JP2008296386A

JP2008296386A - 射出成形機用の射出ノズル

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Publication number: JP2008296386A
Application number: JP2007141739A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Uesono; 裕正上園
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2027-05-29
Also published as: JP4745288B2

Abstract

【課題】金属錯体が溶解された超臨界状態の流体が注入できると共に、可塑化時、浸透時および射出時に溶融樹脂の逆流が防止できる、コンパクトな射出ノズルを提供する。
【解決手段】ノズル本体（１０）と、その先端部が射出孔（１２）となっているノズル部（１１）とから構成する。加熱シリンダ（２）の計量室（９）と射出孔（１２）は、溶融樹脂流路（６、１３、１４、３２、１９）を介して連通している。溶融樹脂流路（１４）には金属錯体が溶解された超臨界状態の流体の供給孔（２１）が開口している。このように構成されているノズル本体（１０）とノズル部（１１）とにわたって棒状ニードル（３７）と傘状ニードル（３０）とを同心的に設ける。棒状ニードル（３７）により射出孔（１２）を開閉し、傘状ニードル（３０）により供給孔（２１）を開閉する。これらのニードル（３０、３７）を駆動する操作レバー（４３、５３）は加熱シリンダ（２）寄りに位置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形機の射出ノズルに関し、さらに具体的には表面のみが改質された樹脂成形品を得る射出成形方法の実施に適用して好適な射出成形機用の射出ノズルに関するものである。

射出成形により成形されるプラスチック成形品は多々あるが、可塑化溶融される樹脂材料によってその物性は決まる。また、プラスチック成形品は用途によっては、その表面に印刷、塗装等が施され、導電体や金属膜の形成、成形品同士の接合、その他の後加工が施される場合もある。このような後加工を施す必要がある場合には、加工性向上のため、プラスチック成形品の表面を活性化させて表面を改質することが一般に行われている。例えば、プラスチック成形品よりなる電子機器の表面に金属導電膜を形成する手段として、無電解メッキ法が広く採用されている。しかし、無電解メッキプロセスには脱脂、エッチング、湿潤化、キャタリスト、アクセレーターといった複雑な工程が必要でコスト高の上、有害物質を多く使わなければならず、廃液の処理にも費用がかかるという問題もある。
そこで、このような複雑な工程を経ることなく、射出成形時に表面を全体的又は選択的に無電解メッキに適用可能なように改質する表面改質方法が特許文献１により提案されている。

特許第３６９６８７８号

特許文献１に記載されている射出成形機は、概略図５に示されているように構成されている。すなわち、バンドヒータ１３９が外周部にまかれている可塑化シリンダ１４０と、この可塑化シリンダ１４０内に回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュ１０７とから構成されている。可塑化シリンダ１４０の前方には射出ノズル１０８が取り付けられ、この射出ノズル１０８内にシャットオフ弁１０５が設けられている。また、シャットオフ弁１０５とスクリュ１０７の間に、超臨界流体供給口１０６が設けられている。この供給口１０６から、表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体が供給されるようになっている。

したがって、シャットオフ弁１０５を閉じて、スクリュ１０７を回転駆動すると、ホッパ１１０から供給されるペレット状の樹脂は、従来周知のように前方へ送られる過程で可塑化溶融されてフロント１１１に蓄積される。所定量蓄積したら、スクリュ１０７を後方へ駆動して、すなわちサックバックしてフロント１１１内を減圧すると共に、電磁弁１０９を開く。そうすると、超臨界流体発生装置１１２から供給される超臨界状態の流体に、容器１２３中の金属錯体のような表面改質物質が溶解され、そして供給口１０６からフロント１１１に注入される。電磁弁１０９を閉じ、そしてスクリュ１０７を所定量だけ前進駆動する。そうすると、フロント１１１内は１０ＭＰａに加圧され、表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体は、フロント１１１内の先端付近の一部の溶融樹脂に浸透する。次いで、シャットオフ弁１０５を開いて、スクリュ１０７を射出方向に駆動する。そうすると、図示されない金型のキャビティに溶融樹脂が射出・充填される。このとき、超臨界状態の流体が浸透した溶融樹脂が流れの先端部、すなわちフローフロント部を形成する。金型内では、いわゆるファウンテンフロー現象により、フローフロント部の溶融樹脂はキャビティ表面に引っ張られながら表面層を形成するので、超臨界状態の流体が浸透した溶融樹脂は、キャビティ表面近傍の層を形成する。超臨界状態の流体には表面改質物質が溶解されているので、特許文献１に記載されているような、表面が改質されたプラスチック成形品が得られる。

