JP3104060B2 - 軽合金材料の射出成形方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軽合金材料を射出
成形する方法及び装置に関するもので、特に、アキュム
レータから供給される圧油により射出成形機のスクリュ
ウを軸方向前方に駆動して、溶融状態の軽合金材料を射
出するようにした軽合金材料の射出成形方法、及びその
方法の実施に直接使用される射出成形装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】射出成形方法は、固体状の成形材料を、
射出成形機のシリンダバレル内に投入して、その射出成
形機のスクリュウを回転駆動することにより、シリンダ
バレル内において溶融させながらその前方に送って計量
し、その計量値が所定の大きさに達したとき、射出用油
圧シリンダに圧油を供給することにより、スクリュウを
軸方向前方に駆動して、計量された溶融状態の材料を金
型のキャビティ内に射出し、その後、保圧圧力を加えな
がら冷却することにより、その材料を所望の形状に成形
するというものである。このような射出成形方法によれ
ば、種々の形状の製品を容易に成形することができるの
で、その射出成形方法は、樹脂材料や軽合金材料からな
る成形品の成形方法として広く用いられている。

【０００３】そのような射出成形方法が利用される軽合
金材料は、融点が６５０℃以下の金属元素単体、若しく
はそのような金属元素を基にした合金である。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、ルビジウ
ム、セシウム、フランシウム、ガリウム等を挙げること
ができるが、特にアルミニウム、マグネシウム、鉛、亜
鉛、ビスマス、あるいは錫の単体、及びこれらの金属を
基にした合金が適している。そのような軽合金材料は、
例えば、インゴットをチッピングマシンによりチップ化
する方法、あるいは切削マシンにより切削して得られる
切削粉を利用する方法、また、水などの冷却媒に溶融金
属を滴下する方法、さらには、従来周知の還元法や回転
消耗電極法などによって、容易に粒状の材料とすること
ができる。これらの方法により得られる金属材料は、適
度に形状が小さく、粉体とは異なり取扱いが容易で、射
出成形機のシリンダバレル内において先端部へ送られる
過程で容易に溶融する。したがって、上述のような軽合
金材料をそのようにして粒状の固体材料とすることによ
り、射出成形することが可能となる。

【０００４】ところで、そのような軽合金材料を射出成
形する場合には、一般の樹脂材料を射出成形する場合よ
りも高速射出することが必要となる。そこで、軽合金材
料用の射出成形装置においては、射出成形機の射出用油
圧シリンダへの圧油供給源としてアキュムレータが採用
されている。

【０００５】そのように射出用油圧シリンダへの圧油供
給源をアキュムレータとする従来の軽合金材料の射出成
形装置は、あらかじめアキュムレータに所定圧力の圧油
を蓄えておき、射出時に、アキュムレータと射出用油圧
シリンダとの間に設けられている流量制御弁を開いて、
その蓄圧圧油を射出用油圧シリンダに供給する、という
ものである。その場合、高速射出のためにはその油圧回
路に用いられる油圧機器の応答性が重要となるので、流
量制御弁には一般にサーボコントロール弁が使用されて
いる。

【０００６】また、射出成形を行う場合には、射出終了
後も、材料の冷却に伴う収縮を補うために保圧圧力を加
えることが必要となっている。その場合、その保圧圧力
は最適に制御されなければならない。保圧圧力が低すぎ
ると、成形品にヒケが生じてしまう。また、保圧圧力が
高すぎると、バリが発生し、射出成形機や金型の耐久性
が低下してしまう。そのために、射出成形方法において
は、射出終了時の保圧切換圧力が安定に保たれるように
することが求められている。これは、上述のようにアキ
ュムレータを射出用油圧シリンダの圧油供給源として射
出駆動する軽合金材料の射出成形方法においても同様で
ある。

