JP2004276059A

JP2004276059A - 金属材料の射出成形装置および射出成形方法

Info

Publication number: JP2004276059A
Application number: JP2003069934A
Authority: JP
Inventors: Yoshiji Suzuki; 宣二鈴木; Yoshihisa Sugiyama; 義久杉山; Shinjiro Kawaguchi; 信二郎川口; Shunsuke Sugiyama; 俊輔杉山; Jiro Takemoto; 次郎竹本
Original assignee: Yamaha Fine Technologies Co Ltd
Current assignee: Yamaha Fine Technologies Co Ltd
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】射出ノズルをスプール形成部に接触させたままの状態で射出成形ができるようにすることにより、射出成形のサイクル時間を大幅に短縮することのできる金属材料の射出成形装置および射出成形方法を提供すること。
【解決手段】射出成形装置１０の作動時における金属溶融材料の射出時から成形品取出時までの間、射出ノズル３０をスプールブッシュ２０に当接させた状態にし、その射出の際の固体栓を押し出す圧力を４Ｍｐａ〜８Ｍｐａに設定した。また、射出ノズル３０の近傍に温度センサ３１を設け、射出ノズル３０の外周面にヒーター３２を設け、温度センサ３１の検出温度に応じて制御装置１６がヒーター３２の作動を制御するようにした。また、断熱部２１に温度センサ２５を設け、放熱部２２に冷媒管路２６を設け、温度センサ２５の検出温度に応じて制御装置１６がポンプ１５の作動を制御して冷媒管路２６に冷媒を供給するようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融した金属材料からなる金属溶融材料と成形用の金型とを用いた射出成形により成形体を成形する金属材料の射出成形装置および射出成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、溶融した樹脂材料や金属材料からなる溶融材料を、金型を備えた射出成形機で射出成形する際には、溶融材料を成形用凹部内に充填しやすくしたり短時間で固化させたりするために金型を加熱したり冷却したりすることが行われている（例えば、特許文献１参照）。このような射出成形機においては、溶融材料を射出する射出ノズルや射出ノズルと金型の成形用凹部とを連通させるスプール形成部を介して、成形用凹部に溶融材料が充填される。このため、射出ノズル、スプール形成部を含む金型の温度を溶融材料の流動性を保持できる温度に加熱したのちに溶融材料の充填が行われる。
【０００３】
特に、金属材料の射出成形では、金型の成形用凹部内に金属溶融材料が充填されると、射出ノズル、スプール形成部および金型の成形用凹部の近傍部分を冷却することにより、これらに金属溶融材料の熱を吸収させて、金属溶融材料の温度を低下させる。そして、金属溶融材料が固化して成形体になったのちに、射出ノズルをスプール形成部から後退させて成形体のスプールを切断させたのちに、金型を開いて成形体を取り出す。そして、再度、射出ノズルをスプール形成部に接触させて金型を閉じ、射出ノズル等を加熱して金属溶融材料の充填を行うといったように、射出ノズルやスプール形成部等は加熱、冷却されて温度の上昇・下降を繰り返す。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−３２８５１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の射出成形装置および射出成形方法では、射出成形の各サイクルごとに、射出ノズルをスプール形成部に対して進退させるため、射出成形のサイクル時間が長くなり生産性の低下と抜き圧の脈動による品質のばらつきが発生するという問題がある。このため、射出ノズルをスプール形成部に接触させたままの状態で射出成形を行うと、樹脂よりも遥かに高温で溶融状態となる金属の射出成形では、射出ノズルと金型の間の温度勾配が非常に大きいために、射出ノズルの熱がスプール形成部に伝わって、射出ノズルが冷めてしまったり、金型が成形温度よりも高温になってしまったりするために、適切な成形品を安定して得ることができなかった。
【０００６】
