JP5265059B1

JP5265059B1 - 関節運動式ノズル中心整列機構を有したホットランナー射出金型装置

Info

Publication number: JP5265059B1
Application number: JP2013004028A
Authority: JP
Inventors: 南旭許
Original assignee: 南旭許
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2033-01-11
Also published as: JP2013248878A; KR101175528B1

Abstract

【課題】関節運動式ノズル中心整列機構を有したホットランナー射出金型装置に関するもので、バックアッププレートの熱膨張により発生するノズルのオフセットを防止した金型装置を提供する。
【解決手段】ノズル３０の上部を支えているバックアッププレート４０が熱膨張しながらノズルを支えているベイスリング８１を熱膨張方向に移動させても、ノズル３０の上部に構成された関節部３３と上記ベイスリング８１の間に球面接触状態で介在された関節リング８５が関節部３３とベイスリング８１のベイス面８３間でティルト回転をしながら上記バックアッププレート４０の熱膨張によるベイスリング８１の移動変位を受け容れ補償することによってノズル３０のオフセットを防止してノズルの中心を整列するノズル中心整列機構を有する。
【選択図】図４ａ

Description

本発明はホットランナー射出金型装置に関するもので、特にノズルの上部を支えるバックアッププレートが熱膨張しながら横方向に移動（Ｓｈｉｆｔ）する場合、バックアッププレートの熱膨張による位置移動または位置偏差を関節運動にて補償しノズルの中心整列状態を維持させる関節運動式のノズル中心整列機構を有したホットランナー射出金型装置に関するものである。

ホットランナー射出金型装置は通常図１に示すごとく、キャビティ１１が形成された金型ブロック１０の上側に、キャビティプレート２０が面接触状態で載置されて金型ブロック１０の上面とパーティングライン（ＰＬ）を形成する。そして、キャビティプレート２０には、ノズル設置穴２３がパーティングライン（ＰＬ）に垂直方向に貫通形成されノズル３０が挿入される。ノズル設置穴２３の下部には金型ブロック１０のキャビティ１１と連通するゲート２３ａが形成されている。

ノズル３０は下部にノズルチップ３１を有しており、そのノズルチップ３１はノズル設置穴２３の下部に設けられたノズルチップ支持穴２３ｂに挿入されて支えられる。一方、ノズル上部はキャビティプレート２０の上側に載置形成されているバックアッププレート４０の支持リング４１に支えられノズル３０がパーティングライン（ＰＬ）に垂直方向にて設けられる。

また、図１及び図２ａに示すごとく、キャビティプレート２０に垂直方向にて設けられたノズル３０の上側にはマニフォルド５０が載置され、マニフォルド５０の底面とノズル３０の上面は相接してノズル３０が垂直の中心線方向に沿って直立状態を維持することとなる。その結果、マニフォルド５０からノズル３０方向に延長形成されたランナー５１の出口とノズル３０の中心軸方向に形成された樹脂通路３２の上部の入口がお互い中心線が一致するように設けられる。上記のマニフォルド５０とノズル３０の中心整列はバックアッププレート４０側ノズル設置穴の中心線とマニフォルド５０のランナー５１の中心線が一致する位置に組み込まれる位置決定ピン４２によって実現される。即ち、位置決定ピン４２によってバックアッププレート４０とマニフォルド５０を一定位置に組み込むことによってマニフォルド５０とノズル３０の中心整列が成り立つ。

マニフォルド５０にはノズル３０の樹脂通路３２内部を貫通するノズルピン３５を上下スライド移動可能に支持するノズルピンガイドブロック５３が設けられ、またマニフォルド５０の上側には油圧または空圧によるピストンの往復運動によりノズルピン３５を昇降作動させるノズルピンアクチュエータ３６を有する固定プレート６０が設けられる。固定プレート６０には射出機より吐出される高温の溶融樹脂をマニフォルド５０のランナー５１に供給するスプルブッシュ６１が設けられる。

上記の構造を持つ従来のホットランナー射出金型装置では射出成形の際、マニフォルド５０とバックアッププレート４０は、高温の溶融樹脂から伝達された高温の熱と、マニフォルドのランナー周りまたはノズルに設置される電熱線から伝達される高温の熱の影響で熱膨張を起こす。