【０００７】しかしながら、アキュムレータから供給さ
れる圧油により射出成形機の射出用油圧シリンダを作動
させ、スクリュウを射出駆動する射出成形装置の場合に
は、図２に示されているように、射出初期段階において
はあらかじめアキュムレータに蓄圧された所定圧力の圧
油が射出用油圧シリンダに供給され、その油圧力によっ
てスクリュウが前進駆動されるが、スクリュウの前進に
伴って、作動油圧力が徐々に低下していくという特性を
持つ。そして、その低下量は、スクリュウの計量ストロ
ークなどの射出条件によって変化する。このように、ア
キュムレータへの蓄圧圧力が一定であれば射出開始時の
作動圧力は一定となるが、射出終了時の圧力は射出条件
の違いにより異なるために、射出終了時の圧力を各条件
において一定にすることはできない。上述のように、そ
の油圧回路にはサーボコントロール弁が使用されるが、
そのサーボコントロール弁は流量制御を行うものであ
り、作動圧力はやはりアキュムレータへの蓄圧圧力にの
み依存する。

【０００８】このように、射出用油圧シリンダへの圧油
供給源を蓄圧圧力が一定のアキュムレータとする射出成
形装置の場合には、射出終了時の保圧切換圧力を制御す
ることができない。そこで、従来の軽合金材料射出成形
装置においては、射出終了時にアキュムレータが発生す
る油圧力（アキュムレータ圧）の射出用油圧シリンダに
作用する時間を極力短くして、アキュムレータからの供
給油ではなく、ポンプから供給される圧油を、比例圧力
制御弁によってコントロールしながら射出用油圧シリン
ダに供給することにより、保圧工程を行うようにしてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、比例圧
力制御弁は、サーボコントロール弁に比較して応答性に
問題がある。そのために、そのような比例圧力制御弁を
用いて圧力を制御するようにしても、実際には、射出終
了時のアキュムレータ圧により保圧工程を行っているの
と同じことになる。その結果、圧力の立ちすぎによるバ
リの発生や、スクリュウ・シリンダ及び金型の耐久性の
低下などといった問題が生じている。

【００１０】射出終了時の保圧切換圧力を制御する方法
として、流量制御を行うサーボコントロール弁を、射出
終了時に切り換えて圧力制御に用いるという方法は、応
答性の面から有効であると考えられるが、流量制御時の
作動油制御流量が圧力制御時の制御流量に比較して格段
に大きいために、一つのサーボコントロール弁により両
方の制御を行うことは非常に困難である。また、流量制
御及び圧力制御のために個々にサーボコントロール弁を
装備することは、当然のことながらコスト的に問題があ
る。

【００１１】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、アキュムレータから供給
される油圧により射出用油圧シリンダを作動させて射出
工程を行い、射出終了時のアキュムレータ圧により保圧
工程を開始するようにしながら、そのときの保圧切換圧
力を安定化して、品質の高い成形品を得ることのできる
軽合金材料の射出成形方法及びその装置を提供すること
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明では、あらかじめアキュムレータに蓄圧する
油圧力を変化させることにより、射出終了時の保圧切換
圧力を制御するようにしている。すなわち、本発明によ
る軽合金材料の射出成形方法は、射出終了時におけるア
キュムレータ圧を予測して、その予測圧力が要求保圧切
換圧力となるように、あらかじめアキュムレータに蓄圧
する油圧力を変化させることを特徴としている。その予
測は、例えば請求項２に係る発明のように、射出成形機
のスクリュウによる溶融材料の計量値に基づいて行われ
る。そして、連続射出成形する場合には、請求項３に係
る発明のように、前回の射出成形時に実際に発生した射
出終了時のアキュムレータ圧を検出することによって、
次回の射出成形サイクルにおいてアキュムレータに蓄圧
するべき油圧力が補正される。

【００１３】また、本発明による軽合金材料の射出成形
装置は、射出成形機の射出用油圧シリンダに圧油を供給
する圧油供給源として蓄圧圧力可変のアキュムレータを
用い、そのアキュムレータに蓄えるべき蓄圧圧力を算出
する演算装置と、その蓄圧圧力を演算装置によって求め
られた大きさに制御する圧力制御装置とを設けたことを
特徴としている。

