成形機のガス巻き込み抑制ノズル構造

【課題】成形機のガス巻き込み抑制ノズル構造において、簡単な構造で、コストも低くして、溶融した熱可塑性射出成形材料に含まれる気体をこの熱可塑性射出成形材料が成形される前に効率良く除去する構造を提供する。
【解決手段】射出ノズル１６には、溶融した熱可塑性射出成形材料が流入して来る側で所定の内径Ｄ１の流入用流路３０とこの流入用流路３０に連通してテーパ形状の先細り流路３２とこの先細り流路３２に連通し且つ流入用流路３０の内径Ｄ１よりも小さな内径Ｄ２に形成されて溶融した熱可塑性射出成形材料を金型１０に射出する射出用流路３３とからなる材料用流路２９を形成するとともに、前記先細り流路３２に対応した箇所で溶融した熱可塑性射出成形材料に含まれる気体を外部へ抜くのための多孔質性部３４を設ける。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、成形機のガス巻き込み抑制ノズル構造に係り、特に溶融した熱可塑性射出成形材料に含まれる気体を外部へ除去する成形機のガス巻き込み抑制ノズル構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
成形機としての、例えば、熱可塑性射出成形機は、熱可塑性射出成形材料（樹脂）を溶融（可塑化）・流動させて射出ノズルから金型内のキャビティに射出充填し（流し込み）、そして、この金型内で冷却・固化させて成形品を作るものである。熱可塑性射出成形材料は、ベース樹脂に強化剤や充填材等を添加して生成され、固体状態から加熱されると溶融し、この溶融状態から冷却されると固体になる性質がある。
また、成形機としての、例えば、押出機は、熱可塑性射出成形材料（樹脂）を流動させて成形ノズルの押出孔から成形品として押し出すものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１７０３２０号公報特許文献１に係る射出装置は、熱可塑性射出成形材料に含まれる気体（ガス）を抜くために、熱可塑性射出成形材料の溶融（可塑化）が完了する位置から前方の部分に、多孔質性のガス抜き部材を別途に設けたものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来、例えば、熱可塑性射出成形機においては、熱可塑性射出成形材料のベース樹脂に含まれた化学成分で発生した気体（ガス）を抜く箇所が射出ノズルの先端ではなかったため、金型への射出充填時に、溶融した熱可塑性射出成形材料に含まれる気体が射出ノズルの通過前に圧縮されて先端部に滞留し、この気体が滞留している状態で金型へ射出充填することから、その気体が金型内に巻き込まれて形成品に入り込み、このため、ショートショット、膨れ（凸部）、ヒケ（凹部）、光沢ムラ等によって成形品の不良発生が増加して生産性が低下するとともに、金型の腐食を誘発してしまい、金型のメンテナンスの周期が短くなるという不具合があった。
また、押出機においても、成形品に気体が多く含まれるという不具合があった。
この不具合を解消するために、溶融した熱可塑性射出成形材料に含まれる気体を抜くために、別途にガス抜き部材を設けた場合には、構成が複雑で、コストも高くなるという不都合があった。
【０００５】
また、熱可塑性射出成形材料の材料用流路にガスベントを設置したり、成形品形状（キャビティ）の充填末端にエアベントを設置するなどして熱可塑性射出成形材料に含まれる気体を抜く構造においては、充填される熱可塑性射出成形材料によってエアベントから空気やガス等の気体を押し出すものであるが、このエアベントが射出ノズルの構成部品間の隙間によって形成されていることから、熱可塑性射出成形材料が浸入すると、バリや余剰形状等が発生することで、後仕上げが必要になり、生産性の非効率化を招くとともに、金型に腐食を誘発することから、金型のメンテナンスの周期が短くなり、更に、充填される熱可塑性射出成形材料に含まれる気体は、大きい径のスクリュヘッドの外壁と小さい径の射出ノズルの内壁との間で圧縮され、小さい径の射出ノズルの内壁側への追いやられる分も存在するが、結局、射出ノズルから金型内へ巻き込まれることになり、結果的に、エアベントだけから気体の除去を委ねることとなり、気体の除去が不十分で、改善が望まれていた。