JP2005324501A - 樹脂材料の射出ノズル装置 - Google Patents

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】 樹脂材料を射出するプランジャ３と、プランジャ３を貫通して進退動可能に配設されニードル４とを備え、プランジャ３の基端部３２とニードル４の基端部４２がチャンバ５の内部を進退動可能に嵌挿配設され、プランジャ３の基端部３２とニードル４の基端部４２との間に画成される第１の区画５１１に流体を給排可能な第１の経路５３と、ニードル４の基端部４２とチャンバ５の端面との間に形成される第２の区画５１２に流体を給排可能な第２の経路５４と、第２の区画５１２とプランジャ３の基端部３２とチャンバ５の端面との間に画成される第３の区画５１３とを連通する流体が流通可能な第３の経路５５を更に備える。
【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を防止するためや、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。

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り進退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ことができる。

しかしながら、射出ノズルにこのようなニードル弁を組み込むと、射出ノズルの構造が複雑となり、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。

例えば、ボールピストンを樹脂材料を射出するシリンダ内に進退動可能に配設し、このボールピストンをエアにより進退動させてノズル孔の開閉を切り替える構成が用いられている（非特許文献１参照）。この構成では、樹脂材料を加圧して送給するための機構と、ボールピストンを進退動させる機構とが別個独立しているから、射出に供する設備が大掛かりなものとなる。

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射出成形機の本体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遮断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あるから、その分射出ノズルの長さが増加し、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 ホットメルト接着剤の実際技術，シーエムシー，２０００年９月１１日、２２４頁

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内を該シリンダの先端に形成されるノズル孔に向けて前進して樹脂材料を射出するプランジャと、該プランジャ内を貫通して進退動可能に配設され、常態では前記ノズル孔を閉鎖し、後退して前記ノズル孔を開放するニードルとを備え、前記プランジャの基端部は前記シリンダの後方に配設されるチャンバ内に進退動可能に嵌挿配設されると共に、前記ニードルの基端部は前記プランジャの基端部の後方に前記チャンバ内を進退動可能に嵌挿配設され、前記プランジャの基端部と前記ニードルの基端部との間に画成される第１の区画に流体を給排可能な経路と、前記ニードルの基端部と前記チャンバの端面との間に形成される第２の区画に流体を給排可能な第２の経路と、前記第２の区画と前記プランジャの基端部と前記チャンバの端面との間に画成される第３の区画とを連通し、前記ニードルが後退してノズル孔が開放される位置においては前記ニードルの基端部により閉鎖される流体が流通可能な第３の経路を更に備え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、第１の経路を介して第１の区画に流体を送給すると、ニードルが後退してノズル孔が開放され、プランジャが前進して開放されたノズル孔から樹脂材料が射出される。

樹脂材料を射出した後、第２の経路を介して第２の区画に流体を送給すると、まず送給される流体の圧力によりニードルが前進してノズル孔が閉鎖される。ニードルが前進して基端部が移動すると第３の経路が開放され、この第３の経路を通じて第３の区画に流入する。そして第３の区画に流入した流体の圧力によりプランジャが押圧されて後退する。

このように、プランジャの駆動とニードルの駆動を１基の共通するチャンバで行うことができるから、プランジャとニードルとを別個に駆動する構成に比較して、装置の構造を単純化して小型化を図ることができる。また、樹脂材料を射出する際には、第１の区画に流体を送給するだけでプランジャとニードルを駆動でき、樹脂材料を射出後は、第２の区画に流体を送給するだけで、ノズル孔を閉鎖し、その後にプランジャを後退させることができる。このため、射出ノズル装置の制御機構も単純化でき、装置の小型化を図ることができる。また射出ノズル装置の制御も容易である。

以下に、本発明に係る射出成形機の射出ノズル装置（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。図１は本発明の実施形態に係る射出ノズルの構造を示した断面模式図であり、樹脂材料を射出する前の状態を示している。

本実施形態に係る射出ノズル１は、樹脂材料が供給されるシリンダ２と、シリンダ２に供給された樹脂材料を押圧するプランジャ３と、プランジャ３に押圧された樹脂材料を射出するノズル孔６１と、ノズル孔６１の開閉を切り替えるニードル４とを備える。また、シリンダ２の後方にはプランジャ３及びニードル４を駆動するチャンバ５が設けられ、チャンバ５には、プランジャ３及びニードル４を駆動するための流体（ここでは「駆動流体」と称す）が供給可能に構成される。

シリンダ２は、従来一般のプランジャ式の射出ノズルに適用される構造を有するものでよい。簡単に説明すると、シリンダ２は略筒状の形状を有し、側面には樹脂材料を供給する樹脂材料供給孔２２が形成される。また、先端には、後述するノズルヘッド６を螺合して装着するための雄ネジ部２１が形成される。

