(57)【要約】【課題】成形中にスクリュの回転負荷圧力の増大を抑制することができる軽合金射出材料の射出成形方法を提供する。【解決手段】シリンダバレル（１）とスクリュ（１０）とからなる射出成形装置により金属成形品を得るとき、成形運転中は不活性ガスを、シリンダバレル（１）の後端部寄りに形成されている材料供給孔（２）の先端部と、シリンダバレル（１）の外周部に設けられているヒータ（４’）の後端部との間（Ａ）の、軽合金射出材料の融点よりも低い箇所から上方へ向けてシリンダバレル（１）内に供給する。また、必要に応じて、スクリュ供給部（１２）近傍の酸素濃度が設定値以下になるように不活性ガスを供給する。【選択図】　図１
2004025290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その外周部には軸方向にヒータが設けられ、後端部寄りにはその内孔に達する材料供給孔が開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、そのフライトが前記材料供給孔に対応した位置に達しているスクリュとを備え、固体状の軽合金射出材料が前記材料供給孔からスクリュ供給部を経て前記シリンダバレルに供給されて溶融され、そして金型に射出されるようになっている射出成形装置により金属成形品を得るとき、
成形運転中は、前記材料供給孔の先端部と前記ヒータの最後端に設けられているヒータの後端部との間の、前記シリンダバレルに設けられている不活性ガス供給口から前記シリンダバレル内に不活性ガスを供給することを特徴とする軽合金射出材料の射出成形方法。
【請求項２】
その外周部には軸方向にヒータが設けられ、後端部寄りにはその内孔に達する材料供給孔が開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、そのフライトが前記材料供給孔に対応した位置に達しているスクリュとを備え、固体状の軽合金射出材料が前記材料供給孔からスクリュ供給部を経て前記シリンダバレルに供給されて溶融され、そして金型に射出されるようになっている射出成形装置により金属成形品を得るとき、
成形運転中は、前記材料供給孔の先端部と前記ヒータの最後端に設けられているヒータの後端部との間の、前記シリンダバレルの内壁面近くの温度が軽合金射出材料の融点よりも低い箇所から前記シリンダバレル内に不活性ガスを供給することを特徴とする軽合金射出材料の射出成形方法。
【請求項３】
請求項２に記載の不活性ガス供給箇所の近傍の温度が、軽合金射出材料の融点よりも低くなるようにコントロールする軽合金射出材料の射出成形方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの項に記載の不活性ガスを、シリンダバレルの下方から、該シリンダバレル内へ供給する軽合金射出材料の射出成形方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの項に記載の不活性ガスの供給量を、材料供給孔の近傍の酸素濃度によりコントロールする軽合金射出材料の射出成形方法。
【請求項６】
その外周部には軸方向にヒータが設けられ、後端部寄りにはその内孔に達する材料供給孔が開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、そのフライトの後端部が前記材料供給孔に対応した位置に達しているスクリュとを備え、固体状の軽合金射出材料が前記材料供給孔から前記シリンダバレルに供給されて溶融されるようになっている射出成形装置であって、
前記シリンダバレルの下方の、前記材料供給孔の先端部と前記ヒータの最後端に設けられているヒータの後端部との間には、前記シリンダバレルの内孔に達する不活性ガス供給口が設けられていることを特徴とする軽合金射出材料の射出成形装置。
【請求項７】
請求項６に記載のシリンダバレルの不活性ガス供給孔の近傍の温度が、コントロールされるようになっている軽合金射出材料の射出成形装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の不活性ガス供給口に不活性ガスを供給する管路には流量調整器が介装され、材料供給孔の近傍には酸素濃度計が設けられ、前記流量調整器は、前記酸素濃度計で計測される計測値によりコントロールされるようになっている軽合金射出材料の射出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、その外周部には軸方向にヒータが設けられ、後端部寄りにはその内孔に達する材料供給孔が開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、そのフライトが前記材料供給孔に対応した位置に達しているスクリュとを備え、固体状の軽合金射出材料が前記材料供給孔から前記シリンダバレルに供給されて溶融され、そして金型に射出されるようになっている射出成形装置により金属成形品を得る、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軽合金射出材料の射出成形装置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装置は、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】
