JP3197109B2

JP3197109B2 - 合金製品の製造方法

Info

Publication number: JP3197109B2
Application number: JP11777793A
Authority: JP
Inventors: 修肥田; 勇二木原
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1993-04-21
Filing date: 1993-04-21
Publication date: 2001-08-13
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: JPH06306507A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、亜鉛合金、アルミニウ
ム合金、銅合金、鉛合金、マグネシウム合金等の低融点
合金のチクソ状態の性質を利用した合金製品の製造方法
に関し、さらに詳しく言えば、合金材料をスクリュが回
転駆動されているシリンダに供給し、合金材料の固相線
温度以上で液相線温度以下に保持した状態でスクリュを
駆動して移送しながら剪断作用を加えて半凝固のチクソ
状の合金を作り、そして成形型へ射出して合金製品を得
る合金製品の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】合金材料を固液共存状態で激しく撹拌す
ると、樹脂状晶すなわちデンドライドの形成が抑制さ
れ、破壊された退化樹脂状晶の微細な粒状の個体と液体
とが共存した状態であるチクソ状物質が得られる。この
ような固液共存状態であるチクソ状物質を短時間に形成
凝固すると、高温で完全に溶解した従来のダイキャスト
法によって得られる合金製品に比較して、凝固による収
縮率が小さく、引け巣の少ない、且つ非常に微細な結晶
粒を持った成形品が得られる。このようなチクソ状物質
の性質を利用した合金製品の具体的な製法は、例えば特
公平１ー３３５４１号、同２ー１５６２０号等により提
案されている。これらの公報には、温度制御可能なスク
リュとシリンダとから構成されている射出成形機あるい
は押出機を使用した製法が示されている。そして、シリ
ンダ内にアルゴンガス等の不活性ガスを封入できるよう
にもなっている。したがって、不活性ガス中でスクリュ
を回転して、合金材料をシリンダ先端部に順次送ること
ができる。このとき合金材料は、シリンダ内表面および
スクリュ外表面との摩擦接触、あるいは合金材料どうし
の摩擦接触等による剪断作用、シリンダの外部から加え
られる熱等により温度が上昇し、固液共存状態のチクソ
状態となり、シリンダの先端から金型へ射出して合金製
品を得ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の製法によ
ると、シリンダは気密状態にあり、不活性ガスが封入さ
れているので、合金材料の酸化現象は起きない利点は認
められる。しかしながら、上記の従来製法によると、製
品の性質が場合によっては落ちることがある。すなわち
アルゴンガス雰囲気中で操作されるので、合金材料はア
ルゴンガス中で半凝固化しており、希に微量のアルゴン
ガスが混入することがある。また金型のキャビテイに射
出するとき、キャビテイ内を充満している空気が乱流と
なって合金材料に巻き込まれることもある。このように
合金材料にアルゴンガスあるいは空気が混入すると、そ
れが例え微量であっても微細な気泡が合金成形品に含ま
れてしまい、合金製品の伸び、引張強度等の機械的性質
が低下することがある。また高価なアルゴンガスを使用
しているので、合金製品の製造コストが高くなる欠点も
ある。したがって、本発明は、機械的品質の高い合金製
品を安価に得ることができる合金製品の製造方法を提供
することを目的とし、具体的には合金材料の酸化が防止
されると共に、気泡のない合金製品を安価に製造するこ
とができる合金製品の製造方法を提供することを目的と
している。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ホッパから粉末あるいはペレット状の合
金材料をシリンダに供給し、合金材料の固相線温度以上
で液相線温度以下に保持した状態でスクリュを回転方向
に駆動して合金材料を移送しながら剪断作用を加え半凝
固のチクソ状の合金を作り、次いで軸方向に駆動して成
形型へ射出して合金製品を得るとき、少なくとも前記ホ
ッパ内部と、シリンダ内部と、成形型のキャビテイとを
同一真空源により同一真空圧に保って成形するように構
成される。

【０００５】

【作用】本発明における合金材料としては、例えば亜鉛
合金、アルミニウム合金、銅合金、鉛合金、マグネシウ
ム合金等の低溶融点合金を挙げることができる。これら
の低溶融点合金の大きさあるいは粒径は、スクリュを駆
動して移送しながら剪断作用を加え半凝固のチクソ状の
合金を作ることができる粒径であれば、格別に限定され
ない。そこで本発明では、これらの低溶融点合金は粉末
あるいはペレットとして用意される。

