JP2009226936A - 射出成形ノズル、射出成形機、射出成形品および射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】射出成形において、溶融樹脂を効率よく振動させることができる射出成形ノズル、射出成形機、射出成形品及び射出成形方法を提供する。
【解決手段】射出成形ノズルは、樹脂注入口１１から注入された溶融樹脂７が流れる流路と、この溶融樹脂７を金型へ射出する射出口１６と、軸方向に進退することにより射出口を開閉する開閉ピン４と、この開閉ピン４に固定され、超音波を発振する振動子２と、前記開閉ピンを進退させる開閉ピン駆動アクチュエータ１２とを備え、この振動子２から発振された超音波が開閉ピン４を介して該溶融樹脂を振動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、射出成形ノズル、射出成形機、射出成形品および射出成形方法に関する。

従来、高精度の樹脂成形をおこなう場合、金型内に十分に樹脂が充填されず、必要な成形精度が得られにくいという問題があった。図５は、従来の技術に係る射出成形機を金型の一部と共に示す部分断面図である。図５に示す射出成形機は、射出ノズル１の流路にスクリューが回転自在に取り付けられている。射出ノズル１は、ノズル固定板３により、固定側金型５に固定されている。ノズル先端部１５は、可動側金型６の凹部であるキャビティ８に溶融樹脂７を射出可能に接続されている。超音波を発生する振動子２は、射出ノズル１の側面に固定されている。

図５の射出成形機において、図の右側に存在する材料投入口（図示省略）から充填されたペレット状の成形用樹脂は、スクリュー１４が回転することにより、射出ノズル１内をスクリュー１４の先端側の空間へ送られ、その過程で加熱溶融される。これに伴いスクリュー１４は図面右側へ移動され、溶融樹脂７はゲート９を通ってキャビティ８に充填される。樹脂が溶融したあとに、振動子２は射出ノズル１及びその近傍を振動させる。このノズルの振動は、流路内の溶融樹脂を射出ノズルの振動を介して、溶融樹脂を振動させる。このように、射出ノズルの外部から射出ノズルを介して溶融樹脂に超音波を伝播させて、溶融樹脂と射出ノズルの摩擦力を軽減し、溶融樹脂の見かけ上の流動性を高めることができる。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３７０２５５号公報

しかしながら、上記ノズルに振動を付与する方法では、射出ノズル１の外周面を振動させるため、ノズル内面及びノズル内部を流動する溶融樹脂に振動を伝達する効率が悪い。

本発明はこのような事情に考慮してなされたもので、その目的は、溶融樹脂を効率よく振動させることである。

本発明に係る射出成形ノズルは、樹脂注入口から注入された溶融樹脂が流れる流路と、前記溶融樹脂を金型へ射出する射出口と、軸方向に進退することにより前記射出口を開閉する開閉ピンと、前記開閉ピンに固定され、超音波を発振する振動子と、前記開閉ピンを進退させる開閉ピン駆動アクチュエータとを備え、前記振動子から発振された超音波が前記開閉ピンを介して前記溶融樹脂を振動させることを特徴とする。

このような特徴により、振動子が開閉ピンを介して溶融樹脂を振動させるために、効率良く溶融樹脂を振動させることができる。

本発明に係る射出成形ノズルの前記振動子は、前記開閉ピンの前記射出口と対向する側の端部に固定されていることが好ましい。

このような特徴により、振動子を射出成形機内部に効率よく配置でき、射出成形機を小型に構成することができる。
本発明に係る射出成形ノズルにおいては、前記開閉ピンは前記流路の外側まで貫通していることが好ましい。

このような特徴により、高温で溶融された樹脂内部で動作されるよりも安定的に開閉ピン４に振動を与えることができ、高精度成形を行なうことができる。
本発明に係る射出成形ノズルの前記開閉ピン駆動アクチュエータは、前記射出ノズルの前記射出口と対向する端面に配設されることが好ましい。
このような特徴により、シャフトと振動子および開閉ピンが一直線上に並ぶため、開閉ピンを効率的に進退させることができる。

