(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル口を先端に有する筒体の外周囲に加熱手段を備え、そのノズル口に接続した計量室を縮径により先端部内に形成し、筒体上部に材料投入口を設けた溶解金属保持筒と、上記計量室に射出ヘッドを進退自在に嵌挿して、溶解金属保持筒に内装した射出用のプランジャとからなり、その溶解金属保持筒をノズル口を下側に水平よりも傾斜させて設置した金属成形機において、
上記溶解金属保持筒の材料投入口から上部内を閉塞部材により無空間となし、その閉塞部材を通して単一のプランジャを溶解金属保持筒に内装し、その溶解金属保持筒の内径と上記プランジャのロッド径の比を２．５以上、溶解金属保持筒とロッド外径の片側間隙を３５ｍｍ以上に構成してなることを特徴とする金属成形機。
【請求項２】
上記閉塞部材は、材料投入口に近接する内端面が略垂直に形成され、その内端面が上記溶解金属保持筒の傾斜との関連により、材料投入口の下側の空間を縮減して溶融金属の蒸発量を抑制し、かつ蒸発した金属が冷却付着することを抑制するテーパ面として位置することを特徴とする請求項１記載の金属成形機。
【請求項３】
上記溶解金属保持筒は、内部で発生したスラッジやロス等の不純物の排出口を下部下側に有することを特徴とする請求項１，２記載の金属成形機。
【請求項４】
上記プランジャは、上記溶解金属保持筒の後端部の駆動装置に連結されて、上記ノズル部材内における金属材料の計量時に後退作動し、計量後の射出時に前進するように溶解金属保持筒内に設けられ、そのプランジャのロッドに対流発生用の膨出部材を設けてなることを特徴とする請求項１記載の金属成形機。
【請求項５】
上記材料投入口は、固体状態の金属材料の移送及び定量計量装置を有する金属材料の供給装置を備えることを特徴とする請求項１，２記載の金属成形機。
【請求項６】
上記材料投入口は、液体状態の金属材料の溶解炉及び定量計量装置を有する供給装置を備えることを特徴とする請求項１，２記載の金属成形機。
【請求項７】
上記材料投入口は、固液共存状態又は固液共存状態の固相が球状化したチクソトロピー状態の金属材料の溶解炉及び定量計量装置を有する供給装置を備えることを特徴とする請求項１，２記載の金属成形機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、亜鉛、マグネシウム又はそれら合金等の非鉄金属を金型に射出して金属製品を得る金属成形機に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
低融点の非鉄金属をプラスチック材料の場合と同様に、射出用のスクリュを回転かつ軸方向に移動可能に備えた加熱筒内で溶融して、加熱筒の後部から供給された粒状の金属材料を、スクリュ回転により加熱筒の前方へと移送しつつ完全に溶融して、加熱筒前室に液相状態で蓄積して計量したのち、スクリュ前進により加熱筒先端のノズルから金型に射出充填することが行われつつある。
【０００３】
このような射出成形を金属材料に採用した場合における課題は、スクリュ回転による金属材料の溶融及び移送の困難さと計量の不安定さにある。液相状態にまで完全に溶融した金属材料では、プラスチック材料とは比較にならぬほど粘度が小さいため、スクリュ回転による移送力が生じ難い。また金属材料が低粘度の液相状態では、スクリュを後方へ押し戻す程の圧力上昇は生じないので、材料圧によるスクリュ後退が起こり難く、スクリュ回転のみでは計量も不安定となって毎回一定量にすることができない。
【０００４】
そこで本発明者等は、スクリュによる金属材料の溶融及び射出の課題を解決する新たな手段として、特開２００１−３７５３７０号公報に記載された低融点金属材料の射出成形機を開発した。
【０００５】
この射出成形機は、溶解筒の内部に回転又は進退自在に設けた攪拌及び射出手段と、それら手段を駆動する溶解筒後端側の装置とから射出機構を構成し、その射出機構を内部の溶融金属が自重により流下して溶解筒の先端部内の計量室に蓄積されるように、型締機構に対しノズル部材側を下向き斜設し、その攪拌及び射出手段を溶解筒内径とほぼ等しい外径の複数条の攪拌翼を断続形成した攪拌部材と、攪拌部材の中央に摺動自在に設けた射出ロッドと、その先端に一体的に取付けて上記計量室に挿入自在に設けた攪拌部材先端の射出プランジャとから構成されている。
