JP3273433B2 - 軽合金射出材料の射出成形方法および射出成形機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体状の軽合金射出材
料が収納されているホッパと、その先端部に射出ノズル
が設けられているシリンダバレルと、該シリンダバレル
内で回転および軸方向に駆動されるように設けられてい
るスクリュと、スクリュを回転方向と軸方向に駆動する
駆動装置とを備えた射出成形機により軽合金射出材料か
ら成形品を得る軽合金射出材料の射出形成方法およびこ
の方法の実施に直接使用される射出成形機に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】インラインスクリュ式射出成形機は、文
献名を挙げるまでもなく従来周知で、外周部にヒータが
設けられているシリンダバレル、このシリンダバレル内
で回転および軸方向に駆動されるスクリュ、このスクリ
ュを軸方向に駆動する油圧ピストン・シリンダ機構、回
転方向に駆動する油圧モータ等から構成されている。し
たがって、スクリュを油圧モータにより回転駆動すると
共に、ホッパから軽合金射出材料をシリンダバレルに供
給すると、固体状の軽合金射出材料はスクリュの回転に
よる摩擦熱、剪断熱、ヒータから加える熱等により混練
・溶融され、そしてシリンダバレルの前方に送られ計量
される。計量された溶融状態の軽合金射出材料は、油圧
ピストン・シリンダ機構の油圧室に圧力油を供給し、ス
クリュを軸方向に駆動することにより金型に射出され
る。冷却固化を待って金型を開き成形品を得ることがで
きる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
射出成形機によっても、射出成形により軽合金射出材料
から成形品を得ることはできる。しかしながら、連続的
に射出成形しているときには問題は少ないが、成形を中
断したときに特に問題が生じることがある。すなわち、
軽合金例えば活性の高いマグネシウム合金、アルミニウ
ム合金等に見られるように軽合金射出材料は酸化し易い
ので、従来の射出成形機によって成形品を得るときには
次のような問題が生じている。 （１）温度が高く酸化しやすい状態にあるスクリュ供給
部において、軽合金射出材料が酸化すると塊状に固ま
り、場合によってはシリンダバレル内における搬送が不
可能になることもある。 （２）固体状の軽合金射出材料の表面に形成された酸化
物が成形品に混入し、成形品の品質を低下させる。 （３）射出ノズルの先端部においては、軽合金射出材料
は融点近くの高温で、しかも大気に直接曝されているの
で、強固な酸化物が形成され、形成された酸化物がプラ
グとなり、射出不能になることがある。 （４）射出ノズルの先端部から漏れ出す溶融状態の軽合
金射出材料が発火、燃焼し、射出ノズルの外周部に巻き
付けられているヒータ、熱電対等を損傷させることがあ
る。本発明は、上記したような従来の欠点あるいは問題
点を解決した軽合金射出材料の射出成形方法およびこの
方法の実施に使用される射出成形機を提供することを目
的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１に記載の発明は、固体状の軽合
金射出材料が収納されているホッパと、その先端部に射
出ノズルが設けられているシリンダバレルと、該シリン
ダバレル内で回転および軸方向に駆動されるように設け
られているスクリュと、前記スクリュを回転方向と軸方
向に駆動する駆動装置とを備えた射出成形機により軽合
金射出材料から成形品を得る射出成形方法において、成
形開始準備時間中、所定時間以上成形を中断する時間中
および成形終了後所定時間中は、前記ホッパの内部を不
活性ガス雰囲気にし、それによって前記ホッパ下のスク
リュ供給部を不活性ガス雰囲気にすると共に、前記射出
ノズルの先端部を不活性ガス雰囲気にするように構成さ
れ、請求項２記載の発明は、固体状の軽合金射出材料が
収納されているホッパと、その先端部に射出ノズルが設
けられているシリンダバレルと、該シリンダバレル内で
回転および軸方向に駆動されるように設けられているス
クリュと、前記スクリュを回転方向と軸方向に駆動する
駆動装置とを備えた射出成形機により軽合金射出材料か
ら成形品を得るとき、成形開始準備時間中、所定時間以
上成形を中断する時間中および成形終了後所定時間中
は、前記ホッパの内部と前記射出ノズルの先端部を不活
性ガス雰囲気にすると共に、前記ホッパの内部は成形中
も不活性ガス雰囲気にし、それによって前記ホッパ下の
スクリュ供給部を成形中も不活性ガス雰囲気にするよう
に構成される。請求項３記載の発明は、外部に加熱体が
設けられているシリンダバレルと、該シリンダバレル内
で回転および軸方向に駆動されるように設けられている
スクリュと、前記スクリュを回転方向と軸方向に駆動す
る駆動装置と、前記シリンダバレルに軽合金射出材料を
供給するためのホッパと、前記ホッパの内部と前記シリ
ンダバレルの先端部に設けられている射出ノズルとを不
活性ガス雰囲気に置くための不活性ガス供給装置とを備
えた射出成形機であって、前記不活性ガス供給装置は、
不活性ガス供給源から前記ホッパまで延びている第１の
ガス供給管路と、同様に不活性ガス供給源から前記射出
ノズルの方へ延びている第２のガス供給管路と、該第２
のガス供給管路の先端に取り付けられている不活性ガス
置換治具とからなり、前記不活性ガス置換治具は、不活
性ガスが放出される開口部を有すると共に、該開口部が
前記射出ノズルと整合する第１位置と、成形可能な位置
に退避する第２位置とに移動可能に設けられ、前記不活
性ガス置換治具の開口部を前記射出ノズルに整合して押
し付けると、前記開口部と前記射出ノズルとは気密状態
で接触するように構成される。

