JP2004050269A - Injection device for light metal injection molding machine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an injection device in which the feed, fusion and injection of a light metal material can efficiently be performed, the maintenance and inspection are facilitated, and the oxidation of a magnesium alloy material can easily be suppressed. <P>SOLUTION: The injection device 100 for a light metal injection molding machine is provided with a material feeder 20 of replenishing a billet 101, an injection driving apparatus 40 of inserting the replenished billet 101 into an injection cylinder part 10, and the injection cylinder part 10 of fusing the inserted billet 101 from the tip side. Then, the injection driving apparatus 40 injects molten metal 102 by gradually advancing the billet 101. In particular, the injection cylinder part 10 is provided with a fusing zone 111 of heating the billet 101 and forming the molten metal 102, a cooling zone 112 of keeping the billet 101 to a nonsoftened state and cooling the same, and a sealing zone 113 located between the fusing zone 111 and and the cooling zone 112, solidifying the molten metal 102 around the billet 101 and forming a self-seal 103. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛等の軽金属合金材料を融解し、その溶湯を金型に射出して成形する軽金属射出成形機の射出装置に関し、特に、円柱短棒形状のビレットに形成された軽金属材料を射出シリンダに直接供給して融解し、その溶湯をその未融解のビレットによって射出する軽金属射出成形機の射出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、軽金属合金の成形は、ホットチャンバ方式と、コールドチャンバ方式とで代表されるダイカスト法によって行われていた。特に、マグネシウム合金の成形は、上記ダイカスト法の他にチクソモールド法によって行われていた。
【0003】
ダイカスト法は、軽金属材料をあらかじめ融解炉中で融解してその溶湯を射出装置の射出シリンダに供給し、プランジャによって射出シリンダ中の溶湯を押し出して金型に注入する成形方法である。この方式では、高温の溶湯が射出シリンダに安定して供給される。特に、ホットチャンバ方式では、射出シリンダが金属溶湯の貯留された融解炉中に配置されるので、溶湯が安定して金型に供給される。また、コールドチャンバ方式では、射出シリンダが融解炉とは個別に配置されて射出装置の保守点検が容易である。
【0004】
一方、チクソモールド法は、小粒のペレット形状のマグネシウム材料をスクリュウの回転による材料の剪断熱と加熱装置による加熱とによって半溶融状態に融解して、その溶湯を射出する成形方法である。その射出装置は、一般的につぎのような2種類の装置のいずれかに構成される。1つは、特許3258617号公報に開示されるように、材料を半溶融状態に融解する押し出しシリンダと、その溶湯をプランジャによって射出する注湯シリンダとを備える。もう1つは、基本的にインラインスクリュウ成形機と同じ構成の装置で、融解と射出を1個のシリンダで行う装置に構成される。一般的には、後者の構成が主流であるが、いずれにしても、この成形機にはダイカスト法に必要な融解炉が不要である。
【0005】
ところが、上記成形法には、つぎのような改良されるべき課題がある。まず、ダイカスト法では、大容量の融解炉が使用されるために成形品の大きさに比べて大容量の溶湯が必要とされ、多量の溶湯を所定の加熱状態に維持するために成形運転中のランニングコストが大きくならざるを得ない。また、温度の昇降に多大な時間を必要とするので、融解炉の保守作業が1日がかりの作業にならざるを得ない。加えて、特にマグネシウム合金が使用される場合には、マグネシウムが非常に酸化されやすく、特に溶融状態にあるときに非常に発火しやすいことから、溶湯の発火防止対策は当然のこととして充分な酸化防止対策が必要である。このため、融解炉中に防燃フラックスや不活性ガスが多量に注入されるが、この対策によってもマグネシウム合金の酸化物を主とするスラッジの発生を充分に抑えることができず、融解炉中のスラッジを時折除去する保守作業が欠かせない。また、プランジャが使用されるので射出シリンダとプランジャの摩耗が発生して、それらの保守点検、交換が煩わしい。
【0006】
また、チクソモールド法では、材料の融解がスクリュウを回転することによって行われるため、材料を所望の半溶融状態に安定して融解させることが必ずしも容易ではない。特にインラインスクリュウ方式の成形機では、スクリュウを後退させながら同時に計量を行うので、半溶融状態の溶湯を一定密度に安定して計量することがさらに難しい。溶湯の粘度と融解する直前の半溶融状態の溶湯の粘度とに大きな差があるために、機械的な回転運動である混練、剪断加熱の効率が粘度に多いに影響されるところから、最適な融解条件に調整することが難しいからである。加えて、スクリュウが回転するのでスクリュウ、射出シリンダの摩耗が発生しやすい。また、成形材料がペレット状でその表面積が体積に比べて大きいために酸化しやすく、その材料の取り扱いに配慮する必要がある。
【0007】
上記の状況下、別異の射出装置が特開平05−212531号公報によって提案されている。この射出装置は、成形型側(前方側)の高温側シリンダ部と、後方側の低温側シリンダ部と、その間の断熱シリンダ部とからなる射出シリンダを備え、あらかじめ円柱棒状に成形された成形材料を前記射出シリンダに挿入して高温側シリンダ部で融解し、前記未溶融の成形材料によってこの溶湯を射出する装置である。プランジャではなく成形材料自体で射出するところから、この成形材料は、自己消費型プランジャと呼称されている。このような射出装置は、融解炉を備えないので、射出装置周りを簡素にすることができるとともに効率的な融解を可能にする。また、プランジャを備えないので射出シリンダの摩耗低減や短時間の保守点検などを可能にする。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記先願公報は、成形材料の長さ形状について、およびその成形材料の供給について説明していない。また、上記先願公報は、つぎのような現象が発生する虞が多分にあるにも拘わらずその解決策を開示していない。その現象は、この射出装置で軽金属材料を使用して成形する場合に発生する現象で、射出時に高圧で低粘度の溶湯が射出シリンダと自己消費型プランジャの隙間に詰め込まれて固化する結果、自己消費型プランジャの前後方向への移動が阻害されて射出動作が不能になる現象である。自己消費型プランジャが射出の際に高速高圧で前進するときに、溶湯が上記隙間にバックフローして固化して、その固化物が自己消費型プランジャの直径を太くする。しかも、その固化物が、射出動作の度に破壊、再形成されて、より強固な固化物がプランジャに沿って広範囲に成長する。その結果、熱膨張による拡径とも相俟ってやがて固化物が射出シリンダ内壁に高圧で当接して摩擦抵抗を著しく増大させて、上記現象が発生するのである。
特に薄肉で複雑形状の成形品を射出成形する場合には、射出が高速、高圧で行われるので、上記現象の発生がより顕著になる。
【0009】
また、同一出願人によってその後に出願された特開平5−238765号公報や特開平5−254858号公報も、主としてガラス成形のための射出装置におけるかじり防止技術を開示するものであることから、軽金属成形における上記問題点を解決していない。なぜなら、このかじり防止技術は、シリンダ側または成形材料(自己消費型プランジャ)側に多数の溝もしくは螺旋溝を形成することによって、成形材料の冷却を促進するか、あるいは軟化による成形材料の拡径と変形を吸収する技術であるからである。ガラスの成形では、ガラスが比較的広い温度範囲での高粘度の軟化状態を呈するので溶湯が上記溝をすぐに埋めることがなく、上記作用効果が確かに得られると思われる。しかし、軽金属材料の成形では、溶湯が上記溝にすぐに充満してそれが広範囲に固化してしまうので、その溝が冷却溝としてあるいは変形の吸収溝として機能しない。軽金属特有の小さい熱容量および融解熱(潜熱)と高い熱伝導率とによって軽金属が速やかに融解、固化すること、軟化状態を示す温度範囲が狭いこと、および、溶湯が著しく低粘度の流動性を呈することから、上記溝の作用効果がガラス成形の場合と同様には得られない。
【0010】
そこで、本発明は、新しい軽金属材料の射出装置を開示することによって、射出シリンダに軽金属材料を簡易に補給して効率的に融解することができるとともにその溶湯をバックフローさせることなく射出することができる軽金属材料の射出装置を提案することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の軽金属射出成形機の射出装置(100)は、軽金属材料からなる円柱短棒形状のビレット(101)を射出シリンダ(11)の後端側から挿入し、前方に移動した前記ビレットを前記射出シリンダ中で融解して、融解した溶湯(102)を未融解の前記ビレットによって射出する軽金属射出成形機の射出装置において、
前記射出装置が、複数本の前記ビレットを貯留するとともに前記射出シリンダの後端側に前記ビレットを1本ずつ順次補給する材料供給装置(20)と、補給された前記ビレットを前記射出シリンダ中に挿入する一方、射出時に前記ビレットを累進的に前進させることによって前記溶湯を射出する射出駆動装置(40)とを備え、
前記射出シリンダが、前記射出シリンダの前方部分に位置して前記ビレットを融解して複数ショット分の前記溶湯を一時的に貯留する融解ゾーン(111)と、前記射出シリンダの後方部分に位置して前記ビレットを射出圧力によって変形しない非軟化状態に維持して冷却する冷却ゾーン(112)と、前記融解ゾーンと前記冷却ゾーンとの間に位置して前記溶湯を冷却することによって前記ビレットの外周に前記溶湯の固化物である自己シール(103)を生成するシールゾーン(113)とに区分されることを特徴とする。
【0012】
また、本発明の軽金属射出成形機の射出装置(100)において、
前記融解ゾーンと前記冷却ゾーンが、融解シリンダ(111a)と冷却シリンダ(112a)の個別の部材によって形成されて相互に部分的にのみ当接するとともに前記融解シリンダのシリンダ孔(111h)が前記冷却シリンダのシリンダ孔(112h)より大きい直径寸法に形成され、
前記シールゾーンが、前記融解シリンダと前記冷却シリンダとの間に配置されて両者に部分的に当接する小容積の冷却スリーブ(113a)によって形成されるともに前記冷却スリーブの前方に環状溝(113b)が形成されて、
前記融解シリンダが加熱ヒータ(16)によって加熱され、前記冷却スリーブが第一の冷却管(17)によって冷却され、前記冷却シリンダが第二の冷却管(18)によって冷却されることによって前記自己シールが前記環状溝に生成されるように構成しても良い。
【0013】
また、本発明の軽金属射出成形機の射出装置(100)には、前記環状溝の後方の前記冷却スリーブ中に前記環状溝より小さい副環状溝(113e)が形成されても良い。
【0014】
また、本発明の軽金属射出成形機の射出装置(100)は、前記射出シリンダの中で進退するように移動する棒部材(81)と、前記棒部材を外部から駆動する駆動装置(82)とを含む減圧装置(80)が、前記射出シリンダの先端近傍に備えられても良い。
【0015】
また、本発明の軽金属射出成形機の射出装置(100)において、前記減圧装置の前記棒部材が移動する前記射出シリンダに形成された案内孔(11g)が前記棒部材直径より数mm大径に形成され、前記棒部材をほとんど隙間のない状態で移動可能に案内するガイド部材(85)が前記案内孔に挿入されて前記案内孔が塞がれ、前記ガイド部材あるいは前記棒部材が冷却されることによって前記案内孔のガイド部材近傍に前記溶湯の固化した自己シールを生成させるシール装置(84)を備えても良い。
【0016】
なお、上記括弧内の符号は、構成要素を図面と参照するものであり、何ら本発明の構成を図面の構成に限定するものではない。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る軽金属射出成形機の射出装置が、図示実施形態を参照して説明される。図1は射出装置全体の概略構成を一部断面にて示す側面図、図2は射出シリンダ部の概略構成を示す断面図、図3は射出シリンダ部のシールゾーン周りを詳細に示す断面図である。また、図4は図1のX−X矢視図であって材料供給装置の構成を示す断面図、図5は射出駆動装置の詳細断面図、そして、図6は射出シリンダ部に取り付けられる減圧装置を示す断面図である。
【0018】
軽金属射出成形機の射出装置に供給される軽金属材料が最初に説明される。軽金属材料は、図1に示されるように、円柱の棒材を所定寸法に切断して製造された短棒材料(以下、ビレットと称される。)として供給される。101は、そのビレットである。ビレット101の外径は、熱膨張も考慮して、後に詳細に説明される射出シリンダ11のシリンダ孔の後端側内径より小さく形成される。例えば、ビレット101が内径40mmの射出シリンダ11に挿入されるマグネシウム合金である場合、その外径は、シリンダ孔の後端内径との隙間が0.1mmないし1mm、望ましくは0.2mmないしは0.5mm程度になるように形成される。それで、ビレット101は、射出シリンダ11前方から加熱されて膨張しても、射出シリンダ11のシリンダ孔に対してわずかに隙間のある状態で挿入される。一方、ビレット101の長さは、その取り扱い易さを考慮して、例えば、300mm程度に形成される。この長さは、いわゆる射出容積の10数ショットないしは数10ショット分に相当する長さである。なお、射出容積は、従来公知の成形用語であり、1ショットで成形される成形品の容積とそれに付随するスプール、ランナ等の容積、および冷却によって収縮するであろう容積の合計である。
【0019】
軽金属材料がこのようなビレット101として供給されることによって、その保管、運搬等の取り扱いが容易であることはもちろん、射出装置への材料供給も容易である。特に、ビレットがマグネシウム材料である場合には、ビレットの体積に対する表面積が小さいので、その材料がチクソモールド法で使用されるペレット材より酸化しにくい利点もある。なお、具体的に例示された上記数値は、ビレットが内径40mmの射出シリンダに挿入されるマグネシウム合金である場合の数値で、以下において例示される数値も同様な場合の数値である。
【0020】
つぎに、軽金属射出成形機の射出装置の概要が説明される。射出装置100は、図1に示されるように、射出シリンダ部10、材料供給装置20、および射出駆動装置40によって構成され、射出シリンダ部10と射出駆動装置40は、材料供給装置20を載置する中央枠90の前後に一直線上に配置される。射出駆動装置40は、後に説明される第一の駆動装置50と第二の駆動装置70とを含む。中央枠90が機台91上に移動可能に載置されたスライドベース92上に固定されることによって、射出装置100は型締装置の固定プラテン93に対して接近または離隔するように移動する。
