JP4012442B2 - 軽金属射出成形機の射出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛等の軽金属合金材料を融解し、その溶湯を金型に射出して成形する軽金属射出成形機の射出装置に関し、特に、円柱短棒形状のビレットに形成された軽金属材料を射出シリンダに直接供給して融解し、その溶湯をその未融解のビレットによって射出する軽金属射出成形機の射出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軽金属合金の成形は、ホットチャンバ方式と、コールドチャンバ方式とで代表されるダイカスト法によって行われていた。特に、マグネシウム合金の成形は、上記ダイカスト法の他にチクソモールド法によって行われていた。
【０００３】
ダイカスト法は、軽金属材料をあらかじめ融解炉中で融解してその溶湯を射出装置の射出シリンダに供給し、プランジャによって射出シリンダ中の溶湯を押し出して金型に注入する成形方法である。この方式では、高温の溶湯が射出シリンダに安定して供給される。特に、ホットチャンバ方式では、射出シリンダが金属溶湯の貯留された融解炉中に配置されるので、溶湯が安定して金型に供給される。また、コールドチャンバ方式では、射出シリンダが融解炉とは個別に配置されて射出装置の保守点検が容易である。
【０００４】
一方、チクソモールド法は、小粒のペレット形状のマグネシウム材料をスクリュウの回転による材料の剪断熱と加熱装置による加熱とによって半溶融状態に融解して、その溶湯を射出する成形方法である。その射出装置は、一般的につぎのような２種類の装置のいずれかに構成される。１つは、特許３２５８６１７号公報に開示されるように、材料を半溶融状態に融解する押し出しシリンダと、その溶湯をプランジャによって射出する注湯シリンダとを備える。もう１つは、基本的にインラインスクリュウ成形機と同じ構成の装置で、融解と射出を１個のシリンダで行う装置に構成される。一般的には、後者の構成が主流であるが、いずれにしても、この成形機にはダイカスト法に必要な融解炉が不要である。
【０００５】
ところが、上記成形法には、つぎのような改良されるべき課題がある。まず、ダイカスト法では、大容量の融解炉が使用されるために成形品の大きさに比べて大容量の溶湯が必要とされ、多量の溶湯を所定の加熱状態に維持するために成形運転中のランニングコストが大きくならざるを得ない。また、温度の昇降に多大な時間を必要とするので、融解炉の保守作業が１日がかりの作業にならざるを得ない。加えて、特にマグネシウム合金が使用される場合には、マグネシウムが非常に酸化されやすく、特に溶融状態にあるときに非常に発火しやすいことから、溶湯の発火防止対策は当然のこととして充分な酸化防止対策が必要である。このため、融解炉中に防燃フラックスや不活性ガスが多量に注入されるが、この対策によってもマグネシウム合金の酸化物を主とするスラッジの発生を充分に抑えることができず、融解炉中のスラッジを時折除去する保守作業が欠かせない。また、プランジャが使用されるので射出シリンダとプランジャの摩耗が発生して、それらの保守点検、交換が煩わしい。
【０００６】
また、チクソモールド法では、材料の融解がスクリュウを回転することによって行われるため、材料を所望の半溶融状態に安定して融解させることが必ずしも容易ではない。特にインラインスクリュウ方式の成形機では、スクリュウを後退させながら同時に計量を行うので、半溶融状態の溶湯を一定密度に安定して計量することがさらに難しい。溶湯の粘度と融解する直前の半溶融状態の溶湯の粘度とに大きな差があるために、機械的な回転運動である混練、剪断加熱の効率が粘度に多いに影響されるところから、最適な融解条件に調整することが難しいからである。加えて、スクリュウが回転するのでスクリュウ、射出シリンダの摩耗が発生しやすい。また、成形材料がペレット状でその表面積が体積に比べて大きいために酸化しやすく、その材料の取り扱いに配慮する必要がある。
【０００７】
上記の状況下、別異の射出装置が特開平０５−２１２５３１号公報によって提案されている。この射出装置は、成形型側（前方側）の高温側シリンダ部と、後方側の低温側シリンダ部と、その間の断熱シリンダ部とからなる射出シリンダを備え、あらかじめ円柱棒状に成形された成形材料を前記射出シリンダに挿入して高温側シリンダ部で融解し、前記未溶融の成形材料によってこの溶湯を射出する装置である。プランジャではなく成形材料自体で射出するところから、この成形材料は、自己消費型プランジャと呼称されている。このような射出装置は、融解炉を備えないので、射出装置周りを簡素にすることができるとともに効率的な融解を可能にする。また、プランジャを備えないので射出シリンダの摩耗低減や短時間の保守点検などを可能にする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記先願公報は、成形材料の長さ形状について、およびその成形材料の供給について説明していない。また、上記先願公報は、つぎのような現象が発生する虞が多分にあるにも拘わらずその解決策を開示していない。その現象は、この射出装置で軽金属材料を使用して成形する場合に発生する現象で、射出時に高圧で低粘度の溶湯が射出シリンダと自己消費型プランジャの隙間に詰め込まれて固化する結果、自己消費型プランジャの前後方向への移動が阻害されて射出動作が不能になる現象である。自己消費型プランジャが射出の際に高速高圧で前進するときに、溶湯が上記隙間にバックフローして固化して、その固化物が自己消費型プランジャの直径を太くする。しかも、その固化物が、射出動作の度に破壊、再形成されて、より強固な固化物がプランジャに沿って広範囲に成長する。その結果、熱膨張による拡径とも相俟ってやがて固化物が射出シリンダ内壁に高圧で当接して摩擦抵抗を著しく増大させて、上記現象が発生するのである。特に薄肉で複雑形状の成形品を射出成形する場合には、射出が高速、高圧で行われるので、上記現象の発生がより顕著になる。
【０００９】
また、同一出願人によってその後に出願された特開平５−２３８７６５号公報や特開平５−２５４８５８号公報も、主としてガラス成形のための射出装置におけるかじり防止技術を開示するものであることから、軽金属成形における上記問題点を解決していない。なぜなら、このかじり防止技術は、シリンダ側または成形材料（自己消費型プランジャ）側に多数の溝もしくは螺旋溝を形成することによって、成形材料の冷却を促進するか、あるいは軟化による成形材料の拡径と変形を吸収する技術であるからである。ガラスの成形では、ガラスが比較的広い温度範囲での高粘度の軟化状態を呈するので溶湯が上記溝をすぐに埋めることがなく、上記作用効果が確かに得られると思われる。しかし、軽金属材料の成形では、溶湯が上記溝にすぐに充満してそれが広範囲に固化してしまうので、その溝が冷却溝としてあるいは変形の吸収溝として機能しない。軽金属特有の小さい熱容量および融解熱（潜熱）と高い熱伝導率とによって軽金属が速やかに融解、固化すること、軟化状態を示す温度範囲が狭いこと、および、溶湯が著しく低粘度の流動性を呈することから、上記溝の作用効果がガラス成形の場合と同様には得られない。
【００１０】
そこで、本発明は、射出シリンダに軽金属材料を簡易に補給して効率的に融解することができるとともにその溶湯をバックフローさせることなく射出することができる軽金属材料の射出装置を提案することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の軽金属射出成形機の射出装置（１００）は、軽金属材料からなる円柱短棒形状のビレット（１０１）を射出シリンダ（１１）の後端側から挿入し、前方に移動した前記ビレットを前記射出シリンダ中で融解して、融解した溶湯（１０２）を未融解の前記ビレットによって射出する軽金属射出成形機の射出装置において、前記射出装置が、複数本の前記ビレットを貯留するとともに補給時に前記射出シリンダの後端側に前記ビレットを１本ずつ順次補給する材料供給装置（２０）と、補給時に補給された前記ビレットを前記射出シリンダ中に挿入する一方、射出時に前記ビレットを１ショット分の射出容積に相当する距離を前進させることによって前記溶湯を射出する射出駆動装置（４０）とを備え、
