JP4516535B2 - 溶融金属成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶融金属（金属溶湯）を金型のキャビティ内に射出・充填する溶融金属成形装置に係り、特に、加熱シリンダ内で金属材料を溶融化する金属溶融化メカニズムを備えた溶融金属成形装置に関する。

溶融金属材料を金型のキャビティ内に射出・充填して製品を得る溶融金属成形装置としては、金属材料（例えば、Ａｌ合金、Ｍｇ合金など）を溶融する溶解炉（るつぼ）を備え、この溶解炉で溶融した金属材料を１ショット毎にラドルで計量して汲み上げ、汲み上げた溶融金属（金属溶湯）を射出スリーブ内に注ぎ込んで、これを射出プランジャの高速前進によって金型のキャビティ内に射出・充填するようにした、コールドチャンバー式のダイカストマシンが良く知られている。このコールドチャンバー式の溶融金属成形装置（ダイカストマシン）においては、溶解炉で溶融した金属材料（溶融金属）をラドルで汲み上げて搬送するようにしているので、装置全体が大掛かりなものとなり、また、ラドルで汲み上げて搬送する際に、溶融金属の空気と触れる面が酸化したり、温度が下がったりすることから、製品品質の向上には一定の限界がある。

そこで、金属材料を溶融するのに、溶解炉を用いずに、射出スリーブを兼ねる加熱シリンダによって、金属材料を溶融するようにした溶融金属成形装置が提案されている（特許文献１参照）。

図７は、特許文献１に示された技術と略同等の構成をとる溶融金属成形装置を示す説明図である。図７において、１０１は加熱シリンダ、１０２は加熱シリンダ１０１の前端に設けられたノズル（ホットランナノズル）、１０３は、加熱シリンダ１０１の外周およびノズル１０２の外周にそれぞれ巻装されたバンドヒータ、１０４は、図示せぬ金型によって形づくられ、ノズル１０３の先端と連通するキャビティ、１０５は、加熱シリンダ１０１の後端に設けられた酸化皮膜剥ぎ取り部（ダイス部）、１０６は、加熱シリンダ１０１の後端寄りの位置に設けられ、開放位置をとった際には加熱シリンダ１０１の内部を真空ポンプ１０７と連通させる開閉弁、１０７は、開閉弁１０６内の中空部と連通され、加熱シリンダ１０１の内部を真空（真空に近い状態）にするための真空ポンプ、１０８は、加熱シリンダ１０１内の真空度をチェックするためのゲージ、１０９はエア源、１１０は、エア源１０９からのエア圧により開閉弁１０６を開閉制御する電磁弁、１１１は、加熱シリンダ１０１の後端の開口と対向するように配置された材料受け取り部、１１２は、図示せぬ油圧シリンダにより駆動され、材料受け取り部１１１内および加熱シリンダ１０１内を前後進可能なピストン体である。

図７に示す構成において、図７の（ａ）に示すように、まず、材料受け取り部１１１の上方に設けられて、所定長の円柱状の金属材料１１３を縦方向一列で収納した図示せぬ予備加熱装置から、予備加熱された所定長の円柱状の金属材料１１３が、材料受け取り部１１１に１つずつ落下・供給される。このとき、加熱シリンダ１０１およびノズル１０２内には、ピストン体１１２により先に加熱シリンダ１０１内に押し込められた金属材料１１３が前端側から所定量だけ詰まっており、加熱シリンダ１０１内の後端寄りの位置からノズル１０２に行くにしたがって、金属材料１１３は徐々に溶融化されており、ノズル１０２内では金属材料１１３は完全に溶融化された状態にある。また、このとき、開閉弁１０６は閉鎖状態にある。

次に、図７の（ｂ）に示すように、ピストン体１１２を低速で前進させて、金属材料１１３を材料受け取り部１１１から加熱シリンダ１０１の後端側に押し込み、この押し込みの際に、酸化皮膜剥ぎ取り部１０５によって金属材料１１３の外周の酸化皮膜を剥ぎ取る。金属材料１１３が材料受け取り部１１１から加熱シリンダ１０１内に一部入り込むと、加熱シリンダ１０１の後端の開口は金属材料１１３により閉塞されるので、この状態で、一旦、ピストン体１１２の前進を停止させる。そして、電磁弁１１０によって開閉弁１０６を開放位置に切り換えて、加熱シリンダ１０１の内部と真空ポンプ１０７とを連通させて、真空ポンプ１０７により加熱シリンダ１０１の内部を真空引きする。

加熱シリンダ１０１の内部が真空引きされた後、図７の（ｃ）に示すように、電磁弁１１０によって開閉弁１０６を閉鎖位置に切り換えて、次に、ピストン体１１２を高速で前進させる。これにより、ピストン体１１２に押されて加熱シリンダ１０１内に新たに装填された金属材料１１３が、前の金属材料１１３を順次、前方側に押圧し、この押圧によって、図７の（ｄ）に示すように、ノズル１０２内の溶融した金属材料（金属溶湯）１１３がキャビティ１０４へ急速に射出開始される。

