JP2006159609A - 射出成形用ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】高流動性樹脂を均一に溶融混練し、カラーマスターバッチやタルク等の樹脂充填物の混練、分散および色替に優れ、射出充填時の圧力損失が小さい射出成形用ノズルを提供すること。
【解決手段】ノズル本体１１、ノズル本体１１の先端に配したノズルチップ１３、ノズル本体１１の挿通孔１７にミキシング体１２を嵌挿し、ミキシング体１２の外周面に複数列の円環状の溝１８と隣接する該円環状の溝１８を連通させる複数の軸方向の溝１９を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は樹脂の射出成形機に用いる射出成形用ノズルに係り、ノズル樹脂流路にミキシング部を配することによって、顔料やタルク等の充填物を樹脂の中に均一に分散させる高分散タイプの射出成形用ノズルに関するものであって、特にメルトフローレート（溶融指数、ＩＳＯ−１１３３）が２０ｇ／１０分以上の高流動性樹脂（ハイフロー材）に用いる好適な射出成形用ノズルに関する。

従来から一般的に知られている高分散タイプの射出成形用ノズルは、ノズル樹脂流路にトーピードや混合器等のミキシング機構が組み込まれ、顔料やタルク等の充填物を樹脂の中に均一に分散させる効果を高めている。
ノズル樹脂流路にミキシング機構が組み込まれた、高分散タイプの従来型射出成形用ノズルの一例を図４に示す。
図４に示した射出成形用ノズル５０のミキシング機構は、ノズル樹脂流路に前後端部にブレーカプレート５１ａ、５１ｂを有し、該ブレーカプレート５１ａ、５１ｂの間に樹脂溜まり５２ａ、５２ｂが構成されるとともに、該樹脂溜まり５２ａ、５２ｂの間に混練部５３を有した構成とされる。
ノズル後端側から流入した溶融樹脂は、後端側のブレーカプレート５１ａを通過して整流され樹脂溜まり５２ａに送られる。該樹脂溜まり５２ａに送られた溶融樹脂は、混練部５３の流路を通過して混合、混練されながら分散して前端側の樹脂溜まり５２ｂに流入する。
そして、前端側の樹脂溜まり５２ｂに流入した溶融樹脂は、前端側のブレーカプレート５１ｂを通過して整流された後、ノズルの先端から図示されない金型内に射出される。 （特許文献１参照）
特開平７−１２５００５号公報

ところで、近年、樹脂の成形性向上が図られメルトフローレート（溶融指数、ＩＳＯ−１１３３）が２０ｇ／１０分以上の高流動性樹脂（ハイフロー材と称することもある）が射出成形に多く用いられるようになった。
しかし、前述した従来型の射出成形用ノズルを使用して、前述した高流動性樹脂とカラーマスターバッチ（固形状着色剤）とを混合して直接射出成形する場合や、高流動性樹脂にタルク等の充填物を充填した樹脂を射出成形する場合において、カラーマスターバッチや充填物がミキシング機構のブレーカプレートや混練部の流路において凝集し、分散効果が薄く分散不良等の問題が発生していた。
また、前述した従来型の射出成形ノズルはブレーカプレートが混練部の前後に配置されるとともに、該ブレーカプレートの複数の細孔に溶融樹脂を通過させることから、射出充填中の圧力損失が大きいという問題もあった。
さらに、ミキシング機構のブレーカプレートや樹脂溜まりにおいて溶融樹脂が滞留し易く、色替えや樹脂替えが悪いという問題があった。

一方で、ノズル樹脂流路に静止型管内混合器（スタティツクミキサ）を組み込んだ射出成形用ノズルを使用して、前述した高流動性樹脂とカラーマスターバッチ（固形状着色剤）とを混合して直接射出成形する場合や、高流動性樹脂にタルク等の充填物を充填した樹脂を射出成形する場合においても、静止型管内混合器（スタティツクミキサ）でカラーマスターバッチやタルク等の充填物が再凝集して、分散効果が得られないという問題があった。

