(57)【要約】【課題】装置を簡素かつ小型に構成でき、金属材料の溶融及び成形が行える成形加工装置を提供する。【解決手段】固体の金属材料を溶融して成形する成形加工装置１は、金属材料を成形するための金型４０と、金型４０の上方に設けられ、金属材料を支持する支持部１０と、支持部１０に支持された金属材料を加熱するための加熱部２０とを備え、支持部１０は、金属材料が溶融されて所定の粘度になるまでは金属材料を支持し、金属材料が所定の値よりも低い粘度となったときに金属材料を支持不能となり、金属材料が自重により落下して金型４０に投入されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体の金属材料を溶融して成形する成形加工装置であって、
前記金属材料を成形するための金型と、
前記金型の上方に設けられ、前記金属材料を支持する支持部と、
前記支持部に支持された前記金属材料を加熱するための加熱部と、
を備え、
前記支持部は、前記金属材料が溶融されて所定の粘度になるまでは前記金属材料を支持し、前記金属材料が前記所定の粘度よりも低い粘度になったときに前記金属材料を支持不能となり、前記金属材料が自重により落下して前記金型に投入されることを特徴とする成形加工装置。
【請求項２】
前記支持部は、前記金属材料よりも高い融点を有する材料からなる線状部材で形成された支持体を有することを特徴とする請求項１に記載の成形加工装置。
【請求項３】
前記支持部は、棒状の支持軸と、前記支持軸に設けられた係止部とを有し、前記支持軸及び前記係止部は、前記金属材料よりも高い融点を有する材料によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の成形加工装置。
【請求項４】
前記支持部は、前記金属材料よりも高い融点を有する材料からなり、貫通孔を有するように板状の部材で形成された支持体を有することを特徴とする請求項１に記載の成形加工装置。
【請求項５】
前記支持部は、非導電性の材料で形成され、
前記加熱部は、前記支持部を取り囲むように巻き回されたコイルと、前記コイルに高周波電流を供給する電源部とを有し、
前記金属材料は、前記コイルを用いた誘導加熱によって加熱されることを特徴とする請求項１から４に記載の成形加工装置。
【請求項６】
前記支持部は、前記金属材料の支持力を変化させるための支持力可変手段を有することを特徴とする請求項１から５に記載の成形加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形加工装置、より詳しくは、金属材料を成形するための成形加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料を遠心鋳造や射出成形等の方式で成形加工する際には、当該金属材料が加熱されて溶融される。このときに用いられる加熱溶融法の一つとして、高周波誘導加熱を用いたコールドクルーシブ溶解法が知られている。
【０００３】
特許文献１には、コールドクルーシブ溶解法を行う精密鋳造装置が記載されている。この装置では、載置治具上に載置した金属材料を高周波コイル内に移動させてから高周波コイルに通電し、載置された金属材料を電磁誘導に伴って発生する力で浮遊させつつ溶解し、電源を切ることによって落下させ、鋳型に投入して鋳造するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３０４１０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の精密鋳造装置では、金属材料が載置治具によって下方から支持されているので、電源を切るだけでは金属材料を所望の位置に落下させることは困難であり、通常は載置治具を金属材料の下方から退避させる機構等が必要となる。したがって、装置構成が複雑化しがちであるという問題がある。
【０００６】
また、金属材料が完全に溶融するまでは一定の位置に安定して浮遊させておく必要があり、そのための電源制御や介在する坩堝等による電磁力の制御などを行うための複雑な構成が必要となる。この点も同様に装置構成の複雑化につながりやすいという問題がある。
【０００７】
