JP3502575B2

JP3502575B2 - 金属成形品成形用金型

Info

Publication number: JP3502575B2
Application number: JP18484199A
Authority: JP
Inventors: 敏昭比枝
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2004-03-02
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: JP2001009562A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネシュウム合
金、アルミニウム合金、亜鉛合金、銅合金、鉛合金等の
低融点合金材料のチクソ状態の性質を利用して金属成形
品を射出成形により得る、金属成形品成形用金型に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、マグネシュウム合金、アルミニ
ウム合金等の低融点合金材料を固液共存状態で激しく撹
拌すると、樹脂状晶すなわちデンドライドの形成が抑制
され、破壊された退化樹脂状晶の微細な粒状の個体と液
体とが共存した状態であるチクソ状物質が得られる。こ
のような固液共存状態であるチクソ状物質を短時間に形
成凝固すると、高温で完全に溶解した従来のダイキャス
ト法によって得られる合金製品に比較して、凝固による
収縮率が小さく、引け巣の少ない、且つ非常に微細な結
晶粒を持った金属成形品が得られる。このようなチクソ
状物質の性質を利用した金属成形品の射出成形機は従来
周知で、概略的には加熱シリンダと、この加熱シリンダ
内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているス
クリュとから構成されている。また、金型は、固定側金
型と、この固定側金型に対して型締および型開される可
動側金型とから構成され、これらの金型に金属成形品を
成形するためのキャビテイが形成されている。したがっ
て、スクリュを回転して、低融点合金材料を加熱シリン
ダに供給すると、低融点合金材料はシリンダ内表面およ
びスクリュ外表面との間の摩擦作用、剪断作用等により
生じる熱、加熱シリンダの外部から加えられる熱等によ
り温度が上昇し、固液共存状態のチクソ状態となり、加
熱シリンダの先端部に計量される。スクリュを軸方向に
駆動して、計量された溶融合金材料を金型のキャビテイ
へゲートを介して射出し、冷却固化を待って可動側金型
を開くと金属成形品が得られる。

【０００３】ところで、マグネシュム合金、アルミニウ
ム合金等の低溶融合金材料の凝固時間は、０.００５〜
０.０５秒と短いので、高速充填されるが、断面積の小
さいゲートから広いキャビテイへ射出すると、ゲートを
通過するとき射出圧力が急激に開放されるので、溶融合
金材料は霧状に飛散して充填される。そうすると、充填
時間が長くなり、また金属成形品にガスが巻き込まれや
すく、湯ジワ、ヒケ巣、割れ等の成形欠陥をもたらす。
また、ゲートの断面積が小さいと、ゲートをシールする
時間も短くなる。その結果、流動停止も早まり、キャビ
テイの、ゲートから遠い部位の充填圧力は小さなものと
なり、また保圧力も充分かけられなくなる。そうする
と、未充填すなわちショートショット、ヒケ巣等の欠陥
が生じることになる。そこで、金属成形品成形用金型の
ゲートは、キャビテイの側部に位置する、いわゆるサイ
ドゲート方式が多く採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ゲートがサイドゲート
であると、比較的ゲートの断面積を広く採ることができ
るので、薄い金属成形品に対しては、ある程度上記した
ような欠陥を防ぐことはできる。しかしながら、金属成
形品が肉厚になると、単なるサイドゲートでは、上記の
ような欠陥の発生を抑えることはできない。その理由を
説明する。図３の(イ)〜（ハ）において参照数字３０
は、固定側金型を、３１は可動側金型を、３２はこれら
の金型３０、３１のパーティングラインに形成されてい
るキャビテイを、３３はランナーを、そして３４〜３６
はサイドゲートをそれぞれ示しているが、キャビテイ３
２の厚Ｄ’は、例えば３ｍｍ以上で大きくなっている。
すなわち、金属成形品の肉厚は厚くなっている。そし
て、図３の（イ）に示されている例では、サイドゲート
３４はキャビテイ３２の肉厚の略中間部に開口してい
る。このようなゲート３４によると、溶融金属はゲート
３４で絞られ、そして容積の大きなキャビテイ３２空間
へ一気に圧力が開放されて噴出される。その結果、溶融
合金材料は前述したように霧状に無秩序に飛散して充填
される。この無秩序に飛散している状態は図３の（イ）
において矢印で示されている。また、図３の（ロ）に示
されているように、ゲート３５の下面がキャビテイ３２
の底面と同一面になるゲート３５では、溶融合金材料は
ゲート３５の下面に沿う流れと、分離して渦巻き状にな
る流れとに分かれ、さらには図３の（ハ）に示されてい
るように、ゲート３６がキャビテイ３２の下面より上方
へ向かって開口しているゲート３６によると、ゲート３
６を構成している垂直面３６’に当たり、流れ方向を変
え、またキャビテイ３２の上壁に当たる流れもある。い
ずれにしても、単なるサイドゲート３４〜３６では、溶
融合金材料の流れは無秩序になり、上記したようにヒ
ケ、ガスの巻き込みによる巣等の欠陥が金属成形品に生
じる。

