JP3824494B2 - 低融点合金射出成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は低融点合金射出成形方法に関し、特に、成形材料である低融点の合金をスクリュ式の低融点合金射出成形機のシリンダ内で溶融させ、スクリュにより成形金型内に射出して成形するとともに、ショットに対応して材料供給装置から適切な量の材料を供給し、シリンダ内の材料滞留量を適切に維持するように制御する低融点合金射出成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、低融点合金の射出成形方法としては、ダイカスト法および金属射出成形法がある。ここでいう低融点とは、７００℃程度までの温度を指し、具体的な使用材料としては、Al, Mg, Zn, Bi, Sｎ, Ｐｂ合金などがこれに該当する。金属射出成形法のようなインライン式スクリュによる低融点合金用射出成形機は、図１（ａ）に示すように、低融点合金の材料チップを供給するためのスクリュ式、ベルト式、あるいは、振動式などの材料供給装置１６、供給された材料を搬送し溶解させるためのスクリュ１１、シリンダ１２、ヒータ１３、溶融した材料を金型１９の中に射出し噴出させるためのノズル１４や高速射出装置１７などから構成されている。
【０００３】
上述の低融点合金射出成形機では、図１（ｂ）に示されるように、インゴットを切削加工して得られるチップ状の材料を原料として使用する。低融点合金射出成形機において、材料供給装置１６のホッパ内に貯留された材料は、材料供給装置１６によってシリンダ１２の中に供給される。供給された材料は、回転および往復運動が可能なようにシリンダ１２の中に配置されたスクリュ１１の回転により、シリンダ１２の中を前方へと移送される。その材料は、移送される間に、シリンダ１２の外周部に取り付けられたヒータ１３（電熱あるいは誘導加熱ヒータなど）の加熱により、所定の溶融状態にされる。
【０００４】
上述の加熱の際に、スクリュ１１は、シリンダ１２の中で回転しながら溶融状態の材料（軽金属溶湯）をスクリュ１１の先端の貯留部１５に溜めるとともに、一定の速度で材料供給装置側へと後退する。この後退量で貯留部１５に溜まった溶融状態の材料が計量される。すなわち、スクリュ１１が回転することによりスクリュ１１が所定の後退ストロークに到達した時点で、スクリュ１１の回転および後退運動を終了することにより、後退ストロークに応じた所定量の軽金属溶湯の計量が完了する。計量完了後の射出工程において、スクリュ１１は、高速射出装置１７によって高速に前進させられ、貯留部１５に計量された軽金属溶湯は、シリンダ１２の先端のノズル１４を介して金型１９の中に注湯される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような低融点合金射出成形機において、計量動作中にスクリュの回転負荷圧力が上昇し、スクリュ回転数が変動する場合がある。このような状態が生じると、次のショットにおいて射出される溶湯量にばらつきが生じることになる。この回転負荷圧力の上昇は、シリンダ内の材料滞留量と関連し、材料滞留量が上限値を超えた場合に発生することが経験的に分かっている。すなわち、材料滞留量は、ショット毎に、材料供給装置から供給される材料チップ量（材料供給量＝Ｑ_in）と、射出工程によって金型内に排出される溶湯排出量（ショット重量＝Ｑ_out）との両者の関係によって決定されるものであって、その両者の大小関係によって以下のような状態が発生する。
【０００６】
（Ａ）Ｑ_in＞Ｑ_outの場合：
