(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属射出成形機の加熱シリンダ（１）内の溶融金属材料に混在する気体を除去する脱気装置（１０）であって、前記加熱シリンダの脱気口（１ｂ）に接続された脱気配管（１１）と、該脱気配管を排気する排気手段（１４）と、前記脱気口と前記脱気配管の間に配設された弁室（２２，３２）および該弁室を開閉する弁体（２１ａ，３１ａ）を有するフロート（２１，３１）からなる弁装置（１２）を備えていることを特徴とする金属射出成形機の脱気装置。
【請求項２】
フロートが、球形または半球形の弁体を有することを特徴とする請求項１記載の金属射出成形機の脱気装置。
【請求項３】
フロートが、円錐形状の弁体を有することを特徴とする請求項１記載の金属射出成形機の脱気装置。
【請求項４】
フロートが、内部が空洞になった中空形状であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の金属射出成形機の脱気装置。
【請求項５】
フロートの内部の材質が、外部の材質と異なっていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の金属射出成形機の脱気装置。
【請求項６】
脱気配管に、強制冷却手段（１３ａ）を有する脱気槽（１３）が配設されていることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の金属射出成形機の脱気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属材料を加熱溶融し、金型に射出して成形する金属射出成形機の脱気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料を成形するための金属射出成形機には、一般的にインラインスクリュ方式の射出装置が用いられる。
【０００３】
図６は一従来例による射出装置を示すもので、これは、ベースＢ０  に支持された加熱シリンダ１０１と、加熱シリンダ１０１内で回転と軸方向の進退移動が自在であるスクリュ１０２と、スクリュ１０２を回転駆動する油圧モータ１０３と、スクリュ１０２を軸方向に進退移動させるスクリュ駆動装置１０４と、加熱シリンダ１０１の原料供給口に接続されたホッパ１０５と、加熱シリンダ１０１の先端に一体的に配設された射出ノズル１０６を有する。加熱シリンダ１０１の円筒壁と、ホッパ１０５の外壁、および射出ノズル１０６は、それぞれヒータＨ０  によって加熱される。
【０００４】
ホッパ１０５に粒状や小片状の金属材料を供給し、油圧モータ１０３によってスクリュ１０２を回転駆動すると、ホッパ１０５内の金属材料は、加熱シリンダ１０１の原料供給口からスクリュ１０２のら旋溝１０２ａに落ち込み、スクリュコンベアのように射出ノズル１０６の方向に移送される。この過程で金属材料は、スクリュ１０２の回転による摩擦力、剪断力、および加熱シリンダ１０１の外側のヒータＨ０  からの加熱等によって溶融され、完全溶融または半溶融の状態となる。
【０００５】
金属材料はこのように、加熱シリンダ１０１内をスクリュ１０２によって搬送される過程で溶融され、スクリュ１０２を後退させながら加熱シリンダ１０１の先端部１０１ａに溜められる。加熱シリンダ１０１の先端部１０１ａに所定量の溶融金属材料が溜まったら、リミットスイッチ等によってスクリュ１０２の後退を停止する。この停止位置を変化させることで、加熱シリンダ１０１の先端部１０１ａに溜まる溶融金属材料の量を調整できる。
【０００６】
次いでスクリュ１０２を射出方向に前進させ、加熱シリンダ１０１の先端部１０１ａの溶融金属材料を射出ノズル１０６から金型１０７のキャビティ１０７ａに射出する。マグネシウム合金等は、溶融状態において酸化しやすく、空気中の酸素と反応して火炎燃焼したり、酸化物を生成したりする。また、空気中の窒素と反応して窒化物を生成することもある。そこで、ホッパ１０５に不活性ガス供給装置１０８を接続し、ホッパ１０５内にアルゴンガスのような空気より比重の大きい不活性ガスを充満させて、溶融金属材料が空気中の酸素や窒素と反応するのを阻止するように構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の技術によれば、ホッパ内に充満させた不活性ガスの一部分が、ホッパ内の金属材料とともに加熱シリンダ内に供給され、加熱シリンダ内で溶融される金属材料に混入する。また、ホッパ内に不活性ガスを充満させても、加熱シリンダ内に供給される金属材料から完全に空気を排除することはできない。