【０００５】また、ゲートのデザインあるいは形状は金
属成形品の品質を左右する重要な因子の一つでもある
が、従来のゲートは固定的で変更ができず、調整ができ
ない欠点もある。さらには、上記したように凝固時間が
短いので、従来のゲートでは、射出速度は３ｍ／ｓｅｃ
以上となり、このような高速で射出すると、ゲート近傍
の溶融合金材料に焼付現象が現れることもある。また、
射出速度が大きいと、溶融合金材料の運動エネルギも大
きく、型締力の大きい、高価な射出成形機が必要とな
り、金型の剛性も特別に考慮しなければならない問題も
ある。本発明は、上記したような従来の問題点、欠点等
を解決した金属成形品成形用金型を提供することを目的
とし、具体的にはヒケ、巣等のない高品質の金属成形品
を得ることができる金属成形品成形用金型を提供するこ
とを目的としている。また、型締力、金型の剛性等に格
別の考慮を払う必要がなく安価に得られる金属成形品成
形用金型を提供することを目的とし、他の発明は、上記
目的に加えてゲートのデザインを容易に変更できる金属
成形品成形用金型を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、ゲ
ートをサイドゲートにすると共に、その幅と厚さとをキ
ャビテイの幅と厚さを略カバーする大きさに選定し、複
数本の制御ピンを前記サイドゲート内に臨むようにして
は設けることにより達成される。サイドゲートを上記の
ような大きさに選定することにより、サイドゲートとキ
ャビテイとの間の急激な断面積の変化が抑えられ、また
複数本の制御ピンによりサイドゲートの断面積が徒に広
くなることが防止される。すなわち、本発明は上記目的
を達成するために、固定側金型と、可動側金型と、複数
本のサイドゲートの断面積制御用の制御ピンとからな
り、前記固定側金型と可動側金型の合わせ面に金属成形
品を成型するためのキャビテイと、このキャビテイに開
口したゲートが設けられている金属成形品成形用金型で
あって、前記ゲートは、前記キャビテイの幅と厚さを略
カバーする大きさのサイドゲートであり、前記複数本の
制御ピンは、前記サイドゲート内に臨むようにして設け
られている。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の金属成形品成形用金型において、サイドゲートは、そ
の幅および厚さは、キャビテイの幅および厚さの、それ
ぞれ９０〜１００％、５０〜１００％であり、請求項３
に記載の発明は、請求項１または２に記載の金属成形品
成形用金型において、複数本の制御ピンは、有効径、長
さ、形状等の物理的性質が異なるものが多種類用意さ
れ、これらの制御ピンが固定側金型または可動側金型に
差し替え自在に設けられるように構成される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は、本実施の形態に係わる金型の要部の断面
図で、図２の（イ）は図１においてＡ−Ａで見た断面図
であるが、これらの図に示されているように本実施の形
態に係わる金属成形品成形用金型は、概略的に固定側金
型１と、可動側金型１０と、複数本の制御ピン２０、２
０、…とから構成されている。固定側金型１は、金型取
付部材７の固定盤８に従来周知の態様で取り付けられ、
可動側金型１０も従来周知の態様で可動盤１１に取り付
けられている。そして、固定側金型１と可動側金型１０
には、その合わせ面に開口する形で、すなわちパーティ
ングラインに開口する形で、キャビテイ２が形成されて
いる。キャビテイ２の厚さＤ、したがって金属成形品の
厚さは、本実施の形態ではで３ｍｍ以上になっている。
キャビテイ２の幅は、格別に限定されることなく、図２
の（イ）に示されているように（Ｗ）になっている。

【０００８】キャビテイ２の１側部にゲートが開口して
いるが、このゲートは本実施の形態ではサイドゲート３
となっている。そして、このサイドゲート３は、図２の
（イ）に示されているように、その両側部にランナー２
８からキャビテイ２に向かってテーパ状に広がっている
テーパ部４、４を有する。これにより、ランナー２８中
の溶融合金材料は、サイドゲート３からキャビテイ２の
方へスムーズに流れることになる。このテーパ部４、４
の先端部の幅あるいはサイドゲート３の幅ｗは、キャビ
テイ２の幅Ｗの７０〜１００％、望ましくは９０〜１０
０％に選定されている。そして、その厚さｄは、キャビ
テイ２の厚さＤの５０〜１００％に選定されている。こ
のような大きさに選定されているサイドゲート３内に、
その制御部２１、２１、…が臨むような形で、複数本の
制御ピン２０、２０、…が可動側金型１０に差し替え自
在に設けられている。なお、キャビテイ２の他側部に
は、幅方向に所定の間隔をいて複数個の小さな小ゲート
５、５、…が開口し、溶融合金材料をキャビテイ２にサ
イドゲート３から充填するとき、ガスその他がこれらの
小ゲート５、５、…を通って、それぞれのオーバフロー
６、６、…へ逃げるようになっている。これにより、溶
融合金材料は密に充填されることになる。

