JP6335377B1 - 軽金属射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】メカニカルシールでは摺動抵抗が大きく、自己シール機構では高ピーク圧力の成形に耐えることができない。【解決手段】環状シール８Ａは、３つの環状体からなる。第１の環状体８１は、プランジャ２０との間に間隙δ１を形成し、間隙δ１において軽金属成形材料を半固化状態に維持することによって成形材料の漏出を阻止する。第２の環状体８２は、射出シリンダ１０と第１の環状体８１との間に第１の環状体８１とリング側面どうしが密接して重なり合うように設けられ、内周面に形成される内溝８１Ａと内周面の内溝８１Ａに対して直交する方向に穿たれた複数の横穴８２Ｂとを有する。第３の環状体８３は、リング全体が均等に変形可能に内溝８１Ａに収容され、横穴８２Ｂにおける溶融軽金属成形材料によって加圧されて縮径し、プランジャ２０を締め付けることによって成形材料の漏出を機械的に阻止する。【選択図】図２

Description

本発明は、軽金属成形材料をプランジャによって射出する軽金属射出成形機に関する。特に、本発明は、成形材料自体によってシールするプランジャのシール機構を備えた軽金属射出成形機に関する。

射出シリンダ内に供給される成形材料をプランジャによって押し出して金型のキャビティ空間に射出する射出成形機が知られている。プランジャは、射出シリンダにおける射出ノズルが設けられている一端側を先端側として、射出シリンダの中心軸線に沿って前進と後退を繰り返すように往復移動可能に射出シリンダの後端面に穿設されている開口を貫通して設けられる。

プランジャが円滑に移動するためには、射出シリンダの内周面とプランジャの外周面との間に僅かな間隙が存在していることが要求される。射出シリンダ内に供給される成形材料は、溶融している状態で流動性を有している。したがって、プランジャが前進すると、射出シリンダの先端側に形成される射出室に充填されている成形材料が圧縮され、成形材料が射出シリンダとプランジャとの間隙に押し出されて、プランジャが貫通している開口まで到達する。開口とプランジャとの間に設けられているシールは、成形材料が射出シリンダの外に漏出することを阻止する。

成形材料が合金を含めてアルミニウムのような軽金属である場合、溶融軽金属が溶融樹脂に比べて粘性が低く流動性が高いので、シールとプランジャとの間に成形材料が浸透しやすくなる。そのため、Ｏリングのような一般的なパッキンによって射出シリンダの後端側の開口をシールすることは難しい。シールの防漏性をより高くしようとすると、シール抵抗が増大して、要求されるプランジャの摺動性を確保することができなくなる。

特許文献１は、プランジャの外周面とシリンダの内周面との間隙に断面が直角三角形の一対の円環状シールを設けてなるプランジャのシール機構を備えた軽金属射出成形機を開示している。特許文献１の発明は、一対の円環状のシールを一体化してなるシール全体が流出してくる溶融軽金属成形材料の圧力によってプランジャの周方向に変形し、成形材料の流出を阻止する。また、特許文献１の発明は、ヒータと冷却チャンネルとによって成形材料の温度を調整して成形材料の固化を阻止することができる。

特許文献２は、射出シリンダの内周またはプランジャの外周に環状の溝を形成して、射出室から流出してくる溶融軽金属成形材料を溝の中に導入し、溝の中の軽金属成形材料を所定の温度まで冷却して、軽金属成形材料を液体と固体との間のいわゆる“半固化状態”に維持することによって、成形材料自体をシールにして、成形材料の漏出を阻止するプランジャのシール機構を備えた軽金属射出成形機を開示している。

特開２００７−２６８５４２号公報 国際公開２００４−１８１３０号パンフレット

近年、軽金属製の成形品の薄肉化に対する要求が高くなってきている。成形品の肉厚が薄くなるほど、要求される射出速度が速くなり、射出圧力のピーク圧力がより大きくなる傾向にある。ピーク圧力が大きくなると、射出室内の溶融軽金属成形材料による圧力も大きくなり、射出シリンダの後端側に流出する成形材料がプランジャのシール機構に与える負荷も増大する。

成形材料が流出してくる方向から加えられる圧力によって一対の円環状のシールをプランジャの周方向に相互にずらしてシール全体を変形させる場合は、設計的にシールがプランジャを締め付ける力を適度に調整することが困難であり、実質的には、軽金属成形材料の特性に合わせてプランジャの防漏性と摺動性を両立するように製作することができない。結果的に、射出圧力のピーク圧力が高くなるほど、成形材料の漏出を阻止しにくくなり、プランジャの円滑な移動も損なわれる。