【０００８】
このようにして溶融金属材料内に残留または混入した空気や不活性ガスは、温度や圧力に応じて加熱シリンダ内の溶融金属材料の体積を変化させ、射出成形品の内部に空洞を形成したり、射出ノズルから溶融金属材料を噴出させたりする。また、加熱シリンダ内で溶融金属材料が酸化あるいは窒化され、酸化物や窒化物が加熱シリンダの内壁やスクリュの表面に付着すると、スクリュの円滑な回転や軸方向の進退移動を妨げるという不都合もある。
【０００９】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、加熱シリンダ内の溶融金属材料に混在する不活性ガスや空気等を効果的に吸引除去し、射出成形品に空洞が生じたり、射出ノズルから溶融金属材料が噴出する等のトラブルを回避できる金属射出成形機の脱気装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明の金属射出成形機の脱気装置は、金属射出成形機の加熱シリンダ内の溶融金属材料に混在する気体を除去する脱気装置であって、前記加熱シリンダの脱気口に接続された脱気配管と、該脱気配管を排気する排気手段と、前記脱気口と前記脱気配管の間に配設された弁室および該弁室を開閉する弁体を有するフロートからなる弁装置を備えていることを特徴とする。
【００１１】
フロートが、球形または半球形の弁体を有するとよい。
【００１２】
フロートが、円錐形状の弁体を有するものであってもよい。
【００１３】
フロートが、内部が空洞になった中空形状であるとよい。
【００１４】
フロートの内部の材質が、外部の材質と異なっていてもよい。
【００１５】
脱気配管に、強制冷却手段を有する脱気槽が配設されているとよい。
【００１６】
【作用】
加熱シリンダの中央より射出ノズル側で、内部の金属材料の大部分が溶融している領域に脱気口を設け、弁装置を介して脱気配管に接続する。加熱シリンダ内の溶融金属材料がスクリュによって移送される過程で、溶融金属材料に混在する不活性ガスや空気等の気体が脱気口から弁装置を経て脱気配管に吸引される。このようにして溶融金属材料に混在する気体を除去することで、射出成形品に空洞が生じたり、射出ノズルから溶融金属材料が噴出する等のトラブルを回避する。
【００１７】
溶融金属材料が弁装置の弁室に侵入したときは、フロートが浮上して弁体が弁室の弁座に当接される。このようにして弁室を閉じることで、溶融金属材料が弁装置から流出するのを防ぐ。
【００１８】
このように溶融金属材料の流出を防ぐための弁装置は、溶融金属材料によってフロートが浮上して弁体が弁室を閉じるように構成された簡単な構造であり、外部からの駆動機構を必要としない。従って、必要部品数が少なくてすみ、また各部品の形状も簡単で安価であるうえに、弁の開閉動作が俊敏でシールの信頼性が高く、高圧力にも耐えることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は一実施の形態による金属射出成形機の主要部を示すもので、これは、ベースＢ１  に支持された加熱シリンダ１と、加熱シリンダ１内で回転と軸方向の進退移動が自在であるスクリュ２と、スクリュ２を回転駆動する油圧モータ３と、スクリュ２を軸方向に進退移動させるスクリュ駆動装置４と、加熱シリンダ１の原料供給口に接続されたホッパ５と、加熱シリンダ１の先端に一体的に配設された射出ノズル６を有する。加熱シリンダ１の円筒壁と、ホッパ５の外壁、および射出ノズル６は、それぞれヒータＨ１  によって加熱される。
【００２１】
ホッパ５に粒状や小片状の金属材料を供給し、油圧モータ３によってスクリュ２を回転駆動すると、ホッパ５内の金属材料は、加熱シリンダ１の原料供給口からスクリュ２のら旋溝２ａに落ち込み、スクリュコンベアのように射出ノズル６の方向に移送される。この過程で金属材料は、スクリュ２の回転による摩擦力、剪断力、および加熱シリンダ１の外側のヒータＨ１  からの加熱等によって溶融され、完全溶融または半溶融の状態となる。
