JP7451261B2 - ホットランナーノズル、射出成形装置、および樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂を射出成形する際に用いられるホットランナーノズル、射出成形装置、射出成形品の製造方法等に関する。

プラスチック等の熱可塑性樹脂を射出成形する樹脂成形金型として、コールドランナー金型とホットランナー金型が知られている。コールドランナー金型は、構造が単純だという利点はあるが、ランナー部で固化する樹脂が廃材となるため、経済性向上及び環境負荷低減の観点から、樹脂廃材が少ないホットランナー金型を用いることが望まれる。ランナー部がすべて加熱されているホットランナー金型を使用すれば、樹脂廃材をほとんど発生させることなく樹脂成形品を得ることができる。

射出成形にホットランナー金型を使用する際の課題として、ホットランナーノズルの先端部の温度が低下することが挙げられる。一般的に、ノズル先端穴と金型ゲート穴の中心を位置合わせするため、ホットランナーノズルの先端部を金型と接触させる必要があるが、金型への熱伝導によりホットランナーノズルの先端部の温度が低下する場合がある。また、ノズルの先端部近傍に断熱のための樹脂層を形成する構造を採用する場合には、樹脂を封止するためにノズル先端部付近の全周を金型と嵌合させる必要があり、嵌合部が金型への熱伝導経路となる場合がある。

ノズル先端部の温度が低下すると、先端部近傍で固化した樹脂が次ショットの射出を阻害し、成形安定性が低下する。例えばポリブチレンテレフタレートのように、正常に射出できる温度範囲が狭い樹脂を成形する場合には、小さな温度低下であったとしても、ノズル先端付近で著しく樹脂が固化してしまう場合がある。ノズル先端部の温度が樹脂の固化温度以下に低下しないように、ノズル全体の設定温度を上げることも考えられるが、そうすると、先端部以外の部分が過度に加熱され、樹脂が分解して成形ができない事態が生じる可能性がある。

そこで、特許文献１には、ホットランナーノズルの先端部まで低熱伝導材の外層を配置し、外装の周囲にノズル先端部までヒーターを配置する構造が提案されている。

また、特許文献２には、ゲート部外側周囲と、ホットランナーが収容された移動側金型との間に、耐熱性を有し、かつ、熱伝導の低い合成樹脂から成る熱伝導抑制部材を設ける構造が提案されている。合成樹脂から成る熱伝導抑制部材を設けることにより、ノズル先端部における金型との接触部からの放熱が抑制され、ノズル先端の温度低下を抑制しようとするものである。

特開平１１－２２１８４０号公報 特開平８－３３２６５３号公報

しかしながら、特許文献１において提案された方法は、例えば多数個取りで高密度にホットランナーを配置する射出成形装置や、小型で複雑な形状の成形を行う射出成形装置においては、実施するのが困難であった。これらの射出成形装置では、ホットランナーの周囲には利用可能な空間が限られており、特に、テーパーがついて円錐台状の外形を有するノズル先端部付近にヒーターを配置するのは現実的に困難な場合が多かった。

また、特許文献２において提案された方法は、ノズル先端の温度低下を抑制するのに一定の効果が期待できるが、現実的には耐久性や信頼性において懸念がある。合成樹脂から成る熱伝導抑制部材としては、現実的には、例えばポリエーテルエーテルケトンなどのスーパー・エンジニアリング・プラスチックが用いられる。しかし、こうした材料では、射出圧力やホットランナーノズルの熱膨張時の押しつけ力によって一部が損傷する可能性があり、損傷部位から樹脂が漏れ出して金型内に流入してしまう等の問題が懸念される。

そこで、ノズルの先端部と金型との位置合わせが可能でありながらノズルの先端部の温度低下が抑制され、しかも耐久性や信頼性が高いホットランナーノズルが求められていた。

本発明の１つの態様は、溶融樹脂の流路を規定するノズル本体と、前記ノズル本体の先端部の周囲に配されたカバー部材と、を有し、前記カバー部材は、外周の一部に配され金型と嵌合する第１嵌合部および／または内周の一部に配され前記ノズル本体と嵌合する第２嵌合部を有する、ことを特徴とするホットランナーノズルである。

本発明によれば、ノズルの先端部と金型との位置合わせが可能でありながらノズルの先端部の温度低下が抑制され、しかも耐久性や信頼性が高いホットランナーノズルを提供することができる。

実施形態１に係る射出成形装置の一部を示す模式的な断面図。 実施形態１に係るホットランナーノズルを拡大して断面形状を示した拡大断面図。 （ａ）実施形態１に係るカバー部材の斜視図。（ｂ）実施形態１に係るカバー部材を他方向から見た斜視図。 （ａ）実施形態１に係るカバー部材の側面図。（ｂ）実施形態１に係るカバー部材の平面図。 （ａ）実施形態２に係るカバー部材の斜視図。（ｂ）実施形態２に係るカバー部材を他方向から見た斜視図。（ｃ）実施形態２に係るカバー部材の平面図。 実施形態４に係るホットランナーノズルを拡大して断面形状を示した拡大断面図。 （ａ）実施形態４に係るホットランナーノズルの外観を示す斜視図。（ｂ）実施形態４に係るホットランナーノズルの外観を示す正面図。（ｃ）実施形態４に係るホットランナーノズルの断面図。 （ａ）実施形態５に係るホットランナーノズルの外観を示す斜視図。（ｂ）実施形態５に係るホットランナーノズルの外観を示す正面図。（ｃ）実施形態５に係るホットランナーノズルの断面図。 （ａ）実施形態３に係るカバー部材の斜視図。（ｂ）実施形態３に係るカバー部材を他方向から見た斜視図。 （ａ）実施形態３に係るカバー部材の側面図。（ｂ）実施形態３に係るカバー部材の平面図。 （ａ）比較例１に係るカバー部材の斜視図。（ｂ）比較例１に係るカバー部材を他方向から見た斜視図。 実施例における温度測定点を説明するための図。 （ａ）実施例において製造した射出成形物の外観を示す斜視図。（ｂ）実施例において製造した射出成形物の断面図。

