JP7132107B2 - 射出ノズル - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機に取り付けられ、射出成形機のシリンダから供給された溶融された樹脂組成物を金型のキャビティに射出するための射出ノズルに関する。

従来、熱可塑性の樹脂組成物の射出成形プロセスにおいて、射出成形機のシリンダ先端に取り付けられ、射出成形機のシリンダからスクリュによって押し出された溶融された樹脂組成物を案内し、金型のキャビティに射出するための射出ノズルが提供されている。射出ノズルには、射出成形機のシリンダから溶融された樹脂組成物が供給される供給口から金型のキャビティに溶融された樹脂組成物を射出する射出口まで延びて溶融された材料を案内する流路が形成され、流路には先細りに径が縮小されて射出口に接続するテーパ部が形成されている（特許文献１、２を参照）。

図１は、従来の射出ノズルの一例を示す断面図である。射出ノズル１１０は、軸Ａに沿って供給口１１１から射出口１１２に向かう流路１１３を有している。流路１１３は、供給口１１１を形成する開口部１１３ａ、径を縮小する縮径部１１３ｂ、略所定の径を有する定径部１１３ｃ、円錐状に先細りになって射出口１１２に連通するテーパ部１１３ｄを有している。

特開２０１１－６２８６４号公報 特許５４４８６６８号公報

射出成形のプロセスでは、溶融された樹脂組成物が、射出ノズルの流路、特にテーパ部から射出口を通過する過程において樹脂組成物がせん断を受け、その発熱により樹脂が分解されてガスが発生する。樹脂組成物の分解は、樹脂自体の劣化による物性低下の問題を引き起こすのみならず、分解ガスの発生による成形品の外観の悪化や加工性の低下等の種々の問題を生じさせる。

本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、射出成形のプロセスで射出ノズルの流路のテーパ部を溶融された樹脂組成物が通過する過程における樹脂組成物の分解によるガスの発生を低減することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明に係る射出ノズルは、射出成形機に取り付けられ、射出成形機のシリンダから供給された溶融された樹脂組成物を案内して金型に射出する射出ノズルであって、射出ノズルの軸に沿って、溶融された樹脂組成物が供給される供給口から金型に射出する射出口まで延びて溶融された樹脂組成物を案内する流路を有し、流路は、先細りとなって射出口に接続するテーパ部を含み、テーパ部は、軸を含む断面について、軸に対向する流路の輪郭が流路に対する凸形状を含むような断面を含んでいる。

テーパ部は、軸の周りに回転対称であり、テーパ部は、軸を含む断面において、軸に対向する流路の輪郭が流路に対する凸形状を含んでもよい。

テーパ部は、軸の周りに所定の角度範囲で回転対称であり、テーパ部は、軸を含む断面について、所定の角度範囲において、軸に対向する流路の輪郭が流路に対する凸形状を含んでもよい。所定の角度範囲は、６０°から３５０°の範囲にあってもよい。所定の角度範囲は、１８０°から３２０°の範囲にあってもよい。所定の角度範囲は、軸を含む水平面から下側に相当してもよいし、軸を含む水平面から上側に相当してもよい。後者の複数に区切られた範囲の場合、それぞれの範囲の角度の合計が、上述の所定の角度範囲になっていればよい。

テーパ部は、軸を含む断面において軸に対向する流路の輪郭が流路に対する１つの凸形状を含んでもよい。

テーパ部は、軸を含む断面において軸に対向する流路の輪郭が流路に対する２つ以上の凸形状を含んでもよい。流路の輪郭において、２つ以上の凸形状が隣接してもよい。流路の輪郭において、２つ以上の凸形状が離隔されてもよい。

流路は、供給口とテーパ部との間に、所定の径を有する定径部をさらに含んでもよい。凸形状は、円弧を含んでもよい。

本発明によると、射出ノズルにおける流路のテーパ部を溶融された樹脂組成物が通過する過程における樹脂組成物の分解によるガスの発生を低減することができる。

従来の射出ノズルの一例を示す断面図である。 本実施の形態の射出ノズルの一例を示す断面図である。 本実施の形態の射出ノズルの流路のテーパ部の具体例を説明する図である。 本実施の形態の射出ノズルを取り付けた射出成形機を示す図である。 実施例１の射出ノズルを示す図である。 射出ノズルからの排出ガスの発生量の時間変化を示すグラフである。 ガス分析装置の構成を示す図である。 実施例２の射出ノズルの流路のテーパ部を示す図である。 実施例３の射出ノズルの流路のテーパ部を示す図である。 実施例４の射出ノズルの流路のテーパ部を示す図である。 損失エネルギーを示すグラフである。 比較例の射出ノズルを示す図である。

以下、射出ノズルの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図２は、本実施の形態の射出ノズルを示す断面図である。

