JP5041852B2 - 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、加熱シリンダ内で溶融された金属溶湯を、１ショット毎に射出プランジャに給湯して、射出プランジャから金型内に金属溶湯を射出・充填するようにし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、特開２００４−１４８３９１号公報（特許文献１参照）において提案されている。この特許文献１においては、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して、加熱シリンダ先端のノズルから溶融金属（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。

しかしながら、特許文献１に開示された溶融金属成形装置では、加熱シリンダ先端のノズルにおいて、１ショット毎に金属材料の固化と溶融とを行う仕組みとなっているため、加熱シリンダ先端のノズルのランド部の径は、ある程度以上細くしておかないと、ノズルにおける金属材料の溶融化や固化の応答性が悪くなるので、ノズル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、ノズルのランド部の径の面積と通過速度の積であり、ノズルのランド部の径が小さいことと、上記したように通過速度の制限があることとから、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、溶融金属はキャビティ内に充填された後、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、特許文献１に開示された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が、特開２００４−１６７４９９号公報（特許文献２）によって提案されている。

図６は、特許文献２に開示された溶融金属成形装置（コールドチャンバダイカスト成形機）の構成を示す図である。図６において、１０１は加熱シリンダ、１０２は、加熱シリンダ１０１の先端側に設けられたエンドプラグ、１０３は金属材料（図６では、符号１０３は、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（金属溶湯）を、総括的に表している）、１０４は、円柱状の金属材料１０３を加熱シリンダ１０１の後端開口から加熱シリンダ１０１内に押し込み、また、加熱シリンダ１０１内で溶融された金属材料（金属溶湯）１０３を加熱シリンダ１０２の先端側から射出スリーブへ給湯（落下供給）するための押し込み用の油圧シリンダ、１０５は固定ダイプレート、１０６は、固定ダイプレート１０５に搭載された固定側金型、１０７は、固定側金型１０６に対して前後進する可動側金型、１０８は、型締め状態にある両金型１０６、１０７で形づくられるキャビティ、１０９は、その先端を固定側金型１０６に固定されて、その内部がキャビティ１０８と連通した射出スリーブ、１１０は、射出スリーブ１０９に設けられた給湯口、１１１は、エンドプラグ１０２の湯道部を通って落下する金属溶湯１０３を、射出スリーブ１０９の給湯口１１０に導く給湯案内管、１１２は、射出スリーブ１０９内を前後進可能な射出プランジャ、１１３は、射出プランジャ１１２を前後進駆動する射出用の油圧シリンダである。

図６に示す構成において、加熱シリンダ１０１の後端開口と対向するように、円柱状金属材料供給装置から順次供給された円柱状の金属材料は、油圧シリンダ１０４のピストンロッドの前進により、加熱シリンダ１０１内に押し込められ、加熱シリンダ１０１に装着されたヒータからの加熱によって、金属材料１０３は加熱シリンダ１０１の後端側から前端側に行くにしたがって徐々に溶融化される。加熱シリンダ１０１内で溶融された金属材料（金属溶湯）１０３は、給湯開始タイミングにおいて停止状態から前進駆動される油圧シリンダ１０４のピストンロッドの前進によって、エンドプラグ１０２の湯道部、給湯案内管１１１を通じて、給湯口１１０から射出スリーブ１０９内に給湯（落下供給）され、この給湯動作の完了後に、直ちに、油圧シリンダ１１３のピストンロッドが前進駆動されて、これより射出プランジャ１１２が前進駆動されることで、金型のキャビティ１０８内に金属溶湯１０３が射出・充填されるようになっている。
特開２００４−１４８３９１号公報 特開２００４−１６７４９９号公報

ところで、図６に示した引用文献２の溶融金属成形装置では、加熱シリンダ１０１の先端側に後端側より高い位置をとらせるために、加熱シリンダ１０１を傾斜させて配置している。このようにする所以は、引用文献２における記載によれば、予定しない時期に金属溶湯１０３が射出スリーブ１０９側に流れ出すことを阻止するためとしている。

