JP4471393B2 - 金属成形用射出装置における溶湯漏れ防止方法 - Google Patents

Description

この発明は、溶解保持炉からプランジャ内装の射出シリンダに金属材料を溶湯で供給し、その溶湯の計量と射出をプランジャにより行う金属成形用射出装置における溶湯漏れ防止方法に関するものである。

冷却した金型にシリンダ先端のノズルをノズルタッチして、射出シリンダ内の溶湯を金型に射出し、射出後もノズルタッチを続けていると、ノズルが金型からの冷熱により冷やされてノズル内に残った溶融金属が凝固し、コールドプラグと称されている金属栓を形成する。このコールドプラグによりノズル先端内は閉塞されるので、コールドプラグの形成後であればノズルを金型から離してもノズル先端からの溶湯の漏れは生じない、とされている。

一方、コールドプラグが過剰に形成されると、射出圧力を加えてもコールドプラグが抜け出に難くなって大きな射出抵抗となるので、過剰に形成されないようにノズル温度を制御したり、或いはノズル先端温度とプラグ成形温度とを比較演算して演算値が許容範囲のときにノズル後退をしている。さらに射出時にノズルを加熱してコールドプラグの周囲を軟化し、射出圧により抜け出し易くしたりしているものもある。

また射出シリンダに供給された溶融金属の逆流や漏出を防止する手段として、溶融金属を射出シリンダに供給する成形材料連通管路に逆止弁装置を設けたり、プランジャの中間軸部を供給口を開閉するバルブに形成して、プランジャが最前進位置に達する間に中間軸部が供給口を閉鎖して、保圧力による供給路への逆流を防止したりしている。
特開２００１−７９６５３号公報 特開２００４−１２２１４１号公報 特開２００４−３２２２０００号公報 特開２００７−３８２３３号公報

金型からの伝熱によるコールドプラグの形成状態は常に同一とは限らない。このためノズルタッチ後の射出工程から射出ユニットの後退工程、計量工程、射出ユニットの前進工程に至るノズルの加熱温度を工程ごとに制御したり、演算値からコールドプラグの形成状態を確認してノズル後退を行っても、プラグ成形が不十分な場合があり、ノズル先端から溶湯漏れが生ずることがある。金属材料がマグネシウム合金では漏出湯が自然発火して燃焼する危険な事態となることもある。

ノズル先端からの溶湯の漏れ量は、射出装置の構成により大小差はあるが、重力により溶湯を溶解保持炉から射出シリンダ内に供給して計量している射出装置では、プランジャの後退位置が供給口よりも後に設定されているので、計量後も溶解保持炉と射出シリンダとが開口した供給口により連通して供給状態を維持している。またシリンダ内の溶湯は溶解保持炉内の溶湯の荷重により加圧された状態にあることから、プラグ形成が不十分であるとノズル先端から漏れ易く、その漏れはシリンダ内の計量された溶湯に止まらず、溶解保持炉内の溶湯にも及ぶので、ノズル先端からの漏れ量は多量となる傾向にある。

この漏れによる溶解保持炉内の溶湯への影響を防止する手段としては、従来のように供給路内に逆止弁やシャットオフ弁などの弁機構を設けることが考えられるが、弁機構の設置による路内構造の複雑化や弁機構への溶湯付着などによる流通の阻害、高温の溶湯に対する弁機構の耐久性などの機械的な課題が生じ、また弁機構は高温仕様となることから高価でコスト増となるなど成形機としての経済的な課題をも有する。

この発明の目的は、上記プランジャ内装の射出装置におけるノズル先端からの溶湯の漏れ防止を、ノズル温度の制御や弁機構の設置によらず、プランジャの移動操作をもって容易に行い得る新たな方法を提供することにある。

上記目的によるこの発明は、ノズルを先端に有するシリンダ本体内にプランジャを進退自在に備え、そのプランジャをシリンダ本体の上部に穿設した供給口の後位から前進限位置まで移動自在に設定した射出シリンダと、その供給口に下端開口を接続して射出シリンダ上に設置した金属材料の溶解保持炉とからなる金属成形用射出装置において、射出工程完了後に、ノズルタッチを維持しつつ上記プランジャを前進限位置からプランジャヘッドが供給口を開口する供給口後位の後退位置に強制後退して、上記溶解保持炉内の溶湯を供給口からシリンダ本体内に流入して計量し、計量完了後に、上記プランジャを後退位置からプランジャヘッドにより供給口が閉鎖される供給口前位の待機位置まで低速で前進移動して、該供給口をプランジャヘッドにより閉鎖し、シリンダ本体内と溶解保持炉内の溶湯を遮断してノズルからの溶湯漏れを防止する、というものである。

また上記プランジャの後退位置から供給口前位の待機位置までの前進速度は、１０〜１００ｍｍ／ｓの低速度からなり、上記溶湯の計量開始からプランジャヘッドによる供給口の閉鎖に至るまでの工程を、射出装置の移動を抑止するインターロックによりノズルタッチを維持して行う、というものである。

