JPS6213889B2 - - 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。金型の
スプールやランナー等を使用せずに射出成形する
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。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
ドル弁を開閉するものがある。このバルブノズル
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
が溶融ポリスチレン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
合成樹脂などの粘度が高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圧力が低くなるためである。
ピストン先端側の圧力をピストン末端側の圧力と
をできるだけ等しくしてピストンの面積差を有効
に利用し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、ニードル弁使用バルブノズルではゲ
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を大き
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。

以前、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を行
い、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。このバルブ
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。この
バルブノズルについて、本発明者は昭和53年12月
６日付で特許出願した（特願昭53−149701号）。
その特許請求の範囲は、「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
ピストンを往複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１図にホツトランナー用のノズルチツプとし
て用いたこの発明のバルブノズルの具体的１例を
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１、シリンダー１に内接するピスト
ン２、およびバルブステム３を介してピストン２
と結合されたバルブ４からなつている。シリンダ
ー１の内径は末端側で大であり、先端側で小であ
る。同様にピストン２の外径は末端側で大であ
り、先端側で小である。ピストン２先端の小径部
はシリンダー２の小径部から外れることなく摺動
する。また、ピストン２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
５を１個乃至複数個有している。バルブ４は図で
は円錐状であり、ゲート６を開閉する。また、ピ
ストン２とシリンダー小径部との間に必要により
スプリング７を設けることが好ましい。このスプ
リング７は、バルブ４がゲート６を閉じている状
態では特にピストン２に賦勢している必要性は少
ないが、バルブ４がゲート６を開いている状態で
は賦勢しておりゲート６を閉じる時にその力が利
用される。即ち、スプリング７はピストン２を末
端方向に賦勢するものであり、バルブ４がゲート
６を閉じている時は全くピストン２を賦勢してい
ないか、ある程度賦勢しており、バルブ４がゲー
ト６を開いている時は強くピストン２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１内に射出成形材料が充満しており、かつバ
ルブ４がゲート６を閉じている状態、即ち、第１
図の状態で、射出圧が高まつた時、仮にシリンダ
ー大径部と小径部の内圧が同じであつたとする
と、ピストン２の大径側と小径側にかかる押圧は
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２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５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２
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４にかかる押圧も
わずかながらも加わつて、ピストン２はスプリン
グ７の力に抗して先端側に移動し、バルブ４がゲ
ート６を開く。ゲート６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２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５を通過する射出成形材料の流
動抵抗も加わり、ピストン２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２が末端方向に移動し、バルブ４がゲート
６を確実に閉じる。射出圧が低下するとシリンダ
ー１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２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４の先
端には逆流圧がかかり、加えてスプリング７の力
によりピストン１２が末端方向に移動し、バルブ
４がゲート６を閉じる。射出装置よりマニホール
ドブロツク８内のホツトランナー９を通つて送ら
れた射出成形材料はバルブノズル１０を通つて、
固定金型１１と移動金型１２の間にキヤビテイー
１３に射出される。バルブノズル１０は周囲に加
熱用のヒーター１４を有し、取り付けリング１５
で固定されている。キヤビテイー１３内の成形物
は金型が開いた時、エジエクタービン１６で取り
出される。

上記のように、この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、このバルブノズ
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、こ
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。こ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。

さて、本発明者は上記内容の先願出願後、この
バルブノズルについてさらに研究検討を進めてき
た。その結果、さらに改良の余地があることがわ
かつた。問題点は第１図に示した円錐形のバルブ
では高粘度材料のとき、発熱がやや大きくなるこ
とである。これは、ゲート部の射出成形材料の流
路がやや狭いためであると考えられる。そこで、
本発明者は、先願第５図に示すようにバルブを円
盤状とし、ゲートをストレート穴として、この発
明現象の問題を解決しようとした。しかしなが
ら、円盤状のバルブをゲート内を摺動しうるよう
にするとバルブの後退位置が一定しない問題が生
じる。しかも射出された射出成形材料の逆流圧が
大きくなるとバルブが後退し易くなり、バルブ先
端がゲート先端よりも後退するとゲート跡が太く
突出しその除去が困難となる。ゲート先端より円
盤状バルブの厚みだけ末端側に段差を設けてバル
ブのストツパーとしても、この部分に射出成形材
料が残り易く不完全閉鎖の問題を解決し得ない。

