JPH05131255A - 半融ないしは溶融金属の射出成形金属−耐火物複合スリーブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 金属又は複合材の塊状素材を半融ないしは溶
融状態まで加熱する誘導加熱手段ならびに、上記素材を
その加熱下に耐火物円筒内から押圧してモールド内へ圧
送する加圧手段とを組合せて成る半融ないしは溶融金属
の射出成形スリーブにおいて、該射出成形スリーブは、
固定盤と固定型とに挟み込んでモールドに装着する取付
け金具をそなえ、この取付け金具に上記耐火物円筒を緊
密にはめ合わせて成る金属- 耐火物複合スリーブ。 【効果】 誘導加熱を行っても支障なく耐熱性に優れか
つ機械的要因によるスリーブの破損に対しても十分対応
でき、素材が軟鋼のような高融点材料にも適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、金属素材（一般には
合金）又は複合材素材（以下これらを単に素材という）
のダイカスト成形、型鍛造におけるモールドを用いての
鋳造などに用いる射出成形スリーブであって、耐熱性に
優れ、かつ機械的要因によるスリーブの破損に対しても
十分に対応できる半融ないし溶融金属の射出成形金属‐
耐火物複合スリーブを提供しようとするものである。

【０００２】近年、製品品質、歩止まりなどの向上がは
かれることから、固体ないしは半融の固形状態に維持さ
れ得る塊状素材を射出成形スリーブ内で誘導加熱して射
出成形する技術の開発が進められている。一方、素材が
高融点材料についても射出成形が行われるようになり、
特に高融点材料に用いて有利であること、製品の品質特
性が向上することなどから、半融状態すなわち固液共存
域での射出成形法が行われるようになってきている。し
かしながら、鉄鋼のような高融点材料においては、半融
状態にしてもなおその温度は高く、したがって、半融金
属の射出成形機の耐熱性の向上が望まれている。そし
て、特に、加熱及び加熱した素材のモールド内への圧送
をつかさどるスリーブについては、耐熱性の向上ととも
に機械的強度の向上が望まれている。

【０００３】

【従来の技術】従来のダイカストマシンには、たとえば
図１に示すような１体構造のスリーブが使用されてい
て、そのスリーブは図２に示すようにコルードチャンバ
ダイカストマシンに装着されている。

【０００４】図１は、従来スリーブの縦断面を示す説明
図で、図中１はスリーブ、３は素材装入口、４はモール
ドの入口ゲートに向かう開口部を示し、Ａはスリーブ１
のつば部を示す。そしてスリーブ１の装着あたっては、
その設置位置を固定するために、固定盤18、固定型19及
び金型スリーブ20によってつば部Ａを挟み込み固定す
る。なお、17はプランジャチップである。

【０００５】また、図２はスリーブが装置されているコ
ールドチャンバダイカストマシンの構造を示す説明図で
ある。図２において射出成形は、射出シリンダ12を作動
して、射出ピストンロッド13、プランジャロッドカップ
リング14及びプランジャロッド16を介してプランジャチ
ップ17を、固定盤18、固定型19及び金型スリーブ20によ
ってつば部Ａでその位置を固定されているスリーブ１内
を高速でその開口部方向に移動させ、スリーブ１内の素
材を押圧移動し固定型19と可動型21とで形成するモール
ド内に圧送することにより行われる。

【０００６】なお、図２において、11はアキュムレー
タ、15は射出タイバー、22は射出ピン、23は押出し板、
24はＴ溝、25は押出しロッド、26は可動盤、27は押出し
シリンダ、28はトグル装置、29はタイバー、30はリンク
ハウジング、31は型締めシリンダ、32はベースフレー
ム、33は油圧ポンプ、34は電動機である。

【０００７】さらに、図3(a)、(b) 及び(c) にコールド
チャンバダイカストマシンの作動状況の模式図を示す。
図3(a)は型締め・注湯状態、図3(b)は射出状態、図3(c)
は型開き・製品押出し状態を示す模式図であり、図3(a)
においては、型締め後ひしゃく35により溶湯（素材）1
0′をスリーブ１へ注湯している状態を示し、図3(b)に
おいてはプランジャチップ17によりモールド内へ素材を
射出した状態を示し、図3(c)においては型開き後製品36
を押し出した状態を示す。