また上記プランジャは、上記待機位置で一旦停止して位置決め制御され、しかるのち設定された射出速度により前進移動して計量された溶湯の射出を行う、というものである。

上記構成では、計量後にプランジャを前進操作して供給口を閉鎖し、計量後も射出工程に移行するまでプランジャヘッドによる供給口の閉鎖維持を行うだけでよいので、ノズルからの溶湯漏れを他に特別な操作を要せず簡単に防止できる。また弁機構などの防止手段を不要とすることからコスト高とならず、溶湯の付着による供給口の閉塞も生じ難いことから、重力による溶湯の供給を長期間にわたりスムーズに行い得る。

またプランジャの前進移動を低速で行うので、溶湯が加圧されてもコールドプラグに対する影響は少なく、計量後のプランジャの前進移動によってノズルから溶湯が漏れるようなこともない。さらに供給口の閉鎖によりシリンダ本体内と溶解保持炉内の溶湯が遮断され、シリンダ本体内の溶湯が受ける荷重がなくなるので、その荷重によるノズルからの溶湯の漏れ易さが防止され、ノズル漏れが生じてもその漏れはシリンダ本体内の溶湯のみとなり、溶解保持炉内の溶湯まで及ぶことがないことから、多量の溶湯のノズル漏れ防止ともなる。

また計量開始からプランジャヘッドによる供給口の閉鎖に至までの工程を、射出装置の移動を抑止するインターロックによりノズルタッチを維持することで、計量中に誤ってノズルを隔離しようとしてもインターロックによりノズルタッチが維持されるため、ノズルからの溶湯漏れを確実に防止できる。

図中１は射出シリンダで、ノズル１１を先端を有するシリンダ本体１２の内部にプランジャ２を進退自在に備える。このプランジャ２はプランジャヘッド２１と、射出シリンダ後方の射出駆動装置３と連結したプランジャロッド２２とからなり、そのプランジャヘッド２１がシリンダ本体１２の前部上に穿設した供給口１３の後位の後退位置Ａから前進限位置Ｂまで移動するように設定してある（図２参照）。またノズル１１とシリンダ本体１２の外周囲には、バンドヒータによる加熱手段がヒータごとに温度調節ができるようにして設けてある。

４は金属材料の溶解保持炉で、炉体４１とその底部に一体形成した貯留筒４２と、炉体４１の蓋部材４３に下端を嵌挿して炉体上に立設し材料供給筒４４とからなり、貯留筒４２の下端開口を上記供給口１３に接続して射出シリンダ１の上に設置してある。また炉体４１及び貯留筒４２の外周囲には、多数のバンドヒータによる加熱手段がヒータごとに温度調節ができるようにして設けてある。

このような溶解保持炉４では、材料供給筒４４で棒状の金属材料Ｍ（例えばマグネシウム基合金）が溶解され、溶湯Ｍ′となって炉体４１と貯留筒４２とに設定量（例えば１０Ｋｇｆ／５０ショット分）が貯留される。貯留された溶湯Ｍ′はプランジャ２が後退位置にあるときに開放された供給口１３からシリンダ内に重力により流入する。

上記構成の射出装置では、型締工程後に前進移動して冷却されている金型６にノズル１１をノズルタッチしたのち、シリンダ本体内に計量した溶湯Ｍ″をプランジャ２の前進移動により加圧して、ノズル１１から型締装置５に取付けた金型６に射出充填している。射出完了が確認されると、ノズルタッチを維持しつつプランジャ２が後退移動して計量が開始される。この後退移動は上記供給口１３の後位にプランジャヘッド２１が停止して、供給口１３が開口する上記後退位置Ａまで行われる。

ノズル先端部では、ノズルタッチによる金型６からの冷却により、残留材料がコールドプラグ７となってノズル先端内を閉塞する このコールドプラグ７によるノズル閉塞で、プランジャヘッド２１が前進限位置Ｂから後退位置Ａまで移動する間にシリンダ本体内が負圧となるが、その負圧力はプランジャ２の強制後退力よりも低いので後退移動の妨げとはならない。

上記供給口１３の開口により、シリンダ本体内と貯留筒内とが連通して、溶解保持炉４から溶湯Ｍ′が重力によりシリンダ本体内に流入する。シリンダ本体内のエアは流入に伴い溶解保持炉内に逃出するのでシリンダ本体内が溶湯で満たされ、それにより１ショット分の溶湯Ｍ″が計量される。この際、射出装置は計量中に後退してノズル隔離が生じないようにインターロックされる。

上記計量が済むと、これまでは計量の完了とコールドプラグ７の形成を確認して、射出装置の後退移動による金型６からのノズル隔離となるが、コールドプラグ７の形成が不十分であると、シリンダ本体内の計量した溶湯Ｍ″は溶解保持炉内の溶湯Ｍ′の荷重を受けているので、ノズル隔離後にノズルから漏れることがある。そこで、ノズル隔離前にプランジャ２により供給口１３を閉鎖し、シリンダ本体内と溶解保持炉内の連通を遮断してから、射出装置の後退移動によるノズル隔離を行う。

