JP2011143581A - ワックスモデル射出成形装置の射出ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】ワックス鋳造後、ワックス射出装置のワックス供給流路内に残存し、廃棄しなければならないワックス量を減らすことができる射出ノズルを提供する。
【解決手段】ワックス樹脂の射出鋳造装置に使用される射出ノズル１であって、先端にワックス樹脂の吐出口８を有する外筒部２と、一端が該吐出口８と流体的に連通し、他端が排気系に流体的に連通するように、該外筒部２内に画定される排気流路３と、該排気流路３と該吐出口８との間を閉鎖し、または開放するように、該排気流路３内を摺動可能な排気流路封止弁４とを備え、一端が該吐出口８と流体的に連通し、他端がワックス樹脂供給源に流体的に連通するように画定されるワックス供給流路５と、該ワックス樹脂流路５と該吐出口８との間を閉鎖し、または開放するように、該ワックス樹脂流路5内を摺動可能なワックス封止弁６とを備える射出ノズル１により解決する。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、ロストワックス鋳造に代表されるワックス樹脂鋳造に用いるワックス樹脂の真空射出成形装置に関する。特に、その真空射出成形装置のノズル部分に関する。

（ロストワックス法）
複雑な形状の精密鋳造法の一つとしてロストワックス法が知られており、様々な産業分野で使用されている。特に、金属アクセサリなど、中空部を有する複雑な形状の製品を精密に製造するためには、ロストワックス鋳造法が適している。金属アクセサリに適用されるロストワックス鋳造法では，「ゴム型成形工程（第１工程）」と、「ゴム型を用いてワックスによるワックスモデル製作工程（第２工程）」と、「ワックスモデルを用いての鋳型製作工程（第３工程）」と、「金型を用いて最終的な鋳造品の鋳造工程（第４工程）」と、「鋳造品の仕上加工工程（第５工程）」との各段階からなっている。これら第１工程から第５工程までを順次実行することにより、最終的な鋳造製品が完成する。

第１工程のゴム型成形工程では、最終製品と同じ形状の中空パターンが内部に形成されるシリコンゴム製のゴム型を製作する。第２工程のワックスモデル製作工程では、そのゴム型の中空パターンにワックスを射出注入してワックスモデルを製作する。第３工程では、そのワックスモデルを鋳型原料に投入して固め、電気炉でワックスモデルを溶かしてワックスを除去し、鋳型材料を焼成させて鋳型を製作する。第４工程の鋳造工程ではその鋳型に金属材料を流し込んで鋳造し、第５工程の仕上げ加工工程では鋳造品から不要箇所を切除するとともに研磨等最終的な仕上げを行う。

本発明は、第２工程であるワックスモデル製作工程に使用されるワックスモデル真空射出成形装置（以下、「ワックス射出装置」とよぶ）に関するものである。図４から図６を参照して、特に、第２工程である「ワックスモデル製作工程」について説明する。

図４は、第１工程のゴム型成形工程で製作されるゴム型４０を示す。ゴム型４０は、最終製品と同形状の鋳型原型モデルを内部に埋設して、シリコンゴムで箱型状に固化したものである。ゴム型４０の内部には、鋳型原型モデルの中空パターン４０ｃが形成されている。中空パターン４０ｃは、シリコンゴムが固化した後に、ゴム型４０を上側ゴム型４０ａと下側ゴム型４０ｂとに分離して、鋳型原型モデルを取り出して形成される。

（ワックスモデル製作工程）
図５は、第２工程であるワックスモデル製作工程で使用するワックス射出装置５０を示している。第２工程のワックスモデル製作工程では、ワックス射出装置５０を用いて、ゴム型４０内の中空パターン４０ｃに、圧力を加えた状態でワックスを注入する。まず、ゴム型４０のワックス注入口４３がワックス射出装置５０のワックス射出ノズル５１と接合するように、ワックス射出装置５０のクランプ上にゴム型４０を載置する。ドライバ６１により圧縮板６３を押し下げて、ゴム型４０にクランプ圧力としての面圧を加える。その後クランプユニットをノズル方向に前進させ、その状態で、ワックス射出装置５０の炉内で溶融したワックスを、ワックス射出ノズル５１からワックス注入口４３を介して、中空パターン４０ｃ内に注入する。