図面を参照して、本発明の実施形態であるホットランナーノズル、射出成形装置、射出成形方法、等について説明する。
尚、以下の実施形態及び実施例の説明において参照する図面では、特に但し書きがない限り、同一の参照番号を付して示す要素は、同一又は類似の機能を有するものとする。

［実施形態１］
図１は、実施形態１の射出成形装置の一部を示す模式的な断面図である。２個取りの金型のうちの１個分の固定側金型を示しており、図示の便宜のため、金型部品を締結するためのボルト、ボルト穴、ヒーター制御のための温度測定器である熱電対、等は図示を省略している。尚、移動側の金型は不図示であるが、固定側金型に対して図１の下方に配置されている。金型サイズは、例えば５０トン成形機に乗せられるサイズとし、固定側取り付け板１の最上側（溶融樹脂流路の川上側）からゲートまでの距離はＬ１＝１２０ｍｍとした。

図１において、１は固定側取り付け板、２はマニホールド格納板、３は固定側型板、４は固定側キャビティ形成板、５は固定側キャビティ、２１はパーティングラインである。また、１８はスプルー、２４はマニホールド、３９はホットランナーノズル本体である。２０はスプルー加温用ヒーター、１０はマニホールド加温用ヒーター、２５はホットランナーノズル加温用ヒーターであり、各々が所定箇所を加熱するための加熱手段として機能する。９は金型温調用の水管穴である。

筒状のホットランナーノズル本体３９の内部の空洞は溶融した樹脂の流路であり、射出成形を行う際には、流路の温度は樹脂の溶融温度以上に維持される。マニホールド２４は、ホットランナーノズル本体３９に溶融樹脂を供給する供給部として機能する。ホットランナーノズル本体３９とノズル支持部材８とマニホールド２４とマニホールド中央支持部材１９とスリーブ１３とマニホールド支持部材１４は、取り付け板１、２、３、４で挟み込まれて固定されている。熱膨張量を考慮した上で各型板を不図示のボルトで締め付けることによって、溶融樹脂が漏れない程度にマニホールド２４をホットランナーノズル本体３９は接合される。

７は、溶融樹脂の射出ゲートを開閉するためのゲートバルブピンであり、ゲートバルブピン７はエアーシリンダー３８の作動によってホットランナーノズル本体３９の内部を進退可能である。エアーシリンダー３８は、ゲートバルブピン７の後退限を規定する部品１７、ゲートバルブピンの後端を支持する部品１５、同２２、同２３、Ｏリング１６、等から構成されている。エアーシリンダーは、エアー給排気穴１１、１２から適宜のタイミングで差圧を供給することにより、成形工程中の樹脂の射出／停止タイミングに合わせて作動し、ゲートバルブピン７を進退させる。

図２を参照して、本実施形態のホットランナーノズルについて、さらに詳細に説明する。図２は、ホットランナーノズルを拡大して断面形状を示した拡大断面図である。溶融樹脂の流路３３の川上側から川下側に向けて順に、Ａは軸方向の締め付け力を受ける基部、Ｂは略円筒状の外径を有するノズル中央部、Ｃは円錐台状の外形を有するノズル先端部である。ノズルの全長（Ａ＋Ｂ＋Ｃの長さ）は４７ｍｍとし、ノズルの最大径はＤ１＝２５．０ｍｍとした。ホットランナーノズル本体３９の材質は、熱伝導率が２０～３０Ｗ／ｍ・Ｋ程度のステンレス系材料とし、十分な機械的強度を確保した。

２８はコイルヒーター、２７はヒーターカバーであり、ヒーターカバー２７がコイルヒーター２８を外側から内側に向かってノズルに押し付ける構成とした。ノズル支持部材８は、ヒーターカバー２７とは接触せず、ホットランナーノズル本体３９とは基部Ａの先端（下端）で接触し、金型とは接触点３４で接触する。ノズル支持部材８は、ホットランナーノズル本体３９から金型への熱伝導経路となる。すなわち、ホットランナーノズル本体３９の基部Ａやノズル中央部Ｂの熱が金型に伝熱する際に、ノズル支持部材８のノズル軸方向の長さ分だけ経由させる構造とすることで、伝熱量を抑制した。
３２は、溶融樹脂の射出ゲートであり、射出ゲート３２はゲートバルブピン７によって開閉される。

ホットランナーノズル本体３９の先端部３５は、耐熱性の高いスーパーエンプラ樹脂で作ったリング部材２９を間に挟んで金型側の接触点３１と接する構造とし、先端部３５から金型への直接接触による伝熱を抑制した。しかし、リング部材２９は樹脂圧力やノズルの軸方向の締め付け力によって破損する場合があるため、リング部材２９のみでは完全には樹脂漏れ防止を保証することはできない。

そこで、本実施形態はカバー部材３６を設け、樹脂漏れ防止を確実にしつつ、カバー部材３６と金型の接触面積を小さくする工夫をして、ノズルの先端部３５から金型への伝熱を抑制する。カバー部材３６は、ホットランナーノズル本体３９の先端部３５の外周に配置され、その一部が金型と密接して樹脂漏れを防止する。

図３（ａ）および図３（ｂ）に、カバー部材３６を異なる方向から見た外観斜視図を示す。また、図４（ａ）はカバー部材３６の側面図、図４（ｂ）はカバー部材３６の平面図である。尚、図３（ａ）および図３（ｂ）においては、マニホールド側を矢印Ｆが示し、ゲート側を矢印Ｅが示している。すなわち、矢印Ｆは、ＸＹＺ座標系におけるＺ方向を指している。

カバー部材３６は、部分嵌合部３０１と環状嵌合部３０２を備え、これらの部分が金型と直接接触する。一方、谷部３０３については、部分嵌合部３０１および環状嵌合部３０２よりも外径を小さくし、谷部３０３や円錐筒斜面部が金型と直接接触しない構造とし、カバー部材３６と金型の接触面積を削減した。

