(57)【要約】      （修正有）【課題】バリや引け巣の少ない高精度な成形ができる軽合金の射出成形方法及び射出成形装置を提供する。【解決手段】バレル内において、軽合金材料を半凝固スラリーに遷移させる遷移工程と、連通流路を閉止し、押出しスクリューを上側に所定量後退させて、射出必要量よりも多い半凝固スラリーを貯留する１次計量工程と、連通流路を開放し、プランジャが所定位置まで後退することでシリンダ内部に計量部ができるまでの間、連通流路を介して半凝固スラリーをシリンダに押出すにあたり、押出された半凝固スラリーに正圧がかかるように押出しスクリューを前進させつつプランジャを後退させる２次計量工程と、連通流路を閉止した後、プランジャを前進させて半凝固スラリーを射出する射出工程と、で構成され、２次計量工程最終段階で押出しスクリューに設けられているチェックリングから半凝固スラリーをリークさせながら半凝固スラリーをシリンダ内部に押出す。【選択図】      図１
2004249344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に押出しスクリューを備えたバレルと、バレルに連通流路を介して連通する内部にプランジャを備えたシリンダとを有する射出成形装置による軽合金の射出成形方法であって、
（ａ）前記バレル内において、軽合金材料を半凝固スラリーに遷移させる遷移工程と、
（ｂ）前記連通流路を閉止し、前記押出しスクリューを上側に所定量後退させてできる貯留部に、射出必要量よりも多い前記半凝固スラリーを貯留する１次計量工程と、
（ｃ）前記連通流路を開放し、少なくとも前記プランジャが所定位置まで後退することで前記シリンダ内部に計量部ができるまでの間、前記連通流路を介して前記半凝固スラリーを前記シリンダ内部に押出すにあたり、前記シリンダ内部に押出された前記半凝固スラリーに正圧がかかるように前記押出しスクリューを前進させつつ前記プランジャを後退させる２次計量工程と、
（ｄ）前記連通流路を閉止した後、前記プランジャを前進させて前記半凝固スラリーを射出する射出工程と、
で構成され、
前記２次計量工程における前記シリンダ内部に前記半凝固スラリーを押出す最終段階で前記押出しスクリューに設けられているチェックリングから前記半凝固スラリーをリークさせながら前記半凝固スラリーを前記シリンダ内部に押出すことを特徴とする軽合金の射出成形方法。
【請求項２】
前記押出しスクリューの前進速度を減速することで、前記押出しスクリューに設けられているチェックリングからリークを生じさせることを特徴とする請求項１に記載の軽合金の射出成形方法。
【請求項３】
前記押出しスクリューの前進速度を２段階以上で変化させることを特徴とする請求項２に記載の軽合金の射出成形方法。
【請求項４】
前記１次計量工程における前記半凝固スラリーの計量値を、前記２次計量工程における前記半凝固スラリーの計量値の１５０％未満に設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軽合金の射出成形方法。
【請求項５】
バレルの内部に回転自在かつバレル軸方向に進退自在の押出しスクリューを有し、前記押出しスクリューが後退することによって前記バレル内下部に軽合金材料の半凝固スラリーの貯留部が形成されるスクリュー押出し機と、
前記バレルの下端に設けられた連通流路を介して接続されるシリンダの内部に前記シリンダの軸線方向に進退自在なプランジャを有し、前記プランジャが後退することによって前記シリンダ内部前方に前記半凝固スラリーの計量部が形成され、前記プランジャが前進することによって前記半凝固スラリーを射出するプランジャ射出機とを備えてなる軽合金の射出成形装置であって、
前記押出しスクリューを前進させるための油圧回路に電磁流量調整弁を設け、前記押出しスクリューの押込み圧力に応じて前記電磁流量調整弁を制御することによって前記押出しスクリューの前進速度を制御するよう構成されていることを特徴とする軽合金の射出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、マグネシウムやアルミニウム等の軽合金を成形するための射出成形方法及び射出成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、金属の半凝固状態を利用し射出成形技術と組み合せたチクソモールド法と呼ばれる成形法が実用化されている。このチクソモールド法としては、Ｍ．Ｃ．フレミングスらの特許文献１等がある。また、スクリューを利用し、固相と液相の混在する半凝固状態を作り出す方法が特許文献２及び特許文献３に記載されている。また、これらの方法を用いた射出成形方法について特許文献４に記載されている。
【０００３】
この種の軽合金の射出成形方法としては、特許文献５に記載のものがある。このものは、チクソモールド法とは異なり、ペレット（チップ又は顆粒）状の材料を使うことなくインゴット原料を半溶融状態に加熱し、その後粉砕機にて粒状にし、シリンダへ供給するものである。
【０００４】
また、半凝固状態で射出する別の方法として、特許文献６に記載されたものもある。このものは、溶解炉で溶融された軽合金材料が縦型シリンダの上部に配置されたホッパーから供給され、シリンダの外側に配置された冷却用装置による温度制御で溶湯が冷却され、垂直に配置されるスクリューの回転による攪拌破砕によって樹枝状晶を半凝固状態にし、そのスラリーをスクリュー先端部で計量後、その下部に位置する金型内に射出する方法である。
