(57)【要約】【課題】半凝固金属の飛び出しを防止できる半凝固金属の供給方法および供給装置を提供すること。【解決手段】供給装置は、開口部３１Ａが形成された射出スリーブ３１と、射出スリーブ３１内部を進退可能に設けられたプランジャ３２と、を有する成形装置に、半凝固金属を供給する。この供給装置は、半凝固金属が収容された筒形状のるつぼ１１と、るつぼ１１を把持して移動する搬送アーム１３と、搬送アーム１３を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、るつぼ１１に装着された樋１３１の先端部１３４を射出スリーブ３１の開口部３１Ａに所定角度で挿入して、半凝固金属を射出スリーブ３１内の開口部３１Ａが形成された位置よりもプランジャ３２の進行方向側に吐出させる。【選択図】図５
2008229633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部が形成された射出スリーブと、当該射出スリーブ内部を進退可能に設けられたプランジャと、を有する成形装置に、半凝固金属を供給する半凝固金属の供給方法であって、
筒形状の容器の内部で溶融金属から前記半凝固金属を製造する第１工程と、
前記容器の先端を前記射出スリーブの開口部に所定角度で挿入して、前記容器に収容された半凝固金属を前記射出スリーブの内部に供給する第２工程と、を備え、
前記第２工程では、前記半凝固金属を前記開口部よりも前記プランジャの進行方向側に吐出することを特徴とする半凝固金属の供給方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半凝固金属の供給方法において、
前記容器の先端側に樋を設け、
前記第２工程では、前記樋の先端を前記開口部に所定角度で挿入して、前記半凝固金属を当該樋の先端から吐出させることを特徴とする半凝固金属の供給方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半凝固金属の供給方法において、
前記樋を前記容器に着脱自在とすることを特徴とする半凝固金属の供給方法。
【請求項４】
開口部が形成された射出スリーブと、当該射出スリーブ内部を進退可能に設けられたプランジャと、を有する成形装置に、半凝固金属を供給する半凝固金属の供給装置であって、
前記半凝固金属が収容された筒形状の容器と、
前記容器を把持して移動する搬送アームと、
前記搬送アームを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記容器の先端を前記射出スリーブの開口部に所定角度で挿入して、前記容器に収容された半凝固金属を前記開口部よりも前記プランジャの進行方向側に吐出させることを特徴とする半凝固金属の供給装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半凝固金属の供給装置において、
前記搬送アームは、前記容器に接続可能な樋を有し、
前記制御装置は、前記樋を前記容器に接続し、当該樋の先端を前記開口部に所定角度で挿入して、前記半凝固金属を当該樋の先端から吐出させることを特徴とする半凝固金属の供給装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半凝固金属の供給装置において、
前記樋は、溝状とすることを特徴とする半凝固金属の供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半凝固金属の供給方法および供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アルミニウムやマグネシウム、またはそれぞれの合金等の溶融状態の金属を冷却して、固液共存状態の半凝固金属（スラリー）を製造し、この半凝固金属を用いて金属成形品を製造する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に示された方法によれば、開口部が形成された射出スリーブと、射出スリーブ内部を進退可能に設けられたプランジャと、を備える成形装置を用いる。具体的には、まず、半凝固金属を開口部から射出スリーブに供給する。次に、プランジャにより、射出スリーブに供給された半凝固金属を押し出して、射出スリーブに接続された金型内に射出する。次に、金型内に射出された半凝固金属を冷却して、半凝固金属を凝固させる。以上により、金型の内部の形状に応じた金属成形品を製造できる。
