WO2017068670A1 - ロストワックス鋳造に使用されるワックス射出成型機及び射出ノズル - Google Patents

Abstract

排気通路３３ｃをシールするシール部材３５の脱落／位置ずれを防止し、及び／又は、シール性を向上させることができるワックス射出成型機用の射出ノズル３０が開示される。射出ノズル３０は、外筒３１と、前後方向に移動可能な内筒３２と、前記内筒３２の内壁により規定され、前記内筒３２の前端の内筒開口３３ｂと連絡するワックス通路３３ｄと、前記外筒３１の内壁と前記内筒３２の外壁の間に規定され、前記外筒３１の前端の外筒開口３３ａと連絡する排気流路３３ｃと、前記ワックス流路３３ｄを開閉するワックス弁と、前記排気流路３３ｃを開閉する排気弁を具備し、前記外筒３１は、前記外筒開口３３ａが形成された小内径部３１ａを有し、前記内筒３２は、前記内筒開口３３ｂが形成された小外径部３２ａと、前記小外径部３２ａから後方に向けて外径が大きくなる外面テーパ部３２ｂを有し、前記排気弁は、前記外面テーパ部３２ｂに装着されたシール部材３５を有する。

Description

ロストワックス鋳造に使用されるワックス射出成型機及び射出ノズル

　本願は、ロストワックス鋳造に使用されるワックス射出成型機及びロストワックス鋳造に使用されるワックス射出成型機用の射出ノズルに関する。

　主として貴金属を用いた装飾品・アクセサリー・ジュエリーなどは、小さくて複雑、更に精密な形状をしている。このような製品を大量に生産したいという要望があり、ロストワックス精密鋳造法がこの業界で発達してきた。もちろん、上記以外の精密工業用部品製造においても応用可能である。

　ジュエリー製造業界におけるロストワックス精密鋳造は、次のような工程を有する。
　第一工程は原型を製作する工程。
　第二工程は原型と同じ形状の空洞を有するゴム型を製作する工程。
　第三工程はゴム型に溶解したワックス射出し、これを取り出すことで原型と同じ形状のワックス型を製造する工程。一般には、第三工程を繰り返して行うことで、多数のワックス型が製造される。
　第四工程は第三工程で製造した多数のワックス型をワックス棒周辺にワックス型の湯道端部を溶解しつつ樹状に取り付け、これを筒状の耐熱容器内に装着して石膏を流し込み、石膏型を作成する工程。
　第五工程は電気炉又はガス炉その他を用いて、低温で石膏型の内部にあるワックスを溶解流失させ、中温で空洞内部に付着したワックスを完全に燃焼させ、更に温度を上げることで石膏型が貴金属を流し込んだときの衝撃に耐えうる強度を出した後、貴金属を流し込むに適した温度まで下げて待機する焼成工程。
　第六工程は原型と同じ空洞を沢山持つ石膏型内部に貴金属を流し込む鋳造工程。
　第七工程は、貴金属が固まった時点で、石膏型を急速に水冷することで、ばらばらに石膏を割り、樹状の貴金属を取り出し、余分な部分を切り取り、原型と同じ形状の貴金属を磨く仕上げ工程。

　図１を参照して第二工程のゴム型の製造方法を説明する。第二工程では、作成したいゴム型３の大きさに応じたサイズの型枠（不図示）と、原型１と、部品２（湯道２ａと湯口２ｂ）を使用する。型枠の下をプレートで塞ぎ、下半分にシリコンゴム加硫前の材料を入れ、その上に、原型１に部品２を接着したものを配置し、その後、上半分に加硫前の材料を入れ、枠の上部をプレートで塞ぎ、プレスしながら温度を上げて加硫する。加硫性のゴムの代わりに二液固化型のシリコンゴムを使用しても良い。

　シリコンゴムが固まってゴム本来の弾性を持つようになったら、ゴム型３を前記の枠から取り出してジグザグの切り込み３ｃを入れ、原型１とこれに接着した部品２を取り出して、ゴム型を上ゴム型３ａと下ゴム型３ｂに分離する。これにより、内部に原型１及び部品２と同形状の空洞４を有するゴム型３が得られる。このような切り込み３ｃを分離面全体に入れることにより、上下のゴム型３ａと３ｂを合わせたとき、正確に合わせることができ、内部の空洞形状も正確に再現できる。

　このような切り込み３ｃはまた、ゴム型３にワックスを射出してワックス型を作成する際、真空引きと加圧したワックスのシールを容易にする作用も有する。ワックス型をゴム型３から取り出す場合、合わせ面（切り込み）３ｃから上ゴム型３ａを分離した後、下ゴム型３ｂを変形させながら取り出し作業をすると、複雑な形状のワックス型であっても、壊さずに容易に取り出すことができる。場合によっては、ゴム型内部を幾つかに分割したり、中子を入れることもある。

　原型は様々な大きさがあるため、ゴム型もそれに合わせて大きさと厚みは様々に変化する。また、ゴム型の耐久性や、ワックス型をゴム型内部から取り出すときの難易度に合わせて、ゴムの硬度も変えることが多い。

　図２は、第三工程で使用されるクランプユニット５及びワックス型射出成型機１０の概念図を示す。クランプユニット５はゴム型３を適正にクランプして、射出ノズル２０の軸芯とゴム型３の湯口４ａの高さを一致させ、射出ノズル２０に押しつけるためのものである。ワックス型射出成型機１０は、ワックス槽と真空槽の二つの槽を一つのタンク１１内に持ち、射出ノズル２０からゴム型３内の空洞を真空引きした後、溶解ワックスを空洞内に射出する（図中の矢印参照。）ためのものである。

