(57)【要約】  バルブステム及びバルブゲートを有する成形システムにおける成形品の品質を高める方法及び装置。バルブステムは、バルブゲートが完全に開いている完全に後退した位置から、バルブゲートが完全に閉じている完全な前方位置に、また、バルブゲートが閉じたままであるが当該バルブステムがバルブゲートから移動することで当該バルブステムを介してのバルブゲート領域への伝熱が最小となる中間位置に移動可能である。
2008520457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル本体と、ノズルチップと、バルブステムとを有し、金型キャビティと連通する金型またはゲートインサートの射出オリフィスと連通する内部流路を有する射出ノズルを含むホットランナシステムにおける射出成形のための改良された方法であって、前記バルブステムは、前記流路を開放及び遮断するように前記オリフィス内で往復移動可能とされており、該改良された方法は、
前記バルブステムを前記オリフィス内からかつ前記流路の遮断から後退させて、前記金型キャビティに溶融材料を流すことを可能にして該キャビティを充填することと、
前記キャビティが充填されると前記流路及び前記オリフィスを遮断するように前記バルブステムを前記オリフィスに移動させることと、
前記流路の遮断状態を維持しつつ、かつ前記溶融材料を前記キャビティ内で冷却させながら、前記バルブステムを前記金型またはゲートインサートの前記オリフィスから引き戻すこととを含む、方法。
【請求項２】
溶融材料を金型キャビティに射出成形するための射出ノズルであって、
金型キャビティと、
ノズル本体と、ノズルチップと、内部に中間流路とを有し、該流路は、金型キャビティに溶融材料を搬送するために、該金型キャビティと連通する金型またはゲートインサートの射出オリフィスと連通している、射出ノズルと、
前記ノズルの前記流路内に取り付けられるバルブステムと、
前記金型キャビティへの前記溶融材料の流れを可能にする位置である、前記射出オリフィスから後退した開放位置と、前記射出オリフィス及び前記流路を遮断して前記金型キャビティへの前記溶融材料の流れを遮断する位置である、完全閉鎖位置との間で、前記バルブステムを移動させる移動手段と、
前記流路を遮断し続けて前記溶融材料の流れを妨げ、かつ前記ゲートインサート又は金型の前記射出オリフィスから該バルブステムの位置が変位している中間位置に前記バルブステムを後退させるように動作可能な後退手段とを備える、射出ノズル。
【請求項３】
前記バルブステムを前記完全閉鎖位置に移動させる際に、該バルブステムを移動させる前記移動手段によって前記後退手段が圧縮可能であり、前記バルブステムが前記完全閉鎖位置に達した後で前記後退手段が圧縮解除位置に後退して、前記バルブステムを前記ゲートインサート又は金型の前記射出オリフィスから後退させる、請求項２に記載の射出ノズル。
【請求項４】
前記後退手段は皿ばねである、請求項２に記載の射出ノズル。
【請求項５】
前記後退手段は空圧作動位置決め装置である、請求項２に記載の射出ノズル。
【請求項６】
前記バルブステムを移動させる前記移動手段及び前記後退手段は、単一の空圧作動位置決め装置を含み、該単一の空圧作動位置決め装置は前記バルブステムを前記開放位置、前記遮断位置、及び、遮断しかつ前記ゲートインサート又は金型の前記射出オリフィスから変位した位置の各々に位置決めすることができる、請求項２に記載の射出ノズル。
【請求項７】
前記バルブステムを移動させる前記移動手段は、空気圧駆動式ピストンであり、前記皿ばねは、前記ピストンによって圧縮されたときに該ピストンのシリンダの凹部内に封じ込められる、請求項４に記載の射出ノズル。
【請求項８】
前記皿ばねはベルビルワッシャである、請求項４又は７に記載の射出ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、射出成形システム用の改良型バルブゲートに関し、より詳細には、限定するものではないが、本発明は、成形作業の効率を高めるようにバルブゲートにおけるバルブステムの位置決めを制御する手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
