JP4538281B2 - バルブノズル - Google Patents

Description

本発明は、合成樹脂の成形機に利用されるバルブノズル、更に詳しくは、ホットランナ成形に使用するバルブノズル、シャットオフノズルに関する。

バルブノズルとしては、ノズルヘッドの先端のゲートにシャットオフピンの先端を当接させて流路の開閉を行なうもので、シャットオフピンは密閉室に内蔵されているコイルバネによりゲート方向に付勢されており、樹脂の圧力がある値以上になりコイルバネの付勢力に打ち勝つと、密閉室内方向に移動しゲートが開となる構成のものが特許文献１に示されている。

該特許文献１に示されている方式のものは、樹脂流路を閉とした段階でゲート付近の残留応力が大きく、成形品がこの部分で割れ易くなる難点がある。更に、樹脂流路を開としてゲートを通して樹脂の射出を行なうと、樹脂はゲートの空間に沿って直進し、金型に当接してから横方向に流れを変えて進むことになる。このため、この構成ではゲート付近の樹脂の流れが悪いというものである。

本発明者は、ゲート付近の樹脂の流れを良好にし、また、ゲート付近の残留応力の少ないバルブノズルとして、特許文献２を先に提案した。
特許文献２の技術では特許文献１の問題点は解決することができたが、樹脂の最適な温度範囲が狭いためにゲート付近の樹脂の流れが悪くならないように温度管理を厳格に行う必要があり、また成形品にフローマークがつき易いという改良すべき点があることがわかった。

さらに本発明者は、研究を進め原因を究明したところ、樹脂流路がヘッド部分の切欠部のみであるため、即ち、樹脂の流れが一部の流れであるためにゲート近傍での樹脂の熱バランスが悪くなることが原因であることがわかり、温度管理幅が広く、フローマークの目立たない成形品を得ることができるバルブノズルとして、特許文献３を提案した。

特開昭５７−１６３５４２号公報 特開平１１−０３４１０９号公報 特願２００２−００１７６５号公報

本発明者はさらに研究を進めたところ、メンテナンス性に解決すべき点が見出された。特許文献３の技術では、メンテナンスに際して、ノズルヘッドを外すことによって、先ずカラーを外し、次にコイルバネを外し、最後に矢羽根状突起を有するスプールを外す構成であるため、多段階分解が必要であった。

そこで本発明の課題は、先提案技術の性能を維持し、且つメンテナンス性の向上したバルブノズルを提供することにある。

上記課題を解決する本発明は下記構成を有する。

１．ノズルホルダー及び該ノズルホルダーの先端に取り付けられたノズルヘッドとを有して成るバルブノズル本体の内部空間に、
ヘッド部分と該ヘッド部分から連続して形成されている軸部とを有するピストンと、
前記ノズルヘッドの内部空間に配設され、該ノズルヘッドにより支持され、前記ピストンを摺動自在に支持して前記ピストンのガイドとなるトーピードと、
該トーピードの外表面と前記ノズルホルダーの内表面との間に形成される樹脂流路と、
該トーピード内に配設されて前記ピストンの軸部が挿通されピストンをゲート方向に付勢するコイルバネと、
前記トーピードの後端に取り付けられて該後端を閉塞すると共に前記コイルバネのバネ受け部と成るカバーと、
を一体的に組込構成して成るゲート開閉機構を配設し、
樹脂の圧力が一定値以下である時には前記ピストンが前記コイルバネによりゲート方向に付勢されて前記ピストンのヘッド部分の断面円形の全周がノズルヘッドのゲート内壁に当接して樹脂流路が閉となり、樹脂の圧力が一定値以上になると前記コイルバネの付勢力に打ち勝って前記ピストンのヘッド部分がノズルヘッドのゲートから後退してゲートを解放する構成であり、
前記トーピードの外周面に形成されている前記樹脂流路となる凹条溝が前記ノズルホルダーの内周面との空隙となり、この空隙が樹脂射出時の樹脂流路となり、前記凹条溝が設けられていないトーピードの外周面は前記ノズルホルダーの内周面に接することになり、前記トーピードを含むゲート開閉機構を前記バルブノズル本体の内部空間に支持する構成であり、且つ前記凹条溝が樹脂射出方向に対して捩れていること、
を特徴とするバルブノズル。

