(57)【要約】【課題】  材料インゴットを急速溶融することができ、気泡および酸化物を含まず高品質で、構造が複雑な金属成形品も得ることができ、かつ構造が簡単で安価な射出成形装置を提供する。【解決手段】  材料インゴットを溶融する溶融部と、溶融材料を射出する射出部を備え、溶融部は溶融開始温度以下に予熱した材料インゴットが収容可能な中空状をなし、その下方に内径が縮径した絞り部が設けられた加熱筒と、該加熱筒の長手方向に往復動自在で、材料インゴットを下方に押し出す押出ピストンと、絞り部の下流側の加熱筒内部に設けられ、絞り部を通過して塑性変形した材料インゴットを溶融する誘導加熱装置を備え、絞り部において、塑性変形した材料インゴットにより、溶融材料と外気との接触を遮断し、誘導加熱装置により溶融した溶融材料を金型内に射出するようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料インゴットを溶融する溶融部と、溶融した溶融材料を計量して射出する射出部とを備え、前記溶融部には材料インゴットを絞る絞り部と、絞られた材料インゴットを加熱して溶融する加熱部とを備える射出成形装置において、
前記絞り部と前記加熱部とは筒状の加熱筒内に設けられ、前記加熱部が設けられる前記加熱筒の内径は、前記絞り部が設けられる前記加熱筒の内径よりも大きく、その内壁部の内側に、前記絞り部で絞られた材料インゴットを加熱する加熱手段が設けられている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、
前記加熱手段は、コイル内に挿入された材料インゴットに渦電流を生じさせて材料インゴットを加熱する誘導加熱用コイルにより構成されることを特徴とする射出成形装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の射出成形装置において、
前記加熱筒は、前記絞り部と前記加熱部を連通していることを特徴とする射出成形装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の射出成形装置において、
前記溶融部と前記射出部とはシール部材を介して接続されていることを特徴とする射出成形装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の射出成形装置において、
前記加熱部で溶融した溶融材料を保持する溶湯保持部と、該溶湯保持部に保持された溶融材料の液面を検出する液面検出手段と、前記材料インゴットを絞り部より押し出すための押出ピストンと、該押出ピストンの位置を検出する位置検出手段と、検出された液面とピストン位置とに基づいて前記誘導加熱用コイルに通電制御を行うコントローラとを備えることを特徴とする射出成形装置。
【請求項６】
材料インゴットを溶融部で溶融した後、計量し、射出部より金型に射出するようにした射出成形装置における射出成形方法において、
材料インゴットを溶融開始温度以下に予熱する予熱ステップと、
前記予熱された材料インゴットを絞り部より押出す絞りステップと、
絞られた材料インゴットを閉空間内で誘導コイル内に通し、材料インゴットに渦電流を生じさせて溶融する溶融ステップと、
溶融した溶融材料を計量して射出する射出ステップと、
を備えてなる射出成形装置における射出成形方法。
【請求項７】
請求項６に記載の射出成形装置における射出成形方法において、
前記材料インゴットには、前記絞りステップにより前記絞り部より押出され塑性変形した一つの材料インゴットと次の絞りステップにより前記絞り部より押出される他の一つの材料インゴットとの接合力を強化するための所定の形状が予め形成されていることを特徴とする射出成形装置における射出成形方法。
【請求項８】
請求項７に記載の射出成形装置における射出成形方法において、
前記材料インゴットにはネジ部が形成され、前記絞りステップにおいて、材料インゴットを押出ピストンにより回転させつつ押出すことで、前記一つの材料インゴットと前記他の一つの材料インゴットを螺合させて接合させるようにしたことを特徴とする射出成形装置における射出成形方法。
【請求項９】
請求項７に記載の射出成形装置における射出成形方法において、
