JP5581608B2

JP5581608B2 - 射出成形方法

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Publication number: JP5581608B2
Application number: JP2009128072A
Authority: JP
Inventors: 良平出口
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2029-05-27
Also published as: JP2010274290A

Description

本発明は、半溶融状態の鋳鉄のビレットを用いた射出成形方法に関する。

従来より、チクソダイキャスティング（半溶融成形）において、鋳鉄材料からなる円柱状のビレットとよばれる素材を高周波加熱などにより半溶融状態になるまで加熱し、半溶融状態のビレットを用いて射出成形することが行われている。

ここで、加熱後のビレット表面には、スケールとよばれる酸化皮膜が形成されている（ここで言うスケールは射出成形時のビレット加熱時に発生するものや、金型内流入時に発生するものではなく、ビレットそのものを連続鋳造するときに発生する酸化被膜を言う。以下同じ）。そのため、射出成形時には、これらのスケールが成形型内部の成形品に対応する空間にまで流入するおそれがあり、それにより成形品の内部欠陥を形成するおそれがある。

そこで、このような成形品の内部欠陥をなくすため、射出成形を行う際にスケールの流入を防止する必要がある。

従来のスケール対策として、例えば、特許文献１（特許第３６８６４１２公報）に記載の成形装置では、成形装置の成形型内にスケール除去用のゲート部品を設けられている。このゲート部品により、半溶融状態のビレットを成形型内部に押し込める際に、ビレット表面のスケールをゲート部品によって剥離し、ビレット中央の溶融金属からなる素材だけが成形型内部に入るようにして、スケール除去を行っている。

上述の特許文献１に記載のゲート部品は、インサート金型にする必要があるため、成形時には、その都度ゲート部品の挿入が必要となりサイクルタイムの増加による生産効率の低下が生じるという問題がある。

しかも、ゲート部品の設置箇所は、高熱の溶融金属である素材の流入部であり、成形条件上、温度、圧力共に最も過酷な場所となる。そのため、ゲート部品の損傷が激しく、部品寿命が短いという問題がある。

さらに、ゲート部品が射出成形ごとに必要となるため、数量の確保が必要となる。また、複数回の使用を考えると製品からの取り外しが必要となる。そのため、工数、部品費用の増加となる。

本発明の課題は、成形型内部へのスケールの流入を大幅に低減でき、しかも生産効率の高い射出成形方法を提供することにある。

本発明の射出成形方法は、ビレット生成工程と、表層除去工程と、成形工程を含む。
ビレット生成工程では、半溶融状態の鋳鉄のビレットを生成する。表層除去工程では、半溶融状態のビレットの表層のうち上部にある部分である上部表層を除去する。成形工程は、表層の一部が除去されたビレットをダイキャスト成形装置に投入して射出成形する。

ここでは、射出成形前の表層除去工程において、あらかじめ半溶融状態のビレットの表層のうち上部表層を除去するので、射出成形時に成形型内部へのスケールの流入を大幅に低減でき、スケールが成形品へ流入することを大幅に低減できる。しかも、従来の射出成形法のように、スケール除去用のゲート部品が不要になり、生産効率が向上する。

また、表層除去工程では、上部表層を切削することによって除去する。

ここでは、表層除去工程において、ビレットの上部表層を切削することによって除去するので、迅速かつ確実に所定の幅のスケールを除去することが可能である。

また、ダイキャスト成形装置の成形型は、半溶融状態のビレットの表層に生じる酸化被膜の一部を捕捉するスケールトラップ部分に対応する凹部を有している。成形工程では、半溶融状態のビレットを成形型の内部に射出する際に、スケールトラップ部分により、酸化被膜を捕捉する。

ここでは、半溶融状態のビレットを成形型の内部に射出する際に、スケールトラップ部分により、酸化被膜を捕捉するので、半溶融状態のビレットの表層のうち上部表層のスケールをあらかじめ切削除去し、その後、射出成形の際に形成されるスケールトラップ部分により、残りのスケールを捕捉できるので、成形品へのスケールの流入量は大幅に低減し、鋳造製品の品質が大幅に向上する。