２．前記トーピードの外周面に設けられた複数本の樹脂流路となる凹条溝の旋回方向が一方向であることを特徴とする上記１に記載のバルブノズル。

３．前記トーピードの外周面に設けられた樹脂流路となる凹条溝が、連続的に旋回する２本の樹脂流路となる凹条溝を線対称に設けた構成であることを特徴とする上記２に記載のバルブノズル。

４．前記トーピードの外周面に設けられた樹脂流路となる凹条溝が、断続的に旋回する複数本の樹脂流路となる凹条溝を並列的に設けた構成であることを特徴とする上記１〜３のいずれかに記載のバルブノズル。

また、本発明の参考例は下記構成を有する。
５．ノズルホルダー及び該ノズルホルダーの先端に取り付けられたノズルヘッドとを有して成るバルブノズル本体の内部空間に、
ヘッド部分と該ヘッド部分から連続して形成されている軸部とを有するピストンと、
ノズルヘッドの内部空間に配設され前記ピストンを摺動自在に支持して前記ピストンのガイドとなると共に外周面には前記バルブノズル本体の内周面に当接する二以上の凸条を有するトーピードと、
該トーピード内に配設されて前記ピストンの軸部が挿通されピストンをゲート方向に付勢するコイルバネと、
前記トーピードの後端に取り付けられて該後端を閉塞すると共に前記コイルバネのバネ受け部と成るカバーと、
を一体的に組込構成して成るゲート開閉機構を、該ゲート開閉機構の外周面と前記バルブノズル本体の内周面との間に樹脂流路となる空隙を残して配設し、
樹脂の圧力が一定値以下である時には前記ピストンが前記コイルバネによりゲート方向に付勢されて前記ピストンのヘッド部分の断面円形の全周がノズルヘッドのゲート内壁に当接して樹脂流路が閉となり、樹脂の圧力が一定値以上になると前記コイルバネの付勢力に打ち勝って前記ピストンのヘッド部分がノズルヘッドのゲートから後退してゲートを解放する構成であることを特徴とするバルブノズル。

６．前記トーピードの凸条が、樹脂射出方向に対して捩れを生じて形成されていることを特徴とする上記５に記載のバルブノズル。

７．前記トーピードの凸条の少なくともゲート側に、樹脂射出方向に対して捩れを生じさせる羽根が形成されていることを特徴とする上記５又は６に記載のバルブノズル。

請求項１及び５に示す発明によれば、ノズルホルダー及び該ノズルホルダーの先端に取り付けられたノズルヘッドとを有して成るバルブノズル本体の内部空間に、ピストンとトーピードとコイルバネとカバーとを一体的に組込構成してなるゲート開閉機構を配設したので、メンテナンスの際にはノズルヘッドを外すことによって、ゲート開閉機構を全て一度に取り外すことができる。従って、メンテナンス性が向上し、頭記した課題が解決可能できる。

請求項１、並びに請求項２〜４に示す発明によれば、トーピードの外周面に、樹脂射出方向に対して捩れを生じて形成され、一方向へ旋回する複数本の樹脂流路となる凹条溝を設けた構成とすることで、射出された樹脂は、直進することなく全方向に均等に且つ放射状に流動するため、ゲート付近の流れが良好で、ゲート直前では３６０度全方向に樹脂が射出されるようになり、樹脂流動がスムースである効果を発揮できる。

参考例５によれば、旋回する２本の樹脂流路となる凹条溝が線対称に設けられているので、樹脂の流れのバランスが良好となり、高圧力射出成形に対応できる。

参考例６又は７によれば、トーピード外周面とバルブノズル本体との空隙を樹脂流路とし、トーピード外周面の凸条及び／又は羽根が樹脂射出方向に対して捩れを生じた構成とすることで、射出された樹脂は、直進することなく全方向に均等に且つ放射状に流動するため、ゲート付近の流れが良好で、ゲート直前では３６０度全方向に樹脂が射出されるようになり、樹脂流動がスムースである効果を発揮できる。

