JP4062688B2 - 金属成形機における金属材料の溶解供給装置 - Google Patents
金属成形機における金属材料の溶解供給装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、溶解した亜鉛、マグネシウム又はそれら合金等の非鉄金属を、金型に射出して金属製品となす金属成形機における金属材料の溶解供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の金属材料の射出成形は、ノズル部材を先端に有する筒体の外周囲に加熱手段を備え、内部に射出プランジャを進退自在に備えた溶解筒を傾斜設置し、その溶解筒によりホッパから供給された粒状の金属材料を完全溶解して、金型に射出するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
また、ノズル部材を先端に有するバーレルの外周囲に、バーレルを金属の液相線温度より低い温度に保持する温度制御手段を備え、内部に射出用のスクリュを回転かつ摺動自在に備えた装置を垂直設置し、インゴツト等の固体材料をホッパで溶解してバーレルに供給した液状金属を、半固体金属の状態で射出しているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１９１１６２号公報（第３−５頁、図１、図６）。
【特許文献２】
特許第２９７４４１６号明細書（第４−６頁、図１、図３）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載の金属成形機では、射出プランジャ内装の溶解筒に金属の粒状材料を直接供給して、供給口から溶湯面に落下投入している。亜鉛、マグネシウム又はそれら合金による金属材料は極めて軽量であることから、自重により直ちに溶湯内に没入することはなく、攪拌手段を備えていても溶湯面上に蓄積された状態となる。
【０００５】
この溶湯面上の粒状材料は、上部のものほど溶湯からの加熱を受け難く、攪拌によっても溶解が促進されにくいとともに、固体のままアルゴンガス等の不活性雰囲気に比較的長い時間さらされていることから、粒状材料は恰も蒸し焼き状態となり、これによりスラッジが発生し易くなる。
【０００６】
また粒状材料の直接供給では、供給口の落下口に材料ブリッジが生じて、落下による材料供給がスムーズに行い難くなったり、或いは供給口の下に傾斜位置する溶融筒の内壁面上に材料が固まって堆積し、それが長時間の稼働により徐々に肥大化して、材料の溶融障害やプランジャの可動障害となったりする。この稼働中の障害は金属成形機の機能低下を招き、連続して射出成形される金属製品の品質にも大きな影響を与える、という課題が生じた。
【０００７】
金属材料の供給を、特許文献２に記載のように固体材料をホッパーにより溶解し、液体金属として垂直に立設したスクリュ内装のバーレルに供給しているものもあるが、それはバーレルを液相線温度以下の温度に保持して、そこに供給された液体金属をせん断／冷却し、半固体材料として金型に射出充填するものである。また液体金属の供給もスクリュとバーレル内壁との間の内側段部間隙の領域が満たされるまで行われるものであるから、そこにおける供給手段を傾斜設置した溶解筒から液状金属の状態で射出充填を行う成形機には採用され難い課題を有する。
【０００８】
この発明の目的は、金属材料を粒状で傾斜設置した射出機構に供給し、溶解後に液状で射出充填する場合の上記従来の課題を、溶融保持筒に立設して金属材料を液状に溶解して供給できる溶解管により解決し得る新たな金属材料の溶解供給装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的によるこの発明の金属材料の溶解装置は、ノズル部材を先端に有する筒体の外周囲に加熱手段を備え、内部に射出プランジャを進退自在に備えた溶湯保持筒と、その後部の射出シリンダとからなる射出機構を、型締装置に対し傾斜設置した金属成形機における短柱状の固形材料の溶解供給装置であって、管体の一端部内を閉塞して管体内径よりも小径の供給路を穿設し、管体外周に加熱手段を設けた溶解管と、溶解管の他端に中間部材を介して縦長に連結した側部に投入口を有する供給管と、プランジャを供給管内に下向きに挿入して供給管の頂端に設けた押圧シリンダとからなり、溶解管の供給路側を下部として上記溶湯保持筒に立設してなる、というものである。
