JP4578046B2 - プラスチック物質射出用ノズル - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、一つ又はいくつかの金型キャビティに溶融プラスチック物質流を射出するための特定のタイプのノズルに関する。
【０００２】
プラスチック製の物品、即ち、特にプラスチックのボトルといった最終的に得られる適切な容器へ吹込成形することによる次なる処理が意図された所謂「予備成形物（preforms）」を、同時に複数個金型成形するための装置に使用されるノズルに対して、本発明は好ましくは適用される。
【０００３】
以下の記述においては、説明をより容易にするという主たる理由のために、プラスチック材料の予備成形物を金型成形するための鉛直駆動装置（vertical- drive machine）を参照する。何故なら、この装置は当該プラスチック材料の溶融及び押出しの予備工程と組み合わされて使用されるからである。しかしながら、添付の請求項の範囲内に含まれる限り、本発明は水平駆動金型成形装置（horizontal-drive moulding machines）又は他の種類の利用にさえもまた適用されると理解できることが認識されるであろう。
【０００４】
予備成形物を金型成形する作業において、ノズル保持板（nozzle-carrying plate）と、所謂ホットチャンバー（又は、当技術分野でより特定的に知られている場合として、ホットランナー（hot runners））のために当該ノズル保持板の下方に設けられた板とを備える金型成形装置を通常使用することは、当技術分野において一般的に知られている。この板は一般に前記ホットランナー、即ち適切な押出し機から溶融樹脂を搬送するために設けられた導管を備える。キャビティ保持板（cavity-carrying plate）は、前記ベース板から流入するプラスチック樹脂流が射出される複数のキャビティを備え、当該プラスチック樹脂流は、前記キャビティ保持板と前記ノズル保持板との間に位置する適切なそれぞれの射出ノズルによって、前記要素間を搬送される。
【０００５】
前記板の表面に前記ノズルを緊密に保持するために通常使用される手段は、ネジ込むことによって締め付けるネジ山を前記ノズルに設けること、又はこの代替手段として、当該ノズルの平行な表面と当該板の表面との間に、当該ノズルが圧力によって当該板面間の所定位置に固定され得るような力を発生させることを含む。
【０００６】
このような方法全ては当業者にとっていずれにせよ周知であり、本発明が言及する技術内容をより効果的に紹介する目的のためだけに、ここでは手短に述べる。
【０００７】
このようなノズルの設計及び利用に関する最も重要な課題の一つは、以下の状況に由来している。即ち、これらのノズルが低温条件下で組み立てられており、設備が安定した作動状態に未だ達していない、プロセスの初期段階においてでさえも、当該ノズルは、定格作動温度又は安定温度に未だ達せずに、装置の他の部分と同時に作動開始しなければならず、同時に、溶融樹脂の損失を引き起こしてはならないという状況である。
【０００８】
作動中に、前記ノズルと連結された板は熱くなり、その結果として膨張する傾向を有し、これによりノズルの占有空間が減じられ、相互に関連付けられた部品に損傷を与えるおそれのある圧縮が引き起こされる。
【０００９】
このような圧縮効果を低減させるという点で、初期段階であまり強く連結しないことが必要となるだろう。しかしながら、これは、樹脂の初期段階での損失、即ち、このように漏れた樹脂を即座に取り除く必要があるために、装置休止時間に起因する、及びこのような作業に必要な人員を要することに起因する深刻な損失の下で、いずれにせよ、逆に避けなければならない状況につながるであろう。
【００１０】
プラスチック物質の射出のための、図１及び図２に図示した種類のノズルが当技術分野において開示され、通常使用されていることは周知である。ここで、このノズルは、前方中央部分１０１及び後方環状部分１０２を備え、当該後方環状部分１０２の内側には、その外側に壁１０４を画成する溝１０３が設けられている。
【００１１】
ノズルが、ノズル保持板３０とホットランナーを備える板４０との間に通常どおり連結されると、当該ノズルは図中の文字Ｆ及びＧで表示される相互に対向する力を受ける。
【００１２】
前記ノズルの構造故に、これらの力の作用が互いに正反対でも、前記壁１０４と前記部分１０２の後方の中実な部分との圧縮により、後者はこの作用に耐える。
【００１３】
後者１０２は中実であるために、非常に高い圧縮強さ（compressive strength）を本質的に有し、従って軸線方向の変形は実質的にあり得ない。壁１０４に関しては、これはむしろ小さな軸線方向寸法（axial dimension）を有するために、たとえ高い圧縮力に付されたとしても、結果的には相応した小さな圧縮率を有する。従って実際は、このような種類のノズルは、結局は低減された弾性変形能力しか呈さず、この結果、前記板の熱膨張プロセスによって当該板間にもたらされる寸法変位（dimensional deviations）を解消する性能も、低減されたものしか呈さない。
