JP3709843B2

JP3709843B2 - バルブゲート式金型装置

Info

Publication number: JP3709843B2
Application number: JP2001394988A
Authority: JP
Inventors: 篤武石; 義広堀川
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2021-12-26
Also published as: JP2003191291A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂の射出成形などに用いられるバルブゲート式金型装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
製品キャビティへのゲートまでの材料通路内の成形材料である樹脂を加熱して常時溶融状態に保つホットランナー金型装置において、ゲートをバルブピンにより機械的に開閉するバルブゲート式金型装置が知られている。なお、ホットランナー金型装置は、成形能率を高めることを目的としたものであり、ゲートを閉じるのは、型開時などにゲートから樹脂が漏れるのを防止するためである。
【０００３】
図４（Ａ）は、この種のバルブゲート式金型装置におけるバルブ装置のバルブ本体１の一例を示している。同図において、２は筒状のケーシングで、このケーシング２は、その図示左側に位置するマニホールド（図示していない）に接続されるとともに、固定側型板などの型体の本体部３に形成された孔部４内に挿入されるものである。そして、ケーシング２は、そのマニホールド側の端部のフランジ部５と、反対側のゲート６側の端部の外周面に固定された固定部材である固定リング７とが前記孔部４に嵌合していることにより型体の本体部３に支持されており、他の部分では、バルブ本体１と型体の本体部３との間には断熱層をなす隙間が形成されている。また、ケーシング２の内部は、前記ゲート６に連通する材料通路８になっている。そして、この材料通路８を貫通して、図示左右方向に移動してゲートを開閉するバルブピン（図示していない）が設けられる。また、前記ケーシング２の外周面には、材料通路８内の樹脂を加熱するヒーター９が設けられているとともに、このヒーター９を外周側から覆う筒状のヒーターカバー10が固定されている。前記ヒーター９は、線状ヒーターからなり、ケーシング２の外周面に巻いてある。そして、ヒーター９は、ケーシング２の両端側では密に巻いてあるが、中間部では粗に巻いてある。その理由については、後述する。なお、ヒーター９の巻き数は、マニホールド側では２巻き、ゲート６側では３巻きである。
【０００４】
図４（Ｂ）には、前記材料通路８内の温度を計測した結果を示してある。同図のグラフにおいて、横軸は、バルブ本体１のゲート６側先端からの距離であり、縦軸は温度である。温度の測定は、材料通路８内の黒丸で示す各点について行った。そして、破線のグラフa１，ａ２は、バルブ本体１およびマニホールドの制御上の設定温度を300℃に設定した場合の結果、実線のグラフb１，b２は、同設定温度を250℃に設定した場合の結果、点線のグラフc１，ｃ２は、同設定温度を200℃に設定した場合の結果である。なお、金型冷却温度は10℃に設定した。
【０００５】
グラフa１，b１，c１から明らかなように、温度は、バルブ本体１の両端側で低く、中央部で高い傾向を示す。これは、中央部では、両端側から熱が伝わることが一因であると考えられる。また、製品キャビティ内の樹脂を速やかに固化させるために冷却される型体の本体部３に対して、バルブ本体１が両端部のみで接触しているが、この接触部を通じてバルブ本体１から型体の本体部３へ熱が逃げることが他の原因であると考えられる。図示のバルブ装置では、このような温度の不均一性を解消するために、ヒーター９をバルブ本体１の両端側では密に巻く一方、中間部では粗に巻いているが、それでも、測定結果が示すとおり温度分布の不均一性は大きい。
【０００６】
