| 【発明の名称】 |
射出成形用ホットランナ金型のバルブゲート |
| 【発明者】 |
【氏名】山田 藤夫
【氏名】船水 峰雄
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| 【要約】 |
【課題】射出成形機ノズル直下への配置が可能なバルブゲートで、材料流路の流動抵抗を低減する。
【構成】バルブ体４１は、駆動手段３０によって上下に作動し、小径軸４４によってゲート穴１５を開閉する。バルブ開の時、射出成形機ノズルから射出された材料は、バルブ体４１の中心軸に沿って形成された流路穴４１から連通穴４２を通って、ゲート穴１５に流れる。材料流路５０が連通穴４２の一部を除きほぼ直線状に構成されるので、流動抵抗が小さく、流量を増すことができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形用ホットランナ金型に用いられるバルブゲートであって、射出成形機ノズルから連通する材料流路入口、および金型キャビティに面したゲート穴を有する本体部と、前記ゲート穴に対し同軸上に作動して前記ゲート穴を開閉するバルブ体と、このバルブ体を駆動する駆動手段とを備え、前記バルブ体の中心軸に沿って上端面から下端直前まで形成された流路穴と、前記バルブ体の下端付近の側面から前記流路穴に連通する１ヶ所以上の連通穴を有し、前記流路穴の上端は前記材料流路入口につながり、前記連通穴は前記ゲート穴につながるように形成され、前記バルブ体は、前記駆動手段によって中心軸に沿って上下に作動し、上方に作動した時は前記ゲート穴の入口を開放し、下方に作動した時は前記バルブ体の下端中心に形成された小径軸が前記ゲート穴を遮断するように構成されている射出成形用ホットランナ金型のバルブゲート。
【請求項２】
前記駆動手段に接続されたラックが水平方向に往復作動し、このラックに歯車のかみ合うピニオンギヤが水平方向に回転し、このピニオンギヤの内周に形成された駆動メネジが、それ自体回転しない前記バルブ体の外周に形成された駆動オネジに螺合することによって、前記バルブ体が上下方向に作動するように構成されている請求項１記載の射出成形用ホットランナ金型のバルブゲート。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
この発明は、射出成形用ホットランナ金型のバルブゲートに関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形用ホットランナ金型においてバルブゲートは、ゲートの開閉を機械的に操作できるものとして、（１）溶融材料（樹脂、金属）の冷却固化を待たずに強制的にゲート切断して金型を開くことにより成形サイクルを短縮できる、（２）多数キャビティの金型で、いずれかのゲートを不使用（閉）にして、必要なキャビティだけでの成形ができる、（３）１キャビティ多点ゲートの場合に、各ゲートの開閉タイミングを変えることにより材料の流動状態を制御できる、などの目的で利用されている。
【０００３】
一般的なバルブゲートは、エアまたは油圧のシリンダによってバルブピンを往復作動させ、ゲート穴を開閉する。その中でも、最も一般的な構造は、例えば特許３７４３９９８号公報（特許文献１）などに記載されているように、マニホールド上方（固定取付け板側）のゲート穴の真上にシリンダを配置し、バルブピンがマニホールドを貫通して、材料流路を同軸上に縦断するものである。この構造では、（１）材料流路をゲートの軸上に対して側方から合流させる必要があり、成形機のノズルタッチ部と同軸上にゲートを配置できない、（２）マニホールドの貫通加工が必要、（３）高さ方向のスペース（通常、固定取付け板厚さ）が必要、（４）金型の組立、メンテナンス性が悪い、（５）材料流路をバルブピンが縦断するため流動抵抗が生じ、流量が制限される、などの問題点がある。
【０００４】
これらの問題点を解決するための構造が、例えば特開２００３−１０３５８１号公報（特許文献２）などに記載されている。すなわち、ノズルタッチ部とゲートは同軸上に配置され、ノズルタッチ部とゲートをつなぐ材料流路が弓状に湾曲している。一方、円環状のエアシリンダ装置が材料通路の外側に配置されており、材料通路と干渉しない方向で、エアシリンダの往復作動部に接続された腕部が中心軸まで伸び、材料流路の湾曲によって回避された中心軸上のスペースにてバルブピンのフランジ部に連結されている。バルブピンは、湾曲部よりゲート側の材料流路を一般的なバルブゲートと同様に同軸上に縦断し、エアシリンダの往復作動によりゲート穴を開閉する。
