(57)【要約】      （修正有）【課題】  射出シリンダを兼ねる加熱シリンダによって金属材料を溶融するようにした溶融金属の射出成形装置において、ボイドのない高品質の製品を成形可能とすること。【解決手段】  加熱シリンダの前端に設けたノズルに装着されたヒータからの加熱によって、金属材料を、加熱シリンダの後端側からノズル側に行くにしたがって徐々に溶融化するようにして、ノズルから溶融金属材料を金型のキャビティ内に、射出用ピストン部材の高速前進によって射出するようにした射出成形装置において、１成形サイクル中に金属材料に溶融状態と固化状態をとらせるように温度制御されるノズルのランド部の直径を２５ｍｍ以下にすると共に、溶融金属材料のキャビティ内への射出後に、ノズルのランド部内の金属材料が固化してノズルの先端がシールされた後、キャビティの体積を小さくするように動作してキャビティ内の固化前の金属材料に圧縮力を付与する圧縮手段を設ける。【選択図】      図１
2006289466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱シリンダの後端側から該加熱シリンダ内に、予備加熱された円柱状の金属材料を順次供給して、射出用ピストン部材により前記金属材料を前記加熱シリンダの前端側に順次押し込むと共に、加熱シリンダに装着されたヒータおよび前記加熱シリンダの前端に設けたノズルに装着されたヒータからの加熱によって、前記金属材料を、前記加熱シリンダの後端側から前記ノズル側に行くにしたがって徐々に溶融化するようにして、前記ノズルから溶融金属材料を金型のキャビティ内に、前記射出用ピストン部材の高速前進によって射出するようにした射出成形装置において、
１成形サイクル中に金属材料に溶融状態と固化状態をとらせるように温度制御される前記ノズルのランド部の直径を２５ｍｍ以下にすると共に、
溶融金属材料の前記キャビティ内への射出後に、前記ノズルの前記ランド部内の金属材料が固化して前記ノズルの先端がシールされた後、前記キャビティの体積を小さくするように動作してキャビティ内の固化前の金属材料に圧縮力を付与する圧縮手段を設けたことを特徴とする射出成形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の射出成形装置において、
前記圧縮手段は可動側金型全体であり、前記圧縮手段の駆動源は、型開閉用の電動サーボモータであることを特徴とする射出成形装置。
【請求項３】
請求項１に記載の射出成形装置において、
前記圧縮手段は、前記可動側金型の主体部に対して前後進可能な中子金型であり、前記圧縮手段の駆動源は、エジェクト用の電動サーボモータであることを特徴とする射出成形装置。
【請求項４】
加熱シリンダの後端側から該加熱シリンダ内に、予備加熱された円柱状の金属材料を順次供給して、射出用ピストン部材により前記金属材料を前記加熱シリンダの前端側に順次押し込むと共に、加熱シリンダに装着されたヒータおよび前記加熱シリンダの前端に設けたノズルに装着されたヒータからの加熱によって、前記金属材料を、前記加熱シリンダの後端側から前記ノズル側に行くにしたがって徐々に溶融化するようにして、前記ノズルから溶融金属材料を金型のキャビティ内に、前記射出用ピストン部材の高速前進によって射出するようにした射出成形装置の成形制御方法において、
１成形サイクル中に金属材料に溶融状態と固化状態をとらせるように温度制御される前記ノズルのランド部の直径を２５ｍｍ以下にして、
溶融金属材料の前記キャビティ内への射出後に、前記ノズルの前記ランド部内の金属材料が固化して前記ノズルの先端がシールされた後、前記キャビティの体積を小さくするように制御することを特徴とする射出成形装置の成形制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属材料を金型のキャビティ内に射出するようにした射出成形装置およびその成形制御方法に係り、特に、加熱シリンダ内で金属材料を溶融化して、加熱シリンダ前端のノズルから溶融金属材料を射出するようにした射出成形装置にかかわる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属材料を金型のキャビティ内に射出・充填して製品を得る射出成形装置としては、ダイカストマシンがよく知られており、このダイカストマシンにおいては、溶解炉（るつぼ）で溶融した金属材料（例えば、Ａｌ合金、Ｍｇ合金など）を１ショット毎にラドルで計量して汲み上げ、汲み上げた溶融金属材料（金属溶湯）を射出シリンダ内に注ぎ込んで、これを射出プランジャの高速前進によって金型のキャビティ内に射出・充填するようにしている。