［発明の背景］
理想の状況では、バルブゲートのバルブステムは、成形作業の充填／保持の際は開いており、金型の適正な充填を可能にし、保持の際に生じる収縮を補償する。次いで、バルブステムが閉じて金型内の成形品を冷却し、金型を開き、金型から成形品を取り出し、次いで金型を閉じる。バルブステムはもっぱら次の充填サイクルを開始する寸前に開位置に移動する。しかしながら、この理想の作業は、バルブステムとバルブゲートとの間のスチール間接触のため、冷却されたバルブゲートと加熱されたバルブステムとの接触による伝熱により、成形品に欠陥をもたらす可能性がある。これらの欠陥を回避するために、バルブステムが開位置に保持される時間を最大にすることが一般的な慣例である。この慣例により、ホットランナ流路の閉じ込め圧力（entrapped pressure）により、開いているバルブステムの前面に溶融物が押し出される可能性があるという危険性が生じる。バルブステムの前面のこの溶融物は、バルブステムの前面の上流の溶融物に比して、コンシステンシー、粘性、及び温度が異なるであろう。よって、この一様性のない溶融物が金型キャビティ内に射出されると、垂れ落ち、他の欠陥も生じる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在の射出成形システムは、垂れ落ち及び他の関連する欠陥を回避するためには、バルブステムの閉時間を長くし、また、所望しない伝熱によって引き起こされる欠陥を回避するためには、バルブステムの閉時間を短くする、というこれらの矛盾する要件を申し分なく解決してはいない。
【０００４】
本発明は、閉位置にあるときにコールドゲートと接触しないようにバルブステムを部分的に引き戻すことを可能にすることによって上記矛盾を回避する。バルブステムの前面はノズルチップランドの内側に保持されて、溶融物がバルブステムの前面に押し出される尤度を回避するか又は少なくとも減らす。バルブステムを若干引き戻すことにより、ゲートへの熱漏洩を最小にとどめると共にホットランナ内の溶融物を被包化するという理想的機能が達成される。
【０００５】
Akselrud等に対し１９９２年１１月１０日に特許付与された米国特許第５，１６２，１２５号は、金型ゲートを閉じるばねを使用する成形装置を示している。
【０００６】
Gordonに対し１９９５年６月１３日に特許付与された米国特許第５，４２３，６７２号は、内部に孔を有するディスクを形成する成形装置を示している。この特許は、バルブステムがデュアルピストンの組み合わせによって中間位置に移動されるバルブゲート式（弁開閉式）ホットランナを示している。ディスク成形作業では、バルブステムはまず前方に移動してバルブゲートを開き、樹脂を金型キャビティに充填することができるようにする。次に、バルブステムは部分的に後退して、溶融物流を遮断して、バルブステムの下部がディスクの孔を形成することができるようにする。最後に、バルブステムは完全に後退して、その孔形成部を成形品から引き出して成形品を金型のコア側から従来通りに取り出すことができるようにしている。
【０００７】
Catoen等に対し２００１年４月１０日に特許付与された米国特許第６，２１４，２７５号は、バルブステムを伸張位置に移動させて成形品の取り出しに役立たせると共に溶融物流路のゲートオリフィス及びナブ領域から塵埃を除去するようにする手段を有する成形装置を示している。
【０００８】
Jones等に対し２００１年５月８日に付与された米国特許第６，２２８，３０９号は、閉位置、部分的に開いた位置、及び完全に開いた位置間でバルブステムを移動させる装置を有する成形装置を示している。部分的に開いた位置により、金型キャビティへの溶融物の流れを制限させることが可能となる。
【０００９】
これらの参照文献はいずれも、開位置と閉位置との間の中間位置にバルブステムを移動させて、冷却されたゲートインサートによるバルブステムの端部の冷却を最小限にとどめるという概念を教示していない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
［発明の概要］