このプランジャ２による供給口１３の閉鎖は、図３に示すように、上記後退位置Ａから予め設定した供給口１３の前位の待機位置Ｃまでの距離、少なくともプランジャヘッド２１により供給口１３が閉鎖されるところまでの距離をプランジャ２を前進移動して行う。この前進移動を射出速度（１０００〜４０００ｍｍ／ｓ）で行うと、後退位置Ａから待機位置Ｃまでのプランジャ２の移動距離が僅か（例えば１０〜３０ｍｍ）であっても、計量した溶湯Ｍ″が瞬間的に圧迫され、その反動により計量した溶湯Ｍ″が溶解保持炉に逆流し、計量ばらつきが発生する。また計量ばらつきによりコールドプラグ７にかかる押圧力が不均衡になるため、コールドプラグ７の形成状態にもばらつきが発生する。そこでプランジャ２の前進移動は逆流が発生しない低速度（１０〜１００ｍｍ／ｓ）で行う。

またノズルタッチした状態で、プランジャ２を低速度で前進移動することで、圧迫されることなくコールドプラグ７が押圧されるため、コールドプラグ７の形成状態が安定し、ショット毎の計量ばらつきも少なくなる。

前進移動後にプランジャ２は、その待機位置Ｃに一旦停止して位置決め制御が行われる。射出装置はプランジャ２が待機位置Ｃに停止したのちに、インターロックが解除されて設定位置まで後退移動し、型締工程が完了するまで後退位置に停止する。計量後もプランジャ２は待機位置Ｃに停止して供給口１３の閉鎖が維持されるので、ノズルからの溶湯漏れが防止される。

またノズル先端の加熱制御回路の故障などからコールドプラグ７に不具合が生じて溶湯が漏れることがあっても、その漏れは計量範囲内のものであって、溶解保持炉内の溶湯Ｍ′にまで及ぶことはない。したがって、ノズル部に不測の事態が生じても、ノズルからの溶湯の漏れ量はプランジャ２による供給口１３の閉鎖によって少なく防止される。

なお、インターロックは、計量が開始されてからプランジャによる供給口の閉鎖に至るまで射出装置の移動が行われないものであればよいが、例えば、待機位置Ｃに停止して位置決め制御した状態で発生する待機信号がＯＮ状態のときのみ射出装置の移動を許容（インターロックを解除）する構成とすることにより、常に供給口が閉鎖された状態で射出装置の移動が行われるため好適である。

型締工程が完了したのち、射出装置は前進移動してノズルが金型６にノズルタッチし、プランジャ２が設定された上記射出速度により高速で前進移動して計量した溶湯Ｍ′を金型６に射出充填する。

この発明に係わる溶湯漏れ防止方法を実施し得る金属成形用射出装置の縦断側面図である。 プランジャの後退移動による材料計量の説明図である。 プランジャの前進移動による供給口閉鎖の説明図である。 ノズル隔離時のプランジャによる供給口閉鎖の説明図である。

符号の説明

１ 射出シリンダ
２ プランジャ
４ 溶解保持炉
６ 金型
７ コールドプラグ
１１ ノズル
１２ シリンダ本体
１３ 供給口
２１ プランジャヘッド
２２ プランジャロッド
４１ 炉体
４２ 貯留筒

Claims (4)

1. ノズルを先端に有するシリンダ本体内にプランジャを進退自在に備え、そのプランジャをシリンダ本体の上部に穿設した供給口の後位から前進限位置まで移動自在に設定した射出シリンダと、その供給口に下端開口を接続して射出シリンダ上に設置した金属材料の溶解保持炉とからなる金属成形用射出装置において、
   射出工程完了後に、ノズルタッチを維持しつつ上記プランジャを前進限位置からプランジャヘッドが供給口を開口する供給口後位の後退位置に強制後退して、上記溶解保持炉内の溶湯を供給口からシリンダ本体内に流入して計量し、
   計量完了後に、上記プランジャを後退位置からプランジャヘッドにより供給口が閉鎖される供給口前位の待機位置まで低速で前進移動して、該供給口をプランジャヘッドにより閉鎖し、シリンダ本体内と溶解保持炉内の溶湯を遮断してノズルからの溶湯漏れを防止することを特徴とする金属成形用射出装置における溶湯漏れ防止方法。
2. 上記プランジャの後退位置から供給口前位の待機位置までの前進速度は、１０〜１００ｍｍ／ｓの低速度からなることを特徴とする請求項１記載の金属成形用射出装置における溶湯漏れ防止方法。
3. 上記溶湯の計量開始からプランジャヘッドによる供給口の閉鎖に至るまでの工程を、射出装置の移動を抑止するインターロックによりノズルタッチを維持して行うことを特徴とする請求項１記載の金属成形用射出装置における溶湯漏れ防止方法。
4. 上記プランジャは、上記待機位置で一旦停止して位置決め制御され、しかるのち設定された射出速度により前進移動して計量された溶湯の射出を行うことを特徴とする請求項１記載の金属成形用射出装置における溶湯漏れ防止方法。

Images