さらに、金属材料を浮遊させるためには高出力の電力供給が必要であり、電源が大型化する結果、装置全体が大型化しやすいという問題もある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、装置を簡素かつ小型に構成でき、金属材料の溶融及び成形が行える成形加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、固体の金属材料を溶融して成形する成形加工装置であって、前記金属材料を成形するための金型と、前記金型の上方に設けられ、前記金属材料を支持する支持部と、前記支持部に支持された前記金属材料を加熱するための加熱部とを備え、前記支持部は、前記金属材料が溶融されて所定の粘度になるまでは前記金属材料を支持し、前記金属材料が前記所定の粘度よりも低い粘度となったときに前記金属材料を支持不能となり、前記金属材料が自重により落下して前記金型に投入されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の成形加工装置によれば、金属材料が溶融されて所定の粘度になるまでは支持部によって金属材料が支持され、所定よりも低い粘度になったところで金属材料が金型に投入されるため、良好に成形が行われる。
【００１１】
前記支持部は、前記金属材料よりも高い融点を有する材料からなる線状部材で形成された支持体を有してもよい。この場合、支持体を構成する線状部材によって好適に金属材料を支持しつつ、金属材料の粘度が所定の粘度よりも低くなったところで確実に落下させることができる。
【００１２】
前記支持部は、棒状の支持軸と、前記支持軸に設けられた係止部とを有し、前記支持軸及び前記係止部は、前記金属材料よりも高い融点を有する材料によって形成されてもよい。この場合、簡素に支持部を構成することができる。
【００１３】
前記支持部は、前記金属材料よりも高い融点を有する材料からなり、貫通孔を有するように板状の部材で形成された支持体を有するものでもよい。この場合、金属材料を特定の形状に前加工する必要がなく、貫通孔から溶融された金属材料が落下するので、落下位置を好適に制御することができる。
【００１４】
前記支持部は、非導電性の材料で形成され、前記加熱部は、前記支持部を取り囲むように巻き回されたコイルと、前記コイルに高周波電流を供給する電源部とを有し、前記金属材料は、前記コイルを用いた誘導加熱によって加熱されてもよい。この場合、誘導加熱時に発生する磁場の力によって、溶融された金属材料の落下タイミングを制御することができる。
【００１５】
前記支持部は、前記金属材料の支持力を変化させるための支持力可変手段を有してもよい。この場合、より金属材料の落下時の温度や粘度をより高精度に制御することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の金属部材の成形加工装置によれば、装置を簡素かつ小型に構成しつつ、金属材料の溶融及び成形を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態の成形加工装置の構成を示す概略図である。
【図２】同成形加工装置に使用される金属材料を示す図である。
【図３】同成形加工装置の支持部を示す拡大図である。
【図４】金型の材料による性質の違いを示す表である。
【図５】（ａ）から（ｄ）は同成形加工装置の使用時における金属材料の状態を示す図である。
【図６】同成形加工装置における加熱方法と温度推移を示すグラフである。
【図７】同成形加工装置で成形された成形品のＸＲＤチャートを示すグラフである。
【図８】本発明の第２実施形態の成形加工装置における支持部及び加熱部を示す図である。
【図９】同支持部の支持体及び収容された金属材料を下方から見た図である。
【図１０】同成形加工装置の使用時における電源部の出力と温度との関係を示すグラフである。
【図１１】加熱部のコイル形状と金属材料の温度との関係を示す図である。
【図１２】同実施形態の変形例の成形加工装置における支持体の例を示す図である。
【図１３】（ａ）は本発明の変形例の成形加工装置における支持体を示す平面図であり、（ｂ）は同支持体の正面図である。
【図１４】（ａ）及び（ｂ）は、同成形加工装置の使用時における同支持体および金属材料を示す図である。
【図１５】（ａ）は本発明の変形例の成形加工装置における支持部を示す正面図であり、（ｂ）は、同支持部及び収容された金属材料を下方から見た図である。
【図１６】本発明の変形例の成形加工装置における支持部を示す図である。
【図１７】本発明の変形例の成形加工装置の使用時における支持部の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の第１実施形態について、図１から図７を参照して説明する。図１は、本実施形態の成形加工装置１の構成を示す概略図である。
成形加工装置１は、金属材料を支持するための支持部１０と、支持部１０に支持された金属材料を加熱するための加熱部２０と、加熱部２０に電力を供給するための電源部３０と、加熱された金属材料を成形するための金型４０とを備えている。支持部１０、加熱部２０、及び金型４０は、真空チャンバ２内に配置されている。
