JP7204252B2 - 射出成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホットランナー方式によりポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる高粘性の溶融樹脂を短い成形サイクルタイムにより射出成形した際に、ゲートを開閉するバルブステムが芯振れしても、ノズルチップの内周面に欠けが生じ難く、射出成形品に不要な異物の混入を防止できる射出成形装置に関する。

例えば、厚肉円筒状のバルブボディー内の軸方向に沿って流動化した射出成形材料の供給路を設け、該供給路内における軸方向に沿って往復動して金型ゲート部を開閉する細長円柱形のバルブピンを有し、上記バルブボディー先端の供給路における内周面に、複数の対称な突起部からなる振れ止め部を一体に形成した射出成形用バルブゲートシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
上記射出成形用バルブゲートシステムによれば、上記バルブピンの径方向における芯振れが、振れ止め部を形成する複数の突起部により抑制されるため、制作当初では、射出成形材料流入時の圧力でバルブピンの芯振れによる上記バルブボディー先端の内周面側の欠けを抑制し得る。

前記射出成形用バルブゲートシステムでは、前記振れ止め部を形成する複数の突起部が前記バルブボディー先端の供給路における内周面に一体に形成されている。しかし、円筒形状の前記バルブボディーは、加熱部材（ヒータ）を内設するので、例えば、銅合金などの比較的軟質で且つ高伝熱材料により構成されている。そのため、射出成形材料流入時の流速や圧力などにより、前記バルブピンが芯振れした場合、上記複数の突起部が摩耗していくため、前記バルブボディーの内周面側で欠けの発生を抑制できなくなる。その結果、ＰＥＴボトルのブロー成形に用いるプリフォーム内に異物が混入するため、安全なＰＥＴボトルを提供し難くなる、という問題があった。

登録実用新案第３０６０９５８号公報（第１～８頁、図１，２）

本発明は、背景技術で説明した問題点を解決し、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなり、溶融した際に高粘度を有する溶融樹脂を短い成形サイクルタイムにて射出成形した際に、金型側のゲートを開閉するバルブステムが芯振れしても、ノズルチップの内周面側に欠けが生じ難く、射出される成形品に不要な異物の混入を防止できる射出成形装置を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、溶融ＰＥＴ樹脂の流路を内設するノズル本体の先端側に装着するノズルチップの流路側に、該ノズルチップよりも高硬度で且つ薄肉のノズルブッシュを密嵌する、ことに着想して成されたものである。

即ち、本発明の射出成形装置（請求項１）は、円筒形状で且つ軸方向に沿ってポリエチレンテレフタレートからなる溶融樹脂の流路を内設したノズル本体と、該ノズル本体の外周側に巻き付けたバンドヒータと、前記ノズル本体の流路内の中心部を軸方向に沿って進退してゲートを開閉するバルブステムと、前記ノズル本体の流路内の先端側に配置され且つ該流路と同軸心の中空部を内設したノズルチップと、該ノズルチップの中空部内に圧入により密嵌され且つ上記ノズル本体の流路と連通する流路を内設したノズルブッシュと、該ノズルブッシュの先端部側に、上記ゲートを介して連通するプリフォーム成形用のキャビティと、を含む射出成形装置であって、前記ノズルブッシュは、上記ノズルチップよりもＨＲＣで１０度以上硬質の金属からなり、該ノズルチップの先端よりも先端側に突出し且つ上記バルブステムの外周面に接近する先端部と、上記ノズルチップの中空部に密嵌され、径方向の厚みが０．６ｍｍ以下の筒形部と、該筒形部の後端に位置し且つ上記ノズルチップの後端面に当接する後端部と、からなる、ことを特徴とする。

