JP3713700B2 - バルブゲート式金型装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂の射出成形などに用いられるバルブゲート式金型装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
例えば特開平１０−１５９９５号公報などに記載されているように、製品キャビティへのゲートまでの材料通路内の樹脂を加熱して常時溶融状態に保つホットランナー金型装置において、ゲートをバルブピンにより機械的に開閉するバルブゲート式金型装置が知られている。なお、ホットランナー金型装置は、成形能率を高めることを目的としたものであり、ゲートを閉じるのは、型開時などにゲートから樹脂が漏れるのを防止するためである。
【０００３】
バルブゲート式金型装置においては、一般的に、内部が樹脂通路をなす筒状のバルブ本体内にバルブピンを収容してあるが、ゲートとバルブピンとの芯ずれは、その動作不良や樹脂の流れの偏りによる成形不良を招くので、前記公報に記載のバルブゲート式金型装置では、バルブ本体のゲート側先端部に形成したバルブピン支持孔（貫通孔）にバルブピンを常時摺動自在に嵌合し、成形材料である樹脂はバルブピン支持孔の周囲に形成した凹溝（流通溝）を通すようにしている。この凹溝は、樹脂通路の軸方向と一致するバルブピンの摺動方向と平行に延び、バルブ本体のゲート側先端面まで至っているとともに、互いに120°ずつ離して３本形成されている。
【０００４】
しかし、このように互いに離れた３本の凹溝に樹脂を通すようにしているため、これらの凹溝により有向的な流れが作られ、製品キャビティにおける樹脂の流れも、凹溝のある部分に偏った三角形状に近いものとなる。そのため、特に製品キャビティにおける樹脂の流動性が悪い場合、成形不良が生じるおそれがある。また、前記流れに起因する樹脂の配向により、流れ模様であるウェルドラインや周方向における密度のばらつき（疎密）が生じるようなおそれがある。
【０００５】
このような樹脂の流れの偏りを緩和する一つの手段は、バルブ本体の材料通路内におけるバルブピン支持孔の長さを短くすることである。しかし、バルブピン支持孔の長さを短くすると、バルブピンの支持の安定性が悪くなり、成形材料の圧力などによりバルブピンが傾いて、これが原因で成形材料の流れに偏りを生じたり、バルブピンの作動不良を生じたりするおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決しようとするもので、ゲートから製品キャビティへの成形材料の流れをより均一なものにでき、成形される製品の精度および特性を向上させることができ、しかもバルブピンを確実に支持できるバルブゲート式金型装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のバルブゲート式金型装置は、前記目的を達成するために、互いに開閉し型閉時に製品キャビティを相互間に形成する複数の型体と、これら型体のうち製品キャビティへ開口するゲートを有する型体に設けられたバルブ装置とを備えるとともに、このバルブ装置は、前記型体の本体部に形成された組み込み孔内に組み込まれるとともに材料通路を内部に形成したバルブ本体と、このバルブ本体に設けられたヒーターと、前記バルブ本体の内部に設けられ前記ゲートを開閉するバルブピンとを有し、前記バルブ本体におけるゲート側の先端部で材料通路の内周面に、前記バルブピンの外周面に摺動自在に接触する複数の支持羽根を放射状にかつ螺旋状に形成するとともに、これら支持羽根間に、この支持羽根よりも幅が大きい分割材料通路部を形成し、前記支持羽根よりもゲート側の部分で前記材料通路を円柱形状部にしたものである。
【０００８】
成形に際しては、複数の型体を型閉してこれらの型体間に製品キャビティを形成し、バルブピンを移動させてゲートを開放し、製品キャビティ内に成形材料を充填する。このとき、成形材料は、バルブ本体内の材料通路、バルブピンが嵌合している支持羽根間の分割材料通路部、円柱形状部およびゲートを通って製品キャビティ内に流入する。このようにして製品キャビティ内に成形材料を充填した後、バルブピンを移動させてゲートを閉じる。さらに、製品キャビティ内の成形材料が冷却して固化した後、型開して製品キャビティ内で固化した成形材料つまり成形された製品を取り出す。その間、材料通路内の成形材料は、ヒーターの加熱により常時溶融状態に保たれる。