ホットランナ装置
【課題】 本発明は、ノズルと金型との間の距離が短くても温度差を大きくとることのできるホットランナ装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 金型２に取り付けられて、溶融樹脂を金型２のキャビティ６に注入するためのホットランナ装置は、金型２に対して押し付けられながら樹脂を注入するノズル本体２０と、ノズル本体２０と金型２との間に設けられた断熱部材３０，４０，５０とを有する。断熱部材は、第１の接触部においてノズル本体２０と接触し、且つ第２の接触部において金型２と接触する。第１の接触部と第２の接触部の間の断熱部材に沿った伝熱流路の長さは、ノズル本体２０と金型２との間の直線距離より長い。
【解決手段】 金型２に取り付けられて、溶融樹脂を金型２のキャビティ６に注入するためのホットランナ装置は、金型２に対して押し付けられながら樹脂を注入するノズル本体２０と、ノズル本体２０と金型２との間に設けられた断熱部材３０，４０，５０とを有する。断熱部材は、第１の接触部においてノズル本体２０と接触し、且つ第２の接触部において金型２と接触する。第１の接触部と第２の接触部の間の断熱部材に沿った伝熱流路の長さは、ノズル本体２０と金型２との間の直線距離より長い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はホットランナ装置に係り、特に熱可塑性樹脂の射出成形に用いられるホットランナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂の射出成形に用いられるホットランナ装置は、金型キャビティ内への樹脂の充填を迅速にし、かつ成形品にランナが形成されることを防止するための装置である。ランナの形成が防止できることで、成形後にランナを除去する手間が省け、成形効率を高めることができる。
【０００３】
ホットランナ装置では、ノズル本体部をヒータで加熱することで、ノズル内の樹脂は高温溶融状態に保持される。一方、金型キャビティ内に充填された樹脂は、取り出し可能な温度（固化する温度）になるように迅速に冷却される必要があり、金型のキャビティ周囲は低温になるように冷却されている。したがって、ノズルが金型に接触するゲート位置に対して、キャビティ側の金型は樹脂の固化温度以下となり、ホットランナ装置のノズルは樹脂の溶融温度以上となるように温度制御が行われる。
【０００４】
例えば、一般的に、金型の冷却温度は１００℃以下であり、樹脂の溶融温度は２００℃以上である。このような場合、ゲート位置をはさんで微小な距離の間で１００℃以上の大きな温度差を維持する必要がある。
【０００５】
ホットランナ装置では、型開き時に樹脂が漏れないようにゲートを開閉する必要があるがある。ゲート開閉方法として、なんら開閉機構を設けずに固化した樹脂でゲート孔に蓋をするオープンゲート方式、及び機械的にバルブをゲート孔に挿入して閉じるバルブゲート方式がある。近年は、バルブゲート方式が用いられる場合が多い。
【０００６】
上記いずれの方式においても、ゲートを介して流入する溶融樹脂の圧力がかかってもゲートから外部へ溶融樹脂が漏れないように、ノズル部分は金型に強く押し付けられている。したがって、ノズル本体と固定金型とは、金属部品同士が接触している箇所があり、この接触部分を通じた熱伝導により、キャビティ側の温度上昇、及びノズル側の温度低下が起こるという問題があった。
【０００７】
キャビティ側の金型温度が高くなると、所定の時間内に樹脂が十分冷却・固化されず、型開き時に糸引き現象が生じるおそれがある。また、ノズル本体の温度が低くなると、ノズル内の溶融樹脂の一部が固化し、この固化した樹脂は次の樹脂充填時に溶融樹脂により溶かされて一緒にキャビティに充填される。ところが、固化した樹脂の量が多いと溶融されずにキャビティ内に入ってしまうおそれがある。このすでに固化した樹脂がキャビティ内に入ると、例えばペットボトル用のプリフォーム材を形成するような場合、白化現象が生じる要因となってしまう。
【０００８】
近年、成形効率をあげるために、冷却時間を短縮して成形サイクルを短縮する傾向にある。このためには、金型温度をより低く設定して冷却時間を短縮する必要がある。したがって、ホットランナ装置のノズルと金型キャビティとの間の温度差は益々大きくなっている。これにより、従来は大きな問題とはなっていなかったノズル本体と固定金型との温度差をいかに適切な値に維持するかが課題となっている。
【０００９】
従来の技術としては、ノズルの先端を直接金型に接触させるが、この部分の金型を熱伝導率の小さい材料する方法、ノズルの先端は金型に接触させず、ノズル先端から離れた位置で接触させる方法などがある。前者はノズルの先端が直接冷えてしまう欠点がある。一方、後者は大きく離すと構造が大きくなってしまうことや、樹脂漏れが避けられないという問題がある。
【００１０】
そこで、ノズルの周囲にシールリングを設けて、漏れ出る樹脂を隙間内に封じ込めて樹脂を断熱層として機能させることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、この特許文献１には、ノズルと金型との間に空気断熱用間隙を設けて、ノズルと金型との断熱を図る技術も開示されている。
【００１１】
また、ノズルの周囲に設けたシールリングの形状を、ノズルの芯ずれが少なくなるような形状にしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特許第２８４２２４０号公報
【特許文献２】特許第３１６０８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の特許文献１及び２に記載の方法は、シールリングまでの隙間が比較的大きく、この隙間に漏れ出た樹脂を取り除くためのメンテナンス作業が煩雑であるといった問題がある。また、この隙間を小さくするためにシールリングの径を小さくすると、ノズル本体の熱が金型に伝達し易くなるといった問題がある。
【００１３】
