JP7095484B2 - ホットランナー装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホットランナー装置に関するものである。

射出成形では、樹脂流路を通じて溶融樹脂を金型に流し込むことから、樹脂成形品を金型から取り出す際に、樹脂流路内の溶融樹脂が固まったランナーが生じてしまうため、当該ランナーを破砕・再使用する工程が必要となる。そこで、これらの工程をなくすべく、ヒータ等により樹脂流路内における溶融樹脂の流動状態を保ちつつ、樹脂成形品だけを取り出せるようにしたホットランナー装置が従来から知られている。

このようなホットランナー装置としては、可動型と共にキャビティを形成する固定型と、固定型に固定されたホットランナーブロックと、先端部がキャビティに臨むように固定型に固定されるバルブゲートと、を備え、溶融樹脂をホットランナーブロック内の樹脂流路を経由してバルブゲートからキャビティに充填するものが一般的である。

かかるホットランナー装置では、樹脂漏れを抑えるべく継目等が生じないように、樹脂流路が形成されたホットランナーブロックを一体物（１つの塊）として構成することが多い。また、ホットランナー装置では、バルブゲートの上方でホットランナーブロックに固定されたシリンダによって、バルブピンを進退させることでバルブゲートの開閉を行うものが多い。具体的には、キャビティに溶融樹脂を供給しない場合には、バルブピンをバルブゲートの先端部に挿入することで、バルブゲートを閉鎖する一方、キャビティに溶融樹脂を供給する場合には、バルブピンをバルブゲートの先端部から引き抜くことで、バルブゲートを開口する。

ところで、車両のバンパ等のような相対的に大型の樹脂成形品を射出成形する場合には、固定型の大型化に伴ってホットランナーブロックも大型化する傾向にある。また、ホットランナーブロックは、樹脂流路内に溶融樹脂を通すため、常温から約２００℃まで昇温するのに対し、固定型は、溶融樹脂を冷却するべく冷却水を流すため、約５０℃にしかならない。それ故、一体物として構成された相対的に大型のホットランナーブロックを用いた場合には、ホットランナーブロックと固定型との間に看過できないような熱膨張差が生じ、バルブピンの基端側（ホットランナーブロック側）と先端側（固定型側）とがずれて、バルブピンがバルブゲートに対し斜めに摺動し、バルブピンの変形や破損が生じる場合がある。

そこで、例えば特許文献１には、バルブゲートの上部に結合された連結部材との間に一定の間隔が形成される受入れ穴と、第１中心案内面とを有するリテーナー、および、バルブゲートの中心が整列するように第１中心案内面と合致する第２中心案内面と、バルブゲートを中心整列状態に維持する中心支持面とを有する案内リング部材で構成された中心整列機構を有するホットランナー射出金型装置が開示されている。

特開２０１２－０６１８３９号公報

上記特許文献１のものでは、ホットランナーブロックの熱膨張による変形が連結部材とリテーナーとの間で吸収されてバルブゲートに伝わらないため、バルブゲートの反り変形を防止することが可能であるが、相対的に大型のホットランナーブロックを用いることから、以下のような問題がある。

すなわち、大型のホットランナーブロックは、樹脂漏れを抑えるという利点はあるものの、例えば大きく切り出された鉄を機械加工して製作されることから、歩留りが悪く材料コストが嵩む上、大型の加工機を要することから、加工コストが嵩むという問題がある。また、大型のホットランナーブロックでは、溶融樹脂を加熱するカートリッジヒータの個数が増大するため、部品コストや加工コストが増大するという問題もある。さらに、大型のホットランナーブロックは、熱容量が大きいため昇温時間が長く、消費電力も多くなるという問題もある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ホットランナー装置において、設備コスト等の増大および樹脂漏れを抑えつつ、バルブゲートを開閉するバルブピンの変形や破損を抑える技術を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係るホットランナー装置では、ホットランナーブロックを相対的に小さな複数のパーツで構成するとともに、各パーツを繋ぐホットランナーパイプで、ホットランナーブロックと固定型との熱膨張差を吸収するようにしている。

具体的には、本発明は、可動型と共にキャビティを形成する固定型と、固定型に固定されるホットランナーブロックと、先端部がキャビティに臨むように固定型に固定されるバルブゲートと、バルブゲート内を摺動してバルブゲートを開閉するバルブピンと、当該バルブピンを駆動させるシリンダと、を備え、射出された溶融樹脂をホットランナーブロックを経由してバルブゲートからキャビティに充填するホットランナー装置を対象としている。

そして、上記ホットランナーブロックは、溶融樹脂が射出される第１樹脂流路を有する第１ブロックと、上記バルブゲートと連通される第２樹脂流路を有する第２ブロックと、当該第１樹脂流路と当該第２樹脂流路とを連通させるホットランナーパイプと、を有しており、上記ホットランナーパイプは、一端が上記第１および第２ブロックのいずれか一方に固定されるとともに、冷間時に、他端が上記第１および第２ブロックのいずれか他方とパイプ軸方向に所定間隔を空けるように配置されており、上記所定間隔は、昇温した際の上記ホットランナーパイプの膨張量よりも小さく設定されており、上記シリンダは、上記第２ブロックと接触しないよう、上記バルブゲートの上方で当該第２ブロックを跨ぐように、上記固定型に固定されていることを特徴とするものである。

