JP2006315069A - 溶融金属材料の射出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱筒の入口側の軸心と、該加熱筒に押し込む材料の軸心とを一致させ、材料を加熱筒の内部へ送り込み可能な溶融金属材料の射出装置を提供する。
【解決手段】材料Ｒの外側表皮を削り取るリング手段１４を有しており、該材料Ｒを溶融状態若しくは半溶融状態に加熱する加熱筒１１と、前記加熱筒１１の入口側に前記材料Ｒを供給する材料供給筒７と、前記材料供給筒７に供給された材料Ｒを前記加熱筒１１内へ供給するとともに、該加熱筒１１内の材料Ｒを射出するシリンダ６ａ及びピストン６ｂからなる押圧手段６とを備えている。そして、前記材料供給筒７における前記溶融すべき材料Ｒを供給する側の供給端部７Ｄは、前記加熱筒１１のリング手段１４に対して、互いの軸心が一致するとともに嵌合離脱可能となっており、前記供給端部７Ｄの内径は、前記軸心方向に先細りとなるように形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、溶融金属を加圧下で金型内に射出充填する溶融金属材料の射出装置に関する。

この種の溶融金属材料の射出装置として、例えば特許文献１に記す技術が既に知られている。この特許文献１に開示された技術では、図９に示すように、水平状に設置した材料ホルダ７の上方に予備加熱装置２を設け、その予備加熱装置２によって予備加熱された材料Ｒを落下によって材料ホルダ７へ供給している。そして、材料ホルダ７に供給された材料Ｒは、ピストン６ｂによって加熱筒１１の入口側端部に設けられたリング１４を通過させて加熱筒１１内へと水平に送り込まれている。このリング１４について詳述すると、リング１４の内径は、材料Ｒの外径より僅かに小さくなるように設定されている。そのため、このリング１４の内部に材料Ｒを通過させることによって、材料Ｒの外皮が周縁状に削りとられ、外皮に付着している酸化皮膜を除去できる。その際、リング１４の内周と材料Ｒの外周との間でシール性を有することになり、加熱筒１１の内部を真空若しくはほぼ真空状態となるようにしておけば、次々とリング１４に材料Ｒを送り込むことで、加熱筒１１の内部を真空もしくはほぼ真空状態に保つことができる。そのため、真空状態で材料Ｒを溶解させることができる。なお、この外皮の削りカスを除去するために、材料ホルダ７とリング１４とは接続されることなく別体で設置されている。
特開２００４−１４８３９１号公報

上述した溶融金属材料の射出装置では、材料ホルダ７に供給された材料Ｒは、ピストン６ｂによって加熱筒１１へと水平に送り込まれるため、材料Ｒは材料ホルダ７内部を円滑に移動できなければならない。そのため、材料ホルダ７の内径は、材料Ｒの外径より若干大きくなるように設定されている。例えば、材料Ｒがマグネシウム合金であり、予備加熱装置２に投入される前の大きさが常温で「φ６０ｍｍ」である場合、予備加熱装置２によって３００℃まで加熱されると、その大きさが「φ６０．４６ｍｍ」へと膨張する。そのため、材料ホルダ７の内径を「φ６１ｍｍ」に設定しておく必要がある。

材料Ｒは、予備加熱装置２から材料ホルダ７へ落下によって供給されるため、図１０に示すように、材料Ｒは自重によって、その下端部は材料ホルダ７内部の下面と接することになる。一方、材料Ｒの上端部は、材料ホルダ７内部の上面と接することなく、材料ホルダ７の内径「φ６１ｍｍ」と膨張後の材料Ｒの外径「φ６０．４６ｍｍ」との差分に相当するスキ「０．５４ｍｍ」が生じることになる。このスキによって、材料Ｒの軸心Ｓ１と材料ホルダ７の軸心Ｓ２とは不一致となる。

