JP2007061884A - 金属射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】 異常昇圧が生じた場合でも成型品の不良発生を防止することができる金属射出成形機を提供することである。
【解決手段】 本発明に係る金属射出成形機１００においては、計量部２３により金属溶湯あるいは半凝固スラリーＨＳが計量され、連通流路２５を介してプランジャ部３０に導入され、金型６０に射出される。スクリュ２２は、スクリュ用油圧装置２７の働きにより進退動作を行ない、連通流路２５の開放および閉塞を行なう。特に異常な射出圧力の際に連通流路２５の開放を行い、所定圧力範囲内であれば連通流路２５の閉塞を行なう。
【選択図】 図２

Description

本発明は、マグネシウム合金等の金属材料を溶融させて溶融金属を形成し、その溶融金属を射出して成形を行なう金属射出成形機に関する。

従来、マグネシウム合金等の金属材料を溶融させて、その溶融金属を射出して成形を行なう手法について種々の装置が開示されている。

例えば、特許文献１には、押出スクリュをチャンバー内に回転自在に挿通される中心軸部と、この中心軸部の外周部に外嵌された軸方向に並ぶ複数のスクリュセグメントとを備えた射出成形機について開示されている。特許文献１に記載された射出成形機によれば、押出スクリュにおける摩損又は溶損の発生した部分だけを簡単に交換できるので、軽合金の射出成形に際する材料コストおよびメンテナンスコストを低減することができる。

次に、特許文献２には、実質的に縦向きのチャンバー内において金属溶湯を押出スクリュで剪断しながら冷却して半凝固スラリーに遷移させた後、チャンバーの下端排出口から排出されてきた半凝固スラリーをいったん水平方向に向きを変えて水平方向に型開閉する成形金型に射出する射出成形機について開示されている。特許文献２に記載された射出成形機によれば、装置全体の高さ寸法を過大にしなくても、気泡や引けの少ない高品質な軽金属成形品を射出成形できる。

これらの特許文献１および特許文献２記載の射出成形機においては、いずれも、射出時に第二流路（導入路）の半凝固スラリーを逆流させないよう、第二流路に半凝固スラリーがチャンバー（スラリー生成部）側へ逆流するのを防止する逆止弁を設けている。

次に、特許文献３には、２次計量工程最終段階で押出しスクリュに設けられているチェックリングから半凝固スラリーをリークさせながら半凝固スラリーをシリンダ内部に押出す射出成形機について開示されている。この特許文献３記載の射出成形機によれば、気泡や引けの少ない高精度な成形ができる。

次いで、特許文献４には、供給工程と、遷移工程と、１次計量工程と、２次計量工程と、射出工程とで構成された射出成形方法および装置について開示されている。特許文献４記載の射出成形方法および装置によれば、精度良い計量が可能となる。

これらの特許文献３および特許文献４の射出成形機および方法においては、射出時に連通流路（導入路）を閉止可能な位置まで移動させるようにしている。

また、特許文献５には、金属材料を混練、溶融するスクリュが回転可能に挿設されている押し出しシリンダと、この押し出しシリンダの前部に接続されている注湯シリンダと、注湯シリンダの後部に同心に取り付けられ、内部に射出ピストンが摺動可能に挿設されている射出シリンダとからなり、射出ピストンの前部には注湯シリンダ内を前後動して溶融した金属材料を金型に射出する注湯ピストンが一体として設けられていた射出成形機について開示されている。この特許文献５記載の射出成形機によれば、金属材料を安定的に混練、溶融すると共に、作業環境の悪化を防止することができる。

次いで、特許文献６には、金属材料を溶融する押出シリンダ装置と、押出シリンダ装置で溶融された溶融金属材料を金型に注入する注湯シリンダ装置とから構成され、押出シリンダ装置は、押出シリンダとスクリュとから構成し、スクリュの先端部には閉鎖体を取り付け、スクリュが第１位置をとると、この閉鎖体が押出シリンダの閉鎖環に当接して溶融金属材料の逆流を防止し、スクリュが第２位置をとると、閉鎖環から離間して溶融金属材料の流れを許容するようにした射出成形機が開示されている。この特許文献６記載の射出成形機によれば、金属材料を安定的に混練溶融することができると共に、溶融金属材料の漏出がなく、且つ充分な逆流防止機能と強度とを有することができる。

続いて、特許文献７には、金属材料を溶融する押出シリンダ装置と、押出シリンダ装置で溶融された溶融金属材料を金型に注入する注湯シリンダ装置とから構成され、かつ押出シリンダの先端部と注湯シリンダ装置の注湯ピストンヘッド室とを接続しているブロック本体の弁室に、溶融金属材料で浮遊するフロートを設けて、溶融金属材料が弁室を満たすと、フロートが浮き、その弁部が弁室の弁座に着座し、金属材料を射出するときの押出シリンダ装置への逆流が防止される射出成形機について開示されている。この特許文献７記載の射出成形機によれば、金属材料を安定的に溶融することができると共に、溶融金属材料の漏出がなく、且つ充分な逆止機能と強度とを有することができる。

特開２０００-３１７５９９号公報 特開２００１-１１２２号公報 特開２００４-２４９３４４号公報 特開２００４-２５２９１号公報 特開平９-１５５５２６号公報 特開平１１-１５６５１９号公報 特開平１１-２５４１１９号公報

