JP2003334649A - 軽金属用射出成形装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 必要最小限の原料チップを密閉空間内で溶解
し、スリーブ内に供給することができるようにする。 【解決手段】 原料供給装置１４から原料チップ１０が
供給される加熱容器１６と、加熱容器１６の底部を構成
する受圧台１８と、受圧台１８と対面した位置に配置さ
れるとともに受圧台１８に接触及び離隔可能であるピス
トン２０と、により密閉状態を形成可能な溶解部２２を
構成し、溶解部２２において、密閉状態で原料チップ１
０を溶解するとともに、加熱容器１６から射出スリーブ
２４にかけて受圧台１８を貫通する流路１８ａを介して
溶解された溶湯を射出スリーブ２４内に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
やマグネシウム合金などの軽合金用射出成形装置及びそ
の方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の軽金属用射出成形装置としてはダ
イカスト法があり、ダイカスト法は、原料となる軽合金
インゴットを溶解し保持する溶解炉と、電磁ポンプ式、
ピストンポンプ式、ラドル式等の溶湯供給装置と、溶湯
を射出するためのスリーブ及びプランジャなどから構成
される。ダイカスト法において、図８(ａ)、（ｂ）に示
されるように、スリーブ４０及びプランジャ４２が溶解
炉外部に設置され、溶湯給湯装置４４を使用して溶解炉
から溶湯を汲み取りあるいはポンプ輸送してスリーブ４
０内に供給するものをコールドチャンバ方式と呼び、図
９（ａ）、（ｂ）に示されるように、スリーブ４０及び
プランジャ４２が溶解炉４６内部に設置され、溶湯給湯
装置を必要としないものをホットチャンバ方式と呼ぶ。

【０００３】ダイカスト法では、溶解炉４６内に蓄積さ
れた溶湯は、コールドチャンバ方式の場合には溶湯供給
装置４４によって、またホットチャンバ方式の場合には
プランジャ４２の後退動作によって、それぞれスリーブ
４０内に供給される。そして、スリーブ４０内の溶湯
は、プランジャ４２を高速で前進させることによって、
金型４８内に射出、充填される。溶解炉４６内の溶湯
は、その減少量に応じて、適宜、予熱された原料インゴ
ットを溶解炉４６へ供給することにより補充される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のダイカスト法では、多量の溶湯を溶解、保持するた
めの高温度に維持された溶解炉４６を必要とし、この溶
解炉４６に原料インゴットを供給する際、あるいはラド
ル式の溶湯供給装置４４を使用する際には、溶解炉４６
内の溶湯が大気に曝されることになる。溶湯が大気と接
触すると、溶湯と大気が反応して酸化物などの不純物が
溶解炉４６内の溶湯へ混入することになり、そのため、
ダイカスト法では、溶湯の取扱いに煩雑さがあり、酸化
物などの不純物を定期的に除去する必要がある。特に、
成形材料としてマグネシウム合金を用いる場合には、溶
湯状態にあるマグネシウム合金は大気中の酸素と激しく
燃焼反応するため、これを防止するために地球温暖化係
数の高いＳＦ６ガスを溶解炉４６内に供給する必要があ
る。このような不純物などの副生成物を除去する作業
は、高温度に保持された溶解炉４６の間近で行う必要が
あり、作業環境の悪化は避けられず、さらに作業者には
熟練度を要求するものである。また、不純物の定期的な
除去作業が行われなかった場合には、成形品内に不純物
が混入することによって、不良率が増加するなどの不具
合が生じる。

【０００５】上記問題点である多量の溶湯と大気とが直
接接触することを避けたものとして、特開２０００−１
４１００７公報に示されるものがある。これに示される
ものは、ホッパに収容されたペレット状の金属材料を、
ホッパに連結したバレル内に送り込み、バレル外周に設
けられたヒータによる加熱とバレル内に配置されたスク
リュの回転により溶融／半溶融状態にし、この溶湯を金
属材料連絡通路を経てピストン前方の金属材料保持室に
送り込み、金属材料保持室に送り込まれた溶湯の量をピ
ストンの移動量で計量し、所望の量の溶湯が金属材料保
持室に送り込まれると、ピストンを前進移動させて金型
に連通する射出スリーブに溶湯を移送するものである。

【０００６】このように、現状のチクソモールデイング
射出成形機と同様に、金属材料の溶解は、バレルとスク
リュで構成された空間内で行なわれるものであるため、
多量の溶湯と大気とが直接接触することはないが、大気
を完全に遮断した密閉状態で溶解が行なわれるとは限ら
ない。

