JP2003112246A

JP2003112246A - 金属合金射出成形用金型

Info

Publication number: JP2003112246A
Application number: JP2001307193A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hie; 敏昭比枝
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2001-10-03
Filing date: 2001-10-03
Publication date: 2003-04-15
Anticipated expiration: 2021-10-03
Also published as: JP3558165B2

Abstract

(57)【要約】【課題】固体栓の大きさを適切に制御することにより
射出時の固体栓を低圧力で抜くことが可能とすることに
より、溶湯の逆流を防止し、成形品の品質精度を向上す
ることができる金属合金射出成形用金型を提供する。【解決手段】スプルーブッシュをノズルタッチ部１０
側とキャビティ１５側とに分割し、ノズルタッチ部側ス
プルーブッシュ３０は加熱温度制御可能とし、他方のキ
ャビティ側スプルーブッシュ５は冷却機能を備えるよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネシウム合金
等の金属合金の射出成形に用いられる金属合金射出成形
用金型に関し、特に、成形稼動中連続してノズルタッチ
した状態で成形しても、安定した固体栓（コールドプラ
グ）の生成が可能で、低圧力で固体栓を抜くことができ
る金属合金射出成形用金型に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３に従来のマグネシウム合金射出成形
用金型を使用した射出成形機の一部の側断面図を示す。

【０００３】かかる射出成形機は、内部に図示しないス
クリュが設けられた図示しない加熱シリンダの外周部
に、加熱シリンダを加熱するための図示しないシリンダ
ヒータと、シリンダヒータを制御するための図示しない
シリンダ温度制御用熱電対とがそれぞれ設けられてい
る。加熱シリンダの先端にはノズル１７が設けられてお
り、ノズル１７の外周部にはノズル１７を加熱するため
のノズルヒータ１９と、ノズルヒータ１９を制御するた
めの熱電対２０とがそれぞれ設けられている。スクリュ
は、これが回転することにより加熱された溶融又は半溶
融の金属材料（以下溶湯という）を加熱シリンダ先端に
輸送し、計量する。また、ノズル１７内には、溶融マグ
ネシウム合金を射出するためのノズル穴１８が開口形成
されている。２１は、溶融マグネシウム合金が冷却され
ることにより、ノズル１７内の先端に生成される固体栓
である。

【０００４】コールドランナ金型は、固定側金型１と可
動側金型２とにより構成される。固定側金型１内の可動
側金型２側に、キャビ入れ子３が組み込まれている。ま
た、固定側金型１には、ノズル１７と接触して、スプル
ーブッシュ５が組み込まれている。スプルーブッシュ５
は、溶融金属の流路であるスプルー１３を内部に開口形
成している。また、スプルーブッシュ５は、冷却機能を
有している。具体的には、スプルーブッシュ５を冷却す
るスプルーブッシュ冷却溝６が形成されており、冷却溝
６に連通するように冷却媒体（例えば、１００℃の低温
油、圧縮空気など）の導入管７が設けられている。

【０００５】なお、８は、固定側金型１の取付板で、固
定側金型１に図示しないキャップボルトで締め付けてス
プルーブッシュ５をサンドイッチ状に挟んで固定する。
取付板８のノズル１７に対応する位置には、ロケートリ
ング９が取り付けられている。射出成形機に金型１、２
を取り付ける際に、ロケートリング９を射出成形機の図
示しない固定盤の案内穴に案内させて、取付板８を射出
成形機にボルトで締め付けて取り付けるようにする。１
０は、ノズル１７がスプルーブッシュ５に当接するノズ
ルタッチ部である。

【０００６】可動側金型２は、固定側金型１に接触及び
離隔するように移動可能に構成されており、分割面で固
定側金型１と可動側金型２が開閉する。可動側金型２内
部には、固定側金型１側にコア−入れ子４、スプルーブ
ッシュ５に隣接してブッシュコア１１が組み込まれてい
る。固定側金型１と可動側金型２とが接合することによ
り空間部１３，１４，１５が形成される。具体的には、
１３は、スプルー、１４は、ランナー、１５は、キャビ
ティである。なお、１２は、マグネシウム固体栓を捕捉
するプラグキャッチャーである。両金型１、２は、図示
されていない電熱、加熱油媒体等からなる金型温度調整
回路により、１５０〜２３０℃程度に加熱温度制御され
る。

