(57)【要約】【課題】鋳造欠陥の少ない金属成形品を得るには、溶融金属または半溶融金属の粘度制御が重要であるが、この粘度制御は、溶湯温度の制御でおこなうだけでは難しく、安定的な成形が実現されていない。【解決手段】材料チップであるマグネシウム合金とマグネシウムあるいはアルミニウムあるいはその両方の金属チップを混合して成形することで、溶湯中に制御可能な固相を出現させることで粘度を制御することで成形品質に優れた成形品を安定的に得ることができる。【選択図】  図１
2004249311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウムチップとマグネシウムの融点よりも液相線温度が低いマグネシウム合金チップとを混合した材料チップを用いるとともに、前記材料チップの溶融設定温度をマグネシウム合金の固相線温度以上、かつ、マグネシウムの融点温度未満としたことを特徴とする金属射出成形方法。
【請求項２】
アルミニウムチップとアルミニウムの融点よりも液相線温度が低いマグネシウム合金チップとを混合した材料チップを用いるとともに、前記材料チップの溶融設定温度をマグネシウム合金の固相線温度以上、かつ、アルミニウムの融点温度未満としたことを特徴とする金属射出成形方法。
【請求項３】
マグネシウムチップとアルミニウムチップとマグネシウムの融点よりも液相線温度が低いマグネシウム合金チップを混合した材料チップを用いるとともに、前記材料チップの溶融設定温度をマグネシウム合金の固相線温度以上、かつ、マグネシウムの融点温度未満としたことを特徴とする金属射出成形方法。
【請求項４】
マグネシウムチップの混合割合相当分が金属射出成形時における未溶融チップとなって、金属射出成形品の内部に残ることを特徴とする請求項１記載の金属射出成形方法。
【請求項５】
アルミニウムチップの混合割合相当分が金属射出成形時における未溶融チップとなって、金属射出成形品の内部に残ることを特徴とする請求項２記載の金属射出成形方法。
【請求項６】
マグネシウムおよびアルミニウムチップの混合割合相当分が金属射出成形時における未溶融チップとなって、金属射出成形品の内部に残ることを特徴とする請求項３記載の金属射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム合金やアルミニウム合金など軽金属合金などの金属射出成形方法に関し、特に、チクソモールド成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７を用いて、従来技術におけるチクソモールド法による金属射出成形方法を説明する。
【０００３】
図７に示す様に、金属成形材料である材料チップＡを金属射出成形装置の材料供給装置１３を介して射出シリンダー１０内に供給するとともに、外部加熱装置１２によって加熱された射出シリンダー１０内で溶融された金属成形材料Ｓは、射出シリンダー１０の先端のノズル１１からノズル１１に連通した金属成形金型のスプル４およびランナ５を通じて、金属成形金型１のキャビティ６内へ射出・冷却凝固されて所定の金属成形品７４が得られるものである。
【０００４】
チクソモールド成形は、半溶融状態の金属材料にせん断力を与えると粘性が低下するというチクソトロピー現象を利用した射出成形方法である。原理的には固液共存状態（固相線温度以上で液相線温度以下）の範囲であれば、その温度に見合った量の固相が存在し、固相の量によって成形時の湯ながれや成形品の品質等に影響を及ぼすことが知られており、高固相率の状態では鋳造欠陥が低減できると予測されているが、実際の量産では射出時の湯温の温度制御が難しく、安定的に高固相率での成形を行なうのは難しい。
【０００５】
また、高固相率状態ではシリンダ内での溶融ポイントが変動し材料送りが安定しない。このため、実際には完全溶融状態かそれに近い状態で粘度が低い状態で成形されることが多い。
【０００６】
【特許文献１】
特表昭５８−５０２００１号公報
【特許文献２】
特表昭５８−５０２００２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにチクソモールド成形では、半溶融金属の粘度調整が難しく、温度の設定や成形タクトなどによって実際の成形時の固相は変動し、安定して高固相率状態での成形は実現されていないのが現状である。
【０００８】
