JP2005329633A - 射出成形用ノズル及び射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】スプルー部とランド部とに跨る成形材料の切れ方を安定させることができ、しかも、難加工性成形材料を使用した場合においても成形材料の切れ方を安定させることができる射出成形用ノズルを提供すること。
【解決手段】シリンダ部１１のスクリュー１３から供給された成形材料がノズル部１２の加熱室１２ｂで一時的に貯留され、ノズル部１２の先端に接続されて加熱室１２ｂ内で一時的に貯留した成形材料を金型１へと供給するランド部１２ｃの少なくとも一部を形成する先端ユニット１７によりランド部１２ｃ内での成形材料の温度が加熱室１２ｂ及び金型１とは独立して切断適正温度に調節される。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形用ノズル、特にゴムや熱硬化性樹脂を成形材料とした射出成形用ノズルにも適用可能な射出成形用ノズル、及びその射出成形用ノズルを有する射出成形機に関するものである。

近年、シール製品をはじめとしたゴムの成形方法として、大量生産等の有無を考慮した射出成形機が多く採用されている（後記特許文献１参照）。一方、これらの射出成形機を使用する際に考慮が必要な要素の一つに、成形不良多発に伴う生産性の低下がある。特に、連続射出成形を行う際に、金型のスプルー部と射出成形用ノズルの先端部とが離間する際、両者間に跨る射出成形材料の切れ方が安定しないと、次の射出成形を行う際の妨げとなるといった問題が生じていた。

図４はこのような射出成形機の一例を示し、図４（Ａ）は射出成形用ノズルと金型との関係を示す要部の断面図、図４（Ｂ）は射出成形用ノズルと成形材料との関係を示す要部の拡大断面図である。

図４において、１は金型、２は射出成形用ノズルである。金型１には、射出成形用ノズル１から供給された成形材料３を金型１内に送り込むためのスプルー部１ａが形成されている。射出成形用ノズル２は、成形材料の通路となるシリンダ部４と、シリンダ部４の先端側、即ちシリンダ部４よりも成形材料の射出方向下流側に配置されたノズル部５と、シリンダ部４内に配置されて成形材料をノズル部５側に押し出すスクリュー６と、ノズル部５の外周に設けられてノズル部５内の成形材料３の溶融状態を維持するためのヒータ７とを備えている。

図５は、このようなノズル部５の先端に開口するランド部５ａとスプルー部１ａとに跨る成形材料３の切断例を示し、図５（Ａ）はランド部５ａで良好に切断できた成形材料３の説明図、図５（Ｂ）はランド部５ａよりもスクリュー６側に位置する残余の成形材料３を引き出してしまった状態の成形材料３の説明図、図５（Ｃ）はランド部５ａの途中から破断してしまった成形材料３の説明図である。

一般に、成形材料３としてゴム材料を用いた場合、金型１の温度はゴム材料を加硫させるために、１８０℃以上の高温に設定しているのに対し、射出成形用ノズル１側では成形材料のスコーチ（早期加硫）させないように、１００℃以下に設定されている。したがって、低温状態の射出成形用ノズル１から高温状態の金型２へ射出する際（保圧時）には、射出成形用ノズル１の先端が金型２に接触することにより、金型１側の熱が射出成形用ノズル２側へと伝わってしまう。これは、射出成形用ノズル１側から見ると金型２の熱により加熱され、金型２側から見ると射出成形用ノズル２の熱により冷却されることとなる。

この際、射出成形用ノズル２はヒータ７により温度調節され、金型１は図示を略する公知のヒータにより温度調節されているものの、このような熱の受け渡しがあると、連続成形の場合にはスプルー部１ａとランド部５ａとの温度変化は温度制御では制御しきれないものとなる。

これにより、金型１のスプルー部１ａと射出成形用ノズル２のランド部５ａとが離間する際、両者間に跨る成形材料３の切れ方が安定しないものとなる。尚、成形材料をゴム材料とした場合、ゴム材料が安定して切れるための温度範囲は小さいことから、上述した切れ方の不安定性はより一層大きいものとなってしまう。

そして、切れ方が安定せず、図５（Ｂ）に示すように、ランド部５ａよりもスクリュー５側で切れた場合、スプルー部１ａの加硫に時間が多く必要となってバリ状の切れ方となってしまうばかりではなく、次回の成形材料３の充填量が不足してしまいショートショットの要因ともなってしまう。

また、これとは逆に、切れ方が安定せず、図５（Ｃ）に示すように、スプルー部１ａ側で切れた場合、次回の成形時に加硫後の成形材料３がスプルー部１ａ側に射出されてしまい、ゲート詰まりによるショートショットの原因や加硫された成形材料３が混入したＮＧ製品となってしまうといった問題が生じていた。

