JP2009190386A - Valve gate of hot runner mold for injection molding - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a valve gate of a hot runner mold for injection molding.
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。 In the hot runner mold for injection molding, it is assumed that the valve gate can be mechanically operated to open and close the gate. (1) The mold is forcibly cut without waiting for the molten material (resin, metal) to cool and solidify. Opening can shorten the molding cycle. (2) With a multi-cavity mold, either gate is not used (closed) and molding can be done with only the required cavities. (3) One cavity multi-point In the case of a gate, it is used for the purpose of controlling the flow state of the material by changing the opening and closing timing of each gate.
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、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、などの問題点がある。また、上記(1)〜(4)の問題点を解決するものとして、中心軸の周囲に特殊な円環状のシリンダ装置を付ける構造のバルブゲートも知られている。
しかし、これらの構造に共通する問題点として、(5)材料流路をバルブピンが縦断するため、あるいは流路の一部が湾曲しているため、流動抵抗が生じ、流量が制限される、(6)シリンダがヒータの近くに配置されるため,Oリング、パッキンなどの気密部材が熱影響を受けて劣化しやすい、(7)特にエアシリンダでバルブピンを直接作動する場合、一般的なエア供給圧(0.5〜0.8MPa)では、バルブピンの推力を得るために大きなエアシリンダを使う必要がある、などの問題点があった。A general valve gate opens and closes a gate hole by reciprocating a valve pin by an air or hydraulic cylinder. Among them, the most common structure is that a cylinder is disposed directly above the gate hole above the manifold (on the fixed mounting plate side), and the valve pin penetrates the manifold, and the material flow path is coaxially cut. . In this structure, (1) it is necessary to join the material flow path from the side with respect to the axis of the gate, and the gate cannot be arranged on the same axis as the nozzle touch part of the molding machine. There are problems such as necessary, (3) space in the height direction (usually fixed mounting plate thickness), (4) mold assembly and poor maintainability. Further, as a means for solving the problems (1) to (4), a valve gate having a structure in which a special annular cylinder device is provided around a central axis is also known.
However, as a problem common to these structures, (5) since the valve pin vertically cuts through the material flow path or because a part of the flow path is curved, flow resistance is generated, and the flow rate is limited. 6) Since the cylinder is located near the heater, air-tight members such as O-rings and packings are susceptible to deterioration due to heat. (7) General air supply, especially when the valve pin is operated directly by an air cylinder. At a pressure (0.5 to 0.8 MPa), there is a problem that it is necessary to use a large air cylinder to obtain the thrust of the valve pin.
そこで、(5)〜(7)の問題点を解決するため、本発明の出願人が先に特願2006−275789号にて出願したバルブゲートでは、(5)バルブ材料流路が、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、(6)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、(7)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る、という効果が得られた。 Therefore, in order to solve the problems (5) to (7), in the valve gate previously filed in Japanese Patent Application No. 2006-275789 by the applicant of the present invention, (5) the valve material flow path is the valve body. Since it is configured in a substantially straight line except for a part of the tip, the flow resistance is small and the flow rate can be increased. (6) Since the drive means is disposed at a position away from the high temperature main body, Deterioration due to heat can be prevented. (7) Since the structure of driving the valve body by amplifying the thrust of the drive means by screwing the drive screw and transmitting the force, the thrust of the valve body is increased. The effect of being able to be obtained.
その先願発明の実施形態を、図1〜3および図5、6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。
先願発明のバルブゲート10は、本体部11、ノズルタッチ部20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。An embodiment of the prior invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 and FIGS.
