JPS6138010B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、射出成形材料の射出成形装置におい
て射出成形材料を金型に射出するためのバルブノ
ズルに関するものであり、特にホツトランナー方
式の射出成形用バルブノズルに関するものであ
る。

熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などの合成樹脂か
らなる射出成形材料を射出成形するための射出成
形装置はその先端にノズルを有している。複数個
の製品を一度に射出成形する方法としてホツトラ
ンナー方式があり、このホツトランナーの先端部
に設けるノズルとしてバルブノズルがある。ホツ
トランナー方式に限らず、通常の複数取方式以外
の場合にもバルブノズルが用いられる場合も多
い。バルブノズルは射出成形材料を射出していな
い時に射出成形材料がゲートから漏れ出すことを
防止する目的や射出成形圧を下げた時キヤビテイ
ーから射出成形材料が逆流することを防止する目
的で使用される。バルブノズルの最も一般的なも
のは、ニードルバルブを用いたバルブノズルであ
る。このバルブノズルのニードル弁を作動させる
方式としては外部動力機構で作動させる方式と射
出成形圧で作動させる方式とがあるが、前者は機
構が複雑化し故障も多くなる欠点があり、後者の
方式が優れていると考えられている。後者の方式
として、たとえば特開昭50−158654号公報に記載
されているような、ノズル本体であるシリンダー
内を摺動するピストンでニードル弁を閉開するも
のがある。このニードルバルブを有するノズルの
略断面を第１図に示す。

ノズルはノズル本体であるシリンダー１、シリ
ンダー１内で摺動するピストン２およびピストン
２に結合されたニードル弁３からなつている。ピ
ストン２は射出成形材料の流れ方向に対して、そ
の末端部４の断面積はその先端部５の断面積より
も小となつており、シリンダ２の内径もそれに応
じてその末端部６で径が小で先端部７で径が大で
ある。さらにピストン２は、その内部に射出成形
材料の流通路８を有し、また、スプリング９で射
出成形材料の流れ方向に押されている。ニードル
弁１０はピストン２の移動により、ノズル先端の
ゲート１０を開閉する。この構造のバルブノズル
は、射出成形材料が図の右方から流入してピスト
ン内の流通路を通つてノズル内に充満し、さらに
加圧された時、ピストンの末端側と先端側の断面
積の差より内圧のピストンに対する押圧の差が生
じ、それがスプリングの押す力よりも大となつて
ピストンが図の右方へ移動し、ニードル弁がゲー
トを開くことにより作動する。反対に、ゲートが
開いている時、射出成形圧が低下すると内圧のピ
ストンに対する押圧の差がスプリングの押す力よ
りも小となつてピストンが図の左方へ移動し、ニ
ードル弁がゲートを閉じる。

第１図に示したバルブノズルは射出成形圧に応
じて自動的に開閉する点で優れたものであるが、
未だ充分とはいえない点も多い。その第１の問題
点はピストンの移動が予想される程、速やかに起
らない点である。射出成形材料が溶融ポリアミド
樹脂などの粘度の低いものでは、ほぼ満足しうる
程度の作動を示すが、ポリカーボネート樹脂など
の溶融粘度の高い合成樹脂や、充填剤やガラス繊
維などの強化繊維を有する合成樹脂などの流れ性
が低い射出成形材料では速やかな作動を示さな
い。これは、ピストン内の流通路やシリンダー内
壁における圧力損失が大きいためピストン先端側
の内圧を充分大きくすることができないからであ
る。ピストン先端側の内圧をピストン末端側の内
圧より充分大きくすることができない限りスプリ
ングの押圧に抗しうる圧力差が生じず、従つてピ
ストンを図の右方へ移動させることができず、ま
た、たとえピストンが移動してゲートが開き射出
成形材料が流出し始めたとしても、その流れ抵抗
に耐えてピストンの移動を防ぐ程の圧力差を保持
することができない。第２の問題点はキヤビテイ
ーに射出された射出成形材料の逆流圧が大きくな
つた時、ゲートが開いてノズル内に射出成形材料
が逆流する恐れが大きいことである。特に、キヤ
ビテイーに射出された材料を圧縮成形する射出圧
縮成形では、逆流圧が極めて大きくなり、材料が
ニードル弁を押してゲートを開き、ノズル内に逆
流し易くなる。これを防ぐためにスプリングの押
圧を大とすると前記第１の問題点がますます重要
となり、バルブが作動困難となる。また、逆流を
防ぐためにゲートの断面積を小さくすると次の第
３の問題点が重要となり、問題解決には至らな
い。第３の問題点はノズル先端のゲートの断面積
を大きくできない点である。射出を短時間に完了
するためには、ゲートの断面積を大とし短時間に
多量の射出成形材料を射出する必要があるが、図
示したバルブノズルでは前記第２の問題点によ
り、さらにはピストン先端側の内圧を大きくする
ためにはゲート断面積が小さいことが有利である
理由によつて第１の問題点にも関係して、ゲート
の断面積を大きくすることができない。さらに、
たとえ何らかの方法でゲートの断面積が大きくす
ることができたとしても、製品上に残るゲート跡
やスプールの径が大となつて、その切断除去やヤ
スリ仕上げが極めて困難となる。

