JP2002144000A - 軽合金の射出成形方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶湯原料タイプの軽合金の射出成形方法を行
うに当たり、チャンバー内におけるデンドライトの成長
と押出スクリューによる微細化効率を向上できるように
して、成形品の品質を向上する。 【解決手段】 チャンバー２の内部に押出スクリュー３
を回転自在に有する実質的に縦向きに配置されたスクリ
ュー押出機４と、チャンバー２に設けられかつ同チャン
バー２内に供給された金属溶湯５を半凝固スラリー７と
なるように冷却するための温度制御手段８と、チャンバ
ー２の排出口から排出された半凝固スラリー７を射出成
形するための型締め装置９と、を備えている軽合金の射
出成形装置において、押出スクリュー３の内部に、チャ
ンバー２内の金属溶湯５を半凝固スラリー７となるよう
に冷却するための第二の温度制御手段４０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばマグネシウ
ムやアルミニウム等の軽合金を鋳造するための射出成形
方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、樹脂の射出成形に近い形式で
軽合金材料を成形する方法として、チャンバー内の軽合
金材料を半凝固スラリーにして成形金型内に射出する方
法がある。かかる軽合金の射出成形方法として、ペレッ
ト状の固体原料をスクリュー押出機の内部で加熱したり
（特表平３−５０４８３０号公報参照：以下、固体原料
タイプという。）、あるいは、半溶融状態に加熱された
インゴット原料を粉砕機で粒状にしたものをスクリュー
押出機の内部で加熱することにより（特許第２８３２６
２５号公報、特開平９−１０８８０５号公報参照：以
下、半溶融原料タイプという。）、チャンバー内で軽合
金材料を半凝固状態にするものがある。

【０００３】しかるに、上記各方法では、いずれも出発
原料が固体ないしそれに近い状態にのものであるため、
押出スクリューの上流部の磨損や折損が激しいととも
に、スクリュー押出機の負荷トルクや加熱攪拌経路を大
きくせねばならず、専ら装置が大型になるという欠点が
ある。また、上記の各方法では、固相原料と半凝固スラ
リーがスクリュー押出機内の軸方向に混在しており、こ
のため、射出時の計量が不安定になりがちで、かつ、不
活性ガスの巻き込みによって成形品に気泡が混じりやす
いので、不良品が発生しやすいという欠点もある。

【０００４】そこで、固体ないしそれに近い状態の原料
を加熱して半凝固スラリーにすることに伴う上記不都合
を解消すべく、出発原料として金属溶湯を採用し、その
金属溶湯を縦向きのチャンバー内において徐々に冷却し
ながら押出スクリューで剪断して半凝固スラリーに遷移
させたあと、チャンバーの下端排出口から排出されてき
た半凝固スラリーを成形金型に射出する方法が提案され
ている（特表平９−５０８８５９号公報、及び、特開平
９−１０３８５９号公報参照：以下、溶湯原料タイプと
いう。）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】〔溶湯原料タイプの課
題〕上記溶湯原料タイプの射出成形方法では、出発原料
である金属溶湯に接触している押出スクリューの上流側
部分が軽合金材料の半凝固温度以上に昇温される。この
ため、押出スクリューの上流側部分からの放熱が当該ス
クリューの軸方向下流側に伝搬し、金属溶湯を冷却して
半凝固スラリーに遷移させるべき軸方向区間（遷移区
間）においてデンドライト（樹枝状結晶）がチャンバー
の内面側からしか成長せず、押出スクリューによるデン
ドライトの破砕効率が非常に悪くなることがある。

【０００６】また、その遷移区間において押出スクリュ
ーが金属材料の半凝固温度以上に昇温すると、折角、チ
ャンバーの内面側からデンドライトが成長してもそのデ
ンドライトが押出スクリューのフライト間の溝底部に逃
げてしまうため、チャンバーの内面と押出スクリューの
フライトチップとの間のクリアランスだけで軽合金材料
を微細化せねばならず、デンドライトに対する剪断応力
を作用し難くなる。なお、装置が大型化すればするほ
ど、チャンバー側からの温度制御だけでは押出スクリュ
ーのフライト間の溝底面近傍の材料に対する温度制御が
難しくなるので、上記の不都合はより顕著となる。

【０００７】従って、金属溶湯に対する温度制御をチャ
ンバー側だけで行っている従来の溶湯原料タイプの射出
成形方法では、金属溶湯により昇温された押出スクリュ
ーによる熱伝搬のために、チャンバー内におけるデンド
ライトの成長と当該スクリューによる微細化が阻害さ
れ、製品の成形性や機械的特性等の品質をそれほど向上
できない場合がある。本発明は、このような実情に鑑
み、溶湯原料タイプの軽合金の射出成形方法を行うに当
たり、チャンバー内におけるデンドライトの成長と押出
スクリューによる微細化効率を向上できるようにして、
成形品の品質を向上することを第一の目的とする。

【０００８】一方、当該溶湯原料タイプの射出成形方法
において、チャンバー内における押出スクリューの上流
側部分が軽合金材料の半凝固温度以上に昇温した場合、
その上流側部分からの放熱によって当該スクリューのモ
ーターや射出シリンダに対するシール部分が２００°Ｃ
以上の高温になることがあり、このため、通常のゴム系
のオイルシールやＯリングが使用できず、特別な軸封構
造を要するため設備の製造コストが高くなるという問題
もある。なお、押出スクリューを駆動するモーターや射
出シリンダのシール部分の昇温を防止するには、それら
をチャンバーから遠ざけて配置することによって押出ス
クリューのチャンバー外の部分を空冷すればよいが、こ
れではスクリュー押出機の装置高さが大きくなって却っ
て製造コストが高くなる。