すなわち、射出ノズル内に形成されるプラグ（つぎの射出まで金属溶融材料が開口部から流れ出ることを防ぐために、開口部で固まった成形材料）の長さが長くなってしまい、射出圧力（抜き圧）が大きくなりすぎて、射出ができなくなってしまうという問題が生じる。また、射出圧力が上がると、ノズルヘッド、シリンダーとその周辺の損耗が激しく、その交換のために大きなコストと作業のロスを生じてしまうという問題が生じる。さらに、金属の射出成形では、樹脂の成形品を型から取るときの抵抗力に比べ、金属の射出成形では、その抵抗力が非常に大きく、シフトすることでプラグと成形品を引き離していたが、射出ノズルをスプール形成部に接触させたままの状態で射出成形を行うと、それを行えなくなる問題があった。
【０００７】
【発明の概要】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、射出ノズルをスプール形成部に接触させたままの状態で安定した射出成形ができるようにすることにより、射出成形のサイクル時間を大幅に短縮することのできる金属材料の射出成形装置および射出成形方法を提供することである。
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる金属材料の射出成形装置の構成上の特徴は、射出ノズルから射出した成形用の金属溶融材料を、射出ノズルの先端に固定されたスプール形成部を介して金型の成形用凹部に充填することにより所定の形状に成形する金属材料の射出成形装置であって、射出ノズルを、金属溶融材料を射出するときから成形品取出しまでの工程の間、スプール形成部に当接した状態で射出成形し、その射出の際の固体栓を押し出す圧力を４Ｍｐａ〜８Ｍｐａの範囲で安定させるようにしたことにある。
【０００９】
前記のように構成した本発明の金属材料の射出成形装置は、射出成形の工程の１サイクル内で常時射出ノズルをスプール形成部に接触させて射出成形を行うもので、金属溶融材料を射出するときの圧力を４Ｍｐａ〜８Ｍｐａとすることで、長時間に亘って短い成形時間で射出成形を行うことができる。
【００１０】
また、本発明にかかる金属材料の射出成形装置の他の構成上の特徴は、射出ノズルから射出した成形用の金属溶融材料を、射出ノズルの先端に固定されたスプール形成部を介して金型の成形用凹部に充填することにより所定の形状に成形する金属材料の射出成形装置であって、スプール形成部に金型および射出ノズルに対して断熱するための断熱部と、スプール形成部の温度を検知する温度センサと、温度制御を行うための温度制御部を備えたことにある。
【００１１】
このように構成した金属材料の射出成形装置によれば、射出成形の工程の１サイクル内で常時射出ノズルをスプール形成部に接触させて射出成形を行うものでも、射出成形の工程の１サイクル内で金型と射出ノズルの温度を工程状態に応じて積極的に変化させるもので、安定した温度にスプールを管理でき、結果として、射出圧力を安定して所定値、例えば、４Ｍｐａ〜８Ｍｐａにすることができる。
【００１２】
また、本発明にかかる金属材料の射出成形装置のさらに他の構成上の特徴は、射出ノズルから射出した成形用の金属溶融材料を、射出ノズルの先端に固定されたスプール形成部を介して金型の成形用凹部に充填することにより所定の形状に成形する金属材料の射出成形装置であって、射出ノズルにおける金属溶融材料が通過する射出孔の近傍に設けられたノズル用温度センサと、射出ノズルを加熱するための金型側への放熱量と同等かそれより大きな熱量を有する加熱装置と、ノズル用温度センサが検出する温度に応じて加熱装置を作動させる加熱制御装置と、スプール形成部におけるスプール形成穴の近傍に設けられたスプール用温度センサと、スプール形成部を冷却するための冷却装置と、スプール用温度センサが検出する温度と、射出圧力検出手段が検出する射出圧力とに応じて冷却装置を作動させる冷却制御装置とを備え、スプール形成部が金型および射出ノズルからの熱の伝達を抑える断熱部を有し、スプール部形成部を温度制御することにある。
【００１３】
前記のように構成した本発明の金属材料の射出成形装置では、射出ノズル側に、射出ノズルの射出孔の近傍部分の温度を検出するノズル用温度センサと、加熱装置とを設けて、ノズル用温度センサが検出する温度に応じて加熱制御装置が加熱装置を作動制御するようにしている。したがって、射出ノズルの温度を調節することによって射出ノズル内に形成されるプラグの長さを射出成形に適した長さにすることができ、これによって、射出ノズルをスプール形成部に接触させたままにしておくことができる。その結果、射出ノズルをスプール形成部に対して進退させる必要がなくなり、射出成形のサイクル時間を短縮することができる。
【００１４】
