JP5974951B2 - 射出成形金型 - Google Patents

Description

本発明は射出成形金型に関し、特に溶融樹脂の流路に樹脂の逆流を防止する逆流防止構造が設けられた射出成形金型に関する。

一般の射出成形では、射出機から吐出された溶融樹脂が、ランナー部等の樹脂流路を通って射出成形金型のキャビティに供給された後、キャビティ内の樹脂が冷却・固化されて樹脂成形品が形成される。

通常、射出機のノズルが樹脂流路の入り口となるノズルタッチ部に接続された状態で溶融樹脂が吐出されており、樹脂流路内は加圧された状態となっている。この状態で、金型の段取替え時や射出成形機の稼働休止時等に、射出機のノズルがノズルタッチ部から離されると、加圧されていた樹脂流路内からノズルタッチ部側に樹脂が逆流することとなる。その結果、樹脂流路内の圧力が低下して、外部から樹脂流路内にエアが侵入することとなる。これにより、金型の段取替え後や射出成形機の稼働休止後の稼働再開時に、ランナー部の樹脂流路内に侵入したエアが溶融樹脂と共に金型のキャビティに射出されることにより、銀条（シルバーストリーク）が生じることが知られている。

このような銀条の発生を防ぐために、樹脂流路内に樹脂の逆流防止構造を設けることが知られている。例えば、特許文献１には、金型のキャビティに連通する樹脂供給通路の一部に球状弁体を設けることにより、上記のような溶融樹脂の逆流を防止する射出成形金型が開示されている。

特開平５−７７２８４号公報

しかしながら、特許文献１のように、単に樹脂供給通路の一部に球状弁体を設けただけでは、球状弁体の移動性が不安定であり、所望の位置に配置されないおそれがある。球状弁体が所望の位置に配置されない場合、キャビティへの樹脂供給時に球状弁体が樹脂の流入を妨げたり、ノズルがノズルタッチ部から離間した際に樹脂の逆流を防止できなかったりするおそれがある。

また、特許文献１では、樹脂流路内に、キャビティへの樹脂供給時に球状弁体を係止するためのストップピンが設けられているが、このストップピンは樹脂流路壁から流路内に突設されており、その先端部は樹脂流路壁に支持されていない。すなわち、このストップピンは、片持ち支持の状態で配設されているため、溶融樹脂の射出時に数十ＭＰａから１００ＭＰａを超える圧力を受ける球状弁体を支持するための強度が十分でなく、ストップピンが破損するおそれがある。さらに、このような球状弁体やストップピンを設けることで、樹脂通路が狭くなると、樹脂の射出時の通路内の圧力が増大してしまうので、樹脂流路面積を十分に確保することが必要である。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶融樹脂の逆流を防止する球状弁の移動安定性を確保し、キャビティへの溶融樹脂の供給時に球状弁を支持するためのストッパ部の強度及び支持剛性を向上すると共に十分に樹脂流路面積を確保することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、射出成形金型において、溶融樹脂流路内に樹脂の逆流を防止する球状弁体を設け、さらに該弁体の移動をガイドするガイド突起、及び該ガイド突起と樹脂流路方向から視て部分的にラップするストッパ部を配設した。

具体的に、本発明に係る射出成形金型は、射出機から溶融樹脂がキャビティ内に射出されることで成形体を成形する射出成形金型であって、射出機のノズルとキャビティとを連通する樹脂流路の一部となる収容室に球状の弁体が樹脂流路方向に移動自在に収容されてなり、前記樹脂流路内から外部に向かって溶融樹脂が逆流することを防止する逆流防止構造を備え、前記収容室は樹脂流路方向から視て略円形状であり、該収容室の壁面には、それぞれ収容室の内側に突出し且つ樹脂流路方向に延び、弁体の移動をガイドする３つのガイド突起が周方向に均等の間隔をおいて設けられ、収容室のキャビティ側に位置する樹脂流出口側には、樹脂流路方向から視て略Ｉ字状であり、両端部が樹脂流出口周縁と接続されたストッパ部が設けられ、３つのガイド突起のうちの１つとストッパ部とは、樹脂流路方向から視て少なくとも部分的にラップしていることを特徴とする。

本発明に係る射出成形金型によると、収容室の壁面に、それぞれ収容室の内側に突出し且つ樹脂流路方向に延びる３つのガイド突起が設けられているため、球状の弁体は、射出時及び射出機のノズルがノズルタッチ部から離間されたときに、３つのガイド突起に沿って弁体が所望の位置に安定して移動可能となる。また、射出時に弁体を支持する、樹脂流路方向から視て略Ｉ字状のストッパ部が、その両端部が樹脂流出口の周縁とそれぞれ接続するように配設されているため、ストッパ部の強度及び支持剛性を向上できる。さらに、３つのガイド突起のうちの１つとストッパ部とは、樹脂流路方向から視て少なくとも部分的にラップしているため、ストッパ部による樹脂流路面積の低減量を小さくすることができ、十分に樹脂流路面積を確保できる。