【0021】
しかして、ビレット101は、後に詳細に説明される材料供給装置20によって射出シリンダ11の後端側に補給され、後に詳細に説明される射出駆動装置40によってそのシリンダ孔に挿入される。そして、射出シリンダ11の中程から後方に位置するビレット101が未融解のまま非軟化状態に維持され、前方に位置するビレット101が加熱ヒータによって加熱されて融解する。融解された溶湯は、未融解のビレット101を介して射出駆動装置40のプッシャ41によって押し出されて射出シリンダ11から射出される。以下、各構成部材が順次説明される。
【0022】
射出シリンダ部10の概略断面構成が図2に示され、本発明特有の細部構成が図3に示される。この射出シリンダ部10は、中央枠90に固定された中空筒状の射出シリンダ11と、その射出シリンダ11の先端(図中左端)に取り付けられて図示省略した金型に離接する従来公知の射出ノズル12と、これらを接続する接続部材13(以下ノズルアダプタ13と称される。)とから成る。これらは、図示省略されたボルトにて強固に接続固定される。固定プラテン93の厚みが薄い場合には、ノズルアダプタ13はより短く製作されたり省略されたりする。
【0023】
射出ノズル12にはノズル孔12aが、ノズルアダプタ13にはノズル孔12aより大径に拡大したノズルアダプタ孔13aが、そして、ノズルアダプタ13と射出シリンダ11にはさらに大径のシリンダ孔11aが形成される。また、シリンダ孔11aよりわずかに大きい透孔90aがシリンダ孔11aに同心に中央枠90に形成される。透孔90aとシリンダ孔11aとは、テーパ孔によって滑らかに連なる。同様に、シリンダ孔11aとノズルアダプタ孔13a、およびノズルアダプタ孔13aとノズル孔12aが、テーパ孔によって滑らかに連なる。
射出ノズル12、ノズルアダプタ13には、従来公知のバンドヒータ等の加熱ヒータ14、15が巻回され、射出シリンダ11には、その前方部分から順に、加熱ヒータ16a、16b、16cが巻回され、射出シリンダ11の後方部分には後に説明される第一の冷却管17が巻回される。そして、これら加熱ヒータあるいは冷却管の内側に熱電対からなる温度センサ19が装着され、各温度センサ19がその検出温度を加熱ヒータの温度制御装置(図示省略)あるいは冷却管の温度制御装置(図示省略)にフィードバックして、上記加熱ヒータあるいは冷却管がその内側のシリンダ部分を設定した所定の温度に加熱、あるいは冷却制御する。
【0024】
射出シリンダ11は、図3により詳細に示されるように、前方部分の融解ゾーン111と、後方部分の冷却ゾーン112と、それらのゾーンの間に配置されるシールゾーン113とに区分される。融解ゾーン111はその前方部分でビレット101を融解して複数ショット分の溶湯102を一時的に貯留する。冷却ゾーン112はビレット101を射出圧力によって変形しない程度の非軟化状態に維持するように冷却する。そして、シールゾーン113は、ビレット101の周りでバックフローした溶湯102を固化して、後に説明される自己シール103を形成する。
【0025】
より具体的には、融解ゾーン111と冷却ゾーン112は、融解シリンダ111aと冷却シリンダ112aの個別の部材から構成される。そして、融解シリンダ111aは、ある程度の長尺のシリンダに形成される。ビレット101がこのシリンダ111a中で前進する間に加熱されて、数ショット分の射出容積に見合った溶湯102が確保されるようにするためである。特に、射出容積が小さく射出サイクル(射出間隔)が長い射出成形にのみ使用される特殊仕様の射出装置では、融解シリンダ111a部が短く形成されても良い。このような融解シリンダ111aによって必要充分な量の溶湯102が安定して確保される。一方、冷却シリンダ112aは、融解シリンダ111aほど長尺に形成する必要はない。冷却シリンダ112a内に位置するビレット101が融解シリンダ111a側から加熱されても軟化しない限りにおいて、冷却シリンダ112aの長さはできるだけ短め目に設計される。もちろん、この長さの設計には、第一の冷却管17の冷却能力等が勘案される。
【0026】
一方、シールゾーン113は、冷却スリーブ113aとこのスリーブ113aに形成された環状溝113bから構成される。
【0027】
冷却スリーブ113aは、融解シリンダ111aの後端と冷却シリンダ112aの前端との間にあって両者との接触面積ができる限り小さくなるように形成された小容積の略筒状の部材から成る。この冷却スリーブ113aは、図3の射出シリンダ11の中心線から上側の図面のように、冷却シリンダ112a前端のシリンダ孔112h側(内側)に形成された内側環状凸部と、融解シリンダ111a後端のシリンダ孔111h側(内側)に挿嵌されるスリーブ部材(113a)と、それらの間に装着される冷却部材113cとから成る。冷却部材113cは、それを巻回する第二の冷却管18によって冷却される。また、冷却スリーブ113aは、図3の射出シリンダ11の中心線から下側図面のように、冷却シリンダ112a前端のシリンダ孔112h側と融解シリンダ111a後端のシリンダ孔111h側との間に装着されるスリーブ部材(113a)で構成されても良い。そして、このスリーブ部材(113a)も、それを巻回する第二の冷却管18によって冷却される。いずれにおいても、冷却スリーブ113aが上記スリーブ部材(113a)によって代表されるので、上記スリーブ部材(113a)と冷却スリーブ113aとが混同される。
【0028】
環状溝113bは、冷却スリーブ113aのシリンダ孔113hに形成された環状の溝である。この環状溝113bは、図3の中心線から上側図面では冷却スリーブ113a中に全て形成され、図3の中心線から下側の図面では冷却スリーブ113a中の融解シリンダ111aに接する位置に形成される。いずれにあっても、ビレット101がマグネシウム合金である場合には、融解シリンダ孔111hに対する環状溝113bの溝幅が20mmないし40mm、好ましくは30mm程度に、また溝深さ寸法が3mm程度に形成されると良い。
【0029】
なお、冷却スリーブ113aを代表する上記スリーブ部材(113a)の材質は、融解シリンダ111a、冷却シリンダ112aと剛性的、熱膨張的に均等な材質であるとともにできるだけ熱伝導度が良好な材質であることが好ましい。また、冷却スリーブ113aは、図示されるような小容積、すなわち比較的に薄肉の筒状部材であっても強度的に支障がない。環状溝113bに後述されるような自己シール103が形成されて、この自己シールから後方の冷却スリーブ113a内に侵入する可能性がある溶湯102の圧力が射出圧力よりはるかに低圧になるからである。
【0030】
特に、融解シリンダ111aと冷却シリンダ112aは、いずれか一方のシリンダの外周周縁にスリーブ形状の外側環状凸部を備え、もう一方のシリンダにこの環状凸部が嵌る嵌合段部を備えるように形成される。図示例では、冷却シリンダ112aの前端外縁に外側環状凸部112bが形成され、融解シリンダ111aの後端の外周に環状凸部112bの嵌合段部が形成される。そして、外側環状凸部112bと上記冷却スリーブ113aが長く形成されて、融解シリンダ111aと冷却シリンダ112aとの間に空間113dが形成される。さらに、外側の環状凸部112bに透孔もしくは切り欠き112cが複数個形成されてこの空間113dに籠もる熱が放熱される。それで、この空間113dは、冷却シリンダ112aと融解シリンダ111aとの間の断熱空間として機能する。冷却シリンダ112aと融解シリンダ111aとは、冷却シリンダ112a側から挿入される図示省略されたボルトによって1本の射出シリンダに結合される。
【0031】
冷却シリンダ112aおよび冷却スリーブ113aのシリンダ孔112h、113hの内径は、ビレット101が軟化しない程度に加熱されて熱膨張しても相互に干渉しない程度に、ビレット101に対して隙間が残る寸法に形成される。
具体的には、シリンダ孔112hおよびシリンダ孔113hの内径が、ビレット101の外径より0.2mmないし0.3mm程度大きい寸法に形成される。望ましくは、冷却シリンダ112aの後端側から冷却スリーブ113aの先端側にかけてシリンダ孔112h、113hがわずかに拡径するテーパに形成されるとなおさら良い。このような構成によって、ビレット101がシリンダ孔112h、113h内でほとんど偏心することなく挿入されて、両者の隙間がほとんど一様になる。特に、これらのシリンダ孔がテーパである場合には、熱膨張したビレット101の外径の傾斜に合わせてシリンダ孔112h、113hの隙間をより狭く形成することができる。
【0032】
一方、融解シリンダ111aのシリンダ孔111hの内径は、シリンダ孔112hおよび113hより数mm大きく形成される。例えば、成形材料がマグネシウム合金である場合には、シリンダ孔111hの内径は片側寸法で2mmないし4mm程度に大きく形成される。シリンダ孔111hをより大径にすることによる作用効果は、後に説明される。
【0033】
融解シリンダ111aに巻回された加熱ヒータ16aないし16cの温度は、融解シリンダ111a中のビレット101を融解するために、ビレット101の融解温度以上に設定され、例えば、ビレットがマグネシウム合金である場合にその温度が650℃程度に設定される。それで、ビレットがシリンダ111a中で前方へ移動する間に600℃から650℃の溶湯に変化する。ただし、特に後方の加熱ヒータ16cの温度が上記融解温度を適宜下回る温度に設定されて、加熱ヒータ16aないし16cの温度設定に温度勾配が付けられる場合もある。このように温度調整される場合には、冷却ゾーン112、シールゾーン113中に位置するビレット101の温度調整が容易になる。なお、特に、環状溝113bが内側に位置する融解シリンダ111a後端近傍の外周には、加熱ヒータ16cの取り付けが避けられる。この部分がシールゾーン113に該当するからである。
【0034】
冷却シリンダ112aに巻回された第一の冷却管17と、冷却スリーブ113aに巻回された第二の冷却管18は、冷却シリンダ112aと冷却スリーブ113aを個別に冷却する。それで、冷却スリーブ113aと冷却シリンダ112aは、融解シリンダ111aに対して急激に温度低下した低い温度に制御される。
既述した融解シリンダ111aと冷却シリンダ112aとの間の断熱空間113d、および冷却スリーブ113aの局部的な当接状態は、融解シリンダ111aと冷却シリンダ112aとの間の急峻な温度勾配のある温度制御を容易にする。
【0035】
特に、冷却スリーブ113aに巻回された第二の冷却管18は、容積の小さい冷却スリーブ113aを強力に冷却することによって環状溝113bを強力に冷却するとともに冷却スリーブ113aに接するビレット101の外周をより直接的に強力に冷却する。この冷却によって、冷却シリンダ112aや冷却スリーブ113aの中に位置するビレット101が融解シリンダ111aから伝搬する高温によって軟化することが効率的に防止される。例えば、マグネシウム成形機では、冷却シリンダ112aの冷却スリーブ113a近傍に位置するビレット101の深部温度が100℃から150℃程度を上回らないように冷却が調整され、冷却スリーブ113aの融解シリンダ111a側に位置するビレット101の深部温度が、融解ゾーン111に近いことから特に軟化が発生する温度350℃を下回る温度250℃ないし300℃程度になるように温度制御される。
【0036】
以上のような射出装置100において、最初にその運転が立ち上げられる際にビレット101が低速で前進する。このとき、図3に示されるように、射出シリンダ11先端側ですでに融解している溶湯102は、バックフローして環状溝113bで固化物に変化する。この固化物103は、つぎに説明されるような特徴を有し、それによって特有の作用効果を奏する。
【0037】
まず、この固化物103は、溶湯102が環状溝113bとビレット101の間隙に倣って固化したものであるから、ビレット101の射出シリンダ11に対する偏心が多少あってもビレット101の周りの間隙を隙間なく埋める。また、固化物103は、充分に固化した状態で環状溝113bに嵌っているので、射出時にビレット101とともに前進したり射出圧力によって損傷したりすることがなく、その結果として更新されて成長することもない。また、固化物103の前端面は、融解シリンダ111aとビレット101の間隙に充満している溶湯102に直接接して軟らかい軟化状態にあるので、射出時にその前方部分が射出圧力によって押しつぶされて、固化物103とビレット101との間の隙間が軟化物で充分に埋められる。また、射出によって前進したビレット101の外周(表面)がつぎの射出までに上記間隙の溶湯102によって急速に加熱されて、固化物103に接するビレット101の表面の温度も急速に上昇する。その結果、ビレット101に接する固化物103の表面が急速に軟化する。また、固化物103のビレット101に対する結合力は、高温の溶湯102が比較的低い温度にある非軟化状態のビレット101に対して急速に固化した物であるから、それほど強くない。
【0038】
しかして、上記固化物103は、射出時にビレット101が前進するときに、ビレット101と射出シリンダ11との間の隙間をシールする。この固化物103は、溶湯102自体が変化したものである。それで、以下の説明において、固化物103は自己シール103と呼称される。
【0039】
こうして、自己シール103は、ビレット101自体が溶湯102を射出するときに、ビレット101と射出シリンダ11との間から空気等を侵入させないことはもちろん溶湯102を後方に漏らすこともなく、かつビレット101の移動時の摩擦抵抗を低減する。それで、自己シール103は、理想的なシール部材として機能する。自己シール103のこのような作用は、軽金属材料、特にマグネシウム合金の特性である、大きい熱伝導率、小さい熱容量、潜熱によって急速に固液状態が変化する特性をうまく利用している。
【0040】
一方、融解シリンダ111aのシリンダ孔111hの内径とビレット101の外径との隙間が数mm程度に形成されるので、射出時に軟化したビレット101先端101aが拡径した状態で前進するときに、ビレット101とシリンダ孔111hとが相互に干渉しないだけの間隙が充分に確保されて、溶湯102がその間隙を通り抜けて拡径したビレット先端101aの背後に確実に回り込む。それで、この溶湯102の回り込みが溶湯102の回り込まない空間の発生を阻止して、射出容積の増加を引き起こすことなく、射出容積を安定化する。なお、融解シリンダ111a中のビレット101の先端101a近傍が特に容易に拡径する現象は、その先端が高温の溶湯102に接して特に軟化するからである。
【0041】
一般的に、溶湯のバックフロー現象は、薄肉で複雑形状の成形品を射出成形する場合により発生しやすい。このような成形では、高速高圧で射出されるからビレットの前進も高速になり、結果、溶湯が高圧になるからである。上記自己シール103は、このような場合に最も効果的にその現象を抑える。もちろん、上記自己シール103は、厚肉単純形状の成形品を低速低圧で射出成形する成形機においても、上記現象の発生を皆無にする。
【0042】
冷却スリーブ113aには、副環状溝113eをさらに形成しておくとなお良い。この副環状溝113eは、環状溝113b後方近傍の冷却スリーブ113aのシリンダ孔113hに形成された小さい溝であり、例えば、環状溝113bより後方10mm程度の位置に溝幅が3mmから5mm程度、深さが3mm程度の溝に形成される。この副環状溝113eは、図3の中心線から上側の図面のように冷却部材113cが装着される箇所に、あるいは、図3の中心線から下側の図面のように冷却スリーブ113aに直接形成される。そして、この副環状溝113eは、第二の冷却管18によって強力に冷却される。
【0043】
このように構成することによって、万一射出がうまく行われずに溶湯102が自己シール103を越えて後方に最初に逆流しようとした場合に、その溶湯102が副環状溝113eで直ちに固化して強固な固化層を形成する。環状溝113bの後方における冷却スリーブ孔113hとビレット101との隙間が既述したように小さく、かつ充分に冷却されるから、また、自己シール102を越えて漏れ出る溶湯102がわずかで、かつ、そのバックフローの速度が遅いからである。加えて、副環状溝113eが溶湯のバックフローをこの位置で止めるように緩衝するとともに生成した固化物をこの溝に係止するので、射出の際に固化物がビレット101とともに前後に移動することがなく、結果、この固化物が成長することもない。また、副環状溝113eの箇所および環状溝113bと副環状溝113eの間の箇所で環状に固化した固化物は、その幅が狭い上に温度差の大きい状態で固化してビレット101にほとんど結合しない。こうして、副環状溝113eでの固化物は、摩擦抵抗の増大を引き起こすことがない、より確実なシールとして機能する。
