JP2005170029A

JP2005170029A - 射出成型機用バルブゲート装置

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Publication number: JP2005170029A
Application number: JP2004159355A
Authority: JP
Inventors: Hyuk Joong Kim; ▲ひゅく▼仲金
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Current assignee: Individual
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2005-06-30
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Abstract

【課題】別途に回路等を要せずにバルブピンの直線往復移動を精密に制御可能ならしめて射出作業の自由度を高め、射出品の大量成型に容易に適用せしめうる射出成型機用バルブゲート装置を提供する。
【解決手段】射出成型機用バルブゲート装置は、マニホールド１０の下面のバルブボディ２０と、上側のリニアモータ４１と、これら間の冷却ブロック３０とを含む。バルブボディ２０は、樹脂を供給され、内部には上端部にねじ部を削成されたバルブピン２５が回転が防止されるように構成されている。リニアモータ４１は、パルス信号によって制御され、回転する管状のロータ４３を備え、バルブピン２５はロータ４３の内周面に上端が螺結され、ロータ４３の正逆回転時に連動されて上下方向へ直線移動を行う。冷却ブロック３０は、伝熱を遮断し、内部には冷却水チャンネル５１が形成されている。
【選択図】図３

Description

この発明は、射出成型機用バルブ装置に係り、より詳しくは、ゲートの開閉量を精密制御するとともに、成型品の量産に適する射出成型機用バルブゲート装置に関するものである。

一般に、射出成型機用バルブ装置は、樹脂を溶融した状態のシリンダーから樹脂を供給されて金型のキャビティーに注入する装置であるが、かかる射出成型機用バルブ装置はバルブピンの昇降動作によってゲートを開閉させるように構成されており、成型品の数量に応じて一時に多量を成型する場合にマニホールドを通して樹脂を供給されるマニホールド型と、単一品生産を行う場合にシリンダーから樹脂を供給されるシリンダー型とに大別される。

図１は、従来技術に従う射出成型機用バルブゲート装置（特許文献１／Ｈｏｔｒｕｎｎｅｒｖａｌｖｅｇａｔｅｐｉｓｔｏｎａｓｓｅｍｂｌｙ）を示す断面図である。同図に示すように、従来の射出成型機用バルブ装置は大きく駆動部１００とバルブボディ２００とによって構成されており、バルブピン２１０の昇降動作のための駆動源として高圧の空気を利用する。

つまり、前記駆動部１００は、外部から高圧空気を供給及び排出するための管路であるエアチャンネル１１０、１２０が複数形成されており、その複数のエアチャンネル１１０、１２０を通してシリンダー１３０内のエアピストン１４０が昇降を行う構造である。この際、前記ピストン１４０の下端にはバルブピン２１０が連結されて連動される構造である。さらに、前記バルブピン２１０はピストン１４０に連動されて昇降されることによって、バルブボディ２００のゲート２２０を選択的に遮断あるいは開放する構造である。

一方で、前記バルブボディ２００は、バルブピン２１０の周囲に間隙をおいて樹脂チャンネル２３０が形成され、その樹脂チャンネル２３０の両端はそれぞれゲート２２０とマニホールド３００の樹脂チャンネル３１０に連結される構造である。

このように構成される射出成型機用バルブゲート装置は、エアチャンネル１１０、１２０に選択的に高圧の作動空気圧が供給されると、ピストン１４０が上昇あるいは下降されるようになり、これとともにバルブピン２１０もやはり昇降動作が行われる。したがって、前記ピストン１４０が昇降されることによって、ゲート２２０を開放あるいは遮断させることになることから、結果的にはマニホールド３００を通して供給される樹脂がゲート２２０を通して金型４００に供給されるかあるいは遮断されることになる。

これを要約すると、前記従来技術に従う空気圧を作動とする射出成型機用バルブゲート装置は、高圧空気を選択的に該当エアチャンネル１１０、１２０を通してシリンダー１３０内に供給させてピストン１４０を昇降させることになり、この際のピストン１４０に連動されてバルブピン２１０がゲート２２０を開閉させることになる。