上記特許文献１により提案されている射出成形機によると、金属錯体等の表面改質物質が金型のスタンパの表面に配置されることによりプラスチック成形品の表面改質が行われ、従来の無電解メッキプロセスのような複雑な工程を実施することなく無電解メッキができる利点は認められる。
しかしながら、改良すべき問題点、特に射出成形機に改良すべき点が認められる。例えば、表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体を注入する供給口１０６が、シャットオフ弁１０５とスクリュ１０７との間に位置しており、射出充填時には高圧の射出圧力が供給口１０６に作用する。射出圧力によって溶融樹脂が供給口１０６内に逆流すると、表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体の注入量や溶融樹脂の射出量が不正確になる。このため、供給口１０６は表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体を注入するときには「開」状態となり、溶融樹脂を計量可塑化するとき、および射出充填するときには溶融樹脂が逆流しないよう「閉」の状態となるような逆流防止機能をもった開閉機構１０９を必要とする。この開閉機構１０９は高圧の射出圧力に耐える十分な強度を持つ必要がある。実際、射出圧力は２００ＭＰａを超える高圧であり、このような高圧に強度的に耐え、且つ超臨界状態の流体とその溶解物を滞りなく注入できるような開閉機構１０９は、特殊な材料を選択し、特殊な形状・構造に製作しても、大型化してしまう。このように材料を選択し、特殊な構造に製作しても品質、性能面で満足のいく開閉機構が得られる保証はない。

ところで、フローフロント以外の溶融樹脂に、表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体が浸透していると、成形品の内部で発泡して成形品の強度を損なう恐れがあるので、溶融樹脂全体ではなく、フローフロント部にあたる部分のみに、表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体を浸透させる必要がある。このため、供給口１０６は射出ノズル１０８の先端部近傍に取り付けられることが好ましい。しかし、射出ノズル１０８の先端部近傍に設けると、上記したような大型化した開閉機構１０９も、射出ノズル１０８の先端部近傍に取り付けられることになり、射出・充填時など射出ノズル１０８を最前進させて金型にタッチさせるとき、開閉機構１０９が固定プラテン１２５の切欠１２６の内壁面と干渉する恐れがある。

同様に、シャットオフ弁１０５についても、固定プラテン１２５の切欠１２６の内壁面と干渉する恐れがあるので、シャットオフ弁１０５は射出ノズル１０８の先端部から所定距離後退させて取り付ける必要がある。そうすると、射出ノズル１０８にはシャットオフ弁１０５から射出孔まで、長い樹脂流路１４１ができてしまう。射出充填後、射出ノズル１０８が金型のスプルから離間されたり、成形品を取り出すために金型が開かれたりすると、樹脂流路１４１内に残されている溶融樹脂は大気圧に開放される。そうすると、樹脂流路１４１内の溶融樹脂が発泡してしまう。発泡してしまった溶融樹脂は製品として利用できないので、金型内に格別に樹脂溜りを設けて、成形品に混入しないように留意しなければならない煩わしさもある。

本発明は、上記したような従来の問題点あるいは課題を解決した射出成形機用の射出ノズルを提供することを目的とし、具体的には従来のシャットオフ弁が奏する機能と逆流防止機構が奏する機能の、両機能を同時に備えた射出成形機用の射出ノズルを提供することを目的とし、さらに具体的にはシャットオフ機能は勿論のこと、表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体を正確な量だけ射出ノズルの先端部近傍に注入できると共に、射出充填時には表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体が浸透された溶融樹脂が超臨界状態の流体の供給孔の方へ逆流することを確実に防止することができる、射出成形機用の射出ノズルを提供することを目的としている。また、固定プラテンの切欠の内壁面と干渉しない、射出成形機用の射出ノズルを提供することも目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、射出機の加熱シリンダの先端部に取り付けられる射出ノズルには、棒状ニードルと傘状ニードルとが同心的に設けられる。そして、棒状ニードルは、射出ノズルの先端部の射出孔を開閉するように構成される。また、傘状ニードルは、表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体を溶融樹脂流路内に注入するための供給孔を開閉するように構成される。傘状ニードルは弁部と軸部とから構成され、弁部がシール作用を奏し、軸部はノズル本体に形成されているガイド孔に通され案内されるように構成される。上記のように作用する棒状ニードルと傘状ニードルを操作する第１、２の操作レバーは、加熱シリンダ側に寄った位置に配置され、そして第１、２の操作レバーは、互いに独立した駆動手段により駆動されるように構成される。

