(57)【要約】【課題】信頼性が高く冷却性能に優れるスプルーブッシュ及びその製造方法を提供する。【解決手段】中心部にスプルー孔１５が穿設された円柱部５の内部に、前記スプルー孔１５を囲むように内部を冷却媒体が流通するスパイラル状冷却路１９、２１が設けられている。このようなスプルーブッシュ１は、冷却路１１のスライスデータに基づき、複数の金属板にそれぞれ冷却路を形成する溝を加工し、溝加工された金属板を所定の順番に積層し、積層した金属板を拡散接合し、拡散接合により得られた金属ブロックを形状加工することで得ることができる。このとき金属板の厚さを、溝加工の一部として金属板に対し直交する貫通孔を穿設可能な厚さとすることで、段差のない滑らかなスパイラル状冷却路１９、２１とすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部にスプルー孔が穿設された円柱部の内部に、前記スプルー孔を囲むように内部を冷却媒体が流通するスパイラル状の冷却路が設けられていることを特徴とするスプルーブッシュ。
【請求項２】
冷却路のスライスデータに基づき、複数の金属板にそれぞれ冷却路を形成する溝を加工する溝加工工程と、
前記溝加工工程で得られる金属板を所定の順番に積層する積層工程と、
前記積層工程で得られる金属板を拡散接合し、金属ブロックを得る接合工程と、
前記接合工程で得られる金属ブロックを加工し、スプルーブッシュを得る形状加工工程と、を含み、
前記金属板の厚さＴは、式（１）を満足する厚さであることを特徴とするスプルーブッシュの製造方法。
Ｔ＜Ｌ／ｃｏｓθ・・・（１）
ここで、Ｌ：冷却路の直径（ｍｍ）  θ：冷却路の傾斜角度（°）
【請求項３】
前記溝加工工程において、金属板の表面及び裏面の両面から溝加工を行うことを特徴とする請求項２に記載のスプルーブッシュの製造方法。
【請求項４】
複数個のスプルーブッシュを製造するスプルーブッシュの製造方法であって、
前記溝加工工程において、一枚の金属板に複数個のスプルーブッシュの溝を加工し、
前記接合工程後、形状加工前に、接合工程で得られる金属ブロックを複数個のブロックに切断し、
得られたブロックを各々形状加工し、複数個のスプルーブッシュを製造することを特徴とする請求項２又は３に記載のスプルーブッシュの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スプルーブッシュ及びスプルーブッシュの製造方法に関し、特にスプルー孔が穿設された円柱部に冷却路を有するスプルーブッシュ及びスプルーブッシュの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金型を用いて樹脂成形品を製造する場合、生産性向上の点から成形時間の短縮が求められている。成形時間の短縮方法としては、例えば金型のキャビティ空間に溶融樹脂を充填し、冷却後に型開きを行ない、樹脂成形品を製造する射出成形等においては、樹脂が充填されるキャビティ空間を形成する金型の成形面近傍に冷却水路を設け、冷却速度を高める方法がある。この冷却水路は、キャビティ空間を形成する金型の成形面近傍に設けることが効果的であり、これまで多くの技術が提案されている。また射出成形等においては、射出装置から射出される溶融樹脂を金型に導くスプルーの冷却も、成形時間の短縮には重要である。
【０００３】
スプルーを冷却する方法として、金型と同様にスプルーブッシュに冷却水路を設ける方法がある。例えば、従来のスプルーブッシュにおいては、スプルーの全周囲に筒状の冷却路を形成していため、冷却水が流れ難く樹脂を有効に冷却できないとし、スプルーブッシュに螺旋状の温度調節路を設ける技術が提案されている（例えば特許文献１，特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２２０６３３号公報