また、本発明の金属材料の射出成形装置では、スプール形成部側に、スプール形成部のスプール形成穴近傍部分の温度を検出するスプール用温度センサと、冷却装置とを設けて、スプール用温度センサが検出する温度に応じて冷却制御装置が冷却装置を作動制御するようにしている。したがって、スプール形成部を冷却することによって、射出ノズルから伝わる熱でスプール形成部が必要以上に加熱されて、金属溶融材料の固化が遅くなるといったことを防止できる。
【００１５】
また、本発明による金属材料の射出成形装置のさらに他の構成上の特徴は、スプール形成部を、射出ノズル側に位置する断熱部と成形用凹部側に位置する放熱部とで構成し、断熱部に射出ノズルからの熱を遮断するための断熱層を設け、放熱部に冷却装置の冷却部を設けたことにある。
【００１６】
このように構成した本発明の射出成形装置では、スプール形成部における射出ノズル側部分に設けられた断熱部の断熱層によって、射出ノズルの熱がスプール形成部に伝わりにくくなっている。したがって、射出ノズルとスプール形成部とを常に接触した状態にしても、互いに、熱の影響を受け難くなり、それぞれの温度制御を適正に行えるようになる。すなわち、射出ノズルは加熱装置によって適正温度に保たれ、スプール形成部は、放熱部の冷却部によって適正温度に保たれ、その間の熱の伝達は断熱部の断熱層によって遮断される。
【００１７】
また、本発明による金属材料の射出成形装置のさらに他の構成上の特徴は、金型をスプール形成部に対して固定された固定型と固定型に対して進退する可動型とで構成し、可動型におけるスプール形成穴に対向する部分に、周壁に切欠き部を有する係合用凹部を設けて、金属溶融材料の成形後に、可動型を前記固定型から離すと、成形体における係合用凹部の切欠き部に対応する部分が可動型と係合して、成形体が可動型とともに固定型から離れるようにしたことにある。これによると、成形された成形体を金型から取り出す際に、スプールを確実に切断して、成形体を固定型から外すことができる。成形体は、可動型とともに移動したのちに、可動型から取り外される。
【００１８】
本発明による金属材料の射出成形方法の構成上の特徴は、射出ノズルから射出した成形用の金属溶融材料を、射出ノズルの先端に固定されたスプール形成部を介して固定型と可動型とからなる金型の成形用凹部に充填することにより所定の形状に成形する射出成形方法であって、金型を閉じる型閉じ工程と、金型の成形用凹部内に金属溶融材料を射出する射出工程と、成形用凹部内の金属溶融材料に加わる圧力を一定に保つ保圧工程と、金属溶融材料を冷却して固化させる冷却工程と、金型を開く型開き工程と、成形された成形品を前記金型から取り出す取出し工程と、型開き工程、取出し工程および型閉じ工程の際に、射出ノズルを加熱して温度を上昇させるノズル加熱工程と、射出工程と保圧工程の際に、ノズル加熱工程において上昇させた射出ノズルの温度を保持するノズル温度保持工程と、冷却工程の際に、放熱により射出ノズルの温度を降下させるノズル温度降下工程とを備えたことにある。
【００１９】
この金属材料の射出成形方法では、型開き工程、取出し工程および型閉じ工程の３工程の際に、射出ノズルを加熱して温度を上昇させるようにしている。したがって、射出ノズルをスプール形成部に接触させたままの状態にして、射出ノズルの熱がスプール形成部に伝わるようにしても、射出ノズルの加熱時間が長くなるため、射出ノズルの温度を適正温度に維持することができる。また、射出工程と保圧工程の際には、射出ノズルの温度は加熱工程において上昇した温度が保持される。この結果、射出ノズル内に形成されるプラグの長さを適正な長さにすることができ、プラグによって射出成形ができなくなることを防止できる。また、短サイクルの射出成形が可能になる。
【００２０】
また、本発明による金属材料の射出成形方法の他の構成上の特徴は、取出し工程と型閉じ工程の際に、射出ノズルや金型から伝わる熱によりスプール形成部の温度を上昇させるスプール温度上昇工程と、射出工程と保圧工程の際に、スプール温度上昇工程において上昇したスプール形成部の温度を保持させるスプール温度保持工程と、冷却工程と型開き工程の際に、スプール形成部を冷却することによってスプール形成部の温度を降下させるスプール温度降下工程とを備えたことにある。
【００２１】
