JP2971287B2

JP2971287B2 - 金属材料の射出成形方法及びその装置

Info

Publication number: JP2971287B2
Application number: JP11664793A
Authority: JP
Inventors: 晋一沖本; 正志加戸; 章登長和; 勇二木原; 康政山崎
Original assignee: NIPPON SEIKOSHO KK
Current assignee: NIPPON SEIKOSHO KK
Priority date: 1993-04-21
Filing date: 1993-04-21
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: JPH06304733A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属材料の射出成形方
法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の射出成形装置による射出成形方法
は、型閉工程、型締工程、射出ユニット前進工程、射出
工程、計量工程、射出ユニット後退工程、型開工程、エ
ジェクト工程、中間工程等の各工程からなる。その中の
計量工程について説明する。射出成形装置において、油
圧モータによつてスクリュを回転駆動すれば、ホッパか
ら供給される溶融成形材料が混練溶融されながら、スク
リュフライトによる推力を受けて押出され、スクリュヘ
ッドとノズルとの間の貯溜空間に次第に流入する。

【０００３】そして、溶融成形材料が貯溜空間に貯溜さ
れるのに伴つて、スクリュの前端面及びスクリュフライ
トに搬送圧力の反力が後方に向けて作用し、スクリュが
徐々に後退して貯溜空間の溶融成形材料が増加し、所定
量が計量される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の射出成形装置の射出成形方法にあつては、溶
融成形材料としてチップ状の低融点金属材料（例えば
鉛、錫）を射出成形する場合、溶融した低融点金属材料
が高温状態にて急速に酸化されて酸化物となるため、計
量が不安定になつて正確さに欠けるという技術的課題が
ある。すなわち、金属の酸化物は、非酸化物に対して融
点が上昇するため、一旦溶融した低融点金属材料が酸化
物となることによつて固化してシリンダバレル内に堆積
し、溶融した低融点金属材料の搬送が阻害される。その
結果、計量が実質的に不可能になる。仮に、低融点金属
材料の酸化物が再度溶融したとしても、不純物が混じる
こととなり、成形品の品質が低下する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、請求項１
の構成は、射出成形装置にて行う金属材料の射出成形方
法であつて、計量工程（ｅ）時に、シリンダバレル１内
の金属材料の未溶融箇所にアルゴンガスを供給し、計量
工程（ｅ）時又は計量工程（ｅ）に続く射出ユニット後
退工程（ｆ）時の少なくともいずれかに、前記アルゴン
ガスの供給箇所とは異なるシリンダバレル１内の金属材
料の未溶融箇所から、アルゴンガスを強制排気し、溶融
した金属材料の酸化を防止することを特徴とする金属材
料の射出成形方法である。請求項２の発明の構成は、シ
リンダバレル１の内部に回転自在かつ進退自在に挿入し
たスクリュ２により、シリンダバレル１の材料供給部１
９から供給した金属材料を溶融混練し、スクリュ２のス
クリュヘッド２ｂとノズル６との間の金属材料の貯溜空
間４に向けて押出し、シリンダバレル１の先端のノズル
６から金型２０に溶融した金属材料を射出する金属材料
の射出成形装置であつて、シリンダバレル１の金属材料
の未溶融箇所にアルゴンガス供給装置３を接続させ、ア
ルゴンガスの供給箇所とは異なるシリンダバレル１内の
金属材料の未溶融箇所に、アルゴンガスを強制排気する
排気装置５を接続させ、シリンダバレル１内のアルゴン
ガスを外部に強制排気し、シリンダバレル１内の溶融し
た金属材料の酸化を防止することを特徴とする金属材料
の射出成形装置である。

