JP2001287008A

JP2001287008A - 射出成形材の成形方法

Info

Publication number: JP2001287008A
Application number: JP2000106342A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sakamoto; 和夫坂本; Yasuo Uosaki; 靖夫魚崎; Nobuo Sakate; 宣夫坂手
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2001-10-16

Abstract

(57)【要約】【課題】冷却速度が速いＭｇ合金を流動性の低い半溶
融乃至溶融状態の溶湯として射出成形するような場合に
も、キャビティへの充填不良が生じることのない射出成
形材の成形方法を提供する。【解決手段】Ｍｇ合金溶湯を融点未満の半溶融状態、
又は融点乃至融点直上の溶融状態で射出成形する射出成
形材の成形方法において、射出成形材を成形するための
キャビティを１００ｋＰａ以下に減圧し、減圧状態にあ
るキャビティに上記Ｍｇ合金溶湯を流入させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｍｇ合金の射出成
形材の成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属成形材の製造方法として、鋳造法と
鍛造法とを組み合わせた鋳造鍛造法がある。具体的に
は、鋳造鍛造法は、鋳造法にて最終成形品に近い鍛造素
材を製造し、その鍛造素材を鍛造法にて加工することに
より最終形状に仕上げるというものである。この方法に
よれば、鋳造工程において最終製品に近い鍛造素材が製
造され、仕上鍛造を１工程のみに簡略化することができ
るので、多数の金型が不要となるため経済性に優れ、し
かも高強度の鍛造材を得ることができる。

【０００３】しかしながら、鍛造加工前の鍛造素材にガ
ス欠陥や引け巣のような内部欠陥が多く含まれると、高
強度の鍛造材を得ることができず、しかも強度バラツキ
が大きくなる、という問題がある。特に、鋳造鍛造法を
適用することによる経済的なメリットが大きい自動車用
ロードホイールやサスペンションアームなどの肉厚が大
きな部品は、薄肉部品に比べて内部欠陥を多く含む傾向
がある。かかる内部欠陥は、鋳造工程において、金属溶
湯がエアを巻き込んだり、溶湯が凝固する際に収縮する
ことにより生じるものである。

【０００４】そして、成形材へのエアの巻き込みを防止
する手段として、特開平８−３１９５２３号公報には、
過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金素材を固液共存域に誘導加熱し、
６７ｋＰａ以下の減圧状態にある成形機の金型内へそれ
を充填することが記載されている。

【０００５】また、射出成形法において、固体成分の多
い半溶融状態の軽金属溶湯を低速でキャビティに充填す
るようにすれば、射出成形材においてエアの巻き込みに
よる内部欠陥の発生が抑止されることとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
固体成分の多い半溶融状態の溶湯を低速でキャビティに
充填して大型部品を成形するような場合、溶湯の流動性
が低いためにゲート部から遠い周辺部に溶湯が行き渡ら
ず、未充填部分を生じるという問題がある。特に、冷却
速度が速いＭｇ合金を成形材料として用いる場合、この
問題は顕著なものとなる。

【０００７】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、冷却速度が速いＭｇ
合金を流動性の低い半溶融乃至溶融状態の溶湯として射
出成形するような場合にも、キャビティへの充填不良が
生じることのない射出成形材の成形方法を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、流動性の低い
半溶融乃至溶融状態のＭｇ合金溶湯を、減圧されたキャ
ビティに流入させるようにしたものである。

【０００９】具体的には、本出願の発明は、Ｍｇ合金溶
湯を融点未満の半溶融状態、又は融点乃至融点直上の溶
融状態で射出成形する射出成形材の成形方法であって、
上記射出成形材を成形するためのキャビティを１００ｋ
Ｐａ以下に減圧し、該減圧状態にあるキャビティに上記
Ｍｇ合金溶湯を流入させることを特徴とする。

【００１０】上記の構成によれば、１００ｋＰａ以下に
減圧された状態にあるキャビティに、流動性の低い半溶
融乃至溶融状態のＭｇ合金溶湯が流入することとなるの
で、Ａｌ等に比し冷却速度が速いＭｇ合金であってもキ
ャビティの各部に溶湯が行き渡り、溶湯充填性の向上が
有効に図られることとなる。しかも、溶湯は融点未満の
半溶融状態、又は融点乃至融点直上の溶融状態でキャビ
ティに流入することとなるので、エアの巻き込みによる
射出成形材への内部欠陥の発生もが有効に抑止されるこ
ととなる。

