JP2005161375A - 金属射出成形機の金属溶湯供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶湯の漏洩の問題が少なく安全成形ができ、構造は単純で安価であり、そして保守点検も容易な金属射出成形機の金属溶湯供給装置を提供する。
【解決手段】溶解炉（３）と射出シリンダ（５１）とを略直角に流れ方向が変化している曲流部を有する流路（１５、１６）で接続する。そして、曲流部に対応して温度が制御されるスリーブ（２０）を装着し、このスリーブ（２０）にシャットオフピン（３０）を摺動自在に設ける。シャットオフピン（３０）を、その弁部（３４）が曲流部の弁座（１７）に着座あるいは離間するように外部駆動装置（４１）により駆動する。また、シャットオフピン（３０）の、スリーブ（２０）に対応した摺動部（３２）の表面に溝（３７）を形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、低融点金属材料を溶解する溶解部と、溶湯を金型に向けて射出するための射出部とを備え、前記溶解部と射出部とが略直角に流れ方向が変化している曲流部を有する流路で接続されている金属溶湯供給装置の金属溶湯供給装置に関し、特に限定するものではないが、溶解部から射出部へ溶湯を移送する湯路の構造に関するものである。

溶融炉と、この溶融炉で溶解された溶湯を溶湯管で射出スリーブに導き、そして前記射出スリー部から金型へ射出して金属成形品を得る金属射出成形機は、特許文献１〜５等により、インラインスクリュ式の金属射出成形機と同様に、従来周知である。このような従来周知の金属射出成形機における溶湯の金属材料移送装置の、本願発明の先行技術文献として特許文献１を挙げることができる。

特開２００１−１８０５２ 特開２００２−３０１５６４ 特開２００２−３６１３９０ 特開平７−１００６１５号公報 特開平８−１９８４９号公報

特許文献１には、図４に示されているような金属射出成形機が示されている。すなわち、溶融炉６０、射出スリーブ６７、計量シリンダ６４、給湯管６３、切換弁７０等から金属射出成形機が示されている。計量シリンダ６４には計量ピストン６５が設けられ、この計量ピストン６５の上方部が計量室６６となっている。そして、計量室６６の上方部には切替弁７０が設けられ、図４に示されている状態では、給湯管６３は計量室６６と連通し、紙面に垂直方向に移動させると、計量室６６と射出スリーブ６７とが連通するようになっている。

したがって、切替弁７０を、図４に示されている状態に切り替え、そしてモータ６１によりポンプ６２を駆動すると、溶融炉６０中の溶湯が計量室６６に供給される。供給されるに従い計量ピストン６５は下降し、所定量下降して計量を終わる。切替弁７０を紙面に垂直方向に駆動して、計量室６６と射出スリーブ６７とを連通させ、そして計量ピストン６５を上方へ駆動すると、計量室６６の溶湯が射出スリーブ６７に供給される。次いで、射出スリーブ６７の射出ピストン６８を軸方向に駆動する。そうすると、射出スリーブ６７中の溶湯は、図示されない金型へ射出される。これにより所定形状の金属成形品を得ることができる。

特許文献１に記載されている発明によると、計量シリンダ６４を備え、その計量ピストン６５の下降量を適宜設定することにより、射出スリーブ６７への供給量を制御するができ、溶解炉６０に保持されている溶湯の液面に影響されることなく、溶湯の供給量を高精度に制御できるという特徴が認められ、溶湯の供給量の制御という点から見ると、一応発明の目的は達成されているといえる。しかしながら、切替弁７０あるいは切替弁７０の近傍の構造に改良の余地が認められる。すなわち、切替弁７０は、図４には正確には示されていないが、弁箱内に収納され、そして、電磁コイルにより駆動されるようになっている。したがって、図面上は密閉構造になっている。しかし、弁箱内に複雑な形状の切替弁７０を収納しなければならないので、弁箱は複数個の部材から組み立て接合されていると考えられ、その接合部から、例えば粘度の低いマグネシウム合金のような溶湯は外部へ漏れる危険がある。もっとも、溶湯の温度を下げて粘度を上げる、あるいは融点以下に下げると、漏洩の問題は解決されるが、溶湯の固化の問題、固化による切替弁７０の不作動の問題等が新たに生じる恐れがある。特許文献１に記載の発明では、上記のような溶湯の漏洩、固化等の問題に対する対策は格別に採られていない。また、採られるような構造にもなっていない。

