JP3993813B2 - 溶融金属材料の射出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、溶融金属材料の射出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、溶融金属材料の射出装置としては溶融金属を加圧下で金型内に射出充填することで製品を得る、いわゆるダイカスト装置が知られており、このダイカスト装置では、溶解炉で溶解された金属(一般にはアルミニウム合金、マグネシウム合金等の合金をいい、本明細書では、これらを総称して溶融材料又は溶融金属という。)をピストン・シリンダ機構の射出装置により加圧して金型内に導き、冷却固化させることで製品を得ている。
そして、近時、加熱筒を水平状に配置し、該加熱筒内に溶融すべき材料(一般にはアルミニウム合金、マグネシウム合金等の合金をいい、本明細書では、これらを総称して、単に、金属ともいう。)を受け入れてその材料を溶融するように構成され、溶融された材料を加熱筒から別の加圧充填装置に供給して金型側に加圧充填する装置が案出されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平2000−254764号公報(第3−4頁、図1、図2)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の装置にあっては、加熱筒において一旦溶融された材料を、該加熱筒から再度、別の加圧充填装置に供給して金型側に加圧充填するものであるから、溶融すべき材料を溶融し、これを、金型側に充填するという一連の装置として比較的大がかりのものとなり、その作業効率の低下を招く要因ともなっていた。
そこで、本発明は、上記した従来の問題点に鑑み、その目的とするところは、溶融金属材料の射出装置としての構成の簡素化とともに、その作業効率及び得られる製品品質の良化向上を図ることができる溶融金属材料の射出装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明による溶融金属材料の射出装置は、上記課題を解決するためのもので、溶融すべき円柱ロッド状の材料を受け入れる材料ホルダーと、材料ホルダー内の材料を内部の溶融路に受け入れて該材料を溶融状態若しくは半溶融状態に加熱する加熱筒と、該加熱筒の材料受け入れ側の端部と前記材料ホルダーとの間に配置され該受け入れる材料が外側表皮が削り取られた状態又は圧縮変形された状態で入り込んで加熱筒の内部を外部からシールするように内周径が材料の外径より小さく設定されたリングを有する絞り部と、該加熱筒の先端側に設けられ加熱筒の溶融路と連通する溶融材料の出口路を有する射出用のノズルと、前記リングに接続され前記材料によって加熱筒がシールされた状態で駆動して前記加熱筒内を真空状態とする真空発生手段と、ピストンの駆動により材料ホルダー内に受け入れられた材料を外側表皮が削り取られた状態又は圧縮変形された状態でリング内へ押し込んだ後、その材料を加熱筒の溶融路へ押し込むとともに加熱筒内の溶融状態若しくは半溶融状態の材料を前記射出用のノズルから金型側に射出するシリンダ装置からなる押圧手段とを備えてなるものである。
【0006】
この請求項1の発明によれば、溶融すべき材料を、リング手段によりその外側表皮を削り取るか又は圧縮変形しながら真空若しくはほぼ真空状態にある加熱筒内押し込んで溶融状態若しくは半溶融状態にするとともに、その溶融状態若しくは半溶融状態にした材料をそのまま加熱筒内から射出用のノズルを経て金型側に射出するものである。
【0007】
請求項2の発明による溶融金属材料の射出装置では、前記射出用のノズルは、その出口路が加熱筒の溶融路より小径であり、前記加熱筒を水平状に配置するとともに、前記出口路の軸方向中心を溶融路の軸方向中心より上方へ変位させてノズルを加熱筒の先端側に取り付けている。加熱筒の溶融路の前記ノズルの出口路と連通する孔空間部位は、前記ノズルの出口路に向けて暫時小径となる孔形状であって、内周面の軸方向に沿う上辺部が溶融路および出口路と同じ高さでありかつ内周面の軸方向に沿う下辺部が出口路に向けて上向きに傾斜する孔形状に形成されている。
また、請求項3の発明による溶融金属材料の射出装置では、前記射出用のノズルは、その出口路が加熱筒の溶融路より小径であり、前記加熱筒を水平状に配置するとともに、前記出口路の軸方向中心を溶融路の軸方向中心より上方へ変位させてノズルを加熱筒の先端側に取り付けている。加熱筒の溶融路の前記ノズルの出口路と連通する孔空間部位は、前記ノズルの出口路に向けて暫時小径となる孔形状であって、内周面の軸方向に沿う上辺部および下辺部が出口路に向けて上向きに傾斜する孔形状に形成されている。
【0008】
