(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料供給装置（１４）から原料チップ（１０）が供給される加熱容器（１６）と、加熱容器（１６）の底部を構成する受圧台（１８）と、受圧台（１８）と対面した位置に配置されるとともに受圧台（１８）に接触及び離隔可能であるピストン（２０）と、により密閉状態を形成可能な溶解部（２２）が構成され、
前記加熱容器（１６）は、加熱手段（３２）を有し、
前記ピストン（２０）又は／及び前記受圧台（１８）に、渦巻き状の誘導加熱コイルあるいは電気式プレートヒータからなる第１の加熱手段（２６）を内設し、
該溶解部（２２）は、密閉状態でのピストン（２０）による前記原料チップ（１０）の加圧及び圧縮下において、加熱手段（３２）及び前記第１の加熱手段（２６）による加熱により、原料チップ（１０）を溶解させるようにしたことを特徴とする軽金属用射出成形装置。
【請求項２】
溶解された溶湯を受圧台（１８）に形成された流路（１８ａ）を介して射出スリーブ（２４）内に供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載の軽金属用射出成形装置。
【請求項３】
前記原料供給装置（１４）には、原料チップ（１０）を固相線温度程度まで予熱可能な第２の加熱手段（３０）が設けられていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の軽金属用射出成形装置。
【請求項４】
射出スリーブ（２４）内に配置される射出用プランジャ（２８）が、流路（１８ａ）と射出スリーブ（２４）との連通及び遮断を切換えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軽金属用射出成形装置。
【請求項５】
原料チップ（１０）が供給される加熱容器（１６）と、加熱容器（１６）の底部を構成する受圧台（１８）と、から溶解部（２２）が構成され、
原料供給装置（１４）から原料チップ（１０）を加熱容器（１６）に供給し、加熱容器（１６）の底部を構成する受圧台（１８）と対面した位置に配置されるとともに受圧台（１８）に接触及び離隔可能であるピストン（２０）を受圧台（１８）方向に移動させることにより、溶解部（２２）の加熱容器（１６）内に収容された原料チップ（１０）を密閉状態で加圧及び圧縮するとともに加熱容器（１６）による加熱により溶解させるようにし、
加熱容器（１６）内で溶解された溶湯を、射出用プランジャ（２８）を後退させることにより受圧台（１８）を貫通する流路（１８ａ）と射出スリーブ（２４）とを連通させて射出スリーブ（２４）に充填するようにしたことを特徴とする軽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、アルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽合金用射出成形装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の軽金属用射出成形装置としてはダイカスト法があり、ダイカスト法は、原料となる軽合金インゴットを溶解し保持する溶解炉と、電磁ポンプ式、ピストンポンプ式、ラドル式等の溶湯供給装置と、溶湯を射出するためのスリーブ及びプランジャなどから構成される。ダイカスト法において、図８(ａ)、（ｂ）に示されるように、スリーブ４０及びプランジャ４２が溶解炉外部に設置され、溶湯給湯装置４４を使用して溶解炉から溶湯を汲み取りあるいはポンプ輸送してスリーブ４０内に供給するものをコールドチャンバ方式と呼び、図９（ａ）、（ｂ）に示されるように、スリーブ４０及びプランジャ４２が溶解炉４６内部に設置され、溶湯給湯装置を必要としないものをホットチャンバ方式と呼ぶ。
【０００３】
