JP7058295B2 - バルブゲートシステム - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成形材料を成形する金型装置において、溶融状態の樹脂成形材料を金型装置のキャビティに供給し、またその供給を断つために設けられるバルブゲートシステムに関するものである。

従来、例えば特許文献１～４に示されているように、樹脂成形材料を成形する金型装置が知られている。この種の金型装置においては、溶融状態の樹脂成形材料を金型装置のキャビティに供給し、またその供給を断つために、溶融樹脂成形材料を上流端から受け入れて、該溶融樹脂成形材料が流出する下流端まで導く成形材料通路が形成されたゲート部材と、上記成形材料通路の下流端を開閉するバルブピンとを備えてなるバルブゲートシステムが広く用いられている。特許文献１～４にはそのようなバルブゲートシステムの例も示されている。

上記構成を有するバルブゲートシステムにおいては、通常、ゲート部材に形成された成形材料通路内に配されたバルブピンをその長手方向、つまり成形材料通路が延びる方向に移動させることによって、成形材料通路の下流端（ゲート）を開閉するようにしている。そしてバルブピンを上述のように移動させるための駆動手段としては、従来、エアシリンダや油圧シリンダ等からなるシリンダ装置や、モータが多く適用されている。特許文献１には、バルブピン駆動手段としてシリンダ装置を適用したバルブゲートシステムの例が示されている。また特許文献２～４にはバルブピン駆動手段としてモータを適用したバルブゲートシステムの例が示されている。

特許文献２～４の中でも特に特許文献２には、バルブピンの側外方にモータを配置すると共に、バルブピンの接線方向に延在する伝達部材を設け、この伝達部材をモータによってその延在方向に移動させ、この移動をカム手段によってバルブピンの長手方向の移動に変換して、バルブピンに伝達させるようにしたバルブゲートシステムの例が示されている。また特許文献３および４には、回転軸がバルブピンの中心軸と向かい合う状態にモータを配置し、モータの回転軸に同軸に連結した雄ねじ部と、バルブピンに同軸に連結すると共に上記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部とを設け、モータの回転駆動によって雌ねじ部をネジ軸方向に移動させてバルブピンを同方向に移動させるようにしたバルブゲートシステムの例が示されている。

特許第４２２８０５９号公報 特開２００３－３９５０１号公報 特開平６－１１４８８７号公報 実開平６－３４９２３号公報

特許文献１に示されたバルブゲートシステムにおいては、バルブピン駆動手段としてシリンダ装置を適用しているので、バルブピンの位置を検出する手段を付加することが困難であり、そのためバルブピンの開閉制御は一般にオープン制御でなされている。そこでこの種のバルブゲートシステムにおいては、バルブピンの移動位置（開閉位置）の制御の精度が低くなりがちであるという問題が認められている。

特許文献２～４に示されたバルブゲートシステムによれば、バルブピン駆動手段としてモータを適用しているので、モータ回転軸の回転量を検出するロータリエンコーダ等を付加することにより、上記の問題を防止可能である。しかし、特許文献２に示されたバルブゲートシステムにおいては、モータの駆動力をバルブピンまで伝達する機構が複雑で、大型化しやすいという問題が認められる。それに対して、特許文献３や４に示されたバルブゲートシステムによれば、モータの駆動力をバルブピンまで伝達する機構を簡素化かつ小型化することも容易である。しかし、特許文献３や４に示されたバルブゲートシステムにおいては、前述した雄ねじ部と雌ねじ部とを金型内に収めることが難しいので、それらのねじ部からなる機構および、この機構に連結するモータを金型の外に配設せざるを得ず、そのために金型装置が大型化するという問題が認められている。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、バルブピン駆動手段としてモータを適用した上で、構成が簡単で、金型装置の大型化を回避できるバルブゲートシステムを提供することを目的とする。