【０００９】そこで、本発明は、溶湯原料タイプの軽合
金の射出成形方法を行うに当たり、装置の大型化を招来
せずに通常のシール部材で押出スクリューを軸封できる
ようにして、設備の製造コストを低減することを第二の
目的とする。 〔固体原料タイプ及び半溶融原料タイプの課題〕前記し
た通り、固体原料タイプ及び半溶融原料タイプの射出成
形方法の場合、いずれも出発原料が固体ないしそれに近
い状態のものであるため、スクリュー押出機の負荷トル
クや加熱攪拌経路を大きく取る必要があり、専ら装置が
大型になるという欠点がある。

【００１０】そこで、かかる不都合を解消するために、
押出スクリューの内部側にもヒーターを設け、固体金属
又は半溶融金属をチャンバーと押出スクリューの双方側
から加熱することにより、チャンバー内における軽合金
材料に対する加熱効率を向上させてスクリュー押出機の
負荷トルクや加熱攪拌経路を短縮することが考えられ
る。しかし、単に押出スクリューの内部にヒーターを設
ける手段では、そのヒーターからの放熱の逃げ場がない
ため、押出スクリュー側からの加熱温度を適切に制御す
ることができず、このため、固体金属又は半溶融金属を
遷移区間において所望の半凝固スラリーに遷移させるこ
とが困難となり、製品の成形性や機械的特性等の品質を
それほど向上できなくなる恐れがある。

【００１１】本発明は、このような実情に鑑み、固体原
料タイプ又は半溶融原料タイプの軽合金の射出成形方法
を行うに当たり、加熱温度を適切に制御しながら押出ス
クリュー側からも軽合金材料を加熱できるようにして、
成形品の品質を低下させずに装置をコンパクト化するこ
とを第三の目的とする。また、当該固体原料タイプ及び
半溶融原料タイプの射出成形方法の場合においても、押
出スクリューの内部にもヒーターを設けてその内部側か
らも軽合金材料を加熱するようにすると、そのヒーター
からの放熱が押出スクリューの内部を伝搬してモーター
や射出シリンダに対するシール部分が昇温し、このた
め、通常のゴム系のオイルシールやＯリングが使用でき
ず、特別な軸封構造を要するため設備の製造コストが高
くなるという、前記した溶湯原料タイプと同様の課題が
派生的に生じてしまうという問題もある。

【００１２】そこで、本発明は、固体原料タイプ又は半
溶融原料タイプの軽合金の射出成形方法を行うに当た
り、装置の大型化を招来せずに通常のシール部材で押出
スクリューを軸封できるようにして、設備の製造コスト
を低減することを第四の目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記した第一の目的を達
成すべく、本発明は次の技術的手段を講じた。すなわ
ち、本発明装置は、前記した溶湯原料タイプの射出成形
装置において、押出スクリューの内部に、チャンバー内
の金属溶湯を半凝固スラリーとなるように冷却するため
の第二の温度制御手段を設けたものである。従って、か
かる装置によって、溶湯原料タイプの軽合金の射出成形
方法を行う場合、実質的に縦向きに配置されかつ内部に
押出スクリューを回転自在に有するチャンバー内に供給
された金属溶湯は、前記チャンバーと押出スクリューの
双方側から冷却されつつその押出スクリューで剪断され
ることにより半凝固スラリーに遷移し、その後、この半
凝固スラリーは前記チャンバーの排出口から外部の成形
金型に射出される。

【００１４】このように、本発明によれば、チャンバー
内に供給された金属溶湯がチャンバーと押出スクリュー
の双方側から冷却されるので、チャンバーの内面側と押
出スクリューの溝底面側の双方からデンドライト（樹枝
状結晶）が成長する。このため、デンドライトに対して
均一に剪断応力を作用させ易くなり、その剪断応力によ
る固相粒の生成が均一になるので、押出スクリューによ
る微細化効率が向上する。上記の本発明装置において、
チャンバー側の温度制御手段は、金属溶湯の冷却機能だ
けを有するもの（例えば、熱媒流路のみ）であってもよ
いが、チャンバー内の金属溶湯を高精度に温度制御する
ために、チャンバーの壁部内又は外周部に設けられた熱
媒流路及びヒーターより構成することが好ましい。

【００１５】また、前記した第二の目的を達成するため
に、本発明装置は、前記第二の温度制御手段として、押
出スクリューのチャンバー外の部分をチャンバー内の部
分よりも低温となるように冷却する機能を有するものを
採用したものである。この場合、金属溶湯に接触してい
るために押出スクリューの上流側部分が軽合金材料の半
凝固温度以上に昇温しても、上記第二の温度制御手段に
よって、押出スクリューのチャンバー外の部分がチャン
バー内の部分よりも低温となるように冷却することがで
きる。このため、押出スクリューを駆動するモーターや
射出シリンダのシール部分を必要以上にチャンバーから
遠ざけなくても、通常のゴム系のシール部材によってそ
れらのシール部分をシールできるようになる。

