JP4050675B2 - 射出成形機用ノズル - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機用のノズルに係り、特に、二種類の樹脂を使用して、一方でスキン層を他方でコア部を形成するサンドイッチ成形の際に用いられるノズルに係る。

従来から、コア用樹脂をスキン用樹脂で被覆した多層構造の樹脂成形品が広く用いられている。このような樹脂成形品を製造するための射出成形装置として、例えば、特開平０１−１４１７１１号公報や特開平１０−１５１６４５号公報などに記載されているような種々の構造が提案されている。

サンドイッチ成形用のノズルは、内部に二種類の樹脂を送り出すための二つの流路を有し、ノズルの吐出口の直前で二種類の樹脂を合流させて金型内に射出するように構成されている。

サンドイッチ成形の動作は、最初にスキン用樹脂を射出し、次いでコア用樹脂を単独で射出し（または、スキン用樹脂とともに射出し）、最後に再度、スキン用樹脂のみを射出する。これによって、表面全体がスキン用樹脂で覆われた成形製品が得られる。ここで、最後にスキン用樹脂のみを射出する動作は、次の成形サイクルで最初に射出されるスキン用樹脂にコア用樹脂が混入しないよう、ノズルの内部をクリーニングすること（つまり、コア用樹脂をノズル内部から排出すること）も兼ねている。

サンドイッチ成形の過程では、スキン用樹脂又はコア用樹脂のみを単独に射出する区間がある。この時、相手側の樹脂流路への逆流が成形機のスクリュ後退防止機能、又はノズルへの接続部等に設けられる逆流防止弁等により防止されていても、溶融樹脂の圧縮性のために、二つの樹脂流路の合流部で、相手側の樹脂流路の出口付近へ若干の樹脂が逆流することを免れることはできない。

この逆流した樹脂、特にスキン用樹脂の流路に逆流したコア用樹脂は、次の成形動作で完全に排出されないと、スキン用樹脂にコア用樹脂が混入する混色が起こる。また、速やかに排出されないと、最終射出工程（即ち、再度スキン用樹脂のみを射出する工程）で行われるノズル内部クリーニングを早く始めることが必要となり、コアの充填比率が小さくなり（つまり、スキン用樹脂の使用割合が大きくなり）、サンドイッチの効果を十分発揮した実用的な成形ができなくなるという問題が生じる。

図４に、特願２００２−０８２９８３号に記載されているノズルを示す。このノズルは、第一射出装置３１からの溶融樹脂が、ノズル５１内に組み込まれた内筒５２の外周に設けられた環状流路５３を流れ、第二射出装置３２からの溶融樹脂が、ノズル５１内の内筒５２を外周から支える支持脚５４内に設けられた流路５５を経て、内筒５２の中心部に設けられた孔状流路５６を流れるように構成されている。環状流路５３と孔状流路５６は、ノズル５１先端の吐出口１６の手前で合流する。

このノズルでは、圧力損失及びせん断発熱を過大にしないために、環状流路５３の径方向の隙間の寸法をあまり狭くすることができない。従って、環状流路５３の断面積は、孔状流路５６の断面積に比べて過大となる。そのため、孔状流路５６から射出される樹脂が環状流路５３側へ逆流する場合、流路面積が拡大されることとなり、逆流に対する流動抵抗が十分かからず、局部的に偏って逆流する現象が起こる。このように流路の断面積が大きい流路に偏って逆流した樹脂は、次に、環状流路５３から射出する動作で速やかに排出することが困難となり、前述のようにコアの充填比率が上げられない問題が生じる。

図５に、特願２００２−８２９９４号に記載されているノズルを示す。このノズルは、第一射出装置３１及び第二射出装置３２からの溶融樹脂が、ノズル６１内で平行孔内を流れるものであって、第一射出装置３１からの溶融樹脂は第一流路６３を、第二射出装置３２からの溶融樹脂は第二流路６６を、それぞれ流れる。第一流路６３と第二流路６６は、ノズル６１先端の吐出口１６の手前で合流する。従って、このノズルは、どちらの樹脂をスキン層とすることもできる。

