JPH1157971A - 金属材料の射出成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダ・スクリュー装置の摩耗や破損を防
止し、均質な金属射出成形品を得ることができる金属材
料の射出成形装置を提供する。 【解決手段】 固体金属材料を溶融乃至半溶融状態にす
ることができるスクリュー押出装置２を金属材料の射出
用シリンダ・スクリュー装置１に連通させて設けてなる
金属材料射出成形装置である。スクリュー押出装置を金
属材料の射出用シリンダ・スクリュー装置１に連通させ
る位置は、金属材料に対して射出用スクリューによるせ
ん断力の付与が可能となるように、射出用シリンダ・ス
クリュー装置１の後部に配置する。

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、
射出用シリンダ・スクリュー装置の摩耗や破損を防止
し、均質な金属射出成形体を得ることができる金属材料
の射出成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶融金属を金型に加圧注入して製
造するダイキャスト法が知られていた。該ダイキャスト
法では金属を溶融状態として粘度の低い状態で金型内に
高い圧力で注入するので、成形時に空気を巻き込み、金
属成形体に気泡が混入することが避けられないこと、あ
るいは成形体にバリを生じやすく、そのための後加工を
要することやスクラップ材が増加すること、金属成形材
料を高温・高圧にする必要があること等の問題点を有し
ていた。

【０００３】このようなダイキャスト法の問題点を解消
する金属成形技術として、ダイキャスト法よりも低温側
にて金属材料を半溶融状態で射出成形する試みがなされ
ている。すなわち、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てせん断力を与え徐々
に半凝固スラリとして射出シリンダ前方にフィードして
射出成形する方法（例えば、特表平３−５０４８３０号
公報、特開平７−１５５９１８号公報）である。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、金属の樹枝状結晶（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ーの形態で射出成形
して、均質な金属成形体とするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の金属材料を
半溶融状態で射出成形する方法では、固体状態の金属材
料が射出成形装置内のスクリューに供給されるため、固
体状態の金属材料の入ったシリンダ内でスクリューを高
速回転又は前後進するのに、シリンダやスクリューの摩
耗や破損が発生しやすいという問題があった。金属材料
の射出成形では特に樹脂成形に比べ１０倍以上の速度で
（１〜１０ｍ／ｓ）で射出する必要があるため、この問
題は深刻である。そこで、本発明は射出成形装置のシリ
ンダ・スクリュー装置の摩耗や破損を防止し、均質な金
属射出成形体を得ることが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。

【０００５】

【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、固体金
属材料を溶融乃至半溶融状態にして金型に射出成形する
金属材料射出成形装置において、固体金属材料を溶融乃
至半溶融状態にすることができるスクリュー押出装置を
金属材料の射出用シリンダ・スクリュー装置に連通させ
て設けている。前記スクリュー押出装置を金属材料の射
出用シリンダ・スクリュー装置に連通させる位置は、金
属材料に対して射出用スクリューによるせん断力の付与
が可能となるように、射出用シリンダ・スクリュー装置
の後部に配置する。また、後方に配置することにより射
出時に、材料がスクリュー押出装置へ逆流することがな
く、逆止機構が不要となる。

【０００６】前記スクリュー押出装置は、金属材料を溶
融乃至半溶融状態に導くために加熱装置を設ける。前記
スクリュー押出装置は、スクリューのせん断作用および
押出装置に設けた加熱装置による加熱により金属材料を
溶融乃至半溶融状態としているので、該スクリュー押出
装置のスクリューは回転運動のみでよい。前記スクリュ
ー押出装置は、せん断作用を効率的に付与するために、
二軸又は三軸以上のスクリュー押出装置としてもよい。