このように、ダイカストマシンにおいては、溶解炉で溶融した金属材料（溶融金属材料）をラドルで汲み上げて搬送するようにしているので、装置全体が大掛かりなものとなり、また、ラドルで汲み上げて搬送する際に、溶融金属材料の空気と触れる面が酸化したり、温度が下がったりすることから、製品品質の向上には一定の限界がある。
【０００３】
そこで、金属材料を溶融するのに、溶解炉を用いずに、射出シリンダを兼ねる加熱シリンダによって、金属材料を溶融するようにした射出成形装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
図６は、特許文献１に示された技術と略同等の構成をとる射出成形装置を示す説明図である。図６において、５１は加熱シリンダ、５２は加熱シリンダ５１の前端に設けられたノズル（ホットランナノズル）、５３は、加熱シリンダ５１の外周およびノズル５２の外周にそれぞれ巻装されたバンドヒータ、５４は、図示せぬ金型によって形づくられ、ノズル５３の先端と連通するキャビティ（なお図６では、金型の図示を割愛すると共に、キャビティ５４とノズル５３の先端とを連通させる湯道部も割愛してある）、５５は、加熱シリンダ５１の後端に設けられた被覆剥ぎ取り部、５６は、加熱シリンダ５１の後端寄りの位置に設けられ、開放位置をとった際には加熱シリンダ５１の内部を真空ポンプ５７と連通させる開閉弁、５７は、開閉弁５６内の中空部と連通され、加熱シリンダ５１の内部を真空（真空に近い状態）にするための真空ポンプ、５８は、加熱シリンダ５１内の真空度をチェックするためのゲージ、５９はエア源、６０は、エア源５９からのエア圧により開閉弁５６を開閉制御する電磁弁、６１は、加熱シリンダ５１の後端の開口と対向するように配置され、その内部が貫通された形状とされた材料受け取り部、６２は、図示せぬ適宜の駆動源により駆動され（例えば、油圧シリンダにより駆動されたり、電動サーボモータを駆動源として回転→直線運動変換機構を介して駆動され）、材料受け取り部６１内および加熱シリンダ５１内を前後進可能なピストン体である。
【０００５】
図６に示す構成において、図６の（ａ）に示すように、まず、図示せぬ予備加熱装置から予備加熱された所定長の円柱状の金属材料６３が、材料受け取り部６１に供給される。このとき、加熱シリンダ５１およびノズル５２内には、ピストン体６２により先に加熱シリンダ５１内に押し込められた金属材料６３が前端側から所定量だけ詰まっており、加熱シリンダ５１内の後端寄りの位置からノズル５２に行くにしたがって、金属材料６３は徐々に溶融化されており、ノズル５２内では金属材料６３は完全に溶融化された状態にある。また、このとき、開閉弁５６は閉鎖状態にある。
【０００６】
次に、図６の（ｂ）に示すように、ピストン体６２を低速で前進させて、金属材料６３を材料受け取り部６１から加熱シリンダ５１の後端側に押し込み、この押し込みの際に、被覆剥ぎ取り部５５によって金属材料６３の外周の酸化皮膜などの被覆を剥ぎ取る。金属材料６３が材料受け取り部６１から加熱シリンダ５１内に一部入り込むと、加熱シリンダ５１の後端の開口は金属材料６３によりシール（封止）されるので、この状態で、一旦、ピストン体６２の前進を停止させる。そして、電磁弁６０によって開閉弁５６を開放位置に切り換えて、加熱シリンダ５１の内部と真空ポンプ５７とを連通させて、真空ポンプ５７により加熱シリンダ５１の内部を真空引きする。
【０００７】
加熱シリンダ５１の内部が真空引きされた後、図６の（ｃ）に示すように、電磁弁６０によって開閉弁５６を閉鎖位置に切り換えて、次に、ピストン体６２を高速で前進させる。これにより、ピストン体６２に押されて加熱シリンダ５１内に新たに装填された金属材料６３が、前の金属材料６３を順次、前方側に押圧し、この押圧によって、図６の（ｄ）に示すように、ノズル５２内の溶融した金属材料（金属溶湯）６３がキャビティ５４へ急速に射出開始される。