前記射出成形装置によれば、以下の効果（１）～（３）を得ることができる。
（１）前記ノズルブッシュは、前記ノズルチップよりもＨＲＣで１０度以上硬質で、該ノズルチップの先端よりも先端側に突出し且つ前記バルブステムの外周面に接近する先端部と、上記ノズルチップの中空部に沿って圧入により密嵌され、径方向の厚みが０．６ｍｍ以下の筒形部と、該筒形部の後端に位置し且つ上記ノズルチップの後端面に当接する後端部とを備えている。そのため、粘度の高いポリエチレンテレフタレートからなる溶融樹脂が前記ノズル本体の流路に流入した際の圧力や高い流速に起因して、前記バルブステムの先端部が径方向に芯振れした際に、係る先端部が比較的硬い上記ノズルブッシュの流路における先端部の内周面に衝突しても、該内周面側で欠けが生じ難くなる。
（２）前記効果（１）に伴って、前記欠けによる金属片の異物が混入していないポリエチレンテレフタレート製の射出成形品（プリフォーム）を比較的短い成形サイクルタイムにより確実且つ安定して成形できる。
（３）前記ノズルブッシュの筒形部における径方向の厚みは、０．６ｍｍ以下と比較的薄肉であるため、前記バンドヒータからの熱を、前記ノズルチップの筒形部を介して、上記ノズルブッシュの流路内を圧送される熱伝達が低い溶融ＰＥＴ樹脂に対して、効果的に伝熱することができる。従って、前記効果（１）をより確実に得られる。

尚、前記溶融樹脂は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製のボトルをブロー成形により製造するための透明な有底管材（プリフォーム）を射出成形するために用いるポリエチレンテレフタレート樹脂である。
また、前記ノズルブッシュの先端部における外周面は、前記ノズルチップの先端部の外周面と連続した傾斜面を有している。
更に、前記ノズル本体は、熱間ダイス鋼（例えば、ＳＫＤ６１）からなる。
また、前記バルブステムは、耐摩耗性の非常に硬い（例えば、ＨＲＣ５０～６０）金属、例えばスチールからなり、前記ノズル本体や前記ノズルチップよりも硬質の金属材料からなる。
更に、近年、ポリエチレンテレフタレート製の射出成形品（プリフォーム）の成形サイクルタイムは、大凡１０秒前後に短くなり、その流速も高速化している。
加えて、前記ノズルブッシュの硬度は、前記ノズルチップの硬度よりも少なくともＨＲＣ１０以上高い。

また、本発明には、前記ノズルチップは、高熱伝導性で比較的軟質のベリリウム銅からなり、且つ前記ノズルブッシュは、スチールまたはステンレス鋼からなる、射出成形装置（請求項２）も含まれる
これらの射出成形装置によれば、前記ノズルチップが熱伝導率が高く且つ比較的軟質のベリリウム銅からなり、且つ前記ノズルブッシュは、前記ノズルチップよりも熱伝導率の低いスチールまたはステンレス鋼からなっているので、前記バンドヒータからの熱を、前記ノズルチップにおける比較的薄肉の筒形部を介して、上記ノズルブッシュの流路内を圧送される溶融樹脂に対して、効果的に伝熱することができる。従って、前記効果（１）を容易に得られると共に、前記効果（２）を保証することも可能となる。
尚、前記ノズルチップを構成するベリリウム銅は、熱伝導率が前記ノズルブッシュの４倍以上で、且つ硬度が例えばＨＲＣ２０である。

尚、前記ノズルブッシュのスチールには、熱処理によって硬度を高められる各種の鋼種、あるいは、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４２０Ｊ２）が含まれる。
また、前記ノズルチップの熱伝導率は、前記ノズルブッシュの熱伝導率よりも少なくとも４倍高いことが推奨される。
更に、前記ノズルチップを構成するベリリウム銅は、高熱伝導性で且つ比較的軟質（例えば、ＨＲＣ２０）である。

尚、前記ノズルブッシュの筒形部における径方向の厚みは、望ましくは、０．５ｍｍ、乃至これ以下である。

本発明による一形態の射出成形装置を示す断面図。 （Ａ）はノズルチップにノズルブッシュを嵌合する直前の状態を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の断面図、（Ｃ）は両者を嵌合した状態を示す断面図。 （Ａ）～（Ｃ）は前記射出成形装置の作用を示す部分断面図、（Ｄ）は比較例についての同様な部分断面図。

