JP3954914B2 - 軽合金の射出成形方法及び射出成形装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマグネシウムやアルミニウム等の軽合金を成形するための射出成形方法及び射出成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、金属の半凝固状態を利用し射出成形技術と組み合せたチクソモールド法と呼ばれる成形法が実用化されている。このチクソモールド法としては、Ｍ．C．フレミングスらの米国特許第３９０２５４４号等がある。また、スクリューを利用し、固相と液相の混在する半凝固状態を作り出す方法が特公平１−３３５４１号公報及び特公平２−１５６２０号公報に記載されている。また、これらの方法を用いた射出成形方法について特表平３−５０４８３０号公報に記載されている。
【０００３】
この種の軽合金の射出成形方法としては、特許第２８３２６２５号公報に記載のものがある。このものは、チクソモールド法とは異なり、ペレット（チップ又は顆粒）状の材料を使うことなくインゴット原料を半溶融状態に加熱し、その後粉砕機にて粒状にし、シリンダへ供給するものである。
【０００４】
また、半凝固状態で射出する別の方法として、特許第２９７４４１６号公報に記載されたものもある。このものは、溶解炉で溶融された軽合金材料が縦型シリンダの上部に配置されたホッパーから供給され、シリンダの外側に配置された冷却用装置による温度制御で溶湯が冷却され、垂直に配置されるスクリューの回転による攪拌破砕によって樹枝状晶を半凝固状態にし、そのスラリーをスクリュー先端部で計量後、その下部に位置する金型内に射出する方法である。
【０００５】
チクソモールド法を使用した軽合金の射出成形方法は、特表平３−５０４８３０号公報に記載されているように、ホッパーより固体ペレット（チップ）をインライン式射出成形機に供給し、そのバレル内で昇温し半溶融スラリーを作製して、スクリューでバレル先端部に送って一旦貯留した後、樹脂射出成形と同様に射出成形するものである。本方式は、直接溶湯を処理せず、バレル内でのヒータ加熱とスクリュー回転によるせん断作用によって固体ペレットを半溶融スラリーとするものであり、金属チップの溶融のためにスクリューによるせん断発熱と加熱ヒータによる加熱の両方が作用する。せん断発熱についてはそのスクリューヘ導入される状態の変化、つまり金属チップの形状のバラツキによってスクリューヘ導入される量にバラツキが出る結果、時々によってせん断履歴が一定ではなく、射出毎に溶融状況に違いが出る。一方のヒータ加熱では、温度制御の精度が大きく影響する。通常、ヒータ加熱によりバレルが加熱され、その伝導熱によって金属チップが加熱される。チップ形状のバラツキで伝導熱を受ける接触面に違いがでてくる。そうなると当然スクリュー軸方向分布にバラツキがでることとなり、その結果、制御範囲のバラツキが生じ金属チップの溶融状況が時々により異なり一定しない。また、スクリュー回転数を制御するとヒータ加熱による熱履歴に影響を及ぼすことになる。それゆえ、チクソモールド法では、これら各パラメータを制御して限られたスクリュー長さ、滞留時間の中で安定した温度のスラリー状態を作り出すことは困難であり、溶融開始点が安定せず未溶融（この場合、半溶融の固相粒）の割合がショット毎に変化することになる。そして、スクリュー軸方向の温度分布がショット毎に変化してスラリー状態が変化することで粘度が変化する結果、安定した計量ができなくなる。
【０００６】
また、特表平３−５０４８３０号では金属ペレット（チップ）をインライン式射出成形機のバレル内に供給する際に、金属ペレットとともに多くのガスがバレル内に混入してしまう。半溶融状態のスラリーの粘度はその合金金属によっても異なるが、凡そ１００ｐｏｉｓｅ以下と樹脂の粘度に比べて低く、スクリュー回転によって生じるスラリーへの押出し圧は樹脂と比べて低く、半溶融状態のスラリーをスクリュー先端部の材料貯留部に送る送り能力は小さいため、樹脂成形のように背圧に打ち勝ってスクリューを後退させる程の発生圧力を期待できない。そのため、インライン式では、計量時にスクリューの回転と同時にスクリューを後退させているが、このような計量方法では、半凝固スラリーの自重に加えスラリーに対するヘッド圧程度しか作用せず混入したガスがバレル上流側（低圧のホッパー側）に排出されることなく、その多くは溶融スラリー中に残存することとなり計量精度は不安定になり、射出毎の成形品に品質不良が多くなり、品質にバラツキが出る。
【０００７】
また、特許第２９７４４１６号は、溶湯を冷却して半凝固スラリーを生成するため、その固相の状態、即ち固相率の安定性や固相粒径サイズは前述の特表平３−５０４８３０号の半溶融スラリーよりは良い状態で供給される。また、バレル内へは溶湯を供給するため、ガスの混入は特表平３−５０４８３０号よりも多少改善される。しかしながら、粘度が低いのは半凝固スラリーも本質的に同じであり、計量時には材料の自重に加えスラリーに対する材料導入部からのヘッド圧程度しか作用せず、特表平３−５０４８３０号と同様に混入したガスは樹脂成形のようにスクリュー回転によりバレル内に生じる発生圧力を利用してバレル上流側（低圧のホッパー側）に排出することができないため、いぜん多くの混入ガスが残存する事になる。さらに、溶湯導入部（ホッパー）の溶融量がヘッド圧として作用するため、溶湯導入部での液面の変化が計量精度を左右することになる。また、固相率が高くなると、圧損が大きくなり計量時の状態が違ってくる。圧損が大きな状態でスクリューを後退させて強制的に計量すれば、スクリュー後方からのガスの巻き込みが発生することがある。
