JPH11339941A - ヒーターおよびこのヒーターを用いたバルブゲート式金型装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 筒状のヒーターを被加熱物であるバルブケー
シングに確実に密着させる。バルブケーシングに対する
ヒーターの着脱を容易にする。 【解決手段】 バルブケーシングの外周側に嵌合される
ヒーター36は、円筒形状の被覆材52内に発熱体51を埋め
込んだものである。被覆材52は、外筒体53と内筒体54と
からなる。外筒体53はステンレスなどからなり、内筒体
54は、ステンレスよりも熱膨張率の大きい銅合金などか
らなる。ヒーター36が発熱すると、内筒体54が外筒体53
よりも大きく熱膨張するが、外筒体53に押さえられるこ
とにより、内筒体54は、外径の拡大よりも内径の縮小を
生じる。これにより、ヒーター36の内周面がバルブケー
シングの外周面に締め付けられて密着する。常温では、
バルブケーシングに対するヒーター36の締め付けは弱く
なっており、このヒーター36を容易に着脱できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒーターおよびこ
のヒーターを用いたバルブゲート式金型装置に係わり、
熱可塑性樹脂の射出成形などに利用されるものである。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】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装置は、成形能率を
高めるために、キャビティへのゲートまでの材料通路内
の樹脂を加熱して常時溶融状態に保つものである。一
方、製品となるキャビティ内の樹脂は冷却させて固化さ
せなければならないため、ホットランナー金型装置で
は、何らかの手段によるゲートの開閉が必要である。こ
のゲートの開閉方式として、バルブピンによりゲートを
機械的に開閉するバルブゲート方式がある。

【０００３】バルブゲート方式の金型装置では、内部が
材料通路をなす筒状のバルブケーシング内に、ゲートを
開閉するバルブピンを内蔵しており、前記材料通路を加
熱するために、バルブケーシングの外周面に筒状のヒー
ターを嵌合している。このヒーターをバルブケーシング
に固定する構成には各種のものがあるが、ヒーターがバ
ルブケーシングの表面に密着していないと加熱効率が低
下するので、ヒーターをバルブケーシングの表面に確実
に密着させることが重要である。

【０００４】ヒーターをバルブケーシングに固定する構
成としては、例えば特開平６−２３８０４号公報に記載
されているように、バンドヒーターを外周側から覆うヒ
ーターカバーに軸方向の切込みを設けるとともに、この
切込み箇所の両側に鍔部をそれぞれ設け、これら両鍔部
をボルトおよびナットにより締め付けて、バンドヒータ
ーを締め付けるものがある。しかし、この構成では、金
型装置内に鍔部、ボルトおよびナットを収容する空間部
が必要で、金型装置の大型化をきたす問題がある。ま
た、バンドヒーターの全体をバルブケーシングに確実に
密着させることは困難である。

【０００５】これに対して、鋳込みヒーターをバルブケ
ーシングの外周面に焼き嵌めするものもある。鋳込みヒ
ーターは、線状の発熱体をコイル状に巻いたものをさら
に金属製の被覆材内に埋め込み、全体として筒状に形成
されたものである。また、焼き嵌めとは、鋳込みヒータ
ーを加熱して膨張させた状態でバルブケーシングに嵌め
ることである。その後鋳込みヒーターが冷却して収縮す
ると、この鋳込みヒーターはバルブケーシングに強固に
締め付けられることになる。この構成によれば、発熱体
が金属製の被覆材内に鋳込まれており、かつ、この被覆
材は焼き嵌めによりバルブケーシングに強固に締め付け
られるので、ヒーターとバルブケーシングとの密着性を
良好なものにできる。しかし、焼き嵌め後は、鋳込みヒ
ーターおよびバルブケーシングを個別に加熱したり冷却
したりすることはできないので、鋳込みヒーターをバル
ブケーシングから外すことはできなくなる。したがっ
て、ヒーターの故障などによりこのヒーターを交換しな
ければならなくなったときには、切削などによりヒータ
ーをバルブケーシングから削り取った上で、新しいヒー
ターを装着しなければならず、非常に手間がかかる。

