(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-05-06
(45)【発行日】2022-05-16
(54)【発明の名称】後方受圧式のピストンを有するバルブノズル
(51)【国際特許分類】
B29C 45/20 20060101AFI20220509BHJP
B29C 45/26 20060101ALI20220509BHJP
【ＦＩ】
B29C45/20
B29C45/26
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2018038577
(22)【出願日】2018-03-05
(65)【公開番号】P2019151036
(43)【公開日】2019-09-12
【審査請求日】2020-12-02
(73)【特許権者】
【識別番号】394018225
【氏名又は名称】フィーサ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100073210
【弁理士】
【氏名又は名称】坂口 信昭
(74)【代理人】
【識別番号】100173668
【弁理士】
【氏名又は名称】坂口 吉之助
(72)【発明者】
【氏名】越川 仁
【審査官】馳平 憲一
(56)【参考文献】
【文献】特開平０３－０４３２１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭６１－０３１７１７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００５－１８６３３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－００１７６５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２９Ｃ ４５／００－４５／８４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ボディの先端に取り付けられたキャップと、前記キャップの内部空間に配設されたピストンと、
前記キャップの内部空間に配設され、前記ピストンを摺動自在に支持するカラーと、
前記ピストンを反ゲート方向に付勢するコイルバネと、から成るゲート開閉機構を備えた構成のバルブノズルであって、
前記バルブノズルの内部の全体に対して、溶融樹脂が流入する構成であり、
前記ピストンは、ゲートバルブ部、軸部及び後方バルブ部を有し、
前記ゲートバルブ部は、前記キャップに設けられたゲートの外側に突き出すことで該ゲートを開放する構成であり、
前記後方バルブ部に対する樹脂圧が所定値以下であると、前記ピストンが、前記コイルバネにより反ゲート方向に付勢されることによって、該後方バルブ部が閉となり、
前記後方バルブ部に対する樹脂圧が所定値以上になると、前記コイルバネの付勢力に打ち勝って、前記後方バルブ部がゲート方向へ移動することによって開となると共に、ゲートバルブ部も開となり、
前記後方バルブ部が閉の場合は、該後方バルブ部が嵌合することによって樹脂流路が閉塞される構成であり、
ゲートバルブ部が閉状態から開状態になるまでのストロークよりも、後方バルブ部が閉状態から開状態になるまでのストロークが長く設定されたことを特徴とするバルブノズル。
【請求項2】
後方バルブ部の面積が、ゲートバルブ部の面積の１．５倍以上であることを特徴とする請求項１に記載のバルブノズル。
【請求項3】
以下に示される数式１によって、ピストンの推力Ｔが２０Ｎ以上となるように、パラメータｂ、ｃ、ｅ及びｆの各サイズが設定される構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブノズル。【数1】
ａ：射出開始時の射出樹脂圧力（ＭＰａ）
ｂ：ゲートバルブ部－後方バルブ部間の樹脂体積（ｍｍ３）
ｃ：ゲートバルブ部が開放するストローク（ｍｍ）
ｄ：樹脂の体積弾性係数（ＭＰａ）
ｅ：ゲートバルブ部の面積（ｍｍ２）
ｆ：後方バルブ部の面積（ｍｍ２）
【請求項4】
以下に示される数式２によって、ピストンの推力Ｔが２０Ｎ以上となるように、パラメータｂ、ｃ、ｅ及びｆの各サイズが設定される構成であることを特徴とする請求項１～３のいずれに記載のバルブノズル。【数2】
ｇ：ゲートバルブ部－後方バルブ部間の樹脂残存圧力（ＭＰａ）
【請求項5】
以下に示される数式３によって、ピストンの推力Ｔが２０Ｎ以上となるように、パラメータｂ、ｃ、ｅ及びｆの各サイズが設定される構成であることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のバルブノズル。【数3】
ｈ：固化樹脂などによる作動抵抗（Ｎ）
ｉ：コイルバネの荷重（Ｎ）
【請求項6】
ピストンの推力Ｔ（Ｎ）が、５０Ｎ以上となるように、パラメータｂ、ｃ、ｅ及びｆの各サイズが設定される構成であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のバルブノズル。
【請求項7】
