JP2010052376A - バルブゲート構造 - Google Patents

Abstract

【課題】射出成形品の成形精度を向上する射出用バルブのバルブゲート構造を提供する。
【解決手段】先端部４２がキャビティ３に露出しつつバルブ１００の内部に固定されたセンターピン４と、センターピン４を収容するバルブ本体１と、先端部４２の外周部４１を囲みつつバルブ本体１の内周部１１に固定されたバルブチップ５と、センターピン４に沿って摺動可能なスリーブピン６と、バルブ本体１とスリーブピン６との間の貯留部８と、貯留部８の外周部に配置したヒータ７とを備え、スリーブピン６は、先端部６１がバルブチップ５から離間して貯留部８とキャビティ３とを連通する開状態と、バルブチップ５と当接してその連通を遮断する閉状態との間で変位可能で、ヒータ７のキャビティ３の側の端部７１が、スリーブピン６が閉状態にあるときの貯留部８のキャビティ３の側の端部よりキャビティ３の側にあるよう構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャビティ内に溶融樹脂を射出する射出用バルブのバルブゲート構造に関する。

従来、射出口から溶融樹脂を射出する射出成形機において、溶融樹脂を射出するためのバルブと、バルブ内の溶融樹脂を加熱するためのヒータと、バルブの中心に挿入されると共にその外周面とバルブの先端との間で射出口を形成するセンターコアピンと、このセンターコアピンの外周面に沿って摺動すると共にその先端部が射出口に位置した時にその先端部の外周面が樹脂の流れを止めるリングゲートとから構成されるバルブゲート装置があった。このバルブゲート装置において、センターコアピンの外周面には、射出口の近傍からリングゲートの後退位置までの間に固化層剥離防止用溝部が設けられていた（特許文献１参照）。

上述の技術によると、リングゲートから奥まった固化層剥離防止用溝部にスキン状の固化層が形成される。このため、リングゲートを射出成形のために摺動させても、固化層が削り取られることがなく、固化層がキャビティ内に混入して成形不良の発生を未然に防止できた。

また、ホットランナー及びこれにつながるゲートを通して射出形成に係わる材料をキャビティ内に注入して成形品を射出成形するに当たり、成形品の端面に相当する領域をゲートとして、そこから材料をキャビティ内に注入する射出成形方法があった（特許文献２参照）。

上述の技術によると、成形品の端面に相当する領域をゲートとして、キャビティ内に材料を供給するため、ランナーを簡素化することができた。また、成形品の端面をパーティングラインと一致させることができるため、バリが生じにくく材料の歩溜りの改善に有利で、寸法精度の安定化を図ることができた。

さらに、型体の組込孔に組込まれると共に材料通路を内部に形成したバルブケーシングと、このバルブケーシングに設けられたヒータと、バルブケーシングの内部に設けられゲートを開閉するバルブピンとを備えたバルブゲート式金型装置があった。この装置は、バルブケーシングの先端部と型体の組込孔のゲート側先端部との間の隙間に嵌合された断熱封止部材を備えており、この断熱封止部材は、バルブケーシングの先端よりもゲート側に突出し、バルブピンに周面が近接対向するバルブピン通孔を有していた（特許文献３参照）。

上述の技術によると、バルブケーシングの先端部と組込孔のゲート側の先端部との隙間のほぼ全体を断熱封止部材で埋めているため、その隙間に溜まる材料の量を抑えることができた。よって、色替えなどに際して、材料通路の材料を速やかに、かつ、残留させることなく確実に除去し、次の成形材料に置換することができた。

特開平１１−１７０３０８ 特開２００３−１１１７１ 特開平１１−２５４４８８

しかし、上述の技術では、射出口が閉塞されているときに、ヒータのうちキャビティの側の端部よりもキャビティの側に溶融樹脂が滞留する空間、例えば、前記固化層剥離防止用溝部などがある。このため、溶融樹脂がその空間に滞留し、固化したり、溶融状態を保つための適正温度より低い温度に長時間晒され劣化することがあった。よって、その劣化樹脂や固化樹脂が次ショット以降の溶融樹脂に混入し、成形品の形状、外観、重量などの成形精度が低下することがあった。