本実施の形態の射出ノズル１０は、長手方向に延びる軸Ａの周りに略回転対称な形状を有し、一端１０ａに溶融された樹脂が供給される供給口１１が形成され、他端１０ｂに溶融された樹脂を射出する射出口１２が形成され、軸Ａに沿って供給口１１と射出口１２との間に溶融された樹脂を案内する流路１３が延びるように形成されている。

射出ノズル１０において、軸Ａに沿って一端１０ａから他端１０ｂに向けて所定距離までの部分は、一端１０ａに供給口１１を形成するように、所定の径を有する第１の内壁１５ａと、この第１の内壁１５ａに接続し、供給口１１から離れるにつれて次第に径を縮小する第２の内壁１５ｂと、所定の径を有する外壁１５ｃとを有して延びる基部１５を形成している。基部１５において、第１の内壁１５ａは、供給口１１に接続する流路１３の開口部１３ａを形成し、第２の内壁１５ｂは、流路１３の開口部１３ａから後述する定径部１３ｃに移行するように流路１３の径を次第に縮小する流路１３の縮径部１３ｂを形成している。

流路１３の開口部１３ａ及び縮径部１３ｂは、射出ノズル１０が後述する射出成形機に取り付けられたときにシリンダからスクリュの先端を受け入れることができるように、スクリュの先端の形状に相当する径及び深さに形成されてもよい。また、基部１５の外壁１５ｃには、射出成形機のシリンダにねじ込んで取り付けることができるように、ねじ部が設けられてもよい。

射出ノズル１０において、軸Ａに沿って基部１５を超えて他端１０ｂに向けて所定距離にわたる部分は、基部１５の第２の内壁１５ｂに接続して所定の径を有する内壁１６ａと、基部１５の外壁１５ｃに接続して所定の径を有する外壁１６ｂとを有して延びる延長部１６を形成している。延長部１６において、内壁１６ａは、流路１３が所定の径を有する流路１３の定径部１３ｃを形成している。

射出ノズル１０において、軸Ａに沿って延長部１６を超えて他端１０ｂまでの部分は、延長部１６の内壁１６ａに接続して所定の径を有する第１の内壁１７ａと、第１の内壁１７ａに接続し、他端１０ｂに向かって進むにつれて次第に径を縮小して射出口１２に接続する第２の内壁１７ｂと、所定の径を有する射出口１２と、延長部１６の外壁１６ｂに所定の径を有して接続し、他端１０ｂに向かって進むにつれて次第に径を縮小し、金型に接する射出口１２の外縁に略球面を形成する外壁１７ｃとを有する先端部１７を形成している。先端部１７において、第１の内壁１７ａは、延長部１６の内壁１６ａに接続して流路１３が所定の径を有する流路１３の定径部１３ｃを形成し、第２の内壁１７ｂは、流路１３の径が射出口１２に向かって進むにつれて縮小する流路１３のテーパ部１３ｄを形成している。

本実施の形態の射出ノズル１０において、流路１３のテーパ部１３ｄは、軸Ａを含む断面について、軸Ａに対向する流路１３の輪郭が流路に対する凸形状を含む断面を有している。本実施の形態の射出ノズル１０の流路１３のテーパ部１３ｄは、軸Ａの周りに回転対称な形状を有し、軸Ａを含む断面において、軸Ａに対向する流路１３の輪郭は流路１３に対して凸形状を有している。この断面において、凸形状を有する流路１３の輪郭は滑らかであり、各点の勾配に応じて流路１３内に延びる接線を引くことができる。流路１３のテーパ部１３ｄは、凸形状に従い、前記接線に対応する流路１３の輪郭の勾配が射出口１２に向かって進むにつれて次第に緩やかになるように、定径部１３ｃの径から射出口１２に接続するテーパ部１３ｄの先端の径まで次第に縮小する先細り形状を形成している。

図３は、本実施の形態の射出ノズル１０の流路１３のテーパ部１３ｄの具体例を説明する図である。図３において、軸Ａに沿って射出口１２に向かって、射出ノズル１０の先端部１７の第１の内壁１７ａに囲まれた流路１３の定径部１３ｃに、先端部１７の第２の内壁１７ｂに囲まれた流路１３のテーパ部１３ｄが接続し、テーパ部１３ｄの先端は射出口１２に接続している。

定径部１３ｃは、２φの径を有している。射出口１２は、軸Ａに沿ってＬの長さに延び、２ψの径を有している。テーパ部１３ｄは、軸Ａに沿ってＸの長さに延び、軸Ａに沿って射出口１２の方向に進むにつれて径が２φから２ψまで次第に縮小している。

