プリフォームの射出成形装置
【課題】プリフォームを射出成形する際、コールドスラグの発生を低減し、生産性などを向上させることができるプリフォームの射出成形装置の提供を目的とする。
【解決手段】プリフォームの射出成形装置１は、ボトムインサート３、ノズルインサート４及びニードルバルブ５を有し、ニードルバルブ５が、先端側に、円柱状のストレート部５１、及び、ノズルインサート４のテーパ孔４１と対応するテーパ角を有する截頭円錐状のテーパ部５２を有し、溶融樹脂１０９の射出が閉じられるとき、テーパ部５２の先端側の部分が、ボトムインサート３のゲート用孔３１に挿入され、ストレート部５１の先端側の部分が、ノズルインサート４のテーパ孔４１に挿入される構成としてある。
【解決手段】プリフォームの射出成形装置１は、ボトムインサート３、ノズルインサート４及びニードルバルブ５を有し、ニードルバルブ５が、先端側に、円柱状のストレート部５１、及び、ノズルインサート４のテーパ孔４１と対応するテーパ角を有する截頭円錐状のテーパ部５２を有し、溶融樹脂１０９の射出が閉じられるとき、テーパ部５２の先端側の部分が、ボトムインサート３のゲート用孔３１に挿入され、ストレート部５１の先端側の部分が、ノズルインサート４のテーパ孔４１に挿入される構成としてある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリフォームの射出成形装置に関し、特に、プリフォームを射出成形する際、コールドスラグの発生を低減し、生産性などを向上させることができるプリフォームの射出成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ペットボトルなどのプラスチック容器は、広く普及しており、その生産数量は膨大である。このため、製造工程において不良品の発生を低減することは、生産性を向上させるために重要であるとともに、資源やエネルギーを有効利用する観点からも重要である。
上記のプラスチック容器は、射出成形された有底筒状のプリフォームをブロー成形することによって製造される。プリフォームを射出成形する工程において、慢性的な不良の一つとして、コールドスラグが挙げられる。このため、コールドスラグの発生を低減するための様々な技術が研究開発されてきた。
なお、ここで、コールドスラグとは、プリフォームにおける次の外観不良の呼称とする。すなわち、射出前の溶融樹脂の一部が結晶化あるいは半固化してから射出成形された結果、プリフォームのゲート部近傍などにおいて、白い異物が混入したように見えたり樹脂表面が凹凸になるなどの外観不良である。コールドスラグが発生すると、プリフォームをブロー成形する工程において、不均一な変形が起こり、穴あきや外観不良、寸法不良となる。
【０００３】
（従来例）
次に、特許文献１に記載されたプリフォームの射出成形装置について、図面を参照して説明する。
図３は、従来例にかかる射出成形装置の要部の概略断面図を示している。
また、図４は、従来例にかかる射出成形装置の要部の概略拡大断面図を示している。なお、図４において、溶融樹脂１０９を省略してある。
図３，４に示すように、プリフォームの射出成形装置１００は、ボトムキャビティ金型１０１に取り付けられ、ゲート用孔１７１の形成されたボトムインサート１０７、このボトムインサート１０７と対向するようにノズル１０３に取り付けられ、テーパ孔１８１を有し、ボトムインサート１０７と直接的に面接触するノズルインサート１０８、及び、ノズルインサート１０８のテーパ孔１８１に挿入されるニードルバルブ１０５などを備えている。
【０００４】
ボトムインサート１０７は、ほぼ円板状の部材であり、中央にゲート１０２と連通するゲート用孔１７１が形成されている。このボトムインサート１０７は、ボトムキャビティ金型１０１に埋設されており、また、熱伝導率が低く機械的強度の高い材料（たとえば、チタンやチタン合金など）からなっている。また、ゲート用孔１７１の射出機側の直径Ｄ１（図示せず）は、ニードルバルブ１０５の先端面の直径ｄ１とほぼ同じとしてある。
【０００５】
ノズルインサート１０８は、ほぼ円板状の部材であり、中央にテーパ孔状の流路１３２と連通するテーパ孔１８１が形成されている。このノズルインサート１０８は、ノズル１０３の先端部に突設されており、また、熱伝導率が低く機械的強度の高い材料（たとえば、チタンやチタン合金など）からなっている。さらに、流路１３２とテーパ孔１８１は、ほぼ段差がないように連通しており、溶融樹脂１０９がスムースに流れるように、テーパを付けてある。また、ノズル１０３は、ヒータ１０６によって加温されている。
【０００６】
また、テーパ孔１８１の射出機側の直径Ｄ３（図示せず）は、流路１３２のプリフォーム側の直径とほぼ同じとしてある。
また、テーパ孔１８１のテーパ角を流路１３２のテーパ角とほぼ同じにしてある。
さらに、図示してないが、テーパ孔１８１のプリフォーム側の端部は、通常、面取り加工が施されている。
【０００７】
ニードルバルブ１０５は、ほぼ円柱状としてあり、エアシリンダ（図示せず）などにより往復移動方向に移動する。このニードルバルブ１０５は、先端面の直径ｄ１をテーパ孔１８１のプリフォーム側の直径Ｄ２（図示せず）とほぼ同じとしてあり、プリフォーム側に移動されると、テーパ孔１８１を塞ぎ、溶融樹脂１０９の射出が閉じられる。
また、ニードルバルブ１０５は、プリフォーム側に移動される際、ストッパ（図示せず）などにより、所定の位置（すなわち、ニードルバルブ１０５がテーパ孔１８１を塞ぎ、溶融樹脂１０９の射出が閉じられる位置）まで移動する。
【０００８】
上記構成の射出成形装置１００は、ボトムインサート１０７とノズルインサート１０８が直接的に面接触する状態で、ニードルバルブ１０５が射出機側に移動されると、溶融樹脂１０９が、流路１３１、流路１３２、テーパ孔１８１、ゲート用孔１７１及びゲート１０２を通って、ボトムキャビティ金型１０１とコア金型１０４とで挟まれた空間に射出され、冷却されてプリフォームを成形する。
