IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 株式会社日本製鋼所の特許一覧

<>
  • 特許-シャットオフノズル、および射出成形機 図1
  • 特許-シャットオフノズル、および射出成形機 図2
  • 特許-シャットオフノズル、および射出成形機 図3
  • 特許-シャットオフノズル、および射出成形機 図4
  • 特許-シャットオフノズル、および射出成形機 図5
  • 特許-シャットオフノズル、および射出成形機 図6A
  • 特許-シャットオフノズル、および射出成形機 図6B
  • 特許-シャットオフノズル、および射出成形機 図6C
  • 特許-シャットオフノズル、および射出成形機 図6D
  • 特許-シャットオフノズル、および射出成形機 図7
  • 特許-シャットオフノズル、および射出成形機 図8
  • 特許-シャットオフノズル、および射出成形機 図9
  • 特許-シャットオフノズル、および射出成形機 図10
  • 特許-シャットオフノズル、および射出成形機 図11
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-04-03
(45)【発行日】2025-04-11
(54)【発明の名称】シャットオフノズル、および射出成形機
(51)【国際特許分類】
   B29C 45/23 20060101AFI20250404BHJP
【FI】
B29C45/23
【請求項の数】 2
(21)【出願番号】P 2021077922
(22)【出願日】2021-04-30
(65)【公開番号】P2022171333
(43)【公開日】2022-11-11
【審査請求日】2023-11-06
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】000004215
【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】100147072
【弁理士】
【氏名又は名称】杉谷 裕通
(72)【発明者】
【氏名】中山 清貴
【審査官】松林 芳輝
(56)【参考文献】
【文献】特許第6841581(JP,B1)
【文献】特開2011-148239(JP,A)
【文献】実開平04-109114(JP,U)
【文献】特開平03-274125(JP,A)
【文献】特開昭49-086439(JP,A)
【文献】特開平05-116180(JP,A)
【文献】特開平02-112919(JP,A)
【文献】再公表特許第2014/069326(JP,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B29C 45/00-45/24
B29C 45/46-45/63
B29C 45/70-45/72
B29C 45/74-45/84
B22D 15/00-17/32
B05B 1/00-3/18
B05B 7/00-9/08
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
射出材料が通るノズル内流路が射出方向に形成されているノズルと、
前記ノズルの外周面から前記ノズル内流路に達する斜めの孔に進退自在に挿入されているニードル弁と、を備え、
前記ニードル弁によって前記ノズル内流路を開閉するようになっており、
前記ニードル弁は円柱状の軸部の先端に半球状の頭部が形成されており、
前記斜めの孔は前記ノズル内流路内の内周面に凹部が形成されるように前記ノズル内流路を横切って深く開けられており、
前記凹部は、リーマ加工により一定の径で直線状に形成された直線状穴と、該直線状穴に続いて球面状に形成された球面穴とから形成され、前記ニードル弁の前記軸部が前記直線状穴に、前記頭部が前記球面穴に収納されると、前記直線状穴と前記軸部とから円環状のメカニカルシール部が形成されるようになっており、
前記直線状穴は、その長さLが前記ニードル弁の前記軸部の径dに対して、
0.25d≦L≦0.7d
になっていると共に、その内径と前記ニードル弁の前記軸部の径との差が0.016mm以下になっている、シャットオフノズル。
【請求項2】
射出材料を射出する射出装置と、
金型を型締めする型締装置と、を備えた射出成形機であって、
前記射出装置にはシャットオフノズルが設けられ、
前記シャットオフノズルは、射出材料が通るノズル内流路が射出方向に形成されているノズルと、
前記ノズルの外周面から前記ノズル内流路に達する斜めの孔に進退自在に挿入されているニードル弁と、を備え、
前記ニードル弁によって前記ノズル内流路を開閉するようになっており、
前記ニードル弁は円柱状の軸部の先端に半球状の頭部が形成されており、
前記斜めの孔は前記ノズル内流路内の内周面に凹部が形成されるように前記ノズル内流路を横切って深く開けられており、
前記凹部は、リーマ加工により一定の径で直線状に形成された直線状穴と、該直線状穴に続いて球面状に形成された球面穴とから形成され、前記ニードル弁の前記軸部が前記直線状穴に、前記頭部が前記球面穴に収納されると、前記直線状穴と前記軸部とから円環状のメカニカルシール部が形成されるようになっており、