【０００６】本発明は、このような問題点を解決しよう
とするもので、バルブケーシングなどの被加熱物に確実
に密着させることができるとともに、交換が容易にでき
るヒーターを提供することを第１の目的とする。また、
ヒーターをバルブケーシングに確実に密着させることが
できるとともに、ヒーターの交換が容易にできるバルブ
ゲート式金型装置を提供することを第2の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のヒータ
ーは、前記第１の目的を達成するために、被加熱物の外
周面に嵌合されて使用される筒状のヒーターにおいて、
発熱体と、この発熱体を内部に埋め込んだ被覆材とを備
え、この被覆材は、外周側の材料と内周側の材料とを別
にし、この内周側の材料の熱膨張率を前記外周側の材料
の熱膨張率よりも大きくしたものである。

【０００８】被加熱物の外周側に嵌合された状態でヒー
ターが発熱すると、この熱により被覆材が膨張するが、
この被覆材は、内周側の材料の熱膨張率が外周側の材料
の熱膨張率よりも大きくなっているために、より大きく
膨張する内周側の材料が外周側の材料に押さえられ、こ
れにより、内周側の材料は、外径の拡大よりも内径の縮
小を生じる。これにより、ヒーターの内周面が被加熱物
の外周面に締め付けられて密着する。一方、非発熱時の
常温の状態では、被加熱物に対するヒーターの締め付け
が弱くなっており、このヒーターを被加熱物に対して容
易に着脱できる。

【０００９】請求項２の発明のバルブゲート式金型装置
は、前記第２の目的を達成するために、互いに開閉し型
閉時にキャビティを相互間に形成する複数の型体と、こ
れら型体のうちキャビティへ開口するゲートを有する型
体に設けられたバルブ装置とを備えるとともに、このバ
ルブ装置は、前記型体内に組み込まれるとともに材料通
路を内部に形成したバルブケーシングと、このバルブケ
ーシングの外周面に嵌合された筒状のヒーターと、前記
バルブケーシングの内部に設けられ前記ゲートを開閉す
るバルブピンとを備え、前記ヒーターは、発熱体と、こ
の発熱体を内部に埋め込んだ被覆材とを有し、この被覆
材は、外周側の材料と内周側の材料とを別にし、この内
周側の材料の熱膨張率を前記外周側の材料の熱膨張率よ
りも大きくしたものである。

【００１０】成形に際しては、複数の型体を型閉した
後、バルブピンを移動させてゲートを開放する。この状
態で、成形機から成形材料を射出する。この成形材料
は、バルブケーシング内の材料通路を通って、ゲートか
らキャビティ内に充填される。その後、バルブピンが移
動してゲートに嵌合し、このゲートが閉じられる。さら
に、キャビティ内の成形材料すなわち製品が固化した
後、型体を型開して、成形された製品を取り出す。その
間、バルブケーシングの材料通路内の成形材料は、ヒー
ターの加熱により常時溶融状態に保たれる。

【００１１】このようにバルブケーシングの外周側に嵌
合されたヒーターが発熱すると、この熱により被覆材が
膨張するが、この被覆材は、内周側の材料の熱膨張率が
外周側の材料の熱膨張率よりも大きくなっているため
に、より大きく膨張する内周側の材料が外周側の材料に
押さえられ、これにより、内周側の材料は、外径の拡大
よりも内径の縮小を生じる。これにより、ヒーターの内
周面がバルブケーシングの外周面に締め付けられて密着
する。一方、非発熱時の常温の状態では、バルブケーシ
ングに対するヒーターの締め付けが弱くなっており、こ
のヒーターをバルブケーシングに対して容易に着脱でき
る。