そこで、本発明者はこれらの問題点を解決した
新たなバルブゲートを開発すべく種々の研究検討
を行つた。その結果、前記問題点をすべて解消し
た新たなバルブノズルを見い出すに至つた。本発
明のバルブノズルは射出成形材料の流れ方向の末
端側のピストンの外径およびシリンダー内径を大
とし、先端側のピストンの内径およびシリンダー
内径を小とし、射出成形圧によりシリンダー内の
内圧が増大するとピストンが射出成形材料の流れ
方向に移動し、バルブを開ける構造としたもので
ある。即ち、本発明は、射出成形材料の流れ方向
に対し末端部に射出成形材料の導入口を先端部に
射出成形材料の射出ゲートを有するノズル本体た
るシリンダー、該シリンダーに内接して摺動し、
かつ射出成形材料をシリンダー末端側から先端側
に移動させうる流通路を有するピストン、および
バルブステムを介して該ピストンに結合され該射
出ゲートを開閉するバルブからなるバルブシステ
ムを有する射出成形装置用バルブノズルにおい
て、該シリンダー内径および該ピストン外径を末
端側で大、先端側で小とし、かつ該ピストン小径
部が該シリンダー小径部から外れない範囲で該ピ
ストンを往復移動させることにより、射出成形材
料の該ピストン大径側に対する押圧により該ピス
トンを先端方向に移動させて該バルブにより該射
出ゲートを開き、射出成形材料の該ピストン小径
側に対する押圧および／または該射出ゲートから
射出された射出成形材料の逆流圧による該バルブ
先端に対する押圧により該ピストンを末端側に移
動させて該バルブにより該射出ゲートを閉じる構
造としたことを特徴とする射出成形装置用バルブ
ノズルである。

第２図に本発明バルブノズルの略断面図を示
す。このバルブノズルはノズル本体たるシリンダ
ー１１、シリンダー１１に内接するピストン１
２、およびバルブステム１３を介してピストン１
２と結合されたバルブ１４からなつている。シリ
ンダー１１の内径は末端側１５で大であり、先端
側１６で小である。同様にピストン１２の外径は
末端側１７で大であり、先端側１８で小である。
ピストン１２先端の小径部１８はシリンダー１２
の小径部１６から外れることなく摺動する。ま
た、ピストン１２は、それを貫通し、射出成形材
料を末端側から先端側に移動させる流通路１９を
１個乃至複数個有している。バルブ１４は図では
円錐状であり、ゲート２０を開閉する。また、ピ
ストン１２とシリンダー小径部１６との間に必要
によりスプリング２１を設けることが好ましい。
このスプリング２１は、バルブ１４がゲート２０
を閉じている状態では特にピストン１２に賦勢し
ている必要性は少ないが、バルブ１４がゲート２
０を開いている状態では賦勢しており、ゲート２
０を閉じる時にその力が利用される。即ち、スプ
リング２１はピストン１２を末端方向に賦勢する
ものであり、バルブ１４がゲート２０を閉じてい
る時は全くピストン１２を賦勢していないが、あ
る程度賦勢しており、バルブ１４がゲート２０を
開いている時は強くピストン１２を末端方向に賦
勢するものである。