前記射出シリンダが、前記射出シリンダの前方部分に位置して加熱ヒータ（１６）によって加熱されて、前記ビレットを融解して複数ショット分の前記溶湯を一時的に貯留する融解ゾーン（１１１）と、
前記射出シリンダの後方部分に位置して第一の冷却管（１７）によって冷却されて、前記ビレットを射出圧力によって変形しない非軟化状態に維持して冷却する冷却ゾーン（１１２）と、
前記融解ゾーンと前記冷却ゾーンとの間に位置して第二の冷却管（１８）によって冷却されて、前記溶湯を冷却して前記ビレットの外周に前記溶湯の固化物である自己シール（１０３）を生成するシールゾーン（１１３）とに区分された上に、
前記融解ゾーンと前記冷却ゾーンが、融解シリンダ（１１１ａ）と冷却シリンダ（１１２ａ）の個別の部材によって形成されて前記シールゾーンを介して相互に部分的にのみ当接し、
前記融解シリンダのシリンダ孔（１１１ｈ）が、軟化した前記ビレットの先端が射出時に拡径した状態で前進するときにあっても該ビレットの先端と該シリンダ孔とが相互に干渉しないように、前記冷却シリンダのシリンダ孔（１１２ｈ）より大きい直径寸法に形成され、
前記シールゾーンが、前記融解シリンダと前記冷却シリンダとの間に配置されて両者に部分的に当接するとともに断熱空間で囲まれかつ個別に冷却される小容積の冷却スリーブ（１１３ａ）によって形成され、
環状溝（１１３ｂ）が前記冷却スリーブのシリンダ孔の前側に形成されることによって、
前記自己シールが軟化状態を維持したまま前記環状溝に固定された状態で生成されるように構成される。
【００１２】
また、前記ビレットがマグネシウム合金である場合には、前記環状溝は、その溝幅が２０ｍｍないし４０ｍｍ、好ましくは３０ｍｍ程度に、そしてその溝深さ寸法が３ｍｍ程度に形成され、また、前記融解シリンダのシリンダ孔（１１１ｈ）が前記冷却シリンダのシリンダ孔（１１２ｈ）より大きい直径寸法に形成されることによる寸法差は、望ましくは片側寸法で２ｍｍないし４ｍｍ程度の隙間に形成されると良い。
【００１３】
また、本発明の軽金属射出成形機の射出装置（１００）には、前記環状溝の後方の前記冷却スリーブ中に前記環状溝より小さい、望ましくはその溝幅が３ｍｍから５ｍｍ、その溝深さが３ｍｍ程度の、副環状溝（１１３ｅ）が形成されても良い。
【００１４】
また、本発明の軽金属射出成形機の射出装置（１００）には、前記射出シリンダの前記融解シリンダの先端側近傍の前記溶湯の中に出没するように移動する棒部材（８１）と、前記棒部材を外部から駆動する駆動装置（８２）とを含む減圧装置（８０）が、前記射出シリンダに備えられても良い。
【００１５】
また、本発明の軽金属射出成形機の射出装置（１００）において、前記減圧装置の前記棒部材が移動する前記射出シリンダに形成された案内孔（１１ｇ）が前記棒部材の周りに前記軽金属材料を満たす程度に該棒部材の直径より数ｍｍ大径に、望ましくは１ｍｍ程度大径に形成され、前記棒部材をほとんど隙間のない状態で移動可能に案内するガイド部材（８５）が前記案内孔に挿入されて前記案内孔が塞がれるとともに前記ガイド部材あるいは前記棒部材が冷却されることによって、前記案内孔のガイド部材近傍に前記溶湯の固化した自己シールを生成させるシール装置（８４）を備えても良い。
【００１６】
なお、上記括弧内の符号は、構成要素を図面と参照するものであり、何ら本発明の構成を図面の構成に限定するものではない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る軽金属射出成形機の射出装置が、図示実施形態を参照して説明される。図１は射出装置全体の概略構成を一部断面にて示す側面図、図２は射出シリンダ部の概略構成を示す断面図、図３は射出シリンダ部のシールゾーン周りを詳細に示す断面図である。また、図４は図１のＸ−Ｘ矢視図であって材料供給装置の構成を示す断面図、図５は射出駆動装置の詳細断面図、そして、図６は射出シリンダ部に取り付けられる減圧装置を示す断面図である。
【００１８】
軽金属射出成形機の射出装置に供給される軽金属材料が最初に説明される。軽金属材料は、図１に示されるように、円柱の棒材を所定寸法に切断して製造された短棒材料（以下、ビレットと称される。）として供給される。１０１は、そのビレットである。ビレット１０１の外径は、熱膨張も考慮して、後に詳細に説明される射出シリンダ１１のシリンダ孔の後端側内径より小さく形成される。例えば、ビレット１０１が内径４０ｍｍの射出シリンダ１１に挿入されるマグネシウム合金である場合、その外径は、シリンダ孔の後端内径との隙間が０．１ｍｍないし１ｍｍ、望ましくは０．２ｍｍないしは０．５ｍｍ程度になるように形成される。それで、ビレット１０１は、射出シリンダ１１前方から加熱されて膨張しても、射出シリンダ１１のシリンダ孔に対してわずかに隙間のある状態で挿入される。一方、ビレット１０１の長さは、その取り扱い易さを考慮して、例えば、３００ｍｍ程度に形成される。この長さは、いわゆる射出容積の１０数ショットないしは数１０ショット分に相当する長さである。なお、射出容積は、従来公知の成形用語であり、１ショットで成形される成形品の容積とそれに付随するスプール、ランナ等の容積、および冷却によって収縮するであろう容積の合計である。
【００１９】
軽金属材料がこのようなビレット１０１として供給されることによって、その保管、運搬等の取り扱いが容易であることはもちろん、射出装置への材料供給も容易である。特に、ビレットがマグネシウム材料である場合には、ビレットの体積に対する表面積が小さいので、その材料がチクソモールド法で使用されるペレット材より酸化しにくい利点もある。なお、具体的に例示された上記数値は、ビレットが内径４０ｍｍの射出シリンダに挿入されるマグネシウム合金である場合の数値で、以下において例示される数値も同様な場合の数値である。
【００２０】
つぎに、軽金属射出成形機の射出装置の概要が説明される。射出装置１００は、図１に示されるように、射出シリンダ部１０、材料供給装置２０、および射出駆動装置４０によって構成され、射出シリンダ部１０と射出駆動装置４０は、材料供給装置２０を載置する中央枠９０の前後に一直線上に配置される。射出駆動装置４０は、後に説明される第一の駆動装置５０と第二の駆動装置７０とを含む。中央枠９０が機台９１上に移動可能に載置されたスライドベース９２上に固定されることによって、射出装置１００は型締装置の固定プラテン９３に対して接近または離隔するように移動する。
【００２１】
しかして、ビレット１０１は、後に詳細に説明される材料供給装置２０によって射出シリンダ１１の後端側に補給され、後に詳細に説明される射出駆動装置４０によってそのシリンダ孔に挿入される。そして、射出シリンダ１１の中程から後方に位置するビレット１０１が未融解のまま非軟化状態に維持され、前方に位置するビレット１０１が加熱ヒータによって加熱されて融解する。融解された溶湯は、未融解のビレット１０１を介して射出駆動装置４０のプッシャ４１によって押し出されて射出シリンダ１１から射出される。以下、各構成部材が順次説明される。
【００２２】
射出シリンダ部１０の概略断面構成が図２に示され、本発明特有の細部構成が図３に示される。この射出シリンダ部１０は、中央枠９０に固定された中空筒状の射出シリンダ１１と、その射出シリンダ１１の先端（図中左端）に取り付けられて図示省略した金型に離接する従来公知の射出ノズル１２と、これらを接続する接続部材１３（以下ノズルアダプタ１３と称される。）とから成る。これらは、図示省略されたボルトにて強固に接続固定される。固定プラテン９３の厚みが薄い場合には、ノズルアダプタ１３はより短く製作されたり省略されたりする。
