JP3684575B2 - バルブゲート式金型装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂の射出成形などに用いられるバルブゲート式金型装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
製品キャビティへのゲートまでの材料通路内の成形材料である樹脂を加熱して常時溶融状態に保つホットランナー金型装置において、ゲートをバルブピンにより機械的に開閉するバルブゲート式金型装置が知られている。なお、ホットランナー金型装置は、成形能率を高めることを目的としたものであり、ゲートを閉じるのは、型開時などにゲートから樹脂が漏れるのを防止するためである。
【０００３】
図６（Ａ）は、この種のバルブゲート式金型装置におけるバルブ装置のバルブ本体１の一例を示している。同図において、２は筒状のケーシングで、このケーシング２は、その図示左側に位置するマニホールド（図示していない）に接続されるとともに、固定側型板などの型体の本体部３に形成された孔部４内に挿入されるものである。そして、ケーシング２は、そのマニホールド側の端部のフランジ部５と、反対側のゲート６側の端部の外周面に固定された固定部材である固定リング７とが前記孔部４に嵌合していることにより型体の本体部３に支持されており、他の部分では、バルブ本体１と型体の本体部３との間には断熱層をなす隙間が形成されている。また、ケーシング２の内部は、前記ゲート６に連通する材料通路８になっている。そして、この材料通路８を貫通して、図示左右方向に移動してゲートを開閉するバルブピン（図示していない）が設けられる。また、前記ケーシング２の外周面には、材料通路８内の樹脂を加熱するヒーター９が設けられているとともに、このヒーター９を外周側から覆う筒状のヒーターカバー10が固定されている。前記ヒーター９は、線状ヒーターからなり、ケーシング２の外周面に巻いてある。そして、ヒーター９は、ケーシング２の両端側では密に巻いてあるが、中間部では粗に巻いてある。その理由については、後述する。なお、ヒーター９の巻き数は、マニホールド側では２巻き、ゲート６側では３巻きである。
【０００４】
図６（Ｂ）には、前記材料通路８内の温度を計測した結果を示してある。同図のグラフにおいて、横軸は、バルブ本体１のゲート６側先端からの距離であり、縦軸は温度である。温度の測定は、材料通路８内の黒丸で示す各点について行った。そして、破線のグラフa１，ａ２は、バルブ本体１およびマニホールドの制御上の設定温度を300℃に設定した場合の結果、実線のグラフb１，b２は、同設定温度を250℃に設定した場合の結果、点線のグラフc１，ｃ２は、同設定温度を200℃に設定した場合の結果である。なお、金型冷却温度は10℃に設定した。
【０００５】
グラフa１，b１，c１から明らかなように、温度は、バルブ本体１の両端側で低く、中央部で高い傾向を示す。これは、中央部では、両端側から熱が伝わることが一因であると考えられる。また、製品キャビティ内の樹脂を速やかに固化させるために冷却される型体の本体部３に対して、バルブ本体１が両端部のみで接触しているが、この接触部を通じてバルブ本体１から型体の本体部３へ熱が逃げることが他の原因であると考えられる。図示のバルブ装置では、このような温度の不均一性を解消するために、ヒーター９をバルブ本体１の両端側では密に巻く一方、中間部では粗に巻いているが、それでも、測定結果が示すとおり温度分布の不均一性は大きい。
【０００６】
材料通路８における最も温度の低い部分つまり両端側で、樹脂の流動性を確保できるだけの温度が得られるようにしなければならないが、そのため、中間部の温度は過度に高くなる。そして、温度が高すぎると、材料通路８内の樹脂がヤケ（黒い焦げを生じること）を生じ、この樹脂の特性が悪くなる。