ところで、上記のように構成される従来技術に従うバルブ装置は、バルブピン２１０を昇降させるための作動源として空気を利用することから、応答性がのろいばかりか、動作の信頼性も低いという問題点がある。とりわけ、作動源である高圧空気の漏れを防止するための気密構造を採用しなければならないため、機器全体の体積が大きくなるとともに構造が複雑になることから、設置空間に多くの制約を受けることになるため、結果的には金型設計の自由度が制限されるし、整備及び管理が容易でないという問題点もあった。

かかる問題点を解決するため、図２に示すように、電源を供給されて駆動力を生成してバルブピンを稼動させるバルブ装置が提案されたことがある。

図２に示すように、電動方式のバルブ装置の構成を見てみると、大きくバルブボディ５００と駆動手段６００とで構成され、前記バルブボディ５００はマニホールド７００に形成された樹脂チャンネル７１０から樹脂を供給されて先端部に形成されたゲート５２０を通して金型に注入するための樹脂チャンネル５１０を形成される通常のバルブボディの構造を採用する。

さらに、前記駆動手段６００は、電源の供給によってバルブピン５３０を昇降させるアクチュエーターを含む構造であり、この際のアクチュエーターは上下方向へ間隔をおいて管状の第１、２の電磁石６１０、６２０が配置されて選択的に磁気力を生成し、これら第１、２の電磁石６１０、６２０の間には磁力によって磁化されるコア６３０が配置される構造である。この際、該コア６３０は上部面にバルブピンを復帰させるための弾性ばね６４０に支持される構造である。

このように構成される電動方式のバルブ装置は、アクチュエーターを駆動源に採用する構造によってバルブ装置の全体的な大きさが小型化できるため、金型設計の自由度を高められるばかりか、バルブピンの移動量を迅速かつ精密に制御できることになる。

ところで、上記のごとき電動方式のバルブ装置は、駆動源としてアクチュエーターを使用したことによってゲートの開閉量を精密に制御できない短所があり、射出成型時に周囲温度が高温であることから、アクチュエーターを構成するコイルなり回路部品などが劣化される短所によって頻繁に修理を要するため、信頼性が低い問題点がある。とりわけ、一度に多量の射出品を成型する金型に適用する場合は駆動源の交替及び修理が容易でないことによって作業性及び生産性の低下を招くという問題点があった。
米国特許６，３４３，９２５号明細書

そこで、この発明は上記種々の問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、別途に回路なり減速器などを要せずにバルブピンの直線往復移動を精密に制御可能ならしめて射出作業の自由度を高めることによって、射出品の大量成型に容易に適用せしめうる射出成型機用バルブゲート装置を提供することにある。

上記のような目的を達成するためになされたこの発明に従う射出成型機用バルブゲート装置は、樹脂を供給するためのマニホールドの下面に位置されて樹脂を供給され、内部の中央には昇降動作によってゲートを開閉させるバルブピンが回転が防止されるように構成され、そのバルブピンの上端部の外周面にはねじ部を削成されたバルブボディと、前記マニホールドの上側に位置されて前記バルブボディのバルブピンに昇降力を提供することによって電源を供給されて回転する管状のロータを備え、そのロータの内周面にはバルブピンの上端が螺結されてロータの正逆回転時に連動されて上下方向へ直線移動を行うパルス信号によって制御されるリニアモータと、前記マニホールドとリニアモータとの間に備えられて伝熱を遮断する板材状の部材であって、内部には冷却水が循環される冷却水チャンネルを形成された冷却ブロックとを含んで構成されることを特徴とする。

この発明の好ましき一つの特徴であって、前記リニアモータは、ケース及びそのケース内に備えられてコイルが巻線される管状のステータと、該ステータの内周面上へ空隙をおいて回転可能に備えられて内周面には螺旋部を削成された管状のマグネットにてなるロータと、該ロータに一端が連結されてロータの回転量を検出するポテンシオメータとを含んで構成されることを特徴とする。

この発明の好ましき他の特徴であって、バルブピンは、一端が分割されて断熱カプラーで連結されることを特徴とする。

この発明の好ましき他の特徴であって、前記リニアモータは、冷却水が移動される複数の冷却水チャンネル及びこれらの冷却水チャンネルを伝って冷却水が循環されるように冷却水チャンネルを連結する連結管にてなる冷却水ハウジングによってカバーされることを特徴とする。