【００１４】上述のように、アキュムレータから供給さ
れる圧油によって射出成形機のスクリュウを射出駆動す
る射出成形装置の場合には、スクリュウの前進に伴っ
て、作動油圧力が徐々に低下していくという特性があ
る。その低下量は、図２に示されているように、スクリ
ュウの前進量にほぼ比例する。そして、その低下の度
合、すなわち図２における直線の傾きは、アキュムレー
タの仕様により決定される。したがって、請求項２に係
る発明のように、射出成形機のスクリュウによる溶融材
料の計量値を求めるようにすれば、その計量値、すなわ
ちスクリュウの計量ストロークから、射出終了時におけ
るアキュムレータ圧を予測することができる。そして、
そのアキュムレータ圧が所定値となるように、あらかじ
めアキュムレータに蓄圧する油圧力を制御するようにす
れば、射出終了時におけるアキュムレータ圧をほぼ一定
に保つことができる。また、連続して射出成形する場合
には、前回の射出成形サイクルと次回の射出成形サイク
ルとの間で射出条件が急激に変化することはないと考え
られるので、請求項３に係る発明のように、前回の射出
成形サイクルにおいて実際に発生した射出終了時のアキ
ュムレータ圧を検出して、その検出圧力により、次の射
出成形サイクルにおいてアキュムレータに蓄圧する油圧
力を補正する。そのようにすることによって、射出終了
時におけるアキュムレータ圧をより正確に制御すること
ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図中、図１は本発明による軽合金材
料の射出成形方法を実施する射出成形装置の一例を示す
構成図である。この図から明らかなように、軽合金材料
の射出成形装置は射出成形機１から構成されている。そ
の射出成形機１は通常の樹脂材料成形用射出成形機と同
様のもので、シリンダバレル２と、そのシリンダバレル
２内に軸方向及び回転方向に駆動自在に設けられるスク
リュウ３とを備えている。そのシリンダバレル２内には
ホッパ４から成形材料が投入され、その材料が、スクリ
ュウ３の回転に伴って発生する摩擦熱や剪断熱、及びシ
リンダバレル２の外周に設けられているヒータ５から加
えられる熱によって溶融され、スクリュウ３の回転によ
り混練されてシリンダバレル２の前方（図で右方）に送
られるようになっている。シリンダバレル２の先端には
ノズル６が取り付けられており、射出時には、そのノズ
ル６を通して、シリンダバレル２の先端部に蓄えられた
溶融状態の成形材料が、型閉じされた金型７のキャビテ
ィ８内に注入される。

【００１６】スクリュウ３は、油圧モータ９によって回
転駆動されるとともに、射出用油圧シリンダ１０によっ
て軸方向に駆動されるようになっている。その射出用油
圧シリンダ１０を制御する油圧回路には、蓄圧圧力可変
のアキュムレータ１１と、そのアキュムレータ１１に蓄
圧用の圧油を供給するポンプ１２、及びそのポンプ１２
から供給される作動油の圧力を制御する圧力制御装置と
しての比例圧力制御弁１３とが設けられている。そし
て、そのアキュムレータ１１から、流量制御弁１４を介
して射出用油圧シリンダ１０の油圧室１５に圧油が供給
されるようになっている。その圧油供給回路には、油圧
室１５内の圧力を検出する圧力センサ１６が設けられて
いる。

【００１７】圧力センサ１６の出力信号は、スクリュウ
位置を検出する位置センサ１７からの信号とともに、演
算装置１８に入力されるようになっている。その演算装
置１８には、金型７のキャビティ８内に射出する成形材
料の充填量を決定する計量ストロークや射出充填圧力等
を設定する設定器１９からの出力信号も導かれるように
なっている。演算装置１８においては、それらのセンサ
１６，１７や設定器１９からの数値信号により演算処理
が行われ、アキュムレータ１１に蓄圧するべき圧力が算
出される。そして、算出された蓄圧圧力信号が増幅器２
０を介して駆動回路２１に導かれ、その駆動回路２１か
ら、比例圧力制御弁１３を駆動する指令信号が出力され
る。

【００１８】アキュムレータ蓄圧圧力の算出は次のよう
にして行われる。すなわち、アキュムレータ１１から供
給される油圧によって射出用油圧シリンダ１０を駆動し
た場合、その作動油圧の圧力曲線は図２のようになる。
そして、図２における直線の傾きはアキュムレータ１１
の仕様により決定されるもので、射出条件の違いによる
変化はないと考えてよい。したがって、あらかじめアキ
ュムレータ１１の仕様からその作動油圧の圧力曲線を求
めておけば、設定器１９により設定されたスクリュウ３
の計量ストローク、及び射出終了時に要求される作動圧
力、すなわち要求保圧切換圧力に基づいて、必要な蓄圧
圧力を算出することができる。演算装置１８はこのよう
な原理に基づいて、アキュムレータ１１にあらかじめ蓄
圧するべき圧力を算出する。

