JP2000246419A

JP2000246419A - 成形金型及び成形方法

Info

Publication number: JP2000246419A
Application number: JP11047585A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Kuramoto; 浩樹蔵本; Makoto Iida; 誠飯田; Keiji Takasu; 慶治鷹栖; Tsutomu Kono; 務河野; Masakazu Ogawa; 雅和小川; Shozo Nakamura; 省三中村; Naotake Ebinuma; 尚武海老沼; Masayuki Yamada; 政行山田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2000-09-12

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】金属及びその合金の射出成形及びダイキャスト
において、溶融した金属及びその合金を金型のキャビテ
ィに鋳込んだ時に、溶融金属及びその合金の急冷によ
り、流動性が悪化する。これにより、未充填部ができた
り、バリが発生したりする。また、成形品の厚肉部と薄
肉部では、冷却速度が異なるために内部歪みが発生し、
そり変形あるいは強度低下の原因となるのを防ぐ金型を
提供する。【解決手段】薄肉部のキャビティ表面に断熱部あるいは
断熱層８，８′を設け、また、冷却速度を均一にするた
めに、金型のキャビティ表面に断熱部あるいは断熱層を
設け、キャビティの薄肉部６の断熱部あるいは断熱層の
厚みを厚くし、キャビティの厚肉部７の厚みを薄くし、
さらに、金型のキャビティ表面に断熱部あるいは断熱層
を設け、ゲートからの距離が遠くなるのにしたがって、
断熱部あるいは断熱層の厚みを厚くした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属及びその合金
の射出成形及びダイキャスト成形金型及び成形方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】金属及びその合金の射出成形及びダイキ
ャストにおいては、図６に示すように成形金型１が可動
型２と固定型３により構成され、成形品形状のキャビテ
ィ４が形成された成形金型１に金属及びその合金を溶融
あるいは半溶融(固相と液相の混在)状態にしてスプル５
及びゲート９を通して、キャビティ４に射出充填あるい
は鋳込むことにより、製品を成形している。成形金型１
の材質は耐熱性、強度、耐摩耗性、耐腐食性の観点から
金型用の鋼材が使われている。金属及びその合金は熱伝
導率が比較的大きいため、金型のキャビティ４に射出充
填あるいは鋳込んだ時、冷却速度が大きく、溶融金属及
び合金の凝固により、流動性が著しく悪化する。これに
より、キャビティ全体に溶融金属あるいは合金を充填で
きず、未充填状態となる。流動性を確保するために、ダ
イキャストでは金属及びその合金を溶融点よりもかなり
高い温度で鋳込む方法が行われている。また、射出成形
においては、金属及びその合金を半溶融の固相と液相の
混在状態として高速、高圧で金型のキャビティに射出充
填する方法が行われている。これは、金属及びその合金
を半溶融の固相と液相の混在状態とすることにより、い
わゆるチクソトロピー状態により、流動性を確保しよう
というものである。しかし、実際にはキャビティが薄肉
であったり、複雑形状の場合、流動性が悪くなり未充填
状態となる。そのため、射出成形においても金属及びそ
の合金を溶融点温度近傍まで高くして射出充填する必要
がある。この場合も、キャビティ表面の転写性の確保は
難しく成形品の表面性状は悪い。また、高速、高圧で射
出充填するため、キャビティ全体に充填させた場合に過
充填になり易く、バリが発生する。流動性を確保する別
の方法として、金型温度を高くする方法があるが、金属
及びその合金の溶融点温度はかなり高く、その近傍まで
金型温度を上げるのは難しく、さらにその温度で均一に
制御するのは困難である。また、高周波誘導加熱により
金型のキャビティ表面を加熱する方法がプラスチック射
出成形において行われているが、この方法も高温での均
一温度制御は難しい。また、特開平５−１８５１９７号
公報に記載されているように金型のキャビティの薄肉部
と厚肉部を熱伝導率の異なる材質にし、薄肉部の熱伝導
率を小さくすることにより、薄肉部の冷却速度を遅らせ
て、全体の温度を均一に保つ方法が行われている。この
ように、熱伝導率の小さい材質を用いることは流動性を
確保することには有効であり、薄肉部と厚肉部の熱伝導
率を変えることにより冷却速度の均一化を図ることは重
要である。しかし、上記公報の方法では、金型材質とし
て用いられる材料の熱伝導率は限られるため、精密に温
度制御を行おうとした場合、材質の選定が難しく、適し
た材質がない可能性が高く、温度の均一化を図るのは難
しい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来技
術では、溶融した金属及びその合金を金型のキャビティ
に射出充填あるいは鋳込んだ時に、溶融金属及びその合
金の急冷による粘度の増大及び凝固により、特に薄肉部
あるいはゲートからの距離が遠い領域での流動性が悪化
する。これにより、未充填部ができたり、高圧力負荷に
よる過充填によりバリが発生したりする。また、キャビ
ティ表面の転写性が確保できなくなり、成形品の表面性
状は悪化する。さらに、成形品の厚肉部と薄肉部では、
冷却速度が異なるために内部歪みが発生し、そり変形あ
るいは強度低下の原因となる。本発明の目的は、溶融し
た金属及びその合金を金型のキャビティに射出充填ある
いは鋳込んだ時に、薄肉部あるいはゲートからの距離が
遠い領域での溶融金属及びその合金の流動性を確保し、
未充填あるいはバリ発生を防ぐとともに、薄肉部と厚肉
部の冷却速度を均一にし、そり変形及び強度低下を防止
することである。また、キャビティ表面の転写性を確保
し、特に成形品の薄肉部の表面性状を向上させることを
目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は溶融した金属及びその合金を金型のキャビ
ティに射出充填あるいは鋳込んだ時に、溶融金属及びそ
の合金の流動性が特に悪化する薄肉部のキャビティ表面
に断熱部あるいは断熱層を設けたものである。また、溶
融金属及びその合金の流動性を確保するとともに冷却速
度を均一にするために、金型のキャビティ表面に断熱部
あるいは断熱層を設け、キャビティの薄肉部の断熱部あ
るいは断熱層の厚みを厚くし、キャビティの厚肉部の厚
みを薄くしたものである。さらに、金型のキャビティ表
面に断熱部あるいは断熱層を設け、ゲートからの距離が
遠くなるのにしたがって、断熱部あるいは断熱層の厚み
を厚くしたものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる実施例を図
面を用いて説明する。

