(57)【要約】      （修正有）【課題】溶体を貯留・吸引計量する射出装置であっても、射出加熱筒の溶体保持室の上部に溶体の保温貯留筒２を立設することによって、機台上に水平に設置して金型へのノズルタッチを直接可能となし、溶体の貯留及び保持から吸引計量後の射出充填に至るまでの温度制御が容易に行えるようにする。【解決手段】ノズル口と連通した計量室１３を先端部に有する水平な射出加熱筒１の溶体保持室１４の上部に、溶体の保温貯留筒２を立設する。保温貯留筒２の上側部に、棒状材料４の挿入部を一端部上に備える加熱筒３を横長に接続する。加熱筒３により溶融した低融点金属材料の溶体を保温貯室に貯留する。計量室１３内の射出プランジャ１６の射出動作により保温貯室の溶体を溶体保持室１４に自動的に給送可能に構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル口と連通した計量室を先端部に有し、その計量室と連続した内部を上部開口の溶体保持室に形成した水平な射出加熱筒と、先端の射出プランジャを計量室に進退自在に挿入して射出加熱筒内に設けた射出ロッドと、その射出ロッドの後端を連結した射出加熱筒後部の射出駆動装置とからなり、上記射出プランジャの強制後退により溶体保持室の溶体を計量室に吸引計量する低融点金属材料の射出装置であって、
上記射出加熱筒の溶体保持室の上部に溶体の保温貯留筒を立設し、その保温貯留筒の上側部に、棒状材料の挿入部を一端部上に備える加熱筒を横長に接続し、その加熱筒により溶融した低融点金属材料の溶体を保温貯留筒内の保温貯室に貯留して、上記射出プランジャの射出動作により保温貯室の溶体を溶体保持室に自動的に給送可能に構成してなることを特徴とする低融点金属材料の射出装置。
【請求項２】
上記計量室と溶体保持室の面積比は１：１〜１：２からなることを特徴とする請求項１記載の低融点金属材料の射出装置。
【請求項３】
上記射出ロッドは、溶体保持室に位置する部分に、複数の環状段部による攪拌部を有することを特徴とする請求項１又は２記載の低融点金属材料の射出装置。
【請求項４】
上記保温貯留筒は、保温貯留室の上部にアルゴンガス等の不活性ガスパイプを具備することを特徴とする請求項１記載の低融点金属材料の射出装置。
【請求項５】
上記不活性ガスパイプはガス噴出口の位置が上下に異なる複数本の不活性ガスパイプからなり、その不活性ガスパイプの圧力差から溶体貯留量の増減を検出する手段を有することを特徴とする請求項１又は４記載の低融点金属材料の射出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、亜鉛、マグネシウム又はそれら合金等の低融点金属材料の溶体を、射出プランジャにより金型に射出充填して金属製品に成形する射出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の低融点金属材料の射出装置では、注湯ピストンを内装した水平な注湯シリンダの上部に、スクリュ内装の押出シリンダを並設し、その押出シリンダの先端と注湯シリンダの先端部とを、弁室を備えた湯路により連通して、押出シリンダにより溶融した金属材料を湯路から注湯ピストンヘッド室に送り込んだ後、注湯ピストンを前進移動して溶湯をノズルから金型に射出充填している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
またノズル口と連通した計量室を先端部に有し、中程上側に供給口を有する筒体内に射出ロッドを備え、射出ロッド先端の射出プランジャを計量室内に進退自在に設けた溶解筒を、型締機構に対し下向きに傾斜し、射出プランジャの後退移動により溶解筒内の溶湯を吸引計量した後、射出プランジャの前進移動により計量した溶湯を金型に射出充填するものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また加熱スリーブと周囲の加熱手段とからなる材料成形供給装置を、水平な射出機構の上部に並設し、その材料成形供給装置によりアルミニウムのビレットを半溶融状態にして整形ビレットに裁断したのち、その整形ビレットを射出機構内のプランジャ前面に落下供給して、整形ビレットをプランジャの前進移動により金型に射出充填するものもある（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２５４１１９号公報（第３−５頁、図１）。
【特許文献２】