請求項2,3の発明によれば、射出用のノズルの出口路内と共に溶融路内を常に溶融材料(溶融金属)が充満された状態を維持することができるので、該溶融路内の溶融材料(溶融金属)から発生するガスが上方部位に溜まることを未然に防止するものである。
【0009】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
溶融金属材料の射出装置1は、予備加熱装置2と加圧充填装置3を一体的に組込んだ真空加熱装置4とを有している。
【0010】
予備加熱装置2は図1に示すように、予め一定の長さに切断された円柱ロッド状の材料R〜Rを縦方向一列で収容する収容ケース5と、材料R〜Rを真空加熱装置4に押し込むとともに、後述する射出用のホットノズル19の出口路20から溶融金属をダイカスト装置の金型側に射出するための加圧充填装置3の構成を兼ねる油圧シリンダ装置6とからなっている。ここで、材料R〜Rは金型での成形に適した金属材料、例えばアルミニウム合金やマグネシウム合金製であるのが好ましい。また、加圧充填装置3の構成を兼ねる油圧シリンダ装置6は本発明の押圧手段に相当するものである。
【0011】
水平状に配置される前記油圧シリンダ装置6は、収容ケース5から落下供給された材料Rを一つづつ受け入れる円筒シリンダ状の材料ホルダー7と、この材料ホルダー7内に受け入れられた材料Rを真空加熱装置4(後述する加熱筒側)に向けて押し込むピストン8とからなっている。
【0012】
収容ケース5の周囲にはヒータ9が設けられており、収容ケース5内に収容された材料Rを真空加熱装置4への供給に先立って、予備加熱するようになっている。なお、収容ケース5はその上部から材料R〜Rを投入できるようになっており、収容できる材料R〜Rの数は加圧充填装置3の材料消費量に応じて適宜設定される。また、収容ケース5の下部にはストッパ10が設けられており、このストッパ10は図示しない駆動装置により材料Rの落下を禁止し或いは許容するために図中紙面に対して直角方向に作動可能となっている。
【0013】
また、このストッパ10の下方に位置する材料ホルダー7の一部は図2に示すように下端をヒンジ結合された半割部7A,7Aにより構成されている。これらの半割部7A、7Aは図示しない駆動装置により開閉可能となっており、図2に示すように、落下した材料Rを受け入れるために開放し、材料を受け入れると閉鎖可能となっている。なお、これらの半割部7A,7Aの駆動装置はストッパ10の駆動装置と連動して、適宜タイミングで駆動されるようになっている。
【0014】
次に、真空加熱装置4は、前記予備加熱装置2により予備加熱された材料R〜Rを受け入れて完全に溶融した状態若しくは半溶融状態(金型による成形に適した温度)になるまで加熱するための加熱筒11を有しており、この加熱筒11の外周にはヒータ12が取付けられている。また、加熱筒11の内周には内部を溶融路11Aとなしたセラミック層13が設けられて溶融材料が加熱筒11と直接接触しないようになっている。なお、ヒータ12は図示した外部加熱式のもののみならず、加熱筒11内に埋め込まれたもの等、いかなる形式のものであっても良く、また加熱筒11はヒータ12の能力、要求される材料加熱温度に応じて適宜長さに設計される。
【0015】
また、加熱筒11は予備加熱装置2の材料ホルダー7と僅かな所定の間隔を対向する先端部に超硬合金により形成された絞り部としてのリング14を備えており、このリング14の内周径は材料Rの外径よりも僅かに小さく設定されている。また、このリング14の内周面には環状溝15が形成されており、この環状溝15は接続口16を介して真空ポンプ17に接続されている。これによって、後述するように加熱筒11の内部を真空若しくはほぼ真空状態とすることができる。なお、リング14は本発明にいうリング手段の一例であり、材料ホルダー7側に面する端部が鋭角状に形成されて加熱筒11側に供給される材料の外側表皮を削り取るように構成されている。また、真空ポンプ17については本発明にいう真空発生手段の一例である。
【0016】
前記加熱筒11の先端部には射出用のホットノズル19が取り付けられ、このホットノズル19には加熱筒11における溶融路11Aと連通されて溶融材料の通路を形成する小径の出口路20が形成されている。
【0017】
そして、加熱筒11におけるセラミック層13内の溶融路11Aとホットノズル19の出口路20とは、図1及び図3に示すように、前記出口路20の軸方向中心S2が溶融路11Aの軸方向中心S1に対して上方に変位した状態にある。前記溶融路11Aの出口路20と連通する孔空間部位21は、溶融路11Aから出口路20にかけて暫時小径となる孔形状であって、内周面の軸方向に沿う上辺部21uが出口路20および溶融路11Aと同じ高さでありかつ内周面の軸方向に沿う下辺部21dが溶融路11Aから出口路20に向けて上向きに傾斜する孔形状に形成されている。なお、図中、S3は前記軸方向中心S1,S2を結ぶ孔空間部位21の中心線である。
