JP3454464B2 - バルブゲート式ホットノズル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、ランナーレス射出
成形装置に組み込まれているバルブゲート式ホットノズ
ル装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の射出成形
方法においては、スプルーやランナーを各成形サイクル
ごとに金型から取り出して、製品と区別して処理してい
るが、この無駄なスプルーやランナーをなくして、ノズ
ルからの溶融樹脂を直接キャビティへ導くようにした所
謂ランナーレス金型が公知である。 【０００３】ランナーレス金型の特徴としては、スプル
ーやランナーなどを形造る成形材料の無駄が省け、さら
に、ランナーには常に溶融材料が蓄積されているので直
ちにキャビティに溶融樹脂が充填されることにより、充
填時間が短時間で可能であると共に、製品とスプルー等
との区別作業がいらないため、全自動も可能となる。 【０００４】このランナーレス金型によく用いられるの
がホットランナー方式である。図８にこの基本的な構造
を示す。ホットランナー方式によく用いられるバルブゲ
ート式ホットノズル１（以下「ホットノズル」と称
す。）は、ヒータ２とバルブゲートピン３を備えている
のが特徴である。 【０００５】図８において、ランナー４はマニホールド
５と呼ばれるブロックに収容されており、マニホールド
５内に内蔵されたカートリッジヒータにより常時適温に
保たれている。そして、ホットノズル１にもヒータ２が
組み込まれ、内部の樹脂流通路６の溶融樹脂を常時適温
に保っている。 【０００６】さらに、ゲート７とキャビティ８との間を
開閉制御するバルブゲートピン３が具備されている。バ
ルブゲートピン３は、キャビティ８に溶融樹脂を充填す
る射出工程のみゲート７から離れ、ゲート７を開放して
溶融樹脂をキャビティ８に充填可能とし、射出が終わっ
たらゲート７をバルブゲートピン３よりすぐ閉じること
により、成形品がショートショットになったり、溶融樹
脂が逆流したり、ゲートから樹脂が洩れて糸を引くこと
を防止する効果をもたらす。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかし、ホットノズル
を用いた射出成形方法には、次のような問題がある。マ
ニホールド内のランナーから溶融樹脂がホットノズル内
の樹脂流通路へ斜め上部から勢いよく流れ込んだ場合、
樹脂流通路の中心軸部にバルブゲートピンが位置してい
ることから、バルブゲートピンを巻くように分流して裏
側に回り込み、その後、再度合流するため、渦巻きなど
の乱流が生じる。そのため、部分的に流れの停滞や淀み
が生じ、溶融樹脂が不均一のままゲートからキャビティ
に射出充填される。このため、成形品にはフローマーク
等が生じ、品質的に満足出来ない場合がある。 【０００８】その対策としては、金型におけるフローマ
ークが発生する部分のコア側（反製品面側）を切削して
キャビティ肉厚を大きくすることにより溶融樹脂の流動
性を向上して改善する方法がある。しかし、この方法の
場合、フローマークの発生場所や大きさを事前に予測す
ることが難しく、成形してみなければ判らないことか
ら、金型製作者の勘と熟練に頼っているのが現状であ
る。 【０００９】又、ホットノズルの構造による対策として
は、特開平９−３００４０７号公報に開示されている。
その特徴は、プロープ本体１内に溶融樹脂流通孔７とバ
ルブピン３を個別に構成したことにより、溶融樹脂流通
孔７内に邪魔するものがないため、溶融樹脂流通孔７を
流れる溶融樹脂が乱流することがなく、ストレートな流
動で、ゲートからキャビティに射出充填される。その結
果、ウェルドや歪みのない成形品が得られる。 【００１０】しかし、前記の発明による構造は、溶融樹
脂流通孔７とバルブピン３を個別に構成するため、プロ
ープ本体１の構造が複雑になり形状が大きくなる。又、