本発明に係る射出成形金型において、ストッパ部の両端部の側面と樹脂流路の壁面とのコーナー部は、丸みを帯びていることが好ましい。

このようにすると、ストッパ部が弁体の荷重を受ける際のストッパ部と樹脂流路壁面との接続部分における応力集中を緩和することができるため、ストッパ部が破損することを防止できる。

本発明に係る射出成形金型において、逆流防止構造は、ホットランナー部に設けられていることが好ましい。

逆流防止構造は、ホットランナー部に設けられると、ランナー部における加熱と加熱停止とによる温度変化により、樹脂流路内の圧力変化が顕著となり、溶融樹脂の逆流による樹脂漏れが生じる蓋然性が高いが、本発明の上記逆流防止機構を設けることで樹脂漏れを防止すると共に上述の効果を得ることができる。

本発明に係る射出成形金型によると、溶融樹脂の逆流を防止する球状弁の移動安定性を確保し、キャビティへの溶融樹脂の供給時に球状弁を支持するためのストッパ部の強度及び支持剛性を向上できると共に十分に樹脂流路面積を確保できる。

本発明の一実施形態に係る射出成形金型が取り付けられる射出成形機を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る射出成形金型の逆流防止構造の一例を示す断面図である。 図２に示す逆流防止構造の第１筒状部材を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る射出成形金型の逆流防止構造の他の例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は図４に示す逆流防止構造を構成する部材をそれぞれ示す斜視図であり、（ａ）は第１筒状部材を示し、（ｂ）は第２筒状部材を示し、（ｃ）は嵌合部材を示し、（ｄ）は球状の弁体を示している。 （ａ）は図４に示す逆流防止構造を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す図から弁体を省略した図であり、（ｃ）は（ａ）と比較するための比較例を示す図であり、（ｄ）は（ｃ）に示す図から弁体を省略した図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ嵌合部材の形状の例を示す平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでない。

（射出成形機の構成）
まず、本発明の一実施形態に係る射出成形金型を用いて成形品を形成するための射出成形機の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は射出成形機の概略を示す図である。

図１に示すように、射出成形機１は、固定型２１ａと可動型２１ｂとを有する射出成形金型２１のキャビティ２１ｃ内に溶融樹脂を射出するための射出機１０と、射出成形金型２１が取り付けられた型締装置２０とを備えている。

射出機１０は、内部に溶融樹脂を収容し、射出成形金型２１のキャビティ２１ｃ内に溶融樹脂を射出するための射出ユニット１１と、射出ユニット１１と接続し、該射出ユニット１１に供給される樹脂材料のペレットを貯留するホッパ１２とを含む。射出ユニット１１の先端には、射出成形金型２１のスプルブッシュ２４と接続して溶融樹脂を吐出するノズル１１ａが設けられている。また、射出ユニット１１は、ノズル１１ａから溶融樹脂を押し出すためのスクリュー１３と、溶融樹脂を加熱するためのヒータ１４とを含む。射出機１０は、さらに、スクリュー１３を前後に移動させるための、シリンダ１５と、該シリンダ１５を前後に移動させるモータ１６とを備えている。

一方、型締装置２０は、固定型２１ａが着脱可能に取り付けられた固定盤２２と、可動型２１ｂが着脱可能に取り付けられた可動盤２３とを有する。固定型２１ａには、射出ユニット１１のノズル１１ａに接続される、溶融樹脂の流路を有するブッシュ２４が取り付けられている。固定盤２２と可動盤２３とは、タイバー２５により互いに連結されている。可動盤２３は、タイバー２５に沿って摺動可能に構成されており、固定盤２２に接近したり離れたりする。さらに、型締装置２０は、一端部が可動盤２３に連結され且つ多端部がトグルサポート２６に連結されたトグル機構２７を有する。トグルサポート２６の中央部には、ボールねじ軸２９が回転自在に支持されている。このボールねじ軸２９のトグル機構２７側の端部（図１の右側端部）は、トグル機構２７に設けられたクロスヘッド３０に形成された雌ねじ部３１に螺合している。一方、ボールねじ軸２９のトグル機構２７とは反対側の端部（図１の左側端部）は、タイミングベルト３４を介して、型締モータ３５の出力軸に連結されている。

