【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、その外周部には軸方向にヒータが設けられ、後端部寄りにはその内孔に達する材料供給孔が開けられているシリンダバレルと、該シリンダバレル内で回転および軸方向に駆動されるように設けられ、そのフライトが前記材料供給孔に対応した位置に達しているスクリュとを備え、固体状の軽合金射出材料が前記材料供給孔から前記シリンダバレルに供給されて溶融され、そして金型に射出されるようになっている射出成形装置により金属成形品を得る、軽合金射出材料の射出成形方法およびこの方法の実施に使用される軽合金射出材料の射出成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インラインスクリュ式射出成形装置は、文献名を挙げるまでもなく従来周知で、外周部にヒータが設けられているシリンダバレル、このシリンダバレル内で回転および軸方向に駆動されるスクリュ、このスクリュを軸方向に駆動する油圧ピストン・シリンダ機構、回転方向に駆動する油圧モータ等から構成されている。したがって、スクリュを油圧モータにより回転駆動すると共に、ホッパから軽合金射出材料をシリンダバレルに供給すると、固体状の軽合金射出材料はスクリュの回転による摩擦熱、剪断熱、ヒータから加える熱等により混練・溶融され、そしてシリンダバレルの前方に送られ計量される。計量された溶融状態の軽合金射出材料は、油圧ピストン・シリンダ機構の油圧室に圧力油を供給し、スクリュを軸方向に駆動することにより金型に射出される。冷却固化を待って金型を開き成形品を得ることができる。
【０００３】
上記のように射出成形装置によって金属成形品を得ることはできるが、軽合金射出材料は化学的に活性で酸化し易い。そこで、不活性ガスを使用した軽合金射出材料の射出成形装置も、例えば特開平９−１０９１０号、同６−３０４７３３号等により提案されている。特開平９−１０９１０号により提案されている射出成形装置は、図４に示されているように、シリンダバレル６０を備えている。シリンダバレル６０の外周部には、複数個のヒータ６１、６１、…が取り付けられ、その先端部には射出ノズル６２が設けられている。また、後端部寄りには材料供給孔６３が開けられている。この材料供給孔６３に対応してホッパ６５が設けられている。このように構成されているシリンダバレル６０内に軸方向と回転方向とに駆動自在にスクリュ６６が設けられている。また、不活性ガス供給装置７０は、不活性ガスが充填されているボンベ状の第１、２の圧力容器７１、７２を備えている。そして、これらの圧力容器７１、７２からホッパ６５と射出ノズル６２側に、不活性ガスが供給されるようになっている。なお、図４中の他の符号７３は流量調整器、７４は圧力調整器をそれぞれ示している。
【０００４】
したがって、固体状の軽合金射出材料をホッパ６５からシリンダバレル６０に供給すると共に、スクリュ６６を駆動装置６７により回転駆動すると、従来周知のようにして固体状の軽合金射出材料ＫＳは溶融され、そしてシリンダバレル６０の先端部に蓄積される。所定量蓄積されたら、スクリュ６６を軸方向に駆動して金型７５、７６中に射出する。冷却固化を待って可動金型７５を開くと、金属成形品が得られる。上記のように射出成形サイクルを繰り返しながら成形しているとき必要に応じて、また長時間中断するときは酸化の程度が大きくなるので、ホッパ６５の内部および射出ノズル６２の先端部側を、圧力調整器７４と流量調整器７３により制御された不活性ガス雰囲気に置く。
【０００５】
また、特開平６−３０４７３３号に記載されている低融点金属材料の射出成形装置は、図５に示されているように構成されている。図４に示されている射出成形装置の構成要素と同じような要素には同じ参照数字を付けて重複説明はしないが、この射出成形装置によるとシリンダバレル６０の後端部には、真空源８１、圧力調整器８２、流量調整器８３等からなる排気装置８０が設けられている。したがって、不活性ガス供給装置７０からホッパ６５内に、コントローラ８５により制御された不活性ガスを供給すると共に、スクリュ６６を回転駆動すると、前述したように固体状の軽合金射出材料は溶融・計量される。スクリュ６６を軸方向に駆動すると、溶融・計量された軽合金射出材料が金型に射出され、金属成形品を得ることができる。このとき、コントローラ８５からの信号により排気装置８０を起動することもできる。
【０００６】
上記の従来の射出成形装置による成形方法では、固体状の軽合金射出材料ＫＳは、ホッパ６５の下方のスクリュ供給部６６’では「密」に供給されているとして説明したが、一般にスクリュ供給部６６’では「粗」の状態になるようにして、定量フィーダにより供給される。このように「粗」の状態で供給される射出成形装置の例が、図４、５のそれぞれに示されている従来例をまとめた形で、図６に示されている。図４、５に示されている従来例の構成要素と同じ要素には同じ参照数字を付けて重複説明はしないが、この従来例によると、スクリュ９１からなる定量フィーダ９０を備えている。そして、定量フィーダ９０の下流端にはフィーダトラフ９３が設けられ、このフィーダトラフ９３と、ホッパ６５の上蓋との間は連結チューブ９５で接続されている。また、フィーダトラフ９３の上部にはトラフ上蓋が乗せられている。この従来例によると、定量フィーダ９０を備えているので、軽合金射出材料ＫＳは、図６に示されているように、ホッパ６５の下方のスクリュ供給部６６’では、「粗」の状態でに供給され、密な充満状態にはなっていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、射出成形装置では、シリンダバレルの後方端部から供給される軽合金射出材料は、スクリュが回転駆動されて前方へ送られる過程で溶融・計量されるが、成形中に徐々にスクリュの回転トルクが増大し溶融・計量が不可能になることがある。このことは、本出願人が所有するマグネシウム射出成形機ＪＬＭ７５ＭＧの実機でテストした結果を示す図７に示されている。すなわち、図７において、横軸は実験開始からの経過時間を、そして縦軸はスクリュを回転駆動する油圧モータへ供給する作動油の圧力すなわちスクリュ回転負荷圧力を示すが、この図７に示されているように実験を開始して６００秒（ｓ）を越えたあたりからスクリュ回転負荷圧力が上昇し始め、実験終了間際の２００ショット（３０ｓ×２００＝６０００ｓ）頃には、スクリュ回転負荷圧力は８ＭＰａを越えており、徐々に計量が困難になっている様子が分かる。なお、本計量実験は射出成形装置の計量性能の検証に主眼をおいた実験で、通常の成形作業と同じように、射出・保圧工程、計量工程、型開き工程、中間時間、型閉じ工程、型締め工程、射出・保圧工程のような成形動作を繰り返したが、溶融・計量されたマグネシウム合金は、金型に射出することなく、大気中（不活性ガス中）へ排出した。また、成形サイクルは３０秒とした。
【０００８】
このように計量が困難になる原因は、次のように考えられる。すなわち、
（１）スクリュの回転により、固体状の軽合金射出材料あるいは固体状のマグネシウム合金はシリンダバレルの前方へ送られるが、送られるにしたがって高温となり、急速に固体状のマグネシウム合金の表面に酸化膜が形成される。
（２）そうすると、固体状のマグネシウム合金の摩擦係数が増大し、スクリュとの滑りが悪くなり、あるいは固体状のマグネシウム合金同志の滑りが悪くなり、固体状のマグネシウム合金の送り速度が低下する。
（３）シリンダバレルのホッパからは低温の、すなわち酸化していない摩擦係数の低い固体状のマグネシウム合金が効率よく送られてくるため、先端部の高温の、マグネシウム合金の送り速度が低下する部位では、マグネシウム合金の過充満状態となる。その結果、スクリュの回転に必要なトルクが増大する。さらに、固体状のマグネシウム合金同志の摩擦発熱量も増大するため、固体状のマグネシウム合金はさらに高温となり、上記したような過充填部位では固体状のマグネシウム合金が塊状に固まり、スクリュの回転に必要なトルクはさらに増大する。
【０００９】
上記のような推察の根拠となる固体状のマグネシウム合金の表面の酸化膜形成と摩擦係数との関係については、大阪大学の小坂田教授｛松本、小坂田、小川：塑性加工春季講演会（２００１）、１１７−１１８｝によって調べられ、その結果は図８に示されている。図８の（イ）は、酸化膜がない場合の摩擦係数を示し、その（ロ）は酸化膜が形成された場合の摩擦係数を示しているが、これらの図から明らかなように、酸化膜が形成された固体状のマグネシウム合金の表面の摩擦係数は、酸化膜がない場合の約４倍になっている。
【００１０】
上記の事実から、酸化膜の形成を阻止すると、上記したような計量時の問題は解決される考えられるが、図４〜６に示されている従来の射出成形装置における不活性ガスの供給方法は、発明の目的が相違し、その結果発明の構成が相違しているので、このような方法では解決できない。すなわち、図４に示されている射出成形機は、不活性ガス供給装置７０を備えているが、不活性ガスは成形開始準備中、成形中断中および成形終了後に供給されるもので、また、供給される箇所がホッパ６５内あるいは射出ノズル６２の先端部内であり、酸化が促進され高温になる箇所ではないので、また、酸化が促進される部位に供給される保証もないので、計量時のスクリュ回転負荷圧力の増大の問題は解決されない。
【００１１】