【００１４】
前記板間に押圧嵌合及び固定されるノズルについての最も関連深い技術水準は、以下の特許公報によって開示されている。即ち、米国特許４,５５８,３６７号、米国特許５,２２０,１５４号、米国特許５,５５４,３９５号、米国特許５,７５９,５９５号、及び米国特許５,８２０,８９９号である。
【００１５】
これらの特許公報の全てにおいて、様々なアプローチによって、相反する多くの要件に対して善処するような課題に対する可能な限り最善の解決手段を見出す取り組みが行なわれている。即ち、
低温条件から出発する際の防止策を保証することと、
板及びノズルの両方における広範な寸法許容性（dimensional tolerances）と、
通常伴うような又は使用されているような温度よりも広い、通常の作動温度よりも５０℃まで高い過熱状態に達する可能性を含む温度領域における作動能力とである。
【００１６】
しかしながら、例示した文献のいずれも、上記した要件の全てを満足な程度まで解決できるようには思われない。さらには、これらのいくつかには、ガスケット等のような補助的な封止手段を使用する必要さえある。これらの封止手段は、課題を永続的に解決するものではなく、むしろ複雑化の更なる要因をもたらす傾向にある。
【００１７】
上記の考察を踏まえて、本発明の主たる目的は、上記した三つの相反する要件の全てが自動的に満足されることを可能にするノズルを提供することにある。
【００１８】
本発明のさらなる目的は、容易に入手可能で、従って費用対効果の高い材料及び技術を用いて、容易に実施、使用、及び操作できる、上記例示した種類のノズルを提供することにある。
【００１９】
本発明のさらなる特徴に加えて、本発明のこのような目的は、添付の請求項に記載したように作成され且つ作動するノズルにおいて達成される。
【００２０】
本発明は、添付図面を参照しつつ非限定的な例を用いて下記に詳述した態様のように、唯一ではないが好適な態様をとり得る。
【００２１】
列記した図を参照してわかるように、本発明によるノズルは、後方部分１と、前方部分２と、当該両部分にわたって延在し、ノズル保持板３０上に位置する一つ又はそれ以上の射出ノズル４に向かって溶融したプラスチック樹脂流を一般的に搬送するための内側流路３とを備える。
【００２２】
このようなノズルの鉛直中線断面は、前記内側流路の中心を通る鉛直軸線Ｘに関して略対称な構造を示している。
【００２３】
前方部分２は略伸長され、一方、後方部分１には、外側輪郭が当該前方部分及び前記内側流路３を囲繞する略円筒状をなす外側環状要素５が設けられている。
【００２４】
外側環状要素５は、その後方側が終端平坦面７で終端し、さらに、後方部分１は、後面側が別個の平坦面６で終端する。この平坦面６は、上記した従来技術の場合とは異なり、前記環状要素の終端平坦面６に対してより後方に位置している。
【００２５】
図３及び図４に図示した二つの断面図を参照してわかるように、前記環状要素５と前記前方部分の外側面との間に環状溝１２が設けられている。この環状溝は、本発明の特徴によれば、鋭角ｈとして形成され、ここで内側の辺１３は前記ノズルの軸線Ｘに対して略平行であり、外側の辺１４は、前記ノズルの前方端部に向かって開口するような傾斜にて、軸線Ｘに対して傾いている。
【００２６】
本発明によれば、前記環状要素５の間に、即ち当該環状要素の終端平坦面７と平坦面６との間にはまた、ノズルの軸線Ｘと略同軸な第二環状溝８が設けられている。
【００２７】
好適な態様において、このような第二溝は、当該溝の中央軸線方向断面が鋭角ｍの形状を有することを保証するように形成されている。ここで、鋭角ｍにおいて、外側の辺９は前記ノズルの軸線Ｘに対して略平行であり、内側の辺１０は前記ノズルの後方端部に向かって開口するような傾斜にて、軸線Ｘに対して傾いている。
【００２８】
通常使用する場合、このノズルは、前記ノズル保持板３０の上側部分と、頂部にホットランナー板４０を画成する面１１の下側部分との間に押圧嵌合され、固定される。
【００２９】
図５に図示した二つの断面図を相互に比較して推定できるように、設置面１１が上昇すると、ノズルのこのような構造故に、前記外側環状要素における、Ａにて全体的に表示された円で囲繞された部分が歪むことができ、前記終端平坦面６、７が共通の設置面１１の同一平面上にて水平となり得る。
【００３０】
いずれにせよ、作動中に生ずる熱膨張によって引き起こされる前記面の前記上昇によって、このような膨張がいかなる障害も発生させず、特に熱膨張がいかなる程度までもノズルの堅固な固定を損なわないことが、以下の理由により結果的に生ずる。即ち、初期の組み立て時、よって低温の開始条件においては、ノズルが前記設置面１１に対して適切に堅く固定されることによって、このような封止効果が保証され得るためであり、一方で、通常の、即ち安定した作動条件においては、当該設置面１１の熱膨張が、Ａにて全体的に表示される前記円で囲繞された部分の変形によって自動的に解消されるためである。これは即ち、前記溝８が設けられたことによって、好ましくは上記にて使用され且つ記述された特別な形態によって可能となっている。