【０００７】本発明は、このような課題を解決するため
のものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
従来の課題を解決するためのものであり、多量の溶湯を
溶解、保持する溶解炉を具備することなく、必要最小限
度の原料を大気と隔離された密閉空間内で溶解してスリ
ーブ内に供給することによって、成形作業者の安全性の
確保と作業環境の改善を図るものであり、さらに成形良
品率及び生産性の向上を図ることができる軽金属用射出
成形装置及び方法を提供することを目的とする。

【０００９】本発明のうちで請求項１記載の発明では、
原料供給装置（１４）から原料チップ（１０）が供給さ
れる加熱容器（１６）と、加熱容器（１６）の底部を構
成する受圧台（１８）と、から構成される溶解部（２
２）において、密閉状態にて原料チップ（１０）を溶解
させるようにしたことを特徴とする。

【００１０】本発明のうちで請求項２記載の発明では、
原料供給装置（１４）から原料チップ（１０）が供給さ
れる加熱容器（１６）と、加熱容器（１６）の底部を構
成する受圧台（１８）と、受圧台（１８）と対面した位
置に配置されるとともに受圧台（１８）に接触及び離隔
可能であるピストン（２０）と、により密閉状態を形成
可能な溶解部（２２）が構成され、該溶解部（２２）
は、密閉状態でのピストン（２０）による前記原料チッ
プ（１０）の加圧及び圧縮により、原料チップ（１０）
を溶解させるようにしたことを特徴とする。

【００１１】本発明のうちで請求項３記載の発明では、
前記ピストン（２０）又は／及び前記受圧台（１８）
に、渦巻き状の誘導加熱コイルあるいは電気式プレート
ヒータ等の第１の加熱手段（２６）を内設したことを特
徴とする。

【００１２】本発明のうちで請求項４記載の発明では、
溶解された溶湯を受圧台（１８）に形成された流路（１
８ａ）を介して射出スリーブ（２４）内に供給するよう
にしたことを特徴とする。

【００１３】本発明のうちで請求項５記載の発明では、
前記原料供給装置（１４）には、原料チップ（１０）を
固相線温度程度まで予熱可能な第２の加熱手段（３０）
が設けられていることを特徴とする。

【００１４】本発明のうちで請求項６記載の発明では、
射出スリーブ（２４）内に配置される射出用プランジャ
（２８）が、流路（１８ａ）と射出スリーブ（２４）と
の連通及び遮断を切換えることを特徴とする。

【００１５】本発明のうちで請求項７記載の発明では、
原料チップ（１０）が供給される加熱容器（１６）と、
加熱容器（１６）の底部を構成する受圧台（１８）と、
から構成された溶解部（２２）を密閉状態にして原料チ
ップ（１０）を溶解させるようにしたことを特徴とす
る。

【００１６】本発明のうちで請求項８記載の発明では、
原料供給装置（１４）から原料チップ（１０）を加熱容
器（１６）に供給し、加熱容器（１６）の底部を構成す
る受圧台（１８）と対面した位置に配置されるとともに
受圧台（１８）に接触及び離隔可能であるピストン（２
０）を受圧台（１８）方向に移動させることにより、加
熱容器（１６）内に収容された原料チップ（１０）を密
閉状態で加圧及び圧縮するとともに加熱容器（１６）に
よる加熱により溶解させるようにしたことを特徴とす
る。

【００１７】本発明のうちで請求項９記載の発明では、
加熱容器（１６）内で溶解された溶湯を、射出用プラン
ジャ（２８）を後退させることにより受圧台（１８）を
貫通する流路（１８ａ）と射出スリーブ（２４）とを連
通させて射出スリーブ（２４）に充填するようにしたこ
とを特徴とする。

【００１８】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。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１に本発明の第１の実施の形態
を示す。

【００２０】ホッパ１２に原料となる軽合金からなる原
料チップ１０が貯留されており、ホッパ１２は原料供給
装置１４に接続されている。原料供給装置１４には、ス
クリュ１４ａが設けられており、原料供給装置１４に供
給された原料チップ１０は、スクリュ１４ａの回転によ
り後述する加熱容器１６に搬送される。原料供給装置１
４の外周部には電気ヒータ３０（加熱手段）が設けられ
ており、原料供給装置１４内を搬送される原料チップ１
０は、電気ヒータ３０により固相線温度程度まで予熱さ
れる。

