JP4038491B2 - 金型とノズル部材の当接構造 - Google Patents

Description

この発明は、樹脂の射出成形に際する金型とノズル部材の当接を樹脂層を介して間接的に行う金型とノズル部材の当接構造に関するものである。

樹脂の射出成形では、冷却した金型に加熱筒先端のノズル部材を当接し、そのノズル部材から溶融樹脂を金型内に射出して、該樹脂を成形品に冷却固化している。ノズル部材は加熱筒からの伝熱により常時加熱されているが、当接を継続して成形を行っていると、金型により当接面から冷却されてノズル温度が低下したり、金型の冷却の仕方によっては、ゲート部分がノズル部材からの伝熱により加熱されて樹脂の冷却が十分に行われず、離型時の糸引きの原因となることが多い。

成形中にノズル温度が低下すると、ノズル部材から射出する溶融樹脂の温度がノズル孔を通過する間に低下する。温度に敏感な樹脂では射出成形が不安定となり、成形品の品質に影響を及ぼすことがある。またノズル部材が加熱筒の先端部の温度を検出する熱電対から離れていることから、ノズル温度の低下を熱電対により検出することができず、温度低下に対応した温度の補償制御を行うことが極めて困難とされている。

このノズル当接によるノズル温度の低下防止として、金型のノズル受け部を合成樹脂等の断熱材により形成し、その断熱材を介してノズル先端部を金型に当接することが行われている。またノズル受け部を樹脂溜りに形成し、その樹脂溜りにノズル部材を当接して、溶融樹脂を樹脂溜りに残留させながら射出成形を行い、残留樹脂によりノズル温度を維持しているものもある。
特開２０００−６１９８号公報 実開平４−１１３９１７号公報

ノズル受け部に形成した断熱材により、金型によるノズル部材の冷却を防止する従来技術では、断熱材をスプルブッシュのノズル当接面に形成しているので耐久性に問題がある。特に合成樹脂による断熱材では、常時又は繰返し加えられるノズルタッチ力により変形又は破損するのでの寿命が短く、スプルブッシュを定期的に交換する必要がある。

また樹脂溜りの溶融樹脂により、ノズル温度の低下を防止する従来技術は、一般にウエルタイプノズルと称されている。ウエルタイプノズルではノズル受け部に溜った樹脂の温度が時間の経過に伴い降下してゆくので、固化する樹脂も生じ易く、これがゲート詰まりの原因となって成形に支障を来すことがある。このため温度に鈍感な限られた樹脂（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン）の成形に適応しても、他の樹脂の成形には採用できない汎用性の点で課題を有する。また先端ノズルの受圧面全体が樹脂圧を受けるため、ノズルタッチ力を増加させる必要がある。

この発明は、ノズル当接によるノズル温度の低下を解決するために考えられたものであって、その目的は、ノズル部材から金型に射出充填される樹脂の一部を固体の樹脂層に形成して、金型とノズル部材とを断熱することにより、ノズル温度の低下を確実に防止でき、またノズルタッチ力の増加も要せず、その適用も特定の樹脂に限定されることのない汎用性を有する新たな金型とノズル部材の当接構造を提供することにある。

上記目的によるこの発明は、先端に取付けたノズル部材の基部周囲を金型との当接部位とした加熱筒と、上記ノズル部材をノズル先端間から加熱筒が当接される開口縁まで、同一幅の間隙を空けて受け入れる凹所によるノズル受口を備えた金型と、上記加熱筒の金型との当接部位に設けた断熱材と、上記間隙に流入した溶融樹脂を、金型により冷却固化して形成した金型とノズル部材とを断熱する薄肉の樹脂層とからなり、上記間隙の幅を０．０５〜０．１ｍｍの範囲に制限し、その間隙と同一肉厚の上記樹脂層を金型とノズル部材との間に形成して断熱してなる。というものである。

