JPH1157966A - 金属材料の射出成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 金属材料の射出成形装置において、シリンダ
やスクリューの摩耗や破損を防止でき、しかも、スクリ
ュー径の増大化を防ぎ、また装置全体が大型化する問題
点を克服できる金属材料の射出成形装置を提供する。 【解決手段】 水平に移動可能な内側シリンダ１を有す
る内部装置と、該内側シリンダ１を内部に包囲する外側
シリンダ２を有する外部装置の二重構造であり、内側シ
リンダ１の内部に固体金属材料を溶融又は半溶融状態に
するためのスクリュー３が配置され、内側シリンダ１の
先端には外側シリンダ２の内径に相当する径の貫通孔４
を備えたプランジャチップ５が配置され、スクリュー３
は内側シリンダ１に対して回転運動および貫通孔４を塞
ぐためのわずかな前後動のみを行う機能を有し、外部装
置は先端にノズル６を有し、内部装置がプランジャとし
て高速前進し、計量室８てに計量された金属材料をノズ
ル６から金型へ射出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融乃至半溶融状
態の金属材料の射出成形装置に関する。さらに詳しく
は、スクリュー先端に設けたプランジャにより高速射出
する構造の金属材料の射出成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属材料を用いて射出成形を行う
には、金属ペレットを射出成形装置の射出シリンダ内に
供給し、不活性雰囲気中の射出シリンダ内の金属材料の
温度を固相線温度と液相線温度の間に加熱しながらスク
リューを回転させることにより、せん断力を与え徐々に
半溶融状態のスラリとして射出シリンダ前方にフィード
して、所定量計量されたスラリを射出成形する方法が知
られている（例えば、特表平３−５０４８３０号公報、
特開平７−１５５９１８号公報）。これらの方法は、固
相と液相の共存状態の金属材料にせん断力を与えること
により、金属の樹枝状晶（いわゆるデンドライト）の成
長を抑制し、微細な粒子と液体の共存状態、即ち、チキ
ソトロピックスラリの形態で射出成形して、均質な金属
成形体とするものである。

【０００３】これらの金属材料の射出成形においては、
供給された金属材料は射出シリンダ内では固体状態から
徐々に半溶融状態乃至溶融状態となった分布で存在して
いるため、射出スクリューの高速移動によって射出する
際には、射出シリンダや射出スクリューの摩耗や破損が
発生するという問題を有していた。さらに、逆止弁を有
する金属材料の射出成形装置においては、構造の複雑な
逆止弁が摩耗しやすいという問題を有していた。金属材
料の射出成形では樹脂成形に比べ１０倍以上の速度（１
〜１０ｍ／ｓ）で射出する必要があり、上記問題は深刻
である。

【０００４】一方、特開平７−５１８２７号公報に示さ
れる金属材料の射出成形装置では、スクリュー内部に設
けた射出用プランジャを高速移動させて、スクリュー先
端内部に計量された金属材料のチキソトロピックスラリ
を射出しているため、スクリューは移動しないのでシリ
ンダやスクリューの摩耗や破損を防止できる構造となっ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平７−５１８２７号公報の金属材料の射出成形装置は
半溶融化した金属材料をスクリューの内部に計量するた
めの空間及び射出用プランジャをスクリューの内部に配
置するための空間が必要であるので、スクリュー径が大
きくなることは避けられず、スクリューは複雑な加工を
要するためコスト高に結びついていた。さらにそのた
め、シリンダを含め射出成形装置が大型化するという問
題があった。

【０００６】そこで、本発明は、金属材料の射出成形装
置において、シリンダやスクリューの摩耗や破損を防止
でき、しかも、スクリュー径の増大化を防ぎ、また装置
全体が大型化する問題点を克服できる金属材料の射出成
形装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るために、本発明の金属材料の射出成形装置は、水平に
移動可能な内側シリンダを有する内部装置と、該内側シ
リンダを包囲する外側シリンダを有する外部装置からな
る二重構造としている。内部装置における内側シリンダ
の内部に固体金属材料を溶融又は半溶融状態にするため
のスクリューが配置され、内側シリンダの先端には外側
シリンダの内径に相当する径で且つ流路を備えたプラン
ジャチップが直列に配置されている。スクリューは内側
シリンダに対して回転運動およびプランジャチップの流
路を塞ぐためのわずかな前後動のみを行う機能を有し、
一方、前記外部装置は、先端にノズルを有し、且つ該ノ
ズルと前記プランジャチップの間に、プランジャチップ
の流路から送出される溶融又は半溶融状態の金属材料
（金属材料スラリという）を一定量になるまで計量する
ことができる可変空間の計量室を有し、前記内部装置の
内側シリンダ、スクリュー及びプランジャチップを含ん
だ内部装置がプランジャとして高速前進することによ
り、前記計量室に計量された金属材料スラリを前記ノズ
ルから金型へ高速射出することができる、金属材料の射
出成形装置とした。