【０００５】

【作用】例えばヒータに通電して、シリンダバレル、射
出ノズル等を成形可能な所定温度になるように加熱す
る。この加熱時間中はホッパの内部を不活性ガス雰囲気
にすることにより、ホッパ下のスクリュ供給部も不活性
ガス雰囲気にする。また、射出ノズルの先端部を不活性
ガス雰囲気にする。所定温度になったら、ホッパ内の固
体状の軽合金射出材料をシリンダバレルに供給する。そ
して、従来周知のようにスクリュを回転駆動する。そう
すると、スクリュが回転するときに生じる摩擦熱、剪断
熱等により軽合金射出材料は、混練・溶融されてシリン
ダバレルの前方に計量される。射出ノズルを不活性ガス
雰囲気から開放して、計量された溶融状態の軽合金射出
材料を、スクリュを軸方向に駆動して金型に射出する。
冷却固化を待って成形品を取り出す。以下、上記計量、
射出操作を繰り返して成形する。上記のように成形して
いるときも、連続して、または間欠的にホッパ内部を不
活性ガス雰囲気にする。ホッパ内部を不活性ガス雰囲気
にすることにより、ホッパ下のスクリュ供給部も不活性
ガス雰囲気にする。または、成形動作を所定時間以上例
えば１０分以上中断するときは、ホッパの内部を不活性
ガス雰囲気にすることにより、ホッパ下のスクリュ供給
部も不活性ガス雰囲気にすると共に、射出ノズルの先端
部を不活性ガス雰囲気にする。所定時間中断した後は前
述したようにして再開する。成形を終了したら、シリン
ダバレルの内部から軽合金射出材料が残らないようにな
るだけ排出し、ヒータをオフすると共に、ホッパの内部
と射出ノズルの先端部を所定時間例えばシリンダバレル
の温度が２００℃以下に下がるまで不活性ガス雰囲気に
する。他の発明は、上記のように作用すると共に、射出
成形時にもホッパの内部は不活性ガス雰囲気にし、ホッ
パ下のスクリュ供給部も不活性ガス雰囲気にする。