【0044】
冷却シリンダ112のシリンダ孔112hの後端近傍に、または中央枠90の透孔90aに、もしくは両者の間にガス噴出口90cが形成され、この噴出口90cから不活性ガスが噴出する。このような構成によって、不活性ガスがシリンダ孔112hとビレット101の隙間の空気をパージして、特にマグネシウム合金が使用される場合にその酸化が確実に防止される。この場合、不活性ガスの注入は、シリンダ孔112hにビレット101が挿入された状態で行われる。それで、注入される不活性ガスが少なくて済む。もちろん、不活性ガスが溶湯102中に混入することは、自己シール103によって阻止される。
【0045】
材料供給装置20は、図4の断面図に示されるように、ビレット101が整列状態で多数装填されるホッパ21と、ビレット101を整列状態で順次落下させるシュート22と、ビレット101を一旦受け止めて1個ずつ落下させるシャッタプレート23と、供給されたビレット101を融解シリンダ111aの軸中心に同心に保持する保持装置24とから成る。特に、保持装置24は、ビレット101を供給する際に開閉する可動側保持部材26と、固定側保持部材25と、可動側保持部材26を開閉するエアシリンダ等の流体シリンダ27とを含む。そして、保持部材25、26が閉じたときにビレット101をシリンダ孔112hの中心に略一致する位置に保持するように、保持部材25、26のお互いに対向する内側側面にビレット101の外径よりわずかに大きい径の略半円円弧状の凹部25a、26aが形成され、凹部25a、26aの中心が射出シリンダ11シリンダ孔11aの中心に略一致するように形成される。シャッタプレート23は、エアシリンダ等の流体シリンダ31を含むシャッタ装置30によって開閉される。そして、シャッタプレート23は、可動側保持部材26とともに上下2段のシャッタを構成し、それらの交互開閉動作によってビレット101を1個ずつ落下させる。28は、シュート22の下方にてビレット101をその案内曲面にて受け止めて保持部材25の凹部25aに案内するガイド部材である。このビレット供給装置40は、1つの実施例であり、ビレット101を1個ずつ供給して融解シリンダ111aの軸芯に同心な位置に保持する装置であれば他の構成の装置であっても良い。
【0046】
射出駆動装置40は、第一の駆動装置50と第二の駆動装置70とを含み、従来公知のプランジャの代わりに図5に示すようなプッシャ41を使用して、射出シリンダ11中の未融解のビレット101を前進させて溶湯102の射出を行う。プッシャ41は、その先端側の略半分(図中左側半分)がねじ軸41aに、その後端側半分(図中右側半分)がスプライン軸41bに形成される。そして、ねじ軸41aは、好ましくは台形ねじに形成され、その外径がビレット101よりわずかに小径に形成される。それで、プッシャ41は、その挿入距離がわずかではあるが射出シリンダ11に対して充分隙間のある状態で挿入され、プッシャ41と射出シリンダ11の間の摩耗は皆無である。このようなプッシャ41を協働して駆動する第一の駆動装置50と第二の駆動装置70は、つぎのように構成される。
【0047】
第一の駆動装置50は、上記中央枠90に固定された油圧シリンダ51と、油圧シリンダ51中で駆動される油圧ピストン52とから成る。油圧ピストン52、およびその前後に形成されたピストンロッド部52a、52bの中心には、プッシャ41が同心に移動可能に配置される中空部が形成され、その中空部の前端にプッシャ41のねじ軸41aに螺合するナット53が固定される。このような構成の第一の駆動装置50は、油圧によって油圧ピストン52を移動させてプッシャ41を高速大推力で前進させるので、射出制御に使用される。したがって、油圧ピストン52の移動可能な最大ストロークは射出装置100の最大射出容積によって決まり、成形中の油圧ピストン52の移動ストロークは射出条件の射出容積に設定される。なお、ナット53がねじ軸41aに負荷する射出時の大推力は、ナット53とねじ軸41aとが台形ねじで螺合しているのでねじ全体に負担され、ねじ部を損傷することはない。また、上記大推力がナット53からねじ部に負荷される際にプッシャ41を回転させようとするトルクを発生するが、このトルクはねじ部の面摩擦抵抗が大きいことによって僅少である。しかも、このトルクによるプッシャ41の回転の可能性は、後に説明される第二の駆動装置70のモータ72の停止制御によって阻止される。
【0048】
一方、上記トルクの反作用として、油圧ピストン52にも回転トルクが発生する。それで、油圧ピストン52の回り止め装置60がピストンロッド部52b後部に設けられる。回り止め装置60は、ピストンロッド部52bに固定されたブラケット61と、ブラケット61上に回転自在に固定されたローラ62とを含む。そして、ローラ62は、油圧シリンダ51の後端(図中右端)に連結された中空筒状の後側ハウジング54に形成された、ローラ62と等しい幅の案内溝54aに沿って移動する。このような構成によって、ローラ62は、射出時に油圧ピストン52の油圧シリンダ51に対する回転を阻止する。
【0049】
ブラケット61の先端には、油圧ピストン52の後側ハウジング54に対する移動位置を検出する、従来公知の位置検出装置が取り付けられる。この検出装置は、図示省略されているが、例えば、後側ハウジング54側に取り付けられた、リニアスケールもしくはマグネスケール(磁気スケール)と、ブラケット61先端側に取り付けられたスケール検出ヘッドとから構成される。
【0050】
第二の駆動装置70は、後側ハウジング54の後端にブラケット71を介して固定されたモータ72、モータ72の出力軸に固定された第一のプーリ73、後側ハウジング54の後部に回転自在に支承された中空軸部材78に固定された第二のプーリ74、これらプーリ73、74間に張り渡されたタイミングベルト75、および、中空軸部材78に固定されるとともにプッシャ41のスプライン軸41bに歯合するスプラインナット76から構成される。モータ72には、油圧モータ、またはサーボモータが使用され、スプラインナット76には、公知のボールスプラインナットが採用される。77は中空軸部材78を後側ハウジング54に回転自在に取り付けるベアリングである。
【0051】
後側ハウジング54から後方に張り出すように取り付けられたブラケット55には、プッシャ41の後端の通過を検出する、例えば近接スイッチからなる検出器56、57が設けられる。検出器56は、ビレット101の補給時機を検出するために、プッシャ41がビレット101の全長を超える距離前進したことを検出する。検出器57は、材料供給装置20がビレット101を補給する際にプッシャ41がビレット101に干渉しない位置まで後退したことを検出する。図示省略された制御装置は、これら検出器56、57からの信号を受けてビレット101のビレットの補給時機到来や補給準備完了を検知する。
【0052】
上記のような第二の駆動装置70は、モータ72を回転制御することによって第二のプーリ74を回転制御し、これと一体のスプラインナット76を介してプッシャ41を回転制御する。すると、プッシャ41のねじ軸41aが油圧ピストン52のナット53に対して前後に移動して、結局、プッシャ41が前後いずれかに移動する。このとき、油圧ピストン52の回転は、回り止め装置60によって阻止される。そして、スプライン嵌合部は、前後方向の動作のみを許容する。
しかして、第二の駆動装置70は、ビレット101の補給の際にプッシャ41をビレット101の全長を超える距離後退させ、その後にプッシャ41を所定推力で前進させてビレット101を射出シリンダ中に挿入する。また、第二の駆動装置70は、射出時に射出容積に等しい距離前進した油圧ピストン52をつぎの射出のために後退させるときに、プッシャ41をナット53に対して同じ距離だけ所定推力で前進させる。後者の動作は、従来公知の計量動作に対応する動作であり、その詳細は後に説明される。
【0053】
なお、上記プッシャ41の移動速度が射出時の移動ほど高速でないので、ねじ軸41aの回転も高速ではない。それで、ねじ軸41aとナット53とが台形ねじを介して螺合していても運転上何ら支障がない。また、上記所定推力で前進させる動作は、モータ72が油圧モータである場合に作動油の油圧を所定圧力に設定することによって、また、モータ72がサーボモータである場合に出力トルクを所定トルクに制限することによって実現される。また、射出時に第二の駆動装置70のモータ72が停止されて第二のプーリ74が停止されることによって、これと一体のスプラインナット76が停止してプッシャ41の回転が阻止される。
【0054】
以上説明した射出駆動装置40は、1実施例であって図示構成のものに限定されない。また、射出駆動装置40は、第一の駆動装置50と第二の駆動装置70とから構成される必要もない。射出駆動装置40は、プッシャ41に相当する部材を射出時に射出容積に対応する距離正確に前進させる動作を逐次実行し、ビレット101の補給時にプッシャ41に相当する部材を一気に後方まで移動させるとともに補給後にビレット101を射出シリンダ11中に挿入する装置であれば、いかなる構成の駆動装置であっても良い。
【0055】
射出装置100は、射出シリンダ11中の容積を変動させることによって射出シリンダ11中の溶湯102の圧力を減圧する減圧装置80を備えても良い。この減圧装置80は、図6に示されるように、射出シリンダ11の前端近傍のシリンダ孔11a中に出没する棒部材81と、射出シリンダ11の外周に所定距離離れた位置に固定されて外部から棒部材81を前後に駆動する駆動装置82とを含む。棒部材81は、射出シリンダ11に形成され案内孔11gに挿通される。駆動装置82には、例えば、油圧シリンダ等が採用され、このシリンダのピストンロッド83に棒部材81が連結される。
【0056】
このような減圧装置80は、射出シリンダ11の中で棒部材81を後退させることによって、射出シリンダ11中の容積を増加して溶湯102の圧力を減ずる。この減圧動作は、従来公知のサックバック動作と同じ動作であり、射出ノズル22先端からの溶湯102の不用意な漏れ出しを防ぐ。そして、この動作は、通常、射出後保圧が行われた後、あるいは冷却が行われた後のタイミングで行われる。これに対して棒部材81を前進する逆の動作は、射出直前の瞬間に行われる。したがって、このような減圧装置80が備えられる場合には、射出容積に棒部材81のストロークによって押し退けられる容積が追加される。
【0057】
減圧装置80は、さらにつぎのようなシール装置84を備えると良い。このシール装置84は、案内孔11gを塞ぐように装着されるガイド部材85と、この部材85に巻回される冷却管86とを含む。そして、棒部材81と案内孔11gの隙間が1mm程度に形成され、棒部材81がこのガイド部材85に対してわずかな隙間を有する状態で移動可能に案内される。このような構成によって、案内孔11gに侵入した溶湯102がガイド部材85近傍の棒部材81の周りで固化する。それで、この固化物は、棒部材81と案内孔11gの間の案内孔シールとして機能する。また、棒部材81とガイド部材85との間にも固化物が層状に介在して、その固化物が棒部材81とガイド部材85の間の摩耗やかじりを防止する。もちろん、このシール装置84は、ガイド部材85が冷却される代わりに棒部材81が冷却される構成であっても良い。この場合、ガイド部材85が小さい栓部材として案内孔11gを塞ぐように取り付けられ、棒部材81に摺接して棒部材81を案内するブロック体が栓部材より所定距離離れた位置に固定される。
そして、このブロック体が、冷却管をその内部あるいはその外部に配置することによって冷却される。それで、棒部材81が冷却されて栓部材近傍の案内孔11gが冷却される結果、図示例と同様に案内孔11gにシールが形成される。
【0058】
以上説明された本発明の射出装置100によって、図7、図8に示されるように射出が行われる。図7は射出シリンダ部10の側面から見た断面を示し、図8は射出駆動装置40の側面から見た断面を示す。図7中の図(a)、図(b)および図(c)と、図8中の図(a)、図(b)および図(c)は同じ動作過程にある状態図を示す。そして、各図(a)はビレット101が補給されるときの状態、各図(b)は射出が行われる前後の状態、各図(c)は補給時機に達したことが検出されるときの状態を示す。特に図(b)において、中心軸線より上側半分の図が射出直前の状態を示し、中心軸線より下側半分の図が射出直後の状態を示す。
【0059】
先に、射出が安定的に行われている成形運転本番の状態が、図(b)を参照して説明される。このとき、数ショット分の溶湯102が融解シリンダ111aの前方部分に常に確保されている。そして、射出直前には、上側半分の図のように、第一の駆動装置50が油圧ピストン52を射出容積に相当するストロークだけ後退させてプッシャ41のつぎの射出容積に相当するストロークを確保するとともに、第二の駆動装置70がプッシャ41を油圧ピストン52に対して射出容積に相当するストロークだけ前進させてプッシャ41を所定の推力でビレット101の後端に密着させている。
【0060】
この状態で、油圧ピストン52がプッシャ41を射出容積に相当するストロークだけ高速前進させることによって溶湯102の高速充填制御が行われ、上側半分の図の状態から下側半分の図の状態に移行する。この射出動作が開始されるとき、通常、既述した自己シール103が環状溝113bにすでに形成されている。最初にビレット101が前進するときに、この自己シール103が速やかに形成されるからである。それで、自己シール103は、ビレット101が溶湯102を射出するときに不活性ガス、空気等を侵入させないことはもちろん、溶湯102を後方にバックフローさせない。加えて、自己シール103は、射出シリンダ中で移動するビレット101の移動抵抗を軽減する。また、融解シリンダ111aのシリンダ孔111hの内径がビレット101外径より充分に大きめであるから、融解直前状態に軟化したビレット101の先端が射出圧力によって拡径してもシリンダ孔111hに緩衝せず、射出容積は変動しない。
【0061】
上記の射出動作において、油圧ピストン52の回転が回り止め装置60によって阻止されるとともにプッシャ41の回転が第二の駆動装置70によって阻止されて、ピストン52の位置がブラケット61の既述した位置検出器によってフィードバックされる。それで、プッシャ41の射出動作は、油圧ピストン52の移動制御によって正確に制御される。
【0062】
射出後に保圧が行われ、成形品の冷却が開始されるとつぎの射出のための計量がつぎのように行われる。ただし、本発明の計量は、プランジャが毎回射出容積に相当する距離後退して射出シリンダに溶湯を貯留する従来公知の計量とは異なる。本発明では、以下の説明から理解されるように、プランジャが使用されず、かつ数ショット分の溶湯が射出シリンダ中に貯留されように制御されるからである。
【0063】
本発明の射出装置100における計量動作は、図7、図8の図(b)の下側半分の図で射出直後のプッシャ41の位置を変えない状態で、同じ図面図(b)の上側半分の図のように油圧ピストン52のみを後退させて、油圧ピストン52のストローク上でつぎの射出のためのストロークを確保する動作である。まず、第一の駆動装置50の油圧ピストン52が射出の際に前進した射出容積に相当するストローク後退して、次回の射出動作のための射出容積に相当するプッシャ41の移動ストロークを確保する。そして、それと同時にあるいはその直後から、第二の駆動装置70がプッシャ41を回転させて、プッシャ41を射出容積に相当するストロークだけ油圧ピストン52に対して前進させてビレット101の後端に所定推力で密着させる。すなわち、第一の駆動装置50が油圧ピストン52を射出容積に相当するストロークだけ後退させてプッシャ41のつぎの射出容積に相当するストロークを確保するとともに、第二の駆動装置70がプッシャ41を所定の推力でビレット101の後端に再度密着させる。こうして、つぎの射出動作の準備動作である計量が完了する。
【0064】
