JP3062952B2 - 金属合金の射出成型法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱及びせん断の適切な条件の下二相のチキ
ソトロピックスラリ−を形成する金属合金の射出成型法
及び装置に関する。

外界温度で樹枝状結晶構造を有する金属合金は、従来
溶融されそして次に高圧ダイ注型法にかけられている。
このような従来のダイ注型法は、それにともなう或る問
題例えば溶融物の損失、フラックスなどの混入、過剰の
スクラップ、高いエネルギ−消費、長い効率サイクル、
高い熱ショックなどによる制限されたダイの寿命及び制
限されたダイ充填位置を有する。関係する合金は、それ
に制限されないが、米国特許第3840365、3842895、3902
544及び3936298号に記載された合金を含む。

重合体材料射出成型技術は、多くの特徴を有し、それ
らはもしそれらがチキソトロピ−状態に変換できる金属
合金の射出成型に含まれるならば、有利であろう。この
ような技術は、フラックス及び他の不純物の不存在下ス
クリュ−押出機にホッパ−から室温で重合体材料の顆粒
を供給することを含む。重合体の顆粒は、押出機中で加
熱されて可塑化され、次に押出機の出口に位置する型が
流動可能な材料により充填される。重合体押出法にとも
なう混入及び溶融物の損失はなく、このような方法で利
用される低温は、型への熱的ショックの問題を減少させ
る。重合体材料の射出成型において、型は、部分の充填
にとり最大の能率により支配されるように、任意の位置
から充満できる。本発明による装置及び方法は、すべて
ではないにしても、ほとんどのこれらの所望の特徴を含
む。

米国特許第4694881及び4694882号は、合金を射出成型
中せん断作用にかけつつ、合金をその固相線温度より上
であるがその液相線温度より下の温度に保つようなコン
トロ−ルされた加熱により、樹枝状結晶性を有する金属
合金をチキソトロピ−的半固体の状態に転換することを
開示している。このやり方で、射出成型の或る利点が利
用できて、ダイ注型の或る不利を克服できる。本発明
は、金属合金の射出成型から生ずる追加の改良及び利点
を付加する。

チキソトロピック金属合金の射出成型のための従来知
られている方法は、その固相線温度より上であってその
液相線温度より下の温度にスクリュ−押出機中で合金を
加熱し、そして射出ストロ−ク前に、合金に対する力の
すべてのかなりな増加の付加を避けることにより、所定
の合金に対して温度プロフィルを確立且つ維持すること
により、実質的に改良される。これは、押出機のノズル
と押出機のスクリュ−先端との間の蓄積空間又は帯に半
固体材料を導入しそしてスクリュ−を引き抜く又は引き
込めている間、一方ノズルとスクリュ−の先端との間の
空間が材料により満たされるにつれ放出ノズルから離れ
た方向にそれが回転することにより達成される。従来の
重合体材料射出成型においては、押出機のスクリュ−の
引き込みは、ノズルと押出機のスクリュ−先端との間の
空間における圧力の形成により達成される。

金属合金の性質のために、押出機中で半固体の状態に
このような合金を加圧する段階を注意深くコントロ−ル
する必要があることが分かった。所望のせん断速度は保
持されねばならず、それ故スクリュ−の回転のスピ−ド
及び材料が押出機に供給される速度を支配する。これ
は、さらに射出ストロ−ク前にスクリュ−の引き込みの
スピ−ドを指示する。その上、半固体の金属材料を射出
成型しているとき、合金の組み合わされた液体・固体の
状態の相分離を防ぐために、温度、圧力及び押出機スク
リュ−スピ−ドの条件をコントロ−ルすることが重要で
ある。

下記される程度に温度プロフィル、供給速度、せん断
スピ−ド、射出圧力及び射出速度をコントロ−ルするの
に、重合体材料の射出成型法及び機械は、有利に金属合
金からダイ注型部品の形成に用いられるように適合でき
る。せん断作用の不存在とともにノズル中の温度の低下
をともなう、押出機のノズルの付近の射出ストロ−クの
終わりの圧力の低下により、固化した金属のプラグが、
従来の機械的な停止弁の必要性及びこのような弁にとも
なう問題を排除するようノズル中で形成される。しか
し、もし所望ならば、ノズル中に従来の停止弁を用いる
こともできる。

本発明の第１は、（ａ） 不活性雰囲気中に保たれた
樹枝状結晶性を有する金属材料を、密封手段を具備する
放出ノズルで一端が終わる押出機のバレル中に導入し、 （ｂ） 該ノズルに向かう方向に該バレルを通って該金
属材料を移動させ、 （ｃ） 該材料が該バレルにある間にその固相線温度と
液相線温度との間の温度に加熱して該材料を半固体のチ
キソトロピック状態に転換すると共に、 （ｄ） その加熱中及び移動中該材料をせん断して樹枝
状結晶の生長を阻止し、 （ｅ） 該ノズルに隣接する蓄積帯に該材料を移動し、 （ｆ） 該材料の該蓄積帯への移動とは無関係に且つ該
材料が該蓄積帯へ移動するのと少なくとも同じ割合で該
蓄積帯の容積を拡大させ、 （ｇ） 該蓄積帯中の該材料のせん断を中断し、 （ｈ） 樹枝状結晶の生長を阻止するレベルで、該蓄積
帯中で該材料の温度を維持し、 （ｉ） 各射出において該蓄積帯中に蓄積された金属材
料に十分な力を定期的に付与して、型中に該ノズルを通
って蓄積された該材料を放出すること を特徴とする樹枝状結晶性を有する金属材料を射出成型
する方法に関し、 本発明の第２は、（ａ） 一端に放出ノズルを有しさ
らに該ノズルから離れて入口を有する押出機のバレル； （ｂ） 不活性雰囲気中に保たれた樹枝状結晶性を有す
る金属材料を、該入口を経て該バレルに導入する供給手
段； （ｃ） 該材料の固相線温度と液相線温度との間の温度
しかも半固体状態に該材料を維持するのに十分に高い温
度に、該バレル中の材料を加熱する手段； （ｄ） 該ノズルに向かって該入口から該バレルを通っ
て金属材料を移動する手段； （ｅ） 該材料が該入口と該ノズルとの間の該バレルを
通って移動するにつれて該材料をせん断する手段； （ｆ） 型中に該ノズルを通って金属材料を放出する手
段； （ｇ） 金属材料中の樹枝状結晶の生長を阻止するため
の該ノズルに隣接した材料蓄積帯及び該蓄積帯への該材
料の移動とは無関係に且つ該材料が該蓄積帯へ移動する
のと少なくとも同じ割合で該蓄積帯の容積を拡大させる
手段；及び （ｈ） 該ノズルの内部を外部雰囲気と遮断する密封手
段をもつことをことを特徴とする樹枝状結晶性を有する
金属材料を射出成型する装置に関する。