【０００５】
チクソモールド法を使用した軽合金の射出成形方法は、特許文献４に記載されているように、ホッパーより固体ペレット（チップ）をインライン式射出成形機に供給し、そのバレル内で昇温し半溶融スラリーを作製して、スクリューでバレル先端部に送って一旦貯留した後、樹脂射出成形と同様に射出成形するものである。本方式は、直接溶湯を処理せず、バレル内でのヒータ加熱とスクリュー回転によるせん断作用によって固体ペレットを半溶融スラリーとするものであり、金属チップの溶融のためにスクリューによるせん断発熱と加熱ヒータによる加熱の両方が作用する。せん断発熱についてはそのスクリューヘ導入される状態の変化、つまり金属チップの形状のバラツキによってスクリューヘ導入される量にバラツキが出る結果、場合によってはせん断履歴が一定ではなく、射出毎に溶融状況に違いが出る。一方のヒータ加熱では、温度制御の精度が大きく影響する。通常、ヒータ加熱によりバレルが加熱され、その伝導熱によって金属チップが加熱される。チップ形状のバラツキで伝導熱を受ける接触面に違いがでてくる。そうなると当然スクリュー軸方向分布にバラツキがでることとなり、その結果、制御範囲のバラツキが生じ金属チップの溶融状況が時々により異なり一定しない。また、スクリュー回転数を制御するとヒータ加熱による熱履歴に影響を及ぼすことになる。それゆえ、チクソモールド法では、これら各パラメータを制御して限られたスクリュー長さ、滞留時間の中で安定した温度のスラリー状態を作り出すことは困難であり、溶融開始点が安定せず未溶融（この場合、半溶融の固相粒）の割合がショット毎に変化することになる。そして、スクリュー軸方向の温度分布がショット毎に変化してスラリー状態が変化することで粘度が変化する結果、安定した計量ができなくなる。また、溶融開始点を一定位置に安定させるため、固相率は低くなるが液相線温度近傍で温度制御することになる。しかし、溶融状態になるほど粘度が低くなり、半溶融成形のメリットがなくなるばかりか、粘度が低下することで計量精度が悪くなるという悪循環となる。そのため、現状のチクソモールド法では、粘性により発生する圧力によってスクリューを後退させるのではなく、強制的にスクリューを後退させているのが実情である。その場合は、負圧に近い状態で半溶融スラリーをスクリュー先端部に貯留することにより、スクリュー駆動側より空気を巻き込むことになる。
【０００６】
また、特許文献５では金属ペレット（チップ）をインライン式射出成形機のバレル内に供給する際に、金属ペレットとともに多くのガスがバレル内に混入してしまう。半溶融状態のスラリーの粘度はその合金金属によっても異なるが、凡そ１００ｐｏｉｓｅ以下と樹脂の粘度に比べて低く、スクリュー回転によって生じるスラリーへの押出し圧は樹脂と比べて低く、半溶融状態のスラリーをスクリュー先端部の材料貯留部に送る送り能力は小さいため、樹脂成形のように背圧に打ち勝ってスクリューを後退させる程の発生圧力を期待できない。そのため、インライン式では、計量時にスクリューの回転と同時にスクリューを後退させているが、このような計量方法では、半凝固スラリーの自重に加えスラリーに対するヘッド圧程度しか作用せず混入したガスがバレル上流側（低圧のホッパー側）に排出されることなく、その多くは溶融スラリー中に残存することとなり計量精度は不安定になり、射出毎の成形品に品質不良が多くなり、品質にバラツキが出る。
【０００７】
また、特許文献６は、溶湯を冷却して半凝固スラリーを生成するため、その固相の状態、即ち固相率の安定性や固相粒径サイズは前述の特許文献４の半溶融スラリーよりは良い状態で供給される。また、バレル内へは溶湯を供給するため、ガスの混入は特許文献４よりも多少改善される。しかしながら、粘度が低いのは半凝固スラリーも本質的に同じであり、計量時には材料の自重に加えスラリーに対する材料導入部からのヘッド圧程度しか作用せず、特許文献４と同様に混入したガスは樹脂成形のようにスクリュー回転によりバレル内に生じる発生圧力を利用してバレル上流側（低圧のホッパー側）に排出することができないため、いぜん多くの混入ガスが残存する事になる。さらに、溶湯導入部（ホッパー）の溶融量がヘッド圧として作用するため、溶湯導入部での液面の変化が計量精度を左右することになる。また、固相率が高くなると、圧損が大きくなり計量時の状態が違ってくる。圧損が大きな状態でスクリューを後退させて強制的に計量すれば、スクリュー後方からのガスの巻き込みが発生することがある。
【０００８】
また、これらの軽合金の射出成形方法を改良した技術として特許文献に記載されているものがある。この方法では、第１チャンバと第２チャンバを有し、第１チャンバから第２チャンバへの移動に際し、吸引力によって第２チャンバに誘引されることが記載されている。この方法によれば、第２チャンバに吸引力を発生させ、溶融金属を負圧によって第２チャンバに移動させることになり、第２チャンバ内のラム（プランジャ）の隙間やノズル先端部からのガスの巻き込みが生じることは避けられない。そのため、第１チャンバにあるラムによって残っている材料を第２チャンバに押し入れることで、巻き込まれたガス（空気）を第２チャンバから押し出す方法を提案しているが、水平に配置されている第２チャンバから溶融金属に混入したガスを十分に抜くことは難しい。また、残存するガスにより計量精度も不安定なものとなる。また、溶融金属の状態に関する詳細な説明が無く、第１チャンバでは液相線を超えた溶融金属が導入されるものであるが、ここで積極的に半凝固スラリーを生成しているのか不明である。仮に第１チャンバで冷却して半凝固スラリーを生成しても、半凝固スラリーの固相率が大きくなると吸引力によって第２チャンバに誘引することは難しくなり、圧損（抵抗）が大きくなる結果、半凝固スラリー状態での計量精度は悪くなる。また、第１チャンバの中にあるラムにて第１チャンバ出口をラムによって覆うとの記述があるが、第１チャンバが第２チャンバに対して垂直の関係になっていないと第２チャンバから金型内への射出に際し、シール（逆流防止）することは難しく、解決策としては第１チャンバと第２チャンバの関係が垂直な関係であることが必要である。