In a general hot runner injection mold, a
In the
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、内テーパ部18を形成している。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上にはラックガイド穴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にはヒータ72a、72bが付けられて、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。As for the outer shape of the main body part 11, the upper part is a
A
ラックガイド穴14の内側には、ラック31がしゅう動可能に挿入されている。また、エアシリンダ(駆動手段)30がステー38を介して、固定側受け板5の側面に固定され、ラック31の端に取り付けられたロッドジョイント31aと、シリンダロッド35の端に取り付けられたドライブバー35aとが連結される。そのため、エアシリンダ30の作動に伴って、ラック31がラックガイド14内を往復作動する。
金型が大きく、本体部11から固定側受け板5の側面までの距離が長い場合は、ドライブバー35aを長くする。この距離が長いほど、本体部11をヒータで加熱した時、エアシリンダ30への伝熱が少なく、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。
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、エアシリンダ30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、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た場合は、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。A
When the mold is large and the distance from the main body portion 11 to the side surface of the fixed
The gear of the
When a hydraulic cylinder is used as the driving means instead of the
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。 Further, the
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と外テーパ部46と小径軸44から成っており、外テーパ部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、等分方向に数ヶ所あっても構わない。1ヶ所の場合は、材料の流れ方向が集中するので、材料が樹脂の場合、成形品にウエルドが出にくくなるが、圧力分布が偏る可能性がある。一方、数ヶ所に分けると材料の流れが分流となり、成形品にウエルドが発生する原因となりうるが、流動バランスの点では、全方向への流れの均一化が図れると考えられる。
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、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。Next, the
The
For the purpose of constituting the flow path, the
A
The drive
The
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の底部にスラストベアリング34aを置く。次に、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に挿入し、スラストベアリング34aの上に置く。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。
さらに、ピニオンギヤの上にもう1つのスラストベアリング34bを置く。スラストベアリング34a、34bによって、ピニオンギヤ32の回転摩擦を低減することができる。Next, the assembly structure will be described together with the assembly procedure.
First, the thrust bearing 34 a is placed at the bottom of the pinion
Further, the rotation of the
Further, another
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。
先願発明の実施例ではシリンダストロークScが40mm、バルブストロークSvが6mm、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のピッチが設定されている。ギヤおよびネジでの駆動力の変換効率が100%ならば、バルブ体41の推力は、エアシリンダ30の推力に対してストローク比Rの逆数倍、すなわち、この例では6.7倍に増幅されることになるが、現実的には変換効率ηを45%と仮定し、増幅率は約3倍と考えられる。At this time, the small-
Next, when the
Thus, when the
In the embodiment of the prior invention, the pitch circle diameter and the number of teeth of the
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、ビニオンギヤ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。Next, the upper structure of the main body 11 will be described. The
The inner diameter of the
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。A
Further, the peripheral portion of the
以上が、先願発明の実施形態の説明である。なお、この実施形態は、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の説明であるが、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り、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。
また、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。The above is description of embodiment of prior invention. In this embodiment, the gate is coaxial with the nozzle touch portion, that is, a case where one valve gate is arranged at the mold center, but a plurality of gates are arranged under the manifold and used for a multipoint gate. In this case, the
Moreover, it is not limited to the valve gate for metal mold | dies, For example, it can also be used as a shut-off valve for the nozzle of an injection molding machine.
先願発明のバルブゲートの実施例では、駆動手段としてエアシリンダまたは油圧シリンダを使用しているが、エアシリンダや油圧シリンダの作動特性は、後退限と前進限の2つの位置を往復するのみである。すなわち、エアまたは油圧がピストンの後ろ側のポートに供給されるか、前側のポートに供給されるかによって、ピストンが強制的に止められる位置まで作動するにすぎない。また、作動の力はエア圧または油圧の大きさによって、作動速度はエアまたは油圧源の供給量および配管の絞りによって決まり、一回の作動の途中に力、速度を自在に変化させることができない。
その作動特性のため、以下のような課題が生ずる。In the valve gate embodiment of the invention of the prior application, an air cylinder or a hydraulic cylinder is used as the driving means. However, the operating characteristics of the air cylinder and the hydraulic cylinder only reciprocate between two positions, the backward limit and the forward limit. is there. That is, it only operates to a position where the piston is forcibly stopped depending on whether air or hydraulic pressure is supplied to the rear port or the front port of the piston. The operating force is determined by the size of air pressure or hydraulic pressure, the operating speed is determined by the supply amount of the air or hydraulic source and the throttle of the pipe, and the force and speed cannot be changed freely during one operation. .
Due to its operating characteristics, the following problems arise.