【００２１】原料供給装置１４の先端に加熱容器１６が
連結されており、加熱容器１６は、これの外周に設けら
れた誘導加熱ヒータあるいは電気ヒータなどの加熱手段
３２により原料チップ１０の加熱溶解保持を行うことが
可能である。加熱容器１６の底部は受圧台１８が構成さ
れており、加熱容器１６内の受圧台１８と対面した位置
に、受圧台１８に接触及び離隔可能にピストン２０が配
置されている。受圧台１８及びピストン２０には、渦巻
き状の誘導加熱コイルあるいは電気式プレートヒータな
どの加熱手段２６が内設されている。加熱容器１６、受
圧台１８及びピストン２０により溶解部２２が構成さ
れ、加熱容器１６の加熱手段３２と受圧台１８及びピス
トン２０の加熱手段２６とにより原料チップ１０を液相
線温度程度に保持可能である。したがって、溶解部２２
は、ピストン２０にて原料チップ１０を加圧及び圧縮す
るとともに加熱手段３２及び加熱手段２６により加熱す
ることにより密閉状態で原料チップ１０を溶解可能であ
る。

【００２２】受圧台１８には、加熱容器１６と射出スリ
ーブ２４とを連通する流路１８ａが貫通しており、この
流路１８ａを通って加熱容器１６内の溶湯が射出スリー
ブ２４内に供給される。射出スリーブ２４内には射出用
プランジャ２８が設けられており、射出用ブランジャ２
８が受圧台１８の真下（以下、遮断位置という）に位置
するとき流路１８ａの下端部を塞いで流路１８ａを遮断
し、流路１８ａから離隔したときに流路１８ａを開放す
る。射出用スリーブ２４の先端には金型３６が連結され
ている。

【００２３】図２に基づいて第１の実施の形態の動作を
説明する。

【００２４】ステップ１：図２に示されるように、ま
ず、射出用プランジャ２８を遮断位置に位置させて流路
１８ａを塞いでおく。次に、ホッパ１２から原料供給装
置１４に原料チップ１０を供給するが、このとき、ホッ
パ１２の上部あるいはホッパ１２と原料供給装置１４の
連結部から不活性ガスとしてＡｒガスを供給することに
よって予熱、溶解過程での原料の酸化を防止する。原料
供給装置１４内に供給された原料チップ１０を、スクリ
ュ１４ａをショット重量に応じた所定の時間だけ回転さ
せることによって加熱容器１６内へ供給する。このと
き、原料供給装置１４内を搬送中の原料チップ１０は電
気ヒータ３０の加熱により固相線温度程度まで予熱され
る。

【００２５】ステップ２：図３に示されるように、加熱
容器１６内へ１ショット分の原料チップ１０を収容した
後、ピストン２０を受圧台１８方向に移動させて原料チ
ップ１０を加圧、圧縮するとともにピストン２０及び受
圧台１８の加熱手段２６と加熱容器１６の加熱手段３２
により所定の温度まで加熱する。原料チップ１０の溶解
はピストン２０の変位量によって確認する。すなわち、
チップ状原料のかさ密度は、原料真密度の約５０％程度
であるため、原料がチップ状態であるときの堆積原料高
さを１とした場合、原料が溶湯状態になった場合には、
堆積原料高さは約１／２となるので、ピストン２０の変
位量をもって原料チップ１０の溶解を確認することがで
きる。

【００２６】ステップ３：図４に示されるように、原料
チップ１０の溶解後、射出用プランジャ２８が図の位置
（以下、最後退位置という）まで後退する。これによ
り、流路１８ａが開放されるため、加熱容器１６内の溶
湯が射出スリーブ２４に供給される。

【００２７】ステップ４：図５に示されるように、ピス
トン２０が受圧台１８に接触する位置まで移動した時点
でピストン２０での加圧を終了する。この時点で、射出
スリーブ２４への溶湯の供給が完了し、射出用プランジ
ャ２８が前進運動を開始する。射出用プランジャ２８の
前進運動は、通常のコールドチャンバ式ダイカスト機と
同様に、射出スリーブ２４内の充填率に応じてプランジ
ャ速度を制御しながら金型３６内へ溶湯を充填させる。

【００２８】ステップ５：図６に示されるように、射出
用プランジャ２８が設定された最前進位置に移動した時
点で金型３６内への溶湯の充填が完了する。

【００２９】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。

【００３０】本発明に基づく射出成形装置（型締め力４
５０トン）を使用し、射出重量１．０ｋｇの自動車部品
をマグネシウム合金ＡＭ５０Ａ材を用いて、下記の成形
条件にて成形する。

【００３１】成形条件 原料チップ１０予熱温度：５３０℃ 溶解部２２温度（ピストン２０及び受圧台１８）：６３
０℃ 金型３６温度：２００℃ 射出溶プランジャ２８射出速度：低速０．５ｍ／ｓ、高
速３．５ｍ／ｓ 成形サイクル：２９ｓ