【００１０】
またこの発明の溶解供給装置は、溶解管の下部から溶湯保持筒の湯液面内までと、上部の空間部とにアルゴンガス等の不活性ガスの注入管を有する、というものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図中１は射出機構で、筒体２１の先端にノズル部材２２を有する金属材料の溶湯保持筒２と、金属材料の溶解供給装置３及び射出シリンダ４とからなる。５は金型６の型締機構で、射出機構１と共に機台７の上面に設置されている。
【００１２】
８は射出機構１の受台で、先端部上にホットランナを内部に有するノズルタッチブロック９を有し、後部に上縁が内向きに４５°前後の角度で傾斜した左右一対の板体１０ａによる架台１０を旋回自在に備え、その架台１０に溶湯保持筒２の支持部２３と射出シリンダ４の支持部４１とを支軸１２に挿通して、型締機構５に対し射出機構１を下向きに傾斜設置し、先端のノズル部材２２をノズルタッチブロック９の上隅部にノズルタッチしている。
【００１３】
１３は溶湯保持筒２のノズルタッチ装置で、溶湯保持筒２の筒体支持部２３と射出シリンダ４の支持部４１にわたり設けた側部の油圧シリンダ１３ａと、ノズルタッチブロック９の側部の軸受に先端を回動自在に軸着したロッド１３ｂとからなる。
【００１４】
１４は上記ノズルタッチブロック９の前面に水平に取付けた射出筒１５のノズルタッチ装置で、機台上面に据え付けた受部材１６に固設した油圧シリンダ１４ａと、先端をノズルタッチブロック９の後部に連結したロッド１４ｂとからなり、そのロッド１４ｂの進退移動により、受台８がその上部の溶湯保持筒２と共に進退移動して、射出筒１５の金型６へのノズルタッチ及びリリースが行えるようにしてある。
【００１５】
上記溶湯保持筒２は、筒体２１の中程上側に設けた材料供給口に上記溶解供給装置３を備え、筒体外周囲に筒体内の溶湯の温度を、少なくとも液相線温度に保持するバンドヒータ２４を備える。また図２に示すように、上記ノズル部材２２のノズル口と連通する先端部内は、筒体内径よりも８〜１５％ほど小径に縮径した所要長さの計量室２５に形成してあり、その計量室２５に射出プランジャ２６の射出ヘッド２６ａが進退自在に嵌挿してある。
【００１６】
また材料供給口の上縁から上部の筒体２１内は、内端面を供給口上縁に接近して、筒体内に設けた閉塞部材２７により塞がれて無空間となっている。この閉塞部材２７は供給口上縁の近傍から筒体後端まで達する長さの軸材を、筒体後端に外端をボルト止めして気密に固設したものからなり、その閉塞部材２７の中央に穿設した貫通孔に、上記射出プランジャ２６のロッド２６ｂが後端を上記射出シリンダ４のピストンロッド４２に連結し、周囲を複数のリング２８により気密にして進退自在に挿通してある。
【００１７】
この射出プランジャ２６のロッド２６ｂの太さは、溶湯保持筒２の筒体２１の内径によって異なるが、筒体内径とロッド径の比は２．５以上とし、筒体内径とロッド外径の片側間隙を３５ｍｍ以上として設定するのが好ましい。因に上記比率から寸法としては筒体内径１１５ｍｍの場合，ロッド径は３２〜４０mmの範囲となる。
【００１８】
また射出プランジャ２６の射出ヘッド２６ａは、外周面にシールリングを埋設した逆止弁２６ｃを外周囲に進退自在に備え、その逆止弁２６ｃと射出ヘッド２６ａとの間に形成した隙間（図は省略）を、逆止弁２６ｃの後端面と射出プランジャ後部のシートリングとの接離により開閉できるようにして、上記計量室２５に進退自在に嵌挿してある。
【００１９】