【０００８】
また、これらの軽合金の射出成形方法を改良した技術として特許第３２３７０１７号に記載されているものがある。この方法では、第１チャンバと第２チャンバを有し、第１チャンバから第２チャンバへの移動に際し、吸引力によって第２チャンバに誘引されることが記載されている。この方法によれば、第２チャンバに吸引力を発生させ、溶融金属を負圧によって第２チャンバに移動させることになり、第２チャンバ内のラム（プランジャ）の隙間やノズル先端部からのガスの巻き込みが生じることは避けられない。そのため、第１チャンバにあるラムによって残っている材料を第２チャンバに押し入れることで、巻き込まれたガス（空気）を第２チャンバから押し出す方法を提案しているが、水平に配置されている第２チャンバから溶融金属に混入したガスを十分に抜くことは難しい。また、残存するガスにより計量精度も不安定なものとなる。また、溶融金属の状態に関する詳細な説明が無く、第１チャンバでは液相線を超えた溶融金属が導入されるものであるが、ここで積極的に半凝固スラリーを生成しているのか不明である。仮に第１チャンバで冷却して半凝固スラリーを生成しても、半凝固スラリーの固相率が大きくなると吸引力によって第２チャンバに誘引することは難しくなり、圧損（抵抗）が大きくなる結果、半凝固スラリー状態での計量精度は悪くなる。
【０００９】
また、押出し部と射出部を分割する同様の技術として特許第３２５８６１７号に記載のものがある。このものは、押出シリンダ装置で固体金属が溶融され、注湯シリンダ装置に供給され金型に射出される。この時、押出シリンダとシリンダギャップとの間に設けた閉鎖体が、スクリューの第１位置から第２位置への移動によって、注湯シリンダ装置から押出シリンダ装置への逆流防止の役割をするというものである。この場合は、油圧シリンダによりスクリューに発生する圧力で逆流防止するのではないため、射出部で発生する圧力によってシールして逆流が防止できるというメリットがあり、大きな油圧シリンダを必要としない。しかしながら、固体金属の供給と共に多くのガスが押出しシリンダ装置に混入してしまうこと、及び計量がスクリュー回転による押出し量・押出し力で決定されることから、溶融した際の粘度が低い軽合金の場合、高い計量精度を出すことは難しいものである。
【００１０】
そこで、押出しシリンダへのガスの混入が少なく、高い精度で計量が可能となる軽合金の射出成形装置として、特開２００１−１１２２号公報に記載のものがある。このものは、実質的に縦向きのチャンバー内において金属溶湯を押出スクリューで剪断しながら冷却して半凝固スラリーに遷移させたあと、チャンバーの下端排出口から排出されてきた半凝固スラリーを成形金型に射出するものであり、型締め装置は固定金型に対して移動金型を水平方向に開閉するように構成されており、チャンバーの下端排出口に、縦方向の第一流路と、この流路の下端から水平方向に延びかつ固定金型に連通する第二流路を内部に有する接続部材が接続されているものである。この場合、チャンバーの下端排出口から排出される半凝固スラリーはいったん水平方向に向きを変え、その射出方向と同じ水平方向に型開閉する成形金型に射出されることになるので、成形金型やそのストローク量を大きくしても、スクリュー押出機を必要以上に高く配置する必要がなくなる。また、本発明装置では、縦向きのチャンバー内において金属溶湯を押出スクリューで剪断しながら冷却して半凝固スラリーに遷移させるので、従前のレオモールディング法と同様に、固体原料を加熱して半凝固スラリーにすることに伴う種々の不都合を解消することができ、その上、気泡や引けの少ない高品質な軽金属成形品を射出成形することができる。一方、同公報の図３に示されるように、スクリュー押出機に軸方向に移動しない押出スクリューを備え、射出流路の第二流路内に水平方向に移動する射出プランジャを設ける場合もあり、この場合、第二流路内の半凝固スラリーがスクリュー押出機に逆流するのを防止する逆止弁を第一流路に設けておけば、射出成形時における１ショットの計量が極めて正確に行えるようになるものである。しかしながら、計量精度は、前述の従来のものに比較すると、非常に高いものであるが、一般的な樹脂の射出成形に比較すると、押出しスクリューの押出し力による計量であるため、その精度に若干の不安定性を有しており、さらに計量精度を向上させるための改良が必要であった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、固相粒径が均一で品質の良い半凝固スラリーの生成及びその精度良い計量が可能であり、バリや引け巣の少ない高精度な軽合金の射出成形品を得ることができる軽合金の射出成形方法及び射出成形装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の軽合金の射出成形方法は、内部に押出しスクリューを備えた実質的に縦向きに設置されているバレルと、バレルに連通流路を介して連通する内部にプランジャを備えたシリンダとを有する軽合金の射出成形方法であって、（ａ）供給口からバレル内部に軽合金材料の金属溶湯を供給