(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽金属材料製ビレットまたはプランジャから成る柱状押出体と、
前記柱状押出体の外径よりも大きい内径のシリンダ孔を形成し、前記シリンダ孔の基端の開口において底面に底付き穴を成すように同じ軸中心で当該シリンダ孔よりも大きい内径の大径部を形成し、前記シリンダ孔の中に軽金属材料の溶湯を貯留するとともに前記シリンダ孔の基端から挿入される前記柱状押出体で押し出すように前記シリンダ孔の外に前記溶湯を排出するシリンダと、
挿通する前記柱状押出体の外径よりも大きくかつ前記シリンダ孔の内径よりも小さい内径の縮径部と当該縮径部の前記内径から徐々に径が大きくなるテーパ形状部または前記縮径部の前記内径より大きな内径の段部とを形成してある前部を前記大径部の中に収容されるように内挿し、冷却媒体を循環させるための冷却管路が形成され前記シリンダ孔と前記柱状押出体の間の隙間を流動する前記溶湯のうちの前記縮径部の周囲の前記溶湯をバックフローを防止しかつ前記柱状押出体の移動を妨げない程度に軟化または固化した固化物に生成するように前記縮径部を冷却する冷却部を形成してあるフランジ形状の後部を前記シリンダの前記基端の端面に対向するように固定してなる冷却リングと、
前記シリンダと前記冷却リングの間において前記冷却リングの全面にわたって設けられる断熱部と、
を含むことを特徴とする軽金属射出成形機の射出装置。
【請求項２】
軽金属材料を溶融して前記溶湯を生成する溶融ユニットと、前記溶融ユニットから供給される前記溶湯を計量して射出する射出ユニットと、を有し、
前記柱状押出体が、前記軽金属材料製ビレットであって、
前記シリンダが、前記シリンダ孔内の前記軽金属材料製ビレットの先端側から前記溶湯に溶融するとともに前記溶湯を前記軽金属材料製ビレットで押し出すように前記射出ユニットに供給する前記溶融ユニットの溶融シリンダであることを特徴とする請求項１に記載の軽金属射出成形機の射出装置。
【請求項３】
軽金属材料を溶融して前記溶湯を生成する溶融ユニットと、前記溶融ユニットから供給される前記溶湯を計量して射出する射出ユニットと、を有し、
前記柱状押出体が、前記プランジャであって、
前記シリンダが、前記溶融ユニットから供給される前記溶湯を計量するとともに計量した前記溶湯を前記プランジャで射出する前記射出ユニットの射出シリンダであることを特徴とする請求項１に記載の軽金属射出成形機の射出装置。
【請求項４】
前記柱状押出体が、前記軽金属材料製ビレットであって、
前記シリンダが、前記シリンダ孔内の前記軽金属材料製ビレットの先端側から少なくとも１ショット分の前記溶湯に溶融するとともに前記軽金属材料製ビレットで１ショット分の前記溶湯を押し出すように射出する射出シリンダであることを特徴とする請求項１に記載の軽金属射出成形機の射出装置。
【請求項５】
前記柱状押出体が、前記軽金属材料製ビレットであって、
前記シリンダに挿入される前の前記軽金属材料製ビレットを予備加熱する予備加熱装置と、
前記予備加熱装置で予備加熱されたあとの前記前記軽金属材料製ビレットを冷却する予備冷却装置と、を有することを特徴とする請求項１に記載の軽金属射出成形機の射出装置。
【請求項６】
前記冷却リングが、前部の前記縮径部と当該縮径部の前記内径から徐々に径が大きくなるテーパ形状部または前記縮径部の前記内径より大きな内径の段部とを有するリング部材と、後部のフランジ形状の前記冷却部を有する冷却部材と、の２つの部材から構成され、前記リング部材を前記冷却部材によって前記大径部の底面に押し付つけるようにして前記大径部の中に収容されるように内挿するとともに前記リング部材を前記冷却部材で冷却するように前記冷却部材を前記シリンダの基端に取り付けることを特徴とする請求項１に記載の軽金属射出成形機の射出装置。
【請求項７】
前記断熱部が空気断熱層であることを特徴とする請求項１に記載の軽金属射出成形機の射出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マグネシウム、アルミニウム等の軽金属材料を溶融し、その溶湯を金型に射出して成形する軽金属射出成形機の射出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軽金属合金の成形は、ホットチャンバ方式とコールドチャンバ方式とで代表されるダイカスト法によって行われていた。また、上記ダイカスト法の他にチクソモールド法によっても行われていた。
【０００３】
ダイカスト法は、予め溶融炉で溶融した軽金属材料の溶湯をプランジャ射出装置の射出シリンダの中に供給し、その溶湯を射出シリンダの中のプランジャを前進させることで射出して金型に注入する成形方法である。この方式によれば、高温の溶湯が射出シリンダに安定して供給される。特に、ホットチャンバ方式では、射出シリンダが溶融炉中に配置されるので高温の溶湯がハイサイクルに金型に供給される。また、コールドチャンバ方式では、射出シリンダが溶融炉と個別に配置されるので射出装置の保守点検が容易である。また、ダイカスト法は、大容積の溶融炉が使用されるので装置が大がかりになる等のような背景の下、別異の射出装置も提案されている。
【０００４】
特許文献１（特開昭６０−２２１１６１号公報）では、プランジャとなる成形材料のバーをすべりばめする通路と、その通路に連通するとともに閉鎖された加熱室と、その加熱室から延びる放出開口部と、を形成した射出シリンダとなる本体部材と、本体部材で通路が形成された部分を冷却する冷却装置と、本体部材で加熱室が形成された部分を加熱する加熱装置と、を有して、本体部材の加熱室の中に押し込められた成形材料のバーの先端部を加熱室の中で溶湯に溶融し、押し込められた成形材料のバーが閉鎖された加熱室の中の溶湯を加圧して放出開口部を通して放出する射出成形装置を開示している。また、特許文献１では、本体部材が断熱層により相互に連結された２つの部分からなり、加熱室に通じた通路の端部が加熱室に向って発散するように形成され、そして、断熱層が発散部分の両端の間の所定位置に配置されることで、加熱室の中の圧力が上昇すると、溶湯が加熱室から通路の発散部分に流入して発散部分に沿って断熱層を超えた位置まで移動して、断熱層の両側において生じた急激な温度勾配のために、溶湯が断熱層を横切るときに、発散部分の冷却部分において凝固してシールリングを形成することを開示している。特許文献１のシールリングは、断熱層の冷却側、すなわち、加熱室から遠い側の発散部分と密着するとともに成形材料のバーが前方に移動するときに成形材料のバーと一緒に前方に移動する傾向にあり、新たな溶湯がシールリングの後方に流入して、成形材料のバーが前方に移動するにつれて、その他のシールリングを漸次形成してそれによりシール作用が維持されて、加熱室に前方に移動せしめられた以前のシールリングを再び溶融せしめることを開示している。
【０００５】
また、特許文献２（特許４１１９８９２号公報）、特許文献３（特許４２７２４１３号公報）および特許文献４（特許５３４４４６９号公報）では、溶融部としての溶融装置と射出部としてのプランジャ射出装置とを別設し、溶融装置に有する溶融シリンダの中に軽金属材料をビレットの形で順次挿入することで、溶融シリンダの中でビレットを先端側から溶湯に溶融するとともに溶融シリンダの中の溶湯を計量してプランジャ射出装置の射出シリンダの中に供給する軽金属射出成形機の射出装置が開示されている。また、特許文献２ないし４では、溶融シリンダの基端を除く大部分のシリンダ孔が軟化した前記ビレット先端の前進する際に拡径したビレットの側面と隙間を生じる寸法関係に形成されて、溶融装置の溶融シリンダの基端に冷却スリーブを有して、溶融シリンダのシリンダ孔に連通するとともにビレットが挿入される冷却スリーブの内孔に溶湯のある程度に軟化した状態にあって溶湯のバックフローを防止する程度に固化した固化物であるシール部材をビレットの周囲に生成する環状溝を形成してあることが開示されている。
