JP3500451B2

JP3500451B2 - 金属材料の射出成形方法

Info

Publication number: JP3500451B2
Application number: JP27935699A
Authority: JP
Inventors: 孝浩小林; 守宮川
Original assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Current assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2004-02-23
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP2001105114A

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、低融点の非鉄金
属を完全に溶融して、液相状態で射出成形する際の金属
材料の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】低融点の非鉄金属（例
えば鉛、亜鉛、錫、アルミニウム、マグネシウム或いは
その合金等）を、インラインスクリュ式射出装置を採用
して、プラスチック材料の場合と同様に、加熱筒の後部
から供給された粒状の金属材料を、スクリュ回転により
加熱筒の前方へと移送しつつ加熱溶融して、加熱筒の前
室に計量したのち、射出用のスクリュ前進により加熱筒
先端のノズルから金型に射出することが試みられてい
る。

【０００３】また溶融は計量の容易性から液相と固相と
が混在した半溶融又は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成形を行うよう
にしている。しかしながら、金属でも液相と固相とが混
在した中間領域では、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。

【０００４】このような半溶融状態による射出成形の課
題は、金属材料を液相線以上の温度で完全溶融すること
により解決されるが、液相状態では溶融粘度が著しく低
下するために、溶融金属とスクリュの境界面における摩
擦係数が、溶融金属と加熱筒内壁との境界面の摩擦係数
よりも小さくなって、スクリュ回転による前方への移送
が、溶融粘度が高いプラスチックのようにスムーズに行
われず、またプラスチックに比べて重力の影響を受け易
いなどのことから、加熱筒の前室上部に気層が生じ易
く、これが計量不足の原因となって安定した射出成形が
困難となったり、又は製品中の気泡の発生要因となる等
の課題を有する。

【０００５】この前室内の気層は、スクリュを前進移動
して蓄積した液相状態の金属材料を圧縮することにより
スクリュ側に除くことができるが、それに伴い圧縮分だ
け射出ストロークが短くなる。しかし圧縮後の射出スト
ロークが許容範囲であれば、そのストローク範囲で多段
階に行われる速度及び圧力のプロセス制御が可能となる
が、許容範囲よりも短い射出ストロークの場合には計量
不足となって成形不良を来すことになる。

【０００６】この発明の目的は、金属材料を液相状態で
加熱筒の前室内に蓄積した際に生じがちな気層を、スク
リュの前進移動により除去するものであっても、スクリ
ュの前進過程における射出圧力が設定圧力に達したとき
のスクリュ位置を記憶し、その位置を射出プロセス制御
の起点として予め設定されている速度・圧力切換位置の
計算結果と射出ストロークとの対比から、常に安定した
計量の下に射出成形を行い得る新たな金属材料の射出成
形方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的によるこの発明
は、先端にノズルを有し後部に供給口を有する加熱筒内
に、スクリュを回転かつ軸方向に移動自在に備えた射出
装置を用い、そのスクリュを材料蓄積後の射出開始位置
から射出圧力が設定圧力に達するまで所定の速度・圧力
で前進移動し、その前進過程で射出圧力が設定圧力に達
した位置を射出プロセス制御起点として記憶し、その位
置から予め設定されている以後の幾つかの速度・圧力に
多段にプロセス制御して、液相状態で計量した金属材料
をスクリュの前進移動により上記ノズルから射出するに
あたり、上記射出プロセス制御起点から予め設定されて
いる以後の幾つかの速度・圧力切換位置を計算し、それ
ら各切換位置の計算結果が、スクリュの充填完了位置ま
での許容射出ストローク内であるときには、速度・圧力
のプロセス制御により射出充填を行い、該許容射出スト
ロークを超える場合は、計量不足として射出成形を中止
する、というものである。

【０００８】また上記スクリュは、先端に射出用のプラ
ンジャを備え、そのプランジャは上記加熱筒の先端部内
に縮径して形成した前室と略同径で、前室内の液相状材
料の逆流が殆ど生じない程度の摺動クリアランスを確保
して、前室に進退自在に挿入可能に形成されている、と
いうものでもある。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１及び図２は、通常構成の射出
装置によるこの発明の射出成形方法の１実施形態を説明
するものであつて、図中１は加熱筒で、図では省略した
が、外周囲にバンドヒータが一定間隔ごとに取付けた通
常のものからなり、内部には射出用のスクリュ２が回転
かつ軸方向に移動自在に備える。また加熱筒１の先端は
ノズル３を有する先端部材４により閉塞されており、後
部には粒状の金属材料の供給口５が設けてある。