【０００５】
特許文献１、特許文献２は、いずれもエアシリンダで直接バルブピンを駆動しており、エアシリンダとバルブピンの作動方向およびストロークは同じである。この構造では、バルブピンの推力もまた、エアシリンダの推力と等しくなる。バルブピンの推力としては、射出時、ゲート穴からの反力（＝射出圧力×ゲート穴面積）に押し戻されずバルブを閉じる力が必要であり、射出圧力が一定とすると、推力が大きいほど、ゲート穴面積を大きくできることになる。推力を大きくするには、増圧弁を利用してエア供給圧を高くするか、シリンダボア径を大きくすればよいが、シリンダボア径を大きくすると、金型への組込みスペースを多く必要とし、金型強度が低下するという問題点も生じる。特に特許文献２の円環状のエアシリンダは、バルブゲート本体が大きくなってしまい、適用性が低下する。
そこで、例えば、非特許文献１には、円環状のエアシリンダによる駆動に代わり、中心軸に直角な回転作動を、歯車によって往復作動に変換してバルブピンを上下させる構造が記載されている。このように、元の駆動手段の作動を運動伝達手段によって変換する方法では、作動ストロークを減衰させ、逆に推力を増幅させることにより、シリンダボア径を特別大きくせずに、適用可能なゲート径を大きくできるという効果がある。
【０００６】
【特許文献１】特許第３７４３９９８号公報
【特許文献２】特開２００３−１０３５８１号公報
【非特許文献１】岡村功著、「ホットランナーがわかる本」、工業調査会、２００１年、ｐ．１３１ 図９．５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の、特許文献２や非特許文献１の技術は、（１）ノズルタッチ部とゲートを同軸上に配置できる、（２）マニホールドの貫通加工が不要、（３）高さ方向のスペースが低減できる、（４）金型の組立、メンテナンス性が向上する、などの効果がある。しかし、流動抵抗に関しては、湾曲部のゲート側で、一般のバルブゲート同様、材料流路をバルブピンが縦断すること、また、湾曲部自体も抵抗となることから、やはり、流量を多くできない。
また、特許文献２の構造は、材料流路を加熱するためのヒータの近くにシリンダを配置せざるを得ないため、シリンダのＯリング、パッキンなどの気密部材が熱影響を受けて耐久性が低下しやすいという問題点がある。特許文献２では、バンドヒータの配置を工夫して熱影響を少なくしているものの、根本的には、シリンタが高温部近くに晒されることに変わりはない。
【０００８】
また、非特許文献１の技術は、駆動手段の推力を増幅してバルブピンの推力を高めることができるが、変換部での摩擦などによるエネルギーロスを最小限に抑え、効率的な力の伝達を実現することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１のバルブゲートは、射出成形用ホットランナ金型に用いられるバルブゲートであって、射出成形機ノズルから連通する材料流路入口、およびキャビティに面したゲート穴を有する本体部と、前記ゲート穴に対し同軸上に作動して前記ゲート穴を開閉するバルブ体と、このバルブ体を駆動する駆動手段とを備えている。
そして、前記バルブ体の中心軸に沿って上端面から下端直前まで形成された流路穴と、前記バルブ体の下端付近の側面から前記流路穴に連通する１ヶ所以上の連通穴を有し、前記流路穴の上端は前記材料流路入口につながり、前記連通穴は前記ゲート穴につながるように形成され、前記バルブ体は、前記駆動手段によって中心軸に沿って上下に作動し、上方に作動した時は前記ゲート穴の入口を開放し、下方に作動した時は前記バルブ体の下端中心に形成された小径軸が前記ゲート穴を遮断するように構成されている。
【００１０】
請求項２のバルブゲートは、前記駆動手段に接続されたラックが水平方向に往復作動し、このラックに歯車のかみ合うピニオンギヤが水平方向に回転し、このピニオンギヤの内周に形成された駆動メネジが、それ自体回転しない前記バルブ体の外周に形成された駆動オネジに螺合することによって、前記バルブ体が上下方向に作動するように構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によるバルブゲートは、材料流路が、バルブ体先端の一部を除き、ほぼ直線状に構成されるので、流動抵抗が小さく、流量を増すことができる。また、駆動手段が高温の本体から離れた位置に配置されるため、気密部材の熱による劣化を防ぐことができる。また、駆動ネジを螺合して力を伝達することによって駆動手段の推力を増幅し、バルブ体を駆動する構造であるので、バルブ体の推力を高めることができ、しかも、バルブ体の全周で駆動するため、効率的な力の伝達が実現できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００１２】