本発明は、バルブステムの冷却を最小限にすると共にゲートインサートへの溶融物の垂れ落ち及びホットメルト流路へ冷却された溶融物が流出することを防止する中間位置に移動可能なバルブステムを有する、射出成形のための改良型射出ノズルシステム及び方法を提供する。
【００１１】
本発明は、溶融樹脂源からのプラスチック樹脂を金型キャビティへ射出成形する射出ノズルであって、金型キャビティと、ノズル本体と、ノズルチップと、内部に射出オリフィスと連通する中間流路とを有し、当該中間流路は金型キャビティと連通して当該金型キャビティに射出オリフィスを通して溶融樹脂を搬送する、射出ノズルを提供する。バルブステムは、射出ノズル内に取り付けられ、金型キャビティへの樹脂の流れを可能にする位置である射出オリフィスから後退した開位置、射出オリフィスを遮断すると共に金型キャビティへの樹脂の流れを防止する閉位置、及び、開位置と閉位置との間の中間位置の間で移動可能である。バルブステムを中間位置に移動させることにより、溶融物を金型キャビティ内で固化させつつもバルブステムの金型キャビティによる冷却作用を低減する。
【００１２】
本発明はまた、溶融樹脂源からの樹脂を金型キャビティに射出成形する方法であって、ノズル本体と、ノズルチップと、金型内の射出オリフィスと連通する内部流路を有し、当該内部流路は金型キャビティと連通する、射出ノズルを設けること、内部流路から金型キャビティに溶融樹脂を搬送すること、射出ノズル内にバルブステムを取り付けること、及び、金型キャビティへの樹脂の流れを可能にする位置である、射出オリフィスから後退した開位置と、射出オリフィスを遮断すると共に金型キャビティへの樹脂の流れを防止する閉位置と、開位置と閉位置との間の中間位置であってバルブステムに沿った伝熱を低減する中間位置との間でバルブステムを移動させることを含む、方法も提供する。
【００１３】
次に、本発明の例示的な実施形態を添付の図面を参照しながら説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［好適な実施形態の詳細な説明］
本発明のノズルアセンブリの第１の好適な実施形態を示す図面を参照すると、図１〜図３は、３つのバルブステム位置のそれぞれにおけるノズルアセンブリを示す。図１は、ノズルハウジング１２と、当該ノズルハウジング１２に固定されているノズルチップ１４とを含む、射出ノズルを示す。射出ノズルは、金型マニホルドプレート１６及び支持マニホルド１８に位置する。マニホルド１８には、バルブステム２６に取り付けられる空気圧ピストン２２を収容するバルブブシュ２０が取り付けられている。
【００１５】
マニホルド１８内の溶融物流路２８は、バルブブシュ２０の延部１０を介してノズルハウジング１２内の中央溶融物流路３０と接続されており、この中央溶融物流路３０は、ゲートインサート３４内の射出オリフィス又はゲートオリフィス３２に至る。絶縁体３６は、ノズルチップ１４とゲートインサート３４との間のスペースを占め、また、その内部に溶融物流路開口３８を含む。バルブステム２６が図１に示すように完全に後退した位置にあるときに、樹脂を溶融物流路を通して射出して既知の態様で金型キャビティ４０を充填することができる。この実施形態では、金型キャビティはゲートオリフィス３２内にゲートナブを有するため、金型キャビティ４０及びオリフィス３２が樹脂で充填されると成形品がナブ（小塊）を有して形成される。
【００１６】
空気圧ピストン２２は、圧縮空気源（図示せず）から空気管路４４及び４６を介する空気圧力によって作動するため、圧縮空気を適切に導くことによって、バルブステム２６を２つの位置のうち一方に移動させることができる。図１では、ピストン２２は、当該ピストンを上方に移動させる、管路４４を介して流れる圧縮空気によって完全に後退することで、バルブステム２６をノズルハウジング１２内で完全に後退させ、樹脂をゲートナブ及び金型キャビティに流すことを可能にする。
【００１７】
図２は、ゲートナブ領域に突き出ている、閉位置にあるバルブステム２６を示す。バルブステム２６は、管路４４からの空気を排出してピストン２２が前方に移動することを可能にすると共に、圧縮空気を管路４６に導入してピストン２２を前方に移動させることによって、図２に示す閉位置に移動する。