本発明に係る振動子が発振する超音波の周波数は、共振の節部が前記金型のキャビティの位置と同じになることが好ましい。

このような特徴により、キャビティ内部の溶融樹脂を効率よく振動させることが出来る。

本発明に係る射出成形ノズルは、前記射出ノズルの側面と前記金型を固定するノズル固定板を有することが好ましい。

このような特徴により、射出ノズルを安定的に固定側金型に固定することができる。

本発明にかかる射出成形機は、前記ノズル固定板と前記金型との間に防振板１７を備えることが好ましい。

このような特徴により、溶融樹脂の振動を抑えずに、射出成形機全体の振動を効率よく抑えることができる。

本発明にかかる射出成形方法は、射出ノズルに設けられた樹脂注入口から溶融樹脂を注入するステップと、振動子により発振された超音波が射出口を開閉する開閉ピンを介して前記溶融樹脂を振動させるステップと、前記溶融樹脂を射出口から射出する射出ステップとを有することを特徴とする。

このような特徴により、溶融樹脂を効率よく振動させ、キャビティに射出することが出来る。

本発明にかかる射出成形方法は、前記射出ステップの後に、前記開閉ピンにより前記射出口を閉じるステップと、前記射出口を閉じた後も振動子により、開閉ピンを振動させる射出後振動ステップとを有することを特徴とする。

このような特徴により、金型内部の樹脂にも振動が伝わり、精度の高い成形品を得ることができる。

本発明にかかる射出成形方法の前記射出後成形ステップでは、前記金型を開口させた後も所定時間振動させることを特徴とする。

このような特徴により、固化した成形品の固定側金型付着を回避し、連続成形することができる。

本発明にかかる射出成形方法に用いる溶融樹脂は、１０％から５０％の無機フィラーを含むことを特徴とする。

このような特徴により、効率的に振動を与え、高精度の射出成形品をえることができる。

本発明に係る射出成形ノズルによれば、射出ノズル内部の流路に配設され、振動子２により振動する開閉ピン４により溶融樹脂を振動させるため、効率よく溶融樹脂を振動させることが出来る。

本発明に係る射出成形機の概略ブロック図である。 本発明に係る射出成形機を、金型の一部と共に概略的に示す部分断面図である。 本発明に係る射出成形機に防振板を用いたものを、金型の一部と共に概略的に示す部分断面図である。 本発明に係る射出成形機の振動子を樹脂流路の外側に設置したものを、金型の一部と共に概略的に示す部分断面図である。 従来の技術に係る射出成形機を、金型の一部と共に概略的に示す部分断面図である。

以下、本発明に係る射出成形ノズルの第一の実施形態を、図１及び図２を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る射出成形機の概略ブロック図である。図２は、本発明に係る射出成形機を、金型の一部と共に概略的に示す部分断面図である。図２（Ａ）は開閉ピンによりゲートが開いている状態を示し、（Ｂ）は開閉ピンによりゲートが閉じた状態を示す。

図１に示すように、本発明に係る射出成形機は、成形機本体部１０１と射出ノズル構成部１０２と金型部１０３とから構成される。

成形機本体部１０１は、制御部１１１を含む。制御部１１１は、射出ノズル２内部の流路の流動状態や圧力状態の制御を行う。また、図示していないが、制御部１１１は、振動子１１５の振動周波数調整やその電源ＯＮ、ＯＦＦ、駆動アクチュエータ１１６の進退の制御も行う。

