(57)【要約】【課題】マグネシウム基合金の粒状材料を、重量と長さが制限された角柱状のチップとすることによって、金属成形機の溶融筒内における粒状材料のブリッジやおこし状堆積物の発生を防止する。【解決手段】切削機械により断面が台形状や三角形状等に切削形成された角柱状のチップである。質量１２ｍｇ以上、長さ９．０ｍｍ未満の粒子サイズから実質的になる。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削機械により断面が台形状や三角形状等に切削形成された角柱状のチップであって、質量１２ｍｇ以上、長さ９．０ｍｍ未満の粒子サイズから実質的になることを特徴とする射出成形用マグネシウム基合金材料。
【請求項２】
切削機械により断面が台形状や三角形状等に切削形成された角柱状のチップであって、質量１２ｍｇ以上、長さ９．０ｍｍ未満からなる粒子サイズのチップの存在量が、材料全体の６０質量％以上であり、質量１０ｍｇ未満、長さ４．０ｍｍ未満の粒子サイズのチップの存在量が１０質量％未満に制限されてなることを特徴とする射出成形用マグネシウム基合金材料。
【請求項３】
上記請求項１又は２の何れかに記載の射出成形用マグネシウム基合金材料を完全溶融又は半溶融状に加熱し、それを冷却した金型に射出して製造されることを特徴とする製品。
【請求項４】
上記請求項１又は２の何れかに記載の射出成形用マグネシウム基合金材料を、先端のノズル部材を下側に傾設した溶融筒内に供給して完全溶融又は半溶融状に加熱し、それを溶融筒内に進退自在に設けた軸方向のプランジャにより、計量後にノズル部材を通して冷却した金型に射出し、任意形態の製品に成形することを特徴とする成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、射出成形機によるマグネシウム基合金の製品の成形に適合した射出成形用マグネシウム基合金材料及び製品と成形方法とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）などの金属或いはそれらの合金を粒状に成形し、それを成形材料として加熱筒内にスクリュを備える射出装置や押出装置に供給し、スクリュ回転により溶融した金属材料を、プラスチックの場合と同様に、計量後に冷却した金型に射出充填して金属製品に成形することが行われている。
【０００３】
これまで使用されてきた粒状材料はスクリュタイプの成形機用で、粒子が大きいと、粒子間に隙間が生じて空気を取込み易く、またスクリュの材料喰込みが悪くなるとの理由から、その殆どは長さが５．０ｍｍ未満に制限されたものであった。
【０００４】
溶融は完全溶融（液相線温度以上の温度）又は半溶融状（固相線温度以上で液相線温度未満の温度）の何れでも可能であるが、液相状態にまで完全溶融すると湯の状態となって粘度が極端に小さくなり、また自重により水平な加熱筒内のスクリュ下側に偏って溜り、スクリュ上側に空間が生ずるなどして、スクリュ回転による移送が難しくなる。またスクリュ後退による加熱筒先端内への計量も不安定となるなどのことから、その殆どは流動抵抗を有する半溶融状に溶融して行われている。
【０００５】
そこで、プランジャにより溶融状態を問わない射出成形を可能にして、スクリュを採用した場合の課題を解決した成形機が開発された。
図３はその１例を示すもので、外周囲に加熱手段１０を備える筒体１１の先端にノズル部材１２を設け、その内部にノズル口に接続した計量室１３を縮径により形成し、筒体上部に密閉ホッパ１４を備えた供給装置１５と接続した材料投入口１６を有する溶融筒１７と、後端を進退駆動装置１８に連結して、筒体１１の閉鎖後端から溶融筒１７に内装し、計量室１３に先端の射出ヘッド１９を進退自在に嵌挿した軸方向のプランジャ２０とから射出機構を構成して、プランジャ２０の進退移動により溶湯の計量及び射出を行えるようにし、その射出機構をノズル部材１２を下側に４５°前後の角度に傾斜設置して、ノズルタッチブロック２１にノズル部材１２をノズルタッチし、ノズルタッチブロック内のホットランナー２２と、それに接続したノズル管２３を経て溶湯を金型２４に射出し、冷却により金属製品に成形する構成よりなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような射出機構が傾斜した成形機に、スクリュタイプの成形機用として、切削機械により２．２ｍｍに切削形成されたマグネシウム基合金の粒状材料を使用すると、供給口の落下口部にブリッジが生じて落下による材料供給がスムーズに行い難くなったり、或いは図に示すように、供給口の真下の溶融筒内側に材料が恰も「おこし」のように固まって堆積し、それが長時間の稼働により徐々に肥大化して、材料の溶融障害や射出プランジャの可動障害となったりする。これらの稼働中の障害は成形機の機能低下を招き、連続して射出成形される金属製品の品質にも大きな影響を与える、という課題が生じた。