上述のように構成されて作用する射出成型機用バルブゲート装置は、リニアモータを採用する構造によって従前の通常のモータタイプの射出成型機のもつ短所である別途の減速器なり電子ブレーキなどを追って装着しなくてもすむことから、構成が簡素化されるばかりか、ゲートの開閉量を精密に制御できるため、機器の信頼性を保障しつつ成型品の品質を高めうる利点がある。さらに、射出品を量産するためのシステムに適用させる場合、それぞれのゲートの開閉量を精密に個別的に管理できることから、マニホールドなりその他の機器の組立偏差などによって発生する樹脂の移動状態が一様でなくてもそれぞれのゲートの開閉量に対する制御が可能であるため、均一な品質の成型品量産が可能になる利点がある。したがって、射出作業の自由度が高められるとともに、構造の簡素化を通して保持、補修が容易であり、作業性及び生産性を大幅に改善せしめられる優れた効果を提供する。

以下、この発明の実施形態について添付図に沿って詳述する。

図３及び４は、この発明に従う一実施形態の射出成型機用バルブゲート装置を示す断面図であって、同図に示すように、この発明に従う一実施形態の射出成型機用バルブゲート装置は大きくマニホールド１０とバルブボディ２０、さらにバルブピン２５を昇降させる駆動手段４０とによって構成される。

マニホールド１０は、大方板材状をもつ金属材からなる部材であって、その内部には溶融された状態の樹脂が移動される樹脂チャンネル１１が形成され、その上下面へは樹脂チャンネル１１を伝って移動される樹脂の固化を防止する発熱体のワイヤ状のヒータ１０ｈが鍛造作業を通して長円形の設置溝１０’上に埋設される構造である。かかるマニホールド１０はその下面にバルブボディ２０が備えられ、その上面にはバルブピン２５を昇降させるための駆動手段４０が備えられている構造である。

バルブボディ２０は管状の長さをもつ部材であって、その内部の中央に樹脂チャンネル２１が形成され、その樹脂チャンネル２１はバルブボディ２０の先端部に形成されたゲート２２に連結される態様であり、この際のゲート２２は図示しない射出品を成型するための金型の一端に連結される。さらに、バルブボディ２０の外周面に樹脂チャンネル２１を通過する樹脂の固化を防止するためのワイヤ状のヒータ線２０ｈが取り巻かれる構成である。

かかるバルブボディ２０は、その中央に形成された樹脂チャンネル２１の内径に比べて小径をもつバルブピン２５が備えられ、そのバルブピン２５の周囲に樹脂が流動されるようになっている。この際、前記バルブピン２５は昇降動作によってゲート２２を開閉させる役割を演じるために、その上端部がマニホールド１０を通過して駆動手段４０に連結される構造である。つまり、前記バルブピン２５は図３及び４に示すように、全体的には円柱状をなしており、その先端部はバルブボディ２０のゲート２２を選択的に遮蔽せしめられるようゲート２２の内径に密接されるように加工され、後端部（図における上部）は駆動手段４０内のロータと螺結されるねじ部２５ｓが削成される。さらに、前記バルブピン２５は回転が防止される構造で備えられ、かかる回転防止構造はバルブピン２５の一端部を角形に成型し、その角形部分が通過する対象部分の通穴を角形に成型することによって実施できる。一例として、図３に示すように、バルブピン２５の通過するマニホールド１０の一側穴１０”を四角形に成型し、その部分を通過するバルブピンもまた四角形に成型して回転が防止されるようにすることができる。一方で、この発明がバルブピンが昇降移動を行いつつ回転が防止される構造的な特徴をもつとしたら、バルブピンの回転防止構造は多様に変形実施されるのを妨げない。

駆動手段４０は、出力軸の位置を検出するためのフィードバックなしに決められた角度を回転し、高度の適確度で停止できるとともに、通常のモータに比べて停止時に極めて大きい停止トルクを保有するばかりか、回転速度がパルス（ｐｕｌｓｅｒａｔｅ）に比例するリニアモータ及びそのリニアモータの放熱のための冷却ブロックを構成したことを特徴とする。