ここで、ワックスモデル製作工程で、溶融したワックスを射出する従来のワックス射出装置５０のワックス射出ノズル５１を説明する。図６は、ワックス射出装置５０の内部の概略図である。ワックス射出装置５０は、ワックス樹脂供給源たるワックス供給系５７と、排気系５８と、射出ノズル５１とを備えている。ワックス供給系５８は、溶融ワックスを貯めたワックスリザーバタンク５７ａと、供給系配管５７ｂとを備えている。排気系５８は、排気ポンプ５８ａ（たとえば、真空ポンプ）と、排気ポンプ５８ａに結合されている排気タンク５８ｂ（たとえば、真空タンク）、排気タンク５８ｂに接続される排気系配管５８ｃとを有している。排気系５８は、排気タンク５８ｂを介することなく、排気ポンプ５８ａと排気系配管５８ｃとを直接接続される場合もある。

射出ノズル５１内には、ワックス樹脂バッファ５３と、排気系バッファ５４とが、対で配置されている。ワックス樹脂バッファ５３を供給系配管５７ｂに流体的に接合することで供給系５７に流体的に接合される。排気系バッファ５４を排気系配管５８ｃに流体的に接合することで排気系５８に流体的に接合される。射出ノズル５１内では、ワックス樹脂バッファ５３は供給口５３ａを介してワックス供給流路５２に接続され、排気系バッファ５４は連通口５４ａを介してワックス供給流路５２に接続されている。連通口５３ａと連通口５４ａとに最も近いワックス供給流路５２の箇所を供給点５２ｂとすると、ワックス供給流路５２は、供給点５２ｂからワックス射出ノズル５１の先端側のノズル吐出口５２ａまで細長く延在する。ワックス樹脂バッファ５３の供給口５３ａとワックス供給流路５２の供給点５２ｂは、それぞれ、バルブ５５およびバルブ５６で開閉可能である。

バルブ５５のバルブヘッド５５ａが供給口５３ａを開放するとワックス樹脂バッファ５３の供給口５３ａとワックス供給流路５２の供給点５２ｂとが流体的に連通する。一方、バルブヘッド５５ａが供給口５３ａを閉鎖するとワックス樹脂バッファ５３の供給口５３ａとワックス供給流路５２の供給点５２ｂとの連通が遮断される。一方、バルブ５６のバルブヘッド５６ａが連通口５４ａを開放すると排気系バッファ５４の連通口５４ａとワックス供給流路５２の供給点５２ｂとが流体的に連通する。一方、バルブヘッド５６ａが連通口５４ａを閉鎖すると排気系バッファ５４の連通口５４ａとワックス供給流路５２の供給点５２ｂとの連通が遮断される。

使用の際には、まず、ゴム型４０のワックス注入口４３にワックス射出装置５０のワックス射出ノズル５１と接合させる。排気ポンプ５８ａで排気タンク５９を排気すると、排気ポンプと流体的に連通している排気系バッファ５４内の気体も排気される。バルブ５６ａを開くと、排気系バッファ５４の連通口５４ａとワックス供給流路５２の供給点５２ｂとが連通し、ワックス供給流路５２から中空パターン４０ｃが排気される。一方で、溶融し、加圧されたワックスをワックスリザーバタンク５７からワックス樹脂バッファ５３に流す。ワックス供給流路５２から中空パターン４０ｃに至るまで完全に排気された時点で、排気系バッファ５４側のバルブ５６ａを閉鎖し、ワックス樹脂バッファ５３側のバルブ５５ａを開放する。バルブ５５ａが開放されると、高圧側のワックス樹脂バッファ５３から低圧となっているワックス供給流路５２および中空パターン４０ｃにワックスが流入し射出される。ワックスが予定量射出されれば、充填が完了する。

