(57)【要約】【課題】チクソモールディング法射出成形機用の原料を製造するにあたり、一定の形状寸法のペレットを高精度にかつ高能率に製造できる技術を確立する。【解決手段】ペレット製造装置５０は、断面Ｔ型の鋳型部材５２を多数個連結して無限軌道式に移動可能な移動鋳型５１を備えている。隣り合う鋳型部材５２の上部部材の後端と前端に形成された断面半円形の切欠部が突き合わされて断面円形の鋳込み用孔型となる水平状態にある鋳型部材５２に、溶融金属を注入して凝固させる。そして、鋳型部材５２が反転箇所に到来したところで当接していた前後の鋳型部材５２が離れることによって分割されて、鋳込み用孔型で凝固した金属を、反転箇所で鋳込み用孔型から脱落させ、ホッパ５８内に落下させて収容する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低融点金属の廃材を溶解した溶融金属からチクソモールディング法射出成形機用のペレットを製造する方法であって、
鋳型部材が多数個連結された無限軌道式の移動鋳型を移動させながら、隣り合う鋳型部材の前端と後端に形成された切欠部が突き合わされてペレットの寸法形状に対応した鋳込み用孔型となる水平状態にある前記鋳型部材に、容器に収容された溶融金属を注入し凝固させ、前記鋳型部材が反転箇所に到来したところで、当接していた前後の鋳型部材が離れることにより前記鋳込み用孔型を分割させて、ペレットを製造することを特徴とするチクソモールディング法射出成形機用ペレットの製造方法。
【請求項２】
低融点金属の廃材を溶解した溶融金属からチクソモールディング法射出成形機用のペレットを製造する装置であって、
溶融金属を収容する容器と、溶融金属をペレットとする鋳型部材が多数個連結された無限軌道式の移動鋳型を有する鋳造装置とを備え、
前記移動鋳型は、前記鋳型部材が水平状態にあるときに、隣り合う鋳型部材の前端と後端に形成された切欠部が突き合わされてペレットの寸法形状に対応した鋳込み用孔型となり、前記鋳型部材が反転箇所に到来したところで当接していた前後の鋳型部材が離れることにより分割される構成としたチクソモールディング法射出成形機用ペレットの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低融点合金の射出成形、とくにチクソモールディング法射出成形において原料として用いられるペレットの製造方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
低融点合金として近年注目を集めているものにマグネシウムおよびマグネシウム合金（以下、マグネシウム合金という）がある。マグネシウム合金は、実用化されている構造用金属中もっとも軽量であり、比強度（耐力／比重）が高く、寸法安定性、振動吸収性などの面から構造体として優れた特性を有していることから、自動車、航空、宇宙機器、家電機器、レジャー・スポーツ用品、その他機械類の部品などに広く利用されている。
【０００３】
マグネシウム合金の成形方法は大別して、溶解炉で完全溶解した溶湯を金型に高圧で鋳込むダイカスト法と、溶解工程を省略し原料を半凝固状態で供給するチクソモールディング法とがある。チクソモールディング法は、マグネシウム合金のペレット状またはチップ状の原料をホッパーに投入し、ヒーターによってシリンダー内でペレットまたはチップを凝固点以上、融点以下で加熱し、液相と固相が共存した半凝固状態にし、金型に注入するという成形法である。
【０００４】
このチクソモールディング法は、ダイカスト法に比べて多くの優れた点があり、とくに、（１）工場に溶解炉や大がかりな防火対策が不要、（２）溶解技術、経験が不要、（３）エネルギコストの低減、（４）薄肉の成形品ができる、（５）成形品に気泡ができにくい、（６）成形サイクルタイムが短い、（７）スクラップのリサイクルが可能という点で優れている。
【０００５】
マグネシウム合金スクラップのリサイクルに関しては、チクソモールディング法射出成形の原料用ペレットまたはチップを製造する方法として、廃材（戻り材を含む、以下同様）を切断、破砕してチップにする方法と、廃材を溶融、押し出してペレットまたはチップにする方法とがある。
【０００６】
切断、破砕による方法としては、たとえば特開２０００−３３２７９号公報（特許文献１）に記載の方法がある。この方法は、廃材を切断、破砕して一次破砕物とし、この一次破砕物を固定刃と回転刃により切削、切断し、スクリーンを通過させてチップを得る方法である。
【０００７】