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、簡単な構造で、コストも低くして溶融した熱可塑性射出成形材料に含まれる気体をこの熱可塑性射出成形材料が成形される前に効率良く除去（ガス巻き込み抑制）することができる成形機のガス巻き込み抑制ノズル構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、熱可塑性射出成形材料を溶融・流動させて射出ノズルから金型内に射出してこの金型内で冷却・固化させる成形機のガス巻き込み抑制ノズルノズル構造において、前記射出ノズルには溶融した熱可塑性射出成形材料を流通させるための材料用流路を形成し、この材料用流路は前記熱可塑性射出成形材料が流入して来る側で所定の内径の流入用流路とこの流入用流路に連通してテーパ形状の先細り流路とこの先細り流路に連通し且つ前記流入用流路の内径よりも小さな内径に形成されて前記熱可塑性射出成形材料を前記金型に射出する射出用流路とからなり、前記射出ノズルには前記先細り流路に対応した箇所で前記熱可塑性射出成形材料に含まれる気体を外部へ抜くのための多孔質性部を設けたことを特徴とする。
また、熱可塑性射出成形材料を流動させて成形ノズルの押出孔から成形品として押し出す成形機のガス巻き込み抑制ノズル構造において、前記成形ノズルには前記押出孔周りで前記熱可塑性射出成形材料に含まれる気体を外部へ抜くのための多孔質性部を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の成形機のガス巻き込み抑制ノズル構造は、ノズルで溶融した熱可塑性射出成形材料に含まれる気体をこの熱可塑性射出成形材料が成形される前に効率良く除き、また、簡単な構造で、コストも低くできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は射出ノズルのチップの断面図である。（実施例１）
【図２】図２は射出ノズルのチップの正面図である。（実施例１）
【図３】図３は射出ノズルの本体の断面図である。（実施例１）
【図４】図４は射出ノズルの本体の正面図である。（実施例１）
【図５】図５は熱可塑性射出成形材料の射出時の射出ノズル全体の断面図である。（実施例１）
【図６】図６は熱可塑性射出成形機の概略構成図である。（実施例１）
【図７】図７は熱可塑性射出成形材料の可塑化時における説明図である。（実施例１）
【図８】図８は熱可塑性射出成形材料の射出時における説明図である。（実施例１）
【図９】図９は熱可塑性射出成形材料の射出完了時における説明図である。（実施例１）
【図１０】図１０は射出スクリュの後退動時における説明図である。（実施例１）
【図１１】図１１は型開・成形品取出時における説明図である。（実施例１）
【図１２】図１２は押出機の概略構成図である。（実施例２）
【図１３】図１３は押出機の成形ノズルの正面図である。（実施例２）
【図１４】図１４は成形ノズルの押出孔をテーパ形状とした断面図である。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明は、簡単な構造で、コストも低くして溶融した熱可塑性射出成形材料に含まれる気体をこの熱可塑性射出成形材料が成形される前に効率良く除去する目的を、ノズルに多孔質性部を設けて実現するものである。
【実施例】
【００１１】
図１〜図１１は、この発明の実施例１を示すものである。
図６において、１は成形機としての熱可塑性射出成形機である。この熱可塑性射出成形機１は、供給ゾーン２と圧縮ゾーン３と計量ゾーン４との各区分を備え、また、供給ゾーン２を構成する可塑化装置５と、圧縮ゾーン３及び計量ゾーン４を構成する射出装置６と、型締装置７と、動力制御部８と、電気制御部９とからなり、また、型締装置７に金型１０を配置し、そして、熱可塑性射出成形材料（樹脂）を溶融（可塑化）・流動させて射出装置６から金型１０内のキャビティ（図示せず）に射出充填し（流し込み）、この金型１０内で冷却・固化させて成形品を作るものである。