ワックスの充填が完了した後には、排気系バッファ５４側のバルブ５６ａを閉鎖してワックスの供給を断ち、ゴム型４０へのワックスの供給を終了する。ワックス注入口４３からワックス射出ノズル５１を取り外す。その後、次のワックスの供給のために、排気系バッファ５４側のバルブ５６ａを開放して、ワックス供給流路５２をワックス樹脂バッファ５３と連通させ、ワックス供給流路５２に残存したワックスを除去し、ワックス供給流路５２を清掃する。ワックス固化後にワックスをゴム型４０から外せば、ワックスモデル製作工程が終了する。

従来のワックス射出装置５０では、ワックス供給流路５２は、ワックス射出装置５０内のワックスの供給点５２ｂからワックス射出ノズル５１の先端側のノズル吐出口５２ａまで区間の距離が長かった。吐出の後にはこの区間にはワックスが残存し、ワックス吐出後のワックス供給流路５２の清掃の際にワックスを除去する際には、この区間に残存したワックスを結果的に廃棄せざるをえず、ワックスが無駄に消費されることになり、経済的にも環境的にも不都合であった。

ワックス樹脂の射出鋳造装置に使用される射出ノズルであって、先端にワックス樹脂の吐出口を有する外筒部と、一端が該吐出口と流体的に連通し、他端が排気系に流体的に連通するように、該外筒部内に画定される排気流路と、該排気流路と該吐出口との間を閉鎖し、または開放するように、該排気流路内を摺動可能な排気流路封止弁とを備え、一端が該吐出口と流体的に連通し、他端がワックス樹脂供給源に流体的に連通するように画定されるワックス供給流路と、該ワックス樹脂流路と該吐出口との間を閉鎖し、または開放するように、該ワックス樹脂流路内を摺動可能なワックス封止弁とを備える射出ノズルにより解決する。

ワックス鋳造後、ワックス射出装置のワックス供給流路内に残存し、廃棄しなければならないワックス量を減らすことができる。

本願発明の実施の形態のワックス射出装置の系統を示した概略図である。 本願発明の一の実施の形態のワックス射出装置の射出ノズル部分の詳細図である。 本願発明の他の実施の形態のワックス射出装置の射出ノズル部分の詳細図である。 本願発明の実施の形態のワックス射出装置の射出ノズル部分の動作を示した図であって、ワックス樹脂射出前の状態を示している。 本願発明の実施の形態のワックス射出装置の射出ノズル部分の動作を示した図であって、真空引きの状態を示している。 本願発明の実施の形態のワックス射出装置の射出ノズル部分の動作を示した図であって、ワックス樹脂射出時の状態を示している。 本願発明の実施の形態のワックス射出装置の射出ノズルを用いて射出成形した直後に、ゴム型からノズル先端を分離した状態を示した図である。 従来および本発明に用いられるロストワックス鋳造ゴム型を示した図である。 従来および本発明に用いられるロストワックス鋳造装置の外観図である。 従来の形態のワックス射出装置の系統を示した概略図である。

以下、本発明のワックス樹脂の射出鋳造装置（ワックス射出装置）の実施形態について、図１から図３を参照しつつ説明する。

図１は、本願発明の実施形態のワックス射出装置５０および配管の系統を示している。ワックス射出装置５０が、ワックス樹脂供給源たるワックス供給系５７と、排気系５８とを備えている点では従来の装置と同様である。ワックス供給系５７および排気系５８の構成も、従来の装置と同じである。

本願発明のワックス射出装置５０は、従来の射出ノズル５０の代わりに、射出ノズル１を備えている。図２は、本願発明の実施の形態のワックス射出装置の射出ノズル１の詳細図である。射出ノズル１は、ノズル外筒部２と、排気流路３と、排気流路封止弁４と、ワックス樹脂供給流路５と、ワックス封止弁６とを備えている。

射出ノズル１は、ワックス射出装置５０から射出ノズル１が延出する形状であって、ゴム型４０のワックス注入口４３に接続可能な先細形状のノズル外筒部２を有している。ノズル外筒部２の先端には、ワックス樹脂を吐出する吐出口８が配置されている。

