JP2009166089A - 金属成形用射出装置の棒状材料溶解保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】棒状材料の溶解に筒体を採用し、溶融材料の貯留保持に槽体と筒体とによる保持装置を採用して、小型で成形サイクルに対応した多量の溶融材料の貯留保持を可能とする材料溶解保持装置を提供する。
【解決手段】溶融材料の保持装置を、上部の保持槽と小径で槽体底面の中央に下方へ垂直に連設した筒体による下部の材料温度調整筒とから構成する。棒状材料の溶解筒を棒状材料の収容に適合した内径と長さとを有する筒体とする。その筒体の複数を保持槽の蓋部材に縦長に並設して下端開口を保持槽内に臨ませる。
【選択図】図３

Description

この発明は、マグネシウム、アルミニウム等の棒状の金属材料を溶解して金型に射出する金属成形射出装置の材料溶解保持装置に関するものである。

金属成形用射出装置としては、プランジャを内装した射出シリンダの上に溶解炉を設置し、その溶解炉により固体材料を溶解して貯留し、プランジャの後退により形成されるシリンダ前部の材料計量室に、溶解炉から溶融材料を供給して１ショット分を計量（蓄積）し、その計量材料をプランジャの前進によりシリンダ先端のノズルから金型に射出する構造のものがある。また溶解炉に貯留した溶融材料を溶解金属保持筒に貯留するものもある。

また射出プランジャを内装した射出加熱筒の溶体保持室に保温貯留筒を立設し、その保温貯留筒の上側部に加熱筒を横長に備えた溶解装置を設け、その加熱筒により棒状材料を溶解して保温貯留筒に多数ショット分の溶融材料を貯留し、射出プランジャの後退により形成されるプランジャ前部の材料計量室に、溶体保持室からの溶融材料を蓄積して１ショット分を計量し、その計量材料をプランジャの前進により射出加熱筒先端のノズルから金型に射出する構造のものもある。

また射出プランジャを内装した加熱保持筒の上に棒状材料の溶解筒を立設し、その溶解筒により棒状材料を溶解して加熱保持筒内に多数ショット分を貯留し、その加熱保持筒内の溶融材料を射出プランジャの後退により形成されるプランジャ前部の材料計量室に蓄積して、計量材料をプランジャの前進により加熱保持筒先端のノズルから金型に射出する構造のもある。
特開２００４−２９１０３２号公報 特開２００５−４０８０７号公報 特開２００６−８９０号公報

固体材料を溶解炉により溶解して貯留し、プランジャの後退ごとに１ショット分の溶融材料を計量して射出する装置では、先に溶解して炉内に貯留した溶融材料に固体材料を浸漬して溶解していることから、溶解炉内に溶融材料があるときには溶解が早いが、成形立上げ時の溶融材料がない状態では、浸漬溶解が行えないので、棒状材料を溶解して浸漬溶解が行える貯留量とするまでに時間を要する。このため溶解炉による材料溶解保持装置では成形立上げ時間が長くかかり、その分だけ成形稼働効率が悪いという課題を有する。

また溶解炉による材料溶解では、投入材料の温度が予熟されていても材料温度が貯留された炉内の溶融材料の温度よりも低いことから、投入ごとに炉内の材料温度が低下するという温度変動が生ずる。この投入ごとの温度低下が溶解炉の底部から射出シリンダに供給される溶融材料まで及ばないように、溶解炉を深く形成して貯留量を増す必要があり、必然的に炉体が大型化して高重量となることから、射出シリンダの上に設置する材料溶解保持装置として溶解炉は採用し難い課題を有する。

棒状材料を溶解筒に入れて溶解する場合には、その溶解は浸漬溶解よりも溶解速度が遅い幅射熱によることになるが、材料全体が周囲から同時に加熱されるので加熱効率が高く、溶解筒から流出した溶融材料を射出加熱筒の保温貯留筒や射出プランジャを内装した加熱保持筒に貯留保持するので、材料投入ごとの温度変動がなく、成形立上げ時の貯留量も溶解炉の場合より少なく済むので、成形立上げ時間の短縮ともなり、成形稼働開始が早まるという利点を有する。