【００２２】
溶融金属材料は、加熱シリンダ１内をスクリュ２によって搬送され、スクリュ２を後退させながら加熱シリンダ１の先端部１ａに溜められる。加熱シリンダ１の先端部１ａに所定量の溶融金属材料が溜まったら、リミットスイッチ等によってスクリュ２の後退を停止する。この停止位置を変化させることで、加熱シリンダ１の先端部１ａに溜まる溶融金属材料の量を調整できる。
【００２３】
次いでスクリュ２を射出方向に前進させ、加熱シリンダ１の先端部１ａの溶融金属材料を射出ノズル６から金型７のキャビティ７ａに射出する。マグネシウム合金等は、溶融状態において酸化しやすく、空気中の酸素と反応して火炎燃焼したり、酸化物を生成したりする。また、空気中の窒素と反応して窒化物を生成することもある。そこで、ホッパ５に不活性ガス供給装置８を接続し、ホッパ５内にアルゴンガスのような空気より比重の大きい不活性ガスを充満させて、溶融金属材料が空気中の酸素や窒素と反応するのを阻止するように構成されている。
【００２４】
ホッパ５内に充満させた不活性ガスの一部分が、ホッパ５内の金属材料とともに加熱シリンダ１に供給されるため、加熱シリンダ１内で溶融された金属材料に不活性ガス等の気体が混在する。また、ホッパ５内に不活性ガスを充満させても、加熱シリンダ１に供給される金属材料から完全に空気を排除することはできない。
【００２５】
このように溶融金属材料内に残留または混入した空気や不活性ガス等の気体は、温度や圧力に応じて加熱シリンダ１から射出ノズル６を経て射出される溶融金属材料の体積を変化させ、射出成形品の内部に空洞を形成したり、射出ノズル６から溶融金属材料を噴出させたりする。また、加熱シリンダ１内で溶融金属材料が酸化あるいは窒化され、酸化物や窒化物が加熱シリンダ１の内壁やスクリュ２の表面に付着すると、スクリュ２の円滑な回転や軸方向の進退移動を妨げるという不都合もある。
【００２６】
そこで、加熱シリンダ１内をスクリュ２によって搬送される途中の溶融金属材料から不活性ガスや空気等の気体を除去するための脱気装置１０を設ける。脱気装置１０は、加熱シリンダ１の中央より射出ノズル６側で、内部の金属材料の大部分が溶融している領域の円筒壁に設けられた脱気口１ｂに接続された脱気配管１１と、加熱シリンダ１の脱気口１ｂから溶融金属材料が流出するのを防ぐための弁装置１２と、脱気配管１１の途中に設けられた脱気槽１３と、脱気配管１１に接続された排気手段１４を有し、脱気槽１３の周囲には強制冷却手段である強制冷却用配管１３ａが設けられ、これに供給される液体または気体の冷媒によって脱気槽１３が冷却される。
【００２７】
スクリュ２の中央より射出ノズル６側で、ら旋溝２ａ内の金属材料の大部分が溶融している領域のら旋溝２ａの一部は局部的に溝が深い深溝部分２ｂとなっている。この深溝部分２ｂは、スクリュ２が加熱シリンダ１内で軸方向に進退する際に加熱シリンダ１の脱気口１ｂに対向するように配設されている。また、加熱シリンダ１の内壁には、脱気口１ｂを中心としてスクリュ２の深溝部分２ｂに面した脱気溝１ｃが形成されている。
【００２８】
加熱シリンダ１内の溶融金属材料に混在する不活性ガスや空気は、スクリュ２の深溝部分２ｂから、加熱シリンダ１の脱気溝１ｃを経て、脱気口１ｂを通って脱気配管１１に排出される。
【００２９】
図２に示すように弁装置１２は、上端に球形または半球形の弁体２１ａを有し、かつ内部が空洞に形成された中空形状であり加熱シリンダ１内の溶融金属材料よりも軽いフロート２１と、フロート２１との間に充分な隙間を有し、フロート２１の上端の弁体２１ａが当接して弁装置１２の脱気路１２ａを塞ぐように構成された円錐面の弁座２２ａを有する弁室２２と、弁室２２の下部に設けられ、フロート２１の底部が当接した場合でも、図２の（ｃ）に示すように溶融金属材料の通過を許容する形状の開口２３ａを備えたストッパ２３とからなり、外周部にはヒータＨ２  が装着されている。
【００３０】
図２の（ａ）および（ｂ）に示すように、溶融金属材料が弁室２２内に満ちるまでは、フロート２１の底部が自重により下方のストッパ２３に当接し、弁体２１ａが弁座２２ａから離間して脱気配管１１の脱気路１２ａを開放するので、加熱シリンダ１内の溶融金属材料に混在する不活性ガスや空気が、脱気配管１１を通じて排気手段１４によって吸引除去される。