この射出成形方法では、射出ノズルの加熱が始まる型開き工程の際には、スプール形成部は、スプール温度が降下している状態にあるので、金属溶融材料の射出時に高温になって射出ノズルからの熱が伝達されて、スプール形成部の温度が上昇し、適切なプラグを形成できず、型開き時に金属溶融材料が型側に流れ出てしまうことが防止される。この結果、射出ノズルの加熱制御と、スプール形成部の冷却制御とによって、良好な成形体を短いサイクル時間で行えるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明にかかる射出成形装置１０の主要部の概略構成図を示している。この射出成形装置１０は、固定型１１と可動型１２とからなる金型１３を備えており、固定型１１の中央には図示の左右に貫通する凹部１４が形成されている。そして、この凹部１４に、本発明のスプール形成部としてのスプールブッシュ２０が取り付けられている。
【００２３】
このスプールブッシュ２０は、断熱部２１と放熱部２２とからなっており、その中央部には、金属溶融材料を通過させるとともに、射出成形によって成形される成形体のスプール部分を形成するためのスプール形成穴２１ａ，２２ａが連続して設けられている。また、このスプール形成穴２１ａ，２２ａの形状（空間部分）は、略円柱状に形成されており、その直径は、射出口（図示の右側部分）から可動型１２に近づくにしたがって徐々に大きくなるように設定されている。したがって、スプール形成穴２１ａ，２２ａに形成されるスプールは、可動型１２の方向にのみ移動できる。
【００２４】
断熱部２１の端面には、後述する射出ノズル３０の先端部を位置決めさせるための位置決め用凹部２１ｂが設けられており、断熱部２１の端面における位置決め用凹部２１ｂの周囲には、断熱材２３が取り付けられている。そして、断熱部２１の位置決め用凹部２１ｂの周囲部分に射出ノズル３０との接触部を構成するタッチブッシュ２４が取り付けられている。また、断熱部２１の内部におけるスプール形成穴２１ａの近傍部分には、スプールブッシュ２０の温度を検出するための温度センサ２５が設けられている。
【００２５】
放熱部２２の断熱部２１側部分におけるスプール形成穴２２ａの周囲近傍にはスプールブッシュ２０を冷却するための本発明の冷却部としての冷媒管路２６が設けられている。この冷媒管路２６は、冷媒管２６ａを介してポンプ１５に接続されており、ポンプ１５は配線１５ａを介して制御装置１６に接続されている。また温度センサ２５も配線２５ａを介して制御装置１６に接続されており、温度センサ２５が検出するスプールブッシュ２０の温度に応じて、制御装置１６がポンプ１５を作動制御して、冷媒管路２６に冷媒を供給する。
【００２６】
この場合、スプールブッシュ２０の温度と冷媒管路２６に供給される冷媒の流量との関係は、図２に示したようになる。すなわち、スプールブッシュ２０の温度が高くなるにしたがって、冷媒管路２６の冷媒圧力は大きくなるように設定される。そして、スプールブッシュ２０の温度は、射出時に、適正最低温度Ｓｔ_Ｌと適正最高温度Ｓｔ_Ｍとの間の値に設定され、冷媒圧力はその温度に応じて設定される。また、放熱部２２における可動型１２側の端部には、金属溶融材料を通過させるとともに、成形体のランナー部分を形成するためのランナー形成穴の一部２２ｂがスプール形成穴２２ａと連続して形成されている。
【００２７】
可動型１２は、固定型１１に対して進退可能になっており、固定型１１との境界面に、ランナー形成穴１２ｂを含む成形用凹部が形成されている。また、可動型１２の中央部分は、固定型１１側に向かって突出しており、その先端部には、係合用凹部１７がスプール形成穴２２ａと連なるように形成されている。この係合用凹部１７は、スプール形成穴２２ａの後端部（図示の左側端部）側に、スプール形成穴２２ａと同軸的に設けられており、内周面に溝状のアンダーカット（切欠き部）１７ａが円周に沿って設けられている。したがって、金属溶融材料を成形用凹部内に充填して固化したのちに、可動型１２を固定型１１から後退させると、成形体における係合用凹部１７内に形成された部分が、可動型１２と係合するため、成形体は、可動型１２とともに固定型１１から離れるように移動する。
【００２８】
また、スプールブッシュ２０の位置決め用凹部２１ｂには、射出成形用の金属溶融材料を成形用凹部内に射出するための射出ノズル３０が、常時スプールブッシュ２０と接触するようにして取り付けられている。射出ノズル３０における射出孔３０ａの近傍部分には、射出ノズル３０の温度を検出するための温度センサ３１が設けられ、射出ノズル３０の外周面にはコイル状のヒーター３２が取り付けられている。
【００２９】
ヒーター３２は、金型側への放熱量と同等かそれよりも大きな熱量を有する。これによって、連続して射出成形する間に射出ノズルが金型側に当接していても射出ノズルが放熱する熱量よりも多い熱量で加熱できるため、射出ノズルの温度を安定化することができ、安定して成形材料を加熱して溶融状態を保つことができる。温度センサ３１は、配線３１ａを介して制御装置１６に接続され、ヒーター３２は、配船３２ａを介して制御装置１６に接続されている。そして、制御装置１６は、温度センサ３１が検出する射出ノズル３０の温度に応じて、ヒーター３２を作動制御する。