上記のように射出成形装置によって金属成形品を得ることはできるが、軽合金射出材料は化学的に活性で酸化し易い。そこで、不活性ガスを使用した軽合金射出材料の射出成形装置も、例えば特開平９−１０９１０号、同６−３０４７３３号等により提案されている。特開平９−１０９１０号により提案されている射出成形装置は、図４に示されているように、シリンダバレル６０を備えている。シリンダバレル６０の外周部には、複数個のヒータ６１、６１、…が取り付けられ、その先端部には射出ノズル６２が設けられている。また、後端部寄りには材料供給孔６３が開けられている。この材料供給孔６３に対応してホッパ６５が設けられている。このように構成されているシリンダバレル６０内に軸方向と回転方向とに駆動自在にスクリュ６６が設けられている。また、不活性ガス供給装置７０は、不活性ガスが充填されているボンベ状の第１、２の圧力容器７１、７２を備えている。そして、これらの圧力容器７１、７２からホッパ６５と射出ノズル６２側に、不活性ガスが供給されるようになっている。なお、図４中の他の符号７３は流量調整器、７４は圧力調整器をそれぞれ示している。
【０００４】
したがって、固体状の軽合金射出材料をホッパ６５からシリンダバレル６０に供給すると共に、スクリュ６６を駆動装置６７により回転駆動すると、従来周知のようにして固体状の軽合金射出材料ＫＳは溶融され、そしてシリンダバレル６０の先端部に蓄積される。所定量蓄積されたら、スクリュ６６を軸方向に駆動して金型７５、７６中に射出する。冷却固化を待って可動金型７５を開くと、金属成形品が得られる。上記のように射出成形サイクルを繰り返しながら成形しているとき必要に応じて、また長時間中断するときは酸化の程度が大きくなるので、ホッパ６５の内部および射出ノズル６２の先端部側を、圧力調整器７４と流量調整器７３により制御された不活性ガス雰囲気に置く。
【０００５】
また、特開平６−３０４７３３号に記載されている低融点金属材料の射出成形装置は、図５に示されているように構成されている。図４に示されている射出成形装置の構成要素と同じような要素には同じ参照数字を付けて重複説明はしないが、この射出成形装置によるとシリンダバレル６０の後端部には、真空源８１、圧力調整器８２、流量調整器８３等からなる排気装置８０が設けられている。したがって、不活性ガス供給装置７０からホッパ６５内に、コントローラ８５により制御された不活性ガスを供給すると共に、スクリュ６６を回転駆動すると、前述したように固体状の軽合金射出材料は溶融・計量される。スクリュ６６を軸方向に駆動すると、溶融・計量された軽合金射出材料が金型に射出され、金属成形品を得ることができる。このとき、コントローラ８５からの信号により排気装置８０を起動することもできる。
【０００６】
上記の従来の射出成形装置による成形方法では、固体状の軽合金射出材料ＫＳは、ホッパ６５の下方のスクリュ供給部６６’では「密」に供給されているとして説明したが、一般にスクリュ供給部６６’では「粗」の状態になるようにして、定量フィーダにより供給される。このように「粗」の状態で供給される射出成形装置の例が、図４、５のそれぞれに示されている従来例をまとめた形で、図６に示されている。図４、５に示されている従来例の構成要素と同じ要素には同じ参照数字を付けて重複説明はしないが、この従来例によると、スクリュ９１からなる定量フィーダ９０を備えている。そして、定量フィーダ９０の下流端にはフィーダトラフ９３が設けられ、このフィーダトラフ９３と、ホッパ６５の上蓋との間は連結チューブ９５で接続されている。また、フィーダトラフ９３の上部にはトラフ上蓋が乗せられている。この従来例によると、定量フィーダ９０を備えているので、軽合金射出材料ＫＳは、図６に示されているように、ホッパ６５の下方のスクリュ供給部６６’では、「粗」の状態でに供給され、密な充満状態にはなっていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、射出成形装置では、シリンダバレルの後方端部から供給される軽合金射出材料は、スクリュが回転駆動されて前方へ送られる過程で溶融・計量されるが、成形中に徐々にスクリュの回転トルクが増大し溶融・計量が不可能になることがある。このことは、本出願人が所有するマグネシウム射出成形機ＪＬＭ７５ＭＧの実機でテストした結果を示す図７に示されている。すなわち、図７において、横軸は実験開始からの経過時間を、そして縦軸はスクリュを回転駆動する油圧モータへ供給する作動油の圧力すなわちスクリュ回転負荷圧力を示すが、この図７に示されているように実験を開始して６００秒（ｓ）を越えたあたりからスクリュ回転負荷圧力が上昇し始め、実験終了間際の２００ショット（３０ｓ×２００＝６０００ｓ）頃には、スクリュ回転負荷圧力は８ＭＰａを越えており、徐々に計量が困難になっている様子が分かる。なお、本計量実験は射出成形装置の計量性能の検証に主眼をおいた実験で、通常の成形作業と同じように、射出・保圧工程、計量工程、型開き工程、中間時間、型閉じ工程、型締め工程、射出・保圧工程のような成形動作を繰り返したが、溶融・計量されたマグネシウム合金は、金型に射出することなく、大気中（不活性ガス中）へ排出した。また、成形サイクルは３０秒とした。