チャンバ５は、本体５１と、この本体５１に装着される蓋体５２とから構成される。本体５１は略筒状に形成される。蓋体５２は略円板状に形成される端部５２１と、この端部５２１の面上に突設される筒状のシリンダ部５２２とを備える。そして蓋体５２のシリンダ部５２２が本体５１に挿入され、端部５２１が本体５１の端面に係止した状態で一体に固定される。そしてこの状態でシリンダ２の後部側に固定される。

これにより、チャンバ５の内部は、本体５１の内壁面が露出する部分（以下、「内径が大なる部分」と称す）と、本体５１の内壁面に蓋体５２のシリンダ部５２２が重畳する部分（以下、「内径が小なる部分」と称する）とに分けられる。

また、チャンバ５には、駆動流体が流通可能な第１の経路５３、第２の経路５４及び第３の経路５５が形成される。第１の経路５３は、チャンバ５の外部からシリンダ５２２の内周面の端面５６近傍に連通する経路である。第２の経路５４は、チャンバ５の外部から内径が小なる部分の端面（すなわち蓋体５２の端部５２１の内壁面）に連通する経路である。第３の経路５５は、内径が小なる部分の端面近傍の内壁面と内径が大なる部分の端面直近とを連通する経路である。

プランジャ３は、シリンダ２に供給された樹脂材料を押圧する本体部３１と、駆動流体に押圧される基端部３２とからなる。本体部３１は略棒状に形成され、シリンダ２の内部に進退動可能に配設される。基端部３２は略円板状に形成され、チャンバ５の内径が大なる部分に進退動可能に配設される。このプランジャ３は、本体部３１と反対側の面には駆動流体の圧力を受ける第１の受圧３２１が形成され、本体部３１側の面には第２の受圧面３２２が形成される。また、本体部３１から基端部３２を軸線方向に貫通する貫通孔状の摺動孔３３が形成される。

ニードル４は、本体部４１と基端部４２とからなる。本体部４１は針状あるいは棒状に形成され、プランジャ３の摺動孔３３に挿通されて摺動孔３３内を進退動可能に構成される。また、本体部４１には先細り形状でノズル孔６１に嵌合可能な先端部４１１が形成される。基端部４２は略円板状に形成され、チャンバ５の内径が小なる部分の内部に進退動可能に配設される。基端部４２の本体部４１の側には第１の受圧面４２１が形成され、本体部４１と反対側の面には第２の受圧面４２２が形成される。

ここで、プランジャ３の第１の受圧面３２１とニードル４の第１の受圧面４２１との間に画成される区画を「第１の区画５１１」と称する。ニードル４の第２の受圧面４２２とチャンバ５との端面の間に画成される区画を「第２の区画５１２」と称する。プランジャ３の第２の受圧面３２２とチャンバ５の端面との間に画成される区画を「第３の区画５１３」と称する。

シリンダ２の先端にはノズルヘッド６が装着される。このノズルヘッド６は、一端が開放される略カップ状に形成される。カップの底面に相当する側の端面には、樹脂材料を射出するノズル孔６１が形成される。そしてノズルヘッド６の内壁面は、このノズル孔６１に向かって収斂する形状に形成される。図は、漏斗状に形成される例を示す。更にノズル孔６１の直近には、前記ニードル４の本体部４１の先細り形状に形成される先端部４１１を収容可能なニードル受け面６３が形成される。このニードル受け面６３及びノズル孔６１はニードル４の先端部４１１に合わせた形状に形成され、ニードル４の先端部４１１が隙間なく嵌合し、ノズル孔６１を閉鎖するように構成される。

また、ノズルヘッド６の開放される側の端面近傍には、シリンダ２の雄ネジ部２１に螺合可能な雌ネジ部６２が形成され、この雌ネジ部６２及び雄ネジ部２１を介してシリンダ２に装着される。

この他、シリンダ２には樹脂材料を加熱するヒータが９２配設される。このヒータ９２は公知の各種加熱部材を適用することができる。

次いで、このような構成を有する射出ノズル１の動作を、図１から図３を用いて説明する。図１は樹脂材料を射出する前の状態を示している。また、図２は樹脂材料を射出している最中の状態を、図３は樹脂材料を射出した後の状態を示している。なお、各図中における符号を付していない矢印は、駆動流体の流れを示している。

図１においては、プランジャ３の第１の受圧面３２１が、チャンバ５のシリンダ部５２２の端面５６に当接しており、これ以上矢印ｂの向きに移動できない位置にある。一方、ニードル４の先端部４１１は、ノズルヘッド６のニードル受け面６３に当接してノズル孔６１を閉鎖しており、これ以上矢印ａの向きに移動できない位置にある。

この状態において、シリンダ２に樹脂材料供給孔２２から樹脂材料を供給する。そして第１の経路を通じて第１の区画５１１内に駆動流体を供給する。これによりプランジャ３の第１の受圧面４２１及びニードル４の第１の受圧面４２１とが駆動流体の圧力により押圧され、プランジャは矢印ａの向きに、ニードル４は矢印ｂの向きに移動する。

