(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に短棒形状の材料を受け入れ可能な材料供給筒と、内部に押し込まれた材料を溶融状態若しくは半溶融状態へと加熱する加熱筒と、前記加熱筒の出口側に連結され加熱筒内で溶融状態若しくは半溶融状態となった材料を射出可能な射出用ノズルと、直線往復動作するピストンによって前記材料供給筒に受け入れられた材料を前記加熱筒の内部へと押し込むアクチュエータとを備えた溶融金属材料射出装置において、ピストンを加熱筒内の前進可能位置まで前進させて材料供給筒の内部に送り込まれた１つの材料を加熱筒の入口側に供給することを繰り返して材料を加熱筒の内部のピストンの前進可能位置まで充填する供給工程と、ピストンの前進によって前記材料供給筒に供給された１つの材料を前記加熱筒の内部へと押し込むとともに、押し込まれた材料の容量より少ない容量の溶融状態若しくは半溶融状態の加熱筒内の材料を前記射出用ノズルから射出させることを繰り返して加熱筒内に過剰供給分の材料を蓄積してゆく押込・射出工程とを順に実施し、前記押込・射出工程の繰り返しによって材料の蓄積量が１回の材料の射出量に達したとき、前記材料供給筒に材料を供給せずにピストンを加熱筒内の前進可能位置まで前進させて加熱筒の内部の溶融状態若しくは半溶融状態の材料を前記射出用ノズルから射出させる工程を実施し、その後、前記押込・射出工程に戻るようにしたことを特徴とする溶融金属材料射出装置における溶融金属材料の射出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属を加圧下で金型内に射出し充填させる溶融金属材料射出装置における溶融金属材料の射出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の溶融金属材料射出装置として、例えば図３に示すように、材料供給筒３０（以下、「材料ホルダ３０」と記す）と、加熱筒２０と、射出用ノズル１９と、アクチュエータ４０（以下、「油圧シリンダ４０」と記す）とから成るものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４８３９１号公報
【０００４】
前記材料ホルダ３０は、その内部に材料（例えば、短棒形状のアルミニウム合金、またはマグネシウム合金など）Ｒを受け入れ可能な筒形状のホルダである。材料ホルダ３０には、この材料ホルダ３０を上下動させることができるアクチュエータ（図示しない）が連結されており、材料ホルダ３０の内部に材料Ｒがなくなると、このアクチュエータによって材料ホルダ３０が上方へ移動させられ、新たな材料Ｒが所定量ずつ（この例では、１つずつ）内部へ送り込まれる構成となっている。
【０００５】
前記加熱筒２０は、材料ホルダ３０に受け入れられた材料Ｒが内部に押し込まれると、その押し込まれた材料Ｒを溶融状態若しくは半溶融状態へと加熱させるものである。前記射出用ノズル１９は、加熱筒２０の出口側に連結されており、加熱筒２０の内部で溶融状態若しくは半溶融状態となった材料を加熱筒２０の内部から射出させるものである。前記油圧シリンダ４０は、直線往復動作するピストン４４によって、材料Ｒを上述したように加熱筒２０の内部へと押し込んだり、溶融状態若しくは半溶融状態となった材料を加熱筒２０の内部から射出させたりするものである。
【０００６】
このように構成された溶融金属材料射出装置１００において、材料ホルダ３０の上方に設置された予備加熱装置（図示しない）によって予備加熱された材料Ｒが、上述したように材料ホルダ３０の内部に所定量ずつ（この例では、１つ）送り込まれるとともに、送り込まれた材料Ｒが加熱筒２０の入口側に供給される。この材料Ｒの供給を繰り返すことにより感熱筒２０内に材料を充填する供給工程の後に、材料ホルダ３０に供給された材料Ｒをピストン４４によって加熱筒２０の内部へと押し込むとともに、加熱筒２０の内部の溶融状態若しくは半溶融状態の材料を射出用ノズル１９から金型（図示しない）へと射出させる押込・射出工程が実施される。この押込・射出工程が繰り返して実施されることで、成形品が次々と成形されていく。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した溶融金属材料射出装置１００によって繰り返し実施される押込・射出工程において、射出される材料の容量と供給される材料の容量とが同じであることが好ましいが、押込・射出工程で射出される材料の容量は、金型のニーズ（成形品のニーズ）に応じて多種多様にわたることが一般的であるため、金型のニーズに応じて、その都度、供給される材料の容量を対応させることは困難である。そこで、金型のニーズに対して射出される材料の容量が不足状態となることのないように、押込・射出工程において、射出される材料の容量より供給される材料の容量を多くすることが一般に行われている。