さらに詳しくは、不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウム、窒素等が知られているが、入手の容易性、価格の問題等から射出成形の技術分野では、不活性ガスには一般にアルゴンと窒素とが使用されている。ところで、これらの不活性ガスは空気との密度差が小さい。ちなみに、０℃、１．０１３×１０５Ｐａにおける空気の密度は、１．２９３ｋｇ／ｍ３であるのに対し、アルゴンのそれは１．７８３ｋｇ／ｍ３のように空気より若干重いが、窒素は１．２５１ｋｇ／ｍ３のように空気よりも軽い。加えて、シリンダバレル６０内は昇温しているので、ホッパ６５内の雰囲気温度に比べて、材料供給孔６３すなわちホッパ下のスクリュ供給部６６’の近傍の雰囲気温度は高く、スクリュ供給部６６’の近傍で暖められて軽くなった不活性ガスは上方へ逃げる。このような状況下で、ホッパ６５内に不活性ガスを充満させても、スクリュ供給部６６’の近傍の空気を不活性ガスと置換して酸素濃度を効率的に低減させることは難しい。このことは、図６に示されている一般的な射出成形装置により確認されている。すなわち、ホッパ６５内にアルゴンを１リットル／分の割合で吹き込んで、スクリュ供給部６６’の近傍の酸素濃度を実測した結果、約１０％で、酸素濃度は空気中の約半分に低減されているに過ぎず、充分に不活性ガス雰囲気に置換されていないことが確認されている。このような酸素濃度の問題も、不活性ガスの供給流量を増せば解決されると容易に推察される。しかしながら、アルゴンは高価であるので、流量を増すようなことはランニングコストの点からもおよそ実施できない。これに対し、窒素はアルゴンの半値以下で安価といえるが、窒素は上記したように空気よりも軽く、上方へ逃げ易いので、アルゴンよりも多量の流量が必要となり、窒素を使用するメリットはない。
【００１２】
図５に示されている射出成形装置の不活性ガス供給装置も、ホッパ６５に不活性ガスを供給するようになっているので、図４あるいは図６に示されている射出成形装置と同様に、前述したような可塑化時のスクリュの回転トルクの問題は解決されない。なお、この射出成形装置には排気装置８０が設けられているので、不活性ガスをシリンダバレル６０の後端部から抜くことにより、金属成形品に気泡が混入することは避けることができる。また、ホッパ６５に供給される不活性ガスが、シリンダバレル６０の後端部から排出されるとき、スクリュ供給部６６’を通過するので、スクリュ供給部６６’の近傍は一応不活性ガスで充満される。しかしながら、この部位は低温の軽合金射出材料が絶えず通過している部分で、温度は低く酸化反応は起きにくい箇所で、この箇所に不活性ガスを供給してもスクリュ回転トルクの低減効果は小さい。また、シリンダバレル６０の後端部は、密封構造としなければならないので、さらには真空源８１を必要とするので、射出成形装置が高価になる恐れがある。また、スクリュ６６の交換、スクリュ６６の清掃等のメンテナンス性を著しく低下させることが予想される。
本発明は、上記したような従来の問題点あるいは改良すべき点に鑑みてなされたもので、可塑化中すなわち成形中にスクリュの回転負荷圧力の増大を抑制することができる軽合金射出材料の射出成形方法およびこの方法の実施に使用される射出成形装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記したような当社における実験および大阪大学の研究論文から、成形中にシリンダバレル内で高温となった固体状のマグネシウムの表面の酸化を防止すれば、スクリュ回転負荷圧力の増大を抑制することができることを見出し、そしてシリンダバレル内の特にスクリュ供給部近傍を高効率に不活性ガスを充満させる実験により確証を得て本発明を完成した。すなわち、軽合金射出材料は、高温になる部位で多く酸化する。したがって、本発明は上記目的を達成するために、高温になる直前のスクリュ供給部近傍を不活性ガスで万遍なく覆うように構成される。
【００１４】
シリンダバレルの外周部には、先端部から後端部にかけて軸方向に複数個のヒータが設けられ、また後端部寄りには軽合金射出材料をシリンダバレルに供給するための材料供給孔が開けられている。したがって、本発明で言うところのスクリュウ供給部近傍とは、具体的にはシリンダバレルの材料供給孔の先端部と最後端部に設けられているヒータの後端部との間の特殊な範囲である。この特殊な部位は、比較的低温の軽合金射出材料が連続的に通る部位で、シリンダバレルの内孔は軽合金射出材料により冷やされて比較的低温になっている。本発明では、この部位に不活性ガスを供給することにより固体状の軽合金射出材料の酸化を防止する。また、この部位は、可塑化中はスクリュのフライトがシリンダバレルの内孔で回転しているので、この部位に不活性ガスを供給すれば、不活性ガスはスクリュのフライトにより、ホッパの方へ短絡することなく、旋回されながらホッパの方へ流れる。
【００１５】
本発明によると、不活性ガスは不活性ガス供給口、より具体的には、ガス供給ノズル等の不活性ガス供給孔からシリンダバレルの内孔へ供給されるが、固体状の軽合金射出材料が軟化すると、軟化した軽合金射出材料が不活性ガス供給孔を塞ぐこともあり得る。そこで、本発明では、不活性ガスは、シリンダバレルの材料供給孔の先端部と最後端部に設けられているヒータの後端部との間の、軽合金射出材料の融点よりも低い箇所から供給される。具体的には、軽合金射出材料がマグネシウム合金の場合は、シリンダバレルの内周壁面近傍の温度が２５０℃以下の箇所から供給される。
【００１６】
本発明で云う特殊な範囲は、前述したように比較的低温の固体状の軽合金射出材料が連続的に供給通過する部分で、そのシリンダバレルの内周壁面の温度は比較的低いが、不活性ガス供給口近傍の温度が軽合金射出材料の融点を超えないように強制的にコントロールすることもできる。例えば、シリンダバレルの外周部に設けられている最後端部のヒータの発熱温度を制御して、融点以下に保つように構成することもできる。または、不活性ガス供給口の近傍に温度センサを設けると共に、この近傍に水、空気等の冷却媒体を循環させ、不活性ガス供給口の近傍の、温度センサにより検出される温度が、設定温度すなわち軽合金射出材料の融点よりも低くなるように冷却媒体の温度あるいは循環量を制御するように構成される。
【００１７】
アルゴン、窒素等の不活性ガスの密度は、前述したように空気のそれに近い。一方、本発明で云う特殊な範囲の近傍のシリンダバレル内の温度は、供給される不活性ガスの温度よりも一般に高い。したがって、シリンダバレル内へ供給される不活性ガスは、シリンダバレル内を上昇し、そしてホッパの方へ短絡する傾向にある。そこで、本発明では望ましくはシリンダバレルの下方から供給するように構成される。また、不活性ガスの供給量は、固体状の軽合金射出材料の酸化を防止すれば足りる。そこで、材料供給孔の近傍に酸素濃度センサを設け、このセンサで測定される酸素濃度が設定値以下に維持されるように不活性ガスの供給量が制御される。
【００１８】
上記のようにして、請求項１に記載の発明は、前記発明の目的を達成するために、その外周部には軸方向にヒータが設けられ、後端部寄りにはその内孔に達する材料供給孔が開けられているシリンダバレルと、該シリンダバレル内で回転および軸方向に駆動されるように設けられ、そのフライトが前記材料供給孔に対応した位置に達しているスクリュとを備え、固体状の軽合金射出材料が前記材料供給孔からスクリュ供給部を経て前記シリンダバレルに供給されて溶融され、そして金型に射出されるようになっている射出成形装置により金属成形品を得るとき、成形運転中は、前記材料供給孔の先端部と前記ヒータの最後端に設けられているヒータの後端部との間の、前記シリンダバレルに設けられている不活性ガス供給口から前記シリンダバレル内に不活性ガスを供給するように構成される。
請求項２に記載の発明は、その外周部には軸方向にヒータが設けられ、後端部寄りにはその内孔に達する材料供給孔が開けられているシリンダバレルと、該シリンダバレル内で回転および軸方向に駆動されるように設けられ、そのフライトが前記材料供給孔に対応した位置に達しているスクリュとを備え、固体状の軽合金射出材料が前記材料供給孔からスクリュ供給部を経て前記シリンダバレルに供給されて溶融され、そして金型に射出されるようになっている射出成形装置により金属成形品を得るとき、成形運転中は、前記材料供給孔の先端部と前記ヒータの最後端に設けられているヒータの後端部との間の、前記シリンダバレルの内壁面近くの温度が軽合金射出材料の融点よりも低い箇所から前記シリンダバレル内に不活性ガスを供給するように構成される。請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の不活性ガス供給箇所の近傍の温度が、軽合金射出材料の融点よりも低くなるように、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載の不活性ガスを、シリンダバレルの下方から、該シリンダバレル内へ供給するように、そして請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかの項に記載の不活性ガスの供給量を、材料供給孔の近傍の酸素濃度によりコントロールするように構成される。
請求項６に記載の発明は、その外周部には軸方向にヒータが設けられ、後端部寄りにはその内孔に達する材料供給孔が開けられているシリンダバレルと、該シリンダバレル内で回転および軸方向に駆動されるように設けられ、そのフライトの後端部が前記材料供給孔に対応した位置に達しているスクリュとを備え、固体状の軽合金射出材料が前記材料供給孔から前記シリンダバレルに供給されて溶融されるようになっている射出成形装置であって、前記シリンダバレルの下方の、前記材料供給孔の先端部と前記ヒータの最後端に設けられているヒータの後端部との間には、前記シリンダバレルの内孔に達する不活性ガス供給口が設けられている。請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のシリンダバレルの不活性ガス供給孔の近傍の温度が、コントロールされるように、そして請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の不活性ガス供給口に不活性ガスを供給する管路には流量調整器が介装され、材料供給孔の近傍には酸素濃度計が設けられ、前記流量調整器は、前記酸素濃度計で計測される計測値によりコントロールされるように構成される。
【００１９】
【実施の形態】
