JP7417279B2 - 多段式金型装置 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 日刊工業新聞の令和２年１２月１６日付朝刊第８面にて公開

本発明は、熱可塑性樹脂から成る樹脂製品を複数同時に射出成形可能な多段式金型装置に関する。

従来、例えば特許文献１の図１に開示されているように、複数組の雄金型及び雌金型を上下方向に並設し、これらの金型の側方に、複数のゲート部を上下方向に並設したマニホールドブロックを配置し、雄金型と雌金型によって形成された各キャビティに対し、金型側面のランナから溶融樹脂を注入する多段式金型装置があった。この多段式金型装置は、型閉じした状態でマニホールドブロック下端の傾斜面が当接ブロック上端の傾斜面に当接し、マニホールドブロックが金型の方向に押圧され、この押圧力によってゲート部のゲート孔周縁部を金型のランナの開口周縁部に密接させ、樹脂漏れを防止する構造になっている

特許文献２には、金型に射出される溶融樹脂の湯道であるランナで、樹脂が固まらないようにしたホットランナを備え、固定側型板と可動側型板から成る多段金型を開示している。この金型は、一つの固定側型板に対して３つの可動側型板を備えた構造である。

また、特許文献３，４には、金型のゲートにバルブピンを挿入可能に形成し、ヒータで巻かれたゲートに、バルブピンが挿入及び退避自在に設けられた射出成形用のホットランナ金型も提案されている。このホットランナ金型は、ゲートに挿入されるバルブピンが、油圧等で嵌合及び退避可能に設けられ、キャビティに射出された樹脂は、ゲートでバルブピンにより遮断され、コールドランナのない構造に形成されている。

特開２０１６－２１０１５３号公報 特開平1－１４５１１６号公報 特開２００６－２３９８６３号公報 特開平９－２７７３１９号公報

特許文献１の多段式金型装置において、装置内や金型内で樹脂が流れるランナはホットランナではないので、離型によりランナ内の樹脂が無駄になるという問題があった。そこで、特許文献２に開示されているようなホットランナの構造を特許文献１の多段式金型に適用することが考えられるが、特許文献２に開示された多段金型は、単に一つの固定側型板と３つの可動側型板から成るシンプルな構造の多段金型である。従って、多数の製品を同時に射出成型可能な金型装置ではなく、多段式金型の型開き時の樹脂を溶融状態に保つことが難しいという問題が残るものである。

また、特許文献３，４に開示されたホットランナ金型を特許文献１に開示された多段金型装置に適用しようとしても、上記特許文献１，２の場合と同様に、多段にした際のホットランナの構造は示唆しておらず、単純に組み合わせることはできないものである。しかも、多数の製品を射出成型可能な多段式金型においては、金型が各々可動であるため、離型時の金型やホットランナの分離構造も複雑になり、操作や取り扱いが難しく、ホットランナを備え安定に稼働可能な多段式金型が求められていた。

本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、複数組の金型にホットランナを備え、構造もシンプルな多段式金型装置を提供することを目的とする。

本発明は、一対の雄型と雌型とから成る金型装置を複数対備え、前記各金型装置により形成される各キャビティに連通した型内ランナにヒータを設けてホットランナを構成した多段式金型装置であって、前記各金型装置のゲートに連通した型内ランナにはバルブピンを挿通し、前記金型装置の型開きと型締めにおいて、所定のタイミングで前記バルブピンにより前記ゲートを開閉可能に形成し、前記各金型装置に溶融樹脂を供給するマニホールド内のマニホールドランナにもヒータを設けてホットランナにより構成し、前記型開きと型締めにおいて、所定のタイミングで前記マニホールドランナを開閉するバルブを備え、前記バルブピンと前記バルブにより、前記型内ランナと前記マニホールドランナを閉鎖した状態で、前記各ヒータにより前記型内ランナと前記マニホールドランナ内の射出樹脂を溶融状態に維持可能に設けられた多段式金型装置である。

