(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出しシリンダ（３）の長手方向に往復動自在な押出し用プランジャ（２）により固体原料（１８）を押し出す押出し部（３０）と、
押出し部（３０）に連結され、押し出された固体原料（１８）を加熱溶解する溶解部（４０）と、
この溶解部（４０）で溶解された溶湯（１９）を、計量し、且つ金型（１１、１２）内に射出する射出部（６０）とからなり、
押出しシリンダ（３）の内部に、固体原料（１８）の直径Ｄよりも僅かに小さな直径ｄを有した縮径部（２０）を形成し、縮径部（２０）において固体原料（１８）を押出し、塑性変形させることによって、溶解部（４０）で溶解され蓄積された溶湯（１９）と外気との接触を遮断し、且つ溶解部（４０）内に溶湯（１９）を密閉するようにしたことを特徴とする金属射出成形装置。
【請求項２】
溶解部（４０）に不活性ガス貯留部（７０）を設け、溶解部（４０）内の不活性ガス貯留部（７０）を一定の圧力に維持するように調整するようにしたことを特徴とする請求項１記載の金属射出成形装置。
【請求項３】
不活性ガス貯留部（７０）の不活性ガスの正圧と射出用プランジャ（７）の後退動作によって発生する負圧の圧力差によって、溶湯（１９）を計量するようにしたことを特徴とする請求項２記載の金属射出成形装置。
【請求項４】
不活性ガス貯留部（７０）に一定の圧力で保持された不活性ガスによって、射出工程中に発生する溶湯圧力を吸収するようにしたことを特徴とする請求項２又は３記載の金属射出成形装置。
【請求項５】
溶解部（４０）に溶湯（１９）の液面位置を検出するレベルセンサ（１５）を配置して、溶湯量の減少および固体原料（１８）の投入時期を把握するようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の金属射出成形装置。
【請求項６】
固体原料（１８）は、予め溶融開始温度以下に加熱しておくようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の金属射出成形装置。
【請求項７】
溶解部（４０）中に加熱手段（４１）を挿入し、内部から溶湯（１９）を加熱するようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の金属射出成形装置。
【請求項８】
押出しシリンダ（３）内で、押出し用プランジャ（２）により固体原料（１８）を溶解部（４０）に押し出して、固体原料（１８）を加熱溶解し、溶解された溶湯（１９）を射出部（６０）で計量し、且つ金型（１１、１２）内に射出を行うようにした金属射出成形方法であって、
溶解部（４０）の溶湯（１９）中に固体原料（１８）を塑性変形するように押出して直接接触熱交換するようにしたことを特徴とする金属射出成形方法。
【請求項９】
押出しシリンダ（３）内で、押出し用プランジャ（２）により固体原料（１８）を溶解部（４０）に押し出して、固体原料（１８）を加熱溶解し、溶解された溶湯（１９）を射出部（６０）で計量し、金型（１１、１２）内に射出を行うようにした金属射出成形方法であって、
押出しシリンダ（３）の内部に、固体原料（１８）の直径Ｄよりも僅かに小さな直径ｄを有した縮径部（２０）を形成し、縮径部（２０）において固体原料（１８）を押出し、塑性変形させることによって、溶解部（４０）で溶解され蓄積された溶湯（１９）と外気との接触を遮断し、且つ溶解部（４０）内に溶湯（１９）を密閉するようにしたことを特徴とする金属射出成形方法。
【請求項１０】
溶解部（４０）に不活性ガスを貯留し、溶解部（４０）内の前記不活性ガスを一定圧力に調整するようにしたことを特徴とする請求項８又は９記載の金属射出成形方法。
【請求項１１】
前記不活性ガスの正圧と射出用プランジャ（７）の後退動作によって発生する負圧の圧力差によって、溶湯（１９）を計量するようにしたことを特徴とする請求項１０記載の金属射出成形方法。
【請求項１２】
一定の圧力で保持された前記不活性ガスによって、射出工程中に発生する溶湯（１９）の圧力を吸収するようにしたことを特徴とする請求項１０又は１１記載の金属射出成形方法。