特に、バックアッププレート４０の熱膨張量は、パーティングライン（ＰＬ）で金型ブロックが周期的に繰り返し分離されることにより外部の空気と接することで冷却されるキャビティプレート２０の下部に比較して相対的に大きい。その結果、バックアッププレート４０の上部に支えられているノズル３０の上部は、下部のノズルチップ３１に比較して相対的に大きい変位量で移動し、その結果、図２ｂに示すごとくノズル３０の上部がノズルチップ３１を中心にバックアッププレート４０の熱膨張方向に沿って斜めに変位する。その影響でノズル中心にズレが生じる、いわゆるオフセット（Ｏｆｆｓｅｔ）現象が発生する。以下、このようなオフセット現象を単に“オフセット”と称する場合がある。

上記ノズルのオフセット現象はノズル３０が設置されるノズル設置穴２３の加工誤差によっても発生する。

このようなノズル３０のオフセットは、射出成形装置において下記の如き種々の問題点を生じさせる。つまり、図２ｂに示すごとくノズル３０のオフセット現象はお互い面接触しているマニフォルド５０の底面とノズル３０の上面との間に隙間（Ｇ）を形成する。隙間（Ｇ）が生じた状態で射出成形作業を続けるとランナー５１を通過した溶融樹脂が隙間（Ｇ）に漏出する問題を発生させる。

さらに、ノズル３０がオフセットされた状態で、ノズルピン３５がゲート２３ａを繰り返し開閉した際、ノズルピン３５の先端がゲート２３ａの片方の内壁と繰り返し摩擦接触しながらゲート２３ａの片方の内壁のみ片磨耗させる。その結果、ゲート２３ａとノズルピン３５の間に隙間が出来てしまい、その隙間を通して溶融樹脂が漏れることでゲートバリ（ｂｕｒｒ）が発生するという不具合が生じる。

本発明は上記従来のホットランナー射出金型装置が持っている問題点を解決するため、ノズルの上部を支える金型部品、例えばバックアッププレートまたはキャビティプレートが相対的に大きい熱膨張量で膨張し位置移動をしてもその熱膨張によるバックアッププレートの位置移動（Ｓｈｉｆｔ）量をノズルとは別途に分離された部品が関節運動しながら受け容れ補償することでノズルの中心線を整列する関節運動式のノズル整列機構を有したホットランナー射出金型装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、
キャビティを有した金型ブロックの上面にキャビティプレートとバックアッププレートが順次載置形成され、キャビティプレートとバックアッププレートには垂直のノズル設置穴を形成し、ノズル設置穴には中心軸方向に樹脂通路が貫通されたノズルが挿入され、ノズルの上側にはノズルの樹脂通路と連通するランナーが形成されたマニフォルドが設けられているホットランナー射出金型装置において、
上記ホットランナー射出金型装置は、
上記ノズルの上部に、下方向に凸となる半球面形状の関節部と、
上記ノズルの関節部をバックアッププレートに対して関節運動が可能となるようにバックアッププレートに支えられ、バックアッププレートが熱膨張した場合、ノズルの関節部に対して関節運動しながらバックアッププレートの熱膨張による位置移動を補償する関節運動部とからなるノズル整列機構を有していることを特徴とする。

本発明の関節運動部は、
上記バックアッププレートのノズル設置穴の上部に結合され、ノズルが挿入される貫通穴を有し、上部に下方向に凹となる半球面形状又は上方向に凸となる半球面形状を有するベイス面を形成してなるベイスリング及び、
上記ノズルの関節部とベイスリングの間に配置されるようノズルの外周に嵌合され、上面にはノズルの関節部と球面接触するよう下方向に凹となる半球面形状を有する球面シート面が設けられ、底面には対向するベイスリングのベイス面と球面接触するよう下方向に凸となる半球面形状又は上方向に凹となる半球面形状を有する下部支持面を形成してなる関節リングとから構成される。

上記ノズル設置穴はキャビティプレートの下段にノズルチップの外周を嵌合して支持するノズルチップ支持穴を有し、ノズルチップ支持穴はマニフォルドの底面に対して実質的に垂直に形成された内壁を有し、ノズルがノズル設置穴に組み込まれる時、ノズルチップがノズルチップ支持穴の内壁に支持されるように構成されている。

また本発明はマニフォルドの底面が上記キャビティプレートに直立に装着されたノズルの上面に接触されるよう設けられている。

本発明によると、ホットランナー射出金型装置でノズルの上部を支持するバックアッププレートが熱膨張してもその熱膨張による変形をノズル中心整列機構が関節運動しながら受け容れノズルに直接伝達しないようにすることでノズルのオフセットを防止する。