以下、図１〜３により本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態に係わる射出成形装置は、従来周知の構造をしたシリンダバレル１、このシリンダバレル１の内孔５に軸方向と回転方向とに駆動自在に設けられているスクリュ１０、前記シリンダバレル１に固体状の軽合金射出材料を供給する材料供給装置２０、前記スクリュ１０を軸方向と回転方向とに駆動するスクリュ駆動装置１９、不活性ガス供給装置３０、コントローラ４０等から構成されている。
【００２０】
シリンダバレル１は周知の構造を有し、図１の（イ）において右方の後端部寄りの肉厚部分に材料供給孔２が開けられ、この材料供給孔２に、後述する材料供給装置２０の第１のホッパ２４の下端部が気密的に取り付けられている。シリンダバレル１の前方端部には、射出ノズル３が設けられている。射出時に射出ノズル３がタッチする固定盤には、周知のように固定金型１６が、そして図には示されていない可動盤には可動金型１７がそれぞれ取り付けられている。このように構成されているシリンダバレル１と射出ノズル３の外周部には、個々に精密に発熱温度が制御されるヒータ４、４’、…が軸方向に複数個設けられている。
【００２１】
スクリュ１０は、軸方向に所定の長さを有し、材料供給孔２の下方に位置する部分はスクリュ供給部１２となっている。スクリュ１０は、従来周知のように計量時にはシリンダバレル１内を後退し、射出時には前進するが、スクリュ供給部１２のフライト１１は、少なくとも計量時には材料供給孔２をカバーしている。したがって、後述する不活性ガスは、スクリュ１０のフライト１１で旋回的に攪拌され、第１のホッパ２４の方へ直接的に短絡することが防止される。このように構成されているスクリュ１０の後端部は、シリンダバレル１から外方へ延びスクリュ軸１８となっている。そして、このスクリュ軸１８に、従来周知の軸方向駆動装置と回転方向駆動装置とからなるスクリュ駆動装置１９が接続されている。
【００２２】
上記のように構成されているシリンダバレル１の、スクリュ供給部１２の近傍に不活性ガス供給口６が設けられている。すなわち、図１に示されている実施の形態によると、材料供給孔２の前方すなわち射出ノズル３側の先端部と、ヒータ４、４、…の最後端部に設けられているヒータ４’の後端部との間Ａにおいて、さらに具体的には材料供給孔２より前方の肉厚部において、シリンダバレル１の下方から、該シリンダバレル１の内孔５に開口した不活性ガス供給口６が設けられている。この区間Ａは、前述したように、比較的低温の固体状の軽合金射出材料が絶えず供給される部分であるので、あるいはシリンダバレル１の後端部に設けられているヒータ４’の発熱量が制御されて、その温度は軽合金射出材料の融点よりも低くなっている。したがって、固体状の軽合金射出材料が軟化して、不活性ガス供給口６を塞ぐようなことはない。
【００２３】
図１の（ロ）は、図１におけるＡ部分の断面図であるが、不活性ガス供給口６は、本実施の形態によると、最下底に設けられている第１の不活性ガス供給孔７と、その両側に所定の間隔あるいは円周方向に所定の角度をおいて設けられている第２、３の不活性ガス供給孔７’、７，’とからなっている。これらの不活性ガス供給孔７、７’、７’には、接続具８、８、…が装着されている。このように本実施の形態によると、不活性ガス供給口６は、シリンダバレル１のＡ区間の間で、且つシリンダバレル１の下方に設けられているので、換言すると１８０度以内の下半分に設けられているので、供給される不活性ガスは昇温して上昇傾向にあるが、上昇するとき軽合金射出材料の表面を効率よく覆うことになる。そして、第１のホッパ２４の方へ流れる。なお、本実施の形態によると、図１の（ロ）に示されているように、不活性ガス供給孔７の近傍には温度センサ１４が設けられている。そして、この温度センサ１４も信号ラインにより、後述するコントローラ４０に接続されている。
【００２４】
本実施の形態によると、スクリュ供給部１２には、酸素濃度センサ１３が設けられている。そして、この酸素濃度センサ１３とコントローラ４０は信号ラインａで接続されている。コントローラ４０は、酸素濃度を設定する設定器４１も備えている。
【００２５】
材料供給装置２０は、図１において上方位置に示されている第２のホッパ２１、その下方のスクリュからなる定量フィーダ２２、その吐出端に設けられているフィードトラフ２３、このフードトラフ２３と第１のホッパ２４の蓋体２５とを接続している連結チューブ２６等からなっている。そして、第１のホッパ２４の漏斗状に絞られている下端部が、前述したようにシリンダバレル１に形成されている材料供給孔２に気密状態で接続されている。定量フィーダ２２のスクリュは、モータ２７により設定速度で回転駆動され、所定量宛次の第１のホッパ２４に供給されるようになっている。したがって、軽合金射出材料ＫＳは、所定量宛シリンダバレル１のスクリュ供給部１２に供給されることになる。
【００２６】
不活性ガス供給装置３０は、アルゴンガス、窒素ガス等が収納されているボンベ状の圧力容器３１、この圧力容器３１から前述した不活性ガス供給口６の方へ延びているガス供給管路３２等からなっている。このガス供給管路３２は、分岐して第１〜３の不活性ガス供給孔７、７’、７’の接続具８、８，…にそれぞれ接続されている。このガス供給管路３２には、圧力調整器３３、流量調整器３４、電磁開閉バルブ３５等が設けられている。コントローラ４０と流量調整器３４、電磁開閉バルブ３５等は信号ラインｂにより接続され、供給される不活性ガスの流量が制御されるようになっている。
【００２７】
次に、上記実施の形態に係わる射出成形装置を使用した軽合金射出材料の射出形成方法を説明する。本実施の形態に適用される軽合金射出材料は、融点が６５０゜Ｃ以下の金属元素単体もしくはこれらの金属を基にした合金を称する。実際的な例としては例えばアルミニウム、マグネシウム、亜鉛、錫、鉛、ビスマス、テルビウム、テルル、カドミウム、タリウム、アスタチン、ポロニウム、セレン、リチウム、インジウム、ナトリウム、カリウム、ルビジュウム、セシウム、フランシウム、ガリウム等を挙げることできるが、特にアルミニウム、マグネシウム、鉛、亜鉛、ビスマス、錫の単体およびこれらの金属を基にした合金が望ましい。これらの金属材料は、いずれも上記実施例の射出成形装置で混練溶融し、そして射出成形できる金属元素あるいは合金である。
【００２８】
本実施の形態による射出成形装置もコントローラ４０を備えているので、自動成形もできるが、以下説明を簡単にするために、主として手動成形する例について説明する。設定器４１により酸素濃度を設定する。そして、スタートスイッチを押す。シリンダバレル１には、例えば温度センサが取り付けられていて、この温度センサが計量可能な所定温度に上昇したことを検知すると、計量を開始する。すなわち、スクリュ駆動装置１９によりスクリュ１０は回転駆動される。そして、第１のホッパ２１から第２のホッパ２４を介して固体状の軽合金射出材料ＫＳが所定量宛シリンダバレル１のスクリュ供給部１２に供給される。そうすると、軽合金射出材料ＫＳは、シリンダバレル１内でヒータ４、４、４’、…から加える熱と、スクリュ１０を回転駆動するときに生じる摩擦熱、剪断熱等により徐々に溶融が始まり、先端部に移送される間に完全に溶融され、そしてシリンダバレル１の前方に計量される。計量の進行と共に、スクリュ１０は計量される溶融状態の軽合金射出材料の圧力により後退する。あるいは、強制的に後退させるサックバックにより後退する。
【００２９】
上記のように計量するとき、圧力容器３１の元栓と電磁開閉バルブ３５が開き、ガス供給管路３２により圧力調整器３３で所定圧力に調整され、そして流量調整器３４により所定流量に制御された不活性ガスが、不活性ガス供給孔７、７，’、７’からシリンダバレル１の内孔５に、あたかも湧き出るようにして、供給される。供給された不活性ガスは、スクリュ１０のフライト１１により旋回され、一部は固体状の軽合金射出材料の間に挟まれてシリンダバレル１の前方へと移送される。シリンダバレル１の前方で溶融が始まると、固体状の軽合金射出材料間の隙間が小さくなり、シリンダバレル１内を逆流する。そして、第１のホッパ２４の方へ流れる。このようにして、軽合金射出材料ＫＳの表面は、溶融するまで不活性ガス雰囲気下に置かれる。このとき、スクリュ供給部１２の近傍の酸素濃度が酸素濃度センサ１３で計測され、その計測値と設定値とがコントローラ４０で比較され、計測値が設定値になるように、流量調節器３４により不活性ガスの流量が制御される。
【００３０】
なお、スクリュ供給部１２の近傍すなわち不活性ガス供給口６の近傍の温度は、再三述べているように、軽合金射出材料ＫＳの融点よりも低いが、高いことを温度センサ１４が検知すると、シリンダバレル１の外周部に設けられている後端部のヒータ４’の発熱量が制御され、融点以下に保たれる。これにより、不活性ガス供給口６の近傍の温度は、軽合金射出材料ＫＳの融点以下に保たれる。そして、スクリュ供給部１２の近傍、あるいは不活性ガス供給口６の近傍の酸素濃度は設定値以下に抑えられ、固体状の軽合金射出材料ＫＳの表面の酸化が防止される。その結果、スクリュの回転トルクの増大が抑制される。なお、第１、２のホッパ２４、２１内の温度は比較的低く、軽合金射出材料ＫＳの活性度は低いので、スクリュ供給部１２から流れていく不活性ガスにより酸化は防止される。
【００３１】
所定量計量したら、圧力容器３１の元栓と電磁開閉バルブ３５が閉じる。射出ノズル３が固定金型１６へタッチする。そうして、スクリュ駆動装置１９によりスクリュ１０は高速で軸方向に駆動される。計量された溶融状態の軽合金射出材料は高速で金型１６、１７のキャビティに射出される。射出が終わったら、冷却固化を待って従来周知のようにして金属成形品を取り出す。その間に、前述したようにして計量し、そして射出する。
【００３２】