また、特許文献１に記載の切替弁７０および弁箱の構造は複雑になっていて、製作コストが高くなることが予想される。さらには、比較的高温で作動する切替弁７０は摩耗するが、摩耗に対する対策すなわち切替弁７０の交換あるいは保守点検に対する対策も格別に採られていない。
本発明は、上記のような従来の問題点を解決した金属射出成形機の金属溶湯供給装置を提供することを目的とし、具体的には溶湯の漏洩の問題が少なく安全成形ができ、構造は単純で安価であり、そして保守点検も容易な金属射出成形機の金属溶湯供給装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、マグネシウム合金、アルミニウム合金、亜鉛合金等の低融点金属材料を溶解する溶解部と、溶湯を金型に向けて射出するための射出部は、略直角に流れ方向が変化している曲流部を有する流路で接続される。そして、曲流部に外部から操作されるシャットオフピンが設けられる。このように、シャットオフピンが曲流部に設けられるので、その弁部が曲流部の弁座に着座し、また離間するように外部から容易に操作できる。さらには、シャットオフピンは、その軸部がスリーブ内に摺動自在に設けられ、そのスリーブの温度が制御されるように構成される。これにより、流路からシャットオフピンの外周部を通って漏出しようとする溶湯は、凝固もしくは半凝固状態に制御され、漏洩が防止される。また、温度を制御することにより、シャットオフピンの摺動抵抗も調節できる。さらには、本発明は上記目的を達成するために、シャットオフピンの外周部には溝、望ましくは軸方向に複数個の溝が形成される。この溝により、漏洩しようとする溶湯は凝固もしくは半凝固状態で溝により捕捉され、外部へ漏洩することが防止される。

かくして、請求項１に記載の発明は、上記発明の目的を達成するために、低融点金属材料を溶解する溶解部と、溶湯を金型に向けて射出するための射出部とを備え、これらが略直角に流れ方向が変化している曲流部を有する流路で接続されている金属溶湯供給装置であって、前記曲流部には、温度が制御されるスリーブに摺動自在に保持されているシャットオフピンが設けられ、該シャットオフピンは、前記曲流部の弁座に弁部が着座あるいは離間するように外部駆動手段により駆動されるように構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の金属溶湯供給装置において、シャットオフピンの、スリーブに対応した摺動部の表面には溝が形成され、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の金属溶湯供給装置において、シャットオフピンの軸の当接端部と、外部駆動手段の駆動軸の当接端部は、少なくとも一方の当接端部は外方へ凸の球面状になってカップリングにより接合され、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載の金属溶湯供給装置において、シャットオフピンの、スリーブに接する摺動部は、軸部に対して交換可能に、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかの項に記載の金属溶湯供給装置において、シャットオフピンの弁部が曲流部の弁座に着座したことを、シャットオフピンの軸の位置を計測する位置のセンサまたは外部駆動手段の作動油の圧力値で検知するように、そして請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかの項に記載の金属溶湯供給装置において、溶解部は溶解炉からなり、その低融点金属材料の供給孔は縮径部を有し、低融点金属材料には前記供給孔の縮径部よりも大径部を有する低融点金属ビレットが適用されるように構成される。

