金属射出成形装置のノズル閉塞弁

【目的】本発明は、金型と射出機の間の材料流路を閉塞するためのノズル閉塞弁の改良に関する。
【構成】射出機１側の材料流路９と金型２側の材料流路３７の間にノズル閉塞弁２を設け、このノズル閉塞弁２に、回転機構と、この回転機構によって回動自在な弁本体４１を設ける。そして弁本体４１に、射出機１側のノズル部１２と金型３側の材料供給入口部３６との夫々に密着状に当接可能な当接面４２ａ、４３ｂを設ける一方、この当接面４２ａ、４２ｂを結び且つ射出機１側の材料流路９と金型３側の材料流路３７を連通せしめる貫通孔４３を設け、この貫通孔４３を射出機１側が小径で金型３側が大径のテーパ状とする。又、前記当接面４２ａ、４２ｂを球面形状にする。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金型と射出機の間の材料流路を閉塞するためのノズル閉塞弁の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、射出成形装置の射出機には、ノズルにストップ弁を有するタイプのものとストップ弁を有さないタイプのものとがある。そして、ストップ弁を有さないいわゆるオープン型は比較的小型の設備に多く見られ、計量中或いは射出前後の材料の洩れを、温度低下によるノズル先端の材料の固化、或いは流動性の低下等によって防ぎ、ある程度の材料の洩れ等は許容しようとするものである。一方、ノズルにストップ弁を設けて正確な計量或いは射出前後の洩れを防止するようにしたタイプの場合、弁機構がノズル内に設けられることが多く、かかるノズル内の弁機構は、例えば樹脂成形用の射出成形装置にあっては相当実用化されており、又、実績もある。又、金属鋳造用の成形機の場合には、かかる弁機構として溶湯の供給口や射出口にピストン型の弁を用いたタイプのものも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のような各タイプのうち、ストップ弁を有さないオープン型のタイプでは、非常に簡単に装置を構成出来る反面、例えばマグネシウム合金のような酸化しやすい金属材料を用いてチクソモールドで成形するような場合に、外界の空気と容易に反応して酸化しやすく、ノズルの詰り、或いは製品の品質の低下といった不具合を招きやすかった。又、材料の洩れは場合によっては危険でもあった。一方、ノズル内に弁機構を設けるタイプの場合は整備性が悪く、又、温度領域が高い部分であるため弁機構の耐久性が悪くなり、更には弁機構部への材料の滞留といった問題があった。そしてかかる問題は、前記のように酸化しやすいマグネシウム合金の場合には、一層深刻な問題となっていた。更に、溶湯の供給口や射出口にピストン型の弁を用いたような弁機構の場合は、スライド部等に溶湯が差込みやすく、作動の信頼性、耐久性に問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するため、本発明は、射出機と金型の間の材料流路を開閉するノズル閉塞弁において、射出機と金型の間に回転機構によって回動自在な弁本体を設け、この弁本体に、射出機の先端部と金型側の材料供給入口部との夫々に密着状に当接可能な当接面を設けた。そして、この当接面を結び且つ射出機側の材料流路と金型側の材料流路を連通せしめる貫通孔を設け、この貫通孔を射出機側が小径で金型側が大径のテーパ状とした。又、前記当接面を球面形状にした。
【０００５】
【作用】弁本体を回転機構によって回動させ、テーパ状の貫通孔の連通状態を変化させてて材料流路の開閉を行う。そして材料の計量中は流路を遮断し、射出工程で流路を開く。射出後金型内で成形品が凝固すると離型するが、貫通孔の中の凝固体は成形品とともに抜き出される。つまり、貫通孔は金型側が大径であるため、そのまま引き抜かれる。そしてその直後弁本体を回動させて流路を閉じれば、射出機側に残留する溶湯と空気との接触が遮断され、酸化等の不具合もない。又、貫通孔が射出機側に向かって先細りとなっているため、逆流防止の面からも効果がある。更にかかる形態の弁機構は、外部からの整備性が良い。