しかしながら、上記の特許文献１〜特許文献７における射出成形機においては、成形材料の逆流を防止しつつ、所定圧力で成形材料を金型に射出することを実現することはできるが、成形時に異常昇圧（サージ圧）が生じた場合でも、その異常昇圧が金型に直接付加される。すなわち、成形材料が異常昇圧で金型に射出された場合、金型の型締め力が低いと金型に隙間が生じて成形品にバリが発生するという課題が生じる。例えば、異常昇圧は所定の射出圧力の２倍以上に及ぶことがある。そのため、金型の型締め力を増加させる必要が生じ、射出成形機のサイズを大きくする必要が生じて、製造コストの増加が課題となる。

さらに、成形材料が金属の場合には、樹脂の場合と異なり、射出成形速度および圧力が大きくなるので、異常昇圧も極めて高くなり、金型が開いた場合に、生じるバリ等の顕著性が増す。また、溶融金属の粘性は樹脂等に比べて極端に小さいことや装置全体が高温であることから異常昇圧時に装置接合部から溶融金属が漏れやすいという問題があった。

本発明の目的は、異常昇圧が生じることによる成形品にバリの発生を防止することができる金属射出成形機を提供することである。
本発明の他の目的は、異常昇圧の発生を防ぐことにより装置結合部からの溶融金属の漏れを抑制することができる金属射出成形機を提供することである。

課題を解決するための手段および効果

（１）
本発明に係る金属射出成形機は、金型内に所定の射出圧力で溶融金属を射出する金属射出成形機であって、溶融金属を下流側へ送り出すスクリュを有するスクリュ部と、スクリュ部から縮径された開口を有する開口部を介して溶融金属を導入するとともに、金型に溶融金属を射出するプランジャ部と、開口部に対して上流側で進退動作を行なうことにより、開口部の開放および閉塞を行なうシールヘッドと、シールヘッドの進退動作を行なうための油圧シリンダと、油圧シリンダのシールヘッドを進行動作させる側の油室に通じる油圧経路に接続され、油圧経路の圧力を所定の値に調整するバルブ手段とを含み、バルブ手段は、所定の射出圧力よりも高い圧力が生じ、油圧経路の圧力が所定値を超えた場合に、シールヘッドを後退させて開口部を開放させて異常昇圧を防止するべく油圧経路の圧油を逃がすものである。

本発明に係る金属射出成形機においては、スクリュ部により溶融金属が下流へ送り出され、開口部を介してプランジャ部に溶融金属が導入され、金型に溶融金属が射出される。シールヘッドは、油圧シリンダの働きにより開口部の上流側で進退動作を行ない、開口部の開放および閉塞を行なう。

この場合、射出時のプランジャ部内において射出圧力よりも高い圧力が生じた場合に、バルブ手段によりシールヘッドを後退させるべく油圧シリンダの進行動作させる側の圧油が逃がされる。その結果、シールヘッドが開放されて溶融金属が開口部を逆流し、圧力が所定値まで低下される。したがって、従来の金属射出成形機においては、型締め力を増加させてサージ圧による成形品のバリ防止を行なっていたが、本発明に係る金属射出成形機においては、サージ圧を許容し得る程に型締め力を増加させる必要がない。よって、金属射出成形機において１ランク下の型締め力を有する装置を用いることができ、製造コストの削減を行なうことができる。また、従来のサージ圧による異常昇圧を防止するためにプランジャのストロークエンドにおける速度調整を行っていたが、その必要もなくなる。

なお、バルブ手段は、シールヘッド先端に高圧が発生し、予め設定した油圧経路の圧力値を超えた場合に、油圧回路の油がリリーフされるようにシールヘッドを後退させるものであればよく、例えば減圧弁等が挙げられる。また、射出圧力が所定の値を超えたことを検知する圧力センサの検出値に基づいて電磁パイロットを作動させ、油圧回路の油をリリーフさせるような電磁式のリリーフ弁を用いてもよい。また、電磁パイロットを必要としないリリーフ弁を用いてもよい。

なお、所定の射出圧力とは、射出時に溶融金属に対して作用する力であって、約５０Ｍｐａ以上約１５０Ｍｐａ以下であることが好ましく、約７０Ｍｐａ以上約１００Ｍｐａ以下であることがより好ましい。また、異常昇圧とは、射出時に所定の射出圧力を超える状態であることを示す。

（２）
本発明に係る金属射出成形機は、金型内に所定の射出圧力で溶融金属を射出する金属射出成形機であって、金属溶湯を冷却することにより半凝固状態の溶融金属である半凝固スラリーに変移させるスラリー生成部と、スラリー生成部から縮径された開口を有する開口部を介して半凝固スラリーを導入するとともに、金型に半凝固スラリーを射出するプランジャ部と、開口部に対して上流側で進退動作を行なうことにより、開口部の開放および閉塞を行なうシールヘッドと、シールヘッドの進退動作を行なうための油圧シリンダと、油圧シリンダのシールヘッドを進行動作させる側の油室に通じる油圧経路に接続され、油圧経路の圧力を所定の値に調整するバルブ手段とを含み、バルブ手段は、所定の射出圧力よりも高い圧力が生じ、油圧経路の圧力が所定値を超えた場合に、シールヘッドを後退させて開口部を開放させて異常昇圧を防止するべく油圧経路の圧油を逃がすものである。

本発明に係る金属射出成形機においては、スラリー生成部により金属溶湯が半凝固スラリーに変移され、開口部を介してプランジャ部に半凝固スラリーが導入され、金型に半凝固スラリーが射出される。シールヘッドは、油圧シリンダの働きにより開口部に対して上流側から進退動作を行ない、開口部の開放および閉塞を行なう。