【０００６】

【実施例】以下、図１により本発明の射出成形機の実施
例を説明する。本実施例に係わる射出成形機は、従来周
知の構造をしたシリンダバレル１、このシリンダバレル
１内に軸方向と回転方向とに駆動自在に設けられている
スクリュ１５、前記シリンダバレル１に固体状の軽合金
射出材料を供給するホッパ２０、前記スクリュ１５を軸
方向と回転方向とに駆動する駆動装置３０、３１、詳し
くは後述する不活性ガス供給装置４０等から構成されて
いる。

【０００７】シリンダバレル１は周知の構造を有し、図
において右方の後端部寄りに開口２があけられ、この開
口２にホッパ２０の供給口２４が気密的に接続されてい
る。シリンダバレル１の前方端部には射出ノズル３が設
けられている。シリンダバレル１および射出ノズル３の
外周部には、周知のように個々に精密に温度制御される
ヒータ４、４、…が設けられている。

【０００８】シリンダバレル１には、ピストン・シリン
ダ装置５のシリンダ５’が固定されている。このピスト
ン・シリンダ装置５のピストン６からはピストンロッド
７が図１において左方すなわち前方に延び、そして射出
台Ｄに固定されている固定盤１０に固定されている。し
たがって、ピストン・シリンダ装置５のピストンロッド
側の油圧室８に圧油を供給すると、シリンダバレル１し
たがって射出ノズル３が固定金型１１へタッチする方向
へ駆動され、ピストンヘッド側の油室９に供給すると、
固定金型１１から離間する方へ駆動されることになる。
固定盤１０には周知のように固定金型１１が、そして図
には示されていない可動盤には可動金型１２がそれぞれ
取り付けられている。

【０００９】スクリュ１５は、従来周知のように、後方
から先端部に向かって固体輸送区間すなわちスクリュ供
給部１６、相遷移区間および液体輸送区間に分かれ、ス
クリュ供給部１６の後端部はシリンダバレル１から外方
へ延びスクリュ軸１７となっている。そしてこのスクリ
ュ軸１７が、従来周知のピストン・シリンダユニット等
から構成されている軸方向駆動装置３０と、油圧モータ
等から構成されている回転方向駆動装置３１とに接続さ
れている。ホッパ２０は、略漏斗状をした本体２１と、
この本体２１の上方の開口部を気密的に密閉する蓋体２
２とから構成されている。そして、本体２１の斜壁２３
と、下方の供給口２４近傍とに、後述する第１ガス供給
管路４３を接続するための開口２５、２６があけられて
いる。

【００１０】不活性ガス供給装置４０は、アルゴンガ
ス、窒素ガス等が収納されているボンベ状の第１、２の
圧力容器４１、４１’、これらの圧力容器４１、４１’
からホッパ２０と射出ノズル３の方へそれぞれ延びてい
る第１、２のガス供給管路４３、４６、射出ノズル３の
先端部を不活性ガス雰囲気にする不活性ガス置換治具５
０等から構成されている。第１の圧力容器４１からは第
１のガス供給管路４３がホッパ２０の方へ延び、そして
２本の分岐管４３’、４３”がホッパ２０の開口２５、
２６にそれぞれ気密的に接続されている。なお、第１の
ガス供給管路４３には圧力調整器４４、流量調整器４５
等が設けられている。第２の圧力容器４１’からは第２
のガス供給管路４６が射出ノズル３の方へ延び、そして
フレキシブルなホース４７を介して不活性ガス置換治具
５０に接続されている。不活性ガス置換治具５０は、固
定盤１０の表面に沿って上下動可能にあるいは着脱可能
に設けられている。そして、内部に上方から中心部に向
かってガス通路５１が形成され、このガス通路５１は図
において右方の表面で外部に開口５２している。この開
口５２は、固体盤１０に通常設けられているロケートリ
ングのノズル挿入孔と同様な形状をしている。したがっ
て、射出ノズル３が不活性ガス置換治具５０の開口５２
に接触すると、不活性ガスは外部へ漏れない。