【０００６】
チクソモールド法は、スクリュの回転による材料の剪断発熱と加熱装置からの加熱とによって小粒のペレット形状の軽金属材料を溶融して射出する成形方法である。例えば、その方式では、軽金属材料を溶融シリンダの中でスクリュによって溶融する溶融装置と、溶融装置から射出シリンダの中に供給された溶融された軽金属材料をプランジャによって射出するプランジャ射出装置とを備え、溶融シリンダと射出シリンダとを連通部材を介して連結した装置を用いる。また、その方式では、基本的にインラインスクリュ射出成形機と同じ構成の装置であり、スクリュのように回転して材料を剪断発熱するとともにプランジャのように前進して射出するインラインスクリュを内蔵する１個の射出シリンダで溶融と射出を行う装置を用いる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−２２１１６１号公報
【特許文献２】特許４１１９８９２号公報
【特許文献３】特許４２７２４１３号公報
【特許文献４】特許５３４４４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
成形材料の溶湯の固化物からなるシールリングは、軟化状態から固化が進むにつれて、一方でバックフローしようとする溶湯の圧力に抗して隙間をすり抜けずにシールする能力が高まり、他方で剪断力が大きくなりビレットまたはプランジャのような溶湯を押し出す部材（以下、柱状押出体という）が移動する際の抵抗が大きくなる。そして、バックフローしようとする溶湯の圧力は、溶湯を計量する場合に比べて、溶湯を射出する場合、特に射出が完了する直前の方が大きい。そのため、成形材料でシールリングを生成する構成の射出装置の場合、十分にシールを行なうとともにシールが移動抵抗にならないようにするために、柱状押出体がスムーズに移動できなくならない範囲内でシール部位における成形材料の溶湯を、バックフローしようとする溶湯の圧力に応じて固化させておくことが要求される。
【０００９】
しかしながら、特許文献１の発明における射出装置では、シールリングを生成するために溶湯を冷却する冷却手段と柱状押出体である通路にすべりばめした成形材料のバーを冷却するための冷却手段とが同じ１つの冷却装置で構成されているので、シールリングを生成するために強力に溶湯を冷却固化させようとすると成形材料のバーの軸芯部位まで強力に冷却されてしまう。そのため、加熱室に挿入されたあとの成形材料のバーを速やかに溶湯に溶融することを妨げる恐れがあった。とりわけ、軸芯部位まで冷却され過ぎた状態で成形材料のバーが加熱室に挿入されると、溶湯の冷却がさらに強まって強固に固化しかつ大きなシールリングが生成される結果、本体部分と成形材料のバーが強固で大きなシールリングで強固に固着されて、成形材料のバーが移動できなくなる恐れがあった。また、特許文献１の発明における射出装置では、加熱装置で加熱される加熱部分と冷却装置で冷却されるシール部位を含む冷却部分とを１つの平面の断熱層により相互に連結した本体部材からなり、加熱部分の外部にシール部位を形成する構成となっているため、加熱室のシール部位側の端部が加熱部分の端部になるため他の部位に比べて加熱装置からの熱が伝わりずらく加熱しずらいとともに近傍のシール部位によって冷却されやすいこともあって、断熱層前後に大きな温度差および急激な温度勾配を持った状態を十分に形成できずに、シール部位から加熱室の中にまで大きくシールリングが生成されてしまうことをさらに助長する恐れがあった。
【００１０】
また、上記の特許文献２ないし４の発明の射出装置では、溶湯のある程度に軟化した状態を利用したシール部材によって、バックフローを防止するとともに柱状押出体であるビレットまたはプランジャとシール部材との間の固着を容易に剪断して移動する際の抵抗を小さくしているが、成形材料の種類によって溶湯のある程度に軟化した状態を作り出すための温度範囲が異なるため、温度制御が複雑になる場合があった。例えば、具体的には、マグネシウム合金では、およそ４６８度から５９８度の広い温度範囲で溶湯のある程度に軟化した状態を成すことができるのに対して、アルミニウム合金では、およそ５１５度から５８２度の狭い温度範囲で溶湯のある程度に軟化した状態を作り出す必要があった。柱状押出体であるビレットまたはプランジャは、シリンダの加熱ヒータで前半部分が加熱されて、後半部分に向って温度が低下する。したがって、例えば、容積の大きい成形品を成形する場合には、柱状押出体が大きく移動するため、柱状押出体の移動の開始の時点と移動の完了の時点で、シール部材を生成する箇所の温度が大きく変化し、シール部材の軟化状態を維持するための温度制御が複雑になる恐れがあった。特に、溶湯を射出する射出シリンダでは、大きな射出圧力によってバックフローしようとする溶湯の圧力も大きくなるため、なるべく低い温度で生成したシール部材を使おうとするとプランジャ等の射出軸の移動抵抗が大きくなり、射出軸を大きく移動させる際に適正にシール部材を生成できる温度の制御範囲が狭くなる傾向にあった。また、上記の特許文献２ないし４の発明の射出装置では、溶融シリンダのビレット挿入口の付近の環状溝の中に溶湯のある程度に軟化した状態を利用したシール部材を生成するので、ビレット挿入口付近の加熱温度は、溶湯をある程度に軟化した状態になる温度に制御されて、ビレットをより早く溶湯に溶融するためにビレット入口付近から溶融温度で加熱することが難しい場合があった。
【００１１】
そこで、本発明では、シリンダの中に挿入される軽金属材料でなるビレットまたはプランジャのような柱状押出体の移動を妨げることなくバックフローを防止する程度の溶湯の固化物を生成するための温度範囲が広がるように、シリンダの挿入口付近の加熱部分と冷却部分が互いの温度に影響されないように構成し、加熱部分と冷却部分の間に大きな温度差および急激な温度勾配を容易に形成できるように構成し、小さくかつ容易に剪断可能な溶湯の固化物を生成するように構成される軽金射出成形機の射出装置を提案する。また、本発明では、軽金属材料でなるビレットをできる限り冷却することなくシリンダに挿入して、移動を妨げることなくバックフローを防止する程度の溶湯の固化物を生成するように構成して、移動を妨げることなくバックフローを防止すること、および、速やかにビレットを溶湯に溶融することを両立させる軽金射出成形機の射出装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の軽金属射出成形機の射出装置は、軽金属材料製ビレットまたはプランジャから成る柱状押出体と、前記柱状押出体の外径よりも大きい内径のシリンダ孔を形成し、前記シリンダ孔の基端の開口において底面に底付き穴を成すように同じ軸中心で当該シリンダ孔よりも大きい内径の大径部を形成し、前記シリンダ孔の中に軽金属材料の溶湯を貯留するとともに前記シリンダ孔の基端から挿入される前記柱状押出体で押し出すように前記シリンダ孔の外に前記溶湯を排出するシリンダと、挿通する前記柱状押出体の外径よりも大きくかつ前記シリンダ孔の内径よりも小さい内径の縮径部と当該縮径部の前記内径から徐々に径が大きくなるテーパ形状部または前記縮径部の前記内径より大きな内径の段部とを形成してある前部を前記大径部の中に収容されるように内挿し、冷却媒体を循環させるための冷却管路が形成され前記シリンダ孔と前記柱状押出体の間の隙間を流動する前記溶湯のうちの前記縮径部の周囲の前記溶湯をバックフローを防止しかつ前記柱状押出体の移動を妨げない程度に軟化または固化した固化物に生成するように前記縮径部を冷却する冷却部を形成してあるフランジ形状の後部を前記シリンダの前記基端の端面に対向するように固定してなる冷却リングと、前記シリンダと前記冷却リングの間に有する断熱部と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の軽金属射出成形機の射出装置は、軽金属材料を溶融して前記溶湯を生成する溶融ユニットと、前記溶融ユニットから供給される前記溶湯を計量して射出する射出ユニットと、を有し、前記柱状押出体が、前記軽金属材料製ビレットであって、前記シリンダが、前記シリンダ孔内の前記軽金属材料製ビレットの先端側から前記溶湯に溶融するとともに前記溶湯を前記軽金属材料製ビレットで押し出すように前記射出ユニットに供給する前記溶融ユニットの溶融シリンダであると良い。