前記マニホールドは、型開き時に注入流路部と分岐流路部に分割可能に形成され、前記注入流路部と前記分岐流路部には、各々バルブが設けられ、各バルブは前記金型装置の型開き時にスプリングの付勢力により流路を閉鎖するように摺動可能に設けられたものである。

前記バルブピンは、前記金型装置内に設けられたノズル部に挿通され、前記バルブピンは、シリンダ装置により進退可能に設けられたものである。さらに、一対の前記金型装置の前記各バルブピンを進退させる一対のピストンは、前記シリンダ装置内の一つのシリンダ空間に互いに対向して設けられ、前記シリンダ空間内で互いに対称に配置されて対称に進退可能に設けられていると良い。

複数対設けられた前記金型装置は、上下方向に複数対が設けられているとともに、複数対の前記金型装置が、前記マニホールドを中心として水平方向に対向して対称に配置されているものである。

前記マニホールドと前記金型装置との間に断熱層が設けられているものである。また、前記ノズル部と前記金型装置との間にも断熱層が設けられていると良い。前記断熱層は、閉鎖された空気層から成るものであると良い。

本発明によれば、複数の金型装置にホットランナを備え、型開きに際しても溶融樹脂がホッとランナ内に溶融状態で保持され、多段に設けられた金型であって構造もシンプルであり、樹脂の無駄がなく効率的な成型が可能な多段式金型装置を提供することができる。

本発明の多段式金型装置の一実施形態の型締め後の充填中のＺＸ平面の部分縦断面図である。 この実施形態の多段式金型装置による樹脂の充填完了時のＺＸ平面の部分縦断面図である。 この実施形態の多段式金型装置のマニホールドのＹＺ平面の縦断面図である。 この実施形態の多段式金型装置の型締め後のＺ軸方向の一連の金型装置を示すＺＸ平面の縦断面図である。 この実施形態の多段式金型装置による樹脂の充填時のＺ軸方向の一連の金型装置を示すＺＸ平面の縦断面図である。 この実施形態の多段式金型装置による樹脂の離型時の金型装置を示すＺＸ平面の部分縦断面図である。 この実施形態の多段式金型装置の平面的レイアウトの一例を示す平面図である。

以下、本発明の多段式金型装置の一実施形態について、図面に基づいて説明する。この実施形態の多段式金型装置１０において、直交座標系であるＸＹＺ三次元座標系を定義したとき、Ｚ軸方向を上下方向とし、図１、図２の図面横方向をＸ軸方向、図３の図面横方向をＹ軸方向とする。

多段式金型装置１０は、Ｚ軸方向に開閉する雄型１２及び雌型１４から成る金型が複数対設けられ、雄型１２及び雌型１４が閉じた状態で、内側にキャビティ１６が形成される。雌型１４のＸＹ軸方向の中央部には、Ｚ軸方向にキャビティ１６に開口したゲート１８が形成されている。雄型１２には、キャビティ１６の中央部のゲート１８に対向して、ノックアウトピン２０が設けられている。ノックアウトピン２０は、図示しないエア圧駆動装置等によりＺ軸方向に駆動される駆動部２２に、基端部２０ａが固定され、先端部２０ｂはキャビティ１６に対面している。

雌型１４のゲート１８及びゲート１８に続くＺ軸方向の型内ランナ１９には、バルブピン２４の先端部２４ａが嵌合及び退避可能に挿入され、バルブピン２４の基端部２４ｂは、雌型１４と一体的に設けられたエアシリンダ装置２６内に設けられたピストン２８に固定されている。型内ランナ１９は、ゲート１８よりも太い内径に形成され、ゲート１８からテーパ状に内径が広がる形状に形成されている。バルブピン２４の先端部２４ａは、ゲート１８の内径とほぼ等しい外径で相対的に細径に形成され、溶融樹脂が通過不能にゲート１８に嵌合する。バルブピン２４の型内ランナ１９に挿通される部分及び基端部２４ｂは、相対的に太径に形成され、先端部２４ａからテーパ状に外径が太くなっている。型内ランナ１９は、バルブピン２４の型内ランナ１９内に挿通されている部分よりもゆとりを有して太く、バルブピン２４との間に空間が形成され、射出成形用の溶融樹脂が通過可能に形成されている。