【００１１】次に、上記実施例の射出成形機を使用した
軽合金射出材料の射出形成方法を説明する。射出材料に
は樹脂も適用することができるが、本実施例では軽合金
が適用される。軽合金とは、融点が６５０゜Ｃ以下の金
属元素単体もしくはこれらの金属を基にした合金を称す
る。実際的な例としては例えばアルミニウム、マグネシ
ウム、亜鉛、錫、鉛、ビスマス、テルビウム、テルル、
カドミウム、タリウム、アスタチン、ポロニウム、セレ
ン、リチウム、インジウム、ナトリウム、カリウム、ル
ビジュウム、セシウム、フランシウム、ガリウム等を挙
げることできるが、特にアルミニウム、マグネシウム、
鉛、亜鉛、ビスマス、錫の単体およびこれらの金属を基
にした合金が望ましい。これらの金属材料は、いずれも
上記実施例の射出成形機で混練溶融し、そして射出成形
できる金属元素あるいは合金である。

【００１２】成形開始準備期間中、不活性ガス置換治具
５０を、駆動装置例えば図に示されていない油圧ピスト
ン機構によりスライドさせて、図１に示されているよう
に、開口５２が射出ノズル３と軸方向に整合する第１の
位置にする。そうしてピストン・シリンダ装置５のピス
トンロッド側の油圧室８に圧油を供給する。そうする
と、射出ノズル３が不活性ガス置換治具５０の開口５２
にタッチする。そこで、第２の圧力容器４１’の元栓４
２’を開く。そうすると、第２のガス供給管路４６によ
り、圧力調整器４８で所定圧力に調整された不活性ガス
が、不活性ガス置換治具５０のガス通路５１から開口５
２に供給される。これにより、射出ノズル３の先端部が
不活性ガス雰囲気に置かれる。また、第１の圧力容器４
１の元栓４２も開く。そうすると、第１のガス供給管路
４３により、圧力調整器４４で所定圧力に調整され、そ
して流量調整器４５により所定流量に制御された不活性
ガスが、分岐管４３’、４３”からホッパ２０の本体２
１と供給口２４近傍とに供給される。これにより、ホッ
パ２０の本体２１の内部と、供給口２４近傍と、ホッパ
２０下のスクリュ供給部１６とが不活性ガス雰囲気に置
かれる。

【００１３】シリンダバレル１には、例えば温度センサ
が取り付けられていて、この温度センサが計量可能な所
定温度に上昇したことを検知すると、計量を開始する。
すなわち回転方向駆動装置３１によりスクリュ１５は回
転駆動される。そしてホッパ２０から固体状の軽合金射
出材料がシリンダバレル１に供給される。そうすると、
軽合金射出材料はシリンダバレル１内でヒータ４、４、
…から加える熱と、スクリュ１５を回転駆動するときに
生じる摩擦熱、剪断熱等により相遷移区間で徐々に溶融
が始まり、液体輸送区間で溶融してシリンダバレルの前
方に計量される。計量の進行と共に、スクリュ１５は計
量される溶融状態の軽合金射出材料の圧力により後退す
る。図１において、固体状の軽合金射出材料は多数の点
で、そして溶融状態の軽合金射出材料は塗りつぶしで示
されている。

【００１４】所定量計量したら、第２の圧力容器４１’
の元栓４２’を閉じる。ピストン・シリンダ装置５のピ
ストンヘッド側の油室９に圧油を供給して射出ノズル３
を不活性ガス置換治具５０から離す。そうして、不活性
ガス置換治具５０を成形に支障にない第２位置へ退避さ
せる。ピストン・シリンダ装置５のピストンロッド側の
油圧室８に圧油を供給して射出ノズル３を固定金型１１
へタッチさせる。そうして軸方向駆動装置３０によりス
クリュ１５を高速で駆動する。計量された溶融状態の軽
合金射出材料は高速で金型１１、１２のキャビテイに射
出される。射出が終わったら、冷却固化を待って成形品
を取り出す。その間に前述したようにして計量し、そし
て射出する。上記のようにして成形するときにも、ホッ
パ２０の本体２１と供給口２４近傍には不活性ガスを供
給する。