その結果、図２に示すように、ニードル４の先端部４１１がノズルヘッド６のニードル受け面６３から離れ、ノズル孔６１が開放される。そしてプランジャ３の本体部３１に押圧された樹脂材料は、この開放されたノズル孔６１から射出される。なおこの動作中においてはバルブ５７は経路を開放された状態にある。このため、第３の区画５１３の内部に充満している駆動流体は、このバルブ５７を通じて排出される。

樹脂材料を射出後、図３に示すように、第２の経路５４を通じてチャンバ５の第２の区画５１２に流体を送給する。また、バルブ５７を閉鎖する。これにより、まずニードル４の第２の受圧面４２２が駆動流体に押圧され、ニードル４は矢印ａの向きに移動する。その結果、ニードル４の先端部４１１がノズルヘッド６のニードル受け面６３に当接すると共にノズル孔６１に嵌合し、ノズル孔６１が閉鎖される。一方、ニードル４が矢印ａの向きに移動すると、第３の経路５５の第２の区画５１２に通ずる開口部が露出して開放され、駆動流体はこの第３の経路５５を通じて第３の区画５１３に流入する。そして、流入した駆動流体によりプランジャ３の第２の受圧面３２２が押圧され、プランジャ３は矢印ｂの向きに移動する。その結果、再び図１に示す状態に戻る。これにより１回の射出操作が完了する。

このような構成によれば、樹脂材料を射出する際には、第１の経路５３から駆動流体を供給すると、ノズル孔６１が開放されると共にプランジャ３が押圧され、樹脂材料を射出することができる。一方、樹脂材料を射出した後には、第２の経路５４に駆動流体を供給すると、まずニードル４によりノズル孔６１が閉鎖され、その後にプランジャ３が後退する。このように、１基のチャンバ５でプランジャ３とニードル４とを駆動できるから、射出ノズル１の構造が簡単になり小型化を図ることができる。また、樹脂材料の射出操作は、加圧して供給される駆動流体の経路を、第１の経路５３あるいは第２の経路５４とに択一的に切り替えるだけでよいから、射出ノズルの制御も容易となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に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。

本発明の実施形態に係る樹脂材料の射出ノズル装置の構造を示した断面模式図であり、樹脂材料を射出する前の状態を示す。 本発明の実施形態に係る樹脂材料の射出ノズル装置の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最中の状態を示す。 本発明の実施形態に係る樹脂材料の射出ノズル装置の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。

符号の説明

１ 射出ノズル
２ シリンダ
３ プランジャ
４ ニードル
５ チャンバ
６ ノズルヘッド
２１ シリンダの雄ネジ部
２２ 樹脂材料供給孔
３１ プランジャの本体部
３２ プランジャの基端部
３３ 摺動孔
４１ ニードルの本体部
４２ ニードルの基端部
５１ チャンバの本体
５２ チャンバの蓋体
５３ 第１の経路
５４ 第２の経路
５５ 第３の経路
５６ 蓋体のシリンダ部の端面
５７ バルブ
６１ ノズル孔
６２ ノズルヘッドの雌ネジ部
６３ ノズルヘッドのニードル受け面
９２ ヒータ
３２１ プランジャの第１の受圧面
３２２ プランジャの第２の受圧面
４１１ ニードルの先端部
４２１ ニードルの第１の受圧面
４２２ ニードルの第２の受圧面
５１１ 第１の区画
５１２ 第２の区画
５１３ 第３の区画
５２１ チャンバの端部
５２２ チャンバのシリンダ部
ａ プランジャあるいはニードルの移動の向き
ｂ プランジャあるいはニードルの移動の向き

Claims (1)

1. 樹脂材料が供給されるシリンダ内を該シリンダの先端に形成されるノズル孔に向けて前進して樹脂材料を射出するプランジャと、該プランジャ内を貫通して進退動可能に配設され、常態では前記ノズル孔を閉鎖し、後退して前記ノズル孔を開放するニードルとを備え、前記プランジャの基端部は前記シリンダの後方に配設されるチャンバ内に進退動可能に嵌挿配設されると共に、前記ニードルの基端部は前記プランジャの基端部の後方に前記チャンバ内を進退動可能に嵌挿配設され、前記プランジャの基端部と前記ニードルの基端部との間に画成される第１の区画に流体を給排可能な経路と、前記ニードルの基端部と前記チャンバの端面との間に形成される第２の区画に流体を給排可能な第２の経路と、前記第２の区画と前記プランジャの基端部と前記チャンバの端面との間に画成される第３の区画とを連通し、前記ニードルが後退してノズル孔が開放される位置においては前記ニードルの基端部により閉鎖される流体が流通可能な第３の経路を更に備えることを特徴とする樹脂材料の射出ノズル装置。

Images