エアシリンダ装置２６には、バルブピン２４が嵌合した挿通孔２６ａの開口部にシール用のメタルリング２９が設けられている。エアシリンダ装置２６内には、バルブピン２４の基端部２４ｂが固定されたピストン２８をＺ軸方向に往復駆動する一対のエア圧注入路３０，３１が連通して形成されている。そして、一対のピストン２８は、一つのシリンダ空間２６ｂ内で、互いに反対方向に摺動可能に設けられている。

雌型１４のゲート１８に続く型内ランナ１９は、雌型１４内に設けられホットランナを構成するノズル部２１に形成され、ノズル部２１の周囲にはバンドヒータ等のヒータ２３が設けられている。さらに、型内ランナ１９は、雌型１４にＸ軸方向に形成された型内ランナ２５に連通し、型内ランナ２５が設けられた雌型１４の内にも棒ヒータ等のヒータ２７が設けられ、ホットランナを構成している。また、雌型１４に装着されたノズル部２１と雌型１４との嵌合部の開口周縁部には、シール用のメタルリング２９が設けられている。

型内ランナ２５は、Ｚ軸方向に設けられたマニホールド３２のマニホールドランナ３４に連通している。マニホールド３２は、図示しないヒータにより加熱され、マニホールドランナ３４はホットランナとして構成されている。マニホールド３２は、図１～図３に示すように、多段に設けられた雄型１２と雌型１４の型開きに対応して、溶融樹脂の注入流路部３６と、注入流路部３６の注入流路３６ａに連通した分岐流路３８ａに流れる分岐流路部３８とに分割可能に形成されている。分岐流路３８ａは、溶融樹脂が分岐して流れる側のマニホールドランナ３４に接続されている。

注入流路部３６は、マニホールド３２の樹脂流入口３２ａからマニホールドランナ３４が連続し、マニホールドランナ３４の途中にバルブ４０が設けられている。バルブ４０は、注入流路部３６内でコイルスプリング４１により、注入流路３６ａとマニホールドランナ３４との段部に、円錐台部分が嵌合して密封可能に付勢され、注入流路３６ａを開閉可能に設けられている。バルブ４０は、さらに、注入流路部３６に挿入された固定部材４２により摺動自在に保持され、バルブ４０の軸部４４が、固定部材４２に形成された挿通孔４２ａ内を摺動自在に挿通されている。固定部材４２は、取付片４５によりボルト４６で注入流路部３６に固定されている。

またバルブ４０には、マニホールドランナ３４の内径よりも大きい外径部分の一部に切り欠き通路４０ａが複数箇所に形成され、後述するように、バルブ４０が注入流路３６ａの下方に移動した状態で、切り欠き通路４０ａを溶融樹脂が通過可能に形成されている。さらに、軸部４４にも、軸方向に切り欠き通路４４ａが複数箇所に形成され、後述するように、バルブ４０が注入流路３６ａの下方に移動した状態で、溶融樹脂が通過可能に形成されている。

分岐流路部３８は、マニホールド３２の注入流路部３６の注入流路３６ａに連続して分岐流路３８ａが設けられ、分岐流路３８ａには、バルブ５１が設けられている。バルブ５１は、分岐流路部３８内でコイルスプリング４７により、固定部材４８に形成された挿通孔４８ａと固定部材４２に形成された挿通孔４２ａとの段差部を塞いで、分岐流路３８ａを開閉可能に設けられている。固定部材４８の挿通孔４８ａは、固定部材４２の挿通孔４２ａよりも大きい内径を有している。固定部材４８は、取付片５０によりボルト５２で分岐流路部３８に固定されている。

