JPH078523B2 - 射出成型装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、合成樹脂製品等を成
型する射出成型装置に関し、各種の成型品加工分野で利
用することが出来る。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラスチックの射出成型において
は、熱ランナ弁ゲートノズルとして単一の（流体導入
路）を使用し、熔融樹脂をこの流体導入路を介してモー
ルドキャビティゲートに運んでいる。一般に、流体導入
路の中間部には、棒状の細いステム弁が配置され、流体
導入路の一部である弁ゲートをステム弁で開閉してい
る。このステム弁の開閉動作は、別途設けられた弁駆動
手段によってステム弁を軸方向に往復摺動させて制御し
ている。

【０００３】このような熱ランナ弁ゲートシステムは、
そのステム弁を動作させるために種々の機構を採用して
いる。米国特許第４，７８６，２４６号および第３，２
４１，１９１号に係る技術は、外部可動モールド板を使
用してその弁ステムを動作させている。米国特許第４，
３３０，２５８号に係る技術は、外側に動作するラック
を用いて歯車を駆動し、ネジを介してそのステムを動か
している。また、Ｒｅｅ他の特許である米国特許第４，
１７３，４４８号に係る技術は、二重作用の空気作動ピ
ストンを使用してそのステムを動かしている。

【０００４】これらの公知文献に示された機構は、すべ
て、ステム弁に作用する幾つかの外部手段を用いること
によって、そのステムを開または閉位置に、比較的大き
な力で強制的に動かすものである。

【０００５】一般に、バネを用いている幾つかの装置で
は、ステム弁を閉じるために単一の作用力を与えてい
る。また、ステム弁の開放は、流体導入路が形成された
ノズル装置内の樹脂圧力によって行われている。この型
の例は、米国特許第３，４９１，４０８号および第４，
０９５，９３１号に開示されている。それらのものは、
ステム弁を閉じるためにカムを使用している。さらに、
この型の例では、ステム弁をノズルの内側にうまく適合
させるために、ステム／バネ装置を小型化している。こ
のような例は、米国特許第３，６７７，６８２号および
第４，１７１，９４１号に開示されている。

【０００６】上述の装置はすべて、ゲート開放の大きさ
が制限される。一般的には、弁ステムは、射出すなわち
保持圧力に達した直後にゲートを閉めるように動作させ
る必要がある。これらの圧力値は、２０，０００ｐｓｉ
ほどである。したがって、弁ステムが受ける押圧力は、
被押圧実効面積（軸投影面積）によって決定される。こ
のため閉じ得るゲート直径は、この樹脂などの流体圧力
に対抗してステムを閉ざすために加えられる外部圧力の
大きさによって制限される。例えば、保持圧力が２０，
０００ｐｓｉとなる、典型的な、０．０６０インチ直径
のゲートでは、０．１２５インチの弁ステムに対して２
４５ｌｂｓの力を作用させる。したがって、定格の８０
ＰＳＩ空気供給圧力で動作する空気ピストンは、弁を閉
ざすために十分な力を発生させるためには、およそ２イ
ンチの直径になければならない。大きなゲートおよびシ
ステムがより一層大きな力を必要とすることは明らかで
あろう。このことは、より一層大きな空気ピストン直径
またはより一層高い流体圧で動作する水力ピストンを使
用すること、あるいは代替案として機械的カム若しくは
ラックおよび歯車機構を必要とすることになる。これら
のいずれの方法も、すべて欠点を有する。例えば、加熱
されたモールド構成部分に極めて近接している水力回路
は、火災の危険を招く。また、より一層大きな直径の空
気ピストン、ラック、および歯車駆動装置のような機械
的な方法は、成型装置の構造内で大きな空間を占め、そ
してそれらは熱的に膨張して冷却状態における整合から
ズレる構成部分では故障しがちとなる。

【０００７】ところで、より一層大きなゲート開放寸法
を与える大きな径の弁が、米国特許第４，８０８，１０
６号および第５，００２，４８０号に示されている。’
１０６号では、弁の開閉を弁材料自体の偏向によって行
っている。また、’４８０号では、摺動ステムを用いて
いる。弁の動作は、流体圧力自体を制御するこによって
行われる。その場合、成型サイクルの途中における正確
な流体圧力制御が、そのサイクルの最適点で弁を開閉さ
せるのに十分なほど正確ではないので、弁の有用性が大
幅に制限される。