本発明の改良された方法及び装置の他の利点は、図面
に関して読んだとき、下記の記述から明らかになるだろ
う。

第１図は、本発明に従って構成された射出成型装置
の、部分的には断面図である概略側面図である。

第２図は、射出ストロ−ク中のスクリュ−速度及び作
動液圧を示す代表的なショット・トレ−スを説明するグ
ラフである。

第３図は、加熱帯を確立するための加熱手段の使用を
含む押出機のバレル及びスクリュ−の概略図である。

第４図は、射出成型装置のノズル末端の拡大した、一
部断面の図である。

第５図は、一部断面図の修正スプル−ポスト及びノズ
ルの拡大図である。

第６図は、押出機のスクリュ−をコントロ−ルするの
に用いられる流体圧回路の簡略にした概略のダイヤグラ
ムである。

金属合金の射出成型は、高品質の成型部品を製造する
ユニ−クな方法である。該方法は、それが室温のペレッ
ト、粉末又はチョップから出発し、そいてそれらを不活
性の雰囲気の条件下で供給し、それにより従来の溶融ポ
ット及びその固有な問題を避ける点で、高圧ダイ注型と
は異なる。それは又流動助剤として重合体又はワックス
の結合剤を用いる最近開発した射出成型法とは異なる。
結合剤が用いられないので、成型した金属部品は最終生
成物であり、そして結合剤を排除する方法を要しない。
本発明に含まれる技術は、金属を射出成型させる半固体
のチキソトロピックスラッシュの形成に基づく。

本発明により生成される成型した部品の性質は、高圧
ダイ注型部品と好ましく比較される。或る面では、本発
明の射出成型法により製造される部品は、改良された性
質を示す。例えば、本発明により生成された射出成型部
品は、常に同様なダイ注型相当品よりも低い孔度を示
す。孔度は、かなり部品の可能なデザイン力を低下させ
る。従って、本発明の使用により得られるさらに堅固な
部品は、従来のダイ注型部品よりも顕著な進歩を示す。

第１図は、半固体の金属材料を本発明により成型せし
めるための下記の或る修正を含んだ、実質的に従来の射
出成型機10を概略的に示す。機械10は、室温で適当な金
属合金のペレット、チップ又は粉末の供給を受容するた
めの供給ホッパ−11を含む。本発明の目立った特徴を記
述する目的のため、金属合金好ましくはアルミニウム又
はマグネシウム合金さらに好ましくはマグネシウム合金
が、本発明を実施するのに用いられる適当な金属合金の
例として引用されるだろう。

適当な形の容積測定フィ−ダ−12は、ホッパ−11の底
部と連絡して、重力によりそれからペレットを受け取
る。フィ−ダ−は、押出機へ均一な速度でペレットを進
めるために働くオ−ガ−（図示せず）を含む。フィ−ダ
−12は、垂直の導管15を通って押出機のバレル14の供給
スロ−ト13と連絡し、15はフィ−ダ−のオ−ガ−のスピ
−ドにより決定された速度で押出機のバレル14中に一定
量のペレットを運ぶ。不活性気体の雰囲気が、金属材料
の酸化を防ぐようにペレットの供給中導管15及び押出機
のバレル14中に保たれる。適当な不活性気体はアルゴン
であり、その供給は従来のやり方で行われる。

熱可塑性射出成型機において従来から行われているよ
うに、バレル14は、らせん状の羽根17を設けた往復可能
なしかも回転可能な押出機のスクリュ−16を受容する。
バレルの放出端に隣接して、スクリュ−は逆止め弁アセ
ンブリ−18を有し、そしてスクリュ−チップ19で終わ
る。バレル14の放出端には、固定盤24に固定した静置し
た半型23を有する適当な二部型22に設けられたスプル−
ブシュ21（第４図及び第５図）により受容されしかも配
列されたチップ20aを有するノズル20が設けられる。半
型23は、移動可能な盤26により運ばれる移動可能な半型
25とともに作動する。半型は、詳しく記載されるように
ノズルと連絡した適当な空洞27を画成する。型22は、空
洞27と連絡しておりしかもそれを通って半固体材料が型
中の空洞に流れる湯道スプレッダ−28を含む、任意の適
当なデザィンのものである。図面には示されていない
が、適当且つ従来の型加熱及び／又は冷却手段が、もし
必要ならば、供給される。

射出成型機10の反対の末端は、適当な支持面Ｓ上の固
定支持体31により支持されたアキュムレ−タ−29及びシ
リンダ−30を含む、周知の形の高速射出装置Ａを含む。
シリンダ−30の下方に、ショット又は射出ラム32が、回
転且つ往復可能な押出機スクリュ−16のための駆動シャ
フト34と周知のやり方で操作上接続しているスラスト軸
受及びカプラ−33中に突き出している。スラスト軸受及
びカプラ−33は、ショットラム32が単に往復し、所望の
とき回転しないように、駆動シャフト34からショットラ
ム32を分離する。駆動シャフト34は、従来の形の回転駆
動機構35を通して延在し、それは駆動シャフト34にスプ
ラインをつけて、駆動シャフト34が回転している間ショ
ットラム32の往復運動に応じて駆動シャフト34の水平の
往復運動を行う。このシャフトは、次に周知のタイプの
駆動カップリング36を通して押出機のスクリュ−16とカ
ップリングして、高速射出装置Ａの操作に応じてバレル
14内の拘束の軸運動とともに押出機のスクリュ−16へ回
転を伝える。適当且つ従来の液圧コントロ−ル回路（特
に第６図に示す）が、従来のやり方で用いられて記述さ
れたやり方で射出成型機10の操作をコントロ−ルするだ
ろう。

代表的には、射出成型機10の操作は、バレル14内で押
出機のスクリュ−16を回転させて、スクリュ−チップ19
とノズル20との間の材料蓄積室Ｃ（第１図）へ、供給ス
ロ−ト13を経て供給される供給原料即ち金属材料を進め
そして連続的にせん断する。記述されるべきタイプの適
当な加熱手段が、バレル14に熱を供給して、その固相線
温度の上でその液相線温度の下である温度で、どろどろ
した又は半固体の状態への供給原料の転換をもたらす温
度プロフィルを確立する。この半固体の状態で、材料は
押出機スクリュ−16によりせん断作用にかけられ、そし
てこのような材料は、連続的にバレルの放出端に向かっ
て進み、十分に蓄積された容積で逆止め弁18を通って、
最終的に押出機スクリュ−16の高速前進運動をして型充
満射出又はショットを達成させる。高速射出装置Ａは、
適切な時間（説明されるやり方で）機能して、ショット
ラム32を前方、又は押出機の放出端に向かって移動さ
せ、スラスト軸受33及び駆動シャフト34の前方運動を生
ずる。駆動シャフト34はカップリング36を経て押出機ス
クリュ−16のシャフトにカップリングするので、押出機
スクリュ−16は前方に早く移動して型充満ショットを完
成させる。逆止め弁アセンブリ−18は、型充満ショット
中室Ｃ中に蓄積された半固体材料の戻り又は後方運動を
防ぐ。

第２図は、ミリ秒のショットサイクル時間対１平方イ
ンチ当たりのポンド（kPa）の押出機スクリュ−液圧の
流体のショット圧力並びに１秒当たりのインチ（cm/
秒）の押出機スクリュ−ショット速度をプロットした代
表的なショットトレ−スを示す。このショットトレ−ス
又はプロフィルは、高圧ダイ注型から生ずるものとはそ
れ程異なっていない。両者において、型は材料の固化を
避けるために早く充満させなければならない。これは、
代表的に50〜190in/秒（125〜475cm/秒）のラム及びス
クリュ−系の高い線状速度を本系に要求する。