このような問題を解決するために、ノズルの先端を金型に直接接触させるが、ノズルのごく先端に小型ヒータを組み込み、ゲートを閉じた後、固化したノズル内の樹脂を次の充填の直前に小型ヒータにより再溶融させる方法が考えられる。しかし、ノズルのごく先端に小型ヒータを組み込むには、ノズルの構造が複雑となり、高価な装置となるといった問題がある。
【００１４】
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、ノズルと金型との間の距離が短くても温度差を大きくとることのできるホットランナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、金型に取り付けられて、溶融樹脂を該金型のキャビティに注入するためのホットランナ装置であって、前記金型に対して押し付けられながら樹脂を注入するノズル本体と、該ノズル本体と前記金型との間に設けられた断熱部材とを有し、前記断熱部材は、第１の接触部において前記ノズル本体と接触し、且つ第２の接触部において前記金型と接触し、前記第１の接触部と前記第２の接触部の間の前記断熱部材に沿った伝熱流路の長さは、前記ノズル本体と前記金型との間の直線距離より長いことを特徴とするホットランナ装置が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ノズル本体と金型との間に断熱部材が設けられるため、ノズル本体と金型との間に大きな温度差を設けることができる。したがって、ノズル本体の温度を樹脂の溶融温度に保ちながら、金型の温度を低減することができる。これにより、冷却時間が短縮され、成型サイクルを短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
まず、本発明が適用可能なホットランナ装置について図１を参照しながら説明する。図１は本発明が適用可能なホットランナ装置の全体構成を示す断面図である。
【００１８】
図１に示すホットランナ装置は、バルブゲート式ホットランナ装置であり、固定金型２に取り付けられるよう構成されている。固定金型２は可動金型４と共に、溶融樹脂が注入されるキャビティ６を形成する。ホットランナ装置は、ノズル部８と、ノズル部８に溶融樹脂を供給する樹脂供給部１０と、ゲートを開閉するためのバルブピン１２を駆動するための駆動部１４とを有する。
【００１９】
ノズル部８は、溶融樹脂の通路が形成されたノズル本体２０と、ノズル本体２０の周囲に設けられてノズル本体２０を加熱するヒータ２２とを有する。ノズル本体２０の中心には溶融樹脂の通路２０ａが形成され、通路２０ａ内にバルブピン１２が延在している。バルブピン１２の先端は、金型２のキャビティに繋がるゲート孔２ａを開閉する弁として機能する。
【００２０】
バルブピン１２は樹脂供給部１０を貫通して延在し、その上端は駆動部１４のシャフト１４ａに接続されている。駆動部１４は油圧シリンダを構成しており、シャフト１４ａを油圧により駆動することができる。したがって、駆動部１４のシャフト１４ａを駆動することで、バルブピン１２を駆動することができる。これにより、固定金型２のゲート孔２ａを開閉することができる。なお、駆動部１４には２つの油圧シリンダが直列に形成されている。上側の油圧シリンダを駆動することで、バルブピン１２を上下に往復動させることができる。また、下側の油圧シリンダを駆動することで、バルブピン１２でゲート孔２ａを閉じた際にさらに押圧力をバルブピン１２に加えることができる。
【００２１】
溶融樹脂をキャビティ６に注入する際には、バルブピン１２を上昇させてゲート孔２ａを開くことにより、通路２０ａから溶融樹脂がゲート孔２ａを通じてキャビティ６に流れ込む。キャビティ６に溶融樹脂が充填されたら、バルブピン１２は下降され、バルブピン１２の先端がゲート孔２ａに挿入されることで、ゲート孔２ａが閉じられる。この状態では、バルブピン１２の先端は、キャビティ６に僅かに突出した状態、若しくはキャビティ６の外周面と同一面で停止した状態となる。さらに、バルブピン１２の進退方向に成形品を取り出す金型に用いる場合には、バルブピン１２とゲート孔２ａがオーバーラップした状態で、バルブピン１２の先端をキャビティ６よりも引き込まれた位置において停止させてもよい。
【００２２】
図１において、ノズル部８のノズル本体２０は、固定金型２に取り付けられる。ノズル本体２０の下端部と固定金型２との間には、金属製のシールリング２４が設けられる。シールリング２４は、ノズル本体２０が固定金型２に取り付けられた際にノズル本体２０と固定金型２の間に挟まれて、溶融樹脂をシールするために設けられる。シールリング２４は、溶融樹脂が流れるために高温に維持されたノズル本体２０と、溶融樹脂を固化させるために低温に維持された固定金型２との両方に接触するため、ノズル本体２０の熱はシールリング２４を伝って固定金型２に移動する。したがって、シールリング２４の両側での温度差を大きくとるには、熱がシールリング２４を伝導する際の温度勾配を小さくする必要がある。すなわち、シールリング２４を熱伝導率の小さい材料で形成することが好ましい。
【００２３】
ここで、シールリング２４に関して詳細に説明する。図２は図１におけるシールリング２４が設けられた部分の近傍を示す拡大断面図である。
【００２４】
上述のように、シールリング２４は、ノズル本体２０と固定金型２との間に配置されて、スペーサとして機能する。また、シールリング２４はノズル本体２０を固定金型２に取り付ける際に位置決めの機能も有する。すなわち、ノズル本体２０を固定金型２のゲート孔２ａに対して精度よく位置決めすることにより、バルブピン１２の先端がノズルから突出した際に、バルブピン１２の先端を固定金型のゲート孔２ａに精度よく嵌合させてゲート孔２ａを閉じることができる。なお、溶融樹脂をキャビティ６に充填している間は、バルブピン１２は後退しているので（図２では上昇）、溶融樹脂はノズル本体２０と固定金型２との間の隙間２６に漏れ出る。
【００２５】
ノズル本体２０は高温に保持されるに対して、固定金型２はキャビティ６内の樹脂を冷却・固化させるために、冷却水路（図示せず）を流れる冷却水により冷却され、低温に維持されている。したがって、バルブピン１２によりゲート孔２ａを閉じたとき、バルブピン１２の先端も低温の固定金型２に接触して温度が低下する。またシールリング２４を通しての伝熱によっても、ノズル本体２０の先端部分の温度は低下する傾向にある。
