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発明の名称 金属材料の射出成形方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−105113(P2001−105113A)
公開日 平成13年4月17日(2001.4.17)
出願番号 特願平11−279351
出願日 平成11年9月30日(1999.9.30)
代理人 【識別番号】100062225
【弁理士】
【氏名又は名称】秋元 輝雄
発明者 小林 孝浩 / 宮川 守
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 先端にノズルを有し後部に供給口を有する加熱筒内に、スクリュを回転かつ軸方向に移動可能に備えた射出装置を用い、液相状態で計量した金属材料をスクリュの前進移動により上記ノズルから射出するにあたり、射出完了後に前進位置のスクリュを設定回数だけ回転して、加熱筒とスクリュフライトとのクリアランスに入り込んだ金属材料による後退抵抗を予め取り除く、次にスクリュを設定距離を強制後退させ、その後退位置にて回転するスクリュに背圧力をかけて金属材料の移送を開始し、前室に液相状態の金属材料の蓄積を行う、しかるのちスクリュの回転を停止して蓄積完了とし、その後にスクリュを前進移動して蓄積材料を押圧し、材料圧が予め定めたスクリュの前進距離内で設定圧力に達したときのみ計量完了として射出を行うことを特徴とする金属材料の射出成形方法。
【請求項2】 上記スクリュは、先端に射出用のプランジャを備え、そのプランジャは上記加熱筒の先端部内に縮径して形成した前室と略同径で、前室内の液相状材料の逆流が殆ど生じない程度の摺動クリアランスを確保して、前室に進退自在に挿入可能に形成されていることを特徴とする請求項1記載の金属材料の射出成形方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、亜鉛、マグルシウム又はそれら合金等の低融点の非鉄金属を、完全に溶融して液相状態で射出成形する際の金属材料の射出成形方法に関するものである。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】低融点の非鉄金属を完全溶融して、液相状態で射出成形することが試みられている。成形方法としては、プラスチック材料の場合と同様に、内部に射出用のスクリュを回転かつ軸方向に移動可能に備えた加熱筒を採用し、加熱筒の後部から供給された粒状の金属材料を、スクリュ回転により加熱筒の前方へと移送しつつ加熱により完全に溶融して、加熱筒の前室に液相状態にて計量したのち、スクリュ前進により加熱筒先端のノズルから金型に射出するというものであった。
【0003】このような射出成形を金属材料に採用した場合における課題は、スクリュ回転による材料移送の困難さと計量の不安定さにある。プラスチック材料では溶融により高粘度となることから、スクリュ回転による移送は、主として溶融プラスチックとスクリュの境界面における摩擦係数が、溶融プラスチックと加熱筒内壁の境界面における摩擦係数よりも小さく、そこに摩擦係数差があることから生ずる。
【0004】それに対し、液相状態にまで完全に溶融した金属材料では、プラスチックとは比較にならぬほど粘度が小さいため、上記2つの境界面における摩擦係数差が殆どないに等しく、これにより溶融プラスチックの場合のようなスクリュ回転による移送力が生じ難い。
【0005】金属材料でも、固体移送力と溶融の過程における半溶融状態における高粘度域において移送力が生じるので、その領域まではスクリュ回転により移送は行い得るが、溶融により液相率が高まるにしたがって粘度が低下し、スクリュフライト間のねじ溝による移送力が減退するので、スクリュ回転による加熱筒の前室内への安定供給は困難となる。
【0006】またプラスチック材料では、溶融により高粘度となることから、スクリュ回転により加熱筒の前室に蓄えられるに伴い、その反力としてスクリュを後方へ押し戻す材料圧が発生するので、この材料圧によるスクリュ後退を制御することによって、溶融材料に巻り込まれたエアなどの脱気、更には安定した材料計量が行い得る。
【0007】しかし、金属材料が低粘度の液相状態では、スクリュを後方へ押し戻す程の圧力上昇は生じないので、材料圧によるスクリュ後退が起こり難く、スクリュ回転のみでは前室への蓄え量も異なって計量の一定化が困難で、脱気も十分に行い難い課題を有する。