前記直線状穴は、その長さLが前記ニードル弁の前記軸部の径dに対して、
0.25d≦L≦0.7d
になっていると共に、その内径と前記ニードル弁の前記軸部の径との差が0.016mm以下になっている、射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、射出成形機に設けられるシャットオフノズル、およびシャットオフノズルが設けられている射出成形機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
射出成形機の射出装置に設けられるシャットオフノズルは、射出ノズルの射出材料が流れる流路を開閉していわゆるハナタレを防止することができるようになっている。シャットオフノズルには色々なタイプがあり、例えば特許文献1に記載されているように、ノズルと、このノズルに対して斜めに設けられたニードル弁とからなるシャットオフノズルがある。このようなタイプのシャットオフノズルは、ノズルの外周面からノズル内の射出流路に達する斜めの孔が開けられており、この孔にニードル弁が進退自在に挿入されている。ニードル弁を前進させると射出流路が閉鎖されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平3-274125号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載のシャットオフノズルは、ニードル弁が円柱状の軸部とこの軸部の先端に形成されている半球状の頭部とから構成されている。このニードル弁によってノズル内の射出流路を閉鎖するようになっているが、孔の加工誤差により射出材料がわずかに漏れるという問題がある。
【0005】
本開示において、射出材料が漏れにくいシャットオフノズル、そのようなシャットオフノズルの加工方法、および射出成形機を提供する。
【0006】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示は、射出材料が通るノズル内流路が射出方向に形成されているノズルと、ノズルの外周面からノズル内流路に達する斜めの孔に進退自在に挿入されているニードル弁と、を備えたシャットオフノズルを対象とする。ニードル弁は円柱状の軸部の先端に半球状の頭部が形成されている。斜めの孔はノズル内流路内の内周面に凹部が形成されるようにノズル内流路を横切って深く開ける。この凹部は、リーマ加工により一定の径で直線状に形成された直線状穴と、該直線状穴に続いて球面状に形成された球面穴とから形成し、ニードル弁の軸部が直線状穴に、頭部が球面穴に収納されると、直線状穴と軸部とから円環状のメカニカルシール部が形成されるようにする。本開示は直線状穴について、その長さLが、ニードル弁の軸部の径dに対して、
0.25d≦L≦0.7d
になるようにすると共にその内径とニードル弁の前記軸部の径との差が0.016mm以下になるようにする。
【発明の効果】
【0008】
本開示は、シャットオフノズルにおいて射出材料の漏れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本実施の形態に係る射出成形機を示す正面図である。
図2】本実施の形態に係るシャットオフノズルと射出装置の一部を示す正面断面図である。
図3】本実施の形態に係るシャットオフノズルの一部を示す正面断面図である。
図4】本実施の形態に係るシャットオフノズルの一部を示す正面断面図である。
図5】従来のシャットオフノズルの一部を示す正面断面図である。
図6A】本実施の形態に係るシャットオフノズルの加工方法を説明する図で、加工途中のノズルを示す正面断面図である。
図6B】本実施の形態に係るシャットオフノズルの加工方法を説明する図で、加工途中のノズルを示す正面断面図である。
図6C】本実施の形態に係るシャットオフノズルの加工方法を説明する図で、加工途中のノズルを示す正面断面図である。
図6D】本実施の形態に係るシャットオフノズルの加工方法を説明する図で、加工が完了した状態のノズルを示す正面断面図である。
図7】本実施の形態に係るシャットオフノズルの一部を示す正面断面図である。
図8】シャットオフノズルにおいてニードル弁の径に対するメカニカルシール部の長さの比と、シャットオフノズルからの漏れの量の関係を示すグラフである。
図9】シャットオフノズルにおいてメカニカルシール部の径とニードル弁の径の差と、シャットオフノズルからの漏れの量の関係を示すグラフである。
図10】実験方法を説明する図で、本実施の形態に係るシャットオフノズルの一部を示す正面断面図である。
図11】本実施の第2の形態に係るシャットオフノズルの一部を示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下の実施の形態に限定される訳ではない。説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜簡略化されている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。また、図面が煩雑にならないように、ハッチングが省略されている部分がある。