この具体例では、軸Ａを含む断面において、テーパ部１３ｄの流路１３の輪郭は流路１３に対して突き出すように設けられた円弧によって形成され、この円弧は、射出口１２に接するテーパ部１３ｄの先端において、円弧の接線の勾配が０になり、軸Ａに平行になるように配置されている。したがって、円弧の中心は、テーパ部１３ｄの先端において軸Ａに直交する直線上に位置する。円弧によって形成されるテーパ部１３ｄの輪郭は流路１３に対して凸形状を有し、テーパ部１３ｄの輪郭の各点において勾配に応じた接線を流路１３内に延びるように引くことができる。

この具体例のテーパ部１３ｄの輪郭は、次の式（１）によって規定することができる。ここで、軸Ａを含む断面において、円弧の中心Ｏはテーパ部１３ｄの先端において軸Ａに直交する直線上にあるものとし、円弧の半径をＲとし、円弧の中心Ｏと円弧が定径部１３ｃの輪郭と交わる点とを結ぶ直線と、前記直交する直線とがなす角をθとする。式（１）によると、軸Ａに沿ったテーパ部１３ｄの長さＸ、円弧の半径Ｒ、定径部１３ｃの径２φ及び射出口１２の径２ψを構成するφ及びψに基づいて、角度θを決定することができる。
ｔａｎθ＝Ｘ／（Ｒ－（φ－ψ）） … （１）

式（１）は、次の式（２）のように書き換えることもできる。式（２）によると、円弧の半径Ｒ、定径部１３ｃの径２φ及び射出口１２の径２ψを構成するφ及びψ、前記角度θに基づいて、軸Ａに沿ったテーパ部１３ｄの長さＸを決定することができる。
Ｘ＝（Ｒ－（φ－ψ））×ｔａｎθ … （２）

ここで、定径部１３ｃの径の２φ及び射出口１２の径の２ψを構成するφ及びψ、軸Ａに沿ったテーパ部１３ｄの長さＸは、次のような式（３）を満たす。式（３）は、φとψの差、すなわち定径部１３ｃと射出口１２、すなわちテーパ部１３ｄの先端との半径の差が、軸Ａに沿ったテーパ部１３ｄの長さＸより小さく、テーパ部１３ｄにおいて流路１３の方向に進むにつれて凸形状に従って径が縮小するときに勾配が大きくなり過ぎないように規定している。
φ－ψ＜Ｘ … （３）

また、軸Ａに沿ったテーパ部１３ｄの長さのＸと射出口１２長さのＬを合わせた長さをテーパ長のＴとすると、テーパ長のＴは式（４）のように最大テーパ長のＴｍａｘによって上限が規定される。ここで、Ｔｍａｘは５０ｃｍ以下としてもよい。
Ｌ＋Ｘ＜Ｔｍａｘ … （４）

図４は、本実施の形態の射出ノズル１０を取り付けた射出成形機２０を示す図である。この射出成形機２０は、インラインスクリュー式であって、略水平方向に延びたシリンダ２１、シリンダ２１に内蔵されたスクリュ２３、及びスクリュ２３を回転駆動等する図示しない駆動機構を有している。シリンダ２１の先端には、本実施の形態の射出ノズル１０が取り付けられている。射出ノズル１０は、基部１５の外壁１５ｃに設けられたねじ部によって、シリンダ２１の先端にねじ込まれて取り付けられてもよい。また、シリンダ２１には、ホッパ２２及びバンドヒータ２４が取り付けられている。

射出ノズル１０の供給口１１には、シリンダ２１からスクリュ２３によって押し出された溶融された樹脂組成物が供給される。このとき、スクリュ２３の先端は、射出ノズル１０の供給口１１を通って流路１３の開口部１３ａ及び縮径部１３ｂまで進んでもよい。射出ノズル１０において、供給口１１に供給された溶融された樹脂組成物は、流路１３に沿って案内されて、射出口１２を通って図示しない金型のキャビティに射出される。

本実施の形態の射出ノズル１０において、流路１３のテーパ部１３ｄは、射出ノズル１０の軸Ａを含む断面について、軸Ａに対向する流路１３の輪郭が流路に対する凸形状を含む断面を有している。軸Ａを含む断面において、テーパ部１３ｄは、凸形状に従い、射出口１２の方向に進むにつれて輪郭の勾配が次第に緩やかになっている。射出口１２に接続するテーパ部１３ｄの先端において、流路１３の輪郭の勾配が０であってもよい。したがって、射出口１２に向けてテーパ部１３ｄを進む溶融された樹脂組成物は、急激にせん断されることがなく、発熱も抑えられる。また、溶融された樹脂組成物がテーパ部１３ｄを通過する過程における樹脂組成物の分解や樹脂組成物の分解によるガスの発生を低減することができる。