ピストンの推力Ｔ（Ｎ）が、１００Ｎ以上となるように、パラメータｂ、ｃ、ｅ及びｆの各サイズが設定される構成であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のバルブノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、射出成形機に用いられるバルブノズルに関し、詳しくは、射出成形機から送出される溶融樹脂の圧力によって、ノズル先端のゲートを開閉させる構成の樹脂圧作動式バルブノズルに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、射出成形機から送り込まれる溶融した樹脂の圧力によって、ノズル先端のゲートの開閉を制御するバルブノズルが知られている。かかる方式のバルブノズルを、樹脂圧作動式のバルブノズルということがある。この樹脂圧作動式のバルブノズルとして、例えば、特許文献１を挙げることができる。
【0003】
特許文献１に記載の技術は、「ノズルホルダー（ボディ）の先端に取り付けられたノズルヘッド（キャップ）の内部空間に、断面円形部分のヘッド部分（ゲートバルブ部）と該ヘッド部分全周から連続して形成されている括れ部と軸部と矢羽状突起とを有するスプール（ピストン）と、ノズルヘッド（キャップ）の内部空間に配設されスプール（ピストン）の軸部の外径を摺動自在に支持してスプール（ピストン）のガイドとなると共に先端部がゲート近傍まで達するように伸びているカラーと、前記スプール（ピストン）を反ゲート方向に付勢するコイルバネとから成るゲート開閉機構を配置し、樹脂の圧力がある一定値以下である時には前記スプール（ピストン）が前記コイルバネにより反ゲート方向に付勢されて前記スプール（ピストン）のヘッド部分（ゲートバルブ部）の断面円形の全周がノズルヘッド（キャップ）のゲート内壁に当接して樹脂流路が閉となり、樹脂の圧力がある一定値以上になると前記コイルバネの付勢力に打ち勝って前記スプール（ピストン）のヘッド部分がノズルヘッド（キャップ）のゲートの外側に突出され、前記スプール（ピストン）の括れ部とゲート内壁部分との間に樹脂流路が形成されて樹脂流路が開となる構成」のバルブノズルである。
【0004】
この特許文献１に記載の技術によれば、送り込まれる樹脂の圧力によってピストンが作動し、ゲートの開閉を制御する構成なので、ピストンを作動させるための機構（例えば、シリンダ。）が不要である。
【0005】
しかし、特許文献１に記載の技術では、ピストンの駆動力が不足し、ゲートの開閉制御に支障をきたす問題があった。特に、多数個取りといわれるノズルを多数有する構成では、各ノズルに加わる樹脂圧が均一ではないことがあり、ノズルの作動にバラツキが生ずるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２００２－１７６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
そこで、本発明の課題は、樹脂圧作動式のバルブノズルについて、樹脂圧によるゲート開閉の確実性を向上させ、特に多数個取りに用いられるバルブノズルについて、安定した作動を実現することができるバルブノズルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記本発明の課題は、下記の手段により達成される。
１．ボディの先端に取り付けられたキャップと、
前記キャップの内部空間に配設されたピストンと、
前記キャップの内部空間に配設され、前記ピストンを摺動自在に支持するカラーと、
前記ピストンを反ゲート方向に付勢するコイルバネと、から成るゲート開閉機構を備えた構成のバルブノズルであって、
前記バルブノズルの内部の全体に対して、溶融樹脂が流入する構成であり、
前記ピストンは、ゲートバルブ部、軸部及び後方バルブ部を有し、
前記ゲートバルブ部は、前記キャップに設けられたゲートの外側に突き出すことで該ゲートを開放する構成であり、
前記後方バルブ部に対する樹脂圧が所定値以下であると、前記ピストンが、前記コイルバネにより反ゲート方向に付勢されることによって、該後方バルブ部が閉となり、
前記後方バルブ部に対する樹脂圧が所定値以上になると、前記コイルバネの付勢力に打ち勝って、前記後方バルブ部がゲート方向へ移動することによって開となると共に、ゲートバルブ部も開となり、
前記後方バルブ部が閉の場合は、該後方バルブ部が嵌合することによって樹脂流路が閉塞される構成であり、
ゲートバルブ部が閉状態から開状態になるまでのストロークよりも、後方バルブ部が閉状態から開状態になるまでのストロークが長く設定されたことを特徴とするバルブノズル。
１．ボディの先端に取り付けられたキャップと、
前記キャップの内部空間に配設されたピストンと、
前記キャップの内部空間に配設され、前記ピストンを摺動自在に支持するカラーと、
前記ピストンを反ゲート方向に付勢するコイルバネと、から成るゲート開閉機構を備えた構成のバルブノズルであって、
前記バルブノズルの内部の全体に対して、溶融樹脂が流入する構成であり、
前記ピストンは、ゲートバルブ部、軸部及び後方バルブ部を有し、
前記ゲートバルブ部は、前記キャップに設けられたゲートの外側に突き出すことで該ゲートを開放する構成であり、
前記後方バルブ部に対する樹脂圧が所定値以下であると、前記ピストンが、前記コイルバネにより反ゲート方向に付勢されることによって、該後方バルブ部が閉となり、