【0011】
本実施の形態を説明する。
<射出成形機>
本実施の形態に係る射出成形機1は、図1に示されているように、トグル式の型締装置2と、射出装置3と、を備えている。本実施の形態に係る射出装置3には本実施の形態に係るシャットオフノズル5が設けられているが、詳しくは後で説明する。
【0012】
<型締装置>
型締装置2は、ベッドBに固定されている固定盤7と、ベッドB上をスライド自在に設けられている可動盤8と、型締ハウジング9と、を備えている。固定盤7と型締ハウジング9は複数本のタイバー11、11、…により連結されており、可動盤8は固定盤7と型締ハウジング9の間でスライド自在になっている。型締ハウジング9と可動盤8の間には型締機構が、本実施の形態においてはトグル機構13が設けられている。固定盤7と可動盤8には、それぞれ固定側金型15、可動側金型16が設けられている。従って、トグル機構13を駆動すると金型15、16が型開閉される。
【0013】
<射出装置>
射出装置3は、加熱シリンダ19と、加熱シリンダ19内に設けられているスクリュ20と、スクリュ駆動装置22と、を備えている。加熱シリンダ19はスクリュ駆動装置22に支持されており、スクリュ20はスクリュ駆動装置22によって回転方向と軸方向とに駆動されるようになっている。加熱シリンダ19にはホッパ23と、次に説明する本実施の形態に係るシャットオフノズル5が設けられている。ホッパ23から射出材料を供給し、加熱シリンダ19を加熱してスクリュ駆動装置22によりスクリュ20を回転すると、射出材料が溶融し、計量される。スクリュ駆動装置22によりスクリュ20を軸方向に駆動すると射出材料を金型15、16に射出することができる。
【0014】
<本実施の形態に係るシャットオフノズル>
本実施の形態に係るシャットオフノズル5は、図2に示されているように、ノズル25と、ニードル弁26と、ニードル弁26を駆動する駆動機構28と、を備えている。ノズル25は加熱シリンダ19に対して、アダプタ30を介して設けられている。すなわち加熱シリンダ19にはアダプタ30が設けられており、ノズル25はこのアダプタ30に設けられている。
【0015】
ノズル25には射出材料が流れる流路、すなわちノズル内流路31がノズル25の軸心に設けられている。このノズル内流路31はノズル25先端において開口している。このようなノズル25には、その外周面からノズル内流路31に達する斜めの孔33が開けられている。この斜めの孔33は、本実施の形態において特徴的な形状になっているが、これは後で説明する。この斜めの孔33にニードル弁26が入れられている。
【0016】
駆動機構28はピストンシリンダユニットからなる。駆動機構28は加熱シリンダ19に固定されている固定部35に対して固定されており、ニードル弁26を軸方向に駆動するようになっている。
【0017】
図3、4には、ノズル25の先端部分と、ニードル弁26の先端部分とが拡大して示されている。図3にはニードル弁26によってノズル内流路31を閉鎖した状態が、図4にはニードル弁26が退避してノズル内流路31が開放された状態が、それぞれ示されている。これら図3図4に示されているように、ニードル弁26は、円柱状の軸部37とこの軸部37の先端に設けられている半球状の頭部38とを備えている。
【0018】
斜めの孔33は、前記したようにノズル25の外周面からノズル内流路31に達するように開けられている。しかしながら本実施の形態においては、斜めの孔33は、ノズル内流路31に達した後に、さらにノズル内流路31を横切って深く開けられている。従って、ノズル内流路31の内周面の反対側に凹部40が形成されている。本実施の形態において、この凹部40は、一定の径で直線状に形成された直線状穴41と、この直線状穴41に続いて形成されている球面状の球面穴42とから構成されている。ニードル弁26は、その軸部37の一部が直線状穴41に、そして頭部38が球面穴42に収納されるようになっている。
【0019】
ところで、球面穴42は完全な半球に加工することは難しい。図3には隙間が強調されて実際より大きく描かれているが、ニードル弁26の頭部38が球面穴42に収納された状態でも、若干の隙間44が形成されてしまう。つまりノズル内流路31の射出材料が漏れる可能性がある。これに対して、直線状穴41とニードル弁26の軸部37は、これらの間に僅かな隙間はあるが、直線状穴41の長さLに渡ってシールされることになる。つまり、直線状穴41とこの直線状穴41に挿入される軸部37とによって円環状のメカニカルシール部46が構成されることになる。このメカニカルシール部46によって射出材料の漏れを防止することができる。なお、メカニカルシール部46には、射出材料の漏れが確実に防止できるようにするための好ましい条件がある。条件については後で説明する。
【0020】
<従来のシャットオフノズル>