【０００７】
上記ブリッジ或いはおこし状堆積物（以下堆積物という）の発生は、粒状材料の粒子サイズが小さくて軽いことと、製造上避けられない寸法差による粒度分布が存在し、質量が大きく異なる粒子（３±２ｍｇ）が混在することが原因として挙げられる。
【０００８】
上記成形機では供給口の落下口部を含めて、溶融筒が金属の溶融温度以上の高温に維持されており、このために軽質量で慣性力の小さな粒子は、溶融面への落下、滑落の途中で一部が壁面に融着する現象を起こし、時間の経過と共に肥大化するなかで大きい粒子を取り込んで、落下口部ではブリッジを形成し、供給口真下の溶融筒内側では堆積物となるものと推測される。
【０００９】
事実、切削寸法を大きく設定して粒子の質量を１０ｍｇ以上に増し、粒を揃えた材料では、質量の増加に伴い落下、滑落途中での融着現象が比例的に減少してゆく。しかし、バイトにより機械切削される粒状材料は切削幅に制限を受けるので、質量の増加は粒子サイズを長く切削する以外になく、必然的にその形状は直方形状となる。
【００１０】
一般的に、粒子の溶融は比表面積が大きい形状のものほど、伝熱面が大きくなって溶け易いといわれ、形状としては球体や立方体よりも直方体の方が溶け易いとされている。そこで同一質量のマグネシウム基合金について、形状による比表面積を検討したころ、次表に示すような結果となった。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
この表１からすると、比表面積が最も大きい直方体の方が溶け易いということになり、長さを増して質量増加を図っても溶融については特に問題はないということになる。しかし、粒子は長くなるほど方向性を有するようになり、また角縁による滑りの悪さから、容器内やホッパ内では粒子の向きがまちまちとなり易く、ホッパ等からの落下供給や容器からの吸引供給時に、互いに絡み合った状態となって供給がスムーズに行えないという新たな障害が生ずる。
【００１３】
したがつて、この発明の目的は、質量増加により上記ブリッジ或いは堆積物の課題が解決され、また粒状材料が方向性を有する形状であっても、落下又は吸引供給時に粒子相互が絡み合うことなく、材料供給がスムーズに行われる新たな射出成形用の粒状材料、特にプランジャタイプに適合した角柱状のチップからなるマグネシウム基合金材料及びその製品と成形方法とを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的によるこの発明の射出成形用マグネシウム基合金材料は、切削機械により断面が台形状や三角形状等に切削形成された角柱状のチップであって、質量１２ｍｇ以上、長さ９．０ｍｍ未満の粒子サイズから実質的になる、というものである。
【００１５】
この発明の射出成形用マグネシウム基合金材料は、切削機械により断面が台形状や三角形状等に切削形成された角柱状のチップであって、質量１２ｍｇ以上、長さ９．０ｍｍ未満の粒子サイズからなるチップの存在量が、材料全体の６０質量％以上であり、質量１０ｍｇ未満、長さ４．０ｍｍ未満の粒子サイズのチップの存在量が１０質量％未満に制限されてなる、というものである。
【００１６】
また、この発明の製品は、上記射出成形用マグネシウム基合金材料を完全溶融又は半溶融状に加熱し、それを冷却した金型に射出して製造される、というものである。
【００１７】
さらに、この発明の成形方法は、上記射出成形用マグネシウム基合金材料を、先端のノズル部材を下側に傾設した溶融筒内に供給して完全溶融又は半溶融状に加熱し、それを溶融筒内に進退自在に設けた軸方向のプランジャにより、計量後にノズル部材を通して冷却した金型に射出し、任意形態の製品に成形する、というものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の射出成形用マグネシウム基金属材料の２形態例を示すものである。マグネシウム基金属材料はアルミニウム金属成分とその他の微少金属成分とを含む。
【００１９】
図１（ａ）は断面が台形状のチップ１、図１（ｂ）は断面が三角形状のチップ２を示すものである。この何れのチップ１，２も切削機の回転ドラムに並列に取付けた多数のバイトにより、通常に切削成形されたもので、チップ１，２の長さ（Ｌ）はバイトの切削幅によって定まり、幅（Ｗ）と厚さ（Ｄ）はバイトのすくい角と送り量とによって定まる。また断面の形状相異はバイトのすくい角の大小による。