(1)シリンダロッド35の前進後退方向とバルブ体41の上下作動方向の関係は、シリンダロッド35前進時にバルブ体41が下降し、バルブ閉となるようにされている。
ところで、バルブ閉位置を微調整する必要が生じる場合がある。例えば、ピニオンギヤ32を本体部11に組付け、ラック31の歯に噛み合わせる際、一歯ずれると、バルブ体高さは約0.5mm動く。また、使用温度(樹脂成形では約200〜300℃)でのバルブ体41と周囲との熱膨張差により、段差が生じ得る。また、ゲートカットの高さは、成形品の面と同一であるのがよい場合と、若干凹または凸にするのがよい場合とがある。あるいは、長期間の使用後、ゲート先端が摩耗して寸法変化する場合も考えられる。
このような目的で、バルブ閉位置を所望の位置に微調整するため、本体部11にストッパホルダ36を設け、ストッパボルト37を調整することにより、シリンダロッド35の前進限を規制することができる。ところが、ストッパボルト37による調整は、バルブゲート10を金型に組付ける前に行わなければならず、成形途中で、金型の外から調整することができない。(1) The relationship between the forward / backward direction of the
Incidentally, it may be necessary to finely adjust the valve closing position. For example, when the
For this purpose, in order to finely adjust the valve closing position to a desired position, a
(2)課題(1)とは逆に、シリンダロッド35後退時にはバルブ体41が上昇し、バルブ開となるが、シリンダロッド35の後退限、すなわちバルブ開位置を調整する構造は設けられていない。バルブ開位置を調整することは、最大流路面積を変化させ、特に、多点ゲートでゲートごとの流量を調整したい場合に有効と考えられるが、先願発明の実施例では、それができない。 (2) Contrary to the problem (1), when the
(3)バルブが開位置から閉位置に移行する過程のゲート穴15付近の詳細図を図4(a)〜(d)に示す。(a)は全開、(b)は半開状態、(c)は閉状態に移る遷移点、(d)は閉状態である。
本体部11の下端部の内側形状において、バルブガイド穴17からゲート穴15の間は内テーパ部18である。一方、バルブ体41の下端形状は、外テーパ部46と小径軸44から成っている。バルブ体41の連通穴43から流出した溶融材料は、内テーパ部18と外テーパ部46にはさまれた空間Rmに溜まる。(a)は、バルブストロークSvだけ開いた状態である。(a)から(b)に移るに従い、空間Rmの容積は減少するが、溜まっていた材料は、ゲート穴15からキャビティ3に流入する。
(c)は、ゲート穴15のシール長Kだけ開いた状態であり、この位置より下ではゲート穴15がふさがるため、(c)から(d)の間、空間Rmの容積減少分の溶融材料は、連通穴43から流路穴42に逆流するか、空間Rm内で圧縮すると考えられる。そのため、バルブ体41の下降作動に対して抵抗力が生ずる可能性がある。また、特に粘度の高い樹脂材料の場合、(a)から(b)の間でも、バルブ体の下降速度が速いと、ゲート穴15への流入が追いつかず、材料の一部が連通穴43から流路穴42に逆流するか、空間Rm内で圧縮し、バルブ体41の下降作動に対して抵抗力が生じる可能性が考えられる。
溶融材料の急激な圧縮は物性を変性させるかもしれず、バルブ体41の作動抵抗はゲートシール力を低減させるため望ましくない。そこで、閉じる段階に応じてバルブ作動速度を変化させ、例えば、圧縮が生じる部分で速度を落とすような制御ができれば、急激な圧縮を避けることができ、作動抵抗を最小限に抑えられる可能性があるが、エアシリンダや油圧シリンダでは、それができない。(3) Detailed views of the vicinity of the
In the inner shape of the lower end portion of the main body portion 11, an interval between the
(C) is a state in which the
Rapid compression of the molten material may denature the physical properties, and the operating resistance of the
さらに、数式と数値例を適用して説明する。図4において、
φD1(バルブ体41の大径部45の外径=バルブガイド穴17の内径)=φ16mm
φD2(流路穴42の内径)=φ8mm
φG(ゲート穴15の内径)=φ5mm
のとき、バルブ体41が下がる(バルブが閉まる)のに抵抗する力の受圧面積は、
Av(バルブ体の受圧面積)=(π/4)×(φD12−φD22)≒150mm2
Ag(ゲートの受圧面積)=(π/4)×φG22≒20mm2
Am(空間Rmの受圧面積)=Av−Ag=130mm2
と計算できる。なお、Av、Amについては、φD2の面積分は、バルブ体41を下げるのを助けると考えて差し引く。