半固化状態の軽金属成形材料によって防漏する場合は、負荷に対する耐性に限界がある。また、射出シリンダとプランジャとの間隙の周囲の温度をより低くし、射出シリンダの後端側に流出する溶融軽金属成形材料の流動性を低下させることによって防漏性を向上させることができるが、温度管理が相当難しく、軽金属材料が固化してプランジャの移動に障害が生じるおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みて、軽金属成形材料自体によってシールするプランジャのシール機構であって、射出圧力のピーク圧力が比較的大きい射出成形において、プランジャの円滑な移動を確保しながら、適確に溶融軽金属成形材料の漏出を阻止することができる改良されたシール機構を備える軽金属射出成形機を提供することを目的とする。本発明によって得ることができるいくつかの利益は、発明の実施の形態の説明において、具体的に説示される。

本発明の軽金属射出成形機は、上記課題を解決するために、射出シリンダ（１０）の開口（１０Ａ）を貫通し射出シリンダ（１０）の中心軸線（Ｏ）に沿って往復移動するプランジャ（２０）によって軽金属成形材料を射出する軽金属射出成形機において、開口（１０Ａ）に設けられ、内周面とプランジャ（２０）の外周面との間に間隙（δ１）を形成し、間隙（δ１）において軽金属成形材料を半固化状態に維持する第１の環状体（８１）と、第１の環状体（８１）とリング側面どうしが密接して重なり合うようにプランジャ（２０）の移動方向に沿って射出シリンダ（１０）の後端と第１の環状体（８１）との間に挟まれて開口（１０Ｃ）に設けられ内周面の全周にわたって形成される内溝（８２Ａ）と内溝（８２Ａ）に対して直交する方向に内周面に穿たれた複数の横穴（８２Ｂ）と有する第２の環状体（８２）と、内溝（８２Ａ）にプランジャ（２０）の周方向に変形可能に収容され横穴（８２Ｂ）に流入する溶融軽金属成形材料によって加圧されて全体が均等に縮径しプランジャ（２０）を締め付ける第３の環状体（８３）と、を含んでなるシール機構（８）を備えるようにする。

本発明の射出成形機は、望ましくは、第２の環状体（８２）に設けられる複数の横穴（８２Ｂ）を同一形状にする。また、第２の環状体（８２）に設けられる複数の横穴（８２Ｂ）が第２の環状体（８２Ｂ）のリング側面から見て円周方向に均等に配置されるようにする。

本発明の射出成形機は、シール機構（８）が第１の環状体（８１）の内周面に第２の環状体（８２）の内周面の内溝（８２Ａ）と合体して一体となる溝を形成する内溝（８１Ｂ）が設けられ一体となる溝に第３の環状体（８３）を収容するようにすることができる。特に、シール機構（８）において第１の環状体（８１）の内周面に内溝（８１Ｂ）に対して直交する方向に複数の横穴（８１Ｃ）を有し横穴（８１Ｃ）が第２の環状体（８２）に設けられている複数の横穴（８２Ｂ）とそれぞれ一体化してそれぞれ１つの穴を形成するようにする。

上記括弧内の符号は、図中の符号と一致する。ただし、上記符号は、説明の便宜上付されたものであって、本発明を図に示される実施の形態と同じ構成に限定するものではない。

本発明によると、射出圧力を一次圧力から二次圧力に切り換えるまでの間は、射出室内の圧力が比較的小さく、主に第１の環状体とプランジャとの間隙における半固化状態の軽金属成形材料によって開口とプランジャとの間をシールする。シールが受ける負荷が比較的小さいので、十分に成形材料の漏出を阻止することができるとともに、プランジャの摺動抵抗の増大を抑えることができる。その結果、シールの損耗が少なく、エネルギの損失を低減することができる。

射出圧力がピーク圧力に到達するＶＰ切換前後の短い所定期間中は、第２の環状体における複数の横穴に流入する溶融軽金属成形材料による加圧力が最大になり、第３の環状体がその加圧力に相応する締付力でプランジャを締め付ける。したがって、プランジャの移動距離が最も少なく、シールにかかる負荷が最大になる上記所定期間中に限ってシール抵抗を増大させる。そのため、適確に成形材料の漏出を阻止することができるとともに、プランジャの移動に与える影響を小さく抑えることができる。その結果、シールの損耗が少なく、エネルギの損失を低減することができる。

本発明の軽金属射出成形機の概容を示す図である。 本発明の軽金属射出成形機のプランジャのシール機構を示す図である。 図２に示されるシール機構の断面図である。 本発明の軽金属射出成形機のプランジャのシール機構の他の実施の形態を示す図である。

図１は、本発明の軽金属射出成形機の適する実施の形態を示す。図１は、溶炉と射出シリンダを断面で示す。図１において、射出ノズルが設けられる射出シリンダの長手方向の一端側で図面向かって左側を射出シリンダの先端側とし、右側を後端側とする。また、図面手前側を射出成形機の本機の前面または正面とし、その反対側を後面または背面とする。

軽金属射出成形機は、射出装置１と、図示しない型締装置とを含んでなる。射出装置１は、主に溶炉２と射出シリンダ装置３とからなる。図１に示される実施の形態の軽金属射出成形機は、軽金属成形材料を溶解する手段が溶炉であるが、例えば、公知の溶解シリンダに置き換えることができる。