【０００８】上記したように、スリーブ１はダイカスト
マシンに装着する際、そのつば部Ａが固定盤18と固定型
19などに挟まれその位置が移動できないように固定され
る。このため、素材10′を射出する際には、スリーブ１
内をプランジャチップ１７が500mm/s から5000mm/sの高
速で素材10′を押圧移送するためスリーブ１内面とプラ
ンジャチップ17及び素材10′との間に生じる摩擦力がス
リーブ１をプランジャチップ17の移動方向に押す力とな
り、スリーブ１のつば部Ａ近傍に大きな応力が発生す
る。また、射出完了後プランジャチップ17はもとの位置
に戻るので、この時にもスリーブ１の内面とプランジャ
チップ17との間に生じる摩擦力により同様に上記と逆方
向の応力が発生する。

【０００９】これまで、スリーブ内で高融点材料の固体
ないしは半融の固形状態の塊状素材を誘導加熱によって
半融ないしは溶融状態に加熱し射出成形する装置におい
て、そのスリーブは、耐熱性に優れていること、電気抵
抗率の大きいことが要求されることからセラミックスな
どを含む耐火物が前掲図１に示したような１体構造のも
ので使用されていた。しかしながら、このスリーブに
は、上記したように操業中に応力が作用するため、せん
断応力や曲げ応力に極めて弱い耐火物では、容易に破損
するという問題があった。

【００１０】また、このスリーブは、素材及びプランジ
ャチップのガイドを兼ねるため、その内径をプランジャ
チップの外径に適合させることが肝要であり、このた
め、その内径を精度よく機械加工して用いていた。特に
半融状態での射出成形を行う場合には、押圧圧力が大き
くなることから、より高精度であることが要求される。
なお、発明会社は先に、スリーブ内で電気的又は電磁気
的に素材を固液共存状態に加熱してダイカスト成形する
手段を、特開平4-52059 号公報の固液共存金属のダイカ
スト成形方法およびダイカスト成形機に提案開示してい
るが、この開示例にはスリーブの材質・構造などについ
ては特に触れていない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記したようなことか
ら、スリーブ内で素材を誘導加熱する射出成形スリーブ
については以下に述べる問題がある。 素材を加熱する部分のスリーブは、誘導磁界中に置
かれるため電気抵抗率の大きい材料であること、ならび
に、高温に加熱される素材を保持することから耐熱性が
良好で、急速な加熱及び内外の温度差に耐える耐熱衝撃
性・耐熱歪性が良い材料であること、及び、上記した素
材及びプランジャチップのガイドとしての機能を持たせ
るため機械的強度が大きいことなどが要求されるが、こ
れらをすべて満足する材料は現状ではない。

【００１２】 スリーブの肉厚は、耐熱衝撃性・耐熱
歪性の観点からは薄い方が望ましいが、機械的強度の観
点からは厚い方が望ましく、上記両者の利害はそれぞれ
相反する。

【００１３】 スリーブは、素材及びプランジャチッ
プのガイドとしての機能をもたせるため、プランジャチ
ップの径に適合する寸法で精度よく製作する必要があ
る。このためスリーブの内面は切削又は研削加工を要す
るが、このため被削性のよい耐火物であることが望まし
い。しかしながら、被削性がよく強度が強い耐火物とし
ては、Si₃N₄ ＋BN又はAl₂TiO₅ などのセラミックスがあ
るが、これらの材料は耐熱性に問題があり、軟鋼などの
高融点材料を固液共存状態まで加熱するには不十分であ
る。