しかし、溶融材料を貯留保持する従来の保温貯留筒はシリンダの一部をもって構成され、加熱保持筒も射出シリンダとして機能するものであることから、保温貯留筒や溶融材料の貯留量には制限があり、また溶解筒の設置も単数に限られるので、金属製品の重量によっては、成形サイクルに対応した多量の溶融材料の溶解供給が困難な場合がある。

この発明は、上記溶解炉における棒状材料の溶解貯留の課題や、溶解筒を採用した棒状材料の溶解と貯留保持の課題を解決するために考えられたものであって、その目的は、棒状材料の溶解に筒体を採用し、また溶融材料の貯留保持に槽体と筒体とによる保持装置を採用することによって、射出シリンダ上に設置可能な大きさで溶解効率が高く、小型で成形サイクルにも対応した多量の溶融材料の貯留保持も可能で、保持装置内の溶融材料の温度変動もなく、溶融材料を設定温度に調整して射出シリンダに供給できる新たな金属成形用射出装置の棒状材料溶解保持装置を提供することにある。

上記目的によるこの発明は、射出プランジャ内装の射出シリンダ上に設置して、溶融材料を１ショットずつシリンダ内に供給する金属成形用射出装置の材料溶解保持装置であって、上記材料溶解保持装置を、円形の槽体による上部の保持槽と、該保持槽よりも小径で槽体底面の中央に下方へ垂直に連設され、下部内壁を下端中央の流出口まで順次縮径して傾斜面に形成した下部の材料温度調整筒と、保持槽の開口縁に止着した蓋部材と、保持槽及び材料温度調整筒の外周囲に設けた加熱手段とからなる溶融材料の保持装置と、棒状材料の収容に適合した内径と長さとを有し、外周囲に加熱手段を備えた筒体の下端部を、上記蓋部材の面内両側に穿設した穴に嵌挿して蓋部材上に縦長に並設し、下端開口を保持槽内に臨ませてなる複数の溶解筒とから構成してなるというものである。

この発明の上記保持装置は、上記棒状材料の長さよりも高さを低く形成した上記保持槽と、その保持槽と高さが同一か又は低く、外径が上記射出シリンダの外径よりも小径の上記材料温度調整筒からなり、その材料温度調整筒の下端の流出口をシリンダ本体の供給口と直結して、保持装置を上記射出シリンダに垂直に立設してなる、というものである。

また上記保持装置の蓋部材は、中央の筒体立設部と、その筒体立設部の長手方向に軸支して立設部両側に取付けた前後一対の回動扉部とからなる、というものである。

また上記複数の溶解筒は、２本の棒状材料を重ねて収容できる高さからなり、その両方の上端部を上記射出シリンダの保持盤に立設した支柱の支持アームに固着して、上記保持装置を垂直に支持してなる、というものである。

上記構成では、棒状材料の溶解と溶融材料の貯留保持を溶解筒と保持装置とに分け、保持装置では棒状材料の溶解を行わないので、炉内で浸漬溶解した場合に生ずる材料投入ごとの溶融材料の温度変動がなく、溶融材料の温度が安定する。また溶融材料を槽体とその底面中央に下方へ垂直に連設した筒体とによる保持装置に溶融材料を貯留保持できるので、材料溶解に溶解筒を採用したものでありながら、成形サイクルに対応した多量の溶融材料の貯留保持も可能となる。

また複数の溶解筒を、保持装置を構成する上部の保持槽の蓋部材上に縦長に並設して下端開口を保持槽内に臨ませたので、溶解筒内の溶融材料を重力により下側の保持槽に常に確実に流出供給でき、溶解筒の溶解操作も両方同時に行って立上げ時の時間短縮を図ることができる。また交互に行って一方が溶解作動あるとき、他方は予熱作動として待機させることができることから、棒状材料の溶解効率が向上し、保持量の多量化と相侯って射出シリンダヘの供給も安定化するようになる。