【００１４】
また、本発明の軽金属射出成形機の射出装置は、軽金属材料を溶融して前記溶湯を生成する溶融ユニットと、前記溶融ユニットから供給される前記溶湯を計量して射出する射出ユニットと、を有し、前記柱状押出体が、前記プランジャであって、前記シリンダが、前記溶融ユニットから供給される前記溶湯を計量するとともに計量した前記溶湯を前記プランジャで射出する前記射出ユニットの射出シリンダであると良い。
【００１５】
また、本発明の軽金属射出成形機の射出装置は、前記柱状押出体が、前記軽金属材料製ビレットであって、前記シリンダが、前記シリンダ孔内の前記軽金属材料製ビレットの先端側から少なくとも１ショット分の前記溶湯に溶融するとともに前記軽金属材料製ビレットで１ショット分の前記溶湯を押し出すように射出する射出シリンダであると良い。
【００１６】
また、本発明の軽金属射出成形機の射出装置は、前記柱状押出体が、前記軽金属材料製ビレットであって、前記シリンダに挿入される前の前記軽金属材料製ビレットを予備加熱する予備加熱装置と、前記予備加熱装置で予備加熱されたあとの前記前記軽金属材料製ビレットを冷却する予備冷却装置と、を有すると良い。
【００１７】
また、本発明の軽金属射出成形機の射出装置は、前記冷却リングが、前部の前記縮径部と当該縮径部の前記内径から徐々に径が大きくなるテーパ形状部または前記縮径部の前記内径より大きな内径の段部とを有するリング部材と、後部のフランジ形状の前記冷却部を有する冷却部材と、の２つの部材から構成され、前記リング部材を前記冷却部材によって前記大径部の底面に押し付つけるようにして前記大径部の中に収容されるように内挿するとともに前記リング部材を前記冷却部材で冷却するように前記冷却部材を前記シリンダの基端に取り付けるようにすると良い。
【００１８】
また、本発明の軽金属射出成形機の射出装置は、前記断熱部が空気断熱層であると良い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の軽金属射出成形機の射出装置では、軽金属材料でなるビレットまたはプランジャのような柱状押出体の移動を妨げることなくバックフローを防止する程度の溶湯の固化物を生成するための温度範囲が広がることで、より多くの種類の軽金属材料を射出成形することを可能にし、１ショットの射出容積がより大きな成形品を射出成形することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の軽金属射出成形機の射出装置の構成の概略を断面で示す側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図であって、ビレット供給装置の断面図である。
【図３】本発明の溶湯のバックフローを防止する手段の構成を示し、図（ａ）が図１のＢ−Ｂ矢視断面図であって、リング部材と冷却部材が別体でなる冷却リングと空気断熱層とを含む場合の溶融シリンダの基端の断面図であり、図（ｂ）が図（ａ）のＸ−Ｘ矢視側面図である。
【図４】本発明の溶湯のバックフローを防止する手段の別の構成を示し、図（ａ）が図１のＢ−Ｂ矢視断面図であって、リング部材と冷却部材が一体の冷却リングと断熱材とを含む場合の溶融シリンダの基端の断面図であり、図（ｂ）が図（ａ）のＸ−Ｘ矢視側面図である。
【図５】本発明の溶湯のバックフローを防止する手段の要部を拡大して示し、図（ａ）が図１のＢ−Ｂ矢視断面図であって、溶融シリンダの基端を断面で示す側面図であり、図（ｂ）が図１のＥ−Ｅ矢視断面図であって、射出シリンダの基端を断面で示す側面図である。
【図６】本発明の予備加熱装置の構成を示し、図（ａ）が図１のＣ−Ｃ矢視断面図であって、図（ｂ）が図（ａ）のＸ−Ｘ矢視側面図である。
【図７】本発明の予備冷却装置の構成を示し、図（ａ）が図１のＤ−Ｄ矢視断面図であって、図（ｂ）が図（ａ）のＸ−Ｘ矢視側面図である。
【図８】本発明の予備冷却装置の別の構成を示し、図（ａ）が図１のＤ−Ｄ矢視断面図に相当し、図（ｂ）が図（ａ）のＸ−Ｘ矢視側面図である。
【図９】本発明の予備冷却装置の別の構成を示し、図（ａ）が図１のＤ−Ｄ矢視断面図に相当し、図（ｂ）が図（ａ）のＸ−Ｘ矢視側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態は、図１の軽金属射出成形機の射出装置の概略図で示す一例を用いて説明される。なお、本発明の軽金属射出成形機の射出装置は、短棒形状の軽金属材料でなる柱状押出体であるビレット２を溶融シリンダ１１に挿入して溶湯に溶融する溶融ユニット１０と、溶融シリンダ１１から供給される溶湯２ａを射出シリンダ２１で計量したあと柱状押出体であるプランジャ２４で射出する射出ユニット２０と、溶融シリンダ１１と射出シリンダ２１を連通する連通路１８ａを含んだ図１に示す方式の射出装置１の他にも、前記連通路を含まないコールドチャンバ方式の射出装置（図示省略）、溶解炉などから供給される軽金属材料の溶湯を射出シリンダで計量したあとプランジャで射出する方式の射出装置（図示省略）、ビレットを射出シリンダに挿入して溶湯に溶融しかつ射出する方式の射出装置（図示省略）など、本発明の趣旨を逸脱しない限り各種の射出装置に適用が可能である。ビレット２は、例えば、マグネシウム、アルミニウム等の軽金属材料から成る。なお、プランジャ２４とは、先端部にチェックリングを有するスクリュなど各種射出軸を含むものとする。
【００２２】
図１に示す射出装置１は、溶融ユニット１０と射出ユニット２０とそれらを連結する連結部材１８と射出時に溶湯２ａが射出ユニット２０から溶融ユニット１０に逆流することを防ぐ逆流防止装置３０とを含む。ビレット２は、１回のショットで射出される射出容積の数ショット分ないしは１０数ショット分の容積を含む長さに形成されると良く、キャビティ空間（成形品）にもよるが、例えば１５０ｍｍないし３００ｍｍ程度に形成されると良い。
【００２３】
溶融ユニット１０は、溶融シリンダ１１とビレット供給装置４０とビレット挿入装置５０とを含む。溶融シリンダ１１は、複数本のビレット２を収容可能な長さに形成されて、シリンダ孔１１ａをビレット２より若干大径に形成され、そのシリンダ孔１１ａの先端がエンドプラグ１３によって塞がれる。溶融シリンダ１１の連結部材１８側の閉塞端を先端とし、ビレット供給装置４０側の開口端を基端とするとき、溶融シリンダ１１の基端における開口部位の内周とシリンダ孔１１ａに挿入されたビレット２の外周との間の隙間からの溶湯２ａのバックフローは、後述されるリング部材７１を含む冷却リング７０で生成される溶湯２ａの固化物２ｂによってシールされることで防止されている。溶融シリンダ１１の基端はビレット供給装置４０などを収容する中央枠部材９０に固定されると良い。溶融シリンダ１１の基端と中央枠部材９０は、例えば、互いに小さい面積で当接するようにして熱の伝導を抑えるなど、各種手段で断熱されると良い。中央枠部材９０は、４方を囲む矩形の４側板と１底板で構成され、対向する側板９０ａの一方に溶融シリンダ１１が接続されもう一方の側板９０ａにビレット挿入装置５０が接続される。これらの２つの側板９０ａには、ビレット２の外径よりわずかに大きい透孔９０ｂが形成される。溶融シリンダ１１とビレット供給装置４０とビレット挿入装置５０は、１直線上に直列に配置される。ビレット２は、１回のショットで射出される射出容積の数ショット分ないしは１０数ショット分の容積を含む長さに形成されいて、ビレット供給装置４０によって溶融シリンダ１１の中に複数ショット毎に１個ずつ補給され、ビレット挿入装置５０のプッシャ５２ａによって溶融シリンダ１１中に挿入される。溶融シリンダ１１の基端もしくはその近傍に、不活性ガスが注入される注入孔が用意されても良い。
