JP2007167941A - 溶融金属成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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において、加熱シリンダの前端側に設けたノズル部内の溶融金属の酸化を確実に防止できると共に、不活性ガスの消費量を低減できるようにすること。
【解決手段】ノズル部内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、ノズル部の先端開口を封止可能なキャップ手段とを有し、キャップ手段は、給湯工程の前に、ノズル部の先端開口を封止状態から開放状態とすると共に、給湯工程の後に、ノズル部の先端開口を開放状態から封止状態とする。
【選択図】図５

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、加熱シリンダ内で金属材料を溶融化する金属溶融化メカニズムを備え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り、また、ラドルで汲み上げて搬送する際に、溶融金属の空気と触れる面が酸化したり、温度が下がったりすることから、製品品質の向上には一定の限界がある。

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提案されている（特許文献１参照）。

図１１は、特許文献１に示された技術と略同等の構成をとる溶融金属成形装置を示す説明図である。図１１において、１０１は加熱シリンダ、１０２は加熱シリンダ１０１の前端に設けられたノズル（ホットランナノズル）、１０３は、加熱シリンダ１０１の外周およびノズル１０２の外周にそれぞれ巻装されたバンドヒータ、１０４は、図示せぬ金型によって形づくられ、ノズル１０３の先端と連通するキャビティ、１０５は、加熱シリンダ１０１の後端に設けられた酸化皮膜剥ぎ取り部（ダイス部）、１０６は、加熱シリンダ１０１の後端寄りの位置に設けられ、開放位置をとった際には加熱シリンダ１０１の内部を真空ポンプ１０７と連通させる開閉弁、１０７は、開閉弁１０６内の中空部と連通され、加熱シリンダ１０１の内部を真空（真空に近い状態）にするための真空ポンプ、１０８は、加熱シリンダ１０１内の真空度をチェックするためのゲージ、１０９はエア源、１１０は、エア源１０９からのエア圧により開閉弁１０６を開閉制御する電磁弁、１１１は、加熱シリンダ１０１の後端の開口と対向するように配置された材料受け取り部、１１２は、図示せぬ油圧シリンダにより駆動され、材料受け取り部１１１内および加熱シリンダ１０１内を前後進可能なピストン体である。

図１１に示す構成において、図１１の（ａ）に示すように、まず、材料受け取り部１１１の上方に設けられて、所定長の円柱状の金属材料１１３を縦方向一列で収納した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１１３が、材料受け取り部１１１に１つずつ落下・供給される。このとき、加熱シリンダ１０１およびノズル１０２内には、ピストン体１１２により先に加熱シリンダ１０１内に押し込められた金属材料１１３が前端側から所定量だけ詰まっており、加熱シリンダ１０１内の後端寄りの位置からノズル１０２に行くにしたがって、金属材料１１３は徐々に溶融化されており、ノズル１０２内では金属材料１１３は完全に溶融化された状態にある。また、このとき、開閉弁１０６は閉鎖状態にある。

次に、図１１の（ｂ）に示すように、ピストン体１１２を低速で前進させて、金属材料１１３を材料受け取り部１１１から加熱シリンダ１０１の後端側に押し込み、この押し込みの際に、酸化皮膜剥ぎ取り部１０５によって金属材料１１３の外周の酸化皮膜を剥ぎ取る。金属材料１１３が材料受け取り部１１１から加熱シリンダ１０１内に一部入り込むと、加熱シリンダ１０１の後端の開口は金属材料１１３により閉塞されるので、この状態で、一旦、ピストン体１１２の前進を停止させる。そして、電磁弁１１０によって開閉弁１０６を開放位置に切り換えて、加熱シリンダ１０１の内部と真空ポンプ１０７とを連通させて、真空ポンプ１０７により加熱シリンダ１０１の内部を真空引きする。

加熱シリンダ１０１の内部が真空引きされた後、図１１の（ｃ）に示すように、電磁弁１１０によって開閉弁１０６を閉鎖位置に切り換えて、次に、ピストン体１１２を高速で前進させる。これにより、ピストン体１１２に押されて加熱シリンダ１０１内に新たに装填された金属材料１１３が、前の金属材料１１３を順次、前方側に押圧し、この押圧によって、図１１の（ｄ）に示すように、ノズル１０２内の溶融した金属材料（金属溶湯）１１３がキャビティ１０４へ急速に射出開始される。

そして、図１１の（ｅ）に示すように、キャビティ１０４内に金属材料１１３が完全に行き渡って射出（射出・充填）が完了すると、ピストン体１１２が金属材料１１３から受ける圧力が所定値まで上がって、この圧力検出を契機にして、ピストン体１１２の前進は停止される。