【０００７】可動側金型２には、複数本のエジェクタピ
ン１６の一端が軸方向に移動可能に貫通しており、各エ
ジェクタピン１６の一端が可動側金型２から突出するこ
とにより成形品を押し出すことが可能である。各エジェ
クタピン１６の他端はこれらを軸方向へ移動可能な図示
してないエジェクタプレートに固定されている。

【０００８】次に、動作について説明する。図示しない
油圧装置に駆動されることにより、ノズル１７がノズル
タッチ部１０に押し付けられる。そして、成形工程で
は、加熱シリンダとスクリュによって溶融された約５７
０〜６３０℃の溶融マグネシウム合金がノズル１７のノ
ズル穴１８から高速に射出される。射出された溶融マグ
ネシウム合金は、スプルー１３、ランナー１４、キャビ
ティ１５からなる空間部に高速で射出され、冷却される
ことにより凝固した成形品を得る。

【０００９】スプルーブッシュ５の周辺に設けられたス
プルーブッシュ冷却溝６には、導入管７から空気、油等
の冷却媒体が導入されて、スプルー１３が冷却される。
ノズル１７は、ヒータ１９と熱電対２０により温度制御
される。射出完了で溶融したマグネシウム合金の流動が
停止すると、マグネシウム合金は、金型温度まで、急速
冷却される。

【００１０】マグネシウム合金の場合、熱伝動度が６２
〜７２Ｗ／ｍｋで、鋼の４２Ｗ／ｍｋに比較して、約２
倍、ＡＢＳ，ＰＣ等のプラスチックの０．２Ｗ／ｍｋに
比較して３１０から３６０倍もあるため、スプルー１
３、ノズルタッチ部１０のマグネシウム合金は急速に冷
却されることとなる。さらに、ノズル１７の先端部は、
ノズルタッチ部１０から金型に伝熱して通常設定する５
１０から５３０℃の温度よりさらに低下して、マグネシ
ウム合金の固体栓２１が形成される。

【００１１】成形品は、可動側金型２を型開きして取り
出す。このとき、製品は、可動側に収縮して抱きついて
型開きするように抜き勾配を調整してある。スプルー１
３部分のマグネシウム合金は体積が大きいため凝固の進
行が遅いので、スプルーブッシュ５を冷却する必要があ
る。冷却する方法として、スプルーブッシュ５の周辺に
設けた冷却溝６に導入管７から冷却媒体を導入してスプ
ルーブッシュ５を冷却して急速にスプルー１３の凝固収
縮を促進させて、スプルー１３がノズルタッチ部１０で
切断して固定型金型１に残るのを防止する。

【００１２】また、ノズル１７の温度は、ヒータ１９の
発熱によって固体栓２１が抜け易くなる温度まで回復さ
せ、次の射出に備える。そのため、金型とノズル１７は
常時タッチした状態ではなく、成形サイクル毎に金型と
ノズルは離隔させたり、タッチさせたりの繰り返しを行
う反復成形を採用している。射出圧力によって抜けた固
体栓２１は、スプルー１３前方のプラグキャッチャー１
２に捕捉され、溶解した健全な流動性マグネシウム合金
のみがランナー１４を通って、キャビティ１５側に流れ
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のコールドラ
ンナ金型では、以下の問題がある。スプルー１３が固定
側金型１に残るのを防止するためには、スプルーブッシ
ュ５の温度が金型温度よりも更に１０〜３０℃低くなる
ように冷却する必要がある。成形されたマグネシウム合
金は、スプルー１３側の方が製品形状１５側よりも冷却
速度が速く、マグネシウム合金は熱伝動度が非常に大き
いため、金型にノズル１７がタッチしている間、大きく
て強固な固体栓２１が生成されることとなる。一旦、強
固な固体栓２１が形成されると、射出を行う際、固体栓
２１を加熱して柔らかくしないと、射出することが困難
となる。このため、スクリュ、シリンダ装置の計量部、
溶融部に逆流し易くなり、バリ、ショートショット、湯
じわなどの成形品の品質低下や、加熱時間による成形サ
イクルが長くなりコストアップにつながるという問題が
ある。

【００１４】このため、成形サイクルを短縮するため
に、ノズル１７のヒータワット密度を上げて固体栓２１
が柔らかくなるまでの温度の回復時間を短縮化すること
が考えられる。しかしながら、ノズルのヒータワット密
度を上げるとノズルヒータの寿命が短くなり、ノズル１
７が熱変形する等の問題がある。