本実施の形態を適用した実施例１について説明する。図５は、実施例１の射出ノズル１０を示す図である。実施例１の射出ノズル１０は、図２に示した本実施の形態の射出ノズル１０を使用した。図５（ａ）は射出ノズル１０の断面図であり、図５（ｂ）は射出ノズル１０の流路１３のテーパ部１３ｄの斜視図であり、図５（ｃ）は流路１３のテーパ部１３ｄの断面図である。なお、以下の実施例及び比較例においても、流路１３のテーパ部１３ｄの形状を除いた各部の構造は同様であり、対応する箇所を同様の符号で示して実施例１の射出ノズル１０との対応関係を明らかにするものとする。

図５（ａ）において、射出ノズル１０における流路１３の各部の寸法は、次の通りである。軸Ａに沿って、開口部１３ａからテーパ部１３ｄまでの流路１３の全長のＬ１は１２０ｍｍ、開口部１３ａの長さのＬ２は１０ｍｍ、縮径部１３ｂの長さＬ３は１０ｍｍである。供給口１１の径に等しい開口部１３ａの径のＤ１は１８ｍｍ、定径部１３ｃの径のＤ２は９．５ｍｍ、射出口１２の径に等しいテーパ部１３ｄの先端の径のＤ３は２ｍｍである。ここで、Ｄ２及びＤ３は、図３の２φ及び２ψにそれぞれ相当している。なお、以下の他の実施例及び比較例においても、射出ノズル１０の流路１３の各部の寸法は、この実施例１と同様とする。

図５（ｂ）に示すように、実施例１のテーパ部１３ｄは、射出ノズル１０の軸Ａについて回転対称な形状を有している。図５（ｃ）に示すように、テーパ部１３ｄは、軸Ａを含む断面において、流路１３の輪郭が流路１３に突き出し、テーパ部１３ｄの先端において勾配が０になり、接線が軸Ａに平行になるように設けられた半径Ｒ＝５ｍｍの円弧によって形成されている。円弧の中心は、テーパ部１３ｄの先端において軸Ａと直交する直線上にある。

流路１３の径は、軸Ａに沿って射出口１２の方向に、定径部１３ｃの径のＤ２の９．５ｍｍからテーパ部１３ｄの先端の径のＤ３の２ｍｍまで、輪郭を形成する円弧に従って次第に縮小する。円弧によって形成された流路１３の輪郭の形状は、上述の式（１）又は（２）によって規定されてもよい。軸Ａを含む断面において流路１３は円弧によって流路１３に対して凸形状を形成し、輪郭の勾配は射出口１２の方向に進むにつれて次第に緩やかになり、テーパ部１３ｄの先端で０になっている。

図６は、射出ノズル１０からの排出ガスの時間変化を示すグラフである。図中の曲線ａは、射出成形のプロセスにおける、実施例１の射出ノズル１０からの排出ガスの発生量の時間変化を示している。図中の曲線ｂは、同様の射出成形のプロセスにおける、図１に示したような従来の射出ノズル１１０からの排出ガスの発生量の時間変化を示している。いずれの場合も、射出ノズルに供給した溶融された樹脂組成物には、ポリプラスチックス株式会社製ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂に、ガラス繊維を３０重量％、離型剤（ペンタエリスリトールテトラステアレート）とアミノシラン系加工助剤を各０．５重量％添加したＰＰＳ樹脂組成物を用いた。排出ガスの発生量は、後述するガス分析装置（図７を参照）を用いて測定した。

曲線ａに示した実施例１の射出ノズル１０からの排出ガスの発生量を曲線ｂに示した従来の射出ノズル１１０からの排出ガスの発生量と対比すると、実施例１の射出ノズル１０からの排出ガスの発生量は表示された滞留時間にわたって少ない傾向が見られ、特に滞留時間が５～１２秒付近の領域ｃにおいて排出ガスの発生量が顕著に減少していることが見られた。

図７は、ガス分析装置の構成を示す図である。図５に示した射出成形機２０に取り付けた射出ノズル１０からの排出ガスの発生量は、図７のガス分析装置を用いて測定した。また、従来の射出ノズル１１０から排出ガスの発生量も同様に測定した。ガス分析装置は、図４に示したような射出成形機２０に取り付けられて構成されている。

ガス分析装置において、ホッパ２２から第１の真空ポンプ３１に至る第１の排気路３４に、ホッパ２２からの排出ガスを捕集する第１の捕集管３７を設置されている。また、射出ノズル１０の流路１３の定径部１３ｃを形成する延長部１６の内壁１６ａに複数のドーナツ状の円板が積層されたガスベント２５が設けられ、ガスベント２５から第２の真空ポンプ３２に至る第２の排気路３５に射出ノズル１０からの排出ガスを捕集する第２の捕集管３８が設置されている。さらに、固定の第１の金型５１及び可動の第２の金型５２からなる金型５０のキャビティ５３から第３の真空ポンプ３３に至る第３の排気路３６に、金型５０からの排出ガスを捕集する第３の捕集管３９が設置されている。

