(57)【要約】【課題】ガス化した樹脂を吸収する部材の配置により各部材への樹脂の付着を防止するとともに、バルブピンの摩耗・損傷を抑える。【解決手段】溶融樹脂が充てんされるキャビティＣの一部を形成する固定側金型部材１０、この固定側金型部材１０内に設けられキャビティＣに開口するゲートＧに臨む通孔１９ａを有するバルブケーシング１９、このバルブケーシング１９内に配置され軸方向に移動されることによりゲートＧを開閉するバルブピン３２、通孔１９ａに保持されてバルブピン３２を摺動可能に保持するガイドブッシュ３０、を備えたバルブゲート式金型において、ガイドブッシュ３０を、鋼材等からなりバルブピン３２を摺動保持する円筒内面を有する略筒状の摺動部材３０Ａと、この摺動部材３０Ａの外周側に軸方向全長にわたり設けられ溶融樹脂から発生するガスを吸収する気孔を備えた通気性金属からなる通気部材３０Ｂとを有する構成とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融樹脂が充てんされるキャビティの一部を形成する固定側金型部材と；該固定側金型部材内に設けられ前記キャビティに開口するゲートに臨む通孔を有するバルブケーシングと；該バルブケーシング内に配置され軸方向に移動されることにより前記ゲートを開閉するバルブピンと；前記通孔内に保持されて前記バルブピンを摺動可能に保持するガイドブッシュと；を備え、
該ガイドブッシュが、鋼材等から形成され前記バルブピンを摺動保持する円筒内面を有する略筒状の摺動部材と、該摺動部材の外周側に軸方向全長にわたり設けられ溶融樹脂から発生するガスを吸収する気孔を備えた通気性を有する多孔質金属体により形成されている通気部材とを有することを特徴とするバルブゲート式金型。
【請求項２】
前記通気部材の気孔率が軸方向ゲート側でより高くなるように前記ガイドブッシュが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブゲート式金型。
【請求項３】
請求項１または２に記載のバルブゲート式金型の製造方法であって、
金属粉末を含むスラリーをドクターブレード法によりキャリアシート上に延ばしてスラリー層を形成するスラリー層形成工程と、
該スラリー層を乾燥させてグリーンシートとする乾燥工程と、
該グリーンシートを脱脂・焼結して焼成体とする焼成工程と、
前記グリーンシートあるいは焼成体を加工成形して前記摺動部材の外周面に巻き付ける成形工程とを行うことにより、前記摺動部材の外周面に前記通気部材を備えた前記ガイドブッシュを製造することを特徴とするバルブゲート式金型の製造方法。
【請求項４】
前記スラリーが発泡剤を含み、前記スラリー層形成工程と前記乾燥工程との間に、前記スラリー層を加熱して前記発泡剤を気化させる発泡工程を有することを特徴とする請求項３に記載のバルブゲート式金型の製造方法。
【請求項５】
前記スラリー層形成工程において、気孔率が高い高通気部と気孔率が低い緻密部とが幅方向に連なるスラリー層を形成し、前記高通気部が前記ゲート側となるように前記ガイドブッシュを形成することを特徴とする請求項３または４に記載のバルブゲート式金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂の射出成形に用いられるバルブゲート式金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、熱可塑性樹脂の射出成形に用いられるホットランナー金型は、成形能率を高めるために、スプルー、ランナーからゲートに至るまでの樹脂を常時溶融状態に保つように構成されている。
また、この金型は、樹脂をキャビティ内に充填する際にはゲートを開き、充てん後においてはゲートを閉じてキャビティ内の樹脂を固化させるようにするため、ゲートの開閉機構を備えている。このゲートの開閉方式として、ゲートをバルブにより機械的に開閉するバルブゲート方式が知られている。
【０００３】
