JP2002178123A - 溶融金属の計量及び射出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 射出装置内に液相状の金属材料の貯溜部を設
けるとともに装置の斜設によって、金属材料の計量と射
出を常に円滑に行えるようにする。 【解決手段】 加熱筒１のノズル部材１１と連通する先
端部内を縮径して所要長さの計量室１８に形成する。計
量室１８に射出軸２の先端の射出プランジャ２１を進退
自在に挿入する。射出プランジャ上の軸部周囲と加熱筒
１との間を金属材料の貯溜部Ｂに形成する。外部加熱に
より溶融した金属材料を加熱筒１の傾斜を利用して貯溜
部Ｂに蓄える。金属材料を射出プランジャ２１の後退移
動により生ずる計量室側の負圧により、射出プランジャ
２１の周囲から計量室内に吸引して計量を行う。射出プ
ランジャ２１を前進移動して射出を行う。

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、マグネシ
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場合に用いられる溶融金
属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進退自在に備え
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
しつつせん断発熱と外部熱とにより完全に溶融し、その
溶融金属を加熱筒の先端部内に液相状態で蓄積して計量
としたのち、スクリュ前進により加熱筒先端のノズルか
ら金型に射出充填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、液相状の金属材料の温度維持、計量の不安定さな
どにある。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、プラスチック材料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、固体移送力と溶融過程にお
ける半溶融状態での高粘度域においては移送力が生じる
ので、その領域まではスクリュ回転により材料移送は行
い得るが、金属材料では溶融により液相率が高まるに伴
って粘度が低下し、スクリュフライト間のねじ溝による
移送力が減衰するので、スクリュ回転による加熱筒先端
部への安定供給が不安定となり易い。

【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先端部内の蓄
積量が増加するに従い、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、溶融プラスチック
の密度を一定化し、計量を毎回一定量とすることができ
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
ュ回転のみでは先端部内への蓄積量も異なって計量毎に
バラツキが生ずる。

【０００８】また金属材料は比重がプラスチック材料よ
りも著しく大きく、液相状態では低粘度で流動性を有す
ることから、水平に設置した加熱筒内では、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から、後方の半溶
融領域に漏出するようになり、これに伴って先端部内に
計量した金属材料も開弁状態にあるリングバルブからス
クリュの前部周囲へと逆流して減量するようになる。

【０００９】この計量の減少に伴って加熱筒の先端部内
では液相面も下がることから、そこに蓄積量を不安定と
なす気相（隙間）が生じ、また漏出した液相状の金属材
料は半溶融領域にて温度低下して高粘度化するか、また
は半溶融領域の加熱状態によっては固化してスクリュ溝
内に堰を形成し、その後方の供給口からの粒状材料のス
クリュ回転による移送に支障を来す、という課題をも有
する。

【００１０】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、射出装置内に液相状の金属材
料の貯溜部を設けるとともに装置の斜設によって、金属
材料の計量と射出を常に円滑に行い得る新たな溶融金属
の計量及び射出方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的によるこの発明
は、加熱筒のノズル部材と連通する先端部内を縮径して
所要長さの計量室に形成し、その計量室に射出軸の先端
の射出プランジャを進退自在に挿入するとともに、射出
プランジャ上の軸部周囲と加熱筒との間を金属材料の貯
溜部に形成し、その貯溜部に外部熱により溶融した金属
材料を加熱筒の傾斜を利用して蓄え、その金属材料を上
記射出プランジャの後退移動により生ずる計量室側の負
圧により、射出プランジャの周囲から計量室内に吸引し
て計量を行ったのち、射出プランジャを前進移動して射
出を行う、というものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】図はこの発明に係わる射出装置の
１実施形態を示すもので、１は加熱筒、２は加熱筒１の
内部の射出軸である。上記加熱筒１は、ノズル部材１１
を先端面にねじ着した先端部材１２を備え、後部に粒状
の金属材料の供給口１３を有する。またノズル部材１１
及び先端部材１２から供給口１３にわたる外周囲には、
バンドヒータ１４が一定間隔ごとに取付けてある。

【００１３】上記先端部材１２は、後端周囲に一体形成
したフランジ１５を、加熱筒１の端部周囲に一体形成し
たフランジ１６に当接し、ボルト１７により止着して加
熱筒１の先端部として設けられており、上記ノズル部材
１１と連通する内部は、上記射出軸２を挿通した加熱筒
１の内径よりも８〜１５％ほど小径に縮径されて、加熱
筒１の先端部内の所要長さの計量室１８となっている。
この計量室１８の開口部には、図５に拡大して示すよう
に、複数の流通溝２１ａが等間隔に凹設してある。