図２に本発明の他の実施の形態が示されている。前述した実施の形態の構成要素と同じ要素には同じ参照数字を付けて重複説明はしないが、本実施の形態によると、区間Ａのシリンダバレル１には、その内孔５近くに達するプラグ５０が装着されている。プラグ５０には、冷却水、冷却空気等の冷却媒体が流れる冷却媒体流路と不活性ガス供給路とが形成されている。すなわち、冷却媒体流路は往路５１と復路５２とからなっている。また、不活性ガス供給路５３は、プラグ５０の中心部を通ってシリンダバレル１の内孔５に開口している。したがって、制御された温度あるいは流量の冷却媒体を往路５１から復路５２へと流すことにより、不活性ガス供給口６の近傍の温度を軽合金射出材料の融点以下に保つことができる。本実施の形態によっても、前述したような効果が得られることは明らかである。
【００３３】
本発明は、本実施の形態に限定されることなく色々な形で実施できる。例えば、不活性ガス供給口６は、前述したように特殊な箇所に開口しているので、シリンダバレル１の上方に設けることもできる。不活性ガスを上方から供給しても、スクリュのフライトにより旋回されるので、ホッパの方へ短絡するようなことはない。また、図２には１個の不活性ガス供給孔が示されているが、複数個設けることができることは明らかである。このとき、冷却媒体流路はシリンダバレルの内孔５を取り囲むように、内孔５と同心状に設けることもできる。
【００３４】
また、成形運転前に所望の成形温度になるまでシリンダバレルを加熱しているとき、成形中断時、成形終了後シリンダバレルの温度が下がるまでの間等においても、不活性ガスを供給するように実施することもできる。このように実施すると、各成形工程における酸化を防止でき、活性度の高い軽合金射出材料でも燃焼等の危険を回避することができる。また、融点の高い酸化マグネシウムなどが生成され、成形運転に悪影響を及ぼすようなこともなくなる。
【００３５】
実施例１：
（１）試験機：本出願人が所有する、図１に示すようなマグネシウム射出成形機ＪＬＭ７５ＭＧの実機を使用した。
（２）軽合金射出材料：ペレット状のマグネシウム合金でテストした。
（３）試験条件：不活性ガスにアルゴンガスを使用した。このとき、スクリュ供給部において酸素は検出されなかった。成形サイクルは３０秒で、２００ショット（３０ｓ×２００＝６０００ｓ）試験した。なお、射出・保圧工程、計量工程、型開き工程、中間時間、型閉じ工程、型締め工程、射出・保圧工程のような成形動作を繰り返したが、溶融・計量されたマグネシウム合金は、金型に射出することなく、大気中へ排出した。
その結果を、横軸に実験開始からの経過時間を、そして縦軸にスクリュ回転負荷圧力をとって、図３の（イ）に示す。この図から、スクリュ回転負荷圧力は、２００ショット後において、２．７ＭＰａであり、従来の８．ＭＰａに比較して大幅に軽減されていることが確認できた。
【００３６】
実施例２：不活性ガスに、アルゴンに代えて窒素を用いた以外は実施例１と同じ条件で試験した。その結果を図３の（ロ）に示す。窒素でもほぼ同様な結果が得られることが分かる。
なお、マグネシウム合金以外の他の軽合金射出材料についてはテストはしなかったが、固体状の軽合金射出材料の表面に酸化膜が形成されると、摩擦抵抗は大きくなり、スクリュ回転負荷圧力は増大すると考えられるので、スクリュ供給部近傍に不活性ガスを供給すれば、同様な効果が得られると推量される。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、その外周部には軸方向にヒータが設けられ、後端部寄りにはその内孔に達する材料供給孔が開けられているシリンダバレルと、該シリンダバレル内で回転および軸方向に駆動されるように設けられ、そのフライトが前記材料供給孔に対応した位置に達しているスクリュとを備え、固体状の軽合金射出材料が前記材料供給孔からスクリュ供給部を経て前記シリンダバレルに供給されて溶融され、そして金型に射出されるようになっている射出成形装置により金属成形品を得るとき、成形運転中は、前記材料供給孔の先端部と前記ヒータの最後端に設けられているヒータの後端部との間の、前記シリンダバレルに設けられている不活性ガス供給口から前記シリンダバレル内に不活性ガスを供給するので、スクリュ供給部近傍を高効率的に不活性ガス雰囲気にすることができる。したがって、本発明によると、シリンダバレル内で高温となった固体状の軽合金射出材料の表面の酸化膜の形成を防止することができるという本発明に特有の効果が得られる。本発明によると、シリンダバレル内で酸化膜が形成されないので、酸化膜に起因する固体状の軽合金射出材料の表面の摩擦係数の増大によるスクリュの輸送能力の低下および固体状の軽合金射出材料同志の摩擦発熱によって塊状に固まることにより生じるスクリュ回転負荷圧力の増大を抑制することができる。これにより、長時間連続して安定して成形することができる。また、スクリュ供給部近傍を高効率的に不活性ガス雰囲気にすることができので、少ない量の、また安価な窒素で低コストで上記のような効果を得ることがきる効果も得られる。さらに本発明によると、材料供給孔の先端部と最後端に設けられているヒータの後端部との間の、シリンダバレルに設けられている不活性ガス供給口からシリンダバレル内に不活性ガスを供給するので、すなわちスクリュのフライトが設けられている箇所から供給するので、供給された不活性ガスは回転するフライトにより旋回される。したがって、本発明によると、軽合金射出材料の供給状態の粗・密に関係なく、スクリュ供給部近傍を不活性ガス雰囲気にすることができる効果も得られる。また、供給された不活性ガスは、固体状の軽合金射出材料間に挟まれて、スクリュの回転によりシリンダバレルの先端部の方へ移送されるので、固体状の軽合金射出材料が溶融するまで、酸化が防止される効果も得られる。すなわち、固体状の軽合金射出材料が溶融し始める箇所まで不活性ガス雰囲気になるので、溶融した軽合金射出材料が酸化・燃焼する危険性を回避できる効果も得られる。
また、成形運転中は、材料供給孔の先端部と最後端に設けられているヒータの後端部との間の、シリンダバレルの内壁面近くの温度が軽合金射出材料の融点よりも低い箇所から前記シリンダバレル内に不活性ガスを供給する発明によると、あるいは不活性ガス供給箇所の近傍の温度が、軽合金射出材料の融点よりも低くなるようにコントロールされる発明によると、上記したような効果に加えて、軽合金射出材料が軟化して不活性ガス供給口を塞ぎ、不活性ガスの供給が不能になることがないという効果が得られる。また、不活性ガスをシリンダバレルの下方から該シリンダバレル内へ供給する発明によると、上記のような効果に加えて、さらに効率的にスクリュ供給部近傍を不活性ガス雰囲気にすることができる。不活性ガスの供給量を、材料供給孔の近傍の酸素濃度によりコントロールする発明によると、不活性ガスを過不足無く供給でき、安価に金属成形品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる射出成形装置を示す図で、その（イ）は全体を模式的に示す側面図、その（ロ）は不活性ガス供給口近傍の断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係わる不活性ガス供給口近傍の断面図である。
【図３】本発明の実施例の結果を示す図で、その（イ）は不活性ガスにアルゴンを、その（ロ）は窒素を使用した場合の、実験経過時間とスクリュ回転負荷圧力との関係を示す図である。
【図４】従来の射出成形装置を示す側面図である。
【図５】他の従来の射出成形装置を示す側面図である。
【図６】一般的な従来の射出成形装置を示す側面図である。
【図７】従来の射出成形装置によるテストの、実験経過時間とスクリュ回転負荷圧力との関係を示す図である。
【図８】平成１３年度、塑性加工春期講演会（２００１）で発表された固体マグネシウム合金の摩擦に関する図で、その（イ）は酸化膜のない場合の、その（ロ）は酸化膜のある場合の摩擦係数を示す図である。
【符号の説明】
１ シリンダバレル ２ 材料供給孔
３ 射出ノズル ４’ ヒータ（後方のヒータ）
６ 不活性ガス供給口 ７，７’ 不活性ガス供給孔
１０ スクリュ １１ フライト
１２ スクリュ供給部 １３ 酸素濃度センサ
１４ 温度センサ ２４ 第１のホッパ
３０ 不活性ガス供給装置 ４０ コントローラ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a cylinder barrel in which a heater is provided in the outer peripheral portion in the axial direction, and a material supply hole reaching the inner hole is provided near the rear end portion, and a rotation and an axial direction in the cylinder barrel are provided. A screw whose flight has reached a position corresponding to the material supply hole, and a solid light alloy injection material is supplied from the material supply hole to the cylinder barrel and melted. And a method for injection molding a light alloy injection material for obtaining a metal molded product by an injection molding apparatus adapted to be injected into a mold, and a light alloy injection material injection molding apparatus used for carrying out the method. It is.