しかしながら、図６に示されるように、加熱シリンダ１０１の先端側の金属溶湯１０３は、給湯工程前の待機状態では、エンドプラグ１０２の堰部１０２ａの上端と面一の状態で貯えられるようになっているので、給湯工程前の待機状態における金属溶湯１０３の熱膨張によって、金属溶湯１０３が堰部１０２ａの上端を乗り越えてオーバーフローし、射出スリーブ１０９内に金属溶湯１０３が垂れ落ちる現象が発生することは否めない。この垂れ落ち現象は、給湯工程前の待機状態の時間が所定時間を越えると、必ず発生する。上記の給湯工程時以外の金属溶湯１０３の垂れ落ちが、射出プランジャ１１２が後退する前に発生すると、金属溶湯１０３が射出プランジャ１１２のロッド周面に被着するという重大問題を引き起こす。また、上記の給湯工程時以外の金属溶湯１０３の垂れ落ちが、射出プランジャ１１２の後退の後に発生すると、射出スリーブ１０９への給湯量がショット毎にばらつくことになる。コールドチャンバー式のダイカストマシンでは、射出スリーブ１０９への給湯量のばらつきは、ビスケットの厚みを調整することで、鋳造品の形状には影響を与えないようにできるものの、毎ショット後に給湯量がばらつくと、射出・充填の際の金属溶湯１０３の充填挙動が安定せず、鋳造品の重量ばらつきの低減のためには、大きな阻害要因となる。

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、加熱シリンダ内で溶融された金属溶湯を、１ショット毎に射出プランジャに給湯して、射出プランジャから金型内に金属溶湯を射出・充填するようにした溶融金属成形装置において、給湯工程時以外の金属溶湯の射出スリーブ内への垂れ落ちを、確実に抑止できるようにすることにある。

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て、前記加熱シリンダ内の前端側から金属溶湯を１ショット毎に射出スリーブ内に落下供給することで給湯を行い、前記射出スリーブ内の金属溶湯を射出プランジャによって金型内に射出・充填するようにした構成をとり、前記加熱シリンダの金属溶湯を前記射出スリーブの給湯口に供給するために、前記加熱シリンダの先端側に設けられた給湯管部材には、上方に向かって傾斜した管路部Ａと該管路部Ａと連通して下方に向かって傾斜した管路部Ｂとが設けられて、前記管路部Ａと前記管路部Ｂとの境界部分が、金属溶湯の前記射出スリーブへの給湯時以外には、金属溶湯の流れ出しを阻止する堰部として機能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、前記直動体、前記ヒータ及び前記給湯管部材を含んで構成される溶融系ユニットを上下に回動する堰部高さ可変手段と、当該堰部高さ可変手段の駆動を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、給湯工程に先立つ前記溶融系ユニットの傾動工程の開始タイミングに至ったときには、前記堰部高さ可変手段を駆動して、前記堰部を低位の第１の位置へと移行させ、前記射出スリーブ内に所定量の金属溶湯の給湯が完了したことを確認したときには、前記射出プランジャを前進駆動して射出・充填工程を開始すると共に、前記堰部高さ可変手段を駆動して、前記堰部を高位の第２の位置へと移行させることを特徴とする。

本発明では、加熱シリンダの先端側に配置した給湯管部材の、上方に向かって傾斜した管路部Ａと該管路部Ａと連通して下方に向かって傾斜した管路部Ｂとの境界部分を、射出スリーブへの給湯時以外には金属溶湯の流れ出しを阻止する堰部として、この堰部を、金属溶湯の射出スリーブへの給湯時には低位の第１の位置に位置付け、金属溶湯の射出スリーブへの給湯時以外には高位の第２の位置に位置付けるようにしているので、給湯管部材の堰部が低位の第１の位置にある際に、金属溶湯が堰部の上端と面一の状態をとるようになっていても、給湯管部材の堰部が高位の第２の位置をとると、金属溶湯の液面は堰部の上端よりも下側の位置となるので、給湯工程前の待機状態において金属溶湯の熱膨張があっても、金属溶湯が射出スリーブ内に垂れ落ちることが一切なくなる。したがって、金属溶湯が垂れ落ちて射出プランジャのロッド周面に被着する虞は全くなくなる。また、忌避される金属溶湯の垂れ落ちがなくなるので、射出スリーブへの給湯量のばらつきが可及的に低減でき、これによって、ショット毎の金属溶湯の充填挙動が安定して、鋳造品の重量ばらつきを大幅に低減することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１および図２は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）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。

