JP2015074185A - スプル−ブッシュ温度調節用金型部品 - Google Patents

Abstract

【課題】プラスチック樹脂の残渣であるスプルーを一定の固体状態に保つことのできる温度コントロール手段として、簡単に着脱可能な構造を有する、スプルーブッシュ温度調節のための部品を提供する。
【解決手段】本発明のスプルーブッシュに装着する温度調節用金型部品３は、スプルーブッシュ１の外周に密着して取り付けることにより、スプルーブッシュ１を直接冷却し、間接的に樹脂スプルー２を冷却する部品であって、内部に冷却媒体を流す冷却管を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形用スプルーブッシュおよび射出成形装置に関し、さらに詳細には、加熱溶融された樹脂材料を成形型内に射出することによって、製品を成形する射出成形技術に関する。

射出成形は、軟化する温度に加熱したプラスチック樹脂の溶融材料を、圧力を加えて金型に押込み、型に充填して成形することによって高い精度をもつ部品等を大量に生産することができるプラスチック樹脂成形法の一つである。

射出成形に用いられる金型は、溶融材料を注入して射出成形機の射出口部に接続する筒状のスプルーブッシュ若しくは、溶融材料が充填される空間であるキャビティ、又は、溶融材料の流路であるランナーを有する場合がある。樹脂の導入はランナーを介して、スプルーからキャビティへ溶融材料を流れ込ませるか、又はランナーを介さずに直接キャビティに流れ込ませて行われる。

射出成形に用いられる金型装置では、スプルーブッシュを設けた固定型と該固定型に対向して設けた可動型とを型閉して、これら固定型および可動型間に製品キャビティを形成し、射出成形機のノズルから射出したプラスチック樹脂の溶融材料を製品キャビティ内に充填し、この製品キャビティ内の樹脂が固化した後、固定型および可動型を型開して成形品を取り出すようにしている。このような射出成形用金型では、キャビティ内に充填された溶融材料が十分に冷却されて固まった後に、キャビティからプラスチック樹脂成形品を取り出す。その際、成形品の取り出しは、スプルーブッシュ及びランナー内に樹脂材料が残ることを防ぐために、スプルーブッシュの中のスプルー及びランナー内の樹脂材料が一定の硬度に冷却されて固まってから行う必要がある。

さらには、スプルー内部やランナーに残留する樹脂の冷却が十分でないと樹脂が完全に固化しないため、糸を引くように伸びた樹脂が成形品に付着し、不良品となったり、装置を傷つける事象が発生することもある。したがって、スプルーやランナーの十分な冷却を行うことは製品の不良を少なくするためにも必須となる。

しかし一方では、冷却時間を長くすると生産サイクルの速度向上の阻害となる場合もある。さらに樹脂の種類によっては、過度に冷却を行うとスプル−がスプルーブッシュ内壁に固着し、連続成形が困難となる場合もある。

そこで、金型形状やプラスチック樹脂の種類等に合わせた適切な温度管理をスプルーブッシュに対して行うと、間接的にスプルーが脱着しやすい温度に保たれることにより、ワンショットあたりの時間を短縮させることができ、生産性が向上する。

この問題を解決するために、固定型においてスプルーに充填した溶融した熱可塑性樹脂を冷却して固化するために、スプルーに沿って温度調節通路を設けたものが特開平１ − １ ５ ９ ２ ２ １ 号公報の金型装置として知られている（特許文献１参照）。

さらに、固定型および可動型の温度制御機構とは別に独立した冷却機構として、スプルーブッシュ内部にらせん状に冷却管を形成し、水や油の冷却用媒体を流すことによってスプルーの冷却効率を向上させているものもあった（特許文献２、３参照）。

特開平１−１５９２２１号公報 特許第５００１２８９号公報 特許第３７０２４６３号公報

しかしながら、上記の特許文献にあるように冷却構造をスプルーブッシュ内部に設けるためには、固定型に取り付けるスプルーブッシュの形状の変更や接続する既存の固定型を改造する切削加工が必要となる。

また、スプルーブッシュは射出成形機の運転時に可動型とぶつかるため、長く使用すると突出口の形状摩耗や変形のため、内部の冷却管の詰まり、冷却管の破損による水漏れがおこる問題があった。そのため、温度調節用の冷却媒体の漏れが起こらないように、スプルーブッシュ内の冷却管の肉厚を金型及び成形機によって設計する必要があった。

