(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出キャビティの底面中央部の開口部に、ニードルバルブ内装のノズル部材の先端を嵌挿し、該底面中央部をフラットなノズル先端面により形成してノズル口をキャビティゲートに兼用し、開口内のノズル先端面とキャビティ底面との間に所要のクリアランスを設けて、常時冷却されている底型板と接したノズル先端部から射出キャビティに溶融樹脂の射出充填を行うとともに、充填中の溶融樹脂によるノズル先端部の熱膨張によりキャビティ底面まで伸長したノズル先端面をもって有底成形品の底面中央部を成形し、しかるのち上記ノズル口をニードルバルブのバルブ先端面によりノズル先端面と面一に閉塞して、底面中央にスプルの突出がない有底成形品を成形する一方、溶融樹脂の射出充填停止に伴うノズル先端部の温度低下による収縮により上記クリアランスを再形成することを特徴とするスプルレス成形法。
【請求項２】
射出キャビティの底面中央部を所要内径の開口部に形成した有底成形品の射出金型と、その開口部に適合する外径でノズル先端面がフラットに形成されたノズル先端を有し、ノズル先端面のノズル口を平らなバルブ先端面により面一に閉鎖する先端形状が円錐台形のニードルバルブを内装した射出用のノズル部材とからなり、そのノズル部材の先端部を冷却路を有する底型板に嵌め込んで上記ノズル先端をキャビティ底面の上記開口部に嵌挿し、その開口部内のノズル先端面をキャビティ底面に所要のクリアランスを設けて臨ませてノズル口をキャビティゲートに兼用するとともに、ノズル先端部の熱膨張によりキャビティ底面まで伸長した上記ノズル先端面をもって射出キャビティの底面中央部の成形面をフラットに補完する一方、溶融樹脂の射出充填停止に伴うノズル先端部の温度低下による収縮により上記クリアランスを再形成する構成よりなることを特徴とするスプルレス成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は底部にスプルが生じない有底の成形品を射出成形するスプルレス成形法及びその成形法に使用し得る金型に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
通常の射出成形により成形した有底の製品の底部中央には、スプルが突出している。このスプルは後処理により除去するようにしているが、材料樹脂によっては切断が困難なものもある。特にポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド等の材料樹脂では、固化したスプルの切断が容易ではなく、ポリエチレンやポリプロピレンのような軟質の材料樹脂のように簡単に切除することができない。
【０００３】
そこでゲート切断が出来るように金型を構成したり、或いは成形直後の柔らかなスプルを成形品の邪魔とならない程度に押し潰し、または切断したりなどして、成形品におけるスプルの障害を除くことが行われている。
【０００４】
スプルレス成形品の射出成形は、延長ノズルタイプ金型、ウエルタイプ金型、ピンポイントゲート等の採用により実施することができる。しかし延長ノズルタイプでは、加熱されたノズル先端面を、冷却された金型のキャビティゲートに接触させて射出充填を行う関係上、成形ごとにノズルタッチを繰り返し行って、金型への熱伝導の防止とノズル先端部の急冷による樹脂の固化防止とを行う必要がある。
【０００５】
このノズルタッチの繰り返しによる防止でも、長い成形サイクルでの使用ではゲートの樹脂が冷却により固化するので、その採用は成形サイクルの短い成形品の射出成形に限られ、またゲート付近の温度が下がり易いという点から、高温を要する樹脂の成形には、ブッシュを設けてノズルが直接キャビティゲートに接触するのを避けている。このため金型が複雑となり、またノズルタッチの繰り返しが可能な構造を有する金型に限定される。
【０００６】
ウエルタイプ金型は、樹脂溜り室を形成するブッシュにキャビティゲートを設け、このブッシュにノズル先端面をタッチさせて射出充填を行う関係上、ブッシュ内の溶融樹脂によりゲート付近の温度低下が防止されるが、ブッシュ内の溶融樹脂は加熱されていないので、ゲート付近の温度は時間の経過にともない低下する。このためポリエチレンやポリプロピレンのように温度に対して鈍感な樹脂の成形には適合するが、ポリカーボネートのような高温成形を要する樹脂の場合には、ブッシュにヒータを取付けて加熱し、そのブッシュ内にノズル先端を挿入してゲート付近の冷却を防止する必要がある。
【０００７】