【０００６】
このような構成の射出成形機では、外部からの加熱と先に生じた金属溶湯の温度により、溶解筒内における金属材料の溶解が効率よく行われて温度も均一となり、また射出プランジャによる溶融金属の計量及び射出も安定するなど、スクリュを採用した場合よりもその効果が一段と向上するものであった。
【０００７】
この発明は、上記射出成形機の改善にあって、その目的は、溶解金属保持筒に内装される部材を単一のプランジャとするとともに、溶湯の液面上の空間を縮減することによって、溶解金属保持筒の空間による溶融金属の蒸発及び蒸発金属の筒壁への冷却付着を解決し、また金属溶湯中の不純物の排出などの新たな課題をも解決することができる金属成形機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的によるこの発明は、ノズル口を先端に有する筒体の外周囲に加熱手段を備え、そのノズル口に接続した計量室を縮径により先端部内に形成し、筒体上部に材料投入口を設けた溶解金属保持筒と、上記計量室に射出ヘッドを進退自在に嵌挿して、溶解金属保持筒に内装した射出用のプランジャとからなり、その溶解金属保持筒をノズル口を下側に水平よりも傾斜させて設置した金属成形機において、上記溶解金属保持筒の材料投入口から上部内を閉塞部材により無空間となし、その閉塞部材を通して単一のプランジャを溶解金属保持筒に内装し、その溶解金属保持筒の内径と上記プランジャのロッド径の比を２．５以上、溶解金属保持筒とロッド外径の片側間隙を３５ｍｍ以上に構成してなるというものである。
【０００９】
この発明の上記閉塞部材は、材料投入口に近接する内端面が略垂直に形成され、その内端面が上記溶解金属保持筒の傾斜との関連により、材料投入口の下側の空間を縮減して溶融金属の蒸発量を抑制し、かつ蒸発した金属が冷却付着することを抑制するテーパ面として位置する、というものである。
【００１０】
この発明の上記溶解金属保持筒は、内部で発生したスラッジやロス等の不純物の排出口を下部下側に有するというものであり、上記プランジャは上記溶解金属保持筒の後端部の駆動装置に連結されて、上記ノズル部材内における金属材料の計量時に後退作動し、計量後の射出時に前進するように溶解金属保持筒内に設けられ、そのプランジャのロッドに対流発生用の膨出部材を設けてなる、というものである。
【００１１】
この発明の上記材料投入口は、固体状態の金属材料の移送及び定量計量装置を有する金属材料の供給装置を備え、また材料投入口は液体状態の金属材料の溶解炉及び定量計量装置を有する供給装置を備える。さらに材料投入口は固液共存状態又は固液共存状態の固相が球状化したチクソトロピー状態の金属材料の溶解炉及び定量計量装置を有する供給装置を備える、というものである。
【００１２】
上記構成では、溶解金属保持筒内の部材として、プランジャのロッドがその中央に位置するのみで、溶解金属保持筒の内径とプランジャのロッド径の比を２．５以上、溶解金属保持筒とロッド外径の片側間隙を３５ｍｍ以上に構成したことにより、筒体内における溶湯の温度が安定し、また貯量がプランジャを攪拌軸と共に内装した場合よりも増して溶解能力が向上する。
【００１３】
また溶解金属保持筒内はプランジャのロッドがその中央に位置するのみで、攪拌手段を有せぬことから、これまでの溶解筒で看られた攪拌軸と筒体内壁間での材料ブリッジの発生がなく、溶湯の攪拌による金属の蒸発促進も防止され、攪拌による不純物拡散が原因とされる溶解筒内の可動部位の摩耗も低減されるなど効率及び耐久性に優れたものとなる。
【００１４】
上記溶解金属保持筒の傾斜角度は、水平に対して５〜６０°の角度範囲でノズル部材側を下に設置することが望ましい。傾斜方法としては型締装置と共に溶解金属保持筒を斜設する場合と、溶解金属保持筒のみを斜設する場合とがあるが、規定容量の溶湯が溶解金属保持筒内にあるとき、計量室が液面の気体を吸い込まないだけの溶湯量が必要となる。好適な例としては溶解金属保持筒のみを４５°の角度に斜設することである。
【００１５】
また材料投入口から溶湯の液面までの空間は、液面から蒸発する金属蒸気によって飽和状態となることが望ましいが、溶解金属保持筒を密閉する天面や壁面が蒸発する金属の固化温度以下になってしまうと、固化した金属が天面や壁面に付着してしまう。これらは溶解することなく付着したままとなり、酸素と結合して酸化物になったりもするが、材料投入口から上部内を閉塞部材により無空間となしたことによって、蒸発金属による付着固化を少なくすることができる。