つまり、前記リニアモータ４１は、精密制御が可能なステッピングモータあるいはサーボモータが使用されるし、かかるリニアモータ４１は制御信号、つまりパルスによってデジタル的に精密制御が可能な特徴をもっていることから、バルブピン２５の移動量を微細に制御してゲート２２の開閉量を調節できる特徴をもつ。

かかるリニアモータ４１は、図３及び４に示すように、マニホールド１０の上側に冷却ブロック３０を介して位置され、基本的にパルス信号の入力によって回転される管状のロータを備える。つまり、前記リニアモータはステータ４２とロータ４３とに大別され、前記ステータ４２は外体を形成するケース４１ａと、そのケース４１ａ内に備えられているコイル４１ｂで構成され、前記ロータ４３は前記コイル４１ｂの内周面に空隙をおいて配置されて相互の作用によって電磁気力を発生させるものであって、円周面に沿ってＮ、Ｓ極が交代で着磁された管状のマグネットが使用され、その内周面には螺旋部４３’を削成して上述のバルブピン２５のねじ部２５ｓが螺結される構造である。

さらに、前記リニアモータ４１の上部にはブラケットで支持されるポテンシオメータ４５が配置される。この際の前記ポテンシオメータ４５は精密可変抵抗を利用してロータ４３の回転量に応じたバルブピン２５の移動量を突きとめるものであって、通常、モータの制御方式として広範に採用されているため詳しいことについては省くことにする。一方で、この発明においてはモータの位置制御手段としてポテンシオメータを提案しているが、モータの回転量あるいは位置を検出できる特徴をもつものとしたら、エンコーダなりその他のセンサなどが使用されるのを妨げない。

上述のように構成されるリニアモータ４１は、コイル４１ｂに電流が印加されると、コイル４１ｂとマグネットへの磁極間から電磁気力が発生されるようになり、この際の電磁気力によってロータ４３であるマグネットがステータ４２を中心に正逆方向へ回転が行われることになる。したがって、前記ロータ４３の内周面に螺結されたバルブピン２５は回転が防止される構造であるため、ロータ４３の回転力によって螺旋部４３’を伝って上方向あるいは下方向へ直線移動をすることになる。

かようなリニアモータ４１が、制御信号に応じて一定の角度で回転する特徴をもつものであるとしたら、その態様なり大きさは多様に変形が可能であろう。つまり、この発明に適用されるリニアモータ４１は通常のステッピングモータの駆動原理と同一であり、外部のＤＣ電圧あるいは電流をパルス型式でモータのそれぞれの上端子にスイッチング方式で入力させることによって、所定の角度で回転する駆動方式をもつ特徴をもつ。

一方で、前記リニアモータ４１は周囲温度が過度に高温の場合、効率性が低下されるばかりか、誤動作により信頼性が低下されることから、この発明ではリニアモータ４１とマニホールド１０との間に冷却ブロック３０を設けて、マニホールド１０とバルブボディ２０から発生された熱の駆動手段４０側への伝達を遮断する。

前記冷却ブロック３０は、大方板材状にてなる部材であって、放熱効果に優れる金属材質で成型されるのが好ましい。かかる冷却ブロック３０は、図１０に示すように、所定間隔を隔てて冷却水が移動される冷却水チャンネル３１が多数形成され、これらの冷却水チャンネル３１は連結管３１ａによって冷却水が冷却水チャンネルを伝って冷却ブロック全体を循環する態様で連結される。ここで、符号３２はバルブピン２５の一端が通過する通穴であり、符号３１ｂ、３１ｃは外部から冷却水を供給及び排出するための供給管及び排出管を示す。

つぎに、上述のごとく構成されるこの発明に従う射出成型機用バルブゲート装置の作動過程について図３及び４、さらに１１を参照して述べることにする。

図３は射出成型機が動作されない状態であるか、あるいは稼動中の状態ではリニアモータ４１の停止トルクによってゲート２２が閉じられた状態である。かかる状態でバルブボディ２０のゲート２２を開放させる場合、リニアモータ４１に制御信号が入力されることによって、一方向へロータ４３のマグネットが回転するようになり、そのマグネットの回転によってその内周面に結合されたバルブピン２５のねじ部２５ｓがロータ４３の螺旋部４３’を伝って上方向へ垂直移動をするようになる。したがってバルブピン２５が上方向へ移動することによって図４におけると同様、バルブボディ２０のゲート２２が開放される。かかる状態ではマニホールド１０を通して供給された樹脂がゲート２２を通して外部、つまり金型内へ注入されるようになる。

