(57)【要約】【課題】成形加工方法および成形加工装置において、金属を溶解して成形を行う場合に簡素かつ安価な装置構成によって成形加工を行うことができるとともに成形の効率を向上できるようにする。【解決手段】成形加工装置１は、供給材料１２を供給する材料供給部１０と、非導電性の材料からなり、供給材料１２が通過可能な入口開口部と、供給材料１２の通過を阻止するとともに供給材料１２の溶融時の水平方向の最大外径より大きい開口が形成された出口開口部とを有し、内面で供給材料１２を保持する材料保持部材８と、保持された供給材料１２に誘導電流を流して供給材料１２を材料保持部材８に接触することなく浮遊させるとともに溶融させて、出口開口部の上方で溶融体を形成する誘導コイル７と、材料保持部材８の下方側に、出口開口部に向けて開口された金型６を設置する金型設置部５と、を備える。【選択図】図１
2011147961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料を溶融させて、溶融された前記金属材料を金型に導入して成形を行う成形加工方法であって、
前記金属材料を成形に必要な分量の塊状に形成した金属固体を供給する金属固体供給工程と、
非導電性の材料からなり、前記金属固体が通過可能な入口開口部と、該入口開口部よりも下方側に設けられ前記金属固体の通過を阻止するとともに前記金属固体の塊状の浮遊溶融状態における水平方向の最大外径より大きい開口が形成された出口開口部とを有する金属固体保持部材を用いて、前記金属固体供給工程によって供給された前記金属固体を前記入口開口部から前記出口開口部までの間の前記金属固体保持部材の内面で保持する金属固体保持工程と、
前記金属固体保持部材に保持された前記金属固体に誘導電流を流して前記金属固体を前記金属固体保持部材に接触することなく浮遊させるとともに溶融させて、前記出口開口部の上方で浮遊する塊状の溶融体を形成する金属材料浮遊溶融工程と、
該金属材料浮遊溶融工程で形成された前記溶融体を落下させ、前記金属固体保持部材の前記出口開口部の内側を通して非接触状態で通過させる溶融体落下工程と、
前記出口開口部に向けて開口された金型に前記溶融体を導入して成形を行う成形工程と、
を備えることを特徴とする成形加工方法。
【請求項２】
前記金属固体保持部材における前記入口開口部から前記出口開口部までの間の内面は、
前記溶融体の浮遊中心から、前記金属固体の溶融時の体積を有する球の半径よりも離れた位置に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の成形加工方法。
【請求項３】
前記出口開口部の開口は、前記金属固体の溶融時の体積を有する球が通過可能な大きさに形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の成形加工方法。
【請求項４】
前記金属固体保持部材は、
上端側に前記入口開口部が設けられ、下端側に前記出口開口部が設けられた筒状体からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成形加工方法。
【請求項５】
前記筒状体は、
前記入口開口部から前記出口開口部に向かって開口の大きさが漸次低減されるものであることを特徴とする請求項４に記載の成形加工方法。
【請求項６】
前記金属固体保持部材は、
前記内面に保持される前記金属固体と、浮遊される前記溶融体とを側方から視認可能な窓部を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の成形加工方法。
【請求項７】
前記金属材料浮遊溶融工程では、
上端側に前記金属固体が通過可能な上側開口部が形成され、下端側に前記溶融体が通過可能な下側開口部が形成された誘導コイルを用い、
該誘導コイルは、前記上側開口部が前記金属保持部材の前記入口開口部と、前記下側開口部が前記金属保持部材の前記出口開口部と、それぞれ対向する状態で前記金属固体保持部材を囲繞して配置されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の成形加工方法。
【請求項８】
金属材料を溶融させて、溶融された前記金属材料を金型に導入して成形を行う成形加工装置であって、
前記金属材料を成形に必要な分量の塊状に形成した金属固体を供給する金属固体供給部と、