【０００６】

【作用】請求項１の発明によれば、少なくとも計量工程
（ｅ）の開始に連動させて、アルゴンガス供給装置３か
らのアルゴンガスの供給を開始する。同時にスクリュ２
を回転駆動すれば、材料供給部（１９）から供給される
金属材料が溶融混練され、スクリュフライトを通つて推
力を受け、溶融した金属材料が貯溜空間４に押し出され
る。スクリュ２は、貯溜空間４への金属材料の貯溜量に
応じて後退している。その際、シリンダバレル１内の金
属材料の未溶融箇所にアルゴンガスが供給されているの
で、シリンダバレル１内に充満するアルゴンガスによつ
て、溶融した金属材料の酸化を良好に防止することがで
きる。これにより、金属材料の高融点の酸化物が固化し
てスクリュフライトに堆積し、溶融した金属材料の搬送
を阻害することが解消し、溶融した金属材料が円滑に搬
送されるので、金属材料を正確に計量して貯溜空間４に
所定量を貯蔵させることが可能になる。金属材料の酸化
物が成形品に混入して品質を低下させることも勿論防止
される。

【０００７】そして、シリンダバレル１内のアルゴンガ
スが、計量工程（ｅ）時又は計量工程（ｅ）に続く射出
ユニット後退工程（ｆ）時の少なくともいずれかに、ア
ルゴンガスの供給箇所とは異なるシリンダバレル１内の
金属材料の未溶融箇所から、排気装置５によつて強制排
気されるので、シリンダバレル１内にアルゴンガスが過
剰に充満することを防止することができる。これによ
り、射出工程（ｄ）に際し、ノズル６から金型２０に射
出される金属材料にアルゴンガスが混入し、成形品に気
泡を生ずる不具合を未然に防止することができる。

【０００８】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
を実施することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１〜図３は、本発明に係る射出方法に使
用する射出成形装置の１実施例を示す。先ず、図２を参
照して射出成形装置の概要について説明する。図２中に
おいて符号１はシリンダバレルを示し、シリンダバレル
１、具体的にはシリンダヘッドの先端部にノズル６が接
続している。また、シリンダバレル１の後方には射出シ
リンダ１５が接続され、射出シリンダ１５の内部には、
射出ピストン１６が摺動自在に嵌合している。この射出
シリンダ１５及び射出ピストン１６により、後圧力室２
１ａと前圧力室２１ｂとを区画し、スクリュ２に進退駆
動を与える射出機構２３を構成している。この射出ピス
トン１６の内部には、ラジアル軸受１８ａ及びスラスト
軸受１８ｂを介在させて、射出ピストン１６を貫通状態
として回転自在かつ中心軸線方向の相対移動不可能に出
力軸１７が支持され、出力軸１７の前端部がシリンダバ
レル１に内挿したスクリュ２に接続され、出力軸１７の
後端部が油圧モータからなる回転機構２２に接続されて
いる。なお、出力軸１７はスプラインによつて回転機構
２２に対して伸縮自在である。

【００１０】しかして、回転機構２２によつて出力軸１
７を介してスクリュ２が回転駆動されて、材料供給部で
あるホッパ１９から供給される低融点金属材料が、シリ
ンダバレル１に付属するヒータ１４によつて加熱されつ
つスクリュ２によつて溶融混練が行われる。次いで、後
圧力室２１ａに図外の圧力流体供給源からの圧力流体を
供給することにより、射出ピストン１６、出力軸１７及
びスクリュ２を一体として前進させ、溶融した低融点金
属材料をスクリュ２によつて金型２０に射出することが
でき、前圧力室２１ｂをドレインさせた状態で、後圧力
室２１ａを保圧することができ、また、前圧力室２１ｂ
に圧力流体供給源からの圧力流体を供給することによ
り、射出ピストン１６、出力軸１７及びスクリュ２を一
体として後退させることができる。このようなスクリュ
２の回転機構２２及び射出機構２３は、従来のインライ
ンスクリュ式の射出成形装置と実質的に異ならない。こ
こで、低融点金属材料は、例えば鉛、錫等であり、低融
点金属材料を所定の大きさのチップ状に破砕したもので
ある。