以上のように、本発明によると、低融点金属材料を溶解する溶解部と、溶湯を金型に向けて射出するための射出部とは、略直角に流れ方向が変化している曲流部を有する流路で接続され、そして前記曲流部には、温度が制御されるスリーブに摺動自在に保持されているシャットオフピンが設けられ、該シャットオフピンは、前記曲流部の弁座に弁部が着座あるいは離間するように外部駆動手段により駆動されるように構成されているので、スリーブの温度したがってシャットオフピンの温度を制御することにより、例えば温度を下げて溶湯を凝固あるいは半凝固状態としてシャットオフピンの外周部からの漏洩を防止し、温度を上げて粘性を下げシャットオフピンの摺動抵抗を小さくできる。したがって、本発明によると、シャットオフピンは外部駆動手段により駆動されるようになっているが、溶湯の漏出の問題も摺動抵抗の問題もなく、低融点金属材料から安全に金属成形品を得ることができるという本発明に特有の効果が得られる。また、シャットオフピンは、構造自体が単純であるが、特に本発明によると曲流部に設けられているので、弁座の構造が簡単になり、外部からも油圧ピストンシリンダユニット等の駆動装置により駆動できるようになる。したがって、本発明によると、金属溶湯供給装置を安価に提供できる。さらには、シャットオフピンは外部から駆動されるようになっていると共に、スリーブに摺動自在に保持されているので、シャットオフピンをスリーブから、すなわち本体から容易に取り出し、保守点検もできる。

請求項２に記載の発明によると、シャットオフピンの、スリーブに対応した摺動部の表面には溝が形成されているので、漏洩しようとする溶湯をこの溝で捕捉できる効果がさらに得られる。請求項３に記載の発明によると、シャットオフピンの軸の当接端部と、外部駆動手段の駆動軸の当接端部は、少なくとも一方の当接端部は外方へ凸の球面状になってカップリングにより接合されているので、外部駆動手段の駆動軸とシャットオフピンの軸との軸心が多少偏心していても、シャットオフピンにカジリ等の問題を起こさせるようなことはない。請求項４に記載の発明は、シャットオフピンの、スリーブに接する摺動部は、軸部に対して交換可能になっているので、摩耗する部分のみを交換できる。請求項５に記載の発明によると、シャットオフピンの弁部が曲流部の弁座に着座したことを、シャットオフピンの軸の位置を計測する位置のセンサまたは外部駆動手段の作動油の圧力値で検知するようになっているので、シャットオフピンの位置の制御が容易になる。そして、請求項６に記載の発明によると、溶解部は溶解炉からなり、その低融点金属材料の供給孔は縮径部を有し、低融点金属材料には前記供給孔の縮径部よりも大径部を有する低融点金属ビレットが適用されるようになっているので、溶解炉には低融点金属材料の供給孔が開けられているが、密閉状態で外気に触れることなく安全に溶解することができる効果が付加される。

以下、図１〜３により本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態に係わる金属射出成形機の金属溶湯供給装置は、概略的には、例えばＳＫＤ６１のように比較的硬度の高い金属材料から構成された溶解部１と射出部５０とからなっている。射出部５０は、溶解部１の溶解ブック２に、図３に示されているように、略直角になるように一体的に取り付けられている。そして、溶解部１の溶解炉３と射出部５０の射出シリンダ５１は、詳しくは後述するように曲流部を有する流路を介して接続され、シャットオフピンは前記流路の曲流部に設けられている。