ショット重量に対して材料供給量が多いために、ショット毎にΔＱ（＝Ｑ_in−Ｑ_out）だけシリンダ内の材料滞留量Ｑが増加する。その結果、成形の進行とともに、滞留量の増加分ΔＱが累積され、材料滞留量Ｑが上限値Ｑ_max以上になった場合にスクリュ回転に異常が発生する場合がある。
（Ｂ）Ｑ_in＜Ｑ_outの場合：
溶湯排出量に対して材料供給量が少ないために、ショット毎にΔＱ（＝Ｑ_out−Ｑ_in）だけ材料滞留量Ｑが減少する。その結果、成形の進行とともに、滞留量の減少分ΔＱが累積され、材料滞留量Ｑが下限値Ｑ_min以下になった場合にショートショットが発生する。
【０００７】
上述したように、シリンダ内の材料滞留量は、低融点合金射出成形機の計量安定化に対して大きく影響を及ぼし、実際には、両者のバランスをとり、一定の材料滞留状態で成形するべく成形条件の調整を行うことになる。具体的な対策としては、回転負荷圧力の変化、あるいは、成形品の充填状況などを観察しながら、ショット重量に見合う材料を供給するために、材料供給装置の単位時間当たりの材料供給量ｑあるいは供給時間ｔ_sなどの設定値を経験に基づいて調節している。しかし、ショット重量のばらつきや材料供給装置による材料供給量のばらつき、あるいは、一時的な機械停止に伴うシリンダ内での材料溶融状態の変化などによって、材料滞留量を安定的に、かつ、連続的に維持することは困難であった。
【０００８】
この発明は、上記の問題を解決するようになされたものであって、低融点合金の射出成形工程において、シリンダ内の材料滞留量の過不足をなくすために、シリンダ内の材料滞留量の上限値と下限値とを設定し、設定した上下限値の範囲内にシリンダ内の材料滞留量を自動的に維持できる低融点合金射出成形方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するために、この発明は、成形材料である低融点の合金をスクリュ式の低融点合金射出成形機のシリンダ内で溶融させ、スクリュにより成形金型内に射出して成形するとともに、ショットに対応して材料供給装置から適切な量の材料を供給し、シリンダ内の材料滞留量を適切に維持するように制御する低融点合金射出成形方法において、単位増加量（ΔＱ⁺）および単位減少量（ΔＱ^-）、材料滞留量の上限値（Ｑ_max）および制御下限値（ＣＱ_min）を設定し、各ショット重量（Ｑ_out）に対して単位増加量（ΔＱ⁺）だけ多い材料（Ｑ_in＝Ｑ_out＋ΔＱ⁺）を供給して射出工程を実行し、単位増加量（ΔＱ⁺）の累積によってシリンダ内の材料滞留量（Ｑ）が上限値（Ｑ_max）に到達したときは、材料供給量（Ｑ_in）をショット重量（Ｑ_out）よりも単位減少量（ΔＱ^-）だけ少ない材料（Ｑ_in＝Ｑ_out−ΔＱ^-）の供給に変更し、
変更後、さらに射出工程を実行し、単位減少量（ΔＱ^-）の累積によってシリンダ内の材料滞留量（Ｑ）が下限値（ＣＱ_min）に到達したときは、材料供給量（Ｑ_in）をショット重量（Ｑ_out）よりも単位増加量（ΔＱ⁺）だけ多い材料の供給に戻してシリンダ内の材料滞留量（Ｑ）を増加させることを自動的に繰り返し、シリンダ内の材料滞留量（Ｑ）を最適に保つ。
【００１０】