する供給工程と、（ｂ）前記バレル内において、前記金属溶湯を前記押出しスクリューで攪拌しながら冷却して半凝固スラリーに遷移させる遷移工程と、（ｃ）前記連通流路を閉止し、前記押出しスクリューを上側に所定量後退させてできる貯留部に、前記半凝固スラリーを貯留する１次計量工程と、（ｄ）前記連通流路を開放し、少なくとも前記プランジャが所定位置まで後退することで前記シリンダ内部に計量部ができるまでの間、前記連通流路を介して前記半凝固スラリーを前記シリンダ内部に押出すにあたり、前記シリンダ内部に押出された前記半凝固スラリーに正圧がかかるように前記押出しスクリューを前進させつつ前記プランジャを後退させる２次計量工程と、（ｅ）前記連通流路を閉止した後、前記プランジャを前進させて前記半凝固スラリーを射出する射出工程と、で構成されるものである。
【００１３】
この構成によると、バレルに軽合金の金属溶湯を供給しているので、初期段階でのガスの混入が少ない。また、供給された金属溶湯をバレル内部で攪拌しながら冷却して半凝固スラリーを生成するものであるため、チクソモールド法のようなせん断履歴等の熱履歴のバラツキがなく、溶融状態（半凝固スラリーの状態）が安定する。また、実質的に縦向きに配置されたスクリュー押出し機の下部に貯留部を形成し、そこへ半凝固スラリーを供給口からのヘッド圧と自重を利用して移動させるものであるため、ガスを巻き込むことなく一旦半凝固スラリーを貯留することができる。そして、貯留している半凝固スラリーを貯留部から所定の容積の計量部に圧入するにあたり、当該スラリーに正圧をかけながら計量を行うものであるため、半凝固スラリーにヘッド圧と自重による圧力以上の圧力が生じて、供給口側のヘッド圧の変動が計量に影響しないばかりか残存ガスを低圧の供給口側に抜くことができ、安定かつ高精度の計量を行うことができる。
【００１４】
また、本発明の軽合金の射出成形方法は、前述の発明において、前記連通流路の開閉を流路内に設けたバルブ手段により行うことを特徴とするものである。
この構成によると、連通流路の開閉を意図的に行うことができるため、貯留部での1次計量を高精度で確実に行うことができ、計量後に連通流路を開放し、２次計量工程に移行する。このため、射出ごとの計量のバラツキが少なくなる。
【００１５】
また、本発明の軽合金の射出成形方法は、前述の発明において、前記１次計量工程における前記連通流路の閉止を前記プランジャが前記連通流路を塞ぐ位置に移動することにより行い、前記射出工程における前記連通流路の閉止を前記押出しスクリューが前記連通流路を塞ぐ位置に移動することにより行うことを特徴とするものである。
この構成によると、連通流路の閉止を、射出成形装置を構成するプランジャ及び押出しスクリューのそれぞれの部品を用いて行うことができるため、射出成形装置の構成部品数を少なくすることができる。また、連通流路の開閉制御がプランジャ及び押出しスクリューの制御と一連となり動作が簡素化される。
【００１６】
また、本発明の軽合金の射出成形方法は、前述の発明において、前記２次計量工程において、前記押出しスクリューを進退させるスクリュー用油圧シリンダに前進力を付与する際の油圧と、前記プランジャを進退させるプランジャ用油圧シリンダに後退力を付与する際の油圧との差圧が略一定となるように各油圧ラインの圧力の少なくとも一方を制御することを特徴とするものである。
この構成によると、押出しスクリュー及びプランジャを各油圧シリンダの油圧力によって進退させるため、押出しスクリュー及びプランジャの進退によって形成される貯留部及び計量部に容積を一定となるように正確に制御することが可能となり、高精度での計量が可能となる。また、成形品の大きさにあわせて、貯留部及び計量部の大きさを制御することもできる。また、シリンダ内に押出された半凝固スラリーに作用する圧力を略一定にすることができるため射出ごとの２次計量が更に安定する。
【００１７】
また、本発明の軽合金の射出成形方法は、前述の発明において、前記供給口に設けたホッパーに外部から軽合金の金属溶湯を供給し、前記金属溶湯の湯温を均一にした後、前記バレル内部に供給することを特徴とするものである。
この構成によると、金属溶湯の湯温を均一にした後で、バレル内部に供給するため、湯温が一定の金属溶湯を出発原料としてバレル内で冷却することができ、固相粒径が均一で品質の良い半凝固スラリーを生成することができる。
【００１８】
また、本発明の軽合金の射出成形方法は、前記遷移工程において、前記半凝固スラリーの固相率が５〜４０％となるように前記金属溶湯を前記バレル内で冷却することを特徴とするものである。
半凝固スラリーの固相率を５〜４０％となるようにバレル内で冷却することによって、押出しスクリューによってバレル内の半凝固スラリーをプランジャを備えたシリンダ内に投入するのに適正な粘度とできる。ここで、固相率が５％未満では、液相の状態とほとんど変化がない。また、固相率が４０％を超えると、流動性が悪くなり、成形品の歩留りが悪くなる。
【００１９】
また、本発明の軽合金の射出成形方法は、前述の発明において、前記金属溶湯の冷却が、前記バレル及び前記押出しスクリューに設けられた冷却手段によって行われることを特徴とするものである。
この構成によると、金属溶湯をバレル内面と押出しスクリュー表面とから冷却することができ、バレルとスクリューとから形成される溝の全体にわたって樹枝状晶を生成させることができるため、均質な半凝固スラリーを生成することができる。
