JP2005199335A - 軽金属射出成形機の射出装置の逆流防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】融解部と射出部とそれらの連結部とを備えた軽金属射出成形機の射出装置に設けられる連結部の逆流防止装置は、その耐久性の向上が望まれる。
【解決手段】連結部１８に繋がるシール座１１７ｆに弁棒１３１を離接してそのシール座に開口する連通路１１７ａを開閉することによって溶湯の逆流を防止する逆流防止装置１３０は、その弁棒の先端に局所的に冷却される凸部１３１ｔを備え、その外周に前記溶湯の半ば固化した半固化物を生成させる。その半固化物は、前記弁棒の先端と前記シール座が当接する際に該シール座の形状に倣って変形する程度の軟化状態で生成される。それで、その半固化物は少なくとも前記凸部と前記連通路の間に介在して溶湯の逆流を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛等の軽金属合金材料を融解し、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備えられた逆流防止装置に関し、より詳細には、軽金属合金材料を融解する融解部と、融解された溶湯を射出する射出部と、前記の融解部と射出部とを連通する連通路を含む連結部とを備えた射出装置の、該連通路を開閉する逆流防止装置に関する。

従来、軽金属合金材料の成形では、ホットチャンバ方式又はコールドチャンバ方式のダイカスト成形機が使用されている。また、特にマグネシウム合金の成形では、チクソモールド方式の成形機が使用されている。しかしながら、本発明人は、上記成形法にはなお改良されるべき課題があると考えて、図４及び図５に示されるような射出装置を開発した（例えば、
参照。ただし、本願の出願の時においてこの文献は未公開である。）。

この射出装置１は、融解部としての融解装置１０と、射出部としてのプランジャ射出装置２０と、それらを連結する連結部としての連結部材１８、及び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を含んで構成される。このような射出装置１は、ベース部材９１によって図示省略された機台上に載置される。

より具体的には、融解装置１０は、特に軽金属合金材料をビレット２の形で順次供給するビレット供給装置４０と、供給されたビレット２を融解シリンダ１１内に挿入してその溶湯を計量するビレット挿入装置５０とを含む装置である。融解シリンダ１１内に挿入されたビレット２は、先端側から先にヒータ１２により順次加熱されて数ショット分の溶湯３に融解される。プランジャ射出装置２０は、プランジャ駆動装置６０によって駆動されるプランジャ２４によって１ショット分の溶湯３を計量して射出する装置である。射出シリンダ２１内の溶湯３は、ヒータ２７により保温される。２２は図示省略された金型に当接する射出ノズルである。連結部材１８は、融解シリンダ１１と射出シリンダ２１とを連通路１８ａによって連通する。ヒータ１９は連結部材１８を保温する。逆流防止装置３０の弁棒３１は、射出時に連通路１８ａを閉鎖して射出シリンダ２１から融解シリンダ１１に溶湯が逆流することを防止する。

より詳細には、逆流防止装置３０は図５のように構成される。すなわち、逆流防止装置３０は、射出シリンダ２１の内孔面２１ａ上にあって、連通路１８ａに連通する透孔２１ｈの入口に形成された弁座２１ｆと、それに離接する棒状の弁棒３１と、射出シリンダ２１の下方に固定されて弁棒３１を進退駆動する、例えば、油圧シリンダ等の流体圧シリンダからなる弁棒駆動装置３２を含む。

また、逆流防止装置３０は、弁棒３１の射出シリンダ２１に対する、つぎのようなシール機構を備える。すなわち、そのシール機構は、弁棒３１に対して１ｍｍ程度の隙間（図で誇張されて示される。）が生じる程度の孔である弁棒案内孔２１ｇと、それに臨んで先端が射出シリンダ２１に挿入される冷却筒３３と、冷却筒３３に巻回されてそれを冷却する冷却管３４とを含む機構である。もちろん、冷却筒３３は弁棒３１をほとんど隙間のない状態で移動可能に案内する。