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決しようとするもので、バルブ装置の材料通路内の成形材料の温度差を低減できるバルブゲート式金型装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のバルブゲート式金型装置は、前記目的を達成するために、互いに開閉し型閉時に製品キャビティを相互間に形成する複数の型体と、この型体に設けられた材料通路を前記製品キャビティに連通させるゲートを開閉するバルブ装置とを備え、このバルブ装置は、前記型体の本体部に形成された孔部内にこの孔部の内面との間に隙間を保持して組み込まれたバルブ本体を有し、このバルブ本体内に前記ゲートに通じる材料通路を形成し、前記バルブ本体の外周部に第１のヒーターを設けるとともに、前記ゲート側に位置する前記バルブ本体の軸方向先端部に第２のヒーターを設け、この第２のヒーターが前記隙間に臨んで前記バルブ本体の先端外面に設けられているとともに、前記材料通路の内周面に封止部材を摺動自在に設け、この封止部材は前記材料通路から射出される成形材料が通過する貫通孔を有し、前記材料通路から射出される成形材料の圧力によって前記封止部材を前記ゲートの周縁に当接させて前記隙間を封止するように構成したものである。
【０００９】
成形時には、複数の型体を型閉してこれら型体間に製品キャビティを形成するとともにゲートを開き、材料通路からゲートを介して製品キャビティ内に成形材料を充填する。ついで、バルブ装置によりゲートを閉じ、さらに、製品キャビティ内の成形材料が固化した後、型開して製品キャビティ内の成形材料すなわち成形された製品を取り出す。その後、再び型閉して以上の成形サイクルを繰り返すが、全成形サイクルを通じて、バルブ本体の材料通路内の成形材料は第１及び第２のヒーターの加熱により常時溶融状態に保たれる。ここで、バルブ本体は第１のヒーターによって軸方向中間部が加熱され、さらに、軸方向先端部が第２のヒーターによって加熱される。これにより、バルブ本体は、その軸方向中間部から軸方向先端部にかけて均一的に加熱されるため、バルブ本体の材料通路内の成形材料の温度差が低減される。
【００１０】
そして、溶融した熱可塑性樹脂が封止部材を通過する際、その圧力によって封止部材が成形材料の射出方向、すなわち、ゲート側に移動して隙間を遮断するため、その隙間に溶融した熱可塑性樹脂が流入しない。これにより、第２のヒーターと溶融した熱可塑性樹脂とが接触しないため、熱による第２のヒーターの劣化が抑制される。
【００１１】
【発明の実施形態】
以下、本発明のバルブゲート式金型装置の参考例について、図１および図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、先に説明した図６（Ａ）と共通する部分については同一符号を付す。11は固定型、12は可動型で、型体であるこれら固定型11および可動型12は、図１における図示上下方向（型開閉方向）に互いに移動して開閉し、型閉時に相互間に製品形状の製品キャビティ13を形成するものである。固定型11は、その本体部としての金属製の固定側型板３と、この固定側型板３の裏側にスペーサーブロックを介して固定された固定側取り付け板（図示していない）とを備えており、この固定側取り付け板と固定側型板３との間にはマニホールド16が設けられている。このマニホールド16は、材料通路であるランナー17が内部に形成されており、このランナー17内の成形材料である熱可塑性樹脂は、マニホールド16に設けられた図示していないヒーターの加熱により常時溶融状態に保たれるようになっている。なお、前記固定側型板３は、固定側受け板あるいはゲートブッシュなどを加えて複数の部材により構成したものであってもよい。また、前記固定側型板３には孔部４が貫通形成されており、この孔部４における可動型12側の先端部は、前記製品キャビティ13に連通するゲート６になっている。
【００１２】
また、固定型11には、前記ゲート６を開閉するバルブ装置21が組み込まれている。つぎに、このバルブ装置21の構成を説明する。前記固定側型板３の孔部４内に、前記型開閉方向を軸方向とするバルブ本体１が組み込まれている。このバルブ本体１の大部分は筒状のケーシング２により構成されているが、このケーシング２の一端部はフランジ部５になっていて前記マニホールド16および固定側型板３間に固定されて支持されている。これとともに、フランジ部５は、前記孔部４におけるマニホールド16側の端部に形成された段差部23に嵌合している。また、前記ケーシング２におけるゲート６側の端部の外周面には固定リング７が嵌合されて固定されており、この固定リング７が前記孔部４内に形成された円柱状の嵌合面24に嵌合している。これにより、ケーシング２のゲート６側の部分が固定側型板３に支持されている。以上のように、バルブ本体１は、その両端部において固定側型板３に接触しているが他の部分においては、バルブ本体１の外面と孔部４の内面との間に固定部材である固定リング７により遮断される第１及び第２の隙間25，26が形成されている。この第１及び第２の隙間25，26は、前記固定リング７によって、この固定リング７よりもゲート６側に位置する第１の隙間25がゲート６と連通し、成形材料である樹脂が流入する樹脂断熱層となり、第２の隙間26は、前記固定リング７により樹脂が流入が遮断され、空気断熱層となる。