【００２３】
射出ノズル１２にはノズル孔１２ａが、ノズルアダプタ１３にはノズル孔１２ａより大径に拡大したノズルアダプタ孔１３ａが、そして、ノズルアダプタ１３と射出シリンダ１１にはさらに大径のシリンダ孔１１ａが形成される。また、シリンダ孔１１ａよりわずかに大きい透孔９０ａがシリンダ孔１１ａに同心に中央枠９０に形成される。透孔９０ａとシリンダ孔１１ａとは、テーパ孔によって滑らかに連なる。同様に、シリンダ孔１１ａとノズルアダプタ孔１３ａ、およびノズルアダプタ孔１３ａとノズル孔１２ａが、テーパ孔によって滑らかに連なる。射出ノズル１２、ノズルアダプタ１３には、従来公知のバンドヒータ等の加熱ヒータ１４、１５が巻回され、射出シリンダ１１には、その前方部分から順に、加熱ヒータ１６ａ、１６ｂ、１６ｃが巻回され、射出シリンダ１１の後方部分には後に説明される第一の冷却管１７が巻回される。そして、これら加熱ヒータあるいは冷却管の内側に熱電対からなる温度センサ１９が装着され、各温度センサ１９がその検出温度を加熱ヒータの温度制御装置（図示省略）あるいは冷却管の温度制御装置（図示省略）にフィードバックして、上記加熱ヒータあるいは冷却管がその内側のシリンダ部分を設定した所定の温度に加熱、あるいは冷却制御する。
【００２４】
射出シリンダ１１は、図３により詳細に示されるように、前方部分の融解ゾーン１１１と、後方部分の冷却ゾーン１１２と、それらのゾーンの間に配置されるシールゾーン１１３とに区分される。融解ゾーン１１１はその前方部分でビレット１０１を融解して複数ショット分の溶湯１０２を一時的に貯留する。冷却ゾーン１１２はビレット１０１を射出圧力によって変形しない程度の非軟化状態に維持するように冷却する。そして、シールゾーン１１３は、ビレット１０１の周りでバックフローした溶湯１０２を固化して、後に説明される自己シール１０３を形成する。
【００２５】
より具体的には、融解ゾーン１１１と冷却ゾーン１１２は、融解シリンダ１１１ａと冷却シリンダ１１２ａの個別の部材から構成される。そして、融解シリンダ１１１ａは、ある程度の長尺のシリンダに形成される。ビレット１０１がこのシリンダ１１１ａ中で前進する間に加熱されて、数ショット分の射出容積に見合った溶湯１０２が確保されるようにするためである。特に、射出容積が小さく射出サイクル（射出間隔）が長い射出成形にのみ使用される特殊仕様の射出装置では、融解シリンダ１１１ａ部が短く形成されても良い。このような融解シリンダ１１１ａによって必要充分な量の溶湯１０２が安定して確保される。一方、冷却シリンダ１１２ａは、融解シリンダ１１１ａほど長尺に形成する必要はない。冷却シリンダ１１２ａ内に位置するビレット１０１が融解シリンダ１１１ａ側から加熱されても軟化しない限りにおいて、冷却シリンダ１１２ａの長さはできるだけ短め目に設計される。もちろん、この長さの設計には、第一の冷却管１７の冷却能力等が勘案される。
【００２６】
一方、シールゾーン１１３は、冷却スリーブ１１３ａとこのスリーブ１１３ａに形成された環状溝１１３ｂから構成される。
【００２７】
冷却スリーブ１１３ａは、融解シリンダ１１１ａの後端と冷却シリンダ１１２ａの前端との間にあって両者との接触面積ができる限り小さくなるように形成された小容積の略筒状の部材から成る。この冷却スリーブ１１３ａは、図３の射出シリンダ１１の中心線から上側の図面のように、冷却シリンダ１１２ａ前端のシリンダ孔１１２ｈ側（内側）に形成された内側環状凸部と、融解シリンダ１１１ａ後端のシリンダ孔１１１ｈ側（内側）に挿嵌されるスリーブ部材（１１３ａ）と、それらの間に装着される冷却部材１１３ｃとから成る。冷却部材１１３ｃは、それを巻回する第二の冷却管１８によって冷却される。また、冷却スリーブ１１３ａは、図３の射出シリンダ１１の中心線から下側図面のように、冷却シリンダ１１２ａ前端のシリンダ孔１１２ｈ側と融解シリンダ１１１ａ後端のシリンダ孔１１１ｈ側との間に装着されるスリーブ部材（１１３ａ）で構成されても良い。そして、このスリーブ部材（１１３ａ）も、それを巻回する第二の冷却管１８によって冷却される。いずれにおいても、冷却スリーブ１１３ａが上記スリーブ部材（１１３ａ）によって代表されるので、上記スリーブ部材（１１３ａ）と冷却スリーブ１１３ａとが混同される。
【００２８】
環状溝１１３ｂは、冷却スリーブ１１３ａのシリンダ孔１１３ｈに形成された環状の溝である。この環状溝１１３ｂは、図３の中心線から上側図面では冷却スリーブ１１３ａ中に全て形成され、図３の中心線から下側の図面では冷却スリーブ１１３ａ中の融解シリンダ１１１ａに接する位置に形成される。いずれにあっても、ビレット１０１がマグネシウム合金である場合には、融解シリンダ孔１１１ｈに対する環状溝１１３ｂの溝幅が２０ｍｍないし４０ｍｍ、好ましくは３０ｍｍ程度に、また溝深さ寸法が３ｍｍ程度に形成されると良い。
【００２９】
なお、冷却スリーブ１１３ａを代表する上記スリーブ部材（１１３ａ）の材質は、融解シリンダ１１１ａ、冷却シリンダ１１２ａと剛性的、熱膨張的に均等な材質であるとともにできるだけ熱伝導度が良好な材質であることが好ましい。また、冷却スリーブ１１３ａは、図示されるような小容積、すなわち比較的に薄肉の筒状部材であっても強度的に支障がない。環状溝１１３ｂに後述されるような自己シール１０３が形成されて、この自己シールから後方の冷却スリーブ１１３ａ内に侵入する可能性がある溶湯１０２の圧力が射出圧力よりはるかに低圧になるからである。
【００３０】
特に、融解シリンダ１１１ａと冷却シリンダ１１２ａは、いずれか一方のシリンダの外周周縁にスリーブ形状の外側環状凸部を備え、もう一方のシリンダにこの環状凸部が嵌る嵌合段部を備えるように形成される。図示例では、冷却シリンダ１１２ａの前端外縁に外側環状凸部１１２ｂが形成され、融解シリンダ１１１ａの後端の外周に環状凸部１１２ｂの嵌合段部が形成される。そして、外側環状凸部１１２ｂと上記冷却スリーブ１１３ａが長く形成されて、融解シリンダ１１１ａと冷却シリンダ１１２ａとの間に空間１１３ｄが形成される。さらに、外側の環状凸部１１２ｂに透孔もしくは切り欠き１１２ｃが複数個形成されてこの空間１１３ｄに籠もる熱が放熱される。それで、この空間１１３ｄは、冷却シリンダ１１２ａと融解シリンダ１１１ａとの間の断熱空間として機能する。冷却シリンダ１１２ａと融解シリンダ１１１ａとは、冷却シリンダ１１２ａ側から挿入される図示省略されたボルトによって１本の射出シリンダに結合される。
【００３１】
冷却シリンダ１１２ａおよび冷却スリーブ１１３ａのシリンダ孔１１２ｈ、１１３ｈの内径は、ビレット１０１が軟化しない程度に加熱されて熱膨張しても相互に干渉しない程度に、ビレット１０１に対して隙間が残る寸法に形成される。具体的には、シリンダ孔１１２ｈおよびシリンダ孔１１３ｈの内径が、ビレット１０１の外径より０．２ｍｍないし０．３ｍｍ程度大きい寸法に形成される。望ましくは、冷却シリンダ１１２ａの後端側から冷却スリーブ１１３ａの先端側にかけてシリンダ孔１１２ｈ、１１３ｈがわずかに拡径するテーパに形成されるとなおさら良い。このような構成によって、ビレット１０１がシリンダ孔１１２ｈ、１１３ｈ内でほとんど偏心することなく挿入されて、両者の隙間がほとんど一様になる。特に、これらのシリンダ孔がテーパである場合には、熱膨張したビレット１０１の外径の傾斜に合わせてシリンダ孔１１２ｈ、１１３ｈの隙間をより狭く形成することができる。
【００３２】
一方、融解シリンダ１１１ａのシリンダ孔１１１ｈの内径は、シリンダ孔１１２ｈおよび１１３ｈより数ｍｍ大きく形成される。例えば、成形材料がマグネシウム合金である場合には、シリンダ孔１１１ｈの内径は片側寸法で２ｍｍないし４ｍｍ程度に大きく形成される。シリンダ孔１１１ｈをより大径にすることによる作用効果は、後に説明される。