前記後方バルブ部に対する樹脂圧が所定値以上になると、前記コイルバネの付勢力に打ち勝って、前記後方バルブ部がゲート方向へ移動することによって開となると共に、ゲートバルブ部も開となり、
前記後方バルブ部が閉の場合は、該後方バルブ部が嵌合することによって樹脂流路が閉塞される構成であり、
ゲートバルブ部が閉状態から開状態になるまでのストロークよりも、後方バルブ部が閉状態から開状態になるまでのストロークが長く設定されたことを特徴とするバルブノズル。
【0009】
２．後方バルブ部の面積が、ゲートバルブ部の面積の１．５倍以上であることを特徴とする上記１に記載のバルブノズル。
【0010】
３．以下に示される数式１によって、ピストンの推力Ｔが２０Ｎ以上となるように、パラメータｂ、ｃ、ｅ及びｆの各サイズが設定される構成であることを特徴とする上記１又は２に記載のバルブノズル。
ただし、上記ａ～ｆは次の通りである。
ａ：射出開始時の射出樹脂圧力（ＭＰａ）
ｂ：ゲートバルブ部－後方バルブ部間の樹脂体積（ｍｍ３）
ｃ：ゲートバルブ部が開放するストローク（ｍｍ）
ｄ：樹脂の体積弾性係数（ＭＰａ）
ｅ：ゲートバルブ部の面積（ｍｍ２）
ｆ：後方バルブ部の面積（ｍｍ２）
【数1】
ａ：射出開始時の射出樹脂圧力（ＭＰａ）
ｂ：ゲートバルブ部－後方バルブ部間の樹脂体積（ｍｍ３）
ｃ：ゲートバルブ部が開放するストローク（ｍｍ）
ｄ：樹脂の体積弾性係数（ＭＰａ）
ｅ：ゲートバルブ部の面積（ｍｍ２）
ｆ：後方バルブ部の面積（ｍｍ２）
【0011】
４．以下に示される数式２によって、ピストンの推力Ｔが２０Ｎ以上となるように、パラメータｂ、ｃ、ｅ及びｆの各サイズが設定される構成であることを特徴とする上記１～３のいずれに記載のバルブノズル。
ただし、上記ｇは次の通りである。
ｇ：ゲートバルブ部－後方バルブ部間の樹脂残存圧力（ＭＰａ）
【数2】
ｇ：ゲートバルブ部－後方バルブ部間の樹脂残存圧力（ＭＰａ）
【0012】
５．以下に示される数式３によって、ピストンの推力Ｔが２０Ｎ以上となるように、パラメータｂ、ｃ、ｅ及びｆの各サイズが設定される構成であることを特徴とする上記１～４のいずれかに記載のバルブノズル。
ただし、上記ｈ～ｉは次の通りである。
ｈ：固化樹脂などによる作動抵抗（Ｎ）
ｉ：コイルバネの荷重（Ｎ）
【数3】
ｈ：固化樹脂などによる作動抵抗（Ｎ）
ｉ：コイルバネの荷重（Ｎ）
【0013】
６．ピストンの推力Ｔ（Ｎ）が、５０Ｎ以上となるように、パラメータｂ、ｃ、ｅ及びｆの各サイズが設定される構成であることを特徴とする上記１～５のいずれかに記載のバルブノズル。
【0014】
７．ピストンの推力Ｔ（Ｎ）が、１００Ｎ以上となるように、パラメータｂ、ｃ、ｅ及びｆの各サイズが設定される構成であることを特徴とする上記１～５のいずれかに記載のバルブノズル。
【発明の効果】
【0015】
上記１に示す発明は、いわゆる樹脂圧作動式のバルブノズルに関するものであるため、シリンダ等のピストンを作動させるための機構を必要とせず、射出成型機そのものの小型化や低コスト化に貢献することができる。
【0016】
また、従来の樹脂圧作動式バルブノズルは、ピストンの先端部分であるゲートバルブ部が受ける樹脂圧によってピストンを作動させ、ゲートを開閉させる構成であったが、本発明は、ピストンの後方（ゲートとは他端の位置）に後方バルブ部を設けることによって、この後方バルブ部に加わる樹脂圧によってピストンを作動させ、ゲートを開閉させる構成であるため、ピストンはより大きな駆動力を得ることができ、ピストンの作動、即ちゲートの開閉を確実に行うことができる。
【0017】
これらの作用効果を換言すれば、ゲートバルブ部の面積（樹脂圧を受ける面積であり、ゲートの断面積に相当する。）よりも、後方バルブ部の面積（樹脂圧を受ける面積であり、後方バルブ部によって開閉される樹脂流路の断面積に相当する。）の方が大きいため、受ける樹脂圧もこれに比例して大きく、本発明に係るピストンはより大きな駆動力を得ることができ、ピストンの作動、即ちゲートの開閉を確実に行うことができる。
【0018】
上記２に示す発明によれば、後方バルブ部の面積を、ゲートバルブ部の面積の１．５倍以上とすることで、後方バルブ部が受ける樹脂圧は大きくなり、ピストンはより大きな駆動力を得ることができ、ピストンの作動、即ちゲートの開閉をより確実に行うことができる。
【0019】
上記３に示す発明によれば、ａ～ｆの符号で示される各パラメータを調整し、これらを数式１に代入して算出したピストンの推力Ｔ（Ｎ）を高めることによって、ピストンはより大きな駆動力を得ることができ、ピストンの作動、即ちゲートの開閉をより確実に行うことができる。
換言すれば、使用する樹脂の特性（弾性係数など）に応じて、バルブノズルの寸法等を調整し、高い駆動力を得ることができるバルブノズルを設計可能である。
換言すれば、使用する樹脂の特性（弾性係数など）に応じて、バルブノズルの寸法等を調整し、高い駆動力を得ることができるバルブノズルを設計可能である。
【0020】
上記４に示す発明によれば、ｇの符号で示されるパラメータをも追加して合計推力Ｔ（Ｎ）を求めることで、この求められた合計推力の正確性を高めることができる。
【0021】
上記５に示す発明によれば、ｈ及びｉの符号で示されるパラメータをも追加して合計推力Ｔ（Ｎ）を求めることで、この求められた合計推力の正確性をより高めることができる。