【００１４】したがって、この発明は上記した問題点を
有利に解決しようとするもので、誘導加熱に好適な耐熱
材料と機械的強度の強い材料とを有利に組合せることに
より、耐熱性に優れ、機械的強度にも十分対応できる射
出成形金属‐耐火物複合スリーブを提供することを目的
とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明は、スリーブ
を、誘導加熱により加熱される素材を保持する機能が要
求される部分と、スリーブ自体を固定する部分及び加熱
された素材をモールド内へ圧送する際にガイドとしての
機能が特に重要な部分とにわけ、それぞれの部分に適す
る材料及び構造として有利に組合せることを骨子とする
ものである。

【００１６】すなわち、この発明の要旨は、固体ないし
は液相線温度より低い温度での部分的な融解下に固形状
態に維持され得る金属又は複合材の塊状素材を受け入れ
る装入口をそなえた耐火物円筒よりなり、この耐火物円
筒に、その内部に装入した上記素材を半融ないしは溶融
状態まで加熱する誘導加熱手段ならびに、上記素材をそ
の加熱下に耐火物円筒内から押圧してモールド内へ圧送
する加圧手段とを組合せて成る半融ないしは溶融金属の
射出成形スリーブにおいて、該射出成形スリーブは、固
定盤と固定型とに挟み込んでモールドに装着する取付け
金具をそなえ、この取付け金具に上記耐火物円筒を緊密
にはめ合わせて成ることを特徴とする半融ないしは溶融
金属の射出成形金属‐耐火物複合スリーブ（第１発明）
であり、

【００１７】さらに、上記において取付け金具は、加圧
手段であるプランジャチップの外径に適合する内径でモ
ールドの入口ゲートに向かって開口し、かつ、上記開口
が、プランジャチップに面して外拡がりをなすテーパー
部を介して該取付け金具の内径に比しより大きい口径の
耐火物円筒を緊密にはめ合わせる受口を有することから
なるもの（第２発明）であり、

【００１８】加えて、上記第１発明又は第２発明の耐火
物円筒の外周に断熱材を被覆して成るもの（第３発明）
である。

【００１９】

【作用】この発明をさらに詳しく以下に説明する。前記
したように、この発明の射出成形スリーブの特徴は、誘
導加熱により加熱される素材の加熱保持部分と、機械的
強度が要求されるモールドへ装着固定する部分とにわ
け、それぞれの部分に適する材料及び構造として組合せ
ることにある。

【００２０】そして上記加熱部分には電気抵抗率の大き
いセラミックスなどの耐火物を用い、モールドへ装着固
定する部分には機械的強度が高く被削性に優れ精密加工
が容易な金属すなわち取付け金具を用いるものであり、
このようにした複合スリーブは、スリーブ中で素材を誘
導加熱してもなんら支障をきたすことがなく、また、ス
リーブ内を素材及びプランジャチップが移動を繰り返し
ても容易に破損することのないものとなる。

【００２１】さらに、第２発明においては、被削性及び
機械的強度に劣る耐火物円筒（セラミックス）の口径を
プランジャチップの外径に比し大きくして上記両者を接
触しないようにし、被削性、機械的強度に優れる取付金
具の内径をプランジャチップの外径に精度よく適合させ
この部分でモールドへ圧送射出する際の素材及びプラン
ジャチップをガイドするものであり、このような複合ス
リーブは、特に射出圧力が大きくなる半融素材の射出成
形に用いて有利である。ここで、耐火物円筒とプランジ
ャチップとが接触しないようにするためには、耐火物円
筒の口径をプランジャチップの外径より２mm以上とする
ことが好ましい。また、このように耐火物円筒とプラン
ジャチップとの隙間が大きくとも、素材がプランジャチ
ップで押圧移送される間、その隙間からの素材のもれは
なく、特に半融状態の素材を射出成形する場合には全く
問題ない。このようにすることにより、耐火物円筒は、
プランジャチップと接触することがなくなるため機械的
強度を特に必要としなく、その肉厚を薄くすることがで
き耐熱衝撃性、耐熱歪性を向上できる。また、耐火物円
筒の口径は焼結したままの精度で十分となり、このため
機械加工が不要となり、被削性の悪い材料も使用できる
ことになる。したがって耐熱性に優れるセラミックスを
有利に選択できる。