第１の捕集管３７、第２の捕集管３８、及び第３の捕集管３９は、バッグやボトル等の容器、化学吸着あるいは多孔質や不織布のような物理吸着によるトラップを用いてもよく、捕集したガスをガスクロマトグラフィー等の分析装置を用いて定量的／定性的に分析してもよい。また、第１の捕集管３７、第２の捕集管３８、及び第３の捕集管３９に代えて分析器具を接続することで、発生ガスを即時に測定してもよい。

図６のグラフに示した射出ノズル１０からの排出ガスのガス発生量の時間変化は、図７に示したガス分析装置を用い、射出ノズル１０に形成したガスベント２５を介した排出ガスのガス発生量を第２の捕集管３８に代えて接続した図示しない分析器具によって即時に測定したものである。図１に示したような従来の射出ノズル１１０からの排出ガスも、同様に射出ノズル１１０に形成したガスベントを介して得られた排出ガスのガス発生量を測定した。

このように、実施例１の射出ノズル１０においては、流路１３のテーパ部１３ｄは、射出ノズル１０の軸Ａを含む断面において、軸Ａに対向する流路１３の輪郭が流路１３に対する凸形状を含む断面を有し、輪郭の勾配は射出口１２の方向に進むにつれて次第に緩やかになっている。したがって、実施例１の射出ノズルは、射出口１２に向けてテーパ部１３ｄを進む溶融された樹脂組成物は、急激にせん断されることがなく発熱も抑えられ、図１に示したような従来の射出ノズル１１０と対比すると、排出ガスのガス発生量が減少することが明らかになった。

図８は、実施例２の射出ノズル１０の流路１３のテーパ部１３ｄを示す図である。図８（ａ）はテーパ部１３ｄの斜視図であり、図８（ｂ）はテーパ部１３ｄの断面図である。

図８（ａ）に示すように、実施例２のテーパ部１３ｄは、射出ノズル１０の軸Ａを含む水平面について上側と下側とでそれぞれ軸Ａについて回転対称な形状を有している。図８（ｂ）に示すように、軸Ａを含む水平面から下側にある軸Ａの周りに１８０°の角度範囲においては、テーパ部１３ｄは、軸Ａを含む断面において、流路１３の輪郭が流路１３に対して突き出し、テーパ部１３ｄの先端において勾配が０になり、接線が軸Ａに平行になるように設けられた半径Ｒ＝５ｍｍの円弧によって形成されている。円弧の中心は、テーパ部１３ｄの先端において軸Ａと直交する直線上にある。円弧の形状は、上述の式（１）又は（２）によって規定されてもよい。したがって、軸Ａを含む水平面から下側の軸Ａを含む断面においてテーパ部１３ｄは円弧によって流路１３に対して凸形状を形成し、輪郭の勾配は射出口１２の方向に進むにつれて次第に緩かになっている。

一方、軸Ａを含む水平面よりも上側にある軸Ａの周りに１８０°の角度範囲においては、テーパ部１３ｄは、軸Ａを含む断面において、流路１３の輪郭が直線によって形成されている。図８（ｂ）に示すように、軸Ａを含む水平面よりも上側にあるテーパ部１３ｄは、円錐の側面の一部を形成している。

テーパ部１３ｄの径は、軸Ａに沿って射出口１２の方向に、定径部１３ｃの径のＤ２の９．５ｍｍからテーパ部１３ｄの先端の径のＤ３の２ｍｍまで、次第に縮小する。ここで、軸Ａを含む水平面から下側の流路１３の径は、流路１３の輪郭を形成する円弧に従って縮小する。一方、軸Ａを含む水平面よりも上側の流路１３の径は、流路１３の輪郭を形成する直線に従って縮小する。

実施例２においては、テーパ部１３ｄの軸Ａを含む水平面より下側においては、軸Ａを含む断面における輪郭の勾配は射出口１２の方向に進むにつれて次第に緩かになっている。したがって、流路１３の方向にテーパ部１３ｄを進む溶融された樹脂組成物は、急激にせん断されることがなく発熱も抑えられ、テーパ部１３ｄを通過する過程における樹脂組成物の分解や樹脂組成物の分解によるガスの発生を低減することができる。一方、テーパ部１３ｄの軸Ａを含む水平面より上側においては、軸Ａを含む断面における輪郭は直線で形成され、勾配は一定である。したがって、流路の方向にテーパ部１３ｄを進む溶融された樹脂組成物の流量を確保することができる。このように、実施例２のテーパ部１３ｄにおいては、テーパ部１３ｄの下半分で樹脂組成物の分解や樹脂組成物の分解によるガスの発生を低減するとともに、上半分で樹脂組成物の流量を確保することができる。