【0022】
上記６～７に示す発明によれば、ピストンの合計推力Ｔ（Ｎ）を５０Ｎ以上又は１００Ｎ以上とすることで十分な推力を得ることができるので、ピストンはより大きな駆動力を得ることができ、ピストンの作動、即ちゲートの開閉を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明に係るバルブノズルの一実施例（フルキャップ型）であって、ゲートが閉の状態を表す部分断面図及び部分断面斜視図
【図2】本発明に係るバルブノズルの一実施例（フルキャップ型）であって、ゲートが開の状態を表す部分断面図及び部分断面斜視図
【図3】本発明に係るバルブノズルの他の実施例（トップレス型）であって、ゲートが閉の状態を表す部分断面図及び部分断面斜視図
【図4】本発明に係るバルブノズルの他の実施例（トップレス型）であって、ゲートが開の状態を表す部分断面図及び部分断面斜視図
【図5】ゲートバルブ部が開で、後方バルブ部が閉の状態を表す部分断面図
【図6】本発明に係るバルブノズルの他の実施例（ピストンリブセパレート型）であって、ゲートが閉の状態を表す部分断面図及び部分断面斜視図
【図7】本発明に係るバルブノズルの他の実施例（ピストンリブセパレート型）であって、ゲートが開の状態を表す部分断面図及び部分断面斜視図
【図8】ゲートバルブ部のストローク幅を説明するための部分断面図
【発明を実施するための形態】
【0024】
本発明に係るバルブノズル（以下、単に「バルブノズル」という。）１について、図面に従って説明する。
図１は、バルブノズル１の一実施例を表す断面図及び断面斜視図であって、ゲートが閉の状態を表し、図２は、バルブノズル１の一実施例を表す断面図及び断面斜視図であって、ゲートが開の状態を表す。
また、図３は、バルブノズル１の他の実施例を表す断面図及び断面斜視図であって、ゲートが閉の状態を表し、図４は、バルブノズル１の他の実施例を表す断面図及び断面斜視図であって、ゲートが開の状態を表す。
図１は、バルブノズル１の一実施例を表す断面図及び断面斜視図であって、ゲートが閉の状態を表し、図２は、バルブノズル１の一実施例を表す断面図及び断面斜視図であって、ゲートが開の状態を表す。
また、図３は、バルブノズル１の他の実施例を表す断面図及び断面斜視図であって、ゲートが閉の状態を表し、図４は、バルブノズル１の他の実施例を表す断面図及び断面斜視図であって、ゲートが開の状態を表す。
【0025】
図１～４に示されるとおり、バルブノズル１は、ピストン２、キャップ３、カラー４及びコイルバネ５から構成される。
なお、図１～２と、図３～４の構成の相違点は、キャップ３の形態のみである。図１～２は、キャップ３がフルキャップやトップタイプと呼ばれる形態（以下、「フルキャップ型」という。）であり、図３～４は、キャップ３がトップレスタイプと呼ばれる形態（以下、「トップレス型」という。）である。なおまた、図１～４の断面図及び断面斜視図は、ピストン２以外の部分を断面で表わし、ピストン２については表面を表す。
なお、図１～２と、図３～４の構成の相違点は、キャップ３の形態のみである。図１～２は、キャップ３がフルキャップやトップタイプと呼ばれる形態（以下、「フルキャップ型」という。）であり、図３～４は、キャップ３がトップレスタイプと呼ばれる形態（以下、「トップレス型」という。）である。なおまた、図１～４の断面図及び断面斜視図は、ピストン２以外の部分を断面で表わし、ピストン２については表面を表す。
【0026】
図１～２に示されるフルキャップ型は、ゲート３１がキャップ３に設定され、キャップ３の先端が金型（図１～２では図示しない。）に嵌合して設置される構成である。
このフルキャップ型は、ゲート３１がキャップ３に設けられ、金型にはゲートを必要としないため、金型の加工が容易であるという利点がある。また、キャップ３の材質や形状などで温度制御が可能であるため、ゲート付近の温度制御が容易に可能であるという利点がある。更に、使用によりゲートが磨耗した場合に、ノズル部品の交換で対応が可能であり、換言すれば、金型の交換が不要であり、メンテナンス時間の短縮やメンテナンスコストの削減といった利点がある。
このフルキャップ型は、ゲート３１がキャップ３に設けられ、金型にはゲートを必要としないため、金型の加工が容易であるという利点がある。また、キャップ３の材質や形状などで温度制御が可能であるため、ゲート付近の温度制御が容易に可能であるという利点がある。更に、使用によりゲートが磨耗した場合に、ノズル部品の交換で対応が可能であり、換言すれば、金型の交換が不要であり、メンテナンス時間の短縮やメンテナンスコストの削減といった利点がある。
【0027】
一方、図３～４に示されるトップレス型は、ゲート３１が金型Ｋに設定される構成である。
このトップレス型は、成形品に残るノズル跡が小さいという利点がある。なお、フルキャップ型では、成形品にゲート部分の跡だけでなく、キャップ３と金型との嵌合部の跡も残るという問題がある。また、斜面や曲面といった特殊な形状であっても、ゲートの設定が比較的容易に可能であるという利点がある。