次に本発明の実施形態を、図１〜図７を参照して説明する。
一般的なホットランナ射出成形金型において、固定型１と可動型２によって、キャビティ３が形成されている。固定型１は、固定側型板４、固定側受け板５、固定側取付け板６から成っており、固定側取付け板６は、ロケートリング７によって位置決めされて、射出成形機の台盤（図示しない）に取付けられる。固定側型板４にはブッシュ穴８が、固定側受け板５および固定側取付け板６にはバルブゲート組込み穴９が開けられる。
本発明のバルブゲート１０は、本体部１１、ノズルタッチ部２０、エアシリンダ（駆動手段）３０が一体となっており、バルブゲート組込み穴９に挿入される。その際、金型かん合軸１６は、ブッシュ穴８にかん合する。また、フランジプレート２３が固定側受け板５の面に当たり、取付けボルト２４で固定される。
【００１３】
本体部１１の外側形状は、上部が矩形部１２ａ、中間部から下部が円柱部１２ｂであり、円柱部１２ｂの下端は、金型かん合軸１６となっている。また、内側形状は、円柱部１２ｂの中心軸上に、上部に大径のピニオンギヤ収容穴１３、中間部にピニオンギヤ収容穴１３よりも小径のバルブガイド穴１７、下端部に最小径のゲート穴１５が形成されており、バルブガイド穴１７からゲート穴１５の間はテーパ形状につながれている。また、ピニオンギヤ収容穴１３と直交し、そのほぼ半径分離れた水平方向の軸トにラックガイド穴１４が形成されている。
矩形部１２ａにはカートリッジヒータ７１が挿入され、円柱部１２ｂにはシースヒータ７２ａ、７２ｂが巻かれて、本体部１１を材料の成形温度に加熱できるようにしてある。
【００１４】
また、ラックガイド穴１４の延長線上には、ステー３８を介して、駆動手段であるエアシリンダ３０が本体部１１に取付けられている。エアシリンダ３０のシリンダロッド３５にラック３１が取付けられ、エアシリンダ３０の作動に伴って、ラックガイド１４内を往復作動する。ステー３８、およびラック３１の長さは、シリンダストロークに必要な最低長さ以上、金型に取付け可能な範囲で充分に長くしてもよい。長くすることにより、本体部１１をヒータで加熱した時、エアシリンダ３０への伝熱を減らし、エアシリンダ３０のＯリング、パッキンなどの気密部材が熱で劣化するのを防ぐことができる。また、ステー３８はステンレスなどの熱伝導性の低い材質で作られることが望ましい。
ラック３１の歯車は、ピニオンギヤ３２外径の平歯車とかみ合うようになっている。また、本体部１１のステー３８と反対側の延長線上に、ストッパホルダ３６が取付けられており、ストッパボルト３７の締め込み量を調整することにより、シリンダロッド３５およびラック３１の前進限を規制することができるようになっている。ここで、前進限を規制したときのシリンダストロークをＳｃと表す。
なお、本実施例のエアシリンダ３０の代わりに、駆動手段として油圧シリンダを用いてもよい。油圧シリンダは、エア圧に比べて油圧が通常１０倍以上高いため、非常に高い推力を得ることができる。
【００１５】
また、円柱部１２ｂには分割部１２ｃが設けられており、内周がバルブガイド穴１７に沿うように、中空状のテーパリング６１、およびテーパリング６１を押圧するスプリング６２がはさみ込まれている。テーパリング６１の内径は、バルブ体４１の大径軸４５に精度良くかん合する。また、テーパ形状に絞られた下端部は肉薄に形成されており、材料の射出圧力を受けて大径軸４５に当接して隙間を封止する。
【００１６】
次に、バルブ体４１について説明する。
バルブ体４１は、略円柱形状の中心軸に沿って、上端面から下端直前まで、貫通しない流路穴４２が形成されている。下端付近側面（外部形状）は、大径軸４５とテーパ部４６と小径軸４４から成っており、テーパ部４６から流路穴４２に連通する連通穴４３が中心軸に対して斜めに通じている。連通穴４３は、流路を構成する目的からは、１ヶ所でも、各方向に数ヶ所あっても構わない。しかし、数ヶ所に分けると材料の流れが分流となり、材料が樹脂の場合、成形品にウエルドが発生する原因となるため１ヶ所の方が望ましい。
外部形状の中央よりも上部側には駆動オネジ４７が形成されており、ピニオンギヤ３２の駆動メネジ３３に螺合する。なお、駆動メネジ３３の有効長さは、駆動オネジ４７の有効長さよりも、後述するバルブストロークＳｖだけ長く形成されている。