溶解ブロック２の側部には、図１に示されているように溶解炉３が位置している。溶解炉３の下方の開口部は、底板４で封鎖されている。一方、上方の開口部は蓋体５で封鎖されている。このような溶解炉３の外周部には、図１には示されていないが、外部加熱ヒータが設けられている。また、本実施の形態によると、連続的に射出金属成形品を得るために、溶解炉３の容積は比較的大きい。したがって、必要に応じて取付け板６により複数本の内部ヒータ７、７、…が溶解炉３内に上方へ立ち上がるようにして設けられている。蓋体５の略中心部には透孔状の金属材料供給孔１０が開けられている。この金属材料供給孔１０は、上方部分の大径部１１と、下方部分でテーパ状に絞られた小径部１２とからなっている。そして、金属材料供給孔１０に対応して、その上方に押込みプランジャ１３が設けられている。このように構成されている溶解炉３では、マグネシウム合金、アルミニウム合金、亜鉛合金等の低融点金属材料が溶解され、そして保持されるが、本実施の形態では金属材料供給孔１０の大径部１１よりも小さく、小径部１２よりも大きい大径部Ｄを有する円柱ビレットＫが適用されるようになっている。蓋体５の側部には、アルゴンガスなどの不活性ガスを溶湯の上面に供給するためのガス供給孔１４が開けられている。ガス供給孔１４から供給される不活性ガスにより溶湯の酸化が防止され、その圧力により溶湯が射出部５０へと送り出される。

溶解ブロック２には、図１に、詳しくは図２に示されているように、溶解炉３の下部に一方が開口した第１の流路１５と、射出部５０の射出シリンダ５１に一方が開口した第２の流路１６とが形成されている。これらの第１，２の流路１５、１６は、本実施の形態では実質的に直角に交わっている。この直角に交わった箇所が曲流部となり、この曲流部を有する流路１５、１６により溶解炉３と射出シリンダ５１は接続されている。本実施の形態によると、第１，２の流路１５、１６が直角に交わっているので、あるいは曲流部を有するので、シャットオフピン３０の弁部が着座する弁座は、第２の流路１６側に設けることもできるが、図１、２に示されている実施の形態では、曲流部において第１の流路１５の方にテーパ状の弁座１７が設けられている。

溶解ブロック２には、さらに第１の流路１５に対向した位置に外側面から所定深さの、比較的大径の取付け穴１８が開けられている。そして、この取付け穴１８に、例えばＳＫＤ６１からなるスリーブ２０が装着されている。スリーブ２０は、取付け穴１８に嵌る大きさの大径部２２と、大径部２２の端部に形成されている取り付け用のフランジ２３と、フランジ２３から図２において左方の外方へ突き出た小径部２４とからなっている。そして、その中心部にシャットオフピン３０が摺動状態で挿入される大きさの孔２５が開けられている。また、大径部２２にはカートリッジヒータ２６が埋め込まれ、そして小径部２４の外周部にはバンドヒータ２７が取り付けられている。さらには、大径部２２には、図１、２には示されていないが、冷却手段としての例えば強制的に空気が流れる冷却孔が設けられている。このように、スリーブ２０には温度制御手段が設けられているので、シャットオフピン３０も間接的に温度が制御されることになる。上記のように構成されているスリーブ２０は、そのフランジ２３を利用してボルト２８、２８、…により溶解ブロック２の側部に取り付けられている。

シャットオフピン３０の詳細が図２に示されている。シャットオフピン３０は、例えばＳＣＭ４４０、ＳＵＳ４３０等の金属材料から軸方向に所定長さに形成され、図２において左方から頭部３１、摺動部３２、軸部３３となっている。頭部３１の先端部は、テーパ状に縮径された弁部３４となっている。この弁部３４が第１の流路１５の弁座１７に着座すると、第１、２の流路１５、１６が閉鎖される。摺動部３２は、図１、２に示されている実施の形態では、所定間隔をおいた第１、２の２個の摺動面３５、３６からなり、これらの摺動面３５、３６がスリーブ２０の孔２５に密に接して軸方向に駆動される。第１、２の摺動面３５、３６の間の外周面には、複数本の比較的小さな溝３７、３７、…が、図に示されている実施の形態では軸方向に形成されている。これらの溝３７、３７、…により漏出しようとする溶湯が捕捉されることになる。