このような逆流防止装置３０によれば、弁棒３１のかなりの部分が射出シリンダ２１内の溶湯中に存在するので弁棒３１の温度低下が抑えられ、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弁棒３１の周りで固化することはない。また、弁棒３１の基部が冷却されると共に弁棒駆動装置３０が射出シリンダ２１の下方に位置するので弁棒駆動装置３０が高温になることはない。また、弁棒案内孔２１ｇに存在する溶湯が冷却筒３３の冷却によってその近傍で半ば固化した半固化物となり、その半固化物が、弁棒３１と案内孔２１ｇとの間の隙間を若干軟化した状態でシールすると共に弁棒３１と弁棒案内孔２１ｇの直接的な接触を避けて両者の摩耗やかじりを防止する。

ちろん、弁棒３１による連通路１８ａの開閉が計量や射出の時機に合わせて正確に制御される。それで、このような逆流防止装置３０は計量容積や射出容積を正確に制御する必要がある精密成形装置に最適である。その上、弁棒３１が射出によって高圧になる射出シリンダ２１の内側から弁座２１ｆに当接する構成であるから、弁棒と弁座の当接部からの溶湯の逆流は、弁棒を弁座に対して比較的小さい力で当接させることで充分に防止される。
国際出願ＰＣＴ／ＪＰ０３／０９２６３号公報 （第２３頁、Ｆｉｇ．４）

しかしながら、上記射出装置の逆流防止装置は、長期に亘って逆流を防止する装置としては未だ改良されるべきであると、本発明人は考えた。弁棒３１の先端が射出の際に弁座２１ｆに比較的小さい力で押圧されるにもかかわらず、長期の稼働によってシールのための当接面が荒れてそこに凹凸が発生するからである。その上、一旦この凹凸の発生による溶湯の漏れが発生し始めると、その凹凸が加速度的に増加するからである。

そこで、本発明の軽金属射出成形機の射出装置の逆流防止装置（１３０）は、上記の課題を解決するために、軽金属合金材料を融解する融解部（１０）と、融解された溶湯（３）を計量して射出する射出部（２０）と、前記の融解部と射出部を連通する連通路（１８ａ）を含む連結部（１８）とを備えた軽金属射出成形機の射出装置（１）に備えられた逆流防止装置であって、前記連通路の射出部側の端部に形成されたシール座（１１７ｆ）に弁棒（１３１）を当接させることによって前記溶湯の逆流を防止する逆流防止装置において、前記弁棒の先端が、前記シール座に開口する前記連通路の端部分（１１７ａ）に隙間を余して挿入される凸部（１３１ｔ）を有すると共に局所的に冷却されることによって、少なくとも該凸部の外周に前記溶湯の半ば固化した半固化物（３ｓ）が生成され、しかもその半固化物が、前記先端と前記シール座が当接する際に、前記連通路の端部分の形状に倣って変形する程度の軟化状態で生成されることによって、その半固化物が少なくとも前記弁棒の凸部と前記連通路の端部分の間に介在して前記溶湯の逆流を防止することを特徴とする。

また、本発明の軽金属射出成形機の射出装置の逆流防止装置（１３０）は、前記弁棒が２重のパイプ（１３７）、（１３８）を内蔵し、それらのパイプに冷却流体の供給流路（１３７ａ）と排出流路（１３８ａ）が形成されると共にその外側のパイプ（１３８）の外周に断熱層（１３９）が形成されて、前記冷却流体が前記弁棒の先端で該先端を直接冷却しながら環流することによって、前記弁棒の凸部が局所的に冷却されるように構成されても良い。

