(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱部の基部にフランジ部を備え、該円柱部の中心に位置するスプルーの周囲に冷却水路が形成されたスプルーブッシュ本体と、このスプルーブッシュ本体の樹脂流れの上流側である背面側に位置する樹脂の注入口を備えたフランジ板とを備え、これらの部材が摩擦圧接により接合一体化されたものであることを特徴とするスプルーブッシュ。
【請求項２】
スプルーブッシュ本体の樹脂流れの下流側である先端側に、端面に環状の冷却水路を備えたノズル部が、摩擦圧接により接合一体化されたものであることを特徴とする請求項１記載のスプルーブッシュ。
【請求項３】
スプルーブッシュ本体がその基部に円形のフランジ部を備え、該フランジ部と前記フランジ板の対向面にそれぞれ環状凹部が形成されたものであることを特徴とする請求項１記載のスプルーブッシュ。
【請求項４】
スプルーブッシュ本体の背面側に、隔壁が組み込まれていることを特徴とする請求項１記載のスプルーブッシュ。
【請求項５】
スプルーブッシュ本体の背面とフランジ板の前面との間に、摩擦圧接により生ずる余肉を収納する空間が形成されていることを特徴とする請求項１記載のスプルーブッシュ。
【請求項６】
円柱部の基部にフランジ部を備え、該円柱部の中心に位置するスプルーの周囲に冷却水路が形成されたスプルーブッシュ本体の樹脂流れの上流側である背面側に、樹脂の注入口を備えたフランジ板を摩擦圧接により接合することを特徴とするスプルーブッシュの製造方法。
【請求項７】
スプルーブッシュ本体の樹脂流れの下流側である先端側に、端面に環状の冷却水路を備えたノズル部を摩擦圧接により接合することを特徴とする請求項６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、溶融樹脂を射出成形用金型のキャビティ内に注入するために用いられるスプルーブッシュとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加熱によって溶融された樹脂を金型のキャビティ内に射出し、凝固させることによって製品を成形する射出成形法は、従来から広く用いられている。射出成形用金型は、製品部が形成されるキャビティ部のほかに、このキャビティ部に溶融樹脂を注入するためのスプルーブッシュと、スプルーブッシュの先端の射出口とキャビティ部とを連絡するランナーとを備えている。このような射出成形用金型はキャビティ部に充填された溶融樹脂が十分に固まった後に開かれ、成形品が取り出される。
【０００３】
一般的に、単位面積当たりの容積はスプルーやランナーの方がキャビティ部よりも大きい。このために製品部であるキャビティ部よりも流路であるスプルーやランナーの方が、溶融樹脂が固まるまでに必要な時間が長くなる。このため、キャビティ部の樹脂が凝固してもスプルーやランナーの樹脂が凝固するまでは金型を開くことができず、金型を開くタイミングが早すぎると未凝固の樹脂が糸を引いたり、未凝固の部分が変形したりして成形品の取り出しに問題を生ずる。このためスプルーやランナーの内部の樹脂が完全に凝固するまで金型を開くタイミングを遅らせる必要があり、その分だけ成形サイクルが長くなる。
【０００４】
そこで特許文献１に示されるように、冷却水路を備えたスプルーブッシュが提案されている。このスプルーブッシュによれば、溶融樹脂の射出後にスプルー内部を冷却することによってスプルー内の樹脂の凝固時間を短縮することが可能となる。しかしスプルーブッシュの内部にこのような複雑な冷却水路を機械加工法によって形成することは困難であるため、特許文献１ではレーザーを利用した粉末冶金法によって冷却水路を備えたスプルーブッシュを製造している。
【０００５】