ここで、ホット側のノズルインサート１０８とコールド側のボトムインサート１０７は、直接的に面接触しているが、ノズルインサート１０８及びボトムインサート１０７の材料として、熱伝導率が低く機械的強度の高い材料が用いられている。これにより、ノズルインサート１０８がボトムインサート１０７に接触した際、断熱効果によりテーパ孔１８１内の溶融樹脂１０９が、冷却により結晶化することなくボトムキャビティ金型１０１に供給され、コールドスラグの発生を低減する。
【０００９】
なお、溶融樹脂１０９の射出終了後、プリフォームのゲート部の樹脂を固化するため、ボトムインサート１０７は、冷却されている。そして、射出された溶融樹脂１０９が固化すると、プリフォームは、離型される。
また、射出成形装置１００は、射出終了からプリフォームを取り出すまでの間、ノズルインサート１０８とボトムインサート１０７が接触しているので、ノズルインサート１０８は、ボトムインサート１０７により冷却される状態にある。一方、ノズルインサート１０８のホットランナー側の樹脂は、次の射出に備えて溶融状態に維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２８３３９６号公報
【特許文献２】特開２００２−１８０２号公報
【特許文献３】特開２００２−７９５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した射出成形装置１００は、ホット側のノズルインサート１０８とコールド側のボトムインサート１０７が、直接的に（断熱材などを介することなく）面接触するので、ノズルインサート１０８の先端付近（ボトムインサート１０７との接触面付近）では温度が急激に低下し、また、ニードルバルブ１０５の先端部においても先端側（プリフォーム側）ほど温度が低下する状態となる。そして、プリフォームにコールドスラグが発生し、生産性などを向上させることができないといった問題があった。
【００１２】
なお、特許文献２、３の技術は、二軸延伸ポリエステル容器の製法の技術であり、本発明に関連する技術ではあるものの、たとえば、ノズルチップ先端部に断熱材層を備えており、本発明とは基本的な構成が異なっていた。したがって、特許文献２、３の技術は、上記の課題を解決することができない技術であった。
【００１３】
本発明は、以上のような問題を解決するために提案されたものであり、プリフォームを射出成形する際、コールドスラグの発生を低減し、生産性などを向上させることができるプリフォームの射出成形装置の提供を目的とする。
【００１４】
なお、製造工程における慢性不良は、通常、様々な要因が関係しており、慢性不良のなかには、不良率を効果的に低減することがほぼ不可能と思われるものもある。慢性不良であるコールドスラグも同様に、様々な要因（たとえば、ニードルバルブ１０５を閉じるタイミング、ノズルインサート１０８、ニードルバルブ１０５及びボトムインサート１０７の温度や形状など）が複雑に関係している。また、コールドスラグの発生率は、使用する樹脂の種類によっても異なり、さらに、同じ種類の樹脂であっても部分的な融点の違い、混練程度の違い、結晶性の違いなどにより影響されるものである。
【００１５】
本発明者らは、鋭意、研究及び試験などを行うことにより、コールドスラグを効果的に低減することが可能な技術を確立したものである。すなわち、図４に示すように、ニードルバルブ１０５が閉じると（プリフォーム側に移動すると）、テーパ孔１８１に存在する溶融樹脂１０９（特に、テーパ孔１８１の先端側に存在する溶融樹脂１０９）の温度は、ノズルインサート１０８の温度の低下とともに低下する。そして、本発明者らは、温度の低下した溶融樹脂１０９が、部分的に固化や結晶化し、次の射出において、プリフォームの外表面近くかつゲート周辺部に移動し、白くなり、その周辺の樹脂流れを乱すため、コールドスラグが発生すると推定し、本発明を想到したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明のプリフォームの射出成形装置は、ボトムキャビティ金型のゲートに取り付けられ、ゲート用孔の形成されたボトムインサートと、このボトムインサートと面接触するようにノズルに取り付けられ、テーパ孔を有するノズルインサートと、このノズルインサートのテーパ孔内を進退するニードルバルブを有するプリフォームの射出成形装置において、前記ニードルバルブの先端側に、円柱状のストレート部と前記ノズルインサートのテーパ孔と対応するテーパ角を有する截頭円錐状のテーパ部を形成し、溶融樹脂の前記ボトムキャビティ金型への射出を停止するときに、前記ニードルバルブを前進させて、前記テーパ部の先端側の部分を前記ノズルインサートのテーパ孔から突出させ、前記ストレート部の先端側の部分を前記ノズルインサートのテーパ孔に挿入する構成としてある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のプリフォームの射出成形装置によれば、プリフォームを射出成形する際、コールドスラグの発生を低減し、生産性などを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかる射出成形装置の要部の概略拡大断面図を示している。
【図２】図２は、本発明の実施形態にかかる射出成形装置の要部の寸法を説明するための概略拡大断面図を示している。
【図３】図３は、従来例にかかる射出成形装置の要部の概略断面図を示している。
【図４】図４は、従来例にかかる射出成形装置の要部の概略拡大断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［プリフォームの射出成形装置の実施形態］
図１は、本発明の実施形態にかかる射出成形装置の要部の概略拡大断面図を示している。なお、図１において、溶融樹脂１０９を省略してある。
図１において、本実施形態のプリフォームの射出成形装置１は、上述した従来例と比べると、ボトムキャビティ金型１０１、ボトムインサート１０７、ノズルインサート１０８及びニードルバルブ１０５の代わりに、ボトムキャビティ金型２、ボトムインサート３、ノズルインサート４及びニードルバルブ５を備えた点などが相違する。なお、本実施形態の他の構成は、従来例とほぼ同様としてある。
したがって、図１において、図４と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