【０００７】本発明の金属材料の射出成形装置では、ス
クリュー押出装置において溶融乃至半溶融状態を達成し
ているので、該溶融乃至半溶融状態の金属材料が供給さ
れる射出成形用シリンダ・スクリュー装置の摩耗や破損
を防ぐことができる。また、該溶融乃至半溶融状態の金
属材料が供給される射出用シリンダ・スクリュー装置に
おいて、該溶融乃至半溶融状態の金属材料はさらにスク
リューの回転によるせん断力を受け、成長したデンドラ
イトの破壊と、金属の核生成が並行して継続されるの
で、最終的に射出シリンダの先端に送られ、必要量に達
した金属材料は、デンドライトの成長が抑制された均一
な半溶融状態の射出成形に適した金属材料となる。この
時点で、射出用スクリューの回転を停止するとともに、
射出用スクリューを高速で前進させ、射出シリンダの前
方に配置された金型内に半溶融または溶融金属材料を射
出成形することにより、均質な金属射出成形体を得るこ
とができる。

【０００８】このように本発明の金属材料の射出成形装
置では、金属材料を溶融乃至半溶融状態とするためのス
クリュー押出装置を射出シリンダと別に設けることによ
り、高速で前後進させる必要がある射出シリンダ内には
固体金属材料が入ることが無いので、良好な動作と耐久
性が確保される。

【０００９】また、本発明の金属材料の射出成形装置で
は、押出用スクリューと射出用スクリューの回転数は別
々に設定できるため、固体金属が供給される押出用スク
リューは低回転数に、射出用スクリューはデンドライト
の成長を抑制するために高回転数にするなど、設定の自
由度が高まる。

【００１０】押出用スクリューには通常の一軸スクリュ
ーの他、混練、混合能力の高い二軸又は三軸以上のスク
リューを採用することも可能であり、これらの多軸スク
リューを採用した場合には金属射出成形体の均一性が向
上する。また、この場合、混練能力が高いため、粒子分
散複合材料や繊維分散複合材料の成形にも対応が可能で
ある。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の金属材料の射出成
形装置の一例を示し、射出シリンダに対して押出装置を
垂直に配置した、成形型を除いた部分の断面図である。
図２は本発明の金属材料の射出成形装置の別の一例を示
し、射出シリンダに対して押出装置を平行に配置した、
成形型を除いた部分の断面図である。押出装置は設置ス
ペース等の都合により斜め方向に取り付けることも可能
である。

【００１２】図１及び図２において、１は射出用シリン
ダ・スクリュー装置であり、内部にらせん状の羽根を持
ち、往復動ができ、且つ回転して金属材料を前方に移送
することができる射出用スクリュー４を有し、射出シリ
ンダ３内に挿入され、該射出用スクリュー４は射出シリ
ンダ３内を摺動する。射出シリンダ３は図示していない
温度制御装置により加熱及び冷却できるように構成され
ている。射出用シリンダ・スクリュー装置１の先端は、
溶融乃至半溶融金属材料を金型内に導入するためのノズ
ル５が設けられている。なお、金型を含む金型装置は通
常の金型装置でよく、図示は省略してある。射出用シリ
ンダ・スクリュー装置１の後部には、射出用スクリュー
４の後部に連結され、該射出用スクリュー４を回転駆動
させるための射出用スクリュー回転駆動装置６と該射出
用スクリュー４を前後進させるための射出用スクリュー
水平駆動装置７が配置されている。

【００１３】２はスクリュー押出装置であり、内部に回
転のみの作動を行う押出用スクリュー９と該押出用スク
リュー９を収容する押出シリンダ８を有する。該押出シ
リンダ８は図示していない加熱装置により加熱できるよ
うに構成されている。該スクリュー押出装置２を金属材
料の射出用シリンダ・スクリュー装置１に連通させる位
置は、金属材料に対して射出スクリュー４によるせん断
力の付与が可能なように射出用シリンダ・スクリュー装
置１の後部に配置されている。図１においては、スクリ
ュー押出装置２は垂直に設けられ、図２においてはスク
リュー押出装置２は、射出用シリンダ・スクリュー装置
１と平行に配置されている。該スクリュー押出装置２の
上端（図１）或いは後端（図２）には、押出用スクリュ
ー９を回転駆動させるための押出用スクリュー回転駆動
装置１１が設けられ、該スクリュー押出装置２の上部
（図１）或いは後部（図２）には、金属材料を収容し且
つスクリュー押出装置２内に金属材料を導入するための
ホッパ１０が設けられている。

【００１４】前記図１及び図２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（ＡＳＴ
Ｍ：ＡＺ９１Ｄ）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。