【００１９】
支持部１０は、真空チャンバ２に固定される軸受け１１と、軸受け１１に着脱自在に取り付けられる支持軸１２とを備えている。支持軸１２は、棒状の本体１３と、本体の一方の端部に設けられた係止部１４とを備えている。係止部１４の形状は、図３に示す本体１３の径方向における係止部１４の最大寸法Ｄ１が本体１３の径方向の寸法Ｄ２より大きく設定されていれば、フランジ状、球状等各種形状に形成されてよく、形状に制限はない。
【００２０】
また、支持軸１２は、コイル等を用いた電磁誘導で加熱を行う場合、支持軸１２自身が加熱されないよう、非導電性材料で形成するのが好ましい。さらに、成形品に不純物が混入するのを防ぐ観点からは、使用する金属材料との反応性が低い材料が好ましく、溶融された金属材料の温度に耐えうるという観点からは、金属材料の融点よりも高い融点を有する材料が好ましい。このような条件を満たす材料としては、例えばアルミナや窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウム等の各種セラミックス等を好適に採用することができる。
【００２１】
図２は、支持部１０に取り付けられる金属材料１００の一例を示す図である。金属材料１００は、予め図２に示すように、中心付近に貫通孔１００Ａを有するように成形されている。貫通孔１００Ａの径Ｄ３は、本体１３の径方向の寸法Ｄ２以上かつ係止部１４の最大寸法Ｄ１未満に設定されているため、図３に示すように、貫通孔１００Ａに支持軸１２を挿通させると、係止部１４において金属材料１００を支持することができる。
【００２２】
また、金属材料１００の径方向の最大寸法は、係止部１４の最大寸法Ｄ１よりも大きく設定されているので、係止部１４に支持された金属材料１００を下方（金型４０側）から見ると、金属材料１００と係止部１４とが重畳しない非重畳領域が存在し、金属材料の１００の少なくとも一部が視認できるように支持されている。
本実施形態においては、一例として、金属材料１００の径方向の最大寸法１０ミリメートル（ｍｍ）係止部１４の最大寸法Ｄ１が２．５ｍｍ、本体１３の径方向の寸法Ｄ２が１．８ｍｍ、貫通孔１００Ａの径Ｄ３が２ｍｍに設定されている。
【００２３】
必要に応じて、図３に示すように、本体１３に接近及び退避可能な第１シャッター１５及び第２シャッター１６からなるシャッター部１７を設けてもよい。このようにすると、予め複数の金属材料１００を支持軸１２に通した状態で、シャッター部１７を適宜動作させることによって、連続的に係止部１４に金属材料１００を供給することができる。この場合、図２に示すように、金属材料１００を、周縁から貫通孔１００Ａに向かうにつれて徐々に厚みが増すように形成すると、第１シャッター１５及び第２シャッター１６を好適に金属材料と金属材料との間に進入させることができる。
【００２４】
加熱部２０は、支持軸１２の係止部１４周辺において本体１３と略同軸に巻き回されたコイル２１を備えている。コイル２１は電源部３０と電気的に接続されており、電源部３０から高周波電流が供給されて、電磁誘導により発生する熱で係止部１４に支持された金属材料１００を加熱する。コイル２１のループ径は、全長にわたって略同一に設定されている。
【００２５】
電源部３０としては、公知の構成を適宜選択して使用することができる。電源部３０の出力は、金属材料の種類によって加熱温度が異なるため、適宜設定されるが、成形加工装置１においては、係止部１４によって金属材料１００が支持されるので、必ずしも金属材料を浮遊させる程度の出力は必要ではない。
【００２６】
金型４０は、略円柱状に形成されており、自身の軸線と略同軸に形成された注湯口４１と、充填口４１に連通して径方向に延びるキャビティ４２とを内部に有している。金型４０は、支持軸１２と略同軸となるように支持部１０の下方に配置されており、注湯口４１には、溶融された金属材料が落下して進入可能である。キャビティ４２は、注湯口４１に進入した金属材料が成形される空間であり、金属材料を成形したい所望の形状に形成される。
【００２７】
金型４０は、回転軸４３に略同軸に取り付けられており、図示しないモータ等の駆動源によって回転軸４３回りに回転可能である。このため、回転軸４３を介して金型４０を回転させつつ溶融した金属材料１００を注湯口４１に投入すると、当該金属材料は、金型４０の回転に伴って発生する遠心力によってキャビティ４２内に移動して成形される。
【００２８】
金型４０の材質は、成形する金属材料の種類に応じて適宜選択することができるが、ガラス遷移領域（結晶化温度からガラス遷移温度を引いた値：過冷却液体領域）として２０℃以上の範囲を有する非晶質合金である、いわゆる金属ガラスの成形を行う場合は、非晶質状態を確保するために急速な冷却が必要となるので、熱伝導率の高い材料で金型を形成することが好ましい。