この構成によれば、ホットランナーブロックを、第１ブロックと第２ブロックとホットランナーパイプとに分割することから、換言すると、相対的に小さな複数のパーツで構成することから、ブロックの製作に大きく切り出された鉄等を要しない上、ヒータ等の個数を抑えたり、昇温時間等も短くしたりすることが可能となる。また、ホットランナーブロックを、相対的に小さな複数のパーツで構成することから、個々のパーツの熱膨張量を相対的に小さくすることができる。

さらに、第１樹脂流路と第２樹脂流路とを連通させるホットランナーパイプが、冷間時に、他端が他方のブロックと所定間隔を空けるように配置されることから、所定間隔の範囲内でホットランナーパイプの伸びを許容することによって、ホットランナーブロックと固定型との熱膨張差を吸収することができる。これにより、バルブピンの基端側（ホットランナーブロック側）と先端側（固定型側）とのずれを抑制して、バルブピンがバルブゲートに対し斜めに摺動するのを抑えることができる。したがって、バルブピンの変形や破損を抑えて、バルブピンの高寿命化を図ることができる。

しかも、他方のブロックとホットランナーパイプとの間の所定間隔は、昇温した際のホットランナーパイプの膨張量よりも小さく設定されていることから、高温の溶融樹脂が流れ始めると、熱膨張したホットランナーパイプの他端を他方のブロックにしっかりと当てることができるので、溶融樹脂が漏れるのを抑えることができる。

このように、本発明によれば、設備コスト等の増大および樹脂漏れを抑えつつ、バルブピンの変形や破損を抑えることができる。

ところで、バルブゲートの開閉は、バルブゲート内を摺動するバルブピンをシリンダで駆動させて、バルブピンをバルブゲートの先端部に挿入したりバルブゲートの先端部から引き抜いたりすることで行われることが多い。そうして、相対的に大型のホットランナーブロックでは、ホットランナーブロックと固定型との間に、許容範囲を超える熱膨張差が生じるため、シリンダをホットランナーブロック上におけるバルブゲートに対応する位置に固定するのが一般的である。しかしながら、このような構成では、ホットランナーブロックの昇温状態が長時間続くと、伝熱によるシリンダの温度上昇によりシリンダ内の機器が損傷するおそれがあるため、ホットランナーブロックに対し断熱材を介してシリンダを固定するのが一般的であるが、これでは、設備コストが増大するという問題がある。

この点、本発明によれば、バルブゲートの上方にシリンダを設けることから、簡単な構成で、バルブゲート内を摺動するバルブピンをシリンダで駆動させることができる。しかも、第２ブロックを跨ぐようにシリンダを固定型に直接固定することで、第２ブロック上にシリンダの固定部を設ける必要がなくなるので、第２ブロックを小さくすることができる。このように、相対的に温度が低い固定型にシリンダを固定することから、伝熱によるシリンダの温度上昇によりシリンダ内の機器が損傷するおそれがないので、断熱材が不要となり、設備コストが増大するのを抑えることができる。

さらに、上記ホットランナー装置では、上記第１および第２ブロックのいずれか他方には、パイプ軸方向に延び且つ当該他方のブロックの樹脂流路と連通する断面円形の連結孔部が設けられており、上記ホットランナーパイプの他端部は、冷間時に、その先端面が上記連結孔部の底面とパイプ軸方向に所定間隔を空けるように、当該連結孔部に摺動可能に差し込まれており、上記他端部の先端面には、上記連結孔部の底面との隙間を埋めるように、第１シール部材が設けられており、上記他端部の外周面には、上記連結孔部の内周面との隙間を埋めるように、全周に亘って第２シール部材が設けられていることが好ましい。

この構成によれば、ホットランナーパイプの他端部が遊び（所定間隔）をもって連結孔部に摺動可能に差し込まれることで、他端が他方のブロックとパイプ軸方向に所定間隔を空けるようにホットランナーパイプが配置される状態を容易に実現することができる。

そうして、溶融樹脂が流れ始める昇温中は（連結孔部の底部とホットランナーパイプの先端面との間に隙間がある状態では）、ホットランナーパイプの先端面に設けられた第１シール部材が、連結孔部の底面との隙間を埋める（底面に接触する）ことで、溶融樹脂が漏れるのを抑えることができる（第１のシール作用）。また、昇温後は、熱膨張したホットランナーパイプの先端面自体が連結孔部の底面に当接するので、面圧によってシール効果が生じることから、溶融樹脂が漏れるのを確実に抑えることができる（第２のシール作用）。さらに、ホットランナーパイプの他端部の外周面には、全周に亘って第２シール部材が設けられていることから、仮にホットランナーパイプの先端面と連結孔部の底面との間から樹脂が漏れても、第２シール部材が連結孔部の内周面との隙間を埋める（内周面に接触する）ことで、溶融樹脂が外部に漏れるのをより一層確実に抑えることができる（第３のシール作用）。このように、本発明では、三段構えのシール構造を採用することで、樹脂漏れを確実に防止することができる。

ところで、一体物のホットランナーブロックの場合には、溶融樹脂が樹脂流路を流れる際の樹脂圧を剛体であるホットランナーブロック自体で受けることができるが、本発明の如く、第１ブロックと第２ブロックとに分割した場合には個々のブロックに樹脂圧が掛かることになる。そのため、第１および第２ブロックを、ボルトを介して固定型に固定している場合には、ボルトによっては樹脂圧を受けきれず、第１および第２ブロックの移動を抑えることが困難な場合がある。

そこで、上記ホットランナー装置では、上記第１および第２ブロックにおける上記ホットランナーパイプの接続部とは反対側の部位をそれぞれ支持する樹脂圧受けブロックをさらに備え、上記各樹脂圧受けブロックは、少なくとも一部が上記固定型に形成された凹部に埋め込まれていることが好ましい。