【0008】また金属材料は液相状態では低粘度で流動性を有することから、スクリュ回転を停止して静止すると、液相状態の金属材料がスクリュフライトと加熱筒とのクリアランスに入り込み、またスクリュフライトとの接触により熱がスクリュ側に奪われて固化し、これがスクリュの後退抵抗となって作動の円滑性を欠くことがある。
【0009】この発明は、金属材料を液相状態にて射出成形する場合の上記課題を解決するために考えられたものであって、その目的は、スクリュの移動操作と回転操作により、液相状態の金属材料の移送と計量及び脱気などを常に円滑に行い得る新たな金属材料の射出成形方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的によるこの発明は、先端にノズルを有し後部に供給口を有する加熱筒内に、スクリュを回転かつ軸方向に移動可能に備えた射出装置を用い、液相状態で計量した金属材料をスクリュの前進移動により上記ノズルから射出するにあたり、射出完了後に前進位置のスクリュを設定回数だけ回転して、加熱筒とスクリュフライトとのクリアランスに入り込んだ金属材料による後退抵抗を予め取り除く、次にスクリュを設定距離を強制後退させ、その後退位置にて回転するスクリュに背圧力をかけて金属材料の移送を開始し、前室に液相状態の金属材料の蓄積を行う、しかるのちスクリュの回転を停止して蓄積完了とし、その後にスクリュを前進移動して蓄積材料を押圧し、材料圧が予め定めたスクリュの前進距離内で設定圧力に達したときのみ計量完了として射出を行う、というものである。
【0011】また上記スクリュは、先端に射出用のプランジャを備え、そのプランジャは上記加熱筒の先端部内に縮径して形成した前室と略同径で、前室内の液相状材料の逆流が殆ど生じない程度の摺動クリアランスを確保して、前室に進退自在に挿入可能に形成されている、というものでもある。
【0012】
【発明の実施の形態】図中1は通常構成の射出装置の加熱筒で、外周囲にバンドヒータ(図は省略)を一定間隔ごとに取付けたものからなり、内部には射出用のスクリュ2を回転かつ軸方向に移動可能に備える。また加熱筒1は先端にノズル3を有し、後部に粒状の金属材料の供給口4を有する。5は金型でノズル3の先端がノズルタッチしている。
【0013】上記スクリュ2は、円錐状形の先端部の外周に逆流防止用のリングバルブ6を進退自在に嵌合した通常のもので圧縮部を有せず、同一軸径の軸部周囲に旋回形成したフライト間の所定ピッチのねじ溝により、上記供給口4からの粒状の金属材料をスクリュ回転により加熱筒前方へと移送する構造からなる。
【0014】図1は、射出後のスクリュ前進位置における金属材料の溶融状況を略示するものであって、後部から粒状材料a、半溶融状材料b、液相状材料cの各状態にあり、半溶融状材料bから液相状材料cに及ぶ領域の上層部には気相dが生じている。
【0015】また液相状材料cが低粘度であることから、加熱筒1とスクリュフライト2aとのクリアランスに金属材料が入り込み、これがスクリュフライト2aとの接触により熱がスクリュ側に奪われて固相状態で残り、スクリュ2の後退抵抗となるので、後退前にスクリュ回転を行って円滑に後退するようにクリアランスの金属材料を取り除く。
【0016】図2は、ノズルタッチした状態で上記スクリュ2を設定位置まで強制後退した場合を略示するもので、強制後退は油圧又は電気などによる駆動装置を用いて射出後の前進位置からスクリュ2を後方に引っ張って行う。この強制後退はスクリュ2を上記前進位置でのスクリュ回転とは区別してゆっくり回転して行ってもよく、この場合にはスクリュ回転が材料移送の役割をなし、またスクリュ後退時に負圧によりエア等を巻き込んだり真空となるのを防止する。
【0017】この強制後退によって、スクリュ2の前部周囲に一次的に蓄えられた液相状材料cが、閉弁状態のリングバルブ6を押し開いて前室1aに流れ込むようになり、その所定量が前室1aに蓄積される。
【0018】図3は、後退位置でのスクリュ2の回転による金属材料の計量状態を略示するもので、背圧力をかけてスクリュ2を回転すると、先ずスクリュ後部では供給口4からの粒状材料aがスクリュ2の回転により加熱筒前方へと順次ねじリードされて移送され、その途中で外部からの加熱により溶融して固相と液相とが混在した半溶融状材料bとなる。