【0018】
図4に示す実施例では、ホットノズル19の出口路20の軸方向中心S2は溶融路11Aの軸方向中心S1より上方へ変位した状態にあり、溶融路11Aの出口路20と連通する孔空間部位21は、出口路20に向けて暫時小径となる孔形状であって、内周面の軸方向に沿う上辺部21uおよび下辺部21dが出口路20に向けて上向きに傾斜する孔形状に形成されている。なお、図中、S3は前記軸方向中心S1,S2を結ぶ孔空間部位21の中心線である。
【0019】
前記ホットノズル19は、先端部を金型のキャビティーに対応するよう対向されているとともに、例えば、電圧を加えることにより主として先端部が発熱するように構成されていて、成形サイクルに応じて先端部を最適な温度に迅速に制御できる、すなわち、暖めない低温度の状態では溶融金属をある程度固めてその出口路20を該溶融金属により閉し、この閉状態より高い温度の暖め状態では溶融金属を射出する(開状態とする)ように制御するものである。
【0020】
次に、溶融金属材料の射出装置1の作用について説明する。
まず、溶融金属材料の射出装置1の予備加熱装置2の収容ケース5内に材料R〜Rを充填し、ヒータ9により適当な温度まで加熱し、材料R〜Rが適当な温度まで加熱(予備加熱)されたら材料ホルダー7の半割部7A,7Aをストッパ10を材料R下部から後退させ、該材料Rを半割部7A,7A内に落下させる。
【0021】
一つの材料Rが落下したらストッパ10を即座に実線で示した位置に戻して次の材料Rの落下を阻止し、次いで、半割部7A,7Aを閉じる。次にピストン8を前方に駆動して、まず、最初の材料Rをリング14内に押し込む。但し、この最初の材料Rはこの時点ではリング14を通過させず、リング14の環状溝15よりも後方位置に止めておく。
【0022】
材料Rを上述のようにしてリング14内に押し込むと、リング14の内径は材料Rの径よりも僅かに小さいため、材料Rはその外周部分がリング14の内周後縁により若干削られた状態または圧縮変形された状態でリング14内に入り込む。つまり、リング14は材料Rを絞る絞り部として機能する。このため、リング14と材料Rとの間に隙間がなくなり、リング14の内部さらには加熱筒11の内部は外部からシールされた状態となる。(図1において削り取られた「削りかす」を実線で示す。)
【0023】
次に、真空ポンプ17を駆動する。これによって加熱筒11内部は真空状態として、ピストン8を前方へ動かすとともに材料Rを加熱筒11内に押し込み、材料Rの後端が加熱筒11の直前位置に達したら押し込みを停止して、ピストン8を元の位置まで後退させる。なお、真空ポンプ17の駆動は射出作業(材料の溶解を含む)中は継続される。
【0024】
そして、上記と同じ工程で次の材料Rを材料ホルダー7の半割部7A,7A内に落下させ、該ピストン8を前方に駆動してリング14から加熱筒11内側に押し込むものである。
【0025】
以上のようにして材料R〜Rを順次加熱筒11内に送り込んでいくと、前方のものからヒータ12の加熱作用により半溶融状態から完全に溶融した状態に移行し、加熱筒11の溶融路11A内及びホットノズル19の出口路20内に溶融材料が充満した状態となる。
【0026】
なお、加熱筒11におけるヒータ12の加熱温度を溶融すべき材料が液相状態となる温度より低くかつ固相状態となる温度より高い範囲内に設定することにより、溶融すべき材料を半溶融状態のまま加熱筒11の溶融路11A内及びホットノズル19の出口路20内に充満させて後述の射出に対応することができる。
【0027】
この状態において、前記ピストン8を上記と同様に材料の押し込む動作を行なうとともに、加熱筒11の溶融路11A内の溶融材料をそのままホットノズル19の出口路20から金型側に射出(充填)するものである。
【0028】
なお、上記溶融材料の射出に際して、ホットノズル19は、その先端部を電気的加熱手段により暖め状態の温度が制御されている、すなわち、暖めない低温度の状態では溶融金属をある程度固めてその出口路20を該溶融金属により閉し、この閉状態より高い温度の暖め状態では溶融金属を射出する(開状態とする)ように制御するものであり、上記射出時における出口路20の開状態又は非射出時における加熱筒11の溶融路11A内の真空状態の維持を良好になすものである。
【0029】