バルブゲート式金型では、樹脂が常時溶融状態に保たれるので、溶融樹脂からガス化した樹脂が多量に発生し、各金型部材の隙間に付着することが問題となりやすい。特に、ゲートを開閉するために移動を繰り返すバルブピンの外周面に樹脂が付着すると、バルブピンを保持するガイドブッシュとバルブピンとの摺動性が悪化し、ゲートの開閉不良を起こす虞がある。また、樹脂を溶融状態に保つためのヒータのリード線や、樹脂の温度を検出するための温度センサのリード線に樹脂が付着すると絶縁不良あるいは断線等を引き起こすという問題があった。
【０００４】
これに対して、各金型部材間の隙間をガスが流れてここに固着しないように、ガス化した樹脂を通過させ吸収する部材を設けて、上述した問題を解決する技術が提案されている。（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特許３１６６４６５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような金型による射出成形は１００万回にもおよぶことがあり、その都度移動されてゲートを開閉するバルブピンは、ガイドブッシュとの摩擦によって摩耗・損傷してしまう。バルブピンによるゲートの開閉が不完全になると成形品を正常に形成できなくなるため、射出成形作業を中断してバルブピンを交換しなければならないといった問題が生じる虞があり、バルブピンとガイドブッシュとの摩擦を極力小さくすることが求められていた。
【０００７】
本発明は、以上の課題に鑑みてなされたもので、金型を構成する各部材への樹脂の付着を防止するとともに、バルブピンの摩耗・損傷を抑え、射出成形を安定して行うことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係るバルブゲート式金型は、溶融樹脂が充てんされるキャビティの一部を形成する固定側金型部材と、この固定側金型部材内に設けられキャビティに開口するゲートに臨む通孔を有するバルブケーシングと、このバルブケーシング内に配置され軸方向に移動されることによりゲートを開閉するバルブピンと、通孔内に保持されてバルブピンを摺動可能に保持するガイドブッシュとを備えた構成となっていて、ガイドブッシュが、鋼材等から形成されバルブピンを摺動保持する円筒内面を有する略筒状の摺動部材と、この摺動部材の外周側に軸方向全長にわたり設けられ溶融樹脂から発生するガスを吸収する気孔を備えた通気性金属により形成されている通気部材とを有することを特徴としている。
【０００９】
この発明によれば、溶融樹脂から発生したガスが、通気性金属により形成されたガイドブッシュの通気部材の気孔を通過するので、ガス化した樹脂をこの気孔の表面に付着させることにより、バルブピンや他の金型部材への樹脂の付着を防止することができる。
また、ガイドブッシュの摺動部材が鋼材等により形成されているので、バルブピンに対する摺動性に優れ、バルブピンの摩耗を抑制することができる。
【００１０】
請求項２の発明に係るバルブゲート式金型は、請求項１のバルブゲート式金型において、通気部材の気孔率が軸方向ゲート側でより高くなるようにガイドブッシュが形成されていることを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、ガイドブッシュの通気部材が、ガスが発生する溶融樹脂側であるゲート側で目詰まりしにくいので、通気部材全体の気孔内表面を樹脂の吸着面とすることができ、ガイドブッシュの耐用期間を長くすることができる。
【００１２】
請求項３の発明に係るバルブゲート式金型の製造方法は、請求項１または２のバルブゲート式金型の製造方法であって、請求項１または２に記載のバルブゲート式金型の製造方法であって、金属粉末を含むスラリーをドクターブレード法によりキャリアシート上に延ばしてスラリー層を形成するスラリー層形成工程と、スラリー層を乾燥させてグリーンシートとする乾燥工程と、グリーンシートを脱脂・焼結して焼成体とする焼成工程と、グリーンシートあるいは焼成体を加工成形して摺動部材の外周面に巻き付ける成形工程とを行うことにより、摺動部材の外周面に通気部材を備えたガイドブッシュを製造することを特徴としている。
【００１３】
