JP3184294B2 - 金属成形体用射出成形装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半凝固スラリの
製造から射出成形までの一連の成形プロセスを一装置内
で行うような金属成形体用射出成形機の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インゴット状の金属材料を粉砕機
で粉砕した後、半凝固スラリを形成し、これを射出機に
よって金型に射出するような装置が知られている。例え
ば本出願人が既に開示している特開平３―２５８４５２
号はかかる装置として提案されたものであり、この装置
ではインゴット状金属材料を供給室に供給した後、該室
内にアルゴンガスを流通させて不活性雰囲気化に保持し
つつ所定温度で半溶融状態まで加熱し、その後この半溶
融状態のインゴットを粉砕機で粉砕して射出機の加熱シ
リンダ内に送給するとともに、このシリンダ内のスクリ
ュウの回転攪拌作用によって半凝固スラリを形成して金
型に射出するようにしている。そして材料供給室を不活
性雰囲気化しているのは、取り扱う金属材料が例えばア
ルミニウム合金或いはマグネシウム合金のように酸化し
やすい金属の場合に空気との接触を避けて酸化による不
純物混入を防止するためである。そしてかかる各工程を
一装置内で連続的に行い、付帯設備の不要化、金属材料
への不純物混入防止、射出機のスクリュウの耐久性向上
等を図ったものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記装置の場合
は、インゴット状金属材料の加熱保持と粉砕機による粉
砕が単一の室で処理されているため、材料が粉砕されて
いる時は次ショットの材料を供給して加熱することが出
来ず、生産性を高められないという問題があった。すな
わち、前述のように酸化による不純物の混入を避けるた
め材料供給室の不活性雰囲気状態を保持する必要があ
り、粉砕している材料が残っている間に室を開放するこ
とが出来ないからである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、請求項１では、一端を金型２と連通し、横向きに配
設された射出機１の他端側に接続され、縦向きに配設さ
れた材料供給室３を備え、該材料供給室３からインゴッ
ト状の金属材料Ｗを射出機１に供給し、この金属材料Ｗ
を半凝固スラリにして射出機１の一端側に連通する前記
金型２に射出するようにした金属成形体用射出成形装置
において、前記材料供給室３を、上から下に順に連通す
るインゴットを導入するインゴット導入室３１、その下
流にインゴットを加熱する加熱室３２、その下流に該イ
ンゴット状の金属材料を粉砕するチョップ室３４を設
け、前記インゴット導入室３１とその下流の加熱室３２
との間、前記加熱室３２とその下流のチョップ室３４と
の間には、上下に連通するこれ等の金属材料供給経路に
対して直交する方向に開閉自在とした区画部材３５，３
６を設けたことを特徴とする。 請求項２では、請求項１
において、前記インゴット状の金属材料Ｗはマグネシウ
ム合金又はアルミニウム合金であり、且つ前記加熱室３
２は不活性雰囲気化されることを特徴とする。

【０００５】

【作用】材料供給室３を上から下に順に連通するインゴ
ットを導入するインゴット導入室３１、その下流にイン
ゴットを加熱する加熱室３２、その下流に該インゴット
状の金属材料を粉砕するチョップ室３４に区画すること
で、チョップ室３４でインゴットを粉砕している間に加
熱室３２に次ショットのインゴットを供給し加熱保持す
る作業を行ってもチョップ室３４での不活性雰囲気状態
は保持出来る。このためサイクル性が高まる。そして区
画部材３５，３６を供給経路に対して直交方向に開閉さ
せることで、インゴットのストッパを兼ねさせることが
出来、しかも、供給経路が例えば垂直である時は、イン
ゴットをスムースにチョップ室３４内に自由落下させる
ことが出来る。

【０００６】

【実施例】本発明の金属成形体用射出成形装置の実施例
について添付した図面に基づき説明する。図１は本発明
の要部である材料供給室の拡大図、図２は射出成形装置
の全体図である。

【０００７】先ず、図２に基づき射出成形装置全般の概
要から説明する。

【０００８】本発明の射出成形機は、横向きに配設され
た射出機１の一端側に接続する金型２と、射出機１の他
端側に接続する材料供給室３を備え、材料供給室３から
供給したインゴット状の金属材料Ｗを処理して半凝固ス
ラリを形成し、金型２に射出するようにしている。