【特許文献１】特許第３２１１７５４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の半凝固金属は、溶融状態の金属と比べて、粘性が高いため、現状の形状を維持しようとする力が大きい。このため、プランジャにより半凝固金属を押し出す際に押圧力を加えると、この半凝固金属には、現状の形状を維持しようとして、押圧力の向きと反対の向きに応力が加わる。よって、半凝固金属は、押圧力および応力で挟まれるため、大きく変形して、射出スリーブの開口部から外部に飛び出す場合があった。その結果、飛び出した半凝固金属を除去する工程が必要となり、製造工程を効率化できないという課題があった。
【０００５】
本発明は、半凝固金属の飛び出しを防止できる半凝固金属の供給方法および供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半凝固金属の供給方法は、開口部が形成された射出スリーブと、当該射出スリーブ内部を進退可能に設けられたプランジャと、を有する成形装置に、半凝固金属を供給する半凝固金属の供給方法であって、筒形状の容器の内部で溶融金属から前記半凝固金属を製造する第１工程と、前記容器の先端を前記射出スリーブの開口部に所定角度で挿入して、前記容器に収容された半凝固金属を前記射出スリーブの内部に供給する第２工程と、を備え、前記第２工程では、前記半凝固金属を前記開口部よりも前記プランジャの進行方向側に吐出することを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、容器の先端を射出スリーブの開口部に所定角度で挿入し、この容器の先端を介して、半凝固金属を開口部よりもプランジャの進行方向側に吐出させる。このため、プランジャで半凝固金属を押し出しても、この半凝固金属が開口部から飛び出すのを防止できる。
【０００８】
この場合、前記容器の先端側に樋を設け、前記第２工程では、前記樋の先端を前記開口部に所定角度で挿入して、前記半凝固金属を当該樋の先端から吐出させることが好ましい。
【０００９】
この発明によれば、容器の先端側に樋を設け、半凝固金属を樋の先端から吐出させるので、半凝固金属の流速を上昇させて、半凝固金属を射出スリーブの内部に円滑に供給できる。
【００１０】
この場合、前記樋を前記容器に着脱自在とすることがさらに好ましい。
【００１１】
容器の内部で溶融金属から半凝固金属を製造する際、容器に溶融金属を投入し、撹拌する必要がある。しかしながら、容器に樋を設けると、樋の先端から撹拌棒を挿入して撹拌させることになるため、溶融金属を均一に撹拌することが困難となる。
そこで、この発明によれば、樋を容器に着脱自在とするので、溶融金属を撹拌する際に樋が邪魔にならず、溶融金属を均一に撹拌できる。
【００１２】
本発明の半凝固金属の供給装置は、開口部が形成された射出スリーブと、当該射出スリーブ内部を進退可能に設けられたプランジャと、を有する成形装置に、半凝固金属を供給する半凝固金属の供給装置であって、前記半凝固金属が収容された筒形状の容器と、前記容器を把持して移動する搬送アームと、前記搬送アームを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記容器の先端を前記射出スリーブの開口部に所定角度で挿入して、前記容器に収容された半凝固金属を前記開口部よりも前記プランジャの進行方向側に吐出させることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、上述の効果と同様の効果がある。
【００１４】
この場合、前記搬送アームは、前記容器に接続可能な樋を有し、前記制御装置は、前記樋を前記容器に接続し、当該樋の先端を前記開口部に所定角度で挿入して、前記半凝固金属を当該樋の先端から吐出させることが好ましい。
【００１５】
この発明によれば、搬送アームで容器を把持することで樋を容器に接続できるから、上述の効果と同様の効果がある。
【００１６】
この場合、前記樋は、溝状とすることがさらに好ましい。
【００１７】