また、成形工程では、半溶融状態のビレットを成形型の内部に射出する際に、ビレットを水平に押し出し、そして、半溶融状態の鋳鉄を成形型の内部を上方へ流れるようにする。

ここでは、成形工程では、半溶融状態のビレットを成形型の内部に射出する際に、ビレットを水平に押し出し、そして、半溶融状態の鋳鉄を成形型の内部を上方へ流れるようにしており、このような流路においても、射出成形前にあらかじめ半溶融状態のビレットの上部表層を切削除去することにより、上部表層のスケールが成形型内部に入り、成形品に流入する量を大幅に低減することが可能である。

本発明によれば、成形型内部へのスケールの流入を大幅に低減でき、スケールが成形品へ流入することを大幅に低減できる。しかも、従来の射出成形法のように、スケール除去用のゲート部品が不要になり、生産効率が向上する。

また、本発明によれば、迅速かつ確実に所定の幅のスケールを除去することが可能である。

また、本発明によれば、成形品へのスケールの流入量は大幅に低減し、鋳造製品の品質が大幅に向上する。

また、本発明によれば、半溶融状態の鋳鉄を成形型の内部を上方へ流れる流路においても、射出成形前にあらかじめ半溶融状態のビレットの上部表層を切削除去することにより、上部表層のスケールが成形型内部に入り、成形品に流入する量を大幅に低減することが可能である。

本発明の実施形態に係わる射出成形方法に用いられるダイキャスト成形装置の縦断面図。図１の射出成形方法によって製造される可動スクロールの正面やや下方から見た斜視図。図１の射出成形方法によって製造される可動スクロールの側面やや前方から見た斜視図。（ａ）は、図１のビレットの上部表層の一部を水平に切削除去する部分を示す斜視図であり、（ｂ）は、図１のビレットの上部表層の一部を円弧状に切削除去する部分を示す斜視図。図１のビレットの上部表層の一部を内丸型の曲線フライスを用いて円弧状に切削除去する途中の状態を示す斜視説明図。加工幅のランナー幅との比に対するスケール流入量の相関関係を示すグラフ。成形直後のスクロール部材を透過することによりその内部のスケールの分布を示す図。

つぎに本発明の射出成形方法の実施形態を図面を参照しながら説明する。

〔実施形態〕
＜ダイキャスト成型装置１の構成＞
図１に示されるダイキャスト成型装置１（以下、成型装置１という）は、鉄系部品のチクソダイキャスティングを行う射出成形装置である。この成型装置１は、鉄系部品として、例えば、スクロール圧縮機の可動スクロール、すなわち、図２〜３に示されるように、渦巻状のラップ５１、ラップ５１の根元側に形成された板状の鏡板５２、および鏡板５２におけるラップ５１の反対側に形成された円柱状のボス５３を有するスクロール部材５０を成形する。なお、符号５４はランナー、５５はスケールトラップ部分を示す。

成型装置１は、鉄系部品であるスクロール部材５０をダイキャスト成形するためのダイキャスト成形型２（以下、成形型２という）と、渦巻き用押出ピン３と、材料充填機構６と、押出ピン駆動機構７と、可動型駆動ステージ８とを備えている。

この成型装置１では、鋳鉄材料のビレットを高温加熱することにより得られる半溶融あるいは半凝固状態になった半溶融ビレットＣを、材料充填機構６によって成形型２内部に圧力をかけて充填することにより、スクロール部材５０をダイキャスト成形することが可能である。

スクロール部材５０を成形した後には、成形型２を構成する一方の可動型１１は、可動型駆動ステージ８上をスライドして他方の固定型１２から引き離される。更にスライド中子５が紙面垂直方向にスライドした後、渦巻き用押出ピン３およびその他の押出ピン９が可動型１１内部に押出ピン駆動機構７によって押し込まれることにより、可動型１１内部からスクロール部材５０を取り出すことができる。