【００２６】
したがって、ヒータ２２の熱が十分先端まで達しない場合には、ノズル本体２２の先端部分の温度低下によって、溶融樹脂の通路２０ａの先端付近で樹脂が固化するおそれがある。また、反対に、シールリング２４を介してノズル本体２０やヒータ２２の熱が固定金型２に流れて固定金型が加熱されてしまい、キャビティ６内の樹脂の冷却・固化が遅くなるおそれもある。
【００２７】
以上のような問題を回避するため、シールリング２４にはできるだけ熱伝導率の小さな材料が用いられるが、シールリング２４には強度も要求されるので、金属以外の材料を用いることには限界がある。また、シールリング２４の径を大きくしてゲート位置から離れた位置にすることは、構造上の制約があり、ノズル径以上にはできない。また、隙間２６が大きくなると樹脂の漏れ量が多くなり、保守が難しくなる。
【００２８】
また、ヒータ２２はできるだけノズル本体２０の先端部分まで設けることが好ましいが、その熱がシールリング２４を介して固定金型２に流れて温度を上昇させるおそれがあり、ヒータ２２を設ける位置は、シールリング２４の手前までが限界である。
【００２９】
ヒータ２２により加熱されたノズル本体２０の熱は、シールリング２４を介して低温の固定金型２に伝達される。ここで、熱伝導により移動する単位時間当たりの熱量ｑは、熱伝導率ｋと温度勾配ｄＴ／ｄｘ（温度差／距離）に比例することが知られている。したがって、ノズル本体２０から固定金型２に伝達される熱量を小さくするには、シールリング２４の熱伝導率を小さくするか、温度勾配を小さくすればよい。
【００３０】
シールリング２４は、ノズル本体２０と固定金型２との間で押圧されるため、剛性及び強度も必要である。したがって、シールリング２４の材料として、比較的脆いセラミックなどを用いることはできず、金属を用いることとなり、熱伝導率を大幅に小さくすることは難しい。また、ノズル本体２０の外形は３０ｍｍ程度と小さく、ノズル本体２０を取り付ける部分には大きなスペースを確保することができないため、シールリング２４の寸法を大きくして温度勾配を小さくする（すなわち、距離を大きくする）ことも難しい。
【００３１】
そこで、本発明では、限られたスペース内でシールリングの形状を工夫することで、シールリングによる伝熱距離を長くし、温度勾配を小さくして熱伝導を小さくし、断熱部材として用いている。これにより、ノズル本体２０の先端部分の温度低下や、固定金型２の温度上昇を抑制することができ、ノズル本体２０の先端部分と固定金型２との間の温度差を大きく維持することができる。
【００３２】
次に、本発明の第１実施例によるホットランナ装置について、図３を参照しながら説明する。図３は本発明の第１実施例によるホットランナ装置のシールリングが設けられた部分の拡大断面図である。本発明の第１実施例によるホットランナ装置は、シールリングの形状を工夫したものであり、シールリング以外の部分は図１に示すホットランナ装置と同等であり、その説明は省略する。
【００３３】
図３において、断熱部材として機能するシールリング３０は、図２に示すシールリング２４に比較すると、その断面が細長い形状となっており、伝熱流路の幅が小さくなっている。なお、図３は断面図であるので、シールリング３０全体の形状は、中空の円錐を輪切りにしたような形状である。
【００３４】
シールリングには位置合わせ機能も必要であるため、シールリング３０の一端３０ａは垂直方向と水平方向でノズル本体２０に接触し、且つ他端３０ｂも垂直方向と水平方向で固定金型２に接触する。シールリング３０の一端３０ａがノズル本体２０に接触する部分を第１の接触部とし、シールリング３０の他端３０ｂが固定金型２に接触する部分を第２の接触部とすると、第１の接触部と第２の接触部との間の距離Ｌ１は、ノズル本体２０の外周と固定金型２の内周との間の距離Ｌ０より長くなっている。したがって、シールリング３０により形成される伝熱流路の長さ（Ｌ１に相当する）は、図２に示すシールリング２４の伝熱流路の長さ（Ｌ０に相当する）より長くなっており、シールリング３０における温度勾配が小さくなっている。
【００３５】
また、図３に示すシールリング３０と図２に示すシールリング２４とを比較すると、図３に示すシールリング３０のほうが、断面における伝熱流路の幅が狭くなっている。したがって、図３に示すシールリング３０のほうが、伝熱流路の面積が小さく、熱抵抗が大きくなっているため、両端３０ａ、３０ｂ間の温度差を大きくすることができる。
【００３６】
次に、本発明の第２実施例によるホットランナ装置について、図４を参照しながら説明する。図４は本発明の第１実施例によるホットランナ装置のシールリングが設けられた部分の拡大断面図である。本発明の第２実施例によるホットランナ装置は、シールリングの形状を工夫したものであり、シールリング以外の部分は図１に示すホットランナ装置と同等であり、その説明は省略する。
【００３７】
図４において、断熱部材として機能するシールリング４０は、図２に示すシールリング２４に比較すると、断面において外周側からと内周側から細い溝４２，４４が形成されている。これにより、シールリング４０は、断面において細長い部分がＵターンを２回繰り返して蛇行した形状となっており、その一端４０ａは垂直方向と水平方向でノズル本体２０に接触し、且つ他端４０ｂも垂直方向と水平方向で固定金型２に接触している。
【００３８】
シールリング４０の一端４０ａがノズル本体２０に接触する部分を第１の接触部とし、シールリング４０の他端４０ｂが固定金型２に接触する部分を第２の接触部とすると、第１の接触部と第２の接触部との間のシールリング４０に沿った距離Ｌ２は、ノズル本体２０の外周と固定金型２の内周との間の距離Ｌ０より長くなっている。したがって、シールリング４０により形成される伝熱流路の長さ（Ｌ２に相当する）は、図２に示すシールリング２４の伝熱流路の長さ（Ｌ０に相当する）より長く、約３倍の長さとなっており、シールリング４０における温度勾配は約１／３となっている。
【００３９】