【００１５】仮に、ノズル１７の設定温度を前記通常温
度より、１０〜３０℃程度高めに設定し、ノズルタッチ
したままの状態で運転すると、ノズル１７の先端が異常
に加熱されることとなるため、ノズル１７の先端である
ノズルタッチ面の変形が大きくなったり、低粘度マグネ
シウムのはな垂れ現象でノズルタッチ面に隙間ができ
て、マグネシウム合金が漏れる危険性がある。このよう
に、マグネシウム合金の固体栓２１の排出条件がノズル
１７温度、金型温度に影響されることは明らかであり、
固体栓２１の抜け圧の変動が製品品質のばらつきに大い
に影響するという問題がある。本発明は、このような課
題を解決するためのものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
従来のものの課題を解決するためのものであり、固体栓
の大きさを最適に制御し、射出時の固体栓を低圧力で抜
くことが可能とすることにより、溶湯の逆流を防止し、
成形品の品質精度を向上することができる金属合金射出
成形用金型を提供することを目的とする。

【００１７】本発明のうちで請求項１記載の発明では、
射出成形機から射出された溶融された金属合金をスプル
ーブッシュを通してキャビティ（１５）内に注入する金
属合金射出成形用金型において、スプルーブッシュをノ
ズルタッチ部（１０）側とキャビティ（１５）側とに分
割し、ノズルタッチ部側スプルーブッシュ（３０）は加
熱温度制御可能とし、キャビティ側スプルーブッシュ
（５）は冷却機能を備えるようにしたことを特徴とする
ものである。

【００１８】本発明のうちで請求項２記載の発明では、
前記ノズルタッチ部側スプルーブッシュ（３０）の加熱
温度制御は、射出開始時は、ノズルタッチ部側スプルー
ブッシュ（３０）の温度が、所定の射出開始温度となる
ように制御し、射出後は、金属合金の溶融温度以下のベ
ース温度となるように制御するようにしたことを特徴と
するものである。

【００１９】本発明のうちで請求項３記載の発明では、
前記射出開始温度は約４００〜４５０℃であることを特
徴とするものである。

【００２０】本発明のうちで請求項４記載の発明では、
前記ベース温度は、約３７０〜４２０℃であることを特
徴とするものである。

【００２１】また、本発明のうちで請求項５記載の発明
では、前記ノズルタッチ部側スプルーブッシュ（３０）
の加熱は電磁誘導加熱制御するようにしたことを特徴と
するものである。

【００２２】また、本発明のうちで請求項６記載の発明
では、前記キャビティ側スプルーブッシュ（５）は、射
出後からベース温度以下となるように、冷却を行うよう
にしたことを特徴とするものである。

【００２３】また、本発明のうちで請求項７記載の発明
では、前記金属合金は、マグネシウム合金であることを
特徴とするものである。

【００２４】なお、上記かっこ内の符号は、後述する実
施の形態の対応する部材を示す。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
により説明する。図１に、本発明の１実施の形態を示す
部分構成図、図２は、本発明の分割ブッシュの温度線図
を成形の工程に合わせて表示した図を、それぞれ示す。
なお、従来技術で説明した構成と重複する部分に関して
は同一符号を付し、その説明を省略する。

【００２６】本発明の金属合金射出成形用金型は、射出
成形機から射出された溶湯をスプルーブッシュを通して
キャビティ内に注入する金属合金射出成形用金型におい
て、スプルーブッシュをノズルタッチ部１０側とキャビ
ティ１５側とに分割し、ノズルタッチ部側スプルーブッ
シュ３０は加熱温度制御可能とし、他方のキャビティ側
スプルーブッシュ５は冷却機能を備えるようにしたこと
を特徴とするものである。本実施の形態の金属合金は、
チクソモールデイングに適したマグネシウム合金であ
る。

【００２７】ノズルタッチ部側スプルーブッシュ３０の
加熱は電磁誘導加熱するようにしたものであり、外側に
スプルーブッシュ３０の体積、温度調整範囲に応じた誘
導加熱コイル３１を巻回し、温度検知用の熱電対３２を
設けている。なお、ノズルタッチ部側スプルーブッシュ
３０は、前面の取付板８とキャビティ側スプルーブッシ
ュ５とでサンドイッチ状に挟んで固定されている。