図5には、従来のシャットオフノズル100の一部である、ノズル101と、ニードル弁102とが示されている。従来のノズル101においてもその外周面からノズル内流路104に達する斜めの孔105が開けられている。しかしながら、斜めの孔105がノズル内流路104を横切ってノズル内流路104の内周面の反対側に形成している凹部107は、略半球状の球面穴108のみになっている。
【0021】
従来のシャットオフノズル100に設けられているニードル弁102も、円柱状の軸部110と半球状の頭部111とを備えている。従って、ニードル弁102を前進させると、頭部111が球面穴108に収納されてノズル内流路104が閉鎖される。しかしながら、球面穴108と頭部111の間には僅かな隙間112が形成されている。従って、図5において矢印で示されているように射出材料がわずかに漏れる問題があった。
【0022】
<本実施の形態に係るノズルの加工方法>
図6A図6Dによって本実施の形態に係るノズル25における斜めの孔33(図3図4参照)の加工方法を説明する。ノズル25には最初にノズル内流路31が開けられている。このようなノズル25において、ドリル等により図6Aに示されているような斜めの下穴50を開ける。下穴50の内径は、これから形成しようとしている斜めの孔33(図3図4参照)の内径より若干小さくする。図6Aに示されているように、下穴50に対してリーマ51を回転しながら押し下げる。つまり、リーマ51によって斜めの孔33を形成する。
【0023】
リーマ51によって斜めの孔33の切削が進むと、図6Bに示されているように、リーマ51の先端部がノズル内流路31の内周面に接する。従来のシャットオフノズル100(図5参照)のノズル101の加工では、ここでリーマ51による加工は終了していた。しかしながら本実施の形態においては、さらにリーマ51により深く孔を開ける。すなわち図6Cに示されているように、長さLだけリーマ51を追い込む。これによって、直線状穴41が形成される。
【0024】
直線状穴41が形成されたら、リーマ51を退避する。次いで、図6Dに示されているように、球面穴42を加工する。ノズル25の加工を完了する。
【0025】
<メカニカルシール部の条件>
本実施の形態に係るシャットオフノズル5(図2参照)は、メカニカルシール部46(図3参照)が構成されるので、ノズル内流路31からの射出材料の漏れを防止できる。このメカニカルシール部46における射出材料の挙動について、図7によって考察する。
【0026】
メカニカルシール部46において、直線状穴41とニードル弁26の軸部37との間における射出材料の流れは隙間hが非常に小さいので層流になり、平行平板間の流れであるいわゆるポアズイユ流れとして扱うことができる。ポアズイユ流れでは、ノズル内流路31と隙間44に圧力差ΔPが発生しているとき、隙間hを流れる射出材料の速度vは放物線の速度分布を備える。そして、メカニカルシール部46を流れる射出材料の流量Qは、軸部37の径d、直線状穴41の内径D、直線状穴41の長さL、射出材料の粘性係数ηから、次の式1で与えられる。ただし隙間hは、直線状穴41の内径Dと軸部37の径dの差の1/2であるとしている。
【0027】
【数1】
【0028】
式1に基づいて、メカニカルシール部46において要求される条件を検討する。条件の検討にあたって、まず次のように一部の数値を定めた。すなわち、ニードル弁26の軸部37の径dは6.88mm、直線状穴41の内径Dと軸部37の径dの差つまり隙間hは0.015mm、射出材料の粘性係数ηは1.5×10-6/s、射出材料の圧力差ΔPは1N/mである。これらはシャットオフノズルにおいて比較的一般的な数値であると言える。これら数値を使用して、式1によって、直線状穴41の長さLを変化させたときの射出材料の流量Qを計算し、図8のグラフにまとめた。このグラフでは、縦軸を流量Q(ml/s)とし、横軸として、軸部37の径dに対する直線状穴41の長さLの比(すなわちL/d)が採用されている。
【0029】
流量Qは、軸部37の径dに対する直線状穴41の長さLの比が大きくなると小さくなることがわかる。すなわち漏れが少なくなることがわかる。ところで、射出材料の1滴分の量は0.035~0.055mlであることが知られている。そこで、メカニカルシール部46に求められる条件として、1分間に漏れる射出材料が1滴分に満たないこと、とすることができる。しかしながら、加工による誤差を考慮してより厳しい条件を設定する。すなわち1分間における漏れが0.5滴以下になるようにする。この条件を満たすためには流量Qは0.003ml/s以下としなければならない。このことから、直線状穴41の長さLは軸部37の径dに対して次の条件を満たす必要があることがわかる。
0.25d≦L
【0030】
しかしながら直線状穴41の長さLを長くし過ぎると、ノズル25(図3図4参照)の先端における肉厚が薄くなる。つまり長さLには、ノズル25の形状により制約を受ける。そこで、本発明者は、次の条件を定めた。
L≦0.7d
これらをまとめると、直線状穴41の長さLは軸部37の径dに対して次の範囲とすることが条件となる。