ポリエチレンの成形に採用されているピンポイントゲートは、離型時にゲートに切断が生ずるように、ゲートをきわめて小断面積に形成していることからスプルが生じないが、成形サイクルが長いとゲート部分が固化し、またゲート断面積が極めて小さく制限された状態にあることから、ポリエチレン以外の樹脂の成形には課題を有する。
【０００８】
このように従来のスプルレス成形及び金型では、ゲート付近の冷却による樹脂の固化に課題を有し、その解決をブッシュや加熱手段の採用により行っているため、金型構造によっては採用が難しく、またいずれも長い成形サイクルには不向きなものとされている。
【０００９】
この発明は、上記従来のスプルレス成形及び金型の課題を解決するために考えられたものであって、その目的はブッシュや加熱手段を不要とし、また成形ごとにノズルタッチを繰返し行う必要もなく、成形サイクルの長短及び成形温度、材料樹脂にも制限を受けずに、底面がフラットなスプルレス成形品の射出成形が可能な新たな成形法及び金型を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的によるこの発明の成形法は、射出キャビティの底面中央部の開口部に、ニードルバルブ内装のノズル部材の先端を嵌挿し、該底面中央部をフラットなノズル先端面により形成してノズル口をキャビティゲートに兼用し、開口内のノズル先端面とキャビティ底面との間に所要のクリアランスを設けて、常時冷却されている底型板と接したノズル先端部から射出キャビティに溶融樹脂の射出充填を行うとともに、充填中の溶融樹脂によるノズル先端部の熱膨張によりキャビティ底面まで伸長したノズル先端面をもって有底成形品の底面中央部を成形し、しかるのち上記ノズル口をニードルバルブのバルブ先端面によりノズル先端面と面一に閉塞して、底面中央にスプルの突出がない有底成形品を成形する一方、溶融樹脂の射出充填停止に伴うノズル先端部の温度低下による収縮により上記クリアランスを再形成する、というものである。
【００１１】
また上記スプルレス成形法の実施を可能とするこの発明の金型は、射出キャビティの底面中央部を所要内径の開口部に形成した有底成形品の射出金型と、その開口部に適合する外径でノズル先端面がフラットに形成されたノズル先端を有し、ノズル先端面のノズル口を平らなバルブ先端面により面一に閉鎖する先端形状が円錐台形のニードルバルブを内装した射出用のノズル部材とからなり、そのノズル部材の先端部を冷却路を有する底型板に嵌め込んで上記ノズル先端をキャビティ底面の上記開口部に嵌挿し、その開口部内のノズル先端面をキャビティ底面に所要のクリアランスを設けて臨ませてノズル口をキャビティゲートに兼用するとともに、ノズル先端部の熱膨張によりキャビティ底面まで伸長した上記ノズル先端面をもって射出キャビティの底面中央部の成形面をフラットに補完する一方、溶融樹脂の射出充填停止に伴うノズル先端部の温度低下による収縮により上記クリアランスを再形成する構成よりなる、というものである。
【００１３】
この発明においては、ノズル先端面のクリアランスによるゲート兼用のノズル口の冷却防止と、射出充填時におけるノズル先端部の熱膨張による伸長と、ニードルバルブによるノズル口の閉鎖とにより、スプルレス成形品の射出成形をなし得るので、従来のスプルレス成形及び金型が必要とするゲート付近の冷却防止用のブッシュや加熱手段が不要となり、また成形ごとの機械的操作によるノズルタッチも不要となるので、スプルレス成形品の射出成形がこれまでよりも容易となり、長い成形サイクルでもキャビティゲートと化したノズル口付近の温度低下は生じないので、成形温度や材料樹脂にも制限を受けず、材料樹脂がポリエステル、ポリカーボネート、ＡＰＥＬなどの樹脂であっても底面形状の整ったスプルレス成形品を射出成形することができる。
【００１４】
金型構造についても、キャビティ底部の中央部に形成した開口部に、ホットランナ側のノズル部材のノズル先端を所要のクリアランスを設けて挿入位置させるだけでよく、しかもノズル口をニードルバルブにより面一に閉鎖してスプルの成形を防止するので、スプルレスとするためにノズル口を小さく形成したり、或いは離型時に切断できるようにノズル口を特殊な構造にする必要もなく、金型の主たる構造も大幅に変更されることはないので、従来構造との比較において金型構造が特に複雑となることもない。
【００１５】
