JP3422590B2 - 金属成形体用射出成形装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属成形体を製造する
ための射出成形装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、先に特開平５―２８５６２
５号公報において「金属成形体用射出成形装置」を提案
した。この技術によれば、連続的にインゴットを半凝固
スラリ化し、生産性を高めることができる。この技術の
概要を図５で説明する。図５は従来の金属成形体用射出
成形装置の全体概略図である。金属成形体用射出成形装
置１００は、スクリュー式射出機１０１と、材料供給室
１０２とからなる。材料供給室１０２は、上から下にイ
ンゴット導入室１０３、加熱室１０４、保温室１０５、
破砕チョッパ１０６を備えたチョップ室１０７とで構成
される。材料供給室１０２は、真空、又は不活性ガス雰
囲気に維持され、各室１０３，１０４，１０５間は、シ
ャッタ１０８，１０９で仕切る構造である。

【０００３】以上の従来技術は、インゴット１１０を加
熱室１０４で加熱し、適宜保温室１０５へ移し、チョッ
パ１０６で破砕し、チョップ室１０７を介してスクリュ
ーシャフト１１１で直接、又は間接的に金型１１２のキ
ャビティ１１３に射出する。インゴット１１０は金属で
あり、加熱室１０４で加熱することにより半溶融状態と
なり、この状態で射出することに特徴がある。この技術
においては、加熱室１０４で加熱し、保温室１０５へ移
し、チョッパ１０６で破砕するため、連続処理が可能と
なり、生産性が高い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上の射出機は、外周
にスパイラル溝を形成したスクリューシャフト、及びこ
れを嵌合したシリンダとで構成される。このシリンダ
は、外周の一部に供給口を備え、この供給口から、射出
成形材料である高温の半溶融金属が、シリンダとスクリ
ューシャフトとの間に導入される。シリンダ内に導入さ
れた成形材料は、半溶融状態下でスクリューシャフトの
回転で混練され、且つ外周のスパイラル溝でスクリュー
シャフト先端部とシリンダ先端部の内側との間の蓄積室
に蓄積される。シリンダ先端部内とスクリューシャフト
先端部間の蓄積室への成形材料の蓄積で、スクリューシ
ャフトは軸方向に後退動する。射出成形に必要な量の成
形材料の蓄積が完了すると、スクリューシャフトが軸方
向前方に移動し、金型キャビティ内に成形材料を射出
し、成形を行う。

【０００５】ところで、射出機へ成形材料を前記シリン
ダの供給口から導入するときに、材料の加熱が不充分で
あると、破砕され、半溶融状態の成形材料が、固形成分
を過剰に含んだ状態で供給される事態となる虞がある。
この結果、成形材料の固形成分によって、シリンダ内周
とスクリューシャフトとの間で抵抗が発生し、スクリュ
ーシャフトの円滑な作動に悪影響を来す虞がある。これ
は、スクリューシャフト、シリンダの寿命、耐久性にも
悪影響を及ぼす虞がある。又シリンダの先端部内とスク
リューシャフト先端部の蓄積室に蓄積された成形材料
は、時間の経過とともに凝固状態に移行する傾向にあ
る。この点でも円滑な射出作動に悪影響を及ぼす虞があ
る。更に、スクリューシャフトにはスパイラル溝が形成
されており、この部分とシリンダ内周との間にも成形材
料が蓄積される。蓄積された成形材料は、スクリューシ
ャフトの後退とともに、高温の供給口から低温の後方に
運ばれ、供給口後方の低温部で凝固傾向なる虞があり、
スクリューシャフトの円滑な作動に悪影響を及ぼす虞が
ある。

