JP3205079U - ホットランナシステム - Google Patents

Abstract

【課題】材料が迅速に金型キャビティに入り、色替え工程において色が迅速に替わるようにするホットランナシステムを提供する。【解決手段】ホットランナシステムは、ノズルユニットとノズルユニット内に位置する弁針４３とを備えている。ノズルユニットは、ノズル本体４２１、ランナ４２２、及び、ノズル本体４２１の端部に位置するゲート４２３１を含む。ホットランナシステムは、１回の射出成形サイクルにおいてゲート４２３１が複数回開閉するように弁針４３を制御するために用いられる制御ユニットをさらに備えている。ランナ４２２内の材料は、ゲート４２３１が弁針４３によって開く際にゲート４２３１から射出される。制御ユニットを介して１回の射出成形サイクルにおいて、ゲート４２３１が複数回開閉するように弁針４３を制御することで、弁針４３が瞬時に開閉する過程において、材料の圧力と速度との一時的な蓄積及び解放が実現され、材料の射出現象が実現される。【選択図】図４

Description

本考案は、ホットランナ分野に関し、特にホットランナシステム、その射出成形工程、及び、その色替え工程に関する。

現在、射出成形業界において、射出成形金型は、ホットランナ射出成形金型が一般的である。普通の金型と比較すると、ホットランナシステムを介して射出成形されたプラスチック製品は、品質がより高い。ホットランナシステムは、原料を節約でき、生産性が向上し、自動化レベルが高いという利点がある。

ホットランナシステムは、オープンゲート式ホットランナシステム及びバルブゲート式ホットランナシステムに分類される。例えば、バルブゲート式ホットランナシステムでは、弁針を介してノズルの開閉を制御する。従来技術においては、１回の射出成形サイクルで、弁針の開閉操作が１回しか行われない。ノズル内の材料は、ノズルが弁針によって開く過程において、金型キャビティ内に流れ込み、金型形成の過程が実現される。しかし、ノズルが開く過程における材料の圧力及び流速が限られているため、射出成形の時間が長くかかり、原料も浪費される。

また、ホットランナ分野には、もう１つの重要な技術である高速色替え工程が存在する。今日では、ますます多くの人が、製品の色に対して様々な追及を持っている。一方、金型製造メーカは、コストを考慮して、様々な色の製品を生産するのに同一の金型を使用する。そのため、金型に対して色替え処理を行わなければならない。色替え工程では、通常、ホットランナシステムにおける各構造体に残留された材料を予め取り除く必要がある。従来技術における残留材料の除去方法は、主に新材料をホットランナシステムに流し入れ、新材料がホットランナシステムでの流れによってホットランナシステム内の残留材料を連れ出し、色替えが完了するまで、新材料を流し続ける。例えばバルブゲート式ホットランナシステムでは、ノズルが開く過程において新材料が残留材料を連れ出し続ける必要がある。ノズルが開く過程における新材料の圧力及び流速が限られているため、新材料による残留材料の連れ出し時間が大幅に増加し、それによって、コストが浪費され、色替えの効率が低く、色が不純であり、製品の不良率が高い、等の問題が発生する。

本考案の目的は、ホットランナシステム、その射出成形工程、及び、その色替え工程を提供することである。

上記考案の目的の１つを実現するために、本考案の１つの実施形態は、ノズルユニットと前記ノズルユニット内に位置する弁針とを備えるホットランナシステムを提供する。前記ノズルユニットは、ノズル本体、ランナ、及び、前記ノズル本体の端部に位置するゲートを含む。前記システムは、１回の射出成形サイクルにおいて前記ゲートが複数回開閉するように前記弁針を制御するために用いられる制御ユニットをさらに備えている。前記ランナ内の材料は、前記ゲートが前記弁針によって開く際に前記ゲートから射出される。

前記制御ユニットは、前記弁針と接続されている電磁弁、及び、前記電磁弁を介して前記ゲートが前記弁針によって毎回開閉する時間間隔を制御するためのタイムスケジュール制御器を含むことが好ましい。