溶融、押し出しによる方法としては、たとえば特開平１１−１２３３７３号公報（特許文献２）、特開平１１−１２３５０２号公報（特許文献３）に記載の方法がある。特開平１１−１２３３７３号公報（特許文献２）に記載の方法は、廃材を押圧しながら加熱して溶融あるいは半凝固軟化状態とし、ノズルから押し出して棒状体に成形、切断する方法である。また特開平１１−１２３５０２号公報（特許文献３）に記載の方法は、廃材を加熱、混練して半凝固体にし、ダイスから押し出し切断してペレットとする方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３３２７９号公報
【特許文献２】特開平１１−１２３３７３号公報
【特許文献３】特開平１１−１２３５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
チクソモールディング法射出成形機用のリサイクルチップの製造方法としての、切断、破砕によりチップにする方法と、溶融、押し出しによりペレットまたはチップにする方法には、それぞれ一長一短がある。切断、破砕によりチップにする方法は、廃材を再溶解精錬してインゴットを作り、これを再チップにしていた従前の方法に比べると、エネルギ低減、排ガスやドロス、スラッジの処理不要という利点がある一方、切断、破砕することによる合金自体への不純物の混入や、爆発性の高い微粉が発生するという問題点がある。また、溶融、押し出しによりペレットまたはチップにする方法は、切断、破砕による方法に比べてペレットまたはチップの形状のばらつきが少ないことや、微粉が発生しないという利点がある一方、装置が大型化する、ペレットまたはチップの冷却速度のコントロールが困難であるという問題点がある。
【００１０】
このような問題はマグネシウム合金に限らず、アルミニウム合金や亜鉛合金などの他の低融点金属のチクソモールディング法射出成形においても共通する問題である。
【００１１】
本発明が解決すべき課題は、マグネシウム合金などの低融点金属の廃材を溶融、成形してチクソモールディング法射出成形機用の原料を製造するにあたり、一定の形状寸法のペレットを高精度にかつ高能率に製造できる技術を確立することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、マグネシウム合金などの低融点金属の廃材を溶解した溶融金属からチクソモールディング法射出成形機用のペレットを製造する方法であって、溶融金属をシリンダ内に吸引し、前記シリンダの開口部から進退するロッドの動作によりシリンダ内から半凝固状態の金属を押し出し、一定長さに切断してペレットを製造することを特徴とする。
【００１３】
上記のペレット製造方法は、溶融金属を収容する容器と、前記容器から吸引した溶融金属を押し出してペレットを形成するシリンダとを備え、前記シリンダは下端部に溶融金属の押し出し口を、上端部にピストンを、中間部に溶融金属の吸入口をそれぞれ有し、前記ピストンと前記押し出し口を通して進退するロッドを備えた構成とした装置を用いて実施することができる。
【００１４】
この装置を用いて、チクソモールディング法射出成形機用ペレットを製造する場合、低融点金属の製造工程で発生する屑材や製品の廃棄物などを適宜切断破砕した廃材を溶解炉で熔解し、必要に応じて脱ガス、不純物除去、成分調整を行った後、溶融金属を容器に収容し、この容器から溶融金属をペレット形成用シリンダに吸引して低融点金属のペレットを製造する。
【００１５】
前記のペレット形成用シリンダは、溶融金属の吸入口と押し出し口とピストンを有し、ピストンと押し出し口を通して進退するロッドを備えた構造であるので、ピストンを後退させて溶融金属容器から溶融金属をシリンダ内に吸引し、ピストンを前進させて吸入口を閉止した状態でロッドを進退させることにより、押し出し口から一定量の半凝固金属が押し出され、一定長さに切断されてペレットが製造される。
【００１６】
このとき、シリンダ内の溶融金属とピストンとの間の空間にアルゴンなどの不活性ガスを介在させておくことにより、ピストンを前進させたときにガスが圧縮された状態になるので、ロッドが進出したときにシリンダの内圧により半凝固金属が押し出し口から押し出される。ピストンのストローク量すなわち封入した不活性ガスの圧力と、ロッドの進出量と時間すなわち進退するロッドのストローク量とサイクルによって半凝固金属の押し出し量が定まり、ペレットの大きさをこれによって調節することができる。
【００１７】
また、チクソモールディング法射出成形機用ペレットの製造方法として、ペレットの寸法形状に対応した鋳込み用孔型を多数個形成した鋳型を移動させながら前記鋳込み用孔型に低融点金属の廃材を溶解した溶融金属を注入し凝固させてペレットとする方法を採用することもできる。
【００１８】
上記のペレット製造方法は、溶融金属を収容する容器と、ペレットの寸法形状に対応した鋳込み用孔型を多数個形成し無限軌道式に移動する鋳型を有する鋳造装置とを備えた構成の装置を用いて実施することができる。