かくして、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、可塑化方向と射出方向とに駆動可能に設けられているスクリュを有する加熱シリンダの前方に取りつけられる射出ノズルであって、前記射出ノズルは、略筒状を呈するノズル本体と、このノズル本体の先端部に取り付けられ、その先端部が射出孔となっているノズル部と、前記ノズル本体とノズル部とにわたって同心的に設けられている棒状ニードルと傘状ニードルとからなり、前記ノズル本体とノズル部には、前記加熱シリンダの計量室と前記射出孔に連通した溶融樹脂流路が形成されていると共に、前記ノズル本体の溶融樹脂流路には表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体が供給される供給孔が開口し、前記棒状ニードルが第１の位置へ駆動されると、前記ノズル部の射出孔は前記棒状ニードルにより閉鎖され、第２の位置へ駆動されると解放され、前記傘状ニードルが第１の位置へ駆動されると、前記供給孔は前記傘状ニードルにより閉鎖され、第２の位置へ駆動されると解放されるように構成されている。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の射出ノズルにおいて、傘状ニードルは弁部と軸部とからなり、前記弁部には前記溶融樹脂流路の内壁に液密的あるいは気密的に接してシール作用を奏するランド部と、溶融樹脂の流路を確保する切欠あるいは透孔とが設けられ、前記軸部は前記弁部から前記加熱シリンダの方向に延びるように形成され、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の射出ノズルにおいて、前記傘状ニードルは、その軸部が前記ノズル本体の軸心に形成されているガイド孔により案内され、前記棒状ニードルは、前記傘状ニードルの軸心に前記弁部と軸部とにわたって形成されているガイド孔により案内されるように構成されている。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載の射出ノズルにおいて、前記ノズル本体には前記棒状ニードルに結合される操作するレバーが挿入される第１の操作レバー取付用の穴と、前記傘状ニードルに結合される操作するレバーが挿入される第２の操作レバー取付用の穴とが設けられ、これらの第１、２の操作レバー取付用の穴は前記加熱シリンダ寄りで軸方向には所定の間隔をおいて、円周方向には１８０度の間隔をおいて設けられ、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかの項に記載の射出ノズルにおいて、前記ノズル部の、前記傘状ニードルの下流側は大径の樹脂溜となり、該樹脂溜は前記射出孔に向けてテーパ状に絞られ、そして請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかの項に記載の射出ノズルにおいて、前記棒状ニードルと傘状ニードルを駆動する駆動手段は、互いに独立しているように構成される。

以上のように、本発明によると、射出ノズルは、略筒状を呈するノズル本体と、このノズル本体の先端部に取り付けられ、その先端部が射出孔となっているノズル部と、前記ノズル本体とノズル部とにわたって同心的に設けられている棒状ニードルと傘状ニードルとからなり、前記ノズル本体とノズル部には、前記加熱シリンダの計量室と前記射出孔に連通した溶融樹脂流路が形成されていると共に、前記ノズル本体の溶融樹脂流路には表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体が供給される供給孔が開口し、前記棒状ニードルが第１の位置へ駆動されると、前記ノズル部の射出孔は前記棒状ニードルにより閉鎖され、第２の位置へ駆動されると解放され、前記傘状ニードルが第１の位置へ駆動されると、前記供給孔は前記傘状ニードルにより閉鎖され、第２の位置へ駆動されると解放されるように構成されているので、棒状ニードルにより射出孔を閉鎖し、傘状ニードルにより供給孔を開いてフローフロント部の成形用として射出される溶融樹脂に表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体を浸透させることができる。また、ノズル本体とノズル部には、前記加熱シリンダの計量室と前記射出孔に連通した溶融樹脂流路が形成されているので、超臨界状態の流体が浸透された溶融樹脂と計量室の溶融樹脂とを、射出孔を開き供給孔を塞いで、連続して金型に射出充填することができる。このように、本発明によると、供給孔が傘状ニードルにより遮断されるので、射出・充填時に超臨界状態の流体が浸透された溶融樹脂および計量室の溶融樹脂が供給孔の方へ逆流することはない。したがって、表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体の注入量、超臨界状態の流体が浸透された溶融樹脂の射出量、計量室の溶融樹脂の射出量等は正確である。また、棒状ニードルによって射出孔が閉塞されるので、射出ノズル内の溶融樹脂が大気圧に開放されて発泡して、溶融樹脂が無駄になるようなこともない。さらには、傘状ニードルも棒状ニードルも、ニードルすなわち棒状部材から構成されているので、射出ノズルの先端部の射出孔も、超臨界状態の流体が供給される供給孔も、これらの孔から離間した位置から操作することができ、これらの弁の操作手段を加熱シリンダ側に寄った位置に配置することができる。したがって、射出ノズルを固定金型にタッチさせるときに、棒状ニードルと傘状ニードルの操作手段が固定プラテンの切欠の内壁と干渉するようなことはない。また、棒状ニードルと傘状ニードルは同心的に設けられているので、射出ノズルが徒に大型化することもない。
したがって、本発明によると、従来装置の開閉弁あるいは逆止弁のような高圧の射出圧力を考慮した逆流防止機能を備えた開閉機構が不要となり、品質・性能面において向上すると同時に、コンパクトな射出成形機用の射出ノズルを提供することができる、という本発明に特有の効果が得られる。