ところが、粉末冶金法では鋼鉄のような強度のあるスプルーブッシュを製造することは困難である。一方、スプルーブッシュは射出成形機の射出口部が押し当てられる面を有しており、粉末冶金法で成形されたスプルーブッシュは繰り返して射出成形機の射出口部が押し当てられるとその部分が次第に磨耗し、ついにはスプルーブッシュ内部の冷却水が洩れる可能性がある。このようにスプルーブッシュの外面の洩れた冷却水がランナーやキャビティの内部に入り込むと、成形品の品質劣化を招くこととなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】再公表公報ＷＯ２００８/０３８６９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、スプルー内に充填された溶融樹脂を効率的に冷却することにより成形サイクルの短縮化が可能となり、しかも射出成形機の射出口部が繰り返し押し当てられても磨耗が生じにくい強度に優れたスプルーブッシュとそ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】
【０００８】
上記の課題を解決するためになされた本発明のスプルーブッシュは、円柱部の基部にフランジ部を備え、該円柱部の中心に位置するスプルーの周囲に冷却水路が形成されたスプルーブッシュ本体と、このスプルーブッシュ本体の樹脂流れの上流側である背面側に位置する樹脂の注入口を備えたフランジ板とを備え、これらの部材が摩擦圧接により接合一体化されたものであることを特徴とする。
【０００９】
なお請求項２のように、スプルーブッシュ本体の樹脂流れの下流側である先端側に、端面に環状の冷却水路を備えたノズル部が、摩擦圧接により接合一体化されたものとすることができる。また請求項３のように、スプルーブッシュ本体がその基部に円形のフランジ部を備え、該フランジ部と前記フランジ板の対向面にそれぞれ環状凹部が形成された構造とすることができる。また請求項４のように、スプルーブッシュ本体の背面側に、隔壁が組み込まれた構造とすることができる。また請求項５のように、スプルーブッシュ本体の背面とフランジ板の前面との間に、摩擦圧接により生ずる余肉を収納する空間が形成された構造とすることができる。
【００１０】
また上記の課題を解決するためになされた本発明のスプルーブッシュの製造方法は、円柱部の基部にフランジ部を備え、該円柱部の中心に位置するスプルーの周囲に冷却水路が形成されたスプルーブッシュ本体の樹脂流れの上流側である背面側に、樹脂の注入口を備えたフランジ板を摩擦圧接により接合することを特徴とするものである。なお請求項７のように、スプルーブッシュ本体の樹脂流れの下流側である先端側に、端面に環状の冷却水路を備えたノズル部を摩擦圧接により接合することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フランジ部を備えたスプルーブッシュ本体の背面側にフランジ板を摩擦圧接により接合するので、ステンレスや鉄鋼、銅合金などの強度の大きい金属素材を用いて、スプルーの周囲に冷却水路を備えたスプルーブッシュを製造することができる。本発明のスプルーブッシュは溶融樹脂の射出完了後に冷却水を通水することによってスプルー内部に充填された樹脂を急速に冷却することができ、糸引きやランナー部分の変形などのトラブルを回避しつつ成形サイクルを短縮化することができる。
【００１２】
また本発明のスプルーブッシュはステンレスや鉄鋼、銅合金などの強度の大きい金属素材で製造することができるので、射出成形機の射出口部が繰り返し押し当てられても磨耗が生じにくく、特殊溶融樹脂の成形にも使用することができる。しかも内部の冷却水が外部に洩れるおそれがないため、冷却水がランナーやキャビティの内部に入り込んで成形品の品質劣化を招くおそれもない。
【００１３】
なお、請求項２のようにスプルーブッシュ本体の先端側に、射出口を備えたノズル部が摩擦圧接により接合一体化された構造とすれば、冷却水路の形成がより簡単となる。また請求項３のように、スプルーブッシュ本体の背面側に、隔壁が組み込まれた構造とすれば、冷却水の外部への洩れをより確実に防止することができる。また請求項４のように、スプルーブッシュ本体の背面とフランジ板の前面との間に、摩擦圧接により生ずる余肉を収納する空間が形成された構造とすれば、内側方向の余肉はこの空間内部に収納したままでよく、外表面のみを後加工すればよいので製作コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のスプルーブッシュの実施形態を示す断面図である。