図９は、実施例３の射出ノズル１０の流路１３のテーパ部１３ｄを示す図である。図９（ａ）はテーパ部１３ｄの斜視図であり、図９（ｂ）はテーパ部１３ｄの断面図である。

図９（ａ）に示すように、実施例３のテーパ部１３ｄは、射出ノズル１０の軸Ａについて回転対称な形状を有している。図９（ｂ）に示すように、テーパ部１３ｄは、軸Ａを含む断面において、軸Ａに沿って射出口１２の方向に、テーパ部１３ｄの輪郭がそれぞれ流路１３に突き出すように隣接して設けられた半径Ｒ＝５ｍｍの第１の円弧と半径Ｒ＝３ｍｍの第２の円弧とによって形成されている。

ここで、第２の円弧は、軸Ａを含む断面において、テーパ部１３ｄの先端において勾配が０になり、接線が軸Ａに平行になるように設けられている。第２の円弧の中心は、テーパ部１３ｄの先端において軸Ａと直交する直線上にある。第２の円弧の形状は、上述の式（１）又は（２）によって規定されてもよい。また、第１の円弧の形状も、上述の式（１）又は（２）と同様の式によって規定されてもよい。

テーパ部１３ｄの径は、軸Ａに沿って射出口１２の方向に、定径部１３ｃの径のＤ２の９．５ｍｍから第１の円弧と第２の円弧とが接する位置における径のＤ４の５ｍｍまで、輪郭を形成する第１の円弧に従って次第に縮小する。また、テーパ部１３ｄの径は、第１の円弧と第２の円弧とが接する位置における径のＤ４の５ｍｍからテーパ部１３ｄの先端の径のＤ３の２ｍｍまで、輪郭を形成する第２の円弧に従って次第に縮小する。

実施例３の射出ノズル１０においては、軸Ａを含む断面において、テーパ部１３ｄは第１の円弧及び第２の円弧によって流路１３に対して隣接する２つの凸形状を形成し、２つの凸形状の輪郭の勾配は射出口１２の方向に進むにつれてそれぞれ次第に緩やかになっている。したがって、実施例３の射出ノズル１０においては、２つの凸形状によって、射出口１２に向けてテーパ部１３ｄを進む溶融された樹脂組成物は緩やかに圧縮され、急激なせん断や発熱が抑えられ、ひいては樹脂組成物の分解や樹脂組成物の分解によるガスの発生を低減することができる。

図１０は、実施例４の射出ノズル１０の流路１３のテーパ部１３ｄを示す図である。図１０（ａ）はテーパ部１３ｄの斜視図であり、図１０（ｂ）はテーパ部１３ｄの断面図である。

図１０（ａ）に示すように、実施例１０のテーパ部１３ｄは、射出ノズル１０の軸Ａについて回転対称な形状を有している。図１０（ｂ）に示すように、テーパ部１３ｄは、軸Ａを含む断面において、軸Ａに沿って射出口１２の方向に、テーパ部１３ｄの輪郭が、それぞれ流路１３に突き出すように離隔して設けられた半径Ｒ＝５ｍｍの第１の円弧と半径Ｒ＝３ｍｍの第２の円弧と、第１の円弧と第２の円弧とに挟んで設けられた軸Ａに平行な長さが５ｍｍの直線とによって形成されている。

ここで、第２の円弧は、軸Ａを含む断面において、テーパ部１３ｄの先端において勾配が０になり、接線が軸Ａに平行になるように設けられている。第２の円弧の中心は、テーパ部１３ｄの先端において軸Ａと直交する直線上にある。第２の円弧の形状は、上述の式（１）又は（２）によって規定されてもよい。また、第１の円弧の形状も、上述の式（１）又は（２）と同様の式によって規定されてもよい。

テーパ部１３ｄの径は、軸Ａに沿って射出口１２の方向に、定径部１３ｃの径のＤ２の９．５ｍｍから第１の円弧と第２の円弧とが挟む直線における径のＤ５の５ｍｍに達するまで、輪郭を形成する第１の円弧に従って次第に縮小する。第１の円弧と第２の円弧とが挟む直線においては、テーパ部１３ｄの径のＤ５は一定の５ｍｍである。径のＤ５が５ｍｍの直線を超えてテーパ部１３ｄの先端の径のＤ３の２ｍｍまで、テーパ部１３ｄの径は輪郭を形成する第２の円弧に従って次第に縮小する。

実施例４の射出ノズル１０においては、軸Ａを含む断面において、テーパ部１３ｄは第１の円弧及び第２の円弧によって流路１３に対して径が一定の直線を挟んで離隔された２つの凸形状を形成し、２つの凸形状の輪郭の勾配は射出口１２の方向に進むにつれてそれぞれ次第に緩やかになっている。射出口１２に向けてテーパ部１３ｄを進む溶融された樹脂組成物は、第１の円弧による凸形状によって径方向の圧縮作用を受けた後、さらに第２の円弧による凸形状によって径方向の圧縮作用を受ける前に、径が一定の直線の部分を進む間に径方向の圧縮が緩和されて安定化されることができる。したがって、実施例４の射出ノズル１０においては、径が一定の直線を挟んだ２つの凸形状によって、射出口１２に向けてテーパ部１３ｄを進む溶融された樹脂組成物は緩やかに圧縮され、急激なせん断や発熱が抑えられ、ひいては樹脂組成物の分解や樹脂組成物の分解によるガスの発生を低減することができる。