また、ノズル本体に棒状ニードルに結合される操作するレバーが挿入される第１の操作レバー取付用の穴と、傘状ニードルに結合される操作するレバーが挿入される第２の操作レバー取付用の穴とが設けられ、これらの第１、２の操作レバー取付用の穴が、加熱シリンダ寄りで軸方向には所定の間隔をおいて、円周方向には１８０度の間隔をおいて設けられている発明によると、棒状ニードルの駆動手段と傘状ニードルの駆動手段は互いに干渉しないので、射出ノズルをよりコンパクトに構成することができるという効果がさらに得られる。また、ノズル部の、傘状ニードルの下流側が大径の樹脂溜となっている発明によると、上記のような効果に加えて、主としてフローフロント部を形成する溶融樹脂に表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体を浸透させることができる効果が得られ、棒状ニードルと傘状ニードルを駆動する駆動手段が互いに独立している発明によると、射出成形の各工程の実施が容易になる効果がさらに得られる。

以下、本発明の実施形態を図１〜４により説明する。図１は、本実施の形態に係る射出成形機の一部を側面から見た縦断面図であり、図３の（ア）は、本実施の形態に係る射出成形機の一部を上面から見た水平断面図である。射出成形機１は、従来周知のように、加熱シリンダ２を備えている。そして、加熱シリンダ２の前方にシリンダブロックＳＢが、このシリンダブロックＳＢにノズル本体１０が図示されないボルト、ネジ等の手段により取り付けられている。加熱シリンダ２、シリンダブロックＳＢおよびノズル本体１０の外周部には、個々に発熱温度が調整される複数個のバンドヒータ４、４、…が設けられている。加熱シリンダ２の内部には、シリンダボア５が軸方向に形成されている。このシリンダボア５は、シリンダブロックＳＢ中の溶融樹脂流路６に連通しており、さらに、後で説明するように、ノズル本体１０内の溶融樹脂流路およびノズル部１１の射出孔１２にも連通している。加熱シリンダ２のボア５には、従来周知のように、回転方向と軸方向とに駆動されるスクリュ８が設けられている。このスクリュ８の先端部には、図示されないスクリュヘッドが取り付けられ、スクリュヘッドの前方の、加熱シリンダ２のシリンダボア５内が計量室９となっている。

射出ノズルは、本実施の形態によると、概略円柱状を呈するノズル本体１０と、このノズル本体１０の先端部に装着されているノズル部１１とからなっている。このように構成されているノズル本体１０に、詳しくは後述するように、棒状ニードル３７からなる第１のシャットオフ装置と、傘状ニードル３０からなる第２のシャットオフ装置とが同心状に組み込まれている。

