JP4119892B2

JP4119892B2 - 軽金属射出成形機の射出装置

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Publication number: JP4119892B2
Application number: JP2004530538A
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Inventors: 操藤川
Original assignee: Sodick Plustech Co Ltd
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Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2008-07-16
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Description

この発明は、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛等の軽金属材料を融解し、その溶湯を金型に射出して成形する軽金属射出成形機の射出装置に関し、特に、軽金属材料を融解装置の融解シリンダ中で融解し、融解した溶湯を融解装置に併設したプランジャ射出装置の射出シリンダに供給して計量し、計量した溶湯をプランジャによって射出して成形する軽金属射出成形機の射出装置に関する。

従来、軽金属合金の成形は、ホットチャンバ方式とコールドチャンバ方式とで代表されるダイカスト法によって行われていた。特に、マグネシウム合金の成形では、上記ダイカスト法の他にチクソモールド法によっても行われていた。

ダイカスト法は、あらかじめ融解炉で融解しておいた軽金属材料の溶湯を射出装置の射出シリンダの中に供給し、プランジャによってその溶湯を射出して金型に注入する成形方法である。この方式によれば、高温の溶湯が射出シリンダに安定して供給される。特に、ホットチャンバ方式では、射出シリンダが融解炉中に配置されるので高温の溶湯がハイサイクルに金型に供給される。また、コールドチャンバ方式では、射出シリンダが融解炉と個別に配置されるので射出装置の保守点検が容易である。一方、チクソモールド法は、スクリュウの回転による材料の剪断発熱と加熱装置からの加熱とによって小粒のペレット形状のマグネシウム材料を半溶融状態に融解して射出する成形方法であり、その射出装置はつぎのような２種類の装置のいずれかに構成されていた。１つの装置は、例えば、特許文献１（後にまとめて文献名が記載される。以下同じ。）に開示された装置であり、軽金属材料を押し出しシリンダの中でスクリュウによって半溶融状態に融解する融解装置と、融解装置から注湯シリンダの中に供給された溶湯をプランジャによって射出する射出装置とを備え、押し出しシリンダと注湯シリンダとを連通部材を介して連結した装置である。もう１つの装置は、基本的にインラインスクリュウ射出成形機と同じ構成の装置であり、インラインスクリュウを内蔵する１個のシリンダで融解と射出を行う装置である。後者の構成は、余りにも一般的であるためにその特許文献等の先行文献の開示が省略される。いずれにしても、これらのチクソモールド法による射出成形機はダイカスト法に必要な大容積の融解炉を備えなくとも良いという利点がある。

ところが、上記の成形法には、それぞれつぎのような改良されるべき課題がある。まず、ダイカスト法では、大容積の融解炉が使用されるので装置が大がかりになると共に多量の溶湯を高温に維持するためにランニングコストが高くつく。また、融解炉の温度の昇降に長時間を必要とすることから融解炉の保守が１日がかりにならざるを得ない。加えて、特にマグネシウム合金が使用される場合には、マグネシウムが非常に酸化されやすくかつ発火しやすいので、溶湯の酸化防止対策は当然のこととして充分な発火防止対策が必要である。それで、融解炉中に防燃フラックスや不活性ガスが多量に注入されなければならない。その上、このような対策をしてもマグネシウムの酸化物を主成分とするスラッジが発生して、その除去作業が定期的に行われなければならない。このスラッジは摩耗の原因にもなる。一方、チクソモールド法では、粒状の材料の融解がスクリュウを回転することによって行われるので、材料を所望の半溶融状態に安定して融解することは必ずしも容易ではない。特にインラインスクリュウ方式の射出成形機では、スクリュウを後退させながら計量するのでその成形条件の調整に熟練を要する。また、スクリュウやチェックリングが摩耗しやすい。また、成形材料がペレット状でその表面積が大きいために酸化しやすく、その材料の取扱いに配慮する必要がある。

このような背景の下、別異の射出装置が提案されている。それは、特許文献２に開示されている射出装置である。この射出装置は、金型側（前方側）の高温側シリンダ部と後方側の低温側シリンダ部とその間の断熱シリンダ部とからなる射出シリンダを備えた装置であり、あらかじめ円柱棒状に成形された成形材料を前記射出シリンダに挿入して高温側シリンダ部の中で融解し、その溶湯を未溶融のその成形材料によって押し出して射出する装置である。従来のプランジャを用いずに成形材料自体で射出するところから、この成形方式での上記の成形材料は明細書中で自己消費型プランジャと命名されている。このような射出装置は、融解炉を備えないので射出装置周りを簡素にすると共に融解される成形材料の容積が少ないので効率的な融解を可能にすると推察される。また、このような射出装置は、プランジャを備えないので射出シリンダの摩耗低減や短時間の保守点検などを可能にすると推察される。

更に、同様な技術が同一出願人によって出願されている（例えば、特許文献３及び特許文献４参照）。これらの文献は、ガラス成形のための射出装置を開示するものであるが、自己消費型プランジャを使用することから類似する技術である。具体的には、特許文献３のかじり防止技術は、シリンダ側に多数の溝もしくは螺旋溝をあらかじめ形成しておいて、これらの溝に冷媒を循環することによって成形材料を冷却する技術を開示する。また、特許文献４のかじり防止技術は、成形材料（自己消費型プランジャ）側に多数の溝もしくは螺旋溝を形成しておいて、これらの溝で軟化による成形材料の拡径と変形を吸収する技術を開示する。ガラスが比較的広い温度範囲での高粘度の軟化状態を呈して溶湯が上記溝をすぐに埋めることがないことから、上記の溝はガラス材料のかじりを防止する作用効果を奏するものと推察される。

特許３２５８６１７号公報特開平０５−２１２５３１号公報特開平５−２３８７６５号公報特開平５−２５４８５８号公報

しかしながら、上記の特許文献２は、成形材料の長さやその射出装置の構造及びその成形運転について実施できる程度の技術を開示していない。例えば、この特許文献２は、軽金属材料を射出する場合に発生する虞が多分にあるつぎのような現象の解決策を何ら開示していない。その現象は、射出の際に高圧で低粘度の溶湯が射出シリンダと前記自己消費型プランジャの隙間でバックフローして固化する結果、前記プランジャの進退動作が不能になる現象である。このような現象は、射出が高速高圧で行われる場合により顕著になる。溶湯の固化物が射出動作の度に破壊、再形成されてより強固な固化物に成長するからである。

このような現象の解決方法は、類似する上記の特許文献３及び特許文献４でも開示されていない。なぜなら、これらの成形装置が軽金属材料の成形に使用される場合には、溶湯が上記の溝にすぐに侵入して広範囲にわたって固化してしまうので、その溝が冷却溝としてあるいは変形の吸収溝として機能しないからである。より具体的には、軽金属特有の小さい熱容量と融解熱（潜熱）及び高い熱伝導率によって軽金属が速やかに融解あるいは固化すること、軟化状態を示す材料の温度範囲がガラスより狭いこと、及び溶湯が著しく低粘度の流動性を呈することから、溶湯が上記溝に直ちに侵入すると共に固化するからである。その結果、溝の上記作用効果はその固化物の充満によってガラス成形の場合のようには奏されない。もっとも、これらの文献がガラス成形の射出装置におけるガラス材料のかじり防止技術を開示するものであるから当然のことではある。

このように、自己消費型プランジャによる射出成形装置は、従来の代表的な軽金属合金の成形方法であるダイカスト法やチクソモールド法と異なる方式ではあるが実施可能なまでに開示されていない。その上、本願出願人はこの方式による射出成形機が実用に供されたことを知見していない。

そこで、本発明は、特徴のある軽金属材料の供給方式と、その方式に実用的に対応した特徴ある融解装置と射出装置を含む射出装置を提案することによって、軽金属材料を融解装置に効率的に供給できるようにすると共にプランジャ射出装置に溶湯をより確実にかつ効率的に安定して供給できる射出装置を提案することを目的とする。更に、本発明は、計量中及び射出中に溶湯が融解シリンダあるいは射出シリンダからバックフローすることを充分抑えると共に摩耗をできるだけ無くした融解装置とプランジャ射出装置を提案することも目的とする。その余のより細部の構成による作用効果については実施形態の説明と共に説明される。

本発明の軽金属射出成形機の射出装置は、請求項１の記載のように、軽金属材料を溶湯に融解する融解装置（１０）と、前記融解装置から供給された前記溶湯を射出シリンダ（２１）に計量した後にプランジャ（２４）によって射出するプランジャ射出装置（２０）と、両者を連通する連通路（１８ａ）を含む連結部材（１８）と、前記連通路を開閉して前記溶湯の逆流を防止する逆流防止装置（３０）とを備えた軽金属射出成形機の射出装置（１）において、前記軽金属材料が複数ショット分の射出容積に相当する円柱短棒形状のビレット（２）として供給され、前記融解装置が、後端から供給された複数本の前記ビレットを先端側から先に加熱融解して複数ショット分の射出容積に相当する溶湯を先端側で生成する融解シリンダ（１１又は１１１）と、前記融解シリンダの後端側に位置して材料補給時に前記ビレットを１個ずつ前記融解シリンダの後方に挿入可能に供給するビレット供給装置（４０）と、前記ビレット供給装置の後方に位置して材料補給時に前記ビレットを前記融解シリンダ中に挿入する一方で計量時に１ショット分の前記溶湯を前記ビレットを介して前記射出シリンダに押し出すプッシャ（５２ａ）を含むビレット挿入装置（５０）とを含むことを特徴とする。

