(57)【要約】射出成形機のための逆止バルブである。逆止バルブは、ステム部分と、溶融チャネルが開いた位置と溶融チャネルが閉じた位置との間において、前記ステム部分に沿って可動なリング部分とを有する。溝部は、リング部分における前面に形成される。溝部は、動作時には、溶融物を受けて、半径方向にリングの外周部分を押圧して、リング部分と射出成形機の壁面との間にシールを提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形機の逆止バルブのためのシールであって、該シールは、
前記バルブの面に係合可能であって、溶融通路への射出成形材料の流れを閉鎖する後面と、
前記リングの外周面の内側にあって前記バルブの前面から前記後面へ向けて延在する溝部と、
を有するリングを備えることを特徴とするシール。
【請求項２】
前記溝部は、前記リングの長さに対して、相対的に浅くなっていることを特徴とする請求項１に記載のシール。
【請求項３】
前記溝部は、前記リングから延びる可撓性の薄い延長部を形成すべく、前記リングのまわりに相対的に薄い環状リップを形成し、前記延長部は、動作時に、射出成形材料によって屈曲し、前記リングと射出成形チャネルの壁面との間にシールを形成することを特徴とする請求項１に記載のシール。
【請求項４】
前記溝部は、Ｖ字形の溝部であることを特徴とする請求項３に記載のシール。
【請求項５】
前記溝部は、Ｖ字形の溝部であって、Ｖ字形の片側は、前記壁面に対して平行方向に延びて、前記環状リップを形成していることを特徴とする請求項３に記載のシール。
【請求項６】
射出成形機のための逆止バルブであって、前記逆止バルブは、
ステム部分と、
溶融チャネルが開いた位置と溶融チャネルが閉じた位置との間において、前記ステム部分に沿って可動なリング部分と、
前記リング部分における前面に形成される溝部とを有し、
前記溝部は、動作時には、溶融物を受けて、半径方向に前記リングの外周部分を押圧して、前記リング部分と前記射出成形機の壁面との間にシールを提供することを特徴とする逆止バルブ。
【請求項７】
前記溝部は、Ｖ字形の溝部であることを特徴とする請求項６に記載の逆止バルブ。
【請求項８】
前記溝部は、Ｖ字形の溝部であって、Ｖ字形の一方の側は、前記壁面に対して平行方向に延びて、前記外周部分を形成していることを特徴とする請求項６に記載の逆止バルブ。
【請求項９】
前記溝部は、前記リングの長さに対して、相対的に浅くなっていることを特徴とする請求項６に記載の逆止バルブ。
【請求項１０】
射出成形機のための逆止バルブであって、前記逆止バルブは、
ステム部分と、
溶融チャネルが開いた位置と溶融チャネルが閉じた位置との間において、前記ステム部分に沿って可動なリング部分と、
前記リング部分における前面に形成される溝部とを有し、
該溝部は、前記リングから延びる可撓性の薄い延長部を形成すべく、前記リングのまわりに相対的に薄い環状リップを形成し、前記延長部は、動作時に、射出成形材料によって屈曲し、前記リングと射出成形チャネルの壁面との間にシールを形成することを特徴とする逆止バルブ。
【請求項１１】
前記溝部は、Ｖ字形の溝部であることを特徴とする請求項１０に記載の逆止バルブ。
【請求項１２】
前記溝部は、Ｖ字形の溝部であって、Ｖ字形の一方の側は、前記壁面に対して平行方向に延びて、前記環状リップを形成していることを特徴とする請求項１０に記載の逆止バルブ。
【請求項１３】