【００１３】
また、前記ケーシング２の内部は、マニホールド16内のランナー17を前記ゲート６に連通させる材料通路８になっている。この材料通路８は、前記型開閉方向を軸方向とするほぼ円柱形状になっているが、ランナー17側の端部は屈曲した屈曲部31になっている。この屈曲部31は、ケーシング２に入子32を埋め込むことにより形成されている。また、材料通路８におけるゲート６側の先端部内周面には、前記型開閉方向に延びる３枚以上の支持羽根33が形成されている。
【００１４】
また、前記ケーシング２の外周面には、材料通路８を加熱する加熱手段である第１のヒーター９およびこの第１のヒーター９を外周側から覆うほぼ円筒状の金属製のヒーターカバー10が嵌合されている。この第１のヒーター９は、ケーシング２を覆うバンド状である。さらに、バルブ本体２の軸方向先端部において第２のヒーター41が埋設されている。この第２のヒーター41は線状ヒーターである。なお、本参考例の第１のヒーター９として、バンド状のものを示したが、図６（Ａ）に示す従来例のように、線状ヒーターを巻き付けたものであってもよい。さらに、第２のヒーター41は、バルブ本体２の軸方向先端部に埋設する以外、図３に示すように、バルブ本体２とは別部材の取付基板42に第２のヒーター41を埋設し、この取付基板42を介して前記第２のヒーター41をバルブ本体２の軸方向先端部に埋設するようにしてもよい。また、図示していないが、前記ケーシング２には、第１のヒーター９の内側に沿わせて温度センサーが設けられている。この温度センサーは、第１のヒーター９におけるゲート６側の先端部近傍に位置している。
【００１５】
そして、前記ケーシング２には、固定側取り付け板に設けられた図示していない油圧シリンダー装置などの駆動装置の駆動により前記型開閉方向に移動するバルブ体としてのバルブピン36が内蔵されている。このバルブピン36は、ゲート６側の先端部に形成されたゲート閉塞部37がゲート６に挿脱自在に嵌合してこのゲート６を閉じるものである。また、バルブピン36は、前記型開閉方向を軸方向としており、前記ケーシング２の支持羽根33の内側縁に外周面が常時摺動自在に接触している。これにより、バルブピン36のゲート６側の先端部が支持されている。さらに、バルブピン36は、バルブ本体１におけるマニホールド16側の端部では、前記入子32内に固定されたガイドブッシュ38により支持されている。すなわち、このガイドブッシュ38内をバルブピン36が摺動自在に貫通している。なお、バルブピン36を固定側取り付け板に設けられた駆動装置に接続するために、バルブピン36は、マニホールド16に形成された通孔39をも貫通している。
【００１６】
46は可動型12の可動側型板であり、この可動側型板46は、前記固定側型板３とともに製品キャビティ13を形成するものである。
【００１７】
なお、図示していないが、前記固定側型板３や可動側型板46には、製品キャビティ13を冷却するための水などの冷却用流体を通す流体通路が形成されている。
【００１８】
つぎに、前記の構成について、その作用を説明する。まず固定型11と可動型12とを型閉して、これら固定型11および可動型12間に製品キャビティ13を形成した後、図１に鎖線で示すように、バルブピン36を可動型12から離れる方向へ移動させてゲート６を開放する。そして、射出成形機から固定型11内に熱可塑性の成形材料である溶融した熱可塑性樹脂を射出する。この樹脂は、マニホールド16のランナー17などを通り、さらにバルブ本体１内の材料通路８、バルブピン36が嵌合している支持羽根33間を通ってゲート６から製品キャビティ13内に流入する。このようにして製品キャビティ13内に樹脂が充填された後、保圧を経て、図１に実線で示すように、バルブピン36が可動型12の方へ移動し、ゲート６に嵌合してこのゲート６を閉じる。製品キャビティ13内の樹脂は前記流体通路を冷却用流体が通ることにより積極的に冷却される。そして、製品キャビティ13内の樹脂が冷却して固化した後、固定型11と可動型12とを型開して、製品キャビティ13内の樹脂すなわち成形された製品を取り出す。その後、再び型閉して以上の成形サイクルを繰り返すが、全成形サイクルを通じて、マニホールド16のランナー17内の樹脂と同様に、バルブ本体１の材料通路８内の樹脂は、このバルブ本体１の外周部にある第１のヒーター９と、バルブ本体１の先端部にある第２のヒーター41の加熱により常時溶融状態に保たれる。