前記タイムスケジュール制御器は、パルス信号を介して前記電磁弁の動作を制御することが好ましい。

前記パルス信号の帯域幅は、１Ｈｚ〜２Ｈｚであることが好ましい。

前記ゲートが前記弁針によって開く際に、前記材料の前記ゲート箇所での瞬間速度が最大値に達することが好ましい。

前記ゲートが前記弁針によって開く際に、前記材料の前記ゲート箇所での瞬間圧力が最大値に達することが好ましい。

上記考案の目的の１つを実現するために、本考案の実施形態に係るホットランナシステムの射出成形工程は、

ゲートを開かせ、ランナ内の材料を前記ゲートから射出するゲート開ステップと、
前記ゲートが開いて所定時間後に前記ゲートを閉じさせ、前記材料を前記ランナに流し入れるゲート閉ステップと、
１回の射出成形サイクルにおいて前記ゲート開ステップ及び前記ゲート閉ステップを複数回繰り返すステップとを含む。

前記所定時間は、０．２５〜０．７ｓであることが好ましい。

上記考案の目的の１つを実現するために、本考案の実施形態に係るホットランナシステムの色替え工程は、ゲートを開かせ、新材料及びランナ内の残留材料を前記ゲートから一緒に射出するゲート開ステップと、前記ゲートが開いて所定時間後に前記ゲートを閉じさせ、前記新材料を前記ランナに流し続けるゲート閉ステップと、１回の射出成形サイクルにおいて前記ゲート開ステップ及び前記ゲート閉ステップを複数回繰り返すステップとを含む。

所定時間は、０．２５〜０．７ｓであることが好ましい。

従来技術と比較した本考案の有益な効果は、以下のとおりである。即ち、本考案によれば、制御ユニットを介して１回の射出成形サイクルにおいてゲートが複数回開閉するように弁針を制御することで、弁針が瞬時に開閉する過程において、材料の圧力と速度との一時的な蓄積及び解放が実現され、材料の射出現象が実現される。従って、材料が迅速に金型キャビティに入り、色替え工程において色を迅速に替える目的が達成される。

本考案の実施形態に係る射出成形システムの原理を示す概略図である。 本考案の実施形態に係る金型システムの構成概略図である。 本考案の実施形態に係る金型ホットランナシステムの構成概略図である。 本考案の実施形態に係る弁針がゲートを閉じさせるときの概略図である。 本考案の実施形態に係る弁針がゲートを開かせるときの概略図である。 本考案の実施形態に係る制御ユニットの構成を示すブロック図である。 本考案の実施形態に係る電磁弁の構成概略図である。 本考案の実施形態に係るランナ内の圧力及び速度の変化の概略図である。 本考案の実施形態に係るタイムスケジュールがホットランナの射出成形を制御するフロー図である。

以下、図面に示した具体的な実施形態と併せて、本考案について詳細に説明する。これらの実施形態は、本考案を限定するものではない。当業者がこれらの実施形態に基づいた構造、方法又は機能の同等置換のすべては、本考案による保護範囲内に含まれるべきである。

本考案の各図において、構造又は一部の寸法は、本願の主題の基本構成を明確にするため、他の構造又は部分に対して誇張されている。

また、本明細書で用いられる用語（例えば“上”、“上方”、“下”、“下方”、等空間の相対位置を示す用語）は、図面に示す１つのユニット又は特徴部分のもう１つのユニット又は特徴部分に対する関係を分かり易く説明するためのものである。空間の相対位置を示す用語は、装置が使用中又は動作中において図示した方位以外の異なる方位をも含んでよい。例えば、図中の装置を反転させれば、他のユニット又は特徴部分の“下”若しくは“下方”に位置するユニットは、他のユニット又は特徴部分の“上方”に位置するようになることが説明されている。従って、例示的な用語“下方”は、上方及び下方という２つの方位を包括する。装置は、他の方式で配向（９０度回転又は他の向き）されてよく、さらに、それに応じて本明細書に用いられた空間関連の説明用語を解釈することができる。