キャビティ１０４内への金属材料１１３の射出が完了すると、キャビティ１０４内の金属材料１１３は金型から熱を奪われることにより、急速に冷却・固化される。この冷却工程では、ノズル１０２に巻装されたバンドヒータ１０３による加熱制御を中断することで、ノズル１０２内の先端側の金属材料１１３も冷却・固化され、これによって、ノズル１０２の先端側が固化した金属材料１１３によってシール（封止）される。射出の完了後には、図１１の（ｆ）に示すように、ピストン体１１２は、新たな金属材料１１３を材料受け取り部１１１に落下・供給可能とする位置まで、後退駆動される。また、冷却・固化工程が完了すると、型開きが行われ、固化した製品（鋳造品）は、ノズル１０２側の金属材料と切り離されて（このとき、切り離しを容易にするため、型開きの前にノズル１０２が加熱される）、図示せぬ可動側金型と一体となって、図示せぬ固定側金型から分離される。そして、型開きの完了後、または、型開きの途上において、図示せぬエジックト機構による製品の可動側金型からの突き出し、および、図示せぬロボットによる製品の取り出しが行われる。
特開２００４−１４８３９１号公報

図１１を用いて上述した溶融金属成形装置は、射出スリーブを兼ねる加熱シリンダ１０１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１０２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。また、溶融金属が空気と触れる虞が少ないので、溶融金属が酸化する虞が少ないとされている。

しかしながら、図１１に示した溶融金属成形装置では、加熱シリンダ１０１の先端のノズル１０２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１０２の金属材料１１３の溶融化や固化の応答性が悪くなるので、ノズル１０２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１０２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１０２のランド部の径の面積と通過速度の積であり、ノズル１０２のランド部の径が小さいことと、前記したように通過速度の制限があることから、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、前記したように溶融金属はキャビティ内に充填後、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、図１１に示すような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を、本願出願人は、特願２００５−２２３０３８において提案した。この特願２００５−２２３０３８で提案した溶融金属成形装置においては、加熱シリンダの前端側に設けたノズル部から射出スリーブ内に溶融金属を落下供給して給湯を行い、射出スリーブ内に供給された溶融金属を射出プランジャにより金型内に射出・充填するようにしており、これにより、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を実現している。

上記の特願２００５−２２３０３８で提案した溶融金属成形装置では、加熱シリンダの前端側に設けたノズル部の内部に、常時、加圧した不活性ガスを送り込んで、加熱シリンダの先端側の溶融金属の酸化を防止するようにしている。ところが、このように、ノズル部の内部に常時不活性ガスを送り込むようにすると、不活性ガスの消費が嵩むという問題がある。このため、ノズル部の内部に不活性ガスを間欠的に送り込むことも考えられるが、このようにすると、ノズル部の先端開口が常に開放されているので、ノズル部の内部に空気が入り込むことは避けがたく、したがって、溶湯金属が酸化されることは否めない。しかし、金属成形（鋳造）に用いる金属材料がＭｇ合金である場合には、溶融金属の酸化は品質に深刻な影響を及ぼし、良品鋳造を阻害する。

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、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において、加熱シリンダの前端側に設けたノズル部内の溶融金属の酸化を確実に防止できると共に、不活性ガスの消費量を低減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、予備加熱された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、前記加熱シリンダの前端側に設けたノズル部から射出スリーブ内に溶融金属を落下供給して給湯を行い、前記射出スリーブ内に供給された溶融金属を射出プランジャにより金型内に射出・充填するようにした溶融金属成形装置において、
前記ノズル部内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記ノズル部の先端開口を封止可能なキャップ手段とを有し、該キャップ手段は、給湯工程の前に、前記ノズル部の先端開口を封止状態から開放状態とすると共に、前記給湯工程の後に、前記ノズル部の先端開口を開放状態から封止状態とし、前記ノズル部の先端開口が封止状態にある際には、前記ノズル部内への不活性ガスの供給を行うことなく前記ノズル部内を不活性ガス雰囲気に保つ。