【請求項１３】
溶解部（４０）に溶湯（１９）の液面位置を検出するレベルセンサ（１５）を配置して、溶湯量の減少および固体原料（１８）の投入時期を把握するようにしたことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか記載の金属射出成形方法。
【請求項１４】
固体原料（１８）は、溶融開始温度以下に加熱しておくようにしたことを特徴とする請求項８〜１３のいずれか記載の金属射出成形方法。
【請求項１５】
溶解部（４０）の内部から溶湯（１９）を加熱するようにしたことを特徴とする請求項８〜１４のいずれか記載の金属射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の金属材料を射出成形するための金属射出成形方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金又はマグネシウム合金等の金属材料の成形機において、インゴットを機械的に加工して粒状に製作した材料チップとせずに、加熱筒にインゴットを直接供給する図９に示す金属成形機の原料供給装置が知られている（特開２００１−３００５９公報）。このような金属成形機の原料供給装置１０２では、加熱筒に連通する筒状体１０５と、この筒状体１０５の内壁面に設けられ、インゴット１０３の外周部に接して筒状体１０５内と外気とを遮断するシール部材１０６と、筒状体１０５の外周部に設けられインゴット１０３の先端部１０３ａのみを部分溶融する高周波等の誘導加熱手段１０７とを備え、筒状体１０５内で溶融された溶融金属１０８を加熱筒１０４に連続的に供給するように構成されている。加熱筒１０４内には攪拌移動手段であるスクリュ１１０が回転可能に設けられており、スクリュ１１０を回転駆動すると筒状体１０５より供給された溶融金属１０８を搬送し、加熱筒１０４の先端部１０４ｂより半溶融金属１０９を図示しない金型に圧入して、所望の金属成形品が得られる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３００５９公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の方法では、以下の問題がある。
【０００５】
前記の金属成形機の原料供給装置では、金属材料はインゴットのような固体原料で供給されるので、材料チップを供給する方式のように、材料費は高価になることはない。しかしながら、筒状体の内壁面に設けられ、材料インゴットの外周部に当接したシール部材により筒状体内と外気とを遮断しているため、材料インゴットの外周面は比較的平滑である必要があり、材料インゴットの表面性状に制約を受けるという問題がある。また、筒状体内にシール部材を用いる必要があるため、金属成形機自体がコストアップするという問題もある。
【０００６】
また、スクリュを回転駆動して筒状体より供給された溶融金属を搬送し、加熱筒の先端部より半溶融金属を金型に圧入して、所望の金属成形品を得るが、溶融材料は金型内での凝固が早いため短時間で金型に充填する必要があり、スクリュの回転駆動圧力のみで金型に圧入することは困難であり、表面性状の優れた金属成形品や細部を有する複雑な形状の金属成形品を得ることが困難であるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記のような従来の装置の課題を解決するためのものであり、固体原料の表面形状に制約を受けずに固体原料を急速溶融することができ、気泡を含まず高品質で構造が複雑な金属成形品を得ることができ、且つ構造が簡単で安価な金属射出成形方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち請求項１記載の発明では、押出しシリンダ（３）の長手方向に往復動自在な押出し用プランジャ（２）により固体原料（１８）を押し出す押出し部（３０）と、
押出し部（３０）に連結され、押し出された固体原料（１８）を加熱溶解する溶解部（４０）と、
この溶解部（４０）で溶解された溶湯（１９）を、計量し、且つ金型（１１、１２）内に射出する射出部（６０）とからなり、
