JP5080324B2 - 射出成形用ホットランナ金型のバルブゲート - Google Patents

Description

この発明は、射出成形用ホットランナ金型のバルブゲートに関する。

射出成形用ホットランナ金型においてバルブゲートは、ゲートの開閉を機械的に操作できるものとして、（１）溶融材料（樹脂、金属）の冷却固化を待たずに強制的にゲート切断して金型を開くことにより成形サイクルを短縮できる、（２）多数キャビティの金型で、いずれかのゲートを不使用（閉）にして、必要なキャビティだけでの成形ができる、（３）１キャビティ多点ゲートの場合に、各ゲートの開閉タイミングを変えることにより材料の流動状態を制御できる、などの目的で利用されている。

一般的なバルブゲートは、エアまたは油圧のシリンダによってバルブピンを往復作動させ、ゲート穴を開閉する。その中でも、最も一般的な構造は、マニホールド上方（固定取付け板側）のゲート穴の真上にシリンダを配置し、バルブピンがマニホールドを貫通して、材料流路を同軸上に縦断するものである。この構造では、（１）材料流路をゲートの軸上に対して側方から合流させる必要があり、成形機のノズルタッチ部と同軸上にゲートを配置できない、（２）マニホールドの貫通加工が必要、（３）高さ方向のスペース（通常、固定取付け板厚さ）が必要、（４）金型の組立、メンテナンス性が悪い、などの問題点がある。また、上記（１）〜（４）の問題点を解決するものとして、中心軸の周囲に特殊な円環状のシリンダ装置を付ける構造のバルブゲートも知られている。
しかし、これらの構造に共通する問題点として、（５）材料流路をバルブピンが縦断するため、あるいは流路の一部が湾曲しているため、流動抵抗が生じ、流量が制限される、（６）シリンダがヒータの近くに配置されるため，Ｏリング、パッキンなどの気密部材が熱影響を受けて劣化しやすい、（７）特にエアシリンダでバルブピンを直接作動する場合、一般的なエア供給圧（０．５〜０．８ＭＰａ）では、バルブピンの推力を得るために大きなエアシリンダを使う必要がある、などの問題点があった。

そこで、（５）〜（７）の問題点を解決するため、本発明の出願人が先に特願２００６−２７５７８９号にて出願したバルブゲートでは、（５）バルブ材料流路が、バルブ体先端の一部を除き、ほぼ直線状に構成されるので、流動抵抗が小さく、流量を増すことができる、（６）駆動手段が高温の本体から離れた位置に配置されるため、気密部材の熱による劣化を防ぐことができる、（７）駆動ネジを螺合して力を伝達することによって駆動手段の推力を増幅し、バルブ体を駆動する構造であるので、バルブ体の推力を高めることができる、という効果が得られた。

その先願発明の実施形態を、図１〜３および図５、６を参照して説明する。
一般的なホットランナ射出成形金型において、固定型１と可動型２によって、キャビティ３が形成されている。固定型１は、固定側型板４、固定側受け板５、固定側取付け板６から成っており、固定側取付け板６は、ロケートリング７によって位置決めされて、射出成形機の台盤（図示しない）に取付けられる。固定側型板４にはブッシュ穴８が、固定側受け板５および固定側取付け板６にはバルブゲート組込み穴９が開けられる。
先願発明のバルブゲート１０は、本体部１１、ノズルタッチ部２０が一体となっており、バルブゲート組込み穴９に挿入される。その際、金型かん合軸１６は、ブッシュ穴８にかん合する。また、フランジプレート２３が固定側受け板５の面に当たり、取付けボルト２４で固定される。

本体部１１の外側形状は、上部が矩形部１２ａ、中間部から下部が円柱部１２ｂであり、円柱部１２ｂの下端は、金型かん合軸１６となっている。また、内側形状は、円柱部１２ｂの中心軸上に、上部に大径のピニオンギヤ収容穴１３、中間部にピニオンギヤ収容穴１３よりも小径のバルブガイド穴１７、下端部に最小径のゲート穴１５が形成されており、バルブガイド穴１７からゲート穴１５の間はテーパ形状につながれて、内テーパ部１８を形成している。また、ピニオンギヤ収容穴１３と直交し、そのほぼ半径分離れた水平方向の軸上にはラックガイド穴１４が形成されている。
矩形部１２ａにはカートリッジヒータ７１が挿入され、円柱部１２ｂにはヒータ７２ａ、７２ｂが付けられて、本体部１１を材料の成形温度に加熱できるようにしてある。

