JP4146537B2 - エッジゲート型の射出成形装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、エッジゲートを有する射出成形装置に関し、より詳しくは多数のエッジインサートと密封リングとの組合せを有する、加熱されるノズル装置に関する。前述の組合せは、適切な密封を提供するとともに、加熱されるノズルから周囲の冷却される金型への熱損失を減少させるように構成される。
【０００２】
【従来の技術】
１９７４年７月９日にＧｅｌｌｅｒｔに特許された米国特許第３，８２２，８５６号に開示されているように、初期のエッジゲートシステム(edge gating system)は、加熱されるノズルと周囲の冷却される金型との間の空間のうち、密封スリーブの前方の部分が溶融物で満たされることを許容する。しかしながら、このシステムは、最初に射出された材料の一部が前述の空間から吸い戻され、その次に射出される材料を長時間にわたって汚染し、色調若しくは材料の変質を引き起こすという問題を有していた。この問題を解決するために、ノズルは、各ゲートのまわりに粘性シールを形成するように、金型に対して十分に接近して延びるように改良された。このような構造の一例が、Mold-Masters株式会社の「ホットエッジゲートデザイン(Hot Edge Gate Design)」と題されたパンフレットの第６ページに示されている。この構造は、いくつかの材料にとっては満足できるものである反面、ポリオレフィン等の他の材料にとっては、ゲート領域に過大な熱を供給するため、射出成型された製造物のいくつかに欠陥を生じさせるという問題があった。その後、「モジュラーホットランナシステムによる射出成形(Injection Molding with Modular Hot Runner System)」と題したMold-Masters株式会社の１９８７年のパンフレットの第６ページに記載されているように、密封リングの前側の空間を溶融物で充てんするには十分ではあるが、溶融物が再び吸い戻されることを許容するには十分ではないように、ノズルと金型との間の距離を増すような改良が行われた。この構造においては、ノズルの周りに延びる密封リングによってシールが設けられてはいるものの、密封リングがノズルの前端を越えて取り付けられることを許容するため、ゲートにおけるノズルの最大サイズ若しくは「リーチ」が密封リングの内径より小さくなければならない、という短所を有する。
【０００３】
この問題に対するもう一つのアプローチは、１９８２年８月１７日にGellertに発行された米国特許第４，３４４，７５０号に開示されているように、個々のエッジゲートシール若しくはインサートを金型と接触させて設けることにより、各ゲートのまわりにシールを提供することにある。これらの個々のシールを各ゲートに設けることは、いくつかの材料に対しては非常に良く動作するものの、他の材料に対しては、それらが同様に過大な熱をゲート領域に供給してしまう。その結果、１９９１年１月１日にシュミットに発行された米国特許第４，９８１，４３１号には、熱損失を低下させるためにゲートからいくぶん遠ざけられた中央部分またはノーズ部分の周りに、間隔を開けて配置された密封フランジを有した個別のゲートシール若しくはインサートが開示されている。この構造は、１９９５年１２月付けのＫＯＮＡＮＥＷＳの第３ページに示されたＫＯＮＡシールに似ている。これらのエッジゲートインサートは、熱損失をいくぶん引き下げる密封フランジを有してはいるものの、それらは、いくつかの温度に敏感な材料にとっては過大な熱をゲート周りの領域に供給してしまうという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、ノズルの周囲に延びる密封リングと、ノズルの周囲の空間を溶融物が満たすことを最初に許容するには十分であるが、次の射出サイクルの間に溶融物の流れ内に溶融物が吸い戻されることを許容するには不十分な隙間を、金型に対して開けるように各ゲートに配置されたゲートインサートとを組合わせることによって、従来技術が有する短所を少なくとも部分的に克服することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、その一つの観点において、少なくともノズルの一部とその周囲の冷却される金型との間に延在する断熱空間を有して前記金型内の凹部に向かって前方に延びる、少くとも１つの加熱されるノズルを備えたエッジゲート射出成形装置を提供する。