そして、図７の（ｅ）に示すように、キャビティ１０４内に金属材料１１３が完全に行き渡って射出（射出・充填）が完了すると、ピストン体１１２が金属材料１１３から受ける圧力が所定値まで上がって、この圧力検出を契機にして、ピストン体１１２の前進は停止される。

キャビティ１０４内への金属材料１１３の射出が完了すると、キャビティ１０４内の金属材料１１３は金型から熱を奪われることにより、急速に冷却・固化される。この冷却工程では、ノズル１０２に巻装されたバンドヒータ１０３による加熱制御を中断することで、ノズル１０２内の先端側の金属材料１１３も冷却・固化され、これによって、ノズル１０２の先端側が固化した金属材料１１３によってシール（封止）される。射出の完了後には、図７の（ｆ）に示すように、ピストン体１１２は、新たな金属材料１１３を材料受け取り部１１１に落下・供給可能とする位置まで、後退駆動される。また、冷却・固化工程が完了すると、型開きが行われ、固化した製品（鋳造品）は、ノズル１０２側の金属材料と切り離されて（このとき、切り離しを容易にするため、型開きの前にノズル１０２が加熱される）、図示せぬ可動側金型と一体となって、図示せぬ固定側金型から分離される。そして、型開きの完了後、または、型開きの途上において、図示せぬエジックト機構による製品の可動側金型からの突き出し、および、図示せぬロボットによる製品の取り出しが行われる。
特開２００４−１４８３９１号公報

図７を用いて上述した溶融金属成形装置は、射出スリーブを兼ねる加熱シリンダ１０１によって金属材料を溶融して、加熱シリンダ先端のノズル１０２から溶融金属（金属溶湯）を、直接金型のキャビティ内に射出・充填するようにしているので、溶解炉を備えたコールドチャンバー式のダイカストマシンのように、溶解炉で溶融した金属材料を１ショット毎にラドルで計量して汲み上げて射出スリーブ内に注ぎ込む構成をとるものに比べると、大きな溶解炉を必要としないので、装置全体を比較的にコンパクトにまとめることができる。また、溶融金属が空気と触れる虞が少ないので、溶融金属が酸化する虞が少ないとされている。

しかしながら、図７に示した溶融金属成形装置では、加熱シリンダ１０１の先端のノズル１０２のランド部の径は、ある程度以上細くしておかないと、ノズル１０２の金属材料１１３の溶融化や固化の応答性が悪くなるので、ノズル１０２のランド部の径はある程度以下に細くせざるを得ない。しかし、ノズル１０２のランド部の径が小さいと、次のような問題点が生じる。つまり、溶融金属の射出・充填においては、一般的に、金型のゲート部やランナ部の溶融金属の通過速度は、焼き付きや圧力損失の観点から、５５ｍ／秒以下とするのが普通で、３０〜４０ｍ／秒が好ましいといわれている。単位時間当たりの溶融金属の通過量は、ノズル１０２のランド部の径の面積と通過速度の積であり、ノズル１０２のランド部の径が小さいことと、前記したように通過速度の制限があることから、単位時間当たりの溶融金属の通過量は、言い換えれば充填量は、おのずと制限を受けるものとなる。溶融金属の成形においては、前記したように溶融金属はキャビティ内に充填後、急速に冷却・固化するため、充填時間は０．１〜０．０５秒程度と極めて短いのが一般的である。これらのことから、図７に示すような溶融金属成形装置は、金属の溶融能力が充分あるにもかかわらず、その成形（鋳造）可能な製品重量がおのずと制限されてしまう。

この点、コールドチャンバー式のダイカストマシン（溶融金属成形装置）は、製品ごとに射出・充填速度やその湯道の通過面積の大きさを最適なものとすることができるので、汎用性に優れている。

そこで、金属材料を溶融するのに溶解炉を用いずに、加熱シリンダによって金属材料を溶融するようにした構成の利点と、コールドチャンバー式のダイカストマシンの利点とを、兼ね備えた溶融金属成形装置を、本願出願人は、特願２００５−２２３０３８において提案した。この特願２００５−２２３０３８で提案した溶融金属成形装置においては、加熱シリンダの前端側に設けたノズル部から射出スリーブ内に溶融金属を落下供給して給湯を行い、射出スリーブ内に供給された溶融金属を射出プランジャにより金型内に射出・充填するようにしており、これにより、加熱シリンダによって金属材料を溶融するようにした構成の利点と、コールドチャンバー式のダイカストマシンの利点とを、兼ね備えた溶融金属成形装置を実現している。

ところで、上記の特願２００５−２２３０３８で提案した溶融金属成形装置や、前記した特許文献１に示された溶融金属成形装置では、金型内への溶融金属の充填量に応じて、予備加熱された円柱状の金属材料の加熱シリンダへの押し込み度合いを可変制御するようになっており、このため、金型内への溶融金属の充填量が少ない場合には、新たに装填された（挿入された）金属材料が加熱シリンダ内に完全に押し込められず、金属材料の一部が長時間空気にさらされて酸化が深刻に進行するという問題や、金属材料の一部が長時間空気にさらされて温度が低下するといった問題があった。また、特願２００５−２２３０３８で提案した溶融金属成形装置や、特許文献１に示された溶融金属成形装置では、金型内への溶融金属の充填量は、１個の円柱状の金属材料の量以下に制限されており、金型内への溶融金属の充填量をそれを超える量にすることについての、配慮が払われていなかった。