本番の成形は、上記のような射出動作とその後の計量動作の繰り返しによって行われる。そして、このような動作の繰り返しによって、プッシャ41が累進的に前進してビレット101が累進的に前進して融解される。やがて1本分のビレット101が消費されてプッシャ41が1本分のビレット101全長を超える長さ前進したときに、つぎのビレット101が補給される。
【0065】
特に、射出装置100が射出シリンダ11に減圧装置80を備えている場合には、上記射出動作の直前に棒部材81が前進する。そして、射出完了後保圧が完了して金型のゲートが固化したタイミングで棒部材81が後退して、射出シリンダ11中の溶湯102の圧力が減圧される。このようなサックバック動作によって、射出ノズル12からの溶湯102の不意の漏れ出しが防止される。当然、射出容積には、棒部材81のストロークによって押し退けられる容積の増加分が考慮される。
【0066】
材料補給は、図8(c)に示されるように、射出動作の途中にプッシャ41の後端が検出器56の側方を通過したときから開始される。このとき、検出器56は制御装置にその後端の通過を検出してその旨の信号を送る。すると、制御装置は、実行中であった射出動作及び保圧動作を完了させた後、図8(a)のように射出プッシャ41をその後端が検出器57に検出されるまで後退させる。このとき、油圧ピストン52は、射出直後の前進位置に位置したままである。こうして、保持装置24中にビレット101が収容されるための空所ができると、つぎに、図4のように、片側の保持部材26が開いて1個のビレット101が保持装置24内に供給される。そして、材料供給装置20がシャッタプレート23を開いてつぎのビレット101を片側の保持部材26の上に供給する。つぎに、第二の駆動装置70がプッシャ41を所定の推力で前進させて、ビレット101を射出シリンダ11の中に送り込んで、ビレット101同士を当接させる。その後、第一の駆動装置50が油圧ピストン52を射出容積に相当するストロークだけ後退させてつぎの射出に必要な射出容積に相当するプッシャ41のストロークを確保するとともに、第二の駆動装置70がプッシャ41を所定の推力で前進させてビレット101に再び当接させる。こうしてビレット101が射出シリンダ11の中に充填されるとともにつぎの射出のためのプッシャ41の移動ストロークが確保される。
【0067】
つぎに、射出装置100を最初に立ち上げる際の段取り作業が説明される。最初にビレット101が材料供給装置20によって既述したように射出シリンダ11の後端側に補給され、射出駆動装置40によって射出シリンダ11内にそのまま挿入される。続けて、上記補給動作が繰り返されて複数本のビレット101が射出シリンダ11内に挿入される。その後、ビレット101がプッシャ41によって所定推力で押圧された状態で不活性ガスの注入が開始されて、ビレット101が融解シリンダ111a中で融解温度に加熱される。
【0068】
ビレット101が射出シリンダ11中で加熱されると、やがて射出ノズル12側のビレット101から先に融解し始める。融解した溶湯102は、プッシャ41による圧力によって前方に移動して、シリンダ内に充満して射出ノズル12孔に到達し、図7(a)の状態になる。このとき、冷却スリーブ113aとビレット101との隙間が小さい上に冷却スリーブ113aが強力に冷却されるので、溶湯102がある程度生成されるまでの間射出シリンダ11中の空気や不活性ガス等がこの隙間から抜ける一方、生成した溶湯102がこの隙間から後方に漏れ出すことはない。溶湯102の圧力が未だ高くない上、溶湯102が後方に移動しても冷却スリーブ113aにおける上記隙間で直ちに固化するからである。
【0069】
最初の立ち上げ時には、ビレット101の融解が進むとビレット101が前進する。それで、必要に応じてビレット101の補給が行われる。やがて溶湯102が数ショット分確保されると、射出動作に準じたパージが行われて溶湯に混入されている不活性ガスや空気が溶湯102とともにシリンダ中から追い出される。その後、射出ノズル12が金型に当接された状態で成形条件が調整されて本運転が開始される。
【0070】
上記段取り作業の際に射出シリンダ中に最初に混入している空気や不活性ガス等が速やかにパージされない場合には、これらの膨張が高温の溶湯102を射出ノズル22先端から突然噴出させたり、鼻水のように出したりすることがある。
このような現象は、成形条件出しの段取り作業が成形作業者の直接的な調整作業に頼ることが多いところから、作業者に危険を及ぼす虞が多大にある。
【0071】
しかして、減圧装置80が射出シリンダに備えられる場合には、特にこの減圧装置80が上記成形条件出し作業における危険を減少する。すなわち、減圧装置80は、射出が行われた直後に減圧、すなわちサックバックして、射出時を除く時機において溶湯102が不意に漏れ出すことを防止する。
【0072】
最後に、射出シリンダ部10の保守点検に関しての本発明に特有の作用効果が説明される。
第一に、溶湯102の量が必要最小限の数ショット分だけで済むことから、射出装置100の立ち上げ、再立ち上げ等の作業において昇温、降温に伴う多大な時間的ロスが発生せず、保守点検作業が楽になる。
第二に、溶湯102がプランジャやスクリュウによってではなくビレット101によって射出されるので、プランジャやスクリュウの摩耗は当然あり得ず、射出シリンダ11の摩耗も格段に少なく、従来の射出装置ほどにその保守点検を必要としない。
第3に、プッシャ41が射出シリンダ11に対して充分隙間のある状態で射出シリンダ11に侵入するので、プッシャ41と射出シリンダ11との間の摩耗も皆無である。
第4に、成形材料(溶湯が固化したもの)を射出シリンダ11から引き抜く作業も簡単にできる。まず、溶湯102の加熱を停止して全体をある程度固化させた後、射出シリンダ11先端のノズルアダプタ13および射出ノズル12を取り外して、プッシャ41によってビレット101を押し出すが、このとき、自己シール103が破損、生成の繰り返しによって成長した固化物ではないこと、既述したように自己シール103がもともとビレット101に強く結合していないこと、および、ビレット101が冷却されて収縮することから、プッシャ41が成形材料を押し出すために必要な推力は、それほど大きくはない。しかも、このとき、自己シール103を環状溝113bに残したままでビレット101を押し出すことができる。環状溝113bに残された自己シール103は、オーバホールのための保守点検でなければそのまま射出シリンダ11中に残されて、次回の成形運転で再びシール部材として利用される。特に、射出装置100が減圧装置80を備える場合には、溶湯102を冷やす適当な時機に棒部材81をシリンダ孔から抜き出しておく。
【0073】
【発明の効果】
以上説明した請求項1の射出装置は、上記材料供給装置と射出駆動装置とを備えるとともに融解ゾーンと冷却ゾーンとシールゾーンとを含む射出シリンダを備えるので、軽金属材料を射出装置に容易に補給することができ、融解ゾーンに数ショット分の溶湯を効率的に確保することができ、冷却ゾーンのビレットを軟化させない程度に確実に冷却することができるとともに、シールゾーンに自己シールを確実に形成した状態で射出を正確に安定して行うことができる。それで、材料を融解し保温する電力が必要最小限の電力で済み、成形運転時のランニングコストが大幅に減少する。また、自己シールは、射出時のビレットと射出シリンダの間からの溶湯漏れを確実に防止することはもちろん、ビレットとシリンダの間の摩擦抵抗を低減するとともに、射出シリンダの摩耗を低減する。
【0074】
また、本発明の請求項2に記載した射出装置によれば、射出シリンダが上記のように構成され、上記融解シリンダと、冷却シリンダ、冷却スリーブの温度が急峻な勾配のある状態に制御されるとともに、環状溝部に自己シールがより確実にかつ理想的に形成されるので、この自己シールが射出動作に伴って損傷することなく安定して溶湯のバックフローを防止する。加えて、ビレット先端が射出圧力に因って拡径しても射出容積が変動しない。
【0075】
また、本発明の請求項3に記載した発明によれば、冷却スリーブに環状溝より小さい副環状溝がさらに形成されるので、溶湯漏れがより確実に阻止される。
【0076】
また、本発明の請求項4に記載した発明によれば、融解ゾーンの先端近傍に減圧装置が備えられるので、射出ノズルからの溶湯の不意の漏れ出しが阻止される。
【0077】
また、本発明の請求項5に記載した発明によれば、減圧装置の棒部材が案内孔に形成される案内孔の自己シールによってシールされるので、確実にシールされるとともに、棒部材の摩耗やかじりの心配がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の射出装置の全体構成を一部断面で示す側面図である。
【図2】図1の射出シリンダ部の概略構成を示す断面図である。
【図3】図1の射出シリンダ部のシールゾーン周りを詳細に示す断面図である。
【図4】本発明の射出装置の材料供給装置の断面を示す図1のX−X矢視断面図である。
【図5】図1の射出駆動装置の詳細断面図である。
【図6】本発明の射出装置の減圧装置の断面図である。
【図7】本発明の射出装置の、特に射出シリンダ部の動作過程を示す側面から見た断面図である。特に、図(a)はビレットが補給されるときの状態、図(b)は射出が行われる前後の状態、図(c)は補給時機に達したことが検出されるときの状態を示す。特に、図(b)の中心軸線より上側半分は射出直前の状態を示し、図(b)の下側半分は、射出直後の状態を示す。
【図8】本発明の射出装置の、特に射出駆動装置の動作過程を示す側面から見た断面図である。特に、図(a)はビレットが補給されるときの状態、図(b)は射出が行われる前後の状態、図(c)は補給時機に達したことが検出されるときの状態を示す。特に、図(b)の中心軸線より上側半分は射出直前の状態を示し、図(b)の下側半分は、射出直後の状態を示す。
【符号の説明】
10   射出シリンダ部
11   射出シリンダ
11a  射出シリンダのシリンダ孔
11g  棒部材の案内孔
16   加熱ヒータ
17   第一の冷却管
18   第二の冷却管
20   材料供給装置
24   保持装置
40   射出駆動装置
41   プッシャ
50   第一の駆動装置
70   第二の駆動装置
80   減圧装置
81   棒部材
82   駆動装置
84   シール装置
85   ガイド部材
100  射出装置
101  ビレット
102  溶湯
103  自己シール(固化物)
111  融解ゾーン
111a 融解シリンダ
111h 融解シリンダのシリンダ孔
112  冷却ゾーン
112a 冷却シリンダ
112h 冷却シリンダのシリンダ孔
113  シールゾーン
113a 冷却スリーブ
113b 環状溝
113e 副環状溝
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an injection device of a light metal injection molding machine for melting a light metal alloy material such as magnesium, aluminum, and zinc, and injecting the molten metal into a mold, and particularly, formed into a short rod-shaped billet. The present invention relates to an injection apparatus of a light metal injection molding machine for directly supplying a light metal material to an injection cylinder to melt the molten metal and injecting the molten metal with the unmelted billet.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, light metal alloys have been formed by a die casting method represented by a hot chamber method and a cold chamber method. In particular, magnesium alloys have been formed by the thixomolding method in addition to the die casting method.
[0003]
The die casting method is a molding method in which a light metal material is previously melted in a melting furnace, the molten metal is supplied to an injection cylinder of an injection device, and the molten metal in the injection cylinder is extruded by a plunger and injected into a mold. In this method, high-temperature molten metal is stably supplied to the injection cylinder. In particular, in the hot chamber system, the injection cylinder is disposed in the melting furnace in which the molten metal is stored, so that the molten metal is stably supplied to the mold. Further, in the cold chamber system, the injection cylinder is arranged separately from the melting furnace, so that maintenance and inspection of the injection device are easy.
[0004]
On the other hand, the thixomolding method is a molding method in which a small-sized pellet-shaped magnesium material is melted into a semi-molten state by shear heat insulation of the material by rotation of a screw and heating by a heating device, and the molten metal is injected. The injection device is generally configured as one of the following two types of devices. One is provided with an extrusion cylinder for melting a material into a semi-molten state and a pouring cylinder for injecting the molten metal with a plunger, as disclosed in Japanese Patent No. 3258617. The other is basically a device having the same configuration as an in-line screw molding machine, and is configured as a device that performs melting and injection with one cylinder. Generally, the latter configuration is the mainstream, but in any case, this molding machine does not require a melting furnace required for the die casting method.