【００１０】上記スクリュ２は、円錐状形の先端部の外
周に逆流防止用のリングバルブ６を進退自在に嵌合した
通常のもので圧縮部を有せず、同一軸径の軸部周囲に旋
回形成したフライト間の所定ピッチのねじ溝により、上
記供給口５からの粒状の金属材料をスクリュ回転により
加熱筒前方へと移送する構造からなる。なお、図では省
略したが、上記射出スクリュ２の軸方向移動及び回転駆
動は、通常構成の射出装置に採用されている油圧又は電
気による駆動装置を採用して行われる。

【００１１】図１は、射出後のスクリュ２の後退位置に
おける金属材料の溶融状況を略示するものであって、後
部から粒状材料ａ、半溶融状材料ｂ、液相状材料ｃの各
状態にあり、半溶融状材料ｂから液相状材料ｃにわたる
上層部には気相ｄが生じている。

【００１２】これらの状態から金属材料は、スクリュ回
転により先ず粒状材料ａとして加熱筒前方へと順次ねじ
リードにより移送され、その途中で外部加熱により溶融
して固相と液相とが混在した半溶融状材料ｂとなる。半
溶融状材料ｂでは、さらなる加熱により液相率が高まる
と、湯のように粘度が低い液相状材料ｃのみがスクリュ
回転によりスクリュ２の前部周囲に一次的に蓄えられ
る。

【００１３】このスクリュ２の前部周囲に蓄えられた液
相状材料ｃは、上記ノズル２を金型７にノズルタッチし
た状態で、前進位置のスクリュ２を後方に設定距離だけ
強制後退することによって前室１ａに蓄積される。また
ノズル先端内は残存して冷却固化した金属材料により閉
塞されたままとなる。

【００１４】上記強制後退はスクリュ２を回転しながら
後方に引っ張って行う。この際、前室１ａではノズル先
端が塞がれていることから、負圧状態（減圧又は真空状
態）となって、閉弁状態のリングバルブ６が引き戻され
て開弁すると同時に、スクリュ２の前部周囲に蓄えられ
た液相状材料ｃが、吸引とスクリュ回転とにより前室１
ａに流れ込んで蓄積される。

【００１５】後退位置でスクリュ２は移動停止となる
が、スクリュ回転は背圧力をかけて継続される。これに
よりスクリュ後部では先ず供給口５からの粒状材料ａが
スクリュ２の回転により加熱筒前方へと順次ねじリード
されて移送され、その途中で外部からの加熱により溶融
して固相と液相とが混在した半溶融状材料ｂとなる。

【００１６】半溶融状材料ｂの液相率が高まると、湯の
ように粘度が低い液相状材料ｃのみがスクリュ２の回転
によって、スクリュ２の前部周囲に次回の成形のために
一次的に蓄えられるようなる。また前室１ａに蓄積され
た液相状材料ｃに不足があるような場合には、その不足
分が補われるようになる。

【００１７】上記スクリュ２を設定回転数だけ回転した
のち、上記停止位置を、図２に示す射出開始位置（Ｓ
₀ ）として速度Ｖ₁ （低速）と圧力Ｐ₁ （低圧）により
スクリュ２を前進移動すると、スクリュ先端により前室
１ａに蓄積された液相状材料ｃが圧迫されて、前室上部
の気層を形成しているエアが閉弁に至らないリングバル
ブ６の内外の隙間からスクリュ２のフライト間に逃出し
てゆく。

【００１８】この逃出はリングバルブ６が材料圧により
後退して閉弁した後においても、加熱筒１とリングバル
ブ６との隙間から行われるので気層はなくなり、前室１
ａの液相状材料ｃの密度が増すようになる。またリング
バルブ６により前室１ａが閉鎖された以後は、液相状材
料ｃの圧縮となって射出圧力が上昇する。