ここで、バルブボディ２０のゲート２２を遮蔽させる場合、前記リニアモータ４１に逆方向回転に該当する制御信号が入力するようになると、ロータ４３のマグネットが逆方向へ回転し、かかるマグネットの回転によってその内周面に結合されたバルブピン２５が螺旋部４３’を伝って下降するようになり、結果的には図３におけると同様、バルブボディ２０のゲート２２を遮蔽させるようになる。この際、前記リニアモータ４１は停止トルクをもっていることから、別途のブレーキ装置なしに停止状態を保持することによって、金型内に注入された樹脂の逆流によるバルブピン２５の後退を安定に防止できるようになる。

一方で、上述のごとき動作過程中、冷却ブロック３０には冷却水チャンネル３１を伝って冷却水が循環されることによって、マニホールド１０及びバルブボディ２０から発散される熱のモータ側への伝達を遮断するようになる。

一方で、図１１はリニアモータの制御構造を概念的に示すものであって、リニアモータの動作時にロータの回転量に応じたバルブピンの移動量をポテンシオメータが検出してＣＰＵに印加し、ＣＰＵは検出された信号を基に現在のバルブピンの位置及び移動速度などを計算して適切な制御信号をリニアモータ側に印加して制御することになる。ここで、前記ＣＰＵはＩ／Ｏ（入出力）及びＡｌｇｏｒｉｔｈｍｏｒＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ（アルゴリズム又は計算）及びＰｌｕｓｅＯｕｔｐｕｔ（パルス出力）回路を含む構成である。

上述のごとく、この発明の射出成型機用バルブゲート装置は、リニアモータを通してゲートの開閉を行えるばかりか、図７でのごとく、ゲートの開閉量を任意に調整できる特徴をもつ。つまり、この発明の射出成型機用バルブゲート装置は多キャビティー金型に適用される場合、それぞれのバルブゲートに対するバルブピンの位置制御を独立的に制御することができる。

図５及び６は、この発明に従う他の実施形態の射出成型機用バルブゲート装置を示す断面図であり、図８は図５のＡ−Ａ線矢視を示す断面図、図９は図５におけるモータの冷却ハウジングを示す斜視図である。同図に示すように、この発明の他の実施形態は電装品であるリニアモータの外周面をカバーする態様で装着されてリニアモータを直接に冷却させる冷却ハウジングと、バルブピンを通してリニアモータ内への熱の伝導を遮断するための断熱カプラーを含む構造である。

つまり、リニアモータ４１のケース４１ｃを囲繞する態様で備えられる冷却ハウジング５０は、図９に示すように、４つ角側に冷却水が移動される冷却水チャンネル５１が形成され、これらの冷却水チャンネル５１は冷却水が循環移動できるよう連結管５２で連結される構造であり、冷却水が流入及び排出される流入ポート５３及び排出ポート５４を備えて図５及び６に示すように、冷却ブロック３０に連結される構造である。かように構成される冷却ハウジング５０は冷却水チャンネル５１を伝って冷却水が循環されることによってリニアモータ４１を冷却させることになる。

さらに、前記断熱カプラー２８は、バルブピン２５の一端を分割し、その分割された間に結合されて一体に連結する構造で備えられる。つまり、バルブピン２５の周囲に高温の樹脂が流動されることによって、前記バルブピン２５は高温状態を保持することになるが、かかるバルブピン２５の帯びている熱のリニアモータ４１内への伝達を防止するため、断熱カプラー２８を利用してバルブピン２５を構成する。つまり、前記断熱カプラー２８は熱伝導率の低い材料で成型されて図５に示すように、バルブピン２５を下部バルブピン２５ａと上部バルブピン２５ｂとに分割する。この際、前記下部バルブピン２５ａはゲート２２を開閉する部分であり、上部バルブピン２５ｂはねじ部２５ｓを形成された部分である。かように分割された下部バルブピン２５ａと上部バルブピン２５ｂは分割された部分に断熱カプラー２８が螺結によって結合される構造である。