本発明は、スプルーブッシュに密着して取り付け可能な金型部品に関するもので、埋設された冷却水管により、スプルーブッシュ本体を冷却又は、加熱し、間接的に充填されたスプルーを冷却又は、加熱する機能を有する。本金型部品は長さが３０〜２００ｍｍの円筒状、又は、楕円状であって、スプルーブッシュの射出成形機の射出口部、若しくは、スプルーブッシュのキャビティに連結されたゲート部、又は、スプルーブッシュ本体の全部を冷却及び加熱するためのものである。金型内部の本体水路に冷却水を供給する注入口と本体水路から冷却水を外部へ排出する排出口を備えている。

本発明の金型部品に埋設された水路は、１つの注入口を経て、内部で２〜５本に分岐をする場合がある。分岐管はスプルーブッシュの長軸方向に沿って、並行にらせん状に注入口と反対の末端まで進んで、合流して、環状になった後、再び２〜５本に分岐して、並行にらせん状に進み、再び1つの水路となり排出口に至る。

外部冷却水供給装置から管路への接続はオーリングジョイント又は、カプラージョイントによって行われる。

本発明は、スプルーブッシュ本体に装着することで充填されたスプルーを温度制御する円筒状、又は、楕円状の金型部品であり、本体内部において、水路をらせん状、かつ、分岐させて配置した場合は、冷却水流路の全長を増やし、冷却水と装置内部の管壁とが接触する面積を増加させることにより、温度調節効果を向上させることができる。

本発明の金型部品はスプルーブッシュ本体とは分離して脱着できるため、スプルーブッシュの温度調節を行いたい部分に配置する設定が容易である。

また、本金型部品は、光造形法による積層法で製造される、つなぎ合わせのないワンピース構造で構成されており、破損又は損傷による水漏れも発生しにくい利点を有する。

また、使用するプラスチック樹脂の種類により、金型部品の取り付け位置又は大きさの交換を簡易に行うことができる。

また、本発明では流路を装置内部で分岐させた場合は、温度調節用の冷却水が流入する場合に発生する、バックプレッシャーを軽減させることにより、十分な量の温度調節用の冷却水の供給が可能であり、短時間で効率的な温度の制御に成功している。

また、射出成形の金型の空きスペースを有効に活用するために、本発明の金型部品の形状又は大きさを調節することが可能であり自由な設計が行える利点を有する。

さらに、本発明に係る内部に分岐されたらせん形状を備える金型部品によれば、スプルーの温度制御効率が向上し、射出成形においての１つの成形から次の成形への成形間隔を短縮することにより、生産効率を向上させることができる。

本発明の形態における温度調節用金型部品３がスプルーブッシュ１に装着された状態を示す図であり、（ａ）はスプルーブッシュ全体の温度調節用として使用される形態を示す斜視図、（ｂ）はスプルーブッシュ１の特定した場所について部分的な温度調節用として使用される形態を示す斜視図である。 温度調節用金型部品４を示す斜視図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は下面図である。 温度調節用金型部品の円筒部の内部の管路９を透視した正面図である。 温度調節用金型部品１２の内部の冷却に使用する液体媒体の管内の流れ方向を示す斜視図である。 外部の管路とカプラージョイントで接続する注入口１７及び排出口１６を備える温度調節用金型部品１８の斜視図である。 図５の温度調節用金型部品について、（ａ）は樹脂注入口の方向から見た平面図であり、（ｂ）は側面図、（ｃ）はＡ−Ａ線断面図、（ｄ）はＢ−Ｂ線断面図、（ｅ）はＣ−Ｃ線断面図、（ｆ）はＤ−Ｄ線断面図、（ｇ）はＥ−Ｅ線断面図である。 管路にオーリング接続の注入口２３及び排出口２４を備える温度調節用金型部品の斜視図である。 図７の温度調節用金型部品について、（ａ）は樹脂注入口の方向から見た平面図であり、（ｂ）は側面図、（ｃ）はＦ−Ｆ線断面図、（ｄ）はＧ−Ｇ線断面図、（ｅ）はＨ−Ｈ線断面図、（ｆ）はＪ−Ｊ断面図線、（ｇ）はＫ−Ｋ線断面図である。 スプルーブッシュ３２の樹脂射出口部からゲート部までを、温度調節するために装着する温度調節用金型部品の配置図である。 スプルーブッシュ３６の金型部製品部付近を、温度調節するために装着する温度調節用金型部品の配置図である。 スプルー４３の間接的な冷却のためのスプルーブッシュ４０に対する温度調節用金型部品、及びゲートスプルー４４の間接的な冷却のためのゲートブッシュ４７に対する温度調節用金型部品、の２つの温度調節用金型部品を同時装着した一例を示す配置図である。