本発明によるバルブゲートシステムは、
樹脂成形材料を成形する金型装置におけるバルブゲートシステムであって、
溶融樹脂成形材料を上流端から受け入れて、該溶融樹脂成形材料が流出する下流端まで導く成形材料通路が形成されたゲート部材と、
上記成形材料通路の下流端を開閉するバルブピンと、
を有するバルブゲートシステムにおいて、
サーボモータと、
バルブピンの中心軸の延長上に配置された軸であって、軸の径外方に突出した柱状の係合部を有し、上記サーボモータの回転軸に連結して該サーボモータの駆動により軸周りに回転するカム操作軸と、
このカム操作軸の係合部と係合する螺旋形状のカム溝を周壁部に有する筒状のカム部材であって、バルブピンの中心軸の延長上に筒軸が有る状態に配置されて該バルブピンと連結され、カム操作軸の回転に伴って筒軸方向に移動するカム部材と、
上記カム操作軸および上記カム部材を周壁部内に収容し、該周壁部の内面に、前記カム操作軸並びに前記カム部材の中心軸と平行な方向に延びる案内溝を有するハウジングと、
上記カム部材の外周面上に突設され、上記カム溝が形成されている部分では途切れていて、上記案内溝内に収められる案内凸部と、
を含んで構成されたことを特徴とするものである。

なお、上記サーボモータの回転軸とカム操作軸との「連結」とは、それら両者が直接連結していることは勿論ながら、両者が間に何かの部材を介して間接的に連結していることも含むものとする。その点は、カム部材とバルブピンとの「連結」に関しても同様とする。

また、上記のゲート部材には、成形材料通路の少なくとも一部を外側から取り囲み、供給された冷却媒体を流通させる冷却媒体通路が穿設されていることが望ましい。

本発明によるバルブゲートシステムにおいては、軸の径外方に突出した係合部を有し、サーボモータの回転軸に連結して該サーボモータの駆動により軸周りに回転するカム操作軸と、このカム操作軸の回転に伴って筒軸方向に移動するカム部材とが、サーボモータの回転軸とバルブピンの中心軸との間に、それらの軸も含んで同軸上に直列に配置されているので、簡単な構成とすることができる。そして、上記の係合部とカム溝との間で係合を果たしているカム操作軸およびカム部材は、共にハウジング内に収容されているので、ハウジング共々金型装置内に配設することも容易である。そのようにカム操作軸およびカム部材を配設すれば、金型装置が徒に大型化することを防止できる。

本発明の一実施形態によるバルブゲートシステムを備えた金型装置を示す平面図 上記金型装置を示す側断面図 上記バルブゲートシステムを示す側断面図 上記バルブゲートシステムの全体形状を示す斜視図 上記バルブゲートシステムの要部を示す側面図

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態によるバルブゲートシステムを備えた金型装置１を示す平面図であり、図２は図１中のＡ－Ａ線に沿った部分の側断面形状を示す側断面図である。金型装置１は基本的に、固定側金型１０と可動側金型２０とから構成されている。可動側金型２０は図示外の駆動装置により、固定側金型１０に対して接近、離間するように、つまり図２中で上下方向に往復移動可能とされている。この図２では、可動側金型２０が固定側金型１０に対して密接した状態を示しており、この状態下では両金型１０および２０によって樹脂成形用のキャビティＣが形成される。固定側金型１０の内部には、各キャビティＣに対応させて１つのバルブゲートシステム３０が配置されている。

固定側金型１０の最上部には、図示外の樹脂供給装置に接続された射出シリンダ１１が配設されている。樹脂供給装置から射出シリンダ１１に供給された溶融樹脂１２は、マニホールド１３を流通した後、該マニホールド１３から各キャビティ用に分岐された成形材料通路１４を経て、バルブゲートシステム３０に送られる。バルブゲートシステム３０は概略円柱状のゲート部材（ゲートブロック）３１を含むものであり、このゲート部材３１の中心部には全長に亘って延びる成形材料通路３２が形成されている。成形材料通路３２は上記成形材料通路１４と連通されており、該成形材料通路３２の図中の下端部は後述する機構によって開閉可能とされている。成形材料通路１４を経て成形材料通路３２内にその上端側から供給された溶融樹脂１２は、キャビティＣが形成された状態下で成形材料通路３２が開かれるとキャビティＣ内に供給される。

