(57)【要約】【課題】射出成形において、ランド切れを安定化し、同時にドルーリングの発生を抑え、射出圧、スプール質量及び製品質量の変動を減少させる。【解決手段】外部ヒーター７を備えたノズル本体部２２とその先端部に着脱自在に取り付けられたノズルチップ２３からなるノズル２１。ノズル本体部２２に形成された射出口路２４が前方に向けて縮小し、ノズルチップ２３に形成された射出口路２４が前方に向けて拡大し、射出口路２４が開口した端面２２ａに射出口路２５が開口した端面２３ａが密着している。ノズルチップ２３は袋ナット状をなし、ノズル本体部２２に螺合する。このとき、ノズルチップ２３の後端面２３ｃとノズル本体部２２の対向面２２ｃの間に金属製のシム２６が挟圧されている。射出口路２４と２５の接合部を境に温度差ができ、この部位においてランド切れが安定的に生じる。【選択図】　図１
2004017631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部ヒーターを備えたノズル本体部とその先端に着脱自在に取り付けられたノズルチップからなり、ノズル本体部に形成された射出口路が前方に向けて縮小し、ノズルチップに形成された射出口路が前方に向けて拡大し、ノズル本体部の射出口路が開口した端面にノズルチップの射出口路が開口した端面が密着して前記ノズル本体部の射出口路とノズルチップの射出口路が接合していることを特徴とする射出成形機のチップ式ノズル。
【請求項２】
ノズルチップはノズル本体部に螺合し、ノズルチップをノズル本体部に螺合させ前記両端面を密着させたとき、ノズルチップの後端面が前記端面より後方において金属製のシムを介して前記後端面に対向して形成されたノズル本体部の対向面に当接し、かつ前記シムは前記後端面と対向面の間で挟圧されていることを特徴とする請求項１に記載されたチップ式射出成形機のノズル。
【請求項３】
ノズルチップはカップ状をなし、その前方側に前記射出口路が形成され、後方側にメネジが形成され、ノズル本体部に前記メネジに螺合するオネジが形成され、かつノズルチップの後端面に対向する対向面が形成され、ノズルチップをノズル本体部に螺合させ前記両端面を密着させたとき、前記後端面が金属製のシムを介して前記対向面に当接し、かつ前記シムは前記後端面と対向面の間で挟圧されていることを特徴とする請求項１に記載された射出成形機のチップ式ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機のノズルに関し、特に小型精密部品を成形する射出成形機に適するチップ式ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の射出成形機は、例えば図３（ノズル近傍のみ）に示すように、シリンダ１と、その内部で回転及び前後進可能なスクリュー２、シリンダ１の先端に固定されたノズル３、及びノズル３の前方に前後に開閉可能な分割金型４、５を備え、シリンダ１とスクリュー２は外部ヒーター６、７により加熱されている。ノズル３の先端部にはランドと称される径が絞られた射出口路８が形成され、その射出口路８は前方に向けて縮径する縮径部位８ａと、前方に向けて拡径する拡径部位８ｂからなり、その境界８ｃにおいて最も断面積が縮小されている。
射出成形は、型締め、射出（スクリュー２の前進）、保圧、計量、型開き等の周知のサイクルで行われる。このうち、計量はスクリュー２が回転及び後退しながら樹脂を可塑化し該スクリュー２の前方へ送り出す工程であり、図３に示す型開きのときは、すでにノズル３の後部に計量された一定量の溶融樹脂９が送り出されている。
なお、図３において、黒く塗りつぶした箇所は型開き時に固化した樹脂、網掛け箇所は固化していない樹脂を意味する（図１、図４においても同じ）。
【０００３】
オープンノズルタイプのノズル３の射出口路８は境界８ｃにおいて最も断面積が小さく、従って樹脂の熱容量が最も小さくなるように設定されている。また、ノズル３は内部の樹脂の溶融状態を維持するためにヒーター７で加熱されているので、その熱がノズル３の先端部まで伝達し、一方、ノズル３の先端は相対的に温度が低い金型４に接触しているため、ノズル先端部には連続的な温度勾配ができている。このことにより、金型内に射出された樹脂が冷却するとき、ノズル３の射出口路８内にある樹脂の固化は、境界８ｃ及びその前方側（拡径部位８ｂ）のどこかで生じる傾向がある。分割金型４、５を型開きして成形品１０を取り出すとき、ノズル３の射出口路８内において固化した樹脂（ランド部１０ａ）は、スプルー部１０ｂの後端にくっついた状態で射出口路８内から成形品１０と共に取り出される。