【００１１】ここで、キャビティを１００ｋＰａ以下と
したのは、１００ｋＰａより高くなると大気圧と同等と
なって減圧による上記効果を得ることができないからで
ある。また、キャビティを１０ｋＰａ以下に減圧するよ
うにすれば、上記効果をより有効に得ることができる。

【００１２】また、キャビティの減圧は溶湯を流入させ
る前に事前に行うようにしてもよく、若しくは、キャビ
ティを減圧するための排気を行いながら溶湯を流入させ
るようにしてもよい。

【００１３】そして、Ｍｇ合金とは、Ｍｇをマトリック
スとする合金をいい、具体的には、ＡＳＴＭにおいて規
格化されているＡＺ９１Ｄ等を挙げることができる。

【００１４】また、半溶融状態とは、原料であるＭｇ合
金が固体状態のままの部分と、融解して液体状態となっ
た部分とが共存している状態をいい、通常、Ｍｇ合金原
料を融点未満に加熱することによって得られる状態であ
る。

【００１５】本出願の発明は、融点未満の半溶融状態の
Ｍｇ合金溶湯により成形する場合に極めて有効である。
かかる溶湯は流動性が特に低いからである。そして、こ
の場合、固相と液相との体積和に対する固相の体積百分
率である固相率が１０％以上となるように溶湯を構成す
るようにすれば、キャビティへの溶湯の流入が緩やかな
層流となるため、内部欠陥（特にガス欠陥）の少ない健
全な射出成形材が成形されることとなる。また、溶湯が
凝固した際に生じる収縮は専ら液相の収縮に起因するも
のであるため、溶湯が凝固した際の収縮量が小さいもの
となり、寸法精度が良好な射出成形材が得られると共
に、内部欠陥をなす引け巣も少なくなる。

【００１６】ところで、射出成形法において、成形過程
でのエアの巻き込みを防止して射出成形材への内部欠陥
の発生を抑止するためには、Ｍｇ合金溶湯を融点未満の
半溶融状態、融点乃至融点直上の溶融状態といった流動
性が低いものとし、しかもキャビティへの溶湯の流入速
度を３０ｍ／ｓ以下、好ましくは１〜１０ｍ／ｓに低く
することが有効であるが、このような場合にキャビティ
への溶湯の充填不良が顕著となるため、本出願の発明の
溶湯充填性向上効果がより有効に奏されることとなる。

【００１７】ここで、流入速度を３０ｍ／ｓより速くす
ると、溶湯が乱流状態となって、射出成形材にエアの巻
き込みによる内部欠陥が多く発生することとなる。ま
た、流入速度を１ｍ／ｓより遅くすると溶湯の充填不良
が生じやすくなる。

【００１８】また、成形過程でのエアの巻き込みを防止
して射出成形材への内部欠陥の発生を抑止するために
は、キャビティへの溶湯の流入口であるゲート部の断面
積Ｓgと、溶湯流入方向に対して略垂直な方向における
該キャビティの最大断面積Ｓwとの比Ｓg／Ｓwを、０．
２以上、好ましくは０．８以上として、溶湯の流入口を
大きく設けることにより、溶湯を層流又は層流に近い状
態でキャビティに緩やかに流入させることも有効である
が、かかる場合にも本出願の溶湯充填性向上効果がより
有効に奏されることとなる。

【００１９】ここで、Ｓg／Ｓwを０．２より小さくする
と溶湯が狭いゲート部から広いキャビティに解放される
ことにより乱流状態となって、射出成形材にエアの巻き
込みによる内部欠陥が多く発生することとなる。また、
この比を大きくするほど射出成形材の内部欠陥を減少さ
せることができるが、０．８以上では内部欠陥率を極め
て低い値に維持できるようになる。なお、この比が１．
０よりも大きい、すなわち、ゲート部の断面積Ｓgの方
がキャビティの最大断面積Ｓwより大きい場合、技術的
な不都合は発生しないものの、ゲート部に余剰の成形体
が生成することとなり、歩留まりが悪くなるという問題
が生じる。

【００２０】また、キャビティとは、金型内において、
製品としての射出成形材を成形するための空間をいい、
例えば、ゲート部における溶湯流路の絞り部分が設けら
れずに、実質的にゲート部が存在しないような場合であ
っても同様であり、その場合には、キャビティまで連通
した溶湯の流通路（ランナー部）とキャビティとの境界
部がゲート部となる。