ノズル本体１０の軸心には、その先端部から後端部に向けて所定深さの比較的大径のノズル穴１５が形成されている。そして、このノズル穴１５の後端部から軸方向に整合して比較的小径のガイド穴１６が所定の深さに形成されている。大径のノズル穴１５は、詳しくは後述する傘状ニードル３０の弁部を案内するもので、その内径は傘状ニードル３０の弁部の外径よりも極わずかに大きく、また小径のガイド穴１６は傘状ニードル３０の軸部を案内するもので、その内径は傘状ニードルの軸部の外径よりも極わずかに大きく選定されている。大径のノズル穴１５の先端部分は所定長さにわたって拡径され、拡径された内周面にノズル部１１を取り付けるための雌ネジが形成されている。また、ノズル本体１０の先端から可及的に離間した位置、すなわち加熱シリンダ２に近い位置に、所定幅で所定深さの操作レバー取付用の穴１７、１８が設けられている。これらの操作レバー取付用の穴１７、１８は、ノズル本体１０の軸方向には所定間隔を、回転方向には１８０度の間隔をおいて軸中心に向かって小径のガイド穴１６に達するように明けられている。これらの操作レバー取付用の穴１７、１８内に、後で説明するように、傘状ニードル３０と棒状ニードル３７とをそれぞれ操作する操作レバー４３、５３が挿入される。また、図３の（ア）にも示されているように、大径のノズル穴１５の端部からは、小径のガイド穴１６と平行して長い２本の樹脂用の貫通孔１３、１３が明けられている。これにより、シリンダブロックＳＢ内の溶融樹脂流路６と大径のノズル穴１５は、樹脂用の貫通孔１３、１３を介して連通している。

ノズル部１１は、外形は略円筒状を呈しているが、内部は後端部から先端部に向けてテーパ状に絞られたテーパ部１１’となっている。すなわち、テーパ部１１’の始端部の径は、ノズル本体１０のノズル穴１５と同じ径になっているが、先端部に向けてテーパ状に絞られ、そして射出孔１２となっている。この射出孔１２は棒状ニードル３７が着座する弁座にもなっている。ノズル部１１のテーパ部１１’と大径のノズル穴１５は共働して樹脂溜１９を形成している。このように構成されているノズル部１１の外周部には雄ネジが形成され、この雄ネジをノズル本体１０の前述した雌ネジに螺合することにより、ノズル部１１はノズル本体１０に取り付けられている。

図３の（イ）は、図３の（ア）において線イ−イで切断して射出ノズルを示す断面図である。この断面図にも示されているように、ノズル本体１０の右上方４５度と左上方４５度の２カ所には、中心方向に向かう浅い穴２０、２０が設けられ、さらにこれらの穴２０、２０の底部から、中心方向に向かい、大径のノズル穴１５に開口する細い表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体供給孔２１、２１が明けられている。穴２０、２０の内周面には雌ネジが形成されており、この雌ネジに図示されない表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体供給パイプが取り付けられるようになっている。表面改質物質、例えば金属錯体が溶解された超臨界状態の流体は、これらのパイプを通して超臨界状態の流体供給孔２１、２１から大径のノズル穴１５の、後述する傘状ニードル３０の弁部の上流側の溶融樹脂流路１４内に注入されるようになっている。

ノズル本体１０には、２個の弁すなわち第１、２のシャットオフ装置が同心的に組み込まれている。第２のシャットオフ装置は、図２の斜視図に示されているように、略傘状を呈する傘状ニードル３０からなっている。傘状ニードル３０は、所定厚さの傘状の弁部３０ｂと、この弁部３０ｂの中心部から後方へ延びている軸部３０ｊとから構成されている。弁部３０ｂには、円周方向に等間隔に半径外方が開口した４個の樹脂通路用切欠３２、３２、…が軸方向に形成されている。これらの樹脂通路用切欠３２、３２、…により溶融樹脂流路が確保されている。このように樹脂通路用切欠３２、３２、…が４個形成されているので、弁部３０ｂの外周面のランド部３１、３１、…すなわちノズル本体１０の大径のノズル穴１５に密に接して軸方向に移動可能な部分は４個形成されている。これらのランド部３１、３１、…は、傘状ニードル３０がノズル本体１０に組み込まれて、軸方向の所定位置へ駆動されるとき、ノズル本体１０の超臨界状態の流体供給孔２１、２１を遮断あるいは閉鎖する位置に形成されている。

弁部３０ｂの先端部分は緩やかな円錐状を呈し、先端部は平らとなっている。そして、先端部の円錐面の所定位置すなわち中心点から半径方向の所定位置には溝状の所定深さの切込３３が形成されている。また、弁部３０ｂの後端部はランド部３１、３１…近傍で盛り上げられて鍔部が形成されている。さらには、弁部３０ｂのランド部３１、３１、…は、樹脂通路用切欠３２、３２、…によって非連続となっている。したがって、溶融樹脂の圧力により、ランド部３１、３１、…の自己シール性が高められることになる。軸部３０ｊの後端部近傍には、軸方向に所定長さの切欠３５、３５が、軸線に対して向かい合うように２個形成されている。この切欠３５、３５を挟むようにして操作レバー４３の先端部が取り付けらる。このように構成されている弁部３０ｂと軸部３０ｊとにわたって軸心にガイド孔３６が形成されている。このガイド孔３６は、次に説明する棒状ニードル３７をガイドする孔で、その内径は棒状ニードル３７の軸径より、極わずかに大きく選定されている。