【００１６】
さらに閉塞部材の材料投入口に近接する内端面によるテーパ面により、材料投入口から溶湯の液面までの空間が最小限に形成されることによって、空間部の天面及び壁面の加熱による固化温度以上の温度制御が効率よく行えるようになり、この結果、蒸発金属の付着固化がなくなって、その固化物が後に不純物として溶湯に混入することが防止される。また排出口により金属溶湯に発生したスラッジやロス等の不純物を溶湯と共に抜き取ることができるので、短期間での内部クリーニングが不要となり、稼働を停止して溶解筒を分解する場合にも、筒体内に攪拌手段を有せぬことから組立て分解時間の短縮が図られ、製造コストの低減ともなり得る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、固体状態の金属材料を溶解して金型に射出充填する実施形態を示すものである。
【００１８】
図中１は、筒体先端にノズル部材１０を有し、内部に射出用のプランジャ１２を有する金属溶解保持筒１１（以下溶解筒という）を主体とする射出機構、２は型締機構で共に機台３の上面に設置されている、４は型締機構２に対し進退自在に設置した射出機構１の台座４で、上面が傾斜した左右一対の板体５ａによる架台５を後部上に旋回自在に備え、その架台５に上記溶解筒１１が型締機構２に対してノズル部材側を下向きに傾斜設置してある。
【００１９】
上記溶解筒１１の両側には、油圧シリンダ４２と長軸のロッド４２ａとによるノズルタッチ装置４４が、台座４の先端中央に立設したノズルタッチブロック４５の両側の軸受部材４６に、ロッド４２ａの先端を回動自在に軸着する一方、油圧シリンダ４２を溶解筒後端と射出シリンダ４３の前端とに掛け渡し、シリンダ後端を射出シリンダに回動自在に止着して設けてある。なお上記ノズルタッチ装置４４は射出機構１の修理やメンテナンスに際する後退装置としても機能する
【００２０】
上記架台５は上面が４５°前後の角度の内向きの傾斜面に形成された板体内側に、支持軸４０が両端を部材４１をもって取付けてあり、その支持軸４０に溶解筒１１の後端部の支脚が、射出シリンダ４３の前端部の支脚と共に取付けて、溶解筒１１を４５°の角度に保持している。
【００２１】
また架台５は上記台座４の後端部上に設置した門型の受座６に、図では省略したが旋回自在に載置固定され、その受座６の内部中央から上記ノズルタッチブロック４５にわたり、該ノズルタッチブロック４５の前面に部材５２をもつて水平に設けた射出筒４７のノズルタッチ装置４８が配設してある。
【００２２】
このノズルタッチ装置４８の油圧シリンダ４９は、機台３に据え付けた台座６の内側中央の受部材５０に固設され、また内部のピストンロッド（図は省略）に連結したロッド部材５１は、その先端を上記ノズルタッチブロック４５に連結されて、そのロッド部材５１の進退移動により台座４が架台５の上面の溶解筒１１と共に進退移動して、上記射出筒４７が金型７にノズルタッチするようにしてある。
【００２３】
上記ノズルタッチブロック４５の内側上部は、図２に示すように、上記溶解筒１１のノズル部材１０の軸線に対し直角に位置する傾斜後面に形成され、その傾斜後面にノズルタッチ用のゲートが開設してある。またノズルタッチブロックの内部には、上記ノズル部材４７と上記ノズル部材１０とを連通するホットランナ５３が屈曲形成してあり、これにより溶解筒１１が型締機構２に対し傾斜設置されていても、ノズルタッチが隙間なく行われて射出時の溶融金属の漏洩を防止している。
【００２４】
上記溶解筒１１は、筒体１１ａの中程の上側に材料投入口１３を有し、その材料投入口１３の下方に溶湯の液面検知器１４が筒体１１ａの壁部に検知プラグを貫通して取付けてある。また筒体１１ａの下部下側には、内部で発生したスラッジやロス等の不純物の排出口１５が設けてある。
【００２５】
上記材料投入口１３には粒状の金属材料の供給装置１６が取付けてある。この供給装置１６は水平なシリンダ１６ａとシリンダ端部に設けた電動モータ（図示せず）により回転する内部のスクリュコンベア１６ｂとからなり、不活性ガスの注入管１６ｃ及び酸素感知器１７を備える。粒状材料の送出量はスクリュコンベア１６ｂの回転数の制御により加減して、供給量の計量が行えるようになっている。
