JP3579197B2

JP3579197B2 - 射出ノズル

Info

Publication number: JP3579197B2
Application number: JP26296096A
Authority: JP
Inventors: 俊道西澤; 勝▲吉▼ 宇野
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1996-10-03
Filing date: 1996-10-03
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2016-10-03
Also published as: JPH10100198A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱可塑性もしくは熱硬化性の合成樹脂材料、ゴム、ゴム状弾性材料等を成形材料とする射出成形に用いて好適な射出ノズルに関し、とくには、射出ノズルの先端から射出される成形材料の、局部的な極端な自己発熱を有効に抑制するとともに、その成形材料の温度分布を十分均一ならしめるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から広く一般に使用されている射出装置としては、図９に軸線方向断面図で例示するものがある。これは、押出機３１によって、射出ノズル３２の上流側のポット３３内へ供給された成形材料を、そこで所定の温度に加熱するとともに、所定の圧力で進出変位されるプランジャ３４をもって、射出ノズル３２の先端から射出するものである。
【０００３】
ここで、図示の標準的な射出ノズル３２は、全長にわたって均一な流路断面積を有する元径部分３５と、この元径部分３５の下流側に隣接し、下流側に向けて流路断面積が次第に減少する倒立円錐台状の絞り部分３６と、この絞り部分３６のさらに下流側に隣接して、全長にわたって均一な流路断面積を有するノズル部分３７とからなる流路３８を具える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような射出ノズルを用いて、たとえばゴムの射出成形を行う場合にあっては、成形金型のキャビティ内へ注入されたゴムの、そのキャビティ内での加硫時間を短縮することが、成形品の生産能率を高め、成形品コストを低減させる上で極めて有効である。そこで、かかる目的の下で、射出圧力を高めてゴムの自己発熱を促進させて注入ゴムそれ自体の温度上昇を図ることが提案されているが、従来の射出ノズル３２を用いてこれを行った場合には、現実には、キャビティ内へ注入されたゴム中に高温部分と低温部分とが分散して混在することに加え、それらの両部分の温度差が相当大きくなるため、低温部分の温度に基づいて決定される加硫所要時間を所期したほどには短縮することができないという問題があった。
しかも、上述したような相当大きな温度差の下で、低温部分の温度を基準として加硫を行った場合には、注入ゴムの高温部分が過加硫となっていわゆる焼けを生じ、それが成形品の品質、性能等を著しく低下させるという問題もあった。
【０００５】
そこで、キャビティへの注入ゴム内での、大きな温度差の発生原因について調べたところ、従来の射出ノズル３２によって、成形材料としてのゴムを、図１０（ａ）に部分拡大断面図で示すように射出した場合には、そのノズル先端でのゴムの流速が、図１０（ｂ）に流速分布を示すように、ノズルの中心部においてとくに大きくなって、それの自己発熱に起因する温度上昇が、図１０（ｃ）に温度分布を示すように、ノズル周壁によって大きな摩擦力を受けるノズル周壁近傍部分において、ノズル中心部に比してとくに高くなって、射出ゴム内に大きな温度差を生じ、その上、その射出ゴムが、上記温度差を保ったままキャビティ内へ注入されることに起因するものであることが明らかになった。
【０００６】
