(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半凝固金属を、射出装置を構成する射出スリーブの開口部から前記射出スリーブ内に投入する工程と、
前記開口部から前記半凝固金属に向かって冷却媒体を噴射する工程と、
前記冷却媒体の噴射後に、前記射出スリーブ内の前記半凝固金属をキャビティに充填する工程と、
を有することを特徴とする半凝固金属の射出方法。
【請求項２】
開口部から半凝固金属が投入されるとともに、キャビティに連通する射出スリーブと、
前記射出スリーブ内の前記半凝固金属を前記キャビティに充填するプランジャと、
前記開口部から前記半凝固金属に向かって冷却媒体を噴射する冷却媒体噴射機構と、
を備えることを特徴とする半凝固金属の射出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半凝固金属を射出して所定の金属成形品を得るための半凝固金属の射出方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アルミニウムやマグネシウム、またはそれぞれの合金等の溶融金属を使用し、成形用に１ショット分の半凝固金属、すなわち、スラリーを製造する作業が行われている。スラリーを使用した成形作業では、特に成形品の表面精度に優れる等の利点があることが知られている。
【０００３】
例えば、断熱性るつぼ（容器）に供給された溶融金属内で、この溶湯金属の温度以下に冷却された冷し金を回転させることによりスラリー化した半凝固金属を得た後、前記半凝固金属が前記断熱性るつぼから射出装置を構成する射出スリーブ内に投入され、さらに該半凝固金属が前記射出スリーブからキャビティに射出されて所定の形状を有する金属成形品を製造する方法が提案されている（特開平１１−１９７８１４号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半凝固金属が射出スリーブ内に投入される際には、溶湯のような流れが惹起され難い。このため、プランジャの加圧によって半凝固金属を射出する際に、この半凝固金属の上部側が射出スリーブの投入用開口部から前記射出スリーブの外部にこぼれ出るおそれがある。これにより、キャビティ内への射出条件がばらついてしまい、製品品質が不安定になるという問題が指摘されている。
【０００５】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、半凝固金属をキャビティに確実に充填し、安定した品質の成形品を効率的に得ることが可能な半凝固金属の射出方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半凝固金属の射出方法および装置では、射出スリーブの開口部からこの射出スリーブ内に半凝固金属が導入された後、前記開口部から前記半凝固金属に向かって冷却媒体が噴射されるため、該半凝固金属の表面が強制的に冷却されて硬化する。次いで、射出スリーブ内の半凝固金属がキャビティに充填されると、この半凝固金属の表面が硬化しているために、前記半凝固金属が開口部から外部に溢れ出ることがない。これにより、成形不良の発生がなく、高品質な成形品を得ることができるとともに、サイクルタイムが有効に短縮され、成形作業全体の効率化が容易に図られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る半凝固金属の射出装置を組み込む製造システム１０の概略斜視説明図であり、図２は、前記製造システム１０の平面説明図である。
【０００８】
製造システム１０は、アルミニウム、その合金、マグネシウム、またはその合金等の溶融金属からなる溶湯１２を保持する溶湯保持炉１４と、この溶湯保持炉１４内から所定量（１ショット分）の溶湯１２を汲み出す溶湯汲み出しロボット１６と、前記溶湯汲み出しロボット１６により汲み出された該溶湯１２を注湯する断熱性るつぼ（容器）１８を設けるとともに、前記るつぼ１８内の前記溶湯１２を所定のスラリー状態に撹拌して半凝固金属２０を得る半凝固金属製造機構２２と、前記半凝固金属２０が投入される射出スリーブ２４を有し、該半凝固金属２０を所定の形状に成形する本実施形態に係る射出装置２６と、前記るつぼ１８を前記溶湯保持炉１４、前記半凝固金属製造機構２２および前記射出装置２６に搬送可能な多関節ロボット２８とを備える。
