JP3597268B2

JP3597268B2 - 中空成形内部冷却用吹込ピン

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Publication number: JP3597268B2
Application number: JP24990995A
Authority: JP
Inventors: 建司長谷川; 秀則小野; 大三田淵; 洋三永井
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 1995-09-27
Filing date: 1995-09-27
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2015-09-27
Also published as: JPH0985817A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、合成樹脂の中空成形において、成形品を冷却するための内部冷却用吹込ピンに関するもので、金型内のパリソンに突き刺してパリソン内に冷却のための冷媒とガスを大量に噴出してパリソンを効率的に短時間に冷却できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
中空成形においては、成形品を冷却する時間が成形サイクルの６０〜８０％を占めるため、冷却時間の短縮が重要な課題となっている。
このために、成形品の内部に水などの冷媒を注入して成形品を急速に冷却する方法が考えられている。この方法は、パリソンの上下方向から吹込ピンをパリソン内に挿入して、この吹込ピンから水などの冷媒を吹き込むものである。
【０００３】
ところで、成形品の形状や用途によっては、吹込ピンをパリソンの上下方向から挿入できない場合がある。
このような場合には、金型の側壁からパリソンに吹込ピンを突き刺し、成形品内に冷媒、ガスを吹き込む方法、いわゆる横吹き方式が採用される。
このような横吹き方式の成形方法にあっては、吹込みピンによって成形品に残る突刺穴ができるだけ小さいことが望ましく、このため吹込ピンの外径はできるだけ細いものが好ましいことになる。
【０００４】
しかしながら、細径の吹込ピンでは、大量の冷媒、ガスを成形品内に送り込むことが困難となる。
また、成形品に対する冷却効果を十分に高めるためには、吹き込まれた冷媒が成形品内面全体に均一に接することが必要となり、このためには冷媒を霧状とし、吹込ピンの先端から放射状に噴霧することが必要となってくる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、横吹き方式による中空成形に用いられ、大量の冷媒を霧状として放射状にパリソン内に噴射でき、成形品を効率的に短時間に冷却することのできる中空成形内部冷却用吹込ピンを得ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題は、吹込ピンを混合ヘッド、移送パイプおよび噴射ノズルから構成し、混合ヘッドにおいて空気などのガスをスパイラルフローとし、これに水などの冷媒を混合して霧化し、霧状の冷媒をガスのスパイラルフローに同伴させ、これを移送パイプから噴射ノズルに運び、噴射ノズルの先端部の周囲に形成された多数の噴射孔から放射状に噴射するようにすることで解決される。
【０００７】
【作用】
大量の冷媒とガスを成形品内に短時間に吹き込むことができ、冷媒が霧状で放射状に噴射されるので極めて短時間に成形品を冷却することができる。このため、吹込ピン自体を細径化することもできる。さらに、均一に冷却されるため成形品の仕上がり外観、物性も良好となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１ないし図４は、本発明の吹込ピンの一例を示すものである。
この吹込ピン１は、図１に示すように噴射ノズル２、移送パイプ３および混合ヘッド４とから構成されている。
噴射ノズル２は、パリソン内部に突き刺され、霧状の冷媒とガスを噴射する部分であり、混合ヘッド４は、冷媒とガスとを混合し、霧状の冷媒とし、これをガスのスパイラルフローに同伴させる部分であり、移送パイプ３は混合ヘッド４からの霧状の冷媒を同伴したスパイラルフローガスを噴射ノズル２に送るものである。
【０００９】
図２は、上記混合ヘッド４を拡大して示すもので、この混合ヘッド４は、混合リング５とガス供給リング６とから概略構成されている。