【００３０】
スプールブッシュ２０の位置決め用凹部２１ｂの曲面は、射出ノズル３０の先端の曲面形状と異なる曲率で射出ノズル３０側を小さくすることで、スプールブッシュ２０に対する射出ノズルの接触面積を極力小さいものとしている。これによって、スプールブッシュ２０と射出ノズル３０の間に空気の断熱層を形成することになり、スプールブッシュ２０側への熱の伝導を極力抑えるようにし、さらにそのスプールブッシュ２０側の対向面には、断熱材２３を形成することによって、さらに断熱性を高めている。
【００３１】
そして、スプールブッシュ２０は、断熱材２３を介して当接することで、スプールブッシュ２０に対して伝達される熱量を抑えている。さらに、スプールブッシュ２０が射出ノズル３０と金型１３の双方に当接する部分に断熱材２３を設けることで、金型１３と射出ノズル３０からの影響を極力少なくして冷却部材で個別の温度管理を可能にしている。また、この場合、スプールブッシュ２０内にも、熱の伝導を妨げるための空気室あるいは断熱材等の内部断熱層２７を設けてもよい。
【００３２】
このようにすることで、射出成形の工程の１サイクル内で金型１３と射出ノズル３０の温度を工程状態に応じて積極的に変化させるものでも、スプールブッシュ２０の温度は安定化させることができるので、金属の溶融材料を射出圧力を安定して一定値（４Ｍｐａ〜８Ｍｐａ）に保つことができるとともに、高温時にプラグ（図示せず）が金属溶融材料を押さえきれずに金型側に流出してしまうことを防ぐことができる。
【００３３】
なお、射出ノズル３０と金型１３からの影響をできるだけ少なくして、スプールブッシュ３０の温度管理を行うことは、本実施形態のように、射出成形の工程の１サイクル内で温度を積極的に変化させるものでなく、金型１３と射出ノズル３０を一定温度で射出成形するものに適用してもよい。なお、本実施形態における断熱材２３は、スプールブッシュ３０、金型１３、射出ノズル３０のいずれの材質よりも熱伝導率の低い素材のもの（気体や液体も含む）で構成される。
【００３４】
なお、制御装置１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭおよび各種の回路等で構成され、本発明の冷却制御装置としてポンプ１５をオンオフ制御し、本発明の加熱制御装置としてヒーター３２をＰＩＤ制御する。また、制御装置１６は、射出ノズル３０の温度に加えて、射出ノズル３０の射出孔３０ａ先端に形成されるプラグを射出孔３０ａから押し出して金属溶融材料を成形用凹部内に射出するための射出圧力もヒーター３２の作動制御をする際に加味する。
【００３５】
すなわち、射出孔３０ａ先端部には、金属溶融材料の射出を行ったのちに、次に射出される金属溶融材料がスプール形成穴２１ａ，２２ａに流れ込むことを防止するために、金属溶融材料が固化または半溶融状態にされて栓となるプラグが形成される。このプラグの長さが長すぎると、通常の射出圧力では射出成形ができなくなる。このため、プラグの長さを適正な長さに設定したときに必要となる射出圧力と、プラグの長さを適正な設定長さにするために必要な射出ノズル３０の温度を求める必要がある。制御装置１６は、予め設定されたそれらの値または算出した値に応じてヒーター３２の作動を制御する。
【００３６】
この場合、射出ノズル３０の温度と射出圧力の関係は、図３に示したようになる。すなわち、射出ノズル３０の温度が低くなるにしたがって、射出圧力は大きくなり、射出ノズル３０の温度は適正な射出圧力の範囲に基づいて、適正最低温度Ｎｔ_Ｌと適正最高温度Ｎｔ_Ｍとの間の値に設定される。なお、プラグは、金属溶融材料が射出される際に、係合用凹部１７内に入り込み、プラグに続いて供給される金属溶融材料が、スプール形成穴２１ａ，２２ａおよびランナー形成穴１２ｂを通って成形用凹部内に充填されて成形体となる。また、固定型１１と可動型１２には、それぞれ加熱装置および冷却装置が設けられて、射出成形における各工程ごとに対応する部分が加熱されたり冷却されたりする。
【００３７】
以上のように構成された射出成形装置１０を用いて、成形体を射出成形する場合は、制御装置１６の制御によりヒーター３２を作動させて射出ノズル３０の温度を各工程ごとに設定された温度にする。また、同時に、制御装置１６の制御によりポンプ１５を作動させてスプールブッシュ２０の温度を各工程ごとに設定された温度に調節しながら、図４に示したサイクルで射出成形の各工程が行われる。