このような切れ方を解消するものとしては、射出成形用ノズル２及び金型１の材料流路形状を工夫することが考えられる。また、射出成形用ノズル２が暖められないように、射出成形用ノズル２側の冷却を効率良くするため、射出成形用ノズル２を複数に分割する板状スリットを設けたり、ノズル先端形状を十字状とするといったことが考えられる。
特開平１１−３００４６２号公報

しかしながら、このような工夫は、連続生産に合致した成形（温度）設定をしても、例えば昼夜など、使用環境が変化した場合に、このような環境変化に対応することは困難で、連続生産に十分に対応したものとはいえなかった。

また、別の方法として、射出成形用ノズル２の先端部及び金型１のスプルー部１ａの温度を、射出成形用ノズル２及び金型１とは別に温度調節することが考えられる。この際、昇温側にはバンド型やカートリッジ型のヒータを用い、冷却側には冷却水路を設けて冷却することが考えられる。しかしながら、バンド型やカートリッジ型のヒータは、ワット密度が大きすぎるといった電源供給の問題や成形機材料の強度の問題が発生してしまうばかりではなく、温度調整角タイムラグが長かったり、伝熱による温度調節のためにハンチングを起こしやすいという問題が生じていた。

また、別の温度調節方法としては、図３に示すように、射出成形用ノズル２の先端外周にも螺旋状若しくは環状の溝５ｂを設け、この溝５ｂに油等の熱媒を循環させる方法が考えられる。しかしながら、このような構成においても、油温調節のためのヒータのワット密度が大きすぎるといった電源供給の問題や成形機材料の強度の問題が発生してしまうばかりではなく、温度調整角タイムラグが長かったり、伝熱による温度調節のためにハンチングを起こしやすいという問題を解消することはできなかった。

さらに、図２に示すように、金型１と射出成形用ノズル２との間に、紙・ダンボール・アルミ・銅・樹脂といった材料からなる断熱材８を介在することが考えられる。しかしながら、このような断熱材８は、耐久性に乏しく、暫定的な改善策の域を出ないものであった。

また、これらの温度調節機能は、近年の成形品に対する、高強度・高弾性などの性能や、耐摩耗性・高導電性・高磁力性などの機能のより一層の向上を満たすために、無機材料などの充填材の種類の増加やその充填量の増加が増える傾向にある成形材料３に対しては適用することが非常に困難であるという問題も生じていた。これは、これらの充填材の充填量が増えると、材料全体の粘性が高くなるという結果を招き、これに伴う成形材料３の流動性の低下に対しては何ら効果を発揮し得ないことによる。

尚、このような流動性の低下を改善するためには、可塑剤や軟化剤などの配合材を配合する手法が用いられるが、配合量の増加に伴い、材料物性が低下してしまうといった新たな問題が発生してしまう。

また、材料温度を高温化することにより溶融粘度を低下させ、成形加工性を向上させる場合には、ゴムや熱硬化性樹脂、特に上述した性能や機能といった成形品の品質を向上させるために無機材料などの充填材の充填量を増加させた成形材料（以下、このような成形材料を「難加工性成形材料」と称する）は、三次元架橋による反応固化で成形するので、早期加硫（スコーチ）の発生が問題となる。すなわちこのスコーチした材料は、製品中に入り込むと不良製品となってしまうばかりでなく、射出成形用ノズルに滞留し易いことから、成形不良の要因となってしまい、生産性の向上ともなり難いといった問題がある。

本発明は、上記問題を解決するため、スプルー部とランド部とに跨る成形材料の切れ方を安定させることができ、しかも、難加工性成形材料を使用した場合においても成形材料の切れ方を安定させることができる射出成形用ノズルを提供することを目的とする。

その目的を達成するため、請求項１に記載の射出成形用ノズルは、シリンダ部のスクリューから供給された成形材料を一時的に貯留する加熱室を有するノズル部と、該ノズル部の先端に接続されて前記加熱室内で一時的に貯留した成形材料を金型へと供給するランド部の少なくとも一部を形成し且つ前記加熱室内及び前記金型とは独立して成形材料の温度を切断適正温度に調節する先端ユニットとを備えていることを特徴とする。

請求項２に記載の射出成形用ノズルは、前記先端ユニットは、前記加熱室内で一時的に貯留した成形材料の材料特性に応じた溶融温度を考慮して前記ランド部内での成形材料を射出適正温度にまで昇温し且つ射出完了まで昇温状態を維持する誘導加熱部材と、前記加熱室内に一時的に貯留された成形材料の射出完了と同時に前記ランド部内を切断適正温度にまで冷却する冷却部とを備えていることを特徴とする。