本発明は、前述した従来技術の問題点に着目し、高流動性樹脂を使用した場合においても溶融樹脂を均一に混練することができ、カラーマスターバッチやタルク等の樹脂充填物の混練、分散性に優れ、射出充填時の圧力損失が低減されるとともに、滞留が少なく色替え性の良い射出成形用ノズルを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明による第１の発明においては、バレル先端に着脱自在に配されるノズル本体と、該ノズル本体の先端に着脱自在に配され金型のスプルブッシュに接続されるノズルチップと、該ノズル本体の挿通孔に嵌挿され流れる樹脂を分散し混合するミキシング体とを備えた射出成形用ノズルであって、該ミキシング体の外周面に、複数列の円環状の溝と隣接する該円環状の溝を連通させる複数の軸方向の溝とからなる樹脂流路を形成した。

そして、第２の発明では、第１の発明の構成に加えて、軸方向に複数列形成した軸方向の溝の各列において、円周方向に等分布する分割数を同一として軸方向に隣接するピッチを互いにピッチで２分の１宛ずらして形成した。

また、第３の発明では、第１又は第２の発明において、軸方向の溝の軸直角断面での樹脂の通過面積が、バレル先端側からノズルチップ側に向かって減少するように形成した。

そして、第４の発明では、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、軸方向の溝の谷径をバレル先端側からノズルチップ側に向かって大きくすることによって、前記樹脂の通過面積を減少させた。

また、第５の発明では、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、軸方向の溝の円周方向の幅をバレル先端側からノズルチップ側に向かって小さくすることによって、前記樹脂の通過面積を減少させた。

そして、第６の発明では、第１乃至第５の発明のいずれかにおいて、前記軸方向の溝の条数は円周方向に等分割する分割数を１０以上とした。

本発明の射出成形用ノズルによれば、ミキシング体の外周面に複数列の円環状の溝と隣接する該円環状の溝を連通する複数の軸方向の溝とからなる樹脂流路を形成したので、高流動性樹脂を均質化でき、カラーマスターバッチやタルク等の充填物の分散、混練性に優れている。従って、カラーマスターバッチやタルク等が溶融樹脂中に均一に分散され、凝集による分散不良が発生することがない。

そして、ミキシング体の外周面に、複数列の円環状の溝と隣接する該円環状の溝を連通させる軸方向の溝を、円周方向に複数条、かつ、軸方向に複数列形成するとともに、該軸方向に複数列形成した溝の各列において円周方向に等分割する分割数を同一として、軸方向に隣接する列を互いに２分の１宛ずらして形成するようにして溝を形成したので、ミキシング体に流入した溶融樹脂は、バレル先端側からノズルチップ側に向けて衝突と進入とを繰り返し良好に分散される。
また、ミキシング体の溝部は滞留個所が少なく、急激な断面積の変化もないことから色替性に優れる。

さらに、ミキシング体の外周面に複数列の円環状の溝と隣接する該円環状の溝を連通する複数の軸方向の溝とからなる樹脂流路を形成するとともに、該樹脂流路の軸直角断方向に切断した断面積をバレル先端側からノズルチップ側に向けて減少するようにしたので、溶融樹脂を均一に混練して樹脂温度を均質化することができ、均質に溶融しずらい一般的なポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド（ＰＡ）などの結晶性樹脂材料や、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリル（ＰＭＭＡ）の無着色の非晶性樹脂材料の射出成形においても温度ムラにより発生する歪等の成形不良を防止することができる。

また、ミキシング体に形成される樹脂流路の断面積を、ノズルのバレル側樹脂流入口の断面積と略同一となるように構成したので、射出充填中の圧力損失が小さいという優れた効果を有する。
さらに、ミキシング体の外周面の溝部において、軸方向の溝の条数を、円周方向に等分割する分割数を１列で少なくとも１０条以上とすることにより、高流動性樹脂を均質化し、カラーマスターバッチやタルク等の充填物の混練、分散性を向上させて、カラーマスターバッチやタルク等の充填物等を全体的に均一に混練するので分散不良を防止することができる。