キャビティＣ内に供給された溶融樹脂１２は、その後に固化して樹脂成形品となる。こうして樹脂成形品が得られると、可動側金型２０は固定側金型１０から離間する方向、つまり図２中で下方に移動される。可動側金型２０が固定側金型１０から離間すると、プッシュ部２１ａを有するプッシャ２１が可動側金型２０内でキャビティＣ内に進入する方向、つまり図２中で上方に移動される。樹脂成形品は、移動したこのプッシャ２１のプッシュ部２１ａにより押されて、可動側金型２０から外に排出される。

なお本実施形態では、溶融樹脂１２は一例として熱硬化型樹脂であり、キャビティＣ内に供給された後に例えば１８０℃程度に加熱されて固化する。この溶融樹脂１２は、ゲート部材３１内で固化することは避けなければならない。そのためにゲート部材３１内には、溶融樹脂１２の温度を例えば２０℃程度に保つための冷却手段が設けられているが、その手段については後に詳しく説明する。なお、その冷却手段は、固定側金型１０内に形成された冷却媒体通路を含んで構成されている。図２では、図中右側のゲート部材３１に対して設けられた１つの冷却媒体通路１５の高さ位置が示されるように、特別にこの冷却媒体通路１５周りの部分については、図１中のＢ－Ｂ線に沿った面の側断面形状を示している。

次に図３～図５を参照して、バルブゲートシステム３０について詳しく説明する。図３は、このバルブゲートシステム３０の外形を示す斜視図であり、図４はバルブゲートシステム３０を、図１中のＡ－Ａ線に沿った部分で切断して示す側断面図である。これらの図に示される通りバルブゲートシステム３０は、先に説明したゲート部材３１に加えて、サーボモータ３３、カム操作軸３４、カム部材３５、ハウジング３６およびバルブピン３７を設けて構成されている。

サーボモータ３３の回転軸３３ａは、概略円柱状のカム操作軸３４と同軸に連結されている。本実施形態において、回転軸３３ａはカム操作軸３４と直接連結されているが、それら両者は間に別の部材を介して間接的に連結されても構わない。カム部材３５は概略円筒状に形成されたものであり、上記カム操作軸３４はこのカム部材３５の内部に、同軸状態に組み合わせて配置されている。図５は、このように組み合わされたカム操作軸３４とカム部材３５とを示すものであり、以下この図５も参照してカム操作軸３４およびカム部材３５について詳しく説明する。

カム操作軸３４は、その外周面から径外方に突出した、例えば２個の係合部３４ａを有している。これらの係合部３４ａは、互いに１８０°（度）の角度間隔を置いて配置されている。一方カム部材３５は、周壁部に螺旋形状のカム溝３５ａを有するものであり、このカム溝３５ａには上記２個の係合部３４ａがそれぞれ係合している。カム部材３５の先端側、つまりサーボモータ３３と反対側にはバルブピン連結部３５ｂが形成され、バルブピン３７はこのバルブピン連結部３５ｂに連結されている。本実施形態において、バルブピン３７はこうしてカム部材３５と直接連結されているが、それら両者は間に別の部材を介して間接的に連結されても構わない。またカム部材３５の外周面上には、互いに１８０度の角度間隔を置いて２本の案内凸部３５ｃが突設されている。なおこれらの案内凸部３５ｃはそれぞれ、カム溝３５ａが形成されている部分では途切れた状態となっている。

以上の通りにしてサーボモータ３３の回転軸３３ａ、カム操作軸３４、カム部材３５は、バルブピン３７の中心軸の延長上に中心軸が有る状態に配置されている。カム操作軸３４およびカム部材３５は、上述のように互いに係合した状態で、ハウジング３６の概略円筒状の部分内に収容されている。ハウジング３６の周壁部の内面には、図４に示すように、それぞれカム操作軸３４およびカム部材３５の中心軸と平行な方向に延びる２本の案内溝３６ａが、互いに１８０度の角度間隔を置いて形成されている（図４では、一方の案内溝３６ａのみ表示）。カム部材３５に形成された上記２本の案内凸部３５ｃは、それぞれこの案内溝３６ａ内に収められている。

そこでカム部材３５はハウジング３６内において、回転することは不可能で、その筒軸方向に移動することは可能とされている。したがって、このカム部材３５内でカム操作軸３４が回転された場合、カム部材３５はカム操作軸３４の回転に伴って筒軸方向に直線移動する。この直線移動の方向は、カム操作軸３４の回転方向に応じて、つまりサーボモータ３３の回転駆動方向に応じて変化する。こうしてカム部材３５が直線移動すれば、該カム部材３５に連結されているバルブピン３７も同じように直線移動する。

