(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
後端部、前端部、前記後端部から内部を貫いて形成された溶融材料通路を有する内部本体部、前記後端部に隣接して前記内部本体部に設けられた外部カラー部、前記外部カラー部から前記前端部に向けて設けられた外部スリーブ部、前記内部本体部に巻き付けられたら旋部および前記外部カラー部を貫いて半径方向に突出させたリード部を有する電熱線、前記内部本体部と前記外部スリーブ部との間に前記電熱線の該ら旋部を囲むように形成された熱伝導部を備えてなる射出成形用ノズルの製造方法であって、
外部カラーと前記電熱線とを内部本体に装着して組み立て体を形成し、前記内部本体との間に前記電熱線の該ら旋部を囲む空間を形成するように外部スリーブを装着し、前記内部本体、前記外部カラーおよび前記外部スリーブ間の各接合部にろう付け材料をそれぞれ塗布し、前記組み立て体が前記前端部を上方に置く直立位置を取るとき、前記空間を密封するために真空炉内のほぼ酸素のない雰囲気のもとで前記組み立て体をろう付けし、さらに前記内部本体部、前記外部カラー部、前記電熱線および前記外部スリーブ部と一体に結合した前記熱伝導部を形成するように真空炉内のほぼ酸素のない雰囲気のもとで該組み立て体の直立位置を保ちながら、熱伝導性材料を前記空間内に鋳込み、望ましい形状および仕上がりを備えるように鋳込みを完了した前記ノズルを機械加工するようにしたものにおいて、
ホッパを形成するために前記外部スリーブの上端を直立位置で前記前端部を超えて上方に延ばしておき、前記真空炉へ前記組み立て体を搬入する前に前記ホッパ内に決められた量の該熱伝導性材料の小塊を詰め、これにより前記真空炉での鋳込み中、前記熱伝導性材料の小塊が溶け、さらに前記外部スリーブと前記内部本体との間の前記電熱線の該ら旋部を囲む前記空間に流れるようにし、
前記熱伝導性材料は前記ろう付け材料の融点よりも高い融点を有し、前記真空炉の一度の操作において前記組み立て体を共にろう付けし、かつ前記熱伝導性材料を前記空間に鋳込み、そのとき、初めに前記ろう付け材料の融点よりも高く、かつ前記熱伝導性材料の融点よりも低い第１の温度に前記真空炉温度を上昇し、次に前記ろう付け材料の凝固点よりも低い第２の温度に前記真空炉温度を下げ、さらに前記組み立て体をろう付けするのに十分な時間該第２の温度に保持し、その後、前記ろう付け材料を溶融させずに前記熱伝導性材料を前記外部スリーブと前記内部本体との間の前記電熱線の該ら旋部を囲む前記空間に鋳込むように該熱伝導性材料の融点よりも高い第３の温度に前記真空炉温度を上昇するようにしたことを特徴とする射出成形用ノズルの製造方法。
【請求項２】
前記真空炉の操作において、さらに鋳込まれた前記ノズルを取り出す前に不活性ガスを供給しつつ、該真空炉を徐々に冷却することを特徴とする請求項１記載の射出成形用ノズルの製造方法。
【請求項３】
前記真空炉の加熱操作中、前記組み立て体を下側に入口を備えた開口を有する絶縁キャップで覆い、これにより前記熱伝導性材料を上方にかけて順を追って冷却することを特徴とする請求項２記載の射出成形用ノズルの製造方法。
【請求項４】
前記組み立て体の予め決められた部分を上方に向けて前記絶縁キャップの該開口内に挿入することを特徴とする請求項３記載の射出成形用ノズルの製造方法。
【請求項５】
前記組み立て体の一部を前記外部スリーブの該上端を突き当てて前記開口内に収めるように前記絶縁キャップが取り外し可能に保持されることを特徴とする請求項４記載の射出成形用ノズルの製造方法。
【請求項６】
前記絶縁キャップが前記組み立て体を収める前記開口から上方に延びるベント口を備えることを特徴とする請求項５記載の射出成形用ノズルの製造方法。
【請求項７】
前記内部本体、前記外部カラーおよび前記外部スリーブを共にろう付けの前に溶接で仮付けすることを特徴とする請求項６記載の射出成形用ノズルの製造方法。
【請求項８】
前記熱伝導性材料が銅からなることを特徴とする請求項７記載の射出成形用ノズルの製造方法。