以下、図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図１〜図３は本発明による実施の形態に係り、図１は本発明による実施形態の好ましい一例を示す射出成形用ノズルの断面図、図２はミキシング体外周面の溝部の実施形態を説明する展開図、図３は本発明によるミキシング体の他の実施形態を示す断面図である。
ここで、図２は、ミキシング体の外周面に軸方向に複数列形成した溝の各列において、円周方向に等分割する分割数を同一として軸方向に隣接する列を互いにピッチで２分の１宛ずらして形成することにより、矩形の隔壁が複数形成されるような樹脂流路を形成した場合を示している。
また、図３は、ミキシング体軸方向の溝の谷径をバレル側からノズルチップ側に向かって大きくすることによって、前記樹脂の通過面積を減少させた場合を示している。

本発明の実施形態である射出成形用ノズル４０の構成について説明する。
図１において、１１はノズル本体、１２はミキシング体、１３はノズルチップ、１４は射出成形装置のバレルである。ノズル本体１１は後端に取付け部１５を有し、バレル１４の先端に着脱自在に取付けられている。ノズルチップ１３はノズル本体１１の先端の開口部に螺合するねじ部１６を備え、ノズル本体１１に着脱自在に取付けられている。そして、ミキシング体１２は、ノズル本体１１の挿通孔１７内に嵌挿自在に組み込まれている。

図１に示すように、ミキシング体１１の外周面に、複数列の円環状の溝１８を形成するとともに、隣接する円環状の溝１８を連通して軸方向に延びる軸方向の溝１９を、円周方向に複数条、かつ、軸方向に複数列形成し、該軸方向に複数列形成した軸方向の溝１９の各列において、円周方向に等分割する分割数を同一として軸方向に隣接する列を互いにピッチの２分の１宛ずらして形成することにより、図２に展開図を示す矩形の隔壁２３を形成するようにして樹脂流路を形成している。
そして、ミキシング体１２においては、円環状の溝１８及び軸方向の溝１９の谷径寸法とミキシング体１２の外径寸法をノズル樹脂流路２０より拡径して、樹脂が流れこむ流路の断面積を略同一とし、急激な圧力変化や速度変化などが生じない構成とした。また、ミキシング体１１溶融樹脂の入口側及び出口側の両端はテーパ状とし、前記円環状の溝１８及び軸方向の溝１９の谷径寸法とミキシング体１２の外径寸法を入口側で拡径するとともに、出口側で縮径する形状とし、樹脂の入り口側流路２１及び出口側流路２２をそれぞれ樹脂流路２０の断面積と略同一となるように複数個形成した。

そして、図３に示したミキシング体１２aにおいては、軸方向の溝１９の谷径寸法に合わせて連通する円環状の溝１８の谷径寸法をバレル１４側からノズルチップ１３側に向かって大きくした形状（ｄ２がｄ１より大きい）とし、軸方向の溝１９を軸直角方向に切断した際の樹脂の通過面積が、バレル１４側からノズルチップ１３側に向かって減少するようにしている。
ここで、本発明におけるミキシング体１２ａの軸方向の溝１９を軸直角方向に切断したときのバレル１４側とノズルチップ１３側との樹脂の通過面積の比率は１：０．９〜０．３の範囲であり、成形する樹脂のメルトフローレートやカラーマスターバッチの希釈倍率、樹脂の充填剤の種類や量などにより適宜選択して使用する。