【００３３】
融解シリンダ１１１ａに巻回された加熱ヒータ１６ａないし１６ｃの温度は、融解シリンダ１１１ａ中のビレット１０１を融解するために、ビレット１０１の融解温度以上に設定され、例えば、ビレットがマグネシウム合金である場合にその温度が６５０℃程度に設定される。それで、ビレットがシリンダ１１１ａ中で前方へ移動する間に６００℃から６５０℃の溶湯に変化する。ただし、特に後方の加熱ヒータ１６ｃの温度が上記融解温度を適宜下回る温度に設定されて、加熱ヒータ１６ａないし１６ｃの温度設定に温度勾配が付けられる場合もある。このように温度調整される場合には、冷却ゾーン１１２、シールゾーン１１３中に位置するビレット１０１の温度調整が容易になる。なお、特に、環状溝１１３ｂが内側に位置する融解シリンダ１１１ａ後端近傍の外周には、加熱ヒータ１６ｃの取り付けが避けられる。この部分がシールゾーン１１３に該当するからである。
【００３４】
冷却シリンダ１１２ａに巻回された第一の冷却管１７と、冷却スリーブ１１３ａに巻回された第二の冷却管１８は、冷却シリンダ１１２ａと冷却スリーブ１１３ａを個別に冷却する。それで、冷却スリーブ１１３ａと冷却シリンダ１１２ａは、融解シリンダ１１１ａに対して急激に温度低下した低い温度に制御される。既述した融解シリンダ１１１ａと冷却シリンダ１１２ａとの間の断熱空間１１３ｄ、および冷却スリーブ１１３ａの局部的な当接状態は、融解シリンダ１１１ａと冷却シリンダ１１２ａとの間の冷却スリーブ１１３ａの急峻な温度勾配のある温度制御を容易にする。
【００３５】
特に、冷却スリーブ１１３ａに巻回された第二の冷却管１８は、容積の小さい冷却スリーブ１１３ａを強力に冷却することによって環状溝１１３ｂを強力に冷却するとともに冷却スリーブ１１３ａに接するビレット１０１の外周をより直接的に強力に冷却する。この冷却によって、冷却シリンダ１１２ａや冷却スリーブ１１３ａの中に位置するビレット１０１が融解シリンダ１１１ａから伝搬する高温によって軟化することが効率的に防止される。例えば、マグネシウム成形機では、冷却シリンダ１１２ａの冷却スリーブ１１３ａ近傍に位置するビレット１０１の深部温度が１００℃から１５０℃程度を上回らないように冷却が調整され、冷却スリーブ１１３ａの融解シリンダ１１１ａ側に位置するビレット１０１の深部温度が、融解ゾーン１１１に近いことから特に軟化が発生する温度３５０℃を下回る温度２５０℃ないし３００℃程度になるように温度制御される。
【００３６】
以上のような射出装置１００において、最初にその運転が立ち上げられる際にビレット１０１が低速で前進する。このとき、図３に示されるように、射出シリンダ１１先端側ですでに融解している溶湯１０２は、バックフローして環状溝１１３ｂで固化物に変化する。この固化物１０３は、つぎに説明されるような特徴を有し、それによって特有の作用効果を奏する。
【００３７】
まず、この固化物１０３は、溶湯１０２が環状溝１１３ｂとビレット１０１の間隙に倣って固化したものであるから、ビレット１０１の射出シリンダ１１に対する偏心が多少あってもビレット１０１の周りの間隙を隙間なく埋める。また、固化物１０３は、充分に固化した状態で環状溝１１３ｂに嵌っているので、射出時にビレット１０１とともに前進したり射出圧力によって損傷したりすることがなく、その結果として更新されて成長することもない。また、固化物１０３の前方部分は、融解シリンダ１１１ａのシリンダ孔１１１ｈとビレット１０１の間隙に充満している溶湯１０２に直接接して軟らかい軟化状態にあるので、射出時にその前方部分が射出圧力によって押しつぶされて、固化物１０３とビレット１０１との間の隙間が軟化物で充分に埋められる。また、射出によって前進したビレット１０１の外周（表面）がつぎの射出までに上記間隙の溶湯１０２によって急速に加熱されて、固化物１０３に接するビレット１０１の表面の温度も急速に上昇する。その結果、ビレット１０１に接する固化物１０３の表面が急速に軟化する。また、固化物１０３のビレット１０１に対する結合力は、高温の溶湯１０２が比較的低い温度にある非軟化状態のビレット１０１に対して急速に固化した物であるから、それほど強くない。
【００３８】
しかして、上記固化物１０３は、射出時にビレット１０１が前進するときに、ビレット１０１と射出シリンダ１１との間の隙間をシールする。この固化物１０３は、溶湯１０２自体が変化したものである。それで、以下の説明において、固化物１０３は自己シール１０３と呼称される。
【００３９】
こうして、自己シール１０３は、ビレット１０１自体が溶湯１０２を射出するときに、ビレット１０１と射出シリンダ１１との間から空気等を侵入させないことはもちろん溶湯１０２を後方に漏らすこともなく、かつビレット１０１の移動時の摩擦抵抗を低減する。それで、自己シール１０３は、理想的なシール部材として機能する。自己シール１０３のこのような作用は、軽金属材料、特にマグネシウム合金の特性である、大きい熱伝導率、小さい熱容量、潜熱によって急速に固液状態が変化する特性をうまく利用している。
【００４０】
一方、融解シリンダ１１１ａのシリンダ孔１１１ｈの内径とビレット１０１の外径との隙間が数ｍｍ程度に形成されるので、射出時に軟化したビレット１０１先端１０１ａが拡径した状態で前進するときに、ビレット１０１とシリンダ孔１１１ｈとが相互に干渉しないだけの間隙が充分に確保されて、溶湯１０２がその間隙を通り抜けて拡径したビレット先端１０１ａの背後に確実に回り込む。それで、この溶湯１０２の回り込みが溶湯１０２の回り込まない空間の発生を阻止して、射出容積の増加を引き起こすことなく、射出容積を安定化する。なお、融解シリンダ１１１ａ中のビレット１０１の先端１０１ａ近傍が特に容易に拡径する現象は、その先端が高温の溶湯１０２に接して特に軟化するからである。
【００４１】
一般的に、溶湯のバックフロー現象は、薄肉で複雑形状の成形品を射出成形する場合により発生しやすい。このような成形では、高速高圧で射出されるからビレットの前進も高速になり、結果、溶湯が高圧になるからである。上記自己シール１０３は、このような場合に最も効果的にその現象を抑える。もちろん、上記自己シール１０３は、厚肉単純形状の成形品を低速低圧で射出成形する成形機においても、上記現象の発生を皆無にする。
【００４２】
冷却スリーブ１１３ａには、副環状溝１１３ｅをさらに形成しておくとなお良い。この副環状溝１１３ｅは、環状溝１１３ｂ後方近傍の冷却スリーブ１１３ａのシリンダ孔１１３ｈに形成された小さい溝であり、例えば、環状溝１１３ｂより後方１０ｍｍ程度の位置に溝幅が３ｍｍから５ｍｍ程度、深さが３ｍｍ程度の溝に形成される。この副環状溝１１３ｅは、図３の中心線から上側の図面のように冷却部材１１３ｃが装着される箇所に、あるいは、図３の中心線から下側の図面のように冷却スリーブ１１３ａに直接形成される。そして、この副環状溝１１３ｅは、第二の冷却管１８によって強力に冷却される。
【００４３】
このように構成することによって、万一射出がうまく行われずに溶湯１０２が自己シール１０３を越えて後方に最初に逆流しようとした場合に、その溶湯１０２が副環状溝１１３ｅで直ちに固化して強固な固化層を形成する。環状溝１１３ｂの後方における冷却スリーブ孔１１３ｈとビレット１０１との隙間が既述したように小さく、かつ充分に冷却されるから、また、自己シール１０２を越えて漏れ出る溶湯１０２がわずかで、かつ、そのバックフローの速度が遅いからである。加えて、副環状溝１１３ｅが溶湯のバックフローをこの位置で止めるように緩衝するとともに生成した固化物をこの溝に係止するので、射出の際に固化物がビレット１０１とともに前後に移動することがなく、結果、この固化物が成長することもない。また、副環状溝１１３ｅの箇所および環状溝１１３ｂと副環状溝１１３ｅの間の箇所で環状に固化した固化物は、その幅が狭い上に温度差の大きい状態で固化してビレット１０１にほとんど結合しない。こうして、副環状溝１１３ｅでの固化物は、摩擦抵抗の増大を引き起こすことがない、より確実なシールとして機能する。
