JP2002103014A - 金属射出成形方法およびその射出成形金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽合金を射出成形する場合、ショートショッ
トやバリが発生し易く、良好な品質の成形品を成形する
ための射出条件を設定することが容易でない。 【解決手段】 成形機から供給される溶湯が通る溶湯流
路１５，１８，１９，１４，２０と、この溶湯流路１
５，１８，１９，１４，２０の下流側に形成された所定
形状の成形キャビティ１４と、この成形キャビティ１４
よりも下流側の前記溶湯流路２０内の圧力を検出する圧
力センサ２３とを具え、固相および液相が共存する半溶
融状態または溶融状態に成形金属を加熱し、加熱された
成形金属の溶湯を金型１２，１３に形成された成形キャ
ビティ１４内に射出すると共に金型１２，１３に形成さ
れた成形キャビティ１４よりも下流側の溶湯流路２０内
の圧力を検出し、この溶湯流路２０内の圧力変化に基づ
いて溶湯の射出速度を設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属を射出成形す
るための方法およびその射出成形金型に関し、特にマグ
ネシウムを主体とする軽合金に有効である。

【０００２】

【従来の技術】近年、マグネシウム合金の持つ軽さ，比
強度，放熱性，電磁波シールド性，リサイクル性などの
特性が注目され、携帯用情報電子機器の外装部品などへ
の利用が進められている。マグネシウム合金を加工する
場合、ダイカストなどによる加圧鋳造が一般的である
が、最近では、その代替プロセスとしてチキソモールデ
ィング法が実用化されている。このチキソモールディン
グ法は、プラスチックの射出成形法を応用したものであ
り、原料となるマグネシウム合金のチップを射出機のホ
ッパから温度制御可能なシリンダ内に供給し、このシリ
ンダ内でマグネシウム合金チップを半溶融状態、すなわ
ち固相と液相とが混在した状態となるまで加熱すると共
にスクリュにより撹拌し、半溶融状態となったマグネシ
ウム合金を射出機のノズルから金型に形成された成形キ
ャビティ内に射出することによって、成形キャビティに
対応した形状にマグネシウム合金を成形する方法であ
り、マグネシウム合金をプラスチックのように射出成形
することができる。

【０００３】このチキソモールディング法によってマグ
ネシウム合金を射出成形する場合、金型の成形キャビテ
ィ内に充填される半溶融状態のマグネシウム合金は極め
て短時間で凝固し、ゲートシールが非常に早い。このた
め、プラスチック射出成形のような保圧工程によって成
形キャビティ内全域にマグネシウム合金を充填すること
が困難であり、射出工程のみでマグネシウム合金が成形
キャビティ内全域にほぼ充填されるように、高速射出を
行う必要がある。

【０００４】しかしながら、半溶融状態のマグネシウム
合金の射出速度を単純に高速化しただけでは、スクリュ
が高速のまま充填を完了して成形キャビティ内がオーバ
ーパック状態となり、得られる製品にバリが発生してし
まう不具合を生ずる。このため、成形キャビティ内に対
する半溶融状態のマグネシウム合金の充填完了直前に低
速充填領域を形成するなど、成形金属を充填する際の成
形条件を最適化する必要がある。

【０００５】このような観点から、成形金属としてマグ
ネシウム合金を用いたチキソモールディングに際し、半
溶融状態のマグネシウム合金を成形キャビティ内に充填
する場合の成形条件として、従来は射出成形装置に付属
の波形モニタを利用し、この波形モニタに表示されるマ
グネシウム合金充填時の成形機のスクリュ移動速度、つ
まり射出速度やマグネシウム合金の射出時における作動
油圧、つまり射出圧力などに基づいて最適な成形条件の
設定が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】マグネシウム合金など
のチキソモールディングにおいて、射出成形装置に付属
した波形モニタの画面を利用して成形条件を設定する従
来の方法では、以下の如き問題点がある。すなわち、半
溶融状態のマグネシウム合金は、プラスチックなどと比
較すると極めて粘度が低い上、極めて高い射出速度にて
成形キャビティ内に充填されるため、シリンダ内で計量
されたマグネシウム合金をスクリュの前進動作により金
型の成形キャビティ内に充填する際、シリンダ内で半溶
融状態のマグネシウム合金の逆流（バックフロー）を生
じ、規定量のマグネシウム合金を確実に成形キャビティ
内に充填することができない場合が多い。