この場合、射出時のプランジャ部内において射出圧力よりも高い圧力が生じた場合に、バルブ手段によりシールヘッドを後退させるべく油圧シリンダの進行動作させる側の圧油が逃がされる。その結果、シールヘッドが開放されて半凝固スラリーが開口部を逆流し、圧力が所定値まで低下される。したがって、従来の金属射出成形機においては、型締め力を増加させてサージ圧による成形品のバリ防止を行なっていたが、本発明に係る金属射出成形機においては、サージ圧を許容し得る程度に型締め力を増加させる必要がない。よって、金属射出成形機において１ランク下の型締め力を有する装置を用いることができ、製造コストの削減を行なうことができる。また、従来サージ圧による異常昇圧を防止するためにプランジャのストロークエンドにおける速度調整を行っていたが、その必要もなくなる。

なお、所定の射出圧力とは、射出時に溶融金属に対して作用する圧力であって、約５０Ｍｐａ以上約１５０Ｍｐａ以下であることが好ましく、約７０Ｍｐａ以上約１００Ｍｐａ以下であることがより好ましい。また、異常昇圧とは、射出時に所定の射出圧力を超える状態であることを示す。

（３）
シールヘッドは、溶融金属を下流側へ送り出すスクリュの先端と、先端が縮径された開口を有する開口部の内径に嵌合するように形成されてもよい。

この場合、シールヘッドを新たに設ける必要がないため、部材のコストを低減させることができる。

（４）
本発明に係る金属射出成形方法は、スクリュにより溶融金属を開口部から送り出すとともに、シールヘッドの進退動作により開口部の開放および閉塞を行い、開口部を通って送り出された溶融金属をプランジャにより金型内に所定の射出圧力で射出させる金属射出成形方法であって、射出時に前記開口部から送り出された溶融金属に対して所定の射出圧力よりも高い圧力が生じ、その高い圧力が開口部を通じて前記シールヘッドへ作用することによりシールヘッドを進退動作させる油圧経路の圧力が所定値を超えた場合に、シールヘッドを後退させて開口部を開放させて異常昇圧を防止するべく油圧経路の圧油を逃がすものである。

本発明に係る金属射出成形方法においては、スクリュにより溶融金属が下流へ送り出され、開口部を介してスクリュ部からプランジャ部に溶融金属が導入され、プランジャにより金型に溶融金属が射出される。シールヘッドは、油圧シリンダの働きにより開口部の上流側で進退動作を行ない、開口部の開放および閉塞を行なう。

この場合、射出時のプランジャ部内において射出圧力を超えた高圧が生じ、その高圧が開口部を通じてシールヘッドに作用した場合に、シールヘッドを後退させるべく油圧シリンダの進行動作させる側の圧油が逃がされる。なお、シールヘッド先端に高圧が発生し、予め設定した油圧を超えた場合に、油圧回路の油がリリーフすることでシールヘッドを後退させる工程を含んでいればよい。また、射出圧力が所定の値を超えたことを検知する圧力センサの検出値に基づいて電磁パイロットを作動させ、油圧回路の油をリリーフさせるような工程であってもよい。

その結果、シールヘッドが後退し、開口部が開放されて溶融金属が開口部を逆流し、高圧状態が所定の圧力状態まで低下される。したがって、従来の金属射出成形方法においては、型締め力を増加させてサージ圧による成形品のバリ防止が行なわれていたが、本発明に係る金属射出成形方法においては、サージ圧を許容し得る程に型締め力を増加させる必要がない。よって、型締め力を１ランク下に設定することができ、製造コストの削減を行なうことができる。また、従来サージ圧による異常昇圧を防止するためにプランジャのストロークエンドにおける速度調整を行っていたが、その必要もなくなる。

以下、図を用いて本発明の実施の形態について説明する。まず、図１を用いて金属射出成形機の主な構成および動作について説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１の実施の形態の金属射出成形機の一例を示す模式図である。

図１に示す金属射出成形機１００は、主に成形材料投入部１０、垂直型配置バレル部２０、シリンダ部３０および型締め部４０を含む。

成形材料投入部１０は、溶解炉１１およびホッパー１２を含む。垂直型配置バレル部２０は、バレル２１、スクリュ２２、貯留部２３、冷却手段２４（複数の温度制御ジャケット２４ａ）、連通流路２５、駆動モータ２６、スクリュ用油圧シリンダ２７、供給口２８、シリンダロッド２９を含む。

シリンダ部３０は、シリンダ３１、プランジャ３２、プランジャ射出装置３３、計量部３４、ノズル部３５、バルブ装置３６およびプランジャ用油圧シリンダ３７を含む。型締め部４０は、基台４１、リンクハウジング４２、タイバー４３、固定盤４４、可動盤４５、型締めシリンダ４６、シリンダロッド４７、複数のリンク４８、押出しシリンダ４９ａおよび押出しロッド４９ｂを含む。

以下、本実施の形態にかかる金属射出成形機１００について説明する。本実施の形態に係る金属射出成形機１００は、成形材料投入部１０に垂直配置バレル部２０が接続されている。垂直配置バレル部２０の下方にシリンダ部３０が設けられている。また、型締め部４０には、金型６０が設けられる。金型６０は、固定金型６１および移動金型６２からなり、金型６０のキャビティにシリンダ部３０のノズル部３５の射出孔が連通可能に設けられている。

