JP2000218351A - チクソトロピー性金属の射出成形方法およびその射出機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高速射出時においても金属スラリーの逆流量を
格段に少ないほぼ一定値に維持して、高品質の射出成形
品を歩留り良く安定に得ることができるチクソトロピー
性金属の射出成形方法およびその射出機を提供する。 【解決手段】射出機の内部における押圧子２１の周囲の
逆流領域２９に存在する金属スラリー５を、その温度の
調節によって計量貯溜部１４における金属スラリー５の
固相率よりも高い所定の固相率として、実効的な粘性を
増加させる。この状態において、計量貯溜部１４におけ
る金属スラリー５をノズル９から射出する。金属スラリ
ー５の逆流量は、実効的な粘性の増加によって格段に低
減し、常に小さいほぼ一定値に維持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チクソトロピー性
金属の成形材料を流動可能な状態まで加熱して得られる
金属スラリーを成形金型に射出して成形品を得る射出成
形方法およびその射出機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チクソトロピー現象は、液体金属を液相
線温度（全てが液体となる温度）よりも低い温度まで温
度降下させながら激しい攪拌を加えることにより、温度
降下により生成してくる樹枝晶組織の少なくとも一部分
が剪断により破壊されて粒状となり、固液共存状態（半
凝固状態）にある金属溶湯の見掛け上の粘度が低くなる
現象である。このチクソトロピー現象を発現するチクソ
トロピー性金属としてはマグネシウム合金やアルミニウ
ム合金などがある。

【０００３】近年においては、チクソトロピー性金属に
対しチクソトロピー性を発現させた固液共存状態の金属
スラリーとして射出成形するチクソモールディング法が
実用化され、マグネシウム合金などの新しい射出成形方
法として注目を集めており、例えば、家電製品用部品な
どの薄肉成形品などへの適用が促進されている。図６
は、従来のチクソモールディング用射出成形装置におけ
る射出機を示す一部破断した側面図である。

【０００４】上記射出機では、プラスチックの射出成形
と同様に、チクソトロピー性金属の成形材料を溶融する
のに好都合な比較的小さな粒径にチップ化して、ホッパ
ー１から原料供給部２およびスロート３を介してシリン
ダ４内に供給される。この成形材料は、モータ７により
回転駆動されるスクリュー８のスクリュー溝に沿ってシ
リンダ４の先端出口であるノズル９に向け搬送されなが
ら、シリンダ４の外部に巻かれたヒータ１０により十分
に加熱されて流動可能な状態とされ、回転中のスクリュ
ー８によって剪断力を与えられながらノズル９の近傍ま
で搬送されたときに、冷却してその液相線温度よりも低
い温度まで温度降下する。

【０００５】すなわち、シリンダ４内で加熱された成形
材料は、搬送中での冷却によって固相線温度以上であっ
て液相線温度以下の温度範囲まで温度降下したのちに、
その温度降下により生成してくる樹枝晶組織の少なくと
も一部分を破壊するのに十分な剪断力で剪断され、固液
共存状態でチクソトロピー性を発現した所定の固相率を
有する金属スラリー５となる。この金属スラリー５は、
高速射出部１１の駆動によって回転せずに高速で前進移
動されるスクリュー８の先端のスクリューヘッド８ａに
よりノズル９から成形金型（図示せず）のキャビティ内
に射出される。

【０００６】このキャビティ内の成形材料が凝固する
と、所望の射出成形品が得られる。なお、射出成形装置
は上記の射出機と成形金型とにより構成される。

【０００７】上記の射出成形プロセスでは、溶解、鋳込
み及び凝固の全工程がシリンダ４および成形金型内で終
了し、溶融金属を直接取り扱うことがないので、ヒュー
ムやドロスなどの発生がない。また、射出時の成形材料
の温度が比較的低いために、成形金型に与える熱負荷が
小さい上に、金属スラリー５の金属への親和性が小さい
ことも作用して、成形金型の寿命を延ばすことができ
る。さらに、溶解炉を必要としないために、１台の射出
機で複種類の合金の射出成形が可能となるなどの特長が
ある。

【０００８】一方、得られた射出成形品には、ダイカス
ト法と比較して成形材料の射出時の温度が低いことか
ら、凝固に至るまでの温度差が少ないので、凝固収縮に
起因する引け、引け割れおよびホットクラックなどの欠
陥の発生が著しく少ないとともに、寸法精度が高く、特
に薄肉成形品における反りが小さい。また、成形材料
は、固液共存状態であって流体の粘度が低いスラリー状
として射出されるため、層流に近い状態で流動するか
ら、気泡の巻き込みが少なく、空隙率の低い射出成形品
が得られる。さらに、上記射出成形品は、プラスチック
成形品と比較して、強度、剛性、耐熱性および放熱性に
優れ、特に、電磁波に対するシールド性は電子機器分野
で注目されている。