【０００６】
【実施例】本発明の金属射出成形装置のノズル閉塞弁の実施例について添付した図面に基づき説明する。図１は本発明の金属射出成形装置の全体正面図、図２はノズル閉塞弁の拡大断面図、図３は図２のＡ―Ａ線を断面図であり、弁本体が９０度回転した状態図である。
【０００７】先ず、図１に基づき金属射出成形装置全般の概要から説明する。
【０００８】金属射出成形機は、射出機１の一端側にノズル閉塞弁２を介して接続する金型３と、射出機１の他端側に接続する材料供給室４を備え、材料供給室４から供給したインゴット状の金属材料Ｗを処理して半凝固スラリを形成し、金型３に射出するようにしている。
【０００９】そして射出機１は、支持台５上のシリンダホルダ６に支持される加熱シリンダ７と、この加熱シリンダ７内に設けられたスクリュ８を備え、前記加熱シリンダ７の周囲には抵抗加熱コイル１０と断熱材１１が設けられてまわりを覆っている。そしてこの加熱シリンダ７内が材料流路９として構成されるとともに、加熱シリンダ７先端側には、射出機の先端部としてのノズル部１２が設けられ、このノズル部１２の先端面は、図２に示すように、曲面状の凹部形状１２ａとされている。
【００１０】一方、スクリュ８は、少なくとも前記材料供給室４より前方側に設けられた螺旋溝を備え、この螺旋溝の先端部にストップ弁１３が設けられるとともに、螺旋溝の後端部上部に材料供給室４の下端部が臨んでいる。そしてスクリュ８の後部延出部はスクリュ回転用モータ１４に連結されて回転自在とされている。
【００１１】そして、このスクリュ回転用モータ１４は、前記支持台５上にスライドガイド１５を介して取り付けられており、前後（図１中左右）にスライド自在とされている。
【００１２】ところで、スクリュ８の後端側は、カップリングを介してスクリュ回転用モータ１４より更に後方に延出し、スクリュ前後動用シリンダユニット１６に接続している。このため、このスクリュ前後動用シリンダユニット１６の作動によって、スクリュ８とスクリュ回転用モータ１４は共に前後動する。
【００１３】尚、前記加熱シリンダ７とスクリュ８との摺動部には、適所にメタルパッキン、メタルシール等のシール部を設けて、加熱シリンダ７内を外部との接触を避けた密封構造としている。
【００１４】又、支持台５とシリンダホルダ６との接合部にはセラミック板１７を設けるとともに、支持台５側の適所及び加熱シリンダ７後部の適所を冷却コイル等によって冷却するようにしている。これは通常の射出成形機以上にシリンダホルダ６が加熱されるため、他の機器等への悪影響を避けるためである。
【００１５】次に、前記材料供給室４の概要について説明する。
【００１６】材料供給室４は、上方からインゴットの導入室２１、加熱室２２、保温室２３、チョップ室２４に区画され、導入室２１と加熱室２２の間には第１シャッタ２５が設けられて遮断可能とされるとともに、加熱室２２と保温室２３の間には、第２シャッタ２６が設けられて遮断自在とされている。又、各室２１、２２、２３、２４とも適所にメタルパッキン、メタルシールが使用され、密封構造とされている。
【００１７】そして、前記第１、第２シャッタ２５、２６は夫々の開閉用シリンダユニット２７、２８によって水平に進退動可能となり、縦方向に形成される材料供給経路に対して直交方向に開閉するようにしている。
【００１８】導入室２１はインゴットＷを供給する室であり、周囲に設けたヒータによって室内の温度を一定に保持し得るよう構成されるとともに、加熱室２２に向けて降下出来るインゴットホルダを備えている。
【００１９】加熱室２２はインゴットＷを加熱する室であり、インゴットＷが載置される第２シャッタ２６上に、加熱コイルを巻装せしめたセラミックスリーブを備えている。