【図２】図１のＡ-Ａ断面図である。
【図３】本発明のスプルーブッシュの部品説明図である。
【図４】本発明のスプルーブッシュの使用状態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明のスプルーブッシュの実施形態を示す断面図、図２はその断面図、図３はその部品図、図４は使用状態の説明図である。以下に説明する実施形態では、各部品はステンレス、鉄鋼、銅合金などの強度に優れた金属素材からなるものである。
【００１６】
先ず図１により実施形態のスプルーブッシュの構造を説明すると、１はスプルーブッシュ本体、２はその背面（樹脂流れの上流側の面）に摩擦圧接により一体化されているフランジ板である。またこの実施形態では、スプルーブッシュ本体１の先端にノズル部３が同じく摩擦圧接により一体に接合されている。４はこれらの中心位置に形成されたスプルーであり、スプルー４の背面側の端部は射出成形機の射出口部が押し当てられる注入口５であり、先端側は金型内へ樹脂を射出する射出口６である。溶融樹脂の流路であるスプルー４は、各部品を摩擦圧接した後に加工することが好ましい。摩擦圧接法については後述する。
【００１７】
図１及び図３に示されるように、スプルーブッシュ本体１は円柱部７の基部に円形のフランジ部８を備えたものであり、円柱部７のスプルー４の両側位置にはスプルー４と平行に冷却水路９、１０が形成されている。これらの冷却水路９、１０の端部はフランジ部８において半径方向の溝１１、１２に達し、溝１１、１２の先端はフランジ部８の表面側に向かって直角に屈曲して冷却水注入孔１３と冷却水排出孔１４となっている。スプルーブッシュの内部にこのような折れ曲がった冷却水の流路を機械加工により形成することは困難であるが、本発明では図３に示されるように分解された部品であるスプルーブッシュ本体１に冷却水路９、１０と溝１１、１２を形成すればよいので、容易に機械加工可能である。
【００１８】
スプルーブッシュ本体１のフランジ部８の裏面には、円柱状突起１５とその周囲を取り巻く環状凹部１６が形成されている。またフランジ板２の上面にも、円柱状突起１７とその周囲を取り巻く環状凹部１８が形成されている。本発明ではこれらのスプルーブッシュ本体１のフランジ部８と、フランジ板２とを摩擦圧接により接合して一体化するのであるが、この実施形態では図３に示される穴明きの隔壁１９が組み込まれ、溝１１、１２の裏面を覆っている。隔壁１９の外径は環状凹部１６に嵌まり込む大きさとしておく。これらの環状凹部１６と環状凹部１８とは摩擦圧接により接合して一体化されると摩擦圧接により生ずる余肉を収納する空間２１を形成することとなり、隔壁１９はその天井面を構成することとなる。なお溶融樹脂の注入口５はフランジ板２の背面に形成されている。
【００１９】
またこの実施形態では、スプルーブッシュ本体１の先端側に、射出口６と冷却水路２０とを備えたノズル部３が摩擦圧接により接合一体化されている。冷却水路２０はノズル部３の端面に円形溝を形成したもので、冷却水路９、１０を先端部において相互に連通させる役割を持つものである。この冷却水路２０もノズル部３の端面を加工するだけでよいから、容易に機械加工することができる。
【００２０】
前記したように、本発明では摩擦圧接法によって各部品を相互に接合一体化する。摩擦圧接法は摩擦熱により部品の端面を軟化させた状態で接合対象となる他方の部品を押し付け、２部品を相互に接合する加工方法であり、それ自体は公知の技術である。通常は一方の部品を他方の部品に接触させながら回転させて摩擦熱を発生させ、組織が軟化した状態において回転を停止してアップセット加圧を加える。このため強固で水漏れのおそれのない接合が可能であるが、軟化した組織がアップセット加圧によって押し出されて余肉３０が発生することが避けられず、外周面については後工程で切削除去する必要がある。
【００２１】
しかし内部に空間がある部品を摩擦圧接すると、図１に示したように内部にも余肉３０が発生することが避けられない。しかしこの実施形態のように摩擦圧接により生ずる余肉３０を収納する空間２１を形成しておけば、支障は無い。なお、各部品に予めスプルー４を形成したうえで摩擦圧接を行うと、接合面において不可避的に生ずる余肉がスプルー４を閉塞する可能性があるため、スプルー４は摩擦圧接後に加工することが好ましいことは前述の通りである。