　一般的に、タンク１１はワックス槽１２と真空槽１３が同心円状に配されており、上部タンク蓋１１ａからワックス槽１２には加圧空気が供給され、真空槽１３には真空源が接続されて真空を維持する構造になっている。またタンク１１全体を適温に温めてワックスを常に溶解しておくためのバンドヒータ１１ｂがタンク１１の周囲に配されている。

　射出ノズル２０は、バルブ２０ａを介してワックス槽１２及び真空槽１３に選択的に接続されており、バルブ２０ａを切り替えることで、射出ノズル２０を、ワックス槽１２及び真空槽１３の双方から切り離された状態（状態１）、真空槽１３に接続された状態（状態２）、又は、ワックス槽１２に接続された状態（状態３）の３つの状態にすることができる。

　クランプユニット５は主としてゴム型３を乗せるゴム型受け台５ｃ、ゴム型３をクランプするためのクランプ力発生器５ａとそれに接続されたクランププレート５ｂ、ゴム型３を射出ノズルに押しつけるための押しつけ機構５ｄによって構成されている。

　このように構成されたクランプユニット５とワックス型射出成型機１０において、射出ノズル２０を状態１にしてゴム型３をクランプユニット５にセットし、ゴム型受け台５ｃを前進させて射出ノズル２０にゴム型３を押しつけ、射出ノズル２０を状態１から状態２に切り替えることでゴム型３の空洞４を真空にし、続いて射出ノズル２０を状態２から状態３に切り替えることでゴム型３の空洞４にワックスを充満させる。

　状態１に戻した後、ゴム型受け台５ｃを後退させ、クランププレート５ｂを上昇させ、ゴム型３を取り出し、これを合わせ面３ｃから分割し、空洞４と同形状のワックス型を取り出す。これを多数製作し、次の行程、前記第四行程へ移る。

　図３に従来の射出ノズル２０の構造を示す。図３では、更に、射出ノズル２０とタンク１１の接続関係が模式的に示されている。

　射出ノズル２０は、共通通路２１と、ワックス側通路２２ａと、ワックス弁２２ｂと、ワックス溜２２ｃと、排気側通路２３ａと、排気弁２３ｂと、真空溜２３ｃを有する。共通通路２１とワックス側通路２２ａ及び排気側通路２３ａは、射出ノズル２０の中間当たりでＴ字型に接続される。ワックス溜２２ｃ及び真空溜２３ｃはそれぞれライン２２ｄ，２３ｄを介してワックス槽１２及び真空槽１３に接続される。ワックス弁２２ｂ及び排気弁２３ｂは不図示の駆動源によって個別に開閉することが可能である。ワックス弁２２ｂを開くことで、共通通路２１がワックス溜２２ｃと連絡し、排気弁２３ｂを開くことで、共通通路２１が真空溜２３ｃと連絡する。ワックス槽１２には、圧縮エア供給源１２ａが接続され、圧縮エア供給源１２ａからの圧縮エアにより、ワックス槽１２のワックス１２Ｗがワックス溜２２ｃに供給される。真空槽１３は、真空ポンプ１３ａにより真空引きされる。

　図３（ａ）は、第三工程が反復実施される過程での状態１の射出ノズル２０を示す。状態１では、ワックス弁２２ｂ及び排気弁２３ｂの双方が閉じており、共通通路２１とワックス側通路２２ａと排気側通路２３ａのすべてにワックスが充満している。

　図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態１から真空引きをした状態２を示す。ゴム型３を射出ノズル２０に押し当てた後、矢印１に示すように排気弁２３ｂを開くと、排気側通路２３ａと真空溜２３ｃが連通するため、共通通路２１と排気側通路２３ａのワックスは真空槽１３へ引き込まれ（符号１３Ｗ参照。）、ゴム型３の空洞４は真空になる。このとき、ワックス側通路２２ａには残留ワックス２２Ｒが残留したままになる。

　図３（ｃ）は、図３（ｂ）の後にワックスを射出した状態３を示す。矢印２に示すように排気弁２３ｂを閉じ、わずかな時間差を設けて矢印３に示すようにワックス弁２２ｂを開くと、ワックス溜２２ｃとワックス側通路２２ａが連通し、ワックス槽１２からのワックス１２Ｗが共通通路２１、ワックス側通路２２ａ、排気側通路２３ａに充満し、共通通路２１からゴム型３の湯口４ａ及び空洞４にワックスが射出される。

　その後、ワックス弁２２ｂを閉じて、ゴム型３を射出ノズル２０から離脱させることで、図３（ａ）に示す状態１に復帰する。第三工程では、上述の状態１→状態２→状態３→状態１のサイクル（以下、射出サイクルと言う場合がある）が反復して実施される。

特開２０１１－１４３５８１号公報

　図３に関して説明したように、状態１から状態２への移行の際に、共通通路２１と排気側通路２３ａ内のワックスは真空槽１３に回収される。このように回収されるワックス１３Ｗをワックスドレンと呼ぶ。一般的に指輪などの製造用のゴム型３内の空洞体積はかなり小さいため、一回の射出サイクルにおけるワックスドレンの量はワックス型製品に本来必要なワックス量と比較するとかなり大きな比重を占め、同等かそれ以上になることもある。

　第三工程で排出されるワックスドレンは再利用できない。その理由は、一般的にゴム型３内の空洞部４に離型剤を塗布するため、真空引きの際、ワックスドレンに離型剤が混入するためであり、また、その他のゴミが混入する等の心配があるためである。離型剤がワックスに混入すると、ワックスの諸特性に悪影響がでる可能性がある。

　ロストワックス鋳造におけるワックスは、ワックス成分の他に、溶解温度を調節したり、強度を調節したり、湯流れを良くするための添加物を含み、あるいは香料や材質を区別するための色素なども添加されている。そのため、ワックスの価格は決して安くなく、ドレンとして廃棄するコストは決して馬鹿にならない。