このような構成によれば、材料滞留量（Ｑ）が上限値（Ｑ_max）および制御下限値（ＣＱ_min）の間にあり、ショット毎に、ショット重量よりも単位増加量（ΔＱ⁺）だけ多い材料（Ｑ_in＝Ｑ_out＋ΔＱ⁺）の供給を受けると、単位増加量（ΔＱ⁺）の累積によってシリンダ内の材料滞留量（Ｑ）が上限値（Ｑ_max）に到達する。そこで、材料供給量（Ｑ_in）をショット重量（Ｑ_out）よりも単位減少量（ΔＱ^-）だけ少ない材料（Ｑ_in＝Ｑ_out−ΔＱ^-）の供給に変更する。したがって、射出工程が繰り返されると、単位減少量（ΔＱ^-）の累積によってシリンダ内の材料滞留量（Ｑ）が制御下限値（ＣＱ_min）に到達する。そこで、材料供給量（Ｑ_in）をショット重量（Ｑ_out）よりも単位増加量（ΔＱ⁺）だけ多い材料の供給に戻してシリンダ内の材料滞留量（Ｑ）を増加させる。これらの材料供給量（Ｑ_in）の変更を自動的に繰り返すことにより、シリンダ内の材料滞留量（Ｑ）は、上限値（Ｑ_max）および制御下限値（ＣＱ_min）の範囲内に保たれ、スクリュ回転の異常やショートショットを防止することができる。なお、本発明においては、材料滞留量（Ｑ）が前記上限値（Ｑ_max）および制御下限値（ＣＱ_min）に到達したことを算出するために、ショット重量（Ｑ_out）を重量測定センサにより自動あるいは手動で計測するようにする。
【００１１】
また、この発明においては、前記上限値（Ｑ_max）に達したことを検出するために、スクリュ回転中の回転負荷圧力、背圧、スクリュ回転時間のうちの少なくとも一つを用いる。このことにより、従来から配置された検出手段を用いて、この発明を実行することができる。
【００１２】
また、この発明においては、前記材料供給量を変更する場合、単位増加量（ΔＱ⁺）および単位減少量（ΔＱ^-）を段階的に変化させる。これは、シリンダ内材料の溶融状態が急激に変化し、品質異常を発生させないようにするためである。
【００１３】
また、この発明においては、前記段階的に変化させる場合、規定時間内に適用される単位増加量（ΔＱ⁺）および単位減少量（ΔＱ^-）そのものを変化させるか、適用される規定時間を変化させる。このことは、制御プログラムのプログラミングを容易にする。
【００１４】
さらに、この発明は、前記成形材料として、Ｍｇ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｂｉの合金チップを用いる。これらの材料によれば、入手が容易であり、性質的にもこの発明の実施に好適である。
【００１５】
上述の説明の重要な点を取りまとめて、さらに説明すれば、回転負荷圧の上昇を生じさせること無く、計量を安定化させる低融点合金射出成形方法は、シリンダ内の材料滞留を直接的あるいは間接的に予測して、滞留量の上下限値の範囲内で制御することである。すなわち、ショット重量Ｑ_outに対してΔＱ⁺だけ多い材料Ｑ_in（＝Ｑ_out＋ΔＱ⁺）を供給し、ΔＱ⁺の累積によってシリンダ内の材料滞留量が上限値Ｑ_maxに到達した場合には、材料供給量Ｑ_inをショット重量Ｑ_outよりもΔＱ^-だけ少ない量（＝Ｑ_out−ΔＱ^-）に変更し、シリンダ内の材料滞留量を減少させる。他方、材料滞留量が減少傾向にある場合には、材料滞留量が予め実験的に求めた材料滞留量の下限値Ｑ_minよりも大きく設定された制御下限値ＣＱ_minに到達した時点で、材料供給量Ｑ_inを再びショット重量Ｑ_outよりもΔＱ⁺だけ大きな値に変更し、材料滞留量を増加させる。このように、シリンダ内の材料滞留量の減少または増加を上下限値の範囲内で繰り返しながら成形を行うことによって、安定的な計量を実現するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。図２は、この発明の低融点合金射出成形方法を図１の低融点合金射出成形機に適用した場合のショット数に対する材料滞留量、材料供給量、ショット重量、スクリュ回転中の背圧および回転負荷圧力の変化を示すタイムチャート、図３は、材料供給装置の材料供給時間と材料供給量との関係を説明するグラフ、図４は、この発明による制御動作の例を説明するフローチャート、図５は、この発明による制御動作の他の例を説明するフローチャートである。