本発明の重要な目標は、ショットサイクルの初めの部
分中に短い時間内に最大の射出速度に達することであ
り、このような速度を必要なショットの大きさを確立す
るための十分な時間保ち、次に型の空洞が押出機スクリ
ュ−16の衝撃及びリバウンドを避けるために急速に速度
をゼロにすることにある。

射出成型中の金属合金の温度プロフィルは、又特に重
要であり、一般に、このようなプロフィルは、多数の加
熱帯による温度の上昇を含み、押出機ノズル中の最後
（下方）帯は、ノズルチップ20aで温度を僅かに低下さ
せる。僅かな低下は、射出ストロ−クの完了時の圧力の
低下とともに働いて、ノズルチップに残る金属合金の残
りからプラグを形成させる。プラグは、金属のショット
の最も最後の部分から形成される。このようなプラグの
使用は、プラグそれ自体がこの機能を果たす限り機械的
な逆止め弁の必要性がない。金属合金プラグは、説明さ
れるようにこのような充填段階中スクリュ−16の引き込
みのために蓄積室Ｃの再充填中妨げられない。

考慮されているタイプのスクリュ−押出機を供給する
二つの主な方法がある。一つの方法は、一般に「不足
（starve）供給」として知られ、バレル中の材料がバレ
ルの十分な容量よりも少ないような速度でバレルに材料
を運ぶことを含む。従って、押出機の出力は、フィ−ダ
−12によりコントロ−ルされる。第二の方法は、一般に
洪水（flood）供給」として知られており、単にペレッ
トにより供給スロ−ト13を満たし、スクリュ−をして最
大の可能な速度で材料を運び去らすことにより達成され
る。この場合、押出機の出力は、スクリュ−16のデザイ
ン及びその回転速度に依存する。

熱可塑性材料のスクリュ−押出機は、概して洪水供給
の条件下操作される。押出機スクリュ−の羽根のポンプ
作用は、圧力をして押出機スクリュ−の前に形成させ、
それにより蓄積帯が材料により充填されるにつれバレル
中でスクリュ−を後方に移動せしめ、従って新しいサイ
クルを開始するためにスクリュ−の自動的な戻り又は引
き込みを確立する。この実験により、論理は、マグネシ
ウム合金ペレットの洪水供給が又操作の好ましい方法で
あることを示唆する。それは蓄積帯Ｃが次に、不足供給
が蓄積帯の不充分な充填をもたらすだろうという可能性
及びそれにともなう成型した生成物中の空気の捕捉の可
能性をおかす代わりに、チキソトロピックスラリ−によ
り充填されるからである。しかし、洪水供給又は不足供
給の条件が用いられるとき、生成物の品質において顕著
な差は見出だされない。しかし、金属材料の不足供給
は、押出機スクリュ−を回転させるのにより少ないトル
クが要求される限り、洪水供給より好ましい。それ故、
スクリュ−16の回転速度によりスラリ−に伝達されるせ
ん断を処理量に関係なくコントロ−ルすることができ
る。スクリュ−の回転は、127〜175rpmの範囲にある
が、特定の成型条件を受け入れるために変化できる。

前述から、スクリュ−16は蓄積室Ｃへの押出機のバレ
ル14に沿う半固体材料の前進を助けるばかりでなく、射
出サイクル中の望ましくない樹枝状結晶の生長及び液体
・固体相の分離を防ぐために、押出機中の材料のせん断
を行う。スクリュ−16の回転は、５〜500回秒のせん断
速度を達成するための速度に保たれる。

前述したように、固体金属のプラグは、型の充填の次
の完了に残る残留物からノズルに形成される。プラグは
「よだれ（drool）」を防ぐのに完全に有効であり、従
ってノズル20は放出端で機械弁の必要性をなくする。プ
ラグの上方の圧力の不存在は、プラグをして次のショッ
トまで適所に止めるばかりでなく、スラッシュを形成す
る固体及び液体の成分の相分離の可能性を避けさせる。

押出機スクリュ−16は、バレル14の内面及び羽根17の
上に適当な硬い表面材料を有する適当な材料例えば熱間
加工工具鋼から構成される。通常の操作温度におけるス
クリュ−の外径とバレル14の内面との間の代表的な許容
差は、約0.015インチ（0.40mm）である。スクリュ−の
羽根17は、支持部材31に向かって供給スロ−ト13を超え
て延在して、スクリュ−の回転を停止できるスクリュ−
シャフトのハブ中の金属細粉の充填を防止する。

バレル14は、好ましくは600℃以上の操作温度で強さ
及び疲労抵抗をもたらす高ニッケル合金Ｉ−718（50〜5
5重量％のニッケル、17〜21重量％のクロム、4.75〜5.5
0重量％のコロンビウム及びタンタル及び2.80〜3.30重
量％のモリブデンそして合金の残りを形成する少量の他
の金属、100重量％とする）の外殻を有するバイメタル
である。合金Ｉ−718は考慮中の温度でマグネシウムの
存在下急速に腐蝕するので、合金例えばStellite（商
標）12（約28.5重量％のモリブデン、約17.5重量％のク
ロム、最大3.0重量％のニッケル及び鉄、約3.4重量％の
珪素及び残りが100重量％までの量のコバルト）のライ
ナ−がバレル14の内面に収縮して適合される。化学的及
び熱的抵抗、ショット圧力に抵抗できる十分な強さ及び
摩耗に対する抵抗を有するどんな適切なバイメタルバレ
ルが用いられる。

本発明を実施するのに用いることのできる代表的なマ
グネシウム合金は、90重量％のMg、９重量％のAl及び１
重量％のZnを含むAZ91Bである。この合金は、465℃の固
相線温度、596℃の液相線温度を有し、さらに約580℃〜
590℃好ましくは585℃の所望のスラッシュ形態温度を有
する。従って、本発明の装置は、熱可塑性射出成型で出
会うものよりも遥かに高い温度で操作されねばならな
い。

第３図は、バレルの外面を囲みさらに好ましくは加熱
帯Z1〜Z6に分割される押出機の加熱装置を示す。一般
に、金属合金のペレットは、バレルが一部誘導によりそ
して一部セラミックバンド抵抗ヒ−タ−により加熱され
る一方、押出機のバレルを通る誘導により加熱される。
誘導熱は、非常に早く応答し、そして抵抗ヒ−タ−より
高いワット密度をもたらす。しかし、抵抗ヒ−タ−は、
簡単且つ安価であり、合金が最高温度に近付きそして早
く変化する熱負荷がないときに用いられる。

第３図は、供給スロ−ト13の正に下方の加熱帯Z1にお
けるバンド抵抗ヒ−タ−37の使用を示す。説明のため
に、このヒ−タ−は1100wを供給できる。加熱帯Z2は、
バレル14に沿ってかなりの長さで延在している誘導ヒ−
タ−コイル38を利用する。従って、誘導ヒ−タ−コイル
38は、比較的早い速度で金属合金のスラッシュ温度まで
それを加熱するのに利用される。帯Z2中の誘導加熱に必
要な電力は、約24kwであろう。

