JP2014151492A - バルブゲートシステム - Google Patents

Abstract

【課題】残留樹脂が生じにくく色替え不良が発生しにくいバルブゲートシステムを提供する。
【解決手段】内部に溶融樹脂の供給口から吐出口への湯道１１，１２，１３を形成したマニホールド１０の内部に形成された湯道１１，１２，１３の供給口から吐出口へ流れる溶融樹脂の量を、バルブゲート２０のバルブピン２２の開閉により制御する。その際、バルブゲート２０のバルブピン２２の内部に設置され、バルブピン２２の温度を検出する温度センサ４０により検出したバルブピン２２の温度に基づいて、バルブピン２２が所定の温度となるように、バルブピン２２の内部に設置され、外部から供給される電力によりバルブピン２２を加熱するヒータ３０の温度制御を行う。それにより、バルブゲート２０における溶融樹脂の温度低下を防ぎ、バルブゲート２０内に残留樹脂が生じにくくし、ひいては、色替え不良が発生しにくいバルブゲートシステム１とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂の成形を円滑に行うことができるバルブゲートシステムに関する。

従来、プラスチック樹脂などの溶融材料の射出成形に用いられるバルブゲートシステムは、金型内のゲートの開閉を機械的に操作できるようになっている。したがって、溶融材料の冷却固化を待たずに強制的にゲートを切断し、金型を開くことで成形サイクルの短縮が可能であったり、多数キャビティ金型において、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成形が可能であったりするなどの利点がある。

ところが、複数の種類の溶融材料を用いて射出成形する場合、溶融材料の交換時に、ゲート内に残留樹脂（いわゆる、色替え不良）が発生する。この色替え不良の原因は、ゲート内の残留樹脂により生成されるスキン層の排出ができないことである。

その原因となるのが、バルブゲートの形状、パイプ内面の粗度及び温度管理などであるが、特に、溶融材料の流動性を保持するための温度管理が重要である。したがって、従来のバルブゲートシステムでは、マニホールド及びノズル部分にヒータを設置することにより、マニホールドやノズルの温度を高め、溶融材料の流動性を保持している（例えば、引用文献１参照）。

特開２００２−３３１５５２号公報

ところが、上記従来のバルブゲートシステムにおいては、マニホールド及びノズルをヒータで加熱しているのみであり、バルブピンの温度制御はなされていなかった。したがって、溶融樹脂の流路（以下、湯道ともいう）、特に、バルブピン部分で温度差が生じ、その部分でスキン層ができやすく残留樹脂が生じやすくなっているという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、残留樹脂が生じにくく色替え不良が発生しにくいバルブゲートシステムを提供することを目的とする。

この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための形態」欄において用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。

上記「発明が解決しようとする課題」において述べた問題を解決するためになされた発明は、マニホールド（１０）、バルブゲート（２０）、加熱手段（３０）、温度検出手段（４０）及び温度制御手段（５０）を備えたバルブゲートシステム（１）である。

マニホールド（１０）は、内部に溶融樹脂の供給口から吐出口への湯道（１１，１２，１３）を形成したものであり、バルブゲート（２０）は、マニホールド（１０）の内部に形成された湯道（１１，１２，１３）の供給口から吐出口へ流れる溶融樹脂の量をバルブピン（２２）の開閉により制御するものである。

加熱手段（３０）は、バルブピン（２２）の内部に設置され、外部から供給される電力により前記バルブピン（２２）を加熱するものであり、温度検出手段（４０）は、バルブゲート（２０）のバルブピン（２２）の内部に設置され、バルブピン（２２）の温度を検出するものである。

温度制御手段（５０）は、温度検出手段（４０）により検出したバルブピン（２２）の温度に基づいて、バルブピン（２２）が所定の温度となるように加熱手段（３０）の温度制御を行うものである。