【００１５】長時間例えば１０分以上中断するときは酸
化の程度が大きくなるので、前述したように不活性ガス
置換治具５０を図示の第１位置へ移動して、第２の圧力
容器４１’の元栓４２’を開き、射出ノズル３の先端部
を不活性ガス雰囲気に置く。また、ホッパ２０の本体２
１と供給口２４近傍にも前述したようにして不活性ガス
を供給する。前述した始動時の操作に準じて再開する。
成形操作を終了するときは、スクリュ１５を回転駆動し
てシリンダバレル１内の軽合金射出材料がなるだけ残ら
ないように排出する。そうして、不活性ガス置換治具５
０を図示の第１の位置へ移動させて、前述したように射
出ノズル３の先端部を不活性ガス雰囲気に置くと共に、
ホッパ２０の本体２１と供給口２４近傍も不活性ガス雰
囲気に置く。温度センサがシリンダバレル１の温度が１
００〜２００゜Ｃ以下に下がったことを検知すると、元
栓４２、４２’を閉めて不活性ガスの供給を停止する。

【００１６】上記実施例では不活性ガス置換治具５０を
第１の位置へ移動させ、そして射出ノズル３をピストン
・シリンダ装置５により不活性ガス置換治具５０の開口
５２に当接する方向に駆動しているが、不活性ガス置換
治具５０を第１の位置へ移動させてから、不活性ガス置
換治具５０を射出ノズル３に当接する方向に駆動するよ
うに実施することもできる。なお、上記射出成形機を使
用した成形方法の説明では、制御装置自体に関する説明
がなく、半自動的に成形されるように説明されている
が、完全に自動的にも、また手動的にも成形できること
は明らかである。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、固体状
の軽合金射出材料が収納されているホッパと、その先端
部に射出ノズルが設けられているシリンダバレルと、該
シリンダバレル内で回転および軸方向に駆動されるよう
に設けられているスクリュと、スクリュを回転方向と軸
方向に駆動する駆動装置とを備えた射出成形機により軽
合金射出材料から成形品を得る射出成形方法において、
成形開始準備時間中、所定時間以上成形を中断する時間
中および成形終了後所定時間中は、ホッパの内部と射出
ノズルの先端部を不活性ガス雰囲気にするので、ホッパ
内で軽合金射出材料が酸化しないことは勿論のこと、ホ
ッパ下のスクリュ供給部において軽合金射出材料が酸化
して塊状に固まり、成形サイクル時に搬送が不可能にな
るようなことはない、また酸化物が成形品に混入し成形
品の品質を低下させるようなこともない。さらには射出
ノズルが酸化物のプラグで詰まることも、射出ノズルの
外周部に巻き付けられているヒータ、熱電対等が酸化時
の発火等により損傷を受けることもない、加えて成形サ
イクルの開始が容易にできる、という数々の効果が得ら
れる。また、他の発明によると、成形中もホッパ内は不
活性ガス雰囲気に置かれるので、上記のような効果に加
えてホッパ内で軽合金射出材料が酸化しないことは勿論
のこと、ホッパ下のスクリュ供給部が不活性ガス雰囲気
になるので、活性の高いマグネシウム合金、アルミニウ
ム合金等の軽合金射出材料の酸化が防止され、軽合金射
出材料は円滑にシリンダバレル内を搬送され、そして酸
化物による成形品の品質低下が抑えられるという効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる射出成形機の一部を破
断して模式的に示す側面図である。