図１、図２において、１は、溶融系ユニットの主ベースフレーム、２は、主ベースフレーム１上に、回転支軸３を回転中心として上下に回動可能（傾動可能）に保持されたベースプレート、４は、回転支軸３廻りに回転可能に保持されたベースプレート２と一体の支持脚、５は、ベースプレート２上に固設された第１の保持プレート、６は、同じくベースプレート２上に固設されて、第１の保持プレート５と対向する第２の保持プレート、７は、その両端を第１の保持プレート５と第２の保持プレート６にそれぞれ固定され、第１の保持プレート５と第２の保持プレート６を一体に連結する複数本の連結軸、８は、連結軸７に挿通案内されて前後進可能であるように配設され、第１の保持プレート５と第２の保持プレート６との間で後記するように前後進駆動される直動体、９は、第２の保持プレート６に搭載された金属材料押し込み用の電動サーボモータ、１０は、電動サーボモータ９を駆動制御するモータドライバ、１１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１１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１１は、上記の電動サーボモータ９に対しては、電動サーボモータ９に付設された図示せぬエンコーダの出力、あるいは後記するロードセル１７（圧力検出センサ）の出力を参照しつつ、直動体８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、あるいは直動体８を時間軸に沿った圧力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１０を介して、速度フィードバック制御のドライブ指令あるいは圧力フィードバック制御のドライブ指令を与える。

１２は、電動サーボモータ９の出力軸に固着された駆動小プーリ、１３は、電動サーボモータ９の回転を、駆動小プーリ１２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、１４は、ネジ軸１５とナット体１６を備え、回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構、１５は、第２の保持プレート６に回転可能に保持され、その端部に被動プーリ１３を固着したネジ軸、１６は、ネジ軸１５に螺合されてネジ軸１５の回転に伴って直線移動すると共に、直動体８に固着されたロードセル１７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９の回転は、駆動小プーリ１２、図示せぬタイミングベルト、被動プーリ１３を介して、ネジ軸１５に伝達され、ネジ軸１５の回転方向に応じて、ナット体１６と一体となって直動体８およびロードセル１７が、前進駆動または後退駆動される。

前記の直動体８は、後記する溶融前の円柱状の金属材料３７を、後記の加熱シリンダ１８の後端の開口部から、加熱シリンダ１８の内部に押し込み、また、加熱シリンダ１８で溶融された金属材料（金属溶湯）３７を加熱シリンダ１８の先端側から、後記の射出スリーブ３１へ給湯（落下供給）するためのもので、この直動体８には、後記の加熱シリンダ１８の内周径よりも僅かに細い外径の押し込み部８ａが設けられている。

１８は、その後端側を第１の保持プレート５に固定された加熱シリンダ、１９は、加熱シリンダ１８の前端側に、加熱シリンダ１８と一体に設けられた略「ヘ」字形の第１給湯管部材、２０は、第１給湯管部材１９と一体化されると共に、第１給湯管部材１９の先端部を内蔵し、加熱シリンダ１８から第１給湯管部材１９を介して吐出（押し出し）される金属溶湯３７を、後記する射出スリーブ３１内に落下供給するための垂直管で構成される第２給湯管部材である。上記の第１給湯管部材１９は、加熱シリンダ１８と連通して、加熱シリンダ１８の先端側から上方に向かって傾斜した管路部（Ａ）１９ａと、該管路部（Ａ）１９ａと連通して、管路部（Ａ）１９ａの前端部から下方に向かって傾斜した管路部（Ｂ）１９ｂとで構成されており、管路部（Ａ）１９ａと管路部（Ｂ）１９ｂとの境界部分が、金属溶湯３７の給湯時以外には、金属溶湯３７の流れ出しを阻止する堰部１９ｃとして構成されている。また、第２給湯管部材２０の上部には、ガス注入部２０ａが設けられていて、成形（鋳造）運転時には、ガス注入部２０ａから不活性ガスが第２給湯管部材２０内に送り込まれ、これにより、後記の射出スリーブ３１内へも不活性ガスが送り込まれるようになっている。なお、図１、図２では図示を割愛してあるが、加熱シリンダ１８および第１給湯管部材１９および第２給湯管部材２０の外周には、バンドヒータが巻装されている。