【００１８】
図３は、充填された金型キャビティ４０及び充填されたゲートナブへの樹脂の流れを遮断しており、冷却されたゲートインサート３４との接触から外れている、中間位置にあるバルブステム２６を示す。バルブステム２６は、ピストン２２の両側の圧力が等しい場合にピストン２２を限られた量だけ後退させるように動作するばね１９によって、図３に示す中間位置に移動する。ばね１９は、図１に示すようにピストン２２がバルブ開口を閉じるように前方に移動すると圧縮する。この若干後退した中間位置では、ゲートインサート３４の冷却チャネル５０により、金型キャビティ４０及びゲートナブ内の樹脂を金型開放前に固化せしめ、一方、バルブステム２６が高温の加熱されたノズルチップ１４に後退しているため、当該バルブステム２６の端部は冷却しない。説明を簡単にするため、中間位置への後退は誇張されている。動作の際、中間位置への後退は数ミリメートルである。
【００１９】
動作の際、ばね１９は、空気圧がピストン２２に加えられると圧縮してバルブステム２６をノズルの閉鎖位置に移動させる。スペーサ２１が、下部空圧室のバルブブシュ２０の上面２３と接触する。スペーサ２１はばね１９を圧縮し、ばね１９の圧縮の度合いを調節する。冷却時間の終了後、管路４４及び４６の双方を大気圧に開放することによってピストン２２の両側の圧力が等しくなる。圧力が等しくなることによりばね１９の圧縮が減じられ、それにより、ピン２６がばね１９の減圧状態に相応する距離だけ後退することが可能となる。好適な実施形態においては、ばね１９はピン２６を約２〜３ｍｍ後退させる。ピン２６は、成形品が金型から取り出されるまで、冷却された金型との接触から外れたこの後退位置に保持される。金型が開き、成形品が取り出され、金型が再び閉じられた後、管路４４を介してピストン２２の下側に空気圧を加えることによってピン２６は後退して、ノズルを開くと共に溶融物を射出させる。射出が完了し保持された後、ピストン２２がピン２６をノズルの閉位置に強制的に移動させるように作動し、冷却及び取り出しサイクルが繰り返される。
【００２０】
図５に示すように、バルブブシュ２０は上面２３にボス２４が形成されている。ピストン２２のスペーサ２１は、管路４６を介して圧力を加えることによって、ボス２４と接触するように駆動される。ピストン２２がこの位置に来ると、バルブステム２６は図２に示すようにバルブを閉じる。ばね１９を受け入れる切り欠き部であるカットアウト部２５がボス２４内に形成されている。カットアウト部２５は、ばね１９がカットアウト部２５内に完全に圧縮されることができるような寸法にすることができるが、ピストン２２が移動してボス２４と完全に係合することを妨げることはない。さらに、ばね１９は、ピストン２２によって完全に圧縮されるのに最小限の追加エネルギーしか必要としないが、ばね１９が封止によって生じる摩擦力を克服すると共にピストン２２及びバルブステム２６の面を摺動させてバルブステム２６を図３に示すように中間位置に移動させることができる圧縮力の強さである。実際には、本発明者らはベルビルワッシャが申し分なく機能を果たすことを見出した。
【００２１】
言うまでもなく、バルブステムを移動させるのに他のばね手段を使用することができるであろう。例えば、螺旋ばねを、それがバルブゲートの通常の開閉の妨げにならない限り、ピストン２２の外側シリンダ部とバルブブシュ２０のウェルの基部との間に配置することができるであろう。また、空気圧によるばねの圧縮は、ばねのこのような圧縮がバルブステムの過剰な後退をもたらすことでバルブを開く可能性があるため、回避されねばならないであろう。したがって、ばねの好適な位置は、図１〜図３に示すバルブブシュ２０のウェルの基部のカットアウト部２５内である。当然のことながら、カットアウト部は、シリンダの基部にある必要はなく、ピストン２２又はスペーサ２１の基部（底面）内に位置させることができ、ばね１９が圧縮されてかかるカットアウト部に入る。
【００２２】