このようなバルブゲートシステム（１）によれば、バルブゲート（２０）内に残留樹脂が生じにくく色替え不良が発生しにくいバルブゲートシステム（１）とすることができる。

つまり、前述のように、マニホールド（１０）の内部の湯道（１１，１２，１３）を供給口から吐出口へ流れる溶融樹脂の温度差が発生するのは、バルブゲート（２０）である。したがって、バルブゲート（２０）内の溶融樹脂が所定の温度となるように制御できればよい。

バルブゲート（２０）内の溶融樹脂の温度を制御するには、バルブゲート（２０）における溶融樹脂の流路（湯道）を開閉する、つまり溶融樹脂が接触するバルブピン（２２）の温度を制御すると効率がよい。

すると、バルブピン（２２）の内部に加熱手段（３０）と温度検出手段（４０）を配置し、温度検出手段（４０）により検出したバルブピン（２２）の温度に基づいて、バルブピン（２２）が所定の温度となるように加熱手段（３０）の温度制御を行うようにすれば、バルブゲート（２０）における溶融樹脂の温度差をなくすことができる。

したがって、バルブゲート（２０）内に残留樹脂が生じにくくなり、ひいては、色替え不良が発生しにくいバルブゲートシステム（１）とすることができる。
また、バルブピン（２２）の直径は小さいため、請求項２に記載のように、加熱手段（３０）及び温度検出手段（４０）が一体化されているとバルブピン（２２）の内部に収納しやすく、また、バルブピン（２２）の内部から効率よくバルブピン（２２）全体の温度を効率よく制御できる。

バルブゲートシステムの概略の構成を示す断面図である。 バルブゲート部分の概略の構成を示す断面図である。 バルブゲートシステムの電気的接続関係を示すブロック図である。

以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
（バルブゲートシステム１の構成）
図１は、本発明が適用されたバルブゲートシステム１の概略の構成を示す断面図である。図１に示すように、バルブゲートシステム１は、マニホールド１０、バルブゲート２０、ヒータ３０、温度センサ４０及び温度制御装置５０を備えている。

マニホールド１０は、スチールなどの金属材料の内部に溶融樹脂の供給口から吐出口への湯道を形成した金属ブロックである。
湯道は、供給口から下方に穿たれた第１湯道１１、第１湯道１１の下端から水平方向（図１中左向き）に穿たれた第２湯道１２及び第２湯道１２の左端から下方に穿たれた第３湯道１３からなっている。

マニホールド１０の供給口（第１湯道１１の上端）には、プラスチックなどの溶融樹脂を射出する図示しない射出成形機の吐出口（ノズル）を結合するためのブッシュ１４（以下、ノズルタッチブッシュ１４ともいう）が設けられている。

射出成形機のノズルとノズルタッチブッシュ１４とは、射出成形機のノズルを位置決めするための、リング状に形成された金属製のロケートリング１５を介して接合される。
また、マニホールド１０の吐出口（第３湯道１３の下端）には、溶融樹脂を成形するための図示しない金型に吐出するためのノズル１６（以下、ホットノズル１６ともいう）が設けられ、ホットノズル１６の先端には、金型を接続するためのリング状の金属製のブッシュ１８（以下、ゲートブッシュ１８ともいう）が設けられている。

ノズルタッチブッシュ１４及びホットノズル１６の側面には、それぞれヒータ６０，６２が巻き付けられており、また、ノズルタッチブッシュ１４及びホットノズル１６の先端側面には、温度センサ６４，６６が取り付けられている。

そして、温度センサ６４，６６でノズルタッチブッシュ１４及びホットノズル１６の温度を検出し、検出した温度に基づき、ノズルタッチブッシュ１４及びホットノズル１６がそれぞれ所定の温度になるように加熱することにより、供給口から供給される溶融樹脂及び吐出口から吐出される溶融樹脂を加熱して、溶融樹脂の粘度を低下させ、湯道内を流れやすくしている。

バルブゲート２０は、バルブピン２２とバルブピンガイドブッシュ２４とを備えており、マニホールド１０の内部に形成された湯道の供給口から吐出口へ流れる溶融樹脂の量を、バルブピン２２の開閉により制御する。