【０００９】そして射出機１は、支持台４上のシリンダ
ホルダ５に支持される加熱シリンダ６と、この加熱シリ
ンダ６内に設けられた混練スクリュ７と、該加熱シリン
ダ６先端に接続するプランジャ機８からなり、このプラ
ンジャ機８のプランジャスリーブ１０のセラミックスリ
ーブ１１内には、プランジャチップ１２が摺動自在に設
けられている。

【００１０】そしてプランジャスリーブ１２の周囲は保
温用ヒータ１３で覆われ、更にその周囲には断熱材１４
が設けられている。又、プランジャスリーブ１２の所定
箇所に複数の温調用の熱電対が設けられている。

【００１１】一方、前記加熱シリンダ６の周囲にも抵抗
加熱コイル１６と断熱材１７が設けられ、又、先端側に
は、周囲をセラミックアタッチメント１８に囲われるア
タッチメント１９が設けられて先端先細りのスラリ供給
口２０を形成している。そしてこのスラリ供給口２０が
前記セラミックスリーブ１１の内周面に向けて開口して
いる。そしてこの加熱シリンダ６にも、複数の温調用熱
電対を設けている。

【００１２】混練スクリュ７は先端にストップバルブ２
３を備え、このストップバルブ２３は、前記スラリ供給
口２０の先端最小径部より大きな径とし、前進した際に
スラリ供給口２０を塞ぐことが出来るようにされるとと
もに、後端部側はスクリュ回転用モータ２４に連結され
て回転自在とされている。そして、このスクリュ回転用
モータ２４は、前記支持台４上にスライドガイド２５を
介して取り付けられており、前後（図中左右）にスライ
ド自在とされている。

【００１３】又、混練スクリュ７の螺旋溝は少なくとも
前記材料供給室３より前方側に設けられ、この螺旋溝の
後端部上部に材料供給室３が連通している。

【００１４】ところで、前記混練スクリュ７の後端側
は、カップリングを介してスクリュ回転用モータ２４よ
り更に後方に延出しスクリュ前後動用シリンダユニット
２６に接続している。このため、このスクリュ前後動用
シリンダユニット２６の作動によって、混練スクリュ７
とスクリュ回転用モータ２４は前後動する。

【００１５】尚、前記加熱シリンダ６の後端側には、混
練スクリュ７との摺動部に、図１に示すような回転摺動
用シール及びダストシールを組み合わせたシール部２７
を設けるとともに、所定箇所にメタルパッキン、メタル
シールを使用して外部との接触を避けた密封構造として
いる。

【００１６】又、支持台４とシリンダホルダ５との接合
部にはセラミック板２８を設けるとともに、支持台４側
に冷却コイル２９を設け、又、前記加熱シリンダ６の後
端側にも冷却コイル２９を設けて冷却するようにしてい
る。これは通常の射出成形機以上にシリンダホルダ５が
加熱されるため、他の機器等への悪影響を避けるためで
ある。

【００１７】それでは、材料供給室３の構成について、
図１に基づき説明する。

【００１８】材料供給室３は縦向きに配設され、上方か
らインゴットの導入室３１、加熱室３２、保温室３３、
チョップ室３４に区画され、導入室３１と加熱室３２の
間は区画部材としての第１シャッタ３５によって遮断可
能とされるとともに、加熱室３２と保温室３３の間は、
第２シャッタ３６によって遮断自在とされている。

【００１９】すなわち、この第１、第２シャッタ３５、
３６は夫々の開閉用シリンダユニット３７、３８によっ
て水平に進退動可能となり、縦方向に形成される材料供
給経路に対して直交方向に開閉するようにしている。

【００２０】導入室３１は、ケーシング４０の上部にイ
ンゴット挿入ハッチ４１を備え、ケーシング４０周囲を
囲む抵抗加熱ヒータ４２によって室内が所定温度に保持
されるようにされている。そしてこの抵抗加熱ヒータ４
２の周囲を断熱材４３によって覆っている。