本発明によれば、溶解炉を用いる必要がなく、装置全体をコンパクトにできるという、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、汎用性に優れ、かつ、重量の嵩む製品の成形（鋳造）も可能あるという、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において、射出スリーブに給湯を行うときのみノズル部の先端開口を開放するようにしているので、ノズル部の先端開口がキャップ手段によって封止されているときには、ノズル部の内部に不活性ガスを送り続ける必要はなく、したがって、１鋳造サイクル中でのほぼ給湯工程期間のみに、ノズル部の内部に不活性ガスを送り込めばよいので、不活性ガスの消費量を大幅に低減することが可能となると共に、ノズル部の先端開口が封止されているときには、ノズル部の内部には空気が入り込む虞はなく、ノズル部の内部は不活性ガス雰囲気に保たれて、ノズル部内の溶融金属の酸化を確実に防止できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。図１〜図１０は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）による溶融金属成形装置に係り、図１〜図４は、本実施形態の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４において、１は、溶融系ユニット用の図示せぬレール部材上に前後進可能であるように設けられた第１の保持プレート、２は、同じく溶融系ユニット用の図示せぬレール部材上に前後進可能であるように設けられ、第１の保持プレート１と対向する第２の保持プレート、３は、その両端を第１の保持プレート１と第２の保持プレート２にそれぞれ固定され、第１の保持プレート１と第２の保持プレート２を一体に連結する複数本の連結軸、４は、図示せぬ溶融系ユニット用のレール部材上に前後進可能であるように設けられ（あるいは、連結軸３に挿通案内されて前後進可能であるように設けられ）、第１の保持プレート１と第２の保持プレート２との間で後記するように前後進駆動される直動体、５は、第２の保持プレート２に搭載された金属材料押し込み用の電動サーボモータ、６は、電動サーボモータ５を駆動制御するモータドライバ、７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７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７は、上記の電動サーボモータ５に対しては、電動サーボモータ５に付設された図示せぬエンコーダの出力を参照しつつ、直動体４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６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。

８は、電動サーボモータ５の出力軸に固着された駆動小プーリ、９は、電動サーボモータ５の回転を、駆動小プーリ８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、１０は、ネジ軸１１とナット体１２を備え、回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構、１１は、第２の保持プレート２に回転可能に保持され、その端部に被動プーリ９を固着したネジ軸、１２は、ネジ軸１１に螺合されてネジ軸１１の回転に伴って直線移動すると共に、直動体４に固着されたロードセル１３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５の回転は、駆動小プーリ８、図示せぬタイミングベルト、被動プーリ９を介して、ネジ軸１１に伝達され、ネジ軸１１の回転方向に応じて、ナット体１１と一体となって直動体４およびロードセル１３が、前進駆動または後退駆動される。

上記の直動体４は、後記する溶融前の円柱状の金属材料３５を、後記の加熱シリンダ１４の後端の開口部から、加熱シリンダ１４の内部に押し込むためのもので、この直動体４には、後記の加熱シリンダ１４の内周径よりも僅かに細い外径の押し込み部４ａが設けられている。本実施形態では、前記した特願２００５−２２３０３８で提案した溶融金属成形装置と相違して、直動体４の押し込み部４ａにより、後記する溶融前の円柱状の金属材料３５を、後記するように、給湯量にかかわりなく加熱シリンダ１４の内部に完全に押し込むようになっている。

１４は、その後端側を第１の保持プレート１に固定された加熱シリンダ、１５は、加熱シリンダ１４の前端側に、加熱シリンダ１４と一体に設けられたノズル部であり、該ノズル部１５は、加熱シリンダ１４の先端側に設けられ、上向き傾斜管状部と該上向き傾斜管状部に連なる下向き傾斜管状部とを備えた略「ヘ」字形の第１ノズル部１５ａと、第１ノズル部１５ａの先端部を内蔵し、加熱シリンダ１４から第１ノズル部１５ａを介して吐出される溶融金属を、後記する射出スリーブ２９内に落下供給するための垂直管で構成される第２ノズル部１５ｂとからなっている。なお、図１〜図４では図示を割愛してあるが、加熱シリンダ１４およびノズル部１５の外周には、図１１の構成と同様にバンドヒータが巻装されている。

１６は、上記した構成要素１〜１５を含んで構成される溶融系ユニット全体を前後進させる駆動源であるユニット移動用の電動サーボモータ、１７は、電動サーボモータ１６の回転をプーリ、ベルトよりなる図示せぬ回転伝達系を介して伝達されて、電動サーボモータ１６の回転を直線運動に変換するボールネジ機構、１８は、システムコントローラ７からの指令に応じて電動サーボモータ１６を駆動制御するモータドライバである。図示していないが、ボールネジ機構１７の直線移動部は、第１の保持プレート１および／または第２の保持プレート２に連結・固定されており、電動サーボモータ１６の駆動力により、溶融系ユニット全体は、後記するタイミングで前進駆動または後退駆動される。なお、システムコントローラ７は、上記の電動サーボモータ１６に対しては、電動サーボモータ１６に付設された図示せぬエンコーダの出力を参照しつつ、溶融系ユニット全体を位置軸に沿った位置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１８を介して位置フィードバック制御のドライブ指令を与える。