溶融樹脂流通孔７周囲においてと、ボディヒータ２との
間隔が異なっているので、溶融樹脂流通孔７のバルブピ
ン側の温度が低くなる傾向がある。 【００１１】本発明の目的は、バルブゲート式ホットノ
ズルにおいて、成形品にフローマークを発生させない装
置を提供することである。 【００１２】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明においては、バルブゲート式
ホットノズル装置において、中心部を貫通する樹脂流通
路を形成すると共にこの樹脂流通路の先端にゲートを形
成して成るホットノズルと、前記ゲートを開閉するため
のバルブゲートピンを前記樹脂流通路内に往復運動自在
に組み込むと共に前記樹脂流通路内に樹脂を流入させる
ための樹脂流入口を樹脂流通路の側壁に形成して成るバ
ルブゲート式ホットノズルにおいて、前記樹脂流入口と
ゲート間の樹脂流通路内であって、前記樹脂流入口から
見てバルブゲートピンの背後側に、円曲角が１８０°〜
２４０°から成る断面Ｃ字状のスペーサを挿入して樹脂
流入口側から見てバルブゲートピンの背後側の樹脂流通
路を閉鎖したことを特徴とす るものである。 【００１３】 【作用】マニホールド内のランナーから溶融樹脂が、樹
脂流入口を経由してホットノズル内の樹脂流通路へ勢い
よく流れ込んだ場合、樹脂流通路の中心軸部にバルブゲ
ートピンがあるため、バルブゲートピンを巻くように分
流して裏側に回り込み、その後、再度合流するため、渦
巻きなどの乱流が生じることがフローマークを発生させ
る要因の一つであることは前述した。 【００１４】そこで本発明においては、注入した樹脂が
樹脂流入口側から見てバルブゲートピンの背後に回り込
まないように、バルブゲートピンと樹脂流通路側壁との
間をスペーサにより閉鎖した。この閉鎖角度は、少なく
とも１８０°以上とする。この閉鎖角度を１８０°以上
とした理由は、少しでもバルブゲートピンの背後に溶融
樹脂が回り込まないようにするためと、スペーサや露出
部によりバルブゲートピンを抱く形状にすることにより
位置決めをし易くするためである。なお、閉鎖角度は、
あまり大きすぎると、樹脂の流れを阻害するので、２４
０°位までが実用範囲である。 【００１５】樹脂流通路に以上の構造であるスペーサを
装着したり、膨出部を形成した結果、ランナーからキャ
ビティへ溶融樹脂が乱れることなく均一に充填されるた
め、フローマークの発生を防止できた。さらに、スペー
サの両端の形状を溶融樹脂の流動を阻止しないように傾
斜面にすることにより、さらに円滑な流動が得られた。 【００１６】又、スペーサにおいて、ゲート方向に位置
する外側壁をホットノズルの樹脂流通路側壁がゲートへ
収束する傾斜面と同一の傾斜角とすることにより、バル
ブゲートピンとスペーサの密着性が良くなり、溶融樹脂
がその間に張り込んで樹脂焼けなどの不都合を防止でき
る。 【００１７】前述したスペーサは、従来のホットノズル
に装着して改善を行う汎用的なものであるが、これに代
る手段として、バルブゲート方式ホットノズルにおい
て、流通路形成側壁を膨出させてバルブゲートピンの背
後を少なくとも１８０°〜２４０°取り囲むように閉鎖
することにより、バルブゲートピンの背後へ溶融樹脂が
回り込まないような形状として、スペーサ装着と同様な
効果が得られる。 【００１８】なお、特開平９−１１２７８号公報には、
本発明のスペーサと形状が良く似た内部カラー部９０が
開示されているが、目的がバルブ部材を位置決めする部
品であり、樹脂流通路を一部閉鎖するベーン部９４は１
８０°閉鎖する構造でないため、溶融樹脂がバルブゲー
トピンの裏側に回り込む現象が生じ、本発明が目的とす
るフローマークを発生させない溶融樹脂の円滑な流動は
得られない。 【００１９】 【発明の実施の形態】本発明である請求項１に記載した
スペーサ１０の形状例とこれを用いたホットノズル装置
の例を図１〜図３に示す。図１はスペーサ１０の正面
図、図２はスペーサ１０の側面図、図３（Ａ）は図１に