非導電性の材料からなり、前記金属固体が通過可能な入口開口部と、該入口開口部よりも下方側に設けられ前記金属固体の通過を阻止するとともに前記金属固体の塊状の浮遊溶融状態における水平方向の最大外径より大きい開口が形成された出口開口部とを有し、前記入口開口部から前記出口開口部までの間の内面で、前記金属固体供給部によって前記入口開口部から供給される前記金属固体を保持する金属固体保持部材と、
該金属固体保持部材の周囲に設けられ、前記金属固体保持部材に保持された前記金属固体に誘導電流を流して該金属固体を前記金属固体保持部材に接触することなく浮遊させるとともに溶融させて、前記出口開口部の上方で浮遊する塊状の溶融体を形成する金属材料浮遊溶融部と、
前記金属固体保持部材の前記出口開口部の下方側に、該出口開口部に向けて開口された金型を設置する金型設置部と、
を備えることを特徴とする成形加工装置。
【請求項９】
前記金属固体保持部材における前記入口開口部から前記出口開口部までの間の内面は、
前記金属材料溶融部における前記溶融体の浮遊中心から、前記金属固体の溶融時の体積を有する球の半径よりも離れた位置に設けられたことを特徴とする請求項８に記載の成形加工装置。
【請求項１０】
前記出口開口部の開口は、前記金属固体の溶融時の体積を有する球が通過可能な大きさに形成されたことを特徴とする請求項８または９に記載の成形加工装置。
【請求項１１】
前記金属固体保持部材は、
上端側に前記入口開口部が設けられ、下端側に前記出口開口部が設けられた筒状体からなることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の成形加工装置。
【請求項１２】
前記筒状体は、
前記入口開口部から前記出口開口部に向かって開口の大きさが漸次低減されるものであることを特徴とする請求項１１に記載の成形加工装置。
【請求項１３】
前記金属固体保持部材は、
前記内面に保持される前記金属固体と、浮遊される前記溶融体とを側方から視認可能な窓部を備えることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の成形加工装置。
【請求項１４】
前記金属材料浮遊溶融部は、
上端側に前記金属固体が通過可能な上側開口部が形成され、下端側に前記溶融体が通過可能な下側開口部が形成された誘導コイルを備え、
該誘導コイルは、前記上側開口部が前記金属保持部材の前記入口開口部と、前記下側開口部が前記金属保持部材の前記出口開口部と、それぞれ対向する状態で前記金属固体保持部材を囲繞して配置されたことを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載の成形加工装置。
【請求項１５】
前記誘導コイルの前記上側開口部は、前記金属保持部材が通過可能な大きさの開口を有することを特徴とする請求項１４に記載の成形加工装置。
【請求項１６】
前記金属固体供給部は、
前記金属固体を、前記金属固体保持部材の前記入口開口部に上方から投入して供給することを特徴とする請求項８〜１５のいずれかに記載の成形加工装置。
【請求項１７】
前記金属固体は、球状体に形成されたものを用いることを特徴とする請求項８〜１６のいずれかに記載の成形加工装置。
【請求項１８】
前記金属固体保持部材は、網状体で形成され、
前記窓部が、前記網状体の網目により形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の成形加工装置。
【請求項１９】
前記窓部は、前記金属固体保持部材の側面にから内部側に貫通して設けられたスリットなることを特徴とする請求項１３に記載の成形加工装置。
【請求項２０】
前記金属固体保持部材は、光透過性を有する材料で形成されたこと請求項８〜１２のいずれか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、成形加工方法および成形加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属を溶解させて成形する鋳造では、金属を溶解させる加熱手段として、誘導加熱が知られている。
例えば、特許文献１には、このような誘導加熱を用いた浮遊溶解装置として、導電性が低くしかも熱伝導性のよいルツボを窒化アルミニウム製としルツボは内周と外周がほぼ平行で、回転楕円体を短径に平行に分割した半割体の形とし、周壁から底壁のほぼ全周に同パイプ製の誘導加熱コイルを巻回し、その内部に冷却水を導入し誘導加熱コイルが水冷パイプの機能を兼ねる構成としたものが記載されている。