押出しシリンダ（３）の内部に、固体原料（１８）の直径Ｄよりも僅かに小さな直径ｄを有した縮径部（２０）を形成し、縮径部（２０）において固体原料（１８）を押出し、塑性変形させることによって、溶解部（４０）で溶解され蓄積された溶湯（１９）と外気との接触を遮断し、且つ溶解部（４０）内に溶湯（１９）を密閉するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
本発明のうち請求項２記載の発明では、溶解部（４０）に不活性ガス貯留部（７０）を設け、溶解部（４０）内の不活性ガス貯留部（７０）を一定の圧力に維持するように調整するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
本発明のうち請求項３記載の発明では、不活性ガス貯留部（７０）の不活性ガスの正圧と射出用プランジャ（７）の後退動作によって発生する負圧の圧力差によって、溶湯（１９）を計量するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のうち請求項４記載の発明では、不活性ガス貯留部（７０）に一定の圧力で保持された不活性ガスによって、射出工程中に発生する溶湯圧力を吸収するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
本発明のうち請求項５記載の発明では、溶解部（４０）に溶湯（１９）の液面位置を検出するレベルセンサ（１５）を配置して、溶湯量の減少および固体原料（１８）の投入時期を把握するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
本発明のうち請求項６記載の発明では、固体原料（１８）は、予め溶融開始温度以下に加熱しておくようにしたことを特徴とする。
【００１４】
本発明のうち請求項７記載の発明では、溶解部（４０）中に加熱手段（４１）を挿入し、内部から溶湯（１９）を加熱するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
本発明のうち請求項８記載の発明では、押出しシリンダ（３）内で、押出し用プランジャ（２）により固体原料（１８）を溶解部（４０）に押し出して、固体原料（１８）を加熱溶解し、溶解された溶湯（１９）を射出部（６０）で計量し、且つ金型（１１、１２）内に射出を行うようにした金属射出成形方法であって、
溶解部（４０）の溶湯（１９）中に固体原料（１８）を塑性変形するように押出して直接接触熱交換するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
本発明のうち請求項９記載の発明では、押出しシリンダ（３）内で、押出し用プランジャ（２）により固体原料（１８）を溶解部（４０）に押し出して、固体原料（１８）を加熱溶解し、溶解された溶湯（１９）を射出部（６０）で計量し、且つ金型（１１、１２）内に射出を行うようにした金属射出成形方法であって、
押出しシリンダ（３）の内部に、固体原料（１８）の直径Ｄよりも僅かに小さな直径ｄを有した縮径部（２０）を形成し、縮径部（２０）において固体原料（１８）を押出し、塑性変形させることによって、溶解部（４０）で溶解され蓄積された溶湯（１９）と外気との接触を遮断し、且つ溶解部（４０）内に溶湯（１９）を密閉するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
本発明のうち請求項１０記載の発明では、溶解部（４０）に不活性ガスを貯留し、溶解部（４０）内の前記不活性ガスを一定圧力に調整するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
本発明のうち請求項１１記載の発明では、前記不活性ガスの正圧と射出用プランジャ（７）の後退動作によって発生する負圧の圧力差によって、溶湯（１９）を計量するようにしたことを特徴とする。
【００１９】
本発明のうち請求項１２記載の発明では、一定の圧力で保持された前記不活性ガスによって、射出工程中に発生する溶湯（１９）の圧力を吸収するようにしたことを特徴とする。