【０００６】本発明者等は、金属成形体用射出成形装置
の射出機構の、このような課題を解決すべく、本発明を
なしたものである。本発明は、スクリューシャフトとシ
リンダ間に導入される成形材料の、混練、射出作動に最
適な高温、加熱状態を、成形材料の供給から射出時まで
確実に保持する。又成形材料のシリンダ、スクリューシ
ャフト間での固体成分による抵抗の発生を防止する。し
かも、スクリューシャフト後退動時に、低温となる虞が
あるシリンダの成形材料供給口後方部で、スクリューシ
ャフトのスパイラル溝の後部に蓄積される成形材料の凝
固傾向を防止し、シリンダ内への成形材料の固体粉砕材
の混入や、成形材料の凝固傾向に起因するスクリューシ
ャフト作動への抵抗の発生を防止する。以上、トータル
として、スクリューシャフトによる成形材料の円滑、確
実な蓄積、射出動を保障し、又シリンダ、スクリューシ
ャフトの耐久性、寿命の向上をも図ることができる金属
成形体用射出成形装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めの手段は、成形材料の射出用スクリューシャフトを嵌
合、内装したシリンダ周に加熱手段を設け、加熱手段
は、スクリューシャフトのスパイラル溝の少なくとも最
後退位置にまで設置し、前記シリンダの基部を支持部材
で支え、この支持部材を水冷構造とすることで、前記加
熱手段から支持部材へ伝わる熱を遮断するようにしたこ
とを特徴とする。 また、前記支持部材の上に、金属イン
ゴットの破砕手段の駆動手段を配設したことを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】上記手段によれば、シリンダ周に加熱手段を設
け、しかも加熱手段は、スクリューシャフトの後退動位
置、或いはこれ以上の範囲まで設けられているので、シ
リンダ内に供給、導入された成形材料は、シリンダ内、
スクリューシャフトとシリンダ間で高温に保持され、温
度低下が防止される。従って、成形材料は、射出作動に
最適な温度に保持され、成形材料の射出作動が円滑、確
実になされる。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の一実施例を、添付した図面に
従って詳述する。図１は本発明に係る金属成形体用射出
成形装置の要部の縦断側面図、図２は図１の２―２線断
面図、図３は射出機部分の縦断側面図で、シリンダ先端
部内側と、スクリューシャフト先端部間のストックスペ
ースに成形材料を蓄積し、射出成形材料の計量を完了し
た状態の図及びシリンダの温度分布を示す説明的グラ
フ、図４は図３の拡大図である。

【００１０】金型、その他については、全体構成として
前記図５で説明したので省略し、要部のみを説明する。
図１は、本発明に係る金属成形体用射出成形装置１の要
部の縦断側面図で、スクリューシャフト２、及びこれを
嵌合、内装したシリンダ３とからなる射出機４を備え
る。この射出機４の上に、射出機４に成形材料を供給す
る材料供給室５が設けられ、材料供給室５は、図２に詳
細に示すように、上から下にインゴット導入室６、この
下に加熱室７、この下に保温室８を備える。保温室８内
の下部には、射出機４と同軸方向に破砕手段としての２
個の破砕カッター９，９を上部に備えた破砕材蓄積室１
０が上下に連設されている。

【００１１】破砕カッター９，９の各駆動軸１１，１１
は、自在軸１２を介して上流側の入力軸１本、出力軸２
本の二軸ギアケース１３に連結され、更に上流側に配置
された減速機１４、この上流の１個のモータ１５に連結
され、これ等で破砕手段の駆動手段１６を構成する。２
個の破砕カッター９，９は、互いに逆向きに回転する。

【００１２】インゴット導入室６と、この下の加熱室７
との間にはシャッター１７が設けられ、これを開いてイ
ンゴットＷは直下の加熱室７に導入される。加熱室７
は、図２に示すように、筒状のセラミック製ホルダ１
８、これの外周の誘導加熱コイル１９、磁気シールド材
２０、及び外筒２１からなる真空容器で形成される。こ
の加熱室７は、上部開口が前記シャッター１７で、又下
部開口がシャッター２２で密閉され、前記ホルダ１８の
下部にはインゴットＷのストッパー２３を備える。イン
ゴットＷは、加熱中は前記ホルダ１８内にストッパ２３
で保持され、所定温度まで加熱され、その温度は、放射
温度計２４でモニターする。加熱室７は、真空、又は不
活性ガス雰囲気でインゴットＷを加熱する。