　また、射出ノズル２０では、共通通路２１とワックス側通路２２ａの合計長さが長いため、ワックスの粘度によって射出時の配管抵抗が増し、ワックスの射出速度が低下する。射出速度が低下すると、ワックスがゴム型３内に充満する過程で冷却されてワックス粘度が増加する。このような射出速度の低下及び／又はワックス粘度の増加は、空洞部４の先端等の微細部分（例えば、ダイヤモンドを固定する爪先の部分など）にワックスが充分に充満しにくくなる原因となり得る。それにより、製品の形状がシャープに出来上がらないなどの問題を生じ得る。

　また、状態１から状態２に移行した際の残留ワックス２２Ｒにゴム型３の離型剤やその他のゴミが混入する懸念があり、それにより、ゴム型３に射出するワックスの品質低下・特性変化を招く可能性がある。

　図４は、他の公知の射出ノズル２０Ａを示す。図４では、図３の射出ノズル２０に対応する部分に同一の符号を付した。射出ノズル２０Ａでは、共通通路２１とワックス側通路２２ａ及び排気側通路２３ａの接続角度を工夫する（９０度未満にする）ことにより、共通通路２１とワックス側通路２２ａの通路長が短縮される。それ故、射出ノズル２０Ａでは、射出ノズル２０に関して上記した問題は多少なりとも軽減される。しかしながら、相当量のワックスドレンは依然として発生するし、配管抵抗及びそれによるワックスの射出速度の低下の問題も充分には改善されない。また、ワックス側通路２２ａに残される残留ワックス２２Ｒに離型剤やその他のゴミが混入する問題は全く改善されない。

　特許文献１は、上記問題の解決を目的としたものである。以下の特許文献１の説明では、特許文献１中の符番を引用する。

　特許文献１は、ワックス樹脂の射出鋳造装置に使用される射出ノズル１であって、先端にワックス樹脂の吐出口８を有する外筒部２と、一端が該吐出口８と流体的に連通し、他端が排気系に流体的に連通するように、該外筒部２内に画定される排気流路３と、該排気流路３と該吐出口８との間を閉鎖し、または開放するように、該排気流路３内を摺動可能な排気流路封止弁４とを備え、一端が該吐出口８と流体的に連通し、他端がワックス樹脂供給源に流体的に連通するように画定されるワックス供給流路５と、該ワックス樹脂流路５と該吐出口８との間を閉鎖し、または開放するように、該ワックス樹脂流路５内を摺動可能なワックス封止弁６とを備え、該排気流路封止弁４は、該ワックス封止弁６が摺動して該ワックス樹脂流路５と該吐出口８との間を閉鎖した状態で、該排気流路３と該吐出口８との間を連通するように開放し、該ワックス封止弁６は、該排気流路封止弁４が摺動して該排気流路３と該吐出口８との間を閉鎖した状態で、該ワックス樹脂流路５と該吐出口８との間を連通するように開放する射出ノズル１を開示する。

　特許文献１の射出ノズル１では、構造上、確かにワックスドレンは激減する。しかし、射出ノズル１は、実現性に大きな問題がある。射出ノズル１では、排気通路封止弁４の先端部に配置したパッキンまたはＯリング（以下、「パッキンまたはＯリング」を単に「Ｏリング」という。）をノズル外筒２内面の座部３ａに当接させることで排気弁の機能を達成するものである。

　しかし、図１に示す湯口は、ゴム型の大きさに関わらず概ね同じであり、非常に小さい。それ故、外筒部２の先端のＲ（曲率半径）は４ｍｍ程度にする必要があり、吐出口はφ３ｍｍ程度に設計する必要がある。このような微小な部分をＯリングでシールすることは実際上困難である。特許文献１の図をよく見ると、排気通路封止弁４の先端に溝を設け、当該溝にＯリングをはめ込んだ構造にも見えるが、仮にそうであるとしても、そのような構造は、図として描くことができるというだけであり、実現は困難である。この構造では、Ｏリングの太さはφ０．５ｍｍ～φ１ｍｍ程度になるが、このような小さなＯリングは非常に外れやすいのである。排気通路封止弁４の先端に溝を形成し、当該溝をＯリングが外れ難い形状（ザグリによって溝の開口部をＯリングより狭くする）にしたとしても、Ｏリングが小さすぎるので、外れを防止することは殆ど不可能である。また、開口部をＯリングよりも小さくすると、Ｏリングの潰し代を犠牲にせざるを得ないため、シール機能が著しく低下する。

　しかも、排気通路封止弁４の先端付近は、ゴム型３の真空引きの際、吐出口８から空気が非常な高速で通過する部分であるため、原理的にＯリングが溝から吸い出されるような力が働く。ゴム型を射出ノズル１に押しつけないで装置を作動させた場合や、射出ノズル１とゴム型の湯口が一致しない状態で装置を作動させた場合には、更に高速（原理的には音速に近い流速）で空気がこの部分を通過する。排気系バッファ５４が完全な真空になるとすれば、Ｏリングを吸い出す圧力差の最大値は、１００ｋｐａ（１ｋｇ／ｃｍ２）であり、この圧力がＯリングの装着面積全体に働くと考えられる。よって、排気通路封止弁４の先端に、上記のような小さなＯリングを外れないよう設置することは、殆ど不可能である。

　更に、前記Ｏリングの装着方向が、排気通路封止弁４の移動方向と同じであるため、一旦外れると、Ｏリングが排気通路３または吐出口８へ移動したり、挟み込まれたりして、取り扱いが非常に面倒になる。

　この業界では、図３，図４等で説明したワックスドレンをゼロにしたい、若しくは、出来る限り減らしたいという強い要望が昔からある。しかし、射出ノズル２０の先端は、曲率半径Ｒが４ｍｍ程度で共通通路２１の径はφ３ｍｍ程度であるという寸法上の厳しい制約もあり、これまで、この要望を実現した例は無い。本発明の目的の一つは、この要望を実現することである。