【特許文献２】特開２００３−２４５９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のスプルーブッシュは、外壁面に溝が形成されたブッシュ本体に、ブッシュ本体を覆うように外筒体が挿通され形成されている。外筒体には孔が穿設され、この孔は、ブッシュ本体の外壁面に形成された溝に連通する。外筒体には一端内側にフランジ部が設けられており、このフランジ部がブッシュ本体の一端外周部にロウ付け又は拡散接合により固着されている。同様に外筒体の他端部は、ブッシュ本体の他端段差部にロウ付け又は拡散接合により固着されている。この方法によれば、冷却水がブッシュ本体と外筒体との接合部から外部に漏洩することはないと考えられるけれども、外筒体の内壁面と溝が形成されたブッシュ本体の外壁面とが接合されていないので、外筒体の内壁面と溝が形成されたブッシュ本体の外壁面との隙間を冷却水が流れ、溝を流れる冷却水が不十分となる恐れがある。
【０００６】
特許文献２に記載のスプルーブッシュは、ブッシュ本体の外周面には内筒体と外筒体とで形成される密閉空間部が設けられており、この密閉空間内には、内筒体に接するように軸方向に螺旋状に形成されたパイプが設けられている。このパイプは一端が、スプルーブッシュの頭部近傍に位置し、ここから冷却水を受入れ、軸方向に螺旋状に設けられたパイプ内を流下する。パイプ内を流下した冷却水は、密閉空間の端部に開放され、開放された冷却水は、密閉空間内をスプルーブッシュの頭部方向に上昇し排出される。このような構造からなるスプルーブッシュは、スプルー孔から半径方向に見ると、ブッシュ本体の壁面、密閉空間部を形成する内筒体、パイプ、パイプ内の流通する冷却水、密閉空間部を流通する冷却水及び密閉空間部を形成する外筒体が位置する。冷却源であるパイプ内を流通する冷却水とスプルーとの間には、多くの部材が介在するため、これらの部材の熱伝導度さらには部材間の境膜伝熱係数を考えれば、必ずしも伝熱係数は高いとは言えない。
【０００７】
上記のように螺旋状の冷却水路を備えるスプルーブッシュはいくつか提案されているけれども、信頼性、冷却性能が十分に高いとは言えない。
【０００８】
本発明の目的は、信頼性が高く冷却性能に優れるスプルーブッシュ及びその製造方法を提供することである。また信頼性が高く冷却性能に優れるスプルーブッシュを安価に製造可能なスプルーブッシュの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の本発明は、中心部にスプルー孔が穿設された円柱部の内部に、前記スプルー孔を囲むように内部を冷却媒体が流通するスパイラル状の冷却路が設けられていることを特徴とするスプルーブッシュである。
【００１０】
請求項２に記載の本発明は、冷却路のスライスデータに基づき、複数の金属板にそれぞれ冷却路を形成する溝を加工する溝加工工程と、前記溝加工工程で得られる金属板を所定の順番に積層する積層工程と、前記積層工程で得られる金属板を拡散接合し、金属ブロックを得る接合工程と、前記接合工程で得られる金属ブロックを加工し、スプルーブッシュを得る形状加工工程と、を含み、前記金属板の厚さＴは、式（１）を満足する厚さであることを特徴とするスプルーブッシュの製造方法である。
Ｔ＜Ｌ／ｃｏｓθ・・・（１）
ここで、Ｌ：冷却路の直径（ｍｍ）  θ：冷却路の傾斜角度（°）
【００１１】
請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載のスプルーブッシュの製造方法において、前記溝加工工程において、金属板の表面及び裏面の両面から溝加工を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の本発明は、請求項２又は３に記載のスプルーブッシュの製造方法において、複数個のスプルーブッシュを製造するスプルーブッシュの製造方法であって、前記溝加工工程において、一枚の金属板に複数個のスプルーブッシュの溝を加工し、前記接合工程後、形状加工前に、接合工程で得られる金属ブロックを複数個のブロックに切断し、得られたブロックを各々形状加工し、複数個のスプルーブッシュを製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るスプルーブッシュは、中心部にスプルー孔が穿設された円柱部の内部に、スプルー孔を囲むように内部を冷却媒体が流通するスパイラル状の冷却路が設けられているので、冷却路を流れる冷却媒体と円柱部を形成する部材とが直接接触するため、伝熱係数が高く、冷却性能に優れる。