【０００６】実施例１：図１に成形金型１のキャビティ
の薄肉部６の表面に断熱層８、８′を設けた本発明によ
る実施例を示す。成形金型１は可動型２と固定型３によ
り構成され、キャビティは薄肉部６と厚肉部７が形成さ
れている。射出成形機あるいはダイキャストマシーン
(ここでは図示せず)により溶融あるいは半溶融状態にさ
れた金属及びその合金は成形金型１のスプル５及びゲー
ト９を通して、薄肉部６や厚肉部７が形成されたキャビ
ティに射出充填あるいは鋳込まれる。ここで、成形金型
１のキャビティの薄肉部６の表面には可動型２には断熱
層８が、また固定型３には断熱層８′が設けられてい
る。ここでは、可動型２と固定型３の両方に断熱層８、
８′を設けたが、可動型あるいは固定型のどちらか一方
に断熱層を設けてもよい。本実施例では、成形金型１の
キャビティ薄肉部６の厚さは0.8mmであり、厚肉部７の
厚さは1.6mmである。また、断熱層８、８′は熱伝導率
1.15W/m・Kのジルコニア系のセラミックスがプラズマ溶
射により設けられており、その厚さは1mmである。本実
施例で採用したセラミックはマグネシウムやアルミニウ
ム等の金属及びその合金よりも硬度が高く、射出成形圧
による変形もなく成形品の平面精度を低下させることは
ない。断熱層としては断熱効果のあるものならどのよう
な材料を用いてもよいが、耐熱性、耐食性、耐摩耗性、
強度の面から好ましくはセラミックスがよい。断熱層の
熱伝導率は、断熱効果を向上させるために小さいほどよ
いが、好ましくは5W/m・K以下がよい。断熱層８、８′の
厚みは、キャビティ薄肉部６の厚みや断熱層の熱伝導率
及びゲート９からの距離により、適正な厚みに設定する
必要がある。断熱効果を上げるには厚くしたほうがよい
が、厚くするほど冷却速度が遅くなるため、冷却時間が
長くなり成形サイクルが長くなるという問題が生じた
り、断熱層のない厚肉部との冷却速度が大きく異なるた
めに内部歪みが発生するという問題が生じる。このた
め、本実施例では流動解析および熱伝導解析により冷却
速度を最適化するように断熱層の厚みを設定した。本実
施例では断熱層はセラミックスのプラズマ溶射で設けら
れているが、断熱層として断熱部材を中子として取り付
けて形成してもよい。