【００１４】上記射出軸２の先端部は射出プランジャ２
１に形成されている。この射出プランジャ２１は摺動用
のクリアランスを確保して、計量室１８に進退自在に挿
入可能な外径からなり、先端面は計量室１８の漏斗状の
先端面と適合する円錐面に形成されている。また外周囲
には射出時に摺動クリアランスからの逆流を防止するシ
ールリング２１ｂが施してある。このシールリング２１
ｂは特殊鋼などによる耐熱性のピストンリングをそのま
ま採用したものからなる。

【００１５】図２に示すように、上記射出プランジャ２
１と、上部軸部２２の周囲にはスクリュフライト２３を
有する供給部Ａとの間は、下部軸部２４のみによる貯溜
部Ｂとなっている。上記スクリュフライト２３の外径は
加熱筒１の内径と略等しく、射出軸２の後退限位置にお
いて、スクリュエンドのねじ溝２３ａが上記供給口１３
の直下に位置する個所から、下部軸部２４の周囲に形成
した貯溜部Ｂとの境界に形成した膨出部２５のところま
で、同一ピッチにて軸部２２の周囲に一体に形成してあ
る。

【００１６】上記膨出部２５の外径はスクリュフライト
２３と同径で、側面には供給部Ａから貯溜部Ｂへ流通す
る金属粒子を、２mm以下の大きさに制限する複数の流通
スリット２６が等間隔に軸方向に切設してある。この流
通スリット２６により、液相状の金属材料と一緒に供給
部Ａから貯溜部Ｂへ流れ込む半溶融状態の金属粒子は、
細かなものに制限され、貯溜部Ｂにて外部熱により完全
溶融するようになる。また膨出部２５は射出軸２の前進
時に、貯溜部Ｂの液相状の金属材料が供給部Ａに逆流し
て半溶融状態となるのを防止する。

【００１７】上記貯溜部Ｂの軸部２４は、上記射出プラ
ンジャ２１の直径よりも小径に形成されて、加熱筒内壁
との間に供給部Ａにおけるスクリュフライト間のねじ溝
よりも深い貯溜スペース２７が、射出プランジャ上の軸
部周囲に確保され、これにより貯溜部Ｂの長さ範囲にお
いて、少なくとも次回射出分の金属材料が液相状態で貯
溜できるようにしてある。なお２８は軸部２４の支持部
材である。

【００１８】上記構成の射出装置は、上記供給口１３を
上側にして、加熱筒１の内部の液相状態の金属材料が、
自重により貯溜スペース２７へ流下し、成形ごとに上記
計量室１８に蓄積されるように、ノズル１１側を下向き
にして傾斜設置して使用される。

【００１９】この傾斜設置には、ノズル部材１１と金型
３１のスプル３２とが同一直線上に位置して屈曲するこ
となくノズルタッチするように、例えば図４に示すよう
に、射出装置１０と型締装置３０の両方を、機台４０の
上に同一角度（３〜１０度）にて設置する場合と、図は
省略したが、射出装置のみを機台上に傾斜設置する場合
の何れをも採用することができる。

【００２０】上記射出装置１０では、射出軸２が供給部
Ａ、貯溜部Ｂ、射出プランジャ２１の３部構成からな
り、主なる溶融をせん断発熱により行う通常の射出軸が
有する圧縮部がないことから、金属材料の溶融は専ら加
熱筒１の外周囲のバンドヒータ１４から供給される外部
からの加熱（例えばマグネシウムでは６１０℃以上）に
よる。

【００２１】この外部熱による金属材料の溶融及び計量
は、ノズル部材１１の先端を金型３１にノズルタッチし
たまま行われる。ノズルタッチによりノズル部材１１の
先端内は、前回の射出によりノズル部材１１に残留した
金属材料が金型側からの冷却により固形物となって、ノ
ズル先端を閉塞している。

【００２２】射出充填後の射出軸２は、図３に示すよう
に、クッションとして液相状の所要量の金属材料を残す
ところまで前進して停止していることから、これを強制
的に設定距離だけ後退移動させると、計量室１８は負圧
状態（減圧又は真空状態）となる。しかし、射出プラン
ジャ２１が設定位置まで後退して、流通溝２１ａにより
計量室１８が貯溜部Ｂと連通すると、殆ど同時に貯溜部
Ｂに液相状態で一次的に蓄えた次回分の金属材料が、流
通溝２１ａから計量室１８に吸引されて、計量室１８を
満たす。