【００１２】
可塑化装置５は、必要な固体の熱可塑性射出成形材料を溶融するものであり、ペレット状の熱可塑性射出成形材料を投入させるホッパ１１と、このホッパ１１内のペレット状の熱可塑性射出成形材料を受け入れて溶融する筒状で加熱用のシリンダ（加熱筒）１２とを備えている。このシリンダ１２は、内部にシリンダ室１３を備えるとともに、外周面に内部のペレット状の熱可塑性射出成形材料を溶融するための熱源となるバンドヒータ１４を巻き付けている。熱可塑性射出成形材料は、ベース樹脂に強化剤や充填材等の必要な各種材料を添加して生成され、固体状態から加熱されると溶融し、この溶融状態から冷却されると固体になる性質がある。
【００１３】
射出装置６は、図６に示すように、シリンダ１２のシリンダ室１３に配置されて溶融した熱可塑性射出成形材料を流動させる搬送用の射出スクリュ１５と、溶融した熱可塑性射出成形材料を計量しつつ射出する射出ノズル１６とを備えている。
射出スクリュ１５は、先端にスクリュヘッド１７を備え、例えば、油圧式又は電気式の駆動部１８によって溶融した熱可塑性射出成形材料を撹拌して可塑化するとともに、回転・前進動して溶融した熱可塑性射出成形材料を押圧・圧縮して射出ノズル１６側に流動させる。スクリュヘッド１７は、溶融した熱可塑性射出成形材料を射出ノズル１６側へ押し出すものである。
この射出ノズル１６は、スクリュヘッド１７に対向するようにシリンダ１２の先端部に取り付けられる本体（シリンダヘッド）１９と、この本体１９に取り付けられて金型１０での冷却中に次に入り込ませる溶融した熱可塑性射出成形材料を計量して金型１０に射出するチップ２０とからなり、また、ノズルタッチ（チップ２０の出口と金型１０の入口との接続）の変形を防止したり、熱可塑性射出成形材料の充填による摩耗を防止するために、所要の硬度の材質からなる。
【００１４】
本体１９は、鋼材によって形成され、図３、図４に示すように、軸心上で貫通する本体側材料通路２１と、中間部位で六角形状の本体側外形部２２と、この本体外形部２２に外側から径方向に形成された３つのボルト穴２３・２３・２３と、シリンダ１２の端部に取り付けられる一端の本体外側スプライン２４と、チップ２０を嵌入させるように軸心上で他端に窪んで形成された内側スプライン２５とを備える。ボルト穴２３には、シリンダ１２の端部を固定する固定ボルト（図示せず）が設けられる。
【００１５】
チップ２０は、図１、図２に示すように、本体１９の内側スプライン２５に嵌入するチップ外側スプライン２６と、中間部位で六角形状のチップ側外形部２７と、角度θの先細りの先端勾配部２８とを備える。
また、チップ２０には、軸心上で貫通し且つ前記本体側材料通路２１に連通して溶融した熱可塑性射出成形材料を流通させるための材料用流路２９が形成される。
この材料用流路２９は、溶融した熱可塑性射出成形材料が流入して来る側で所定の内径Ｄ１の流入用流路３０と、この流入用流路３０に連通して内壁面３１が角度αのテーパ面で先細り円錐形状の先細り流路３２と、この先細り流路３２に連通し且つ流入用流路３０の内径Ｄ１よりも小さな内径Ｄ２に形成されて溶融した熱可塑性射出成形材料を金型１０に射出する射出用流路３３とからなる。この射出用流路３３は、金型１０への出口（接続口）となるものであり、先端が金型１０の入口に接続する（ノズルタッチ）。
【００１６】
チップ２０は、例えば、金属光造形複合加工法を採用して形成される。
この金属光造形複合加工法は、金属粉末を所定厚さに積層し、レーザーを照射して焼結を施し、この焼結した金属層の上に新たな金属粉末を所定厚さに積層し、レーザーを照射して焼結を施し、小径エンドミルによる高速切削仕上げを複数回繰り返して通気性の金属部分を製造可能な革新的製造工法である。
チップ２０の先端勾配部２８には、内部の先細り流路３２に対応した箇所で溶融した熱可塑性射出成形材料に含まれる気体（ガス）を抜くのための多孔質性部（通気部：ポーセラ孔）３４が設けられる。