【００２２】
図４は本発明のスプルーブッシュの使用状態を説明する概念的な断面図である。４０は固定側型板、４１は可動側型板である。スプルーブッシュ本体１は固定側型板４０に形成された貫通孔４２に挿入され、溶融樹脂の注入時にはスプルーブッシュ本体１のフランジ部８の表面は固定側型板４０の表面に強力に押し付けられる。固定側型板４０の内部には冷却水供給路４３と冷却水排水路４４とが形成されて表面に開口しており、フランジ部８の表面の冷却水注入孔１３と冷却水排出孔１４とがこれらに密着して連通路が形成される。冷却水供給路４３への冷却水供給タイミングは例えば電磁弁によってコントルールされる。
【００２３】
図４の状態において、スプルーブッシュのフランジ板２の背面に形成された溶融樹脂の注入口５から溶融樹脂が注入され、スプルー４を通って先端の射出口６から金型のキャビティ内に充填されることは従来と同様である。しかし溶融樹脂の充填完了後に固定側型板４０の冷却水供給路４３からフランジ部８の表面に開口した冷却水注入孔１３に冷却水を供給すると、冷却水は半径方向の溝１１を経由してスプルーブッシュ本体１の冷却水路９を流れ、ノズル部３の冷却水路２０を経由してスプルーブッシュ本体１の冷却水路１０に入り、半径方向の溝１２から冷却水排出孔１４を通じて固定側型板４０の冷却水排水路４４から排水される。なおこの実施形態では隔壁１９を設けたことにより、冷却水が空間２１内に滞留することが防止される。
【００２４】
このように冷却水をスプルー４の周囲に流すことにより、スプルー４の内部に充填された溶融樹脂は迅速に固化する。このため樹脂注入後の冷却時間を従来よりも短縮しても、糸引きや変形が生じなくなり、成形品の品質も安定する。冷却のタイミングや冷却温度などは成形条件に応じて適宜設定することができる。
【００２５】
具体的な例を示すと、ポリカＡＢＳ樹脂により小型のカバー部品を２個取りで射出成形する４０トンの成形機に本発明のスプルーブッシュを採用し、金型設定温度を７０℃として成形テストを行った。従来型のスプルーブッシュを用いた場合には、８秒の冷却時間が必要であったが、本発明のスプルーブッシュを用いてスプルーを冷却することにより、冷却時間を５秒にまで短縮することができ、４０％の短縮ができた。
【００２６】
また本発明のスプルーブッシュは鋼鉄などの高硬度材料で製作することが可能であるから耐久性に優れ、射出口部が繰り返し押し当てられても磨耗が生じにくいことはもちろん、ガラスを含有する溶融樹脂の射出成形に用いても磨耗することがない。
【００２７】
なお、鋼材を摩擦圧接する場合の具体的な条件の一例を示すと、次の通りである。
摩擦圧・・・６０ＭＰａ
アプセット圧・・・１２０ＭＰａ
摩擦量・・・３ｍｍ
寄り代・・・５ｍｍ
回転・・・３０００ｒｐｍ
アプセット時間・・・５ｓｅｃ
【００２８】
以上に説明したように、本発明によればスプルー内に充填された溶融樹脂を効率的に冷却することにより成形サイクルの短縮化が可能となり、しかも磨耗が生じにくい耐久性に優れたスプルーブッシュを提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００２９】
１  スプルーブッシュ本体
２  フランジ板
３  ノズル部
４  スプルー
５  注入口
６  射出口
７  円柱部
８  フランジ部
９  冷却水路
１０  冷却水路
１１  半径方向の溝
１２  半径方向の溝
１３  冷却水注入孔
１４  冷却水排出孔
１５  円柱状突起
１６  環状凹部
１７  円柱状突起
１８  環状凹部
１９  隔壁
２０  冷却水路
２１  余肉を収納する空間
３０  余肉
４０  固定側型板
４１  可動側型板
４２  貫通孔
４３  冷却水供給路
４４  冷却水排水路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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