【００４４】
冷却シリンダ１１２のシリンダ孔１１２ｈの後端近傍に、または中央枠９０の透孔９０ａに、もしくは両者の間にガス噴出口９０ｃが形成され、この噴出口９０ｃから不活性ガスが噴出する。このような構成によって、不活性ガスがシリンダ孔１１２ｈとビレット１０１の隙間の空気をパージして、特にマグネシウム合金が使用される場合にその酸化が確実に防止される。この場合、不活性ガスの注入は、シリンダ孔１１２ｈにビレット１０１が挿入された状態で行われる。それで、注入される不活性ガスが少なくて済む。もちろん、不活性ガスが溶湯１０２中に混入することは、自己シール１０３によって阻止される。
【００４５】
材料供給装置２０は、図４の断面図に示されるように、ビレット１０１が整列状態で多数装填されるホッパ２１と、ビレット１０１を整列状態で順次落下させるシュート２２と、ビレット１０１を一旦受け止めて１個ずつ落下させるシャッタプレート２３と、供給されたビレット１０１を融解シリンダ１１１ａの軸中心に同心に保持する保持装置２４とから成る。特に、保持装置２４は、ビレット１０１を供給する際に開閉する可動側保持部材２６と、固定側保持部材２５と、可動側保持部材２６を開閉するエアシリンダ等の流体シリンダ２７とを含む。そして、保持部材２５、２６が閉じたときにビレット１０１をシリンダ孔１１２ｈの中心に略一致する位置に保持するように、保持部材２５、２６のお互いに対向する内側側面にビレット１０１の外径よりわずかに大きい径の略半円円弧状の凹部２５ａ、２６ａが形成され、凹部２５ａ、２６ａの中心が射出シリンダ１１シリンダ孔１１ａの中心に略一致するように形成される。シャッタプレート２３は、エアシリンダ等の流体シリンダ３１を含むシャッタ装置３０によって開閉される。そして、シャッタプレート２３は、可動側保持部材２６とともに上下２段のシャッタを構成し、それらの交互開閉動作によってビレット１０１を１個ずつ落下させる。２８は、シュート２２の下方にてビレット１０１をその案内曲面にて受け止めて保持部材２５の凹部２５ａに案内するガイド部材である。このビレット供給装置４０は、１つの実施例であり、ビレット１０１を１個ずつ供給して融解シリンダ１１１ａの軸芯に同心な位置に保持する装置であれば他の構成の装置であっても良い。
【００４６】
射出駆動装置４０は、第一の駆動装置５０と第二の駆動装置７０とを含み、従来公知のプランジャの代わりに図５に示すようなプッシャ４１を使用して、射出シリンダ１１中の未融解のビレット１０１を前進させて溶湯１０２の射出を行う。プッシャ４１は、その先端側の略半分（図中左側半分）がねじ軸４１ａに、その後端側半分（図中右側半分）がスプライン軸４１ｂに形成される。そして、ねじ軸４１ａは、好ましくは台形ねじに形成され、その外径がビレット１０１よりわずかに小径に形成される。それで、プッシャ４１は、その挿入距離がわずかではあるが射出シリンダ１１に対して充分隙間のある状態で挿入され、プッシャ４１と射出シリンダ１１の間の摩耗は皆無である。このようなプッシャ４１を協働して駆動する第一の駆動装置５０と第二の駆動装置７０は、つぎのように構成される。
【００４７】
第一の駆動装置５０は、上記中央枠９０に固定された油圧シリンダ５１と、油圧シリンダ５１中で駆動される油圧ピストン５２とから成る。油圧ピストン５２、およびその前後に形成されたピストンロッド部５２ａ、５２ｂの中心には、プッシャ４１が同心に移動可能に配置される中空部が形成され、その中空部の前端にプッシャ４１のねじ軸４１ａに螺合するナット５３が固定される。このような構成の第一の駆動装置５０は、油圧によって油圧ピストン５２を移動させてプッシャ４１を高速大推力で前進させるので、射出制御に使用される。したがって、油圧ピストン５２の移動可能な最大ストロークは射出装置１００の最大射出容積によって決まり、成形中の油圧ピストン５２の移動ストロークは射出条件の射出容積に設定される。なお、ナット５３がねじ軸４１ａに負荷する射出時の大推力は、ナット５３とねじ軸４１ａとが台形ねじで螺合しているのでねじ全体に負担され、ねじ部を損傷することはない。また、上記大推力がナット５３からねじ部に負荷される際にプッシャ４１を回転させようとするトルクを発生するが、このトルクはねじ部の面摩擦抵抗が大きいことによって僅少である。しかも、このトルクによるプッシャ４１の回転の可能性は、後に説明される第二の駆動装置７０のモータ７２の停止制御によって阻止される。
【００４８】
一方、上記トルクの反作用として、油圧ピストン５２にも回転トルクが発生する。それで、油圧ピストン５２の回り止め装置６０がピストンロッド部５２ｂ後部に設けられる。回り止め装置６０は、ピストンロッド部５２ｂに固定されたブラケット６１と、ブラケット６１上に回転自在に固定されたローラ６２とを含む。そして、ローラ６２は、油圧シリンダ５１の後端（図中右端）に連結された中空筒状の後側ハウジング５４に形成された、ローラ６２と等しい幅の案内溝５４ａに沿って移動する。このような構成によって、ローラ６２は、射出時に油圧ピストン５２の油圧シリンダ５１に対する回転を阻止する。
【００４９】
ブラケット６１の先端には、油圧ピストン５２の後側ハウジング５４に対する移動位置を検出する、従来公知の位置検出装置が取り付けられる。この検出装置は、図示省略されているが、例えば、後側ハウジング５４側に取り付けられた、リニアスケールもしくはマグネスケール（磁気スケール）と、ブラケット６１先端側に取り付けられたスケール検出ヘッドとから構成される。
【００５０】
第二の駆動装置７０は、後側ハウジング５４の後端にブラケット７１を介して固定されたモータ７２、モータ７２の出力軸に固定された第一のプーリ７３、後側ハウジング５４の後部に回転自在に支承された中空軸部材７８に固定された第二のプーリ７４、これらプーリ７３、７４間に張り渡されたタイミングベルト７５、および、中空軸部材７８に固定されるとともにプッシャ４１のスプライン軸４１ｂに歯合するスプラインナット７６から構成される。モータ７２には、油圧モータ、またはサーボモータが使用され、スプラインナット７６には、公知のボールスプラインナットが採用される。７７は中空軸部材７８を後側ハウジング５４に回転自在に取り付けるベアリングである。
【００５１】
後側ハウジング５４から後方に張り出すように取り付けられたブラケット５５には、プッシャ４１の後端の通過を検出する、例えば近接スイッチからなる検出器５６、５７が設けられる。検出器５６は、ビレット１０１の補給時機を検出するために、プッシャ４１がビレット１０１の全長を超える距離前進したことを検出する。検出器５７は、材料供給装置２０がビレット１０１を補給する際にプッシャ４１がビレット１０１に干渉しない位置まで後退したことを検出する。図示省略された制御装置は、これら検出器５６、５７からの信号を受けてビレット１０１のビレットの補給時機到来や補給準備完了を検知する。
【００５２】
上記のような第二の駆動装置７０は、モータ７２を回転制御することによって第二のプーリ７４を回転制御し、これと一体のスプラインナット７６を介してプッシャ４１を回転制御する。すると、プッシャ４１のねじ軸４１ａが油圧ピストン５２のナット５３に対して前後に移動して、結局、プッシャ４１が前後いずれかに移動する。このとき、油圧ピストン５２の回転は、回り止め装置６０によって阻止される。そして、スプライン嵌合部は、前後方向の動作のみを許容する。しかして、第二の駆動装置７０は、ビレット１０１の補給の際にプッシャ４１をビレット１０１の全長を超える距離後退させ、その後にプッシャ４１を所定推力で前進させてビレット１０１を射出シリンダ中に挿入する。また、第二の駆動装置７０は、射出時に射出容積に等しい距離前進した油圧ピストン５２をつぎの射出のために後退させるときに、プッシャ４１をナット５３に対して同じ距離だけ所定推力で前進させる。後者の動作は、従来公知の計量動作に対応する動作であり、その詳細は後に説明される。