一方で、上述のごとき断熱カプラー２８は高温のバルブピン２５に帯びている熱がリニアモータ内に伝達されるのを遮断する特徴をもっているとしたら、その結合構造なり態様及び材質は多様に変形されて実施されうることだろう。

説明のない符号ｔは、冷却ブロック３０の冷却水チャンネル３１と冷却ハウジング５０の冷却水チャンネル５１とを連結するチューブであり、そのチューブによって冷却水が冷却ブロックと冷却ハウジングを循環することになる。

上述のごとく構成されたこの発明に従う他の実施形態の射出成型機用バルブゲート装置は、前述の一実施形態と同一の作動を通してバルブピン２５が昇降されてゲート２２を開閉することになるが、ただし、冷却ハウジング５０と断熱カプラー２８を通してリニアモータ４１及びポテンシオメータ４５を冷却させることになる。

この発明は、ゲートの開閉量を精密制御するとともに、成型品の量産に適する射出成型機用バルブゲート装置に関するものである。

従来技術に従う射出成型機用バルブ装置を示す断面図。従来技術に従う他の射出成型機用バルブ装置を示す断面図。この発明に従う一実施形態の射出成型機用バルブゲート装置を示す断面図。図３と同様の図。この発明に従う他の実施形態の射出成型機用バルブゲート装置を示す断面図。図５と同様の図。この発明に従う一実施形態の射出成型機用バルブゲート装置でバルブピンの移動に応じたゲート開閉量を概念的に示す断面図。図５のＡ−Ａ線矢視を示す断面図。図５でモータの冷却ハウジングを示す斜視図。図４で冷却ブロックを示す斜視図。この発明に従う一実施形態の射出成型機用バルブゲート装置の動作状態を概念的に示すブロック図。

符号の説明

１０…マニホールド、１０ｈ…ヒータ、１０’…設置溝、１０”…一側穴、２０…バルブボディ、１１, ２１…樹脂チャンネル、２２…ゲート、２５…バルブピン、２５ｓ…ねじ部、３０…冷却ブロック、４０…駆動手段、４１…リニアモータ、４１ａ…ケース、４１ｂ…コイル、４２…ステータ、４３…ロータ、４３’…螺旋部。

Claims

樹脂を供給するためのマニホールドの下面に位置されて樹脂を供給され、内部の中央には昇降動作によってゲートを開閉させるバルブピンが回転が防止されるように構成され、そのバルブピンの上端部の外周面にはねじ部を削成されたバルブボディと、
前記マニホールドの上側に位置されて前記バルブボディのバルブピンに昇降力を提供することによって電源を供給されて回転する管状のロータを備え、そのロータの内周面にはバルブピンの上端が螺結されてロータの正逆回転時に連動されて上下方向へ直線移動を行うパルス信号によって制御されるリニアモータと、
前記マニホールドとリニアモータとの間に備えられて伝熱を遮断する板材状の部材であって、内部には冷却水が循環される冷却水チャンネルを形成された冷却ブロックとを含んで構成されることを特徴とする射出成型機用バルブゲート装置。
前記リニアモータは、ケース及びそのケース内に備えられてコイルが巻線される管状のステータと、該ステータの内周面上へ空隙をおいて回転可能に備えられて内周面には螺旋部を削成された管状のマグネットにてなるロータと、該ロータに一端が連結されてロータの回転量を検出するポテンシオメータとを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の射出成型機用バルブゲート装置。
前記バルブピンは、一端が分割されて断熱カプラーで連結されることを特徴とする請求項１に記載の射出成型機用バルブゲート装置。
前記リニアモータは、冷却水が移動される複数の冷却水チャンネル及びこれらの冷却水チャンネルを伝って冷却水が循環されるように冷却水チャンネルを連結する連結管にてなる冷却水ハウジングによってカバーされることを特徴とする請求項１に記載の射出成型機用バルブゲート装置。