【０００８】
しかし、その方法によると、材料の過剰供給となっており、やがて加熱筒２０の入口側（材料供給側）から材料が溢れ出す状態となる。図４には、材料が溢れ出す状態に至る過程が示してあり、以下、同図に従って供給工程および押込・射出工程を説明する。なお、押込・射出工程において、射出される材料の容量と供給される材料の容量との容量の比較をする場合、材料Ｒの外径と加熱筒２０の内径とは同一径であるため、押込・射出工程で射出される材料の長さ「Ｌ１」と材料ホルダ３０に供給される材料の長さ「Ｌ２」の長さの比較をすることで容量の比較が可能である。そのため、以下の説明では、これら長さの比較をすることで容量の比較を実施しているものとする。また、「Ｌ１」＜「Ｌ２」の関係を有する具体例として、「Ｌ１」＝「８ｃｍ」、「Ｌ２」＝「１０ｃｍ」を例に説明する。
【０００９】
まず、図４（ａ）（ｂ）に示す１回目の工程（供給工程）において、材料ホルダ３０に材料Ｒを１つ供給した後、材料ホルダ３０に供給されている材料Ｒを、ピストン４４によって初期状態の加熱筒２０の内部へと押し込む。この初期状態の加熱筒２０とは、内部に材料Ｒが送り込まれていない空の状態の加熱筒２０のことである。この図４（ｂ）からも明らかなように、この状態では、未だ加熱筒２０の内部に材料Ｒは充填されていないので、材料Ｒを押し込んでも射出されない。また、射出されないことにより、ピストン４４の先端は、最大限に前進可能な位置、すなわち、ピストン前進限まで押し出される。
【００１０】
次に、図４（ｃ）（ｄ）に示す２回目の供給工程において、材料ホルダ３０に材料Ｒを１つ供給した後、材料ホルダ３０に供給されている材料Ｒを、ピストン４４によって加熱筒２０の内部へと押し込む。この状態でも、図４（ｂ）と同様、未だ加熱筒２０の内部に材料Ｒは充填されていないので射出されない。また、射出されないことにより、ピストン４４の先端は、最大限に前進可能な位置、すなわち、ピストン前進限まで押し出される。
【００１１】
以降、この供給工程を繰り返すことで、図４（ｅ）に示すように、加熱筒２０の内部に材料Ｒが充填されていき、その充填された材料Ｒは溶融状態若しくは半溶融状態へと加熱されていく。なお、この図４（ｅ）に示すように、ｎ回目の供給工程で、加熱筒２０の内部に材料Ｒが充填されたものとする。
【００１２】
次に、図４（ｆ）（ｇ）に示す（ｎ＋１）回目の工程（押込・射出工程）において、材料ホルダ３０に材料Ｒを１つ供給した後、材料ホルダ３０に供給された材料Ｒを、ピストン４４によって加熱筒２０の内部へと押し込む。この状態では、前工程（ｎ回目の供給工程）で既に加熱筒２０の内部に材料は充填されているため、材料Ｒの押し込みが実施されるとともに材料の射出が実施される。そして、射出が実施されると、ピストン４４の押し出し可能位置は、射出される材料の長さ「Ｌ１」に制約されるため、ピストン４４の先端は、ピストン前進限まで押し出されない。このように、長さ「Ｌ２」の材料Ｒを押し込んだ場合であっても、加熱筒２０の内部の材料のうち、射出させることができる材料の長さは「Ｌ１」であるため、その差分「Ｌ２−Ｌ１」（すなわち、２ｃｍ）に相当する材料が加熱筒２０の内部に蓄積されることになる。
【００１３】
次に、図４（ｈ）（ｉ）に示す（ｎ＋２）回目の押込・射出工程において、材料ホルダ３０に材料Ｒを１つ供給した後、材料ホルダ３０に供給された材料Ｒを、ピストン４４によって加熱筒２０の内部へと押し込む。この状態では、前工程（（ｎ＋１）回目の押込・射出工程）で既に加熱筒２０の内部に材料は充填されているため、図４（ｇ）と同様、差分「Ｌ２−Ｌ１」（すなわち、２ｃｍ）に相当する材料が加熱筒２０の内部にさらに蓄積される。そのため、図４（ｇ）での蓄積分と併せて、合計（２×（Ｌ２−Ｌ１））、すなわち、４ｃｍに相当する材料が加熱筒２０の内部に蓄積されることになる。