前記材料インゴットの下端面に凸部を設けると共に、前記絞りステップにおいて前記材料インゴットの上端面を押圧する押出ピストンに凸部を設けておき、前記絞りステップでは、前記押出ピストンで材料インゴットの上端面を押圧することで材料インゴットを押し出しながら、その上端面に次ステップで絞られる材料インゴットの凸部が挿入される凹部を形成すると共に、前ステップで絞られて形成された材料インゴットの凹部に現ステップで絞られている材料インゴットの凸部を挿入して接合するようにしたことを特徴とする射出成形装置における射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形装置及びその射出成形方法に関し、特に、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の低融点金属材料を射出成形するのに適した射出成形装置及びその射出成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金またはマグネシウム合金等の低融点金属材料の射出成形機において、インゴットを機械的に加工して粒状に製作した材料チップとせずに、加熱筒にインゴットを直接供給する低融点金属射出成形機の原料供給装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図３に示すように、このような金属成形機の原料供給装置２３では、加熱筒を構成する筒状体７Ａと、この筒状体７Ａの内壁面に設けられ、材料インゴット３の外周部に接して筒状体７Ａ内と外気とを遮断するシール部材２５と、筒状体７Ａの外周部に設けられ材料インゴット３の先端部のみを部分溶融する高周波等の誘導加熱手段８Ａとを備え、筒状体７Ａ内で溶融された溶融金属１５をシリンダ２４に連続的に供給するように構成されている。シリンダ２４内には撹拌移動手段であるスクリュ２６が回転可能に設けられており、スクリュ２６を回転駆動すると筒状体７Ａより供給された溶融金属を搬送し、シリンダ２４の先端部より半溶融金属を図示しない金型に圧入して、所望の金属成形品が得られる。
【０００４】
また、その他の方式として、図４に示す金属射出成形装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。このような金属射出成形装置では、溶融開始温度以下に予熱した材料インゴット３を溶融する溶融部１Ｂと、この溶融部１Ｂで溶融された溶融金属１５を計量し、射出する射出部２Ｂとを備え、溶融部１Ｂは、溶融開始温度以下に予熱した材料インゴット３が収容可能な中空状で、その下方に内径が縮径し、５００℃程度に保持された絞り部が設けられた加熱筒７Ｂと、加熱筒７Ｂの長手方向に往復動自在で、材料インゴット３を下方に押し出す押出しピストン６と、加熱筒７Ｂの外周部に設けられ、絞り部５Ｂを通過した塑性変形した材料インゴット３を溶融する加熱装置８Ｂとを備えている。
【０００５】
そして、絞り部５Ｂにおいて、塑性変形した材料インゴット３により、溶融金属と外気との接触を遮断し、材料インゴット３と加熱筒７Ｂ内面との熱伝達を向上して急速溶融した溶融金属を金型内に射出し、所望の金属成形品が得られる。
【特許文献１】特開２００１−０３００５９号公報
【特許文献２】特開２００３−３２０４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、以下の問題がある。
特許文献１に開示された金属成形機の原料供給装置では、筒状体の外側に誘導加熱手段を設けているが、誘導加熱手段により加熱を行った場合、筒状体が誘導されて発熱し、筒状体および原料インゴットと筒状体との隙間にある気体層を介して原料インゴットを加熱・溶融することとなり、非常に加熱効率が悪い。さらに、原料インゴットを直接加熱できた場合には、原料インゴットと誘導加熱手段は可能な限り近づけることで加熱効率を上昇させることが可能であるが、前記の原料供給装置では、原料インゴットと誘導加熱手段の間に筒状体を介する必要があるため、加熱効率をあげるには限界があり、原料インゴットを急速溶解することができないという問題がある。
【０００７】
特許文献２に示された金属射出成形装置では、材料インゴットと加熱筒は接触しており、熱伝達が向上しているため加熱効率は向上するが、加熱筒外周面からの加熱となるため応答性が悪く、制御が難しい。加熱筒の一部分のみが過熱になると、例えば、温度制御が必要な絞り部の温度制御が困難になるという問題がある。
【０００８】
なお、特許文献１に記載された技術においては、スクリュを回転駆動して筒状体より供給された溶融金属を搬送し、加熱筒の先端部より半溶融金属を金型に圧入して、所望の金属成形品を得るが、溶融材料は金型内での凝固が早いため、短時間で金型に充填する必要があり、スクリュの回転駆動圧力のみで金型に圧入することは困難であり、表面性状の優れた金属成形品や細部を有する複雑な形状の金属成形品を得るためには、例えばダイカストのような装置を使用して金型に圧入する必要があり、金属成形装置として考えた場合、コストアップになるという問題がある。また、複雑な３次元形状を持つスクリュを使用するため、部品自体のコストも大きい。
【０００９】
さらに、筒状体の内壁面に設けられ、材料インゴットの外周部に当接したシール部材により筒状体内と外気とを遮断しているため、材料インゴットの外周面は比較的平滑である必要があり、材料インゴットの表面性状によっては雰囲気を一定に保つことが難しい。このため、内部に外気を巻き込み、加熱された材料インゴットが酸化し、製品に混入することがあり、製品品質を低下させる要因となる。