射出ノズル構成部１０２は、樹脂注入口１１２とノズル内経路１１３と開閉ピン１１４と振動子１１５と駆動アクチュエータ１１６とから構成される。樹脂注入口１１２は、整形用の樹脂を射出ノズルに注入するためのものであり、ノズル内流路１１３に連通している。ノズル内流路１１３は、射出ノズル１の内部にあり溶融樹脂７を射出口１５を通してキャビティ８に流すものである。開閉ピン１１４は、射出口１６の開閉および振動子からの振動を溶融樹脂７に伝播させる。振動子１１５は、超音波を発生させる。この振動子１１５は、開閉ピン１１４に固定され、開閉ピン１１４を超音波振動させる。開閉ピン駆動アクチュエータ１１６は、射出ノズル１に固定されている。また、開閉ピン駆動アクチュエータ１２は、シャフト１０を介して振動子１１５または開閉ピン１１４に固定され、開閉ピン１１４をその軸方向に進退させる。

金型部１０３は、固定側金型５と可動側金型６とから構成され、ゲート１１７とキャビティ１１８が設けられている。ゲート１１７は、射出構成部１０２から射出された溶融樹脂７を金型部１０３内に受け入れる入り口である。キャビティ１１８は、金型に設けられた凹部であり、射出構成部１０２からの溶融樹脂７が溜まるところである。

図２に示すように、本発明の射出成形機は、射出ノズル１と開閉ピン駆動アクチュエータ１２とノズル固定板３と固定側金型５と可動側金型６等から構成される。樹脂注入口１１は、成形機本体部（図示しない）からの樹脂を注入するものであり、射出ノズル１の側面に配設されている。射出ノズル１は、樹脂注入口１１から注入された樹脂を金型部へ射出するものであり、内部に溶融樹脂７が流れる流路と開閉ピン４と振動子２とシャフト１０を有する。また射出ノズル１は、射出成形工程中は金型に対して前後方向に移動しないようにノズル固定板３により固定されている。さらに、射出ノズル１は、ノズル固定板３を介して固定側金型５に常時密着している。

開閉ピン４は棒状であり、振動子２及びシャフト１０を介して開閉ピン駆動アクチュエータ１２に接続されている。駆動アクチュエータ２が、シャフト１０を駆動することにより、開閉ピン４もその軸方向に進退し、開閉ピンの先端が射出口１６を開閉する。これにより、射出口１６からの溶融樹脂７の射出を制御することができる。

図２（Ａ）では、開閉ピン４は後退し、射出口１６は開いた状態となっている。この状態で溶融樹脂７は射出口１６から射出可能となる。

振動子２は、開閉ピンの射出口１６とは反対面の端部に固定され、制御ボックス１３と接続されている（図示せず）。振動子２が超音波を発生すると、開閉ピン４も振動子２の振動により同様に振動する。ここで超音波とは、周波数が可聴可能領域を超える音波であって、一般的には２０ｋＨｚ以上のものを言う。

開閉ピン駆動アクチュエータ１２は、射出ノズル１の射出口１６とは反対側の端面に固定され、制御ボックス１３と接続されている。そして、開閉ピン駆動アクチュエータ１２は、棒状のシャフト１０を介し、振動子２と開閉ピン４を開閉ピン４の軸方向に進退させる。また、開閉ピン駆動アクチュエータ１２は電磁式でもよいし、機械式でも良い。

制御ボックス１３は、開閉ピン駆動アクチュエータ１２や振動子２の動作を制御する。例えば、開閉ピン駆動アクチュエータ１２のシャフトの進退の動き、振動子２の周波数、超音波の発振開始及び停止などである。

ノズル固定板３は、射出ノズル１を固定側金型５に固定する。固定側金型５は、ノズル先端部１５と可動側金型６を安定して接続する。可動側金型６には、凹部としてキャビティ８が設けられ、射出口１６から射出した溶融樹脂７がたまる構造となっている。開閉ピン４が射出口１６を閉じたときには、開閉ピン１６の先端面はキャビティ８の蓋の役割も果たす。