また槽体とその底面中央に下方へ垂直に連設した筒体をもって貯留保持した溶融材料の材料温度調整筒とし、その調整筒内に留まってる間に保持槽から筒体内に流下した溶融材料の温度が設定温度に均一にならされるので、射出シリンダに１ショットずつ供給される溶融材料の温度が一定となって安定成形が行えるようになる。また保持槽の蓋部材に回動扉部があることによって、溶融面に浮上した酸化物などの不純物を、回動扉部を開扉して清掃具により槽外に容易に排除することができる。

さらに槽体と筒体とからなる保持装置では、保持槽での棒状材料の溶解は行わないので、複数の溶解筒で同時に溶解した溶融材料を貯留できる容積があればよく、保持槽の高さも棒状材料の長さを見込んで設定する必要もないことと、材料温度調整筒による貯留保持量も成形サイクルに対応して材料温調できる分量でよいことから高さを低く構成でき、小型で射出シリンダ上に設置し易いものとなる。

図中１は射出シリング、２は射出シリンダ１の後端に間隔を空けて設けた射出駆動装置で、その両方は両側に設けたロッド４により連結して機台５上に移動自在に設けられている。３は射出シリンダ１のシリンダ上に内部と連通して設置した材料溶解保持装置である。

射出シリンダ１は、機台５上の保持盤１０にシリンダ本体１１の後端部を挿通止着して水平に設置してある。保持盤１０は機台５の座盤５０に並設した左右一対の支持シャフト５１に挿通してシリンダ本体１１と共に進退自在するように、下端を座盤上のスライド板５０ａに止着して設けられており、その保持盤１０に材料溶解保持装置３の支柱６が立設してある。この支柱６は円柱でシリンダ方向に向けて取付けた支持アーム６１を有し、アーム先端の前後一対のジョイント板６１′，６１′により材料溶解保持装置３の後記する溶解筒３４，３４の上端部を固着して、材料溶解保持装置３をシリンダ本体上に垂直に支持している。

上記シリンダ本体１１は、シリンダ内面と密着したライナ１２ａにより形成されたシリンダ穴部１２と、ライナ１２ａの後端とシリンダ本体１１の後端部内のブッシュ１５との間のシリンダ下側壁に穿設した排出孔１６とからなる。シリンダ穴部１２には先端形状が円錐台形のプランジャヘッド１７ａをプランジャロッド１７ｂの先端に取付けた射出プランジャ１７が、本体後端のプッシュ１５から挿入して設けてあり、シリンダ外周囲にはバンドヒータによる加熱手段１８が設けてある。また本体前端にはノズル１３と一体のノズル部材１４が取付けてある。

上記ノズル部材１４は先端をノズルに形成した円筒体で、内部はノズル口と連通した流路１４ａに形成してあり、円筒体の外周囲に嵌挿した連結リング１９とボルトとによりシリンダ本体１１の前端に取付けてある。また流路１４ａはシリンダ穴部１２の内径よりも小径で、ノズル口と反対側の開口端をシリンダ穴部１２と同径に拡径して、プランジャヘッド１７ａの先端面と同一形状に傾斜形成してある。

上記射出駆動装置２は、支脚２０を前端下側に有する油圧シリンダ２１と、シリンダ内のピストン２２と、そのピストン２２のロッド先端に取付けた射出ロッド２３とからなり、射出ロッド２３の先端は上記プランジャロッド１７ｂの後端に連結してある。また支脚２０は上記保持盤１０と同様に、機台５の座盤５０に並設した左右一対の支持シャフト５１に挿通するとともに、下端を座盤上の上記スライド板５０ａに止着して射出シリンダ１と共に進退自在するように設けられている。

上記材料溶解保持装置３は、金属材料を溶融状態（例えば溶湯）で貯留してその温度を保持する装置３０と、保持装置３０の上に設置して上端部を上記支柱６の支持アーム６１に固着した所要高さの複数の溶解筒３４，３４とからなり、その保持装置３０は、円形の槽体による上部の保持槽３１と、該保持槽３１及びシリンダ本体１１よりも小径で槽体底面の中央に下方へ垂直に連設し、下端周囲に据付用のフランジを一体形成した円筒体による下部の材料温度調整筒３２と、保持槽３１の蓋部材３３とからなる。この蓋部材３３は図示しないボルトにより保持槽３１の縁部に止着してある。なお、材料温度調整筒３２の外径は保持槽３１の外径の３５〜４５％の範囲が好ましく、その範囲以下では貯留保持量が減少して成形サイクルによっては、それに対応した材料温調が行い難くなる。