金型内の前記凹部は、その周囲に複数のエッジゲートが間隔を置いて配置された壁を有する。各エッジゲートは、金型内のキャビティに向かって外側に延びる。各ノズルは後端、前端、溶融物チャネル、およびノズルの前端に隣接する、外側に開いた複数の受け部を有する。各受け部は、エッジゲートのうちの１つと半径方向に一直線に並ぶ。溶融物チャネルは、ノズル後端の入り口からノズル前端に向かって延びる中央部分を有する。また、溶融物チャネルは、複数の放射方向部分を有する。各放射方向部分は、前記中央部分から外側に開口する受け部のうちの１つに至るように外側に向けて分岐し、エッジゲートのうちの１つと連通する。
【０００６】
本発明の改良は、密封リングと複数のエッジゲートインサートとの組合わせからなる。前記密封リングは、ノズルの周りで外側に開口する受け部から後方に向かって延び、ノズルとその周囲の冷却される金型との間の空間の前側部分からの溶融物の漏出に対して、前記空間の前記部分を密封する。各ゲートインサートは、ノズルの円筒状部分の周りに間隔を置いて配置された、外側に開口するインサート用受け部のうちの１つに受け入れられる。各ゲートインサートは、内側端部、外側端部、およびゲートインサートの内側端部から外側端部へと延びる中央孔を有する。ゲートインサートを貫通する中央孔は、ノズルを貫通する溶融物チャネルの放射方向部分のうちの１つと対向するとともに、エッジゲートのうちの１つと一直線に延びて金型内のキャビティに通じ、射出の間にそれらを通して溶融物の流れを運ぶ。各ゲートインサートの外側端部は、密封リングの内径を越えて外側に延びる。各ゲートインサートの外側端部は、金型内の凹部の壁に対して予め定められた隙間を開けて配置される。前記隙間は、最初の射出サイクルの間に、加圧された溶融物がそれを貫通して流れることができ、また溶融物がノズルとその周囲の冷却される金型との間の空間の密封された前側部分内において少なくとも部分的に凝固することを許容する程度に大きくされる。また前記隙間は、次の射出サイクルの間に、前記空間の密封された前側部分内で部分的に凝固した溶融物が、溶融物の流れの中に吸い戻されることを妨げるに十分なだけ小さくされる。
【０００７】
本発明のさらなる目的および利点は、添付の図面と共になされる以下の記載から明らかなものとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
最初に参照する図１には、いくつかの加熱されるノズル１２を相互に連結する溶融物分配マニホールド１０を有した、マルチキャビティ射出成形システム（射出成形装置）の一部が示されている。各ノズル１２は、金型１８内の概して円筒状の壁１６を有した凹部(well)１４内に着座している。通常、金型１８は用途に応じて多数のプレートを有しているが、このケースでは、図示を容易にするために、スクリュ２４によって共締めされるキャビティプレート２０およびバックプレート２２のみが示されている。図示された構造においては、溶融物分配マニホールド１０は一体化された電気加熱要素２６によって加熱されるが、金型１８は冷却水導管２８内をポンプ循環する冷却水によって冷却される。溶融物分配マニホールド１０は、中心位置決めリング３０と多数の断熱性および弾力性を有したスペーサ３２とによってキャビティプレート２０とバックプレート２２との間に装着され、加熱される分配マニホールド１０とその周囲の冷却される金型１８との間に断熱空間３４を形成している。
【０００９】
各ノズル１２の後端３６は、スクリュ（ネジ）３８によって、溶融物分配マニホールド１０の前面４０に固定されている。各ノズル１２は、溶融物チャネル４４の周りに延在している一体化された電気加熱エレメント４２を有している。
【００１０】