またスパイラル状の冷却路が、円柱部の内部に直接、形成されているので、冷却媒体の漏洩、ショートパスもなく信頼性が高い。また冷却路がスパイラル状に形成されているので、伝熱面積も大きく冷却性能に優れ、さらに圧力損失が小さい。
【００１４】
本発明に係るスプルーブッシュの製造方法は、複数枚の金属板に冷却路を形成する溝を加工した後、これらを積層、拡散接合し、最後に形状加工するので、スプルー孔が穿設された円柱部の内部に、スプルー孔を囲むスパイラル状の冷却路を有するスプルーブッシュを得ることができる。特に拡散接合時の各金属板は、部分的に溝は加工されているものの、大略的には、平らな金属板であるので、拡散接合で得られる接合体の接合強度を十分に高めることができる。これにより水漏れ、ショートパスのないスパイラル状の冷却路を確実に形成することができる。また、金属板を所定の厚さとすることで、溝加工が容易であり、段差のないスムーズなスパイラル状の冷却路を得ることができる。
【００１５】
また本発明によれば、金属板は所定の厚さを有するので、溝加工工程において、溝加工の一部として金属板に対し直交する貫通孔を穿設可能であり、金属板の表面及び裏面の両面から溝加工を行うことができるので、比較的厚い金属板も使用可能であり、この場合であっても段差のないスムーズなスパイラル状の冷却路を得ることができる。
【００１６】
また本発明によれば、同時に複数個のスプルーブッシュを得ることができるので、効率的であると同時に製造コストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態としてのスプルーブッシュ１を示す図であり、（ａ）は外観を示す斜視図、（ｂ）はブッシュ部５に設けられた冷却路１１を模式的に示す図である。
【図２】図１のスプルーブッシュ１の製造手順を示すフローチャートである。
【図３】図１のスプルーブッシュ１の冷却路１１の製造要領を説明するための図である。
【図４】図３中の金属板３１ｅの平面図である。
【図５】図３中の金属板３１ｅの斜視図である。
【図６】図６（ａ）は、図４中の一点鎖線で切断した平面図、図６（ｂ）は、図４中の一点鎖線で切断した斜視図である。
【図７】図１のスプルーブッシュ１のスパイラル状冷却路１９を平面展開した図であり、金属板３１の厚さと貫通孔との関係を説明するための図である。
【図８】本発明のスプルーブッシュ１を同時に４個製造する要領を説明するための図であって、一枚の金属板３７に４個のスプルーブッシュ１ａ〜１ｄの冷却路１１の一部を形成する溝３５ａ〜３５ｄ、３６ａ〜３６ｄを加工した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の第１実施形態としてのスプルーブッシュ１を示す図であり、（ａ）は外観を示す斜視図、（ｂ）はブッシュ部５に設けられた冷却路１１を模式的に示す図である。
【００１９】
スプルーブッシュ１は、射出成形用金型などで使用される部材であり、ゲート部３とゲート部３の下部に位置するブッシュ部５とからなる。ゲート部３は、厚さの厚いブロック形状からなる部材であり、中心部にノズル（図示省略）が接続するノズルタッチ部７が設けられ、両サイドには、スプルーブッシュ１を金型に固定するためのボルト穴９ａ、９ｂ
が設けられている。またブッシュ部５に設けられた冷却路１１と接続し、冷却路１１に冷却水などの冷却媒体を供給する冷却媒体供給口１３、冷却路１１からの冷却媒体を排出する冷却媒体排出口１５が設けられている。