そこで、さらに本願出願人は、特願２００５−３７２６７７において、金属材料を溶融するのに溶解炉を用いずに、加熱シリンダによって金属材料を溶融するようにした構成をとる溶融金属成形装置において、金型内への溶融金属の充填量が少ない場合であっても、新たに装填された金属材料の一部が長時間空気にさらされるという不具合が生じることがなく、また、金型内への溶融金属の充填量を、１個の円柱状の金属材料の量を超える量にすることが可能な構成を、提案した。

ところで、特許文献１、特願２００５−２２３０３８、特願２００５−３７２６７７に示された溶融金属成形装置では、加熱シリンダの後端側にダイスからなる酸化被膜剥ぎ取り部を設けた構成をとっている。これは、円柱状の金属材料の外周に酸化被膜が存在していることを前提としているためであるが、例えば不活性ガス雰囲気に保たれた予備加熱装置から、円柱状の金属材料を１つずつロボットにより迅速に取り出して、加熱シリンダ内に迅速に円柱状の金属材料を完全に押し込むようにすると、円柱状の金属材料が酸化する虞は実質的になくなる。しかしながら、上記のように加熱シリンダの後端側にダイスからなる酸化被膜剥ぎ取り部を設けると、（１）円柱状の金属材料の加熱シリンダ内への押し込み速度を上げることができない、（２）酸化被膜剥ぎ取り部に摩耗が生じるのでその交換を必要とする、（３）加熱シリンダ内に入り込みが可能な直動体の先端円柱部が酸化被膜剥ぎ取り部で削られることを避けるため、直動体の先端円柱部の外周と加熱シリンダの内周との間にクリアランスをもたせるので、直動体の先端円柱部によって加熱シリンダの後端側を外気と実質的にシールすることができない、といった問題をもつものとなる。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、前記した特願２００５−２２３０３８、特願２００５−３７２６７７の長所を備えた溶融金属成形装置において、加熱シリンダの後端側に酸化被膜剥ぎ取り部（ダイス）を無くした構成とすることにより、ダイスの存在に起因する問題点を解消することにある。

本発明は上記した目的を達成するため、加熱シリンダの後端側から該加熱シリンダ内に、予備加熱された円柱状の金属材料を順次供給して、直動体により前記金属材料を前記加熱シリンダの前端側に順次押し込むと共に、前記加熱シリンダに装着されたヒータからの加熱によって、前記金属材料を、前記加熱シリンダの後端側から前端側に行くにしたがって徐々に溶融化するようにした溶融金属成形装置において、前記加熱シリンダの内周と前記円柱状の金属材料の外周との間に所定量のクリアランスを持たせるようにすると共に、前記加熱シリンダ内に入り込みが可能な前記直動体の先端円柱部の外周が前記加熱シリンダの内周に対して摺動するようにし、金型内への前記溶融金属の充填量が１つの前記円柱状の金属材料の量未満であるか、１つの前記円柱状の金属材料の量を超えるかに応じて、前記加熱シリンダ内に押し込まれる前記円柱状の金属材料の数量を調整し、新たな前記円柱状の金属材料を前記加熱シリンダ内に完全に押し込むように、構成した。
また、前記加熱シリンダ内に新たな前記円柱状の金属材料の供給を行うとき以外には、前記直動体の前記先端円柱部が前記加熱シリンダ内にあるようにする。
また、前記加熱シリンダの後端側の内部は、不活性ガス雰囲気に保たれているようにする。
また、前記加熱シリンダの前端側に設けたノズル部から射出スリーブ内に溶融金属を落下供給して給湯を行い、前記射出スリーブ内に供給された溶融金属を射出プランジャにより金型内に射出・充填する。
さらに、前記給湯のための前記直動体の押し込みストロークを、１つの前記円柱状の金属材料の全長よりも長くすることが可能であるようにする。

本発明による溶融金属成形装置では、加熱シリンダの内周と円柱状の金属材料の外周との間に所定量のクリアランスを持たせるようにすると共に、加熱シリンダ内に入り込みが可能な直動体の先端円柱部の外周が加熱シリンダの内周に対して摺動するようにして、金型内への充填量にかかわりなく、新たな円柱状の金属材料を加熱シリンダ内に完全に押し込むようにしている。したがって、円柱状の金属材料の加熱シリンダ内への押し込みに際し、従来のように加熱シリンダへの入り際で大きな抵抗力を生じることがないので、円柱状の金属材料を円滑かつ高速に加熱シリンダ内に押し込むことができ、押し込み速度を上げることができ、しかも、金型内への溶融金属の充填量が少ない場合であっても、従来のように、新たに装填された金属材料の一部が長時間空気にさらされるという不具合が生じることがないので、新たな金属材料が酸化される虞を可及的に低減でき、また、新たな金属材料の温度が低下する虞もなくなる。さらに、加熱シリンダの内周と直動体の先端円柱部の外周との間に実質上隙間のない構成なので、新たな円柱状の金属材料の供給を行うとき以外には、直動体の前記先端円柱部が加熱シリンダ内にあるようにすることで、直動体の先端円柱部によって加熱シリンダの後端側を外気と実質的にシールすることができ、加熱シリンダ内の金属材料が酸化することを可及的に抑止可能となる。また、新たに装填された金属材料を不活性ガス雰囲気に保たれた加熱シリンダの後ろ側内に完全に押し込むようにしているので、このようにすることで、加熱シリンダ内に押し込まれた金属材料が酸化する虞をなくすことができる。また、金属材料を溶融するのに溶解炉を用いずに、加熱シリンダによって金属材料を溶融するようにした構成の利点と、コールドチャンバー式のダイカストマシンの利点とを、兼ね備えた溶融金属成形装置において、給湯のための直動体の押し込みストロークを、１つの円柱状の金属材料の全長よりも長くすることが可能であるので、前記した特願２００５−３７２６７７と同様に、金型内への溶融金属の充填量が１個の円柱状の金属材料の量を超える量であるような、重量の嵩む大型の製品も容易に鋳造可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。図１〜図６は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）による溶融金属成形装置に係り、図１〜図４は、本実施形態の溶融金属成形装置の要部を簡略化して示す説明図である。