これによって、ノズルの上面とマニフォルドの底面間に隙間が発生しないため、隙間を通じたランナーの溶融樹脂漏れが防止できる。

なお、射出成形の際、ノズルを支持しているバックアッププレート（バックアッププレートがない場合においてはキャビティプレート）が熱膨張してもノズルがオフセットされることなく初期の組み込みにおける中心整列状態を維持するため、ノズルのオフセットによるノズルピンとゲート側面との間に片磨耗現象が発生しなくなり、片磨耗された部分を通じての溶融樹脂が漏れる問題を防止することができると共に、ノズル内で作動するノズルピンの作動障害を防止することができる。

従来の一般的なホットランナー射出金型装置の概略的な構造を示す縦断面図である。ノズルが中心線に沿って直立して設けられた状態を示す図１の“Ａ”部拡大図である。バックアッププレートの熱膨張によりノズルがオフセットされた状態を示す要部拡大縦断面図である。本発明の第１実施例におけるホットランナー射出金型装置の概略的な構造を示す縦断面図である。バックアッププレートが熱膨張する前の状態を示す図３の“Ａ”部拡大図である。バックアッププレートが熱膨張した際、関節運動機構の関節リングがティルトしてノズルのオフセットを防止する状態を示す要部拡大縦断面図である。本発明の第２実施例における初期組込み状態を示す要部拡大縦断面図である。本発明の第２実施例におけるバックアッププレート熱膨張時の状態を示す要部拡大縦断面図である。

以下、本発明によるホットランナー射出金型装置の実施例を添付図面に沿って詳細に説明をする。

本発明によるホットランナー射出金型装置は図３に示すごとく、キャビティ１１が形成された金型ブロック１０と、金型ブロック１０の上側に載置形成されるキャビティプレート２０と、キャビティプレート２０の上側に載置形成されるバックアッププレート４０と、キャビティプレート２０に設けられたノズル設置穴に挿入されるノズル３０と、ノズル３０の上側に設けられるマニフォルド５０と、マニフォルド５０の上側に設けられる固定プレート６０とからなる。

上記のキャビティプレート２０は金型ブロック１０の上面と面接触の状態で設けられて、金型ブロック１０の上面とパーティングライン（ＰＬ）を形成する。そして、キャビティプレート２０には、ノズル設置穴２３がパーティングライン（ＰＬ）に垂直方向に貫通形成され、ノズル設置穴２３の下部には金型ブロック１０のキャビティ１１と連通するゲート２３ａが形成される。

上記のノズル設置穴２３にはノズル３０が挿入される。ノズル３０には中心軸方向に沿って樹脂通路３２が形成され、ノズル３０の上部には、下方向に凸となる半球面形状の関節部３３が設けられ、ノズル３０の下部にはノズルチップ３１が設けられている。ノズルチップ３１はノズル設置穴２３の下部に形成されたノズルチップ支持穴２３ｂに嵌められ支持されている。ノズルチップ支持穴２３ｂは水平基準面（ノズルの上部面と接触してノズルを押さえるマニフォルド５０の底面に該当する）に対して直角方向に形成され、そこにノズルチップを嵌めることでノズル３０が垂直方向に設けられる。

上記マニフォルド５０は底面が上記ノズル３０の上面と面接触するようノズル３０の上側に載置形成され、マニフォルド５０からノズル３０方向に延長形成されたランナー５１の出口とノズル３０の中心軸方向に形成された樹脂通路３２の上部の入口がお互い中心線が一致するように設けられる。このようなマニフォルド５０とノズル３０の中心整列はバックアッププレート４０側ノズル設置穴の中心線とマニフォルド５０のランナー５１の中心線が一致する位置に組み込まれる位置決定ピン４２によって実現される。即ち、位置決定ピン４２によってバックアッププレート４０とマニフォルド５０を一定位置に組み込むことによってマニフォルド５０とノズル３０の中心整列が成り立つ。

本発明のホットランナー射出金型装置では射出成形の際、マニフォルド５０とバックアッププレート４０は、高温の溶融樹脂より伝達される高温の熱と、マニフォルドのランナー周りまたはノズルの本体外周に設けられる電熱線（図示省略）より伝達される高温の熱によって図４ｂの矢印方向に熱膨張を起こす。

本発明のホットランナー射出金型装置はバックアッププレート４０の熱膨張による位置移動を補償してノズル３０の中心を整列するノズル中心整列機構を有する。

このようなノズル中心整列機構は、図３、図４ａ及び図４ｂに示すように関節部３３と関節運動部８０とからなる。関節部３３は、ノズル３０の上部に設けられ下方向へ凸となる半球面形状を備えている。関節運動部８０は、ノズル３０の関節部３３をバックアッププレート４０に対して関節運動できるように支持し、バックアッププレート４０が熱膨張した際、ノズル３０の関節部３３に対して関節運動しながらバックアッププレート４０の熱膨張による横方向の移動を補償するように構成されている。