本発明のノズルアセンブリの第２の好適な実施形態を示す図面を参照すると、図６〜図８は、３つのバルブステム位置のそれぞれにおけるノズルアセンブリを示す。図６は、ノズルハウジング１１２と、当該ノズルハウジング１１２に固定されているノズルチップ１１４とを有する、射出ノズル１１０を示す。射出ノズル１１０は、金型マニホルドプレート１１６と支持マニホルド１１８とに位置する。マニホルド１１８には、バルブステム１２６が取り付けられている２つの空圧ピストン１２２、１２４を収容するバルブブシュ１２０が取り付けられている。
【００２３】
マニホルド１１８内の溶融物流路１２８は、ノズルハウジング１１２内の中央溶融物流路１３０に接続されており、この中央溶融物流路１３０は、ゲートインサート１３４内の射出オリフィス又はゲートオリフィス１３２に至る。絶縁体１３６は、ノズルチップ１１４とゲートインサート１３４との間のスペースを占め、また、その内部に溶融物流路の開口１３８を含む。バルブステム１２６が図６に示すように完全に後退した位置にあるとき、樹脂を溶融物流路を通して射出して既知の態様で金型キャビティ１４０を充填することができる。この金型キャビティは、ゲートオリフィス１３２内にゲートナブを有するため、金型キャビティ１４０及びゲートオリフィス１３２が樹脂を充填されると成形品がナブ（小塊）を有して形成される。
【００２４】
空圧ピストン１２２、１２４は、圧縮空気源（図示せず）から管路１４４、１４６、及び１４８を介する空気圧によって作動し、圧縮空気を適切に導くことによって、バルブステム１２６を３つの位置のうち１つに移動させることができる。図６では、ピストン１２２及び１２４の双方は、当該ピストンの双方を上方に移動させる圧縮空気によって完全に後退し、バルブステム１２６をノズルハウジング１１２内で完全に後退させ、樹脂をゲートナブ及び金型キャビティに流すことを可能にする。したがって、図６では、圧縮空気が、管路１４８に導入されてピストン１２４を後退させ、また、圧縮空気が管路１４４に導入されてピストン１２２を後退させる。これにより、バルブステム１２６は完全に後退する。
【００２５】
図７は、ゲートナブ領域に突き出ている、閉位置にあるバルブステム１２６を示す。バルブステム１２６は、管路１４４及び１４８からの空気を排出してピストン１２２が前方に移動することを可能にすると共に、圧縮空気を管路１４６に導入してピストン１２２及び１２４の双方を前方に移動させることによって、図７に示す閉位置に移動する。
【００２６】
図８は、充填された金型キャビティ１４０及び充填されたゲートナブへの樹脂の流れを遮断している、中間位置にあるバルブステム１２６を示す。圧縮空気を管路１４４に導入してピストン１２２をその後退位置に移動させると共に、空気を管路１４６に導入してピストン１２４を若干前方に前進させることで、バルブステム１２６は、図８に示す中間位置に移動し、バルブステム１２６の端部をオリフィス１３２に移動させる。ピストン１２４の突き出た領域がピストン１２２の下側の突き出た領域よりも小さい場合には、双方のピストンは同じ空気圧に晒されるため、ピストン１２４はピストン１２２と接触するが、ピストン１２２を下方に押すことはない。ゲートインサート１３４内の冷却チャネル１５０は、金型を開放する前に、金型キャビティ１４０及びゲートナブ内の樹脂を固化させ、一方、バルブステム１２６が高温オリフィス１３２内に後退しているため、当該バルブステム１２６の端部は冷却しない。
【００２７】
このように、本発明は、バルブステムをゲートと金型キャビティとの間の中間位置に移動させて、冷却された金型キャビティによってバルブステムの実質的な冷却を低減又は防止することができる、単純で迅速な３位置ホットランナバルブステムを提供する。
【００２８】
当然のことながら、上記説明は例示として挙げられているにすぎないこと、また、詳細な変更は本発明の範囲内で行われ得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】バルブゲートが開いておりバルブステムが後退している状態の、本発明の第１の実施形態のノズルアセンブリの断面図である。
【図２】バルブゲートが閉じておりバルブステムが閉位置にある状態の、図１と同様の断面図である。