【００１２】

【発明の実施形態】以下、本発明のヒーターおよびこの
ヒーターを用いたバルブゲート式金型装置の一実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。まずバルブゲー
ト式金型装置の構成から説明する。図２において、１は
固定型、２は可動型で、型体であるこれら固定型１およ
び可動型２は、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キャビティ
３を形成するものである。固定型１は、固定側型板６
と、この固定側型板６の図示上面すなわち可動型２と反
対側の面に固定された固定側受け板７と、この固定側受
け板７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受け板７との間にはマニ
ホールド８が設けられている。このマニホールド８は、
材料通路であるランナー９が内部に形成されており、こ
のランナー９内の成形材料である熱可塑性樹脂は、マニ
ホールド８に設けられた図示していないヒーターの加熱
により常時溶融状態に保たれるようになっている。

【００１３】そして、固定側型板６に貫通形成されたゲ
ートブッシュ組み込み孔11内には、固定側型板６や固定
側受け板７とともに固定型１の本体部をなすゲートブッ
シュ12が着脱可能に嵌合されている。このゲートブッシ
ュ12は、図示下側すなわちキャビティ３側がこのキャビ
ティ３側へ向かって細くなるテーパー部13になってお
り、このテーパー部13の先端部にキャビティ３へ開口す
るゲート14が開口形成されている。そして、ゲートブッ
シュ組み込み孔11の内面とゲートブッシュ12との間に
は、冷却水通路15が形成されているとともに、この冷却
水通路15を挟んで漏水防止用のＯリング16が装着されて
いる。

【００１４】また、固定型１には、前記ゲート14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。前記固定側受け板７に
は、前記型開閉方向に貫通する組み込み孔22が形成され
ており、前記ゲートブッシュ12の内部は、前記組み込み
孔22に通じる組み込み孔23になっている。そして、この
組み込み孔22,23内に、SKD100などを材料とするほぼ筒
状のバルブケーシング26が組み込まれている。このバル
ブケーシング26の一端部はフランジ部27になっていて前
記マニホールド８および固定側受け板７に固定されてい
る。また、バルブケーシング26の内部は、マニホールド
８内のランナー９を前記ゲート14に連通させる材料通路
28になっている。この材料通路28の図示下端部すなわち
ゲート14側の端部は、材料通路28の他の部分よりも径が
小さいバルブピン支持孔29になっている。このバルブピ
ン支持孔29の内面には、複数の凹溝30が前記型開閉方向
に貫通させて形成されている。バルブピン支持孔29は、
ゲート14に同軸的に対向している。そして、バルブケー
シング26内には、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など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31が内蔵され
ている。このバルブピン31は、バルブピン支持孔29に常
時摺動自在に嵌合しており、前記ゲート14に挿脱自在に
嵌合してこのゲート14を閉じるものである。また、バル
ブピン31は、バルブケーシング26におけるマニホールド
８側の端部では、バルブケーシング26内に固定されたガ
イドブッシュ32により支持されている。すなわち、この
ガイドブッシュ32内をバルブピン31が摺動自在に貫通し
ている。

【００１５】また、被加熱物としての前記バルブケーシ
ング26の外周面には、材料通路28を加熱する筒状のヒー
ター36およびこのヒーター36を外側から覆うほぼ円筒状
のヒーターカバー37が嵌合されている。なお、38は、ヒ
ーター36に沿って設けられた温度センサーである。ま
た、ヒーター36の構成については、後で詳述する。

【００１６】前記バルブケーシング26のゲート14側先端
部の外周側には段部41が形成されており、この段部41に
短い円筒状の断熱リング42が嵌合されて固定されてい
る。この固定は、焼き嵌めによるものである。なお、段
部41に位置しているために、断熱リング42は、全体がバ
ルブケーシング26においてヒーター36全体よりも内周側
に位置している。また、この断熱リング42の内周面に
は、空気断熱層を形成する凹溝43が形成されている。そ
して、断熱リング42の外周面が前記ゲートブッシュ12の
組み込み孔23内に形成された同径の円柱面状の嵌合面44
に嵌合している。これにより、バルブケーシング26がそ
のゲート14側先端部において固定型１の本体部をなすゲ
ートブッシュ12に支持されている。なお、断熱リング42
とゲートブッシュ12との嵌合面44以外においては、断熱
のために、組み込み孔22,23の内面とバルブケーシング2
6あるいはヒーターカバー37の外面との間には隙間45が
形成されている。また、断熱リング42は、隙間45のゲー
ト14側の部分とヒーター36側の部分とを遮断している。
さらに、前記隙間45における断熱リング42よりもゲート
14側の部分にポリアミド樹脂などからなる断熱封止キャ
ップ46が嵌合されている。