ラックガイド穴１４の内側には、ラック３１がしゅう動可能に挿入されている。また、エアシリンダ（駆動手段）３０がステー３８を介して、固定側受け板５の側面に固定され、ラック３１の端に取り付けられたロッドジョイント３１ａと、シリンダロッド３５の端に取り付けられたドライブバー３５ａとが連結される。そのため、エアシリンダ３０の作動に伴って、ラック３１がラックガイド１４内を往復作動する。
金型が大きく、本体部１１から固定側受け板５の側面までの距離が長い場合は、ドライブバー３５ａを長くする。この距離が長いほど、本体部１１をヒータで加熱した時、エアシリンダ３０への伝熱が少なく、エアシリンダ３０のＯリング、パッキンなどの気密部材が熱で劣化するのを防ぐことができる。
ラック３１の歯車は、ピニオンギヤ３２外径の平歯車とかみ合うようになっている。また、本体部１１の、エアシリンダ３０と反対側の延長線上に、ストッパホルダ３６が取付けられており、ストッパボルト３７の締め込み量を調整することにより、シリンダロッド３５およびラック３１の前進限を規制することができるようになっている。ここで、前進限を規制したときのシリンダストロークをＳｃと表す。
なお、エアシリンダ３０の代わりに駆動手段として油圧シリンダを用いた場合は、エア圧に比べて油圧が通常１０倍以上高いため、非常に高い推力を得ることができる。

また、円柱部１２ｂには分割部１２ｃが設けられており、内周がバルブガイド穴１７に沿うように、中空状のテーパリング６１、およびテーパリング６１を押圧するスプリング６２がはさみ込まれている。テーパリング６１の内径は、バルブ体４１の大径軸４５に精度良くかん合する。また、テーパ形状に絞られた下端部は肉薄に形成されており、材料の射出圧力を受けて大径軸４５に当接して隙間を封止する。

次に、バルブ体４１について説明する。
バルブ体４１は、略円柱形状の中心軸に沿って、上端面から下端直前まで、貫通しない流路穴４２が形成されている。下端付近側面（外部形状）は、大径軸４５と外テーパ部４６と小径軸４４から成っており、外テーパ部４６から流路穴４２に連通する連通穴４３が中心軸に対して斜めに通じている。
連通穴４３は、流路を構成する目的からは、１ヶ所でも、等分方向に数ヶ所あっても構わない。１ヶ所の場合は、材料の流れ方向が集中するので、材料が樹脂の場合、成形品にウエルドが出にくくなるが、圧力分布が偏る可能性がある。一方、数ヶ所に分けると材料の流れが分流となり、成形品にウエルドが発生する原因となりうるが、流動バランスの点では、全方向への流れの均一化が図れると考えられる。
外部形状の中央よりも上部側には駆動オネジ４７が形成されており、ピニオンギヤ３２の駆動メネジ３３に螺合する。なお、駆動メネジ３３の有効長さは、駆動オネジ４７の有効長さよりも、後述するバルブストロークＳｖだけ長く形成されている。
なお、駆動オネジ４７、駆動メネジ３３は３条ネジとなっており、１条ネジに比べ、螺合での傾きが生じにくく、ピニオンギヤ３２の回転を安定してバルブ体４１に伝えられる。
また、バルブ体４１の上端部４８は円筒形状である。

次に、組付け構造を、組付け手順も合わせて説明する。
まず、ピニオンギヤ収容穴１３の底部にスラストベアリング３４ａを置く。次に、ラック３１を後退限位置に置き、一方、バルブ体４１の駆動オネジ４７にピニオンギヤ３２の駆動メネジ３３をバルブストローク上端位置に螺合させた状態で、バルブ体４１とピニオンギヤ３２を本体部１１に挿入し、スラストベアリング３４ａの上に置く。すると、中間部では、大径軸４５がテーパリング６１に挿入された後、バルブガイド穴１７に精度良く、かつ、しゅう動可能に挿入される。
また、図示しない回り止めによって、バルブ体４１の回転は規制される。
さらに、ピニオンギヤの上にもう１つのスラストベアリング３４ｂを置く。スラストベアリング３４ａ、３４ｂによって、ピニオンギヤ３２の回転摩擦を低減することができる。