【００２０】
ブッシュ部５は、円柱状の形状を有しゲート部３と一体的に形成されている。ブッシュ部５の中心部には、溶融樹脂が流れるスプルー孔１５が穿設されている。また、ブッシュ部５の内部には、スプルー孔１５を囲むように図２に示す冷却路１１が設けられている。冷却路１１は、内部に冷却媒体を流し、スプルーブッシュ１を冷却するためのものであって、スパイラル形状を有している。この冷却路１１は、ブッシュ部５に直接設けられている。冷却路１１の形成要領につては、後述する。
【００２１】
冷却路１１は、冷却媒体を導入する冷却媒体供給口１３と接続する冷却媒体導入路１７、二つのスパイラル状冷却路１９、２１、二つのスパイラル状冷却路１９、２１を連絡する連絡路２３及び冷却媒体を排出する冷却媒体排出路２５を有する。二つのスパイラル状冷却路１９、２１は各々１ピッチである。冷却媒体導入路１７と冷却媒体排出路２５とはスプルー孔１５を挟み、スプルー孔１５を通る直線状に配置されている。一端を冷却媒体導入路１７に接続するスパイラル状冷却路２１、一端を冷却媒体排出路２５に接続するスパイラル状冷却路１９は、各々の他端部が平面視（横断面）において１８０°異なる位置にあり、これらは連絡管２３で接続されている。連絡管２３がスプルー孔１５に接触しない位置に設けられていることは言うまでもない。
【００２２】
図２は、図１のスプルーブッシュ１の製造手順を示すフローチャートである。図３から図６は、図１のスプルーブッシュ１のブッシュ部５に設けられた冷却路１１の製造要領を示す説明するための図であり、図３は、冷却路１１を形成する溝加工が施された複数の金属板３１を積層した状態を模式的に示す図である。また、図４及び図５は、溝加工が施された一枚の金属板３１ｅの平面図、斜視図である。図６は、図４中の一点鎖線で切断した（ａ）平面図及び（ｂ）斜視図である。
【００２３】
スプルーブッシュ１は、大略的にはスプルーブッシュ１のスライスデータを作成し（ステップＳ１）、これに基づき複数の金属板にそれぞれ冷却路を形成する溝を加工し（ステップＳ２）、溝を加工した金属板の表裏面を研磨し（ステップＳ３）、所定の順番に積層し（ステップＳ４）、積層した金属板を拡散接合し（ステップＳ５）、拡散接合後の金属ブロックを形状加工し（ステップＳ６）製造する。以下各手順を詳細に説明する。
【００２４】
まずステップＳ１では、スプルーブッシュ１の外形形状、冷却路１１の形状の３次元ＣＡＤデータを基にスライスデータの作成を行う。スライスデータの作成は予めスライスデータを作成するためのプログラムをインストールしたコンピュータを用いて行う。コンピュータはインストールされたプログラムに従い、入力された３次元ＣＡＤデータから金属体３１の厚さを決定し、各金属体３１毎のスライスデータを作成する。スライスデータは、スプルーブッシュ１の外形形状、冷却路１１及び金属板３１を積層するときの位置決め用の基準穴（図示を省略）などである。なお、後述のステップＳ５の拡散接合において、金属板３１の厚さが減少することが予想されるときは、この点を予め考慮し、各金属板３１毎のスライスデータを作成することが好ましい。
【００２５】
金属板３１（３１ａ〜３１ｈ）の厚さは、冷却路１１の形状に基づき決定する。基本的に冷却路１１の形状が単純で、複数の金属板に分割して加工する必要のない部分に該当する金属板は厚さを厚くし、冷却路１１の形状が単純ではない部分に該当する金属板は、形状を正確に形成するため比較的厚さの薄い金属板を使用する。冷却媒体導入路１７及び冷却媒体排出路２５は直線状の形状であるので、この部分は一枚の金属板３１ａとする。これにより加工時間が短縮される。但し、金属板の規格、入手の容易性、価格を考慮し、複数枚の金属板としてもよい。
【００２６】