なお、上記のプリフォームは、単層仕様としてある。また、ブロー成形された際の容器の容量、用途、形状などは、特に限定されるものではない。
【００２０】
（ボトムキャビティ金型）
ボトムキャビティ金型２は、上述したボトムキャビティ金型１０１と比べると、ゲート２１の直径がゲート１０２の直径より大きい点などが相違する。なお、他の構成は、ボトムキャビティ金型１０１とほぼ同様としてある。
【００２１】
（ボトムインサート）
ボトムインサート３は、上述したボトムインサート１０７と比べると、ゲート用孔３１の直径がゲート用孔１７１の直径より大きい点などが相違する。また、他の構成は、ボトムインサート１０７とほぼ同様としてある。
なお、ボトムインサート３やノズルインサート４の材料は、通常、熱伝導率が低く機械的強度の高い材料（たとえば、チタンやチタン合金など）が用いられるが、特に限定されるものではなく、たとえば、鋼などでもよい。
【００２２】
（ノズルインサート）
ノズルインサート４は、上述したノズルインサート１０８とほぼ同様としてある。ただし、テーパ孔４１の直径（プリフォーム側の直径）Ｄ２など（図２参照）は、ニードルバルブ５の形状などに応じて設定される。
なお、テーパ孔４１のテーパ角α１は、流路１３２のテーパ角α２とほぼ同じとしてある。
また、流路１３２とテーパ孔４１との間に、段差が生じているが、この構造に限定されるものではなく、たとえば、図示してないが、テーパ孔４１の射出機側を面取りし、流路１３２とテーパ孔４１を滑らかに連通させる構造としてもよい。
さらに、図示してないが、テーパ孔４１のプリフォーム側の端部は、通常、面取り加工が施されており、面取り加工の形状などは特に限定されるものではない。
【００２３】
（ニードルバルブ）
ニードルバルブ５は、上述したニードルバルブ１０５と比べると、先端側（プリフォーム側）に、ほぼ円柱状のストレート部５１、及び、ノズルインサート４のテーパ孔４１と対応するテーパ角βを有するほぼ截頭円錐状のテーパ部５２を有する点などが相違する。また、他の構成は、ニードルバルブ１０５とほぼ同様としてある。
ストレート部５１は、直径がｄ２の円柱状としてあり、直径ｄ２は、テーパ孔４１の直径（プリフォーム側の直径）Ｄ２及びテーパ孔４１の直径（射出機側の直径）Ｄ３に対して、Ｄ２<ｄ２<Ｄ３といった関係にある。これにより、溶融樹脂１０９の射出が閉じられるとき、すなわち、図１に示すように、ニードルバルブ５が閉じると（プリフォーム側に移動すると）、ストレート部５１の先端側の部分（ストレート部５１とテーパ部５２の境界の段の部分（適宜、段と略称する。））が、ノズルインサート４のテーパ孔４１に挿入される。
【００２４】
また、テーパ部５２は、ノズルインサート４のテーパ孔４１と対応するテーパ角βを有する截頭円錐状としてある。すなわち、テーパ部５２は、上面の直径がｄ１であり、下面の直径がｄ２であり、テーパ角がβである截頭円錐状である。また、直径ｄ１及び直径ｄ２は、テーパ孔４１の直径（プリフォーム側の直径）Ｄ２に対して、ｄ１<Ｄ２<ｄ２といった関係にある。これにより、溶融樹脂１０９の射出が閉じられるとき、すなわち、図１に示すように、ニードルバルブ５が閉じると（プリフォーム側に移動すると）、テーパ部５２の先端側の部分が、ノズルインサート４のテーパ孔４１から突き出る。
さらに、テーパ部５２のテーパ面のテーパ角βは、テーパ孔４１のテーパ角α１とほぼ同じである。
【００２５】
上述したテーパ孔４１、ストレート部５１及びテーパ部５２を有する射出成形装置１は、ニードルバルブ５が閉じると（プリフォーム側に移動すると）、テーパ孔４１のプリフォーム側においては、テーパ部５２がテーパ孔４１とほぼ接触し、テーパ部５２とテーパ孔４１との間に、ほとんど溶融樹脂１０９が存在しない。すなわち、この領域（温度の低下する領域）に、溶融樹脂１０９をほぼ存在させないことにより、結晶化して白くなる樹脂の発生をほぼ排除し、コールドスラグの発生を大幅に低減するものと推定される。
また、ニードルバルブ５が閉じると、テーパ孔４１の射出機側においては、ストレート部５１とテーパ孔４１との間に、溶融樹脂１０９が存在するが、ノズルインサート４の射出機側の温度は、ノズルインサート４のプリフォーム側の温度より高温であり、また、ストレート部５１の温度は、テーパ部５２の温度より高温である。これにより、この領域の溶融樹脂１０９は、高温での溶融状態が維持されるので、コールドスラグの発生を大幅に低減するものと推定される。
このように、射出成形装置１は、射出成形装置１００と比べると、テーパ部５２とテーパ孔４１との間の溶融樹脂１０９の量をほとんど存在しないレベルまで減少させ、かつ、ストレート部５１とテーパ孔４１との間に存在する溶融樹脂１０９の温度低下を効果的にかつ確実に防ぐことにより、コールドスラグの発生を大幅に低減するものと推定される。
【００２６】
ここで、好ましくは、 テーパ孔４１のテーパ角をα１°とし、テーパ部５２のテーパ角をβ°としたとき、α１°＋０．５°<β°<α１°＋２°としてもよい。このようにすると、テーパ孔４１とテーパ部５２との間に、微小な隙間が形成され、この隙間に溶融樹脂１０９が入るため、ニードルバルブ５とノズルインサート４のかじりやダメージ（損傷）などを効果的に防止することができる。
なお、上記の数値限定の理由は、テーパ角β°が、α１°＋０．５°以下であると、ニードルバルブ５とノズルインサート４のかじりやダメージ（損傷）などを効果的に防止することができなくなるからである。また、テーパ角β°がα１°＋２°以上であると、テーパ部５２とテーパ孔４１との間に存在する溶融樹脂１０９の量が多くなりコールドスラグが発生するおそれがあるからである。
【００２７】
また、好ましくは、テーパ部５２の端面に凸部５３を形成するとよい。この凸部５３は、ほぼ円錐形状としてある。このようにすると、プリフォームを離型する際、樹脂の糸引きを防止することができる。
なお、凸部５３の形状は、上記に限定されるものではなく、たとえば、湾曲した形状（球形状の一部からなる形状）としてもよい。
【００２８】