バルブピンガイドブッシュ２４は、内部に、断面が円形の孔が設けられ、第３湯道１３に、その中心軸に沿って挿入されるようにしてマニホールド１０に固定されており、バルブピンガイドブッシュ２４内部に設けられた孔には、バルブピンガイドブッシュ２４の上端部からバルブピン２２が挿入されている。

バルブピンガイドブッシュ２４の先端部分（図１中では下端部分）及びホットノズル１６の内部孔後端部分（図１中では上端部分）にはネジが切ってあり、バルブピンガイドブッシュ２４をマニホールド１０に設けられた取付孔に挿入し、ホットノズル１６とバルブピンガイドブッシュ２４でマニホールド１０を挟むようにして、ネジ止めすることにより、バルブピンガイドブッシュ２４がマニホールド１０に取り付けられている。

また、バルブピンガイドブッシュ２４の後端（図１中では上端）には、縦断面が凹状で、その底面の中心に孔が設けられたステンレスなどの金属製の断熱リング２６が取り付けられ、断熱リング２６の上端には、リング状のスチールなどの金属製のスペーサ２８が取り付けられている。

このスペーサ２８の厚みを調整することにより、マニホールド１０やバルブピンガイドブッシュ２４の熱膨張を見込んで、バルブゲート２０の取付寸法の調整ができるようになっている。

バルブピン２２の先端は円錐状に成形されており、その先端がゲートブッシュ１８の内部孔の端部に着座して密着することにより、バルブゲート２０は、閉となり、溶融樹脂の流れを停止させる（図１は着座状態を示している）。

逆に、バルブピン２２の先端がゲートブッシュ１８の内部孔の端部から離隔することにより溶融樹脂の流れの量を制御することができる。
つまり、バルブピン２２がバルブピンガイドブッシュ２４の内部を、その中心軸に沿って移動（図２中では上下に移動）することにより、溶融樹脂の流れの量を制御するようになっている。

また、バルブピン２２の上部（図２中「Ａ」で示す部分）の内部は中空になっており、その中空部分に後述するヒータ３０と温度センサ４０とを挿入するようになっている。
ヒータ３０は、図２に示すように、バルブゲート２０のバルブピン２２の内部に設置され、外部から供給される電力によりバルブピン２２を加熱するものであり、１本のニクロム線を、長さがバルブピン２２の中空部分の深さとほほ同じとなるように折り返し、折り返し部分の先端が、バルブピン２２内部の中空部分の先端まで届くようにして挿入してある。

バルブピン２２の上端部は、スペーサ２８から突出しており、突出した部分の端部（上端部）は、スペーサ２８の内径よりも大きな直径を有するフランジ２２ａになっている。そして、そのフランジ２２ａ部分が連結ジョイント２９を介して、エアシリンダ７０に連結され、エアシリンダ７０の上下運動により、バルブピン２２が上下に動くようになっている。

ヒータ３０の、折返し部分と反対端には、リード線３２（図３参照）が接続されており、リード線３２が、バルブピン２２のフランジ２２ａの側面に設けられた開口部から外部に延出され、温度制御装置５０に接続されて、電力が供給されるようになっている。

温度センサ４０は、バルブゲート２０のバルブピン２２の内部に設置され、バルブピン２２の温度を検出するセンサである。具体的には、ゼーベック効果を利用したクロメル（＋極）−アルメル（−極）の熱電対であり、端部からリード線４２が接続されている。

温度センサ４０は、ヒータ３０と同様にバルブピン２２の中空部分に挿入され、バルブピン２２のフランジ２２ａの側面の開口部からリード線４２が延出され、温度制御装置５０に接続されている。

また、ヒータ３０及び温度センサ４０は、一体化された状態で、バルブピン２２の中空部分に挿入されている。
温度制御装置５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏを備えており、図３に示すように、ヒータ３０のリード線３２、温度センサ４０のリード線４２によって、それぞれヒータ３０及び温度センサ４０に接続されている。

温度制御装置５０は、ヒータ３０に電力を供給するとともに、温度センサ４０により検出したバルブピン２２の温度に基づいて、バルブピン２２が所定の温度となるようにヒータ３０に供給する電力を制御することにより、バルブピン２２の温度制御を行う。