【０００７】このため、射出成形装置に付属の波形モニ
タに表示される射出機の射出速度や射出圧力は、必ずし
も成形キャビティ内に充填されるマグネシウム合金の充
填状態を示すものではないので、波形モニタのみを利用
してマグネシウム合金の最適な成形条件を設定すること
は困難である。

【０００８】一方、プラスチックの射出成形において
は、金型に圧力センサを組み込み、この圧力センサによ
って検出された情報に基づいて成形キャビティに対する
プラスチックの充填状態を把握することが行われてい
る。しかしながら、成形キャビティ内に充填された直後
にほとんど瞬時に固化してしまうマグネシウム合金など
の場合、このような方法で成形キャビティに対するマグ
ネシウム合金の充填状態を把握することは困難である。

【０００９】

【発明の目的】本発明の目的は、ショートショットやバ
リの発生がない良好な品質の成形品を成形するための最
適な射出条件を簡便に設定することが可能な金属射出成
形方法およびこの方法を実施し得る金属射出成形金型を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の形態は、
成形金属を固相および液相が共存する半溶融状態または
溶融状態に加熱するステップと、加熱された前記成形金
属の溶湯を金型に形成された成形キャビティ内に射出す
るステップと、前記金型に形成された前記成形キャビテ
ィよりも下流側の溶湯流路内の圧力を検出するステップ
と、前記溶湯流路内の圧力変化に基づいて前記溶湯の射
出速度を設定するステップとを具えたことを特徴とする
金属射出成形方法にある。

【００１１】本発明の第２の形態は、成形機から供給さ
れる溶湯が通る溶湯流路と、この溶湯流路の下流側に形
成された所定形状の成形キャビティと、この成形キャビ
ティよりも下流側の前記溶湯流路内の圧力を検出する圧
力センサとを具えたことを特徴とする射出成形金型にあ
る。

【００１２】本発明によると、成形金属を固相および液
相が共存する半溶融状態または溶融状態に加熱し、加熱
された成形金属の溶湯を金型に形成された成形キャビテ
ィ内に射出し、金型に形成された成形キャビティよりも
下流側の溶湯流路内の圧力を検出し、溶湯流路内の圧力
変化に基づいて溶湯の射出速度を最適に設定する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の第１の形態による金属射
出成形方法において、溶湯流路内の最大圧力発生後の圧
力低下が緩やかに生ずるように、溶湯の射出速度を設定
することが有効である。

【００１４】金型に形成された成形キャビティよりも上
流側の溶湯流路内の圧力を検出するステップをさらに設
け、この場合、成形キャビティよりも下流側の溶湯流路
内の圧力の最大値と、成形キャビティよりも上流側の溶
湯流路内の圧力の最大値とがほぼ等しく、かつほぼ同時
に最大値に達するように、溶湯の射出速度を設定するこ
とが好ましい。

【００１５】成形金属がマグネシウムを主体とする軽合
金であってよい。

【００１６】本発明の第２の形態による金属射出成形金
型において、成形キャビティよりも上流側の溶湯流路内
の圧力を検出する圧力センサをさらに設けてもよい。

【００１７】

【実施例】本発明による金属射出成形金型をマグネシウ
ム合金の射出成形に応用した実施例について、その断面
構造を表す図１を参照しながら詳細に説明するが、本発
明はこのような実施例に限らず、この明細書の特許請求
の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の
技術にも応用することができる。

【００１８】すなわち、図示しない射出成形機、例えば
株式会社日本製鋼所製のＪＬＭ２２０−ＭＧの図示しな
い固定プラテンに固定される固定側取付板１１には、固
定側金型１２が取り付られており、可動側金型１３との
間に成形品の形状と対応した形状の成形キャビティ１４
を形成する固定側金型１２には、射出成形機の図示しな
いノズルに連通するスプルー１５が設けられている。上
述した可動側金型１３は、射出成形機の図示しない可動
プラテンに固定される可動側取付板１６にスペーサブロ
ック１７を介して取り付けられており、この可動側金型
１３には、スプルー１５と成形キャビティ１４とを接続
するプラグキャッチャ１８およびランナ１９と、成形キ
ャビティ１４を挟んでランナ１９の反対側に位置するオ
ーバフロー湯溜まり２０とが形成されている。