また射出成形された成形品の底面にはスプルがないので、延伸ブロー成形のプリフォームの射出成形には極めて好適といえ、スプルの後処理なしにプリフォームを容器などの中空成形品に延伸プローできることから、成形サイクルの向上とロスの減少が図られ、特にホットパリソン方式では射出成形したスプルレスのプリフォームを直ちに容器などの中空成形品に成形することが出来るので、生産性が一段と増加する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図はこの発明の成形法の実施に使用し得る金型の１実施形態を示すもので、１は射出金型のキャビティ型、２はネック型、３はコア型、４は射出用のノズル部材、５はブロー金型である。
【００１７】
上記キャビティ型１は、中央部にキャビティ形成用の穴部を有する円筒形の本体１１と、その本体１１の底面に当接した底型板１２とから構成され、その底型板１２の上記穴部と重合する部位にキャビティ底部となる凹所が形成してある。また穴部周囲の本体内と凹所の周囲の底型板内には冷却路１３が設けてある。
【００１８】
上記コア型３は内部に冷却路１４を有し、型閉により本体１１の上端に当接した上記ネック型２を貫通して、上記穴部の開口から上記凹所まで挿入され、これによりキャビティ型１との間に有底のプリフォーム６を成形するキャビティ１５を形成する。
【００１９】
上記底型板１２の凹所による射出キャビティ１５の底面中央部は、図３に示すように、所要内径の開口部１６に形成されており、その開口部１６の外側の板面内には段階的に縮径して多段に形成した上記ノズル部材４の先端部の挿入穴１７が設けてある。
【００２０】
上記ノズル部材４は、部材端面から先端を部分的に突出してノズル先端面をフラットに形成した一般的にフラットノズルと称されている形状からなり、そのノズル先端４１は上記開口部１６と適合する外径に形成してある。
【００２１】
またノズル部材４は、内部にバルブ先端４２の端面を平らに形成した先端形状が円錐台形のニードルバルブ４３を軸方向に進退自在に備え、そのバルブ先端面がノズル先端面の通常の大きさのノズル口を、該ノズル先端面と設計上面一に閉鎖することができるように、ノズル部材内の樹脂路を先端部からノズル口まで順次縮径してバルブ先端部と同一角度の傾斜面に形成してある。
【００２２】
このようなノズル部材４は、射出金型の下側に位置するホットランナーブロック４４の上部に突設したノズルホルダー４５にねじ着して取付けられ、ホットランナーと樹脂路との連通により射出装置からの溶融樹脂を上記射出キャビティ１５に射出充填する。
【００２３】
また上記ニードルバルブ４３はホットランナーブロック４４を貫通して、図では省略したが、ブロック下側に取付けた油圧シリンダのピストンと連結し、該ピストンにより進退作動してノズル口の開閉を行う通常の構成からなる。
【００２４】
上記ホットランナーブロック４４の上側に突出したノズル部材４は、キャビティ型１の設置により外周囲にロレットを施した先端部が上記挿入穴１７に嵌り込んで射出金型の下側に収まる。この収まりによりノズル先端４１が上記射出キャビティ１５の底部中央の開口部１６に嵌挿されて、ノズル先端面がキャビティ底面に臨むようになる。なお、射出キャビティ数が多数の場合には、射出キャビティ数ごとにノズル部材４をホットランナーブロック４４に取付けて射出金型の下側に配設される。
【００２５】
上記ノズル先端４１の開口部１６への嵌挿は、ノズル先端部が射出充填中の溶融樹脂の温度により熱膨張するので、その熱膨張によるノズル先端の伸長分を見込んだクリアランス１８を設けて行う。このクリアランス１８の設定寸法は成形材料として用いられた樹脂の溶融温度により異なるが、成形材料がＡＰＥＬ（アペル）でプリフォーム６の寸法が、高さ４．５mm，外径１．５mmの場合、キャビティ底部の肉厚２．０mm，開口部１６の内径８．０mm、クリアランス１８は１．７mm程でよい。
【００２６】
このようにクリアランス１８を設けてノズル先端面を上記キャビティ底面に臨ませた状態では、ノズル口がキャビティゲートを兼ねるので、上記ニードルバルブ４３を後退させて溶融樹脂の射出充填を開始すると、ノズル先端４１はキャビティゲートと化したノズル口から溶融樹脂を射出キャビティ１５に射出充填しつつ熱膨張により、キャビティ底面とほぼ一致するところまで伸長する。この伸長によって、ノズル先端面は開口部１６であったキャビティ１５の底面中央部をフラットに補完して成形面を形成し、プリフォーム６の底面をフラットに成形する。
【００２７】
そして射出充填の完了と同時に上記ニードルバルブ４３を前進移動すると、バルブ先端４２はバルブ先端面がノズル先端面と面一となる所まで移動してノズル口を閉鎖し、ノズル口によるスプルの発生を防止する。これにより胴部３１よりも薄肉で底面中央にスプルの突出がないフラット面の底部３２を有するプリフォーム６が成形される。