一方、スパイラル状冷却路１９、２１及び連絡路２３は形状が曲線的であり、単純形状ではないので、比較的薄い金属板３１ｂ〜３１ｈを使用する。これにより段差のない滑らかなスパイラル水路を形成することができる。このとき、次の点に注意して板厚を決定する必要がある。金属板３１は次工程で、冷却路１１を形成する溝３３、３４が加工される。スパイラル状冷却路１９、２１を形成する溝３３、３４を段差なく滑らかに形成するためには、一枚の金属板３１毎に表と裏から加工する必要がある。このとき金属板３１に直交する貫通孔を穿設できないと、機械加工で溝を加工することができない。このため金属板３１は、溝加工のために必要な、金属板３１に直交する貫通孔を穿設できる厚さである必要がある。
【００２７】
図７は、スパイラル状冷却路１９を平面展開した図であり、金属板３１の厚さと貫通孔との関係を説明するための図である。図７の横軸は、スパイラル状冷却路１９の円周方向の長さ、縦軸はスパイラル状水路１９の高さを表す。図７では、３種類の金属板を選択する例である。ここでスパイラル状水路１９の直径（内径）をＬ、スパイラル状水路１９を平面展開したときの傾斜角度をθとする。
【００２８】
厚さｔ１の金属板を選択すると、ａ１ｂ１ｃ１ｄ１で囲まれた領域を機械加工で切削する必要ある。この金属板を平面視すると、ｂ１ｂ２ｄ１ｄ２に囲まれた孔が見える。同様に厚さｔ２の金属板を選択するとｅ１ｆ１ｇ１ｈ１で囲まれた領域を機械加工で切削する必要ある。この金属板を平面視すると、ｆ１ｆ２ｈ１ｈ２に囲まれた孔が見える。一方、厚さｔ３の金属板を選択するとｉ１ｊ１ｋ１ｌ１で囲まれた領域を機械加工で切削する必要ある。この金属板を平面視しても貫通する孔は見えない。このような関係は、金属板の厚さをＴとしたとき、式（１）で表される。
Ｔ＜Ｌ／ｃｏｓθ・・・（１）
ここで、Ｌ：冷却路の直径（ｍｍ）  θ：冷却路の傾斜角度（°）
式（１）を満足する金属板ならば、溝加工のための貫通孔を穿設可能であり、このような厚さの金属板を選定し、金属板の規格、入手の容易性、価格、加工精度、加工時間を考慮し板厚さを決定すればよい。板厚さが薄いほど加工精度が高くなるけれども、加工枚数が増えるので加工時間が長くなる。
【００２９】
使用する金属板３１には、ＳＫ材、ＳＫＳ材、ＳＫＤ材、工具鋼、ステンレス鋼など金型の製造に使用される金属材料を使用することができる。これらは要求される強度等に応じて適宜選択すればよい。
【００３０】
ステップＳ２では、各金属板３１に冷却路１１を形成する溝加工及び積層のための位置決め用の基準穴（図示省略）の加工を行う。加工は、ステップＳ１で得られたスライスデータに基づき、公知のＣＡＤ／ＣＡＭとマシニングセンタ、ＮＣ工作機械又はＣＮＣ工作機械を使用することで容易に行うことができる。なお、ステップＳ２では、スプルーブッシュ１の外形及びスプルー孔１５の加工は行わない。
【００３１】
ステップＳ３では、ステップＳ２で得られる溝加工等の終了した各金属板３１の接合面、具体的には各金属板３１の表面と裏面の両方を研磨する。この研磨は、後工程である各金属板３１を拡散接合するときの接合強度の向上等を目的に行なうものであり、公知の研磨装置、研磨方法により行うことができる。研磨の程度としては、中心線平均粗さＲａが１．０μｍ以下となることが金属板３１同士の密着度、接合強度の向上の点から好ましい。
【００３２】
次にステップＳ４で金属板３１を所定の順番に積層する。金属板３１には、位置決め用の基準穴（図示省略）が穿設されているので、基準ピン（図示省略）を使用することで正確な位置決めを行うことができる。
【００３３】
積層が終了した金属板３１は、ステップＳ５で接合を行う。接合は拡散接合で行なう。拡散接合要領は次の通りである。金属板３１間の結合力が弱いと、冷却路１１から冷却媒体が漏洩するので、金属板３１の接合には、接合力の強い拡散接合を用いる。拡散接合は、金属板３１同士を密着させ接合面に生じる原子の拡散を利用して接合する方法であり、常法に従い、積層した金属板３１の積層体を加熱炉内に設置し、積層体に荷重を加え、さらに積層体を加熱することで行なうことができる。