おけるスペーサ１０の左側壁図、（Ｂ）は図１における
スペーサ１０の右側壁図である。以下、各図に基づいて
本発明の実施例を説明する。 【００２０】 【実施例１】本実施例におけるスペーサ１０の材料はプ
リハードン鋼を用いた。これは、ロム・モリブデン合金
鋼材を切削加工できる程度の硬さに、あらかじめ鋼材メ
ーカーで熱処理をしている鋼材である。プリハードン鋼
は表面が傷付きにくいため、スペーサとバルブゲートピ
ンが頻繁に摺接する所に用いる時、最適な材料といえ
る。他には、Ｓ−Ｃ材（機械用炭素鋼材）に代表される
ように、耐摩擦性が高く、機械加工性が優れていれば材
料として用いることができる。 【００２１】本実施例のスペーサ１０を装着するホット
ノズル２０（ＭＯＬＤＭＡＳＴＥＲＳ社製ＤＨシステ
ム）は樹脂流通路２１の直径が１６ｍｍであり、ゲート
を塞ぐバルブゲートピンの直径は８ｍｍである。 【００２２】まず、プリハードン鋼材を直径が１６ｍｍ
（＋０，−０．０２）の寸法になるように円棒に加工
し、その円棒を１０４ｍｍの長さに切断してから、内径
を８ｍｍ（＋０．０２，−０）のパイプ状に加工してス
ペーサ１０の原形とした。次に、スペーサ１０の側壁に
１２０°の角度を持った開口部１１を切削加工により形
成した。１２０°の角度にした理由は、スペーサ１０を
ホットノズル２０の樹脂流通路２１へ挿入する時、バル
ブゲートピン２２へ抱き合わせて装着し易い形状にした
ためで、１８０°以上樹脂流通路２１を閉鎖することが
可能でであれば任意に選択できる。 【００２３】スペーサ１０の両端面は、開口方向に向か
って斜めに向かう傾斜面Ａ１２及び傾斜面Ｂ１３を形成
した。各傾斜面Ａ１２、傾斜面Ｂ１３と開口面14が交わ
る角度は１３５°とした。これは、長年の研究により２
辺が交わる角度は１２０°以上あれば溶融樹脂が乱流す
ることなく辺に沿って流れることを解明したからであ
る。但し、この角度を１５０°以上にした場合、加工性
が悪くなるため、１２０°〜１５０°の範囲が実用的で
ある。 【００２４】さらに、本実施例では、各傾斜面Ａ１２、
傾斜面Ｂ１３と開口面１４が交わる稜部１５を１０Ｒの
縁取りを形成して流動性を高めた。傾斜面Ａ１２は、ス
ペーサ１０のホットノズル２０内で樹脂流入口２３方向
であり、その先端を安全の為切断している。傾斜面Ｂ１
３は、スペーサ１０におけるゲート２４方向であり、反
対面である外側壁１７には、ホットノズル２０の樹脂流
通路側壁２５がゲート２４へ収束する傾斜面と同一の傾
斜角による傾斜面Ｃ１６を形成している。そのため、ス
ペーサ１０の位置が定まり、さらに樹脂流通路側壁２５
とバルブゲートピン２２との密着性が良くなる。以上の
加工により、本発明のスペーサ１０が完成した。 【００２５】 【実施例２】実施例１にて得たスペーサ１０をホットノ
ズル２０へ装着して射出成形した実施例を紹介する。図
４、図５に、射出成形機（東芝機械製 ＩＳ−１３００
ＤＥＷ）へ組み込まれた射出成形用金型３０内の断面図
を示す。 【００２６】まず、図４において、２０は本実施例に用
いたホットノズルであり、マニホールド３１内のランナ
ー３２からの溶融樹脂を固定側金型３３と可動側金型３
４とで形成されたキャビティ３５に導く働きをしてい
る。ホットノズル２０の外壁の一部には溶融樹脂の温度
を適温に保持する為にヒータ２６を具備している。ホッ
トノズル２０の中心軸の位置に合わせて、溶融樹脂が流
動する樹脂流通路２１とキャビティ３５へ溶融樹脂を射
出するゲート２４、そしてゲート２４の開口部を開閉す
るため往復運動するバルブゲートピン２２を具備してい
る。 【００２７】射出成形用金型３０内に設置する前に実施
例１に記載したスペーサ１０を装着するが、その位置
は、ランナー３２から樹脂流通路２１への入口である樹
脂流入口２３と対向する位置に合わせ、バルブゲートピ
ン２２と樹脂流通路側壁２５との間に挿入し、さらに傾
斜面Ｃ１６において、樹脂流通路側壁２５がゲート２４