鋳造などの成形を行う成形加工装置では、このようにして溶解、浮遊された後の溶湯を金型に供給する必要がある。
ルツボを用いた従来の溶解装置を用いる成形加工装置では、ルツボの底部に溶湯管路に接続された開口を形成しておき、この開口に可動栓を設けることで、可動栓を開栓して溶湯を下方に出湯したり、ルツボを反転して溶湯を落下させたりするものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２８０８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の成形加工装置には以下のような問題があった。
誘導加熱によりルツボ内に浮遊される溶湯はルツボと接触しないため、ルツボとの接触を通じて不純物が混入することはないが、可動栓によって溶湯管路から出湯する装置では、出湯時に溶湯が、ルツボの開口、可動栓および溶湯管路と接触するため、これらの接触部の保守作業の手間がかかってしまう。例えば、連続成形を行う場合に、保守作業によって成形が中断され、効率的な成形を行うことができないという問題がある。また、可動栓を設けるため、装置構成が複雑となり、高価な装置となってしまうという問題がある。
また、ルツボを反転させる装置では、ルツボおよびルツボの周囲に配置された誘導加熱コイルを反転させる機構が必要となり、装置構成が複雑となり、高価な装置となってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、金属を溶解して成形を行う場合に簡素かつ安価な装置構成によって成形加工を行うことができるとともに成形の効率を向上することができる成形加工方法および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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明は、金属材料を溶融させて、溶融された前記金属材料を金型に導入して成形を行う成形加工方法であって、前記金属材料を成形に必要な分量の塊状に形成した金属固体を供給する金属固体供給工程と、非導電性の材料からなり、前記金属固体が通過可能な入口開口部と、該入口開口部よりも下方側に設けられ前記金属固体の通過を阻止するとともに前記金属固体の塊状の浮遊溶融状態における水平方向の最大外径より大きい開口が形成された出口開口部とを有する金属固体保持部材を用いて、前記金属固体供給工程によって供給された前記金属固体を前記入口開口部から前記出口開口部までの間の前記金属固体保持部材の内面で保持する金属固体保持工程と、前記金属固体保持部材に保持された前記金属固体に誘導電流を流して前記金属固体を前記金属固体保持部材に接触することなく浮遊させるとともに溶融させて、前記出口開口部の上方で浮遊する塊状の溶融体を形成する金属材料浮遊溶融工程と、該金属材料浮遊溶融工程で形成された前記溶融体を落下させ、前記金属固体保持部材の前記出口開口部の内側を通して非接触状態で通過させる溶融体落下工程と、前記出口開口部に向けて開口された金型に前記溶融体を導入して成形を行う成形工程と、を備える方法とする。
【０００７】
本発明は、金属材料を溶融させて、溶融された前記金属材料を金型に導入して成形を行う成形加工装置であって、前記金属材料を成形に必要な分量の塊状に形成した金属固体を供給する金属固体供給部と、非導電性の材料からなり、前記金属固体が通過可能な入口開口部と、該入口開口部よりも下方側に設けられ前記金属固体の通過を阻止するとともに前記金属固体の塊状の浮遊溶融状態における水平方向の最大外径より大きい開口が形成された出口開口部とを有し、前記入口開口部から前記出口開口部までの間の内面で、前記金属固体供給部によって前記入口開口部から供給される前記金属固体を保持する金属固体保持部材と、該金属固体保持部材の周囲に設けられ、前記金属固体保持部材に保持された前記金属固体に誘導電流を流して該金属固体を前記金属固体保持部材に接触することなく浮遊させるとともに溶融させて、前記出口開口部の上方で浮遊する塊状の溶融体を形成する金属材料浮遊溶融部と、前記金属固体保持部材の前記出口開口部の下方側に、該出口開口部に向けて開口された金型を設置する金型設置部と、を備える構成とする。
【０００８】
また、本発明の成形加工装置では、前記金属固体保持部材における前記入口開口部から前記出口開口部までの間の内面は、前記金属材料溶融部における前記溶融体の浮遊中心から、前記金属固体の溶融時の体積を有する球の半径よりも離れた位置に設けられたことが好ましい。