【００１９】上記スクリュ２の前進過程において、射出
圧力が設定圧力に達した位置を計量完了位置及びプロセ
ス制御起点（Ｓ₁ ）として記憶し、その位置から予め設
定されている以後の幾つかの速度・圧力を多段にプロセ
ス制御して、計量した溶融金属の金型７への射出充填と
なるのであるが、そのプロセス制御起点（Ｓ₁ ）は前室
１ａにおける液状状材料ｃの蓄積状態によって常に変化
し、それに伴いプロセス制御起点（Ｓ₁ ）から充填完了
位置までのスクリュ２の射出ストロークにも変化が生じ
て、その射出ストローク内でのプロセス制御が困難とな
る場合が多々ある。

【００２０】そこで、スクリュ２がプロセス制御起点
（Ｓ₁ ）に達したときに、その位置からプロセス制御に
必要な予め設定された以後の幾つかの速度・圧力切換位
置（Ｓ₂ ），（Ｓ₃ ）を計算し、それら各切換位置の計
算結果が、スクリュ２の充填完了位置までの許容射出ス
トローク内であるときには、スクリュ２を途中停止する
このなく、プロセス制御起点（Ｓ₁ ）から、速度Ｖ₂ 、
切換位置（Ｓ₂ ）にて速度Ｖ₃ 、切換位置（Ｓ₃ ）にて
圧力Ｐ₂ などの制御を受けながら設定位置まで前進移動
して射出充填を行う。

【００２１】また計算結果が、スクリュ２の充填完了位
置までの許容射出ストロークを超える場合は、その射出
ストローク内でのプロセス制御は困難となるため、直ち
にスクリュ２の前進移動が停止され、計量不足として射
出成形を中止する。そしてスクリュ２は、元の停止位置
まで後退移動され、停止後に再計量として設定回数のス
クリュ回転が行われて前室１ａに液相状材料ｃが補充さ
れる。その後に再び工程が射出充填に切り換えられ、ス
クリュ２は回転を停止して前進移動を開始し、前記と同
様な工程をへて計量した溶融金属の射出充填となる。

【００２２】図３は、先端を射出用のプランジャに形成
して、上記リングバルブ６を省略したスクリュを備えた
射出装置による場合の実施形態を示すものである。

【００２３】この射出装置の加熱筒１は、先端部内を所
要長さにわたり加熱筒内径に対して８〜１５％ほど縮径
して、計量用の前室１ａに形成したものからなる。また
先端は前記実施形態と同様にノズル３を有する先端部材
４により閉塞してある。

【００２４】加熱筒１の内部に回転かつ軸方向に移動自
在に内装したスクリュ２は、先端に射出用のプランジャ
８を備えている。このプランジャ８の直径は、上記前室
１ａと略同径に形成されており、これによりプランジャ
８は液相状材料ｃの逆流が殆ど生じない程度の摺動クリ
アランスを確保して、前室１ａに進退自在に挿入されて
いる。

【００２５】またプランジャ８の先端部９は、上記前室
１ａの漏斗状の先端部と適合するテーパ面の円錐形に形
成され、そのテーパ面と軸部前部とにわたって複数の流
通溝１０が一定間隔ごとに凹設してある。なお、流通溝
１０は必ずしも必要というものではなく、スクリュ２の
後退位置が図示の位置よりも後方で、先端部９の周囲に
流通間隙が形成される場合には省略することができる。

【００２６】上記スクリュ２は、上記プランジャ８の先
端部９がプロセス制御により充填完了位置に達するまで
上記前室１ａを前進移動して、そこに計量された液相状
材料ｃをクッションとしての所要量を残して全て金型７
に射出充填する。射出後のスクリュ２は、上記プランジ
ャ８の先端部９の流通溝１０が、加熱筒前室と前室１ａ
との境界に位置するところまで回転することなく強制後
退して停止する。この強制後退は前記と同様にノズルタ
ッチした状態で行われる。

【００２７】上記停止位置においてスクリュ２は背圧を
掛けながら回転し、これにより材料移送と溶融とが前記
と同様に行われて、液相状材料ｃはプランジャ８と共に
回転するスクリュ２により、スクリュ先方へと送り込ま
れるようになる。スクリュ７のフライト間のねじ溝から
プランジャ８の周囲へと流動してきた液相状材料ｃは、
上記流通溝１０から前室１ａへと、順次流れ込んで蓄積
されることになる。