上記のように構成されているシャットオフピン３０の摺動部３２の後端部には雄ネジ３８が形成され、この雄ネジ３８を軸部３３の雌ネジに螺合することにより、軸部３３に一体的に取り付けられている。したがって、シャットオフピン３０の摺動部３２は、頭部３１と共に軸部３３に対して交換可能である。軸部３３は右方へ延び、その端部の当接部４０は、外側に凸の半球面状に形成されている。一方、油圧ピストンシリンダユニット等からなる外部駆動装置４１の駆動軸４２の当接部４３も外側に凸の半球面状に形成されている。そして、これらの当接部４０、４３が互いに突き合わされてカップリング４４により接合されている。当接部４０、４３が、半球面状に形成されているので、外部駆動装置４１の駆動軸４２の軸心がシャットオフピン３０の軸心から多少ずれていても、シャットオフピン３０はカジルことなく軸方向に駆動される。外部駆動装置４１の駆動軸４２の近傍の適所に、近接リミッタースイッチ、接触式エンコーダースイッチ等からなる位置のセンサ４５が設けられている。この位置のセンサ４５により、シャットオフピン３０の弁部３４が弁座１７に着座したこと、および離間したことが検知される。なお、油圧ピストンシリンダユニットにより、シャットオフピン３０を駆動するように実施すると、シャットオフピン３０の弁部３４が弁座１７に着座すると、作動油の圧力が上昇するので、この作動油の圧力値によっても着座状態を知ることもできる。

射出部５０の射出シリンダ５１は、図３に示されているように、溶解ブロック２に略直角に取り付けられ、そしてその先端部には、シャットオフピン等を備えた従来周知の形態をした射出ノズル５２が設けられている。射出シリンダ５１には、射出プランジャ５３が軸方向に駆動自在に設けられ、その前方が計量室５４となっている。なお、図３において他の符号５５は、金属成形品の形を与える金型を示しているが、射出プランジャ５３を駆動する駆動装置、射出シリンダ５１の外周部に設けられているヒータ等は図には示されていない。

次に、上記実施の形態の作用について、低融点金属材料に主としてマグネシウム合金を適用した例について説明する。外部駆動装置４１によりシャットオフピン３０を前進方向に駆動し、その弁部３４を第１の流路１５の弁座１７に着座させる。着座したことは位置のセンサ４５で検知する。溶解炉３を所定温度に加熱し、ガス供給孔１４からアルゴンガスのような不活性ガスを供給しておく。そして、４００〜５００℃に予熱した円柱ビレットＫを金属材料供給孔１０に挿入し、押込みプランジャ１３により溶解炉３の炉心に向けて強制的に押し込む。円柱ビレットＫは、金属材料供給孔１０の小径部１２で塑性変形を受け、その外周面が小径部１２の内周面に密着する。これにより、溶解炉３は密閉され、低融点金属材料は密閉状態で安全に溶解される。

射出部５０の射出プランジャ５３を後退させ、溶解炉３と計量室５４を連通させる。また、外部駆動装置４１によりシャットオフピン３０を後退方向に駆動し、その弁部３４を第１の流路１５の弁座１７から離間させる。そうして、所定圧力の不活性ガスをガス供給孔１４から溶解炉３の溶湯の上面に加える。そうすると、溶解炉３中の溶湯は、第１、２の流路すなわち流路を通って計量室５４に供給される。このとき、必要に応じて所定速度で射出プランジャ５３を強制的に後退させる。射出プランジャ５３が所定位置まで後退して計量を終わる。シャットオフピン３０の弁部３４を第１の流路１５の弁座１７に着座させる。そうして、射出プランジャ５３を射出方向に駆動する。計量室５４に蓄積されている所定量の溶湯が金型５５のキャビテイに射出充填される。冷却固化を待って金型５５を開いて金属成形品を取り出す。溶解炉３には大量の溶湯が準備されているので、上記のようにして連続的に金属成形品を得る。