この発明によれば、金属粉末を圧縮せずに焼成することにより、気孔率の高い多孔質金属体からなる通気部材を得ることができ、耐熱性が高くガス化した樹脂の吸着性に優れたガイドブッシュを有するバルブゲート式金型を製造することができる。
【００１４】
なお、グリーンシートを摺動部材に巻き付けてから脱脂・焼結を行うと、グリーンシートが焼結により収縮するため摺動部材の外周面に取り付けるすることが難しいが、焼結後に円筒形の矯正型を用いて荷重を加えることにより接合できる場合もある。
より確実には、焼成工程を行った後、シート状の焼成体を摺動部材に巻き付けて拡散接合すれば、通気部材を摺動部材の外周面に備えたガイドブッシュを製造することができる。
【００１５】
請求項４の発明に係るバルブゲート式金型の製造方法は、請求項３のバルブゲート式金型の製造方法において、スラリーが発泡剤を含み、スラリー層形成工程と乾燥工程との間に、スラリー層を加熱して発泡剤を気化させることにより発泡グリーンシートを形成する発泡工程を有することを特徴としている。
【００１６】
この発明によれば、発泡剤によって、より気孔率が高くガス化した樹脂を通過させやすい通気部材を形成できるので、付着した樹脂による目詰まりが起こりにくく、各金型部材への樹脂の付着を効果的に防止できるバルブゲート式金型を製造することが可能となる。
【００１７】
請求項５の発明に係るバルブゲート式金型の製造方法は、請求項３または４のバルブゲート式金型の製造方法において、気孔率が高い高通気部と気孔率が低い緻密部とが幅方向に連なるスラリー層を形成し、高通気部がゲート側となるようにガイドブッシュを形成することを特徴としている。
【００１８】
この発明によれば、気孔率がシートの幅方向に沿って異なるグリーンシートあるいはシート状焼成体が得られるので、軸方向に気孔率が異なる通気部材を備えたガイドブッシュを容易に製造することができる。
【００１９】
なお、緻密部の気孔率は、溶融樹脂から発生するガスが通過可能かつ溶融樹脂が侵入できない程度であり、２０〜５０％程度とすることが望ましい。また、高通気部の気孔率は、緻密部よりも高く、ガスを十分通過させ吸着させることができる４０〜７０％程度とすることが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。
図１および図２は、本発明に係るバルブゲート式金型を示す断面図である。このバルブゲート式金型は、固定側金型部材１０に対して可動側金型部材２０が図の上下方向に移動して接合、離間自在であり、型締時には接合された両金型部材１０，２０間にキャビティＣが形成されるようになっている。
【００２１】
固定側金型部材１０はキャビティＣを形成するキャビティ部材１１を備えている。キャビティ部材１１は、受板１２，１３およびスペーサブロック１４を介して固定側取付板１５に取り付けられている。固定側取付板１５は射出成形機の固定側プラテンに取り付けられている。
可動側金型部材２０は、受板、スペーサブロックを介して可動側取付板（いずれも図示せず）に取り付けられている。可動側取付板は射出成形機の可動側プラテンに取り付けられ、図の上下方向に移動する可動側プラテンと一体に移動可能となっている。
【００２２】
キャビティＣを形成するキャビティ部材１１には、キャビティＣに開口するゲートＧを形成するゲートブッシュ１８が埋設、固定されている。ゲートブッシュ１８の上部外周面には、キャビティ部材１１に形成された冷却通路１１ａにする冷却通路１８ａが形成されている。この冷却通路１１ａ，１８ａは、冷却通路１１ａ，１８ａの上下に設けられたＯリングＯ１，Ｏ２によって封止されており、ここに水等の冷却媒体が流されている。
【００２３】
キャビティ部材１１に取り付けられたゲートブッシュ１８および受板１２，１３の内側には、バルブケーシング１９が配備されている。バルブケーシング１９の内部にはゲートＧに連通する通孔１９ａおよび樹脂通路１９ｂが形成されており、外周に備えられたヒータＨ２によって加熱保温されている。このバルブケーシング１９の上端には、図２に示すように、スペーサブロック１４によって受板１３と固定側取付板１５との間に形成された空間に配置されているマニホールド１６が当接している。
