給された樹脂材料の圧力を受けて押圧する受圧面が形成されることを特徴とする樹脂材料の射出ノズル装置。
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