JP5087451B2 - スプルーブッシュ及びスプルーブッシュ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒーターで加熱されるスプルーブッシュに関し、詳しくは金型に装着することが容易な簡易型スプルーブッシュ及びスプルーブッシュ装置に関する。

従来、射出成形用金型において、スプルーブッシュ、ランナー及びゲート付近にヒーターを配置して、射出された溶融樹脂を固化させずに溶融状態に保つようにした構造のものが多用されている。このような構造の金型に用いられるヒーターは、カートリッジヒーター、バンドヒーター、コイル状に巻きつけて使用するヒーター等の様々なものが用いられている。そして、それらのヒーターは、昇温時間が短い等の加熱効率がよいものである上に、ヒーターが設置部分から浮き上がる等して過熱状況になったとしても容易には断線（故障）しないものが求められている。また、常に加熱するばかりでなく、加熱を断続的に行い、樹脂の状態を溶融状態と軟化状態との間で制御することも多く、そのような場合は、ヒーターが断線しやすくなる。そうした条件下で断線し難いヒーターとして、いわゆるセラミックヒーターが用いられる場合がある。

特許文献１に提案されている成形用金型には、スプルーブッシュの加熱用にバンドヒーターが用いられ、ランナーが設けられたマニホールドにはカートリッジヒーターが用いられ、更に、バルブケーシングの外周にはバンドヒーターが用いられている。ここで用いられているヒーターは、特に言及がないので従来型のニクロム線を内蔵するヒーターであると推定される。

また、特許文献２に提案されているバルブゲート式金型装置には、バルブ本体の外周面にバンドヒーターが嵌合され、バルブ本体内の材料通路の材料を溶融状態に保つ実施例が開示されている。

特許文献３には、セラミックヒーターを用いた射出成形用ノズルが提案されている。この射出成形用ノズルには、筒状体の外周部において、筒状体の中心軸に対称に平面状の底面を有する一対の凹部が形成されており、平板状のセラミックヒーターが、その底面に接着材等により接合されている。また、この射出成形用ノズルと同様な構造のものをゲートとして用いる例が開示されている。
特開２０００−１６７８４５号公報（［００１７］［００２０］を参照） 特開２００６−３０５８５０号公報（［００２４］を参照） 特開２０００−２１８６７１号公報（［要約］［００３７］を参照）

特許文献１及び２に開示されている従来型のヒーターは、熱膨張に係る伸縮の繰り返しにより設置部分から浮き上がることがある。そのため、特にバンドヒーター等を取り付けるねじ部は時々増し締めを行う必要があり、そのメンテナンスに工数がかかるばかりか、その間は成形型を使用できない問題がある。

その問題を解消するために、比較的廉価ではあるものの断線しやすい従来型のヒーターに替えてセラミックヒーターを用いることが考えられる。ところが、特許文献３に開示されている射出成形用ノズルは、汎用樹脂を成形するノズルと異なり、マグネシウムのチクソーモールディングのような金属成分を含む成形材料の射出成形が可能なように、窒化珪素質セラミックで形成した特殊なノズルである。そのため、熱サイクルの繰り返しによる膨張収縮により、凹部からセラミックヒーターがはみ出すことを防止するために、凹部にセラミックヒーターを接合する好適な方法として、高融点ガラスを用いる方法が提案されている。

従って、断線し難いヒーターを用いるものではあるものの、特許文献３に開示されている射出成形用ノズルと同様構造のスプルーブッシュやゲートは、汎用樹脂の成形金型に用いればコストアップに繋がるため、採用し難い。

本発明は、このような問題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構造でありながら、合成樹脂を溶融状態に保つことができる加熱手段として、断線し難いセラミックヒーターを用いたスプルーブッシュ及びスプルーブッシュ装置を提供することにある。