【００１６】上記の本発明装置において、押出スクリュ
ー側の第二の温度制御手段は、金属溶湯の冷却機能だけ
を有するもの（例えば、熱媒流路のみ）であってもよい
が、チャンバー内の金属溶湯を高精度に温度制御するた
めに、熱媒流路及びヒーターより構成することが好まし
い。すなわち、本発明装置の第二の温度制御手段は、押
出スクリューの断面中心部を同スクリューにおけるチャ
ンバー外の基端側からチャンバー内の先端側に至るよう
に形成された熱媒流路と、当該押出スクリューの内部に
おける前記チャンバー側の温度制御手段が設けられてい
る軸方向範囲に対応する部分に埋設されたヒーターと、
から構成することができる。

【００１７】前記した第三の目的を達成すべく、本発明
は次の技術的手段を講じた。すなわち、本発明装置は、
前記した固体原料タイプ又は半溶融原料タイプの軽合金
の射出成形装置において、押出スクリューの内部に、チ
ャンバー内の固体金属又は半溶融金属を半凝固スラリー
となるように加熱するための第二のヒーターと、この第
二のヒーターからの熱を前記チャンバーの外部に逃がす
ための熱媒流路を設けたものである。従って、かかる装
置によって固体原料タイプ又は半溶融原料タイプの軽合
金の射出成形方法を行う場合、内部に押出スクリューを
回転自在に有するチャンバー内に供給された固体金属又
は半溶融金属は、押出スクリューの内部の熱を前記チャ
ンバーの外部に逃がしながら、当該チャンバーと押出ス
クリューの双方側から加熱されつつその押出スクリュー
で剪断されることにより半凝固スラリーに遷移し、その
後、この半凝固スラリーは前記チャンバーの排出口から
外部の成形金型に射出される。

【００１８】このように、本発明によれば、チャンバー
内の固体金属又は半溶融金属を、チャンバー側からだけ
でなく、押出スクリューの内部の熱をチャンバーの外部
に逃がしながら当該スクリュー側からも加熱するように
しているので、加熱温度を適切に制御しながら押出スク
リュー側からも軽合金材料を加熱することができる。こ
のため、成形品の品質を低下させることなく、スクリュ
ー押出機の負荷トルクを小さくしかつ加熱攪拌経路を短
縮することができる。また、前記した第四の目的を達成
するために、本発明装置は、前記熱媒流路を、押出スク
リューの断面中心部を同スクリューのチャンバー外の基
端側からチャンバー内の先端側に至るように形成したも
のである。

【００１９】この場合、押出スクリューの内部の第二の
ヒーターによって当該スクリューの上流側部分が軽合金
材料の半凝固温度以上に昇温しても、上記熱媒流路を流
通する熱媒体によって、押出スクリューのチャンバー外
の部分がチャンバー内の部分よりも低温となるように冷
却することができる。このため、押出スクリューを駆動
するモーターや射出シリンダのシール部分を必要以上に
チャンバーから遠ざけなくても、通常のゴム系のシール
部材によってそれらのシール部分をシールできるように
なる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１及び図２は、本発明の第一の
実施形態を示している。この実施形態に係る軽合金の射
出成形装置１は、前記溶湯原料タイプの軽合金の射出成
形方法を行う装置であり、チャンバー２の内部に押出ス
クリュー３を回転自在に有する垂直に配置されたスクリ
ュー押出機４と、チャンバー２の上端部に接続された金
属溶湯５を貯溜するための貯溜ホッパー６と、を備えて
いる。

【００２１】また、この射出成形装置１は、貯溜ホッパ
ー６からチャンバー２内に供給された金属溶湯５が半凝
固スラリー７となるように冷却するための、チャンバー
２側の第一温度制御手段８と、チャンバー２の下端排出
口から排出された半凝固スラリー７が射出される型締め
装置９と、を備えている。この射出成形装置１の構成部
材のうち、貯溜ホッパー６は、溶解炉１０で溶解された
金属溶湯５を受け入れてこれを溶融状態で貯溜するもの
で、このホッパー６の下端開口部はチャンバー２の上端
部に接続されている。

【００２２】また、貯溜ホッパー６の下部には、アルゴ
ン等の不活性ガスを当該ホッパー６の下部から吹き込む
シール手段（図示せず）が接続されており、このシール
手段からの不活性ガスにより貯溜ホッパー６内の金属溶
湯５をバブリングして不純物を除去するとともに、金属
溶湯５の湯面を不活性ガスでシールするようにしてい
る。チャンバー２の上端には、押出スクリュー３を回転
駆動するための駆動モーター１１が直結されている。こ
の駆動モーター１１の内部には、チャンバー２の内部に
回転自在に挿通された押出スクリュー３の延長部分（軸
封部分）３Ａが挿通されていて、この押出スクリュー３
は、その下端がチャンバー２内で自由端となるように片
持ち状に配置されている。

【００２３】駆動モーター１１の上部には、押出スクリ
ュー３を下方に突出させるための射出シリンダ１２が接
続されていて、この射出シリンダ１２の内部に、前記押
出スクリュー３の延長部分３Ａがシールされた状態で挿
通されている。このため、本実施形態のスクリュー押出
機４では、射出シリンダ１２の油圧力で押出スクリュー
３を軸方向下方に移動させることにより、チャンバー２
内の下端部に溜まっている半凝固スラリー７を外部に射
出できるようになっている。チャンバー２の壁部内に
は、前記した第一温度制御手段８を構成する熱媒流路１
９が形成されており、この流路１９内に金属溶湯５の温
度よりも低い油等の熱媒体を流通させることにより、チ
ャンバー２内の金属溶湯５が液相温度以下でかつ固相温
度以上の温度範囲になるように冷却できるようになって
いる。また、チャンバー２の外周部には、チャンバー２
内の金属溶湯５を高精度に温度制御するために、バンド
抵抗ヒーター又は誘導加熱コイル等よりなるヒーター１
３が巻き付けられている。

