JP4228059B2 - Hot runner mold valve gate for injection molding - Google Patents
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Description
この発明は、射出成形用ホットランナ金型のバルブゲートに関する。 The present invention relates to a valve gate of a hot runner mold for injection molding.
射出成形用ホットランナ金型においてバルブゲートは、ゲートの開閉を機械的に操作できるものとして、(1)溶融材料(樹脂、金属)の冷却固化を待たずに強制的にゲート切断して金型を開くことにより成形サイクルを短縮できる、(2)多数キャビティの金型で、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の成形ができる、(3)1キャビティ多点ゲートの場合に、各ゲートの開閉タイミングを変えることにより材料の流動状態を制御できる、などの目的で利用されている。 In the hot runner mold for injection molding, it is assumed that the valve gate can be mechanically operated to open and close the gate. (1) The mold is forcibly cut without waiting for the molten material (resin, metal) to cool and solidify. Opening can shorten the molding cycle. (2) With a multi-cavity mold, either gate is not used (closed) and molding can be done with only the required cavities. (3) One cavity multi-point In the case of a gate, it is used for the purpose of controlling the flow state of the material by changing the opening and closing timing of each gate.
一般的なバルブゲートは、エアまたは油圧のシリンダによってバルブピンを往復作動させ、ゲート穴を開閉する。その中でも、最も一般的な構造は、例えば特許3743998号公報(特許文献1)などに記載されているように、マニホールド上方(固定取付け板側)のゲート穴の真上にシリンダを配置し、バルブピンがマニホールドを貫通して、材料流路を同軸上に縦断するものである。この構造では、(1)材料流路をゲートの軸上に対して側方から合流させる必要があり、成形機のノズルタッチ部と同軸上にゲートを配置できない、(2)マニホールドの貫通加工が必要、(3)高さ方向のスペース(通常、固定取付け板厚さ)が必要、(4)金型の組立、メンテナンス性が悪い、(5)材料流路をバルブピンが縦断するため流動抵抗が生じ、流量が制限される、などの問題点がある。 A general valve gate opens and closes a gate hole by reciprocating a valve pin by an air or hydraulic cylinder. Among them, as described in, for example, Japanese Patent No. 3743998 (Patent Document 1), the most general structure is such that a cylinder is arranged right above the gate hole above the manifold (on the fixed mounting plate side), and a valve pin Passes through the manifold and longitudinally cuts the material flow path coaxially. In this structure, (1) it is necessary to join the material flow path from the side with respect to the axis of the gate, and the gate cannot be arranged on the same axis as the nozzle touch part of the molding machine. Necessary, (3) Requires space in the height direction (usually fixed mounting plate thickness), (4) Poor mold assembly and maintainability, (5) Flow resistance due to the valve pin running vertically through the material flow path There is a problem that the flow rate is limited.
これらの問題点を解決するための構造が、例えば特開2003−103581号公報(特許文献2)などに記載されている。すなわち、ノズルタッチ部とゲートは同軸上に配置され、ノズルタッチ部とゲートをつなぐ材料流路が弓状に湾曲している。一方、円環状のエアシリンダ装置が材料通路の外側に配置されており、材料通路と干渉しない方向で、エアシリンダの往復作動部に接続された腕部が中心軸まで伸び、材料流路の湾曲によって回避された中心軸上のスペースにてバルブピンのフランジ部に連結されている。バルブピンは、湾曲部よりゲート側の材料流路を一般的なバルブゲートと同様に同軸上に縦断し、エアシリンダの往復作動によりゲート穴を開閉する。 A structure for solving these problems is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-103581 (Patent Document 2). That is, the nozzle touch part and the gate are arranged on the same axis, and the material flow path connecting the nozzle touch part and the gate is curved in an arcuate shape. On the other hand, an annular air cylinder device is arranged outside the material passage, and the arm connected to the reciprocating operation part of the air cylinder extends to the central axis in a direction not interfering with the material passage, and the material passage is curved. It is connected to the flange portion of the valve pin in the space on the central axis avoided by The valve pin longitudinally cuts the material flow path on the gate side from the curved portion on the same axis as a general valve gate, and opens and closes the gate hole by the reciprocating operation of the air cylinder.