【０００９】
また、本発明の成形加工方法および成形加工装置では、前記出口開口部の開口は、前記金属固体の溶融時の体積を有する球が通過可能な大きさに形成されたことが好ましい。
【００１０】
また、本発明の成形加工方法および成形加工装置では、前記金属固体保持部材は、上端側に前記入口開口部が設けられ、下端側に前記出口開口部が設けられた筒状体からなることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の成形加工方法および成形加工装置では、前記金属固体保持部材が前記筒状体からなる場合、前記筒状体は、前記入口開口部から前記出口開口部に向かって開口の大きさが漸次低減されるものであることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の成形加工方法および成形加工装置では、前記金属固体保持部材は、前記内面に保持される前記金属固体と、浮遊される前記溶融体を側方から視認可能な窓部を備えることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の成形加工方法では、前記金属材料浮遊溶融工程では、上端側に前記金属固体が通過可能な上側開口部が形成され、下端側に前記溶融体が通過可能な下側開口部が形成された誘導コイルを用い、該誘導コイルは、前記上側開口部が前記金属保持部材の前記入口開口部と、前記下側開口部が前記金属保持部材の前記出口開口部と、それぞれ対向する状態で前記金属固体保持部材を囲繞して配置されたことが好ましい。
【００１４】
また、本発明の成形加工装置では、前記金属材料浮遊溶融部は、上端側に前記金属固体が通過可能な上側開口部が形成され、下端側に前記溶融体が通過可能な下側開口部が形成された誘導コイルを備え、該誘導コイルは、前記上側開口部が前記金属保持部材の前記入口開口部と、前記下側開口部が前記金属保持部材の前記出口開口部と、それぞれ対向する状態で前記金属固体保持部材を囲繞して配置されたことが好ましい。
【００１５】
また、本発明の成形加工装置では、前記金属材料浮遊溶融部が前記誘導コイルを備える場合、前記誘導コイルの前記上側開口部は、前記金属保持部材が通過可能な大きさの開口を有することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の成形加工装置では、前記金属固体は、球状体に形成されたものを用いることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の成形加工装置では、前記金属固体保持部材が前記窓部を備える場合、前記金属固体保持部材は、網状体で形成され、前記窓部が、前記網状体の網目により形成されたことが好ましい。
【００１８】
また、本発明の成形加工装置では、前記金属固体保持部材が前記窓部を備える場合、前記窓部は、前記金属固体保持部材の側面にから内部側に貫通して設けられたスリットなることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の成形加工装置では、前記金属固体保持部材は、光透過性を有する材料で形成されたことが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の成形加工方法および成形加工装置によれば、金属固体保持部材に金属固体を保持させて、金属固体を浮遊させるとともに溶融させて溶融体を形成し、この溶融体を金属固体保持部材の出口開口部を通して下方に非接触状態で落下させることにより、金型に溶融体を導入して成形を行うことができるため、金属を溶解して成形を行う場合に簡素かつ安価な装置構成によって成形加工を行うことができるとともに成形の効率を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る成形加工装置の概略構成を示す正面視の模式的な部分断面図である。