＜成形直後のスクロール部材５０の説明＞
ここで、図２〜３に示されるように、成形直後のスクロール部材５０は、渦巻き状のラップ５１、板状の鏡板５２、および円柱状のボス５３を有している。さらに、ボス５３には、ランナー５４およびスケールトラップ部分５５が一体につながっている。なお、その後の切削加工により、ランナー５４およびスケールトラップ部分５５は、ボス５３から切り離される。

＜ダイキャスト成形法の説明＞
つぎに、本発明の射出成形方法の実施形態としてスクロール部材５０のダイキャスト成形方法について順に説明する。

［ビレット生成工程］
まず、鋳鉄材料からなる円柱状のビレットを、高周波加熱により千数百度まで加熱し、半溶融状態の鋳鉄のビレットである半溶融ビレットＣを生成する（ビレット生成工程）。

ここで、図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、加熱後の半溶融ビレットＣは、高周波加熱炉から取り出されたときに、外気に触れて外部に露出する半溶融状態の半溶融ビレットＣの表層Ｃ１には、酸化被膜からなるスケールＭが形成される。

［表層除去工程］
そこで、次の工程として、射出成形を行う前に、あらかじめスケールＭが覆う半溶融ビレットＣの上部表層を含む表層Ｃの一部を除去する（表層除去工程）。

具体的には、図４（ａ）に示されるように、千数百度まで加熱された半溶融ビレットＣの外部に露出する表層Ｃ１のうち、所定の幅Ｗの除去部分Ｃ２を部分的に切削することによって除去する。

図４（ａ）に示されるように、切削面Ｐ１が平坦な場合には、通常の平フライスを用いて所定の幅Ｗだけ切削する。

一方、図４（ｂ）に示されるように、切削面Ｐ２が円弧状の場合には、図５に示されるような内丸型の曲線フライスＦを用いて所定の幅Ｗだけ切削すればよい。この場合、図４（ａ）のように平坦に切削する場合と比較して、表層Ｃ１から一定の深さでスケールＭを除去することができ、材料の無駄が少なく、切削作業の時間短縮を可能にしている。

この表層除去工程では、図４（ａ）、（ｂ）のいずれの切削加工の場合においても、切削幅Ｗとして、成形型２の内部を上方へ半溶融状態の鋳鉄が流れる部分に対応するランナー５４の幅以上の幅を、半溶融ビレットＣの上部表層である除去部分Ｃ２を切削する。これにより、半溶融ビレットＣの上部表層のスケールＭが除去されずに、ランナー５４を通って、成形品であるスクロール部材５０への流入を低減できる。しかも、従来のように、スケール除去用のゲート部品が不要になる。

ここで、図６のグラフに示されるように、スケールＭが切削加工により除去される幅Ｗ（加工幅）のランナー５４の幅との比は、加工幅Ｗのランナー５４の幅との比が１以上であれば、成形品であるスクロール部材５０への流入が許容される許容スケール量を下回るので、スケールＭが切削加工により除去される幅Ｗは、ランナー５４の幅以上が好ましいことがわかる。

以上のように、高周波加熱をして半溶融ビレットＣを生成時に発生した表層Ｃ１のスケールＭをあらかじめ除去加工し、その後にダイキャスト成形装置１へ投入することでスケールＭのスクロール部材５０のキャビティへの流入を大幅に低減することが可能である。

また、高周波加熱炉から取り出された半溶融ビレットＣは、その内部の溶融金属は柔らかく定形性が低く、外表面のスケールＭの硬さで形状を保持している状態である。

したがって、上述の表層除去工程において、半溶融ビレットＣ全周または大部分を除去してしまうと、条件によっては半溶融状態に加熱時搬送パレット内で形を保持できない場合があるので、半溶融ビレットＣの上部表層を部分的に（具体的には、ランナー５４の幅よりも若干大きい幅だけ）切削除去して、ビレットの形状を保持しながら、ランナー５４の入口部に直接入るスケールＭの流入を防ぐ。