【００３２】なお、成形サイクルに関しては、１サイク
ル内に占める各工程の時間割合は、図７に示すように、
型閉じ：２ｓ、射出用プランジャ２８後退Ｂ及び給湯：
０．５ｓ、射出保圧（射出プランジャ前進）：１ｓ、射
出用プランジャ２８後退Ａ０．５ｓ、原料チップ１０供
給５ｓ、圧縮・溶解：２０ｓ。前述のプランジャ２８後
退から圧縮・溶解までの間に、金型３６側では、型開
き：２ｓ、製品突き出し：０．５ｓ、離型材噴霧：４ｓ
が行なわれ、この後、最初の型閉じに移行する。

【００３３】＜実験結果＞上記条件によって成形したと
ころ、溶解部２２には酸化物などの不純物の生成は観察
されず、また不純物が成形品内に混入して発生する不良
品は皆無であった。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１、７記載の発明は、原料供給装置（１４）から原料
チップ（１０）が供給される加熱容器（１６）と、加熱
容器（１６）の底部を構成する受圧台（１８）と、から
構成された溶解部（２２）において、密閉状態にて原料
チップ（１０）を溶解させるようにした構成により、多
量の溶湯を溶解、保持する溶解炉を具備する必要がなく
なり、必要最小限度の原料チップ（１０）を大気に曝す
ことなく密閉状態で溶解することができる。

【００３５】本発明のうち請求項２、８記載の発明は、
加熱容器（１６）、受圧台（１８）及びピストン（２
０）によって構成される密閉状態を形成可能な溶解部
（２２）で原料チップ（１０）を溶解する構成としたこ
とにより、多量の溶湯を溶解、保持する溶解炉を具備す
る必要がなくなり、必要最小限度の原料チップ（１０）
を大気に曝すことなく密閉状態で溶解し、射出スリーブ
（２４）内に供給することが可能となる。これにより、
ダイカスト法において問題となる防燃ガス（ＳＦ６ガ
ス）が不要となるばかりでなく、溶湯と大気が反応して
生じる酸化物などの不純物を生成させることなく軽金属
原料を溶解することが可能となるため、成形品内に不純
物が混入することによる不良率が低下する。

【００３６】また、ピストン（２０）によって原料チッ
プ（１０）を加圧、圧縮することにより、ピストン（２
０）表面及び受圧台（１８）表面と原料チップ（１０）
との伝熱係数が向上するとともに、原料チップ（１０）
が塑性変形して塊状となり、原料チップ（１０）の熱伝
導率が増加するため、原料チップ（１０）が溶解するま
での時間を短縮することが可能となる。

【００３７】また、本発明のうちで請求項３記載の発明
は、請求項１又は２記載の発明において、ピストン（２
０）及び受圧台（１８）に内設した誘導加熱コイルある
いは電気式プレートヒータによる第１の加熱手段（２
６）により、短時間に大量の原料チップ（１０）を溶解
することが可能となる。

【００３８】本発明のうちで請求項４記載の発明は、溶
解された溶湯を受圧台（１８）に形成された流路（１８
ａ）を介して射出スリーブ（２４）内に供給するように
したので、溶湯の射出スリーブ（２４）への供給を円滑
に行うことができる。

【００３９】また、本発明のうちで請求項５記載の発明
は、請求項１〜４のうちいずれか記載の発明において、
原料供給装置（１４）に設けた加熱手段（３０）により
原料チップ（１０）をこれの固相線温度程度まで予熱し
た状態で溶解部（２２）へ供給することができるため、
溶解時間をさらに短縮することが可能となる。

【００４０】また、本発明のうちで請求項６記載の発明
は、請求項１〜４のうちいずれか記載の発明において、
射出用プランジャ（２８）を遮断位置すなわち流路（１
８ａ）を塞ぐ位置に配置することにより溶解部（２２）
から射出スリーブ（２４）への溶湯の供給を防止するこ
とができ、射出用プランジャ（２８）を最後退位置すな
わち流路（１８ａ）を開放する位置に配置することによ
り溶解部（２２）から射出スリーブ（２４）に溶湯を供
給することができる。

【００４１】また、本発明のうちで請求項９記載の発明
は、原料供給装置（１４）から原料チップ（１０）を加
熱容器（１６）に供給し、ピストン（２０）を受圧台
（１８）方向に移動させることにより、原料チップ（１
０）を加圧及び圧縮するとともに加熱容器（１６）によ
る加熱により溶解し、射出用プランジャ（２８）を最後
退位置に後退させることにより流路（１８ａ）と射出ス
リーブ（２４）とを連通させて溶解した溶湯を射出スリ
ーブ（２４）に充填することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の概略構造を示す断面図であ
る。