材料通路８における最も温度の低い部分つまり両端側で、樹脂の流動性を確保できるだけの温度が得られるようにしなければならないが、そのため、中間部の温度は過度に高くなる。そして、温度が高すぎると、材料通路８内の樹脂がヤケ（黒い焦げを生じること）を生じ、この樹脂の特性が悪くなる。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決しようとするもので、バルブ装置の材料通路内の成形材料の温度差を低減できるバルブゲート式金型装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のバルブゲート式金型装置は、互いに開閉し型閉時に製品キャビティを相互間に形成する複数の型体と、この型体に設けられた材料通路を前記製品キャビティに連通させるゲートを開閉するバルブ装置とを備え、このバルブ装置は、前記型体の本体部に形成された孔部内に保持して組み込まれたバルブ本体を有し、このバルブ本体内に前記ゲートに通じる成形材料の材料通路を形成するとともに、前記バルブ本体の外周部にコイル状に巻いた線状ヒーターを設けたバルブゲート式金型装置において、金属から成るヒーターカバーにより外周側から覆われた前記線状ヒーターを、２つ重ねに折り返し、この２つ重ねに折り返した線状ヒーターを、前記バルブ本体の外周部に沿わすように円筒コイル状に形成し、前記２つ重ねに折り返した線状ヒーターには、その先端部から前記バルブ本体の軸方向先端部に延設する連結部を形成するとともに、前記線状ヒーターの先端折返し部を前記バルブ本体の先端外周面に沿わすように円弧状に開いて弧状折曲部を形成したものである。
【０００９】
成形時には、複数の型体を型閉してこれら型体間に製品キャビティを形成するとともにゲートを開き、材料通路からゲートを介して製品キャビティ内に成形材料を充填する。ついで、バルブ装置によりゲートを閉じ、さらに、製品キャビティ内の成形材料が固化した後、型開して製品キャビティ内の成形材料すなわち成形された製品を取り出す。その後、再び型閉して以上の成形サイクルを繰り返すが、全成形サイクルを通じて、バルブ本体の材料通路内の成形材料は線状ヒーターの加熱により常時溶融状態に保たれる。ここで、バルブ本体は線状ヒーターによって軸方向中間部から軸方向先端部にかけて均一的に加熱されるため、バルブ本体の材料通路内の成形材料の温度差が低減される。
【００１０】
また、バルブ本体を加熱する線状ヒーターを２つ重ねに折り返すことで、ヒーター全体の単位長当たりの発熱量が大きくなる。
【００１１】
さらに、バルブ本体を加熱する線状ヒーターを２つ重ねに折り返すことで、ヒーター全体の単位長当たりの発熱量が大きくなる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明のバルブゲート式金型装置において、前記バルブ本体におけるゲート側の先端部の外周面には固定リングが嵌合されて固定され、この固定リングが前記孔部に形成された円柱状の嵌合面に嵌合し、前記固定リングには前記弧状折曲部を覆うカバー部が形成され、前記バルブ本体の外面と前記孔部の内面との間に前記固定リングにより遮断される第１及び第２の隙間が形成され、前記第１の隙間は、前記ゲートと連通して前記成形材料が流入する断熱層であり、前記第２の隙間は空気断熱層である。
【００１３】
【発明の実施形態】
以下、本発明のバルブゲート式金型装置の第１実施例について、図１および図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、先に説明した図４（ａ）と共通する部分については同一符号を付す。11は固定型、12は可動型で、型体であるこれら固定型11および可動型12は、図１における図示上下方向（型開閉方向）に互いに移動して開閉し、型閉時に相互間に製品形状の製品キャビティ13を形成するものである。固定型11は、その本体部としての金属製の固定側型板３と、この固定側型板３の裏側にスペーサーブロックを介して固定された固定側取り付け板（図示していない）とを備えており、この固定側取り付け板と固定側型板３との間にはマニホールド16が設けられている。このマニホールド16は、材料通路であるランナー17が内部に形成されており、このランナー17内の成形材料である熱可塑性樹脂は、マニホールド16に設けられた図示していないヒーターの加熱により常時溶融状態に保たれるようになっている。なお、前記固定側型板３は、固定側受け板あるいはゲートブッシュなどを加えて複数の部材により構成したものであってもよい。また、前記固定側型板３には孔部４が貫通形成されており、この孔部４における可動型12側の先端部は、前記製品キャビティ13に連通するゲート６になっている。
【００１４】