また、好ましくは、テーパ部５２の先端側の部分（プリフォーム側の部分）が、ボトムインサート３のゲート用孔３１に挿入される際、テーパ部５２のゲート用孔３１への突き出し量（ｈ１、図２参照）が、０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることよい。このようにすると、テーパ部５２とテーパ孔４１との間に存在する溶融樹脂１０９の温度低下を抑制でき、コールドスラグの発生を低減することができる。
なお、上記の数値限定の理由は、ｈ１が、０．１ｍｍ未満であると、溶融樹脂１０９を確実に切れなくなるおそれがあるとともに、テーパ部５２とテーパ孔４１との間に存在する溶融樹脂１０９の温度が低下してコールドスラグが発生する危険がある。また、ｈ１が、１．５ｍｍを超えるとゲート用孔３１中の溶融樹脂が冷却不足となり糸引きが発生するおそれがある。
【００２９】
また、好ましくは、ストレート部５１の先端側の部分（プリフォーム側の部分）が、ノズルインサート４のテーパ孔４１に挿入される際、ノズルインサート４の接触面（ボトムインサート３との接触面）からストレート部５１の先端側の仮想端面までの距離ｈ２（図２参照）が、０．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であるとよく、より好ましくは、０．６ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であるとよい。このようにすると、コールドスラグの発生を低減することができる。
なお、上記の数値限定の理由は、ｈ２が、０．５ｍｍ未満であると、テーパ孔４１とテーパ部５２の嵌合がフィットせず、樹脂切れ不良（糸引き）を発生させるおそれがあるからである。また、ｈ２が、３．５ｍｍを超えると、テーパ部５２とテーパ孔４１との間に存在する溶融樹脂１０９の温度低下が進みコールドスラグが発生するおそれがあるからである。
【００３０】
また、ニードルバルブ５は、ストレート部５１の射出機側に、直径ｄ２より大きい直径ｄ３の円柱部５４（図１参照）を有しており、ニードルバルブ５の機械的強度を向上させてある。このニードルバルブ５は、エアシリンダ（図示せず）などにより往復移動方向に移動し、プリフォーム側に移動されると、テーパ孔４１を塞ぎ、溶融樹脂１０９の射出が閉じられる。
また、ニードルバルブ５は、プリフォーム側に移動される際、ストッパ（図示せず）などにより、所定の位置まで移動する。
【００３１】
上記構成の射出成形装置１は、ボトムインサート３とノズルインサート４が直接的に面接触する状態で、ニードルバルブ５が射出機側に移動されると、溶融樹脂１０９が、流路１３１、流路１３２、テーパ孔４１、ゲート用孔３１及びゲート２１を通って、ボトムキャビティ金型２とコア金型１０４とで挟まれた空間に射出され、プリフォームを成形する。
また、図１に示すように、ニードルバルブ５が閉じると（プリフォーム側に移動すると）、テーパ部５２のプリフォーム側の部分が、ボトムインサート３のゲート用孔３１に挿入され、テーパ部５２の射出機側の部分が、テーパ孔４１とほぼ接触し、ストレート部５１のプリフォーム側の部分が、ノズルインサート４のテーパ孔４１に挿入される。これにより、溶融樹脂１０９の射出が閉じられる。
【００３２】
ここで、テーパ部５２のプリフォーム側の部分が、ボトムインサート３のゲート用孔３１に挿入されることにより、テーパ部５２とテーパ孔４１との間に存在する溶融樹脂１０９の温度低下を抑制でき、コールドスラグの発生を低減することができる。
また、テーパ部５２の射出機側の部分が、テーパ孔４１とほぼ接触することにより、テーパ部５２とテーパ孔４１との間に、ほとんど溶融樹脂１０９が存在しない。すなわち、この領域に結晶化して白くなる樹脂がほとんど発生しないことにより、コールドスラグの発生を大幅に低減するものと推定される。
さらに、ストレート部５１のプリフォーム側の部分が、ノズルインサート４のテーパ孔４１に挿入されることにより、ストレート部５１とテーパ孔４１との間に存在する高温の溶融樹脂１０９の量が多くなるため溶融樹脂１０９の温度低下を抑制でき、コールドスラグの発生を低減することができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態のプリフォームの射出成形装置１によれば、プリフォームを射出成形する際、コールドスラグの発生を低減し、生産性を大幅に向上させることができる。
【００３４】
以上、本発明のプリフォームの射出成形装置について、好ましい実施形態などを示して説明したが、本発明に係るプリフォームの射出成形装置は、上述した実施形態などにのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３５】
１、１００ 射出成形装置
２ ボトムキャビティ金型
３ ボトムインサート
４ ノズルインサート
５ ニードルバルブ
２１ ゲート
３１ ゲート用孔
４１ テーパ孔
５１ ストレート部
５２ テーパ部
５３ 凸部
５４ 円柱部
１０１ ボトムキャビティ金型
１０２ ゲート
１０３ ノズル
１０４ コア金型
１０５ ニードルバルブ
１０６ ヒータ
１０７ ボトムインサート
１０８ ノズルインサート
１０９ 溶融樹脂
１３１ 流路
１３２ 流路
１７１ ゲート用孔
１８１ テーパ孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリフォームの射出成形装置に関し、特に、プリフォームを射出成形する際、コールドスラグの発生を低減し、生産性などを向上させることができるプリフォームの射出成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ペットボトルなどのプラスチック容器は、広く普及しており、その生産数量は膨大である。このため、製造工程において不良品の発生を低減することは、生産性を向上させるために重要であるとともに、資源やエネルギーを有効利用する観点からも重要である。
上記のプラスチック容器は、射出成形された有底筒状のプリフォームをブロー成形することによって製造される。プリフォームを射出成形する工程において、慢性的な不良の一つとして、コールドスラグが挙げられる。このため、コールドスラグの発生を低減するための様々な技術が研究開発されてきた。