0.25d≦L≦0.7d
【0031】
次に、直線状穴41の内径Dと軸部37の径dの差、つまり隙間h×2に対して求められる条件を考える。ここで、直線状穴41の長さLを軸部37の径dに対して、L=0.3dであると仮定し、式1により内径Dと径dの差を変化させたときの流量Qを計算した。図9のグラフに示す。このグラフでは、縦軸を流量Q(ml/s)とし、横軸として、メカニカルシール部46における直線状孔41の径Dとニードル弁26の軸部37の径dの差(すなわちD-d(mm))が採用されている。前記したように、射出材料の漏れを1分間において0.5滴以下とするためには、流量Qは0.003ml/s以下としなければならない。そうすると、グラフから直線状穴41の内径Dと軸部37の径dの差は、0.016mm以下とすべきであることがわかる。
【0032】
<実験>
ノズル25を色々な条件で試作して漏れについて調べる実験を行った。
「実験方法」次の3個のノズルA、B、Cを試作した。
ノズルA:斜めの孔33(図3図4参照)を形成するとき、凹部40において直線状穴41を形成せず、球面穴42のみを形成した。すなわち従来のノズル101(図5参照)と同様に形成した。
ノズルB:斜めの孔33(図3図4参照)を形成するとき、凹部40において直線状穴41について長さLが0.2mmになるように形成した。すなわちL=0.029dとなるようにした。
ノズルC:斜めの孔33(図3図4参照)を形成するとき、凹部40において直線状穴41について長さLが2.0mmになるように形成した。すなわちL=0.29dとなるようにした。
なお、ノズルB、Cはいずれも直線状穴41の内径Dとニードル弁26の軸部37の径dの差が0.015mmになるようにした。
【0033】
図10に示されているように、ノズルA~Cについてそれぞれニードル弁26を挿入し、ノズルA~Cを垂直にした状態で、ノズル内流路31に灯油を入れ、灯油が漏れるか否かを調べた。なお、灯油の液面高さ55は13cmとした。この高さは、灯油の比重が0.8、重力加速度が9.8m/sとして、灯油により作用する圧力ΔPが約1N/mになる高さである。灯油を採用したのは、灯油の粘性係数ηが溶融状態の樹脂の粘性係数とほぼ等しいからである。
【0034】
この実験により、ノズルAは0.56秒毎に1滴ずつ、ノズルBは1.0秒ごとに1滴ずつ漏れが観測された。これに対して、ノズルCは180秒毎に1滴ずつしか漏れが発生しなかった。すなわち、1分間に1/3滴しか灯油の漏れが発生しなかった。ノズルCは、上で説明したメカニカルシール部46(図3図4参照)において必要とされる条件を備えている。すなわち、メカニカルシール部46における前記の条件を満たせば、実質的に漏れが発生しない、あるいは漏れが発生しにくいことが確認できた。
【0035】
<第2の実施の形態に係るシャットオフノズル>
本実施の形態に係るシャットオフノズル5について、図3によって、メカニカルシール部46が円環状になっているとして説明した。ただし、この円環はその長さLが軸部37の周りで一定になっているわけではない。なぜならば、図3においてノズル内流路31の延長線57が示されているように、メカニカルシール部46の一部は、ノズル内流路31より下方に位置しているからである。この結果、メカニカルシール部46は、符号58の箇所において円環の見かけ上の長さが長くなっている。ノズル内流路31から外れており、ニードル弁26の軸部37は斜めの孔33に完全に収納されているからである。
【0036】
これに対して、図11には、変形した第2の実施の形態に係るシャットオフノズル5‘のノズル25’が示されている。このノズル25‘においてメカニカルシール部46は、全体がノズル内流路31の延長線57より上側になっている。この実施の形態においては、メカニカルシール部46の円環はその長さLが一定になっている。このようにメカニカルシール部46は、円環の長さLが軸部37の周りで一定になる場合もあれば、第1の実施の形態のように一定にならない場合もある。しかしながら、メカニカルシール部46の円環は、軸部37の周りで長さLより短くなることはない。従って、シール性が損なわれることはない。
【0037】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。以上で説明した複数の例は、適宜組み合わせて実施されることもできる。
【符号の説明】
【0038】
1 射出成形機 2 型締装置
3 射出装置 5 シャットオフノズル
7 固定盤 8 可動盤
9 型締ハウジング 11 タイバー
13 トグル機構 15 固定側金型
16 可動側金型 19 加熱シリンダ
20 スクリュ 22 スクリュ駆動装置
23 ホッパ 25 ノズル
26 ニードル弁 28 駆動機構
30 アダプタ 31 ノズル内流路
33 斜めの孔 37 軸部
38 頭部 40 凹部
41 直線状穴 42 球面穴
44 隙間 46 メカニカルシール部
50 下穴 51 リーマ
55 液面高さ
図1
図2
図3
図4
図5
図6A
図6B
図6C
図6D
図7
図8
図9
図10
図11