【符号の説明】

１ シリンダバレル ３ 射出ノズル ４ ヒータ １５ スクリュ ２０ ホッパ ４０ 不活性ガス供給装置 ４１ 第１の圧力容器 ４１’ 第２の圧力容器 ４３ 第１のガス供給管路 ４６ 第２のガス供給管路 ５０ 不活性ガス置換治具 ５２ 開口

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 17/20 B22D 17/00 B29C 45/18

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体状の軽合金射出材料が収納されてい
   るホッパ（２０）と、その先端部に射出ノズル（３）が
   設けられているシリンダバレル（１）と、該シリンダバ
   レル（１）内で回転および軸方向に駆動されるように設
   けられているスクリュ（１５）と、前記スクリュ（１
   ５）を回転方向と軸方向に駆動する駆動装置（３０、３
   １）とを備えた射出成形機により軽合金射出材料から成
   形品を得る射出成形方法において、 成形開始準備時間中、所定時間以上成形を中断する時間
   中および成形終了後所定時間中は、前記ホッパ（２０）
   の内部を不活性ガス雰囲気にし、それによって前記ホッ
   パ（２０）下のスクリュ供給部（１６）を不活性ガス雰
   囲気にすると共に、前記射出ノズル（３）の先端部を不
   活性ガス雰囲気にすることを特徴とする軽合金射出材料
   の射出成形方法。
2. 【請求項２】 固体状の軽合金射出材料が収納されてい
   るホッパ（２０）と、その先端部に射出ノズル（３）が
   設けられているシリンダバレル（１）と、該シリンダバ
   レル（１）内で回転および軸方向に駆動されるように設
   けられているスクリュ（１５）と、前記スクリュ（１
   ５）を回転方向と軸方向に駆動する駆動装置（３０、３
   １）とを備えた射出成形機により軽合金射出材料から成
   形品を得るとき、 成形開始準備時間中、所定時間以上成形を中断する時間
   中および成形終了後所定時間中は、前記ホッパ（２０）
   の内部と前記射出ノズル（３）の先端部を不活性ガス雰
   囲気にすると共に、前記ホッパ（２０）の内部は成形中
   も不活性ガス雰囲気にし、それによって前記ホッパ（２
   ０）下のスクリュ供給部（１６）を成形中も不活性ガス
   雰囲気にすることを特徴とする軽合金射出材料の射出成
   形方法。
3. 【請求項３】 外部に加熱体（４、４、…）が設けられ
   ているシリンダバレル（１）と、該シリンダバレル
   （１）内で回転および軸方向に駆動されるように設けら
   れているスクリュ（１５）と、前記スクリュ（１５）を
   回転方向と軸方向に駆動する駆動装置（３０、３１）
   と、前記シリンダバレル（１）に軽合金射出材料を供給
   するためのホッパ（２０）と、前記ホッパ（２０）の内
   部と前記シリンダバレル（１）の先端部に設けられてい
   る射出ノズル（３）とを不活性ガス雰囲気に置くための
   不活性ガス供給装置（４０）とを備えた射出成形機であ
   って、 前記不活性ガス供給装置（４０）は、不活性ガス供給源
   （４１、４１’）から前記ホッパ（２０）まで延びてい
   る第１のガス供給管路（４３）と、同様に不活性ガス供
   給源（４１、４１’）から前記射出ノズル（３）の方へ
   延びている第２のガス供給管路（４６）と、該第２のガ
   ス供給管路（４６）の先端に取り付けられている不活性
   ガス置換治具（５０）とからなり、 前記不活性ガス置換治具（５０）は、不活性ガスが放出
   される開口部（５２）を有すると共に、該開口部（５
   ２）が前記射出ノズル（３）と整合する第１位置と、成
   形可能な位置に退避する第２位置とに移動可能に設けら
   れ、前記不活性ガス置換治具（５０）の開口部（５２）
   を前記射出ノズル（３）に整合して押し付けると、前記
   開口部（５２）と前記射出ノズル（３）とは気密状態で
   接触することを特徴とする軽合金射出材料の射出成形
   機。