このとき、小径軸４４は、ゲート穴１５よりも上に位置しており、バルブ開状態である。
次に、ラック３１を前進させると、ピニオンギヤ３２が上から見て反時計回りに回転し、駆動メネジ３３と駆動オネジ４７の螺合によって、バルブ体４１が下降する。そして、小径軸４４がゲート穴１５にかん合し、バルブ閉状態となる。ここで、バルブ閉位置がラック３１の前進限となるように、ストッパボルト３７を調整する。再びラック３１を後退させると、ピニオンギヤ３２が上から見て時計回りに回転し、バルブ体４１が上昇する。そして、小径軸４４がゲート穴１５から離れ、バルブ開状態となる。
このように、シリンダロッド３５およびラック３１がシリンダストロークＳｃだけ水平作動すると、バルブ体４１がバルブストロークＳｖだけ上下作動し、バルブが開閉する。
先願発明の実施例ではシリンダストロークＳｃが４０ｍｍ、バルブストロークＳｖが６ｍｍ、ストローク比Ｒが０．１５になるように、ピニオンギヤ３２のピッチ円直径と歯数、および駆動メネジ３３、駆動オネジ４７のピッチが設定されている。ギヤおよびネジでの駆動力の変換効率が１００％ならば、バルブ体４１の推力は、エアシリンダ３０の推力に対してストローク比Ｒの逆数倍、すなわち、この例では６．７倍に増幅されることになるが、現実的には変換効率ηを４５％と仮定し、増幅率は約３倍と考えられる。

次に、本体部１１の上部構造について説明する。カバー２１は、本体部１１のピニオンギヤ収容穴１３の上部に、同軸に取付けられ、ビニオンギヤ３２の内径にかん合して、回転時の同軸度を保つ。また、スリーブ２２は、カバー２１にさらに同軸に取付けられ、カバー２１の内径がバルブ体上端部４８の外径を、スリーブ２２の外径が上端部４８の内径をそれぞれガイドすることにより、バルブ体４１が中心軸上を精度よく作動するようにしている。
なお、スリーブ２２の内径は材料流路５０の一部を構成し、バルブ体４１の流路穴につながる。

カバー２１の上部には、さらにフランジプレート２３が取付けられる。フランジプレート２３の中心部には、ノズルタッチ部２０が形成されており、射出成形機ノズル９０からキャビティ３にいたる材料流路５０において、バルブゲート１０の材料流路入口５１に相当する部位となる。
また、フランジプレート２３の周辺部は、固定側受け板５への取付けに使用される。

以上が、先願発明の実施形態の説明である。なお、この実施形態は、ゲートがノズルタッチ部と同軸、すなわち金型センタに１個のバルブゲートを配置する場合についての説明であるが、マニホールドの下に複数配置して、多点ゲートに使用することも可能であり、その場合には、フランジプレート２３のノズルタッチ部２０が、マニホールドの流路穴との接続形状に変わる。
また、金型用のバルブゲートに限定するものではなく、例えば、射出成形機のノズルにシャットオフバルブとして使用することもできる。

先願発明のバルブゲートの実施例では、駆動手段としてエアシリンダまたは油圧シリンダを使用しているが、エアシリンダや油圧シリンダの作動特性は、後退限と前進限の２つの位置を往復するのみである。すなわち、エアまたは油圧がピストンの後ろ側のポートに供給されるか、前側のポートに供給されるかによって、ピストンが強制的に止められる位置まで作動するにすぎない。また、作動の力はエア圧または油圧の大きさによって、作動速度はエアまたは油圧源の供給量および配管の絞りによって決まり、一回の作動の途中に力、速度を自在に変化させることができない。
その作動特性のため、以下のような課題が生ずる。