【０００９】しかも、チクソトロピー性金属の一種であ
るマグネシウム合金は、機械加工が容易であるのに加え
て、再生に要するエネルギが新塊製造エネルギの僅か４
〜５％であり、樹脂のリサイクル性が20％であるのに対
し、95％もの高いリサイクル性を有している。また、マ
グネシウム合金は、地球上に事実上無尽蔵に存在する上
に、人畜に対しても無害であるから、環境に優しい素材
として今後益々その用途が拡大されていくものと期待さ
れている。

【００１０】ところで、上述のチクソモールディング法
の射出成形によって高品質の射出成形品を常に安定に得
るためには、射出機の機能だけでなく、オペレーション
技術や成形金型に関する十分な理解と細心の配慮が必要
である。特に、シリンダ４内部の温度および成形材料の
性状並びに射出時の成形材料に対する圧力の推移や半溶
融合金スラリーの流動挙動などは、高品質の射出成形品
を常に安定に得るための重要な要件である。とりわけ、
シリンダ４内の温度設定は最重要なパラメータであり、
この温度プロファイルを適正に設定することは、射出成
形装置を安定に運転するための不可欠な条件である。

【００１１】図６に示したスクリュー型の射出機は、そ
の機能面から見ると、供給された固体（チップ状）の成
形材料を搬送する固体搬送部１２、流動可能な半溶融の
成形材料をチクソトロピー性を発現した固液共存状態の
スラリー状とする圧縮溶解部１３および１回の射出分に
相当する量の金属スラリー５を貯溜する計量貯溜部１４
とに大別される。成形材料は、圧縮溶解部１３まで搬送
された時点から溶解し始め、計量貯溜部１４で所定の固
相率を有する金属スラリー５となるのが理想的なプロセ
スであるとされている。

【００１２】すなわち、固体搬送部１２の温度が上がり
過ぎると、成形材料が溶解してしまってチップ状での固
体搬送に不都合が生じる。また、圧縮溶解部１３の温度
が低過ぎると、成形材料が十分に溶融しない状態で圧縮
されて、金属スラリー５の固液分離が起こり、融点の異
常に高い材料が凝固状態となって圧縮溶解部１３に固着
してしまい、成形材料がスムーズに搬送されないといっ
たトラブルが発生する。このシリンダ４の内部温度は、
基本的に成形材料である金属合金の平衡状態図を参考に
して設定されるが、実際には成形材料の１回の射出分の
射出重量や射出サイクルに影響されるので、予め試行錯
誤を繰り返しながら最適となる温度設定値を見つけて設
定される。

【００１３】一方、射出成形品のミクロ組織は、成形材
料の射出時の温度つまり計量貯溜部１４内での温度によ
り決定し、また、引けや気泡の巻き込みに起因する欠陥
の分布も成形材料の射出時の温度の影響を強く受ける。
したがって、高品質な射出成形品を得るには、計量貯溜
部１４の温度を各成形材料による射出成形品に適した値
に設定することが最も重要な因子となる。この計量貯溜
部１４の温度は、成形材料の平衡状態図を参考にしなが
ら、所望の固相率に近いミクロ組織が得られるように設
定される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】シリンダ４内の温度
は、上述のように、固体搬送部１２、圧縮溶解部１３お
よび計量貯溜部１４が各々の機能を過不足なく発揮でき
るように調節して設定すればよい。しかしながら、シリ
ンダ４内の各部１２〜１４の温度を調整して適正な値に
設定しても、シリンダ４内部におけるスクリュー８の先
端のスクリューヘッド８ａとノズル９との間の計量貯溜
部１４に所定量貯溜された金属スラリー５がスクリュー
８の高速前進による押圧によって射出される時に、その
金属スラリー５の一部がスクリューヘッド８ａの後方へ
回り込む逆流が発生する問題は解消できない。

【００１５】金属スラリー５の逆流は、スクリューヘッ
ド８ａとシリンダ４の内周面との隙間が逆流領域となっ
て発生する。その逆流量は、ノズル９の開口断面積と上
記逆流領域の断面積との兼ね合いで決まると考えられ、
現在のスクリュー型射出機における成形材料の逆流量
は、計量貯溜部１４に貯溜される金属スラリーの約20％
程度と見積もられている。ところが、上記逆流量は射出
毎に必ずしも一定しないので、これが射出成形品の重量
ばらつきの原因となるだけでなく、金属スラリーの計量
工程が不安定となって射出成形品の品質低下を招き、さ
らに、射出機の安定した運転に支障を来している。

【００１６】そこで、従来では、図７に示すように、ス
クリュー８におけるスクリューヘッド８ａの後部外周面
に設けた凹部８ｂに逆流防止リング１７を嵌め込むとと
もに、この逆流防止リング１７を押し金１８で固定した
構成を設けている。ところが、この逆流防止用の機構で
は、高速射出時の金属スラリーの逆流防止対策としては
十分な効果を得られていないのが実情である。