【０００８】
このように計量が困難になる原因は、次のように考えられる。すなわち、
（１）スクリュの回転により、固体状の軽合金射出材料あるいは固体状のマグネシウム合金はシリンダバレルの前方へ送られるが、送られるにしたがって高温となり、急速に固体状のマグネシウム合金の表面に酸化膜が形成される。
（２）そうすると、固体状のマグネシウム合金の摩擦係数が増大し、スクリュとの滑りが悪くなり、あるいは固体状のマグネシウム合金同志の滑りが悪くなり、固体状のマグネシウム合金の送り速度が低下する。
（３）シリンダバレルのホッパからは低温の、すなわち酸化していない摩擦係数の低い固体状のマグネシウム合金が効率よく送られてくるため、先端部の高温の、マグネシウム合金の送り速度が低下する部位では、マグネシウム合金の過充満状態となる。その結果、スクリュの回転に必要なトルクが増大する。さらに、固体状のマグネシウム合金同志の摩擦発熱量も増大するため、固体状のマグネシウム合金はさらに高温となり、上記したような過充填部位では固体状のマグネシウム合金が塊状に固まり、スクリュの回転に必要なトルクはさらに増大する。
【０００９】
上記のような推察の根拠となる固体状のマグネシウム合金の表面の酸化膜形成と摩擦係数との関係については、大阪大学の小坂田教授｛松本、小坂田、小川：塑性加工春季講演会（２００１）、１１７−１１８｝によって調べられ、その結果は図８に示されている。図８の（イ）は、酸化膜がない場合の摩擦係数を示し、その（ロ）は酸化膜が形成された場合の摩擦係数を示しているが、これらの図から明らかなように、酸化膜が形成された固体状のマグネシウム合金の表面の摩擦係数は、酸化膜がない場合の約４倍になっている。
【００１０】
上記の事実から、酸化膜の形成を阻止すると、上記したような計量時の問題は解決される考えられるが、図４〜６に示されている従来の射出成形装置における不活性ガスの供給方法は、発明の目的が相違し、その結果発明の構成が相違しているので、このような方法では解決できない。すなわち、図４に示されている射出成形機は、不活性ガス供給装置７０を備えているが、不活性ガスは成形開始準備中、成形中断中および成形終了後に供給されるもので、また、供給される箇所がホッパ６５内あるいは射出ノズル６２の先端部内であり、酸化が促進され高温になる箇所ではないので、また、酸化が促進される部位に供給される保証もないので、計量時のスクリュ回転負荷圧力の増大の問題は解決されない。
【００１１】
さらに詳しくは、不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウム、窒素等が知られているが、入手の容易性、価格の問題等から射出成形の技術分野では、不活性ガスには一般にアルゴンと窒素とが使用されている。ところで、これらの不活性ガスは空気との密度差が小さい。ちなみに、０℃、１．０１３×１０５Ｐａにおける空気の密度は、１．２９３ｋｇ／ｍ３であるのに対し、アルゴンのそれは１．７８３ｋｇ／ｍ３のように空気より若干重いが、窒素は１．２５１ｋｇ／ｍ３のように空気よりも軽い。加えて、シリンダバレル６０内は昇温しているので、ホッパ６５内の雰囲気温度に比べて、材料供給孔６３すなわちホッパ下のスクリュ供給部６６’の近傍の雰囲気温度は高く、スクリュ供給部６６’の近傍で暖められて軽くなった不活性ガスは上方へ逃げる。このような状況下で、ホッパ６５内に不活性ガスを充満させても、スクリュ供給部６６’の近傍の空気を不活性ガスと置換して酸素濃度を効率的に低減させることは難しい。このことは、図６に示されている一般的な射出成形装置により確認されている。すなわち、ホッパ６５内にアルゴンを１リットル／分の割合で吹き込んで、スクリュ供給部６６’の近傍の酸素濃度を実測した結果、約１０％で、酸素濃度は空気中の約半分に低減されているに過ぎず、充分に不活性ガス雰囲気に置換されていないことが確認されている。このような酸素濃度の問題も、不活性ガスの供給流量を増せば解決されると容易に推察される。しかしながら、アルゴンは高価であるので、流量を増すようなことはランニングコストの点からもおよそ実施できない。これに対し、窒素はアルゴンの半値以下で安価といえるが、窒素は上記したように空気よりも軽く、上方へ逃げ易いので、アルゴンよりも多量の流量が必要となり、窒素を使用するメリットはない。
【００１２】
図５に示されている射出成形装置の不活性ガス供給装置も、ホッパ６５に不活性ガスを供給するようになっているので、図４あるいは図６に示されている射出成形装置と同様に、前述したような可塑化時のスクリュの回転トルクの問題は解決されない。なお、この射出成形装置には排気装置８０が設けられているので、不活性ガスをシリンダバレル６０の後端部から抜くことにより、金属成形品に気泡が混入することは避けることができる。また、ホッパ６５に供給される不活性ガスが、シリンダバレル６０の後端部から排出されるとき、スクリュ供給部６６’を通過するので、スクリュ供給部６６’の近傍は一応不活性ガスで充満される。しかしながら、この部位は低温の軽合金射出材料が絶えず通過している部分で、温度は低く酸化反応は起きにくい箇所で、この箇所に不活性ガスを供給してもスクリュ回転トルクの低減効果は小さい。また、シリンダバレル６０の後端部は、密封構造としなければならないので、さらには真空源８１を必要とするので、射出成形装置が高価になる恐れがある。また、スクリュ６６の交換、スクリュ６６の清掃等のメンテナンス性を著しく低下させることが予想される。
