JP2003145258A - 金属成形方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形サイクルの大巾なタイム短縮を図れると
共に、離型剤の外部への飛散が防げ、作業環境の悪化を
防止できる金属成形方法および装置を提供する。 【解決手段】 金属成形方法であって、成形金型１が閉
じた状態である金型の型締め工程Ｓ１と溶湯の射出・増
圧（凝固）工程Ｓ３との間で、ゲート２７のプラグ（金
属材料）を溶融するためにホットランナ２１を加熱する
ゲート溶融工程と、離型剤をスプレーしてキャビティ１
０の壁面を塗布する離型剤塗布工程と、材料計量工程と
を並行して行うようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形機とホッ
トランナを用いて行う、特にマグネシウム合金等の金属
の成形に好適な金属成形方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にチクソモールディング装置は、射
出機構と型締め機構とを備えており、ホッパーから投入
されたマグネシウム合金等の金属をチップ化した固体原
料を所定温度に加熱されたシリンダ内にスクリューによ
って搬送し、加熱して液体状態もしくは半溶融状にする
と共に、この回転するスクリューによって剪断力を加え
ることにより固液共存状態でチクソトロピー性（温度を
変えないで機械的な衝撃を与えるだけでゾルとゲルとが
可逆的に変換する現象）を発現させ、この金属材料をシ
リンダの先端にチャージした後、成形金型内に射出し、
保圧、冷却して金属成形品に成形している。

【０００３】ところで、このチクソモールデング装置に
おける従来のマグネシウム合金の成形工程は、図３に示
すように、型締め工程１−ゲート溶融工程２−射出・増
圧（凝固）工程３−計量工程４−型開き工程５−製品取
出工程６−離型剤塗布工程７−エアブロー工程８という
成形サイクルを採用しており、凝固工程と計量工程とが
並行して行われている。即ち、まず始めに金型を閉じる
型締め行程を行う。次にホットランナのノズルの先端部
のプラグ（金属材料）を溶融するためにホットランナを
加熱するゲート溶融工程２を行う。ゲート溶融工程２に
よって射出可能になったら、溶融状態もしくは半溶融状
態の金属材料を射出し、凝固収縮によるひけを防止する
ために増圧をする射出・増圧（凝固）工程３を行う。そ
の後、次の射出のための材料を計量する計量工程４を行
う。この材料計量の間に金型内に充填された金属材料は
金型に熱量を奪われ、凝固する。金属材料が完全に凝固
し、製品の取り出しが可能な状態になると金型を開ける
型開き工程５を行う。次いで製品取出工程６、離型剤塗
布工程７、エアブロー工程８を行って成形サイクルが一
巡する。この場合計量工程は、上記各工程の中で比較的
長時間を要する工程であるため、型締め工程の終了に間
に合うように、凝固工程の開始と合わせて開始してい
る。

【０００４】しかしながら、凝固工程に並行して計量工
程を開始すると、計量工程が終了してから各工程が進行
して型締め工程が終了するまでの待機時間が発生する。
チクソモールディング法においては、シリンダ内でチク
ソトロピー性を発現して見かけ上の粘度が低下している
状態で金属材料を成形金型内に射出するのが、品質のよ
い金属成形品を得るための最適条件である。しかし、前
述のように、計量工程が終了してから射出するまでに待
機時間が発生すると、シリンダ内にチャージされた固液
共存状態の金属材料に発現したチクソトロピー性が失わ
れ、粘度が高くなった状態で射出され、金属成形品の品
質を低下させてしまうという問題があった。

【０００５】この問題を解決するものとして、特開２０
０１−２５８５２号公報によるチクソモールディング装
置を用いた金属成形方法が知られている。この方法は、
型締め工程の終了時と計量工程の終了時とが一致するよ
うに、計量工程の開始時を設定して、計量工程が終了し
た金属材料を型締め工程が終了した金型内に直ちに射出
するようにしたもので、これにより、前述の待機時間を
無くすようにしている。しかしながら、この方法は、離
型剤塗布工程が型開き工程の後で型締め工程の前に設け
られており、金型を開いた状態で材料計量と離型剤塗布
とを同時に行うため、射出ノズル先端から金属材料の溶
湯がたれ、ノズルタッチ面や金属の合わせ面に付着し
て、ノズルタッチ不足や型締め不足を生じ、射出時にフ
ラッシュする恐れがある。また離型剤自身の金型外部へ
の飛散やたれ落ち等が発生し、作業環境の悪化も発生す
る。