【０００６】このように用意された低溶融点合金は、シ
リンダに供給され、合金材料の固相線温度以上で液相線
温度以下に保持した状態で、スクリュを駆動して合金材
料を移送しながら剪断作用を加え半凝固のチクソ状の合
金を作り、次いで成形型へ射出して合金製品を得るが、
このときホッパ内部、シリンダ内部、成形型のキャビテ
イ等は同一真空源により同一真空圧に保たれる。真空圧
に保つことにより、合金材料の酸化が防止され、且つ合
金材料に有害ガスが巻き込まれることが防止される。シ
リンダ内部、成形型のキャビテイ等を真空圧に保つため
には、回転式の真空ポンプ例えばロータリー式真空ポン
プを適用するのが望ましい。ロータリー式真空ポンプは
排気能力が大きいく、運転時の振動も少ないからであ
る。ロータリー式真空ポンプの到達真空度は、１０^−３
Ｔｏｒｒ程度である。したがってロータリー式真空ポン
プ等を適用するときは、本発明は１０^−３Ｔｏｒｒ以上
の真空圧で実施される。本発明を実施するときの真空度
は、低ければ低いほど、化学的にもまた機械的性質にも
優れた合金製品を得ることができる。しかしながら、実
施例でも示されているように、５０Ｔｏｒｒで良好な結
果が得られ、１０^２Ｔｏｒｒ以下であれば、従来の製法
により得られる合金製品に比較して化学的にもまた機械
的性質にも優れた合金製品を得ることができる。

【０００７】本発明は、前述したような合金材料を用い
て合金製品を得ることができるが、以下これらの合金材
料を代表してマグネシウム合金の成形品を得る例につい
て説明する。

【０００８】本発明の実施に使用される合金製造装置
は、図１に示されているように、射出成形機１と、合金
材料供給装置２０と、金型３０とから概略構成されてい
る。射出成形機１は、周知のように１軸または２軸のス
クリュ２を備えている。そしてこのスクリュ２は、減速
歯車、射出ラム等からなる駆動装置３により回転駆動さ
れ、また軸方向にも駆動されるようになっている。スク
リュ２が内部に設けられているシリンダ４は、所定長さ
を有し、その中央より駆動装置３側に寄った位置には、
合金材料が供給される供給開口部８が設けられている。
そしてこの供給開口部８には、後述する合金材料供給管
２７が接続されている。

【０００９】シリンダ４の外周部には、その略全長に渡
って抵抗ヒータあるいは誘導ヒータ等からなる温度調節
装置５、５、…が設けられ、これらの温度調節装置５、
５、…によりシリンダ４の内部の温度が制御できるよう
になっている。またシリンダ４の一方の先端部には射出
孔７に連なったノズル６が設けられ、この射出孔７には
止め弁９が介装されている。この止め弁９により、サッ
クバックするとき、空気が射出孔からシリンダ４へ侵入
することが防止される。金型３０は、周知のように固定
金型３１と可動金型３２とから構成され、固定金型３１
にスプル３３が形成されている。そしてこのスプル３３
はキャビテイ３４に連なっている。

【００１０】合金材料供給装置２０は、真空を保持しな
がら合金材料を追加する１次ホッパ２１と、合金材料の
供給量を制御する、例えばロータリフイーダを備えた２
次ホッパ２４と、この２次ホッパ２４から供給される材
料を移送するスクリュコンベヤ２５と、このスクリュコ
ンベヤ２５に一方端が、そして他方の端部がシリンダ４
の供給開口部８に接続されている供給管２７とから概略
構成されている。１次ホッパ２１は、密閉可能な蓋体２
１’を備え、その下方に設けられている供給管２９には
開閉弁２２が介装されている。供給管２９の下端は後述
する真空箱体４０の天井壁を貫通して、２次ホッパ２４
の上方に臨んでいる。スクリュコンベヤ２５は、モータ
２６で駆動され、その回転数が制御されて、合金材料の
供給量が制御される。