【００２０】又、この加熱室２２と前記導入室２１には、不活性雰囲気化機構３０が接続されている。この不活性雰囲気化機構３０は室内の空気を真空引きする真空ポンプ３１と、室内に例えばアルゴン、窒素、二酸化炭素等の不活性ガスを供給するガスボンベ３２を備えており、酸化しやすいインゴットＷの品質を良好に保持すべく設けられている。
【００２１】保温室２３は、加熱したインゴットＷをチョップするまでの間、温度が低下するのを防ぐための室であり、ヒータによって所定温度に保温されるとともに、室の高さが他の２室より長く、材料の一時ストック室、或いは供給量の調整室としての役目も果たすように考慮されている。
【００２２】その下方のチョップ室２４は、変形抵抗の低下したインゴットＷを裁断、押し潰して下方の加熱シリンダ７内のスクリュ８に供給するための室であり、このチョップ室２４の上部には、混練器式２軸チョッパ３３が設けられている。
【００２３】この２軸チョッパ３３は、相互に反対向き螺旋ブレードを有する一対の回転体を有し、この回転体を逆方向に回転させて螺旋ブレードを未接触状態で噛み合わせ、インゴットＷを下方に引き込むように粉砕してゆくものである。そして、この２軸チョッパ３３はスクリュ８と同期して回転し、停止時にはインゴットＷのストッパの役目も果たすものである。
【００２４】そしてかかるチョップ室２４も温度低下を防ぐためヒータによって加熱保持され、又、チョッパ３３駆動用の油圧或いは電動モータは装置から遠く離して、熱の悪影響を避けるようにしている。
【００２５】一方、後述するノズル閉塞弁２に隣接する金型３は、一対の固定型３４と可動型３５を備えており、固定型３４の中央には材料供給入口部３６が設けられている。そして、この材料供給入口部３６の前面が、図２に示すように球面状の凹部形状３６ａとされるとともに、内部に設けた材料流路としてのテーパ状のランナ３７が両型３４、３５間の製品形状部３８に連通している。そしてこのランナ３７のテーパは、製品形状部３８側が拡がる形状としている。
【００２６】次に、ノズル閉塞弁２について説明する。
【００２７】ノズル閉塞弁２は、回転軸受４０上に設けられ、垂直軸まわりに回動自在な弁本体４１と、この弁本体４１を回転駆動する回転機構を備え、この回転機構は不図示のモータ、カム等によって駆動される。
【００２８】弁本体４１は、図２に示すように例えば金属材料或いはファインセラミック製で概略球面形状とされ、前記射出機１側のノズル部１２と、金型３側の材料供給入口部３６の各凹部形状１２ａ、３６ａに密着状に当接する当接面４２ａ、４２ｂを備えている。
【００２９】そして、この対向する両当接面４２ａ、４２ｂを結び、且つ射出機１側の材料流路９と金型３側のランナ３７を連通せしめることの出来る貫通孔４３が設けられ、この貫通孔４３は、射出機１側が小径で金型３側が大径のテーパ形状とされている。そして、垂直軸まわりに回転することで、図２、図３のように材料流路の開閉を行うが、勿論かかる回転は、図３のように９０度とする必要はなく、流路が遮断される角度であればよい。
【００３０】又、この弁本体４１の周囲には温調用の加熱ヒータ４４が巻装され、適宜ノズル温度の低下防止、又は溶湯の温度変化防止を図るようにしている。そしてその周囲を断熱材４６で覆っている。
【００３１】尚、かかるノズル部１２と材料供給入口部３６の近傍には、貫通孔４３と同じ高さ位置に一対のスクレーパ４５が設けられ、弁本体４１の回転時に付着する金属材料を掻き落とすようにしている。
【００３２】以上のようなバルブ閉塞弁２の作用について述べる。不活性雰囲気化機構３０によって導入室２１と加熱室２２を介して各室等が真空引きされ不活性化されると、導入室２１内に例えばマグネシウム合金等のインゴットＷが供給され、処理される。