このトップレス型は、成形品に残るノズル跡が小さいという利点がある。なお、フルキャップ型では、成形品にゲート部分の跡だけでなく、キャップ３と金型との嵌合部の跡も残るという問題がある。また、斜面や曲面といった特殊な形状であっても、ゲートの設定が比較的容易に可能であるという利点がある。
【0028】
ピストン２は、キャップ３に形成されたゲート３１を閉塞又は開放することによって、ゲート３１を開閉するための部材である。
ピストン２は、ゲートバルブ部２１及び後方バルブ部２２の２つのバルブ（弁）を備える構成である。ゲートバルブ部２１と後方バルブ部２２は、軸部２３によって接続される。また、軸部２３には、後述するカラー４と接触し、ピストン２のストロークを制御するための突起部２４が設けられる。
ピストン２は、ゲートバルブ部２１及び後方バルブ部２２の２つのバルブ（弁）を備える構成である。ゲートバルブ部２１と後方バルブ部２２は、軸部２３によって接続される。また、軸部２３には、後述するカラー４と接触し、ピストン２のストロークを制御するための突起部２４が設けられる。
【0029】
上述の通り、ピストン２は、ゲートバルブ部２１、後方バルブ部２２、軸部２３及び突起部２４から構成され、これらが一体に成形された態様でもよいし、２以上の部材に形成され、これらを接続した態様であってもよい。また、これらを形成する材料についても限定はない。
【0030】
ゲートバルブ部２１は、ピストン２の先端に位置し、後述するキャップ３に形成されたゲート３１のバルブ（弁）となり、このゲート３１を開閉する。具体的には、ゲートバルブ部２１が閉状態（図１に示される状態）の場合は、ゲート３１を閉塞して溶融樹脂を通過させず、開状態（図２に示される状態）の場合は、ゲートバルブ部２１がゲート３１の外側に突き出すことでゲート３１を開放し、このゲート３１から溶融樹脂が通過可能な状態となる。
【0031】
ゲートバルブ部２１の形状に限定はなく、この種の分野に用いられる公知公用のバルブ形状を特別の制限無く採用することができる。
【0032】
後方バルブ部２２は、ゲートバルブ部２１とは他端側に位置し、ボディ６に形成された樹脂流路６１の弁となり、この樹脂流路６１を開閉する。具体的には、後方バルブ部２２が閉状態（図１に示される状態）の場合は、樹脂流路６１を閉塞して溶融樹脂が通過せず、開状態（図２に示される状態）の場合は、後方バルブ部２２が樹脂流路６１からゲート３１方向へ移動して弁を開放し、ボディ６側からキャップ３やカラー４内に溶融樹脂が流入可能な状態となる。
【0033】
ゲートバルブ部２１と後方バルブ部２２の開閉動作は基本的に連動しており、後方バルブ部２２が開状態であるときは、ゲートバルブ部２１も開状態となる構成である。そして、ゲートバルブ部２１が閉状態であるときは、後方バルブ部２２も閉状態である。
【0034】
一方、後方バルブ部２２が閉状態であるときには、ゲートバルブ部２１が必ず閉状態になるとはいえない。図５に示されるような状態、即ち、後方バルブ部２２が閉状態から開状態に至る移動の途中（後方バルブ部２２は閉状態）で、ゲートバルブ部２１が先に開状態となる場合がある。具体的には、ゲートバルブ部２１が閉状態から開状態になるまでのストロークよりも、後方バルブ部２２が閉状態から開状態になるまでのストロークの方が長く設定されている場合に、後方バルブ部２２が閉状態で、ゲートバルブ部２１が開状態となる場合がある（図５に示される状態）。
【0035】
前述のように、後方バルブ部２２が閉状態で、ゲートバルブ部２１が開状態となる場合
において、ゲート３１から溶融樹脂が送出されるか否かが問題となる。この場合、ゲート３１から溶融樹脂が出る可能性はあるものの、ゲート３１付近の樹脂は固化しているケースが多く、通常はゲート３１から溶融樹脂が出ることはない。また、後方バルブ部２２が閉状態であるため、ゲート３１付近の樹脂圧は限定的であり、勢いよく送出されることはない。
ただし、この場合におけるゲート３１からの溶融樹脂の送出の有無は、本発明の内容を限定するものではない。
において、ゲート３１から溶融樹脂が送出されるか否かが問題となる。この場合、ゲート３１から溶融樹脂が出る可能性はあるものの、ゲート３１付近の樹脂は固化しているケースが多く、通常はゲート３１から溶融樹脂が出ることはない。また、後方バルブ部２２が閉状態であるため、ゲート３１付近の樹脂圧は限定的であり、勢いよく送出されることはない。
ただし、この場合におけるゲート３１からの溶融樹脂の送出の有無は、本発明の内容を限定するものではない。
【0036】
このように、ゲートバルブ部２１が閉状態から開状態になるまでのストロークよりも、後方バルブ部２２が閉状態から開状態になるまでのストロークが長く設定することによって、ゲート３１付近で固化した樹脂を排出するために必要な駆動力を継続することができる。
【0037】
後方バルブ部２２の形状に限定はなく、この種の分野に用いられる公知公用のバルブ形状を特別の制限無く採用することができる。
【0038】
後方バルブ部２２の面積（樹脂流路６１の径に相当し、溶融樹脂の圧力を受ける面の断面積。）は、ゲートバルブ部２１の面積（ゲート３１の径に相当し、溶融樹脂の圧力を受ける面の断面積。）よりも大きく形成される。これにより、ゲートバルブ部２１が受ける樹脂圧よりも、後方バルブ部２２が受ける樹脂圧のほうが大きくなるので、得られるピストン２の駆動力も大きくなり、ピストン２の作動、即ちゲート３１の開閉を確実に行うことができる。