【００２１】本出願の発明において、キャビティへの溶
湯の流入過程でキャビティを減圧するための排気を行う
場合には、その排気はキャビティにおけるゲート部から
最も離れた位置から行うことが好ましい。キャビティの
ゲート部から最も離れた位置が溶湯の充填性が最も劣る
が、上記の構成によれば、溶湯はゲート部から排気口に
向かって常に減圧された状態でキャビティを充填しなが
ら流れることとなるので、確実に排気口の位置まで溶湯
が導かれることとなるからである。

【００２２】本出願の発明によって製造される射出成形
材は、鍛造加工等の塑性加工用素材として使用すること
ができる。鍛造型で形成される鍛造成型空間が完全には
閉塞されておらず、鍛造用素材の少なくとも一部が鍛造
型によって拘束されずにフリーに塑性変形し得るように
なった非閉塞鍛造加工のような場合、鍛造工程で内部欠
陥を十分に潰すということは困難であるが、本出願の発
明によって製造される射出成形材では内部欠陥が極めて
少なく成形されるため、非閉塞鍛造加工のような非閉塞
塑性加工においても十分に内部欠陥を潰すことができ
る。もちろん、閉塞鍛造加工のような閉塞塑性加工を施
しても十分に内部欠陥を潰すことができる。

【００２３】また、本出願の発明によって製造される射
出成形材は内部欠陥が極めて少ないものであるため、そ
のまま一次製品として使用できる。

【００２４】

【発明の効果】本出願の発明によれば、減圧された状態
にあるキャビティに、流動性の低い半溶融乃至溶融状態
のＭｇ合金溶湯が流入することとなるので、Ａｌ等に比
し冷却速度が速いＭｇ合金であってもキャビティの各部
に溶湯が行き渡り、溶湯充填性の向上を有効に図ること
ができる。しかも、溶湯は融点未満の半溶融状態、又は
融点乃至融点直上の溶融状態でキャビティに流入するこ
ととなるので、エアの巻き込みによる射出成形材への内
部欠陥の発生を有効に抑止することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】（射出成形装置）図１は、本実施
形態に係るＭｇ合金製の射出成形材（鍛造素材）を成形
する射出成形装置１を示す。

【００２６】この射出成形装置１は、本体部２と、本体
部２に回転可能に支持されたスクリュー３と、本体部２
の背部に配置されたスクリュー３を回転駆動するための
回転駆動部４と、スクリュー３を囲うようにして本体部
２に固定されたシリンダ５と、シリンダ５の外周に長手
方向に所定ピッチで間隔をおいて配設されたヒータ６
と、Ｍｇ合金原料が投入され貯えられるホッパ７と、ホ
ッパ７内の原料を計量して射出成形装置１内に供給する
フィーダ８と、シリンダ５の先端に装着された金型９と
を備えている。

【００２７】本体部２には、スクリュー３をシリンダ５
内の長手方向に前進させる射出機構が設けられている。
この射出機構は、前方に送られるＭｇ合金溶湯の圧力に
より後退するスクリュー３の後退距離が予め設定された
ものとなった際に、それを検知してスクリュー３の回転
及び後退動作を停止させ、所定のタイミングでスクリュ
ー３を前進させて溶湯を射出するように構成されてい
る。スクリュー３の前進速度は制御可能とされており、
金型９のキャビティ１２への溶湯の流入速度が１〜３０
ｍ／ｓの範囲となるように制御がなされるようになって
いる。

【００２８】シリンダ５には、先端部にノズル１０が設
けられており、シリンダ５内で攪拌・混練された溶湯が
このノズル１０を通してキャビティ１２に射出されるよ
うになっている。このキャビティ１２への溶湯の射出
は、シリンダ５前方部に所定量の溶湯が溜まったときに
行われるので、それまでの間は、溶湯のノズル１０から
の流出を防止する必要がある。そこで、溶湯をシリンダ
５前方部に溜めている間は、冷却装置によりノズル１０
の温度を下げて、溶湯が固化して形成されるコールドプ
ラグによりノズル１０を塞ぎ、溶湯を射出する際は、ノ
ズル用ヒータによりノズル１０の温度を上げて、コール
ドプラグのノズル１０との界面を溶融させて溶湯の射出
と共にそれが容易に金型９側に押し出されて外れるよう
にノズル１０の温度制御がなされている。