ダイカスト法では、溶解炉４６内に蓄積された溶湯は、コールドチャンバ方式の場合には溶湯供給装置４４によって、またホットチャンバ方式の場合にはプランジャ４２の後退動作によって、それぞれスリーブ４０内に供給される。そして、スリーブ４０内の溶湯は、プランジャ４２を高速で前進させることによって、金型４８内に射出、充填される。溶解炉４６内の溶湯は、その減少量に応じて、適宜、予熱された原料インゴットを溶解炉４６へ供給することにより補充される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のダイカスト法では、多量の溶湯を溶解、保持するための高温度に維持された溶解炉４６を必要とし、この溶解炉４６に原料インゴットを供給する際、あるいはラドル式の溶湯供給装置４４を使用する際には、溶解炉４６内の溶湯が大気に曝されることになる。溶湯が大気と接触すると、溶湯と大気が反応して酸化物などの不純物が溶解炉４６内の溶湯へ混入することになり、そのため、ダイカスト法では、溶湯の取扱いに煩雑さがあり、酸化物などの不純物を定期的に除去する必要がある。特に、成形材料としてマグネシウム合金を用いる場合には、溶湯状態にあるマグネシウム合金は大気中の酸素と激しく燃焼反応するため、これを防止するために地球温暖化係数の高いＳＦ６ガスを溶解炉４６内に供給する必要がある。このような不純物などの副生成物を除去する作業は、高温度に保持された溶解炉４６の間近で行う必要があり、作業環境の悪化は避けられず、さらに作業者には熟練度を要求するものである。また、不純物の定期的な除去作業が行われなかった場合には、成形品内に不純物が混入することによって、不良率が増加するなどの不具合が生じる。
【０００５】
上記問題点である多量の溶湯と大気とが直接接触することを避けたものとして、特開２０００−１４１００７公報に示されるものがある。これに示されるものは、ホッパに収容されたペレット状の金属材料を、ホッパに連結したバレル内に送り込み、バレル外周に設けられたヒータによる加熱とバレル内に配置されたスクリュの回転により溶融／半溶融状態にし、この溶湯を金属材料連絡通路を経てピストン前方の金属材料保持室に送り込み、金属材料保持室に送り込まれた溶湯の量をピストンの移動量で計量し、所望の量の溶湯が金属材料保持室に送り込まれると、ピストンを前進移動させて金型に連通する射出スリーブに溶湯を移送するものである。
【０００６】
このように、現状のチクソモールデイング射出成形機と同様に、金属材料の溶解は、バレルとスクリュで構成された空間内で行なわれるものであるため、多量の溶湯と大気とが直接接触することはないが、大気を完全に遮断した密閉状態で溶解が行なわれるとは限らない。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためのものである。
【０００８】
【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、多量の溶湯を溶解、保持する溶解炉を具備することなく、必要最小限度の原料を大気と隔離された密閉空間内で溶解してスリーブ内に供給することによって、成形作業者の安全性の確保と作業環境の改善を図るものであり、さらに成形良品率及び生産性の向上を図ることができる軽金属用射出成形装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明のうちで請求項１記載の発明では、原料供給装置（１４）から原料チップ（１０）が供給される加熱容器（１６）と、加熱容器（１６）の底部を構成する受圧台（１８）と、受圧台（１８）と対面した位置に配置されるとともに受圧台（１８）に接触及び離隔可能であるピストン（２０）と、により密閉状態を形成可能な溶解部（２２）が構成され、
前記加熱容器（１６）は、加熱手段（３２）を有し、
前記ピストン（２０）又は／及び前記受圧台（１８）に、渦巻き状の誘導加熱コイルあるいは電気式プレートヒータからなる第１の加熱手段（２６）を内設し、
該溶解部（２２）は、密閉状態でのピストン（２０）による前記原料チップ（１０）の加圧及び圧縮下において、加熱手段（３２）及び前記第１の加熱手段（２６）による加熱により、原料チップ（１０）を溶解させるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
本発明のうちで請求項２記載の発明では、溶解された溶湯を受圧台（１８）に形成された流路（１８ａ）を介して射出スリーブ（２４）内に供給するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のうちで請求項３記載の発明では、前記原料供給装置（１４）には、原料チップ（１０）を固相線温度程度まで予熱可能な第２の加熱手段（３０）が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明のうちで請求項４記載の発明では、射出スリーブ（２４）内に配置される射出用プランジャ（２８）が、流路（１８ａ）と射出スリーブ（２４）との連通及び遮断を切換えることを特徴とする。
