JP4548842B2 - 金属成形機の材料押出供給装置 - Google Patents

Description

この発明は、マグネシウム又はその合金等の短柱状の低融点金属材料を溶融して金型に射出する金属成形機の材料押出供給装置に関するものである。

短柱状の金属材料を溶融して金型に射出する成形機としては、融解シリンダの後部に供給装置と挿入装置とを連設した溶解装置を射出装置の上に同方向に設置し、供給装置内に投入された金属材料を挿入装置のプッシャにより融解シリンダに挿入し、その融解シリンダ内で先に融解して生じた溶湯を、半溶融状態の後の金属材料を介して射出スリーブに押出供給するものがある。

また射出加熱筒の上に加熱筒を備えた棒状の金属材料の供給装置を設置し、その供給装置から加熱筒後部に落下供給された棒状材料を、材料押込ロッドにより加熱筒内に押込み、加熱筒内で先に融解して生じた溶湯又は半溶融の金属材料を後の金属料材料を介して射出加熱筒内に押出供給するものもある。

また射出シリンダの上に可塑化装置を設置したプリプラ式射出装置として、可塑化装置の後方部にリニアガイド部材を射出装置の後部に対して長手方向に設け、そのリニアガイド部材による摺動部により、上下に位置する可塑化シリンダと射出シリンダとの熱膨張差による影響を解決しているものもある。
特開２００４−１６７４９９号公報 特開２００５−４０８０７号公報 特開２００４−３４５２９号公報

従来の金属成形機のように、射出装置の上に溶解筒とプランジャを備えた材料押出供給装置を設置した構造では、成形機の大型化に伴い高さが増し、必然的に材料補給は高温に加熱された装置上での高所作業となるので安全性に問題があるとされている。また溶融した金属材料の供給量も増大することから、多数本の金属材料の挿入が可能な溶解筒が要求され、このため射出装置よりも供給装置側の全長が長くなり、重量も増すことから、射出装置の上に材料押出供給装置を設置することが構造的に困難となる。このようなことから上記従来構造による金属成形機の大型化には多くの課題があるとされている。

上記課題は、材料補給と溶融供給とを射出装置の側部で行うにすることで解決できる。しかし、材料押出供給装置の設置には射出加熱筒と溶解筒の両方の熱膨張に対処できる手段が必要とされる。射出加熱筒の熱膨張にはリニアガイド等の採用により材料押出供給装置を可動自在に設置することにより対処できるが、可動自在に設置した材料押出装置は不安定な状態にあって、僅かな振動でも射出加熱筒側と接続した溶解筒の連結部位に応力が集中し易く、これにより連結部分が破損したり、溶解筒が偏心して内部を進退移動する押出プランジャの噛り現象が生ずるなどの新たな課題が生ずる。

この発明の目的は、材料押出供給装置を射出加熱筒の側部に設置できるようにして、上部に設置した場合の上記従来の課題を解決するとともに、短柱状の金属材料の溶解筒を射出加熱筒の側部に連結した材料押出供給装置であっても、可動により射出加熱筒の熱膨張に対処でき、また衝撃力にも充分に耐えて、溶解筒の連結部位への応力集中を防止することもできる安定性に優れた新たな金属成形機の材料押出供給装置を提供することにある。

上記目的によるこの発明は、外周囲に加熱手段を有し、後部上に短柱状の金属材料の投入口を有する溶解筒と、その溶解筒の後端から内部に先端部を挿入し、該先端部により溶解筒内の金属材料を先方に押圧移動する押出プランジャと、その押出プランジャの後端を連結したベースプレート上の進退駆動機構とからなり、そのベースプレートを金属成形機の機台側部の台フレーム上に水平に設置して、溶解筒の先端を射出プランジャ内装の射出加熱筒の側部に連結した材料押出供給装置において、上記台フレームの上面に、前後複数のリニアガイドを上記射出加熱筒と平行に敷設し、そのリニアガイドにベースプレート裏面のガイド部材を嵌合して、ベースプレートを射出加熱筒の熱膨張方向と同じ方向に可動自在に設置するとともに、そのベースプレートが可動方向から受ける衝撃力を緩衝できるように、緩衝器を台フレーム側に固定してリニアガイドと平行に該台フレームからベースプレートに設けてなるというものであり、また上記緩衝器は一定抗力特性を有するシリンダとピストンロッドとによる油圧式緩衝器からなるというものである。