【００２１】又、前記インゴット挿入ハッチ４１には、
上下に開閉させるための開閉シリンダユニット４４が連
結され、又、この挿入ハッチ４１に対して上下に摺動自
在なスライド軸４５が設けられている。

【００２２】そしてこのスライド軸４５の下端部には、
インゴットＷの下部を支えるインゴットホルダ４６を設
けて、スライド軸４５の更に中央を貫く回転軸４７の下
端に連結するとともに、スライド軸４５の中間部に保持
枠４９を設けている。そして回転軸４７の上端に設けた
回転つまみ４８によって、回転軸４７とインゴットホル
ダ４６を回転させるようにしている。尚、このインゴッ
トホルダ４６は、後述するように加熱室３２内にインゴ
ットＷを降下させた後、インゴットＷの下面を外れる位
置まで回転させ、インゴットＷを第２シャッタ上に移載
するためのものである。

【００２３】又、前記挿入ハッチ４１とケーシング４０
間、及び前述の第１、第２シャッタ３５、３６とケーシ
ング４０間等の摺動接合部、或いは回転接合部等はすべ
てメタルパッキン又はメタルシールによってシールされ
密封化が図られており、以下、各室同様である。

【００２４】次に、加熱室３２は、インゴットＷを加熱
する室であり、周囲に誘導加熱コイル５０を巻装せしめ
たセラミックスリーブ５１が設けられている。

【００２５】そしてかかるセラミックスリーブ５１は、
例えば窒化珪素、アルミナ、サイアロン、ジルコニア等
のセラミックスであり、又、誘導加熱コイル５０は、ケ
ーシング４０のコイル引出し口５２から外部に延出する
銅パイプであり、この銅パイプの内部には冷却水を導入
するようにしている。

【００２６】前記第２シャッタ３６は、このセラミック
スリーブ５１の下端に沿って摺動する訳であるが、誘導
加熱による影響を考慮してセラミック製としている。
又、このシャッタ３６に結合するシャフト５３もセラミ
ック軸として、ジョイント５４を介して開閉シリンダユ
ニット３８のロッドに連結している。

【００２７】保温室３３は、加熱したインゴットＷをチ
ョップするまでの間、温度が低下するのを防ぐための室
であり、室の高さが他の２室より長く、材料の一時スト
ック室、或いは供給量の調整室としての役目も果たすよ
うに考慮されている。

【００２８】そして、材料は通常上方から自由落下によ
って供給されるが、落下をスムースにするためケーシン
グ４０の上方側が漏斗状となり、下方の狭まった箇所に
はケーシング４０周囲に抵抗加熱ヒータ５５が巻き付け
られている。そしてその周囲を断熱材５６で覆ってい
る。

【００２９】チョップ室３４は、変形抵抗の低下したイ
ンゴットＷを裁断、押し潰して下方の混練スクリュ７に
供給するための室であり、このチョップ室３４の上部に
は、混練器式２軸チョッパ５８が設けられている。

【００３０】この２軸チョッパ５８は、相互に反対向き
螺旋ブレードを有する一対の回転体を有し、この回転体
を逆方向に回転させて螺旋ブレードを未接触状態で噛み
合わせ、インゴットＷを下方に引き込むように粉砕して
ゆくものである。そして、この２軸チョッパ５８は混練
スクリュ７と同期して回転し、停止時にはインゴットＷ
のストッパの役目も果たすものである。

【００３１】かかるチョップ室３４も温度低下を避ける
ため抵抗加熱ヒータ５９によって加熱保温されている。
又、場合によってはチョッパ５８の回転軸を二重にし、
内側に棒状ヒータを入れることもあり、この際軸受にセ
ラミックベアリングを使用することもある。

【００３２】又、チョッパ５８の駆動は油圧或いは電動
モータによるが、熱被害から避けるためその設置位置は
装置から遠く離し、動力の伝達系統にも途中に断熱材を
使用している。

【００３３】ところで、前記導入室３１及び加熱室３２
には、不活性雰囲気化機構６１を接続している。

【００３４】この不活性雰囲気化機構６１は、導入室３
１、加熱室３２から空気を吸引する真空ポンプ６２と、
同室３１、３２に不活性ガスを充填するガスボンベ６３
と、三方弁６４、リーク弁６５ａ、その他の弁６５ｂ等
を介して導入室３１と加熱室３２に連通する管路６６を
備えており、導入室３１と加熱室３２から当初真空引き
した後、不活性ガスを充填するようにしている。

