JP2004243337A

JP2004243337A - 成形装置

Info

Publication number: JP2004243337A
Application number: JP2003033259A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Kato; 高明加藤
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】成形材料の速やかな温度調整が可能で、かつ、小型化が可能な成形装置を提供する。
【解決手段】成形材料を射出するノズル３を備えた射出シリンダ２と、射出シリンダ２内に設けられたスクリュー部材４と、射出シリンダ２に設けられた第１の加熱手段としてのヒータ６と、スクリュー部材４に内蔵された第２の加熱手段としてのシースヒータ１０と、ヒータ６およびシースヒータ１０を制御し、射出シリンダ２内に供給された成形材料の温度を調整する温度制御装置１１とを有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、ダイカストマシンや射出成形機等の成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融した成形材料を金型へ射出する成形機として、たとえば、インラインスクリュ式の射出成形機が知られている。
インラインスクリュ式の射出成形機は、たとえば、ヒータにより加熱されたシリンダ内に供給された成形材料をシリンダ内で回転する射出スクリューによってシリンダの前方に搬送しながら溶融、混練する。そして、射出スクリューを前進させることにより、シリンダの前方に溜まった溶融した成形材料をシリンダの先端に設けられたノズルから金型に向けて射出する。インラインスクリュー式の射出成形機は、マグネシウム合金やアルミニウム合金等の軽金属合金のチクソモールディンングや樹脂の成形に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インラインスクリュー式の射出成形機では、シリンダの外周から加熱するヒータの発熱量の調整によって、シリンダ内部の成形材料を所望の温度に調整したのち射出する。マグネシウム合金やアルミニウム合金等の軽金属合金のチクソモールディンングでは、シリンダ内で成形材料を数百度まで加熱する必要がある。
シリンダを介してシリンダ内の成形材料を加熱すると、温度調整に対する反応が比較的遅く、成形材料の速やかな温度調整が難しい。シリンダ内の成形材料の温度を所望の温度に調整し安定化させるには、シリンダおよびスクリューの全長をある程度確保し、成形材料を加熱する時間を十分に確保する必要がある。このため、装置が大型化するという不利益が存在した。
また、インラインスクリュー式の射出成形機では、再起動時にシリンダ内部に成形材料が凝固した状態で残存している場合がある。この場合には、凝固した成形材料が溶融するまで成形を行うことができず、凝固した成形材料をできるだけ速やかに溶融する必要があり、成形材料の速やかな温度調整への要請が強かった。
【０００４】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、その目的は、成形材料の速やかな温度調整が可能で、かつ、小型化が可能な成形装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点に係る成形装置は、成形材料を射出するノズルを備えた射出シリンダと、前記射出シリンダ内に回転自在に設けられたスクリュー部材と、前記射出シリンダに設けられた第１の加熱手段と、前記スクリュー部材に内蔵された第２の加熱手段と、前記第１および第２の加熱手段を制御し、前記射出シリンダ内に供給された成形材料の温度を調整する温度制御手段とを有する。
【０００６】
