JP2018069273A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融部内部の隅々にまで溶融材料の流動を形成して滞留を防止し、成形材料の溶融効率を向上するとともに均質な溶融材料を得る射出成形機の提供。【解決手段】成形材料８１を溶融して溶融材料８３を生成する溶融部２と、溶融部２から供給された溶融材料８３を射出する射出部４と、溶融部２と射出部４とを連通する連通路５１を含む連結部材５と、を備え、溶融部２は、成形材料８１が供給される材料供給口２５と、材料供給口２５側から連通路５１側へと延び溶融部２の少なくとも両端を除いた内部を仕切る仕切板３１と、仕切板３１の周囲を循環するよう溶融材料８３を攪拌する攪拌装置３３と、を含む、射出成形機。【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形機に関する。特に、本発明は成形材料が軽金属である射出成形に適する射出成形機に関する。

特許文献１に開示される射出成形機は、成形材料を加熱し溶融させ溶融材料を生成する溶融部と、所定の量の溶融材料を計量し金型のキャビティ空間に射出する射出部と、溶融部と射出部とを接続する連結部材とを備える。溶融部で溶融された成形材料である溶融材料は、連結部材内の連通路を通って射出部に送られる。

このような射出成形機においては、溶融材料の滞留が起こると成形材料および溶融材料に均等に熱が伝わりにくくなり、溶融効率が低下する。特に、材料供給口付近は未溶融の成形材料に熱が奪われるため温度が低下しやすい。また、特に成形材料が軽金属合金等の合金材料の場合は、長時間の滞留が起きると沈降偏析現象が生じる虞がある。沈降偏析現象が生じると成分元素の分布が不均一になり部分的に特性が変質し、溶融材料の一部が融点を下回り固化状態になる、成形品の品質が低下する等種々の問題が起こりうる。以上の理由から、溶融材料は滞留が起こらないよう攪拌されていることが望ましい。ここで例えば、特許文献２には、溶融材料を攪拌する攪拌装置を備える射出成形機が開示される。

特許第４１１９８９２号公報 特開２００４−１９５５２７号公報

しかしながら、単に攪拌装置を設けるだけでは十分はない。例えば、引用文献２に開示される射出成形機においては、攪拌装置（撹拌翼）の近辺を除いては、十分に溶融材料の流動が形成されていないと考えられ、溶融材料の滞留が起こる可能性がある。溶融部内部の隅々まで溶融材料が攪拌されることが望ましい。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、溶融部に溶融材料を攪拌する攪拌装置を有する射出成形機であって、仕切板によって特徴ある流動を形成してより効果的に滞留を防止し、成形材料の溶融効率を向上するとともに均質な溶融材料を得ることができる射出成形機を提供することを目的とするものである。

本発明は、成形材料を溶融して溶融材料を生成する溶融部と、溶融部から供給された溶融材料を射出する射出部と、溶融部と射出部とを連通する連通路を含む連結部材と、を備え、溶融部は、成形材料が供給される材料供給口と、材料供給口側から連通路側へと延び溶融部の少なくとも両端を除いた内部を仕切る仕切板と、仕切板の周囲を循環するよう溶融材料を攪拌する攪拌装置と、を含む、射出成形機を提供するものである。

本発明に係る射出成形機においては、溶融部に設けられた仕切板の周囲を循環するように溶融材料の流動を形成することで、溶融部内部の隅々にまで溶融材料の流動を形成して滞留を防止し、成形材料の溶融効率を向上するとともに均質な溶融材料を得ることができる。

本発明の第１の実施形態の射出ユニット１の構成図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図１のＢ−Ｂ矢視断面図であるとともに、材料供給装置６の概略図である。 図１のＢ−Ｂ矢視断面図であるとともに、材料供給装置６の別の実施例を示す概略図である。 図１のＣ−Ｃ矢視断面図である。 本発明の第２の実施形態の射出ユニット１の構成図である。 図６のＤ−Ｄ矢視断面図である。 図６のＥ−Ｅ矢視断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に説明される各実施形態および複数の各構成部材における変形例は、それぞれ任意に組み合わせて実施することができる。なお以下の説明において、「先端」とは溶融材料８３が射出される側、具体的には、図１および図６において溶融部または射出部の図面向かって左側の端部を指し、「後端」とは成形材料８１が供給される側、具体的には、図１および図６において溶融部または射出部の図面向かって右側の端部を指す。

実施の形態の射出成形機は、成形材料８１が軽金属である射出成形に適する構造を有する。本発明における軽金属は、比重が４以下の金属をいい、純金属だけでなく各添加元素を含む合金も含んでいう。実用上は、特に、マグネシウム合金またはアルミニウム合金が成形材料８１として有効である。なお、成形材料８１がアルミニウム合金の場合、溶損しないように、溶融材料８３と接触する部位は、基本的にサーメット系の材料で被覆されている。

