JP2005280263A

JP2005280263A - バルブゲート式金型装置

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Publication number: JP2005280263A
Application number: JP2004101083A
Authority: JP
Inventors: Fujio Murayama; 富士男村山; Susumu Miura; 進三浦; Masahiro Mizusawa; 将浩水澤
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP4343001B2

Abstract

【課題】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ゲート式金型装置を提供する。
【解決手段】材料通路８をキャビティ13に連通させるゲート６を開閉するバルブ装置21を備え、このバルブ装置21は、固定型11の本体部３に形成された孔部４内にこの孔部４の内面との間に隙間25を保持して組み込まれたバルブ本体１を有する。バルブ本体１の外周部のゲート６側と反ゲート６側にヒータ９，９Ａを設けると共に、軸方向中間部に空洞部35を設け、この空洞部35に伝熱体36を設ける。両側にヒータ９，９Ａを外周部に設けたバルブ本体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、中間部の熱が伝導体36から孔部４の内面との間の隙間25に逃げることにより、バルブ本体１の軸方向中間部の温度が低下し、バルブ本体１の材料通路８内の成形材料の温度差が低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば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。

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。

図３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は筒状のバルブケーシングで、このバルブケーシング２は、その図示左側に位置するマニホールド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、バルブケーシング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、バルブケーシング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、図示上下方向に移動してゲートを開閉するバルブピンが設けられる。また、前記バルブケーシング２の外周面には、材料通路８内の樹脂を加熱するヒータ９が設けられているとともに、このヒータ９を外周側から覆う筒状のヒータカバー10が固定されている。前記ヒータ９は、線状ヒータからなり、バルブケーシング２の外周面に巻いてある。そして、ヒータ９は、バルブケーシング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（例えば特許文献１）。

上述したようなバルブゲート式金型装置において、バルブ本体１のバルブケーシング２の温度は、バルブケーシング２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、バルブケーシング２の両端側から熱が伝わること、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、バルブケーシング２が両端部で接触しているため、この接触部を通じてバルブケーシング２から型体の本体部３へ熱が逃げること、などが原因であると考えられる。このような温度の不均一性を解消するため図示のバルブ装置では、前述したようにヒータ９をバルブケーシング２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、温度分布の不均一性が大きいのが現状である。そこで、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も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、その結果、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虞がある、という問題点があった。

そこで、前記バルブ装置（特許文献１）では、バルブ本体の軸方向中間部においてこのバルブ本体と型体との間に伝熱体を設けており、前記伝熱体を通してバルブ本体から型体の本体部へ熱が放熱される。
特開２００２−３３１５５２号公報

上記従来技術のバルブ装置において、ヒータ９をバルブケーシング２の両端側では密に巻き、中間部では粗に巻いた場合、中間部が空洞となり、この空洞が空気断熱層となって材料通路の中間部の温度を十分に下げることができない。一方、バルブ本体の軸方向中間部においてこのバルブ本体と型体との間に伝熱体を設けた場合では、伝熱体を通してバルブ本体から型体の本体部へ熱が放熱されるため、バルブ本体の軸方向中間部の温度が低下し、バルブ本体の材料通路内の成形材料の温度差は低減するが、ヒータの熱を伝熱体によりバルブ体に逃がすから、熱的な損失が発生する。
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ゲート式金型装置を提供することを目的とする。

請求項１のバルブゲート式金型装置は、互いに開閉し型閉時に製品形状の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、このバルブ本体内のバルブケーシングに前記ゲートに通じる材料通路を形成するとともに、前記バルブ本体の外周部にヒータを設けたバルブゲート式金型装置において、前記バルブ本体の外周部のゲート側と反ゲート側に前記ヒータを設けると共に、軸方向中間部に空洞部を設け、この空洞部に伝熱体を設け、この伝熱体と前記孔部の内面との間に隙間を設けたものである。

また、請求項２のバルブゲート式金型装置は、前記伝熱体が筒状をなすものである。

また、請求項３のバルブゲート式金型装置は、前記ヒータ及び伝熱体の外周にヒータカバーを設け、このヒータカバーと前記孔部の内面との間に隙間を設け、前記ヒータカバーに係合する係合部を前記伝熱体に設けたものである。

また、請求項４のバルブゲート式金型装置は、前記伝熱体がプリハードン鋼からなるものである。

請求項１の構成によれば、成形時には、複数の型体を型閉してこれら型体間に製品形状の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、キャビティ内の成形材料が固化した後、型開して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ヒータの加熱により常時溶融状態に保たれる。そして、ヒータを外周部に設けたバルブ本体においては、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、中間部の熱が伝導体から前記孔部の内面との間の隙間に逃げることにより、バルブ本体の軸方向中間部の温度が低下し、バルブ本体の材料通路内の成形材料の温度差が低減する。この場合、伝熱体は型体の本体部に接するものではなく、本体部との間の隙間が断熱層となるから、本体部に不要に熱が逃げることなく、効率のよい加熱を行いながら、材料通路内の成形材料の温度差を低減できる。