【０００９】
また、押出し部と射出部を分割する同様の技術として特許文献８に記載のものがある。このものは、押出シリンダ装置で固体金属が溶融され、注湯シリンダ装置に供給され金型に射出される。この時、押出シリンダとシリンダギャップとの間に設けた閉鎖体が、スクリューの第１位置から第２位置への移動によって、注湯シリンダ装置から押出シリンダ装置への逆流防止の役割をするというものである。この場合は、油圧シリンダによりスクリューに発生する圧力で逆流防止するのではないため、射出部で発生する圧力によってシールして逆流が防止できるというメリットがあり、大きな油圧シリンダを必要としない。しかしながら、固体金属の供給と共に多くのガスが押出しシリンダ装置に混入してしまうこと、及び計量がスクリュー回転による押出し量・押出し力で決定されることから、溶融した際の粘度が低い軽合金の場合、高い計量精度を出すことは難しいものである。
【００１０】
そこで、押出しシリンダへのガスの混入が少なく、高い精度で計量が可能となる軽合金の射出成形装置として、特許文献９に記載のものがある。このものは、実質的に縦向きのチャンバー内において金属溶湯を押出スクリューで剪断しながら冷却して半凝固スラリーに遷移させたあと、チャンバーの下端排出口から排出されてきた半凝固スラリーを成形金型に射出するものであり、型締め装置は固定金型に対して移動金型を水平方向に開閉するように構成されており、チャンバーの下端排出口に、縦方向の第一流路と、この流路の下端から水平方向に延びかつ固定金型に連通する第二流路を内部に有する接続部材が接続されているものである。この場合、チャンバーの下端排出口から排出される半凝固スラリーはいったん水平方向に向きを変え、その射出方向と同じ水平方向に型開閉する成形金型に射出されることになるので、成形金型やそのストローク量を大きくしても、スクリュー押出機を必要以上に高く配置する必要がなくなる。また、この発明装置では、縦向きのチャンバー内において金属溶湯を押出スクリューで剪断しながら冷却して半凝固スラリーに遷移させるので、従前のレオモールディング法と同様に、固体原料を加熱して半凝固スラリーにすることに伴う種々の不都合を解消することができ、その上、気泡や引けの少ない高品質な軽金属成形品を射出成形することができる。一方、特許文献９の図３に示されるように、スクリュー押出機に軸方向に移動しない押出スクリューを備え、射出流路の第二流路内に水平方向に移動する射出プランジャを設ける場合もあり、この場合、第二流路内の半凝固スラリーがスクリュー押出機に逆流するのを防止する逆止弁を第一流路に設けておけば、射出成形時における１ショットの計量が極めて正確に行えるようになるものである。しかしながら、計量精度は、前述の従来のものに比較すると、非常に高いものであるが、一般的な樹脂の射出成形に比較すると、押出しスクリューの押出し力による計量であるため、その精度に若干の不安定性を有しており、さらに計量精度を向上させるための改良が必要であった。
【００１１】
【特許文献１】
米国特許第３９０２５４４号明細書
【特許文献２】
特公平１−３３５４１号公報
【特許文献３】
特公平２−１５６２０号公報
【特許文献４】
特表平３−５０４８３０号公報
【特許文献５】
特許第２８３２６２５号公報
【特許文献６】
特許第２９７４４１６号公報
【特許文献７】
特許第３２３７０１７号公報
【特許文献８】
特許第３２５８６１７号公報
【特許文献９】
特開２００１−１１２２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、固相粒径が均一で品質の良い半凝固スラリーの生成及びその精度良い計量が可能であり、樹脂射出成形と同様に、バリの少ない高精度な軽合金の射出成形品を得ることができる軽合金の射出成形方法及び射出成形装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の軽合金の射出成形方法は、内部に押出しスクリューを備えたバレルと、バレルに連通流路を介して連通する内部にプランジャを備えたシリンダとを有する射出成形装置による軽合金の射出成形方法であって、（ａ）前記バレル内において、軽合金材料を半凝固スラリーに遷移させる遷移工程と、（ｂ）前記連通流路を閉止し、前記押出しスクリューを上側に所定量後退させてできる貯留部に、射出必要量よりも多い前記半凝固スラリーを貯留する１次計量工程と、（ｃ）前記連通流路を開放し、少なくとも前記プランジャが所定位置まで後退することで前記シリンダ内部に計量部ができるまでの間、前記連通流路を介して前記半凝固スラリーを前記シリンダ内部に押出すにあたり、前記シリンダ内部に押出された前記半凝固スラリーに正圧がかかるように前記押出しスクリューを前進させつつ前記プランジャを後退させる２次計量工程と、（ｄ）前記連通流路を閉止した後、前記プランジャを前進させて前記半凝固スラリーを射出する射出工程と、で構成され、前記２次計量工程における前記シリンダ内部に前記半凝固スラリーを押出す最終段階で前記押出しスクリューに設けられているチェックリングから前記半凝固スラリーをリークさせながら前記半凝固スラリーを前記シリンダ内部に押出すことを特徴とする。