【００１１】また、このようなシリンダバレル１、スク
リュ２、射出機構２３、回転機構２２等からなる射出ユ
ニットは、図外の移動用シリンダ装置によつて、金型２
０に対して進退移動が可能である。

【００１２】ホッパ１９は、上蓋１９ａによつて密閉さ
れ、図１に示すように不活性ガス供給装置３が接続され
ている。不活性ガス供給装置３は、不活性ガス供給源１
３ａとホッパ１９とを接続する配管１３ｂに、圧力調整
器１３ｃ、流量調整器１３ｄ及び電磁開閉バルブ１３ｅ
を順次に備えて構成されている。従つて、不活性ガス供
給源１３ａ及び電磁開閉バルブ１３ｅをコントローラ２
０からの信号によつて射出成形装置の特定の工程に連動
させて制御することにより、圧力調整器１３ｃ及び流量
調整器１３ｄにて圧力及び流量がそれぞれ調整されたチ
ッソ、アルゴン等の不活性ガスが、ホッパ１９内に供給
される。

【００１３】シリンダバレル１に内挿されるスクリュ２
は、スクリュフライト２ｃを形成したスクリュ本体２ａ
とスクリュヘッド２ｂとからなる。このスクリュヘッド
２ｂとノズル６との間に、溶融した低融点金属材料の貯
溜空間４が形成される。しかして、スクリュ２は、先端
側から順次にメータリングゾーンＡ、コンプレッション
ゾーンＢ及びフィードゾーンＣに区分され、不活性ガス
供給源１３ａからの不活性ガスは、フィードゾーンＣの
後端部に接続するホッパ１９から供給されるようにな
る。また、射出成形装置に不活性ガス供給装置３に加え
て排気装置５を装備する。すなわち、シリンダバレル１
とスクリュ２の後端部との間に配管５ｂを継合し、配管
５ｂに、電磁開閉バルブ５ｅ、流量調整器５ｄ及び圧力
調整器５ｃを順次に介在させて、真空源５ａを接続して
ある。しかして、真空源５ａ及び電磁開閉バルブ５ｅを
コントローラ２０からの信号によつて射出成形装置の特
定の工程に連動させて制御することにより、圧力調整器
５ｃ及び流量調整器５ｄにて圧力及び流量がそれぞれ調
整されて配管５ｂ内ひいてはシリンダバレル１内が吸引
される。

【００１４】このような射出成形装置の動作の１サイク
ルは、図３に示すように従来周知の各工程と同様であ
り、型閉工程（ａ）、型締工程（ｂ）、射出ユニット前
進工程（ｃ）、射出工程（ｄ）、計量工程（ｅ）、射出
ユニット後退工程（ｆ）、型開工程（ｇ）、エジェクト
工程（ｈ）及び中間工程（ｉ）を順次に行う。型閉工程
（ａ）は、開いた金型２０を金型２０の保護のために低
圧にて閉じ方向に移動させる。型締工程（ｂ）は、閉じ
た金型２０を高圧にて締める。射出ユニット前進工程
（ｃ）は、移動用シリンダ装置によつて射出ユニットに
前進を与え、ノズル６を金型２０に接続させる。射出工
程（ｄ）は、ノズル６の金型２０への接続と同時に開始
され、射出機構２３によつてスクリュ２が前進して、低
融点金属材料を金型２０内に射出する。

【００１５】次いで、スクリュ２による射出圧力を所定
時間だけ保持して保圧した後、金型２０内の低融点金属
材料を冷却固化させる冷却工程と並行して、計量工程
（ｅ）（可塑化工程）及び射出ユニット後退工程（ｆ）
が行われる。計量工程（ｅ）は、上述したようにスクリ
ュ２による混練発熱とヒータ１４による加熱とで、低融
点金属材料を溶融計量する。射出ユニット後退工程
（ｆ）は、計量工程（ｅ）を行いながら移動用シリンダ
装置によつて射出ユニットに後退を与え、ノズル６と金
型２０との接続を解除させる。型開工程（ｇ）は、閉じ
た金型２０を開き、エジェクト工程（ｈ）に移行し、図
外の成形品突出し装置によつて成形品を金型２０から突
き出させる。中間工程（ｉ）は、成形品の完全な離型を
確保するために確保する時間であり、成形品を金型２０
にて挟む事故を防止する機能がある。

