(57)【要約】【課題】所望の大きさになるとともに、射出時に安定した圧力下で抜け出るコールドプラグを生成する射出ノズルが望まれる。【解決手段】軽金属材料を融解してその溶湯を金型のキャビティに充填して成形品を成形する軽金属射出成形機の射出ノズル（１０）は、その先端側の小径の第一のノズル孔（１０ａ）と、前記第一のノズル孔より上流側のより大径の第二のノズル孔（１０ｂ）とを備えるとともに、前記第一のノズル孔と前記第二のノズル孔との境界で前記第一のノズル孔の周面と前記第二のノズル孔の周面とを繋ぐ境界壁面（１０ｄ）が少なくとも１２０度を超える角度に上流側に開口するテーパ面（１０ｅ）に形成される。望ましくは、前記境界壁面が前記ノズル孔の中心線に対して直交する垂直平面（１０ｆ）に形成され。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽金属材料を融解してその溶湯を金型のキャビティに充填して成形品を成形する軽金属射出成形機の射出ノズルにおいて、前記射出ノズルが、その先端側に小径の第一のノズル孔を備えるとともに前記第一のノズル孔より上流側により大径の第二のノズル孔を備え、前記第一のノズル孔の周面と前記第二のノズル孔の周面とを繋ぐ境界壁面が、少なくとも１２０度を超える角度に上流側に開口するテーパ面に形成されたことを特徴とする軽金属射出成形機の射出ノズル。
【請求項２】
軽金属材料を融解してその溶湯を金型のキャビティに充填して成形品を成形する軽金属射出成形機の射出ノズルにおいて、前記射出ノズルが、その先端側に小径の第一のノズル孔を備えるとともに前記第一のノズル孔より上流側により大径の第二のノズル孔を備え、前記第一のノズル孔の周面と前記第二のノズル孔の周面とを繋ぐ境界壁面が、前記ノズル孔の中心線に対して直交する垂直平面に形成されたことを特徴とする軽金属射出成形機の射出ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム合金やアルミニュウム合金などの軽金属材料を融解して、その溶湯を金型のキャビティに充填して成形品を成形する軽金属射出成形機の射出ノズルに関し、より詳しくは、射出ノズルのノズル孔の形状に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽金属射出成形機は、軽金属材料を何らかの機構で融解し、射出シリンダのシリンダ孔の前室に１ショット分の射出容量に相当する溶湯を計量して、計量によって貯留された溶湯をプランジャないしはスクリュウによって射出ノズルから金型のキャビティに射出する。
【０００３】
このような軽金属射出成形機において、計量動作はつぎのように行われる。軽金属射出成形機が公知のチクソモールド成形機である場合には、回転しながら後退するスクリュウによって半溶融の溶湯が前方に送られて射出シリンダの前室に溶湯が貯留されることによって計量が行われる。また、軽金属射出成形機が公知のホットチャンバ式ダイカスト成形機である場合には、融解炉中に備えられた射出シリンダで計量が行われる。また、軽金属射出成形機が本出願人の提唱する軽金属射出成形機である場合には、ビレットの形状で軽金属材料が供給される、射出シリンダに併置した融解装置でその材料が融解され、その溶湯が射出シリンダの前室に連通する連通路からその前室に供給されて計量が行われる。何れの成形機にあっても、射出ノズルが冷却中の成形品のスプールに接して射出ノズルの先端が封鎖された状態で計量が行われる。そして、計量後射出開始までの間、射出ノズル中の溶湯の圧力はサックバックによって低減される。射出動作は、スクリュウないしはプランジャの前進動作によって射出シリンダから射出ノズルに溶湯が送られることによって行われる。そして、一旦成形運転が開始された後には射出ノズルに溶湯が常に充満している。
【０００４】
このような軽金属射出成形機の射出ノズルは、射出時を除く時機にシリンダ孔中の溶湯を漏洩させず、かつ、射出開始時の射出圧力を過大に増加させないものでなければならない。以下、従来の射出ノズルについて説明される。
【０００５】