【００１３】
本発明のうちで請求項５記載の発明では、原料チップ（１０）が供給される加熱容器（１６）と、加熱容器（１６）の底部を構成する受圧台（１８）と、から溶解部（２２）が構成され、原料供給装置（１４）から原料チップ（１０）を加熱容器（１６）に供給し、加熱容器（１６）の底部を構成する受圧台（１８）と対面した位置に配置されるとともに受圧台（１８）に接触及び離隔可能であるピストン（２０）を受圧台（１８）方向に移動させることにより、前記溶解部（２２）の加熱容器（１６）内に収容された原料チップ（１０）を密閉状態で加圧及び圧縮するとともに加熱容器（１６）による加熱により溶解させるようにし、
加熱容器（１６）内で溶解された溶湯を、射出用プランジャ（２８）を後退させることにより受圧台（１８）を貫通する流路（１８ａ）と射出スリーブ（２４）とを連通させて射出スリーブ（２４）に充填するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
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。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の第１の実施の形態を示す。
【００１６】
ホッパ１２に原料となる軽合金からなる原料チップ１０が貯留されており、ホッパ１２は原料供給装置１４に接続されている。原料供給装置１４には、スクリュ１４ａが設けられており、原料供給装置１４に供給された原料チップ１０は、スクリュ１４ａの回転により後述する加熱容器１６に搬送される。原料供給装置１４の外周部には電気ヒータ３０（加熱手段）が設けられており、原料供給装置１４内を搬送される原料チップ１０は、電気ヒータ３０により固相線温度程度まで予熱される。
【００１７】
原料供給装置１４の先端に加熱容器１６が連結されており、加熱容器１６は、これの外周に設けられた誘導加熱ヒータあるいは電気ヒータなどの加熱手段３２により原料チップ１０の加熱溶解保持を行うことが可能である。加熱容器１６の底部は受圧台１８が構成されており、加熱容器１６内の受圧台１８と対面した位置に、受圧台１８に接触及び離隔可能にピストン２０が配置されている。受圧台１８及びピストン２０には、渦巻き状の誘導加熱コイルあるいは電気式プレートヒータなどの加熱手段２６が内設されている。加熱容器１６、受圧台１８及びピストン２０により溶解部２２が構成され、加熱容器１６の加熱手段３２と受圧台１８及びピストン２０の加熱手段２６とにより原料チップ１０を液相線温度程度に保持可能である。したがって、溶解部２２は、ピストン２０にて原料チップ１０を加圧及び圧縮するとともに加熱手段３２及び加熱手段２６により加熱することにより密閉状態で原料チップ１０を溶解可能である。
【００１８】
受圧台１８には、加熱容器１６と射出スリーブ２４とを連通する流路１８ａが貫通しており、この流路１８ａを通って加熱容器１６内の溶湯が射出スリーブ２４内に供給される。射出スリーブ２４内には射出用プランジャ２８が設けられており、射出用ブランジャ２８が受圧台１８の真下（以下、遮断位置という）に位置するとき流路１８ａの下端部を塞いで流路１８ａを遮断し、流路１８ａから離隔したときに流路１８ａを開放する。射出用スリーブ２４の先端には金型３６が連結されている。
【００１９】
図２に基づいて第１の実施の形態の動作を説明する。
【００２０】
ステップ１：図２に示されるように、まず、射出用プランジャ２８を遮断位置に位置させて流路１８ａを塞いでおく。次に、ホッパ１２から原料供給装置１４に原料チップ１０を供給するが、このとき、ホッパ１２の上部あるいはホッパ１２と原料供給装置１４の連結部から不活性ガスとしてＡｒガスを供給することによって予熱、溶解過程での原料の酸化を防止する。原料供給装置１４内に供給された原料チップ１０を、スクリュ１４ａをショット重量に応じた所定の時間だけ回転させることによって加熱容器１６内へ供給する。このとき、原料供給装置１４内を搬送中の原料チップ１０は電気ヒータ３０の加熱により固相線温度程度まで予熱される。
【００２１】