なおここで、射出ゴムの局部発熱によって生じる最高温度と射出ゴム平均ゴム温度との差を、射出ノズル３２の元径部分における射出速度との関連において測定したところ、その温度差は図１１に示すように、速度増加につれて対数直線的に増加することが解った。そしてまた、上記温度差と、焼けの発生の有無との関係について調べたところ、その温度差が約２１℃を超えると焼けが発生することが確認された。
【０００７】
従って、従来の射出ノズルを用いた場合には、射出速度を約１０ｃｍ／ｓ以下の極低速とすることで、焼けの発生を有効に防止できることになるも、これにては、射出成形作業の作業能率の向上を望み得べくもない。
【０００８】
この発明は、従来技術が有する問題点を、これらのことを考慮に入れて解決したものであり、この発明の目的は、キャビティ内へ注入される成形材料の、局部的な極端な自己発熱を有効に抑制するとともに、その成形材料の内部温度分布を十分均一ならしめることにより、焼け等の発生のおそれなしに加硫時間等を効果的に短縮することができる射出ノズルを提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の一の射出ノズルは、下流側に向けて順次に隣接させて設けた、元径部分と、絞り部分と、ノズル部分とからなる流路を具えものであって、前記ノズル部分の少なくとも一部に、そのノズル部分を画成する周壁から間隔をおいて位置するロッド状部材を、ノズル部分とほぼ同軸に配設するとともに、そのそのロッド状部分を、前記絞り部分内に位置して、絞り部分を画成する壁面上に着座するフット部により位置決め支持してなるものである。
また、他の射出ノズルは、とくに、前記ノズル部分の少なくとも一部に、そのノズル部分を画成する周壁から間隔をおいて位置するロッド状部材を、ノズル部分とほぼ同軸にするとともに、そのロッド状部材の断面積を下流側に向けて次第に大きくしてなるものである。
そしてさらに他の射出ノズルは、下流側に向けて順次に隣接させて設けた、元径部分と、下流側に向けて流路断面積が次第に減少する絞り部分と、ノズル部分とからなる流路を具えるものであって、前記ノズル部分の少なくとも一部に、そのノズル部分を画成する周壁から間隔をおいて位置するロッド状部材を、ノズル部分とほぼ同軸に配設するとともに、そのロッド状部材を、元径部分の途中から絞り部分のほぼ全長にわたる範囲に配設されて、二個の円錐または角錐をそれらの底面にて接合させた形状をなすコアに連結し、そのコアにより、それの配設範囲内で、流路断面積を下流側に向けて次第に減少させてなるものである。
【００１０】
かかる射出ノズルでは、そこを通過する成形材料の流動が、ノズル部分を画成するノズル周壁との摩擦だけではなく、ロッド状部材の周面との摩擦によってもまた制限されることになって、流路断面における流速差が低減されることから、成形材料の局部的な極端な発熱が有効に防止されることになる一方、成形材料はノズル周壁およびロッド状部材の両者の作用下にて、より大きな体積部分にわたって自己発熱されることになり、しかも、ロッド状部材によって成形材料の厚みの低減を図ることで、自己発熱によって発生した熱の、成形材料内部への伝熱効率を高めて、成形材料の各部の温度を十分に均一化することができるので、キャビティ内へ注入された成形材料の温度差が極めて有効に低減され、その成形材料を金型キャビティ内で加硫等するに当って、加硫時間を所期した通りに短縮してなお、成形材料への部分的な過加硫等の発生のおそれを十分に取り除くことができる。
その上ここでは、成形材料の、局部的な極端な発熱を防止することで、成形材料から、金属製射出ノズルへの熱伝達量を有利に低減させて、単位射出圧力当りの成形材料の自己発熱効率を高めることもできる。
【００１１】
なお、この射出ノズルでは、ロッド状部材を、ノズル部分の全長にわたって延在させることが好ましく、また好ましくは、そのロッド状部材を、スプルー内まで延在させる。
ここで、ノズル部分の断面形状は、円形もしくは所要角数の多角形とし、そしてロッド状部材の断面形状は、これも円形もしくは所要角数の多角形とすることができる。
さらに、ノズル部分の断面積は下流側に向けて次第に小さくすることもできる。
【００１２】