【０００６】また、上記公報による金属成形方法では、
比較的に作業時間を要する離型剤塗布工程が計量工程と
並行して行われているが、計量工程以外の他の工程とは
独立に設けられており、成形サイクルのタイム短縮につ
ながらないという問題がある。これでは、ホットランナ
を用いることによる凝固時間短縮効果が相殺されて、十
分なサイクルタイムの短縮が期待できない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑み、離型剤塗布工程と計量工程とゲート溶融工程とを
並行して行えることに着目したものであり、その目的
は、成形サイクルの大幅なタイム短縮を図ることができ
ると共に、離型剤の外部への飛散が防げ、作業環境の悪
化を防止できる金属成形方法及びその装置を提供するこ
とである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に
記載の金属成形方法及びその装置を提供する。請求項１
に記載の金属成形方法は、チクソモールディング法を用
いた金属成形方法であって、成形金型の型締め工程と金
属材料の射出・増圧工程の間で、ホットランナを加熱す
るゲート溶融工程と、離型剤塗布工程と、材料計量工程
とを並行して行うようにしたものであり、これにより、
成形サイクルのサイクルタイムの短縮が図れる。また、
成形金型を閉じた状態で離型剤の塗布が行えるので、離
型剤の金型外部への飛散を防げ、作業環境の改善が図れ
る。

【０００９】請求項２の金属成形方法は、成形金型を開
ける型開き工程後に、金属成形品の製品取出工程と成形
金型へのエアブロー工程ともまた並行して行われるよう
にしたものであり、これにより、成形サイクルのサイク
ルタイムの一層の短縮化が図れる。

【００１０】請求項３に記載の金属成形装置は、成形金
型を閉じる型締めと、成形金型を開ける型開きとを行う
型締め・型開き手段と、金属材料を閉じられた成形金型
内に射出し、増圧する射出・増圧手段と、ホットランナ
のノズル先端部の固化した金属材料を溶融するためにホ
ットランナを加熱するゲート溶融手段と、閉じられた成
形金型のキャビティ壁面に離型剤をスプレーする離型剤
塗布手段と、スクリューの移動量によって金属材料の計
量を行う計量手段と、上記した各手段の作動を制御する
制御手段とを具備していて、成形金型の型締め後であっ
て、金属材料を射出し、増圧する前に、制御手段がゲー
ト溶融手段、離型剤塗布手段及び計量手段とを同時並行
して作動するように制御するものである。この請求項３
は、請求項１の方法発明を実施するための装置発明であ
り、その作用効果は、請求項１と同様である。

【００１１】請求項４の金属成形装置は、エジェクタピ
ンを作動して金属成形品の成形金型からの取り出しを行
う製品取出手段と、成形金型へのエアブローを行いキャ
ビティ及び材料供給路等の壁面の清掃を行うエアブロー
手段とを更に具備していて、成形金型の型開きを行った
後に、制御手段によって、製品取出手段とエアブロー手
段とを同時並行で作動させるようにしたものである。こ
の請求項４は、請求項２の方法発明を実施するための装
置発明であり、その作用効果は、請求項２と同様であ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態の金属成形方法及びその装置について説明す
る。図１は、本発明の金属成形方法に使用されるチクソ
モールディング装置（金属成形装置）の全体構成を示し
ている。チクソモールディング装置（金属成形装置）
は、固定型１１と可動型１２とよりなる成形金型１を有
している。成形金型１は、固定型１１と可動型１２とを
型締めすることにより、マグネシウム合金等の金属材料
を成形するためのキャビティ１０を形成する。