【００１６】次に、上記の射出成形装置を使用する低融
点金属材料の射出成形方法について説明する。射出成形
装置を使用し、一連の工程（ａ〜ｉ）が順次に行われ
る。その内、計量工程（ｅ）は次のようにして行われ
る。先ず、計量工程（ｅ）の開始に連動させて、電磁開
閉バルブ１３ｅを開き、図３に示すように不活性ガス供
給装置３からの不活性ガスの供給を開始する。

【００１７】同時にスクリュ２を例えば図１に示す前進
位置として、回転機構２２によつて出力軸１７を介して
スクリュ２を回転駆動すれば、密閉型のホッパ１９から
供給される低融点金属材料が溶融混練され、スクリュフ
ライト２ｃを通つて推力を受け、溶融した低融点金属材
料が貯溜空間４に押し出される。スクリュ２は、貯溜空
間４への低融点金属材料の貯溜量に応じて後退してい
る。その際、ホッパ１９には、圧力調整器１３ｃ及び流
量調整器１３ｄにて調整された不活性ガスが供給されて
いるので、フィードゾーンＣの後端部から供給される低
融点金属材料は、当初から不活性ガスの雰囲気中にあ
る。そして、不活性ガス供給装置３からの不活性ガスを
シリンダバレル１内に充満させることにより、コンプレ
ッションゾーンＢにおいて溶融した高温の低融点金属材
料の酸化が良好に防止される。

【００１８】これにより、一旦溶融した低融点金属材料
が高温状態にて酸化されることが解消するので、高融点
の酸化物がスクリュフライト２ｃに堆積し、溶融した低
融点金属材料の搬送が阻害されることが解消し、低融点
金属材料が円滑に搬送されるので、低融点金属材料を正
確に計量して貯溜空間４に所定量を貯蔵させることが可
能になる。かくして、計量工程（ｅ）が終了したなら、
回転機構２２によるスクリュ２の回転を停止すると共
に、電磁開閉バルブ１３ｅを閉じ、不活性ガス供給装置
３からの不活性ガスの供給を停止する。低融点金属材料
の所定量が計量されて貯溜空間４に貯蔵されたなら、射
出ユニット後退工程（ｆ）〜射出ユニット前進工程
（ｃ）等を経て、射出工程（ｄ）に移行する。すなわ
ち、射出機構２３によつてスクリュ２に前進移動を与
え、貯溜空間４内の溶融した低融点金属材料をノズル６
から金型２０に射出し、所定形状の成形品を得る。

【００１９】ところで、上記の１実施例にあつては、不
活性ガス供給源１３ａからの不活性ガスをホッパ１９に
供給したが、低融点金属材料は、溶融した状態にて酸化
を受け易いので、溶融直前に不活性ガスを供給すれば、
酸化防止の機能に関してほぼ同様の作用を得ることがで
きる。しかして、低融点金属材料の溶融が始まるコンプ
レッションゾーンＢの溶融開始点Ｆよりも上流側に不活
性ガスを供給し、不活性ガスをシリンダバレル１内に充
満させれば、低融点金属材料の酸化を防止することが可
能である。

【００２０】このため、ホッパ１９に替えて、図１に示
すＹ位置つまりコンプレッションゾーンＢの中間部とな
るシリンダバレル１に通気孔を形成し、この通気孔に不
活性ガス供給源１３ａに接続する配管１３ｂを継合さ
せ、コンプレッションゾーンＢの中間部から不活性ガス
を供給し、不活性ガスをシリンダバレル１内に充満させ
ることにより、上記１実施例とほぼ同様の作用を得るこ
ともできる。勿論、このＹ位置は、溶融開始点Ｆよりも
上流側である。