【００２６】
また材料投入口１３から上部の筒体内は、図２に示すように、内端面１８ａを材料投入口１３の上縁に接近して、筒体１１ａ内に設けた閉塞部材１８により塞がれて無空間となっている。この閉塞部材１８は材料投入口１２の上縁近傍から筒体後端まで達する長さの軸材を、筒体後端に外端をボルト止めして気密に固設したものからなり、その閉塞部材１８の中央に穿設した貫通孔に、ロッド１２ａと先端の射出ヘッド１２ｂとからなるプランジャ１２が、攪拌手段を設けることなく単一の状態で、ロッド１２ａを周囲のリングにより気密に挿通して、射出ヘッド１２ｂが上記ノズル部材１０の後部内に形成した所要長さの計量室２１に嵌挿されるところまで筒体内に進退自在に設けてある。
【００２７】
この長軸材による閉塞部材１８を、プランジャ１２の支承に利用してロッド１２ａを筒体内に保持したことにより、ロッド１２ａの保持スパンが長く確保されるので、プランジャ１２の保持が片持ちの状態であっても、計量室２１に対しプランジャ１２を同心に設定し易くなり、長期の使用においても相互に心ずれが起こらず、偏心による噛りが防止される。
【００２８】
上記プランジャ１２のロッド後端は、上記射出シリンダ４３のピストンロッド４３ａと連結してある。また場合によって、ロッド１２ａに該ロッド１２ａの軸方向移動に伴い溶湯に対流を発生させる膨出部材２３が、鎖線で示すように設けられる。この膨出部材２３の位置は、溶湯の液面Ｌより上にあると、プランジャ前進時に液面Ｌを叩くことになり、溶湯を跳ね上げてしまうことになるので、完全に溶湯の中に沈んでいるか、一部が溶湯内に没入される位置、たとえば図示のように上記排出口１５に近接して設けられるのが望ましい。また膨出部材２３の形状は溶解する金属材料の粘度、射出、計量時のプランジャ速度などによって決定され、膨出部材２３の往復動により溶湯温度の均一を図ることができる。
【００２９】
上記ロッド１２ａの太さは溶解筒１１の内径によって異なるが、溶解筒１１の内径とロッド径の比は２．５以上とし、溶解筒１１とロッド外径の片側間隙を３５ｍｍ以上として設定するのが好ましい。因に上記比率から寸法としては溶解筒内径１１５ｍｍの場合，ロッド径は３２〜４０ｍｍの範囲となる。
【００３０】
上記閉塞部材１８の内端面１８ａは略垂直に形成してあり、その内端面１８ａが溶解筒１１の傾斜との関連により、材料投入口１３の下側の空間１９を縮減して溶融金属の蒸発量を抑制し、かつ蒸発した金属が冷却付着することを、溶解筒１１の外周囲のバンドヒーター２０による加熱と相俟って抑制するテーパ面として位置している。
【００３１】
上記ノズル部材１０のノズル口と連通する筒体１１ａの先端部内は、溶解筒内径よりも８〜１５％ほど小径に縮径した所要長さの計量室２１に形成してある。図示の例では、筒体先端に取付けたノズル部材１０の後部内を、溶解筒内径よりも小さく縮径し、その後部内を筒体１１ａ内と連通した上記計量室２１としているが、特にそのような構造に限定されるものではなく、図では省略するが、ノズル部材１０を筒体先端に止着する、先端部材２２の内径を縮径して計量室２１となし、その先端部材２２にノズルチップを取付けた構造であってもよい。
【００３２】
上記プランジャ１２の射出ヘッド１２ｂは、図４に示すように、外周面にシールリング２４を埋設した逆止弁２５を外周囲に進退自在に備え、その逆止弁２５と射出ヘッド１２ｂとの間に形成した流路２６を、逆止弁２５の後端面とプランジャ後部のシートリング２５ａとの接離により開閉できるようにして、ノズル部材内の計量室２１に移動自在に嵌挿されている。
【００３３】
このような射出ヘッド１２ｂを備えたプランジャ１２では、射出後に上記射出筒４７のノズル口が残留した溶融金属の冷却固化により生じたプラグにより密栓されていることから、上記射出シリンダ４３によりプランジャ１２を前進位置から後退移動すると、射出ヘッド外周の逆止弁２５が、計量室内の負圧による引張と材料圧により前側にずれ動いて開弁状態となり、溶湯が上記流路２６から後退移動に伴い拡張されつつある計量室２１に流れ込んで、射出ヘッド１２ｂが図示の後退限位置で停止するまで計量が行われる。
【００３４】