第１嵌合部としての部分嵌合部３０１は、金型に向かって突出した凸部であり、金型に設けられた凹部と嵌合して、金型に対するカバー部材３６の位置決めをする。位置決め精度と機械強度を担保するため、部分嵌合部３０１の個数、幅Ｗ１、軸方向長Ｈ１、位相θ１等は適宜設定されるが、本実施形態では図４（ｂ）に示すように個数を３とした。また、Ｗ１＝０．６ｍｍ、Ｈ１＝０．５ｍｍ、θ１＝１２０度としたが、これは一例であり、これに限られるわけではない。

環状嵌合部３０２は、溶融した樹脂が漏れないように金型と密接する部分で、樹脂漏れ防止のために適宜形状が設定される。本実施形態では、室温時の金型との嵌合長をＨ２＝０．２ｍｍとしたが、ホットランナーおよび金型の公差ばらつきを考慮したうえで適宜調整可能であり、環状嵌合部３０２の嵌合長はこれに限るものではない。

また、カバー部材３６は、図３（ａ）に示すように、ゲート側に配置されたゲート側嵌合部３０４を備えるが、ゲート側嵌合部３０４の内周面は、ホットランナーノズル本体３９の先端部３５の外周面と接触する。また、カバー部材３６は、図３（ｂ）に示すように、マニホールド側に配置された全周嵌合部３０５を備えるが、全周嵌合部３０５の内周面がホットランナーノズル本体３９の外周面と接触する。ゲート側嵌合部３０４と全周嵌合部３０５により、カバー部材３６はホットランナーノズル本体３９に対して位置決め固定される。

以上説明したように、本実施形態では、ホットランナーノズル本体３９の先端部３５の周囲にカバー部材３６を配置し、カバー部材３６には部分嵌合部３０１、環状嵌合部３０２、谷部３０３、ゲート側嵌合部３０４、全周嵌合部３０５を設けておく。カバー部材３６の部分嵌合部３０１および環状嵌合部３０２は金型と嵌合し、カバー部材３６のゲート側嵌合部３０４および全周嵌合部３０５はホットランナーノズル本体３９と嵌合する。これにより、カバー部材３６を介して、ホットランナーノズル本体３９は金型に対して高精度に位置決め固定される。

環状嵌合部３０２が金型と、全周嵌合部３０５がホットランナーノズルの外周と、それぞれ隙間なく密接することにより、カバー部材３６はパッキング（シール部材）のように作用する。このため、低熱伝導材から成るリング部材２９の耐久性が低いとしても、溶融樹脂の漏出を確実に防止することができる。すなわち、カバー部材のマニホールド側に配置された環状部は、ホットランナーノズル本体から射出されたが金型のキャビティに注入されなかった溶融樹脂が、ホットランナーノズル本体と金型の隙間から漏出するのを抑制する。

また、カバー部材３６に、部分嵌合部３０１や環状嵌合部３０２よりも外径の小さな谷部３０３を設けておくことで、谷部３０３や円錐筒斜面部が金型と直接接触しない構造とし、カバー部材３６と金型の接触面積を削減した。これにより、カバー部材３６を経由してホットランナーノズル本体３９から金型に伝導する熱量を抑制することができ、ホットランナーノズル先端部の温度低下を効果的に抑制することができる。

［実施形態２］
実施形態２の射出成形装置は、実施形態１に対して、ホットランナーノズル本体の先端部の周囲に配置するカバー部材の形態が異なる。実施形態１と共通する部分については、説明を省略する。
図５（ａ）および図５（ｂ）は、実施形態２のカバー部材３６を異なる方向から見た外観斜視図であり、図５（ｃ）は、実施形態２のカバー部材３６の底面図である。

本実施形態のカバー部材３６は、マニホールド側に位置する環状部分の形状が実施形態１と異なり、環状部分４０１の内周側に部分嵌合部４０３と全周嵌合部４０４を備えている。
部分嵌合部４０３は、ホットランナーノズル本体３９に向かって突出した凸部であり、ホットランナーノズル本体３９に設けられた凹部と嵌合して、ホットランナーノズル本体３９に対するカバー部材３６の位置決めをする。位置決め精度と機械強度を担保するため、部分嵌合部４０３の個数、幅Ｗ２、軸方向長Ｈ２、位相θ２等は適宜設定されるが、本実施形態では図５（ｃ）に示すように個数を３とした。また、Ｗ２＝１ｍｍ、Ｈ３＝１．０ｍｍ、θ２＝１２０度としたが、これは一例であり、これに限られるわけではない。

実施形態１と同様の環状嵌合部３０２を設けることにより、本実施形態のカバー部材３６も、金型と嵌合することができる。また、実施形態１と同様のゲート側嵌合部４０２と、実施形態１とは異なる全周嵌合部４０４、および第２嵌合部である部分嵌合部４０３を設けることにより、本実施形態のカバー部材３６はホットランナーノズル本体３９と嵌合することができる。これにより、カバー部材３６を介して、ホットランナーノズル本体３９は金型に対して高精度に位置決め固定される。

環状嵌合部３０２が金型と、全周嵌合部４０４がホットランナーノズルの外周と、それぞれ隙間なく密接することにより、カバー部材３６はパッキング（シール部材）のように作用する。このため、低熱伝導材から成るリング部材２９の耐久性が低いとしても、溶融樹脂の漏出を確実に防止することができる。すなわち、カバー部材のマニホールド側に配置された環状部は、ホットランナーノズル本体から射出されたが金型のキャビティに注入されなかった溶融樹脂が、ホットランナーノズル本体と金型の隙間から漏出するのを抑制する。

また、カバー部材３６に全周嵌合部４０４よりも内径の大きな谷部を設けておくことで、谷部や円錐筒斜面部がホットランナーノズル本体３９と直接接触しない構造とし、カバー部材３６とホットランナーノズル本体３９の接触面積を削減した。これにより、カバー部材３６を経由してホットランナーノズル本体３９から金型に伝導する熱量を抑制することができ、ホットランナーノズル先端部の温度低下を効果的に抑制することができる。