【００１９】成形キャビティ１４にて射出成形される成
形品を可動側金型１３から脱型するための複数本のエジ
ェクタピン２１は、その先端がランナ１９とオーバーフ
ロー湯溜まり２０とに臨むように可動側金型１３に対し
て摺動自在に挿通され、その基端部が一対の押出板２２
にて挟持された状態となっている。一対の押出板２２
は、射出成形機の図示しないエジェクタロッドに連結さ
れ、エジェクタピン２１の長手方向に沿ったエジェクタ
ロッドの進退移動により、これらの先端面をランナ１９
およびオーバーフロー湯溜まり２０に臨む成形位置と、
ランナ１９内およびオーバーフロー湯溜まり２０内に突
出する脱型位置とに切り換え可能である。

【００２０】エジェクタピン２１の基端面と一対の押出
板２２との間には、ランナ１９内およびオーバーフロー
湯溜まり２０内の圧力をエジェクタピン２１を介して検
知するための圧力センサ２３が介装されており、これら
圧力センサ２３からの検出信号は信号ケーブル２４を介
して信号処理部２５に出力される。この信号処理部２５
は、射出成形機の射出動作と連動して圧力センサ２３か
らの検出信号の処理を開始し、ランナ１９内およびオー
バーフロー湯溜まり２０内の圧力を連続的に測定し、こ
の測定結果に基づいて最適な成形条件を設定する。

【００２１】なお、圧力センサ２３による溶湯流路内の
圧力検出位置は、本実施例のように成形キャビティ１４
を挟んで溶湯流路の上流側および下流側の２箇所である
ことが好ましい。

【００２２】実際の作業に際しては、まず固定側および
可動側の金型１２，１３が射出成形機によって型締めさ
れ、半溶融状態のマグネシウム合金が図示しないノズル
から溶湯通路、すなわちスプルー１５，プラグキャッチ
ャ１８，ランナ１９を介して成形キャビティ１４さらに
オーバーフロー湯溜まり２０へと充填され、これら溶湯
通路内にてマグネシウム合金が凝固する。しかる後、可
動側金型１３が可動側取付板１６などと共に図１中、左
方に退避して型開きが行われる。可動側金型１３がその
型開き終端位置まで達すると、エジェクタロッドにより
押出板２２が可動側金型１３側へ押し出され、この押し
出し動作に伴ってエジェクタピン２１が固定側金型１２
の方に前進する結果、凝固した成形品が可動側金型１３
から脱型される。

【００２３】金型１２，１３内に充填される溶融マグネ
シウムは、極めて短時間で凝固するため、溶湯流路全域
がほぼ同時に充填されるような高射出速度で溶湯を射出
することが望ましい。このため、成形キャビティ１４を
挟んで溶湯流路の上流側と下流側との圧力を圧力センサ
２３によって検出し、これら圧力センサ２３によって検
出される圧力の変化を比較し、これら圧力センサ２３に
よって検出される圧力がほぼ同時にピーク圧を迎えるよ
うな射出速度を設定すればよい。

【００２４】そこで、射出速度を３０％，４０％，５０
％に設定し実際にマグネシウム合金を成形した場合、２
つの圧力センサ２３によって検出される圧力の変動を図
２〜図４にそれぞれ示す。図２は射出速度を３０％に設
定し射出を行った場合であり、図３は射出速度を４０％
に設定し射出を行った場合であり、図４は射出速度を５
０％に設定し射出を行った場合である。これによると、
射出速度を４０％以上に設定し射出を行った図４，図５
では、ランナ１９内およびオーバーフロー湯溜まり２０
内の圧力がほぼ同時に圧力ピークを迎えているのに対
し、図３に示した射出速度を３０％に設定した場合、両
者の圧力ピークが同時ではなく、僅かにずれていること
が判る。得られた成形品を比較すると、射出速度を３０
％に設定し射出を行ったものはショートショットとなっ
ていたが、射出速度を４０％以上に設定し射出を行った
ものはこのような不良は発生していなかった。