【００２０】
また、本発明の軽合金の射出成形装置は、バレルの上部に金属溶湯が供給される供給口を有し、バレルの内部に回転自在かつバレル軸方向に進退自在の押出しスクリューを有し、前記押出しスクリューが後退することによって前記バレル内下部に貯留部が形成される実質的に縦向きに配置されたスクリュー押出し機と、前記供給口から前記バレル内に供給された金属溶湯が半凝固スラリーとなるように冷却する冷却手段と、前記バレルの下端に設けられた連通流路を介して接続されるシリンダの内部に前記シリンダの軸線方向に進退自在なプランジャを有し、前記プランジャが後退することによって前記シリンダ内部前方に計量部が形成され、前記プランジャが前進することによって前記半凝固スラリーを射出するプランジャ射出機とを備えてなる軽合金の射出成形装置であって、前記押出しスクリューが、先端部に逆流防止手段を有するとともに、前記半凝固スラリーを一旦貯留してから前記計量部に正圧をかけながら圧入すべく油圧力で進退するように構成されているものである。
【００２１】
この構成によると、バレルに軽合金の金属溶湯を供給しているので、初期段階でのガスの混入が少ない。また、供給された金属溶湯をバレル内部で攪拌しながら冷却して半凝固スラリーを生成するものであるため、チクソモールド法のようなせん断履歴等の熱履歴のバラツキがなく、溶融状態（半凝固スラリーの状態）が安定する。また、実質的に縦向きに配置されたスクリュー押出し機の下部に貯留部を形成し、そこへ半凝固スラリーを供給口からのヘッド圧と自重を利用して移動させるものであるため、ガスを巻き込むことなく一旦半凝固スラリーを貯留することができる。そして、貯留している半凝固スラリーを貯留部から所定の容積の計量部に圧入するにあたり、半凝固スラリーに正圧を作用させながら計量を行うものであるため、半凝固スラリーにヘッド圧と自重による圧力以上の圧力が生じて、供給口側のヘッド圧の変動が計量に影響しないばかりか残存ガスを低圧の供給口側に抜くことができ、安定かつ高精度の計量を行うことができる。また、押出しスクリューの先端部に逆流防止手段が設けられているため、連通流路を確実に閉止することが可能となり、射出工程時の、半凝固スラリースクリュー押出し機側への逆流が確実に防止され、計量部で計量された半凝固スラリーの全部を確実に射出することができる。
【００２２】
また、本発明の軽合金の射出成形装置は、前述の発明において、前記連通流路内に前記連通流路を開閉するバルブ手段を設けていることを特徴とするものである。
この構成によると、連通流路の開閉を意図的に行うことができるため、貯留部での1次計量を高精度で確実に行うことができ、計量後に連通流路を開放し、２次計量工程に移行する。このため、射出ごとの計量のバラツキが少なくなる。
【００２３】
また、本発明の軽合金の射出成形装置は、前述の発明において、前記押出しスクリューは、前記貯留部を形成する位置から前記連通流路を閉止可能な位置まで移動するのに十分なストロークを有する油圧シリンダを備えていることを特徴とするものである。
この構成によると、スクリュー押出し機内で、成形品にあわせて適正な容量の貯留部を形成することが可能となる。また、連通流路を確実に閉止することができるので、プランジャ射出機からスクリュー押出し機内への逆流を防止することができ、２次計量工程において、高精度で計量ができる。
【００２４】
また、本発明の軽合金の射出成形装置は、前述の発明において、前記プランジャは、前記計量部を形成する位置から前記連通流路を閉止可能な位置まで移動するのに十分なストロークを有する油圧シリンダを備えていることを特徴とするものである。
この構成によると、プランジャ射出機内で、成形品にあわせて適正な容量の計量部を形成することが可能となる。また、連通流路を確実に閉止することができるので、スクリュー押出し機における１次計量工程において、高精度で計量ができる。
【００２５】
また、本発明の軽合金の射出成形装置は、前述の発明において、前記プランジャは、前記計量部を形成する位置から前進して射出が完了した際に前記連通流路を閉止するものであることを特徴とするものである。
この構成によると、射出工程が終了直後に、連通流路を閉止でき、続けて、新たな半凝固スラリーをスクリュー押出し機内の貯留部で計量を行うことができる。
【００２６】
また、本発明の軽合金の射出成形装置は、前述の発明において、前記冷却手段が、前記バレル及び前記押出しスクリューに設けられていることを特徴とするものである。
この構成によると、金属溶湯をバレル内面と押出しスクリュー表面とから冷却することができ、バレルとスクリューとから形成される溝の全体にわたって樹脂状晶を精製させることができるため、均質な半凝固スラリーを生成することができる。
【００２７】
また、本発明の軽合金の射出成形装置は、前述の発明において、前記押出しスクリューを進退させるスクリュー用油圧シリンダと、前記プランジャを進退させるプランジャ用油圧シリンダと、半凝固スラリーを前記貯留部から前記計量部に押出す際に、前記計量部に押出された前記半凝固スラリーに略一定した正圧が作用し得るようにスクリュー用油圧シリンダを前進させる際の油圧と、前記プランジャを後退させる際のプランジャ用油圧シリンダの油圧の少なくとも一方を制御する油圧制御手段を備えていることを特徴とするものである。