外側カラー４６は、前方に延びたフランジ部分４８を各ノズル１２の後端３６に有している。フランジ部分４８は金型１８の円形座５０上に着座することによりノズル１２を位置決めし、これにより加熱されるノズル１２と周囲の冷却される金型１８との間に断熱空間５２が形成される。図２に最も良く示されるように、円形の密封リング５４が各ノズル１２のまわりに延在し、前記空間５２に橋をかけて溶融物の漏洩に対するシールを提供する。この実施形態においては、前記密封リング５４は、チタン合金から製造されるとともに、Ｖ字形の前面５６と、ノズル１２の周りに延在する円形の肩部６０に当接する後端５８とを有する。これにより、前記密封リング５４は、ノズル１２の前端６４の周囲に、前記空間５２の密封された前側部分６２を形成する。
【００１１】
溶融物流路６６は、溶融物分配マニホールド１０の円筒状注入口部分７０に設けられた中央注入口６８から延びるとともに、前記マニホールド１０内において外側に分岐し、加熱される各ノズル１２内の溶融物チャネル４４に溶融物を運ぶ。図示されるように、前記溶融物チャネル４４は、ノズル１２の後端３６から、ノズル１２の前端６４に隣接して外側に分岐した多数の半径方向部分（放射方向部部分）７４に至る中央部分７２を有している。各ノズル１２は、ノズル１２の前端６４に隣接する略円筒状の部分７８のまわりに間隔を置いて配置された複数の受け部７６を有しており、これら受け部７６は外側に向かって開口するとともに、それぞれに雌ねじが螺設されている。銅合金のように熱伝導性に優れた材料から製造されたゲートインサート８０は、内側端部８２および外側端部８４を有するとともに、雌ねじが切られた前記受け部７６内にそれぞれ螺着されている。各ゲートインサート８０の外側端部８４は外側に延び、密封リング５４の内径より大きな「リーチ」を有している。各ゲートインサート８０は、ノズル１２を貫通する溶融物チャネル４４の半径方向（放射方向）に延びる複数の部分７４の一つと一直線に、かつ金型１８を貫通してキャビティ９０に延びるゲート（エッジゲート）８８と一直線に延びる中央孔８６を有している。なお、「エッジゲート」なる用語は、（ノズル１２の軸線方向前方ではなく）ノズル１２の側方（ノズル１２の周囲）に位置するゲートを意味し、「サイドゲート」とも呼ばれる。
【００１２】
図２に明瞭に示されるように、各ゲートインサート８０の外側端部８４は、凹部１４の壁１６から所定の間隔「Ｄ」を開けて配置され、両者の間に隙間９２を形成している。与圧された溶融物は、最初の射出サイクルの間に前記隙間９２を介して外側に流れ、ノズル１２と凹部１４の周囲壁との間の空間５２における密封された前側部分６２内において部分的に凝固する。前記距離「Ｄ」は、溶融物が最初に外側に流れることを許容するに十分な程大きく、しかしながら、引き続く射出サイクルのときにキャビティ９０内に流れる溶融物内に、部分的に凝固した溶融物が逆行して吸い込まれることを阻止するに十分な程小さく設定される。図示される本実施形態においては、前記距離「Ｄ」はおよそ０．１ミリメートル（０．００４インチ）であるが、射出成形される材料の特徴に応じて変更することもできる。
【００１３】
使用の際には、本装置は、図１に示されるようにかつ上述のように最初に組み立てられる。密封リング５４は、ゲートインサート８０よりも以前に装着される。これにより、ゲートインサート８０の外側端部８４が、密封リング５４の内径を越えて外側に延在することが許容される。次いで、溶融物分配マニホールド１０内の加熱要素２６および各ノズル１２内の加熱エレメント４２に電力が供給され、それらを予め定められた作動温度に加熱する。加圧された溶融物は、所定の射出サイクルにしたがい、図示されない射出成形機から溶融物流路６６の中央注入口６８に供給される。溶融物は、溶融物分配マニホールド１０を通って流れるとともに各ノズル１２を通って分岐し、そこでさらに分岐して各ゲートインサート８０、およびそれと一直線に延びるゲート８８を通ってキャビティ９０に流入する。最初の射出サイクルの間、溶融物の一部分はゲート８８の周りの隙間９２を通って流れ、密封リング５４によって形成された空間５２の密封された前側部分６２を充てんする。キャビティ９０が充てんされるとともに適当な詰込みおよび冷却期間が終了すると、射出圧力は解放され、かつ開いたゲート８８からの糸引きを避けるために溶融物搬送システムは減圧される。その後、金型１８が開かれて成形された製品が排出される。排出の後、金型１８は閉じられ、かつキャビティ９０のサイズおよび射出成形される材料のタイプに応じたサイクルタイムで、成形サイクルが連続して反復される。射出成形される材料のタイプ若しくは色調が変更されても、キャビティ９０に流れる異なる色調の溶融物の流れ内に、空間５２の前側部分６２から部分的に凝固した材料が吸い戻されることを阻止することができる程度に距離「Ｄ」は十分に小さい。ゲートインサート８０から周囲の冷却される金型１８への熱損失を減らすことに加えて、ゲートインサート８０の外側端部８４におけるより大きな空間は、空間５２の前側部分６２内に閉じ込められた材料が、熱損失を防止すべく断熱を提供するとともに円形の密封リング５４を通過して漏出する流動物に対する密封の補助を提供するという長所を有する。