[0005]
However, the molding method has the following problems to be improved. First, in the die-casting method, a large-capacity melting furnace is used, so a large-capacity molten metal is required compared to the size of a molded product, and a large amount of molten metal is used during a molding operation to maintain a predetermined heated state. Running costs have to be large. In addition, since a large amount of time is required for raising and lowering the temperature, the maintenance work of the melting furnace must be performed in one day. In addition, especially when a magnesium alloy is used, magnesium is very easily oxidized, and it is very easy to ignite, especially in a molten state. Preventive measures are required. For this reason, a large amount of flame-retardant flux and inert gas are injected into the melting furnace, but even with this measure, the generation of sludge mainly composed of magnesium alloy oxide cannot be sufficiently suppressed. Maintenance work to remove sludge from time to time is indispensable. Further, since the plunger is used, the injection cylinder and the plunger are worn, and maintenance and replacement thereof are troublesome.
[0006]
Further, in the thixomolding method, the melting of the material is performed by rotating the screw, so that it is not always easy to stably melt the material to a desired semi-molten state. Particularly, in the in-line screw type molding machine, since the screw is simultaneously measured while being retracted, it is more difficult to stably measure the molten metal in a semi-molten state at a constant density. Because there is a large difference between the viscosity of the molten metal and the viscosity of the semi-molten molten metal just before melting, the kneading, which is a mechanical rotational motion, the efficiency of shear heating is greatly influenced by the viscosity. This is because it is difficult to adjust to melting conditions. In addition, since the screw rotates, the screw and the injection cylinder are likely to be worn. Further, since the molding material is in the form of pellets and its surface area is larger than its volume, it is easily oxidized, and it is necessary to consider the handling of the material.
[0007]
Under the circumstances described above, a different injection device is proposed by Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-212532. This injection device includes an injection cylinder including a high-temperature side cylinder portion on the molding die side (front side), a low-temperature side cylinder portion on the rear side, and an adiabatic cylinder portion therebetween, and a molding material previously formed into a cylindrical rod shape. Is inserted into the injection cylinder, melted in the high temperature side cylinder portion, and the molten metal is injected by the unmelted molding material. This molding material is called a self-consuming plunger because it is injected with the molding material itself rather than the plunger. Since such an injection device does not include a melting furnace, the periphery of the injection device can be simplified and efficient melting can be performed. In addition, since a plunger is not provided, it is possible to reduce wear of the injection cylinder and perform maintenance and inspection in a short time.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior application does not describe the length and shape of the molding material and the supply of the molding material. Further, the prior application does not disclose a solution although there is a possibility that the following phenomenon may occur. This phenomenon occurs when molding with a light metal material using this injection device. At the time of injection, high-pressure, low-viscosity molten metal is packed into the gap between the injection cylinder and the self-consuming plunger and solidified. This is a phenomenon in which the movement of the consumption plunger in the front-rear direction is hindered and the injection operation becomes impossible. When the self-consuming plunger advances at high speed and high pressure during injection, the molten metal backflows into the gap and solidifies, and the solidified material increases the diameter of the self-consuming plunger. Moreover, the solidified material is broken and reformed every time the injection operation is performed, and a stronger solidified material grows widely along the plunger. As a result, the solidified material comes into contact with the inner wall of the injection cylinder at a high pressure and the frictional resistance remarkably increases in combination with the diameter expansion due to the thermal expansion, and the above phenomenon occurs.
In particular, in the case of injection molding a thin-walled molded article having a complicated shape, the above-described phenomenon occurs more remarkably because the injection is performed at a high speed and a high pressure.
[0009]
Further, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-238765 and 5-254858, filed later by the same applicant, mainly disclose the technique of preventing galling in an injection apparatus for glass molding. The above problems in molding have not been solved. This is because this anti-galling technique promotes cooling of the molding material by forming a large number of grooves or spiral grooves on the cylinder side or the molding material (self-consuming plunger) side, or expands the diameter of the molding material by softening. This is because the technology absorbs the deformation. In the molding of glass, since the glass exhibits a high-viscosity softened state in a relatively wide temperature range, the molten metal does not immediately fill the groove, and it is considered that the above-described effects can be surely obtained. However, in the molding of a light metal material, the molten metal quickly fills the groove and solidifies over a wide area, so that the groove does not function as a cooling groove or a deformation absorbing groove. Due to the small heat capacity and heat of fusion (latent heat) and high thermal conductivity inherent to light metals, the light metal quickly melts and solidifies, the temperature range in which the softened state is shown is narrow, and the molten metal exhibits remarkably low viscosity fluidity. Therefore, the effect of the groove cannot be obtained as in the case of glass molding.
[0010]
Accordingly, the present invention discloses a new light metal material injection device, which makes it possible to easily replenish the injection cylinder with light metal material and efficiently melt it, and to inject the molten metal without backflow. It is an object of the present invention to propose a light metal material injection device that can be used.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, an injection device (100) of a light metal injection molding machine according to the present invention inserts a short rod-shaped billet (101) made of a light metal material from the rear end side of an injection cylinder (11), and The molten metal (102) is melted in the injection cylinder, and the molten metal (102) is injected by the unmelted billet.
A material supply device (20) for storing the plurality of billets and sequentially replenishing the billets one by one at a rear end side of the injection cylinder; and supplying the refilled billets to the injection cylinder. An injection drive device (40) for injecting the molten metal by progressively advancing the billet during injection while injecting;
A melting zone (111) positioned at a front portion of the injection cylinder for melting the billet and temporarily storing the molten metal for a plurality of shots; and a melting zone (111) positioned at a rear portion of the injection cylinder. A cooling zone (112) for maintaining and cooling the billet in a non-softened state that is not deformed by injection pressure; and a cooling zone (112) located between the melting zone and the cooling zone to cool the molten metal to form an outer periphery of the billet. It is characterized by being divided into a seal zone (113) for generating a self-sealing (103) which is a solidified product of the molten metal.
[0012]
Further, in the injection device (100) of the light metal injection molding machine of the present invention,
The melting zone and the cooling zone are formed by separate members of the melting cylinder (111a) and the cooling cylinder (112a) and only partially abut each other, and the cylinder hole (111h) of the melting cylinder is formed by the cooling cylinder. Is formed to have a larger diameter than the cylinder bore (112h) of
The sealing zone is formed by a small volume cooling sleeve (113a) disposed between and partially abutting the melting cylinder and the cooling cylinder and an annular groove (113b) in front of the cooling sleeve. Is formed,
The melting cylinder is heated by a heater (16), the cooling sleeve is cooled by a first cooling pipe (17), and the cooling cylinder is cooled by a second cooling pipe (18), whereby the self-sealing is performed. May be formed in the annular groove.
[0013]
Further, in the injection device (100) of the light metal injection molding machine of the present invention, a sub annular groove (113e) smaller than the annular groove may be formed in the cooling sleeve behind the annular groove.
[0014]
The injection device (100) of the light metal injection molding machine according to the present invention includes a rod member (81) that moves so as to advance and retreat in the injection cylinder, and a driving device (82) that drives the rod member from outside. May be provided near the tip of the injection cylinder.
[0015]
Further, in the injection device (100) of the light metal injection molding machine of the present invention, the guide hole (11g) formed in the injection cylinder in which the rod member of the pressure reducing device moves is several mm larger than the diameter of the rod member. A guide member (85), which is formed and guides the rod member movably with almost no gap, is inserted into the guide hole, the guide hole is closed, and the guide member or the rod member is cooled. A seal device (84) may be provided in the vicinity of the guide member of the guide hole to generate a solidified seal of the molten metal.
[0016]
Note that the reference numerals in the parentheses refer to the components in the drawings, and do not limit the configuration of the present invention to the configurations in the drawings.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an injection device of a light metal injection molding machine according to the present invention will be described with reference to the illustrated embodiments. 1 is a side view showing a schematic configuration of the entire injection device in a partial cross-section, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an injection cylinder portion, and FIG. is there. 4 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 1 and shows a configuration of the material supply device, FIG. 5 is a detailed cross-sectional view of the injection driving device, and FIG. It is sectional drawing which shows an apparatus.
[0018]
The light metal material supplied to the injection device of the light metal injection molding machine will be described first. As shown in FIG. 1, the light metal material is supplied as a short bar material (hereinafter, referred to as a billet) manufactured by cutting a cylindrical bar into a predetermined size. 101 is the billet. The outside diameter of the billet 101 is formed smaller than the inside diameter of the rear end side of the cylinder hole of the injection cylinder 11, which will be described in detail later, in consideration of thermal expansion. For example, when the billet 101 is a magnesium alloy inserted into the injection cylinder 11 having an inner diameter of 40 mm, the outer diameter of the billet is 0.1 mm to 1 mm, preferably 0.2 mm to 0. It is formed so as to be about 5 mm. Therefore, even if the billet 101 is heated and expanded from the front of the injection cylinder 11, the billet 101 is inserted with a slight gap in the cylinder hole of the injection cylinder 11. On the other hand, the length of the billet 101 is, for example, about 300 mm in consideration of the ease of handling. This length is a length corresponding to ten or more shots or several tens of shots of a so-called injection volume. The injection volume is a conventionally known molding term, and is a sum of a volume of a molded product molded in one shot, a volume of a spool, a runner, and the like accompanying the molded product, and a volume that is likely to shrink by cooling.
[0019]
When the light metal material is supplied as such a billet 101, not only is it easy to handle such as storage and transportation, but also it is easy to supply the material to the injection device. In particular, when the billet is a magnesium material, the surface area with respect to the volume of the billet is small, and therefore, there is an advantage that the material is less oxidized than the pellet material used in the thixomolding method. The numerical values specifically exemplified above are numerical values when the billet is a magnesium alloy inserted into an injection cylinder having an inner diameter of 40 mm, and the numerical values exemplified below are also numerical values when the same is true.
[0020]
Next, the outline of the injection device of the light metal injection molding machine will be described. As shown in FIG. 1, the injection device 100 includes an injection cylinder unit 10, a material supply device 20, and an injection drive device 40. The injection cylinder unit 10 and the injection drive device 40 mount the material supply device 20 thereon. Are arranged in a straight line before and after the center frame 90. The injection driving device 40 includes a first driving device 50 and a second driving device 70 described later. When the center frame 90 is fixed on the slide base 92 movably mounted on the machine base 91, the injection device 100 moves so as to approach or separate from the fixed platen 93 of the mold clamping device.
[0021]
Thus, the billet 101 is supplied to the rear end side of the injection cylinder 11 by the material supply device 20 described in detail later, and inserted into the cylinder hole by the injection drive device 40 described in detail later. Then, the billet 101 located in the middle to the rear of the injection cylinder 11 is maintained in a non-softened state without being melted, and the billet 101 located in the front is heated and melted by the heater. The molten metal is pushed out by the pusher 41 of the injection driving device 40 through the unmelted billet 101 and is injected from the injection cylinder 11. Hereinafter, each component will be sequentially described.
[0022]
FIG. 2 shows a schematic sectional configuration of the injection cylinder unit 10, and FIG. 3 shows a detailed configuration unique to the present invention. The injection cylinder section 10 includes a hollow cylinder-shaped injection cylinder 11 fixed to a central frame 90, and a conventionally known injection cylinder attached to a tip (left end in the figure) of the injection cylinder 11 and separated from and connected to a mold (not shown). It comprises a nozzle 12 and a connecting member 13 (hereinafter, referred to as a nozzle adapter 13) for connecting these. These are firmly connected and fixed by bolts not shown. If the fixed platen 93 is thin, the nozzle adapter 13 is made shorter or omitted.
[0023]
The injection nozzle 12 has a nozzle hole 12a, the nozzle adapter 13 has a nozzle adapter hole 13a enlarged to a larger diameter than the nozzle hole 12a, and the nozzle adapter 13 and the injection cylinder 11 have a larger diameter cylinder hole 11a. Is done. A through hole 90a slightly larger than the cylinder hole 11a is formed in the center frame 90 concentrically with the cylinder hole 11a. The through hole 90a and the cylinder hole 11a are smoothly connected by the tapered hole. Similarly, the cylinder hole 11a and the nozzle adapter hole 13a, and the nozzle adapter hole 13a and the nozzle hole 12a are smoothly connected by the tapered hole.
Heaters 14 and 15 such as a conventionally known band heater are wound around the injection nozzle 12 and the nozzle adapter 13, and heaters 16 a, 16 b and 16 c are wound around the injection cylinder 11 in order from a front portion thereof. A first cooling pipe 17 to be described later is wound around a rear portion of the injection cylinder 11. A temperature sensor 19 composed of a thermocouple is mounted inside the heater or the cooling pipe, and each of the temperature sensors 19 detects the detected temperature by a temperature controller (not shown) for the heater or a temperature controller (not shown) for the cooling pipe. The heater or the cooling pipe heats or cools the cylinder portion inside the heater or the cooling pipe to a predetermined temperature which is set by feeding back to the above (omitted).
[0024]
The injection cylinder 11 is divided into a melting zone 111 in the front part, a cooling zone 112 in the rear part and a sealing zone 113 arranged between these zones, as shown in more detail in FIG. The melting zone 111 melts the billet 101 at a front portion thereof and temporarily stores the molten metal 102 for a plurality of shots. The cooling zone 112 cools the billet 101 so as to maintain the billet 101 in a non-softened state that is not deformed by injection pressure. Then, the seal zone 113 solidifies the molten metal 102 back-flowed around the billet 101 to form a self-sealing 103 described later.
[0025]
More specifically, the melting zone 111 and the cooling zone 112 are configured by individual members of the melting cylinder 111a and the cooling cylinder 112a. The melting cylinder 111a is formed into a certain length of cylinder. This is because the billet 101 is heated while moving forward in the cylinder 111a, and the molten metal 102 corresponding to the injection volume of several shots is secured. In particular, in an injection device of a special specification used only for injection molding having a small injection volume and a long injection cycle (injection interval), the melting cylinder 111a may be formed short. By such a melting cylinder 111a, a necessary and sufficient amount of molten metal 102 is stably secured. On the other hand, the cooling cylinder 112a does not need to be formed as long as the melting cylinder 111a. The length of the cooling cylinder 112a is designed to be as short as possible as long as the billet 101 located in the cooling cylinder 112a is not softened even when heated from the melting cylinder 111a side. Of course, the design of this length takes into consideration the cooling capacity of the first cooling pipe 17 and the like.
[0026]
On the other hand, the seal zone 113 includes a cooling sleeve 113a and an annular groove 113b formed in the sleeve 113a.