ステップ２：図３に示されるように、加熱容器１６内へ１ショット分の原料チップ１０を収容した後、ピストン２０を受圧台１８方向に移動させて原料チップ１０を加圧、圧縮するとともにピストン２０及び受圧台１８の加熱手段２６と加熱容器１６の加熱手段３２により所定の温度まで加熱する。原料チップ１０の溶解はピストン２０の変位量によって確認する。すなわち、チップ状原料のかさ密度は、原料真密度の約５０％程度であるため、原料がチップ状態であるときの堆積原料高さを１とした場合、原料が溶湯状態になった場合には、堆積原料高さは約１／２となるので、ピストン２０の変位量をもって原料チップ１０の溶解を確認することができる。
【００２２】
ステップ３：図４に示されるように、原料チップ１０の溶解後、射出用プランジャ２８が図の位置（以下、最後退位置という）まで後退する。これにより、流路１８ａが開放されるため、加熱容器１６内の溶湯が射出スリーブ２４に供給される。
【００２３】
ステップ４：図５に示されるように、ピストン２０が受圧台１８に接触する位置まで移動した時点でピストン２０での加圧を終了する。この時点で、射出スリーブ２４への溶湯の供給が完了し、射出用プランジャ２８が前進運動を開始する。射出用プランジャ２８の前進運動は、通常のコールドチャンバ式ダイカスト機と同様に、射出スリーブ２４内の充填率に応じてプランジャ速度を制御しながら金型３６内へ溶湯を充填させる。
【００２４】
ステップ５：図６に示されるように、射出用プランジャ２８が設定された最前進位置に移動した時点で金型３６内への溶湯の充填が完了する。
【００２５】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００２６】
本発明に基づく射出成形装置（型締め力４５０トン）を使用し、射出重量１．０ｋｇの自動車部品をマグネシウム合金ＡＭ５０Ａ材を用いて、下記の成形条件にて成形する。
【００２７】
成形条件原料チップ１０予熱温度：５３０℃溶解部２２温度（ピストン２０及び受圧台１８）：６３０℃金型３６温度：２００℃射出溶プランジャ２８射出速度：低速０．５ｍ／ｓ、高速３．５ｍ／ｓ成形サイクル：２９ｓ
【００２８】
なお、成形サイクルに関しては、１サイクル内に占める各工程の時間割合は、図７に示すように、型閉じ：２ｓ、射出用プランジャ２８後退Ｂ及び給湯：０．５ｓ、射出保圧（射出プランジャ前進）：１ｓ、射出用プランジャ２８後退Ａ０．５ｓ、原料チップ１０供給５ｓ、圧縮・溶解：２０ｓ。前述のプランジャ２８後退から圧縮・溶解までの間に、金型３６側では、型開き：２ｓ、製品突き出し：０．５ｓ、離型材噴霧：４ｓが行なわれ、この後、最初の型閉じに移行する。
【００２９】
＜実験結果＞
上記条件によって成形したところ、溶解部２２には酸化物などの不純物の生成は観察されず、また不純物が成形品内に混入して発生する不良品は皆無であった。
【００３０】
【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、原料供給装置（１４）から原料チップ（１０）が供給される加熱容器（１６）と、加熱容器（１６）の底部を構成する受圧台（１８）と、受圧台（１８）と対面した位置に配置されるとともに受圧台（１８）に接触及び離隔可能であるピストン（２０）と、により密閉状態を形成可能な溶解部（２２）が構成され、前記加熱容器（１６）は、加熱手段（３２）を有し、前記ピストン（２０）又は／及び前記受圧台（１８）に、渦巻き状の誘導加熱コイルあるいは電気式プレートヒータからなる第１の加熱手段（２６）を内設し、該溶解部（２２）は、密閉状態でのピストン（２０）による前記原料チップ（１０）の加圧及び圧縮下において、加熱手段（３２）及び前記第１の加熱手段（２６）による加熱により、原料チップ（１０）を溶解させる構成により、多量の溶湯を溶解、保持する溶解炉を具備する必要がなくなり、必要最小限度の原料チップ（１０）を大気に曝すことなく密閉状態で溶解することができる。
【００３１】
また、加熱容器（１６）、受圧台（１８）及びピストン（２０）によって構成される密閉状態を形成可能な溶解部（２２）で原料チップ（１０）を溶解する構成としたことにより、多量の溶湯を溶解、保持する溶解炉を具備する必要がなくなり、必要最小限度の原料チップ（１０）を大気に曝すことなく密閉状態で溶解し、射出スリーブ（２４）内に供給することが可能となる。これにより、ダイカスト法において問題となる防燃ガス（ＳＦ６ガス）が不要となるばかりでなく、溶湯と大気が反応して生じる酸化物などの不純物を生成させることなく軽金属原料を溶解することが可能となるため、成形品内に不純物が混入することによる不良率が低下する。
