(57)【要約】【課題】成形品に筋状の気泡列を発生させることがなく、外観が良好で発泡倍率が均一である成形品を得る発泡射出成形用のシャットオフノズルを提供すること。【解決手段】ノズル孔１０に当接又離間して自在に開閉するニードル５と、ニードル５を支持するニードル支持体４を備え、ニードル支持体４の略中心部にニードル支持部４ａを配して、ニードル支持体４の外周部とニードル支持部４ａとの間に形成した樹脂流路の縦断面形状を、ニードル支持部４ａを中心としたＣ型環状とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型に当接して樹脂を供給するためのノズル孔を穿孔したノズルヘッドと、射出成形機のバレルに接続されるノズル本体を備えるとともに、該ノズル孔に当接又離間して自在にノズル孔を開閉するニードルと、該ニードルを支持するニードル支持体を備えて、該ニードル支持体をノズルヘッドとノズル本体との間に挟持して、バレルからノズル孔に向かう樹脂流路を形成した発泡成形用シャットオフノズルにおいて、該ニードル支持体の略中心部にニードル支持部を配して、該ニードル支持体の外周部とニードル支持部との間に樹脂流路を形成し、該ニードル支持体に形成した該樹脂流路の縦断面形状が、ニードル支持部を中心としたＣ型環状である発泡成形用シャットオフノズル。
【請求項２】
前記ニードル支持部が砲弾型である請求項１記載の発泡成形用シャットオフノズル。
【請求項３】
前記ニードル支持部の連結部分の横断面形状が、樹脂の流れ方向に対して拡大し縮小する流線形である請求項１又は請求項２記載の発泡成形用シャットオフノズル。
【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シャットオフノズルに係り、特に二酸化炭素や窒素等の不活性ガスを使用するガス発泡成形に適した発泡成形用シャットオフノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂の内部に多数存在する気泡により軽量化、断熱、吸音効果、又同一重量での剛性等の物性に優れた特性を示す発泡成形品は古くから様々な分野で使用されている。
特に近年は、製品に対する樹脂の量を減らして軽量化するために樹脂を発泡させる手法が多く用いられ、軽量化はコスト低減につながることとあいまって発泡成形品の適用分野をさらに広げている。
【０００３】
発泡成形品を製造する成形方法として、発泡剤を混合した樹脂を金型内にショートショットの状態で射出し、その後金型内で樹脂を発泡させることによって成形するショートショット法や、発泡剤を混合した樹脂を金型内にフルショットの状態で射出し、その後金型を開きながら樹脂を発泡させて成形するハイプレッシャー法の射出発泡成形方法が、従来から一般的に知られている。
【０００４】
ここで、前記ショートショット法に代表される射出発泡成形方法では、樹脂の可塑化中および射出充填直前まで溶融樹脂の発泡防止のため、ノズル孔をニードルの先端で塞ぐ構成のシャットオフノズルが使用されている。
前記構成のシャットオフノズルは、一般的にニードルタイプのシャットオフノズルと称されており、製品の金型に接続されるノズルヘッド、樹脂供給機のバレルに接続されるノズル本体、及びニードル支持体とを備えて、ノズル本体の中に嵌め込まれたニードル支持体をノズルヘッドとノズル本体との間で挟持する構造となっている。
そして、前記シャットオフノズルは、その内部をバレル側からノズル孔（金型側）に向かって樹脂が流れることができる構造とするために、前記ノズルヘッド、ノズル本体、及びニードル支持体を貫通する樹脂の流路が形成されている。
また、前記シャットオフノズルはさらに、ノズル孔に当接又離間してノズル孔を開閉するニードルを備えており、前記ニードルはニードル支持体のノズルヘッド側に開けられた孔に摺動自在な状態で嵌挿されて支持され、ニードル支持体の内部に一部分を埋め込まれたニードル駆動機により駆動されて自在に前後進できる構造となっている。
【０００５】
ここで、前述したニードルタイプのシャットオフノズルの一般的に使用されているニードル支持体１０２には、バレル側からノズル孔まで連通する樹脂流路が形成されており、図５に示すように複数の樹脂流路１０９Ｂがニードル支持体中心部１０５から同芯上に配されて設けられている。前記ニードル支持体１０２の樹脂流路の断面形状は、汎用の機械加工設備における加工の容易性と、溶融樹脂が樹脂流路を通過する際に剪断速度を受け樹脂温度が均一化する効果とを得る目的で、複数の管状とするのが一般的である。