上記問題を解決するために請求項１に記載のスプルーブッシュの発明は、合成樹脂成形用の金型に装置されるスプルーブッシュにおいて、板状の基体と、その基体に突設されて溶融樹脂の流路が形成された筒状体と、その筒状体に平行に配置されて前記基体に突設される板状体とが一体に形成され、前記筒状体と前記板状体とが対向するそれぞれの面がセラミックヒーターの収容が可能な平面で形成されていることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、筒状体と板状体とが対向するそれぞれの面が平面で形成されているので、それらの平面の間隔を板状のセラミックヒーターの厚さと略同一にすれば、セラミックヒーターを密着状態に収容することができる。すると、セラミックヒーターの熱は、その大部分が筒状体及び板状体に伝達される。また、筒状体及び板状体は基体と一体に形成されているので、筒状体及び板状体に伝達された熱はその大部分が基体に伝導される。従って、セラミックヒーターの熱は、優れた熱効率の下にスプルーブッシュ内の合成樹脂を溶融状態に保つことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスプルーブッシュにおいて、前記板状体は、前記基体において前記筒状体の軸心から等間隔の少なくとも二ヶ所に形成されることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明によれば、セラミックヒーターを筒状体の軸心から等間隔の位置に配置して、筒状体の流路にある合成樹脂を偏りなく加熱することができる。板状体を二ヶ所に配置する場合は、２枚の板状体はそれぞれが正方形の対辺に位置することになり、板状体を四ヶ所に配置する場合は、４枚の板状体はそれぞれが正方形の各辺に位置することになる。また、板状体を三ヶ所に配置する場合は、３枚の板状体はそれぞれが正三角形の各辺に位置することになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のスプルーブッシュにおいて、前記板状体の先端部にはねじ挿通用の孔が形成され、その孔に対応する位置の前記筒状体にはねじ孔が形成されて、ねじを用いて前記板状体の先端部を前記筒状体に締め付け固定することにより、前記板状体と前記筒状体との間にセラミックヒーターを挟持することを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明によれば、板状体の弾性力を利用して、筒状体と板状体とが対向するそれぞれの平面の間にセラミックヒーターを挟持することができる。そのため、板状体及び筒状体とセラミックヒーターとの間に熱膨張率の違いがあっても、その違いによって生じるズレを板状体が弾性変形して吸収することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載のスプルーブッシュにおいて、前記基体の前記筒状体及び前記板状体が突設する面には、その筒状体及び板状体の外側に断熱用穴が形成されていることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明によれば、基体の熱が、基体の金型と当接する面から金型側に伝達されるときに、その熱量を少なくすることができる。また、基体の中心部から外周部へ熱が伝わるときに、断熱用穴が障害となって熱が伝わり難い。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のスプルーブッシュにおいて、前記断熱用穴は、前記流路の中心と同心の円周上に配置されていることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明によれば、セラミックヒーターから板状体に伝達された熱が板状体の根元から基体の外周面側へ伝わることが円周上に配置されている断熱用穴のために均等に妨げられる。

請求項６に記載のスプルーブッシュ装置の発明は、請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載のスプルーブッシュと、前記筒状体と前記板状体との間に挟持されたセラミックヒーターとよりなることを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明によれば、セラミックヒーターが筒状体と板状体との間に挟時されているので、セラミックヒーターにより効率よく加熱されるスプルーブッシュ装置が得られる。

本発明によれば、簡単な構造でありながら、合成樹脂を溶融状態に保つことができる加熱手段として、断線し難いセラミックヒーターを用いることができると共に、高い熱効率を得ることができるスプルーブッシュ及びスプルーブッシュ装置を提供することができる。また、２〜４個のセラミックヒーターを用いることができるので、必要に応じてヒーター容量等を考慮しつつセラミックヒーターの数及び種類を選択することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化したスプルーブッシュ１及びスプルーブッシュ装置の実施形態を図１〜６を用いて説明する。なお、スプルーブッシュ１の材質は特に限定しないものの、Ｓ５０Ｃ等の鋼材が好適に用いられる。また、スプルーブッシュ装置はスプルーブッシュ１とセラミックヒーター１０とよりなり、そのセラミックヒーター１０は市販されているものの中から、形状、寸法及びヒーター容量を勘案して適宜選択すれば十分である。

図１及び図２に示すように、本実施形態のスプルーブッシュ装置は、合成樹脂の射出成形用の金型１１に組み込まれて用いられ、セラミックヒーター１０は、図示しない配線により金型１１外の電源に連結されて電力の供給を受けられるようになっている。同様に、図示しない温度センサーを用いて、セラミックヒーター１０の温度が必要以上に上昇しないように制御されている。スプルーブッシュ１は、固定側取付板１２の中心部に形成された開口部に内挿され、固定側型板１３に図示しないボルトを用いて固定されている。スプルーブッシュ１の板状体４の外周面４ｂと、固定側型板１３のスプルーブッシュ１を遊嵌するための孔１３ａの内壁との間に隙間が形成され、板状体４の熱が固定側型板１３に伝達され難いようになっている。また、筒状体３の嵌合部３ｂはキャビ型１４の嵌合孔１４ａに嵌合されている。筒状体３の先端面３ａは、可動側型板１６のコア型１５に形成されたキャビティ１７に臨み、キャビティ１７の一部を形成している。なお、本実施形態のスプルーブッシュ装置はランナーを用いない金型１１においてダイレクトゲートも兼ねている。