【００１４】
バレル内部で攪拌しながら冷却して半凝固スラリーに遷移するものであるため、チクソモールド法のようなせん断履歴等の熱履歴のバラツキがなく、溶融状態（半凝固スラリーの状態）が安定する。また、実質的に縦向きに配置されたスクリュー押出し機の下部に貯留部を形成し、そこへ半凝固スラリーを供給口からのヘッド圧と自重を利用して移動させるものであるため、ガスを巻き込むことなく一旦半凝固スラリーを貯留することができる。そして、貯留している半凝固スラリーを貯留部から所定の容積の計量部に圧入するにあたり、当該スラリーに正圧をかけながら計量を行うものであるため、半凝固スラリーにヘッド圧と自重による圧力以上の圧力が生じて、供給口側のヘッド圧の変動が計量に影響しないばかりか残存ガスを低圧の供給口側に抜くことができ、安定かつ高精度の計量を行うことができる。加えて、貯留部には予め射出必要量よりも多い半凝固スラリーを貯留し、２次計量工程において、シリンダ内部に半凝固スラリーを押出す最終段階で押出しスクリューに設けられているチェックリングから半凝固スラリーをリークさせながら半凝固スラリーをシリンダ内部に押出すことができる。このため、半凝固スラリーには正圧が作用したままで、より精度良く半凝固スラリーは射出部へ計量されて送り込まれる。
【００１５】
また、本発明に係る軽合金の射出成形方法は、前述の発明において、前記押出しスクリューの前進速度を減速することで、前記押出しスクリューに設けられているチェックリングからリークを生じさせることを特徴とするものである。
【００１６】
このように、押出しスクリューの前進速度を減速することで、押出しスクリューに設けられているチェックリングから半凝固スラリーをリークし易くできる。このため、精度良く半凝固スラリーの計量を行うことができる。また、半凝固スラリーがリークするため、押出しスクリューのバレルへの摩擦抵抗が小さくなり、チェックリング及びバレル内壁の摩耗が少なくなる。さらに、リークした材料の発熱量が小さく、次回の工程分の半凝固スラリーへの影響を小さくできる。
【００１７】
また、本発明に係る軽合金の射出成形方法は、前述の発明において、前記押出しスクリューの前進速度を２段階以上で変化させることを特徴とする。
【００１８】
２段階以上で、押出しスクリューの前進速度を変化させることができるため、半凝固スラリーの粘度にあわせて押出しスクリューの前進速度を制御することができるため、より精度良く半凝固スラリーの計量を行うことができる。
【００１９】
また、本発明に係る軽合金の射出成形方法は、前述の発明において、前記１次計量工程における前記半凝固スラリーの計量値を、前記２次計量工程における前記半凝固スラリーの計量値の１５０％未満に設定することを特徴とする。
【００２０】
１次計量工程における半凝固スラリーの計量値を、２次計量工程における半凝固スラリーの計量値、即ち、射出必要量の１５０％以上とした場合、押出しスクリューに設けられたチェックリングを通過するリーク量が増えるだけであり、計量時に重要な最終押込み時の半凝固スラリーへの正圧作用への影響が小さく、それ以上の計量精度の向上が期待できない。このため、１次計量工程における半凝固スラリーの計量値を、２次計量工程における半凝固スラリーの計量値、即ち、射出必要量の１５０％未満とする。
【００２１】
本発明に係る軽合金の射出成形装置は、バレルの内部に回転自在かつバレル軸方向に進退自在の押出しスクリューを有し、前記押出しスクリューが後退することによって前記バレル内下部に軽合金材料の半凝固スラリーの貯留部が形成されるスクリュー押出し機と、前記バレルの下端に設けられた連通流路を介して接続されるシリンダの内部に前記シリンダの軸線方向に進退自在なプランジャを有し、前記プランジャが後退することによって前記シリンダ内部前方に前記半凝固スラリーの計量部が形成され、前記プランジャが前進することによって前記半凝固スラリーを射出するプランジャ射出機とを備えてなる軽合金の射出成形装置であって、前記押出しスクリューを前進させるための油圧回路に電磁流量調整弁を設け、前記押出しスクリューの押込み圧力に応じて前記電磁流量調整弁を制御することによって前記押出しスクリューの前進速度を制御するよう構成されていることを特徴とする。
【００２２】
この構成によると、バレルに軽合金の金属溶湯を供給しているので、初期段階でのガスの混入が少ない。また、供給された金属溶湯をバレル内部で攪拌しながら冷却して半凝固スラリーを生成するものであるため、チクソモールド法のようなせん断履歴等の熱履歴のバラツキがなく、溶融状態（半凝固スラリーの状態）が安定する。また、スクリュー押出し機の下部に貯留部を形成し、そこへ半凝固スラリーを供給口からのヘッド圧と自重を利用して移動させるものであるため、ガスを巻き込むことなく一旦半凝固スラリーを貯留することができる。そして、貯留している半凝固スラリーを貯留部から所定の容積の計量部に圧入するにあたり、半凝固スラリーに正圧を作用させながら計量を行うものであるため、半凝固スラリーにヘッド圧と自重による圧力以上の圧力が生じて、供給口側のヘッド圧の変動が計量に影響しないばかりか残存ガスを低圧の供給口側に抜くことができ、安定かつ高精度の計量を行うことができる。また、押出しスクリューを前進させるための油圧回路に電磁流量調整弁を設け、押出しスクリューの押込み圧力に応じて電磁流量調整弁を制御することによって押出しスクリューの前進速度を制御するため、半凝固スラリーの粘度にあわせて押出しスクリューの前進速度を調節することができる。このため、精度良く半凝固スラリーの計量を行うことができる。