混合リング５は、金属製の中空円筒状のもので、その内部空間は３つに仕切られ、後方から截頭円錐状とされた冷媒供給孔７と、中間の截頭円錐状とされた混合室８と、前方の円柱状の接続孔９とからなっている。
上記冷媒供給孔７の太径部は、混合リング５の後部に向けて開口し、細径部は前方の混合室８に臨んで開口している。また、混合室８の太径部は冷媒供給孔７に開口し、細径部は前方の接続孔９に開口している。
【００１０】
冷媒供給孔７の細径部の内径は、混合室８の太径部の内径よりも小さくなっており、これにより図１に示すように冷媒供給孔７と混合室８との間には平坦な段差部１０が形成されている。
また、混合室８の細径部の内径は接続孔９の内径よりも小さくされ、同様に段差部１１が形成されている。
接続孔９には、移送パイプ３の一端が挿入され、その先端部が上記段差部１１に当接された状態で、接続孔９に移送パイプ３の一端がロウ付け、溶接などによって固着されている。
さらに、冷媒供給孔７の周壁の傾斜角度、図２においてαで示した角度は、１〜１０度、好ましくは３〜７度となっている。
【００１１】
また、混合リング５の冷媒供給孔７の周方向の外方には中空環状のマニホールド１２が形成され、このマニホールド１２からは図２および図３に示すように複数のガス吹出孔１３…が上記段差部１０に開口するように形成されている。
ガス吹出孔１３は、円周上等間隔に２〜１０個、この例では６個形成されているとともに、各ガス吹出孔１３の中心軸が混合リング５の中心軸上の１点に集束するように混合リング５の中心軸に対して傾斜するとともに、円周方向にも傾斜するように形成されている。
【００１２】
そして、ガス吹出孔１３の混合リング５の中心軸に対する傾斜角、図２におけるβで示した角度は５〜４５度、好ましくは２０〜３０度とされる。この角度が５度未満であると、冷媒とガスとの混合が十分に行われず、４５度を越えると、冷媒を霧状で遠方にまで運ぶことができなくなる。
また、ガス吹出孔１３の円周方向の傾斜角、図３におけるγで示した角度は１〜３０度、好ましくは１０〜２０度とされ、１〜３０度の範囲とすることでガスの流れが円周方向に回転し、霧状の冷媒を遠方にまで運ぶスパイラルフローが良好に形成される。
また、各ガス吹出孔１３の径は、冷媒供給孔７の細径部の内径の０．１〜０．５倍となっている。
【００１３】
また、混合リング５の冷媒供給孔７の後側には、図１に示すように接合リング１４が回転自在に嵌め込まれ、この接合リング１４には図示しない冷媒ホースが接続されて、加圧状態の冷媒が冷媒供給孔７に送り込まれるようになっている。
【００１４】
ガス供給リング６は、混合リング５の外周に回動自在に嵌め合わせられた金属製の略円筒状のもので、その側部にガス供給パイプ１５が一体に設けられている。このガス供給パイプ１５の基端部は、混合リング５に形成されたマニホールド１２に開口、連通しており、このガス供給パイプ１５に供給された加圧状態のガスがマニホールド１２を経てガス吹出孔１３…から噴射するようになっている。また、ガス供給パイプ１５には図示しないガスホースが接続され、加圧ガスが送り込まれるようになっている。
【００１５】
移送パイプ３は、通常、外径３〜５０ｍｍ、内径２〜４６ｍｍの金属製のパイプであり、その一端は上述のように混合リング５の接続孔９に挿入、固着されており、その他端には図４に示すように、円錐状で先端が鋭利なチップ１６が取り付けられ、このチップ１６のわずか後方には多数の噴射孔１７…が形成されて噴射ノズル２となっている。
上記チップ１６の先端の角度は１２０度以下、好ましくは３０〜６０度とされ、パリソンを容易に突き通るようになっている。
【００１６】
噴射孔１７…は、図４に示すように、移送パイプ３の周囲に均等に形成された直径０．３〜５ｍｍ、好ましくは０．５〜１ｍｍの孔であって、少なくとも２個以上、好ましくは６個以上形成され、チップ１６側の噴射孔１７…は、斜め前方に向けて開口し、混合ヘッド４側の噴射孔１７…は斜め後方に向けて開口し、中間にある噴射孔１７…は側方に向けて開口しており、これによって霧状の冷媒とガスが放射状に噴射されるようになっている。
【００１７】
次にこのような吹込ピン１の動作について説明する。
混合リング５の冷媒供給孔６に圧力３〜１０ｋｇ／ｃｍ^２の水などの冷媒を、ガス供給リング６のガス供給パイプ１５に圧力３〜１０ｋｇ／ｃｍ^２の空気などのガスをそれぞれ供給する。
冷媒は、先細りの冷媒供給孔７を進むにつれてその流速が増大して混合室８に高速で進入する。
