JP4344652B2 - 金属成形品の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属溶湯から半凝固状態のスラリーを製造して金型に供給する金属成形品の製造装置に関する。

例えば、アルミニウム、マグネシウム、又は、それぞれの合金等の金属から半凝固状態のスラリーを製造し、このスラリーを射出スリーブから金型に射出して成形品を製造することが行われている。この場合、スラリーから製造される成形品には、特に表面精度及び内部品質に優れる利点がある。

図１８は、従来のスラリーを用いた射出成形装置２（特許文献１参照）の概略断面構成図である。射出成形装置２は、金型４ａ、４ｂ間に形成されたキャビテイ６に射出スリーブ８の一端部が接続されて構成される。射出スリーブ８には、半凝固状態とされたスラリー１０を供給する開口部１２が形成されている。開口部１２から供給されたスラリー１０は、射出スリーブ８の他端部側に配設された射出プランジャ１４を矢印方向に押し込むことで、キャビテイ６に充填される。次いで、スラリー１０が凝固した後、金型４ａ、４ｂを型開きすることにより、キャビテイ６の形状に対応した成形品が得られる。

一方、このような射出成形装置２に供給されるスラリー１０の製造装置として、特許文献２に開示された従来技術がある。この従来技術では、金属溶湯を所望の半凝固状態となるようにるつぼ内で撹拌してスラリー１０を製造した後、るつぼを多関節ロボットを用いて射出スリーブ８の開口部１２まで搬送し、次いで、スラリー１０を開口部１２から射出スリーブ８に供給する。

また、特許文献３に開示された従来技術では、金属溶湯を射出スリーブ８に直接注湯した後、射出スリーブ８の回りに配設した誘導コイルを用いて金属溶湯を電磁撹拌することにより所望の半凝固状態からなるスラリー１０を製造する。

特開２００２−１４３９９９号公報（図２） 特開２００１−１７９４２１号公報（図１） 特許第３４８７３１５号公報（図２）

特許文献２の場合、スラリー１０の形状や容量がるつぼの形状に依存しているため、成形品の変更等があると、スラリー１０の製造装置の仕様を変更するとともに、射出スリーブ８の直径や開口部１２の形状等を変更する必要が生じる。また、スラリー１０の製造装置と、射出成形装置２とが別体であるため、射出スリーブ８に供給するスラリー１０の温度管理が必要となる。

一方、特許文献３の場合、射出直前においてスラリー１０を製造して供給することができるため、スラリー１０の供給量の調整や温度管理を容易にすることが可能である。しかしながら、射出スリーブ８自体をスラリー１０の製造装置として構成しているため、既存の射出成形装置２の大幅な改造が必要である。

本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであり、簡易に構成することができるとともに、所望の容量及び所望の半凝固状態からなるスラリーを供給し、良好な品質からなる金属成形品を得ることのできる金属成形品の製造装置を提供することを目的とする。

本発明の金属成形品の製造装置は、金属溶湯から製造されたスラリーを金型に射出する射出プランジャを有する射出スリーブと、前記射出スリーブに接続され、前記金属溶湯を注湯する注湯口と、前記金属溶湯から製造された前記スラリーを前記射出スリーブに供給する供給プランジャとを有するスラリー製造スリーブと、前記スラリー製造スリーブに配設され、注湯された前記金属溶湯から前記スラリーを製造するスラリー製造手段とを備え、前記供給プランジャは、前記射出スリーブに対向して配設される一対のサブプランジャからなり、前記一対のサブプランジャが変位することにより、前記一対のサブプランジャ間に保持された前記スラリーを前記射出スリーブに供給することを特徴とする。射出スリーブに供給されたスラリーは、射出プランジャによって金型に射出され、金属成形品が製造される。

この場合、射出スリーブの軸線に対して、スラリー製造スリーブの軸線を０゜とならない所定の角度で交差するように設定することにより、スラリー製造スリーブから射出スリーブにスラリーが供給される際、スラリーの流動方向が変更されて剪断力が加わり、スラリーの見かけの粘性が低下して成形精度が向上する。