【０００８】米国特許第５，０９８，２８０号は、熱ラ
ンナノズル内に含まれた摺動ゲート針を開示している。
その針は弁ゲートではなく、樹脂の流れを遮断するよう
には動作せず、むしろゲート領域の熔融温度を維持する
ための導熱手段である。また、その針は、ステム構造の
各側部に作用する流体圧力によってノズル内で前後に摺
動するようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術にあっては、弁ゲートの径寸法が大きくなる
と弁駆動手段に要求される能力が著しく大きくなり、装
置自体が大きくなる問題があった。また、上記従来技術
においては、流体圧力に抗してステム弁を駆動させるた
め、弁の応答性が鈍くなる問題があった。さらに、並列
に配設された複数のモールド部で射出成型を行う場合に
弁駆動手段の配置が困難となり、効率的な成型が行えな
い問題があった。

【００１０】この発明が解決しようとする課題は、大き
な弁ゲートを小さな駆動力で迅速に作動させ成型サイク
ルの遅れをもたらさず、しかも装置全体の大型化を防止
できる射出成型装置を得るには、どのような手段を講じ
ればよいかという点にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、被成型流体
が射出されて成型物が成型されるモールドキャビティ
と、該モールドキャビティに該被成型流体を供給する流
体導入路が形成され且つ該流体導入路を開閉するステム
弁が摺動可能に設けられた導入路本体と、前記ステム弁
を弁開閉位置間で移動させる弁駆動手段と、を備えてな
り、前記ステム弁の両端部が前記流体導入路内にそれぞ
れ露出したことを、解決手段としている。

【００１２】

【作用】ステム弁の両端部は、流体導入路内に露出して
いるため、ステム弁が軸方向にうける押圧力はステム弁
の被押圧実効面積に応じて受ける。ここで、ステム弁の
両端部の被押圧実効面積が略同一であれば、押圧力が略
同一となり、その向きが逆であるため、被成型流体の流
体圧力によってうける押圧力は相殺される。なお、ステ
ム弁の両端部の被押圧実効面積が同一でない場合でも、
両端部のうける押圧力は逆方向であるため、ステム弁を
駆動させる弁駆動手段に要請される駆動力は少なくてす
む。

【００１３】

【実施例】以下、この発明に係る射出成型装置の詳細を
図面に示す各種実施例に基づいて説明する。

【００１４】（実施例１）図１および図２は本発明の実
施例１を示している。図１は、本実施例の射出成型装置
の断面図であり、弁ゲートが開放し、弁ステムが後退し
ている状態を示している。図２は、弁ステムが弁ゲート
を閉じた状態を示している。なお、本実施例の装置は、
図１および図２に示されたモールドキャビティ１０が複
数並列に配置された場合にも適用可能である。

【００１５】図１及び図２に示すように、射出成型され
るプラスチック製品１３を形成するためのキャビティ１
０は、冷却チャネル１２を含んでいるモールド板１１内
に含まれている。導入路本体２０は、被成型流体として
の熔融プラスチックを熔融プラスチック源（図示せず）
からモールドキャビティ１０へ移送するための流体導入
路としての入口チャネル２１を有する。入口チャネル２
１は、熔融プラスチック源と連通している入口チャネル
外端２２およびモールドキャビティ１０と連通している
入口チャネル内端２３を含んでいる。好ましくは、大径
のオリフィスである弁ゲート２４は、モールドキャビテ
ィ１０と入口チャネル２１の内端の両方と連通して、モ
ールドキャビティ１０の入口チャネル外端２２と入口チ
ャネル内端２３との間に配置されている。

【００１６】導入路本体２０は、ヒータ３０に加熱され
るようになっている。しかし、他の加熱手段も別途用い
ても良い。導入路本体２０は、絶縁部材３２または空隙
などによる他の所望の絶縁手段によって、冷却されたモ
ールド板３１から熱的に絶縁して配置されている。モー
ルド板３１は、冷却チャネル３３または他の所望の冷却
手段によって冷却される。モールド板１１とモールド板
３１は、連動し、又は、モールド板の１つを可動にする
ことによるなどしてモールドキャビティ１０へ接近さ
せ、プラスチック製品１３の取り外しを行わせるための
適当な手段が設けられている。