【００２０】
本発明のうち請求項１３記載の発明では、溶解部（４０）に溶湯（１９）の液面位置を検出するレベルセンサ（１５）を配置して、溶湯量の減少および固体原料（１８）の投入時期を把握するようにしたことを特徴とする。
【００２１】
本発明のうち請求項１４記載の発明では、固体原料（１８）は、溶融開始温度以下に加熱しておくようにしたことを特徴とする。
【００２２】
本発明のうち請求項１５記載の発明では、溶解部（４０）の内部から溶湯（１９）を加熱するようにしたことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本発明の実施の形態を示す金属射出成形装置の概略断面図である。
【００２４】
本発明の実施の形態を図１により説明する。
本実施の形態の金属射出成形装置は、主に、固体原料である原料ビレット１８を押出して塑性変形させる押出し部３０、押し出された原料ビレット１８を加熱、溶解する溶解部４０、溶解部４０の上部に設けられた不活性ガス貯留部７０、溶解した液体原料である溶湯１９を金型１１、１２内に射出充填する射出部６０、溶解部４０を射出部６０に開口連結する連結部５０から構成されている。
【００２５】
原料ビレット１８は、図７に示す保温炉２４から押出しシリンダ３内に搬送される。この搬送手段は、例えば、予熱装置である保温炉２４と材料供給口３１との間に通路を設けて、エアーシリンダ２１で原料ビレット１８を保温炉２４から押出しシリンダ３に押し出して供給するようにしても良い。
【００２６】
詳細には、保温炉２４を構成する円筒形容器内に固体原料１８を順次装填し、外周部に取り付けたヒータ２２によって固体原料１８を溶融開始温度以下に予熱する。固体原料１８を供給する際は、エアーシリンダ２１で固体原料１８を順次押出し、予熱された固体原料１８を傾斜したシュータ２３へ落下させる。シュータ２３は押出しシリンダ３と開口連結されており、押出しシリンダ３内に固体原料１８を供給する。固体原料１８の押出しシリンダ３内への供給が終了後、エアーシリンダ２１を元の位置まで後退させ、コンベアなどの固体原料１８の搬送手段を利用して、常温の固体原料１８を予熱装置へ供給し、上記の処理を繰返す。
【００２７】
本実施の形態の金属射出成形装置では、押出しシリンダ３には、その内部に原料ビレットの直径Ｄよりも僅かに小さな直径ｄを有した縮径部２０を設けるようにしたことを特徴とする。縮径部２０の絞り比は、原料ビレット１８を塑性変形させて外気と溶融材料を遮断することができる程度であれば良い。絞り比を大きくするほど、大きな押出し力が必要となるので、絞り比は小さいほうが望ましいためである。押出し力は、絞りによる塑性変形抵抗と摩擦抵抗によって支配される。縮径部２０の絞り角度は、３０〜６０°程度の範囲であるのが望ましい。絞りによる塑性変形だけを計算すると、絞り角度が小さいほど、押出し力は小さくなり、絞り角度９０°で最大となる。但し、絞り角度を小さくすると、絞り部の長さが長くなるため、絞り部内壁面と原料ビレット１８の摩擦抵抗が大きくなり、結果的に押出し力は大きくなる。従って、本実施の形態では、絞り角度を３０〜６０°程度が好ましい。本実施例では、４５°としている。
【００２８】
押出しシリンダ３に投入された原料ビレット１８は、押出し用プランジャ２の前進動作と共に前方へと搬送され、縮径部２０で塑性変形する。この縮径部２０において、塑性変形した原料ビレット１８が押出しシリンダ３内壁と密着することによって、外気と溶湯１９の接触を遮断し、溶解部４０内において溶湯１９を密閉する。
【００２９】
本実施の形態では、固体原料１８として、円筒形の直径Ｄ×長さＬの原料ビレットを使用する。原料ビレット１８の形状は、押出しシリンダ３内に収容可能な大きさで、且つ縮径部２０の内径ｄよりも外径がわずかに大きければ良い。具体的には、原料ビレット１８の直径Ｄと縮径部２０の直径ｄは、面積絞り比が１．０５〜１．３０程度に設定するのが好ましい。基本的には、原料ビレット１８は、円筒形を想定している。この際、原料ビレット１８の真円度が問題となるが、原料コストを低減させる意味から、余り高精度を要求する必要はない。例えば、直径９０ｍｍの縮径部２０を持った押出しシリンダ３に使える原料ビレット１８は、面積絞り比が１．０５〜１．３０とすれば、φ９２．２ｍｍ〜φ１０２．６ｍｍの原料寸法となる。従って、最小でも直径に対して２．２ｍｍの誤差まで許容される。