このように、材料Ｒの軸心Ｓ１と材料ホルダ７の軸心Ｓ２とが不一致であれば、材料ホルダ７の軸心Ｓ２とリング１４の軸心Ｓ３とが一致するように設定していても、必然的に材料Ｒの軸心Ｓ１とリング１４の軸心Ｓ３とは不一致となる。そのため、この不一致状態で材料Ｒをリング１４へ送り込むと、材料Ｒの外周面がリング１４の内周面によって不均一な状態で削り取られ、これにより、材料Ｒの外皮に付着している酸化皮膜を除去できないことがあった。さらに、この不一致状態の程度が大きくなると、材料Ｒがリング１４のフランジ面に引っ掛る状態が発生し、これにより、材料ホルダ７の内部に材料Ｒが詰まることになり、製品の生産を一時停止しなければならなかった。

本発明は、このような課題を解決しようとするもので、その目的は、加熱筒の入口側の軸心と、該加熱筒に押し込む材料の軸心とを一致させた状態で、材料を加熱筒の内部へ送り込み可能な溶融金属材料の射出装置を提供することを課題とする。

本発明は、上記の目的を達成するためのものであって、以下のように構成されている。
請求項１に記載の発明は、溶融すべき材料の外側表皮を削り取るリング手段を有しており、該リング手段を介して外側表皮を削り取った材料を溶融状態若しくは半溶融状態に加熱する加熱筒と、前記加熱筒の入口側に前記材料を供給する材料供給筒と、前記材料供給筒に供給された材料を前記加熱筒内へ供給するとともに、該加熱筒内の溶融状態若しくは半溶融状態の材料を射出するシリンダ及びピストンからなる押圧手段とを備えた溶融金属材料の射出装置である。そして、前記材料供給筒における前記溶融すべき材料を供給する側の供給端部は、前記加熱筒のリング手段に対して、互いの軸心が一致するとともに嵌合離脱可能となっており、前記供給端部の内径は、前記軸心方向に先細りとなるように形成されている。
このように構成することで、材料供給筒に供給された材料を、該材料供給筒の供給端部において、この供給端部の軸心と材料の軸心を一致させることができる。また、この供給端部とリング手段の軸心を一致させることができるため、材料とリング手段の軸心を一致させることができる。
そのため、材料をリング手段へ均一に押し込むことができる。したがって、材料の外周面がリングの内周面によって均一な状態で削り取られ、材料Ｒの外皮に付着している酸化皮膜を均一に除去できる。さらに、材料がリングのフランジ面に引っ掛ることもない。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の溶融金属材料の射出装置であって、前記軸心方向に先細りとは、軸心に向けて突起するように少なくとも３つの突部が形成されている。
このように構成することで、供給端部の内径と材料との間に生ずる摩擦力を減少させることができる。そのため、材料を円滑に送り込むことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図１〜８を用いて説明する。なお、この実施例を説明するにあたって、従来技術と同一な部材には同一符号を付すこととする。
図１は、本発明の一実施の形態の溶融金属材料の射出装置１の縦断面図である。図２は、図１における主要部拡大図である。図３は、ヘッド部材７Ｄの右側面図（リング１４側から見た図）である。図４〜図８は、ピストン６ｂによって材料Ｒを加熱筒１１へ押し込む過程を順に示す説明図である。

図１に示すように、溶融金属材料の射出装置１は、油圧シリンダ装置６と、筒形状の材料ホルダ７と、加熱筒１１とによって大別され構成されている。これら油圧シリンダ装置６と、材料ホルダ７と、加熱筒１１は、図１からも明らかなように水平状に同心となる直線状に図示しないベース上に固定されている。

次に、油圧シリンダ装置６と、材料ホルダ７と、加熱筒１１を個別に説明する。
油圧シリンダ装置６は、油圧シリンダ６ａ及び直線往復動作するピストン６ｂからなっている。そして、この油圧シリンダ装置６は、後述する射出用のホットノズル１９の出口路２０から溶融金属をダイカスト装置の金型側に射出するための加圧充填装置３の構成を兼ねており、特許請求の範囲に記載の「押圧手段」に相当する。