【0019】半溶融状材料bの液相率が高まると、湯のように粘度が低い液相状材料cのみが自重でスクリュ下側に溜り易くなるが、スクリュ2の回転による移送効果によって、液相状材料cはスクリュ2の前部周囲に一次的に蓄えられるようなる。また前室1aに蓄積された液相状材料cに不足があるような場合には、その不足分が補われるようになる。
【0020】スクリュ2を一定時間回転させて、前室1aに液相状材料cが蓄積されたところで、スクリュ2の回転を停止する。その停止後にスクリュ2を設定された速度・圧力で前進移動する。この前進移動により前室1aの液相状材料cは圧迫を受け、材料圧が上昇する前に前室1aの上層部に存在するエアなどがリングバルブ6の隙間を通ってスクリュ側に逃出し、そこに脱気が行われてのち、材料圧によりリングバルブ6が閉弁する。
【0021】このリングバルブ6の閉弁に伴い材料圧が上昇するが、この材料圧が予め設定したスクリュ2の前進距離内で設定圧力に達したときには、その時点をもって設定量の金属材料が計量されたものとして、次回の射出まで待機する。場合によっては、射出前にスクリュ後退によるデコンプレッションを行い、その後に次回の射出まで待機する。
【0022】またスクリュ2が予め設定した前進距離を過ぎても材料圧が設定圧力に達しなかったときには、その時点で計量不足としてスクリュ2の前進移動が停止され、工程は計量に切換わって上述の工程を順に繰り返し、再びスクリュ前進による計量の確認が行われて、計量完了に至る。
【0023】図4は、先端を射出用のプランジャに形成して、上記リングバルブ6を省略したスクリュ2を備えた射出装置による場合の実施形態を示すものである。この射出装置の加熱筒1は、先端部内を所要長さにわたり加熱筒内径に対して8〜15%ほど縮径して、計量用の前室1aに形成したものからなる。また先端は前記実施形態と同様にノズル3を有する。
【0024】上記加熱筒1の内部に回転かつ軸方向に移動自在に内装したスクリュ2は、先端に射出用のプランジャ7を備えている。このプランジャ7の直径は、上記前室1aと略同径に形成されており、これによりプランジャ7は、図3にて示す前室1aの液相状材料cの逆流が殆ど生じない程度の摺動クリアランスを確保して、前室1aに進退自在に挿入されている。
【0025】またプランジャ7の先端部8は、上記前室1aの漏斗状の先端部と適合するテーパ面の円錐形に形成され、そのテーパ面と軸部前部とにわたって複数の流通溝9が一定間隔ごとに凹設してある。なお、流通溝9は必ずしも必要というものではなく、スクリュ2の後退位置が図示の位置よりも後方で、先端部8の周囲に流通間隙が形成される場合には省略することができる。
【0026】上記スクリュ2は、上記プランジャ7の先端部8がプロセス制御により充填完了位置に達するまで上記前室1aを前進移動して、そこに計量された液相状材料cをクッションとしての所要量を残して全て金型5に射出充填する。射出後の材料計量は、前記実施形態と同様に後退前にスクリュ回転を行ってクリアランスの金属材料を取り除いてから、後方に設定距離だけ強制後退してのち行われる。
【0027】この強制後退によって加熱筒1の前室1aは、ノズル先端が前回の射出後の冷却固化した材料によって塞がれていることから、負圧状態(減圧又は真空状態)となって、スクリュ2の前部周囲に一次的に蓄えた液相状材料cが、吸引により前室1aに流れ込んで蓄積される。以後の工程は、図3により説明する前記実施形態と同様で重複するので、その詳細な説明は省略する。
【0028】上述のようにこの発明では、射出完了後の前進位置にてスクリュを回転して、加熱筒とスクリュフライトとのクリアランスに入り込んだ金属材料によるスクリュの後退抵抗を予め取り除いたことから、スクリュの強制後退が円滑に行えるようになり、金属材料が低粘度の液相状態であっても、スクリュによる移送が容易に行えるようになる。
【0029】またスクリュ回転により液相状態での一次的な蓄えと、前室の蓄積量の補給ができるので、計量前の蓄積量の不足が防止でき、さらに射出前のスクリュ前進により前室の脱気が行え、前進距離と材料圧から所定量以上の計量が行われたことの確認の下に射出を行い得るので、成形状態が安定した金属材料による製品の射出成形が可能となる。




 

 


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