【００１７】なお、47は可動型２の可動側型板である。
つぎに、前記ヒーター36の構成について説明する。図１
に示すように、ヒーター36は、線状の発熱体51と、この
発熱体51を内部に埋め込んだほぼ円筒形状の被覆材52と
からなるいわゆる鋳込みヒーターである。そして、この
被覆材52は、外周側の材料である外筒体53と内周側の材
料である内筒体54とからなっている。前記発熱体51は、
図示していないが、例えばニクロム線などの電熱線をス
テンレスなどからなる管内にマグネシウムなどの絶縁体
とともに収容したもので、コイル状に巻かれている。ま
た、前記外筒体53は、ほぼ円筒形状になっているが、一
端部の内周側に内向き鍔部55を有しているとともに、他
端部の内周側に切欠き状の段部56を有している。一方、
前記内筒体54は、ほぼ円筒形状になっているが、一端部
の外周側に外向き鍔部57を有しているとともに、他端部
の外周側に切欠き状の段部58を有している。ヒーター36
の組立前においては、前記発熱体51がなすコイルの外径
は外筒体53の内径よりも若干大きくなっており、同コイ
ルの内径は内筒体54の外径よりも若干小さくなってい
る。また、常温での内筒体54の内径は、バルブケーシン
グ26の外周面におけるヒーター36が嵌合される部分の外
径よりも若干大きくなっている。

【００１８】そして、内筒体54の材料は、外筒体53の材
料よりも熱膨張率が大きくなっている。また、内筒体54
の材料は、外筒体53の材料よりも熱伝導度が高いことが
好ましい。例えば、外筒体53の材料はステンレスなどの
鋼材であり、内筒体54の材料は銅あるいは銅合金であ
る。この銅合金としては、真鍮あるいはベリリウム銅な
どが好適である。ヒーター36が発熱すると、外筒体53お
よび内筒体54の前記熱膨張率の相違のために、外筒体53
により押さえられて、内筒体54は、外径の拡大よりも内
径の縮小を生じ、これにより、内筒体54がバルブケーシ
ング26の外周面に締め付けられることになる。バルブケ
ーシング26自体も熱膨張し、内筒体54の内径の縮小（締
め代）は、片側５μmもあれば十分である。この締め代
を得るための熱膨張率の差は、概算すると、ヒーター36
の温度上昇が200℃、ヒーター36の径が20mmの場合、10
^-6程度である。例えば、HPM38(日立金属の商品名、SUS4
20J2改良品)は、100℃での熱膨張率が約1.1×10^-5程度
であり、銅の100℃での熱膨張率は約1.7×10^-5程度であ
るから、この材料の組み合わせで十分な締め代が得られ
る。また、SUS304の100℃での熱膨張率は約1.7×10^-5程
度であるから、これをHPM38などと組み合せてもよい。
すなわち、鋼材同士の組合せも可能である。

【００１９】ヒーター36の組立に際しては、例えばまず
内筒体54の外周面にコイル状の発熱体51を嵌合する。つ
ぎに、コイル状の発熱体51の外周側に外筒体53を嵌合す
る。このとき、外筒体53は、段部56側から嵌合する。最
終的には、図示のように、内筒体54の外向き鍔部57が外
筒体53の段部56に楔状に係合し、外筒体53の内向き鍔部
55が内筒体54の段部58に楔状に係合して両筒体53,54が
一体化され、発熱体51を内蔵した中空な円筒形状の被覆
材52ができる。この被覆材52において、発熱体51は、内
筒体54の外周面および外筒体53の内周面に圧接して密着
した状態になっている。