【００１０】
本発明は、上記のような従来の装置の課題を解決するためになされたものであり、材料インゴットを急速溶融することができ、気泡および酸化物を含まず高品質で、構造が複雑な金属成形品も得ることができ、かつ構造が簡単で安価な射出成形装置及びその射出成形方法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】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明は、材料インゴットを溶融する溶融部と、溶融した溶融材料を計量して射出する射出部とを備え、前記溶融部には材料インゴットを絞る絞り部と、絞られた材料インゴットを加熱して溶融する加熱部とを備える射出成形装置において、前記絞り部と前記加熱部とは筒状の加熱筒内に設けられ、前記加熱部が設けられる前記加熱筒の内径は、前記絞り部が設けられる前記加熱筒の内径よりも大きく、その内壁部の内側に、前記絞り部で絞られた材料インゴットを加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の射出成形装置において、前記加熱手段は、コイル内に挿入された材料インゴットに渦電流を生じさせて材料インゴットを加熱する誘導加熱用コイルにより構成されることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の射出成形装置において、前記加熱筒は、前記絞り部と前記加熱部を連通していることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の射出成形装置において、前記溶融部と前記射出部とはシール部材を介して接続されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の射出成形装置において、前記加熱部で溶融した溶融材料を保持する溶湯保持部と、該溶湯保持部に保持された溶融材料の液面を検出する液面検出手段と、前記材料インゴットを絞り部より押し出すための押出ピストンと、該押出ピストンの位置を検出する位置検出手段と、検出された液面とピストン位置とに基づいて前記誘導加熱用コイルに通電制御を行うコントローラとを備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、材料インゴットを溶融部で溶融した後、計量し、射出部より金型に射出するようにした射出成形装置における射出成形方法において、材料インゴットを溶融開始温度以下に予熱する予熱ステップと、前記予熱された材料インゴットを絞り部より押出す絞りステップと、絞られた材料インゴットを閉空間内で誘導コイル内に通し、材料インゴットに渦電流を生じさせて溶融する溶融ステップと、溶融した溶融材料を計量して射出する射出ステップとを備えてなる。
【００１７】
また、本発明の射出成形装置における射出成形方法において、前記材料インゴットには、前記絞りステップにより前記絞り部より押出され塑性変形した一つの材料インゴットが次の絞りステップにより前記絞り部より押出される他の一つの材料インゴットとの接合力を強化するための所定の形状が予め形成されていることを特徴とする。
【００１８】
この場合、前記材料インゴットにはネジ部が形成され、前記絞りステップにおいて、材料インゴットを押出ピストンにより回転させつつ押出すことで、前記一つの材料インゴットと前記他の一つの材料インゴットを螺合させて接合させるようにすることができる。
【００１９】
さらに、上記の場合、前記材料インゴットの下端面に凸部を設けると共に、前記絞りステップにおいて前記材料インゴットの上端面を押圧する押出ピストンに凸部を設けておき、前記絞りステップでは、前記押出ピストンで材料インゴットの上端面を押圧することで材料インゴットを押し出しながら、その上端面に次ステップで絞られる材料インゴットの凸部が挿入される凹部を形成すると共に、前ステップで絞られて形成された材料インゴットの凹部に現ステップで絞られている材料インゴットの凸部を挿入して接合するようにすることもできる。
【００２０】
実施の形態においては、溶融開始温度以下に予熱した材料インゴットを溶融する溶融部と、この溶融部で溶融された溶融金属を計量し、射出する射出部とからなり、溶融部は、前記材料インゴットが収容可能な中空状で、一部に内径が縮径した絞り部が設けられた加熱筒と、加熱筒の長手方向に往復動自在で、前記材料インゴットを下方に押し出す押出ピストンと加熱筒の内側に設けられ、絞り部を通過した塑性変形後の材料を溶融する誘導加熱装置とを備え、絞り部において塑性変形した材料インゴットにより溶融金属と外気との接触を遮断し、誘導加熱装置により材料インゴットを直接加熱し、急速溶融した溶融金属を溶融部に連通して配置された溶湯保持部に供給するように設けている。
【００２１】
