(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料用射出成形機であって、射出ノズルが前記射出成形機の射出バレルに連結されており、固定盤が鋳型の一部分を保持し、スプルーブッシュが前記鋳型に取り付けられており、金属材料が前記ノズルを介して前記鋳型内に射出される際に前記ノズルが前記スプルーブッシュと係合するように構成されており、
前記ノズルにはスピゴット部が配置されており、かつ、前記スプルーブッシュにはチャネルが形成されており、前記スピゴット部の外側周囲と前記スプルーブッシュのチャネルの表面との間に隙間を形成し射出成形動作中に該隙間に金属材料を流れ込ませ該隙間において凝固させ封止部を形成するように、前記スピゴット部と前記チャネルとが構成されている、金属材料用射出成形機。
【請求項２】
前記金属材料が合金を含む、請求項１に記載の金属材料用射出成形機。
【請求項３】
前記合金がマグネシウム、亜鉛、またはアルミニウムの合金から選択される、請求項２に記載の金属材料用射出成形機。
【請求項４】
前記スピゴット部および前記チャネルは、射出サイクル中、前記スピゴット部および前記チャネルが互いに相対的に前記スピゴット部の長さよりも短い距離を軸方向に自由に移動できるように構成されている、請求項１に記載の金属材料用射出成形機。
【請求項５】
前記ノズル及び前記スプルーブッシュが、前記ノズルの肩部及び前記スプルーブッシュの表面によって形成される、相補的な環状封止面をさらに含む請求項１乃至４のいずれかに記載の金属材料用射出成形機。
【請求項６】
金属材料射出成形機用ノズル及びスプルーブッシュであって、スプルーブッシュは第１の円筒形封止面を有し、ノズルは該第１の円筒形封止面と相補的な第２の円筒形封止面を有し、前記第２の円筒形封止面が前記第１の円筒形封止面に嵌まり込むことができるように前記第２の円筒形封止面の直径が前記第１の円筒形封止面の直径より小さく、射出成形動作中に前記第２の円筒形封止面と前記第１の円筒形封止面との間に隙間を形成し該隙間に金属材料を流れ込ませ該隙間において凝固させ封止部を形成するように、前記第２の円筒形封止面と前記第１の円筒形封止面とが構成されている、金属材料射出成形機用ノズル及びスプルーブッシュ。
【請求項７】
前記ノズル及び前記スプルーブッシュが、相補的な環状封止面をさらに含む、請求項６に記載のノズル及びスプルーブッシュ。
【請求項８】
ノズルに配置されるように構成されたスピゴット部と、スプルーブッシュに配置されるように構成されたチャネル部とを備え、前記スピゴット部と前記チャネル部との間に隙間を形成し、射出成形動作中に該隙間に金属材料を流れ込ませ該隙間で凝固させ封止部を形成するように、前記スピゴット部と前記チャネル部が構成されている、金属材料用射出成形機のためのノズル及びスプルーブッシュの接続装置。
【請求項９】
鋳型と、前記鋳型に金属材料を供給するように構成された射出ノズルと、前記鋳型に連結されたスプルーブッシュと、前記ノズルに配置されたスピゴットと、前記スプルーブッシュに配置されたチャネルとを備え、前記スピゴットと前記チャネルとの間に隙間を形成し、射出成形動作中に該隙間に金属材料を流れ込ませ該隙間で凝固させ封止部を形成するように、前記スピゴットと前記チャネルが構成されている、金属材料用射出成形機。
【請求項１０】
角度付けされた第１及び第２の表面を有するノズル・チップと適合するように構成された金属材料用射出成形機のスプルーブッシュであって、該ノズル・チップの該第１の表面と適合するように構成された第１のスプルーブッシュ表面と、該第１のスプルーブシュ表面に対してある角度を有し該ノズル・チップの該第２の表面と適合するように構成された第２のスプルーブッシュ表面とを含み、
射出成形動作中に該第１のスプルーブッシュ表面と該ノズル・チップの第１の表面との間に隙間を形成し該隙間に金属材料を流れ込ませ該隙間において凝固させ封止部を形成するように、該角度付けされた第１及び第２のスプルーブッシュ表面が構成されている、スプルーブッシュ。