ガスはマニホールド１２を経て複数のガス吹出孔１３…から混合室８に高速で吹込まれるが、ガス吹出孔１３…の方向が上述のように混合リング５の中心軸上の１点に集束するように傾斜し、かつ円周方向にも傾斜しているので、混合室８に吹き込まれたガスは高速のらせん状のスパイラルフローとなる。
【００１８】
混合室８では、したがって高速のスパイラルフローのガスと高速の冷媒とが激しく撹拌、混合され、冷媒は霧化される。この霧状の冷媒はスパイラルフローのガスに同伴されて移送パイプ３に送られ、噴射ノズル２に運ばれる。
噴射ノズル２では、多数の噴射孔１７…が斜め前方、側方および斜め後方に開口しているため、霧状の冷媒とガスが噴射孔１７…から放射状にかつ全方向に均一に噴射される。
【００１９】
次に、この中空成形内部冷却用吹込ピン１を用いた中空成形法の例を説明する。
図６は、この成形法に用いられる成形装置の要部を示すもので、図中符号１８は、二つの半割金型１９，２０からなる分割金型である。
一方の半割金型１９の側部には、上述の吹込ピン１が取り付けられ、シリンダー２１によってこの吹込ピン１を前進、後退させて吹込ピン１を金型キャビティ内に突出できるようになっている。
【００２０】
また、同じ半割金型１９の側部には、吸排気ピン２２が取り付けられ、シリンダー２３によってこの吸排気ピン２２を前進、後退させて吸排気ピン２２を金型キャビティ内に突出できるようになっている。
この吸排気ピン２２は、図５に示すように、注射針用の鋭利に切り出された先端部を有し、パリソンを膨張させるための加圧ガスをパリソン内に供給するとともにパリソン内に供給されたガス、冷媒を排出するようになっている。
【００２１】
まず、分割金型１８を開き、図示しない押出機からパリソンを押し出し、金型１９，１９間に降下させたのち、金型１９，１９を閉じる。ついで、吸排気ピン２２を前進させてパリソンに突き刺し、加圧空気等のガスをパリソン内に送り込み、パリソンを膨張させ、賦形する。パリソンが金型１９，１９の内面に接したら、吹込ピン１を前進させてパリソンに突き刺し、吹込ピン１の噴射ノズル２から霧状の冷媒をガスとともに放射状に噴射する。
【００２２】
霧状の冷媒は、成形品２４の内面全体に均一に当り、成形品を短時間で冷却する。
吸排気ピン２２からは、吹込ピン１から冷媒およびガスが噴射された直後から成形品内部のガスおよび冷媒が排出され、冷却に用いられた冷媒およびガスが速やかに排出される。
成形品２４が冷却された後、吹込ピン１および吸排気ピン２２を後退させて金型１９，１９を開き、成形品２４を取り出す。
【００２３】
このように、本発明の吹込ピン１を用いることにより、大量の冷媒を霧状にし、スパイラルフローのガスに同伴させて高速でパリソン内に放射状に噴射することができるので、成形品を極めて効率よく、短時間で冷却でき、成形品の冷却時間を大幅に短縮できる。
また、成形品全体が均一かつ急速に冷却されるので、成形品の内面の光沢が良好となり、しかも寸法安定性も良好なものとなる。
【００２４】
以下、具体例を示す。
以下の実施例において、合成樹脂には密度０．９５４ｇ／ｃｍ^３、ＪＩＳ−Ｋ７６１０で測定した、温度１９０℃、荷重２１．６ｋｇにおけるメルトフローレートが５．０ｇ／１０分である高密度ポリエチレンを使用した。成形した中空成形品は縦２５０ｍｍ、横２００ｍｍ、高さ１００ｍｍ、体積約５ｌの直方体状の中空成形品であり、重量が１．０ｋｇである。
また、使用した吹込ピン１は、図１ないし図４に示したもので、混合リング５の外径７ｍｍ、内径５ｍｍであり、冷却供給孔７の角度αが５度、ガス吹出孔１３の角度βが２５度、角度γが１５度、個数が６個、孔径が１．２ｍｍであるものを使用した。
また、噴射ノズル２のチップ１６の先端角は６０度とし、孔径１．５ｍｍの噴射孔１７…を円周上９０度の角度で均等に３個ずつ合計１２個設けた。移送パイプ３の外径は９ｍｍ、内径は７ｍｍとした。
【００２５】
（実施例１）
２００℃に溶融した高密度ポリエチレンを押出機により上記成形品を成形出来る分割金型の間に、外形８０ｍｍのダイからパリソンを押し出した。この時のパリソン厚みは約１５ｍｍであった。このパリソンを金型の下にあるプリピンチ板で挟み、パリソン内の空気を閉じ込めて金型内に収容した。この際金型内にあるパリソンは金型のキャビティ面に軽く接触する状態になる。この状態で吸排気ピン２２をパリソンに刺し、内部に空気を吹込み賦形する。この時の空気の圧力は６ｋｇ／ｃｍ^２であり、内部に空気を吹込んだ賦形時間は１０秒、金型温度は２２℃であった。