【請求項９】
前記ろう付け材料がニッケル合金からなることを特徴とする請求項８記載の射出成形用ノズルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は射出成形装置に係り、特に真空炉の一度の加熱操作においてろう付けと鋳込みとを共に行う電熱線を備えた射出成形用ノズルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形用ノズルに一体の電熱線を設けることはその熱伝導性能の向上、腐食の抑制、さらには寿命の延長などの面で多大の利点がある。こうした射出成形用ノズルの製作中、初めに電熱線のら旋部を囲む空間を形成するために要素部品を真空炉を用いたろう付けによって密封することが知られている。この後、電熱線のら旋部を囲む密封された空間に、たとえば銅のような熱伝導性材料を鋳込むためにノズルを再び真空炉に搬入して加熱することになる。この方法では、ベリウム銅合金のような熱伝導性材料が選ばれることがあるが、これはニッケル合金などのろう付け材料と比べて融点が低い。
【０００３】
この方法を応用した例は出願人の所有する米国特許第４３５５４６０号、第４４０３４０５号および第４７７１１６４号明細書に説明されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来の方法は多くの利点があるものの、電熱線のら旋部を囲む空間の密封と、この密封された空間への銅の鋳込みとは別々に行われ、真空炉の加熱操作は異なった温度で二度行う必要がある。
【０００５】
さらに、従来の熱伝導性材料内に電熱線を鋳込む方法は、ノズル内に生じるエアポケットを減少させ、熱伝達性能を向上させるのに有効であることが確かめられている。最近、このノズルの熱伝導性はノズルの冷却方法を変えることで、さらに向上できることが判明した。これは鋳込み材料の収縮においてボイドの生成を防ぐために熱伝導性材料を底部から上に一方向に凝固させる方法である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は真空炉の一度の操作において電熱線を囲む空間を密封するろう付けと、その密封された空間への熱伝導性材料の鋳込みとを共に行う射出成形用ノズルの製造方法を提供することにある。
【０００７】
また、別の目的は空間内で熱伝導性材料を底部から一方向に凝固させて製作するノズルの冷却方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は後端部、前端部、前記後端部から内部を貫いて形成された溶融材料通路を有する内部本体部、前記後端部に隣接して前記内部本体部に設けられた外部カラー部、前記外部カラー部から前記前端部に向けて設けられた外部スリーブ部、前記内部本体部に巻き付けられたら旋部および前記外部カラー部を貫いて半径方向に突出させたリード部を有する電熱線、前記内部本体部と前記外部スリーブ部との間に前記電熱線の該ら旋部を囲むように形成された熱伝導部を備えてなる射出成形用ノズルの製造方法であって、外部カラーと前記電熱線とを内部本体に装着して組み立て体を形成し、前記内部本体との間に前記電熱線の該ら旋部を囲む空間を形成するように外部スリーブを装着し、前記内部本体、前記外部カラーおよび前記外部スリーブ間の各接合部にろう付け材料をそれぞれ塗布し、前記組み立て体が前記前端部を上方に置く直立位置を取るとき、前記空間を密封するために真空炉内のほぼ酸素のない雰囲気のもとで前記組み立て体をろう付けし、さらに前記内部本体部、前記外部カラー部、前記電熱線および前記外部スリーブ部と一体に結合した前記熱伝導部を形成するように真空炉内のほぼ酸素のない雰囲気のもとで該組み立て体の直立位置を保ちながら、熱伝導性材料を前記空間内に鋳込み、望ましい形状および仕上がりを備えるように鋳込みを完了した前記ノズルを機械加工するようにしたものにおいて、前記熱伝導性材料は前記ろう付け材料の