ところで、この射出ノズルでは、ロッド状部材を、前記絞り部分内に位置して、絞り部分を画成する壁面上に着座するフット部によって位置決め支持することに代えて、元径部分に位置決め配置したハンガによって吊下することもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に示すところに基づいて説明する。
図１は、この発明の一の実施形態を示す図であり、図中１は射出ノズルを示す。
ここでこの射出ノズル１は、従来技術で述べたと同様の元径部分２、絞り部分３およびノズル部分４からなる流路５を具える。なおここにおいて、元径部分２およびノズル部分４の少なくとも一方を、下流側に向けて流路断面積が次第に減少する形状とすることもできる。
【００１４】
このような射出ノズル１のノズル部分４の少なくとも一部、図ではその全長にわたって、ロッド状部材６をノズル部分４とほぼ同軸に配設して、その周面を、ノズル部分４を画成する周壁４ａから所定の間隔をおいて位置させる。ここで、ロッド状部材６の断面形状は、円形もしくは多角形とすることができ、このことはノズル部分４の断面形状についても同様であるが、それぞれの断面形状を円形と多角形との組合わせもしくは、角数の異なる多角形相互の組合わせとすることもできる。
また、図に示すところでは、ロッド状部材６をその全長にわたって均一断面積としているが、その断面積を、下流側に向けて次第に大きくすることもできる。
【００１５】
かかるロッド状部材６の、所定位置への位置決め支持は、そのロッド状部材６に、絞り部分３内に延在する延長部分を設け、そしてその延長部分の周りに突設した複数個のフット部を絞り部分３を画成する周壁３ａの壁面上に着座させることにて行い得ることはもちろんであるが、図に示すところでは、ロッド状部材６の上端に連続して、元径部分２の途中から絞り部分３のほぼ全長にわたって、流路断面積を下流側に向けて次第に減少させるコア７に、複数個のフット部８を突出させて設け、そしてそれらのフット部８を絞り部分の壁面上に着座させることによってロッド状部材６の位置決め支持を行う。
【００１６】
ここにおいてコア７は、たとえば、二個の円錐または角錐をそれらの底面にて接合させた如くの形状とすることができ、このようなコア７は、流路断面積の、下流側に向けての減少に基づき、流路内の成形材料の流速を下流側に向けて漸増させるので，成形材料の、流路内での滞留、流速低下等のおそれを十分に除去して、滞留等に起因する成形材料の過加熱、ひいては、そこへの焼けの発生を有効に防止することができる。
【００１７】
図１（ｂ）は、このようなコア７およびフット部８の一の形態を示す平面図であり、コア７の下半部の円錐形状部分に、周方向に９０゜の間隔をおいて設けたフット部８の底面は、図１（ａ）に示すように、絞り部分周壁３ａの傾斜角θと対応する傾斜面とするとともに、絞り部分３の周方向に円弧状に湾曲する弧状面として、各フット部８を、絞り部分周壁３ａに隙間なく面接触させる。なお、かかるフット部８は、それ自身もまた流路内に位置することから、それの形状等を適宜に選択することで、コア７とともに、流路断面積の減少率を所要に応じて変更することができる。ところで、このようなフット部８を、ロッド状部材６の延長部分に突設する場合には、そのフット部８だけをもって、流路断面積を下流側へ向けて所要に応じて低減させることも可能である。
【００１８】
また、図に示すところでは、各フット部８が成形材料に及ぼす流動抵抗を十分小ならしめるべく、各フット部８の、周壁３ａへの着座底面の、上流側および下流側の端縁を、それらのそれぞれの方向に山形に突出する折線形状としているも、それらの端縁形状を、円弧その他の曲線形状とすることもできる。
【００１９】