【請求項１１】
該第１のスプルーブッシュ表面が円筒形の表面から成り、かつ、該第２のスプルーブッシュ表面が環状の表面から成る、請求項１０に記載のスプルーブッシュ。
【請求項１２】
該第１のスプルーブッシュ表面が該第２のスプルーブッシュ表面に対して略９０°の角度をなす、請求項１０に記載のスプルーブッシュ。
【請求項１３】
該第１のスプルーブッシュ表面がスプルーブッシュの長手方向の軸に略平行であり、かつ、該第２のスプルーブッシュ表面が該スプルーブッシュの長手方向の軸に対して略９０°の角度をなす、請求項１０に記載のスプルーブッシュ。
【請求項１４】
該第１のスプルーブッシュ表面が第１の直径を有する円筒形の表面から成り、かつ該第１のノズル・チップ表面が第２の直径を有する円筒形の表面から成り、該第１の直径は該第２の直径より大きい、請求項１０または１１に記載のスプルーブッシュ。
【請求項１５】
角度付けされた第１及び第２の表面を有するスプルーブッシュと適合するように構成された、金属材料用射出成形機のノズル・チップであって、該スプルーブッシュの該第１の表面と適合されるように構成された第１のノズル・チップ表面と、該第１のノズル・チップ表面に対してある角度を有し該スプルーブッシュの該第２の表面と適合されるように構成された第２のノズル・チップ表面とを含み、
射出成形動作中に該第１のスプルーブッシュ表面と該第１のノズル・チップ表面との間に隙間を形成し該隙間に金属材料を流れ込ませ該隙間において凝固させ封止部を形成するように、該角度付けられた第１及び第２のノズル・チップ表面が構成されている、ノズル・チップ。
【請求項１６】
該第１のノズル・チップ表面が円筒形の表面から成り、かつ、該第２のノズル・チップ表面が環状の表面から成る、請求項１５に記載のノズル・チップ。
【請求項１７】
該第１のノズル・チップ表面が該第２のノズル・チップ表面に対して略９０°の角度をなす、請求項１５に記載のノズル・チップ。
【請求項１８】
該第１のノズル・チップ表面がノズル・チップの長手方向の軸に略平行であり、かつ、該第２のノズル・チップ表面が該ノズル・チップの長手方向の軸に対して略９０°の角度をなす、請求項１５に記載のノズル・チップ。
【請求項１９】
該第１のノズル・チップの表面が第１の直径を有する円筒形の表面から成り、該第１のスプルーブッシュ表面が第２の直径を有する円筒形の表面から成り、該第１の直径は該第２の直径より小さい、請求項１５または１６に記載のノズル・チップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、金属材料の射出成形機のための改良型射出ノズルを対象とし、特に、合金の射出機を対象とする。
【０００２】
発明の背景
金属材料の射出技法では、ノズルと鋳型上のスプルーブッシュの間の対向する表面が、互いに対応するように機械加工され、しっかりした表面接触を有するように設計されている。この設計では、キャリッジ・シリンダがノズルに十分な圧力を加えてノズルがスプルーブッシュとの接触から離れるのを防ぐことができるようにされていた。しかし、ノズルとスプルーブッシュの間の接合部に許容可能な最大の力を加えても、この接合部における分離を防止するには不十分であることが分かっている。この接合部における分離により、射出材料が接合部の表面上に蓄積して、最終的に接合部による封止が損なわれることがあり、射出された材料が漏れてしまい、時にとんでもない事態を招来することがある。
【０００３】
従来技術の設計では、ノズルの表面とスプルーブッシュの表面の間の係合する幾何形状が、キャリッジ・シリンダによって加えられる正の力に耐え、マシンサイクル中に確実な封止接触を維持するように設計されていた。ノズルとスプルーブッシュの係合表面は、平面、球状面、円錐面、または確実な接触の許容領域をもたらす他のいかなる幾何形状でもよい。キャリッジ・シリンダによってスプルーブッシュとノズルの間の接合部に加えられる正の力は、射出中に生じた射出圧力の結果もたらされる反力と、射出プロセスに関係する機械の部品間を移動するエネルギーの結果生じた動的な力に打ち勝つようにされていた。
