JP2001105113A - 金属材料の射出成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属材料を液相状態で射出成形する際の材料
移送と計量及び脱気などの円滑性をスクリュの移動操作
と回転操作とを採用して図る。 【解決手段】 射出完了後に前進位置のスクリュ２を設
定回数だけ回転して、加熱筒とスクリュフライトとのク
リアランスに入り込んだ金属材料による後退抵抗を予め
取り除く。スクリュ２を設定距離を強制後退させ、その
後退位置にて回転するスクリュ２に背圧力をかけて金属
材料の移送を開始する。前室１ａに液相状態の金属材料
の蓄積を行う。しかるのちスクリュ２の回転を停止して
蓄積完了とする。その後にスクリュ２を前進移動して蓄
積材料を押圧する。材料圧が予め定めたスクリュ２の前
進距離内で設定圧力に達したときのみ計量完了として射
出を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、亜鉛、マグルシ
ウム又はそれら合金等の低融点の非鉄金属を、完全に溶
融して液相状態で射出成形する際の金属材料の射出成形
方法に関するものである。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】低融点の非鉄金属を完
全溶融して、液相状態で射出成形することが試みられて
いる。成形方法としては、プラスチック材料の場合と同
様に、内部に射出用のスクリュを回転かつ軸方向に移動
可能に備えた加熱筒を採用し、加熱筒の後部から供給さ
れた粒状の金属材料を、スクリュ回転により加熱筒の前
方へと移送しつつ加熱により完全に溶融して、加熱筒の
前室に液相状態にて計量したのち、スクリュ前進により
加熱筒先端のノズルから金型に射出するというものであ
った。

【０００３】このような射出成形を金属材料に採用した
場合における課題は、スクリュ回転による材料移送の困
難さと計量の不安定さにある。プラスチック材料では溶
融により高粘度となることから、スクリュ回転による移
送は、主として溶融プラスチックとスクリュの境界面に
おける摩擦係数が、溶融プラスチックと加熱筒内壁の境
界面における摩擦係数よりも小さく、そこに摩擦係数差
があることから生ずる。

【０００４】それに対し、液相状態にまで完全に溶融し
た金属材料では、プラスチックとは比較にならぬほど粘
度が小さいため、上記２つの境界面における摩擦係数差
が殆どないに等しく、これにより溶融プラスチックの場
合のようなスクリュ回転による移送力が生じ難い。

【０００５】金属材料でも、固体移送力と溶融の過程に
おける半溶融状態における高粘度域において移送力が生
じるので、その領域まではスクリュ回転により移送は行
い得るが、溶融により液相率が高まるにしたがって粘度
が低下し、スクリュフライト間のねじ溝による移送力が
減退するので、スクリュ回転による加熱筒の前室内への
安定供給は困難となる。

【０００６】またプラスチック材料では、溶融により高
粘度となることから、スクリュ回転により加熱筒の前室
に蓄えられるに伴い、その反力としてスクリュを後方へ
押し戻す材料圧が発生するので、この材料圧によるスク
リュ後退を制御することによって、溶融材料に巻り込ま
れたエアなどの脱気、更には安定した材料計量が行い得
る。

【０００７】しかし、金属材料が低粘度の液相状態で
は、スクリュを後方へ押し戻す程の圧力上昇は生じない
ので、材料圧によるスクリュ後退が起こり難く、スクリ
ュ回転のみでは前室への蓄え量も異なって計量の一定化
が困難で、脱気も十分に行い難い課題を有する。

【０００８】また金属材料は液相状態では低粘度で流動
性を有することから、スクリュ回転を停止して静止する
と、液相状態の金属材料がスクリュフライトと加熱筒と
のクリアランスに入り込み、またスクリュフライトとの
接触により熱がスクリュ側に奪われて固化し、これがス
クリュの後退抵抗となって作動の円滑性を欠くことがあ
る。

【０００９】この発明は、金属材料を液相状態にて射出
成形する場合の上記課題を解決するために考えられたも
のであって、その目的は、スクリュの移動操作と回転操
作により、液相状態の金属材料の移送と計量及び脱気な
どを常に円滑に行い得る新たな金属材料の射出成形方法
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的によるこの発明
は、先端にノズルを有し後部に供給口を有する加熱筒内
に、スクリュを回転かつ軸方向に移動可能に備えた射出
装置を用い、液相状態で計量した金属材料をスクリュの
前進移動により上記ノズルから射出するにあたり、射出
完了後に前進位置のスクリュを設定回数だけ回転して、
加熱筒とスクリュフライトとのクリアランスに入り込ん
だ金属材料による後退抵抗を予め取り除く、次にスクリ
ュを設定距離を強制後退させ、その後退位置にて回転す
るスクリュに背圧力をかけて金属材料の移送を開始し、
前室に液相状態の金属材料の蓄積を行う、しかるのちス
クリュの回転を停止して蓄積完了とし、その後にスクリ
ュを前進移動して蓄積材料を押圧し、材料圧が予め定め
たスクリュの前進距離内で設定圧力に達したときのみ計
量完了として射出を行う、というものである。