【００１３】加熱室７は、直下の保温室８に連通、接続
され、この間に前記したシャッター２２が介設される。
保温室８は、保温ヒータ２５、及び断熱材筒２６で覆わ
れ、１本のインゴットＷを充分に収納する高さを有す
る。保温室８の上部は、真空・不活性ガス配管２７に接
続され、図示せぬ弁で流路を切換えで真空排気し、又は
不活性ガスの供給を行う。

【００１４】保温室８の直下には、連通するように前記
破砕カッター９，９が設けられており、このカッター
９，９の下には、破砕された成形材料を蓄積する蓄積室
１０が設けられる。蓄積室１０は、ある程度の高さを有
し、高さ方向に離間した高位レベルセンサ２８と低位レ
ベルセンサ２９とを備える。

【００１５】以上の蓄積室１０の下方に、前記した射出
機４のシリンダ３が設けられ、シリンダ３の射出孔３３
を備える先端射出部３２は、金型３０の成形材料導入路
３１に臨む。シリンダ３は、図３、これを拡大した図４
で示す如くで、内側の薄肉の内筒３４、この外側を覆う
厚肉の外筒３５とからなり、前記蓄積室１０の下端部１
０ａがシリンダ３の軸方向中間後部に形成した供給口３
６に連通、接続し、シリンダ３内に成形材料を供給す
る。

【００１６】外筒３５の後部３５ａは、支持部材として
の支持基台３７の前部３７ａを軸方向に貫通して後方に
延出し、内筒３４の後部３４ａも外筒３５の内側に嵌合
されて同様に後方に延出され、シリンダ３の後端部３ａ
は、シール３８、メタル３９を介してスクリューシャフ
ト２の後部を支承する。スクリューシャフト２の後端部
２ａは、シリンダ３の後端部３ａ後方に延出され、これ
らスクリューシャフト２の後端部２ａ、及びシリンダ３
の後端部３ａは、支持基台３７内の空胴部３７ｂ内に臨
む。スクリューシャフト２の後端部２ａは、ジョイント
部４０を介して進退軸４１に連結され、進退軸４１は、
図示しない回転及び進退動するシリンダユニット等のロ
ッドに連結されている。

【００１７】前記したシリンダの外筒３５の外側には、
加熱手段であるヒータ４２…（…は複数個を示す。以
下、同様。）を、この周を覆うように設け、ヒータ４２
…は、ブロック筒状部材を連設して形成した。ヒータ４
２…の外側には、ブロック筒状部材を連設して形成した
断熱材４３…でその周を覆う。従って、スクリューシャ
フト２を嵌合、内装したシリンダ３の内筒３４，外筒３
５は、必要に応じて昇温加熱され、又保温のため加熱さ
れる。

【００１８】前記した外筒３５の中間後部で、前記した
成形材料供給口３６の後方部には、フランジ部３５ｂを
形成し、フランジ部３５ｂの後端面３５ｃを支持基台３
７の前端面３７ｃに断熱材４４を介して当接し、図示し
ないボルト等で外筒３５を支持基台３７に結合、一体化
する。外筒３５のフランジ部３５ｂの後方は、外径を小
径に形成し、支持基台３７の前部３７ａに形成した筒孔
３７ｄを介して空胴部３７ｂ内に小径後部が延出されて
いる。

【００１９】以上のシリンダ３において、前記した外筒
３５周に配置されるヒータ４２…は、外筒３５の先端射
出部３２の基部から、前記したフランジ部３５ｂの直前
に達するまで外周を覆うように設置する。開口をなす供
給口３６周は、この周を囲むように設ける。ヒータ４２
…の設置範囲は、スクリューシャフト２の図４に示す後
退動限まで、或いは後退動限よりも少しく後方まで設置
される。尚、図１、図３、図４中、４５…は、シリンダ
３の軸方向の温度分布を計測する温度計であり、射出機
４のシリンダ温度分布を計測し、ヒータ４２…の加熱、
加熱停止等の制御を、図示しない制御装置で行うように
構成されている。