ノズル20への方向で、加熱帯Z3は、例示として4.7kw
を供給できる一連のバンド抵抗ヒ−タ−39を利用する。
加熱帯Z4は、3.2kwまで供給できるバンド抵抗ヒ−タ−3
9を利用する。加熱帯Z3及びZ4は、適切なコントロ−ル
された空冷手段を設けたシュラウド40中に囲まれる。こ
れらの部品は、ステンレス鋼から形成され、そして所望
ならば0.5インチ（1.25cm）の絶縁物の内層を有する。
スラッシュの温度が、ノズル20とスクリュ−チップ19と
の間の材料蓄積室Ｃ中、その最高に達するか、又は少な
くとも非常にそれに近付く。蓄積室は、一部加熱帯Z3内
にそして一部加熱帯Z4内にある。

帯Z5は、0.75kwまでを供給できるバンド抵抗ヒ−タ−
42を利用して、ノズル20の上方部分に最初の比較的高い
温度を保つ。加熱帯Z6は、0.6kwまで供給できるバンド
又はコイル状の抵抗ヒ−タ−43を利用し、そしてノズル
20の残りさらに一部ノズルチップ20aに第二の比較的低
い温度を保つ。

第３図は、原料がバレル14の後端又は上方端に隣接し
たバレル14に送られることを示す。バレルのこの末端
で、制限された加熱のみが生ずるが、材料の顆粒は、ス
クリュ−16により導入され、そして加熱帯Z1へ前方又は
下方に移動し、ヒ−タ−37により予備的加熱にかけられ
る。材料は次にさらに下方に進み、加熱帯Z2で誘導コイ
ル38のさらに顕著なしかも過激な加熱にかけられる。

加熱帯Z2を通って、材料は半固体の状態に維持され、
一方バレル14の下方に連続的に運ばれそして順次加熱帯
Z3〜Z5を通る。帯Z3では、材料は、変性した樹枝状結晶
の球状粒を有するチキソトロピックであり、そしてショ
ット又は材料蓄積帯Ｃへ逆止め弁アセンブリ−18を過ぎ
てスクリュ−16により移動し、Ｃではその温度は加熱帯
Z4でヒ−タ−39により保たれ、そして好ましくは僅かに
上昇してせん断作用の中断による樹枝状結晶の生長を防
ぐ。材料が容積帯Ｃに送られるにつれ、この帯の容積
は、連続的にスクリュ−16の引き込みにより、蓄積帯の
充填速度に実質的に相当する速度で増大し、それにより
蓄積帯中の圧力の上昇を避ける。

全体の操作中のこの点で、射出ショットを行う直前の
蓄積帯Ｃへの金属スラッシュの導入により、温度プロフ
ィルのピ−クを設定することが重要である。十分な高い
温度が加熱帯Z4に保たれて、スラッシュ形態を保ちそし
て溶融且つ透明にするために液相線温度より非常に高い
温度を要する合金の固体化を防ぐ。加熱帯Z4の温度は、
スラッシュ中に約60％より多い固体の存在を防ぐのに十
分でなければならないが、加熱帯Z3の温度は、スラッシ
ュの有効なポンピングからスクリュ−を防ぐのに十分に
高いものであってはならない。例えば、スクリュ−の作
用によるスラッシュのポンピングは、５％以下の固体で
非常に無効である。異なる合金が、合金含量に応じて実
質的に異なる温度プロフィルを要求する。温度を選択す
る決定的なファクタ−は、最終の射出成型ショット中に
望まれる固体の％である。型のゲ−トのデザインも又温
度の選択に作用を及ぼす。

逆止め弁アセンブリ−18は、第４図及び第５図に最も
良く示されている。このタイプの弁は周知であり、そし
てその外径がバレル14の内部とぴったりした走行はめあ
いを確立する滑りシ−ルリング44よりなる。好ましくは
リング44の外径とバレル14の内径との間のクリアランス
は、0.5〜２ミル（12.7〜51ミクロン）である。その外
側の摩耗面は、適当な材料例えばTribaloy（商標）Ｔ−
800（コバルト，モリブデン，クロム合金）による硬い
面である。逆止め弁アセンブリ−18を構成する追加の協
動部品は、スクリュ−チップ19の実質的に円筒状のボデ
−部分45を含み、それは周縁が連続している静置シ−ル
リング46で後方に向かって終わり、46に対して滑りシ−
ルリング44の後縁は、逆止め弁アセンブリ−に近くしか
もスクリュ−領域へのスラッシュの逆流を防ぐために置
かれる。実質的なクリアランスが、滑りシ−ルリング44
の内径とスクリュ−チップ19の円筒状のボデ−部分との
間に存在する。このクリアランスは、滑りシ−ルリング
とスクリュ−チップの円筒状部分との間の相対的軸運動
を行わせ、スラッシュの流れ領域をもたらす。滑りシ−
ルリング44は、スクリュ−チップ19中の軸のスラッシュ
流れの通路50を画成する、その間に空間を有する多数の
耳状の突起49により、スクリュ−チップ19上に制限され
る。突起49は、スクリュ−チップ19上にこのリングを閉
じ込めるように、滑りシ−ルリング44の隣接する端面と
重なり合う関係で外方に延在する。従って、スクリュ−
16の連続回転は、スクリュ−チップ19の静置シ−ルリン
グ46の外面の周りで加圧下スラッシュを送り、そして滑
りシ−ルリング44の隣接する端面に対して作用して、静
置シ−ルリング46から離れて後者を前進させて、通路50
を通りスクリュ−チップ19の前の蓄積帯Ｃへスラッシュ
をして滑りシ−ルリング44の内径とボデ−部分45の外面
との間に流す。射出ストロ−ク中のスクリュ−前進運動
は、静置シ−ルリング46に置くように、滑りシ−ルリン
グ44を後方に進める、蓄積帯Ｃ中の圧力の急速な形成を
もたらし、それにより射出成型ショット中バレル領域へ
スラッシュが後方に流れるのを防ぐ。

射出成型機械10は、熱可塑性射出成型で生ずるのより
非常に早い射出スピ−ドで操作するのを目的とする。例
えば、機械10は、従来の熱可塑成射出成型機械のそれよ
り100倍早いオ−ダ−でのスピ−ドで半固体合金を射出
できる。

機械10は、ダイ注型機械の高温度及びショットスピ−
ドと、プラスチック射出成型システムで用いられるのと
同じ往復スクリュ−押出機を組合わせる。例えば、型22
の充填中、スクリュ−は150インチ／秒（381cm/秒）に
近いスピ−ドで前進する。射出装置29の圧力は、1850ps
i（12,746kPa）に達する。半固体合金を取り扱うのに適
合された代表的な射出成型機械は、射出ストロ−ク中3
5,300ポンド（157,000N）の最大の静力そして引き込み
ストロ−ク中22,600ポンド（101,000N）のそれを発生す
る。