へ収束する面と当接して密着する位置にて装着される。 【００２８】なお、スペーサ１０の外壁へ小さな突起を
形成し、前記突起が収納される溝を、スペーサ１０が所
望する装着位置に対応する樹脂流通路側壁２５の場所に
形成することにより、より確実にスペーサ１０を装着で
きる。以上のように準備された射出成形装置により、ポ
リスチレン樹脂（ＰＳ）を材料として射出成形した。 【００２９】油圧シリンダー等の駆動装置によりバルブ
ゲートピン２２を図の上方に移動させるとゲート２４が
開放され樹脂流通路２１に蓄積されている溶融樹脂がキ
ャビティ３５に射出され、さらに、ランナー３２からは
溶融樹脂が樹脂流動口２３を通じて樹脂流通路２１に流
れ込む。 【００３０】溶融樹脂は、スペーサ１０の効果にて、バ
ルブゲートピン２２へ巻き込むような乱流は発生せず、
さらに、傾斜面Ａ１２及び傾斜面Ｂ１３の形状によりス
ペーサ１０面を沿うようにゲート２４に向かって円滑に
流動する溶融樹脂の流れが得られた。以上の効果にて、
キャビティ３５へ均一な溶融樹脂が充填された。 【００３１】規定量の溶融樹脂が充填されると、図５に
示すように、バルブゲートピン２２を図の下方に移動さ
せてゲート２４を封鎖し、キャビティ３５への溶融樹脂
の射出を止めて保圧冷却を行った。冷却時間が経過し、
固定側金型３３から可動側金型３４を後退させて射出成
形用金型３０を開き、成形品を取り出した。その結果、
本実施例で得られた成形品は、フローマークのような外
観不良がなく、意匠的に満足できる高品位な成形品であ
った。 【００３２】 【比較例】比較例として、実施例２においてスペーサ１
０をホットノズル２０から取り除いた以外は、まったく
同じ条件で射出成形を行った。その結果、得られた成形
品においてゲート２４の位置からマニホールドの延長方
向へフローマークが発生する場合があり、意匠的に満足
できる成形品が得られず、金型のコア側を切削するなど
の対策を講じる必要が生じた。 【００３３】 【実施例３】実施例１及び実施例２では、様々なホット
ゲートに装着できる汎用性の高いスペーサや、これを用
いた成形方法を紹介したが、本実施例としては、ホット
ゲートの樹脂流通路の側壁の形状をバルブゲートピンの
側面から半径方向へ左右に膨出して延びる側壁に形成
し、樹脂流通路の横断面が半円形又は扇形に形成された
ホットゲートを用いて射出成形する実施例を、図６及び
図７を基に説明する。図６は、ホットノズル４０を射出
成形用金型に組み込んだ断面図であり、図７は、図６に
おけるホットノズル４０のＡ−Ａ部断面図である。 【００３４】前実施例では、バルブゲートピンの背後に
回り込まないようにスペーサ１０を装着したが、本実施
例に用いるホットノズル４０は、樹脂流通路４１におい
て、樹脂流入口４２に対向する膨出した樹脂流通路側壁
４３に溝４４を形成し、バルブゲートピン４５が溝４４
の中を往復運動可能にした構造である。さらに、樹脂流
通路側壁４３の左右の角度αはバルブゲートピン４５を
中心として１８０°であり、樹脂流通路が半円形状とな
っている。角度αについは、１８０°以上になると溶融
樹脂の流れに乱れが生じる可能性があるので、１８０°
以下と設定した。なお、角度αは１８０°以下であれば
溶融樹脂のキャビティ４６への射出時間、樹脂材料な
ど、いろいろな要因によって定めることができる。 【００３５】以上のように構成されたホットゲート４０
を用いて射出成形を行った。射出成形機、射出成形用金
型、成形材料は実施例２と全く同一である。樹脂流入口
４２から樹脂流通路４１に流入した溶融樹脂は乱れるこ
となくスムーズに流れ、キャビティ４６に充填すること
ができた。その結果、本実施例で得られた成形品は、フ
ローマークのような外観不良がなく、意匠的に満足でき
る高品位な成形品であった。 【００３６】 【発明の効果】以上のように、本発明におけるバルブゲ
ート式ホットノズルの樹脂流通路を１８０°〜２４０°
の範囲で閉鎖できるスペーサを樹脂流入口から見てバル