材料ホルダ７は、加熱筒１１の入口側（図１において、右側）に加熱筒１１の内部へ押し込むための材料Ｒを予め供給しておくものであり、特許請求の範囲に記載の「材料供給筒」に相当する。この材料Ｒは、短棒形状となっており、材料Ｒの外径は、材料ホルダ７の内径より若干小さくなるように設定されている。そして、この材料ホルダ７の内部に供給されている材料Ｒが、油圧シリンダ装置６のピストン６ｂによって加熱筒１１の内部へと押し込まれると、材料ホルダ７は、エアシリンダ（図示しない）によって上方へ持ち上げられ、材料供給手段（図示しない）によって新たな材料Ｒを内部へ供給されて（受け入れられて）、下方へ戻される。このことを繰り返して、常に、材料ホルダ７は、加熱筒１１の入口側に加熱筒１１の内部へ押し込むための材料Ｒを供給している。

この材料ホルダ７について詳述すると、材料ホルダ７は、図２に示すように、外筒７Ａと、内筒７Ｂとからなっており、内筒７Ｂの外周面は外筒７Ａの内周面を摺動可能に係合されている。また、これら外筒７Ａと内筒７Ｂとの間には、バネ７Ｃが組み込まれている。そして、内筒７Ｂが外筒７Ａに対して飛び出す方向（図２において、右方向）へ付勢されると、バネ７Ｃは弾性力に抗して縮んでいき、その付勢を解除すると、バネ７Ｃの弾性力によって、内筒７Ｂは付勢される前の位置へと戻される。

また、内筒７Ｂの先端（図２において、右端）に、略リング状のヘッド部材７Ｄを備えており、この図２からも明らかなように、内筒７Ｂの先端の外周がヘッド部材７Ｄの内周に嵌め込まれる格好となっている。なお、このヘッド部材７Ｄが特許請求の範囲に記載の「供給端部」に相当する。そして、ヘッド部材７Ｄの内筒７Ｂ挿入側内周面に、内筒７Ｂの先端を挿入可能に切欠部を形成しておき、この切欠部に内筒７Ｂの先端を嵌め込むことで、ヘッド部材７Ｄの内周面および軸心は、内筒７Ｂの内周面および軸心と互いに一致するように設定されている。なお、これら内筒７Ｂの軸心とヘッド部材７Ｄの軸心とは一致して、材料ホルダ７の軸心Ｓ２を構成するため、以下、それぞれＳ２と付す。

また、ヘッド部材７Ｄの内筒７Ｂの挿入側内周面と内筒７Ｂの挿入側外周面には、互いに対応するようにネジ山およびネジ溝が形成され脱着可能となっている。また、ヘッド部材７Ｄの外径は、内筒７Ｂの外径より大きく設定されている。これにより、材料Ｒがリング１４内部へ完全に押し込まれた後、ヘッド部材７Ｄと内筒７Ｂはリング１４に押し込まれる前の位置に戻ることになるが、その際、外筒７Ａと干渉可能となり戻り過ぎないようにするためのストッパ作用を有することになる。

また、ヘッド部材７Ｄの先端（図２において、右端）の外周面は、軸心方向に先細りとなるようにテーパ挿入部７Ｄ１が周縁一様に形成されている。このテーパ挿入部７Ｄ１は、後述するリング１４のテーパ受容部１４Ａと嵌合可能となっている。また、ヘッド部材７Ｄの先端の内周面には、図３に示すように、３つの突部７Ｄ２が均等（図３において、軸心を中心とする１２０度ごと）に形成されている。これら突部７Ｄ２は、図３からも明らかなように、軸心Ｓ２に向けて突起するように形成されている。さらに、これら各突部７Ｄ２は、図２に示すように、ヘッド部材７Ｄの先端に向けて内径が狭くなるように形成されている。このことは、特許請求の範囲に記載の「供給端部の内径は、前記軸心方向に先細りとなるように形成されている」に相当する。