そして、バレル側から供給される発泡剤を混合した溶融樹脂は、ニードル支持体流入側において一旦複数の樹脂流路１０９Ｂによって分流され、ニードル支持体流出側のノズルヘッド内で合流しノズル孔より金型内へ射出充填される構造となっている。（たとえば、特許文献１参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５７−１６３５４２号公報（第１頁〜第３頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す流路を持つ従来構造のニードルタイプのシャットオフノズルを使用し、二酸化炭素や窒素等の不活性ガスを溶解分散した溶融樹脂を、例えば金型内にフルショットの状態で射出しその直後金型を開きながら樹脂を発泡させて成形するハイプレッシャー法によって発泡射出成形を行なった場合において、成形品には図６に示すように分流（図５では６個の流路である。）された数に相当する筋状の気泡列１４による外観不良と、気泡径のバラツキによって発泡倍率が不均一になるという問題があった。これは不活性ガスを溶解分散した溶融樹脂がニードル支持体を通過する際に複数の流路に分流され、流路の出口付近において溶融樹脂中の溶解ガスのガス発泡によって気泡が生じるという現象が生じたものだと推定される。
【０００８】
そこで、本発明は数多くの実験を行なう中で得られた知見を元になされたものであり、特に、二酸化炭素や窒素を溶融樹脂中に溶解分散させた発泡射出成形に適合し、外観が良好で発泡倍率が均一である成形品を得ることのできるシャットオフノズルを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明では、金型に当接して樹脂を供給するためのノズル孔を穿孔したノズルヘッドと、射出成形機のバレルに接続されるノズル本体を備えるとともに、該ノズル孔に当接又離間して自在にノズル孔を開閉するニードルと、該ニードルを支持するニードル支持体を備えて、該ニードル支持体をノズルヘッドとノズル本体との間に挟持して、バレルからノズル孔に向かう樹脂流路を形成した発泡成形用シャットオフノズルにおいて、該ニードル支持体の略中心部にニードル支持部を配して、該ニードル支持体の外周部とニードル支持部との間に樹脂流路を形成し、該ニードル支持体に形成した該樹脂流路の縦断面形状を、ニードル支持部を中心としたＣ型環状とした。
【００１０】
又、第２の発明では、前記ニードル支持部を砲弾型とし、さらに、第３の発明では、前記ニードル支持部の連結部分の横断面形状を、樹脂の流れ方向に対して拡大し縮小する流線形とした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るシャットオフノズルの具体的実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１〜図４は本発明の実施の形態に係り、図１は本発明のシャットオフノズルの断面構造を示す図面であり、図２は本発明に使用するガス発泡成形装置の概略図である。図３は図１のＡ−Ａに沿って切断した縦断面図であり、図４は図３のＢ−Ｂに沿って切断した横断面図である。
【００１２】
図１を用いて本発明に係るシャットオフノズル６０の実施形態の構成について説明する。
図１はシャットオフノズル６０の閉止状態を示しており、ガス溶解可塑化射出装置３０に備えている可塑化装置のバレル１先端の複数のねじ孔１２に締付ボルト１３により取り付けられ樹脂流路９Ａを有するノズル本体２、金型と接続されるノズル孔１０及び樹脂流路９Ｃを有するノズルヘッド３、ノズル本体２の中に形成された凹部に嵌め込まれて、ノズル本体２とノズル本体２に螺着されたノズルヘッド３との間で挟持されるニードル支持体４を備えている。
なお、図１に示すシャットオフノズル６０においては、前述の樹脂流路９Ａ、ノズル孔１０、樹脂流路９Ｃ、及びニードル支持体４に形成された後述の樹脂流路９Ｂによって、バレル１からノズル孔１０に向かう樹脂流路を形成している。
また、図１に示すシャットオフノズル６０は、ニードル支持体４のノズルヘッド３側に開けられた孔に摺動自在な状態で嵌挿されて支持されたニードル５、及びニードル５を押圧してノズル孔１０を閉止する連結レバー６と、連結レバー６を作動させ図示されていないブラケットに固定された流体シリンダ７により構成される押圧手段であるニードル駆動機５０を備えている。