図２に示すように、スプルーブッシュ１は、円盤状の基体２と、その基体２に直交するように突設された筒状体３と、筒状体３と平行に配置されて基体２に直交するように突設された一対の板状体４とが一体に形成されている。一対の板状体４に対向する筒状体３の二ヶ所の外平面３ｃは筒状体３の軸心に対して軸対称に配置されている。また、その外平面３ｃに対向するように板状体４の内側には、外平面３ｃと平行に内平面４ａが形成されている。この外平面３ｃと内平面４ａとの間隔は、セラミックヒーター１０の厚さと略同一に形成されている。そして、外平面３ｃと内平面４ａとの間に板状のセラミックヒーター１０を収容して、十字穴付ねじ７を用いて板状体４の先端部４ｃを筒状体３に締め付け固定すれば、セラミックヒーター１０は外平面３ｃと内平面４ａとの間に挟持される。先端部４ｃには、十字穴付ねじ７用の座面が凹設され、また、孔４ｄが貫通して形成されている。その孔４ｄに対応する位置の筒状体３にはねじ孔３ｅが形成されている。

なお、本実施形態においては、軸対称に位置する外平面３ｃを除く筒状体３の外周面は、外平面３ｃと直交する方向の平面となっており、一対の外平面３ｃと共に角筒状の外周面を形成している。このように筒状体３を角筒状にすれば、当該部分の熱容量を小さくすることができるので、セラミックヒーター１０の熱が効率よく流路８内の合成樹脂を溶融状態に保つために費やされる。この角筒状の断面形状は正方形となっている。

外平面３ｃと内平面４ａとの間に収容可能なセラミックヒーター１０の長さは、板状体４の高さにより制限されるが、加熱量を高めるために板状体４の高さをより高くして、より長いセラミックヒーター１０を用いることは、本実施形態のスプルーブッシュ１の場合は適切ではない。これは、筒状体３のテーパー孔９内にある合成樹脂を溶融状態にしないためであるが、以下にその理由を説明する。

本実施形態のスプルーブッシュ装置を用いれば、射出成形機のノズルをノズル受面５に常時当接状態にしても、ノズル先端の温度は下がらないので、ノズル内の合成樹脂は溶融状態に保たれ、常に溶融状態の合成樹脂が射出されることになる。しかし、筒状体３の嵌合部３ｂのテーパー孔９に存在する合成樹脂は、射出成形のワンショット毎の成形品の冷却時に、同時に冷却される必要がある。そのために嵌合部３ｂは、非加熱部としてセラミックヒーター１０を配置せずに、成形品の取り出し時にスプルーを成形品と共に抜き出すことができるようにしている。そして、スプルーが取り出されて空洞となったテーパー孔９を溶融状態の合成樹脂が充填する頃には、次のショットが行われることになる。

図２及び図３に示すように、金型１１の固定側型板１３にスプルーブッシュ１を取り付けるための基体２の取付面２ａには、筒状体３及び板状体４の外側、且つ筒状体３の軸心と同心の円周上に、合計８個の断熱用穴６が、基体２の厚さの半分以下の深さに形成されている。この断熱用穴６の存在により、取付面２ａの固定側型板１３に対する当接面積が縮小されると共に、板状体４の根元から基体２の外周方向へ熱が移動することが制限される。図２及び図４に示すように、基体２には２個のボルト孔２ｃが形成され、そのボルト孔２ｃに挿通されるボルトの頭部を収容するために、基体２の表面２ｂから座面２ｄが凹設されている。このボルト孔２ｃも断熱用穴６と同様に熱が基体２内を外周側へ移動することを制限する。

図５に示すように、スプルーブッシュ１の中心部には、ノズル受面５と先端面３ａとの間に連通される真直状丸孔の流路８及び外方へ向かって拡径するテーパー孔９が形成されている。上述の通り、流路８内の合成樹脂はセラミックヒーター１０の熱を受けて常に溶融状態に保たれ、射出後にテーパー孔９内に留まった合成樹脂は、時間と共に溶融状態から軟化状態に変化して、冷却時間後に成形品と共に金型１１から取り出すことが可能な硬度となる。