【００１７】そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑
みなされたもので、高速射出時においても金属スラリー
の逆流量を格段に少ないほぼ一定値に維持して、高品質
の射出成形品を歩留り良く得ることができるチクソトロ
ピー性金属の射出成形方法およびその射出機を提供する
ことを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、チクソトロピー性金属の成形材料を射出
機の内部で加熱して金属スラリーとしながら前記射出機
のノズル側に搬送し、前記ノズルと押圧子との間の計量
貯溜部に貯溜した所定量の金属スラリーを前記押圧子の
前進移動により前記ノズルから成形金型内に射出して射
出成形品を得るチクソトロピー性金属の射出成形方法に
おいて、前記射出機の内部における前記押圧子の周囲の
逆流領域に存在する金属スラリーを、その温度の調節に
よって前記計量貯溜部における金属スラリーの固相率よ
りも高い所定の固相率としたのち、前記計量貯溜部にお
ける金属スラリーを前記ノズルから射出する工程を特徴
としている。

【００１９】このチクソトロピー性金属の射出成形方法
では、逆流領域における金属スラリーの固相率を計量貯
溜部における金属スラリーの固相率よりも所定値だけ高
めた状態において、計量貯溜部における金属スラリーを
射出するので、この射出時に逆流領域に存在する金属ス
ラリーの実効的な粘性が増加されている。これにより、
金属スラリーの逆流量は、高速射出時においても格段に
低減して常にほぼ一定値に維持することができ、高品質
の射出成形品を歩留り良く安定に得ることができる。

【００２０】上記発明において、成形材料としてマグネ
シウム合金を用いると、軽量であって剛性の高い射出成
形品を得ることができる。

【００２１】また、本発明のチクソトロピー性金属の射
出機は、金属スラリーの成形金型への射出口となるノズ
ルを先端部に有し、チクソトロピー性金属の成形材料の
加熱手段が外周部に配設されたシリンダと、前記シリン
ダに内装され、成形材料が前記加熱手段で加熱された金
属スラリーを回転により前記ノズル側に搬送するスクリ
ューと、前記スクリューの先端に連結されて、このスク
リューの前記ノズル側への移動により前方側の計量貯溜
部の所定量の金属スラリーを前記ノズルから射出させる
押圧子として作用するスクリューヘッドと、所要の温度
と流量に調節して循環される熱媒体によって前記スクリ
ューヘッドの周囲の逆流領域における金属スラリーの温
度を調節する熱媒体流通路と、前記逆流領域における金
属スラリーの温度を検出する温度検出手段と、前記温度
検出手段の検出温度に基づき前記熱媒体流通路に循環さ
せる熱媒体の流量および温度をフィードバック制御し
て、前記逆流領域における金属スラリーの固相率を前記
計量貯溜部における金属スラリーの固相率よりも高い所
定の固相率に制御する制御手段とを備えて構成されてい
る。

【００２２】このチクソトロピー性金属の射出機では、
制御手段が逆流領域における金属スラリーの検出温度に
基づき熱媒体を所定の温度と流量に制御して熱媒体流通
路に循環させることにより、逆流領域における金属スラ
リーは、熱媒体流通路を循環する熱媒体によって内部か
ら効果的に温度調節されて、計量貯溜部における金属ス
ラリーの固相率よりも高い所定の固相率になるよう制御
される。したがって、この射出機は、本発明のチクソト
ロピー性金属の射出成形方法を忠実に具現化して、その
射出成形方法の効果を確実に得ることができる。

【００２３】上記射出機は、スクリューヘッドの外周面
の環状凹部に外嵌された筒状であって、流入口から流出
口までつづら折り状に連続しながら筒状の外周面の全体
にわたって配設された流通溝を有する断熱スリーブと、
前記断熱スリーブの外周面に外嵌された温度調節リング
とを備え、前記流通溝と前記温度調節リングの内周面と
により熱媒体流通路が形成されている構成とすることが
できる。

【００２４】これにより、所要の熱媒体流通路を、断熱
スリーブと温度調節リングとの二つの部材を組み合わせ
る簡単な構成で形成することができる。しかも、熱媒体
流通路の内部の熱媒体は断熱スリーブの介在によってス
クリューヘッドに対し熱的に絶縁されていることによ
り、シリンダにおけるスクリューヘッドの前方側の内部
空間である計量貯溜部に存在する１回の射出量に相当す
る金属スラリーを、熱媒体流通路内部の熱媒体からの伝
熱の影響で熱攪乱が発生するのを確実に防止して、所定
の温度に維持することができる。

【００２５】さらに、上記射出機において、シリンダの
外周部に配置された加熱手段における少なくとも逆流領
域に対応する特定部分が個別に駆動できるよう独立して
設けられ、前記逆流領域における金属スラリーが、熱媒
体流通路を循環する熱媒体と前記加熱手段の特定部分と
の双方によって所定の固相率となる温度に制御される構
成を設けることが好ましい。