また上記ベースプレートは、上記射出加熱筒に先端を連結した溶解筒の後端の支持板を前部に有し、その支持板の前面に設けた支持リングに、先端を上記射出加熱筒に連結した溶解筒後端を、支持板前面との間に膨張スペースを空けて摺動自在に挿入してなる、というものである。

上記構成では、射出加熱筒の熱膨張方向に材料押出供給装置が可動するので、射出加熱筒に連結した溶解筒の連結部分に射出加熱筒の熱膨張による応力が集中することがなく、その応力は材料押出供給装置の可動によって吸収される。これにより熱膨張による連結部分の破損が生じ難く、溶解筒の偏心による押出プランジャの噛り現象も生じ難い。また支持板の前面の支持リングに溶解筒の後端を熱膨張スペースを空けて摺動自在に挿入し、溶解筒が熱膨張により自由に伸び縮みできるようにしたので、熱膨張による歪みが原因となる偏心が生じない。

また緩衝器を備えることによって、材料押出供給装置が可動方向から衝撃力を受けても、その衝撃力は緩衝されるので、射出加熱筒に固定された状態にある溶解筒の先端に衝撃力が集中することがない。この結果、他物の衝突を受け易い射出加熱筒側部の機台高さに材料押出供給装置を設置しても、衝撃による悪影響が防止されるので、高さが課題とされていた金属成形機の大型化に大きく寄与する。

図中１は型締装置、２は射出装置、３は材料押出供給装置である。
上記型締装置１は、受圧盤１１と、その受圧盤１１と所要間隔を置いて対設した連結盤１２と、両盤間の中央に配置した型置盤１３とを、四隅部に挿通したクランプシャフト１４．１４により連結して備え、その受圧盤１１と型置盤１３との間に、可動盤１５をクランプシャフト１４．１４に挿通支持して進退自在に有する。この可動盤１５の背面には、受圧盤１１の中央部にシリンダ１６ａを一体に設けた型締機構１６の型締ラム１６ｂが連結してあり、その型締ラム１６ｂの伸縮作動により可動盤１５が進退移動して、該可動盤１５と型置盤１３とに分割して取付けた金型の可動型１７ａの固定型１７ｂと型開閉及び型締とを行う構造からなる。

連結盤１２の外側盤面には、上記射出装置２の射出シリンダ２１が、ピストンロッド２２を連結盤１２に穿設した穴に進退自在に挿通して固設してある。また型置盤１３には両端が開口した射出加熱筒１８が、型取付面側の盤面から先端が若干突出するところまで、周囲に断熱材を施して盤体に穿設した穴に連結盤側から挿通し、先端周囲に嵌合した割りリングとボルトにより止着してある。この先端部のみ型置盤１３に固定して他を自由状態となした射出加熱筒１８では、型置盤１３に拘束されることなく軸方向に熱膨張するようになる。

上記射出加熱筒１８は、型置盤１３から突出した後側面に、上記材料押出供給装置３の接続ブロック１９を一体に有し、その接続ブロック１９と共に射出加熱筒１８を加熱する手段（図では省略）が設けてある。接続ブロック１９は斜め後方に向け突出しており、その内部中央に射出加熱筒内の射出路１８ａと所要角度で交差する供給路１９ａが、ブロック端面から後退限位置の射出プランジャ２０の先端に近接した射出路１８ａの壁面まで穿設してある。また図では省略したが、射出加熱筒１８には、射出路１８ａをアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気となすガス供給手段が接続される。なお、図では供給路１９ａを４５°の角度で交差させているが、その角度は任意とするものである。