［実施形態３］
実施形態１のカバー部材では、部分嵌合部３０１および環状嵌合部３０２を金型と嵌合させて位置決めしたが、部分嵌合部３０１や環状嵌合部３０２よりも外径の小さな谷部３０３を設けておくことで、カバー部材と金型の接触面積を削減した。
また、実施形態２のカバー部材では、実施形態１と同様のゲート側嵌合部３０４と、実施形態１にはない形態の全周嵌合部４０４、部分嵌合部４０３を設け、ホットランナーノズル本体３９と嵌合させて位置決めした。そして、全周嵌合部４０４よりも内径の大きな谷部を設けておくことで、谷部や円錐筒斜面部がホットランナーノズル本体３９と直接接触しない構造とし、カバー部材３６とホットランナーノズル本体３９の接触面積を削減した。

これに対して、実施形態３のカバー部材は、実施形態１の部分嵌合部３０１および谷部３０３と、実施形態２の部分嵌合部４０３および谷部を、共に備える形態とした。この構成により、ホットランナーノズル本体３９からカバー部材３６を経由して金型に伝導する熱量を更に抑制することができる。

図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施形態３のカバー部材３６を異なる方向から見た外観斜視図である。また、図１０（ａ）はカバー部材３６の側面図、図１０（ｂ）はカバー部材３６の平面図である。
図示のように、マニホールド側に位置する環状部分の外周部には、実施形態１と同様に部分嵌合部８０１、環状嵌合部８０２、谷部が設けられている。また、マニホールド側に位置する環状部分の内周部には、実施形態２と同様に、部分嵌合部８０６と全周嵌合部８０７が設けられている。また、ゲート側に位置する内周部には、実施形態１あるいは実施形態２と同様にゲート側嵌合部８０４が設けられている。

部分嵌合部８０６は、ホットランナーノズル本体３９に向かって突出した凸部であり、ホットランナーノズル本体３９に設けられた凹部と嵌合して、ホットランナーノズル本体３９に対するカバー部材３６の位置決めをする。位置決め精度と機械強度を担保するため、部分嵌合部８０６の個数、幅Ｗ２、軸方向長Ｈ３、位相等は適宜設定されるが、本実施形態では図９（ｂ）、図１０（ｃ）に示すように個数を３とした。また、Ｗ２＝１ｍｍ、Ｈ３＝１．０ｍｍ、各部分嵌合部８０６どうしの位相を１２０度としたが、これは一例であり、これに限られるわけではない。また、金型、カバー部材、ホットランナーノズル本体の相互の位置決め精度や固定強度、熱流路設計に基づいて、外周部の部分嵌合部８０１と内周部の部分嵌合部８０６の位相θ３（図１０（ｂ））が適宜設定される。ただし、外周部の部分嵌合部８０１と内周部の部分嵌合部８０６は、ホットランナーノズル本体の軸方向に沿って見た時に重ならないように、すなわち位相が０度にならないように配置するのが好適である。本実施形態では、θ３＝６０度とした。

実施形態１と同様の部分嵌合部８０１、環状嵌合部８０２を設けることにより、本実施形態のカバー部材３６も、金型と嵌合することができる。また、実施形態２と同様にゲート側嵌合部８０４と部分嵌合部８０６を設けることにより、本実施形態のカバー部材３６はホットランナーノズル本体３９と嵌合することができる。これにより、カバー部材３６を介して、ホットランナーノズル本体３９は金型に対して高精度に位置決め固定される。

環状嵌合部８０２が金型と、全周嵌合部８０７がホットランナーノズルの外周と、それぞれ隙間なく密接することにより、カバー部材３６はパッキング（シール部材）のように作用する。このため、低熱伝導材から成るリング部材２９の耐久性が低いとしても、溶融樹脂の漏出を確実に防止することができる。すなわち、カバー部材のマニホールド側に配置された環状部は、ホットランナーノズル本体から射出されたが金型のキャビティに注入されなかった溶融樹脂が、ホットランナーノズル本体と金型の隙間から漏出するのを抑制する。

また、カバー部材３６に全周嵌合部８０７よりも内径の大きな谷部を設けておくことで、谷部や円錐筒斜面部がホットランナーノズル本体３９と直接接触しない構造とし、カバー部材３６とホットランナーノズル本体３９の接触面積を削減した。同時に、カバー部材３６に、部分嵌合部８０１や環状嵌合部８０２よりも外径の小さな谷部８０３を設けておくことで、谷部８０３や円錐筒斜面部が金型と直接接触しない構造とし、カバー部材３６と金型の接触面積を削減した。これにより、本実施形態は、カバー部材３６を経由してホットランナーノズル本体３９から金型に伝導する熱量を、実施形態１や実施形態２よりも更に抑制することができ、ホットランナーノズル先端部の温度低下を効果的に抑制することができる。

［実施形態４］
実施形態４の射出成形装置は、実施形態１のホットランナーノズルとは異なる形態のホットランナーノズルを備えている。本実施形態の説明では、実施形態１と共通する部分については、記載を省略する。尚、実施形態４に係る以下のホットランナーノズルは、実施形態１のカバー部材をはじめとして、実施形態２あるいは実施形態３のカバー部材を備える射出成形装置においても用いることが可能である。

実施形態１のホットランナーノズルでは、図２を参照して説明したように、基部Ａからノズル先端部Ｃまでホットランナーノズル本体３９を単一の素材で形成していた。すなわち、例えば熱伝導率が２０～３０Ｗ／ｍ・Ｋ程度の厚肉のテンレス系材料で形成していた。これに対して、本実施形態のホットランナーノズルでは、薄肉のホットランナーノズル本体の周囲を、それよりも高熱伝導率の材料で取り囲む形態とした。