前述のようにゲートから製品キャビティ内に成形材料を充填するとき、支持羽根間の分割材料通路部の幅が支持羽根の幅よりも大きくなっていて成形材料の流動に対する抵抗が少ないとともに、バルブ本体内の材料通路の先端部が円柱形状部になっていることにより、成形材料の流れの偏りが生じにくく、ゲートから製品キャビティへの成形材料の流れもより均一なものになる。さらに、支持羽根が螺旋状になっていることにより、その攪拌作用によって成形材料の流れの偏りがよりいっそう緩和される。一方、支持羽根が螺旋状になっていることもあって支持羽根によるバルブピンの支持長さは十分に確保できるので、バルブピンの支持の確実性を損なわずに済む。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明のバルブゲート式金型装置において、バルブ本体のヒーターは、バルブ本体のゲート側先端部において支持羽根にバルブピンの径方向から対向する位置まで延設したものである。
【００１０】
支持羽根により分割されている分割材料通路部は、成形材料の流れを分割するためこの流れの偏りの原因となるが、前述のように分割材料通路部の幅が大きいことに加えて、分割材料通路部をヒーターが効率よく加熱するため、成形材料の流動性が高まり、したがって、成形材料の流れの偏りがより緩和される。その際、分割材料通路部が大きくて受熱面積が大きいとともに、支持羽根を介して熱がバルブピンまで伝わるため、分割材料通路部の加熱効率はより高いものとなる。
【００１１】
【発明の実施形態】
以下、本発明のバルブゲート式金型装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず第1実施例を図１から図４に基づいて説明する。１は固定型、２は可動型で、型体であるこれら固定型１および可動型２は、図１および図２における図示上下方向（型開閉方向）に互いに移動して開閉し、型閉時に相互間に製品形状の製品キャビティ３を形成するものである。固定型１は、固定側型板６と、この固定側型板６の裏面すなわち可動型２と反対側の面に固定された固定側受け板７と、この固定側受け板７の裏側にスペーサーブロックを介して固定された固定側取り付け板（図示していない）とを備えており、この固定側取り付け板と固定側受け板７との間にはマニホールド８が設けられている。このマニホールド８は、材料通路であるランナー９が内部に形成されており、このランナー９内の成形材料である熱可塑性樹脂は、マニホールド８に設けられた図示していないヒーターの加熱により常時溶融状態に保たれるようになっている。
【００１２】
そして、固定型１の本体部を構成する固定側型板６に貫通形成されたゲートブッシュ組み込み孔11内には、固定側型板６や固定側受け板７とともに固定型１の本体部をなすゲートブッシュ12が着脱可能に嵌合されている。このゲートブッシュ12は、製品キャビティ３側がこの製品キャビティ３側へ向かって細くなるテーパー部13になっており、このテーパー部13の先端部に製品キャビティ３へ開口するゲート14が開口形成されている。そして、ゲートブッシュ組み込み孔11の内面とゲートブッシュ12との間には、冷却水通路15が形成されているとともに、この冷却水通路15を挟んで漏水防止用のＯリング16が装着されている。
【００１３】
また、固定型１には、前記ゲート14を開閉するバルブ装置21が組み込まれている。つぎに、このバルブ装置21の構成を説明する。固定型１の本体部を構成する前記固定側受け板７には、前記型開閉方向に貫通する組み込み孔22が形成されており、前記ゲートブッシュ12の内部は、前記組み込み孔22に通じる組み込み孔23になっている。そして、この組み込み孔22,23内にほぼ筒状のバルブ本体26が組み込まれている。このバルブ本体26の一端部はフランジ部27になっていて前記マニホールド８および固定側受け板７に固定されている。
【００１４】