以上のように、図２に示すシールリング２４に比較すると、本実施例によるシールリング４０は、同じスペースに入る形状でありながら、伝熱流路を約３倍の長さにすることができ、温度勾配を約１／３と小さくすることができる。
【００４０】
なお、シールリング４０は小さな円環状の部材であるため、溝４２，４４を形成することが難しい場合は、以下の第３実施例のように、シールリング４０をいくつかの部分に分割して形成してから組み立てることとしてもよい。
【００４１】
次に、本発明の第３実施例によるホットランナ装置について、図５を参照しながら説明する。図５は本発明の第３実施例によるホットランナ装置のシールリングが設けられた部分の拡大断面図である。本発明の第３実施例によるホットランナ装置は、シールリングの形状を工夫したものであり、シールリング以外の部分は図１に示すホットランナ装置と同等であり、その説明は省略する。
【００４２】
図５において、断熱部材として機能するシールリング５０は、図４に示すシールリング４０を９０°回転させたように、断面において細長い部分が縦方向にＵターンを２回繰り返して蛇行した形状となっており、その一端５０ａは垂直方向と水平方向でノズル本体２０に接触し、且つ他端５０ｂも垂直方向と水平方向で固定金型２に接触している。
【００４３】
シールリング５０の一端５０ａがノズル本体２０に接触する部分を第１の接触部とし、シールリング５０の他端５０ｂが固定金型２に接触する部分を第２の接触部とすると、第１の接触部と第２の接触部との間のシールリング５０に沿った距離Ｌ３は、ノズル本体２０の外周と固定金型２の内周との間の距離Ｌ０より長くなっている。したがって、シールリング４０により形成される伝熱流路の長さ（Ｌ３に相当する）は、図２に示すシールリング２４の伝熱流路の長さ（Ｌ０に相当する）より長く、シールリング５０における温度勾配も小さくなっている。
【００４４】
シールリング５０は、図５に示すように３つの部分に分割されており、この３つの部分が組み合わされて一つのシールリング５０が形成される。このように複数の部分に分割してシールリングを形成することで、複雑な形状のシールリングを容易に形成することができる。
【００４５】
また、シールリング５０は、複数のリングを重ね合わせて全体の形状として縦方向にＵターンした形状となっており、縦及び横方向からの荷重に対して変形しにくい形状である。したがって、ノズル本体２０が固定金型２に向けて大きな荷重で押圧されても、シールリング５０の変形は小さく抑制され、固定金型２に対するノズル本体２０の位置を精度よく維持することができる。
【００４６】
図６は図５におけるシールリング５０の一部を拡大した断面図である。図６に示されたシールリングの一部は、シールリング５０を形成する一つの部分と他の部分との接続部である。シールリング５０を形成する一つの部分の断面における幅をｘ１とすると、接続部での接触部分の幅に相当するｘ２は、ｘ１よりも小さくなっている。これは、シールリング５０により形成される伝熱流路の面積が、接続部において小さくなっていることを意味する。したがって、接続部において熱抵抗が大きくなり、シールリング５０の両端５０ａ，５０ｂ間の温度差を大きくすることができる。
【００４７】
以上のように、上述の各実施例によれば、ノズル本体２０と固定金型２との間に断熱部材として機能するシールリング３０，４０，５０が設けられるため、ノズル本体２０と固定金型２との間に大きな温度差を設けることができる。したがって、ノズル本体２０の温度を樹脂の溶融温度に保ちながら、固定金型２の温度を低減することができる。これにより、冷却時間が短縮され、成型サイクルを短縮することができる。
【００４８】
なお、上述の各実施例は、バルブゲート方式のホットランナ装置として説明したが、本発明はオープンゲート方式のホットランナ方式にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明が適用可能なホットランナ装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１に示すシールリングが設けられた部分の近傍を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の第１実施例によるホットランナ装置のシールリングが設けられた部分の拡大断面図である。
【図４】本発明の第２実施例によるホットランナ装置のシールリングが設けられた部分の拡大断面図である。
【図５】本発明の第３実施例によるホットランナ装置のシールリングが設けられた部分の拡大断面図である。
【図６】図５におけるシールリングの一部を拡大した断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
２ 固定金型
２ａ ゲート孔
４ 可動金型
６ キャビティ
８ ノズル部
１０ 樹脂供給部
１２ バルブピン
１４ 駆動部
２０ ノズル本体
２２ ヒータ
２４，３０，４０，５０ シールリング
２６ 隙間
４２，４４ 溝
【技術分野】
【０００１】
本発明はホットランナ装置に係り、特に熱可塑性樹脂の射出成形に用いられるホットランナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂の射出成形に用いられるホットランナ装置は、金型キャビティ内への樹脂の充填を迅速にし、かつ成形品にランナが形成されることを防止するための装置である。ランナの形成が防止できることで、成形後にランナを除去する手間が省け、成形効率を高めることができる。
【０００３】
ホットランナ装置では、ノズル本体部をヒータで加熱することで、ノズル内の樹脂は高温溶融状態に保持される。一方、金型キャビティ内に充填された樹脂は、取り出し可能な温度（固化する温度）になるように迅速に冷却される必要があり、金型のキャビティ周囲は低温になるように冷却されている。したがって、ノズルが金型に接触するゲート位置に対して、キャビティ側の金型は樹脂の固化温度以下となり、ホットランナ装置のノズルは樹脂の溶融温度以上となるように温度制御が行われる。
【０００４】
例えば、一般的に、金型の冷却温度は１００℃以下であり、樹脂の溶融温度は２００℃以上である。このような場合、ゲート位置をはさんで微小な距離の間で１００℃以上の大きな温度差を維持する必要がある。