【００１４】
次に、図４（ｊ）（ｋ）に示す（ｎ＋３）回目の押込・射出工程において、材料ホルダ３０に材料Ｒを１つ供給した後、材料ホルダ３０に供給された材料Ｒを、ピストン４４によって加熱筒２０の内部へと押し込む。この状態では、前工程（（ｎ＋２）回目の押込・射出工程）で既に加熱筒２０の内部に材料は充填されているため、図４（ｉ）と同様、差分「Ｌ２−Ｌ１」（すなわち、２ｃｍ）に相当する材料が加熱筒２０の内部にさらに蓄積される。そのため、図４（ｉ）での蓄積分と併せて、合計（３×（Ｌ２−Ｌ１））、すなわち、６ｃｍに相当する材料が加熱筒２０の内部に蓄積されることになる。
【００１５】
次に、図４（ｌ）（ｍ）に示す（ｎ＋４）回目の押込・射出工程において、材料ホルダ３０に材料Ｒを１つ供給した後、材料ホルダ３０に供給された材料Ｒを、ピストン４４によって加熱筒２０の内部へと押し込む。この状態では、前工程（（ｎ＋３）回目の押込・射出工程）で既に加熱筒２０の内部に材料は充填されているため、図４（ｋ）と同様、差分「Ｌ２−Ｌ１」（すなわち、２ｃｍ）に相当する材料が加熱筒２０の内部にさらに蓄積される。そのため、図４（ｋ）での蓄積分と併せて、合計（４×（Ｌ２−Ｌ１））、すなわち、８ｃｍに相当する材料Ｒが加熱筒２０の内部に蓄積されることになる。
【００１６】
次に、図４（ｎ）（ｏ）に示す（ｎ＋５）回目の押込・射出工程において、材料ホルダ３０に材料Ｒを１つ供給した後、材料ホルダ３０に供給された材料Ｒを、ピストン４４によって加熱筒２０の内部へと押し込む。この状態では、前工程（（ｎ＋４）回目の押込・射出工程）で既に加熱筒２０の内部に材料は充填されているため、図４（ｍ）と同様、差分「Ｌ２−Ｌ１」（すなわち、２ｃｍ）に相当する材料が加熱筒２０の内部にさらに蓄積される。そのため、図４（ｍ）での蓄積分と併せて、合計（５×（Ｌ２−Ｌ１））、すなわち、１０ｃｍに相当する材料が加熱筒２０の内部に蓄積されることになる。すなわち、「Ｌ２」＝「１０ｃｍ」の関係から、材料Ｒの１つ分が蓄積されたことになる。
【００１７】
次に、図４（ｐ）（ｑ）に示す（ｎ＋６）回目の押込・射出工程において、材料ホルダ３０に材料Ｒを１つ供給した後、材料ホルダ３０に供給された材料Ｒを、ピストン４４によって加熱筒２０の内部へと押し込む。この状態では、前工程（（ｎ＋５）回目の押込・射出工程）で既に加熱筒２０の内部に材料は充填されているため、図４（ｏ）と同様、差分「Ｌ２−Ｌ１」（すなわち、２ｃｍ）に相当する材料が加熱筒２０の内部にさらに蓄積される。そのため、図４（ｏ）での蓄積分と併せて、合計（６×（Ｌ２−Ｌ１））、すなわち、１２ｃｍに相当する材料が加熱筒２０の内部に蓄積されることになる。
【００１８】
次に、図４（ｒ）（ｓ）に示す（ｎ＋７）回目の押込・射出工程において、材料ホルダ３０に材料Ｒを１つ供給した後、材料ホルダ３０に供給された材料Ｒを、ピストン４４によって加熱筒２０の内部へと押し込む。この状態では、前工程（（ｎ＋６）回目の押込・射出工程）で既に加熱筒２０の内部に材料は充填されているため、図４（ｑ）と同様、差分「Ｌ２−Ｌ１」（すなわち、２ｃｍ）に相当する材料が加熱筒２０の内部にさらに蓄積される。そのため、図４（ｑ）での蓄積分と併せて、合計（７×（Ｌ２−Ｌ１））、すなわち、１４ｃｍに相当する材料が加熱筒２０の内部に蓄積されることになる。そして、この図４（ｓ）に示すように、加熱筒２０の入口側から過剰に供給した材料Ｒが溢れ出す状態となっていた。このように材料Ｒが溢れ出すと、材料ホルダ３０が上下動する際に、この溢れ出した材料Ｒと材料ホルダ３０とが干渉することになり好ましくない。
【００１９】