なお、ノズル本体２やノズルヘッド３の外周部には図示しないバンドヒータが装着されシャットオフノズル６０内の樹脂を均一に加熱保温する
【００１３】
そして、流体シリンダ７（本実施形態においては油圧シリンダ７）のロッド側ポートａに図示していない流体圧（油圧）供給源より所望の圧力に加圧した流体を供給することで、流体シリンダ７のピストンロッド１１が引き込まれ、軸受ピン８を介して連結レバー６がニードル５の後端面を押圧し、ニードル５の先端はノズル孔１０に当接してノズル孔１０を閉止する。
また、ニードル５の先端は、先端から後端に向けて漸次拡径する拡径部を持ち、ニードル５の先端部をノズル孔１０に挿入してニードル５の外径より小径のノズル孔１０に当接させることによって溶融樹脂感圧部を形成する構造となっている。
さらに、ニードル５によるノズ孔１０の閉止によって、バレル１及びシャットオフノズル６０内に形成した樹脂流路に貯溜されている発泡性の溶融樹脂がノズル孔１０から漏れ出して発泡するのを防止する。この閉止状態は、射出工程完了直後から計量工程を含め次の射出工程開始まで継続される。
【００１４】
シャットオフノズル６０の開状態は、流体シリンダ７のロッド側ポートａに作用させていた流体圧力を開放してニードル５の後端面への押圧力を解除し、ニードル５先端の溶融樹脂感圧部に樹脂発泡圧力及び／又は射出充填の樹脂流動圧力が作用することによって、ニードル５はバレル１側へ押しもどされニードル５がノズル孔１０から離間することによりノズル孔１０の閉止が開放されるとともに金型への樹脂流路が確保されることとなる。
【００１５】
次に、本発明の実施形態に使用されるガス発泡成形機１００は、図２に示すように型締装置２０、ガス溶解可塑化射出装置３０、及びガスボンベとガス加圧器とで構成されるガス供給装置４０を備えて、さらに型締装置２０、ガス溶解可塑化射出装置３０、およびガス供給装置４０を制御する図示されていない制御装置を備えている。
【００１６】
型締装置２０は、二酸化炭素や窒素等の不活性ガスを溶解分散させた樹脂を金型内にフルショットの状態で射出し、その直後に金型を開きながら樹脂を発泡させて成形するハイプレッシャー法に対応できるよう型開量を精密にコントロールができる。
また、ガス溶解可塑化射出装置３０は、ガスボンベ及びガス加圧器で構成されるガス供給装置４０と連繋して溶融樹脂中に不活性ガスを十分に溶解分散させることができ、前述の図示しない制御装置等によって一連のガス発泡射出成形が行なわれるような構成となっている。
【００１７】
図３は本発明に係るシャットオフノズル６０の実施形態であるニードル支持体４の断面を示し、図１のＡ−Ａに沿って樹脂の流れ方向に対して直行する方向に切断した縦方向の断面図である。ニードル支持体４はノズル本体２の中に形成された凹部に嵌め込まれて、ノズル本体２とノズル本体２に螺着されたノズルヘッド３との間に挟持されている。
そして、ニードル支持体４は図１及び図３に示すように、ニードル５を支持するための砲弾型のニードル支持部４ａと、該ニードル支持部４ａを保持するため及び連結レバー６を組込む孔４ｂのために必要な連結部分４ｃを残して、樹脂の流れ方向に対して直行する方向に切断した縦断面の形状がＣ型の環状となるように流路を穿孔して樹脂流路９Ｂを形成する。
なお、前記樹脂流路９Ｂの縦断面形状は、本来ニードル支持部４ａを中心とした円環状とすることが好ましいが、ニードル支持部４ａをノズル孔１０と対向する位置に配設しなければならないという理由から連結部分４ｃを形成するに必要な部分を残すために、円環の一部を不連続として一部が欠損して切れたようなＣ型の環状（Ｃ型環状と略して称することもある）とした。
従って、ニードル支持部４ａを保持する部分以外で連結部分４ｃを残す必要の無い部分等においては、樹脂流路９Ｂの縦断面形状は、不連続部分のない環状であって良く、樹脂流路９Ｂの一部に、樹脂の流れ方向に対して直行する方向に切断した縦断面の形状が環状の部分を備えたニードル支持体４であっても、本発明の適用の範囲である。
なお、ノズル本体２に設けた流路９Ａはニードル支持体４に設けた流路９Ｂに向かって拡径し、また、ノズルヘッド３に設けた流路９Ｃはニードル支持体４に設けた流路９Ｂから縮径していることから、前記ニードル支持部４ａは前記ニードル支持体４の樹脂出入り口において流路の断面積が急激に変化しないように、バレル１側とノズル孔１０側に向かって縮径する所謂ラグビーボールのような砲弾型形状としている。