【０００５】
ホットランナ装置では、型開き時に樹脂が漏れないようにゲートを開閉する必要があるがある。ゲート開閉方法として、なんら開閉機構を設けずに固化した樹脂でゲート孔に蓋をするオープンゲート方式、及び機械的にバルブをゲート孔に挿入して閉じるバルブゲート方式がある。近年は、バルブゲート方式が用いられる場合が多い。
【０００６】
上記いずれの方式においても、ゲートを介して流入する溶融樹脂の圧力がかかってもゲートから外部へ溶融樹脂が漏れないように、ノズル部分は金型に強く押し付けられている。したがって、ノズル本体と固定金型とは、金属部品同士が接触している箇所があり、この接触部分を通じた熱伝導により、キャビティ側の温度上昇、及びノズル側の温度低下が起こるという問題があった。
【０００７】
キャビティ側の金型温度が高くなると、所定の時間内に樹脂が十分冷却・固化されず、型開き時に糸引き現象が生じるおそれがある。また、ノズル本体の温度が低くなると、ノズル内の溶融樹脂の一部が固化し、この固化した樹脂は次の樹脂充填時に溶融樹脂により溶かされて一緒にキャビティに充填される。ところが、固化した樹脂の量が多いと溶融されずにキャビティ内に入ってしまうおそれがある。このすでに固化した樹脂がキャビティ内に入ると、例えばペットボトル用のプリフォーム材を形成するような場合、白化現象が生じる要因となってしまう。
【０００８】
近年、成形効率をあげるために、冷却時間を短縮して成形サイクルを短縮する傾向にある。このためには、金型温度をより低く設定して冷却時間を短縮する必要がある。したがって、ホットランナ装置のノズルと金型キャビティとの間の温度差は益々大きくなっている。これにより、従来は大きな問題とはなっていなかったノズル本体と固定金型との温度差をいかに適切な値に維持するかが課題となっている。
【０００９】
従来の技術としては、ノズルの先端を直接金型に接触させるが、この部分の金型を熱伝導率の小さい材料する方法、ノズルの先端は金型に接触させず、ノズル先端から離れた位置で接触させる方法などがある。前者はノズルの先端が直接冷えてしまう欠点がある。一方、後者は大きく離すと構造が大きくなってしまうことや、樹脂漏れが避けられないという問題がある。
【００１０】
そこで、ノズルの周囲にシールリングを設けて、漏れ出る樹脂を隙間内に封じ込めて樹脂を断熱層として機能させることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、この特許文献１には、ノズルと金型との間に空気断熱用間隙を設けて、ノズルと金型との断熱を図る技術も開示されている。
【００１１】
また、ノズルの周囲に設けたシールリングの形状を、ノズルの芯ずれが少なくなるような形状にしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特許第２８４２２４０号公報
【特許文献２】特許第３１６０８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の特許文献１及び２に記載の方法は、シールリングまでの隙間が比較的大きく、この隙間に漏れ出た樹脂を取り除くためのメンテナンス作業が煩雑であるといった問題がある。また、この隙間を小さくするためにシールリングの径を小さくすると、ノズル本体の熱が金型に伝達し易くなるといった問題がある。
【００１３】
このような問題を解決するために、ノズルの先端を金型に直接接触させるが、ノズルのごく先端に小型ヒータを組み込み、ゲートを閉じた後、固化したノズル内の樹脂を次の充填の直前に小型ヒータにより再溶融させる方法が考えられる。しかし、ノズルのごく先端に小型ヒータを組み込むには、ノズルの構造が複雑となり、高価な装置となるといった問題がある。
【００１４】
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、ノズルと金型との間の距離が短くても温度差を大きくとることのできるホットランナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、金型に取り付けられて、溶融樹脂を該金型のキャビティに注入するためのホットランナ装置であって、前記金型に対して押し付けられながら樹脂を注入するノズル本体と、該ノズル本体と前記金型との間に設けられた断熱部材とを有し、前記断熱部材は、第１の接触部において前記ノズル本体と接触し、且つ第２の接触部において前記金型と接触し、前記第１の接触部と前記第２の接触部の間の前記断熱部材に沿った伝熱流路の長さは、前記ノズル本体と前記金型との間の直線距離より長いことを特徴とするホットランナ装置が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ノズル本体と金型との間に断熱部材が設けられるため、ノズル本体と金型との間に大きな温度差を設けることができる。したがって、ノズル本体の温度を樹脂の溶融温度に保ちながら、金型の温度を低減することができる。これにより、冷却時間が短縮され、成型サイクルを短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
まず、本発明が適用可能なホットランナ装置について図１を参照しながら説明する。図１は本発明が適用可能なホットランナ装置の全体構成を示す断面図である。
【００１８】
図１に示すホットランナ装置は、バルブゲート式ホットランナ装置であり、固定金型２に取り付けられるよう構成されている。固定金型２は可動金型４と共に、溶融樹脂が注入されるキャビティ６を形成する。ホットランナ装置は、ノズル部８と、ノズル部８に溶融樹脂を供給する樹脂供給部１０と、ゲートを開閉するためのバルブピン１２を駆動するための駆動部１４とを有する。
【００１９】
ノズル部８は、溶融樹脂の通路が形成されたノズル本体２０と、ノズル本体２０の周囲に設けられてノズル本体２０を加熱するヒータ２２とを有する。ノズル本体２０の中心には溶融樹脂の通路２０ａが形成され、通路２０ａ内にバルブピン１２が延在している。バルブピン１２の先端は、金型２のキャビティに繋がるゲート孔２ａを開閉する弁として機能する。