このような射出機構１では、射出プランジャ２６の後退移動により、計量室２５の射出ヘッド２６ａを後退限位置まで摺動移動して、筒体２１内の溶湯（液状材料）を吸引計量し、計量後に射出プランジャ２６の前進移動により計量溶湯を、ノズル部材２２からノズルタッチブロック９及び射出筒１５を経て、型締された金型６に射出充填する。
【００２０】
図２は、短柱状の固形材料の溶解供給装置３で、溶解供給装置３は細長い管体（例えば、直径が４０ｍｍ、長さが５００ｍｍ程）の一端部内を閉塞して、溶融金属が流通する管体内径よりも小径（例えば、１０ｍｍ）の供給路３１ａを穿設し、管体外周にバンドヒータや誘導加熱器等の加熱手段３２を、それぞれ温度制御可能に複数ゾーンに分割して設けた溶解管３１と、溶解管３１の上部に中間部材３３を介して、投入口４３を側部に開設した供給管４４を縦長に連結し、その供給管４４の頂端に材料押し込み用のプランジャ４５を備えるエア又は油圧作動の押圧シリンダ４６を、該プランジャ４５を供給管内に下向きに挿入して設けたものからなる。なお、３９は溶解供給装置３を溶湯保持筒２の支持部２３に固設するアーム部材である。
【００２１】
この溶解供給装置３は、溶解管３１の供給路３１ａ側を下部として、上記筒体２１に設けた材料供給口に差込んで溶湯保持筒２に立設され、その下部から溶湯保持筒２の溶湯面Ｌの内部までと、溶解管３１の上部の空間内とにアルゴンガス等の不活性ガスの注入管４０ａ，４０ｂが設けてある。
【００２２】
このような溶解供給装置３では、溶解管３１と溶湯保持筒２の内部は、溶解管３１の上下部に接続した注入管４０ａ、４０ｂからのアルゴンガスにより不活性ガス雰囲気に維持されている。材料がマグネシウム合金の場合、溶解管３１は液相線温度以上の温度（６００°〜７００℃）に加熱される。
【００２３】
上記溶解供給装置３では、プランジャ４５を縮小して投入口４３から供給管内に入れた複数回分の重量の上記固形材料を、プランジャ４５の伸長により溶解管３１の内部に押し込んで、外周囲の加熱手段３２により液状に溶解することができる。溶解管３１内に生じた液状金属は、そのまま自重により小径（例えば、１０ｍｍ）の供給路３１ａから筒体２１内に流出し、溶湯保持筒２に溶湯として蓄積される。短柱状材料では粒状材料より単位質量当たりの表面積が小さくできるため、材料表面に付着した酸化物等が溶解管３１や溶湯保持筒２内に持ち込まれ難くなって、酸化によるスラッジの発生がさらに抑制される。
【００２４】
また引用文献１に記載の溶解筒に粒状材料を直接供給した場合に生じがちな落下口の材料ブリッジや、供給口の下側に傾斜位置する溶解筒内壁面の材料堆積もなくなることによって、分解により長い作業時間を必要とする溶湯保持筒２のメンテナンスの期間が長くなり、メンテナンスは溶解管３１で済むので、粒状材料の場合よりも成形機の稼働率が向上するようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る金属材料の溶解供給装置を備えた金属成形機の側面図である。
【図２】 溶湯保持筒と固形材料の溶解供給装置の縦断側面図である。
【符号の説明】
１ 射出機構
２ 溶湯保持筒
３ 溶解供給装置
４ 射出シリンダ
５ 型締装置
６ 金型
９ ノズルタッチブロック
１５ 射出筒
２２ ノズル部材
２３ 支持部
２４ バンドヒータ
２５ 計量室
２６ 射出プランジャ
３１ 溶解管
３２ 加熱手段
３３ 中間部材
４０ａ，４０ｂ 不活性ガスの注入管
４３ 投入口
４４ 供給管
４５ プランジャ
４６ 押圧シリンダ
【発明の属する技術分野】
この発明は、溶解した亜鉛、マグネシウム又はそれら合金等の非鉄金属を、金型に射出して金属製品となす金属成形機における金属材料の溶解供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の金属材料の射出成形は、ノズル部材を先端に有する筒体の外周囲に加熱手段を備え、内部に射出プランジャを進退自在に備えた溶解筒を傾斜設置し、その溶解筒によりホッパから供給された粒状の金属材料を完全溶解して、金型に射出するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