この構成では、各樹脂圧受けブロックは、少なくとも一部が固定型に形成された凹部に埋め込まれていることから、すなわち所謂インローで固定型に取り付けられていることから、ボルト等に比して、樹脂圧をしっかりと受け止めることができる。

そうして、溶融樹脂が樹脂流路を流れる際の樹脂圧は、ホットランナーパイプの軸方向両外側に向けて作用するところ、この構成によれば、第１および第２ブロックにおけるホットランナーパイプの接続部とは反対側の部位をそれぞれ樹脂圧受けブロックで支持することから、第１および第２ブロックの移動を確実に抑えることができる。

以上説明したように、本発明に係るホットランナー装置によれば、設備コスト等の増大および樹脂漏れを抑えつつ、バルブゲートを開閉するバルブピンの変形や破損を抑えることができる。

本発明の実施形態に係るホットランナー装置を模式的に示す図である。 バルブゲートユニットを模式的に示す斜視図である。 熱膨張吸収メカニズムを模式的に説明する概念図である。 第１ブロックとホットランナーパイプとの接続構造を示す拡大図であり、同図（ａ）は冷間時の状態を示し、同図（ｂ）は昇温後の状態を示す。 樹脂圧受けブロックを模式的に説明する図である。 変形例に係るホットランナー装置の要部を模式的に示す図である。 従来のホットランナー装置を模式的に示す図である。 従来のホットランナー装置を模式的に示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

－全体構成－
図１は、本実施形態に係るホットランナー装置１を模式的に示す図である。このホットランナー装置１は、例えば車両のバンパ等のような相対的に大型の樹脂成形品を射出成形するものであり、図１に示すように、射出成形型２と、ホットランナーブロック１０と、バルブゲートユニット５０と、ホットランナーノズル８０と、を備えている。なお、以下の説明では、便宜上、図１の左右方向を金型長手方向と称し、右側を金型長手方向一方側と称し、左側を金型長手方向他方側と称する。

－射出成形型－
射出成形型２は、固定型３と、固定型３に対し上下に相対変位可能な可動型４と、を有している。可動型４は、型締め時には、固定型３に近付くように上昇して、固定型３と共にキャビティ５を形成する。かかるキャビティ５に、約２００℃の高温で溶融した樹脂を注入し冷却することで、キャビティ５の形状に応じた所望の樹脂成形品が成形される。可動型４は、型開き時には、固定型３から遠のくように下降し、これにより、射出成形型２から樹脂成形品を取り出せる状態となる。

また、固定型３には、その上面３ａから下方に延びてキャビティ５に至る、バルブゲートブッシュ６０の設置穴６が形成されている。さらに、固定型３の金型長手方向両端部には、その上面３ａから下方に窪む、後述する樹脂圧受けブロック２７，３７を設置するための凹部７が形成されている。なお、図１の符号８および符号９は、固定型３および可動型４にそれぞれ形成された、キャビティ５に充填された溶融樹脂を冷却固化させるための冷却水が流れる冷却水穴である。

－ホットランナーブロック－
ホットランナーブロック１０は、ボルト２５によって固定型３の上面３ａに固定される第１ブロック２０と、当該第１ブロック２０から金型長手方向一方側に離間して配置され、ボルト３５によって固定型３の上面３ａに固定される第２ブロック３０と、一端が第２ブロック３０にねじ込まれて固定されるホットランナーパイプ４０と、を有していて、固定型３に完全固定されている。このように、本実施形態では、ホットランナーブロック１０を、相対的に小さいパーツ（第１ブロック２０、第２ブロック３０およびホットランナーパイプ４０）に分割している。

第１ブロック２０は、略直方体状に形成されている。第１ブロック２０の上面には、下方に窪む樹脂注入口２２が形成されている。第１ブロック２０の内部には、樹脂注入口２２の底部から下方に延びた後、直角に曲がって金型長手方向一方側に延びる第１樹脂流路２１が形成されている。また、第１ブロック２０には、カートリッジヒータ（図示せず）が設けられていて、カートリッジヒータの加熱により第１樹脂流路２１内を流れる溶融樹脂の流動状態が保たれるようになっている。

さらに、第１ブロック２０の金型長手方向一方側の面には、底部２３ａと円筒部２３ｂとを有する有底円筒状の連結部（連結孔部）２３が設けられている。第１ブロック２０の金型長手方向一方側の面に取り付けられる底部２３ａには、第１樹脂流路２１と同心且つ同径の貫通孔２４が形成されており、これにより、連結部２３の円筒部２３ｂ内と第１樹脂流路２１とが連通している。なお、連結部２３は固定部材２６（図４参照）によって第１ブロック２０に固定されている。

第２ブロック３０は、略直方体状に形成されている。第２ブロック３０の金型長手方向他方側の面には、一方側に窪むねじ孔３２が形成されている。第２ブロック３０の内部には、ねじ孔３２の底部から金型長手方向一方側に延びた後、直角に曲がって下方に延びる第２樹脂流路３１が形成されている。また、第２ブロック３０には、孔部３３（図２参照）にカートリッジヒータが挿入されていて、カートリッジヒータの加熱により第２樹脂流路３１内を流れる溶融樹脂の流動状態が保たれるようになっている。