図６は、実施形態４に係るホットランナーノズルを拡大して断面形状を示した拡大断面図である。また、図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）は、順に実施形態４に係るホットランナーノズルの外観を示す斜視図、正面図、図７（ｂ）のＪ－Ｊ線に沿って切断した断面図である。実施形態１と同様に、ノズルの全長は４７ｍｍとし、ノズルの最大径はＤ１＝２５．０ｍｍとした。

ホットランナーノズル本体３９は、内面が溶融樹脂の流路であるため射出圧力を直接受けるが、実施形態１と同様に高剛性のステンレス材で形成した。ただし、略円筒状の外径を有するノズル中央部から円錐台状の外形を有するノズル先端部にかけて、ホットランナーノズル本体３９の肉厚は実施形態１よりも薄くしている。そして、この肉厚が薄い部分、すなわち略円筒状の外径を有するノズル中央部から円錐台状の外形を有するノズル先端部にかけて、ホットランナーノズル本体３９の周囲に主成分がニッケルであるニッケル材を配置して、機械的な剛性を補強した。

ここでは、ニッケル材で形成した部分を、ノズル外層部４０と呼ぶ。本実施形態のノズル外層部４０は、ホットランナーノズル本体３９の外周を環状に取り囲んでいる。本実施形態では、主成分がステンレスのホットランナーノズル本体３９と主成分がニッケルのノズル外層部４０とを有するホットランナーノズルを、レーザークラッティングの手法を用いて一体に形成した。ノズル中央部におけるステンレスの厚みをＬ２＝０．５～１．０ｍｍとし、ニッケルの厚みはＬ３＝３．５ｍｍとした。ホットランナーノズル本体３９を構成するステンレス材の熱伝導率は２０～３０Ｗ／ｍ・Ｋであり、ノズル外層部４０を構成するニッケル材の熱伝導率は８０～９０Ｗ／ｍ・Ｋである。

本実施形態のホットランナーノズルは、薄肉のホットランナーノズル本体３９の周囲に、剛性補強部として高熱伝導性のノズル外層部４０を配したことにより、コイルヒーター２８の熱を効率的に溶融樹脂の流路近傍まで伝達することが可能である。このため、温度制御の応答性（制御性）が高まり、ノズルの先端部の温度低下が抑制され得る。

尚、ホットランナーノズルは、レーザークラッティング法を用いて一体に形成しなくてはならないわけではなく、例えば、ホットランナーノズル本体３９とノズル外層部４０を予め別部材として形成しておき、圧入や溶接により一体化してもよい。また、ホットランナーノズル本体３９とノズル外層部４０の厚みや形状は、必要な機械剛性を確保できる限り、上記の例から適宜変更することが可能である。また、ノズル外層部４０の材質はニッケルに限られるわけではなく、ある程度の剛性を有しながらホットランナーノズル本体３９よりも熱伝導率が高い材料であればよいので、主成分として例えば銅合金や銅を用いてもよい。

［実施形態５］
実施形態５の射出成形装置は、実施形態１や実施形態４のホットランナーノズルとは異なる形態のホットランナーノズルを備えている。本実施形態の説明では、実施形態１や実施形態４と共通する部分については、記載を省略する。尚、実施形態５に係る以下のホットランナーノズルは、実施形態１のカバー部材をはじめとして、実施形態２あるいは実施形態３のカバー部材を備える射出成形装置においても用いることが可能である。

実施形態１のホットランナーノズルでは、図２を参照して説明したように、基部Ａからノズル先端部Ｃまでホットランナーノズル本体３９を単一の素材で形成していた。すなわち、例えば熱伝導率が２０～３０Ｗ／ｍ・Ｋ程度の厚肉のテンレス系材料で形成していた。これに対して、本実施形態のホットランナーノズルは、薄肉のホットランナーノズル本体の周囲に、それよりも高熱伝導率の部材を配置した点で実施形態４と類似するとも言えるが、実施形態４とはホットランナーノズル本体および高熱伝導材の形態が異なる。

図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）は、順に実施形態５に係るホットランナーノズルの外観を示す斜視図、正面図、図８（ｂ）のＩ－Ｉ線に沿って切断した断面図である。実施形態１と同様に、ノズルの全長は４７ｍｍとし、ノズルの最大径は２５．０ｍｍとした。

本実施形態のホットランナーノズルは、高剛性だが低熱伝導率のホットランナーノズル本体３９の形状が実施形態４とは異なり、ホットランナーノズル本体３９は薄肉の筒状部分から軸外方向に放射状に延びる３つのリブ３９１を備えている。そして、３つのリブ３９１の間に、比較的低剛性だが高熱伝導率のノズル外層部４０を設けた。このため、図８（ａ）に示すように、ホットランナーノズルは、略円筒状の外径を有するノズル中央部から円錐台状の外形を有するノズル先端部にかけて、周方向に沿ってリブ３９１とノズル外層部４０が交互に配置された外観を呈している。尚、本実施形態では、リブ３９１の個数を３とし、周方向に沿って見て１２０度間隔で各リブを配置したが、リブの個数や配置はこの例に限るものではない。

本実施形態では、レーザークラッティング法を用いて、リブ３９１を備えたホットランナーノズル本体３９は主成分がステンレスである材料で形成し、ノズル外層部４０は主成分がニッケルである材料で形成した。

本実施形態のホットランナーノズルは、薄肉のホットランナーノズル本体３９の周囲に、剛性補強部として高熱伝導性のノズル外層部４０を配したことにより、コイルヒーター２８の熱を効率的に溶融樹脂の流路近傍まで伝達することが可能である。このため、温度制御の応答性（制御性）が高まり、ノズルの先端部の温度低下が抑制され得る。

尚、ホットランナーノズルは、レーザークラッティング法を用いて一体に形成しなくてはならないわけではなく、例えば、ホットランナーノズル本体３９とノズル外層部４０を予め別部材として形成しておき、圧入や溶接により一体化してもよい。また、ホットランナーノズル本体３９とノズル外層部４０の厚みや形状は、必要な機械剛性を確保できる限り、適宜選択することが可能である。また、ノズル外層部４０の材質はニッケルに限られるわけではなく、ある程度の剛性を有しながらホットランナーノズル本体３９よりも熱伝導率が高い材料であればよいので、例えば銅合金や純銅を用いてもよい。