本発明の軽金属射出成形機は、射出シリンダ装置３の射出シリンダ１０の開口１０Ａを貫通して射出シリンダ１０の中心軸線Ｏに沿って往復移動するプランジャ２０によって軽金属成形材料を射出する構成である。射出シリンダ１０の後端に設けられる開口１０Ａは、プランジャ２０を射出シリンダ１０に挿入して往復移動可能に装着するための出入口の機能を有するなら、名称に捉われることなく、例えば、「貫通孔」のように、他のものと置き換えることができる。

本発明において、軽金属は、比重が４．５以下の金属またはその金属を主成分とする合金をいう。特に、成形材料として有力な軽金属としては、例えば、銅含有ダイキャスト用アルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＤＣ１２）、あるいは、アルミニウム含有ダイキャスト用マグネシウム合金（ＪＩＳ規格ＡＺ９１Ｄ）が知られている。

射出装置１は、射出ノズル４と、複数のバンドヒータ５と、継手６とを備える。射出ノズル４は、射出シリンダ装置３の射出シリンダ１０の先端側に設けられる。複数のバンドヒータ５は、図１において、同じ種類の斜線によって示され、１つのバンドヒータに符号が付与さているが、溶炉２と、射出ノズル４と、継手６と、射出シリンダ１０とにそれぞれ必要数設けられる。継手６は、溶炉２と射出シリンダ装置３の射出シリンダ１０とを接続する。

溶炉２で溶解された軽金属成形材料は、継手６を通って射出シリンダ１０の射出室１０Ｂに送り出される。射出時は、溶炉２に設けられている逆止装置７によって継手６の流路が閉塞される。したがって、プランジャ２０が前進すると、射出室１０Ｂが縮小し、射出室１０Ｂ内に供給されている溶融軽金属成形材料が圧縮されるので、成形材料は、射出ノズル４から射出されると同時に射出シリンダ１０の内周面とプランジャ２０の外周面との間隙に流出し、射出シリンダ１０の後端側に押し出される。

射出シリンダ装置３は、射出シリンダ１０と、プランジャ２０と、駆動装置３０とを含んでなる。駆動装置３０は、複動油圧シリンダによってプランジャ２０を射出シリンダ１０の中心軸線Ｏに沿って移動させる手段である。射出シリンダ１０内の先端側には、プランジャ２０によって射出室１０Ｂが形成される。プランジャ２０は、射出シリンダ１０の後端面１０Ｃに穿設される開口１０Ａを貫通するように設けられる。

軽金属射出成形機の射出装置１の射出シリンダ装置３は、プランジャ２０のシール機構８を備えている。シール機構８は、基本的には、射出シリンダ１０の開口１０Ａに設けられる環状シール８Ａの内周面とプランジャ２０の外周面との間隙に半固化状態の軽金属成形材料を介在させることによって、射出シリンダ１０の開口１０Ａとプランジャ２０との間をシールする。

本発明において、半固化状態とは、合金を含む溶融している液化した金属がその金属固有の所定の温度範囲で冷却の過程において凝固して固化した状態に移行するまでの過渡状態であって、液体に比べて粘性を有し流動性が低い状態をいう。半溶融状態、半凝固状態、あるいは半固体と表現することもできる。半固化状態にある過渡状態の所定の温度範囲は、例えば、アルミニウム合金ＡＤＣ１２の場合でおよそ５１５℃−５８２℃であり、マグネシウム合金ＡＺ９１Ｄの場合でおよそ４６８℃−５９８℃である。

特に、本発明の軽金属射出成形機の射出シリンダ装置３におけるプランジャ２０のシール機構８は、射出時にプランジャ２０が前進して射出圧力がピーク圧力に到達するＶＰ切換前後の短い所定期間中だけ環状シール８Ａが変形して全体が均等に縮径することによってプランジャを締め付けて、環状シール８Ａの内周面とプランジャ２０の外周面との間隙を封止することによって、射出シリンダ１０の開口１０Ａとプランジャ２０との間をシールする。

図２は、本発明の軽金属射出成形機の射出装置の射出シリンダ装置におけるプランジャのシール機構の適する実施の形態を示す。図２は、射出成形機の本機の正面から見たシール機構において、射出シリンダの中心軸線Ｏに沿って縦に切断したときのリング上側の断面を示す。図３は、図２に示される射出シリンダの後端方向から見た環状シールのＡ−Ａ断面を示す。

図２に示される実施の形態のシール機構８は、環状シール８Ａと、押圧体８Ｂとを含んでなる。環状シール８Ａは、第１の環状体８１と、第２の環状体８２と、第３の環状体８３との３つの環状体でなる。本発明においては、各環状体を構成するそれぞれの環の全体をリングと称し、環の外側の面を外周面、環の内側の面を内周面、環の側面をリング側面、環の幅をリング幅、環の厚さをリング厚という。