【００２４】従って、本実施形態の第一温度制御手段８
は、チャンバー２の壁部内の熱媒流路１９とその外周部
のヒーター１３とから構成されており、チャンバー２を
加熱する機能も兼ね備えている。なお、ヒーター１３を
チャンバー２の壁部内に設けることにしてもよく、熱媒
流路１９をチャンバー２の外周部に設けることもでき
る。チャンバー２の下端排出口には、ほぼＬ字形に形成
された接続管路（接続部材）１４が接続され、この接続
管路１４は、垂直方向の第一流路１５とこの流路１５の
下端から水平方向に延びる第二流路１６とからなる射出
流路１７を内部に備えている。このうち、第一流路１５
の上端はチャンバー２の下端排出口に接続され、第二流
路１６の出口は、後述する型締め装置９の固定盤２３に
固定された固定金型２４に接続されている。

【００２５】本実施形態では、上記第一流路１５と第二
流路１６の交差部分に半凝固スラリー７を滑らかに方向
転換させるためのアール部１７Ｒが形成されており、こ
れにより、押出スクリュー３の下方移動により半凝固ス
ラリー７をスムーズに水平方向に射出できるようにして
いる。なお、接続管路１４の外周面にも、その内部の半
凝固スラリー７を一定温度に保つためのヒーター１３が
設けられている。第二流路１６の出口内には、射出する
とき以外は閉じた状態になっているノズル１８が設けら
れている。このノズル１８は、その外周部に設けた温度
制御ジャケット等よりなる温度制御手段によりノズル先
端に金属固体栓を形成してノズル封鎖するものや、ノズ
ル先端に設けた機械式又はばね式のシャットオフバルブ
によりノズル封鎖するものを使用できるもっとも、金属
固体栓を形成する際にノズル先端付近に固相率の高い部
分が生じない点、及び、固体栓が製品に混入する可能性
がない点で、シャットオフバルブを用いる後者タイプの
ノズルの方が好ましい。

【００２６】前記型締め装置９は、基台２０上に立設さ
れたリンクハウジング２１と、このハウジング２１に水
平方向のタイバー２２を介して固定された固定盤２３
と、この固定盤２３に固定された固定金型２４と、タイ
バー２２に対して摺動自在に貫通支持された可動盤２５
と、固定金型２４に対して水平方向に開閉自在となるよ
う可動盤２５に固定された移動金型２６と、を備えてい
る。リンクハウジング２１の外面中央部には型締めシリ
ンダ２７が固定され、この型締めシリンダ２７のシリン
ダロッド２８の先端は可動盤２５に連結されている。こ
のリンクハウジング２１と可動盤２５同士は、これらが
接近したときに折り畳まれかつ離反したときに水平方向
にほぼ一直線に並ぶ複数のリンク２９で連結されてい
る。

【００２７】可動盤２５のリンクハウジング２１側の側
面には押出シリンダ３０が設けられ、この押出シリンダ
３０の押出ロッド３１は可動盤２５を貫通して移動金型
２６に連結されている。従って、この型締め装置９で
は、型締めシリンダ２７のシリンダロッド２８を突出さ
せてリンク２９を一直線上に伸びた状態にし、このリン
ク２９の突っ張り状態において押出シリンダ３０の押出
ロッド３１を突出させることにより、移動金型２６を可
動金型２４に対して強力に押圧できるようになってい
る。

【００２８】本実施形態のスクリュー押出機４は、図１
に示すように、チャンバー２側だけではなく、押出スク
リュー３の内部にも、チャンバー２内の金属溶湯５を半
凝固スラリー７となるように冷却するための第二温度制
御手段４０を備えており、この制御手段４０は、押出ス
クリュー３の断面中心部を同スクリュー３におけるチャ
ンバー２外の基端側からチャンバー２内の先端側に至る
ように形成された熱媒流路４１と、当該押出スクリュー
３の内部におけるチャンバー２側の温度制御手段８が設
けられている軸方向範囲に対応する部分に埋設されたヒ
ーター４２と、から構成されている。

【００２９】従って、かかる第二温度制御手段４０によ
れば、押出スクリュー２のチャンバー２外の部分（延長
部分３Ａ）に対しては、半凝固温度よりも低い油等の熱
媒体を熱媒流路４１を流通させることにより、チャンバ
ー２内の部分よりも低温となるように冷却することがで
きる。また、この第二温度制御手段４０によれば、押出
スクリュー２のチャンバー２内の部分に対しては、熱媒
流路４１を流通する熱媒体による冷却とヒーター４２に
よる加熱の双方を行って高精度に温度制御しながら、チ
ャンバー２内の金属溶湯５が液相温度以下でかつ固相温
度以上の温度範囲になるように冷却することができる。

【００３０】この第二温度制御手段４０の熱媒流路４１
は、押出スクリュー３の断面中心部を軸方向に穿設して
なる外側流路４３と、この外側流路４３内に内管を挿通
することによって構成された内側流路４４とから構成さ
れており、内側流路４４の上端から流入した油等の熱媒
体を外側流路４３の上端から外部に排出することによ
り、押出スクリュー３の軸方向全体に熱媒体を流通させ
るものである。また、第二温度制御手段４０のヒーター
４２は、押出スクリュー３の内部における熱媒流路４１
の外周側部分に埋設された抵抗コイル又は誘導加熱コイ
ル等よりなる。