特開２００１−１９１１６８公報（第３−４頁、図１）。
【特許文献３】
特開２００１−１９１１６２号公報（第３−５頁、図１）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
注湯シリンダ上部の押出シリンダにより材料溶融を行い、溶湯を湯路から注湯ピストンヘッド室に送り込んで、注湯ピストンにより金型に射出充填する特許文献１に記載の成形機では、射出成形ごとに溶湯を注湯ピストンヘッド室に搬送し、その溶湯により注湯ピストンを後退して計量を行うため、成形の都度、材料溶融と溶湯の供給を同時に行わねばならず、また搬送量は１ショット分に制限されることと、湯路内にバルブを備えることなどから、溶融から射出に至るまでの溶湯の温度を、外部の加熱手段により一定に保持することが難しく、肉厚が１．５ｍｍ以下の金属製品では、温度むらが原因とされる成形不良が生じ易い。
【０００７】
構造においても湯路を溶湯の圧力で開閉するバルブを不可欠し、そのバルブも溶湯の射出圧力で閉作動するので湯路の閉鎖にばらつきが生じ易く、計量が不安定となる等の課題をも有する。
【０００８】
また材料溶融にスクリュを採用していることから、金属材料はチップ等の粒状材料に制限され、同一質量の材料全体における表面積が粒状よりも小さく、酸化物の発生が少ないとされている短柱状、丸棒状等の棒状材料を使用することができない。この使用材料の課題は上記特許文献２に記載されている材料整形供給装置を採用することにより解決されるが、この場合でも、整形材料は１ショット分ずつ射出プランジャの前に供給しているので、溶湯の温度管理の改善までには至らない。
【０００９】
特許文献３に記載の成形機では、溶解筒により溶解した材料を、そのまま多量の溶湯として先端部に貯留し、その溶湯の一部を射出成形ごとに貯留部先端の計量室に、射出プランジャの強制後退をもって吸引計量しているので、温度制御は射出プランジャの後に貯留された多量の溶湯を対象に行われることになる。このため１ショット分の僅かな量の溶湯を対象とする場合よりも温度制御は容易となり、安定した温度管理の下に温度むらのない射出成形が行えるようになる。
【００１０】
しかし、溶湯貯留・吸引計量式の射出装置では、多量の溶湯を貯留するために溶解筒を型締装置に対して傾斜設置することを不可欠とし、このため金型へのノズルタッチが直接行えず、ノズルタッチはノズルタッチブロックを介した間接的なものとなる。また傾斜によって機械高さが水平設置による場合よりも高くなり、これらが大型化する際の課題となっている。
【００１１】
この発明は、上記従来技術の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、溶体を貯留・吸引計量する射出装置であっても、機台上に水平に設置して金型に直接ノズルタッチすることができ、また材料溶融後の溶体の貯留及び保持から吸引計量後の射出充填に至るまでの温度保持が温度むらなく行え、構造もこれまでよりも簡素化されて大型化も可能な新たな低融点金属材料の射出装置を提供すことにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的によるこの発明は、ノズル口と連通した計量室を先端部に有し、その計量室と連続した内部を上部開口の溶体保持室に形成した水平な射出加熱筒と、先端の射出プランジャを計量室に進退自在に挿入して射出加熱筒内に設けた射出ロッドと、その射出ロッドの後端を連結した射出加熱筒後部の射出駆動装置とからなり、上記射出プランジャの強制後退により溶体保持室の溶体を計量室に吸引計量する低融点金属材料の射出装置であって、上記射出加熱筒の溶体保持室の上部に溶体の保温貯留筒を立設し、その保温貯留筒の上側部に、棒状材料の挿入部を一端部上に備える加熱筒を横長に接続し、その加熱筒により溶融した低融点金属材料の溶体を保温貯留筒内の保温貯室に貯留して、上記射出プランジャの射出動作により保温貯室の溶体を溶体保持室に自動的に給送可能に構成してなる、というものである。
【００１３】
また上記計量室と溶体保持室の面積比は１：１〜１：２からなるというものであり、上記射出ロッドの溶体保持室に位置する部分は、複数の環状段部による攪拌部に形成されている、というものである。
【００１４】