【００３３】つまり、インゴットＷは加熱室２２で予めテストによって設定されたパワー、周波数、時間等によって、半凝固領域に達するまで加熱された後、チョップ室２４の２軸式チョッパ３３によってチョップされる。すなわち、加熱されたインゴットＷは、変形抵抗が約数百分の一から数千分の一に低下しており、逆回転する２つの回転体の螺旋ブレードによって引きちぎられ且つ押し潰されて裁断される。
【００３４】そして裁断された金属材料は加熱シリンダ７内のスクリュ８の螺旋溝内に供給され、このスクリュ７の強い攪拌作用と加熱シリンダ７からの加熱によって固相デンドライトが分断、粒状化されながら半凝固スラリとなって前方に運ばれる。
【００３５】この時、ノズル閉塞弁２は、図３のように流路を閉じており、又、スクリュ８前方のストップ弁１３は開放していることから、スクリュ８前方に押出されたスラリの圧力によってスクリュ８が後退してゆく。そして、スクリュ８の前方に所定量のスラリが溜められる。
【００３６】所定量のスラリが溜められると射出が行われる。すなわち、スクリュ８前方のストップ弁１３が閉じられ、同時にノズル閉塞弁２が回動して射出機１の材料流路９と金型３側のランナ３７を連通させると、スクリュ前後動用シリンダユニット１６によってスクリュ８を急速に押出し、金型３の製品形状部３８内に金属材料を射出充填する。
【００３７】又この射出の際、必要に応じてノズル閉塞弁２は温調用加熱ヒータ４４によって与熱されており、射出時の材料の流通を円滑ならしめるとともに、射出が完了した後は加熱を停止する。
【００３８】そして、そのままの状態で凝固させると、凝固状態は製品形状部３８から上流側のランナ３７に向けて進行し、最終的にノズル閉塞弁２の貫通孔４３内の部分まで至る。
【００３９】そしてその時点で金型３を型開きした後、例えば固定型３４に設けた不図示の押出しピンによって成形体を図中左方に押出すと、製品形状部３８とともにランナ３７、貫通孔４３内の凝固体も同時に抜き出される。
【００４０】そして抜き出された直後にノズル閉塞弁２を回動させ、ノズル部１２先端を遮断して、加熱シリンダ７内を外気から遮断する。このため、材料流路９中に残留する金属材料の酸化は進行せず、次回の成形ショットにおける成形品質を低下させない。
【００４１】尚、ノズル閉塞弁２の回転中、貫通孔４３出口附近に付着する材料はスクレーパ４５によって掻き落とすことについては、既述のとおりである。
【００４２】次に、図４に示す別実施例のタイプについて説明する。
【００４３】この装置は、金型６０とノズル閉塞弁２の間にプランジャ射出機５０を配設して、材料の混練スラリ化と金型への射出を分離して行うようにしたものである。そして、プランジャ射出機５０は、内側にセラミックスリーブ５１を有するプランジャスリーブ５２と、このプランジャスリーブ５２内を摺動自在なプランジャチップ５３を備え、前記プランジャスリーブ５２の周囲は保温用ヒータ５４で覆われている。
【００４４】そしてこの保温用ヒータ５４の周囲には断熱材５５が設けられており、又、プランジャスリーブ５２の所定箇所に複数の温調用の熱電対を設けている。又、このプランジャスリーブ５２は、いわゆるコールドチャンバースリーブのような外界に開放された注湯口はなく、セミクローズドスリーブとされている。尚、実施例では保温、耐久性向上のため、内面にセラミックスリーブ５１を嵌装しているが、セラミックでコーティングするようにしてもよい。
【００４５】そしてかかるプランジャスリーブ５２は縦向きとされ、プランジャチップ５３が上下に摺動するよう構成されるとともに、プランジャスリーブ５２の下部側面には材料供給入口部５６が設けられ、内部のテーパ状の材料流路５７がスリーブ５２内に向けて開口している。又、材料供給入口部５６の前面には、球体状のノズル閉塞弁２と密着状に当接可能な球面状の凹部形状５６ａが形成されている。尚、実施例においてはプランジャスリーブ５２を縦向きとしているが、水平向きに構成されることもある。