第１のシャットオフ装置は、細長い棒状を呈する従来周知の棒状ニードル３７からなっている。この棒状ニードル３７の先端部は針状に縮径されて、射出孔１２に着座するようになっている。また、後端部近傍には、傘状ニードル３０の軸部３０ｊに形成されている切欠３５、３５と同様な一対の切欠が所定長さに設けられている。この一対の切欠を挟むようにして操作レバー５３が取り付けられる。

このように構成されている傘状ニードル３０と棒状ニードル３７は、次のようにしてノズル本体１０に組み込まれる。すなわち、ノズル部１１をノズル本体１０から取り外した状態で、傘状ニードル３０を軸部３０ｊからノズル本体１０の小径のガイド孔１６に、後端部が操作レバー取付用の穴１７内に位置するように挿入する。そうすると、軸部３０ｊが小径のガイド穴１６に、弁部３０ｂが大径のノズル穴１５に、それぞれ位置して摺動可能に組み込まれる。次いで、棒状ニードル３７を傘状ニードル３０のガイド孔３６に挿入する。そうすると、先端部は樹脂溜１９内に、そして後端部は操作レバー取付用の穴１８内に位置するようになる。最後にノズル部１１をノズル本体１０にねじ込む。これにより、図１に示されているように、加熱シリンダ２の先端部にシリンダブロックＳＢを介して取り付けられる。

傘状ニードル３０を駆動する駆動装置４０は、図１に示されているように、ピストンシリンダユニット４１、ピストンロッド、回動レバー４２、操作レバー４３等から構成されている。操作レバー取付用穴１７に位置している操作レバー４３は、ピン４５でノズル本体１０に枢着され、その先端部は二股状に分岐している。そして、操作レバー４３の二股に分かれている先端部は、傘状ニードル３０の軸部３０ｊに設けられている切欠３５、３５に遊びをもって係合している。したがって、ピストンシリンダユニット４１に空気のような作動流体を給排すると、ピストンロットが伸縮し、操作レバー４３がピン４５を中心に回動し、傘状ニードル３０は軸方向に直線的に駆動される。棒状ニードル３７を駆動する駆動装置５０も、同様にピストンシリンダユニット５１、ピストンロット、回動レバー５２、操作レバー５３等から構成されている。操作レバー取付用穴１８に位置している操作レバー５３は、ピン５５でノズル本体１０に枢着され、その二股に分かれている先端部は、棒状ニードル３７に設けられている切欠に遊びをもって係合している。したがって、棒状ニードル３７も軸方向に駆動駆動される。ピストンシリンダユニット４１、５１は、図１にも示されているように独立しているので、傘状ニードル３０と棒状ニードル３７は独立して駆動することができる。

このように構成されている射出成形機１は、使用に当たっては図１に示されているように、射出ノズルを固定プラテン３の切欠３’に挿入し、そしてノズル部１１の先端部を図示されない固定側金型に当接させる。このとき、樹脂溜１９は固定プラテン３の切欠３’内に位置するが、操作レバー４３、５３はノズル部１１の先端部から離間した位置に取り付けられ、また操作レバー４３、５３は上下に分けて配置されているので、固定プラテン３の切欠３’の内壁と干渉することはない。

次に、図４によって、上記実施の形態の作用について説明する。図４は、ノズル本体１０に設けられている傘状ニードル３０と棒状ニードル３７が所定位置に駆動されている状態を模式的に示す断面図であるが、同図の（ア）に示されているように、傘状ニードル３０を矢印ＹＢ方向に駆動する。そうすると、傘状ニードル３０のランド部３１、３１が超臨界状態の流体供給孔２１、２１を塞ぐ。すなわち、溶融樹脂流路１４と超臨界状態の流体供給孔２１、２１の連通が遮断される。次いで、棒状ニードル３７を矢印ＹＡ方向に駆動して、射出孔１２を閉鎖する。

スクリュ８を回転駆動すると共に、ペレット状の樹脂材料を加熱シリンダ２に供給する。樹脂材料はスクリュ８の回転により前方へ送られる過程でスクリュ８の回転による摩擦力、せん断力等により生じる熱およびバンドヒータ４、４、…から加えられる熱とにより溶融し、計量室９、溶融樹脂流路６、貫通孔１３、１３、溶融樹脂路１４、樹脂溜１９に充満される。スクリュ８は蓄積される溶融樹脂の圧力により後退する。あるいはサックバックする。所定量計量したら可塑化を終わる。