さらに、上記保温貯留筒は、保温貯室の上部にアルゴンガス等の不活性ガスパイプを具備し、または不活性ガスパイプはガス噴出口の位置が上下に異なる複数本の不活性ガスパイプからなり、その不活性ガスパイプの圧力差から溶体貯留量の増減を検出する手段を有する、というものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図中１は射出加熱筒、２は溶体Ｍ（液相状態、半溶融状態の何れをも含む）の保温貯留筒、３は棒状材料４の加熱筒で、それらの外周囲には加熱温度を個々に制御できるヒータ５が設けてある。６は加熱筒３の一端部上に設けた棒状材料４の供給装置、７は油圧作動の射出駆動装置、８は金型９を備えた機台１０上の型締装置で、この型締装置８に対して射出加熱筒１が射出駆動装置７と共に機台１０上に水平に設置してある。
【００１６】
上記射出加熱筒１は、筒体１１の先端に部材１１ａをもって取付けたノズル部材１２を備え、そのノズル部材１２のノズル孔と連通する後部内は、所要長さの計量室１３に形成してある。この計量室１３と連続した射出加熱筒１の内部は、後部上が開口した横長の溶体保持室１４となっている。この溶体保持室１４の面積は計量室１３の面積を基準として設定される。これは両室の直径に差があり過ぎると、溶体保持室側の面積全体に吸引が生じ難くなって、室内周囲の吸引が及ばない所に長く滞留する溶体が生じ、それが金属製品に取って好ましくない金属間化合物となって混在するおそれがあるからである。したがって、計量室１３と溶体保持室１４の面積比は、滞留が生じない面積比１：１〜１：２とするのが好ましく、容量は計量室１３の容量の１０倍前後が好ましい。
【００１７】
また射出加熱筒１の中央には、筒体１１の後端から挿入した射出ロッド１５が、先端の射出プランジャ１６を計量室１３に進退自在に挿入して設けてある。この射出ロッド１５の後端は、筒体後端に連結した支持体１７から外部に突出し、その支持体１７と共に機台１０上のガイドバー１８に摺動自在に挿通した上記射出駆動装置７のピストンロツド７１に連結してある。また射出ロッド１５の溶体保持室１４に位置する部分は、複数の環状段部による攪拌部１５ａに形成してある。なお、支持体１７は筒体後端に連結した射出加熱筒１の円筒形の後部部材１７ａと、脚部を上記ガイドバー１８に挿通して機台上に立設した支持盤１７ｂとからなる。
【００１８】
上記射出プランジャ１６は、図ではその詳細は省略するが、外周囲にリングバルブを備えたものからなり、そのリングバルブにより、計量室１３の内壁面と射出プランジャ１６の外側面との間形成した吸引クリアランスを開閉して、図２に示す溶体保持室１４の溶体Ｍ１の吸引計量と、計量室の溶体Ｍ２の金型９への射出充填が行い得る構造からなる。
【００１９】
上記保温貯留筒２は、溶体保持室１４の上部開口１４ａ（図２、３参照）と内径が同径の筒体２１と、その筒体２１の上端に取付けた中空の上部部材２２とからなり、その上部部材２２の後側面に上記加熱筒３の内径と同径の連通孔２３が穿設してある。この上部部材２２の連通孔２３の穿設部位には、上記加熱筒３が先端面を当接して水平に取付けてある。また筒体２１の側部には温度検出端子２５が設けてあり、上部部材２２の内部にはアルゴンガス等の２本の不活性ガスパイプ２６ａ，２６ｂが、ガス噴出口の位置に上下差を持たせて天井面から垂直に設けてある。
【００２０】
このような保温貯留筒２は、筒体２１の下端を溶体保持室１４の上部開口１４ａの周囲に嵌合して、射出加熱筒１の上部に垂直に立設され、それにより筒体内が溶体保持室１４と底部で通じた保温貯室２４となって、上記射出プランジャ１６の射出動作ごとに、保温貯室２４から溶体保持室１４に常に一定量の溶体Ｍ１が自動的に給送される。この保温貯室２４の容量は上記計量室１３の容量の１０倍前後が好ましい。
【００２１】
上記加熱筒３は、通常寸法の棒状材料４（例えば、マグネシウム合金、長さ３００ｍｍ、直径６０ｍｍ）の２本を収容できる長さと内径とからなり、その後半部は樋状に形成されて上方から棒状材料４を長手方向に収容できるようにしてある。また前半部の筒体周囲には予備加熱用の第１ヒータ５ａと溶融用の第２ヒータ５ｂとが前後２段に分けて取付けてあり、これにより棒状材料４の予備加熱と溶融又は半溶融を連続して行えるようにしてある。
【００２２】
上記加熱筒３の後半部は、射出加熱筒１の上方に設けた支持ブロック２０の前後方向の横溝内に挿通支持され、これにより加熱筒３の熱膨張による伸縮が自由に行えるようにしてある。支持ブロック２０は上記支持盤１７ｂの上面両側に止着した部材１９に載置固定してある。
【００２３】