排気流路３は、ノズル外筒部２の内に、ノズル外筒部２の内壁により画定されている。一の実施の形態としては、ノズル外筒部２の内部に、吐出口８の軸方向に沿って細長く延在するように、画定されている。排気流路３は、一端が吐出口８に流体的に連通し、他端が排気路１３を介して排気系５８に流体的に連通している。排気流路３の断面は吐出口８の断面よりも大きい。吐出口８側の排気流路３の端部のノズル外筒部２の内壁面には、吐出口８との接合部付近で段差状の座部３ａを有している。なお、排気路１３は、なるべく吐出口８側に配置するとよい。排気すべき気体の量を低減することができる。

排気流路封止弁４は、排気流路３の内に、配置されている。排気流路封止弁４は、排気流路３に沿って配置される中空の棒状の部材である。排気流路封止弁４は、ワックス樹脂供給流路５の軸方向に沿って、摺動可能である。排気流路封止弁４の先端４ａにはパッキングまたはＯリングが配置されている。排気流路封止弁４の先端４ａは、ノズル外筒部２の内壁面の座部３ａに当接可能である。排気流路封止弁４の摺動により、排気流路封止弁４の先端４ａが排気流路３の内壁面の座部３ａに当接して、吐出口８と排気流路３との間の経路が閉鎖されると、排気流路３と吐出口８との流体的連通が失われる。一方、排気流路封止弁４の先端４ａが排気流路３の座部３ａを離れて吐出口８への排気流路３が開放されると、排気流路３と吐出口８との流体的連通が生じる。したがって、この実施の形態では、排気流路３は、排気流路封止弁４とノズル外筒部２の内壁との間に画定されることになる。また、排気流路３は、排気流路封止弁４が摺動して排気流路３の座部３ａを離れて吐出口８への排気流路３が開放した際にのみ排気流路３が排気路１３へ流体的に連通し、排気流路封止弁４が摺動して排気流路３の座部３ａに当接した際には排気流路３と排気路１３とが排気路１３に連通せずに排気路１３を封止するように排気流路封止弁４の外径が設定された排気路封止部４ｂを有している。

ワックス樹脂供給流路５は、排気流路封止弁４内に、配置されている。本実施形態では、ワックス樹脂供給流路５は、排気流路封止弁４の中空部として真直に細長く延在するように、排気流路封止弁４の内壁によって画定されている。ワックス樹脂供給流路５は、一端が吐出口８と流体的に連通し、他端が供給路１４を介してワックス供給系５７に流体的に連通する。吐出口８側の端部のワックス樹脂供給流路５の径は、吐出口８の径より大きくなっている。また、ワックス樹脂供給流路５は大きめの径で、ワックス樹脂供給流路５の軸が吐出口８の軸と同軸になるように配置すれば、ワックスの流動抵抗を下げることができる。

ワックス封止弁６は、ワックス樹脂供給流路５内に、ワックス樹脂供給流路５の軸方向に沿って、延在するように配置される。ワックス封止弁６は中実の棒状の弁体で、ワックス樹脂供給流路５の軸方向に摺動可能である。ワックス封止弁６は、ワックス封止弁６が吐出口８側に摺動した状態で、ワックス封止弁６の先端６ａが吐出口８側の端部の排気流路封止弁４の内壁に当接可能である。ワックス封止弁６の摺動により、ワックス封止弁６の先端６ａが排気流路封止弁４の内壁に当接して、吐出口８とワックス樹脂供給流路５との間の経路が閉鎖されると、ワックス樹脂供給流路５と吐出口８との流体的連通が失われる。一方、ワックス封止弁６の先端６ａが排気流路封止弁４の内壁から離れて吐出口８へのワックス樹脂供給流路５が開放されると、ワックス樹脂供給流路５と吐出口８との流体的連通が生じる。

これらの排気流路封止弁４の動作およびワックス封止弁６の動作により、吐出口８は、排気流路３またはワックス樹脂供給流路５と、選択的に連通可能である。
すなわち、ワックス封止弁６の先端６ａが吐出口８側の端部の排気流路封止弁４の内壁に当接して、吐出口８とワックス樹脂供給流路５との間の経路が閉鎖された状態で、排気流路封止弁４は摺動することが可能である。この摺動で、ワックス樹脂供給流路５と連通せずに、吐出口８と排気流路３との間の連通（開放）または封鎖（閉鎖）が可能である。
また、排気流路封止弁４の先端４ａが排気流路３の内壁面の座部３ａに当接して、吐出口８と排気流路３との間の経路が閉鎖されている状態で、ワックス封止弁６は摺動可能である。この摺動で、排気流路３と連通せずに、吐出口８とワックス樹脂供給流路５との間の連通（開放）または封鎖（閉鎖）が可能である。