【００３１】なお、押出スクリュー３の延長部分３Ａの
最上端には、熱媒流路４１を機外の油給排装置に接続す
るためのロータリージョイント４５が接続されており、
このジョイント４５に設けたスリップリングと延長部分
３Ａの内部に埋設された銅線を介して、当該ヒーター４
２に電流を供給できるようになっている。次に、上記射
出成形装置１の作用とそれによる軽合金の射出成形方法
について説明する。まず、電磁誘導加熱方式の溶解炉１
０から機械式あるいは電磁ポンプ等の手段で貯溜ホッパ
ー６内に投入された金属溶湯５は、ガスシールされた状
態でスクリュー押出機４のチャンバー２の上部に供給さ
れ、第一及び第二温度制御手段８，４０によってチャン
バー２と押出スクリュー３の双方側から液相温度以下で
かつ固相温度以上に冷却され、デンドライト（樹枝状結
晶）に成長する。このデンドライトは回転する押出スク
リュー３の剪断作用によって破砕し、微細な結晶粒が生
成されて半凝固スラリー７に遷移する。

【００３２】その後、この半凝固スラリー７は、押出ス
クリュー３によってスラリーポンプと同じように温度制
御されながら下方へ押し出される。この際、接続管路１
４のノズル１８は閉鎖されているので、押出スクリュー
３には自らの回転に伴う押出力によって軸方向上方に負
荷がかかる。一方、スクリュー押出機４の射出シリンダ
１２には一定の背圧が設定されており、この背圧に打ち
勝つ内圧がチャンバー２内に発生すると、押出スクリュ
ー３が軸方向上方に移動し、チャンバー２の下端部に半
凝固スラリー７が溜まり、所定量に計量される。

【００３３】なお、このとき、半凝固スラリー７と言え
ども合成樹脂等に比べると非常に低粘度であるため、そ
のスラリー７の粘度によっては、射出シリンダ１２への
逆背圧によって押出スクリュー３を強制的に上方へ移動
させて所定量の計量を行わねばならないこともある。こ
のようにして、半凝固スラリー７の計量が行われると、
押出スクリュー３の上方移動と回転が停止し、射出シリ
ンダ１２が押出スクリュー３を下方に一気に移動させ
る。この押出スクリュー３の下方移動により、チャンバ
ー２の下端部に溜まっていた計量済みの半凝固スラリー
７が接続管路１４の射出流路１７を介して成形金型（固
定金型２４及び移動金型２６）のキャビティ内に射出さ
れ、一定形状に成形される。

【００３４】上記した本実施形態の射出成形方法によれ
ば、金属溶湯５から出発して半凝固スラリー７を生成し
ているので、微細な結晶粒が均一に分散された組織にな
り、機械的特性に優れかつバリの少ない高品質な成形品
を得ることができる。すなわち、本実施形態の射出成形
方法では、実質的に垂直なチャンバー２内において金属
溶湯５を半凝固スラリー７に遷移させているので、金属
溶湯５に含まれている不活性ガスを圧力及び浮力によっ
て抜き出してから、同溶湯５が半凝固スラリー７に遷移
することになる。このため、射出時の計量を正確に行え
るとともに、不活性ガスの巻き込みによって成形品に気
泡が混じるのも防止でき、不良品の発生が極力防止され
ることになる。

【００３５】また、出発原料が金属溶湯５でありこれを
半凝固スラリー７に冷却しながら下方に搬送しているの
で、押出スクリュー３の上流部の磨損や折損を低減でき
るとともに、スクリュー押出機３の負荷トルクや攪拌経
路をそれほど大きく取る必要がなくなり、装置のコンパ
クト化が可能になる。更に、チャンバー２の下端排出口
から射出される半凝固スラリー７をいったん水平方向に
向きを変えたあと水平方向に型開閉する成形金型２４，
２６に射出しているので、成形金型２４，２６やそのス
トローク量の大きさとは関係なく、スクリュー押出機４
を必要以上に高く配置する必要がなくなる。このため、
装置全体の高さ寸法を過大に設定しなくても、気泡や引
けの少ない高品質な軽金属成形品を射出成形することが
できる。

【００３６】そして、本実施形態の射出成形方法によれ
ば、チャンバー２内に供給された金属溶湯５がチャンバ
ー２と押出スクリュー５の双方側から冷却されるので、
チャンバー２の内面側と押出スクリュー５の溝底面側の
双方からデンドライト（樹枝状結晶）が成長する。この
ため、粉砕された固相粒が押出スクリュー３のフライト
間の溝底部に移動できなくなり、デンドライトに対する
剪断応力を均一に作用させ易くなるので、押出スクリュ
ー３による微細化効率を向上することができる。

【００３７】また、金属溶湯５に接触しているために押
出スクリュー５の上流側部分が軽合金材料の半凝固温度
以上に昇温していても、第二温度制御手段４０の熱媒流
路４１によって、押出スクリュー３のチャンバー２外の
部分がチャンバー２内の部分よりも低温となるように冷
却することができる。このため、押出スクリュー３を駆
動するモーター１１や射出シリンダ１２のシール部分を
必要以上にチャンバー２から遠ざけなくても、通常のゴ
ム系のシール部材によってそれらのシール部分をシール
できるようになる。