（１）シリンダロッド３５の前進後退方向とバルブ体４１の上下作動方向の関係は、シリンダロッド３５前進時にバルブ体４１が下降し、バルブ閉となるようにされている。
ところで、バルブ閉位置を微調整する必要が生じる場合がある。例えば、ピニオンギヤ３２を本体部１１に組付け、ラック３１の歯に噛み合わせる際、一歯ずれると、バルブ体高さは約０．５ｍｍ動く。また、使用温度（樹脂成形では約２００〜３００℃）でのバルブ体４１と周囲との熱膨張差により、段差が生じ得る。また、ゲートカットの高さは、成形品の面と同一であるのがよい場合と、若干凹または凸にするのがよい場合とがある。あるいは、長期間の使用後、ゲート先端が摩耗して寸法変化する場合も考えられる。
このような目的で、バルブ閉位置を所望の位置に微調整するため、本体部１１にストッパホルダ３６を設け、ストッパボルト３７を調整することにより、シリンダロッド３５の前進限を規制することができる。ところが、ストッパボルト３７による調整は、バルブゲート１０を金型に組付ける前に行わなければならず、成形途中で、金型の外から調整することができない。

（２）課題（１）とは逆に、シリンダロッド３５後退時にはバルブ体４１が上昇し、バルブ開となるが、シリンダロッド３５の後退限、すなわちバルブ開位置を調整する構造は設けられていない。バルブ開位置を調整することは、最大流路面積を変化させ、特に、多点ゲートでゲートごとの流量を調整したい場合に有効と考えられるが、先願発明の実施例では、それができない。

（３）バルブが開位置から閉位置に移行する過程のゲート穴１５付近の詳細図を図４（ａ）〜（ｄ）に示す。（ａ）は全開、（ｂ）は半開状態、（ｃ）は閉状態に移る遷移点、（ｄ）は閉状態である。
本体部１１の下端部の内側形状において、バルブガイド穴１７からゲート穴１５の間は内テーパ部１８である。一方、バルブ体４１の下端形状は、外テーパ部４６と小径軸４４から成っている。バルブ体４１の連通穴４３から流出した溶融材料は、内テーパ部１８と外テーパ部４６にはさまれた空間Ｒｍに溜まる。（ａ）は、バルブストロークＳｖだけ開いた状態である。（ａ）から（ｂ）に移るに従い、空間Ｒｍの容積は減少するが、溜まっていた材料は、ゲート穴１５からキャビティ３に流入する。
（ｃ）は、ゲート穴１５のシール長Ｋだけ開いた状態であり、この位置より下ではゲート穴１５がふさがるため、（ｃ）から（ｄ）の間、空間Ｒｍの容積減少分の溶融材料は、連通穴４３から流路穴４２に逆流するか、空間Ｒｍ内で圧縮すると考えられる。そのため、バルブ体４１の下降作動に対して抵抗力が生ずる可能性がある。また、特に粘度の高い樹脂材料の場合、（ａ）から（ｂ）の間でも、バルブ体の下降速度が速いと、ゲート穴１５への流入が追いつかず、材料の一部が連通穴４３から流路穴４２に逆流するか、空間Ｒｍ内で圧縮し、バルブ体４１の下降作動に対して抵抗力が生じる可能性が考えられる。
溶融材料の急激な圧縮は物性を変性させるかもしれず、バルブ体４１の作動抵抗はゲートシール力を低減させるため望ましくない。そこで、閉じる段階に応じてバルブ作動速度を変化させ、例えば、圧縮が生じる部分で速度を落とすような制御ができれば、急激な圧縮を避けることができ、作動抵抗を最小限に抑えられる可能性があるが、エアシリンダや油圧シリンダでは、それができない。