この構成によると、押出しスクリュー及びプランジャを各油圧シリンダの油圧力によって進退させるため、押出しスクリュー及びプランジャの進退によって形成される貯留部及び計量部に容積を一定となるように正確に制御することが可能となり、高精度での計量が可能となる。また、成形品の大きさにあわせて、貯留部及び計量部の大きさを制御することもできる。また、計量部に押出された半凝固スラリーに作用する圧力を略一定にすることができるため計量部における射出ごとの計量が更に安定する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施形態の一例を示している。この実施形態に係る軽合金の射出成形装置１は、バレル２の上部に金属溶湯３が供給される供給口４を有し、バレル２の内部に回転自在かつバレル２軸方向に進退自在の押出しスクリュー５を有し、この押出しスクリュー５が後退することによってバレル２内下部に貯留部６が形成される実質的に縦向きに配置されたスクリュー押出し機７と、供給口４からバレル２内に供給された金属溶湯３が半凝固スラリー８となるように冷却する冷却手段９と、バレル２の下端に設けられた連通流路１０を介して接続されるシリンダ１１の内部にシリンダ１１の軸に沿って進退自在なプランジャ１２を有し、このプランジャ１２が後退することによってシリンダ１１内部前方に計量部１３が形成され、プランジャ１２が前進することによって半凝固スラリー７を射出するプランジャ射出機１４とを備えている。そして、押出しスクリュー５及びプランジャ１２の進退を制御する油圧制御装置Ｕとを備えている。
【００２９】
また、この射出成形装置１は、金属溶湯３を貯留するホッパー１５を備えており、プランジャ射出機１４の先端に設けられた半凝固スラリー８が射出されるノズル部１６を介して型締め装置１７によって横向きに開閉する金型２４と当接している。この射出成形装置１の構成部材のうち、ホッパー１５は、図示しない溶解炉で溶解された金属溶湯３を受け入れてこれを溶融状態で貯溜するもので、このホッパー１５の下端開口部はバレル２の上端部に接続されている。また、ホッパー１５には、加熱ヒータ等の温度制御手段が設けられている。
【００３０】
ホッパー１５内には、アルゴン等の不活性ガスが充満されており、金属溶湯３の湯面を不活性ガスでシールするようにしている。バレル２の上端には駆動モーター１８が直結され、この駆動モーター１８の駆動軸には、バレル２の内部に回転自在に挿通された押出しスクリュー５の上端が連結されていて、この押出しスクリュー５は、その下端がバレル２内で自由端となるように片持ち状に配置されている。
【００３１】
駆動モーター１８の上部には上下方向に出退するシリンダロッドを有するスクリュー用油圧シリンダ１９が接続され、このスクリュー用油圧シリンダ１９のシリンダロッド２０に駆動モーター１８が直結されている。このため、本実施形態のスクリュー押出し機７では、スクリュー用油圧シリンダ１９のシリンダロッド２０を下方に突出することにより駆動モーター１８を介して押出しスクリュー５を軸方向下方に移動させ、これにより、バレル２内の下端部に溜まっている半凝固スラリー８を外部に押し出すことができるようになっている。また、このスクリュー用油圧シリンダ１９は、軸方向上方に移動した際に、バレル２内下部に少なくも成形品体積よりも大きな容積の貯留部６が形成できるように構成されている。さらに、この貯留部６を形成する位置から連通流路１０を閉止可能な位置まで移動するのに十分なストロークを有している。
【００３２】
バレル２の外周面は冷却手段９で覆われている。この冷却手段９は、上下方向に分離された複数の温度制御ジャケット２１よりなる。そして、このジャケット２１内に金属溶湯３の温度よりも低い油等の熱媒体を流通させることにより、バレル２内の金属溶湯３が液相温度以下でかつ固相温度以上の温度範囲になるように冷却できるようになっている。なお、バレル２内の金属溶湯３を高精度に温度制御するために、冷却手段９の各温度制御ジャケット２１は加熱機能も兼ね備えている。
【００３３】
バレル２の下端に形成されている連通流路１０を介してプランジャ射出機１４が接続されている。このプランジャ射出機１４は、前方にバルブ手段２２を備えたノズル部１６を有するシリンダ１１と、シリンダ１１内部で進退移動自在なプランジャ１２とを有している。プランジャ１２は、プランジャ用油圧シリンダ２３の油圧力で駆動する。このプランジャ１２が後退した際のシリンダ１１の前方部には計量部１３が形成される。この計量部１３の容積は、成形品を得るのに必要な容量となるようプランジャ１２の後退量により適宜設定することができる。また、このプランジャ用油圧シリンダ２３は、計量部１３を形成する位置からプランジャ１２が前進することによりシリンダ１１の先端部近傍に接続された連通流路１０を閉止可能な位置まで移動するのに十分なストロークを有している。なお、プランジャ１２は、射出が完了した際に連通流路１０を閉止するように設けられている。これによって、射出直後に、次の射出成形のための金属溶湯３をスクリュー押出し機７内に供給することができるようになっている。また、ノズル部１６のバルブ手段２２は射出時以外は閉じた状態となっている。このバルブ手段２２は、シリンダ１１の外周部に設けられた温度制御ジャケット２１等よりなる温度制御手段によりノズル先端に金属固体栓を形成してノズル封鎖するものや、ノズル先端に設けた機械式又はばね式のシャットオフバルブによりノズル封鎖するものを使用できる。もっとも、金属固体栓を形成する際にノズル先端付近に固相率の高い部分が生じない点、及び、固体栓が製品に混入する可能性がない点で、シャットオフバルブを用いる後者タイプのノズルの方が好ましい。