この型締モータ３５が駆動されると、型締モータ３５の出力軸の回転がタイミングベルト３４を介してボールねじ軸２９に伝達され、ボールねじ軸２９及び雌ねじ部３１によって、ボールねじ軸２９の回転がクロスヘッド３０の直線移動に変換されて、トグル機構２７が作動する。このトグル機構２７の作動により、可動盤２３がタイバー２５に沿って移動して、型閉じ、型締め及び型開きが行われる。

（逆流防止構造）
次に、本実施形態に係る射出成形金型２１のキャビティ２１ｃと射出ユニット１１のノズル１１ａとを連通する樹脂流路内に設けられた溶融樹脂の逆流防止構造について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は本実施形態に係る射出成形金型における溶融樹脂の逆流防止構造を示す断面図である。図３は、逆流防止構造の第１筒状部材を示す斜視図である。

逆流防止構造は、上述の通り、金型の段取替え時や射出成形機の稼働休止時等に、射出ユニット１１のノズル１１ａがブッシュ２４から離される際に、加圧されていた樹脂流路内から外部に向かって樹脂が逆流することを防ぐための構造である。本実施形態ではブッシュ２４に設けられた溶融樹脂の逆流防止構造について説明する。なお、本実施形態に係る逆流防止構造は、当然に、ブッシュ２４以外における樹脂流路に設けることも可能である。

図２に示すように、本実施形態に係る射出成形金型２１の固定型２１ａに接続され、ユニット１１から吐出された溶融樹脂の流路を有するブッシュ２４には、球状の弁体４２を有する逆流防止構造４０が構成されている。逆流防止構造４０は、両端が開口し、その一端に射出ユニット１１のノズル１１ａが接続するノズルタッチ部４４を有する第１筒状部材４１と、第１筒状部材４１におけるノズルタッチ部４４が形成された側と反対側に接続された第２筒状部材５１とを含む。

図２及び図３に示すように、第１筒状部材４１は、その内部に上記球状の弁体４２を収容する収容室４３を有する。収容室４３の径は、ノズルタッチ部４４と収容室４３との間を連通する流路４５の径よりも大きく、流路４５の径は弁体４２の径よりも小さく構成されている。すなわち、金型の段取替え時や射出成形機の稼働休止時等に、射出ユニット１１のノズル１１ａがノズルタッチ部４４から離れると、キャビティ２１ｃ内の圧力と外部の圧力との差により、弁体４２がノズルタッチ部４４側に移動し、弁体４２が収容室４３と流路４５との間を塞ぐように構成されている。これにより、溶融樹脂が外部に漏れることを防ぎ、外部から樹脂流路内にエアが侵入することを防止している。その結果、金型の段取替え後や射出成形機の稼働休止後の稼働再開時に、銀条（シルバーストリーク）が生じることを防止できる。

また、収容室４３の内周面には、それぞれ内側に突出し且つ流路方向に延びる３つのガイド突起４６が形成されている（図２では１つのみ図示している。）。３つのガイド突起４６は、収容室４３の内周面における周方向に、それぞれ均等の間隔で互いに離間して設けられている。これらガイド突起４６は弁体４２に当接して、弁体４２の収容室４３内における流路方向の移動をガイドし、弁体４２の移動安定性を向上している。なお、本実施形態では、３つのガイド突起４６を収容室４３の内周面における周方向に、それぞれ均等の間隔で互いに離間して設けているが、弁体４２を所望の位置にガイドできるように配置すればよく、必ずしも３つのガイド突起４６をそれぞれ均等の間隔で互いに離間して設ける必要はない。

また、収容室４３のノズルタッチ部４４側の開口部である樹脂流入口４３ａと反対側の開口部である樹脂流出口４３ｂには、その開口部の一部を塞ぐストッパ部４７が設けられている。ストッパ部４７は、射出ユニット１１から溶融樹脂が樹脂流路内に吐出されている際に、第２筒状部材５１側に加圧される弁体４２を支持する。具体的に、ストッパ部４７は、樹脂流路方向から視て略Ｉ字状であり、樹脂流出口４３ｂを跨ぐように設けられており、言い換えると、樹脂流出口４３ｂ周縁の２カ所と接続するように配設されている。このように、ストッパ部４７は、樹脂流出口４３ｂ周縁に両持ち支持されているため、その強度及び支持剛性を向上できる。

上記の逆流防止構造４０では、ストッパ部４７を第１筒状部材４１側に設けているが、第２筒状部材５１側に設けてもよい。第２筒状部材５１側にストッパ部を設ける場合、ストッパ部が収容室４３の広さに対して影響を及ぼさないため、ストッパ部の厚さをより大きくすることができ、これにより、ストッパ部の強度をさらに向上できる。