前記溝部は、前記リングの長さに対して、相対的に浅くなっていることを特徴とする請求項１０に記載の逆止バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には、金属射出成形機やダイキャスト機のための逆止バルブに関し、限定はしないが、より詳しくは、そのようなバルブ用のシール、特にそのようなバルブ用のリップシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の技術水準においては、プラスチック用及び金属用のいずれの射出成形機についても、そのための多くの逆止バルブが存在している。これらの逆止バルブの多くは、プラスチックの環境においては満足に機能するが、ほとんどのものは、金属用の射出成形機においては満足に機能しない。プラスチックは粘性が高いため、小さな隙間を通って流れる傾向がない。溶融金属は、はるかに高温であり、はるかに低い粘性を有するため、許容できる隙間は、プラスチックのモールド成形で許される隙間に比べて、はるかに小さくなる。このため、金属のモールド成形においては、より厳しい公差が求められる。現在までのところ、満足の出来る、金属のモールド成形用の逆止バルブは開発されていない。今日使用されている逆止バルブは、バイパス漏れが極めて少ないことという要求条件と、極めて過酷な機械的荷重、化学的反応性、及び高温といった環境中における動作に耐えられることという要求条件との２つの要求条件を満足するものではない。今日使用されている逆止バルブは、その有効寿命が極めて短時間で、しばしば交換を要することから、モールド成形やキャスト成形の工程を実質的に分裂させ、満足できる部品の生産数を減少させる。
【０００３】
以下に参照する特許は、今日利用可能なシールの代表例である。
１９９９年２月２日にイワシタに与えられた特許文献１は、ピストン本体の片側に形成されたピストンシールを開示している。ピストン本体は、シールの背面部分を受け入れるためのテーパ面を有している。前方部分はリップを有する。テーパ面とリップ部分に働く油圧の合力によって、シールはシリンダの壁面に対して押圧される。シールは加硫してピストンに付着する。
【特許文献１】米国特許第５，８６５，４４２号明細書
【０００４】
１９５６年４月１７日に テイラーらに与えられた特許文献２は、ピストンの溝部にモールドされた、プラスチック製シールを開示している。シールはリップ部分を有し、リップ部分は、ピストンに配置されたＯリングの作用によって、シリンダのボア孔に密に接触するように押し込まれている。
【特許文献２】米国特許第２，７４２，３３３号明細書
【０００５】
１９８０年１１月４日に トラウブに与えられた特許文献３は軸をシールするためのシール組立体を開示している。シールは、Ｙ字形の横断面を有する第１のシールリングと、Ｌ字形の横断面を有する第２のシールリングから構成される。２つのリングは、Ｌ字形の部分に沿って境界をなす。Ｙ字形のシールはゴムから作られ、Ｌ字形のリングはＰＴＦＥから作られる。
【特許文献３】米国特許第４，２３１，５７８号明細書
【０００６】
１９８８年５月１０日に発行された特許文献４は、地下水の井戸のためのシール組立体を開示している。第１の非エラストマーのシール要素は、ピストンに固定されたハブ部分と、シリンダに対してシール式に係合可能な、外方へ広がったスカート部分とを有する。弾性金属から作られた第２のシール要素は、ピストンに固定され、第１の要素におけるスカート部分に締り嵌めする、円錐台のリップ部分を形成している。
【特許文献４】米国特許第４，７４３，０３３号
【０００７】
１９９６年４月１６日に ステインらに与えられた特許文献５は、ポリマーの本体の壁面に接触するリップの表面に形成された、一連の同軸的な溝部を有するリップシールを開示している。
【特許文献５】米国特許第５，５０７，５０５号
【０００８】
これらの参照文献は、特定の環境におけるリップシールの使用を教示しているけれども、それらの中には、金属部品のモールド成形に伴う、熱、圧力、及び腐食に耐えられるものは存在しない。プラスチックの射出成形機の環境においてさえ、それらのすべてが満足に動作するかどうか疑わしい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