以上のように構成してなる射出ノズル１によれば、そこから射出される成形材料の流動は、ノズル部分４を画成するノズル周壁４ａおよびロッド状部材周面のそれぞれによる抵抗を受けることになるため、射出ノズル１の先端でのそれの流速は、図２（ａ）に流速分布を示すように、ロッド状部材６とノズル周壁４ａとの中央部位置を含むその近傍部分にて最も速くなり、また、その部分での最大流速が図１０（ｂ）に示す従来技術における最大流速よりはるかに小さくなり、それ故に、成形材料の自己発熱に起因する温度分布は図２（ｂ）に示すようになって、周壁４ａおよびロッド状部材６のそれぞれの近傍部分での発熱温度が最も高く、それらの間での発熱温度が最も低くなる他、それらの両発熱温度の温度差が、図１０（ｃ）に示す従来技術のそれよりはるかに小さくなる。
【００２０】
従ってここでは、成形材料の射出によって、それに、従来技術ほどに大きな温度差が生じるのを十分に防止することができ、しかも、成形材料の厚さを、ロッド状部材の存在によって実質的に低減できることに加えて、成形材料の局部的な自己発熱によるそれの極端な温度上昇に起因して生じる、金属製射出ノズルへの多量の熱伝達を有効に防止できることに基づき、自己発熱によって発生した熱の、その厚み中心部への伝熱効率を高めて、成形材料各部の温度分布を十分均一なものとすることができ、その上、成形材料全体の平均温度を従来技術に比して効果的に高めることができる。
しかも、このノズル１では、ロッド状部材６がノズル部分４とほぼ同軸に位置することから、流速分布および温度分布のそれぞれを、ノズル部分の全周にわたって、図２に示すところと実質的に同一として、それらの両分布を周方向に十分均一ならしめて、上述したところをより実効のあるものとすることができる。
【００２１】
ちなみに、射出ノズルから射出されて、金型キャビティに注入された成形材料としてのゴムの温度分布を測定したところ、従来構造の射出ノズルを用いた場合の最大温度差は３０℃であるに対し、この発明の射出ノズルを用いた場合の最大温度差は１０℃であった。
【００２２】
また、ゴムを成形材料として用い、射出ノズルから射出されたゴムの外表面における自己発熱温度の変化を、射出圧力をパラメータとして測定したところ、図３に示すように、従来の射出ノズルでは１００ｋｇ／ｃｍ^２当たり約３．５ ℃であった発熱温度を、この発明の射出ノズルでは、約５．５ ℃まで高めることができ、加圧効率を大きく高めることができる。
これはすなわち、この発明の射出ノズルでは、前述したように、自己発熱による局部的な極端な温度上昇を防止できることにより、射出ゴムから金属製射出ノズルへの伝熱損失を有効に防止し得たことによるものと考えられる。
【００２３】
ところで、ここにおける自己発熱局部温度と平均ゴム温度との相対関係をみるに、図４に示すように、この発明の射出ノズルによる射出ゴムは、そもそもそれの内外部分の温度差が小さいことに加え、それの厚み中心部へ、迅速にして多量の熱が伝達されることに基づき、従来の射出ノズルによる射出ゴムに比して、自己発熱局部温度に対する平均ゴム温度が相当高くなるので、この発明の射出ノズルによれば、金型キャビティに注入したゴムの加硫時間の短縮を十分実効あるものとすることができる。
【００２４】
またここで、上記自己発熱局部温度と平均ゴム温度との差を射出速度に対してみるに、この発明の射出ノズルでは、射出ゴム温度をそれの各部にて十分均等なものとできることによって、図５に示すように、上記温度差を、射出速度の高低のいかんにかかわらず、従来の射出ノズルに比してはるかに小さくすることができるので、この発明の射出ノズルでは、キャビティ内注入ゴムの加硫に起因する焼けゴムの再生を極めて有効に防止することができる。
【００２５】
なお図５に示すところにおいて、温度差が負の状態は、ポット内で加熱された成形材料が、それの流動によって自己発熱されるよりはむしろ、射出ノズル等によって抜熱されることを意味している。
【００２６】
なおここで、この発明の射出ノズルの、上述したような作用効果は、ロッド状部材６を、ノズル部分４の全長にわたって延在させた場合にとくに効果的であり、またそのロッド状部材６を、スプルー内まで延在させた場合には、射出後にスプルー内で流動する成形材料に対しても、上述したところ同様の作用効果をもたらして、加硫時間のより一層の短縮と、焼け等の発生のより十分な防止とをもたらすことができる。
【００２７】