【０００４】
理想的にいえば、ランド切れ（ランド部１０ａの分離点）をちょうど境界８ｃ又はそのごく近傍において生じさせることが望ましく、ノズル３の温度調整を極めて精密に行えば、それが可能と思われるが、実際には難しい。一般的には、ヒーター７で加熱されたノズル３の熱がその先端部まで伝達し、その結果、ノズル３の先端部の温度が上がり過ぎて図３に示すようにランド切れが境界８ｃの前方で生じ、一方、計量によりノズル内部の溶融樹脂の内圧が高まっていることから、ランド切れの箇所から溶融樹脂がノズル３の前方に漏れ出る、いわゆるはなたれ現象（ドルーリング）が生じる。ドルーリングにより漏れた樹脂は冷却して固化し、これが次のショットにおいて射出圧等の成形条件を変動させて充填量にばらつきを生じさせ、それが製品重量に影響し、また、固化した樹脂が成形品に巻き込まれることもあり、いずれにしても不良品発生の原因となる。
しかも、ノズル３の温度のわずかな変動で、ショット毎にランド切れの位置が前後にばらつき、それが射出圧等の成形条件を変動させ、樹脂の充填量にばらつきを生じさせる。成形品が大きいものであれば無視できるレベルのわずかなばらつきであっても、小型精密部品の成形の場合、製品重量への影響が無視できず、不良品発生の原因となる。
【０００５】
一方、特開平９−８５７８２号公報では、図４に示すように（図２のノズル３と同じ部位には同じ番号を付与している）、ノズル１３の先端部の射出口路８の始まる手前において、ノズル１３の外周に溝１１を形成し、その溝に石綿等の断熱材１２を挿入することにより、ノズル３を加熱するヒーター７の熱がノズル先端部に伝達しにくくなるようにし、これでノズル先端部の温度上昇を抑えドルーリングを低減している。
【０００６】
しかし、このノズル１３の場合、相対的に低い温度に設定された金型４に接触するノズル先端部の温度が逆に下がり過ぎ、固化範囲が縮径部位８ａにまで広がる傾向が強くなる。その場合、ノズル１３が詰まって次のショットにおいて射出圧が過大となるなど、成形条件の変動が大きくなり、樹脂の充填量及び製品質量のばらつきや不良品発生の原因となる。なお、固化範囲が広がるのを防止するにはノズル温度を上昇させる必要があるが、その場合、熱により樹脂の物性が影響を受け、樹脂の劣化や焼けが生じる恐れがある。
また、この場合も、ノズル１３の温度の変動があれば、ショット毎にランド切れの位置が前後にばらつくことにもなり、それが射出圧等の成形条件を変動させるとともに、樹脂の充填量及び製品質量のばらつきを生じさせる。
さらに、ノズル１３の場合、溝１１の部分において折損しやすいという問題がある。これは、ノズル１３の先端を金型４に押し付けたとき（ノズルタッチ）、半球状に形成されたノズル１３の先端凸部１３ａが金型４側の半球状の凹部４ａに当接して沿おうとし、このとき仕上げ精度の不足等により両者の軸心が少しでもずれていると、ノズル１３に偏心荷重がかかり、前記溝１１の部分に過大な曲げモーメントが加わるためである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の射出成形機におけるノズルについての前記問題点に鑑みてなされたもので、ランド切れを安定化し、同時にドルーリングの発生を抑えることを主たる目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る射出成形機のノズルは、外部ヒーターを備えたノズル本体部とその先端に着脱自在に取り付けられたノズルチップからなり、ノズル本体部に形成された射出口路が前方に向けて縮小し、ノズルチップに形成された射出口路が前方に向けて拡大し、ノズル本体部の射出口路が開口した端面にノズルチップの射出口路が開口した端面が密着して前記ノズル本体部の射出口路とノズルチップの射出口路が接合していることを特徴とする。
このノズルは、ノズルがノズル本体部とノズルチップに別れ、射出口路が最も絞られた箇所において両者が密着している。そのため、ノズル本体側の熱がノズルチップ側に伝達するが、当該箇所を境に温度差ができ（ノズルチップ側が低温となる）、射出口路の最も絞られた箇所、すなわち接合部においてランド切れが発生する傾向が強くなる。接合部でランド切れが発生すると、ここは射出口路が最も絞られている箇所であるのでドルーリングが本来起きにくく、かつ当該接合部において樹脂が容易に半固化又は固化してドルーリングが防止され、また仮にドルーリングが発生しかけても、低温のノズルチップ内において直ちに半固化又は固化して終息する。