しかし、このノズルを使用したサンドイッチ成形は、スキン用樹脂を射出した後、コア用樹脂を射出する際、スキン用樹脂の射出動作を完全に停止させないと、第一流路６３と第二流路６６の合流部では、まだ両方の流路の樹脂が共に完全に溶融状態であるため、コア用樹脂がスキン用樹脂の内側を流れる流動状態とはならない。このため、流路を二分割した二層の流動状態となり、前者の流動状態となるのは、表層側の樹脂が冷却されてスキン層の固化が始まるキャビティ近傍まで遅れる。

このような状態は、最終段階で再度スキン用樹脂のみを射出してノズル内部をクリーニングする動作で、次のような障害となる。即ち、コア用樹脂の射出を停止してスキン用樹脂のみの射出に切り替えても、合流部６７以降の下流部分に溶融状態のままコア用樹脂が残留している。従って、次ショットのスキン用樹脂にコア用樹脂を混在させないように、クリーニングを早めに開始して、ノズル先端部と金型キャビティへ流入するゲート直前までに残存するコア用樹脂を排出することが必要となり、コアの充填比率が上げられない原因となる。

また、サンドイッチ成形の成形プロセスでは、それぞれの樹脂の射出量、射出のタイミングがコアの充填率の向上、スキン層がやぶれないとこと、クリーニングが完全にされることなどに対して重要であることが、特開２００３−０５３７８３号公報（特に、図２、３）に示されている。
特開平０１−１４１７１１号公報 特開平１０−１５１６４５号公報 特開２００３−０５３７８３号公報

本発明は、以上のような従来のサンドイッチ成形用のノズルに関する問題点を解決するためになされたものである。本発明の目的は、流路構造がシンプルで溶融樹脂の滞留量が少なく、二つの流路の合流部近傍での樹脂の置換性が良いサンドイッチ成形用のノズルを提供することにある。

本発明の射出成形機用ノズルは、
二種類の樹脂を用いてサンドイッチ成形を行う際に用いられる射出成形機用ノズルであって、
ノズルボディ、ノズルボディの先端に取り付けられたノズルチップ、及びノズルチップの内部に装着され前記二種類の樹脂が互いに隔てられた状態で流れる流路が内部に形成されたインナーノズルを備え、
前記ノズルボディは、その中心軸上に形成され、ノズルボディの後端面に開口する孔状の第一流路と、中心軸に対して平行に形成され、ノズルボディの後端部近傍で中心軸に対して平行な方向から折れ曲がってノズルボディの側面に開口する孔状の第二流路と、を有し、
前記ノズルチップは、吐出口と、吐出口の上流側に形成された前室と、この前室の後方に形成され、前記インナーノズルが装着される受け口部と、を有し、
前記インナーノズルは、上流側の端部で前記第一流路につながり、下流側の端部で前記中心軸を取り囲む環状の流路となって、前記前室に開口する第三流路と、上流側の端部で前記第二流路につながり、下流側の端部で前記中心軸上を通る孔状の流路となって前記前室に開口する第四流路と、を有し、
前記第三流路が前記第四流路に、前記吐出口の直前で合流するように構成されていることを特徴とする。

好ましくは、前記インナーノズルは、
その先端に、前記前室の中に突出し、前記前室の内周面との間に環状の空間を形成する突起部と、
上流側の端部で前記第一流路につながり、下流側の端部で前記中心軸を取り囲む環状の流路となって、前記環状の空間に開口する第三流路と、
上流側の端部で前記第二流路につながり、下流側の端部で前記中心軸上を通る孔状の流路となって、前記突起部の先端で前記前室に開口する第四流路とを備え、
前記第三流路が前記第四流路に、前記吐出口の直前で合流するように構成される。