図１〜図４において、１は、溶融系ユニット用の図示せぬレール部材上に前後進可能であるように設けられた第１の保持プレート、２は、同じく溶融系ユニット用の図示せぬレール部材上に前後進可能であるように設けられ、第１の保持プレート１と対向する第２の保持プレート、３は、その両端を第１の保持プレート１と第２の保持プレート２にそれぞれ固定され、第１の保持プレート１と第２の保持プレート２を一体に連結する複数本の連結軸、４は、図示せぬ溶融系ユニット用のレール部材上に前後進可能であるように設けられ（あるいは、連結軸３に挿通案内されて前後進可能であるように設けられ）、第１の保持プレート１と第２の保持プレート２との間で後記するように前後進駆動される直動体、５は、第２の保持プレート２に搭載された金属材料押し込み用の電動サーボモータ、６は、電動サーボモータ５を駆動制御するモータドライバ、７は、溶融金属成形装置の全体制御を司るシステムコントローラであり、該システムコントローラ７は、図示せぬ各種センサからの計測情報や計時情報などを参照して、予め用意された各種プログラムに基づき、溶融金属成形装置の各部の動作を制御する。このシステムコントローラ７は、上記の電動サーボモータ５に対しては、電動サーボモータ５に付設された図示せぬエンコーダの出力を参照しつつ、直動体４を位置軸に沿った速度フィードバック制御で駆動させるように、モータドライバ６を介して速度フィードバック制御のドライブ指令を与える。

８は、電動サーボモータ５の出力軸に固着された駆動小プーリ、９は、電動サーボモータ５の回転を、駆動小プーリ８および図示せぬタイミングベルトを介して伝達される被動プーリ、１０は、ネジ軸１１とナット体１２を備え、回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構、１１は、第２の保持プレート２に回転可能に保持され、その端部に被動プーリ９を固着したネジ軸、１２は、ネジ軸１１に螺合されてネジ軸１１の回転に伴って直線移動すると共に、直動体４に固着されたロードセル１３にその端部が固着されたナット体である。電動サーボモータ５の回転は、駆動小プーリ８、図示せぬタイミングベルト、被動プーリ９を介して、ネジ軸１１に伝達され、ネジ軸１１の回転方向に応じて、ナット体１１と一体となって直動体４およびロードセル１３が、前進駆動または後退駆動される。

上記の直動体４は、後記する溶融前の円柱状の金属材料３０を、後記する加熱シリンダ１４の後端の開口部から、加熱シリンダ１４の内部に押し込むためのもので、この直動体４には、後記の加熱シリンダ１４の内周径と略同径の外径をもつ先端円柱部である押し込み部４ａが設けられている。そして、後記する加熱シリンダ１４内に入り込みが可能な直動体４の押し込み部４ａの外周は、加熱シリンダ１４の内周に対して摺動するようになっており、加熱シリンダ１４内に押し込み部４ａが入り込んだ状態では、加熱シリンダ１４の内周と直動体４の押し込み部４ａの外周との間に、実質上隙間のないようにすることができるので、押し込み部４ａによって加熱シリンダ１４の後端側を外気と実質的にシールすることができるようになっている。本実施形態では、後記するように加熱シリンダ１４内に新たな円柱状の金属材料３０の供給を行うとき以外には、直動体４の押し込み部４ａは加熱シリンダ１４内にあるように、制御されるようになっている。また、本実施形態では、直動体４の押し込み部４ａにより、後記する溶融前の円柱状の金属材料３０を、後記するように、給湯量にかかわりなく後記する加熱シリンダ１４の内部に完全に押し込むようになっている。