【００２４】
マニホールド１６の内部には、バルブケーシング１９に形成された樹脂通路１９ｂに連通するランナー１６ａが形成されている。このランナー１６ａは、その一端がバルブケーシング１９の樹脂通路１９ｂと連通する一方、他端は、固定側取付板１５に埋設、固定されているスプルーブッシュ１７のスプルー１７ａに連通している。スプルーブッシュ１７には、スプルー１７ａに溶融樹脂を射出する射出成形機本体のノズル（図示せず）が接続されている。
つまり、射出成形機本体のノズルから射出された溶融樹脂は、スプルーブッシュ１７のスプルー１７ａからマニホールド１６のランナー１６ａ、バルブケーシング１９の樹脂通路１９ｂ、通孔１９ａへと順に流れ、ゲートＧを通過してキャビティＣ内へと充てんされる。
【００２５】
ここで、ゲートＧを開閉する機構について説明する。
ゲートＧはキャビティＣに臨む円形の開口部であって、ゲートＧとほぼ一致する直径を有するバルブピン３２の先端部の嵌合によって開閉される。ゲートＧを開閉するバルブピン３２は、バルブケーシング１９の内部上端部に嵌合固定されたガイドブッシュ３０と、同下端部側に嵌合固定されたバルブピンホルダ３１とによって摺動可能に保持されている。そしてこのバルブピン３２は、マニホールド１６に形成された通孔１６ｂを通して、固定側取付板１５に固定されたシリンダ３３に取り付けられており、このシリンダ３３の駆動によって軸方向（図の上下方向）に移動されるようになっている。
【００２６】
このバルブピン３２の上端側外周面を摺動保持するガイドブッシュ３０は、フランジ部分を有する筒状に形成されており、その円筒内面でバルブピン３２を保持した状態でバルブケーシング１９内の通孔１９ａの上部を閉塞するように通孔１９ａ内に嵌合、固定されている。
【００２７】
このガイドブッシュ３０は、図３に示すように、円筒内面をなす摺動部材３０Ａと、この摺動部材３０Ａの外周側をなす通気部材３０Ｂとで形成されている。摺動部材３０Ａは、摺動性が良好であるハイス鋼などの鋼材から筒状に形成されている。通気部材３０Ｂは、通気性を有する金属からなり、軸方向全長にわたり設けられており、高通気部３０ａよりも気孔率が低い（たとえば２０〜５０％程度）緻密部３０ｂが軸方向シリンダ側に配置され、より気孔率が高い（たとえば４０〜７０％程度）高通気部３０ａが軸方向ゲートＧ側に配置されている。
【００２８】
この通気部材３０Ｂは、シート状に形成された通気性金属を摺動部材３０Ａに巻き付けて形成されるものである。シート状の通気性金属は、図４に示す製造装置１００を用いて、以下のように形成される。
【００２９】
まず、原料粉末および発泡剤を含むスラリーＳを、ローラ１０１，１０２によって搬送されるキャリヤーシート１０３上に、ドクターブレード１０４により延ばして（ドクターブレード法）、所要の厚さのスラリー層Ｓ１を形成する（スラリー層形成工程）。
スラリーＳは、たとえば、原料粉末としてＳＵＳ３１６Ｌ（ステンレス鋼）の粉末（平均粒径１２μｍ）３０〜８０重量％、発泡剤としてヘキサン０．５〜１０重量％、糊成分としてメチルセルロース（バインダー）０．５〜２０重量％、グリセリン０．１〜１．５重量％、界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．０５〜５重量％を含み、残りが水となっている。
【００３０】
このスラリー層形成工程において、図５に示すように、キャリヤーシート１０３の幅方向に沿って発泡剤の量が異なるようにスラリーＳを貯留しておき、キャリヤーシート１０３上に延ばすことにより、発泡剤の量が多い部分に高通気部３０ａを形成でき、発泡剤の量が少ない部分に緻密部３０ｂを形成することができる。また、粒径を大きい原料粉末を用いることにより高通気部３０ａを形成することもできる。この場合、発泡剤を用いずに粒径が異なる原料粉末を幅方向に分布させることにより、高通気部３０ａと緻密部３０ｂを形成することも可能である。
【００３１】