また、ノズル部材を先端に有するバーレルの外周囲に、バーレルを金属の液相線温度より低い温度に保持する温度制御手段を備え、内部に射出用のスクリュを回転かつ摺動自在に備えた装置を垂直設置し、インゴツト等の固体材料をホッパで溶解してバーレルに供給した液状金属を、半固体金属の状態で射出しているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１９１１６２号公報（第３−５頁、図１、図６）。
【特許文献２】
特許第２９７４４１６号明細書（第４−６頁、図１、図３）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載の金属成形機では、射出プランジャ内装の溶解筒に金属の粒状材料を直接供給して、供給口から溶湯面に落下投入している。亜鉛、マグネシウム又はそれら合金による金属材料は極めて軽量であることから、自重により直ちに溶湯内に没入することはなく、攪拌手段を備えていても溶湯面上に蓄積された状態となる。
【０００５】
この溶湯面上の粒状材料は、上部のものほど溶湯からの加熱を受け難く、攪拌によっても溶解が促進されにくいとともに、固体のままアルゴンガス等の不活性雰囲気に比較的長い時間さらされていることから、粒状材料は恰も蒸し焼き状態となり、これによりスラッジが発生し易くなる。
【０００６】
また粒状材料の直接供給では、供給口の落下口に材料ブリッジが生じて、落下による材料供給がスムーズに行い難くなったり、或いは供給口の下に傾斜位置する溶融筒の内壁面上に材料が固まって堆積し、それが長時間の稼働により徐々に肥大化して、材料の溶融障害やプランジャの可動障害となったりする。この稼働中の障害は金属成形機の機能低下を招き、連続して射出成形される金属製品の品質にも大きな影響を与える、という課題が生じた。
【０００７】
金属材料の供給を、特許文献２に記載のように固体材料をホッパーにより溶解し、液体金属として垂直に立設したスクリュ内装のバーレルに供給しているものもあるが、それはバーレルを液相線温度以下の温度に保持して、そこに供給された液体金属をせん断／冷却し、半固体材料として金型に射出充填するものである。また液体金属の供給もスクリュとバーレル内壁との間の内側段部間隙の領域が満たされるまで行われるものであるから、そこにおける供給手段を傾斜設置した溶解筒から液状金属の状態で射出充填を行う成形機には採用され難い課題を有する。
【０００８】
この発明の目的は、金属材料を粒状で傾斜設置した射出機構に供給し、溶解後に液状で射出充填する場合の上記従来の課題を、溶融保持筒に立設して金属材料を液状に溶解して供給できる溶解管により解決し得る新たな金属材料の溶解供給装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的によるこの発明の金属材料の溶解装置は、ノズル部材を先端に有する筒体の外周囲に加熱手段を備え、内部に射出プランジャを進退自在に備えた溶湯保持筒と、その後部の射出シリンダとからなる射出機構を、型締装置に対し傾斜設置した金属成形機における短柱状の固形材料の溶解供給装置であって、管体の一端部内を閉塞して管体内径よりも小径の供給路を穿設し、管体外周に加熱手段を設けた溶解管と、溶解管の他端に中間部材を介して縦長に連結した側部に投入口を有する供給管と、プランジャを供給管内に下向きに挿入して供給管の頂端に設けた押圧シリンダとからなり、溶解管の供給路側を下部として上記溶湯保持筒に立設してなる、というものである。
【００１０】