【００２２】一方、取付け金具は、高温に加熱された素
材に接する時間が極めて短く、これら両者の間には酸化
物、潤滑材などがあるので、この取付け金具に対する熱
的要求は小さく、さらに、誘導磁界の影響が無視できる
位置にある。したがって、取付け金具には強度が大きく
加工性のよい金属材料を支障なく用いることができる。
そしてモールドの入口ゲートに向かって開口する取付け
金具の内径は、素材及びプランジャチップのガイドとし
て機能をもたせるためプランジャチップの外径に適合さ
せるものとし、その隙間は１mm以内にすることが好まし
く、１mm以内であれば、加熱された半融又は溶融素材を
プランジャチップで押圧してモールド内に圧送する際そ
の圧力が大きくなっても、素材より低温の取付け金具と
プランジャチップとにより冷却されその隙間から素材が
もれ出すことはない。

【００２３】また、上記取付け金具の開口は、プランジ
ャチップに面して外拡がりをなすテーパー部を介して取
付け金具の上記内径より大きい口径の耐火物円筒の受口
を有し、この取付け金具の受口に耐火物円筒を緊密には
め合わせる。このようにすることにより、耐火物円筒内
で加熱された素材を、プランジャチップにより押圧し、
取付け金具からモールド内へ支障なく圧送することがで
きる。

【００２４】さらに第３発明においては、耐火物円筒の
外周に断熱材を被覆して、熱効率を向上させるとともに
耐火物円筒内外の温度差を減少して熱応力を小さくす
る。この断熱材としては、繊維質又は多孔質のセラミッ
クスなどが好ましい。

【００２５】以上、この発明のスリーブは、加熱部の耐
火物円筒には電気抵抗率が大きく耐熱性に優れるセラミ
ックスを用い、かつ、その肉厚を薄くして耐熱衝撃性、
耐熱歪性を向上させることもでき、モールドの入口ゲー
トに向かって開口する取付け金具は強度に優れているこ
とから機械的要因によるスリーブの破損に対して十分に
対応できるものとなる。

【００２６】

【実施例】まず、この発明の実施例を図面にもとづいて
説明する。図４及び図５はこの発明（第１発明）に適合
する射出成形金属‐耐火物複合スリーブの縦断面を示す
説明図である。

【００２７】図４において、２は素材装入口３を有し、
プランジャチップ17の外径より大きい口径の耐火物円筒
２（セラミックス製）で、ダイカストモールドの入口ゲ
ート（金型スリーブ20) に向かって開口する開口部４側
の端部外周にはつば部Ａを有するスリーブ外筒５（鋼
製）が焼きばめなどにより緊密にはめ合わされ、これら
両者間の滑りを防止している。さらにこのスリーブ外筒
５の一端の内面にはねじ溝が切られていて、このスリー
ブ外筒５と、開口部４を有する外周にねじ溝が切られた
リング６（鋼製）とをねじ接合し取付け金具を形成さ
せ、耐火物円筒２、スリーブ外筒５及びリング６を組合
せる。

【００２８】このような構成になる金属‐耐火物複合ス
リーブのダイカストマシンへの装着にあっては、スリー
ブ外筒５とリング６とからなるつば部Ａを有する取付け
金具を固定盤18、固定型19及び金型スリーブ20で固定す
る。このようにダイカストマシンへ装着するにあたって
の固定部分は機械的強度の高い金属であるため、プラン
ジャチップ17で素材10の射出を繰り返す際につば部Ａ近
傍に応力が発生してもその部分で破損することはない，
また、誘導加熱コイル８により素材10を加熱する部分は
セラミックス製の耐火物円筒２であるため支障なく加熱
することができる。