また、バルブ本体26の内部は、マニホールド８内のランナー９を前記ゲート14に連通させる材料通路28になっている。この材料通路28は、ほぼ円柱形状になっているが、ゲート14側の先端部内周面に３枚の支持羽根29が一体に形成されている。これら支持羽根29は、材料通路28の中心軸に対して120°ずつ離れて放射状に位置している。また、各支持羽根29は、前記型開閉方向と平行な材料通路28の中心軸の回りで互いに平行に螺旋状に捩じられている。各支持羽根29は120°以上捩じってあり、したがって、材料通路28の内周面にあって支持羽根29のある部分は全周に存在している。なお、支持羽根29の内側縁は、ゲート14と反対側の部分（図１および図２における上側の部分）がテーパー部30になっているが、他の部分は支持羽根29の内側縁に接する円柱面が前記型開閉方向と平行になっている。テーパー部30は、成形材料である樹脂の流れに対する抵抗を減らすためのものである。そして、支持羽根29間の凹溝状の部分が分割材料通路部31になっている。これら分割材料通路部31は、支持羽根29が３枚あるので、３つに分かれた螺旋状の通路を形成している。支持羽根29は比較的薄いもので、この支持羽根29の幅W1よりも分割材料通路部31の幅W2の方が大幅に大きくなっている。なお、一例であるが、材料通路28の直径が3.6mm程度であるのに対して、支持羽根29の幅W1は1.5mm程度である。また、分割材料通路部31の総断面積は、従来の細い複数の凹溝からなる材料通路部の総断面積の4.5倍程度になっている。
【００１５】
さらに、バルブ本体26内の材料通路28は、支持羽根29よりもゲート14側の部分が円柱形状部32をなしている。この円柱形状部32の内周面は、前記支持羽根29の内側縁と同一円柱面上に位置している。なお、前述のような支持羽根29を一体に有するバルブ本体26は、例えば放電加工により製造できる。
【００１６】
そして、バルブ本体26には、固定側取り付け板に設けられた図示していない油圧シリンダーなどの駆動により前記型開閉方向に移動するバルブ体としてのバルブピン36が内蔵されている。このバルブピン36は、ゲート14側の先端部に形成されたゲート閉塞部37がゲート14に挿脱自在に嵌合してこのゲート14を閉じるものである。また、バルブピン36は、前記型開閉方向を軸方向としており、前記バルブ本体26の支持羽根29の内側縁に外周面が常時摺動自在に接触している。これにより、バルブピン36のゲート14側の先端部が支持されているが、バルブピン36がゲート14を閉じたときには、このバルブピン36が前記円柱形状部32に嵌合するようになっている。一方、ゲート14を開いた状態では、バルブピン36の先端は支持羽根29の中間部に位置するようになっている。さらに、バルブピン36は、バルブ本体26におけるマニホールド８側の端部では、バルブ本体26内に固定されたガイドブッシュ38により支持されている。すなわち、このガイドブッシュ38内をバルブピン36が摺動自在に貫通している。
【００１７】
また、前記バルブ本体26の外周面には、材料通路28を加熱するバンドヒーター41およびこのヒーター41を外側から覆うほぼ円筒状のヒーターカバー42が嵌合されている。そして、ヒーター41は、バルブ本体26のゲート14側先端部において支持羽根29にバルブピン36の径方向から対向する位置まで延設してあり、羽根対向部43を有している。
【００１８】
前記バルブ本体26のゲート14側先端部の外周側には段部46が形成されており、この段部46に短い円筒状の断熱リング47が嵌合されて固定されている。そして、断熱リング47の外周面が前記ゲートブッシュ12の組み込み孔23内に形成された同径の円柱面状の嵌合面48に嵌合している。これにより、バルブ本体26がそのゲート14側先端部において固定型１の本体部をなすゲートブッシュ12に支持されている。なお、断熱リング47とゲートブッシュ12との嵌合面48以外においては、断熱のために、組み込み孔22,23の内面とバルブ本体26あるいはヒーターカバー42の外面との間には隙間49が形成されている。また、断熱リング47は、隙間49のゲート14側の部分とヒーター41側の部分とを遮断している。
【００１９】
なお、51は可動型２の可動側型板である。
【００２０】
つぎに、前記の構成についてその作用を説明する。成形にあたっては、まず固定型１と可動型２とを型閉して、これら固定型１および可動型２間に製品キャビティ３を形成した後、図１に示すように、バルブピン36を可動型２から離れる方向へ移動させてゲート14を開放する。なお、ゲート14が開放された状態でも、バルブピン36は、バルブ本体26の支持羽根29に嵌合したままである。そして、射出成形機から固定型１内に熱可塑性の成形材料である溶融した熱可塑性樹脂を射出する。この樹脂は、マニホールド８のランナー９などを通り、さらにバルブ本体26内の材料通路28、バルブピン36が嵌合している支持羽根29間の分割材料通路部31および円柱形状部32を通ってゲート14から製品キャビティ３内に流入する。このようにして製品キャビティ３内に樹脂が充填された後、保圧を経て、図２に示すように、バルブピン36が可動型２の方へ移動し、ゲート14に嵌合してこのゲート14を閉じる。製品キャビティ３内の樹脂は冷却水通路15を冷却水が通ることにより積極的に冷却される。そして、製品キャビティ３内の樹脂すなわち製品が冷却して固化した後、固定型１と可動型２とを型開して、成形された製品を取り出す。その後、再び型閉が行われて以上の工程が繰り返され、成形が繰り返される。その間、バルブ本体26の材料通路28内の樹脂はヒーター41の加熱により常時溶融状態に保たれる。