【００１１】また上記スクリュは、先端に射出用のプラ
ンジャを備え、そのプランジャは上記加熱筒の先端部内
に縮径して形成した前室と略同径で、前室内の液相状材
料の逆流が殆ど生じない程度の摺動クリアランスを確保
して、前室に進退自在に挿入可能に形成されている、と
いうものでもある。

【００１２】

【発明の実施の形態】図中１は通常構成の射出装置の加
熱筒で、外周囲にバンドヒータ（図は省略）を一定間隔
ごとに取付けたものからなり、内部には射出用のスクリ
ュ２を回転かつ軸方向に移動可能に備える。また加熱筒
１は先端にノズル３を有し、後部に粒状の金属材料の供
給口４を有する。５は金型でノズル３の先端がノズルタ
ッチしている。

【００１３】上記スクリュ２は、円錐状形の先端部の外
周に逆流防止用のリングバルブ６を進退自在に嵌合した
通常のもので圧縮部を有せず、同一軸径の軸部周囲に旋
回形成したフライト間の所定ピッチのねじ溝により、上
記供給口４からの粒状の金属材料をスクリュ回転により
加熱筒前方へと移送する構造からなる。

【００１４】図１は、射出後のスクリュ前進位置におけ
る金属材料の溶融状況を略示するものであって、後部か
ら粒状材料ａ、半溶融状材料ｂ、液相状材料ｃの各状態
にあり、半溶融状材料ｂから液相状材料ｃに及ぶ領域の
上層部には気相ｄが生じている。

【００１５】また液相状材料ｃが低粘度であることか
ら、加熱筒１とスクリュフライト２ａとのクリアランス
に金属材料が入り込み、これがスクリュフライト２ａと
の接触により熱がスクリュ側に奪われて固相状態で残
り、スクリュ２の後退抵抗となるので、後退前にスクリ
ュ回転を行って円滑に後退するようにクリアランスの金
属材料を取り除く。

【００１６】図２は、ノズルタッチした状態で上記スク
リュ２を設定位置まで強制後退した場合を略示するもの
で、強制後退は油圧又は電気などによる駆動装置を用い
て射出後の前進位置からスクリュ２を後方に引っ張って
行う。この強制後退はスクリュ２を上記前進位置でのス
クリュ回転とは区別してゆっくり回転して行ってもよ
く、この場合にはスクリュ回転が材料移送の役割をな
し、またスクリュ後退時に負圧によりエア等を巻き込ん
だり真空となるのを防止する。

【００１７】この強制後退によって、スクリュ２の前部
周囲に一次的に蓄えられた液相状材料ｃが、閉弁状態の
リングバルブ６を押し開いて前室１ａに流れ込むように
なり、その所定量が前室１ａに蓄積される。

【００１８】図３は、後退位置でのスクリュ２の回転に
よる金属材料の計量状態を略示するもので、背圧力をか
けてスクリュ２を回転すると、先ずスクリュ後部では供
給口４からの粒状材料ａがスクリュ２の回転により加熱
筒前方へと順次ねじリードされて移送され、その途中で
外部からの加熱により溶融して固相と液相とが混在した
半溶融状材料ｂとなる。

【００１９】半溶融状材料ｂの液相率が高まると、湯の
ように粘度が低い液相状材料ｃのみが自重でスクリュ下
側に溜り易くなるが、スクリュ２の回転による移送効果
によって、液相状材料ｃはスクリュ２の前部周囲に一次
的に蓄えられるようなる。また前室１ａに蓄積された液
相状材料ｃに不足があるような場合には、その不足分が
補われるようになる。

【００２０】スクリュ２を一定時間回転させて、前室１
ａに液相状材料ｃが蓄積されたところで、スクリュ２の
回転を停止する。その停止後にスクリュ２を設定された
速度・圧力で前進移動する。この前進移動により前室１
ａの液相状材料ｃは圧迫を受け、材料圧が上昇する前に
前室１ａの上層部に存在するエアなどがリングバルブ６
の隙間を通ってスクリュ側に逃出し、そこに脱気が行わ
れてのち、材料圧によりリングバルブ６が閉弁する。

【００２１】このリングバルブ６の閉弁に伴い材料圧が
上昇するが、この材料圧が予め設定したスクリュ２の前
進距離内で設定圧力に達したときには、その時点をもっ
て設定量の金属材料が計量されたものとして、次回の射
出まで待機する。場合によっては、射出前にスクリュ後
退によるデコンプレッションを行い、その後に次回の射
出まで待機する。

【００２２】またスクリュ２が予め設定した前進距離を
過ぎても材料圧が設定圧力に達しなかったときには、そ
の時点で計量不足としてスクリュ２の前進移動が停止さ
れ、工程は計量に切換わって上述の工程を順に繰り返
し、再びスクリュ前進による計量の確認が行われて、計
量完了に至る。