そこで、本発明は、上記した問題点に鑑み、その目的とするところは、押込・射出工程において、射出される材料の容量と供給される材料の容量とが不一致の場合であっても、適正な容量の材料を加熱筒の内部に供給することができる溶融金属材料射出装置における溶融金属材料の射出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この発明は、内部に短棒形状の材料を受け入れ可能な材料供給筒と、内部に押し込まれた材料を溶融状態若しくは半溶融状態へと加熱する加熱筒と、前記加熱筒の出口側に連結され加熱筒内で溶融状態若しくは半溶融状態となった材料を射出可能な射出用ノズルと、直線往復動作するピストンによって前記材料供給筒に受け入れられた材料を前記加熱筒の内部へと押し込むアクチュエータとを備えた溶融金属材料射出装置において、ピストンを加熱筒内の前進可能位置まで前進させて材料供給筒の内部に送り込まれた１つの材料を加熱筒の入口側に供給することを繰り返して材料を加熱筒の内部のピストンの前進可能位置まで充填する供給工程と、ピストンの前進によって前記材料供給筒に供給された１つの材料を前記加熱筒の内部へと押し込むとともに、押し込まれた材料の容量より少ない容量の溶融状態若しくは半溶融状態の加熱筒内の材料を前記射出用ノズルから射出させることを繰り返して加熱筒内に過剰供給分の材料を蓄積してゆく押込・射出工程とを順に実施し、前記押込・射出工程の繰り返しによって材料の蓄積量が１回の材料の射出量に達したとき、前記材料供給筒に材料を供給せずにピストンを加熱筒内の前進可能位置まで前進させて加熱筒の内部の溶融状態若しくは半溶融状態の材料を前記射出用ノズルから射出させる工程を実施し、その後、前記押込・射出工程に戻るようにしたことを特徴とする。
この構成によれば、射出される材料の容量より供給される材料の容量の方が多いために材料が過剰に加熱筒の内部に供給される場合であっても、加熱筒の材料供給口から材料が溢れ出すことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図１〜２を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態の溶融金属材料射出装置１の縦断面図である。図２は、図１に記載の溶融金属材料射出装置１により順次実施される各工程について説明する図である。
【００２２】
まず、図１を参照して、本発明の溶融金属材料射出装置１の構成を説明する。この溶融金属材料射出装置１は、従来例の溶融金属材料射出装置１００の構成に、位置検出手段５０と制御手段（図示せず）とを備えた構成となっている。そのため、従来例と同一部材には、同一符号を付すことで重複する説明を省略する。
【００２３】
この位置検出手段５０は、ピストン４４の先端の位置を検出することが可能なもので、例えばリニアエンコーダを用いて構成されている。この位置検出手段５０が検出した位置は制御手段６０へ送信される。
制御手段は、押込・射出工程において、ピストン４４によって材料Ｒが最大限に押し込まれた時の、位置検出手段５０が検出したピストン４４の先端の位置が、予め決定した位置になっていると、次回工程において、材料供給を実施させることなく、射出工程を実施させるもので、制御手段は油圧シリンダ４０の駆動源（図示せず）と接続されている。
【００２４】
続いて、本発明の溶融金属材料射出装置１の作用について、図２を参照しながら説明する。なお、この説明における「ピストン前進限から距離（４×（Ｌ２−Ｌ１））手前位置」、すなわち「ピストン前進限から８ｃｍ手前位置」が、前記の「予め決定した位置」に相当する。
【００２５】
まず、図２（ａ）（ｂ）に示す１回目の工程（供給工程）において、材料ホルダ３０に材料Ｒを１つ供給した後、材料ホルダ３０に供給された材料Ｒを、ピストン４４によって初期状態の加熱筒２０の内部へと押し込む。なお、この図２（ａ）（ｂ）に示す１回目の供給工程は、従来例で説明した図４（ａ）（ｂ）に示す１回目の供給工程と同一工程である。以降、図２（ｃ）（ｄ）に示す２回目の供給工程から図２（ｌ）（ｍ）に示す（ｎ＋４）回目の押込・射出工程までも、従来例で説明した図４（ｃ）（ｄ）に示す２回目の供給工程から図４（ｌ）（ｍ）に示す（ｎ＋４）回目の押込・射出工程と同一工程であるため、詳細な説明は省略する。
【００２６】
なお、この説明を省略した図２（ｌ）（ｍ）に示す（ｎ＋４）回目の押込・射出工程では、図４（ｌ）（ｍ）と同様、「８ｃｍ」の過剰供給長さが蓄積されている。そのため、この状態では、ピストン４４の先端はピストン前進限から「８ｃｍ」手前に位置することになり、制御手段は、次回工程において、材料供給を実施することなく、射出工程を実施させる。