特許文献1、特許文献2は、いずれもエアシリンダで直接バルブピンを駆動しており、エアシリンダとバルブピンの作動方向およびストロークは同じである。この構造では、バルブピンの推力もまた、エアシリンダの推力と等しくなる。バルブピンの推力としては、射出時、ゲート穴からの反力(=射出圧力×ゲート穴面積)に押し戻されずバルブを閉じる力が必要であり、射出圧力が一定とすると、推力が大きいほど、ゲート穴面積を大きくできることになる。推力を大きくするには、増圧弁を利用してエア供給圧を高くするか、シリンダボア径を大きくすればよいが、シリンダボア径を大きくすると、金型への組込みスペースを多く必要とし、金型強度が低下するという問題点も生じる。特に特許文献2の円環状のエアシリンダは、バルブゲート本体が大きくなってしまい、適用性が低下する。
そこで、例えば、非特許文献1には、円環状のエアシリンダによる駆動に代わり、中心軸に直角な回転作動を、歯車によって往復作動に変換してバルブピンを上下させる構造が記載されている。このように、元の駆動手段の作動を運動伝達手段によって変換する方法では、作動ストロークを減衰させ、逆に推力を増幅させることにより、シリンダボア径を特別大きくせずに、適用可能なゲート径を大きくできるという効果がある。In both
Therefore, for example,
上述の、特許文献2や非特許文献1の技術は、(1)ノズルタッチ部とゲートを同軸上に配置できる、(2)マニホールドの貫通加工が不要、(3)高さ方向のスペースが低減できる、(4)金型の組立、メンテナンス性が向上する、などの効果がある。しかし、流動抵抗に関しては、湾曲部のゲート側で、一般のバルブゲート同様、材料流路をバルブピンが縦断すること、また、湾曲部自体も抵抗となることから、やはり、流量を多くできない。
また、特許文献2の構造は、材料流路を加熱するためのヒータの近くにシリンダを配置せざるを得ないため、シリンダのOリング、パッキンなどの気密部材が熱影響を受けて耐久性が低下しやすいという問題点がある。特許文献2では、バンドヒータの配置を工夫して熱影響を少なくしているものの、根本的には、シリンタが高温部近くに晒されることに変わりはない。The techniques of
Further, in the structure of
また、非特許文献1の技術は、駆動手段の推力を増幅してバルブピンの推力を高めることができるが、変換部での摩擦などによるエネルギーロスを最小限に抑え、効率的な力の伝達を実現することが課題である。 Further, the technology of Non-Patent
請求項1のバルブゲートは、射出成形用ホットランナ金型に用いられるバルブゲートであって、射出成形機ノズルから連通する材料流路入口、金型キャビティに面したゲート穴、および前記材料流路入口と前記ゲート穴とに接続するバルブガイド穴を有する本体部と、前記バルブガイド穴をしゅう動可能に形成された大径軸、および前記大径軸の一端に設けられており前記ゲート穴にかん合可能に形成された前記ゲート穴を開閉可能にする小径軸を有するバルブ体と、このバルブ体を駆動する駆動手段と、前記ゲート穴方向にテーパ形状に絞られた中空のテーパリングと、前記テーパリングを押圧するスプリングとを備えている。
そして、前記本体部は前記テーパリングおよび前記スプリングをはさみ込む分割部を備え、前記バルブ体は前記バルブ体の中心軸に沿って上端面から下端直前まで形成された流路穴と、前記バルブ体の下端付近の側面から前記流路穴に連通する1ヶ所以上の連通穴とを有し、前記流路穴の上端は前記材料流路入口につながり、前記連通穴は前記ゲート穴につながるように形成され、前記テーパリングは、前記バルブガイド穴と前記大径軸との隙間を封止するために、前記バルブガイド穴に沿って開口して前記バルブ体の大径軸にかん合し、且つ前記分割部において前記スプリングによって前記本体部に対して前記ゲート穴方向に押圧されており、前記バルブ体は、前記駆動手段によって中心軸に沿って上下に作動し、上方に作動した時は前記ゲート穴の入口を開放し、下方に作動した時は前記小径軸が前記ゲート穴にかん合して前記ゲート穴を閉鎖するように構成されている。
The valve gate according to
The main body includes a split portion that sandwiches the taper ring and the spring , and the valve body includes a flow path hole formed from the upper end surface to the lower end along the central axis of the valve body, and the valve body. One or more communicating holes that communicate with the channel hole from the side surface near the lower end of the channel, the upper end of the channel hole is connected to the material channel inlet, and the communicating hole is connected to the gate hole And the taper ring is opened along the valve guide hole to seal the gap between the valve guide hole and the large diameter shaft , and engages with the large diameter shaft of the valve body, and wherein the dividing portion being pressed against the gate hole direction against the body portion by the spring, the valve body is actuated up and down along the central axis by said driving means, when actuated upward the Opening the inlet of the chromatography preparative holes, when actuated downward is configured to close the gate hole the small-diameter shaft engages bite into the gate hole.