　また、ワックスの射出速度を増大させることができれば、原型により忠実なワックス型の製造が可能になる。なお、このことは、当業界では必ずしも認識されていない。また、ワックス側通路２２ａ等でのワックスの残留を解消することができれば、ゴム型３に注入されるワックスの品質低下が防止できることを本発明者は確信している。このことは、当業界では全く認識されていない。本発明の他の目的は、これらを実現することである。

　本出願には、下記の発明が開示される。

＜観点１＞
　内壁を有する外筒と、
　内壁及び外壁を有し、前後方向に移動可能な内筒と、
　前記内筒の内壁により規定され、前記内筒の前端の内筒開口と連絡するワックス通路と、
　前記外筒の内壁と前記内筒の外壁の間に規定され、前記外筒の前端の外筒開口と連絡する排気通路と、
　前記ワックス通路を開閉するワックス弁と、
　前記排気通路を開閉する排気弁
を具備するワックス型射出成型機の射出ノズルであって、
　前記外筒は、前記外筒開口が形成された小内径部と、前記小内径部から後方に向かって内径が大きくなる内面テーパ部を有し、
　前記内筒は、前記内筒開口が形成された小外径部と、前記小外径部から後方に向かって外径が大きくなる外面テーパ部を有し、
　前記排気弁は、前記外面テーパ部又は前記外面テーパ部よりも後方で前記小外径部よりも大径の部位に装着されたシール部材を有することを特徴とする射出ノズル。
＜観点２＞
　前記内筒が前進／後退したときに、前記シール部材が、前記外筒の内壁に対して当接／離間することにより、前記排気弁が開閉することを特徴とする観点１に記載の射出ノズル。
＜観点３＞
　前記外面テーパ部と前記内面テーパ部のテーパ角度が概略同一であることを特徴とする観点１に記載の射出ノズル。
＜観点４＞
　前記外面テーパ部に、前記シール部材の一部を収容する溝が形成されていることを特徴とする観点１に記載の射出ノズル。
＜観点５＞
　前記ワックス弁の前端に、前記外筒開口及び前記内筒開口に挿入可能な突起が取り付けられていることを特徴とする観点１に記載の射出ノズル。
＜観点６＞
　内壁を有する外筒と、
　内壁及び外壁を有し、前後方向に移動可能な内筒と、
　前記内筒の内壁により規定され、前記内筒の前端の内筒開口と連絡するワックス通路と、
　前記外筒の内壁と前記内筒の外壁の間に規定され、前記外筒の前端の外筒開口と連絡する排気通路と、
　前記ワックス通路を開閉するワックス弁と、
　前記排気通路を開閉する排気弁
を具備するワックス型射出成型機の射出ノズルであって、
　前記外筒は、前記外筒開口が形成された小内径部と、後方を向いた後向座部を有し、
　前記内筒は、前記内筒開口が形成された小外径部と、前記後向座部に対向する前向座部を有し、
　前記後向座部及び前記前向座部は、前記小外径部の外径よりも大きい径を有し、
　前記排気弁は、前記後向座部又は前記前向座部に装着されたシール部材を有することを特徴とする射出ノズル。
＜観点７＞
　観点１又は６に記載の射出ノズルを有する、ワックス型射出成型機。

　上記観点１，６，７の発明では、小外径部よりも大径の部位にシール部材が装着されることにより、引用文献１の射出ノズルと比較して、よりサイズの大きいシール部材の使用が可能となり、容易にシール機能を高めるができる。

　引用文献１の射出ノズル１は、ワックスドレンの大幅減少という当業界の長年の要望に応えるものであるにも関わらず、引用文献１の出願から３年半（公開から２年）を経た現在に至るも製品化されていない。その理由の一つは、排気通路封止弁４の先端での排気流路のシールが困難であったことである。また、引用文献１の射出ノズル１の原案は、本願発明者が発案し、引用文献１の出願人に対して提案したものである。引用文献１は、本願発明者の知らぬうちに出願されてしまったものである。このことがあった以降、本願発明者は引用文献１の出願人に対する技術協力を行わなくなった。引用文献１の出願人は、その後、独自に射出ノズル１の製品化を試みたものと思われるが、結局はこれを断念し、現在では、機能面で射出ノズル１に劣ることが明らかな図４の射出ノズル２０Ａを製造している。これらのことは、上記観点１，６の発明が当業者に容易に発明できたものでないことの一つの裏付けになるものと出願人は思料する。

図１は、ゴム型の製造方法の説明図である。 図２は、ワックス型射出成型機及びクランプユニットの側面図である。 図３は、従来の射出ノズル２０を示す。 図４は、他の従来の射出ノズル２０Ａを示す。 図５は、本発明の一実施形態に係る射出ノズル３０を示す。 図６は、射出ノズル３０の駆動機構及び当該駆動機構の動作の例を示す。 図７は、本発明の他の実施形態に係る射出ノズル３０Ａを示す。 図８は、本発明の更に他の実施形態に係る射出ノズル３０Ｂ～３０Ｄを示す。 図９は、本発明の実施形態に係る射出ノズル３０Ａ～３０Ｄに付加し得る突起部３４ｃを示す。