【００２４】
ビレット供給装置４０は、例えば、図２に示すように、ビレット２が多数装填されるホッパ４１と、ビレット２を順次落下させるシュート４２と、ビレット２を１個ずつ落下させるシャッタ装置４３と、ビレット２を溶融シリンダ１１の軸中心に同芯に保持する保持部４４と、を含む。ホッパ４１の中には、ビレット２を案内しながら落下させるための仕切り４１ａを有する。シャッタ装置４３は、シャッタプレート４３ａによってビレット２を１個ずつ落下させる。シャッタプレート４３ａは、エアシリンダ等の流体シリンダ４３ｂで進退すると良い。保持部４４は、落下してくるビレット２を受け止めるとともに後述するプッシャで押し出す際にビレットを移動方向に案内するための凹部４４ａが形成されている。保持部４４の凹部４４ａの中心は、溶融シリンダのシリンダ孔１１ａの中心に略一致するように形成されると良い。
【００２５】
ビレット挿入装置５０は、ビレット２の補給時にビレット２を溶融シリンダ１１の中に挿入する装置であればであればどのような装置であっても良い。例えば、ビレット挿入装置５０は、油圧シリンダなどの流体シリンダ５１と、流体シリンダ５１によって前後に移動制御されるピストンロッド５２と、ピストンロッド先端に一体に形成されたプッシャ５２ａとを含んで、計量時にプッシャ５２ａを逐次前進させて、１回の前進で１ショット分の射出容積に相当する溶湯２ａを射出シリンダ２１に送り込んで計量することになる。
【００２６】
射出ユニット２０は、射出シリンダ２１と、射出ノズル２２と、プランジャ２４と、ピストンロッド６２を前後に移動制御する油圧シリンダなどの流体シリンダ６１を有するプランジャ駆動装置６０と、ピストンロッド６２とプランジャ２４を結合するカップリング６３とを含む。射出シリンダ２１は、プランジャ２４より若干大径に形成されて計量した溶湯２ａを貯留するシリンダ孔２１ａを有し、その先端側にノズルアダプタ２３を介して図示省略された金型に当接する射出ノズル２２を有する。射出シリンダ２１の射出ノズル２２側の開口端を先端とし、プランジャ駆動装置６０側の開口端を基端とするとき、射出シリンダ２１の基端における開口部位の内周とシリンダ孔２１ａに挿入されたプランジャ２４の外周との間の隙間からの溶湯２ａのバックフローは、後述されるリング部材７１を含む冷却リング７０で生成される溶湯２ａの固化物２ｂによってシールされることで防止されている。射出シリンダ２１の基端は、プランジャ駆動装置６０の前方に接続部材６４を介して固定される。射出シリンダ２１の基端と接続部材６４は、例えば、互いに小さい面積で当接するようにして熱の伝導を抑えるなど、各種手段で断熱されると良い。実施例として図示された接続部材６４は、プランジャ２４の後部やカップリング６３を移動可能に収容する筒状の部材で、その前方に近い位置にプランジャ２４とほとんど隙間のない状態で嵌り合う隔壁６４ａを備え、射出シリンダ２１基端と隔壁６４ａとの間に空間６６を備える。空間６６の下方には、回収パン６５が接続部材６４の下側に着脱自在に用意される。このような構成によってプランジャ２４が後退したときに、プランジャ２４の表面に僅かに付着した溶湯２ａの固化物２ｂがさらに冷却されて射出シリンダの外に僅かに排出されて、回収パン６５に回収される。
【００２７】
プランジャ駆動装置６０は、計量時において、ビレット挿入装置５０のプッシャ５２ａを押し込む圧力の制御に合わせてプランジャ２４の後退を許容する背圧が制御されて、溶融シリンダ１１中の溶湯２ａの圧力上昇が抑えられると共に射出シリンダ２１中の溶湯２ａの圧力、すなわち計量時の背圧が適正に制御される。プランジャ２４の後退位置は、計量位置として検出されることは従来と同じである。また、プランジャ駆動装置６０は、射出時において、溶湯２ａの射出速度及び射出圧力を制御する従来と同じ制御が行われる。また、プランジャ駆動装置６０は、プランジャ２４を所定量後退させる、従来公知のサックバック動作も行う。射出ユニット２０は、図示省略した機台上で前後に移動する移動ベース９１上に載置されて、射出装置１全体が図示省略した型締装置に対して離接するように移動する。
【００２８】
溶融シリンダ１１のシリンダ孔１１ａと射出シリンダ２１のシリンダ孔２１ａは、溶融シリンダ１１と射出シリンダ２１を連結する連結部材１８の中の連通路１８ａで連通してある。
【００２９】
連通路１８ａは、逆流防止装置３０によって、計量動作の開始時に開かれ射出動作の直前に閉じられる。したがって、逆流防止装置３０は、そのような開閉動作をする装置であれば従来公知の装置であっても良い。
【００３０】
逆流防止装置３０は、例えば、図１に示すように、射出シリンダ２１の内孔面上に形成された弁座２１ｆと、これに離接する棒状の逆流防止弁棒３１と、射出シリンダ２１の側面に固定されて逆流防止弁棒３１を進退駆動する弁棒駆動装置である油圧シリンダ等の流体圧シリンダ３２を含むと良い。また、逆流防止装置３０は、例えば、チェックバルブあるいはロータリバルブなどの従来公知のバルブが採用されても良い。
【００３１】
そうした射出装置１は、溶融シリンダ１１、射出シリンダ２１及び連結部材１８に巻回されたバンドヒータ等によって所定の温度に加熱制御されて、計量の度に前進するビレット２が溶融シリンダ１１中で先端から先に順次溶融し、溶融した溶湯２ａは射出シリンダ２１や連結部材１８の中で溶融状態に保持される。
【００３２】
例えば、溶融シリンダ１１には、溶融シリンダ１１の先端側から基端側を複数ゾーンに分けるように複数の加熱ヒータが巻回されて、例えば、図１に示されるような４個の加熱ヒータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが巻回される。特に、後述される本発明のバックフロー防止手段を用いることで、例えば、溶融シリンダ１１の基端側の加熱ヒータ１２ｄを含め、すべての加熱ヒータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄをビレット２の溶融温度に設定することを可能にして、ビレット２を溶湯２ａに速やかに溶融することを可能にする。また、従来のように、先端側の２個の加熱ヒータ１２ａ、１２ｂがビレット２の溶融温度に、加熱ヒータ１２ｃがその溶融温度より若干低い温度に、そして基端側の加熱ヒータ１２ｄが溶融温度より更に低い温度に設定するなど、各加熱ヒータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを個別の温度に設定することも可能である。
【００３３】
また、射出ノズル２２、ノズルアダプタ２３及び射出シリンダ２１には、加熱ヒータ２５、２６、及び２７ａ，２７ｂ，２７ｃが巻回され、連結部材１８には加熱ヒータ１９が巻回されている。連結部材１８や射出シリンダ２１の中の溶湯２ａは、溶融状態に維持される。射出ノズル２２を加熱する加熱ヒータ２５の制御温度は、射出ノズル２２からの溶湯２ａの漏れ出しをその中で生成するコールドプラグによって防止して、成形サイクルに合わせて射出ノズル２２を開閉するために、成形サイクル時間（射出間隔）に合わせて調整されてもよい。
【００３４】