［射出成形工程］
そして、表層除去工程の後、表層Ｃの除去部分Ｃ２が部分的に除去された半溶融ビレットＣをダイキャスト成形装置１に投入して射出成形する（射出成形工程）。

具体的には、図１に示されるように、キャビティ１３に半溶融あるいは半凝固金属を充填するための流路であるランナー５４を通して、スクロール部材５０の成形型２のキャビティ１３へ、鏡板５２の中心に位置するボス５３の部分から半溶融あるいは半凝固金属を充填する。図１のダイキャスト成形装置１では、材料充填機構６のプランジャー６ａを油圧または空気圧によって移動させて半溶融ビレットＣを略水平に押し出し、成形型２内部に圧力をかけて充填する。このとき、そして、半溶融・半凝固金属を成形型２の内部を上方へ流れるようにするように、充填される途中の半溶融・半凝固金属が、ランナー溝１３ｄを通ってキャビティ１３に充填される。

半溶融・半凝固金属の充填が完了した状態では、キャビティ１３のうちプランジャー６ａ正面の凹部１３ｆにスケールトラップ部分５５が形成され、スケールＭを捕捉することが可能である。

ここで、図７の成形直後のスクロール部材５０を見ればわかるように、スクロール部材５０の内部では、ビレットＣの表層Ｃ１のスケールＭの一部が流入するが、大半のスケールＭは、スケールトラップ部分５５に捕捉される。また、ビレットＣの上部表層の除去部分Ｃ２を部分的に除去しているので、スケールトラップ部分５５に捕捉されずにランナー５４を上昇してボス５３に入り込むスケールＭを大幅に低減できる。その結果、鏡板５２やラップ５１へまで流入するスケールＭは微量となり、スクロール部材５０に流入するスケール量は許容スケール量を大幅に下回り、高品質のスクロール部材５０を量産できる。

射出成形後、成型後のランナー５４の一端は、ボス５３とつながっており、一方、その他端は、材料充填機構６側のスケールトラップ部分５５につながっている。したがって、成型後のスクロール部材５０は、成形型２から取り出された後に、ランナー５４およびスケールトラップ部分５５が切除される。

＜実施形態の特徴＞
（１）
実施形態の射出成形方法では、半溶融状態の鋳鉄である半溶融ビレットＣを生成するビレット生成工程と、半溶融ビレットＣの表層のうち上部表層を含む表層Ｃの一部である除去部分Ｃ２を除去する表層除去工程と、表層Ｃの一部が除去された半溶融ビレットＣをダイキャスト成形装置に投入して射出成形する成形工程を含むことを特徴としている。

したがって、射出成形前にあらかじめ半溶融ビレットＣの表層Ｃ１に形成されるスケールＭのうち上部表層に形成される部分を一部除去することにより、成形型内部へのスケールの流入を大幅に低減でき、成形品であるスクロール部材５０への流入を低減できる。しかも、従来の射出成形法のように、スケール除去用のゲート部品が不要になる。その結果、ゲート部品の着脱や交換が不要になり、生産効率が向上する。

（２）
しかも、半溶融ビレットＣ全周を除去してしまうと、条件によっては半溶融状態に加熱時搬送パレット内で形を保持できない場合があるので、実施形態の射出成形方法では、半溶融ビレットＣ上部表層のみ部分的に切削などにより除去し、ランナー５４入口部に直接入るスケールＭの流入を防ぐことが可能である。そして、その他のスケールＭは、プランジャー６ａ正面の凹部１３ｆに形成されるスケールトラップ部分５５によってスケールＭを捕捉することが可能である。

このように、半溶融ビレットＣの表層Ｃ１のうち上部表層のスケールＭをあらかじめ切削除去し、その後、ダイキャスト成形装置１の内部では射出成形の際に形成されるスケールトラップ部分５５により、残りのスケールＭを捕捉できるので、成形品へのスケールＭの流入量は大幅に低減し、鋳造製品の品質が大幅に向上する。