【００３８】図３は、本発明の第二の実施形態を示して
いる。この実施形態の射出成形装置１では、スクリュー
押出機４のチャンバー２が型締め装置９の反対側にやや
倒れた状態に傾斜して設けられており、これにより、第
一実施形態の場合に比べて、装置全体の高さをより低く
抑えるようにしている。なお、このスクリュー押出機４
の傾斜度合いは、押出スクリュー３のヘリカル角とほぼ
同程度になるように設定されており、この程度の傾斜度
合いであれば、チャンバー２の内部での気泡の除去や半
凝固スラリー７の軸上部への付着が発生することがな
く、良好な安定運転が行える。

【００３９】しかして、本発明における「実質的に縦向
き」とは、チャンバー２が垂直に立設されている場合だ
けでなく、チャンバー２の内部での気泡の除去や半凝固
スラリー７の軸上部への付着が発生しない程度に傾いた
状態をも包含する。なお、その他の構成及び作用は第一
実施形態の場合と同様であるので、図面に同一符号を付
して詳細説明を省略する。図４は、本発明の第三の実施
形態を示している。この実施形態の射出成形装置１で
は、押出スクリュー３は軸方向に移動しないようにチャ
ンバー２内に挿通され、このため、駆動モーター１１の
上端には前記射出シリンダ１２は設けられていない。

【００４０】その代わりに、チャンバー２の下端排出口
は、水平方向に出退する射出プランジャ３３が内部に挿
通された計量シリンダ（接続部材）３４の前端上部に接
続されている。この計量シリンダ３５の前端部には、垂
直方向の第一流路１５と水平方向の第二流路１６よりな
る射出流路１７が構成されていて、第二流路１６内の半
凝固スラリー７がチャンバー２側に逆流するのを防止す
る逆止弁（図示せず）が第一流路１５に設けられてい
る。また、計量シリンダ３４の後端には、射出プランジ
ャ３３を固定金型２４側へ突出させるための射出シリン
ダ３６が設けられている。このため、この射出成形装置
１では、計量シリンダ３４の第二流路１６内に一定量の
半凝固スラリー７を溜めたあと、射出プランジャ３３を
一気に突出させることにより、その半凝固スラリー７を
成形金型２４，２６内に射出することができる。

【００４１】このように、本実施形態によれば、水平方
向に射出する射出プランジャ３３で第二通路１６内の半
凝固スラリー３３を水平方向に射出するようにしている
ので、スクリュー押出機４の上部に射出シリンダ１２を
設ける必要がなくなり、第一実施形態の場合に比べて装
置全体の高さをより低く抑えることができる。また、図
４に示すように、本実施形態では、型締め装置９の固定
盤２３の中央部を切り欠いて形成した内空部３５にスク
リュー押出機４のチャンバー２が埋め込まれており、こ
れにより、水平方向の射出プランジャ３３を採用したこ
とに伴う装置長さの増大を極力防止するようにしてい
る。

【００４２】更に、本実施形態の射出成形装置１によれ
ば、第一及び第二実施形態の場合では得られない次の作
用効果を奏することができる。すなわち、本実施形態で
は、押出スクリュー３とは別の射出プランジャ３３で半
凝固スラリー３３を射出しているので、第一及び第二実
施形態の場合のように半凝固スラリー３３を射出するた
めに押出スクリュー３を高速移動させる必要がない。こ
のため、押出スクリュー３を高速移動することに伴う同
スクリュー３の先端部の摩耗を防止できるし、仮に射出
プランジャ３３が摩耗しても安価な当該プランジャ３３
のみを交換するだけで済む。

【００４３】また、インライン方式の場合、例えチャン
バー２を縦型に配置しても、押出スクリュー３の軸方向
移動によって多少は軸シール部へスラリーが侵入する恐
れがある。この点、本実施形態では、押出スクリュー３
を軸方向移動させる必要がないので、金属溶湯５の湯面
高さよりそれほど高くない位置に軸シール部を配置する
ことができる。このため、本実施形態では、駆動モータ
ー１１の設置高さそのものを低く設定することができ、
併せてその上に射出シリンダ１２を配置する必要がない
ので、装置全体の高さをより低く抑えることができる。
従って、第一及び第二実施形態の場合に比べて、設備の
安全性を向上できかつメンテナンスの容易化を図ること
ができる。

【００４４】なお、その他の構成は第一実施形態の場合
（図１）と同様であるから、その場合と同じ符号を図４
に付すことにより、詳細な構造説明は省略する。図５
は、本発明の第四の実施形態を示している。この実施形
態に係る軽合金の射出成形装置１は、前記半溶融原料タ
イプの軽合金の射出成形方法を行う装置であり、チャン
バー２の内部に押出スクリュー３を回転自在に有する水
平に配置されたスクリュー押出機４と、チャンバー２の
上端部に接続された加熱ホッパー４７と、チャンバー２
内に供給された半溶融金属４８を半凝固スラリー７とな
るように加熱するためのヒーター４９と、を備えてい
る。

【００４５】加熱ホッパー４７の外周部には誘導加熱コ
イル等よりなる加熱部材５０が設けられており、この加
熱部材５０により、ホッパー４７内に供給されたインゴ
ッド状の固体原料を半溶融状態（固相線以上及び液相線
以下で、かつ、射出時の温度よりも低い状態）となるま
で加熱することができる。また、加熱ホッパー４７の下
部には、左右一対の粉砕ギア５１が近接して回転自在に
設けられており、この一対の粉砕ギア５１間に半溶融金
属４８を通過させることにより、インゴッド状の半溶融
金属４８を細かく粉砕してチャンバー２内に供給できる
ようになっている。