上記支持ブロック２０の上部には、一対の側面板６１が横溝を隔てて対設してあり、その側面板６１の間に複数本の棒状材料４を横に寝かせて縦にストックできるようにしてある。また支持ブロック２０の片側面の上部には、横溝の上部内に出没自在に横設した前後一対の材料受けピン６２のエアシリンダ６３が取付けてある。
【００２４】
支持ブロック２０の下側には、押込エアシリンダ６４がブラケット６５により支持して加熱筒３と並行に後ろ向きに取付けてある。この押込エアシリンダ６４の後端から水平に伸縮するピストンロッド６６には、加熱筒３内に挿入される材料押込ロッド６７が、外端を継板により連結して上下並行に取付けあり、これにより上記側面板６１の間から加熱筒３の後半部内に落ち込んだ棒状材料４の供給装置６を構成している。
【００２５】
上記構成の射出装置では、支持ブロック２０の横溝内に溝壁から材料受けピン６２を突出した状態において、上記側面板６１の間に棒状材料４を重ねて収容することができ、押込エアシリンダ６４による材料受けピン６２の引き込みにより、最下位の棒状材料４が加熱筒３の後半部内に落ち込むようになる。その後に材料受けピン６２をエアシリンダ６３により突き出すと、加熱筒内の棒状材料４とその上の棒状材料４との間に材料受けピン６２が入り込んで、側面板６１間の棒状材料４を受け止める。
【００２６】
この材料受けピン６２の引き込み作動は、上記押込エアシリンダ６４のピストンロッド６６の縮小作動により、押込ロッド６７が後半部内の棒状材料４を前半部内に完全に押し込んだ位置に達したときに、図では省略するが、その位置に予め設定したリミットスイッチによりエアシリンダ６３が作動して行われる。
【００２７】
材料受けピン６２が引き込んだときには、押込ロッド６７のヘッドが加熱筒内にあるので、最下位の棒状材料４はヘッドが後半部外に抜け出たときに完全に収まり、またその位置で他のリミットスイッチがエアシリンダ６３を作動して材料受けピン６２の突出による受け止めが行われる。したがって、後半部内への棒状材料４の供給は、材料押込みとの関連において行われるようになる。
【００２８】
加熱筒３の前半部内への材料押込みは、先端部内の棒状材料４の溶融状態に合わせて行われる。前半部内に押し込まれた棒状材料４は、先ず低温（例えば、３００℃）設定された第１ヒータ５ａにより予熱され、その後に高温（例えば、６１０°〜６２０℃）に設定された第２ヒータ５ｂにより溶融して、連通孔２３から所定温度に保たれた保温貯留筒２に流入し、上記溶体保持室１４を底部とする保温貯室２４に溶体Ｍとして、連通孔２３の下側まで貯留される。保温貯室２４は上記不活性ガスパイプ２６ａ，２６ｂから室内に噴出されたアルゴンガスにより、常に不活性ガス雰囲気に維持され、貯留された溶体Ｍの酸化を防止している。
【００２９】
この保温貯室２４における溶体Ｍの貯留量は、成形される金属製品の質量によって異なるが、溶体Ｍを長時間にわたり貯留すると金属間化合物が生成されるおそれがあるので、１０ショット前後の分量を貯留するのが好ましい。この貯留量の増減は、ガス噴出口の位置に高低差を付けて保温貯室２４の上部内に垂設した２本の不活性ガスパイプ２６ａ，２６ｂにおける圧力差から検出している。
【００３０】
この検出手段は既に実施されているものであって、両不活性ガスパイプ２６ａ，２６ｂのガス噴出口間に溶体Ｍの液面が位置して、溶体中に長い方の不活性ガスパイプ２６ａのガス噴出口が没し、ガスの噴出抵抗の差から両ガスパイプに圧力差が生じているときを適正量としている。
【００３１】
これに対して、溶体Ｍの液面上昇により両方のガス噴出口が溶体中に没し、不活性ガスパイプ２６ｂの圧力が上昇して、両ガスパイプに圧力差が無くなると満タンとして検出し、それにより上記押込エアシリンダ６３が作動停止となって材料送込みが中止される。加熱筒３の前半部内の材料先端は溶融を続けるが、その量は僅かでその殆どが先端部内に留まる。この供給停止の射出成形の継続によって、液面が低下して不活性ガスパイプ２６ｂの圧力が元に戻り、再び圧力差が生ずるようになると、満タン解除として検出され、再度押込エアシリンダ６３が作動して棒状材料４の押込みが開始される。
【００３２】
また溶体Ｍの液面が降下して両方のガス噴出口が気中に露出し、不活性ガスパイプ２６ｂの圧力が低下して、両ガスパイプに圧力差が無くなると溶体不足として検出し、警告を発して材料の溶融供給が促進される。このように供給装置６の作動制御を行って、溶体Ｍの貯量を常に適正量に制御する。
【００３３】