上記のようにして、金属成形品を得るとき、スリーブ２０の温度が適温に制御される。例えば、低融点金属材料がマグネシウム合金の場合、カートリッジヒータ２６、バンドヒータ２７、冷却手段等により、６００℃以上になるように制御すると、シャットオフピン３０の外周部から溶湯が漏出する危険があり、漏出を回避するために低い温度に制御すると、シャットオフピン３０の駆動抵抗が増すので、４５０〜５００℃で使用する。このような温度で成形しているとき、シャットオフピン３０の第１の摺動面３５を越えて漏出する溶湯は、溝３７、３７、…で捕捉される。シャットオフピン３０の外周面は、スリーブ２０の温度４５０〜５００℃よりも多少低いので、捕捉された溶湯は凝固あるいは半凝固状態となり、第２の摺動面３６を越えて漏出することが防止される。凝固あるいは半凝固状態で捕捉されても、溝３７、３７、…は、シャットオフピン３０の外周面に部分的に形成されているので、シャットオフピン３０の駆動抵抗が極端に増大し、駆動に支障を来すようなことはない。

本発明の実施の形態に係わる金属射出成形機の金属溶湯供給装置の溶解部を断面にして示す模式的断面図である。 図１に示されているシャットオフピン部分を拡大して示す模式的断面図である。 図１において、矢視イ−イ方向に見た模式的断面図である。 従来の鍛造機（金属射出成形機）の金属材料移送装置の断面図である。

符号の説明

１ 溶解部 ２ 溶解ブロック
３ 溶解炉 ７ 内部ヒータ
１０ 金属材料供給部 １２ 小径部
１４ ガス供給孔 １５ 第１の流路
１６ 第２の流路 １７ 弁座
２０ スリーブ ２６ カートリッジヒータ
２７ バンドヒータ ３０ シャットオフピン
３２ 摺動部 ３３ 軸部
３５ 第１の摺動面 ３６ 第２の摺動面
３７ 溝 ４０ 当接部
４１ 外部駆動装置 ４３ 当接部
４４ カップリング ４５ 位置のセンサ
５０ 射出部 ５１ 射出シリンダ
５３ 射出プランジャ ５４ 計量室

Claims (6)

1. 低融点金属材料を溶解する溶解部と、溶湯を金型に向けて射出するための射出部とを備え、これらが略直角に流れ方向が変化している曲流部を有する流路で接続されている金属溶湯供給装置であって、
   前記曲流部には、温度が制御されるスリーブに摺動自在に保持されているシャットオフピンが設けられ、該シャットオフピンは、前記曲流部の弁座に弁部が着座あるいは離間するように外部駆動手段により駆動されるようになっていることを特徴とする金属射出成形機の金属溶湯供給装置。
2. 請求項１に記載の金属溶湯供給装置において、シャットオフピンの、スリーブに対応した摺動部の表面には溝が形成されている金属射出成形機の金属溶湯供給装置。
3. 請求項１または２に記載の金属溶湯供給装置において、シャットオフピンの軸の当接端部と、外部駆動手段の駆動軸の当接端部は、少なくとも一方の当接端部は外方へ凸の球面状になってカップリングにより接合されている金属射出成形機の金属溶湯供給装置。
4. 請求項１〜３のいずれかの項に記載の金属溶湯供給装置において、シャットオフピンの、スリーブに接する部分は、軸部に対して交換可能になっている金属射出成形機の金属溶湯供給装置。
5. 請求項１〜４のいずれかの項に記載の金属溶湯供給装置において、シャットオフピンの弁部が曲流部の弁座に着座したことを、シャットオフピンの軸の位置を計測する位置のセンサまたは外部駆動手段の作動油の圧力値で検知する金属射出成形機の金属溶湯供給装置。
6. 請求項１〜５のいずれかの項に記載の金属溶湯供給装置において、溶解部は溶解炉からなり、その低融点金属材料の供給孔は縮径部を有し、低融点金属材料には前記供給孔の縮径部よりも大径部を有する低融点金属ビレットが適用される金属射出成形機の金属溶湯供給装置。
   

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