【０００９】
上記ノズルにおいて、具体的な形態を示すと、ノズルチップはノズル本体部に螺合し、ノズルチップをノズル本体部に螺合させ前記両端面を密着させたとき、ノズルチップの後端面が前記端面より後方において金属製のシムを介して前記後端面に対向して形成されたノズル本体部の対向面に当接し、かつ前記シムは前記後端面と対向面の間で挟圧されている。
そのさらに具体的な形態を示すと、ノズルチップはカップ状をなし、その前方側に前記射出口路が形成され、後方側にメネジが形成され、ノズル本体部に前記メネジに螺合するオネジが形成され、かつノズルチップの後端面に対向する対向面が形成され、ノズルチップをノズル本体部に螺合させ前記両端面を密着させたとき、前記後端面が金属製のシムを介して前記対向面に当接し、かつ前記シムは前記後端面と対向面の間で挟圧されている。
【００１０】
金属性のシムは熱伝導性が良好で、ノズル本体部の熱をノズルチップ側に適度に伝達して、ノズル本体部からノズルチップへかけて自然な温度勾配ができる。また、金型へノズルタッチした際にノズルチップに偏心荷重がかかっても、シムの存在によりノズル本体部の折損が防止される。シムはノズルチップの後端面とノズル本体部の対向面に挟圧されて弾性変形を起こし（挟圧の程度により塑性変形も起こす）、それによりシムを介したノズルチップとノズル本体部の接触が強固になり、熱伝達が良好に行われ、かつノズル本体部の折損の防止効果が高くなる。あわせて、弾性変形の反力によるゆるみ止め作用により、ノズル本体部の射出口路が開口した端面とノズルチップの射出口路が開口した端面の密着が強固に維持され、接合部からの樹脂漏れが防止される。
【００１１】
金属製のシムとして、熱伝達を考慮すれば、熱伝導性の良好な例えば銅又はアルミニウム（いずれも合金を含む）が望ましい。ゆるみ止めの作用を考慮すれば、８０〜１５０ＧＰａ前後のヤング率を有する金属が望ましい。８０ＧＰａ以上あれば弾性変形させたときの反力が十分に得られるが、１５０ＧＰａを超えると弾性変形しにくくなり、シム本来の機能である隙間調整機能が阻害される。同じくゆるみ止めの作用を考慮すれば、線膨張係数がノズルチップ及びノズル本体部（双方とも通常鋼材からなる）より大きい金属が望ましい。加熱したときにゆるみ止め機能が阻害されないからである。銅（銅合金を含む）製のシムは以上の条件をすべて満たしている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して、本発明にかかる射出成形機のノズルについて説明する。なお、図１において、図３と同じ部位には同じ番号を付与している。
このノズル２１は、外部ヒーター７を備えたノズル本体部２２と、外部ヒーター７が配置されていないノズル本体部２２の先端部に着脱自在に取り付けられたノズルチップ２３からなり、ノズル本体部２２に形成された射出口路２４が前方に向けて縮小し（ノズル３の縮径部位８ａに対応）、ノズルチップ２３に形成された射出口路２５が前方に向けて拡大し（ノズル３の拡径部位８ｂに対応）ている。ノズル本体部２２の射出口路２４が開口した端面２２ａにノズルチップ２３の射出口路２５が開口した端面２３ａが密着して、ノズル本体部２２の射出口路２４とノズルチップ２３の射出口路２５が接合し、射出口路２４、２５の両者がこのノズル２１におけるランドを構成している。
【００１３】
ノズルチップ２３はカップ状、より具体的には袋ナット状をなし、その前方側（カップの底部側）に射出口路２５が形成され、後方側（カップの側壁側）にメネジ２３ｂが形成され、ノズル本体部２２の小径とされた先端部に前記メネジ２３ｂに螺合するオネジ２２ｂが形成され、かつオネジ２２ｂの後方側に逃げ溝２２ｄを介して、ノズルチップ２３の後端面２３ｃに対向する対向面２２ｃが形成されている。
前記後端面２３ｃ及び対向面２２ｃの間に銅製のシム２６が配置されている。このシムは、ノズルチップ２３をノズル本体部２２に螺合して締め付けるとき、前記両端面２２ａ、２３ａが完全に密着する前から前記後端面２３ｃと対向面２２ｃの間で挟圧され、弾性変形（締め付けの程度によってはさらに塑性変形）を起こし、前記両端面２２ａ、２３ａが密着した時点では、ノズルチップ２３に弾性変形による反力を作用させる。
【００１４】