金属の射出成形及びダイキャスト用の逆止バルブであって、耐久性を備えていて、高温、射出圧、及び腐食性の環境に耐えられ、射出ストローク中に供給シリンダへ溶融金属が逆流することを阻止すべく、射出チャネルを効果的にシールするような、逆止バルブを求める要望が存在する。上に参照した特許はいずれも、金属射出成形中の逆止バルブなどを効果的にシール可能ように改変できるような、逆止バルブ用のシールやシール装置を開示していない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、射出成形機やダイキャスト機のための改良されたシールを提供し、より詳しくは、金属射出成形機に用いるための、逆止バルブにおける逆止リングのためのリップシールを提供する。
【００１１】
特に、本発明によって提供される、射出成形機における逆止バルブのためのシールは、射出成形材料が溶融通路に流入するのを閉鎖するための、バルブ面に係合可能な後面を有するリングを備え、リングの外周面の内側に溝部が設けられる。溝部は、バルブの前面から後面へ向けて延びている。
【００１２】
本発明は、射出成形機のための逆止バルブを提供する。逆止バルブは、ステム部分と、溶融チャネルが開いた位置と溶融チャネルが閉じた位置との間において、ステム部分に沿って可動なリング部分とを有する。リング部分における前面には溝部が形成される。溝部は、動作時には、溶融物を受けて、半径方向にリングの外周部分を押圧して、リング部分と射出成形機の壁面との間にシールを提供する。
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の例示的な実施形態について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の構造と動作について、逆止バルブの機能と耐久性を改善する文脈において説明するが、逆止バルブは、半固体（たとえば、チキソトロピーの）状態においてマグネシウムなどの金属合金をモールド成形する射出成形システムにおけるバレル組立体で用いるように構成される。そうした射出成形システムのいくつかについて、その構造と動作の詳細な説明は、米国特許第５，０４０，５８９号及び米国特許第６，４９４，７０３号によって入手可能である。上記にかかわらず、本発明の逆止バルブの一般的な有益性や、他の合金金属（アルミニウム、亜鉛など）に対する互換性について、そうした限定を意図するものではない。
【００１４】
図１Ａには、従来技術による射出成形システムにおけるバレル組立体を示している。
図示のバレル組立体１３８は、軸線上に円筒ボア孔１４８Ａが形成された、細長い円筒バレル１４０を具備している。バレル組立体は、クランプユニット（図示せず）の静止プラテン１６に結合されている。ボア孔１４８Ａは、スクリュー１５６と協働すべく構成され、金属原料を処理及び輸送し、射出中には、溶融したモールド材料を蓄積し、続いて送り出す手段である。スクリュー１５６は、細長い円筒本体部分１５９のまわりに設けられた、螺旋の羽根１５８を具備している。スクリューにおける不図示の後部部分は、駆動組立体に結合すべく構成されており、スクリュー１５６の前方部分は、逆止バルブ１６０を受け入れるように構成されている。逆止バルブ１６０の動作部分は、スクリュー１５６における前方合致面ないし肩部３２に配置されている。バレル組立体１３８は、射出成形機のノズル１４４とバレル１４０の前端との中間に配置された、バレルヘッド２を具備している。バレルヘッド２には、溶融通路１０が形成され、この溶融通路は、バレルボア孔１４８Ａを、射出成形機のノズル１４４を通って設けられた相補的な溶融通路１４８Ｃに結合する。バレルヘッド２を貫通する溶融通路１０は、内側へテーパした部分を具備し、溶融通路の直径を、はるかに細い射出成形機のノズル１４４の溶融通路１４８Ｃへと移行させている。バレル１４０における中心のボア孔１４８Ａは、ステライト（登録商標）などの耐腐食性材料から作られたライニング１２を具備し、例えば インコネル（登録商標）などのニッケルベースの合金から一般的に作られている、バレルの生地材料を、高温の溶融金属の腐食特性に対して保護する。バレル組立体１３８における他の部分であっても、溶融したモールド材料に接触する部分については、同様な保護ライニングないしコーティングを備えると良い。