【００２８】ノズルタッチ部側スプルーブッシュ３０の
加熱温度制御は、図示しない電磁誘導加熱装置により行
う。図２に示すように、加熱装置により、射出時に、ノ
ズルタッチ部側スプルーブッシュ３０が、射出開始温度
となるように設定する。通常、射出開始温度は、マグネ
シウム合金の固体相の範囲である４００〜４５０℃の範
囲である。かかる温度とすることにより、ノズル１７の
温度低下があっても、固体栓２１を柔らかくすることが
可能としておくことができる。射出後は、成形機からの
信号を受信して、加熱装置の温度設定を自動的にベース
温度加熱（通常、３７０〜４２０℃）に切り替えるよう
にする。

【００２９】キャビティ側スプルーブッシュ５は、外周
に設けられたスプルーブッシュの冷却溝６に冷却媒体
（例えば、１００℃の低温油、圧縮空気など）をタイマ
ーで制御した時間だけ連通させてスプルー１３を冷却す
る。タイマーで制御した時間とは、射出後、型開きを行
い、ベース温度以下となるようにするものである。具体
的には、キャビティ側スプルーブッシュ５の温度が約３
５０℃程度に下がるまで冷却する。なお、キャビティ側
スプルーブッシュ５には、冷却媒体を流したとき、冷却
媒体がキャビティ側スプルーブッシュ５と固定側金型１
の接合部分のクリアランスから漏れ出すのを防止するた
め、耐熱シールリング３３をスプルーブッシュ冷却溝６
の左右両側に装着している。

【００３０】次に、動作について説明する。図２に示す
ように、金型１、２が型閉により成形工程サイクルを開
始すると、型閉と同時に、ノズルタッチ部側スプルーブ
ッシュ３０を電磁誘導加熱装置により、射出開始温度に
加熱する。これにより、ノズルタッチ部側スプルーブッ
シュ３０の温度は、ベース温度から加熱されて射出時に
は、通常、４００〜４５０℃の射出開始温度となるよう
に、加熱制御される。射出終了後、ノズルタッチ部１０
側のスプルーブッシュ３０は、電磁誘導加熱装置によ
り、通常３７０〜４２０℃のベース温度となるように加
熱制御される。

【００３１】このとき、射出後、キャビティ側スプルー
ブッシュ５側の外周に設けられたスプルーブッシュ冷却
溝６に冷却媒体がタイマーで制御した時間だけ連通さ
れ、スプルー１３が冷却される。製品取り出し後は、次
の成形工程のサイクルスタートでは、ピーク加熱に自動
的に切り替えられて、射出開始温度となるように、加熱
される。実際の生産ラインにおいては、上述の工程の繰
り返しとなる。射出は、設定した射出開始温度になった
ことを射出成形機にフィードバックしてから行うように
するのが、成形品質の均質化のため望ましい。

【００３２】なお、本実施の形態では、マグネシウム合
金について説明しているが、チクソモールデイングで適
用可能な軽金属であれば、適用は可能である。他の金属
合金の場合には、射出開始温度及びベース温度、冷却温
度を適宜選択するようにすると良い。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１記載の発明は、スプルーブッシュをノズルタッチ部
側とキャビティ側とに分割し、ノズルタッチ部側スプル
ーブッシュは加熱温度制御可能とし、他方のキャビティ
側スプルーブッシュは冷却機能を備えるようにした構成
としたことにより、ノズルタッチ部側のスプルーブッシ
ュを任意の温度に加熱温度制御できるので、ノズル先端
に生成される固体栓の大きさを任意に制御でき、固体栓
を抜く圧力を低下させることができ、射出速度制御を容
易に行うことができる。このため、従来のようなばり、
ショートショット、湯じわなどの成形不良が生じること
がなく、金型への転写性も向上し、精度の高い成形品を
得ることができる。

【００３４】また、従来のように強固な固体栓を抜くた
めに、ノズルの温度を異常に加熱する必要もないため、
ノズルを金型にタッチしたままのタッチ成形を継続して
行うことができるため、ノズルの変形寿命を延ばすこと
が可能となる。さらに、ノズル先端が異常加熱されては
な垂れ現象が生じることもない。