【００１９】次に、このように構成された射出成形装置
を使用して軽合金材料を射出成形する方法を、その作用
とともに説明する。軽合金材料は、「０００３」項にお
いて説明したような方法で射出成形に適した粒状の固体
材料とし、それをホッパ４内に投入する。射出成形機１
を駆動すると、その軽合金材料はホッパ４からシリンダ
バレル２内に供給される。そして、油圧モータ９によっ
てスクリュウ３が回転駆動されることにより、その材料
はシリンダバレル２の前方へ送られる。その間に、固体
状の軽合金材料は摩擦熱や剪断熱、及びヒータ５によっ
て外部から加えられる熱により溶融する。このようにし
てシリンダバレル３の前方に送られた溶融状態の材料
は、シリンダバレル３の先端部に蓄えられ、それに伴っ
てスクリュウ３が後退することにより、計量される。そ
の計量値があらかじめ設定器１９に設定された大きさに
達すると、それが位置センサ１７によって検出され、射
出成形機１の制御装置（図示せず）によりスクリュウ３
の回転が停止される。そして、ノズル６が金型７にタッ
チする位置まで射出成形機１が移動される。

【００２０】一方、アキュムレータ１１には、ポンプ１
２から供給される圧油が、圧力制御装置である比例圧力
制御弁１３によって所定の圧力に制御されて供給され
る。その圧力の大きさは、あらかじめ設定器１９に設定
されたスクリュウ３の計量ストローク及び射出充填圧力
のうちの射出終了時圧力、すなわち要求保圧切換圧力に
基づいて、演算装置１８により上述のようにして算出さ
れる。そして、その算出値に応じて駆動回路２１が指令
信号を出力し、その指令信号によって比例圧力制御弁１
３が駆動される。こうして、アキュムレータ１１には、
演算装置１８によって算出された圧力の作動油が蓄えら
れる。

【００２１】このようにして、射出準備が完了する。射
出成形機１の制御装置は、次いで、流量制御弁１４を開
く。それによって、アキュムレータ１１に蓄圧された圧
油が射出用油圧シリンダ１０の油圧室１５に供給され
る。その結果、スクリュウ３が軸方向前方に高速駆動さ
れ、シリンダバレル２の先端部において計量された溶融
状態の軽合金材料がノズル６を通して金型７のキャビテ
ィ８内に射出される。

【００２２】射出が終了すると、そのときアキュムレー
タ１１が発生する圧力を保持したまま、保圧工程に切り
換えられる。その場合、アキュムレータ１１の蓄圧圧力
が上述のようにして定められているので、射出終了時に
おける保圧切換圧力は、設定器１９に設定されている射
出終了時圧力、すなわち要求保圧切換圧力となるはずで
ある。そこで、射出成形機１の制御装置は、その保圧切
換圧力を基準として以後の保圧圧力を制御する。こうし
て、保圧圧力を加えながら金型７のキャビティ８内の軽
合金材料を冷却固化させる。冷却固化が完了すれば、金
型７を開いて成形品を取り出す。それによって、所望の
形状の軽合金製品を得ることができる。

【００２３】連続して射出成形を行う場合には、このよ
うにして射出成形を行ったときの射出終了時におけるア
キュムレータ圧が圧力センサ１６によって検出される。
そして、その検出圧力と設定器１９に設定されている射
出終了時圧力とが演算装置１８において比較され、次の
射出成形サイクルでアキュムレータ１１に蓄圧する圧力
が補正される。例えば実際の射出終了時圧力が設定圧力
よりも低かった場合には、アキュムレータ１１に蓄圧す
る圧力を、上述のようにして算出された算出値よりも高
くする。射出成形が連続して行われる場合には、各射出
成形サイクルごとに射出条件が変化していくとしても、
その変化は緩やかであると考えられるので、そのように
してアキュムレータ蓄圧圧力を補正することにより、射
出終了時の圧力が正確に保たれる。