金属射出成形機１００の成形材料投入部１０の溶解炉１１は、特に種類は問わず、電気炉、ガス炉、高周波誘導炉あるいは電磁誘導加熱炉等からなる。溶解炉１１は、金属溶湯が重力でホッパー１２へ流れ込むように連通されている。ホッパー１２は、溶解炉１１で溶解された金属溶湯ＭＦを受け入れてこれを溶融状態で貯溜するものである。また、ホッパー１２には、加熱ヒータ等の温度制御手段が設けられている。さらにホッパー１２内には、アルゴン等の不活性ガスが充満されており、金属溶湯ＭＦの湯面を不活性ガスでシールするようにしている。なお、必要によりホッパー１２内の金属溶湯ＭＦを攪拌する攪拌装置を設けて、攪拌作用を付与してもよい。このホッパー１２の下端開口部はバレル２１の供給口２８に連通されている。

実質的に縦向きに配置された垂直配置バレル部２０のバレル２１の上部には、金属溶湯ＭＦが供給される供給口２８が設けられる。バレル２１の内部には、回転自在で、かつバレル２１の軸方向に進退自在のスクリュ２２が設けられる。このスクリュ２２が後退することによってバレル２１内の下部に貯留部２３が形成される。

また、バレル２１の上端には駆動モータ２６が直結され、この駆動モータ２６の駆動軸には、バレル２１の内部に回転自在に挿通されたスクリュ２２の上端が連結されていて、このスクリュ２２は、その下端がバレル２１内で自由端となるように片持ち状に配置されている。

駆動モータ２６の上部には上下方向に出退するシリンダロッド２９を有するスクリュ用油圧シリンダ２７が接続され、このスクリュ用油圧シリンダ２７のシリンダロッド２９に駆動モータ２６が直結されている。本実施形態のスクリュ押出し機では、スクリュ用油圧シリンダ２７のシリンダロッド２９を下方に突出することにより駆動モータ２６を介してスクリュ２２を軸方向下方に移動させ、これにより、バレル２１内の下端部に溜まっている溶融金属（金属溶湯あるいは半凝固スラリー）を外部に押し出すことができるようになっている。なお、このスクリュ用油圧シリンダ２７およびスクリュ２２の動作の詳細については後述する。

バレル２１の外周面は冷却手段２４で覆われている。この冷却手段２４は、上下方向に分離された複数の温度制御ジャケット２４ａよりなる。そして、この温度制御ジャケット２４ａ内に金属溶湯ＭＦの温度よりも低いガスまたは油等の熱媒体を流通させることにより、バレル２１内の金属溶湯ＭＦが液相温度以下でかつ固相温度以上の温度範囲になるように冷却できるようになっている。

なお、バレル２１内の金属溶湯ＭＦを高精度に温度制御するために、冷却手段２４の各温度制御ジャケット２４ａは加熱機能も兼ね備えている。また、加熱機能を用いれば、バレル２１内の金属溶湯ＭＦをそのままの状態で保つこともできる。

また、スクリュ用油圧シリンダ２７は、軸方向上方に移動した際に、バレル２１内の下部に少なくも成形品体積よりも大きな容積の貯留部２３が形成できるように構成されている。さらに、この貯留部２３を形成する位置から連通流路２５を閉止可能な位置まで移動するのに十分なストロークを有している。貯留部２３は、バレル２１の下端に設けられた連通流路２５を介してシリンダ３１の内部空間に接続される。連通流路の出口にはシリンダ３１の内部空間に対して、ノズル側のプランジャストロークエンド近傍で連通するように設けられている。

シリンダ部３０には、前方（下流）にバルブ装置３６を備えたノズル部３５を有するシリンダ３１と、シリンダ３１内部でシリンダ３１の軸に沿って進退移動自在なプランジャ３２とが設けられる。このプランジャ３２が後退することによってシリンダ３１内部前方に計量部３４が形成され、プランジャ３２が前進することによって溶融金属（金属溶湯もしくは半凝固スラリー）がノズル部３５から射出される。この計量部３４の容積は、成形品を得るのに必要な容量となるようプランジャ３２の後退量により適宜設定することができる。

また、このプランジャ用油圧シリンダ３７は、計量部３４を形成する位置からプランジャ３２が前進することによりシリンダ３１の先端部近傍に接続された連通流路２５を閉止可能な位置まで移動するのに十分なストロークを有している。

プランジャ３２は、プランジャ用油圧シリンダ３７の油圧力で駆動する。なお、プランジャ用油圧シリンダ３７には、油圧制御装置５０（図示せず）が連通される。なお、ノズル部３５近傍に設けられたバルブ装置３６は、射出時以外では閉じた状態となっている。

型締め部４０には、基台４１上に立設されたリンクハウジング４２と、このリンクハウジング４２に水平方向のタイバー４３を介して固定された固定盤４４と、この固定盤４４に固定された固定金型６１と、タイバー４３に対して摺動自在に貫通支持された可動盤４５と、固定金型６１に対して水平方向に開閉自在となるよう可動盤４５に固定された移動金型６２とが設けられている。

リンクハウジング４２の外面中央部には型締めシリンダ４６が固定され、この型締めシリンダ４６のシリンダロッド４７の先端は可動盤４５の中央部に連結されている。このリンクハウジング４２と可動盤４５とは、接近したときに折り畳まれかつ離反したときに水平方向にほぼ一直線に並ぶ複数のリンク４８で連結されている。

可動盤４５のリンクハウジング４２側の側面には押出しシリンダ４９ａが設けられ、この押出しシリンダ４９ａの押出しロッド４９ｂは可動盤４５を貫通して移動金型６２の製品突出し機構に連結されている。