【００２６】これにより、逆流領域における金属スラリ
ーは、熱媒体流通路を循環する熱媒体とコイルの特定部
分との双方の制御によってシリンダの内外から精密に温
度調節できるので、所望の固相率になるよう正確、且つ
迅速に制御することが可能となる。

【００２７】さらにまた、上記射出機において、シリン
ダの外周部における逆流領域に対応する部分に、交番電
流が供給される高周波コイルが加熱手段の特定部分と並
置して設けた構成を備えることが好ましい。

【００２８】これにより、高周波コイルへの交番電流の
供給によって時々刻々と変化する磁場がシリンダにおけ
る逆流領域の外部に発生し、この変化する磁場は逆流領
域における金属スラリーに対し攪拌するよう作用するの
で、逆流領域における金属スラリーは、計量貯溜部にお
ける金属スラリーよりも低い温度に調節されることによ
って生成する樹枝晶組織の少なくとも一部分が破壊され
て粒状となり、固液共存状態を保持する。すなわち、逆
流領域における金属スラリーは、一時的に高い固相率と
されたのちに計量貯溜部に送られるときに不都合が生じ
ない状態に保持することができる。

【００２９】一方、本発明の他のチクソトロピー性金属
の射出機は、金属スラリーの成形金型への射出口となる
ノズルを先端部に備え、チクソトロピー性金属の成形材
料の加熱手段が外周部に配設されたシリンダと、前記シ
リンダに内装され、成形材料が前記加熱手段で加熱され
た金属スラリーを直進移動により前記ノズル側に搬送す
るプランジャと、前記プランジャの先端に連結されて、
このプランジャの前記ノズル側への直進移動により前方
側の計量貯溜部の所定量の金属スラリーを前記ノズルか
ら射出させる押圧子として作用するプランジャヘッド
と、所要の温度と流量に調節して循環される熱媒体によ
って前記プランジャヘッドの周囲の逆流領域における金
属スラリーの温度を調節する熱媒体流通路と、前記逆流
領域における金属スラリーの温度を検出する温度検出手
段と、前記温度検出手段の検出温度に基づき熱媒体の流
量および温度をフィードバック制御して、前記逆流領域
における金属スラリーの固相率を前記計量貯溜部におけ
る金属スラリーの固相率よりも高い所定の固相率に制御
する制御手段とを備えて構成されている。

【００３０】このチクソトロピー性金属の射出機におい
ても、スクリュー型の射出機と同様に、本発明のチクソ
トロピー性金属の射出成形方法を忠実に具現化して、射
出成形方法の効果を確実に得ることができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は
本発明の一実施の形態に係るチクソトロピー性金属の射
出成形方法を具現化した射出成形装置における射出機の
要部である先端部分を示す縦断面図であり、射出機のそ
の他の構造は図６と同様である。この射出機は、スクリ
ュー本体２０の先端にスクリューヘッド２１がねじ結合
されてなるスクリュー１９がシリンダ４に内装されてお
り、スクリューヘッド２１の後部外周面に環状凹部２１
ａが形成されている。この環状凹部２１ａとスクリュー
本体２０の先端面とで構成される環状溝には、円筒状の
断熱スリーブ２３が嵌め込まれ、この断熱スリーブ２３
に温度調節リング２２が外嵌されている。

【００３２】図１（ｂ）は上記断熱スリーブ２３の斜視
図を示す。この断熱スリーブ２３には、その一端開口縁
外周に外鍔部２４が一体形成され、外周面全体に、つづ
ら折り状に連続しながら筒心方向に平行に延び、且つ流
入口２７ａと流出口２７ｂとを有する流通溝２７が形成
されている。この断熱スリーブ２３の外周面には温度調
節リング２２が嵌め込まれて、流通溝２７と温度調節リ
ング２２の内周面とによって管状の熱媒体流通路２８が
形成されている。

【００３３】図１（ｃ）は上述の熱媒体流通路２８を模
式的に示した斜視図で、この熱媒体流通路２８には、例
えば油などの熱媒体が、流通溝２７の流入口２７ａに対
応する通路入口２８ａから流入して、温度調節リング２
２の内周面全域にわたり流動したのちに、流通溝２７の
流出口２７ｂに対応する通路出口２８ｂから流出するよ
うになっている。すなわち、図示していないが、熱媒体
流通路２８の通路入口２８ａおよび通路出口２８ｂは、
シリンダ４のバレル外部に設けられた循環用ポンプなど
からなる周知の構成の熱媒体循環手段に、スクリュー本
体２０の二つの貫通孔（図示せず）を通じてそれぞれ連
通するよう回動可能に連結されている。