さて、図3に示す本実施の形態や図4に示す実施の形態にあっては、加熱筒11における溶融路11Aと該溶融路11Aより小径のホットノズル19の出口路20との連通空間部位を、同図に示すような溶融路11Aから出口路20に至るにしたがって暫時小径となるテーパ状の孔空間部位21として形成したことによって、出口路20内とともに溶融路11A内を常に溶融材料が充満された状態を維持することができるので、仮に、金型側への溶融材料の供給を停止した場合でも、該溶融路11A内の溶融材料から発生するガスが上方部位に溜まることを未然に防止することができ、該ガスによる種々の弊害を解消できるものである。
【0030】
なお、本実施の形態にあっては、加熱筒11における溶融路11A及びホットノズル19の出口路20の断面形状は、図示の円形に限定するものではなく、例えば、正方形でもよい。
【0031】
【発明の効果】
請求項1の発明は、溶融すべき円柱ロッド状の材料を、外側表皮が削り取られた状態又は圧縮変形された状態で絞り部のリングに押し込んで加熱筒の内部を外部からシールした状態で真空発生手段を駆動して加熱筒内を真空状態としたうえで、材料を真空状態にある加熱筒内に押し込んで溶融状態若しくは半溶融状態にするとともに、その溶融状態若しくは半溶融状態にした材料をそのまま加熱筒内から射出用のノズルを経て金型側に射出するようにしたから、溶融金属材料の射出装置としての構成の簡素化とともに、得られる製品品質の良化向上及びその作業効率の高揚を図ることができる。
【0032】
請求項2,3の各発明は、出口路内とともに溶融路内を常に溶融材料(溶融金属)が充満された状態を維持することができるので、該溶融路内の溶融材料(溶融金属)から発生するガスが上方部位に溜まることを未然に防止することができ、溶融材料(溶融金属)により得られる製品品質の良化向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の溶融金属材料の射出装置の縦断面図である。
【図2】予備加熱装置において材料が押し込みのためのシリンダの半割部内に落下する状態を示す説明図である。
【図3】加熱筒における溶融路とホットノズルの出口路との連通空間部位の拡大断面図である。
【図4】加熱筒における溶融路とホットノズルの出口路との連通空間部位の別例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
1 溶融金属材料の射出装置
2 予備加熱装置
3 加圧充填装置
4 真空加熱装置
11 加熱筒
11A 溶融路
14 リング
17 真空ポンプ
19 ホットノズル
20 出口路
21 孔空間部位
Claims (3)
- 溶融すべき円柱ロッド状の材料を受け入れる材料ホルダーと、材料ホルダー内の材料を内部の溶融路に受け入れて該材料を溶融状態若しくは半溶融状態に加熱する加熱筒と、該加熱筒の材料受け入れ側の端部と前記材料ホルダーとの間に配置され該受け入れる材料が外側表皮が削り取られた状態又は圧縮変形された状態で入り込んで加熱筒の内部を外部からシールするように内周径が材料の外径より小さく設定されたリングを有する絞り部と、該加熱筒の先端側に設けられ加熱筒の溶融路と連通する溶融材料の出口路を有する射出用のノズルと、前記リングに接続され前記材料によって加熱筒がシールされた状態で駆動して前記加熱筒内を真空状態とする真空発生手段と、ピストンの駆動により材料ホルダー内に受け入れられた材料を外側表皮が削り取られた状態又は圧縮変形された状態でリング内へ押し込んだ後、その材料を加熱筒の溶融路へ押し込むとともに加熱筒内の溶融状態若しくは半溶融状態の材料を前記射出用のノズルから金型側に射出するシリンダ装置からなる押圧手段とを備えてなることを特徴とした溶融金属材料の射出装置。
- 前記射出用のノズルは、その出口路が加熱筒の溶融路より小径であり、前記加熱筒を水平状に配置するとともに、前記出口路の軸方向中心を溶融路の軸方向中心より上方へ変位させてノズルを加熱筒の先端側に取り付けており、加熱筒の溶融路の前記ノズルの出口路と連通する孔空間部位は、前記ノズルの出口路に向けて暫時小径となる孔形状であって、内周面の軸方向に沿う上辺部が溶融路および出口路と同じ高さでありかつ内周面の軸方向に沿う下辺部が出口路に向けて上向きに傾斜する孔形状に形成されている請求項1に記載された溶融金属材料の射出装置。
- 前記射出用のノズルは、その出口路が加熱筒の溶融路より小径であり、前記加熱筒を水平状に配置するとともに、前記出口路の軸方向中心を溶融路の軸方向中心より上方へ変位させてノズルを加熱筒の先端側に取り付けており、加熱筒の溶融路の前記ノズルの出口路と連通する孔空間部位は、前記ノズルの出口路に向けて暫時小径となる孔形状であって、内周面の軸方向に沿う上辺部および下辺部が出口路に向けて上向きに傾斜する孔形状に形成されている請求項1に記載された溶融金属材料の射出装置。
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