【００２９】シリンダ５の外周に設けられたヒータ６
は、シリンダ５が長手方向に沿って前方に行くほど高温
となるように、複数のゾーンに分割されて温度制御が行
われ、Ｍｇ合金原料がスクリュー３によってシリンダ５
内を前方に搬送されながら昇温し、シリンダ５前方部に
おいて融点未満の半溶融状態の溶湯、又は融点乃至融点
直上の溶融状態となるように制御されている。

【００３０】ホッパ７、フィーダ８及びシリンダ５並び
にこれらを連結する通路には、Ｍｇ合金の酸化を防止す
るために不活性ガス（例えばＡｒガス）が充填されてい
る。

【００３１】金型９は、ノズル１０から射出された溶湯
を導くランナー部１１を有している。そのランナー部１
１は、シリンダ５のノズル１０から真っ直ぐに延びた
後、垂直に立ち上がるＬ字状に形成されており、その角
部にはノズル１０から外れたコールドプラグを受けるた
めのプラグ受け部１１ａが設けられている。また、金型
９は、図２に示すように、ランナー部１１と連通した幅
１００ｍｍ、長さ１７０ｍｍ及び厚さ１０ｍｍの板状の
製品を成形加工するためのキャビティ１２と、キャビテ
ィ１２とランナー部１１との境界をなすゲート部１３
と、キャビティ１２のゲート部１３と反対側に設けら
れ、溶湯により置換されたキャビティ１２内のガスを収
容するためのオーバーフロー部１４と、オーバーフロー
部１４に続いて隙間状に形成されたチルベント１５と、
チルベント１５と金型外部と連通するように形成された
排気口１６と、排気口１６の連通と遮断とを切り替える
ためのバルブ１７と、キャビティ１２等を囲うように金
型外周近傍に設けられた環状溝に嵌め入れられたシール
１８とを備えている。

【００３２】キャビティ１２及びランナー部１１の隙間
は１０ｍｍに形成されており、ゲート部１３の隙間は２
〜１０ｍｍに形成されている（図２では、ゲート部１３
の隙間が２ｍｍ）。ここで、ゲート部１３の隙間が２〜
１０ｍｍであることからゲート断面積Ｓgは２００〜１
０００ｍｍ²となり、キャビティ１２の水平断面積Ｓwは
１０００ｍｍ²であることから、Ｓg／Ｓwは０．２〜
１．０となる。Ｓg／Ｓw＝１．０とは、ゲート部１３の
断面積とキャビティ１２の断面積とが等しいことを意味
し、ゲート部１３で溶湯流路が狭くなるように形成され
ていないことを意味する。そして、このＳg／Ｓwを０．
２〜１．０の範囲で適当に設定することによっても、キ
ャビティ１２への溶湯の流入速度を制御することができ
る。また、その制御は、スクリュー３の前進速度との組
み合わせによっても行うことができる。

【００３３】排気口１６の金型外側の開口部は真空チャ
ンバーに繋がっており、バルブを開くことによりキャビ
ティ１２等のエアがオーバーフロー部１４及びチルベン
ト１５を経て排気口１６から外部に排出されて１０ｋＰ
ａ以下に減圧されることとなる。すなわち、キャビティ
１２は、ゲート部１３から最も離れたオーバーフロー部
１４側の上部から排気されることとなる。このとき、シ
ール１８が対面する射出成形装置側の金型に圧接するた
め、金型９の合わせ部からのキャビティ１２等へのエア
の流入が防止される。（射出成形方法）次に、上記射出成形装置１を用いたＭ
ｇ合金の射出成形方法について説明する。

【００３４】まず、チップ状のＭｇ合金（例えばＭｇ−
Ａｌ合金等）を原料として射出成形装置１のホッパ７に
投入する。投入されたＭｇ合金チップは、フィーダ８で
所定量が計量されて射出成形装置１内に供給される。

【００３５】次いで、Ｍｇ合金チップは、スクリュー３
の回転によって加熱状態のシリンダ５内に送給されると
共に、シリンダ５内部でスクリュー３の回転により十分
に攪拌・混練されながら所定温度に加熱される。これに
よって、Ｍｇ合金チップは、融点未満における固相率１
０％以上の半溶融状態のＭｇ合金溶湯となる。

【００３６】このようにして得られた溶湯は、スクリュ
ー３によって前方に押し出されてシリンダ５前方部に溜
められると共に、溜まった溶湯の圧力によりスクリュー
３が後退する。このとき、シリンダ５に設けられたプラ
グの温度を下げ、溶湯の一部が固化して形成されたコー
ルドプラグによってプラグが塞がれるようにして、溶湯
がプラグを通ってシリンダ５外に流出するのを防ぐ。