また、請求項２の構成によれば、筒状の伝熱体から前記孔部の内面との間の隙間に熱が逃げる。

また、請求項３の構成によれば、ヒータカバーに伝熱体が係合することにより、伝熱体を軸方向に位置決めすることができる。

また、請求項４の構成によれば、プリハードン鋼は、焼入れ処理した鋼材であり、切削加工するだけで熱処理せずに使用できるので、材料費のコストを削減できる。また、プリハードン鋼は、耐熱性に優れ、耐食性に優れたものを用いればさび難く、バルブ本体に用いる伝導体として適する。

本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なるバルブゲート式金型装置を採用することにより、従来にないバルブゲート式金型装置が得られ、そのバルブゲート式金型装置を夫々記述する。

以下、本発明のバルブゲート式金型装置の実施例１について、図１及び図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３と共通する部分については同一符号を付す。同図において、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キャビティ13を形成するものである。固定型11は、金属製の固定側型板３Ａ及び固定側受け板３Ｂからなる本体部３と、この本体部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本体部３との間にはマニホールド14が設けられている。このマニホールド14には、材料通路であるランナー15が内部に形成されており、このランナー15内の成形材料である熱可塑性樹脂は、マニホールド14に設けられた図示していないヒータ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、前記本体部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、前記本体部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、前記キャビティ13に連通するゲート６になっている。

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。前記本体部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の大部分は筒状のバルブケーシング２により構成されているが、このバルブケーシング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14および本体部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14側の端部に形成された段差部22に嵌合している。また、前記バルブケーシング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23に嵌合している。これにより、バルブケーシング２のゲート６側の部分が本体部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本体部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の内面との間に断熱用の隙間24，25が形成されている。この隙間24，25は、前記固定リング７により遮断されており、この固定リング７よりもゲート６側の隙間24は、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、反対側の隙間25は、空気断熱層となる。

また、前記バルブケーシング２の内部は、マニホールド14内のランナー15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15側の端部は屈曲した屈曲部31になっている。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。

また、前記バルブケーシング２の外周面には、バルブケーシング２の軸方向両端側にヒータ９，９Ａが設けられており、これらヒータ９，９Ａの外周側からほぼ円筒状の金属製のヒータカバー10が外嵌し、このヒータカバー10内において前記ヒータ９，９Ａ間には空洞部35が形成される。この空洞部35内にはほぼ円筒状の伝熱体36が設けられ、この伝熱体36の内周が前記バルブケーシング２の外周に接した状態で外嵌し、その伝熱体36の外周にには径大な係合部37が形成されている。前記ヒータカバー10は、ゲート側と反ゲート側とに分割されたゲート側カバー部38と反ゲート側カバー部39とからなり、ゲート側カバー部38の反ゲート側は径大の大きな径大部38Ａが形成され、この径大部38Ａの端部が外嵌する段部39Ａが前記反ゲート側カバー部39の端部に形成され、その段部39Ａに前記径大部38Ａの端部を外嵌してヒータカバー９を組立てた状態で、該ヒータカバー９の軸方向中央側には前記係合部37が嵌入する係合凹部40が形成され、嵌入状態で前記係合部37の外周が前記係合凹部40の内周に接し、また、前記係合部37の軸方向両端側は各カバー部38，39に当接する。

前記伝熱体36は、金属製であって、好ましくは耐食性に優れたプリハードン鋼から形成され、例えばステンレス系プリハードン鋼ＰＳＬ（商品名、日立金属株式会社製）が用いられる。

さらに、図示していないが、前記バルブケーシング２には、ヒータ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、ヒータ９におけるゲート６側の先端部近傍に位置している。尚、ヒータ９，９Ａは、線状のヒータをバルブケーシング２の軸方向両端側では巻きを密にする一方、軸方向中間部では巻きを粗にして構成してもよい。

そして、前記バルブケーシング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51が内蔵されている。このバルブピン51は、ゲート６側の先端部に形成されたゲート閉塞部52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51は、前記型開閉方向を軸方向としており、前記バルブケーシング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51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51は、バルブ本体１におけるマニホールド14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53により支持されている。すなわち、このガイドブッシュ53内をバルブピン51が摺動自在に貫通している。なお、バルブピン51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51は、マニホールド14に形成された通孔54をも貫通している。55は、可動型12の可動側型板であり、この可動側型板55は、前記本体部３とともに製品キャビティ13を形成するものである。なお、図示していないが、前記本体部３や可動側型板55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。

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、バルブピン51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14のランナー15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51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51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14のランナー15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の外周部にあるヒータ９，９Ａの加熱により常時溶融状態に保たれる。

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、本実施例においては、軸方向中間部の空洞部35に伝熱体36を設けたから、この伝導体36によりバルブケーシング２の中間部の熱がヒータカバー10と孔部４の内面との間の隙間25に逃げることにより、バルブ本体１の軸方向中間部の温度が低下し、バルブ本体１の材料通路８内の成形材料の温度差が低減する。また、ヒータ９，９Ａによる直接加熱のみに着目すればバルブケーシング２の軸方向中間部は両端部よりも熱エネルギーが伝わらない傾向を示すことになり、型体の本体部である本体部３にバルブケーシング２が両端部で接触していることに起因する両端部からの放熱が相殺され、結果としてバルブケーシング２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８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。