以下において、本発明を実施するための形態について説明する。尚、以下において、ポリエチレンテレフタレートは、ＰＥＴと略して記載する。
図１は、本発明による一形態の射出成形装置１を示す断面図である。尚、図１においては、上方を後端側または基端側と称し、且つ下方を先端側と称する。
上記射出成形装置１は、図１に示すように、互いに直角状に連結された流路３，４を内設したマニホールド２と、該マニホールド２の先端面に基端部１１が固定され、且つ前記流路４と直線状に連通する流路１２，１３を内設した円筒形状のノズル本体１０と、該ノズル本体１０の外周面に巻き付けたバンドヒータ９と、上記マニホールド２の流路４および前記ノズル本体１０の流路１２，１３の中心部をそれらの軸方向に沿って進退可能とされたバルブステム６と、上記ノズル本体１０の流路１３内の先端側にネジ止めされ、且つ上記流路１３と同軸心の中空部１５ａが軸方向に沿って貫通するノズルチップ１５と、該ノズルチップ１５の中空部１５ａ内に密嵌され、且つ上記流路１３と連通する流路１８ａが軸方向に沿って貫通するノズルブッシュ１８と、を備えている。

前記マニホールド２の流路３は、図示しないスプルーノズルから圧送されたＰＥＴからなる溶融樹脂の供給路における一つの分岐流路であり、前記流路３，４のコーナー部には、前記バルブステム６が摺動可能に進退する貫通孔５が位置している。
また、前記バルブステム６は、硬質（ＨＲＣ５０～６０）の棒鋼からなり、その後端側に図示しないエアーシリンダー（流体圧シリンダー）のピストンが固定され、該ピストンの前進および後退に応じて、その軸方向に進退可能とされている。該バルブステム６は、先端側に面取り部８を含む先端部７を有している。
更に、前記ノズル本体１０は、銅合金などの熱良導体からなり、やや太径の前記流路１２とやや細径の前記流路１３とを同軸心で内設し、該流路１３の内周面の一部には、前記ノズルチップ１５とネジ結合するための雌ネジ部（図示せず）を有している。該ノズル本体１０の先端部１４は、キャビティ入子（一方の金型）２３の後端面側に開口する凹部２４内に挿入されている。

前記ノズルチップ１５は、比較的軟質（ＨＲＣ２０）で且つ高伝熱材料のベリリウム銅からなり、図１，図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、全体が円筒形状を呈し、軸方向に沿って貫通する中空部１５ａと、円錐形状の外周面を有する先端部１６と、外周面の前後２箇所（複数箇所）に刻設され、且つ前記ノズル本体１０の前記雌ネジ部とネジ結合するための雄ネジ部１５ｎとを有している。
また、前記ノズルブッシュ１８は、比較的硬質（ＨＲＣ３０以上）のスチールまたはステンレス鋼からなり、図１，図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、細長い円筒形で且つ薄肉の筒形部１９と、その後端側に位置し、且つ前記ノズルチップ１５の後端面に当接する若干厚肉の後端部２０と、前記筒形部１９の先端側に位置し、且つ前記ノズルチップ１５の先端部１６と連続した傾斜の円錐形状を形成するやや厚肉の先端部２１と、これらの軸方向に沿って貫通する流路１８ａと、を有している。該流路１８ａの先端部２１側の中空部２１ａは、やや細径とされている。

尚、図２（Ｂ）で示す前記筒形部１９の厚みｔは、０．５ｍｍである。
上記ノズルブッシュ１８は、図２（Ａ），（Ｂ）中の各矢印で示すように、予め、前記ノズルチップ１５の中空部１５ａ内に軸方向に沿って圧入されている。即ち、図２（Ｃ）に示すように、上記ノズルブッシュ１８の後端部２０がノズルチップ１５の後端面に当接して停止し、且つ該ノズルブッシュ１８の先端部２１がノズルチップ１５の先端部１６よりも先端側に突出し、且つ係る先端部１６，２１の円錐形の外周面は連続すると共に、前記筒形部１９は、ノズルブッシュ１８の中空部１８ａの内周面に密着するように、予め嵌合（密嵌）されている。