【００２９】
図４に金型４０の材質と、熱伝導率及び金属ガラス成形の可否の関係を示す。熱伝導率が比較的小さいセラミックスでは成形品が結晶質部分を有し、金属ガラスの成形が良好に行えなかった。一方、セラミックスよりも大きい熱伝導率を有するステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）及び銅においては、成形品の非晶質性が保持されており、良好に金属ガラスの成形を行えることが確認された。
【００３０】
上記のように構成された成形加工装置１の使用時の動作について、金属ガラス成形を行う場合の例を用いて説明する。
成形加工作業の前工程として、金属ガラスの材料となる原料合金、例えばジルコニウム（Ｚｒ）基合金（組成：Ｚｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ５、結晶化温度：約４９０℃、ガラス遷移温度：約４００℃、ガラス遷移領域：約９０℃）等を図２に示す金属材料１００のような形状に成形し、貫通孔１００Ａに支持軸１２を通すように支持部１０に設置する。そしてシャッター部１７を操作し、第１シャッター１５と第２シャッター１６との間に金属材料１００が１つ挟みこまれた状態にする。
【００３１】
ユーザが成形加工装置１を起動すると、第１シャッター１５が支持軸１２から離間するように退避し、第１シャッター１５と第２シャッター１６との間に挟みこまれた金属材料１００が落下して係止部１４に支持される。続いて電源部３０からコイル２１に高周波電流が供給されると、コイル２１における電磁誘導によって係止部１４に支持された金属材料１００が加熱されて溶融される。
【００３２】
図５（ａ）から図５（ｄ）は、加熱に伴う金属材料１００の形状変化及び挙動を示す図である。加熱された金属材料１００は、温度が上昇するにしたがって、徐々に柔らかくなり、図５（ａ）に示す初期状態から半溶融状態に移行し、図５（ｂ）に示すように形状変化する。
【００３３】
コイル２１による加熱時には、高周波電流が供給されることによって磁場が発生し、コイル２１のループの径方向に沿う力が発生する。そのため、粘度が低下した半溶融状態の金属材料１００は、この力によって、中心、すなわち支持軸１２に向かって集まるように移動し、図５（ｃ）に示すように略球状に変化していく。
金属材料１００の溶融がさらに進み、係止部１４が金属材料１００を物理的接触によって支持しきれなくなったところで、図５（ｄ）に示すように金属材料１００の溶湯が落下する。
【００３４】
落下時における金属材料の溶湯の温度は、電源部３０における出力によってある程度調節可能である。通常は出力を徐々に上げていくと、図６に示す曲線Ｃ１のように、金属材料１００の温度が一定速度で上昇し、溶融温度の８５０℃前後になったところで溶湯となる。また、出力の上昇速度を早くして意図的にオーバーシュートさせると、曲線Ｃ２のように、例えば１０００℃等の溶融温度異常の温度に金属材料を加熱して溶融させることができる。金属材料の温度上昇と、それに伴う粘度の低下との間には、若干のタイムラグがあるため、このように加熱すると、溶湯の温度を一時的に高くして、溶湯の粘度を下げることができる。このような調節は、金型４０のキャビティ４２の形状が複雑である等の場合に、金属材料をより良好にキャビティ４２に充填したい場合等に有効である。
【００３５】
落下した金属材料１００の溶湯は、下方に位置する金型４０の注湯口４１に進入する。金型４０は回転軸４３によって回転されているため、溶湯は遠心力によってキャビティ４２に移動して充填される。それと並行して金型４０が溶湯から熱を奪うことによって溶湯が急速に冷却されて成形が完了する。
図７に実際に成形された成形品のＸ線回折装置（ＸＲＤ）チャートの一例を示す。ＸＲＤチャートにおいて、図７に破線で示すような結晶化パターンは見られず、非晶質の状態で成形されていることが確認された。
【００３６】
本実施形態の成形加工装置１によれば、固体状態の金属材料１００が係止部１４と物理的に接触して支持された状態で加熱される。半溶融状態では支持部１４が金属材料１００を支持し続けるが、ある程度以上溶融が進んで粘度が所定の値より小さくなると、係止部１４が金属材料１００を支持しきれなくなり、金属材料１００の溶湯が落下する。
したがって、一般的なコールドクルーシブ法のように金属材料を浮遊させなくても、金属材料を溶融するまで加熱部２０の近傍に保持することができるので、高出力の電源を用いずに装置を構成することができ、装置を小型化することができるとともに、成形に要するエネルギー量も著しく節約することができる。