【００２７】
すなわち、図２（ｎ）（ｏ）に示す（ｎ＋５）回目の工程では、材料ホルダ３０に材料Ｒは供給されず（図２（ｎ））、その後、材料ホルダ３０に材料Ｒが供給されていない状態で射出工程が実施される（図２（ｏ））。すると、加熱筒２０の内部には押込・射出工程での過剰供給によって「８ｃｍ」の材料が蓄積されており、この蓄積された「８ｃｍ」の材料と射出される材料の長さ「Ｌ１」が一致するため、ピストン４４の先端はピストン前進限まで押し出される。
【００２８】
このように、材料が過剰供給によって「８ｃｍ」蓄積されたときに、射出工程を実施させると、ピストン４４の先端がピストン前進限まで押し出されるので、過剰供給として蓄積されていた材料をなくすことができる。そのため、この（ｎ＋５）回目の射出工程の後には、ｎ回目の供給工程の後と同じ状態となる。以降、図２（ｐ）（ｑ）に示す（ｎ＋６）回目の押込・射出工程、図２（ｒ）（ｓ）に示す（ｎ＋７）回目の押込・射出工程、・・・と繰り返すことになる。これらは、既に説明した図２（ｆ）（ｇ）に示す（ｎ＋１）回目の押込・射出工程、図２（ｈ）（ｉ）に示す（ｎ＋２）回目の押込・射出工程、・・・と同じであるため説明は省略する。
【００２９】
このように初期状態の加熱筒２０の内部に供給工程をｎ回繰り返して、加熱筒２０の内部に材料Ｒを充填させた後に、押込・射出工程を繰り返し、その５回目ごとに（すなわち、（ｎ＋５）回目、（ｎ＋１０）回目、（ｎ＋１５回目）、・・・）材料供給を実施させることなく射出工程を実施させると、加熱筒２０の内部で過剰供給として蓄積されていた材料をなくすことができる。これにより、従来例で説明したように、加熱筒２０の入口側（材料供給口側）から材料が溢れ出すことはない。
【００３０】
また、この実施例では、Ｘ回目の材料供給が実施されない例として、Ｘ＝（ｎ＋５）の場合を説明した。このように、Ｘ回目の材料供給が実施されないときのＸを算出する数式は、Ｘ＝（Ｌ２）／（Ｌ２−Ｌ１）となり、予め「Ｌ１」と「Ｌ２」の数値を認識しておけば、Ｘの数値を算出できる。
【００３１】
上述した内容は、あくまでも本発明の一実施の形態に関するものであって、本発明が上記内容に限定されることを意味するものではない。
実施例では、アクチュエータが油圧シリンダ４０である例を説明した。しかし、これに限定されるものでなく、エアシリンダ、モートルシリンダなどであっても構わない。
【００３２】
また、実施例では、「Ｌ１」＝「８ｃｍ」、「Ｌ２」＝「１０ｃｍ」を例に説明した。そのため、初期状態の加熱筒２０の内部に供給工程をｎ回繰り返して、加熱筒２０の内部に材料Ｒを充填させた後に、さらに押込・射出工程を繰り返し、その５回目ごとに（すなわち、（ｎ＋５）回目、（ｎ＋１０）回目、（ｎ＋１５回目）、・・・）材料供給を実施することなく射出工程を実施させる構成を例に説明した。しかし、これに限定されるものでなく、「Ｌ１」＝「９ｃｍ」、「Ｌ２」＝「１０ｃｍ」であっても構わない。その場合には、初期状態の加熱筒２０の内部に供給工程をｎ回繰り返して、加熱筒２０の内部に材料Ｒを充填させた後に、さらに押込・射出工程を繰り返し、その１０回目ごとに（すなわち、（ｎ＋１０）回目、（ｎ＋２０）回目、（ｎ＋３０回目）、・・・）材料供給を実施することなく射出工程を実施させる構成となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態の溶融金属材料射出装置１の縦断面図である。
【図２】図１に記載の溶融金属材料射出装置１により順に実施された各工程を説明するための図である。
【図３】従来の溶融金属材料射出装置１００の縦断面図である。
【図４】図３に記載の溶融金属材料射出装置１００により順に実施された各工程を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    溶融金属材料射出装置
１９  射出用ノズル
２０  加熱筒
３０  材料ホルダ
４０  油圧シリンダ
４４  ピストン
Ｒ    材料
【図１】
0004050285.tif 000002
【図２】
0004050285.tif 000003
【図３】
0004050285.tif 000004
【図４】
0004050285.tif 000005