さらに、数式と数値例を適用して説明する。図４において、
φＤ１（バルブ体４１の大径部４５の外径＝バルブガイド穴１７の内径）＝φ１６ｍｍ
φＤ２（流路穴４２の内径）＝φ８ｍｍ
φＧ（ゲート穴１５の内径）＝φ５ｍｍ
のとき、バルブ体４１が下がる（バルブが閉まる）のに抵抗する力の受圧面積は、
Ａｖ（バルブ体の受圧面積）＝（π／４）×（φＤ１^２−φＤ２^２）≒１５０ｍｍ^２
Ａｇ（ゲートの受圧面積）＝（π／４）×φＧ２^２≒２０ｍｍ^２
Ａｍ（空間Ｒｍの受圧面積）＝Ａｖ−Ａｇ＝１３０ｍｍ^２
と計算できる。なお、Ａｖ、Ａｍについては、φＤ２の面積分は、バルブ体４１を下げるのを助けると考えて差し引く。
空間Ｒｍの内圧をＰｍ、キャビティ３からゲート穴１５にかかる内圧をＰｇとすると、バルブ体４１を下げるのに抵抗する抗力Ｆｍは、
（ａ）〜（ｃ）のとき（Ｐｍ＝Ｐｇと仮定）、
Ｆｍ ＝ Ｐｇ × Ａｖ
（ｃ）〜（ｄ）のとき、空間Ｒｍの容積減少分の材料が流路穴４２に逆流可能であれば、
Ｆｍ ＝ Ｐｇ × Ａｇ
であるが、逆流できず、空間Ｒｍ内で圧縮されて内圧が上昇する場合には、
Ｆｍ ＝ Ｐｍ × Ａｍ ＋ Ｐｇ × Ａｇ
となる。一方、バルブ体４１の推力Ｆｖは、エアシリンダ３０の推力Ｆｈ、変換効率ηによって決まり、バルブ体４１を下げる（バルブを閉じる）ための条件は、
Ｆｖ ＝ Ｆｈ ×６．７× η ＞ Ｆｍ
となる。
エアシリンダのボア径φ６３ｍｍ、エア圧０．５ＭＰａ、変換効率ηが４５％のとき、Ｆｖは約４６５０Ｎであり、受圧面積Ａｖ（１５０ｍｍ^２）に対してＰｇが約３０ＭＰａ以下、受圧面積Ａｇ（２０ｍｍ^２）に対してＰｇが約２３０ＭＰａ以下（流路穴への逆流が可能とする）の場合にバルブを閉じることができると考えられる。
例えば、樹脂材料ＰＰ（ポリプロピレン）の成形にて充填時のＰｇが５０〜６０ＭＰａ程度、保圧後のＰｇが２０ＭＰａの場合、保圧後にバルブを閉じるならば、この数値例で充分に余裕があると言える。

（４）課題（３）の考察は、材料が充分に溶融した状態であることを想定しているが、実際には、バルブゲート下端部の温度と金型温度とのバランスにより、材料の充填と併行して、冷却固化が進行する可能性も考慮しなければならない。バルブゲートのヒータ設定温度や金型温度が適正温度よりも低い場合、冷却が早いと図４（ｃ）〜（ｄ）の段階で、もしくは、さらに冷却が早いと（ｂ）〜（ｃ）の段階でも、流路内の材料が固化または半固化する可能性がある。材料粘度が増加することにより、バルブを閉じるための推力が、下述の数式による計算値以上に必要になる可能性がある。
また、先端が固化材料に当たった状態でバルブ体４１を無理に作動させようとすると、駆動部に負荷がかかって、ピニオンギヤ３２の駆動メネジ３３などの部位が破損するおそれがある。それを防ぐためには、駆動部への過負荷を検出する手段を設け、動力源を停止させることが有効な方法であると考えられる。しかし、エアシリンダや油圧シリンダでは、それができない。

請求項１のバルブゲートは、射出成形用ホットランナ金型に用いられるバルブゲートであって、射出成形機ノズルから連通する材料流路入口、およびキャビティに面したゲート穴を有する本体部と、前記ゲート穴に対し同軸上に作動して前記ゲート穴を開閉するバルブ体と、このバルブ体を駆動する電動駆動手段とを備えている。
そして、前記バルブ体の中心軸に沿って上端面から下端直前まで形成された流路穴と、前記バルブ体の下端付近の側面から前記流路穴に連通する１ヶ所以上の連通穴を有し、前記流路穴の上端は前記材料流路入口につながり、前記連通穴は前記ゲート穴につながるように形成され、前記バルブ体は、前記駆動手段によって中心軸に沿って上下に作動し、上方に作動した時は前記ゲート穴の入口を開放し、下方に作動した時は前記バルブ体の下端中心に形成された小径軸が前記ゲート穴を遮断するように構成されている。
そして、前記電動駆動手段に接続されたラックが水平方向に往復作動し、このラックに歯車のかみ合うピニオンギヤが水平方向に回転し、このピニオンギヤの内周に形成された駆動メネジが、それ自体回転しない前記バルブ体の外周に形成された駆動オネジに螺合することによって、前記バルブ体が上下方向に作動するように構成されている。