【００２９】他の例として図５においては、素材装入口
３を有するプランジャチップ17の外径より大きい口径を
有する耐火物円筒２（セラミックス製）の外面に、その
外径がプランジャチップ17に面して先細りをなすテーパ
ー部をもうけ、一方スリーブ外筒５（鋼製）の内面に
は、上記耐火物円筒２のテーパー部と適合するように、
その内径がプランジャチップ17に面して先細りをなすテ
ーパー部をもうけて耐火物円筒２とスリーブ外筒５とを
上記テーパー部で緊密に接合できるようにし、さらに取
付け金具を形成するスリーブ外筒５とつば部Ａを有しプ
ランジャチップ17の外径に適合する内径を有する開口部
円筒７−１（鋼製）とをねじ接合させることによって、
耐火物円筒２、スリーブ外筒５及び開口部円筒７−１を
組合せる。

【００３０】このようにした金属‐耐火物複合スリーブ
は上記した図４の金属‐耐火物複合スリーブの場合と同
様、つば部Ａ近傍で破損することはなく、誘導加熱も支
障なく行うことができる。

【００３１】図６もまた、この発明（第２発明、第３発
明）に適合する射出成形金属‐耐火物複合スリーブの縦
断面を示す説明図である。図６において、開口部４及び
つば部Ａを有する取付け金具７−２（鋼製）の開口部４
の内径は、プランジャチップ17の外径に適合させその隙
間を１mm以内にする。そして、上記開口はプランジャチ
ップ17に面して外拡がりをなすテーパー部を介して耐火
物円筒２（セラミックス製）をはめ合わせるための受口
を有し、この取付け金具７−２に素材装入口３を有する
耐火物円筒２を緊密にはめ合わせて上記両者を組合せ
る。

【００３２】この耐火物円筒２の口径は、前記したよう
に焼結したままの精度でよく、したがって、耐火物円筒
２には焼結のままの電気抵抗値の大きい耐熱性に優れる
高密度セラミックスを用いることができる。

【００３３】また、上記取付け金具７−２と耐火物円筒
２の接合部においては、加熱された素材10を支障なく押
圧移送させるため、取付け金具７−２の接合部内径を耐
火物円筒２の口径以上とすることが好ましい。

【００３４】このようにした金属‐耐火物複合スリーブ
は、前記した図４及び図５の金属‐耐火物複合スリーブ
と同様につば部Ａ近傍で破損することはなく、かつ、誘
導加熱を支障なく行うことができる。

【００３５】さらにこの金属‐耐火物複合スリーブで
は、誘導加熱コイル８により加熱された素材10をプラン
ジャチップ17で押圧移送し、取付け金具７−２の開口部
４からモールド内へ圧送射出する際、プランジャチップ
17は耐火物円筒２と接触することなく、耐火物円筒２と
取付金具７−２の接合部も支障なく素材10を押圧移送す
ることができ、かつ、プランジャチップ17の外径と取付
け金具７−２の開口部４の内径は精度よく適合させるこ
とができるので、素材10及びプランジャチップ17は取付
け金具７−２の開口部４で正しくガイドすることができ
る。したがって、この金属‐耐火物複合スリーブは、モ
ールド内への圧送圧力が大きくなる半融状態の素材10の
射出成形に特に適している。

【００３６】なお、図６において、８は耐火物円筒２の
外周を被覆する断熱材で、前記したように繊維質又は多
孔質のセラミックスが用いられる。

【００３７】つぎに、この発明に適合する射出成形金属
‐耐火物複合スリーブを用いて最も効果的な、半融状態
の鋼素材を圧送射出した実施例について述べる。 Ｃ：0.3wt ％、Si：0.5wt ％及びMn：0.5wt ％を含有す
る鋼（長さ：70mm、直径：60mm) を素材とし、適合例と
して前記図６に示した射出成形金属‐耐火物複合スリー
ブと、比較例として前記図１に示した射出成形スリーブ
（ただし、スリーブ外周には断熱材を被覆）を用いて、
固液共存域の1490℃までの加熱及びダイカストモールド
内へ圧送射出を試みた。