バルブ５１は、分岐流路部３８に対して、固定部材４８により摺動自在に保持され、バルブ５１の軸部４９が固定部材４８に摺動自在に挿通されている。またバルブ５１が挿通された固定部材４８には、固定部材４２の挿通孔４２ａの内径よりも大きい内径部分の一部に、Ｚ軸方向に切り欠き通路４８ｂが複数箇所に形成され、後述するように、バルブ５１が分岐流路３８ａの下方に移動した状態で、バルブ４０の軸部４４の切り欠き通路４４ａに連通して、溶融樹脂が通過可能に形成されている。さらに、分岐流路３８ａに接したバルブ５１の周縁部にも、切り欠き通路５１ａがＺ軸方向に複数箇所に形成され、切り欠き通路４８ｂに連通して、溶融樹脂が通過可能に形成されている。

多段式金型装置１０は、雄型１２及び雌型１４とマニホールド３２との間、雌型１４とノズル部２１及びシリンダ装置２６との各々の間には、断熱性を確保するための空気層から成る断熱層５４が、所定の間隔で形成されている。断熱層５４により、マニホールドランナ３４や金型内ランナ２５の溶融樹脂の温度低下を防止する。

この実施形態の多段式金型装置１０は、雄型１２とそれに設けられたノックアウトピン２０、及び雌型１４と、ホットランナを構成する型内ランナ１９，２５、型内ランナ１９が設けられたノズル部２１、型内ランナ１９に挿通されたバルブピン２４とそれを駆動するエアシリンダ装置２６等により一組の金型装置１０(1)を構成し、金型装置１０(1)とＸ軸方向の軸を中心に、線対称の構造で金型装置１０（2）がＺ軸方向下方に設けられている。そして、二組の金型装置１０(1)，１０(2)の間にシリンダ装置２６が設けられている。さらに、図４に示すように、二組の金型装置１０(1)，１０(2)とＸ軸方向の軸を中心に、線対称の構造で二組の金型装置１０(3)，１０(4)が設けられている。二組の金型装置１０(3)，１０(4)は、図３に示すように、マニホールド３２の樹脂流入口３２ａ近傍で分岐したマニホールドランナ３４がＺ軸方向下方に延びたマニホールドランナ３４から図１，図２に示すように分岐して、各型内ランナ２５を介して各ノズル部２１の型内ランナ１９に連通している。

さらに、この実施形態の多段式金型装置１０は、図４に示すように、軸方向に四組の金型装置１０(1)，１０(2)，１０(3)，１０(4)が設けられているとともに、マニホールド３２の樹脂流入口３２ａ付近でマニホールドランナ３４がＸ軸方向に分岐して、Ｚ軸方向の軸を中心に、線対称に四組の金型装置１０(5)，１０(6)，１０(7)，１０(8)が設けられている。そして、この実施形態の多段式金型装置１０は、図７に示すように、Ｚ軸方向に四組設けられた金型装置１０(1)，１０(2)，１０(3)，１０(4)が、ＸＹ軸平面方向に１６組設けられている。

次に、この実施形態の多段式金型装置１０の動作について説明する。この実施形態の多段式金型装置１０は、１回の樹脂成形を行う毎に、図示する全組の金型装置１０(1)～１０(8)等が同時に型締め、射出成形、型開き、製品取り出しの動作を行う。各金型装置の動作について各々同様であるので、金型装置１０(1)を用いて説明する。