実施の形態の環状シール８Ａは、主に第１の環状体８１と第３の環状体８３によって、射出シリンダ１０の開口１０Ａとプランジャ２０との間を防漏すシール機能を有するとともに、プランジャ２０の円滑な移動を案内するガイドの機能を有する。

押圧体８Ｂは、第１の環状体８１と、第２の環状体８２と、第３の環状体８３との３つの環状体でなる環状シール８Ａを射出シリンダ１０の後端面１０Ｃに押し付けるように締め付けて、環状シール８Ａを射出シリンダ１０の開口１０Ａに取付固定する。押圧体８Ｂの内部には、図示しない冷却装置を含む温度管理システムにおける冷却媒体の流路８Ｃが形成されており、押圧体１０Ｂは、実質的に第１の環状体８１を所定の温度範囲まで冷却して軽金属成形材料を半固化状態に維持する冷却体を形成する。冷却媒体は、冷却部位が高温であるので、エアまたはガスが適当である。

第１の環状体８１は、射出シリンダ１０の開口１０Ａに設けられる。第１の環状体８１の内周面とプランジャ２０の外周面との間に間隙δ１が形成される。第１の環状体８１は、間隙δ１において軽金属成形材料を半固化状態に維持することによって実質的に開口１０Ａとプランジャ２０との間をシールする。

第１の環状体８１は、リング側面が押圧体２０の一側面（押圧面）に密接するように設けられ、押圧体８Ｂによって冷却される。そのため、間隙δ１において、比較的短い期間内に溶融軽金属成形材料の温度を所定の温度範囲内まで下げることができる。その結果、間隙δ１における軽金属成形材料が半固化状態で維持される。軽金属成形材料の種類に対応する半固化状態を維持することができる適正な所定の温度範囲は、既述のとおりである。

第１の環状体８１の内周面とプランジャ２０の外周面との間隙δ１の適当な大きさは、主に軽金属成形材料の種類と体積、および冷却方法とに依存する。一般に、第１の環状体８１を押圧体８Ｂによって冷却する場合、間隙δ１の大きさが０．１０ｍｍ以上であると破綻しやすくなり、１μｍに満たないと固化しやすくなるので、間隙δ１の大きさは、０．０３ｍｍ−０．０６ｍｍが適している。実施の形態の環状シール８Ａの場合、第１の環状体８１のリング幅を１６ｍｍとして、間隙δ１の大きさを０．０５ｍｍにしている。

第１の環状体８１の内周面には、ラビリンス８１Ａが形成されている。ラビリンス８１Ａは、第１の環状体８１側に射出シリンダ１０の中心軸線Ｏに沿った方向に複数の溝を形成してなる。ラビリンス８１Ａは、軸受に設けられる一般的なラビリンスシールと同じように、間隙δ１に介在する溶融軽金属成形材料の圧力損失を大きくすることによって防漏性を向上させるとともに、第１の環状体８１とプランジャ２０との間の摩擦を低減する。

第１の環状体８１の材質は、溶融軽金属成形材料によって溶損しない素材であることが望ましく、例えば、酸化物を添加した耐熱性のジルコニアセラミックス（安定化ジルコニア）である。第１の環状体８１は、表面に溶融軽金属成形材料から保護する処理が施されている限りにおいて、金属製であってよく、例えば、プランジャ２０と同じ材質にすることができる。なお、内周面を含む射出シリンダ１０の内側全面は、表面がサーメットの溶射層１０Ｄによって被覆されており、溶融軽金属成形材料によって溶損しないように保護されている。

第２の環状体８２は、第１の環状体８１とリング側面どうしが密接して重なり合うように、射出シリンダ１０の中心軸線Ｏに対して同軸の方向、言い換えると、プランジャ２０の移動方向に沿って射出シリンダ１０の後端と第１の環状体８１との間に挟まれて射出シリンダ１０の開口１０Ａに並んで設けられる。第２の環状体８２の材質は、第１の環状体８１と同様に、例えば、耐熱性のジルコニアセラミックスである。

第２の環状体８２の内周面には、その全周にわたって内溝８２Ａが形成されている。また、第２の環状体８２の内周面には、内溝８２Ａに対して直交する方向、言い換えると、プランジャ２０の移動方向に同一形状の複数の横穴８２Ｂが穿たれている。図２に示される実施の形態における第２の環状体８２においては、第１の環状体８１のリング側面と直面するリング側面から見て円周方向に均等に配置されるように１２個の横穴８２Ｂが設けられている。

複数のバンドヒータ５は、射出シリンダ１０内の溶融軽金属成形材料の溶融状態を維持する温度に射出シリンダ１０を加熱している。射出シリンダ１０の熱は、射出シリンダ１０が接する第２の環状体８２に伝達する。また、第２の環状体８２は、押圧体８Ｂによって冷却される第１の環状体８１と密接して設けられているので、第１の環状体８１を通して間接的に冷却される。