したがって、この型締め部４０では、型締めシリンダ４６のシリンダロッド４７を突出させて複数のリンク４８を一直線上に伸びた状態にし、この複数のリンク４８の突っ張り状態とすることにより、移動金型６２を固定金型６１に対して強力に押圧できるようになっている。また、製品の離型は、押出しシリンダ４９ａの押出しロッド４９ｂを突出させて製品突出し機構を作動させることにより行なっている。

次いで、この金属射出成形機１００の動作と軽合金の射出成形方法について射出する溶融金属が半凝固スラリーである場合を例に説明する。

まず、溶解炉１１に投入された金属のインゴット（あるいはペレット）が溶融された状態で、金属溶湯ＭＦがホッパー１２内送られる。ホッパー１２内の金属溶湯ＭＦは、ホッパー１２に設けられた加熱ヒータ等の温度制御手段によって、均一の温度に保たれている。金属溶湯ＭＦは、ガスシールされた状態でバレル２１の供給口２８からバレル２１内へ送られ、各温度制御ジャケット２４ａによって液相温度以下でかつ固相温度以上に冷却されて樹枝状晶に成長する。この樹枝状晶は回転するスクリュ２２の剪断作用によって攪拌破砕し、均一で、微細な結晶粒が生成されて半凝固スラリーＨＳに遷移する。

この場合、プランジャ射出装置３３のプランジャ３２は、連通流路２５を閉止する位置まで前進している。そして、スクリュ押出し機のスクリュ２２が後退することによって、スクリュ２２と連通流路２５との間に貯留部２３が形成され、半凝固スラリーＨＳが、この貯留部２３に貯留される。

スクリュ２２は、回転を止めて後退するものであっても、回転しながら後退するもののいずれであっても良い。なお、このとき、スクリュ２２の先端部にはチェックリング等の逆流防止手段を設けることが好ましく、逆流防止手段を設けることによって、後退時はスムーズに半凝固スラリーＨＳを下方に流動させながら射出量よりも大きな容積の貯留部２３において１次計量が行われる。

次いで、連通流路２５を開放させてプランジャ３２を後退させると同時に、スクリュ２２を前進させる。そして、プランジャ３２が成形品体積に応じて設定された所定の位置になるまで後退する間、スクリュ２２による加圧力を作用させながら半凝固スラリーＨＳをシリンダ３１の前方に形成される計量部３４に正圧をかけながら圧入することによって２次計量される。

圧入による計量が完了すると、スクリュ２２により連通流路２５が閉止され、計量部３４からの半凝固スラリーＨＳの逆流が防止される。なお、計量の際、プランジャ射出装置３３のシリンダ３１の先端のノズル部３５は、バルブ装置３６によって閉止されている。

こうして、２次計量が完了した後、ノズル部３５のバルブ装置３６を開放するとともにプランジャ３２を前進させることにより半凝固スラリーＨＳが金型６０内（図１参照）に射出され一定形状の成形体の成形が行なわれる。従来の射出成形機においては、このプランジャ３２の前進動作の際に、異常昇圧が生じることがあった。

次に、本発明に係る金属射出成形機１００のスクリュ用油圧シリンダ２７について説明する。図２は、図１のバレル部２０のスクリュ用油圧シリンダ２７およびスクリュ用油圧シリンダ２７に連通する油圧経路についての説明図である。

図２に示すように、バルブ部２０の上方にスクリュ用油圧シリンダ２７が設けられる。このスクリュ用油圧シリンダ２７は、スクリュ２２を下方に進行させる進行側油圧室２７ａおよびスクリュ２２を上方へ退行させる退行側油圧室２７ｂを含む。

また、油圧経路は、ポンプ８１、絞り弁８２、電磁弁８３、電磁流量調整弁８４、逃がし弁８５、タンク８６、電磁圧力比例弁８７およびアキュームレータ８８を含む。

まず、圧油がポンプ８１の働きにより絞り弁８２を介して電磁弁８３に供給される。なお、常に絞り弁８２までの油圧が、一定の正圧になる様に電磁圧力比例弁８７が制御されており、平常な射出動作時には、スクリュ用油圧シリンダ２７の進行側油圧室２７ａに一定の正圧を付与するように作用する。このとき、電磁圧力比例弁８７は、プランジャによる溶融金属に対する射出圧力に対抗してスクリュを前進側へ押圧しておくべく、油圧設定値が射出圧力に対して１．０〜１．５倍の油圧力で設定されている。電磁弁８３が開放されることにより電磁流量調整弁８４および逃がし弁８５を介してスクリュ２２の進行側油圧室２７ａに圧油が供給される。それにより、スクリュ２２が下方に移動するとともに、射出可能な状態となる。

ここで、電磁流量調整弁８４は、スクリュ２２を下方に移動させる際の押し込み圧力を調整するためのものである。この電磁流量調整弁８４の開閉量に応じて押し込み圧力を調整することでスクリュ２２の移動速度を変えることができる。

具体的には、半凝固スラリーＨＳの粘度にあわせてスクリュ２２の前進速度を調節することができる。例えば半凝固スラリーＨＳの最終充填時に、スクリュ２２の前進速度を減速することによって、スクリュ２２の先端部に余分に貯留された半凝固スラリーＨＳをプランジャ部に押し込みながら余分についてはバックフローさせることができるため、精度よく計量することができる。なお、電磁流量調整弁８４によって、スクリュ２２の押込み速度は２段以上に変更することもできる。

また、逃がし弁８５は、スクリュ用油圧シリンダ２７の進行側油圧室２７ａの圧力が所定圧力以上となった場合に、タンク８６に油圧を逃がすことができる弁である。この逃がし弁８５の動作の詳細については後述する。