【００３０】
また、原料ビレット１８は溶融開始温度以下で、ハンドリング時に変形しない最高温度であることが好ましい。温度が高すぎると、酸化しやすく且つハンドリング不可能となり、逆に、原料ビレット１８の温度が低すぎると、押出し時に膨大な押出し力が必要となるためである。具体例としては、マグネシウム合金ＡＭ５０Ａの場合、溶融開始温度は５４０℃であるので、５００℃程度に設定する。
【００３１】
押出し部３０は、押出し用油圧シリンダ１に連結され、その長手方向に往復動自在で、原料ビレット１８を押し出すための押出し用プランジャ２と、押し出された原料ビレット１８を溶解部４０に連結する押出しシリンダ３とからなる。
【００３２】
また、押出し用プランジャ２の原料ビレット１８に対する押圧力は、原料ビレット１８の形状（直径Ｄ、長さＬ）、絞り比、押出し速度と密接な関係がある。一般的には、原料ビレット１８の直径、長さが大きいほど、絞り比が大きいほど、また押出し速度が早いほど、押出し力は大きくなる。本実施の形態では、射出成形機という性格上、ある所定の成形サイクル時間以内に押出し工程を完了する必要があるため、押出し速度が大きく取れるように原料ビレット１８の寸法を規定している。成形機の大きさ、対象とする成形品の重量等にもよるが、原料ビレット１８の寸法は、概ね（Ｌ／Ｄ）＜０．５程度とする。また、絞り比についても、押出し速度を落とすことなく、縮径部２０でのガスシールが確保できる最小の絞り比となるように設計する。具体的には、原料ビレット寸法；φ６０ｘＬ３０で、絞り比１．２０の場合、押出し力は最大で２０トン、押出し速度５ｍｍ／ｓである。
【００３３】
押出し用プランジャ２の駆動は、押出し用油圧シリンダ１で行う。なお、本実施の形態では、押出し用プランジャ２の駆動は、押出し用油圧シリンダ１としているが、これに限定されるものではなく、モータ駆動であっても良い。また、押出し用プランジャ２の駆動手段として、例えば、図示しないが両側に配されたロール間に原料ビレットを挟んで両側のロールを内回転させることにより原料ビレットを前方に押出す方式、スクリュネジを回転させることにより原料ビレットを前方に押出す方式、クランク機構によりクランク軸の回転により原料ビレットを押出す方式等の駆動方法であっても良い。
【００３４】
なお、図１においては溶解部４０を射出部６０の上方に垂直に配置したが、これを射出部６０に対して上方に傾斜させて配置し、両者間に連結部５０により接続することもできる。
【００３５】
射出部６０は、射出用油圧シリンダ５と連結された射出用プランジャ７、射出シリンダ９およびノズル１０などから構成されている。射出部６０の後端には、射出用プランジャ７に取り付けられた逆流防止リング６と射出シリンダ９の内部に空気あるいは水を流通させる冷却管１７の冷却作用によって、射出部６０後方への溶湯の漏れを防止可能な構造となっている。また、射出用プランジャ７の先端には、逆流防止装置８が取り付けられており、射出あるいは保圧時に溶湯が溶解部４０へと逆流することを防止する。
【００３６】
上述した連結部５０および射出部６０には、溶湯温度を保持するために必要となる電気式ヒータあるいは誘導加熱ヒータ等の加熱装置１６が、その外周部に取り付けてある。
【００３７】
なお、連結部５０の途中に、ロータリ式、ピストン式などの機械式逆流防止機構あるいはポペット式、ボール式などの逆流防止機構を設けることによって、計量容積および射出容積の精度向上を図ることができる。さらに、このような逆流防止機構を具備すれば、射出用プランジャの先端部に逆流防止装置８を配置する必要が無くなり、また射出用プランジャを連結部後端の位置まで短小化することが可能となり、装置コストの低減を図ることができる。
【００３８】
溶解部４０は、内部が円筒状の中空となっており、押出し部３０から押出・搬送された原料ビレット１８は、押出しシリンダ３の外周部に取り付けた電気式ヒータあるいは誘導加熱式ヒータなどの加熱装置１６によって溶解され、所定の設定温度に保持される。