なお、「所定の温度」とは、溶融樹脂が湯道内部を流れるのに適した温度であり、溶融樹脂の種類によって定められる温度である。
（バルブゲートシステム１の特徴）
以上のようなバルブゲートシステム１では、バルブピン２２の内部にヒータ３０と温度センサ４０とを配置し、温度センサ４０により検出したバルブピン２２の温度に基づいて、バルブピン２２が所定の温度となるようにヒータ３０の温度制御を行っているので、バルブゲート２０における溶融樹脂の温度差をなくすことができる。

つまり、マニホールド１０の内部の湯道を供給口から吐出口へ流れる溶融樹脂の温度差が発生しやすいバルブゲート２０内の溶融樹脂が所定の温度となるように制御できる。
したがって、バルブゲート２０内に残留樹脂が生じにくくなり、ひいては、色替え不良が発生しにくいバルブゲートシステム１とすることができる。

さらに、直径が小さいバルブピン２２の内部にヒータ３０及び温度センサ４０がモールドされ一体化されて内蔵されているので、バルブピン２２の内部から効率よくバルブピン２２全体の温度を効率よく制御できるとともに、バルブゲート２０を小型にすることができる。

また、溶融樹脂の種類を変えて、樹脂成形を行う場合（いわゆる色替えの場合）、仮にバルブゲート２０に溶融樹脂のスキン層が形成された場合であっても、バルブピン２２の温度を高温（スキン層が溶融する温度）にすることにより、バルブゲート２０におけるスキン層が剥離しやすくなるので、色替え作業が容易になる。

また、スキン層が形成されやすいバルブゲート２０において、マニホールド１０の他の部分の温度は設定温度にしたまま、マニホールド１０に比べて熱容量の低いバルブピン２２のみを高温にすることによりスキン層を除去しやすくなる。また、設定温度へ低下させる時間も短くできることにより、色替えのための段取り時間を短くすることもできるようになる。
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
（１）上記実施形態では、温度センサ４０をクロメル−アルメル型の熱電対としていたが、他の金属の組合せの熱電対であってもよい。また、熱電対に限らず、バルブピン２２の中空部分に挿入できるものであれば、他の方式の温度センサであってもよい。
（２）上記実施形態では、ヒータ３０をニクロム線で構成していたが、発熱体として作動するものであれば、他の材料で構成してもよい。

１… バルブゲートシステム １０… マニホールド １１… 第１湯道 １２… 第２湯道 １３… 第３湯道 １４… ブッシュ（ノズルタッチブッシュ） １５… ロケートリング １６… ノズル（ホットノズル） １８… ブッシュ（ゲートブッシュ） ２０… バルブゲート ２２… バルブピン ２２ａ… フランジ ２４… バルブピンガイドブッシュ ２６… 断熱リング ２８… スペーサ ２９… 連結ジョイント ３０… ヒータ ３２… リード線 ４０… 温度センサ ４２… リード線 ５０… 温度制御装置 ６０，６２… ヒータ ６４，６６… 温度センサ ７０… エアシリンダ。

Claims (2)

1. 内部に溶融樹脂の供給口から吐出口への湯道を形成したマニホールドと、
   前記マニホールドの内部に形成された前記湯道の前記供給口から前記吐出口へ流れる前記溶融樹脂の量をバルブピンの開閉により制御するバルブゲートと、
   前記バルブピンの内部に設置され、外部から供給される電力により前記バルブピンを加熱する加熱手段と、
   前記バルブゲートの前記バルブピンの内部に設置され、前記バルブピンの温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段により検出した前記バルブピンの温度に基づいて、前記バルブピンが所定の温度となるように前記加熱手段の温度制御を行う温度制御手段と、
   を備えたことを特徴とするバルブゲートシステム。
2. 請求項１に記載のバルブゲートシステムにおいて、
   前記加熱手段及び前記温度検出手段は、
   前記バルブピン内部で一体化されていることを特徴とするバルブゲートシステム。