尚、例えば本実施形態のホットランナーノズルと実施形態３で説明したカバー部材を組合わせて用いる場合には、ホットランナーノズル本体３９のリブ３９１と、カバー部材３６の部分嵌合部８０６とが嵌合するように構成すると好適である。低熱伝導材のリブ３９１が当接することにより、ホットランナーノズル本体３９からカバー部材３６への伝熱を抑制できるからである。

以下に、本発明の実施例と比較例を説明する。実施例と比較例について、図１２に示す温度測定点（Ｘ点、Ｙ点、Ｚ点）においてホットランナーノズルの温度測定を行った。
温度測定点は、ゲートからマニホールド側に向かって４．４ｍｍ（Ｘ点）、２５．７ｍｍ（Ｙ点）、３９．２ｍｍ（Ｚ点）の３点とした。

また、図１３（ａ）に外観形状を、図１３（ｂ）にＫ－Ｋ線に沿った断面形状を示す樹脂成形品を、実施例と比較例のホットランナーノズルを備えた射出成形金型（射出成形機）を用いて作成し、重量ばらつきを比較した。カップ型形状を有する樹脂成形品は、ゲート側の直径がＤ２＝５６ｍｍ、ゲートと反対側の直径がＤ３＝６８ｍｍ、肉厚がＴ＝２ｍｍ、成形品高さがＨ４＝４５ｍｍである。
保圧をかけて最終充填部まで充填すると、重量ばらつきが緩和されるため、キャビティ重量に対して１０％程度を充填するショート成形により評価を行った。
実施例および比較例においては、すべて表１に示す成形条件で温度測定および樹脂成形品５０の作成を行った。

以下では説明の便宜のため、実施形態１において図２を参照して説明したホットランナーノズル本体をノズルＮ１、実施形態４において図６、図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）を参照して説明したホットランナーノズル本体をノズルＮ２と記す。また、実施形態５において図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）を参照して説明したホットランナーノズル本体をノズルＮ３と記す。

また、実施形態１において図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）、図４（ｂ）を参照して説明したカバー部材をカバー部材Ｃ１と、実施形態２において図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）を参照して説明したカバー部材をカバー部材Ｃ２と記す。また、実施形態３において図９（ａ）、図９（ｂ）、図１０（ａ）、図１０（ｂ）を参照して説明したカバー部材をカバー部材Ｃ３と記す。

（実施例１）
実施例１では、ノズルＮ１およびカバー部材Ｃ１を備えるホットランナーノズルを用いて射出成形を行い、各部の温度測定を行った。ゲートからマニホールド側に向かって１７．３ｍｍの位置にヒーター制御用の熱電対を挿入し、制御点Ｗ（図１２）の温度が２６０℃となるようにヒーターを制御した。
温度測定の結果、Ｗ点で２６０℃、Ｘ点で２２９℃、Ｙ点で２６５℃、Ｚ点で２４２℃となった。ホットランナーノズル内の温度差としては４６℃となった。

また、表１に示す成形条件にて作成した樹脂成形品５０の重量ばらつきを変動係数により評価した。樹脂はポリブチレンテレフタレートを用いた。変動係数は標準偏差σと平均値ＡＶＥを用いて、σ／ＡＶＥ（％）で算出する。２０ショットの結果、σ＝０．１５ｇ、ＡＶＥ＝３．５３ｇとなり、変動係数は４．３％となった。

（実施例２）
実施例２では、ノズルＮ１およびカバー部材Ｃ２を備えるホットランナーノズルを用いて射出成形を行い、実施例１と同様の方法で温度制御を行い、各部の温度測定を行った。
温度測定の結果、Ｗ点で２６０℃、Ｘ点で２２４℃、Ｙ点で２６４℃、Ｚ点で２４０℃となった。ホットランナーノズル内の温度差としては４０℃となった。

また、表１に示す成形条件にて作成した樹脂成形品５０の重量ばらつきを変動係数により評価した。樹脂はポリブチレンテレフタレートを用いた。変動係数は標準偏差σと平均値ＡＶＥを用いて、３σ／ＡＶＥ（％）で算出する。２０ショットの結果、σ＝０．１３ｇ、ＡＶＥ＝３．４５ｇとなり、変動係数は３．７％となった。

（実施例３）
実施例３では、ノズルＮ１およびカバー部材Ｃ３を備えるホットランナーノズルを用いて射出成形を行い、実施例１と同様の方法で温度制御を行い、各部の温度測定を行った。
温度測定の結果、Ｗ点で２６０℃、Ｘ点で２２５℃、Ｙ点で２６１℃、Ｚ点で２３３℃となった。ホットランナーノズル内の温度差としては３６℃となった。

また、表１に示す成形条件にて作成した樹脂成形品５０の重量ばらつきを変動係数により評価した。樹脂はポリブチレンテレフタレートを用いた。変動係数は標準偏差σと平均値ＡＶＥを用いて、３σ／ＡＶＥ（％）で算出する。２０ショットの結果、σ＝０．１１ｇ、ＡＶＥ＝３．２２ｇとなり、変動係数は３．４％となった。

（実施例４）
実施例４では、ノズルＮ２およびカバー部材Ｃ１を備えるホットランナーノズルを用いて射出成形を行い、実施例１と同様の方法で温度制御を行い、各部の温度測定を行った。
温度測定の結果、Ｗ点で２６０℃、Ｘ点で２３１℃、Ｙ点で２６１℃、Ｚ点で２３３℃となった。ホットランナーノズル内の温度差としては３０℃となった。

また、表１に示す成形条件にて作成した樹脂成形品５０の重量ばらつきを変動係数により評価した。樹脂はポリブチレンテレフタレートを用いた。変動係数は標準偏差σと平均値ＡＶＥを用いて、３σ／ＡＶＥ（％）で算出する。２０ショットの結果、σ＝０．０９ｇ、ＡＶＥ＝３．３１ｇとなり、変動係数は２．７％となった。