一方、スクリュ用油圧シリンダ２７の退行側油圧室２７ｂに圧油を抽入することによりスクリュ２２が後退する。退行側油圧室２７ｂの油圧は、電磁弁８３を介してタンクに還流される。

次に、図３は、逃がし弁８５に応じて動作するスクリュ２２の動きを説明するための図であり、図４は、図３のシリンダ内３１内の圧力変化およびプランジャ３２の速度変化を示す図である。図４の縦軸は、圧力Ｐ（Ｐａ）および速度Ｖ(ｍｍ／ｓｅｃ)を示し、横軸は時間ｔ（ｍｓｅｃ）を示す。

図３（ａ）に示すように、プランジャ３２がシリンダ３１内を矢印Ｘ１０の方向に速度Ｖ１で移動する。それにより、図４に示すように、シリンダ３１内の半凝固スラリーＨＳが圧縮され、圧力Ｐ１が発生する。

さらに、プランジャ３２が移動することによって、プランジャ３２が前進側（ノズル側）のストロークエンドに接近するに連れて急激に半凝固スラリーＨＳの圧力が上昇する。

ここで、仮にバリ発生等の問題がおきる圧力を異常昇圧Ｐｍ（Ｐｍ＞Ｐ０）とし、プランジャストロークエンドにおいて高圧となる圧力をＰｏとした場合を説明する。図３（ｂ）に示すように、高圧Ｐｏが発生した場合、高圧Ｐｏは、連通流路２５を介してスクリュ２２の先端にも伝えられる。そして、スクリュ２２を進行側に移動させる進行側油圧室２７ａ(図２参照)の油圧が上昇する。このとき型締めシリンダ４６による締付圧力は、高圧Ｐｏを許容し得る圧力（Ｐｏが生じても型が開かない圧力）に設定されている。また、逃がし弁８５は、射出圧力ＰＥからＰＥの１．５倍程度の範囲の高圧Ｐｏが発生した場合に進行側油圧室２７ａの圧油をリリーフするように調整されている。

この場合、異常昇圧Ｐｍよりも低い圧力Ｐｏが発生すると、逃がし弁８５の働きにより進行側油圧室２７ａの圧油がタンク８６側に逃がされる。その結果、図３（ｂ）に示すように、スクリュ２２が矢印Ｒの方向（上方）へ移動し、バレル２１の内壁とスクリュ２２との間に隙間が生じる。そして、異常昇圧Ｐｍ状態に至ることなく高圧状態の半凝固スラリーＨＳが隙間を通してバレル部２０側に逆流される。

その結果、図４に示すように、シリンダ３１内の半凝固スラリーＨＳが正常圧の範囲である圧力Ｐｏ以下を保ち、異常昇圧Ｐｍの発生を防止することができる。そして、高圧の圧油がリリーフされた後は、進行側油圧室２７ａの圧油が逃がし弁８５の働きによりタンク８６側へ逃がされなくなる。

よって、スクリュ２２が図３（ｂ）の矢印Ｒの方向とは、逆の方向（下方向）に移動し、シリンダ３１内の半凝固スラリーＨＳの圧力が圧力ＰＥで安定する。

また、従来、図４の破線で示すように、プランジャ３２のストロークエンド付近において移動速度を序所に低下させて、異常昇圧Ｐｍを回避するようにしていたが、その移動速度の低下により射出圧力の低下が生じて、金型６０の隅々まで均一に成形材料が流れない状態があったが、スクリュ２２を移動させることにより異常昇圧を低圧化して通常の圧力まで低下させるので、半凝固スラリーＨＳが金型６０の隅々まで均一に流される。

以上のことから、射出時のプランジャ部３０内において異常昇圧Ｐｍが生じた場合に、逃がし弁８５によりスクリュ２２によるシールを後退させるべく油圧装置２７の進行側油圧室２７ａの圧油が逃がされる。その結果、スクリュ２２が上方へ移動して半凝固スラリーＨＳが逆流し、異常昇圧Ｐｍが所定の圧力Ｐｏまで低減する。したがって、従来の金属射出成形機においては、型締め力を増加させてサージ圧による成形品のバリ防止を行なっていたが、本発明に係る金属射出成形機１００においては、型締め力を増加させる必要がない。よって、金属射出成形機１００において１ランク下の型締め力を有する装置を用いることができ、製造コストの削減を行なうことができる。また、従来サージ圧による異常昇圧Ｐｍを防止するためにプランジャ３２のストロークエンドにおける速度調整を行っていたが、その必要もなくなる。

また、半凝固スラリーＨＳをプランジャ部３１内に供給するスクリュ２２の先端と、連通流路２５とによりシール部を形成することができるので、部材のコストを低減させることができる。

本実施の形態では、溶融金属として半凝固スラリーを射出する場合を例に説明したが、本発明は、溶融金属として金属溶湯を射出する場合にも適用することができる。この場合、バレル２１に冷却機能は必ずしも必要はなく、少なくとも加熱機能を備えていればよい。

（第２の実施の形態）
次に、図５は第２の実施の形態に係る金属射出成形機１００ａを示す模式的断面図である。

第２の実施の形態に係る金属射出成形機１００ａが第１の実施の形態に係る金属射出成形機１００と異なるのは以下の点である。

金属射出成形機１００ａは、金属射出成形機１００の成形材料投入部１０および縦置き型のバレル部２０の代わりに成形材料投入部１０ａおよび横置き型のバレル部２０ａ（以下、水平配置バレル部と呼ぶ。）を備える。また、水平配置バレル部２０ａおよびシリンダ部３０との間に異常昇圧調整装置９０が設けられる。