１９は、加圧（大気圧を十分上回る程度の圧力に加圧）した不活性ガス（例えば、窒素ガス）を加熱シリンダ１４の後端側内およびノズル部１５内に供給する不活性ガス供給手段、２０は、不活性ガス供給手段１９からの不活性ガスを、加熱シリンダ１４の後端側の外周部に設けられたガス供給口２１を通じて、加熱シリンダ１４の後端側内に供給するガス配管、２２は、不活性ガス供給手段１９からの不活性ガスを、ノズル部１５の上部に設けられたガス供給口２３を通じて、ノズル部１５の内部に供給するガス配管、２４は、ガス配管２２上に設けられた制御弁である。不活性ガス供給手段１９はシステムコントローラ７によって制御され、加熱シリンダ１４の後端側内には、常時、加圧された不活性ガスを供給する。また、制御弁２４は、ノズル部１５の内部の圧力が予め設定された圧力（例えば、大気圧またはそれを若干上回る圧力）以下になると、不活性ガス供給手段１９からの不活性ガスをノズル部１５の内部に供給し、ノズル部１５の内部の圧力が予め設定された圧力を超えると、ノズル部１５の内部への不活性ガスの供給を遮断する。つまり、制御弁２４は、その上流側とその下流側との圧力差（差圧）により自動的にオン／オフ（連通／遮断）する機能を備えており、ノズル部１５の内部の圧力が予め設定された圧力以下になったときのみ、加圧された不活性ガスをノズル部１５の内部へ供給する。なお、ノズル部１５の第２ノズル部１５ｂの先端開口（下部開口）は、後記するキャップ手段４０により、必要時以外は封止されるようになっており、上記の差圧により自動的にオン／オフする制御弁２４に代えて、システムコントローラ７からの指令に基づき、キャップ手段４０による開放開始でオンし（連通状態となり）、キャップ手段４０による封止完了でオフする（遮断状態となる）電磁制御弁としてもよい。

２５は、加熱シリンダ１４の後端の開口部内周に設けられた、後記する金属材料３５の表面の酸化皮膜を除去するためのダイス部よりなる酸化皮膜剥ぎ取り部（酸化被膜除去手段）である。

２６は固定金型、２７は可動金型であり、図示では割愛してあるが、固定金型２６は固定ダイプレートに搭載され、可動金型２７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２７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２６と可動金型２７とによってキャビティ２８が形づくられるようになっている。

２９は、その端部を固定金型２６に固定された射出スリーブ、３０は、ノズル部１５の第２ノズル部１５ｂの先端開口（下部開口）と対向するように、射出スリーブ２９の外周上部に穿設された溶融金属注入口、３１は、溶融金属の射出・充填用の油圧シリンダ、３２は、射出スリーブ２９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３２は、図示を簡略する都合上、油圧シリンダ３１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３１のピストンロッドの先端に、プランジャチップ３２ａをもつ射出プランジャ３２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３１は、システムコントローラ７によって、図示せぬ制御バルブやバルブドライバを介して制御され、射出プランジャ３２を前進または後退させる。

４１は、後記するキャップ手段４０のエアシリンダ、３３は、エア源からの加圧エアをエアシリンダ４１の前進用エア室または後退用エア室に選択的に送り込んで、エアシリンダ４１のピストン体の前進／後退を制御するシリンダ制御バルブ、３４は、システムコントローラ７からの指令に基づき、シリンダ制御バルブ３３を駆動制御するバルブドライバである。

なお、図１〜図４においては、符号３５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を、総括的に示してある。また、図１〜図４中において、図１〜図３は、溶融系ユニットが前進位置にある状態を示しており、図４は、溶融系ユニットが前進位置にある状態を示しており、溶融系ユニットが前進位置にある状態では、ノズル部１５（ノズル部１５の第２ノズル部１５ｂ）の先端開口は開放されていて、ノズル部１５の先端開口は射出スリーブ２９の溶融金属注入口３０と対向しており、溶融系ユニットが後退位置にある状態では、図４では図示の都合上割愛してあるが、ノズル部１５の先端開口は後記するキャップ手段４０により閉塞されている。なおまた、溶融系ユニットと射出スリーブ２９（射出系ユニット）とは、斜交配置されている（後記の図５〜図７参照）。