【００３４】
型締め装置１７は、基台２５上に立設されたリンクハウジング２６と、このハウジング２６に水平方向のタイバー２７を介して固定された固定盤２８と、この固定盤２８に固定された固定金型２４ｂと、タイバー２７に対して摺動自在に貫通支持された可動盤２９と、固定金型２４ｂに対して水平方向に開閉自在となるよう可動盤２９に固定された移動金型２４ａと、を備えている。リンクハウジング２６の外面中央部には型締めシリンダ３０が固定され、この型締めシリンダ３０のシリンダロッド３１の先端は可動盤２９の中央部に連結されている。このリンクハウジング２６と可動盤２９同士は、これらが接近したときに折り畳まれかつ離反したときに水平方向にほぼ一直線に並ぶ複数のリンク３２で連結されている。
【００３５】
可動盤２９のリンクハウジング２６側の側面には押出シリンダ３３が設けられ、この押出しシリンダ３３の押出しロッド３４は可動盤２９を貫通して移動金型２４ａの製品突出し機構に連結されている。従って、この型締め装置１７では、型締めシリンダ３０のシリンダロッド３１を突出させてリンク３２を一直線上に伸びた状態にし、このリンク３２の突っ張り状態とすることにより、移動金型２４ａを固定金型２４ｂに対して強力に押圧できるようになっている。また、製品の離型は、押出しシリンダ３３の押出しロッド３４を突出させて製品突出し機構を作動させることにより行なっている。
【００３６】
次に、この射出成形装置１の動作とそれによる軽合金の射出成形方法について説明する。
【００３７】
まず、図示しない溶解炉から機械式あるいは電磁ポンプ等の手段でホッパー１５内に投入された金属溶湯３が送られる。溶解炉は、特に種類は問わず、高周波誘導炉あるいは電磁誘導加熱炉等を使用することができる。ホッパー１５内の金属溶湯３は、ホッパー１５に設けられた加熱ヒータ等の温度制御手段によって、均一の温度に保たれている。なお、必要によりホッパー内の金属溶湯を攪拌する攪拌手段を設けて、攪拌作用を付与することができる。金属溶湯３は、ガスシールされた状態でスクリュー押出し機７のバレル２の上部に供給され、各温度制御ジャケット２１によって液相温度以下でかつ固相温度以上に冷却されて樹枝状晶に成長する。この樹枝状晶は回転する押出しスクリュー５の剪断作用によって攪拌破砕し、均一で、微細な結晶粒が生成されて半凝固スラリー８に遷移する。
【００３８】
この時、プランジャ射出機１４のプランジャ１２は、図２に示すように、連通流路１０を閉止する位置まで前進している。そして、スクリュー押出し機７の押出しスクリュー５が後退することによって、押出しスクリュー５と連通流路10との間に貯留部６が形成され、半凝固スラリー８が、この貯留部６に貯留される。押出しスクリュー５は、回転を止めて後退するものであっても、回転しながら後退するもののいずれであっても良い。なお、このとき、押出しスクリュー５の先端部にはチェックリング等の逆流防止手段を設けることが好ましく、逆流防止手段を設けることによって、後退時はスムーズに半凝固スラリー８を下方に流動させながら成形品体積よりも大きな容積の貯留部６において1次計量が行われる。
【００３９】
ついで、連通流路１０を開放させてプランジャ射出機１４のプランジャ１２を図３に示すように後退させると同時に、押出しスクリュー５を前進させる。そして、プランジャ１２が成形品体積に応じて設定された所定の位置になるまで後退する間、押出しスクリュー５による加圧力を作用させながら半凝固スラリー８をシリンダ１１の前方に形成される計量部１３に正圧をかけながら圧入することによって２次計量される。
【００４０】
圧入による計量が完了すると、図４に示すように、押出しスクリュー５により連通流路１０が閉止され、計量部１３からの半凝固スラリー８の逆流が防止される。なお、計量の際、プランジャ射出機１４のシリンダ１１の先端のノズル部１６は、バルブ手段２２によって閉止されている。
【００４１】
こうして、２次計量が完了した後、ノズル部１６のバルブ手段２２を開放するとともにプランジャ１２を前進させることにより半凝固スラリー８を金型２４内（図１参照）に射出し一定形状の成形体の成形が行なわれる。
【００４２】
このように、本実施形態例では、バレル２に軽合金の金属溶湯３を供給しているので、初期段階でのガスの混入が少ない。また、供給された金属溶湯３をバレル２内部で攪拌しながら冷却して半凝固スラリー８を生成するものであるため、チクソモールド法のようなせん断履歴等の熱履歴のバラツキがなく、溶融状態（半凝固スラリーの状態）が安定する。また、実質的に縦向きに配置されたスクリュー押出し機７の下部に貯留部６を形成し、そこへ半凝固スラリー８を供給口からのヘッド圧と自重を利用して移動させるものであるため、ガスを巻き込むことなく一旦半凝固スラリー８を貯留することができる。そして、貯留している半凝固スラリー８に加圧力を作用させながら貯留部６から所定の容積の計量部１３に圧入することにより計量を行うものであるため、半凝固スラリー８にヘッド圧と自重による圧力以上の圧力が生じて、供給口側のヘッド圧の変動が計量に影響しないばかりか残存ガスを低圧の供給口側に抜くことができ、安定かつ高精度の計量を行うことができる。また、出発原料が金属溶湯３でありこれを半凝固スラリー８に冷却しながら下方に搬送しているので、押出しスクリュー５の上流部の磨損や折損を低減できるとともに、スクリュー押出し機５の負荷トルクや攪拌経路をそれほど大きく取る必要がなくなり、装置の小型化が可能になる。