また、特に特許文献３に記載の発明においては、ヒータはゲートから離れて設けられているうえに、ゲートとヒータとの間には断熱封止部材が設けられている。このため、ヒータからの熱はゲート付近には伝わりにくく、ゲートを通過する際に、溶融樹脂は型体に熱を奪われるという問題があった。

本発明は上記実情に鑑み、射出成形品の成形精度を向上させる射出用バルブのバルブゲート構造を提供することを目的とする。

（第１特徴構成）
本発明に係るバルブゲート構造の特徴構成は、金型内のキャビティ内に溶融樹脂を射出するバルブのバルブゲート構造であって、先端部が前記キャビティに露出した状態で前記バルブ内に固定されたセンターピンと、前記センターピンを収容するバルブ本体と、前記センターピンの前記先端部の外周部を囲みつつ前記バルブ本体のキャビティの側の内周部に固定されたバルブチップと、前記センターピンに外挿され、前記センターピンに沿って摺動可能なスリーブピンと、前記バルブ本体と前記スリーブピンとの間の空間に形成された前記溶融樹脂の貯留部と、前記貯留部の外周部に配置されたヒータとを備え、前記スリーブピンは、その先端部が前記バルブチップから離間して前記貯留部と前記キャビティとを連通する開状態と、前記先端部が前記バルブチップと当接して前記貯留部と前記キャビティとの連通を遮断する閉状態との間で変位可能であり、前記ヒータのうち前記キャビティの側の端部が、前記スリーブピンが閉状態にあるときの前記貯留部の前記キャビティの側の端部に対して、より前記キャビティの側に位置するように構成されていることにある。

本構成によると、スリーブピンが閉状態にあるとき、ヒータのキャビティの側の端部よりもキャビティの側には、溶融樹脂が滞留する空間が形成されない。よって、溶融樹脂が滞留して劣化したり固化することがなく、劣化樹脂や固化樹脂が次ショット以降の溶融樹脂へ混入するおそれがない。したがって、外観が美しく、寸法精度、製品強度及び重量精度が高い成形品を得ることができる。また、固化樹脂が貯留部とキャビティの連通を塞ぐおそれがないため、安定した射出を実現できる。

本構成によると、スリーブピンが閉状態にあるとき、貯留部のキャビティの側の端部にある溶融樹脂はヒータによって確実に加熱される。このため、溶融樹脂は適正な溶融状態を維持できる。したがって、スリーブピンを開状態として次ショットを行う際にも、円滑な溶融樹脂の射出が可能となる。

また、ヒータのキャビティの側の端部よりもキャビティの側には、前ショット以前の溶融樹脂が滞留する空間がないため、樹脂の種類や色を変更する際の樹脂の除去作業の作業効率が良くなる。

（第２特徴構成）
本発明に係るバルブゲート構造の特徴構成は、前記バルブチップが前記バルブのキャビティの側の先端部を構成しつつ前記キャビティに露出するよう配置されていると共に、前記ヒータが前記バルブチップ近傍に設けられていることにある。

本構成によると、ヒータがバルブチップの近傍に配置されている。このため、溶融樹脂がバルブチップを通過してキャビティ内に射出される直前まで、その溶融樹脂を加熱することができる。よって、溶融樹脂は適正な溶融状態にてキャビティ内に射出される。したがって、円滑な射出が可能となると共に、成形精度の向上を図ることができる。近傍とは、バルブチップの径方向に近いという意味であり、例えば、バルブチップとヒータとの距離がバルブチップの径方向の厚みよりも小さい場合のことをいう。

（第３特徴構成）
本発明に係るバルブゲート構造の特徴構成は、前記ヒータが前記貯留部を包持するよう配置されていることにある。

本構成によると、ヒータが貯留部を包み込んでいるため、溶融樹脂を均一に加熱することができる。したがって、効率良く確実に溶融樹脂を加熱することができる。

（第４特徴構成）
本発明に係るバルブゲート構造の特徴構成は、前記バルブチップと前記金型との境界部の一部に空間が設けられていることにある。

本構成によると、バルブチップと金型との境界部の一部に空間が設けられているため、その空間が断熱層の役割をなし、キャビティを構成する部材によってバルブ本体及びバルブチップが冷却されるのを抑制できる。このため、溶融樹脂は、バルブチップを通過してキャビティ内へ射出される直前まで適正な溶融状態を維持できる。したがって、円滑な溶融樹脂の射出を行うことができる。