【００２３】
【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を説明する。図１は、本発明の実施形態の一例を示している。この実施形態に係る軽合金の射出成形装置１は、バレル２の上部に金属溶湯３が供給される供給口４を有し、バレル２の内部に回転自在かつバレル２軸方向に進退自在の押出しスクリュー５を有している。そして、この押出しスクリュー５が後退することによってバレル２内下部に貯留部６が形成される実質的に縦向きに配置されたスクリュー押出し機７と、供給口４からバレル２内に供給された金属溶湯３が半凝固スラリー８となるように冷却する冷却手段９と、バレル２の下端に設けられた連通流路１０を介して接続されるシリンダ１１の内部にシリンダ１１の軸に沿って進退自在なプランジャ１２を有し、このプランジャ１２が後退することによってシリンダ１１内部前方に計量部１３が形成され、プランジャ１２が前進することによって半凝固スラリー８を射出するプランジャ射出機１４とを備えている。そして、押出しスクリュー５及びプランジャ１２の進退を制御する油圧制御装置Ｕとを備えている。
【００２４】
この油圧制御装置Ｕは、後述する２次計量工程において、押出しスクリュー５を進退させるスクリュー用油圧シリンダ１９に前進力を付与する際の油圧と、プランジャ１２を進退させるプランジャ用油圧シリンダ２３に後退力を付与する際の油圧との差圧が略一定となるように各油圧ラインの圧力の少なくとも一方を制御することを特徴とするものである。このように、押出しスクリュー５及びプランジャ１２を各油圧シリンダ１９，２３の油圧力によって進退させるため、押出しスクリュー５及びプランジャ１２の進退によって形成される貯留部６及び計量部１３に容積を一定となるように正確に制御することが可能となり、高精度での計量が可能となる。また、成形品の大きさにあわせて、貯留部６及び計量部１３の容積を制御することもできる。また、シリンダ内に押出された半凝固スラリー８に作用する圧力を略一定にすることができるため射出ごとの２次計量が更に安定する。
【００２５】
また、この射出成形装置１は、金属溶湯３を貯留するホッパー１５を備えており、プランジャ射出機１４の先端に設けられた半凝固スラリー８が射出されるノズル部１６を介して型締め装置１７によって横向きに開閉する金型２４と当接している。この射出成形装置１の構成部材のうち、ホッパー１５は、図示しない溶解炉で溶解された金属溶湯３を受け入れてこれを溶融状態で貯溜するもので、このホッパー１５の下端開口部はバレル２の上端部に接続されている。また、ホッパー１５には、加熱ヒータ等の温度制御手段が設けられている。
【００２６】
ホッパー１５内には、アルゴン等の不活性ガスが充満されており、金属溶湯３の湯面を不活性ガスでシールするようにしている。バレル２の上端には駆動モーター１８が直結され、この駆動モーター１８の駆動軸には、バレル２の内部に回転自在に挿通された押出しスクリュー５の上端が連結されていて、この押出しスクリュー５は、その下端がバレル２内で自由端となるように片持ち状に配置されている。
【００２７】
駆動モーター１８の上部には上下方向に出退するシリンダロッドを有するスクリュー用油圧シリンダ１９が接続され、このスクリュー用油圧シリンダ１９のシリンダロッド２０に駆動モーター１８が直結されている。このため、本実施形態のスクリュー押出し機７では、スクリュー用油圧シリンダ１９のシリンダロッド２０を下方に突出することにより駆動モーター１８を介して押出しスクリュー５を軸方向下方に移動させ、これにより、バレル２内の下端部に溜まっている半凝固スラリー８を外部に押し出すことができるようになっている。また、このスクリュー用油圧シリンダ１９は、軸方向上方に移動した際に、バレル２内下部に少なくも成形品体積よりも大きな容積の貯留部６が形成できるように構成されている。さらに、この貯留部６を形成する位置から連通流路１０を閉止可能な位置まで移動するのに十分なストロークを有している。
【００２８】
押出しスクリュー５の先端には、押出しスクリュー５の軸方向にスライド可能にチェックリング３５が設けられている（図２参照）。これによって、押出しスクリュー５の後退時には、図２（ａ）に示すように、チェックリング３５のシール面３６と押出しスクリュー５の当接面３９との間に隙間が生じ、半凝固スラリー８が押出しスクリュー５の先端部に設けられている溝３８を通り、貯留部６に貯留される。一方、押出しスクリュー５の前進時には、チェックリング３５のシール面３６と押出しスクリュー５の当接面３９とが当接する。このため、半凝固スラリー８の逆流を抑えることができる。この時、チェックリング３５とバレル２の内壁には、僅かな隙間が生じるように、チェックリング３５は形成されており、この隙間から半凝固スラリー８をリークすることができる。
【００２９】