またこの発明の溶解供給装置は、溶解管の下部から溶湯保持筒の湯液面内までと、上部の空間部とにアルゴンガス等の不活性ガスの注入管を有する、というものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図中１は射出機構で、筒体２１の先端にノズル部材２２を有する金属材料の溶湯保持筒２と、金属材料の溶解供給装置３及び射出シリンダ４とからなる。５は金型６の型締機構で、射出機構１と共に機台７の上面に設置されている。
【００１２】
８は射出機構１の受台で、先端部上にホットランナを内部に有するノズルタッチブロック９を有し、後部に上縁が内向きに４５°前後の角度で傾斜した左右一対の板体１０ａによる架台１０を旋回自在に備え、その架台１０に溶湯保持筒２の支持部２３と射出シリンダ４の支持部４１とを支軸１２に挿通して、型締機構５に対し射出機構１を下向きに傾斜設置し、先端のノズル部材２２をノズルタッチブロック９の上隅部にノズルタッチしている。
【００１３】
１３は溶湯保持筒２のノズルタッチ装置で、溶湯保持筒２の筒体支持部２３と射出シリンダ４の支持部４１にわたり設けた側部の油圧シリンダ１３ａと、ノズルタッチブロック９の側部の軸受に先端を回動自在に軸着したロッド１３ｂとからなる。
【００１４】
１４は上記ノズルタッチブロック９の前面に水平に取付けた射出筒１５のノズルタッチ装置で、機台上面に据え付けた受部材１６に固設した油圧シリンダ１４ａと、先端をノズルタッチブロック９の後部に連結したロッド１４ｂとからなり、そのロッド１４ｂの進退移動により、受台８がその上部の溶湯保持筒２と共に進退移動して、射出筒１５の金型６へのノズルタッチ及びリリースが行えるようにしてある。
【００１５】
上記溶湯保持筒２は、筒体２１の中程上側に設けた材料供給口に上記溶解供給装置３を備え、筒体外周囲に筒体内の溶湯の温度を、少なくとも液相線温度に保持するバンドヒータ２４を備える。また図２に示すように、上記ノズル部材２２のノズル口と連通する先端部内は、筒体内径よりも８〜１５％ほど小径に縮径した所要長さの計量室２５に形成してあり、その計量室２５に射出プランジャ２６の射出ヘッド２６ａが進退自在に嵌挿してある。
【００１６】
また材料供給口の上縁から上部の筒体２１内は、内端面を供給口上縁に接近して、筒体内に設けた閉塞部材２７により塞がれて無空間となっている。この閉塞部材２７は供給口上縁の近傍から筒体後端まで達する長さの軸材を、筒体後端に外端をボルト止めして気密に固設したものからなり、その閉塞部材２７の中央に穿設した貫通孔に、上記射出プランジャ２６のロッド２６ｂが後端を上記射出シリンダ４のピストンロッド４２に連結し、周囲を複数のリング２８により気密にして進退自在に挿通してある。
【００１７】
この射出プランジャ２６のロッド２６ｂの太さは、溶湯保持筒２の筒体２１の内径によって異なるが、筒体内径とロッド径の比は２．５以上とし、筒体内径とロッド外径の片側間隙を３５ｍｍ以上として設定するのが好ましい。因に上記比率から寸法としては筒体内径１１５ｍｍの場合，ロッド径は３２〜４０mmの範囲となる。
【００１８】
また射出プランジャ２６の射出ヘッド２６ａは、外周面にシールリングを埋設した逆止弁２６ｃを外周囲に進退自在に備え、その逆止弁２６ｃと射出ヘッド２６ａとの間に形成した隙間（図は省略）を、逆止弁２６ｃの後端面と射出プランジャ後部のシートリングとの接離により開閉できるようにして、上記計量室２５に進退自在に嵌挿してある。
【００１９】
このような射出機構１では、射出プランジャ２６の後退移動により、計量室２５の射出ヘッド２６ａを後退限位置まで摺動移動して、筒体２１内の溶湯（液状材料）を吸引計量し、計量後に射出プランジャ２６の前進移動により計量溶湯を、ノズル部材２２からノズルタッチブロック９及び射出筒１５を経て、型締された金型６に射出充填する。
【００２０】