ブゲートピンの背後側に組み込み、樹脂流通路を１８０
°〜２４０°の範囲で閉鎖したことにより、次のような
効果を奏する。 ａ．樹脂流入口から樹脂流通路内に流入した樹脂は、バ
ルブゲートピンの裏側に 廻り込まないでゲートからキャ
ビティ内に流入する。この結果、キャビティ内 に流入す
る樹脂には渦流が発生しない。この結果、射出成形した
成形品は、フローマークのような外観不良のない高品位
であるため、塗装を行わなくてもよく、コストダウンを
図れる。 ｂ．キャビティに均一に溶融樹脂を充填できるため、歪
みが少なく、内部応力の少ない成形品を得られる。 ｃ．本発明のスペーサは、樹脂流通路壁面とバルブゲー
トピンの間に装着するだけで効果を得られる簡単な構造
であるため汎用性が高いことから、様々なバルブゲート
式ホットノズルに使用できる。 ｄ．スペーサ及び樹脂流通路壁面の溝がバルブゲートピ
ンのガイドの働きもするので、バルブゲートピンが振れ
てゲートに当たり、損傷するような危険性を防ぐことが
できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】実施例１におけるスペーサの正面図。 【図２】実施例１におけるスペーサの側面図。 【図３】（Ａ）は実施例１におけるスペーサの左側面
図、（Ｂ）は右側面図。 【図４】実施例２における射出成形において、ゲートが
開いている射出成形用金型の断面図。 【図５】実施例２における射出成形において、ゲートが
バルブゲートピンにて閉鎖している射出成形用金型の断
面図。 【図６】実施例３のバルブゲート式ホットノズルを射出
成形用金型に組み込んだ断面図。 【図７】図６のＡ−Ａ部断面図。 【図８】従来のホットランナー方式における射出成形用
金型の断面図。 【符号の説明】 １０ スペーサ １１ 開口部 １２ 傾斜面Ａ １３ 傾斜面Ｂ １４ 開口面 １５ 稜部 １６ 傾斜面Ｃ ２０ ホットノズル ２１ 樹脂流通路 ２２ バルブゲートピン ２３ 樹脂流入口 ２４ ゲート ２５ 樹脂流通路側壁 ３０ 射出成形用金型 ３２ ランナー ３５ キャビティ ４０ ホットノズル ４１ 樹脂流通路 ４２ 樹脂流入口 ４３ 樹脂流通路側壁 ４４ 溝 ４５ バルブゲートピン α 角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−277320（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−11278（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 33/00 - 33/76 B29C 39/26 - 39/36 B29C 41/38 - 41/44 B29C 43/36 - 43/42 B29C 43/50 B29C 45/26 - 45/44 B29C 45/64 - 45/68 B29C 45/73 B29C 49/48 - 49/56 B29C 49/70 B29C 51/31 - 51/40 B29C 51/44

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 中心部を貫通する樹脂流通路を形成する
   と共にこの樹脂流通路の先端にゲートを形成して成るホ
   ットノズルと、前記ゲートを開閉するためのバルブゲー
   トピンを前記樹脂流通路内に往復運動自在に組み込むと
   共に前記樹脂流通路内に樹脂を流入させるための樹脂流
   入口を樹脂流通路の側壁に形成して成るバルブゲート式
   ホットノズルにおいて、前記樹脂流入口とゲート間の樹
   脂流通路内であって、前記樹脂流入口から見てバルブゲ
   ートピンの背後側に、円曲角が１８０°〜２４０°から
   成る断面Ｃ字状のスペーサを挿入して樹脂流入口側から
   見てバルブゲートピンの背後側の樹脂流通路を閉鎖した
   ことを特徴とするバルブゲート式ホットノズル装置。