【0039】
軸部２３は、一端側と他端側に位置するゲートバルブ部２１と後方バルブ部２２を接続する棒状の部材である。軸部２３の形状に限定はなく、単なる棒状の形態でもよいし、図１等に示されるように、１又は２以上のテーパー部を有する形態であってもよい。
【0040】
突起部２４は、後述するカラー４と当接し、ピストン２のストロークを制御するための部材である。例えば、図１等に示されるように、軸部２３から外周方向へ矢羽状に突出した態様に形成することができ、この突起部２４の端部が、カラー４の壁面又は摺動部４１に当接し、ピストン２のストロークを制御する構成である。
【0041】
突起部２４の形状に限定はなく、この種の分野に用いられる公知公用の突起部形状を特別の制限無く採用することができる。図１～４に示される実施例では、４つの羽根を有する矢羽状の形状である。
【0042】
図１～４に示される構成では、突起部２４は、後述するコイルバネ５が当接する箇所を兼ねる構成である。
一方で、図１～４に示される構成とは異なり、軸部２３の長手方向に２つ突起部２４を並列させ、一方をカラー４との摺動によりピストン２のストロークを制御するために、他方をコイルバネ５に当接してピストン２を反ゲート方向に付勢するための部材として用いてもよい。
一方で、図１～４に示される構成とは異なり、軸部２３の長手方向に２つ突起部２４を並列させ、一方をカラー４との摺動によりピストン２のストロークを制御するために、他方をコイルバネ５に当接してピストン２を反ゲート方向に付勢するための部材として用いてもよい。
【0043】
上述した２つの突起部２４を設ける構成の実施例を、図６～７に示す。
図６～７に示されるバルブノズル１は、後方バルブ部２２の付近に設けられ、カラー４との摺動によりピストン２のストロークを制御する第１突起部２４ａと、コイルバネ５に当接してピストン２を反ゲート方向に付勢する第２突起部２４ｂとが別個に設けられた構成である。
図６～７に示されるバルブノズル１は、後方バルブ部２２の付近に設けられ、カラー４との摺動によりピストン２のストロークを制御する第１突起部２４ａと、コイルバネ５に当接してピストン２を反ゲート方向に付勢する第２突起部２４ｂとが別個に設けられた構成である。
【0044】
なお、ピストン２に設けられる突起部２４は、ピストンリブと呼ばれることがあり、図
６～７に示されるような２つの突起部２４が設けられる構成を、ピストンリブセパレート型と呼ぶことがある。
図６～７に示される実施例では、フルキャップ型のバルブノズル１に、突起部２４を２つ設けた構成であるが、トップレス型のバルブノズル１に突起部２４を２つ設けた構成であってもよい。また、フルキャップ型又はトップレス型を問わず、突起部２４を３つ以上設けた構成であってもよい。
６～７に示されるような２つの突起部２４が設けられる構成を、ピストンリブセパレート型と呼ぶことがある。
図６～７に示される実施例では、フルキャップ型のバルブノズル１に、突起部２４を２つ設けた構成であるが、トップレス型のバルブノズル１に突起部２４を２つ設けた構成であってもよい。また、フルキャップ型又はトップレス型を問わず、突起部２４を３つ以上設けた構成であってもよい。
【0045】
キャップ３は、ボディ６の先端に取り付けられる部材であり、図１～２に示されるフルキャップ型では、溶融樹脂を金型へ送出するためのゲート３１を有する。一方で、図３～４に示されるトップレス型では、金型Ｋにゲート３１が設定される構成であるため、ゲートバルブ部２１がキャップ３の先端から常に突出した構成である。
キャップ３は、ノズルヘッド等と呼称されることもある。キャップ３は、ボディ６に対して脱着可能に取り付けられ、例えば、螺合等の手段によって取り付けられる。
キャップ３は、ノズルヘッド等と呼称されることもある。キャップ３は、ボディ６に対して脱着可能に取り付けられ、例えば、螺合等の手段によって取り付けられる。
【0046】
ゲート３１は、射出成形機から送り出された溶融樹脂を、金型へ送出するための出口となる孔である。このゲート３１は、前述のピストン２の先端に位置するゲートバルブ部２１によって、閉塞又は開放され、これによりゲートが閉状態又は開状態となることによって、溶融樹脂が金型へ送出されるタイミングや量を制御する。
【0047】
カラー４は、キャップ３又はボディ６の内部空間（溶融樹脂の流路となり得る空間）に設けられ、ピストン２の軸部２３の外径又は軸部に設けられた突起部２４を摺動可能に支持するガイド部材である。カラー４は、ピストン２を摺動可能に支持すると共に、ピストン２のストロークを制御し、換言すれば、ピストン２の摺動範囲を制限する。
【0048】
図１～４又は図６～７に示される実施例では、ピストン２の突起部２４が４つの羽根を有する矢羽状の形状であり、カラー４は、この各羽根に対応した摺動部４１を有する構成である。この摺動部４１は、突起部２４をガイドする溝状の形態であり、複数の突起部２４と摺動部４１によって支持されることによって、ピストン２は安定したストロークが可能である。
【0049】