【００２０】
しかし、板状のマグネシウム基合金の地金に、回転ドラムに一定間隔ごとに取付けた多数のバイトを当てがって、バイトの切削幅ごとに地金を切り取る切削では、製造されるチップ１，２の幅（Ｗ）には限界がある。また切削形成されたチップ１，２のなかには互いに繋がって存在するものが多いので、それらを解砕により切り離して篩分けする必要がある。このため篩分け後のチップ長さ（Ｌ）は、バイトの切削幅よりも若干短く形成される傾向にあり、質量も解砕による削がれや欠けなどによって同一とはなり難い。
【００２１】
因に、切削幅７．５ｍｍのバイトにより切削成形したチップ１について１例を挙げると、（Ｌ）７．３５ｍｍ〜７．５ｍｍ、幅（Ｗ）１．９ｍｍ〜２．２５ｍｍ、厚さ（Ｄ）０．９ｍｍ〜１．２０ｍｍ、質量８．０ｍｇ〜２７、９ｍｇであった。
【００２２】
表２はバイトの切削幅（４．０ｍｍ、６．０ｍｍ、７．５ｍｍ、９．０ｍｍ、１０．０ｍｍ）を粒子サイズの設定長さとして切削成形し、篩別けにより選別（５０個）した断面が台形状のチップ１の質量分布の一例を示すものである。
なお、すくい角１０度、送り量１．２ｍｍ／ｒｅｖである。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
表２のバイト幅毎に切削形成した各チップを、下記成形条件が設定された図３と同様な構成の成形機に供給し、溶湯面にて溶融した材料を溶融筒内に完全溶融状態で溜め、プランジャの後退により１ショット分の溶湯をノズル部材内の計量室で計量したのち、プランジャの前進により計量した溶湯をノズル部材から、ホットランナ及びノズル管を通して、冷却した金型に射出充填し、以後、１ショット分の成形材料を１ショット毎に供給しながらマグネシウム金属製品の成形を継続した。その結果は表３のとおりであった。
【００２５】
［成形条件］
材料供給量　（１ショット分）　６０ｇ
溶融筒容積（溶解部）　　　　　２７００ｍｌ
貯溜量　　　　　　　　　　　　３０ショット分
溶融筒温度　　　　　　　　　　６５０℃
成形サイクル（供給間隔）　　　２５〜３０ｓｅｃ
【００２６】
【表３】
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【００２７】
【表４】
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【００２８】
通常、溶融筒の分解掃除は２万ショットを終了した時点で行っているので、質量２．０ｍｇ〜９．９ｍｇ、長さ４ｍｍでは頻繁な分解掃除が必要となる。
質量１６．０ｍｇ以上、長さ１０ｍｍでは、容器から吸引すると供給量にむらが生じ、設定量の材料供給がスムーズに行えないという障害が生じた。この原因は、粒子サイズが長過ぎて絡み合った状態となり、詰まりが生じたことによるもであった。
【００２９】
このようなことから、粒子の質量が１０ｍｇ未満、長さ４ｍｍの粒状材料は、溶融筒内で材料を溶融してプランジャにより射出する成形機の成形材料としては好ましいものではなく、長期間の稼働における確実性を考慮するならば、質量１２ｍｇ以上、長さ９ｍｍ未満、好ましくは質量１６ｍｇ以上、長さ７．５±５ｍｍの粒子サイズで、断面が台形状で角柱状のチップ１ということになる。
【００３０】
また保管及び移送中の震動や衝撃により折れて、質量が１０ｍｇ未満、長さが４．０ｍｍ未満になるものもある。これを使用時に除去することは作業工程の上から難しい。そこで、そのような粒子の混在について調べたところ、質量１２ｍｇ以上、長さ９．０ｍｍ未満からなる粒子サイズのチップが、材料全体の６０質量％以上であれば、１０質量％未満の範囲で許容でき、材料の溶着やブリッジ、堆積物等の発生による溶融障害やプランジャの可動障害等が生じないことが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係わる射出成形用マグネシウム基合金材料の２形態例を示す斜視図である。
【図２】斜設した溶解筒に射出及び計量用のプランジャを内装した金属射出成形機の説明図である。
【符号の説明】
１　　断面が台形のチップ
２　　断面が三角形のチップ
【図１】
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【図２】
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