本発明は、上記したような従来の問題点あるいは改良すべき点に鑑みてなされたもので、可塑化中すなわち成形中にスクリュの回転負荷圧力の増大を抑制することができる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装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記したような当社における実験および大阪大学の研究論文から、成形中にシリンダバレル内で高温となった固体状のマグネシウムの表面の酸化を防止すれば、スクリュ回転負荷圧力の増大を抑制することができることを見出し、そしてシリンダバレル内の特にスクリュ供給部近傍を高効率に不活性ガスを充満させる実験により確証を得て本発明を完成した。すなわち、軽合金射出材料は、高温になる部位で多く酸化する。したがって、本発明は上記目的を達成するために、高温になる直前のスクリュ供給部近傍を不活性ガスで万遍なく覆うように構成される。
【００１４】
シリンダバレルの外周部には、先端部から後端部にかけて軸方向に複数個のヒータが設けられ、また後端部寄りには軽合金射出材料をシリンダバレルに供給するための材料供給孔が開けられている。したがって、本発明で言うところのスクリュウ供給部近傍とは、具体的にはシリンダバレルの材料供給孔の先端部と最後端部に設けられているヒータの後端部との間の特殊な範囲である。この特殊な部位は、比較的低温の軽合金射出材料が連続的に通る部位で、シリンダバレルの内孔は軽合金射出材料により冷やされて比較的低温になっている。本発明では、この部位に不活性ガスを供給することにより固体状の軽合金射出材料の酸化を防止する。また、この部位は、可塑化中はスクリュのフライトがシリンダバレルの内孔で回転しているので、この部位に不活性ガスを供給すれば、不活性ガスはスクリュのフライトにより、ホッパの方へ短絡することなく、旋回されながらホッパの方へ流れる。
【００１５】
本発明によると、不活性ガスは不活性ガス供給口、より具体的には、ガス供給ノズル等の不活性ガス供給孔からシリンダバレルの内孔へ供給されるが、固体状の軽合金射出材料が軟化すると、軟化した軽合金射出材料が不活性ガス供給孔を塞ぐこともあり得る。そこで、本発明では、不活性ガスは、シリンダバレルの材料供給孔の先端部と最後端部に設けられているヒータの後端部との間の、軽合金射出材料の融点よりも低い箇所から供給される。具体的には、軽合金射出材料がマグネシウム合金の場合は、シリンダバレルの内周壁面近傍の温度が２５０℃以下の箇所から供給される。
【００１６】
本発明で云う特殊な範囲は、前述したように比較的低温の固体状の軽合金射出材料が連続的に供給通過する部分で、そのシリンダバレルの内周壁面の温度は比較的低いが、不活性ガス供給口近傍の温度が軽合金射出材料の融点を超えないように強制的にコントロールすることもできる。例えば、シリンダバレルの外周部に設けられている最後端部のヒータの発熱温度を制御して、融点以下に保つように構成することもできる。または、不活性ガス供給口の近傍に温度センサを設けると共に、この近傍に水、空気等の冷却媒体を循環させ、不活性ガス供給口の近傍の、温度センサにより検出される温度が、設定温度すなわち軽合金射出材料の融点よりも低くなるように冷却媒体の温度あるいは循環量を制御するように構成される。
【００１７】
アルゴン、窒素等の不活性ガスの密度は、前述したように空気のそれに近い。一方、本発明で云う特殊な範囲の近傍のシリンダバレル内の温度は、供給される不活性ガスの温度よりも一般に高い。したがって、シリンダバレル内へ供給される不活性ガスは、シリンダバレル内を上昇し、そしてホッパの方へ短絡する傾向にある。そこで、本発明では望ましくはシリンダバレルの下方から供給するように構成される。また、不活性ガスの供給量は、固体状の軽合金射出材料の酸化を防止すれば足りる。そこで、材料供給孔の近傍に酸素濃度センサを設け、このセンサで測定される酸素濃度が設定値以下に維持されるように不活性ガスの供給量が制御される。
【００１８】
上記のようにして、請求項１に記載の発明は、前記発明の目的を達成するために、その外周部には軸方向にヒータが設けられ、後端部寄りにはその内孔に達する材料供給孔が開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、そのフライトが前記材料供給孔に対応した位置に達しているスクリュとを備え、固体状の軽合金射出材料が前記材料供給孔からスクリュ供給部を経て前記シリンダバレルに供給されて溶融され、そして金型に射出されるようになっている射出成形装置により金属成形品を得るとき、成形運転中は、前記材料供給孔の先端部と前記ヒータの最後端に設けられているヒータの後端部との間の、前記シリンダバレルに設けられている不活性ガス供給口から前記シリンダバレル内に不活性ガスを供給するように構成される。