【００２４】このように、前回の射出成形サイクルにお
ける射出終了時圧力により次回のアキュムレータ蓄圧圧
力を補正する、という方法を用いれば、２回目以降の射
出成形サイクルにおける射出終了時圧力が正確に制御さ
れるようになるので、１回目の射出により成形される製
品は不良品であってもよいとすれば、１回目の射出成形
サイクルにおいてアキュムレータ１１に蓄圧する圧力は
それほど正確に設定する必要がない。したがって、その
場合には、必ずしも上述のような計量ストロークに基づ
く算出値を用いる必要はなく、作業者の勘などに基づい
て射出終了時のアキュムレータ圧を予測し、１回目のア
キュムレータ蓄圧圧力を定めるようにすることもでき
る。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、射出終了時にアキュムレータが発生する圧力
が要求保圧切換圧力となるように、そのアキュムレータ
に蓄圧する圧力の大きさをあらかじめ制御するようにし
ているので、射出用油圧シリンダへの圧油供給源として
アキュムレータを用いているにもかかわらず、射出終了
時の作動圧力を安定したものとすることができる。した
がって、そのまま保圧工程に移行しても、成形品にバリ
が生じたり、射出成形機や金型が損傷したりすることが
なくなり、品質の高い成形品を長期間にわたって安定し
て得ることが可能となる。また、そのように射出用油圧
シリンダへの圧油供給源としてアキュムレータを用いる
ことが可能となるので、高速射出が要求される軽合金製
品の射出成形に適した方法及び装置とすることができ
る。しかも、アキュムレータに蓄圧する圧力の制御には
高速応答性は求められないので、その圧力制御装置とし
ては安価な比例圧力制御弁などを用いることができる。
したがって、装置全体を安価で故障の少ないものとする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による軽合金材料射出成形装置の一例を
示す概略構成図である。

【図２】アキュムレータが発生する圧力とスクリュウ位
置との相関関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 射出成形機 ２ シリンダバレル ３ スクリュウ ７ 金型 ８ キャビティ １０ 射出用油圧シリンダ １１ アキュムレータ １３ 比例圧力制御弁（圧力制御装置） １４ 流量制御弁 １６ 圧力センサ １７ 位置センサ １８ 演算装置 １９ 設定器

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体状の軽合金材料を、射出成形機のシ
   リンダバレル内に投入して、その射出成形機のスクリュ
   ウを回転駆動することにより、前記シリンダバレル内に
   おいて溶融させながらその前方に送って計量し、その計
   量値が所定の大きさに達したとき、射出用油圧シリンダ
   にアキュムレータから圧油を供給することにより、前記
   スクリュウを軸方向前方に駆動して、計量された溶融状
   態の軽合金材料を金型のキャビティ内に射出し、その
   後、保圧圧力を加えながら冷却することにより、軽合金
   材料を所望の形状に成形する軽合金材料の射出成形方法
   において；前記アキュムレータが射出終了時に発生する
   作動油圧力を予測して、その油圧力が要求保圧切換圧力
   となるように、あらかじめ前記アキュムレータに蓄圧す
   る油圧力を変化させることを特徴とする、 軽合金材料の射出成形方法。
2. 【請求項２】 前記アキュムレータが射出終了時に発生
   する作動油圧力の予測を、前記スクリュウによる計量値
   に基づいて行うことを特徴とする、 請求項１記載の射出成形方法。
3. 【請求項３】 前記射出成形機により軽合金材料の射出
   成形を行い、その射出終了時に前記アキュムレータが発
   生する油圧力を検出して、その検出圧力と要求保圧切換
   圧力とを比較することにより、次の射出成形サイクルに
   おいて前記アキュムレータに蓄圧する油圧力を補正する
   ことを特徴とする、 請求項１又は２記載の射出成形方法。
4. 【請求項４】 射出用油圧シリンダによりスクリュウを
   軸方向前方に駆動して、シリンダバレルの先端部に蓄え
   られて計量された溶融材料を射出する射出成形機と、 前記スクリュウを軸方向に駆動するために前記射出用油
   圧シリンダに圧油を供給する蓄圧圧力可変のアキュムレ
   ータと、 そのアキュムレータに蓄えるべき蓄圧圧力を算出する演
   算装置と、 前記アキュムレータへの蓄圧圧力を、前記演算装置によ
   り求められた大きさに制御する圧力制御装置と、を備え
   ていることを特徴とする、軽合金材料の射出成形装置。