また、同時に、加熱筒の内部もしくは加熱筒の内部および絞り部の上流側に不活性ガスを供給し、供給された不活性ガスによって外気と遮断するように設けたものであり、溶湯保持部に供給された溶融金属を金型内に射出するように構成されたものである。ここで、絞り部の上流側とは、加熱筒において材料インゴットを供給する側から絞り部までのことをいう。
【００２２】
また、射出部は数ショット分の溶融金属を保持する溶湯保持部とバレル部からなり、溶融部と連通して接続し、一方が金型と連通した射出ノズルに接続したバレルとバレル内にロッド部が往復動自在に設けられ、ロッド部の射出ノズル側に逆流防止装置が設けられ、ロッド部の射出ノズルとは反対側にバレル内と外気とを遮断するシール部を有する射出ピストンとを備えている。
【００２３】
以上の構成によれば、前記押出シリンダによって押し出され、絞り部を通過した前記材料インゴットは前記誘導加熱装置のコイル中心に導入される。このとき、誘導加熱装置を動作させ、加熱することで、投入された電力がコイルを介して材料インゴットに直接投入されるので、材料インゴットを急速に溶解させることができる。また、加熱筒の内部もしくは加熱筒の内部および絞り部の上流側に供給された不活性ガスは、材料インゴットの酸化を防止できるため、製品内に酸化物が混入されず、製品品質を向上することができる。さらに、射出部にはスクリュのような複雑な３次元形状を持つ構造体を使用していないため、装置自体も安価に製作が可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明によれば、材料インゴットを急速溶融することができ、気泡および酸化物を含まず高品質で、構造が複雑な金属成形品も得ることができ、かつ構造が簡単で安価な射出成形装置及びその射出成形方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、この発明の一実施形態を低融点金属射出成形機を例にとって、図に基づいて説明する。図１は本発明の実施の一形態を示す低融点金属の射出成形装置の要部断面図である。図１に示すように、本実施の形態に関わる低融点金属の射出成形装置は、主として、溶融開始温度以下に予熱した材料インゴット３を溶融する溶融部１と、この溶融部１で溶融された溶融金属１５を計量し、射出する射出部２を備えている。
【００２６】
溶融部１は、中空状で、内径が縮径した絞り部５を中程に設け、その下方に加熱部７ａを設けた加熱筒７と、加熱筒７の長手方向に往復動自在で、前記円柱状の材料インゴットを下方に押し出す押出ピストン６と、加熱筒７の内側に設けられ、絞り部５を通過した塑性変形後の材料を溶融する誘導加熱装置８とを備えている。
【００２７】
加熱筒７における加熱部７ａの内径は絞り部５の内径よりも大きく、その内壁面に沿って螺旋状の誘導加熱装置コイル（誘導加熱装置用コイル）８’が設けられている。この誘導加熱装置コイル８’の内径は、絞り部５において絞られた材料インゴットの外径よりも大きく、コイル内をその長さ方向に材料インゴットが通される。また、絞り部５が形成される加熱筒７の外周面には材料インゴットを予熱するための加熱装置２１が設けられている。
【００２８】
材料インゴット３は、図示しない保温炉から加熱筒７へ搬送される。この搬送手段は、例えば、保温炉と加熱筒７との間に通路を設けて、エアーシリンダ等で材料インゴット３を保温炉から加熱筒７へ落とし込むようにしても良い。
【００２９】
絞り部５より上部は、空気の混入の可能性があるので、絞り部の上流側には、アルゴンガス等の不活性ガスがガスボンベ９から供給されるようになっている。また、同時に、加熱筒７の内側にも不活性ガスが供給されるようになっている。
【００３０】
この加熱筒７の上部には、絞り部５から上流側を往復動自在に移動可能な押出ピストン６が備えられている。押出ピストン６は、材料インゴット３を加熱筒７の下流側に押出し、絞り部５において塑性変形させるものである。絞り部５より下流側の加熱筒７内部には、誘導加熱装置８を備えている。
【００３１】
本実施の形態では、材料インゴット３は円柱状インゴットとしているが、材料インゴット３同士の接合力を強化し、絞られた後の材料インゴットが一体となり易いように、図２（ａ）に示すように、材料インゴット３の端部に凹凸部３１、３２を設け、押出ピストン６によって押し込まれる際に、凸部および凹部が変形し接合する方式を採用してもよい。
【００３２】
また図２（ｂ）に示すように、材料インゴット３の端部にねじ部３３を設けた凹凸部を設け、押出ピストン６によって押し込むと同時に回転させ、接合する方式を採用しても良い。
【００３３】
さらに、図２（ｃ）に示すように、材料インゴット３に凸部３２を設けると共に、押出ピストン６に凸部６２を設け、材料インゴットを押し出す際に材料インゴット３に凹部を作成しながら凸部を変形させて接合する方式等の方式を採用していても良い。
【００３４】
