JP2015231671A

JP2015231671A - ロータリーシャットオフ弁のシール

Info

Publication number: JP2015231671A
Application number: JP2014118410A
Authority: JP
Inventors: 陽一福重; Yoichi Fukushige
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2014-06-09
Publication date: 2015-12-24

Abstract

【課題】可動部からの外部への溶融樹脂の漏れを防止することができる、射出装置のロータリーシャットオフ弁を提供する。
【解決手段】
シール（１９）を備えた射出装置（１）のロータリーシャットオフ弁（２）として構成する。ロータリーシャットオフ弁（２）は、ノズルアダプタ（５）または射出ノズル（６）に開けられているバルブボア（１０）と、これに嵌合している円筒状のロータリー弁（１３）とから構成されている。このバルブボア（１０）の両端の開口部に、ロータリー弁（１３）の両短の軸部が摺動自在に接触するシール（１９）を設ける。シール（１９）は、その一方の端面において所定幅の環状の溝（２３）を形成し、それによって内周面（２４）の近傍を薄肉に形成する。また環状の溝（２３）内に金属製のバネ体（２１）を複数個設ける。バルブボア（１０）の開口部には、環状の溝（２３）が樹脂流路に向かう向きにシール（１９）を取付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形機のロータリーシャットオフ弁に関するものである。

従来周知のように射出成形機に設けられている射出装置は、加熱シリンダ、この加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動可能なスクリュ、等から構成されている。加熱シリンダの後方に設けられているホッパから樹脂ペレットを供給し、加熱シリンダを加熱すると共にスクリュを回転すると樹脂ペレットは溶融しながら前方に送られる。溶融した樹脂は混練されてスクリュの先端部に送られて、スクリュは後退し、所定量の溶融樹脂が計量されたらスクリュの回転を停止する。スクリュを軸方向に駆動して、型締めされた金型内に溶融樹脂を射出すると成形品が得られる。ところで溶融樹脂は種類によって粘度が異なり、低粘度の樹脂材料を使用するときには計量時に射出ノズルから溶融樹脂が漏れる、いわゆるハナタレが発生したり、スクリュが後退せずに計量が不安定になったりし易い。また比較的粘度が高い樹脂材料であっても超臨界流体等を混入して混練しようとする場合には射出ノズルから漏れないようにする必要がある。このような問題に対応する装置としてシャットオフ弁が周知である。シャットオフ弁は、射出ノズル内の、あるいは射出ノズル近傍の樹脂流路に設けられ、計量時には樹脂流路を閉鎖することができ、射出時には樹脂流路を連通させることができるようになっている。

特開２００８−２９６３８６号公報特開２００８−６２５９５号公報

シャットオフ弁には、特許文献１に記載されているようなニードル弁から構成されたものや、特許文献２に記載されているようなロータリー弁から構成されたものが周知である。特許文献１に記載のシャットオフ弁のように、ニードル弁から構成されている場合には、ニードル弁は射出ノズルの樹脂流路内に設けられ、そして軸方向に駆動して、射出ノズルの先端を閉鎖したり開放するようになっている。一方、特許文献２に記載の装置のようにロータリー弁から構成されている場合には、射出ノズル内の樹脂流路、あるいは射出ノズル近傍の樹脂流路と直交するようにロータリー弁が設けられている。ロータリー弁を回転すると、射出ノズル内の樹脂流路が貫通孔によって連通したり、閉鎖することになる。

図３によって、一般的なロータリー弁からなるシャットオフ弁を備えた射出装置５０について説明する。図３の（ア）には射出装置５０を側面から見たときの射出装置５０の断面図が、（イ）には射出装置５０をロータリー弁において軸方向に垂直に切断した断面図がそれぞれ示されている。射出装置５０の加熱シリンダ５１には、ノズルアダプタ５２が設けられ、その先端に射出ノズル５３が設けられている。ノズルアダプタ５２、射出ノズル５３には軸方向に樹脂流路が開けられ、加熱シリンダ５１からの溶融樹脂が射出されるようになっている。ノズルアダプタ５２には、樹脂流路と直交するように軸方向に垂直にバルブボア５５が開けられている。ロータリー弁５６は、このバルブボア５５とほぼ同径の、もしくはわずかに小径の円柱からなり、円柱には軸方向と垂直に貫通孔５８が開けられている。このようなロータリー弁５６がバルブボア５５に滑らかに回転可能に嵌合している。ロータリー弁５６の両端部にはリングブラケット５９、５９が設けられ、これらのリングブラケット５９、５９にはピストンシリンダユニット６０が接続されている。従って、ピストンシリンダユニット６０を駆動すると、リングブラケット５９、５９を介してロータリー弁５６を回転することができる。ロータリー弁５６の回転位置に応じて、樹脂流路がロータリー弁５６のランド部によって閉鎖されたり、貫通孔５８によって連通するようになっている。