【００３９】
不活性ガス貯留部７０には、不活性ガスとしてＡｒガスを導入するための不活性ガス導入管１４が連結されている。そして、溶湯上面にＡｒガスの不活性ガス層を形成させることによって、溶湯の酸化を防止するようになっている。また、このＡｒガス層の圧力は、不活性ガス導入管１４に連結された圧力調節器１３によって、０．１ＭＰａ〜２．０ＭＰａの範囲で任意のガス圧力に調節可能である。このＡｒガス圧力は、射出用プランジャ７を後退させて計量する場合に、射出用プランジャ７の後退動作に伴い発生する溶湯吸引力との差圧によって、溶湯搬送力を発生させる。具体的には、不活性ガスの圧力Ｐ１（正圧）と射出用プランジャ７の後退動作によって射出用プランジャの先端（計量空間）に発生する負圧Ｐ２の圧力差によって溶湯１９の計量を行う。
【００４０】
さらに、射出時には、射出用プランジャ７の前方に発生する１０ＭＰａ〜１５０ＭＰａの射出圧力によって、射出用プランジャ７の先端に配置された逆流防止装置８を介して、溶湯１９が溶解部４０へ逆流することになる。逆流した溶湯は、その量に応じてＡｒガス層の溶湯液面を上昇させ、Ａｒガス圧力を増加させる。仮に、Ａｒガス層を設けず、原料ビレット１８の塑性変形部分で溶解部４０を完全に密閉し、溶湯１９を完全に充満した場合には、射出時の僅かな溶湯逆流によっても溶解部４０の溶湯圧力が射出圧と同程度に上昇することになり、溶解部４０などには高温、高強度を有した高価な特殊耐熱材料を使用する必要がある。しかし、本発明のようにＡｒガス層を設けることによって、射出時の逆流による溶湯圧力の増加を吸収することが可能となり、安価な一般耐熱材料で溶解部などを構成することが可能となる。具体的には、高温、高強度を有した高価な特殊耐熱材料とはＮｉ基をベースとしたスーパーアロイ（Inconelなど）やＷ基、Ｃｏ基などを含有した熱間工具鋼などである。
【００４１】
具体的には、射出あるいは保圧工程中に、射出用プランジャの先端側に設けられている逆流防止装置８から射出力あるいは保圧力によって逆流現象が生じる。この時、逆流防止装置８より上流側（根元側）が、溶湯１９で完全に満たされている状態であると、逆流した溶湯１９の逃げ場が無いため、逆流した溶湯１９によって上流側の内圧も急激に上昇することとなる。しかし、不活性ガス貯留部７０が上流側に設けられている場合には、逆流した溶湯１９は、この不活性ガスを圧縮するだけになり、上流側に大きな内圧は発生しない。すなわち、不活性ガスの圧力をＰ１、容積をＶ１として、逆流によって容積Ｖ２の溶湯１９が上流側に逆流した場合の不活性ガス圧力Ｐ３は、Ｐ３＝Ｐ１×Ｖ１／（Ｖ１−Ｖ２）となる。上式の（Ｖ１−Ｖ２）が負にならないように、最大量逆流したとしてもＶ１＞Ｖ２となる不活性ガスの容積が必要となる。
【００４２】
なお、不活性ガス貯留部７０には、溶湯１９の液面位置を検出するため、電気式あるいはフロート式のレベルセンサ１５が取付けられており、溶湯量の検出および原料ビレット１８の投入時期の把握を行う。
【００４３】
溶解部４０にて、所定の温度まで加熱・溶解された溶湯１９は、Ａｒガス圧力と射出用プランジャ７の後退動作に伴う溶湯吸引力の差圧による溶湯搬送力によって、溶解部４０―射出部６０間を連通する連結部５０を通して射出部６０へ流入される。
【００４４】
（動作）
図２〜６を用いて、本実施の形態の動作を説明する。
まず、図２では、本実施の形態の典型的な動作例として、溶湯液面位置が下降し、レベルセンサ１５が溶湯不足を検知した状態から開始するようにしている。
【００４５】
不活性ガス貯留部７０に設けられたレベルセンサ１５によって、溶湯液面位置が下降したことを検知した場合、押出し用プランジャ２を後退させて、原料ビレット１８を押出しシリンダ３内に投入する。この時、原料ビレット１８は、本装置と連結した予熱装置である保温炉２４において、溶融温度開始以下、例えば、マグネシウム合金の場合、４００〜５００℃に予加熱しておくようにする。なお、予熱装置は、別置きの予熱炉であっても良い。
【００４６】