【００３７】
また、金属材料が溶融すると、溶湯が自然に落下するため、金属材料を支持する治具を退避させる機構等を設ける必要がなく、低コストで簡素に装置を構成することができる。
【００３８】
また、コイル２１を用いた誘導加熱によって金属材料が加熱されるので、磁場によって発生する力によって金属材料の溶湯が球状にまとまりつつ落下するため、金型４０の注湯口４１に好適に落下させることができる。
【００３９】
また、支持部１０が支持軸１２を有して構成され、金属材料１００は貫通孔１００Ａに支持軸１２が挿通された状態で支持されるため、金属材料１００を良好に位置決めし、かつ脱落しにくい状態で支持することができる。さらに支持軸１２は略棒状であるので、安価に製造でき、劣化した際の交換等も容易に行うことができる。
【００４０】
さらに、本実施形態のようにシャッター部１７を備えた場合は、真空チャンバ２を大気開放することなく連続的に金属材料１００を供給することができ、成形作業の効率を向上させることができる。
【００４１】
本実施形態においては、金属材料１００が略円盤状に形成されている例を説明したが、貫通孔１００Ａを有し、係止部１４に係止可能であれば、円盤状に限らず、どのような形状であってもよい。
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態について図８から図１２を参照して説明する。本実施形態の成形加工装置５１と上述の成形加工装置１との異なるところは、支持部の構成及び加熱部のコイルの形状である。なお、第１実施形態の成形加工装置１と共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００４３】
図８は成形加工装置５１の支持部６０及び加熱部７０を示す図である。支持部６０は、加熱部７０の近傍で金属材料を支持する支持体６１と、支持体６１に金属材料を供給する供給部６２とを備えている。
【００４４】
支持体６１は、複数の線材（線状部材）６３で構成されており、線材６３が交差した下方の交点部６１Ａにおいて、略球状の金属材料１０１が支持される。線材６３の材質としては、第１実施形態の支持軸１２同様、非導電性、耐熱性、及び低反応性を有する材料が好ましい。本実施形態においては、線材６３として、ひも状に形成されたアルミナが使用されているが、線材は柔軟性を有するものには限定されず、例えば針金のように硬質のものを組み合わせて支持体６１が形成されてもよい。また、線材の本数や組み合わせ方は、金属材料をどの程度の強さで保持するかに基づいて適宜設定されてよい。
【００４５】
交点部６１Ａに金属材料１０１が収容された状態を下方から見ると、図９に示すように、金属材料１０１の一部が支持体６１によって覆われているが、他の領域は、支持体６１と重畳していない非重畳領域となっており、下方視において金属材料１０１を視認することが可能である。
【００４６】
支持体６１の上方は、軸受け１１に取り付けられており、線材６３を用いて金属材料１０１を交点部６１Ａに投入するための投入口６１Ｂが形成されている。
【００４７】
供給部６２は、金属材料１０１が設置されるレール６４と、レール６４に対して接近及び退避可能に構成されたシャッター部６５を備えて構成されている。
レール６４は、金属材料１０１が転がって投入口６１Ｂに移動するように傾けて設置されており、下方に位置する長手方向端部が、投入口６１Ｂ付近に位置している。シャッター部６５は、第１実施形態の第１シャッター１５及び第２シャッター１６と同様の構成の第１シャッター６６及び第２シャッター６７を備えており、レール６４から金属材料１０１を１つずつ支持体６１に移動させることができる。
【００４８】
加熱部７０のコイル７１は、素線径としては第１実施形態のコイル２１と同様であるが、巻き回されたループの径は、部位によって異なっている。交点部６１Ａよりも上側は、下方に向かうにしたがって徐々にループ径が大きくなる第１領域Ｒ１であり、交点部６１Ａよりも下側は、下方に向かうにしたがって徐々にループ径が小さくなる第２領域Ｒ２となっている。Ｒ１の部分のコイルの巻き方向はＲ２のコイルの巻き方向と逆となっている。
したがって、第２領域Ｒ２は金属材料１０１を浮かせてコイル中心に向う力を発生し、第１領域Ｒ１のコイルはＲ２とは逆に金属材料１０１を抑えつけてコイル中心に向う力を発生する。このため、コイル２１と異なり、コイルループの外周面が鉛直方向に対して角度をなすため、第１領域Ｒ１のコイル７１及び第２領域Ｒ２のコイル７１が電磁誘導によって発生させる力は、それぞれ鉛直方向上向き及び下向きの成分を含んで金属材料１０１に作用することになる。
【００４９】