次に、添付の図面に従って本発明を更に詳細に説明する。
図１は本発明に係るバルブノズルの第１実施例を示す断面図、図２は図１の分解説明図、図３は樹脂流路を示すの要部断面図（樹脂射出方向から見た図）、図４はゲート開閉機構の正面図、図５〜図８は参考例として示すもので、図５はバルブノズルの断面図、図６は図５の分解説明図、図７は樹脂流路を示す要部断面図（樹脂射出方向から見た図）、図８はゲート開閉機構の正面図である。

先ず、図１〜図４に基づき第１実施例について説明する。

図１において、本発明に係る第１実施例のバルブノズルは、バルブノズル本体１、該バルブノズル本体１の内部空間に配設されたゲート開閉機構２とから主として構成されている。

バルブノズル本体１は、図２に示すように、ノズルホルダー１１と、該ノズルホルダー１１に螺合されるノズルヘッド１２とを有して成り、ノズルヘッド先端にはゲート１３が形成されている。

ゲート開閉機構２は、図２に示すように、ヘッド部分２１Ａと該ヘッド部分２１Ａから連続して形成されている軸部２１Ｂとを有するピストン２１と、該ピストン２１を摺動自在に支持して前記ピストン２１のガイドとなると共に外周面には樹脂射出方向に対して捩れを生じて形成され、一方向へ旋回する複数本の樹脂流路となる凹条溝２２Ｄが設けられているトーピード２２と、該トーピード２２内に配設されて前記ピストン２１の軸部２１Ｂが挿通されピストン２１をゲート１３方向（図面上左方向）に付勢するコイルバネ２３と、前記トーピード２２の後端に取り付けられて該後端を閉塞すると共に前記コイルバネ２３のバネ受け部と成るカバー２４とから成り、これらが一体的に組込構成されて、バルブノズル本体１の内部空間に配設されている。

ゲート開閉機構２のバルブノズル本体１の内部空間への配設は、ゲート開閉機構２の外周面と前記バルブノズル本体１のノズルホルダー１１の内周面との間に空隙を残するように成されている。即ち、ゲート開閉機構２の一構成部材であるトーピード２２の外周面に形成されている複数本の樹脂流路となる凹条溝２２Ｄが図３に示すようにバルブノズル本体１のノズルホルダー１１の内周面との空隙となり、この空隙が樹脂射出時の樹脂流路となるのである。樹脂流路となる凹条溝２２Ｄの設けられていないトーピード２２の外周面は、バルブノズル本体１のノズルホルダー１１の内周面に接することになり、トーピード２２を含むゲート開閉機構２をバルブノズル本体１の内部空間に支持することとなる。

尚、樹脂流路となる凹条溝２２Ｄは、トーピード２２の外周面に凹条溝を形成することで設けてもよいし、或いは、樹脂流路となる凹条溝２２Ｄとなる部分以外のトーピード２２の外周面を凸条に形成することで樹脂流路となる部分を相対的に凹状にして凹条溝２２Ｄを設けてもよいし、両者の混合であってもよい。

樹脂流路となる凹条溝２２Ｄは、複数本形成されており、好ましくは図３及び図４に示すように、一方向に旋回する２本を線対称に設けることである。但し、３本以上がバランスを維持して設けられていてもよい。

また、樹脂流路となる凹状溝２２Ｄは、図４に示す連続的に旋回するものに限らず、断続的に旋回する複数本を並列的に設けた構成とすることもできる。この場合、断続した部分で並列する凹条溝同士を流れる樹脂が合流することになり、該合流部分で混合した後、再び並列する凹条溝の各々に分かれて流れることになる。

尚、断続的に設けられている場合、複数本を並列的に設ける構成に限らず、複数本の旋回が交差するように凹条溝を設けることもできる。この場合、複数本の旋回方向は一方向に一致したものではなく交差するように異なる方向に旋回することになり、流れる樹脂は凹条溝が交差する部分で混合するようにすることになり、該交差部分で混合した後、再び各々の凹条溝に分岐されて流れることになる。

以上説明したように、樹脂流路となる凹条溝２２Ｄを通って射出された樹脂は、樹脂の流れが直進ではなく捩りが加わるため、全方向に均等に且つ放射状に流動することになり、ゲート１３付近の流れが良好で、ゲート１３直前では３６０度全方向に樹脂が射出されるようになり、樹脂流動がスムースとなる。