【００２１】
前述のように、樹脂がバルブ本体26内の材料通路28からゲート14を介して製品キャビティ３内に流入するとき、支持羽根29間の分割材料通路部31の幅W2が支持羽根29の幅W1よりも大きくなっていることにより、分割材料通路部31における樹脂の流動抵抗は比較的小さい。したがって、分割材料通路部31において樹脂の流れは分割されるものの、樹脂の流れの偏りの発生は小さい。しかも、支持羽根29が螺旋状になっており、したがって分割材料通路部31も螺旋状になっているので、この分割材料通路部31を通るときに樹脂に回転運動が与えられ、その結果乱流的な流れが生じて樹脂が攪拌される。これにより、樹脂の流れの偏りが緩和される。さらに、バルブ本体26内の材料通路28の先端部が円柱形状部32になっているので、分割材料通路部31において樹脂の流れに若干偏りが生じたとしても、分断された樹脂の流れが１つの円柱形状部32で再び合流することにより、前述の攪拌作用とあいまって流れの偏りが緩和され、ゲート14から製品キャビティ３への樹脂の流れが均一なものになる。以上のことにより、ゲート14から流出した樹脂は360°全周に渡って各方向へ均等に広がる。
【００２２】
しかも、ヒーター41をバルブ本体26のゲート14側先端部において支持羽根29にバルブピン36の径方向から対向する位置まで延設したので、ヒーター41が支持羽根29間の分割材料通路部31を効率よく加熱する。しかも、この分割材料通路部31は、幅W2が大きくなっているので受熱面積が大きく、さらに、ヒーター41の熱は支持羽根29を介してバルブピン36まで直接伝導され、分割材料通路部31がよりいっそう効率よく加熱される。したがって、分割材料通路部31における樹脂の流動性がよりいっそう向上し、これにより、分割材料通路部31における樹脂の流れの偏りがよりいっそう緩和される。
【００２３】
そして、以上のようにゲート14から製品キャビティ３への樹脂の流れを均一なものにでき、樹脂の配向もより均一なものになることにより、成形不良を防止できるとともに、成形される製品の精度および特性を向上させることができる。例えば樹脂がガラスフィラ入りポリアミド樹脂あるいはＰＢＴ（ポリテレフタル酸ブチレン）などの流動性の悪いものであるような場合でも、ウェルドラインの発生などの成形不良が生じることを防止できる。
【００２４】
また、前述のように支持羽根29を比較的薄いものにはしているが、バルブピン36の軸方向における支持羽根29の長さを長くしているので、これら支持羽根29によるバルブピン36の支持長さは長くなり、樹脂の圧力などによるバルブピン36の傾きは確実に防止できる。なお、支持羽根29の長さを長くすることは、支持羽根29が薄いことにより可能になるものである。しかも、支持羽根29が螺旋状になっているので、支持羽根29をバルブピン36の軸方向と平行にした場合に比べて支持長さをよりいっそう長くできる。その上、支持羽根29は120°以上捩じってあって、材料通路28の内周面にあって支持羽根29のある部分が全周に存在しており、バルブピン36がその全周で支持羽根29により支持されることになるので、バルブピン36をよりいっそう安定性よく確実に支持できる。したがって、バルブピン36の傾きに起因する樹脂の流れの偏りや、バルブピン36の作動不良を防止できる。さらに、支持羽根29は、バルブピン36をその途中の部分ではなく先端部で支持するので、このバルブピン36の磨耗が生じにくい。
【００２５】
つぎに、本発明のバルブゲート式金型装置の第２実施例について図５を参照しながら説明する。なお、本第２実施例の金型装置の基本的構成は前記第１実施例とほぼ同様になっているので、この第１実施例と対応する部分には同一符号を付して、その説明を省略する。本第２実施例は、バルブ本体26のゲート14側先端部で支持羽根29、材料通路28の分割材料通路部31および円柱形状部32を形成する部分を別体のアタッチメント56とし、このアタッチメント56をバルブ本体26に形成したアタッチメント装着部57に組み込むようにしたものである。