上記接続ブロック１９のブロック端面は供給路１９ａに対し直角な垂直面で、そこに材料押出供給装置３の前部に位置する溶解筒３１が先端面を当接してジョイント３１ａにより水平に連結してある。この溶解筒３１は、長さ３００ｍｍ、直径６０ｍｍの短柱状（棒状ともいう）の金属材料Ｍ（マグネシウム合金）を、供給路１９ａを含めて３〜５本収容できる長さを有し、その内部に材料押出用の押出プランジャ３０が挿入してある。また後部上側には金属材料Ｍの投入口３１ｂが軸方向に長く開設してあり、投入口３１ｂを除く筒体周囲にはバンドヒータ３１ｃが取付けてある。

上記型締装置１と射出装置２は、互いに連結したそれぞれの機台４，５に設置してある。型締装置１では受圧盤１１と型置盤１３とを機台４に固定して設け、連結盤１２と可動盤１５は機台４に固定せずに設けている。また射出装置２は機台５に油圧駆動部２３を載置固定し、射出シリンダ２１の前部を支持材５２により支持して機台５に設置している。この機台５の連結盤１２と型置盤１３との間の側部に上記材料押出供給装置３の台フレーム６が張り出して設けてあり、その台フレーム６の上面板６１にベースプレート３２を載せて上記材料押出供給装置３が設置してある。

ベースプレート３２には、上記押出プランジャ３０の進退駆動機構が設けてあり、その進退駆動機構より前のベースプレート上に溶解筒３１のサポート３２ａが立設してある。進退駆動機構は油圧駆動によるもので、上記溶解筒３１と平行にベースプレート３２の上面に敷設した左右一対のリニアガイド３３，３３と、その両方のリニアガイド３３，３３に嵌合した固定台板３４ａ，３４ａに取付けて、ベースプレート３２の前部上に並設した駆動部設置板３５及び溶解筒後端の支持板３７と、両方のリニアガイド３３，３３に裏面のガイド部材を嵌合した可動台板３４ｂ，３４ｂに取付けて、ベースプレート上に進退自在に設けた押圧板３８とを有し、その押圧板３８の中央に上記押出プランジャ３０の後端が着脱自在に連結してある。

上記駆動部設置板３５は固定台板３４ａ，３４ａの前側に、支持板３７は後側に互いに平行に載置固定してあり、その両方は駆動部設置板３５の前面に取付けた部材３２ｂによりベースプレート３２に固定してある。また駆動部設置板３５の上部中央は溶解筒後部が間隔を置いて位置する凹所に形成されており、その両側に一対の油圧シリンダ３６，３６が溶解筒３１と平行に前方に長く水平に取付けてある。この油圧シリンダ３６，３６のピストンロッド３６ａ，３６ａの端部は、上記押圧板３８の両側に連結され、そのピストンロッド３６ａ，３６ａの伸縮動作とリニアガイド３３，３３とにより押圧板３８が押出プランジャ３０と共にベースプレート上を進退移動するようにしてある。

上記支持板３７の溶解筒後端に臨む板面には、図７に示すように、押出プランジャ３０の挿通穴３７ａが設けてある。この挿通穴３７ａの前面周囲には溶解筒３１の後端支持リング３７ｂが上下調節ボルト３７ｃを設けて取付けてあり、その後端支持リング３７ｂに上記凹所を越えて位置する溶解筒３１の後端が、支持板３７の板面との間に熱膨張スペースＳを空けて挿入してある。

この押圧板３８の移動ストロークは、図では金属材料Ｍの２本分の長さ（６００ｍｍ）よりも若干長く設定してあり、その移動ストロークを、投入口３１ｂよりも後の後退限位置に待機した押出プランジャ３０とともに複数回に分けて前進移動し、その前進移動ごとに押出プランジャ３０が、溶解筒内に投入した短柱状の金属材料Ｍを溶解筒先方に順に押し送り、先方の半溶融した金属材料を供給路１９ａから射出路１８ａに押出すことができるようにしてある。

上記構成の材料押出供給装置３では、材料がマグネシウム合金で、半溶融によりチクソトロピー性状を呈する短柱状の金属素材Ｍの場合、溶解筒３１の加熱温度は、金属素材Ｍが半溶融状態（５５０°〜５９０℃）となる温度に設定している。半溶融状態の金属素材Ｍは、完全溶融した場合と異なって、溶解筒３１と供給路１９ａが水平でも射出路１８ａに流動することなく、全体が膨張して均一に軟化した状態にあって、短柱状の形態を保っている。