この発明によれば、樋を溝状としたので、樋が筒状の場合と比べて、容器内部に大気が円滑に流入しやすく、半凝固金属を容器から円滑に吐出できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、容器の先端を射出スリーブの開口部に所定角度で挿入し、この容器の先端を介して、半凝固金属を開口部よりもプランジャの進行方向側に吐出させる。このため、プランジャで半凝固金属を押し出しても、この半凝固金属が開口部から飛び出すのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る供給装置１０と、供給装置１０により半凝固金属が供給される成形装置３０と、を示す斜視図である。
【００２０】
成形装置３０は、円筒状の射出スリーブ３１と、射出スリーブ３１内部を進退可能に設けられたプランジャ３２と、を備える。
射出スリーブ３１は、図示しない金型に接続される。この射出スリーブ３１の上面には、開口部３１Ａが形成されている。
【００２１】
この成形装置３０は、開口部から半凝固金属が供給されると、プランジャ３２を前進させて、射出スリーブの先端から金型内に半凝固金属を射出する。
【００２２】
供給装置１０は、筒形状のるつぼ１１と、このるつぼ１１を把持して移動する搬送アーム１３と、搬送アーム１３を制御する制御装置１４と、を備える。なお図１では、円筒形状のるつぼ１１を図示しているが、角筒形状のるつぼであってもかまわない。円筒形状であれば、製作も簡単で、るつぼ１１の内壁に沿うように冷し金１２１（図３参照）でるつぼ１１内に貯留する溶湯を撹拌しやすい。
【００２３】
搬送アーム１３は、全容を図示しない多関節ロボットの可動アームであり、該多関節ロボットは６軸の可動軸を備えたものであり、アーム１３７およびハンド１３６を備える。
ハンド１３６は、ロッド１３８を介してアーム１３７に対して相対的にロッド１３８を中心にして回動し、またはロッド１３８の基端側を基点として相対的に揺動する。このハンド１３６には、上半分が開放する樋１３１が設けられる。
なお、上述では一例として、６軸の多関節ロボットの例を示したが、移動手段が、直交する３軸、すなわちＸ軸−Ｙ軸−Ｚ軸を移動する移動ユニットを備え、その先端に前記回動、揺動する機能を持ったロッドを備え、ロッドの先端側にハンド１３６を有するものでもかまわない。
【００２４】
図２は、樋１３１の斜視図である。
樋１３１は、溝状の樋本体１３２と、この樋本体１３２の先端に設けられた溝状の先端部１３４と、を備える。
【００２５】
先端部１３４の内径は、樋本体１３２の内径よりも小さくなっている。この樋本体１３２と先端部１３４との間は、テーパ部１３３となっている。
この樋１３１は、るつぼ１１に着脱自在であり、ハンド１３６でるつぼ１１を把持すると、るつぼ１１に装着される。
【００２６】
るつぼ１１には、半凝固金属が収容される。この半凝固金属は、撹拌機１２を用いて、アルミニウムやマグネシウム、またはそれぞれの合金等の溶融金属からなる溶湯から製造される。なお、半凝固金属を製造する製造ラインに備える前記るつぼ１１は、成形装置３０の１ショット分の溶融金属が供給される有底の断熱性のるつぼである。
【００２７】
図３は、撹拌機１２の斜視図である。
撹拌機１２は、るつぼ１１内の溶湯を冷却および撹拌するものであり、予め設定された温度になる冷し金（冷却部材）１２１と、冷し金１２１を回転駆動する回転駆動源１２２と、冷し金１２１および回転駆動源１２２を、水平面上を縦横無尽に移動させる、例えばＸ，Ｙ軸方向に動かせる移動機構１２５と、を備える。すなわち冷し金１２１および回転駆動源１２２は、図示しない支承部材、具体的には直交する支承レールを備えたＸ，Ｙ軸方向に動く移動ユニットや、或いは図示しない３〜６軸程度の多関節ロボット等で、支承されつつ移動する。移動機構１２５は、該冷し金１２１および回転駆動源１２２を水平移動する移動機構である。
【００２８】
冷し金１２１は、四角柱状であり、基端から先端に向かって抜き勾配を有する。また、冷し金１２１の外形は、角が３以上の多角形状、角が３以上の面取り多角形状、楕円形状、または複合楕円形状であってもよく、そうすることにより、溶融金属の撹拌時に渦を発生させ易く、撹拌能力を向上させることができると共に、断熱性のるつぼ内壁に結晶を生じることを防止することができる。この冷し金１２１は、溶湯により溶融しない材質で構成され、図示しない温度制御部により温度を制御される。
【００２９】