【００３１】
さらに、図６に図示された二つの断面図をお互いに比較して気付くように、二つの板の温度が通常の安定した値を超えてさらに上昇し、これに対応して共通の設置面１１がさらに上昇し、より大きな圧縮力を引き起こす結果においても、このような構造によって、前記外側環状要素におけるＢにて全体的に表示された円で囲繞された部分が適切に歪むことが可能である。これにより、関係する他の部品に対する過剰な緊張をいかなる場合も誘起することはせずに、ノズルが所定位置に堅固に維持され、且つ溶融樹脂の漏れに対する堅固な締め付けを保持することが保証される。
【００３２】
事実、図８において、最悪の過熱条件における前記領域又はＢの部分の選択的歪みの形態が明瞭に図示されている。一方、このような歪みは従来技術のノズルでは不可能である。
【００３３】
本発明による、前述の解決手段によって、多くの有益な改良の可能性がさらにもたらされている。もし前記第一環状溝と前記第二環状溝との間に十分薄くそれ故に弾性を有する壁が設けられるように、当該二つの溝それぞれの鋭角ｈ及びｍが前記ノズルの軸線方向に対して同じ水準Ｃにおおむね配置されると、高度の圧力負荷の下での変形能力に関する最高の結果が得られることが実際に実験的に見出されている。もし前記第二溝１２の深さが前記第一溝８の深さの少なくとも２倍であれば、温度の最大許容過熱の関数である、弾性と最大限可能な変形との間の最適な折衷条件が存在することが実験的にさらに見出されている。
【００３４】
最後に、前記ノズルの有利な構造は、前記溝１２の前記鋭角ｈを前記第二溝８の前記鋭角ｍ以内に設定することによってもまた得られている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のノズルの図である。
【図２】 従来のノズルの図である。
【図３】 本発明によるノズルの中央断面の斜視図である。
【図４】 図３に図示したノズルの断面の正面図である。
【図５】 二つの異なる作動状態における本発明の態様の鉛直中線断面図である。
【図６】 他の二つの異なる作動状態における本発明の同じ態様の鉛直中線断面図であり、当該作動の一つが、図５に図示した状態と共通である。
【図７】 上記の図に示した三つ全ての作動状態を描いた本発明の上記態様の鉛直中線断面図である。
【図８】 極度の圧迫条件における特別な変位緊張（deformation strain）を受けている環状部分を示す図である。

Claims (6)

1. 溶融プラスチック物質を金型の中に射出するためのノズルであって、
   後方部分（１）と、前方部分（２）と、当該後方部分及び当該前方部分の間に延在し、キャビティに通じる少なくとも一つのゲート（４）に向かって前方に前記溶融物質を搬送するための溶融流路（３）とを備え、
   当該前方部分は伸長された形状を有し、
   当該後方部分には、当該溶融流路に隣接する内側部分の周りに延在し略円筒形状を有する外側環状要素（５）が設けられ、
   当該外側環状要素（５）には、その前方を向いた面において、当該環状要素の外側前方端部と当該前方部分の外側面との間に配置された第一環状溝（１２）が設けられ、
   前記後方部分は、その中央領域が平坦な面（６）で終端し、
   前記外側環状要素（５）は、その後方側が少なくとも部分的に平坦な別個な面（７）で終端し、
   前記中央領域に対応する前記終端平坦面（６）は、前記外側環状要素に対応する前記少なくとも部分的に平坦な終端面（７）に比べてより後方に位置し、
   前記外側環状要素（５）には、その後方を向いた面において、前記後方部分の前記平坦終端面（６）と前記外側環状要素の前記少なくとも部分的に平坦な終端面（７）との間に配置された第二環状溝（８）が設けられている
   ことを特徴とする。
2. 請求項１に記載のノズルであって、
   前記第二環状溝（８）の中心軸線方向断面が鋭角の形状をなし、内側の辺（９）が前記ノズルの軸線（Ｘ）に略平行で、且つ外側の辺が当該ノズルの後方端部に向かって開口するような傾斜にて、前記軸線（Ｘ）に対して傾いていることを特徴とする。
3. 請求項２に記載のノズルであって、
   前記第一環状溝（１２）の中心軸線方向断面が鋭角の形状をなし、内側の辺（１３）が前記ノズルの軸線（Ｘ）に略平行で、且つ外側の辺（１４）が当該ノズルの前方端部に向かって開口するような傾斜にて、前記軸線（Ｘ）に対して傾いていることを特徴とする。
4. 請求項３に記載のノズルであって、
   前記第一環状溝（１２）の鋭角と、前記第二環状溝（８）の鋭角とは、前記ノズルの軸線（Ｘ）方向についておよそ同じ位置（Ｃ）に設けられていることを特徴とする。
5. 請求項４に記載のノズルであって、
   前記第一溝（１２）の深さは、前記第二溝（８）の深さの少なくとも２倍であることを特徴とする。
6. 請求項３乃至請求項５のいずれかに記載のノズルであって、
   前記第一溝（１２）の前記鋭角は、前記第二溝（８）の前記鋭角より大きさが小さいことを特徴とする。

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