[0002]
[Prior art]
Inline screw type injection molding machines are well known in the art, not to mention the name of the literature. A cylinder barrel provided with a heater on the outer periphery, a screw driven in this cylinder barrel in a rotating and axial direction, and this screw It comprises a hydraulic piston / cylinder mechanism driven in the direction, a hydraulic motor driven in the rotational direction, and the like. Therefore, when the screw is rotated by the hydraulic motor and the light alloy injection material is supplied to the cylinder barrel from the hopper, the solid light alloy injection material is kneaded by frictional heat due to the rotation of the screw, shear heat insulation, heat applied from the heater, etc. Melted and sent forward of the cylinder barrel for metering. The measured light alloy injection material in the molten state is injected into a mold by supplying pressure oil to a hydraulic chamber of a hydraulic piston / cylinder mechanism and driving the screw in the axial direction. After cooling and solidification, the mold is opened to obtain a molded product.
[0003]
Although a metal molded product can be obtained by the injection molding apparatus as described above, the light alloy injection material is chemically active and easily oxidized. Accordingly, injection molding apparatuses for light alloy injection materials using an inert gas have been proposed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-10910 and 6-304733. The injection molding apparatus proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-10910 has a cylinder barrel 60 as shown in FIG. A plurality of heaters 61 are attached to an outer peripheral portion of the cylinder barrel 60, and an injection nozzle 62 is provided at a tip end thereof. Further, a material supply hole 63 is formed near the rear end. A hopper 65 is provided corresponding to the material supply hole 63. A screw 66 is provided in the cylinder barrel 60 thus configured so as to be freely driven in the axial direction and the rotational direction. The inert gas supply device 70 includes first and second cylinder-shaped pressure vessels 71 and 72 filled with an inert gas. An inert gas is supplied from these pressure vessels 71 and 72 to the hopper 65 and the injection nozzle 62 side. In addition, the other code | symbol 73 in FIG. 4 has shown the flow regulator, and 74 has shown the pressure regulator, respectively.
[0004]
Therefore, when the solid light alloy injection material KS is supplied from the hopper 65 to the cylinder barrel 60 and the screw 66 is driven to rotate by the driving device 67, the solid light alloy injection material KS is melted as is conventionally known, And it accumulate | stores in the front-end | tip part of the cylinder barrel 60. When a predetermined amount is accumulated, the screw 66 is driven in the axial direction and injected into the molds 75 and 76. When the movable mold 75 is opened after cooling and solidification, a metal molded product is obtained. When the injection molding cycle is repeated while molding as described above, the degree of oxidation is increased as needed, and when the molding is interrupted for a long time, the pressure inside the hopper 65 and the tip end side of the injection nozzle 62 is increased. It is placed in an inert gas atmosphere controlled by a regulator 74 and a flow regulator 73.
[0005]
Further, the injection molding apparatus for a low melting point metal material described in JP-A-6-304733 is configured as shown in FIG. Elements similar to those of the injection molding apparatus shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals and will not be described again, but according to this injection molding apparatus, the rear end of the cylinder barrel 60 is provided with a vacuum source. An exhaust device 80 including a pressure regulator 81, a pressure regulator 82, a flow regulator 83, and the like is provided. Therefore, when the inert gas controlled by the controller 85 is supplied from the inert gas supply device 70 into the hopper 65 and the screw 66 is driven to rotate, the solid light alloy injection material is melted and measured as described above. Is done. When the screw 66 is driven in the axial direction, the melted and measured light alloy injection material is injected into a mold, and a metal molded product can be obtained. At this time, the exhaust device 80 can be activated by a signal from the controller 85.
[0006]
In the molding method using the conventional injection molding apparatus described above, the solid light alloy injection material KS has been described as being supplied “densely” in the screw supply section 66 ′ below the hopper 65. At 66 ', it is supplied by a fixed-quantity feeder in a "coarse" state. FIG. 6 shows an example of the injection molding apparatus supplied in such a “coarse” state by combining the conventional examples shown in FIGS. 4 and 5, the same elements as those of the conventional example shown in FIGS. 4 and 5 are denoted by the same reference numerals and will not be described repeatedly, but according to this conventional example, a quantitative feeder 90 including a screw 91 is provided. A feeder trough 93 is provided at the downstream end of the fixed-quantity feeder 90, and the feeder trough 93 and the upper lid of the hopper 65 are connected by a connection tube 95. Further, a trough upper lid is placed on the upper part of the feeder trough 93. According to this conventional example, since the fixed amount feeder 90 is provided, the light alloy injection material KS is in a “coarse” state in the screw supply section 66 ′ below the hopper 65, as shown in FIG. Supplied and not in a full charge.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the injection molding apparatus, the light alloy injection material supplied from the rear end of the cylinder barrel is melted and measured in a process in which the screw is rotationally driven and sent forward, but gradually during molding, In some cases, the rotation torque of the screw increases and melting and metering become impossible. This is shown in FIG. 7, which shows the results of a test performed on an actual magnesium injection molding machine JLM75MG owned by the present applicant. That is, in FIG. 7, the horizontal axis represents the elapsed time from the start of the experiment, and the vertical axis represents the pressure of the hydraulic oil supplied to the hydraulic motor that drives the screw to rotate, that is, the screw rotational load pressure, which is shown in FIG. As described above, the screw rotation load pressure starts to increase from about 600 seconds (s) after the start of the experiment, and at about 200 shots (30 s × 200 = 6000 s) immediately before the end of the experiment, the screw rotation load pressure becomes It can be seen that the pressure exceeded 8 MPa, and that the measurement became gradually difficult. This measurement experiment focuses on verifying the measurement performance of the injection molding device, and performs the injection and pressure holding process, the measurement process, the mold opening process, the intermediate time, and the mold closing process in the same way as normal molding work. The molding operation such as the mold clamping step and the injection / holding step was repeated, but the molten and measured magnesium alloy was discharged into the atmosphere (into an inert gas) without being injected into the mold. The molding cycle was 30 seconds.
[0008]
The reason why the measurement is difficult is considered as follows. That is,
(1) Due to the rotation of the screw, the solid light alloy injection material or solid magnesium alloy is sent to the front of the cylinder barrel. However, the temperature rises as it is sent, and the oxide film is rapidly formed on the surface of the solid magnesium alloy. Is formed.
(2) Then, the friction coefficient of the solid magnesium alloy increases, and the sliding with the screw becomes worse, or the sliding of the solid magnesium alloy becomes worse, and the feed speed of the solid magnesium alloy decreases.
(3) A low temperature, that is, a solid magnesium alloy having a low coefficient of friction, which has not been oxidized, is efficiently sent from the hopper of the cylinder barrel. Then, the magnesium alloy is overfilled. As a result, the torque required for screw rotation increases. In addition, the solid magnesium alloy becomes hotter than the solid magnesium alloy because the amount of frictional heat generated between the solid magnesium alloys also increases. The required torque further increases.
[0009]
The relationship between the formation of an oxide film on the surface of a solid magnesium alloy and the coefficient of friction, which is the basis for the above presumption, is described in Prof. Kosakata, Osaka University, Matsumoto, Kosakada, Ogawa: Spring Lecture on Plastic Working (2001) ), 117-118}, and the results are shown in FIG. FIG. 8A shows the coefficient of friction when there is no oxide film, and FIG. 8B shows the coefficient of friction when the oxide film is formed. As is clear from these figures, FIG. The friction coefficient of the surface of the solid magnesium alloy on which the film is formed is about four times that without the oxide film.
[0010]
From the above facts, it is considered that the above-mentioned problem at the time of measurement can be solved by preventing the formation of the oxide film. However, the method of supplying the inert gas in the conventional injection molding apparatus shown in FIGS. Cannot be solved by such a method because the object of the invention is different and the configuration of the invention is different as a result. That is, the injection molding machine shown in FIG. 4 is provided with an inert gas supply device 70. The inert gas is supplied during preparation for molding start, during molding suspension, and after completion of molding. Since the supply location is inside the hopper 65 or the tip of the injection nozzle 62 and is not a location where oxidation is promoted and the temperature becomes high, there is no guarantee that the supply is made to the location where oxidation is promoted. The problem of increasing the screw rotation load pressure is not solved.