なお、ここで、コールドスラグとは、プリフォームにおける次の外観不良の呼称とする。すなわち、射出前の溶融樹脂の一部が結晶化あるいは半固化してから射出成形された結果、プリフォームのゲート部近傍などにおいて、白い異物が混入したように見えたり樹脂表面が凹凸になるなどの外観不良である。コールドスラグが発生すると、プリフォームをブロー成形する工程において、不均一な変形が起こり、穴あきや外観不良、寸法不良となる。
【０００３】
（従来例）
次に、特許文献１に記載されたプリフォームの射出成形装置について、図面を参照して説明する。
図３は、従来例にかかる射出成形装置の要部の概略断面図を示している。
また、図４は、従来例にかかる射出成形装置の要部の概略拡大断面図を示している。なお、図４において、溶融樹脂１０９を省略してある。
図３，４に示すように、プリフォームの射出成形装置１００は、ボトムキャビティ金型１０１に取り付けられ、ゲート用孔１７１の形成されたボトムインサート１０７、このボトムインサート１０７と対向するようにノズル１０３に取り付けられ、テーパ孔１８１を有し、ボトムインサート１０７と直接的に面接触するノズルインサート１０８、及び、ノズルインサート１０８のテーパ孔１８１に挿入されるニードルバルブ１０５などを備えている。
【０００４】
ボトムインサート１０７は、ほぼ円板状の部材であり、中央にゲート１０２と連通するゲート用孔１７１が形成されている。このボトムインサート１０７は、ボトムキャビティ金型１０１に埋設されており、また、熱伝導率が低く機械的強度の高い材料（たとえば、チタンやチタン合金など）からなっている。また、ゲート用孔１７１の射出機側の直径Ｄ１（図示せず）は、ニードルバルブ１０５の先端面の直径ｄ１とほぼ同じとしてある。
【０００５】
ノズルインサート１０８は、ほぼ円板状の部材であり、中央にテーパ孔状の流路１３２と連通するテーパ孔１８１が形成されている。このノズルインサート１０８は、ノズル１０３の先端部に突設されており、また、熱伝導率が低く機械的強度の高い材料（たとえば、チタンやチタン合金など）からなっている。さらに、流路１３２とテーパ孔１８１は、ほぼ段差がないように連通しており、溶融樹脂１０９がスムースに流れるように、テーパを付けてある。また、ノズル１０３は、ヒータ１０６によって加温されている。
【０００６】
また、テーパ孔１８１の射出機側の直径Ｄ３（図示せず）は、流路１３２のプリフォーム側の直径とほぼ同じとしてある。
また、テーパ孔１８１のテーパ角を流路１３２のテーパ角とほぼ同じにしてある。
さらに、図示してないが、テーパ孔１８１のプリフォーム側の端部は、通常、面取り加工が施されている。
【０００７】
ニードルバルブ１０５は、ほぼ円柱状としてあり、エアシリンダ（図示せず）などにより往復移動方向に移動する。このニードルバルブ１０５は、先端面の直径ｄ１をテーパ孔１８１のプリフォーム側の直径Ｄ２（図示せず）とほぼ同じとしてあり、プリフォーム側に移動されると、テーパ孔１８１を塞ぎ、溶融樹脂１０９の射出が閉じられる。
また、ニードルバルブ１０５は、プリフォーム側に移動される際、ストッパ（図示せず）などにより、所定の位置（すなわち、ニードルバルブ１０５がテーパ孔１８１を塞ぎ、溶融樹脂１０９の射出が閉じられる位置）まで移動する。
【０００８】
上記構成の射出成形装置１００は、ボトムインサート１０７とノズルインサート１０８が直接的に面接触する状態で、ニードルバルブ１０５が射出機側に移動されると、溶融樹脂１０９が、流路１３１、流路１３２、テーパ孔１８１、ゲート用孔１７１及びゲート１０２を通って、ボトムキャビティ金型１０１とコア金型１０４とで挟まれた空間に射出され、冷却されてプリフォームを成形する。
ここで、ホット側のノズルインサート１０８とコールド側のボトムインサート１０７は、直接的に面接触しているが、ノズルインサート１０８及びボトムインサート１０７の材料として、熱伝導率が低く機械的強度の高い材料が用いられている。これにより、ノズルインサート１０８がボトムインサート１０７に接触した際、断熱効果によりテーパ孔１８１内の溶融樹脂１０９が、冷却により結晶化することなくボトムキャビティ金型１０１に供給され、コールドスラグの発生を低減する。
【０００９】
なお、溶融樹脂１０９の射出終了後、プリフォームのゲート部の樹脂を固化するため、ボトムインサート１０７は、冷却されている。そして、射出された溶融樹脂１０９が固化すると、プリフォームは、離型される。
また、射出成形装置１００は、射出終了からプリフォームを取り出すまでの間、ノズルインサート１０８とボトムインサート１０７が接触しているので、ノズルインサート１０８は、ボトムインサート１０７により冷却される状態にある。一方、ノズルインサート１０８のホットランナー側の樹脂は、次の射出に備えて溶融状態に維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２８３３９６号公報
【特許文献２】特開２００２−１８０２号公報
【特許文献３】特開２００２−７９５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した射出成形装置１００は、ホット側のノズルインサート１０８とコールド側のボトムインサート１０７が、直接的に（断熱材などを介することなく）面接触するので、ノズルインサート１０８の先端付近（ボトムインサート１０７との接触面付近）では温度が急激に低下し、また、ニードルバルブ１０５の先端部においても先端側（プリフォーム側）ほど温度が低下する状態となる。そして、プリフォームにコールドスラグが発生し、生産性などを向上させることができないといった問題があった。
【００１２】
なお、特許文献２、３の技術は、二軸延伸ポリエステル容器の製法の技術であり、本発明に関連する技術ではあるものの、たとえば、ノズルチップ先端部に断熱材層を備えており、本発明とは基本的な構成が異なっていた。したがって、特許文献２、３の技術は、上記の課題を解決することができない技術であった。
【００１３】
本発明は、以上のような問題を解決するために提案されたものであり、プリフォームを射出成形する際、コールドスラグの発生を低減し、生産性などを向上させることができるプリフォームの射出成形装置の提供を目的とする。
【００１４】