一般的に溶融金属または半溶融金属の粘度を調整するには温度管理が重要である。しかし、マグネシウム合金の場合は６００℃付近でわずか５〜１０Ｋ溶湯の温度が変化するだけで、粘度（Ｐａ・ｓ）が１００〜１０００倍変化する。
【０００９】
例えば、ＡＺ９１Ｄの場合、実際の量産の中で温度制御を５Ｋ程度の範囲で厳密に行なうのは難しく、そのため温度制御によらない別の手段による粘度制御方法が必要であると考えられていた。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解決するものであり、溶湯の温度に左右されることなく溶湯の粘度を制御する金属射出成形方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
一般的に、液体に対し、その液体に溶解しない固体粒を混合した場合、その液体のみかけの粘性が増加することが多い。これは溶解または半溶融金属に固体金属粒が残る場合も同様である。上記課題を解決するためにチクソモールド成形機の材料供給部から供給する材料チップについて、マグネシウム合金とマグネシウム合金の液相線温度よりも溶解温度が高い金属チップを１種類或いは２種類以上混合させることと、成形機シリンダーの材料溶解設定温度をマグネシウム合金の固相線温度以上、混合した金属の溶解温度未満とすることを特徴としている。
【００１２】
本発明の金属射出成形方法は具体的な材料として、マグネシウムチップとマグネシウムの融点よりも液相線温度が低いマグネシウム合金チップとを混合した材料チップを用いて且つ、射出シリンダの設定温度をマグネシウム合金の固相線温度以上、マグネシウムの融点温度未満とすることで成形機射出シリンダ内に投入された混合材料チップのうちマグネシウム合金のみが半溶融あるいは溶融されるが、マグネシウムチップは溶融されることなく固体のまま残り、溶融または半溶融状態のマグネシウム合金の粘性制御を行うことを特徴としている。
【００１３】
また、完全溶融状態のマグネシウム合金の場合、粘度は撹拌速度に関わらず約０．００１〜０．００３Ｐａ・ｓであるが、この状態で射出成形すると射出時に乱流となって成形品の鋳造欠陥が多くなる。鋳造欠陥を低減するには０．０１Ｐａ・ｓ以上の粘性があることが望ましいとされている。
【００１４】
本発明によれば予め供給する材料チップのマグネシウム合金とマグネシウムの混合割合のみで溶湯の粘性を制御することができ、その状態で射出成形することで鋳造欠陥の少ない良好な品質の成形品を得ることができる。このとき溶融金属内に残る固体金属粒の見当見合い分は、マグネシウム合金チップとマグネシウムチップの混合した割合に相当しマグネシウム量≒固体金属量となり、この割合によって粘性を制御することができる。
【００１５】
したがって、本発明によって成形された金属成形品が、マグネシウム合金の液相線温度以下で成形された場合は、その合金状態図における、鋳造時の温度での比率で液相領域と固相領域が分布し、α結晶相やβ結晶相などの特定の単一成分を多く含んだ固相部分が残るとともに、マグネシウムの固体金属が溶解されることなくその単独金属成分として残っていることを特徴としている。
【００１６】
また、マグネシウム合金の液相線温度以上でマグネシウムの溶解温度以下で成形された場合は、マグネシウムのみの固体金属が溶解されることなくその単独金属成分として残っていることを特徴とする。
【００１７】
本発明においては、成形時の溶融または半溶融金属の粘度を制御することが第一目的であり、マグネシウム合金とマグネシウムの混合材料チップの場合、マグネシウムはもともとマグネシウム合金の主成分であるから、混入させても成形品の強度や腐食特性に悪影響を及ぼす心配がなく、マグネシウム合金の主成分である関係上、リサイクル時においても成分の微調整だけで済ませることが可能である。
【００１８】
本発明において、マグネシウム合金に混合させる金属チップは、上記マグネシウムの他にアルミニウムでもよく、更にマグネシウムとアルミニウムの両方を同時にマグネシウム合金チップと混合させても同様の効果を得ることができる。マグネシウム合金とアルミニウムの混合材料チップの場合、アルミニウムはもともとマグネシウム合金に含まれる成分であるから、混入させても成形品の強度や腐食特性に悪影響を及ぼす心配が少なく、更にアルミニウムの成分が増した場合は耐食性を向上させることも期待できる。