【００３４】また、熱媒体循環手段には、やはり周知の
構成であることから図示していないが、油タンク、加熱
用ヒータおよび冷却管などからなる熱媒体の温度調節手
段を具備している。したがって、熱媒体は、温度調節手
段によって後述する所望の温度に調節制御され、且つ熱
媒体循環手段によって所望の流量に制御されて、熱媒体
流通路２８に対し供給されて循環する。

【００３５】つぎに、熱媒体の温度と流量の調整制御に
ついて説明する。図１（ａ）に示すスクリューヘッド２
１および温度調節リング２２の各々の外周面とシリンダ
４の内周面との隙間は、金属スラリー５の逆流領域２９
となるが、この逆流領域２９における金属スラリー５の
温度は、スクリュー本体２０の内部を埋め込み状態に貫
通して温度調節リング２２内部に挿入された熱電対３０
を介して射出機の外部において検出され、制御手段（図
示せず）は上記検出温度に基づいて逆流領域２９におけ
る金属スラリー５の固相率を求める。上記熱媒体は、上
述のようにして求められた金属スラリー５の固相率に基
づいて、逆流領域２９における金属スラリー５に対し温
度調節リング２２を通じて所望の固相率を与えることの
できる温度と流量になるように温度調節手段および熱媒
体循環手段を介して制御手段によりフィードバック制御
される。

【００３６】ここで、熱媒体流通路２８内部の熱媒体
は、断熱スリーブ２３の介在によってスクリューヘッド
２１に対し熱的に絶縁されている。これにより、シリン
ダ４におけるスクリューヘッド２１とノズル９との間の
内部空間である計量貯溜部１４における１回の射出量に
相当する金属スラリー５は、熱媒体流通路２８内部の熱
媒体からの伝熱の影響を受けて熱攪乱が生じないよう防
止されて、所定の温度に保持されている。なお、計量貯
溜部１４における金属スラリー５の温度は図示しない熱
電対により検出され、上述の制御手段はその検出温度に
基づいて計量貯溜部１４における金属スラリー５の固相
率を求めるようになっている。

【００３７】本発明のチクソトロピー性金属の射出成形
方法では、熱媒体流通路２８内を循環する熱媒体の温度
と流量によって決定する温度調節リング２２の温度を、
射出すべき成形材料の原料組成に固有の温度と固相率と
の関係に基づいて、逆流領域２９における金属スラリー
５に対して計量貯溜部１４における金属スラリー５の固
相率よりも所望の値だけ高い固相率を与えることのでき
る値に設定することを特徴としている。これにより、逆
流領域２９における金属スラリー５の実効的な粘性を増
加させて、金属スラリー５の逆流量を可及的に低減さ
せ、且つ常に少ない一定量になるよう設定しようとする
ものであり、以下に、その金属スラリー５の逆流量の設
定について説明する。

【００３８】図２は、９重量％のアルミニウムを含有す
るマグネシウム合金の温度と固相率との関係を示す特性
図であって、Hansen Coustuion of Birary Alloysの平
衡状態図から作図したものである。このマグネシウム合
金では、例えば、597 ℃の温度に設定することで20％の
固相率を、570 ℃の温度に設定することで67％の固相率
をそれぞれ得ることができる。したがって、熱媒体の温
度と流量は、上記の成形材料に固有の温度と固相率との
関係に基づいて、温度調節リング２２の温度が、逆流領
域２９における金属スラリー５に対して計量貯溜部１４
における金属スラリー５の固相率よりも所望の値だけ高
い固相率を与えることのできる値になるよう設定され
る。

【００３９】ところで、金属スラリー５の逆流量は、上
述のように逆流領域２９における金属スラリー５の固相
率を所定値に設定しただけでは小さい一定値にならな
い。その理由は、逆流領域２９における金属スラリー５
の逆流量が射出時のスクリューヘッド２１の前進移動に
よって逆流領域２９における金属スラリー５に負荷され
る剪断変形のシェア速度にも依存するためである。上述
のシェア速度はスクリューヘッド２１の前進速度に比例
し、且つ逆流領域２９の金属スラリー５のシェル厚さに
反比例するが、金属スラリー５の逆流量は、シェア速度
が小さい程、減少する傾向になる。したがって、逆流領
域２９における金属スラリー５の逆流量を低減するため
には、逆流領域２９における金属スラリー５の固相率と
シェア速度を所定の組み合わせ値に設定する必要があ
り、成形条件をモニタして金属スラリー５の逆流量を確
認しながら逆流領域２９における金属スラリー５の温度
とスクリューヘッド２１の前進速度とを微調整すること
になる。

【００４０】現在の射出機には、各射出毎にその時のス
クリューヘッド２１による計量貯溜部１４の金属スラリ
ー５に対する射出圧を検出して表示する機能を備えてお
り、実際の射出成形に際しては、表示される射出圧の圧
力波形を観察しながら運転条件を検討できるようになっ
ている。さらに、現在の射出機では、射出工程の１スト
ロークにおけるスクリュー１９の動作状況もモニターす
ることができるようになっており、これを基に成形材料
の挙動を判断する手掛かりとしている。