上記関節運動部８０は、ノズル設置穴２３の上部に結合されるベイスリング８１と、ノズル３０の関節部３３とベイスリング８１の間に配置される関節リング８５を含む。

図３、図４ａ及び図４ｂには関節運動部８の第１実施例が示されている。この第１実施例の場合、上記ベイスリング８１はノズル３０が中心軸方向に貫通するよう挿入される貫通穴を有し、ベイスリング８１の上面には、下方向に凹となる半球面形状を有するベイス面８３が形成されている。関節リング８５はノズル３０の関節部３３とベイスリング８１間に配置されるようにノズル３０の外周に嵌合されている。関節リング８５の上面には、ノズル３０の関節部３３と球面接触するように下方向に凹となる半球面形状を有するシート面８６が形成されている。また、関節リング８５の底面には、ベイスリング８１のベイス面８３と面接触するように下方向に凸となる半球面形状を有する下部支持面８７が形成されている。

以下、上記ノズル中心整列機構の作用を図４ａ及び図４ｂを参照して説明する。

バックアッププレート４０が熱膨張する前の状態では図４ａに示されたごとく、ノズル３０の上面はマニフォルド５０の底面と面接触し、且つ関節部３３が関節リング８５に球面接触の状態でバックアッププレート４０のベイスリング８１に支持されている。

ノズル３０の上面にはマニフォルド５０が載置形成されているためノズル３０の上面にはマニフォルド５０の重さがノズル３０の中心軸方向に作用し、このマニフォルド５０の重さによる垂直方向の力が作用することで関節リング８５はノズル３０の中心軸と同軸に自動的に整列される。その結果、マニフォルド５０のランナー５１の中心線とノズル設置穴２３の中心線が自動的に整列される。バックアッププレート４０が熱膨張しない状態においては、ノズル３０に横方向の力が作用せず、ノズル３０の上面とマニフォルド５０の底面間に隙間は発生せず、ランナーの溶融樹脂が漏れる問題は発生しない。

射出成形作業中には、バックカッププレート４０の熱膨張という問題が生じる。即ち、バックアッププレート４０は射出成形作業中ランナー内の溶融樹脂の流動性を均一に維持するために、金型ブロックやマニフォルドなどに埋め込まれた電熱線（図示省略）の熱で加熱され、またランナー内を流動する溶融樹脂自体の熱にて加熱され、そのためバックアッププレート４０は図４ｂの矢印方向に熱膨張する。

その結果、バックアッププレート４０に固定されたベイスリング８１も熱膨張するバックアッププレート４０と共に矢印方向へ移動しながら関節リング８５に横方向（一例として図４ｂにおける矢印方向）に力を加えることとなる。この場合、関節リング８５は上面のシート面８６と下部支持面８７で夫々ノズル３０の関節部３３とベイスリング８１のベイス面８３と球面接触しているため、上記ベイスリング８１から伝達された横方向の力により、図４ｂにおける関節リング８５の図示部分に示した矢印（回転方向矢印）方向（時計方向）にティルト回転しながらバックアッププレート４０の熱膨張及びそれによるベイスリング８１の移動を受け容れ補償することとなる。その結果、バックアッププレート４０の熱膨張による横方向の力は、関節リング８５のティルト回転によって吸収されるため、ノズル３０はバックアッププレート４０の熱膨張による横方向への力を受けず中心位置を熱膨張する前の整列状態に維持できるようになる。

それにより、ノズル３０には、図４ａに図示された初期組込み状態から中心軸が斜めになる状態へと変動するオフセット現象が発生しないため、マニフォルド５０の底面とノズル３０の上面間に、ランナー５１の溶融樹脂を漏出させる隙間（Ｇ）（図２ｂ）が発生することがない。

成形作業を中断する場合のように、熱膨張したバックアッププレート４０が冷却され、それにより熱膨張状態が解除されて図４ｂの矢印の反対方向に収縮されると、バックアッププレート４０に設けられたベイスリング８１は矢印方向の反対方向に移動しながら関節リング８５に膨張時と反対側の力を加えることとなり、それによって関節リング８５は反時計方向にティルト回転し、図４ａに示された熱膨張前の状態に復帰する。従って、関節運動部８０はバックアッププレート４０の横方向移動を受け容れてノズル３０に影響を及ぼさないようにするため、マニフォルド５０の底面とノズル３０の上面間に隙間が発生しなくなり、この隙間を通じての溶融樹脂の漏れという問題は起こらなくなる。