図２（Ｂ）は、各構成要素は（Ａ）と同じであり、開閉ピン４が、開閉ピン駆動アクチュエータ１２により前進し、射出口１６を塞ぎ、閉じている状態を示している。

次に、本発明を用いて射出成形をする方法を説明する。溶融樹脂７は、図示しない成形機本体部１０１から樹脂注入口に注入され、射出ノズル内部の流路に至る。ここで、制御ボックス１３は、振動子２に超音波を発生させ、開閉ピン４を振動させる。射出ノズル１内部の流路に充填されている溶融樹脂７は、開閉ピン４に接触しているため、開閉ピン４の振動により溶融樹脂７も振動する。

溶融樹脂７が十分振動している状態で、制御ボックス１３は開閉ピン駆動アクチュエータ１２を制御し、シャフト１０を介して開閉ピン４を後退させ、射出口１６を開く。これにより、溶融樹脂７は、射出口１６から射出され、ゲート９を通ってキャビティ８に到達し、キャビティ８内に溶融樹脂７が充填される。

射出成形に必要な所定量が射出されたあと、制御ボックス１３は、開閉ピン駆動アクチュエータ１２を制御し、開閉ピン４を前進させ、射出口１６を閉じる。制御ボックス１３は射出口１６を閉じた後も、引き続き振動子２を超音波が発振するように制御する。制御ボックス１３は所定時間経過後か、または、可動側キャビティが開けられ、成形品が取り出されるまで振動子２が超音波を発信するように制御する。

ここで、次の成形品を続けて作る場合には、射出ノズル内の流路に溶融樹脂７を満たしておけば、超音波振動を続けている開閉ピン４により、溶融樹脂７も超音波振動状態となる。所定時間が経過し、可動側金型６が開けられて成形品が取り出され、可動側金型６が閉じられた後、制御ボックス１３は、開閉ピン駆動アクチュエータ１２を制御し開閉ピン４を後退させて次の溶融樹脂７をキャビティ８に射出する。これにより、再び超音波振動している溶融樹脂７がキャビティ８内に射出される。

以上に、説明した本実施の形態により次のような効果を得ることができる。

第一に射出ノズル１内部の開閉ピン４を介して溶融樹脂７を振動させるため、溶融樹脂７を効率的に振動させることができる。特に開閉ピン４は射出ノズル４に比べて質量が小さいために、振動子２を小型のものとすることが出来る。また、振動子２を射出ノズル１の内部に配設することができるために、射出成形機全体を小型化することができる。

第二に、本発明によれば、超音波を効率よく樹脂に与えることができるため、樹脂流動性が向上する。このため、特に製品形状による制限のない場合には、ゲート９の径ならびに開閉ピン４の先端径を例えばφ2.0ｍｍ以上に大きくすることができる。これにより、本発明を用いない場合の細径ゲートに溶融樹脂７を高圧で流し込む必要がなくなる。即ち、溶融樹脂７を高圧でせん断熱を発生させずに、溶融樹脂７をキャビティ８に流し込むことができる。従って、温度、圧力などの成形条件を緩和できるので、熱的負荷ならびに射出圧力に起因する金型磨耗や細部形状破損などを回避することができ、金型の寿命を延長することができる。

第三に、本発明によれば、溶融樹脂７をキャビティ８内に充填終了した後も引き続き樹脂に超音波を与え続けることができるので、精度の高い成形品を得ることができる。

第四に、本発明装置の開閉ピン４の先端面を直接キャビティ８の一部としたことにより、型構造の複雑化を回避することができる。このため、付与される超音波振動が安定するまでの時間の短縮ならびに型開閉等の動作時間を省略でき、射出成形サイクルタイムが短縮され、射出成形の高速化を実現することができる。

第五に、本発明は金型構造をホットランナ化しても用いることができるため、キャビティ８付近の溶融樹脂７は溶融状態のままでランナを作成しない。このため、ランナ切断及び排出機構が不要となり、金型構造が複雑になることを回避できる。また、金型サイズを小型化できるため、金型製作コストの低減も図れる。