本実施形態のスプルーブッシュ装置には、直径が３ｍｍの流路８内の合成樹脂を常に溶融状態に保つことができるように、ヒーター容量が１００Ｖ・４０Ｗのセラミックヒーター１０が２枚用いられる。

従って、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、筒状体３の外平面３ｃと板状体４の内平面４ａとの間に板状のセラミックヒーター１０を密着状態に収容できるようにした。そのため、セラミックヒーター１０の熱の大部分を筒状体３と板状体４に伝達することができる。また、筒状体３及び板状体４と基体２とを一体に形成したので、筒状体３及び板状体４に伝達された熱の大部分を基体２に伝導することができる。従って、流路８内の合成樹脂を熱効率よく溶融状態に保つことができるスプルーブッシュ１を提供できる。

（２）上記実施形態では、セラミックヒーター１０を筒状体３の軸心から等間隔の二ヶ所に配置できるようにしたので、筒状体３の流路８内の合成樹脂を偏りなく加熱することができるスプルーブッシュ１を提供できる。

（３）上記実施形態では、板状体４の先端部４ｃを筒状体３にねじ止めして、外平面３ｃと内平面４ａとの間に収容した板状のセラミックヒーター１０を挟持できるようにした。そのため、板状体４及び筒状体３とセラミックヒーター１０との間に熱膨張率の違いがあっても、その違いによって生じるズレを吸収することが可能なスプルーブッシュ１を提供できる。

（４）上記実施形態では、基体２の取付面２ａに合計８個の断熱用穴６を形成した。そのため、基体２の熱が基体２と金型１１とが当接する面から金型１１側に伝達される時、その熱量を少なくすることができる。また、基体２の中心部から外周部へ熱が伝導するとき、断熱用穴６が障害となるため伝導熱量が少なくなる。従って、流路８内の合成樹脂の溶融状態を保つためにセラミックヒーター１０の熱を効率よく用いることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態であるスプルーブッシュ６１を、第１実施形態と異なる部分を中心に図７及び図８を用いて説明する。本実施形態のスプルーブッシュ６１は筒状体６３の形状及び板状体６４の数が、スプルーブッシュ１における筒状体３の形状及び板状体４の数と異なり、その他の部分は同一である。

図７に示すように、筒状体６３の外周面は、３ヶ所の外平面６３ａが３辺を形成する正三角形の角を同一円の円弧６３ｂで面取りした形状に形成されている。また、３ヶ所の外平面６３ａに対向する位置に３ヶ所の板状体６４が配置され、その板状体６４の内側には外平面６３ａと平行に内平面６４ａが形成されている。この外平面６３ａと内平面６４ａとの間隔が、セラミックヒーター１０の厚さと略同一に形成されている点は、第１の実施形態におけるスプルーブッシュ１と同様である。

このような構造のスプルーブッシュ６１においては、３枚のセラミックヒーター１０を用いることができるので、スプルーブッシュ１よりもヒーター容量が高まる。従って、融点が比較的高い合成樹脂を成形する場合に、比較的高価なワット密度を上げたヒーターを用いることなく、流路８内においてその合成樹脂を溶融状態に保つことができる。

そして、この第２実施形態においては、第１の実施形態における効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（５）上記実施形態では、３枚のセラミックヒーター１０を用いることができるようにした。そのため、ワット密度を上げることなく、ヒーター容量を上げた場合と同様の発熱量が得られるので、融点が比較的高い合成樹脂を溶融状態に保つことができるスプルーブッシュ６１を提供できる。また、特に融点が高くない合成樹脂を溶融状態に保つためには、逆にワット密度を下げたセラミックヒーター１０を用いることが可能になるので、故障が少なく廉価なスプルーブッシュ６１を提供できる。

（第３の実施形態）
次に、本発明を具体化した第３の実施形態であるスプルーブッシュ７１を、第１実施形態及び第２実施形態と異なる部分を中心に図９を用いて説明する。

図９に示すように、本実施形態のスプルーブッシュ７１は、板状体７４が基体２の４ヶ所に立設されている点がスプルーブッシュ１とは異なるが、角筒状の外周面を有する筒状体７３を用いる点は類似しており、その他の部分は同一である。ただし、正方形の断面形状の各辺に相当する４個の外平面７３ａは、セラミックヒーター１０との十分な接触面積が確保されるように、全ての外平面７３ａが平滑面に加工されている。