また、固定型11には、前記ゲート６を開閉するバルブ装置21が組み込まれている。つぎに、このバルブ装置21の構成を説明する。前記固定側型板３の孔部４内に、前記型開閉方向を軸方向とするバルブ本体１が組み込まれている。このバルブ本体１の大部分は筒状のケーシング２により構成されているが、このケーシング２の一端部はフランジ部５になっていて前記マニホールド16および固定側型板３間に固定されて支持されている。これとともに、フランジ部５は、前記孔部４におけるマニホールド16側の端部に形成された段差部23に嵌合している。また、前記ケーシング２におけるゲート６側の端部の外周面には固定リング７が嵌合されて固定されており、この固定リング７が前記孔部４内に形成された円柱状の嵌合面24に嵌合している。これにより、ケーシング２のゲート６側の部分が固定側型板３に支持されている。以上のように、バルブ本体１は、その両端部において固定側型板３に接触しているが他の部分においては、バルブ本体１の外面と孔部４の内面との間に固定部材である固定リング７により遮断される第１及び第２の隙間25，26が形成されている。この第１及び第２の隙間25，26は、前記固定リング７によって、この固定リング７よりもゲート６側に位置する第１の隙間25がゲート６と連通し、成形材料である樹脂が流入する樹脂断熱層となり、第２の隙間26は、前記固定リング７により樹脂が流入が遮断され、空気断熱層となる。
【００１５】
また、前記ケーシング２の内部は、マニホールド16内のランナー17を前記ゲート６に連通させる材料通路８になっている。この材料通路８は、前記型開閉方向を軸方向とするほぼ円柱形状になっているが、ランナー17側の端部は屈曲した屈曲部31になっている。この屈曲部31は、ケーシング２に入子32を埋め込むことにより形成されている。また、材料通路８におけるゲート６側の先端部内周面には、前記型開閉方向に延びる３枚以上の支持羽根33が形成されている。
【００１６】
また、前記ケーシング２の外周面には、材料通路８を加熱する加熱手段である線状ヒーター40が設けられ、この線状ヒーター40は金属から成る円筒状のヒーターカバー10により外周側から覆われている。また、線状ヒーター40は、図３に示すように、発熱部41aの基端部に非発熱部41bを有している。そして、発熱部41aは、２つ重ねに折り返したものを円筒コイル状に巻いてケーシング２の外周面に嵌合させている。なお、発熱部41aの両端側では、前記線状ヒーター40は密に巻いてあるが、中央部では、アルミニウム製のコイル状スペーサー43を一対介在させて線状ヒーター40を粗にしている。これは、中央部の温度が周辺部の温度よりも過度に高くならないようにするためである。また、線状ヒーター40は、ステンレスからなる外管44の内部に図示しないニクロム線などから成る電熱線を同軸的に内蔵するとともに、この電熱線と外管44との間に絶縁材となる例えば粉末状のマグネシア（図示しない）を介在させた構造になっている。また、発熱部41aの先端折返し部42ａは前記ケーシング２の先端からバルブ本体１の先端部まで延ばすために直線状に延ばした連結部45を形成するとともに、その連結部45の先端側を水平方向に屈曲させている。ここで、水平方向に屈曲された先端折返し部42ａは、発熱部41aを２つ重ねに折り返しているため、先端折返し部42ａをバルブ本体１の先端外周面１ａに嵌合させように円弧状に開いてバルブ本体１の先端外周面１ａを加熱する弧状折曲部46を形成している。なお、弧状折曲部46を装着するバルブ本体１の先端外周面１ａには前記弧状折曲部46と嵌合する段差溝47が形成され、この段差溝47と連通して前記連結部45を通す溝部48が前記固定リング７の内側に形成されている。また、前記固定リング７の底部には前記発熱部41aの先端折返し部42ａを覆うカバー部７Ａが形成されている。なお、図示していないが、前記ケーシング２には、線状ヒーター40の内側に沿わせて温度センサーが設けられている。
【００１７】
前記ケーシング２には、固定側取り付け板に設けられた図示していない油圧シリンダー装置などの駆動装置の駆動により前記型開閉方向に移動するバルブ体としてのバルブピン36が内蔵されている。このバルブピン36は、ゲート６側の先端部に形成されたゲート閉塞部37がゲート６に挿脱自在に嵌合してこのゲート６を閉じるものである。また、バルブピン36は、前記型開閉方向を軸方向としており、前記ケーシング２の支持羽根33の内側縁に外周面が常時摺動自在に接触している。これにより、バルブピン36のゲート６側の先端部が支持されている。さらに、バルブピン36は、バルブ本体１におけるマニホールド16側の端部では、前記入子32内に固定されたガイドブッシュ38により支持されている。すなわち、このガイドブッシュ38内をバルブピン36が摺動自在に貫通している。なお、バルブピン36を固定側取り付け板に設けられた駆動装置に接続するために、バルブピン36は、マニホールド16に形成された通孔39をも貫通している。