融点よりも高い融点を有し、前記真空炉の一度の操作において前記組み立て体を共にろう付けし、かつ前記熱伝導性材料を前記空間に鋳込み、そのとき、初めに前記ろう付け材料の融点よりも高く、かつ前記熱伝導性材料の融点よりも低い第１の温度に前記真空炉温度を上昇し、次に前記ろう付け材料の凝固点よりも低い第２の温度に前記真空炉温度を下げ、さらに前記組み立て体をろう付けするのに十分な時間該第２の温度に保持し、この後、前記ろう付け材料を溶融させずに前記熱伝導性材料を前記外部スリーブと前記内部本体との間の前記電熱線の該ら旋部を囲む前記空間に鋳込むように該熱伝導性材料の融点よりも高い第３の温度に前記真空炉温度を上昇するようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明方法により組み立てられた電熱線を備えた射出成形用ノズルの要素部品を示している。熱間加工用工具鋼のような材料からなる内部本体１２に沿って電熱線１０が設けられている。
【００１０】
本実施の形態の内部本体１２は上端１６側に後記のように溶融した熱伝導性材料を縦方向に流すための複数本の溝１８が刻まれた頭部１４を有する。電熱線１０は内部本体１２に沿って巻かれるら旋部２０と、内部本体１２の下端２４近くで半径方向に突出させて設けられる２本のリード部２２とから構成される。
【００１１】
この電熱線１０は熱損失の少ない内部本体１２の中間領域では、他の箇所よりも少なく巻くように予め決められたコイル形状を保っている。本実施の形態の電熱線１０は鋼製のケーシング内に詰めた酸化マグネシウムのような電気絶縁材料を貫いて抵抗線を引いて作られる。用途によっては熱的要求に応じて別の種類および形状の電熱線を用いることができる。
【００１２】
一方、内部本体１２の下端２４側には開口２８を有する中空の外部カラー２６が装着される。ここで、電熱線１０の２本のリード部２２が外部カラー２６の半径方向に向けられた開口２８を通して外に引き出される。プラグ３０にはリード部２２を通す２個の孔３２が穿たれており、プラグ３０を外部カラー２６の開口２８に組み付けるとき、リード部２２を孔３２を通して外に引き出す。
【００１３】
本実施の形態の外部カラー２６は冷却される金型（図示せず）にノズル３６が装着されたとき、ノズル３６に過大な熱損失を生じさせないように支持するための絶縁フランジ３４を有する。
【００１４】
また、ステンレス鋼のような保護材料を用いて作られる外部スリーブ３８が電熱線１０のら旋部２０のまわりに内部本体１２との間に空間４２を保って装着される。ここで、外部スリーブ３８の下端４０は外部カラー２６のシート部に当接されて組み付けられる。
【００１５】
図２に示すように、本実施の形態の外部スリーブ３８は内部本体１２の頭部１４の上方にホッパ４４を形成するために内部本体１２の上端１６を超えて上方に延びている。組み立ての過程で内部本体１２、外部カラー２６、プラグ３０および外部スリーブ３８は組み立て体４６を形成するために所定の位置にレーザ溶接で仮付けされる。
【００１６】
この後、図２の符号４８で示される内部本体１２、電熱線１０、プラグ３０および外部スリーブ３８の各接合部に、たとえばニッケル合金のようなろう付け材料を塗布する。外側接合部についてはビードを形成し、内側接合部には粉末を用いる。さらに、上部の開口５２を通してホッパ４４内に熱伝導性材料の小塊を詰める。
【００１７】
本実施の形態の熱伝導性材料５０は純銅であり、融点が約１０１０℃（１８５０°Ｆ）のニッケル合金よりも高い約１０８２．２２℃（１９８０°Ｆ）の融点を有する。熱伝導性材料５０がろう付け材料の融点よりも高い融点を有する限り、これ以外の材料の組み合わせを使用することが可能で、ろう付けで密封された箇所が鋳込みにより再溶融することはない。
【００１８】
熱伝導性材料５０をホッパ４４内に詰めた後、組み立て体４６に絶縁キャップ５４を装着する。図２に示すように、本実施例においては絶縁キャップ５４は下側に組み立て体４６を通す入口５８を備えたテーパ状の中心開口５６を有する。この中心開口５６は絶縁キャップ５４の上端６４に延びるベント口６２にかけてテーパが形成されるテーパ部６０を有する。