【００３７】スクリュー３が予め設定された距離だけ後
退すると、本体部２の射出機構がそれを検知してスクリ
ュー３の回転及び後退動作を停止させる。このとき、シ
リンダ５前方部にはワンショット分の溶湯が溜まった状
態となっている。

【００３８】これに並行して、金型９に設けられたバル
ブ１７を開くことにより排気し、キャビティ１２等を１
０ｋＰａ以下に減圧する。キャビティ１２が減圧状態と
なった時点でバルブ１７を閉じる。

【００３９】そして、ノズル用ヒータでノズル１０の温
度を上げることにより、コールドプラグのノズル１０と
の界面を溶融させると共に、射出機構によってスクリュ
ー３を前進させて溶湯に圧力を作用させることにより、
コールドプラグを金型９側に押し出して外し、ノズル１
０から射出された溶湯を定常圧力でキャビティ１２に流
入させる。なお、外れたコールドプラグはランナー部１
１のプラグ受け部１１ａに保持されることとなる。

【００４０】また、キャビティ１２への溶湯の流入速度
は１〜３０ｍ／ｓ（好ましくは１０ｍ／ｓ以下）となる
ように制御を行う。この制御は、スクリュー３の前進速
度を適当な範囲で設定すること、又は金型９のゲート部
１３の断面積Ｓgとキャビティ１２の断面積Ｓwとの比Ｓ
g／Ｓwを０．２〜１．０の範囲で設定すること、若しく
はこれらの組み合わせにより達成される。

【００４１】最後に、溶湯が凝固した後、金型９を開
き、成形された射出成形材を取り出す。

【００４２】取り出した射出成形材は、鍛造素材として
鍛造加工を施し、その後、Ｔ６等の熱処理を施す。

【００４３】上記の射出成形材の製造方法によれば、キ
ャビティ１２が１０ｋＰａ以下に減圧された状態にある
ので、Ａｌ等に比し冷却速度が速く且つ流動性の極めて
低い固相率１０％以上の半溶融状態のＭｇ合金溶湯が、
Ｓg／Ｓw０．２以上（好ましくは０．８以上）とされた
ゲート部１３から、流入速度３０ｍ／ｓ以下（好ましく
は１〜１０ｍ／ｓ）の低速でキャビティ１２に流入する
場合であっても、キャビティ１２の各部に溶湯が行き渡
り、充填不良のない射出成形材を得ることができる。

【００４４】しかも、溶湯は半溶融状態でキャビティ１
２に流入し、また、キャビティ１２への溶湯の流入速度
が３０ｍ／ｓ以下（好ましくは１〜１０ｍ／ｓ）とさ
れ、さらにＳg／Ｓwが０．２以上（好ましくは０．８以
上）とされているので、エアの巻き込みによる射出成形
材への内部欠陥の発生が有効に抑止される。（その他の実施形態）上記実施形態では、キャビティ１
２を１０ｋＰａ以下に減圧したが、１００ｋＰａ以下に
減圧しても同様の効果を得ることができる。但し、圧力
を約５０〜１００ｋＰａとする場合には、金型９のシー
ル１８を外すことが好ましい。シール１８による密閉に
よりキャビティ１２に残留するエアが逃げる空間が無く
なり、溶湯の充填不良を生じる虞があるからである。ま
た、かかる圧力範囲であれば、溶湯の流入過程において
もキャビティ１２からの排気をシール１８を外した状態
で継続して行うようにしてもよい。かかる排気は、キャ
ビティ１２におけるゲート部１３から最も離れたキャビ
ティ１２上部から行われるので、溶湯はゲート部１３か
ら排気口に向かって常に減圧された状態でキャビティ１
２を充填しながら流れることとなり、確実にキャビティ
１２上部まで溶湯が導かれることとなる。

【００４５】また、上記実施形態では、Ｍｇ合金チップ
を固相率が１０％以上の半溶融状態となるように加熱し
たが、融点乃至融点直上の溶融状態に加熱するようにし
てもよい。

【００４６】

【実施例】（試験評価１）射出成型時の金型内圧力（キ
ャビティ内の圧力）と、射出成形材の相対密度との関係
についての試験評価を行った。＜試験評価方法＞ゲート部の断面積Ｓgとキャビティの
断面積Ｓwとの比Ｓg／Ｓwを１．０とした点を除いて
は、図２に示す金型と同一構成の金型Ａを準備した。

