JP3262220B2 - 金属材料の溶融射出装置及び金属材料の完全溶融射出成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、金属材料の溶融
混練と金型への射出充填とを２工程に分けて行う金属材
料の完全溶融射出成形方法に関するものである。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】粒状の金属材料を、加
熱シリンダ内のスクリュの回転により溶融混練しつつシ
リンダ前部に移送して計量（蓄積）し、溶融状態の計量
材料をスクリュの前進移動により金型に射出充填して、
所望の金属製品に成形するという方法及び装置が知られ
ている。

【０００３】このような溶融射出成形は、金属材料とし
て比較的融点が低い鉛、錫、アルミニウム、マグネシウ
ム等の低融点金属の成形に応用されているが、溶融は計
量の容易性から液相と固相とが混在した半溶融、半凝固
スラリー状態までとし、そのような状態となる温度を維
持して射出充填を行うようにしている。

【０００４】しかしながら、金属でも液相と固相とが混
在した溶融領域では、チキソトロピー性（揺変性）があ
るため、攪拌状態もしくは攪拌停止後の静止時間によっ
ても溶融粘度に変化が生じ易く、また僅かな温度変化が
混練に大きな影響を与えることから、良品を成形するた
めには溶融から射出充填に至る温度及び時間等の設定と
管理に高度な技術を要する。

【０００５】一部では、スクリュによる金属材料の溶融
と、プランジャによる金型への射出充填とを分けて行う
成形方法と装置とを採用して、溶融混練と供給計量の安
定化を図っているが、スクリュ側からプランジャ側への
流動過程に問題があって温度低下を招き易く、プランジ
ャ側に供給計量された溶融金属に温度むらが生ずると云
う課題を有する。

【０００６】このような半溶融状態による射出成形の課
題は、金属材料を液相線温度以上に完全溶融するように
すれば解決されるところであるが、完全溶融では溶融粘
度が低下するために、溶融金属によるスクリュの回転抵
抗も小さくなつて、スクリュ背圧力の付与が難しくな
り、スクリュ後退にもバラツキが生ずることから、計量
材料の密度が充分に満たされない状態で計量完了とな
り、その状態での射出では充填量の不足を来すという新
たな課題を有する。

【０００７】また溶融状態の金属は酸化し易く、その殆
どが粒状の金属材料とともに取り込まれた空気中の酸素
により溶融混練時に酸化しないように、不活性ガスの注
入を行うようにしているが、その不活性ガスは製品内の
巣の原因ともなるので、加熱シリンダ後部の供給部に注
入した不活性ガスをシリンダ中間部のベントにより強制
的に脱気したり、或いは射出シリンダの傾斜を利用して
シリンダ後部から脱気を行うなどして、不活性ガスによ
る製品不良の発生を防止している。

【０００８】ベントによる脱気は溶融混練状態によって
その効果が左右され、また射出シリンダの斜設による脱
気は、ノズル先端が金型のスプルブッシュに対して斜め
に位置するため、ノズルタッチに難点がある。

【０００９】この発明は、上記半溶融または半凝固スラ
リー状態での金属材料の射出成形における課題を解決す
るために考えられたものであって、傾斜した溶融供給装
置と水平な射出装置とにより、金属材料の溶融混練と金
型への射出充填とを２工程に分けて行えるようにして、
融粘度の低下から供給計量が困難とされている液相線温
度以上の完全溶融による金属材料の射出成形を、供給計
量に至る間の温度維持と脱気とにより、粘度低下に影響
されず常に安定した状態で行い得る金属材料の完全溶融
射出成形方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的によるこの発明
のは、先端にノズルを有する射出シリンダ内に、射出用
のプランジャを進退自在に内装した射出装置と、溶融シ
リンダ内に金属材料を溶融混練するスクリュを回転自在
に内装した溶融供給装置と、孔径を小さく制限して外周
の加熱部材により溶融金属を液相線以上の温度に維持可
能な流通路を中央に有する連結部材とからなり、上記射
出装置と上記溶融供給装置とを、台座を共有にして射出
装置は水平に、溶融供給装置は射出装置の側部に溶融シ
リンダの先端側を下向きに傾斜させて並設するととも
に、その溶融シリンダの先端と射出シリンダの先端部と
を、両側面にわたり水平に配設した上記連結部材により
連結し、上記流通路を経て溶融供給装置から上記プラン
ジャの前面の射出シリンダ内に溶融金属を供給計量でき
るように構成した溶融射出装置を用い、上記溶融供給装
置内のスクリュの回転により、金属材料を液相線以上の
温度に完全溶融して混練するとともに、溶融供給装置の
傾斜を利用して脱気及び外気の侵入を防止しつつ溶融金
属を先方へ移送し、その溶融金属を液相線以上の温度に
維持可能な上記流通路を経て、水平な上記射出装置のプ
ランジャ前面に供給計量したのち、該プランジャの前進
により溶融金属を液相線以上の温度で射出する、という
ものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】図中１は射出装置、２は射出装置
１の側部に台座３を共有にして斜めに並設した溶融供給
装置で、両装置の先端部間には中央部に孔径を小さく制
限して穿設した流通路４を有する連結部材５が配設して
ある。

