JP2004148551A - バルブゲート式金型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】ゲート６を開閉するバルブピン３６は、ヒータ９を外周部に設けたバルブ本体１のケーシング２の材料通路８に通してある。このケーシング２の軸方向中間部に低熱伝導部材３４を装着するとともに両端部に低熱伝導部材３５を装着し、この外側からヒータ９を両端部で密に中間部で粗に巻装する。ヒータ９の熱は両端部に対して中間部で伝わりにくくなっているので、ケーシング２の軸方向中間部は両端部よりも熱エネルギーが伝わらない傾向を示すことになり、固定側型板３にケーシング２が両端部で接触していることに起因する両端部からの放熱が相殺され、ケーシング２の材料通路８内の樹脂の温度差が低減する。
【選択図】 図１

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３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、図示上下方向に移動してゲートを開閉するバルブピン３６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９が設けられているとともに、このヒータ９を外周側から覆う筒状のヒータカバー１０が固定されている。前記ヒータ９は、線状ヒータからなり、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（例えば特願２００１−１３９２４２）。
【０００４】
上述したようなバルブゲート式金型装置において、バルブ本体１のケーシング２の温度は、ケーシング２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、ケーシング２の両端側から熱が伝わること、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、ケーシング２が両端部で接触しているため、この接触部を通じてケーシング２から型体の本体部３へ熱が逃げること、などが原因であると考えられる。このような温度の不均一性を解消するため図示のバルブ装置では、前述したようにヒータ９をケーシング２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、温度分布の不均一性が大きいのが現状である。そこで、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も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、その結果、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虞がある、という問題点があった。
【０００５】
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。
【０００６】
【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この孔部の内面との間に隙間を保持して組み込まれたバルブ本体を有し、このバルブ本体内のケーシングに前記ゲートに通じる材料通路を形成するとともに、前記ケーシングの外周部の軸方向中間部に低熱伝導部材を装着するとともに両端部に該低熱伝導部材より熱伝導性の良好な高熱伝導部材を装着し、その外周にヒータを設けたものである。
【０００７】
このような構成を採用することにより、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ヒータの加熱により常時溶融状態に保たれる。そして、ヒータを外周部に設けたバルブ本体においては、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、バルブ本体の軸方向中間部に熱伝導性の悪い低熱伝導部材を装着するとともにその両端部にそれよりも熱伝導性の良好な高熱伝導部材を装着しているので、ヒータの熱はバルブ本体のケーシングの両端部で伝わりやすく軸方向中間部で伝わりにくくなっているため、バルブ本体の軸方向中間部がヒータニより直接加熱される分の熱量が減少し、バルブ本体の材料通路内の成形材料の温度差が低減する。
【０００８】
また、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、前記伝熱体は、前記ケーシングの外周面と型体の本体部とに接触する金属製のリングからなるものである。このため、この金属製のリングを通してヒータからバルブ本体のケーシングへ熱が伝導する。
【０００９】
【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３と共通する部分については同一符号を付す。同図において、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１４が設けられている。このマニホールド１４は、材料通路であるランナー１５が内部に形成されており、このランナー１５内の成形材料である熱可塑性樹脂は、マニホールド１４に設けられた図示していないヒータ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。
【００１０】
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１４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１４側の端部に形成された段差部２２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２３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の内面との間に断熱用の隙間２４，２５が形成されている。この隙間２４，２５は、前記固定リング７により遮断されており、この固定リング７よりもゲート６側の隙間２４は、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、反対側の隙間２５は、空気断熱層となる。
【００１１】
また、前記ケーシング２の内部は、マニホールド１４内のランナー１５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１５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。
【００１２】