【００１７】
図２のタイムチャートにおいては、横軸の表示が時間の代わりに累計ショット数（ＳＨ１，ＳＨ２，〜）で示してある。シリンダ１２の内部に材料が無い状態から成形機の運転を開始する場合、ショートショットの発生を防止するために、材料滞留量Ｑの下限値Ｑ_minから上限値Ｑ_maxの範囲における任意の量Ｑｉの材料を投入する（初期材料投入）。
【００１８】
材料滞留量Ｑの下限値Ｑ_minおよび上限値Ｑ_maxは、事前に実験的に求める必要がある。材料滞留量Ｑの上限値Ｑ_maxを求める方法は、ショット重量Ｑ_outよりもΔＱ⁺だけ多い量の材料（Ｑ_in＝Ｑ_out＋ΔＱ⁺）を供給しながら成形を行い、その時のショット重量Ｑ_out、回転負荷圧力、背圧およびスクリュ回転時間を計測しながら材料滞留量Ｑを下式によって算出する。
【００１９】
Ｑ＝Ｑ´＋Ｑ_in−Ｑ_out
Ｑ´：前ショットの材料滞留量
【００２０】
そして、回転負荷圧力および背圧の上昇あるいはスクリュ回転時間の短縮が確認された時点での材料滞留量Ｑを上限値Ｑ_maxとする。さらに、上限値Ｑ_maxが観察された後、材料供給量をショット重量Ｑ_outよりもΔＱ´だけ少ない量（Ｑ_in＝Ｑ_out−ΔＱ´）に変更し、成形を継続する。そして、ショートショットが発生した時点での材料滞留量Ｑを下限値Ｑ_minとし、Ｑ_maxとＱ_minとの中間に近い値を制御下限値ＣＱ_minとする。この成形作業の間、測定したショット重量の平均値（ショートショットは除く）ＡＱ_outを算出しておく。
【００２１】
なお、初期材料投入の際には、スクリュ１１は、最前進位置で回転動作のみを行わせ、材料供給装置１６から材料を供給しながら、連続あるいは２〜５回に分けた間欠動作で材料滞留量Ｑが所定量Ｑｉになるまで材料供給を行う。
【００２２】
初期材料投入の後に行わせる計量動作においては、スクリュ１１を回転させながら、ショット重量Ｑ_outに見合う所定のストロークまでスクリュを一定速度で回転させて後退させる。計量動作中において、材料供給装置１６からは、予想されるショット重量Ｑ_outよりも単位増加量ΔＱ⁺だけ多い量の材料（Ｑ_in＝Ｑ_out＋ΔＱ⁺）を、スクリュ回転の開始および終了と連動した形式で、あるいは、スクリュ回転時間より短く設定された材料供給時間ｔ_sの間に均等に供給する。このように、材料供給量Ｑ_inをショット重量Ｑ_outよりもΔＱ⁺だけ多く供給しながら成形した場合、シリンダ１２の中の材料滞留量Ｑは直線的に増加し、例えばショット数ＳＨ１になるころには上限値Ｑ_maxに到達することになる。
【００２３】
上述の場合に、上限値Ｑ_maxに到達したか否かを判定するのには、以下に述べるような２つの方法がある。すなわち、
（ａ）ショット重量Ｑ_outをショット毎に測定し、ショット重量Ｑ_outと材料供給量Ｑ_inとの差（ΔＱ⁺＝Ｑ_in−Ｑ_out）を累積し、材料滞留量Ｑを直接的に把握する。または、
（ｂ）材料滞留量Ｑが上限値Ｑ_maxに到達すると、図２に示されるように、スクリュ回転中の背圧や回転負荷圧力が上昇し、あるいは、スクリュ回転時間が短くなるために、その変化を捉えて間接的に材料滞留量Ｑを把握する。
【００２４】