さらに、ノズル部分４の断面積を下流側に向けて次第に小さくすることおよび、ロッド状部材６の断面積を下流側に向けて次第に大きくすることの少なくとも一方によれば、成形材料の流速を、ノズル部分４の下端に向けて次第に高めることができ、これにより、成形材料の平均温度のさらなる上昇、ひいては、所要加硫時間のさらなる短縮をもたらすことができる。
【００２８】
ところで、ロッド状部材６を、図１に示すように、絞り部分３内に位置するフット部８によって位置決め支持した場合には、ロッド状部材６を所期した通りに正確にかつ安定に配置することができる。
【００２９】
図６は、この発明の他の実施形態を示す部分断面図であり、これは、図１で述べたコア７の上端中央部に、元径部分２の上端より上方へ突出する整流ロッド９を設け、この整流ロッド９をもって、流路５を流下する成形材料の流れを層流に十分近づけて、上述した作用効果をより実効あるものとし、併せて、その整流ロッド９の把持によって、ロッド状部材６およびコア７の脱着操作を容易ならしめたものであり、また、フット部８の底面形状に若干の変更を加えたものである。図７（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、この射出ノズル１に用いる、ロッド状部材６と、コア７と、フット部８との一体構造体を示す正面図、平面図および底面図を示す。
【００３０】
図８は、この発明のさらに他の実施形態を示す図であり、ロッド状部材６の配設態様を変更したものである。
これは、ノズル部分４の全長にわたって延在するロッド状部材６の配設に当たり、そのロッド状部材６を、元径部分２に固定したハンガ１０によって吊下したものであり、ここにおけるハンガ１０は、図８（ｂ）に平面図で示すように、ほぼ十字状に延びるそれぞれの腕部１１の先端部分を、ハウジング１２に設けた位置決め窪み１３内に嵌め込み固定することで、元径部分２内に位置決め配置され、それぞれの腕部１１の中央部から下流側へ突出する連続ロッド１４をロッド状部材６の上端に連結することで、そのロッド状部材６を、ノズル部分４と同軸に位置決め保持する。
【００３１】
ここで、ハンガ１０は、それが成形材料に及ぼす流動抵抗を極力小ならしめるべく、各腕部１１を、元径部分２の周方向に扁平で、図の少なくとも上方に尖った形状とすることが好ましくは、また、それぞれの腕部１１の交差部に、上方へ錐状に突出する突部１５を設けることが好ましい。
【００３２】
なお、図に示すところでは、連結ロッド１４をその全長にわたって等径としているも、この連結ロッド１４の直径を下方に向けて漸次変化させた場合には、それによって流路断面積を所要に応じて変化させることもできる。
【００３３】
このように構成してなる射出ノズルでは、ロッド状部材６が上述したところと同様に機能し得ることはもちろん、成形材料が、ハンガ８の構成各部との摩擦によってより一層発熱されるので、加硫時間等のさらなる短縮が可能となる。
【００３４】
以上、図示の実施形態について説明したが、これらの射出ノズルは、インラインタイプの射出成形機およびプリプラタイプの射出成形機のいずにも適用可能であり、その射出ノズルを、熱硬化性樹脂の射出成形に適用しても、ゴムの場合と同様の効果をもたらすことができる。
【００３５】
この一方で、この発明の射出ノズルを熱可塑性樹脂に適用した場合には、自己発熱分布の均一化および安定化をもたらして、熱収縮量の部分的なばらつき等に起因する成形精度の低下を十分に防止することができる。
【００３６】
【実施例】
いわゆる丸型エンジンマウントを射出成形によって製造するに当たり、図６に示すこの発明の射出ノズルによって天然ゴムを射出した場合と、ノズル部分からロッド状部材を取り除いた従来の射出ノズルによって同種ゴムを射出した場合とのそれぞれにつき、焼けゴムの発生を防止できることを条件に、所要の加硫時間を比較したところ表１に示す通りとなった。
【００３７】
【表１】

【００３８】