また、押出しスクリュー５には、これを前進させるための油圧回路に電磁流量調整弁４２が設けられ、押出しスクリュー５の押込み圧力に応じて押出しスクリュー５の前進速度を制御するよう構成されている。半凝固スラリーの粘度にあわせて押出しスクリュー５の前進速度を調節することができる。このため、例えば、半凝固スラリー８の最終充填時に、押出しスクリュー５の前進速度を減速することによって、半凝固スラリー８が、チェックリング３５とバレル２の内壁との隙間からリークし易くなるとともに、チェックリング３５での圧損が小さくなり、押出しスクリュー５を押込むための抵抗が小さくなり、押出しスクリュー５の先端部に余分に貯留された半凝固スラリー８を精度良く計量してプランジャ射出機１４に送ることができる。なお、電磁流量調整弁４２によって、押出しスクリュー５の押込み速度は２段以上に変更することができる。
【００３０】
バレル２の外周面は冷却手段９で覆われている。この冷却手段９は、上下方向に分離された複数の温度制御ジャケット２１よりなる。そして、このジャケット２１内に金属溶湯３の温度よりも低い油やガス体等の熱媒体を流通させることにより、バレル２内の金属溶湯３が液相温度以下でかつ固相温度以上の温度範囲になるように冷却できるようになっている。なお、バレル２内の金属溶湯３を高精度に温度制御するために、冷却手段９の各温度制御ジャケット２１は加熱機能も兼ね備えている。
【００３１】
バレル２の下端に形成されている連通流路１０を介してプランジャ射出機１４が接続されている。このプランジャ射出機１４は、前方にバルブ手段２２を備えたノズル部１６を有するシリンダ１１と、シリンダ１１内部で進退移動自在なプランジャ１２とを有している。プランジャ１２は、プランジャ用油圧シリンダ２３の油圧力で駆動する。このプランジャ１２が後退した際のシリンダ１１の前方部には計量部１３が形成される。この計量部１３の容積は、成形品を得るのに必要な容量となるようプランジャ１２の後退量により適宜設定することができる。また、このプランジャ用油圧シリンダ２３は、計量部１３を形成する位置からプランジャ１２が前進することによりシリンダ１１の先端部近傍に接続された連通流路１０を閉止可能な位置まで移動するのに十分なストロークを有している。なお、プランジャ１２は、射出が完了した際に連通流路１０を閉止するように設けられている。これによって、射出直後に、次の射出成形のための金属溶湯３をスクリュー押出し機７内に供給することができるようになっている。このように、連通流路１０の閉止を、射出成形装置を構成するプランジャ１２及び押出しスクリュー５のそれぞれの部品を用いて行うことができるため、射出成形装置の構成部品数を少なくすることができる。また、連通流路１０の開閉制御がプランジャ１２及び押出しスクリュー５の制御と一連となり動作が簡素化される。
【００３２】
また、ノズル部１６のバルブ手段２２は射出時以外は閉じた状態となっている。このバルブ手段２２は、シリンダ１１の外周部に設けられた温度制御ジャケット２１等よりなる温度制御手段によりノズル先端に金属固体栓を形成してノズル封鎖するものや、ノズル先端に設けた機械式又はばね式のシャットオフバルブによりノズル封鎖するものを使用できる。もっとも、金属固体栓を形成する際にノズル先端付近に固相率の高い部分が生じない点、及び、固体栓が製品に混入する可能性がない点で、シャットオフバルブを用いる後者タイプのノズルの方が好ましい。
【００３３】
型締め装置１７は、基台２５上に立設されたリンクハウジング２６と、このハウジング２６に水平方向のタイバー２７を介して固定された固定盤２８と、この固定盤２８に固定された固定金型２４ｂと、タイバー２７に対して摺動自在に貫通支持された可動盤２９と、固定金型２４ｂに対して水平方向に開閉自在となるよう可動盤２９に固定された移動金型２４ａと、を備えている。リンクハウジング２６の外面中央部には型締めシリンダ３０が固定され、この型締めシリンダ３０のシリンダロッド３１の先端は可動盤２９の中央部に連結されている。このリンクハウジング２６と可動盤２９同士は、これらが接近したときに折り畳まれかつ離反したときに水平方向にほぼ一直線に並ぶ複数のリンク３２で連結されている。
【００３４】
可動盤２９のリンクハウジング２６側の側面には押出シリンダ３３が設けられ、この押出しシリンダ３３の押出しロッド３４は可動盤２９を貫通して移動金型２４ａの製品突出し機構に連結されている。従って、この型締め装置１７では、型締めシリンダ３０のシリンダロッド３１を突出させてリンク３２を一直線上に伸びた状態にし、このリンク３２の突っ張り状態とすることにより、移動金型２４ａを固定金型２４ｂに対して強力に押圧できるようになっている。また、製品の離型は、押出しシリンダ３３の押出しロッド３４を突出させて製品突出し機構を作動させることにより行っている。
【００３５】
次に、この射出成形装置１の動作とそれによる軽合金の射出成形方法について説明する。
【００３６】
まず、図示しない溶解炉から機械式あるいは電磁ポンプ等の手段でホッパー１５内に投入された金属溶湯３が送られる。溶解炉は、特に種類は問わず、電気炉や高周波誘導炉あるいは電磁誘導加熱炉等を使用することができる。ホッパー１５内の金属溶湯３は、ホッパー１５に設けられた加熱ヒータ等の温度制御手段によって、均一な温度に保たれている。なお、必要によりホッパー内の金属溶湯を攪拌する攪拌手段を設けて、攪拌作用を付与することができる。金属溶湯３は、ガスシールされた状態でスクリュー押出し機７のバレル２の上部に供給され、各温度制御ジャケット２１によって液相温度以下でかつ固相温度以上に冷却されて樹枝状晶に成長する。この樹枝状晶は回転する押出しスクリュー５の剪断作用によって攪拌破砕し、均一で、微細な結晶粒が生成されて半凝固スラリー８に遷移する。
