JPH07155918A - 金属の射出成形方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、例えばインラインスクリュ式射出
成形機による金属材料の射出成形方法の改良及びその装
置に関する。 【構成】 金属材料供給室４のチョッパ４ａで細かく裁
断したペレット状の金属材料を射出シリンダ６内に供給
し、固相線温度と液相線温度の間に加熱しながらスクリ
ュ７で攪拌して半凝固スラリを形成し、このスラリの前
方への押し出し圧の反作用によってスクリュ７に生じる
反力を圧力センサ２４で検知して、この反力を一定値に
保ちながらスクリュ７を後退させる。そして、射出シリ
ンダ６の前方に所定量のスラリが蓄積したところでスク
リュ７を急速に前進させ射出成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばインラインスク
リュ式射出成形機による金属材料の射出成形方法の改良
及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばマグネシウム合金のような
金属材料をインラインスクリュ式射出成形機で成形する
ようにした成形技術が特表平３−５０４８３０号によっ
て開示されている。この装置では、樹脂を射出成形する
のと同様なプロセスによって、ホッパから射出シリンダ
内にペレット状の金属材料を供給し、加熱しながらスク
リュで攪拌することで半凝固スラリとし、計量しながら
ワンショットづつ射出するものである。

【０００３】そしてかかる方法によって、１本の射出シ
リンダ内で全ての工程を行うために材料劣化が抑制さ
れ、また射出量の計量を比較的正確に行えることに加
え、例えば従来法では取扱いが面倒であったマグネシウ
ム合金を溶解させる工程を省略することが出来る。ま
た、半凝固スラリと溶湯の粘度の違いから通常のダイキ
ャストに較べて充填時のガスの巻き込み等の不具合が少
なくなり、ガス欠陥の少ない成形が出来る可能性を秘め
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記技術
の場合、樹脂の射出成形と異なって樹脂自身の押出力の
反作用でスクリュが後退するのでなく、材料供給スピー
ドに合せて強制的にスクリュを後退させているため、実
際は半凝固スラリの中に空気或いはガス等の空隙が発生
してガス欠陥が生じやすくなるという問題があった。

【０００５】すなわち、後述するようにインライン射出
成形機における射出シリンダ内の溶融樹脂と金属スラリ
の性状は異なっており、金属スラリの場合は、スラリ自
身にスクリュを押し下げるに充分な内圧が発生しないた
め、射出シリンダ内に材料が入り込む余地を残して材料
供給速度を制限しつつ、スラリ蓄積速度に合せて強制的
にスクリュを後退させる必要がある。ところがこのよう
な材料供給速度とスラリ後退速度のマッチングは、材料
の状態（固相、液相等）、材料の嵩密度、形状のばらつ
きとか材料供給フィーダのばらつき等によって困難であ
り、計量後に多くの空隙が含まれることになるからであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本案はスラリ内
に空隙が発生するのを防止し、高品質な製品を成形する
ため、射出シリンダ内の金属材料を固相線温度と液相線
温度の間に加熱しながらスクリュシャフトで攪拌して半
凝固スラリを射出シリンダの前方に押し出し、この押出
力によってスクリュシャフトに生じる反力或いは後退力
を検知手段で検知して、この反力或いは後退力を所定値
に保つようにスクリュシャフトを後退させるようにし
た。

【０００７】

【作用】材料を投入した後、スクリュシャフトの反力或
いは後退力の値が変化したことは、スラリがヘッド先端
に到達したことを意味する。そして、この反力或いは後
退力が所定値に達した後、この所定値を保つようフィー
ドバックをかけてスクリュシャフトを後退させれば、ヘ
ッド先端から空隙のない状態でスラリを充満させること
が出来る。

【０００８】

【実施例】本発明の金属の射出成形方法及び装置の実施
例について添付した図面に基づき説明する。図１は本射
出成形装置の構成例図、図２は制御手段の構成例図であ
る。

【０００９】本発明の射出成形方法は、例えばマグネシ
ウム合金とかアルミニウム合金のように、空気中の酸素
との接触を避けるのが望ましい金属をインライン射出成
形で成形するような場合の射出装置として適用され、例
えば図１に示すような装置として構成される。

【００１０】つまりこの装置は、ユニット本体１に支持
される射出機２と、この射出機２の先端側に接続される
金型３と、射出機２に金属材料を供給する金属材料供給
室４を備え、インゴット状の金属材料をチョッパ４ａで
細かく裁断して射出シリンダ６内に供給し、半凝固スラ
リにして金型３のキャビティ５内に射出する。

【００１１】前記射出機２は、前記ユニット本体１に取
り付けられた射出シリンダ６と、このシリンダ６内に設
けられたスクリュ７と、このスクリュ７の後部側に設け
られた回転手段としての計量機構部８と、スクリュ７端
部に連結する検知手段としての圧力検知部１０と、スク
リュ７を進退駆動する駆動手段としての駆動シリンダユ
ニット１１と、この駆動シリンダユニット１１を駆動制
御する制御手段１２（図２）を備えている。