【００２０】つぎに、前記の構成についてその作用を説
明する。成形にあたっては、まず固定型１と可動型２と
を型閉して、これら固定型１および可動型２間にキャビ
ティ３を形成した後、バルブピン31を可動型２から離れ
る方向へ移動させてゲート14を開放する。なお、ゲート
14が開放された状態でも、バルブピン31は、バルブケー
シング26のバルブピン支持孔29に嵌合したままである。
そして、射出成形機から固定型１内に成形材料である熱
可塑性樹脂を射出する。この樹脂は、マニホールドのラ
ンナーなどを通り、さらにバルブケーシング26内の材料
通路28およびバルブピン支持孔29の周囲の凹溝30を通っ
て、ゲート14からキャビティ３内に充填される。その
後、保圧を経て、バルブピン31が可動型２の方へ移動
し、ゲート14に嵌合してこのゲート14を閉じる。キャビ
ティ３内の樹脂は冷却水通路15を冷却水が通ることによ
り積極的に冷却される。そして、キャビティ３内の樹脂
すなわち製品が冷却して固化した後、固定型１と可動型
２とを型開して、成形された製品を取り出す。その後、
再び型閉が行われて以上の工程が繰り返され、成形が繰
り返される。その間、バルブケーシング26の材料通路28
内の樹脂はヒーター36の加熱により常時溶融状態に保た
れる。

【００２１】ヒーター36は、例えば250〜310℃程度に発
熱する。これにより、バルブケーシング26の外周面に嵌
合されているヒーター36の被覆材52が熱膨張するが、こ
の被覆材52は、内筒体54の材料の熱膨張率が外筒体53の
材料の熱膨張率よりも大きくなっているために、より大
きく膨張する内筒体54が外筒体53に押さえられ、これに
より、内筒体54は、図１に鎖線で示すように、外径の拡
大よりも内径の縮小を生じる。これにより、ヒーター36
の内周面が被加熱物であるバルブケーシング26の外周面
に締め付けられて密着する。したがって、効率のよい加
熱ができる。なお、図１で鎖線で示すヒーター36の内周
面は、分りやすくするために誇張して表わしてあり、実
際のヒーター36の内径変化は僅かなものである。

【００２２】また、内筒体54の材料の熱伝導度を外筒体
53の材料の熱伝導度よりも大きなものにすれば、ヒータ
ー36の発する熱がゲートブッシュ12や固定側受け板７側
に伝わるのを抑えられるとともに、加熱すべきバルブケ
ーシング26側には効率よく伝えることができる。例え
ば、外筒体53の材料がSUS304、内筒体54の材料が銅であ
れば、SUS304の20℃での熱伝導度が約0.04cal/cm・sec・
℃であるのに対して、銅の20℃での熱伝導度が約0.9cal
/cm・sec・℃であってSUS304の熱伝導度よりも大幅に大き
いので、ヒーター36の発する熱を効率よくバルブケーシ
ング26側に伝えることができる。

【００２３】また、ヒーター36が長期間の使用などによ
り劣化を生じたような場合には、これを交換しなければ
ならないが、ヒーター36を交換するには、固定型１を分
解し、古いヒーター36をヒーターカバー37とともにバル
ブケーシング26からそのゲート14側先端部の方へ抜き取
り、新しいヒーター36をヒーターカバー37とともにバル
ブケーシング26にそのゲート14側先端部から嵌合する。
このようなヒーター36の交換時は、ヒーター36が発熱し
ていない常温の状態で行われるが、この状態では、内筒
体54の内径が発熱時よりも小さくなっており、バルブケ
ーシング26に対するヒーター36の締め付けが弱くなって
いるので、このヒーター36をバルブケーシング26に対し
て容易に着脱できる。