また上記ノズル受口の開口内に、開口周面をテーパー面に形成して段部を設け、その段部を開口縁として上記ノズル部材の基部周囲を上記断熱材を介し当接し、かつ上記ノズル部材をテーパー面により受口中央に位置させてなる、というものである。

図中１は加熱筒、２は金型である。加熱筒１の先端には円錐台状形で基部周囲にフランジ１１ａを一体形成したノズル部材１１が、該フランジ１１ａを筒体先端にボルト止めして取付けてあり、そのフランジ１１ａの部分を金型２への当接部位として、環状に形成した断熱材１２がノズル部材１１の基部周囲に嵌め込んで重ね設けてある。また外周囲にバンドヒータ１３を取付けた筒体内には、射出スクリュ１４が回転かつ進退自在に挿入してある。なお、１５は加熱筒温度を検出する熱電対である。

上記金型２は、加熱筒１と対向する部位にスプルブッシュ２１を有し、そのスプルブッシュ２１にノズル受口２２が凹設してある。このノズル受口２２は、ノズル部材１１と同様な円錐台状形の凹所の中央に、ノズル孔１１ｂと正対するスプルゲート２１ａを穿設して構成され、開口内には加熱筒１を当接する段部２３が開口周面をテーパー面２４に形成して設けてある。

上記ノズル受口２２となる凹所は、ノズル先端間から上記断熱材１２が当接される段部２３の開口縁まで、上記ノズル部材１１を同一幅の間隙ａを空けて受け入れる深さｂと内径とからなる。またノズル先端間の間隙ａは、ノズル部材１１をノズル受口２２に挿入して、加熱筒１の先端を断熱材１２を介して段部２３に当接することで確保され、ノズル部材１１の周囲の間隙ａは、上記テーパー面２４によりノズル部材１１をノズル受口２２の中央に位置寄せすることにより均等に確保される。

上記間隙ａは、ノズル先端間の中央にてノズル孔１１ｂとスプルゲート２１ａの両方と接続している。したがって、加熱筒内の溶融樹脂３を射出スクリュ１４の前進により、ノズル孔１１ｂから金型２のキャビティ２５に射出充填すると、樹脂圧により溶融樹脂３の一部が間隙ａに流入する。この流入は加熱筒１の当接部位にエア抜きを形成しておくことによって、当接部位までスムーズに行き届くようになる。

間隙ａに充満した樹脂は、ノズル孔１１ｂの開口位置を除いて、冷却されている金型２との接触により固化し、図３及び図４に示すように、間隙ａの幅と同一肉厚の固体の樹脂層４を成形する。樹脂は熱の不良導体であることから、樹脂層４により金型２とノズル部材１１とが断熱されて、金型２による冷却がノズル部材１１に及び難くなり、金型側への伝熱も防止されるのでノズル温度が設定温度に維持される。これによりノズル孔１１ａを通過する溶融樹脂３の温度低下も防止される。またノズル部材１１が金型温度の影響を受けないので、ノズル部材１１の温度制御が容易に行えるようになる。

上記溶融樹脂３の間隙ａへの流入は樹脂圧による。したがって、間隙ａが狭すぎると流動抵抗により流入し難くなる。また間隙ａが広いほど流動抵抗が小さくなるので流入し易くなるが、間隙ａにおける樹脂圧が増大するので、それに対応してノズルタッチ力を増加する必要がある。ノズルタッチ力が不足するとノズル部材１１が受ける樹脂圧により、加熱筒１が押し戻されるようになって、間隙ａから断熱材１２と段部２３との間に溶融樹脂が流出してバリとなり、その流出分が充填量の不足となって射出がショートショットとなる。

また間隙ａが広いほど樹脂層４が厚肉に形成されて、金型２による冷却固化が全体に及び難くなり、ノズル部材１１側の樹脂が固化せずに溶融状態の樹脂層となる。このような樹脂層でも断熱効果は生ずるが、溶融状態の樹脂層では当接を継続していると、ノズル部材１１に接する樹脂がノズル温度により過熱されて焼けが生じ、これがノズル孔１１ｂからスプルゲート２１ａに射出される溶融樹脂３に混入して、成形品の瑕疵となることが多々ある。