バレル１４０はさらに、不図示の供給口を介して、細かく砕かれた金属の原料源に結合されており、供給口はバレル１４０における上部後方部分に配置されている。供給口は、原料を、バレル１４０のボア孔１４８Ａの中へと導く。そして、原料は、処理された溶融材料になるために、機械的な加工を受け、バレルボア孔１４８Ａに協働するスクリュー１５６の作用を受け、制御下における加熱を受ける。不図示の一連の加熱器によって熱が与えられ、加熱器は、バレル組立体１３８の長さのうち実質的な部分に沿って配置され、射出成形機のノズル１４４に沿って加熱器１５０が配置される。
【００１５】
射出成形金型は、少なくともひとつの成形キャビティ（図示せず）を形成されて具備し、金型のコールドハーフ（図示せず）と金型のホットハーフ１２５との間に共有される相補的な成形インサートの間において緊密に協働する。金型のコールドハーフは、少なくともひとつのコア成形インサートが内部に配置された、コアプレート組立体を具備する。金型のホットハーフ１２５は、キャビティプレート組立体１２７を具備し、少なくともひとつの相補的なキャビティ成形インサートを内部に配置され、ランナーシステム１２６の面に取り付けられている。ランナーシステム１２６は、射出成形機のノズル１４４における溶融通路１４８Ｃを、少なくともひとつの成形キャビティに結合して、該成形キャビティを充填するための手段を提供する。一般的に知られているように、ランナーシステム１２６は、オフセット式又はマルチドロップ式の、ホットランナー、コールドランナー、コールドスプルー、又はその他の公知の溶融物分配手段である。動作に際しては、金型を閉じてクランプした状態において、コアとキャビティ成形インサートは協働して、少なくともひとつの成形キャビティを形成して、ランナーシステム１２６から受けたモールド材料の溶融物を受け入れて成形する。
【００１６】
動作に際しては、バレル組立体１３８における射出成形機のノズル１４４は、成形金型の注湯ブッシング５５に係合し、溶融物は、金型の中に射出される（すなわち、溶融物の射出によって生じる反力に対して作用する）。
【００１７】
モールド成形工程は概略、以下の段階を含む。
ｉ）バレル１４０の後端部分への金属原料の流入を確立する。
ｉｉ）金属原料を加工（すなわち剪断）し、加熱してチキソトロピー状態の成形材料の溶融物を得るために、
ａ．スクリュー１５６の運転（すなわち回転及び引っ込み）は原料／溶融物を輸送するように機能して、スクリューの羽根１５８は、バレル１４０の長さに沿って、軸線ボア孔１４８Ａと協働して、逆止バルブ１６０を通過させ、逆止バルブ１６０の前方に形成された蓄積領域へと流入させる。
ｂ．原料がバレル組立体１３８の実質的部分に沿って移動するとき、原料を加熱する。
ｉｉｉ）射出成形の金型半体を閉じてクランプする。
ｉｖ）射出成形機のノズル１４４を通して蓄積した溶融物を射出し、スクリュー１５６を前方へ並進させて、溶融物を射出成形金型の中に注入する。
ｖ）任意的事項として、射出圧力の適用を維持することによって、少なくとも成形キャビティの中にあるすべての空洞を充填する（すなわちパッキング）。
ｖｉ）射出成形金型の冷却によって成形品が固化したならば、成形金型を開く。
ｖｉｉ）成形品を射出成形金型から取り外す。
ｖｉｉｉ）任意的事項として、次回の成形サイクルのために、射出成形金型のコンディショニングを行う（例えば、剥離剤の塗布など）。
【００１８】
続く射出成形のために溶融物の一定量を準備する段階（すなわち段階ｉ）及び段階ｉｉ）。）は一般的に「リカバリー」として知られており、少なくともひとつの成形キャビティに充填及びパッキングする段階（すなわち段階ｉｖ）及び段階ｖ）。）は一般的に「インジェクション」として知られている。
【００１９】