【００５３】
なお、補給時や計量時の上記プッシャ４１の移動速度が射出時の移動速度ほど高速にならないので、ねじ軸４１ａのナット５３に対する回転も高速ではない。それで、ねじ軸４１ａとナット５３とが台形ねじを介して螺合していても運転上何ら支障がない。また、上記所定推力で前進させる動作は、モータ７２が油圧モータである場合に作動油の油圧を所定圧力に設定することによって、また、モータ７２がサーボモータである場合に出力トルクを所定トルクに制限することによって実現される。また、射出時に第二の駆動装置７０のモータ７２が停止されて第二のプーリ７４が停止されることによって、これと一体のスプラインナット７６が停止してプッシャ４１の回転が阻止される。
【００５４】
以上説明した射出駆動装置４０は、１実施例であって図示構成のものに限定されない。また、射出駆動装置４０は、第一の駆動装置５０と第二の駆動装置７０とから構成される必要もない。射出駆動装置４０は、プッシャ４１に相当する部材を射出時に射出容積に対応する距離正確に前進させる動作を逐次実行し、ビレット１０１の補給時にプッシャ４１に相当する部材を一気に後方まで移動させるとともに補給後にビレット１０１を射出シリンダ１１中に挿入する装置であれば、いかなる構成の駆動装置であっても良い。
【００５５】
射出装置１００は、射出シリンダ１１中の容積を変動させることによって射出シリンダ１１中の溶湯１０２の圧力を減圧する減圧装置８０を備えても良い。この減圧装置８０は、図６に示されるように、射出シリンダ１１の前端近傍のシリンダ孔１１ａ中に出没する棒部材８１と、射出シリンダ１１の外周に所定距離離れた位置に固定されて外部から棒部材８１を前後に駆動する駆動装置８２とを含む。棒部材８１は、射出シリンダ１１に形成され案内孔１１ｇに挿通される。駆動装置８２には、例えば、油圧シリンダ等が採用され、このシリンダのピストンロッド８３に棒部材８１が連結される。
【００５６】
このような減圧装置８０は、射出シリンダ１１の中で棒部材８１を後退させることによって、射出シリンダ１１中の容積を増加して溶湯１０２の圧力を減ずる。この減圧動作は、従来公知のサックバック動作による減圧動作と同じ作用であり、射出ノズル２２先端からの溶湯１０２の不用意な漏れ出しを防ぐものであるが、プッシャ４１を後退させてもビレット１０１を後退させることができないことから、棒部材８１を採用して減圧動作を実現したものである。そして、この動作は、通常、射出後保圧が行われた後、あるいは冷却が行われた後のタイミングで行われる。これに対して棒部材８１を前進する逆の動作は、射出直前の瞬間に行われる。したがって、このような減圧装置８０が備えられる場合には、射出容積に棒部材８１のストロークによって押し退けられる容積が追加される。
【００５７】
減圧装置８０は、さらにつぎのようなシール装置８４を備えると良い。このシール装置８４は、案内孔１１ｇを塞ぐように装着されるガイド部材８５と、この部材８５に巻回される冷却管８６とを含む。そして、棒部材８１と案内孔１１ｇの隙間が１ｍｍ程度に形成され、棒部材８１がこのガイド部材８５に対してわずかな隙間を有する状態で移動可能に案内される。このような構成によって、案内孔１１ｇに侵入した溶湯１０２がガイド部材８５近傍の棒部材８１の周りで固化する。それで、この固化物は、棒部材８１と案内孔１１ｇの間の案内孔シールとして機能する。また、棒部材８１とガイド部材８５との間にも固化物が層状に介在して、その固化物が棒部材８１とガイド部材８５の間の摩耗やかじりを防止する。もちろん、このシール装置８４は、ガイド部材８５が冷却される代わりに棒部材８１が冷却される構成であっても良い。この場合、ガイド部材８５が小さい栓部材として案内孔１１ｇを塞ぐように取り付けられ、棒部材８１に摺接して棒部材８１を案内するブロック体が栓部材より所定距離離れた位置に固定される。そして、このブロック体が、冷却管をその内部あるいはその外部に配置することによって冷却される。それで、棒部材８１が冷却されて栓部材近傍の案内孔１１ｇが冷却される結果、図示例と同様に案内孔１１ｇにシールが形成される。
【００５８】
以上説明された本発明の射出装置１００によって、図７、図８に示されるように射出が行われる。図７は射出シリンダ部１０の側面から見た断面を示し、図８は射出駆動装置４０の側面から見た断面を示す。図７中の図（ａ）、図（ｂ）および図（ｃ）と、図８中の図（ａ）、図（ｂ）および図（ｃ）は同じ動作過程にある状態図を示す。そして、各図（ａ）はビレット１０１が補給されるときの状態、各図（ｂ）は射出が行われる前後の状態、各図（ｃ）は補給時機に達したことが検出されるときの状態を示す。特に図（ｂ）において、中心軸線より上側半分の図が射出直前の状態を示し、中心軸線より下側半分の図が射出直後の状態を示す。
【００５９】
先に、射出が安定的に行われている成形運転本番の状態が、図（ｂ）を参照して説明される。このとき、数ショット分の溶湯１０２が融解シリンダ１１１ａの前方部分に常に確保されている。そして、射出直前には、上側半分の図のように、第一の駆動装置５０が油圧ピストン５２を射出容積に相当するストロークだけ後退させてプッシャ４１のつぎの射出容積に相当するストロークを確保するとともに、第二の駆動装置７０がプッシャ４１を油圧ピストン５２に対して射出容積に相当するストロークだけ前進させてプッシャ４１を所定の推力でビレット１０１の後端に密着させている。
【００６０】
この状態で、油圧ピストン５２がプッシャ４１を射出容積に相当するストロークだけ高速前進させることによって溶湯１０２の高速充填制御が行われ、上側半分の図の状態から下側半分の図の状態に移行する。この射出動作が開始されるとき、通常、既述した自己シール１０３が環状溝１１３ｂにすでに形成されている。最初にビレット１０１が前進するときに、この自己シール１０３が速やかに形成されるからである。それで、自己シール１０３は、ビレット１０１が溶湯１０２を射出するときに不活性ガス、空気等を侵入させないことはもちろん、溶湯１０２を後方にバックフローさせない。加えて、自己シール１０３は、射出シリンダ中で移動するビレット１０１の移動抵抗を軽減する。また、融解シリンダ１１１ａのシリンダ孔１１１ｈの内径がビレット１０１外径より充分に大きめであるから、融解直前状態に軟化したビレット１０１の先端が射出圧力によって拡径してもシリンダ孔１１１ｈに緩衝せず、射出容積は変動しない。
【００６１】
上記の射出動作において、油圧ピストン５２の回転が回り止め装置６０によって阻止されるとともにプッシャ４１の回転が第二の駆動装置７０によって阻止されて、ピストン５２の位置がブラケット６１の既述した位置検出装置によってフィードバックされる。それで、プッシャ４１の射出動作は、油圧ピストン５２の移動制御によって正確に制御される。
【００６２】
射出後に保圧が行われ、成形品の冷却が開始されるとつぎの射出のための計量がつぎのように行われる。ただし、本発明の計量は、プランジャが毎回射出容積に相当する距離後退して射出シリンダに溶湯を貯留する従来公知の計量とは異なる。本発明では、以下の説明から理解されるように、プランジャが使用されず、かつ数ショット分の溶湯が射出シリンダ中に貯留されように制御されるからである。
【００６３】
本発明の射出装置１００における計量動作は、図７、図８の図（ｂ）の下側半分の図で射出直後のプッシャ４１の位置を変えない状態で、同じ図面図（ｂ）の上側半分の図のように油圧ピストン５２のみを後退させて、油圧ピストン５２のストローク上でつぎの射出のためのストロークを確保する動作である。まず、第一の駆動装置５０の油圧ピストン５２が射出の際に前進した射出容積に相当するストローク後退して、次回の射出動作のための射出容積に相当するプッシャ４１の移動ストロークを確保する。そして、それと同時にあるいはその直後から、第二の駆動装置７０がプッシャ４１を回転させて、プッシャ４１を射出容積に相当するストロークだけ油圧ピストン５２に対して前進させてビレット１０１の後端に所定推力で密着させる。すなわち、第一の駆動装置５０が油圧ピストン５２を射出容積に相当するストロークだけ後退させてプッシャ４１のつぎの射出容積に相当するストロークを確保するとともに、第二の駆動装置７０がプッシャ４１を所定の推力でビレット１０１の後端に再度密着させる。こうして、つぎの射出動作の準備動作である計量が完了する。