請求項３に記載の射出成形用ノズルは、前記冷却部は、前記誘導加熱部材による加熱時には冷媒を除去することを特徴とする。

請求項４に記載の射出成形機は、請求項１乃至請求項３に記載の射出成形用ノズルを有することを特徴とする。

請求項５に記載の射出成形機は、ゴムまたは熱硬化性樹脂の射出成形に用いられることを特徴とする。

本発明の射出成形用ノズルによれば、シリンダ部のスクリューから供給された成形材料がノズル部の加熱室で一時的に貯留され、ノズル部の先端に接続されて加熱室内で一時的に貯留した成形材料を金型へと供給するランド部の少なくとも一部を形成する先端ユニットによりランド部内での成形材料の温度が加熱室内及び金型とは独立して切断適正温度に調節されることにより、スプルー部とランド部とに跨る成形材料の切れ方をランド部の決まった位置で安定させることができ、しかもゴムや熱硬化性樹脂、さらには難加工性成形材料の成形に適用した場合においても、成形材料の切れ方を安定させることができる。

具体的には、次のような効果が奏せられる。
(1) 本システムを用いることで、ランド部の決まった位置で安定してゴム材料が切れるようになる。
(2) 安定した場所で切れるので、スコーチしたゴムが製品内部に入り込んだり、ゲートを詰まらせるなどの成形不良がなくなる。
(3) ランド部の決まった位置で安定してゴム材料を切り離せられるのに適した加硫度になるように、成形時(ノズルタッチ時)に、ノズル先端部(チップ)と金型スプル部の温度調節がなされる。
(4) ノズルを金型より切り離した場合に、急激に温度が変化しないようにノズルを温度調節し、ゴム材料にあってもその切れ方が安定する。
(5) 射出成形のチャージ量(射出量)が安定する。
(6) 正確で、シャープ(速い)な温度調節が可能となる。
(7) ゴムバリが一定量となるので、無駄が少なくなる。
(8) 外乱変化(雰囲気温度等)からの影響が受けにくくなる。
(9) ノズルタッチ成形(ノズルを金型につけた状態で連続成形すること)も可能となる。

次に、本発明の射出成形用ノズルを図面に基づいて説明する。図１は、本発明の射出成形用ノズルを示し、（Ａ）は要部の断面図、（Ｂ）は要部の拡大断面図である。

図１において、射出成形用ノズル１０は、図示を略す成形材料としての難加工性材料の通路となるシリンダ部１１と、シリンダ部１１の先端側、即ちシリンダ部１１よりも成形材料の射出方向下流側に配置されたノズル部１２と、シリンダ部１１内に配置されて成形材料をノズル部１２側に押し出すスクリュー１３とを備えている。

また、ノズル部１２の外周には環状若しくは螺旋状に凹陥された冷却溝１２ａが形成されている。この冷却溝１２ａは、筒状の耐熱カバー１４により密閉されている。さらに、耐熱カバー１４の外周には、誘導加熱コイル１５が設けられている。また、耐熱カバー１４の内側のノズル部１２の適宜箇所には、ノズル部１２の温度若しくは成形材料の温度を検出する温度センサー１６が設けられている。また、ノズル部１２の先端には、金型１のスプルー部１ａと連通するランド部１２ｃを形成する先端ユニット１７が設けられている。

ノズル部１２の内部は、製品成形に必要な体積（流量）と同体積以上の空間である加熱室１２ｂが確保されている。この加熱室１２ｂは、先端ユニット１７を介してスプルー部１ａと連通される。尚、加熱室１２ｂは、製品成形に必要な体積と同体積のほうが好ましい。また、この加熱室１２ｂと誘導加熱部材としての誘導加熱コイル１５との距離はできるだけ接近している方が好ましい。尚、加熱室１２ｂとシリンダ部１１の内部の継ぎ目部分において急激に内径が変化し、加熱量が縮小部となる場合には、その継ぎ目部分にも誘導加熱用コイル及び冷却溝を設けて温度制御することが好ましい。

冷却溝１２ａ内には、水・オイル・エアー・ガスといった冷媒が循環される。尚、冷媒は、ノズル部１２が高温となっている際の冷却溝１２ａ内の循環吸熱に伴う温度上昇を配管経路中に設けられた冷却手段（単なる配管の蛇行等の自然冷却を含む）によって冷却される。

耐熱カバー１４は、通常の金属材料を用いた場合、誘導加熱コイル１５による過熱時にカバー自体が昇温してしまい、熱量及び時間の無駄となることから、固有抵抗値が大きいか若しくは比透磁率が小さい材料（例えばフェノール樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂等の使用温度領域２００℃程度の耐熱性を有する樹脂系材料）から構成されている。