【０００９】
溶湯汲み出しロボット１６は、支柱３０上に旋回自在に設けられるアーム３２を備え、このアーム３２の先端にラドル３４が傾動可能に装着される。半凝固金属製造機構２２は、るつぼ１８を配置してこのるつぼ１８内の溶湯１２を冷却および撹拌する第１乃至第４撹拌機３８ａ〜３８ｄを備える。第１乃至第４撹拌機３８ａ〜３８ｄは、るつぼ１８を離脱自在に配置するるつぼ受台４０を備えるとともに、このるつぼ受台４０の上方には、撹拌機能を兼ねた冷し金４６が駆動部４８を介して取り外し可能に配置される。冷し金４６は、溶湯１２として使用される、例えば、アルミニウム溶湯の溶湯温度で溶けない材質、例えば、銅やステンレス等により構成されている。
【００１０】
射出装置２６は装置本体５０を備え、この装置本体５０には、タイロッド５２を介して金型５４が開閉自在に装着されている。装置本体５０には、金型５４内の図示しないキャビティに連通する射出スリーブ２４が設けられており、この射出スリーブ２４の上部側には、スラリー投入用開口部５６が形成される。射出スリーブ２４内にはプランジャ５８の端部が挿入されており、このプランジャ５８が、前記射出スリーブ２４内で矢印Ｂ方向に進退可能である。
【００１１】
装置本体５０には、射出スリーブ２４の開口部５６から半凝固金属２０に向かって冷却媒体、例えば、冷却エアを噴射する冷却媒体噴射機構６０が装着される。図３に示すように、冷却媒体噴射機構６０は、装置本体５０に固着される上側取り付け台６２と下側取り付け台６４とに支持されて鉛直方向に互いに平行に延在するガイドロッド６６ａ、６６ｂを備え、前記ガイドロッド６６ａ、６６ｂには、ロッドレスシリンダ７０が上下方向に進退自在に支持される。
【００１２】
ロッドレスシリンダ７０には、支持ブロック７２を介して噴射部７４が固着されており、前記噴射部７４には、鉛直下方向に向かって複数の銅製ノズル７６が装着される。各ノズル７６は、支持ブロック７２に固定された管体７８に一体的に連通するとともに、この管体７８が、図示しないエア供給源に接続されている。
【００１３】
多関節ロボット２８は、図１および図２に示すように、第１乃至第４撹拌機３８ａ〜３８ｄの配列方向（矢印Ｂ方向）に延在するレール８０に沿って進退自在である。この多関節ロボット２８の手首部８２には、るつぼ１８の係止部８４を把持して前記るつぼ１８を片持ち保持可能な把持部８６が設けられている。
【００１４】
このように構成される製造システム１０の動作について、本実施形態に係る射出方法との関連で、図４に示すフローチャートに沿って以下に説明する。
【００１５】
まず、溶湯保持炉１４内で溶湯１２が６５０℃程度に加熱保持された状態で、溶湯汲み出しロボット１６が駆動される。この溶湯汲み出しロボット１６では、アーム３２の作用下にラドル３４が溶湯保持炉１４内に挿入され、このラドル３４が傾動することにより１ショット分の溶湯１２が該ラドル３４により汲み出される。溶湯１２を汲み出したラドル３４は、注湯位置に移動される一方、この注湯位置には、多関節ロボット２８が把持部８６により空のるつぼ１８を保持して配置されている。
【００１６】
そこで、ラドル３４が傾動され、多関節ロボット２８に保持されているるつぼ１８内に１ショット分の溶湯１２が注湯される。次いで、多関節ロボット２８は、るつぼ１８を第１〜第４撹拌機３８ａ〜３８ｄの所定の位置、例えば、前記第１撹拌機３８ａを構成するるつぼ受台４０に挿入する。るつぼ受台４０では、ヒータ（図示せず）が駆動されて予め所定の温度に維持されており、るつぼ１８内の溶湯１２が周囲から一挙に冷却されることを防止している。
【００１７】