なお、上記括弧内の符号は、含まれる構成要素を図面と参照するものであり、それらを図面のものだけに限定するものではない。

本発明の軽金属射出成形機の射出装置の逆流防止装置によれば、弁棒先端の凸部が、連結部の端のシール座に開口する連通路の端部分に隙間を余して挿入される形状に形成されると共に局所的に冷却されるので、その凸部の外周に前記溶湯の半ば固化した半固化物が生成されると共に、その半固化物が、前記弁棒の先端と前記シール座の当接の際にそれらの形状に倣って変形する程度の軟化状態でそれらの間に介在する。それで、少なくとも弁棒の凸部とシール座に開口する前記連通路の端部分との直接的な当接が回避され、それらの当接面に荒れが発生し難く凹凸も発生し難い。その上、たとえそれらの当接面が荒れ始めたとしても、半固化物がそれらを保護するのでその荒れが加速度的に増加することもない。

また、本発明の逆流防止装置の弁棒の冷却構成によれば、その構成が簡単でありながら弁棒の先端が局所的に冷却される。それで、弁棒は半固化物の発生をその凸部近傍に容易に限定させることができる。

本発明の逆流防止装置は、連結部及び射出部の断面図である図１と、その図のＡ部の詳細を示す図２及びＢ部の詳細を示す図３に示される。これらの図において、従来品に相当する構成要素には図４及び図５の符号と同じ符号が付されてその説明が省略される。

融解部と射出部とを連結する連結部材１８は、射出シリンダ２１の上側から挿入された状態で連結ボルト１６によって固定されている。連結部材１８の直下の射出シリンダ２１には、連結部の延長部材に相当する接続管１１７が挿入されており、その上端面１１７ｂに連結部材１８の下端面１８ｂが押し付けられた状態で固定されている。そして、それらに連通路１８ａ、１１７ａが形成されている。接続管１１７の下端には、単純な切断端面であるシール座１１７ｆが形成されており、そのシール座１１７ｆに開口する連通路の端部分１１７ａの隅角部が面取りされている。このようなシール座１１７ｆは、連通路の端部分１１７ａを含むものである。

逆流防止装置１３０は、そのシール座１１７ｆに離接する棒状の弁棒１３１と、射出シリンダ２１の下方に固定されて弁棒１３１を進退駆動する、例えば油圧シリンダ等の流体圧シリンダの弁棒駆動装置３２とを含む。弁棒１３１は、その先端に凸部１３１ｔを備える。この凸部１３１ｔは、図２に示されるように、シール座１１７ｆで開口する連通路の端部分１１７ａに対して隙間ｃを余して嵌り込む円柱部分とその先の略円錐部分を含むように形成される。そして、その凸部は、後に説明されるように局部的に冷却されるように構成され、その周囲に、半ば固化しているがある程度変形可能な半固化物３ｓが付着するように冷却される。

半固化物３ｓは、射出の際に弁棒１３１の先端がシール座１１７ｆ側に押し付けられるときにそのシール座の形状に倣って変形して、少なくとも凸部１３１ｔとシール座１１７ｆの連通路の端部分１１７ａとを半固化物を介して密着させる。それで、半固化物３ｓは凸部１３１ｔとシール座１１７ｆとの間に介在して溶湯の逆流を阻止する。なお、弁棒１３１がシール座１１７ｆに対して射出シリンダ２１の内側から当接するので、弁棒１３１をシール座１１７ｆに対して小さい力で当接させるだけで充分にシールできることは既述されたとおりである。

このような逆流防止装置１３０は、例えば以下のように構成される。図１に示されるように、射出シリンダ２１の下側には、弁棒１３１が挿入される弁棒案内孔２１ｇが形成される。この弁棒案内孔２１ｇは、既述されたように弁棒に対して１ｍｍ程度の隙間を生じる程度の大きめの孔であり、その下端は冷却筒１３３によって塞がれる。また、射出シリンダ２１の下方にはブラケット１３５が取り付けられる。このブラケット１３５は、取り付けボルト１３５ｃによって取り付けられる２枚のベースプレート１３５ａ、１３５ｂを含み、一方のベースプレート１３５ａが固定されもう一方のベースプレート１３５ｂが位置調整可能に取り付けられる。そして、調整側のベースプレート１３５ｂが圧縮コイルばね１３５ｆによって射出シリンダ側に常時押し付けられるように構成される。これらのベースプレート１３５ａ、１３５ｂには、冷却液が流れる冷却管路１３５ｇ、１３５ｈが形成されている。なお、１３５ｄはスペーサパイプ、１３５ｅは座金である。