次に、図３に示すように、原料ビレット１８投入後、押出し用プランジャ２を前進させ、原料ビレット１８を押出しシリンダ３の前方へ搬送し、縮径部２０にて原料ビレット１８を塑性変形させる。そして、原料ビレット１８が縮径方向に塑性変形することによって、押出しシリンダ３内面と原料ビレット１８外周面が密着し、それ以降の溶解部４０において溶湯１９を密閉することになる。
【００４７】
縮径方向に塑性変形した原料ビレット１８は、溶解部４０へ搬送される。そして、搬送された原料ビレット１８の容積分だけ溶解部４０の溶湯液面位置が上昇し、不活性ガス貯留部７０のレベルセンサ１５が再び液面位置を検出する。さらに、溶湯１９の液面位置が上昇することによって、不活性ガス貯留部７０に保持されたＡｒガスが圧縮、加圧される。なお、押出し用プランジャ２の前進動作は、レベルセンサ１５が液面位置を検出した段階で停止してもよいし、またはレベルセンサ１５の応答によらず押出し用プランジャ２が機械的に規定された最前進位置まで移動した後停止してもよい。また、不活性ガス貯留部７０内のＡｒガス圧力は、不活性ガス導入管１４の経路途中に配置された圧力調節器１３によって、溶湯液面位置によらず一定の圧力に保持される。
【００４８】
図４に示すように、押出し工程を終了した後、予め規定の後退位置にあった射出用プランジャ７を高速で前進させ、溶湯１９を金型１１、１２内に充填する。この射出工程において、射出用プランジャ７の前方には、溶湯１９の金型１１、１２内への充填負荷に応じた射出圧力（１０ＭＰa〜１５０ＭＰａ程度）が発生することになる。この圧力の作用によって、射出用プランジャ７先端に取りつけられた逆流防止装置８から、溶湯１９が溶解部４０へと微量だけ逆流することになる。そして、逆流した溶湯量に応じて、不活性ガス貯留部７０の溶湯液面位置が上昇し、Ａｒガス圧力を増加させる。このＡｒガスによるクッション効果によって、溶解部４０内の溶湯は、設定されたＡｒガス圧力と同程度の低い圧力に維持することが可能となる。
【００４９】
図５に示すように、射出工程を終了した後、射出用プランジャ７を後退させて、次ショットの計量を行う。溶解部４０内の溶湯１９は、射出用プランジャ７の後退動作に伴い発生する溶湯吸引力とＡｒガス圧力との差圧によって、射出用プランジャ７前方へと搬送される。そして、射出用プランジャ７が、成形品のショット重量に応じた規定の位置まで後退すると、射出用プランジャ７の後退動作を終了する。この計量工程中に溶解部４０内の溶湯１９が射出用プランジャ７の前方へ搬送されるため、不活性ガス貯留部７０の溶湯１９の液面位置は下降し、またＡｒガス圧力は減少する。そして、図６に示すように、ノズル先端に金型１１、１２からの冷却によって固化層が形成された時点で、型開きを行い、成形品の突き出し動作を行い、成形品を取り出す。
【００５０】
本実施の形態では、溶解部４０では、外部にヒータを設けるようにしているが、これに限定するものではなく、図８に示すように、溶解部４０中に加熱手段（ヒータ）４１を挿入し、内部から溶湯を加熱することもできる。これにより、溶解部４０内部から溶湯１９を加熱するので、溶解能力を向上させることができる。溶解部４０中に加熱手段（ヒータ）４１を挿入し、内部から溶湯を加熱する場合には、ヒータ４１を内包したスリーブ（図示せず）を溶湯中に配置するようにする。これにより、外部への熱損失が低減し、さらに溶湯内に対流を生じさせて、スリーブ外面と溶湯１９間の熱伝達を促進することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明のうち請求項１、９記載の発明によれば、押出しシリンダ内に固体原料の直径Ｄよりも僅かに小さな直径ｄを有する縮径部を設け、原料ビレットを塑性変形させることによって、溶湯と外気との接触を遮断し、溶解部内の溶湯を密閉状態とすることが可能となり、溶解部内を溶湯および押出された固体材料で充満させて、シリンダからの伝熱効率を促進させることができる。これにより、溶湯を密閉状態で保持することができるので、溶湯の酸化を防止することが可能となり、成形品への酸化物の混入といった品質不良ならびに溶解炉に発生した酸化物の除去作業を無くすことができるという効果がある。
【００５２】