本発明の第２の観点に係る成形装置は、射出スリーブに供給された溶解金属を金型内に射出、充填し鋳造品を成形する成形装置であって、前記射出スリーブへ溶解金属を供給する溶解金属供給手段を有し、前記溶解金属供給手段は、溶解金属を供給する溶解炉と、前記溶解炉から供給される溶解金属を前記射出スリーブへ導くシリンダ部材と、前記シリンダ部材内に設けられたスクリュー部材と、前記シリンダ部材に設けられた第１の加熱手段と、前記スクリュー部材に内蔵された第２の加熱手段と、前記第１および第２の加熱手段を制御し、前記溶解炉から前記射出スリーブへ前記シリンダ部材を通じて供給される溶解金属の温度を調整する温度制御手段とを有する。
【０００７】
本発明の第１の観点では、射出シリンダに備わる第１の加熱手段に加えて、スクリュー部材に第２の加熱手段を内蔵している。射出シリンダ内に供給された成形材料は、射出シリンダを介して第１の加熱手段から熱を受けるとともに、第２の加熱手段からスクリュー部材を通じて熱を受ける。成形材料は第１および第２の加熱手段の双方から熱を受け、温度制御手段により速やかな温度調整がなされる。
【０００８】
本発明の第２の観点では、溶解炉から溶解金属がシリンダ部材に供給されると、シリンダ部材内に供給された成形材料は、シリンダ部材を介して第１の加熱手段から熱を受けるとともに、第２の加熱手段からスクリュー部材を通じて熱を受ける。射出スリーブへ供給される成形材料は、第１および第２の加熱手段の双方から熱を受け、温度制御手段により速やかな温度調整がなされる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
第１の実施形態
図１は、本発明の成形装置の一実施形態に係る射出成形装置の構成図である。図１に示す射出成形装置１は、たとえば、チクソモールド法により、マグネシウム合金やアルミニウム合金の軽金属材料を用いて製品を成形する。すなわち、チップ状の金属材料を加熱し、大気に触れることなく流動性の半溶融スラリー（チクソトロピー状態）にし、金型内へ射出するものである。
【００１０】
図１において、射出成形装置１は、シリンダ部材２と、ノズル３と、スクリュー４と、ヒータ６と、シースヒータ１０と、モータ２２と、シリンダ装置２１と、温度制御装置１１と、ホッパ３０と、フィーダ３１とを有している。
なお、シリンダ部材２およびノズル３は本発明の射出シリンダの一実施態様を構成しており、スクリュー４は本発明のスクリュー部材、ヒータ６は本発明の第１の加熱手段、シースヒータ１０は本発明の第２の加熱手段、温度制御装置１１は本発明の温度制御手段のそれぞれ一実施態様である。
【００１１】
シリンダ部材２は、略水平に支持されており、円筒状の部材で構成され、耐熱性を有する金属で形成されている。シリンダ部材２の後端部には、フィーダ３１を介してホッパ３０が接続されている。
ホッパ３０は、チップ状あるいは粒状のマグネシウム合金やアルミニウム合金等の金属材料Ｍを貯溜する。
フィーダ３１は、ホッパ３に貯溜された金属材料Ｍをホッパ３の底部から搬送し、シリンダ部材２内に供給する。
ノズル３は、シリンダ部材２の先端に設けられている。このノズル３は、固定盤５０の背後に設けられており、固定盤５０に保持された金型５１と移動盤５２に保持された金型５３とで形成されるキャビティＣａと連通している。
【００１２】
スクリュー４は、シリンダ部材２内に回転自在に挿入されている。このスクリュー４の後端部には、モータ２２とシリンダ装置２１とが接続されている。
モータ２２は、スクリュー４を一定の向きに回転させる。スクリュー４の回転により、ホッパ３０からシリンダ部材２内へ供給された金属材料Ｍは、スクリュー４の作用によりノズル３側に向けて搬送される。
シリンダ装置２１は、たとえば、油圧によって、スクリュー４を前進方向Ａ１および後退方向Ａ２に駆動する。
【００１３】