【図２】溶解部へ原料チップを供給する状態を示す図で
ある。

【図３】原料チップを溶解する状態を示す図である。

【図４】溶湯を射出シリンダに供給する状態を示す図で
ある。

【図５】溶解部から射出シリンダへの溶湯の供給完了時
の状態を示す図である。

【図６】溶湯を金型に充填した状態を示す図である。

【図７】実施例の１成形サイクル内に占める各工程の時
間割合を示す図である。

【図８】コールドチャンバ式ダイカスト法の概略構造図
であり、（ａ）は溶湯供給時、（ｂ）は成形時の状態を
説明する図である。

【図９】ホットチャンバ式ダイカスト法の概略構造図で
あり、（ａ）は溶湯供給時、（ｂ）は成形時の状態を説
明する図である。

【符号の説明】

１０ 原料チップ １４ 原料供給装置 １６ 加熱容器 １８ 受圧台 １８ａ 流路 ２０ ピストン ２２ 溶解部 ２４ 射出スリーブ ２６ 第１の加熱手段 ３０ 第２の加熱手段

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料供給装置（１４）から原料チップ
   （１０）が供給される加熱容器（１６）と、加熱容器
   （１６）の底部を構成する受圧台（１８）と、から構成
   される溶解部（２２）において、密閉状態にて原料チッ
   プ（１０）を溶解させるようにしたことを特徴とする軽
   金属用射出成形装置。
2. 【請求項２】 原料供給装置（１４）から原料チップ
   （１０）が供給される加熱容器（１６）と、加熱容器
   （１６）の底部を構成する受圧台（１８）と、受圧台
   （１８）と対面した位置に配置されるとともに受圧台
   （１８）に接触及び離隔可能であるピストン（２０）
   と、により密閉状態を形成可能な溶解部（２２）が構成
   され、該溶解部（２２）は、密閉状態でのピストン（２
   ０）による前記原料チップ（１０）の加圧及び圧縮によ
   り、原料チップ（１０）を溶解させるようにしたことを
   特徴とする請求項１又は２記載の軽金属用射出成形装
   置。
3. 【請求項３】 前記ピストン（２０）又は／及び前記受
   圧台（１８）に、渦巻き状の誘導加熱コイルあるいは電
   気式プレートヒータ等の第１の加熱手段（２６）を内設
   したことを特徴とする請求項１又は２記載の軽金属用射
   出成形装置。
4. 【請求項４】 溶解された溶湯を受圧台（１８）に形成
   された流路（１８ａ）を介して射出スリーブ（２４）内
   に供給するようにしたことを特徴とする請求項１〜３の
   いずれかに記載の軽金属用射出成形装置。
5. 【請求項５】 前記原料供給装置（１４）には、原料チ
   ップ（１０）を固相線温度程度まで予熱可能な第２の加
   熱手段（３０）が設けられていることを特徴とする請求
   項１〜４のいずれかに記載の軽金属用射出成形装置。
6. 【請求項６】 射出スリーブ（２４）内に配置される射
   出用プランジャ（２８）が、流路（１８ａ）と射出スリ
   ーブ（２４）との連通及び遮断を切換えることを特徴と
   する請求項１〜５のいずれか記載の軽金属用射出成形装
   置。
7. 【請求項７】 原料チップ（１０）が供給される加熱容
   器（１６）と、加熱容器（１６）の底部を構成する受圧
   台（１８）と、から構成された溶解部（２２）を密閉状
   態にして原料チップ（１０）を溶解させるようにしたこ
   とを特徴とする軽金属用射出成形方法。
8. 【請求項８】 原料供給装置（１４）から原料チップ
   （１０）を加熱容器（１６）に供給し、加熱容器（１
   ６）の底部を構成する受圧台（１８）と対面した位置に
   配置されるとともに受圧台（１８）に接触及び離隔可能
   であるピストン（２０）を受圧台（１８）方向に移動さ
   せることにより、加熱容器（１６）内に収容された原料
   チップ（１０）を密閉状態で加圧及び圧縮するとともに
   加熱容器（１６）による加熱により溶解させるようにし
   たことを特徴とする請求項７記載の軽金属用射出成形方
   法。
9. 【請求項９】 加熱容器（１６）内で溶解された溶湯
   を、射出用プランジャ（２８）を後退させることにより
   受圧台（１８）を貫通する流路（１８ａ）と射出スリー
   ブ（２４）とを連通させて射出スリーブ（２４）に充填
   するようにしたことを特徴とする請求項７又は８記載の
   軽金属用射出成形方法。