【００１９】
既述のように、バルブ本体１においては、本来その軸方向中央部で両端側よりも温度が高くなる傾向を示すが、本参考例においては、バルブ本体１は、その外周部分を第１のヒーター９で加熱し、さらに、バルブ本体１の先端部を、該バルブ本体１の先端部に埋設した第２のヒーター41で加熱することによって、バルブ本体１の軸方向中間部からバルブ本体１の軸方向先端部にかけてほぼ均一的に加熱する。これにより、バルブ本体１の材料通路８内の樹脂の温度差が低減する。したがって、この材料通路38内の樹脂の流動性を確保するために、材料通路８内で樹脂の温度が過度に高くなる部分が生じることを防止でき、樹脂にヤケが生じることを防止できて、この樹脂の特性が低下することを防止できる。
【００２０】
しかも、成形に際して成形材料である溶融した熱可塑性樹脂は、バルブ本体１内の材料通路８から固定リング７よりもゲート６側に位置する第１の隙間25に流入して樹脂断熱層となるが、バルブ本体１の先端部を加熱する第２のヒーター41は、バルブ本体１の内部に埋設され、第１の隙間25に流入する樹脂断熱層と直接、接触しないため、第２のヒーター41が受ける熱的影響を抑制して熱による第２のヒーター41の劣化を防止することができる。
【００２１】
ここで、材料通路８内の温度を計測した結果について、図６（Ｂ）のグラフを参照して説明する。同図については既に説明したが、同図のグラフにおいて、横軸は、バルブ本体１のゲート６側先端からの距離であり、縦軸は温度である。温度の測定は、材料通路８内の黒丸で示す各点について行った。そして、破線のグラフa1，a2は、バルブ本体１およびマニホールドの制御上の設定温度を300℃に設定した場合の結果、実線のグラフb1，b2は、同設定温度を250℃に設定した場合の結果、点線のグラフc1，c2は、同設定温度を200℃に設定した場合の結果である。また、細い線のグラフa1，b1，c1は、バルブ本体１の先端部を加熱する第２のヒーター41のない従来の金型装置の結果であり、太い線のグラフa2，b2，c2は、バルブ本体１の先端部を加熱する第２のヒーター41を設けた本参考例の金型装置の結果である。なお、金型冷却温度は10℃に設定した。
【００２２】
バルブ本体１の先端部を加熱する第２のヒーター41のない場合（グラフa1，b1，c1）とその第２のヒーター41のある場合（グラフa2，b2，c2）とを比較すると、第２のヒーター41のある場合の方が、バルブ本体１の軸方向中間部と先端側との温度差が小さくなっており、材料通路８の温度分布がより均一になっていることは明らかである。
【００２３】
図４及び図５は、本発明の実施例を示しており、前記参考例と同一機能を有する部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。前記参考例では、バルブ本体１の軸方向先端部に第２のヒーター41を埋設して第１の隙間25に流入する溶融樹脂との接触を回避するように構成したが、バルブ本体１の製作加工上、バルブ本体１の外面にバンド状のヒーターを露出させて設けたほうが加工が容易である。そこで、本実施例では、バルブ本体１の先端外面にバンド状の第２のヒーター45を外部に露出させて組み付けている。そして、バルブ本体１のゲート６側先端部に第１の隙間25を塞ぐ封止部材としての封止リング51を設けている。この封止リング51の外面は、全体として前記バルブ本体１の先端孔部52に嵌合するように円筒形状をなしている。また、封止リング51は、前記バルブ本体１内に一体形成する支持羽根33の下端縁部から固定側型板３までの間隔より僅かに短く、支持羽根33と固定側型板３との間においてバルブ本体１の先端孔部52に沿って摺動自在に組み付けられる。また、封止リング51にはバルブピン36の貫通孔53が形成されている。この貫通孔53には、材料通路８側に開口するとともに、ゲート６側へ向かって細くなるテーパー面54が形成され、このテーパー面54の径小側の先端開口55がゲート６に連通している。この封止リング51の先端開口55はゲート６と同径に形成されている。そして、封止リング51は成形時において材料通路８側から射出される成形材料が封止リング51の貫通孔53を通過する際、その圧力によって成形材料の射出方向、すなわち、ゲート６側に移動し、封止リング51の先端面が前記ゲート６の周縁に当接する。これにより、第１の隙間25を遮断し、第１の隙間25への溶融した熱可塑性樹脂樹脂の流入を防止している。