【００３４】
一般的に拡散接合を行なうに際し、接合面の材質が異なる場合、接合強度を高めるために接合面間にインサート材を挿入し拡散接合を行う場合がある。インサート材は接合面間の接合強度を高めるためには効果的であるが、本実施形態のように冷却路１１を形成する溝３３、３４がある場合、溝３３、３４にインサート材が入り込み、流路を塞ぐ恐れがある。このため特に小さい冷却路１１を有する金属板３１の接合には、同じ材質の金属板３１を用い、インサート材を使用しないで拡散接合することが好ましい。
【００３５】
拡散接合時に、積層した金属板３１の外壁面全体を囲むように、金属板３１の外壁面と所定の隙間を有した状態で、別の金属板を配置し、これらを加熱炉内に設置し、加熱炉内を真空とし、加熱しながらプレス装置を用いて積層した金属板３１にのみ鉛直方向（積層方向）に荷重を加え、積層した金属板３１を加圧することが好ましい。このように金属板３１の外周全体を拘束した状態で拡散接合を行なうことで、加圧圧力も低く抑えることが可能で、かつ積層した金属板３１の水平方向の変形量が拘束されているので拡散接合時の積層した金属板３１の変形を抑制することができる。この結果、拡散接合後の金属ブロック中の冷却路１１等の位置が接合前の状態と殆ど変わらず、これらを形状加工した後の金型において冷却炉１１を所定の位置に高精度に配置することができる。
【００３６】
次工程ではステップＳ５で得られた金属ブロックを形状加工しスプルーブッシュとして仕上げる（ステップＳ６）。形状加工は、一般的な樹脂成形用金型と同様に、公知のＣＡＤ／ＣＡＭとマシニングセンタ、ＮＣ工作機械又はＣＮＣ工作機械を使用することで容易にかつ精度よく加工することができる。
【００３７】
上記の通り、本実施形態に示すスプルーブッシュ１は、冷却路１１が直接、ブッシュ部５に設けられているので伝熱係数が高く、冷却性能に優れる。また冷却路１１がスパイラル状に形成されているので、伝熱面積も大きく冷却性能に優れ、さらに圧力損失が小さい。またスパイラル状の冷却路１１は、デッドスペースがなく水垢が溜まりにくい。さらに冷却路１１を形成する溝を加工した金属板３１を拡散接合し、冷却路１１を形成するので、水漏れ、ショートパスのないスパイラル状冷却路１９、２１を確実に形成することができる。
【００３８】
また上記スプルーブッシュ１の製法要領において、同時に複数個のスプルーブッシュ１を製造することができる。図８は、同時に４個のスプルーブッシュ１ａ〜１ｄを製造する要領を説明するための図であって、一枚の金属板３７に４個のスプルーブッシュ１ａ〜１ｄの冷却路１１の一部を形成する溝３５ａ〜３５ｄ、３６ａ〜３６ｄを加工した状態を示す。１個のスプルーブッシュ１を製造する場合と同様に、複数枚の金属板に４個のスプルーブッシュ１ａ〜１ｄの冷却路１１の一部を形成する溝を加工した後、積層、拡散接合し金属ブロックを得る。その後、その金属ブロックをワイヤーカット放電加工にて４個に分割し、４個のブロックを得る。各金属ブロックを形状加工しスプルーブッシュ１ａ〜１ｄを得る。これにより複数個のスプルーブッシュ１ａ〜１ｄを簡単かつ効率的に製造することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  スプルーブッシュ
３  ゲート部
５  ブッシュ部
７  ノズルタッチ部
９ａ、９ｂ  ボルト穴
１１  冷却路
１３  冷却媒体供給口
１５  冷却媒体排出口
１７  冷却媒体導入路
１９  スパイラル状冷却路
２１  スパイラル状冷却路
２３  連絡路
２５  冷却媒体排出路
３１  金属板
３３  溝
３４  溝
３５  溝
３６  溝
３７  金属板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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