[0011]
More specifically, as the inert gas, argon, helium, nitrogen, etc. are known.However, in the field of injection molding from the viewpoint of availability, price, etc., inert gas generally includes argon and nitrogen. Is used. Incidentally, these inert gases have a small density difference from air. By the way, 0 ° C, 1.013 × 10 5 The density of air at Pa is 1.293 kg / m 3 Whereas that of argon is 1.783 kg / m 3 Is slightly heavier than air, but nitrogen is 1.251 kg / m 3 Like lighter than air. In addition, since the temperature inside the cylinder barrel 60 is increased, the ambient temperature in the vicinity of the material supply hole 63, that is, the screw supply unit 66 ′ below the hopper is higher than the ambient temperature in the hopper 65, and the screw supply unit 66 Inert gas warmed and lightened near 'escapes upward. Under such circumstances, even if the hopper 65 is filled with an inert gas, it is difficult to efficiently reduce the oxygen concentration by replacing the air near the screw supply unit 66 'with the inert gas. This has been confirmed by the general injection molding apparatus shown in FIG. That is, argon was blown into the hopper 65 at a rate of 1 liter / minute, and the oxygen concentration in the vicinity of the screw supply section 66 'was measured. As a result, the oxygen concentration was reduced to about 10%, which was reduced to about half that in the air. It was confirmed that the atmosphere was not sufficiently replaced with an inert gas atmosphere. It is easily presumed that such a problem of the oxygen concentration can be solved by increasing the supply flow rate of the inert gas. However, since argon is expensive, it is almost impossible to increase the flow rate in terms of running costs. On the other hand, nitrogen can be said to be inexpensive at less than half the value of argon, but as described above, nitrogen is lighter than air and easily escapes upward, so a larger flow rate is required than argon, and there is no merit of using nitrogen. .
[0012]
Since the inert gas supply device of the injection molding apparatus shown in FIG. 5 also supplies an inert gas to the hopper 65, it is similar to the injection molding apparatus shown in FIG. 4 or FIG. However, the problem of the rotational torque of the screw during plasticization as described above cannot be solved. Since the injection molding apparatus is provided with the exhaust device 80, it is possible to avoid bubbles from being mixed into the metal molded product by extracting the inert gas from the rear end of the cylinder barrel 60. Further, when the inert gas supplied to the hopper 65 is discharged from the rear end of the cylinder barrel 60, the inert gas passes through the screw supply unit 66 ', so that the vicinity of the screw supply unit 66' is temporarily filled with the inert gas. Is done. However, this part is where the low-temperature light alloy injection material constantly passes, where the temperature is low and oxidation reaction does not easily occur, and even if an inert gas is supplied to this part, the effect of reducing the screw rotation torque is small. . Further, since the rear end of the cylinder barrel 60 must have a sealed structure and further requires a vacuum source 81, the injection molding apparatus may be expensive. It is also expected that maintenance such as replacement of the screw 66 and cleaning of the screw 66 will be significantly reduced.
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems or points to be improved, and is intended to provide a light alloy injection material capable of suppressing an increase in the rotational load pressure of a screw during plasticization, that is, during molding. It is an object of the present invention to provide an injection molding method and an injection molding apparatus used for implementing the method.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The inventor of the present invention, based on the above-mentioned experiments at the Company and research papers of Osaka University, found that if oxidation of the surface of solid magnesium, which had become high temperature in the cylinder barrel during molding, was prevented, the screw rotational load pressure would increase. The present inventors have found that it is possible to suppress the occurrence of the inert gas, and have obtained confirmation through an experiment in which the inside of the cylinder barrel, particularly in the vicinity of the screw supply section, is filled with an inert gas with high efficiency. That is, the light alloy injection material oxidizes a lot at a portion where the temperature becomes high. Therefore, in order to achieve the above object, the present invention is configured so that the vicinity of the screw supply portion immediately before the temperature becomes high is uniformly covered with the inert gas.
[0014]
A plurality of heaters are provided on the outer periphery of the cylinder barrel in the axial direction from the front end to the rear end, and a material supply hole for supplying a light alloy injection material to the cylinder barrel is provided near the rear end. Have been. Therefore, the vicinity of the screw supply portion referred to in the present invention is specifically a special range between the front end portion of the material supply hole of the cylinder barrel and the rear end portion of the heater provided at the rearmost end. is there. This special portion is a portion through which a relatively low temperature light alloy injection material continuously passes, and the inner hole of the cylinder barrel is cooled by the light alloy injection material to have a relatively low temperature. In the present invention, an inert gas is supplied to this portion to prevent oxidation of the solid light alloy injection material. Also, during this plasticization, the screw flight is rotating in the bore of the cylinder barrel during plasticization, so if an inert gas is supplied to this site, the inert gas will flow toward the hopper by the screw flight. It flows toward the hopper while being turned without short-circuiting.
[0015]
According to the present invention, an inert gas is supplied from an inert gas supply port, more specifically, an inert gas supply hole such as a gas supply nozzle to an inner hole of a cylinder barrel. Is softened, the softened light alloy injection material may block the inert gas supply hole. Therefore, in the present invention, the inert gas is supplied from a point lower than the melting point of the light alloy injection material between the front end of the material supply hole of the cylinder barrel and the rear end of the heater provided at the rear end. Supplied. Specifically, when the light alloy injection material is a magnesium alloy, the light alloy is supplied from a location where the temperature near the inner peripheral wall surface of the cylinder barrel is 250 ° C. or less.
[0016]
The special range referred to in the present invention is the portion where the relatively low temperature solid light alloy injection material is continuously supplied and passed as described above, and the temperature of the inner peripheral wall surface of the cylinder barrel is relatively low, but it is not. It is also possible to forcibly control the temperature near the active gas supply port so as not to exceed the melting point of the light alloy injection material. For example, it is also possible to control the heat generation temperature of the rearmost heater provided on the outer peripheral portion of the cylinder barrel so as to keep the temperature below the melting point. Alternatively, a temperature sensor is provided in the vicinity of the inert gas supply port, and a cooling medium such as water or air is circulated in the vicinity thereof, and the temperature detected by the temperature sensor in the vicinity of the inert gas supply port is equal to the set temperature. That is, the temperature or the circulation amount of the cooling medium is controlled so as to be lower than the melting point of the light alloy injection material.
[0017]
The density of an inert gas such as argon or nitrogen is close to that of air as described above. On the other hand, the temperature in the cylinder barrel near the special range referred to in the present invention is generally higher than the temperature of the supplied inert gas. Thus, the inert gas supplied into the cylinder barrel tends to rise in the cylinder barrel and short circuit towards the hopper. Then, in this invention, it is desirable to supply from below the cylinder barrel. Further, the supply amount of the inert gas is sufficient if the solid light alloy injection material is prevented from being oxidized. Therefore, an oxygen concentration sensor is provided near the material supply hole, and the supply amount of the inert gas is controlled such that the oxygen concentration measured by the sensor is maintained at a set value or less.
[0018]
As described above, according to the first aspect of the present invention, in order to achieve the object of the present invention, a heater is provided in an outer peripheral portion in an axial direction, and a material reaching an inner hole near a rear end portion. A cylinder barrel provided with a supply hole, and a screw provided so as to be rotated and driven in the axial direction in the cylinder barrel, the flight of which has reached a position corresponding to the material supply hole, and a solid When a light alloy injection material in a shape is supplied from the material supply hole to the cylinder barrel via a screw supply unit, melted, and obtained by an injection molding apparatus adapted to be injected into a mold, a metal molded product is obtained. During the molding operation, the inert gas supply port provided in the cylinder barrel between the front end of the material supply hole and the rear end of the heater provided at the rearmost end of the heater is used to feed the cylinder. Barrel configured to supply an inert gas into the.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a cylinder barrel in which a heater is provided in an outer peripheral portion in an axial direction, and a material supply hole reaching an inner hole is formed near a rear end portion. A screw provided so as to be driven in the rotational and axial directions, the flight of which has reached a position corresponding to the material supply hole, and a solid light alloy injection material passes the screw supply portion from the material supply hole. When a metal molded product is obtained by an injection molding apparatus which is supplied to the cylinder barrel through the melt and is then injected into a mold, during the molding operation, the tip of the material supply hole and the heater An inert gas is supplied into the cylinder barrel from a point where the temperature near the inner wall surface of the cylinder barrel is lower than the melting point of the light alloy injection material, between the rear end of the heater provided at the rearmost end. Configured. The invention according to claim 3 is the invention according to claim 4, wherein the temperature in the vicinity of the inert gas supply point according to claim 2 is lower than the melting point of the light alloy injection material. The inert gas according to any one of claims 1 to 3 is supplied into the cylinder barrel from below the cylinder barrel, and the invention according to claim 5 provides the inert gas according to any one of claims 1 to 4. Is controlled by the oxygen concentration in the vicinity of the material supply hole.