上記のように構成された成形加工装置５１の使用時の動作について説明する。前工程として、使用する金属材料を金属材料１０１のように略球状に成形しておき、レール６４に設置する。シャッター部６５を操作して投入口６１Ｂから１個の金属材料１０１を支持体６１の内部空間に投入すると、金属材料は交点部６１Ａにおいて線材６３によって支持される。
【００５０】
ここで電源部３０からコイル７１に高周波電流を流すと、金属材料１０１が電磁誘導により加熱されて溶融を始める点は第１実施形態と同様である。成形加工装置５１においては、金属材料１０１が交点部６１Ａまで延びる複数の線材６３で支持されるため、第１実施形態と比較してより確実に支持される。加えて、コイル７１の第２領域Ｒ２が、電磁誘導によって浮遊させることはできないものの、一定の大きさの浮力を発生させるため、金属材料１０１が支持部６０から落下しにくくなり、金型４０に落下するまでの時間が第１実施形態と比べて長くなる。
【００５１】
図１０は、電源部３０の出力と、金属材料１０１の温度との関係を示すグラフである。第１実施形態と同様、電源部３０の出力を徐々に上げていくと、金属材料１０１の材質が、第１実施形態で説明したＺｒ基の金属ガラスを形成するための材料である場合、８５０℃程度まで上昇していく。その後、支持体６１で金属材料１０１を支持しつつ、８５０℃に達した時点と同じ大きさの出力をかけ続けると、図１０の上側のグラフに示すように、溶湯の温度をさらに上昇させて粘度等を低下させることができる。
【００５２】
図１１は、第１実施形態の成形加工装置１及び本実施形態の成形加工装置５１において、同一の材質の金属材料を用いて、加熱可能な上限の温度を検証した結果を示す表である。ループ径が同一である第１実施形態のコイル２１を用いた場合は、上述のオーバーシュートを利用しても１０００℃になったところで金属材料１００が落下してしまい、それ以上高い温度に加熱することはできなかった。
これに対し、コイル７１を用いた場合、より長い時間支持体６１内に金属材料１０１が保持されるので、加熱を継続することによって１２００℃まで金属材料１０１の温度を上昇させることができた。
【００５３】
本実施形態の成形加工装置５１によれば、支持部６０が複数の線材６３を組み合わせて形成された支持体６１を有して構成されているので、金属材料に貫通孔等を設ける必要がなく、より低コストで金属材料の準備加工を行うことができる。
【００５４】
また、コイル７１のループ径が部位によって変化されているので、支持部６０に支持された金属材料に作用する力の向き等を調節して、金属材料の溶湯が金型４０に落下するタイミングを調節することができる。また、上述の力は電源部３０からの電流供給を遮断することによって即座に消失するので、落下のタイミングを高精度に制御することができる。
【００５５】
本実施形態では、線材６３の組み合わせ方を変えることによって、おおよそどのような形状の金属材料でも好適に支持することができるので、金属材料の形状に特に制限はない。ただし、供給部６２が傾けて設置されたレール６４を含んで構成されるような場合は、球状又は円柱状に金属材料を形成すると、金属材料がレール６４上を転がりやすくなり、好ましい。
【００５６】
また、支持体の形状も上述の支持体６１の形状には限定されない。例えば、金属材料１０１と接触する下方の部分に、図１２に示すような環状の線材６３Ａを配置して、いわゆるバスケットボールのゴールのような形状の支持体６６を形成しても構わない。この支持体６６は、４箇所の交点部６６Ａを有する構成となっている。この場合、線材６３Ａのループ径を調節することで、支持体６６の支持力をより容易に調節することが可能である。
このほかにも線材を組み合わせて適宜交点部を形成することで、支持体を様々な形状に形成してよい。なお、交点部においては、線材同士が接着等される必要はなく、金属材料が収容された状態において、線材が交点部において互いに接触しつつ交差していればよい。
【００５７】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明の成形加工装置における支持部の構成は、上述した支持軸や支持体を有するもののほかにも様々な構成をとることが可能である。以下、いくつかの変形例を挙げて説明する。
【００５８】
図１３（ａ）は本発明の変形例における支持部の支持体８０を示す平面図であり、図１３（ｂ）は、当該成形加工装置のうち、支持体８０が取り付けられた部位の周辺を示す正面図である。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、支持体８０は略板状の部材であり、他の領域より一段低く形成された円形の材料載置部８０Ａと、材料載置部８０Ａに形成された貫通孔８０Ｂとを備えている。