１４は、その後端側を第１の保持プレート１に固定された加熱シリンダで、本実施形態の加熱シリンダ１４は、前記したような従来の加熱シリンダと異なり、その後端側にダイス（酸化被膜剥ぎ取り部）のない構成をとっている。また、加熱シリンダ１４の内周径の寸法は、該加熱シリンダ１４の内周と後記する円柱状の金属材料３０の外周との間に所定量のクリアランスを持つように設定されていると共に、直動体４の押し込み部４ａの外周径の寸法と略同一に設定されている。１５は、加熱シリンダ１４の前端側に、加熱シリンダ１４と一体に設けられたノズル部であり、該ノズル部１５は、加熱シリンダ１４の先端側に設けられ、上向き傾斜管状部と該上向き傾斜管状部に連なる下向き傾斜管状部とを備えた略「ヘ」字形の第１ノズル部１５ａと、第１ノズル部１５ａの先端部を内蔵し、加熱シリンダ１４から第１ノズル部１５ａを介して吐出される溶融金属を、後記する射出スリーブ２４内に落下供給するための垂直管で構成される第２ノズル部１５ｂとからなっている。なお、図示を割愛してあるが、加熱シリンダ１４およびノズル部１５の外周には、図７の構成と同様にバンドヒータが巻装されている。

１６は、加圧（大気圧を十分上回る程度の圧力に加圧）した不活性ガス（例えば、窒素ガス）を加熱シリンダ１４の後端側内およびノズル部１５内に供給する不活性ガス供給手段、１７は、不活性ガス供給手段１６からの不活性ガスを、加熱シリンダ１４の後端側の外周部に設けられたガス供給口１８を通じて、加熱シリンダ１４の後端側内に供給するガス配管、１９は、不活性ガス供給手段１６からの不活性ガスを、ノズル部１５の上部に設けられたガス供給口２０を通じて、ノズル部１５の内部に供給するガス配管である。不活性ガス供給手段１６はシステムコントローラ７によって制御され、加熱シリンダ１４の後端側内およびノズル部１５内に、常時、加圧された不活性ガスを供給する。

２１は固定金型、２２は可動金型であり、図示では割愛してあるが、固定金型２１は固定ダイプレートに搭載され、可動金型２２は前後進可能な可動ダイプレートに搭載されていて、可動金型２２は可動ダイプレートの前後進によって型締め（型閉じ）または型開きされるようになっていて、型締め完了状態では、固定金型２１と可動金型２２とによってキャビティ２３が形づくられるようになっている。

２４は、その端部を固定金型２１に固定された射出スリーブ、２５は、ノズル部１５の第２ノズル部１５ｂの先端開口（下部開口）と対向するように、射出スリーブ２４の外周上部に穿設された溶融金属注入口、２６は、溶融金属の射出・充填用の油圧シリンダ、２７は、射出スリーブ２４内を前後進可能な射出プランジャであり、ここでは、この射出プランジャ２７は、図示を簡略化する都合上、油圧シリンダ２６のピストンロッドと一体化したものに描いてあるが、実際には、油圧シリンダ２６のピストンロッドの先端に、プランジャチップ２７ａをもつ射出プランジャ２７のロッド部が連結・固定されるようになっている。なお、油圧シリンダ２６は、システムコントローラ７によって、図示せぬ制御バルブやバルブドライバを介して制御され、射出プランジャ２７を前進または後退させる。

３０は金属材料であり、各図において符号３０により、溶融前の円柱状の金属材料、あるいは、半溶融状態の金属材料、あるいは、溶融状態の金属材料を、総括的に示してある。なお、各図中において、最も濃く示した金属材料３０は溶融状態を、網掛けで示した金属材料３０は半溶融状態を、ドット付与で示した金属材料３０は固化状態を、それぞれ表している。

次に、本実施形態の溶融金属成形装置の動作について、図１〜図４を用いて説明する。本実施形態では、新たな円柱状の金属材料３０の供給を行うとき以外には、直動体４の押し込み部４ａは加熱シリンダ１４内にあるように、システムコントローラ７によって制御されるようになっており、新たな円柱状の金属材料３０を加熱シリンダ１４に押し込み供給する直前のタイミングに至ると、直動体４が後退駆動されて、直動体４は後退限位置に位置付けられる。そして、この直動体４の後退動作と同期して、その内部を不活性ガス雰囲気に保たれた図示せぬ予備加熱装置から予備加熱された所定長の円柱状の金属材料３０が、システムコントローラ７からの指令によって、図示せぬ材料供給用ロボットにより迅速に取り出し・搬送されて、この材料供給用ロボットに把持された円柱状の金属材料３０が、加熱シリンダ１４の後端の開口部と対向するように位置付けられる。このとき、加熱シリンダ１４内およびノズル部１５内の一部には、図１に示されるように、直動体４の押し込み部４ａにより先に加熱シリンダ１４内に押し込められた金属材料３０が、略「ヘ」字形の第１ノズル部１５ａの上向き傾斜管状部から、加熱シリンダ１４内の中途位置（加熱シリンダ１４内の後端寄りの位置）まで、所定量だけ詰まっており、加熱シリンダ１４内の後端寄りの位置からノズル部１５に行くにしたがって、金属材料３０は徐々に溶融化されており、ノズル１４（第１ノズル部１５ａの上向き傾斜管状部）内では金属材料３０は完全に溶融化された状態にある。また、このとき、射出プランジャ２７は後退限位置にある。なお、不活性ガス供給手段１６からは、先にも述べたように、加熱シリンダ１４の後端側内には、加圧された不活性ガスが常時供給されていて、加熱シリンダ１４の後端側の内部は不活性ガスで満たされており、また、ノズル部１５の第２ノズル部１５ｂにも、不活性ガス供給手段１６から加圧された不活性ガスが常時供給されていて、ノズル部１５の内部も不活性ガスで満たされている。