従来の射出ノズルは、通常、図４の断面図のように構成される。図中、１が射出ノズル、１ａが先端ノズル孔、１ｂが大部分を占めるより大径の本体ノズル孔、１ｃが両者の境界部位である。この境界部位１ｃの境界壁面１ｄは、従来、９０度程度に上流に開口するテーパ面に形成される。そして、この射出ノズル１の外周には、加熱ヒータ２が巻回される。加熱ヒータ２は、図示省略した熱電対などの検出機器による温度のフィードバックを受けた温度制御装置によって、所定の温度に制御される。
【０００６】
このような射出ノズル１を採用した軽合金材料の成形機において、射出ノズル１は、少なくとも射出工程中および冷却工程中に図示省略された金型に当接、すなわちノズルタッチする。それで、射出ノズル１の先端が金型側に熱を奪われることによって冷却され、射出ノズル１中の溶湯４が固化してコールドプラグ（以下、単にプラグと称する。）に変化する。３がそのプラグである。このプラグ３は、通常、先端ノズル孔１ａ中で生成される。そして、その上流側端部３ａから境界部位１ｃの一部にわたって半凝固相３ｂが生成される。加熱ヒータ２は、上記のような適正な大きさにプラグ３が生成されるように、射出ノズル１を温度制御する。このプラグ３は、射出工程後の高圧の溶湯４が固化したものであるから、先端ノズル孔１ａに詰め込まれた状態で先端側でより硬化して先端ノズル孔１ａを封鎖する。そして、プラグ３は、射出開始時に高圧の溶湯４によって先端ノズル孔１ａから押し出される。ところが、プラグ３が所望の大きさに生成されないと適正な射出圧力で抜け出さず、射出圧力を過大に増加させる。それで、プラグ３が所望の大きさに安定して生成される必要がある。
【０００７】
一方、高温の溶湯４が射出時を除く時機に噴出すると危険である。それで、計量後にサックバックが行われて溶湯４の圧力が低減されるが、プラグ３が所望の大きさより小さく生成されたり、その固化が不充分であったりすると、プラグ３が不用意に抜け出る危険性が残る。そこで、プラグ３が所望の大きさに必ず形成される必要がある。
【０００８】
従来、上記の２つの必要性は、射出ノズル１をより厳格に温度制御してプラグ３の適正な生成を図ることによって解決されていた。特に、軽金属材料においては、溶湯が固化しやすく、かつその固化物の材料力学的な強度や周辺部材への付着力が増大することから、より厳格な射出ノズルの温度制御が必要になるのである。また、金型の温度と、射出ノズル中の溶湯の温度差が非常に大きいことも上記の必要性を高めている。例えば、マグネシュウム合金の成形では、金型が溶湯を冷却するために１５０〜２００℃に設定されるのに対して、射出ノズル中の溶湯が約６００℃ないし６５０℃程度に設定される。
【０００９】
上記のような射出ノズルをより厳格に温度制御する技術は、多数出願されてい
る（例えば、
【特許文献１】参照。）。また、射出ノズルの温度制御に加えて、
その先端の外形に改良を加えた技術も開示されている（例えば、
【特許文献２】参照。）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の成形においては、射出ノズル１の先端部が当接する金型と射出ノズル１中の溶湯４の温度差があまりに大きいために、金型の少しの温度の変動、あるいは金型と射出ノズル１の当接時間の変動等によって、プラグ３の大きさに変動を生じることがある。特に、射出ノズル１の先端の温度が予測した以上に低下した場合には、プラグ３は、境界部位１ｃより上流側の本体ノズル孔１ｄの中でも生成される。過大に成長したプラグ３の上流側端部は、例えば３ｃとして図示される。過大プラグの半凝固相は、図示省略されている。この場合、上流側端部３ｃの境界壁面１ｄに沿って拡径した根元側は過冷却によって流動性がかなり低下している。また、プラグ３が先端ノズル孔１ａから抜け出す際に、その上流側端部３ｃが境界壁面１ｄに引っ掛かって楔となるので、その上流側端部３ｃが側方からも圧縮される。静水圧的な圧縮力は、上流側端部３ｃの流動性をさらに低下させてその塑性変形を妨げる。加えて、先端ノズル孔１ａと境界壁面１ｄの交差する内側隅角の角度が大きい鈍角であるから、プラグ３がこの隅角を起点に剪断されて破壊することが困難である。その結果、プラグ３を先端ノズル孔１ａから抜き出すことが困難になり、射出開始時の射出圧力が予定した以上に過大になるトラブル、あるいは、極端な場合に射出不能になるトラブルが発生する。