図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

本発明は実施形態に限定されることはない。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものと異なる場合がある。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

図１の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態における温度調節金型部品３の全体を示す斜視図である。温度調節の一例としては、射出成形の生産工程において、射出口とキャビティの間に使用されるスプルーブッシュ１の中に充填されたプラスチック樹脂が固まったスプルー２を適切に温度調節して取り出すために、間接的にスプルーブッシュ１本体を温度管理するものである。図１（ａ）はスプルーブッシュ１全体を冷却する温度調節用金型部品を示し、図１（ｂ）はスプルーブッシュ１の一部を冷却する温度調節用金型部品を示してある。

温度調節用金型部品は円柱又は楕円柱の中心部分が中空構造の円筒状であって、円柱状のスプルーブッシュの円柱外側周囲に密着することによって間接的にスプルーブッシュ内部に充填されたスプルーを冷却するように設計されている。

図２（ｂ）に示すように、温度調節用金型部品４には温度調節のための冷却水の注入口５と排出口６を設けている。円筒の長さ及び、冷却水の注入口、排出口の位置は温度調節を行うスプルーブッシュの部位に応じて変えることができる。

図３に示すように、冷却水をスプルーブッシュ外周に沿ったらせん状にした管路９を通すことで、冷却水経路の全長を増加させ、かつ、管の側壁との全接触面積が大きくすることができるので、スプルーブッシュの温度調節を効果的に行うことができる。

図４に示した金型部品１２では、注入口１０から流入させた温度調節のための冷却水が、複数に分岐した、らせん状の管路を通って、円柱の末端まで到達してから、再び一つの管路１４に合流し、円柱末端でスプルーブッシュ外周に沿って進む。そして、再び複数の管路に分岐して、らせん状に並行に進んだ後、排出口１１付近で再び一つになって排出されている。

図４に示した構造は、冷却管を円筒内部で分岐させることによって、冷却水の注入時のバックプレッシャーを軽減させることができる。バックプレッシャーが軽減されることで、冷却水の流量を増加させることにより、冷却効率を増加させることができる。

図５に示すように、フランジ部１５を設け、カプラージョイントで接続することにより、簡単な部品の加工で、外部から冷却水を供給することができる形態である。

図６に示す、温度調節用金型部品２１は金属光造形積層法により、ワンピース構造で作成できる。継ぎ目が存在しないため、冷却水漏れのトラブルを軽減することができる。

図７に示すように、フランジ部２５を設け、オーリングで接続することにより、冷却配管の設置スペースを小さくして、外部から冷却水を供給することができる形態である。

図８に示す、温度調節用金型部品２９は金属光造形積層法により、ワンピース構造で作成できる。つなぎ目が存在しないため、冷却水漏れのトラブルを軽減することができる。

図９に示す組付図のように、スプルーブッシュ３２全体を冷却するために、温度調節用金型部品が、固定型取付板、固定型主型及び固定側入子に設置されている形態である。

図１０に示す組付図のように、スプルーブッシュ３６の一部分を冷却するために、温度調節用金型部品が、固定側入子のみに設置されている形態である。

図１１に示す組付図のように、スプルー４３及びゲートスプルー４４を冷却するために、温度調節用金型部品が２つ、スプルーブッシュのある固定型中板及び、ゲートブッシュ４７のある固定側入子に設置されている形態である。