【００１４】
密封リング５４といくつかのゲートインサート８０との組合せを有したノズル１２を備えたエッジゲート射出成形装置に関する記述が、好ましい実施形態とともになされたが、特許請求の範囲において提供される本発明の範囲から離れることなく、当業者による種々の修正が可能であることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態に基づく装置を示す、マルチキャビティ射出成形システムの要部断面図。
【図２】図１の要部を拡大して示す断面図。
【図３】図２に示されたゲートインサートの斜視図。
【図４】図２に示された密封リングの斜視図。
【符号の説明】
１２ ノズル
１４ 凹部
１８ （冷却される）金型
３４ 断熱空間
３６ （ノズルの）後端
４４ 溶融物チャネル
５２ （ノズルとその周囲の冷却される金型との間の）空間
５４ 密封リング
６２ （空間５２の）前側部分
６４ （ノズルの）前端
７２ （溶融物チャネルの）中央部分
７４ （溶融物チャネルの）放射方向部分（半径方向部分）
７６ 受け部
８０ エッジゲートインサート
８２ （ゲートインサートの）内側端部
８４ （ゲートインサートの）外側端部
８６ （ゲートインサートの）中央孔
８８ エッジゲート
９２ （ゲートインサートの外側端部と凹部の壁との間の）隙間

Claims (9)

1. 少くとも一つの加熱されるノズルを有し、
   前記ノズルは、冷却される金型内の凹部内に向かって前方に延び、
   前記ノズルの少なくとも一部とその周囲の冷却される前記金型との間に延在する断熱空間が形成され、
   前記金型内の凹部は、その周りに複数のエッジゲートが間隔を置いて配置された壁を有し、
   前記各エッジゲートは前記金型内のキャビティに向かって外側に延び、
   前記少くとも一つのノズルは、後端、前端、溶融物チャネルおよび前記ノズルの前端に隣接して外側に開口する複数の受け部を有し、
   前記各受け部は、前記複数のエッジゲートのうちの一つと半径方向に一直線に配置され、
   前記溶融物チャネルは、前記ノズルの後端部の入り口から前記ノズルの前端に延びる中央部分を有し、
   前記溶融物チャネルは、さらに複数の放射方向部分を有し、
   前記複数の放射方向部分は、各々が前記エッジゲートのうちの一つと連通するように前記中央部分から枝分かれして前記外側に開口する前記複数の受け部のうちの一つに至るまで外側に向かって延びている、エッジゲート射出成形装置であって、
   密封リングと複数のゲートインサートとの組合わせを備え、
   前記密封リングは、所定の内径を有するとともに前記外側に開口する前記複数の受け部の後方でノズルの周りに延びて、ノズルとその周囲の冷却される金型との間の空間うちの前記密封リングよりも前方にある前側部分から前記空間の前記密封リングよりも後方にある後側部分への溶融物の漏洩が生じないように前記空間の前側部分を密封し、
   前記各ゲートインサートは、前記ノズルの円筒状の部分の周りに間隔をあけて配置された外側に開口する前記複数の受け部のうちの一つに着座させられ、
   前記各ゲートインサートは内側端部、外側端部、および前記内側端部から前記外側端部に貫通して延びる中央孔を有し、
   前記各ゲートインサートを貫通する前記中央孔は、ノズルを貫通する溶融物チャネルの放射方向部分の一つに接続されるとともに前記エッジゲートの一つに対して一直線に延びて前記金型内の前記キャビティに通じ、射出時に溶融物の流れが前記中央孔を通って運ばれ、
   前記各ゲートインサートの外側端部は前記密封リングの内径を越えて外側に延び、
   前記各ゲートインサートの前記外側端部は、前記金型内の前記凹部の壁に対して所定の隙間を開けて配置され、