【図２】成形に用いる金属固体の例を示す模式的な斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る成形加工装置の主要部を示す模式的な断面図、およびそのＡ視の平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る成形加工装置の動作説明図、およびそのＢ視の平面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の成形加工装置を用いた成形加工方法の工程フロー図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例（第１変形例）に係る成形加工装置の主要部を示す模式的な断面図、およびそのＣ視の平面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の変形例（第２変形例）に係る成形加工装置の主要部を示す模式的な断面図、およびそのＥ視の平面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る成形加工装置の概略構成を示す正面視の模式的な部分断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の変形例（第３変形例）に係る成形加工装置に用いる金属固体保持部材の模式的な正面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の変形例（第４変形例）に係る成形加工装置に用いる金属固体保持部材の模式的な正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００２３】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る成形加工装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る成形加工装置の概略構成を示す正面視の模式的な部分断面図である。図２は、成形に用いる金属固体の例を示す模式的な斜視図である。図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る成形加工装置の主要部を示す模式的な断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ視の平面図である。図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る成形加工装置の動作説明図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＢ視の平面図である。
なお、各図は模式図であり、見易さのために各部材の大きさや形状は誇張されている（以下の図面も同様）。
【００２４】
本実施形態の成形加工装置１は、図１に示すように、金属材料である供給材料１２（金属固体）を材料保持部材８（金属固体保持部材）によって保持させ、誘導加熱によって溶融させるとともに材料保持部材８に接触することなく浮遊させ、溶融された金属材料からなる溶湯を金型６に導入して成形を行うものである。成形加工装置１が行う成形は、金属の溶湯を用いる成形であれば特に限定されないが、以下では、一例として遠心鋳造を行う場合の例で説明する。
このため、金型６は、例えば、略円柱状の外形を有するブロック部材の上面の中心に溶湯を導入するための下方側に延ばされた縦穴からなる溶湯導入穴６ａが設けられ、溶湯導入穴６ａの下端側の側面から径方向外側に向かって、成形品の形状を転写する金型面で囲まれた凹部である成形空間６ｂが形成されている。なお、金型６は、例えば成形品を取り出す場合などに分解できるように複数の部品の組立体からなっている。
【００２５】
供給材料１２は、金属材料を成形に必要な分量の塊状に形成した金属固体であり、本実施形態では、図２（ａ）に示すように、直径ｄ１、軸方向長さｈ１の円柱状のものを採用している。符号Ｇは重心位置を示す。
ここで、成形に必要な分量とは、成形空間６ｂに導入されて固化されたとき、少なくとも成形品の形状を形成することができる分量であり、例えばランナー部などに充填され最終的に成形品から除去される分量が含まれていてもよい。
この成形に必要な分量は、成形品の形状に応じた金型６ごとに予め決められており、各供給材料１２は、許容誤差範囲内で一定の形状に形成されている。
【００２６】
また、供給材料１２の体積Ｖは、Ｖ＝ｈ１・π・（ｄ１／２）２であるから、供給材料１２を球形状に換算すると、この仮想球の半径ｒＳ’は、次式（１）で表される。
また、供給材料１２が溶融時に球体となるとすると、この溶融仮想球Ｓ（金属固体の溶融時の体積を有する球）の半径ｒＳは、αを供給材料１２の線膨張率、ΔＴを溶融時の温度上昇として、次式（２）で表される。
【００２７】
ｒＳ’＝｛（３・ｈ１／４）・（ｄ１／２）２｝１／３                ・・・（１）
