(57)【要約】【課題】溶解炉のメンテナンス、配置場所の確保及びシールドガスが不要であり、構造が簡単な金属用射出成形装置を提供する。【解決手段】内部に収容された金属材料を加熱可能な加熱手段２、２７を有する加熱装置４内に、金属材料を押し潰し及び絞り出し可能な破砕手段３を装備し、加熱装置４内で金属材料を加熱しつつ押し潰し及び絞り出すことにより溶融または半溶融状態にして射出装置６に充填する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に収容された金属材料（１９）を加熱可能な加熱手段（２、２７）を有する加熱装置（４）内で、溶融または半溶融状態となった金属材料（１９）を射出装置（６）により金型キャビティ内へ射出充填することにより金属成形体を成形する金属用射出成形装置において、
加熱装置（４）内には、金属材料（１９）を押し潰し及び絞り出し可能な破砕手段（３）が装備されていることを特徴とする金属用射出成形装置。
【請求項２】
前記破砕手段は、互いの間に金属材料（１９）が通過可能な少なくとも一対のミキシングローラ（３）であることを特徴とする請求項１記載の金属用射出成形装置。
【請求項３】
前記一対のミキシングローラ（３）は、それぞれ個別に回転運動及び回転速度を制御可能であることを特徴とする請求項２記載の金属用射出成形装置。
【請求項４】
前記ミキシングローラ（３）の外周には、径方向へ突出するツメ部（１３、１４、１５、１６）が設けられていることを特徴とする請求項２又は３記載の金属用射出成形装置。
【請求項５】
内部に収容された金属材料（１９）を加熱可能な加熱手段（２、２７）を有する加熱装置（４）内に装備され、金属材料（１９）を押し潰し及び絞り出し可能な少なくとも一対のミキシングローラ（３）上に金属材料（１９）を投下する第１工程と、
前記一対のミキシングローラ（３）の一方を停止した状態で他方を回転駆動し、両ミキシングローラ（３）間に溜まった溶湯化が促進された金属材料（１９）を押し潰し落下させる第２工程と、
前記ミキシングローラ（３）の他方を停止した状態で一方を回転駆動し、第２工程完了時に両ミキシングローラ（３）間に溜まった溶湯化が促進された金属材料（１９）を押し潰し落下させる第３工程と、
前記両ミキシングローラ（３）を同時に回転駆動し、第３工程完了時に両ミキシングローラ（３）間に溜まった溶湯化が促進された金属材料（１９）を絞り出し落下させる第４工程と、からなることを特徴とする金属用射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイキャスト機及び金属射出成形機を含むマグネシウム合金及びアルミニウム合金などの金属用成形装置及び成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の金属用成形装置及び成形方法としては、図６及び図７に示すダイキャスト法と、図８に示す金属射出成形法がある。
【０００３】
図６に示すホットチャンバーダイキャスト機は、金属インゴットを溶解する溶解炉３３、溶解炉３３内の溶湯３８をグースネック３２及びスリーブ４２内に導入する吸込口４１、グースネック３２と金型３１を繋ぐノズル３４、グースネック３２及びスリーブ４２内の溶湯３８に押出圧力を加える鋳込ピストン３５を備えており、溶解炉３３内の溶湯３８の燃焼防止のため、溶解炉３３内にＳＦ６ガス３６を注入する構造となっている。
【０００４】
成形方法は、溶解炉３３で金属材料インゴットを溶解して溶湯３８とし、この溶湯３８を吸込口４１からグースネック３２及びスリーブ４２に導入する。鋳込ピストン３５が設定されたストロークに到着した後下降して、グースネック３２及びスリーブ４２内の溶湯３８に押出圧力を加える。溶湯３８はノズル３４を通過して金型３１内に流入し、凝固する。
【０００５】
次に、図７に示すコールドチャンバーダイキャスト機は、溶湯３８を溶解保持する図示してない溶解保持炉、溶解保持炉から溶湯３８を汲み出すラドル３９、ラドル３９から溶湯３８を投入可能な注ぎ口４４を有するスリーブ４３、スリーブ４３内を前後進可能なプランジャーチップ４０、金型３７を備えている。
【０００６】
成形方法は、溶解保持炉において溶解保持されている溶湯３８を、ラドル３９を使用して汲み出し、注ぎ口４４からスリーブ４３内に投入する。その後、プランジャーチップ４０を前進させ、スリーブ４３内の溶湯３８を金型３７内に押出し、成形する。
【０００７】
また、図８に示す金属射出成形機は、投入された材料チップ５０を設定温度に加熱されたシリンダ４８内に落下させる材料フィーダ５１、シリンダ４８内を回転駆動しながら前後進するスクリュ４９、シリンダ４８先端の貯溜部５３、貯溜部５３と金型４５を繋ぐノズル４６を備えており、シリンダ４８内の溶湯５４の酸化を防止するために、Ａｒガス５５を材料フィーダ５１の下からシリンダ４８内に注入する構造となっている。