【００２０】
バルブピン１２は樹脂供給部１０を貫通して延在し、その上端は駆動部１４のシャフト１４ａに接続されている。駆動部１４は油圧シリンダを構成しており、シャフト１４ａを油圧により駆動することができる。したがって、駆動部１４のシャフト１４ａを駆動することで、バルブピン１２を駆動することができる。これにより、固定金型２のゲート孔２ａを開閉することができる。なお、駆動部１４には２つの油圧シリンダが直列に形成されている。上側の油圧シリンダを駆動することで、バルブピン１２を上下に往復動させることができる。また、下側の油圧シリンダを駆動することで、バルブピン１２でゲート孔２ａを閉じた際にさらに押圧力をバルブピン１２に加えることができる。
【００２１】
溶融樹脂をキャビティ６に注入する際には、バルブピン１２を上昇させてゲート孔２ａを開くことにより、通路２０ａから溶融樹脂がゲート孔２ａを通じてキャビティ６に流れ込む。キャビティ６に溶融樹脂が充填されたら、バルブピン１２は下降され、バルブピン１２の先端がゲート孔２ａに挿入されることで、ゲート孔２ａが閉じられる。この状態では、バルブピン１２の先端は、キャビティ６に僅かに突出した状態、若しくはキャビティ６の外周面と同一面で停止した状態となる。さらに、バルブピン１２の進退方向に成形品を取り出す金型に用いる場合には、バルブピン１２とゲート孔２ａがオーバーラップした状態で、バルブピン１２の先端をキャビティ６よりも引き込まれた位置において停止させてもよい。
【００２２】
図１において、ノズル部８のノズル本体２０は、固定金型２に取り付けられる。ノズル本体２０の下端部と固定金型２との間には、金属製のシールリング２４が設けられる。シールリング２４は、ノズル本体２０が固定金型２に取り付けられた際にノズル本体２０と固定金型２の間に挟まれて、溶融樹脂をシールするために設けられる。シールリング２４は、溶融樹脂が流れるために高温に維持されたノズル本体２０と、溶融樹脂を固化させるために低温に維持された固定金型２との両方に接触するため、ノズル本体２０の熱はシールリング２４を伝って固定金型２に移動する。したがって、シールリング２４の両側での温度差を大きくとるには、熱がシールリング２４を伝導する際の温度勾配を小さくする必要がある。すなわち、シールリング２４を熱伝導率の小さい材料で形成することが好ましい。
【００２３】
ここで、シールリング２４に関して詳細に説明する。図２は図１におけるシールリング２４が設けられた部分の近傍を示す拡大断面図である。
【００２４】
上述のように、シールリング２４は、ノズル本体２０と固定金型２との間に配置されて、スペーサとして機能する。また、シールリング２４はノズル本体２０を固定金型２に取り付ける際に位置決めの機能も有する。すなわち、ノズル本体２０を固定金型２のゲート孔２ａに対して精度よく位置決めすることにより、バルブピン１２の先端がノズルから突出した際に、バルブピン１２の先端を固定金型のゲート孔２ａに精度よく嵌合させてゲート孔２ａを閉じることができる。なお、溶融樹脂をキャビティ６に充填している間は、バルブピン１２は後退しているので（図２では上昇）、溶融樹脂はノズル本体２０と固定金型２との間の隙間２６に漏れ出る。
【００２５】
ノズル本体２０は高温に保持されるに対して、固定金型２はキャビティ６内の樹脂を冷却・固化させるために、冷却水路（図示せず）を流れる冷却水により冷却され、低温に維持されている。したがって、バルブピン１２によりゲート孔２ａを閉じたとき、バルブピン１２の先端も低温の固定金型２に接触して温度が低下する。またシールリング２４を通しての伝熱によっても、ノズル本体２０の先端部分の温度は低下する傾向にある。
【００２６】
したがって、ヒータ２２の熱が十分先端まで達しない場合には、ノズル本体２２の先端部分の温度低下によって、溶融樹脂の通路２０ａの先端付近で樹脂が固化するおそれがある。また、反対に、シールリング２４を介してノズル本体２０やヒータ２２の熱が固定金型２に流れて固定金型が加熱されてしまい、キャビティ６内の樹脂の冷却・固化が遅くなるおそれもある。
【００２７】
以上のような問題を回避するため、シールリング２４にはできるだけ熱伝導率の小さな材料が用いられるが、シールリング２４には強度も要求されるので、金属以外の材料を用いることには限界がある。また、シールリング２４の径を大きくしてゲート位置から離れた位置にすることは、構造上の制約があり、ノズル径以上にはできない。また、隙間２６が大きくなると樹脂の漏れ量が多くなり、保守が難しくなる。
【００２８】
また、ヒータ２２はできるだけノズル本体２０の先端部分まで設けることが好ましいが、その熱がシールリング２４を介して固定金型２に流れて温度を上昇させるおそれがあり、ヒータ２２を設ける位置は、シールリング２４の手前までが限界である。
【００２９】
ヒータ２２により加熱されたノズル本体２０の熱は、シールリング２４を介して低温の固定金型２に伝達される。ここで、熱伝導により移動する単位時間当たりの熱量ｑは、熱伝導率ｋと温度勾配ｄＴ／ｄｘ（温度差／距離）に比例することが知られている。したがって、ノズル本体２０から固定金型２に伝達される熱量を小さくするには、シールリング２４の熱伝導率を小さくするか、温度勾配を小さくすればよい。
【００３０】
シールリング２４は、ノズル本体２０と固定金型２との間で押圧されるため、剛性及び強度も必要である。したがって、シールリング２４の材料として、比較的脆いセラミックなどを用いることはできず、金属を用いることとなり、熱伝導率を大幅に小さくすることは難しい。また、ノズル本体２０の外形は３０ｍｍ程度と小さく、ノズル本体２０を取り付ける部分には大きなスペースを確保することができないため、シールリング２４の寸法を大きくして温度勾配を小さくする（すなわち、距離を大きくする）ことも難しい。
【００３１】
そこで、本発明では、限られたスペース内でシールリングの形状を工夫することで、シールリングによる伝熱距離を長くし、温度勾配を小さくして熱伝導を小さくし、断熱部材として用いている。これにより、ノズル本体２０の先端部分の温度低下や、固定金型２の温度上昇を抑制することができ、ノズル本体２０の先端部分と固定金型２との間の温度差を大きく維持することができる。