空間Rmの内圧をPm、キャビティ3からゲート穴15にかかる内圧をPgとすると、バルブ体41を下げるのに抵抗する抗力Fmは、
(a)〜(c)のとき(Pm=Pgと仮定)、
Fm = Pg × Av
(c)〜(d)のとき、空間Rmの容積減少分の材料が流路穴42に逆流可能であれば、
Fm = Pg × Ag
であるが、逆流できず、空間Rm内で圧縮されて内圧が上昇する場合には、
Fm = Pm × Am + Pg × Ag
となる。一方、バルブ体41の推力Fvは、エアシリンダ30の推力Fh、変換効率ηによって決まり、バルブ体41を下げる(バルブを閉じる)ための条件は、
Fv = Fh ×6.7× η > Fm
となる。
エアシリンダのボア径φ63mm、エア圧0.5MPa、変換効率ηが45%のとき、Fvは約4650Nであり、受圧面積Av(150mm2)に対してPgが約30MPa以下、受圧面積Ag(20mm2)に対してPgが約230MPa以下(流路穴への逆流が可能とする)の場合にバルブを閉じることができると考えられる。
例えば、樹脂材料PP(ポリプロピレン)の成形にて充填時のPgが50〜60MPa程度、保圧後のPgが20MPaの場合、保圧後にバルブを閉じるならば、この数値例で充分に余裕があると言える。Further, explanation will be made by applying mathematical formulas and numerical examples. In FIG.
φD1 (the outer diameter of the
φD2 (inner diameter of flow path hole 42) = φ8 mm
φG (inner diameter of gate hole 15) = φ5 mm
In this case, the pressure receiving area of the force that resists the
Av (pressure receiving area of the valve body) = (π / 4) × (φD1 2 −φD2 2 ) ≈150 mm 2
Ag (gate pressure receiving area) = (π / 4) × φG2 2 ≈20 mm 2
Am (pressure receiving area of space Rm) = Av−Ag = 130 mm 2
Can be calculated. For Av and Am, the area of φD2 is deducted on the assumption that it helps to lower the
When the internal pressure of the space Rm is Pm and the internal pressure applied from the
When (a) to (c) (assuming Pm = Pg),
Fm = Pg × Av
In the case of (c) to (d), if the material corresponding to the volume reduction of the space Rm can flow back to the
Fm = Pg × Ag
However, when backflow is not possible and the internal pressure rises due to compression in the space Rm,
Fm = Pm × Am + Pg × Ag
It becomes. On the other hand, the thrust Fv of the
Fv = Fh × 6.7 × η> Fm
It becomes.
When the bore diameter of the air cylinder is 63 mm, the air pressure is 0.5 MPa, and the conversion efficiency η is 45%, Fv is about 4650 N, Pg is about 30 MPa or less with respect to the pressure receiving area Av (150 mm 2 ), and the pressure receiving area Ag (20 mm) For 2 ), it is considered that the valve can be closed when Pg is about 230 MPa or less (reverse flow to the channel hole is possible).
For example, if the Pg at the time of filling is about 50 to 60 MPa and the Pg after holding pressure is 20 MPa in the molding of the resin material PP (polypropylene), if the valve is closed after holding pressure, this numerical example has a sufficient margin. It can be said.
