JP2002066709A - 金属材料の射出成形における計量及び射出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 射出プランジャにシールリングを採用して、
負圧による吸引力により溶融金属の計量を可能とする。
射出負荷圧によるシールリングの張力により射出時の計
量材料の逆流防止を可能となす。 【解決手段】 溶解容器１１の先端部にノズル口と連通
した計量室１５を設ける。計量室１５に射出プランジャ
１９を摺動クリアランス２０を設けて嵌挿する。射出プ
ランジャ１９の前部外側面にリング溝２２を凹設する。
リング溝２２に耐熱性のピストンリングによるシールリ
ング２１を余裕を持たせて嵌着する。計量はコールドプ
ラグ２７によりノズル口を密閉した状態で、射出プラン
ジャ１９を強制後退した際に生ずる計量室側の負圧によ
り、溶融金属２６を摺動クリアランス２０から計量室１
５に吸込ませて行う。射出は射出負荷圧により作用する
シールリング２１の張力により摺動クリアランス２０を
遮断して行う。

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、マグネシ
ウム又はそれら合金等の金属材料を溶融して射出形成す
る場合の計量及び射出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】低溶融点の金属材料を
溶解してプラスチック材料と同様に射出成形することが
できるが、液相状態に完全溶解した金属材料はプラスチ
ック材料とは異なって、粘度が無いに等しく、流動抵抗
も生じ難いことから、これまでのインラインスクリュ式
射出装置が採用している計量手段では、射出スクリュの
前進移動による射出負荷圧により計量材料が逆流して減
少し、このため計量が著しく不安定となって、成形精度
が良好な金属成形品を成形することが困難とされてい
る。

【０００３】そこで、金属材料を完全溶融せずに、溶解
温度を固相線温度以上で液相線温度以下の温度に制限し
て半溶融状態で射出成形することが行われている。この
温度範囲の溶融金属では、その組織が半溶融状（チクソ
トロピー性状）にあって、ある程度の流動抵抗が生ずる
ようになり、射出負荷圧による計量材料の逆流による漏
れも、液相状態に比べて少なくなるので、その漏れによ
る減少量を考慮して、余分に計量することにより、計量
の安定化を図ることができる。しかし、それには高精度
の計量及び射出制御が要求される。

【０００４】この発明の目的は、上記事情から考えられ
たものであって、その目的は、金属材料の溶融状態が液
相状又は半溶融状であっても、射出プランジャにシール
リングを採用することによって、計量材料の射出負荷圧
による漏れが防止でき、また負圧による吸引力の利用に
より逆流防止用のシールリングがあっても、溶融金属の
計量を容易に行い得る新たな金属材料の射出成形におけ
る計量及び射出方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的によるこの発明
は、外周囲にヒータを備えた溶解容器の先端部にノズル
口と連通した計量室を設け、その計量室にロッド先端の
射出プランジャを摺動クリアランスを設けて嵌挿し、そ
の射出プランジャの後退移動により溶解容器に蓄積した
溶融金属の計量を行い、前進移動により計量した溶融金
属（計量材料）の金型への射出充填を行うにあたり、上
記射出プランジャの前部外側面にリング溝を凹設し、そ
のリング溝に耐熱性のピストンリングによるシールリン
グを、射出負荷圧時に張力が作用して上記摺動クリアラ
ンスを遮断し、負圧時には張力が低減してシールリング
の周りに流通性が生ずるように、溝底と溝壁との間に余
裕を持たせて嵌着し、計量は、コールドプラグにより上
記ノズル口を密閉した状態で、上記射出プランジャを強
制後退した際に生ずる計量室側の負圧により、溶融金属
を摺動クリアランスから計量室に吸込ませて行い、 射
出充填は、上記射出プランジャの前進移動時の射出負荷
圧により上記シールリングに作用する張力により、上記
摺動クリアランスを遮断して行う、というものである。

【０００６】上記構成では、冷却された金型とのノズル
タッチにより、ノズル口内の溶融金属がコールドプラグ
となり、それによりノズル口が密閉されたときに、射出
終了後の計量室の前進位置にある射出プランジャを、そ
のまま強制的に後退移動すると、ノズル口からの空気の
流入がコールドプラグにより阻止されているので、計量
室が負圧となる。これによりシールリングの張力が抑え
られるようになって、溶解容器に蓄積された溶融金属
が、摺動クリアランスからシールリングの周りに生じた
隙間を通って、射出プランジャの後退に伴い拡張される
計量室に吸込まれて満ちるようになる。この吸引による
計量室への溶融金属の流入は、射出プランジャが後退位
置で停止するまで行われ、その停止位置にて計量終了と
なる。

【０００７】後退位置の射出プランジャを前進移動した
場合には、計量室の計量材料が射出プランジャに押圧さ
れて材料圧の上昇となり、それが射出負荷圧として射出
プランジャ側に作用して、シールリングに対しては張力
を増すように作用する。これによりシールリングは摺動
クリアランスを遮断するようになって、計量室から摺動
クリアランスに逆流するのを阻止し、漏れによる計量材
料の減少を防止するようになる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図は、この発明に係る射出プラン
ジャを採用した金属材料成形機の１実施形態を示すもの
である。