（第５特徴構成）
本発明に係るバルブゲート構造の特徴構成は、前記バルブ本体と前記金型とが離隔して配設されることにある。

本構成によると、バルブ本体と前記金型が離隔して配設されているので、ヒータの熱が金型に奪われない。このため、ヒータの熱をバルブチップに効率的に供給することができ、バルブ内の樹脂を適正な溶融状態に保持できる。

本発明のバルブゲート構造の実施形態を図面に基づいて説明する。

（全体概要）
射出用のバルブ１００のバルブゲート２は、図１に示すごとく、バルブ本体１、センターピン４と、バルブチップ５と、スリーブピン６と、ヒータ７とから構成されている。バルブ本体１は中空の円筒形状をなし、その中空部１５に円柱状のセンターピン４が挿入固定されている。スリーブピン６は円筒形状であり、センターピン４に沿って摺動可能なようセンターピン４に外装されている。バルブチップ５は環状形状をなし、センターピン４の先端部４２の外周部４１を囲むようバルブ本体１のキャビティ３の側の内周部１１に固定されている。

また、バルブ本体１とスリーブピン６との間の空間が、溶融樹脂Ｐが貯留する貯留部８を形成している。貯留部８にある溶融樹脂Ｐを加熱するヒータ７は、貯留部８を包み込むようバルブ本体１の外周部１４に円筒状に配置されている。

スリーブピン６は、その先端部６１がバルブチップ５から離間して貯留部８とキャビティ３とを連通する開状態と、その先端部６１がバルブチップ５と当接して貯留部８とキャビティ３との連通を遮断する閉状態との間で変位可能である。

図１、２に示すごとく、バルブ本体１の内周面には、バルブ本体１の円周方向１２０°毎に点在する三羽１６が三箇所設けられている。三羽１６は、スリーブピン６及びセンターピン４の軸が大きく傾くことを防ぐ部材である。例えば、三角形の断面形状をなす棒状の部材である。

（バルブチップの構成）
バルブチップ５は、図１に示すごとく、その一部がバルブ本体１のキャビティ３の側の端部の先端面１２よりも突出してバルブ１００のキャビティ３の側の先端部を構成し、キャビティ３に露出するようバルブ本体１の内周部１１に固定されている。バルブチップ５は、図２に示すごとく、キャビティ３の側に突出した凸状形状であり、キャビティ３の反対側は凹状形状に形成され、テーパー上面５１、外周面５２、先端外周面５３、先端面５４、幅狭面５５及びテーパー面５６を有している。

バルブ本体１のキャビティ３の側の端部はその内周部１１を切欠かれており、その切欠部１３はバルブチップ５のテーパー上面５１及び外周面５２の形状と合致するよう形成されている。昇温時に、バルブチップ５のテーパー上面５１及び外周面５２がこの切欠部１３に当接するようにして、バルブチップ５をバルブ本体１に固定している。

（キャビティの構成）
キャビティ３は、図１に示すごとく、成形品の形状を有する空間であって、その空間は複数の金型３１を組み合わせて構成している。金型３１の内部には、冷却水Ｃを流す冷却水路３２が設けられており、冷却水Ｃを流すことによって金型３１の温度を下げることができる。このため、キャビティ３の内部に注入された溶融樹脂Ｐは冷却され適正に固化する。

バルブ１００のキャビティ３の側の先端部であるバルブチップ５の先端面５４が金型３１と当接して、バルブ１００は金型３１に固定されている。このとき、外周面１４は金型３１に当接しないように配設してある。冷却された金型３１によって、バルブ本体１及びバルブチップ５が冷却されるのを防止するためである。バルブ本体１及びバルブチップ５が冷却されると、溶融樹脂Ｐも冷却されてしまい、適正な射出を維持できなくなる可能性がある。

ただし、外周面１４の金型３１への配設は、上述のような配設に限定されるものではない。例えば、外周面１４と金型３１とが僅かに当接するように配設しても良い。外周部１４が金型３１に僅かに当接していても、接触面積が小さければ熱の伝導を抑制することができる。このため、上述のように外周面１４が金型３１に当接していないときと同様の効果を得ることができる。