【００４１】図３は、射出機が具備する上述の機能から
得られた射出工程の１ストローク中のスクリュー１９の
動作の一例を示す説明図である。同図において、Ａは射
出工程においてスクリュー１９がノズル９側に前進移動
する射出速度を示す特性曲線であり、Ｂはスクリューヘ
ッド２１の金属スラリー５に対する射出圧力を示す特性
曲線である。また、Ｓはスクリュー１９が前，後進する
射出ストロークを示し、スクリュー１９が射出開始点Ｓ
１から充填完了点Ｓ２まで前進移動したときに、成形金
型のキャビティへの射出成形材料の充填は完了するが、
この時点では逆流領域２９を通じての金属スラリー５の
逆流が生じているので、スクリュー１９は減速しながら
逆流相当ストロークｓ分だけさらに前進し、完全充填点
Ｓ３に達する。Ｃは完全充填点Ｓ３に達した後の保圧期
間である。

【００４２】図４は、シェア速度を３段階に変化させた
場合の逆流領域２９における金属スラリー５の固相率に
対する逆流率の実測値を示した特性図である。上記保圧
期間Ｃにおけるスクリュー１９の移動速度から算出した
ものである。なお、上記逆流率は逆流領域２９における
金属スラリー５の固相率を変化させない時の逆流量を
「１」としたときの相対値である。同図において、丸印
はシェア速度を100 （１／ｓｅｃ）に、三角印はシェア
速度を300 （１／ｓｅｃ）に、×印はシェア速度を500
（１／ｓｅｃ）にそれぞれ設定した場合の実測値であ
る。

【００４３】温度調節リング２の温度つまり逆流領域２
９における金属スラリー５の温度は、上述の温度と固相
率との関係および逆流領域２９における金属スラリー５
の固相率と逆流率との関係の各データに基づいて設定さ
れる。例えば、成形材料が図２の特性を有する合金組成
のマグネシウム合金であって、射出機が図４のような特
性を有するものである場合には、計量貯溜部１４におけ
る金属スラリー５の固相率を20％に一定になるよう設定
し、温度調節リング２２の温度を、逆流領域２９におけ
る金属スラリー５の固相率が65％となる570 ℃まで種々
に変化させながら、そのうちの最適値に設定する。

【００４４】このように、逆流領域２９における金属ス
ラリー５の固相率を計量貯溜部１４における金属スラリ
ー５の固相率より所定値だけ高めた状態としたのちに、
計量貯溜部１４における金属スラリー５をスクリュー１
９の前進移動によって射出することにより、逆流領域２
９における金属スラリー５の実効的な粘性が増加されて
いることから、金属スラリー５の逆流量は高速射出時に
おいても格段に低減して常にほぼ一定値に維持すること
ができ、高品質の射出成形品を歩留り良く安定に得るこ
とができる。

【００４５】ところで、スクリューヘッド２１の前進移
動時の射出速度を大きく設定すると、所定の逆流率を得
るためには逆流領域２９における金属スラリーの固相率
を高くしなければならないことになるが、この場合、逆
流領域２９における金属スラリーの固相率は、逆流領域
２９の断面積を大きくして上記シェア速度を下げるよう
にすることにより、さほど高くない好ましい範囲に設定
することが可能となる。

【００４６】なお、図２ないし図４に基づく説明は、特
定の成形材料（この場合は９重量％のアルミニウムを含
有する合金組成のマグネシウム合金）および特定の射出
機に基づくものである。したがって、射出すべきチクソ
トロピー金属の成分や組成が異なれば、その成分および
組成に対する平衡状態図を先ず求めて、逆流領域２９に
おける金属スラリー５を所望の固相率とするための温度
調節リング２２の温度を上記の平衡状態図に基づいて求
め、熱媒体の温度および流量を温度調節リング２２の温
度が求めた所定値になるよう制御する。

【００４７】図５は、本発明の他の実施の形態に係るチ
クソトロピー性金属の射出成形方法を具現化した射出成
形装置における射出機の要部である先端部分を示す縦断
面図であり、同図において、図１（ａ）と同一若しくは
同等のものには同一の符号を付してその説明を省略す
る。この射出機が図１のものと相違するのは、シリンダ
４の外周面における圧縮溶解部１３と計量貯溜部１４と
の境界に対応する箇所に、熱絶縁用溝３１が形成されて
いるとともに、ヒータ１０における熱絶縁用溝３１より
も先端側の特定部分１０Ａが、他の部分に対しシリンダ
４に個別に捲装されて独立して駆動制御できるようにな
っており、さらに、ヒータ１０の特定部分１０Ａの巻線
部の各間に、高周波コイル３２が捲装された構成のみで
ある。