図１に示すように、前記キャビティ入子２３の凹部２４における先端側には、例えば、ポリイミド（ＰＩ）などの耐熱性樹脂からなる円錐形状のチップインシュレーター２２が配置され、該チップインシュレーター２２の中心部の前方には、上記キャビティ入子２３における丸孔のゲート２５が隣接している。
上記ゲート２５は、キャビティ２８内に連通し、該キャビティ２８は、前記キャビティ入子２３に形成された半球形状の外型面２６、およびこれと相似形の内型部（他方の金型の一部）２７に挟まれている。上記キャビティ２８は、追ってブロー成形によりＰＥＴボトルを得るためのプリフォーム（成形品）の一部である。

前述した構成からなる前記射出成形装置１の作用について以下に説明する。
図３（Ａ）は、該射出成形装置１のゲート２５付近を示す拡大断面図である。
予め、図３（Ｂ）に示すように、前記マニホールド２の流路３，４および前記ノズル本体１０の流路１２，１３内に、ＰＥＴからなる溶融したＰＥＴ樹脂ｊを充填すると共に、前記バンドヒータ９に給電して、上記流路１２，１３内の溶融樹脂ｊを所定の温度域に保温状態としておく。
次に、図３（Ｂ）中の破線の矢印で示すように、前記バルブステム６を軸方向に沿って後端側に後退させる。すると、該バルブステム６の面取り部８を含む先端部７と、ノズルブッシュ１８の先端部２１における開口部２１ａとの隙間が拡大すると共に、前記キャビティ入子２３のゲート２５が開放される。

その結果、図３（Ｂ）中の実線のカーブした矢印で示すように、前記溶融ＰＥＴ樹脂ｊは、前記ゲート２５を通過してキャビティ２８内に流入し始める。
更に、前記溶融樹脂ｊが前記キャビティ２８内の全体に充填されたタイミングで、図３（Ｃ）中の実線の矢印で示すように、前記バルブステム６を軸方向に沿って先端側に前進させる。その結果、該バルブステム６の面取り部８を含む先端部７と、前記キャビティ入子２３のゲート２５とが、接近することによって、該ゲート２５が閉鎖される。これにより、一端側に半球形状の底部を含み、且つ全体が円筒形状である透明なプリフォーム（射出成形品）ｗを得ることができる。
前記ノズルブッシュ１８は、ノズルチップ１５よりも硬質で、該チップ１５の先端部１６よりも先端側に突出し且つバルブステム６の外周面に接近する先端部２１と、ノズルチップ１５の中空部１５ａの内面に密嵌された筒形部１９と、該筒形部１９の後端に位置し且つノズルチップ１５の後端面に当接する後端部２０とを備えている。

前述した成形プロセスにおいて、高粘度の溶融ＰＥＴ樹脂ｊが前記ノズル本体１０の流路１２，１３に流入した際の圧力や高い流速によって、バルブステム６の先端部７が径方向に芯振れした場合でも、係る先端部７は、比較的硬いノズルブッシュ１８の流路１８ａにおける先端部２１の中空部２１ａに接触する。その際に、該先端部７がノズルブッシュ１８における先端部２１の内周面に衝突しても欠けや割れが生じない。従って、該欠けなどによって生じ得る金属片の異物が、前記ゲート２５から前記キャビティ２８内に射出して充填される前記溶融樹脂ｊに混入する事態を防止でき、且つ短い成形サイクルタイムに対しても確実に対応できる。尚、前記バルブステム６の先端部７の芯振れは、前記圧力などが収まると解消される。

図３（Ｄ）は、比較例（従来）の射出成形装置におけるゲート２５付近を示す部分断面図である。係る比較例の射出成形装置は、図示のように、前記同様のバルブステム６、ノズル本体１０、キャビティ入子２３、およびキャビティ２８などを備えている。該比較例の射出成形装置のノズルチップ１５ｘは、前記同様の比較的軟質の銅合金からなり、ノズル本体１０の流路１３内にネジ結合されているが、前記ノズルブッシュ１８を内側に密嵌しておらず、該ノズルチップ１５ｘの先端部１６ｘがバルブステム６の先端部７の外周面に接近するように配置されている。