【００２０】ところで、前記した支持基台３７の前部３
７ａ内には、小径の外筒嵌合部３５ｄ周を嵌合して覆う
筒孔３７ｄ外周に臨み、これを囲むように環状の冷却水
通路４６を設ける。冷却水通路４６は、図の上側の供給
孔４７から冷却水を導入し、排出孔４８から排出する。
この冷却水通路４６で、支持基台３７前部の冷却を行
い、射出機４の熱影響が、支持基台３７へ波及するのを
抑制、防止する。この冷却水通路４６、供給孔４７、排
出孔４８で冷却手段４９を構成する。

【００２１】従って、射出機４の支持基台３７が冷却手
段４９で低温に保持されるので、支持基台３７の上面３
７ｅ上には、熱的影響を受けることが好ましくない駆動
手段１６、即ち、モータ１５、減速機１４、二軸ギアケ
ース１３等の機器類を配設する。この結果、高温の射出
機４に隣接して、破砕カッター９，９の駆動手段１６を
配置しても、駆動手段設置ベースをなす支持基台３７が
冷却されて低温に保持されているので、駆動手段１６を
構成する各機器類１５，１４，１３，１２の夫々が、射
出機４の熱的影響を受けるのを防止することができる。
又駆動手段設置ベースをなす支持基台３７が、前記のよ
うに冷却されて低温に保持されているので、各機器類間
のスパンを短くして配置できる。このため、装置全体と
しての小型化をも図ることができる。

【００２２】スクリューシャフト２は先端部に尖鋭なス
クリュー先端部５１を備え、外周にスパイラル溝５２を
備え、この溝５２は、図１に示したように軸方向の中間
部まで設けられる。図１は成形材料の未蓄積状態で、成
形材料蓄積開始位置を示す。この状態においては、スク
リュー先端部５１は、シリンダ３側の先端射出部３２の
テーパ孔で構成された射出室５０内に隙間をもって遊合
し、この状態下でスパイラル溝５２の後端部５２ａは、
シリンダ３の前記した供給口３６の直後まで形成され
る。スクリューシャフト２のスパイラル溝５２の後端部
５２ａ後方は、軸状に形成され、既述のように後方に延
出される。従って、前記したヒータ４２…は、蓄積開始
の状態で、スクリューシャフト２のスパイラル溝５２の
後端部５２ａ後方の所定軸方向位置まで設置される。

【００２３】ところで、図３下部に示した射出機４の温
度分布を示すグラフで、横軸を射出機４の軸方向位置、
縦軸を温度として示す。ヒータ４２…を備える射出機４
の先端部位置ａからシリンダ３の外筒３５のフランジ部
３５ｂの手前の位置ｂまでは高温に維持される。フラン
ジ部３５ｂの後方部には、既述のように冷却水通路４６
からなる冷却手段４９が、支持基台３７の前部３７ａに
設けられている。この結果、伝熱作用でフランジ部３５
ｂ近傍上流の高温位置ｂから温度は降り勾配で急に下降
する。支持基台３７の前端面３７ｃには、断熱材４４が
介装されており、この面の位置ｃで急勾配の温度降下は
緩やかな降り勾配となり、順次温度は低下してゆき、支
持基台３７を低温に保持する。

【００２４】このように、ヒータ４２…で高温の保持が
好ましい射出機４の部分、冷却手段４９で低温に保持す
ることが好ましい支持基台３７の部分の、夫々を、成形
材料の射出成形に必要な高温に、又破砕手段の駆動手段
１６に必要な低温に保持することができる。