第１撹拌機３８ａでは、冷し金４６が、水分除去および冷却条件の安定化のために予め１００℃程度に加熱保持されており、前記冷し金４６が、駆動部４８を介して比較的低速で所定方向に回転しながらるつぼ１８内の溶湯１２中に浸漬される。その後、駆動部４８の作用下に冷し金４６が溶湯１２中で回転速度を上げることにより、この溶湯１２を冷却しながら迅速に撹拌する。
【００１８】
冷し金４６が、予め設定された時間だけ、あるいはスラリー供給信号が入力されるまで溶湯１２の撹拌を行った後、この冷し金４６が回転しながらるつぼ１８から引き上げられる。このため、るつぼ１８内には、全体的に一定温度に保持された半凝固金属２０が得られる。
【００１９】
一方、多関節ロボット２８は、第１〜第４撹拌機３８ａ〜３８ｄの中、所望のスラリー状態に冷却および撹拌された半凝固金属２０を有する攪拌機、例えば、第４撹拌機３８ｄに対応して移動される。第４撹拌機３８ｄでは、駆動部４８が上方に待機するとともに、冷し金４６が取り外されており、多関節ロボット２８は、この第４撹拌機３８ｄのるつぼ受台４０に配置されているるつぼ１８を把持し、このるつぼ１８を前記第４撹拌機３８ｄから取り出す。
【００２０】
多関節ロボット２８は、このるつぼ１８を射出装置２６の開口部５６に対応して水平姿勢に配置する。そして、図５に示すように、手首部８２の回転作用下に把持部８６と一体的にるつぼ１８が反転し、このるつぼ１８内の半凝固金属２０が開口部５６から射出スリーブ２４内に落下投入される（図４中、ステップＳ１）。半凝固金属２０が、射出スリーブ２４内に導入されたことが確認されると（ステップＳ２中、ＹＥＳ）、ステップＳ３に進んで冷却媒体噴射機構６０が駆動される。
【００２１】
この冷却媒体噴射機構６０では、図６に示すように、ロッドレスシリンダ７０の駆動作用下に支持ブロック７２と一体的に噴射部７４が鉛直下方向に移動し、この噴射部７４が射出スリーブ２４の開口部５６に近接して配置される。この状態で、図示しないエア供給源から管体７８に冷却エアが供給されると、この管体７８に連通する各ノズル７６の先端から開口部５６を介して半凝固金属２０に向かって冷却エアが噴射される。
【００２２】
冷却エアの噴射が所定時間だけ、具体的には、６．０秒間だけ行われると（ステップＳ４中、ＹＥＳ）、冷却媒体噴射機構６０からの冷却エアの噴射が停止される一方、プランジャ５８を介して射出スリーブ２４内の半凝固金属２０の射出が開始される（ステップＳ５）。
【００２３】
その際、図７に示すように、冷却媒体噴射機構６０では、ロッドレスシリンダ７０がガイドロッド６６ａ、６６ｂに沿って鉛直上方向（矢印Ｃ方向）に退避されるとともに、プランジャ５８が射出スリーブ２４内に進出する（矢印Ｂ１方向）。これにより、射出スリーブ２４内の半凝固金属２０が金型５４内に形成されている図示しないキャビティに充填され、金属成形品が射出成形される。
【００２４】
この場合、本実施形態では、射出スリーブ２４に半凝固金属２０が投入された後、冷却媒体噴射機構６０が駆動され、前記射出スリーブ２４の開口部５６から前記半凝固金属２０に向かって冷却エアが所定の時間だけ噴射される。このため、射出スリーブ２４内の半凝固金属２０は、開口部５６側の表面が強制的に冷却され、この表面が急速に硬化する。
【００２５】
従って、プランジャ５８の押圧作用下に、射出スリーブ２４内の半凝固金属２０を金型５４に形成された図示しないキャビティに充填する際、この半凝固金属２０が前記射出スリーブ２４の開口部５６から外部に溢れ出ることを有効に阻止することができる。これにより、充填不足による成形不良の発生を確実に回避し、安定した品質の金属成形品を効率的に得ることが可能になるという効果が得られる。
【００２６】
しかも、冷却媒体噴射機構６０を介して射出スリーブ２４内の半凝固金属２０が強制的に冷却されるため、この半凝固金属２０の硬化時間を一挙に削減することができる。このため、金属成形品の成形用サイクルタイムの短縮化を図ることが可能になるという利点がある。
【００２７】
ここで、アルミニウム合金を５９０℃で射出スリーブ２４内に投入し、−５℃／秒の冷却条件で５６０℃（下限値）まで冷却する場合、冷却媒体噴射機構６０による冷却エアの噴射時間は、２．５秒〜６．０秒の範囲内に設定されている。この噴射時間が２．５秒以下であると、半凝固金属２０の表面が有効に硬化されず、射出時に前記半凝固金属２０が外部にこぼれ出るおそれがある。一方、噴射時間が６．０秒以上であると、半凝固金属２０の硬化が進行してしまい、キャビティへの充填不良が惹起されるおそれがある。