本発明の射出成形機用ノズルでは、第一の溶融樹脂は、第一流路及び第三流路を通って、インナーノズルのコアの外周から前室に入り、吐出口から射出される。第二の溶融樹脂は、第二流路及び第四流路を通って、インナーノズルのコアの中心から前室に入り、吐出口から射出される。

二種類の樹脂が流れる流路は、ノズルボディの内部では互いに平行な孔状の流路（第一流路及び第二流路）として形成され、前記インナーノズルの内部で、一方の流路（第三流路）は中心軸上を通る孔状の流路から中心軸を取り囲む環状の流路に、他方の流路（第四流路）は中心軸から外れた孔状の流路から中心軸上を通る孔状の流路に形状が変化し、その状態で前記前室に開口するように形成されている。

このように、ノズルチップの中に装着されるインナーノズルのみに環状の流路を形成することによって、環状の流路の長さを短く抑えることができるので、当該環状の流路の径方向の隙間を狭くすることが可能である。その結果、従来のサンドイッチ成形用のノズルと比べて、コアの充填比率を高くすることが可能になる。また、これに伴い、中心軸上の孔状の流路（第四流路）からその周囲の環状の流路（第三流路）への樹脂の偏った流動を防ぐとともに、その侵入量が少なくなるので、侵入により混色した樹脂を早期に排出することができる。

本発明の射出成形機用ノズルによれば、環状の流路（第三流路）の長さを短く抑えることができるので、その径方向の隙間を狭くすることが可能である。その結果、従来のサンドイッチ成形用のノズルと比べて、コアの充填比率を高くすることが可能になるとともに、混色した樹脂を早期に排出することができる。

図１に、本発明に基づく射出成形機用ノズルの一例を示す。図２に、このノズルの先端近傍の部分拡大断面図を示す。図３に、図２のＡ−Ａの断面図を示す。図中、１１はノズルボディ、１２はノズルチップ、１３はインナーノズル、１６は吐出口、１７は前室、１８は受け口、１９は突起部、２１は第一流路、２２は第二流路、２３は第三流路、２４は第四流路を表す。

この射出成形機用ノズルは、ノズルボディ１１、ノズルチップ１２、インナーノズル１３及び連結ブロック１４等から構成されている。ノズルボディ１１の先端には、ノズルチップ１２が取り付けられ、ノズルチップ１２の中に、インナーノズル１３が装着されている。

ノズルボディ１１の内部には、互いに独立した二つの流路（第一流路２１及び第二流路２２）が形成されている。第一流路２１は、孔状の形状を備え、ノズルボディ１１の中心軸上を貫通し、その上流側の端はノズルボディ１１の後端面に開口している（第一ポート３６）。第二流路２２は、孔状の形状を備え、第一流路２１に対して平行に形成されている。但し、第二流路２２は、ノズルボディ１１の後端部の近傍で第一流路２１に対して平行な方向から折れ曲がり、その上流側の端はノズルボディ１１の側面に開口している（第二ポート３７）。ノズルボディ１１の後端面には、第一射出ユニット３１が接続される。ノズルボディ１１の後端部近傍の側面には、連結ブロック１４を介して、第二射出ユニット３２が接続される。

ノズルチップ１２は、吐出口１６を有し、吐出口１６の上流側には前室１７が形成されている。この前室１７の後方には、受け口部１８が形成され、その中にインナーノズル１３が装着されている。

インナーノズル１３は、図２に示すように、第一外筒１３ａ、第二外筒１３ｂ、コア１３ｃ及び支持脚１３ｄから一体の部品として構成されている。第一外筒１３ａの後端面に第二外筒１３ｂが接続され、第一外筒１３ａ及び第二外筒１３ｂの中心軸上に、貫通孔が形成されている。コア１３ｃは、紡錘形の形状を備え、支持脚１３ｄを介して第一外筒１３ａの内側に接続される一体の部品の一部を構成する。コア１３ｃの先端部分（突起部１９）は、第一外筒１３ａの前端面から前室１７の中に突出している。コア１３ｃの外周面と貫通孔の内周面の間には、環状の流路が形成されている。この環状の流路と連続するように、コア１３ｃの先端部の外周面と前室１７の内周面の間にも、環状の空間が形成されている。