ピストン２１は、ノズルが閉の状態（図１に示す状態）では、軸部２１Ｂの途中に形成されている鍔部２１Ｃがトーピード２２内に形成されている段部２２Ｃに当接した状態で静止している。該ピストン２１のヘッド部分２１Ａは断面円形であり、ノズル閉の状態では、ヘッド部分２１Ａの先端付近の断面円形部分の外周がゲート１３の円孔の内壁に当接しており、樹脂流路２５を閉ざしている。

樹脂の圧力が或る一定値以上になると、前記コイルバネ２３の付勢力に打ち勝って前記ピストン２１のヘッド部分２１Ａがノズルヘッド１２のゲート１３から後退して該ゲート１３を解放して樹脂流路２５が開となる。ピストン２１の後退量はコイルバネ２３の付勢力やトーピード２２の後端に取り付けられるカバー２４の位置調整により適宜設定されることが好ましい。樹脂の圧力が或る一定値以下に小さくなるとピストン２１は図１に示す状態に復帰し樹脂流路２５は閉となる。

ピストン２１は、前述したようにトーピード２２によって摺動自在に支持されているので、その移動に際してはトーピード２２がガイドの役目を果たすため、ヘッド部分２１Ａがゲート１３に対して位置ズレを起こすことなく正確に直線往復運動することができる。

以上の構成を有する本発明の第１実施例によれば、ノズルホルダー１１及び該ノズルホルダー１１の先端に取り付けられたノズルヘッド１２とを有して成るバルブノズル本体１の内部空間に、ピストン２１とトーピード２２とコイルバネ２３とカバー２４とを一体的に組込構成してなるゲート開閉機構２を配設したので、メンテナンスの際にはノズルヘッド１２を外すことによって、ゲート開閉機構２を全て一度に取り外せることができる。従って、ノズルヘッドを外した後に、カバーを外し、次にコイルバネを外し、最後に矢羽根状突起を有するスプールを外すという多段階分解が必要な構成の先提案技術に比して著しくメンテナンス性が向上した。

特に、ゲート開閉機構２は、該ゲート開閉機構２の外周面と前記バルブノズル本体１の内周面との間に空隙を残するようにバルブノズル本体１の内部空間に配設され、しかも、ゲート開閉機構２の一構成部材であるトーピード２２の外周面には、樹脂射出方向に対して捩れを生じて形成され、一方向へ旋回する複数本の樹脂流路となる凹条溝２２Ｄが設けられている構成であるため、ゲート開閉機構２を構成する各部品間や各部品内部（例えば、コイルバネ２３の内部等）を樹脂が通る構成に比して、樹脂流動が著しくスムースであると共に樹脂詰りや樹脂凝固によるトラブルが極めて少ない。ゲート開閉機構２を構成する各部品のメンテナンスの際にも、トーピード２２、コイルバネ２３及びカバー２４の内部には樹脂が入り込んでいないので、メンテナンスが著しく容易である。

次に、図５〜図８に基づき参考例について説明する。

図５において、参考例のバルブノズルは、バルブノズル本体１、該バルブノズル本体１の内部空間に配設されたゲート開閉機構２とから主として構成されている。

バルブノズル本体１は、図５に示すように、ノズルホルダー１１と、該ノズルホルダー１１に螺合されるノズルヘッド１２とを有して成り、ノズルヘッド先端にはゲート１３が形成されている。

ゲート開閉機構２は、図５に示すように、ヘッド部分２１Ａと該ヘッド部分２１Ａから連続して形成されている軸部２１Ｂとを有するピストン２１と、該ピストン２１を摺動自在に支持して前記ピストン２１のガイドとなると共に外周面には前記バルブノズル本体１の内周面に当接する二以上の凸条２２Ａを全周に亘って有するトーピード２２と、該トーピード２２内に配設されて前記ピストン２１の軸部２１Ｂが挿通されピストン２１をゲート１３方向（図面上左方向）に付勢するコイルバネ２３と、前記トーピード２２の後端に取り付けられて該後端を閉塞すると共に前記コイルバネ２３のバネ受け部と成るカバー２４とから成り、これらが一体的に組込構成されて、バルブノズル本体１の内部空間に配設されている。

