(57)【要約】【課題】射出プランジャの摺動クリアランスへの溶融金属材料の漏洩制限を、シリンダ本体に取付けた加熱手段の温度制御により、射出シリンダの構造を変更することなく可能となす。【解決手段】射出プランジャを内装した射出シリンダのシリンダ本体の先端から排出孔までの間を前部、中間部、後部の３ゾーンに分けて温度制御が行えるようにする。前部及び中間部は供給口からシリンダ本体内に供給された溶融金属材料の温度を維持する温度に設定する。後部は摺動クリアランスに漏洩した溶融金属材料が、プランジャロッド後部の潤滑層として機能する硬さのシールメタルとして介在する温度に設定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端にノズルを有し後部下側に排出孔を有するシリンダ本体と、シリンダ本体の外周囲の加熱手段と、シリンダ本体の内部に摺動クリアランスを設けて進退自在に射出プランジャに挿入した射出シリンダと、その射出シリンダの上部に設置して下端の流出口をシリンダ本体の供給口と連通した金属材料の材料溶解供給装置とからなり、上記射出プランジャの後退移動により供給口からシリンダ前部内に蓄積した溶融金属材料を、射出プランジャの前進移動によりノズルから射出する金属成形機の射出装置において、
上記加熱手段をシリンダ本体の先端から排出孔までの間を前部、中間部、後部の３ゾーンに分けて温度制御が行えるように設け、前部及び中間部は供給口からシリンダ本体内に供給された溶融金属材料の温度を維持する温度に設定し、後部は摺動クリアランスに漏洩した溶融金属材料が、該溶融金属材料の温度よりも低くプランジャ後部の潤滑層として機能する硬さのシールメタルとして介在する温度に設定してなることを特徴とする金属成形機の射出装置における溶融金属材料漏洩制御方法。
【請求項２】
上記金属材料はマグネシウム基合金からなり、上記シリンダ本体の後部温度を４７０〜４９０℃に設定して、摺動クリアランスに漏洩した溶融金属材料を潤滑層として機能する硬さのシールメタルとしてなることを特徴とする請求項１記載の金属成形機の射出装置における溶融金属材料漏洩制御方法。
【請求項３】
上記摺動クリアランスに介在するシールメタルは、上記射出プランジャの後退移動によりクリアランスエンドから上記排出孔に順次排出されることを特徴とする請求項１又は２記載の金属成形機の射出装置における溶融金属材料漏洩制御方法。
【請求項４】
上記シリンダ本体内と上記材料溶解供給装置は、供給口及び流出口を介して常時連通し、上記射出プランジャの前進移動により加圧されてプランジャへッドのクリアランスから逆流する溶融金属材料を材料溶解供給装置内に導いて、プランジャロッド後部の摺動クリアランスへの溶融金属材料の漏洩を低減してなることを特徴とする請求項１記載の金属成形機の射出装置における溶融金属材料漏洩制御方法。
【請求項５】
上記シリンダ本体の内部はシリンダライナにより形成され、そのシリンダライナと射出プランジャは同質の金属材料とからなることを特徴とする請求項１記載の金属成形機の射出装置における溶融金属材料漏洩制御方法。
【請求項６】
上記シリンダ本体は鉄基系の金属材料からなり、シリンダライナと射出プランジャは、コバルト基合金又はサーメット基合金の同質の金属材料からなることを特徴とする請求項５記載の金属成形機の射出装置における溶融金属材料漏洩制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マグネシウム、アルミニウム等の低融点金属材料の金属成形機の射出装置における溶融金属材料漏洩制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低融点金属材料の射出装置では、射出シリンダの内周面と射出プランジャの外周面との間に、射出プランジャの摺動クリアランスが設定されている。この摺動クリアランスには射出時に前進移動する射出プランジャにより加圧されたシリンダ前部内の溶湯が漏洩する。この漏洩材料がシリンダ前部の温度よりも低いシリンダ後部に止まると硬く固化して射出プランジャの摺動抵抗となり、射出プランジャの移動に悪影響を与えるとのことから、射出シリンダに漏洩材料の排出孔を設けて摺動クリアランスから排出できるようにしている。
【０００３】
しかしながら、低融点金属材料の中にはマグネシウム基合金のように加熱された状態で大気中に排出されると発火するものがあり、これを防止する手段として、排出孔に気密構造のドレイン収容装置を設け、そのドレイン収容装置内を不活性ガス雰囲気として金属ドレインを収容している溶融金属成形機が知られている。
【０００４】