【０００８】本発明の金属材料の射出成形装置におい
て、プランジャチップは内側シリンダの先端に直列に交
換可能に設けられている。該プランジャチップに設けら
れた連通孔は、内側シリンダと外側シリンダをつないで
おり、金属材料スラリの流路となっている。射出時には
スクリューが前進し、スクリュー先端がこの流路を完全
に塞ぎ金属材料スラリの逆流を防止する。

【０００９】上記した本発明の金属材料の射出成形装置
で射出成形が行われる際には、金属材料は内側シリンダ
の後方から供給される。次いで、供給された金属材料は
スクリューの回転運動により前方にフィードされると同
時に、加熱され且つせん断を受けて半溶融状態の金属材
料スラリとなる。金属材料スラリは前方の連通孔より排
出され、外側シリンダと内側シリンダの間の可変空間の
計量室に蓄えられる。必要量の金属材料スラリが蓄えら
れた時点でスクリューが回転を停止すると共にスクリュ
ーがわずかに前進して、プランジャチップに設けた連通
孔を塞ぐ。次いで、内側シリンダ、スクリュー及びプラ
ンジャチップを含んだ内部装置をプランジャとして高速
で前進させ、外側シリンダの前方に配置された金型内に
金属材料スラリをノズルを通じて射出成形する。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の金属材料の射出成
形装置であり、シリンダ・スクリュー装置の部分を示
し、金型装置については図示が省略されている。該射出
成形装置は、水平に移動可能な内側シリンダ１を有する
内部装置と、該内側シリンダ１を包囲する外側シリンダ
２を有する外部装置からなる二重構造となっている。該
外部シリンダ２の該周にはヒータ９が取り付けらてい
る。

【００１１】３は固体金属材料を溶融又は半溶融状態に
するためのらせん状の羽根を持つスクリューであり、内
部装置における内側シリンダ１の内部に配置されてい
る。内側シリンダ１の先端には外側シリンダ２の内径に
相当する径の貫通孔４を備えたプランジャチップ５が内
側シリンダ１と直列に配置されているので、内部装置が
前後進したときに、外側シリンダ２とプランジャチップ
５との間には、可変空間が形成される。該貫通孔４は、
内部装置の空間部と外部装置の空間部を連結し、金属材
料スラリの流路となっている。スクリュー３は内側シリ
ンダ１に対して回転運動することによって、固体金属材
料を溶融又は半溶融状態にすることができる。また、ス
クリュー３はわずかな前後動のみを行う機能を有するこ
とにより、射出時にスクリュー３の先端がプランジャチ
ップ５の流路を塞ぎ、金属材料スラリの逆流を防止する
ことができる。一方、前記外部装置の先端にはノズル６
が配置され、金属材料スラリを射出時に金型へ導入す
る。７は、固体金属材料を内側シリンダ１内へ導入する
ためのホッパである。該ホッパ７は加熱装置により加熱
されることが望ましい。

【００１２】図１の金属材料の射出成形装置により、金
属材料としてマグネシウム合金（ＡＳＴＭ：ＡＺ９１
Ｄ）を用いた場合の射出成形を例にして、本発明の実施
の態様を説明する。

【００１３】金属材料として２ｍｍ〜５ｍｍ程度の大き
さの粒状マグネシウム合金材料を用いる。この粒状マグ
ネシウム合金材料は、例えば機械的に破砕したもの、不
活性ガスアトマイズ法などの手法により作製したもの等
の各種製造方法により得たものが挙げられる。

【００１４】ホッパー７を加熱しておき、且つアルゴン
ガス等の不活性ガスを供給して、材料に含まれるエアや
水分を除去する。ホッパー７の加熱温度は水分が十分除
去できる１５０℃以上、液相が発生する温度４２５℃以
下とする。ホッパー７より供給された粒状のマグネシウ
ム合金材料は、加熱装置を設けた内側シリンダ１により
加熱されると共に、回転するスクリュー３によりせん断
を受け、半溶融状態となりプランジャチップ５の貫通孔
４より排出される。内側シリンダ１は材料供給部から先
端に向け温度勾配がつけられているので、徐々に液相量
を増していく。内側シリンダ１の温度は、例えば、材料
供給部で３５０℃、先端部で液相線温度よりも低い５８
０℃に設定される。設定温度は金属材料の種類と、射出
される金属材料スラリ中における所望の固相率から決定
される。