図５に示すように、第２の実施の形態に係る金属射出成形機１００ａは、成形材料投入部１０ａに水平配置バレル部２０ａが接続されている。水平配置バレル部２０ａの側部下方に異常昇圧調整装置９０およびシリンダ部３０が設けられている。また、型締め部４０には、金型６０が設けられ、金型６０のキャビティにシリンダ部３０のノズル３５の射出孔が連通可能に設けられている。

金属射出成形機１００ａのホッパー１２ａは、粒状の金属溶湯ＭＦを受け入れてこれを予熱しながら貯溜するものであり、加熱ヒータ等の温度制御手段が設けられている。さらにホッパー１２ａ内には、アルゴン等の不活性ガスが充満されている。ホッパー１２ａの下端開口部はバレル２１ａの供給口２８ａに連通されている。

実質的に横向きに配置された水平配置バレル部２０ａのバレル２１ａの上部には、粒状の金属が供給される供給口２８ａが設けられる。バレル２１ａの内部には、回転自在のスクリュ２２ａが設けられる。

また、バレル２１ａの側部には駆動モータ２６ａが直結され、この駆動モータ２６ａの駆動軸には、バレル２１ａの内部に回転自在に挿通されたスクリュ２２ａの一端が連結されていて、このスクリュ２２ａは、その他端がバレル２１ａ内で自由端となるように片持ち状に配置されている。

駆動モータモータ２６ａの端部には左右方向に出退するシリンダロッドを有するスクリュ用油圧シリンダ２７ａが接続され、このスクリュ用油圧シリンダ２７ａのシリンダロッドに駆動モータ２６ａが直結されている。

スクリュ２２ａの端部には、異常昇圧調整装置９０が設けられる。異常昇圧調整装置９０は、スクリュ２２ａとほぼ垂直方向に設けられている。異常昇圧調整装置９０は、後述するプランジャヘッド９１によりバレル部２０およびシリンダ部３０とを連通する連通流路２５ａ，２５を閉塞または開放する。連通流路２５ａ，２５の出口は、シリンダの内部空間である計量部３４に対してノズル側のプランジャストロークエンド近傍で連通するように設けられている。図５における射出成形機１００ａのシリンダ部３０、型締め部４０および金型６０は、図１の射出成形機１００のシリンダ部３０、型締め部４０および金型６０の構成と同様である。

次いで、この金属射出成形機１００ａの動作と軽合金の射出成形方法について説明する。

まず、ホッパー１２ａ内の粒状の金属は、ホッパー１２ａに設けられた加熱ヒータ等の温度制御手段によって、均一の温度に保たれている。粒状の金属は、ガスシールされた状態でバレル２１ａの供給口２８ａに供給され、各温度制御ヒータによって所定の温度以上に加熱されながら回転するスクリュ２２ａの剪断作用によって混練、攪拌されて溶融金属となる。

スクリュ２２ａにより溶融金属が異常昇圧調整装置９０に与えられる。異常昇圧調整装置９０は、プランジャヘッド９１を上方に上げることにより、連通流路２５ａを開放させる。

所定量の溶融金属がプランジャ部３０に与えられると、異常昇圧調整装置９０のプランジャヘッド９１により連通流路２５ａが閉塞される。それにより、計量部３４からの溶融金属の逆流が防止される。なお、計量の際、プランジャ射出装置３３のシリンダ３１の先端のノズル部３５は、バルブ装置３６によって閉止されている。

こうして、計量が完了した後、ノズル部３５のバルブ装置３６を開放するとともにプランジャ３２を前進させることにより溶融金属を金型６０内（図１参照）に射出し一定形状の成形体の成形が行なわれる。

続いて、第２の実施の形態に係る金属射出成形機１００ａの異常昇圧調整装置９０について説明する。

図６は、図５の異常昇圧調整装置９０および異常昇圧調整装置９０に連通する油圧経路についての説明図である。

図６の異常昇圧調整装置９０は、プランジャヘッド９１、プランジャ９２、シリンダ９３、進行側油圧室９３ａ、退行側油圧室９３ｂを含み、油圧経路は、第１の実施の形態と同様に、ポンプ８１、絞り弁８２、電磁弁８３、逃がし弁８５、タンク８６、電磁圧力比例弁８７およびアキュームレータ８８を含む。

まず、圧油がポンプ８１の働きにより絞り弁８２を介して電磁弁８３に供給される。なお、常に絞り弁８２までの油圧が、一定の正圧になる様に電磁圧力比例弁８７が制御される。電磁弁８３が開放されることにより逃がし弁８５を介して異常昇圧調整装置９０の進行側油圧室９３ａに圧油が供給される。それにより、プランジャ９２が下方に移動するとともに射出可能な状態となる。

逃がし弁８５は、異常昇圧調整装置９０の進行側油圧室９３ａの圧力が所定圧力以上となった場合に、タンク８６に油圧を逃がすことができる弁であり、第１の実施の形態に係る逃がし弁と同様である。

一方、異常昇圧調整装置９０の退行側油圧室９３ｂに圧油を抽入することによりプランジャ９２が上方へ移動する。退行側油圧室９３ｂの油圧は、電磁弁８３を介してタンクに還流される。