　図５，図６を参照し、本発明の一実施形態に係る射出ノズル３０及び当該射出ノズル３０を有するワックス型射出成型機を説明する。

　図５は、射出ノズル３０の先端付近を示す。図示のように、射出ノズル３０は、外筒３１及び内筒３２を有する。

　外筒３１は、内壁３１ｉ及び外壁３１ｏを有する中空筒型、好ましくは、円筒型の部材である。外筒３１は、開口（外筒開口３３ａ）が形成された小内径部３１ａと、小内径部３１ａよりも内径（内壁３１ｉの径）が大きい大内径部３１ｃと、小内径部３１ａと大内径部３１ｃの中間に位置し、小内径部３１ａから後方に向かうにつれて内径が拡大する内面テーパ部３１ｂを有する。図示の例では、内面テーパ部３１ｂの内径が直線的に拡大しているが、曲線的、段階的等、他の態様で内径が拡大してもよい。本実施形態の外筒３１の外壁３１ｏは、ゴム型３の湯口４ａに差し込むことができるように、小内径部３１ａから後方に向かうにつれて外径が拡大する形状を有しているが、外壁３１ｏの形状は、これに限定されるものではない。

　内筒３２は、内壁３２ｉ及び外壁３２ｏを有する中空筒型、好ましくは、円筒型の部材である。内筒３２は、外筒３１の内部空間内で前後方向に移動可能に収容される。前後方向は、好ましくは、外筒３１及び／又は内筒３２の軸方向である。

　内筒３２は、開口（内筒開口３３ｂ）が形成された小外径部３２ａと、小外径部３２ａよりも外径が大きい大外径部３２ｃと、小外径部３２ａと大外径部３２ｃの中間に位置し、小外径部３２ａから後方に向かうにつれて外径が拡大する外面テーパ部３２ｂを有する。図示の例では、外面テーパ部３２ｂの外径は直線的に拡大しているが、曲線的、段階的等、他の態様で外径が拡大してもよい。好ましい実施形態では、外筒３１の内面テーパ部３１ｂの内壁３１ｉは、内筒３２の外面テーパ部３２ｂの外壁３２ｏと同一のテーパ角度を有する。

　排気通路３３ｃは、外筒３１の内壁３１ｉと内筒３２の外壁３２ｏの間に規定される。排気通路３３ｃは、外筒開口３３ａに連絡している。ワックス通路３３ｄは、内筒３２の内壁３２ｉにより規定される。ワックス通路３３ｄは、内筒開口３３ｂに連絡している。

　射出ノズル３０は、ワックス通路３３ｄを開閉するためのワックス弁を有する。本実施形態のワックス弁は、内筒３２の内部空間内（ワックス通路３３ｄ内）で前後方向に移動可能な弁座３４ａ及び弁座３４ａを前後方向に駆動するための弁棒３４ｂを有する。弁座３４ａを内筒３２に対して前方に移動させると、弁座３４ａが内筒開口３３ｂに当接し、ワックス通路３３ｄが閉じられる（図５（ａ），図５（ｃ））。弁座３４ａを後方に移動させると、弁座３４ａが内筒開口３３ｂから離間し、ワックス通路３３ｄが開かれる（図５（ｂ））。ワックス弁は、ワックス通路３３ｄを開閉可能な他の構造としてもよい。

　射出ノズル３０は、排気通路３３ｃを開閉するための排気弁を有する。本実施形態の排気弁は、外面テーパ部３２ｂに装着されたシール部材３５を有する。好ましい実施形態では、シール部材３５は、ゴム等の弾性材料からなるＯリングで構成される。シール部材３５を外面テーパ部３２ｂに安定に装着するために、外面テーパ部３２ｂの外周に形成されたシール溝３５ａにシール部材３５の一部を填め込む構造とするとより好ましい。シール溝３５ａの深さは、例えば、シール部材３５の直径の半分以上、好ましくは、７０～９５％、特に好ましくは、８０～９０％とすることができる。内筒３２を外筒３１に対して前方に移動させると、シール部材３５が外筒３１の内壁３１ｉに当接し、排気通路３３ｃが閉じられる（図５（ｂ），図５（ｃ））、内筒３２を後方に移動させると、シール部材３５が外筒３１の内壁３１ｉから離間し、排気通路３３ｃが開かれる（図５（ａ））。

　図示の例では、シール部材３５は、外面テーパ部３２ｂと大外径部３２ｃの境界付近に形成されているが、外面テーパ部３２ｂの中間あたり又は前端により近い部分にシール部材３５を設けてもよい。或いは、外面テーパ部３２ｂよりも後方であって、小外径部３２ａよりも大径の部位にシール部材３５を設けてもよい。

　射出ノズル３０は、図２及び図３の射出ノズル２０に代えて、ワックス型射出成型機１０に設置される。

　図６は、射出ノズル３０の駆動機構及び当該駆動機構の動作の例を示す。特に、図６では、空圧シリンダー方式で内筒３２及び弁座３４ａを駆動する方式の射出ノズル３０を示す。他の駆動方式、例えば、電磁ソレノイド方式を使用することも可能である。

　外筒３１は、その後方で射出バルブボディ３１ｄと接続される。外筒３１と射出バルブボディ３１ｄは、一体の部材（例えば、筒状金属部材）で構成できる。

　射出バルブボディ３１ｄの後方には、単動エアシリンダー４０が設けられている。単動エアシリンダー４０は、内筒３２の後端に接続されたピストン４１と、ピストン４１を後方に駆動するエアを供給するための内筒駆動エアポート４２と、ピストン４１を前方に駆動するためのリターンスプリング４３と、リターンスプリング４３側の空間を大気圧にしておくための大気解放ポート４４等で構成される。内筒駆動エアポート４２から圧縮エアを供給すると内筒３２が後方に移動し、内筒駆動エアポート４２を大気圧に戻すと内筒３２が前方に移動する。内筒３２とピストン４１は、一体の部材（例えば、筒状金属部材）で構成できる。