【００４７】金型Ａを装着した型締め力４．４×１０⁶
Ｎの射出成形装置（株式会社日本製鋼所社製型式：Ｊ
ＬＭ−４５０Ｅ）を用い、型内圧力（キャビティ内圧
力）を４水準変量し、各減圧条件において表１に示す合
金Ａから幅１００ｍｍ、長さ１７０ｍｍ及び厚さ１０ｍ
ｍの金属板状の射出成形材をそれぞれ射出成形した。こ
のとき、型内圧力（キャビティ内圧力）を５０ｋＰａ未
満に減圧する場合には金型にシールを装着して成形を行
ったが、５０ｋＰａ以上ではシールを外して成形を行っ
た。減圧はキャビティへの溶湯の流入に先立って行っ
た。また、キャビティへの溶湯流入速度は１０ｍ／ｓと
した。さらに、成形した射出成形材の固相率が１０％以
上となるように溶湯の温度制御を行い、固相率は成形し
た射出成形材表面を画像解析することにより確認した。
ここで、合金Ａは、ＡＳＴＭ規格におけるＡＺ９１Ｄで
ある。

【００４８】次いで、それぞれの射出成形材の上部（オ
ーバーフロー部側）及び下部（ゲート部側）から、図３
に示すように、一辺３３ｍｍの正方形板を計６枚切り出
し、各正方形板の密度をアルキメデス法により測定して
平均した。その密度の平均値を同形状を合金Ａで完全に
充填した場合に計測されると考えられる理論密度で除
し、それを１００倍して相対密度とした。すなわち、１
００と相対密度との差が内部欠陥率ということになる。

【００４９】

【表１】

【００５０】＜試験評価結果＞図４は、型内圧力（キャ
ビティ内圧力）と、射出成形材の相対密度との関係を示
す。同図によれば、型内圧力（キャビティ内圧力）が低
くなるに連れて成形品の相対密度が高くなることが分か
る。これは、キャビティを減圧することにより、キャビ
ティ内での溶湯の湯廻り性が向上したためであると考え
られる。型内圧力（キャビティ内圧力）が１０ｋＰａ以
下となると相対密度はほぼ９９．５％の水準に維持され
る。これは、射出成形材に引け巣が残るためであると考
えられる。この引け巣は鍛造加工により消滅させること
ができる。（試験評価２）金型における排気口を設ける位置の相異
と、射出成形材の相対密度との関係についての試験評価
を行った。＜試験評価方法＞試験評価１における金型Ａと、図５に
示すように排気口をゲート部横に設けたこと及びシール
が設けられていないことを除いては金型Ａと同一構成の
金型Ｂとを準備した。

【００５１】次いで、金型Ａ及び金型Ｂのそれぞれにつ
いて、合金Ａにより試験評価１と同一形状の金属板状の
射出成形材をそれぞれ射出成形した。このとき、金型Ａ
ではシールを外して成形を行った。また、排気による減
圧はキャビティへの溶湯の流入過程の間継続して行い、
その圧力を５０ｋＰａとした。さらに、キャビティへの
溶湯流入速度は１０ｍ／ｓとした。また、成形した射出
成形材の固相率が１０％以上となるように溶湯の温度制
御を行い、固相率は成形した射出成形材表面を画像解析
することにより確認した。

【００５２】次いで、それぞれの射出成形材の上部（オ
ーバーフロー部側）から、図６に示すように、一辺３３
ｍｍの正方形板を計３枚切り出し、各正方形板の密度を
アルキメデス法により測定して平均し、試験評価１と同
様にして相対密度を算出した。射出成形材の上部からの
み試料を採取したのは、この部分で溶湯の不十分な充填
が起こりやすいからである。＜試験評価結果＞図７は、金型Ａ及び金型Ｂのそれぞれ
を用いて成形した射出成形材上部の相対密度の比較を示
す。同図によれば、金型Ａの方が、相対密度の高い射出
成形材を得ることができることが分かる。すなわち、ゲ
ート部より離れた位置からキャビティを減圧する排気を
行った方が溶湯の湯廻り性に優れるということがいえ
る。また、金型Ａを用いて減圧を行わない以外同条件で
試験を実施した場合、相対密度は９５％であったのに対
し、本試験評価では相対密度が９９％を超えており、こ
のことからもキャビティの減圧が湯廻り性向上に効果を
有することが確認できる。（試験評価３）射出成形におけるキャビティへの溶湯の
流入速度と射出成形された射出成形材の相対密度との関
係についての試験評価を行った。＜試験評価方法＞試験評価１で用いた金型Ａと、図２に
示すようにＳg／Ｓwを０．２とした金型Ｃとを準備し
た。