２１は、上述した構成要素５〜２０を含んで構成される溶融系ユニットの保持ベースであるベースプレート２を傾動させるための、溶融系ユニット傾動用の電動サーボモータで、該電動サーボモータ２１は主ベースフレーム１に搭載されている。２２は、ネジ軸２３とナット体２４を備え、回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構、２３は、電動サーボモータ２１の出力軸とカップリング２５により連結・固定されると共に、主ベースフレーム１に回転可能に保持されたネジ軸、２４は、ネジ軸２３に螺合されて、ネジ軸２３の回転に伴って直線移動するナット体、２６は、主ベースフレーム１に前後進可能であるように保持されて、ナット体２４の端部が固定された傾動駆動体、２６ａは、傾動駆動体２６の上面に形成されて、ベースプレート２の下面に形成されたテーパー面２ａと摺接可能なテーパー面である。

電動サーボモータ２１の回転は、ボールネジ機構２２によって直線運動に変換され、ボールネジ機構２２のナット体２４と一体となって傾動駆動体２６が前進または後退駆動され、これによって、傾動駆動体２６のテーパー面２６ａにおける、ベースプレート２のテーパー面２ａに対する当接位置が変化することで、ベースプレート２（すなわち、溶融系ユニット）が回転支軸３を回転中心として回動（傾動）する。

２７は、システムコントローラ１１からの指令に基づき電動サーボモータ２１を駆動制御するモータドライバである。システムコントローラ１１は、電動サーボモータ２１に対しては、電動サーボモータ２１に付設された図示せぬエンコーダの出力を参照しつつ、傾動駆動体２６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２７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。

２８は固定金型、２９は可動金型であり、図示では割愛してあるが、固定金型２８は固定ダイプレートに搭載され、可動金型２９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２９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２８と可動金型２９とによってキャビティ３０が形づくられるようになっている。

３１は、その端部を固定金型２８に固定された射出スリーブ、３２は、第２給湯管部材２０の先端開口（下部開口）と対向するように、射出スリーブ３１の外周上部に穿設された給湯口（金属溶湯注入口）、３３は、金属溶湯３７の射出・充填用の油圧シリンダ、３４は、射出スリーブ３１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３４は、図示を簡略する都合上、油圧シリンダ３３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３３のピストンロッドの先端に、プランジャチップ３４ａをもつ射出プランジャ３４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３３は、システムコントローラ１１によって、バルブドライバ３５、油圧シリンダ制御バルブ３６を介して制御され、射出プランジャ３４を前進または後退させる。

なお、図１〜図２においては、符号３７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（金属溶湯）を、総括的に示している。

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２を用いて説明する。図１は、ベースプレート２が水平状態にあって、溶融系ユニットの加熱シリンダ１８も水平な状態にあり、このとき、溶融系ユニットの第１給湯管部材１９の堰部１９ｃは低位の第１の位置にあり、第１給湯管部材１９の管路部（Ａ）１９ａ内の金属溶湯３７の液面は、堰部１９ｃの上端と面一な状態にある。図２は、ベースプレート２が水平状態から所定角度（例えば、２〜３°）だけ傾動した状態にあって、溶融系ユニットの加熱シリンダ１８は図示で左側を右側よりも上にした傾斜した状態にあり、このとき、溶融系ユニットの第１給湯管部材１９の堰部１９ｃは高位の第２の位置にあり、第１給湯管部材１９の管路部（Ａ）１９ａ内の金属溶湯３７の液面は、堰部１９ｃの上端よりも下側に位置している。本実施形態では、堰部１９ｃが上記の第１の位置（低位の位置）をとるのは、金属溶湯３７を射出スリーブ３１内に給湯する期間のみとされ、給湯が完了すると、直ちにベースプレート２が傾動した状態へ移行するようにされて、給湯工程時以外には、堰部１９ｃは上記の第２の位置（高位の位置）を保持されるようになっている。

図１は、給湯工程の開始タイミングの様子を示しており、このとき、射出プランジャ３４は後退位置にあって、射出スリーブ３１内へ金属溶湯３７が給湯可能な状態にあり、また、第１給湯管部材１９の堰部１９ｃは低位の第１の位置にあって（加熱シリンダ１８は水平な状態にあって）、第１給湯管部材１９の管路部（Ａ）１９ａ内の金属溶湯３７の液面は、堰部１９ｃの上端と面一な状態となっている。この図１に示した状態から、ベースプレート２を所定角度だけ傾動させた（堰部１９ｃが高位の第２の位置をとっている、加熱シリンダ１８が所定角度だけ傾斜した）図２の状態とすると、第１給湯管部材１９の管路部（Ａ）１９ａ内の金属溶湯３７の液面は、図２示すように、堰部１９ｃの上端よりも下側に位置した状態となる。給湯工程の前には、溶融系ユニットは図２に示した状態で待機しており、このとき、直動体８の押し込み部８ａの一部は、加熱シリンダ１８内に入り込んだ状態で停止している。