【００１２】そして、前記射出シリンダ６の外周には加
熱用ヒータ１３を設けており、この加熱用ヒータ１３に
よって金属材料の固相線温度と液相線温度の間の所定温
度に加熱出来るようにしている。因みにこの所定温度と
は、例えば一般的なマグネシウム合金の場合、５００℃
〜６００℃位に設定する。

【００１３】また、射出シリンダ６の先端部には駆動シ
リンダユニット１４によって射出シリンダ６のノズル孔
を開閉自在なシャット弁１５を設けている。

【００１４】次に、前記スクリュ７は、先端側から順に
スクリュネジ部７ａと、これに連なる軸部７ｂと、これ
に連なるスプライン部７ｃを備え、スクリュネジ部７ａ
の先端部には逆止弁９を設けている。

【００１５】そして、前記材料供給室４の材料供給口
は、このスクリュネジ部７ａの基端部附近に臨んでい
る。

【００１６】前記計量機構部８は、駆動モータ１６の出
力軸に取り付けられた駆動ギヤ１７と、この駆動ギヤ１
７に噛合する被動ギヤ１８を備え、この被動ギヤ１８の
内径スプライン部が前記スクリュ７のスプライン部７ｃ
にスプライン嵌合している。そして、駆動モータ１６の
作動によってスクリュ７は軸周りに回転する。

【００１７】前記圧力検知部１０は、図２に示すよう
に、前記ユニット本体１のガイドバー１ａに摺動自在に
係合するスライド台２０と、このスライド台２０に設け
られ且つ前記スクリュ７の延出端部を軸受けし径方向と
軸方向の荷重を支えるラジアル軸受２１、スラスト軸受
２２と、スクリュ７の端部に係合し軸方向の移動に伴っ
てスクリュ７の回転を阻止する廻り止め部材２３と、ス
クリュ７の後ろ向きの圧力を検知するロードセル等の圧
力センサ２４からなり、この圧力センサ２４に前記制御
手段１２を接続している。

【００１８】また、制御手段１２は、前記圧力検知部１
０の後方に配設される駆動シリンダユニット１１にも接
続されており、この駆動シリンダユニット１１のピスト
ンロッド１１ａは前記スライド台２０の後面に連結され
ている。

【００１９】従って、この駆動シリンダユニット１１が
作動すると、スライド台２０はガイドバー１ａに沿って
進退動し、同時にスクリュ７も進退動する。

【００２０】次に前記制御手段１２について図２に基づ
き説明する。

【００２１】制御手段１２は、前記圧力センサ２４から
変換器２６を介して電気信号を受けるコンピュータ２５
と、このコンピュータ２５から変換器２６を介して電気
信号を受ける油圧回路２７からなり、この油圧回路２７
の一端側が前記駆動シリンダユニット１１の一方側のポ
ートＡに接続され、他端側が他方側のポートＢに接続し
ている。

【００２２】つまり、ポートＡに接続する回路側には、
前記コンピュータ２５の信号によって作動する流量調整
弁２８と切換弁２９が設けられ、ポートＢに接続する回
路側には圧力制御弁３１と電磁切換弁３２が設けられて
いる。

【００２３】そして、両方の回路に接続する回路にポー
ト電磁切換弁３３を設け、このような制御手段によって
スクリュ７を計量後退させる時はポートＡ側を調圧しな
がら減圧し、射出する時はポートＡ側の油圧を急速に高
めるようにしている。すなわち、前記圧力センサ２４が
一定の圧力を保ったままでスクリュ７が後退するように
し、所定のスラリが計量されたところで射出するように
している。

【００２４】ところで、このようにしてスクリュ７を後
退させる理由について説明を加える。

【００２５】まず、樹脂の射出成形に用いるスクリュ仕
様で最も基本的なものは、スクリュネジ部７ａの長さが
ネジピッチの約２０倍程度のものである。そして、この
スクリュネジ部７ａは概ね材料供給室４側から前方に向
けて１／２程度の部分が供給域とされ、残りの１／２程
度が圧縮域と計量域からなる。そして中間部となる圧縮
域では前方に向かう程溝の深さが浅くなり、最前方とな
る計量域ではほぼ全域が浅い溝である。

【００２６】このようなスクリュ７に細かく裁断したペ
レット状の樹脂材料が供給されると、圧縮域に前進した
材料は後方から送られる新しいペレット材料に押される
と同時に圧縮作用により強い攪拌、混合作用を受け、供
給域では固体状、圧縮域ではゴム状、計量域では液状に
変化する。そしてこの間、材料自身の強い押出圧（例え
ば数百kg/cm²程度）の反作用を受けてスクリュ７が自動
的に後退する。

【００２７】ところで、金属の半凝固スラリの形成時に
もこのようなプロセスを辿れば良いが、金属材料の変態
は樹脂のようなゴム状の状態を伴わず、殆ど固体から急
激に液体になるような形態で移行するため、スラリ材料
自身の押出圧は例えば１０kg/cm²程度と非常に小さい。