ゲート開閉機構２のバルブノズル本体１の内部空間への配設は、ゲート開閉機構２の外周面と前記バルブノズル本体１の内周面との間に空隙を残するように成されている。即ち、ゲート開閉機構２の一構成部材であるトーピード２２の外周面に形成されている二以上の凸条２２Ａがバルブノズル本体１の内周面に当接することで、ゲート開閉機構２は凸条２２Ａを除く外周面がバルブノズル本体１の内周面に接することなく空隙を残して浮いた状態で支持されており、この空隙が樹脂射出時の樹脂流路２５となるのである。トーピード２２の凸条２２Ａが形成されている部分では、図７に示すように、二以上（当該図３では六つ）の凸条２２Ａと凸条２２Ａとの間が凹溝２２Ｂとなるため、該凹溝２２Ｂを樹脂は通ることになる。

参考例では、ゲート開閉機構２をバルブノズル本体１の内部空間に樹脂流路２５となる空隙を残して浮かせた状態で配設するため、及び樹脂流路２５となる凹溝２２Ｂを形成するために、二以上の凸条２２Ａをトーピード２２の外周面に形成しているが、凹凸を反転した技術的構成として、トーピード２２の外周面に凹溝２２Ｂを形成することで該凹溝２２Ｂ以外の外周面が凸条２２Ａとなる構成も含むことは勿論である。

前記凸条２２Ａは、好ましくは図８に示すように、樹脂射出方向に対して捩れを生じて形成することであり、これにより射出された樹脂は、二以上の凸条２２Ａ間である凹溝２２Ｂを通ることにより樹脂の流れが直進ではなく捩りが加わるため、全方向に均等に且つ放射状に流動することになり、ゲート１３付近の流れが良好で、ゲート１３直前では３６０度全方向に樹脂が射出されるようになり、樹脂流動がスムースとなる。この目的のため、図４に点線で示すように、前記トーピード２２の凸条２２Ａの前方（ゲート１３側）に、樹脂射出方向に対して捩れを生じさせる羽根２６を設けることが好ましい。

ピストン２１は、ノズルが閉の状態（図５に示す状態）では、軸部２１Ｂの途中に形成されている鍔部２１Ｃがトーピード２２内に形成されている段部２２Ｃに当接した状態で静止している。該ピストン２１のヘッド部分２１Ａは断面円形であり、ノズル閉の状態では、ヘッド部分２１Ａの先端付近の断面円形部分の外周がゲート１３の円孔の内壁に当接しており、樹脂流路２５を閉ざしている。

樹脂の圧力が或る一定値以上になると、前記コイルバネ２３の付勢力に打ち勝って前記ピストン２１のヘッド部分２１Ａがノズルヘッド１２のゲート１３から後退して該ゲート１３を解放して樹脂流路２５が開となる。ピストン２１の後退量はコイルバネ２３の付勢力やトーピード２２の後端に取り付けられるカバー２４の位置調整により適宜設定されることが好ましい。樹脂の圧力が或る一定値以下に小さくなるとピストン２１は図５に示す状態に復帰し樹脂流路２５は閉となる。

ピストン２１は、前述したようにトーピード２２によって摺動自在に支持されているので、その移動に際してはトーピード２２がガイドの役目を果たすため、ヘッド部分２１Ａがゲート１３に対して位置ズレを起こすことなく正確に直線往復運動することができる。

以上の構成を有する参考例によれば、ノズルホルダー１１及び該ノズルホルダー１１の先端に取り付けられたノズルヘッド１２とを有して成るバルブノズル本体１の内部空間に、ピストン２１とトーピード２２とコイルバネ２３とカバー２４とを一体的に組込構成してなるゲート開閉機構２を配設したので、メンテナンスの際にはノズルヘッド１２を外すことによって、ゲート開閉機構２を全て一度に取り外せることができる。従って、ノズルヘッドを外した後に、カバーを外し、次にコイルバネを外し、最後に矢羽根状突起を有するスプールを外すという多段階分解が必要な構成の先提案技術に比して著しくメンテナンス性が向上した。