【０００８】
成形方法は、投入された材料チップ５０を材料フィーダ５１によってシリンダ４８内に落下させ、その後、設定温度に加熱したシリンダ４８内をスクリュ４９の回転により前進させながら溶解していく。このように溶解した溶湯５４を、設定したストロークの貯溜部５３に移動し、スクリュ４９の前進運動により射出して、ノズル４６を通過して金型４５内に充填し、成形する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の金属用成形装置及び成形方法では以下のような課題を有する。
すなわち、ダイキャスト法では、ホットチャンバー機及びコールドチャンバー機ともに、金属材料を溶解するために溶解炉３３及び保持炉を保有することは必要不可欠なものである。このため、炉の管理及びメンテナンスが製品品質に大きく影響を及ぼし、これに労力を費やさなければならない。また、炉の配置場所を確保する必要も生じる。
【００１０】
さらには、炉内における金属材料の燃焼防止のため、ＳＦ６ガス３６を注入しなければならないが、このガスは、環境問題に関し地球温暖化に影響を及ぼす可能性がある。
【００１１】
また、金属射出成形法では、材料チップ５０の加熱工程において、室温の材料チップ５０を高温の設定温度６００℃付近まで短時間で加熱しなければならないため、大きな加熱源を必要とする。また、スクリュ４９によって材料チップ５０及び溶湯５４の搬送及び射出工程が併用されているため、構成部品が複雑となる。
本発明は、このような課題を解決するためのものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような従来の課題を解決するためのものであり、ショット毎に１ショット分の量の金属材料を供給することにより溶解炉や保持炉の設備を不要とし、金属材料の溶融及び搬送を加熱装置及び加熱装置内に装備する破砕手段により行うことにより、構成部品を簡略化した金属用射出成形装置及び成形方法を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明のうちで請求項１記載の発明は、内部に収容された金属材料（１９）を加熱可能な加熱手段（２、２７）を有する加熱装置（４）内で、溶融または半溶融状態となった金属材料（１９）を射出装置（６）により金型キャビティ内へ射出充填することにより金属成形体を成形する金属用射出成形装置において、
加熱装置（４）内には、金属材料（１９）を押し潰し及び絞り出し可能な破砕手段（３）が装備されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明のうちで請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記破砕手段は、互いの間に金属材料（１９）が通過可能な少なくとも一対のミキシングローラ（３）であることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明のうちで請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記一対のミキシングローラ（３）は、それぞれ個別に回転運動及び回転速度を制御可能であることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明のうちで請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、前記ミキシングローラ（３）の外周には、径方向へ突出するツメ部（１３、１４、１５、１６）が設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明のうちで請求項５記載の発明は、内部に収容された金属材料（１９）を加熱可能な加熱手段（２、２７）を有する加熱装置（４）内に装備され、金属材料（１９）を押し潰し及び絞り出し可能な少なくとも一対のミキシングローラ（３）上に金属材料（１９）を投下する第１工程と、
前記一対のミキシングローラ（３）の一方を停止した状態で他方を回転駆動し、両ミキシングローラ（３）間に溜まった溶湯化が促進された金属材料（１９）を押し潰し落下させる第２工程と、
前記ミキシングローラ（３）の他方を停止した状態で一方を回転駆動し、第２工程完了時に両ミキシングローラ（３）間に溜まった溶湯化が促進された金属材料（１９）を押し潰し落下させる第３工程と、
前記両ミキシングローラ（３）を同時に回転駆動し、第３工程完了時に両ミキシングローラ（３）間に溜まった溶湯化が促進された金属材料（１９）を絞り出し落下させる第４工程と、からなることを特徴とするものである。