このように形成された固定側のベースプレート１３５ａに油圧シリンダ３２が取り付けられ、そのピストンロッド３２ａに弁棒１３１がカップリング１３６によって接続される。そして、弁棒駆動装置３２が固定側のベースプレート１３５ａによって冷却され、冷却筒１３３がそれに押し付けられる調整側のベースプレート１３５ｂによって冷却される。

図２及び図３に示されるように、弁棒１３１の中心にはパイプ１３７とパイプ１３８が２重に取り付けられる。これらのパイプは、弁棒１３１に形成された穴とカップリング１３６に形成された穴との間で弁棒１３１の中心位置に同芯に取り付けられる。そして、これらのパイプに、その２重構造を利用した、冷却流体が流れる流路が形成される。冷却流体には、簡易には乾燥した低温の空気等が使用され、好ましくは低温の窒素ガスが使用される。特に窒素ガスが使用される場合には、パイプ等の酸化が防止される。

より具体的には、カップリング１３６には、弁棒１３１と結合する雌ねじ穴に加えて、冷却流体が供給される供給口１３６ａと、冷却流体が排出される排出口１３６ｂとが形成される。そして、内側のパイプ１３７が供給口１３６ａに連通して嵌め込まれ、そのパイプ１３７の内孔が冷却流体の供給流路１３７ａとして機能する。また、パイプ１３７とパイプ１３８の隙間が冷却流体の排出流路１３８ａとして形成される。また、外側のパイプ１３８の外周に断熱層１３９が形成される。この断熱層１３９は、耐熱性の断熱材料が巻回されたもので、例えば、断熱カバーの材料となる縫糸（柴田株式会社製：商品名石英 品番Ｑ−１８、又は商品名シリグラス 品番ＢＹ−８５０等）が幾重にも巻回されたものである。

カップリング１３６における排出流路１３８ａと上記の排出口１３６ｂとの連通は、外側のパイプ１３８の下端端部付近に複数個の切り込み１３８ｂを付ける簡単な構成によって容易に実現される。また、弁棒１３１先端の凸部１３１ｔ近傍における供給流路１３７ａと排出流路１３８ａとの連通は、パイプ１３７及び１３８の上端に複数個の切り込み１３７ａ、１３８ｃを形成すると共にパイプ１３８の上部を内側に折り曲げて、それらの端部をパイプ１３７に当接させる構成によって容易に実現される。したがって、冷却流体はこの弁棒先端の凸部１３１ｔ近傍でその内壁に直接接触しながら折り返すように環流する。

もちろん、弁棒先端の凸部１３１ｔ近傍での供給流路１３７ａと排出流路１３８ａの連通のための流路の構成は、上記に説明されたものに限定されない。例えば、パイプ１３８が切り込み１３８ｃの省略された真直なパイプであっても良い。また、パイプ１３８の上部が内側に折り曲げられる代わりに、中心から放射状に適宜に抜き孔が形成された座金がこの部分に取り付けられても良い。この場合、その座金がパイプ１３７を弁棒１３１の中心に保持すると共に冷却流体を通過させる。