[0027]
The cooling sleeve 113a is formed of a small-volume, substantially cylindrical member which is provided between the rear end of the melting cylinder 111a and the front end of the cooling cylinder 112a so as to minimize the contact area between them. As shown in the drawing above the center line of the injection cylinder 11 in FIG. 3, the cooling sleeve 113a has an inner annular convex portion formed on the cylinder hole 112h side (inside) at the front end of the cooling cylinder 112a, and the rear end of the melting cylinder 111a. A sleeve member (113a) inserted and fitted on the cylinder hole 111h side (inside), and a cooling member 113c mounted therebetween. The cooling member 113c is cooled by the second cooling pipe 18 that winds it. The cooling sleeve 113a is mounted between the cylinder hole 112h at the front end of the cooling cylinder 112a and the cylinder hole 111h at the rear end of the melting cylinder 111a as shown in the drawing below the center line of the injection cylinder 11 in FIG. May be constituted by a sleeve member (113a). And this sleeve member (113a) is also cooled by the second cooling pipe 18 which winds it. In any case, since the cooling sleeve 113a is represented by the sleeve member (113a), the sleeve member (113a) and the cooling sleeve 113a are confused.
[0028]
The annular groove 113b is an annular groove formed in the cylinder hole 113h of the cooling sleeve 113a. The annular groove 113b is entirely formed in the cooling sleeve 113a in the upper drawing from the center line in FIG. 3, and is formed at a position in contact with the melting cylinder 111a in the cooling sleeve 113a in the lower drawing from the center line in FIG. . In any case, when the billet 101 is made of a magnesium alloy, the groove width of the annular groove 113b with respect to the melting cylinder hole 111h is formed to 20 mm to 40 mm, preferably about 30 mm, and the groove depth dimension is formed to about 3 mm. Good to be.
[0029]
The material of the above-mentioned sleeve member (113a) representing the cooling sleeve 113a should be a material which is rigid and thermally expandable as well as the melting cylinder 111a and the cooling cylinder 112a and which has as good a thermal conductivity as possible. Is preferred. Further, the cooling sleeve 113a does not hinder the strength even if it has a small volume as shown, that is, a relatively thin cylindrical member. This is because a self-seal 103 as described later is formed in the annular groove 113b, and the pressure of the molten metal 102 that may enter the rear cooling sleeve 113a from the self-seal becomes much lower than the injection pressure. .
[0030]
In particular, the melting cylinder 111a and the cooling cylinder 112a are formed so as to include a sleeve-shaped outer annular convex portion on the outer peripheral edge of one of the cylinders and a fitting step portion into which the annular convex portion is fitted in the other cylinder. Is done. In the illustrated example, an outer annular convex portion 112b is formed on the outer edge of the front end of the cooling cylinder 112a, and a fitting step portion of the annular convex portion 112b is formed on the outer periphery of the rear end of the melting cylinder 111a. The outer annular convex portion 112b and the cooling sleeve 113a are formed to be long, and a space 113d is formed between the melting cylinder 111a and the cooling cylinder 112a. Further, a plurality of through holes or notches 112c are formed in the outer annular convex portion 112b, and the heat trapped in the space 113d is radiated. Thus, this space 113d functions as an adiabatic space between the cooling cylinder 112a and the melting cylinder 111a. The cooling cylinder 112a and the melting cylinder 111a are connected to one injection cylinder by a bolt (not shown) inserted from the cooling cylinder 112a side.
[0031]
The inner diameters of the cylinder holes 112h and 113h of the cooling cylinder 112a and the cooling sleeve 113a are formed so that the billet 101 is heated to such a degree that the billet 101 does not soften and does not interfere with each other even if the billet 101 thermally expands. Is done.
Specifically, the inner diameters of the cylinder hole 112h and the cylinder hole 113h are formed to have dimensions larger than the outer diameter of the billet 101 by about 0.2 mm to 0.3 mm. Desirably, the cylinder holes 112h and 113h are more preferably formed in a taper that slightly increases in diameter from the rear end side of the cooling cylinder 112a to the front end side of the cooling sleeve 113a. With such a configuration, the billet 101 is inserted in the cylinder holes 112h and 113h with almost no eccentricity, and the gap therebetween is almost uniform. In particular, when these cylinder holes are tapered, the gap between the cylinder holes 112h and 113h can be formed narrower in accordance with the inclination of the outer diameter of the billet 101 that has been thermally expanded.
[0032]
On the other hand, the inner diameter of the cylinder hole 111h of the melting cylinder 111a is formed to be several mm larger than the cylinder holes 112h and 113h. For example, when the molding material is a magnesium alloy, the inner diameter of the cylinder hole 111h is formed to be as large as about 2 mm to 4 mm on one side. The function and effect of making the cylinder hole 111h larger in diameter will be described later.
[0033]
The temperature of the heaters 16a to 16c wound around the melting cylinder 111a is set to be equal to or higher than the melting temperature of the billet 101 in order to melt the billet 101 in the melting cylinder 111a. For example, when the billet is a magnesium alloy, The temperature is set to about 650 ° C. Thus, the billet changes from 600 ° C. to 650 ° C. while moving forward in the cylinder 111a. However, in particular, the temperature of the rear heater 16c may be set to a temperature appropriately lower than the melting temperature, and a temperature gradient may be applied to the temperature setting of the heaters 16a to 16c. When the temperature is adjusted in this manner, the temperature of the billet 101 located in the cooling zone 112 and the seal zone 113 is easily adjusted. In particular, attachment of the heater 16c is avoided on the outer periphery near the rear end of the melting cylinder 111a where the annular groove 113b is located inside. This is because this portion corresponds to the seal zone 113.
[0034]
The first cooling pipe 17 wound around the cooling cylinder 112a and the second cooling pipe 18 wound around the cooling sleeve 113a individually cool the cooling cylinder 112a and the cooling sleeve 113a. Thus, the temperature of the cooling sleeve 113a and the cooling cylinder 112a is controlled to a low temperature that is abruptly lowered with respect to the melting cylinder 111a.
The adiabatic space 113d between the melting cylinder 111a and the cooling cylinder 112a and the local abutting state of the cooling sleeve 113a are controlled by a temperature control having a steep temperature gradient between the melting cylinder 111a and the cooling cylinder 112a. To facilitate.
[0035]
In particular, the second cooling pipe 18 wound around the cooling sleeve 113a strongly cools the annular groove 113b by strongly cooling the small-sized cooling sleeve 113a, and cleans the outer periphery of the billet 101 in contact with the cooling sleeve 113a. More direct and powerful cooling. This cooling effectively prevents the billet 101 located in the cooling cylinder 112a or the cooling sleeve 113a from softening due to the high temperature propagating from the melting cylinder 111a. For example, in the magnesium molding machine, the cooling is adjusted so that the deep temperature of the billet 101 located near the cooling sleeve 113a of the cooling cylinder 112a does not exceed about 100 ° C. to about 150 ° C., and the billet 101 is positioned on the melting cylinder 111a side of the cooling sleeve 113a. Since the deep temperature of the billet 101 is close to the melting zone 111, the temperature is controlled so as to be about 250 ° C. to 300 ° C., which is lower than the temperature 350 ° C. at which softening particularly occurs.
[0036]
In the injection device 100 as described above, the billet 101 moves forward at a low speed when the operation is first started. At this time, as shown in FIG. 3, the molten metal 102 that has already been melted at the tip end side of the injection cylinder 11 backflows and changes into solidified material in the annular groove 113b. The solidified material 103 has the following characteristics, and thereby has a specific function and effect.
[0037]
First, since the solidified material 103 is obtained by solidifying the molten metal 102 following the gap between the annular groove 113b and the billet 101, even if the billet 101 is slightly eccentric with respect to the injection cylinder 11, the gap around the billet 101 is formed by the gap. Fill without. Further, since the solidified material 103 fits in the annular groove 113b in a sufficiently solidified state, it does not advance with the billet 101 at the time of injection and is not damaged by the injection pressure. Nor. In addition, the front end face of the solidified material 103 is in a soft and softened state in direct contact with the molten metal 102 filling the gap between the melting cylinder 111a and the billet 101, so that during injection, the front portion is crushed by the injection pressure and solidified. The gap between the object 103 and the billet 101 is sufficiently filled with the softened material. Further, the outer periphery (surface) of the billet 101 advanced by the injection is rapidly heated by the molten metal 102 in the gap before the next injection, and the temperature of the surface of the billet 101 in contact with the solidified material 103 is also rapidly increased. As a result, the surface of the solidified material 103 in contact with the billet 101 is rapidly softened. Further, the bonding strength of the solidified material 103 to the billet 101 is not so strong because the high-temperature molten metal 102 is rapidly solidified with respect to the non-softened billet 101 at a relatively low temperature.
[0038]
Thus, the solidified material 103 seals a gap between the billet 101 and the injection cylinder 11 when the billet 101 advances at the time of injection. The solidified material 103 is obtained by changing the molten metal 102 itself. Therefore, in the following description, the solidified material 103 is referred to as a self-sealing 103.
[0039]
In this way, when the billet 101 itself injects the molten metal 102, the self-seal 103 does not allow air or the like to enter from between the billet 101 and the injection cylinder 11, does not leak the molten metal 102 backwards, and has the billet 101. To reduce frictional resistance when moving. Thus, the self-seal 103 functions as an ideal seal member. Such an action of the self-sealing 103 makes good use of the properties of light metal materials, particularly magnesium alloys, that is, the property of rapidly changing solid-liquid state due to large thermal conductivity, small heat capacity, and latent heat.
[0040]
On the other hand, a gap between the inner diameter of the cylinder hole 111h of the melting cylinder 111a and the outer diameter of the billet 101 is formed to be about several mm. A sufficient gap that does not cause mutual interference between the cylinder 101 and the cylinder hole 111h is ensured, and the molten metal 102 passes through the gap and reliably goes behind the billet tip 101a whose diameter has been increased. Therefore, the sneaking of the molten metal 102 prevents the generation of a space in which the smelt 102 does not sneak, thereby stabilizing the injection volume without causing an increase in the injection volume. The reason why the diameter of the billet 101 near the tip 101a in the melting cylinder 111a expands particularly easily is that the tip contacts the high-temperature molten metal 102 and is particularly softened.
[0041]
In general, the backflow phenomenon of the molten metal is more likely to occur in the case where a thin-walled molded article having a complicated shape is injection-molded. In such a molding, the billet is advanced at a high speed and a high pressure, so that the billet advances at a high speed, and as a result, the molten metal has a high pressure. The self-sealing 103 suppresses the phenomenon most effectively in such a case. Needless to say, the self-sealing 103 eliminates the occurrence of the above phenomenon even in a molding machine that performs injection molding of a thick-walled simple-shaped molded product at a low speed and a low pressure.
[0042]
It is more preferable to further form a sub annular groove 113e in the cooling sleeve 113a. The sub annular groove 113e is a small groove formed in the cylinder hole 113h of the cooling sleeve 113a near the rear of the annular groove 113b. For example, the groove width is about 3 mm to 5 mm and about 10 mm behind the annular groove 113b. Is formed in a groove of about 3 mm. The sub-annular groove 113e is formed at a location where the cooling member 113c is mounted as shown in the upper drawing from the center line in FIG. 3 or directly in the cooling sleeve 113a as shown in the lower drawing from the center line in FIG. Is done. Then, the sub annular groove 113 e is strongly cooled by the second cooling pipe 18.
[0043]
With this configuration, in the event that the molten metal 102 attempts to flow backward first beyond the self-sealing 103 without successful injection, the molten metal 102 is immediately solidified in the sub-annular groove 113e and becomes strong. To form a solid layer. Since the gap between the cooling sleeve hole 113h and the billet 101 behind the annular groove 113b is small and sufficiently cooled as described above, the molten metal 102 leaking beyond the self-sealing 102 is small, and This is because the backflow speed is slow. In addition, the auxiliary annular groove 113e buffers the backflow of the molten metal at this position and locks the solidified product generated in this groove, so that the solidified material moves back and forth together with the billet 101 during injection. As a result, this solid does not grow. In addition, the solidified annularly solidified at the location of the sub annular groove 113e and between the annular groove 113b and the sub annular groove 113e is solidified in a state where the width is small and the temperature difference is large, and is almost bonded to the billet 101. do not do. Thus, the solidified material in the sub annular groove 113e functions as a more reliable seal without causing an increase in frictional resistance.
[0044]
A gas outlet 90c is formed near the rear end of the cylinder hole 112h of the cooling cylinder 112, or in the through hole 90a of the center frame 90, or between the two, and an inert gas is ejected from the gas outlet 90c. With such a configuration, the inert gas purges the air in the gap between the cylinder hole 112h and the billet 101, and the oxidation thereof is reliably prevented particularly when a magnesium alloy is used. In this case, the injection of the inert gas is performed in a state where the billet 101 is inserted into the cylinder hole 112h. Thus, less inert gas is injected. Of course, the inert gas is prevented from being mixed into the molten metal 102 by the self-sealing 103.
[0045]
As shown in the cross-sectional view of FIG. 4, the material supply device 20 receives the hopper 21 in which a number of billets 101 are loaded in an aligned state, a chute 22 for sequentially dropping the billets 101 in an aligned state, and the billet 101 once. It comprises a shutter plate 23 that drops one by one and a holding device 24 that holds the supplied billet 101 concentrically around the axis of the melting cylinder 111a. In particular, the holding device 24 includes a movable holding member 26 that opens and closes when the billet 101 is supplied, a fixed holding member 25, and a fluid cylinder 27 such as an air cylinder that opens and closes the movable holding member 26. When the holding members 25 and 26 are closed, the billet 101 is held at a position substantially coinciding with the center of the cylinder hole 112h. Recesses 25a, 26a of a slightly semicircular arc shape having a slightly larger diameter are formed, and the recesses 25a, 26a are formed such that the centers of the recesses 25a, 26a substantially coincide with the centers of the cylinder holes 11a of the injection cylinder 11. The shutter plate 23 is opened and closed by a shutter device 30 including a fluid cylinder 31 such as an air cylinder. The shutter plate 23 constitutes a two-stage upper and lower shutter together with the movable-side holding member 26, and the billets 101 are dropped one by one by their alternate opening and closing operations. Reference numeral 28 denotes a guide member that receives the billet 101 on its curved guide surface below the chute 22 and guides the billet 101 to the concave portion 25 a of the holding member 25. The billet supply device 40 is one embodiment, and may have another configuration as long as the device supplies the billet 101 one by one and holds the billet 101 at a position concentric with the axis of the melting cylinder 111a. .