また射出シリンダの後端内に環状溝を形成し、その環状溝にバックフローした溶湯を冷媒と加熱された射出プランジャからの高熱とによりある程度軟化した状態に固化してシール部材となし、それによりバックフローを防止している射出装置もある。
【特許文献１】特開２００４−２９１０３２号公報
【特許文献２】ＷＯ２００４／０８１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ドレイン収容装置による処理では、射出シリンダの下側に設置スペースが必要となり、また射出装置は機台上に進退自在に設けられることを通常とするから、不活性ガスボンベと常時接続したドレイン収容装置も一緒に移動できるように射出装置を特別な仕様で構成する必要がある。また摺動クリアランスの漏洩材料をそのまま排出して回収するので、材料計量はドレインによる射出ロスも考慮して行う必要があるなどの課題を有する。
【０００６】
また射出シリンダの後端内の環状溝でバックフローした溶湯を固化して摺動クリアランスをシールする場合には、シリンダ後端を小径突出部に形成して内部に環状溝を設け、その小径突出部に冷媒が循環する冷却配管を設ける必要があるので、射出シリンダの後端構造が通常の射出シリンダに比べて複雑となる。また冷媒と射出プランジャからの高熱の両方により、シール部材をある程度軟化した状態に固化しなければならないので、シール部材の形成にかかわる温度制御が難しい課題をも有する。
【０００７】
この発明は上記従来の漏洩材料に係る課題を解決するために考えられたものであって、その目的は、射出シリンダの構造を特に変更することなく、シリンダ本体に取付けた加熱手段の温度制御により、完全溶融状態又は半溶融状態の溶融金属材料（以下溶融金属材料という）の摺動クリアランスへの漏洩を制限できる新たな金属成形機の射出装置における溶融金属材料漏洩制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的によるこの発明は、先端にノズルを有し後部下側に排出孔を有するシリンダ本体と、シリンダ本体の外周囲の加熱手段と、シリンダ本体の内部に摺動クリアランスを設けて進退自在に射出プランジャに挿入した射出シリンダと、その射出シリンダの上部に設置して下端の流出口をシリンダ本体の供給口と連通した金属材料の材料溶解供給装置とからなり、上記射出プランジャの後退移動により供給口からシリンダ前部内に蓄積した溶融金属材料を、射出プランジャの前進移動によりノズルから射出する金属成形機の射出装置において、
上記加熱手段をシリンダ本体の先端から排出孔までの間を前部、中間部、後部の３ゾーンに分けて温度制御が行えるように設け、前部及び中間部は供給口からシリンダ本体内に供給された溶融金属材料の温度を維持する温度に設定し、後部は摺動クリアランスに漏洩した溶融金属材料が、該溶融金属材料の温度よりも低くプランジャ後部の潤滑層として機能する硬さのシールメタルとして介在する温度に設定してなる、というものである。
【０００９】
また上記金属材料はマグネシウム基合金からなり、上記シリンダ本体の後部温度を４７０〜４９０℃に設定して、摺動クリアランスに漏洩した溶融金属材料を潤滑層として機能する硬さのシールメタルとしてなるというものであり、上記摺動クリアランスに介在するシールメタルは、上記射出プランジャの後退移動によりクリアランスエンドから上記排出孔に順次排出される、というものである。
【００１０】
また上記シリンダ本体内と上記材料溶解供給装置は、供給口及び流出口を介して常時連通し、上記射出プランジャの前進移動により加圧されてプランジャへッドのクリアランスから逆流する溶融金属材料を材料溶解供給装置内に導いて、プランジャロツド後部の摺動クリアランスへの溶融金属材料の漏洩を低減してなる、というものである。
【００１１】
また上記シリンダ本体の内部はシリンダライナにより形成され、そのシリンダライナと射出プランジャは同質の金属材料からなるというものであり、上記シリンダ本体は鉄基系の金属材料からなり、シリンダライナと射出プランジャは、コバルト基合金又はサーメット基合金の同質の金属材料からなる、というものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明では、シリンダ本体の後部を、摺動クリアランスに漏洩した溶融金属材料が、プランジャロッド後部の潤滑層として機能する硬さのシールメタルとして介在する固化温度に設定するだけで、摺動クリアランスへの溶融金属材料の漏洩を制限できるので、通常仕様の射出装置に適用することができる。
またシールメタルがプランジャロッドの潤滑層として機能することにより、摺動クリアランスが固化した金属材料に埋め尽くされても、射出プランジャの進退移動に支障を来すような摺動抵抗ともならず、シールメタルによるプランジャロッド後部の支持により射出プランジャの進退移動も円滑に行われるようになる。