　単動エアシリンダー４０の更に後方には、単動エアシリンダー５０が設けられている。単動エアシリンダー５０は、弁棒３４ｂの後端部分に接続されたピストン５１と、ピストン５１を後方に駆動するエアを供給するための弁座駆動エアポート５２と、ピストン５１を前方に駆動するためのリターンスプリング５３と、リターンスプリング５３側の空間を大気圧にしておくための大気解放ポート５４等で構成される。弁座駆動エアポート５２から圧縮エアを供給すると弁座３４ａが後方に移動し、弁座駆動エアポート５２を大気圧に戻すと弁座３４ａが前方に移動する。弁座３４ａ、弁棒３４ｂ及びピストン５１は、一体の部材（例えば、金属ロッド）で構成できる。

　射出バルブボディ３１ｄは、更に、排気通路３３ｃと連絡する排気ポート４５及びワックス通路３３ｄと連絡するワックス供給ポート４６を有する。排気ポート４５は、図２，図３に示したと同様の真空槽１３に連絡し、ワックス供給ポート４６は、図２，図３に示したと同様のワックス槽１２に連絡する。排気ポート４５と真空槽１３の間、ワックス供給ポート４６とワックス槽１２の間に、図２，図３に示したと同様の真空溜、ワックス溜を設けてもよい。図示の例では、排気ポート４５は、大内径部３１ｃとピストン４１の間に位置し、ワックス供給ポート４６は、ピストン４１とピストン５１の間に位置する。他の配置も可能である。

　図５，図６を参照し、第三工程における射出ノズル３０の動作を説明する。

　図６（ａ）（図５（ｃ））に示す状態１では、リターンスプリング４３によって内筒３２は前方に押されて、シール部材３５が外筒３１の内壁３１ｉに当接し、排気通路３３ｃは閉じている。このとき、内面テーパ部３１ｂの内壁３１ｉと、外面テーパ部３２ｂの外壁３２ｏのテーパ角度を概略同一にすれば、排気通路３３ｃのうちのシール部材３５よりも先端側の部分（図５（ａ）において符号３３ｃ１、図５（ｂ），図５（ｃ）において符号３３ｃ２示される部分）の体積は、実質的にゼロ又は極めて小さくできる。状態１では、リターンスプリング５３によって弁座３４ａは内筒開口３３ｂに押し付けられ、ワックス通路３３ｄは閉じられている。

　ゴム型３を射出ノズル３０に押し当てた後、内筒駆動エアポート４２に圧縮エアを供給すると、内筒３２は後方に駆動され、シール部材３５が外筒３１の内壁から離間し、排気通路３３ｃが開かれる。これにより、図６（ｂ）（図５（ａ））に示す状態２となる。このとき、リターンスプリング５３によって弁座３４ａは内筒開口３３ｂに押し付けられており、ワックス通路３３ｄは閉じたままである。状態２に移行した際、外筒開口３３ａが排気通路３３ｃ、排気ポート４５を介して真空槽１３に連絡し、ゴム型３の空洞４内の空気とともに、前回の射出サイクルで外筒開口３３ａに残ったワックスが真空槽１３に吸引される。射出ノズル３０では、部分３３ｃ２の体積はほぼゼロであるため、射出ノズル２０の残留ワックス２２Ｒのような多量の残留ワックスは生じない。

　状態２の後に、内筒駆動エアポート４２の圧力を大気圧に戻すと、リターンスプリング４３によって内筒３２は再び外筒３１に押し付けられ、排気通路３３ｃは閉じられる。その後、わずかな時間をおいて、弁座駆動エアポート５２にエアを供給すると、弁座３４ａが後方に駆動され、ワックス通路３３ｄが開いて外筒開口３３ａに連通する。これが図６（ｃ）（図５（ｂ））に示す状態３である。状態３になることにより、ワックス槽１２のワックスがワックス供給ポート４６及びワックス通路３３ｄを通って外筒開口３３ａからゴム型３の空洞４に射出される。

　状態３の後、弁座駆動エアポート５２の圧力を大気圧に戻すと、リターンスプリング５３によって弁座３４ａが前方に移動し、ワックス通路３３ｄが閉じ、図６（ａ）（図５（ｃ））の状態１に戻る。

　上記のように、本実施形態の射出ノズル３０では、射出ノズル３０の内部にワックス封止弁と排気弁の機能を同時に持つ事ができる。

　射出ノズル３０では、射出ノズル２０の共通通路２１（図３）に相当する部分は、図５に示す外筒開口３３ａである。図から容易に理解できるように、外筒開口３３ａは、非常に短く設計することができる。よって、ワックス射出の際の配管抵抗を減少させ、ワックスの射出速度を増大させることができる。内筒３２の先端付近のワックス通路３３ｄ（図５（ｂ）で符号３３ｄ’で示す）もワックスの配管抵抗に影響するが、当該部分３３ｄ’も、短く、及び／又は、断面積を大きく設計することが容易である。従って、射出ノズル３０では、空洞部４にワックスを短時間で隅々まで充満させることが容易になり、例えば、ダイヤモンドを固定する爪などの突起先端部の形状をよりシャープな仕上がりにすることができる。

　また、射出ノズル３０では、射出ノズル２０の排気側通路２３ａ（図３）に対応する部分は、図５（ａ）に示す部分３３ｃ１，３３ｃ２である。内面テーパ部３１ｂの内壁３１ｉと、外面テーパ部３２ｂの外壁３２ｏを、概略同一のテーパ角度にすれば、ワックス射出時の部分３３ｃ２の体積を実質的にゼロ又は極めて小さくできる（図５（ｂ））。部分３３ｃ２の体積が小さいことと、ワックスの射出経路（外筒開口３３ａ）を短くできることにより、ワックスドレンの量は劇的に減少する。

　射出ノズル３０では、排気通路３３ｃを開いて真空引きをした状態（図５（ａ）、図６（ｂ）参照）のときに、射出ノズル２０のワックス側通路２２ａ（図３）のような残留ワックス２２Ｒを生じるスペースを実質的に無くすことができる。よって、残留ワックスの量が激減する。これにより、残留ワックスへの離型材やごみの混入による射出ワックスの品質低下等が抑制され得る。