請求項２に記載の発明は、その外周部には軸方向にヒータが設けられ、後端部寄りにはその内孔に達する材料供給孔が開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、そのフライトが前記材料供給孔に対応した位置に達しているスクリュとを備え、固体状の軽合金射出材料が前記材料供給孔からスクリュ供給部を経て前記シリンダバレルに供給されて溶融され、そして金型に射出されるようになっている射出成形装置により金属成形品を得るとき、成形運転中は、前記材料供給孔の先端部と前記ヒータの最後端に設けられているヒータの後端部との間の、前記シリンダバレルの内壁面近くの温度が軽合金射出材料の融点よりも低い箇所から前記シリンダバレル内に不活性ガスを供給するように構成される。請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の不活性ガス供給箇所の近傍の温度が、軽合金射出材料の融点よりも低くなるように、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載の不活性ガスを、シリンダバレルの下方から、該シリンダバレル内へ供給するように、そして請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかの項に記載の不活性ガスの供給量を、材料供給孔の近傍の酸素濃度によりコントロールするように構成される。
請求項６に記載の発明は、その外周部には軸方向にヒータが設けられ、後端部寄りにはその内孔に達する材料供給孔が開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、そのフライトの後端部が前記材料供給孔に対応した位置に達しているスクリュとを備え、固体状の軽合金射出材料が前記材料供給孔から前記シリンダバレルに供給されて溶融されるようになっている射出成形装置であって、前記シリンダバレルの下方の、前記材料供給孔の先端部と前記ヒータの最後端に設けられているヒータの後端部との間には、前記シリンダバレルの内孔に達する不活性ガス供給口が設けられている。請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のシリンダバレルの不活性ガス供給孔の近傍の温度が、コントロールされるように、そして請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の不活性ガス供給口に不活性ガスを供給する管路には流量調整器が介装され、材料供給孔の近傍には酸素濃度計が設けられ、前記流量調整器は、前記酸素濃度計で計測される計測値によりコントロールされるように構成される。
【００１９】
【実施の形態】
以下、図１〜３により本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態に係わる射出成形装置は、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の内孔５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１０、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材料供給装置２０、前記スクリュ１０を軸方向と回転方向とに駆動するスクリュ駆動装置１９、不活性ガス供給装置３０、コントローラ４０等から構成されている。
【００２０】
シリンダバレル１は周知の構造を有し、図１の（イ）において右方の後端部寄りの肉厚部分に材料供給孔２が開けられ、この材料供給孔２に、後述する材料供給装置２０の第１のホッパ２４の下端部が気密的に取り付けられている。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。射出時に射出ノズル３がタッチする固定盤には、周知のように固定金型１６が、そして図には示されていない可動盤には可動金型１７がそれぞれ取り付けられている。このように構成されているシリンダバレル１と射出ノズル３の外周部には、個々に精密に発熱温度が制御されるヒータ４、４’、…が軸方向に複数個設けられている。
【００２１】
スクリュ１０は、軸方向に所定の長さを有し、材料供給孔２の下方に位置する部分はスクリュ供給部１２となっている。スクリュ１０は、従来周知のように計量時にはシリンダバレル１内を後退し、射出時には前進するが、スクリュ供給部１２のフライト１１は、少なくとも計量時には材料供給孔２をカバーしている。したがって、後述する不活性ガスは、スクリュ１０のフライト１１で旋回的に攪拌され、第１のホッパ２４の方へ直接的に短絡することが防止される。このように構成されているスクリュ１０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１８となっている。そして、このスクリュ軸１８に、従来周知の軸方向駆動装置と回転方向駆動装置とからなるスクリュ駆動装置１９が接続されている。
【００２２】