また、上記本発明の前記融解シリンダ（１１）の基端を除く大部分のシリンダ孔（１１ａ）は、請求項２の記載のように、軟化した前記ビレットが計量の際に前進して拡径したときに該ビレットの先端の側面（２ａ）と当接すると共にその当接した前記ビレットの側面によって前記溶湯のバックフローが阻止される寸法に形成されると良い。

また、上記の本発明の軽金属射出成形機の射出装置は、請求項３の記載のように、前記融解シリンダ（１１１）の基端を除く大部分のシリンダ孔（１１１ｃ）が、軟化した前記ビレット先端の前進する際に拡径した側面と隙間を生じる寸法関係に形成される一方で、前記融解シリンダ（１１１）の基端側に、前記ビレットの基端側を計量時の押し出し圧力によって変形しない程度に冷却する冷却部材（１１４）と、前記融解シリンダと前記冷却部材との間に位置して前記溶湯を冷却する冷却スリーブ（１１２）とが備えられ、更に前記冷却スリーブ（１１２）が、前記溶湯のある程度に軟化した状態にあって前記溶湯のバックフローを防止する程度に固化した固化物であるシール部材（１０３）を前記ビレットの周囲に生成する環状溝（１１２ａ）を有することが好ましい。

また、請求項４の記載のように、上記本発明の軽金属射出成形機の射出装置において、前記融解シリンダの先端側がエンドプラグ（１３）によって閉鎖され、前記エンドプラグが前記融解シリンダ（１１ａ又は１１１ｃ）のシリンダ孔の上側から前記連通路に連通する導入孔（１３ｄ）を有するように構成されても良い。

また、請求項５の記載のように、上記の本発明の軽金属射出成形機の射出装置において、前記プランジャの大部分が単純円柱形状に形成され、前記射出シリンダの基端に該射出シリンダより低温に温度制御される小径突出部（２１ｅ）が備えられ、前記小径突出部の基端側の内孔（２１ｂ）が前記プランジャとほとんど隙間のない内径に形成されると共に前記小径突出部の内孔に環状溝（２１ｃ）が形成され、前記射出シリンダの前記基端側を除く大部分のシリンダ孔（２１ｄ）が前記プランジャに対して隙間のある内径に形成されることによって、前記溶湯のバックフローを防止する程度に前記溶湯の固化したシール部材（１０１）が前記環状溝で生成されるように構成されても良い。

また、請求項６の記載のように、上記本発明の軽金属射出成形機の射出装置において、前記プランジャ（２４）が前記射出シリンダにわずかな隙間を形成する状態で挿嵌されるヘッド部（２４ａ）と該ヘッド部より小径のシャフト部（２４ｂ）とを含み、前記ヘッド部が外周に複数個の環状溝（２４ｃ）を有すると共に中心にプランジャ冷却手段（２８）を内蔵することによって、前記環状溝で前記溶湯のバックフローを防止する程度に前記溶湯の固化したシール部材（１０２）が生成されるように構成されても良い。

また、請求項７の記載のように、上記本発明の軽金属射出成形機の射出装置において、前記逆流防止装置（３０）が、前記射出シリンダの内孔面上の前記連通路の入口に形成された弁座（２１ｆ）と、前記弁座に該射出シリンダの内側から離接して該連通路を開閉する逆流防止弁棒（３１）と、前記逆流防止弁棒を前記射出シリンダの外側から進退駆動する弁棒駆動装置（３２）とを含んでなるように構成されても良い。

また、請求項８の記載のように、上記本発明の軽金属射出成形機の射出装置において、前記射出装置の前記射出シリンダ（２１）から射出ノズル（２２）に至るノズル孔（２２ａ）が、前記シリンダ孔に対して偏心した上方位置に形成されても良い。

また、請求項９の記載のように、上記の本発明の軽金属射出成形機の射出装置において、前記融解装置が前記プランジャ射出装置の上方に配置され、前記融解シリンダの先端側がエンドプラグ（１３）によって閉鎖され、前記エンドプラグが前記融解シリンダのシリンダ孔を前記連通路に連通すると共に該シリンダ孔の上部で開口する導入孔（１３ｄ）を備え、前記射出シリンダから前記射出ノズルへ連通するノズル孔（２２ａ）が前記射出シリンダのシリンダ孔に対して偏心した上方位置に形成され、少なくとも、前記射出シリンダと前記融解シリンダとがそれらの先端側を高い位置、基端側を低い位置とする傾斜した姿勢に配置されても良い。

請求項１記載の構成によって、本発明の軽金属射出成形機の射出装置は、ビレットの融解を融解装置で行い計量を融解装置とプランジャ射出装置との間で行うことによって、成形材料を取扱いの容易なビレットの形状で効率よく供給することを可能にする。その上、計量時にかかる溶湯の圧力が過大にならないことから安定に計量することを可能にすると共に溶湯のバックフローの防止対策を容易にする。また、本発明の射出装置は、成形運転中に多量に溶湯を融解する必要がないことから、効率的な成形材料の融解を実現すると共に融解装置を小型化簡素化して射出装置の操作や取扱いを容易にする。

また、請求項２記載の構成によって、軟化して拡径したビレット先端部が融解装置の融解シリンダのシリンダ孔に対して一様に等しくかつ適度に軟化した状態で当接する結果、シリンダ孔とビレットの隙間が安定してシールされると共に摩擦が低減される。加えて、融解シリンダやプッシャの摩耗が抑えられる。融解シリンダは、単純な形状の内径に形成されるだけで良い。

また、請求項３記載の構成によって、融解装置の融解シリンダとビレットの隙間がシール部材によって摩擦抵抗の増大を伴うことなく確実にシールされる上に、融解シリンダやプッシャの摩耗が抑えられる。そして、このような構成は、特に大型の射出装置やハイサイクル成形機に採用されてもその作用効果を奏する。

また、請求項４記載の構成によって、運転開始時に融解シリンダ中に残留する空気や不活性ガス等が速やかにパージされることはもちろん、融解シリンダ中の溶湯が射出シリンダに不安定に流れ出すこともなく最初の軽金属材料の融解が停滞することもない。

また、請求項５記載の構成によって、プランジャが射出シリンダと直接接触しなくても溶湯をシール部材によって確実にシールすると共に両者の間の摩擦抵抗を増大させることなく射出することができる。そして、プランジャと射出シリンダの摩耗が大幅に減少して、これらの保守交換作業が軽減される。

また、請求項６記載の構成によって、射出する際にプランジャの環状溝で生成されたシール部材が溶湯を確実にシールすると共に射出シリンダとプランジャとが接触することがない。それで、プランジャと射出シリンダの間の摩擦抵抗が減少すると共に両者の摩耗も大幅に減少してこれらの保守交換作業も軽減される。

また、請求項７記載の構成によって、連通路の逆流防止が正確に制御されることは当然として、溶湯が固化しやすいマグネシウム合金であっても逆流防止弁棒周りの溶湯を固化させることがない。

また、請求項８記載の構成によって、運転開始時に射出シリンダ中に残留する空気、ガス等が速やかにパージされることはもちろん、射出の合間に射出ノズル先端から溶湯が垂れ落ちるトラブルが解消される。

また、請求項９記載の構成によって、運転開始時に融解シリンダや射出シリンダ中に残留する空気、ガス等が速やかにパージされることはもちろん、運転開始時に溶湯が融解シリンダから射出シリンダに不安定に流出するトラブルが解消されると共に、運転中における射出の合間に射出ノズル先端から溶湯が垂れ落ちるトラブルも解消される。

以下、本発明に係る軽金属射出成形機の射出装置の概略が、図示の実施形態によって説明される。

最初に、射出装置１に供給される軽金属材料が説明される。軽金属材料は、図１に示されるように、円柱の棒材を所定寸法に切断したような短棒形状に形成され（以下、ビレットと称される。）、その外周及び切断面が平滑に仕上げられる。２がそのビレットであり、その外径は後に説明される融解シリンダ１１のシリンダ孔１１ａの基端側（図中右側）の内径より若干小さく形成される。ビレット２が加熱されて熱膨張してもシリンダ孔１１ａの基端側に干渉して挿入不能にならないようにするためである。ビレット２の長さは、１回のショットで射出される射出容積の１０数ショット分ないしは数１０ショット分の容積を含む長さに形成され、その取扱いやすさを考慮して、例えば３００ｍｍないし４００ｍｍ程度に形成される。軽金属材料がこのようなビレットの形で供給されるので、その保管や運搬等の取扱いが容易である。そして、特にビレット２がマグネシウム材料である場合には、その容積に対する表面積が小さいので、ビレット２はチクソモールド法で使用されるペレット材より酸化しにくい利点もある。なお、１回のショットで射出される射出容積は、１ショットでの成形品の容積とそれに付随するスプール、ランナ等の容積、及び熱的な変化を見込んだ容積を合計した、従来公知の容積である。