【０００８】
そして、図６の（ｅ）に示すように、キャビティ５４内に金属材料６３が完全に行き渡って射出（射出・充填）が完了すると、ピストン体６２が金属材料６３から受ける圧力が所定値まで上がって、この圧力検出を契機にして、ピストン体６２の前進は停止される。
【０００９】
キャビティ５４内への金属材料６３の射出が完了すると、キャビティ５４内の金属材料６３は金型から熱を奪われることにより、急速に冷却・固化される。この冷却工程では、ノズル５２に巻装されたバンドヒータ５３による加熱制御を中断することで、ノズル５２内の先端側の金属材料６３も冷却・固化され、これによって、ノズル５２の先端側が固化した金属材料６３によってシール（封止）されて、冷却工程後に型開きを行って、固化した製品を取り出しても、ノズル５２の先端から溶融金属材料から漏れ出ないようにされる。なお、射出の完了後には、図６の（ｆ）に示すように、ピストン体６２は、新たな金属材料６３を材料受け取り部６１に供給可能とする位置まで、後退駆動される。
【特許文献１】特開２００４−１４８３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図６を用いて上述した溶融金属の射出成形装置では、ダイカストマシンのように溶解炉を用いずに、射出シリンダを兼ねる加熱シリンダによって金属材料を溶融するようにしているので、装置全体を比較的にコンパクトにまとめることができる。
【００１１】
しかしながら、射出の完了後には、キャビティ内の金属材料とともに、ノズル先端のシールを行うために、ノズル先端（ノズルのランド部）内の金属材料も、冷却・固化させなければならないので、プラスチックの射出成形装置のようにノズル内の溶融樹脂を介してキャビティ内の樹脂に保圧をかけるという手法がとれず（つまり、ノズル内の溶融金属材料を介してキャビティ内の半固化状態の金属材料に圧縮圧力をかけることができず）、このため、キャビティ内で固化・収縮する金属材料（製品）にボイド（ｖｏｉｄ；局所的な空所）が生じる虞があり、製品の品質向上を図る上では、未だに問題があるものとなっていた。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、射出シリンダを兼ねる加熱シリンダによって金属材料を溶融するようにした溶融金属の射出成形装置において、ボイドのない高品質の製品を成形可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記した目的を達成するため、加熱シリンダの後端側から該加熱シリンダ内に、予備加熱された円柱状の金属材料を順次供給して、射出用ピストン部材により金属材料を加熱シリンダの前端側に順次押し込むと共に、加熱シリンダに装着されたヒータおよび加熱シリンダの前端に設けたノズルに装着されたヒータからの加熱によって、金属材料を、加熱シリンダの後端側からノズル側に行くにしたがって徐々に溶融化するようにして、ノズルから溶融金属材料を金型のキャビティ内に、射出用ピストン部材の高速前進によって射出するようにした射出成形装置において、
１成形サイクル中に金属材料に溶融状態と固化状態をとらせるように温度制御されるノズルのランド部の直径を２５ｍｍ以下にすると共に、
溶融金属材料のキャビティ内への射出後に、ノズルのランド部内の金属材料が固化してノズルの先端がシールされた後、キャビティの体積を小さくするように動作してキャビティ内の固化前の金属材料に圧縮力を付与する圧縮手段を設けた、
構成とされる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、溶融金属材料をキャビティ内に射出し、ノズルのランド部内の金属材料が固化してノズルの先端をシールした後、圧縮手段がキャビティの体積を小さくするように動作して、キャビティ内の固化前の金属材料に圧縮力を付与するので、製品にボイドが生じることを抑止できて、高品質の製品を得ることができる。また、ノズルのランド部の直径を２５ｍｍ以下の寸法とすることで、キャビティ内への射出完了後に、キャビティ内の金属材料が固化する前に、ノズルのランド部内の金属材料を速やかに固化することができて、これにより、キャビティ内の金属材料が固化する前に、圧縮手段によって確実に圧縮力を付与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。図１〜図３は、本発明の第１実施形態による溶融金属の射出成形装置に係り、図１は、本第１実施形態の射出成形装置におけるキャビティ内への溶融金属の射出完了直後の様子を示す要部断面図、図２は、本第１実施形態の射出成形装置において、キャビティ内の固化前の金属材料に圧縮力を付与している状態を示す要部断面図、図３は、第１実施形態の射出成形装置における加熱シリンダ前端のノズルを示す要部断面図である。