図１１は、射出速度と損失エネルギーの関係を示すグラフである。図中の曲線ａは実施例１、曲線ｂは実施例２、曲線ｃは実施例３、曲線ｄは実施例４にそれぞれ対応している。曲線ｅは、後述する比較例に対応している。このグラフは、図６に示した射出ノズル１０からの排出ガスの時間変化の測定結果と同様の条件を想定し、シミュレーションにより計算した。

グラフに示されているように、損失エネルギーは、比較例、実施例２、実施例４、実施例３、実施例１の順で減少している。損失エネルギーは、テーパ部１３ｄを進む溶融された樹脂組成物のせん断や発熱により生じるため、比較例、実施例２、実施例４、実施例３、実施例１の順でせん断や発熱が小さく、したがってこの順序で樹脂組成物の分解や樹脂組成物の分解によるガスの発生も少ないことが想定される。

本実施の形態の比較例について説明する。図１２は、比較例の射出ノズル１０を示す図である。図１２（ａ）は射出ノズル１０の断面図であり、図１２（ｂ）は射出ノズル１０の流路１３のテーパ部１３ｄの斜視図であり、図１２（ｃ）はテーパ部１３ｄの断面図である。図１２（ａ）において、射出ノズル１０における流路１３の各部の寸法は、図５に示した実施例１と同様である。

図１２（ｂ）に示すように、比較例のテーパ部１３ｄは、射出ノズル１０の軸Ａについて回転対称な形状を有している。テーパ部１３ｄは、射出口１１２の方向に、釣鐘状に先細りになっている。図１２（ｃ）に示すように、テーパ部１３ｄは、軸Ａを含む断面において、流路１３の輪郭が流路１３から外側に突き出すように設けられた半径Ｒ＝５ｍｍの円弧によって形成されている。流路１３の径は、軸Ａに沿って射出口１２の方向に、定径部１３ｃの径のＤ２の９．５ｍｍからテーパ部１３ｄの先端の径のＤ３の２ｍｍまで、輪郭を形成する円弧に従って次第に縮小する。断面において流路１３は円弧によって流路１３に対して凹形状を形成し、輪郭の勾配は射出口１２の方向に進むにつれて次第に急峻になっている。輪郭の勾配は、テーパ部１３ｄが定径部１３ｃに接する点において０であってもよい。

なお、上述の実施例において示したノズルの寸法や形状は一例を示すものであり、これに限定されるものではない。例えば、図８に示した実施例２においては、テーパ部１３ｄの軸Ａを含む水平面から下側の軸Ａの周りの１８０°の範囲の流路１３の輪郭に凸形状が形成されるとしたが、これに限らない。軸Ａの周りの１８０°の角度範囲は、軸Ａを含む水平面の下側に限らず、他の範囲にあってもよく、例えば軸Ａを含む水平面より上側にあってもよい。また、軸Ａの周りの角度範囲は１８０°に限らず、例えば６０°から３５０°の範囲にあってもよく、１８０°から３２０°の範囲にあってもよい。なお、所定の角度範囲は、軸の周りに一続きで連続していてもよいし、複数に区切られた範囲から構成されていてもよい。

また、本実施の形態において、テーパ部１３ｄの凸形状は円弧によって形成されるとしたが、凸形状は円弧に限らない。凸形状であれば、他の曲線であってもよい。例えば、２次曲線、双曲線、指数曲線、楕円などの適切な曲線であってもよい。

本実施の形態において、テーパ部１３ｄは凸形状を有するとしたが、凸形状に限らず、テーパ部１３ｄを通過する溶融された樹脂組成物のせん断による発熱を低減し、樹脂組成物の分解や樹脂組成物の分解によるガスの発生を低減することができるような適切な形状であればよい。このような形状は、テーパ部１３ｄを流れる溶融された樹脂組成物に流体力学を適用してシミュレーションによって決定してもよい。

本実施の形態において、テーパ部１３ｄは射出ノズル１０の先端部１７に設けるものとしたが、射出ノズル１０の先端部１７に限らず、溶融された樹脂組成物の流路１３の径が細くなる位置であれば、他の位置であっても同様のテーパ部を設けることで、同様にガスの発生を低減する効果を得ることができる。このような位置としては例えば、射出ノズル１０の基部１５における流路１３の縮径部１３ｂの他、射出ノズル１０の開口部１１に接続される射出成形機２０のシリンダ２１の先端部、金型内の流路にあたるランナー部（特に金型キャビティ内へ樹脂組成物を注入するゲート直前のランナー径縮小部）など、射出ノズル１０以外の装置も挙げることができる。ただし、シリンダ２１の先端部にテーパ部の形状を設ける場合、当該シリンダ２１の先端部の内壁がスクリュ２３の先端部と接触し、摩耗や破損に繋がりやすくなるおそれがあり、そのような可動部との干渉を考慮する必要があるため、テーパ部は、射出ノズル１０先端部１７や金型ランナーのゲート手前部分に設けることが好ましい。