上記表から明らかなように、この発明によれば、射出圧力を高めてなお、焼けゴムの発生なしに、加硫時間を所期した通りに短縮することが可能となり、これがため、生産能率を高め、成形品コストを有利に低減することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上に述べたところから明らかなように、この発明によれば、ノズル部分に配設したロッド状部材の作用に基づき、射出された成形材料内での温度差を有効に低減するとともに、その成形材料の温度分布を十分均一なものとし、さらには、成形材料の平均温度を効果的に上昇させることで、キャビティ内での加硫等に要する時間を十分に短縮するとともに、焼け等の発生のおそれを大きく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一の実施形態を示す図である。
【図２】図１の射出ノズルにおける流速分布および温度分布を示すグラフである。
【図３】射出圧力の変化に伴う自己発熱局部温度の変化を示すグラフである。
【図４】自己発熱局部温度の変化に伴う平均ゴム温度の変化を示すグラフである。
【図５】自己発熱局部温度と平均ゴム温度との温度差の、射出速度に対する変化を示すグラフである。
【図６】この発明の他の実施形態を示す部分断面図である。
【図７】図６に示す射出ノズルに用いる、ロッド状部材等の一体構造体を示す図である。
【図８】この発明のさらに他の実施形態を示す図である。
【図９】従来の射出ノズルを例示する断面図である。
【図１０】従来の射出ノズルならびに、流速および温度分布を示す図である。
【図１１】従来の射出ノズルにおける、自己発熱局部温度と平均ゴム温度との温度差の、射出速度に対する変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１射出ノズル
２元径部分
３絞り部分
３ａ，４ａ周壁
４ノズル部分
５流路
６ロッド状部材
７コア
８フット部
９整流ロッド
１０ハンガ
１１腕部
１２ハウジング
１３位置決め窪み
１４連結ロッド
１５突部

Claims

下流側に向けて順次に隣接させて設けた、元径部分と、絞り部分と、ノズル部分とからなる流路を具える射出ノズルであって、
前記ノズル部分の少なくとも一部に、そのノズル部分を画成する周壁から間隔をおいて位置するロッド状部材を、ノズル部分とほぼ同軸に配設するとともに、そのロッド状部分を、前記絞り部分内に位置して、絞り部分を画成する壁面上に着座するフット部により位置決め支持してなる射出ノズル。
下流側に向けて順次に隣接させて設けた、元径部分と、絞り部分と、ノズル部分とからなる流路を具える射出ノズルであって、
前記ノズル部分の少なくとも一部に、そのノズル部分を画成する周壁から間隔をおいて位置するロッド状部材を、ノズル部分とほぼ同軸に配設するとともに、そのロッド状部材の断面積を下流側に向けて次第に大きくしてなる射出ノズル。
下流側に向けて順次に隣接させて設けた、元径部分と、下流側に向けて流路断面積が次第に減少する絞り部分と、ノズル部分とからなる流路を具える射出ノズルであって、
前記ノズル部分の少なくとも一部に、そのノズル部分を画成する周壁から間隔をおいて位置するロッド状部材を、ノズル部分とほぼ同軸に配設するとともに、そのロッド状部材を、元径部分の途中から絞り部分のほぼ全長にわたる範囲に配設されて、二個の円錐または角錐をそれらの底面にて接合させた形状をなすコアに連結し、そのコアにより、それの配設範囲内で、流路断面積を下流側に向けて次第に減少させてなる射出ノズル。
前記ロッド状部材を、ノズル部分の全長にわたって延在させてなる請求項１〜３のいずれかに記載の射出ノズル。
前記ロッド状部材をスプルー内まで延在させてなる請求項１〜３のいずれかに記載の射出ノズル。
前記ノズル部分の断面形状を円形もしくは多角形とするとともに、ロッド状部材の断面形状を円形もしくは多角形としてなる請求項１〜５のいずれかに記載の射出ノズル。
前記ノズル部分の断面積を下流側に向けて次第に小さくしてなる請求項１〜６のいずれかに記載の射出ノズル。
前記ロッド状部材を、元径部分に位置決め配置したハンガによって吊下してなる請求項２〜６のいずれかに記載の射出ノズル。