（実施例５）
実施例５では、ノズルＮ２およびカバー部材Ｃ２を備えるホットランナーノズルを用いて射出成形を行い、実施例１と同様の方法で温度制御を行い、各部の温度測定を行った。
温度測定の結果、Ｗ点で２６０℃、Ｘ点で２３０℃、Ｙ点で２６１℃、Ｚ点で２３２℃となった。ホットランナーノズル内の温度差としては３１℃となった。

また、表１に示す成形条件にて作成した樹脂成形品５０の重量ばらつきを変動係数により評価した。樹脂はポリブチレンテレフタレートを用いた。変動係数は標準偏差σと平均値ＡＶＥを用いて、３σ／ＡＶＥ（％）で算出する。２０ショットの結果、σ＝０．１０ｇ、ＡＶＥ＝３．４０ｇとなり、変動係数は２．９％となった。

（実施例６）
実施例６では、ノズルＮ３およびカバー部材Ｃ２を備えるホットランナーノズルを用いて射出成形を行い、実施例１と同様の方法で温度制御を行い、各部の温度測定を行った。
温度測定の結果、Ｗ点で２６０℃、Ｘ点で２３１℃、Ｙ点で２６１℃、Ｚ点で２３４℃となった。ホットランナーノズル内の温度差としては３０℃となった。

また、表１に示す成形条件にて作成した樹脂成形品５０の重量ばらつきを変動係数により評価した。樹脂はポリブチレンテレフタレートを用いた。変動係数は標準偏差σと平均値ＡＶＥを用いて、３σ／ＡＶＥ（％）で算出する。２０ショットの結果、σ＝０．０８ｇ、ＡＶＥ＝３．４０ｇとなり、変動係数は２．７％となった。

（実施例７）
実施例７では、ノズルＮ３およびカバー部材Ｃ３を備えるホットランナーノズルを用いて射出成形を行い、実施例１と同様の方法で温度制御を行い、各部の温度測定を行った。
温度測定の結果、Ｗ点で２６０℃、Ｘ点で２３７℃、Ｙ点で２６０℃、Ｚ点で２３９℃となった。ホットランナーノズル内の温度差としては２３℃となった。

また、実施例１と同様に、重量ばらつきを評価した。樹脂はポリブチレンテレフタレートを用いた。２０ショットの結果、σ＝０．０８ｇ、ＡＶＥ＝３．５４ｇとなり、変動係数は２．３％となった。

（実施例８）
実施例８では、カバー部材Ｃ３について、数値解析による評価を行った。実施例３および実施例７では、図１０（ｂ）に示すように、カバー部材Ｃ３の外周部と内周部の部分嵌合部の位相θ３は６０度としたが、θ３を変化させたときの定常熱解析を実施した。ノズルＮ１を備えた射出成形金型を解析対象とし、熱伝導率は金型が５０Ｗ／ｍ・Ｋ、ホットランナーノズルが２０Ｗ／ｍ・Ｋ、水管の熱伝達係数が２００００Ｗ／ｍ２・Ｋ、ホットランナーノズルの制御点Ｗが２６０℃となるようにパラメータを調整した。

表２にθ３が０～６０度（１０度毎）での内外周部の部分嵌合部の表面温度の解析結果と温度差を示す。内外の部分嵌合部の温度差が大きいほど、ホットランナーノズルの温度低下抑制効果が大きいことを示している。

表２に示す通り、θ３が０度から３０度までは角度が大きくなるほど温度差が変化しているが、３０度～６０度の範囲では温度差は１００℃以上が達成されている。したがって、θ３が３０度以上で６０度以下の場合、ノズル温度が低下するのを抑制する効果が大きくなる。

（比較例１）
比較例１では、ノズルＮ１と図１１（ａ）、図１１（ｂ）に外形を示すカバー部材を備えるホットランナーノズルを用いて射出成形を行い、実施例１と同様の方法で温度制御を行い、各部の温度測定を行った。
比較例１に係るカバー部材は、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すように、ゲート側の内周部にゲート側嵌合部９０２が、マニホールド側の外周部に全周嵌合部９０１が、マニホールド側の内周部に全周嵌合部９０３が形成されている。

このうち、マニホールド側の全周嵌合部９０１と全周嵌合部９０３は、位置決め精度を高めるために軸方向の長さを比較的大きくする必要がある。すなわち、比較例のカバー部材は、実施例のカバー部材Ｃ１（あるいはカバー部材Ｃ３）の部分嵌合部３０１（あるいは部分嵌合部８０１）を備えていないため、全周嵌合部９０１の軸方向の長さを大きくして、金型との接触面積を大きくする必要がある。同様に、比較例のカバー部材は、実施例のカバー部材Ｃ２（あるいはカバー部材Ｃ３）の部分嵌合部４０３（あるいは部分嵌合部８０６）を備えていないため、全周嵌合部９０３の軸方向の長さを大きくして、ノズル本体との接触面積を大きくする必要がある。

比較例１について温度測定をした結果、Ｗ点で２６０℃、Ｘ点で２１８℃、Ｙ点で２８２℃、Ｚ点で２７４℃となった。ホットランナーノズル内の温度差としては７０℃となった。

また、比較例１について、実施例１と同様の方法で重量ばらつきを評価した。樹脂はポリブチレンテレフタレートを用いた。２０ショットの結果、σ＝０．３ｇ、ＡＶＥ＝３．６２ｇとなり、変動係数は８．３％となった。

（結果）
実施例１～７、比較例１の結果をまとめて表３に示す。

表３に示す通り、比較例１ではノズル内温度差および重量ばらつきが非常に大きいのに対し、実施例１のカバー部材を用いすることで、重量ばらつき、ノズル内温度差とも大幅に低減することが可能である。