軽金属材料が上記のようなビレットの形で供給される本発明の軽金属射出成形機の射出装置１は、概略以下のように構成される。この射出装置１は、図１に示すように、融解装置１０とプランジャ射出装置２０とそれらを連結する連結部材１８と射出時に溶湯がプランジャ射出装置２０から融解装置１０に逆流することを防ぐ逆流防止装置３０とを含んで構成される。

融解装置１０は、融解シリンダ１１とビレット供給装置４０とビレット挿入装置５０とを含んで構成される。融解シリンダ１１は、その基端から順次挿入されるビレット２を複数本収容する長さに形成された長尺のシリンダであり、後に説明されるように、そのシリンダ孔１１ａの基端近傍を除く大部分がビレット２より若干大径に形成され、そのシリンダ孔１１ａの先端がエンドプラグ１３によって塞がれる。融解シリンダ１１の基端はビレット供給装置４０を収容する中央枠部材９０に固定される。中央枠部材９０は、４方を囲む矩形の４側板と１底板で構成され、対向する側板９０ａの一方に融解シリンダ１１が接続されもう一方の側板９０ａにビレット挿入装置５０が接続される。そして、これらの２側板９０ａには、ビレット２の外径よりわずかに大きい透孔９０ｂが形成される。このように、融解シリンダ１１とビレット供給装置４０とビレット挿入装置５０とは１直線上に直列に配置される。そして、ビレット２は、後に説明されるように、ビレット供給装置４０によって融解シリンダ１１の後方に複数ショット毎に１個ずつ補給され、ビレット挿入装置５０のプッシャ５２ａによって融解シリンダ１１中に挿入される。こうして、本発明では、軽金属材料がビレットの形で融解装置１０に供給されて融解される。なお、融解シリンダ１１とビレット供給装置４０とビレット挿入装置５０は、後に更に詳細に説明される。

プランジャ射出装置２０は、射出シリンダ２１と射出ノズル２２とプランジャ２４とプランジャ駆動装置６０とを含む。射出シリンダ２１は、計量した溶湯を貯留するシリンダ孔２１ａを有し、その先端側にノズルアダプタ２３を介して図示省略された金型に当接する射出ノズル２２が取り付けられる。プランジャ２４は、その基端（根元）でプランジャ駆動装置６０のピストンロッド６２に接続されて射出シリンダ２１中で前後に移動制御される。このようなプランジャ射出装置２０は、図示省略した機台上で前後に移動する移動ベース９１上に載置されて、射出装置１全体が図示省略した型締装置に対して離接するように移動する。これらの射出シリンダ２１、射出ノズル２２、プランジャ２４、及びプランジャ駆動装置６０は、後に更に詳細に説明される。

融解シリンダ１１の先端近傍と射出シリンダ２１の先端近傍とは、連結部材１８によって連結される一方、両方のシリンダ１１、２１の基端側が中央枠部材９０とプランジャ駆動装置６０の油圧シリンダ６１との間で連結ベース部材９２を介して強固に結合される。連結部材１８の中には連通路１８ａが形成され、その連通路１８ａは、融解シリンダ１１のシリンダ孔１１ａと射出シリンダ２１のシリンダ孔２１ａとを連通する。融解シリンダ１１の先端近傍と射出シリンダ２１の先端近傍とは、連結部材１８を介して図示省略された引っ張りボルトによって相互に引っ張られた状態で固定される。それで、連結部材１８の両端は、融解シリンダ１１や射出シリンダ２１の外周に対して嵌り込むようにして固定される。特に、連通路１８ａは細径のパイプによって形成され、その端面が融解シリンダ１１や射出シリンダ２１に押し当てられる。

連通路１８ａは、逆流防止装置３０によって、計量動作の開始時に開かれ射出動作の直前に閉じられる。したがって、逆流防止装置３０は、そのような開閉動作をする装置であれば従来公知の装置であっても良い。好ましい逆流防止装置３０は後により詳細に説明される。

このような射出装置１において、計量の度に前進するビレット２が融解シリンダ１１中で先端から先に順次融解し、融解した溶湯は射出シリンダ２１や連結部材１８の中で融解状態に保持される。それで、これらのシリンダ１１、２１及び連結部材１８は、巻回されたバンドヒータ等によって所定の温度に加熱制御される。

例えば、融解シリンダ１１には、図１に示されるような４個の加熱ヒータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが巻回される。そして、先端側の２個の加熱ヒータ１２ａ、１２ｂがビレット２の融解温度に、加熱ヒータ１２ｃがその融解温度より若干低い温度に、そして基端側の加熱ヒータ１２ｄが融解温度より更に低い温度に設定される。特に、基端側の加熱ヒータ１２ｄは、融解シリンダ１１の基端側に位置するビレット２が射出の際に変形しない程度にその軟化が抑えられるような、低めの温度に設定される。例えば、ビレット２がマグネシウム合金である場合には、先端側の加熱ヒータ１２ａ、１２ｂが６５０℃程度に、加熱ヒータ１２ｃが６００℃程度に、そして基端側の加熱ヒータ１２ｄが３５０℃から４００℃程度に適宜に調整される。マグネシウム合金は３５０℃程度に加熱されたときから実質的に軟化し始めて６５０℃程度に加熱されたときに完全に融解するからである。ただし、加熱ヒータ１２ｄの温度は、具体的な実施例によって若干異なり、後に説明される実施例では異なる温度に調整される。中央枠部材９０の側板９０ａは通常加熱されることはない。

また、射出ノズル２２、ノズルアダプタ２３及び射出シリンダ２１には、加熱ヒータ２５、２６、及び２７が巻回され、連結部材１８には加熱ヒータ１９が巻回される。そして、ビレット２がマグネシウム合金である場合にこれらのヒータが６５０℃程度に温度制御されて、連結部材１８や射出シリンダ２１の中の溶湯が融解状態に維持される。特に、加熱ヒータ２５の制御温度は、成形サイクル時間（射出間隔）に合わせて調整されることもある。射出ノズル２２からの溶湯の漏れ出しをその中で生成するコールドプラグによって防止して、成形サイクルに合わせて射出ノズル２２を開閉するためである。

こうして、ビレット２は、融解シリンダ１１の基端側でその軟化が防止された状態で予備加熱され、その中程から先端側にかけての位置で急激に加熱されてその先端側で急速に融解する。融解される溶湯の量は、射出容積の数ショット分になるように調整される。このような融解装置１０では、最小限の材料が融解されるだけであるから加熱エネルギが少なくて済み効率的である。また、融解装置１０は、融解炉ほど大きな容積を必要としないので、装置としては小型で簡素なものとなる。また、融解のための昇温時間あるいは固化のための降温時間が短くて済むから保守点検作業での無駄な待ち時間が最小限に抑えられる。

つぎに、この発明の射出装置１の構成要素のより細部が説明される。ただし、射出装置１の主要な構成要素である融解シリンダ１１と射出シリンダ２１に関するより好ましい実施形態は後にまとめて詳しく説明される。

ビレット供給装置４０は、多数のビレット２を貯留すると共にビレット２が融解シリンダ１１に挿入されるようにビレット２を融解シリンダ１１の後端の直近の同芯位置に１個ずつ供給する装置である。このため、ビレット供給装置４０は、例えば図２の断面図に示されるような、ビレット２が整列状態で多数装填されるホッパ４１と、ビレット２を整列状態で順次落下させるシュート４２と、ビレット２を一旦受け止めて１個ずつ落下させるシャッタ装置４３と、ビレット２を融解シリンダ１１の軸中心に同芯に保持する保持装置４４とからなるように構成される。ホッパ４１の中には、ビレット２が停滞することなく落下するように、葛折れの案内溝を形成する仕切り４１ａが配設される。シャッタ装置４３は、シャッタプレート４３ａと、保持装置４４の開閉する側の保持部材４５とで上下２段のシャッタを構成し、シャッタプレート４３ａと保持部材４５の交互開閉動作によってビレット２を１個ずつ落下させる。４３ｂは、シャッタプレート４３ａを進退させるエアシリンダ等の流体シリンダである。保持装置４４は、ビレット２を左右からわずかな隙間を余して挟むように保持する１組の保持部材４５、４６と、片側の保持部材４５を開閉するエアシリンダ等の流体シリンダ４７と、シュート４２の下方にてビレット２をその案内曲面にて受け止めて保持部材４６側に案内するガイド部材４８とを含む。保持部材４５、４６のお互いに対向する内側側面には、ビレット２の外径よりわずかに大きい直径の略半円円弧状の凹部４５ａ，４６ａが形成され、保持部材４５が閉じたときにその凹部４５ａ，４６ａの中心がシリンダ孔１１ａの中心に略一致するように形成される。

このような構成によって、ホッパ４１から補給されたビレット２は、保持装置４４によってシリンダ孔１１ａの中心に同芯に保持される。もちろん、ビレット供給装置４０は、シャッタ装置４３と保持部材４５に代えて、図示省略された、ビレット２をホッパから１個ずつ落下させるための２個のシャッタと、ビレット２をシリンダ孔１１ａの中心に同芯に保持する溝形状の案内部材とからなる構成にすることもできる。