【００５９】
このような支持体８０を備えた支持部を有する成形加工装置では、図１４（ａ）に示すように、金属材料１０１の粘性が比較的高い半溶融の状態では、金属材料１０１は、貫通孔８０Ｂの周囲の支持体８０に支持されて落下しないが、溶融が進み粘度がさらに低下すると、図１４（ｂ）に示すように貫通孔８０Ｂから落下して金型４０に落下する。
【００６０】
本変形例の成形加工装置によれば、支持体８０が金属材料１０１を支持する支持力を、貫通孔８０Ｂの径を調節することにより容易に調節することができる。このとき、貫通孔８０Ｂの径が異なる複数の支持体８０を用意し、使用する金属材料等によって適宜交換すると、支持力の調節を容易に行うことが可能である。
また、金属材料は必ず貫通孔８０Ｂを通って金型４０に落下するので、支持部と金型の注湯口との位置合わせを容易に行うことができる。
【００６１】
本変形例において、図１３（ｂ）においては、第２実施形態同様の金属材料１０１が貫通孔８０Ｂの上方に載置される例を示している。ここで、溶融した金属材料が貫通孔８０Ｂに向かって流れやすくするために、材料載置部８０Ａの上面に貫通孔８０Ｂに連通する溝を設けたり、材料載置部８０Ａを、貫通孔８０Ｂに向かって下る斜面状に形成したりしてもよい。
【００６２】
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、本発明の他の変形例における支持部８１の構成を示す図である。図１５（ａ）に示すように、支持部８１には３本の爪状部材８２が設けられており、図１５（ｂ）に示すように、爪状部材８２が金属材料１０２の下面を支持することによって金属材料１０２が支持部８１に支持されている。
【００６３】
このように支持部８１を構成しても、上述の各実施形態の成形加工装置と同様、金属材料を溶融するまで好適に支持することができる。
この変形例においては、爪状部材８２の本数や太さ等は適宜設定されてよい。また爪状部材８２の先端８２Ａを互いに接近及び離間可能に構成すると、支持力の微調整を行うことができる。
【００６４】
図１６は、本発明の他の変形例における支持部８３の構成を示す図である。この変形例では２本の棒状部材８４を長手方向が略水平となるように並べ、その上に金属材料１０２が載置されて支持されている。このように支持部８３を構成しても、上述の各実施形態の成形加工装置と同様、金属材料を溶融するまで好適に支持することができ、棒状部材８４の間隔を変化させることで、支持部８３の支持力を調節することができる。
【００６５】
さらに、これらの変形例では、支持部の支持力を発生させる構成が移動することによって、金属材料の加熱中に支持部の支持力を変化させることができるようにしてもよい。具体例としては、図１７に示すように、爪状部材８２が互いの先端８２Ａを離間させるように移動したり、棒状部材８４が互いの間隔を広げるように移動したりする構成が挙げられる。このほか、上述した支持体８０が貫通孔８０Ｂの部分で分割された２つの部材からなり、各々の部材が離間するように移動可能に構成されてもよい。これらの場合の支持力を変化させる支持力可変手段としては、モータや、空圧、油圧、電磁力等を用いる各種のアクチュエータ等を好適に使用することができる。
また、例えば反射式の温度計等をこのような支持力可変手段と組み合わせることによって、金属材料が所望の温度になったところで、支持部の支持力を小さくして金属材料を落下させるといった方法によって、金属材料の落下時の温度をより高精度に制御することができる。その結果、成形品の品質を高いレベルで安定させることができる。
【００６６】
この他、上述の各実施形態においては、コイルを用いて誘導加熱を行う例を説明したが、これに代えて、セラミックヒータ等の他の加熱機構を用いて加熱部を構成してもよい。この場合は、電磁誘導による力が発生しないため、溶融した金属材料がまとまりにくくなるが、支持部の構成を適宜選択することによって、溶融した金属材料の落下位置や落下タイミングは制御可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１、５１  成形加工装置
１０、６０、８１、８３  支持部
１２  支持軸
１４  係止部
２０、７０  加熱部
２１、７１  コイル
３０  電源部
４０  金型
６１、６６、８０  支持体
６３、６３Ａ  線材（線状部材）
８０Ｂ  貫通孔
１００、１０１、１０２  金属材料
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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