なお、上記かっこ内の符号は、後述する実施の形態の対応する部材を示す。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施の形態による金属用射出成形装置の概略図を示す。
【００１９】
金属材料供給装置１、加熱装置４、射出装置６が順に垂直方向に一体化されて配置されており、金属材料供給装置１は、ショット毎に１ショット分の重量に相当する量の金属材料１９を加熱装置４に落下させる。
【００２０】
加熱装置４は、その外周部に加熱ヒータ２、２７及び底部に断熱板５がそれぞれ設けられており、加熱装置４内に収容された金属材料１９を金型内に射出できる温度まで加熱可能である。また、加熱装置４の内部には、金属材料誘導筒２６、熱電対２３及びミキシングローラ３が装備されており、金属材料誘導筒２６は、金属材料供給装置１から落下した金属材料１９を加熱装置４の所望の位置に誘導投下可能である。熱電対２３は、加熱装置４内の金属材料１９の温度を測定して加熱ヒータ２７の制御を行う。加熱装置４の上部には、Ａｒガス投入口９が設けられており、ここから加熱装置４内にＡｒガスを投入し、加熱装置４内をＡｒガス雰囲気とすることにより金属材料１９の燃焼を防止する。
【００２１】
図２に示されるように、ミキシングローラ３は、互いの間に金属材料１９が通過可能な一対のミキシングローラ１７、１８が水平に配置されて構成されており、ミキシングローラ１７、１８の外周には、径方向へ突出する２個一組のツメ部１３、１４、１５、１６が円周方向に間欠的に所定間隔をあけてそれぞれ４組備えられている。ツメ部１３、１４、１５、１６の形状は、図２〜５中、右側のミキシングローラ３側が下部が上部よりも長く突出する台形状となっており、左側のミキシングローラ３側が上部が下部よりも長く突出する台形状となっている。これにより、例えば図２の状態のようにツメ部１３、１４の刃面が対向する場合には、所定間隔の隙間をあけて平行に配置するようになっている。各ミキシングローラ１７、１８は、回転モータ１１によりそれぞれ個別に回転運動及び回転速度を制御可能であり、これらの制御は、各ミキシングローラ１７、１８の回転方向の位置を検出可能な回転位置検出センサ１０が随時モニターすることにより行われる。なお、本実施の形態では、ツメ部の形状は４組配置しているが、これに限定するものではない。
【００２２】
射出装置６は、その外周部に保温ヒータ８が装着されており、保温ヒータ８によって加熱されることにより加熱装置４から投入された溶湯の冷却が防止される。また、射出装置６はプランジャーチップ７を具備しており、プランジャーチップ７は投入された溶湯をノズル１２と接触する図示してない金型に射出可能である。
【００２３】
次に、本実施の形態の動作について説明する。
図２に示す第１工程において、金属材料供給装置１から１ショット分の量の金属材料１９が図１に示す金属材料誘導筒２６を通り加熱装置４に投入され、一対のミキシングローラ１７、１８間に投下される。この際、金属材料１９は、加熱ヒータ２、２７により加熱昇温されるとともに、加熱装置４内にはＡｒガス投入口９よりＡｒガスが投入されてＡｒガス雰囲気となっている。また、プランジャーチップ７が設定されたストロークまで後退する。
【００２４】
次に、図３に示す第２工程において、ミキシングローラ１７を停止した状態で、回転モータ１１を駆動してミキシングローラ１８を所望の回転角度まで回転駆動し、図２中Ａ室２０に溜まった金属材料１９をツメ部１３とツメ部１６とで挟み込み、溶湯化が促進された金属材料１９を射出装置６に落下させる。
【００２５】
次に、図４に示す第３工程において、ミキシングローラ１８を停止した状態で、回転モータ１１を駆動してミキシングローラ１７を所望の回転角度まで回転駆動し、第２工程完了時に図３中Ｂ室２１に溜まった溶湯化が促進された金属材料１９をツメ部１５とツメ部１６とで押し潰し射出装置６に落下させる。
【００２６】
次に、図５に示す第４工程において、回転モータ１１を駆動して両ミキシングローラ１７、１８を同時に回転駆動し、第３工程完了時にツメ部１５とツメ部１６との間に挟まれた図４中Ｃ室２２に溜まった溶湯化が促進された金属材料１９を絞り出し射出装置６に落下させる。
【００２７】
次に、第５工程として回転モータ１１を駆動して両ミキシングローラ１７、１８を、両ツメ部１３、１４で金属材料１９をトラップできる図２に示す位置まで回転させる。なお、ミキシングローラ１７上のツメ部１３、１５の各セットの間隔、およびミキシングローラ１８上のツメ部１４、１６の各セットの間隔が小さくなるように配置すれば、上記の第５工程を短くしたり、無くすることができる。
【００２８】
このように、前記工程において、ミキシングローラ１７、１８は、回転位置検出センサ１０により随時モニターされコントロールされて、連続的に一定の速度で回転するのではなく、個別の間欠動作を行う。
【００２９】