ビレット挿入装置５０は、ビレット２の補給時にビレット２を融解シリンダ１１の中に挿入する装置であればであればどのような装置であっても良い。例えば、ビレット挿入装置５０は、図１のように、油圧シリンダ５１と、油圧シリンダ５１によって前後に移動制御されるピストンロッド５２と、このピストンロッド先端に一体に形成されたプッシャ５２ａを含むように構成される。プッシャ５２ａは、その先端部分（図中で左端部分）がビレット２よりわずかに細く形成されて、融解シリンダ１１中にわずかに侵入する際に融解シリンダ１１に接触することなく侵入する。それで、プッシャ５２ａと融解シリンダ１１との間に摩耗は発生しない。プッシャ５２ａの最大移動ストロークは、ビレット２の全長を若干超える長さに構成される。プッシャ５２ａの位置は、図示省略された例えばリニアスケールなどの位置検出装置によって検出され、図示省略された制御装置にフィードバックされて制御される。このようなビレット挿入装置５０は、油圧シリンダ駆動の駆動装置に限らず、サーボモータの回転運動をボールねじ等を介して直線運動に変えてプッシャ５２ａを移動する公知の電動駆動装置であっても良い。

このように構成されたビレット挿入装置５０は、ビレット２の補給時にプッシャ５２ａをビレット２の全長以上の距離後退させてビレット２の供給される空間を確保して、つぎにプッシャ５２ａを前進させて補給されたビレット２を融解シリンダ１１の中に挿入する。また、ビレット挿入装置５０は、計量時にプッシャ５２ａを逐次前進させて、１回の前進で１ショット分の射出容積に相当する溶湯を射出シリンダ２１に送り込んで計量する。

プランジャ２４は、従来公知のものであっても良い。この場合、プランジャ２４は、射出シリンダ２１の内径よりわずかに小径のヘッド部２４ａとそのヘッド部２４ａよりわずかに小径のシャフト部２４ｂを備える。そして、ヘッド部２４ａが図示省略されたピストンリングをその外周に備える。このようにプランジャ２４が従来公知の構成と同じ場合には、プランジャ２４と射出シリンダ２１との間に摩耗が発生するが、従来通りの性能で良い場合には充分採用可能な実施形態である。より好ましい実施形態は、後に射出シリンダと組み合わせた構成として説明される。

プランジャ駆動装置６０は、例えば、図１のように、油圧シリンダ６１と、油圧シリンダ６１によって前後に移動制御されるピストンロッド６２と、ピストンロッド６２とプランジャ２４とを結合するカップリング６３とを含む。プランジャ２４は、射出シリンダ２１の中に挿通され、油圧シリンダ６１によって前後に駆動される。プランジャ２４の位置は、図示省略された例えばリニアスケールなどの位置検出装置によって検出され、図示省略した制御装置にフィードバックされてその位置が制御される。プランジャ２４の移動可能な最大ストロークは、当然、射出装置１の最大射出容積に合わせてあらかじめ設計されている。このようなプランジャ駆動装置６０は、油圧シリンダ駆動の駆動装置に限らず、サーボモータの回転運動をボールねじ等を介して直線運動に変えてプランジャ２４を移動する公知の電動駆動装置であっても良い。

このように構成されたプランジャ駆動装置６０は、計量時と射出時にプランジャ２４の後退動作と前進動作を制御する。すなわち、計量時には、ビレット挿入装置５０のプッシャ５２ａを押し込む圧力の制御に合わせてプランジャ２４の後退を許容する背圧が制御されて、融解シリンダ１１中の溶湯の圧力上昇が抑えられると共に射出シリンダ２１中の溶湯の圧力、すなわち計量時の背圧が適正に制御される。このとき、プランジャ２４の後退位置が計量のための位置として検出されることは従来と同じである。また、射出時には、溶湯の射出速度及び射出圧力を制御する従来と同じ制御が行われる。また、プランジャ駆動装置６０は、プランジャ２４を所定量後退させる、従来公知のサックバック動作も行う。プランジャ射出装置が逆流防止装置を介して融解装置から切り離されるのでこのようなサックバック動作が正確に可能になる。

射出シリンダ２１の基端は、プランジャ駆動装置６０の前方に接続部材６４を介して固定される。１実施例として図示された接続部材６４は、プランジャ２４の後部やカップリング６３を移動可能に収容する筒状の部材で、その前方に近い位置にプランジャ２４とほとんど隙間のない状態で嵌り合う隔壁６４ａを備え、射出シリンダ２１基端と隔壁６４ａとの間に空間６６を備える。空間６６の下方には、回収パン６５が接続部材６４の下側に着脱自在に用意される。このような構成によって、万一溶湯がプランジャ２４のヘッド部２４ａを越えて漏れ出すことがあっても、溶湯はこの空間６６より外に飛び出すことなく回収パン６５に回収される。

この場合、接続部材６４の上側に不活性ガスが注入される注入孔６４ｂが設けられて空間６６に不活性ガスが注入されてもよい。これによって運転開始直前にシリンダ孔２１ａ内空気がパージされる。このようなパージは、特に、マグネシウム成形の場合に材料の酸化防止のために役立つ。供給される不活性ガスの量は、上記空間６６及び射出シリンダ２１とプランジャ２４の間のわずかな間隙に供給されるだけであるからわずかで済む。もちろんこの不活性ガスがシリンダ後方から溶湯中に侵入することはない。したがって、成形開始後においてはガスの供給を停止してもなんら支障は無い。

連通路１８ａを開閉する逆流防止装置３０には、簡易には従来公知のバルブが採用されても良い。それらのバルブは、余りに公知であるためにその図示が省略されるが、例えば、チェックバルブあるいはロータリバルブが採用される。前者は、溶湯の流れと共に正逆両方向に移動して射出時に弁座に着座して連通路を塞ぐ弁体を含むバルブである。後者は、連通路１８ａ中にあって回動することによって連通路１８ａを連通又は閉鎖する管路を備えた回転バルブである。特に、チェックバルブは、射出時に逆流防止するタイミングが正確ではないことから、精密な成形が要求されない射出成形機において採用され得る。より好ましい逆流防止装置３０は、後に更に説明される。

射出装置１は、更に好ましくは以下に説明されるように構成されると良い。図３はその融解シリンダの１つの実施形態を例示する側面断面図、また、図４は逆流防止装置のより好ましい実施形態を示す側面断面図であり、図５は射出シリンダおよび融解シリンダの先端部近傍の他の実施形態を示す側面断面図である。

融解シリンダ１１の先端部を塞ぐエンドプラグ１３は、図３に示されるような、フランジ部１３ａと栓部材１３ｂとを備える。栓部材１３ｂは、連結部材１８の当接位置を越えた長さに形成されると共に連結部材１８の連通路１８ａと融解シリンダ１１のシリンダ孔１１ａとを連通する導入孔１３ｃ、１３ｄを有し、特に、シリンダ孔１１ａ中に向いて開口する導入孔１３ｄは、栓部材１３ｂの上方で開口するように、栓部材１３ｂの上部を水平に切除した断面Ｄ字の形状、あるいはキー溝のような矩形溝に形成される。このような導入孔１３ｄによって、最初に射出装置１が運転開始される際に溶湯中に混入した空気や不活性ガス等が融解シリンダ１１から射出シリンダ２１側に確実にパージされる。空気やガス等が上方に集まりやすいからである。このエンドプラグ１３は、断熱部材１４に覆われて保温されるだけでなくその中心にカートリッジヒータ１５が挿入される深穴を備えて、カートリッジヒータ１５によって加熱されるとなお良い。この場合、エンドプラグ１３が充分に加熱されるので、固化しやすいマグネシウム合金にあってもその溶湯が導入孔１３ｃで固化することはない。

導入孔１３ｄが栓部材１３の上方に開口することによって、つぎのような現象も防止される。すなわち、その現象は、融解シリンダ１１中で融解された溶湯が空の射出シリンダ２１に最初に供給される際に発生する現象であって、逆流防止装置３０が最初に連通路１８ａを開口したときに、融解シリンダ１１中の溶湯が射出シリンダ２１へ不意に不定量、すなわち不安定に流出する現象である。この現象が防止されることによって、融解シリンダ１１中の溶湯の減少による空間が断熱空間になって加熱ヒータによる熱が充分に伝搬しないために、後続するビレット２の融解が一時的に停滞する問題の発生も抑えられる。

融解シリンダ１１の基端もしくはその近傍に、不活性ガスが注入される注入孔が用意されても良い。図３では、注入孔９０ｃが融解シリンダ１１と中央枠部材９０の側板９０ａとの境界に形成されているが、この近傍であれば融解シリンダ１１、中央枠部材９０いずれに形成されても良い。この注入孔９０ｃに不活性ガスが注入されることによって、シリンダ孔１１ａ内の空気がパージされて材料の酸化が防止される。このようなパージは、特に、マグネシウム成形の成形前の準備段階、すなわち、空のシリンダ孔１１ａ内にマグネシウム材料を最初に挿入して融解する段階で有効である。供給される不活性ガスの量は、空のシリンダ孔１１ａに供給されるだけであるからわずかで済む。もちろん、準備段階が完了した後に不活性ガスが停止されても良い。後に説明されるように、パージされた後の融解シリンダ１１中の溶湯内に後方から空気が侵入することがないからである。