賦形時間が終わった時点で本発明の吹込ピン１をパリソンに刺し、冷媒としての水とガスとしての空気を混合し噴霧状態にしてパリソン内に噴霧し、冷却を行った。これと同時に吸排気ピン２２によって排気も行った。これにより噴霧された水と空気は均一に循環され、常に新しい水、空気が送られ成形品からの熱を除去することができた。この時の吹込ピン１での圧力は水が７ｋｇ／ｃｍ^２、空気が６．０ｋｇ／ｃｍ^２であり、吸排気ピン２２からの排気圧力は−３ｋｇ／ｃｍ^２で成形した。
【００２６】
そして、成形後の成形品の取り出し温度を６０℃から９０℃まで変化させた時の冷却に要する時間を測定し、本発明の吹込ピン１を用いず、水による冷却を行わない場合の冷却時間と比較した。
結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１での冷却時間短縮効果（Ｃ）は、以下のようにして求めたものである。
Ｃ（％）＝（Ａ−Ｂ）／Ａ×１００
表１の結果から、本発明の吹込ピンを使用し、水を霧状にして吹き込むことにより、大幅に冷却時間が短縮されることが明らかとなった。
また、この結果から従来のパリソンの上下方向からピンを挿入し、このピンから水をパリソン内に送り込んで冷却する方法では、冷却時間短縮効果が４０〜５０％であるのに対して、冷却効果が格段に向上していることも明らかとなった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の中空成形内部冷却用吹込ピンによれば、混合ヘッドにおいて冷媒とガスとを高速で撹拌、混合し、冷媒を霧状とするとともにガスのスパイラルフローを形成し、この霧状の冷媒とスパイラルフローのガスとを噴射ノズルから放射状に噴射できるので、大量の冷媒を高速でパリソン内に供給でき、かつパリソン内面全体に均一に霧状の冷媒を当てることができ、パリソンを急速かつ均一に冷却できる。
このため、成形品の冷却時間を大幅に短縮できるとともに、内面肌が平滑で、寸法安定性の良好な中空成形品を成形できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吹込ピンの一例を示す概略断面図である。
【図２】吹込ピンの混合ヘッドを示す概略断面図である。
【図３】混合ヘッドの吹出孔の配置を示す概略断面図である。
【図４】吹込ピンの噴射ノズルおよび移送パイプを示す概略断面図である。
【図５】吸排気ピンの例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の吹込ピンを用いた中空成形を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
１吹込ピン
２噴射ノズル
３移送パイプ
４混合ヘッド
５混合リング
６ガス供給リング
７冷媒供給孔
８混合室
１２マニホールド
１３ガス吹出孔
１５ガス供給パイプ
１７噴射孔

Claims

金型内のパリソンに突き刺してパリソン内に冷媒とガスを噴出する冷却用吹込ピンであって、
冷媒とガスとを混合する混合ヘッドと、この混合ヘッドで混合された流体をパリソン内に噴射する噴射ノズルと、この噴射ノズルと上記混合ヘッドをつなぎ、混合ヘッドからの流体を噴射ノズルに送る移送パイプとからなり、
上記混合ヘッドは、混合ヘッドの中心軸方向に沿って後方から供給された冷媒と、この冷媒の流れに対して斜め前方に向けてラセン状に吹き出されるガスとを混合し、冷媒を霧化してガスのスパイラルフローに同伴させて移送パイプに送る混合リングを有することを特徴とする中空成形内部冷却用吹込ピン。
請求項１において、上記噴射ノズルには、霧化された冷媒とガスを噴射する複数の噴射孔が形成され、これら噴射孔は霧化された冷媒とガスとが放射状に噴射されるように形成されていることを特徴とする中空成形内部冷却用吹込ピン。
請求項１において、上記混合リングは、冷媒を導入する冷媒供給孔を有しており、この冷媒供給孔は截頭円錐形でその太径部が混合リングの後方に開口し、細径部が前方の混合室に臨んで開口し、
この冷媒供給孔の周方向の外方には中空環状のマニホールドが形成されており、
このマニホールドは、混合リングに嵌着されたガス供給リングのガス供給パイプに連通してガスが供給されるようになっており、かつ円周状に配置された複数個のガス吹出孔を有し、
これらガス吹出孔は、混合リングの中心軸に向けて斜め方向にかつ円周方向に対して斜め方向に形成されて上記混合室に開口し、
混合室は、截頭円錐形の空間を有し、冷媒供給孔から送られた冷媒とガス吹出孔から噴出されたガスとを混合し、冷媒を霧化するようになっていることを特徴とする中空成形内部冷却用吹込ピン。