排気流路３の内壁面の座部３ａおよびワックス封止弁６の先端６ａが排気流路封止弁４の内壁に当接する位置に近接して、吐出口８の一端が配置される。そして、吐出口８の長さが短くなるように、ノズル外筒部２の先端において、吐出口８の他端の位置が決定される。吐出口８の長さは、一般には、図２Ａに示すように、一定の長さを有するように設定される。また、ノズル先端の排気流路３またはワックス樹脂供給流路５を、吐出口８に連通させる箇所を、なるべく吐出口８に接近させるようにする。たとえば、吐出口８の直径よりも短くなるように決定することが好ましい。吐出口８は、断面積一定の管路としてもよいが、中心軸に対してワックス封止弁６から離れるにしたがって角度が大きくなる広がり断面積を有する管路が好ましい。たとえば、心軸に対してワックス封止弁６から離れるにしたがって、約１度から約３０度で任意選択された一の角度の広がりをもった管路が好ましい。また、吐出口８の内表面には、撥水処理を施しておくことが好ましい。なお、吐出口８の長さは、図２Ｂに示すようにノズル外筒部２の先端の最低限の肉厚に対応する長さでもよい。

ワックス封止弁６の先端６ａには突起７が配置されている。ワックス封止弁６の先端６ａが排気流路封止弁４の内壁に当接して吐出口８へのワックス樹脂供給流路５を閉鎖した際に、突起７は吐出口８内に嵌入される。突起７の形状は曲面ないし球面をなし、ワックス樹脂が分離しやすい。また、吐出口８とワックス樹脂供給流路５との間の経路が閉鎖された状態で、吐出口８と排気流路３との間を連通させた際に、排気された気体が突起７に衝突して滑らかに分流するような効果を生じる。突起７の表面にも、撥水処理を施しておくことが好ましい。さらに、突起７が吐出口８に嵌入された状態で、吐出口８の長さから突起７の嵌入長さを差し引いた距離が吐出口８の直径よりも短くなるように決定することが好ましい。

続いて、図３Ａから図３Ｃを参照して、本願発明の射出ノズル１の動作について説明する。図３Ａから図３Ｃは、本願発明の射出ノズル１の動作シーケンスを示している。
図３Ａは、射出ノズル１の射出前状態を示している。この状態では、ワックス封止弁６の先端６ａは吐出口８側の端部の排気流路封止弁４の内壁に当接して、吐出口８とワックス樹脂供給流路５との間の経路が閉鎖されている。また、排気流路封止弁４の先端４ａも排気流路３の内壁面の座部３ａに当接して、吐出口８と排気流路３との間の経路が閉鎖されている。突起７は、吐出口８内に嵌入されている。この状態で、ゴム型４０はワックス射出装置５０の所定の位置に載置され、射出ノズル１はゴム型４０のワックス注入口４３に接合される。

射出工程の準備が整い次第、ゴム型４０内を脱気する。図３Ｂは、真空引き状態を示している。ゴム型４０内の脱気は、以下のように行う。まず、真空ポンプ５８ａを稼動させて、排気系５８を真空にする。吐出口８とワックス樹脂供給流路５との間の経路が閉鎖したままで、排気流路封止弁４の先端４ａを排気流路３の内壁面の座部３ａから離して吐出口８と排気流路３とを連通（開放）させる。

ゴム型４０内部（中空パターン４０ｃ）の圧力が所定の圧力にまで下がった段階で、排気流路封止弁４の先端４ａを排気流路３の内壁面の座部３ａに当接させて吐出口８と排気流路３との間の経路を閉鎖して、脱気を終了する。この後、ワックス封止弁６の先端６ａを吐出口８側の端部の排気流路封止弁４の内壁から離して、吐出口８とワックス樹脂供給流路５との間の経路を連通（開放）させる。加圧されているワックス樹脂は、吐出口８とワックス樹脂供給流路５との間の経路を連通により、ゴム型４０内部の中空パターン４０ｃへ充填される。