また、射出スリーブに対向する一対のサブプランジャを配設し、これらのサブプランジャ間の距離を調整した状態で金属溶湯を注湯することにより、注湯量を容易に調整して所望の容量からなるスラリーを製造することができる。また、製造されたスラリーは、一対のサブプランジャを変位させることにより、射出スリーブに供給することができる。

また、スラリー製造スリーブを射出スリーブに接続される対向する一対のサブスリーブとし、各サブスリーブから交互に射出スリーブに対してスラリーを供給することにより、成形品を効率的に製造することができる。

なお、スラリー製造手段としては、スラリー製造スリーブ内の金属溶湯を半溶融温度領域で機械的に撹拌する機械撹拌手段、あるいは、電磁的に撹拌する電磁撹拌手段を任意に選択して適用することができる。電磁撹拌手段に冷却手段を併設することにより、金属溶湯を所望の半溶融温度としてスラリーを製造することができる。

本発明の金属成形品の製造装置では、既存の装置に対して容易に適用し、且つ、装置を簡易に構成することができる。また、射出スリーブの形状等に依存することなく、しかも、温度管理が容易であり、所望の容量、半凝固状態からなるスラリーを供給し、良好な品質からなる金属成形品を製造することができる。

図１は、第１実施形態に係る射出成形装置２０の構成斜視図、図２は、図１に示す射出成形装置２０の要部分解斜視図である。

射出成形装置２０は、成形品の形状に対応した図示しないキャビテイを有する一対の金型２２ａ、２２ｂと、金型２２ａ、２２ｂに対して所望の容量及び半凝固状態からなるスラリーを射出供給する射出スリーブ２４と、射出スリーブ２４に対して略直交するように接続され、前記スラリーを製造して射出スリーブ２４に供給する一対のスラリー製造スリーブ２６ａ、２６ｂ（サブスリーブ）とを備える。

射出スリーブ２４は、図２に示すように、第１スリーブ２８と第２スリーブ３０とに分解可能に構成される。射出スリーブ２４内の清掃作業を容易とするためである。射出スリーブ２４は、一端部が金型２２ｂに接続され、他端部からスラリーを射出するための射出プランジャ３２が挿入される。

スラリー製造スリーブ２６ａ、２６ｂは、各一端部が射出スリーブ２４の側面に接続され、各他端部からスラリーを射出スリーブ２４に供給するための供給プランジャ３４ａ、３４ｂ（サブプランジャ）が挿入される。供給プランジャ３４ａ、３４ｂは、スラリー製造スリーブ２６ａ、２６ｂ内を摺動自在に構成されており、図３に示すように、先端部形状が射出スリーブ２４の内周面形状に対応した凹面部３６ａ、３６ｂとなる。

スラリー製造スリーブ２６ａ、２６ｂは、射出スリーブ２４から離間した端部側の上部に、金属溶湯を注湯する注湯口３８ａ、３８ｂが形成される。また、注湯口３８ａ、３８ｂと射出スリーブ２４との間には、スラリー製造スリーブ２６ａ、２６ｂ内に注湯された金属溶湯を冷却するための冷却水を供給する冷却水通路４０ａ、４０ｂが形成される。さらに、冷却水通路４０ａ、４０ｂが形成されているスラリー製造スリーブ２６ａ、２６ｂの外周部には、スラリー製造手段を構成する誘導コイル４２ａ、４２ｂが巻回される。

第１実施形態に係る射出成形装置２０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その動作につき図４〜図９に基づいて説明する。

先ず、成形に必要な金属溶湯４４の供給量に応じて、供給プランジャ３４ｂをスラリー製造スリーブ２６ａの所定位置まで挿入し、供給プランジャ３４ａ、３４ｂ間の距離を調整する。

次いで、スラリー製造スリーブ２６ａの注湯口３８ａから、ラドル４６を用いて金属溶湯４４をスラリー製造スリーブ２６ａ内に注湯する（図４参照）。

所定量の金属溶湯４４が注湯された後、供給プランジャ３４ａ、３４ｂを射出スリーブ２４側に移動させることにより、注湯口３８ａを閉塞する（図５参照）。そして、冷却水通路４０ａに供給する冷却水の流量、誘導コイル４２ａに通電する電流の周波数等を制御し、金属溶湯４４を半溶融温度領域で電磁撹拌することにより、半凝固状態のスラリー４８を製造する。