インナーノズル１３の内部には、互いに独立した二つの流路（第三流路２３及び第四流路２４）が形成されている。第三流路２３は、第二外筒１３ｂの後端面で第一流路２１につながり、第二外筒１３ｂの中心軸上を通り、第一外筒１３ａの後端面の近傍でコア１３ｃの外側を通る上記環状の流路となって前室１７に開口している。第四流路２４は、第二外筒１３ｂの後端面で第二流路２２につながり、第二外筒１３ｂの途中で斜めに折れ曲がり、第一外筒１３ａ及び支持脚３ｄを斜めに貫通して、コア１３ｃの中心に到達し、そこから中心軸上を通り、突起部１９の先端で前室１７に開口している。このようにして、第三流路２３は、コア１３ｃの先端部の外側の環状の空間を経て、吐出口１６の直前で第四流路２４に合流している。

スキン用樹脂は、第一射出ユニット３１から第一ポート３６を通ってノズル内に入り、第一流路２１及び第三流路２３を通って前室１７に到り、吐出口１６から金型（図示せず）内に射出される。これに対して、コア用樹脂は、第二射出ユニット３２から、連結ブロック１４内の流路２５を通り、第二ポート３７を通ってノズル内に入り、第二流路２２及び第四流路２４を通って前室１７に到り、吐出口１６から金型内に射出される。

次に、このノズルを使用してサンドイッチ成形を行う際の手順の一例について説明する。

先ず、第一射出ユニット３１を作動させて、スキン用樹脂を、第一ポート３６、第一流路２１及び第三流路２３を経て、吐出口１６から金型内へ射出する。この時、第二射出ユニット３２は、スクリュの動きが背圧ブロック（又はスクリュ駆動電動機ロック）で拘束され、樹脂の逆流は防止されている。しかし、第四流路２４の出口付近には、樹脂の圧縮分だけスキン用樹脂が流入する。

所定量のスキン用樹脂が射出された後、第一射出ユニット３１の作動を停止して、第二射出ユニット３２を作動させ、コア用樹脂を、連結ブロック１４、第二ポート３７、第二流路２２、第四流路２４を経て、吐出口１６から金型内へ射出する。充填が完了する直前で、第二射出ユニット３２の作動を停止させ、再び第一射出ユニット３１を作動させてスキン用樹脂だけの射出を行い、射出工程を終了させる。これによって、全表面がスキン用樹脂で覆われた、サンドイッチ成形品が得られる。

ここでのポイントは、環状の第三流路２３の出口付近に逆流していたコア用樹脂を、スキン用樹脂の射出再開直後に排出して、早いタイミングでスキン用樹脂だけが射出されるように制御することである。上記のような構造を備えた本発明のノズルによれば、環状の流路（第三流路２３）の形状についての設計上の制約が少ない。従って、環状の流路の径方向の隙間を狭くすることによって、中心軸上の孔状の流路（第四流路）から環状の流路への樹脂の侵入量が少なくなり、その結果、逆流により混色した樹脂を早期に排出することが可能になる。

なお、上記のノズルを使用して、スキン用樹脂とコア用樹脂を上記動作と逆に組み合わせたサンドイッチ成形も可能であり、その場合にも同様の効果が得られる。

即ち、先ず、第二射出ユニット３２を作動させて、スキン用樹脂を、第二ポート３７、第二流路２２、第四流路２４を経て、吐出口１６から金型へ射出する。この時、第一射出ユニット３１は、スクリュが背圧ブロック又はスクリュ駆動電動機ロックで樹脂の逆流は防止されているが、環状の第三流路２３の出口付近には、樹脂の圧縮分だけスキン用樹脂が流入する。