請求項２のバルブゲートは、前記電動駆動手段として、サーボモータおよびボールネジを組み合わせた駆動装置、もしくは、一体型の電動シリンダを用いて構成されている。

この発明によるバルブゲートは、先願発明のバルブゲートの課題を解決し、以下のような効果を生む。
（１）電動駆動手段の前進限を位置決めすることにより、金型を−旦組付けた後でも、金型を分解することなく、ゲートカット高さを調整することができる。また、先願発明のストッパボルト３７が不要となり、バルブゲート組込み穴９を小さくすることができる。
（２）電動駆動手段の後退限を位置決めすることにより、バルブ開位置を調整することができ、特に多点ゲートでゲートごとの流量を調整したい場合に有効である。
（３）電動駆動手段の作動速度を、例えば、バルブ開状態から閉状態への作動初動時は低速、途中は高速、最後は再び低速、というように段階的に変化させることができる。それにより、バルブゲート先端内部の材料が急激に圧縮され、内圧が上昇するのを防止することができる。
（４）ゲート穴内の材料が早く冷却固化するなどして、バルブ体４１が正常に作動できなくなった場合に、過負荷を検出し、駆動を停止することにより、駆動部分の破損を防止することができる。

実施例１は、電動駆動手段として、サーボモータおよびボールネジを組み合わせた駆動装置を用いるものであり、図７、８に装置の一例を示す。
ボールネジ１１１の軸の固定側（図の右側）は、サポートブロック１１３に回転可能に挿入されてナット１１４で抜け止めされており、サポートブロック１１３は、ベース１１８に固定されている。一方、支持側はベアリング１１５に回転可能に挿入されて、支持されている。ボールネジ１１１の可動部１１１ａにはテーブル１１６が取り付けられており、テーブル１１６はベース１１８上のスライドガイド１１７に案内されて直動する。
ボールネジ１１１の軸の固定側は、またカップリング１１２を介して、サーボモータ１０１のロッドに接続されている。サーボモータ１０１には、アンプ１０２、コントローラ１０３が結線されている。制御プログラムによって、サーボモータ１０１が所定の速度で、所定の変位量まで回転することにより、ボールネジ１１１が回転し、テーブル１１６が所定の速度で、所定の距離を動く。
テーブル１１６には、ドライブバー３５ａが固定されており、装置を金型に取り付けたとき、ドライブバー３５ａと、ラック３１の端に取り付けられたロッドジョイント３１ａとを連結することにより、テーブル１１６の作動と連動してラック３１を作動させる。
実施例１の電動駆動装置を取り付けたバルブゲートの作動については、次の実施例２の作動例の説明に準ずるものである。

次に、実施例２は、電動駆動手段として、一体型の電動シリンダを用いるものであり、実施例１に比べて全体のサイズが小さくできる。市販されている一体型電動シリンダは、メーカーによって、メカシリンダ、ロボシリンダと呼ばれるものもあるが、基本的には、図９に示すように、電動シリンダ１２１、アンプ１２２、コントローラ１２３によって構成されており、制御プログラムによって、位置決め、速度変更が可能である。
例えば、下記仕様の電動シリンダを適用例として選定する。
ストローク：５０ｍｍ
最大推力：４００Ｎ
最大速度：２００ｍｍ／ｓ
一般的には、電動シリンダの推力はエアや油圧のシリンダよりも弱い。なお、速度と推力の関係は図１０のようであるので、推力を必要とする場合は低速、推力をあまり必要としない場合は高速に切り替え、効率的に作動させることが望ましい。

図１１、１２は、先願発明の実施形態を示す図１、２に対し、駆動手段を、本発明の実施例２の電動シリンダに変更したものである。
電動シリンダ１２１は、ステー３８を介して固定側受け板５の側面に固定され、ロッドジョイント３１ａと、電動シリンダロッド１２５の端に取り付けられたドライブバー３５ａとを連結することにより、ラック３１を駆動する。電動シリンダロッド１２５の前進限を電気的に位置決めすることにより、先願発明のストッパボルト３７は不要である。
それ以外の構造的は、先願発明の実施形態と同じである。