上述のような方法（ａ），（ｂ）で材料滞留量Ｑが上限値Ｑ_maxに到達したことを検知した場合には、材料供給量Ｑ_inをショット重量Ｑ_outよりもΔＱ^-だけ少ない量で供給するように変更する。このように、材料供給量Ｑ_inをショット重量Ｑ_outよりもΔＱ^-だけ少ない条件で供給しながら成形して行くと、シリンダ１２の中の材料滞留量Ｑは、直線的に減少することになる（例えば、ショット数ＳＨ１〜ＳＨ２）。この場合、材料滞留量Ｑが下限値Ｑ_minよりも少なくならないようにするために、下記にのべるような２つの方法で材料滞留量Ｑを予測する。すなわち、
（ｃ）ショット重量Ｑ_outをショット毎に測定し、ショット重量Ｑ_outと材料供給量Ｑ_inとの差（ΔＱ^-＝Ｑ_out−Ｑ_in）を累積し、材料滞留量Ｑを直接的に把握する。または、
（ｄ）材料供給量Ｑ_inを変更してからのショット数ｍ（ｍ＝ＳＨ２−ＳＨ１）とショット毎の滞留量の減少分ΔＱ^-とを用いて、材料滞留量Ｑ＝Ｑ_max−ｍ・ΔＱ^-を予測する。
【００２５】
上述のような方法（ｃ），（ｄ）で予測される材料滞留量Ｑが制御下限値ＣＱ_minに到達した時点で、再び材料供給量Ｑ_inをショット重量Ｑ_outよりもΔＱ⁺だけ多い量に変更する。なお、材料供給量Ｑ_inを増加させる場合には、シリンダ内材料の溶融状態が急激に変化しないようにするために、段階的に増加させてもよい（減少させる場合も同様である）。ここで、材料供給量Ｑ_inは、材料供給装置からの材料供給量のばらつきを考慮して決定する。すなわち、材料供給量は、材料の粒度分布あるいは大きさなどにより、±１〜±５％程度のばらつきが内在している。
【００２６】
上述したような事実を考慮し、材料供給量のばらつきを±ｃ％とした場合、図３に示す材料供給時間ｔ_sと材料供給量Ｑ_inとの間の関係から、材料供給時間ｔ_sを下記の式に従って調整することによって、材料供給量Ｑ_inを変更する。すなわち、材料滞留量を増加させる場合：
ｔ_smax≦ｔ_s≦ｔ_R
但し、ｔ_smax＝（１＋ｃ／１００）・Ｑ_out／Ｓ
材料滞留量を減少させる場合：
ｔ_S≦ｔ_smin
但し、ｔ_smin＝（１−ｃ／１００）・Ｑ_out／Ｓ
ここで、ｔ_Rはスクリュ回転時間、Ｓは材料供給時間ｔ_sが上記関係を満足する単位時間当たりの材料供給量である。
【００２７】
上述の調整を行う場合、実際には、上記の（ａ）と（ｃ）との組み合わせ、あるいは、（ｂ）と（ｄ）との組み合わせなどにより、材料滞留量を直接的あるいは間接的に予測し、その結果を成形機の制御系にフィードバックすることによって、材料供給量は自動的に調整されることとなる。このように、材料供給量の増加および減少を繰り返しながら、材料滞留量を上下限値の範囲内で制御すれば、スクリュ回転負荷圧力の上昇などの無い安定的な計量を実現できる。
【００２８】
上述の例として方法（ａ）と方法（ｃ）との組み合わせによる制御動作について図４を参照して説明する。先ず、射出を行った後、そのショットのショット重量Ｑ_outを測定するとともに、材料供給時間と単位時間当たりの材料供給量とから材料供給量Ｑ_inを算出する（ステップＳ１１）。ショット重量Ｑ_outと材料供給量Ｑ_inとから両者の差（ΔＱ⁺＝Ｑ_in−Ｑ_out）を算出し、前回のショット時における材料滞留量（Ｑ´）にこの差を加算（Ｑ＝Ｑ´＋（Ｑ_in−Ｑ_out））し、材料滞留量Ｑを求める（ステップＳ１２）。ここで、ショット重量Ｑ_outの測定は、成形品の取り出し機に重量測定センサを取り付けることにより自動的に計測することも可能である。
【００２９】
そして、求めた材料滞留量Ｑが下式（イ），（ロ），（ハ）、すなわち、