また、前記ケーシング２の外周面には、中間部ではジルコニアセラミックス、フォルステライトセラミックスなどの熱伝導性の低い金属からなるリング状体としての低熱伝導部材３４を装着する一方、両端部には銅、クローム銅、アルミニュウムなどのこれよりも熱伝導性の高い金属からなるリング状体としての高熱伝導部材３５，３５を装着する。なお、ここで熱伝導性の高い低いとは基本的には低熱伝導部材３４と高熱伝導部材３５との間で定められる相対的な値であるが、一般的な材料特性としてはケーシング２の材質を基準としてこれよりも熱伝導度が高いか低いかで分別するしてそれぞれ配置するのが好ましく、特に両者の熱伝導度の差が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上となるようにそれぞれの材料を選択するのが好ましい。上述したような低熱伝導部材３４及び高熱伝導部材３５は、それぞれの部材をケーシング２の外径より僅かに大きな内径のリング状として拡散溶接により接合してもよいし、あるいはそれぞれの部材をケーシング２の外径とほぼ同じ内径として順次嵌入してもよい。さらに、低熱伝導部材３４と高熱伝導部材３５とを、高熱伝導部材３５、低熱伝導部材３４、高熱伝導部材３５の順に配列して拡散溶接などの異種金属の接合手段により接合して一体化し、これを同様にケーシング２に拡散溶接あるいは嵌入することで装着してもよい。そして、この低熱伝導部材３４と高熱伝導部材３５，３５との外側から材料通路８を加熱する加熱手段であるヒータ９およびこのヒータ９を外周側から覆うほぼ円筒状の金属製のヒータカバー１０が嵌合されている。ヒータ９は、線状のヒータを巻いてなるものであるが、ケーシング２の軸方向両端側では巻きを密にする一方、軸方向中間部では巻きを粗にしてある。さらに、図示していないが、前記ケーシング２には、ヒータ９の内側に沿わせて温度センサーが設けられている。この温度センサーは、ヒータ９におけるゲート６側の先端部近傍に位置している。
【００１３】
そして、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１４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１４に形成された通孔３９をも貫通している。４０は、可動型１２の可動側型板であり、この可動側型板４０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。なお、図示していないが、前記固定側型板３や可動側型板４０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。
【００１４】
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１４のランナー１５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１４のランナー１５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の外周部にあるヒータ９の加熱により常時溶融状態に保たれる。
【００１５】
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のケーシング２の軸方向中間部に低熱伝導部材３４を装着するとともに両端部に低熱伝導部材３５を装着し、この外側からヒータ９を両端部で密に中間部で粗に巻装しているので、ヒータ９の熱は両端部に対して中間部で伝わりにくくなっているので、ヒータ９による直接加熱のみに着目すればケーシング２の軸方向中間部は両端部よりも熱エネルギーが伝わらない傾向を示すことになり、型体の本体部である固定側型板３にケーシング２が両端部で接触していることに起因する両端部からの放熱が相殺され、結果としてケーシング２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８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。
【００１６】
しかも、低熱伝導部材３４、高熱伝導部材３５はケーシング２の外周面に接触する金属製のリング状体からなるので、ケーシング２に対して確実に熱を伝えることができるため、低熱伝導部材３４、高熱伝導部材３５によるケーシング２の中間部と両端部との温度調整を確実に行なうことが可能となっている。しかも、リング状の低熱伝導部材３４、高熱伝導部材３５をケーシング２に装着するだけでよいので、従来の金型装置にも容易に組み込むことができる。
【００１７】
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、低熱伝導部材３４、高熱伝導部材３５は、金属製である必要はなく、熱伝導度に差を持たせることができれば、セラミックや耐熱性樹脂製などであってもよい。また、リング状である必要はなく複数に分割してもよい。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、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この孔部の内面との間に隙間を保持して組み込まれたバルブ本体を有し、このバルブ本体内のケーシングに前記ゲートに通じる材料通路を形成するとともに、前記ケーシングの外周部の軸方向中間部に低熱伝導部材を装着するとともに両端部に該低熱伝導部材より熱伝導性の良好な高熱伝導部材を装着し、その外周にヒータを設けたものであるので、そして、ヒータを外周部に設けたバルブ本体においては、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、バルブ本体の軸方向中間部に熱伝導性の悪い低熱伝導部材を装着するとともにその両端部にそれよりも熱伝導性の良好な高熱伝導部材を装着しているので、ヒータの熱はバルブ本体のケーシングの両端部で伝わりやすく軸方向中間部で伝わりにくくなっているため、バルブ本体の軸方向中間部がヒータニより直接加熱される分の熱量が減少し、バルブ本体の材料通路内の成形材料の温度差が低減する。
【００１９】
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の発明のバルブゲート式金型装置において、前記伝熱体は、前記ケーシングの外周面と型体の本体部とに接触する金属製のリングからなるものである。このため、この金属製のリングを通してヒータからバルブ本体のケーシングへ熱が伝導する。
【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】同上横断面図である。
【図３】従来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。
【符号の説明】
１ バルブ本体
３ 固定側型板（本体部）
４ 孔部
８ 材料通路
９ ヒータ
１１ 固定型（型体）
１２ 可動型（型体）
１３ 製品キャビティ
１５ ランナー（材料通路）
２１ バルブ装置
３４ 低熱伝導部材
３５ 高熱伝導部材

Claims (2)

1. 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この孔部の内面との間に隙間を保持して組み込まれたバルブ本体を有し、このバルブ本体内のケーシングに前記ゲートに通じる材料通路を形成するとともに、前記ケーシングの外周部の軸方向中間部に低熱伝導部材を装着するとともに両端部に該低熱伝導部材より熱伝導性の良好な高熱伝導部材を装着し、その外周にヒータを設けたことを特徴とするバルブゲート式金型装置。
2. 前記低熱伝導部材及び高熱伝導部材が前記ケーシングの外周面に接触する金属製のリング状体からな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。

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