【００２８】
また、本実施形態では、複数のノズル７６を備えるとともに、前記ノズル７６が銅により構成されている。従って、前記ノズル７６を自由に屈曲させることによってエアの流れを調整することができ、半凝固金属２０の冷却機能を有効に維持することが可能になる。
【００２９】
なお、本実施形態では、装置本体５０にロッドレスシリンダ７０を介して昇降自在な冷却媒体噴射機構６０を用いているが、必要に応じて、図８に示すように、可搬式の冷却媒体噴射機構１００を用いてもよい。
【００３０】
この冷却媒体噴射機構１００は、管体１０２の一端部に把持用グリップ１０４が設けられるとともに、前記管体１０２の他端部にフレーム管体１０６を介して複数のノズル１０８が設けられている。各ノズル１０８は、フレーム管体１０６から管体１０２を介してエアホース１１０に連通し、前記エアホース１１０には図示しないエア供給源が接続されている。
【００３１】
このように構成される冷却媒体噴射機構１００では、作業者がグリップ１０４を把持し、ノズル１０８を射出スリーブ２４の開口部５６に近接して配置した状態で、図示しないエア供給源からエアホース１１０を介して前記ノズル１０８から冷却エアを噴射させる。これにより、射出スリーブ２４内に投入された半凝固金属２０は、開口部５６から噴射される冷却エアを介して強制的に冷却され、その表面が迅速に硬化することになる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る半凝固金属の射出方法および装置では、射出スリーブに半凝固金属が導入された後、この射出スリーブの開口部から前記半凝固金属に向かって冷却媒体が噴射されるため、前記半凝固金属の表面が強制的に冷却されて硬化する。従って、半凝固金属をキャビティに充填する際に、前記半凝固金属の充填不足を有効に回避することができ、高品質な金属成形品を効率的に得ることが可能になる。
【００３３】
しかも、射出スリーブ内の半凝固金属が冷却媒体の噴射によって迅速に冷却されるため、サイクルタイムを一挙に短縮することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半凝固金属の射出装置を組み込む製造システムの概略斜視説明図である。
【図２】前記製造システムの平面説明図である。
【図３】前記製造システムに組み込まれる射出装置の斜視説明図である。
【図４】前記射出方法を説明するフローチャートである。
【図５】前記射出装置を構成する射出スリーブ内に半凝固金属が投入される際の動作説明図である。
【図６】前記射出スリーブの開口部から前記半凝固金属に冷却エアを噴射する際の動作説明図である。
【図７】前記半凝固金属をキャビティに充填する際の動作説明図である。
【図８】他の構成を有する冷却媒体噴射機構の斜視説明図である。
【符号の説明】
１０…製造システム              １２…溶湯
１４…溶湯保存炉                １６…溶湯汲み出しロボット
１８…るつぼ                    ２０…半凝固金属
２２…半凝固金属製造機構        ２４…射出スリーブ
２６…射出装置                  ２８…多関節ロボット
５０…装置本体                  ５４…金型
５６…開口部                    ５８…プランジャ
６０、１００…冷却媒体噴射機構  ７０…ロッドレスシリンダ
７４…噴射部                    ７６、１０８…ノズル
７８、１０２…管体              ８６…把持部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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