【００２８】
またノズル口を閉鎖して溶融樹脂の射出充填を停止すると、挿入穴１７内のノズル先端部が常時冷却された底型板１２に接していることから、ロレットにより接触面積を減少してあっても、底型板１２によりノズル先端部の温度が低下して熱膨張が収まるようになる。この温度低下にともないノズル先端部が収縮して原に戻り、再び上記クリアランス１８が形成されるようになる。
【００２９】
原状に復したノズル先端部のノズル先端４１と開口部１６との重なりは、クリアランス１８の形成により図３に示すように僅か（０．３mm程度）となり、またノズル先端の内壁にはノズル部材内の溶融樹脂により常時加熱された上記ニードルバルブ４３のバルブ先端４２が当接されているので、ノズル先端４１の温度低下は生じ難く、次の射出充填を支障なく行えるようになる。
【００３０】
上述のように、底面中央部がノズル部材４のノズル先端面によりフラットに形成され、かつ底面中央がニードルバルブ４３のバルブ先端面によりノズル先端面と面一に閉塞されたノズル口によって、図５に示すようにスプルレスに成形されたプリフォーム６は、そのままの状態でブロー金型５により図６に示す薄肉の容器７に延伸ブロー成形することができる。
このプリフォーム６の延伸ブロー成形には、ホットパリソン方式とコールドパリソン方式の何れをも採用できる。
【００３１】
図２は、台座５３の上に移動自在に載置した一対の分割金型５１と、台座５３から金型底部間に上下動自在に設けた底型５２とからなるブロー金型５により、プリフォーム６を上記容器７に延伸ブロー成形する状態を示すものである。
【００３２】
射出成形されたプリフォーム６は、型開状態にある一対の分割金型５１の中央部に、ネック部分を上記ネック型２により保持して置かれ、分割金型５１の型閉により形成されたブローキャビティ５４の中央部にセットされる。またネック型２には延伸ロッド５６を挿通したブローコア５５が上方より嵌合され、これによりコア先端部５７がプリフォーム６の開口内に気密に収まるとともに、延伸ロッド５６の先端部がキャビティ中央部にセットされたプリフォーム６の内底面に位置する。
【００３３】
上記延伸ロッド５６によるプリフォーム６の軸方向延伸と、ブローコア５５からのブローエアによる半径方向への膨張延伸はほとんど同時に行われ、その両方によりプリフォーム６は、ブローキャビティ一杯に延伸されて胴部７１が薄肉で底面７２が上記底型５２に押し上げられた容器７となる。この底型５２による底面７２の成形は、プリフォーム６の底面中央にスプルによる突出がないので均等に行われ、僅かな押し上げ量でも底面周囲に環状の接地面が奇麗に生ずる。
【００３４】
なお、図示の底型５２のブローキャビティ５４に臨む型面はフラットに形成してあるが、型面は凸面でもよく、この場合には環状の接地面内を除く容器７の底面は凹曲面に形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明のスプルレス成形法により有底のプリフォームを成形した状態における射出金型の縦断面図である。
【図２】  同じくスプルレス成形法により成形したプリフォームを容器に延伸吹込成形する状態を示すブロー金型の縦断面図である。
【図３】  プリフォーム成形前の射出金型のノズル先端位置を示す要部縦断面図である。
【図４】  プリフォーム成形中の射出金型のノズル先端位置を示す要部縦断面図である。
【図５】  この発明のスプルレス成形法により成形したプリフォームの縦断面正面図である。
【図６】  同上のプリフォームを延伸ブローして成形した容器の縦断正面図である。
【符号の説明】
１    キャビティ型
２    ネック型
３    コア型
４    ノズル部材
５    ブロー金型
６    プリフォーム
７    容器
１１    キャビティ型の本体
１２    底型板
１５    射出キャビティ
１６    開口部
１７    挿入穴
１８    クリアランス
４１    ノズル先端
４２    バルブ先端
４３    ニードルバルブ
５１    分割金型
５２    底型
５４    ブローキャビティ
５５    ブローコア
７１    容器の胴部
７２    容器の底部
【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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