【００２５】以上において、図１は前記したように成形
材料の蓄積以前の状態を示し、破砕カッター９，９で破
砕されたインゴットＷは、半凝固破砕材として下方の蓄
積室１０に一時的に蓄積される。インゴットＷの破砕は
連続して行われ、従って、供給口３６には、蓄積室１０
から連続的に成形材料がシリンダ３内に供給される。こ
の半凝固破砕材となった成形材料は、下方の供給口３６
からシリンダ３の内筒３４内に導入され、スクリューシ
ャフト２のスパイラル溝５２内と内筒３４の内周との間
に入り、スクリューシャフト２の回転でシリンダ３前部
の射出室５０方向に送られる。この過程で、成形材料
は、シリンダ３が既述のように加熱され、高温状態下に
あるので、半溶融状態となり、混練されつつ先端の射出
室５０内に送られる。

【００２６】スクリューシャフト２の回転で送られた半
溶融状態の成形材料は、射出室５０内に順次蓄積され、
蓄積の進行でスクリューシャフト２の先端部のスクリュ
ー先端部５１には、スクリューシャフト２を後退動させ
る軸方向の力が作用し、スクリューシャフト２は軸方向
後方に後退する。成形材料の供給、スクリューシャフト
回転による成形材料の前方への送り、スクリューシャフ
ト２の後退動の継続で、成形材料は射出室５０内に蓄積
され、従ってシリンダ３の内筒３４内の先部が、半溶融
成形材料をストックするストックスペース５３を構成す
ることとなる。

【００２７】図３、図４はスクリューシャフト２の後退
動限を示し、ストックスペース５３内には、射出可能な
半溶融状態に維持された成形材料が蓄積されることとな
る。このスクリューシャフト２の後退動限位置で、スク
リューシャフト２周のスパイラル溝５２の後端部５２ａ
は、シリンダ３の外周のヒータ４２…が、この部分周ま
で設けられており、従って、スクリューシャフト２の後
退動で供給口３６後方に移動したスパイラル溝５２の後
部までヒータ４２…で加熱される。

【００２８】このため、シリンダ３の前部のストックス
ペース５３に蓄積された成形材料、及びスクリューシャ
フト２外周のスパイラル溝５２内に残留する成形材料
は、スパイラル溝５２の始点から、成形材料供給口３６
後方部の後端部５２ａまで、前記したヒータ４２…の作
用で高温に維持され、半溶融状態を維持することとな
る。このため、スクリューシャフト２で混練され、送ら
れ、ストックスペース５３に蓄積される成形材料の温度
低下は確実に防止される。従って、シリンダ３内の成形
材料が、固体破砕材であったりすることが無く、又シリ
ンダ３内で凝固傾向となることが無い。

【００２９】以上により、スクリューシャフト２による
成形材料の混練、送り作動に際し、スクリューシャフト
２の回転、摺動等の作動が円滑に行われる。本発明の課
題であった過剰な固体粉砕材等の混入による、スクリュ
ーシャフト２とシリンダ３間の噛み込み等に起因するス
クリューシャフト２駆動の抵抗等の不都合を一掃するこ
とができる。従って、射出機４のスクリューシャフト２
による金属成形材料の送り、混練、蓄積、射出の作動が
極めて円滑に、又確実に行える。

【００３０】以上実施例を詳述したが、図３、図４にお
いては、ヒータ４２の後端部と後退限にあるスクリュー
シャフト２のスパイラル溝５２の後端部５２ａが略々一
致するように構成した。なお、ヒータ４２の後端部を前
記後端部５２ａの後方まで延設しても良い。