本発明の射出成形機は、主に、成形材料８１を溶融し所定の量の溶融材料８３を金型のキャビティ空間に注入する射出ユニット１と、型開閉および型締を行なう不図示の型締ユニットと、射出ユニットと型締ユニットの動作を制御する不図示の制御ユニットとを備える。

［第１の実施形態］
図１に示すように、溶融部２は、溶融部２の後端側に設けられる竪シリンダ２１と、前端側に設けられる横シリンダ２３とを含む。図１から図４にそれぞれ示すように、竪シリンダ２１は垂直方向に延びる断面Ｕ字形状であり、横シリンダ２３は水平方向に延びる断面円形状である。竪シリンダ２１および横シリンダ２３には、それぞれ密着するように複数のヒータ２９が設けられる。なお、本明細書中において、断面Ｕ字形状とは、１対の側面と底面とからなる形状であって、側面と底面とが曲線的に接続されるものをいう。例えば、図３および図４に示すように底面が略半円形状であるものや、後述する第２の実施形態（図７および図８）のように側面と底面とが接続する角が丸みを帯びた形状であるものを含んでいう。断面Ｕ字形状のシリンダに対しては、側面と底面で分割せずに一体となったヒータ２９を密着するように設けることが容易となる。また、横シリンダ２３の先端はエンドプラグ２７によって塞がれる。エンドプラグ２７を脱着可能に構成すれば、溶融部２のメンテナンスが容易となる。

竪シリンダ２１は、材料供給口２５から供給された成形材料８１をヒータ２９によって加熱して溶融して溶融材料８３を生成し横シリンダ２３へと送る。横シリンダ２３へと送られた溶融材料８３は、ヒータ２９によって十分な熱を与えられながら前方へと送られ、連結部材５の連通路５１を経由して射出部４に送り出される。

溶融部２には、材料供給口２５側から連通路５１側、すなわち後端側から先端側へと延び溶融部２の少なくとも両端を除いた内部を仕切る仕切板３１と、溶融材料８３を攪拌する攪拌装置３３とが設けられる。攪拌装置３３は、例えば、溶融部２内に設けられた攪拌翼３３１をシャフト３３３を通じてモータ３３５で回転させるギヤポンプである。このような構成により、図５において点線矢印で示すように、仕切板３１の周囲を循環する溶融材料８３の流動が形成され、溶融材料８３の滞留を防止することができる。結果として、溶融部２内の溶融材料８３の温度が均一化され、沈降偏析現象等を防止することができる。特に、本実施例のように水平方向に延びる横シリンダ２３を含む溶融部２においては、単純に攪拌しただけでは攪拌箇所付近以外での滞留を防止することは困難であるため、仕切板３１の周囲を循環するように溶融材料８３を流動させることが特に有効である。なお、攪拌装置３３は溶融部２のどこに設けてもよいが、未溶融の成形材料８１が攪拌翼３３１と接触するのを防ぐため、材料供給口２５からある程度離して設けることが望ましい。

好適には、モータ３３５の回転数および回転トルクを検出するトルク計３３７が設けられる。回転数と回転トルクを測定することにより、溶融材料８３の粘度を算出することができる。ひいては、成形材料８１の種類と粘度から、溶融材料８３の溶融状態を判断することができる。

溶融材料８３の酸化や窒化を防止するため、溶融面８５上には所定濃度の不活性ガスが充満されていることが望ましい。特に、成形材料８１がマグネシウム合金である場合は、空気中の酸素と反応し燃焼する可能性があるため、極めて望ましい。本実施形態では、竪シリンダ２１の内部に不活性ガス供給装置３５から不活性ガスを供給することで、溶融面８５上に所定濃度の不活性ガスからなる不活性ガス層３５１を形成する。不活性ガスは溶融材料８３と実質的に反応しない気体であればよいが、空気より比重が大きく、容易に入手可能であり、人体・環境に対して無害であるアルゴンが好適である。また、不活性ガス層３５１の雰囲気成分を測定する雰囲気測定計３７が設けられ、不活性ガス供給装置３５は雰囲気測定計３７の測定結果に応じて、不活性ガス層３５１の不活性ガスが所定濃度になるよう不活性ガスの供給量を制御することが望ましい。雰囲気測定計３７としては直接不活性ガスの濃度を測定するものであってもよいし、酸素濃度または窒素濃度を測定するものであってもよい。このようにすれば、過不足なく不活性ガスを供給することができる。