次に、図４の（イ）に示されているように、棒状ニードル３７により射出孔１２を閉鎖した状態で、傘状ニードル３０を矢印ＹＣ方向に駆動する。そうすると、超臨界状態の流体供給孔２１、２１は、ノズル本体１０内の、弁部３０ｂの後方の溶融樹脂流路１４に開口する。スクリュ８を後方へ駆動して、すなわちサックバックして計量室９内を減圧すると、超臨界状態の流体供給孔２１、２１から金属錯体が溶解された超臨界状態の流体が溶融樹脂路１４内に正確な量だけ注入される。次いで、傘状ニードル３０を矢印ＹＣと逆方向に駆動する。そうすると、傘状ニードル３０のランド部３１、３１が超臨界状態の流体供給孔２１、２１を塞ぐ。すなわち、溶融樹脂流路１４と超臨界状態の流体供給孔２１、２１との連通が遮断される。スクリュ８を所定量だけ例えば内圧が１０ＭＰａ程度になるように前進させる。そうすると、この加圧により、金属錯体が溶解された超臨界状態の流体は溶融樹脂路１４内の溶融樹脂に溶解、浸透すると共に樹脂通路用切欠３２、３２、…を通って樹脂溜１９中の溶融樹脂に十分に溶解、浸透する。金属錯体が溶解された超臨界状態の流体は、注入される量によっては、貫通孔１３、１３中の溶融樹脂中にも若干浸透することもあるが、超臨界状態の流体供給孔２１、２１がノズル本体１０の先端部近傍に設けられているので、浸透する量は多くはない。

傘状ニードル３０によって超臨界状態の流体供給孔２１、２１を遮断した状態で、棒状ニードル３７を矢印ＹＤの方向に駆動して射出孔１２を開口する。図４の（ウ）に矢印ＹＤ方向に棒状ニードル３７を駆動した状態が示されている。スクリュ８を軸方向に駆動して図示されない金型のキャビティへ溶融樹脂を射出する。最初に、樹脂溜１９中の溶融樹脂が射出され、引き続き計量室９の溶融樹脂が射出される。そうすると、金属錯体が溶解された超臨界状態の流体が浸透している溶融樹脂がフローフロントを形成する。射出されてから溶融樹脂が冷却されるまで、必要に応じて金型の隙間から吸引を行って、キャビティ内で超臨界状態の流体が気化されて生じるガスを取り除く。冷却固化を待って金型を開く。これにより、無電解メッキが可能な、表面が改質された成形品が得られる。以下、同様にして成形する。

上記のようにして可塑化、計量工程および射出工程を実施するとき、溶融樹脂の圧力がノズル本体１０にも作用する。そのため、傘状ニードル３０の弁部３０ｂの鍔部に溶融樹脂の圧力が作用して、超臨界状態の流体供給孔２１、２１を遮断するシール効果がさらに高くなる。この自己シール作用により、超臨界状態の流体供給孔２１、２１は確実に遮断され、ノズル本体１０に外部から取り付けられている、金属錯体が溶解された超臨界状態の流体を注入するパイプに射出圧力が作用することはない。

上記した実施の形態の作用の説明では、可塑化・計量を先に行った後に、溶融樹脂に対して金属錯体が溶解された超臨界状態の流体を注入するように説明されているが、金属錯体が溶解された超臨界状態の流体を所定量注入した後に、可塑化あるいは計量を行うこともできる。このように実施するときは、棒状ニードル３７により射出孔１２を遮断した後、傘状ニードル３０を駆動して超臨界状態の流体供給孔２１、２１を開口し、金属錯体が溶解された超臨界状態の流体を注入する。次いで、傘状ニードル３０を駆動して超臨界状態の流体供給孔２１、２１を遮断して、前述したようにして可塑化あるいは計量をする。

本発明は、上記実施の形態に限定されることなく色々な形で実施できる。例えば、傘状ニードル３０は、軸方向に駆動して超臨界状態の流体供給孔２１、２１を遮断するようになっているが、軸を中心に回転させて、超臨界状態の流体供給孔２１、２１を遮断するように実施することもできる。さらには、樹脂通路用切欠３２、３２、…は、切欠に代えて透孔でも実施できる。また、樹脂通路用切欠３２、３２、…、ランド部３１、樹脂用の貫通孔１３、１３等の数が図示の実施の形態に限定されることなく実施できることも明らかである。