【００１７】弁ステム４０は導入路本体２０内で摺動
し、この弁ステム４０は、電源（図示せず）に接続され
た電磁駆動手段４１などの所望の動的手段によって、連
結板４２を介して駆動される。弁ステム４０は、上流側
にある入口チャネル外端２２内で露出するステム上端部
４０Ａおよび入口チャネル内端２３内に露出するステム
下端部４０Ｂをそなえている。これら弁ステム４０の上
下端部４０Ａ，４０Ｂは、被成型流体である熔融プラス
チックの流通圧力にさらされている。弁ステム４０は、
入口チャネル外端２２内に露出する上流側露出面４３お
よび入口チャネル内端２３内に露出する下流側露出面４
４を有する。連結板４２は、弁ステム４０の、前記上流
側露出面４３と下流側露出面４３との間の部分に連結さ
れている。なお、１に示すように、上流側露出面４３は
斜面をなし、下流側露出面４４は例えばステム軸に対し
て垂直な平面でなっている。弁ステム４０は、浮動弁ス
テムを効果的に形成している電磁駆動手段４１によっ
て、図１に示された開位置から図２に示された閉位置に
移動可能になっている。この実施例では、上流側露出面
４３と下流側露出面４４の両方が実質的に等しい樹脂流
体押圧力をうけるように露出されている。即ち、ステム
上端部４０Ａとステム下端部４０Ｂの投影面積（被押圧
力実効面積）が実質的に等しくなるように設定されてい
る。

【００１８】図１および図２から判るように、入口チャ
ネル外端２２には、弁ステム４０の上流側露出面４３に
面している上流室２７が形成され、入口チャネル内端２
３には、弁ステム４０の下流側露出面４４に面している
下流室２５を形成している。また、入口チャネル２１
は、上流室２７と下流室２５の間で偏心通路２６によっ
て弁ステム４０から横方向に偏心（迂回）させられてい
る。それらの偏心通路２６の１つだけが図示されている
が、所望の場合には、他の通路を使用可能である。

【００１９】（実施例２）図３および図４は、この発明
の実施例２を示している。本実施例は、異なる駆動手段
を用いた装置に本発明を適用した例である。この実施例
では、弁ステム４０は、弁ステム４０に二つの動作を行
わせるため、ポート５２およびポート５３を介して供給
される圧縮空気によってシリンダ５１内を移動するピス
トン５０に設けられている。ピストン５０は、弁ステム
４０の上流部露出面４３と弁ステム４０の下流部露出面
４４との間で連結板５４によって弁ステム４０に接続さ
れている。図３は開位置にある弁ステム４０を示し、図
４は閉位置にある弁ステム４０を示している。

【００２０】以下、本実施例の射出成型装置の動作につ
いて説明する。樹脂の流体圧力は、弁ステム４０の両端
に作用する。入口チャネル外端２２の上流室２７に圧力
がかかるとすぐに、弁ステム４０の上流部露出面４３が
流体圧力にさらされ、同時に弁ステム４０の下流部露出
面４４もまた流体圧力にさらされる。これらの露出端の
投影面積（被押圧実効面積）は、実質的に等しいため、
ステムに加えられる両端部からの押圧力は相殺されて流
体による残留力が存在しない。当然、上流室２７および
下流室２５内の流体圧力が実質的に等しいときは、面積
のわずかな変化は、容易に許容され得る。結果的にステ
ム弁４０を開閉するために要する力は、システム内の摩
擦力に打ち勝つだけ十分なものでなければならない。当
然、投影面積の変動が大きくなればなるほど、より大き
な力が要求される。したがって、この実施例では、これ
らの面積はできるだけ等しくなるようにすることが好ま
しい。この仕事を行うためには、小さなピストンすなわ
ち小さな電磁石で十分であり、弁本体ユニット内にも収
納され得る。これによって、駆動手段を収容するための
外部モールド空間を削減できる。高い熔融流体の圧力
（２０，０００ｐｓｉ）を受けながらステム弁を動作さ
せるために要する力が非常に小さいことが実証された。
典型的な成型サイクルにおいては、十分な注入圧力が伝
わる前に、ゲートが開かれる。ステム弁の前方投影面積
は流体圧力を受けないので、ゲートが閉ざされるとき、
熔融圧力が増加して閉じる力をステムに及ぼすことは明
らかである。前方投影面積を熔融流体の圧力に露出さ
せ、結果的に開作用が開始されると即座に射出が始まる
ようにするためには、ステムを部分開放するだけである
ので、上述の閉じる力が成型サイクルを遅延させること
はない。ゲートや弁を動作させるのに要する力は、もは
や流体圧力にさらされるそれらの投影面積に基づかない
ので、非常に大きな直径のゲートおよび弁が、この原理
を用いて構成され得る。以前は多連ゲートが必要とされ
た非常に大きな成型部品の弁ゲート制御に対して、１．
０インチよりも大きな寸法が使用され得る。これは、モ
ールド成型費用の大きな節約となる。非常に大きな直径
のゲートは、成型サイクルを改善し、かつ応力を持たな
い部品の成型を助ける。