以上の実施の形態のバルブゲートシステムにおけるカム操作軸３４とカム部材３５の構成は、いわゆる「直進ヘリコイド」の構成に似ており、係合部３４ａは、ヘリコイドピンの役割を果たす。本実施の形態のバルブゲートシステムは、バルブピンの直進の移動距離を長くすることが難しいが、バルブの開閉に必要な移動距離を満足し、ネジ機構では困難である、回転運動を直進運動に変換する機構を金型内に収容することが比較的容易であり、もってバルブゲートのおおよそ全体を金型の中に収容することを可能にし、バルブゲートシステムの金型装置をよりコンパクトで省スペースにすることができるとともに、金型装置の外側に設けられる部材が少なく、設置に対する制約を少なくする点で有利である。また、バルブピンの制御をより正確に行なうようにすることができ、確実な動作を行なうことができる点で有利である。

ゲート部材３１は中心部に、その全長に亘って延びる前述の成形材料通路３２を有している。バルブピン３７は、その先端がテーパ状に形成されたものであり、上記成形材料通路３２内に収められている。なおバルブピン３７には、その先端に近い位置においてピストン部３８が固定されている。そしてゲート部材３１の成形材料通路３２には、その内径が拡大された拡径部３９が形成されており、上記ピストン部３８はこの拡径部３９内に収容されている。ピストン部３８は拡径部３９内において、拡径部３９の周壁に沿って摺動可能とされている。それによりバルブピン３７は、成形材料通路３２の長手方向に対して傾斜することなく、該成形材料通路３２内で直線移動可能となっている。

先に図２を参照して説明した通り、溶融樹脂１２は成形材料通路３２内にその上端側から供給される。つまり図３において成形材料通路３２の上端が上流端であり、下端が下流端である。成形材料通路３２の下流端（ゲート）を形成しているゲート部材３１の下端部３１Ｇは、バルブピン３７の先端形状に合わせてテーパ状とされている。そこで、バルブピン３７が上述のように直線移動して下限位置に設定されると（図３の状態）成形材料通路３２が閉じられ、バルブピン３７が下限位置から所定量上昇した位置に設定されると成形材料通路３２が開かれる。

前述したようにバルブピン３７の直線移動方向は、サーボモータ３３の回転駆動方向に応じて変化する。そこで、サーボモータ３３の回転方向および回転量を制御してバルブピン３７の上下方向位置を変えて、成形材料通路３２を開閉することができる。本実施形態では図３に示すように、サーボモータ３３の回転軸３３ａの回転量を検出するロータリエンコーダ５０が設けられている。そこで、このロータリエンコーダ５０の出力に基づいてサーボモータ３３の回転方向および回転量をフィードバック制御して、バルブピンの移動位置を高精度に制御することが可能である。

以上説明した通り本実施形態のバルブゲートシステム３０は、サーボモータ３３の回転軸３３ａ、カム操作軸３４およびカム部材３５が、バルブピン３７の中心軸の延長上に中心軸が有る状態に配置されたものであって、モータの回転力を伝達部材によって方向を変えながら伝達する構成を有するバルブゲートシステムと比べれば、極めて簡単な構成となっている。また本実施形態のバルブゲートシステム３０においては、カム操作軸３４およびカム部材３５がハウジング３６内に収容されているので、カム操作軸３４およびカム部材３５をハウジング３６と共に金型装置１内に、より詳しくは固定側金型１０内に配置可能となっている。よってこのバルブゲートシステム３０を適用することにより、金型装置１を簡潔かつ小型に形成可能である。