【００１３】
またシリンダ本体内と材料溶解供給装置内とを常時連通して、射出プランジャの前進移動によりプランジャへッド側から逆流する溶融金属材料を材料溶解供給装置内に導くようにしたので、プランジャロッド前部周囲での圧力上昇による摺動クリアランスへの漏洩が防止され、摺動クリアランスへの溶融金属材料の漏洩は常にシールメタルの排出分に制限されることから、シールメタルが過密状態で介在してプランジャロッド後部を圧迫するようなこともなく、長時間の稼働であっても射出プランジャの円滑な進退移動が維持され、また漏洩による溶融金属材料の射出ロスも低減するようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図中１は射出式金属成形機の射出シリンダ、２は射出シリンダ１の後端に間隔を空けて設けた射出駆動装置、３は射出シリンダ１の上に設置した材料溶解供給装置である。射出シリンダ１と射出駆動装置２は両側に設けたロッド４により連結してあり、またその両方は各シリンダに一体形成した前部と後部の支脚６，７を、機台８の座盤９に水平に並設した左右一対の支持シャフト１０に挿通して、機台８に水平に設置してある。
【００１５】
上記射出シリンダ１は、図２に示すように、シリンダ本体１１と、ノズル１２と一体でシリンダ本体１１の先端に取り付けたノズル部材１３と、シリンダ本体１１の後部のシリンダ壁下側に穿設した排出孔１４と、排出孔位置を後端としてシリンダ本体１１の内部に嵌装したシリンダライナ１５と、排出孔位置を前端として本体後端部に嵌装したシリンダブッシュ１６と、シリンダライナ１５に挿入してシリンダ本体内に進退自在に設けた射出プランジャ１７と、プランジャヘッド１７ａの後退限位置より前のシリンダ壁上側に設けた供給口１８と、ノズル１２とノズル部材１３の外周囲に取け付けた加熱手段１９と、シリンダ本体１１の外周囲に取け付けた加熱手段２０とからなる。
【００１６】
上記射出プランジャ１７のプランジャヘッド１７ａの周囲には溶融金属材料が流通する所要寸法のクリアランスが設定してある。またプランジャロッド後部１７ｂ′の外径は、摩擦抵抗の低減からシリンダライナ１５の内径よりも摺動クリアランス１５ａ（例えば０．０５〜０．３０ｍｍ）分だけ小径に形成してある。またプランジャロッド前部１７ｂ″の外径は、前端から射出プランジャ１７の前進限位置においても上記供給口１８に位置するところまでプランジャロッド後部１７ｂ′よりも小径に形成してある。これにより供給口１８と常時連通した流通間隙１５ｂをプランジャロッド前部１７ｂ″の周囲に形成している。
【００１７】
上記シリンダ本体１１には鉄基系の金属材料が採用されるが、シリンダライナ１５と射出プランジャ１７の両方は、コバルト基合金又はサーメット基合金の同質の金属材料が採用される。同質の基合金によるシリンダライナ１５と射出プランジャ１７では、昇温による熱膨張は常に同一なので、そこに形成されている摺動クリアランス１５ａや流通間隙１５ｂに寸法変化はなく常温で設定した一定の寸法を維持する。
【００１８】
上記シリンダブッシュ１６には、プランジャロッド後部１７ｂ′よりも小径の射出ロッド２１が挿通してあり、その射出ロッド２１の前端はプランジャロッド後部１７ｂ′に、また後端は図１に示すように、上記射出駆動装置２のピストンロッド２２に連結してある。
【００１９】
上記材料溶解保持装置３は、平面形状が円形の炉体３１と、その炉体３１の底面中央に胴部を下方に長く一体形成して、下部内壁を下端中央の流出口３２ａまで順次縮径して傾斜面に形成した貯留筒３２とからなり、その流出口３２ａを上記供給口１８に重ね合わせてシリンダ本体上に設置して、図４に示すように、シリンダ本体内の上記流通間隙１５ｂと材料溶解供給装置３内を供給口１８と流出口３２ａとを介して常時連通してある。また炉体３１と貯留筒３２の外周囲には加熱手段３３，３４が取り付けてある。この加熱手段３３，３４により炉体３１と貯留筒３２は、液相線温度以上又は液相線温度以下で固相線温度以上の温度に加熱維持される。
【００２０】
上記加熱手段２０は、シリンダ本体１１の先端から上記排出孔１４までの間に、前後一対のバンドヒータを一組として、前部加熱手段２０ａ，中間部加熱手段２０ｂ，後部加熱手段２０ｃとして設けられており、それによりシリンダ本体１１の温度制御を前部、中間部、後部の３ゾーンに分けて行えるようにしてある。
【００２１】