【００４６】そして、本実施形態では、押出スクリュー
３の内部にも、チャンバー２内の半溶融金属４８を半凝
固スラリー７となるように加熱するための第二のヒータ
ー５２が埋設されており、この第二のヒーター５２から
の熱をチャンバー２の外部に逃がすための熱媒流路５３
が設けられている。この熱媒流路５３は、押出スクリュ
ー３の断面中心部を同スクリュー３におけるチャンバー
２外の基端側からチャンバー２内の先端側に至るように
形成されている。また、第二のヒーター５２は、当該押
出スクリュー３の内部における、熱媒流路５３の外周側
でかつチャンバー２側のヒーター４９が設けられている
軸方向範囲に対応する範囲に埋設されている。

【００４７】本実施形態の射出成形装置１によって半溶
融原料タイプの軽合金の射出成形方法を行う場合、チャ
ンバー２内に半溶融金属４８は、熱媒流路５３によって
押出スクリュー２の内部の熱をチャンバー２の外部に逃
がしながら、当該チャンバー２と押出スクリュー３の双
方側から加熱されつつその押出スクリュー３で剪断され
ることにより半凝固スラリー７に遷移し、その後、この
半凝固スラリー７はチャンバー２の排出口から外部の成
形金型（型締め装置９）に射出される。このように、本
実施形態では、チャンバー２内の半溶融金属４８を、チ
ャンバー２側からだけでなく、押出スクリュー３の内部
の熱をチャンバー２の外部に逃がしながら当該スクリュ
ー３側からも加熱するようにしているので、加熱温度を
適切に制御しながら押出スクリュー３側からも軽合金材
料を加熱することができる。このため、成形品の品質を
低下させることなく、スクリュー押出機４の負荷トルク
を小さくしかつその加熱攪拌経路を短縮することができ
る。

【００４８】また、本実施形態では、熱媒流路４８を、
押出スクリュー３の断面中心部を同スクリュー３のチャ
ンバー２外の基端側からチャンバー２内の先端側に至る
ように形成してあるので、押出スクリュー３の内部の第
二のヒーター５２によって当該スクリュー３の上流側部
分が軽合金材料の半凝固温度以上に昇温しても、当該熱
媒流路４８を流れる熱媒体によって、押出スクリュー３
のチャンバー２外の部分がチャンバー２内の部分よりも
低温となるように冷却でき、これにより、押出スクリュ
ー３を駆動するモーター１１や射出シリンダ１２のシー
ル部分を必要以上にチャンバー２から遠ざけなくても、
通常のゴム系のシール部材によってそれらのシール部分
をシールできるようになる。

【００４９】図６は、本発明の第五の実施形態を示して
いる。この実施形態に係る軽合金の射出成形装置１は、
前記固体原料タイプの軽合金の射出成形方法を行う装置
であり、チャンバー２の内部に押出スクリュー３を回転
自在に有する水平に配置されたスクリュー押出機４と、
チャンバー２の上端部に接続されたフィード装置５５付
きの供給ホッパー５６と、チャンバー２内に供給された
ペレット状又はフレーク状の固体金属５７を半凝固スラ
リー７となるように加熱するためのヒーター４９と、を
備えている。

【００５０】なお、押出スクリュー３の内部に第二のヒ
ーター５２及び熱媒流路５３が設けられている点とそれ
に伴う作用等、その他の構成及び作用は第四実施形態
（図５）とほぼ同様であるから、図５の場合と同一符号
を図６に付することにより、その詳細説明を省略する。
なお、本発明の各実施の形態を説明したが、これらの実
施の形態は例示的なものであって限定的なものではな
い。本発明の技術的範囲は冒頭の特許請求の範囲により
決定され、その意味に入るすべての態様は本発明の範囲
に含まれる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
溶湯原料タイプの軽合金の射出成形方法を行うに当た
り、チャンバー内におけるデンドライトの成長と押出ス
クリューによる微細化効率を向上できるので、成形品の
品質を向上することができる。また、本発明によれば、
溶湯原料タイプの軽合金の射出成形方法を行うに当た
り、装置の大型化を招来せずに通常のシール部材で押出
スクリューを軸封できるので、設備の製造コストを低減
することができる。

【００５２】更に、本発明によれば、固体原料タイプ又
は半溶融原料タイプの軽合金の射出成形方法を行うに当
たり、加熱温度を適切に制御しながら押出スクリュー側
からも軽合金材料を加熱できるので、成形品の品質を低
下させずに装置をコンパクト化することができる。ま
た、本発明によれば、固体原料タイプ又は半溶融原料タ
イプの軽合金の射出成形方法を行うに当たり、装置の大
型化を招来せずに通常のシール部材で押出スクリューを
軸封できるので、設備の製造コストを低減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施形態に係るスクリュー押出機の拡大断
面図である。

【図２】第一実施形態に係る軽合金の射出成形装置の全
体側面図である。

【図３】第二実施形態に係る軽合金の射出成形装置の全
体側面図である。

【図４】第三実施形態に係る軽合金の射出成形装置の全
体側面図である。

【図５】第四実施形態に係る軽合金の射出成形装置の全
体側面図である。

【図６】第五実施形態に係る軽合金の射出成形装置の全
体側面図である。

【符号の説明】

１ 射出成形装置 ２ チャンバー ３ 押出スクリュー ４ スクリュー押出機 ５ 金属溶湯 ６ 貯溜ホッパー ７ 半凝固スラリー ８ 第一温度制御手段 ９ 型締め装置 １３ ヒーター １９ 熱媒流路 ２４ 固定金型 ２６ 移動金型 ４０ 第二温度制御手段 ４１ 熱媒流路 ４２ ヒーター ４８ 半溶融金属 ４９ ヒーター ５２ 第二のヒーター ５３ 熱媒流路 ５７ 固体金属