【００４８】ヒータ１０の特定部分１０Ａは、温度調節
リング２２による逆流領域２９における金属スラリー５
を所定の固相率とする機能を補助するように駆動制御さ
れる。したがって、逆流領域２９における金属スラリー
５は、温度調節リング２２とヒータ１０の特定部分１０
Ａとの双方によるシリンダ４の内外からの制御によって
精密に温度調節できるので、所望の固相率になるよう正
確、且つ迅速に制御することができる。ここで、ヒータ
１０の特定部分１０Ａによるシリンダ４への加熱制御
は、熱絶縁用溝３１によって逆流領域２９に対応する部
分に限定され、逆流領域２９よりも後方側の金属スラリ
ー５は所定の温度に保持されている。

【００４９】また、高周波コイル３２には交番電流が供
給されることにより、時々刻々と変化する磁場が発生
し、この変化する磁場は、逆流領域２９における金属ス
ラリー５に対し攪拌するよう作用する。これにより、逆
流領域２９における金属スラリー５は、計量貯溜部１４
における金属スラリー５よりも低い温度に調節されるこ
とによって生成する樹枝晶組織の少なくとも一部分が破
壊されて粒状となり、固液共存状態を保持する。そのた
め、逆流領域２９における金属スラリー５は、一時的に
高い固相率とされるが、そののちに計量貯溜部１４に送
られるときに不都合が生じない状態に保持される。

【００５０】また、上記実施の形態では、スクリュー型
射出機を例示して説明したが、本発明のチクソトロピー
金属の射出成形方法はプランジャ型射出機を用いても具
現化することができる。すなわち、シリンダに内装され
て前，後進するプランジャの先端部に、シリンダの先端
部分の計量貯溜部に貯溜した所定量の金属スラリーを直
接押圧してノズルから射出するための押圧子となるプラ
ンジャヘッドを設け、そのプランジャヘッドに、図１
（ａ）に示したと同様の断熱スリーブおよび温度調節リ
ングからなる熱媒体流通路を設けるとともに、この熱媒
体流通路に、熱媒体循環手段および温度調節手段を、プ
ランジャのプランジャ本体の貫通孔を通じて連通するよ
う連結し、温度調節リングの検出温度に基づき熱媒体の
温度および流量をフィードバック制御する制御手段を有
する構成を設ける。これにより、上述の一実施の形態に
おけるスクリュー型射出機と同様の効果を得ることがで
きる。

【００５１】

【発明の効果】以上のように本発明のチクソトロピー性
金属の射出成形方法によれば、逆流領域における金属ス
ラリーの固相率を計量貯溜部における金属スラリーの固
相率よりも所定値だけ高めた状態において計量貯溜部に
おける金属スラリーを射出するようにしたので、逆流領
域における金属スラリーの実効的な粘性が増加されるか
ら、金属スラリーの逆流量を高速射出時においても格段
に低減して常にほぼ一定値に維持することができ、高品
質の射出成形品を歩留り良く安定に得ることができる。

【００５２】また、本発明のチクソトロピー性金属の射
出機によれば、制御手段が逆流領域における金属スラリ
ーの検出温度に基づき熱媒体を所定の温度と流量に制御
して熱媒体流通路に循環させることにより、逆流領域に
おける金属スラリーを、熱媒体流通路を循環する熱媒体
によって内部から効果的に温度調節して、計量貯溜部に
おける金属スラリーの固相率よりも高い所定の固相率に
なるよう制御する構成としたので、本発明のチクソトロ
ピー性金属の射出成形方法を忠実に具現化して、その射
出成形方法の効果を確実に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施の形態に係るチクソト
ロピー性金属の射出成形方法を具現化した射出機の要部
を示す縦断面図、（ｂ）はその断熱スリーブの斜視図、
（ｃ）はその熱媒体流通路を模式的に示した斜視図。

【図２】９重量％のアルミニウムを含有するマグネシウ
ム合金の温度と固相率との関係を示す特性図。

【図３】射出機における射出工程の１ストローク中のス
クリューの動作の一例を示す説明図。

【図４】シェア速度を３段階に変化させた場合の逆流領
域における金属スラリーの固相率に対する逆流率の実測
値を示した特性図。

【図５】本発明の他の実施の形態に係るチクソトロピー
性金属の射出成形方法を具現化した射出機の要部を示す
縦断面図。

【図６】従来のチクソモールディング用射出成形装置に
おける射出機を示す一部破断した側面図。

【図７】同上射出機の一部の拡大断面図。

【符号の説明】

４ シリンダ ５ 金属スラリー ９ ノズル １０ ヒータ（加熱手段） １０Ａ ヒータの特定部分（加熱手段の特定部分） １４ 計量貯溜部 １９ スクリュー ２１ スクリューヘッド（押圧子） ２１ａ 環状凹部 ２２ 温度調節リング ２３ 断熱スリーブ ２７ 流通溝 ２７ａ 流入口 ２７ｂ 流出口 ２８ 熱媒体流通路 ２８ａ 通路入口 ２８ｂ 通路出口 ２９ 逆流領域 ３０ 熱電対（温度検出手段） ３２ 高周波コイル