誘導加熱コイル１５は、低周波電源（図示せず）からの電源供給により昇温され、その昇温効果によってノズル部１２を昇温する。

先端ユニット１７は、ノズル部１２に一部が螺合すると共に外周に環状若しくは螺旋状に凹陥された冷却溝１８ａが形成されたノズルチップ１８と、ノズルチップ１８の外周を包囲して冷却溝１８ａ内の冷媒漏れを防止する筒状の耐熱カバー１９と、耐熱カバー１９の外周に設けられた誘導加熱コイル２０とを備えている。尚、耐熱カバー１９の内側の適宜箇所にランド部１２ｃの温度若しくは成形材料の温度を検出する温度センサーを設けてもよいし、加熱室１２ｂ内の成形材料の温度をランド部１２ｃの現在温度の参考として温度制御してもよい。

尚、冷却溝１８ａ内に供給される冷媒は、冷却溝１２ａに用いられている冷媒と同一種類のものが使用されているが、その循環経路は独立分離されている。また、耐熱カバー１９は耐熱カバー１４と材質等は同一である。

このような構成において、先端ユニット１７は、加熱室１２ｃ及び金型１とは独立して成形材料の温度を切断適正温度に調節する。

この際、射出時には誘導加熱コイル２０により、加熱室１２ｂで一時的に貯留した成形材料の材料特性に応じた溶融温度を考慮してランド部１２ｃでの成形材料を射出適正温度にまで昇温（略同温度）すると共に、射出完了までその昇温状態が維持される。一方、射出完了時には、加熱室１２ｃ内に一時的に貯留された成形材料の射出完了と同時にランド部１２ｃ内の成形材料を切断適正温度にまで冷却する。尚、過熱時には冷却溝１８ａ内の冷媒は除去することにより昇温効果を促進することができる。

難加工性材料としてNBRゴムに無機充填材としてのフェライトを多量(ゴム100重量部当り800重量部)を充填したものを用い、図１に示すように内部に冷却水路および外周部に誘導加熱コイルを巻いたノズルチップを射出成形機ノズル先端に取り付けて連続射出成形を行うと、連続成形しても図５(A)に示されるように、ランド部の決まった位置で安定してゴムが切れ、難加工性材料は安定した切れ方を示していた。

一方、図２〜４に示される如き従来の射出成形用ノズルを用いた場合には、連続射出成形時にゴム材料の切れる位置が変化することが観察され、中にはスコーチ等を含んだ成形不良が認められた。

本発明の射出成形用ノズルを示し、（Ａ）はその要部の断面図、（Ｂ）はその要部の拡大断面図である。 従来の射出成形用ノズルのその１を示し、（Ａ）はその要部の断面図、（Ｂ）はその要部の拡大断面図である。 従来の射出成形用ノズルのその２を示し、（Ａ）はその要部の断面図、（Ｂ）はその要部の拡大断面図である。 従来の射出成形用ノズルのその３を示し、（Ａ）は要部の断面図、（Ｂ）はその要部の拡大断面図である。 ランド部とスプルー部とに跨る成形材料の切断例を示し、（Ａ）はランド部で良好に切断できた成形材料の説明図、（Ｂ）はランド部よりもスクリュー側に位置する残余の成形材料を引き出してしまった状態の成形材料の説明図、（Ｃ）はランド部の途中から破断してしまった成形材料の説明図である。

符号の説明

１０…射出成形用ノズル
１１…シリンダ部
１２…ノズル部
１２ａ…冷却溝
１２ｂ…加熱室
１２ｃ…ランド部
１３…スクリュー
１５…誘導加熱コイル
１６…温度センサー
１７…先端ユニット
１８…ノズルチップ
１８ａ…冷却溝（冷却部）
１９…耐熱カバー
２０…誘導加熱コイル（誘導加熱部材）

Claims (5)

1. シリンダ部のスクリューから供給された成形材料を一時的に貯留する加熱室を有するノズル部と、該ノズル部の先端に接続されて前記加熱室内で一時的に貯留した成形材料を金型へと供給するランド部の少なくとも一部を形成し且つ前記加熱室内及び前記金型とは独立して成形材料の温度を切断適正温度に調節する先端ユニットとを備えていることを特徴とする射出成形用ノズル。
2. 前記先端ユニットは、前記加熱室内で一時的に貯留した成形材料の材料特性に応じた溶融温度を考慮して前記ランド部内での成形材料を射出適正温度にまで昇温し且つ射出完了まで昇温状態を維持する誘導加熱部材と、前記加熱室内に一時的に貯留された成形材料の射出完了と同時に前記ランド部内を切断適正温度にまで冷却する冷却部とを備えていることを特徴とする射出成形用ノズル。
3. 前記冷却部は、前記誘導加熱部材による加熱時には冷媒を除去することを特徴とする請求項２に記載の射出成形用ノズル。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の射出成形用ノズルを有することを特徴とする射出成形機。
5. ゴムまたは熱硬化性樹脂の成形に用いられる請求項４記載の射出成形機。
   

Images