【００１６】
図１、図２において、１は固定ダイプレート、２は、固定ダイプレート１に固定された固定側金型、３は、固定ダイプレート１に対して前後進可能に配設された可動ダイプレート、４は、可動ダイプレート３に固定された可動側金型、５は、可動ダイプレート３に搭載された型開閉用駆動源である複数のサーボモータ（電動サーボモータ）、６は、可動ダイプレート３に回転可能に保持されて、各サーボモータ６によりタイミングベルト７を介してそれぞれ回転駆動される複数のプーリ付きナット体、８は、その一端側を固定ダイプレート１にそれぞれ固定されると共に可動ダイプレート３に挿通されて、プーリ付きナット体６が螺合されたボールネジ軸である。
【００１７】
また、９は加熱シリンダ、１０は加熱シリンダ９の前端に設けたノズル（ホットランナノズル）であり、図示では割愛してあるが、加熱シリンダ９およびノズル１０の外周には、図６の構成と同様にバンドヒータが巻装されている。本第１実施形態および後述する第２実施形態において、加熱シリンダ９やノズル１０を含んだ射出系並びに金属材料の供給系の構成並びに動作は、図６の従来技術と同様であり、本第１実施形態および後述する第２実施形態においても、図６の構成と同様の構成要素が備えられている。なお、加熱シリンダ９とノズル１０とは一体化して図示してあるが、加熱シリンダ９とノズル１０とを完全に一体のものとして作製しても、あるいは、別体で作製した加熱シリンダ９とノズル１０とを固定して一体化するようにしてもよい。射出成形運転時には、ノズル１０の先端は、固定側金型２に形成した金属材料注入口２ａの近傍に押し付けられており、金属材料注入口２ａは、固定側金型２に形成した金属材料導入路２ｂと連通している。
【００１８】
本第１実施形態および後述する第２実施形態では、ノズル１０の先端のランド部（ノズル１０の先端部に設けられた径が絞られた射出口路）１０ａの直径（内径）が２５ｍｍ以下となるように設定してあり、このようにランド部１０ａを細くすることで、金属材料の射出の完了後に、ノズル１０に巻装された図示せぬバンドヒータの加熱制御を中断することによって、ノズル１０内の先端側の金属材料を速やかに冷却・固化させて、ノズル１０の先端側をごく短い時間でシール（封止）できるように構成してある。
【００１９】
図１、図２に示す構成において、プーリ付きナット体６とボールネジ軸８とで、ボールネジ機構が構成されており、サーボモータ５が所定方向に回転駆動されると、ボールネジ軸８に螺合したプーリ付きナット体６がボールネジ軸８上を、図示で右方向に移動して、これにより、可動ダイプレート３が固定ダイプレート１に向かって前進駆動（型閉じ駆動）され、サーボモータ５が上記と逆方向に回転駆動されると、ボールネジ軸８に螺合したプーリ付きナット体６がボールネジ軸８上を、図示で左方向に移動して、これにより、可動ダイプレート３が固定ダイプレート１に対して後退駆動（型開き駆動）される。
【００２０】
本第１実施形態では、溶融金属材料の射出前には、可動ダイプレート３は、図１に示した位置まで型閉じ駆動されて一旦停止しており、このとき、固定ダイプレート１に搭載された固定側金型２と可動ダイプレート３に搭載された可動側金型４とで形作られるキャビティ１１は、成形される製品の体積よりも若干大きい体積となっており、キャビティ１１は金属材料導入路２ｂと連通している。可動ダイプレート３（可動側金型４）が図１の位置にある状態で、図示せぬピストン体の高速前進によって、ノズル１０から溶融した金属材料１２が、金属材料注入口２ａ、金属材料導入路２ｂを通ってキャビティ１１内に、所定量だけ射出・充填される。金属材料１２の射出が完了すると、前述したように、ノズル１０に巻装された図示せぬバンドヒータによる加熱制御を中断するで、ノズル１０内の先端側の金属材料１２が急速に冷却・固化されて、ノズル１０の先端側が固化した金属材料１２によってシール（封止）される。