【００１３】可動型１２に対しては、図示を略した電動
式の金型駆動機構が設けてあり、固定型１１に対して前
進及び後退が可能なように構成されている。また、可動
型１２に対しては、成形後の成形品を金型から取り出す
ための、エジェクタピン１５とこの駆動機構１６設けら
れている。

【００１４】固定型１１には、キャビティ１０と連通す
るホットランナ２１が設けられている。ホットランナ２
１のキャビティ１０と連通する部分には、ゲート２７が
形成されていると共に、ホットランナ２１は、全体に渡
って加熱源２８によって包囲されている。このホットラ
ンナ２１は固定型１１の外部に設けた射出機構２の射出
シリンダ２６に射出ノズル２０を介して接続している。
射出シリンダ２６内にはスクリュー２２が配置されると
共に、射出シリンダ２６の外周には加熱機構２３が設け
られている。また、金属材料を供給するホッパー２４が
射出シリンダ２６内に連通して設けられると共に、スク
リュー２２を駆動するスクリュー駆動機構２５が射出シ
リンダ２６に隣接して設置されている。したがって、ホ
ッパー２４から供給された金属材料が射出シリンダ２６
内をスクリュー２２の回転によって搬送され、搬送中に
溶融し、その溶湯が射出ノズル２０からホットランナ２
１を通ってキャビティ１０内に供給される。

【００１５】更に本発明のチクソモールディング装置に
おいては、成形金型１の型締め時において離型剤のスプ
レーが行えるように、固定型１１の材料供給路１９に対
し、固定型１１の外部と連通した離型剤供給路１３が、
固定型１１に連通形成されている。離型剤供給路１３
は、離型剤供給装置２９に接続していて、例えばピスト
ン方式等により離型剤を供給する。また、この離型剤供
給路１３の開閉を行う遮断ピン１４が、固定型１１内に
前進、後退可能に配設されている。

【００１６】本発明のチクソモールディング装置の作動
制御は、基本的にマシンコントローラ３０により行われ
る。即ちマシンコントローラ３０に接続している離型剤
供給装置コントローラ３１によって離型剤供給装置２９
を作動し、離型剤の供給を制御しており、同様にマシン
コントローラ３０に接続しているホットランナコントロ
ーラ３２によって、ホットランナ２１の加熱源２８を制
御し、その温度を管理している。更にマシンコントロー
ラ３０は、スクリュー駆動機構２５、射出シリンダ２６
外周の加熱機構２３、金型駆動機構（図示略）、エジェ
クタピン１５の駆動機構１６及び離型剤供給路１３の遮
断ピン１４等の作動も制御している。

【００１７】次に、上記構成のチクソモールディング装
置を用いた本発明の金属成形方法、即ちチクソモールデ
ィング装置の作動について、図２のフローチャートに基
づいて説明する。まず、ステップＳ１において、金型駆
動機構を駆動し、可動型１２を固定型１１に対し当接さ
せて、成形金型１を型締めする（型締め工程）。

【００１８】次に、ステップＳ２において、離型剤供給
路１３に対し離型剤の噴射ノズル（図示せず）を導入
し、離型剤供給装置２９によって、噴射ノズル、離型剤
供給路１３を通じてキャビティ１０の壁面よりなる、供
給される金属材料の接触面に対し離型剤を噴射し、その
壁面に離型剤の潤滑被膜を形成する（離型剤塗布工
程）。同時に、このステップＳ２において、ホットラン
ナ２１の先端部であるゲート２７の固化したプラグ（金
属材料）を溶融するために、ホットランナコントローラ
３２で制御される加熱源２８によってホットランナ２１
を加熱しゲート溶融を行う（ゲート溶融工程）。更に、
このステップＳ２において、射出機構２を利用して金属
材料の計量を行う（計量工程）。この金属材料の計量
は、スクリュー駆動機構２５によってスクリュー２２を
駆動し、所定の位置からのスクリュー２２の移動量（後
退量）によって行われる。この移動量は、金属成形品の
重量等の条件によって変わる。即ち、ステップＳ２にお
いて、離型剤塗布工程と、ゲート溶融工程と、計量工程
とが並行して行われる。