【００３５】また、固体栓の性状を左右するノズルタッ
チ部のみのスプルーブッシュのみを加熱するようにして
いるため、従来のようにスプルーブッシュ全体が冷却さ
れて固体栓が大きく生成されてしまうことにより再度柔
らかくなるまで加熱する必要がないため、成形サイクル
を従来よりも短縮することができるので、製品のコスト
ダウンが可能となる。

【００３６】さらに、射出後、キャビティ側スプルーブ
ッシュを冷却して固体栓を形成する際も、従来のよう
に、強固な固体栓を溶融させるために必要な高温度設定
で高熱量を負荷する必要がないため、固体栓も、従来よ
りも速く生成することができ、成形サイクルの短縮化が
可能となる。

【００３７】本発明のうち請求項２〜４記載の発明は、
前記加熱温度制御は、射出開始温度は４００〜４５０℃
の範囲で制御し、射出後は、再び３７０〜４２０℃の範
囲となるようにしたことにより、すなわち、本発明で
は、ノズルが異常加熱しないようにノズルタッチ部側ス
プルーブッシュをマグネシウム合金の溶融温度５９６℃
以下のベース温度（３７０〜４２０℃）となるように加
熱制御するようにしているので、効果的に最適に固体栓
の成長を行うことができる。

【００３８】本発明のうち請求項５記載の発明は、前記
ノズルタッチ部側のスプルーブッシュの加熱は電磁誘導
加熱するようにしたことにより、効率良くノズルタッチ
部側のスプルーブッシュの加熱制御を行うことができ
る。

【００３９】本発明のうち請求項６記載の発明は、前記
冷却機能を有する側のスプルーブッシュは、射出後から
型開きまでの所定の時間のみ冷却を行うようにしたこと
により、効果的にスプルーを冷却して凝固収縮を速め
て、スプルーの型残りを防止することができる。

【００４０】本発明のうち請求項７記載の発明は、前記
金属合金は、マグネシウム合金であるので、チクソモー
ルデイングに適した金属であり、固体栓の成長制御を適
切に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施の形態を示す部分断面構成図で
ある。

【図２】本発明の分割ブッシュの温度線図を成形の工程
に合わせて表示した図である。

【図３】従来の金型の部分断面図である。

【符号の説明】

１固定側金型、金型２可動側金型、金型３固定側キャビ入れ子４コアー入れ子５キャビティ側スプルーブッシュ６スプルーブッシュ冷却溝７冷却媒体導入管８取付板９ロケートリング１０ノズルタッチ部１１ブッシュコアー１２プラグキャッチャー１３スプルー１４ランナー１５キャビティ１６エジェクタピン１７ノズル１８ノズル穴１９ヒータ２０熱電対２１固体栓３０ノズルタッチ部側スプルーブッシュ３１誘導加熱コイル３２（温度検出用の）熱電対３３耐熱シールリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】射出成形機から射出された溶融された金
属合金をスプルーブッシュを通してキャビティ（１５）
内に注入する金属合金射出成形用金型において、スプルーブッシュをノズルタッチ部（１０）側とキャビ
ティ（１５）側とに分割し、ノズルタッチ部側スプルー
ブッシュ（３０）は加熱温度制御可能とし、キャビティ
側スプルーブッシュ（５）は冷却機能を備えるようにし
たことを特徴とする金属合金射出成形用金型。
【請求項２】前記ノズルタッチ部側スプルーブッシュ
（３０）の加熱温度制御は、射出開始時は、ノズルタッ
チ部側スプルーブッシュ（３０）の温度が、所定の射出
開始温度となるように制御し、射出後は、金属合金の溶
融温度以下のベース温度となるように制御するようにし
たことを特徴とする請求項１記載の金属合金射出成形用
金型。
【請求項３】前記射出開始温度は約４００〜４５０℃
であることを特徴とする請求項２に記載の金属合金射出
成形用金型。
【請求項４】前記ベース温度は、約３７０〜４２０℃
であることを特徴とする請求項２に記載の金属合金射出
成形用金型。
【請求項５】前記ノズルタッチ部側スプルーブッシュ
（３０）の加熱温度制御は電磁誘導加熱するようにした
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属
合金射出成形用金型。
【請求項６】前記キャビティ側スプルーブッシュ
（５）は、射出後からベース温度以下となるように、冷
却を行うようにしたことを特徴とする請求項１〜５のい
ずれかに記載の金属合金射出成形用金型。
【請求項７】前記金属合金は、マグネシウム合金であ
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金
属合金射出成形用金型。