＜実施形態１＞
図１は、本考案の実施形態に係る射出成形システム１００の原理を示す概略図である。実施形態１では、バルブゲート式射出成形システムを例として、射出成形システム１００は、ホッパ１０、シリンダ２０及び金型システム３０を備えている。ホッパ１０は、材料５０の注入に用いられる。シリンダ２０は、材料５０を混合させ且つ金型システム３０の中に配送するために用いられる。金型システム３０は、受け入れた材料５０によって射出成形工程を行う。ここで、図２と併せて、金型システム３０は、ホットランナシステム４０を含む。ホットランナシステム４０のシリンダ２０に近い一端は、材料入口４０１を有し、シリンダ２０のホッパ１０から離れた一端は、材料入口４０１と連通されている。従って、シリンダ２０内の材料５０は、材料入口４０１を介してホットランナシステム４０に流れ込む。材料５０の配送過程において、射出成形システム１００は、複数の加熱装置（不図示）によって材料５０を溶融状態に保たせる。これによって、材料５０をスムーズに配送することが確保される。

図３に示すように、ホットランナシステム４０は、複数のノズルユニット４２及び複数の弁針４３を含む。複数のノズルユニット４２と複数の弁針４３とは、対応するように配置されている。弁針４３とエアシリンダ４１とは接続されている。従って、エアシリンダ４１を介して、弁針４３がノズルユニット４２に対して往復運動するように制御することができる。

図４に示すように、ノズルユニット４２は、ノズル本体４２１及びランナ４２２を含む。具体的には、ノズル本体４２１の一端には、ゲートカバー４２３が配置されている。ゲートカバー４２３には、ランナ４２２に対応するゲート４２３１が形成されている。弁針４３がランナ４２２内において往復運動を行うことによって、ゲート４２３１の開閉を制御する。ノズル本体４２１の外部には、材料５０がノズルユニット４２を通過する際に必要とする温度を保つための加熱部４２５が被覆されている。これによって、ノズルユニット４２を通過する材料５０の溶融状態が保たれる。ノズル本体４２１は、伝熱効果が優れ且つ耐高温材料から作製されてよい。

ランナ４２２内の材料５０は、次に、製品成形用の金型キャビティ７０内に流れ込む。具体的には、ホットランナシステム４０内の材料５０は、各ノズルユニット４２のランナ４２２内に流れ込む。図４に示すように、初期状態において、弁針４３は、ゲート４２３１箇所まで運動してゲート４２３１を密封する。材料５０がランナ４２２内で蓄積された後に、図５に示すように、弁針４３は、ゲート４２３１から離れた方向に向けて運動する。これにより、ゲート４２３１が開き、ランナ４２２内の材料５０は、ゲート４２３１から製品成形用の金型キャビティ７０内に流れ込む、このとき、型締射出成形の工程を行うことができる。

実施形態１において、図６に示すように、射出成形システム１００は、制御ユニット６０をさらに含む。制御ユニット６０は、１回の射出成形サイクルにおいてゲート４２３１が複数回開閉するように弁針４３を制御するために用いられる。ランナ４２２内の材料５０は、ゲート４２３１が弁針４３によって開く際にゲート４２３１から射出される。

ここで、制御ユニット６０が１回の射出成形サイクルにおいてゲート４２３１が複数回開閉するように弁針４３を制御することによって、ゲート４２３１の毎回開閉する時間間隔が短くなる。このため、ゲート４２３１が弁針４３によって閉じる際に、材料５０がゲート４２３１箇所で蓄積され、ゲート４２３１が弁針４３によって開く際に、蓄積された材料５０が解放されてゲート４２３１から射出される。ゲート４２３１が弁針４３によって瞬時に開閉される過程において、ゲート４２３１箇所の材料５０は、射出状態が保たれる。即ち、１回の射出成形サイクルにおいてゲート４２３１から複数回材料５０を射出可能である。従って、材料５０が金型キャビティに迅速に流れ込む効果が実現され、色替え工程において色を迅速に替える目的が達成される。