溶融した熱可塑性射出成形材料に含まれる気体は、主に、ベース樹脂に含まれる化学成分から発生するものであり、成形品の不良を発生させるとともに、金型の腐食等を誘発させるものである。
【００１７】
この多孔質性部３４は、既に成形されたチップへの極小径均等配置が単純ドリル加工では困難なので、例えば、金属光造形複合加工法により、先細り流路３２に対応した位置で先端勾配部２８の少なくとも一部分、又は、先端勾配部２８の全周で幅Ｗに形成される。
多孔質性部３４は、溶融した熱可塑性射出成形材料を通過させないが、この熱可塑性射出成形材料に含まれる気体を通過させる性質を有するものである。一方で、チップ２０の多孔質性部３４以外の他の部分では、溶融した熱可塑性射出成形材料自体のみならず、溶融した熱可塑性射出成形材料に含まれる気体をも通過させないような性質を有する。つまり、チップ２０において、多孔質性部３４の通気率は、他の部分の通気率よりも高いものである。
なお、多孔質性部３４においては、溶融した熱可塑性射出成形材料の最も大きな圧力となる先端勾配部２８の先端側（射出用流路３３側）で多くの気体を抜くために、先細り流路３２の上流側（スクリュヘッド１７側）から下流側（射出用流路３３側）に漸次に通気率を大きくすることも可能である。
また、チップ２０に多孔質性部３４を設けるにあたっては、先ず、チップ２０全体を形成し、このチップ２０に所望の箇所で多孔質性部３４に対応する孔部を設け、そして、この孔部に金属光造形複合加工法や他の工法により、多孔質性部３４を設けることも可能である。
【００１８】
型締装置７は、一対の金型保持部３５・３５を備え、金型１０としての一側金型１０−１と他側金型１０−２とを閉じて高圧で締付け、熱可塑性射出成形材料の充填圧力で一側金型１０−１と他側金型１０−２とが開かないようにするとともに、充填された熱可塑性射出成形材料を冷却して形状化し、そして、成形品を取り出すために一側金型１０−１と他側金型１０−２とを離すものである。
【００１９】
動力制御部８は、油圧ポンプ又は電動モータを駆動源とし、この駆動源により上記の各装置を作動させるものであり、圧力と速度とにより金型１０への熱可塑性射出成形材料の入り込みと形状転写を行い、例えば、可塑化装置５においては、図８に示すように、熱可塑性射出成形材料の射出時に、射出スクリュ１５を回転しつつ前進動させる一方、射出完了後は、図１０に示すように、射出スクリュ１５を後退動させる。
【００２０】
電気制御部９は、上記の各装置の動作をプログラムに従って作動するものであり、成形品の形状化するための成形条件により、圧力の高低の調整、速度の早遅の調整、位置の調整等を指令して、成形品を形状化するための成形条件に合うように各装置を制御するものである。
【００２１】
次に、この実施例１の作用を、図７〜図１１に基づいて説明する。
熱可塑性射出成形機１による成形品の製造においては、先ず、図７に示すように、ホッパ１１からペレット状の熱可塑性射出成形材料を投入すると、この熱可塑性射出成形材料がシリンダ１２内で加熱されて溶融する（可塑化）。
そして、図８に示すように、射出スクリュ１５が回転しつつ前進動すると、溶融した熱可塑性射出成形材料が、射出スクリュ１５のスクリュヘッド１７に押圧されて射出ノズル１６から金型１０へ射出される。
このとき、金型１０への充填直前の先細り流路３２内の溶融した熱可塑性射出成形材料は、射出スクリュ１５のスクリュヘッド１７に押圧されて先細り流路３２を形成する先端勾配部２８のテーパ形状の先細り流路３２の内壁面３１によって絞り込まれて大きな圧力となって滞留する。
そして、大きい径のスクリュヘッド１６の外壁部位と小さい径の射出ノズル１６の先端勾配部２８の先細り流路３２の内壁面３１との間で大きな圧力によって溶融した熱可塑性射出成形材料が圧縮されので、先端勾配部２８の先細り流路３２の内壁面３１側へ追いやられる分の気体（ガス）を、図５に示すように、多孔質性部３４から通過させて射出ノズル１６の外部（大気）へ流出（吐き出す）させることができる（図５の二点鎖線で示す）。しかし、このとき、多孔質性部３４は、その気体だけを通過させるが、溶融した熱可塑性射出成形材料自体を通過させない。