【００１１】
そこで、本発明は、射出ノズルのノズル孔の形状を改良することによって、プラグを安定した大きさに生成させることができるとともに、万一プラグが過大化しても、過大な射出圧力を作用させることなくプラグを抜き出すことができる軽合金射出成形機の射出ノズルを提供する。
【００１２】
【特許文献１】
特許３２３４４０号公報（コラム８第４７行からコラム９第２６行、第３図）
【特許文献２】
特開２００１−３８４５７号公報（コラム４第９行からコラム４第２５行、第２図）
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の軽金属射出成形機の射出ノズルは、軽金属材料を融解してその溶湯を金型のキャビティに充填して成形品を成形する軽金属射出成形機の射出ノズル（１０）において、前記射出ノズルが、その先端側に小径の第一のノズル孔（１０ａ）を備えるとともに前記第一のノズル孔より上流側により大径の第二のノズル孔（１０ｂ）を備え、前記第一のノズル孔の周面と前記第二のノズル孔の周面とを繋ぐ境界壁面（１０ｄ）が、少なくとも１２０度を超える角度に上流側に開口するテーパ面（１０ｅ）に形成されるように構成される。
【００１４】
また、本発明の軽金属射出成形機の射出ノズルは、軽金属材料を融解してその溶湯を金型のキャビティに充填して成形品を成形する軽金属射出成形機の射出ノズル（１０）において、前記射出ノズルが、その先端側に小径の第一のノズル孔（１０ａ）を備えるとともに前記第一のノズル孔より上流側により大径の第二のノズル孔（１０ｂ）を備え、前記第一のノズル孔の周面と前記第二のノズル孔の周面とを繋ぐ境界壁面（１０ｄ）が、前記ノズル孔の中心線に対して直交する垂直平面（１０ｆ）に形成されるように構成されるとなお良い。
【００１５】
なお、上記括弧内の符号は、構成要素を図と参照するものであり、何ら本発明の構成を図面の物に限定するものではない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の軽金属射出成形機の射出ノズルの実施の形態が、図１の金型を含む側面断面図、および図２の側面拡大断面図によって説明される。また、射出ノズルの他の実施の形態が、図３の側面拡大断面図によって説明される。
【００１７】
本発明の射出ノズルは、図１のように配置される。図示省略された射出シリンダに接続される射出ノズル１０は、型締装置の固定プラテン１２に固定された金型１３に対向する。金型１３には、図示省略された金型１３のキャビティに溶湯を導くスプールブッシュ１４が取り付けられている。そして、少なくとも射出時とその後の計量時に、射出ノズル１０の先端がスプールブッシュ１４の注入口に当接される。射出ノズル１０は、シフト成形が行われる場合にスプールブッシュ１４に離接し、タッチ成形が行われる場合に当接したままとなる。
【００１８】
このような射出ノズル１０の本体部分は、図２のように構成される。射出ノズル１０の中心には、その先端側の小径の第一のノズル孔１０ａと、第一のノズル孔１０ａより上流側のより大径の第二のノズル孔１０ｂとが形成される。そして、第一のノズル孔１０ａと第二のノズル孔１０ｂとの境界部位１０ｃに、第一のノズル孔１０ａの周面と第二のノズル孔１０ｂの周面とを繋ぐ境界壁面１０ｄが少なくとも１２０度を超える角度に上流側に開口するテーパ面１０ｅに形成される。特に、この境界壁面１０ｄは、図３で示されるように、ノズル孔の中心線に対して直交する垂直平面１０ｆに形成されることがより好ましい。また、射出ノズル１０の外周には、公知のバンドヒータ等の加熱ヒータ２０が巻回される。この加熱ヒータの温度は、図示省略された熱電対によって検出され、図示省略された制御装置にフィードバックされる。なお、射出ノズル１０がセラミック等である場合には、誘導加熱ヒータ等が巻回される。
【００１９】