第４図及び第５図は、その前方に突き出した位置のス
クリュ−16を示す、スクリュ−チップはノズル20の通路
52へ前方に収束する入口51で受容される。第４図は、押
出機ノズルチップ20の末端とスプル−のブッシュ及びラ
ンナ−アセンブリ−53との間のシ−ルの確立を説明す
る。このようなアセンブリ−は、型22と連絡しているラ
ンナ−スプレッダ−28を含む周知のタイプのものであ
る。通路52を取り囲むノズルチップ20aの外端には、ス
プル−ブッシュコンベヤ21上に形成される凹の半径の表
面57上に置かれた凸の半径の表面56を設ける。表面56
は、好ましくは凹の表面より僅かに小さく、二つの部品
は適当な力の下で係合されるとき高圧の線のタイプのシ
−ルが得られる。この配置は、熱可塑性射出成型技術で
利用されているのに似ているが、ただし熱可塑性射出成
型技術では、ノズルチップはスプル−ブッシュから引き
込んで生じたスプル−を破壊する。

本発明を実施するのに、多くのサイクルの全成型操作
についてスプル−ブッシュ21に対してシ−ルしたノズル
チップ20aを維持し、それによりそれぞれのショットの
間ノズル20の通路52の出口末端に隣接してスラッシュ残
留物を固体化又は凍結させ、そして固体化した金属のプ
ラグを形成させることが好ましい。固体化されたプラグ
は、逆止め弁として働いて、スラッシュが次のショット
のために蓄積帯Ｃに集められる一方、「よだれ（droo
l）又はドリッピング」を防ぐ。次の射出ストロ−クに
より、プラグは型に押し入れられ、そして再溶融及び／
又は破壊され、成型されている部分中に分散される。こ
のやり方は、よだれを防ぐ機械的弁の使用の必要性をな
くし、そして又このような弁中に形成されしかも最終的
に有効且つ安全なその操作を妨げる酸化物又は他の不純
物の可能性を防ぐ。

顕著な圧力の形成が蓄積帯Ｃの充填中に存在しないた
め、インジェクタ−ノズルチップ20a中のプラグは、連
続するショット間の適所止まり、シ−ルとして有効に機
能する。ノズルのチップにおける帯Z6（第３図）の温度
の僅かな低下及びノズルチップ20aと型スプル−ブッシ
ュ21との間の接触は、ノズル通路52中の合金の固体化を
助ける。従ってプラグは、射出成型機械の非常に限られ
しかも閉じ込められた領域で形成され、そしてその形成
は、射出ストロ−クの完了まで遅れさせられる。その結
果、その冷却した固体化した性質によるプラグ中の樹枝
状結晶の形成は、ノズルチップ20aに制限され、そして
成型操作に悪影響を与えない。

第５図は、スプル−ランナ−スプレッダ−28の修正を
示す。このスプレッダ−のチップは凹であって、ノズル
チップ20aから射出されたプラグが捕捉できる浅いポケ
ット又はくぼみ58を形成する。この構造は、各射出ショ
ットのその初めにおいてプラグの前端を均一に捕捉する
ことを助ける。プラグの上方からの射出された半固体材
料は、型22中へ捕捉されたプラグ上及び回りが流れる。
従って、プラグは、その成型後各部分から切り取られる
スクラップの一部となる。

射出ストロ−クの完了後のスクリュ16の引き込みは、
熱可塑性射出成型方法のそれとは全く異なって行われ
る。熱可塑性射出成型機械では、スクリュ−押出機の前
面に蓄積された材料の圧力は、スクリュ−の引き込みの
ために用いられる。前述したように、マグネシウム合金
などの本発明の合金の射出成型において、ショットの完
了後の蓄積帯Ｃ中の圧力を最小にすること、従って材料
の蓄積帯への移動とは無関係に蓄積帯を拡大すること、
具体的には適切な液圧コントロ−ル回路を経て高速射出
装置Ａの正の逆操作により押出機スクリュ−16の引き込
みを要することが最善であることが分かった。引き込み
速度は、連続するショット間の所望の使用率又は経過時
間に応じて変化する。引き込み速度は、押出機のスクリ
ュ−16が十分に引き込んだ位置に達した直後に機械が射
出するようにセットされる。即ち、もし30秒のサイクル
が望ましいならば、スクリュ−が十分に引き込むのに約
25秒を要するように引き込み速度はセットされる。遅い
引き込みは、材料の適切な加熱に最大の時間を許し、材
料はスクリュ−16により、バレル14の供給帯の下方から
最終的に次のショットのために供給蓄積帯Ｃに進む。完
全なサイクル時間は、ショットの大きさに依存し、10〜
200秒まで変化する。

第６図は、概略的な形で、ショットラム32の操作をコ
ントロ−ルする装置60を開示する。一つの例外として、
コントロ−ル装置60は、従来の部品よりなる。

ショットラム32は、シリンダ−30のエキステンション
61に延在し、その中でピストン62は往復可能である。ピ
ストン62は、ショットラム32に接続し、32は前述のやり
方で押出機のスクリュ−16に結合している。シリンダ−
の一端から、エキステンション61は、液圧ライン63が延
在し、エキステンションの反対の端から同様なライン64
が延在している。ライン63及び64は、方向制御弁65と連
絡し、65はその間を延在している二つの組の流体通路6
7,68及び69,70を有する往復可能なスプ−ル66を有す
る。弁65は、圧力流体アキュムレ−タ−29、流体ポンプ
83及び流体貯槽74と連絡している流体ライン71と連絡し
ている。弁65は、又貯槽74に延在している流体ライン75
と連絡している。

コントロ−ル弁65は、分岐76を含むことにより修正さ
れ、76はバイパスチェック弁78を有する調節可能な流量
弁77を経てライン71と弁65との間の連絡を確立する。こ
れらの部品は、前述の弁では従来通りではない。弁78及
びそれに付属する部品の目的は、次に記述されよう。

ショットラム32のピストン62に固定されて、従来の一
次速度及び変位トランスデュサ−（LVDT）80の一部を形
成するアクチュエ−タ−79がある。トランスデュサ−80
は、従来のサ−ボ増幅器81及びコンピュ−タ−82に組合
わされている。コンピュ−タ−は、サ−ボ増幅器81から
アナログ信号を受け取って、ピストン62の運動のスピ−
ドを示す。サ−ボ増幅器81は、又サ−ボパイロット弁84
と組合わされ、84は流体ライン86及び87によりコントロ
−ル弁65のそれぞれスプ−ル調節器88及び89に組合わさ
れる往復可能なスプ−ル85を有する。弁84は、又流体ラ
イン90によりポンプ91を経て貯槽74へ組み合わされ、流
体戻りライン92により貯槽に組み合わされる。