ホットランナーパイプ４０内部の樹脂流路４１は、第１樹脂流路２１および第２樹脂流路３１と同径に設定されている。ホットランナーパイプ４０の金型長手方向一方側の端部は、外周面がねじ切りされている一方、ホットランナーパイプ４０の金型長手方向他方側の端部には、円環状のフランジ部４３が形成されている。フランジ部４３の外径は、フランジ部４３が円筒部２３ｂ内で摺動可能なように、連結部２３の円筒部２３ｂの内径よりも僅かに小さく設定されている。

ホットランナーパイプ４０の長さは、金型長手方向における第１ブロック２０と第２ブロック３０との間隔よりも短く設定されている。より詳しくは、ホットランナーパイプ４０の長さは、第１ブロック２０の金型長手方向一方側の面に取り付けられる底部２３ａと、第２ブロック３０の金型長手方向他方側の面に形成されているねじ孔３２の底部との間隔よりも、所定間隔Ｄだけ短く設定されている。この所定間隔Ｄは、冷間時から約２００℃に昇温した際のホットランナーパイプ４０の膨張量よりも小さく設定されている。なお、「冷間時」とは、常温の状態、つまり、射出成形を行っていない状態を意味する。

ホットランナーパイプ４０は、外周面がねじ切りされた金型長手方向一方側の端部を第２ブロック３０のねじ孔３２にねじ込むことで、第２ブロック３０を介して固定型３に固定されている。また、ホットランナーパイプ４０は、円環状のフランジ部４３が第１ブロック２０における連結部２３の円筒部２３ｂに、冷間時に、その先端面４３ａが底部２３ａと所定間隔Ｄを空けるように差し込まれている。つまり、ホットランナーパイプ４０は、一端が第２ブロック３０に固定されるとともに、冷間時に、他端が第１ブロック２０とパイプ軸方向に所定間隔Ｄを空けるように配置されている。換言すると、ホットランナーパイプ４０は、一方端が固定端で、且つ、他方端が金型長手方向に所定間隔Ｄだけ変位可能な自由端である、両持ち梁のような状態で、第１ブロック２０と第２ブロック３０とによって支持されている。

このように、ホットランナーパイプ４０を配置することで、第１樹脂流路２１と第２樹脂流路３１とがホットランナーパイプ４０の樹脂流路４１によって連通される。また、ホットランナーパイプ４０の外周面には、バンドヒータ４２が巻き付けられていて、バンドヒータ４２の加熱によりホットランナーパイプ４０内を流れる溶融樹脂の流動状態が保たれるようになっている。そうして、肉厚が均一なパイプ形状を採用することで、力や熱の伝わり方を均等にすることができる。

－バルブゲートユニット－
図２は、バルブゲートユニット５０を模式的に示す斜視図である。バルブゲートユニット５０は、バルブゲートブッシュ６０と、第２ブロック３０と、シリンダ装置７０と、を有している。このように、本実施形態では、第２ブロック３０は、ホットランナーブロック１０の一部を構成しているとともに、バルブゲートユニット５０の一部を構成している。

バルブゲートブッシュ６０は、下方に窄むように形成された先端部６０ａがキャビティ５に臨むように、固定型３の設置穴６に挿入されている。バルブゲートブッシュ６０は、先端部６０ａが設置穴６の下端部に差し込まれるとともに、ボルト３５によって固定型３に固定されるカラー６３に基端部が嵌ることで、固定型３に固定されている。バルブゲートブッシュ６０は、その上端部が第２ブロック３０の下面に当たっていて、これにより、バルブゲートブッシュ６０の樹脂流路６１と第２樹脂流路３１とが連通するようになっている。バルブゲートブッシュ６０の外周面には、バンドヒータ６２が巻き付けられていて、バンドヒータ６２の加熱によりバルブゲートブッシュ６０の樹脂流路６１内を流れる溶融樹脂の流動状態が保たれるようになっている。

シリンダ装置７０は、バルブゲートブッシュ６０を開閉するバルブピン７５と、バルブピン７５を駆動させるエアシリンダ７１と、固定型３に対してエアシリンダ７１を支持する４本の円柱状脚柱７２および固定板７３と、を有している。なお、本実施形態では、バルブピン７５の駆動源としてエア式のものを採用しているが、例えば油圧式や電動式など種々の駆動源を用いることが可能である。

バルブピン７５は、バルブゲートブッシュ６０の樹脂流路６１に挿入されていて、バルブゲートブッシュ６０の上方に位置するエアシリンダ７１によって上下に進退するように駆動されることで、バルブゲートブッシュ６０内を摺動するようになっている。

エアシリンダ７１は、バルブゲートブッシュ６０の上方に位置する第２ブロック３０の上方に設けられている。より詳しくは、図１および図２に示すように、第２ブロック３０の金型長手方向一方側および他方側でそれぞれ２本ずつ固定型３に固定された円柱状脚柱７２の上端部には、第２ブロック３０を跨ぐように固定板７３が取り付けられており、エアシリンダ７１はかかる固定板７３の上に設置されている。つまり、エアシリンダ７１は、バルブゲートブッシュ６０の上方で第２ブロック３０を跨ぐように、円柱状脚柱７２および固定板７３を介して固定型３に固定されている。

エアシリンダ７１は、バルブピン７５を駆動させることで、バルブゲートブッシュ６０を開閉する。より詳しくは、エアシリンダ７１は、キャビティ５に溶融樹脂を供給しない場合には、バルブピン７５をバルブゲートブッシュ６０の先端部６０ａに挿入することで、バルブゲートブッシュ６０を閉鎖する一方、キャビティ５に溶融樹脂を供給する場合には、バルブピン７５をバルブゲートブッシュ６０の先端部６０ａから引き抜くことで、バルブゲートブッシュ６０を開口する。なお、バルブゲートブッシュ６０が開閉したか否かは、エアシリンダ７１内に設けられた、シリンダの動作端を確認可能なオートスイッチ（図示せず）によって確認される。