残念なことに、金属材料、特にチキソトロピー状態の材料を射出する場合に、ノズルとスプルーブッシュの間の分離を防ぐために十分な締付力を与えることは、実際、不可能であることが分かっている。それは、非常に高い圧力が関与しており、反力および動的な力が、非常に高く比較的制御不可能なレベルに達し、最終的に分離が起こるからである。
【０００４】
Ｊａｐａｎ  Ｓｔｅｅｌ  Ｗｏｒｋｓ  Ｌｔｄ．の日本国特許第１１０４８２８６号は、ノズルの他の例であるが、これには、金属材料射出に通常関連する射出圧力を受ける場合の漏れの問題を依然として伴う。この設計では、ノズルが、鋳型の円筒形の凹部内に挿入される突出した円筒部を有する。ノズルおよび鋳型上に形成された２つの環状表面が、環状的接触状態に維持されてノズルと鋳型の接合部が封止されるように維持する。こうした封止部維持についての問題が本発明により解決された。本発明では、ノズルが鋳型と対面接触する必要がない。
【０００５】
発明の概要
本発明の主な目的は、金属材料射出成形機において、スプルーブッシュの接合部に射出サイクル中に封止を維持するノズルを提供することである。
本発明の他の目的は、金属材料射出機において、ノズルとブッシュの間の接合部の封止を損なうことなく、スプルーブッシュに対して移動できる射出ノズルを提供することである。
本発明のさらなる目的は、金属材料射出機において、鋳型とノズルの間の封止を維持するために、その間に最小の力を印加して機械のノズルと鋳型の間の封止を提供することである。
本発明のさらなる目的は、金属材料射出機において、ノズルとブッシュの間の封止を維持するためのその間の接触を必要としない、機械のノズルおよびスプルーブッシュの構成を提供することである。
上記の目的は、スプルーブッシュの内側表面内にノズルを延ばすことによって達成される。
【０００６】
本発明は、金属材料射出成形機用改良型ノズルおよびスプルーブッシュを提供する。このスプルーブッシュは、円筒形表面を有し、ノズルは、環状部を有する。環状部は、円筒形表面内にぴったり嵌まって、ノズルがブッシュと係合するときに該表面と環状部の間の封止係合をもたらす。表面および環状部は、表面と環状部の間の封止を損なうことなくその間で限定的な軸方向の移動を可能にするのに十分な長さである。ブッシュとノズルの間のぴったりした嵌まり合いによって、または表面の間で金属材料の僅かな漏れが凝固し必要な封止をもたらすことによって実際の封止を提供することができる。
【０００７】
本発明は、金属材料射出成形機において、射出成形機の射出バレルに接続された射出ノズル、鋳型の一部分を保持する固定盤、および鋳型に取り付けたスプルーブッシュを提供する。このノズルは、金属材料をスプルーブッシュを介して鋳型内に射出するときに、スプルーブッシュと係合する。ノズルは、スプルーブッシュ内のチャネル内に延びたスピゴット部を有する。スピゴットの外側周囲は、表面とスピゴットの外側周囲の間に封止をもたらし、または金属材料が封止をもたらすことを可能にし、それによって射出サイクル中にノズルとスプルーブッシュの間の接合部を介して金属材料が失われるのを防げるように、チャネルの内側表面内に嵌まる。
【０００８】
本発明は、ノズルとスプルーブッシュの間の封止された接合部を必要とするいずれの金属材料射出または鋳造プロセスでも有用である。本発明は、チキソトロピー状態のマグネシウム・ベースの合金など、合金を射出する場合に特に有用であることが分かっている。
本発明による金属材料用射出成形機においては、射出ノズルが前記射出成形機の射出バレルに連結されており、固定盤が鋳型の一部分を保持し、スプルーブッシュが前記鋳型に取り付けられており、金属材料が前記スプルーブッシュを介して前記鋳型内に射出される際に前記ノズルは前記スプルーブッシュと係合し、前記ノズルは前記スプルーブッシュ内のチャネル内に延びるスピゴット部を有し、前記スピゴットの外側周囲が前記チャネルの表面内にぴったり嵌まって前記表面と前記スピゴットの前記外側周囲との間に封止をもたらし、それによって、射出サイクル中に前記ノズルと前記スプルーブッシュの間の接合部を通って金属材料が損失するのを防止している。