【００１２】上記射出装置１は射出用のプランジャ１０
を進退自在に内装し、かつ先端にノズル１１を備える射
出シリンダ１２と、その射出シリンダ１２の後端部を保
持する装置本体１３の後端に取付けて、内部のピストン
を上記プランジャ１０に連結した射出用の油圧シリンダ
１４とから構成され、射出シリンダ１２のプランジャ前
進限に当たる先端部の側壁に、上記流通路４の一部をな
す流入路１５が穿設してある。

【００１３】上記溶融供給装置２は、溶融混練用のスク
リュ２０を回転及び進退自在に内装し、かつブロック状
の先端に上記流通路４の一部をなす流出路２１を有する
溶融シリンダ２２と、その溶融シリンダ２２の後端部を
保持する装置本体２３の後部に取付けて、駆動軸を上記
スクリュ２０の後端に連結したスクリュ進退装置付き回
転駆動装置２４とから構成され、上記装置本体２３のシ
リンダ保持部分に金属材料の供給口２５が設けてある。

【００１４】上記スクリュ２０の先端には、先端形状が
円錐形できのこ形の弁体による逆止弁２６が取付けてあ
る。この逆止弁２６が位置する溶融シリンダ２２の先端
部内は弁体先端と対応する凹所に形成されて、該逆止弁
２６の周囲に上記流出路２１と連通する所要の間隙によ
る流路を形成している。また逆止弁２６の傾斜後面が臨
むシリンダ側には環状の弁座２７が設けてあり、この弁
座２７に逆止弁２６がスクリュ２０の僅かな後退により
接したときに流路が遮断されて閉弁し、また前進により
離れたときに開弁するようにしてある。

【００１５】上記射出装置１と溶融供給装置２は、機台
上のガイドバー７に両側を挿通して進退自在に設けられ
た上記台座３の上に、射出装置１は装置本体１３を直接
設置して水平に、溶融供給装置２は溶融シリンダ２２の
先端側が下向きに傾斜するように、ねじ６ａと楔６ｂ等
により傾斜調整可能な斜台６を介し装置本体２３を設置
して互いに並設され、上記連結部材５による射出シリン
ダ１２の先端部側面と溶融シリンダ２２の先端側面との
連結により、溶融供給装置２から射出装置１に溶融金属
の供給が行えるようにしてある。

【００１６】また溶融供給装置２の並設により上部が開
放された射出装置１の装置本体１３の上面１３ａ，１３
ｂは平坦面に形成されて、バルブ装置などの設置に利用
できるようにしてあり、これにより装置周辺の簡素化が
計らえるようにしてある。なお、図では省略したが、射
出シリンダ１２及び溶融シリンダ２２と連結部材５は外
周にバンドヒータを備え、そのバンドヒータによりどの
位置においても液相線以上の温度維持ができるようにし
てある。

【００１７】上記構成による溶融射出装置において、上
記供給口２５から粒状の金属材料を溶融シリンダ２２に
給送すると、バンドヒータによる溶融シリンダ側の高温
加熱とスクリュ２０の回転により金属材料は溶融混練さ
れ、液相線以上の温度に溶融されながらスクリュ先端へ
と送られる。また液相線以上の温度では粘度が低下して
スクリュ回転による移送が不安定となりがちであるが、
傾斜した溶融シリンダ内では溶融金属の自重による下方
への移動が加わって一定化するので、液相線以上の温度
まで溶融を行っても、常にスクリュ回転による一定量の
溶融金属の供給が可能となる。

【００１８】またシリンダ先端側を下向きに低く設定し
た傾斜によって、溶融金属内のガスはスクリュ２０の回
転による攪拌作用と比重差とにより溶融シリンダ２２の
後部へと押出されて、シリンダ後端の開口から除去され
ることになる。したがつて、材料給送時に混入した空気
や酸化防止のために注入された不活性ガスなどは、溶融
金属がスクリュ先端に達するまでに除去されることにな
る。