さらに、本発明のうち請求項２〜４、１０〜１２記載の発明によれば、溶解部に不活性ガスである不活性ガス貯留部を設け、不活性ガスを一定の加圧状態に維持することによって、計量工程では溶湯の搬送力を発生し、射出工程では溶湯の逆流による溶湯圧力（サージ圧力）の増加を防止することが可能となる。そして、溶湯圧力を設定された不活性ガス圧力と同程度の低い圧力に維持することができれば、溶解部あるいは連結部などを構成する部材には、安価な一般耐熱材料を使用することが可能となり、金属射出成形装置コストおよび成形品コストを低減することができる。
【００５３】
本発明のうち請求項５、１３記載の発明によれば、不活性ガス貯留部に電気式あるいはフロート式のレベルセンサを配置し、溶湯の液面位置を検出することによって、簡易な構成で、溶湯量の減少および固体原料の投入時期を把握することができる。
【００５４】
本発明のうち請求項６、１４記載の発明によれば、固体原料は、溶融開始温度以下に加熱しておくようにしたので、短時間に原料ビレットを塑性変形させることができる。
【００５５】
本発明のうち請求項７、１５記載の発明によれば、溶解部中に加熱手段を挿入し、内部から溶湯を加熱するようにしているので、溶解能力が向上する。
【００５６】
本発明のうち請求項８記載の発明によれば、押出しシリンダ内で、押出し用プランジャにより固体原料を溶解部に押し出して、固体原料を加熱溶解し、射出部で溶解された溶湯を計量し、金型内に射出を行うようにした金属射出成形方法であって、
溶湯中に固体原料を押出して直接接触熱交換するようにしたことにより、固体原料を直接溶解させるようにしているので、チップ化する必要もないため、原料費も低下させることができ、且つ溶解能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す金属射出成形装置の概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の動作を説明する概略断面図であり、レベルセンサが溶湯不足を検知した状態を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の動作を説明する概略断面図であり、図２の状態から押出し用プランジャが前進した状態を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の動作を説明する概略断面図であり、図３の状態から射出用プランジャが前進した状態を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の動作を説明する概略断面図であり、図４の状態から射出用プランジャが後退した状態を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の動作を説明する概略断面図であり、図５の状態から型開きして、成形品の突き出し状態を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態である保温炉と材料供給口との間の通路について示す原料予熱装置と自動供給装置の構成図である。
【図８】本発明の実施の形態の溶解部中に加熱手段を挿入し、内部から溶湯を加熱するようにした状態を説明する構成図である。
【図９】従来の金属成形機の一部を示す正面断面図である。
【符号の説明】
１  押出し用油圧シリンダ
２  押出し用プランジャ
３  押出しシリンダ
４  連結部
５  射出用油圧シリンダ
６  逆流防止リング
７  射出用プランジャ
８  逆流防止装置
９  射出シリンダ
１０  ノズル
１３  圧力調節器
１４  不活性ガス導入管
１５  レベルセンサ
１８  原料ビレット（固体原料）
１９  液体原料（溶湯）
２０  縮径部
３０  押出し部
４０  溶解部
５０  連結部
６０  射出部
７０  不活性ガス貯留部（Ａｒガス貯留部）
【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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