【００２３】また供給部Ａでは、射出軸２の進退移動に
関係なく、スクリュフライト２３の間のねじ溝に溜った
金属材料の外部熱による溶融と、完全溶融により液相状
態となった金属材料の貯溜部Ｂへの流動が継続して行わ
れ、さらに射出軸２の後退によって、スクリュエンドの
ねじ溝２３ａが供給口１３の直下に位置するようにな
り、射出軸２の前進によって軸後部２２ａにより塞がれ
ていた供給口１３が開口する。

【００２４】この後退停止位置にて射出軸２の回転を行
うと、供給口１３の粒状の金属材料が、スクリュフライ
ト２３の回転により新たな材料として加熱筒前方へと順
次ねじリードされて移送され、その途中で加熱筒１から
の外部熱により溶融して固相と液相とが混在した半溶融
状態となる。なお、酸化し易い金属材料の場合には、供
給口１３に接続した供給装置内から加熱筒内にアルゴン
ガス等の不活性ガスを供給し、不活性ガス雰囲気で溶融
をを行うのが好ましい。

【００２５】供給部Ａを移送された金属材料の殆どは、
上記膨出部２５の近傍に至る間に液相状の金属材料とな
る。加熱筒内で液相率が高まると、湯のように粘度が低
い液相状の金属材料は、水平な加熱筒では自重によりス
クリュ下側に溜り易くなるが、加熱筒１が射出軸２と共
に下向きに傾斜しているため、スクリュ回転によるねじ
効果と相俟って、液相状の金属材料は膨出部２５の流通
スリット２６から貯蓄部Ｂに流入するようになる。

【００２６】貯溜部Ｂに流入した液相状の金属材料は、
既に計量室１８には前回の射出時に一次的に貯蓄されて
いた金属材料が充満していることから、そのまま貯溜部
Ｂに次回分の金属材料として、回転中の軸部２４により
攪拌されながら溜め置かれる。しかし計量室１８に不足
があるような場合には、先にその不足分を補ってから貯
溜されることになる。

【００２７】また貯溜部Ｂの金属材料の液面ａは水平
で、加熱筒１に対し斜めに位置することから、気相は水
平な液面ａより上部に生じて計量室１８にまで及ぶこと
はなく、さらに射出軸２の強制後退により、貯溜部Ｂの
金属材料が計量室１８に吸引される際に、気体を巻き込
むようなことがあっても、比重の差から脱気が自然に行
われるので、加熱筒１を水平設置した場合に必要とされ
た射出時のガス抜きが不要となる。このようなことから
計量の不安定さが改善される。

【００２８】次に計量は、貯溜部Ｂに設定量の金属材料
が貯蓄されたところでスクリュ回転を停止し、その後に
射出軸２を前進して行う。この計量前進は上記射出プラ
ンジャ２１が計量室１８に押し込まれて流通溝２１ａに
よる流入路が遮断されたのち、または流通溝２１ａを不
要とする場合には、先端面と計量室１８との間に生じた
流通間隙が射出プランジャ２１により塞がれたのちに、
計量室内の材料圧が予め定めたスクリュの前進距離内で
設定圧力に達した所までとなる。

【００２９】何れにしても、その計量過程で液相状の金
属材料が射出プランジャ２１により圧迫されて、設定圧
力に達する間に余剰の金属材料が貯溜部Ｂの貯溜スペー
ス２７にオーバーフローすると共に再度の脱気も行わ
れ、計量室１８における金属材料の定量化が行われるこ
とになる。またスクリュ前進により貯溜部Ｂも前方へ移
動することになるが、軸部周囲の貯溜スペース２７の容
積には変動はないので、貯溜部Ｂの金属材料が供給部Ａ
に逆流するようなことがなく、過剰の貯溜により逆流が
生ずるようなことがあっても、それは上記膨出部２５に
より少量に制限されて、液相状態で逆流した金属材料
が、供給部Ａで半溶融状態に戻ることにより生ずる移送
障害となるほどのものではない。

【００３０】計量前進の停止後、工程は射出充填に移行
するのであるが、上記計量前進の開始から射出前進及び
射出充填完了に至る全工程は、プロセス制御をもって行
われる。射出軸２の射出前進により計量室１８の液相状
の金属材料は射出プランジャ２１に押圧され、その圧力
によりノズル先端内を閉塞していた固形物がスプル３に
押し出されて、金属材料が液相状態で金型３１へ射出充
填される。