絞り部５において塑性変形した材料インゴット３は、誘導加熱装置８の螺旋状に巻いた誘導加熱装置コイル（誘導加熱用コイル）８’の中心部に挿入され、誘導加熱装置コイル８’に電力を通電させることによって、材料インゴット３に直接渦電流を発生させ、加熱、溶融される。その後、溶融金属１５となった材料インゴット３は、自重にて加熱筒７に連通して配置されている溶湯保持部１３に直接注入される。
【００３５】
射出部２は数ショット分の溶融金属１５を保持する溶湯保持部１３とバレル１４とを備え、溶融部１と連通して接続し、一方が金型と連通した射出ノズル２２に接続したバレル１４内にロッド部１８が往復動自在に設けられ、ロッド部１８の射出ノズル２２側に逆流防止装置１６が設けられ、ロッド部１８の射出ノズル２２とは反対側にバレル内と外気とを遮断するシール部１９を有する射出ピストン２０とを備えている。バレル１４の外周面には複数の加熱装置２１´が備えられている。
【００３６】
また、溶融部１と射出部２の設定温度は、溶融部１が５００℃以下、射出部が約６３０℃と温度差があるため、熱膨張によりひずみが生じ、加熱筒７の内部の気密性を保つことが難しく、酸素の混入を防止することが難しくなる。これを防止するために、加熱筒７と溶湯保持部１３との間にフレキシブルシール１１を設けてもよい。
【００３７】
さらに、溶湯保持部１３は、溶融金属１５の量を検出するための単体あるいは複数の液面検出手段１２を備え、また、押出ピストン６はピストンの位置を検出するための位置検出手段４を備え、誘導加熱装置８への供給電力は該液面検出手段１２および該位置検出手段４に接続されたコントローラ１０によってこれら検出手段１２，４の検出値の変動に同期するように出力制御される。
【００３８】
次に、本実施の形態の金属射出成形装置を使用した成形動作について説明する。液面検出手段１２により溶融金属１５の保持量が少ないと検出された場合、図示されていない保温炉等で予め溶融開始温度以下に予熱した円柱状の材料インゴット３を加熱筒７の上流部に供給し、押出ピストン６を動作させ、材料インゴット３を絞り部５へ向けて押し込み、塑性変形させるとともに、誘導加熱装置８の出力を増加させ、材料インゴット３を加熱・溶解させる。
【００３９】
逆に、液面検出手段１２により溶融金属１５の保持量が十分であると検出した場合には、誘導加熱装置８への電力供給を予め設定した保温電力まで低下させ、同時に、押出ピストン６による材料インゴット３の押し込み動作を停止する。
【００４０】
このとき、溶融金属１５の液面は、計量前・計量後ともに射出ピストン２０よりも高い位置に設定されており、射出ピストン２０とバレル１４との空間には、気泡を含まない溶融金属１５が充満されることになる。さらに、射出ピストン２０のシール部１９で外気と遮断しているため、溶融材料１５は酸化することなくバレル１４内に保持される。
【００４１】
射出ピストン２０が金属成形品の容積に見合った、予め設定した計量完了位置に到達したことを、図示しない位置検出器により検出すると、射出ピストン２０を停止し、計量を完了する。その後、射出ピストン２０を高速で前進させることにより、バレル１４内に計量した溶融金属１５が射出ノズル２２を介して図示しない金型内に射出され、冷却固化すると所望の金属成形品が得られることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の一形態を示す低融点金属の射出成形装置の要部断面図である。
【図２】本発明における金属射出成形装置に使用する材料インゴットの他の実施の形態を示す図であり、（ａ）は材料インゴットに凹凸の形状を付加した材料インゴット形状および接合方式を示す図、（ｂ）は、材料インゴットに凹凸を付加し、その凹凸にねじ部を設けた材料インゴット形状および接合方式を示す図、（ｃ）は、材料インゴットに凸部を設け、さらに、押出ピストンに凸部を設けた材料インゴット形状および接合方式を示す図である。
【図３】従来の射出成形機の一つの構成を示す断面図である。
【図４】従来の射出成形機の他の一つの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１、１Ｂ  溶融部、２、２Ｂ  射出部、３  材料インゴット、４  位置検出手段、５、５Ｂ  絞り部、６  押出ピストン、７、７Ｂ  加熱筒、８、８Ｂ  誘導加熱装置、８’  誘導加熱装置コイル、９  ボンベ、１０  コントローラ、１１  フレキシブルシール、１２  液面検出手段、１３  溶湯保持部、１４  バレル、１５  溶融金属、１６  逆流防止装置、１８  ロッド部、１９  シール部、２０  射出ピストン、２１，２１´  加熱装置、２２  射出ノズル、３１  凹部、３２、６２  凸部。
【図１】
2005342750.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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