このノズル２１によれば、ノズル本体部２２からノズルチップ２３側に、シム２６を介して適度の熱伝達があり、これによりノズル本体部２２からノズルチップ２３にかけて自然な温度勾配ができ、従来のノズルのように過剰な熱伝達（ノズル３）や熱伝達の不足（ノズル１３）が防止できる。一方、端面２２ａと端面２３ａの接合部を境に温度差ができてノズルチップ２３側の温度が低く、かつ前記接合部は射出口路２４、２５の中で最も絞られた箇所であるから樹脂の熱容量が小さく、従って、前記接合部においてランド切れが安定して生じ、同時にランド部の樹脂が抜けた後、前記接合部において樹脂が半固化又は固化するためドルーリングも防止される。
なお、端面２２ａと端面２３ａの接合部において温度差ができることから、例えばノズル本体部２３側の温度が多少高めにばらついても、ランド切れが接合部において安定して生じ、ノズル本体部２３の温度調整の条件幅が従来に比べて大きく緩和される。
また、ノズル本体部２２の先端部のオネジ２２ｂの付け根の部分（後方側）には逃げ溝２２ｄが形成されているが、シム２６の存在により、ノズルチップ２３に偏心荷重がかかってもオネジ２２ｂの付け根の部分（特に逃げ溝２２ｄの部分）に過大な曲げモーメントが加わることがなく、当該部位での折損が防止される。
【００１５】
【実施例】
本発明に係るチップ式ノズル（図１参照）を有するインラインスクリュー型射出成形機により、樹脂としてグラスファイバーを３０容量％含むＰＡ４６を用い、常法に従い、ストローク制御（速度制御）により一次圧力を負荷して射出し、続いて圧力制御により保圧を行い、２個取りで重量約０．１７６ｇ（２個合計）の製品を得る射出成形を行った。また、チップ式ノズルを従来の一体型ノズル（図３参照）に代え、同一条件で同様の射出成形を行った。
各ショット毎に、一次圧力（保圧への切換点での圧力）、最大圧力（一次圧力の最大値）、製品質量、スプルー質量及び合計質量を測定し、本発明例及び従来例とも５０ショットの平均値（Ｘ）と、５０ショットのうちの最大値と最小値の差（Ｒ）を求め、変動率（Ｒ／Ｘ）を求めた。その結果を図２に示す。
【００１６】
図２に示すように、本発明例ではランド切れが安定したことにより、スプルー質量のばらつきが１／２以下になり、その結果、充填圧力が安定し、製品質量についても、ばらつきが約１／２となり、成形安定性が向上した。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、ノズル本体部とノズルチップの接合部でランド切れが安定し、ドルーリングも防止できるので、充填圧力が安定し、製品重量の安定性が向上する。特に小型精密部品の射出成形が良好に行われる。しかも、ノズル本体部の温度調整の条件幅が従来に比べて緩和される利点がある。
また、金属製シムを用いた場合、適度な熱伝達によりノズルチップに自然な温度勾配ができ、これが前記接合部における安定したランド切れに寄与し、同時に、金型へのノズルタッチによりノズルチップに偏心荷重がかかっても、ノズル本体部の折損が防止でき、かつノズルチップとノズル本体部の密着を強固に維持することができる。
さらに、ノズル先端をチップ方式で別体にしたことにより、先端部摩耗による交換費用が一体式ノズルに比べて低減でき、またメンテナンス性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る射出成形機のノズルの断面図（ａ）及びその一部拡大図（ｂ）である。
【図２】本発明に係るノズルと従来のノズルの性能を比較した実施例のグラフである。
【図３】従来のノズルの断面図（ａ）及びその一部拡大図（ｂ）である。
【図４】従来の他のノズルの断面図（ａ）及びその一部拡大図（ｂ）である。
【符号の説明】
１　シリンダ
２　スクリュー
４、５　分割金型
６、７　ヒーター
９　溶融樹脂
１０　固化した樹脂
１０ａ　ランド部
２１　ノズル
２２　ノズル本体部
２２ａ　ノズル本体部の射出口路が開口した端面
２２ｂ　オネジ
２２ｃ　ノズル本体部の対向面
２３　ノズルチップ
２３ａ　ノズルチップの射出口路が開口した端面
２３ｂ　メネジ
２３ｃ　ノズルチップの後端面
２４　ノズル本体部の射出口路
２５　ノズルチップの射出口路
２６　シム
【図１】
2004017631.tif 000003
【図２】
2004017631.tif 000004
【図３】
2004017631.tif 000005
【図４】
2004017631.tif 000006