【００１９】続いて、ステップＳ３において、スクリュ
ー駆動機構２５によってスクリュー２２を前進させ、ホ
ットランナ２１のゲート２７から金属材料の溶湯を射出
し、キャビティ１０内を必要量の溶湯で充填する。この
場合、溶湯の凝固収縮によるひけを防止するために増圧
を行う（射出・増圧（凝固）工程）。充填後、成形金型
１を冷却し、溶湯を固化させる。なお、この場合、離型
剤供給路１３は遮断ピン１４の前進動作によって、当然
閉じられているものである。

【００２０】溶湯が完全に固化した後、ステップＳ４に
おいて、金型駆動機構を駆動して可動型１２を固定型１
１より離脱させ、型開きを行う（型開き工程）。次い
で、ステップＳ５において、チクソモールディング装置
に設置された駆動機構１６を作動し、エジェクタピン１
５を突き出して成形品を金型から取り出す（製品取出工
程）。同時に、このステップＳ５において、空気圧力源
に接続されたエアブローノズル（図示略）によりエアブ
ローを行い、キャビティ１０及び材料供給路１９の壁面
に付着しているバリ等を除去して、その壁面を清掃する
（エアブロー工程）。その後、再び型締めして次の成形
サイクルに入る。これら一連の成形サイクルがマシンコ
ントローラ３０によって制御される。

【００２１】次に、図２に示す本発明の成形サイクルと
図３の従来の成形サイクルとのサイクルタイムを比較し
た実験結果について説明する。従来の成形サイクルで
は、 型締め工程１……………………３秒 ゲート溶融工程２………………３秒 射出・増圧（凝固）工程３……３秒 材料計量工程４…………………１１秒 型開き工程５……………………４秒 製品取出工程６…………………４秒 離型剤塗布工程７………………１０秒 エアブロー工程８………………６秒 となり、そのサイクルタイムは４４秒であった。

【００２２】これに対し本発明の成形サイクルでは、 型締め工程Ｓ１…………………………………………………３秒 ゲート溶融工程、材料計量工程、離型材塗布工程Ｓ２……１１秒 射出・増圧（凝固）工程Ｓ３…………………………………３秒 型開き工程Ｓ４…………………………………………………４秒 製品取出工程、エアブロー工程Ｓ５…………………………４秒 となり、そのサイクルタイムは２５秒であり、従来の成
形サイクルのサイクルタイムよりもほぼ半減している。

【００２３】次に本発明の作用効果について説明する。
一般にゲート溶融は、安全上成形金型が閉じた状態でな
いと行えない。従って、ゲート溶融工程は、型締め工程
後であって射出・増圧（凝固）工程前の間以外には行え
ない。この間に複合動作として可能なのは一般的には材
料計量のみであるが、成形金型を閉じた状態で離型剤塗
布を行う方法を用いれば、この離型剤塗布工程も複合動
作が可能である。しかも、この材料計量工程と離型剤塗
布工程とは、他の工程に比べてサイクルタイムが格段に
長いものであり、これらを複合動作（並行動作）させる
ことによって、成形サイクルのサイクルタイムの大巾な
短縮が図れる。

【００２４】また、本発明の成形サイクルでは、型締め
が行われた後に離型剤をスプレーしているため、固定型
及び可動型の分割面は即に当接状態にあって、ここに離
型剤が付着することはない。また型締めされているた
め、キャビティや材料供給路は外部と切り離された閉塞
状態にあるため、余計な個所への離型剤の付着や外部へ
の離型剤の飛散を防止できる。このことは、作業環境の
悪化を防止できると共に、離型剤の無駄な消費を押える
ことができ、離型剤を希釈する水分をなくして原液その
ものを使用できる。そのため、成形金型への離型剤付着
に伴う温度低下が防止でき、熱容量の小さい金属材料で
ある、例えばマグネシウム合金に対する優れた湯まわり
性を確保することができる。