【０００９】図中１は射出機構、２は型締機構で共に機
台３の上面に設置されている。４は型締機構２に対して
進退自在に機台上面に設けた台座で、前部上にノズルタ
ッチブロック５が固設してあり、後部上には上面が４５
°前後の角度の内向きの傾斜面に形成された架台６が設
けてある、上記射出機構１はこの架台６の傾斜面に進退
自在に取付けられて、先端のノズル部が型締機構２に対
し下向きに位置して、上記ノズルタッチブロック５に臨
むように機台３上に設置してある。

【００１０】上記ノズルタッチブロック５の後面上部は
上記射出機構１の軸線に対し直角に位置する傾斜後面に
形成され、前側面には金型７とノズルタッチするノズル
部材８が水平に取付けてある。また後側面には機台３上
に固定したノズルタッチ装置９が連結してある。

【００１１】上記射出機構１は、円筒状で外周囲にバン
ドヒータを備えた金属材料の溶解容器１１と、その後端
部に間隔を置いてタイバーにより連結した射出シリンダ
１２と、溶解容器１１の後端下側に取付けた攪拌用の電
動モータ１３と、粒状の金属材料の供給装置１４とから
なる。

【００１２】上記溶解容器１１の先端のノズル部内は、
溶解容器１１の内径よりも小径に縮径して、ノズル口と
接続した所要長さの計量室１５に形成してある。また溶
解容器１１は、攪拌翼を備えた中空軸による攪拌手段１
６と、その攪拌手段１６に進退自在に貫挿した射出手段
１７とを内部に有する。

【００１３】上記射出手段１７は、攪拌手段１６に進退
自在に貫挿したロッド１８の先端に射出プランジャ１９
を備え、その射出プランジャ１９を、図２に示すよう
に、摺動クリアランス２０を設けて上記計量室１５に嵌
挿する一方、ロッド後端を上記射出シリンダ１２のピス
トンロッド（図示せず）に連結した構造からなる。

【００１４】この射出プランジャ１９は、外径が上記ロ
ッド１８よりも大径で、上記計量室１５との間に吸込み
間隙ともなるに上記摺動クリアランス２０を設けて、進
退自在に嵌挿可能な短柱形のものからなり、その前部外
側面にシールリング２１の２条のリング溝２２が間隔を
開けて凹設してある。

【００１５】上記シールリング２１は、合わせ目を有す
る通常の耐熱性のピストンリングからなり、その幅と高
さは張力が１Ｋｇ前後となるような幅と高さ寸法を計算
で求めて決められる。またリング溝２２の溝幅や深さ
は、射出負荷圧時に張力の作用によりシールリング２１
が上記摺動クリアランス２０（例えばφ８／１００〜１
０／１００mm）を遮断し、負圧時には張力が低減してシ
ールリング２１の周りに流通性が生ずるように、溝幅に
ついてはシールリング２１の幅に対して０．０５〜０．
５mm程度のクリアランスが生じ、また溝深さは溝幅のク
リアランス以上の隙間がシールリング２１と溝底との間
に生ずる程度の寸法をもって形成してある。

【００１６】因に、１例を挙げれば、プランジャ径φ３
６mmで、 シールリング 外径φ ３６mm（挿着時） リング溝 幅 ３．５mm 溝幅 ３．５mm 高さ １．４mm 溝深さ ２．５mm である。

【００１７】上記計量室１５は、溶解容器１１よりも小
径で先端部をノズルヘッドに形成したシリンダ２３を、
溶解容器１１の先端に部材２４をもってボルトにより取
付けたものからなり、そのノズルヘッド内に先端開口が
ノズル口となる流通路２５が穿設してある。

【００１８】上記構成の射出機構１により金属材料の射
出成形を行うには、先ず射出充填により最前進位置にあ
る射出プランジャ１９を後退移動して、上記溶解容器１
１に蓄積された溶融金属２６の計量を行う。この計量
は、溶解容器１１の上記ノズル部とノズルタッチブロッ
ク５及びノズル部材８と金型７の全てを気密にノズルタ
ッチした状態で行う。ノズル部材８ではノズルタッチブ
ロック５と共にヒータにより固相線温度以上に加熱され
ているが、ノズル口内に残留した溶融金属は、金型７か
らの冷却を受けて固化し、コールドプラグ２７となって
ノズル口を気密に閉鎖するようになる。