上記のように構成されているシリンダバレル１の、スクリュ供給部１２の近傍に不活性ガス供給口６が設けられている。すなわち、図１に示されている実施の形態によると、材料供給孔２の前方すなわち射出ノズル３側の先端部と、ヒータ４、４、…の最後端部に設けられているヒータ４’の後端部との間Ａにおいて、さらに具体的には材料供給孔２より前方の肉厚部において、シリンダバレル１の下方から、該シリンダバレル１の内孔５に開口した不活性ガス供給口６が設けられている。この区間Ａは、前述したように、比較的低温の固体状の軽合金射出材料が絶えず供給される部分であるので、あるいはシリンダバレル１の後端部に設けられているヒータ４’の発熱量が制御されて、その温度は軽合金射出材料の融点よりも低くなっている。したがって、固体状の軽合金射出材料が軟化して、不活性ガス供給口６を塞ぐようなことはない。
【００２３】
図１の（ロ）は、図１におけるＡ部分の断面図であるが、不活性ガス供給口６は、本実施の形態によると、最下底に設けられている第１の不活性ガス供給孔７と、その両側に所定の間隔あるいは円周方向に所定の角度をおいて設けられている第２、３の不活性ガス供給孔７’、７，’とからなっている。これらの不活性ガス供給孔７、７’、７’には、接続具８、８、…が装着されている。このように本実施の形態によると、不活性ガス供給口６は、シリンダバレル１のＡ区間の間で、且つシリンダバレル１の下方に設けられているので、換言すると１８０度以内の下半分に設けられているので、供給される不活性ガスは昇温して上昇傾向にあるが、上昇するとき軽合金射出材料の表面を効率よく覆うことになる。そして、第１のホッパ２４の方へ流れる。なお、本実施の形態によると、図１の（ロ）に示されているように、不活性ガス供給孔７の近傍には温度センサ１４が設けられている。そして、この温度センサ１４も信号ラインにより、後述するコントローラ４０に接続されている。
【００２４】
本実施の形態によると、スクリュ供給部１２には、酸素濃度センサ１３が設けられている。そして、この酸素濃度センサ１３とコントローラ４０は信号ラインａで接続されている。コントローラ４０は、酸素濃度を設定する設定器４１も備えている。
【００２５】
材料供給装置２０は、図１において上方位置に示されている第２のホッパ２１、その下方のスクリュからなる定量フィーダ２２、その吐出端に設けられているフィードトラフ２３、このフードトラフ２３と第１のホッパ２４の蓋体２５とを接続している連結チューブ２６等からなっている。そして、第１のホッパ２４の漏斗状に絞られている下端部が、前述したようにシリンダバレル１に形成されている材料供給孔２に気密状態で接続されている。定量フィーダ２２のスクリュは、モータ２７により設定速度で回転駆動され、所定量宛次の第１のホッパ２４に供給されるようになっている。したがって、軽合金射出材料ＫＳは、所定量宛シリンダバレル１のスクリュ供給部１２に供給されることになる。
【００２６】
不活性ガス供給装置３０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圧力容器３１、この圧力容器３１から前述した不活性ガス供給口６の方へ延びているガス供給管路３２等からなっている。このガス供給管路３２は、分岐して第１〜３の不活性ガス供給孔７、７’、７’の接続具８、８，…にそれぞれ接続されている。このガス供給管路３２には、圧力調整器３３、流量調整器３４、電磁開閉バルブ３５等が設けられている。コントローラ４０と流量調整器３４、電磁開閉バルブ３５等は信号ラインｂにより接続され、供給される不活性ガスの流量が制御されるようになっている。
【００２７】
次に、上記実施の形態に係わる射出成形装置を使用した軽合金射出材料の射出形成方法を説明する。本実施の形態に適用される軽合金射出材料は、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装置で混練溶融し、そして射出成形できる金属元素あるいは合金である。
【００２８】
本実施の形態による射出成形装置もコントローラ４０を備えているので、自動成形もできるが、以下説明を簡単にするために、主として手動成形する例について説明する。設定器４１により酸素濃度を設定する。そして、スタートスイッチを押す。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、スクリュ駆動装置１９によりスクリュ１０は回転駆動される。そして、第１のホッパ２１から第２のホッパ２４を介して固体状の軽合金射出材料ＫＳが所定量宛シリンダバレル１のスクリュ供給部１２に供給される。そうすると、軽合金射出材料ＫＳは、シリンダバレル１内でヒータ４、４、４’、…から加える熱と、スクリュ１０を回転駆動するときに生じる摩擦熱、剪断熱等により徐々に溶融が始まり、先端部に移送される間に完全に溶融され、そしてシリンダバレル１の前方に計量される。計量の進行と共に、スクリュ１０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。あるいは、強制的に後退させるサックバックにより後退する。
【００２９】
上記のように計量するとき、圧力容器３１の元栓と電磁開閉バルブ３５が開き、ガス供給管路３２により圧力調整器３３で所定圧力に調整され、そして流量調整器３４により所定流量に制御された不活性ガスが、不活性ガス供給孔７、７，’、７’からシリンダバレル１の内孔５に、あたかも湧き出るようにして、供給される。供給された不活性ガスは、スクリュ１０のフライト１１により旋回され、一部は固体状の軽合金射出材料の間に挟まれてシリンダバレル１の前方へと移送される。シリンダバレル１の前方で溶融が始まると、固体状の軽合金射出材料間の隙間が小さくなり、シリンダバレル１内を逆流する。そして、第１のホッパ２４の方へ流れる。このようにして、軽合金射出材料ＫＳの表面は、溶融するまで不活性ガス雰囲気下に置かれる。このとき、スクリュ供給部１２の近傍の酸素濃度が酸素濃度センサ１３で計測され、その計測値と設定値とがコントローラ４０で比較され、計測値が設定値になるように、流量調節器３４により不活性ガスの流量が制御される。