図５ａ及び図５ｂには本発明の第２実施例による関節運動部８０の構成及び作動関係が示されている。第２実施例による関節運動部８０は図５ａ及び図５ｂに示されたごとく関節リング８５とベイスリング８１の半球面形状が第１実施例とは反対形状となっている。

つまり、第２実施例において関節運動部８０は第１実施例と同様にベイスリング８１及び関節リング８５からなる。この第２実施例においては第１実施例とは反対に、ベイスリング８１の上部ベイス面８３は上方向に凸となる半球面形状に形成されており、また、関節リング８５の底面の下部支持面８７は、上方向に凹となる半球面形状に形成されており、対向するベイスリング８１の上部ベイス面８３と球面接触するように構成されている。

上記の第２実施例による関節運動部８０は第１実施例とは接触球面の形状が反対に形成されているが、相互の作動関係は第１実施例と同様であるので、作用についての説明は省略する。

１０：金型ブロック
１１：キャビティ
２０：キャビティプレート
２３：ノズル設置穴
２３ａ：ゲート
２３ｂ：ノズルチップ支持穴
３０：ノズル
３１：ノズルチップ
３２：樹脂通路
３３：関節部
３５：ノズルピン
３６：ノズルピンアクチュエータ
４０：バックアッププレート
４１：支持リング
４２：位置決定ピン
ＰＬ：パーティングライン（ＰＬ）
５０：マニフォルド
５１：ランナー
５３：ノズルピンガイドブロック
６０：固定プレート
６１：スプルブッシュ
８０：関節運動部
８１：ベイスリング
８３：ベイス面
８５：関節リング
８６：シート面
８７：下部支持面

Claims

キャビティを有した金型ブロックの上面にキャビティプレートとバックアッププレートを順次載置して設け、上記キャビティプレートとバックアッププレートには垂直のノズル設置穴を形成し、中心軸方向に樹脂通路が貫通するように形成されたノズルをノズル設置穴に挿入設置し、ノズルの上側にはノズルの樹脂通路と貫通するランナーを有するマニフォルドが設けられたホットランナー射出金型装置において、
上記ホットランナー射出金型装置は、
上記ノズルに設けられた関節部及び、
上記ノズルの関節部を上記バックアッププレートに対して関節運動可能となるように上記バックアッププレートに支えられており、バックアッププレートが熱膨張するとノズルの関節部に対して関節運動しながらバックアッププレートの熱膨張による移動を補償する関節運動部からなるノズル中心整列機構を有することを特徴とするホットランナー射出金型装置。
上記関節部はノズルの上部に設けられ、下方向に凸となる半球面形状を有しており、
上記関節運動部は、
上記ノズル設置穴の上部に結合され、中心方向にてノズルが挿入設置される貫通穴を有し、上面に下方向に凹となる半球面形状又は上方向に凸となる半球面形状のベイス面を形成してなるベイスリング及び
上記ノズルの関節部とベイスリングの間に配置されるようにノズルの外周に嵌合され、上面には対向するノズルの関節部と球面接触するように下方向に凹となる半球面形状のシート面を形成し、底面には対向するベイスリングのベイス面と球面接触するよう下方向に凸となる半球面形状又は上方向に凹となる半球面形状の下部支持面を形成してなる関節リングからなる請求項１に記載のホットランナー射出金型装置。
上記ノズル設置穴はキャビティプレートの下部にノズルチップの外周を嵌合して支持するノズルチップ支持穴を有しており、
上記ノズルチップ支持穴はマニフォルドの底面に対して垂直に形成された内壁を有し、ノズルがノズル設置穴に組み込まれる際、ノズルチップがノズルチップ支持穴の内壁に支持され、
上記ノズルの上面にはマニフォルドの底面が相接するようにマニフォルドを載置して設けてなる請求項１又は２に記載のホットランナー射出金型装置。
上記ノズルは樹脂通路に沿って昇降しながらゲートを開閉するノズルピンを有し、ノズルピンを上下昇降作動させるノズルピンアクチュエータが設けられている請求項１〜３のいずれかに記載のホットランナー射出金型装置。
上記ノズルは、樹脂通路の下部がゲートと連通されたオープンゲート形である請求項１〜３のいずれかに記載のホットランナー射出金型装置。