【００１９】
この装置を用いてペレットを製造する場合、低融点金属の廃材を熔解し、必要に応じて脱ガス、不純物除去、成分調整を行った後の溶融金属を容器に収容し、この容器から溶融金属を鋳造装置の移動する鋳型の鋳込み用孔型に順次注入して凝固させ、ペレットを製造する。
【００２０】
このように、本発明の方法および装置によれば、低融点金属の廃材を溶解した溶融金属からチクソモールディング法射出成形機用のペレットを自動的、連続的に効率良く製造することができる。とくに、本発明の装置をチクソモールディング法射出成形機の前段に設置し、製造されたペレットを射出成形機の原料ホッパに投入するようにすれば、ペレット製造と射出成形のラインを連続化することができる。
【発明の効果】
【００２１】
マグネシウム合金などの低融点金属の廃材を溶解した溶融金属をシリンダ内に吸引し、シリンダの開口部から進退するロッドの動作によりシリンダ内から半凝固状態の金属を押し出してペレットを製造する方法、または、ペレットの寸法形状に対応した鋳込み用孔型を多数個形成した鋳型を移動させながら鋳込み用孔型に低融点金属の廃材を溶解した溶融金属を注入し凝固させてペレットとする方法により、チクソモールディング法射出成形機用のペレットを製造することによって、一定の形状寸法のペレットを自動的、連続的に効率良く製造することができる。また、本発明のペレット製造装置をチクソモールディング法射出成形機の前段に設置し、製造されたペレットを射出成形機の原料ホッパに投入するようにすれば、ペレット製造と射出成形のラインを連続化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態におけるマグネシウム合金の射出成形設備の全体構成を示す図である。
【図２】ペレット製造装置の構造と作動原理を示す図である。
【図３】（ａ）はペレット製造装置のシリンダの構造を示す一部切欠正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】（ａ）はピストンの構造を示す一部切欠正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】（ａ）はロッドの構造を示す一部切欠正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】ペレット製造装置の別の実施形態である鋳造装置の構成を示す概略図である。
【図７】鋳型を構成する部材の斜視図である。
【図８】注入装置と鋳型の配置関係を示す部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は本発明の実施形態におけるマグネシウム合金の射出成形設備の全体構成を示す図である。本実施形態の射出成形設備は、マグネシウム合金の廃材をペレット化してリサイクルするシステムのもとで稼働させる設備であり、溶解装置１０、溶融金属収容容器２０、ペレット製造装置３０、射出成形機４０を基本構成とする。
【００２４】
溶解装置１０は、溶解炉１１と、この溶解炉１１にマグネシウム合金の廃材を連続的に投入する投入装置１２、および溶融金属収容容器２０に溶融金属を供給する供給管１３とからなっており、かかる溶解装置自体は公知のものである。溶融金属は供給管１３の途中に設けた電磁ポンプ１４により、連続的または間欠的に溶融金属収容容器２０に供給される。溶融金属収容容器２０は従来公知のものと同様な容器である。
【００２５】
射出成形機４０は、成形機本体４１と金型４２およびペレット製造装置３０から供給される原料ペレットの投入ホッパ４３とからなっており、かかる射出成形機自体は公知のものである。投入ホッパ４３から成形機本体４１に投入されたペレットは、成形機本体４１内のヒーターによってシリンダー内で凝固点以上、融点以下に加熱され、液相と固相が共存した半凝固状態で金型に注入されて所定の形状に成形され、製品Ｐとなる。この射出成形機自体は公知のものである。
【００２６】
図２はペレット製造装置の構造と作動原理を示す図、図３（ａ）はペレット製造装置のシリンダの構造を示す一部切欠正面図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図４（ａ）はピストンの構造を示す一部切欠正面図、同図（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図５（ａ）はロッドの構造を示す一部切欠正面図、同図（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【００２７】