【００１１】図示の実施例では、２次ホッパ２４、スク
リュコンベヤ２５および射出成形機１の一部は、真空箱
体４０内に収納されている。真空箱体４０には排気管４
１が接続され、この排気管４１に真空ポンプ４２が介装
されている。したがって、この真空ポンプ４２を駆動す
ると、真空箱体４０の内部を１０^−３〜１０^２Ｔｏｒｒ
の真空度に保つことができる。シリンダ４の内部を真空
にするために、シリンダ４には真空箱体４０の内部に開
口した吸気管１１が設けられている。なお、吸気管１１
が設けられているシリンダ４に対応する部分のスクリュ
２の溝は、他の部分の溝より幾分深くなっている。金型
３０のキャビテイ３４と真空箱体４０は、管路３６で接
続され、この管路３６に制御可能なチェック弁３５が介
装されている。また１次ホッパ２１と真空箱体４０も、
管路２８で接続され、この管路２８には開閉弁２３が介
装されている。

【００１２】このように、２次ホッパ２４、スクリュコ
ンベヤ２５、シリンダ４の吸気管１１等が、共通の１個
の真空箱体４０内に収納され、キャビテイ３４と真空箱
体４０は管路３６で接続されているので、１個の真空箱
体４０内を真空にすることにより、２次ホッパ２４の内
部、シリンダ４の内部等を同一の真空圧にすることがで
きる。また１個の真空箱体４０内に収納されているの
で、真空ポンプも１個で済み、安価に製造装置を得るこ
ともできる。さらには同じ圧力が作用しているので、圧
力差により合金材料が流出あるいは逆流することもな
い。

【００１３】次に上記製造装置によりマグネシウム合金
から成形品を製造する例を説明する。先ず１次ホッパ２
１の開閉弁２２、２３を閉じる。またチェック弁３５も
閉じておく。真空ポンプ４２を起動して、真空箱体４０
の内部を１０^−３〜１０^２Ｔｏｒｒの真空度に保つ。１
次ホッパ２１は、真空箱体４０と空気圧的に関係を断た
れているので、蓋体２１’を外し、ペレット状のマグネ
シウム合金材料を供給する。次に１次ホッパ２１を蓋体
２１’で密閉し、開閉弁２３を開く。そうすると、１次
ホッパ２１内も真空になる。供給管２９に介装されてい
る開閉弁２２を開き、１次ホッパ２１内の材料を２次ホ
ッパ２４に移送する。所定量移送したら１次ホッパ２１
の開閉弁２２、２３を閉じて、次の材料の挿入に備え
る。

【００１４】次に、２次ホッパ２４に設けられているス
クリュコンベア２５をモータ２６で駆動する。そうする
と、マグネシウムペレットはスクリュコンベア２５によ
り適切に制御された量が供給管２７、シリンダ開口部８
を通ってシリンダ４内に供給される。温度調節装置５、
５、…を駆動して、シリンダ４を例えばマグネシウム合
金ＡＺ９１の場合、固相線温度４９０℃以上に加温し、
加温後はマグネシウム合金の固相線温度４９０℃以上、
液相線温度６０５℃以下になるように制御する。スクリ
ュ２をシリンダ４の先端まで押し出した状態でスクリュ
２を回転駆動する。

【００１５】マグネシウム合金は、シリンダ４内を先端
部へ移送される間、固相線温度以上、液相線温度以下に
保持されて固液混合状態にあり、スクリュ２とシリンダ
４との隙間を充満して移送されるので、摩擦接触により
激しく混合撹拌される。その結果、マグネシウム合金中
にデンドライドが発生することが阻止されて、チクソ状
態を保持してシリンダ４内を先端部へ移送される。射出
孔７は、止め弁９で閉止されているので、移送されたチ
クソ状態のマグネシウム合金は、シリンダ４の先端部空
間１０に貯留され、連続的に送られてくるマグネシウム
合金により順次増加する。その増加量に応じてスクリュ
２が後退する。

【００１６】次に射出成形機１のノズル６を、閉じた金
型３１、３２のスプル４３の開口部に密着させて、射出
孔７とスプル４３とを連通状態にする。マグネシウム合
金の貯留量が製品の形成必要量になった時点で、チェッ
ク弁３５を開き、キャビテイ３４を真空にする。次に止
め弁９を開いて、駆動装置３を作動してスクリュ２を先
端方向に押し出す。これによりマグネシウム合金が先端
部空間１０から射出孔７、止め弁９およびスプル３３を
通って固定金型３１と可動金型３２とのキャビテイ３４
に射出される。金型３０へ射出されたマグネシウム合金
は、キャビテイ３４に充満し、チクソ状態のままキャビ
テイ３４の形状に冷却固化されて合金製品となる。可動
金型３２を開いて合金製品を取り出す。以下同様な操作
を繰り返して合金製品を得る。