従来のロータリー弁からなるシャットオフ弁によっても、計量時に溶融樹脂が射出ノズルからたれるのを防止することができるし、超臨界流体等を注入してもこれが射出ノズルから漏れることを防止できる。すなわちシャットオフ弁としての機能には格別に問題はない。しかしながら解決すべき問題も見受けられる。具体的には、可動部の隙間から樹脂漏れが発生する問題である。図３に示されている射出装置５０において説明すると、ロータリー弁５６はバルブボア５５内で滑らかに回転できるように、バルブボア５５の内周面とロータリー弁５６の外周面の間にはわずかに隙間が確保されている。この隙間はわずかであるので、溶融樹脂は漏れにくくはなっている。またロータリー弁５６によっては外周面にラビリンス加工が施される等して、さらに漏れにくくされている場合もある。しかしながら、この隙間からの溶融樹脂の漏れを完全に防止することはできないので、長期間運転すると、わずかずつ漏れ出した溶融樹脂がリングブラケット５９、５９の周囲に蓄積して樹脂の塊が形成されてしまう。このように漏れ出して形成される樹脂の塊によって色々な不具合が発生してしまう。例えば、ノズルアダプタ５２にも加熱シリンダ５１と同様にバンドヒータが巻かれているが、バンドヒータに樹脂の塊が付着すると、バンドヒータが劣化して断線する、等の問題が発生する。

本発明は、上記したような問題点を解決した、ロータリーシャットオフ弁を提供することを目的としており、具体的にはロータリーシャットオフ弁の可動部からの外部への溶融樹脂の漏れを防止して、樹脂漏れによって引き起こされる不具合の発生を防止することができる、射出装置のロータリーシャットオフ弁を提供することを目的としている。

本発明は、本発明の目的を達成するために、シールを備えた射出装置のロータリーシャットオフ弁として構成する。ロータリーシャットオフ弁は、射出装置の加熱シリンダの前方のノズルアダプタまたは射出ノズルに開けられている樹脂流路と直交する円筒穴状のバルブボアと、該バルブボア内で回転可能に嵌合している円筒状のロータリー弁とから構成されており、ロータリー弁を回転すると、樹脂流路が閉鎖されたり、ロータリー弁に開けられている貫通孔によって樹脂流路が連通するようになっている。このようなバルブボアの両端の開口部近傍に、ロータリー弁の両端の軸部が摺動自在に接触するようなシールを設ける。シールは、その一方の端面において所定幅の環状の溝を形成し、それによってシール内周面の近傍を薄肉に形成する。この環状の溝内には、環状の溝を押し広げる方向に付勢する金属製のバネを複数設ける。このようなシールを、バルブボアの開口部に、環状の溝が樹脂流路に向かう向きに取付ける。

かくして、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、射出装置の加熱シリンダの前方のノズルアダプタまたは該ノズルアダプタに設けられている射出ノズルにおいて、前記ノズルアダプタまたは前記射出ノズル内の樹脂流路と直交するように開けられている円筒穴状のバルブボアと、該バルブボア内で回転可能に嵌合している円筒状のロータリー弁とから構成され、該ロータリー弁には軸と直交する貫通孔が開けられ、前記ロータリー弁を第１の回転位置にすると前記ロータリー弁の外周面がランド部として作用して前記樹脂流路が閉鎖され、第２の回転位置にすると前記貫通孔が前記樹脂流路に整合して前記樹脂流路が連通するようになっているロータリーシャットオフ弁であって、前記バルブボアの両端の開口部近傍には、前記ロータリー弁の両端の軸部に摺動自在に接触するシールが設けられていることを特徴とする射出装置のロータリーシャットオフ弁として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロータリーシャットオフ弁において、前記シールは、該シールの一方の端面において所定幅の環状の溝が形成され、それによって前記内周面の近傍が薄肉に形成されており、前記シールは、前記環状の溝を樹脂流路に向けて前記バルブボアの開口部に設けられていることを特徴とする射出装置のロータリーシャットオフ弁として構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のロータリーシャットオフ弁において、前記シールは樹脂材料から形成され、前記環状の溝内には、前記環状の溝を押し広げる方向に付勢する金属製のバネが複数個設けられていることを特徴とする射出装置のロータリーシャットオフ弁として構成される。