そこで本発明者は、バルブをゲート内で摺動し
うる形状とし、シリンダー内のバルブ以外の可動
部分に接しバルブの後退位置を規定するストツパ
ーを設けることによりこの問題を解決しうること
を見い出した。具体的に最も好ましいバルブ以外
の可動部分はピストンであり、ピストンより末端
側のシリンダー内にピストンの後退位置を規定す
るストツパーを設けることが適当である。バルブ
をゲート内で摺動しうる形状とするとは、通常の
断面円形のゲート穴ではそれに内接する円盤状、
多角形断面ゲート穴の場合はバルブをそれに内接
する多角形状にする、などバルブをゲート穴に内
接して摺動しうる形状とするという意味である。
なお、前出願の発明においてはスプリングを必須
の構成要件とはしなかつたが、スプリングなくし
てピストンの速やかな移動は困難であることがわ
かつた。

本発明は上記構成からなる射出成形装置に使用
されるバルブノズルであり、即ち、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し、か
つピストンの摺動する部分の内径末端部で大で先
端部で小であ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外径が末端部で大で先
端部で小であり、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、該シリンダーの内径が変化する段差部
と該ピストンの外径が変化する段差部の間に設け
られた該ピストンを末端側に賦勢するスプリン
グ、およびバルブステムを介して該ピストンに連
結され、該射出ゲートを開閉するバルブから構成
される射出成形装置用バルブノズルにおいて、ゲ
ート穴をストレート穴としゲート開閉時にバルブ
外周をゲート穴に摺動させて移動させること、お
よびシリンダー内のバルブ以外の可動部に接して
バルブの後位置を規定するストツパーを設けたこ
とを特徴とする射出成形装置用のバルブノズルで
ある。

本発明のバルブノズルの１例を第２図に断面図
で示す。第１図の場合と同様本発明のバルブノズ
ルは、基本的にノズル本体たるシリンダー２０、
シリンダー２０に内接して摺動するピストン２
１、およびバルブステム２２を介してピストン２
１に結合したバルブ２３からなつている（バルブ
およびバルブステム部分は断面で示されていな
い）。シリンダー２０の図右方が射出成形材料の
導入口２４であり、シリンダー２０の図左方が射
出ゲート２５であり、射出成形材料は図右方の末
端側から図左方の先端側に向つて流れる。シリン
ダー２０内径は、少くともピストン２１が摺動す
る範囲において、末端側２６で大、先端側２７で
小であり、ピストン２１の外径も末端側２８で
大、先端側２９で小である。シリンダー内径段差
部とピストン外径段差部には螺旋コイル状のスプ
リング３０が設けられ、ピストン２１を末端側に
賦勢している。ピストン２１には射出成形材料を
シリンダー末端側から先端側に移動させるための
通路３１を備えている。本発明は、このバルブノ
ズルにおいて、ゲート穴３２がストレート穴であ
り、ストツパー３３が設けられている点にある。
ストツパー３３はピストン２１よりも末端側のシ
リンダー内に設けられており、ピストン２１の後
退位置を規定するものである。さらに、バルブ２
３の末端側のステム２２にはバルブ２３のぶれ防
止のため摺動安定具３４が取り付けられている
が、これについては後述する。

ピストン２１の後退位置を規定するストツパー
３３は、ピストンの後退位置、ひいてはバルブ２
３の後退位置を規定するものである。従つて、ス
トツパーは必ずしもピストンに接してその末端側
への移動を止めるものであるのみならず、ステム
２２や摺動安定具３４を止めるものであつてもよ
い。ただし、第１図のようにバルブそのものを止
めるものはあまり好ましくない。バルブの後退位
置の調節はストツパーの位置を調節することによ
り行いうるが、またステム２２のピストン取り付
けナツト３５で調節することもできる。バルブの
前進位置の規定は、スプリング３０の強さや長さ
で調節することができるが、好ましくはシリンダ
ー２０の内径を先端側でさらに小とし、この段差
部３６をストツパーとすることが適当である。