【００３２】
次に、本発明の第１実施例によるホットランナ装置について、図３を参照しながら説明する。図３は本発明の第１実施例によるホットランナ装置のシールリングが設けられた部分の拡大断面図である。本発明の第１実施例によるホットランナ装置は、シールリングの形状を工夫したものであり、シールリング以外の部分は図１に示すホットランナ装置と同等であり、その説明は省略する。
【００３３】
図３において、断熱部材として機能するシールリング３０は、図２に示すシールリング２４に比較すると、その断面が細長い形状となっており、伝熱流路の幅が小さくなっている。なお、図３は断面図であるので、シールリング３０全体の形状は、中空の円錐を輪切りにしたような形状である。
【００３４】
シールリングには位置合わせ機能も必要であるため、シールリング３０の一端３０ａは垂直方向と水平方向でノズル本体２０に接触し、且つ他端３０ｂも垂直方向と水平方向で固定金型２に接触する。シールリング３０の一端３０ａがノズル本体２０に接触する部分を第１の接触部とし、シールリング３０の他端３０ｂが固定金型２に接触する部分を第２の接触部とすると、第１の接触部と第２の接触部との間の距離Ｌ１は、ノズル本体２０の外周と固定金型２の内周との間の距離Ｌ０より長くなっている。したがって、シールリング３０により形成される伝熱流路の長さ（Ｌ１に相当する）は、図２に示すシールリング２４の伝熱流路の長さ（Ｌ０に相当する）より長くなっており、シールリング３０における温度勾配が小さくなっている。
【００３５】
また、図３に示すシールリング３０と図２に示すシールリング２４とを比較すると、図３に示すシールリング３０のほうが、断面における伝熱流路の幅が狭くなっている。したがって、図３に示すシールリング３０のほうが、伝熱流路の面積が小さく、熱抵抗が大きくなっているため、両端３０ａ、３０ｂ間の温度差を大きくすることができる。
【００３６】
次に、本発明の第２実施例によるホットランナ装置について、図４を参照しながら説明する。図４は本発明の第１実施例によるホットランナ装置のシールリングが設けられた部分の拡大断面図である。本発明の第２実施例によるホットランナ装置は、シールリングの形状を工夫したものであり、シールリング以外の部分は図１に示すホットランナ装置と同等であり、その説明は省略する。
【００３７】
図４において、断熱部材として機能するシールリング４０は、図２に示すシールリング２４に比較すると、断面において外周側からと内周側から細い溝４２，４４が形成されている。これにより、シールリング４０は、断面において細長い部分がＵターンを２回繰り返して蛇行した形状となっており、その一端４０ａは垂直方向と水平方向でノズル本体２０に接触し、且つ他端４０ｂも垂直方向と水平方向で固定金型２に接触している。
【００３８】
シールリング４０の一端４０ａがノズル本体２０に接触する部分を第１の接触部とし、シールリング４０の他端４０ｂが固定金型２に接触する部分を第２の接触部とすると、第１の接触部と第２の接触部との間のシールリング４０に沿った距離Ｌ２は、ノズル本体２０の外周と固定金型２の内周との間の距離Ｌ０より長くなっている。したがって、シールリング４０により形成される伝熱流路の長さ（Ｌ２に相当する）は、図２に示すシールリング２４の伝熱流路の長さ（Ｌ０に相当する）より長く、約３倍の長さとなっており、シールリング４０における温度勾配は約１／３となっている。
【００３９】
以上のように、図２に示すシールリング２４に比較すると、本実施例によるシールリング４０は、同じスペースに入る形状でありながら、伝熱流路を約３倍の長さにすることができ、温度勾配を約１／３と小さくすることができる。
【００４０】
なお、シールリング４０は小さな円環状の部材であるため、溝４２，４４を形成することが難しい場合は、以下の第３実施例のように、シールリング４０をいくつかの部分に分割して形成してから組み立てることとしてもよい。
【００４１】
次に、本発明の第３実施例によるホットランナ装置について、図５を参照しながら説明する。図５は本発明の第３実施例によるホットランナ装置のシールリングが設けられた部分の拡大断面図である。本発明の第３実施例によるホットランナ装置は、シールリングの形状を工夫したものであり、シールリング以外の部分は図１に示すホットランナ装置と同等であり、その説明は省略する。
【００４２】
図５において、断熱部材として機能するシールリング５０は、図４に示すシールリング４０を９０°回転させたように、断面において細長い部分が縦方向にＵターンを２回繰り返して蛇行した形状となっており、その一端５０ａは垂直方向と水平方向でノズル本体２０に接触し、且つ他端５０ｂも垂直方向と水平方向で固定金型２に接触している。
【００４３】
シールリング５０の一端５０ａがノズル本体２０に接触する部分を第１の接触部とし、シールリング５０の他端５０ｂが固定金型２に接触する部分を第２の接触部とすると、第１の接触部と第２の接触部との間のシールリング５０に沿った距離Ｌ３は、ノズル本体２０の外周と固定金型２の内周との間の距離Ｌ０より長くなっている。したがって、シールリング４０により形成される伝熱流路の長さ（Ｌ３に相当する）は、図２に示すシールリング２４の伝熱流路の長さ（Ｌ０に相当する）より長く、シールリング５０における温度勾配も小さくなっている。
【００４４】
シールリング５０は、図５に示すように３つの部分に分割されており、この３つの部分が組み合わされて一つのシールリング５０が形成される。このように複数の部分に分割してシールリングを形成することで、複雑な形状のシールリングを容易に形成することができる。
【００４５】
また、シールリング５０は、複数のリングを重ね合わせて全体の形状として縦方向にＵターンした形状となっており、縦及び横方向からの荷重に対して変形しにくい形状である。したがって、ノズル本体２０が固定金型２に向けて大きな荷重で押圧されても、シールリング５０の変形は小さく抑制され、固定金型２に対するノズル本体２０の位置を精度よく維持することができる。
【００４６】