保持槽３１の上部内には不活性ガスや防燃ガス等のガス注入管４１が挿入してあり、内部には蓋部材３３を通してレベル検知棒４２が設けてある。また材料温度調整筒３２の下部内壁は下端中央の流出口３２ａまで順次縮径して傾斜面に形成してあり、その流出口３２ａは上記シリンダ本体１１に設けた供給口１１ａよりも大径に形成してある。このような保持装置３０は、材料温度調整筒３２をシリンダ上に載置し、ボルトによりフランジをシリンダに固着して、流出口３２ａをスリーブにより形成された供給口１１ａに直結して、射出シリンダ１に垂直に立設してある。

上記溶解筒３４，３４は、断面形状が円形の棒状材料（以下、丸棒材料Ｍという）の２本を収容できる長さの筒体、例えば、マグネシウム基合金の場合の通常サイズは、長さ３００ｍｍ、直径６０ｍｍであるから、溶解筒３４はその長さに余長部を加えた長さ８５０ｍｍで、内径６２ｍｍの円筒体により構成することができ、その円筒体の下端部を保持装置３０の蓋部材３３の面内両側に穿設した穴に嵌挿して蓋部材上に縦長に並設するとともに、下端開口３４ａを保持槽３１内に臨ませてある。

溶解筒３４の下端部内は筒体内径よりも小径の流出穴に形成されており、下端開口３４ａはその流出穴の下部を下縁まで拡径して形成されている。また流出穴の上端は段部に形成され、その段部より上の筒体内に材料支軸３４ｂを横設して、筒体上端から挿入した丸棒材料Ｍを筒体内に留めて周囲からの輻射熱で溶解できるようにし、溶解後に溶融材料が重力により直に下端開口３４ａから流出して、保持装置３０に溶融材料Ｍ₁ として蓄えらることができるようにしてある。

また溶解筒３４，３４の上端開口は着脱自在な蓋３５により閉鎖されており、上側壁にはガス注入口３６が設けてある。このガス注入口３６には不活性ガス又は防燃ガスの注入管３７が接続してあり、丸棒材料Ｍの溶解を溶解筒３４，３４でも不活性ガス又は防燃ガスのガス雰囲気で行えるようにしてある。

上記保持槽３１と材料温度調整筒３２の外周囲及び溶解筒３４，３４の外周囲に設けた加熱手段４０，４０′，４０″はバンドヒータで、複数に区分して多段に設けてあり、その加熱手段はヒータごとに温度調節ができるようにしてある。ヒータ温度は金属材料（マグネシウム基合金 ＡＺ９１Ｄ）を完全溶融（溶湯状態）する場合は液相線温度以上の温度（６００℃以上）、半溶融状態（固液共存状態）では液相線温度以下で固相線温度以上の温度（５７０°〜５８５℃）に設定される。

しかし、丸棒材料Ｍの溶解は溶解筒３４，３４のみにて行われ、保持装置３０の保持槽３１と材料温度調整筒３２では材料溶解は行わず、その外周囲の加熱手段４０，４０′は成形開始時の残存材料の溶解を除いて、専ら溶融材料Ｍ₁ の温度保持と温度調整として機能する。また保持槽３１よりも小径の材料温度調整筒３２では、保持槽３１よりも筒体内の溶融材料に対する加熱効率が高いので材料温調に時間を要せず、射出シリンダ１に供給されるまでの間に温度分布が整えられる。

図５は、他の実施形態の材料溶解保持装置３を示すもので、保持装置３０の蓋部材３３を、中央の筒体立設部３３ａと筒体立設部の長手方向に軸支して立設部両側に取付けた前後一対の回動扉部３３ｂ，３３ｂとから構成し、その回動扉部３３ｂを上方に開いて、清掃具などによりスラッジの除去作業や槽内清掃を行えるようにしたものである。また上記材料温度調整筒３２の下端中央にシリンダ本体１１の上記スリーブを嵌合し、そのスリーブ内の供給口１１ａまで下部内壁を傾斜面に形成して、貯留保持した溶融材料のシリンダ穴１２への流出がさらに円滑に行えるようにしたものでもある。