（イ）制御下限値ＣＱ_min＜材料滞留量Ｑ＜上限値Ｑ_max
（ロ）材料滞留量Ｑ≦制御下限値ＣＱ_min
（ハ）材料滞留量Ｑ≧上限値Ｑ_max
のいずれを満足するのかを判定する（ステップＳ１３）。
【００３０】
ステップＳ１３の判定の結果、式（イ）を満足していると判定された場合には、現状の材料供給動作（材料滞留量Ｑをショット毎に、単位増加量（ΔＱ⁺）または単位減少量（ΔＱ^-）だけ変化させる現状の動作）を維持し、ステップＳ１７に移行する（ステップＳ１４）。ステップＳ１３の判定の結果、式（ロ）を満足していると判定された場合には、それまで材料供給量を単位減少量（ΔＱ^-）だけ変化させていた場合にも材料供給量を、単位増加量（ΔＱ⁺）だけ変化させるＱ_in＝Ｑ_out＋ΔＱ⁺の動作に切り換えステップＳ１７に移行する（ステップＳ１５）。ステップＳ１３の判定の結果、式（ハ）を満足していると判定された場合には、それまで単位増加量（ΔＱ⁺）だけ変化させていた材料供給量を、単位減少量（ΔＱ^-）だけ変化させるＱ_in＝Ｑ_out−ΔＱ^-の動作に切り換えステップＳ１７に移行する（ステップＳ１６）。ステップ１７では、射出成形作業が終了か否かを判定し、終了でなければ、ステップＳ１１に戻り、ステップＳ１４，Ｓ１５，Ｓ１６でそれぞれ決定した動作に基づいて動作を継続する。
【００３１】
上述の他の例として方法（ｂ）と方法（ｄ）との組み合わせによる制御動作について図５および図８を参照して説明する。この方法では、材料滞留量Ｑが上限値Ｑ_maxに到達したことを回転負荷圧力および背圧の上昇あるいはスクリュ回転時間の短縮により感知することになり、上限値の設定を必要としない。また、ショット重量Ｑ_outも金型形状より算出される重量あるいは事前に実験的に求めた平均ショット重量ＡＱ_outを使用することになり、毎ショットのショット重量測定を行う必要もない。なお、図８においては、３１が回転負荷圧力測定箇所、３２が背圧測定箇所、３３がスクリュ回転時間測定箇所を示している。射出動作可能になって、通常の射出動作が開始されると、スクリュ回転中の背圧、回転負荷圧、回転時間を計測する（ステップＳ２１）。背圧、回転負荷圧、回転時間のそれぞれに対して、それらが異常であるか否かの判定用の閾値として設定された各判別設定値と、ステップＳ２１における計測の結果を比較し、下記の条件（ニ），（ホ），（ヘ）が生じているか否かを判定する（ステップＳ２２）。すなわち、
（ニ）背圧測定値≧背圧判別設定値
（ホ）回転負荷圧≧回転負荷圧判別設定値
（ヘ）回転時間≦回転時間判別設定値
【００３２】
ステップＳ２２の判定の結果、条件（ニ），（ホ），（ヘ）の少なくとも一つが生じている場合には、材料供給時間を減少させて、材料供給動作がＱ_in＝ＡＱ_out−ΔＱ^-の動作を実行するようにさせ同時にショットカウントｍをｍ＝０とする（ステップＳ２９）。ステップＳ２２の判定の結果、いずれの条件（ニ），（ホ），（ヘ）も生じていないと判定された場合には、現状の材料供給量から材料滞留量の増減判別を行う（ステップＳ２３）。ステップＳ２３において、材料滞留量の増加過程すなわちＱ_in＞ＱＡ_outである場合にはステップＳ２８に移り現状のＱ_inを維持した状況でステップＳ３０へ移行する。他方ステップＳ２３において材料滞留量の減少過程すなわちＱ_in≦ＡＱ_outである場合には、ショットカウントｍをｍ＝ｍ´＋１（ｍ´は前ショットのカウント数）としてステップＳ２５へ移行し、材料滞留量の判定をＱ＝Ｑ_max−ｍΔＱ^-より行う。求めた材料滞留量Ｑが下式（イ），（ロ）、すなわち、