【００３８】
すなわち、この射出成形方法は、射出工程中、射出を容易にするため、ノズル温度を高温側のＮＴ_１にする。また、金型１３のスプール形成部も溶湯の流入を助けるために、高温側であるＳＴ_１にする。これは保圧工程まで維持する。金型冷却工程と型開き工程には、成形体の離型を容易にするため金型１３のスプール形成部の温度をＳＴ_２まで下げて、離型抵抗を少なくさせる。
【００３９】
このとき、射出ノズル３０は金型冷却を促進するため、ノズル先端温度をＮＴ_２まで下げる。また、冷却工程が終了すると、つぎの成形に備えるために、射出ノズル３０は昇温に入る。一方金型１３は型開き完了後昇温に入り、スプール形成部の温度をＳＴ_１まで昇温させる。このように、射出ノズル３０の加熱制御とスプール形成部の冷却制御によって、高品位な成形体を短いサイクル時間で生産でき、生産効率の大幅な向上が図れる。
【００４０】
図４において、実線ａはスプールブッシュ２０の温度設定状態を表しており、破線ｂは射出ノズル３０の温度設定状態を示している。ここで、射出成形の各工程に入る前に、まず、加熱装置によって加熱するか、または金属溶融材料を数回射出することによって、金型１３の温度を、使用する金属溶融材料の射出成形に適した温度に昇温させる。また、射出孔３０ａ先端には、適正な長さのプラグを形成して金属溶融材料の流れを止めた状態にしておく。
【００４１】
また、射出成形の初期の型閉じ工程においては、金型１３は型閉じされており、ヒーター３２は射出ノズル３０を加熱して温度を上昇させている状態になっている。また、ポンプ１５は作動を停止してスプールブッシュ２０への冷媒の供給を停止しているか、または、冷媒の流量を低下させた状態になっている。このため、スプールブッシュ２０は、金型１３の他の部分から伝わる熱によって温度が上昇している状態になっている。
【００４２】
そして、型閉じ工程が終了するときに温度センサ３１が検出する射出ノズル３０の温度が金属溶融材料を射出する時の設定温度である射出温度Ｎｔ_１に達するとともに、温度センサ２５が検出するスプールブッシュ２０の温度が金属溶融材料を射出する時の設定温度である射出温度Ｓｔ_１に達する。射出温度Ｎｔ_１は適正最低温度Ｎｔ_Ｌと適正最高温度Ｎｔ_Ｍとの間の値に設定され、射出温度Ｓｔ_１は適正最高温度Ｓｔ_Ｍよりも低く適正最高温度Ｓｔ_Ｍに近い値に設定される。
【００４３】
つぎに、射出工程において、スクリュー（図示せず）が射出ノズル３０の先端側に移動することによって、適正な射出温度に設定された金属溶融材料が射出孔３０ａからスプール形成穴２１ａ，２２ａ内に射出される。これによって、金属溶融材料は、スプール形成穴２１ａ，２２ａからランナー形成穴１２ｂを通って、さらに奥側の成形用凹部に充填されていく。このとき、プラグは、係合用凹部１７内に入り込む。
【００４４】
そして、射出開始から所定時間が経過して金属溶融材料の充填が終了すると、続いて、保圧工程に入る。保圧工程では、スクリューによる金属溶融材料の加圧が継続され、これによって、金属溶融材料は成形用凹部の隅々まで充填される。この射出工程と保圧工程の間、射出ノズル３０の温度は、射出温度Ｎｔ_１に維持され、スプールブッシュ２０の温度は、射出温度Ｓｔ_１に維持される。そして、所定時間が経過して保圧工程が終了すると冷却工程に入る。この冷却工程では、ヒーター３２は射出ノズル３０の温度を降下させるように制御され、ポンプ１５は作動または流量を増加させてスプールブッシュ２０に設定された流量の冷媒を供給し、スプールブッシュ２０の温度を下降させる。
【００４５】
この冷却工程の間に、金型１３は冷却装置によって冷却され、成形用凹部内の金属溶融材料は冷却固化される。また、この冷却工程において、射出ノズル３０の温度は、射出成形中での最低温度Ｎｔ_２まで下降することが許容される。そして、冷却時間が終了すると、金型１３の冷却が停止し、金型１３が型開きされる。この型開き工程では、可動型１２が移動して固定型１１から離れる。
【００４６】
この場合、成形用凹部内で成形された成形体は、スプール部分が引きちぎられるようにして切断されて、可動型１２の成形用凹部内に残ったまま可動型１２とともに移動する。すなわち、型開き工程の開始時には、プラグとスプールとの間の部分は半溶融状態に維持されており、型開きの際に簡単に切断される。このため、成形体は、係合用凹部１７内に形成された部分をアンダーカット１７ａに係合させて可動型１２に付いて行く。
【００４７】