必要なスキン用樹脂が射出された後、第二射出ユニット３２の射出速度を低下させて、第一射出ユニット３１を作動させ、コア用樹脂を第一ポート３６、第一流路２１、第三流路２３を経て、吐出口１６から金型へ射出する。充填が完了する直前で、第一射出ユニット３１の作動を停止し、再び、スキン用樹脂だけの射出を行い、全表面をスキン用樹脂で覆った成形を完了させる。

この場合も、第三流路２３と第四流路２４の断面積の比を適切に設定することによって、孔状の第四流路２４へのコア用樹脂の偏った流動を防ぐとともに、その侵入量を少なくすることができる。これにより、第四流路２４の出口付近に逆流していたコア用樹脂をスキン用樹脂の射出開始直後に排出して、早いタイミングでスキン用樹脂だけが射出されるように制御することができる。

本発明の射出成形機用ノズルの一例を示す断面図。 ノズルの先端近傍の流路の形状を示す部分拡大断面図。 図２のＡ−Ａ部断面図。 従来のサンドイッチ成形用ノズルの一例を示す断面図。 従来のサンドイッチ成形用ノズルの他の例を示す断面図。

符号の説明

１１…ノズルボディ、１２…ノズルチップ、１３…インナーノズル、１３ａ…第一外筒、１３ｂ…第二外筒、１３ｃ…コア、１３ｄ…支持脚、１４…連結ブロック、１６…吐出口、１７…前室、１８…受け口、１９…突起部、２１…第一流路、２２…第二流路、２３…第三流路（環状の流路）、２４…第四流路（孔状の流路）、２５…流路、３１…第一射出ユニット、３２…第二射出ユニット、３６…第一ポート、３７…第二ポート、５１、６１…ノズル、５２…内筒、５３…環状流路、５４…支持脚、５５…流路、５６…孔状流路、６３…第一流路、６６…第二流路、６７…合流部。

Claims (2)

1. 二種類の樹脂を用いてサンドイッチ成形を行う際に用いられる射出成形機用ノズルであって、
   ノズルボディ、ノズルボディの先端に取り付けられたノズルチップ、及びノズルチップの内部に装着され前記二種類の樹脂が互いに隔てられた状態で流れる流路が内部に形成されたインナーノズルを備え、
   前記ノズルボディは、その中心軸上に形成され、ノズルボディの後端面に開口する孔状の第一流路と、中心軸に対して平行に形成され、ノズルボディの後端部近傍で中心軸に対して平行な方向から折れ曲がってノズルボディの側面に開口する孔状の第二流路と、を有し、
   前記ノズルチップは、吐出口と、吐出口の上流側に形成された前室と、この前室の後方に形成され、前記インナーノズルが装着される受け口部と、を有し、
   前記インナーノズルは、上流側の端部で前記第一流路につながり、下流側の端部で前記中心軸を取り囲む環状の流路となって、前記前室に開口する第三流路と、上流側の端部で前記第二流路につながり、下流側の端部で前記中心軸上を通る孔状の流路となって前記前室に開口する第四流路と、を有し、
   前記第三流路が前記第四流路に、前記吐出口の直前で合流するように構成されていることを特徴とする射出成形機用ノズル。
2. 前記インナーノズルは、
   その先端に、前記前室の中に突出し、前記前室の内周面との間に環状の空間を形成する突起部と、
   上流側の端部で前記第一流路につながり、下流側の端部で前記中心軸を取り囲む環状の流路となって、前記環状の空間に開口する第三流路と、
   上流側の端部で前記第二流路につながり、下流側の端部で前記中心軸上を通る孔状の流路となって、前記突起部の先端で前記前室に開口する第四流路とを備え、
   前記第三流路が前記第四流路に、前記吐出口の直前で合流するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機用ノズル。

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