[0046]
The injection driving device 40 includes a first driving device 50 and a second driving device 70, and uses a pusher 41 as shown in FIG. The billet 101 is moved forward to inject the molten metal 102. The pusher 41 has a substantially half (left half in the drawing) on the distal end side formed on the screw shaft 41a and a rear half (right half in the drawing) formed on the spline shaft 41b. The screw shaft 41a is preferably formed as a trapezoidal screw, and has an outer diameter slightly smaller than that of the billet 101. Thus, the pusher 41 is inserted with a small insertion distance but with a sufficient gap to the injection cylinder 11, and there is no wear between the pusher 41 and the injection cylinder 11. The first drive device 50 and the second drive device 70 that drive such a pusher 41 in cooperation are configured as follows.
[0047]
The first drive device 50 includes a hydraulic cylinder 51 fixed to the center frame 90 and a hydraulic piston 52 driven in the hydraulic cylinder 51. At the center of the hydraulic piston 52 and the piston rod portions 52a, 52b formed before and after the hydraulic piston 52, a hollow portion in which the pusher 41 is concentrically movable is formed, and the screw shaft of the pusher 41 is formed at the front end of the hollow portion. A nut 53 screwed to 41a is fixed. The first drive device 50 having such a configuration is used for injection control because the hydraulic piston 52 is moved by hydraulic pressure to advance the pusher 41 with high speed and large thrust. Accordingly, the maximum movable stroke of the hydraulic piston 52 is determined by the maximum injection volume of the injection device 100, and the movement stroke of the hydraulic piston 52 during molding is set to the injection volume of the injection condition. The large thrust at the time of injection that the nut 53 applies to the screw shaft 41a is applied to the entire screw since the nut 53 and the screw shaft 41a are screwed together with the trapezoidal screw, and the screw portion is not damaged. Further, when the large thrust is applied to the screw portion from the nut 53, a torque is generated to rotate the pusher 41, but this torque is small due to a large surface frictional resistance of the screw portion. Moreover, the possibility of rotation of the pusher 41 due to this torque is prevented by stop control of the motor 72 of the second drive device 70 described later.
[0048]
On the other hand, as a reaction of the torque, a rotational torque is also generated in the hydraulic piston 52. Therefore, the detent device 60 for the hydraulic piston 52 is provided at the rear of the piston rod portion 52b. The detent device 60 includes a bracket 61 fixed to the piston rod portion 52b, and a roller 62 rotatably fixed on the bracket 61. Then, the roller 62 moves along a guide groove 54 a having the same width as the roller 62 formed in the hollow cylindrical rear housing 54 connected to the rear end (the right end in the drawing) of the hydraulic cylinder 51. With such a configuration, the roller 62 prevents the hydraulic piston 52 from rotating with respect to the hydraulic cylinder 51 during injection.
[0049]
A conventionally known position detecting device that detects a moving position of the hydraulic piston 52 with respect to the rear housing 54 is attached to a tip of the bracket 61. Although not shown, the detection device includes, for example, a linear scale or a magnescale (magnetic scale) attached to the rear housing 54 and a scale detection head attached to the front end of the bracket 61. You.
[0050]
The second driving device 70 includes a motor 72 fixed to a rear end of the rear housing 54 via a bracket 71, a first pulley 73 fixed to an output shaft of the motor 72, and a rotation at a rear portion of the rear housing 54. A second pulley 74 fixed to a freely supported hollow shaft member 78, a timing belt 75 stretched between these pulleys 73 and 74, and a spline shaft fixed to the hollow shaft member 78 and of the pusher 41. The spline nut 76 meshes with the spline nut 41b. As the motor 72, a hydraulic motor or a servomotor is used, and as the spline nut 76, a known ball spline nut is used. Reference numeral 77 denotes a bearing for rotatably mounting the hollow shaft member 78 to the rear housing 54.
[0051]
The bracket 55 attached to the rear housing 54 so as to protrude rearward is provided with detectors 56 and 57 for detecting passage of the rear end of the pusher 41, for example, including proximity switches. The detector 56 detects that the pusher 41 has advanced a distance exceeding the entire length of the billet 101 in order to detect a time when the billet 101 is supplied. The detector 57 detects that the pusher 41 has retreated to a position where it does not interfere with the billet 101 when the material supply device 20 refills the billet 101. The control device, not shown, receives the signals from the detectors 56 and 57 and detects the arrival of the billet 101 at the time of billet replenishment and the completion of the replenishment preparation.
[0052]
The second drive device 70 controls the rotation of the second pulley 74 by controlling the rotation of the motor 72, and controls the rotation of the pusher 41 via a spline nut 76 integrated with the second pulley 74. Then, the screw shaft 41a of the pusher 41 moves back and forth with respect to the nut 53 of the hydraulic piston 52, and eventually the pusher 41 moves forward or backward. At this time, the rotation of the hydraulic piston 52 is stopped by the detent device 60. And the spline fitting portion allows only the movement in the front-back direction.
Thus, the second driving device 70 retracts the pusher 41 a distance exceeding the entire length of the billet 101 when refilling the billet 101, and then advances the pusher 41 with a predetermined thrust to insert the billet 101 into the injection cylinder. I do. Further, the second drive device 70 moves the pusher 41 forward by the same distance with respect to the nut 53 by a predetermined thrust when the hydraulic piston 52 advanced a distance equal to the injection volume at the time of injection is retracted for the next injection. . The latter operation is an operation corresponding to a conventionally known weighing operation, the details of which will be described later.
[0053]
Since the moving speed of the pusher 41 is not as high as the moving speed at the time of injection, the rotation of the screw shaft 41a is not high. Therefore, even if the screw shaft 41a and the nut 53 are screwed via the trapezoidal screw, there is no problem in operation. The operation of moving forward with the predetermined thrust is performed by setting the hydraulic pressure of the hydraulic oil to a predetermined pressure when the motor 72 is a hydraulic motor, and by setting the output torque to a predetermined torque when the motor 72 is a servomotor. This is achieved by limiting. Further, when the motor 72 of the second driving device 70 is stopped and the second pulley 74 is stopped at the time of injection, the spline nut 76 integral therewith is stopped, and the rotation of the pusher 41 is prevented.
[0054]
The injection driving device 40 described above is one embodiment, and is not limited to the illustrated configuration. Further, the injection driving device 40 does not need to be configured by the first driving device 50 and the second driving device 70. The injection drive device 40 sequentially executes an operation of accurately advancing a member corresponding to the pusher 41 to a distance corresponding to the injection volume at the time of injection, and moves a member corresponding to the pusher 41 to the rear at a time when replenishing the billet 101 and replenishes the billet 101. A driving device having any configuration may be used as long as the device inserts the billet 101 into the injection cylinder 11 later.
[0055]
The injection device 100 may include a pressure reducing device 80 that reduces the pressure of the molten metal 102 in the injection cylinder 11 by changing the volume in the injection cylinder 11. As shown in FIG. 6, the pressure reducing device 80 is fixed to a rod member 81 that protrudes and retracts in the cylinder hole 11a near the front end of the injection cylinder 11, and is fixed at a predetermined distance to the outer periphery of the injection cylinder 11, and And a driving device 82 for driving the rod member 81 back and forth. The rod member 81 is formed in the injection cylinder 11 and inserted into the guide hole 11g. For example, a hydraulic cylinder or the like is adopted as the driving device 82, and a rod member 81 is connected to a piston rod 83 of the cylinder.
[0056]
Such a pressure reducing device 80 increases the volume in the injection cylinder 11 and reduces the pressure of the molten metal 102 by retreating the rod member 81 in the injection cylinder 11. This depressurizing operation is the same operation as a conventionally known suck-back operation, and prevents inadvertent leakage of the molten metal 102 from the tip of the injection nozzle 22. This operation is usually performed at the timing after the pressure holding after the injection or after the cooling is performed. On the other hand, the reverse operation of advancing the rod member 81 is performed at the moment immediately before injection. Therefore, when such a pressure reducing device 80 is provided, a volume that is displaced by the stroke of the rod member 81 is added to the injection volume.
[0057]
The pressure reducing device 80 may further include a sealing device 84 as described below. The sealing device 84 includes a guide member 85 mounted so as to close the guide hole 11g, and a cooling pipe 86 wound around the member 85. A gap between the rod member 81 and the guide hole 11g is formed to be about 1 mm, and the rod member 81 is movably guided with respect to the guide member 85 with a slight gap. With such a configuration, the molten metal 102 that has entered the guide hole 11g is solidified around the rod member 81 near the guide member 85. Thus, the solidified material functions as a guide hole seal between the rod member 81 and the guide hole 11g. The solidified material is also interposed between the rod member 81 and the guide member 85 in a layered manner, and the solidified material prevents wear and galling between the rod member 81 and the guide member 85. Of course, the sealing device 84 may have a configuration in which the bar member 81 is cooled instead of the guide member 85 being cooled. In this case, the guide member 85 is attached as a small plug member so as to close the guide hole 11g, and a block body that slides on the rod member 81 and guides the rod member 81 is fixed at a position separated from the plug member by a predetermined distance.
Then, the block body is cooled by disposing the cooling pipe inside or outside thereof. Then, as a result of the rod member 81 being cooled and the guide hole 11g near the plug member being cooled, a seal is formed in the guide hole 11g as in the illustrated example.
[0058]
The injection device 100 of the present invention described above performs injection as shown in FIGS. FIG. 7 shows a cross section as viewed from the side of the injection cylinder unit 10, and FIG. 8 shows a cross section as viewed from the side of the injection driving device 40. 7 (a), 7 (b) and 7 (c) in FIG. 7 and FIGS. 8 (a), 8 (b) and 8 (c) in FIG. 8 show state diagrams in the same operation process. Each figure (a) shows the state when the billet 101 is supplied, each figure (b) shows the state before and after the injection is performed, and each figure (c) shows the state when it is detected that the supply timing has been reached. Indicates the status. In particular, in FIG. 8B, the upper half of the center axis indicates the state immediately before the injection, and the lower half of the center axis indicates the state immediately after the injection.
[0059]
First, the state of the actual molding operation in which the injection is performed stably will be described with reference to FIG. At this time, the molten metal 102 for several shots is always secured in the front part of the melting cylinder 111a. Immediately before the injection, as shown in the upper half, the first drive device 50 retracts the hydraulic piston 52 by a stroke corresponding to the injection volume to secure a stroke corresponding to the next injection volume of the pusher 41. At the same time, the second driving device 70 advances the pusher 41 with respect to the hydraulic piston 52 by a stroke corresponding to the injection volume, and makes the pusher 41 adhere to the rear end of the billet 101 with a predetermined thrust.
[0060]
In this state, the hydraulic piston 52 advances the pusher 41 at a high speed by a stroke corresponding to the injection volume, whereby high-speed filling control of the molten metal 102 is performed, and the state shifts from the upper half state to the lower half state. . When the injection operation is started, usually, the self-sealing 103 described above is already formed in the annular groove 113b. This is because the self-seal 103 is quickly formed when the billet 101 advances first. Therefore, the self-seal 103 does not allow the inert gas, air, and the like to enter when the billet 101 injects the molten metal 102, and also does not cause the molten metal 102 to backflow backward. In addition, the self-sealing 103 reduces the movement resistance of the billet 101 moving in the injection cylinder. Also, since the inner diameter of the cylinder hole 111h of the melting cylinder 111a is sufficiently larger than the outer diameter of the billet 101, the cylinder hole 111h does not buffer in the cylinder hole 111h even if the tip of the billet 101 softened immediately before melting expands due to the injection pressure. , The injection volume does not change.
[0061]
In the above-described injection operation, the rotation of the hydraulic piston 52 is blocked by the rotation preventing device 60 and the rotation of the pusher 41 is blocked by the second driving device 70, and the position of the piston 52 is detected by the above-described position detection of the bracket 61. Feedback by the vessel. Thus, the injection operation of the pusher 41 is accurately controlled by the movement control of the hydraulic piston 52.
[0062]
When the pressure is maintained after the injection and the cooling of the molded article is started, the metering for the next injection is performed as follows. However, the metering of the present invention differs from the conventionally known metering in which the plunger is retracted each time by a distance corresponding to the injection volume and stores the molten metal in the injection cylinder. This is because, in the present invention, as will be understood from the following description, the plunger is not used, and control is performed such that molten metal for several shots is stored in the injection cylinder.
[0063]
The metering operation in the injection device 100 of the present invention is performed in the lower half of FIGS. 7 and 8 (b) without changing the position of the pusher 41 immediately after the injection in the upper half of the same drawing (b). This is an operation of retreating only the hydraulic piston 52 as shown in FIG. 4 to secure a stroke for the next injection on the stroke of the hydraulic piston 52. First, the hydraulic piston 52 of the first drive device 50 retreats by a stroke corresponding to the injection volume advanced during injection, and secures a movement stroke of the pusher 41 corresponding to the injection volume for the next injection operation. At the same time or immediately thereafter, the second drive device 70 rotates the pusher 41 to advance the pusher 41 with respect to the hydraulic piston 52 by a stroke corresponding to the injection volume, so that a predetermined thrust is applied to the rear end of the billet 101. Adhere with. That is, the first driving device 50 retracts the hydraulic piston 52 by a stroke corresponding to the injection volume to secure a stroke corresponding to the next injection volume of the pusher 41, and the second driving device 70 The billet 101 is again brought into close contact with the rear end by the thrust. Thus, the weighing, which is a preparation operation for the next injection operation, is completed.
[0064]
The actual molding is performed by repeating the above-described injection operation and the subsequent metering operation. Then, by repeating such an operation, the pusher 41 advances progressively, and the billet 101 advances progressively and is melted. When one billet 101 is eventually consumed and the pusher 41 advances by a length exceeding the entire length of one billet 101, the next billet 101 is supplied.
[0065]
In particular, when the injection device 100 includes the pressure reducing device 80 in the injection cylinder 11, the rod member 81 moves forward immediately before the injection operation. Then, at the timing when the pressure holding is completed after the injection is completed and the gate of the mold is solidified, the rod member 81 retreats, and the pressure of the molten metal 102 in the injection cylinder 11 is reduced. Such a suck-back operation prevents the molten metal 102 from unexpectedly leaking from the injection nozzle 12. Naturally, the injection volume takes into account the increase in the volume pushed away by the stroke of the rod member 81.