なお、製造工程における慢性不良は、通常、様々な要因が関係しており、慢性不良のなかには、不良率を効果的に低減することがほぼ不可能と思われるものもある。慢性不良であるコールドスラグも同様に、様々な要因（たとえば、ニードルバルブ１０５を閉じるタイミング、ノズルインサート１０８、ニードルバルブ１０５及びボトムインサート１０７の温度や形状など）が複雑に関係している。また、コールドスラグの発生率は、使用する樹脂の種類によっても異なり、さらに、同じ種類の樹脂であっても部分的な融点の違い、混練程度の違い、結晶性の違いなどにより影響されるものである。
【００１５】
本発明者らは、鋭意、研究及び試験などを行うことにより、コールドスラグを効果的に低減することが可能な技術を確立したものである。すなわち、図４に示すように、ニードルバルブ１０５が閉じると（プリフォーム側に移動すると）、テーパ孔１８１に存在する溶融樹脂１０９（特に、テーパ孔１８１の先端側に存在する溶融樹脂１０９）の温度は、ノズルインサート１０８の温度の低下とともに低下する。そして、本発明者らは、温度の低下した溶融樹脂１０９が、部分的に固化や結晶化し、次の射出において、プリフォームの外表面近くかつゲート周辺部に移動し、白くなり、その周辺の樹脂流れを乱すため、コールドスラグが発生すると推定し、本発明を想到したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明のプリフォームの射出成形装置は、ボトムキャビティ金型のゲートに取り付けられ、ゲート用孔の形成されたボトムインサートと、このボトムインサートと面接触するようにノズルに取り付けられ、テーパ孔を有するノズルインサートと、このノズルインサートのテーパ孔内を進退するニードルバルブを有するプリフォームの射出成形装置において、前記ニードルバルブの先端側に、円柱状のストレート部と前記ノズルインサートのテーパ孔と対応するテーパ角を有する截頭円錐状のテーパ部を形成し、溶融樹脂の前記ボトムキャビティ金型への射出を停止するときに、前記ニードルバルブを前進させて、前記テーパ部の先端側の部分を前記ノズルインサートのテーパ孔から突出させ、前記ストレート部の先端側の部分を前記ノズルインサートのテーパ孔に挿入する構成としてある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のプリフォームの射出成形装置によれば、プリフォームを射出成形する際、コールドスラグの発生を低減し、生産性などを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかる射出成形装置の要部の概略拡大断面図を示している。
【図２】図２は、本発明の実施形態にかかる射出成形装置の要部の寸法を説明するための概略拡大断面図を示している。
【図３】図３は、従来例にかかる射出成形装置の要部の概略断面図を示している。
【図４】図４は、従来例にかかる射出成形装置の要部の概略拡大断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［プリフォームの射出成形装置の実施形態］
図１は、本発明の実施形態にかかる射出成形装置の要部の概略拡大断面図を示している。なお、図１において、溶融樹脂１０９を省略してある。
図１において、本実施形態のプリフォームの射出成形装置１は、上述した従来例と比べると、ボトムキャビティ金型１０１、ボトムインサート１０７、ノズルインサート１０８及びニードルバルブ１０５の代わりに、ボトムキャビティ金型２、ボトムインサート３、ノズルインサート４及びニードルバルブ５を備えた点などが相違する。なお、本実施形態の他の構成は、従来例とほぼ同様としてある。
したがって、図１において、図４と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
なお、上記のプリフォームは、単層仕様としてある。また、ブロー成形された際の容器の容量、用途、形状などは、特に限定されるものではない。
【００２０】
（ボトムキャビティ金型）
ボトムキャビティ金型２は、上述したボトムキャビティ金型１０１と比べると、ゲート２１の直径がゲート１０２の直径より大きい点などが相違する。なお、他の構成は、ボトムキャビティ金型１０１とほぼ同様としてある。
【００２１】
（ボトムインサート）
ボトムインサート３は、上述したボトムインサート１０７と比べると、ゲート用孔３１の直径がゲート用孔１７１の直径より大きい点などが相違する。また、他の構成は、ボトムインサート１０７とほぼ同様としてある。
なお、ボトムインサート３やノズルインサート４の材料は、通常、熱伝導率が低く機械的強度の高い材料（たとえば、チタンやチタン合金など）が用いられるが、特に限定されるものではなく、たとえば、鋼などでもよい。
【００２２】
（ノズルインサート）
ノズルインサート４は、上述したノズルインサート１０８とほぼ同様としてある。ただし、テーパ孔４１の直径（プリフォーム側の直径）Ｄ２など（図２参照）は、ニードルバルブ５の形状などに応じて設定される。
なお、テーパ孔４１のテーパ角α１は、流路１３２のテーパ角α２とほぼ同じとしてある。
また、流路１３２とテーパ孔４１との間に、段差が生じているが、この構造に限定されるものではなく、たとえば、図示してないが、テーパ孔４１の射出機側を面取りし、流路１３２とテーパ孔４１を滑らかに連通させる構造としてもよい。
さらに、図示してないが、テーパ孔４１のプリフォーム側の端部は、通常、面取り加工が施されており、面取り加工の形状などは特に限定されるものではない。
【００２３】
（ニードルバルブ）
ニードルバルブ５は、上述したニードルバルブ１０５と比べると、先端側（プリフォーム側）に、ほぼ円柱状のストレート部５１、及び、ノズルインサート４のテーパ孔４１と対応するテーパ角βを有するほぼ截頭円錐状のテーパ部５２を有する点などが相違する。また、他の構成は、ニードルバルブ１０５とほぼ同様としてある。
ストレート部５１は、直径がｄ２の円柱状としてあり、直径ｄ２は、テーパ孔４１の直径（プリフォーム側の直径）Ｄ２及びテーパ孔４１の直径（射出機側の直径）Ｄ３に対して、Ｄ２<ｄ２<Ｄ３といった関係にある。これにより、溶融樹脂１０９の射出が閉じられるとき、すなわち、図１に示すように、ニードルバルブ５が閉じると（プリフォーム側に移動すると）、ストレート部５１の先端側の部分（ストレート部５１とテーパ部５２の境界の段の部分（適宜、段と略称する。））が、ノズルインサート４のテーパ孔４１に挿入される。