また、バルブ本体１の先端面１２及びバルブチップ５の先端外周面５３が金型３１と当接しないよう金型３１の形状を設定している。このため、バルブ本体１の先端面１２及びバルブチップ５の先端外周面５３と金型３１との間には空間３３が形成される。この空間３３が断熱層の役割をなして、冷却された金型３１によってバルブチップ５及びバルブ本体１が冷却されることを更に防止している。したがって、スリーブピン６が開状態のとき、溶融樹脂Ｐは、センターピン４とバルブチップ５との間を通過してキャビティ３の内部に射出される直前まで適正な溶融状態を維持できる。

（スリーブピンの構成）
スリーブピン６が閉状態にあるとき、貯留部８とキャビティ３の連通を遮断できるようスリーブピン６の先端部６１はバルブチップ５の凹状形状に合せて凸状形状に形成されている。スリーブピン６の先端部６１は、図２に示すごとく、先端面６２、幅狭面６３及びテーパー面６４を有している。スリーブピン６が閉状態にあるとき、その幅狭面６３とテーパー面６４とは、バルブチップ５の幅狭面５５とテーパー面５６の一部とに当接又は略当接する。このため、スリーブピン６が閉状態にあるとき、スリーブピン６のテーパー面６４のキャビティ３と反対側の端部が、貯留部８のキャビティ３の側の端部となる。

（センターピンの構成）
センターピン４は、図１に示すごとく、バルブチップ５と同芯となるようバルブ本体１の中空部に挿入固定されている。

（ヒータの構成）
ヒータ７は、図１に示すごとく、バルブ本体１の外周部１４を包持するよう円筒状に配置され、貯留部８にある溶融樹脂Ｐを常時加熱する。ヒータ７は、そのうちキャビティ３の側の端部７１の位置が、スリーブピン６のテーパー面６４のキャビティ３と反対側の端部よりキャビティ３の側にあるよう配置されている。また、バルブチップ５を内装している箇所のバルブ本体１の厚みはバルブチップ５の径方向の厚みよりも薄く、ヒータ７とバルブチップ５との距離は近い。

本構成によると、スリーブピン６が閉状態にあるとき、ヒータ７の端部７１よりもキャビティ３の側には、溶融樹脂Ｐが滞留する空間が形成されない。よって、溶融樹脂Ｐが滞留して劣化や固化し、その劣化樹脂や固化樹脂が次ショット以降の溶融樹脂Ｐへ混入するおそれがない。また、貯留部８にある溶融樹脂Ｐはヒータ７によって適正な溶融状態に加熱される。したがって、外観が美しく、寸法精度、製品強度及び重量精度が高い成形品を得ることができる。また、固化樹脂が発生しにくいため、その固化樹脂が貯留部８とキャビティ３の連通を塞ぐおそれがなく、安定した射出を実現できる。

さらに、ヒータ７の端部７１よりもキャビティ３の側には、前ショット以前の溶融樹脂Ｐが滞留する空間がないため、樹脂の種類や色を変更する際の樹脂の除去作業の作業効率が良くなる。

本構成によると、ヒータ７がバルブ本体１の外周部１４を包持するよう配置されているため、溶融樹脂Ｐはヒータ７によって均一かつ効率よく加熱される。よって、溶融樹脂Ｐは適正な溶融状態を確実に維持できる。したがって、円滑な溶融樹脂Ｐの射出が可能となる。

また、ヒータ７がバルブチップ５の近傍に配置されているため、溶融樹脂Ｐがセンターピン４とバルブチップ５との間を通過し射出される直前まで、溶融樹脂Ｐを確実に加熱することができる。さらに、バルブ本体１の外周部１４が金型３１に当接していないため、ヒータ７の熱が金型３１に伝導することを抑制することができる。このため、溶融樹脂Ｐは適正な溶融状態を維持できる。したがって、溶融樹脂Ｐは円滑にキャビティ３の内部に射出され、精度の良い成形品を得ることができる。

上述したごとく、外周面１４と金型３１とが僅かに当接するように配設している場合であっても、同様にヒータ７の熱が金型３１に伝導することを抑制することができる。このため、溶融樹脂Ｐは適正な溶融状態を維持できる。したがって、溶融樹脂Ｐは円滑にキャビティ３の内部に射出され、精度の良い成形品を得ることができる。