【００６４】
本番の成形は、上記のような射出動作とその後の計量動作の繰り返しによって行われる。そして、このような動作の繰り返しによって、プッシャ４１が１ショット分の射出容積に相当する距離を累進的に前進してビレット１０１が同様に累進的に前進して順次溶湯に融解される。やがて１本分のビレット１０１が消費されてプッシャ４１が１本分のビレット１０１全長を超える長さ前進したときに、つぎのビレット１０１が補給される。
【００６５】
特に、射出装置１００が射出シリンダ１１に減圧装置８０を備えている場合には、上記射出動作の直前に棒部材８１が前進する。そして、射出完了後保圧が完了して金型のゲートが固化したタイミングで棒部材８１が後退して、射出シリンダ１１中の溶湯１０２の圧力が減圧される。このようなサックバック動作によって、射出ノズル１２からの溶湯１０２の不意の漏れ出しが防止される。当然、射出容積には、棒部材８１のストロークによって押し退けられる容積の増加分が考慮される。
【００６６】
材料補給は、図８（ｃ）に示されるように、射出動作の途中にプッシャ４１の後端が検出器５６の側方を通過したときから開始される。このとき、検出器５６は制御装置にその後端の通過を検出してその旨の信号を送る。すると、制御装置は、実行中であった射出動作及び保圧動作を完了させた後、図８（ａ）のように射出プッシャ４１をその後端が検出器５７に検出されるまで後退させる。このとき、油圧ピストン５２は、射出直後の前進位置に位置したままである。こうして、保持装置２４中にビレット１０１が収容されるための空所ができると、つぎに、図４のように、片側の保持部材２６が開いて１個のビレット１０１が保持装置２４内に供給される。そして、材料供給装置２０がシャッタプレート２３を開いてつぎのビレット１０１を片側の保持部材２６の上に供給する。つぎに、第二の駆動装置７０がプッシャ４１を所定の推力で前進させて、ビレット１０１を射出シリンダ１１の中に送り込んで、ビレット１０１同士を当接させる。その後、第一の駆動装置５０が油圧ピストン５２を射出容積に相当するストロークだけ後退させてつぎの射出に必要な射出容積に相当するプッシャ４１のストロークを確保するとともに、第二の駆動装置７０がプッシャ４１を所定の推力で前進させてビレット１０１に再び当接させる。こうしてビレット１０１が射出シリンダ１１の中に充填されるとともにつぎの射出のためのプッシャ４１の移動ストロークが確保される。
【００６７】
つぎに、射出装置１００を最初に立ち上げる際の段取り作業が説明される。最初にビレット１０１が材料供給装置２０によって既述したように射出シリンダ１１の後端側に補給され、射出駆動装置４０によって射出シリンダ１１内にそのまま挿入される。続けて、上記補給動作が繰り返されて複数本のビレット１０１が射出シリンダ１１内に挿入される。その後、ビレット１０１がプッシャ４１によって所定推力で押圧された状態で不活性ガスの注入が開始されて、ビレット１０１が融解シリンダ１１１ａ中で融解温度に加熱される。
【００６８】
ビレット１０１が射出シリンダ１１中で加熱されると、やがて射出ノズル１２側のビレット１０１から先に融解し始める。融解した溶湯１０２は、プッシャ４１による圧力によって前方に移動して、シリンダ内に充満して射出ノズル１２孔に到達し、図７（ａ）の状態になる。このとき、冷却スリーブ１１３ａとビレット１０１との隙間が小さい上に冷却スリーブ１１３ａが強力に冷却されるので、溶湯１０２がある程度生成されるまでの間射出シリンダ１１中の空気や不活性ガス等がこの隙間から抜ける一方、生成した溶湯１０２がこの隙間から後方に漏れ出すことはない。溶湯１０２の圧力が未だ高くない上、溶湯１０２が後方に移動しても冷却スリーブ１１３ａにおける上記隙間で直ちに固化するからである。
【００６９】
最初の立ち上げ時には、ビレット１０１の融解が進むとビレット１０１が前進する。それで、必要に応じてビレット１０１の補給が行われる。やがて溶湯１０２が数ショット分確保されると、射出動作に準じたパージが行われて溶湯に混入されている不活性ガスや空気が溶湯１０２とともにシリンダ中から追い出される。その後、射出ノズル１２が金型に当接された状態で成形条件が調整されて本運転が開始される。
【００７０】
上記段取り作業の際に射出シリンダ中に最初に混入している空気や不活性ガス等が速やかにパージされない場合には、これらの膨張が高温の溶湯１０２を射出ノズル２２先端から突然噴出させたり、鼻水のように出したりすることがある。このような現象は、成形条件出しの段取り作業が成形作業者の直接的な調整作業に頼ることが多いところから、作業者に危険を及ぼす虞が多大にある。
【００７１】
しかして、減圧装置８０が射出シリンダに備えられる場合には、特にこの減圧装置８０が上記成形条件出し作業における危険を減少する。すなわち、減圧装置８０は、射出が行われた直後に減圧、すなわちサックバックして、射出時を除く時機において溶湯１０２が不意に漏れ出すことを防止する。
【００７２】
最後に、射出シリンダ部１０の保守点検に関しての本発明に特有の作用効果が説明される。
第一に、溶湯１０２の量が必要最小限の数ショット分だけで済むことから、射出装置１００の立ち上げ、再立ち上げ等の作業において昇温、降温に伴う多大な時間的ロスが発生せず、保守点検作業が楽になる。
第二に、溶湯１０２がプランジャやスクリュウによってではなくビレット１０１によって射出されるので、プランジャやスクリュウの摩耗は当然あり得ず、射出シリンダ１１の摩耗も格段に少なく、従来の射出装置ほどにその保守点検を必要としない。
第３に、プッシャ４１が射出シリンダ１１に対して充分隙間のある状態で射出シリンダ１１に侵入するので、プッシャ４１と射出シリンダ１１との間の摩耗も皆無である。
第４に、成形材料（溶湯が固化したもの）を射出シリンダ１１から引き抜く作業も簡単にできる。まず、溶湯１０２の加熱を停止して全体をある程度固化させた後、射出シリンダ１１先端のノズルアダプタ１３および射出ノズル１２を取り外して、プッシャ４１によってビレット１０１を押し出すが、このとき、自己シール１０３が破損、生成の繰り返しによって成長した固化物ではないこと、既述したように自己シール１０３がもともとビレット１０１に強く結合していないこと、および、ビレット１０１が冷却されて収縮することから、プッシャ４１が成形材料を押し出すために必要な推力は、それほど大きくはない。しかも、このとき、自己シール１０３を環状溝１１３ｂに残したままでビレット１０１を押し出すことができる。環状溝１１３ｂに残された自己シール１０３は、オーバホールのための保守点検でなければそのまま射出シリンダ１１中に残されて、次回の成形運転で再びシール部材として利用される。特に、射出装置１００が減圧装置８０を備える場合には、溶湯１０２を冷やす適当な時機に棒部材８１をシリンダ孔から抜き出しておく。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明した請求項１の射出装置は、上記材料供給装置と射出駆動装置とを備えるとともに融解ゾーンと冷却ゾーンとシールゾーンとを含む射出シリンダを備えるので、軽金属材料を射出装置に容易に補給することができ、融解ゾーンに数ショット分の溶湯を効率的に確保することができ、冷却ゾーンのビレットを軟化させない程度に確実に冷却することができるとともに、シールゾーンに自己シールを確実に形成した状態で射出を正確に安定して行うことができる。それで、材料を融解し保温する電力が必要最小限の電力で済み、成形運転時のランニングコストが大幅に減少する。また、自己シールは、射出時のビレットと射出シリンダの間からの溶湯漏れを確実に防止することはもちろん、ビレットとシリンダの間の摩擦抵抗を低減するとともに、射出シリンダの摩耗を低減する。その上、自己シールが環状溝で軟化状態を保持するとともに固定された状態で形成されるので、この自己シールが射出動作に伴って損傷して更新されることなく、安定して溶湯のバックフローを防止する。加えて、射出時にビレット先端が射出圧力に因って拡径しても融解シリンダと干渉しないので射出容積が変動しない。