その結果、第２の環状体８２の内周面とプランジャ２０の外周面との間隙δ２を通って横穴８２Ｂに流入する溶融軽金属材料の温度は、射出シリンダ１０とプランジャ２０との間隙における溶融軽金属成形材料の温度よりも低く、第１の環状体８１とプランジャ２０との間隙δ１における半固化状態の軽金属成形材料の温度よりも高くなる。そのため、間隙δ２から横穴８２Ｂに流入する溶融軽金属成形材料は、半固化状態に移行しやすい状態にある。

第２の環状体８２は、第３の環状体８３を位置決めして保持する。第２の環状体８２は、第３の環状体８３を加圧してプランジャ２０の周方向に縮径するように変形させる。したがって、第２の環状体８２は、射出シリンダ１０の開口１０Ａとプランジャ２０との間を直接シールする機能を有していない。

第２の環状体８２とプランジャ２０との間隙δ２の大きさは、第３の環状体８３とプランジャ２０との間隙δ３から漏出する溶融軽金属成形材料の量とシール抵抗の大きさに影響を与える。間隙δ２が小さいほど、間隙δ２における成形材料の圧力降下が大きくなるため、横穴８２Ｂにおいて成形材料が第３の環状体８３に加える加圧力が小さくなる。その結果、第３の環状体８３のプランジャ２０に対する締付力が小さくなり、間隙δ３において漏出する成形材料の量が比較的多くなるが、シール抵抗は小さくなる。

したがって、間隙δ２の大きさは、間隙δ３から漏出する溶融軽金属成形材料が第１の環状体８１とプランジャ２０との間隙δ１における半固化状態の軽金属成形材料によるシールを決壊させない範囲で可能な限り小さくして、シール抵抗を小さくすることが有利である。具体的に、図２は、プランジャ２０の直径が９０ｍｍφであるとき、プランジャ２０との間隙δ２が０．０５ｍｍになる内径を有する第２の環状体８２と、リング幅が７ｍｍの第３の環状体８３を示している。したがって、実施の形態のシール機構８は、シールの設計と製作が比較的容易である点で有利である。

シール機構８においては、環状シール８Ａを交換することが可能である。そのため、例えば、間隙δ２を０．０５ｍｍにする内径を有する第２の環状体８２と、リング幅が７ｍｍの第３の環状体８３のセットと、間隙δ２を０．１０ｍｍにする内径を有する第２の環状体８２と、リング幅６ｍｍの第３の環状体８３のセットを用意しておくことができる。

第３の環状体８３は、第２の環状体８２の内溝８２Ａにプランジャ２０の周方向に変形可能に収容される。第３の環状体８３は、射出圧力がピーク圧力に到達する前後の所定期間中だけ、第２の環状体８２の内周面にリング側面から見て円周方向に均等に設けられている複数の横穴８２Ｂに流入する溶融軽金属成形材料によって周方向に加圧されて全体が均等に縮径してプランジャ２０を締め付ける。

射出圧力がある大きさ以下であるときは、第２の環状体８２の横穴８２Ｂにおける溶融軽金属成形材料が第３の環状体８３を変形させることができないので、第３の環状体８３は、常時、プランジャ２０の外周面と見掛け上接触している。したがって、第３の環状体８３は、摺動面に接触して摺動面に対して変形することから、構造的には、一種のメカニカルシールと見做すことができる。

第３の環状体８３は、押圧体８Ｂによって射出シリンダ１０の後端面１０Ｃの方向に押し出される第１の環状体８１によって第２の環状体８２と共に射出シリンダ１０の後端と第１の環状体８１との間に挟まれるようにして射出シリンダ１０の開口１０Ａに設けられる。そのため、第３の環状体８３は、第１の環状体８１のリング側面と第２の環状体８２の内溝８２Ａの側面との間でプランジャ２０の移動方向に移動しないように規制されるとともに、第３の環状体８３のリング側面から溶融軽金属成形材料が漏出しないようにされている。

第３の環状体８３の材質は、プランジャ２０の周方向に内径１ｃｍ当たり２μｍ−３μｍ程度拡縮するように変形できる可撓性を有し、溶融軽金属成形材料によって溶損しない素材である。特に、第３の環状体８３の締付力を安定させるために、プランジャ２０と第３の環状体８３の材質を同じにするか、少なくとも第３の環状体８３の熱膨張係数をプランジャ２０の熱膨張係数と殆ど同じにする材質であることが望ましい。

具体的には、例えば、第３の環状体８３の材質を炭化珪素セラミックスとするときは、プランジャ２０の材質も炭化珪素セラミックスとする。また、例えば、第３の環状体８３の材質を鉄材に安定化ジルコニアを被覆した素材とするときは、プランジャ２０も同じ素材を使用する。