射出路１８ａへの半溶融状態の金属材料の押出供給は、上記押出プランジャ３０を上記油圧シリンダ３６により予め設定したストロークだけ前進移動して行われる。押出プランジャ３０が押圧板３８と一緒に設定ストロークを前進移動すると、そのストローク分だけ溶解筒３１内の半溶融状態の金属材料Ｍを押圧する。これにより押圧移動した分量の金属材料Ｍが、それを１ショット分として供給路１９ａから射出路１８ａに押出供給される。したがって、射出路１８ａにおける材料供給量は押出プランジャ３０の移動量により計量されることになる。

押出プランジャ３０が前進限位置に達すると、油圧シリンダ３６がピストンロッド３６ａの伸長作動に切換わり、押圧板３８が押出プランジャ３０と一緒に元の後退限位置まで後退移動する。この後退移動により押出プランジャ３０の先端部３０ａが溶解筒３１の投入口３１ｂより後の溶解筒後端に位置するので、新たな金属材料Ｍの投入が行えるようになる。

このような材料押出供給装置３は、上記台フレーム６の上面板６１に敷設した前後複数のリニアガイド７，７に、ベースプレート３２のプレート裏面の前後及び両側に設けたガイド部材８，８を嵌合して台フレーム６の上に設置してある。このリニアガイド７，７は上記射出加熱筒１８と平行にベースプレート３２に対しては斜めに、前部リニアガイドは上記駆動部設置板３５より前の両側の下に短く、また後部リニアガイド７は長く敷設してある。

この前後のリニアガイド７，７にベースプレート３２のガイド部材８，８を嵌合した材料押出供給装置３では、リニアガイド７，７にガイドされて射出加熱筒１８の熱膨張方向（矢印方向）に可動するので、射出加熱筒１８に溶解筒３１の先端が連結してあっても、溶解筒３１は射出加熱筒１８の熱膨張方向にベースプレート３２と共に可動する。これにより溶解筒３１の連結部分に射出加熱筒１８の熱膨張による応力が集中することがなく、その応力は材料押出供給装置３の可動によって吸収されるようになる。

溶解筒３１においても、その後端をベースプレート３２に固定した支持板３７に、熱膨張スペースＳを空けて摺動自在に支持したので、射出加熱筒１８との連結により先端が拘束されていても、その先端を支えとして自由に伸び縮みするので、溶解筒３１に熱膨張による歪みが原因とされる偏心も生じず、長期の使用でも押出プランジャ３０の噛り現象が起りにくい。したがって、射出加熱筒１８の側部に直結した材料押出供給装置３であっても、射出加熱筒１８の熱膨張に影響を受けず、短柱状の金属材料Ｍの溶融と押出供給を常に円滑に行うことが可能となる。

またベースプレート３２のプレート面内の中央部には内縁を有する窓孔３２ｃが形成してあり、その窓孔内に緩衝器（ショックアブソーバー）９が設けてある。この緩衝器９は一定抗力特性を有する通常構造の油圧式緩衝器で、油圧緩衝手段を内装したシリンダ９ａとピストンロッド９ｂ及びロッド先端の当接ヘッド９ｃとを備え、その油圧式緩衝器の一対がピストンロッド９ｂの向きを固定部材両側に互いに変えて、シリンダ９ａを板状の固定部材１０に貫通固定して、該固定部材１０に並設してある。

この緩衝器９，９は、ピストンロッド９ｂが上記リニアガイド７，７と平行に位置するように、固定部材１０をリニアガイド７，７に対して直角に、窓孔が位置する台フレームの上面板６１に取付けて固定してある。また各ピストンロッド９ｂのロッド先端の当接ヘッド９ｃが臨む窓孔の内縁には受け部３２ｄ，３２ｄが突設してあり、その受け部３２ｄにロッド先端の当接ヘッド９ｃをそれぞれ当接して、ベースプレート３２が左右方向（可動方向）から受ける衝撃力を緩衝することができるようにしてある。しかし、射出加熱筒１８の熱膨張による材料押出供給装置３の可動に対しては、熱膨張は温度上昇に伴うので膨張速度は極めて緩速で、設定された衝突速度範囲の下限値以下であることと、その膨張長さが５〜６ｍｍであることにより、緩衝器９は反応しないので、材料押出供給装置３の可動抵抗となるようなことはない。