【００２１】また、上記１実施例にあつては、計量工程
（ｅ）に連動させて不活性ガスを供給したが、少なくと
も計量工程（ｅ）中において不活性ガスを供給し、不活
性ガスをシリンダバレル１内に充満させることにより、
低融点金属材料の酸化の防止に関してほぼ同様の作用を
得ることが可能である。従つて、計量工程（ｅ）中のみ
ならず、一連の成形工程（ａ〜ｉ）中の計量工程（ｅ）
に続く工程（射出ユニット後退工程（ｆ）、型開工程
（ｇ）等）を含めて不活性ガスを供給することも可能で
あり、更に、全工程（ａ〜ｉ）中において不活性ガスを
たれ流し状態にて供給することも可能である。

【００２２】そして、ホッパ１９から低融点金属材料と
共に供給される不活性ガスが、シリンダバレル１とスク
リュ２の後端部との間から配管５ｂを介して真空源５ａ
にて強制排気されるので、射出工程（ｄ）においてシリ
ンダバレル１内に不活性ガスが過剰に充満することを防
止することができる。これにより、ノズル６から金型２
０に射出される低融点金属材料に不活性ガスが混入し、
成形品に気泡を生ずる不具合を避けることができる。こ
のような不活性ガスの強制排気作業は、図３に示すよう
に不活性ガスを供給する工程が計量工程（ｅ）のみであ
る場合には、計量工程（ｅ）時又は計量工程（ｅ）に続
く工程である射出ユニット後退工程（ｆ）の少なくとも
いずれか一方において行われれば効果的である。勿論、
射出工程（ｄ）の前までの間に、不活性ガスを強制排気
し、射出工程（ｄ）においてシリンダバレル１内に不活
性ガスが過剰に充満することを防止すれば、成形品に気
泡を生ずる不具合を未然に防止することができ、また、
全工程（ａ〜ｉ）中において不活性ガスを強制排気する
ことも可能である。更には、各工程において不活性ガス
の供給量又は強制排気量を変化させることも可能であ
る。

【００２３】なお、不活性ガスの供給に合わせて計量工
程（ｅ）時のみに不活性ガスの強制排気作業を行う場合
には、計量工程（ｅ）時の初期においてはシリンダバレ
ル１内に不活性ガスが充分に充満し、かつ、不活性ガス
の入れ替えが適当になされるようにし、計量工程（ｅ）
時の末期においてはシリンダバレル１内の不活性ガスが
過剰に充満しないように、不活性ガスの供給量又は強制
排気量を調整することが望まれる。これにより、少なく
とも計量工程（ｅ）には、シリンダバレル１内、特に低
融点金属材料の溶融が始まる溶融開始点Ｆ付近に不活性
ガスを長時間充満させ、低融点金属材料の酸化を防止す
ることができる。

【００２４】更に、上記実施例にあつては、低融点金属
材料の未溶融箇所からの強制排気として、シリンダバレ
ル１とスクリュ２の後端部との間からの強制排気を行つ
たが、不活性ガスの排気は、ノズル６から金型２０に射
出される低融点金属材料に不活性ガスが混入し、成形品
に気泡を生ずる不具合を防止する目的で行うものであ
り、溶融した低融点金属材料が一緒に吸引されてはなら
ない。