ヒータ６は、シリンダ部材２の外側に複数設けられている。ヒータ６には、たとえば、セラミックス等の絶縁体に電熱線を内蔵したものが使用される。ヒータ６は、それ自体が加熱し、シリンダ部材２を加熱することにより、シリンダ部材２内の金属材料Ｍを加熱する。ヒータ６は、温度制御装置１１によってそれぞれの発熱量が独立に制御される。
【００１４】
シースヒータ１０は、スクリュー４の中心部に後端側から形成された収容穴４ｈに挿入されている。このシースヒータ１０は、スクリュー４の回転に関わらず支持固定されていてもよいし、スクリュー４とともに回転していてもよい。
シースヒータ１０は、金属パイプに中央部にスパイラル発熱体を熱伝導性の高い高絶縁粉末で充填したヒータである。外形がパイプ状であるため、スクリュー４の収容穴４ｈに容易に挿入することができる。また、シースヒータ１０はヒータ６に比べて加熱容量は小さい。
【００１５】
温度制御装置１１は、ヒータ６およびシースヒータ１０へそれぞれ電力を供給することにより、ヒータ６およびシースヒータ１０の発熱量を制御し、シリンダ部材２内で溶融した金属材料ＭＬの温度を所望の値に調整し、液相と固相とが混ざった状態（半凝固スラリー）にする。
【００１６】
次に、上記構成の射出成形装置１の動作の一例について説明する。
まず、スクリュー４を回転させ、シリンダ部材２内へ金属材料Ｍを供給するとともに、予め決められた発熱量となるようにヒータ６およびシースヒータ１０を温度制御装置１１によって制御する。
【００１７】
シリンダ部材２内に供給された金属材料Ｍは、シリンダ部材２の前方に向けて搬送される。搬送される金属材料Ｍは、シリンダ部材２を介してヒータ６からの熱を受けるとともに、シースヒータ１０の発熱により加熱された回転するスクリュー４からも熱を受ける。
【００１８】
シリンダ部材２内を搬送される金属材料Ｍは、加熱されることにより溶融するとともに、スクリュー４から受けるせん断力により混練される。スクリュー４には、自らの回転に伴う押出力によって軸方向に負荷がかかる。一方、シリンダ装置２１には、一定の背圧が設定されており、この背圧に打ち勝つ内圧がシリンダ部材２内に発生すると、スクリュー４が後退方向Ａ２の向きに後退し、シリンダ部材２の前方に溶融した金属材料ＭＬが溜まる。スクリュー４の位置によって、溶融した金属材料Ｍａの計量が行われる。
【００１９】
計量動作が完了したのち、スクリュー４の回転が停止し、シリンダ装置２１がスクリュー４を前進方向Ａ１に前進させる。このスクリュー４の前進により、溶融した金属材料Ｍａがノズル３からキャビティＣａに向かって射出される。これにより、成形品が成形される。
【００２０】
上記のようなチクソモールディング法による成形においては、成形品の品質の観点から、溶融した金属材料ＭＬの温度コントロールが重要であり、射出前の半凝固スラリー状の金属材料ＭＬの温度を所定の温度に安定的に保つ必要がある。本実施形態では、シリンダ部材２を介して金属材料Ｍを加熱するヒータ６に加えて、スクリュー４に内蔵されたシースヒータ１０によって金属材料Ｍを補助的に加熱する構成とし、金属材料Ｍを外周側および内周側の双方から加熱することができる。このため、単に加熱容量を大きくできるだけでなく、速やかな温度調整が可能となり、かつ、より精密な温度コントロールが可能となる。
たとえば、シースヒータ１０が存在せず、シースヒータ１０の加熱容量分だけヒータ６の加熱容量を増加させた場合と比べると、本実施形態は、温度調整の応答性が高く、また、より細やかな温度調整が可能となる。
【００２１】
シリンダ部材２内の金属材料が凝固したのち、再び射出成形装置１を起動する際には、シリンダ部材２内の凝固した金属材料を再び溶融する必要がある。このとき、本実施形態では、ヒータ６およびシースヒータ１０の双方を用いて加熱するため、スクリュー４を駆動するまでに要する時間が大幅に短縮される。このため、再起動後に成形動作を開始するまでに要する時間を短縮することができる。また、本実施形態によれば、ヒータ６およびシースヒータ１０の双方を用いて効率良く加熱することができるため、金属材料の搬送経路の長さ、すなわち、シリンダ部材２およびスクリュー４の長さの短縮化が可能となる。