【０００７】本実施例の成形金型を用いてマグネシウム
合金を射出成形したところ、未充填によるひけ不良がな
く、キャビティ表面の転写性が良好で、さらに内部歪み
によるそり変形が少ない成形品を得ることができた。

【０００８】実施例２：図２に成形金型１のキャビティ
表面に断熱層８、８′を設け、キャビティの薄肉部６の
断熱層の厚みを厚くし、キャビティの厚肉部７の断熱層
の厚みを薄くした本発明による実施例を示す。成形金型
１は可動型２と固定型３により構成され、キャビティは
薄肉部６と厚肉部７が形成されている。射出成形機ある
いはダイキャストマシーン(ここでは図示せず)により溶
融あるいは半溶融状態にされた金属及びその合金は成形
金型１のスプル５及びゲート９を通して、薄肉部６や厚
肉部７が形成されたキャビティに射出充填あるいは鋳込
まれる。ここで、成形金型１の可動型２には断熱層８
が、また固定型３には断熱層８′が設けられている。こ
こでは、可動型２と固定型３の両方に断熱層８、８′を
設けたが、可動型あるいは固定型のどちらか一方に断熱
層を設けてもよい。断熱層８、８′はキャビティの薄肉
部６では厚く、厚肉部７では薄く設けられている。本実
施例では、成形金型１のキャビティ薄肉部６の厚さは0.
6mmであり、厚肉部７の厚さは1.2mmである。また、断熱
層８、８′は熱伝導率 1.15W/m・Kのジルコニア系のセラ
ミックスがプラズマ溶射により設けられており、キャビ
ティ薄肉部６の断熱層の厚みは1mm、キャビティ厚肉部
７の断熱層の厚みは0.5mmである。断熱層８、８′の厚
みは、キャビティ薄肉部６及び厚肉部７の厚みや断熱層
の熱伝導率及びゲート９からの距離により、適正な厚み
に設定する必要があるが、本実施例では流動解析および
熱伝導解析により冷却速度を最適化するように断熱層の
厚みを設定した。

【０００９】本実施例の成形金型を用いてマグネシウム
合金を射出成形したところ、未充填によるひけ不良がな
く、キャビティ表面の転写性が良好で、さらに内部歪み
によるそり変形が少ない成形品を得ることができた。

【００１０】実施例３：図３に成形金型１のキャビティ
４の表面に断熱層８、８′を設け、ゲート９からの距離
が遠くなるのにしたがって断熱層８、８′の厚みを連続
的に厚くした本発明による実施例を示す。成形金型１は
可動型２と固定型３により構成され、キャビティ４は均
一の厚みに形成されている。射出成形機あるいはダイキ
ャストマシーン(ここでは図示せず)により溶融あるいは
半溶融状態にされた金属及びその合金は成形金型１のス
プル５及びゲート９を通して、キャビティ４に射出充填
あるいは鋳込まれる。ここで、成形金型１の可動型２に
は断熱層８が、また固定型３には断熱層８′がゲート９
からの距離が遠くなるのにしたがって連続的に厚くなる
ように形成されている。ここでは、可動型２と固定型３
の両方に断熱層８、８′を設けたが、可動型あるいは固
定型のどちらか一方に断熱層を設けてもよい。本実施例
において、成形金型１のキャビティ4の厚さは0.8mmであ
る。また、断熱層８、８′は熱伝導率 1.15W/m・Kのジル
コニア系のセラミックスがプラズマ溶射により設けられ
ており、ゲート９の近傍の断熱層８、８′の厚みは0.5m
mであり、ゲートから最も遠い流動末端部の断熱層８、
８′の厚みが1mmになるように連続的に厚くなってい
る。