(4)課題(3)の考察は、材料が充分に溶融した状態であることを想定しているが、実際には、バルブゲート下端部の温度と金型温度とのバランスにより、材料の充填と併行して、冷却固化が進行する可能性も考慮しなければならない。バルブゲートのヒータ設定温度や金型温度が適正温度よりも低い場合、冷却が早いと図4(c)〜(d)の段階で、もしくは、さらに冷却が早いと(b)〜(c)の段階でも、流路内の材料が固化または半固化する可能性がある。材料粘度が増加することにより、バルブを閉じるための推力が、下述の数式による計算値以上に必要になる可能性がある。
また、先端が固化材料に当たった状態でバルブ体41を無理に作動させようとすると、駆動部に負荷がかかって、ピニオンギヤ32の駆動メネジ33などの部位が破損するおそれがある。それを防ぐためには、駆動部への過負荷を検出する手段を設け、動力源を停止させることが有効な方法であると考えられる。しかし、エアシリンダや油圧シリンダでは、それができない。(4) Consideration of the problem (3) assumes that the material is in a sufficiently molten state, but in reality, the filling of the material depends on the balance between the temperature at the lower end of the valve gate and the mold temperature. At the same time, the possibility of cooling and solidification must also be considered. When the heater set temperature of the valve gate or the mold temperature is lower than the appropriate temperature, if the cooling is fast, the stage of FIG. 4 (c) to (d), or if the cooling is faster, (b) to (c) Even at the stage, the material in the flow path may solidify or semi-solidify. As the material viscosity increases, the thrust to close the valve may be more than the value calculated by the formula below.
Further, if the
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電動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。
そして、前記電動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。The valve gate according to
And a flow path hole formed from the upper end surface to immediately before the lower end along the central axis of the valve body, and one or more communication holes communicating with the flow path hole from a side surface near the lower end of the valve body. The upper end of the flow path hole is connected to the material flow path inlet, the communication hole is formed to be connected to the gate hole, and the valve body is moved up and down along the central axis by the drive means, When operated, the gate hole is opened, and when operated downward, a small-diameter shaft formed at the center of the lower end of the valve body blocks the gate hole.
Then, the rack connected to the electric drive means reciprocates in the horizontal direction, the pinion gear meshing with the rack rotates in the horizontal direction, and the drive female screw formed on the inner periphery of the pinion gear does not rotate by itself. The valve body is configured to operate in the vertical direction by being screwed into a drive male screw formed on the outer periphery of the valve body.
請求項2のバルブゲートは、前記電動駆動手段として、サーボモータおよびボールネジを組み合わせた駆動装置、もしくは、一体型の電動シリンダを用いて構成されている。 A valve gate according to a second aspect of the present invention is configured by using a driving device combining a servo motor and a ball screw, or an integrated electric cylinder as the electric driving means.
この発明によるバルブゲートは、先願発明のバルブゲートの課題を解決し、以下のような効果を生む。
(1)電動駆動手段の前進限を位置決めすることにより、金型を−旦組付けた後でも、金型を分解することなく、ゲートカット高さを調整することができる。また、先願発明のストッパボルト37が不要となり、バルブゲート組込み穴9を小さくすることができる。
(2)電動駆動手段の後退限を位置決めすることにより、バルブ開位置を調整することができ、特に多点ゲートでゲートごとの流量を調整したい場合に有効である。
(3)電動駆動手段の作動速度を、例えば、バルブ開状態から閉状態への作動初動時は低速、途中は高速、最後は再び低速、というように段階的に変化させることができる。それにより、バルブゲート先端内部の材料が急激に圧縮され、内圧が上昇するのを防止することができる。
(4)ゲート穴内の材料が早く冷却固化するなどして、バルブ体41が正常に作動できなくなった場合に、過負荷を検出し、駆動を停止することにより、駆動部分の破損を防止することができる。The valve gate according to the present invention solves the problems of the valve gate of the prior invention and produces the following effects.
(1) By positioning the forward limit of the electric drive means, the gate cut height can be adjusted without disassembling the mold even after the mold is assembled. Further, the
(2) The valve opening position can be adjusted by positioning the retracting limit of the electric drive means, which is particularly effective when the flow rate for each gate is to be adjusted with a multipoint gate.
(3) The operating speed of the electric drive means can be changed stepwise, for example, a low speed at the initial operation from the valve open state to the closed state, a high speed in the middle, and a low speed at the end. Thereby, it is possible to prevent the material inside the valve gate tip from being rapidly compressed and the internal pressure from rising.