まず、樹脂成型のために雄型１２と雌型１４を用意して、シリンダ装置２６を作動させて金型装置１０(1)にキャビティ１６を設ける。他の金型装置にも同様にキャビティ１６を形成して、型締めを行う。このとき、図４に示すように、型締めとともにシリンダ装置２６の一対のエア通路３０から加圧エアを注入して、一対のピストン２８を互いに離間する方向に摺動させ、バルブピン２４をノズル部２１の先端孔及びゲート１８に嵌合させた状態とする。この状態で、ヒータ２３，２７が作動しており、各ランナ１９，３４が加熱状態にあり、射出成形用の樹脂が溶融状態を維持可能になっている。この後、図５に示すように、シリンダ装置２６の一対のエア通路３１から加圧エアを注入して、一対のピストン２８を互いに当接する方向に摺動させ、バルブピン２４をノズル部２１の先端孔及びゲート１８から退避させる。これにより、ゲート１８が開き、型内ランナ２５，１９を経てゲート１８からキャビティ１６に通じる樹脂流路が連通する。

そして、マニホールド３２の樹脂流入口３２ａから溶融樹脂を射出注入すると、注入圧力で、バルブ４０がコイルスプリング４１の付勢力に抗してＺ軸方向に下がり、注入流路３６ａが開く。さらに、溶融樹脂の注入圧力で、バルブ５１がコイルスプリング４７の付勢力に抗してＺ軸方向に下がり、分岐流路３８ａが開く。これにより、溶融樹脂が、マニホールド３２の樹脂流入口３２ａから、注入流路３６ａに流れ込み、切り欠き通路４０ａを通過し、注入流路３６ａから軸部４４の切り欠き通路４４ａを経て分岐流路３８ａに流れ、さらに、固定部材４８の切り欠き通路４８ｂを経て、バルブ５１の切り欠き通路５１ａ通過して、分岐流路３８ａの下流側のマニホールドランナ３４に流れる。そして、溶融樹脂がマニホールドランナ３４から型内ランナ２５，１９に流れ、各キャビティ１６に樹脂が射出され、成形を行う。

射出された樹脂がキャビティ１６内で硬化した後、図６に示すように、シリンダ装置２６の一対のエア通路３０から加圧エアを注入して、一対のピストン２８を互いに離間する方向に摺動させ、バルブピン２４をノズル部２１の先端孔及びゲート１８に嵌合させた状態にする。この状態でも、ヒータ２３，２７が作動しており、各ランナ１９，３４が加熱状態にあり、射出成形用の樹脂が溶融状態を維持する。そして、型開きを行い、ノックアウトピン２０をＺ軸方向に移動させて、雄型１２から樹脂製品５６を取り出す。

ここで、型開した際に、マニホールド３２は、注入流路部３６と分岐流路部３８に分割され、分割に際して、バルブ４０がコイルスプリング４１により、注入流路３６ａを閉鎖する。さらに、バルブ５１がコイルスプリング４７により、分岐流路３８ａを閉鎖する。これにより、マニホールドランナ３４内の溶融樹脂は、マニホールドランナ３４内で封止され、マニホールド３２でもヒータが作動しているので溶融状態を維持する。

この実施形態の多段式金型装置１０によれば、複数組から成る金型装置１０(1)～１０(8)に各々ホットランナを備え、型開きに際しても溶融樹脂がホットランナ内に溶融状態で保持され、構造もシンプルで樹脂の無駄がなく効率的な成型が可能となる。マニホールドランナ３４に設けられた注入流路部３６と分岐流路部３８に各々バルブ４０，５１が設けられ、多段に設けられた各金型装置１０(1）～１０(8)の型開きにより、自動的に樹脂の流路が各々の金型装置１０(1）～１０(8)のホットランナ内で閉鎖され樹脂の無駄がなく、次の射出成形に利用することができる。

なお、本発明の多段式金型装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ホットランナのヒータは、適宜の種類を選択可能であり、配置場所も加熱可能な場所であれば良い。また、雄型と雌型からなる金型装置の数は、適宜設定可能であり、シリンダ装置の配置やノックアウトピンの配置も、適宜設定可能である。