【００４６】プランジャスリーブ５２の端部は、金型６０に接続されている。そして、金型６０は一対の型支持枠６１、６２と、この型支持枠６１、６２によって保持される固定型６３と可動型６４と分流子６５を備えており、前記プランジャスリーブ５２はこの分流子６５を介して両型６３、６４間の製品形状部６６に連通している。尚、ノズル閉塞弁２、スクリュ射出機１等の構成は、前記の例と同様である。
【００４７】このように構成された射出成形機の作用の概要は次のとおりである。まず、ノズル閉塞弁２が材料流路を閉じた状態でスクリュ８が回転してスラリを前方に押出す。
【００４８】そして、一定量のスラリが溜まると、それまで開いていたスクリュ８前方のストップ弁１３が閉じ、同時にノズル閉塞弁２が回転して流路を連通させる。
【００４９】その後スクリュ８が前進して前方に溜まったスラリを短時間にプランジャスリーブ５２内に押し込んだ後、ノズル閉塞弁２によって流路を遮断してプランジャチップ５３によって射出する。この際、ノズル閉塞弁２の貫通孔４３には半凝固スラリが入ったままであるため、回転中に内部のスラリが外部に漏洩しないよう、例えば、貫通孔４３の夫々の端部を塞ぐことの出来るセラミック製等のカバー部材を回転方向に沿って設ける等の手段を講ずる。又、この際は同時に内部のスラリを凝固させないよう、温調用加熱ヒータ４４によって常時加熱しておく。
【００５０】そして、かかる方法によってスクリュ射出機１側の流路を遮断した状態で射出すれば、凝固後製品取り出しのために型開きしても、ノズル閉塞弁２より上流側の金属材料は空気と接触することなく有効に酸化防止が図れる。又、プランジャスリーブ５２も前述のように外界と接触のないセミクローズドスリーブであるため、酸化防止の効果は高い。
【００５１】更に、このように材料の混練と射出を別個の装置で行うことで、例えば、混練時と射出時の温度管理、時間管理等をそれぞれ最適条件に設定すること等が極めて容易となり、成形品質の向上に寄与し得る。しかも射出時の圧力がスクリュ８側に影響を与えることもないので、加熱シリンダ７、スクリュ８等の構造材料に厳しい性能を要求されず、又、スクリュ８で混練と射出を同時に行う際に必要とされるスクリュ８や回転用モータ１４の同時高速移動といった必要もないことから、省エネタイプのコンパクトな装置の提供が可能である。
【００５２】
【発明の効果】以上のように本発明のノズル閉塞弁は、射出機と金型の間に回動自在に配設し、テーパ状の貫通孔によって材料流路の連通を遮断或いは開放するようにしたため、材料洩れを防止することが出来るのみならず、外気と材料の遮断が確実となって酸化による不純物混入を避けることが出来る。このため、成形品の品質を高めることが出来る。又、構造も簡単であり、ノズル内に設ける場合のように常に高温状態化にある訳ではなく、しかも外部からの整備も容易なこともあって整備性、耐久性、信頼性等の点において従来の弁構造に優るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属射出成形装置の全体正面図
【図２】ノズル閉塞弁の拡大断面図
【図３】図２のＡ―Ａ線を断面図であり、弁本体が９０度回転した状態図
【図４】別実施例の射出成形装置の部分図
【符号の説明】
１射出機
２ノズル閉塞弁
３金型
９材料流路
３６材料供給入口部
３７ランナ
４１弁本体
４２ａ、４２ｂ当接面
４３貫通孔
Ｗインゴット

【特許請求の範囲】
【請求項１】射出機と金型の間の材料流路を開閉するノズル閉塞弁において、このノズル閉塞弁は、前記射出機と金型の間に設けられた弁本体と、この弁本体を回転軸まわりに回動させる回動機構を備え、前記弁本体に、射出機の先端部と金型側の材料供給入口部との夫々に密着状に当接可能な当接面を設ける一方、この当接面を結び且つ射出機側の材料流路と金型側の材料流路を連通せしめる貫通孔を形成し、この貫通孔を射出機側が小径で金型側が大径のテーパ状に形成するとともに、前記当接面を球面形状にしたことを特徴とする金属射出成形装置のノズル閉塞弁。

【図１】