まず、ペレット製造装置３０の構造について説明する。ペレット製造装置３０は、シリンダ３１とピストン３２とロッド３３を備え、シリンダ３１内に溶融金属を吸引し、シリンダ３１から半凝固状態の金属を押し出してペレットを形成する装置である。シリンダ３１は、下端部に溶融金属の押し出し口３１ａを、上端部にピストン３２を、中間部に溶融金属の吸入口３１ｂをそれぞれ有し、ロッド３３はピストン３２と押し出し口３１ａを通して進退する構造となっている。
【００２８】
シリンダ３１の下端部の押し出し口３１ａは、図３（ａ）に示すように、ロッド３３の通し孔３１ｃに続けて形成され、ロッド３３下端部の外形と同形としている。さらに押し出し口３１ａには、同図（ｂ）に示すように、シリンダ３１の底面と押し出し口３１ａの内面とに連通する孔３１ｄを周方向に８個設けている。この孔３１ｄは、シリンダ３１内の半凝固金属を押し出し口３１ａに押し出すための孔である。
【００２９】
ピストン３２は、シリンダ３１の上端部においてシリンダ３１内面を摺動して上下移動可能に設けたもので、中心部にロッド３３の通し孔３２ａを有し、下端部は後述するガス充填空間３４を形成する形状としている。
【００３０】
ロッド３３は、ピストン３２の通し孔３２ａとシリンダ３１の下端部の通し孔３１ｃとに挿通され、図示しない駆動装置により上下動してシリンダ３１下端部の押し出し口３１ａから排出された半凝固金属を剪断により切断するためのロッドである。ロッド３３下端の拡大部３３ａの外形は押し出し口３１ａの内面形状と同形である。さらに拡大部３３ａには図５に示すように、拡大部３３ａの上面と下面とに連通する孔３３ｂを周方向に８個設けている。この孔３３ｂは、シリンダ３１底部の孔３１ｄから押し出し口３１ａに押し出された半凝固金属が切断された後に装置外に排出されるための孔である。
【００３１】
つぎに、ペレット製造装置３０の作動原理について説明する。図２において（ａ）は吸入サイクル、（ｂ）は加圧サイクル、（ｃ）は成形サイクル、（ｄ）は切断サイクルを示す。
【００３２】
吸入サイクルは切断サイクルに続く工程で、シリンダ３１内に溶融金属Ｍを吸引する工程である。図２の（ａ）に示すように、ロッド３３を上方に押し上げた状態でピストン３２を上方に移動させると、シリンダ３１内のガス充填空間３４に封入されたアルゴンガスの内圧が低下し、この減圧により吸入口３１ｂから溶融金属Ｍがシリンダ３１内に吸引される。
【００３３】
加圧サイクルはシリンダ３１内の溶融金属Ｍを加圧する工程であり、図２の（ｂ）に示すように、ピストン３２を下方に押し下げると、吸入口３１ｂは閉止され、ガス充填空間３４内のアルゴンガスは内圧が上昇し、シリンダ３１内の溶融金属Ｍに圧力が加わる。
【００３４】
成型サイクルはシリンダ３１内の溶融金属Ｍを押し出し口３１ａから押し出す工程であり、図２の（ｃ）に示すように、ロッド３３を下方に押し下げると、シリンダ３１内で加圧された状態の溶融金属Ｍがシリンダ底面の孔３１ｄから押し出し口３１ａに向かって押し出される。押し出し口３１ａに押し出された溶融金属Ｍは固液共存状態のスラリー状になっており、出口付近で半凝固状態になっている。
【００３５】
押し出し口３１ａに押し出された半凝固状態の金属スラリーは、上昇するロッド３３の拡大部３３ａの孔３３ｂによって剪断を受け、切断されたかたちで装置外に排出されて円柱状のペレットとなる。
【００３６】
切断サイクルは、成形サイクルによって押し出し口３１ａから押し出された半凝固金属を切断するとともに、押し出し口３１ａからの半凝固金属の流出を止める工程であり、図２（ｄ）に示すように、ロッド３３を上方に押し上げると、ロッド３３下端の拡大部３３ａが押し出し口３１ａ内に復帰して、成形サイクルによって孔３１ｄにより押し出された半凝固金属を切断した後、孔３１ｄからの半凝固金属の流出を止める。
【００３７】
上記の４つのサイクルを繰り返すことにより、成形サイクルにおいて一定大きさのペレットが形成される。この成形サイクルにおいて、ピストン３２のストローク量およびロッド３３のストローク量と速度によって半凝固金属の押し出し量が決まるので、ペレットの大きさをこれによって調節することができる。
【００３８】
このペレット製造装置３０を射出成形機４０の投入ホッパ４３の上部に設置し、シリンダ３１の溶融金属吸入口３１ｂを吸引管３５を介して溶融金属収容容器２０に連結し、溶融金属収容容器２０内の溶融金属を吸引管３５を通じて吸引し、射出成形機４０の原料となるペレットを製造する。このようにして、マグネシウム合金などの低融点金属の廃材を溶解した溶融金属からチクソモールディング法射出成形機用のペレットを自動的、連続的に能率良く製造することができる。
【００３９】