【００３５】そしてかかる不活性ガスとしては、例えば
アルゴン、窒素、二酸化炭素等を使用する。

【００３６】以上のような射出成形装置の作用について
述べる。

【００３７】先ず、射出成形機の準備が整うと、真空ポ
ンプ６２が作動して導入室３１と加熱室３２を介して保
温室３３、チョップ室３４加熱シリンダ６室内等含めて
真空にした後、ガスボンベ６３から不活性ガスを供給し
て装置内を不活性雰囲気にする。

【００３８】その後、それまで開いていた第１シャッタ
３５が閉じられ、リーク弁６５ａを介して導入室３１が
大気と開放され、開閉シリンダユニット４４によってイ
ンゴット挿入ハッチ４１とインゴットホルダ４６が持ち
上げられる。

【００３９】続いて手作業又は自動搬送機によって、例
えばマグネシウム合金等のインゴットＷがインゴットホ
ルダ４６にセットされると、開閉シリンダユニット４４
は降下し、再び挿入ハッチ４１が閉じられる。そしてリ
ーク弁６５ａも閉じる。

【００４０】そして真空ポンプ６２によって導入室３１
内を減圧するが、この際、導入室３１内はヒータ４２に
よって１００℃から３００℃の範囲内に加熱されてお
り、インゴットＷ表面に付着している水分は蒸発してエ
アとともに排出される。

【００４１】その後、そのままの減圧状態を保ったま
ま、或いは不活性ガスを導入して不活性雰囲気状態にし
て第１シャッタ３５を開ける。

【００４２】ここでスライド軸４５が降下して、インゴ
ットホルダ４６上のインゴットＷが加熱室３２のセラミ
ックスリーブ５１内に挿入される。そして挿入が終える
と、回転つまみ４８によって回転軸４７、インゴットホ
ルダ４６を回転させ、インゴットＷの下面支持を解放す
る。このためインゴットＷは第２シャッタ３６上に移載
される。

【００４３】その後インゴットホルダ４６は上昇して第
１シャッタ３５が閉じ、インゴットＷの加熱が開始され
る。又、この加熱と同時に、前記導入室３１では次のシ
ョットのインゴットＷの導入手順を行うことが出来る。

【００４４】インゴットＷの加熱は予めテストによって
設定された条件で加熱され、例えば所定のパワー、周波
数、時間等によってインゴットＷが半凝固領域に達する
まで行われる。

【００４５】そしてこの温度は、インゴットＷの固相率
が約５０％から９０％程度の範囲内で、インゴットＷと
しての形状を保持したまましかもチョップ時にチョッパ
５８に過大な力を要さない範囲に加熱出来ることが好ま
しく、一般的なマグネシウム合金（ＡＺ９１）の場合、
約５６４℃から４９３℃位が適当である。

【００４６】尚、最終的な半凝固スラリの温度管理は、
射出機の加熱シリンダ６内で行われるため、この加熱室
３２における温度管理幅は、例えば固相率５０％以下に
加熱出来るものであればよく、工程管理は容易である。

【００４７】加熱が終えると、第２シャッタ３６が開い
てインゴットＷは下方の保温室３３に落下する。そし
て、前記のように２軸チョッパ５８が作動していない
時、インゴットＷはチョッパ５８上で待機するが、この
室内は上記加熱室３２と同じ温度で加熱されており、待
機中或いはチョップ中にインゴットＷの温度が低下する
のを防止する。

【００４８】又、第２シャッタ３６はその後閉じられ、
加熱室３２では次のインゴットＷを挿入、加熱すること
が出来る。

【００４９】チョップ室３４のチョッパ５８が作動する
と、インゴットＷは細かく分断される。すなわち、加熱
されたインゴットＷは、変形抵抗が約数百分の一から数
千分の一に低下しており、逆回転する２つの回転体の螺
旋ブレードによって引きちぎられ且つ押し潰されて裁断
される。