【図３】バルブステムが中間位置にある状態の、図１と同様の断面図である。
【図４】図１、図２、及び図３に示す実施形態のシリンダ及びバルブピンの組立体の断面図である。
【図５】図１、図２、及び図３に示す実施形態のバルブブシュの一部分の詳細な断面図である。
【図６】バルブゲートが開いておりバルブステムが後退している状態の、本発明の第２の実施形態のノズルアセンブリの断面図である。
【図７】バルブゲートが閉じておりバルブステムが閉位置にある状態の、図６と同様の断面図である。
【図８】バルブステムが中間位置にある状態の、図６と同様の断面図である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成19年1月17日(2007.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル本体と、ノズルチップと、バルブステムとを有し、金型キャビティと連通する金型またはゲートインサートの射出オリフィスと連通する内部流路を有する射出ノズルを含むホットランナシステムにおける射出成形のための改良された方法であって、前記バルブステムは、前記流路を開放及び遮断するように前記オリフィス内で往復移動可能とされており、該改良された方法は、
前記バルブステムを前記オリフィス内からかつ前記流路の遮断から後退させて、前記金型キャビティに溶融材料を流すことを可能にして該キャビティを充填することと、
前記キャビティが充填されると前記流路及び前記オリフィスを遮断するように前記バルブステムを前記オリフィスに移動させることと、
前記流路の遮断状態を維持しつつ、かつ前記溶融材料を前記キャビティ内で冷却させながら、前記バルブステムを前記金型またはゲートインサートの前記オリフィスから引き戻すこととを含む、方法。
【請求項２】
溶融材料を金型キャビティに射出成形するための射出ノズルであって、
ノズル本体と、ノズルチップと、内部に中間流路とを有し、該流路は、金型キャビティに溶融材料を搬送するために、該金型キャビティと連通する金型またはゲートインサートの射出オリフィスと連通している、射出ノズルと、
前記ノズルの前記流路内に取り付けられるバルブステムと、
前記金型キャビティへの前記溶融材料の流れを可能にする位置である、前記射出オリフィスから後退した開放位置と、前記射出オリフィス及び前記流路を遮断して前記金型キャビティへの前記溶融材料の流れを遮断する位置である、完全閉鎖位置との間で、前記バルブステムを移動させる移動手段と、
前記流路を遮断し続けて前記溶融材料の流れを妨げ、かつ前記ゲートインサート又は金型の前記射出オリフィスから該バルブステムの位置が変位している中間位置に前記バルブステムを後退させるように動作可能な後退手段とを備える、射出ノズル。
【請求項３】
前記バルブステムを前記完全閉鎖位置に移動させる際に、該バルブステムを移動させる前記移動手段によって前記後退手段が圧縮可能であり、前記バルブステムが前記完全閉鎖位置に達した後で前記後退手段が圧縮解除位置に後退して、前記バルブステムを前記ゲートインサート又は金型の前記射出オリフィスから後退させる、請求項２に記載の射出ノズル。
【請求項４】
前記後退手段は皿ばねである、請求項２に記載の射出ノズル。
【請求項５】
前記後退手段は空圧作動位置決め装置である、請求項２に記載の射出ノズル。
【請求項６】
前記バルブステムを移動させる前記移動手段及び前記後退手段は、単一の空圧作動位置決め装置を含み、該単一の空圧作動位置決め装置は前記バルブステムを前記開放位置、前記遮断位置、及び、遮断しかつ前記ゲートインサート又は金型の前記射出オリフィスから変位した位置の各々に位置決めすることができる、請求項２に記載の射出ノズル。
【請求項７】
前記バルブステムを移動させる前記移動手段は、空気圧駆動式ピストンであり、前記皿ばねは、前記ピストンによって圧縮されたときに該ピストンのシリンダの凹部内に封じ込められる、請求項４に記載の射出ノズル。
【請求項８】
前記皿ばねはベルビルワッシャである、請求項４又は７に記載の射出ノズル。
【国際調査報告】
2008520457.tif 000011
2008520457.tif 000012