【００３１】上記固形物の押し出しにはかなりの圧力が
必要となり、その圧力は固形物の生成状態により大きく
異なる。また圧力のバラツキは射出を不安定となす要因
ともなるので、固形物の生成を成形ごとに同一状態とな
すために、ノズル先端部の温度管理を要することにな
る。

【００３２】射出前進は所要量の金属材料をクッション
として残すところまで行われて充填完了となる。また上
記供給口１３はスクリュエンド２３ａの前方移動により
後部軸部２２ａにより図では省略したが閉鎖されて、金
属材料の供給を中断する。

【００３３】射出充填の完了後、射出軸２は保圧のた
め、その位置に停止される。保圧完了後に工程は金属材
料の計量に切換わり、射出軸２の強制後退が行われるよ
うになる。強制後退により射出軸２が設定位置に達する
と、工程は溶融及び計量工程に切換えられて射出軸２が
停止し、その位置にて上述のようにスクリュ回転が開始
されて、少なくとも次回分の金属材料の供給と移送及び
溶融、計量が連続して行われる。

【００３４】図６に示す射出プランジャ２１は、外周側
に切設したシールリング２１ｂの嵌合用の環状溝４１と
円錐形の射出プランジャ先端とにわたり流通孔４２を穿
設し、その流通路４２により環状溝４１を計量室内と連
通させた構造からなる。他の実施形態を示すものであ
る。

【００３５】このような射出プランジャ２１では、射出
軸２の前進による射出時に、射出プランジャ先端により
押圧されて生じた樹脂圧が、流通孔４２から環状溝４１
に緩く嵌合したシールリング２１ｂに作用して外方に押
圧し、これによりシールリング２１ｂは拡張して、計量
室１８の内周面に押し付けられるようになる。これによ
り摺動用のクリアランスからの溶融金属の逆流が防止さ
れる。

【００３６】また射出軸２の後退時には、射出プランジ
ャ２１の計量室内の後退移動により生ずる負圧によっ
て、拡張されたシールリング２１ｂが元の状態に縮小
し、そこに再びクリアランスが生ずるとともに、負圧に
よる吸引作用により貯溜部Ｂに蓄えられた溶融金属が、
射出プランジャ先端部が上記流通溝２１ａに達する前か
ら拡張されつつある計量室１８に流入するようになる。
これにより機密状態の計量室内を射出プランジャ２１が
後退するものであっても、射出軸２の強制後退を困難と
なすほどの大きな負圧が発生せず、射出軸２の後退がス
ムーズに行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る溶融金属の計量及び射出方法
を実施し得る装置の縦断側面図である。

【図２】 この発明が備える射出軸の側面図である。

【図３】 射出充填完了時の射出装置の前部の縦断側面
図である。

【図４】 この発明の射出装置を備えた成形機の側面図
である。

【図５】 加熱筒先端部の拡大断面図である。

【図６】 他の実施形態の射出プランジャの前端面
（Ａ）及び縦断側面（Ｂ）の説明図である。

【図７】 他の実施形態の射出装置の射出完了時におけ
る縦断側面図である。

【符号の説明】

１ 加熱筒 ２ 射出軸 １０ 射出装置 １１ ノズル部材 １２ 先端部材 １３ 供給口 １４ バンドヒータ １８ 計量室 ２１ 射出プランジャ ２１ａ 流通溝 ２１ｂ シールリング ２２ 供給部Ａの軸部 ２２ａ 軸後部 ２３ スクリュフライト ２３ａ スクリュエンドのねじ溝 ２４ 貯溜部Ｂの軸部 ２５ 膨出部 ２６ 流通スリット ２７ 貯溜スペース ３０ 型締装置 ３１ 金型 ３２ スプル ４０ 機台 ４１ 環状溝 ４２ 流通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 Ｆターム(参考） 4E014 LA17 LA18

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱筒のノズル部材と連通する先端部内
   を縮径して所要長さの計量室に形成し、その計量室に射
   出軸の先端の射出プランジャを進退自在に挿入するとと
   もに、射出プランジャ上の軸部周囲と加熱筒との間を金
   属材料の貯溜部に形成し、その貯溜部に外部熱により溶
   融した金属材料を加熱筒の傾斜を利用して蓄え、その金
   属材料を上記射出プランジャの後退移動により生ずる計
   量室側の負圧により、射出プランジャの周囲から計量室
   内に吸引して計量を行ったのち、射出プランジャを前進
   移動して射出を行うことを特徴とする金属材料の計量及
   び射出方法。