（イ）制御下限値ＣＱ_min＜材料滞留量Ｑ
（ロ）材料滞留量Ｑ≦制御下限値ＣＱ_min
を満足するか否かを判定する（ステップＳ２５）。
【００３３】
ステップＳ２５の判定の結果、式（イ）を満足していると判定された場合には、現状の材料供給動作（材料滞留量Ｑをショット毎に、単位減少量（ΔＱ^-）だけ変化させる現状の動作）を維持し、ステップＳ３０に移行する（ステップＳ２６）。ステップＳ２５の判定の結果、式（ロ）を満足していると判定された場合には、それまでショット量Ｑ_outに対して単位減少量（ΔＱ^-）だけ少なくなるように変化させていた場合にも材料供給量を、単位増加量（ΔＱ⁺）だけ増加するように変化させるＱ_in＝Ｑ_out＋ΔＱ⁺の動作に切り換えステップＳ３０に移行する（ステップＳ２７）。ステップＳ３０では、射出成形作業が終了か否かを判定し、終了でなければ、ステップＳ２１に戻り、ステップＳ２６，Ｓ２７，Ｓ２８，Ｓ２９でそれぞれ決定した動作に基づいて動作を継続する。
【００３４】
次に、同一の金型を使用して成形する際に、従来の方法に従う場合と、本発明の方法に従う場合の比較例について、図６および図７を参照して説明する。型締め力６５０Ｔｏｎの低融点合金射出成形機を使用して、Ｍｇ合金（ＡＺ９１Ｄ）のショット重量が約３００ｇを有するノート型パソコンケースを、従来までのように材料滞留量が一定となるように材料供給量を調整しながら成形したところ、約数時間程度成形したところでスクリュ回転負荷圧力が上昇する傾向があった（図６）。 そこで、本発明の計量方法、すなわち、材料滞留量が上下限値の範囲内となるように、ΔＱ⁺＝２５ｇ、ΔＱ^-＝２０ｇとして材料供給量を制御しながら同一の金型を使用して成形したところ、約１２時間の連続成形を行っても、スクリュ回転負荷圧力は、一定の低い値を維持することができたし、ショット重量も標準偏差０．９１で約８００ショット成形することができた（図７）。
【００３５】
なお、この場合の予め実験で求めた材料滞留量の上限値は約６０００ｇであり、下限値は約２５００ｇであった。また、材料滞留量の制御は、上述の（ｂ）および（ｄ）の方法で材料供給を調節しながら実行した。そのときのしきい値（上限到達は背圧を採用して検出し、制御下限値はショット数と材料供給量より予測している）は下記のごとくであった。
《上限値到達の条件》
背圧＝０．１ＭＰａ→０．３ＭＰａ
《制御下限値到達の条件》

【００３６】
【発明の効果】
この発明の低融点合金射出成形方法は、以上において説明したように構成されているので、次のような効果を奏する。低融点合金射出成形機の計量不安定問題に対して、その原因の一つとなるシリンダ内の材料滞留量を直接的間接的に予測して制御することにより、スクリュ回転負荷圧力の異常上昇やスクリュ回転不能などといった計量不安定問題を解決することできる。さらに、この材料滞留量を毎ショットのショット重量を測定して予測する方法、あるいは、スクリュ回転中の背圧、回転負荷圧力、回転時間の変化に基づき予測する方法で把握することにより、成形機の制御系にフィードバックすることが可能となり、今まで経験的に作業者が実施していた条件調整を自動化することができる。ひいては、成形機の計量不安定によるダウンタイムを減少することができるとともに、条件調整のための人員が不要となりコスト削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、低融点合金射出成形機を示す構成図である。
（ｂ）は、（ａ）において用いられるチップ形状の材料を説明する図である。