【００３２】
さらに、ピストン（２０）によって原料チップ（１０）を加圧、圧縮することにより、ピストン（２０）表面及び受圧台（１８）表面と原料チップ（１０）との伝熱係数が向上するとともに、原料チップ（１０）が塑性変形して塊状となり、原料チップ（１０）の熱伝導率が増加するため、原料チップ（１０）が溶解するまでの時間を短縮することが可能となる。
【００３３】
また、ピストン（２０）及び受圧台（１８）に内設した誘導加熱コイルあるいは電気式プレートヒータによる第１の加熱手段（２６）により、短時間に大量の原料チップ（１０）を溶解することが可能となる。
【００３４】
本発明のうちで請求項２記載の発明は、溶解された溶湯を受圧台（１８）に形成された流路（１８ａ）を介して射出スリーブ（２４）内に供給するようにしたので、溶湯の射出スリーブ（２４）への供給を円滑に行うことができる。
【００３５】
また、本発明のうちで請求項３記載の発明は、請求項１又は２のいずれか１項に記載の発明において、原料供給装置（１４）に設けた加熱手段（３０）により原料チップ（１０）をこれの固相線温度程度まで予熱した状態で溶解部（２２）へ供給することができるため、溶解時間をさらに短縮することが可能となる。
【００３６】
また、本発明のうちで請求項４記載の発明は、請求項１〜３のうちいずれか１項記載の発明において、射出用プランジャ（２８）を遮断位置すなわち流路（１８ａ）を塞ぐ位置に配置することにより溶解部（２２）から射出スリーブ（２４）への溶湯の供給を防止することができ、射出用プランジャ（２８）を最後退位置すなわち流路（１８ａ）を開放する位置に配置することにより溶解部（２２）から射出スリーブ（２４）に溶湯を供給することができる。
【００３７】
また、本発明のうちで請求項５記載の発明は、原料チップ（１０）が供給される加熱容器（１６）と、加熱容器（１６）の底部を構成する受圧台（１８）と、から溶解部（２２）を構成し、原料供給装置（１４）から原料チップ（１０）を加熱容器（１６）に供給し、ピストン（２０）を受圧台（１８）方向に移動させることにより、原料チップ（１０）を加圧及び圧縮するとともに前記溶解部（２２）の加熱容器（１６）による加熱により溶解し、射出用プランジャ（２８）を最後退位置に後退させることにより流路（１８ａ）と射出スリーブ（２４）とを連通させて溶解した溶湯を射出スリーブ（２４）に充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施の形態の概略構造を示す断面図である。
【図２】  溶解部へ原料チップを供給する状態を示す図である。
【図３】  原料チップを溶解する状態を示す図である。
【図４】  溶湯を射出シリンダに供給する状態を示す図である。
【図５】  溶解部から射出シリンダへの溶湯の供給完了時の状態を示す図である。
【図６】  溶湯を金型に充填した状態を示す図である。
【図７】  実施例の１成形サイクル内に占める各工程の時間割合を示す図である。
【図８】  コールドチャンバ式ダイカスト法の概略構造図であり、（ａ）は溶湯供給時、（ｂ）は成形時の状態を説明する図である。
【図９】  ホットチャンバ式ダイカスト法の概略構造図であり、（ａ）は溶湯供給時、（ｂ）は成形時の状態を説明する図である。
【符号の説明】
１０  原料チップ
１４  原料供給装置
１６  加熱容器
１８  受圧台
１８ａ  流路
２０  ピストン
２２  溶解部
２４  射出スリーブ
２６  第１の加熱手段
３０  第２の加熱手段
【図１】
0003824554.tif 000002
【図２】
0003824554.tif 000003
【図３】
0003824554.tif 000004
【図４】
0003824554.tif 000005
【図５】
0003824554.tif 000006
【図６】
0003824554.tif 000007
【図７】
0003824554.tif 000008
【図８】
0003824554.tif 000009
【図９】
0003824554.tif 000010