図２は、短柱状の固形材料の溶解供給装置３で、溶解供給装置３は細長い管体（例えば、直径が４０ｍｍ、長さが５００ｍｍ程）の一端部内を閉塞して、溶融金属が流通する管体内径よりも小径（例えば、１０ｍｍ）の供給路３１ａを穿設し、管体外周にバンドヒータや誘導加熱器等の加熱手段３２を、それぞれ温度制御可能に複数ゾーンに分割して設けた溶解管３１と、溶解管３１の上部に中間部材３３を介して、投入口４３を側部に開設した供給管４４を縦長に連結し、その供給管４４の頂端に材料押し込み用のプランジャ４５を備えるエア又は油圧作動の押圧シリンダ４６を、該プランジャ４５を供給管内に下向きに挿入して設けたものからなる。なお、３９は溶解供給装置３を溶湯保持筒２の支持部２３に固設するアーム部材である。
【００２１】
この溶解供給装置３は、溶解管３１の供給路３１ａ側を下部として、上記筒体２１に設けた材料供給口に差込んで溶湯保持筒２に立設され、その下部から溶湯保持筒２の溶湯面Ｌの内部までと、溶解管３１の上部の空間内とにアルゴンガス等の不活性ガスの注入管４０ａ，４０ｂが設けてある。
【００２２】
このような溶解供給装置３では、溶解管３１と溶湯保持筒２の内部は、溶解管３１の上下部に接続した注入管４０ａ、４０ｂからのアルゴンガスにより不活性ガス雰囲気に維持されている。材料がマグネシウム合金の場合、溶解管３１は液相線温度以上の温度（６００°〜７００℃）に加熱される。
【００２３】
上記溶解供給装置３では、プランジャ４５を縮小して投入口４３から供給管内に入れた複数回分の重量の上記固形材料を、プランジャ４５の伸長により溶解管３１の内部に押し込んで、外周囲の加熱手段３２により液状に溶解することができる。溶解管３１内に生じた液状金属は、そのまま自重により小径（例えば、１０ｍｍ）の供給路３１ａから筒体２１内に流出し、溶湯保持筒２に溶湯として蓄積される。短柱状材料では粒状材料より単位質量当たりの表面積が小さくできるため、材料表面に付着した酸化物等が溶解管３１や溶湯保持筒２内に持ち込まれ難くなって、酸化によるスラッジの発生がさらに抑制される。
【００２４】
また引用文献１に記載の溶解筒に粒状材料を直接供給した場合に生じがちな落下口の材料ブリッジや、供給口の下側に傾斜位置する溶解筒内壁面の材料堆積もなくなることによって、分解により長い作業時間を必要とする溶湯保持筒２のメンテナンスの期間が長くなり、メンテナンスは溶解管３１で済むので、粒状材料の場合よりも成形機の稼働率が向上するようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る金属材料の溶解供給装置を備えた金属成形機の側面図である。
【図２】 溶湯保持筒と固形材料の溶解供給装置の縦断側面図である。
【符号の説明】
１ 射出機構
２ 溶湯保持筒
３ 溶解供給装置
４ 射出シリンダ
５ 型締装置
６ 金型
９ ノズルタッチブロック
１５ 射出筒
２２ ノズル部材
２３ 支持部
２４ バンドヒータ
２５ 計量室
２６ 射出プランジャ
３１ 溶解管
３２ 加熱手段
３３ 中間部材
４０ａ，４０ｂ 不活性ガスの注入管
４３ 投入口
４４ 供給管
４５ プランジャ
４６ 押圧シリンダ
Claims (2)
- ノズル部材を先端に有する筒体の外周囲に加熱手段を備え、内部に射出プランジャを進退自在に備えた溶湯保持筒と、その後部の射出シリンダとからなる射出機構を、型締装置に対し傾斜設置した金属成形機における短柱状の固形材料の溶解供給装置であって、管体の一端部内を閉塞して管体内径よりも小径の供給路を穿設し、管体外周に加熱手段を設けた溶解管と、溶解管の他端に中間部材を介して縦長に連結した側部に投入口を有する供給管と、プランジャを供給管内に下向きに挿入して供給管の頂端に設けた押圧シリンダとからなり、溶解管の供給路側を下部として上記溶湯保持筒に立設してなることを特徴とする金属成形機における金属材料の溶解供給装置。
- 上記溶解供給装置は、溶解管の下部から溶湯保持筒の湯液面内までと、上部の空間部とにアルゴンガス等の不活性ガスの注入管を有することを特徴とする請求項１記載の金属成形機における金属材料の溶解供給装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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