【００１８】
また、図４は本発明に係るシャットオフノズル６０の実施形態であるニードル支持体４の断面を示し、図３のＢ−Ｂに沿って切断した横断面図である。前記ニードル支持部４ａを保持するとともに連結レバー６を組込む孔４ｂのために必要な連結部分４ｃは、図４に示すようにバレル１側とノズル孔１０側に向かう方向に向かってその端部の断面積が縮小し、前記連結部分４ｃにおいて樹脂流れを円滑にさせ樹脂の滞留や停滞がない所謂流線型に近い形状とする。
そして、前記構造でＣ型環状に穿孔した樹脂流路９Ｂを形成したニードル支持体４を用いる本発明においては、二酸化炭素や窒素等の不活性ガスを溶解分散した溶融樹脂はニードル支持体４の入口部分で分流されることが無く、また、ノズル本体２およびノズルヘッド３に設けた樹脂流路９Ａ、９Ｃを樹脂滞留と急激な圧力変化を生じさせない形状としたので、溶融樹脂中の溶解ガスが射出充填中にガス発泡を起さないことから、シャットオフノズル６０内において気泡の発生が無く、図６に示すような成形品に筋状の気泡列１４や発泡倍率の不均一を発生させることがない。
【００１９】
なお、本実施形態において、ニードル５の押圧手段として流体シリンダ７を用いたニードル駆動機５０を使用したが、本発明に使用する流体は成形装置から容易に供給できる油圧や圧縮空気でも良く機能を果たせるものであれば良い。また、他の押圧手段として流体シリンダ７の替りに電動アクチェータや電磁石を用いても良い。
なお、流体シリンダ７を使用し流体の供給が遮断された場合、ノズル孔１０の閉止の押圧作用が失われ発泡樹脂圧力が溶融樹脂感圧部に作用してニードル５を押し戻すことからノズル孔１０より溶融樹脂が漏れ出すこととなる。この対策として、流体シリンダ７のロッド側室にスプリングなどの弾性体を組込むことは、流体圧力が遮断されても押圧作用が失われない効果を有する。
また、電動アクチェータにボールネジなどの機構による構成は停電しても自立し自己位置を保持する機能を有することから、ユーティリティの遮断に対する樹脂もれや発泡の防止に優れた効果を発揮することとなる。
【００２０】
本発明の実施形態において、シャットオフノズル６０の開閉を確認した後に次の工程へ移行しようとする場合には、例えば流体シリンダ７のロッド側の圧力を圧力検出器等のセンサにより検出し、設定した圧力より高い圧力を検出することでノズル孔１０の閉止を、設定した圧力より低い圧力を検出することでノズル孔１０の開きを確認し、それぞれの検出信号を制御装置へ送ることで作動させることができる。電動アクチェータの場合では、電動機にエンコーダを取り付け位置信号の検出によって上述と同様の制御を行なうことができる。
【００２１】
そして、本発明の実施形態において、バレル１に締付ボルト１３が螺着されるねじ孔１２、及び、ノズル本体２に締付ボルト１３が挿通される透孔をノズル周方向に複数で等間隔に配設したので、連結レバー６位置とノズル本体２に締付ボルト１３が挿通される透孔の位置を設定することによって、ノズル外周の任意の所望な位置に連結レバー６を配するに必要な連結部分４ｃの位置を設定することができる。仮に、連結部分４ｃのために必要な環の切れた部分の影響により、成形品に筋状の気泡列１４が発生したとしても、前記設定した位置を変化させることにより環の切れた部分の位置を変えることができるので、気泡列１４の発生位置を製品外観の一番目立たない位置に変えることが可能であるという優れた効果を有する。
また、前記構成のシャットオフノズル６０は、部品点数が少なく、樹脂流路が短いことにより滞留樹脂量も少なく、圧力損失が小さいという優れた効果を有したシャットオフノズルである。
【００２２】
本発明の実施の形態において、ノズル孔１０を閉止するニードル５を前後摺動可能に支持するニードル支持体４を樹脂流路途中に設け、ノズル孔１０の閉止動作を連結レバー６や流体シリンダ７を用いたニードル駆動機５０で行なう構成としたが、本実施の形態に限らず、ニードル５の後端面のニードル支持部４ａ空間内に設けた圧縮ばね等の弾性部材によってニードル５が前方に付勢され、ノズル孔１０を閉止する構成としても良く、ガス溶解可塑化射出装置３０のバレル１からノズル孔１０までの樹脂流路に分岐や断面積の急激な変化がない構造であれば良い。
【００２３】