上記溶体貯室２４における溶体Ｍの保持温度は、低融点金属材料によって異なり、溶融状態によっても異なる。例えば、マグネシウム合金でも樹枝状組織を有する材料で、上記加熱筒３により液相状態に溶融された溶体Ｍの場合には、その温度を保持して貯留する必要性から、保温貯留筒２の温度は液相線温度以上（例えば、６２０℃）に設定される。また球状の結晶組織を有する材料で、加熱筒３によりチクソトロピ性状を呈する状態に半溶融された溶体Ｍの場合には、保温貯留筒２の温度は溶体Ｍが液相線温度と固相線温度の間の温度に保つ温度（例えば、６００℃）に設定される。このような温度設定は、保温貯室２４に続く上記溶体保持室１４、計量室１３にても、外部に備えるヒータ５により同様に行われる。但し、溶体保持室１４の後端部は溶体漏出防止のために、他の部位よりも低温（例えば、５６０℃前後）に設定している。
【００３４】
保温貯室２４の溶体Ｍは、底部の溶体保持室１４に上部開口１４ａからそのまま流入して、射出加熱筒１内に溶体Ｍ１として所定量が保持される。この溶体Ｍ１は、上記射出ロッド１５の射出作動後の強制後退により、計量室１３の前進限に位置した射出プランジャ１６が、計量室１３を後退限位置まで移動する間、ノズル口の閉栓によって生ずる負圧により、リングバルブが開作動した上記吸引クリアランスから計量室内に吸引されてゆく。また吸引に伴い溶体保持室１４には溶体貯室２４から同量の溶体Ｍが流れ込む。
【００３５】
計量室１３に吸引計量された溶体Ｍ２は、上記射出ロッド１５の前進移動により計量室内を前進移動する射出プランジャ１６によって、ノズル口から型閉した金型９の図示しないキャビティに射出充填され、冷却により所望の金属製品に成形される。この際、吸引クリアランスは溶体Ｍ２の圧縮抵抗により後退作動するリングバルブにより閉鎖され、吸引クリアランスからの溶体Ｍ２の逆流が防止される。
【００３６】
したがって、計量室内を進退移動する射出プランジャ１６が、溶体貯室２４に貯留した溶体Ｍを、溶体保持室１４の溶体Ｍ１、計量室１３の溶体Ｍ２として順に送込むポンプを兼ねることになるので、他に溶体の移送手段は不要となり、射出プランジャ１６が溶体Ｍ１と接する長さも短くなるので、成形機全体における温度管理も容易となって、溶体の温度むらによる不良成形が減少する。
【００３７】
また溶体保持室１４の溶体Ｍ１は、射出ロッド１５が備える環状段部の攪拌部１５ａにより、射出ロッド１５が進退移動するごとに軸方向に攪拌されるので、溶体保持室１４におけるスラッジの沈下堆積が防止され、これが計量室１３との対比から面積を制限して溶体Ｍ２の部分的な滞留を防止した溶体保持室１４と相俟って、その効果を一層顕著なものとなす。
【００３８】
また射出加熱筒１の溶体保持室１４の上部に、保温貯留筒２を立設したことによって、貯留した溶体Ｍを吸引計量後に射出充填する射出装置であっても、保温貯留筒２によって溶体Ｍの深さを充分に確保できるので、溶融時に起こりがちな空気の取込みが防止でき、また溶体貯室２４にて溶体中のガスの逃出も自然に行われるので、これまでのように射出加熱筒１を型締装置８に対して傾斜設置する必要がなくなる。これにより射出加熱筒１を機台上に水平に設置して金型に直接ノズルタッチすることができることから、ノズルタッチブロックや傾斜支持部材などが不要となり、傾斜設置と比べて機械高さも低くなるので、溶体の貯留・吸引計量を採用した射出装置の大型化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係わる低融点金属材料の射出装置の縦断側面図である。
【図２】同上の装置前部の縦断側面図である。
【図３】同上の保温貯留筒部位の縦断正面図である。
【符号の説明】
１    射出装置
２    保温貯留筒
３    加熱筒
４    棒状材料
５    ヒータ
６    供給装置
７    射出駆動装置
８    型締装置
９    金型
１０    機台
１１    射出装置の筒体
１２    ノズル部材
１３    計量室
１４    溶体保持室
１４ａ  開口部
１５    射出ロッド
１５ａ  攪拌部
１６    射出プランジャ
１７    支持体
２１    保温貯留筒の筒体
２２    保温貯留筒の上部部材
２４    保温貯室
２６ａ，２６ｂ    不活性ガスパイプ
６４    押込エアシリンダ
６７    押込ロッド
【図１】
2005040807.tif 000003
【図２】
2005040807.tif 000004
【図３】
2005040807.tif 000005