金属錯体に限らず、他の表面改質物質でも同様に実施できることは言うまでもなく、さらには、成形品の美観を高めるような着色剤、蛍光塗料等を注入して、射出成形する射出成形機にも適用可能である。

本発明の実施の形態に係る射出成形機の縦断面図である。本発明の実施の形態に係る傘状ニードルを示す斜視図である。本実施の形態に係る射出成形機を示す図で、その（ア）は射出成形機の水平断面図であり、その（イ）は（ア）において線イ−イで射出ノズルを切断して示す断面図である。本発明の実施の形態に係る傘状ニードルと棒状ニードルの、各工程における動作位置を模式的に示す断面図で、その（ア）は可塑化・計量工程における、その（イ）は金属錯体が溶解された超臨界状態の流体を注入する工程における、その（ウ）は射出工程における、各動作位置をそれぞれ示す断面図である。従来の射出成形機の一部を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１射出成形機２加熱シリンダ
６溶融樹脂流路８スクリュ
９計量室１０ノズル本体
１１ノズル部１２射出孔
１５ガイド孔１７操作レバー取付用の穴
１８操作レバー取付用の穴１９樹脂溜
３０傘状ニードル３０ｂ弁部
３０ｊ軸部３１ランド部
３６ガイド孔３７棒状ニードル
４０駆動装置５０駆動装置
４３操作レバー５３操作レバー

Claims

可塑化方向と射出方向とに駆動可能に設けられているスクリュを有する加熱シリンダの前方に取りつけられる射出ノズルであって、
前記射出ノズルは、略筒状を呈するノズル本体と、このノズル本体の先端部に取り付けられ、その先端部が射出孔となっているノズル部と、前記ノズル本体とノズル部とにわたって同心的に設けられている棒状ニードルと傘状ニードルとからなり、
前記ノズル本体とノズル部には、前記加熱シリンダの計量室と前記射出孔に連通した溶融樹脂流路が形成されていると共に、前記ノズル本体の溶融樹脂流路には表面改質物質が溶解された超臨界状態の流体が供給される供給孔が開口し、
前記棒状ニードルが第１の位置へ駆動されると、前記ノズル部の射出孔は前記棒状ニードルにより閉鎖され、第２の位置へ駆動されると解放され、前記傘状ニードルが第１の位置へ駆動されると、前記供給孔は前記傘状ニードルにより閉鎖され、第２の位置へ駆動されると解放されるようになっていることを特徴とする射出成形機用の射出ノズル。
請求項１に記載の射出ノズルにおいて、傘状ニードルは弁部と軸部とからなり、前記弁部には前記溶融樹脂流路の内壁に液密的あるいは気密的に接してシール作用を奏するランド部と、溶融樹脂の流路を確保する切欠あるいは透孔とが設けられ、前記軸部は前記弁部から前記加熱シリンダの方向に延びるように形成されていることを特徴とする射出成形機用の射出ノズル。
請求項２に記載の射出ノズルにおいて、前記傘状ニードルは、その軸部が前記ノズル本体の軸心に形成されているガイド孔により案内され、
前記棒状ニードルは、前記傘状ニードルの軸心に前記弁部と軸部とにわたって形成されているガイド孔により案内されるようになっていることを特徴とする射出成形機用の射出ノズル。
請求項１〜３のいずれかの項に記載の射出ノズルにおいて、前記ノズル本体には前記棒状ニードルに結合される操作するレバーが挿入される第１の操作レバー取付用の穴と、前記傘状ニードルに結合される操作するレバーが挿入される第２の操作レバー取付用の穴とが設けられ、これらの第１、２の操作レバー取付用の穴は前記加熱シリンダ寄りで軸方向には所定の間隔をおいて、円周方向には１８０度の間隔をおいて設けられていることを特徴とする射出成形機用の射出ノズル。
請求項１〜４のいずれかの項に記載の射出ノズルにおいて、前記ノズル部の、前記傘状ニードルの下流側は大径の樹脂溜となり、該樹脂溜は前記射出孔に向けてテーパ状に絞られていることを特徴とする射出成形機用の射出ノズル。
請求項１〜５のいずれかの項に記載の射出ノズルにおいて、前記棒状ニードルと傘状ニードルを駆動する駆動手段は、互いに独立していることを特徴とする射出成形機用の射出ノズル。