【００３０】
なお、スクリュ供給部１２の近傍すなわち不活性ガス供給口６の近傍の温度は、再三述べているように、軽合金射出材料ＫＳの融点よりも低いが、高いことを温度センサ１４が検知すると、シリンダバレル１の外周部に設けられている後端部のヒータ４’の発熱量が制御され、融点以下に保たれる。これにより、不活性ガス供給口６の近傍の温度は、軽合金射出材料ＫＳの融点以下に保たれる。そして、スクリュ供給部１２の近傍、あるいは不活性ガス供給口６の近傍の酸素濃度は設定値以下に抑えられ、固体状の軽合金射出材料ＫＳの表面の酸化が防止される。その結果、スクリュの回転トルクの増大が抑制される。なお、第１、２のホッパ２４、２１内の温度は比較的低く、軽合金射出材料ＫＳの活性度は低いので、スクリュ供給部１２から流れていく不活性ガスにより酸化は防止される。
【００３１】
所定量計量したら、圧力容器３１の元栓と電磁開閉バルブ３５が閉じる。射出ノズル３が固定金型１６へタッチする。そうして、スクリュ駆動装置１９によりスクリュ１０は高速で軸方向に駆動される。計量された溶融状態の軽合金射出材料は高速で金型１６、１７のキャビティに射出される。射出が終わったら、冷却固化を待って従来周知のようにして金属成形品を取り出す。その間に、前述したようにして計量し、そして射出する。
【００３２】
図２に本発明の他の実施の形態が示されている。前述した実施の形態の構成要素と同じ要素には同じ参照数字を付けて重複説明はしないが、本実施の形態によると、区間Ａのシリンダバレル１には、その内孔５近くに達するプラグ５０が装着されている。プラグ５０には、冷却水、冷却空気等の冷却媒体が流れる冷却媒体流路と不活性ガス供給路とが形成されている。すなわち、冷却媒体流路は往路５１と復路５２とからなっている。また、不活性ガス供給路５３は、プラグ５０の中心部を通ってシリンダバレル１の内孔５に開口している。したがって、制御された温度あるいは流量の冷却媒体を往路５１から復路５２へと流すことにより、不活性ガス供給口６の近傍の温度を軽合金射出材料の融点以下に保つことができる。本実施の形態によっても、前述したような効果が得られることは明らかである。
【００３３】
本発明は、本実施の形態に限定されることなく色々な形で実施できる。例えば、不活性ガス供給口６は、前述したように特殊な箇所に開口しているので、シリンダバレル１の上方に設けることもできる。不活性ガスを上方から供給しても、スクリュのフライトにより旋回されるので、ホッパの方へ短絡するようなことはない。また、図２には１個の不活性ガス供給孔が示されているが、複数個設けることができることは明らかである。このとき、冷却媒体流路はシリンダバレルの内孔５を取り囲むように、内孔５と同心状に設けることもできる。
【００３４】
また、成形運転前に所望の成形温度になるまでシリンダバレルを加熱しているとき、成形中断時、成形終了後シリンダバレルの温度が下がるまでの間等においても、不活性ガスを供給するように実施することもできる。このように実施すると、各成形工程における酸化を防止でき、活性度の高い軽合金射出材料でも燃焼等の危険を回避することができる。また、融点の高い酸化マグネシウムなどが生成され、成形運転に悪影響を及ぼすようなこともなくなる。
【００３５】
実施例１：
（１）試験機：本出願人が所有する、図１に示すようなマグネシウム射出成形機ＪＬＭ７５ＭＧの実機を使用した。
（２）軽合金射出材料：ペレット状のマグネシウム合金でテストした。
（３）試験条件：不活性ガスにアルゴンガスを使用した。このとき、スクリュ供給部において酸素は検出されなかった。成形サイクルは３０秒で、２００ショット（３０ｓ×２００＝６０００ｓ）試験した。なお、射出・保圧工程、計量工程、型開き工程、中間時間、型閉じ工程、型締め工程、射出・保圧工程のような成形動作を繰り返したが、溶融・計量されたマグネシウム合金は、金型に射出することなく、大気中へ排出した。
その結果を、横軸に実験開始からの経過時間を、そして縦軸にスクリュ回転負荷圧力をとって、図３の（イ）に示す。この図から、スクリュ回転負荷圧力は、２００ショット後において、２．７ＭＰａであり、従来の８．ＭＰａに比較して大幅に軽減されていることが確認できた。
【００３６】
実施例２：不活性ガスに、アルゴンに代えて窒素を用いた以外は実施例１と同じ条件で試験した。その結果を図３の（ロ）に示す。窒素でもほぼ同様な結果が得られることが分かる。