つぎに、形成されたスラリー層Ｓ１を高温高湿加熱装置１０５内を通過させて加熱し、発泡剤を気化させて発泡グリーンシートＳ２を形成する（発泡工程）。高温高湿加熱装置１０５は、炉１０５ａ内を加湿するための水を貯えた水槽１０５ｂと、この水槽１０５ｂ内の水を加熱するヒータ１０５ｃと、キャリヤーシート１０３を下方から加熱するヒータ１０５ｄと、炉１０５ａ内をキャリヤーシート１０３上方から加熱するヒータ１０５ｅとを備えている。
この発泡工程では、たとえば湿度９０％、温度６０℃の高湿度雰囲気下で２０分間の熱処理を行うことにより、発泡剤を気化させ、スラリー層Ｓ１にひび割れ等を生じさせずに、スポンジ状の発泡グリーンシートＳ２を形成することができる。
【００３２】
さらに、発泡グリーンシートＳ２を、赤外線ヒータ１０６ａを有する乾燥機１０６内を通過させて、たとえば空気中で温度８０℃、３０分間の熱処理により乾燥させ、グリーンシートＳ３を形成する（乾燥工程）。
次いで、同様の乾燥機（図示せず）内を通過させて（たとえば空気中で温度５００℃、１５分間）加熱処理し、グリーンシートＳ３を脱脂してグリーンシートＳ３中に糊成分として含まれるメチルセルロース（バインダー）などの有機物を飛ばし、さらに脱脂されたグリーンシートＳ３をたとえば真空雰囲気下で温度１２００℃、１００分間の加熱処理により、金属粉末同士を焼結させる（焼成工程）。
【００３３】
そして、シート状に形成された焼成体を、スラリー層形成工程で形成した高通気部３０ａがゲートＧ側となるようにして摺動部材３０Ａの外周面に巻き付けて拡散接合することにより、通気部材３０Ｂを有するガイドブッシュ３０を形成することができる（図３）。
なお、グリーンシートＳ３を摺動部材３０Ａの外周面に巻き付けてから焼成工程を行い、型等によって加圧矯正することにより通気部材３０Ｂを設けることも可能である。
【００３４】
さらに、このように摺動部材３０Ａと通気部材３０Ｂとを一体とした後で、所望の形状となるように圧縮処理を施すことにより、所望の寸法を得るとともに、スポンジ状の通気性金属を押しつぶして気孔率を小さくしたり、強度を向上させることができる。
【００３５】
なお、ガイドブッシュ３０のフランジ部分の形状は、上述した圧縮処理時の成形や、上述のように形成したグリーンシートあるいはシート状焼成体を二重に巻き付ける等の方法により形成することができる。シート状焼成体同士の接合は、ロウ付けや拡散接合によって可能である。
【００３６】
以上のように構成された金型による射出成形は、以下のように行う。
まず、固定側金型部材１０と可動側金型部材２０とを型締してキャビティＣを形成する。そして、バルブピン３２を上昇させてゲートＧを開いた状態で、射出成形機のノズルから樹脂を射出する。
【００３７】
射出された樹脂は、スプルーブッシュ１７内のスプルー１７ａからマニホールド１６内のランナー１６ａに導かれ、さらにランナー１６ａに連通する樹脂通路１９ｂを経由してバルブケーシング１９内の通孔１９ａに充てんされ、さらに、ゲートＧを通ってキャビティＣ内に注入される。
【００３８】
次に、バルブピン３２を下降させて先端部をゲートＧに嵌合させ、ゲートＧを閉塞する。その後、キャビティＣ内の樹脂が固化した後に、固定側金型部材１０と可動側金型部材２０とを型開きして、樹脂成形体を取り出す。
【００３９】
これら一連の成形動作を繰り返して成形体の製作が行うが、この間、マニホールド１６のランナー１６ａ内の樹脂は、ヒータＨ１によって、またバルブケーシング１９内の通孔１９ａに充てんされた樹脂は、外周部に設けられたヒータＨ２によって加熱されており、常時溶融状態にあるため、その一部がガス化する。ガス化した樹脂は、その圧力によって、バルブケーシング１９とガイドブッシュ３０との間やバルブケーシング１９とその周辺部の各部材との隙間を通って外部に流出しようとする。
【００４０】
この金型では、ガイドブッシュ３０に通気部材３０Ｂが備えられているので、ガス化した樹脂は各部材間の狭い隙間ではなく、通気部材３０Ｂへと流れる。そしてガスは、ゲートＧ側からガイドブッシュ３０の高通気部３０ａの微細な気孔内に侵入し、この気孔の奥部に進むうちに気孔表面に付着する。ガイドブッシュ３０の通気部材３０Ｂは、ガスが最初に侵入するゲートＧ側の気孔が大きい高通気部３０ａとなっているので、この部分での目詰まりが生じにくく、通気部材３０Ｂ全体でガス化した樹脂を吸収することができる。