【００１９】
絶縁キャップ５４は外側スリーブ３８の上端６６にテーパ部６０が載せられた位置で取り外し可能に保持される。
【００２０】
図２に示すように、絶縁キャップ５４のスカート６８は外部カラー２６の絶縁フランジ３４を囲むが、組み立て体４６の下部６９については絶縁キャップ５４で覆われない。他の実施例では熱伝導性材料５０を一方向に凝固させるために必要があれば、絶縁キャップ５４で組み立て体をより多く、あるいはより少なく、または完全に覆うこともできる。
【００２１】
好ましくは、絶縁キャップ５４は適当なセラミックス材料で製作するが、たとえば、ステンレス鋼のようなこれ以外の適当な材料を用いて作ることも可能である。
【００２２】
図３に示すように、直立した位置を保ってラック７０に組み立て体４６をそれぞれ置き、一括して加熱するために真空炉７２内に搬入する。この実施例では絶縁キャップ５４は個々に分離してそれぞれの組み立て体４６に装着したものが示されるが、別に用意した共通の絶縁キャップを一括処理する組み立て体に装着してもよい。
【００２３】
真空炉７２の一度の操作中、以下に説明されるように、組み立て体４６は電熱線１０を囲む空間４２を密封するためにろう付けが施され、その後、ノズル３６を形成するために空間４２内に熱伝導性材料が鋳込まれる。
【００２４】
真空炉７２を徐々に加熱し、内部の酸素を抽出して炉内を高真空に保持する。このとき、絶縁キャップ５４のベント口６２により絶縁キャップ５４の内部に閉じ込められる酸素が抽出される。その後、スパッタリングを避けるためにアルゴンないし窒素のような不活性ガスを用いて真空炉７２を部分的に置換する。真空炉７２をニッケル合金の融点よりも高く、かつ銅の熱伝導性材料５０の融点よりも低い第１の温度約１０６５．５６℃（１９５０°Ｆ）に加熱する。
【００２５】
このとき、電熱線１０、内部本体１２、プラグ３０および外部スリーブ３８間の各接合部４８に沿って塗布されたニッケル合金が溶融する。その後、真空炉７２の温度をニッケル合金の凝固温度よりも低い第２の温度約９８２．２２℃（１８００°Ｆ）に下げる。
【００２６】
この第２の温度は電熱線１０のら旋部２０を囲む空間４２を密封し、同時に組み立て体４６を一体にろう付けするために約３０分間保持される。これは銅の熱伝導性材料５０の融点よりもさらに高い融点を有する接合部の鋼に拡散したろう層を生じる。この後、真空炉７２の温度を接合部の拡散ろう層を溶融させる程高くなく、しかも熱伝導性材料５０の融点よりも十分に高い第３の温度約１１１２．７８℃（２０３５°Ｆ）に上昇させる。
【００２７】
銅の熱伝導性材料５０が溶融すると、溶融した銅がホッパ４４から内部本体１２の頭部１４にある溝１８を経て電熱線１０のら旋部２０を囲む空間４２に流れてそこを満たす。上述のように、接合部に沿うろう層の融点はろう付けされる前の融点よりも十分に高いので、ろう付けされた接合部を通って溶融した銅が漏洩することなく、空間４２内を残らず満たして電熱線１０を鋳込むことができる。
【００２８】
その後、真空炉７２の操作は鋳込まれたノズル３６を取り出す前に窒素のような不活性ガスを供給しつつ、真空炉７２の温度を徐々に下げて完了する。
【００２９】
絶縁キャップ４４で覆うことで銅の熱伝導性材料５０は底部から冷却し、このため、底部から頂部にかけて熱伝導性材料５０が一方向に凝固する。この方法は、冷却中、熱伝導性材料５０の収縮からボイドが生成するのを防ぐことになる。したがって、ノズル３６を通って流れる溶融材料に電熱線１０からの熱を均一に伝えることができる。
【００３０】
真空雰囲気のもとで行う鋳込みにより熱伝導性材料５０を電熱線１０の鋼のケーシング、さらに鋼製の内部本体１２、外部カラー２６および外部スリーブ３８と冶金的に結合させることができる。さらに、熱伝導性材料の一方向の凝固と組み合わされて熱特性が大きく向上した射出成形用ノズルを得ることが可能になる。