【００１８】
50は可動型12の可動側型板であり、この可動側型板50は、前記固定側型板３とともに製品キャビティ13を形成するものである。
【００１９】
なお、図示していないが、前記固定側型板３や可動側型板50には、製品キャビティ13を冷却するための水などの冷却用流体を通す流体通路が形成されている。
【００２０】
つぎに、前記の構成について、その作用を説明する。まず固定型11と可動型12とを型閉して、これら固定型11および可動型12間に製品キャビティ13を形成した後、図１に鎖線で示すように、バルブピン36を可動型12から離れる方向へ移動させてゲート６を開放する。そして、射出成形機から固定型11内に熱可塑性の成形材料である溶融した熱可塑性樹脂を射出する。この樹脂は、マニホールド16のランナー17などを通り、さらにバルブ本体１内の材料通路８、バルブピン36が嵌合している支持羽根33間を通ってゲート６から製品キャビティ13内に流入する。このようにして製品キャビティ13内に樹脂が充填された後、保圧を経て、図１に実線で示すように、バルブピン36が可動型12の方へ移動し、ゲート６に嵌合してこのゲート６を閉じる。製品キャビティ13内の樹脂は前記流体通路を冷却用流体が通ることにより積極的に冷却される。そして、製品キャビティ13内の樹脂が冷却して固化した後、固定型11と可動型12とを型開して、製品キャビティ13内の樹脂すなわち成形された製品を取り出す。その後、再び型閉して以上の成形サイクルを繰り返すが、全成形サイクルを通じて、マニホールド16のランナー17内の樹脂と同様に、バルブ本体１の材料通路８内の樹脂は、このバルブ本体１の外周部に巻き付けた線状ヒーター40と、バルブ本体１の先端外周面１ａに巻き付けた線状ヒーター40の先端折返し部42aに形成した弧状折曲部46の加熱により常時溶融状態に保たれる。
【００２１】
既述のように、バルブ本体１においては、本来その軸方向中央部で両端側よりも温度が高くなる傾向を示すが、本実施例においては、バルブ本体１は、その外周部分を線状ヒーター40で加熱し、さらに、バルブ本体１の先端外周面１ａを線状ヒーター40の先端折返し部42ａに形成した弧状折曲部46で加熱することによって、バルブ本体１の軸方向中間部からバルブ本体１の軸方向先端部にかけてほぼ均一的に加熱する。これにより、バルブ本体１の材料通路８内の樹脂の温度差が低減する。したがって、この材料通路38内の樹脂の流動性を確保するために、材料通路８内で樹脂の温度が過度に高くなる部分が生じることを防止でき、樹脂にヤケが生じることを防止できて、この樹脂の特性が低下することを防止できる。
【００２２】
ここで、材料通路８内の温度を計測した結果について、図４（Ｂ）のグラフを参照して説明する。同図については既に説明したが、同図のグラフにおいて、横軸は、バルブ本体１のゲート６側先端からの距離であり、縦軸は温度である。温度の測定は、材料通路８内の黒丸で示す各点について行った。そして、破線のグラフa1，a2は、バルブ本体１およびマニホールドの制御上の設定温度を300℃に設定した場合の結果、実線のグラフb1，b2は、同設定温度を250℃に設定した場合の結果、点線のグラフc1，c2は、同設定温度を200℃に設定した場合の結果である。また、細い線のグラフa1，b1，c1は、バルブ本体１の先端部を加熱する弧状折曲部46のない従来の金型装置の結果であり、太い線のグラフa2，b2，c2は、バルブ本体１の先端部を加熱する弧状折曲部46を設けた本実施例の金型装置の結果である。なお、金型冷却温度は10℃に設定した。
【００２３】
バルブ本体１の先端部を加熱する弧状折曲部46のない場合（グラフa1，b1，c1）とその弧状折曲部46のある場合（グラフa2，b2，c2）とを比較すると、弧状折曲部46のある場合の方が、バルブ本体１の軸方向中間部と先端側との温度差が小さくなっており、材料通路８の温度分布がより均一になっていることは明らかである。
【００２４】