加熱筒１１は、材料ホルダ７に供給された材料Ｒを受け入れて完全に溶融した状態若しくは半溶融状態（金型による成形に適した温度）になるまで加熱するものであり、この加熱筒１１の外周にはヒータ１２が取り付けられている。加熱筒１１の内周には内部を溶融路１１Ａとなしたセラミック層１３が設けられて溶融材料が加熱筒１１と直接接触しないようになっている。また、加熱筒１１のリング１４側は、接続口１６を介して真空ポンプ１７と接続されている。これによって、後述するように加熱筒１１の内部を真空若しくはほぼ真空状態とすることができる。なお、リング１４は本発明にいうリング手段の一例である。なお、ヒータ１２は図示した外部加熱式のもののみならず、加熱筒１１内に埋め込まれたもの等、いかなる形式のものであっても良く、また加熱筒１１はヒータ１２の能力、要求される材料加熱温度に応じて適宜長さに設計される。

また加熱筒１１は、図２に示すように、材料ホルダ７のヘッド部材７Ｄと僅かな所定の間隔を対向する先端部に超硬合金により形成された絞り部としてのリング１４を備えており、このリング１４の内径は材料Ｒの外径よりも僅かに小さく設定されている。また、このリング１４の材料ホルダ７側の内周縁は鋭角状に形成されており、リング１４内部を通過する材料Ｒの外側表皮を削り取るように構成されている。これにより、材料Ｒの外皮に付着している酸化皮膜を除去できる。また、リング１４のヘッド部材７Ｄ側の面には、既に説明したテーパ受容部１４Ａが形成され、ヘッド部材７Ｄのテーパ挿入部７Ｄ１を嵌挿可能となっている。そして、このように嵌挿させると、ヘッド部材７Ｄの軸心Ｓ２とリング１４の軸心Ｓ３を一致させることができる。このことは、特許請求の範囲に記載の「前記材料供給筒における前記溶融すべき材料を供給する側の供給端部は、前記加熱筒のリング手段に対して、互いの軸心が一致するとともに嵌合離脱可能となっており」に相当する。

また、図１に示すように、前記加熱筒１１の先端部には射出用のホットノズル１９が取り付けられ、このホットノズル１９には加熱筒１１における溶融路１１Ａと連通されて溶融材料の通路を形成する小径の出口路２０が形成されている。そして、ホットノズル１９は、先端部を金型のキャビティーに対応するよう対向されているとともに、例えば、電圧を加えることにより主として先端部が発熱するように構成されていて、成形サイクルに応じて先端部を最適な温度に迅速に制御できる、すなわち、暖めない低温度の状態では溶融金属をある程度固めてその出口路２０を該溶融金属により閉し、この閉状態より高い温度の暖め状態では溶融金属を射出する（開状態とする）ように制御するものである。

続いて、上記したように構成された溶融金属材料の射出装置１の作用について説明する。まず、既に説明したエアシリンダによって材料ホルダ７を上方へ持ち上げ、材料供給手段によって材料ホルダ７の内部へ材料Ｒを供給する。次に、ピストン６ｂを前方に駆動して、まず、最初の材料Ｒをリング１４内に向けて押し込む。すると、図４に示すように、押し込まれた材料Ｒの先端は、ヘッド部材７Ｄに形成の突部７Ｄ２に引っ掛かった状態となる。そして、この引っ掛かった状態で、さらに材料Ｒを押し込むと、内筒７Ｂとヘッド部材７Ｄが外筒７Ａに対して前進し、図５に示すように、ヘッド部材７Ｄのテーパ挿入部７Ｄ１がリング１４のテーパ受容部１４Ａへ嵌挿される。この嵌挿状態になると、既に説明したように、ヘッド部材７Ｄの軸心Ｓ２とリング１４の軸心Ｓ３は一致する。