図５は、溶融系ユニットが後退位置にある状態の溶融系ユニットの要部斜視図である。図５において、４０は、溶融系ユニット用のベース部材４３上に配置されたキャップ手段で、該キャップ手段４０は、前記したエアシリンダ４１と、エアシリンダ４１により前後進駆動（上下動駆動）される封止用部材４２とによって、構成されている。溶融系ユニットが、電動サーボモータ１６の駆動力で後退位置まで移動すると、ノズル部１５（ノズル部１５の第２ノズル部１５ｂ）の先端開口は、後退位置（下降位置）にある封止用部材４２と対向し、ノズル部１５の先端開口が封止用部材４２と対向すると、直ちに、エアシリンダ４１が駆動されて封止用部材４２が前進（上昇）し、これによって、ノズル部１５の先端開口は、封止用部材４２により気密に封止されるようになっている。また、溶融系ユニットが、後退位置から前進位置に移動する直前のタイミングにおいて、エアシリンダ４１が駆動されて封止用部材４２が後退（下降）し、これによって、ノズル部１５の先端開口が、封止状態から開放状態に移行させられるようになっている。

図６は、溶融系ユニットが前進位置にある状態の溶融系ユニットの要部斜視図である。溶融系ユニットが後退位置にある際には、前記したように、開放状態にあるノズル部１５の先端開口が、射出スリーブ２９の溶融金属注入口３０と対向している。なお、図７は、溶融系ユニットが前進位置にある際の溶融系ユニットの切断要部斜視図である（図７では、金属材料３５の図示を割愛してある）。なおまた、図６中には、キャップ手段４０を拡大かつ半断面して斜視した状態が描いてあり、キャップ手段４０の封止用部材４２には、ノズル部１５の第２ノズル部１５ｂの先端開口と当接して、この先端開口を気密に封止するための耐熱性のある金属ウール部材４２ａが設けてある。

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４を用いて説明する。型締め完了直後に、溶融系ユニットが後退位置から前進位置に移動させられ、この溶融系ユニットの移動動作の直前に、ノズル部１５の先端開口が開放される。なお、溶融系ユニットが後退位置から前進位置に移動した直後には、図１に示されるように、直動体４は後退限位置におかれている。溶融系ユニットが後退位置から前進位置に移動すると、直ちに、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３５が、システムコントローラ７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３５が、加熱シリンダ１４の後端の開口部と対向するように位置付けられる。このとき、加熱シリンダ１４内およびノズル部１５内の一部には、図１に示されるように、直動体４の押し込み部４ａにより先に加熱シリンダ１４内に押し込められた金属材料３５が、略「ヘ」字形の第１ノズル部１５ａの上向き傾斜管状部から、加熱シリンダ１４内の中途位置（加熱シリンダ１４内の後端寄りの位置）まで、所定量だけ詰まっており、加熱シリンダ１４内の後端寄りの位置からノズル部１５に行くにしたがって、金属材料３５は徐々に溶融化されており、ノズル１４（第１ノズル部１５ａの上向き傾斜管状部）内では金属材料３５は完全に溶融化された状態にある。また、このとき、射出プランジャ３２は後退限位置にある。なお、不活性ガス供給手段１９からは、先にも述べたように、加熱シリンダ１４内には、加圧された不活性ガスが常時供給されていて、加熱シリンダ１４の後端側の内部は不活性ガスで満たされており、また、ノズル部１５の第２ノズル部１５ｂの先端開口（下部開口）が開放されていることから、前記した差圧により自動的にオン／オフする制御弁２４がオン（連通）状態となって、不活性ガス供給手段１９から加圧された不活性ガスがノズル部１５の内部にも供給されている。

次に、システムコントローラ７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３５の把持力を緩めて、金属材料３５を押し込み可能な状態におき（このとき、金属材料３５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７からの指令により、モータドライバ６を介して電動サーボモータ５を所定方向に回転させて、直動体４を前進させ、図２に示すように、直動体４の押し込み部４ａにより、円柱状の金属材料３５を加熱シリンダ１４の後端の開口部からに加熱シリンダ１４内に押し込む。そして、この押し込みの際に、酸化皮膜剥ぎ取り部２５によって金属材料３５の酸化皮膜を剥ぎ取る。