【００１９】
更に、リサイクル時において成分の調整だけで済ませることが可能である。またマグネシウム合金に対してマグネシウムとアルミニウムの混合材料チップの場合、マグネシウムとアルミニウムはもともとマグネシウム合金の主成分であるから、混入させても成形品の強度や腐食特性に悪影響を及ぼす心配がない。またマグネシウムとアルミニウムの成分割合をマグネシウム合金のそれと同一としておけば、リサイクル時において従来の方法と同じ方法で済ませることが可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図１〜図２を用いて説明する。
【００２１】
チップ形状サイズについては通常チクソ成形機に用いられているものであれば問題はなく、更にチクソ成形機で材料供給口から供給できるものであれば問題なく、特に規定されるものでない。固体として残る金属成分は、スクリュウ回転によるせん断力により微細化されてマグネシウム合金内に分散されて成形品内に均一に分散される。
【００２２】
本実施形態では、マグネシウム合金としてＡＺ９１を用いたが、混合する金属材料チップであるマグネシウムおよびアルミニウムの融点よりも液相線温度が低いマグネシウム合金材料であれば同様の効果を得ることができるものである。
【００２３】
本発明の金属射出成形方法の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。従来の技術で示したところのチクソ成形方法によるものであるが、成形材料と成形プロセスに特徴を有するものである。
【００２４】
図１は本発明による金属射出成形方法を示す縦断面図である。
【００２５】
図１において、金属成形金型１は金属射出成形装置の型締め装置（図示せず）を介して型締め用の可動プラテン２および固定プラテン３に取り付けられている。射出シリンダー１０と射出シリンダー先端にあるノズル１１がそれぞれ金属成形金型１のスプル４に当接し、ランナ５を介してキャビティ６に連通している。
【００２６】
金属射出成形装置の射出シリンダー１０で溶融された金属成形材料Ｓは前記スプル４を通ってランナ５へ送り込まれ、キャビティ６に射出充填されて所望の金属成形品Ｋを得るものである。材料供給装置１３から所定の割合で混合された材料Ａであるところのマグネシウム合金チップと材料Ｂであるところのマグネシウムチップが供給されて射出シリンダー１０内へ送り込まれる。
【００２７】
シリンダー温度をマグネシウム合金チップＡの固相線温度以上、マグネシウムチップＢの融点温度以下にすることでシリンダー１０内に送られた混合チップ材料のうちマグネシウム合金チップＡは、スクリュウ回転とシリンダー１０の外部加熱装置１２からの加熱によって、溶融あるいは半溶融状態になってシリンダー前方へ送られるが、マグネシウムチップＢは前記設定温度では溶融しないため、マグネシウム合金の溶融中に固体のままで分散微細化されながら前方へと送られる。
【００２８】
このため、シリンダ前方へ送られた金属成形材料Ｓには、溶融あるいは半溶融状態のマグネシウム合金中に微細化されたマグネシウムの固体が混在する状態となっている。前記のとおり、金属成形材料Ｓは溶融あるいは半溶融状態のマグネシウム合金中に微細化されたマグネシウムの固体が混在する状態となっていることで、粘性がコントロールされている。この状態で射出成形装置の射出動作によって、ノズル１１からノズル１１に連通する金型のスプル４を介してランナ５からキャビティ６内へと金属材料Ｓが射出・充填することで所望の金属成形品Ｋを得ることができる。
【００２９】
本実施形態によって得られた金属成形品の断面を図２に示す。これによると、マグネシウム合金に通常認められる固相以外に微細化されたマグネシウムの固体粒が分散されたものが認められ、さらに、このマグネシウム固体粒の含まれる割合は、材料供給口から投入された混合チップのマグネシウムチップの重量割合とほぼ同一であることが確認された。
【００３０】
また、実施例として、シリンダー温度をマグネシウム合金チップＡの液相線温度以上、マグネシウムチップＢの融点温度以下にすることでシリンダー１０内に送られた混合チップ材料のうちマグネシウム合金チップＡは、スクリュウ回転とシリンダー１０の外部加熱装置１２からの加熱によって、溶融状態になってシリンダー前方へ送られるが、マグネシウムチップＢは前記設定温度では溶融しないため、マグネシウム合金の溶融中に固体のままで分散微細化されながら前方へと送られる。