そうした射出装置１は、各加熱ヒータ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１９，２５，２６，２７ａ，２７ｂ，２７ｃを所定の温度に制御して、計量時において、逆流防止装置３０が連通路１８ａを開いた状態で、ビレット挿入装置５０が１回の前進で１ショット分の射出容積に相当する距離だけビレット２を前進させて、既に溶融シリンダ１１の中で溶融されている溶湯２ａを１ショットの射出容積に相当する分だけ射出シリンダ２１に送り込み、供給される溶湯２ａでプランジャ２４を後退させて、射出時において、逆流防止装置３０が連通路１８ａを閉じた状態で、１ショット分の射出容積に相当する距離だけプランジャ２４を前進させて、図示省略される金型の中に溶湯２ａを射出する。なお、溶融ユニット１０は、計量前に溶融シリンダ１１の中に少なくとも１ショット分の射出容積を超える溶湯を貯留するために、溶融シリンダ１１の中に挿入されているビレット２の先端側から溶湯２ａに溶融する。なお、射出装置１の各部の内径および外径の寸法は、各部の材質の熱膨張差を考慮して設定されると良い。
【００３５】
ここからは、本発明の特有の構成が説明される。本発明の射出装置１は、溶融シリンダ１１の基端と射出シリンダ２１の基端からの溶湯２ａのバックフローを防止する手段を有する。図３に示すように、各シリンダ１１，２１のシリンダ孔１１ａ，２１ａの基端には、同じ軸中心に断熱部７３と冷却リング７０のうちのリング部材７１の部分を収めるために、各シリンダ孔１１ａ，２１ａよりも大きくかつ同じ軸中心の大径部１１ｂ，２１ｂが形成されている。各シリンダ孔１１ａ，２１ａに形成される大径部１１ｂ，２１ｂは、底面にそれぞれシリンダ孔１１ａ，２１ａが開口した底付きの穴を成す。バックフローを防止する手段は、各シリンダ孔１１ａ，２１ａの基端に形成される大径部１１ｂ，２１ｂに内挿されるリング部材７１と、リング部材７１を所定の温度で冷却するとともにリング部材７１を各シリンダ孔１１，２１の基端に固定するための冷却部材７２と、リング部材７１と各シリンダ１１，２１の間に設けられる空気断熱層７３ａまたは各種断熱材７３ｂなどから成る断熱部７３と、を含む。
【００３６】
図４に示すように、冷却リング７０は、リング部材７１と冷却部材７２を一体に形成したものでも良い。また、大径部１１ｂ，２１ｂの中に収められた状態のリング部材７１の外周には、断熱部７３と各シリンダ１１，２１を間に挟むようにして各シリンダ１１，２１の基端の外周に取り付けられた加熱ヒータ、例えば、図５に示すように加熱ヒータ１２ｄ，２７ｃが配置されているとなお良い。加熱ヒータは、溶融シリンダ１１および射出シリンダ２１に巻き回された加熱ヒータ、例えば、溶融シリンダ１１の基端の加熱ヒータ１２ｄ、および、射出シリンダ２１の基端の加熱ヒータ２７ｃを利用しても良いし、別途の加熱ヒータを用いても良い。本発明では、シリンダの基端となる溶融シリンダ１１の基端または射出シリンダ２１の基端と、冷却リング７０と、柱状押出体となるビレット２またはプランジャ２４と、のそれぞれの温度が干渉しないように構成されることで、それぞれを所望する温度に制御することが容易になる。例えば、溶融シリンダ１１に挿入されたビレット２が、冷却リング７０を超えてすぐに溶融シリンダ１１の基端に設けられて溶融温度に設定されている加熱ヒータ１２ｄで速やかに溶融が開始できるようになり、後述されるような移動抵抗が小さくビレットの移動を妨げることなくバックフローを防止する固化物２ｂを局所的に小さく生成することも容易になる。
【００３７】
図３ないし図５に示されるように、冷却リング７０の一部となるリング部材７１は、リング形状を成し、内孔に柱状押出体であるビレット２またはプランジャ２４を挿通する。リング部材７１の内孔には、その内孔に挿通する柱状押出体と成るビレット２またはプランジャ２４の外径よりも大きくかつ各シリンダ１１，２１の各シリンダ孔１１ａ，２１ａの内径よりも小さい内径に形成される縮径部７１ａを有する。リング部材７１の前面および外周面は、一部分が各シリンダ孔１１ａ，２１ａの大径部１１ｂ、１１ｂの底面および内周面に当接し、大径部１１ｂ、１１ｂに当接しない部分と大径部１１ｂ、２１ｂとの間に断熱部７３が形成される。リング部材７１が各シリンダ１１，２１の大径部１１ｂ、２１ｂに当接する面積は、各シリンダ１１，２１からの熱の伝導を小さくするためになるべく小さい面積に設定されると良い。リング部材７１の外周面に形成される少なくとも１つの環状凸部７１ｂは、大径部１１ｂ、２１ｂの中に各シリンダ孔１１ａ，２１ａと同じ軸中心にリング部材７１を取り付けるための案内となる。リング部材７１の外周面の環状凸部７１ｂは、断熱部７３を断熱材７３ｂで形成する場合に形成しないようにしても良い。リング部材７１の前面に形成される少なくとも１つの環状凸部７１ｂは、大径部１１ｂ、２１ｂの底面に開口する各シリンダ孔１１ａ，２１ａの開口の回りに当接し、好ましくはその開口の周りに極力小さな面積で当接し、冷却部材７２で後ろから底面に均等に押し付けられることで、各シリンダ孔１１ａ，２１ａから大径部１１ｂ、２１ｂに溶湯２ａを浸入させないようにしている。
【００３８】
そうしたリング部材は、柱状押出体であるビレット２またはプランジャ２４、および、各シリンダ１１，２１のそれぞれの温度に影響されることなく、また、それぞれの温度に影響を与えることなく、後述される冷却部材７２によって所望する温度に制御することを容易にする。リング部材７１は、溶融シリンダ１１と射出シリンダ２１で異なる形状にしても良い。例えば、溶融シリンダ１１に取り付けるリング部材７１の縮径部７１ａから後ろの内径は、縮径部７１ａの内径から徐々に径を大きくするようにテーパ形状に形成することで、溶融シリンダ１１とビレット２の軸中心が僅かに異なる場合でもビレット２をテーパ部７１ｃで案内することで溶融シリンダ１１に挿入し易くし、ビレット２の外径が熱膨張によって縮径部７１ａの内径よりも僅かに大きくなってしまった場合でもリング部材７１のテーパ部７１ｃに接触したビレット２を冷却して熱収縮させながらテーパ部７１ｃで徐々にビレット２を導くことで溶融シリンダ１１に挿入する際の抵抗を小さくするようにしても良い。また、例えば、射出シリンダ２１に取り付けるリング部材７１の縮径部７１ａから後ろの内径は、射出シリンダ２１に取り付けるリング部材７１の縮径部７１ａから後ろを縮径部７１ａの内径より大きな段部７１ｄに形成しても良い。また、冷却リング７０の一部となるリング部材７１の縮径部７１ａから前方に形成した段部に溝部７１ｅを形成しても良い。
【００３９】
リング部材７１の材質は、ビレット２を成す軽金属材料がマグネシウム合金であれば、各シリンダ１１，２１と同じ材質、例えば、耐熱鋼などで形成されると良い。リング部材７１を耐熱鋼などで形成する場合には、冷却リング７０をリング部材７１と冷却部材７２を一体形成しても良い。リング部材７１の材質は、ビレット２を成す軽金属材料がアルミニウム合金であれば、リング部材７１の溶損またはリング部材７１への張り付きの関係から、例えば、セラミックス系、サーメット系、または、カーボン系の材料で形成し、容易に交換が可能なように冷却部材７２と別体でされると良い。
【００４０】
具体的には、各部の熱膨張を考慮した上で、溶融シリンダ１１と射出シリンダ２１のそれぞれのシリンダ孔１１ａ，２１ａの内径が柱状押出体であるビレット２またはプランジャ２４の外径よりも大きく形成されて、その差を２．４ｍｍから３．４ｍｍ程度、すなわち各シリンダ孔１１ａ，２１ａと各柱状押出体との間の片側の隙間を１．２ｍｍから１．７ｍｍ程度とし、冷却リング７０のリング部材７１の縮径部７１ａの内径が各柱状押出体の外径よりも大きく形成されて、その差を０．４ｍｍから０．６ｍｍ程度、すなわち冷却リング７０のリング部材７１の縮径部７１ａと各柱状押出体の間の片側の隙間を０．２ｍｍから０．３ｍｍ程度とし、そして、各シリンダ孔１１ａ，２１ａの内径が冷却リング７０のリング部材７１の縮径部７１ａの内径よりも大きく形成されて、その差を２ｍｍから３ｍｍ程度、すなわち各シリンダ孔１１ａ，２１ａの内径と冷却リング７０のリング部材７１の縮径部７１ａの間の段部の片側の高さを１ｍｍから１．５ｍｍ程度とすると良い。また、リング部材７１の軸芯方向、すなわち、柱状押出体を挿通するリング部材７１の内孔の軸芯方向に沿った縮径部７１ａの長さ（以下、縮径部７１ａの幅と称する）は、５ｍｍから１０ｍｍ程度に形成されると良い。また、溶融シリンダ１１と射出シリンダ２１のそれぞれにおける冷却リング７０のリング部材７１は、前面および外周面の各環状凸部７１ｂが各シリンダ１１，２１の大径部１１ｂ，２１ｂに当接する面積と縮径部７１ａがビレット２またはプランジャ２４に対面する面積の総面積Ｓａと後面の冷却部材７２に当接する面積Ｓｂが、Ｓａ対Ｓｂの比（＝Ｓａ／Ｓｂ）が０．６から１．０程度になるように形成されると良い。