そして、さらに材料Ｒを押し込むと、図６に示すように、突部７Ｄ２によってヘッド部材７Ｄの先端に向けて内径が狭くなるため、材料Ｒがヘッド部材７Ｄの内部を通過するときに、これら突部７Ｄ２と材料Ｒの外周面が干渉しはじめる。これによって、材料Ｒの軸心Ｓ１とヘッド部材７Ｄの軸心Ｓ２は一致する。なお、この突部７Ｄ２は、既に説明したようにヘッド部材７Ｄの内周面のうち３個所のみ形成されている。そのため、突部７Ｄ２が、この内周面一様に形成されている場合と比較すると、材料Ｒはヘッド部材７Ｄの内部を円滑に移動可能となる。

また、さらに材料Ｒを押し込むと、図７に示すように、リング１４の内径は材料Ｒの外径よりも僅かに小さいため、材料Ｒはその外周部分がリング１４の内周縁により若干削られた状態または圧縮変形された状態でリング１４内に入り込んでいく。つまり、リング１４は材料Ｒを絞る絞り部として機能する。なお、この図７の状態では、図５で既に述べたように、ヘッド部材７Ｄの軸心Ｓ２とリング１４の軸心Ｓ３は一致している。また、図６で既に述べたように、材料Ｒの軸心Ｓ１とヘッド部材７Ｄの軸心Ｓ２は一致している。これらによって、材料Ｒの軸心Ｓ１とリングの軸心Ｓ３が一致していることになるため、材料Ｒの外周はリング１４の内周に対して均等に押し込まれ、材料Ｒの外皮に付着した酸化皮膜が除去されていく。また、材料Ｒがリング１４に押し込まれる際に、引っ掛かりなど生じることがない。

さらに、この図７に示す状態では、リング１４と材料Ｒとの間に隙間がなくなり、リング１４の内部さらには加熱筒１１の内部は、それら外部からシールされた状態となる。このように、材料Ｒの先端のみをリング１４へ押し込んだ状態（図７に示す状態）で、一旦、ピストン６ｂの押し込みを停止させ、真空ポンプ１７を駆動させる。これによって加熱筒１１の内部は真空状態となる。

その後、所定時間経過すると、図８に示すように、再度、ピストン６ｂによって材料Ｒの押し込みを開始して、材料Ｒの後端が加熱筒１１内部の接続口１６を越える位置まで押し込んでいく。この押し込みの際、まず材料Ｒはリング１４の内部に完全に押し込まれることになり、これによって、ヘッド部材７Ｄの突部７Ｄ２に材料Ｒの引っ掛かりが無くなるため、内筒７Ｂとヘッド部材７Ｄは、バネ７Ｃの復元力によって、押し込まれる前の位置（図２に示す位置）へと戻されることになる（図８において、リング１４によって削り取られた「削りカス」を実線で示している）。その後、ピストン６ｂを元の位置まで後退させる。なお、真空ポンプ１７の駆動は射出作業（材料の溶解を含む）中は継続される。

ついで、次の材料Ｒを上記と同様にしてリング１４内に押し込み、先ほどと同様に、一旦、ピストン６ｂを、図７に示す位置で停止させる。すると、加熱筒１１の内部は、再度、真空となるため、既に加熱筒１１の内部へ押し込まれている最初の材料Ｒは、真空状態で溶融されることになる。その後、所要時間経過すると、先ほどと同様に、ピストン６ｂによって材料Ｒの押し込みを開始して、材料Ｒの後端が加熱筒１１内部の接続口１６を越える位置（図８に示す位置）まで押し込んでいく。