具体的には、ゲート４２３１が閉じた状態において、材料５０のゲート４２３１箇所での速度が徐々に増大し、ゲート４２３１が開いた状態において、材料５０のゲート４２３１箇所での速度が徐々に減少し、ゲート４２３１が弁針４３によって開く瞬間に、材料５０のゲート４２３１箇所での瞬間速度が最大値に達する。このときに、材料５０がゲート４２３１から射出される。また、ゲート４２３１が閉じた状態において、材料５０のゲート４２３１箇所での圧力が徐々に増大し、ゲート４２３１が開いた状態において、材料５０のゲート４２３１箇所での圧力が徐々に減少し、ゲート４２３１が弁針４３によって開く瞬間に、材料５０のゲート４２３１箇所での瞬間圧力が最大値に達する。このときに、材料５０がゲート４２３１から射出される。ここで、ゲート４２３１が弁針４３によって毎回開閉する時間間隔が短いので、材料５０のゲート４２３１箇所での蓄積及び解放が実現される。即ち、１回の射出成形サイクルにおいて複数回の材料５０の高圧・高速射出が行われ、材料５０の圧力及び速度の損失が小さく、効率が大幅に向上する。特に色替え工程において、１回の射出成形サイクル内の複数回の高圧・高速射出によって、加わった新材料及びランナ４２２内の残留材料は、十分に混合された後、ランナ４２２から迅速に排出される。これによって、ランナ４２２内の残留材料が迅速に取り除かれ、色替えの時間が短縮可能となる。

実施形態１において、図６及び図７に示すように、制御ユニット６０は、弁針４３と接続されている電磁弁６１、及び、電磁弁６１を介してゲート４２３１が弁針４３によって毎回開閉する時間間隔を制御するためのタイムスケジュール制御器６２を含む。具体的には、タイムスケジュール制御器６２は、パルス信号を介して電磁弁６１の動作を制御する。パルス信号の帯域幅は、１Ｈｚ〜２Ｈｚである。従って、タイムスケジュール制御器６２を介してパルス信号を電磁弁６１まで発信することで、電磁弁６１を介して弁針４３がゲート４２３１を毎回開閉させる時間間隔を制御可能である。これによって、材料５０がゲート４２３１から射出される速度及び圧力を制御することができる。

以下、タイムスケジュール制御器６２による圧力及び速度の制御工程について簡単に説明する。図８に示す直線１及び直線２は、それぞれプリセット圧力及び速度の変化を示し、曲線１及び曲線２は、それぞれ実際に測定した圧力及び速度の変化を示す。曲線１からわかるように、１回の射出成形サイクルにおいて、圧力は波線の形で変化する。具体的には、ゲート４２３１が弁針４３によって閉じる際に、材料５０がゲート４２３１箇所で蓄積され、曲線１の最高点Ａに示すように、材料５０のゲート４２３１箇所での圧力値が最大値になるまで徐々に増大する。その後、ゲート４２３１が弁針４３によって開き、材料５０がゲート４２３１箇所で射出され、曲線１の最低点Ｂに示すように、材料５０のゲート４２３１箇所での圧力値は最小値になるまで徐々に減少する。弁針４３によってゲート４２３１の開閉状態の切替が繰り返されるにつれ、ゲート４２３１箇所の圧力値も変化し続ける。圧力が毎回最高点から降下する瞬間は、材料５０がゲート４２３１から射出される時刻である。ここで、曲線１の変化傾向は、タイムスケジュール制御器６２によって制御される。

また、図８の曲線２に示すように、１回の射出成形サイクルにおいて、速度は波線の形で変化する。具体的には、ゲート４２３１が弁針４３によって閉じる際に、材料５０がゲート４２３１箇所で蓄積され、曲線２の最高点Ｃに示すように、材料５０のゲート４２３１箇所での瞬間速度が最大値になるまで徐々に増大する。その後、ゲート４２３１が弁針４３によって開き、材料５０がゲート４２３１箇所で射出される。曲線２の最低点Ｄに示すように、材料５０のゲート４２３１箇所での瞬間速度は、最小値になるまで徐々に減少する。弁針４３によってゲート４２３１の開閉状態の切替が繰り返されるにつれ、ゲート４２３１箇所の瞬間速度も変化し続ける。速度が毎回最高点から降下する瞬間は、材料５０がゲート４２３１から射出される時刻である。ここで、曲線２の変化傾向は、タイムスケジュール制御器６２によって制御される。