The invention according to claim 6 is characterized in that a heater is provided in the outer peripheral portion in the axial direction, and a material supply hole reaching the inner hole is provided near the rear end portion. A screw provided at a position corresponding to the material supply hole, the screw being provided so as to be driven in the rotation and axial directions, and a solid light alloy injection material being supplied from the material supply hole through the material supply hole. An injection molding apparatus adapted to be supplied to and melted in the cylinder barrel, wherein a lower end of the material supply hole and a heater provided at a rearmost end of the heater are provided below the cylinder barrel. An inert gas supply port reaching the inner hole of the cylinder barrel is provided between the end portion and the end portion. The invention according to claim 7 is such that the temperature near the inert gas supply hole of the cylinder barrel according to claim 6 is controlled, and the invention according to claim 8 is according to claim 6 or 7. A flow regulator is provided in a pipe for supplying an inert gas to the inert gas supply port described in the above, an oxygen concentration meter is provided in the vicinity of the material supply hole, and the flow regulator adjusts the oxygen concentration. It is configured to be controlled by a measurement value measured by a meter.
[0019]
Embodiment
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. An injection molding apparatus according to the present embodiment includes a cylinder barrel 1 having a conventionally known structure, a screw 10 provided in an inner hole 5 of the cylinder barrel 1 so as to be freely driven in an axial direction and a rotation direction, and the cylinder barrel. 1 comprises a material supply device 20 for supplying a solid light alloy injection material, a screw drive device 19 for driving the screw 10 in an axial direction and a rotational direction, an inert gas supply device 30, a controller 40 and the like. .
[0020]
The cylinder barrel 1 has a well-known structure. In FIG. 1A, a material supply hole 2 is formed in a thick portion near the right rear end, and a material supply device described later is provided in the material supply hole 2. The lower end of the first hopper 24 is airtightly attached. An injection nozzle 3 is provided at a front end of the cylinder barrel 1. As is well known, a fixed die 16 is attached to a fixed plate touched by the injection nozzle 3 during injection, and a movable die 17 is attached to a movable plate (not shown). A plurality of heaters 4, 4 ′,..., Each of which has a precisely controlled heating temperature, are provided in the axial direction on the outer periphery of the cylinder barrel 1 and the injection nozzle 3 configured as described above.
[0021]
The screw 10 has a predetermined length in the axial direction, and a portion located below the material supply hole 2 is a screw supply unit 12. The screw 10 retreats in the cylinder barrel 1 at the time of measurement and moves forward at the time of injection, as is well known in the related art. However, the flight 11 of the screw supply unit 12 covers the material supply hole 2 at least at the time of measurement. Therefore, the inert gas described later is swirled by the flight 11 of the screw 10 to prevent a short circuit directly to the first hopper 24. The rear end of the screw 10 configured as described above forms a screw shaft 18 extending outward from the cylinder barrel 1. The screw shaft 18 is connected to a screw drive 19 including a conventionally known axial drive and a rotational drive.
[0022]
The inert gas supply port 6 is provided near the screw supply section 12 of the cylinder barrel 1 configured as described above. That is, according to the embodiment shown in FIG. 1, the front end of the material supply hole 2, that is, the front end of the injection nozzle 3 side, and the heater 4 ′ provided at the rear end of the heaters 4, 4. Between the rear end portion A, more specifically, in the thick portion in front of the material supply hole 2, an inert gas supply port 6 opened from below the cylinder barrel 1 to the inner hole 5 of the cylinder barrel 1. Is provided. This section A is, as described above, a portion to which a relatively low-temperature solid light alloy injection material is constantly supplied, or a heating value of a heater 4 ′ provided at the rear end of the cylinder barrel 1. Is controlled so that its temperature is lower than the melting point of the light alloy injection material. Therefore, the solid light alloy injection material does not soften and block the inert gas supply port 6.
[0023]
FIG. 1B is a cross-sectional view of the portion A in FIG. 1. According to the present embodiment, the inert gas supply port 6 is provided with the first inert gas supply port provided at the lowermost bottom. It comprises a hole 7 and second and third inert gas supply holes 7 ', 7,' provided on both sides thereof at a predetermined interval or at a predetermined angle in the circumferential direction. .. Are attached to these inert gas supply holes 7, 7 ′, 7 ′. As described above, according to the present embodiment, since the inert gas supply port 6 is provided between the section A of the cylinder barrel 1 and below the cylinder barrel 1, in other words, the inert gas supply port 6 is provided in the lower half within 180 degrees. Since the inert gas is provided, the temperature of the supplied inert gas tends to rise due to a rise in temperature, but when the temperature rises, the surface of the light alloy injection material is efficiently covered. Then, it flows toward the first hopper 24. According to the present embodiment, the temperature sensor 14 is provided near the inert gas supply hole 7 as shown in FIG. The temperature sensor 14 is also connected to a controller 40 described later by a signal line.
[0024]
According to the present embodiment, the screw supply unit 12 is provided with the oxygen concentration sensor 13. The oxygen concentration sensor 13 and the controller 40 are connected by a signal line a. The controller 40 also has a setting device 41 for setting the oxygen concentration.
[0025]
The material supply device 20 includes a second hopper 21 shown at an upper position in FIG. 1, a fixed amount feeder 22 composed of a screw below the hopper 21, a feed trough 23 provided at a discharge end thereof, a hood trough 23 and a second It comprises a connection tube 26 and the like connecting the lid 25 of the first hopper 24. The lower end portion of the first hopper 24 narrowed in a funnel shape is connected to the material supply hole 2 formed in the cylinder barrel 1 in an airtight manner as described above. The screw of the fixed amount feeder 22 is driven to rotate at a set speed by a motor 27 and is supplied to a first hopper 24 corresponding to a predetermined amount. Therefore, the light alloy injection material KS is supplied to the screw supply unit 12 of the cylinder barrel 1 for a predetermined amount.
[0026]
The inert gas supply device 30 includes a cylinder-shaped pressure vessel 31 containing argon gas, nitrogen gas, and the like, and a gas supply pipe 32 extending from the pressure vessel 31 to the above-described inert gas supply port 6. Etc. This gas supply pipe line 32 is branched and connected to the connectors 8, 8,... Of the first to third inert gas supply holes 7, 7 ', 7', respectively. The gas supply pipe 32 is provided with a pressure regulator 33, a flow regulator 34, an electromagnetic switching valve 35, and the like. The controller 40, the flow regulator 34, the electromagnetic switching valve 35, and the like are connected by a signal line b so that the flow rate of the supplied inert gas is controlled.
[0027]
Next, an injection molding method for a light alloy injection material using the injection molding apparatus according to the above embodiment will be described. The light alloy injection material applied to the present embodiment refers to a simple metal element having a melting point of 650 ° C. or less or an alloy based on these metals. Practical examples include, for example, aluminum, magnesium, zinc, tin, lead, bismuth, terbium, tellurium, cadmium, thallium, astatine, polonium, selenium, lithium, indium, sodium, potassium, rubidium, cesium, francium, gallium and the like. Among them, simple substances of aluminum, magnesium, lead, zinc, bismuth and tin, and alloys based on these metals are particularly desirable. All of these metal materials are metal elements or alloys that can be kneaded and melted by the injection molding apparatus of the above embodiment and injection molded.
[0028]
Since the injection molding apparatus according to the present embodiment also includes the controller 40, automatic molding can be performed. However, in order to simplify the description, an example in which manual molding is mainly performed will be described below. The setting device 41 sets the oxygen concentration. Then, press the start switch. For example, a temperature sensor is attached to the cylinder barrel 1, and when the temperature sensor detects that the temperature has risen to a predetermined measurable temperature, the measurement is started. That is, the screw 10 is rotated by the screw driving device 19. Then, the solid light alloy injection material KS is supplied from the first hopper 21 through the second hopper 24 to the screw supply unit 12 of the cylinder barrel 1 for a predetermined amount. Then, the light alloy injection material KS gradually starts melting due to heat applied from the heaters 4, 4, 4 ',... In the cylinder barrel 1, frictional heat generated when the screw 10 is rotationally driven, shear heat insulation, and the like. It is completely melted during the transfer to the tip and is metered in front of the cylinder barrel 1. As the measurement proceeds, the screw 10 is retracted by the pressure of the light alloy injection material in the molten state to be measured. Alternatively, the vehicle retreats due to a suckback forcibly retreating.
[0029]
When measuring as described above, the main valve of the pressure vessel 31 and the electromagnetic opening / closing valve 35 were opened, the pressure was adjusted to a predetermined pressure by the pressure regulator 33 by the gas supply line 32, and the flow rate was controlled to the predetermined flow by the flow regulator 34. The inert gas is supplied from the inert gas supply holes 7, 7, ', 7' to the inner hole 5 of the cylinder barrel 1 as if springing. The supplied inert gas is swirled by the flight 11 of the screw 10, and is partially transferred between the solid light alloy injection material and forward of the cylinder barrel 1. When the melting starts in front of the cylinder barrel 1, the gap between the solid light alloy injection materials becomes small, and flows backward in the cylinder barrel 1. Then, it flows toward the first hopper 24. In this way, the surface of the light alloy injection material KS is kept under an inert gas atmosphere until it is melted. At this time, the oxygen concentration in the vicinity of the screw supply unit 12 is measured by the oxygen concentration sensor 13, and the measured value and the set value are compared by the controller 40, and the flow controller 34 adjusts the measured value to the set value. The flow rate of the inert gas is controlled.