【００１１】本実施例の成形金型を用いることにより、
射出充填あるいは鋳込まれた溶融金属及びその合金の急
冷が防がれ、流動末端部まで良好な流動性を確保できる
とともに、均一な冷却が行われ、内部歪みによるそり変
形の少ない成形品を得ることができる。

【００１２】実施例４：図４に成形金型１のキャビティ
４の表面に断熱層８、８′を設け、ゲート９からの距離
が遠くなるのにしたがって断熱層８、８′の厚みを不連
続的に厚くした本発明による実施例を示す。成形金型１
は可動型２と固定型３により構成され、キャビティ４は
均一の厚みに形成されている。射出成形機あるいはダイ
キャストマシーン(ここでは図示せず)により溶融あるい
は半溶融状態にされた金属及びその合金は成形金型１の
スプル５及びゲート９を通して、キャビティ４に射出充
填あるいは鋳込まれる。ここで、成形金型１の可動型２
には断熱層８が、また固定型３には断熱層８′がゲート
９からの距離が遠くなるのにしたがって不連続的に厚く
なるように形成されている。ここでは、可動型２と固定
型３の両方に断熱層８、８′を設けたが、可動型あるい
は固定型のどちらか一方に断熱層を設けてもよい。本実
施例において、成形金型１のキャビティ4の厚さは0.8mm
であり、断熱層８、８′はゲート９からの距離にしたが
って、0.5mmと1mmの２段階で厚くなるように形成されて
いる。

【００１３】本実施例の成形金型を用いることにより、
射出充填あるいは鋳込まれた溶融金属及びその合金の急
冷が防がれ、流動末端部まで良好な流動性を確保できる
とともに、均一な冷却が行われ、内部歪みによるそり変
形の少ない成形品を得ることができる。

【００１４】実施例５：図５に成形金型１のキャビティ
表面に断熱層８、８′を設け、キャビティの薄肉部６の
断熱層の厚みを厚くし、キャビティの厚肉部７の断熱層
の厚みを薄く形成し、さらに流動末端部の金型キャビテ
ィ端面表面部10にも断熱層を設けた本発明による実施例
を示す。成形金型１は可動型２と固定型３により構成さ
れ、キャビティは薄肉部６と厚肉部７が形成されてい
る。射出成形機あるいはダイキャストマシーン(ここで
は図示せず)により溶融あるいは半溶融状態にされた金
属及びその合金は成形金型１のスプル５及びゲート９を
通して、薄肉部６や厚肉部７が形成されたキャビティに
射出充填あるいは鋳込まれる。ここで、成形金型１の可
動型２には断熱層８が、また固定型３には断熱層８′が
設けられている。ここでは、可動型２と固定型３の両方
に断熱層８、８′を設けたが、可動型あるいは固定型の
どちらか一方に断熱層を設けてもよい。断熱層８、８′
はキャビティの薄肉部６では厚く、厚肉部７では薄く設
けられているとともに、流動末端部の金型キャビティ端
面表面部10にも形成されている。本実施例では、流動末
端部の金型キャビティ端面表面部10に形成されている断
熱層の厚みは1mmであり、熱伝導率 1.15W/m・Kのジルコ
ニア系のセラミックスがプラズマ溶射により設けられて
いる。