上記したように、図示せぬ材料供給用ロボットに把持された円柱状の金属材料３０が、加熱シリンダ１４の後端の開口部と対向するように位置付けられると、直ちに、システムコントローラ７からの指令により、材料供給用ロボットが円柱状の金属材料３０の把持力を緩めて、金属材料３０を押し込み可能な状態におき（このとき、金属材料３０の位置決め精度は維持されるのは言うまでもない）、また、システムコントローラ７からの指令により、モータドライバ６を介して電動サーボモータ５を所定方向に回転させて、直動体４を前進させ、図２に示すように、直動体４の押し込み部４ａにより、円柱状の金属材料３０を加熱シリンダ１４の後端の開口部から加熱シリンダ１４内に押し込む。この押し込みは、１回の給湯量の如何にかかわらず、円柱状の金属材料３０が加熱シリンダ１４内に完全に押し込められるように、迅速に行われる。つまり、前記した特許文献１などのように、給湯量（金型内への充填量）に応じたストロークだけ新たに装填された金属材料を加熱シリンダ内に押し込むのではなく、本実施形態では、給湯量にかかわりなく、新たに装填された金属材料３０を、常時不活性ガスが満たされた加熱シリンダ１４内に、完全に押し込む。したがって、特許文献１などの従来技術では、給湯量が少ない場合には新たに装填された金属材料が加熱シリンダ内に完全に押し込められず、金属材料の一部が長時間空気にさらされて酸化が深刻に進行したり、金属材料の一部が長時間空気にさらされて温度が低下するといった事態が、本実施形態では全く生じないことになる。さらに、本実施形態では、加熱シリンダ１４はその後端側にダイス（酸化被膜剥ぎ取り部）のない構成をとっており、かつ、加熱シリンダ１４の内周と円柱状の金属材料３０の外周との間に所定量のクリアランスを持たせるようにしてあるので、円柱状の金属材料３０の加熱シリンダ１４内への押し込みに際し、従来のように加熱シリンダへの入り際で大きな抵抗力を生じることがないので、円柱状の金属材料３０を円滑かつ高速に加熱シリンダ１４内に押し込むことができ、押し込み速度を上げることができて、この点でも金属材料３０の酸化防止に貢献できる上、押し込み速度を上げることができる分だけ、鋳造サイクルの短縮化も図ることができる。

そして、新たに装填された金属材料３０が加熱シリンダ１４内に完全に押し込まれた状態となると、直動体４の押し込み部４ａが加熱シリンダ１４の後端側を、外気と実質的にシールした状態となり、加熱シリンダ１４内の金属材料３０が酸化することを可及的に抑止可能となる。なお、加熱シリンダ１４の内周と直動体４の押し込み部４ａの外周との間は実質上隙間のない構成とはなっているが、加熱シリンダ１４の内周と直動体４の押し込み部４ａの外周とは、リニア軸受けとこれに案内されて直線運動する部材との関係にあって両者が摺動する構成となっているため、両者の間は完全に気密とは言い難いが、加熱シリンダ１４の後端内には常時加圧された不活性ガスが供給されているため、加熱シリンダ１４の内周と直動体の押し込み部４ａの外周との間から、外部にわずかずつ不活性ガスが漏れ出ることはあっても、空気が加熱シリンダ１４の後端内に入り込むことは一切ない。したがって、直動体４の押し込み部４ａが加熱シリンダ１４内に入り込んだ状態では、加熱シリンダ１４の後端内への不活性ガスの供給量はごくわずかで済み、その分だけ不活性ガスの節約を図ることができる。

図５は、直動体４の押し込み部４ａによって新たに装填された金属材料３０を加熱シリンダ１４内に完全に押し込んだ状態を示す要部断面図であり、この状態では、同図に示すように、直動体４の押し込み部４ａが加熱シリンダ１４内に入り込んでいて、加熱シリンダ１４の内周と直動体の押し込み部４ａの外周との間に実質上隙間のない状態となっている。

新たに装填された金属材料３０が加熱シリンダ１４内に完全に押し込まれた後、システムコントローラ７からの指令により、直動体４がさらに前進駆動されると、直動体４の押し込み部４ａに押された新たに装填された金属材料３０が前の金属材料３０に当接し、この後、さらに、直動体４がさらに前進駆動されると、新たに装填された金属材料３０が、前の金属材料３０を順次、前方へ押圧し、この押圧によって、図３に示すように、ノズル部１５から吐出された溶融金属３０（溶融化された金属材料（金属溶湯）３０）が、射出スリーブ２４の溶融金属注入口２５から射出スリーブ２４内に、急速に落下供給される（すなわち、給湯される）。