(4) When the material in the gate hole cools and solidifies quickly, and the
実施例1は、電動駆動手段として、サーボモータおよびボールネジを組み合わせた駆動装置を用いるものであり、図7、8に装置の一例を示す。
ボールネジ111の軸の固定側(図の右側)は、サポートブロック113に回転可能に挿入されてナット114で抜け止めされており、サポートブロック113は、ベース118に固定されている。一方、支持側はベアリング115に回転可能に挿入されて、支持されている。ボールネジ111の可動部111aにはテーブル116が取り付けられており、テーブル116はベース118上のスライドガイド117に案内されて直動する。
ボールネジ111の軸の固定側は、またカップリング112を介して、サーボモータ101のロッドに接続されている。サーボモータ101には、アンプ102、コントローラ103が結線されている。制御プログラムによって、サーボモータ101が所定の速度で、所定の変位量まで回転することにより、ボールネジ111が回転し、テーブル116が所定の速度で、所定の距離を動く。
テーブル116には、ドライブバー35aが固定されており、装置を金型に取り付けたとき、ドライブバー35aと、ラック31の端に取り付けられたロッドジョイント31aとを連結することにより、テーブル116の作動と連動してラック31を作動させる。
実施例1の電動駆動装置を取り付けたバルブゲートの作動については、次の実施例2の作動例の説明に準ずるものである。In the first embodiment, a drive device in which a servo motor and a ball screw are combined is used as the electric drive means, and an example of the device is shown in FIGS.
The fixed side (right side in the figure) of the shaft of the
The fixed side of the shaft of the
A
About the action | operation of the valve gate which attached the electric drive device of Example 1, it applies to description of the example of operation of the following Example 2. FIG.
次に、実施例2は、電動駆動手段として、一体型の電動シリンダを用いるものであり、実施例1に比べて全体のサイズが小さくできる。市販されている一体型電動シリンダは、メーカーによって、メカシリンダ、ロボシリンダと呼ばれるものもあるが、基本的には、図9に示すように、電動シリンダ121、アンプ122、コントローラ123によって構成されており、制御プログラムによって、位置決め、速度変更が可能である。
例えば、下記仕様の電動シリンダを適用例として選定する。
ストローク:50mm
最大推力:400N
最大速度:200mm/s
一般的には、電動シリンダの推力はエアや油圧のシリンダよりも弱い。なお、速度と推力の関係は図10のようであるので、推力を必要とする場合は低速、推力をあまり必要としない場合は高速に切り替え、効率的に作動させることが望ましい。Next, the second embodiment uses an integrated electric cylinder as the electric drive means, and the overall size can be reduced as compared with the first embodiment. Some integrated electric cylinders on the market are called mechanical cylinders or robo cylinders depending on the manufacturer, but basically they are composed of an
For example, an electric cylinder having the following specifications is selected as an application example.
Stroke: 50mm
Maximum thrust: 400N
Maximum speed: 200mm / s
In general, the thrust of an electric cylinder is weaker than that of an air or hydraulic cylinder. Since the relationship between the speed and the thrust is as shown in FIG. 10, it is desirable that the speed is switched to a low speed when the thrust is required and the speed is switched to a high speed when the thrust is not so required.
図11、12は、先願発明の実施形態を示す図1、2に対し、駆動手段を、本発明の実施例2の電動シリンダに変更したものである。
電動シリンダ121は、ステー38を介して固定側受け板5の側面に固定され、ロッドジョイント31aと、電動シリンダロッド125の端に取り付けられたドライブバー35aとを連結することにより、ラック31を駆動する。電動シリンダロッド125の前進限を電気的に位置決めすることにより、先願発明のストッパボルト37は不要である。
それ以外の構造的は、先願発明の実施形態と同じである。In FIGS. 11 and 12, the driving means is changed to the electric cylinder according to the second embodiment of the present invention as compared with FIGS. 1 and 2 showing the embodiment of the invention of the prior application.
The
Other structural aspects are the same as those of the embodiment of the prior invention.