この型開き工程の際には、ヒーター３２は射出ノズル３０の温度を上昇させるように制御され、ポンプ１５は作動を続けて、スプールブッシュ２０への冷媒の供給を続ける。この間、スプールブッシュ２０の温度は、射出成形中での最低温度Ｓｔ_２まで下降する。この最低温度Ｓｔ_２は適正最低温度Ｓｔ_Ｌよりも高く、適正最低温度Ｓｔ_Ｌに近い値に設定される。
【００４８】
そして、型開き工程が終了したのちに成形体の金型１３からの取り出しが行われる。この取り出し工程における成形体の取り出しは、可動型１２に設けられたエジェクターピン（図示せず）を成形用凹部の表面から突出させることによって行われる。このエジェクターピンによる成形体の押出力は、成形体とアンダーカット１７ａとの係合力よりも大きいため、成形体は、前記係合力に抗して可動型１２から取り出される。この取り出し工程の間、ヒーター３２は射出ノズル３０の温度上昇を継続させるように制御され、ポンプ１５は作動を停止して、スプールブッシュ２０への冷媒の供給を停止する。これによって、スプールブッシュ２０の温度は、金型１３の他の部分から伝わる熱によって上昇する。
【００４９】
そして、成形体の取り出しが行われると、加熱装置による金型１３の加熱が開始され、金型１３はつぎの射出成形のために加熱される。その間、ヒーター３２は射出ノズル３０の温度上昇を継続させるように制御され、ポンプ１５は作動を停止して、スプールブッシュ２０への冷媒の供給を止める。これによって、スプールブッシュ２０は他の部分からの熱吸収により温度が上昇する。そして、再度、型閉じ工程に入り、以下前述した各工程が繰り返される。
【００５０】
このように、本実施形態による射出成形装置１０では、射出ノズル３０に温度センサ３１を設けて射出ノズル３０の射出孔３０ａ近傍部分の温度を検出するとともに、温度センサ３１が検出する検出値に応じて、制御装置１６がヒーター３２を作動させるようにしている。このため、射出成形における各工程ごとに射出ノズル３０の温度を適正温度にすることができる。すなわち、射出工程においては、射出ノズル３０の温度を金属溶融材料がスムーズに流れる温度に設定し、型開き工程においてはスプールを確実に切断できる状態に維持することのできる温度に設定する。また、この温度調節によって、射出圧が適正な値になるようにすることができる。
【００５１】
また、スプールブッシュ２０には、温度センサ２５を設けて、スプールブッシュ２０のスプール成形穴２１ａ近傍部分の温度を検出するとともに、温度センサ２５が検出する検出値に応じて、制御装置１６がポンプ１５を作動させるようにしている。このため、スプールブッシュ２０の温度を、金属溶融材料を素早く冷却固化できる温度にすることができ、これによって、射出ノズル３０をスプールブッシュ２０に接触させたままの状態で、短時間による射出サイクルが可能になる。
【００５２】
また、スプールブッシュ２０における射出ノズル３０側の端面には、断熱材２３を設けて、射出ノズル３０の熱がスプールブッシュ２０に吸収されることを防止しているため、射出ノズル３０の加熱とスプールブッシュ２０の冷却を効果的に行える。さらに、可動型１２には、アンダーカット１７ａを備えた係合用凹部１７が設けられているため、成形体の取り出しを確実に行える。
【００５３】
さらに、本実施形態においては、型開き工程で、スプールブッシュ２０の冷却が行われているときに、射出ノズル３０は加熱されているといったように、スプールブッシュ２０と射出ノズル３０との温度制御が別々に行われる。したがって、常時、各部分が適正温度に調節されるようになり、加熱、放熱にむだのない効果的な温度制御が可能になる。その結果、射出成形の大幅な時間短縮ができる。
【００５４】
前記実施形態では、温度センサ３１を、射出ノズル３０におけるヒーター３２の後方部分に設けているが、この温度センサ３１は、ヒーター３２の下方部分や射出ノズル３０の先端部分に設けてもよい。また、複数個のヒーターを設けてもよい。その場合、各ヒーターの検出値の平均値を検出温度とする。また、温度センサ２５の取り付け位置や個数も同様に変更することができる。さらに、前述した冷媒としては、気体、水，油等の液体を用いる。また、前述した実施形態における各温度は、使用する金属溶融材料に応じて適宜設定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による射出成形装置の主要部を示す概略構成図である。
【図２】スプールブッシュの温度と冷媒の冷媒圧力との関係を示すグラフである。
【図３】射出ノズルの温度と射出圧との関係を示すグラフである。
【図４】射出成形の各工程におけるスプールブッシュと射出ノズルとの加熱、冷却のサイクルを示すグラフである。
【符号の説明】