なお、前記溝部の形状は、図２で示した矩形の隔壁を残した形状に限らないことは勿論であって、バレル１４側からノズルチップ１３側に向けて分岐と合流とを繰り返す構成となっていれば良い。
また、軸方向の溝１９を軸直角方向に切断したときの樹脂の通過面積を減少させる形状は、前述した図３の方法に限らず、ミキシング体１２溝部の谷径を同一寸法とした図１の形状であって、軸方向に複数列形成した軸方向の溝１９の円周方向の幅を各列毎にバレル１４側からノズルチップ１３側に向かって減少させる形状であっても良い。また、前述した図３の形状と前述した軸方向の溝１９の円周方向の幅をバレル１４側からノズルチップ１３側に向かって減少させるの形状との組み合わせによる方法であっても良い。

また、図１に示した本実施形態による射出成形ノズル４０は、ノズル本体１１、ノズルチップ１３を着脱自在に固定し、ミキシング体１２をノズル本体１１の挿通孔１７に嵌挿自在に組み込んだので、例えば、取り扱う樹脂材料やカラーマスターバッチとミキシング体が適合しないときは、前記ミキシング体を前記ノズル本体から取り出し適合する別のミキシング体と容易に交換することができる。

なお、軸方向の溝１９を軸方向に複数列形成することとしたが、使用する列数は成形する樹脂のメルトフローレートやカラーマスターバッチの希釈倍率、樹脂の充填剤の種類や量などにより適宜選択して使用する。
また、ノズル本体１１のバレル１４への取付けを複数のボルトを締め付けて行なう構成としたが、ノズル本体後端部及びバレル先端部にねじ部を設け、該ねじ部で螺合する構成であっても良い。

次に、このように構成された射出成形用ノズル４０の動作を説明する。
図示しない射出装置の可塑化工程において、ホッパから供給されたカラーマスターバッチを混合した高流動性樹脂や無機物などを充填した高流動性樹脂は、バレル内で外部からの熱エネルギーを受けながらスクリュの供給部、圧縮部及び計量部を通過してスクリュの回転に伴う機械的エネルギーによって可塑化溶融され、スクリュ先端に送りこまれる。
そして、スクリュ先端に送りこまれた溶融樹脂は、射出工程において、前記スクリュが前進することによって、射出成形用ノズル４０内に送られる。射出成形用ノズル４０内に送られた溶融樹脂は図２の矢印で示すように、ミキシング体１２外周部に形成された樹脂流路に流入し、軸方向の溝１９、円環状の溝１８、隔壁２３によって分岐と合流及び衝突と進入とを繰返し、溶融樹脂中のカラーマスターバッチや無機物などは凝集することなく分散される。
ミキシング体１２によって分散された溶融樹脂は、ノズルチップ１３を通って図示しない金型キャビティ内へ充填されるのである。

以下、本発明による射出成形用ノズル４０の特徴的な作用効果について詳述する。
本発明では、ミキシング体１２の外周面に、複数列の円環状の溝１８と隣接する該円環状の溝１８を連通させる軸方向の溝１９を形成した。
前述したように、従来型の射出成形用ノズル５０において溶融樹脂は、後端側のブレーカプレート５１ａを通過して樹脂溜まり５２ａに送られ、混練部５３の流路を通過して混合、混練され前端側の樹脂溜まり５２ｂに流入する。該前端側の樹脂溜まり５２ｂに流入した溶融樹脂は、前端側のブレーカプレート５１ｂで整流され金型内に送り込まれる。
しかし、その作用効果には限界があって、例えば、メルトフローレートが大きな樹脂に充填物を入れて分散させる際において、ブレーカプレートと混練部で構成されるミキシング機構部分に溶融樹脂が滞留し、該滞留した溶融樹脂に含まれる充填物が凝集することにより、分散不良等といった問題を引き起こしやすく、この問題は特に溶融樹脂の圧力や速度に急激な変化を生じる部分に生じやすい。
これを防止するには、樹脂を全体的で均一に混練する必要があり、樹脂の分岐と合流及び衝突と進入の回数を従来よりも増やす、あるいは狭い通路を通過させる等の手段が有効で、また、溶融樹脂の圧力や速度に急激な変化を生じさせない流路を形成することにある。
例えば、樹脂の分岐と合流及び衝突と進入の回数を従来よりも増やす方法として、軸方向の溝１９において溝の条数は円周方向に等分割する分割数を１０以上とすると、充填物の分散効果は大幅に改善する。また、樹脂の滞留部分をできるだけ減少させる方法として、圧力変動や速度変動が小さくなる狭い樹脂通路を通過させることが望ましい。