－ホットランナーノズル－
ホットランナーノズル８０は、固定型３の固定取付板３ｂに取り付けられたノズルブッシュ８０ａで軸位置を決めるとともに、その先端部が第１ブロック２０の樹脂注入口２２に嵌められている。ホットランナーノズル８０は、射出成形機（図示せず）と接触していて、射出成形機内で加熱されるとともにスクリュ等の回転に伴い混練圧縮作用を受けて溶融状態となり射出された樹脂を、金型内またはホットランナー装置１に流入するように構成されている。

以上のように構成された本実施形態のホットランナー装置１では、溶融樹脂が、ホットランナーブロック１０を経由してバルブゲートブッシュ６０からキャビティ５に充填される。より詳しくは、ホットランナーノズル８０から射出された溶融樹脂は、第１ブロック２０の第１樹脂流路２１→ホットランナーパイプ４０の樹脂流路４１→第２ブロック３０の第２樹脂流路３１を順に経由してバルブゲートブッシュ６０の樹脂流路６１に至る。バルブゲートブッシュ６０が開口している場合には、溶融樹脂がバルブゲートブッシュ６０の樹脂流路６１からキャビティ５に充填される。充填後、バルブピン７５をバルブゲートブッシュ６０の先端部６０ａに挿入することで、バルブゲートブッシュ６０が閉鎖される。キャビティ５に充填された溶融樹脂は、冷却水穴８，９を流れる冷却水により冷却固化されて、型開き後、射出成形型２から樹脂成形品として取り出される。一方、第１樹脂流路２１内、樹脂流路４１内、第２樹脂流路３１内および樹脂流路６１内の溶融樹脂は、カートリッジヒータおよびバンドヒータ４２，６２の加熱により流動状態が保たれる。これにより、ランナーが生じることがないので、ランナーを破砕・再使用する工程が不要となる。

－ホットランナー装置の利点－
次いで、上記ホットランナー装置１の利点について説明するが、それに先立ち、本実施形態を理解し易くするために、従来のホットランナー装置について簡単に説明する。

図７および図８は、従来のホットランナー装置１０１を模式的に示す図である。従来のホットランナー装置１０１においても、ホットランナーノズル１８０から射出された溶融樹脂が、ホットランナーブロック１１０を経由してバルブゲートブッシュ１６０から、射出成形型１０２のキャビティ１０５に充填される点は同様である。また、エアシリンダ１７１によって進退するバルブピン１７５にてバルブゲートブッシュ１６０の開閉を行う点も同様である。

もっとも、従来のホットランナー装置１０１では、図７に示すように、ホットランナーブロック１１０が一体物（１つの塊）として製作され、しかも車両のバンパ等のような相対的に大型の樹脂成形品を射出成形する場合には、そのような一体物のホットランナーブロック１１０が大型化する傾向がある。また、相対的に大型のホットランナーブロック１１０では、ホットランナーブロック１１０と固定型１０３との間に、許容範囲を超える熱膨張差が生じるため、従来のホットランナー装置１０１では、図７に示すように、エアシリンダ１７１をホットランナーブロック１１０に固定するのが一般的である。

このように、大型且つ一体物のホットランナーブロック１１０は、例えば大きく切り出された鉄を機械加工して製作されることから、歩留りが悪く材料コストが嵩む上、大型の加工機を要することから、加工コストが嵩むという問題がある。また、大型のホットランナーブロック１１０では、溶融樹脂を加熱するためのカートリッジヒータ１４２の個数が増大するため、部品コストや加工コストが増大するという問題もある。さらに、大型のホットランナーブロック１１０は、熱容量が大きいため昇温時間が長く、消費電力も多くなるという問題もある。

また、ホットランナーブロック１１０は、樹脂流路１１１内に溶融樹脂を通すため、常温から約２００℃まで昇温するのに対し、固定型１０３は、溶融樹脂を冷却するべく冷却水穴１０８，１０９に冷却水を流すため、約５０℃にしかならない。しかも、従来のホットランナー装置１０１では、ホットランナーブロック１１０のホットランナーノズル１８０側はボルト１２５で固定型１０３に完全固定されている一方、ホットランナーブロック１１０のバルブゲートブッシュ１６０側は、ホットランナーブロック１１０に形成された長穴（図示せず）に挿通されたボルト１３５で固定型１０３に固定されている。このため、ホットランナーブロック１１０に熱膨張が生じると、ホットランナーブロック１１０の下面とバルブゲートブッシュ１６０の上端との間に滑りが生じる構造となっている。それ故、一体物として構成された相対的に大型のホットランナーブロック１１０および固定型１０３を用いた場合には、両者の間に看過できないような熱膨張差が生じ、図８に示すように、バルブピン１７５の基端側（ホットランナーブロック１１０側）と先端側（固定型１０３側）とがずれて、バルブピン１７５がバルブゲートブッシュ1６０に対し斜めに摺動するため、バルブピン１７５に変形や破損が生じる場合がある。

さらに、エアシリンダ１７１をホットランナーブロック１１０に固定する構成では、ホットランナーブロック１１０の昇温状態が長時間続くと、伝熱によるエアシリンダ１７１の温度上昇によりオートスイッチが損傷するおそれがある。このため、ホットランナーブロック１１０に対して、円柱状脚柱１７２および固定板１７３に加え、断熱材１７４（ステンレス、ベークライト等）を介してエアシリンダ１７１を固定するのが一般的であるが、これでは、設備コストが増大するという問題がある。