【００４１】
溶融シリンダ１１と射出シリンダ２１のそれぞれにおける冷却リング７０の冷却部材７２は、柱状押出体となるビレット２またはプランジャ２４の外径よりも大きな内径の内孔が形成されて、前面を冷却リング７０のリング部材７１に当接し、後部のフランジ７２ｃをボルト７４などで各シリンダ１１，２１の基端に固定するようになっている。冷却部材７２は、例えば、図５に示すように、図示省略される外部の冷却装置と接続されて冷却媒体を循環させるための冷却管路７２ａが形成されている。冷却リング７０の冷却部材７２は、軽金属材料が直接接触して溶損が発生することがないので、各シリンダ１１，２１に強力に締め付けるように固定するために高い剛性と靭性を有する鉄系の材料で成ると良い。また、冷却部材７２と各シリンダ１１，２１の間には、断熱部７３を有し、好ましくは空気断熱層７３ａを有すると良い。また、各シリンダ１１，２１の大径部１１ｂ，２１ｂに挿入される部分には、各シリンダ孔１１ａ，２１ａと同じ軸中心に冷却部材７２を取り付けるための案内となる環状凸部７２ｂを形成してあっても良い。
【００４２】
こうした本発明の射出装置１のバックフロー防止手段では、各シリンダ１１，２１の内周面と柱状押出体となるビレット２またはプランジャ２４の外周面との間の隙間を流動する溶湯２ａが、各シリンダ１１，２１のそれぞれにおいて冷却された冷却リング７０のリング部材７１の縮径部７１ａの周辺の狭い範囲だけで局所的に溶湯２ａを冷却して、溶湯２ａがある程度軟化してバックフローを防止する程度に固化した固化物２ｂ、あるいは、常温のビレット２の状態に比べて剪断力または引張力が５分の１程度以下の状態であってビレット２またはプランジャ２４が移動すると容易に剪断できる程度に溶湯２ａが軟化または固化してバックフローを防止する固化物２ｂを局所的にかつ剪断をさらに容易にするように小さく生成することが可能になって、故にバックフローを防止しながらもシールとなる固化物２ｂが狭い範囲で小さく形成されることによって、リング部材７１と柱状押出体２，２４の両者に密着しても剪断されやすい状態なので、柱状押出体２，２４の移動する際の抵抗も小さく、その移動を妨げることもない。溶湯２ａを射出するためにプランジャ２４を射出シリンダ２１中に挿入する場合には、溶融するためにビレット２を溶融シリンダ１１に挿入するときに比べてバックフローしようとする溶湯２ａの圧力が大きくなるのでより低い温度で溶湯２ａを固化してシールとなる固化物２ｂを生成することになるが、バックフローを防止するために、好ましくは、常温のビレット２の状態に比べて剪断力または引張力が５分の１程度以下の状態に溶湯２ａを固化した固化物２ｂを生成すれば良い。シールとなる固化物２ｂは、温度の高い柱状押出体となるビレット２またはプランジャ２４よりも温度の低いリング部材７１に留まって、柱状押出体の側で剪断され易い傾向にある。また、リング部材７１の縮径部７１ａ前方の段部に溝部７１ｅを有する場合には、シールとなる固化物２ｂが溝部７１ｅに引っかかることでリング部材７１側に留まるとともに、柱状押出体となるビレット２またはプランジャ２４の表面近くで剪断されやすくしても良い。
【００４３】
また、本発明の射出装置１のバックフロー防止手段では、冷却リング７０のリング部材７１が、加熱ヒータ１２ｄ，２７ｃで加熱される溶融シリンダ１１または射出シリンダ２１の中に断熱部７３を挟んで挿入されているので、各シリンダ孔１１，２１内からリング部材７１内に向かって高温から低温の大きな温度差が形成され、急峻な温度勾配を設定することができるため、局所的に小さな溶湯２ａの固化物２ｂ形成することができる。
【００４４】
また、本発明の射出装置１のバックフロー防止手段では、加熱ヒータ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを有する溶融シリンダ１１のシリンダ孔１１ａの中にビレット２を挿入するとシリンダ孔１１ａの内周面から溶湯２ａを介してビレット２に熱が伝導するのに対して、溶融シリンダ１１に対して断熱部７３で断熱された状態で溶融シリンダ１１の基端に埋め込まれている冷却リング７０のリング部材７１の中にビレット２が挿入されても縮径部７１ａの幅がビレット２の容積に対して小さいため、冷却されるリング部材７１がビレット２に及ぼす熱の影響は僅かである。また、本発明の射出装置１のバックフロー防止手段では、冷却リング７０のリング部材７１が溶融シリンダ１１に対して断熱部７３によって断熱されているため、溶融シリンダ１１の温度に影響されることなくシリンダ孔１１ａから流れてくる溶湯２ａをリング部材７１の端面で安定してかつ小さい範囲に固化させることができるので、より低い温度で固化させた固化物２ｂでもビレット２が移動する際の抵抗の小さいシールとなる固化物２ｂとして生成することが可能になる。それで、本発明の射出装置１のバックフロー防止手段では、溶融シリンダ１１を有する溶融ユニット１０において、速やかにビレット２を溶湯２ａに溶融するために、ビレット２を溶融シリンダ１１に押し込める際にビレット２が変形しない最低限の剛性が得られる温度に加熱することを可能にし、冷却リング７０の中を通過して直後の溶融シリンダ１１の温度をビレット２を溶湯２ａに溶融する溶融温度または溶融温度近くまで高めることが可能にし、そして、冷却リング７０によって小さい範囲に溶湯２ａを固化させることで、より低い温度で溶湯２ａを固化した剪断力の小さな固化物２ｂ生成することで、溶湯２ａのバックフローを防止しながらビレット２の移動の抵抗を小さくすることを可能にする。
【００４５】
また、本発明の射出装置１のバックフロー防止手段では、加熱ヒータ２７ａ，２７ｂ，２７ｃを有する射出シリンダ２１の中でプランジャ２４を進退するとシリンダ孔２１ａの内周面から溶湯２ａを介してプランジャ２４に熱が伝導するのに対して、射出シリンダ２１に対して断熱部７３で断熱された状態で溶融シリンダ２１の基端に埋め込まれている冷却リング７０のリング部材７１の中にプランジャ２４が挿入されても縮径部７１ａの幅がビレット２の容積に対して小さいため、冷却されるリング部材７１がプランジャ２４に及ぼす熱の影響は僅かである。プランジャ２４は、移動するときにシールとなる溶湯２ａの固化物２ｂと摩擦するが、溶湯２ａの固化物２ｂに比べて硬度が高いので摩擦が極力抑えられて耐久性がある。また、プランジャ２４は、後退して射出シリンダ２１の外に出た部分の温度が低下してしまうことに起因する前進時と後退時の温度差をより小さくするために、プランジャ駆動装置６０のピストンロッド６２を取り付ける基部から前部途中までの間に適正な強度を維持できる範囲で軸心方向に中をくり抜いた中空の空間が形成されていても良い。
【００４６】
このように、本発明の射出装置１のバックフロー防止手段では、冷却リング７０のリング部材７１が溶融シリンダ１１または射出シリンダ２１の熱の影響を受けにくい構成であって、冷却リング７０のリング部材７１がビレット２またはプランジャ２４に熱の影響を与えにくい構成であって、冷却リング７０のリング部材７１が溶湯２ａを冷却する温度が安定して、小さい範囲にシールとなる溶湯２ａの固化物２ｂを生成するこを可能にして、バックフローを防止しながらも、ビレット２またはプランジャ２４の移動抵抗を極力小さくして、各部の摩耗箇所を少なくかつ各部の耐久性を高めることが可能になる。