ここで、本実施形態の一変形例として、ストッパ部を第２筒状部材５１側に設けた構成について、図４及び図５（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。図４は、第２筒状部材５１側にストッパ部を設けた逆流防止構造の構成を示す断面図であり、図５（ａ）〜（ｄ）は、図４に示す逆流防止構造を構成する各部品をそれぞれ示す斜視図であり、図５（ａ）は第１筒状部材を示し、図５（ｂ）は第２筒状部材を示し、図５（ｃ）はストッパ部を有する嵌合部材を示し、図５（ｄ）は弁体を示している。

図４及び図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、本変形例に係る逆流防止構造５０は、球状の弁体４２と、該弁体４２を収容する収容室４３を有する第１筒状部材４１と、第１筒状部材４１と接続される第２筒状部材５１と、第２筒状部材５１に嵌合される、樹脂流路方向から視て略Ｉ字状のストッパ部６２を有する嵌合部材６１とを含む。

図２及び図３に示す上記実施形態との差異は、第１筒状部材４１側にストッパ部４７が設けられておらず、その代わりに第２筒状部材５１側にストッパ部６２を有する嵌合部材６１が設けられていることである。

具体的に、本変形例において、第２筒状部材５１には、その内周面に第１段差部５１ａと第２段差部５１ｂとの２段階の段差部が設けられている。そして、第２筒状部材５１には、その第１段差部５１ａに嵌合部材６１が嵌め込まれている。また嵌合部材６１が嵌め込まれた第２筒状部材５１ｂの第２段差部５１ｂに、弁体４２が収容された第１筒状部材４１が嵌め込まれて、逆流防止構造５０が構成されている。

嵌合部材６１は、第１筒状部材４１における収容室４３の樹脂流出口４３ｂの一部を塞ぐストッパ部６２を有しており、すなわちストッパ部６２が設けられていない部分は、開口しており樹脂流路となる。具体的に、上記のように嵌合部材６１及び第１筒状部材４１が第２筒状部材５１に取り付けられると、嵌合部材６１におけるストッパ部６２は、上記第１筒状部材４１における樹脂流出口４３ｂを跨ぐように配置される。すなわちストッパ部６２は、樹脂流出口４３ｂを２つに分割するように配設されている。言い換えると、ストッパ部６２は、その両端部が樹脂流路の壁面と接続するように構成されることとなる。このため、ストッパ部６２は両持ち支持されており、その強度及び支持剛性が高くなるように構成されている。射出ユニット１１から溶融樹脂が吐出されている際に、上記のような強度が高いストッパ部６２に弁体４２が支持されるため、ストッパ部６２が破損することを防止できる。また、本変形例のように第２の筒状部材５１側にストッパ部６２を設ける場合、その厚さを大きくしても収容室４３の容積の大きさに影響を与えることがないため、ストッパ部６２の所望の強度及び支持剛性を得るようにその厚さを調整することができる。

次に、上記逆流防止構造におけるガイド突起４６とストッパ部６２との位置関係について、上記変形例を例として、図６（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。図６（ａ）は本変形例に係る逆流防止構造における収容室の平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）から弁体４２を除いた平面図であり、図６（ｃ）は比較例に係る逆流防止構造における収容室の平面図であり、図６（ｄ）は図６（ｃ）から弁体４２を除いた平面図である。

図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、本変形例に係る逆流防止構造５０では、嵌合部材６１のストッパ部６２が、第１筒状部材４１の３つのガイド突起４６のうちの１つとラップするように配設されている。このようにすると、図６（ｃ）及び（ｄ）に示すように嵌合部材６１のストッパ部６２が、第１筒状部材４１の３つのガイド突起４６のいずれともラップせずに配設されている場合と比較して、第１筒状部材４１の収容室４３における第２筒状部材５１内の溶融樹脂流路に連通する開口面積が大きくなる。すなわち、ストッパ部６２と３つのガイド突起４６のうちの１つとがラップすると、その１つのガイド突起４６が、第１筒状部材４１の収容室４３における第２筒状部材５１内の溶融樹脂流路に連通する開口部を塞がないため、その分だけストッパ部６２と３つ全てのガイド突起４６とがラップしない場合よりも開口面積が大きくなる。その結果、より大きい溶融樹脂の流路面積を確保することができる。

なお、図６（ａ）及び（ｂ）では、嵌合部材６１のストッパ部６２が、第１筒状部材４１の３つのガイド突起４６のうちの１つと完全にラップするように配設されているが、部分的にラップするように配設されていても構わない。