【００２２】
なお、本実施形態では、成形材料としてマグネシウムやアルミニウム等の金属材料を用いた場合について説明したが、本発明は樹脂を射出成形する射出成形機にも適用可能である。
【００２３】
第２実施形態
図２は、本発明の成形装置の他の実施形態に係るダイカストマシンの構成図である。
図２に示すダイカストマシン１００は、型締部１０１と、射出部１４０と、溶解金属供給部１５０と、溶解炉１６０と、温度制御装置１８０とを有する。
なお、溶解金属供給部１５０は本発明の溶解金属供給手段、溶解炉１６０は本発明の溶解炉、温度制御装置１８０は本発明の温度制御手段の一実施態様である。
【００２４】
型締部１０１は、ベース１１０上に設けられたリンクハウジング１２１と、ベース１１０上に固定され、リンクハウジング１２１と複数のタイバー１２２と連結された固定ダイプレート１２３と、固定ダイプレート１２３に接近、離隔する向きに移動可能にベース１１０上に設けられた移動ダイプレート１２５と、リンクハウジング１２１と移動ダイプレート１２５とを連結するトグル機構１２０と、固定ダイプレート１２３に固定された金型１２４と、移動ダイプレート１２５に固定された金型１２６とを有する。
【００２５】
トグル機構１２０は、上下二組のリンク系を備えているが、図２においてはその上側のリンク系のみ示している。このリンク系は、アングル状の第１リンク１２０Ａと、直線状の第２リンク１２０Ｂとを備えている。第１リンク１２０Ａは、一端がリンクハウジング１２１に枢着され、他端がクロスヘッド１２０Ｃに枢着されている。第２リンク１２０Ｂは、一端がリンクハウジング１２１およびクロスヘッド１２０Ｃに対する枢着点の間の位置において第１リンク１２０Ａと枢着されており、他端が移動ダイプレート１２５に枢着されている。クロスヘッド１２０Ｃはねじ軸１２０Ｄに螺合している。ねじ軸１２０Ｄは、リンクハウジング１２１に設けられた図示しないサーボモータにより回転する。クロスヘッド１２０Ｃは、ねじ軸１２０Ｄの回転方向に応じて矢印Ｃ１およびＣ２の向きに移動する。
クロスヘッド１２０Ｃの矢印Ｃ２の向きへの移動により、移動ダイプレート１２５が固定ダイプレート１２３に向かって移動し、金型１２４と金型１２６の型締が行われる。
【００２６】
射出部１４０は、射出スリーブ１３５と、射出シリンダ１４１と、プランジャチップ１３３Ａおよびプランジャロッド１３３Ｂからなるプランジャ１３３と、を有する。
【００２７】
射出スリーブ１３５は、固定ダイプレート１２３の背面に固定されている。この射出スリーブ１３５は、金型１２４と金型１２６が型締されたときに形成されるキャビティに連通している。
射出スリーブ１３５には、金属溶湯ＭＬを供給するための供給路１５４ａを備えた接続部材１５４が接続されている。射出スリーブ１３５内には、この供給路１５４ａを通じて金属溶湯ＭＬが供給される。
射出スリーブ１３５の外側には、複数のヒータ１７０が設けられている。このヒータ１７０は、温度制御装置１９０によって発熱量がそれぞれ独立に制御され、射出スリーブ１３５内に供給された金属溶湯ＭＬを射出スリーブ１３５を介して加熱する。ヒータ１７０には、セラミックス等の絶縁体に電熱線を内蔵したものが使用される。
なお、ヒータ１７０は、後述する溶解金属供給部１５０のシリンダ部材１５１の外側にも設けられている。
【００２８】
射出スリーブ１３５の内周には、プランジャチップ１３３Ａが嵌合している。プランジャチップ１３３Ａは、プランジャロッド１３３Ｂに連結されている。プランジャロッド１３３Ｂは、シリンダ装置１４１を駆動することにより、矢印Ｄ１およびＤ２に向きに進退する。
【００２９】