本発明は、一般的なロータリーシャットオフ弁を対象としている。すなわちロータリーシャットオフ弁は、ノズルアダプタまたは射出ノズルにおいて、その樹脂流路と直交するように開けられている円筒穴状のバルブボアと、該バルブボア内で回転可能に嵌合している円筒状のロータリー弁とから構成され、該ロータリー弁には軸と直交する貫通孔が開けられ、ロータリー弁を第１の回転位置にするとロータリー弁の外周面がランド部として作用して樹脂流路が閉鎖され、第２の回転位置にすると貫通孔が樹脂流路に整合して樹脂流路が連通するようになっている。このようなロータリーシャットオフ弁について、本発明においては、バルブボアの両端の開口部近傍に、両端の軸部に摺動自在に接触するシールが設けられている。従って本発明のロータリーシャットオフ弁においては、バルブボアとロータリー弁の隙間から樹脂が漏れ出そうとしてもシールによって漏れが防止されることになる。そうすると樹脂の漏れによって生じる色々な問題、例えばバンドヒータに樹脂が付着することによるバンドヒータの断線の問題、を防止することができる。他の発明によると、このシールは、該シールの一方の端面において所定幅の環状の溝が形成され、それによって内周面の近傍が薄肉に形成されており、シールは、環状の溝が樹脂流路に向かうようバルブボアの開口部に設けられている。このように構成されているので、バルブボアとロータリー弁の隙間から漏れ出した樹脂は、環状の溝に溜まり、環状の溝には樹脂の圧力が作用する。この圧力によって環状の溝は押し広げられ、それによって薄肉に形成されている内周面の近傍がロータリー弁の外周面に強く押し当てられることになる。これによってシールから外部への樹脂漏れを防止することができる。つまり漏れ出ようとする樹脂の圧力によって、樹脂がさらに漏れにくくなる効果を奏することになる。さらに他の発明によると、シールは樹脂材料から形成され、環状の溝内には、環状の溝を押し広げる方向に付勢された金属製のバネが複数個設けられている。このバネによっても環状の溝が押し広げられ、それによって薄肉に形成されている内周面の近傍がロータリー弁の外周面に強く押し当てられるので、樹脂が環状の溝に溜まらなくても、高いシール効果が得られることになる。

本発明の実施の形態に係る射出装置のロータリーシャットオフ弁を示す図で、その（ア）は射出装置を軸と平行に切断した断面図、その（イ）は射出装置をロータリーシャットオフ弁において軸と垂直に切断した断面図である。本発明の実施の形態に係るロータリーシャットオフ弁用のシールを示す図で、その（ア）はシールの斜視図、その（イ）はシールを（ア）におけるＹ−Ｙ断面で切断した、一部断面図である。従来の射出装置のロータリーシャットオフ弁を示す図で、その（ア）は射出装置を軸と平行に切断した断面図、その（イ）は射出装置をロータリーシャットオフ弁において軸と垂直に切断した断面図である。

本実施の形態に係る射出装置１は、本実施の形態に係るロータリーシャットオフ弁２を備えているが、他の点は従来の射出装置と同様に構成されている。すなわち、図１の（ア）に示されているように、加熱シリンダ３には、その先端にノズルアダプタ５が設けられ、ノズルアダプタ５の先端には射出ノズル６が設けられている。図１には示されていないが、加熱シリンダ３内には回転方向と軸方向とに駆動可能にスクリュが設けられ、また加熱シリンダ３、ノズルアダプタ５、射出ノズル６には、バンドヒータが巻かれている。ノズルアダプタ５、射出ノズル６には軸中心に樹脂流路８が形成されており、スクリュを駆動して射出するときに溶融樹脂が流れるようになっている。