第２の環状体８２の内溝８２Ａは、第３の環状体８３のリング厚よりも深く形成されている。そのため、内溝８２Ａに収容される第３の環状体８３と内溝８２Ａの底面との間に間隙εが形成される。間隙εは、第３の環状体８３がプランジャ２０の周方向に変形することを許容するとともに、最大の拡大量を規制して、第３の環状体８３の破損を防止する。間隙εは、例えば、０．０６ｍｍが適当である。

第３の環状体８３の内径は、プランジャ２０の外径よりも内径１ｃｍｍ当たり２μｍ−３μｍ程度小さく形成されている。実施の形態の軽金属射出成形機のシール機構８においては、例えば、プランジャ２０の直径が９０ｍｍφのときで、第３の環状体８３の内径を９０ｍｍより２０μｍ小さくしている。したがって、第３の環状体８３を開口１０Ａに取り付けるときは、初期の外形から僅かに拡大するように変形させてプランジャ２０に嵌装させる。

リング幅が７ｍｍでリング厚が４ｍｍの第３の環状体８３を直径９０ｍｍφのプランジャ２０に２０μｍのしばりばめによって嵌装したときの第３の環状体８３の初期の形状における締付力は、鉄のヤング率を参照して換算したところ、全体で７６０ｋｇｆであり、プランジャ２０に与える摺動抵抗による負荷が約２３０ｋｇｆであった。この数値は、溶融軽金属成形材料が存在しない状態でプランジャ２０の移動に支障がない程度の摺動抵抗であることを示している。

溶融軽金属成形材料は、溶融樹脂に比べて粘性が相当低く流動性が著しく高いので、溶融軽金属成形材料が第３の環状体８３とプランジャ２０との間に徐々に浸透するように入り込んで、可撓性を有し変形可能な第３の環状体８３を拡径させる。特に、溶融軽金属成形材料がとりわけ粘性が低いアルミニウム合金であるときは、この現象が顕著である。

第３の環状体８３の内周面とプランジャ２０の外周面との間に浸透した溶融軽金属成形材料が第３の環状体８３を僅かに広げると、第３の環状体８３とプランジャ２０との間に溶融軽金属成形材料の薄膜による間隙δ３が形成され、間隙δ３を成形材料が流動する。第３の環状体８３とプランジャ２０との間に形成された間隙δ３に存在する溶融軽金属成形材料の薄膜は、間隙δ３におけるシール抵抗を低減し、プランジャ２０の摺動性を向上させる。

第３の環状体８３には、第１の環状体８１と同様のラビリンス８３Ａが形成されているので、間隙δ３における成形材料に圧力損失を生じさせ、間隙δ３の成形材料が第１の環状体８１とプランジャ２０との間隙δ１における半固化状態の軽金属成形材料によるシールを破壊しないようにしている。

射出圧力がピーク圧力に達するＶＰ切換の前後の所定期間中に射出室１０Ｂ内の溶融軽金属成形材料の圧力が急激に上昇するとき、第２の環状体８２に形成されている複数の横穴８２Ｂに流入する溶融軽金属成形材料の圧力も上昇して第３の環状体８３をその外周面側からプランジャ２０の周方向に加圧する。複数の横穴８２Ｂは、第２の環状体８２のリング側面に均等に配設されているので、第３の環状体８３は、リング全体が均等にプランジャ２０の周方向に縮径するようにして変形する。その結果、第３の環状体８３が横穴８２Ｂにおける成形材料の加圧力に相応する締付力でプランジャを締め付ける。

実施の形態の軽金属射出成形機のシール機構８の環状シール８Ａにおける各環状体のサイズは、プランジャ２０の直径および各環状体の材質などに基づいて適宜決められる。図２および図３に示される実施の形態の環状シール８Ａは、具体的に、間隙δ１と間隙δ２をそれぞれ０．０５ｍｍとして設計し、第１の環状体８１と第２の環状体８２のリング幅Ｌを１６ｍｍ、リング厚Ｔを１５ｍｍ、横穴８２Ｂの高さＨを６ｍｍ、横穴８２Ｂの底面側曲面の半径Ｒを４ｍｍにし、第３の環状体８３のリング幅を７ｍｍ、リング厚を４ｍｍにしている。

次に、本発明の軽金属射出成形機におけるシール機構８の動作を説明する。すでに、溶炉２から溶融軽金属成形材料が供給されて、溶融軽金属成形材料が射出シリンダ１０とプランジャ２０の僅かな間隙を通って環状シール８Ａに到達している状態であるとする。

第１の環状体８１とプランジャ２０との間隙δ１においては、軽金属射出成形機の運転中、常時、押圧体８Ｂの流路８Ｃに冷却媒体が供給され、例えば、アルミニウム合金の軽金属成形材料が所定の温度範囲内に冷却されて半固化状態が維持されている。第２の環状体８２とプランジャ２０との間隙δ２と横穴８２Ｂにおいては、射出シリンダ１０の余熱によって加熱され、溶融軽金属成形材料が流動している。