【００５３】次いで、金型Ａ及び金型Ｃのそれぞれにつ
いて、スクリュー速度を３水準ずつ変量し、合金Ａによ
り金属板状の射出成形材を射出成形した。また、金型Ａ
の場合はゲート部において、金型Ｃの場合はランナー部
における流路径が広くなる部分において、それぞれ溶湯
の流入速度を測定した。さらに、成形した射出成形材の
固相率が０〜５％となるように溶湯の温度制御を行い、
その固相率は成形した射出成形材表面を画像解析するこ
とにより確認した。

【００５４】そして、試験評価１と同様、成形された各
射出成形材の密度を測定し、相対密度を算出した。＜試験評価結果＞図８は、キャビティへの溶湯流入速度
と射出成形材の相対密度との関係を示す。同図によれ
ば、キャビティへの溶湯流入速度が３０ｍ／ｓを超える
と射出成形材の相対密度が急激に低下することが分か
る。これは、流入速度が高くなると、キャビティへの溶
湯の流入が乱流状態となって、エアが巻き込まれること
となるので、射出成形材に多くの内部欠陥が発生するこ
ととなるからであると考えられる。また、溶湯流入速度
が１０ｍ／ｓ以下になると低固相率でも相対密度が９５
％を超える射出成形材を射出成形することができるとい
うことが分かる。しかしながら、溶湯流入速度が１ｍ／
ｓ以下ではキャビティ全体に溶湯が行き渡らず、充填不
良を生じた。

【００５５】なお、本試験評価はキャビティ内を減圧せ
ずに行ったものであるが、図８において相対密度が９５
％を超える領域における内部欠陥は、主に引け巣による
影響であるが、それより相対密度の低い領域では、上記
減圧によるエア巻き込みの抑止効果により相対密度の向
上を図ることができるものと考えられる。従って、本案
のようにキャビティ内を減圧する場合においても、上記
試験評価結果は適用できるものと考えられる。（試験評価４）キャビティへの溶湯流入口であるゲート
部の断面積Ｓgとキャビティの横断面積Ｓwとの比Ｓg／
Ｓwと、射出成形材の相対密度との関係についての試験
評価を行った。＜試験評価方法＞Ｓg／Ｓwを５水準変量し、合金Ａによ
り試験評価１と同一形状の金属板状の射出成形材をそれ
ぞれ金型Ａを用いて射出成形した。また、キャビティへ
の溶湯流入速度は２０ｍ／ｓとした。さらに、成形した
射出成形材の固相率が０〜５％となるように溶湯の温度
制御を行い、その固相率は成形した射出成形材表面を画
像解析することにより確認した。

【００５６】そして、試験評価１と同様、成形された各
射出成形材の密度を測定し、相対密度を算出した。＜試験評価結果＞図９は、Ｓg／Ｓwと射出成形材の相対
密度との関係を示す。同図によれば、Ｓg／Ｓwが０．２
より小さくなると射出成形材の相対密度の低下が大きく
なることが分かる。また、Ｓg／Ｓwが０．８以上では、
射出成形材の相対密度を高い同水準に維持できるという
ことが分かる。

【００５７】なお、本試験評価４は、試験評価３と同様
にキャビティ内を減圧せずに行ったものであるが、本試
験評価４においても前記試験評価３と同様なことが云え
るものと考えられるので、本案のようにキャビティ内を
減圧する場合においても上記試験評価結果は適用できる
ものと考えられる。（試験評価５）射出成形された射出成形材の固相率と相
対密度との関係についての試験評価を行った。＜試験評価方法＞射出する溶湯の温度を変量、すなわ
ち、固相率を変量し、合金Ａにより試験評価１と同一形
状の金属板状の射出成形材を金型Ａを用いてそれぞれ射
出成形した。また、キャビティへの溶湯流入速度は１０
ｍ／ｓとした。さらに、固相率は射出成形材表面を画像
解析することにより確認した。