上記の図１１の例に示すように、本発明の温度調節用金型部品は、間接的なスプルーの冷却のためのスプルーブッシュの温度制御だけでなく、ゲート側の樹脂スプルーの間接的な冷却も同様な形状の温度調節用金型部品を用いることで可能である。この場合は複数の温度調節用金型部品の間を１つの冷却管で接続することができる。

本例の温度調節用金型部品の金属光造形複合加工法を説明する。すなわち、金属の粉末材料をレーザーなどの熱加工で一層ずつ焼結させて積み上げ、立体形状を形成し、その工程途中に切削加工を加えた。この方法は従来の成形加工法では困難な形状の部品をつなぎ目のないワンピース構造で作成することができる。この製作方法により、冷却水漏れの少ない温度調節用金型部品を作成することができた。

本例では、円筒部の外径２４から４０ｍｍ、内径１２から２５ｍｍ、全体の長さを３５から２２０ｍｍの範囲で、温度調節用金型部品を製造した。この金型部品を対応するスプルーブッシュに密着するように装着して、熱可塑性樹脂を使用して射出成形を行うことができた。一例としては、ポリプロピレン樹脂を使用し、成形温度２１０℃として、温度調節用金型部品にカプラージョイント接続で冷却水を通水して冷却効果を確認した。製作した金型部品は、冷却効果をあげるために、冷却媒体の流路として注入口で管径５mmの流路を円筒内部で管径３ｍｍの冷却管３本に分岐させ、らせん状に円筒内部をめぐらせ、管径５mmの一つの排出口に至るように設計した。

温度６０℃の水を冷却水として通水し、装着した温度調節用金型部品の冷却効果を調べた。射出成形のサイクルタイムが２０秒のときはスプルーブッシュの冷却の有無に関わらず、スプルーの取り出しが可能であったが、冷却水の通水無しでは、サイクルタイムを１５秒にするとスプルーが完全固化せずに取り出しにくくなった。成形サイクルタイムを１０秒間隔にした場合、通水して冷却を行った金型は温度上昇が３．５℃に抑えられたが、冷却を行わなかった金型は２５．６℃の温度上昇となり、スプルーが固化せず取り出しが非常に困難であった。

熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン樹脂の他に、ポリエチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＢＴ樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ナイロン樹脂においても、スプルーブッシュの間接的な温度調節効果により、樹脂スプルーの迅速の固化が確認された。

なお、冷却管の断面は真円形である必要はなく、射出成形装置の形状や冷却の目的に応じて、楕円形や四角形であってもよく、全長を増やし、冷却水の接触面積を増加させることにより、温度調節効果が得られた。

すなわち、温度調節用金型部品の内部にらせん構造や分岐構造の冷却管を埋設することで、冷却水の供給量を約１割増加させることで、円筒内部の冷却管をストレートに埋設したものに比較して、冷却スピードが約１割から２割向上した。

本発明の金型部品は、射出成形機に樹脂を供給するための部品であるスプルーブッシュに、充填される樹脂であるスプルーを、スプルーブッシュから離脱させやすい温度に管理するために利用される。

１，４，３２，３６，４０ スプルーブッシュ
２，１２，２１，３０ 温度調節用金型部品
３，４３ 樹脂スプルー
５，７，１０，１７，２０，２３，２７，３４，３８，４１，４５ 冷却水注入口
６，８，１１，１６，１９，２４，２８，３３，３７，４２，４６ 冷却水排出口
９，１８，２２，２６，３０ 冷却水管
１５，２５ フランジ部
３１，３５，３９ ロケートリング
４４ ゲート樹脂スプルー
４７ ゲートブッシュ

Claims (4)

1. 射出成形機の射出口部から、射出成形金型のキャビティに、樹脂を供給するスプルーブッシュの周囲に密着させて装着するための、温度調節機構としての冷却管水路を内部に備える、一つの部品からなる金型部品。
2. 金型部品内部で、冷却水管が２つ以上の分岐構造を有することを特徴とする請求項１記載の金型部品。
3. 冷却管水路が、らせん状にスプルーブッシュの周囲を囲むように形成されていることを特徴とする請求項１記載の金型部品。
4. 金型部品内部で、冷却水管が２つ以上に分岐する構造を有し、かつ、冷却管水路が、らせん状にスプルーブッシュの周囲を囲むように形成されていることを特徴とする請求項１記載の金型部品。

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