【００１５】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。

【００１６】ホッパ１０は加熱することが望ましく、ま
た、マグネシウム合金材料に含まれるエアや水分を除去
できるようにアルゴンガス等の不活性ガスをホッパ１０
に供給することが望ましい。ホッパ１０の加熱温度は、
水分が十分除去できる温度以上（例えば１５０℃）且つ
マグネシウム合金の液相が発生する温度（ＡＺ９１Ｄの
場合４２５℃）以下とする。ホッパ１０より供給された
粒状マグネシウム合金は、押出シリンダ８に設けた加熱
装置により加熱されると共に回転する押出用スクリュー
９によりせん断を受けて半溶融状態となり、押出シリン
ダ８の先端より排出され、射出シリンダ３内に供給され
る。

【００１７】ホッパ１０から金属材料が押出シリンダ８
内に供給される押出シリンダ８の材料供給部位から先端
に向け温度勾配がつけらており、そのため、金属材料は
先端に向けて徐々に液相量を増していく。押出シリンダ
８の温度は、例えば、材料供給部位で３５０℃、先端部
位で液相線温度よりも低い５８０℃に設定される。設定
温度は材質と所望の固相率から決定される。

【００１８】押出シリンダ８から射出シリンダ３に供給
された固液混合状態のマグネシウム合金は、射出用スク
リュー４によりさらにせん断を受け、且つ加熱あるいは
冷却により所望の固相率となるように温度制御されると
共に、前方にフイードされる。射出用スクリュー４は回
転すると共に前方に半溶融状態のマグネシウム合金を蓄
えながら徐々に後退する。マグネシウム合金があらかじ
め設定しておいた計量値に達した時点で押出用スクリュ
ー９および射出用スクリュー４の回転を止め、続いて射
出用スクリュー４を高速で前進させ、ノズル５から図示
していない金型内に噴出させることにより、マグネシウ
ム合金成形体を鋳造する。

【００１９】金型のキャビティーがマグネシウム合金で
充満され、凝固が完了するまで、押出用スクリュー９が
溶融乃至半溶融マグネシウム合金に圧力をかけ続け、凝
固収縮による製品のひけやその他の欠陥を防止する。凝
固が完了した時点で押出用スクリュー９および射出用ス
クリュー４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。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、射出成形装置のシリン
ダ・スクリュー装置に設けたスクリュー押出装置におい
て、加熱とせん断力を固体金属材料に与えて溶融乃至半
溶融状態に調製しているので、射出成形装置のシリンダ
・スクリュー装置に導入される金属材料は、さらに、ス
クリューによるせん断力が加えられ、射出シリンダの前
方に計量される金属材料は、均一な溶融乃至半溶融状態
となる。したがって、この金属材料をシリンダ・スクリ
ュー装置から金型内に射出することにより、均質な金属
射出成形体が得られる。

【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の一例を示
し、射出シリンダに対して押出装置を垂直に配置した、
成形型を除いた部分の断面図である。

【図２】本発明の金属材料の射出成形装置の別の一例を
示し、射出シリンダに対して押出装置を平行に配置し
た、成形型を除いた部分の断面図である。

【符号の説明】

１ 射出用シリンダ・スクリュー装置 ２ スクリュー押出装置 ３ 射出シリンダ ４ 射出用スクリュー ５ ノズル ６ 射出用スクリュー回転駆動装置 ７ 射出用スクリュー水平駆動装置 ８ 押出シリンダ ９ 押出用スクリュー １０ ホッパ １１ 押出用スクリュー回転駆動装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体金属材料を溶融乃至半溶融状態にし
   て金型に射出成形する金属材料射出成形装置において、
   固体金属材料を溶融乃至半溶融状態にすることができる
   スクリュー押出装置を射出用シリンダ・スクリュー装置
   に連通させて設けたことを特徴とする金属材料の射出成
   形装置。
2. 【請求項２】 前記スクリュー押出装置を金属材料の射
   出用シリンダ・スクリュー装置に連通させる位置は、金
   属材料に対して射出用スクリューによるせん断力の付与
   が可能となる射出用シリンダ・スクリュー装置の後部で
   ある請求項１記載の金属材料の射出成形装置。