コイルバネ５は、キャップ３の内部空間に配設され、ピストン２を反ゲート方向に付勢する部材である。図１等に示されるように、キャップ３の内部空間のゲート３１側の部分と、他端側に位置するピストン２の突起部２４の間に配設され、ピストン２を反ゲート方向に付勢することによって、ゲートバルブ部２１がゲート３１を閉状態とする位置に保持する。詳しくは後述するが、後方バルブ部２２に対する樹脂圧が所定値以上になると、このコイルバネ５の付勢力に打ち勝って、ピストン２がゲート３１方向へ移動し、ゲート３１を開状態とする。
【0050】
ボディ６は、射出成形機（図示しない）の先端に位置する部材であり、前述の通り、キャップ３と接続される。ボディ６の内部には、溶融樹脂をゲート３１の方向へ送り出すための樹脂流路６１が設けられ、この樹脂流路６１の端部（キャップ３との接続される付近の位置）は、ピストン２の後方バルブ部２２によって開閉される構成である。
【0051】
なお、ボディ６の構成については、本発明の内容を限定するものではない。ボディ６の構成は、前述のように射出成形機に直接取り付けられる場合（例えば、射出装置用ノズル。）の他、いくつかの部品を経由して金型の中に取り付けられる場合（例えば、ホットランナーノズル。）等がある。
【0052】
本発明に係るバルブノズル１は、ピストン２がゲートバルブ部２１と後方バルブ部２２の２つのバルブを有し、後方バルブ部２２に加わる樹脂圧によって、ピストン２が作動し
、ゲート３１を開閉させる構成である。
かかる構成を、後方受圧式と呼称することがあり、本発明に係るバルブノズル１は、「後方受圧式のピストンを有するバルブノズル」、または、単に「後方受圧式バルブノズル」と呼称することがある。
、ゲート３１を開閉させる構成である。
かかる構成を、後方受圧式と呼称することがあり、本発明に係るバルブノズル１は、「後方受圧式のピストンを有するバルブノズル」、または、単に「後方受圧式バルブノズル」と呼称することがある。
【0053】
後方バルブ部２２の面積は、ゲートバルブ部２１の面積よりも大きく形成されるので、射出成形機から送り出される溶融樹脂によって受ける樹脂圧も大きい。よって、従来のバルブノズルよりも、ピストン２の駆動力が高く、ピストン２の作動、即ちゲート３１の開閉を確実に行うことができる。
後方バルブ部２２の面積は、ゲートバルブ部２１の面積の１．５倍以上であることが好ましく、２倍以上であることがより好ましい。
後方バルブ部２２の面積は、ゲートバルブ部２１の面積の１．５倍以上であることが好ましく、２倍以上であることがより好ましい。
【0054】
バルブノズル１は、ピストン２の作動、即ちゲート３１の開閉を確実に行うために、複数のパラメータによってピストン２の推力Ｔ（Ｎ）を算出し、設計することが好ましい。好ましい設計に使用されるパラメータは、以下のとおりである。
【0055】
ａ：射出開始時の射出樹脂圧力（ＭＰａ）
ｂ：ゲートバルブ部－後方バルブ部間の樹脂体積（ｍｍ３）
ｃ：ゲートバルブ部が開放するストローク（ｍｍ）
ｄ：樹脂の体積弾性係数（ＭＰａ）
ｅ：ゲートバルブ部の面積（ｍｍ２）
ｆ：後方バルブ部の面積（ｍｍ２）
ｇ：ゲートバルブ部－後方バルブ部間の樹脂残存圧力（ＭＰａ）
ｈ：固化樹脂による作動抵抗（Ｎ）
ｉ：コイルバネの荷重（Ｎ）
ｂ：ゲートバルブ部－後方バルブ部間の樹脂体積（ｍｍ３）
ｃ：ゲートバルブ部が開放するストローク（ｍｍ）
ｄ：樹脂の体積弾性係数（ＭＰａ）
ｅ：ゲートバルブ部の面積（ｍｍ２）
ｆ：後方バルブ部の面積（ｍｍ２）
ｇ：ゲートバルブ部－後方バルブ部間の樹脂残存圧力（ＭＰａ）
ｈ：固化樹脂による作動抵抗（Ｎ）
ｉ：コイルバネの荷重（Ｎ）
【0056】
「ａ：射出開始時の射出樹脂圧力（ＭＰａ）」は、射出成形機から射出が開始された直後の射出樹脂圧力（樹脂圧）であって、樹脂流路６１に残存した溶融樹脂によって、後方バルブ部２２にかかる樹脂圧である。
【0057】
「ｂ：ゲートバルブ部－後方バルブ部間の樹脂体積（ｍｍ３）」は、ゲートバルブ部２１から後方バルブ部２２の間に残存する樹脂の体積であり、換言すれば、ゲート３１と樹脂流路６１の端部の間に存在するバルブノズル１の内部空間（キャップ３、カラー４及び／又はボディ６によって形成される内部空間）の容積である。
【0058】
「ｃ：ゲートバルブ部が開放するストローク（ｍｍ）」は、閉状態のゲートバルブ部２１の位置から、開状態のゲートバルブ２１の位置までの距離である（図８の符号ｘ参照）。バルブノズル１の内部空間に残存した樹脂を押し出すために必要なストロークであり、冷却等によって固化した樹脂をも排出するだけのストロークが必要である。
【0059】
「ｄ：樹脂の体積弾性係数（ＭＰａ）」は、使用される樹脂（溶融樹脂）の固有の数値であって、この樹脂の弾性係数である。使用される樹脂によって決定される数値であり、弾性係数の値が大きいほど、樹脂は縮みにくい特性を有する。バルブノズル１においては、この弾性係数が小さいほど、取り扱いが容易である。
【0060】
「ｅ：ゲートバルブ部の面積（ｍｍ２）」は、上述したとおり、ゲートバルブ部２１の面積（ゲート３１の径に相当し、溶融樹脂の圧力を受ける面の断面積。）である。ゲートバルブ部２１の断面形状が円形である場合は、その直径から算出することができる。
【0061】
「ｆ：後方バルブ部の面積（ｍｍ２）」は、上述したとおり、後方バルブ部２２の面積