【００２４】
また、テーパ部５２は、ノズルインサート４のテーパ孔４１と対応するテーパ角βを有する截頭円錐状としてある。すなわち、テーパ部５２は、上面の直径がｄ１であり、下面の直径がｄ２であり、テーパ角がβである截頭円錐状である。また、直径ｄ１及び直径ｄ２は、テーパ孔４１の直径（プリフォーム側の直径）Ｄ２に対して、ｄ１<Ｄ２<ｄ２といった関係にある。これにより、溶融樹脂１０９の射出が閉じられるとき、すなわち、図１に示すように、ニードルバルブ５が閉じると（プリフォーム側に移動すると）、テーパ部５２の先端側の部分が、ノズルインサート４のテーパ孔４１から突き出る。
さらに、テーパ部５２のテーパ面のテーパ角βは、テーパ孔４１のテーパ角α１とほぼ同じである。
【００２５】
上述したテーパ孔４１、ストレート部５１及びテーパ部５２を有する射出成形装置１は、ニードルバルブ５が閉じると（プリフォーム側に移動すると）、テーパ孔４１のプリフォーム側においては、テーパ部５２がテーパ孔４１とほぼ接触し、テーパ部５２とテーパ孔４１との間に、ほとんど溶融樹脂１０９が存在しない。すなわち、この領域（温度の低下する領域）に、溶融樹脂１０９をほぼ存在させないことにより、結晶化して白くなる樹脂の発生をほぼ排除し、コールドスラグの発生を大幅に低減するものと推定される。
また、ニードルバルブ５が閉じると、テーパ孔４１の射出機側においては、ストレート部５１とテーパ孔４１との間に、溶融樹脂１０９が存在するが、ノズルインサート４の射出機側の温度は、ノズルインサート４のプリフォーム側の温度より高温であり、また、ストレート部５１の温度は、テーパ部５２の温度より高温である。これにより、この領域の溶融樹脂１０９は、高温での溶融状態が維持されるので、コールドスラグの発生を大幅に低減するものと推定される。
このように、射出成形装置１は、射出成形装置１００と比べると、テーパ部５２とテーパ孔４１との間の溶融樹脂１０９の量をほとんど存在しないレベルまで減少させ、かつ、ストレート部５１とテーパ孔４１との間に存在する溶融樹脂１０９の温度低下を効果的にかつ確実に防ぐことにより、コールドスラグの発生を大幅に低減するものと推定される。
【００２６】
ここで、好ましくは、 テーパ孔４１のテーパ角をα１°とし、テーパ部５２のテーパ角をβ°としたとき、α１°＋０．５°<β°<α１°＋２°としてもよい。このようにすると、テーパ孔４１とテーパ部５２との間に、微小な隙間が形成され、この隙間に溶融樹脂１０９が入るため、ニードルバルブ５とノズルインサート４のかじりやダメージ（損傷）などを効果的に防止することができる。
なお、上記の数値限定の理由は、テーパ角β°が、α１°＋０．５°以下であると、ニードルバルブ５とノズルインサート４のかじりやダメージ（損傷）などを効果的に防止することができなくなるからである。また、テーパ角β°がα１°＋２°以上であると、テーパ部５２とテーパ孔４１との間に存在する溶融樹脂１０９の量が多くなりコールドスラグが発生するおそれがあるからである。
【００２７】
また、好ましくは、テーパ部５２の端面に凸部５３を形成するとよい。この凸部５３は、ほぼ円錐形状としてある。このようにすると、プリフォームを離型する際、樹脂の糸引きを防止することができる。
なお、凸部５３の形状は、上記に限定されるものではなく、たとえば、湾曲した形状（球形状の一部からなる形状）としてもよい。
【００２８】
また、好ましくは、テーパ部５２の先端側の部分（プリフォーム側の部分）が、ボトムインサート３のゲート用孔３１に挿入される際、テーパ部５２のゲート用孔３１への突き出し量（ｈ１、図２参照）が、０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることよい。このようにすると、テーパ部５２とテーパ孔４１との間に存在する溶融樹脂１０９の温度低下を抑制でき、コールドスラグの発生を低減することができる。
なお、上記の数値限定の理由は、ｈ１が、０．１ｍｍ未満であると、溶融樹脂１０９を確実に切れなくなるおそれがあるとともに、テーパ部５２とテーパ孔４１との間に存在する溶融樹脂１０９の温度が低下してコールドスラグが発生する危険がある。また、ｈ１が、１．５ｍｍを超えるとゲート用孔３１中の溶融樹脂が冷却不足となり糸引きが発生するおそれがある。
【００２９】
また、好ましくは、ストレート部５１の先端側の部分（プリフォーム側の部分）が、ノズルインサート４のテーパ孔４１に挿入される際、ノズルインサート４の接触面（ボトムインサート３との接触面）からストレート部５１の先端側の仮想端面までの距離ｈ２（図２参照）が、０．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であるとよく、より好ましくは、０．６ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であるとよい。このようにすると、コールドスラグの発生を低減することができる。
なお、上記の数値限定の理由は、ｈ２が、０．５ｍｍ未満であると、テーパ孔４１とテーパ部５２の嵌合がフィットせず、樹脂切れ不良（糸引き）を発生させるおそれがあるからである。また、ｈ２が、３．５ｍｍを超えると、テーパ部５２とテーパ孔４１との間に存在する溶融樹脂１０９の温度低下が進みコールドスラグが発生するおそれがあるからである。
【００３０】
また、ニードルバルブ５は、ストレート部５１の射出機側に、直径ｄ２より大きい直径ｄ３の円柱部５４（図１参照）を有しており、ニードルバルブ５の機械的強度を向上させてある。このニードルバルブ５は、エアシリンダ（図示せず）などにより往復移動方向に移動し、プリフォーム側に移動されると、テーパ孔４１を塞ぎ、溶融樹脂１０９の射出が閉じられる。
また、ニードルバルブ５は、プリフォーム側に移動される際、ストッパ（図示せず）などにより、所定の位置まで移動する。
【００３１】