上記のようなノズル孔を有する射出ノズル１０によって、プラグ３０が以下に説明されるように生成される。前回の射出によって送られた、射出ノズル１０の中に残留する溶湯４は、射出後の冷却工程中に冷却されることによって、また、加熱ヒータ２０によって適宜に加熱されることによって、第一のノズル孔１０ａの大部分で固化した状態になり、第二のノズル孔１０ｂで溶湯の状態に維持される。そして、境界部位１０ｃの第一のノズル孔１０ａ側の近傍で、溶湯４は半凝固相に変化する。当然、第一のノズル孔１０ａ中の固化物の先端側がより低い温度に固化している。加熱ヒータ２０が、第一のノズル孔１０ａに固化物を生成するように射出ノズル１を温度制御するとともに射出ノズル１の先端側がより強く冷却されるからである。このような固化物が上記のプラグ３０となる。特に、３０ａが適正な大きさで生成されたプラグ３０の後端部を示し、３０ｂが半凝固相を示す。半凝固相３０ｂが中心でより上流側に成長するのは、軽金属材料の熱伝導率が射出ノズル１０のそれより高く、かつ潜熱が低いいためと、射出ノズル１０の外周から加熱されるためである。
【００２０】
上記のように生成されるプラグ３０の大きさは、本発明の射出ノズル１０によって従来よりさらに安定化する。このことは、第二のノズル孔１０ｂ中の溶湯４の容積が第一のノズル孔１０ａ中の溶湯４の容積に対して境界部位１０ｃを境に一気に増加することに因る。境界壁面１０ｄが１２０度を超えるテーパ面１０ｅに形成され、さらに望ましくは、垂直平面１０ｆに形成されるので、境界壁面１０ｄの外周周縁の角部に溶湯が多く存在するからである。この場合、射出ノズル１０の先端が冷却されるときに第二のノズル孔１０ｂ中の溶湯の固化の進行が従来より若干遅れるので、第一のノズル孔１０ａ中の溶湯４のみが安定して固化する。このことは、従来の、境界部位１ｃの境界壁面１ｄが緩やかなテーパに形成されたノズル孔、あるいは、境界壁面が全くストレートであるノズル孔を想定したときに、より明らかに理解されるであろう。なぜなら、従来の場合、ノズル孔中の溶湯の容量が上流に向かって漸増するか同一であるから容量的な境界が鮮明ではなく、その分、溶湯の固化が連続的に進行して、ノズル先端の温度の変化がプラグの成長の大小により直接的に影響を与えるからである。軽金属成形機における、境界壁面１ｄの外周周縁の角部に存在する成形材料の劣化は、プラスチック射出成形機におけるそれほど問題にならない。
【００２１】
なお、加熱ヒータ２０の設定温度は、射出ノズル１０の先端が金型に当接しているときにプラグ３０が生成されるので、金型の設定温度との兼ね合いであらかじめ調整される。このような加熱ヒータ２０は、ノズル温度を厳密に制御できるものである方がもちろん好ましいが、上記したノズル孔１０の容量的に不連続な形状によって、例えば、一つの加熱ヒータと一つの熱電対によって構成される、従来の最も一般的である加熱装置であっても支障がない。また、本発明では、プラグ３０が安定して生成されることから、第一のノズル孔１０ａを所望のプラグ長さに近い長さにあらかじめ形成しておいて、生成されるプラグ３０を最小限に抑えることもできる。第一のノズル孔１０ａの長さに余裕を持たせる必要性がないからである。
【００２２】
以上説明したように、本発明の射出ノズル１０では、プラグ３０が予定した長さを超えて生成されることはほとんど無い。しかし、最初の成形条件の調整段階において、あるいは何らかのトラブルで異状に長い間ノズルタッチしたままで放置された場合に、プラグ３０が過大に成長することがある。３０ｃがその過大に成長したときのプラグ３０の上流側端部を示す。この過大プラグの半凝固相は、図示省略されている。この場合、本発明の射出ノズル１０では、過大な射出圧力を駆けることなくプラグ３０を抜き出すことができる。これは、プラグ３０が射出圧力によって押圧されたときに、境界部位１０ｃの境界壁面１０ｄの内側の隅角を基点に容易に剪断されるためである。また、境界壁面１０ｄの外周周縁角部の溶湯４の有する熱量によって上流側端部３０ｃが従来より過冷却されにくいので、その剪断強さが従来より小さいためである。したがって、過大に成長した上流側端部３０ｃであっても、従来より小さい剪断力で剪断する。特に、境界壁面１０ｄが垂直平面１０ｅである場合には、その内側隅角がより効果的な剪断刃先として機能する。このような作用効果は、境界壁面１０ｄが従来のような緩やかなテーパ面である場合には奏されない。図４で既述したように、テーパ面の隅角が大きい鈍角である上に、楔効果によってプラグ３の上流側端部３ｃに静水圧的な圧縮力が作用して剪断しにくいからである。