逆流防止装置３０は、望ましくは図４のような実施形態に構成されると良い。この逆流防止装置３０は、射出シリンダ２１の内孔面上に形成された弁座２１ｆと、これに離接する棒状の逆流防止弁棒３１と、射出シリンダ２１の側面に固定されて逆流防止弁棒３１を進退駆動する弁棒駆動装置である油圧シリンダ等の流体圧シリンダ３２を含む。弁座２１ｆは、連通路１８ａに連通する透孔２１ｈの入口に形成されて射出シリンダ２１内に開口する。逆流防止弁棒３１は、その基端が油圧シリンダ３２のピストンロッドに接続されて、その大部分が射出シリンダ２１に形成された弁棒案内孔２１ｇに挿通された状態で溶湯の中で進退する。油圧シリンダ３２は、連結部材１８に対して反対側の射出シリンダ２１の側面に取り付けられる。

逆流防止装置３０がこのように構成されることによって、弁棒３１のかなりの部分が射出シリンダ２１内の溶湯中に存在して弁棒３１の温度がほとんど低下しない。それで、固化しやすいマグネシウム合金等の溶湯であってもその溶湯が逆流防止弁棒３１の周りで固化することがない。この現象は、連結部材１８の取付け位置が射出シリンダ２１の先端側より若干基端側の位置にあることによってより効果的になる。弁棒３１の周囲に存在する溶湯が充分に高温に保たれているからである。もちろん、逆流防止弁棒３１による連通路１８ａの開閉は、計量や射出のタイミングに合わせて正確に制御される。したがって、このような逆流防止装置３０は、射出容積を正確に制御することが必要な精密射出成形機に好適である。

上記の逆流防止装置３０は、更に、つぎのような逆流防止弁棒３１のシール機構を備えることが好ましい。このシール機構は、図４に示されるように、射出シリンダ２１に形成された弁棒案内孔２１ｇに固定された封鎖筒３３と、その封鎖筒３３を冷却する冷却管３４とを含む。弁棒案内孔２１ｇは、図で誇張されて示されるように逆流防止弁棒３１に対して１ｍｍ程度の隙間が生じる程度に大きめに形成される。封鎖筒３３は、逆流防止弁棒３１を移動可能にかつほとんど隙間のない状態で案内すると共に弁棒案内孔２１ｇに挿嵌された状態で弁棒案内孔２１ｇを塞ぐ。そして封鎖筒３３は、冷水が供給される冷却管３４によってその外周から冷却される。このような構成によって、弁棒案内孔２１ｇに存在する封鎖筒３３近傍の溶湯は、逆流防止弁棒３１の周りでつぎのように適度に軟化したまま固化する。すなわち、溶湯は、逆流防止弁棒３１の進退動作を妨げる程に硬化するのではなく適宜に軟化した状態で弁棒３１と案内孔２１ｇとの間の隙間をシールするように固化する。したがって、固化物は弁棒３１と弁棒案内孔２１ｇとの間の直接的な接触を避けて両者の摩耗や熱膨張によるかじりを防止するシール部材となる。

射出シリンダ２１から射出ノズル２２へのノズル孔２２ａは、図５に示されるようにシリンダ孔２１ａの上方に偏心した位置に開口するように形成されることが好ましい。この場合、射出シリンダ２１は、その先端側が高く、その基端側が低い傾斜した姿勢で配置されると良い。傾斜角度は３度程度で充分である。このような構成によって、射出シリンダ２１内に残留する空気等のパージが確実にでき、射出ノズル２２の先端から溶湯が流れ出すトラブルも解消される。この場合に、融解シリンダ１１においてもエンドプラグ１３の導入孔１３ｄが既述されたように上方に形成されると共に融解シリンダ１１が同様に３度程度に傾斜した姿勢に配置されると良い。このような配置によって、融解シリンダ１１中の空気等も同様に確実にパージされると共に不安定な流出が防止される。もちろん、射出装置１は、融解シリンダ１１の上記の導入孔１３ｄの構成と射出ノズル２２の偏心したノズル孔２２ａの配置に加えて、融解シリンダ１１と射出シリンダ２１の基端側が３度程度により低くなる傾斜姿勢に配置されると一番良い。型締装置を含んで射出成形機の全体が上記のように傾斜した姿勢に配置されても良い。

以上説明された本発明の射出装置１において、主要な構成要素である融解装置１０とプランジャ射出装置２０は、より好ましくは以下に説明されるように構成される。まず、融解装置の２つの実施形態が説明される。

第１の実施形態に係る融解装置１０においては、融解シリンダ１１のシリンダ孔１１ａは、図３のように、その基端を除く大部分がビレット２より数ｍｍ程度大径のシリンダ孔１１ｂに形成されて、その基端側に段差１１ｃが形成される。この大径のシリンダ孔１１ｂは、あらかじめ成形品の材料や大きさ等に合わせて求めておいた寸法に決定されるが、例えば、マグネシウム合金を成形する成形装置である場合、ビレット２に対する隙間が０．５ｍｍないし２ｍｍ程度、望ましくは１ｍｍ程度になる融解シリンダ１１が選定される。また、段差１１ｃの位置も、必要な溶湯の容積や加熱ヒータ１２ｄの温度設定、若しくは大径のシリンダ孔１１ｂのビレット２に対する隙間との関係で、適宜前後に異なる位置にあらかじめ形成される。加熱ヒータ１２ａないし１２ｄは、既述したものと同じものである。

このような構成によって、計量時にビレット２が前方に押し出されるときに既に軟化しているビレット２の先端が溶湯の圧力によって拡大すなわち拡径して、その側面２ａがシリンダ孔１１ｂの壁面に当接する。このとき、計量時における融解シリンダ１１中の圧力が既述されたように適正な計量の圧力に制御されることから、ビレット２を押し込む圧力が過大になることはない。また、シリンダ孔１１ｂとビレット２の隙間が適宜に大きく形成されているので、ビレット２の側面２ａがシリンダ孔１１ｂに対して広範囲にかつ高圧に押しつけられることなく当接する。また、大径シリンダ孔１１ｂに当接する側面２ａは、接する高温の溶湯や大径シリンダ孔１１ｂにより継続して加熱されて、適宜に軟化した表面層を有したままに維持される。その上、シリンダ孔１１ａの基端側の内孔とビレット２の隙間が小さいことがビレット２の融解シリンダ１１に対する偏芯を抑えて、拡径した側面２ａのシリンダ孔１１ｂとの当接状態を一様に等しくする。こうして、側面２ａは、一様に等しくシリンダ孔１１ｂに当接する適度に軟らかなシール部材として機能して、溶湯の後方へのバックフローと空気等の溶湯内への侵入を確実に防止し摩擦抵抗を低減する。したがって、この実施態様における側面２ａは、拡径した側面２ａによるシール部材、すなわち拡径シール部材と呼称されるに相応しいものである。

上記の大径のシリンダ孔１１ｂとビレット２の隙間の大きさは、両者の間に形成される上記の拡径シール部材の発生形態に特に多大な影響を与える。まず、この隙間が小さすぎる場合には、ビレット２が押し込まれるときに側面２ａとシリンダ孔１１ｂとの間に当接が直ちに発生して摩擦抵抗が増加して、その抵抗の増加によって当接の発生した位置から後方のビレット２が座屈したように更に拡径する。そして、このような側面２ａの拡径が更に後方に成長して、その摩擦抵抗の極端な累積がついにはビレット２の前進を不能にする。一方、この隙間が大きすぎる場合には、溶湯が温度低下、圧力低下することなく後方までバックフローして、段差１１ｃより後方の隙間に侵入して固化する。この場合、シリンダ１１の基部であるこの隙間での温度が特に低いので溶湯が速やかに固化する上、隙間が単純に真直であることから計量の度にその固化物が更に成長する。その結果、成長した固化物が両者の間で摩擦抵抗を極端に増大させて最終的にビレット２の前進を不能にする。したがって、上記の隙間の適正な大きさは、あらかじめ成形材料及び射出成形機の射出能力に合わせて求められた何種類かの寸法形状の１つから選定されることになる。

以上説明した第１の実施形態に係る融解装置１０では、融解シリンダ１１の構成が上記のシリンダ孔１１ｂと段差１１ｃとから成る単純で簡素な構成で良いという利点がある。ただし、このような融解装置１０は、大型の射出成形機あるいはハイサイクルの射出成形機の融解装置１０にはあまり採用されない。なぜなら、大型の射出成形機では、ビレット２の直径が太くなってその周長が長くなり、その分だけその隙間の調整が難しくなって計量時に溶湯のバックフロー現象が発生しやすくなるからである。また、ハイサイクルが要求される射出成形機では、計量動作の高速化も併せて要求されて、ビレットの押し込み動作が高速になって溶湯が高圧にならざるを得ず、結果的にバックフロー現象が同様に発生しやすくなるからである。したがって、ビレット２の直径が比較的小さい小型の射出成形機、あるいは成形サイクルが比較的長い射出成形機において採用されることによってその特徴が生かされる。

一方、第２の実施形態に係る融解装置においては、融解シリンダは、図６ないし図７に示されるような実施形態に構成される。図６はその融解装置の概略構成を示す断面図であり、図７はその融解装置の要部を示す断面図である。図中の既に説明した構成要素と同等な要素には同じ符号が付されてその説明が省略される。