そこで、これらの問題に対処すべく、本実施形態のホットランナー装置１では、以下の（１）～（５）の構成を採用している。

（１）ホットランナーブロックの分割構造
本実施形態では、上述の如く、ホットランナーブロック１０を、第１ブロック２０と第２ブロック３０とホットランナーパイプ４０とに分割することから、換言すると、相対的に小さな複数のパーツで構成することから、ホットランナーブロック１０の製作に大きく切り出された鉄等を要しないので、歩留りの向上を図ることができる。しかも、第１ブロック２０や第２ブロック３０やホットランナーパイプ４０は、相対的に小さいことから、加工機の小型化を図るとともに、製造工程の短縮を図ることができる。その上、個々のパーツが相対的に小さくなることから、カートリッジヒータやバンドヒータ４２の個数を抑えたり、熱容量を抑えて昇温時間等を短くしたりすることが可能となり、これにより、消費電力等を抑えることができる。しかも、ホットランナーパイプ４０、すなわち、パイプ形状を採用することで、体積を最小にすることができるとともに、バンドヒータ４２を使用することができることから、部品コストや組み付けコストが嵩むのを抑えることができる。

また、ホットランナーブロック１０を相対的に小さな複数のパーツで構成するとともに、ホットランナーパイプ４０を第１ブロック２０と所定間隔Ｄを空けるように配置していることから、パーツ毎の分解が可能となるので、或るパーツが傷んだ場合等に、分解および組付け作業性を向上させることができる。さらに、ホットランナーブロック１０を、相対的に小さな複数のパーツで構成することから、個々のパーツの熱膨張量を相対的に小さくすることができるという利点もある。

（２）熱膨張吸収構造
図３は、熱膨張吸収メカニズムを模式的に説明する概念図である。本実施形態では、上述の如く、第１樹脂流路２１と第２樹脂流路３１とを連通させるホットランナーパイプ４０が、その一端が第２ブロック３０に固定されるとともに、常温時に、他端の先端面４３ａが第１ブロック２０とパイプ軸方向（金型長手方向）に所定間隔Ｄを空けるように配置されている。このように、ホットランナーパイプ４０の先端面４３ａを第１ブロック２０とパイプ軸方向に所定間隔Ｄを空けるように配置することで、図３と図８とを比較すれば分かるように、所定間隔Ｄの範囲内でホットランナーパイプ４０の伸びを許容することによって、ホットランナーブロック１０と固定型３との熱膨張差を吸収することができる。これにより、バルブピン７５の基端側（ホットランナーブロック１０側）と先端側（固定型３側）とのずれを抑制して、バルブピン７５がバルブゲートブッシュ６０に対し斜めに摺動するのを抑えることができる。したがって、バルブピン７５をバルブゲートブッシュ６０に対し真っ直ぐに摺動させることができるので、バルブピン７５の変形や破損を抑えて、バルブピン７５の高寿命化を図ることができる。

しかも、所定間隔Ｄは、上述の如く、冷間時から約２００℃に昇温した際のホットランナーパイプ４０の膨張量よりも小さく設定されていることから、溶融樹脂が流れ始めると、熱膨張したホットランナーパイプ４０の先端面４３ａを第１ブロック２０（より正確には連結部２３の底部２３ａ）にしっかりと当てることができるので、溶融樹脂が漏れるのを抑えることが可能になる。

（３）連結部のシール構造
図４は、第１ブロック２０とホットランナーパイプ４０との接続構造を示す拡大図であり、同図（ａ）は冷間時の状態を示し、同図（ｂ）は昇温後の状態を示す。ホットランナーパイプ４０のフランジ部４３の先端面４３ａには、図４（ａ）に示すように、樹脂流路４１の周りに円環状の凹部４４が形成されている。この円環状の凹部４４には、環状の第１耐熱Ｏリング（第１シール部材）４６が先端面４３ａよりも突出する態様で嵌め込まれている。一方、ホットランナーパイプ４０のフランジ部４３の外周面４３ｂには、全周に亘って溝部４５が形成されている。この溝部４５には、環状の第２耐熱Ｏリング（第２シール部材）４７が嵌め込まれている。

本実施形態では、図４（ａ）に示すように、ホットランナーパイプ４０のフランジ部４３が、冷間時に、その先端面４３ａが連結部２３の底部２３ａとパイプ軸方向に所定間隔Ｄを空けるように、連結部２３の円筒部２３ｂに摺動可能に差し込まれている。この状態では、連結部２３の底部２３ａと第１耐熱Ｏリング４６とが接触している。

このような構成により、溶融樹脂が流れ始める昇温中は（連結部２３の底部２３ａとホットランナーパイプ４０の先端面４３ａとの間に隙間がある状態では）、第１耐熱Ｏリング４６が連結部２３の底部２３ａとの隙間を埋める（底部２３ａに接触する）ことで、溶融樹脂が漏れるのを抑えることができる（第１のシール作用）。

また、昇温後は、図４（ｂ）に示すように、熱膨張したホットランナーパイプ４０のフランジ部４３の先端面４３ａ自体が連結部２３の底部２３ａに当接するので、面圧によってシール効果が生じることから、溶融樹脂が漏れるのを確実に抑えることができる（第２のシール作用）。