なお、実施例では駆動オネジ４７、駆動メネジ３３は３条ネジとなっており、１条ネジに比べ、螺合での傾きが生じにくく、ピニオンギヤ３２の回転を安定してバルブ体４１に伝えられる。
また、バルブ体４１の上端部４８は円筒形状である。
【００１７】
次に、組付け構造を、組付け手順も合わせて説明する。
まず、ピニオンギヤ収容穴１３の底部にスラストリング３４を置く。
ラック３１を後退限位置に置き、一方、バルブ体４１の駆動オネジ４７にピニオンギヤ３２の駆動メネジ３３をバルブストローク上端位置に螺合させた状態で、バルブ体４１とピニオンギヤ３２を本体部１１に挿入すると、中間部では、大径軸４５がテーパリング６１に挿入された後、バルブガイド穴１７に精度良く、かつ、しゅう動可能に挿入される。
また、図示しない回り止めによって、バルブ体４１の回転は規制される。
ピニオンギヤ３２は、ピニオンギヤ収容穴１３のスラストリング３４の上に収容される。スラストリング３４はピニオンギヤ３４が回転する際の摩擦を低減するためのものである。
【００１８】
このとき、小径軸４４は、ゲート穴１５よりも上に位置しており、バルブ開状態である。
次に、ラック３１を前進させると、ピニオンギヤ３２が上から見て反時計回りに回転し、駆動メネジ３３と駆動オネジ４７の螺合によって、バルブ体４１が下降する。そして、小径軸４４がゲート穴１５にかん合し、バルブ閉状態となる。ここで、バルブ閉位置がラック３１の前進限となるように、ストッパボルト３７を調整する。再びラック３１を後退させると、ピニオンギヤ３２が上から見て時計回りに回転し、バルブ体４１が上昇する。そして、小径軸４４がゲート穴１５から離れ、バルブ開状態となる。
このように、シリンダロッド３５およびラック３１がシリンダストロークＳｃだけ水平作動すると、バルブ体４１がバルブストロークＳｖだけ上下作動し、バルブが開閉する。
実施例ではシリンダストロークＳｃが４０ミリメートル、バルブストロークＳｖが６ミリメートルで、ストローク比Ｒが０．１５になるように、ピニオンギヤ３２のピッチ円直径と歯数、および駆動メネジ３３、駆動オネジ４７のピッチを設定してある。ストローク比Ｒを小さくすることにより、エアシリンダ３０の作動速度に対して、バルブ体４１の作動速度は遅くなるが、逆に、推力は増幅される。ギヤ、ネジの変換効率が１００％ならば、ストローク比Ｒの逆数倍、すなわち、この例では６．７倍となる。したがって、従来技術のバルブゲートでエアシリンダが直接バルブピンを駆動する場合に比べると、エア供給圧およびシリンダボア径が一定ならばバルブ体の推力が大きくなる。よって、キャビティ３の内圧が一定だとすると、ゲート穴１５の径を大きくすることが可能である。
また、駆動メネジ３３と駆動オネジ４７は、バルブ体４１の全周で力を伝達するため、例えば、一方向のカムによって駆動する構造などに比べ、こじれなどの摩擦によるエネルギーロスが少なく、効率的に力を伝達することができる。
【００１９】
次に、本体部１１の上部構造について説明する。カバー２１は、本体部１１のピニオンギヤ収容穴１３の上部に、同軸に取付けられ、ピニオンギヤ３２の上部を覆うと共に、ピニオンギヤ３２の内径にかん合して、回転時の同軸度を保つ。また、スリーブ２２は、カバー２１にさらに同軸に取付けられ、カバー２１の内径がバルブ体上端部４８の外径を、スリーブ２２の外径が上端部４８の内径をそれぞれガイドすることにより、バルブ体４１が中心軸上を精度よく作動するようにしている。
なお、スリーブ２２の内径は材料流路５０の一部を構成し、バルブ体４１の流路穴につながる。
【００２０】
カバー２１の上部には、さらにフランジプレート２３が取付けられる。フランジプレート２３の中心部には、ノズルタッチ部２０が形成されており、射出成形機ノズル９０からキャビティ３にいたる材料流路５０において、バルブゲート１０の材料流路入口５１に相当する部位となる。
また、フランジプレート２３の周辺部は、固定側受け板５への取付けに使用される。
【００２１】
次に本実施形態の作動の一例を説明する。
射出成形時には、射出成形機ノズル９０をノズルタッチ部２０に押し当てる。
また、カートリッジヒータ７１、シースヒータ７２ａ、７２ｂにより、本体部１１が加熱され、材料流路５０内の材料は溶融状態となっている。なお、エアシリンダ３０は本体部１１から離れて取付けられているため、直接高温に晒されることなく、Ｏリング、パッキンなどの気密部材が熱によって劣化するのを防止できる。
【００２２】