前部加熱手段２０ａと中間部加熱手段２０ｂは、上記材料溶解供給装置３で液相線温度以上又は液相線温度以下で固相線温度以上の温度に加熱されて、完全溶融状態（例えば６２０℃）又は半溶融状態（例えば５８０℃）で上記供給口１８からシリンダ本体内に供給される溶融金属材料を、射出プランジャ１７により射出されるまで完全溶融状態又は半溶融状態で維持する温度に設定され、また後部加熱手段２０ｃは、図３に示すように、流通間隙１５ｂの溶融金属材料Ｍ′が摺動クリアランス１５ａに入り込んでも、溶融状態でクリアランスエンドから漏洩せずに潤滑層として機能する硬さの環状のシールメタルＭ″となって介在する温度に設定される。
【００２２】
この設定温度は、摺動クリアランス１５ａの溶融金属材料が完全に固化して硬くなると摺動抵抗となって射出プランジャ１７の移動に支障が生じ、また大きな金属摩擦音の発生ともなることから、溶融金属材料が固化しない固相線温度＋２０℃の温度範囲、例えば金属材料がマグネシウム基合金（ＡＺ９１Ｄ）の場合には、固相線温度４７０〜４９０℃の範囲に設定される。この温度範囲であればシールメタルＭ″がプランジャロッド後部１７ｂ′の潤滑層として機能するようになる。
【００２３】
摺動クリアランス１５ａに介在するシールメタルＭ″は、射出プランジャ１７の前進移動に伴い流通間隙１５ｂからの溶融金属材料Ｍ′の漏洩を制限する。またシールメタルＭ″はプランジャロッド１７ｂ′の摺動移動により後方へと順次移動してクリアランスエンドから排出孔１４に順次落下してシリンダ外に排出される。排出されるシールメタルＭ″の温度は固相線温度＋２０℃以下であるから、５００℃以上の温度で空気に接すると自然発火し易いマグネシウム基合金でも、そのような事態は生じないので安全排出となる。
【００２４】
また摺動クリアランス１５ａにシールメタルＭ″が介在していても、上記シリンダ本体１１と材料溶解供給装置３の内部とが常時連通していることによって、図示しない前進限位置の射出プランジャの後退移動により、プランジャヘッド１７ａの周囲のクリアランスから、プランジャヘッド１７ａの前面のシリンダ前室に蓄積計量された溶融金属材料（図では省略）が、射出ランジャ１７の前進移動により加圧されて、シリンダヘッド１７ａのクリアランスから流通間隙１５ｂに逆流しても、その逆流分は材料溶解供給装置３内に導びかれるようになるので、流通間隙１５ｂの圧力上昇が防止される。
【００２５】
また射出プランジャ１７の前進移動により流通間隙内の溶融金属材料がプランジャロッド後部１７ｂ′の段部により加圧されるが、材料溶解供給装置３との連通により流通間隙１５ｂの圧力は上昇しない。このため摺動クリアランス１５ａへの溶融金属材料の漏洩も低減するようになる。このため流通間隙１５ｂの圧力上昇による摺動クリアランス１５ａへの漏洩が防止され、摺動クリアランス１５ｂへの溶融金属材料の漏洩は常にシールメタルＭ″の排出分に制限されるようになるので、シールメタルＭ″が過密状態で介在してプランジャロッド後部１７ｂ′を圧迫するようなこともない。したがって、長時間の稼働であっても射出プランジャ１７の円滑な進退移動が維持され、また漏洩による溶融金属材料の射出ロスも低減するようになる。
【００２６】
なお上記実施形態では、プランジャロッド前部１７″の周囲に流通間隙１５ｂを設けているが、プランジャロッド全体にわたり摺動クリアランスを許容範囲において大きく設定した場合には流通間隙１５ｂは省略される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明に係る漏洩制御方法の実施が可能な金属成形機の射出装置の側面図である。
【図２】同上の縦断側面図である。
【図３】排出孔部位のシリンダ本体の部分断面図である。
【図４】射出作動時の材料供給部位のシリンダ本体の部分断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１      射出シリンダ
２      射出駆動装置
３      材料溶解供給装置
１１      シリンダ本体
１２      ノズル
１３      ノズル部材
１４      排出孔
１５      シリンダライナ
１５ａ    摺動クリアランス
１６      シリンダブッシュ
１７      射出プランジャ
１７ａ    プランジャヘッド
１７ｂ′  プランジャロッド後部
１７ｂ″  プランジャロッド後部
１８      供給口
２０      加熱手段
２０ａ    前部加熱手段
２０ｂ    中間部加熱手段
２０ｃ    後部加熱手段
３２ａ    流出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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