＜実施形態２＞
図９に示すように、本考案は、ホットランナシステムの射出成形工程をさらに提供する。上記射出成形システム１００についての説明と併せて、射出成形工程は、
ゲート４２３１を開かせ、ランナ４２２内の材料５０をゲート４２３１から射出するゲート開ステップと、
ゲート４２３１が開いて所定時間後にゲート４２３１を閉じさせ、材料５０をランナ４２２に流し入れるゲート閉ステップと、
１回の射出成形サイクルにおいて前記ゲート開ステップ及びゲート閉ステップを複数回繰り返すステップとを含む。

ここで、所定時間は、０．２５〜０．７ｓである。１回の射出成形サイクルにおいてゲート４２３１が複数回開閉するように弁針４３を制御することによって、ゲート４２３１の毎回開閉する時間間隔が短くなる。このため、ゲート４２３１が弁針４３によって閉じる際に、ゲート４２３１箇所において材料５０が蓄積され、ゲート４２３１が弁針４３によって開く際に、蓄積された材料５０が解放されてゲート４２３１から射出される。ゲート４２３１が弁針４３によって複数回開閉することで、ゲート４２３１から複数回材料５０が射出される。従って、材料５０が金型キャビティに迅速に流れ込む効果が実現され、色替え工程において色を迅速に替える目的が達成される。

以下、ホットランナシステムの色替え工程について具体的に説明する。上記射出成形システム１００についての説明と併せて、本具体例は、
ホッパ１０内の残留材料をホッパ１０の排出口（不図示）から排出し、ホッパ１０を清掃した後にエアガンで乾かして、ホッパ１０内に残留材料が残されていないことを確保するためのホッパ１０を清掃する清掃ステップ、
新材料に不純物や異物があるか否かを検査してから、基準に応じて交換する色の材料又はマスターバッチをホッパ１０内に添加する、という新材料を加える新材料添加ステップ、
添加された新材料と残留材料との溶融状態を確保するために、製製品成形用の金型の温度を１５°Ｃ上昇させ、マニホールド４１及びノズルユニット４２の温度を３０°Ｃ上昇させ、シリンダ２０の温度を１０°Ｃ上昇させる昇温操作ステップ、
材料入口４０１と接続されていないシリンダ２０の温度が安定した後に、シリンダ２０の空打ちによってシリンダ２０内の残留材料を取り除き、シリンダ２０内の新材料の色が純粋になるまで射出し続けるという、シリンダ２０内の残留材料を取り除く残留材料除去ステップ、
１回の射出成形サイクルにおいて、タイムスケジュール制御器６２が、電磁弁６１を介して弁針４３の往復運動を制御し、新材料とノズルユニット４２のランナ４２２内の残留材料とを混合させ、さらに、ゲート４２３１から金型キャビティ内まで射出する、というシリンダ２０と材料入口４０１とを接続させ、型締射出成形の工程を行う型締射出成形ステップ、
及び、
１回目の射出成形サイクルの終了後に、型開きしてサンプリングするサンプリングステップを含む。
２回目の射出成形サイクルからＮ回目の射出成形サイクルに至って、“型締−射出成形−型開き−サンプリング”という操作を、サンプリングの製品に混合色がなくなるまで繰り返す。ゲート４２３１箇所に混合色がないときに、色替え工程が終了となる。

ここで、従来の色替え工程を採用する場合は、約６０回の型開きで色替え工程が完了し、製品の不良率は約５％である。一方、本考案は、タイムスケジュール制御器６２を介して、新材料と残留材料とが混合した後の連続射出を実現する。これにより、残留材料の除去が加速され、型開きの回数が減少される。本考案では、約２０回の型開きで色替え工程が完了し、製品の不良率が大幅に（約２％まで）低減される。本考案の技術的解決手段は、従来技術と比較して、製品の作製効率が２００％向上し、コストが７０％削減され、製品の不良率が３％低減される。従って、本考案によれば、製品の完璧な品質を提供できるだけでなく、効率も向上し、コスト削減も達成される。