各板状体７４の内側には外平面７３ａと平行に内平面７４ａが形成されている。この外平面７３ａと内平面７４ａとの間隔が、セラミックヒーター１０の厚さと略同一に形成されている点は、第１及び第２の実施形態におけるスプルーブッシュ１、６１と同様である。

このような構造のスプルーブッシュ７１においては、４枚のセラミックヒーター１０を用いることができるので、融点が比較的高い合成樹脂を成形する場合に、スプルーブッシュ６１と同様に、比較的高価なワット密度を上げたヒーターを用いることなく、流路８内においてその合成樹脂を溶融状態に保つことができる。

そして、この第３実施形態においては、第１及び第２の実施形態における効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（６）上記実施形態では、４枚のセラミックヒーター１０を用いることができるようにした。そのため、ワット密度を上げることなく、ヒーター容量を上げた場合と同様の発熱量が得られるので、融点が比較的高い合成樹脂を溶融状態に保つことができるスプルーブッシュ７１を提供できる。また、特に融点が高くない合成樹脂を溶融状態に保つためには、逆にワット密度を下げたセラミックヒーター１０を用いることが可能になるので、故障が少なく廉価なスプルーブッシュ７１を提供できる。

（変更例）
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、筒状体３の中心部に流路８及びテーパー孔９を形成して、スプルーブッシュ１、６１、７１がダイレクトゲートを兼ねるようにしたが、テーパー孔９を設けず流路８のみとして、金型１１内のランナーに合成樹脂を注入できるようにしてもよい。
・上記実施形態では、スプルーブッシュ１、６１、７１がダイレクトゲートを兼ねるようにしたが、テーパー孔９に替えて先端面３ａに小径の孔を形成してピンゲートとしてもよい。
・上記実施形態では、断熱用穴６の数を合計８個としたが、断熱用穴６の内径や深さを適宜選択した上で、数を変更してもよい。また、断熱用穴６を同一円周上に配置することなく、直径の異なる複数の円周上に設けるようにしてもよい。

本発明の実施形態であるスプルーブッシュを組み込んだ金型の断面図。 第１実施形態のスプルーブッシュの正面図。 第１実施形態のスプルーブッシュの平面図。 第１実施形態のスプルーブッシュの底面図。 図３におけるＡーＡ矢視の断面図。 第１実施形態のスプルーブッシュの斜視図。 第２実施形態の筒状体及び板状体を模式的に示す断面図。 第２実施形態のスプルーブッシュの斜視図。 第３実施形態の筒状体及び板状体を模式的に示す断面図。

符号の説明

１，６１，７１…スプルーブッシュ、２…基体、３，６３，７３…筒状体、３ｅ…ねじ孔、４，６４，７４…板状体、４ｃ…先端部、４ｄ，１３ａ…孔、６…断熱用穴、８…流路、１０…セラミックヒーター、１１…金型。

Claims (6)

1. 合成樹脂成形用の金型に装置されるスプルーブッシュにおいて、板状の基体と、その基体に突設されて溶融樹脂の流路が形成された筒状体と、その筒状体に平行に配置されて前記基体に突設される板状体とが一体に形成され、前記筒状体と前記板状体とが対向するそれぞれの面がセラミックヒーターの収容が可能な平面で形成されていることを特徴とするスプルーブッシュ。
2. 前記板状体は、前記基体において前記筒状体の軸心から等間隔の少なくとも二ヶ所に形成されることを特徴とする請求項１に記載のスプルーブッシュ。
3. 前記板状体の先端部にはねじ挿通用の孔が形成され、その孔に対応する位置の前記筒状体にはねじ孔が形成されて、ねじを用いて前記板状体の先端部を前記筒状体に締め付け固定することにより、前記板状体と前記筒状体との間にセラミックヒーターを挟持することを特徴とする請求項１又は２に記載のスプルーブッシュ。
4. 前記基体の前記筒状体及び前記板状体が突設する面には、その筒状体及び板状体の外側に位置する断熱用穴が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載のスプルーブッシュ。
5. 前記断熱用穴は、前記流路の中心と同心の円周上に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のスプルーブッシュ。
6. 請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載のスプルーブッシュと、前記筒状体と前記板状体との間に挟持されたセラミックヒーターとよりなることを特徴とするスプルーブッシュ装置。

Images