ゲート穴３２はストレート穴であり、バルブ２
３はこのゲート穴を摺動してゲートを開閉する。
ゲート穴は通常断面円形であるので、バルブも円
盤状であるが、ゲート穴やバルブの形状はこれの
みに限定されるものではない。バルブの先端位置
がゲート穴先端よりも末端側にあると成形品のゲ
ート跡が凸状となり、ゲート穴先端よりも出ると
ゲート跡が凹状となり、いずれもあまり好ましく
ないので、両者が出来るだけ一致するようにスト
ツパーやステム取り付けナツトで調節することが
好ましい。

ゲート穴をストレート穴とし、バルブを円盤状
とすると、射出成形材料射出した後ゲートを閉じ
る時に、バルブがゲート穴に正確に貫入しない恐
れがある。これは、ステムがピストン部のみで支
えられていることに原因がある。この芯ぶれを防
止するためには、ゲートに近い部分でさらにステ
ムを支えることが好ましい。このために、第２図
に示すようなシリンダー内に接して摺動する摺動
安定具３４をステム２２に取り付けることが好ま
しい。この摺動安定具は周囲に射出成形材料を通
す溝を有する円盤乃至円柱状のものが好ましい。
また、ピストンのように、その外周全面がシリン
ダーに内接し、かつ射出成形材料を通すことので
きる貫通穴を有するものであつてもよい。この摺
動安定具はゲート穴３２内面を摺動するものであ
つてもよいが、またピストンとゲート穴との間の
シリンダー内面３７を摺動するものであつてもよ
い。一方、本発明者の先願第６図には摺動安定具
を備えた円盤状バルブが記載されている。しかし
ながら、これはバルブと摺動安定具とが直接接触
しているために、射出時に射出成形材料がバルブ
とゲート穴の間の全周にわたつて均等に射出する
ことが困難である。従つて、第２図に示すよう
に、バルブと摺動安定具を離して、バルブ全周か
ら均一に射出成形材料を射出させるようにするこ
とが好ましい。このようなバルブについて、第３
図Ａ，Ｂにその斜視図を示す。バルブ３７、ステ
ム３８、および摺動安定具３９からなる部分斜視
図において、Ａはゲートのストレート穴を摺動す
る摺動安定具、Ｂはシリンダー内面部分を摺動す
る摺動安定具を示すものである。

なお、本発明バルブノズルの改良部分を除く部
分の斜視図や可動部分の分解図は先願第３図や第
５図を参照されたい。

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図は本発明者の先願である射出成形用バル
ブノズルを示す断面図であり、第２図はそれを改
良した本発明の射出成形用バルブノズルの１例を
示す断面図である。第３図Ａ，Ｂは本発明のバル
ブノズルのバルブ部分近傍を２例示した斜視図で
ある。 １，２０……シリンダー、２，２１……ピスト
ン、３，２２，３８……バルブステム、４，２
３，３７……バルブ、６，２５……ゲート、７，
３０……スプリング、３３……ストツパー、３
４，３９……摺動安定具。

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
   ゲートを有し、かつピストンの摺動する部分の内
   径が末端部で大で先端部で小であるノズル本体た
   るシリンダー、該シリンダーに内接して摺動し外
   径が末端部で大で先端部で小であり、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、該シリンダーの内
   径が変化する段差部と該ピストンの外径が変化す
   る段差部の間に設けられた該ピストンを末端側に
   賦勢するスプリング、およびバルブステムを介し
   て該ピストンに連結され該射出ゲートを開閉する
   バルブから構成される射出成形装置用バルブノズ
   ルにおいて、ゲート穴をストレート穴としゲート
   開閉時にバルブ外周をゲート穴に摺動させて移動
   させること、およびシリンダー内のバルブ以外の
   可動部分に接してバルブの後退位置を規定するス
   トツパーを設けたことを特徴とする射出成形装置
   用のバルブノズル。 ２ バルブがステム先端に設けられた円盤状バル
   ブであることを特徴とする特許請求の範囲１のバ
   ルブノズル。 ３ ストツパーがピストンよりも末端側のシリン
   ダー内に設けられピストンに接してその後退を規
   定するストツパーであることを特徴とする特許請
   求の範囲１のバルブノズル。 ４ バルブステムにゲート穴内面あるいはシリン
   ダー内面に少くとも一部を接して摺動する摺動安
   定具を設けたことを特徴とする特許請求の範囲１
   のバルブノズル。 ５ 摺動安定具がバルブに直接接触していないこ
   とを特徴とする特許請求の範囲４のバルブノズ
   ル。