なお、バルブチップ５は熱伝導率が高い素材を使用しても良い。バルブチップ５での熱損失を抑制できるので、溶融樹脂Ｐをより確実に加熱することができる。

ヒータ７は、ヒータ７の端部７１が貯留部８のキャビティ３の側の端部よりキャビティ３の側にあるよう設置され、且つ、バルブチップ５の近傍に設置され、溶融樹脂Ｐ及びバルブチップ５を確実に加熱することができれば、バルブ本体１の外周部１４を包持する円筒形状でなくても良い。

また、センターピン４の内部にヒータ７を設けてもよい。溶融樹脂Ｐを確実に加熱することができると共に、センターピン４の外周部４１で溶融樹脂Ｐが固化するのを防止することができる。

（閉状態）
前述したように、スリーブピン６の幅狭面６３、テーパー面６４が、バルブチップ５の幅狭面５５、テーパー面５６の一部と当接又は略当接したとき、貯留部８とキャビティ３との連通が遮断され、閉状態となる。したがって、溶融樹脂Ｐは、貯留部８の端部であるバルブチップ５のテーパー面５６で停留しキャビティ３の側には流れない。この際、貯留部８にある溶融樹脂Ｐは、そのキャビティの側の端部に至るまで、ヒータ７により確実に加熱され、適正な溶融状態を維持している。したがって、固化樹脂や劣化樹脂は発生しない。

（開状態）
バルブチップ５のテーパー面５６とスリーブピン６のテーパー面６４とが離間し、スリーブピン６の先端部６２がバルブチップ５の幅狭面５５よりキャビティ３の反対側へ移動したとき、貯留部８と、バルブチップ５のテーパー面５６とスリーブピン６の幅狭面６３及びテーパー面６４とで囲まれる空間と、バルブチップ５の幅狭面５５とセンターピン４の外周部４１とスリーブピン６の先端面６２とで囲まれる空間と、キャビティ３とが連通する。このため、貯留部８にある溶融樹脂Ｐはキャビティ３の側へ開放される。この際、バルブチップ５がヒータ７により確実に加熱されているため、溶融樹脂Ｐは、射出される直前まで適正溶融状態を維持している。したがって、溶融樹脂Ｐを円滑にキャビティ３の内部へ射出することができる。

（ａ）は閉状態のときのバルブの断面図、（ｂ）は開状態のときのバルブの断面図を示す スリーブピン及びバルブチップの断面図

符号の説明

１ バルブ本体
２ バルブゲート
３ キャビティ
４ センターピン
５ バルブチップ
６ スリーブピン
７ ヒータ
８ 貯留部
１１ 内周部
３１ 金型
３３ 空間
４１ 外周部
４２ 先端部
６１ 先端部
７１ 端部
１００ バルブ
Ｐ 溶融樹脂

Claims (5)

1. 金型内のキャビティ内に溶融樹脂を射出するバルブのバルブゲート構造であって、
   先端部が前記キャビティに露出した状態で前記バルブ内に固定されたセンターピンと、
   前記センターピンを収容するバルブ本体と、
   前記センターピンの前記先端部の外周部を囲みつつ前記バルブ本体の前記キャビティの側の内周部に固定されたバルブチップと、
   前記センターピンに外挿され、前記センターピンに沿って摺動可能なスリーブピンと、
   前記バルブ本体と前記スリーブピンとの間の空間に形成された前記溶融樹脂の貯留部と、
   前記貯留部の外周部に配置されたヒータとを備え、
   前記スリーブピンは、その先端部が前記バルブチップから離間して前記貯留部と前記キャビティとを連通する開状態と、前記先端部が前記バルブチップと当接して前記貯留部と前記キャビティとの連通を遮断する閉状態との間で変位可能であり、
   前記ヒータのうち前記キャビティの側の端部が、前記スリーブピンが閉状態にあるときの前記貯留部の前記キャビティの側の端部に対して、より前記キャビティの側に位置するように構成されているバルブゲート構造。
2. 前記バルブチップが前記バルブのキャビティの側の先端部を構成しつつ前記キャビティに露出するよう配置されていると共に、前記ヒータが前記バルブチップ近傍に設けられている請求項１に係るバルブゲート構造。
3. 前記ヒータが前記貯留部を包持するよう配置されている請求項１又は２に記載のバルブゲート構造。
4. 前記バルブチップと前記金型との境界部の一部に空間が設けられている請求項２又は３に記載のバルブゲート構造。
5. 前記バルブ本体と前記金型とが離隔して配設される請求項１から４の何れか一項に記載のバルブゲート構造。

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