以上のようにして材料Ｒを順次加熱筒１１内に送り込んでいくと、前方のものからヒータ１２の加熱作用により半溶融状態から完全に溶融した状態に移行し、加熱筒１１の溶融路１１Ａ内及びホットノズル１９の出口路２０内に溶融材料が充満した状態となる。

なお、加熱筒１１におけるヒータ１２の加熱温度を溶融すべき材料が液相状態となる温度より低くかつ固相状態となる温度より高い範囲内に設定することにより、溶融すべき材料を半溶融状態のまま加熱筒１１の溶融路１１Ａ内及びホットノズル１９の出口路２０内に充満させて後述の射出に対応することができる。

この状態において、前記ピストン６ｂを上記と同様に材料の押し込む動作を行なうとともに、加熱筒１１の溶融路１１Ａ内の溶融材料をそのままホットノズル１９の出口路２０から金型側に射出（充填）するものである。

なお、上記溶融材料の射出に際して、ホットノズル１９は、その先端部を電気的加熱手段により暖め状態の温度が制御されている、すなわち、暖めない低温度の状態では溶融金属をある程度固めてその出口路２０を該溶融金属により閉し、この閉状態より高い温度の暖め状態では溶融金属を射出する（開状態とる）ように制御するものであり、上記射出時における出口路２０の開状態又は非射出時における加熱筒１１の溶融路１１Ａ内の真空状態の維持を良好になすものである。

上述した内容は、あくまでも本発明の一実施の形態に関するものであって、本発明が上記内容に限定されることを意味するものではない。
実施例では、内筒７Ｂとヘッド部材７Ｄとは別体である例を説明した。しかし、これに限定されるものでなく、内筒７Ｂとヘッド部材７Ｄとは一体であっても構わない。

図１は、本発明の一実施の形態の溶融金属材料の射出装置１の縦断面図である。 図２は、図１における主要部拡大図である。 図３は、ヘッド部材７Ｄの右側面図（リング１４側から見た図）である。 図４は、ピストン６ｂによって材料Ｒを押し込む過程を示す説明図である。 図５は、図４に対して、さらに材料Ｒを押し込んだ状態を説明する図である。 図６は、図５に対して、さらに材料Ｒを押し込んだ状態を説明する図である。 図７は、図６に対して、さらに材料Ｒを押し込んだ状態を説明する図である。 図８は、図９に対して、さらに材料Ｒを押し込んだ状態を説明する図である。 図９は、従来の溶融金属材料の射出装置１の縦断面図である。 図１０は、図９における主要部拡大図である。

符号の説明

６ 油圧シリンダ装置（押圧手段）
６ａ 油圧シリンダ
６ｂ ピストン
７ 材料供給筒
７Ｄ ヘッド部材（供給端部）
７Ｄ２ 突部
１１ 加熱筒
１４ リング（リング手段）
Ｒ 材料

Claims (2)

1. 溶融すべき材料の外側表皮を削り取るリング手段を有しており、該リング手段を介して外側表皮を削り取った材料を溶融状態若しくは半溶融状態に加熱する加熱筒と、
   前記加熱筒の入口側に前記材料を供給する材料供給筒と、
   前記材料供給筒に供給された材料を前記加熱筒内へ供給するとともに、該加熱筒内の溶融状態若しくは半溶融状態の材料を射出するシリンダ及びピストンからなる押圧手段とを備えた溶融金属材料の射出装置であって、
   前記材料供給筒における前記溶融すべき材料を供給する側の供給端部は、前記加熱筒のリング手段に対して、互いの軸心が一致するとともに嵌合離脱可能となっており、
   前記供給端部の内径は、前記軸心方向に先細りとなるように形成されている溶融金属材料の射出装置。
2. 請求項１に記載の溶融金属材料の射出装置であって、
   前記軸心方向に先細りとは、軸心に向けて突起するように少なくとも３つの突部が形成されている溶融金属材料の射出装置。
   
   
   
   
   
   

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