以上のように、第２の実施の形態に係る金属射出成形機１００ａは、射出時のプランジャ部３０内において所定の射出圧力ＰＥを超えるような高圧Ｐｏが生じた場合に、異常昇圧調整部９０によりプランジャヘッド９１を連通流路２５ａから上方へ移動させるべく油圧装置９３の進行側油圧室９３ａの圧油が逃がされる。その結果、連通流路２５ａが開放されて溶融金属が逆流し、高圧Ｐｏが正常圧ＰＥまで低減される。したがって、従来の金属射出成形機においては、型締め力を増加させてサージ圧による成形品のバリ防止を行なっていたが、本発明に係る金属射出成形機１００ａにおいては、型締め力を増加させる必要がない。よって、金属射出成形機１００ａにおいて１ランク下の型締め力を有する装置を用いることができ、製造コストの削減を行なうことができる。

上記第１および第２の実施の形態においては、金型６０が金型に相当し、正常圧Ｐ０が所定の圧力に相当し、溶湯金属ＭＦまたは半凝固スラリーＨＳが溶融金属に相当し、金属射出成形機１００，１００ａが金属射出成形機に相当し、連通流路２５，２５ａが開口部に相当し、プランジャ部３０がプランジャ部に相当し、スクリュ２２，プランジャヘッド９１がシールヘッドに相当し、スクリュ用油圧シリンダ２７、異常昇圧調整装置９０が油圧装置に相当し、逃がし弁８５が逃がし弁に相当し、異常昇圧Ｐｍが異常昇圧に相当し、半凝固スラリーＨＳが半凝固スラリーに相当する。

本発明は、上記の好ましい第１および第２の実施の形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。

本発明に係る第１の実施の形態の金属射出成形機の一例を示す模式図 図１のバレル部のスクリュ用油圧シリンダおよびスクリュ用油圧シリンダに連通する油圧経路についての説明図 逃がし弁に応じて動作するスクリュの動きを説明するための図 図３のシリンダ内の圧力変化およびプランジャの速度変化を示す図 第２の実施の形態に係る金属射出成形機を示す模式的断面図 図５の異常昇圧調整装置および異常昇圧調整装置に連通する油圧経路についての説明図

符号の説明

２２ スクリュ
２３ 計量部
２５，２５ａ 連通流路
２７ スクリュ用油圧シリンダ
３０ プランジャ部
６０ 金型
８５ 逃がし弁
９０ 異常昇圧調整装置
９１ プランジャヘッド
１００，１００ａ 金属射出成形機
ＨＳ 半凝固スラリー
ＭＦ 金属溶湯
Ｐ 圧力
Ｐｍ 異常昇圧

Claims (4)

1. 金型内に所定の射出圧力で溶融金属を射出する金属射出成形機であって、
   前記溶融金属を下流側へ送り出すスクリュを有するスクリュ部と、
   前記スクリュ部から縮径された開口を有する開口部を介して前記溶融金属を導入するとともに、前記金型に前記溶融金属を射出するプランジャ部と、
   前記開口部に対して上流側で進退動作を行なうことにより、前記開口部の開放および閉塞を行なうシールヘッドと、
   前記シールヘッドの進退動作を行なうための油圧シリンダと、
   前記油圧シリンダの前記シールヘッドを進行動作させる側の油室に通じる油圧経路に接続され、前記油圧経路の圧力を所定の値に調整するバルブ手段とを含み、
   前記バルブ手段は、
   前記所定の射出圧力よりも高い圧力が生じ、前記油圧経路の圧力が所定値を超えた場合に、前記シールヘッドを後退させて前記開口部を開放させて異常昇圧を防止するべく前記油圧経路の圧油を逃がすことを特徴とする金属射出成形機。
2. 金型内に所定の射出圧力で溶融金属を射出する金属射出成形機であって、
   前記溶融金属を冷却することにより半凝固スラリーに変移させるスラリー生成部と、
   前記スラリー生成部から縮径された開口を有する開口部を介して前記半凝固スラリーを導入するとともに、前記金型に前記半凝固スラリーを射出するプランジャ部と、
   前記開口部に対して上流側で進退動作を行なうことにより、前記開口部の開放および閉塞を行なうシールヘッドと、
   前記シールヘッドの進退動作を行なうための油圧シリンダと、
   前記油圧シリンダの前記シールヘッドを進行動作させる側の油室に通じる油圧経路に接続され、前記油圧経路の圧力を所定の値に調整するバルブ手段とを含み、
   前記バルブ手段は、
   前記所定の射出圧力よりも高い圧力が生じ、前記油圧経路の圧力が所定値を超えた場合に、前記シールヘッドを後退させて前記開口部を開放させて異常昇圧を防止するべく前記油圧経路の圧油を逃がすことを特徴とする金属射出成形機。
3. 前記シールヘッドは、
   前記スクリュの先端により構成されており、前記先端が前記開口部の内径に嵌合するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の金属射出成形機。
4. スクリュにより溶融金属を開口部から送り出すとともに、シールヘッドの進退動作により前記開口部の開放および閉塞を行い、前記開口部を通って送り出された溶融金属をプランジャにより金型内に所定の射出圧力で射出させる金属射出成形方法であって、
   前記開口部から送り出された溶融金属に対して射出時に前記所定の射出圧力よりも高い圧力が生じ、その高い圧力が前記開口部を通じて前記シールヘッドへ作用することにより前記シールヘッドを進退動作させる油圧経路の圧力が所定値を超えた場合に、前記シールヘッドを後退させて前記開口部を開放させて異常昇圧を防止するべく前記油圧経路の圧油を逃がすことを特徴とする金属射出成形方法。

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