また計量材料の金型７への射出は、射出シリンダ４３よりプランジャ１２に射出圧力を加えて行われるが、この際、射出筒４７のノズル口は上述のようにプラグにより塞がれているので材料圧が上昇し、これが射出負荷圧となって逆止弁２５が後退移動し、これにより閉弁が行われて計量材料の逆流が防止されるようになる。さらに射出圧力の上昇によりプラグが金型側に押し出されて、計量材料はノズル口から金型７に射出されることになる。
【００３５】
図３に示す実施形態は、材料投入口１３にバンドヒーター２７を周囲に備えた小型の溶解炉２８を取付け、その溶解炉２８により溶解した金属材料を液体で溶解筒１１に供給し、その液体状態を溶解筒周囲の上記バンドヒーター２０により保持して射出が行えるようにした場合を示すものである。溶解炉２８には人為的に操作できる弁棒２９を流出路３０に設け、その弁棒２９の開閉操作により溶融金属材料の計量と供給とが行えるようにしてある。
【００３６】
次に上記構成の成形機によるマグネシウム合金の成形について説明する。
先ず溶解筒１１を外周のバンドヒーター２０により６２０°〜６８０℃ほどの温度に加熱して、その内部を溶融温度以上の高温となすとともに。また上記ガス供給注入部材１６ｃから溶解筒内にアルゴンガス等の不活性ガスを注入して、溶解筒内を不活性ガス雰囲気となす。
【００３７】
溶解筒１１の温度が設定温度に達したら、粒状の金属材料を上記供給装置１６から溶解筒１１内に供給する。金属材料は溶解筒１１が下向きに傾斜していることから、自重により溶解筒１１の最下端まで落ち込んで溶解される。この際の材料計量は、一回の射出量より僅かに多く略同重量の金属材料を供給するか、複数回の射出重量より僅かに多い重量の複数回分の金属材料を供給する。供給量は溶解筒１１の溶湯液面レベルを上記感知器１４により感知して停止し、設定ショット数供給を停止した後、再度繰り返されて一定の溶湯液面レベルを保持する。
【００３８】
供給される金属材料が溶解炉２８により予め溶解された液体の場合、設定温度に保持された溶解筒１１に投入した後においても、溶解筒１１の加熱及び溶解筒内の溶湯の温度によって液状状態が保持される。
【００３９】
供給される金属材料が、予め固液共存状態に加熱した金属材料、固化した通常の金属材料を別個の溶解炉によりチクソトロピー状態にした金属材料などの場合にも、上記固体状態又は液体状態の場合と同様に供給を行って溶解筒１１により加熱状態に保持される。
【００４０】
溶湯はプランジャ１２が後退移動すると、射出ヘッド１２ｂにおける上述動作により溶解筒内の金属溶湯は計量室２１に流入して計量が行われる。プランジャ１２が後退限位置に達して計量終了となり、プランジャ１２は前進移動に切り替わって計量室２１に計量した溶湯を加圧する。これにより逆止弁２５が上記動作により閉弁し、計量溶湯はノズルからホットランナー及び射出筒４７を通過して型締された金型７に射出充填される。射出完了後にプランジャ１２は後退限位置まで移動して次回の計量が行われる。
【００４１】
長時間の稼働により溶湯に発生したスラッジやロス等の不純物Ｓは、溶解筒１１の傾斜により排出口１５の付近に沈下するので、適当な時期にキャップ１５ａを外して溶湯と共に抜き取ることができる。これにより稼働を停止して溶解筒１１を分解することなく内部のクリーニングができるので長期稼働が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る低融点金属成形機の側面図である。
【図２】同上の溶解筒と縦断側面図である。
【図３】他の実施形態の部分縦断側面図である。
【図４】プランジャのヘッドの縦断側面図である。
【符号の説明】
１    射出機構
２    型締機構
７    金型
１０    ノズル部材
１１    溶解筒
１２    射出用のプランジャ
１２ａ  プランジャのロッド
１２ｂ  射出ヘッド
１３    材料投入口
１５    排出口
１６    供給装置
１８    閉塞部材
１８ａ  閉塞部材の内端面
１９    空間
２０    バンドヒーター
２１    計量室
２３    対流用の膨出部材
２５    逆止弁
２８    溶解炉
４７    射出筒
【図１】
0003624885.tif 000002
【図２】
0003624885.tif 000003
【図３】
0003624885.tif 000004
【図４】
0003624885.tif 000005