逆止バルブ１６０は、バレル１４０の前方にある蓄積領域に向けて溶融物を前方へ輸送するように機能するが、その他の点においては、溶融物の射出中に溶融物が逆流するのを防止する。逆止バルブ１６０が適切に機能することは、両側にある溶融物の間の圧力差（すなわち、リカバリー中にはバルブの後方が高圧で、インジェクション中にはバルブの前方が高圧になる。）に依存している。金属の射出成形に使用するための代表的な逆止バルブの構造及び動作については、米国特許第５，６８０，８９４号に開示されている。
【００２０】
図１及び図２を参照すると、本発明の好ましい実施形態による、金属射出成形機のための、射出成形組立体におけるバレル組立体の一部分を示している。図１は、バレル組立体の端面図を示しており、図２は、本発明によって改良されたシールを備えた組立体の断面図を示している。
【００２１】
図２に示すように、バレルヘッド２は、ボルト通路６に通されたボルト手段によって、バレル４に取り付けられている。キャビティプレート（図示せず）は、ボルト孔８に通されたボルト手段によって、バレルヘッド２に取り付けられる。逆止バルブにおけるステム２２は、図１Ａに示したスクリュー１５６のような射出成形スクリューに、ネジ２４によって取り付けられる。逆止リング２２は、当業者に周知のように、チャネル内のスクリューの回転によって提供される溶融物の圧力によって、開いた位置へ押し出される。溶融物は、肩部３１及び３２の間の通路を通って、リング２２とステム２０との間の表面に沿って流れ、ステム２０の前方にある溶融物の通路１０を充填する。溶融物通路１０の内部に充分な溶融物が供給されると、スクリューの回転を止めてから、スクリューを前方へ並進させることによって、溶融物を金型の内部へ射出する。スクリューを前方へ動かすと、溶融物は、リング２２の前面に圧力を作用させ、リングを押し戻して、図３に示す如く、肩部３１及び３２において溶融物の流路をシールする。また、溶融物は溝部３４に圧力を発生させ、バレル４のライニング１２の内壁に対して溝部３４の外周部を押圧させて、それにより、ライニング１２の内壁とリング２２の外壁との間の領域へ溶融物が漏れ出るのを防止する。
【００２２】
図３において、逆止バルブのステム２０は、スクリュー１５６のような可塑化スクリューに設けたネジと係合するネジ２４を有し、必要時にはスクリューから逆止バルブを取り外すことができる。逆止リング２２は、第１の肩部３１を有し、肩部３１は、逆止バルブが図示の閉じた位置にあるとき、逆止リングの座部３３に設けた肩部３２と係合する。肩部３１及び３２は、わずかに傾斜していて、シール面を長くし、流路を滑らかにしており、溶融物を金型に射出するとき、射出成形機のバレルに溶融物が逆流するのを防止する。逆止リング２２と、ステム２０と、バレルのライニング１２とは、高温及び高圧において高い強度を有し、腐食しない鋼から作るのが好ましい。例えば、マグネシウムをモールド成形する場合には、これらの要素は、ニッケル含有量がゼロであり、６００℃の高温と、１２９Ｍｐａの高圧とに耐えられる必要がある。
【００２３】
リング２２の前方部分は、溝部ないし切欠部分３４を具備している。溝部３４は、外周リング部分３６を創り出し、この外周リング部分は、金型に溶融物を射出すべくスクリューが前方へ動くと、溶融物チャネル内の溶融物によって作用する圧力によって屈曲する。溝部３４内の溶融物は、溝部の表面を押圧して、溶融物の力は、リング部分３６をバレルライニング１２の表面に向けて押し当ててシールを形成し、溶融物の流れがバレルライニング１２の壁面に沿って逆流することを防止する。
【００２４】
わずかな可撓性をもつリング部分３６を設けることによって、非常に流動的な溶融物に対して、より効果的なシールが得られて、従来の金属射出成形及びダイキャストにおいて必要とされていたような極めて密な公差を求められることもない。このデザインによれば、溶融物の圧力は、射出成形中にシールを維持する助けになるが、従来用いられていた円筒シールにおいては、溶融物の圧力は、円筒シールとバレルの壁面との間を引き離す傾向がある。この圧力は、バレルの内径と逆止リングの外径との間に、極めて密な公差を必要とした。この密な公差によって、バレルと逆止リングとの間には摩耗の問題が生じ、バレルと逆止リングとの表面が近接しているために摩擦損失が生じる。これらの問題点は、新たな逆止リング２２によって実質的に回避することができるが、というのは、逆止リング２２は逆止リング２２の外側とバレルの壁面のライニング１２との間にはわずかな隙間が得られ、溶融物による圧力下にあるリング部分３６の屈曲は、かかるわずかな隙間にわたってシールを維持するためである。