なお、上述した本発明の実施の形態において、二酸化炭素や窒素等の不活性ガスを溶解分散した溶融樹脂を金型内にフルショットの状態で射出しその直後金型を開きながら樹脂を発泡させて成形するハイプレッシャー法によって発泡射出成形を行なうものとしたが、重炭酸ソーダに代表される無機発泡剤やアゾジカルボンアミドに代表される有機発泡剤等の化学発泡剤を用いてもこの効果は期待できる。また、発泡剤を混合した樹脂を金型内にショートショットの状態で射出し、その後金型内で樹脂を発泡させることによって成形するショートショット法を本発明に用いてもこの効果は期待できる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、金型に当接して樹脂を供給するためのノズル孔を穿孔したノズルヘッドと、射出成形機のバレルに接続されるノズル本体を備えるとともに、該ノズル孔に当接又離間して自在にノズル孔を開閉するニードルと、該ニードルを支持するニードル支持体を備えて、該ニードル支持体をノズルヘッドとノズル本体との間に挟持して、バレルからノズル孔に向かう樹脂流路を形成した発泡成形用シャットオフノズルにおいて、該ニードル支持体の略中心部にニードル支持部を配して、該ニードル支持体の外周部とニードル支持部との間に樹脂流路を形成し、該ニードル支持体に形成した該樹脂流路の縦断面形状をニードル支持部を中心としたＣ型環状としたことによって、樹脂がシャットオフノズル内で複数の樹脂流路に分流されることがなく、従来のシャットオフノズルで成形品に多発した筋状の気泡列が発生するのを極力防止して、外観が良好な成形品を得ることができる。
また、前記ニードル支持部を砲弾型とすることにより、樹脂の急激な圧力変化を抑えて発泡状態を均一にするといった点で効果が期待でき、前記ニードル支持部の連結部分の横断面形状を樹脂の流れ方向に対して拡大縮小する流線形とすることによって樹脂の急激な圧力変化をさらに抑えて、前記効果を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るシャットオフノズルの断面構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に用いたガス発泡成形装置の概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係るシャットオフノズルを図１のＡ−Ａに沿って切断した縦断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るシャットオフノズルを  図３のＢ−Ｂに沿って切断した横断面図である。
【図５】従来のニードル支持体の樹脂流路形状を示す断面図である。
【図６】従来のノズルで成形した成形不良の外観で６本の筋状の気泡列を示す図面である。
【符号の説明】
１            バレル
２            ノズル本体
３            ノズルヘッド
４            ニードル支持体
４ａ          ニードル支持部
４ｂ          連結レバーを組込む孔
４ｃ          連結部分
５            ニードル
６            連結レバー
７            流体シリンダ
８            軸受ピン
９Ａ          流路
９Ｂ          Ｃ型環状流路
９Ｃ          流路
１０          ノズル孔
１１          ピストンロッド
１２          ねじ孔
１３          締付ボルト
１４          筋状の気泡列
１５          ゲート
１６          成形品
２０          型締装置
３０          ガス溶解可塑化射出装置
４０          ガス供給装置
５０          ニードル駆動機
６０          シャットオフノズル
１００        ガス発泡成形機
１０２        ニードル支持体
１０５        ニードル支持体中心部
１０９Ｂ      流路
ａ            流体シリンダロッド側ポート
【図１】
2005040993.tif 000003
【図２】
2005040993.tif 000004
【図３】
2005040993.tif 000005
【図４】
2005040993.tif 000006
【図５】
2005040993.tif 000007
【図６】
2005040993.tif 000008