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チャンバー（２）の内部に押出スクリュ
   ー（３）を回転自在に有する実質的に縦向きに配置され
   たスクリュー押出機（４）と、前記チャンバー（２）に
   設けられかつ同チャンバー（２）内に供給された金属溶
   湯（５）を半凝固スラリー（７）となるように冷却する
   ための温度制御手段（８）と、前記チャンバー（２）の
   排出口から排出された前記半凝固スラリー（７）を射出
   成形するための型締め装置（９）と、を備えている軽合
   金の射出成形装置において、 前記押出スクリュー（３）の内部に、前記チャンバー
   （２）内の前記金属溶湯（５）を半凝固スラリー（７）
   となるように冷却するための第二の温度制御手段（４
   ０）が設けられていることを特徴とする軽合金の射出成
   形装置。
2. 【請求項２】 チャンバー（２）側の温度制御手段
   （８）は、そのチャンバー（２）の壁部内又は外周部に
   設けられた熱媒流路（１９）及びヒーター（１３）より
   なる請求項１に記載の軽合金の射出成形装置。
3. 【請求項３】 第二の温度制御手段（４０）は、押出ス
   クリュー（３）のチャンバー（２）外の部分をチャンバ
   ー（２）内の部分よりも低温となるように冷却する機能
   を有する請求項１又は２に記載の軽合金の射出成形装
   置。
4. 【請求項４】 第二の温度制御手段（４０）は、押出ス
   クリュー（３）の断面中心部を同スクリュー（３）にお
   けるチャンバー（２）外の基端側からチャンバー（２）
   内の先端側に至るように形成された熱媒流路（４１）
   と、当該押出スクリュー（３）の内部における前記チャ
   ンバー（２）側の温度制御手段（８）が設けられている
   軸方向範囲に対応する部分に埋設されたヒーター（４
   ２）と、から構成されている請求項３に記載の軽合金の
   射出成形装置。
5. 【請求項５】 次の工程（ａ）〜（ｃ）を備えているこ
   とを特徴とする軽合金の射出成形方法。 （ａ） 実質的に縦向きに配置されかつ内部に押出スク
   リュー（３）を回転自在に有するチャンバー（２）内に
   金属溶湯（５）を供給する第一工程 （ｂ） 前記金属溶湯（５）を前記チャンバー（２）と
   押出スクリュー（３）の双方側から冷却しつつその押出
   スクリュー（３）で剪断することにより、当該金属材料
   （５）を半凝固スラリー（７）に遷移させる第二工程 （ｃ） 前記半凝固スラリー（７）を前記チャンバー
   （２）の排出口から排出して外部の成形金型（２４，２
   ６）に射出する第三工程
6. 【請求項６】 第二工程は、押出スクリュー（３）のチ
   ャンバー（２）外の部分をチャンバー（２）内の部分よ
   りも低温となるように冷却する作業を含む請求項５に記
   載の軽合金の射出成形方法。
7. 【請求項７】 チャンバー（２）の内部に押出スクリュ
   ー（３）を回転自在に有するスクリュー押出機（４）
   と、前記チャンバー（２）に設けられかつ同チャンバー
   （２）内に供給された固体金属（５７）又は半溶融金属
   （４８）を半凝固スラリー（７）となるように加熱する
   ためのヒーター（４９）と、前記チャンバー（２）の排
   出口から排出された前記半凝固スラリー（７）を射出成
   形するための型締め装置（９）と、を備えている軽合金
   の射出成形装置において、 前記押出スクリュー（３）の内部に、前記チャンバー
   （２）内の前記固体金属（５７）又は半溶融金属（４
   ８）を半凝固スラリー（７）となるように加熱するため
   の第二のヒーター（５２）と、この第二のヒーター（５
   ２）からの熱を前記チャンバー（２）の外部に逃がすた
   めの熱媒流路（５３）が設けられていることを特徴とす
   る軽合金の射出成形装置。
8. 【請求項８】 熱媒流路（５３）は、押出スクリュー
   （３）の断面中心部を同スクリュー（３）のチャンバー
   （２）外の基端側からチャンバー（２）内の先端側に至
   るように形成されている請求項７に記載の軽合金の射出
   成形装置。
9. 【請求項９】 次の工程（ａ）〜（ｃ）を備えているこ
   とを特徴とする軽合金の射出成形方法。 （ａ） 内部に押出スクリュー（３）を回転自在に有す
   るチャンバー（２）内に固体金属（５７）又は半溶融金
   属（４８）を供給する第一工程 （ｂ） 前記押出スクリュー（３）の内部の熱を前記チ
   ャンバー（２）の外部に逃がしながら、前記固体金属
   （５７）又は半溶融金属（４８）を前記チャンバー
   （２）と押出スクリュー（３）の双方側から加熱しつつ
   その押出スクリュー（３）で剪断することにより、当該
   固体金属（５７）又は半溶融金属（４８）を半凝固スラ
   リー（７）に遷移させる第二工程 （ｃ） 前記半凝固スラリー（７）を前記チャンバー
   （２）の排出口から排出して外部の成形金型（９）に射
   出する第三工程
10. 【請求項１０】 第二工程は、押出スクリュー（３）の
    チャンバー（２）外の部分をチャンバー（２）内の部分
    よりも低温となるように冷却する作業を含む請求項９に
    記載の軽合金の射出成形方法。