【００５８】そして、試験評価１と同様、成形された各
射出成形材の密度を測定し、相対密度を算出した。＜試験評価結果＞図１０は、射出成形材の固相率と相対
密度との関係を示す。同図によれば、半溶融状態の溶湯
により射出成形した方が高い相対密度を得ることができ
るということが分かる。具体的には、固相率が１０％以
上で安定して高い相対密度を得ることができることが確
認できる。これは、固相率が１０％以上である半溶融状
態の溶湯は極めて粘度の高い流体であり、溶湯のキャビ
ティへの流入が緩やかな層流となるためであると考えら
れる。また、固相率が１０％以上となっても相対密度の
向上が見られず１００％とはならないが、これは射出成
形材に引け巣がどうしても発生してしまうためであると
考えられる。

【００５９】なお、本試験評価５は、試験評価３，４と
同様にキャビティ内を減圧せずに行ったものであるが、
本試験評価５においても前期試験評価３，４と同様なこ
とが云えるものと考えられるので、本案のようにキャビ
ティ内を減圧する場合においても上記試験評価結果は適
用できるものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る射出成形装置の部分断
面図である。

【図２】本発明の実施形態に係る射出成形装置の金型の
内部構成を示す図である。

【図３】試験評価１における板状射出成形材からの密度
計測用試料採取に関する平面説明図である。

【図４】型内圧力と射出成形材の相対密度との関係を示
すグラフ図である。

【図５】金型Ｂの内部構成を示す図である。

【図６】試験評価２における板状射出成形材からの密度
計測用試料採取に関する平面説明図である。

【図７】金型Ａ及び金型Ｂのそれぞれを用いて成形した
射出成形材上部の相対密度の比較を示すグラフ図であ
る。

【図８】溶湯流入速度と射出成形材の相対密度との関係
を示すグラフ図である。

【図９】Ｓg／Ｓwと射出成形材の相対密度との関係を示
すグラフ図である。

【図１０】溶湯の固相率と射出成形材の相対密度との関
係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１射出成形装置２本体部３スクリュー４回転駆動部５シリンダ６ヒータ７ホッパ８フィーダ９金型１０ノズル１１ランナー部１１ａプラグ受け部１２キャビティ１３ゲート部１４オーバーフロー部１５チルベント１６排気口１７バルブ１８シール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｍｇ合金溶湯を融点未満の半溶融状態、
又は融点乃至融点直上の溶融状態で射出成形する射出成
形材の成形方法であって、上記射出成形材を成形するためのキャビティを１００ｋ
Ｐａ以下に減圧し、該減圧状態にあるキャビティに上記
Ｍｇ合金溶湯を流入させることを特徴とする射出成形材
の成形方法。
【請求項２】上記キャビティへの上記Ｍｇ合金溶湯の
流入速度を３０ｍ／ｓ以下とすることを特徴とする請求
項１に記載の射出成形材の成形方法。
【請求項３】上記流入速度を１〜１０ｍ／ｓとするこ
とを特徴とする請求項２に記載の射出成形材の成形方
法。
【請求項４】上記キャビティへの上記Ｍｇ合金溶湯の
流入口であるゲート部の断面積Ｓgと、溶湯流入方向に
対して略垂直な方向における該キャビティの最大断面積
Ｓwとの比Ｓg／Ｓwを、０．２以上とすることを特徴と
する請求項１に記載の射出成形材の成形方法。
【請求項５】上記キャビティへの上記Ｍｇ合金溶湯の
流入口であるゲート部の断面積Ｓgと、溶湯流入方向に
対して略垂直な方向における該キャビティの最大断面積
Ｓwとの比Ｓg／Ｓwを、０．８以上とすることを特徴と
する請求項１に記載の射出成形材の成形方法。
【請求項６】上記キャビティを１０ｋＰａ以下に減圧
し、該減圧状態にあるキャビティに上記Ｍｇ合金溶湯を
流入させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
一に記載の射出成形材の成形方法。
【請求項７】上記キャビティへの上記Ｍｇ合金溶湯の
流入過程で該キャビティを減圧するための排気を行う場
合において、該排気は上記Ｍｇ合金溶湯の流入口である
ゲート部から最も離れた位置から行うことを特徴とする
請求項１乃至６のいずれか一に記載の射出成形材の成形
方法。
【請求項８】上記Ｍｇ合金溶湯を融点未満の半溶融状
態で上記キャビティに流入させることを特徴とする請求
項１乃至７のいずれか一に記載の射出成形材の成形方
法。
【請求項９】上記半溶融状態は、固相と液相との体積和
に対する固相の体積百分率である固相率が１０％以上で
あることを特徴とする請求項８に記載の射出成形材の成
形方法。