給湯工程に先立つ溶融系ユニットの傾動工程の開始タイミングに至ると、システムコントローラ１１は、モータドライバ２７を介して、電動サーボモータ２１を所定方向に低速で回転駆動し、これによって、ボールネジ機構２２を介して傾動駆動体２６が低速で前進駆動されて、ベースプレート２（すなわち、溶融系ユニット）が回転支軸３を回転中心として傾動され、加熱シリンダ１８が水平な状態へと（堰部１９ｃが低位の第１の位置へと）、振動等の発生なく安定した動作で移行する。この状態が図１に示した状態である。

加熱シリンダ１８が水平な状態へと（堰部１９ｃが低位の第１の位置へと）移行したことを確認すると、システムコントローラ１１は直ちに給湯工程を開始させ、モータドライバ１０を介して、電動サーボモータ９を所定方向に高速で回転駆動し、これによって、ボールネジ機構１４を介して直動体８が高速で前進駆動されて、直動体８の押し込み部８ａが加熱シリンダ１８内を所定ストロークだけ前進する。これにより、所定量の金属溶湯３７が、第１給湯管部材１９の管路部（Ｂ）１９ｂ、第２給湯管部材２０を通って、給湯口３２から射出スリーブ３１内に落下供給される（給湯される）。

所定量の金属溶湯３７の給湯が完了したことを確認すると、システムコントローラ１１は、直ちに、射出・充填工程を開始させると共に、溶融系ユニットの傾動動作を開始させる。すなわち、システムコントローラ１１は、バルブドライバ３５、油圧シリンダ制御バルブ３６を介して油圧シリンダ３３を駆動制御して、射出プランジャ３４を所定条件にしたがって前進駆動することで、射出プランジャ３４の低速前進による公知のガス抜きを行った後、射出プランジャ３４の高速前進による金属溶湯３７のキャビティ３０内への射出・充填を行い、然る後、油圧シリンダ３３により所定の増圧力を出力させて、キャビティ３０内の金属材料に増圧力を付与する（図２の射出系ユニットは、射出・充填の完了状態ないしは増圧中の様子を示している）。一方また、システムコントローラ１１は、モータドライバ２７を介して、電動サーボモータ２１を所定方向に回転駆動し、これによって、ボールネジ機構２２を介して傾動駆動体２６が後退駆動されて、ベースプレート２（すなわち、溶融系ユニット）が回転支軸３を回転中心として傾動され、加熱シリンダ１８が傾斜した状態へと（堰部１９ｃが高位の第２の位置へと）移行する。

加熱シリンダ１８が傾斜した状態へと（堰部１９ｃが高位の第２の位置へと）移行したときに、次のショットのための給湯用の金属材料３７が、加熱シリンダ１８内に残存している場合には、直動体８（押し込み部８ａ）は現在位置を保持される。

一方、加熱シリンダ１８内に新たな円柱状の金属材料３７を補給する必要があるときは、システムコントローラ１１は、モータドライバ１０を介して電動サーボモータ９を所定方向に回転駆動することで直動体８を後退させ、直動体８の押し込み部８ａが、加熱シリンダ１８から新たな円柱状の金属材料３７の長さ分をわずかに超えて抜け出た状態となるように、直動体８（押し込み部８ａ）に所定の後退位置をとらせる。次に、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３７が、システムコントローラ１１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取り出されて、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３７が、加熱シリンダ１８の後端の開口部と対向するように位置付けられる。続いて、システムコントローラ１１からの指令により、図示せぬ材料供給用ロボットが円柱状の金属材料３７の把持力を緩めて、金属材料３７を押し込み可能な状態におき（このとき、金属材料３７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１１は、モータドライバ１０を介して電動サーボモータ９を所定方向に回転させて、直動体８を前進させ、直動体８の押し込み部８ａにより、円柱状の金属材料３７を加熱シリンダ１８の後端の開口部からに加熱シリンダ１８内に押し込む。そして、システムコントローラ１１は、直動体８を所定量だけ前進させると、直動体８を停止させて、この状態で給湯工程まで待機させる。