次に、実施例2のバルブゲートの作動例を説明する。なお、説明中の数値を実施例2の数値にて例示する以外は、実施例1についても同様に説明できる。
まず、図11のように、バルブゲートが金型センタに配置されている例では、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、(図示しない)別の例では、マニホールドブロックの下にバルブゲートを1箇所または複数箇所配置してもよく、その場合には、フランジプレート23のノズルタッチ部20がマニホールドブロックの流路穴との接続形状に変わる。
また、成形時以外は、バルブゲート10のバルブを閉じておく。射出成形を始める前に、バルブを閉じた状態で、カートリッジヒータ71、ヒータ72a、72bに通電して本体部11を加熱し、材料流路50内の材料を溶融する。溶融材料が樹脂の場合には、加熱温度は、約200〜300℃である。Next, an operation example of the valve gate according to the second embodiment will be described. In addition, Example 1 can be described similarly except that the numerical value in the description is exemplified by the numerical value of Example 2.
First, as shown in FIG. 11, in the example in which the valve gate is disposed at the mold center, the injection
Further, the valve of the
射出成形を始めるときは、成形機から射出開始の信号を電動シリンダ121のコントローラ123に送ると、電動シリンダロッド125が後退限に戻り、バルブ開状態となる。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。このとき、電動シリンダロッド125の後退限を位置決めしてバルブ開位置を調整することにより、材料の流量制御が図れる。特に多点ゲートの場合には、ゲートごとの流量を調整するのに有効である。 When injection molding is started, when an injection start signal is sent from the molding machine to the
続いて、射出開始信号から所定時間経過後、電動シリンダロッド125を所定の速度で、所定の変位量作動させることにより、バルブゲート10のバルブ体41を閉位置まで作動させると、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、ゲートカットする。このとき、ゲートカットの高さは、成形品の面と同一であるのがよい場合と、若干凹または凸にするのがよい場合とがあるが、成形品を見ながら、電動シリンダロッド125の前進限を位置決めしてバルブ閉位置を調整することにより、金型を分解しなくても、簡単にゲートカット高さを調整することができる。また、バルブ先端が摩耗した場合なども同様に調整できる。 Subsequently, after a predetermined time has elapsed from the injection start signal, when the
さらに、バルブ開状態から閉状態への作動の詳細を、図4、図10を参照し、先願発明の課題(3)の考察で引用した数式、および電動シリンダの数値例を適用して説明する。なお、ギヤの変換効率ηは45%、増幅率は約3倍と仮定する。
1.材料がキャビティ3に充填完了後、図4(a)の状態で、キャビティ3の内圧Pgが5MPa以下まで下がったとき、バルブを閉じるのに抵抗する抗力Fmは、受圧面積Av(150mm2)に対し750N以下となる。電動シリンダ121の速度を50mm/sとし、推力Fh=250Nを得ると、バルブ体41の推力Fvは、約3倍の750Nとなるから、バルブ体41を下げることができる。
ただし、シリンダ径φ63のエアシリンダが内圧Pg約30MPaでもバルブが動くのに対し、内圧Pgが約5MPa以下にならないと動かない点は、不利だと言える。
2.作動中に空間Rmの内圧Pmが1MPaまで下がると仮定すると、抗力Fmは、受圧面積Av(150mm2)に対し150Nまで下がる。すると、電動シリンダ121の速度を高速の150〜200mm/sとし、シリンダ推力Fh=50N、バルブ体の推力Fv=150Nの条件にしてもバルブ体41を動かすことができる。
3.バルブを閉じる瞬間(図4(c))から受圧面積はAg(20mm2)に変わるので、空間Rmの内圧Pmが1MPaのとき、抗力Fmは20Nに下がり、対するシリンダ推力Fh=50N、バルブ体の推力Fv=150Nは充分に強くなる。しかし、空間Rmの容積減少分の材料が、連通穴43から流路穴42に充分に逆流できない場合には、空間Rm内で圧縮され、内圧が上がり、抵抗力が増す。また、急激な圧縮による材料物性の変性を避けるためにも、ゆっくり動かす方が望ましいと考えられる。そのため、図4(c)から(d)(全閉状態)の間は、電動シリンダ121を低速、高推力で作動させるのがよい。
4.次ショットの射出前に閉状態から開状態に戻すときは、負荷がかからないので、高速で作動させればよい。Further, the details of the operation from the valve open state to the closed state will be described with reference to FIGS. 4 and 10 by applying the numerical formula cited in the consideration of the problem (3) of the prior invention and the numerical example of the electric cylinder. To do. It is assumed that the gear conversion efficiency η is 45% and the amplification factor is about 3 times.