【００３１】
排気手段１４は、具体的には真空ポンプとその駆動装置および制御装置等より構成され、脱気配管１１を通じて、加熱シリンダ１の脱気溝１ｃを１０−３〜１０２  Ｔｏｒｒの真空度に保持するように制御される。
【００３２】
脱気配管１１に流入した不活性ガスや空気は、脱気槽１３において冷却され、フィルタ１３ｂによって含有不純物を除去されたのち、排気手段１４を介して大気中に放出される。
【００３３】
加熱シリンダ１内の溶融金属材料が増加して、加熱シリンダ１の脱気口１ｂから弁室２２内に流入すると、図３に示すようにフロート２１が浮き上がり、弁体２１ａが弁座２２ａに当接して脱気路１２ａを閉鎖し、溶融金属材料の脱気配管１１への流出を阻止する。これにより、高温の溶融金属材料が脱気配管１１に流入して、脱気配管１１や脱気槽１３および排気手段１４等を損傷したり、脱気配管１１内で冷却されて固着し、脱気を不能にする不具合を防止する。
【００３４】
次に、上記の射出装置を使用した成形工程を説明する。ホッパ５に粒状、薄片ないし破砕小片等のマグネシウム、アルミニウム、亜鉛、錫等の純金属あるいはこれらの合金からなる金属材料を投入する。また、ヒータＨ１  によりホッパ５、加熱シリンダ１等を加熱する。
【００３５】
油圧モータ３によりスクリュ２を回転駆動する。そうすると、ホッパ５から加熱シリンダ１内に供給された金属材料は、スクリュ２により撹拌されながらら旋溝２ａによって加熱シリンダ１の前方に送られる。その過程でヒータＨ１  からの熱と、スクリュ２の回転駆動による摩擦力、剪断力等によって生ずる熱とにより溶融される。そして、加熱シリンダ１の先端部１ａへ搬送される。
【００３６】
このとき、スクリュ２は、加熱シリンダ１の先端部１ａへ搬送される溶融金属材料により後退する。あるいはスクリュ駆動装置４の内部の図示しない油圧シリンダのロッド側に低圧の作動油を供給して後退する力を補助する。正常な作動状態では、スクリュ２の深溝部分２ｂにホッパ５側から流入する溶融金属材料の量よりも、スクリュ２の深溝部分２ｂが射出ノズル６側に搬送する能力の方が大きいので、溶融金属材料はスクリュ２の深溝部分２ｂや加熱シリンダ１の脱気溝１ｃを満杯にすることはなく、溶融金属材料の湯面は弁装置１２のフロート２１よりも低くなる。従って、フロート２１が自重によりストッパ２３の上面に着座する。このため、弁体２１ａが弁座２２ａから離間して脱気路１２ａを開放し、不活性ガスや空気の流出を許容する。
【００３７】
前述のように、スクリュ駆動装置４に設けられているリミットスイッチ等の位置のセンサによってスクリュ２が所定量後退したことを検知すると、油圧モータ３の回転を停止して計量を終わる。
【００３８】
なお、上記の計量工程において、スクリュ２の先端に設けられた逆流防止装置２ｃにおける流動抵抗が大きくなる異常が生じて、加熱シリンダ１の先端部１ａへの搬送量が減少した場合は、溶融金属材料がスクリュ２の深溝部分２ｂや加熱シリンダ１の脱気溝１ｃを満杯にし、さらに脱気口１ｂを通じて弁装置１２の弁室２２内に流入する。そうすると、溶融金属材料より軽いフロート２１が浮き上がり、フロート２１上端の弁体２１ａが弁座２２ａに当接して脱気路１２ａを閉鎖する。これにより溶融金属材料の脱気配管１１への流出が阻止される。
【００３９】
スクリュ駆動装置４の油圧シリンダのヘッド側に高圧の作動油を供給すると、スクリュ２が前方へ駆動され、加熱シリンダ１の先端部１ａに蓄積されている溶融金属材料が、型締めされている金型７のキャビティ７ａに射出される。
【００４０】
上記の射出工程において、スクリュ２の先端に設けられた逆流防止装置２ｃの逆流防止機能が不充分になる異常が生じて、溶融金属材料の逆流量が増加した場合は、前述と同様に、溶融金属材料がスクリュ２の深溝部分２ｂおよび加熱シリンダ１の脱気溝１ｃを満杯にし、脱気口１ｂを通過して弁装置１２の弁室２２内に流入する。そうすると、溶融金属材料より軽いフロート２１が浮き上がり、フロート２１上端の弁体２１ａが弁座２２ａに当接して脱気路１２ａを閉鎖する。これにより溶融金属材料の脱気配管１１への流出が阻止される。
【００４１】