所定量のワックス樹脂がゴム型４０内部の中空パターン４０ｃへ充填された段階で、ワックス封止弁６の先端６ａを吐出口８側の端部の排気流路封止弁４の内壁に当接させて、吐出口８とワックス樹脂供給流路５との間の経路を閉鎖して、図３Ａの状態に戻る。

射出ノズル１をゴム型４０のワックス注入口４３から取り外すと、吐出口８の角度，表面処理および突起７の効果により、吐出口８内にワックス樹脂が残余することなく、吐出口８からきれいに離間して取り外すことができる（図３Ｄ）。このように、排気流路とワックス樹脂供給流路との切換え位置を吐出口近くに移動させることができるようになり、従来、吐出後に装置内に残余し廃棄せざるをえないワックスの量を減らすことができる。１回の射出において残余するワックス樹脂の排気量は、従来では０．４５（立方センチメートル／回）であったのに対し、本願発明を適用すれば、０．００９（立方センチメートル／回）と、従来の射出ノズルに対して、廃棄される残余ワックスの量５０分の１にまで低減化できる。また、これは、排気系における排気タンクを小さくすることができることにもつながる。

１ 射出ノズル
２ ノズル外筒
３ 排気流路
４ 排気流路封止弁
５ ワックス樹脂供給流路
６ ワックス封止弁
７ 突起
８ 吐出口
４０ ゴム型
５０ ワックス射出装置

Claims (5)

1. ワックス樹脂の射出鋳造装置に使用される射出ノズルであって、
   先端にワックス樹脂の吐出口を有する外筒部と、
   一端が該吐出口と流体的に連通し、他端が排気系に流体的に連通するように、該外筒部内に画定される排気流路と、
   該排気流路と該吐出口との間を閉鎖し、または開放するように、該排気流路内を摺動可能な排気流路封止弁とを備え、
   一端が該吐出口と流体的に連通し、他端がワックス樹脂供給源に流体的に連通するように画定されるワックス供給流路と、
   該ワックス樹脂流路と該吐出口との間を閉鎖し、または開放するように、該ワックス樹脂流路内を摺動可能なワックス封止弁とを備え、
   該排気流路封止弁は、該ワックス封止弁が摺動して該ワックス樹脂流路と該吐出口との間を閉鎖した状態で、該排気流路と該吐出口との間を連通するように開放し、
   該ワックス封止弁は、該排気流路封止弁が摺動して該排気流路と該吐出口との間を閉鎖した状態で、該ワックス樹脂流路と該吐出口との間を連通するように開放する射出ノズル。
2. 請求項１に記載のワックス樹脂射出装置であって、
   該排気流路は、該外筒部の内壁と該排気流路封止弁の外壁との間に画定され、
   該ワックス供給流路は、該排気流路封止弁の内壁と該排気流路封止弁との外壁との間に画定され、
   該排気流路封止弁が摺動して、該排気流路封止弁が該外筒部の先端側内壁に当接して、前記排気流路と吐出口との間の閉鎖した状態が生じ、
   該ワックス封止弁が摺動して、該ワックス封止弁が該排気流路封止弁の先端側内壁に当接して、前記ワックス樹脂流路と吐出口との間の閉鎖した状態が生じることを特徴とする射出ノズル。
3. 請求項２に記載のワックス樹脂射出装置であって、
   該ワックス封止弁は、その先端に突起を備え、該ワックス封止弁が該排気流路封止弁の先端側内壁に当接した状態で、該突起は該吐出口に嵌入されることを特徴とするワックス樹脂射出装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のワックス樹脂射出装置であって、
   該吐出口は、該ワックス封止弁から離れるにしたがって、断面が広がる広がり断面を有していることを特徴とするワックス樹脂射出装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のワックス樹脂射出装置であって、
   該吐出口の長さは、該吐出口の直径よりも短いことを特徴とするワックス樹脂射出装置。

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