請求項2のバルブゲートは、前記駆動手段に接続されたラックが水平方向に往復作動し、このラックに歯車のかみ合うピニオンギヤが水平方向に回転し、このピニオンギヤの内周に形成された駆動メネジが、それ自体回転しない前記バルブ体の外周に形成された駆動オネジに螺合することによって、前記バルブ体が上下方向に作動するように構成されている。 In the valve gate of
この発明によるバルブゲートは、材料流路が、バルブ体先端の一部を除き、ほぼ直線状に構成されるので、流動抵抗が小さく、流量を増すことができる。また、駆動手段が高温の本体から離れた位置に配置されるため、気密部材の熱による劣化を防ぐことができる。また、駆動ネジを螺合して力を伝達することによって駆動手段の推力を増幅し、バルブ体を駆動する構造であるので、バルブ体の推力を高めることができ、しかも、バルブ体の全周で駆動するため、効率的な力の伝達が実現できるという効果がある。 In the valve gate according to the present invention, since the material flow path is formed substantially linear except for a part of the tip of the valve body, the flow resistance is small and the flow rate can be increased. Moreover, since the drive means is disposed at a position away from the high-temperature main body, deterioration of the airtight member due to heat can be prevented. Further, the structure is such that the thrust of the drive means is amplified by screwing the drive screw and the force is transmitted to drive the valve body, so that the thrust of the valve body can be increased and the entire circumference of the valve body can be increased. Because it is driven by, there is an effect that an efficient transmission of force can be realized.
次に本発明の実施形態を、図1〜図7を参照して説明する。
一般的なホットランナ射出成形金型において、固定型1と可動型2によって、キャビティ3が形成されている。固定型1は、固定側型板4、固定側受け板5、固定側取付け板6から成っており、固定側取付け板6は、ロケートリング7によって位置決めされて、射出成形機の台盤(図示しない)に取付けられる。固定側型板4にはブッシュ穴8が、固定側受け板5および固定側取付け板6にはバルブゲート組込み穴9が開けられる。
本発明のバルブゲート10は、本体部11、ノズルタッチ部20、エアシリンダ(駆動手段)30が一体となっており、バルブゲート組込み穴9に挿入される。その際、金型かん合軸16は、ブッシュ穴8にかん合する。また、フランジプレート23が固定側受け板5の面に当たり、取付けボルト24で固定される。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In a general hot runner injection mold, a cavity 3 is formed by a fixed
In the
本体部11の外側形状は、上部が矩形部12a、中間部から下部が円柱部12bであり、円柱部12bの下端は、金型かん合軸16となっている。また、内側形状は、円柱部12bの中心軸上に、上部に大径のピニオンギヤ収容穴13、中間部にピニオンギヤ収容穴13よりも小径のバルブガイド穴17、下端部に最小径のゲート穴15が形成されており、バルブガイド穴17からゲート穴15の間はテーパ形状につながれている。また、ピニオンギヤ収容穴13と直交し、そのほぼ半径分離れた水平方向の軸トにラックガイド穴14が形成されている。