【０００９】図１あるいは図２の（イ）に示めされてい
る実施の形態によると、制御ピン２０は全体が円柱状を
呈し、その直径はサイドゲート３の厚さｄの１〜１.５
倍になっている。一方、可動側金型１０には、サイドゲ
ート３に対応した位置に、サイドゲート３の厚さｄの２
〜４倍のピッチで取付穴１３、１３、…が形成され、こ
れらの取付穴１３、１３、…に複数本の制御ピン２０、
２０、…が差し替え自在に設けられている。制御ピン２
０、２０、…の制御部２１、２１、…の長さ、すなわち
制御ピン２０、２０、…を取付穴１３、１３、…に取り
付けたときのサイドゲート３の中へ出ている部分の長さ
は、サイドゲート３の厚さｄの５０〜９０％になってい
る。なお、図１中の他の符号２５は従来周知のロケート
リングを、２６はスプルーブッシュを、２７はスプルー
を、２８はランナーを、２９、２９、…はエジェクター
ピンをそれぞれ示している。

【００１０】上記実施の形態に係わる金属成形品成形用
金型と共に使用される射出成形機は、図には示されてい
ないが、周知のように１軸または２軸のスクリュを備え
ている。そして、このスクリュは、減速歯車、射出ラム
等からなる駆動装置により回転駆動され、また軸方向に
も駆動されるようになっている。スクリュが内部に設け
られている加熱シリンダは、所定長さを有し、その中央
部より駆動装置側に寄った位置には、低融点合金材料が
供給されるホッパが取り付けられている。加熱シリンダ
の外周部には、その略全長に渡って抵抗ヒータあるいは
誘導ヒータ等からなる温度調節装置が設けられ、これら
の温度調節装置により加熱シリンダの内部の温度が制御
できるようになっている。また、加熱シリンダの先端部
には射出ノズルが設けられている。

【００１１】次に、上記金属成形品成形用金型および射
出成形機を使用した成形例について説明する。温度調
節装置を駆動して、加熱シリンダを低融点合金材料の固
相線温度以上に加温し、加温後は固相線温度以上、液相
線温度以下になるように制御する。スクリュを加熱シリ
ンダの先端まで押し出した状態で回転駆動を開始する。
低融点合金材料は、加熱シリンダ内を先端部へ移送され
る間、固相線温度以上、液相線温度以下に保持されて固
液混合状態にあり、スクリュと加熱シリンダとの隙間を
充満して移送されるので、摩擦接触により激しく混合撹
拌される。その結果、溶融合金材料中にデンドライドが
発生することが阻止されて、チクソ状態が保持されて加
熱シリンダ内を先端部へ移送され、従来周知のようにし
て計量される。

【００１２】可動盤１１を固定盤８に対して型締めす
る。射出成形機の射出ノズルをロケートリング２５にタ
ッチさせ、そうしてスクリュを軸方向に駆動して計量さ
れた溶融合金材料を射出する。溶融合金材料はスプルー
２７、ランナー２８およびサイドゲート２を通ってキャ
ビテイ２に充填される。キャビテイ２中のガス、充填さ
れる溶融合金材料の一部は、小ゲート５、５、…からオ
ーバーフロー６、６、…へ出る。これにより、溶融合金
材料は、キャビテイ２に密に充填される。充填すると
き、溶融合金材料はサイドゲート３を通ってキャビテイ
２に流れるが、サイドゲート３は、前述しような大きさ
に選定されているので、サイドゲート３とキャビテイ２
との間に断面積の大きな変化はない。したがって、サイ
ドゲート３からキャビテイ２へ充填されるときの、溶融
合金材料の急激な圧力の開放もなく、図２の（ハ）にお
いて多数の矢印で示されているように、流れに乱れがな
く充填される。また、複数本の制御ピン２０、２０、…
が設けられているので、サイドゲート３の断面積が必要
以上に広くなることもない。所定時間保圧をかけ、冷却
固化を待って可動盤１１を開く。可動盤１１が所定量開
くと、従来周知のようにエジェクタピン２９、２９、…
が突き出て金属成形品が得られる。以下同様にして成形
する。