溶解金属供給部１５０は、シリンダ部材１５１と、スクリュー部材１５２と、シンダ装置１５５と、モータ１５６と、ヒータ１７０とを有する。
【００３０】
シリンダ部材１５１は、先端部が支持部材１５３に連結されている。支持部材１５３は接続部材１５４に連結されている。シリンダ部材１５１は、支持部材１５３および接続部材１５４に形成された流路を通じて射出スリーブ１３５と連通している。
また、シリンダ部材１５１は、水平に対して所定角度で傾斜している。これは、シリンダ部材１５１内の金属溶湯ＭＬが自重により支持部材１５３および接続部材１５４に形成された流路を通じて射出スリーブ１３５に供給されるようにするためである。
【００３１】
シリンダ部材１５１の外側には、ヒータ１７０が設けられている。このヒータ１７０の発熱によって、シリンダ部材１５１内に供給された金属溶湯ＭＬがシリンダ部材１５１を通じて加熱される。
【００３２】
溶解炉１６０は、たとえば、マグネシウム合金やアルミニウム合金等の金属材料Ｍを溶解し、これを金属溶湯ＭＬとして貯える。溶解炉１６０は、シリンダ部材１５１に形成された供給路１５１ｈに接続されている。この供給路１５１ｈを通じて溶解炉１６０からシリンダ部材１５１内へ金属溶湯ＭＬが供給される。
【００３３】
ここで、図３はスクリュー部材１５２の内部構造を示す断面図である。
スクリュー部材１５２は、シリンダ部材１５１に回転自在に挿入されている。図３に示すように、スクリュー部材１５２の中心部には、収容穴１５２ｈが形成されており、この収容穴１５２ｈにシースヒータ１８０が挿入されている。
図２に示したように、シースヒータ１８０は、シリンダ装置１５５およびモータ１５６を貫通している。シースヒータ１８０は、温度制御装置１９０により発熱量が制御される。
【００３４】
シリンダ装置１５５は、スクリュー部材１５２を矢印Ｂ１およびＢ２で示す軸方向に移動させる。
スクリュー部材１５２を矢印Ｂ１の向きに移動させると、スクリュー部材１５２の先端部が支持部材１５３に形成された流路１５３ｈを閉塞する。流路１５３ｈを閉塞すると、シリンダ部材１５１側からの射出スリーブ１３５への金属溶湯ＭＬの供給が遮断される。
スクリュー部材１５２を矢印Ｂ２の向きに移動させると、支持部材１５３に形成された流路１５３ｈが開放され、シリンダ部材１５１側から射出スリーブ１３５へ金属溶湯ＭＬが供給される。
【００３５】
モータ１５６は、スクリュー部材１５２と接続されており、スクリュー部材１５２を一定方向に回転させる。
スクリュー部材１５２は回転することにより、シリンダ部材１５１内に供給された金属溶湯ＭＬを攪拌するとともに、射出スリーブ１３５側に向けて搬送する。
【００３６】
温度制御装置１８０は、ヒータ１７０およびシースヒータ１８０へそれぞれ電力を供給することにより、ヒータ１７０およびシースヒータ１８０の発熱量を制御し、射出スリーブ１３５へ供給する金属溶湯ＭＬの温度を所望の値に調整する。
【００３７】
次に、上記構成のダイカストマシン１００の動作の一例について説明する。
型締部１０１を作動させて金型１２４，１２６の型締を行うとともに、プランジャ１３３を所定の位置に後退させ、射出スリーブ１３５へ金属溶湯ＭＬを供給する。
【００３８】
溶解金属供給部１５０では、金属溶湯ＭＬが常時回転するスクリュー部材１５２によって攪拌されながら、射出スリーブ１３５へ供給される。このとき、金属溶湯ＭＬは、シリンダ部材１５１を介してヒータ１７０から熱を受けるとともに、スクリュー部材１５２を介してシースヒータ１８０から熱を受け、所望の温度に調整される。
たとえば、溶解炉１６０の金属溶湯ＭＬが６５０℃とすると、この温度を６８０℃程度に調整して供給するような場合、金属溶湯ＭＬは、ヒータ１７０およびシースヒータ１８０の双方によって加熱されるため、速やかに温度調整される。
【００３９】