回転駆動源１２２は、回転軸１２３およびセラミック製カプラ１２４を介して、冷し金１２１の基端に接続され、回転軸１２３を中心に、冷し金１２１を回転駆動する。セラミック製カプラ１２４は、回転駆動源１２２に対して、冷し金１２１を取り外し可能に設けられる。
【００３０】
移動機構１２５は、冷し金１２１および回転駆動源１２２を、鉛直方向に移動させると共に、水平な平面上を図３中矢印Ｂ方向に渦巻き状に移動させる。すなわち、前記るつぼ１１内に貯留された溶融金属を、該溶融金属の温度以下の所定の温度に冷却された冷し金１２１を介して冷却すると共に、前記冷し金１２１を回転させながら該冷し金１２１を、るつぼ１１に沿うように水平方向に、るつぼ１１とは離間して１ショット分の溶融金属を撹拌する。また、前記冷し金１２１を水平方向に渦巻き状に移動させてもかまわない。そうすることにより、冷却の指向性を可及的に阻止して溶融金属を有効的に撹拌することができる。水平方向に渦巻き状に移動させれば、なおさら冷却の指向性を可及的に阻止でき、且つ溶融金属を迅速に撹拌することができる。
【００３１】
以上の供給装置１０を用いて、半凝固金属を射出成形する手順を説明する。
まず、るつぼ１１に溶湯を供給し、撹拌機１２の回転駆動源１２２により、予め設定された温度の冷し金１２１を、回転軸１２３を中心に比較的低速で回転させながら、移動機構１２５により、冷し金１２１および回転駆動源１２２を鉛直下方向に移動させて、冷し金１２１をるつぼ１１内の溶湯に浸漬する。次に、回転駆動源１２２による冷し金１２１の回転速度を上げると共に、移動機構１２５により、冷し金１２１および回転駆動源１２２を渦巻き状に移動させる。これにより、溶湯は、冷却されると共に、迅速に撹拌される。
【００３２】
次に、予め定められた期間だけ、るつぼ１１に沿うように水平方向に、るつぼ１１とは離間して１ショット分の撹拌を行った後、回転駆動源１２２により冷し金１２１を回転させながら、移動機構１２５により、冷し金１２１および回転駆動源１２２を鉛直上方向に移動させて、冷し金１２１をるつぼ１１内の溶湯から引き上げる。これにより、るつぼ１１内の溶湯は、全体的に一定温度に保持された半凝固金属となる。
【００３３】
次に、図４に示すように、図示しない多関節ロボット等の搬送アーム１３のハンド１３６で半凝固金属が収容されたるつぼ１１を把持し、るつぼ１１に装着された樋１３１の先端部１３４を射出スリーブ３１の開口部３１Ａに所定角度で挿入して、半凝固金属を射出スリーブ３１内に供給する。これにより、図５に示すように、るつぼ１１内の半凝固金属は、樋１３１の先端部１３４から、射出スリーブ３１内の開口部３１Ａが形成された位置よりもプランジャ３２の進行方向側、つまり図５中矢印Ａ方向側に、吐出される。
【００３４】
その後、射出スリーブ３１内に供給された半凝固金属は、プランジャ３２により、図５中矢印Ａ方向に押し出され、図示しない金型に射出される。
【００３５】
なお、溶湯から引き上げられた後の冷し金１２１は、まず、図示しない冷却層内に浸漬されて、冷却処理が行われる。次に、エアブロー処理が施され、冷し金１２１の表面に付着している半凝固金属の凝固物の除去が行われた後、表面にセラミック材がコーティングされ、図示しない乾燥手段により、乾燥処理が行われる。これにより、冷し金１２１の表面が溶湯と反応するのを防止すると共に、冷し金１２１の表面に付着する半凝固金属の凝固物の除去が容易になる。
【００３６】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）るつぼ１１を搬送アーム１３で把持して、るつぼ１１に樋１３１を装着する。そして、樋１３１の先端部１３４を射出スリーブ３１の開口部３１Ａに所定角度で挿入して、樋１３１の先端部１３４から、るつぼ１１内の半凝固金属を、射出スリーブ３１内の開口部３１Ａが形成された位置よりもプランジャ３２の進行方向側に吐出する。このため、プランジャ３２で半凝固金属を押し出しても、この半凝固金属が開口部３１Ａから飛び出すのを防止できる。
【００３７】
（２）樋１３１がるつぼ１１に着脱自在であり、半凝固金属を樋１３１の先端部１３４から吐出させるので、半凝固金属の流速を上昇させて、半凝固金属を射出スリーブ３１の内部に円滑に供給できる。
【００３８】