その後、図９に示すように、金型１０への射出が完了した場合には、図１０に示すように、射出スクリュ１５を後退動させ、そして、図１１に示すように、型開して成形品３６の取り出しを行う。
【００２２】
この結果、溶融した可塑性射出材料の金型１０へ射出時には、溶融した熱可塑性射出成形材料が金型１０内に射出充填される直前に、この熱可塑性射出成形材料に含まれる気体が大幅に除去されるので（ガス巻き込み抑制）、成形品の不良発生を防止して生産性を向上するとともに、金型１０のメンテナンスの周期を長くすることができる。
【００２３】
図１２〜図１４は、この発明の実施例２を示すものである。
この実施例２の特徴とするところは、以下の点にある。即ち、図１２に示すように、成形機としての押出機１０１は、内部にスクリュ１０２が設けられたシリンダ１０３と、シリンダ１０３に設けられた投入用ホッパ１０４と、シリンダ１０３の先端に取り付けられた成形ノズル１０５と、スクリュ１０２を駆動する駆動部１０６とを備えている。
この押出機１０１は、熱可塑性射出成形材料を流動させて成形ノズル１０５の押出孔１０７から成形品として押し出すものである。
成形ノズル１０５には、図１３に示すように、押出孔１０７周りで熱可塑性射出成形材料に含まれる気体を外部へ抜くのための多孔質性部１０８を設けている。
この多孔質性部１０８は、上記の実施例１で示した多孔質性部３４と同様な性質を有するので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
この実施例２の構造においては、シリンダ１０３内のスクリュ１０２で熱可塑性射出成形材料が成形ノズル１０５側に押された際に、この熱可塑性射出成形材料に含まれる気体が多孔質性部１０８から外部に抜かれるので、成形ノズル１０５の押出孔１０７から押し出される成形品に気体が含まれるのを効率良く抑制できる。
なお、この実施例２においては、図１４に示すように、押出孔１０７に内部から外部に漸次狭くなる先細りのテーパ面１０９を形成することにより、より効果的に気体を除去することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
この発明に係る成形機のガス巻き込み抑制ノズル構造を、他の機器にも適用できる。
【符号の説明】
【００２５】
１熱可塑性射出成形機
５可塑化装置
６射出装置
７型締装置
８動力制御部
９電気制御部
１０金型
１２シリンダ
１５射出スクリュ
１６射出ノズル
１９本体
２０チップ
２８先端勾配部
２９材料用流路
３０流入用流路
３１内壁面
３２先細り流路
３３射出用流路
３４多孔質性部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性射出成形材料を溶融・流動させて射出ノズルから金型内に射出してこの金型内で冷却・固化させる成形機のガス巻き込み抑制ノズル構造において、前記射出ノズルには溶融した熱可塑性射出成形材料を流通させるための材料用流路を形成し、この材料用流路は前記熱可塑性射出成形材料が流入して来る側で所定の内径の流入用流路とこの流入用流路に連通してテーパ形状の先細り流路とこの先細り流路に連通し且つ前記流入用流路の内径よりも小さな内径に形成されて前記熱可塑性射出成形材料を前記金型に射出する射出用流路とからなり、前記射出ノズルには前記先細り流路に対応した箇所で前記熱可塑性射出成形材料に含まれる気体を外部へ抜くのための多孔質性部を設けたことを特徴とする成形機のガス巻き込み抑制ノズル構造。
【請求項２】
前記多孔質性部は、前記射出ノズルの先端のチップに設けられ、前記熱可塑性射出成形材料に含まれる気体を通過させるが、前記熱可塑性射出成形材料自体を通過させない性質を有することを特徴とする請求項１に記載の成形機のガス巻き込み抑制ノズル構造。
【請求項３】
熱可塑性射出成形材料を流動させて成形ノズルの押出孔から成形品として押し出す成形機のガス巻き込み抑制ノズル構造において、前記成形ノズルには前記押出孔周りで前記熱可塑性射出成形材料に含まれる気体を外部へ抜くのための多孔質性部を設けたことを特徴とする成形機のガス巻き込み抑制ノズル構造。

【図１】