ロータリーシャットオフ弁２は、本実施の形態においてはノズルアダプタ５に設けられている。ノズルアダプタ５には、図１の（ア）、（イ）に示されているように、樹脂流路８と直交するように、樹脂流路８よりも大径の円筒穴、すなわちバルブボア１０が開けられている。そしてバルブボア１０の両方の開口部に相当するノズルアダプタ５の外周面は平面状に切削されて、後で説明するシールを取付けるためのシールホルダ取付面１１、１１が形成されている。このようなバルブボア１０に、ロータリー弁１３が嵌合している。ロータリー弁１３は従来のロータリー弁と同様に、バルブボア１０の内径よりもわずかに小径の円筒状に形成されている。従ってロータリー弁１３はバルブボア１０に対して滑らかに回転可能であるが、バルブボア１０とロータリー弁１３の隙間はわずかであり樹脂が漏れにくくなっている。このようなロータリー弁１３の中央部にはロータリー弁１３の軸と垂直に貫通孔１４が開けられている。従って、ロータリー弁１３を所定の回転位置に回転すると、ロータリー弁１３の外周面がランド部として作用して樹脂流路８を閉鎖することができ、他の回転位置に回転すると貫通孔１４が樹脂流路８に整合して樹脂流路８が連通することになる。ロータリー弁１３の両端には、キー部を備えた操作軸が形成されこの操作軸にリンクブラケット１６、１６が設けられている。リンクブラケット１６、１６は、油圧あるいはエアシリンダからなるピストンシリンダユニット１７に接続され、ピストンシリンダユニット１７を駆動することによってロータリー弁１３を所望の回転位置に駆動することができる。なお、ピストンシリンダユニット１７は、電磁ソレノイド等の他のアクチュエータによっても代替することができる。

本実施の形態に係るロータリーシャットオフ弁２は、２種類の部材によって樹脂漏れが防止されている。第１の部材はシールホルダ取付面１１からの樹脂漏れを防止するＯリング３５、３５であり、第２の部材は、後で詳しく説明する、本発明に特有のシール１９、１９である。ロータリー弁１３が挿通される円形の穴が開けられているシールホルダ２８には、その端面に円周溝３６が形成されている。この円周溝３６にＯリング３５が入れられて、後で説明するように、シールホルダ２８がシールホルダ取付面１１に取付けられることになる。シールホルダ２８とシールホルダ取付面１１は固定的に結合されているので、すなわち相対的に摺動することはないので、Ｏリング３５は摩耗することはない。従って、本実施の形態においてＯリング３５は耐熱性、および耐久性に優れた不銹鋼から構成されている。Ｏリング３５、３５によってシールホルダ取付面１１からの樹脂漏れが実質的に完全に防止されることになる。

次に本発明に特有のシール１９、１９について説明する。本実施の形態に係るシール１９は、図２の（ア）、（イ）に各部位が誇張して大きく描かれているが、可撓性を備えた樹脂から略円環状に形成されたシール本体部２０と、このシール本体部２０に組み込まれている複数個の金属製のバネ体２１、２１、…とから構成されている。シール本体部２０の樹脂材料は、例えばポリテトラフルオロエチレン系の樹脂材料を適用することができ、ポリテトラフルオロエチレンは、熱に強いと共に摩擦係数が小さいので射出装置のロータリーシャットオフ弁２のシールに適している。シール本体部２０は、シール作用を奏する内周面２４の内径がロータリー弁１３の外径と略等しく形成され、内周面から立ち上がって一方の端面に環状の溝２３が形成されている。この溝によって内周面２４の近傍が薄肉になっている。環状の溝２３は図２の（イ）に示されているように断面形状が略Ｕ字形になっているが、開口部近傍で爪部２５が形成されている。バネ体２１、２１、…は、金属の小片が弾性的にＶ字形、あるいはＵ字形に折り曲げられて、この環状の溝２３内に入れられ爪部２５において係止されている。このようなバネ体２１、２１、…は環状の溝２３の円周方向に均等に入れられている。従ってバネ体２１、２１、…の付勢によって環状の溝２３が押し広げられ、それによって内周面２４は内側方向に変形している。このような変形は、シール１９がバルブボア１０に嵌合されると、内周面２４がバルブボア１０の外周面に当接し、それによって元の形状に弾性的に回復するが、内周面２４は所定の押圧力でバルブボア１０の外周面に接することになる。このようなシール本体部２０には、外方に所定の肉厚のフランジ部２６が形成されており、フランジ部２６を所定の部材で挟持することによってシール１９が固定されるようになっている。