【００７４】
また、本発明の請求項２に記載した射出装置によれば、前記ビレットがマグネシウム合金である場合に、急峻な温度勾配を有する状態で冷却された冷却スリーブの環状溝で生成する自己シールは、融解シリンダのシリンダ孔の前記ビレットに対する隙間の高温の溶湯に接することによって前方部分などで軟化状態を保持するとともにその溝に固定された状態で確実に安定して形成される作用効果をより確実に奏する。加えて、ビレット先端が射出圧力に因って拡径しても射出容積が変動しない作用効果も顕著になる。
【００７５】
また、本発明の請求項３に記載した発明によれば、冷却スリーブに環状溝より小さい副環状溝がさらに形成されるので、射出中に万が一にも溶湯が自己シールを超えてバックフローしたとしても、溶湯が迅速に固化して小さい強固な固化物となり、それが溶湯の後方への漏れをより確実に阻止する。
【００７６】
また、本発明の請求項４に記載した発明によれば、融解ゾーンの先端近傍に減圧装置が備えられるので、射出ノズルからの溶湯の不意の漏れ出しが阻止される。
【００７７】
また、本発明の請求項５に記載した発明によれば、減圧装置の棒部材が案内孔に形成される案内孔の自己シールによってシールされるので、確実にシールされるとともに、棒部材の摩耗やかじりの心配がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の射出装置の全体構成を一部断面で示す側面図である。
【図２】図１の射出シリンダ部の概略構成を示す断面図である。
【図３】図１の射出シリンダ部のシールゾーン周りを詳細に示す断面図である。
【図４】本発明の射出装置の材料供給装置の断面を示す図１のＸ−Ｘ矢視断面図である。
【図５】図１の射出駆動装置の詳細断面図である。
【図６】本発明の射出装置の減圧装置の断面図である。
【図７】本発明の射出装置の、特に射出シリンダ部の動作過程を示す側面から見た断面図である。特に、図（ａ）はビレットが補給されるときの状態、図（ｂ）は射出が行われる前後の状態、図（ｃ）は補給時機に達したことが検出されるときの状態を示す。特に、図（ｂ）の中心軸線より上側半分は射出直前の状態を示し、図（ｂ）の下側半分は、射出直後の状態を示す。
【図８】本発明の射出装置の、特に射出駆動装置の動作過程を示す側面から見た断面図である。特に、図（ａ）はビレットが補給されるときの状態、図（ｂ）は射出が行われる前後の状態、図（ｃ）は補給時機に達したことが検出されるときの状態を示す。特に、図（ｂ）の中心軸線より上側半分は射出直前の状態を示し、図（ｂ）の下側半分は、射出直後の状態を示す。
【符号の説明】
１０ 射出シリンダ部
１１ 射出シリンダ
１１ａ 射出シリンダのシリンダ孔
１１ｇ 棒部材の案内孔
１６ 加熱ヒータ
１７ 第一の冷却管
１８ 第二の冷却管
２０ 材料供給装置
２４ 保持装置
４０ 射出駆動装置
４１ プッシャ
５０ 第一の駆動装置
７０ 第二の駆動装置
８０ 減圧装置
８１ 棒部材
８２ 駆動装置
８４ シール装置
８５ ガイド部材
１００ 射出装置
１０１ ビレット
１０２ 溶湯
１０３ 自己シール（固化物）
１１１ 融解ゾーン
１１１ａ 融解シリンダ
１１１ｈ 融解シリンダのシリンダ孔
１１２ 冷却ゾーン
１１２ａ 冷却シリンダ
１１２ｈ 冷却シリンダのシリンダ孔
１１３ シールゾーン
１１３ａ 冷却スリーブ
１１３ｂ 環状溝
１１３ｅ 副環状溝

Claims (5)

1. 軽金属材料からなる円柱短棒形状のビレットを射出シリンダの後端側から挿入し、前方に移動した前記ビレットを前記射出シリンダ中で融解して、融解した溶湯を未融解の前記ビレットによって射出する軽金属射出成形機の射出装置において、
   前記射出装置が、複数本の前記ビレットを貯留するとともに補給時に前記射出シリンダの後端側に前記ビレットを１本ずつ順次補給する材料供給装置と、補給時に補給された前記ビレットを前記射出シリンダ中に挿入する一方、射出時に前記ビレットを１ショット分の射出容積に相当する距離を前進させることによって前記溶湯を射出する射出駆動装置とを備え、
   前記射出シリンダが、前記射出シリンダの前方部分に位置して加熱ヒータによって加熱されて、前記ビレットを融解して複数ショット分の溶湯を一時的に貯留する融解ゾーンと、
   前記射出シリンダの後方部分に位置して第一の冷却管によって冷却されて、前記ビレットを射出圧力によって変形しない非軟化状態に維持して冷却する冷却ゾーンと、
   前記融解ゾーンと前記冷却ゾーンとの間に位置して第二の冷却管によって冷却されて、前記溶湯を冷却して前記ビレットの外周に前記溶湯の固化物である自己シールを生成するシールゾーンとに区分された上に、
   前記融解ゾーンと前記冷却ゾーンが、融解シリンダと冷却シリンダの個別の部材によって形成されて前記シールゾーンを介して相互に部分的にのみ当接し、
   前記融解シリンダのシリンダ孔が、軟化した前記ビレットの先端が射出時に拡径した状態で前進するときにあっても該ビレットの先端と該シリンダ孔とが相互に干渉しないように、前記冷却シリンダのシリンダ孔より大きい直径寸法に形成され、
   前記シールゾーンが、前記融解シリンダと前記冷却シリンダとの間に配置されて両者に部分的に当接するとともに断熱空間で囲まれかつ個別に冷却される小容積の冷却スリーブによって形成され、
   環状溝が前記冷却スリーブのシリンダ孔の前側に形成されることによって、
   前記自己シールが軟化状態を維持したまま前記環状溝に固定された状態で生成されることを特徴とする軽金属射出成形機の射出装置。
2. 前記ビレットがマグネシウム合金であり、前記環状溝は、その溝幅が２０ｍｍないし４０ｍｍ程度に、そしてその溝深さ寸法が３ｍｍ程度に形成され、また、前記融解シリンダのシリンダ孔が前記冷却シリンダのシリンダ孔より大きい直径寸法に形成されることによる寸法差は、片側寸法で２ｍｍないし４ｍｍ程度の隙間に形成されることを特徴とする請求項１記載の軽金属射出成形機の射出装置。
3. 前記環状溝の後方の前記冷却スリーブ中に、前記環状溝より小さい、その溝幅が３ｍｍから５ｍｍ、その溝深さが３ｍｍ程度の、副環状溝が形成されることを特徴とする請求項１記載の軽金属射出成形機の射出装置。
4. 前記射出シリンダの前記融解シリンダの先端側近傍の前記溶湯の中に出没するように移動する棒部材と、前記棒部材を外部から駆動する駆動装置とを含む減圧装置が、前記射出シリンダに備えられることを特徴とする請求項１記載の軽金属射出成形機の射出装置。
5. 前記減圧装置の前記棒部材が移動する前記射出シリンダに形成された案内孔が前記棒部材の周りに前記軽金属材料を満たす程度に該棒部材の直径より１ｍｍ程度大径に形成され、前記棒部材をほとんど隙間のない状態で移動可能に案内するガイド部材が前記案内孔に挿入されて前記案内孔が塞がれるとともに前記ガイド部材あるいは前記棒部材が冷却されることによって、前記案内孔のガイド部材近傍に前記溶湯の固化した自己シールを生成させるシール装置を備えることを特徴とする請求項４記載の軽金属射出成形機の射出装置。

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