【００２３】
上記のようなノズル孔の形状によって奏される作用効果は、軽金属射出成形機の計量動作や射出動作においてつぎのように発揮される。これらの動作は、本番の成形運転中における動作である。
【００２４】
最初に、プラグ３０がノズル孔１０ａ中に安定して生成された状態で計量工程が行われる。このとき、溶湯４に軽量による圧力が発生する場合にあっても溶湯４が漏れ出すことはない。あらかじめ想定した計量圧力以下でプラグ３０が抜け出ることが無いように、ノズル孔の形状や加熱温度があらかじめ設定されていることはもちろん、プラグ３０の大きさが安定しているからである。
【００２５】
その後、射出ノズル１０中の溶湯４の計量時の圧力を減ずるために公知のサックバックが行われる。それで、溶湯４の圧力が低下して、溶湯４が不意に噴出するトラブルが解消される。このことは、特にシフト成形が行われる場合に作業環境の安全性を高める。作業者が高熱の溶湯に曝される心配が無くなるからである。もちろん、射出ノズル１０が金型に当接したままでつぎの射出まで待機するタッチ成形においても、このことは、スプールブッシュ１４と射出ノズル１０の当接面からの溶湯４の漏洩を防止する。なお、後者のタッチ成形の場合には、ノズル１０の先端がより長時間の間冷却されるので、奪われる熱量に対応して加熱ヒータ２０が射出ノズル１０をより強力に加熱するように制御される。
【００２６】
つぎに成形品が金型から取り出されて射出が行われる。そして、成形品の冷却工程中につぎの計量が開始される。このとき、プラグ３０が安定して所望の長さに生成されるのでプラグ３０の抜け出し圧力が所望の圧力に安定して、つぎの射出開始時の圧力を予定した射出圧力に制御することが容易になる。射出時に溶湯４に押し出されてノズル先端から抜け出たプラグ３０は、金型内のスプルブッシュ穴を経てプラグキャッチャ（図示省略）に捕獲される。その後、上記の成形運転が安定して繰り返される。
【００２７】
万一、プラグ３０が予定した長さを超えて生成されることがあっても過大な射出圧力を駆けることなくプラグ３０を抜き出すことができることは、既述した通りである。
【００２８】
【発明の効果】
本発明が上記のように構成されるので、射出ノズルのノズル孔を塞ぐプラグは、第一のノズル孔とその境界部位の直近で安定して生成される。そして、プラグの大きさを必要最小限に小さくすることができる。また、万一プラグが第二のノズル孔側で多少成長することがあっても確実に抜け出す。このとき、プラグが静水圧的に圧縮されることなく剪断されて抜け出すから過大な射出圧力を必要としない。
【００２９】
特に、前記第一のノズル孔の周面と前記第二のノズル孔の周面とを繋ぐ境界壁面が垂直平面に形成された場合には、境界壁面の隅角で応力集中がより発生するので、より小さい射出圧力でプラグが破壊して抜け出る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の射出ノズルと金型との配置を示す側面断面図である。
【図２】図１の本発明の射出ノズルの拡大した側面断面図である。
【図３】本発明のより好ましい射出ノズルの拡大した側面断面図である。
【図４】従来の射出ノズルの側面断面図である。
【符号の説明】
１０    射出ノズル
１０ａ  第一のノズル孔
１０ｂ  第二のノズル孔
１０ｄ  境界壁面
１０ｅ  テーパ面に形成された境界壁面
１０ｆ  垂直平面に形成された境界壁面
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004174510.tif 000005
【図４】
2004174510.tif 000006