【００２５】以上の結果から、金型内の溶湯流路の上流
部と末端部に設置した圧力センサ２３から検出される圧
力波形の充填ピーク圧のタイミングを監視することで、
充填に必要な射出速度を判断できる。本発明の成形にお
いては、４０％以上の射出速度設定が必要であった。

【００２６】ところで、上述した方法により必要とする
射出速度の最低値を見極めることはできるが、射出速度
を単にこの最低値よりも速く設定しただけでは、射出成
形機のスクリュが高速移動して充填を完了し、得られる
成形品がオーバーパックとなってバリを生ずる可能性が
あるため、射出速度を適正な値に抑える必要がある。こ
の射出速度の適正値を決定するためには、ランナ１９内
およびオーバーフロー湯溜まり２０内におけるピーク圧
力に注目し、これらのピーク圧力がほぼ同じ大きさとな
るような射出速度を設定すればよい。

【００２７】具体的には、射出速度を４０％に設定し射
出成形を行った図４の場合、ランナ１９内およびオーバ
ーフロー湯溜まり２０内のピーク圧力がぼほ同じ圧力と
なっているのに対し、射出速度を５０％に設定し射出成
形を行った図５の場合、両者のピーク圧力は大きく異な
っていることが判る。また、得られた成形品を見ると、
射出速度を４０％に設定した場合は良品が得られている
のに対し、射出速度を５０％に設定した場合は成形品に
バリが発生していることが判った。

【００２８】従って、成形キャビティ１４を挟んでその
上流側および下流側における溶湯流路内におけるピーク
圧力がほぼ同じ大きさとなるように、その射出速度を設
定することにより、成形品にバリを生じない適正な射出
速度を設定することができる。本実施例においては、射
出速度を４０％に設定し射出を行った場合、良好な成形
品を得ることができた。

【００２９】上述した実施例では、２つの圧力センサ２
３を用いて適正な射出速度を設定するようにしたが、場
合によっては成形キャビティ１４の下流側の溶湯流路内
の圧力のみを検出し、これに基づいて適正な射出速度を
設定することも可能である。具体的に、射出速度が相対
的に遅い場合、この場合におけるオーバーフロー湯溜ま
り２０内の圧力変化を表す図６に示すように、オーバー
フロー湯溜まり２０内の圧力は、ピーク圧力直後に瞬時
に圧力低下が生じているのに対し、射出速度が相対的に
速い場合、この場合におけるオーバーフロー湯溜まり２
０内の圧力変化を表す図７に示すように、オーバーフロ
ー湯溜まり２０内の圧力は、ピーク圧力に達してから緩
やかに圧力の低下を生じていることが判る。これらの場
合で得られる成形品を観察すると、前者は成形キャビテ
ィ内の一部がショートショットであるのに対し、後者は
良品となっている。

【００３０】従って、成形キャビティ１４の下流側の溶
湯流路内の圧力変化、特にピーク圧力以降の圧力低下に
注目することによって、良品を得るために必要な射出速
度を判断することができる。この方法では、成形品にバ
リを生じない射出速度の上限を判断することはできない
けれども、金型に形成された溶湯流路の複数箇所で圧力
測定が不可能な場合には、有効な方法となり得る。

【００３１】

【発明の効果】本発明の金属射出成形方法によると、金
型に形成された成形キャビティよりも下流側の溶湯流路
内の圧力を検出し、この溶湯流路内の圧力変化に基づい
て溶湯の射出速度を設定するようにしたので、ショート
ショットやバリの発生がない良好な品質の成形品を成形
するための最適な溶湯の射出速度を簡便に設定すること
ができる。

【００３２】溶湯流路内の最大圧力発生後の圧力低下が
緩やかに生ずるように、溶湯の射出速度を設定した場合
には、ショートショットがない良好な品質の成形品を得
ることができる。

