JP2020099999A - ホットランナーノズル、射出成形金型、樹脂成形品の製造方法、ホットランナーノズルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ノズル先端部において樹脂が固化するのを抑制するため、ノズルを更に加熱して温度を高く保持することも考えられるが、先端部以外の温度が過度に上昇してしまい、樹脂の分解や劣化を生じさせる原因になる。
例えば、特許文献1には、ホットランナーノズルの先端部の内層と外層を其々高熱伝導材と低熱伝導材で形成し、低熱伝導材(外層)の外側のヒーターをノズル先端の近傍にまで設けた構造が提案されている。
また、特許文献2には、高熱伝導材料で形成した高熱伝導チップをノズル先端部に嵌め合わせて一体化し、高熱伝導チップをヒーターで直接加熱するホットランナーノズルが提案されている。
以下、図面を参照して、本発明を実施した実施形態1のホットランナー金型について説明する。
(固定側金型)
図1に、実施形態1のホットランナー金型の一部断面図を示す。実施形態1は2個取りの射出成形金型であるが、図1はその半分にあたる1個取り分の固定側金型部分の断面を示している。尚、図1は模式図であり、金型部品を締結するボルト、ボルト穴、ヒーターを制御する熱電対等については、図示を省略している。
図2に、実施形態1のホットランナーノズルの断面図を示す。尚、以後の説明では、図中の矢印Axの方向を、溶融樹脂の流路方向、あるいはホットランナーノズルの軸方向などと呼ぶ場合がある。図示のように、軸方向に沿って便宜的にホットランナーノズルをA、B、Cの3つの部位に分けるとすれば、Aはノズルの締め付け力を受ける基部、Bは円筒状の外径を有するノズル中央部、Cは円錐台状の外形を有するノズル先端部である。本実施形態では、ホットランナーノズルの全長(A+B+Cの長さ)を47mmとし、最大径(D)を21.4mmとした。
ホットランナーノズル先端35は、接触点31で金型と接触するが、耐熱性の高いスーパーエンプラ樹脂で作ったリング部材29を挿入することによって、断熱性が高い構造とし、この部分におけるノズルから金型への伝熱を抑制している。
ノズル支持部材8は、ノズルを支持するための部材で、筒状部材26とは基部Aとノズル中央部Bの境界位置で接触し、金型(固定側キャビティ形成板4)とは接触点34で接触している。金型自体が直接ノズルを支持する場合と比べ、ノズル支持部材8のノズル軸方向長さ分だけ伝熱を経由させる構造にできるため、ノズル支持部材8に低熱伝導の材料を用いれば、ノズルから金型への伝熱量を抑制することができる。
そして、高熱伝導材の外層39を設けた領域の過半の範囲において、高熱伝導材の厚さが低熱伝導材の厚さよりも大きくなるようにした。ニッケルの厚みがSUSの厚みよりも大きな領域のノズル軸方向の長さをL6とすると、L6=31.6mmであり、L6>L5−L6、すなわち、L6>L5/2とした。
図6を参照して、本実施形態のホットランナー金型におけるノズル各部の温度均一性について具体的に説明する。
ゲート32からノズルの根元に向かって17.3mmのヒーター近傍位置(W点)に、ヒーター制御用の熱電対(不図示)を挿入し、該制御点の温度を約220℃となるように制御した。ノズル内の温度測定点は、ゲート32から固定側に向かって4.4mm(X点)、25.7mm(Y点)、39.2mm(Z点)の3点とした。
温度測定の結果は、W点は220℃、X点は214℃、Y点は219℃、Z点は210℃となった。ノズル内の各部の最大温度差は9℃であり、温度均一性に優れていることが確認できた。
また、後述するレーザークラッディングにより形成した外層は、筒状部材との接合強度が高いため、連続成形を長時間実施して昇温と冷却、樹脂流路における樹脂の加圧と除圧を繰り返しても、筒状部材のステンレスと外層のニッケルに剥離はみられない。
図3(a)〜図3(f)を参照して、本実施形態におけるホットランナーノズルの形成方法について説明する。本実施形態では、レーザークラッディングにより筒状部材の外面に外層を形成する。
図3(c)に示すのは、ステンレス材201の外面に所定厚みのニッケル204を積層させた状態である。この段階では、ニッケル204は、最終的に形成する外層39よりも厚く積層され、ニッケル層の表面は粗面である。
次に、実施形態2のホットランナー金型について説明する。実施形態1と同様の部分については説明を省略し、差異点を中心に説明する。
図5に、実施形態2のホットランナーノズルの断面図を示す。基本的な構成については、実施形態1と同様であるが、本実施形態は最大径(D)を、D=25mmとし、相対的に外径が大きなホットランナーノズルである。径拡大に伴い、実施形態1よりも外層のニッケルの厚みが厚くなっている。
外層39(ニッケル)の厚みは、ノズル中央部Bにおいて、L2=3.5mmとした。本実施形態では、外層39の最大肉厚を3.5mmとし、ヒーター28よりもノズル先端側まで厚さ3.5mmの部分を延ばし、L3=3.5mmの領域を設けた。外層39を設けた領域内において、低熱伝導材よりなる筒状部材26の厚みの最大値に対して、高熱伝導材よりなる外層39の厚みの最大値が1.4倍以上で3.5倍以下となるようにする。