【００１３】本実施の形態によると、制御ピン２０、２
０、…の制御部２１、２１、…は、円柱状になっている
が、溶融合金材料の流れ抵抗を考慮した形状、例えば翼
形状に変更し、制御ピン２０、２０、…のピン列に代え
て翼列で実施できることは明らかである。このとき、制
御部２１、２１、…だけを変更すると、可動側金型１０
の取付穴１３、１３、…は共通に利用でき、そのまま取
り付けることができる。また、制御ピン２０、２０、…
の制御部２１、２１、…の大きさ、長さ等の異なる制御
ピンを多種類用意し、キャビテイ２あるいはサイドゲー
ト３の形状に合わせ、これらを適宜選択して取り付ける
こともできる。さらには、本実施の形態によると、複数
本の制御ピン２０、２０、…は可動側金型１０に設けら
れているので、可動側金型１０を開く度に複数本の制御
ピン２０、２０、…も同時に開かれ、ゲートカットがし
やすい利点があるが、固定側金型１の方へ設けても同様
に実施できることも明らかである。なお、制御ピン２
０、２０、…の数を減らしたときは、取付穴１３、１
３、…をメクラ栓で仮に塞いでおくと、元の数に増やす
ことも容易にできる。

【００１４】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、ゲート
はキャビテイの幅と厚さを略カバーする大きさのサイド
ゲートであり、複数本のサイドゲートの断面積制御用の
制御ピンは、前記サイドゲート内に臨むようにして設け
られているので、すなわちサイドゲートはキャビテイの
幅と厚さを略カバーする大きさに選定されているので、
溶融合金材料がサイドゲートを通過するときの急激な圧
力低下はない。したがって、本発明によると、ガスの巻
き込みによるヒケ巣、割れ等の成形欠陥が金属成形品に
生じることが軽減あるいは防止されるという、本発明に
特有の効果が得られる。また、複数本のサイドゲートの
断面積制御用の制御ピンがサイドゲート内に臨むように
して設けられているので、徒にサイドゲートの断面積が
広くなるようなこともない。また、サイドゲート内には
複数本のサイドゲートの断面積制御用の制御ピンが設け
られているが、サイドゲートはキャビテイの幅と厚さを
略カバーする大きさに選定されているので、射出速度は
比較的小さく、溶融合金材料がサイドゲートで凝固する
ようなことはない。したがって、保圧も充分にかけられ
る。また、射出速度が比較的小さいので、溶融合金材料
の運動エネルギも小さく、型締力も小さなもので間に合
い、また金型に高い剛性も要求されない。請求項３に記
載の発明によると、複数本のサイドゲートの断面積制御
用の制御ピンは、有効径、長さ、形状等の物理的性質が
異なるものが多種類用意され、これらの制御ピンが固定
側金型または可動側金型に差し替え自在に設けらるの
で、上記効果に加えてサイドゲートのデザイン変更が容
易で、所望の品質の金属成形品を得ることができる効果
が付加される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を模式的に示す断面図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態の要部を示す図で、その
（イ）は図１において矢印Ａ−Ａ方向に見た拡大断面
図、その（ロ）はサイドゲートと、その近傍における溶
融合金材料の流れ状態を示す側断面図である。

【図３】従来のサイドゲートと、その近傍における溶融
合金材料の流れ状態を示す図で、その（イ）〜（ハ）は
それぞれ異なる例を示す側断面図である。

【符号の説明】

１固定側金型２
キャビテイ３サイドゲート１０
可動側金型２０制御ピン

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】固定側金型と、可動側金型と、複数本の
サイドゲートの断面積制御用の制御ピンとからなり、前
記固定側金型と可動側金型の合わせ面に金属成形品を成
型するためのキャビテイと、このキャビテイに開口した
ゲートが設けられている金属成形品成形用金型であっ
て、前記ゲートは、前記キャビテイの幅と厚さを略カバーす
る大きさのサイドゲートであり、前記複数本の制御ピン
は、前記サイドゲート内に臨むようにして設けられてい
ることを特徴とする金属成形品成形用金型。
【請求項２】請求項１に記載の金属成形品成形用金型
において、サイドゲートは、その幅および厚さは、キャ
ビテイの幅および厚さの、それぞれ９０〜１００％、５
０〜１００％である、金属成形品成形用金型。
【請求項３】請求項１または２に記載の金属成形品成
形用金型において、複数本の制御ピンは、有効径、長
さ、形状等の物理的性質が異なるものが多種類用意さ
れ、これらの制御ピンが固定側金型または可動側金型に
差し替え自在に設けられる、金属成形品成形用金型。