次に、実施例２のバルブゲートの作動例を説明する。なお、説明中の数値を実施例２の数値にて例示する以外は、実施例１についても同様に説明できる。
まず、図１１のように、バルブゲートが金型センタに配置されている例では、射出成形機ノズル９０をノズルタッチ部２０に押し当てる。また、（図示しない）別の例では、マニホールドブロックの下にバルブゲートを１箇所または複数箇所配置してもよく、その場合には、フランジプレート２３のノズルタッチ部２０がマニホールドブロックの流路穴との接続形状に変わる。
また、成形時以外は、バルブゲート１０のバルブを閉じておく。射出成形を始める前に、バルブを閉じた状態で、カートリッジヒータ７１、ヒータ７２ａ、７２ｂに通電して本体部１１を加熱し、材料流路５０内の材料を溶融する。溶融材料が樹脂の場合には、加熱温度は、約２００〜３００℃である。

射出成形を始めるときは、成形機から射出開始の信号を電動シリンダ１２１のコントローラ１２３に送ると、電動シリンダロッド１２５が後退限に戻り、バルブ開状態となる。バルブ開状態で、所定量の溶融材料を射出成形機ノズル９０から射出すると、溶融材料は、材料流路入口５１からスリーブ２２、バルブ体４１の流路穴４２、連通穴４３を経て、ゲート穴１５からキャビティ３に充填する。このとき、電動シリンダロッド１２５の後退限を位置決めしてバルブ開位置を調整することにより、材料の流量制御が図れる。特に多点ゲートの場合には、ゲートごとの流量を調整するのに有効である。

続いて、射出開始信号から所定時間経過後、電動シリンダロッド１２５を所定の速度で、所定の変位量作動させることにより、バルブゲート１０のバルブ体４１を閉位置まで作動させると、小径軸４４がゲート穴１５にかん合し、材料の流れが遮断され、ゲートカットする。このとき、ゲートカットの高さは、成形品の面と同一であるのがよい場合と、若干凹または凸にするのがよい場合とがあるが、成形品を見ながら、電動シリンダロッド１２５の前進限を位置決めしてバルブ閉位置を調整することにより、金型を分解しなくても、簡単にゲートカット高さを調整することができる。また、バルブ先端が摩耗した場合なども同様に調整できる。

さらに、バルブ開状態から閉状態への作動の詳細を、図４、図１０を参照し、先願発明の課題（３）の考察で引用した数式、および電動シリンダの数値例を適用して説明する。なお、ギヤの変換効率ηは４５％、増幅率は約３倍と仮定する。
１．材料がキャビティ３に充填完了後、図４（ａ）の状態で、キャビティ３の内圧Ｐｇが５ＭＰａ以下まで下がったとき、バルブを閉じるのに抵抗する抗力Ｆｍは、受圧面積Ａｖ（１５０ｍｍ^２）に対し７５０Ｎ以下となる。電動シリンダ１２１の速度を５０ｍｍ／ｓとし、推力Ｆｈ＝２５０Ｎを得ると、バルブ体４１の推力Ｆｖは、約３倍の７５０Ｎとなるから、バルブ体４１を下げることができる。
ただし、シリンダ径φ６３のエアシリンダが内圧Ｐｇ約３０ＭＰａでもバルブが動くのに対し、内圧Ｐｇが約５ＭＰａ以下にならないと動かない点は、不利だと言える。
２．作動中に空間Ｒｍの内圧Ｐｍが１ＭＰａまで下がると仮定すると、抗力Ｆｍは、受圧面積Ａｖ（１５０ｍｍ^２）に対し１５０Ｎまで下がる。すると、電動シリンダ１２１の速度を高速の１５０〜２００ｍｍ／ｓとし、シリンダ推力Ｆｈ＝５０Ｎ、バルブ体の推力Ｆｖ＝１５０Ｎの条件にしてもバルブ体４１を動かすことができる。
３．バルブを閉じる瞬間（図４（ｃ））から受圧面積はＡｇ（２０ｍｍ^２）に変わるので、空間Ｒｍの内圧Ｐｍが１ＭＰａのとき、抗力Ｆｍは２０Ｎに下がり、対するシリンダ推力Ｆｈ＝５０Ｎ、バルブ体の推力Ｆｖ＝１５０Ｎは充分に強くなる。しかし、空間Ｒｍの容積減少分の材料が、連通穴４３から流路穴４２に充分に逆流できない場合には、空間Ｒｍ内で圧縮され、内圧が上がり、抵抗力が増す。また、急激な圧縮による材料物性の変性を避けるためにも、ゆっくり動かす方が望ましいと考えられる。そのため、図４（ｃ）から（ｄ）（全閉状態）の間は、電動シリンダ１２１を低速、高推力で作動させるのがよい。
４．次ショットの射出前に閉状態から開状態に戻すときは、負荷がかからないので、高速で作動させればよい。