システムコントローラ７からの指令により、直動体４がさらに前進駆動されると、これにより、直動体４の押し込み部４ａに押されて、加熱シリンダ１４内に新たに装填された金属材料３５が、ガス供給口２１を過ぎる位置まで加熱シリンダ１４内に完全に押し込められる。つまり、従来技術のように給湯量に応じたストロークだけ新たに装填された金属材料を加熱シリンダ内に押し込むのではなく、本実施形態では、給湯量にかかわりなく、新たに装填された金属材料３５を、常時不活性ガスが満たされた加熱シリンダ１４内に、完全に押し込む。したがって、従来技術においては、給湯量が少ない場合には新たに装填された金属材料が加熱シリンダ内に完全に押し込められず、金属材料の一部が長時間空気にさらされて酸化が深刻に進行したり、金属材料の一部が長時間空気にさらされて温度が低下するといった事態が、本実施形態では全く生じないことになる。

新たに装填された金属材料３５が加熱シリンダ１４内に完全に押し込まれた後、システムコントローラ７からの指令により、直動体４がさらに前進駆動されると、直動体４の押し込み部４ａに押された新たに装填された金属材料３５が前の金属材料３５に当接し、この後、さらに、直動体４がさらに前進駆動されると、新たに装填された金属材料３５が、前の金属材料３５を順次、前方へ押圧し、この押圧によって、図３に示すように、ノズル部１５から吐出された溶融金属３５（溶融化された金属材料（金属溶湯）３５）が、射出スリーブ２９の溶融金属注入口３０から射出スリーブ２９内に、急速に落下供給される（すなわち、給湯される）。

図８は、直動体４の押し込み部４ａによって新たに装填された金属材料３５を加熱シリンダ１４内に完全に押し込んだ状態を示す要部断面図であり、図９は、直動体４の押し込み部４ａによって新たに装填された金属材料３５が前の金属材料３５を前方に押圧している状態を示す切断要部斜視図である。本実施形態では、図８に示すように、直動体４の一度の押し込み動作により、給湯量にかかわりなく、新たに装填された金属材料３５を加熱シリンダ１４内に必ず完全に素早く押し込むようにしているので、新たな金属材料３５が酸化される虞を可及的に低減でき、また、新たな金属材料３５の温度が低下する虞もほぼなくなる。射出スリーブ２９内への溶融金属３５の給湯量は、当然ながら、新たに装填された金属材料３５が前の金属材料３５と当接した以後の直動体４の前進ストロークで決定されるが、本実施形態では、直動体４の一度の押し込み動作により、新たに装填された金属材料３５を加熱シリンダ１４内に必ず完全に押し込むようにしているので、１回の給湯量が１つの円柱状の金属材料３５の量未満である場合、例えば、１つの円柱状の金属材料３５の半分の給湯量である場合には、２回の給湯動作毎に１回、新たな金属材料３５の加熱シリンダ１４内への押し込みを行うようにされる。そして、この場合には、２回の給湯動作の最初の給湯動作完了から次の給湯動作の開始までは、直動体４の押し込み部４ａは加熱シリンダ１４内で停止しておくようにされ、これにより、押し込み部４ａの外周と加熱シリンダ１４の内周との間の微少隙間（図示では隙間を誇張してあるが、隙間は相対摺動を許容する程度のごく小さい隙間である）とそれに吹き込まれる不活性ガスにより、加熱シリンダ１４内の金属材料３５は外気と完全に遮断され、かつ、この際の不活性ガスの供給量を減ずることが可能となる。反対に、１回の給湯量が１つの円柱状の金属材料３５の量を超える場合、例えば、１つの円柱状の金属材料３５の２倍の給湯量である場合には、各給湯動作毎に、２つの新たな金属材料３５の加熱シリンダ１４内への押し込みを連続して行うようにされる（この場合には、押し込み部４ａを長尺にして、直動体４の全移動ストロークを大きくすることは、言うまでもない）。本実施形態の溶融金属成形装置では、このように１回の給湯量が１つの円柱状の金属材料３５の量を超えるような場合にも、容易に対応可能となっているので、重量の嵩む大型の製品も容易に鋳造可能である。

上記したように、射出スリーブ２９内に１ショット分の溶融金属３５が給湯されると、直動体４の前進駆動は停止される。上記の射出スリーブ２９内への溶融金属３５の給湯は高速に行われ、これは、電動サーボモータ５を予め定められた速度制御条件で、直動体４がストローク（位置）に応じた速度で前進移動するように、電動サーボモータ５を速度フィードバック制御により駆動することで行われる。このように、直動体４の駆動源を電動サーボモータ５とし、電動サーボモータ５を、直動体４のストロークに応じて速度フィードバック制御するので、直動体４の前進位置を精緻にコントロールすることが可能となって、これにより、ノズル部１５から吐出する１ショット分の溶融金属３５の量を安定させることが可能となる。