[0030]
When the temperature sensor 14 detects that the temperature in the vicinity of the screw supply unit 12, that is, in the vicinity of the inert gas supply port 6, is lower than the melting point of the light alloy injection material KS, as described above, it is high. The amount of heat generated by the heater 4 'at the rear end provided on the outer peripheral portion of the cylinder barrel 1 is controlled, and is kept below the melting point. Thereby, the temperature near the inert gas supply port 6 is kept below the melting point of the light alloy injection material KS. Then, the oxygen concentration in the vicinity of the screw supply section 12 or in the vicinity of the inert gas supply port 6 is suppressed to a set value or less, and the oxidation of the surface of the solid light alloy injection material KS is prevented. As a result, an increase in the rotational torque of the screw is suppressed. Since the temperatures in the first and second hoppers 24 and 21 are relatively low and the activity of the light alloy injection material KS is low, the oxidation is prevented by the inert gas flowing from the screw supply unit 12.
[0031]
When a predetermined amount is measured, the main valve of the pressure vessel 31 and the electromagnetic valve 35 are closed. The injection nozzle 3 touches the fixed mold 16. Then, the screw 10 is driven at high speed in the axial direction by the screw driving device 19. The measured light alloy injection material in the molten state is injected into the cavities of the molds 16 and 17 at high speed. After the injection is completed, the metal molded product is taken out after cooling and solidifying, as is conventionally known. Meanwhile, weigh and eject as described above.
[0032]
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. Although the same reference numerals are given to the same components as those in the above-described embodiment and the description thereof will not be repeated, according to the present embodiment, the plug 50 reaching the vicinity of the inner hole 5 is provided in the cylinder barrel 1 in the section A. Is installed. The plug 50 is formed with a cooling medium flow path through which a cooling medium such as cooling water and cooling air flows, and an inert gas supply path. That is, the cooling medium flow path includes the outward path 51 and the return path 52. Further, the inert gas supply passage 53 is opened to the inner hole 5 of the cylinder barrel 1 through the center of the plug 50. Therefore, by flowing a cooling medium at a controlled temperature or flow rate from the outward path 51 to the return path 52, the temperature in the vicinity of the inert gas supply port 6 can be kept below the melting point of the light alloy injection material. It is apparent that the effects described above can also be obtained by the present embodiment.
[0033]
The present invention can be implemented in various forms without being limited to the present embodiment. For example, since the inert gas supply port 6 is opened at a special place as described above, it can be provided above the cylinder barrel 1. Even if the inert gas is supplied from above, since the screw is turned by the flight of the screw, there is no short circuit toward the hopper. FIG. 2 shows one inert gas supply hole, but it is apparent that a plurality of inert gas supply holes can be provided. At this time, the cooling medium passage may be provided concentrically with the inner hole 5 so as to surround the inner hole 5 of the cylinder barrel.
[0034]
In addition, when the cylinder barrel is heated to a desired molding temperature before the molding operation, when the molding is interrupted, or until the temperature of the cylinder barrel drops after the molding is completed, the inert gas is supplied. It can also be implemented. By implementing in this manner, oxidation in each molding step can be prevented, and even a lightly injected light alloy material having high activity can avoid danger such as combustion. Further, magnesium oxide or the like having a high melting point is not generated, which does not adversely affect the molding operation.
[0035]
Example 1
(1) Testing machine: An actual magnesium injection molding machine JLM75MG as shown in FIG. 1 owned by the present applicant was used.
(2) Light alloy injection material: Tested with a magnesium alloy pellet.
(3) Test conditions: Argon gas was used as an inert gas. At this time, oxygen was not detected in the screw supply section. The molding cycle was 30 seconds and 200 shots (30 s × 200 = 6000 s) were tested. In addition, molding operations such as injection / holding step, measuring step, mold opening step, intermediate time, mold closing step, mold closing step, injection / holding step were repeated. It was discharged into the atmosphere without being injected into the mold.
The results are shown in FIG. 3A, with the horizontal axis representing the elapsed time from the start of the experiment and the vertical axis representing the screw rotation load pressure. From this figure, the screw rotation load pressure is 2.7 MPa after 200 shots, which is the same as the conventional 8. It was confirmed that it was significantly reduced as compared with MPa.
[0036]
Example 2 A test was performed under the same conditions as in Example 1 except that nitrogen was used instead of argon as the inert gas. The results are shown in FIG. It can be seen that almost the same results can be obtained with nitrogen.
In addition, other light alloy injection materials other than magnesium alloy were not tested, but when an oxide film was formed on the surface of the solid light alloy injection material, the frictional resistance increased and the screw rotational load pressure increased. It is considered that the same effect can be obtained by supplying an inert gas to the vicinity of the screw supply section because it is considered to increase.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a heater is provided in the outer peripheral portion in the axial direction, and a material supply hole reaching the inner hole is provided near the rear end portion. A screw whose flight reaches a position corresponding to the material supply hole, and wherein a solid light alloy injection material is supplied from the material supply hole to the screw supply unit. When a metal molded product is obtained by an injection molding apparatus which is supplied to the cylinder barrel through the cylinder and melted and is injected into a mold, the tip of the material supply hole and the heater are formed during a molding operation. Since an inert gas is supplied into the cylinder barrel from an inert gas supply port provided in the cylinder barrel between the rear end of the heater provided at the rear end of the screw and the screw, It can be a sheet vicinity efficiently inert gas atmosphere. Therefore, according to the present invention, an effect peculiar to the present invention is obtained in that the formation of an oxide film on the surface of the solid light alloy injection material which has become high temperature in the cylinder barrel can be prevented. According to the present invention, since an oxide film is not formed in the cylinder barrel, a decrease in the screw transport ability due to an increase in the friction coefficient of the surface of the solid light alloy injection material due to the oxide film and a decrease in the solid light alloy injection material It is possible to suppress an increase in the screw rotation load pressure caused by the solidification of the screws due to frictional heat generated by one another. Thereby, molding can be performed continuously and stably for a long time. In addition, since an inert gas atmosphere can be efficiently provided in the vicinity of the screw supply section, the above-described effect can be obtained at a low cost with a small amount of inexpensive nitrogen. Further, according to the present invention, the inert gas is supplied into the cylinder barrel from the inert gas supply port provided in the cylinder barrel between the front end of the material supply hole and the rear end of the heater provided at the rear end. , That is, from the point where the screw flight is provided, the supplied inert gas is swirled by the rotating flight. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain an effect that an inert gas atmosphere can be provided in the vicinity of the screw supply portion regardless of the coarseness or denseness of the supply state of the light alloy injection material. Also, the supplied inert gas is sandwiched between the solid light alloy injection materials and is transferred toward the tip of the cylinder barrel by rotation of the screw, so that the solid light alloy injection material is melted. Until then, the effect of preventing oxidation is also obtained. That is, since the inert gas atmosphere is formed up to the portion where the solid light alloy injection material starts to be melted, the effect of avoiding the risk of oxidation and combustion of the molten light alloy injection material can be obtained.
In addition, during the molding operation, a portion where the temperature near the inner wall surface of the cylinder barrel is lower than the melting point of the light alloy injection material, between the front end of the material supply hole and the rear end of the heater provided at the rear end. According to the invention for supplying an inert gas into the cylinder barrel from the above, or according to the invention in which the temperature near the inert gas supply point is controlled to be lower than the melting point of the light alloy injection material, In addition to the above effects, there is obtained an effect that the light alloy injection material does not soften and block the inert gas supply port, so that the supply of the inert gas is not disabled. Further, according to the invention in which the inert gas is supplied from below the cylinder barrel into the cylinder barrel, in addition to the above-described effects, the inert gas atmosphere can be more efficiently provided near the screw supply section. According to the invention in which the supply amount of the inert gas is controlled by the oxygen concentration in the vicinity of the material supply hole, the inert gas can be supplied without excess and deficiency, and a metal molded product can be obtained at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an injection molding apparatus according to an embodiment of the present invention, in which (a) is a side view schematically showing the whole, and (b) is a cross-sectional view near an inert gas supply port. .
FIG. 2 is a cross-sectional view near an inert gas supply port according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the results of the example of the present invention, in which (a) shows the relationship between the elapsed time of the experiment and the screw rotation load pressure when using argon as an inert gas and (b) using nitrogen. It is a figure showing a relation.
FIG. 4 is a side view showing a conventional injection molding apparatus.
FIG. 5 is a side view showing another conventional injection molding apparatus.
FIG. 6 is a side view showing a general conventional injection molding apparatus.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the elapsed experimental time and the screw rotation load pressure in a test using a conventional injection molding apparatus.
FIG. 8 is a diagram relating to friction of a solid magnesium alloy, which was presented at the 2001 Spring Working Conference on Plasticity (2001). FIG. 8A shows a case without an oxide film, and FIG. It is a figure showing a friction coefficient in the case.
[Explanation of symbols]
1 Cylinder barrel 2 Material supply hole
3 Injection nozzle 4 'heater (rear heater)
6 Inert gas supply port 7, 7 'Inert gas supply hole
10 screws 11 flights
12 Screw supply unit 13 Oxygen concentration sensor
14 temperature sensor 24 first hopper
30 inert gas supply device 40 controller