なお、バルブゲートが複数ある（多点ゲートの）場合には、閉作動のタイミングは同時である必要はなく、ゲートごとにタイミングをずらして、樹脂成形でのウエルド位置を動かすなどの目的に利用できる。

また、バルブゲート１０のヒータ設定温度や金型温度が適正温度より低いなどの理由で、ゲート穴内の材料が早く冷却固化するなどして、バルブ体４１が正常に作動できなくなった場合でも、電動シリンダ１２１には過負荷に対する保護機能があるため、駆動を停止することにより、駆動部分の破損を防止することができる。

先願発明のバルブゲートの閉状態を示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 先願発明のバルブゲートの開状態を示す縦断面図の要部拡大図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ） 図３にてバルブ開から閉の各状態を示す詳細図である。 先願発明の実施形態のバルブ体の外形図である。 先願発明の実施形態のピニオンギヤの縦断面図である。 本発明の実施例１の駆動装置を示す平面図である。 図７の縦断面図である。 本発明の実施例２の電動シリンダを示す説明図である。 本発明の実施例２の電動シリンダの速度−推力特性図である。 本発明の実施例２のバルブゲートの閉状態を示す縦断面図である。 図１１のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

３ キャビティ
９ バルブゲート組込み穴
１０ バルブゲート
１１ 本体部
１５ ゲート穴
１７ バルブガイド穴
１８ 内テーパ部
３０ エアシリンダ（駆動手段）
３１ ラック
３１ａ ロッドジョイント
３２ ピニオンギヤ
３３ 駆動メネジ
３５ シリンダロッド
３５ａ ドライブバー
３７ ストッパボルト
４１ バルブ体
４２ 流路穴
４３ 連通穴
４４ 小径軸
４５ 大径軸
４６ 外テーパ部
４７ 駆動オネジ
５０ 材料流路
１０１ サーボモータ
１１１ ボールネジ
１２１ 電動シリンダ
１２５ 電動シリンダロッド

Claims (2)

1. 射出成形用ホットランナ金型に用いられるバルブゲートであって、射出成形機ノズルから連通する材料流路入口、および金型キャビティに面したゲート穴を有する本体部と、前記ゲート穴に対し同軸上に作動して前記ゲート穴を開閉するバルブ体と、このバルブ体を駆動する電動駆動手段とを備え、
   前記バルブ体の中心軸に沿って上端面から下端直前まで形成された流路穴と、前記バルブ体の下端付近の側面から前記流路穴に連通する１ヶ所以上の連通穴を有し、前記流路穴の上端は前記材料流路入口につながり、前記連通穴は前記ゲート穴につながるように形成され、
   前記バルブ体は、前記駆動手段によって中心軸に沿って上下に作動し、上方に作動した時は前記ゲート穴の入口を開放し、下方に作動した時は前記バルブ体の下端中心に形成された小径軸が前記ゲート穴を遮断するように構成されており、
   前記電動駆動手段に接続されたラックが水平方向に往復作動し、このラックに歯車のかみ合うピニオンギヤが水平方向に回転し、このピニオンギヤの内周に形成された駆動メネジが、それ自体回転しない前記バルブ体の外周に形成された駆動オネジに螺合することによって、前記バルブ体が上下方向に作動するように構成されている射出成形用ホットランナ金型のバルブゲート。
2. 前記電動駆動手段は、サーボモータおよびボールネジを組み合わせた駆動装置、もしくは、一体型の電動シリンダを用いて構成されている、請求項１記載の射出成形用ホットランナ金型のバルブゲート。

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