【００２８】従って、金属の場合は粘度の低い液相を攪
拌しても内圧を高めることは出来ない。

【００２９】また、圧縮域を設けても金属ペレットは樹
脂のように弾性変形するのでなく塑性変形して材料の前
進を妨げ、しかも混入空気が樹脂の場合のように排除さ
れず、却って温度が上昇した材料と接触して酸化、拡散
といった材料汚染が進行する。つまり、圧縮域の効果は
少なく却って不具合の方が大きい。

【００３０】このため、例えば射出シリンダ６の加熱パ
ターンによってスクリュネジ部７ａの長さに対する固体
状ペレット存在部の割合を大きめにとって、固体ペレッ
トの流れをあたかも粘度の高い物質の流れとみなすこと
で押出圧を発生させる必要がある。

【００３１】しかし、このように固体ペレットの領域を
長くすると材料とシリンダ内壁との間の摩擦抵抗が大き
くなり、激しいスキール音とか、回転トルクの不足と
か、過大なスラスト荷重とか、発熱のような事態が考え
られる。

【００３２】そしてこれらの現象によって材料温度が制
御出来なくなったり、装置に損傷を与えたりするような
不具合が予想される。

【００３３】また、これらの対策として細かく裁断した
ペレットでなく、予め半凝固状の材料を供給することも
あるが、スクリュ全体に柔らかい材料が詰ることになっ
てやはり押出し圧は小さい。

【００３４】以上のような理由によって、金属の場合は
内圧を高めることを期待せずに、スクリュ７の後退を強
制的に行うようにしているのである。

【００３５】以上のように構成した射出成形装置による
成形方法について説明する。

【００３６】射出シリンダ６の加熱用ヒータ１３を作動
させ、金属材料の固相線温度と液相線温度の間に加熱し
た状態で材料供給室４から金属材料のペレットを供給
し、スクリュ７を回転させることで計量を開始する。こ
の際、あらかじめ射出シリンダ６前方のシャット弁１５
によってノズル孔を閉じておく。

【００３７】すると、スクリュ７の攪拌作用と加熱作用
によって、金属材料の固相デンドライトが分断され、粒
状化されながら半凝固スラリとなり、後続のスラリに押
されながら前方に運ばれる。そして、逆止弁９を通って
シャット弁１５まで運ばれると、スクリュ７に反力が生
じて圧力センサ２４が作動する。

【００３８】圧力センサ２４が所定値に達すると、制御
手段１２によってスクリュ７を後退させる。そして、こ
の後退は圧力センサ２４の値が所定値を保ちながら後退
するよう、フィードバックをかけながら制御する。

【００３９】そして、このように制御することで半凝固
スラリの中に空隙が発生させないで蓄積することが出来
る。

【００４０】そして、計量機構部８によって所定量のス
ラリが蓄積されたことが計量されると、シャット弁１５
を開放し、制御手段１２の各電磁切換弁２９、３２、３
３等を切り換えることでスクリュ７を急速に前進させ、
金型３のキャビティ５内に射出する。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明によればスクリュ
シャフトが受ける反力或いは後退力によってスクリュシ
ャフトを後退させるようにしたので、半凝固スラリの中
に空隙が発生せず、安定したスラリを蓄積することが出
来る。従って、品質の高い成形体が得られる。また、ス
クリュ回転駆動系にも大きなスラスト荷重がかからず、
装置に損傷を与える等の不具合もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本装置の構成例図

【図２】制御手段の構成例図

【符号の説明】

６ 射出シリンダ ７ スクリュ ８ 計量機構部 １０ 圧力検知部 １１ 駆動シリンダユニット １２ 制御手段 ２４ 圧力センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 射出シリンダ内に金属材料を供給し半凝
   固スラリにして射出成型するようにした射出成型方法に
   おいて、前記射出シリンダ内の金属材料を固相線温度と
   液相線温度の間に加熱しながらスクリュシャフトで攪拌
   して半凝固スラリを射出シリンダの前方に押し出す工程
   と、この押出力によってスクリュシャフトに生じる反力
   或いは後退力を検知手段で検知する工程と、この反力或
   いは後退力を所定値に保つようにスクリュシャフトを後
   退させて所定の射出量のスラリを射出シリンダの前方に
   溜める工程からなることを特徴とする金属の射出成形方
   法。
2. 【請求項２】 射出シリンダ内に金属材料を供給し半凝
   固スラリにして射出成型するようにした射出成型装置に
   おいて、前記射出シリンダを加熱する加熱手段と、射出
   シリンダ内のスクリュシャフトを回転させる回転手段
   と、スクリュシャフトを進退駆動する駆動源と、スクリ
   ュシャフトに生じる反力或いは後退力を検知する検知手
   段と、この検知手段が検知した信号に応じてスクリュシ
   ャフトを後退移動させるべく前記駆動源を制御する制御
   手段とを備えたことを特徴とする金属の射出成形装置。