前記と同じＰＥＴの溶融樹脂ｊを射出成形する場合、該溶融樹脂ｊの前記流路１２，１３内への流入圧力や高い流速によって、バルブステム６が径方向に芯振れを生じる。この際、図３（Ｄ）に示すように、該バルブステム６が先端部７がノズルチップ１５ｘの先端部１６ｘの内周面に衝突すると、該衝突部分に欠けｋが生じ、微細な金属片の異物が発生し得る。係る金属片の異物は、上記溶融樹脂ｊ内に混入して、該溶融樹脂ｊと共にキャビティ２８内に射出して充填されるため、得られるプリフォーム（射出成形品）ｗの内部に混在することになる。従って、該プリフォームｗは、ＰＥＴボトルをブロー成形する際などにおいて不良品となり得る。
本発明による前記射出成形装置１は、以上のような比較例の射出成形装置において生じ得る問題点を確実に解消したものである。

本発明は、前述した形態に限定されるものではない。
例えば、前記ノズルブッシュ１８は、前記ノズルチップ１５よりも硬度がＨＲＣで１０度以上硬い材料であれば、熱処理可能な鋼材、あるいはステンレス鋼に限らず、適宜の金属材料を適用しても良い。
また、前記ノズルチップ１５は、前記ノズルブッシュ１８よりも熱伝導率が４倍以上であれば、前記ベリリウム銅以外の金属材料を適用しても良い。

本発明によれば、溶融粘度の高いＰＥＴの溶融樹脂を短い成形サイクルタイムで射出成形した際に、ゲートを開閉するバルブステムが芯振れして、前記ノズルチップの内周面に衝突しても、金属片の異物の発生を防止できる射出成形装置を確実に提供できる。

１……………射出成形装置
６……………バルブステム
９……………バンドヒータ
１０…………ノズル本体
１２，１３…ノズル本体の流路
１５…………ノズルチップ
１５ａ………中空部
１８…………ノズルブッシュ
１８ａ………流路
１９…………筒形部
２０…………後端部
２１…………先端部
ｊ……………ＰＥＴの溶融樹脂
ｔ……………厚み

Claims (2)

1. 円筒形状で且つ軸方向に沿ってポリエチレンテレフタレートからなる溶融樹脂(ｊ)の流路(１２，１３)を内設したノズル本体(１０)と、
   上記ノズル本体(１０)の外周側に巻き付けたバンドヒータ(９)と、
   上記ノズル本体(１０)の流路(１２，１３)内の中心部を軸方向に沿って進退してゲート(２５)を開閉するバルブステム(６)と、
   上記ノズル本体(１０)の流路(１３)内の先端側に配置され且つ該流路(１３)と同軸心の中空部(１５ａ)を内設したノズルチップ(１５)と、
   上記ノズルチップ(１５)の中空部(１５ａ)内に圧入により密嵌され且つ上記ノズル本体(１０)の流路(１３)と連通する流路(１８ａ)を内設したノズルブッシュ(１８)と、
   上記ノズルブッシュ(１８)の先端部(２１)側に、上記ゲート(２５)を介して連通するプリフォーム成形用のキャビティ(２８)と、を含む射出成形装置(１)であって、
   上記ノズルブッシュ(１８)は、上記ノズルチップ(１５)よりもＨＲＣで１０度以上硬質の金属からなり、該ノズルチップ(１５)の先端よりも先端側に突出し且つ上記バルブステム(６)の外周面に接近する先端部(２１)と、上記ノズルチップ(１５)の中空部(１５ａ)に密嵌され、径方向の厚みが０．６ｍｍ以下の筒形部(１９)と、該筒形部(１９）の後端に位置し且つ上記ノズルチップ(１５)の後端面に当接する後端部(２０)と、からなる、
   ことを特徴とする射出成形装置(１)。
2. 前記ノズルチップ(１５)は、高熱伝導性で比較的軟質のベリリウム銅からなり、且つ前記ノズルブッシュ(１８)は、スチールまたはステンレス鋼からなる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置(１）。

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