射出成形材料はバルブノズルの末端側から先端
側に、即ち、図の矢印方向に供給される。シリン
ダー１１内に射出成形材料が充満しており、かつ
バルブ１４がゲート２０を閉じている状態、即
ち、第２図の状態で、射出圧が高まつた時、仮に
シリンダー大径部１５と小径部１６の内圧が同じ
であつたとすると、ピストン１２の大径１７側と
小径１８側にかかる押圧はその面積差によつて、
大径側で大、小径側で小となる。従つて、ピスト
ン１２には先端方向の押圧がかかる。さらに、実
際には、シリンダー小径側の内圧は流通路１９に
おける流動抵抗などにより、大径側の内圧よりも
小となる。従つて、ピストン１２にかかる先端方
向への押圧は、ますます大となり、流れ性の良い
射出成形材料である程この押圧が大きくなる。さ
らに、バルブ１４にかかる押圧もわずかながらも
加わつて、ピストン１２はスプリング２１の力に
抗して先端側に移動し、バルブ１４がゲート２０
を開く。ゲート２０が開いて射出成形材料が射出
されている状態においても上記ピストン１２にか
かる押圧差、内圧差は、そのまま保たれるばかり
でなく、流通路１９を通過する射出成形材料の流
動抵抗も加わり、ピストン１２が不必要な時に末
端側へ移動する恐れはほとんどない。キヤビテイ
ーに射出成形材料が充満し、射出圧が低下すると
ピストン１２が末端方向に移動し、バルブ１４が
ゲート２０を確実に閉じる。射出圧が低下すると
シリンダー１１の大径側の内圧が急激に低下し、
小径側の内圧より極めて低くなる。従つて、ピス
トン１２の径の差にかかわらず、ピストン小径側
の押圧が大径側の押圧よりも大となる。さらに、
バルブ１４の先端には逆流圧がかかり、加えてス
プリング２１の力によりピストン１２が末端方向
に移動し、バルブ１４がゲート２０を閉じる。

上記のように、本発明バルブノズルの作動は極
めて確実で、かつ安定している。その理由は、バ
ルブがゲートを開く場合のピストンの移動方向が
射出成形材料の流れる方向と一致していることに
ある。ピストンの射出成形材料が衝突する面にか
かる押圧は、その反対側の面にかかる押圧よりも
大きくなり易く、それらの面積の差があまり大き
くなくともピストンを移動するに充分な力が生じ
易い。また、流通路における射出成形材料の流れ
に対する抵抗も従来のものとは逆にバルブがゲー
トを開く力となり、材料が流れている間は、その
流れによつてバルブが閉じる方向の力は発生しな
い。しかも、材料の流れが止まるとその抵抗がな
くなり、バルブが閉じ易くなる。この抵抗は流れ
性の低い材料程大きく、従つて、この材料であつ
ても作動が安定している。また、本発明のバルブ
ノズルは逆流圧が大きくなつてもゲートが開くこ
とはない。バルブにかかる逆流圧が大きくなる
程、完全にゲートが閉じられるからである。さら
に、本発明のバルブノズルはゲート断面積を広く
することが可能である。本発明のバルブノズルの
ゲートは円環状となる。従つて、この径を大きく
することによりゲート断面積を大きくすることが
できるが、この円環の巾は短いものとすることが
できる。従つて、ゲート跡やスプールは管状とな
るが、その肉厚は薄くすることができ、その除去
やヤスリ仕上げが困難とならない。また、ゲート
断面積を大きくしても材料の逆流の恐れは全く生
じない。

第３図にホツトランナー用のノズルチツプとし
て用いた本発明バルブノズルの具体的１例を部分
的断面を示した分解図で示す。図右より、調節ナ
ツト２２、シリンダー２３、傘形の２個のスプリ
ング２４、シーリング用のローリング２５、ノズ
ル本体であるシリンダー２６、およびバルブ２７
を先端に有するバルブステム２８である。第４図
は本発明のバルブノズル用いた射出成形装置のホ
ツトランナー先端のノズルチツプの断面図を示し
たものであり、一部（バルブを有するバルブステ
ム、エジエクターピンなど）は断面で示していな
い。射出装置よりマニホールドブロツク２９内の
ホツトランナー３０を通つて送られた射出成形材
料は本発明バルブノズル３１を通つて、固定金型
３２と移動金型３３の間にキヤビテイー３４に射
出される。バルブノズル３１は周囲に加熱用のヒ
ーター３５を有し、取り付けリング３６で固定さ
れている。キヤビテイー３４内の成形物は金型が
開いた時、エジエクターピン３７で取り出され
る。

第３図および第４図において、シリンダー２
６，３１の内面には、ピストン２３の先端側への
移行距離を制御するため、ストツパーが設けられ
ている。即ち、シリンダー２６，３１の先端側の
径は、さらに小さくされており、その段差位置に
ピストン２３の先端が当ることにより、ピストン
２３が先端側へ、さらに移行することが防止され
る。また、このストツパーは、シリンダ２６，３
１の大径部、たとえば図のスプリング２１の存在
部に設けることもできる。このストツパーの存在
は、バルブ２８がキヤビテイー３４内に出過ぎる
ことを防止し、成形物表面にバルブ跡が大きく残
ることを防ぐ。なお、逆方向のストツパー、即
ち、ピストン２３の末端側への移行を制御するに
は、バルブ２８が当るゲート〔第２図ではゲート
２０〕の内形状により、その当る位置を制御する
ことが好ましい。