   前記隙間は、最初の射出サイクルの間に加圧された溶融物が前記隙間を通って流出することを許容するに十分な程大きく設定されており、これによって流出させた溶融物を少なくとも部分的に前記ノズルとその周囲の冷却される金型との間の前記空間の前記前側部分において凝固させることができるようになっており、かつ、前記隙間は、次の射出サイクルの間に前記空間の密封された前記前側部分内で部分的に凝固した溶融物が各ゲートインサートから対応するエッジゲートに向けて流れる溶融物の流れに前記隙間を通って吸い戻されることを妨げるに十分な程小さく設定されていることを特徴とする射出成形装置。
2. 各ゲートインサートの外側端部は、前記金型内の前記凹部の前記壁から、実質的に０．１ミリメートル（０．００４インチ）の隙間を開けられることを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
3. 凹部を有するとともにこの凹部を画成する壁を有する金型であって、前記壁が前記凹部からキャビティに向けて外側に延びる複数のエッジゲートを有している金型と、
   前記凹部内に延びるノズルであって、当該ノズルの少なくとも一部と前記凹部の壁との間に断熱空間が延びており、当該ノズルが後端、前端、溶融物チャネルおよび前記前端に隣接して外側に開口する複数の受け部を有しており、前記各受け部が前記複数のエッジゲートのうちの一つと一直線に並んでおり、前記溶融物チャネルが当該ノズルの後端部の入り口から前記ノズルの前端に向かって延びる中央部分を有しており、前記溶融物チャネルがさらに複数の分岐部分を有し、前記各分岐部分が前記中央部分から枝分かれして前記複数の受け部のうちの一つまで外側に向けて延びている、ノズルと、
   各々が前記複数の受け部のうちの一つに着座する複数のゲートインサートであって、前記各ゲートインサートは、内側端部、外側端部、および前記内側端部から前記外側端部に貫通して延びる中央孔を有しており、前記各ゲートインサートの前記中央孔は、射出サイクルの間に溶融物の流れが各エッジゲートを通って流れるように、前記溶融物チャネルの前記複数の分岐部分のうちの一つと流体連通しているとともに前記複数のエッジゲートのうちの一つと一直線に並んでいる、複数のゲートインサートと、
   前記複数の受け部の後方において前記ノズルの周りに延び、前記断熱空間の一部を密封する円形の密封部材と、
   を備えたことを特徴とする射出成形装置。
4. 前記密封部材は、前記凹部を画成する前記壁に接触する外側表面を有する密封リングであることを特徴とする請求項３に記載の射出成形装置。
5. 前記各ゲートインサートの前記外側端部は、前記凹部を画成する前記壁から所定の隙間を開けて配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の射出成形装置。
6. 前記密封部材は前記断熱空間の前側部分を密封することを特徴とする請求項３〜５のうちのいずれか一項に記載の射出成形装置。
7. 前記ノズルが加熱要素を含んでいることを特徴とする請求項３〜６のうちのいずれか一項に記載の射出成形装置。
8. 前記各ゲートインサートの前記外側端部と前記凹部を画成する前記壁との間の前記隙間は、最初の射出サイクルの間に加圧された溶融物が前記隙間を通って流出することを許容するに十分な程大きく設定されており、これによって流出させた溶融物を少なくとも部分的に前記ノズルとその周囲の冷却される金型との間の前記空間の前記前側部分において凝固させることができるようになっており、かつ、前記隙間は、次の射出サイクルの間に前記空間の密封された前記前側部分内で部分的に凝固した溶融物が各ゲートインサートから対応するエッジゲートに向けて流れる溶融物の流れに前記隙間を通って吸い戻されることを妨げるに十分な程小さく設定されていることを特徴とする請求項３〜７のうちのいずれか一項に記載の射出成形装置。
9. 前記密封部材は、Ｖ字形の前面と、前記ノズルの周りに延在する前記ノズルの肩部に当接する後端とを有していることを特徴とする請求項３〜８のうちのいずれか一項に記載の射出成形装置。

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