（樹脂流路６１の径に相当し、溶融樹脂の圧力を受ける面の断面積。）である。後方バルブ部２の断面形状が円形である場合は、その直径から算出することができる。また、この後方バルブ部の面積（ｆ）は、ゲートバルブ部の面積（ｅ）よりも大きい。
（樹脂流路６１の径に相当し、溶融樹脂の圧力を受ける面の断面積。）である。後方バルブ部２の断面形状が円形である場合は、その直径から算出することができる。また、この後方バルブ部の面積（ｆ）は、ゲートバルブ部の面積（ｅ）よりも大きい。
【0062】
「ｇ：ゲートバルブ部－後方バルブ部間の樹脂残存圧力（ＭＰａ）」は、ゲートバルブ部２１から後方バルブ部２２の間に残存する樹脂による圧力である。詳しくは、射出成形機から射出が開始される直前であって、後方バルブ部２２には樹脂流路６１に残存する溶融樹脂の圧力が加えられていない状態における、ゲート３１と樹脂流路６１の端部の間に存在するバルブノズル１の内部空間に残存する樹脂による圧力である。
【0063】
「ｈ：固化樹脂等による作動抵抗（Ｎ）」は、ゲート３１付近に残存する固化した樹脂等によって生ずる抵抗（摩擦）である。この固化樹脂等の影響により、ピストン２（特にゲートバルブ部２１）が抵抗を受けることがあり、作動に影響が生じることがある。
【0064】
「ｉ：コイルバネの荷重（Ｎ）」は、コイルバネ５の荷重である。この値が大きいほど、反ゲート方向への付勢力は高く、より大きな樹脂圧を加えなければゲート３１が開放されない。
【0065】
上述したパラメータを用いて、ピストン２の推力Ｔ（Ｎ）を算出することができる。
先ず、上述のパラメータのうち、ａ～ｆを用いてピストン２の推力を求める。次に示す数式（１）により、ピストン２の推力Ｔ（Ｎ）を求めることができる。
先ず、上述のパラメータのうち、ａ～ｆを用いてピストン２の推力を求める。次に示す数式（１）により、ピストン２の推力Ｔ（Ｎ）を求めることができる。
【0066】
数式（１）
【数1】
【0067】
次に、上述のパラメータのうち、ａ～ｇを用いてピストン２の推力Ｔ（Ｎ）を求める。次に示す数式（２）により、ピストン２の推力を求めることができる。数式（２）で求められる推力は、ｇ：ゲートバルブ部－後方バルブ部間の樹脂残存圧力をも考慮したものであり、数式（１）で求められる推力よりも、その精度が高い。
【0068】
数式（２）
【数2】
【0069】
次に、上述のパラメータａ～ｉのすべてを用いて、ピストン２の推力Ｔ（Ｎ）を求める。次に示す数式（３）により、ピストン２の推力を求めることができる。数式（３）で求められる推力は、「ｈ：固化樹脂による作動抵抗」と「ｉ：コイルバネの荷重」をも考慮したものであり、数式（２）で求められる推力よりも、その精度が高い。
【0070】
数式（３）
【数3】
【0071】
上記した数式（１）～（３）によって求められるピストン２の推力Ｔ（Ｎ）は、２０Ｎ以上であることが好ましい。ピストン２の推力が２０Ｎ以上であれば、後方バルブ部２２に加わる樹脂圧によるピストン２の作動、即ちゲート３１の開閉作用は可能である。
【0072】
上記した数式（１）～（３）によって求められるピストン２の推力が、５０Ｎ以上であることがより好ましい。ピストン２の推力が５０Ｎ以上であれば、後方バルブ部２２に加わる樹脂圧によるピストン２の作動、即ちゲート３１の開閉作用は良好である。
【0073】
上記した数式（１）～（３）によって求められるピストン２の推力が、１００Ｎ以上であることが更に好ましい。ピストン２の推力が１００Ｎ以上であれば、後方バルブ部２２に加わる樹脂圧によるピストン２の作動、即ちゲート３１の開閉作用は優良である。
【実施例】
【0074】
続いて、バルブノズル１を用いて行った検証実験について説明する。
検証に使用したバルブノズル１は、図１又は２に示される構成である。
検証に使用したバルブノズル１は、図１又は２に示される構成である。
【0075】
検証実験では、表１に示されるとおり、各パラメータを設定した。
数式３を用いて、ピストン２の推力Ｔ（Ｎ）を算出したところ、実験例１では、ピストン２の推力Ｔ（Ｎ）が６３２．３Ｎと算出され、実験例２では、ピストン２の推力が５４５．８Ｎと算出された。実際に、実験例１及び実験例２のパラメータ用いたバルブノズル１の作動を確認したところ、その作動性は優良であった。
数式３を用いて、ピストン２の推力Ｔ（Ｎ）を算出したところ、実験例１では、ピストン２の推力Ｔ（Ｎ）が６３２．３Ｎと算出され、実験例２では、ピストン２の推力が５４５．８Ｎと算出された。実際に、実験例１及び実験例２のパラメータ用いたバルブノズル１の作動を確認したところ、その作動性は優良であった。
【0076】
【表1】
【符号の説明】
【0077】
１ バルブノズル
２ ピストン
２１ ゲートバルブ部
２２ 後方バルブ部
２３ 軸部
２４ 突起部
２４ａ 第１突起部
２４ｂ 第２突起部
３ キャップ
３１ ゲート
４ カラー
４１ 摺動部
５ コイルバネ
６ ボディ
６１ 樹脂流路
Ｋ 金型
２ ピストン
２１ ゲートバルブ部
２２ 後方バルブ部
２３ 軸部
２４ 突起部
２４ａ 第１突起部
２４ｂ 第２突起部
３ キャップ
３１ ゲート
４ カラー
４１ 摺動部
５ コイルバネ
６ ボディ
６１ 樹脂流路
Ｋ 金型
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】