射出スリーブ２４内への溶融金属３０の給湯量は、当然ながら、新たに装填された金属材料３０が前の金属材料３０と当接した以後の直動体４の前進ストロークで決定されるが、本実施形態では、直動体４の一度の押し込み動作により、新たに装填された金属材料３０を加熱シリンダ１４内に必ず完全に押し込むようにしているので、１回の給湯量が１つの円柱状の金属材料３０の量未満である場合、例えば、１つの円柱状の金属材料３０の半分の給湯量である場合には、２回の給湯動作毎に１回、新たな金属材料３０の加熱シリンダ１４内への押し込みを行うようにされる。そして、この場合には、２回の給湯動作の最初の給湯動作完了から次の給湯動作の開始までは、直動体４の押し込み部４ａは加熱シリンダ１４内で停止しておくようにされる。反対に、１回の給湯量が１つの円柱状の金属材料３０の量を超える場合、例えば、１つの円柱状の金属材料３０の２倍の給湯量である場合には、各給湯動作毎に、２つの新たな金属材料３０の加熱シリンダ１４内への押し込みを連続して行うようにされる。本実施形態の溶融金属成形装置では、このように１回の給湯量が１つの円柱状の金属材料３０の量を超えるような場合にも、容易に対応可能となっているので、重量の嵩む大型の製品も容易に鋳造可能となっている。

上記したように、射出スリーブ２４内に１ショット分の溶融金属３０が給湯されると、直動体４の前進駆動は停止される。上記の射出スリーブ２４内への溶融金属３０の給湯は高速に行われ、これは、電動サーボモータ５を予め定められた速度制御条件で、直動体４がストローク（位置）に応じた速度で前進移動するように、電動サーボモータ５を速度フィードバック制御により駆動することで行われる。このように、直動体４の駆動源を電動サーボモータ５とし、電動サーボモータ５を、直動体４のストロークに応じて速度フィードバック制御するので、直動体４の前進位置を精緻にコントロールすることが可能となって、これにより、ノズル部１５から吐出する１ショット分の溶融金属３０の量を安定させることが可能となる。

また、ノズル部１５内には、上部のガス供給口２０から加圧された不活性ガスが常時供給されており、ノズル部１５内には不活性ガスが満たされていると共に、ノズル部１５の先端開口から溶融金属注入口２５を通じて射出スリーブ２４内にも不活性ガスが供給されているので、射出スリーブ２４内にも不活性ガスが満たされており、上記した射出スリーブ２４内への溶融金属３０の給湯過程でも、金属材料に酸化が生じる虞は全くないようになっている。

射出スリーブ２４内に１ショット分の溶融金属３０の供給が完了すると、直ちに、システムコントローラ７からの指令により、油圧シリンダ２６が駆動制御されて、これにより、射出プランジャ２７がまず低速で前進駆動されて公知のガス抜きを行った後、続いて、射出プランジャ２７が高速で前進駆動されて、これにより、射出スリーブ２４内から溶融金属３０が、キャビティ２３内に急速に射出・充填される。図４は、キャビティ２３内への溶融金属３０の充填が完了した状態を示している。

上記したキャビティ２３内への溶融金属３０の射出・充填は、コールドチャンバー式のダイカストマシンと同様の溶融金属の成形（鋳造）であるので、図７に示した従来技術と比較すると、製品ごとに射出・充填速度やその湯道の通過面積の大きさを最適なものとすることができるので、汎用性に優れたものとなり、重量の嵩む製品も鋳造可能となる。さらに、本実施形態では、１回の給湯量が１つの円柱状の金属材料３０の量を超える製品の鋳造も可能であるので、より大型の重量の嵩む製品も鋳造可能となる。さらにまた、従前から多用されているコールドチャンバー式の制御手法を採ることで、射出・充填の挙動も安定したものにできる。また、コールドチャンバー式の溶融金属の成形（鋳造）では、金型からの鋳造製品の取り出し時に、鋳造製品と連なったビスケット（図４において符号３１がビスケットを示している）も、鋳造製品と同時に取り出すので、１ショット毎に金型内に射出・充填する溶融金属３０を、加熱→冷却→加熱という熱サイクルを受けない、フレッシュな（熱履歴の少ない）材料とすることができ、鋳造製品の品質向上に寄与することが可能となる。

なお、図６は、１回の給湯のための直動体４の押し込みストロークＬ１を、１つの円柱状の金属材料３０の全長Ｌ２よりも長く設定して、１回の給湯量を１つの円柱状の金属材料３０の量を超える給湯量にした場合の、鋳造の様子を参考までに示している。