したがって、間隙ａの幅は、射出成形時に溶融樹脂３の流入が間隙全体に及び、かつ金型２により直ちに冷却固化して固体の樹脂層４を形成し易く、また間隙ａの樹脂圧によりノズルタッチ力が不足することのない極狭い幅に設定するのが好ましい。この幅は成形材料として用いられる樹脂により或る程度の差はあるが、０．０５〜０．１ｍｍの範囲の幅であれば、樹脂圧の受圧面積が大きいノズル部材１１であっても、ノズルタッチ力の増加は必要なく、通常のノズルタッチ力で済み、バリが発生することはない。

また間隙ａの幅寸法と同一肉厚に形成された薄肉な樹脂層４では、金型２との接触による冷却が全体に及び易いので、ノズル部材１１の加熱による影響は接触界面のみに留まり、全体として固体を維持するので、樹脂層４の焼けの混入による不良成形品の発生が防止でき。また金型２によるノズル温度の低下をも防止することができる。

また上記構成では、ノズル部材１１の基部周囲をノズル受口２２の段部２３に当接しているので、ノズル部材１１にはノズルタッチ力が掛からず、樹脂層４がノズル部材１１により圧迫されることはないので、肉厚が間隙幅と同一肉厚の薄肉の樹脂層４であっても変形や破損が生じ難く、長時間の使用に十分に耐える。また必要に応じて新たな樹脂層４に取り替えることもできる。この樹脂層４の取り替えは、当接を解除してノズル部材１１をノズル受口２２から抜出し、樹脂層４をノズル受口２２から取り外してから、再度ノズル部材１１の挿入と当接とを行って射出を開始するだけでよいので、複雑な手数を要せず作業が簡単に済む。

上記実施形態は、射出スクリュ１４を内装した加熱筒１に付いて説明したものであるが、加熱筒以外のノズル部材を常に金型のゲートに当接しているホットランナーにも、変更を要することなく同様な構造をもって適用できる。したがって、この発明の当接構造は、射出スクリュ内装の加熱筒のノズル部材に限定されるものではない。

この発明に係わる金型とノズル部材の当接構造の縦断側面図である。 同上のノズル部材とスプルブッシュの断面図である。 同じく樹脂層の成形状態を示す縦断側面図である。 同上のノズル部材とスプルブッシュの断面図である。

符号の説明

１ 加熱筒
２ 金型
３ 溶融樹脂
４ 樹脂層
１１ ノズル部材
１１ａ フランジ
１１ｂ ノズル孔
１２ 断熱材
２１ スプルブッシュ
２１ａ スプルゲート
２２ ノズル受口
２３ 当接用の段部
２４ テーパー面

Claims (2)

1. 先端に取付けたノズル部材の基部周囲を金型との当接部位とした加熱筒と、
   上記ノズル部材をノズル先端間から加熱筒が当接される開口縁まで、同一幅の間隙を空けて受け入れる凹所によるノズル受口を備えた金型と、
   上記加熱筒の金型との当接部位に設けた断熱材と、
   上記間隙に流入した溶融樹脂を、金型により冷却固化して形成した金型とノズル部材とを断熱する薄肉の樹脂層とからなり、
   上記間隙の幅を０．０５〜０．１ｍｍの範囲に制限し、その間隙と同一肉厚の上記樹脂層を金型とノズル部材との間に形成して断熱してなることを特徴とする金型とノズル部材の当接構造。
2. 上記ノズル受口の開口内に、開口周面をテーパー面に形成して段部を設け、その段部を開口縁として上記ノズル部材の基部周囲を上記断熱材を介し当接し、かつ上記ノズル部材をテーパー面により受口中央に位置させてなることを特徴とする請求項１記載の金型とノズル部材の当接構造。

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