本発明は、射出成形機及び金型を用いて樹脂を成形するプロセスに利用することができる。

１０ 射出ノズル
１１ 供給口
１２ 射出口
１３ 流路
１３ａ 開口部
１３ｂ 縮径部
１３ｃ 定径部
１３ｄ テーパ部
１５ 基部
１６ 延長部
１７ 先端部
２０ 射出成形機
５０ 金型

Claims (15)

1. 射出成形機に取り付けられ、射出成形機のシリンダから供給された溶融された樹脂組成物を案内して金型に射出する射出ノズルであって、
   前記射出ノズルの軸に沿って、溶融された樹脂組成物が供給される供給口から金型に射出する射出口まで延びて溶融された樹脂組成物を案内する流路を有し、前記流路は、先細りとなって前記射出口に接続するテーパ部を含み、前記テーパ部は、前記軸を含む断面について、前記軸に対向する前記流路の輪郭が前記流路に対する凸形状を含むような断面を含み、
   前記軸を含む断面において、前記凸形状は円弧によって形成され、前記円弧の中心は、前記樹脂組成物を案内する方向について、前記円弧の終端を通り前記軸と直交する直線上にある射出ノズル。
2. 前記軸を含む断面において、前記円弧は、前記樹脂組成物を案内する方向について、前記流路の半径がφの始端から前記流路の半径がψの終端まで距離がＸの範囲にわたって形成され、前記円弧の始端における前記流路の輪郭と前記円弧の中心とを結ぶ直線と、前記軸と直交する直線とがなす角をθとし、前記円弧の半径をＲとすると、関係式
   ｔａｎθ＝Ｘ／（Ｒ－（φ－ψ））
   を満たす請求項１に記載の射出ノズル。
3. 前記テーパ部は、前記軸の周りに回転対称であり、前記テーパ部は、前記軸を含む断面において、前記軸に対向する前記流路の輪郭が前記流路に対する凸形状を含む請求項１又は２に記載の射出ノズル。
4. 前記テーパ部は、前記軸の周りに所定の角度範囲で回転対称であり、前記テーパ部は、前記軸を含む断面について、前記所定の角度範囲において、前記軸に対向する前記流路の輪郭が前記流路に対する凸形状を含む請求項１又は２に記載の射出ノズル。
5. 前記所定の角度範囲は、６０°から３５０°の範囲にある請求項４に記載の射出ノズル。
6. 前記所定の角度範囲は、１８０°から３２０°の範囲にある請求項５に記載の射出ノズル。
7. 前記所定の角度範囲は、前記軸の周りに複数に分けて設けられたテーパ部の角度範囲の合計である請求項５または６に記載の射出ノズル。
8. 前記テーパ部は、前記軸を含む断面において前記軸に対向する前記流路の輪郭が前記流路に対する１つの凸形状を含む請求項１から７のいずれかに記載の射出ノズル。
9. 前記テーパ部は、前記軸を含む断面において前記軸に対向する前記流路の輪郭が前記流路に対する２つ以上の凸形状を含む請求項１から７のいずれかに記載の射出ノズル。
10. 前記流路の輪郭において、前記２つ以上の凸形状が隣接する請求項９に記載の射出ノズル。
11. 前記流路の輪郭において、前記２つ以上の凸形状が離隔された請求項９に記載の射出ノズル。
12. 前記流路は、前記供給口と前記テーパ部との間に、所定の径を有する定径部をさらに含む請求項１から１１のいずれかに記載の射出ノズル。
13. 前記凸形状は、円弧を含む請求項１乃至１２のいずれに記載の射出ノズル。
14. 射出成型機から供給された溶融された樹脂組成物を成型する金型であって、
    樹脂組成物を成型するキャビティと、
    射出成型機から供給された樹脂組成物を前記キャビティに案内する流路とを含み、
    前記流路は前記キャビティに樹脂組成物を注入するゲートの直前に径が次第に縮小する径縮小部を含み、前記径縮小部は、前記流路の軸を含む断面について、前記軸に対向する前記流路の輪郭が前記流路に対する凸形状を含むような断面を含む金型。
15. 前記径縮小部は、前記軸の周りに回転対称であり、前記径縮小部は、前記軸を含む断面において、前記軸に対向する前記流路の輪郭が前記流路に対する凸形状を含む請求項１４に記載の金型。

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