また、ノズル部１５の先端開口（下部開口）が開放されている間は、ノズル部１５内には、上部のガス供給口２３から加圧された不活性ガスが供給されており、ノズル部１５内には不活性ガスが満たされていると共に、ノズル部１５の先端開口から溶融金属注入口３０を通じて射出スリーブ２９内にも不活性ガスが供給されているので、射出スリーブ２９内にも不活性ガスが満たされており、上記した射出スリーブ２９内への溶融金属３５の給湯過程でも、金属材料に酸化が生じる虞は全くないようになっている。

射出スリーブ２９内に１ショット分の溶融金属３５の供給が完了すると、直ちに、システムコントローラ７からの指令により、油圧シリンダ３１が駆動制御されて、これにより、射出プランジャ３２がまず低速で前進駆動されて公知のガス抜きを行った後、続いて、射出プランジャ３２が高速で前進駆動されて、これにより、射出スリーブ２９内から溶融金属３５が、キャビティ２８内に急速に射出・充填される。また、射出スリーブ２９内への１ショット分の溶融金属３５の給湯が完了すると、直ちに、システムコントローラ７からの指令により、電動サーボモータ１６が駆動制御されて、これにより、溶融系ユニットは前記した後退位置まで迅速に後退駆動されて、溶融系ユニットは後退位置で停止する。溶融系ユニットが後退位置で停止すると、直ちに、システムコントローラ７からの指令により、キャップ手段４０のエアシリンダ４１が駆動制御されて、これにより、キャップ手段４０の封止用部材４２が前進駆動（上昇駆動）され、ノズル部１５の先端開口（下部開口）が封止用部材４２が封止される。そして、ノズル部１５の先端開口が封止状態に移行すると、ノズル部１５内への不活性ガスの供給は停止される。

図４は、キャビティ２８内への溶融金属３５の充填が完了し、溶融系ユニットが後退位置にある状態を示している。なお、直動体４は、射出スリーブ２９内への溶融金属３５の給湯が完了した後の適宜のタイミングで、後退駆動開始することが可能であるが、本実施形態では、直動体４は、新たな円柱状の金属材料３５を加熱シリンダ１４内に押し込む直前のタイミングで後退駆動される。このする所以は、直動体４の押し込み部４ａが加熱シリンダ１４内にある間は、先にも述べたように、押し込み部４ａの外周と加熱シリンダ１４の内周との間の微少隙間とそれに吹き込まれる不活性ガスにより、加熱シリンダ１４内の金属材料３５は外気と完全に遮断され、かつ、この際の不活性ガスの供給量を減ずることが可能となるからである。

上述したキャビティ２８内への溶融金属３５の射出・充填は、コールドチャンバー式のダイカストマシンと同様の溶融金属の成形（鋳造）であるので、図１１に示した従来技術と比較すると、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、汎用性に優れたものとなり、重量の嵩む製品も鋳造可能となる。さらに、本実施形態では、１回の給湯量が１つの円柱状の金属材料３５の量を超える製品の鋳造も可能であるので、より大型の重量の嵩む製品も鋳造可能となる。さらにまた、従前から多用されているコールドチャンバー式の制御手法を採ることで、射出・充填の挙動も安定したものにできる。また、コールドチャンバー式の溶融金属の成形（鋳造）では、金型からの鋳造製品の取り出し時に、鋳造製品と連なったビスケット（図４において符号４５がビスケットを示している）も、鋳造製品と同時に取り出すので、１ショット毎に金型内に射出・充填する溶融金属３５を、加熱→冷却→加熱という熱サイクルを受けない、フレッシュな（熱履歴の少ない）材料とすることができ、鋳造製品の品質向上に寄与することが可能となる。

図１０は、本実施形態の溶融金属成形装置における１鋳造（成形）サイクルの各工程の遷移を示している。図１０から明らかなように、１鋳造サイクル中において、ノズル部１５の先端開口が開放されている期間とその前後のノズル開放動作期間およびノズル封止動作期間とを足し合わせた期間ｔ１は、ノズル部１５の先端開口が封止されている期間ｔ２よりも大幅に短く、期間ｔ１の間だけノズル部１５の内部に不活性ガスを送り込むようにしているので、前記した特願２００５−２２３０３８で提案した溶融金属成形装置に比べると、ノズル部１５への不活性ガスの供給量を大幅に削減でき、その分だけランニングコストを低減できる。