【００２５】しかして、排気装置５の配管５ｂの継合箇
所は、コンプレッションゾーンＢの溶融開始点Ｆよりも
上流側に広く選定することが可能であり、低融点金属材
料の未溶融箇所に対応させたシリンダバレル１（例え
ば、図１に示すＺ位置）とすることも可能である。勿
論、シリンダバレル１への排気装置５の配管５ｂの継合
箇所は、不活性ガス供給源１３ａに接続する配管１３ｂ
の継合箇所とは、異ならせる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明によつて理解されるように、
本発明に係る金属材料の射出成形方法及びその装置によ
れば、金属の射出成形が酸化を防止しながら行われるの
で、正確な計量工程が可能になり、品質良好な成形品を
得ることができる。加えて、金属材料の酸化物が発生し
ないので、この酸化物の再溶融に起因する不純物の混入
が防止され、成形品の品質の低下が回避される。そし
て、シリンダバレル内からアルゴンガスを強制排気する
ことにより、アルゴンガスの混入に起因する気泡が成形
品に生ずることが良好に防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係る低融点金属材料の射
出成形装置の要部を示す断面図。

【図２】同じく低融点金属材料の射出成形装置を示す
断面図。

【図３】同じく射出成形装置の動作並びに不活性ガス
の供給時期及び不活性ガスの排気時期を示す図。

【符号の説明】

１：シリンダバレル、２：スクリュ、２ａ：スクリュ本
体、２ｂ：スクリュヘッド、２ｃ：スクリュフライト、
３：不活性ガス供給装置、４：貯溜空間、５：排気装
置、６：ノズル、１５：射出シリンダ、１６：射出ピス
トン、１８：油圧モータ、１９：ホッパ（材料供給
部）、２０：金型、２１ａ：後圧力室、２１ｂ：前圧力
室、２２：回転機構、２３：射出機構、ａ：型閉工程、
ｂ：型締工程、ｃ：射出ユニット前進工程、ｄ：射出工
程、ｅ：計量工程、ｆ：射出ユニット後退工程、ｇ：型
開工程、ｈ：エジェクト工程、ｉ：中間工程。

フロントページの続き (72)発明者木原勇二広島県広島市安芸区船越南１丁目６番１号株式会社日本製鋼所内 (72)発明者山崎康政広島県広島市安芸区船越南１丁目６番１号株式会社日本製鋼所内 (56)参考文献特開平３−216321（ＪＰ，Ａ) 特開平５−261783（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−127218（ＪＰ，Ａ) 特開平５−285627（ＪＰ，Ａ) 特開平４−238011（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 17/20,17/10 B29C 45/54,45/63

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】射出成形装置にて行う金属材料の射出成
形方法であつて、計量工程（ｅ）時に、シリンダバレル
（１）内の金属材料の未溶融箇所にアルゴンガスを供給
し、計量工程（ｅ）時又は計量工程（ｅ）に続く射出ユ
ニット後退工程（ｆ）時の少なくともいずれかに、前記
アルゴンガスの供給箇所とは異なるシリンダバレル
（１）内の金属材料の未溶融箇所から、アルゴンガスを
強制排気し、溶融した金属材料の酸化を防止することを
特徴とする金属材料の射出成形方法。
【請求項２】シリンダバレル（１）の内部に回転自在
かつ進退自在に挿入したスクリュ（２）により、シリン
ダバレル（１）の材料供給部（１９）から供給した金属
材料を溶融混練し、スクリュ（２）のスクリュヘッド
（２ｂ）とノズル（６）との間の金属材料の貯溜空間
（４）に向けて押出し、シリンダバレル（１）の先端の
ノズル（６）から金型（２０）に溶融した金属材料を射
出する金属材料の射出成形装置であつて、シリンダバレ
ル（１）の金属材料の未溶融箇所にアルゴンガス供給装
置（３）を接続させ、アルゴンガスの供給箇所とは異な
るシリンダバレル（１）内の金属材料の未溶融箇所に、
アルゴンガスを強制排気する排気装置（５）を接続さ
せ、シリンダバレル（１）内のアルゴンガスを外部に強
制排気し、シリンダバレル（１）内の溶融した金属材料
の酸化を防止することを特徴とする金属材料の射出成形
装置。