材料供給装置６は、材料供給口２５から成形材料８１を供給する。なお、成形材料８１が軽金属であるとき、成形材料８１としてビレットまたはインゴットを使用できる。本明細書中では、製錬後鋳型に流し込んで固化させた鋳塊をインゴットといい、インゴットをさらに鋳造し主に円柱形状または角柱形状に成形されたインゴットと比較して小型の鋳塊をビレットという。

材料供給装置６は、例えば図３に示すように、成形材料８１を把持するアーム６１１と、アーム６１１を上下させる昇降装置６１３とを備える装置である。アーム６１１は１本ずつ成形材料８１を把持する。昇降装置６１３は、アーム６１１の位置（高さ）、下降速度ならびに下降の開始および中断を任意に制御するように構成される。成形材料８１は、アーム６１１によって把持された状態で徐々に材料供給口２５から降ろされ、溶融材料８３に浸った箇所から徐々に溶融される。

あるいは、材料供給装置６は、例えば図４に示すように、成形材料８１を支持するフック６３１と、フック６３１を上下させる昇降装置６３３とを備える装置である。フック６３１は材料供給時は成形材料８１が部分的に溶融材料８３に浸るような位置に固定される。１本の成形材料８１を供給し終えた後は、フック６３１は昇降装置６３３によって上昇し、ストッカ６３５によって蓄えられた成形材料８１が、シャッタ６３７によって１本ずつフック６３１へと送られる。

以上に具体的に例示した他にも、材料供給装置６は種々の形態が利用可能であるが、部分的に溶融させる等して少量ずつ成形材料８１を供給する構成であるものが、材料供給口２５付近の急激な温度低下を防ぐ上で望ましい。従来の装置においては、例えば、アルミニウム合金の一種であるＡＤＣ１２のインゴットは一般に流通する最小のものでも約５ｋｇであり、これを一度に溶融部に投下してしまうと急激な温度低下が発生するため、より小さい鋳塊であるビレットに鋳造しなおす必要があった。少量ずつ成形材料８１を供給すれば、インゴットを直接成形材料８１としても高温を保つことができるため、成形材料８１に係るコストをより低くすることができる。

また、溶融部２内の溶融面８５の高さを測定する液面計３９が設けられる。液面計３９としてはフロート式、レーザ式等種々の方式のものが採用可能である。材料供給装置６は、溶融面８５の高さが所定範囲内となるよう、成形材料８１を供給する。これにより、成形材料８１を過不足なく供給することができる。

前述の通り、成形材料８１は急激な温度低下を起こさぬよう少量ずつ供給されることが望ましい。成形材料８１の供給量の制御方法としては、例えば下記の方法がある。例えば、材料供給装置６は、適する供給速度で成形材料８１の供給を行うよう構成されてもよい。また、材料供給装置６は、成形材料８１の供給の開始および中断が適する周期で切り替えられるよう構成されてもよい。また、材料供給装置６は、成形材料８１が溶融材料８３に浸る量が適する体積になるよう構成されてもよい。適する供給速度、適する周期、適する体積は、成形材料８１の形状、種類、ヒータ２９の温度、射出ユニット１の内部容量の大きさ等から適する値が求められる。例えば、適する体積は、射出ユニット１の内部容量、すなわち溶融部２、連通路５１および射出部４の内部容量の合算値の１ｖｏｌ％を超えない量である。以上に示した方法は互いに組み合わせて実施してもよい。

射出部４は、プランジャ駆動装置４１を作動してプランジャ４３を後退させ、溶融部２から連結部材５の連通路５１を通して射出部４に送られてくる溶融材料８３を計量する。射出部４は、複数のヒータ４７によって溶融材料８３が溶融している状態を維持できる所定の温度の範囲に保温されている。射出部４は、溶融材料８３を計量してから連通路５１を閉鎖した後、プランジャ駆動装置４１を作動してプランジャ４３を射出部４の所定の位置まで前進させる。プランジャ４３が所定の位置まで前進すると、射出部４の中の所定の量の溶融材料８３が射出ノズル４５から図示しない金型のキャビティ空間に射出される。

連結部材５は、溶融部２と射出部４を連結し、溶融部２と射出部４は連結部材５中の連通路５１で連通している。連結部材５は、ヒータ５３によって溶融材料８３が溶融している状態を維持できる所定の温度の範囲に保温されている。

逆流防止装置７は、例えば、溶融部２の内孔面上に形成された弁座７１と、弁座７１に離接する棒状の逆流防止弁棒７３と、溶融部２の側面に固定されて逆流防止弁棒７３を進退駆動する弁棒駆動装置である油圧シリンダ等の流体圧シリンダ７５を備える。連通路５１は、逆流防止装置７によって、計量動作の開始時に開かれ射出動作の直前に閉じられる。なお、逆流防止装置７は射出部４または連結部材５に設けてもよく、また、チェックバルブあるいはロータリバルブなどの従来公知のバルブが採用されても良い。