【図２】この発明の低融点合金射出成形方法を図１の低融点合金射出成形機に適用した場合のショット数に対する材料滞留量、材料供給量、ショット重量、スクリュ回転中の背圧および回転負荷圧力の変化を示すタイムチャートである。
【図３】材料供給装置の材料供給時間と材料供給量との関係を説明するグラフである。
【図４】この発明による制御動作の例を説明するフローチャートである。
【図５】この発明による制御動作の他の例を説明するフローチャートである。
【図６】比較例において従来方法に従った場合の回転負荷圧力、ショット重量、材料供給量、材料滞留量の変化を示すタイムチャートである。
【図７】比較例においてこの発明に従った場合の回転負荷圧力、背圧、ショット重量、材料供給量、材料滞留量の変化を示すタイムチャートである。
【図８】背圧、回転負荷圧、回転時間の検出箇所を示す図である。
【符号の説明】
１１ スクリュ
１２ シリンダ
１３ ヒータ
１４ ノズル
１５ 貯留部
１６ 材料供給装置
１７ 高速射出装置
１９ 金型
Ｑ 材料滞留量
Ｑ_max 上限値
Ｑ_min 下限値
ＣＱ_min 制御下限値
Ｑ_in 材料供給量
Ｑ_out ショット重量
ΔＱ⁺ 単位増加量
ΔＱ^- 単位減少量
ＳＨ１，ＳＨ２，〜 累計ショット数
Ｓ１１〜Ｓ２８ ステップ

Claims (5)

1. 成形材料である低融点の合金をスクリュ式の低融点合金射出成形機のシリンダ内で溶融させ、スクリュにより成形金型内に射出して成形するとともに、ショットに対応して材料供給装置から適切な量の材料を供給し、シリンダ内の材料滞留量を適切に維持するように制御する低融点合金射出成形方法において、
   単位増加量（ΔＱ⁺）および単位減少量（ΔＱ^-）、材料滞留量の上限値（Ｑ_max）および制御下限値（ＣＱ_min）を設定し、
   各ショット重量（Ｑ_out）に対して単位増加量（ΔＱ⁺）だけ多い材料（Ｑ_in＝Ｑ_out＋ΔＱ⁺）を供給して射出工程を実行し、単位増加量（ΔＱ⁺）の累積によってシリンダ内の材料滞留量（Ｑ）が上限値（Ｑ_max）に到達したときは、材料供給量（Ｑ_in）をショット重量（Ｑ_out）よりも単位減少量（ΔＱ^-）だけ少ない材料（Ｑ_in＝Ｑ_out−ΔＱ^-）の供給に変更し、
   変更後、さらに射出工程を実行し、単位減少量（ΔＱ^-）の累積によってシリンダ内の材料滞留量（Ｑ）が制御下限値（ＣＱ_min）に到達したときは、材料供給量（Ｑ_in）をショット重量（Ｑ_out）よりも単位増加量（ΔＱ⁺）だけ多い材料の供給に戻してシリンダ内の材料滞留量（Ｑ）を増加させることを自動的に繰り返し、シリンダ内の材料滞留量（Ｑ）を最適に保つことを特徴とする低融点合金射出成形方法。
2. 材料滞留量（Ｑ）が前記上限値（Ｑ_max）および制御下限値（ＣＱ_min）に到達したことを算出するために、ショット重量（Ｑ_out）を重量測定センサにより自動あるいは手動で計測することを特徴とする請求項１記載の低融点合金射出成形方法。
3. 前記材料供給量を変更する場合、単位増加量（ΔＱ⁺）および単位減少量（ΔＱ^-）を段階的に変化させる請求項１又は２に記載の低融点合金射出成形方法。
4. 前記段階的に変化させる場合、規定時間内に適用される単位増加量（ΔＱ⁺）および単位減少量（ΔＱ^-）そのものを変化させるか、適用される規定時間を変化させる請求項３記載の低融点合金射出成形方法。
5. 前記成形材料として、Ｍｇ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｂｉの合金チップを用いることを特徴とする低融点合金射出成形方法。

Images