この場合、スラリー４８の製造を行っている間、注湯口３８ａが閉塞されているため、金属溶湯４４が外気にさらされることがなく、酸化しない良好な状態でスラリー４８を製造することができる。また、供給プランジャ３４ａ、３４ｂ間の距離を調整することにより、射出スリーブ２４の直径等を変更することなく、所望の容量からなるスラリー４８を製造することができる。

前記のようにしてスラリー４８が製造された後、一方の供給プランジャ３４ｂを射出スリーブ２４の内周面に近接したスラリー製造スリーブ２６ｂの端部近傍まで移動させるとともに、他方の供給プランジャ３４ａを射出スリーブ２４の内周面に近接したスラリー製造スリーブ２６ａの端部近傍まで移動させる（図６Ａ、図６Ｂ参照）。

この場合、供給プランジャ３４ａ、３４ｂ間に保持されている半凝固状態のスラリー４８は、供給プランジャ３４ａ、３４ｂの軸線方向に流動した後、その流動方向が射出スリーブ２４の軸線方向に変更されて射出スリーブ２４の内部に供給される。従って、スラリー４８には、流動方向の変更に伴う剪断力が付与されることになり、これによって見かけの粘性が低下する。

なお、スラリー４８を射出スリーブ２４に供給した状態において、供給プランジャ３４ａ、３４ｂの凹面部３６ａ、３６ｂが射出スリーブ２４の外周側に若干変位した位置となるよう、所定の間隙Δを設定しておく（図６Ｂ、図７参照）。スラリー４８を射出する際に、射出プランジャ３２が供給プランジャ３４ａ、３４ｂに干渉する事態を回避するためである。

次に、射出プランジャ３２を金型２２ａ、２２ｂに向かって移動させることにより、スラリー４８を金型２２ａ、２２ｂ間の図示しないキャビテイに射出する（図７参照）。

この場合、スラリー４８は、スラリー製造スリーブ２６ａ、２６ｂから射出スリーブ２４に供給される際、見かけの粘性が低下しているため、流動抵抗が小さく、従って、キャビテイに好適に充填される。また、射出プランジャ３２は、製造された直後の所望の状態にあるスラリー４８をキャビテイに充填することができる。さらに、射出スリーブ２４には、金属溶湯４４を注湯するための注湯口がないため、所望の速度で射出プランジャ３２を移動させて射出処理を行うことができる。

キャビテイに充填されたスラリー４８が冷却固化した後、金型２２ａ、２２ｂを型開きすることにより、所望の成形品が得られる。

一方、射出プランジャ３２が移動してスラリー４８を金型２２ａ、２２ｂに射出している図７の状態において、供給プランジャ３４ａ、３４ｂを近接移動させる。このとき、間隙Δに残存していたスラリー４８の残部５０が射出スリーブ２４の内部に押し出される（図８参照）。この状態において、射出プランジャ３２のロッド側からノズル５２ａ、５２ｂを射出スリーブ２４内に挿入し、スラリー４８の残部５０に冷却エアを吹き付けることにより、供給プランジャ３４ａ、３４ｂの凹面部３６ａ、３６ｂから残部５０を離脱させる。

残部５０が供給プランジャ３４ａ、３４ｂから離脱した後、供給プランジャ３４ａ、３４ｂを離間させて射出スリーブ２４から退避させ、次いで、射出プランジャ３２を退動させることにより、残部５０が射出プランジャ３２によって外部に排出される（図９参照）。

以上のようにして、スラリー製造スリーブ２６ａからスラリー４８を供給して成形品を製造した後、同様にして、スラリー製造スリーブ２６ｂを用いてスラリー４８を製造し、このスラリー４８を射出スリーブ２４に供給して成形品の製造を行う。このように、一対のスラリー製造スリーブ２６ａ、２６ｂを交互に使用してスラリー４８を製造して供給することにより、成形品を極めて効率的に製造することができる。