このように本実施例では、請求項１に対応して、互いに開閉し型閉時に製品形状のキャビティ13を相互間に形成する複数の型体たる固定型11及び可動型12と、この固定型11に設けられた材料通路８をキャビティ13に連通させるゲート６を開閉するバルブ装置21とを備え、このバルブ装置21は、固定型11の本体部３に形成された孔部４内にこの孔部４の内面との間に隙間25を保持して組み込まれたバルブ本体１を有し、このバルブ本体１内のバルブケーシング２にゲート６に通じる材料通路８を形成するとともに、バルブ本体１の外周部にヒータ９，９Ａを設けたバルブゲート式金型装置において、バルブ本体１の外周部のゲート６側と反ゲート６側にヒータ９，９Ａを設けると共に、軸方向中間部に空洞部35を設け、この空洞部35に伝熱体36を設け、この伝熱体36と孔部25の内面との間に隙間25を設けたから、成形時には、固定型11及び可動型12を型閉してこれら固定型11及び可動型12間にキャビティ13を形成するとともにゲート６を開き、材料通路８からゲート６を介してキャビティ13内に成形材料たる溶融樹脂を充填する。ついで、バルブ装置21によりゲート６を閉じ、さらに、キャビティ13内の成形材料が固化した後、型開してキャビティ13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１の材料通路８内の成形材料はヒータ９，９Ａの加熱により常時溶融状態に保たれる。そして、ヒータ９，９Ａを外周部に設けたバルブ本体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、中間部の熱が伝導体36から孔部４の内面との間の隙間25に逃げることにより、バルブ本体１の軸方向中間部の温度が低下し、バルブ本体１の材料通路８内の成形材料の温度差が低減する。この場合、伝熱体36は型体の固定型11の本体部３に接するものではなく、本体部３との間の隙間25が断熱層となるから、本体部３に不要に熱が逃げることなく、効率のよい加熱を行いながら、材料通路８内の成形材料の温度差を低減できる。

また、このように本実施例では、請求項２に対応して、伝熱体36が筒状をなすから、筒状の伝熱体からヒータカバー10を介して孔部４の内面との間の隙間25に熱が逃げる。

また、このように本実施例では、請求項３に対応して、ヒータ９，９Ａ及び伝熱体36の外周にヒータカバー10を設け、このヒータカバー10と孔部４の内面との間に隙間25を設け、ヒータカバー10に係合する係合部37を伝熱体36に設けたから、ヒータカバー10に伝熱体36が係合することにより、伝熱体36のバルブ本体１軸方向の位置決めをすることができる。

また、このように本実施例では、請求項４に対応して、伝熱体36がプリハードン鋼からなるから、プリハードン鋼は、焼入れ処理した鋼材であり、切削加工するだけで熱処理せずに使用できるので、材料費のコストを削減できる。また、プリハードン鋼は、耐熱性に優れ、耐食性に優れたものを用いればさび難く、バルブ本体１に用いる伝導体として適する。

また、実施例上の効果として、ヒータカバー10を複数の分割して筒状の伝熱体36に外嵌するようにしたから、ヒータ９，９Ａ、伝熱体36及びヒータカバー10のバルブケーシング９への組付作業を簡便に行うことができる。

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、伝導体はバルブ本体１の使用温度条件に対応する耐熱性を有するものであれば、各種の材質のものを用いることができる。

本発明の実施例１を示す縦断面図である。同上、伝熱体周りの拡大縦断面図である。従来のバルブゲート式金型装置の縦断面図である。

符号の説明

１バルブ本体
２バルブケーシング
３本体部
４孔部
６ゲート
８材料通路
９，９Ａヒータ
10 ヒータカバー
11 固定型（型体）
12 可動型（型体）
13 キャビティ
21 バルブ装置
25 隙間
35 空洞部
36 伝熱体
37 係合部
51 バルブピン

Claims

互いに開閉し型閉時に製品形状の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、このバルブ本体内のバルブケーシングに前記ゲートに通じる材料通路を形成するとともに、前記バルブ本体の外周部にヒータを設けたバルブゲート式金型装置において、前記バルブ本体の外周部のゲート側と反ゲート側に前記ヒータを設けると共に、軸方向中間部に空洞部を設け、この空洞部に伝熱体を設け、この伝熱体と前記孔部の内面との間に隙間を設けたことを特徴とするバルブゲート式金型装置。
前記伝熱体が筒状をなすことを特徴とする請求項１記載のバルブゲート式金型装置。
前記ヒータ及び伝熱体の外周にヒータカバーを設け、このヒータカバーと前記孔部の内面との間に隙間を設け、前記ヒータカバーに係合する係合部を前記伝熱体に設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のバルブゲート式金型装置。
前記伝熱体がプリハードン鋼からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバルブゲート式金型装置。