【００２１】さらに、熔融流体の圧力とは関係のない二
つの作用を有する手段が使用されているので、ゲートの
制御が正確である。

【００２２】この実施例は、駆動手段を収容するために
利用可能な空間が非常に制限されていたため、これまで
弁ゲート制御に問題があったスタックモールドに適用可
能である。

【００２３】（実施例３）図５は、本発明の実施例３を
示している。図５において、弁ステム４０は、熔融樹脂
を、熔融樹脂源から大きな径の弁ゲート２４まで運ぶた
め、内部に熔融プラスチックを流通させる入口チャネル
２１が形成さられている。下流室２５は、下流ポート５
５によって入口チャネル２１に連通されている。下流ポ
ート５５は熔融プラスチックを入口チャネル２１から下
流室２５に導入させる。弁ステム本体５６は接続リブ５
９または他の適切な手段によって入口チャネル内端２３
近くで弁ステム４０に結合されている。弁ステム４０
は、弁ステム４０の入口端５８において、上流室２７近
くに環状露出上流面５７を形成する。

【００２４】以下、動作について説明する。（弁ステム
本体５６を含み、かつ中心線に関してある角度で置かれ
た構成部分を含む）弁ステム４０の中心線軸に必然的に
垂直な構成部分を持つすべての面が、図１および図２に
述べられたものと全く同じ方法で、弁ステム４０および
弁本体５６に平衡力を作り出す熔融流通の圧力に露出さ
れることは明白である。一般に円筒状の本体の軸に垂直
な構成部分を持つ面に作用す圧力が、（ａ）前記圧力
が、すべてのそのような面上で実質的に一定でない場合
には、および／または（ｂ）そのような面の面積が非常
に不等である場合には、不平衡力をもたらす。代表的な
射出成型プロセスにおいて上流室２７と下流室２５の両
方が出会う熔融圧力は、実質的に等しい。弁ステム上流
端領域弁ステム４０Ａの露出投影面積を（弁ステム本体
５６を含む）弁ステム下流端領域弁ステム４０Ｂの露出
投影面積に実質的に等しくすることは、弁ステム全体に
作用する正味の力を発生しないことになる。したがっ
て、ステムの開閉に要する力は、システム上の摩擦力に
打ち勝つに十分なものだけで良い。弁ステム４０の駆動
は、いかなる所望の手段によって、例えば図５のよう
に、電源（図示せず）および接続板によって弁ステム４
０に接続された電磁駆動４１によって行われる。

【００２５】入口チャネル２１を弁ステム４０内に形成
させることにより、導入路本体２０の構造が簡単化さ
れ、小型のノズル装置が得られる。また、熔融プラスチ
ックの直接通路にポート５５を介して弁ステムの下流端
の投影面積を拡大することによって補償され得る比較的
小さな圧力降下を与える。

【００２６】図５の実施例の要点は、弁ステム４０が加
圧されるということにある。これは、十分な熔融流通の
圧力が加えられるときステムの変形をもたらす。十分な
壁厚をもつ中空ステムを製造することによって、寸法の
増加を最小に押さえられる。その寸法増加は、上記利点
に実質的な影響を与えない。

【００２７】（実施例４）図６は、本発明の実施例４を
示している。本実施例では、図６に示すように、駆動ロ
ッド６０を弁ステム４０の弁ステム弁４０の上流側露出
面４３に接続し、嵌合穴６４を介しノズル端板６３を通
して、該駆動ロッド６０をアクチュエータ６１接続して
いる。熔融プラスチックは、樹脂供給源（図示せず）か
ら開口６２を介して入ってくる。

【００２８】この実施例では、弁ステム４０の両端部で
の熔融流通の圧力にさらされる被押圧実効面積は、実質
的に同一である。上流側露出面４３は、駆動ロッド６０
の直径によって占有される面積を補償するため、大きな
直径をなしている。この実施例の利点は、アクチュエー
タ６１および接続板がもはや導入路本体の外にあるた
め、装置全体が一層小型化され得ることである。これ
は、複数個のキャビティを互いに密接に配置させること
を可能にする。また、組み合わせノズルまたはすべての
ノズルを共通のアクチュエータ部材によって駆動させる
ことができる。