【００２８】この場合でも、液相状材料ｃは粘度が極め
て低く、また重力の影響から沈み易いために、前室１ａ
の上部に気層（図示せず）が生じ易く、これが液相状材
料ｃの計量不足や製品中の気泡の発生要因となるのであ
るが、この気層はスクリュ２により除去される。

【００２９】スクリュ２を設定回転数だけ回転したの
ち、上記停止位置を、図３に示す射出開始位置（Ｓ₀ ）
として速度Ｖ₁ と圧力Ｐ₁ によりスクリュ２を前進移動
すると、先ず上記プランジャ８により前室１ａの液相状
材料ｃが圧迫されて、前室上部の気層を形成するエアが
先端部９の流通溝１０からプランジャ周囲に排出され、
さらにスクリュ周囲へと逃出してゆく。

【００３０】この逃出はプランジャ８の軸部前部により
前室１ａが完全に塞がれた後も、加熱筒１とプランジャ
８との僅かな隙間より行われ、その間に気層が液相状材
料ｃにより前室１ａから押し退けられて無くなり、また
蓄積された液相状材料ｃの密度が増すようになる。これ
によりプランジャ８の先端部９により前室１ａが閉鎖さ
れた以後は、蓄積した液相状材料ｃの圧縮となって射出
圧力が上昇する。

【００３１】このスクリュ２の前進過程において、射出
圧力が設定圧力に達した位置を計量完了位置及びプロセ
ス制御起点（Ｓ₁ ）として記憶し、その位置から速度・
圧力が多段にプロセス制御されて、計量した液相状材料
ｃの金型７への射出充填となる。以下、スクリュ２がプ
ロセス制御起点（Ｓ₁ ）に達した後の工程は、図２によ
り説明する前記実施形態と同様で重複するので、その詳
細な説明は省略する。

【００３２】この発明は上述のように、スクリュの前進
過程で射出圧力が設定圧力に達した位置を、射出プロセ
ス制御起点として、その位置から以後の幾つかの速度・
圧力切換位置の計算と、それら各切換位置の計算結果と
スクリュの充填完了位置までの射出ストロークとの対比
判断から、射出成形の中止か否かを決定することから、
成形材料が融点の低い非鉄金属で、液相線以上の温度に
完全溶融された液相状態であっても、計量不足を生ずる
ことなく射出成形により成形精度に優れた製品を、プロ
セス制御を採用して容易に安定成形することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係わる金属材料の射出成形方法の
実施に用いられる射出装置の略示断面図である。

【図２】この発明の射出成形方法の説明図である。

【図３】リングバルブを省略した他の実施形態のスク
リュを備えた射出装置によるこの発明の説明図である。

【符号の説明】

１加熱筒１ａ前室２スクリュ３ノズル４先端部材５供給口６リングバルブ７金型８プランジャ９先端部１０流通溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 17/20,17/30,17/32 B29C 45/77

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】先端にノズルを有し後部に供給口を有す
る加熱筒内に、スクリュを回転かつ軸方向に移動自在に
備えた射出装置を用い、そのスクリュを材料蓄積後の射
出開始位置から射出圧力が設定圧力に達するまで所定の
速度・圧力で前進移動し、その前進過程で射出圧力が設
定圧力に達した位置を射出プロセス制御起点として記憶
し、その位置から予め設定されている以後の幾つかの速
度・圧力に多段にプロセス制御して、液相状態で計量し
た金属材料をスクリュの前進移動により上記ノズルから
射出するにあたり、上記射出プロセス制御起点から予め設定されている以後
の幾つかの速度・圧力切換位置を計算し、それら各切換位置の計算結果が、スクリュの充填完了位
置までの許容射出ストローク内であるときには、速度・
圧力のプロセス制御により射出充填を行い、該許容射出ストロークを超える場合は、計量不足として
射出成形を中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】上記スクリュは、先端に射出用のプラン
ジャを備え、そのプランジャは上記加熱筒の先端部内に
縮径して形成した前室と略同径で、前室内の液相状材料
の逆流が殆ど生じない程度の摺動クリアランスを確保し
て、前室に進退自在に挿入可能に形成されていることを
特徴とする請求項１記載の金属材料の射出成形方法。