なお、上述した射出成形装置２０では、射出スリーブ２４の両側部に一対のスラリー製造スリーブ２６ａ、２６ｂを配設しているが、何れか一方のみとして射出成形装置２０を構成することもできる。

図１０は、第２実施形態に係る射出成形装置６０の構成斜視図である。なお、第１実施形態の射出成形装置２０と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

射出成形装置６０は、射出成形装置２０を構成するスラリー製造スリーブ２６ａ、２６ｂに形成された注湯口３８ａ、３８ｂ（図１参照）よりも若干長尺に形成された注湯口６２ａ、６２ｂを有する。各注湯口６２ａ、６２ｂには、射出成形装置２０を構成する誘導コイル４２ａ、４２ｂに代えて、複数の櫛歯６４ａ、６４ｂを有する撹拌器６６ａ、６６ｂが出入可能な状態で配置される。

次に、第２実施形態に係る射出成形装置６０の動作につき図１１〜図１３に基づいて説明する。

供給プランジャ３４ａ、３４ｂをスラリー製造スリーブ２６ａ内で図１１に示す状態に設定した後、スラリー製造スリーブ２６ａの注湯口６２ａから、ラドル４６を用いて金属溶湯４４をスラリー製造スリーブ２６ａ内に注湯する。

次いで、撹拌器６６ａを図１１に示す位置から注湯口６２ａに降下させ、その櫛歯６４ａを金属溶湯４４に漬けた状態で矢印方向に振動させて金属溶湯４４を撹拌し、半凝固状態のスラリー４８を製造する（図１２参照）。

スラリー４８が製造された後、撹拌器６６ａをスラリー製造スリーブ２６ａから引き上げ、次いで、供給プランジャ３４ａ、３４ｂを図１３に示す矢印方向に移動させることにより、スラリー４８を射出スリーブ２４の内部に供給する。なお、スラリー製造スリーブ２６ａから引き上げられた撹拌器６６ａにノズル６８からエアを吹き付けることにより、櫛歯６４ａのメンテナンスを行う。

次いで、射出プランジャ３２を金型２２ａ、２２ｂに向かって移動させることにより、スラリー４８を金型２２ａ、２２ｂ間の図示しないキャビテイに射出する。キャビテイに充填されたスラリー４８が冷却固化した後、金型２２ａ、２２ｂを型開きすることにより、所望の成形品が得られる。

スラリー製造スリーブ２６ａで製造されたスラリー４８に基づいて成形品を製造した後、同様の操作がスラリー製造スリーブ２６ｂを用いて行われる。なお、射出成形装置６０は、何れか一方のスラリー製造スリーブ２６ａ、２６ｂのみによって構成することもできる。

図１４は、第３実施形態に係る射出成形装置７０の構成斜視図である。なお、第２実施形態の射出成形装置６０と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

射出成形装置７０は、射出成形装置６０を構成する撹拌器６６ａ、６６ｂに代えて、回転しながら往復動する撹拌子７２ａ、７２ｂを有する撹拌器７４ａ、７４ｂを用いたものである。

次に、第３実施形態に係る射出成形装置７０の動作につき図１５〜図１７に基づいて説明する。

供給プランジャ３４ａ、３４ｂをスラリー製造スリーブ２６ａ内で図１５に示す状態に設定した後、スラリー製造スリーブ２６ａの注湯口６２ａから、ラドル４６を用いて金属溶湯４４をスラリー製造スリーブ２６ａ内に注湯する。

次いで、撹拌器７４ａを図１５に示す位置から注湯口６２ａに降下させ、撹拌子７２ａを金属溶湯４４に漬けた状態で矢印方向に回転させるとともに往復動させて金属溶湯４４を撹拌し、半凝固状態のスラリー４８を製造する（図１６参照）。

スラリー４８が製造された後、撹拌器７４ａをスラリー製造スリーブ２６ａから引き上げ、次いで、供給プランジャ３４ａ、３４ｂを図１７に示す矢印方向に移動させることにより、スラリー４８を射出スリーブ２４の内部に供給する。なお、スラリー製造スリーブ２６ａから引き上げられた撹拌子７２ａにノズル６８からエアを吹き付けることにより、撹拌子７２ａのメンテナンスを行う。