また、実施例４と実施例５では、ノズル本体の全周を高熱伝導材のニッケルで覆う構造のノズルＮ２を用いることで、ヒーターの熱を効率的にノズル本体に伝熱できるため、ノズル内の温度差は低くなった。高硬度のステンレス製カバー部材と低硬度のニッケルで覆われたノズル本体外層部の硬度差により、ノズル本体の嵌合部に食い込み痕が発生する場合があったものの、機械剛性は担保されているため機能上の問題は無かった。

また、実施例６と実施例７では、カバー部材の嵌合部がノズルＮ３のリブ部と嵌合するが、両者はステンレス製で同硬度のため、食い込みは発生せず、ノズル内の温度差も小さかった。

成形物の重量ばらつきについては、ポリブチレンテレフタレートの場合には３％以下であることが望ましいため、ポリブチレンテレフタレートに対しては特に実施例６、実施例７が良好といえる。

各実施例は、比較例１よりもノズル内の温度差が小さいことがわかる。よって、本発明は、表１の成形条件のもとでポリブチレンテレフタレート樹脂を用いる場合に限らず、正常射出可能温度幅が狭い他のエンジニアリング・プラスチック系の樹脂の成形でも好適に実施することができる。また、汎用プラスチック樹脂を用いる場合でも、複数のホットランナーノズルを近接して配置する多数個取りの金型等において、本発明を適用すれば、重量ばらつきが小さな（形状の均一性が高い）成形物を量産することができる。エンジニアリング・プラスチック系樹脂を材料とする射出成形においては、例えば、ポリアセタールや変性ポリフェニレンエーテルなどの樹脂を用いることができる。また、汎用プラスチック樹脂を材料とする射出成形においては、例えば、ポリスチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン、ポリカーボネート－アクリロニトリル・ブタジエン・スチレンアロイなどの樹脂を用いることができる。成形条件は、材料に応じて適宜設定すればよく、例えば金型温度については３０～８０℃の範囲で調整すれば好適である。

［他の実施形態］
なお、本発明は、以上説明した実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
例えば、カバー部材の形状は、実施形態の説明で例示した形状に限られるわけではない。例えば、円筒形状やヒーターカバーと一体化した形状、ノズル本体に直接嵌合部の形状が付与されるものであってもよい。部分嵌合部の幅、軸方向の長さ等は、例示したものに限られるわけではない。また複数の部分嵌合部を設ける場合の数や配置は、例示したものに限られるわけではなく、軸方向に沿って見て線対称や点対称に配置してもよいし、非対称に配置してもよい。

本発明は、上述したホットランナーノズルを用いて金型のキャビティに溶融樹脂を射出する樹脂成形品の製造方法として好適に実施することが可能で、重量ばらつきの小さな樹脂成形品を量産することができる。

７・・・ゲートバルブピン／８・・・ノズル支持部材／２７・・・ヒーターカバー／２８・・・コイルヒーター／３２・・・射出ゲート／３３・・・流路／３６・・・カバー部材／３９・・・ホットランナーノズル本体／４０・・・ノズル外層部／３０１・・・部分嵌合部／３０２・・・環状嵌合部／３０３・・・谷部／３０４・・・ゲート側嵌合部／３０５・・・全周嵌合部／３９１・・・リブ／４０１・・・環状部分／４０２・・・ゲート側嵌合部／４０３・・・部分嵌合部／４０４・・・全周嵌合部

Claims (16)

1. 溶融樹脂の流路を規定するノズル本体と、前記ノズル本体の先端部の周囲に配されたカバー部材と、を有し、
   前記カバー部材は、外周の一部に配され金型と嵌合する第１嵌合部および／または内周の一部に配され前記ノズル本体と嵌合する第２嵌合部を有する、
   ことを特徴とするホットランナーノズル。
2. 前記第１嵌合部は、凸部を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のホットランナーノズル。
3. 前記第２嵌合部は、凸部を有する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のホットランナーノズル。
4. 前記凸部は、前記金型が有する凹部と嵌合する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のホットランナーノズル。
5. 前記ノズル本体は、前記第２嵌合部と嵌合する凹部を有する、
   ことを特徴とする請求項３に記載のホットランナーノズル。
6. 前記カバー部材の材料はステンレスである、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のホットランナーノズル。
7. 前記カバー部材は環状部を有し、
   前記環状部の内周は前記ノズル本体の外周に沿って前記ノズル本体と当接し、前記環状部の外周は前記金型と当接する、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のホットランナーノズル。
8. 前記環状部は、前記ノズル本体から射出されたが前記金型のキャビティに注入されなかった溶融樹脂が前記ノズル本体と前記金型の隙間から漏出するのを抑制する、
   ことを特徴とする請求項７に記載のホットランナーノズル。
9. 前記ノズル本体よりも熱伝導率が高い材料より成り、前記ノズル本体と一体化された外層部が、前記ノズル本体とヒーターの間に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のホットランナーノズル。
10. 前記外層部は、前記ノズル本体の外周を環状に取り囲んでいる、
    ことを特徴とする請求項９に記載のホットランナーノズル。
11. 前記外層部は、前記ノズル本体の外周の一部に設けられている、
    ことを特徴とする請求項９に記載のホットランナーノズル。
12. 前記ノズル本体の主成分はステンレスで、前記外層部の主成分はニッケル、銅、銅合金のいずれかである、
    ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のホットランナーノズル。
13. 前記第１嵌合部および前記第２嵌合部を有し、前記第１嵌合部と前記第２嵌合部とが前記ノズル本体の軸方向に沿って見たときに互いに重ならないように配置されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のホットランナーノズル。
14. 前記第１嵌合部と前記第２嵌合部は、前記ノズル本体の軸方向に沿って見たときに、３０度以上で６０度以下の範囲でずれて配置されている、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のホットランナーノズル。
15. 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のホットランナーノズルと、前記ノズル本体に溶融樹脂を供給する供給部とを備える、
    ことを特徴とする射出成形装置。
16. 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のホットランナーノズルを用いて前記金型のキャビティに溶融樹脂を射出する、
    ことを特徴とする樹脂成形品の製造方法。

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