【００３１】
このため、シリンダ前方へ送られた金属成形材料Ｓには、溶融状態のマグネシウム合金中に微細化されたマグネシウムの固体が混在する状態となっている。
【００３２】
この実施形態で得られた金属成形品の断面を図５に示す。
【００３３】
図５より、マグネシウムの固体粒が分散されたものだけが認められ、さらに、このマグネシウム固体粒の含まれる割合は、材料供給口から投入された混合チップのマグネシウムチップの重量割合とほぼ同一であることが確認できた。
【００３４】
上記説明では、マグネシウム合金と混合されるチップをマグネシウムチップを例にとって説明したが、これをアルミニウムチップとしても同等の実施形態となることが確認でき、この実施形態によって得られた金属成形品の断面を同じく図３に示す。
【００３５】
図３より、マグネシウム合金に通常認められる固相以外に微細化されたアルミニウムの固体粒が分散されたものが認められ、更に、このアルミニウム固体粒の含まれる割合は、材料供給口から投入された混合チップのアルミニウムチップの重量割合とほぼ同一であることが確認できた。また、シリンダ温度の設定をアルミニウムの融点以下、マグネシウム合金の液相線以上とすることでもマグネシウムチップの場合と同等の実施形態となることが確認できた。
【００３６】
更に、マグネシウム合金と混合されるチップをアルミニウムとマグネシウムの両方としても同等の実施形態となることが確認でき、この実施形態によって得られた金属成形品の断面を同じく図４に示す。
【００３７】
図４より、マグネシウム合金に通常認められる固相以外に微細化されたマグネシウムとアルミニウムの固体粒が分散されたものが認められ、さらに、このマグネシウムとアルミニウム固体粒の含まれる割合は、材料供給口から投入された混合チップのマグネシウムとアルミニウムチップの重量割合とほぼ同一であることが確認できた。
【００３８】
また、シリンダ温度の設定をアルミニウムとマグネシウムの内低い方の融点以下、マグネシウム合金の液相線以上とすることでもマグネシウムチップやアルミニウムチップの場合と同等の実施形態となることが確認できた。
【００３９】
これらの実施形態による金属成形品の断面組織図である図２〜図５に対して、従来技術によるところの金属成形品の断面組織図を図６に示す。
【００４０】
図６に示す断面組織において、半溶融金属液相組織と半溶融固相組織が観測されるが、この従来例の金属成形品には鋳造欠陥であるゆじわやボイドが多く含まれており、本実施例に従えば、マグネシウム合金材料チップにマグネシウム合金の液相線温度よりも融点の高い、マグネシウム合金の構成成分であるマグネシウムあるいはアルミニウムを各々もしくは両方ともチップ化して混合させて成形をすることで鋳造欠陥の少ないマグネシウム合金の金属射出成形品を得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明の金属射出成形方法によれば、溶融金属材料の粘性を制御することが可能となり、鋳造欠陥の少ない成形品を安定して生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための具体的装置を示すプロセスの縦断面を示す図
【図２】本発明の金属成形品の断面組織を示す図
【図３】本発明の金属成形品の断面組織を示す図
【図４】本発明の金属成形品の断面組織を示す図
【図５】本発明の金属成形品の断面組織を示す図
【図６】従来技術における金属成形品の断面組織を示す図
【図７】従来技術における金属射出成形装置の断面図
【符号の説明】
１  金属成形金型
２  可動側プラテン
３  固体側プラテン
４  金型スプル
５  金型ランナ
６  キャビティ
１０  射出シリンダー
１１  ノズル
１２  外部加熱装置
１３  材料供給装置
Ｋ  金属成形品
Ｓ  金属成形材料
【図１】
2004249311.tif 000003
【図２】
2004249311.tif 000004
【図３】
2004249311.tif 000005
【図４】
2004249311.tif 000006
【図５】
2004249311.tif 000007
【図６】
2004249311.tif 000008
【図７】
2004249311.tif 000009