【００１５】内側シリンダ１の先端のプランジャチップ
５の貫通孔４より排出された固液混合状態のマグネシウ
ム合金は、射出用の外側シリンダ２とプランジャチップ
５との間に形成される計量室８内に供給されると共に、
プランジャチップ５、内側シリンダ１及びスクリュー３
を含む内部装置全体が徐々に後退し、前記計量室８内に
金属材料スラリが蓄えられる。なお、金属材料スラリを
半溶融状態とするためにヒータ９による加熱で金属材料
スラリの温度を適正に保つ。あらかじめ設定しておいた
計量値に達した時点でスクリュー３の回転を止めると同
時にわずかに前進させて、スクリュー３の先端でプラン
ジャチップ５の流路を塞ぐ。続いて内部装置全体を高速
で前進させ、ノズル６より金属材料スラリを噴出させ
る。

【００１６】ノズル６の先端方向に設置された金型（図
示せず）のキャビティー内にマグネシウム合金が充満さ
れ、金型の凝固が完了するまで、内部装置が半溶融マグ
ネシウム合金に対して圧力をかけ続けることにより、凝
固収縮による製品のひけやその他の欠陥が防止された、
マグネシウム合金製品が鋳造される。凝固が完了した時
点でスクリュー３が回転を始め、次の射出に備え材料の
供給を開始する。金型内のマグネシウム合金製品はさら
に冷却され十分な強度を持つ温度まで冷却されるのを待
ち、金型を開いて取り出す。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、内側シリンダ、スクリ
ュー及びプランジャチップを含んだ内部装置がプランジ
ャとして高速前進することにより、外側シリンダとプラ
ンジャチップの間に形成される計量室内に計量された金
属材料スラリを射出しているので、スクリューを高速で
前後進させる必要がなく、そのためスクリューの摩耗や
破損を防止でき、安定した射出成形が可能となる。

【００１８】本発明の金属材料の射出成形装置は、溶融
又は半溶融された金属材料を計量するための計量室をス
クリュー内に設けていないので、且つ、射出時のプラン
ジャはスクリュー内に設けていないので、スクリューの
径を増大させないですみ、そのため複雑な加工を要する
スクリューのコストを抑えることができる。さらにま
た、射出成形装置の大型化が抑制できる。

【００１９】本発明の金属材料の射出成形装置は、スク
リューで射出する場合に比べ逆流が少ないため、高速・
高圧射出が可能となる。

【００２０】本発明の金属材料の射出成形装置に用いら
れるプランジャチップはスクリューに比べ単純形状で小
さな部品ですむため、プランジャチップが摩耗或いは破
損した際に交換する場合のコストが低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属材料の射出成形装置であり、シリ
ンダ・スクリュー装置の部分を示し、成形型については
図示が省略されている。

【符号の説明】

１ 内側シリンダ ２ 外側シリンダ ３ スクリュー ４ 貫通孔 ５ プランジャチップ ６ ノズル ７ ホッパ ８ 計量室 ９ ヒータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平に移動可能な内側シリンダを有する
   内部装置と、該内側シリンダを内部に包囲する外側シリ
   ンダを有する外部装置の二重構造の金属材料の射出成形
   装置であり、 前記内部装置における、内側シリンダの内部に固体金属
   材料を溶融又は半溶融状態にするためのスクリューが配
   置され、内側シリンダの先端には外側シリンダの内径に
   相当する径で且つ流路を備えたプランジャチップが配置
   され、前記スクリューは内側シリンダに対して回転運動
   およびプランジャチップの流路を塞ぐためのわずかな前
   後動のみを行う機能を有し、 前記外部装置は先端にノズルを有し、且つ該ノズルと前
   記プランジャチップの間に、プランジャチップの流路か
   ら送出される溶融又は半溶融状態の金属材料を一定量に
   なるまで計量できる可変空間の計量室を有し、 前記内側シリンダ、スクリュー及びプランジャチップを
   含んだ内部装置がプランジャとして高速前進することに
   より、前記計量室に計量された金属材料を前記ノズルか
   ら金型へ射出することができる金属材料の射出成形装
   置。