このような構成によって、弁棒１３１は、冷却流体が環流する箇所すなわちその先端凸部１３１ｔで特に冷却され、その凸部１３１ｔの温度は、少なくともその凸部の外周に前記溶湯の半ば固化した半固化物３ｓが発生するように、冷却流体の流量が制御されることによって制御される。例えば成形材料がマグネシウム合金である場合には、半固化物３ｓは、４００℃から５００℃程度に冷却されたときに発生する。一方、弁棒１３１の先端を除く断熱された部分の外周はほとんど冷却されない。発生した半固化物３ｓは、少なくともその凸部１３１ｔと連通路の端部分１１７ａとの間で両者に密着するように変形して両者の間に介在する。そして、その半固化物３ｓは、多い場合には弁棒１３１の凸部１３１ｔを除く先端端面とシール座１１７ｆとの間にも変形可能に介在する。その結果、少なくともその凸部１３１ｔと連通路の端部分１１７ａの直接的な当接が回避されて両者の当接面の荒れが防止される。しかも、その後にそれらの当接面が少し荒れ始めてもそれらがその軟らかい半固化物によって覆われるので、その荒れによる凹凸が加速度的に増加することもない。こうして、逆流防止装置１３０は、少なくとも弁棒１３１の凸部１３１ｔとシール座１１７ｆの連通路の端部分１１７ａとの間の摩耗や熱膨張によるかじりを防止して、長期に亘って逆流を防止する。

以上説明された逆流防止装置は、この特許文献１で開示される融解部や射出部を備える射出装置のみに採用されるものではない。融解部が溶湯を供給する装置である限り、スクリュウを内蔵した融解部であっても良い。また、融解部は、別途に融解炉で融解された溶湯を中継的に供給する装置であっても、また、小容積の融解炉に相当する装置であっても良い。また、射出部は、スクリュウプランジャで射出する装置であっても良い。

本発明の軽金属射出成形機の射出装置の逆流防止装置とその関連する部分を、射出装置の長手方向に直角に切断した断面によって示す正面図である。 図１のＡ部の拡大図である。 図１のＢ部の拡大図である。 従来の軽金属射出成形機の射出装置の全体構成を一部断面によって示す側面図である。 図４の連結部及び逆流防止装置をより拡大して示す図である。

符号の説明

１ 軽金属射出成形機の射出装置
３ 溶湯
３ｓ 半固化物
１０ 融解部
１８ 連結部
１８ａ 連通路
２０ 射出部
１１７ａ シール座に開口する連通路の端部分
１１７ｆ シール座
１３０ 逆流防止装置
１３１ 弁棒
１３１ｔ 弁棒先端の凸部
１３７ 内側のパイプ
１３７ａ 冷却流体の供給流路
１３８ 外側のパイプ
１３８ａ 冷却流体の排出流路
１３９ 断熱層

Claims (2)

1. 軽金属合金材料を融解する融解部と、融解された溶湯を計量して射出する射出部と、前記融解部と前記射出部を連通する連通路を含む連結部とを備えた軽金属射出成形機の射出装置に備えられた逆流防止装置であって、前記連通路の射出部側の端部に形成されたシール座に弁棒を当接させることによって前記溶湯の逆流を防止する逆流防止装置において、前記弁棒の先端が、前記シール座に開口する前記連通路の端部分に隙間を余して挿入される凸部を有すると共に局所的に冷却されることによって、少なくとも該凸部の外周に前記溶湯の半ば固化した半固化物が生成され、しかもその半固化物が、前記先端と前記シール座が当接する際に、前記連通路の端部分の形状に倣って変形する程度の軟化状態で生成されることによって、その半固化物が少なくとも前記弁棒の凸部と前記連通路の端部分の間に介在して前記溶湯の逆流を防止することを特徴とする軽金属射出成形機の射出装置の逆流防止装置。
2. 前記弁棒が２重のパイプを内蔵し、それらのパイプに冷却流体の供給流路と排出流路が形成されると共にその外側のパイプの外周に断熱層が形成されて、前記冷却流体が前記弁棒の先端で該先端を直接冷却しながら環流することによって、前記凸部が局所的に冷却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の逆流防止装置。

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