【００３８】ここに、高周波誘導加熱条件は以下の通り
である。 周波数： 2,000 Hz 高周波出力： 15 Kw 加熱コイル径： 100 mm 加熱コイル巻数： 4 なお、適合例の耐火物円筒には、強度、耐熱性に優れる
セラミックス、比較例のスリーブには、機械加工を施す
ことから被削性に優れるセラミックスを用い、断熱材に
は、共に厚さ３mmの繊維質のアルミナを用いた。

【００３９】上記結果をスリーブの材料・寸法と合わせ
て表１に示す。

【表１】

【００４０】表１から明らかなように、比較例のスリー
ブは1490℃の温度に到達する前に破損したり、1490℃ま
では加熱できても圧送射出時に破損しているが、適合例
では1490℃までの加熱及び射出時に破損することなく良
好な結果が得られ、鋼のような高融点金属にも対応でき
ることを示している。

【００４１】

【発明の効果】この発明は、スリーブ内で誘導加熱し、
半融ないしは溶融状態にした金属又は複合材素材の射出
成形金属‐耐火物複合スリーブであって、誘導加熱され
る素材を保持する機能が要求される部分と、機械的強度
が要求される部分にわけ、それぞれに適する材料及び構
造として組合せることにより、耐熱性を向上させ、機械
的強度も支障ないものとするものであり、この発明のス
リーブは、素材が軟鋼のような高融点材料であっても十
分に適用することができ、半融金属のダイカスト成形用
のスリーブとしても有利に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来スリーブの縦断面を示す説明図である。

【図２】スリーブが装着されているコールドチャンバダ
イカストマシンの構造を示す説明図である。

【図３】コールドチャンバダイカストマシンの作動状況
を示す模式図である。 (a) は型締め・注湯状態を示す模式図である。 (b) は射出状態を示す模式図である。 (c) は型開き・製品押出し状態を示す模式図である。

【図４】この発明に適合する射出成形金属‐耐火物複合
スリーブの縦断面を示す説明図である。

【図５】この発明に適合する射出成形金属‐耐火物複合
スリーブの縦断面を示す説明図である。

【図６】この発明に適合する射出成形金属‐耐火物複合
スリーブの縦断面を示す説明図である。

【符号の説明】

１ スリーブ ２ 耐火物円筒（セラミックス） ３ 素材装入口 ４ 開口部 ５ スリーブ外筒 ６ リング（金属） ７−１ 開口部円筒（金属） ７−２ 取付け金具（金属） ８ 断熱材 ９ 誘導加熱コイル 10 塊状素材 17 プランジャチップ 18 固定盤 19 固定型 20 金型スリーブ 21 可動型 Ａ つば部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体ないしは液相線温度より低い温度で
   の部分的な融解下に固形状態に維持され得る金属又は複
   合材の塊状素材を受け入れる装入口をそなえた耐火物円
   筒よりなり、この耐火物円筒に、その内部に装入した上
   記素材を半融ないしは溶融状態まで加熱する誘導加熱手
   段ならびに、上記素材をその加熱下に耐火物円筒内から
   押圧してモールド内へ圧送する加圧手段とを組合せて成
   る半融ないしは溶融金属の射出成形スリーブにおいて、
   該射出成形スリーブは、固定盤と固定型とに挟み込んで
   モールドに装着する取付け金具をそなえ、この取付け金
   具に上記耐火物円筒を緊密にはめ合わせて成ることを特
   徴とする半融ないしは溶融金属の射出成形金属‐耐火物
   複合スリーブ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の取付け金具は、加圧手
   段であるプランジャチップの外径に適合する内径でモー
   ルドの入口ゲートに向かって開口し、かつ、上記開口
   が、プランジャチップに面して外拡がりをなすテーパー
   部を介して該取付け金具の内径に比しより大きい口径の
   耐火物円筒を緊密にはめ合わせる受口を有することから
   成る半融ないしは溶融金属の射出成形金属‐耐火物複合
   スリーブ。
3. 【請求項３】 耐火物円筒の外周に断熱材を被覆して成
   る請求項１又は２に記載の半融ないしは溶融金属の射出
   成形金属‐耐火物複合スリーブ。