第１の環状体８１と第２の環状体８２は、リング側面どうしが密接して設けられているので、間隙δ２における溶融軽金属成形材料の温度は、射出シリンダ１０内の溶融軽金属成形材料の温度よりも低く、間隙δ１における半固化状態の軽金属成形材料の温度よりも高くなっており、過渡状態に移行しやすくなっている。そのため、実施の形態におけるシール機構８は、シールの温度管理が比較的容易である点で有利である。特に、成形材料の主成分が半固化状態である所定の音頭範囲がマグネシウムに比べて狭いアルミニウムおよびアルミニウム合金である場合に有効である。

第３の環状体８３の内周面とプランジャ２０の外周面とは、本来は完全に接触して両者の間に間隙が存在しないが、粘性の低い溶融軽金属成形材料は、第３の環状体８３とプランジャ２０との間に少しずつ浸透していき、第３の環状体８３を拡大するように変形させる。その結果、第３の環状体８３とプランジャ２０との間に間隙δ３が形成される。

間隙δ３に介在する溶融金属成形材料は、ラビリンス８３Ａによって圧力が低下するので、第１の環状体８１とプランジャ２０との間隙δ１における半固化状態の軽金属成形材料によって簡単に漏出が阻止される。間隙δ３に介在する溶融軽金属成形材料は、薄膜を形成してシール抵抗を低減するので、プランジャ２０の摺動性が向上し、移動を円滑にする。特に、成形材料が粘性の低いアルミニウムまたはアルミニウム合金であるときには、シール抵抗の低減による摺動性の向上が顕著である。そのため、シール機構８Ａは、適確に防漏しながら、シールの磨耗とエネルギの損失を低減する。

プランジャ２０が前進して一次圧力から二次圧力に上昇する期間は、射出圧力を正確に制御するよりもプランジャ２０の移動速度を十分に高速にすることが重要である。一次圧力に由来する射出室１０Ｂ内の成形材料の圧力がまだ低く、環状シール８Ａにかかる負荷も小さい。そのため、環状シール８Ａにおけるシール抵抗が小さくても成形材料の漏出が確実に阻止されていて、しかも、プランジャ２０の高速移動が妨げられない。

射出圧力がピーク圧力に達しようとするとき、射出室１０Ｂ内の成形材料の圧力も急激に上昇する。このとき、射出室１０Ｂから射出シリンダ１０の後端側に流出する溶融軽金属成形材料の流量が増大して、第２の環状体８２とプランジャ２０との間隙δ２における成形材料の圧力が第１の環状体８１とプランジャ２０との間隙δ１に介在する半固化状態の軽金属成形材料の耐性限界を超える。

間隙δ２に介在する溶融軽金属成形材料は、第２の環状体８２の内周面に円周に沿って均等に配設されている複数の横穴８２Ｂに均等に流入しようとするので、横穴８２Ｂにおける成形材料の圧力も上昇して、第３の環状体８３を縮径する方向に加圧する。第３の環状体８３が成形材料による加圧力に相応する強い締付力で締め付けるので、第３の環状体８３とプランジャ２０との間は、機械的なシールと同様に一時的に加圧力に相応するシール抵抗で成形材料の漏出を阻止する。

射出圧力がピーク圧力に達するＶＰ切換前後の所定期間中は、プランジャ２０の移動距離が少ないので、一時的にシール抵抗が増大してもプランジャ２０の移動に及ぼす影響が小さい。一方、シール抵抗がより強くされているので、第１の環状体８１とプランジャ２０との間隙δ１に介在する半固化状態の軽金属成形材料の決壊は免れる。

保圧の期間中は、プランジャ２０が前進して溶融軽金属成形材料が金型のキャビティ空間に射出されて射出室１０Ｂ内の成形材料が少なくなっていくが、射出圧力が一定の圧力に保圧されているので、第２の環状体８２とプランジャ２０との間隙δ２における溶融軽金属成形材料の圧力も一定の圧力に低下し、第３の環状体８３が元の形状に戻るように締付力を緩めるので、依然としてプランジャ２０の移動が阻害されない。

射出室１０Ｂ内の成形材料の射出が完了した後は、逆止装置７を作動して継手６の流路を開放し、プランジャ２０を後退させながら、次の射出サイクルにおける所定量の溶融軽金属成形材料を溶炉２から射出室１０Ｂに送るが、射出室１０Ｂにおいて成形材料が殆ど圧縮されていないので、射出シリンダ１０の後端側に存在している成形材料も開放されている射出室１０Ｂに戻ろうとして、第２の環状体８２とプランジャ２０との間隙δ２における成形材料の圧力も低下する。その結果、第３の環状体８３がプランジャ２０の周方向に拡大するように変形して形状が復元する。

図４は、本発明の軽金属射出成形機の射出装置の射出シリンダ装置におけるプランジャのシール機構の適する他の実施の形態を示す。図４は、射出成形機本機の正面から見たときのシール機構において、中心から縦に切断したときのリングの上側の断面を示す。図４において、図２と同じ部材または同じ機能を有する部材については、図２と同じ符号を付し同じ番号が与えられ、詳しい説明を省略する。