また、ここでは嵌合部材６１に設けられたストッパ部６２とガイド突起４６との位置関係について説明したが、図２及び図３に示す逆流防止構造４０におけるストッパ部４７とガイド突起４６とにおいても同様である。すなわち、ストッパ部４７が、第１筒状部材４１の３つのガイド突起４６のうちの１つと少なくとも部分的にラップするように配設される。

次に、ストッパ部６２の形状について図７（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。図７（ａ）はストッパ部６２の一例を示す平面図であり、図７（ｂ）はストッパ部６２の他の例を示す平面図である。

図７（ａ）に示すように、嵌合部材６１には、ストッパ部６２が設けられており、ストッパ部６２は、上述の通り、上記樹脂流出口４３ｂを跨ぐように、樹脂流路方向から視て略Ｉ字状に形成されている。また、ストッパ部６２は、その両端部が嵌合部材６１の開口部周縁と接続されている。このため、ストッパ部６２は、上記の通り高い強度及び支持剛性を有する。

また、図７（ａ）に示すような形状の他に、図７（ｂ）に示すように、ストッパ部６２の強度及び支持剛性を向上するために、ストッパ部６２の両端部の側面（嵌合部材の開口内周面と対向する面）と嵌合部材６１の開口内周面とのコーナー部６３に丸みが帯びるように形成されていることが好ましい。嵌合部材６１が第２筒状部材５１に取り付けられた状態において、嵌合部材６１の開口内周面は樹脂流路の壁面となり、すなわち、ストッパ部６２の両端部の側面と樹脂流路の壁面とのコーナー部６３は丸みが帯びている。このようにすると、ストッパ部が弁体の荷重を受ける際のストッパ部６２の両端部の側面と樹脂流路の壁面とのコーナー部６３における応力集中を緩和することができるため、ストッパ部６２が破損することを防止できる。

なお、ここでは、嵌合部材６１に設けられたストッパ部６２の形状について説明したが、図２及び図３に示す逆流防止構造４０におけるストッパ部４７においても同様である。すなわち、ストッパ部４７の長手方向の両端部と樹脂流路の壁面とのコーナー部が丸みを帯びるように形成されることが好ましい。このようにすると、上記と同様にコーナー部における応力集中を緩和することができるため、ストッパ部４７が破損することを防止できる。

本実施形態では、ブッシュ２４に設けられた溶融樹脂の逆流防止構造について説明したが、逆流防止構造をブッシュ２４以外における樹脂流路、例えばランナー部に設けることも可能である。また、ランナー部がホットランナー部であってもよい。射出成形金型が樹脂流路にホットランナーを有する場合、その加熱と加熱停止とによる温度変化により、樹脂流路内の圧力変化が顕著となり、溶融樹脂の逆流による樹脂漏れが生じる蓋然性が高い。このため、ホットランナー部に、樹脂漏れを防止すると共に上述の効果を奏する上記逆流防止機構を適用することは特に好ましい。

１ 射出成形機
１０ 射出機
２０ 型締装置
２１ 射出成形金型
４０，５０ 逆流防止構造
４１ 第１筒状部材
４２ 弁体
４３ 収容室
４３ａ 樹脂流入口
４３ｂ 樹脂流出口
４６ ガイド突起
４７，６２ ストッパ部
５１ 第２筒状部材
６１ 嵌合部材
６３ コーナー部

Claims (3)

1. 射出機から溶融樹脂がキャビティ内に射出されることで成形体を成形する射出成形金型であって、
   前記射出機のノズルと前記キャビティとを連通する樹脂流路の一部となる収容室に球状の弁体が樹脂流路方向に移動自在に収容されてなり、前記樹脂流路内から外部に向かって溶融樹脂が逆流することを防止する逆流防止構造を備え、
   前記収容室は樹脂流路方向から視て略円形状であり、
   前記収容室の壁面には、それぞれ前記収容室の内側に突出し且つ前記樹脂流路方向に延び、前記弁体の移動をガイドする３つのガイド突起が周方向に均等の間隔をおいて設けられ、
   前記収容室の前記キャビティ側に位置する樹脂流出口側には、樹脂流路方向から視て略Ｉ字状であり、両端部が前記樹脂流出口周縁と接続されたストッパ部が設けられ、
   前記３つのガイド突起のうちの１つと前記ストッパ部とは、樹脂流路方向から視て少なくとも部分的にラップしていることを特徴とする射出成形金型。
2. 前記ストッパ部の両端部の側面と前記樹脂流路の壁面とのコーナー部は、丸みを帯びていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形金型。
3. 前記逆流防止構造は、ホットランナー部に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形金型。

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