以上のように、本実施形態では、溶解炉を用いる必要がなく、装置全体をコンパクトにできるという、加熱シリンダ１４によって金属材料３０を溶融するようにした構成の利点と、汎用性に優れ、かつ、重量の嵩む製品の成形（鋳造）も可能あるという、コールドチャンバー式のダイカストマシンの利点とを、兼ね備えた溶融金属成形装置において、加熱シリンダ１４はその後端側に酸化被膜剥ぎ取り部（ダイス）のない構成をとり、また、加熱シリンダ１４の内周と円柱状の金属材料３０の外周との間に所定量のクリアランスを持たせるようにすると共に、加熱シリンダ１４内に入り込みが可能な直動体４の押し込み部４ａの外周が加熱シリンダ１４の内周に対して摺動するようにして、金型内への充填量にかかわりなく、新たな円柱状の金属材料３０を加熱シリンダ１４内に完全に押し込むようにしている。したがって、円柱状の金属材料３０の加熱シリンダ１４内への押し込みに際し、従来のように加熱シリンダへの入り際で大きな抵抗力を生じることがないので、円柱状の金属材料３０を円滑かつ高速に加熱シリンダ１４内に押し込むことができ、押し込み速度を上げることができ、しかも、金型内への溶融金属３０の充填量が少ない場合であっても、従来のように、新たに装填された金属材料の一部が長時間空気にさらされるという不具合が生じることがないので、新たな金属材料３０が酸化される虞を可及的に低減でき、また、新たな金属材料３０の温度が低下する虞もなくなる。さらに、加熱シリンダ１４の内周と直動体４の押し込み部４ａの外周との間に実質上隙間のない構成としているので、新たな円柱状の金属材料３０の供給を行うとき以外には、直動体４の押し込み部４ａが加熱シリンダ１４内にあるようにすることで、直動体４の押し込み部４ａによって加熱シリンダ１４の後端側を外気と実質的にシールすることができ、加熱シリンダ１４内の金属材料３０が酸化することを可及的に抑止可能となる。また、加熱シリンダ１４の後ろ側内には、加圧された不活性ガスを供給されているので、加熱シリンダ１４内の金属材料３０が酸化する虞をなくすことができる。また、給湯のための直動体４の押し込みストロークを、１つの円柱状の金属材料３０の全長よりも長くすることが可能であるので、金型内への溶融金属３０の充填量が１個の円柱状の金属材料３０の量を超える量であるような、重量の嵩む大型の製品も容易に鋳造可能となる。

本発明の一実施形態に係る溶融金属成形装置の要部を簡略化して示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る溶融金属成形装置の要部を簡略化して示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る溶融金属成形装置の要部を簡略化して示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る溶融金属成形装置の要部を簡略化して示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る溶融金属成形装置における、直動体の押し込み部（先端円柱部）によって新たに装填された金属材料を加熱シリンダ内に完全に押し込んだ状態を示す要部断面図である。 本発明の一実施形態に係る溶融金属成形装置の要部を簡略化して示す説明図である。 従来技術による溶融金属成形装置の要部を簡略化して示す説明図である。

符号の説明

１ 第１の保持プレート
２ 第２の保持プレート
３ 連結軸
４ 直動体
４ａ 押し込み部（先端円柱部）
５ 電動サーボモータ
６ モータドライバ
７ システムコントローラ
８ 駆動小プーリ
９ 被動プーリ
１０ ボールネジ機構
１１ ネジ軸
１２ ナット体
１３ ロードセル
１４ 加熱シリンダ
１５ ノズル部
１５ａ 第１ノズル部
１５ｂ 第２ノズル部
１６ 不活性ガス供給手段
１７ ガス配管
１８ ガス供給口
１９ ガス配管
２０ ガス供給口
２１ 固定金型
２２ 可動金型
２３ キャビティ
２４ 射出スリーブ
２５ 溶融金属注入口
２６ 油圧シリンダ
２７ 射出プランジャ
２７ａ プランジャチップ
３０ 金属材料
３１ ビスケット

Claims (5)

1. 加熱シリンダの後端側から該加熱シリンダ内に、予備加熱された円柱状の金属材料を順次供給して、直動体により前記金属材料を前記加熱シリンダの前端側に順次押し込むと共に、前記加熱シリンダに装着されたヒータからの加熱によって、前記金属材料を、前記加熱シリンダの後端側から前端側に行くにしたがって徐々に溶融化するようにした溶融金属成形装置において、
   前記加熱シリンダの内周と前記円柱状の金属材料の外周との間に所定量のクリアランスを持たせるようにすると共に、前記加熱シリンダ内に入り込みが可能な前記直動体の先端円柱部の外周が前記加熱シリンダの内周に対して摺動するようにし、
   金型内への前記溶融金属の充填量が１つの前記円柱状の金属材料の量未満であるか、１つの前記円柱状の金属材料の量を超えるかに応じて、前記加熱シリンダ内に押し込まれる前記円柱状の金属材料の数量を調整し、新たな前記円柱状の金属材料を前記加熱シリンダ内に完全に押し込むようにしたことを特徴とする溶融金属成形装置。
2. 請求項１に記載の溶融金属成形装置において、
   前記加熱シリンダ内に新たな前記円柱状の金属材料の供給を行うとき以外には、前記直動体の前記先端円柱部が前記加熱シリンダ内にあるようにしたことを特徴とする溶融金属成形装置。
3. 請求項１に記載の溶融金属成形装置において、
   前記加熱シリンダの後端側の内部は不活性ガス雰囲気に保たれていることを特徴とする溶融金属成形装置。
4. 請求項１に記載の溶融金属成形装置において、
   前記加熱シリンダの前端側に設けたノズル部から射出スリーブ内に溶融金属を落下供給して給湯を行い、前記射出スリーブ内に供給された溶融金属を射出プランジャにより金型内に射出・充填するようにしたことを特徴とする溶融金属成形装置。
5. 請求項４に記載の溶融金属成形装置において、
   前記給湯のための前記直動体の押し込みストロークを、１つの前記円柱状の金属材料の全長よりも長くすることが可能であることを特徴とする溶融金属成形装置。

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