この融解装置１０は、既述した中央枠部材９０、ビレット供給装置４０及びビレット挿入装置５０に加えて、中央枠部材９０の側板９０ａに固定された融解シリンダ１１１と、そのシリンダ１１１と側板９０ａとの間に嵌り込むように取り付けられた冷却スリーブ１１２を含んで構成される。中央枠部材９０は、既述した中央枠部材と同様に、その対向する２つの側板９０ａに透孔９０ｂを有するが、特に、その透孔９０ｂの融解シリンダ１１１側の周囲には、冷却液が供給されて循環する冷却管路９０ｄが形成される。それで、側板９０ａは、基端側に位置するビレット２を計量時の押し出し圧力によって変形しない程度の僅かに軟化した状態になるように冷却する。また、透孔９０ｂは、例えば、マグネシウム合金の成形の場合に、ビレット２に対して０．２ｍｍないし０．５ｍｍ程度の隙間を作る大きさに形成される。この隙間によって、ビレット２は、既述されたような軟化状態で昇温しているときでも融解シリンダ１１１にほとんど隙間の無い状態で挿入される。このような側板９０ａは、以下において冷却部材１１４とも呼称される。

融解シリンダ１１１は、その基端側の形状を除いて既述されたシリンダ１１と同様に構成され、数ショット分の射出容積に見合った溶湯を一時的に貯留するようにある程度の長尺のシリンダに形成される。そして、その融解シリンダ１１１に、先端側から順に加熱ヒータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが同様に巻回される。特にこの実施形態では、加熱ヒータ１２ａないし１２ｃがビレット２の融解温度以上に設定され、加熱ヒータ１２ｄがその融解温度より低い温度に適宜調整される。例えば、ビレット２がマグネシウム合金である場合には、加熱ヒータ１２ａないし１２ｃの温度が６５０℃程度に設定され、加熱ヒータ１２ｄの温度が５５０℃前後に適宜調整される。それで、ビレット２がシリンダ孔１１１ｃ中で前方へ移動する間に６００℃から６５０℃の溶湯に変化する。特に、ヒータ１２ｄは、冷却スリーブ１１２が装着されている融解シリンダ１１１の基端付近を避けた位置に取り付けられて冷却スリーブ１１２を加熱しないように構成される。

このような融解シリンダ１１１は、図７のように、その基端の外周側にスリーブの形状にて膨出する環状凸部１１１ａを備えると共にその内周側に冷却スリーブ１１２が嵌め込まれる挿入穴１１１ｈを有する。一方、つぎに説明される冷却スリーブ１１２は、融解シリンダ１１１の基端と冷却部材１１４としての側板９０ａの前面との間にあって両者との接触面積ができる限り小さくなるように形成された小容積の略筒状の部材で構成される。それで、融解シリンダ１１１が側板９０ａ、すなわち冷却部材１１４に冷却スリーブ１１２を介してボルト１１３によって組み付けられたときに融解シリンダ１１１、冷却部材１１４、環状凸部１１１ａ及び冷却部材１１４の間に空間１１５が形成される。空間１１５に籠もる熱は、この環状凸部１１１ａに複数個形成された透孔もしくは切り欠き１１１ｂから放熱される。したがって、この空間１１５は、冷却部材１１４と融解シリンダ１１１との間の断熱空間１１５として機能する。

冷却スリーブ１１２は、図７のように、冷却部材１１４の前面の挿入穴１１４ｈと、融解シリンダ１１１の基端の挿入穴１１１ｈとの間に挿嵌される。そして、冷却スリーブ１１２に図示省略された温度センサが取り付けられてその温度が検出される。また、冷却スリーブ１１２の内孔には、ビレット２の周りに沿ってバックフローして来た溶湯がある程度の軟化した状態で固化して固化物１０３を生成する環状溝１１２ａが形成される。この環状溝１１２ａは、より具体的には、例えば、ビレット２がマグネシウム合金である場合に、その溝幅が２０ｍｍないし４０ｍｍ、好ましくは３０ｍｍ程度に、またその溝深さ寸法が融解シリンダのシリンダ孔１１１ｃに対して３ｍｍないし４ｍｍ程度に形成される。

環状溝１１２ａは、図６では冷却スリーブ１１２中にすべて含まれるように形成されているが、融解シリンダ１１１側あるいは冷却部材１１４側のいずれかに接するように片面から加工した穴形状に形成されても良い。このような環状溝１１２ａを有する冷却スリーブ１１２は冷却部材１１４に接することによって直接冷却される一方、ヒータ１２ｄによってはそれほど加熱されない。それで、冷却スリーブ１１２が主として冷却部材１１４によって冷却されることによって環状溝１１２ａは強力に冷却される。もちろん、冷却部材１１４からの冷却に加えて冷却スリーブ１１２自体を直接冷却しても良い。この場合、冷却スリーブ１１２の外周に冷却管１１２ｐを巻回して冷却する。

このような構成によって、冷却部材１１４や冷却スリーブ１１２の中に位置するビレット２は強く冷却されて、融解シリンダ１１１から伝搬する高温によって過度に軟化することはない。例えば、マグネシウム成形機では、冷却部材１１４中に位置するビレット２の深部の温度が１００℃から１５０℃程度を上回らないように冷却され、冷却スリーブ１１２内に位置するビレット２の深部の温度が特に軟化が発生する温度３５０℃を下回る温度２５０℃ないし３００℃程度になるように温度制御される。

以上の構成に加えて、冷却スリーブ１１２の基端側（冷却部材１１４側）の内孔１１２ｂの内径は、冷却部材１１４の透孔９０ｂと同様に、ある程度に熱膨張したビレット２に干渉しない程度に、ビレット２に対して僅かな隙間ができる寸法に形成される。具体的には、ビレット２がマグネシウム合金である場合に、その隙間が０．２ｍｍないし０．５ｍｍ程度になるように形成される。このような構成によって、ビレット２が透孔９０ｂ及び冷却スリーブ１１２の内孔１１２ｂ内の中心位置でほとんど隙間なく保持されるので、ビレット２と融解シリンダ１１１の内孔１１２ｃ、及びビレット２と環状溝１１２ａの隙間がほとんど偏芯のない一様に等しい隙間になる。

また、融解シリンダ１１１のシリンダ孔１１１ｃ及び冷却スリーブ１１２の融解シリンダ１１１側の内孔１１２ｃは、冷却スリーブ１１２の基端側の内孔１１２ｂより数ｍｍ大きく形成される。例えば、成形材料がマグネシウム合金である場合には、シリンダ孔１１１ｃと内孔１１２ｃの内径は内孔１１２ｂより片側寸法で１ｍｍないし３ｍｍ程度に大きく形成される。これは、シリンダ孔１１１ｃ、内孔１１２ｃとビレット２との間の隙間も１ｍｍないし３ｍｍ程度になることを意味するが、この隙間による作用効果は、後に説明される。

なお、冷却スリーブ１１２は、図示されるような小容積の部材、すなわち比較的薄肉の筒状部材に構成されていても強度的に支障がない。環状溝１１２ａに後述される固化物１０３が生成されるために、この固化物１０３から後方への溶湯の侵入が阻止されからである。また、たとえ一時的に溶湯が侵入してもその溶湯の圧力がシリンダ孔１１１ｃ中の溶湯の圧力よりはるかに小さいからである。もちろん、冷却スリーブ１１２の材料には、融解シリンダ１１１や冷却部材１１４と剛性的、熱膨張的に均等であると共にできるだけ熱伝導度の良好な材料が選定される。

このような第２の実施形態に係る融解装置１０において、その運転が最初に開始されるときにビレット２が低速で前進する。すると、融解シリンダ１１１の先端側で既に融解している溶湯はビレット２に沿ってバックフローして環状溝１１２ａに充満し、直ちに固化物１０３に変化する。この固化物１０３は、つぎに説明されるように溶湯自体がビレット２の外周である程度軟化した状態で固化してシールの作用効果を奏するものになるので、以下において自己シール部材１０３とも称される。

すなわち、この自己シール部材１０３は、環状溝１１２ａの位置でビレット２の周りに溶湯が固化したものであるから、ビレット２の融解シリンダ１１１に対する僅かな偏芯が存在する場合にあってもビレット２の周りを隙間なく埋める。また、自己シール部材１０３の外側、すなわち環状溝１１２ａ側の部分が充分に固化した状態でその環状溝１１２ａに嵌っているので、自己シール部材１０３は計量の際にビレット２と共に前進したり溶湯の圧力によって圧壊損傷したりすることがない。もちろん、計量時の圧力は、射出時の圧力ほどには高圧にならない。それで、自己シール部材１０３が計量の度に成長する現象は全く起こらない。また、自己シール部材１０３とビレット２との結合力は、計量の度に両者の接触面が温度低下を伴って更新されるためにそれほど強くはならない。計量の際に前進して更新されるビレット２は、低温域の後方から前進するので自己シール部材１０３に対して最初の内低温であるからである。もちろん、前進したビレット２は、つぎの計量までの間に先端側から加熱されて自己シール部材１０３の接触面の温度を適度に軟化した温度に再度上昇させる。