【００４７】
具体的には、例えば、軽金属材料がアルミニウム合金の場合には、およそ２５０度から５１５度の間で常温のビレット２の状態に比べて剪断力または引張力が５分の１程度以下の状態であって柱状押出体となるビレット２またはプランジャ２４が移動すると容易に剪断できる程度に固化した固化状態となり、およそ５１５度から５８２度の間で軟化した固化状態となる。バックフローを防止する溶湯２ａの固化物２ｂを生成する温度制御は、およそ２５０度から５８２度の広い制御範囲で制御することができる。例えば、溶融シリンダ１１の基端の加熱ヒータ１２ｃでおよそ６５０度に加熱し、前面および外周面の各環状凸部７１ｂが溶融シリンダ１１の大径部１１ｂに当接する面積と縮径部７１ａがビレット２に対面する面積の総面積Ｓａが、後面の冷却部材７２に当接する面積Ｓｂと略等しい面積（Ｓａ＝Ｓｂ、すなわち、Ｓａ／Ｓｂ＝１．０）とする冷却リングを冷却部材でおよそ５０度に冷却して、冷却リング７０のリング部材７１の縮径部７１ａの周辺を３５０度程度に冷却される。したがって、本発明の射出装置１のバックフローを防止する手段は、マグネシウム合金に比べて軟化状態の温度制御の幅が小さいアルミニウム合金においても、柱状押出体であるビレット２またはプランジャ２４の移動を妨げることなく容易にバックフローを防止する溶湯２ａの固化物２ｂを生成することが可能になる。
【００４８】
また、本発明の射出装置１のバックフローを防止する手段は、温度の制御範囲が広いので、例えば、大きい容積の製品を成形するために、柱状押出体であるビレット２またはプランジャ２４を大きく移動させて、冷却リング７０のリング部材７１の縮径部７１ａの周辺の温度が大きく変化する場合でも、バックフローを充分に防止するともに柱状押出体の移動を妨げることのないシールとなる固化物２ｂを生成することを可能にする。また、本発明の射出装置１のバックフローを防止する手段は、バックフローを防止しかつビレット２やプランジャの移動を妨げることのないシールとなる溶湯２ａの固化物２ｂが、広い温度制御範囲の中で生成することを可能にするので、バックフローしようとする溶湯の圧力に応じた軟化状態または固化状態のシールとなる溶湯２ａの固化物２ｂを各シリンダ１１，２１の温度の影響が少ない状態で容易に生成することも可能にする。
【００４９】
また、本発明の射出装置１では、ビレット供給装置４０とビレット挿入装置５０で１本ずつ押し出されるビレット２を、まず予備加熱装置１００で予備加熱しておくことで溶融シリンダ１１の中に挿入されると速やかに溶融されるように準備し、続いて予備冷却装置２００（もしくは、別の実施形態の予備冷却装置２１０または２２０）で予備加熱されたビレット２の外周面、あるいは、溶融シリンダ１１の中に前部が挿入されて後部が挿入されていない状態のビレット２の後部の外周面が所定の温度を超えた場合に当該ビレット２の外周面だけを冷却するようにして、ビレット２を溶融シリンダ２１の中に挿入するときの押圧力でビレット２が変形してビレット２の移動を妨げないようにしている。予備冷却装置２００，２１０，２２０は、ビレット２が変形するのを防止するためにビレット２の外周面部位を冷却して、溶融シリンダ１１に挿入されると速やかに溶融されるようにビレット２の軸芯部位を冷却しないようにすると良い。従来は、ビレット２が比較的に熱伝導の良い軽金属材料であるために、射出装置１が何らかの理由で運転を停止した際に、溶融シリンダ１１に挿入した後のビレット２から伝わる熱で挿入前のビレット２が加熱されて、挿入前のビレット２がある一定の温度を超えると剛性が低下してしまい、運転を再開した際に、溶融シリンダ１１に挿入する圧力で挿入前のビレット２がたわむように変形して、ビレット２が挿入できなくなることを防止するために、加熱ヒータ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを、例えば、成形サイクル時間、１ショットの射出充填量、ビレット２の予備加熱温度、ビレット２の材料の熱伝導率など、で導出される初期設定温度よりも低い設定温度で温度制御していた。それは、加熱ヒータ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄで加熱される溶融シリンダ１１の温度制御の応答が低いこと、すなわち、溶融シリンダ１１の実際の温度を即時に変更することが難しいことに起因する。本発明の射出装置１では、予備冷却装置２００，２１０，２２０によって、上記の初期設定温度、さらには、初期設定温度より高い設定温度に設定された状態でも、射出装置１が何らかの理由で運転が停止しても、例えば、溶融シリンダ１１に挿入されるビレット２が変形しないような剛性に維持されるように、ビレット２の外周面部位を所定の温度を超えないように冷却するとともに、溶融シリンダ１１に挿入されると速やかに溶融されるようにビレット２の軸芯部位を冷却しないようにすることができるので、溶融シリンダ１１にビレット２を確実に挿入することを可能にすること、および、これまでに比べて溶融時間および成形サイクル時間を短縮することを両立することを可能にする。
【００５０】
特に、予備冷却装置２００，２１０，２２０は、本発明のバックフロー防止手段と一緒に用いると、総じて、ビレット２の溶融を速やかに行うことを可能にする。予備冷却装置２００，２１０，２２０は、本発明のバックフロー防止手段において、ビレット２が溶湯２ａの固化物２ｂから成る小さなシールを越えて前進すると、急峻な温度勾配の状態によって急激にかつ強力に加熱が開始されることでビレット２を速やかに溶融することを可能にするが、その際に加熱ヒータ１２ｄからの強力な加熱によってビレット２自身を熱が伝導することで、移動の際に押し出される圧力でビレット２の後部が熱で変形しないようにビレット２の外周面のみを冷却して、速やかにビレット２を溶融シリンダ２１の中に挿入して速やかに加熱して溶融することを可能にする。
【００５１】
図１に示す射出装置１の溶融ユニット１０では、ビレット挿入装置５０、ビレット供給装置４０、予備加熱装置１００、予備冷却装置２００、そして、本発明のバックフロー防止手段を有する溶融シリンダ２１の順番に配置されるとともに、ビレット供給装置４０から溶融シリンダ１１まで移動するビレット２が同じ軸中心上になるように配置されている。なお、ビレット２を射出シリンダに挿入することでビレット２の溶融と溶湯の射出を行う方式の軽金属射出成形機の射出装置では、溶融シリンダ２１を射出シリンダに置き換えて説明されるものとする。
【００５２】
例えば、図６に示す本発明の予備加熱装置１００は、ビレット２の外周を囲むようにして、同一円周上に配置される複数の分割加熱体となる複数の円弧状の加熱ヒータ１０１から成る。複数の円弧状の加熱ヒータ１０１は、移動手段として隣り合う円弧状の加熱ヒータ１０１同士が付勢部材１０２で近づいたり離れたりできるように取り付けられていて、そうした複数の円弧状の加熱ヒータ１０１で囲まれた空間にビレット２が挿入されると、ビレット２の外径に合わせてビレット２の外周面にすべての円弧状の加熱ヒータ１０１が当接して、ビレット２を外周面から均一に加熱して、ビレット２を速やかに加熱することができるようになっている。
【００５３】
本発明の予備加熱装置１００では、軽金属材料を柱状のビレット２に加工する際に外径寸法にばらつきが生じても確実に予備加熱を行うことを可能にする。複数の円弧状の加熱ヒータ１０１の移動手段は、図示省略される流体シリンダなどの各種駆動源を用いて行うようにしても良い。なお、予備加熱装置１００は、上記の実施の形態に限定されることなく、加熱ヒータ１０１の個数および形状、加熱ヒータ１０１の移動手段など、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、各種手段を適用することが可能である。