以上、実施形態に基づいて説明したが、各実施形態は１つの独立した技術的解決手段だけを含むわけではないことを理解されたい。上記の説明は本考案を明確にするためだけのものであり、当業者は、本明細書の全体に基づいて、各実施形態の技術的解決手段を適宜組合せて理解可能なほかの実施形態に形成することができる。

上記に挙げた一連の詳細な説明は、本考案の実施可能な実施形態についての具体的な説明であって、本考案の保護範囲を限定するものではない。本考案の技術精神の範囲内で限り、同様効果の実施形態の実施又は変更などのすべては、本考案の保護範囲内に含まれるべきである。

本考案は、ホットランナ分野に関し、特にホットランナシステムに関する。

本考案の目的は、ホットランナシステムを提供することである。

上記考案の目的の１つを実現するために、本考案の参考形態に係るホットランナシステムの射出成形工程は、

上記考案の目的の１つを実現するために、本考案の参考形態に係るホットランナシステムの色替え工程は、ゲートを開かせ、新材料及びランナ内の残留材料を前記ゲートから一緒に射出するゲート開ステップと、前記ゲートが開いて所定時間後に前記ゲートを閉じさせ、前記新材料を前記ランナに流し続けるゲート閉ステップと、１回の射出成形サイクルにおいて前記ゲート開ステップ及び前記ゲート閉ステップを複数回繰り返すステップとを含む。

Claims (10)

1. ノズルユニットと前記ノズルユニット内に位置する弁針とを備えるホットランナシステムであって、
   前記ノズルユニットは、ノズル本体、ランナ、及び、前記ノズル本体の端部に位置するゲートを含み、
   １回の射出成形サイクルにおいて前記ゲートが複数回開閉するように前記弁針を制御するために用いられる制御ユニットをさらに備え、
   前記ランナ内の材料は、前記ゲートが前記弁針によって開く際に前記ゲートから射出されることを特徴とするホットランナシステム。
2. 前記制御ユニットは、前記弁針と接続されている電磁弁、及び、前記電磁弁を介して前記ゲートが前記弁針によって毎回開閉する時間間隔を制御するためのタイムスケジュール制御器を含むことを特徴とする請求項１に記載のホットランナシステム。
3. 前記タイムスケジュール制御器は、パルス信号を介して前記電磁弁の動作を制御することを特徴とする請求項２に記載のホットランナシステム。
4. 前記パルス信号の帯域幅は、１Ｈｚ〜２Ｈｚであることを特徴とする請求項３に記載のホットランナシステム。
5. 前記ゲートが前記弁針によって開く際に、前記材料の前記ゲート箇所での瞬間速度が最大値に達することを特徴とする請求項１に記載のホットランナシステム。
6. 前記ゲートが前記弁針によって開く際に、前記材料の前記ゲート箇所での瞬間圧力が最大値に達することを特徴とする請求項１に記載のホットランナシステム。
7. ゲートを開かせ、ランナ内の材料を前記ゲートから射出するゲート開ステップと、
   前記ゲートが開いて所定時間後に前記ゲートを閉じさせ、前記材料を前記ランナに流し入れるゲート閉ステップと、
   １回の射出成形サイクルにおいて前記ゲート開ステップ及び前記ゲート閉ステップを複数回繰り返すステップとを含むことを特徴とするホットランナシステムの射出成形工程。
8. 前記所定時間は、０．２５〜０．７ｓであることを特徴とする請求項７に記載のホットランナシステムの射出成形工程。
9. ゲートを開かせ、新材料及びランナ内の残留材料を前記ゲートから一緒に射出するゲート開ステップと、
   前記ゲートが開いて所定時間後に前記ゲートを閉じさせ、前記新材料を前記ランナに流し続けるゲート閉ステップと、
   １回の射出成形サイクルにおいて前記ゲート開ステップ及び前記ゲート閉ステップを複数回繰り返すステップとを含むことを特徴とするホットランナシステムの色替え工程。
10. 前記所定時間は、０．２５〜０．７ｓであることを特徴とする請求項９に記載のホットランナシステムの色替え工程。