こうして、上記自己シール部材１０３は、計量時にビレット２が前進して溶湯を押し出すときにビレット２と融解シリンダ１１１との間の隙間を塞いで溶湯のバックフローを防止することはもちろん空気等も侵入させない。そして、自己シール部材１０３は、ビレット２の移動時の摩擦抵抗を低減する。このような自己シール部材１０３のシール作用は、軽金属材料、特にマグネシウム合金の特性である、大きい熱伝導率、小さい熱容量、潜熱によって急速に固体から液体に状態変化する特性によって最大限に効果的になる。加えて、上記自己シール部材１０３によってシールが行われる場合には、計量が変動することなく安定するという作用効果も奏される。なぜなら、融解シリンダ１１１のシリンダ孔１１１ｃの内径とビレット２の外径との隙間が数ｍｍ程度に形成されるので、加熱によって軟化したビレット２先端が計量の際にわずかに拡径したとしてもそれがシリンダ孔１１１ｃに干渉しないからである。そして、その結果、ビレット２が前進するときに溶湯が拡径したビレット先端の背後に確実に回り込んで、溶湯の回り込まない空間が発生することがなく、結局、溶湯中に侵入したビレット２の容積分だけの溶湯が押し退けられて、溶湯が正確に計量されるからである。

上記の第２の実施形態に係る融解装置１０は、自己シール部材１０３によって融解シリンダ１１１の溶湯のシールを確実にするので、特に、ビレット２の直径がより太い、射出容積の大きい大型の射出成形機、あるいは成形サイクルがより高サイクルの射出成形機にあっても充分に採用され得る。もちろん、この融解装置１０は、小型の射出成形機あるいは成形サイクルが長い射出成形機においても充分に採用できる。その上、この装置１０は、計量容積の変動を引き起こさないので精密成形に好適である。

射出装置２０については、プランジャ２４と射出シリンダ２１とが図８又は図９で説明されるような２つの実施形態のいずれかに構成されることが好ましい。

まず、図８に示された実施形態では、プランジャ２４の大部分が同一寸法の単純な円柱形状に形成される。そして、射出シリンダ２１はその基端に冷却手段２９によって直接冷却される小径突出部２１ｅを備える。冷却手段２９は、冷媒が循環する冷却配管である。小径突出部２１ｅの基端側（後端側）の内孔はシリンダ孔２１ｂとしてプランジャ２４の外径とほとんど隙間のない内径に形成され、そのシリンダ孔２１ｂから前方のシリンダ孔２１ａの大部分を占めるシリンダ孔は、より大径のシリンダ孔２１ｄとしてプランジャの外径より数ｍｍ程度大きい内径に形成される。更に、小径突出部２１ｅの基端側のシリンダ孔２１ｂに接して環状溝２１ｃが形成される。具体的には、シリンダ孔２１ｄは、例えば、マグネシウム合金のための射出装置である場合に、プランジャ２４に対して１ｍｍないし３ｍｍ程度の隙間ができるように大きめに形成される。また、環状溝２１ｃは、その溝幅が２０ｍｍないし４０ｍｍ、好ましくは３０ｍｍ程度に、また溝深さ寸法がシリンダ孔２１ｄに対して２ｍｍないし４ｍｍ程度に形成される。

このような構成において、射出シリンダ２１の基端の小径突出部２１ｅの温度が冷却手段２９によって調整されることによって、その小径突出部２１ｅが冷却され、その内部に形成された環状溝２１ｃが特に冷却される。それで、最初にプランジャ２４が前進したときにこの環状溝２１ｃに侵入した溶湯は、この溝で速やかに固化して固化物１０１になってプランジャ２４と射出シリンダ２１との間の隙間を埋める。このような固化物１０１は、既述されたシール部材と同様に機能する。第１に、固化物１０１のプランジャ２４に接する面は、高温の溶湯に接するプランジャ２４からの高熱によってある程度軟化した状態のままである。第２に、固化物１０１は、充分に平滑に仕上げ加工してあるプランジャ２４に接する。第３に、固化物１０１は、環状溝２１ｃ中にあって移動することも圧壊することもない。それで、固化物１０１は、プランジャ２４が射出時に高速に前進するときにもプランジャ２４と射出シリンダ２１との間にあって摩擦抵抗の小さなシール部材となる。このとき、プランジャ２４と射出シリンダ２１とが軟らかい固化物１０１を介して接触して直接に接触することがないので、両者の摩耗が大幅に減少する。もちろん、大径シリンダ孔２１ｄとプランジャ２４の間の数ｍｍ程度の隙間に存在する溶湯は、固化することなくその隙間に充満している。こうして、上記の固形物１０１はシール部材として機能する。

つぎに、図９に示されるもう１つの実施形態では、プランジャ２４が、射出シリンダ２１の内径よりわずかに小径のヘッド部２４ａと、そのヘッド部２４ａよりわずかに小径のシャフト部２４ｂを備えると共に、ヘッド部２４ａに複数個の環状溝２４ｃを備える。そして、ヘッド部２４ａとシャフト部２４ｂの中心に冷却手段２８が挿入され、この冷却手段２８がヘッド部２４ａ内側の穴周面に特に当接して環状溝２４ｃを重点的に冷却する。すなわち、プランジャ２４の先端の温度ができるだけ低下しないように、冷却手段２８の前端は、断熱材を介してあるいは最小限の接触面積でプランジャ２４に接触するように構成される。それで、冷却手段２８には、冷媒が内部で循環することによって直接冷却される冷却管か、外部から冷却されることによって間接的に冷却する銅の棒体あるいは銅パイプなどが採用される。後者は、いわゆる冷却用のヒートパイプである。この実施態様では、射出シリンダ２１は全長にわたって真直なシリンダ孔２１ａを備えた単純な形状に構成される。

このような構成によって、ヘッド２４ａの外周に沿って最初にバックフローした溶湯が環状溝２４ｃに入り込むと共に急速に固化して、環状の固化物１０２がヘッド周りに生成される。この固化物１０２は、冷却されているヘッド２４ａで急速に固化して生成したものであるが、射出シリンダ２１に接するその外周は、高温の射出シリンダ２１の内孔壁面からの加熱によってある程度軟化状態にある。また、固化物１０２が当接する射出シリンダ２１のシリンダ面は充分に仕上げ加工された平滑面である。それで、固化物１０２は、射出時に、既述したシール部材と同様に、ヘッド２４ａから後方への溶湯の漏れ出しを防止すると共にヘッド２４ａと射出シリンダ２１との間で発生する摩擦抵抗を低減する。その上、プランジャヘッド２４ａと射出シリンダ２１との隙間が大きめに形成されてそれらの直接接触が避けられるので、プランジャ２４と射出シリンダ２１の間で摩耗が発生しない。もちろん、この実施形態では、プランジャ２４の軟化が発生しないので、既述した融解シリンダ１１におけるビレット２の軟化による拡径のような現象は全く発生しない。こうして、上記の固形物１０２もシール部材として機能する。

以上のように構成されたこの発明の射出装置１によって、つぎのように成形運転が行われる。説明の都合上、本番の射出成形運転が先に説明される。成形運転が行われる前には、複数本のビレット２があらかじめ融解シリンダ１１の中に供給されて数ショット分の射出容積に相当する溶湯が融解シリンダ１１の前方に確保されている。まず、計量が行われる。このため、逆流防止弁棒３１が連通路１８ａを開きプッシャ５２ａが前進すると共にプランジャ２４が後退して、溶湯が射出シリンダ２１に移される。この計量工程は、通常、先の成形サイクルで充填された成形品の冷却工程中に行われる。この計量によって、１ショット分の射出容積に相当する溶湯が射出シリンダ２１中に確保される。このとき、プッシャ５２ａの前進動作とプランジャ２４の後退動作が略一致すると共に融解シリンダ１１中の溶湯と射出シリンダ２１中の溶湯の圧力が所定の圧力に維持されるように制御されるので、プッシャ５２ａがビレット２を介して溶湯を押し込む圧力が特段に高圧になることがない。それで、融解シリンダ１１中の溶湯のバックフローは、既述されたようなビレット先端の拡径した側面２ａ、すなわち拡径シール部材によって、あるいは溶湯がある程度固化した自己シール部材１０３によって確実に阻止される。

計量によって射出シリンダ２１中に供給された溶湯は、加熱ヒータ２７によって溶融状態に維持される。つぎに、逆流防止弁棒３１が連通路１８ａを閉じ、プランジャ２４が前進して１ショット分の溶湯が射出ノズル２２から金型に射出される。このとき、既述した溶湯の固化物１０１又は１０２がシール部材として溶湯のバックフローを防止する。そして、従来公知の保圧が行われ、冷却工程に入って上記の計量が再開される。計量の度に消費される、融解シリンダ１１中の溶湯は、計量後つぎの計量が始まるまでの間に融解されて補充される。

ビレット２が射出の度に融解されてビレット１本分の射出が行われると、新しいビレット２の補給が行われる。この補給動作は、計量中にプッシャ５２ａがビレット１本分の距離を超えて前進したことをプッシャ５２ａの位置検出器が検出したときから始まる。最初に、ビレット挿入装置５０がプッシャ５２ａをビレット２の全長以上の距離後退させてビレット２が供給される空間を融解シリンダ１１の後方に確保する。つぎにビレット供給装置４０が１個のビレット２を融解シリンダ１１後方に供給し、最後にビレット挿入装置５０がそのビレット２を融解シリンダ１１中に押し込む。このとき、ビレット２の端面が平滑に仕上げられており、融解シリンダ１１とビレット２の隙間が僅少になるように形成されているので、両者の隙間に空気等が入り込むことはほとんどない。この補給動作は成形品の冷却期間中に行われる。したがって、補給動作が成形サイクルに遅れを来すことはない。