第６図に示されたコントロ−ル装置60は、射出ストロ
−ク又はショットを行う準備にシリンダ−61中で十分に
引き込んだショットラム32のピストン62を有する。

コントロ−ル装置60の操作では、サ−ボ増幅器81は、
コンピュ−タ−82から信号を受けて、ピストン62の前進
するショットスピ−ドをきめ、そしてピストン62の実際
のスピ−ドがコンピュ−タ−82に存在するスピ−ドと一
致する迄トランスデュサ−80からの信号に従ってそれ自
体調節する。コンピュ−タ−82は、トランスデュサ−80
により測定されるように、ラム32の位置に従ってその信
号をサ−ボ増幅器81へ変化させるためにプログラムされ
る。射出ストロ−ク中の現在のラム位置で、コンピュ−
タ−83は信号をサ−ボ増幅器81へ変化させて、パイロッ
ト弁84のスプ−ル85を調節して、ラム32のコントロ−ル
された減速を行う。これは、ときに「deramp」とされ
る。

コントロ−ル装置は、コンピュ−タ−82との回路中の
スイッチ（図示せず）を閉じることにより作動し、それ
によりパイロット弁84のスプ−ル85は、アクチュエ−タ
−83により調節されてポンプ91とアクチュエ−タ−89と
の間の連絡を行って、コントロ−ル弁65のスプ−ル66を
右方にシフトさせ、それによりシリンダ−エキステンシ
ョン61の右端、蓄積器29及びポンプ73との間に通路69を
経て直接の連絡を確立する。シリンダ−エキステンショ
ンの反対の端は、通路70を経て貯槽74と直接連絡する。
ピストン62（そして結果的にスクリュ−16）は、従って
型22へ蓄積帯Ｃから材料を射出するために、急速に前進
する。

ピストン62が前進するにつれ、トランシュデュサ−・
アクチュエ−タ−79は又前進する。アクチュエ−タ−が
前もってセットされた減速点に達するとき、パイロット
弁84がコンピュ−タ−82及びトランスデュサ−80からの
信号に応答して、コントロ−ル弁65を調節し、そしてラ
イン63及び64との係合が一部外れて通路67及び68を移動
する方向にスプ−ル66をシフトし、それによりシリンダ
−エキステンション61に割り当てられる流体の量を減少
させ、そしてピストン62の運動を減速させる。ピストン
がその予定されたストロ−クの終わりに達したとき、ト
ランスデュサ−80は再びパイロット弁84を操作し、通路
69を通る流体の流れを止めるのに十分な距離にコントロ
−ル弁65のスプ−ル66をシフトし、それによりピストン
62の前進運動を停止させる。射出ストロ−クは、次に完
了する。

射出ストロ−クの完了後、トランスデュサ−80及びコ
ンピュ−タ−82からの信号は、パイロット弁84のスプ−
ル85をして、ポンプ91からの流体が、通路67及び68がそ
れぞれ流体ライン75及び76と連絡する位置にコントロ−
ル弁65のスプ−ル66の運動を行う位置に移動させる。こ
れは、ポンプ73からの流体をしてピストン62を後方に動
かし、そして新しい材料が他のショットを行う準備で蓄
積帯Ｃに供給されるにつれ供給スクリュ−16を引き込め
る。

ピストン62及び供給スクリュ−16が引き込む速度は、
ノズルをシ−ルするプラグを射出するのに十分な、蓄積
帯Ｃ中の圧力の形成を避けるようなものである。引き込
みの速度は、トランスデュサ−80によりモニタ−され、
そしてコントロ−ル弁スプ−ル66の調節を行って流体ラ
イン75及び76に関してその通路67及び68を相殺しそして
通路68を通る流体の流れを制限するように、コンピュ−
タ−82にプログラムされる前もってセットされた速度に
比較される。

供給スクリュ−引き込みの適切な速度をきめるのに時
間を一定に保つために、調整弁77は手で操作されて、流
体が通路68を通って流れる最大速度で正のコントロ−ル
をもたらす。弁77は必須ではなく、それは成型操作を開
始したときセットアップ時間を単に縮小するに過ぎな
い。もし弁77が用いられるならば、スプ−ル66が通路68
を通る流体の流れを制限するために調節されるとき、パ
イパスチェック弁78は、過剰の流体の循環のために設け
られる。

供給スクリュ−16を引き込ませるのに必要な時間の長
さは、多くのファクタ−に依存し、その主な一つは、型
22から成型した部分を冷却且つ取り出すのに必要な時間
である。成型した部分の冷却時間、そして結果的にスク
リュ−引き込み時間は、ポンプ73をして供給スクリュ−
が引き込むにつれてアキュムレ−タ−72に再注入させう
る程十分に長い。

多くの部品が射出成型され、そして本発明の方法及び
装置を評価する目的のためにテストされる。生成される
部品は、降伏強さ、極限強さ、伸び、弾性モジュラス、
腐蝕及び適切ならば孔度を含む機械的な性質の測定を行
わせるための、丸い引張りバ−、矩形の衝撃バ−及び平
板の腐蝕パネルを含む。これらの部品は、周知の市販の
高圧ダイ注型法により作成された同一の種類の部品と好
ましく比較される。

多くの異なるマグネシウム合金が用いられ、その規格
上の組成は下記の通りである。

合金 成分 AZ91 90.00％マグネシウム 9.00％アルミニウム 1.00％亜鉛 ZK60 83.50％マグネシウム 6.00％亜鉛 0.55％ジルコニウム AZ80 ＞91.00％マグネシウム 8.00％アルミニウム 亜鉛（痕跡） 合金AZ91の種々の修正した組成物は、又指示されたよ
うに射出成型された。種々の型が用いられて、前記のタ
イプの部品を作り、このような型は、本発明の射出成型
機械及び周知のデザインの標準の高圧ダイ注型機械と交
換可能であった。適切ならば、油加熱を用いて両方の操
作で型を加熱した。ショットのサイズは、注型された物
品に応じてマグネシウムの0.5〜1.6ポンド（0.23〜0.73
kg）の範囲内から選ばれた。800インチ／秒（2032cm/
秒）のゲ−ト速度を用いた。

第３図の温度帯と一致する種々の合金の温度プロフィ
ルを、ダイの温度、押出機の条件及びショットの条件に
ついての詳細とともに下記に示される。

押出機の条件 供給速度:30lb/時（13.6kg/時） 供給時間:60秒（ダイ上方位置） 70秒（ダイ下方位置） 引き込み時間:75秒（2.4インチ（6.1cm）の昇降行程） スクリュ−スピ−ド:125rpm ダイ開放のためのスクリュ−引き込み:0.375インチ（0.
95cm） ショットの条件 早いショット１スピ−ド:120インチ／秒（304.8cm/秒） 早いショット２スピ−ド:135インチ／秒（343cm/秒） 遅い衝撃スピ−ド： 10インチ／秒（25.4cm/秒） 開始時早いショット２位置:0.2インチ（0.51cm） 遅い衝撃位置： 1.45インチ（3.68cm） 1.55インチ（3.94cm） ショットサイクル（DWELL）時間:2.0秒 蓄積室中にかなりの圧力の形成がなくそしてプラグが
押出機からの溶融した材料のよだれ又は危険な放出を防
止できるので、本発明の射出成型機械に特別なスプル−
破壊メカニズムを設ける必要がない。固体化したプラグ
を破壊するのに型22を単に開放する必要があり、そして
この点でこのような開放は、0.375インチ（0.95cm）引
き込むスクリュ−16により生じた。