上記構成の材料溶解保持装置３では、上記実施形態の何れにおいても材料温度調整筒３２の下端を開閉するバルブを不要とする。これは射出プランジャ１７が供給口１１ａを開閉するバルブとして機能するからであり、プランジャヘッド１７ａが供給口１１ａよりも後に位置するところまで射出プランジャ１７が後退していても、シリンダ内に流出する溶融材料Ｍ₁ は１ショット分に限られるからである。

上記溶解筒３４による丸棒材料Ｍの溶解では、円筒体と材料周囲のギャップが小さく、材料全周が筒体壁面からの幅射熱により加熱を受けるので溶解効率が高く、成形立上げ時の溶解でも、空の溶解炉に同様な丸棒材料の４本を投入して一度に溶解（約６０分）するときよりも、両方の溶解筒３４，３４による溶解（約２０分）の方が早いので、溶融面が設定レベルＬに達するまでの溶融材料Ｍ₁ の溶解供給が早く行えることから、成形立上げ時間の短縮となる。

図４（Ａ）（Ｂ）は２本の溶解筒３４，３４の溶解操作を示すもので、図（Ａ）は成形立上げ時などで、両方の溶解筒３４，３４を同時に溶解作動して、設定レベルＬまで溶融材料Ｍ₁ を供給する場合を示すものである。

また図（Ｂ）は溶解材料Ｍ₁ の貯留保持が設定レベルＬに達した後に、片側ずつ溶解操作を行う場合を示すもので、一方で溶解作動が行われている間、他方の加熱温度は丸棒材料Ｍの予熱温度に制御され、一方の溶解操作が済んだ後に溶融材料Ｍ₁ の保持量が設定レベルＬよりも低下すると、他方は加熱が予熱から溶解に切り換わって丸棒材料Ｍの溶解作動となる。また空となった一方には丸棒材料Ｍが投入され、加熱操作は丸棒材料Ｍの予熱に切り換えられる。この２本の溶解筒３４，３４による予熱と溶解の交互操作により、設定量の溶融材料Ｍ₁ の保持装置３０への継続供給と、保持槽３１と材料温度調整筒３２とによる溶融材料Ｍ₁ の貯留保持が円滑に行い得るようになる。

上記構成の材料溶解保持装置３では、丸棒材料Ｍの溶解と溶融材料Ｍ₁ の貯留保持を、保持装置３０と溶解筒３４の両方にアルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガス、ＳＦ₆ の防燃ガスを注入してガス雰囲気として行うことがでさる。溶解筒３４での溶解は、丸棒材料Ｍを筒体上端の開口から筒内に挿入したのち上端開口を穿孔を有する蓋により塞いでから行われる。

また保持装置３０から射出シリンダ１への溶融材料Ｍ₁ の供給は、金型とのノズルタッチによりノズル１３の先端部がノズル先端内の残留材料と一緒に冷却されて、残留材料が固化して金属栓となってから、前進位置にある上記射出プランジャ１７を上記射出駆動装置２の縮小作動により、プランジャヘッド１７ａが供給口１１ａの後に位置するところまで後退移動して行われる。

この後退移動によりプランジャヘッド１７ａよりも前のシリンダ内は、開放された供給口１１ａから流出した溶融材料の材料計量室１２′となり、プランジャヘッド１７ａの前に１ショット分の溶融材料（図は省略）が蓄積（計量）される。計量された１ショット分の溶融材料は、上記射出駆動装置２の伸長作動による射出プランジャ１７の前進移動でプランジャヘッド１７ａにより加圧され、図示しない金型のスプル先端のポケットに上記金属栓を押し出したのち、射出プランジャ１７が前進位置に停止するまでノズル１３から金型に射出充填される。