【００４３】
以上にように、本実施形態例に係る射出成形装置は、押出しスクリュー５とプランジャ１２とが一連の動作で連動することによって、高い精度で計量を行い、射出成形することが可能となる。これら、押出しスクリュー５とプランジャ１２は、図１に示す油圧制御装置Ｕによってその進退が制御されている。
【００４４】
計量時におけるこの油圧制御装置Ｕの作動を図１を参照しつつ説明する。まず、スクリュー用油圧シリンダ１９に接続されている電磁弁４０が入ることで、押出しスクリュー５を前進させる。一方、プランジャ用油圧シリンダ２３に接続されている電磁弁４１も同時に入り、プランジャ１２を後退させる。この時、押出しスクリュー５側もプランジャ１２側も油圧力をそれぞれセンサーＰ１，Ｐ２で測定しながら、計量用押込み圧力制御機４５によって演算する。そして、スクリュー５側圧力とプランジャ１２側圧力との関係がスクリュー５側圧力＞プランジャ１２側圧力であって、常に一定の正圧になる様に電磁圧力比例弁４６，４７の少なくとも一方を制御する。この時、スクリュー用油圧シリンダ１９及びプランジャ用油圧シリンダ２３の各油圧シリンダの摩擦力に対抗してこれをキャンセルし得るように予めスクリュー５側の油圧力の制御パラメータＰ１及びプランジャ１２側の油圧力の制御パラメータＰ２の初期値を設定しておくと良い。このような、油圧制御装置Ｕの作動によって、バレル２内の半凝固スラリー８は計量部１３側に移動するにあたり、一定の正圧が作用しながらシリンダ内の計量部１３に圧入されることになり、ガス抜きがされかつ精度良く計量された半凝固スラリーが計量部１３に充填されることになる。
【００４５】
なお、本実施形態例では、連通流路１０の開閉を押出しスクリュー５あるいはプランジャ１２が連通流路１０を塞ぐ位置まで移動させることにより行なっているが、本発明に係る射出成形装置は、これに限らず、例えば、連通流路１０内にバルブ手段を設け、これにより連通流路の開閉を意図的に行うものであっても良い。また、バルブ手段に代えて逆止弁を使用することもできる。ただし、この場合は、プランジャ１２の射出時に逆止弁が作用するようにするとともに、１次計量時にプランジャ１２を連通流路を塞ぐ位置まで移動させておく方法を採る必要がある。
【００４６】
また、冷却手段９は、バレル２外周から冷却するものであるが、さらに押出しスクリュー５内部に冷却する手段を付加することもできる。これにより、樹枝状晶がバレル２内壁近傍だけでなく、押出しスクリュー５近傍にも生成され、これを押出しスクリュー５によりせん断して攪拌破砕すると、半凝固スラリー８の均一性がより向上する。なお、生成される半凝固スラリーは、冷却手段による温度調節を行い、固相率が５〜４０％の範囲となるよう調節されることが好ましい。固相率が５％未満では液相の状態とほとんど変わらず、半凝固射出成形品のメリットがなくなり、４０％を越えると流動性が悪くなり成形品の歩留りが悪くなるからである。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、気泡や引けの少ない高品質な軽金属成形品を射出成形できるので、射出成形による高品質な成形品を安価に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る軽合金の射出成形装置の実施形態の一例を示す全体説明図である。
【図２】本発明に係る軽合金の射出成形装置の実施形態の一例の要部を示す図であり、成形工程を説明するための図である。
【図３】本発明に係る軽合金の射出成形装置の実施形態の一例の要部を示す図であり、成形工程を説明するための図である。
【図４】本発明に係る軽合金の射出成形装置の実施形態の一例の要部を示す図であり、成形工程を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｕ 油圧制御装置
１ 射出成形装置
２ バレル
３ 金属溶湯
４ 供給口
５ 押出しスクリュー
６ 貯留部
７ スクリュー押出し機
８ 半凝固スラリー
９ 冷却手段
１０ 連通流路
１１ シリンダ
１２ プランジャ
１３ 計量部
１４ プランジャ射出機
１６ ノズル部
１７ 型締め装置
１９ スクリュー用油圧シリンダ
２０ シリンダロッド
２１ 温度制御ジャケット
２２ バルブ手段
２３ プランジャ用油圧シリンダ

Claims (9)

1. 下端に連通流路を備えると共に内部に押出しスクリューを備えた縦向きに設置されているバレルと、先端部近傍に接続された前記連通流路を介して前記バレルに連通すると共に内部にプランジャを備えたシリンダとを有する射出成形装置による軽合金の射出成形方法であって、
   （ａ）供給口からバレル内部に軽合金材料の金属溶湯を供給する供給工程と、
   （ｂ）前記バレル内において、前記金属溶湯を前記押出しスクリューで攪拌しながら冷却して半凝固スラリーに遷移させる遷移工程と、
   （ｃ）前記連通流路を閉止し、前記押出しスクリューを上側に所定量後退させてバレル内下部にできる貯留部に、前記半凝固スラリーを一旦貯留する１次計量工程と、