　射出ノズル３０では、シール部材３５が外面テーパ部３２ｂに設置されている。面積の小さい小外径部３２ａ（排気通路封止弁４の先端部）にシール部材３５（Ｏリング）を設置する特許文献１の射出ノズル１と異なり、より面積の大きい外面テーパ部３２ｂにシール部材３５を設置したことにより、より大きい（又は太い）シール部材３５を使用することが可能である。よって、排気通路３３ｃの開閉を確実に行うことが容易になる。更に、ゴム型３を真空引きする際の気流は、前方から後方に向かう気流である（図５（ａ）、図６（ｂ）参照。）から、シール部材３５には、内筒３２の外径が大きくなる方向への力が作用するだけであり、シール部材３５が外れたり、位置ずれしたりし難い安全設計である。

　図７は、本発明の他の実施形態に係る射出ノズル３０Ａを示す。図７では、射出ノズル３０に対応する部材には、対応する符号を示す。

　射出ノズル３０Ａでは、外筒３１が、小内径部３１ａよりも後方に位置する外筒段差面３１ｅを有し、内筒３２が、小外径部３２ａよりも後方に位置する内筒段差面３２ｅを有する。外筒段差面３１ｅは、後方を向いた角度で形成される。好ましい実施形態では、外筒段差面３１ｅの法線が後方（外筒３１及び／又は内筒３２の軸方向）と一致する。外筒段差面３１ｅの法線と後方は、角度を有してもよい。当該角度は、例えば、４５度以下とするとよい。内筒段差面３２ｅは、外筒段差面３１ｅと対向する。好ましい実施形態では、内筒段差面３２ｅは、前方を向いた角度で形成される。好ましい実施形態では、内筒段差面３２ｅと外筒段差面３１ｅは、平行である。内筒段差面３２ｅと外筒段差面３１ｅは、角度を有してもよい。当該角度は、例えば、４５度以下とするとよい。射出ノズル３０Ａは、内筒段差面３２ｅに装着されたシール部材３５を更に有する。

　射出ノズル３０Ａでは、内筒３２を外筒３１に対して前進させると、シール部材３５が外筒段差面３１ｅに当接し、排気通路３３ｃが閉じ（図７（ｂ））、内筒３２を外筒３１に対して後退させると、シール部材３５が外筒段差面３１ｅから離間し、排気通路３３ｃが開く（図７（ａ））。射出ノズル３０Ａでは、シール部材３５と外筒段差面３１ｅが接触する部分が後向座部を構成し、シール部材３５と内筒段差面３２ｅが接触する部分が前向座部を構成する。

　射出ノズル３０Ａでは、図７（ｂ）に示した状態（状態３）で、排気通路３３ｃの部分３３ｃ３に空間が生じる。そのため、内面テーパ部３１ｂと外面テーパ部３２ｂの間にわずかでも隙間があると、ゴム型３へのワックス射出の際に部分３３ｃ３にワックスが流入し、それによってワックスドレンが増加するという問題を生じ得る。ただし、この問題は、内面テーパ部３１ｂと外面テーパ部３２ｂの隙間を無くすことにより、及び／又は、内面テーパ部３１ｂと外筒段差面３１ｅの距離をできる限り短くすることにより、軽減又は解消できる。

　図８（ａ）、図８（ｂ）は、本発明の更に他の実施形態の射出ノズル３０Ｂ，３０Ｃを示す。射出ノズル３０Ｂ，３０Ｃでは、内筒外壁３２ｏ又は内筒段差面３２ｅに設けた溝３５ｂ，３５ｃにシール部材３５の一部を填め込むことで、シール部材３５が脱落及び／又は位置ずれしにくくなっている。

　図８（ｃ）は、本発明の更に他の実施形態の射出ノズル３０Ｄを示す。射出ノズル３０Ｄでは、シール部材３５は、外筒段差面３１ｅに装着されており、内筒３２を外筒３１に対して前進／後退させたときに、シール部材３５が内筒段差面３２ｅに対して当接／離間することで、排気通路３３ｃが開／閉される。図示の例では、外筒段差面３１ｅは、シール部材３５の一部を填め込むための溝３５ｄを有する。

　射出ノズル３０Ｂ～３０Ｄでは、溝３５ｂ～３５ｄ内に前向座部又は後向座部が形成される。

　図７，図８の射出ノズル３０Ａ～３０Ｄ、又は、射出ノズル３０Ａ～３０Ｄを有するワックス射出成型機においても、射出ノズル３０、又は、射出ノズル３０を有するワックス射出成型機について上記したと同様の効果が達成される。

　射出ノズル３０，３０Ａ～３０Ｄは、図９に例示するように、弁座３４ａの先端に突起３４ｃを有し得る。好ましくは、突起３４ｃは、内筒開口３３ｂ及び外筒開口３３ａよりも僅かに小さい径を持ち、また、好ましくは、弁座３４ａが内筒開口３２ａに当接したときに、突起３４ｃの前端が外筒開口３１ａの前端になるべく近づくような長さを持つ。

　突起３４ｃを有することで、図９（ｂ）に示す状態１のときの外筒開口３３ａ内のワックス量を減らすことができるので、ワックスドレンを更に減少させることができる。ただし、排気通路３３ｃ及びワックス通路３３ｄの流路断面積を大きくするためには、内筒３２が後方に移動した際に、突起３４ｃの前端が外筒開口３１ａから充分に離間できることと、及び／又は、弁座３４ａが後方に移動した際に、突起３４ｃの前端が内筒開口３２ａから充分に離間できるようにすることが望ましい。よって、突起３４ｃを有する態様の射出ノズル３０，３０Ａ～３０Ｄは、内筒３１及び／又は弁座３４ａのストロークを充分に長くすることが好ましい。