本発明のバルブノズルは、上記以外に種々の変
形が可能である。第５図は、その変形の１例であ
り、ピストン３８、スプリング３９、バルブステ
ム４０、バルブ４１のみを示す。ピストン３８
は、複数個の流通路４２の流れ抵抗を下げ射出成
形材料が流れ易くするために流通路を短くしてあ
る。スプリング３９は、傘型スプリングの代り
に、ら線状スプリングを用いた。バルブステム４
０はカラー４３を通して調節ねじ４４でピストン
３８に固定される。バルブ４１は円盤状のもので
ある。

バルブは前記円錐状、円盤状のものの他、種々
のものが使用しうる。たとえば角錐状、溝を有す
る円柱、あるいは第６図Ａ，Ｂに示した円盤と角
錐や角柱などの組み合せなどである。即ち、バル
ブは、それがゲートと密着している時にゲートを
閉じ、バルブが射出成形材料の流れ方向に移動し
たときゲートを開くことのできるバルブであれば
良く、好ましくは円錐状か先端部が円盤状のもの
である。

本発明のバルブノズルはホツトランナー先端に
用いるノズルチツプとしては勿論、通常の射出成
形機の先端のバルブノズルとして用いることもで
きる。また、本発明バルブノズルを有する射出成
形機は、熱可塑性樹脂は勿論、熱硬化性樹脂の成
形にも使用される。特に、本発明バルブノズル
は、ガラス繊維などの強化繊維を有する熱可塑性
樹脂、比較的多くの充填剤を含む熱可塑性樹脂、
ポリカーボネート樹脂などの溶融粘度の高い熱可
塑性樹脂などの従来のバルブノズルは比較的困難
であつた熱可塑性樹脂の射出成形に適している。
勿論、従来のバルブノズルでも可能であつた熱可
塑性樹脂の成形にも使用できる。また、充填剤や
強化繊維を含んだ熱硬化性樹脂など、熱可塑性樹
脂以外の合成樹脂の射出成形にも使用しうる。ま
た、本発明バルブノズルは、射出圧縮成形にも材
料の逆流の恐れなく使用しうる。この成形法で
は、材料の射出の際は金型をわずかに開いてお
き、射出終了後、金型を高圧で閉じると成形品
は、あたかも圧縮成形されたと同様の高品質を有
する成形品となる。特に、強化繊維や充填剤を多
量に含む熱硬化性樹脂の成形の際には繊維の配向
が起らず優れた成形品が得られる。従来のバルブ
ノズルでは逆流の恐れが大きく、この射出圧縮成
形には不適であつたが、本発明バルブノズルは逆
流の恐れがないので、この成形に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のニードルバルブを有するノズル
の略断面を示したものである。第２図は本発明バ
ルブノズルの略断面を示したものであり、ノズル
本体たるシリンダー１１、流通路１９を有するピ
ストン１２、バルブステム１３を介してピストン
１２に結合されたバルブ１４からなつている。第
３図は本発明バルブノズルの部分断面を示した斜
視図であり、第４図はこの本発明バルブノズル３
１をホツトランナー３０の先端に用いた部分の断
面を示したものである。第５図は本発明バルブノ
ズルの他の１例を示すためにピストン３８、スプ
リング３９、バルブステム４０、バルブ４１等を
示した斜視図であり、第６図Ａ，Ｂはバルブの形
状の他の例を示したものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 射出成形材料の流れ方向に対し末端部に射出
   成形材料の導入口を先端部に射出成形材料の射出
   ゲートを有するノズル本体たるシリンダー、該シ
   リンダーに内接して摺動し、かつ射出成形材料を
   シリンダー末端側から先端側に移動させうる流通
   路を有するピストン、およびバルブステムを介し
   て該ピストンに結合され、該射出ゲートを開閉す
   るバルブからなるバルブシステムを有する射出成
   形装置用バルブノズルにおいて、該シリンダー内
   径および該ピストン外径を末端側で大、先端側で
   小とし、かつ該ピストン小径部が該シリンダー小
   径部から外れない範囲で該ピストンを往復移動さ
   せることにより、射出成形材料の該ビストン大径
   側に対する押圧により該ピストンを先端方向に移
   動させて該バルブで該射出ゲートを開き、射出成
   形材料の該ピストン小径側に対する押圧および／
   または該射出ゲートから射出された射出成形材料
   の逆流圧による該バルブ先端に対する押圧により
   該ピストンを末端側に移動させて該バルブにより
   該射出ゲートを閉じる構造としたことを特徴とす
   る射出成形装置用バルブノズル。 ２ ピストンをスプリングにより末端方向に賦勢
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のバルブノズル。 ３ バルブが円錐状バルブであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のバルブノズル。 ４ バルブノズルがホツトランナー先端に設けら
   れるノズルチツプであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のバルブノズル。