矩形部12aにはカートリッジヒータ71が挿入され、円柱部12bにはシースヒータ72a、72bが巻かれて、本体部11を材料の成形温度に加熱できるようにしてある。As for the outer shape of the main body part 11, the upper part is a rectangular part 12 a, the middle part to the lower part is a cylindrical part 12 b, and the lower end of the cylindrical part 12 b is a mold
A
また、ラックガイド穴14の延長線上には、ステー38を介して、駆動手段であるエアシリンダ30が本体部11に取付けられている。エアシリンダ30のシリンダロッド35にラック31が取付けられ、エアシリンダ30の作動に伴って、ラックガイド14内を往復作動する。ステー38、およびラック31の長さは、シリンダストロークに必要な最低長さ以上、金型に取付け可能な範囲で充分に長くしてもよい。長くすることにより、本体部11をヒータで加熱した時、エアシリンダ30への伝熱を減らし、エアシリンダ30のOリング、パッキンなどの気密部材が熱で劣化するのを防ぐことができる。また、ステー38はステンレスなどの熱伝導性の低い材質で作られることが望ましい。
ラック31の歯車は、ピニオンギヤ32外径の平歯車とかみ合うようになっている。また、本体部11のステー38と反対側の延長線上に、ストッパホルダ36が取付けられており、ストッパボルト37の締め込み量を調整することにより、シリンダロッド35およびラック31の前進限を規制することができるようになっている。ここで、前進限を規制したときのシリンダストロークをScと表す。
なお、本実施例のエアシリンダ30の代わりに、駆動手段として油圧シリンダを用いてもよい。油圧シリンダは、エア圧に比べて油圧が通常10倍以上高いため、非常に高い推力を得ることができる。Further, an
The gear of the
In place of the
また、円柱部12bには分割部12cが設けられており、内周がバルブガイド穴17に沿うように、中空状のテーパリング61、およびテーパリング61を押圧するスプリング62がはさみ込まれている。テーパリング61の内径は、バルブ体41の大径軸45に精度良くかん合する。また、テーパ形状に絞られた下端部は肉薄に形成されており、材料の射出圧力を受けて大径軸45に当接して隙間を封止する。 Further, the cylindrical portion 12b is provided with a dividing
次に、バルブ体41について説明する。
バルブ体41は、略円柱形状の中心軸に沿って、上端面から下端直前まで、貫通しない流路穴42が形成されている。下端付近側面(外部形状)は、大径軸45とテーパ部46と小径軸44から成っており、テーパ部46から流路穴42に連通する連通穴43が中心軸に対して斜めに通じている。連通穴43は、流路を構成する目的からは、1ヶ所でも、各方向に数ヶ所あっても構わない。しかし、数ヶ所に分けると材料の流れが分流となり、材料が樹脂の場合、成形品にウエルドが発生する原因となるため1ヶ所の方が望ましい。
外部形状の中央よりも上部側には駆動オネジ47が形成されており、ピニオンギヤ32の駆動メネジ33に螺合する。なお、駆動メネジ33の有効長さは、駆動オネジ47の有効長さよりも、後述するバルブストロークSvだけ長く形成されている。
なお、実施例では駆動オネジ47、駆動メネジ33は3条ネジとなっており、1条ネジに比べ、螺合での傾きが生じにくく、ピニオンギヤ32の回転を安定してバルブ体41に伝えられる。
また、バルブ体41の上端部48は円筒形状である。
Next, the
The
A
In the embodiment, the
The
次に、組付け構造を、組付け手順も合わせて説明する。
まず、ピニオンギヤ収容穴13の底部にスラストリング34を置く。
ラック31を後退限位置に置き、一方、バルブ体41の駆動オネジ47にピニオンギヤ32の駆動メネジ33をバルブストローク上端位置に螺合させた状態で、バルブ体41とピニオンギヤ32を本体部11に挿入すると、中間部では、大径軸45がテーパリング61に挿入された後、バルブガイド穴17に精度良く、かつ、しゅう動可能に挿入される。
また、図示しない回り止めによって、バルブ体41の回転は規制される。
ピニオンギヤ32は、ピニオンギヤ収容穴13のスラストリング34の上に収容される。スラストリング34はピニオンギヤ34が回転する際の摩擦を低減するためのものである。Next, the assembly structure will be described together with the assembly procedure.