（３）樋１３１がるつぼ１１に着脱自在であり、搬送アームで容器を把持することで樋を容器に装着する。このため、るつぼ１１内の溶湯を撹拌機１２により撹拌する際に、樋１３１をるつぼ１１から脱着させることで、樋１３１が邪魔にならず、溶湯を均一に撹拌できる。また、るつぼ１１に溶湯を供給する際に、樋１３１をるつぼ１１から脱着させることで、樋１３１が邪魔にならず、溶湯を容易に供給できる。
【００３９】
（４）樋１３１を溝状に設けたので、樋１３１が筒状の場合と比べて、樋１３１を介してるつぼ１１内の半凝固金属を射出スリーブ３１に供給する際に、るつぼ１１内部に大気が円滑に流入して、るつぼ１１から半凝固金属を円滑に吐出できる。
【００４０】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は、本発明に含まれるものである。
【００４１】
上述の実施形態では、撹拌機１２の冷し金１２１および回転駆動源１２２を、移動機構１２５により渦巻き状に移動させて、るつぼ１１内の溶湯を冷却すると共に撹拌したが、これに限らない。例えば、図６に示すように、るつぼ１１Ａを直方体状とし、撹拌機１２Ａの冷し金１２１Ａ、１２１Ｂおよび回転駆動源１２２Ａ、１２２Ｂを、移動機構１２５Ａによりるつぼ１１Ａの長手方向（図６中矢印Ｃ方向）に沿って往復移動させて、るつぼ１１Ａ内の溶湯を冷却すると共に撹拌してもよい。
【００４２】
すなわち、回転駆動源１２２Ａは、回転軸１２３Ａおよびセラミック製カプラ１２４Ａを介して、冷し金１２１Ａの基端に接続され、回転軸１２３Ａを中心に、冷し金１２１Ａを回転駆動する。セラミック製カプラ１２４Ａは、回転駆動源１２２Ａに対して、冷し金１２１Ａを取り外し可能に設けられる。
一方、回転駆動源１２２Ｂは、回転軸１２３Ｂおよびセラミック製カプラ１２４Ｂを介して、冷し金１２１Ｂの基端に接続され、回転軸１２３Ｂを中心に、冷し金１２１Ｂを回転駆動する。セラミック製カプラ１２４Ｂは、回転駆動源１２２Ｂに対して、冷し金１２１Ｂを取り外し可能に設けられる。
【００４３】
移動機構１２５Ａは、冷し金１２１Ａ、１２１Ｂおよび回転駆動源１２２Ａ、１２２Ｂを、鉛直方向に移動させると共に、図６中矢印Ｃ方向に往復移動させる。
【００４４】
また、図７に示すように、撹拌機１２Ｂの冷し金１２１Ｃおよび回転駆動源１２２Ｃを、移動機構１２５Ｂにより鉛直方向（図７中矢印Ｄ方向）に往復移動させて、るつぼ１１Ｂ内の溶湯を冷却すると共に撹拌してもよい。
【００４５】
すなわち、回転駆動源１２２Ｃは、回転軸１２３Ｃおよびセラミック製カプラ１２４Ｃを介して、冷し金１２１Ｃの基端に接続され、回転軸１２３Ｃを中心に、冷し金１２１Ｃを回転駆動する。セラミック製カプラ１２４Ｃは、回転駆動源１２２Ｃに対して、冷し金１２１Ｃを取り外し可能に設けられる。
【００４６】
移動機構１２５Ｂは、冷し金１２１Ｃおよび回転駆動源１２２Ｃを、図７中矢印Ｄ方向に往復移動させる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態に係る供給装置と、供給装置により半凝固金属が供給される成形装置と、を示す斜視図である。
【図２】前記供給装置に設けられる樋の斜視図である。
【図３】前記供給装置が備えるるつぼおよび撹拌機の斜視図である。
【図４】前記供給装置を用いて、半凝固金属を射出成形する手順を説明するための図である。
【図５】前記供給装置を用いて、半凝固金属を射出成形する手順を説明するための図である。
【図６】本発明の変形例に係るるつぼおよび撹拌機の斜視図である。
【図７】本発明の変形例に係るるつぼおよび撹拌機の斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０    供給装置
１１、１１Ａ、１１Ｂ    るつぼ
１２、１２Ａ、１２Ｂ    撹拌機
１３    搬送アーム
１４    制御装置
３０    成形装置
３１    射出スリーブ
３１Ａ    開口部
３２    プランジャ
１３１    樋
【図１】
2008229633.tif 000003
【図２】
2008229633.tif 000004
【図３】
2008229633.tif 000005
【図４】
2008229633.tif 000006
【図５】
2008229633.tif 000007
【図６】
2008229633.tif 000008
【図７】
2008229633.tif 000009