特に、ゲート開閉機構２は、該ゲート開閉機構２の外周面と前記バルブノズル本体１の内周面との間に空隙を残するようにバルブノズル本体１の内部空間に配設され、しかも、ゲート開閉機構２の一構成部材であるトーピード２２の外周面に形成されている二以上の凸条２２Ａがバルブノズル本体１の内周面に当接することで、ゲート開閉機構２はその外周面がバルブノズル本体１の内周面に接することなく空隙を残して浮いた状態で支持されて、この空隙が樹脂射出時の樹脂流路２５となる構成であるため、ゲート開閉機構２を構成する各部品間や各部品内部（例えば、コイルバネ２３の内部等）を樹脂が通る構成に比して、樹脂流動が著しくスムースであると共に樹脂詰りや樹脂凝固によるトラブルが極めて少ない。ゲート開閉機構２を構成する各部品のメンテナンスの際にも、トーピード２２、コイルバネ２３及びカバー２４の内部には樹脂が入り込んでいないので、メンテナンスが著しく容易である。

本発明に係るバルブノズルの第１実施例を示す断面図 図１の分解説明図 樹脂流路を示すの要部断面図（樹脂射出方向から見た図） ゲート開閉機構の正面図 参考例として示すバルブノズルの断面図 図５の分解説明図 樹脂流路を示す要部断面図（樹脂射出方向から見た図） ゲート開閉機構の正面図

符号の説明

１ バルブノズル本体
１１ ノズルホルダー
１２ ノズルヘッド
１３ ゲート
２ ゲート開閉機構
２１ ピストン
２１Ａ ヘッド部分
２１Ｂ 軸部
２１Ｃ 鍔部
２２ トーピード
２２Ａ 凸条
２２Ｂ 凹溝
２２Ｃ 段部
２２Ｄ 凹条溝
２３ コイルバネ
２４ カバー
２５ 樹脂流路
２６ 羽根

Claims (4)

1. ノズルホルダー及び該ノズルホルダーの先端に取り付けられたノズルヘッドとを有して成るバルブノズル本体の内部空間に、
   ヘッド部分と該ヘッド部分から連続して形成されている軸部とを有するピストンと、
   前記ノズルヘッドの内部空間に配設され、該ノズルヘッドにより支持され、前記ピストンを摺動自在に支持して前記ピストンのガイドとなるトーピードと、
   該トーピードの外表面と前記ノズルホルダーの内表面との間に形成される樹脂流路と、
   該トーピード内に配設されて前記ピストンの軸部が挿通されピストンをゲート方向に付勢するコイルバネと、
   前記トーピードの後端に取り付けられて該後端を閉塞すると共に前記コイルバネのバネ受け部と成るカバーと、
   を一体的に組込構成して成るゲート開閉機構を配設し、
   樹脂の圧力が一定値以下である時には前記ピストンが前記コイルバネによりゲート方向に付勢されて前記ピストンのヘッド部分の断面円形の全周がノズルヘッドのゲート内壁に当接して樹脂流路が閉となり、樹脂の圧力が一定値以上になると前記コイルバネの付勢力に打ち勝って前記ピストンのヘッド部分がノズルヘッドのゲートから後退してゲートを解放する構成であり、
   前記トーピードの外周面に形成されている前記樹脂流路となる凹条溝が前記ノズルホルダーの内周面との空隙となり、この空隙が樹脂射出時の樹脂流路となり、前記凹条溝が設けられていないトーピードの外周面は前記ノズルホルダーの内周面に接することになり、前記トーピードを含むゲート開閉機構を前記バルブノズル本体の内部空間に支持する構成であり、且つ前記凹条溝が樹脂射出方向に対して捩れていること、
   を特徴とするバルブノズル。
2. 前記トーピードの外周面に設けられた複数本の樹脂流路となる凹条溝の旋回方向が一方向であることを特徴とする請求項１に記載のバルブノズル。
3. 前記トーピードの外周面に設けられた樹脂流路となる凹条溝が、連続的に旋回する２本の樹脂流路となる凹条溝を線対称に設けた構成であることを特徴とする請求項２に記載のバルブノズル。
4. 前記トーピードの外周面に設けられた樹脂流路となる凹条溝が、断続的に旋回する複数本の樹脂流路となる凹条溝を並列的に設けた構成であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のバルブノズル。

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