【００２５】このように、本発明の金属成形方法及び装
置においては、金属材料として、特にマグネシウム合金
が好適であるが、これに限定されるものではない。ま
た、上記構成においては、離型剤供給路が固定型に設け
られている場合を例示して説明しているが、要は、成形
金型が閉じられた状態において、離型剤の供給が行えれ
ばよいのであって、可動型に設けられていてもよいもの
である。離型剤の種類も、例えば油性潤滑剤等、特に選
択することなく適用できるものであり、離型剤の希釈も
水以外の溶媒を用いることも可能である。更に離型剤の
付着方法としては、スプレーによる方法以外にも吸引に
よる方法も適宜採用できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の金属成形方法に使用され
るチクソモールディング装置の全体構成を示す図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態の金属成形方法の成形サイ
クルを示すフローチャート図である。

【図３】従来の成形サイクルのフローチャート図であ
る。

【符号の説明】

１…成形金型 １０…キャビティ １１…固定型 １２…可動型 １３…離型剤供給路 ２…射出機構 ２０…射出ノズル ２１…ホットランナ ２２…スクリュー ２３…加熱機構 ２４…ホッパー ２５…スクリュー駆動機構 ２６…シリンダ ２７…ゲート ２８…加熱源 ２９…離型剤供給装置 ３０…マシンコントローラ ３１…離型剤供給装置コントローラ ３２…ホットランナコントローラ

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｂ２２Ｄ 21/04 Ｂ２２Ｄ 21/04 Ｂ (72)発明者 小野田 隆一 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チップ化した金属材料を所定温度に加熱
   されたホットランナ内にスクリューによって搬送し、加
   熱して半溶融状もしくは液状にし、ホットランナの先端
   にチャージした後に、成形金型内に射出し、冷却して金
   属成形品に成形する金属成形方法において、 成形金型を閉じる型締め工程と金属材料を成形金型内に
   射出し、増圧する射出・増圧工程との間で、ホットラン
   ナのノズル先端部の固化した金属材料を溶融するために
   ホットランナを加熱するゲート溶融工程と、成形金型の
   キャビティ壁面に離型剤をスプレーする離型剤塗布工程
   と、金属材料の計量を行う計量工程とを並行して行うこ
   とを特徴とする金属成形方法。
2. 【請求項２】 成形金型を開ける型開き工程後に、金属
   成形品の取り出しを行う製品取出工程と成形金型へのエ
   アブロー工程ともまた並行して行うことを特徴とする請
   求項１に記載の金属成形方法。
3. 【請求項３】 チップ化した金属材料を所定温度に加熱
   されたホットランナ内にスクリューによって搬送し、加
   熱して半溶融状もしくは液状にし、ホットランナの先端
   にチャージした後に、成形金型内に射出し、冷却して金
   属成形品に成形する金属成形装置において、この金属成
   形装置が、 成形金型を閉じる型締めと、成形金型を開ける型開きと
   を行う型締め・型開き手段と、 金属材料を閉じられた成形金型内に射出し、増圧する射
   出・増圧手段と、 ホットランナのノズル先端部の固化した金属材料を溶融
   するためにホットランナを加熱するゲート溶融手段と、 閉じられた成形金型のキャビティ壁面に離型剤をスプレ
   ーする離型剤塗布手段と、 スクリューの移動量によって金属材料の計量を行う計量
   手段と、 上記した各手段の作動を制御する制御手段と、を具備し
   ていて、 前記型締め・型開き手段によって成形金型が型締めされ
   た後であって、前記射出・増圧手段により金属材料を成
   形金型内に射出し、増圧する前に、前記制御手段によっ
   て、前記ゲート溶融手段、前記離型剤塗布手段及び前記
   計量手段とを同時並行で作動させることを特徴とする金
   属成形装置。
4. 【請求項４】 エジェクタピンを作動して、金属成形品
   の成形金型からの取り出しを行う製品取出手段と、成形
   金型へのエアブローを行いキャビティ及び材料供給路等
   の壁面の清掃を行うエアブロー手段とを更に具備してい
   て、前記型締め・型開き手段によって型開きを行った後
   に、前記制御手段によって、前記製品取出手段と前記エ
   アブロー手段とを同時並行で作動させることを特徴とす
   る請求項３に記載の金属成形装置。