【００２６】
このように支持羽根29部分をアタッチメント56にすることにより、従来のバルブ装置にも、本発明の支持羽根29を適用できる。
【００２７】
なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、前記実施例では、支持羽根29の数を３枚にしたが、支持羽根の数は３枚に限るものではなく、４枚以上にしてもよい。また、前記実施例では、固定側型板６とは別体のゲートブッシュ12を設けてこのゲートブッシュ12にゲート14を設けたが、ゲートブッシュを設けずに、固定側型板に直接ゲートを形成してもよい。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明のバルブゲート式金型装置によれば、バルブ本体におけるゲート側の先端部で材料通路の内周面に、バルブピンの外周面に摺動自在に接触する複数の支持羽根を放射状に形成するとともに、これら支持羽根間に、この支持羽根よりも幅が大きい分割材料通路部を形成し、前記支持羽根よりもゲート側の部分で材料通路を円柱形状部にしたので、ゲートから製品キャビティへの成形材料の流れをより均一なものにでき、さらに、支持羽根は螺旋状にしたので、この支持羽根で成形材料の流れが攪拌されることにより成形材料の流れをよりいっそう均一なものにでき、したがって、成形される製品の精度および特性を向上させることができる。しかも、このように成形材料の流れの偏りを防止しながら、支持羽根によるバルブピンの支持長さは確保でき、さらに、支持羽根が螺旋状になっていることによりバルブピンの支持長さをより長くできるので、バルブピンを確実に支持できる。
【００２９】
請求項２の発明のバルブゲート式金型装置によれば、請求項１の発明の効果に加えて、バルブ本体のヒーターは、バルブ本体のゲート側先端部において支持羽根にバルブピンの径方向から対向する位置まで延設したので、ヒーターの加熱によって支持羽根間の分割材料通路部における成形材料の流動性が向上することにより、ゲートから製品キャビティへの成形材料の流れの偏りをよりいっそう緩和できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバルブゲート式金型装置の第1実施例を示すゲートが開いた状態の縦断面図である。
【図２】同上ゲートが閉じた状態の縦断面図である。
【図３】同上支持羽根付近の横断面図である。
【図４】同上バルブ本体の支持羽根付近の斜視図である。
【図５】本発明のバルブゲート式金型装置の第２実施例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 固定型（型体）
２ 可動型（型体）
３ 製品キャビティ
６ 固定側型板（本体部）
７ 固定側受け板（本体部）
14 ゲート
21 バルブ装置
22 組み込み孔
23 組み込み孔
26 バルブ本体
28 材料通路
29 支持羽根
31 分割材料通路部
32 円柱形状部
36 バルブピン
41 ヒーター

Claims (2)

1. 互いに開閉し型閉時に製品キャビティを相互間に形成する複数の型体と、これら型体のうち製品キャビティへ開口するゲートを有する型体に設けられたバルブ装置とを備えるとともに、このバルブ装置は、前記型体の本体部に形成された組み込み孔内に組み込まれるとともに材料通路を内部に形成したバルブ本体と、このバルブ本体に設けられたヒーターと、前記バルブ本体の内部に設けられ前記ゲートを開閉するバルブピンとを有し、前記バルブ本体におけるゲート側の先端部で材料通路の内周面に、前記バルブピンの外周面に摺動自在に接触する複数の支持羽根を放射状にかつ螺旋状に形成するとともに、これら支持羽根間に、この支持羽根よりも幅が大きい分割材料通路部を形成し、前記支持羽根よりもゲート側の部分で前記材料通路を円柱形状部に形成したことを特徴とするバルブゲート式金型装置。
2. バルブ本体のヒーターは、バルブ本体のゲート側先端部において支持羽根にバルブピンの径方向から対向する位置まで延設したことを特徴とする請求項１記載のバルブゲート式金型装置。

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