以上のように、本実施形態では、溶解炉を用いる必要がなく、装置全体をコンパクトにできるという、加熱シリンダ１４によって金属材料３５を溶融するようにした構成の利点と、汎用性に優れ、かつ、重量の嵩む製品の成形（鋳造）も可能あるという、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において、射出スリーブ２９に給湯を行うときのみノズル部１５の先端開口を開放するようにしているので、ノズル部１５の先端開口がキャップ手段４０の封止用部材４２によって封止されているときには、ノズル部１５の内部に不活性ガスを送り続ける必要はなく、したがって、１鋳造サイクル中でのほぼ給湯工程期間のみに、ノズル部１５の内部に不活性ガスを送り込めばよいので、不活性ガスの消費量を大幅に低減することが可能となると共に、ノズル部１５の先端開口が封止されているときには、ノズル部１５の内部には空気が入り込む虞はなく、ノズル部１５の内部は不活性ガス雰囲気に保たれて、ノズル部１５内の溶融金属３５の酸化を確実に防止できる。

本発明の一実施形態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。 本発明の一実施形態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。 本発明の一実施形態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。 本発明の一実施形態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。 本発明の一実施形態に係る溶融金属成形装置における、溶融系ユニットが後退位置にある状態の溶融系ユニットの要部斜視図である。 本発明の一実施形態に係る溶融金属成形装置における、溶融系ユニットが前進位置にある状態の溶融系ユニットの要部斜視図である。 本発明の一実施形態に係る溶融金属成形装置における、溶融系ユニットが前進位置にある際の溶融系ユニットの切断要部斜視図である。 本発明の一実施形態に係る溶融金属成形装置における、直動体の押し込み部によって新たに装填された金属材料を加熱シリンダ内に完全に押し込んだ状態を示す要部断面図である。 本発明の一実施形態に係る溶融金属成形装置における、直動体の押し込み部によって新たに装填された金属材料が前の金属材料を前方に押圧している状態を示す切断要部斜視図である。 本発明の一実施形態に係る溶融金属成形装置における、１鋳造（成形）サイクルの各工程の遷移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を簡略化して示す説明図である。

符号の説明

１ 第１の保持プレート
２ 第２の保持プレート
３ 連結軸
４ 直動体
４ａ 押し込み部
５ 電動サーボモータ
６ モータドライバ
７ システムコントローラ
８ 駆動小プーリ
９ 被動プーリ
１０ ボールネジ機構
１１ ネジ軸
１２ ナット体
１３ ロードセル
１４ 加熱シリンダ
１５ ノズル部
１５ａ 第１ノズル部
１５ｂ 第２ノズル部
１６ 電動サーボモータ
１７ ボールネジ機構
１８ モータドライバ
１９ 不活性ガス供給手段
２０ ガス配管
２１ ガス供給口
２２ ガス配管
２３ ガス供給口
２４ 制御弁
２５ 酸化皮膜剥ぎ取り部
２６ 固定金型
２７ 可動金型
２８ キャビティ
２９ 射出スリーブ
３０ 溶融金属注入口
３１ 油圧シリンダ
３２ 射出プランジャ
３２ａ プランジャチップ
３３ シリンダ制御バルブ
３４ バルブドライバ
４０ キャップ手段
４１ エアシリンダ
４２ 封止用部材
４２ａ 金属ウール部材
４３ 溶融系ユニット用のベース部材
４５ ビスケット

Claims (4)

1. 加熱シリンダの後端側から該加熱シリンダ内に、予備加熱された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、前記加熱シリンダの前端側に設けたノズル部から射出スリーブ内に溶融金属を落下供給して給湯を行い、前記射出スリーブ内に供給された溶融金属を射出プランジャにより金型内に射出・充填するようにした溶融金属成形装置であって、
   前記ノズル部内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記ノズル部の先端開口を封止可能なキャップ手段とを有し、該キャップ手段は、給湯工程の前に、前記ノズル部の先端開口を封止状態から開放状態とすると共に、前記給湯工程の後に、前記ノズル部の先端開口を開放状態から封止状態とす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、
   前記ノズル部の先端開口が封止状態にある際には、前記ノズル部内への不活性ガスの供給を行うことなく前記ノズル部内を不活性ガス雰囲気に保つようにした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、
   前記加熱シリンダは前後進可能とされ、前記加熱シリンダの後退位置において、前記ノズル部の先端開口と前記キャップ手段とが対向するようにされたことを特徴とする溶融金属成形装置。
4. 請求項３に記載の溶融金属成形装置において、
   前記加熱シリンダの前後進の駆動源として電動サーボモータを用いたことを特徴とする溶融金属成形装置。

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