１０ 多段式金型装置
１０(1）～１０(8) 金型装置
１２ 雄型
１４ 雌型
１６ キャビティ
１８ ゲート
１９，２５ 型内ランナ
２０ ノックアウトピン
２３，２７ ヒータ
２４ バルブピン
２６ シリンダ装置
２８ ピストン
３０，３１ エア圧注入路
３２ マニホールド
３４ マニホールドランナ
３６ 注入流路部
３６ａ 注入流路
３８ 分岐流路部
３８ａ 分岐流路
４０，５１ バルブ
４０ａ，４４ａ，４８ｂ，５１ａ 切り欠き通路
４１，４７ コイルスプリング
４４，４９ 軸部
５４ 断熱層
５６ 樹脂製品

Claims (6)

1. 一対の雄型と雌型とから成る金型装置を複数対備え、前記各金型装置により形成される各キャビティに連通した型内ランナにヒータを設けてホットランナを構成した多段式金型装置であって、
   前記各金型装置のゲートに連通した型内ランナにはバルブピンを挿通し、前記金型装置の型開きと型締めにおいて、所定のタイミングで前記バルブピンにより前記ゲートを開閉可能に形成し、
   前記各金型装置に溶融樹脂を供給するマニホールド内のマニホールドランナにもヒータを設けてホットランナにより構成し、前記型開きと型締めにおいて、所定のタイミングで前記マニホールドランナを開閉するバルブを備え、
   前記バルブピンと前記バルブにより、前記型内ランナと前記マニホールドランナを閉鎖した状態で、前記各ヒータにより前記型内ランナと前記マニホールドランナ内の射出樹脂を溶融状態に維持可能に設けられ、
   前記マニホールドは、型開き時に注入流路部と分岐流路部に分割可能に形成され、前記注入流路部と前記分岐流路部に、各々前記バルブが設けられ、前記各バルブは前記金型装置の型開き時にスプリングの付勢力により流路を閉鎖するように摺動可能に設けられたことを特徴とする多段式金型装置。
2. 一対の雄型と雌型とから成る金型装置を複数対備え、前記各金型装置により形成される各キャビティに連通した型内ランナにヒータを設けてホットランナを構成した多段式金型装置であって、
   前記各金型装置のゲートに連通した型内ランナにはバルブピンを挿通し、前記金型装置の型開きと型締めにおいて、所定のタイミングで前記バルブピンにより前記ゲートを開閉可能に形成し、
   前記各金型装置に溶融樹脂を供給するマニホールド内のマニホールドランナにもヒータを設けてホットランナにより構成し、前記型開きと型締めにおいて、所定のタイミングで前記マニホールドランナを開閉するバルブを備え、
   前記バルブピンと前記バルブにより、前記型内ランナと前記マニホールドランナを閉鎖した状態で、前記各ヒータにより前記型内ランナと前記マニホールドランナ内の射出樹脂を溶融状態に維持可能に設けられ、
   前記バルブピンは、前記金型装置内に設けられたノズル部に挿通され、シリンダ装置により進退可能に設けられ、
   一対の前記金型装置の前記各バルブピンを進退させる一対のピストンを備え、前記一対のピストンは、前記シリンダ装置内の一つのシリンダ空間に互いに対向して設けられ、前記シリンダ空間内で互いに対称に配置されて対称に進退可能に設けられたことを特徴とする多段式金型装置。
3. 複数対設けられた前記金型装置は、上下方向に複数対が設けられているとともに、複数対の前記金型装置が、前記マニホールドを中心として水平方向に対向して対称に配置されている請求項１又は２記載の多段式金型装置。
4. 前記マニホールドと前記金型装置との間に断熱層が設けられている請求項１，２又は３記載の多段式金型装置。
5. 前記ノズル部と前記金型装置との間に断熱層が設けられている請求項２記載の多段式金型装置。
6. 前記断熱層は、閉鎖された空気層から成る請求項４又は５記載の多段式金型装置。

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