【００２１】
射出成形装置の図示せぬコントローラは、ノズル１０内の先端側の金属材料１２の固化タイミングをタイマ設定などで認知して、ノズル１０の先端側（少なくともランド部１０ａ）がシールされると、直ちに、サーボモータ５を型閉じ方向に高トルクで急速回転させて、可動ダイプレート３（可動側金型４）を固定ダイプレート方向に急速前進させる。これによって、図２に示すように、可動側金型４と固定側金型２とで形作られるキャビティ１１の体積が、製品の体積に見合うまで狭められ（小さくされ）、キャビティ１１における内部が未固化の金属材料１２に対して、圧縮力が付与される。サーボモータ５による圧縮力の付加は、キャビティ１１内の金属材料１２が完全に固化するまで持続され、これによって、製品にボイドが発生する虞は可及的に低減される。
【００２２】
冷却・固化工程が完了すると、サーボモータ５により型開きが行われ、固化した製品および金属材料導入路２ｂで固化した金属材料は、ノズル１０側の金属材料と切り離されて（無理矢理切り離すことも可能であるが、切り離しを容易にするため、型開きの前にノズル１０を加熱するようにしてもよい）、可動側金型４と一体となって、固定側金型２から分離される（図示の都合上、金属材料との接触面積は固定側金型２の方が可動側金型よりも多くなっているが、実際には逆の関係にある）。そして、型開きの完了後、または、型開きの途上において、図示せぬエジックト機構による製品の可動側金型４からの突き出し、および、図示せぬロボットによる製品の取り出しが行われる。
【００２３】
次に、本発明の第２実施形態を、図４、図５を用いて説明する。図４、図５は、本発明の第２実施形態による溶融金属の射出成形装置に係り、図４は、本第２実施形態の射出成形装置におけるキャビティ内への溶融金属の射出完了直後の様子を示す要部断面図、図５は、本第２実施形態の射出成形装置において、キャビティ内の固化前の金属材料に圧縮力を付与している状態を示す要部断面図である。図４、図５において、図１、図２の第１実施形態と均等な構成要素には同一符号を付してあり、その説明は重複を避けるため割愛する。なお、図４、図５においては、型開閉機構およびその駆動源については、図示を省略してあるが、本第２実施形態においても、図１、図２の第１実施形態と同様の、型開閉機構およびその駆動源を具備している。
【００２４】
本第２実施形態が前記第１実施形態と相違するのは、キャビティ内の固化前の金属材料に圧縮力を付与するのに、可動側金型の主体部に対して前後進可能な中子金型を用い、中子金型の駆動源としてエジェクト用のサーボモータ（電動サーボモータ）を用いた点にある。
【００２５】
図４、図５において、１５は可動ダイプレート３に搭載された可動側金型で、該可動側金型１５は、可動ダイプレート３に固定された可動側主体金型１６と、可動側主体金型１６に対して所定量前後進可能とされた中子金型１７とで構成されている。また、１８は、可動ダイプレート３に搭載されたエジェクト駆動源であるサーボモータ（電動サーボモータ）、１９は、可動ダイプレート３に回転可能に保持されて、サーボモータ１８によりタイミングベルト２０を介して回転駆動されるプーリ付きナット体、２１は、その一端側を中子金型１７に固定され、プーリ付きナット体１９が螺合されたボールネジ軸である。プーリ付きナット体１９とボールネジ軸２１とで、ボールネジ機構が構成されており、サーボモータ１８が所定方向に回転駆動されると、プーリ付きナット体１９に螺合したボールネジ軸２１が図示で右方向に移動して、これにより、中子金型１７が図示で右方向に移動し（前進し）、サーボモータ１８が上記と逆方向に回転駆動されると、プーリ付きナット体１９に螺合したボールネジ軸２１が図示で左方向に移動して、これにより、中子金型１７が図示で左方向に移動する（後退する）。
【００２６】