First, the
The
Further, the rotation of the
The
このとき、小径軸44は、ゲート穴15よりも上に位置しており、バルブ開状態である。
次に、ラック31を前進させると、ピニオンギヤ32が上から見て反時計回りに回転し、駆動メネジ33と駆動オネジ47の螺合によって、バルブ体41が下降する。そして、小径軸44がゲート穴15にかん合し、バルブ閉状態となる。ここで、バルブ閉位置がラック31の前進限となるように、ストッパボルト37を調整する。再びラック31を後退させると、ピニオンギヤ32が上から見て時計回りに回転し、バルブ体41が上昇する。そして、小径軸44がゲート穴15から離れ、バルブ開状態となる。
このように、シリンダロッド35およびラック31がシリンダストロークScだけ水平作動すると、バルブ体41がバルブストロークSvだけ上下作動し、バルブが開閉する。
実施例ではシリンダストロークScが40ミリメートル、バルブストロークSvが6ミリメートルで、ストローク比Rが0.15になるように、ピニオンギヤ32のピッチ円直径と歯数、および駆動メネジ33、駆動オネジ47のピッチを設定してある。ストローク比Rを小さくすることにより、エアシリンダ30の作動速度に対して、バルブ体41の作動速度は遅くなるが、逆に、推力は増幅される。ギヤ、ネジの変換効率が100%ならば、ストローク比Rの逆数倍、すなわち、この例では6.7倍となる。したがって、従来技術のバルブゲートでエアシリンダが直接バルブピンを駆動する場合に比べると、エア供給圧およびシリンダボア径が一定ならばバルブ体の推力が大きくなる。よって、キャビティ3の内圧が一定だとすると、ゲート穴15の径を大きくすることが可能である。
また、駆動メネジ33と駆動オネジ47は、バルブ体41の全周で力を伝達するため、例えば、一方向のカムによって駆動する構造などに比べ、こじれなどの摩擦によるエネルギーロスが少なく、効率的に力を伝達することができる。At this time, the small-
Next, when the
Thus, when the
In the embodiment, the pitch circle diameter and the number of teeth of the
Further, since the drive
次に、本体部11の上部構造について説明する。カバー21は、本体部11のピニオンギヤ収容穴13の上部に、同軸に取付けられ、ピニオンギヤ32の上部を覆うと共に、ピニオンギヤ32の内径にかん合して、回転時の同軸度を保つ。また、スリーブ22は、カバー21にさらに同軸に取付けられ、カバー21の内径がバルブ体上端部48の外径を、スリーブ22の外径が上端部48の内径をそれぞれガイドすることにより、バルブ体41が中心軸上を精度よく作動するようにしている。
なお、スリーブ22の内径は材料流路50の一部を構成し、バルブ体41の流路穴につながる。Next, the upper structure of the main body 11 will be described. The
The inner diameter of the
カバー21の上部には、さらにフランジプレート23が取付けられる。フランジプレート23の中心部には、ノズルタッチ部20が形成されており、射出成形機ノズル90からキャビティ3にいたる材料流路50において、バルブゲート10の材料流路入口51に相当する部位となる。
また、フランジプレート23の周辺部は、固定側受け板5への取付けに使用される。A
Further, the peripheral portion of the
次に本実施形態の作動の一例を説明する。
射出成形時には、射出成形機ノズル90をノズルタッチ部20に押し当てる。
また、カートリッジヒータ71、シースヒータ72a、72bにより、本体部11が加熱され、材料流路50内の材料は溶融状態となっている。なお、エアシリンダ30は本体部11から離れて取付けられているため、直接高温に晒されることなく、Oリング、パッキンなどの気密部材が熱によって劣化するのを防止できる。Next, an example of the operation of this embodiment will be described.