上記のように緩衝器９を備えた材料押出供給装置３では、左右いずれかの方向から衝撃力を受けても、その衝撃力は緩衝されるので、射出加熱筒１８に連結した溶解筒先端に作用する衝撃による応力が減少する。この結果、他物の衝突を受け易い射出加熱筒側部の機台高さに材料押出供給装置３を設置しても、衝突による悪影響が防止されるので特に問題は起こらず、金属成形機の高さ低減に大きく寄与する。また緩衝器９は材料押出供給装置３が大きな震動力を受けた際の免震機能としても作用する。

なお、緩衝器としては、設定した条件で物体が衝突する場合に、ピストンロッドのストローク全般にわたって発生抗力が一定で特性を有する油圧式緩衝器が最も好ましいが、場合によっては、スプリング内装の緩衝器を使用することもできる。

この発明の材料押出供給装置を備えた金属成形機の一部を断面で示す平面図ある。 図１のＡ−Ａ線における金属成形機の背面図である。 この発明の材料押出供給装置の一部を断面で示す側面図である。 同じく材料押出供給装置の一部を断面で示す材料押出作動後の平面図である。 材料押出供給装置の前面図である。 図４のＢ−Ｂ線における材料押出供給装置の縦断背面図である。 溶解筒後部の支持状態を示す支持板上部の半部縦断側面図である。 固定部材の半部を断面で示す一対の緩衝器の平面図である。

符号の説明

１ 型締装置
２ 射出装置
３ 材料押出供給装置
４ 機台
６ 台フレーム
７ ベースプレートのリニアガイド
８ ベースプレートのガイド部材
９ 緩衝器
１０ 緩衝器の固定部材
１３ 型置盤
１８ 射出加熱筒
２０ 射出プランジャ
３０ 押出プランジャ
３１ 溶解筒
３２ ベースプレート
３２ｄ 受け部
３３ リニアガイド
３５ 駆動部設置板
３６ 油圧シリンダ
３６ａ ピストンロッド
３７ 支持板
３８ 押圧板

Claims (3)

1. 外周囲に加熱手段を有し、後部上に短柱状の金属材料の投入口を有する溶解筒と、その溶解筒の後端から内部に先端部を挿入し、該先端部により溶解筒内の金属材料を先方に押圧移動する押出プランジャと、その押出プランジャの後端を連結したベースプレート上の進退駆動機構とからなり、そのベースプレートを金属成形機の機台側部の台フレーム上に水平に設置して、溶解筒の先端を射出プランジャ内装の射出加熱筒の側部に連結した材料押出供給装置において、
   上記台フレームの上面に、前後複数のリニアガイドを上記射出加熱筒と平行に敷設し、そのリニアガイドにベースプレート裏面のガイド部材を嵌合して、ベースプレートを射出加熱筒の熱膨張方向と同じ方向に可動自在に設置するとともに、そのベースプレートが可動方向から受ける衝撃力を緩衝できるように、緩衝器を台フレーム側に固定してリニアガイドと平行に該台フレームからベースプレートに設けてなることを特徴とする金属成形機の材料押出供給装置。
2. 上記ベースプレートは、上記射出加熱筒に先端を連結した溶解筒の後端の支持板を前部に有し、その支持板の前面に設けた支持リングに、先端を上記射出加熱筒に連結した溶解筒後端を、支持板前面との間に膨張スペースを空けて摺動自在に挿入してなることを特徴とする請求項１記載の金属成形機の材料押出供給装置。
3. 上記緩衝器は、一定抗力特性を有するシリンダとピストンロッドとによる油圧式緩衝器からなることを特徴とする請求項１記載の金属成形機の材料押出供給装置。

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