以上のように、本実施形態では、加熱シリンダ１８の先端側に配置した第１給湯管部材１９の、上方に向かって傾斜した管路部（Ａ）１９ａと該管路部（Ａ）１９ａと連通して下方に向かって傾斜した管路部（Ｂ）１９ｂとの境界部分を、射出スリーブ３１への給湯時以外には金属溶湯３７の流れ出しを阻止する堰部１９ｃとして機能させ、この堰部１９ｃを、金属溶湯３７の射出スリーブ３１への給湯時には低位の第１の位置に位置付け、金属溶湯３７の射出スリーブ３１への給湯時以外には高位の第２の位置に位置付けるようにしているので、堰部１９ｃが低位の第１の位置にある際に、金属溶湯３７が堰部１９ｃの上端と面一の状態をとるようになっていても、堰部１９ｃが高位の第２の位置をとると、金属溶湯３７の液面は堰部１９ｃの上端よりも下側の位置となるので、給湯工程前の待機状態において金属溶湯３７の熱膨張があっても、金属溶湯３７が射出スリーブ３１内に垂れ落ちることが一切なくなる。したがって、金属溶湯３７が垂れ落ちて射出プランジャ３４のロッド周面に被着する虞は全くなくなる。また、忌避される金属溶湯３７の垂れ落ちがなくなるので、射出スリーブ３１への給湯量のばらつきが可及的に低減でき、これによって、ショット毎の金属溶湯３７の充填挙動が安定して、鋳造品の重量ばらつきを大幅に低減することが可能となる。

図３は、本発明（上述してきた本発明の一実施形態）のショット毎の鋳造品重量と、第１給湯管部材１９の堰部１９ｃが常に低位の第１の位置をとる（加熱シリンダ１８が常に水平状態をとる）ようにした場合のショット毎の鋳造品重量とを、対比して示すグラフ図である。堰部１９ｃが常に低位の第１の位置をとるようにした場合には、前記した金属溶湯３７の垂れ落ちがあるので、鋳造品の重量ばらつきは±１．５％程度であるのに対し、本発明では、鋳造品の重量ばらつきは±０．５％程度となり、鋳造品の重量ばらつきが大幅に改善されている。

なお、上述した実施形態では、加熱シリンダ１８から射出スリーブ３１の給湯口３２へ金属溶湯３７を導く給湯管部材を、略「ヘ」字形の第１給湯管部材１９と垂直管の第２給湯管部材２０とで構成しているが、加熱シリンダ１８から射出スリーブ３１の給湯口３２へ金属溶湯３７を導く給湯管部材は、図４、図５に示すような構成としてもよい。図４、図５において、５１は、加熱シリンダ１８の先端側に固定された給湯管部材で、該給湯管部材５１は、加熱シリンダ１８の先端側から上方に向かって傾斜した管路部（Ａ）５１
ａと、該管路部（Ａ）５１ａと連通して、管路部（Ａ）５１ａの前端部から下方に向かって傾斜した管路部（Ｂ）５１ｂと、該管路部（Ｂ）５１ｂと連通して、管路部（Ｂ）５１ｂの前端部から下方に向かって垂直に延びる管路部（Ｃ）５１ｃとを、含んで構成されており、管路部（Ａ）５１ａと管路部（Ｂ）５１ｂとの境界部分が、金属溶湯３７の給湯時以外には、金属溶湯３７の流れ出しを阻止する堰部５１ｄとして構成されている。また、給湯管部材５１には、管路部（Ｂ）５１ｂの上部には、ガス注入部５１ｅが設けられていて、成形（鋳造）運転時には、ガス注入部５１ｅから不活性ガスが給湯管部材５１内に送り込まれるようになっている。

図４は、前記した実施形態と同様の溶融系ユニットの傾動メカニズムによって、給湯管部材５１の堰部５１ｄが低位の第１の位置をとった状態を示しており、このとき、給湯管部材５１の管路部（Ａ）５１ａ内の金属溶湯３７の液面は、堰部５１ｄの上端と面一な状態にある。図５は、前記した実施形態と同様の溶融系ユニットの傾動メカニズムによって、給湯管部材５１の堰部５１ｄが高位の第２の位置をとった状態を示しており、このとき、給湯管部材５１の管路部（Ａ）５１ａ内の金属溶湯３７の液面は、堰部５１ｄの上端よりも下側に位置している。
このような図４、図５に示す構成をとっても、先の実施形態と同等の効果が得られる。