前述した理由により、本発明による射出成形ノズル４０によれば、ミキシング体１３の樹脂流路を流れる溶融樹脂の圧力や速度に急激な変化を生じさせることなく、狭い樹脂通路を通過させることができ、溶融樹脂は静的な分岐と合流及び衝突と進入とを繰返し、溶融樹脂中に分散したカラーマスターバッチや充填剤である無機物等は凝集を起さないのである。

また、ミキシング体１３外周面に、複数の円環状の溝１８と隣接する円環状の溝１８を連通させる複数の軸方向の溝１９を形成するとともに、円周方向に等分割する分割数を同一として軸方向に隣接する列を互いにピッチで２分の１宛ずれるようにした図２に示す構成の射出成形用ノズル４０は、製作が容易で、使用後において清掃等といったメンテナンスがし易いという優れた利点を有している。

以上説明した理由から、本発明の射出成形用ノズル４０を使用してカラーマスターバッチを混合した高流動性樹脂や、無機物等を充填した高流動性樹脂を射出成形しても、成形品表面にカラーマスターバッチや無機物等の分散不良や凝集がなく、表面性に優れた射出成形品を得ることができた。

また、本発明の射出成形用ノズル４０を用いてメルトフローレート（溶融指数、ＩＳＯ−１１３３）が２０ｇ／１０分未満の一般的な樹脂材料と、ドライカラー（粉末状着色剤）に若干の湿潤剤（脂肪酸石鹸など）とを添加混合し直接射出成形を行ない、色ムラがなく色分散に優れ、且つ、歪のない射出成形品を得ることができた。

本発明による実施形態の好ましい一例を示す射出成形用ノズルの断面図である。 本発明によるミキシング体外周面の溝部の実施形態を説明する展開図である。 本発明によるミキシング体の他の実施形態を示す断面図である。 従来の射出成形用ノズルの一例を示す断面図である。

符号の説明

１１ ノズル本体
１２、１２ａ ミキシング体
１３ ノズルチップ
１４ バレル
１７ 挿通孔
１８ 円環状の溝
１９ 軸方向の溝
２０ 流路
２１ 入口側流路
２２ 出口側流路
２３ 隔壁
４０ 射出成形用ノズル

Claims (6)

1. バレル先端に着脱自在に配されるノズル本体と、該ノズル本体の先端に着脱自在に配され金型のスプルブッシュに接続されるノズルチップと、該ノズル本体の挿通孔に嵌挿され流れる樹脂を分散し混合するミキシング体とを備えた射出成形用ノズルであって、
   該ミキシング体の外周面に、複数列の円環状の溝と隣接する該円環状の溝を連通させる複数の軸方向の溝を形成した射出成形用ノズル。
2. 前記軸方向に複数列形成した軸方向の溝の各列において、円周方向に等分布する分割数を同一として軸方向に隣接するピッチを互いにピッチで２分の１宛ずらして形成した請求項１記載の射出成形用ノズル。
3. 前記軸方向の溝の軸直角断面での樹脂の通過面積が、バレル先端側からノズルチップ側に向かって減少するように形成した請求項１又は請求項２に記載の射出成形用ノズル。
4. 前記軸方向の溝の谷径をバレル先端側からノズルチップ側に向かって大きくすることによって、前記樹脂の通過面積を減少させる請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の射出成形用ノズル。
5. 前記軸方向の溝の円周方向の幅をバレル先端側からノズルチップ側に向かって小さくすることによって、前記樹脂の通過面積を減少させる請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の射出成形用ノズル。
6. 前記軸方向の溝の条数は円周方向に等分割する分割数を１０以上とした請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の射出成形用ノズル。

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