本第２実施形態では、溶融金属材料の射出前には、可動側金型１５を搭載した可動ダイプレート３は、図４に示した位置まで型閉じ駆動されて停止しており、このとき、可動側主体金型１６に対して中子金型１７は後退した位置をとっており、可動側金型１５（可動側主体金型１６および中子金型１７）と固定側金型２とで形作られるキャビティ１１は、成形される製品の体積よりも若干大きい体積となっている。この図１に示した状態において、図示せぬピストン体の高速前進によって、ノズル１０から溶融した金属材料１２が、金属材料注入口２ａ、金属材料導入路２ｂを通ってキャビティ１１内に、所定量だけ射出・充填される。金属材料１２の射出が完了すると、前述したように、ノズル１０に巻装された図示せぬバンドヒータによる加熱制御を中断するで、ノズル１０内の先端側の金属材料１２が急速に冷却・固化されて、ノズル１０の先端側が固化した金属材料１２によってシールされる。
【００２７】
射出成形装置の図示せぬコントローラは、ノズル１０内の先端側の金属材料１２の固化タイミングをタイマ設定などで認知して、ノズル１０の先端側（少なくともランド部１０ａ）がシールされると、直ちに、サーボモータ１８を所定方向に高トルクで急速回転させて、中子金型１７を急速前進させる。これによって、図５に示すように、可動側主体金型１６と中子金型１７と固定側金型２とで形作られるキャビティ１１の体積が、製品の体積に見合うまで狭められ（小さくされ）、キャビティ１１における内部が未固化の金属材料１２に対して、圧縮力が付与される。サーボモータ１８による圧縮力の付加は、キャビティ１１内の金属材料１２が完全に固化するまで持続され、これによって、製品にボイドが発生する虞は可及的に低減される。
【００２８】
冷却・固化工程が完了すると、前記した第１実施形態と同様に型開きが行われ、固化した製品および金属材料導入路２ｂで固化した金属材料は、ノズル１０側の金属材料と切り離されて、可動側金型１５と一体となって、固定側金型２から分離される。そして、型開きの完了後、または、型開きの途上において、サーボモータ１８を所定方向に低速で回転させて、可動側主体金型１６に対して中子金型１７を前進させ、製品の可動側主体金型１６からの分離を行い、図示せぬロボットによる製品の取り出しが行われる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る射出成形装置における、キャビティ内への溶融金属の射出完了直後の様子を示す要部断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る射出成形装置において、キャビティ内の固化前の金属材料に圧縮力を付与している状態を示す要部断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る射出成形装置における、加熱シリンダ前端のノズルを示す要部断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る射出成形装置における、キャビティ内への溶融金属の射出完了直後の様子を示す要部断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る射出成形装置において、キャビティ内の固化前の金属材料に圧縮力を付与している状態を示す要部断面図である。
【図６】従来技術による射出成形装置の構成と動作を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  固定ダイプレート
２  固定側金型
２ａ  金属材料注入口
２ｂ  金属材料導入路
３  可動ダイプレート
４  可動側金型
５  サーボモータ（電動サーボモータ）
６  プーリ付きナット体
７  タイミングベルト
８  ボールネジ軸
９  加熱シリンダ
１０  ノズル（ホットランナノズル）
１０ａ  ランド部
１１  キャビティ
１２  金属材料
１５  可動側金型
１６  可動側主体金型
１７  中子金型
１８  サーボモータ（電動サーボモータ）
１９  プーリ付きナット体
２０  タイミングベルト
２１  ボールネジ軸
【図１】
2006289466.tif 000003
【図２】
2006289466.tif 000004
【図３】
2006289466.tif 000005
【図４】
2006289466.tif 000006
【図５】
2006289466.tif 000007
【図６】
2006289466.tif 000008