［第２の実施形態］
ここで、本発明の射出成形機に係る第２の実施形態を説明する。なお、第１の実施形態と同等の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図６に示すように、溶融部２は、溶融部２の後端側に設けられる竪シリンダ２１と、前端側に設けられる横シリンダ２３とを含む。横シリンダ２３は、溶融材料８３が貯留される樋部２３１と、横シリンダ２３上部に設けられる蓋部２３３とを有する。図６から図８にそれぞれ示すように、竪シリンダ２１は垂直方向に延びる断面Ｕ字形状であり、横シリンダ２３の樋部２３１は水平方向に延びる断面Ｕ字形状である。竪シリンダ２１および樋部２３１には、Ｕ字形状に沿ってそれぞれ密着するように複数のヒータ２９が設けられる。ヒータ２９の周囲には断熱素材からなる断熱部２９１が設けられ、ヒータ２９からの熱が外部に逃げないようにして熱効率を向上させる。蓋部２３３は断熱素材からなり、開閉または脱着可能に構成される。蓋部２３３を開放する（または取り外す）ことで溶融部２のメンテナンスが容易になる。

蓋部２３３は溶融材料８３と直接接触しないことが望ましく、蓋部２３３と溶融材料８３の間には所定厚みの空間層が設けられる。本実施形態では、該空間層は不活性ガス層３５１であり、横シリンダ２３の内部に不活性ガス供給装置３５から不活性ガスを供給することで、溶融面８５上に所定濃度の不活性ガスからなる不活性ガス層３５１を形成する。加えて、液面計３９によって測定した溶融面８５の高さが所定値を超えないよう成形材料８１の供給を制御することで、蓋部２３３と溶融材料８３の接触を防止する。

以上説明した発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらをこの発明の範囲から排除するものではない。特に具体的な装置については、本発明の趣旨に添った基本的な機能を有するものは、本発明に含まれる。

２ 溶融部
４ 射出部
５ 連結部材
６ 材料供給装置
２３ 横シリンダ
２５ 材料供給口
３１ 仕切板
３３ 攪拌装置
３５ 不活性ガス供給装置
３７ 雰囲気測定計
３９ 液面計
５１ 連通路
８１ 成形材料
８３ 溶融材料
８５ 溶融面
２３１ 樋部
２３３ 蓋部
３３７ トルク計
３５１ 不活性ガス層

Claims (9)

1. 成形材料を溶融して溶融材料を生成する溶融部と、
   前記溶融部から供給された前記溶融材料を射出する射出部と、
   前記溶融部と前記射出部とを連通する連通路を含む連結部材と、を備え、
   前記溶融部は、
   前記成形材料が供給される材料供給口と、
   前記材料供給口側から前記連通路側へと延び前記溶融部の少なくとも両端を除いた内部を仕切る仕切板と、
   前記仕切板の周囲を循環するよう前記溶融材料を攪拌する攪拌装置と、を含む、射出成形機。
2. 前記攪拌装置の回転数および回転トルクを検出するトルク計をさらに備える、請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記溶融部は、前記溶融材料を前記連通路へと送る水平方向に延びる横シリンダを含む、請求項１または請求項２に記載の射出成形機。
4. 前記横シリンダは、
   前記溶融材料が貯留される樋部と、
   前記横シリンダの上部に開閉または脱着可能に設けられる蓋部と、を有する、請求項３に記載の射出成形機。
5. 前記溶融部の内部に所定濃度の不活性ガスを供給し前記溶融材料の溶融面の上に不活性ガス層を形成する不活性ガス供給装置をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の射出成形機。
6. 前記不活性ガス層の不活性ガス濃度、酸素濃度または窒素濃度の少なくとも１つを測定する雰囲気測定計をさらに備え、
   前記不活性ガス供給装置は、前記雰囲気測定計の測定値に応じて前記不活性ガスの供給量を制御する、請求項５に記載の射出成形機。
7. 前記成形材料はビレットまたはインゴットであり、
   前記成形材料を部分的に前記溶融材料に浸かるように供給する材料供給装置をさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の射出成形機。
8. 前記溶融部内の前記溶融面の高さを測定する液面計をさらに備え、
   前記材料供給装置は、前記溶融面の高さが所定範囲内となるよう前記成形材料を供給する、請求項７に記載の射出成形機。
9. 前記材料供給装置は、前記成形材料が前記溶融材料に浸る量が、前記溶融部、前記連通路および前記射出部の内部容量の合算値の１ｖｏｌ％を超えないよう供給する、請求項７または請求項８に記載の射出成形機。

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