【００２４】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、
前記実施例では、バルブゲート式金型装置のバルブケー
シングに適用した場合を説明したが、本発明のヒーター
は、ホットランナー金型装置のスプルーブッシュの加熱
などにも応用でき、さらには、熱可塑性樹脂の射出成形
用金型を構成する部品以外の加熱にも応用できる。要
は、被加熱物の外周面に嵌合されて使用されるヒーター
一般に応用可能である。また、ヒーターの構造も前記実
施例のものには限らず、その被覆材の外周側の材料と内
周側の材料とを変える手段としては、鋳造などの様々な
手段が可能である。さらに、被覆材の外周側の材料と内
周側の材料も、上で例示したものには限らない。

【００２５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、被加熱物の外
周面に嵌合されて使用される筒状のヒーターにおいて、
発熱体を内部に埋め込んだ被覆材は、外周側の材料と内
周側の材料とを別にし、この内周側の材料の熱膨張率を
前記外周側の材料の熱膨張率よりも大きくしたので、発
熱時には、被覆材においてより大きく膨張する内周側の
材料が外周側の材料に押さえられて、内周側の材料は、
外径の拡大よりも内径の縮小を生じることにより、ヒー
ターの内周面が被加熱物の外周面に締め付けられて確実
に密着し、したがって、効率のよい加熱ができる。一
方、非発熱時の常温の状態では、被加熱物に対するヒー
ターの締め付けが弱くなることにより、被加熱物に対す
るヒーターの交換を容易にできる。

【００２６】請求項２の発明のバルブゲート式金型装置
によれば、バルブケーシングの外周面に嵌合された筒状
のヒーターが、発熱体と、この発熱体を内部に埋め込ん
だ被覆材とを有し、この被覆材は、外周側の材料と内周
側の材料とを別にし、この内周側の材料の熱膨張率を前
記外周側の材料の熱膨張率よりも大きくしたので、ヒー
ターの発熱時には、被覆材においてより大きく膨張する
内周側の材料が外周側の材料に押さえられて、内周側の
材料は、外径の拡大よりも内径の縮小を生じることによ
り、ヒーターの内周面がバルブケーシングの外周面に締
め付けられて確実に密着し、したがって、効率のよい加
熱ができる。一方、非発熱時の常温の状態では、バルブ
ケーシングに対するヒーターの締め付けが弱くなること
により、バルブケーシングに対するヒーターの交換を容
易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒーターの一実施例を示す断面図であ
る。

【図２】本発明のバルブゲート式金型装置の一実施例を
示す断面図である。

【符号の説明】

１ 固定型（型体） ２ 可動型（型体） ３ キャビティ 14 ゲート 21 バルブ装置 26 バルブケーシング（被加熱物） 28 材料通路 31 バルブピン 36 ヒーター 51 発熱体 52 被覆材 53 外筒体（外周側の材料） 54 内筒体（内周側の材料）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加熱物の外周面に嵌合されて使用され
   る筒状のヒーターにおいて、発熱体と、この発熱体を内
   部に埋め込んだ被覆材とを備え、この被覆材は、外周側
   の材料と内周側の材料とを別にし、この内周側の材料の
   熱膨張率を前記外周側の材料の熱膨張率よりも大きくし
   たことを特徴とするヒーター。
2. 【請求項２】 互いに開閉し型閉時にキャビティを相互
   間に形成する複数の型体と、これら型体のうちキャビテ
   ィへ開口するゲートを有する型体に設けられたバルブ装
   置とを備えるとともに、このバルブ装置は、前記型体内
   に組み込まれるとともに材料通路を内部に形成したバル
   ブケーシングと、このバルブケーシングの外周面に嵌合
   された筒状のヒーターと、前記バルブケーシングの内部
   に設けられ前記ゲートを開閉するバルブピンとを備え、
   前記ヒーターは、発熱体と、この発熱体を内部に埋め込
   んだ被覆材とを有し、この被覆材は、外周側の材料と内
   周側の材料とを別にし、この内周側の材料の熱膨張率を
   前記外周側の材料の熱膨張率よりも大きくしたことを特
   徴とするバルブゲート式金型装置。