射出スリーブ１３５内に金属溶湯ＭＬが充填されたところで、スクリュー部材１５２を矢印Ｂ１の向きに移動させ、流路１５３ｈを閉塞する。
【００４０】
次いで、プランジャ１３３を前進させ、射出スリーブ１３５内の金属溶湯ＭＬを金型１２４，１２６の間に形成されるキャビティに射出、充填する。このとき、射出スリーブ１３５内の金属溶湯ＭＬは高圧となる。高圧の金属溶湯ＭＬはシリンダ部材１５１側に通じる流路に逆流しようとするが、シリンダ部材１５１側に通じる流路はスクリュー部材１５２によって閉塞されているため、金属溶湯ＭＬの逆流が発生しない。
【００４１】
鋳造品が得られた後、金型１２４，１２６を開いて鋳造品を取り出し、プランジャ１３３を後退させる。また、スクリュー部材１５２を矢印Ｂ２の向きに移動させて流路１５３ｈを開放し、再び射出スリーブ１３５へ金属溶湯ＭＬを供給することにより、次の鋳造の準備が行われる。
【００４２】
本実施形態では、鋳造に必要な金属溶湯ＭＬを供給する溶解金属供給部１５０をダイカスイトマシン１００に備えている。この溶解金属供給部１５０は、溶解炉１６０から供給された金属溶湯ＭＬを密閉した状態で温度を調整して射出スリーブ１３５へ供給する。
この溶解金属供給部１５０のスクリュー部材１５２にシースヒータ１８０を内蔵させ、このスクリュー部材１５２によって金属溶湯ＭＬの攪拌、搬送を行うことにより、金属溶湯ＭＬの速やかな温度調整が可能となる。
また、本実施形態では、ヒータ１７０だけでなくスクリュー部材１５２に内蔵されたシースヒータ１８０を用いることで金属溶湯ＭＬを効率良く加熱するこができ。その結果、金属溶湯ＭＬの搬送路であるシリンダ部材２およびスクリュー部材１５２の全長を短縮化することができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、成形材料の速やかな温度調整が可能な成形装置が提供される。
また、本発明によれば、小型化された成形装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形装置の一実施形態に係る射出成形装置の構成図である。
【図２】本発明の成形装置の他の実施形態に係るダイカストマシンの構成図である。
【図３】スクリューの内部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１…射出成形装置
２…シリンダ部材
３…ノズル
４…スクリュー部材
６…ヒータ
１０…シースヒータ
１１…温度制御装置
１００…ダイカストマシン
１０１…型締部
１４０…射出部
１５０…溶解金属供給部
１６０…溶解炉
１７０…ヒータ
１８０…シースヒータ
１９０…温度制御装置

Claims

成形材料を射出するノズルを備えた射出シリンダと、
前記射出シリンダ内に設けられたスクリュー部材と、
前記射出シリンダに設けられた第１の加熱手段と、
前記スクリュー部材に内蔵された第２の加熱手段と、
前記第１および第２の加熱手段を制御し、前記射出シリンダ内に供給された成形材料の温度を調整する温度制御手段と
を有する成形装置。
射出スリーブに供給された溶解金属を金型内に射出、充填し鋳造品を成形する成形装置であって、
前記射出スリーブへ溶解金属を供給する溶解金属供給手段を有し、
前記溶解金属供給手段は、溶解金属を貯溜する溶解炉と、
前記溶解炉から供給される溶解金属を前記射出スリーブへ導くシリンダ部材と、
前記シリンダ部材内に設けられたスクリュー部材と、
前記シリンダ部材に設けられた第１の加熱手段と、
前記スクリュー部材に内蔵された第２の加熱手段と、
前記第１および第２の加熱手段を制御し、前記溶解炉から前記射出スリーブへ前記シリンダ部材を通じて供給される溶解金属の温度を調整する温度制御手段と
を有する成形装置。
前記第２の加熱手段は、シースヒータであり、
前記シースヒータは、前記スクリュー部材の中心部に形成された収容穴に挿入されている
請求項１または２に記載の成形装置。