【００１９】このような状態で射出プランジャ１９を設
定速度（たとえば１００mm／ｓ以下）で後退移動する
と、計量室内は負圧となって、図２（Ａ）に示すように
上記シールリング２１は、リング溝２２の前壁側に引き
寄せられて張力が抑制される傾向となり、シールリング
２１により遮られていた摺動クリアランス２０に流通性
が生ずると共に、リング溝２２の隙間にも流通性が生ず
るようになる。これにより溶解容器１１の溶融金属が摺
動クリアランス２０からシールリング２１の周りの隙間
を通って、後退移動に伴い拡張されつつある計量室１５
に、射出プランジャ１９が設定後退位置で停止するまで
吸込まれるように流れ込んで計量室１５を満たし、これ
により設定量の計量が行われるようになる。

【００２０】上記射出プランジャ１９を停止して計量を
終了したのち、上記射出機構１をノズルタッチブロック
５と共に後退移動して、ノズル部材８を上記型締機構２
が型締を終了するまで金型７から離して置く。このノズ
ルタッチの解除により、金型７によるノズル口の冷却は
行われなくなり、コールドプラグ２７はノズル部材８か
らの加熱を受けるようになるので、コールドプラグ２７
の冷却による成長は、後に射出圧力により排除できる程
の大さに制限され、またその間の加熱により溶融して、
計量材料のノズル部材８からの漏れを招くようなことも
ない。

【００２１】型締終了後に再度ノズルタッチを行い、上
記射出シリンダ１２により射出プランジャ１９を射出圧
力を加えて前進移動すると、ノズル部材８のノズル口は
未だコールドプラグ２７により密栓状態にあるので計量
室１５の計量材料が圧迫されて材料圧の上昇となり、こ
れが射出負荷圧となって射出プランジャ１９に作用する
ようになる。また負圧によりリング溝２２の前壁側に引
き寄せられて張力が低く抑えられていたシールリング２
１が、図２（Ｂ）に示すように後壁側に押し戻され、さ
らにリング溝２２にも溶融金属が入り込んむので、シー
ルリング２１の張力は増加傾向となる。このためシール
リング２１は計量室内面に圧接されて摺動クリアランス
２０を遮断するとともに、リング溝２２も後壁面に押圧
されたシールリング２１により塞がれて、計量材料の逆
流が防止されるようになる。

【００２２】さらに射出プランジャ１９が前進すると、
射出圧力のさらなる上昇によりコールドプラグ２７が金
型７に押し出され、計量材料は射出プランジャ１９によ
り、ノズル部からノズルタッチブロック５内のホットラ
ンナーを通り、ノズル部材８から金型７に射出充填され
る。また材料圧は一気に低下するので射出充填中の摺動
クリアランス２０からの漏れも防止される。

【００２３】これにより、射出充填時の計量材料の逆流
による減量は極めて少量となり、計量に大きな誤差を生
ずるものではないので、計量及び射出制御も容易に行え
るようになる。またノズル口をコールドプラグにより密
閉した状態で計量を行うのでノズル口からの空気の侵入
も防止され、気泡の発生の無い高精度の金属製品の射出
成形が行えるようにもなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る計量及び射出充填方法を実施
し得る金属材料成形機の一部縦断側面図である。

【図２】 この発明による溶融金属の計量（Ａ）と射出
充填（Ｂ）の一部を拡大して示す説明図である。

【符号の説明】

１ 射出機構 ２ 型締機構 ５ ノズルタッチブロック ７ 金型 ８ ノズル部材 １１ 溶解容器 １５ 計量室 １６ 攪拌手段 １７ 射出手段 １８ ロッド １９ 射出プランジャ ２０ 摺動クリアランス ２１ シールリング ２２ リング溝 ２３ 計量室のシリンダ ２６ 溶融金属 ２７ コールドプラグ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮川 守 長野県埴科郡坂城町大字南条2110番地 日 精樹脂工業株式会社内 (72)発明者 林 祐司 長野県埴科郡坂城町大字南条2110番地 日 精樹脂工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周囲にヒータを備えた溶解容器の先端
   部にノズル口と連通した計量室を設け、その計量室にロ
   ッド先端の射出プランジャを摺動クリアランスを設けて
   嵌挿し、その射出プランジャの後退移動により溶解容器
   に蓄積した溶融金属の計量を行い、前進移動により計量
   した溶融金属（計量材料）の金型への射出充填を行うに
   あたり、 上記射出プランジャの前部外側面にリング溝を凹設し、
   そのリング溝に耐熱性のピストンリングによるシールリ
   ングを、射出負荷圧時に張力が作用して上記摺動クリア
   ランスを遮断し、負圧時には張力が低減してシールリン
   グの周りに流通性が生ずるように、溝底と溝壁との間に
   余裕を持たせて嵌着し、 計量は、コールドプラグにより上記ノズル口を密閉した
   状態で、上記射出プランジャを強制後退した際に生ずる
   計量室側の負圧により、溶融金属を摺動クリアランスか
   ら計量室に吸込ませて行い、 射出充填は、上記射出プランジャの前進移動時の射出負
   荷圧により上記シールリングに作用する張力により、上
   記摺動クリアランスを遮断して行うことを特徴とする金
   属材料の射出成形における計量及び射出方法。