【００３７】
ここで、半凝固スラリーの固相率は、５〜４０％となるように金属溶湯をバレル２内で冷却することが好ましい。半凝固スラリー８の固相率を５〜４０％となるようにバレル２内で冷却することによって、押出しスクリュー５によってバレル２内の半凝固スラリー８をプランジャ１２を備えたシリンダ１１内に投入するのに適正な粘度とできる。ここで、固相率が５％未満では、液相の状態とほとんど変化がない。また、固相率が４０％を超えると、流動性が悪くなり、成形品の歩留りが悪くなる。
【００３８】
この時、プランジャ射出機１４のプランジャ１２は、図３に示すように、連通流路１０を閉止する位置まで前進している。そして、スクリュー押出し機７の押出しスクリュー５が後退することによって、押出しスクリュー５と連通流路１０との間に貯留部６が形成され、半凝固スラリー８が、この貯留部６に貯留される。押出しスクリュー５は、回転を止めて後退するものであっても、回転しながら後退するもののいずれであっても良い。なお、このとき、押出しスクリュー５の先端部にはチェックリング３５等の逆流防止手段を設けることが好ましく、逆流防止手段を設けることによって、後退時はスムーズに半凝固スラリー８を下方に流動させながら成形品体積よりも大きな容積の貯留部６において１次計量が行われる。
【００３９】
そして、この貯留部６における１次計量工程での半凝固スラリー８の計量値が、後述する２次計量工程における半凝固スラリー８の計量値の１５０％未満になるように計量する。１次計量工程における半凝固スラリー８の計量値を、２次計量工程における半凝固スラリー８の計量値、即ち、射出必要量の１５０％以上とした場合、この半凝固スラリー８を、押出す際に、押出しスクリュー５に設けられたチェックリング３５を通過するリーク量が増えるだけであり、計量時に重要な最終押込み時の半凝固スラリー８への正圧作用への影響が小さく、それ以上の計量精度の向上が期待できない。このため、１次計量工程における半凝固スラリーの計量値を、２次計量工程における半凝固スラリーの計量値、即ち、射出必要量の１５０％未満とする。
【００４０】
ついで、連通流路１０を開放させてプランジャ射出機１４のプランジャ１２を図４に示すように後退させると同時に、押出しスクリュー５を前進させる。そして、プランジャ１２が成形品体積に応じて設定された所定の位置になるまで後退する間、押出しスクリュー５による加圧力を作用させながら半凝固スラリー８をシリンダ１１の前方に形成される計量部１３に正圧をかけながら圧入することによって２次計量される。
【００４１】
この時、押出しスクリュー５の前進速度を電磁流量調整弁４２によって、調整して減速することによって、半凝固スラリー８が、チェックリング３５とバレル２の内壁との隙間からリークし易くなり、押出しスクリュー５の先端部に余分に貯留された半凝固スラリー８がリークし、精度良く計量してプランジャ射出機１４の計量部１３に正圧をかけながら圧入することができる。
【００４２】
圧入による計量が完了すると、図５に示すように、押出しスクリュー５により連通流路１０が閉止され、計量部１３からの半凝固スラリー８の逆流が防止される。なお、計量の際、プランジャ射出機１４のシリンダ１１の先端のノズル部１６は、バルブ手段２２によって閉止されている。
【００４３】
こうして、２次計量が完了した後、ノズル部１６のバルブ手段２２を開放するとともにプランジャ１２を前進させることにより半凝固スラリー８を金型２４内（図１参照）に射出し一定形状の成形体の成形が行なわれる。
【００４４】
このように、本実施形態例では、バレル２に軽合金の金属溶湯３を供給しているので、初期段階でのガスの混入が少ない。また、供給された金属溶湯３をバレル２内部で攪拌しながら冷却して半凝固スラリー８を生成するものであるため、チクソモールド法のようなせん断履歴等の熱履歴のバラツキがなく、溶融状態（半凝固スラリーの状態）が安定する。また、実質的に縦向きに配置されたスクリュー押出し機７の下部に貯留部６を形成し、そこへ半凝固スラリー８を供給口からのヘッド圧と自重を利用して移動させるものであるため、ガスを巻き込むことなく一旦半凝固スラリー８を貯留することができる。そして、貯留している半凝固スラリー８に加圧力を作用させながら貯留部６から所定の容積の計量部１３に圧入することにより計量を行うものであるため、半凝固スラリー８にヘッド圧と自重による圧力以上の圧力が生じて、供給口側のヘッド圧の変動が計量に影響しないばかりか残存ガスを低圧の供給口側に抜くことができ、安定かつ高精度の計量を行うことができる。また、出発原料が金属溶湯３でありこれを半凝固スラリー８に冷却しながら下方に搬送しているので、押出しスクリュー５の上流部の磨損や折損を低減できるとともに、スクリュー押出し機５の負荷トルクや攪拌経路をそれほど大きく取る必要がなくなり、装置の小型化が可能になる。
【００４５】
加えて、貯留部６に予め射出必要量よりも多い半凝固スラリー８を貯留し、２次計量工程において、シリンダ１１内部に半凝固スラリー８を押出す最終段階で押出しスクリュー５に設けられているチェックリング３５から半凝固スラリー８をリークさせながら半凝固スラリー８をシリンダ１１内部に押出すことができる。このため、半凝固スラリー８には正圧が作用したままで、より精度良く半凝固スラリー８を射出部へ計量して送り込むことができる。
【００４６】