第六に、本発明では、溶融樹脂７に振動を付与して流動性を高めているために、射出ノズル１、固定側金型５、及び可動側金型６の温度及び圧力を従来よりも低く抑えることが出来る。これにより、成形条件の調整範囲が広くなり、金型形状転写性や形状寸法精度を向上させることができる。さらに、金型温度が低下することにより作業性も向上する。
（第２実施形態）
図３は、ノズル固定板３と固定側金型５の間に防振板１７を配した構成である。防振板１７は超音波の振動を板の反対面に伝えない機能を有する。この防振板１７により、固定側金型５とノズル固定板５が振動したときにもお互いに振動を伝え合うことなく、不用意な共振を防ぐことができる。
（第３実施形態）
図４は、振動子２を樹脂流路の外側に設置したものである。振動子設置箇所を流路の外側とすることで、高温で溶融された樹脂内部で動作されるよりも安定的に開閉ピン４に振動を与えることができ、高精度成形を行なうことができる。

１ 射出ノズル
２ 振動子
３ ノズル固定板
４ 開閉ピン
５ 固定側金型
６ 可動側金型
７ 溶融樹脂
８ キャビティ
９ ゲート
１０ シャフト
１１ 樹脂注入口
１２ 開閉ピン駆動アクチュエータ
１３ 制御ボックス
１４ スクリュー
１５ ノズル先端部
１６ 射出口
１７ 防振板
１０１ 成形機本体部
１０２ 射出ノズル構成部
１０３ 金型部
１１１ 制御部
１１２ 樹脂注入口
１１３ ノズル内流路
１１４ 開閉ピン
１１５ 振動子
１１６ 駆動アクチュエータ
１１７ ゲート
１１８ キャビティ

Claims (13)

1. 樹脂注入口から注入された溶融樹脂が流れる流路と、
   前記溶融樹脂を金型へ射出する射出口と、
   軸方向に進退することにより前記射出口を開閉する開閉ピンと、
   前記開閉ピンに固定され、超音波を発振する振動子と、
   前記開閉ピンを進退させる開閉ピン駆動アクチュエータとを備え、
   前記振動子から発振された超音波が前記開閉ピンを介して前記溶融樹脂を振動させることを特徴とする射出成形ノズル。
2. 前記振動子は、前記開閉ピンの前記射出口と対向する側の端部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形ノズル。
3. 前記開閉ピンは前記流路の外側へ貫通していることを特徴とする請求項２に記載の射出成形ノズル。
4. 前記開閉ピン駆動アクチュエータは、前記射出ノズルの前記射出口と対向する端面に配設されたことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１の請求項に記載の射出成形ノズル。
5. 前記振動子が発振する超音波の周波数は、共振の節部が前記金型のキャビティの位置と同じとなることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１の請求項に記載の射出成形ノズル。
6. 前記射出ノズルの側面と前記金型を固定するノズル固定板を有することを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１の請求項に記載の射出成形ノズル。
7. 請求項１から６のうちいずれか１の請求項に記載の射出成形ノズルを備えた射出成形機。
8. 前記ノズル固定板と前記金型との間に防振板を備えることを特徴とする請求項６に記載の射出成形ノズルを備えた射出成形機。
9. 請求項７または請求項８に記載の射出成形機で製造した射出成形品。
10. 射出ノズルに設けられた樹脂注入口から溶融樹脂を注入するステップと、
    振動子により発振された超音波が射出口を開閉する開閉ピンを介して前記溶融樹脂を振動させるステップと、
    前記溶融樹脂を射出口から射出する射出ステップとを有することを特徴とする射出成形方法。
11. 前記射出ステップの後に、前記開閉ピンにより前記射出口を閉じるステップと、
    前記射出口を閉じた後も振動子により開閉ピンを振動させる射出後振動ステップとを有することを特徴とする請求項１０に記載の射出成形方法。
12. 前記射出後振動ステップでは、前記金型を開口させた後も前記開閉ピンを振動させることを特徴とする請求項１１に記載の射出成形方法。
13. 前記溶融樹脂は１０％から５０％の無機フィラーを含むことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の射出成形方法。

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