さらに、ホットランナーパイプ４０のフランジ部４３の外径は、連結部２３の円筒部２３ｂの内径よりも僅かに小さく設定されていることから、仮にフランジ部４３の先端面４３ａと連結部２３の底部２３ａとの間から樹脂が漏れても、フランジ部４３の外周面４３ｂと円筒部２３ｂの内周面との間を僅かな隙間の公差面にすることで樹脂が通過し難くなっている。しかも、フランジ部４３の外周面４３ｂには、全周に亘って第２耐熱Ｏリング４７が設けられていることから、仮にフランジ部４３の外周面４３ｂと円筒部２３ｂの内周面との間を樹脂が通過しても、第２耐熱Ｏリング４７が円筒部２３ｂの内周面との隙間を埋める（円筒部２３ｂの内周面に接触する）ことで、溶融樹脂が外部に漏れるのをより一層確実に抑えることができる（第３のシール作用）。

以上のように、本実施形態のホットランナー装置１では、三段構えのシール構造を採用することで、樹脂漏れを確実に防止することができる。

（４）エアシリンダの固定構造
本実施形態では、上述の如く、固定型３に固定された円柱状脚柱７２の上端部に、第２ブロック３０を跨ぐように固定板７３を取り付け、かかる固定板７３の上にエアシリンダ７１を設置することで、円柱状脚柱７２および固定板７３を介してエアシリンダ７１を固定型３に固定している。このように、バルブゲートブッシュ６０の上方に位置する第２ブロック３０の上方にエアシリンダ７１を設けることから、簡単な構成で、エアシリンダ７１によってバルブピン７５をバルブゲートブッシュ６０に対し進退させることができる。しかも、第２ブロック３０を跨ぐようにエアシリンダ７１を固定型３に直接固定することで、第２ブロック３０上にエアシリンダ７１の固定部を設ける必要がなくなるので、第２ブロック３０を小さくすることができる。

そうして、固定型３は約５０℃までしか昇温しないため、たとえ長時間昇温しても、エアシリンダ７１の温度は上がり難い。それ故、伝熱によるエアシリンダ７１の温度上昇によりオートスイッチが損傷するおそれがないので、断熱材が不要となり、設備コストが増大するのを抑えることができるとともに、オートスイッチの高寿命化を図ることができる。

（５）樹脂圧受けブロック
図５は、樹脂圧受けブロック２７，３７を模式的に説明する図である。樹脂流路が折れ曲がる場合には、射出成形時に樹脂圧が生じるが、一体物のホットランナーブロック１１０の場合には、溶融樹脂が樹脂流路を流れる際の樹脂圧を剛体であるホットランナーブロック１１０自体で受けることができる。これに対し、本発明の如く、第１ブロック２０と第２ブロック３０とに分割した場合には個々のブロックに樹脂圧が掛かることになる。具体的には、図５に示すように、第１ブロック２０に対して、下向きの樹脂圧Ｐ１と、金型長手方向他方向きの樹脂圧Ｐ２とが作用するとともに、第２ブロック３０に対して、金型長手方向一方向きの樹脂圧Ｐ３と、上向きの樹脂圧Ｐ４とが作用することになる。

ここで、下向きの樹脂圧Ｐ１については、第１ブロック２０を固定型３で受けることから、樹脂圧Ｐ１とつり合う反力Ｎ１を発生させることができる。また、ボルトの軸力は相対的に大きいことから、上向きの樹脂圧Ｐ４については、第２ブロック３０を固定するボルト３５の軸力で受けることで、樹脂圧Ｐ４とつり合う反力Ｎ４を発生させることができる。これらに対し、ボルトのせん断強度は相対的に低いことから、樹脂圧Ｐ２および樹脂圧Ｐ３については、ボルト２５，３５のせん断力で受けることが困難な場合（第１および第２ブロック２０，３０が動いてしまう場合）がある。そうして、第１および第２ブロック２０，３０が動いてしまうと、樹脂漏れが生じる場合がある。

そこで、本実施形態のホットランナー装置１では、第１および第２ブロック２０，３０におけるホットランナーパイプ４０の接続部とは反対側の部位をそれぞれ支持する樹脂圧受けブロック２７，３７を設けるようにしている。そうして、これらの樹脂圧受けブロック２７，３７を、図１に示すように、ボルト２８，３８にて固定型３に固定するのみならず、図５に示すように、これらの樹脂圧受けブロック２７，３７の一部を固定型３に形成された凹部７に埋め込むようにしている。

このように、各樹脂圧受けブロック２７，３７は、その一部が固定型３に形成された凹部７に埋め込まれていることから、すなわち所謂インローで固定型３に取り付けられていることから、ボルト２５，３５等に比して、樹脂圧Ｐ２および樹脂圧Ｐ３をしっかりと受け止めることができる。

これにより、樹脂圧Ｐ２については、インローで固定型３に取り付けられた樹脂圧受けブロック２７で受けることで、樹脂圧Ｐ２とつり合う反力Ｎ２を発生させることができるとともに、樹脂圧Ｐ３については、インローで固定型３に取り付けられる樹脂圧受けブロック３７で受けることで、樹脂圧Ｐ３とつり合う反力Ｎ３を発生させることができるので、第１および第２ブロック２０，３０の移動を抑えることができる。