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２９Ｃ 45/78 Ｂ２９Ｃ 45/78

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チクソトロピー性金属の成形材料を射出
   機の内部で加熱して金属スラリーとしながら前記射出機
   のノズル側に搬送し、前記ノズルと押圧子との間の計量
   貯溜部に貯溜した所定量の金属スラリーを前記押圧子の
   前進移動により前記ノズルから成形金型内に射出して射
   出成形品を得るチクソトロピー性金属の射出成形方法に
   おいて、 前記射出機の内部における前記押圧子の周囲の逆流領域
   に存在する金属スラリーを、その温度の調節によって前
   記計量貯溜部における金属スラリーの固相率よりも高い
   所定の固相率としたのち、前記計量貯溜部における金属
   スラリーを前記ノズルから射出することを特徴とするチ
   クソトロピー性金属の射出成形方法。
2. 【請求項２】 成形材料がマグネシウム合金である請求
   項１に記載のチクソトロピー性金属の射出成形方法。
3. 【請求項３】 金属スラリーの成形金型への射出口とな
   るノズルを先端部に有し、チクソトロピー性金属の成形
   材料の加熱手段が外周部に配設されたシリンダと、 前記シリンダに内装され、成形材料が前記加熱手段で加
   熱された金属スラリーを回転により前記ノズル側に搬送
   するスクリューと、 前記スクリューの先端に連結されて、このスクリューの
   前記ノズル側への直進移動により前方側の計量貯溜部の
   所定量の金属スラリーを前記ノズルから射出させる押圧
   子として作用するスクリューヘッドと、 所要の温度と流量に調節して循環される熱媒体によって
   前記スクリューヘッドの周囲の逆流領域における金属ス
   ラリーの温度を調節する熱媒体流通路と、 前記逆流領域における金属スラリーの温度を検出する温
   度検出手段と、 前記温度検出手段の検出温度に基づき前記熱媒体流通路
   に循環させる熱媒体の流量および温度をフィードバック
   制御して、前記逆流領域における金属スラリーの固相率
   を前記計量貯溜部における金属スラリーの固相率よりも
   高い所定の固相率に制御する制御手段と、 を備えてなることを特徴とするチクソトロピー性金属の
   射出機。
4. 【請求項４】スクリューヘッドの外周面の環状凹部に外
   嵌された筒状であって、流入口から流出口までつづら折
   り状に連続しながら筒状の外周面の全体にわたって配設
   された流通溝を有する断熱スリーブと、 前記断熱スリーブの外周面に外嵌された温度調節リング
   とを備え、 前記流通溝と前記温度調節リングの内周面とにより熱媒
   体流通路が形成されている請求項３に記載のチクソトロ
   ピー性金属の射出機。
5. 【請求項５】 シリンダの外周部に配置された加熱手段
   における少なくとも逆流領域に対応する特定部分が個別
   に駆動できるよう独立して設けられ、 前記逆流領域における金属スラリーが、熱媒体流通路を
   循環する熱媒体と前記加熱手段の特定部分との双方によ
   って所定の固相率となる温度に制御されるよう構成され
   ている請求項３または請求項４に記載のチクソトロピー
   性金属の射出機。
6. 【請求項６】 シリンダの外周部における逆流領域に対
   応する部分に、交番電流が供給される高周波コイルが加
   熱手段の特定部分と並置して設けられている請求項５に
   記載のチクソトロピー性金属の射出機。
7. 【請求項７】 金属スラリーの成形金型への射出口とな
   るノズルを先端部に備え、チクソトロピー性金属の成形
   材料の加熱手段が外周部に配設されたシリンダと、 前記シリンダに内装され、成形材料が前記加熱手段で加
   熱された金属スラリーを直進移動により前記ノズル側に
   搬送するプランジャと、 前記プランジャの先端に連結されて、このプランジャの
   前記ノズル側への直進移動により前方側の計量貯溜部の
   所定量の金属スラリーを前記ノズルから射出させる押圧
   子として作用するプランジャヘッドと、 所要の温度と流量に調節して循環される熱媒体によって
   前記プランジャヘッドの周囲の逆流領域における金属ス
   ラリーの温度を調節する熱媒体流通路と、 前記逆流領域における金属スラリーの温度を検出する温
   度検出手段と、 前記温度検出手段の検出温度に基づき熱媒体の流量およ
   び温度をフィードバック制御して、前記逆流領域におけ
   る金属スラリーの固相率を前記計量貯溜部における金属
   スラリーの固相率よりも高い所定の固相率に制御する制
   御手段と、 を備えてなることを特徴とするチクソトロピー性金属の
   射出機。