また、線状ヒーター40は、電熱部41ａを２重折りに折り返してバルブ本体１の外周面にコイル状に巻き付けられているため、線状ヒーター40全体のワット密度を大きくでき、その単位長当たりの発熱量を大きくできる。これにより、線状ヒーター40全体を細くでき、線状ヒーター40を金型内の限られたスペースに組み込む上で有利である。さらに、その線状ヒーター40の先端折返し部42ａを円弧状に広げてバルブ本体１の先端外周面１ａを加熱するものであるから、1本の連続した線状ヒーター40によってバルブ本体１のケーシング２からバルブ本体１の先端外周面１ａにかけて均一的に加熱することができる。このため、バルブ本体１のケーシング２とバルブ本体１の先端外周面１ａを加熱するヒーターをそれぞれ個別に設ける必要もない。さらに、線状ヒーター40を被覆する外管44を金属製としたので、円筒コイル状に巻いた際、バルブ本体１の外周面に沿った形状を保持でき、バルブ本体１への組み付けがバルブ本体１への線状ヒーター40の組付作業も容易である。さらに、固定リング７に前記線状ヒーター40の先端折返し部42ａを覆うカバー部７Ａを形成することにより、線状ヒーター40と溶融した熱可塑性樹脂とが接触することはない。したがって、溶融した熱可塑性樹脂による線状ヒーター40の熱的影響を抑制することができ、熱による線状ヒーター40の劣化を防止することができる。
【００２５】
なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、バルブゲート式金型装置の基本的構造やバルブ本体に組み付ける線状ヒーター40の巻数などは、前記実施例に限らず適宜選定すればよい。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の発明のバルブゲート式金型装置によれば、線状ヒーターによってバルブ本体の軸方向中央部からバルブ本体の軸方向先端部にかけてほぼ均一的に加熱することができ、バルブ本体の材料通路内の樹脂の温度差が低減できる。したがって、この材料通路内で樹脂の温度が局部的に過度に高くなる部分が生じることを防止でき、樹脂にヤケが生じることを防止できて、この樹脂の特性が低下することを防止でき、成形材料の特性が低下することを防止できる。また、ヒーター全体の単位長当たりの発熱量が大きくなり、線状ヒーター全体を細くでき、線状ヒーターを金型内の限られたスペースに組み込むことが可能となる。さらに、線状ヒーターをバルブ本体の軸方向中央部からバルブ本体の軸方向先端部まで確実に接触させてバルブ本体を効率よく加熱することができるとともに、バルブ本体への線状ヒーターの組み付け作業も容易となる。
【００２７】
請求項２の発明のバルブゲート式金型装置によれば、請求項１の効果に加えて、前記第１の隙間は、前記ゲートと連通して前記成形材料が流入する断熱層となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバルブゲート式金型装置の第１実施例を示す縦断面図である。
【図２】同上ゲート部分を拡大した断面図である。
【図３】同上線状ヒーターの斜視図である。
【図４】温度測定結果を示すもので、（ａ）はバルブ装置の縦断面図、（Ｂ）は温度を示すグラフである。
【符号の説明】
１バルブ本体
１ａ先端外周面
３固定側型板（本体部）
４孔部
７固定リング
７Ａカバー
８材料通路
11 固定型（型体）
12 可動型（型体）
13 製品キャビティ
17 ランナー（材料通路）
21 バルブ装置
24 嵌合面
25，26 第１及び第２の隙間
40 線状ヒーター
42ａ先端折返し部
46 弧状折曲部

Claims

互いに開閉し型閉時に製品キャビティを相互間に形成する複数の型体と、この型体に設けられた材料通路を前記製品キャビティに連通させるゲートを開閉するバルブ装置とを備え、このバルブ装置は、前記型体の本体部に形成された孔部内に保持して組み込まれたバルブ本体を有し、このバルブ本体内に前記ゲートに通じる成形材料の材料通路を形成するとともに、前記バルブ本体の外周部にコイル状に巻いた線状ヒーターを設けたバルブゲート式金型装置において、金属から成るヒーターカバーにより外周側から覆われた前記線状ヒーターを、２つ重ねに折り返し、この２つ重ねに折り返した線状ヒーターを、前記バルブ本体の外周部に沿わすように円筒コイル状に形成し、前記２つ重ねに折り返した線状ヒーターには、その先端部から前記バルブ本体の軸方向先端部に延設する連結部を形成するとともに、前記線状ヒーターの先端折返し部を前記バルブ本体の先端外周面に沿わすように円弧状に開いて弧状折曲部を形成したことを特徴とするバルブゲート式金型装置。
前記バルブ本体におけるゲート側の先端部の外周面には固定リングが嵌合されて固定され、この固定リングが前記孔部に形成された円柱状の嵌合面に嵌合し、前記固定リングには前記弧状折曲部を覆うカバー部が形成され、前記バルブ本体の外面と前記孔部の内面との間に前記固定リングにより遮断される第１及び第２の隙間が形成され、前記第１の隙間は、前記ゲートと連通して前記成形材料が流入する断熱層であり、前記第２の隙間は空気断熱層であることを特徴とする請求項１記載のバルブゲート式金型装置。