早いショット１スピ−ド、早いショット２スピ−ド及
び遅い衝撃スピ−ドは、実際の射出ストロ−クを扱う。
第一のスピ−ドは、射出ストロ−クを開始するのに依存
し、第二のスピ−ドは型のくぼみを充填するための最大
のショットスピ−ドを決定し、そして遅い衝撃スピ−ド
は、それが型22が完全に充填した正にそのとき前進を停
止するようにスクリュ−16を遅くすることにある。これ
は、押出機スクリュ−16及び高速射出装置の運動量によ
る衝撃を防止する。

第２図は、代表的な射出ショット中に生ずることを説
明している。特別なスピ−ド及び遷移位置は、成型した
部品の品質に影響する。もし射出スピ−ドが余りに遅い
ならば、合金の早過ぎる固体化が、型22のゲ−ト及びラ
ンナ−で生じ、短いショットを生ずる。もし射出スピ−
ドが余りに早いと、装入物の霧化が生じ、部分に非常に
高いレベルの孔度を生ずる。理想的なスピ−ド又はスピ
−ドの組合わせは、型が完全に充填された正にそのとき
ノズルチップ20a中でプラグが凝固又は固体化するよう
なものである。一般に、早いショット２スピ−ドは、シ
ョットへ約0.01インチ（0.254mm）で開始し、遅い衝撃
スピ−ドは約0.02インチ（0.57mm）で開始した。

前述の合金AZ91の種々の組成の中で、AZ91XDは、痕跡
量のベリリウムを含み、特別な注意が腐蝕抵抗を助ける
のに不純物を少なくするのに払われた。AZ91Bは、燃焼
を遅らすために痕跡量のベリリウムを含む。

スラッシュ中に保持される固体の％は或るテストでは
かなり変化したが、得られた部分は完全に満足できた。
引張り降伏強さ及び極限引張り強さは、伸び％とともに
ダイ注型及び射出成型の部品の両方に匹敵する。表示さ
れた腐蝕速度は、標準の10日塩／霧テストから求めら
れ、そのテストでは部品は共通の表面条件に砂みがき又
は回転されることにより製造されそしてテストの前と後
で計量された。結果は、１年間腐蝕されたミル（ミクロ
ン／年）の相当数として報告される。従って、射出成型
部品の腐蝕速度は、平均で１年当たり10ミル以下（254
ミクロン／年）であり、そして同様な高純度ダイ注型部
品と等しかった。機械的な性質は、丸い断面及び２イン
チ（5.1cm）のゲ−ジ長さを有する部品から採取された
テストカバ−から求められた。

孔度の比較テストでは、高圧ダイ注型により生成した
市販のギアケ−スカバ−を、本発明の方法に生成した同
じカバ−と比較した。射出成型ギアケ−スカバ−は、少
ない孔度を示した。テストされた部品の密度はアルキメ
デスの浸漬法を用いて測定され、射出成型部品ではダイ
注型部品に比べて、３％以上から約1.5％へ50％の孔度
の低下があったことを示した。顕著に低下した孔度は、
ファクタ−の組合わせによるものと思われるが、溶融し
た金属の非常に低い粘度に対して、半固体スラッシュの
増大した粘度に主としてよるものと思われる。

金属合金は型に射出される前に部分的に固体化してい
たので、得られた高い粘度は、ショット帯及び型のラン
ナ−に乱れをより生じさせなかった。それは、又高圧液
状金属ダイ注型にともなうスプレイ及び渦巻き状のパタ
−ンの代わりに、型のくぼみに固い前面の充填物を満た
す。型への部分的に固体の材料の射出は、又は液体金属
の固体化による小さい収縮をもたらす。

或る性質を増す複合体を形成するために、金属の部分
に不連続な相を加えることがしばしば望まれる。例え
ば、アルミナ粒子がダイ注型されるべきマグネシウム合
金に加えられて、ダイ注型の部分の摩耗抵抗を増大させ
る。又、珪素又は炭化硼素のファイバ−又はウィスカ−
が補強のためにこのマグネシウム合金に加えられ、従っ
て部分の機械的性質を増大させる。本発明はこのような
複合部品の形成を行わせる。

前記のタイプのギアケ−スカバ−は、約0.5重量％の
アルミナ粒子を含む合金AZ91Bを用いてうまく射出成型
された。形成した部品中のアルミナの分布は、非常に均
一であることが分かった。同様に、２重量％のアルミナ
が摩耗抵抗を改善する目的で合金AZ91XDに加えられた。
テストされた射出成型部品は、アルミナが表面の品質に
悪影響を及ぼすことなく均一に分布したことを示した。

前述の種々の部品の射出成型では、基本的な機械部品
が用いられた。又、ショット速度を捕捉するためにNico
letデジタルオッシログラフを含むデ−タ捕捉システム
及び前記の基本的なマンクロプロセッサ−を用いた。

拡大した実験が、少なくとも一つの例で、800ショッ
ト以上を含む16時間にわたる期間を含み、射出成型機械
及び方法の性能を評価するのに行われた。パ−ジショッ
トは不必要であった。射出成型機械は良好に操作され、
方法のデ−タは方法の劣化の徴候を示さなかった。逆
に、ショット及び温度プロフィルは、長期間の操作中よ
り安定になった。

拡大した例の間、使用率は低下又は増大できる。例え
ば、それぞれ１時間の間に90秒の使用率は60秒に低下
し、次に45秒となり、次に最後に30秒に低下した。方法
の性能の部品の品質について悪い作用は観察されなかっ
た。

説明されたように、多くの利点が、本発明の改善した
射出成型の方法及び装置から誘導される。金属部分のダ
イ注型にともなう利点は保たれる一方、溶融物の損失の
問題、混入、スクラップ及び制限された位置のダイの充
填は排除される。

ダイ注型操作と比較して、本発明は、改善された収
量、かなり低いエネルギ−消費、増大した生産性及び改
善した型の寿命をもたらす。

本発明は、熱可塑性材料の射出成型の固有の利点の多
くをしてチキソトロピック金属部品の成型に得らしめ
る。しかし、従来の熱可塑性射出成型法に対するかなり
の修正が望ましいことが分かった。例えば、熱可塑性洪
水供給とは区別されるように不足供給が有利である。さ
らに、実質的に高い温度が、注意深く選択された温度プ
ロフィルとともに用いられる。

帯の温度のコントロ−ル及びせん断作用の中断は、ノ
ズルチッププラグの形成を生じ、それは機械的な逆止め
弁の従来のスプリング負荷又は他のタイプの使用により
生ずる追加の複雑さ及び問題を排除するばかりでなく、
射出成型操作に関する安全条件を実質的に改善する。逆
止め弁で生ずる通常の摩耗は、操作者に潜在的な危険を
生ずるばかりでなく弁メカニズムの次の摩耗に付加する
よだれ又は加熱材料の爆発的な放出を生じさせる。