次いで、射出プランジャ３２を金型２２ａ、２２ｂに向かって移動させることにより、スラリー４８を金型２２ａ、２２ｂ間の図示しないキャビテイに射出する。キャビテイに充填されたスラリー４８が冷却固化した後、金型２２ａ、２２ｂを型開きすることにより、所望の成形品が得られる。

スラリー製造スリーブ２６ａで製造されたスラリー４８に基づいて成形品を製造した後、同様の操作がスラリー製造スリーブ２６ｂを用いて行われる。なお、射出成形装置７０は、何れか一方のスラリー製造スリーブ２６ａ、２６ｂのみによって構成することもできる。

第１実施形態に係る射出成形装置の構成斜視図である。 図１に示す射出成形装置の要部分解斜視図である。 図１のIII-III線断面図である。 図１のIII-III線断面における金属溶湯を注湯する状態の説明図である。 図１のIII-III線断面におけるスラリー製造時の説明図である。 図６Ａは、図１のIII-III線断面におけるスラリーの射出スリーブへの供給時の説明図、図６Ｂは、図６ＡのVIB-VIB線断面におけるスラリーの射出スリーブへの供給時の説明図である。 図６ＡのVIB-VIB線断面におけるスラリーの金型への射出時の説明図である。 図６ＡのVIB-VIB線断面におけるスラリーの残部除去時の説明図である。 図６ＡのVIB-VIB線断面におけるスラリーの残ぶ除去時の説明図である。 第２実施形態に係る射出成形装置の構成斜視図である。 図１０のXI-XI線断面における金属溶湯を注湯する状態の説明図である。 図１０のXI-XI線断面におけるスラリー製造時の説明図である。 図１０のXI-XI線断面における機械撹拌手段のメンテナンス時及びスラリーの射出スリーブへの供給時の説明図である。 第３実施形態に係る射出成形装置の構成斜視図である。 図１４のXV-XV線断面における金属溶湯を注湯する状態の説明図である。 図１４のXV-XV線断面におけるスラリー製造時の説明図である。 図１４のXV-XV線断面における機械撹拌手段のメンテナンス時及びスラリーの射出スリーブへの供給時の説明図である。 従来技術に係る射出成形装置の概略断面構成図である。

符号の説明

２０、６０、７０…射出成形装置 ２２ａ、２２ｂ…金型
２４…射出スリーブ ２６ａ、２６ｂ…スラリー製造スリーブ
３２…射出プランジャ ３４ａ、３４ｂ…供給プランジャ
４０ａ、４０ｂ…冷却水通路 ４２ａ、４２ｂ…誘導コイル
４４…金属溶湯 ４８…スラリー
６６ａ、６６ｂ、７４ａ、７４ｂ…撹拌器

Claims (3)

1. 金属溶湯から製造されたスラリーを金型に射出する射出プランジャを有する射出スリーブと、
   前記射出スリーブに接続され、前記金属溶湯を注湯する注湯口と、前記金属溶湯から製造された前記スラリーを前記射出スリーブに供給する供給プランジャとを有するスラリー製造スリーブと、
   前記スラリー製造スリーブに配設され、注湯された前記金属溶湯から前記スラリーを製造するスラリー製造手段と、
   を備え、
   前記供給プランジャは、前記射出スリーブに対向して配設される一対のサブプランジャからなり、前記一対のサブプランジャが変位することにより、前記一対のサブプランジャ間に保持された前記スラリーを前記射出スリーブに供給する
   ことを特徴とする金属成形品の製造装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記スラリー製造スリーブの軸線は、前記射出スリーブの軸線に対して０゜とならない所定の角度で交差するように設定されることを特徴とする金属成形品の製造装置。
3. 請求項１記載の装置において、
   前記スラリー製造スリーブは、前記射出スリーブに接続される対向する一対のサブスリーブからなり、前記一対のサブスリーブのそれぞれに対して前記金属溶湯が供給可能に構成されることを特徴とする金属成形品の製造装置。

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