   （ｄ）前記連通流路を開放し、少なくとも前記プランジャが所定位置まで後退することで前記シリンダ内部に計量部ができるまでの間、前記連通流路を介して前記１次計量工程で貯留されている半凝固スラリーを前記シリンダ内部に押出すにあたり、前記シリンダ内部に押出された前記半凝固スラリーに正圧がかかるように前記シリンダ前方のノズルを封鎖し且つ前記押出しスクリューを前進させつつ前記プランジャを後退させる２次計量工程と、
   （ｅ）前記連通流路を閉止した後、前記プランジャを前進させて前記半凝固スラリーを射出する射出工程と、
   で構成される軽合金の射出成形方法。
2. 前記連通流路の開閉を流路内に設けたバルブ手段により行うことを特徴とする請求項１に記載の軽合金の射出成形方法。
3. 前記１次計量工程における前記連通流路の閉止を前記プランジャが前記連通流路を塞ぐ位置に移動することにより行い、前記射出工程における前記連通流路の閉止を前記押出しスクリューが前記連通流路を塞ぐ位置に移動することにより行うことを特徴とする請求項１に記載の軽合金の射出成形方法。
4. 前記２次計量工程において、前記押出しスクリューを進退させるスクリュー用油圧シリンダに前進力を付与する際の油圧と、前記プランジャを進退させるプランジャ用油圧シリンダに後退力を付与する際の油圧との差圧が略一定となるように各油圧ラインの圧力の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の軽合金の射出成形方法。
5. 前記供給口に設けたホッパーに外部から軽合金の金属溶湯を供給し、前記金属溶湯の湯温を均一にした後、前記バレル内部に供給することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の軽合金の射出成形方法。
6. 前記遷移工程において、前記半凝固スラリーの固相率が５〜４０％となるように前記金属溶湯を前記バレル内で冷却することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の軽合金の射出成形方法。
7. 前記金属溶湯の冷却が、前記バレル及び前記押出しスクリューに設けられた冷却手段によって行われることを特徴とする請求項６に記載の軽合金の射出成形方法。
8. バレルの上部に金属溶湯が供給される供給口を有し、バレルの内部に回転自在かつバレル軸方向に進退自在の押出しスクリューを有し、供給口からバレル内に供給された金属溶湯が半凝固スラリーとなるように冷却する冷却手段を有し、前記押出しスクリューが後退することによって前記バレル内下部に貯留部が形成される縦向きに配置されたスクリュー 押出し機と、
   前記バレルの下端に設けられた連通流路を介して先端部近傍において接続されるシリンダと、前記シリンダの内部において前記シリンダの軸線方向に進退自在なプランジャと、を有し、前記シリンダ前方のノズルが封鎖され且つ前記プランジャが後退することによって前記シリンダ内部前方に半凝固スラリーを計量するための計量部が形成され、前記プランジャが前進することによって前記半凝固スラリーを射出するプランジャ射出機と、
   を備えてなる軽合金の射出成形装置であって、
   前記押出しスクリューが、
   先端部に逆流防止手段を有するとともに、前記半凝固スラリーを前記貯留部に一旦貯留すべく油圧力で後退してから、一旦貯留している半凝固スラリーを前記計量部に正圧をかけながら圧入すべく前記プランジャを後退させるのと同時に油圧力で前進するように構成されており、
   前記連通流路内に前記連通流路を開閉するバルブ手段を設けていることを特徴とする軽合金の射出成形装置。
9. バレルの上部に金属溶湯が供給される供給口を有し、バレルの内部に回転自在かつバレル軸方向に進退自在の押出しスクリューを有し、供給口からバレル内に供給された金属溶湯が半凝固スラリーとなるように冷却する冷却手段を有し、前記押出しスクリューが後退することによって前記バレル内下部に貯留部が形成される縦向きに配置されたスクリュー押出し機と、
   前記バレルの下端に設けられた連通流路を介して先端部近傍において接続されるシリンダと、前記シリンダの内部において前記シリンダの軸線方向に進退自在なプランジャと、を有し、前記シリンダ前方のノズルが封鎖され且つ前記プランジャが後退することによって前記シリンダ内部前方に半凝固スラリーを計量するための計量部が形成され、前記プランジャが前進することによって前記半凝固スラリーを射出するプランジャ射出機と、
   を備えてなる軽合金の射出成形装置であって、
   前記押出しスクリューが、
   先端部に逆流防止手段を有するとともに、前記半凝固スラリーを前記貯留部に一旦貯留すべく油圧力で後退してから、一旦貯留している半凝固スラリーを前記計量部に正圧をかけながら圧入すべく前記プランジャを後退させるのと同時に油圧力で前進するように構成されており、
   前記押出しスクリューは、前記計量部への圧入が完了した際に前記連通流路を閉止するものであり、前記プランジャは、前記計量部を形成する位置から前進して射出が完了した際に前記連通流路を閉止するものであることを特徴とする軽合金の射出成形装置。

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