1. When the internal pressure Pg of the
However, it can be said that it is disadvantageous that an air cylinder having a cylinder diameter φ63 moves even when the internal pressure Pg is about 30 MPa, whereas the valve does not move unless the internal pressure Pg is about 5 MPa or less.
2. Assuming that the internal pressure Pm of the space Rm drops to 1 MPa during operation, the drag Fm drops to 150 N with respect to the pressure receiving area Av (150 mm 2 ). Then, the speed of the
3. Since the pressure receiving area changes to Ag (20 mm 2 ) from the moment when the valve is closed (FIG. 4C), when the internal pressure Pm of the space Rm is 1 MPa, the drag Fm decreases to 20 N, and the cylinder thrust Fh = 50 N against the valve body The thrust Fv = 150N is sufficiently strong. However, when the material corresponding to the volume reduction of the space Rm cannot sufficiently flow backward from the
4). When returning from the closed state to the open state before the next shot is ejected, no load is applied, and therefore, it may be operated at a high speed.
なお、バルブゲートが複数ある(多点ゲートの)場合には、閉作動のタイミングは同時である必要はなく、ゲートごとにタイミングをずらして、樹脂成形でのウエルド位置を動かすなどの目的に利用できる。 When there are multiple valve gates (multi-point gates), the timing of closing operation does not need to be the same, but it is used for the purpose of moving the weld position in resin molding by shifting the timing for each gate. it can.
また、バルブゲート10のヒータ設定温度や金型温度が適正温度より低いなどの理由で、ゲート穴内の材料が早く冷却固化するなどして、バルブ体41が正常に作動できなくなった場合でも、電動シリンダ121には過負荷に対する保護機能があるため、駆動を停止することにより、駆動部分の破損を防止することができる。 In addition, even if the
3 キャビティ
9 バルブゲート組込み穴
10 バルブゲート
11 本体部
15 ゲート穴
17 バルブガイド穴
18 内テーパ部
30 エアシリンダ(駆動手段)
31 ラック
31a ロッドジョイント
32 ピニオンギヤ
33 駆動メネジ
35 シリンダロッド
35a ドライブバー
37 ストッパボルト
41 バルブ体
42 流路穴
43 連通穴
44 小径軸
45 大径軸
46 外テーパ部
47 駆動オネジ
50 材料流路
101 サーボモータ
111 ボールネジ
121 電動シリンダ
125 電動シリンダロッド3 Cavity 9 Valve
31
Claims (2)
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おり、
前記電動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射出成形用ホットランナ金型のバルブゲート。A valve gate for use in a hot runner mold for injection molding, a material flow passage inlet communicating with an injection molding machine nozzle, and a body portion having a gate hole facing the mold cavity, and coaxial with the gate hole A valve body that operates to open and close the gate hole, and electric drive means for driving the valve body,
A flow path hole formed from the upper end surface to immediately before the lower end along the central axis of the valve body, and one or more communication holes communicating with the flow path hole from a side surface near the lower end of the valve body, The upper end of the channel hole is connected to the material channel inlet, and the communication hole is formed to be connected to the gate hole,
The valve body is moved up and down along the central axis by the driving means, and when operated upward, the gate hole is opened. When operated downward, the valve body is formed at the center of the lower end of the valve body. The small diameter shaft is configured to block the gate hole,
The valve connected to the electric drive means reciprocates in the horizontal direction, a pinion gear meshing with the rack rotates in the horizontal direction, and the drive female screw formed on the inner periphery of the pinion gear does not rotate by itself. A valve gate of a hot runner mold for injection molding, wherein the valve body is configured to operate in the vertical direction by being screwed into a drive male screw formed on the outer periphery of the body.
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