上記材料溶解保持装置３では、丸棒材料Ｍの溶解と溶融材料Ｍ₁ の貯留保持を上記溶解筒３４と上記保持装置３０とに分けて行い、保持装置３０の上部の保持槽３１では丸棒材料Ｍを加熱溶解することはないので、保持装置３０の規模は２本の溶解筒３４，３４で同時に溶解した４本分の溶融材料を貯留できる深さがあればよく、保持槽３１の高さも丸棒材料Ｍの長さを見込んで設定する必要がないので、丸棒材料Ｍの長さよりも低く設定することができる。

また材料温度調整筒３２の筒体高さも、外径との関連において、筒内で溶融材料の温度が射出シリンダ内に供給するまでに均一に調整される分量（例えば１５〜２０ショット分）を貯留保持できればよいので、保持槽３１の高さと同一か又はそれよりも低く設定することができる。この結果、保持装置３０の高さが低減されて小型化となる。

因に、保持装置３０は、保持槽３１の槽体高さ２８５ｍｍ、槽体外径３２０ｍｍ、材料温度調整筒３２の筒体高さ１８０ｍｍ、筒体外径１２０ｍｍ、溶解筒３４を除く全体高さ４６５ｍｍで、最大１０Ｋｇｆの溶融材料が貯留保持でき、シリンダ本体外径１９０ｍｍの射出シリンダ１に設置して、成形サイクルに対応した材料溶解と貯留保持及び供給とを行い得る。

この発明に係わる材料溶解保持装置を備えた金属成形用射出装置の側面図である。 同上の正面図である。 射出装置と材料溶解保持装置の縦断側面図である。 材料溶解保持装置の縦断正面図で、両方の溶解筒による丸棒材料の溶解説明図（Ａ）と、一方の溶解筒による丸棒材料の溶解説明図（Ｂ）である。 他の実施形態の材料溶解保持装置の縦断側面図である。

符号の説明

１ 射出シリンダ
２ 射出駆動装置
３ 材料溶解保持装置
６ 支柱
１０ 保持盤
１１ シリンダ本体
１１ａ 供給口
１７ 射出プランジャ
１７ａ プランジャヘッド
１７ｂ プランジャロッド
３０ 保持装置
３１ 保持槽
３２ 材料温度調整筒
３３ 蓋部材
３４ 溶解筒
４０，４０′，４０″ 加熱手段

Claims (4)

1. 射出プランジャ内装の射出シリンダ上に設置して、溶融材料を１ショットずつシリンダ内に供給する金属成形用射出装置の材料溶解保持装置であって、
   上記材料溶解保持装置を、円形の槽体による上部の保持槽と、該保持槽よりも小径で槽体底面の中央に下方へ垂直に連設され、下部内壁を下端中央の流出口まで順次縮径して傾斜面に形成した下部の材料温度調整筒と、保持槽の開口縁に止着した蓋部材と、保持槽及び材料温度調整筒の外周囲に設けた加熱手段とからなる溶融材料の保持装置と、
   棒状材料の収容に適合した内径と長さとを有し、外周囲に加熱手段を備えた筒体の下端部を、上記蓋部材の面内両側に穿設した穴に嵌挿して蓋部材上に縦長に並設し、下端開口を保持槽内に臨ませてなる複数の溶解筒とから構成してなることを特徴とする金属成形用射出装置の棒状材料溶解保持装置。
2. 上記保持装置は、上記棒状材料の長さよりも高さを低く形成した上記保持槽と、その保持槽と高さが同一か又は低く、外径が上記射出シリンダの外径よりも小径の上記材料温度調整筒からなり、その材料温度調整筒の下端の流出口をシリンダ本体の供給口と直結して、保持装置を上記射出シリンダに垂直に立設してなることを特徴とする請求項１記載の金属成形用射出装置の棒状材料溶解保持装置。。
3. 上記保持装置の蓋部材は、中央の筒体立設部と、その筒体立設部の長手方向に軸支して立設部両側に取付けた前後一対の回動扉部とからなることを特徴とする請求項１記載の金属成形用射出装置の棒状材料溶解保持装置。
4. 上記複数の溶解筒は、２本の棒状材料を重ねて収容できる高さからなり、その両方の上端部を上記射出シリンダの保持盤に立設した支柱の支持アームに固着して、上記保持装置を垂直に支持してなることを特徴とする請求項１記載の金属成形用射出装置の棒状材料溶解保持装置。

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