本発明による金属材料射出成形機の一態様においては、前記スピゴット部および前記チャネルは、射出サイクル中、前記スピゴット部および前記チャネルが互いに相対的に前記スピゴット部の長さよりも短い距離を軸方向に自由に移動できるような寸法を有している。
本発明による金属材料射出成形機の一態様においては、前記スピゴット部が、射出サイクル中に前記チャネルと前記スピゴット部の間の封止を維持する長さであり、かつ、スプルーが前記チャネルから解放される際に前記チャネルと前記スピゴット部の間に保持された金属材料を解放できる長さとされている。
本発明による金属材料射出機のための改良型ノズルにおいては、前記ノズルは、第１の大きい方の部分および第２の小さい方の部分を有し、射出チャネルが前記ノズルの長さだけ延びており、前記第１の部分が前記小さい方の部分よりも実質的に管の厚さが厚く、そのため前記大きい方の部分が射出圧力に耐えることができ、係合スプルーブッシュの範囲内に保持される場合は、前記小さい方の部分が射出圧力に耐えることができるようにされている。
本発明による金属材料用射出成形機のための改良されたノズルとスプルーブッシュの接続体の一態様においては、前記スプルーブッシュが第１の円筒形表面を有し、前記ノズルが前記第１の表面よりも小さい直径の第２の円筒形表面を有し、前記ノズルが前記ブッシュと係合するときに、前記第２の表面が前記第１の円筒形表面内にぴったり嵌まって、前記第１の表面と前記第２の表面の間に封止係合をもたらし、前記第１および第２の表面は、前記表面の間の封止を損なうことなくその間で限定された軸方向の移動ができる長さとされている。
本発明による改良されたノズルとスプルーブッシュの接続体の更なる態様においては、前記ノズルが、前記第１の円筒形表面と同様の直径の第３の円筒形表面を有し、前記ノズルが前記スプルーブッシュと係合する場合、前記第１および第３の円筒形表面が近接非接触関係にある。
本発明による改良されたノズルとスプルーブッシュの接続体の更なる態様においては、前記表面の間の小さい隙間により限定された量の金属材料が該隙間に入り該隙間内で凝固して前記封止を形成できるようにし、前記限定量の材料がスプルーに付着しスプルーと共に除去される。
本発明による金属用射出成形機のための改良されたノズルとスプルーブッシュの接続体においては、前記ノズルが、前記スプルーブッシュの表面部分の内側にぴったり嵌まって前記ノズルと前記ブッシュの間の封止接触を損なうことなく前記ノズルが前記スプルーブッシュ内で軸方向に移動することができる第１の部分を有している。
本発明による改良されたノズルとスプルーブッシュの接続体の更なる態様においては、前記第１の部分および前記表面部分は、限定された量の金属材料が流れ込み、凝固して前記封止部を形成できるようにする小さい隙間によって分離される。
【０００９】
好ましい実施の形態の詳細な説明
図１および図２を参照すると、射出組立体１０は、ノズル１３に向けてチキソトロピー状の金属材料を供給するための押出し成形機スクリュー１２を有する射出バレル１１を含む。キャリッジ・シリンダ１４は、当業者には周知の方法で、組立体１０を固定盤１５に向かって、また、それから遠ざかるように移動させ、固定盤１５と可動盤（不図示）の間に取り付けた鋳型に連結したスプルーブッシュと動作的に関連するノズル１３と共に組立体１０を所定の位置にクランプ固定する。ノズルが射出位置にある場合は、当業者には周知の方法で、タイ・バーを、１７で示した固定盤１５の四隅で固定盤１５に連結し、射出機のフレームに連結する。このタイ・バーは、これも当業者には周知の方法で、圧力が固定盤１５および固定盤に取り付けた鋳型に一様に加えられることを確実にする。
【００１０】