【００５０】そして裁断された金属材料は混練スクリュ
７に供給され、このスクリュ７の強い攪拌作用と、加熱
シリンダ６からの加熱によって固相デンドライトが分
断、粒状化されながら半凝固スラリとなって前方に運ば
れる。

【００５１】前方に運ばれたスラリはプランジャスリー
ブ１０内に入り、所定量溜まったところでスクリュ７が
前進して、ストップバルブ２３がスラリ供給口２０を塞
ぎ、プランジャ機８による射出が行われる。

【００５２】尚、以上のような装置によってチョップ室
３４でインゴットの粉砕を行っている間に、加熱室３２
で次ショットのインゴットを加熱し、その間外部と遮断
して酸化防止を図ることが出来るが、この装置によって
例えば近年製造頻度が高くなったＭＭＣ成形等をインラ
インで行うことも出来る。

【００５３】すなわち、かかるＭＭＣ（金属基複合材）
の製造方法には、半凝固スラリにセラミック粒子等を入
れ、これを攪拌しながら分散させるコンポキャスティン
グのような方法があるが、チョップ室３４直下のスクリ
ュ７部等にセラミックス粉末の供給口を設ければ、加熱
シリンダ６内で容易にＭＭＣスラリを製造出来るからで
ある。

【００５４】又、セラミック粒子等を分散させたＭＭＣ
インゴットを使用することも可能である。この際、ＭＭ
Ｃインゴットは機械加工が難しくペレットに加工しよう
とすると加工コストが極めて高くつくという問題がある
が、半凝固状態にすれば常温に較べて変形抵抗が充分小
さくなり、合金インゴットと同様に加熱、供給出来るた
め、コスト上昇を伴わないで成形出来る。

【００５５】

【発明の効果】以上のように本発明は、材料供給室３を
上から下に順に連通するインゴットを導入するインゴッ
ト導入室３１、その下流にインゴットを加熱する加熱室
３２、その下流に該インゴット状の金属材料を粉砕する
チョップ室３４に区画して、インゴットの加熱と粉砕を
同時に行うことが出来るようにしたため、生産性が極め
て高くなった。そしてこの間、外部と一切遮断すること
で酸化等の不純物の混入がなく、品質の良い成形品を製
造出来る。又区画部材を供給経路に直交させて開閉する
ことで、供給経路が例えば縦向きに形成される時に、区
画部材によってストッパの役割を果たさせ、又自重落下
による搬送をスムースに行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の要部である材料供給室の拡大図

【図２】射出成形装置の全体図

【符号の説明】

１ 射出機 ２ 金型 ３ 材料供給室 ３１ 導入室 ３２ 加熱室 ３３ 保温室 ３４ チョップ室 ３５ 第１シャッタ ３６ 第２シャッタ ６１ 不活性雰囲気化機構 Ｗ インゴット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−258452（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 17/30 B22D 17/00 B22D 27/04 B22D 27/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端を金型２と連通し、横向きに配設さ
   れた射出機１の他端側に接続され、縦向きに配設された
   材料供給室３を備え、該材料供給室３からインゴット状
   の金属材料Ｗを射出機１に供給し、この金属材料Ｗを半
   凝固スラリにして射出機１の一端側に連通する前記金型
   ２に射出するようにした金属成形体用射出成形装置にお
   いて、 前記材料供給室３を、上から下に順に連通するインゴッ
   トを導入するインゴット導入室３１、その下流にインゴ
   ットを加熱する加熱室３２、その下流に該インゴット状
   の金属材料を粉砕するチョップ室３４を設け、 前記インゴット導入室３１とその下流の加熱室３２との
   間、前記加熱室３２とその下流のチョップ室３４との間
   には、上下に連通するこれ等の金属材料供給経路に対し
   て直交する方向に開閉自在とした区画部材３５，３６を
   設けた、 こ とを特徴とする金属成形体用射出成形装置。
2. 【請求項２】 前記インゴット状の金属材料Ｗはマグネ
   シウム合金又はアルミニウム合金であり、且つ前記加熱
   室３２は不活性雰囲気化されることを特徴とする請求項
   １に記載の金属成形体用射出成形装置。