【００５４】
また、例えば、図７に示す本発明の予備冷却装置２００は、外径寸法が所定の誤差の範囲に入るように形成されて寸法管理されたビレット２が加熱された状態でも変形しない非軟化状態を維持可能な温度のときのビレット２の外径寸法、例えば、加熱されたビレット２が本発明のバックフロー防止手段を通して溶融シリンダ１１の中に押し込まれる圧力で変形してしまう直前の所定の温度、例えば、およそ５００度にまで加熱されて熱膨張しているときのビレット２の外径寸法が少なくとも一部の内径寸法になるように形成されたシリンダ孔２０１ａを形成し、所定の温度に冷却される冷却シリンダ２０１からなる。冷却シリンダ２０１の外周には、例えば、図示省略される外部の冷却媒体供給装置から給排される冷却媒体を冷却配管２０２ａに循環させて冷却シリンダ２０１を冷却する冷却装置２０２を有する。冷却シリンダ２０１は、中央枠部材９０の側板９０ａに取り付けられて、側板９０ａに形成されているビレット２の外径より大きい透孔９０ｂを通してビレット２が挿入される。
【００５５】
冷却シリンダ２０１の中を通過するビレット２は、変形する直前の温度にまで加熱されて熱膨張すると、外周面が冷却シリンダ２０１のシリンダ孔２０１ａの内周面に当接して冷やされて、ビレット２の外周面を均一に変形しない温度にまで冷却するとともにビレット２の外径も熱収縮するので移動が妨げられることはない。本実施の形態では、温度センサが不要になる。ビレット２の内部の加熱状態を維持しながらビレット２の外周面だけを冷却することで、ビレット２の変形を防止するとともに溶融シリンダ２１に挿入されると速やかに溶融を開始することができる。また、冷却シリンダ２０１は、シリンダ孔２０１ａの少なくとも一部の内径寸法だけをビレット２が所定の温度に加熱されて熱膨張した状態ときの外径寸法と同じ寸法に形成するようにしても良い。
【００５６】
また、例えば、図８に示す本発明の予備冷却装置２１０は、加熱されて熱膨張した状態のビレット２を隙間を空けて挿通するシリンダ孔２１１ａを形成し、図示省略される外部の冷却ガス供給装置から供給される冷却ガスを供給孔２１１ｂから供給し、冷却ガスを連通配管２１１ｃを介してシリンダ孔２１１ａに開口する複数のガス噴射孔２１１ｄから噴射する冷却シリンダ２１１を有し、シリンダ孔２１１ａ内を通過するビレット２の温度、例えば、ビレット２の外周面の表面温度を図示省略される温度センサで検出して、所定の温度を超える場合に外部から供給される冷却ガスを複数のガス噴射孔２１１ｄからビレット２の外周面に吹き付けるように図示省略される制御装置で制御することで、ビレット２の外周面を均一に冷却する。
【００５７】
冷却ガスをビレット２に吹き付ける条件となる所定の温度は、ビレット２が加熱された状態でも変形しない非軟化状態を維持可能な温度以上の温度、例えば、加熱されたビレット２が本発明のバックフロー防止手段を通して溶融シリンダ１１の中に押し込まれる圧力で変形してしまう直前のビレット２の外周面の温度などが適宜に設定されると良い。また、本発明の予備加熱装置２１０では、軽金属材料を柱状のビレット２に加工する際に外径寸法にばらつきが生じても確実に予備冷却を行うことを可能にする。
【００５８】
また、例えば、図９に示す本発明の予備冷却装置２２０は、加熱されて熱膨張した状態のビレット２を隙間を空けて挿通するシリンダ孔２２１ａを形成した冷却シリンダ２２１を有し、シリンダ孔２２１ａの中に突き出すようにビレット２に向って進退可能に取り付けられた複数の分割冷却体となる複数の冷却ブロック２２２をビレット２の外周を囲むようにして同一円周上に配置して、移動手段として内周面に複数の冷却ブロック２２２を当接させて、両端を付勢部材２２４で接続することで内径を所定の範囲で可変可能にするとともに図示省略される外部の冷却媒体供給装置から給排される冷却媒体を流動させる冷却配管２２３ａを有して冷却ブロック２２２を冷却するようにした締め付け部材２２３で覆われている。
【００５９】
本実施の形態では、予備冷却装置２２０の中を通過するビレット２の外径に合わせて冷却ブロック２２２が常にビレット２の外周面に当接して、ビレット２の外周面を均一に所定の温度に冷却することができる。また、予備加熱冷却装置２２０は、ビレット２の表面温度を図示省略される温度センサで検出して、例えば、加熱されたビレット２が本発明のバックフロー防止手段を通して溶融シリンダ１１の中に押し込まれる圧力で変形してしまう直前の温度に到達したときにのみ、締め付け部材２２３の冷却配管２２３ａに冷却媒体を循環させてビレット２の外周面を冷却するようにしても良い。また、図示省略されるが、他の実施の形態としては、複数の冷却ブロックにそれぞれ冷却配管を設けて、通過するビレット２の外周面の温度を温度センサで検出して、所定の温度を超えた場合にだけ、複数の冷却ブロックを流体シリンダなどの駆動手段によって前進させてビレット２の外周面に当接させてビレット２の外周面を冷却するようにしても良い。また、本発明の予備加熱装置２２０では、軽金属材料を柱状のビレット２に加工する際に外径寸法にばらつきが生じても確実に予備冷却を行うことを可能にする。
【００６０】
以上説明した発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらをこの発明の範囲から排除するものではない。特に具体的な装置については、本発明の趣旨に添った基本的な機能を有するものは、本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上説明したように、本発明の軽金属射出成形機の射出装置は、より多くの種類の軽金属材料を射出成形する射出装置を実現し、１ショットの射出容積がより大きな軽金属材料からなる成形品を射出成形する射出装置を実現する。
【符号の説明】
【００６２】
１      軽金属射出成形機の射出装置
２      ビレット
２ａ    溶湯
２ｂ    シールとなる溶湯の固化物
１０    溶融ユニット
１１    溶融シリンダ
１１ａ  溶融シリンダのシリンダ孔
１１ｂ  溶融シリンダのシリンダ孔の大径部
１２ａ，１２ａ，１２ａ，１２ａ  加熱ヒータ
１４    ビレット供給装置
１８    連結部材
１８ａ  連通路
１９    加熱ヒータ
２０    射出ユニット
２１    射出シリンダ
２１ａ  射出シリンダのシリンダ孔
２１ｂ  射出シリンダのシリンダ孔の大径部
２２    射出ノズル
２３    ノズルアダプタ
２４    プランジャ
２５    加熱ヒータ
２６    加熱ヒータ
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ  加熱ヒータ
３０    逆流防止装置
３１    逆流防止弁棒
４０    ビレット供給装置
５０    ビレット挿入装置
６０    プランジャ駆動装置
７０    冷却リング
７１    リング部材
７１ａ  縮径部
７１ｂ  環状凸部
７１ｃ  テーパ部
７１ｄ  段部
７１ｅ  溝部
７２    冷却部材
７２ａ  冷却配管
７２ｂ  環状凸部
７２ｃ  フランジ
７３    断熱部
７３ａ  空気断熱層
７３ｂ  断熱材
７４    ボルト
９０    中央枠部材
９０ａ  側板
１００  予備加熱装置
２００  予備冷却装置
２１０  予備冷却装置
２２０  予備冷却装置
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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