金属材料を鋳型へ射出することを可能にするためには、ノズル１３が鋳型内でスプルーブッシュと動作的に係合するまで、キャリッジ・シリンダ１４が射出バレル１１を固定盤１５に向かって移動させる。ノズル１３がブッシュと係合すると、キャリッジ・シリンダ１４が金属材料を鋳型内に射出するための位置に組立体１０をクランプ固定する。
【００１１】
回転源１８は、スクリュー１２を回転させて金属材料を供給スロート１９からノズル１３へ移動させる。バレル１１の長さに沿ったヒーター・バンド２０は、バレル１１の長さに沿って金属材料を所望の射出温度に加熱する。金属材料がスクリュー１２のヘッド部を通過する際に、逆止め弁２１は、金属材料が射出機ハウジング２２の方向にスクリュー１２を押し戻すことを可能にする。これにより、スクリュー１２のヘッド部で金属材料の注入充填がもたらされる。
【００１２】
操作の際は、金属材料のチップを、機械のバレル１１上の供給スロート１９に供給する。このチップは、押出し成形機スクリュー１２によってバレル１１を通って搬送され、同時にバレルの周りに配置されたヒーター・バンド２０によってチキソトロピー状に加熱される。射出に十分な金属材料が逆止め弁２１を通過して移動した場合、その後、スクリュー１２が、射出ハウジング２２内の射出ユニットによって前方へ駆動されて、金属材料を鋳型内に射出する。金属材料は、鋳型に入ると非常に急速に冷却されるので、金属材料を可能な限り速く鋳型に射出して鋳型の全部が充填されるようにすることが必須である。そうするためには、射出サイクル中に射出ピストンを前方に速くかつ大きい力で移動させる必要がある。タイ・ロッドおよびタイ・バーを用いて、スプルーブッシュとノズル１３の間のどのような分離にも十分抗するようにセットされたキャリッジ・シリンダ１４によって、ノズル１３がスプルーブッシュに確実にクランプ固定されていたとしても、高速度およびその力により、射出サイクル中ずっとノズル１３をスプルーブッシュと接触状態にさせておくことは難しい。実際、ノズル１３およびスプルーブッシュが、射出サイクル中に分離することが分かっている。
【００１３】
動荷重および慣性荷重が射出サイクルの様々な部分で生じる。金属材料は、各射出サイクルの間にノズル内で凝固して円筒形の「プラグ」を形成する。各射出サイクルの開始時には、射出シリンダは、作動油によって加圧され、それによって、スクリューを前方へ移動させ、スクリューの前、プラグの後にあるチキソトロピー状の金属材料への圧力を増加する。最終的に、射出ピストンからの力が十分になり、プラグをノズルから分離させ、チキソトロピー状の金属材料と共に鋳型内に吹き込む。射出ピストンは前方へ移動し続け、スクリューは、鋳型が充填されるまで金属材料を鋳型に押し込む。プラグがノズルを離れると、プラグは反動力（recoil  force）を生み出し、それがノズルに作用してスプルーブッシュとの接合部における封止荷重を低減させる。この封止荷重の低減により、封止されている接合部において分離が生じ、その結果、金属材料の漏れを生じさせることがある。
【００１４】
鋳型が充填され、スクリューが突然停止すると、別の大きい荷重が生じる。スクリュー、ピストン、およびスクリュー前方の金属材料の減速により、ノズルとスプルーブッシュの接続部において追加の力がもたらされる。ノズルがスプリングバックし即ちはね返り、封止力が低減し、同時に溶解圧力が最大になる。このため、金属材料がノズルおよびスプルーブッシュの封止表面の間から漏れるようになる。
【００１５】
図３に示したように、従来技術のノズル１３’は、所定の角度でスプルーブッシュ挿入部２５の球面２４と実質的に整合する機械加工された球面２３を有する。スプルーブッシュ挿入部２５は、ノズル１３’とスプルーブッシュ１６’の間の熱の隔離を提供し、ノズル１３’がブッシュ１６’によって冷却され過ぎないようにする。ノズル１３’がスプルーブッシュ挿入部２５と圧接触状態になると、ブッシュ挿入部２５およびノズル１３’が完全な封止をもたらし、射出チャネルを通って射出される金属材料が射出チャネルから逃げることができないようになる。