次に、ゲート部材３１内に形成された冷却媒体通路４０について説明する。冷却媒体通路４０は、図３において左右に分けて示される通り２系統設けられている。各系統の冷却媒体通路４０は、ゲート部材３１内において、図３中の下端部が閉じて上端部が互いに離れたＵ字状に穿設されている。ゲート部材３１には図４に示すように、互いに１８０度の角度間隔を置いて、２つの通路開口４１が形成されている。なお図４では一方の通路開口４１のみ表示している。また通路開口４１は図３では表示されないが、２系統の冷却媒体通路４０の上端近傍間において、図の手前側と奥側とに通路開口４１が有る状態となる。Ｕ字状に穿設された各系統の冷却媒体通路４０は、互いに離れている上端部の一方が一方の通路開口４１に接続し、上端部の他方が他方の通路開口４１に接続している。それらの通路開口４１にはそれぞれ、固定側金型１０内に形成された冷却媒体通路１５（図２に１つだけ表示）が接続される。

そこで図４に矢印Ｗで示す通り、ある冷却媒体通路１５を通して供給された水等の冷却媒体は、１系統の冷却媒体通路４０に一方の通路開口４１から流入し、冷却媒体通路４０内をＵ字状に流れて、他方の通路開口４１から流出する。上記一方の通路開口４１および他方の通路開口４１は、別の１系統の冷却媒体通路４０に対しても共用されている。つまり、その別の１系統の冷却媒体通路４０においても、冷却媒体は上記と同じように流通する。以上説明の通り、２系統の冷却媒体通路４０が成形材料通路３２を外側から取り囲むように設けられていることにより、成形材料通路３２を流れる樹脂成形材料が良好に冷却され得る。

なお、上記冷却媒体通路４０が形成されているゲート部材３１は一般に、その外周面に嵌着されたＯリング等のシール部材を適宜介して、固定側金型１０内に配設される。また固定側金型１０内において、ゲート部材３１の長手方向中央位置近傍には、その上側と下側とを断熱する断熱部材が設けられることもある。それらのシール部材や断熱部材は本発明と直接的に関わるものではないので図示は省略しているが、必要に応じて従来公知のものを適宜採用することができる。

１ 金型装置
１０ 固定側金型
１２ 溶融樹脂
１３ マニホールド
１４ 成形材料通路
１５ 冷却媒体通路
２０ 可動側金型
２１ プッシャ
２１ａ プッシュ部
３０ バルブゲートシステム
３１ ゲート部材
３２ 成形材料通路
３３ サーボモータ
３３ａ サーボモータの回転軸
３４ カム操作軸
３４ａ カム操作軸の係合部
３５ カム部材
３５ａ カム部材のカム溝
３５ｂ カム部材のバルブピン連結部
３５ｃ カム部材の案内凸部
３６ ハウジング
３６ａ ハウジングの案内溝
３７ バルブピン
３８ ピストン部
３９ 成形材料通路の拡径部
４０ 冷却媒体通路
４１ 通路開口
５０ ロータリエンコーダ
Ｃ キャビティ

Claims (2)

1. 樹脂成形材料を成形する金型装置におけるバルブゲートシステムであって、
   溶融樹脂成形材料を上流端から受け入れて、該溶融樹脂成形材料が流出する下流端まで導く成形材料通路が形成されたゲート部材と、
   前記成形材料通路の下流端を開閉するバルブピンと、
   を有するバルブゲートシステムにおいて、
   サーボモータと、
   前記バルブピンの中心軸の延長上に配置された軸であって、軸の径外方に突出した柱状の係合部を有し、前記サーボモータの回転軸に連結して該サーボモータの駆動により軸周りに回転するカム操作軸と、
   前記カム操作軸の係合部と係合する螺旋形状のカム溝を周壁部に有する筒状のカム部材であって、前記バルブピンの中心軸の延長上に筒軸が有る状態に配置されて該バルブピンと連結され、前記カム操作軸の回転に伴って筒軸方向に移動するカム部材と、
   前記カム操作軸および前記カム部材を周壁部内に収容し、該周壁部の内面に、前記カム操作軸並びに前記カム部材の中心軸と平行な方向に延びる案内溝を有するハウジングと、
   前記カム部材の外周面上に突設され、前記カム溝が形成されている部分では途切れていて、前記案内溝内に収められる案内凸部と、
   を含むバルブゲートシステム。
2. 前記ゲート部材に、前記成形材料通路の少なくとも一部を外側から取り囲み、供給された冷却媒体を流通させる冷却媒体通路が穿設されている請求項１に記載のバルブゲートシステム。

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