【００４１】
なお、上記の構成において、ガイドブッシュ３０がバルブケーシング１９に対して着脱自在な構成としておけば、金型の長時間運転によりガイドブッシュ３０の連通気孔が樹脂で目詰まりしてガスを吸収できなくなって他の部分への樹脂の固着を防止できなくなる前に、ガイドブッシュ３０を新しいものと交換して、ガスが各部材間の隙間を流れて固着することを防止できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１の発明に係るバルブゲート式金型によれば、溶融樹脂から発生したガスが、通気性金属により形成されたガイドブッシュの通気部材の気孔を通過するので、ガス化した樹脂をこの気孔の表面に付着させることにより、バルブピンや他の金型部材への樹脂の付着を防止することができる。また、ガイドブッシュの摺動部材が鋼材等により形成されているので、バルブピンに対する摺動性に優れ、バルブピンの摩耗を抑制することができる。
したがって、樹脂の付着によるバルブピンの動作不良、ヒーターや温度センサのリード線の絶縁不良、断線等を防止でき、安定して樹脂成形でき、寿命が長く保守性に優れた金型を得ることが可能となる。
【００４３】
請求項２の発明に係るバルブゲート式金型によれば、ガイドブッシュの通気部材が、ガスが発生する溶融樹脂側であるゲート側で目詰まりしにくいので、通気部材全体の気孔内表面を樹脂の吸着面とすることができる。したがって、ガイドブッシュの耐用期間を長くすることができ、金型のコストを抑えることができる。
【００４４】
請求項３の発明に係るバルブゲート式金型の製造方法によれば、金属粉末を圧縮せずに焼成したことにより、気孔率の高い多孔質金属体からなる通気部材を得ることができ、耐熱性が高くガス化した樹脂を吸着することができるガイドブッシュを有するバルブゲート式金型を製造することができる。
【００４５】
請求項４の発明に係るバルブゲート式金型の製造方法によれば、発泡剤によって、より気孔率が高くガス化した樹脂を通過させやすい通気部材を形成できるので、目詰まりがしにくくガスの吸収性に優れたガイドブッシュを得て、各金型部材への樹脂の付着を効果的に防止できるバルブゲート式金型を製造することが可能となる。
【００４６】
請求項５の発明に係るバルブゲート式金型の製造方法によれば、気孔率がシートの幅方向に沿って異なるグリーンシートあるいはシート状焼成体が得られるので、軸方向に気孔率が異なる通気部材を備えたガイドブッシュを容易に製造することができ、ガス化した樹脂の付着によるバルブピンの動作不良やヒータ、リード線の絶縁不良、断線等の問題を回避できる金型を容易に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるバルブゲート式金型の要部を示す断面図である。
【図２】図１に示すバルブゲート式金型の要部を拡大する断面図である。
【図３】ガイドブッシュを示す断面図である。
【図４】グリーンシートの製造装置を示す概略図である。
【図５】グリーンシートの製造工程において、発泡剤あるいは金属粉末の粒径と気孔率との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０  固定側金型部材
１９  バルブケーシング
１９ａ  通孔
３０  ガイドブッシュ
３０Ａ  摺動部材
３０Ｂ  通気部材
３０ａ  高通気部
３０ｂ  緻密部
３２  バルブピン
Ｃ  キャビティ
Ｇ  ゲート
【図１】
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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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