図６は図５におけるシールリング５０の一部を拡大した断面図である。図６に示されたシールリングの一部は、シールリング５０を形成する一つの部分と他の部分との接続部である。シールリング５０を形成する一つの部分の断面における幅をｘ１とすると、接続部での接触部分の幅に相当するｘ２は、ｘ１よりも小さくなっている。これは、シールリング５０により形成される伝熱流路の面積が、接続部において小さくなっていることを意味する。したがって、接続部において熱抵抗が大きくなり、シールリング５０の両端５０ａ，５０ｂ間の温度差を大きくすることができる。
【００４７】
以上のように、上述の各実施例によれば、ノズル本体２０と固定金型２との間に断熱部材として機能するシールリング３０，４０，５０が設けられるため、ノズル本体２０と固定金型２との間に大きな温度差を設けることができる。したがって、ノズル本体２０の温度を樹脂の溶融温度に保ちながら、固定金型２の温度を低減することができる。これにより、冷却時間が短縮され、成型サイクルを短縮することができる。
【００４８】
なお、上述の各実施例は、バルブゲート方式のホットランナ装置として説明したが、本発明はオープンゲート方式のホットランナ方式にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明が適用可能なホットランナ装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１に示すシールリングが設けられた部分の近傍を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の第１実施例によるホットランナ装置のシールリングが設けられた部分の拡大断面図である。
【図４】本発明の第２実施例によるホットランナ装置のシールリングが設けられた部分の拡大断面図である。
【図５】本発明の第３実施例によるホットランナ装置のシールリングが設けられた部分の拡大断面図である。
【図６】図５におけるシールリングの一部を拡大した断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
２ 固定金型
２ａ ゲート孔
４ 可動金型
６ キャビティ
８ ノズル部
１０ 樹脂供給部
１２ バルブピン
１４ 駆動部
２０ ノズル本体
２２ ヒータ
２４，３０，４０，５０ シールリング
２６ 隙間
４２，４４ 溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型に取り付けられて、溶融樹脂を該金型のキャビティに注入するためのホットランナ装置であって、
前記金型に対して押し付けられながら樹脂を注入するノズル本体と、
該ノズル本体と前記金型との間に設けられた断熱部材と
を有し、
前記断熱部材は、第１の接触部において前記ノズル本体と接触し、且つ第２の接触部において前記金型と接触し、
前記第１の接触部と前記第２の接触部の間の前記断熱部材に沿った伝熱流路の長さは、前記ノズル本体と前記金型との間の直線距離より長いことを特徴とするホットランナ装置。
【請求項２】
請求項１記載のホットランナ装置であって、
前記断熱部材の断面は蛇行した形状であることを特徴とするホットランナ装置。
【請求項３】
請求項２記載のホットランナ装置であって、
前記断熱部材は円環状の部材に円周状の溝が形成された部材であることを特徴とするホットランナ装置。
【請求項４】
請求項２記載のホットランナ装置であって、
前記断熱部材は複数の部材が組み合わされて形成されていることを特徴とするホットランナ装置。
【請求項５】
請求項１記載のホットランナ装置であって、
前記断熱部材の前記伝熱流路の幅は不均一であることを特徴とするホットランナ装置。
【請求項６】
請求項５記載のホットランナ装置であって、
前記断熱部材は複数の部材が組み合わされて形成されており、
前記伝熱流路は該複数の部材にまたがって形成され、
隣接する前記部材同士の接触部の幅は、前記部材の各々に形成された伝熱流路の幅より小さいことを特徴とするホットランナ装置。
【請求項１】
金型に取り付けられて、溶融樹脂を該金型のキャビティに注入するためのホットランナ装置であって、
前記金型に対して押し付けられながら樹脂を注入するノズル本体と、
該ノズル本体と前記金型との間に設けられた断熱部材と
を有し、
前記断熱部材は、第１の接触部において前記ノズル本体と接触し、且つ第２の接触部において前記金型と接触し、
前記第１の接触部と前記第２の接触部の間の前記断熱部材に沿った伝熱流路の長さは、前記ノズル本体と前記金型との間の直線距離より長いことを特徴とするホットランナ装置。
【請求項２】
請求項１記載のホットランナ装置であって、
前記断熱部材の断面は蛇行した形状であることを特徴とするホットランナ装置。
【請求項３】
請求項２記載のホットランナ装置であって、
前記断熱部材は円環状の部材に円周状の溝が形成された部材であることを特徴とするホットランナ装置。
【請求項４】
請求項２記載のホットランナ装置であって、
前記断熱部材は複数の部材が組み合わされて形成されていることを特徴とするホットランナ装置。
【請求項５】
請求項１記載のホットランナ装置であって、
前記断熱部材の前記伝熱流路の幅は不均一であることを特徴とするホットランナ装置。
【請求項６】
請求項５記載のホットランナ装置であって、
前記断熱部材は複数の部材が組み合わされて形成されており、
前記伝熱流路は該複数の部材にまたがって形成され、
隣接する前記部材同士の接触部の幅は、前記部材の各々に形成された伝熱流路の幅より小さいことを特徴とするホットランナ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−３０２６６５（Ｐ２００８−３０２６６５Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５４１５５（Ｐ２００７−１５４１５５）
【出願日】平成１９年６月１１日（２００７．６．１１）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１１日（２００７．６．１１）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]