本実施の形態に係るＯリング３５と本実施の形態に係るシール１９は、次のようにしてロータリーシャットオフ弁２に設けられている。すなわち図１の（イ）に示されているように、シールホルダ２８の円周溝３６にＯリング３５が入れられ、このようなシールホルダ２８がロータリー弁１３の両端の軸部に挿通されるようにしてノズルアダプタ５のシールホルダ取付面１１、１１に設けられ、次にシール１９が、環状の溝２３が内側、つまり樹脂流路８方向を向くようにロータリー弁１３の軸部に嵌合され、次いで円形の穴が開けられているシールケース２９がロータリー弁１３の軸部に挿通されるようにしてシールホルダ２８に設けられている。なお、本実施の形態においてはロータリー弁１３は全体が円筒状に形成されているので、シール１９が設けられている両端の軸部も、中央部の外径と同じ径になっているが、ロータリー弁１３の形状によっては、弁作用を奏する中央部が大径に、そしてシール１９が設けられる両端の軸部が小径に形成されている場合もある。シールケース２９とシールホルダ２８はボルト３１によってノズルアダプタ５のシールホルダ取付面１１に締め付けられている。このように締め付けられることによって、シール１９のフランジ部２６がシールホルダ２８とシールケース２９とによって両側から強く挟持されることになる。

本実施の形態に係るシャットオフ弁２も、従来のシャットオフ弁２と同様にバルブボア１０とロータリー弁１３の間のわずかな隙間から溶融樹脂が漏れ出す。しかしながらシール１９は、前記したようにバネ体２１、２１、…の付勢によってシール作用を奏する内周面２４がロータリー弁１３の外周面に所定の押圧力で接することになるので、ロータリー弁１３とシール１９の間にはほとんど隙間がなく、溶融樹脂はシール１９の外部には漏れない。樹脂流路８から漏れ出した溶融樹脂はシール１９の内側に溜まることになるが、主として環状の溝２３内に溜まる。環状の溝２３内に溜まった樹脂の圧力によっても、環状の溝２３が押し広げられる方向に付勢されるので、さらにシール効果が高まる。これによって本実施の形態に係るシャットオフ弁２は実質的に樹脂漏れを防止することができる。

本実施の形態に係るロータリーシャットオフ弁は色々な変形が可能である。例えば本実施の形態においてはロータリーシャットオフ弁はノズルアダプタに設けられているように説明したが、射出ノズルに設けられていてもよい。またシールは、ポリテトラフルオロエチレン系の樹脂材料から形成されているように説明したが、熱に強く可撓性を備えているシリコン樹脂等の他の素材から形成されていてもよい。また、シールは環状の溝が形成されているように説明したが、環状の溝は必須ではない。

１射出装置２ロータリーシャットオフ弁
３加熱シリンダ５ノズルアダプタ
６射出ノズル８樹脂流路
１０バルブボア１１シールホルダ取付面
１３ロータリー弁１４貫通孔
１９シール２０シール本体部
２１バネ体２３環状の溝
２４内周面２６フランジ部
２８シールホルダ２９シールケース
３５Ｏリング

Claims

射出装置の加熱シリンダの前方のノズルアダプタまたは該ノズルアダプタに設けられている射出ノズルにおいて、前記ノズルアダプタまたは前記射出ノズル内の樹脂流路と直交するように開けられている円筒穴状のバルブボアと、該バルブボア内で回転可能に嵌合している円筒状のロータリー弁とから構成され、該ロータリー弁には軸と直交する貫通孔が開けられ、前記ロータリー弁を第１の回転位置にすると前記ロータリー弁の外周面がランド部として作用して前記樹脂流路が閉鎖され、第２の回転位置にすると前記貫通孔が前記樹脂流路に整合して前記樹脂流路が連通するようになっているロータリーシャットオフ弁であって、
前記バルブボアの両端の開口部近傍には、前記ロータリー弁の両端の軸部に摺動自在に接触するシールが設けられていることを特徴とする射出装置のロータリーシャットオフ弁。
請求項１に記載のロータリーシャットオフ弁において、前記シールは、該シールの一方の端面において所定幅の環状の溝が形成され、それによって前記内周面の近傍が薄肉に形成されており、前記シールは、前記環状の溝を樹脂流路に向けて前記バルブボアの開口部に設けられていることを特徴とする射出装置のロータリーシャットオフ弁。
請求項２に記載のロータリーシャットオフ弁において、前記シールは樹脂材料から形成され、前記環状の溝内には、前記環状の溝を押し広げる方向に付勢する金属製のバネが複数個設けられていることを特徴とする射出装置のロータリーシャットオフ弁。