　本発明は、宝飾品、アクセサリ等の小物や工業製品等の製造のためのロストワックス鋳造において使用されるワックス射出成型機及び当該ワックス射出成型機用ノズルに適用することができる。

発明の単一性

　請求項１，６の発明は、シール部材が、小外径部よりも大径の部位に装着されることにより、大型のシール部材の使用が可能になり、シール性が向上し、及び／又は、シール部材の脱落／位置ずれを抑止できる、との点で技術水準に対して共通のＳＴＦを有する。

１・・・原型
２・・・部品
２ａ・・・湯道
２ｂ・・・湯口
３・・・ゴム型
４・・・空洞
４ａ・・・湯口
５・・・クランプユニット
５ａ・・・クランプ力発生器
５ｂ・・・クランププレート
５ｃ・・・ゴム型受け台
５ｄ・・・押しつけ機構５ｄ
１０・・・ワックス型射出成型機
１１・・・タンク
１１ａ・・・上部タンク蓋
１１ｂ・・・バンドヒータ
１２・・・ワックス槽
１２ａ・・・圧縮エア供給源
１２Ｗ・・・ワックス
１３・・・真空槽
１３ａ・・・真空ポンプ
１３Ｗ・・・ワックスドレン
２０，２０Ａ・・・射出ノズル
２１・・・共通通路
２２ａ・・・ワックス側通路
２２ｂ・・・ワックス弁
２２ｃ・・・ワックス溜
２２ｄ・・・ワックス側ライン
２２Ｒ・・・残留ワックス
２３ａ・・・排気側通路
２３ｂ・・・排気弁
２３ｃ・・・真空溜
２２ｄ・・・真空側ライン
３０，３０Ａ～３０Ｄ・・・射出ノズル
３１・・・外筒
３１ａ・・・小内径部
３１ｂ・・・内面テーパ部
３１ｃ・・・大内径部
３１ｄ・・・射出バルブボディ
３１ｉ・・・内壁
３１ｏ・・・外壁
３１ｅ・・・外筒段差面
３２・・・内筒
３２ａ・・・小外径部
３２ｂ・・・外面テーパ部
３２ｃ・・・大外径部
３２ｉ・・・内壁
３２ｏ・・・外壁
３２ｅ・・・内筒段差面
３３ａ・・・外筒開口
３３ｂ・・・内筒開口
３３ｃ・・・排気通路
３３ｄ・・・ワックス通路
３４ａ・・・弁座
３４ｂ・・・弁棒
３４ｃ・・・突起部
３５・・・シール部材
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ・・・シール溝
４０・・・単動エアシリンダー
４１・・・ピストン
４２・・・内筒駆動エアポート
４３・・・リターンスプリング
４４・・・大気解放ポート
４５・・・排気ポート
４６・・・ワックス供給ポート
５０・・・単動エアシリンダー
５１・・・ピストン
５２・・・弁座駆動エアポート
５３・・・リターンスプリング
５４・・・大気解放ポート

Claims (7)

1. 　内壁を有する外筒と、
   　内壁及び外壁を有し、前後方向に移動可能な内筒と、
   　前記内筒の内壁により規定され、前記内筒の前端の内筒開口と連絡するワックス通路と、
   　前記外筒の内壁と前記内筒の外壁の間に規定され、前記外筒の前端の外筒開口と連絡する排気通路と、
   　前記ワックス通路を開閉するワックス弁と、
   　前記排気通路を開閉する排気弁
   を具備するワックス型射出成型機の射出ノズルであって、
   　前記外筒は、前記外筒開口が形成された小内径部と、前記小内径部から後方に向かって内径が大きくなる内面テーパ部を有し、
   　前記内筒は、前記内筒開口が形成された小外径部と、前記小外径部から後方に向かって外径が大きくなる外面テーパ部を有し、
   　前記排気弁は、前記外面テーパ部又は前記外面テーパ部よりも後方で前記小外径部よりも大径の部位に装着されたシール部材を有することを特徴とする射出ノズル。
2. 　前記内筒が前進／後退したときに、前記シール部材が、前記外筒の内壁に対して当接／離間することにより、前記排気弁が開閉することを特徴とする請求項１に記載の射出ノズル。
3. 　前記外面テーパ部と前記内面テーパ部のテーパ角度が概略同一であることを特徴とする請求項１に記載の射出ノズル。
4. 　前記外面テーパ部に、前記シール部材の一部を収容する溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の射出ノズル。
5. 　前記ワックス弁の前端に、前記外筒開口及び前記内筒開口に挿入可能な突起が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の射出ノズル。
6. 　内壁を有する外筒と、
   　内壁及び外壁を有し、前後方向に移動可能な内筒と、
   　前記内筒の内壁により規定され、前記内筒の前端の内筒開口と連絡するワックス通路と、
   　前記外筒の内壁と前記内筒の外壁の間に規定され、前記外筒の前端の外筒開口と連絡する排気通路と、
   　前記ワックス通路を開閉するワックス弁と、
   　前記排気通路を開閉する排気弁
   を具備するワックス型射出成型機の射出ノズルであって、
   　前記外筒は、前記外筒開口が形成された小内径部と、後方を向いた後向座部を有し、
   　前記内筒は、前記内筒開口が形成された小外径部と、前記後向座部に対向する前向座部を有し、
   　前記後向座部及び前記前向座部は、前記小外径部の外径よりも大きい径を有し、
   　前記排気弁は、前記後向座部又は前記前向座部に装着されたシール部材を有することを特徴とする射出ノズル。
7. 　請求項１又は６に記載の射出ノズルを有する、ワックス型射出成型機。

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