上記構成の射出成形装置１は、ボトムインサート３とノズルインサート４が直接的に面接触する状態で、ニードルバルブ５が射出機側に移動されると、溶融樹脂１０９が、流路１３１、流路１３２、テーパ孔４１、ゲート用孔３１及びゲート２１を通って、ボトムキャビティ金型２とコア金型１０４とで挟まれた空間に射出され、プリフォームを成形する。
また、図１に示すように、ニードルバルブ５が閉じると（プリフォーム側に移動すると）、テーパ部５２のプリフォーム側の部分が、ボトムインサート３のゲート用孔３１に挿入され、テーパ部５２の射出機側の部分が、テーパ孔４１とほぼ接触し、ストレート部５１のプリフォーム側の部分が、ノズルインサート４のテーパ孔４１に挿入される。これにより、溶融樹脂１０９の射出が閉じられる。
【００３２】
ここで、テーパ部５２のプリフォーム側の部分が、ボトムインサート３のゲート用孔３１に挿入されることにより、テーパ部５２とテーパ孔４１との間に存在する溶融樹脂１０９の温度低下を抑制でき、コールドスラグの発生を低減することができる。
また、テーパ部５２の射出機側の部分が、テーパ孔４１とほぼ接触することにより、テーパ部５２とテーパ孔４１との間に、ほとんど溶融樹脂１０９が存在しない。すなわち、この領域に結晶化して白くなる樹脂がほとんど発生しないことにより、コールドスラグの発生を大幅に低減するものと推定される。
さらに、ストレート部５１のプリフォーム側の部分が、ノズルインサート４のテーパ孔４１に挿入されることにより、ストレート部５１とテーパ孔４１との間に存在する高温の溶融樹脂１０９の量が多くなるため溶融樹脂１０９の温度低下を抑制でき、コールドスラグの発生を低減することができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態のプリフォームの射出成形装置１によれば、プリフォームを射出成形する際、コールドスラグの発生を低減し、生産性を大幅に向上させることができる。
【００３４】
以上、本発明のプリフォームの射出成形装置について、好ましい実施形態などを示して説明したが、本発明に係るプリフォームの射出成形装置は、上述した実施形態などにのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３５】
１、１００ 射出成形装置
２ ボトムキャビティ金型
３ ボトムインサート
４ ノズルインサート
５ ニードルバルブ
２１ ゲート
３１ ゲート用孔
４１ テーパ孔
５１ ストレート部
５２ テーパ部
５３ 凸部
５４ 円柱部
１０１ ボトムキャビティ金型
１０２ ゲート
１０３ ノズル
１０４ コア金型
１０５ ニードルバルブ
１０６ ヒータ
１０７ ボトムインサート
１０８ ノズルインサート
１０９ 溶融樹脂
１３１ 流路
１３２ 流路
１７１ ゲート用孔
１８１ テーパ孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボトムキャビティ金型のゲートに取り付けられ、ゲート用孔の形成されたボトムインサートと、このボトムインサートと面接触するようにノズルに取り付けられ、テーパ孔を有するノズルインサートと、このノズルインサートのテーパ孔内を進退するニードルバルブを有するプリフォームの射出成形装置において、
前記ニードルバルブの先端側に、円柱状のストレート部と前記ノズルインサートのテーパ孔と対応するテーパ角を有する截頭円錐状のテーパ部を形成し、
溶融樹脂の前記ボトムキャビティ金型への射出を停止するときに、前記ニードルバルブを前進させて、前記テーパ部の先端側の部分を前記ノズルインサートのテーパ孔から突出させ、前記ストレート部の先端側の部分を前記ノズルインサートのテーパ孔に挿入することを特徴とするプリフォームの射出成形装置。
【請求項２】
前記ニードルバルブが、前記ストレート部の射出機側に円柱部を有しており、前記ストレート部の直径が前記円柱部の直径より小さいことを特徴とする請求項１に記載のプリフォームの射出成形装置。
【請求項３】
前記テーパ部の端面に凸部を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のプリフォームの射出成形装置。
【請求項１】
ボトムキャビティ金型のゲートに取り付けられ、ゲート用孔の形成されたボトムインサートと、このボトムインサートと面接触するようにノズルに取り付けられ、テーパ孔を有するノズルインサートと、このノズルインサートのテーパ孔内を進退するニードルバルブを有するプリフォームの射出成形装置において、
前記ニードルバルブの先端側に、円柱状のストレート部と前記ノズルインサートのテーパ孔と対応するテーパ角を有する截頭円錐状のテーパ部を形成し、
溶融樹脂の前記ボトムキャビティ金型への射出を停止するときに、前記ニードルバルブを前進させて、前記テーパ部の先端側の部分を前記ノズルインサートのテーパ孔から突出させ、前記ストレート部の先端側の部分を前記ノズルインサートのテーパ孔に挿入することを特徴とするプリフォームの射出成形装置。
【請求項２】
前記ニードルバルブが、前記ストレート部の射出機側に円柱部を有しており、前記ストレート部の直径が前記円柱部の直径より小さいことを特徴とする請求項１に記載のプリフォームの射出成形装置。
【請求項３】
前記テーパ部の端面に凸部を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のプリフォームの射出成形装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１１１０６７（Ｐ２０１２−１１１０６７Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５９９７０（Ｐ２０１０−２５９９７０）
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００００３７６８）東洋製罐株式会社 (1,150)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００００３７６８）東洋製罐株式会社 (1,150)
【Ｆターム（参考）】
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