【００２５】
既存のデザインによる金属モールドのための逆止バルブは、割れ目と継ぎ目とを備えた構造になっている。これらの割れ目と継ぎ目のために、バレルと流路における他の長手方向の表面に沿って、低粘度の金属溶融物に軸線方向の漏れが生じる。この漏出は、射出成形工程にとっては破壊的であって、予測不能な注入体積の変動や、バルブの早期の機械的な故障、及び最も顕著には、様々な表面を高い速度で腐食させる。我々のデザインによる簡単なリップシールによれば、割れ目や継ぎ目を使用する必要性は解消され、実際上、漏れを解消し、バルブの有効寿命を実質的に長くし、長期間にわたって高い再現性の注入体積を提供する。
【００２６】
図４に示すように、ステム２０の端部は、４つの指部４０に分岐していて、スクリュー（図示せず）が後方へ並進して、逆止バルブが開いた位置にあるとき、溶融物が成形キャビティへ流入するための４つの領域を創り出している。指部４０は、逆止リング２２のためのストッパを提供し、逆止バルブと共に移動することを確実にする。ステム２０における分岐した端部の外周部４２には、バレルの内面に対してわずかな隙間が設けられ、指部４０とバレルライニング１２との間に引きずる接触が存在しないことを確保している。
【００２７】
図５、図５Ａ、及び図５Ｂは、逆止リング２２を詳しく示している。内壁３８は、逆止バルブが開いた位置にあるとき、指部４０に接触する前方ストッパ面を提供する。外周部４２は、リング部分３６のための前方ストッパを提供する。
図６は、本発明による第２の実施形態を示している。この実施形態においては、逆止リングが２つの部品から形成されている。主要部分５０は、バルブを通る溶融物の流路の外面と、シール部分５２を支持する肩部とを提供し、シール部分は主要部分５０に対して、ろう付け又は溶接又はその他の適当な手段によって取り付けられ、または、自由に動けるようになっている。逆止リング２２ａにおいて、逆止リング２２の部分に対応する箇所には、同一の参照符号の末尾に“ａ”を付している。
【００２８】
上述した説明は単なる例示であって、もちろん、本発明の範囲内においてその詳細に改変を施し得ることを理解されたい。例えば、本発明の説明において、逆止リングの溝部は略Ｖ字形に設けていたけれども、卵形や矩形などの他の多くの形状の溝部を採用することができる。重要な観点は、溝部に設けられた面が半径方向の力の成分を受けて、可撓性の部分をバレル表面に対してシール接触させることである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】金属射出成形機におけるバレルを示した端面図である。
【図１Ａ】従来技術による射出成形機のためのバレル組立体を示した断面図である。
【図２】図１の断面２−２に沿った断面図であって、逆止バルブが開いた状態を示している。
【図３】図４の断面３−３に沿った詳細断面図であって、改良された逆止バルブが閉じた状態を示している。
【図４】図３に示した逆止バルブの端面図である。
【図５】逆止バルブをシールする逆止リングを示した斜視図である。
【図５Ａ】逆止リングを示した断面図である。
【図５Ｂ】逆止リングを示した端面図である。
【図６】さらに別の実施形態による、改良された逆止バルブを詳しく示した断面図である。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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