ニッケルを盛り付けて形成した外層39のノズル軸方向の長さをL5とすると、L5=36.4mmであり、ノズル(あるいは、低熱伝導材より成る筒状部材26)の全長47mmの過半の長さに渡り、高熱伝導材(ニッケル)が配置されている。
また、高熱伝導材よりなる外層39の厚みが最大となる厚肉部をヒーター28よりもノズル先端側に延ばすことにより、ノズル先端への熱伝導を促進し、先端部の温度低下を抑制することができる。
比較例1として、実施形態1のホットランナーノズルの筒状部材と外層を合わせた部分と等しい形状のホットランナーノズルをステンレス単体で製造し、実施形態1と同様の測定方法で温度分布を測定した。
実施形態1と比較例1の温度測定結果を表1に示す。
比較例2として、実施形態2のホットランナーノズルの筒状部材と外層を合わせた部分と等しい形状のホットランナーノズルをステンレス単体で製造し、実施形態2と同様の測定方法で温度分布を測定した。
実施形態2と比較例2の温度測定結果を表2に示す。
本発明の実施は、上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
例えば、実施形態では筒状部材の材料をステンレス、外層の材料をニッケルとしたが、材料はこの組み合わせに限られるわけではない。要は、筒状部材に比べて外層の熱伝導率が大きければよい。
また、金型は2個取りに限らず、より多数個取りの金型でもよい。
Claims (14)
- 基部から射出口まで溶融樹脂の流路が形成された筒状部材と、
ホットランナーノズルの軸方向に沿って、前記射出口の周囲側面を含む前記筒状部材の側面の過半領域に形成された外層と、
ヒーターと、を有し、
前記外層の材料の熱伝導率は、前記筒状部材の材料の熱伝導率よりも大きい、
ことを特徴とするホットランナーノズル。 - 前記外層は、前記ホットランナーノズルの軸方向に見て、前記ヒーターよりも広い範囲に設けられている、
ことを特徴とする請求項1に記載のホットランナーノズル。 - 前記ホットランナーノズルの軸方向と直交する方向の厚さについては、
前記外層が形成された領域内の過半の範囲において、
前記筒状部材の厚さよりも前記外層の厚さが大きい、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のホットランナーノズル。 - 前記外層が形成された領域内の前記筒状部材の厚さは、0.5mm以上で1.0mm以下である、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のホットランナーノズル。 - 前記ホットランナーノズルの軸方向と直交する方向の厚さについては、
前記外層が形成された領域内における前記筒状部材の厚さの最大値に対して、前記外層の厚さの最大値は、1.4倍以上で3.5倍以下である、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のホットランナーノズル。 - 前記ホットランナーノズルの外径は25mm以下である、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のホットランナーノズル。 - 前記ホットランナーノズルの軸方向と直交する方向の前記外層の厚さが最大になる部分は、前記ホットランナーノズルの軸方向において前記ヒーターよりも前記射出口に近い側に位置する、
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のホットランナーノズル。 - 前記筒状部材の材料は前記外層の材料よりも耐食性と耐磨耗性が高く、前記外層の材料は50W/m・K以上の熱伝導率を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のホットランナーノズル。 - 前記筒状部材の材料の主成分はステンレスで、前記外層の材料の主成分は、ニッケル、銅、銅合金のいずれかである、
ことを特徴とする請求項8に記載のホットランナーノズル。 - 請求項1乃至9のいずれか1項に記載のホットランナーノズルと、金型とを備える、
ことを特徴とする射出成形金型。 - 請求項1乃至9のいずれか1項に記載のホットランナーノズルを用いて、金型に樹脂を射出する、
ことを特徴とする樹脂成形品の製造方法。 - 請求項1乃至9のいずれか1項に記載のホットランナーノズルを製造する製造方法であって、
前記筒状部材の母材の側面に、前記外層の材料をレーザークラッディングにより積層する、
ことを特徴とするホットランナーノズルの製造方法。 - 前記筒状部材の母材の側面に前記外層の材料をレーザークラッディングにより積層した後、旋削により前記外層の外形を整形する、
ことを特徴とする請求項12に記載のホットランナーノズルの製造方法。 - 前記筒状部材の母材の側面に前記外層の材料をレーザークラッディングにより積層した後、前記母材に前記溶融樹脂の流路を形成する、
ことを特徴とする請求項12または13に記載のホットランナーノズルの製造方法。
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