射出装置６内に落下した溶湯は、保温ヒータ８によって加熱装置４と同様の温度範囲に保たれ、プランジャーチップ７の前進運動によりノズル１２を介して金型内に射出充填され、冷却固化後、金型を開き成形品が取り出される。
【００３０】
マグネシウム合金やアルミニウム合金を成形する場合の加熱ヒータ２、２７及び保温ヒータ８のゾーンの一般的な温度範囲を以下に示す。
加熱ヒータ２ゾーン：３５０℃〜４００℃
加熱ヒータ２７ゾーン：５７０℃〜６３０℃
保温ヒータ８ゾーン：５７０℃〜６３０℃
【００３１】
なお、前記実施の形態においては、ミキシングローラ３により金属材料１９を塑性変形させながら溶湯化したが、これに限定されるものではなく、ミキシングローラ３に代えてこれと同様の作用を有するギア、スクリュ、ピストンなどを用いてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１記載の発明は、金属材料を押し潰し及び絞り出し可能な破砕手段を装備した加熱装置を射出装置に付帯したことにより、ダイキャスト法で必要であった溶解炉を設ける必要がないため、溶解炉の管理及びメンテナンスが不要になるとともに、配置場所も別途確保する必要がなくなり、さらに溶湯燃焼防止のシールドガスのＳＦ６ガスも不要となる。
【００３３】
また、金属材料の加熱溶解部と射出部が別であるため、金属射出成形法と比較して簡単な形状となっており、構成部品が簡略化され、メンテナンスが容易である。
【００３４】
さらには、金属射出成形機に用いられているチップの大きさから親指程度の塊までの大きさの金属材料を供給することができるとともに、半溶融及び溶融どちらの状態の溶湯でも製造が可能である。
【００３５】
また、本発明のうちで請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、少なくとも一対のミキシングローラ間に金属材料を通過させることにより、金属材料を押し潰し及び絞り出して溶湯化することができる。
【００３６】
また、本発明のうちで請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、一対のミキシングローラの回転運動及び回転速度を個別に制御することにより、一方のミキシングローラを固定し、他方のミキシングローラをある角度回転することによって押し潰しが可能となるとともに、両ミキシングローラを回転させることにより絞り出しが可能となる。
【００３７】
また、本発明のうちで請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、一対のミキシングローラに設けたツメ部により、両ミキシングローラのツメ部間に金属材料がトラップされ蓄積し、急速に温度が上昇して溶湯化が促進されるとともに、両ツメ部の隙間が金属材料の流路となり押し潰し及び絞り出しを行うことにより、金属材料を均一に溶湯化することができる。
【００３８】
また、本発明のうちで請求項５記載の発明は、第１工程においてミキシングローラ上に投下された金属材料を両ミキシングローラのツメ部間に蓄積し、昇温させて溶湯化を促進させ、第２工程において一方のミキシングローラを停止し他方のミキシングローラを回転させることにより溶湯化が促進された金属材料を押し潰し、第３工程において他方のミキシングローラを停止し一方のミキシングローラを回転させることにより第２工程完了時において溶湯化が促進された金属材料を押し潰し、第４工程において両ミキシングローラを回転させることにより全ての溶湯化が促進された金属材料を絞り出すことにより射出装置への溶湯の供給を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による金属用射出成形装置の概略図である。
【図２】第１工程におけるミキシングローラの状態を示す図である。
【図３】第２工程におけるミキシングローラの状態を示す図である。
【図４】第３工程におけるミキシングローラの状態を示す図である
【図５】第４工程におけるミキシングローラの状態を示す図である。
【図６】ホットチャンバーダイキャスト機の概略図である。
【図７】コールドチャンバーダイキャスト機の概略図である。
【図８】金属用射出成形機の概略図である。
【符号の説明】
２、２７　加熱手段
３　ミキシングローラ（破砕手段）
４　加熱装置
６　射出装置
１３、１４、１５、１６　ツメ部
１９　金属材料
【図１】
2004017124.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004017124.tif 000007
【図６】
2004017124.tif 000008
【図７】
2004017124.tif 000009
【図８】
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