（３）
また、実施形態の射出成形方法では、表層除去工程において、半溶融ビレットＣの表層Ｃの一部をフライス盤などによって切削して除去するので、迅速かつ確実に所定の幅ＷのスケールＭを除去することが可能である。なお、フライス盤以外の切削手段を用いてもよいことはいうまでもない。

（４）
また、実施形態の射出成形方法では、射出成形工程において、半溶融状態の半溶融ビレットＣを成形型２の内部に射出する際に、半溶融ビレットＣを略水平に押し出し、そして、半溶融状態の鋳鉄を成形型２の内部をランナー溝１３ｄを通って上方へ流れるようにしている。このような流路においては、上述のように、射出成形前にあらかじめ半溶融ビレットＣの上部表層の一部を切削除去することにより、上部表層のスケールＭがランナー５４を通って成形品に流入する量を大幅に低減することが可能である。

とくに、半溶融ビレットＣの上部表層に形成されるスケールＭは、ランナー５４を上昇するときに、射出成形時にスケールトラップ部分５５に捕捉しにくいので、半溶融ビレットＣの上部表層の一部を切削除去することにより、スケールトラップ部分に捕捉されずにスケールＭが成形品に流入するのを大幅に低減できる。

（５）
また、実施形態の射出成形方法では、表層除去工程において、成形型２の内部を上方へ半溶融状態の鋳鉄が流れる部分に対応するランナー５４の幅以上の幅Ｗだけ、半溶融ビレットＣの上部表層を切削するので、ランナー５４を通って半溶融ビレットＣの上部表層のスケールＭが成形品へ流入する量を大幅に低減できる。

本発明は、半溶融状態の鋳鉄のビレットを用いて射出成形する射出成形方法に種々適用することが可能である。

１ダイキャスト成形装置
２成形型
２ａ凹部
５４ランナー
５５スケールトラップ部分
Ｃ半溶融ビレット
Ｃ１表層
Ｃ２除去部分
Ｍスケール
Ｗ幅

特許第３６８６４１２公報

Claims

半溶融状態の鋳鉄のビレット（Ｃ）を生成するビレット生成工程と、
半溶融状態の前記ビレット（Ｃ）の表層（Ｃ１）のうち上部にある部分である上部表層（Ｃ２）を切削することによって除去する表層除去工程と、
前記上部表層（Ｃ２）が除去された前記ビレット（Ｃ）をダイキャスト成形装置（１）に投入して射出成形する成形工程と
含み、
前記成形工程では、半溶融状態の前記ビレット（Ｃ）を前記ダイキャスト成形装置（１）の成形型（２）の内部に射出する際に、前記ビレット（Ｃ）を水平に押し出し、そして、半溶融状態の鋳鉄が前記成形型（２）の内部を上方へ流れるようにし、
前記成形型（２）は、半溶融状態の前記ビレット（Ｃ）の前記表層（Ｃ１）に生じる酸化被膜からなるスケール（Ｍ）の一部を捕捉する凹部を有しており、
前記成形型（２）の前記凹部は、水平に押し出されるときにおける前記ビレット（Ｃ）の除去された前記上部表層（Ｃ２）の高さ位置、よりも低い位置にある、
射出成形方法。
前記表層除去工程では、前記上部表層（Ｃ２）を切削するときに、前記成形型（２）の内部を上方へ半溶融状態の鋳鉄が流れる部分に対応するランナー（５４）の幅以上の幅を切削する、
請求項１に記載の射出成形方法。
前記ビレット生成工程では、円柱状の前記ビレット（Ｃ）を生成し、
前記表層除去工程では、前記ビレット（Ｃ）の前記上部表層（Ｃ２）を、切削面（Ｐ２）が円弧状になるように切削する、
請求項１又は２に記載の射出成形方法。
前記表層除去工程では、曲線フライス（Ｆ）を用いて切削することで、前記切削面（Ｐ２）を円弧状にする、
請求項３に記載の射出成形方法。