本発明の一実施形態に係る溶融金属成形装置における、給湯管部材の堰部が低位の第１の位置にある際の要部構成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、給湯管部材の堰部が高位の第２の位置にある際の要部構成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よるショット毎の鋳造品重量と、堰部が常に低位の第１の位置をとるようにした場合のショット毎の鋳造品重量とを、対比して示すグラフ図である。 本発明の他の実施形態に係る溶融金属成形装置における、給湯管部材の堰部が低位の第１の位置にある際の要部構成を示す説明図である。 本発明の他の実施形態に係る溶融金属成形装置における、給湯管部材の堰部が高位の第２の位置にある際の要部構成を示す説明図である。 従来技術による溶融金属成形装置の要部構成を示す説明図である。

符号の説明

１ 主ベースフレーム
２ ベースプレート
２ａ テーパー面
３ 回転支軸
４ 支持脚
５ 第１の保持プレート
６ 第２の保持プレート
７ 連結軸
８ 直動体
８ａ 押し込み部
９ 電動サーボモータ
１０ モータドライバ
１１ システムコントローラ
１２ 駆動小プーリ
１３ 被動プーリ
１４ ボールネジ機構
１５ ネジ軸
１６ ナット体
１７ ロードセル
１８ 加熱シリンダ
１９ 第１給湯管部材
１９ａ 管路部（Ａ）
１９ｂ 管路部（Ｂ）
１９ｃ 堰部
２０ 第２給湯管部材
２０ａ ガス注入部
２１ 電動サーボモータ
２２ ボールネジ機構
２３ ネジ軸
２４ ナット体
２５ カップリング
２６ 傾動駆動体
２６ａ テーパー面
２７ モータドライバ
２８ 固定金型
２９ 可動金型
３０ キャビティ
３１ 射出スリーブ
３２ 給湯口
３３ 油圧シリンダ
３４ 射出プランジャ
３４ａ プランジャチップ
３５ バルブドライバ
３６ 油圧シリンダ制御バルブ
３７ 金属材料
５１ 給湯管部材
５１ａ 管路部（Ａ）
５１ｂ 管路部（Ｂ）
５１ｃ 管路部（Ｃ）
５１ｄ 堰部
５１ｅ ガス注入部

Claims (3)

1. 加熱シリンダの後端側から該加熱シリンダ内に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て、前記加熱シリンダ内の前端側から金属溶湯を１ショット毎に射出スリーブ内に落下供給することで給湯を行い、前記射出スリーブ内の金属溶湯を射出プランジャによって金型内に射出・充填するようにした構成をとり、
   前記加熱シリンダの金属溶湯を前記射出スリーブの給湯口に供給するために、前記加熱シリンダの先端側に設けられた給湯管部材には、上方に向かって傾斜した管路部Ａと該管路部Ａと連通して下方に向かって傾斜した管路部Ｂとが設けられて、前記管路部Ａと前記管路部Ｂとの境界部分が、金属溶湯の前記射出スリーブへの給湯時以外には、金属溶湯の流れ出しを阻止する堰部として機能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、前記直動体、前記ヒータ及び前記給湯管部材を含んで構成される溶融系ユニットを上下に回動する堰部高さ可変手段と、当該堰部高さ可変手段の駆動を制御するコントローラとを備え、
   前記コントローラは、給湯工程に先立つ前記溶融系ユニットの傾動工程の開始タイミングに至ったときには、前記堰部高さ可変手段を駆動して、前記堰部を低位の第１の位置へと移行させ、前記射出スリーブ内に所定量の金属溶湯の給湯が完了したことを確認したときには、前記射出プランジャを前進駆動して射出・充填工程を開始すると共に、前記堰部高さ可変手段を駆動して、前記堰部を高位の第２の位置へと移行させる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、
   前記堰部高さ可変手段は、堰部高さ可変メカニズムと、該堰部高さ可変メカニズムの駆動源である電動サーボモータとを含んで構成されることを特徴とする溶融金属成形装置。
3. 請求項１または２に記載の溶融金属成形装置において、
   前記堰部高さ可変手段は、前記加熱シリンダに水平状態をとらせることで、前記給湯管部材の前記堰部に前記第１の位置をとらせ、前記加熱シリンダにその前端側がその後端側よりも持ち上がった傾斜状態をとらせることで、前記給湯管部材の前記堰部に前記第２の位置をとらせることを特徴とする溶融金属成形装置。

Images