図４に示される実施の形態のシール機構８において、第２の環状体８２だけではなく、第１の環状体８１にも第３の環状体８３を収容することが特徴である。具体的に、第１の環状体８１の内周面の射出シリンダ１０側に内溝８１Ｂが形成され、内溝８１Ｂに第３の環状体８３が部分的に収容される。図４に示される実施の形態のシール機構８は、シールの機能とガイドの機能とを有し、図２に示されるシール機構８と基本的に差異はない。

第１の環状体８１の内溝８１Ｂの内周面および第２の環状体８２の内溝８２Ａの内周面と、第３の環状体８３の外周面との間に、第３の環状体８３のリング全体が拡縮するような変形を許容するとともに破損を防止するために拡大を制限する間隙εが設けられる。内溝８１Ｂの側面および内溝８２Ａの側面と、第３の環状体８３のリング側面との間には隙間がなく、射出シリンダ１０の中心軸線Ｏの方向に移動しないように規制されている。図４に示される実施の形態のシール機構８は、メインテナンスが要求される第３の環状体８３の着脱が比較的容易であり、作業性を向上させる利点がある。

図４に示されるシール機構８においては、第１の環状体８１の内周面に内溝８１Ａに対して直交する方向、言い換えると、プランジャ２０の移動方向に同一形状の複数の横穴８１Ｃが穿たれている。各横穴８１Ｃは、第２の環状体８２に設けられている複数の横穴８２Ｂと同数設けられる。各横穴８１Ｃは、第１の環状体８１のリング側面から見て円周方向に均等に配置される。そして、各横穴８１Ｃは、それぞれ横穴８３Ｂに対向配置され、それぞれで横穴８２Ｂと一体化して、それぞれ１つの穴を形成する。

本発明の軽金属射出成形機は、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で実施の形態に限定されず、すでにいくつかの例が具体的に示されているが、変形、置換、追加が可能である。あるいは、公知の技術と組み合わせて実施することができる。例えば、第１の環状体を冷却する冷却体において、冷却媒体の流路を設ける代わりにペルチェ素子のような冷却素子を用いることができる。

本発明は、軽金属成形材料をプランジャによって射出する軽金属射出成形機に適用できる。とりわけ、本発明は、樹脂に比べて成形が難しい軽金属の射出成形に利用でき、例えば、自動車あるいは航空機に使用される高品質の軽金属部品の技術の進歩に貢献する。そして、本発明は、軽金属射出成形機の発展に寄与する。

１ 軽金属射出成形機
２ 溶炉
３ 射出シリンダ装置
４ 射出ノズル
５ バンドヒータ
６ 継手
７ 逆止装置
８ シール機構
８Ａ 環状シール
８Ｂ 押圧体
８Ｃ 冷却媒体の流路
１０ 射出シリンダ
１０Ａ 開口
１０Ｂ 射出室
２０ プランジャ
８１ 第１の環状体
８２ 第２の環状体
８２Ａ 内溝
８２Ｂ 横穴
８３ 第３の環状体

Claims (5)

1. 射出シリンダの開口を貫通し射出シリンダの中心軸線に沿って往復移動するプランジャによって軽金属成形材料を射出する軽金属射出成形機において、前記開口に設けられ内周面と前記プランジャの外周面との間に間隙を形成し前記間隙において軽金属成形材料を半固化状態に維持する第１の環状体と、前記第１の環状体とリング側面どうしが密接して重なり合うように前記プランジャの移動方向に沿って前記射出シリンダの後端と前記第１の環状体との間に挟まれて前記開口に設けられ内周面の全周にわたって形成される内溝と前記内溝に対して直交する方向に前記内周面に穿たれた複数の横穴と有する第２の環状体と、前記内溝に前記プランジャの周方向に変形可能に収容され前記横穴に流入する溶融軽金属成形材料によって加圧されて全体が均等に縮径し前記プランジャを締め付ける第３の環状体と、を含んでなるシール機構を備えた軽金属射出成形機。
2. 前記第２の環状体に設けられる複数の前記横穴が同一形状であることを特徴とする請求項１に記載の軽金属射出成形機。
3. 前記第２の環状体に設けられる複数の前記横穴が前記第２の環状体のリング側面から見て円周方向に均等に配置されることを特徴とする請求項１に記載の軽金属射出成形機。
4. 前記シール機構が前記第１の環状体の内周面に前記第２の環状体の内周面の前記内溝と合体して一体となる溝を形成する内溝が設けられ前記一体となる溝に前記第３の環状体を収容することを特徴とする請求項１に記載の軽金属射出成形機。
5. 前記シール機構において前記第１の環状体の内周面に前記内溝に対して直交する方向に複数の横穴を有し当該横穴が前記第２の環状体に設けられている複数の前記横穴とそれぞれ一体化して１つの穴を形成していることを特徴とする請求項４に記載の軽金属射出成形機。

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