図６はペレット製造装置の別の実施形態である鋳造装置の構成を示す概略図であり、図７は鋳型を構成する部材の斜視図、図８は注入装置と鋳型の配置関係を示す部分斜視図である。
【００４０】
ペレット製造装置５０は、無限軌道式の移動鋳型５１、溶融金属の注入装置５３、遮蔽装置５５などからなり、溶融金属の鋳造によりペレットを製造する装置である。
【００４１】
移動鋳型５１は、断面Ｔ型の鋳型部材５２を多数個連結して無限軌道式に移動可能な鋳型を構成したものである。鋳型部材５２は表面窒化した合金工具鋼製で、図７に示すように、鋳込み用孔型５２ａを形成する上部部材５２ｂと柱部材５２ｃと連結部材５２ｄ，５２ｅとからなる。鋳型部材５２が水平状態にあるときに隣り合う鋳型部材５２の上部部材５２ｂの後端と前端に形成された断面半円形の切欠部５２ａ−１，５２ａ−２が突き合わされて断面円形の鋳込み用孔型５２ａとなる。鋳込み用孔型５２ａは、内径１ｍｍ、深さ１ｍｍであり、この鋳込み用孔型５２ａに溶融金属が注入された後、凝固することによって、外形１ｍｍ、長さ１ｍｍの棒状のペレットとなる。連結部材５２ｄと５２ｅにはそれぞれ連結用孔５２ｆと５２ｇが設けられており、これらの孔に連結棒（図示せず）を挿通して隣り合う鋳型部材５２を連結する。
【００４２】
移動鋳型５１は、図８に示すように、鋳型移動方向に３列連設され、これら３列の多数個連結した鋳型部材５２が、図６に示すように、駆動歯車５４に掛け回されて間欠的に移動可能な構成となっている。移動鋳型５１の周辺は遮蔽装置５５で外気と遮断され、配管５６及び５７を通じて外部からアルゴンガスが吹き込まれ、周辺の冷却と雰囲気の不活性化がはかられている。
【００４３】
注入装置５３は、鋼製外壁材に耐火材がライニングされたタンディッシュ５３ａの底部に３個の注入ノズル５３ｂ（図では１個のみ示している）と注入制御装置（図示せず）が取り付けられている。図示しない溶融金属容器から供給される溶融金属をタンディッシュ５３ａに受け、注入ノズル５３ｂから鋳型部材５２に形成された鋳込み用孔型５２ａに、注入制御装置により一定量の溶融金属が注入される。
【００４４】
上記の構成の鋳造装置により、つぎのようにしてペレットが製造される。タンディッシュ５３ａの注入ノズル５３ｂから鋳込み用孔型５２ａに溶融金属が順次注入され、注入時間に対応した一定時間間隔で鋳型部材５２が鋳込み用孔型５２ａの間隔に対応した一定距離ずつ順次移動する。鋳込み用孔型５２ａに注入された溶融金属は移動中に凝固、冷却され、図６に示すように、鋳型部材５２が反転箇所に到来したところで当接していた前後の鋳型部材５２が離れることによって分割されるので、鋳込み用孔型５２ａで凝固した金属は反転箇所で鋳込み用孔型５２ａから脱落し、ホッパ５８内に落下して収容される。
【００４５】
このホッパ５８が射出成形機４０の投入ホッパ４３（図１参照）の上部に位置するようにペレット製造装置５０を射出成形機４０の上部に設置し、図１の溶融金属収容容器２０内の溶融金属を図示しない供給管を通じてタンディッシュ５３ａに供給し、射出成形機４０の原料となるペレットを製造する。
【００４６】
以上のようにして、マグネシウム合金などの低融点金属の廃材を溶解した溶融金属からチクソモールディング法射出成形機用のペレットを自動的、連続的に効率良く製造することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０  溶解装置
１１  熔解炉
１２  投入装置
１３  供給管
１４  電磁ポンプ
２０  溶融金属収容容器
３０  ペレット製造装置
３１  シリンダ
３１ａ  押し出し口
３１ｂ  吸入口
３１ｃ  通し孔
３１ｄ  孔
３２  ピストン
３２ａ  通し孔
３３  ロッド
３３ａ  拡大部
３３ｂ  孔
３４  ガス充填空間
３５  吸引管
４０  射出成形機
４１  成形機本体
４２  金型
４３  投入ホッパ
５０  ペレット製造装置
５１  移動鋳型
５２  鋳型部材
５２ａ  鋳込み用孔型
５２ａ−１，５２ａ−２  切欠部
５２ｂ  上部部材
５２ｃ  柱部材
５２ｄ，５２ｅ  連結部材
５２ｆ，５２ｇ  連結用孔
５３注入装置
５３ａ  タンディッシュ
５３ｂ  注入ノズル
５４  駆動歯車
５５  遮蔽装置
５６，５７  配管
５８  ホッパ
Ｍ  溶融金属
Ｐ  製品
【図１】
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【図２】
2010069538.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010069538.tif 000009
【図８】
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