【００１５】本実施例の成形金型を用いてマグネシウム
合金を射出成形したところ、流動末端部における未充填
及びひけ不良のない成形品を得ることができた。

【００１６】以上の実施例１から５においては、スプル
部５の表面には断熱部あるいは断熱層を設けていない
が、この部分に断熱部あるいは断熱層を設けてもよい。

【００１７】また、本発明に係わる成形方法について、
金属の射出成形方法を一例として図７を用いて説明す
る。成形装置10は加熱シリンダー14、スクリュー15、射
出用油圧シリンダー18からなる射出部とトグル機構16、
型締め用油圧シリンダー17、可動盤11、固定盤12からな
る型締め部とにより構成されている。成形金型１は可動
盤11と固定盤12の間に取り付けられており、可動盤11の
動作により開閉される。成形品の材料となる金属ペレッ
ト13はホッパー19のなかに挿入されている。金属ペレッ
ト13はヒーター20が取り付けられている加熱シリンダー
14に送り込まれ、溶融または半溶融金属21となる。その
際に加熱シリンダー14のなかのスクリュー15の回転動作
により、混練され溶融または半溶融金属21の均一化が図
られるとともに計量が行われる。計量された溶融または
半溶融金属21は射出シリンダー18内のピストンと連結し
ているスクリュー15の前進動作により、成形金型１のキ
ャビティ内に射出充填される。射出充填された金属が冷
却されて固化した後、成形品として取り出される。上
記、金属の射出成形方法において、本発明は請求項１か
ら６を適用した断熱部を設けた成形金型を用いたことを
特徴とする成形方法である。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、溶融した金属及びその
合金を金型のキャビティに射出充填あるいは鋳込んだ時
に、溶融金属及びその合金の急冷が防がれ、流動末端部
まで良好な流動性を確保でき、未充填によるひけ不良あ
るいはバリ発生を防ぐことができる。また、均一な冷却
が行われ、内部歪みによるそり変形の少ない成形品を得
ることができる。さらに、キャビティ表面の転写性を確
保し、表面性状を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示す成形金型の断面図であ
る。

【図２】本発明の実施例２を示す成形金型の断面図であ
る。

【図３】本発明の実施例３を示す成形金型の断面図であ
る。

【図４】本発明の実施例４を示す成形金型の断面図であ
る。

【図５】本発明の実施例５を示す成形金型の断面図であ
る。

【図６】従来技術による成形金型の断面図である。

【図７】金属の射出成形装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１…成形金型、２…可動型、３…固定型、４…キャビテ
ィ、５…スプル、６…キャビティ薄肉部、７…キャビテ
ィ厚肉部、８、８′…断熱層、９…ゲート、10…流動末
端部のキャビティ端面表面部、11…可動盤、12…固定
盤、13…金属ペレット、14…加熱シリンダー、15…スク
リュー、16…トグル機構、17…型締め用油圧シリンダ
ー、18…射出用油圧シリンダー、19…ホッパー、20…ヒ
ーター、21…溶融または半溶融金属。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鷹栖慶治神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者河野務神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者小川雅和神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者中村省三神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者海老沼尚武神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者山田政行神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属又はその合金を、溶融又は半溶融状態
にして金型に射出充填する射出成形又は鋳込むダイキャ
ストにおいて、金型のキャビティの薄肉部の表面に断熱
部を設けたことを特徴とする成形金型。
【請求項２】請求項１記載の金型に設けた断熱部を、断
熱材又は断熱層で構成したことを特徴とする成形金型。
【請求項３】金属又はその合金を、溶融又は半溶融状態
にして金型に射出充填する射出成形又は鋳込むダイキャ
ストにおいて、前記金型のキャビティ表面に断熱材又は
断熱層を設け、該キャビティの薄肉部の断熱材又は断熱
層の厚みを厚くし、キャビティの厚肉部の厚みを薄くし
たことを特徴とする成形金型。
【請求項４】金属又はその合金を、溶融又は半溶融状態
にして金型に射出充填する射出成形又は鋳込むダイキャ
ストにおいて、前記金型のキャビティ表面に断熱材又は
断熱層を設け、ゲートからの距離が遠くなるのにしたが
って、断熱材又は断熱層の厚みを厚くしたことを特徴と
する成形金型。
【請求項５】請求項１乃至３において、金属又はその合
金の流動末端部の金型キャビティ端面表面部にも断熱材
又は断熱層を設けたことを特徴とする成形金型。
【請求項６】請求項１乃至４において、断熱材又は断熱
層の熱伝導率を5W/m・K以下にしたことを特徴とする成形
金型。
【請求項７】請求項１乃至４において、断熱材又は断熱
層をセラミックスで構成したことを特徴とする成形金
型。
【請求項８】請求項１乃至７を適用した断熱材又は断熱
層を設けた金型で成形することを特徴とする金属又はそ
の合金の射出成形又はダイキャスト成形方法。
【請求項９】請求項１乃至７を適用した断熱材又は断熱
層を設けた金型及び成形方法で成形することを特徴とす
る金属又はその合金の射出成形品又はダイキャスト成形
品。