At the time of injection molding, the injection
The main body 11 is heated by the
バルブ開状態で、所定量の溶融材料を射出成形機ノズル90から射出すると、溶融材料は、材料流路入口51からスリーブ22、バルブ体41の流路穴42、連通穴43を経て、ゲート穴15からキャビティ3に充填する。従来のバルブゲートのように、流路内にバルブピンが存在したり、流路が湾曲したりすることがなく、材料は、連通穴43部分を除いて、ほぼ直線的に流れるため流動抵抗が小さく、流量を増すことができる。
このとき、材料流路内に射出圧力がかかるため、構成部品の隙間などに材料が入り込む(漏れる)可能性があるが、カバー21内径、スリーブ22外径と上端部48の内外径、およびバルブガイド穴17内径と大径軸45外径は、それぞれ精度よくかん合するように製作されており、漏れを防いでいる。また、バルブガイド穴17と大径軸45の隙間に材料が入ったとしても、材料の射出圧力を受けてテーパリング61が大径軸45に当接してシールするようになっている。
続いて、充填完了後、バルブ閉状態とすると、小径軸44がゲート穴15にかん合し、材料の流れが遮断され、ゲートシールする。金型を開き、製品を取り出すと、材料のハナタレや糸ヒキ現象を起こすことなく、ゲートがきれいに切れた製品が得られる。When a predetermined amount of molten material is injected from the injection
At this time, since injection pressure is applied to the material flow path, there is a possibility that the material enters (leaks) into the gaps between the component parts, but the inner diameter of the
Subsequently, when the valve is closed after completion of filling, the small-
本実施形態は、ゲートがノズルタッチ部と同軸、すなわち金型センタに1個のバルブゲートを配置する場合について説明したが、一般的なバルブゲートのように、マニホールドの下に複数配置して、多点ゲートに使用することも可能である。その場合には、フランジプレート23のノズルタッチ部20が、マニホールドの流路穴との接続形状に変わる。
射出成形時には、一般のバルブゲートと同様、多点各ゲートのバルブ開閉のタイミングを調整することができる。また、一般のバルブゲートに対し、流動抵抗を低減し、流量を増やす効果が得られる。
さらに、本発明のバルブゲートは、金型用のバルブゲートに限定するものではなく、例えば、射出成形機のノズルにシャットオフバルブとして使用することもできる。In the present embodiment, the case where the gate is coaxial with the nozzle touch portion, that is, a single valve gate is arranged at the mold center has been described. It can also be used for multi-point gates. In that case, the
At the time of injection molding, the valve opening / closing timing of each multi-point gate can be adjusted in the same manner as a general valve gate. Moreover, the effect which reduces flow resistance and increases flow volume with respect to a general valve gate is acquired.
Furthermore, the valve gate of the present invention is not limited to a valve gate for a mold, and can be used as a shut-off valve for a nozzle of an injection molding machine, for example.
1 固定型
2 可動型
3 キャビティ
4 固定側型板
5 固定側受け板
6 固定側取付け板
7 ロケートリング
8 ブッシュ穴
9 バルブゲート組込み穴
10 バルブゲート
11 本体部
12a 矩形部
12b 円柱部
12c 分割部
13 ピニオンギヤ収容穴
14 ラックガイド穴
15 ゲート穴
16 金型かん合部
17 バルブガイド穴
20 ノズルタッチ部
21 カバー
22 スリーブ
23 フランジプレート
24 取付けボルト
30 エアシリンダ(駆動手段)
31 ラック
32 ピニオンギヤ
33 駆動メネジ
34 スラストリング
35 シリンダロッド
36 ストッパホルダ
37 ストッパボルト
38 ステー
41 バルブ体
42 流路穴
43 連通穴
44 小径軸
45 大径軸
46 テーパ部
47 駆動オネジ
48 上端部
50 材料流路
51 材料流路入口
61 テーパリング
62 スプリング
71 カートリッジヒータ
72a、72b シースヒータ
90 射出成形機ノズルDESCRIPTION OF
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