－変形例－
図６は、変形例に係るホットランナー装置１’の要部を模式的に示す図である。上記実施形態では、ホットランナーブロック１０を、第１ブロック２０と第２ブロック３０とホットランナーパイプ４０とに分割したが、本変形例では、ホットランナーブロック１０’を、１つの第１ブロック２０’と、３つの第２ブロック３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃと、３本のホットランナーパイプ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃとに分割している。このように、各々バルブゲートブッシュ６０と連通する複数の第２ブロック３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを設けることで、１つのバルブゲートブッシュ６０から溶融樹脂を充填する場合に比して、キャビティ５にムラなく溶融樹脂を充填することができる。なお、本変形例では、ホットランナーパイプ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、第１ブロック２０’に固定されるとともに、冷間時に、その先端面が第２ブロック３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃと各パイプ軸方向に所定間隔を空けるように配置されている。

このような構成においても、各ブロックにおけるホットランナーパイプ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの接続部とは反対側の部位を樹脂圧受けブロックでそれぞれ支持することで、各ブロックの移動を抑えて、樹脂漏れを抑制することができる。具体的には、図６に示すように、樹脂圧ＰＡに対応して、インローで固定された樹脂圧受けブロック２７Ａ，３７Ａを配置し、且つ、樹脂圧ＰＢに対応して、インローで固定された樹脂圧受けブロック２７Ｂ，３７Ｂを配置し、且つ、樹脂圧ＰＣに対応して、インローで固定された樹脂圧受けブロック２７Ｃ，３７Ｃを配置することで、第１ブロック２０’および第２ブロック３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの移動を抑えることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

上記実施形態では、ホットランナーパイプ４０を、第２ブロック３０に固定するとともに、冷間時に、その先端面４３ａが第１ブロック２０とパイプ軸方向に所定間隔Ｄを空けるように配置したが、ホットランナーパイプ４０は、第１および第２ブロック２０，３０のいずれか一方に固定されるとともに、その先端面４３ａが第１および第２ブロック２０，３０のいずれか他方とパイプ軸方向に所定間隔Ｄを空けるように配置されていればよい。それ故、ホットランナーパイプ４０を、第１ブロック２０に固定するとともに、その先端面４３ａが第２ブロック３０とパイプ軸方向に所定間隔Ｄを空けるように配置してもよい。

また、上記実施形態では、ホットランナーパイプ４０が差し込まれる連結孔部として、第１ブロック２０に有底円筒状の連結部２３を設けたが、これに限らず、第１ブロック２０の側面を窪ませた断面円形の凹部で連結孔部を形成してもよい。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明によると、設備コスト等の増大および樹脂漏れを抑えつつ、バルブゲートを開閉するバルブピンの変形や破損を抑えることができるので、ホットランナー装置に適用して極めて有益である。

１ ホットランナー装置
３ 固定型
４ 可動型
５ キャビティ
７ 凹部
１０ ホットランナーブロック
２０ 第１ブロック
２１ 第１樹脂流路
２３ 連結部（連結孔部）
２７ 樹脂圧受けブロック
３０ 第２ブロック
３１ 第２樹脂流路
３７ 樹脂圧受けブロック
４０ ホットランナーパイプ
４３ フランジ部（他端部）
４３ａ 先端面
４３ｂ 外周面
４６ 第１耐熱Ｏリング（第１シール部材）
４７ 第２耐熱Ｏリング（第２シール部材）
６０ バルブゲートブッシュ（バルブゲート）
７１ エアシリンダ
７５ バルブピン
Ｄ 所定間隔

Claims (3)

1. 可動型と共にキャビティを形成する固定型と、固定型に固定されるホットランナーブロックと、先端部がキャビティに臨むように固定型に固定されるバルブゲートと、バルブゲート内を摺動してバルブゲートを開閉するバルブピンと、当該バルブピンを駆動させるシリンダと、を備え、射出された溶融樹脂をホットランナーブロックを経由してバルブゲートからキャビティに充填するホットランナー装置であって、
   上記ホットランナーブロックは、溶融樹脂が射出される第１樹脂流路を有する第１ブロックと、上記バルブゲートと連通される第２樹脂流路を有する第２ブロックと、当該第１樹脂流路と当該第２樹脂流路とを連通させるホットランナーパイプと、を有しており、
   上記ホットランナーパイプは、一端が上記第１および第２ブロックのいずれか一方に固定されるとともに、冷間時に、他端が上記第１および第２ブロックのいずれか他方とパイプ軸方向に所定間隔を空けるように配置されており、
   上記所定間隔は、昇温した際の上記ホットランナーパイプの膨張量よりも小さく設定されており、
   上記シリンダは、上記第２ブロックと接触しないよう、上記バルブゲートの上方で当該第２ブロックを跨ぐように、上記固定型に固定されていることを特徴とするホットランナー装置。
2. 上記請求項１に記載のホットランナー装置において、
   上記第１および第２ブロックのいずれか他方には、パイプ軸方向に延び且つ当該他方のブロックの樹脂流路と連通する断面円形の連結孔部が設けられており、
   上記ホットランナーパイプの他端部は、冷間時に、その先端面が上記連結孔部の底面とパイプ軸方向に所定間隔を空けるように、当該連結孔部に摺動可能に差し込まれており、
   上記他端部の先端面には、上記連結孔部の底面との隙間を埋めるように、第１シール部材が設けられており、
   上記他端部の外周面には、上記連結孔部の内周面との隙間を埋めるように、全周に亘って第２シール部材が設けられていることを特徴とするホットランナー装置。
3. 上記請求項１または２に記載のホットランナー装置において、
   上記第１および第２ブロックにおける上記ホットランナーパイプの接続部とは反対側の部位をそれぞれ支持する樹脂圧受けブロックをさらに備え、
   上記各樹脂圧受けブロックは、少なくとも一部が上記固定型に形成された凹部に埋め込まれていることを特徴とするホットランナー装置。

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