【００２４】
したがって、本実施例では、バンド状の第２のヒーター45をバルブ本体１の先端部外面に形成することにより、バルブ本体１に第２のヒーター45を簡単に取り付けることができ、バルブ本体１の成形加工が容易である。さらに、バルブ本体１の先端に封止リング51を摺動自在に組み付けることによって、溶融した熱可塑性樹脂が封止リング51の貫通孔53を通過する際、その圧力によって封止リング51が成形材料の射出方向、すなわち、ゲート６側に移動して第１の隙間25を遮断するため、第１の隙間25に熱可塑性樹脂が流入しない。このため、第１の隙間25に臨んで第２のヒーター45が露出して取り付けられているとしても、溶融した熱可塑性樹脂とが接触することはない。したがって、溶融した熱可塑性樹脂による第２のヒーター45の熱的影響を抑制することができ、熱による第２のヒーター41の劣化を防止することができる。
【００２５】
なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、バルブゲート式金型装置の基本的構造やバルブ本体１の先端に組み付ける封止リング51の形状などは、前記実施例に限らず適宜選定すればよい。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の発明のバルブゲート式金型装置によれば、第１のヒーターによってバルブ本体の軸方向中央部が加熱され、さらに、第２のヒーターによってバルブ本体の先端部が加熱される。これにより、バルブ本体の軸方向中間部及びバルブ本体１の軸方向先端部をほぼ均一的に加熱することができ、バルブ本体の材料通路内の樹脂の温度差が低減できる。したがって、この材料通路内で樹脂の温度が局部的に過度に高くなる部分が生じることを防止でき、樹脂にヤケが生じることを防止できて、この樹脂の特性が低下することを防止でき、成形材料の特性が低下することを防止できる。
【００２７】
さらに、成形時に溶融した熱可塑性樹脂の圧力によって隙間を遮断するため、第２のヒーターと溶融した熱可塑性樹脂とが直接的に接触しない。このため、第２のヒーターが受ける熱的影響を抑制して熱による第２のヒーターの劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバルブゲート式金型装置の参考例を示す縦断面図である。
【図２】同上ゲート部分を拡大した断面図である。
【図３】本発明の第２のヒーターの参考例における変形例を示すゲート部分を拡大した断面図である。
【図４】本発明のバルブゲート式金型装置の実施例を示す縦断面図である。
【図５】同上ゲート部分を拡大した断面図である。
【図６】温度測定結果を示すもので、（Ａ）はバルブ装置の縦断面図、（Ｂ）は温度を示すグラフである。
【符号の説明】
１ バルブ本体
３ 固定側型板（本体部）
４ 孔部
８ 材料通路
９ 第１のヒーター
11 固定型（型体）
12 可動型（型体）
13 製品キャビティ
17 ランナー（材料通路）
21 バルブ装置
25，26 第１及び第２の隙間
41，45 第２のヒーター
51 封止リング（封止部材）
53 貫通孔

Claims (1)

1. 互いに開閉し型閉時に製品キャビティを相互間に形成する複数の型体と、この型体に設けられた材料通路を前記製品キャビティに連通させるゲートを開閉するバルブ装置とを備え、このバルブ装置は、前記型体の本体部に形成された孔部内にこの孔部の内面との間に隙間を保持して組み込まれたバルブ本体を有し、このバルブ本体内に前記ゲートに通じる材料通路を形成し、前記バルブ本体の外周部に第１のヒーターを設けるとともに、前記ゲート側に位置する前記バルブ本体の軸方向先端部に第２のヒーターを設け、この第２のヒーターが前記隙間に臨んで前記バルブ本体の先端外面に設けられているとともに、前記材料通路の内周面に封止部材を摺動自在に設け、この封止部材は前記材料通路から射出される成形材料が通過する貫通孔を有し、前記材料通路から射出される成形材料の圧力によって前記封止部材を前記ゲートの周縁に当接させて前記隙間を封止するように構成したことを特徴とするバルブゲート式金型装置。

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