【００１９】溶融シリンダ２２から順次送り出された溶
融金属は、外周囲のバンドヒータによる連絡部材５の加
熱と孔径の制限とによって液相線以上の温度に維持され
た上記流通路４を経て、上記射出シリンダ１２の前進位
置にある上記プランジャ１０の前面に流入する。この流
入はスクリュ２０の回転により生ずる圧力により強制的
に行われ、プランジャ１０は材料圧を受けて後退移動す
る。このプランジャ後退によりシリンダ前部内が拡大さ
れて溶融金属の計量（蓄積）が行われるようになり、そ
の後退が設定位置に達したときに計量が停止される。ま
た計量された溶融金属は射出シリンダ１２においても外
周のバンドヒータによる加熱により、液相線以上の温度
に維持される。

【００２０】この計量停止と同時に、スクリュ２０の回
転が停止されて流通路４の閉弁となる。この閉弁はスク
リュ２０の後退によるものであるから、弁体前面側の溶
融金属の押出はないのでプランジャ１０の計量停止位置
が安定する。この結果、射出シリンダ１２のプランジャ
前面に予め設定された分量の溶融金属が蓄積され、その
後に計量した溶融金属の射出が行われる。

【００２１】上記逆止弁２６を閉じた状態でプランジャ
１０を前進移動すると、射出シリンダ内の溶融金属はノ
ズル１１から金型（図示せず）に射出充填される。プラ
ンジャ１０による射出圧力は上記流通路４に残存してい
る溶融金属を介して溶融シリンダ側にも作用するように
なる。しかし逆止弁２６は閉弁状態にあるので溶融シリ
ンダ側への溶融金属の逆流は防止され、計量した溶融金
属の全量が液相線以上の温度に維持され状態でノズル１
１から射出される。

【００２２】上述のように、この発明の金属材料の溶融
射出装置では、射出装置の側部に斜設した溶融供給装置
により金属材料を液相線以上の温度に完全溶融し、その
溶融温度を水平な射出装置による射出充填の完了まで維
持できるように構成したので、常に溶融金属の粘度を一
定に保つことができる。また液相線以上の温度による溶
融で粘度が低下しても、傾斜した溶融シリンダ内での溶
融混練により、金属材料の自重による流動をもってスク
リュ回転による移送を補うことができるので、射出装置
側への供給量のバラツキも改善され、安定計量を行うこ
とができる。

【００２３】また傾斜により溶融金属中のガスの除去も
容易に行えるので、不活性ガスの注入による酸化防止に
際しても都合がよく、傾斜角度も射出装置に関係なく金
属材料に応じて任意に変更できるので、水平に設置した
射出装置によるノズルタッチにも影響を与えず、これま
で困難とされていた液相線温度以上に完全溶融した金属
材料の金型への射出充填を確実に行い得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る金属材料の溶融射出装置の一
部縦断正面図である。

【図２】 同上の平面図である。

【図３】 同上の背面図である。

【符号の説明】

１ 射出装置 ２ 溶融供給装置 ３ 台座 ４ 流通路 ５ 連結部材 ６ 斜台 １０ 射出用のプランジャ １１ ノズル １２ 射出シリンダ １３ 装置本体 ２０ 溶融混練用のスクリュ ２２ 溶融シリンダ ２３ 装置本体 ２５ 供給口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 祐司 長野県埴科郡坂城町大字南条2110番地 日精樹脂工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平９−155526（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−108805（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−156519（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 17/20 B22D 17/30 B29C 45/54

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端にノズルを有する射出シリンダ内
   に、射出用のプランジャを進退自在に内装した射出装置
   と、溶融シリンダ内に金属材料を溶融混練するスクリュ
   を回転自在に内装した溶融供給装置と、孔径を小さく制
   限して外周の加熱部材により溶融金属を液相線以上の温
   度に維持可能な流通路を中央に有する連結部材とからな
   り、上記射出装置と上記溶融供給装置とを、台座を共有
   にして射出装置は水平に、溶融供給装置は射出装置の側
   部に溶融シリンダの先端側を下向きに傾斜させて並設す
   るとともに、その溶融シリンダの先端と射出シリンダの
   先端部とを、両側面にわたり水平に配設した上記連結部
   材により連結し、上記流通路を経て溶融供給装置から上
   記プランジャの前面の射出シリンダ内に溶融金属を供給
   計量できるように構成した溶融射出装置を用い、 上記溶融供給装置内のスクリュの回転により、金属材料
   を液相線以上の温度に完全溶融して混練するとともに、
   溶融供給装置の傾斜を利用して脱気及び外気の侵入を防
   止しつつ溶融金属を先方へ移送し、その溶融金属を液相
   線以上の温度に維持可能な上記流通路を経て、水平な上
   記射出装置のプランジャ前面に供給計量したのち、該プ
   ランジャの前進により溶融金属を液相線以上の温度で射
   出することを特徴とする金属材料の完全溶融射出成形方
   法。