残念なことに、ノズル１３’およびスプルーブッシュ挿入部２５は、上述の如く射出サイクル中に分離し、正確に整合するように機械加工されたスプルーブッシュ挿入部２５およびノズル１３’の表面上に金属材料が蓄積し始める。このことは、時間がたつと、ノズル１３’とスプルーブッシュ挿入部２５の間の接続が損なわれ、新しいノズルおよびスプルーブッシュ挿入部と交換しなければならないことを意味する。これは費用がかかり、時間を要するため、接続が損なわれないか、または、少なくともより多くの射出サイクルの間、適正に機能する接続を見いだすことが望ましい。図４Ａおよび図４Ｂに示したノズルとスプルーブッシュとの間の接合部は、このような接続を提供する。
【００１６】
図４Ａおよび図４Ｂに示した構成では、ノズル１３”は、スプルーブッシュ・チャネル２７内にぴったり嵌まるように機械加工されたスピゴット部２６を含む。ノズル１３”の肩部２８は、スプルーブッシュ１６”の面２９と衝合し、または衝合せず、キャリッジ・シリンダ１４を介して加えられる圧力によってそこに保持される。この構成では、実際、ノズル１３”およびスプルーブッシュ１６”が、プロセスに何の遅延的影響も及ぼさずに互いに関して軸方向に移動できることを見い出した。金属材料は、スプルーブッシュ１６”の壁とノズル１３”のスピゴット部２６の表面の間に到達することができるが、それより先に到達しない。合金はこの領域で凝固し、ノズル１３”の外側に向かってさらに侵入するのを防ぐ。スプルーブッシュ１６”とノズル１３”の間の表面上の金属材料は、成形された部分が鋳型から排出されるときにスプルーと共に除去される。
したがって、ノズルの形状におけるこのような簡単な変更によって、ノズルの封止が損なわれる問題が解決された。
【００１７】
さらに、この構成の変更には、いくつかのさらなる利点がある。たとえば、ノズル肩部２８は、スプルーブッシュ１６”の面２９と接触状態である必要がないので、これらの表面上の摩耗を回避することができる。もちろん、面２９と肩部２８の間の分離が不十分な熱の隔離しかもたらさない場合は、図３の２４で示したものと同様のネジブッシュ（スクリュー・ブッシュ）挿入部を、スプルーブッシュ１６”の端部に配置して、ノズル１３”をブッシュ１６”からさらに熱的に隔離することができる。
【００１８】
この新規なノズルを使用して様々な金属材料を射出することができるが、このノズルは、マグネシウム・ベースの合金などの合金において特に良好に機能する。このノズルは、アルミニウムまたは亜鉛ベースの合金など、他の合金でも機能する。
【００１９】
図５は、固定盤１５上のスプルーブッシュ１６”と係合している実際のノズル１３”の断面図である。（図は鋳型を少なくとも概略的に示すものである。）
【００２０】
当然のことながら、本発明は、本明細書に記載しかつ示した例に限定されるものではなく、例は、本発明を実施するベストモードの単なる例示であり、部材の形状、サイズ、構成、および動作の詳細の変更が可能であることを考慮されたい。本発明は、請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲内にあるこのような変更を全て含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の有用な、金属射出成形機用射出組立体の斜視図である。
【図２】  図１に示した射出組立体のバレル部の断面図である。
【図３】  金属射出成形機に使用される従来技術のノズルとスプルーブッシュとの接合部の概略図である。
【図４Ａ】  本発明によるノズルとスプルーブッシュとの接合部の平面図である。
【図４Ｂ】  図４Ａに示したノズルとスプルーブッシュとの接合部の４Ｂ−４Ｂに沿った断面図である。
【図５】  ノズルが固定盤上の鋳型内のスプルーブッシュと係合している場合のスプルーブッシュとノズルとの接合部の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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