【００２３】図４は、先端を射出用のプランジャに形成
して、上記リングバルブ６を省略したスクリュ２を備え
た射出装置による場合の実施形態を示すものである。こ
の射出装置の加熱筒１は、先端部内を所要長さにわたり
加熱筒内径に対して８〜１５％ほど縮径して、計量用の
前室１ａに形成したものからなる。また先端は前記実施
形態と同様にノズル３を有する。

【００２４】上記加熱筒１の内部に回転かつ軸方向に移
動自在に内装したスクリュ２は、先端に射出用のプラン
ジャ７を備えている。このプランジャ７の直径は、上記
前室１ａと略同径に形成されており、これによりプラン
ジャ７は、図３にて示す前室１ａの液相状材料ｃの逆流
が殆ど生じない程度の摺動クリアランスを確保して、前
室１ａに進退自在に挿入されている。

【００２５】またプランジャ７の先端部８は、上記前室
１ａの漏斗状の先端部と適合するテーパ面の円錐形に形
成され、そのテーパ面と軸部前部とにわたって複数の流
通溝９が一定間隔ごとに凹設してある。なお、流通溝９
は必ずしも必要というものではなく、スクリュ２の後退
位置が図示の位置よりも後方で、先端部８の周囲に流通
間隙が形成される場合には省略することができる。

【００２６】上記スクリュ２は、上記プランジャ７の先
端部８がプロセス制御により充填完了位置に達するまで
上記前室１ａを前進移動して、そこに計量された液相状
材料ｃをクッションとしての所要量を残して全て金型５
に射出充填する。射出後の材料計量は、前記実施形態と
同様に後退前にスクリュ回転を行ってクリアランスの金
属材料を取り除いてから、後方に設定距離だけ強制後退
してのち行われる。

【００２７】この強制後退によって加熱筒１の前室１ａ
は、ノズル先端が前回の射出後の冷却固化した材料によ
って塞がれていることから、負圧状態（減圧又は真空状
態）となって、スクリュ２の前部周囲に一次的に蓄えた
液相状材料ｃが、吸引により前室１ａに流れ込んで蓄積
される。以後の工程は、図３により説明する前記実施形
態と同様で重複するので、その詳細な説明は省略する。

【００２８】上述のようにこの発明では、射出完了後の
前進位置にてスクリュを回転して、加熱筒とスクリュフ
ライトとのクリアランスに入り込んだ金属材料によるス
クリュの後退抵抗を予め取り除いたことから、スクリュ
の強制後退が円滑に行えるようになり、金属材料が低粘
度の液相状態であっても、スクリュによる移送が容易に
行えるようになる。

【００２９】またスクリュ回転により液相状態での一次
的な蓄えと、前室の蓄積量の補給ができるので、計量前
の蓄積量の不足が防止でき、さらに射出前のスクリュ前
進により前室の脱気が行え、前進距離と材料圧から所定
量以上の計量が行われたことの確認の下に射出を行い得
るので、成形状態が安定した金属材料による製品の射出
成形が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る金属材料の射出成形方法にお
ける射出装置の射出完了時の略示説明図である。

【図２】 同じくスクリュを設定位置まで強制後退した
際の略示説明図である。

【図３】 同じく後退位置における略示説明図である。

【図４】 リングバルブを省略した他の実施形態のスク
リュを備えた射出装置の先端部の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 加熱筒 １ａ 前室 ２ スクリュ ３ ノズル ４ 供給口 ５ 金型 ６ リングバルブ ７ プランジャ ８ 先端部 ９ 流通溝 ａ 粒状材料 ｂ 半溶融状材料 ｃ 液相状材料 ｄ 気相

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端にノズルを有し後部に供給口を有す
   る加熱筒内に、スクリュを回転かつ軸方向に移動可能に
   備えた射出装置を用い、液相状態で計量した金属材料を
   スクリュの前進移動により上記ノズルから射出するにあ
   たり、 射出完了後に前進位置のスクリュを設定回数だけ回転し
   て、加熱筒とスクリュフライトとのクリアランスに入り
   込んだ金属材料による後退抵抗を予め取り除く、 次にスクリュを設定距離を強制後退させ、その後退位置
   にて回転するスクリュに背圧力をかけて金属材料の移送
   を開始し、前室に液相状態の金属材料の蓄積を行う、 しかるのちスクリュの回転を停止して蓄積完了とし、そ
   の後にスクリュを前進移動して蓄積材料を押圧し、材料
   圧が予め定めたスクリュの前進距離内で設定圧力に達し
   たときのみ計量完了として射出を行うことを特徴とする
   金属材料の射出成形方法。
2. 【請求項２】 上記スクリュは、先端に射出用のプラン
   ジャを備え、そのプランジャは上記加熱筒の先端部内に
   縮径して形成した前室と略同径で、前室内の液相状材料
   の逆流が殆ど生じない程度の摺動クリアランスを確保し
   て、前室に進退自在に挿入可能に形成されていることを
   特徴とする請求項１記載の金属材料の射出成形方法。