以上にように、本実施形態例に係る射出成形装置は、押出しスクリュー５とプランジャ１２とが一連の動作で連動することによって、高い精度で計量を行い、射出成形することが可能となる。これら、押出しスクリュー５とプランジャ１２は、図１に示す油圧制御装置Ｕによってその進退が制御されている。
【００４７】
計量時におけるこの油圧制御装置Ｕの作動を図１を参照しつつ説明する。まず、スクリュー用油圧シリンダ１９に接続されている電磁弁４０が入ることで、押出しスクリュー５を前進させる。一方、プランジャ用油圧シリンダ２３に接続されている電磁弁４１も同時に入り、プランジャ１２を後退させる。この時、押出しスクリュー５側もプランジャ１２側も油圧力をそれぞれセンサーＰ１，Ｐ２で測定しながら、計量用押込み圧力制御機４５によって演算する。そして、スクリュー５側圧力とプランジャ１２側圧力との関係がスクリュー５側圧力＞プランジャ１２側圧力であって、常に一定の正圧になる様に電磁圧力比例弁４６，４７の少なくとも一方を制御する。この時、スクリュー用油圧シリンダ１９及びプランジャ用油圧シリンダ２３の各油圧シリンダの摩擦力に対抗してこれをキャンセルし得るように予めスクリュー５側の油圧力の制御パラメータＰ１及びプランジャ１２側の油圧力の制御パラメータＰ２の初期値を設定しておくと良い。このような、油圧制御装置Ｕの作動によって、バレル２内の半凝固スラリー８は計量部１３側に移動するにあたり、一定の正圧が作用しながらシリンダ内の計量部１３に圧入されることになり、ガス抜きがされかつ精度良く計量された半凝固スラリーが計量部１３に充填されることになる。
【００４８】
また、押出しスクリュー５を前進させるための油圧回路には、電磁流量調整弁４２が設けられている。この電磁流量調整弁４２は、速度変更制御信号からの信号によって開閉する。そして、押出しスクリュー５の押込み圧力に応じて電磁流量調整弁が開閉し、押出しスクリューの前進速度を２段以上に変更できるようになっている。このため、例えば、半凝固スラリー８の最終充填時に、押出しスクリュー５の前進速度を減速することによって、半凝固スラリー８が、チェックリング３５とバレル２の内壁との隙間からリークし易くなるとともに、チェックリング３５での圧損が小さくなり、押出しスクリュー５を押込むための抵抗が小さくなり、押出しスクリュー５の先端部に余分に貯留された半凝固スラリー８を精度良く計量してプランジャ射出機１４に送ることができる。
【００４９】
なお、本実施形態例では、連通流路１０の開閉を押出しスクリュー５あるいはプランジャ１２が連通流路１０を塞ぐ位置まで移動させることにより行っているが、本発明に係る射出成形装置は、これに限らず、例えば、連通流路１０内にバルブ手段を設け、これにより連通流路の開閉を意図的に行うものであっても良い。また、バルブ手段に代えて逆止弁を使用することもできる。ただし、この場合は、プランジャ１２の射出時に逆止弁が作用するようにするとともに、１次計量時にプランジャ１２を連通流路を塞ぐ位置まで移動させておく方法を採る必要がある。
【００５０】
また、冷却手段９は、バレル２外周から冷却するものであるが、さらに押出しスクリュー５内部に冷却する手段を付加することもできる。これにより、樹枝状晶がバレル２内壁近傍だけでなく、押出しスクリュー５近傍にも生成され、これを押出しスクリュー５によりせん断して攪拌破砕すると、半凝固スラリー８の均一性がより向上する。なお、生成される半凝固スラリーは、冷却手段による温度調節を行い、固相率が５〜４０％の範囲となるよう調節されることが好ましい。固相率が５％未満では液相の状態とほとんど変わらず、半凝固射出成形品のメリットがなくなり、４０％を越えると流動性が悪くなり成形品の歩留りが悪くなるからである。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、気泡や引けの少ない高品質な軽金属成形品を射出成形できるので、射出成形による高品質な成形品を安価に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る軽合金の射出成形装置の実施形態の一例を示す全体説明図である。
【図２】本発明に係る軽合金の射出成形装置の実施形態の一例における押出しスクリューの先端部に設けられているチェックリングの動作を説明するための図である。
【図３】本発明に係る軽合金の射出成形装置の実施形態の一例の要部を示す図であり、成形工程を説明するための図である。
【図４】本発明に係る軽合金の射出成形装置の実施形態の一例の要部を示す図であり、成形工程を説明するための図である。
【図５】本発明に係る軽合金の射出成形装置の実施形態の一例の要部を示す図であり、成形工程を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｕ  油圧制御装置
１  射出成形装置
２  バレル
３  金属溶湯
４  供給口
５  押出しスクリュー
６  貯留部
７  スクリュー押出し機
８  半凝固スラリー
９  冷却手段
１０  連通流路
１１  シリンダ
１２  プランジャ
１３  計量部
１４  プランジャ射出機
１６  ノズル部
１７  型締め装置
１９  スクリュー用油圧シリンダ
２０  シリンダロッド
２１  温度制御ジャケット
２２  バルブ手段
２３  プランジャ用油圧シリンダ
３５  チェックリング
４２  電磁流量調整弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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