溶融した金属の射出成型の問題に対する重要な解決
は、半固体材料の処理速度と押出機スクリュ−16の引き
込み速度との注意深い調和にあり、それにより認めうる
圧力が射出成型ショット前に材料蓄積帯Ｃに発生しない
ようにする。操作のサイクルを通してスクリュ−押出機
のスピ−ドを適正に選択することと組合わされて、或る
マグネシウム合金の温度を確実に上昇させるが、押出機
ノズルチップ領域の温度を僅かに低下させる合金につい
て適切な温度プロフィルを用いることは、この解決をす
るのに非常に助けとなる。サイクルのショット部分の
間、押出機スクリュ−16の速度は、初め所望の最大値に
上げ、そしてショットの殆どの間大体この最大値を保た
ねばならないが、十分なストロ−クの完了直前に、押出
機スクリュ−は遅い衝撃速度に低下され、そして型22が
充填するにつれ戻りなしに停止しなければならない。

低下した孔度の薄い壁の部品を含む、多くの物品又は
部品が、最終的に金属マトリックスを示す半固体材料か
ら本発明により製造できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シヤフアー，ウイリアム ジエイ アメリカ合衆国ミシガン州 48603 サ ギナウ シヨート ロード 1860 (72)発明者 ネイミー，アレン エヌ アメリカ合衆国ミシガン州 49931 ホ ートン イレブンス アベニユー 1106 (56)参考文献 特開 昭61−248703（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−143547（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−198432（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−30227（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−187328（ＪＰ，Ａ) 特表 昭58−502002（ＪＰ，Ａ) 特表 昭58−502001（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 17/00 - 17/32 B29C 45/00 - 45/84

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ） 不活性雰囲気中に保たれた樹枝状
   結晶性を有する金属材料を、密封手段を具備する放出ノ
   ズルで一端が終わる押出機のバレル中に導入し、 （ｂ） 該ノズルに向かう方向に該バレルを通って該金
   属材料を移動させ、 （ｃ） 該金属材料が該バレルにある間にその固相線温
   度と液相線温度との間の温度に加熱して該金属材料を半
   固体のチキソトロピック状態に転換すると共に、 （ｄ） その加熱中及び移動中該金属材料をせん断して
   樹枝状結晶の生長を阻止し、 （ｅ） 該ノズルに隣接する蓄積帯に該金属材料を移動
   し、 （ｆ） 該金属材料の該蓄積帯への移動とは無関係に且
   つ該金属材料が該蓄積帯へ移動するのと少なくとも同じ
   割合で該蓄積帯の容積を拡大させ、 （ｇ） 該蓄積帯中の該金属材料のせん断を中断し、 （ｈ） 樹枝状結晶の生長を阻止するレベルで、該蓄積
   帯中で該金属材料の温度を維持し、 （ｉ） 各射出において該蓄積帯中に蓄積された金属材
   料に十分な力を定期的に付与して、型中に該ノズルを通
   って蓄積された該金属材料を放出すること を特徴とする樹枝状結晶性を有する金属材料を射出成型
   する方法。
2. 【請求項２】該密封手段が該型への金属材料の放出の完
   了と同時に、該ノズル中に形成させた該金属材料の実質
   的に固体のプラグからなることを特徴とする請求項１記
   載の方法。
3. 【請求項３】該蓄積帯中の該金属材料の温度を、他の場
   所の該金属材料の温度よりも高いレベルに上昇させるこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 【請求項４】該金属材料のせん断速度を５〜500/秒に保
   つことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの項記載
   の方法。
5. 【請求項５】該金属材料が、押出機のバレル中にその容
   量の100％より小さい割合で供給され、そして該バレル
   に沿った該金属材料の移動の速度が、該金属材料のせん
   断速度と実質的に無関係であることを特徴とする請求項
   １〜４の何れか１つの項記載の方法。
6. 【請求項６】該金属材料が補強添加剤を含有することを
   特徴とする請求項１〜５の何れか１つの項記載の方法。
7. 【請求項７】該プラグのみによって密封手段が形成され
   ている請求項２記載の方法。
8. 【請求項８】さらに（ｊ） 該金属材料が蓄積帯にある
   間に該金属材料中で酸化物の形成を抑制する請求項１記
   載の方法。
9. 【請求項９】該（ｂ）と（ｄ）をバレルを通してスクリ
   ューを回転することによって行い、該（ｇ）を該スクリ
   ューの回転を停止することによって行い、そして該
   （ｉ）を該スクリューを前進させることによって行う請
   求項１記載の方法。
10. 【請求項１０】該蓄積帯中に蓄積された該金属材料の量
    がスクリューの引込みによる容積に相当する請求項９記
    載の方法。
11. 【請求項１１】（ａ） 一端に放出ノズルを有しさらに
    該ノズルから離れて入口を有する押出機のバレル； （ｂ） 不活性雰囲気中に保たれた樹枝状結晶性を有す
    る金属材料を、該入口を経て該バレルに導入する供給手
    段； （ｃ） 該金属材料の固相線温度と液相線温度との間の
    温度しかも半固体状態に該金属材料を維持するのに十分
    に高い温度に、該バレル中の該金属材料を加熱する手
    段； （ｄ） 該ノズルに向かって該入口から該バレルを通っ
    て該金属材料を移動する手段； （ｅ） 該金属材料が該入口と該ノズルとの間の該バレ
    ルを通って移動するにつれて該金属材料をせん断する手
    段； （ｆ） 型中に該ノズルを通って金属材料を放出する手
    段； （ｇ） 金属材料中の樹枝状結晶の生長を阻止するため
    の該ノズルに隣接した材料蓄積帯及び該蓄積帯への該金
    属材料の移動とは無関係に且つ該金属材料が該蓄積帯へ
    移動するのと少なくとも同じ割合で該蓄積帯の容積を拡
    大させる手段；及び （ｈ） 該ノズルの内部を外部雰囲気と遮断する密封手
    段をもつことを 特徴とする樹枝状結晶性を有する金属材料の射出成型す
    る装置。
12. 【請求項１２】該バレルが多くの縦に間隔のあいた加熱
    帯を有し、そのそれぞれが該加熱手段により加熱されて
    該ノズルに向かった方向に上昇する温度プロフィルを該
    金属材料にもたらすことを特徴とする請求項11記載の装
    置。
13. 【請求項１３】該供給手段が、該バレル中にその容量の
    100％より少ない割合で該金属材料を導入する手段を含
    むことを特徴とする請求項11又は12記載の装置。
14. 【請求項１４】該密封手段が該金属材料から形成された
    実質上固体のプラグからなる請求項11〜13の何れか１つ
    の項記載の装置。
15. 【請求項１５】該金属材料が固体化しそしてプラグを形
    成するレベルに、該蓄積帯からの該金属材料の放出の完
    了後に該ノズル中の該金属材料の温度を低下させる手段
    を含む請求項14記載の装置。
16. 【請求項１６】該加熱手段が、他の場所よりも高いレベ
    ルに、該蓄積帯中の該金属材料の温度を保持する加熱手
    段であることを特徴とする請求項11〜15の何れか１つの
    項記載の装置。
17. 【請求項１７】該バレルが、コバルト合金から形成され
    た内部ライナーを有する請求項11〜16の何れか１つの項
    記載の装置。
18. 【請求項１８】該バレルが高いニッケル含量をもつ材料
    によつてつくられている請求項11〜16の何れか１つの項
    記載の装置。