【００１７】実施例１：［合金材料］市販のマグネシウム合金を使用した。成分組成は表１の
通りで、融点は６０５℃、平均粒径２.５ｍｍのペレッ
トを使用した。［チクソ化および射出成形］上記マグネシウム合金を図１に示すような射出成形機
で、金型に射出して棒状製品を得た。なお、このとき温
度調節装置５、５、…を、シリンダ４の温度が５９０℃
プラス・マイナス５℃以内になるように制御し、真空箱
体４０を５０Ｔｏｒｒに制御した。また射出速度はシリ
ンダラム速度１ｍ／ｓであった。上記条件で得た製品
の、引張強度と、伸びとを図２においてａで示す。また
比較のために、真空箱体４０に窒素ガスを満たし、同じ
ようにして得た製品の引張強度と、伸びとを図２におい
てｂで示す。

【００１８】図２から明らかなように、真空雰囲気中で
射出成形すると、引張強度と伸びの機械的性質が改善さ
れる。改善された理由は、真空雰囲気中で射出成形した
ので、マグネシウム合金が酸化されなかったのと、半凝
固状のマグネシウム合金にガスが混入しなかったからと
考えられる。特にキャビテイ３４内も真空にして射出し
たので、射出速度は大きかったが、キャビテイ３４内で
ガスの乱流が起こらず、したがって、射出時にガスの巻
き込みが生じなかったからと考えられる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明によると、ホッパか
ら粉末あるいはペレット状の合金材料をシリンダに供給
し、合金材料の固相線温度以上で液相線温度以下に保持
した状態でスクリューを回転方向に駆動して合金材料を
移送しながら剪断作用を加え半凝固のチクソ状の合金を
作り、次いで軸方向に駆動して成形型へ射出して合金製
品を得るとき、少なくとも前記ホッパ内部と、シリンダ
内部と、成形型のキャビテイとを同一真空源により同一
真空圧に保って成形するように構成されているので、粉
末あるいはペレット状の合金材料をホッパに収容する段
階から酸化防止をすることができる、キャビテイ内も真
空にされているので、キャビテイ内に射出するとき、射
出速度が大きくても乱流による有害ガスが合金材料に巻
き込まれることもない、ホッパ内部、シリンダ内部等が
同一真空圧に保たれているので、圧力差により合金材料
の流出や逆流もない、等の本発明に特有の数々の効果が
得られる。また、本発明によると、同一真空源により少
なくともホッパ内部と、シリンダ内部と成形型のキャビ
テイとを同一真空圧に保って成形するように構成されて
いるので、上記効果に加えて本製造方法を実施する製造
装置が安価になり、したがって合金製品を安価に製造で
きる効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に供される合金製品の製造装置
の１例を模式的に示す断面図である。

【図２】本実施例により得られた合金製品と、従来例
の製造法により得られた合金製品の機械的性質を示す図
である。

【符号の説明】

２スクリュ４シリンダ５温度調節装置２０合金材料供給装置２４２次ホッパ３０金型３４キャビテイ

フロントページの続き (56)参考文献特開平４−99830（ＪＰ，Ａ) 特開平１−313164（ＪＰ，Ａ) 特開平４−187359（ＪＰ，Ａ) 特表昭58−502002（ＪＰ，Ａ) 仏国特許出願公開2658745（ＦＲ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 1/02 B22D 18/06 B22D 27/00 - 27/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ホッパ（２４）から粉末あるいはペレット
状の合金材料をシリンダ（４）に供給し、合金材料の固
相線温度以上で液相線温度以下に保持した状態でスクリ
ュ（２）を回転方向に駆動して合金材料を移送しながら
剪断作用を加え半凝固のチクソ状の合金を作り、次いで
軸方向に駆動して成形型（３０）へ射出して合金製品を
得るとき、少なくとも前記ホッパ内部（２４）と、シリ
ンダ（４）内部と、成形型（３０）のキャビテイ（３
４）とを同一真空源により同一真空圧に保って成形する
ことを特徴とする合金製品の製造方法。