金型７のキャビティ７ａに射出され充填された溶融金属材料は、冷却固化した後、金型７より取り出される。このようにして、金属射出成形品を得ることができる。
【００４２】
図４は一変形例を示す。これは、フロート３１の上端の弁体３１ａが円錐形状であり、図５に示すように、弁座３２ａの円錐面と面接触するので、当接部の強度が増し、溶融金属材料のシールも確実になる。また、図４の（ｂ）に示すように、フロート３１の胴体の外側に複数のガイド部３１ｂを設けた形状であるため、フロート３１が上下動するとき、各ガイド部３１ｂの先端が、弁室３２の内壁により案内され、フロート３１の上下動がスムーズになる。加えて、不活性ガスや空気の通過面積も充分に確保される。
【００４３】
本発明は、上記の形態に限定されることなく色々な形で実施できる。例えば、上記の実施の形態ではフロート２１，３１の内部は空洞の中空形状になっているが、内部の材質を外部と異なる多孔質で見かけの比重の小さい材料、例えば焼結金属のような材料で充填すれば、外周部の部材を薄くして、フロート全体の浮力を増すようにすることもできる。
【００４４】
また、フロート全体を溶融金属材料よりも比重の小さい材料から構成すると、内部を空洞にする必要はなくなる。例えば、鉛、亜鉛、錫のいずれかを成形する射出成形機の弁装置のフロートに、これらの材料より比重が小さく、かつ融点が高いアルミニウム合金またはマグネシウム合金を使用すれば、内部を空洞にする必要はない。
【００４５】
なお、上記の実施の形態では、加熱シリンダ１の中央部より射出ノズル６側すなわち溶融金属材料が大部分を占める部分に脱気溝１ｃを設け、これに相対するスクリュ２の深溝部分２ｂを他の部分より深くしたが、加熱シリンダ１の脱気溝１ｃまたはスクリュ２の深溝部分２ｂのいずれか一方のみを設けることもできる。
【００４６】
また、上記の実施の形態では、スクリュ２の前後進駆動および回転駆動に油圧を用いたが、他の流体圧を用いたり、電気的駆動手段を用いることもできる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００４８】
加熱シリンダ内の溶融金属材料に混在する不活性ガスや空気等を効果的に吸引除去し、射出成形品に空洞が生じたり、射出ノズルから溶融金属材料が噴出する等のトラブルを回避して、高品質な射出成形品を安定して製造できる高性能な金属射出成形機を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態による金属射出成形機の主要部を示す模式断面図である。
【図２】図１の装置の弁装置を示すもので、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿ってとった断面図、（ｃ）はストッパを示す断面図である。
【図３】図２の弁装置の動作を説明する図である。
【図４】一変形例による弁装置を示すもので、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿ってとった断面図である。
【図５】図４の弁装置の動作を説明する図である。
【図６】一従来例を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１    加熱シリンダ
１ａ    先端部
１ｂ    脱気口
１ｃ    脱気溝
２    スクリュ
２ａ    ら旋溝
２ｂ    深溝部分
２ｃ    逆流防止装置
３    油圧モータ
４    スクリュ駆動装置
５    ホッパ
６    射出ノズル
７    金型
８    不活性ガス供給装置
１０    脱気装置
１１    脱気配管
１２    弁装置
１３    脱気槽
１４    排気手段
２１，３１    フロート
２１ａ，３１ａ    弁体
２２，３２    弁室
２２ａ，３２ａ    弁座
２３    ストッパ
３１ｂ    ガイド部
【図１】
0003544305.tif 000002
【図２】
0003544305.tif 000003
【図３】
0003544305.tif 000004
【図４】
0003544305.tif 000005
【図５】
0003544305.tif 000006
【図６】
0003544305.tif 000007