[0066]
As shown in FIG. 8C, material supply is started when the rear end of the pusher 41 passes by the detector 56 during the injection operation. At this time, the detector 56 detects the passage of the rear end to the controller and sends a signal to that effect. Then, after completing the injection operation and the dwelling operation that were being performed, the control device retracts the injection pusher 41 until the detector 57 detects the trailing end as shown in FIG. At this time, the hydraulic piston 52 remains at the forward position immediately after the injection. In this way, when a space for accommodating the billet 101 is formed in the holding device 24, the holding member 26 on one side is opened and one billet 101 is supplied into the holding device 24 as shown in FIG. Is done. Then, the material supply device 20 opens the shutter plate 23 and supplies the next billet 101 onto the holding member 26 on one side. Next, the second driving device 70 advances the pusher 41 with a predetermined thrust to feed the billet 101 into the injection cylinder 11 and bring the billets 101 into contact with each other. Thereafter, the first driving device 50 retracts the hydraulic piston 52 by a stroke corresponding to the injection volume to secure the stroke of the pusher 41 corresponding to the injection volume necessary for the next injection, and the second driving device 70 The pusher 41 is moved forward with a predetermined thrust to make contact with the billet 101 again. In this way, the billet 101 is filled in the injection cylinder 11, and the movement stroke of the pusher 41 for the next injection is secured.
[0067]
Next, a setup operation when starting up the injection device 100 for the first time will be described. First, the billet 101 is supplied to the rear end side of the injection cylinder 11 by the material supply device 20 as described above, and is directly inserted into the injection cylinder 11 by the injection drive device 40. Subsequently, the above-described replenishing operation is repeated, and a plurality of billets 101 are inserted into the injection cylinder 11. Thereafter, the injection of the inert gas is started in a state where the billet 101 is pressed by the pusher 41 with a predetermined thrust, and the billet 101 is heated to the melting temperature in the melting cylinder 111a.
[0068]
When the billet 101 is heated in the injection cylinder 11, the billet 101 on the side of the injection nozzle 12 starts melting first. The molten molten metal 102 moves forward by the pressure of the pusher 41, fills the cylinder, reaches the injection nozzle 12 hole, and is in the state of FIG. At this time, since the gap between the cooling sleeve 113a and the billet 101 is small and the cooling sleeve 113a is strongly cooled, the air and the inert gas in the injection cylinder 11 are removed until the molten metal 102 is generated to some extent. While coming out of the gap, the generated molten metal 102 does not leak backward from this gap. This is because the pressure of the molten metal 102 is not yet high, and even if the molten metal 102 moves backward, it is immediately solidified in the gap in the cooling sleeve 113a.
[0069]
At the first start-up, the billet 101 moves forward as the billet 101 melts. Thus, the billet 101 is supplied as needed. After a few shots of the molten metal 102 are secured, purging is performed according to the injection operation, and the inert gas and air mixed in the molten metal are expelled from the cylinder together with the molten metal 102. Thereafter, the molding conditions are adjusted in a state where the injection nozzle 12 is in contact with the mold, and the main operation is started.
[0070]
If the air or inert gas initially mixed in the injection cylinder during the setup operation is not immediately purged, these expansions cause the high-temperature molten metal 102 to be suddenly ejected from the tip of the injection nozzle 22, May be like a runny nose.
Such a phenomenon has a great risk of giving a danger to the operator because the setup operation for determining the molding conditions often depends on the direct adjustment operation of the molding operator.
[0071]
When the pressure reducing device 80 is provided in the injection cylinder, the risk of the pressure reducing device 80 in the molding condition setting operation is reduced. That is, the pressure reducing device 80 reduces the pressure immediately after the injection is performed, that is, sucks back, and prevents the molten metal 102 from unexpectedly leaking at a time other than the time of the injection.
[0072]
Finally, the operation and effect specific to the present invention regarding the maintenance and inspection of the injection cylinder unit 10 will be described.
First, since the amount of the molten metal 102 is only required for a few shots, which is the minimum necessary, a large time loss occurs due to temperature rise and fall in operations such as start-up and restart of the injection device 100. Maintenance work becomes easier.
Secondly, since the molten metal 102 is injected by the billet 101 instead of by the plunger or screw, the plunger or screw cannot be worn naturally, the wear of the injection cylinder 11 is extremely small, and the maintenance of the injection cylinder 11 is smaller than that of the conventional injection device. No inspection required.
Third, since the pusher 41 enters the injection cylinder 11 with a sufficient clearance from the injection cylinder 11, there is no wear between the pusher 41 and the injection cylinder 11.
Fourth, the work of pulling out the molding material (solidified molten metal) from the injection cylinder 11 can be easily performed. First, after stopping the heating of the molten metal 102 and solidifying the whole to some extent, the nozzle adapter 13 and the injection nozzle 12 at the tip of the injection cylinder 11 are removed, and the billet 101 is pushed out by the pusher 41. Pusher 41 is not solidified because it is not a solid grown by repeated breakage and generation, as described above, self-seal 103 is not originally strongly bonded to billet 101, and billet 101 is cooled and shrunk. The thrust required to extrude the molding material is not very large. Moreover, at this time, the billet 101 can be extruded while the self-seal 103 remains in the annular groove 113b. The self-seal 103 left in the annular groove 113b is left in the injection cylinder 11 as it is, unless it is a maintenance check for overhaul, and is used again as a seal member in the next molding operation. In particular, when the injection device 100 includes the pressure reducing device 80, the rod member 81 is extracted from the cylinder hole at an appropriate time for cooling the molten metal 102.
[0073]
【The invention's effect】
The injection device according to the first aspect of the present invention includes the material supply device and the injection drive device, and includes the injection cylinder including the melting zone, the cooling zone, and the seal zone, so that the light metal material can be easily supplied to the injection device. It is possible to efficiently secure a few shots of molten metal in the melting zone, to cool the billet in the cooling zone without fail, and to form a self-sealing in the seal zone. The injection can be performed accurately and stably in the state. Therefore, the electric power for melting and keeping the temperature of the material is the minimum necessary electric power, and the running cost during the molding operation is greatly reduced. The self-sealing not only reliably prevents the molten metal from leaking between the billet and the injection cylinder at the time of injection, but also reduces frictional resistance between the billet and the cylinder and reduces wear of the injection cylinder.
[0074]
According to the injection device described in claim 2 of the present invention, the injection cylinder is configured as described above, and the temperatures of the melting cylinder, the cooling cylinder, and the cooling sleeve are controlled to have a steep gradient. At the same time, since the self-sealing is more reliably and ideally formed in the annular groove, the self-sealing stably prevents the backflow of the molten metal without being damaged by the injection operation. In addition, the injection volume does not change even if the billet tip expands in diameter due to the injection pressure.
[0075]
According to the invention described in claim 3 of the present invention, the cooling sleeve is further formed with a sub-annular groove smaller than the annular groove, so that leakage of the molten metal is more reliably prevented.
[0076]
Further, according to the invention described in claim 4 of the present invention, since the pressure reducing device is provided near the tip of the melting zone, unexpected leakage of the molten metal from the injection nozzle is prevented.
[0077]
According to the invention described in claim 5 of the present invention, since the rod member of the pressure reducing device is sealed by the self-sealing of the guide hole formed in the guide hole, the rod member is securely sealed and the rod member is worn. No worries about galling.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a partial cross section of the entire configuration of an injection device of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an injection cylinder unit in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the vicinity of a seal zone of the injection cylinder section of FIG. 1 in detail.
FIG. 4 is a sectional view taken along line XX of FIG. 1 showing a section of the material supply device of the injection device of the present invention.
FIG. 5 is a detailed sectional view of the injection driving device of FIG. 1;
FIG. 6 is a sectional view of a pressure reducing device of the injection device of the present invention.
FIG. 7 is a side sectional view showing an operation process of the injection device of the present invention, particularly, an injection cylinder portion. In particular, FIG. 7A shows the state when the billet is supplied, FIG. 7B shows the state before and after the injection is performed, and FIG. 8C shows the state when it is detected that the supply timing has been reached. In particular, the upper half of the center axis in FIG. (B) shows the state immediately before injection, and the lower half of FIG. (B) shows the state immediately after injection.
FIG. 8 is a side sectional view showing an operation process of the injection device of the present invention, particularly, an injection driving device. In particular, FIG. 7A shows the state when the billet is supplied, FIG. 7B shows the state before and after the injection is performed, and FIG. 8C shows the state when it is detected that the supply timing has been reached. In particular, the upper half of the center axis in FIG. (B) shows the state immediately before injection, and the lower half of FIG. (B) shows the state immediately after injection.
[Explanation of symbols]
10 Injection cylinder
11 Injection cylinder
11a Cylinder hole of injection cylinder
11g Guide hole for rod member
16 Heater
17 First cooling pipe
18 Second cooling pipe
20 Material supply device
24 Holding device
40 Injection drive
41 Pusher
50 First drive
70 Second drive device
80 decompression device
81 Bar member
82 Drive
84 Sealing device
85 Guide member
100 injection device
101 billet
102 molten metal
103 Self-sealing (solidified)
111 melting zone
111a melting cylinder
111h Cylinder hole of melting cylinder
112 cooling zone
112a Cooling cylinder
112h Cylinder hole of cooling cylinder
113 Seal zone
113a Cooling sleeve
113b annular groove
113e Secondary annular groove

Claims (5)

軽金属材料からなる円柱短棒形状のビレットを射出シリンダの後端側から挿入し、前方に移動した前記ビレットを前記射出シリンダ中で融解して、融解した溶湯を未融解の前記ビレットによって射出する軽金属射出成形機の射出装置において、
前記射出装置が、複数本の前記ビレットを貯留するとともに前記射出シリンダの後端側に前記ビレットを1本ずつ順次補給する材料供給装置と、補給された前記ビレットを前記射出シリンダ中に挿入する一方、射出時に前記ビレットを累進的に前進させることによって前記溶湯を射出する射出駆動装置とを備え、
前記射出シリンダが、前記射出シリンダの前方部分に位置して前記ビレットを融解して複数ショット分の溶湯を一時的に貯留する融解ゾーンと、前記射出シリンダの後方部分に位置して前記ビレットを射出圧力によって変形しない非軟化状態に維持して冷却する冷却ゾーンと、前記融解ゾーンと前記冷却ゾーンとの間に位置して前記溶湯を冷却することによって前記ビレットの外周に前記溶湯の固化物である自己シールを生成するシールゾーンとに区分されることを特徴とする軽金属射出成形機の射出装置。
A cylindrical short rod-shaped billet made of a light metal material is inserted from the rear end side of the injection cylinder, the billet moved forward is melted in the injection cylinder, and the molten metal is injected by the unmelted billet. In the injection device of the injection molding machine,
A material supply device that stores the plurality of billets and sequentially replenishes the billets one by one to a rear end side of the injection cylinder, and inserts the refilled billets into the injection cylinder; An injection drive device for injecting the molten metal by progressively advancing the billet during injection,
The injection cylinder is located at a front portion of the injection cylinder to melt the billet and temporarily store a plurality of shots of molten metal, and is located at a rear portion of the injection cylinder to inject the billet. A cooling zone for cooling while maintaining a non-softened state that is not deformed by pressure; and a solidified product of the molten metal on the outer periphery of the billet by cooling the molten metal located between the melting zone and the cooling zone. An injection device for a light metal injection molding machine, which is divided into a seal zone for generating a self-sealing.
前記融解ゾーンと前記冷却ゾーンが、融解シリンダと冷却シリンダの個別の部材によって形成されて相互に部分的にのみ当接するとともに前記融解シリンダのシリンダ孔が前記冷却シリンダのシリンダ孔より大きい直径寸法に形成され、
前記シールゾーンが、前記融解シリンダと前記冷却シリンダとの間に配置されて両者に部分的に当接する小容積の冷却スリーブによって形成されるともに前記冷却スリーブの前方に環状溝が形成されて、
前記融解シリンダが加熱ヒータによって加熱され、前記冷却スリーブが第一の冷却管によって冷却され、前記冷却シリンダが第二の冷却管によって冷却されることによって前記自己シールが前記環状溝に生成されることを特徴とする請求項1記載の軽金属射出成形機の射出装置。
The melting zone and the cooling zone are formed by separate members of the melting cylinder and the cooling cylinder and only partially abut each other, and the cylinder hole of the melting cylinder is formed to have a larger diameter than the cylinder hole of the cooling cylinder. And
The sealing zone is formed by a small volume cooling sleeve disposed between the melting cylinder and the cooling cylinder and partially abutting the both, and an annular groove is formed in front of the cooling sleeve;
The self-sealing is generated in the annular groove by the melting cylinder being heated by a heater, the cooling sleeve being cooled by a first cooling pipe, and the cooling cylinder being cooled by a second cooling pipe. The injection device for a light metal injection molding machine according to claim 1, wherein:
前記環状溝の後方の前記冷却スリーブ中に前記環状溝より小さい副環状溝が形成されることを特徴とする請求項2記載の軽金属射出成形機の射出装置。The injection device for a light metal injection molding machine according to claim 2, wherein a sub-annular groove smaller than the annular groove is formed in the cooling sleeve behind the annular groove. 前記射出シリンダの中で進退するように移動する棒部材と、前記棒部材を外部から駆動する駆動装置とを含む減圧装置が、前記射出シリンダの先端近傍に備えられることを特徴とする請求項1記載の軽金属射出成形機の射出装置。The pressure reducing device including a rod member that moves so as to advance and retreat in the injection cylinder, and a driving device that drives the rod member from outside is provided near the tip of the injection cylinder. The injection device of the light metal injection molding machine as described in the above. 前記減圧装置の前記棒部材が移動する前記射出シリンダに形成された案内孔が前記棒部材直径より数mm大径に形成され、前記棒部材をほとんど隙間のない状態で移動可能に案内するガイド部材が前記案内孔に挿入されて前記案内孔が塞がれ、前記ガイド部材あるいは前記棒部材が冷却されることによって前記案内孔のガイド部材近傍に前記溶湯の固化した自己シールを生成させるシール装置を備えることを特徴とする請求項4記載の軽金属射出成形機の射出装置。A guide hole formed in the injection cylinder in which the rod member of the pressure reducing device moves is formed with a diameter several mm larger than the diameter of the rod member, and guides the rod member movably with almost no gap. Is inserted into the guide hole, the guide hole is closed, and the guide member or the rod member is cooled to generate a solidified seal of the molten metal near the guide member of the guide hole. The injection device for a light metal injection molding machine according to claim 4, wherein the injection device is provided.
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