１０…射出成形装置、１１…固定型、１２…可動型、１２ｂ…ランナー成形穴、１３…金型、１６…制御装置、１７…係合用凹部、１７ａ…アンダーカット、２０…スプールブッシュ、２１…断熱部、２２…放熱部、２１ａ，２２ａ…スプール形成穴、２３…断熱材、２５，３１…温度センサ、２６…冷媒管路、３０…射出ノズル、３０ａ…射出孔、３２…ヒーター。

Claims

射出ノズルから射出した成形用の金属溶融材料を、前記射出ノズルの先端に固定されたスプール形成部を介して金型の成形用凹部に充填することにより所定の形状に成形する金属材料の射出成形装置であって、
前記射出ノズルを、金属溶融材料を射出するときから成形品取出しまでの工程の間、前記スプール形成部に当接した状態で射出成形し、その射出の際の固体栓を押し出す圧力を４Ｍｐａ〜８Ｍｐａとしたことを特徴とする金属材料の射出成形装置。
射出ノズルから射出した成形用の金属溶融材料を、前記射出ノズルの先端に固定されたスプール形成部を介して金型の成形用凹部に充填することにより所定の形状に成形する金属材料の射出成形装置であって、
前記スプール形成部に前記金型および前記射出ノズルに対して断熱するための断熱部と、前記スプール形成部の温度を検知する温度センサと、温度制御を行うための温度制御部を備えたことを特徴とする金属材料の射出成形装置。
射出ノズルから射出した成形用の金属溶融材料を、前記射出ノズルの先端に固定されたスプール形成部を介して金型の成形用凹部に充填することにより所定の形状に成形する金属材料の射出成形装置であって、
前記射出ノズルにおける前記金属溶融材料が通過する射出孔の近傍に設けられたノズル用温度センサと、
前記射出ノズルを加熱するための前記金型側への放熱量と同等かそれより大きな熱量を有する加熱装置と、
前記ノズル用温度センサが検出する温度に応じて前記加熱装置を作動させる加熱制御装置と、
前記スプール形成部におけるスプール形成穴の近傍に設けられたスプール用温度センサと、
前記スプール形成部を冷却するための冷却装置と、
前記スプール用温度センサが検出する温度と、射出圧力検出手段が検出する射出圧力とに応じて前記冷却装置を作動させる冷却制御装置と
を備え、前記スプール形成部が前記金型および前記射出ノズルからの熱の伝達を抑える断熱部を有し、スプール部形成部を温度制御することを特徴とする金属材料の射出成形装置。
前記スプール形成部を、前記射出ノズル側に位置する断熱部と前記成形用凹部側に位置する放熱部とで構成し、前記断熱部に前記射出ノズルからの熱を遮断するための断熱層を設け、前記放熱部に前記冷却装置の冷却部を設けた請求項１ないし３のうちのいずれか一つに記載の金属材料の射出成形装置。
前記金型を前記スプール形成部に対して固定された固定型と、前記固定型に対して進退する可動型とで構成し、前記可動型における前記スプール形成穴に対向する部分に、周壁に切欠き部を有する係合用凹部を設けて、前記金属溶融材料の成形後に、可動型を前記固定型から離すと、成形体における前記係合用凹部の切欠き部に対応する部分が前記可動型と係合して、前記成形体が前記可動型とともに、前記固定型から離れるようにした請求項１ないし４のうちのいずれか一つに記載の金属材料の射出成形装置。
射出ノズルから射出した成形用の金属溶融材料を、前記射出ノズルの先端に固定されたスプール形成部を介して固定型と可動型とからなる金型の成形用凹部に充填することにより所定の形状に成形する金属材料の射出成形方法であって、
前記金型を閉じる型閉じ工程と、
前記金型の成形用凹部内に金属溶融材料を射出する射出工程と、
前記成形用凹部内の金属溶融材料に加わる圧力を一定に保つ保圧工程と、
前記金属溶融材料を冷却して固化させる冷却工程と、
前記金型を開く型開き工程と、
成形された成形品を前記金型から取り出す取出し工程と、
前記型開き工程、前記取出し工程および前記型閉じ工程の際に、前記射出ノズルを加熱して温度を上昇させるノズル加熱工程と、
前記射出工程と前記保圧工程の際に、前記ノズル加熱工程において上昇させた射出ノズルの温度を保持するノズル温度保持工程と、
前記冷却工程の際に、放熱により前記射出ノズルの温度を降下させるノズル温度降下工程と
を備えたことを特徴とする金属材料の射出成形方法。
前記取出し工程と前記型閉じ工程の際に、前記射出ノズルや前記金型から伝わる熱によりスプール形成部の温度を上昇させるスプール温度上昇工程と、
前記射出工程と前記保圧工程の際に、前記スプール温度上昇工程において上昇した前記スプール形成部の温度を保持させるスプール温度保持工程と、
前記冷却工程と前記型開き工程の際に、前記スプール形成部を冷却することによって前記スプール形成部の温度を降下させるスプール温度降下工程と
を備えた請求項６に記載の金属材料の射出成形方法。