【００３３】金型に形成された成形キャビティよりも上
流側の溶湯流路内の圧力をさらに検出し、成形キャビテ
ィよりも下流側の溶湯流路内の圧力の最大値と、成形キ
ャビティよりも上流側の溶湯流路内の圧力の最大値とが
ほぼ等しく、かつほぼ同時に最大値に達するように、溶
湯の射出速度を設定した場合には、成形金属がマグネシ
ウムを主体とする軽合金の場合であっても、ショートシ
ョットやバリの発生がない良好な品質の成形品を容易に
得ることができる。

【００３４】本発明の金属射出成形金型によると、成形
キャビティよりも下流側の溶湯流路内の圧力を検出する
圧力センサを設けたので、この溶湯流路内の圧力変化に
基づき、ショートショットがない良好な品質の成形品を
成形するための最適な溶湯の射出速度を簡便に設定する
ことができる。

【００３５】成形キャビティよりも上流側の溶湯流路内
の圧力を検出する圧力センサをさらに設けた場合には、
成形金属がマグネシウムを主体とする軽合金の場合であ
っても、ショートショットやバリの発生がない良好な品
質の成形品を成形するための最適な溶湯の射出速度をさ
らに簡便に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による金属射出成形金型の一実施例の概
略構造を表す機構概念図である。

【図２】図１に示した射出成形金型に形成された溶湯流
路内の圧力変化を表すグラフであり、射出速度の設定が
３０％の場合を示す。

【図３】図１に示した射出成形金型に形成された溶湯流
路内の圧力変化を表すグラフであり、射出速度の設定が
４０％の場合を示す。

【図４】図１に示した射出成形金型に形成された溶湯流
路内の圧力変化を表すグラフであり、射出速度の設定が
５０％の場合を示す。

【図５】図１に示した射出成形金型に形成された下流側
の溶湯流路内の圧力変化を表すグラフであり、射出速度
が遅い場合を示す。

【図６】図１に示した射出成形金型に形成された下流側
の溶湯流路内の圧力変化を表すグラフであり、射出速度
が速い場合を示す。

【符号の説明】

１１ 固定側取付板 １２ 固定側金型 １３ 可動側金型 １４ 成形キャビティ １５ スプルー １６ 可動側取付板 １７ スペーサブロック １８ プラグキャッチャ １９ ランナ ２０ オーバフロー湯溜まり ２１ エジェクタピン ２２ 押出板 ２３ 圧力センサ ２４ 信号処理部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形金属を固相および液相が共存する半
   溶融状態または溶融状態に加熱するステップと、 加熱された前記成形金属の溶湯を金型に形成された成形
   キャビティ内に射出するステップと、 前記金型に形成された前記成形キャビティよりも下流側
   の溶湯流路内の圧力を検出するステップと、 前記溶湯流路内の圧力変化に基づいて前記溶湯の射出速
   度を設定するステップとを具えたことを特徴とする金属
   射出成形方法。
2. 【請求項２】 前記溶湯流路内の最大圧力発生後の圧力
   低下が緩やかに生ずるように、前記溶湯の射出速度が設
   定されることを特徴とする請求項１に記載の金属射出成
   形方法。
3. 【請求項３】 前記金型に形成された前記成形キャビテ
   ィよりも上流側の前記溶湯流路内の圧力を検出するステ
   ップをさらに具え、 前記成形キャビティよりも下流側の前記溶湯流路内の圧
   力の最大値と、前記成形キャビティよりも上流側の前記
   溶湯流路内の圧力の最大値とがほぼ等しく、かつほぼ同
   時に最大値に達するように、前記溶湯の射出速度が設定
   されることを特徴とする請求項１に記載の金属射出成形
   方法。
4. 【請求項４】 前記成形金属がマグネシウムを主体とす
   る軽合金であることを特徴とする請求項１から請求項３
   の何れかに記載の金属射出成形方法。
5. 【請求項５】 成形機から供給される溶湯が通る溶湯流
   路と、 この溶湯流路の下流側に形成された所定形状の成形キャ
   ビティと、 この成形キャビティよりも下流側の前記溶湯流路内の圧
   力を検出する圧力センサとを具えたことを特徴とする射
   出成形金型。
6. 【請求項６】 前記成形キャビティよりも上流側の前記
   溶湯流路内の圧力を検出する圧力センサをさらに具えた
   ことを特徴とする請求項５に記載の射出成形金型。