上記本番の成形運転前の準備はつぎのように行われる。最初に、好ましくは不活性ガスが注入されてシリンダ中の空気がパージされる。つぎに、あらかじめホッパ４１に貯蔵されていたビレット２がビレット供給装置４０によって融解シリンダ１１後方に供給され、ビレット挿入装置５０によって融解シリンダ１１の中に挿入される。最初、融解シリンダ１１がビレット２で一杯になるように複数のビレット２が挿入される。このとき、逆流防止弁棒３１は連通路１８ａを閉じている。

複数本のビレット２は、融解シリンダ１１の中で前方に押し込まれた状態で加熱ヒータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄによって加熱され、先端側に位置する部分から先に融解し始める。融解シリンダ１１の先端側に残留していた空気の大部分は、溶湯が充満するに連れてほとんど後方に押し出される。やがて数ショット分の溶湯が確保されると、逆流防止弁棒３１が連通路１８ａを開き、続けてプッシャ５２ａが前進すると共にプランジャ２４が後退して、溶湯が射出シリンダ２１に送り込まれる。そして、押し出されずに溶湯の中に残留していた空気や不活性ガスが溶湯と共にパージされる。特にエンドプラグ１３の導入孔１３ｄが融解シリンダ孔１１ａの上方に開口するように形成されている場合には、このパージが速やかに行われる。

溶湯が射出シリンダ２１中に充満されると、つぎに既述された射出に準ずる動作が同様に行われる。特に射出ノズル２２のノズル孔２２ａが射出シリンダ孔２１ａの上方に開口するように形成されている場合には、速やかにパージが行われる。パージが完了すると射出ノズル２２が金型に当接されて、予備成形が何回か行われる。成形条件が調整されてそれが安定すると成形前の準備動作が完了する。

以上説明した発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらをこの発明の範囲から排除するものではない。特に具体的な装置については、本発明の趣旨に添った基本的な機能を有するものは、本発明に含まれる。

以上説明したように、本発明の射出装置は、軽金属材料の射出成形装置において成形材料をビレットの形状で供給することを可能にして材料の取扱いを容易にすると共に、射出成形においても効率的な成形材料の融解を実現する。その上、本発明の射出装置は、融解装置の簡素化によって射出装置の取扱いを容易にすると共にその保守点検作業も楽にする。したがって、本発明は、従来の軽金属材料の射出成形装置を一変するものである。

この発明の軽金属射出成形機の射出装置の構成の概略を断面で示す側面図図１のＸ−Ｘ矢視断面図であってこの発明の射出装置のビレット供給装置の断面図この発明のより好ましい実施形態に採用される融解シリンダの断面を示す側面図この発明の逆流防止装置の１実施形態を示す側面断面図この発明の射出シリンダ及び融解シリンダの先端部近傍のより好ましい実施形態に係る側面断面図この発明の他の実施形態に係るより好ましい融解装置の側面断面図図６の融解装置の要部を拡大して示す側面断面図この発明の射出シリンダとプランジャとの組合せに係るプランジャ射出装置のより好ましい実施形態の断面を示す側面図別の組合せに係るより好ましい実施形態の断面を示す側面図

符号の説明

１軽金属射出成形機の射出装置
２ビレット
２ａ拡径したビレットの先端の側面
１０融解装置
１１融解シリンダ
１１ａ基端を除く大部分のシリンダ孔
１３エンドプラグ
１３ｄ導入孔
１８連結部材
１８ａ連通路
２０プランジャ射出装置
２１射出シリンダ
２１ｂ小径突出部の基端側の内孔
２１ｃ環状溝
２１ｄ基端側を除く大部分のシリンダ孔
２１ｅ小径突出部
２１ｆ弁座
２２射出ノズル
２２ａノズル孔
２４プランジャ
２４ａヘッド部
２４ｂシャフト部
２４ｃ環状溝
２８プランジャ冷却手段
３０逆流防止装置
３１逆流防止弁棒
３２弁棒駆動装置
４０ビレット供給装置
５０ビレット挿入装置
５２ａプッシャ
１０１シール部材
１０２シール部材
１０３シール部材
１１１融解シリンダ
１１１ｃ基端を除く大部分のシリンダ孔
１１２冷却スリーブ
１１２ａ環状溝
１１４冷却部材

Claims

軽金属材料を溶湯に融解する融解装置と、前記融解装置から供給された前記溶湯を射出シリンダに計量した後にプランジャによって射出するプランジャ射出装置と、両者を連通する連通路を含む連結部材と、前記連通路を開閉して前記溶湯の逆流を防止する逆流防止装置とを備えた軽金属射出成形機の射出装置において、前記軽金属材料が複数ショット分の射出容積に相当する円柱短棒形状のビレットとして供給され、前記融解装置が、後端から供給された複数本の前記ビレットを先端側から先に加熱融解して複数ショット分の射出容積に相当する溶湯を先端側で生成する融解シリンダと、前記融解シリンダの後端側に位置して材料補給時に前記ビレットを１個ずつ前記融解シリンダの後方に挿入可能に供給するビレット供給装置と、前記ビレット供給装置の後方に位置して材料補給時に前記ビレットを前記融解シリンダ中に挿入する一方で計量時に１ショット分の前記溶湯を前記ビレットを介して前記射出シリンダに押し出すプッシャを含むビレット挿入装置とを含むことを特徴とする軽金属射出成形機の射出装置。
前記融解シリンダの基端を除く大部分のシリンダ孔は、軟化した前記ビレットが計量の際に前進して拡径したときに該ビレットの先端の側面と当接すると共にその当接した前記ビレットの側面によって前記溶湯のバックフローが阻止される寸法に形成されることを特徴とする、請求項１記載の軽金属射出成形機の射出装置。
前記融解シリンダの基端を除く大部分のシリンダ孔が、軟化した前記ビレット先端の前進する際に拡径した側面と隙間を生じる寸法関係に形成される一方で、前記融解シリンダの基端側に、前記ビレットの基端側を計量時の押し出し圧力によって変形しない程度に冷却する冷却部材と、前記融解シリンダと前記冷却部材との間に位置して前記溶湯を冷却する冷却スリーブとが備えられ、更に前記冷却スリーブは、前記溶湯のある程度に軟化した状態にあって前記溶湯のバックフローを防止する程度に固化した固化物であるシール部材を前記ビレットの周囲に生成する環状溝を有することを特徴とする、請求項１記載の軽金属射出成形機の射出装置。
前記融解シリンダの先端側がエンドプラグによって閉鎖され、前記エンドプラグが前記融解シリンダのシリンダ孔の上側から前記連通路に連通する導入孔を有することを特徴とする、請求項２又は請求項３記載の軽金属射出成形機の射出装置。
前記プランジャの大部分が単純円柱形状に形成され、前記射出シリンダの基端に該射出シリンダより低温に温度制御される小径突出部が備えられ、前記小径突出部の基端側の内孔が前記プランジャとほとんど隙間のない内径に形成されると共に前記小径突出部の内孔に環状溝が形成され、前記射出シリンダの前記基端側を除く大部分のシリンダ孔が前記プランジャに対して隙間のある内径に形成されることによって、前記溶湯のバックフローを防止する程度に前記溶湯の固化したシール部材が前記環状溝で生成されることを特徴とする、請求項２又は請求項３記載の軽金属射出成形機の射出装置。
前記プランジャが前記射出シリンダにわずかな隙間を形成する状態で挿嵌されるヘッド部と該ヘッド部より小径のシャフト部とを含み、前記ヘッド部が外周に複数個の環状溝を有すると共に中心にプランジャ冷却手段を内蔵することによって、前記環状溝で前記溶湯のバックフローを防止する程度に前記溶湯の固化したシール部材が生成されることを特徴とする、請求項２又は請求項３記載の軽金属射出成形機の射出装置。
前記逆流防止装置が、前記射出シリンダの内孔面上の前記連通路の入口に形成された弁座と、前記弁座に該射出シリンダの内側から離接して該連通路を開閉する逆流防止弁棒と、前記逆流防止弁棒を前記射出シリンダの外側から進退駆動する弁棒駆動装置とを含んでなることを特徴とする、請求項２又は請求項３記載の軽金属射出成形機の射出装置。
前記射出装置の前記射出シリンダから射出ノズルに至るノズル孔が、前記シリンダ孔に対して偏心した上方位置に形成されることを特徴とする、請求項２又は請求項３記載の軽金属射出成形機の射出装置。
前記融解装置が前記プランジャ射出装置の上方に配置され、前記融解シリンダの先端側がエンドプラグによって閉鎖され、前記エンドプラグが前記融解シリンダのシリンダ孔を前記連通路に連通すると共に該シリンダ孔の上部で開口する導入孔を備え、前記射出シリンダから前記射出ノズルへ連通するノズル孔が前記射出シリンダのシリンダ孔に対して偏心した上方位置に形成され、少なくとも、前記射出シリンダと前記融解シリンダとがそれらの先端側を高い位置、基端側を低い位置とする傾斜した姿勢に配置されたことを特徴とする、請求項２又は請求項３記載の軽金属射出成形機の射出装置。