【００２９】したがって、本実施例によれば、ステムの
各端上で熔融流体の圧力にさらされるるステムの軸方向
投影面積に関して、弁ステムに作用する流体による力
を、流体力学的に平衡させることができる。そのような
面積が実質的に等しい限り、結果として生ずる力は平衡
化される。弁ステムの上流端および下流端に作用する力
は、実質的に等しくかつ逆方向であり、その結果、正味
の力が生じない。上流圧力および下流圧力が実質的に等
しくない場合、上流面および下流面の投影面積は、当然
熔融圧力によって実質的に等しくかつ逆方向の力が生ず
るような大きさにされる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、圧力平衡弁ステムを利
用することにより、融通性があり大きな弁ゲートの使用
を可能とさせ、成型サイクルの遅れをもたらさずかつ簡
単、便利、迅速に弁の正確な制御を行わせることができ
る改善された射出成型装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示す開位置にある射出成型
装置の断面図である。

【図２】本発明の実施例１を示す閉位置にある射出成型
装置の断面図である。

【図３】本発明の実施例２を示す開位置にある射出成型
装置の断面図である。

【図４】本発明の実施例２を示す閉位置にある射出成型
装置の断面図である。

【図５】本発明の実施例３のを示す射出成型装置の断面
図である。

【図６】本発明の実施例４の射出成型装置の断面図であ
る。

【符号の説明】

１０…モールドキャビティ １３…プラスチック製品 ２０…導入路本体 ２１…入口チャネル ２２…入口チャネル外端 ２３…入口チャネル内端 ２４…弁ゲート ２６…偏心通路 ４０…弁ステム ４０Ａ…ステム上端部 ４０Ｂ…ステム下端部 ４３…上流側露出女面 ４４…下流側露出面

フロントページの続き (72)発明者 マイケル ディブカ カナダ，オンタリオ，バーリントン，ウイ ンターベリードライブ 1401

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被成型流体が射出されて成型物が成型さ
   れるモールドキャビティと、 該モールドキャビティに該
   被成型流体を供給する流体導入路が形成され且つ該流体
   導入路を開閉するステム弁が摺動可能に設けられた導入
   路本体と、 前記ステム弁を弁開閉位置間で移動させる弁
   駆動手段と、を備えてなり、 前記ステム弁の両端部が前
   記流体導入路内にそれぞれ露出したことを特徴とする射
   出成型装置。
2. 【請求項２】 前記両端部は該流体導入路内で互いに略
   同一の押圧力を受けるように被押圧実効面積を略同一に
   した請求項１記載の射出成型装置。
3. 【請求項３】 前記ステム弁の一端部が前記流体導入路
   の上流寄りの少なくとも一箇所で当該流体導入路内に露
   出し、且つ該ステム弁の他端部が前記流体導入路の下流
   寄りの少なくとも一箇所で当該流体導入路内に露出する
   請求項１記載の射出成型装置。
4. 【請求項４】 前記流体導入路の上流部に前記ステム弁
   の一端部が露出する上流室が形成され、且つ該流体導入
   路の下流部に該ステム弁の他端部が露出する下流室が形
   成された請求項３記載の射出成型装置。
5. 【請求項５】 前記流体導入路は、前記上流室と前記下
   流室とを結ぶ直線を外れて迂回して該上，下流室を連通
   させる請求項４記載の射出成型装置。
6. 【請求項６】 前記弁駆動手段は、前記ステム弁の両端
   部の間で該ステム弁に接続されている請求項５記載の射
   出成型装置。
7. 【請求項７】 前記ステム弁は、前記上流室と前記下流
   室とを結ぶ直線に沿って揺動する請求項５記載の射出成
   型装置。
8. 【請求項８】 前記導入路本体は加熱手段を有し、且つ
   前記流体導入路の下流端は少なくとも１つのモールドキ
   ャビティに接続され、且つ該モールドキャビティから熱
   的に絶縁されている請求項７記載の射出成型装置。
9. 【請求項９】 前記ステム弁内に該流体導入路の一部が
   形成されている請求項１記載の射出成型装置。
10. 【請求項１０】 前記流体導入路が直線状に形成されて
    いる請求項９記載の射出成型装置。
11. 【請求項１１】 前記弁駆動手段に駆動ロッドを備え、
    且つ前記ステム弁の一端部に該駆動ロッドを接続した請
    求項１記載の射出成型装置。