【００３１】

【発明の効果】以上で明らかなように本発明によれば、
シリンダ、この内部に嵌合、内装されたスクリューシャ
フトからなる射出機のシリンダ周に、加熱手段を設け、
加熱手段は、スクリューシャフトの外周溝の最後退位置
まで設け、シリンダの基部を支持部材で支え、この支持
部材を水冷構造とすることで、加熱手段から支持部材へ
伝わる熱を遮断するようにしたので、先ず、シリンダ内
に供給され、導入される成形材料は、スクリューシャフ
トの作動範囲内では溝最終端まで加熱され、高温に維持
される。従って、仮に、固体粉砕材等が混入しても、直
ちに、充分に加熱され、速やかに溶融状態となり、成形
材料のシリンダ内周とスクリューシャフト間との噛み込
みや、スクリューシャフトの回転、摺動抵抗等の抵抗の
発生は未然に防止することができる。この結果、シリン
ダ内のスクリューシャフトの回転、スクリューシャフト
の摺動による成形材料の蓄積、材料の送り、溝間への材
料の貯溜が、抵抗無く、円滑に、確実に行える。

【００３２】このため、固体粉砕材等の混入等に起因す
る、スクリューシャフトの回転、摺動抵抗等による作動
不良等、これに起因するシリンダ、スクリューシャフト
の傷害の発生を一掃し、シリンダ、スクリューシャフト
の寿命、耐久性の向上が図れ、トータルとして射出機の
機能性の向上、寿命、耐久性の向上を図ることができ
る。又これにより、円滑、確実な射出成形を行うことが
できる。

【００３３】又本発明は上記した通り、スクリューシャ
フトの基部を支える支持部材に、冷却水通路等の冷却手
段を設けたので、シリンダの支持部材で支持される部位
が、高温部のシリンダと区画されて低温部を構成するこ
とができる。従って、支持部材を低温に維持し、支持部
材の上に、熱的影響を回避する必要がある破砕カッター
の駆動手段を設置することができる。この駆動手段の設
置は、高温部であるシリンダに隣接して設置することが
可能となり、この結果、駆動手段と高温のシリンダ間の
スパンを大きく採る必要が無くなり、駆動手段を含む成
形装置全体をコンパクト化することが可能となり、トー
タルとして、この種成形装置の小型化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金属成形体用射出成形装置の要部
の縦断側面図

【図２】図１の２―２線断面図

【図３】射出機部分の縦断側面図で、シリンダ先端部内
側と、スクリューシャフト先端部間のストックスペース
に成形材料を蓄積し、射出成形材料の計量を完了した状
態の図及びシリンダの温度分布を示す説明的グラフ

【図４】図３の拡大図

【図５】従来の金属成形体用射出成形装置の全体概略図

【符号の説明】

１…金属成形体用射出成形装置、２…スクリューシャフ
ト、３…シリンダ、１６…破砕手段の駆動手段、３６…
供給口、３７…支持部材（支持基台）、４２…加熱手段
（ヒータ）、４９…冷却手段、５２…スパイラル溝、５
３…ストックスペース、Ｗ…インゴット（金属インゴッ
ト）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 甲斐 昇克 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホ ンダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 菅沼 広光 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホ ンダエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−77288（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−285627（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−166874（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−150112（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−177812（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 17/00 B22D 17/20 B22D 17/28 B22D 17/30 B29C 45/00 - 45/24 B29C 45/46 - 45/63 B29C 45/70 - 45/72 B29C 45/74 - 45/84

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダと、このシリンダ内を進退動す
   るスクリューシャフトと、前記シリンダ内に半溶融状態
   の金属材料を供給する供給口をシリンダ周の一部に備え
   る金属成形体用射出成形装置において、 前記シリンダの周囲には加熱手段を設け、 この加熱手段は、前記スクリューシャフトのスパイラル
   溝の少なくとも最後退位置にまで設置し、前記シリンダの基部を支持部材で支え、この支持部材を
   水冷構造とすることで、前記加熱手段から支持部材へ伝
   わる熱を遮断するようにした、 ことを特徴とする金属成形体用射出成形装置。
2. 【請求項２】 前記支持部材の上に、金属インゴットの
   破砕手段の駆動手段を配設したことを特徴とする請求項
   １記載の金属成形体用射出成形装置。