なお、マグネシウム合金以外の他の軽合金射出材料についてはテストはしなかったが、固体状の軽合金射出材料の表面に酸化膜が形成されると、摩擦抵抗は大きくなり、スクリュ回転負荷圧力は増大すると考えられるので、スクリュ供給部近傍に不活性ガスを供給すれば、同様な効果が得られると推量される。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、その外周部には軸方向にヒータが設けられ、後端部寄りにはその内孔に達する材料供給孔が開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、そのフライトが前記材料供給孔に対応した位置に達しているスクリュとを備え、固体状の軽合金射出材料が前記材料供給孔からスクリュ供給部を経て前記シリンダバレルに供給されて溶融され、そして金型に射出されるようになっている射出成形装置により金属成形品を得るとき、成形運転中は、前記材料供給孔の先端部と前記ヒータの最後端に設けられているヒータの後端部との間の、前記シリンダバレルに設けられている不活性ガス供給口から前記シリンダバレル内に不活性ガスを供給するので、スクリュ供給部近傍を高効率的に不活性ガス雰囲気にすることができる。したがって、本発明によると、シリンダバレル内で高温となった固体状の軽合金射出材料の表面の酸化膜の形成を防止することができるという本発明に特有の効果が得られる。本発明によると、シリンダバレル内で酸化膜が形成されないので、酸化膜に起因する固体状の軽合金射出材料の表面の摩擦係数の増大によるスクリュの輸送能力の低下および固体状の軽合金射出材料同志の摩擦発熱によって塊状に固まることにより生じるスクリュ回転負荷圧力の増大を抑制することができる。これにより、長時間連続して安定して成形することができる。また、スクリュ供給部近傍を高効率的に不活性ガス雰囲気にすることができので、少ない量の、また安価な窒素で低コストで上記のような効果を得ることがきる効果も得られる。さらに本発明によると、材料供給孔の先端部と最後端に設けられているヒータの後端部との間の、シリンダバレルに設けられている不活性ガス供給口からシリンダバレル内に不活性ガスを供給するので、すなわちスクリュのフライトが設けられている箇所から供給するので、供給された不活性ガスは回転するフライトにより旋回される。したがって、本発明によると、軽合金射出材料の供給状態の粗・密に関係なく、スクリュ供給部近傍を不活性ガス雰囲気にすることができる効果も得られる。また、供給された不活性ガスは、固体状の軽合金射出材料間に挟まれて、スクリュの回転によりシリンダバレルの先端部の方へ移送されるので、固体状の軽合金射出材料が溶融するまで、酸化が防止される効果も得られる。すなわち、固体状の軽合金射出材料が溶融し始める箇所まで不活性ガス雰囲気になるので、溶融した軽合金射出材料が酸化・燃焼する危険性を回避できる効果も得られる。
また、成形運転中は、材料供給孔の先端部と最後端に設けられているヒータの後端部との間の、シリンダバレルの内壁面近くの温度が軽合金射出材料の融点よりも低い箇所から前記シリンダバレル内に不活性ガスを供給する発明によると、あるいは不活性ガス供給箇所の近傍の温度が、軽合金射出材料の融点よりも低くなるようにコントロールされる発明によると、上記したような効果に加えて、軽合金射出材料が軟化して不活性ガス供給口を塞ぎ、不活性ガスの供給が不能になることがないという効果が得られる。また、不活性ガスをシリンダバレルの下方から該シリンダバレル内へ供給する発明によると、上記のような効果に加えて、さらに効率的にスクリュ供給部近傍を不活性ガス雰囲気にすることができる。不活性ガスの供給量を、材料供給孔の近傍の酸素濃度によりコントロールする発明によると、不活性ガスを過不足無く供給でき、安価に金属成形品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる射出成形装置を示す図で、その（イ）は全体を模式的に示す側面図、その（ロ）は不活性ガス供給口近傍の断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係わる不活性ガス供給口近傍の断面図である。
【図３】本発明の実施例の結果を示す図で、その（イ）は不活性ガスにアルゴンを、その（ロ）は窒素を使用した場合の、実験経過時間とスクリュ回転負荷圧力との関係を示す図である。
【図４】従来の射出成形装置を示す側面図である。
【図５】他の従来の射出成形装置を示す側面図である。
【図６】一般的な従来の射出成形装置を示す側面図である。
【図７】従来の射出成形装置によるテストの、実験経過時間とスクリュ回転負荷圧力との関係を示す図である。
【図８】平成１３年度、塑性加工春期講演会（２００１）で発表された固体マグネシウム合金の摩擦に関する図で、その（イ）は酸化膜のない場合の、その（ロ）は酸化膜のある場合の摩擦係数を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　シリンダバレル　　　　　　２　　　　材料供給孔
３　　　射出ノズル　　　　　　　　４’　　　ヒータ（後方のヒータ）
６　　　不活性ガス供給口　　　７，７’　　　不活性ガス供給孔
１０　　　スクリュ　　　　　　　　１１　　　　フライト
１２　　　スクリュ供給部　　　　　１３　　　　酸素濃度センサ
１４　　　温度センサ　　　　　　　２４　　　　第１のホッパ
３０　　　　不活性ガス供給装置　　　　４０　　　　コントローラ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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