バルブ開状態で、所定量の溶融材料を射出成形機ノズル９０から射出すると、溶融材料は、材料流路入口５１からスリーブ２２、バルブ体４１の流路穴４２、連通穴４３を経て、ゲート穴１５からキャビティ３に充填する。従来のバルブゲートのように、流路内にバルブピンが存在したり、流路が湾曲したりすることがなく、材料は、連通穴４３部分を除いて、ほぼ直線的に流れるため流動抵抗が小さく、流量を増すことができる。
このとき、材料流路内に射出圧力がかかるため、構成部品の隙間などに材料が入り込む（漏れる）可能性があるが、カバー２１内径、スリーブ２２外径と上端部４８の内外径、およびバルブガイド穴１７内径と大径軸４５外径は、それぞれ精度よくかん合するように製作されており、漏れを防いでいる。また、バルブガイド穴１７と大径軸４５の隙間に材料が入ったとしても、材料の射出圧力を受けてテーパリング６１が大径軸４５に当接してシールするようになっている。
続いて、充填完了後、バルブ閉状態とすると、小径軸４４がゲート穴１５にかん合し、材料の流れが遮断され、ゲートシールする。金型を開き、製品を取り出すと、材料のハナタレや糸ヒキ現象を起こすことなく、ゲートがきれいに切れた製品が得られる。
【００２３】
本実施形態は、ゲートがノズルタッチ部と同軸、すなわち金型センタに１個のバルブゲートを配置する場合について説明したが、一般的なバルブゲートのように、マニホールドの下に複数配置して、多点ゲートに使用することも可能である。その場合には、フランジプレート２３のノズルタッチ部２０が、マニホールドの流路穴との接続形状に変わる。
射出成形時には、一般のバルブゲートと同様、多点各ゲートのバルブ開閉のタイミングを調整することができる。また、一般のバルブゲートに対し、流動抵抗を低減し、流量を増やす効果が得られる。
さらに、本発明のバルブゲートは、金型用のバルブゲートに限定するものではなく、例えば、射出成形機のノズルにシャットオフバルブとして使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態のバルブゲートの開状態を示す縦断面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】 本発明の実施形態のバルブゲートの閉状態を示す縦断面図である。
【図４】 図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】 図１の要部拡大図である。
【図６】 本発明の実施形態のバルブ体の外形図である。
【図７】 本発明の実施形態のピニオンギヤの縦断面図である。
【符号の説明】
１ 固定型
２ 可動型
３ キャビティ
４ 固定側型板
５ 固定側受け板
６ 固定側取付け板
７ ロケートリング
８ ブッシュ穴
９ バルブゲート組込み穴
１０ バルブゲート
１１ 本体部
１２ａ 矩形部
１２ｂ 円柱部
１２ｃ 分割部
１３ ピニオンギヤ収容穴
１４ ラックガイド穴
１５ ゲート穴
１６ 金型かん合部
１７ バルブガイド穴
２０ ノズルタッチ部
２１ カバー
２２ スリーブ
２３ フランジプレート
２４ 取付けボルト
３０ エアシリンダ（駆動手段）
３１ ラック
３２ ピニオンギヤ
３３ 駆動メネジ
３４ スラストリング
３５ シリンダロッド
３６ ストッパホルダ
３７ ストッパボルト
３８ ステー
４１ バルブ体
４２ 流路穴
４３ 連通穴
４４ 小径軸
４５ 大径軸
４６ テーパ部
４７ 駆動オネジ
４８ 上端部
５０ 材料流路
５１ 材料流路入口
６１ テーパリング
６２ スプリング
７１ カートリッジヒータ
７２ａ、７２ｂ シースヒータ
９０ 射出成形機ノズル
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９６００９９２８
【氏名又は名称】エスイピ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１８年９月８日（２００６．９．８） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００８−６２６３７（Ｐ２００８−６２６３７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成２０年３月２１日（２００８．３．２１） |
| 【出願番号】 |
特願２００６−２７５７８９（Ｐ２００６−２７５７８９） |
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