【００３１】
真空炉７２から取り出した後、ホッパ４４を形成する外部スリーブ３８の上部７４を機械加工で除去し、さらに仕上げを施す。
【００３２】
また、図６に示すように、ノズルは後端部７８から前端部８０にかけて中心部に中心孔７６を加工し、さらに後端部７８に溝８４と、この溝８４から前方に延びる熱電対孔８２を形成するために孔加工を施す。さらに、後端部７８にノズル取り付け用のねじ孔８６（図４参照）を加工する。
【００３３】
本実施例ではノズル３６の前端部８０にゲートインサートを装着するシート部８８を機械加工によって形成しているが、これは他の様々なゲート形状に加工することができる。
【００３４】
図６に、示すように、完成したノズル３６は中心孔７６が貫く内部本体部９０を有する。銅の熱伝導性材料５０によって形成された熱伝導部９２は電熱線１０、プラグ３０を有する外部カラー部９４および外部スリーブ９６と同様に内部本体部９０と一体に結合される。また、熱伝導性材料５０が内部本体１２の頭部１４を囲む溝１８を完全に満たすので、ノズルの前端部８０近くの熱伝導性を向上させることができる。
【００３５】
使用にあたり、ノズル３６は冷却される金型内に装着され、溶融材料がキャビティに通じたゲートに中心孔７６を通って導かれる。射出成形用ノズルの使用方法は従来の方法と同じであるが、本発明方法で製造したノズルの熱伝達性能は著しく高くなる。
【００３６】
本発明の他の実施例を図７を参照して説明する。
【００３７】
要素の大部分は上記実施例のものと同じであり、これらについては同一の符号を付している。本実施例では絶縁キャップ９８が中空の胴部１００と、ベント口１０４を備えた蓋１０２とを有する。胴部１００は外部スリーブ３８の上端６６に接して置かれる下端部１０６を有する。
【００３８】
本実施例においては外部スリーブ３８にホッパ４４を形成するのに代えて絶縁キャップ９８に熱伝導性材料５０の小塊を詰めるホッパ１０８を形成する。熱伝導性材料５０の小塊はその下側に空間１１２を保って空気抜きが可能なようにリブ１１０の上方に詰める。
【００３９】
一方、本実施例の製造方法は鋳込みが完了した後に除去される外部スリーブ３８の上部７４がない点を除いて上記実施例のものと同じである。
【００４０】
この絶縁キャップ９８は単に除去し、ノズル３６に必要な仕上げ加工を施す。好ましくは、絶縁キャップ９８はセラミック材料で製作し、再使用が可能なように溶融した銅が多量に付着するのを防ぐ付着抑制剤をその内面にスプレーする。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は真空炉の一度の操作において電熱線を囲む空間を密封するろう付けと、この密封された空間への熱伝導性材料の鋳込みを共に行うことができ、真空炉をその都度操作してろう付けと鋳込みとを行う場合と比べてノズルをより能率的に、かつ低コストで製作することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による射出成形用ノズルの主要な要素を示す分解図。
【図２】本発明による射出成形用ノズルの組み立て体を示す断面図。
【図３】組み立て体を真空炉に一括搬入する様子を示す斜視図。
【図４】完成した射出成形用ノズルを後端部側からみた平面図。
【図５】完成した射出成形用ノズルを前端部側からみた平面図。
【図６】図４および図５のVI−VI線に沿う断面図。
【図７】本発明の他の実施例を示す断面図。
【符号の説明】
１０  電熱線
１２  内部本体
２６  外部カラー
３０  プラグ
３６  ノズル
３８  外部スリーブ
４２  空間
５０  熱伝導性材料
５４、９８  絶縁キャップ
７２  真空炉
【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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