ｒＳ＝α・ΔＴ・ｒＳ’                                            ・・・（２）
【００２８】
直径ｄ１と軸方向長さｈ１との間の関係は、供給材料１２を材料保持部材８に確実に保持させる点では、扁平、すなわち、ｄ１＞ｈ１であることが好ましく、供給材料１２を効率的に溶解させる点では、扁平すぎないことが好ましい。このため、ｄ１／ｈ１＝ηとすると、１＜η≦３程度の範囲であることが好ましい。特に、η＝１．５の場合、直径ｄ１が、２・ｒＳと等しくなるため、後述する材料保持部材８の出口開口部８ｂの内径を２・ｒＳとする場合には、η＞１．５とすることが好ましい。
本実施形態では、以下、η＞１．５の場合の例で説明する。
【００２９】
供給材料１２の材質としては、誘導加熱によって溶融可能な金属材料であれば、適宜の単金属および合金を採用することができる。例えば、遠心鋳造により好適に成形できる合金として、急冷することにより非晶質化されることによって、耐食性に優れるとともに高精度な転写性を有し低ヤング率・高強度・高弾性などの特性が得られる合金群（いわゆる「金属ガラス」）を挙げることができる。このような非晶質合金の原料合金としては、例えば、Ｚｒ（ジルコニウム）基合金などが知られている。
以下の説明では、一例として、供給材料１２の材質が、組成がＺｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ５を有するＺｒ基合金の場合で説明する。
【００３０】
成形加工装置１の概略構成は、図１に示すように、チャンバー２、回転軸部４、モータ３、金型設置部５、誘導コイル７（金属材料浮遊溶融部）、材料保持部材８、材料供給部１０（金属固体供給部）、および放射温度計１１を備える。また、特に図示しないが、これらの構成の動作を制御するための制御手段を備えている。
【００３１】
チャンバー２は、溶湯が酸化されたり、不純物が混入したりしないように、内部の大気を排出して、非酸化雰囲気を形成する不活性ガスを導入できるようにした筐体からなる。
このため、特に図示しないが、大気を吸引、排出する真空ポンプや例えばアルゴンガスなどの不活性ガスを導入する不活性ガス源が接続されている。
【００３２】
回転軸部４は、遠心鋳造を行うため、金型６を、溶湯導入穴６ａの中心を通る軸回りに回転させるものであり、チャンバー２の底部を鉛直方向に貫通するように設けられている。
チャンバー２内に挿入された回転軸部４の上端部には、金型６を回転軸部４の回転中心軸Ｒに対して位置決めして着脱可能に固定するため、円板ブロック状の金型設置部５が固定されている。
このため、特に図示しないが、金型設置部５の上面には、金型６を位置合わせして取り付ける適宜の位置決め部や、金型６の固定を行う金型固定手段などが設けられている。
金型固定手段としては、例えば、ボルト締結や、適宜のチャック機構、クランプ機構などを採用することができる。
また、チャンバー２の底部の下方に延出された回転軸部４の下端部には、回転軸部４を回転駆動するモータ３が連結されている。
【００３３】
誘導コイル７は、例えば、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度の高周波磁界を発生させて、内部に配置された金属固体に誘導電流を流して浮遊させるとともに溶融させ、供給材料１２から塊状の溶融体Ｍを形成するものであり、不図示の高周波電源に接続され、金型設置部５の上方のチャンバー２内に配置されている。
本実施形態の誘導コイル７は、図３（ａ）に示すように、下端側の開口である下側コイル開口部７ｄ（下側開口部）から上側に向かってコイル径が漸次拡径する筒状に巻かれたコイル下部７ｂと、コイル下部７ｂの上端からより上側に向かってコイル径が漸次縮径する筒状にコイル下部７ｂと反対方向に巻かれ、上端側に上側コイル開口部７ｃ（上側開口部）が形成されたコイル上部７ａとを備える。誘導コイル７の巻線の旋回中心である中心軸Ｏは、回転軸部４の回転中心軸Ｒと同軸に配置されている。
コイル下部７ｂおよびコイル上部７ａの巻き数や筒状の形状は、溶融体Ｍの重心を誘導コイル７内の一定の浮遊中心位置Ｆに位置づける高周波磁界が形成されるように設定する。
本実施形態の浮遊中心位置Ｆは、コイル下部７ｂおよびコイル上部７ａの境界近傍のコイルの中心軸Ｏ上に設定されている。
【００３４】
また、コイル下部７ｂおよびコイル上部７ａの大きさは、内部側に、後述する材料保持部材８および材料保持部材８に保持された供給材料１２を収容できる大きさとされる。
なお、溶融体Ｍが形成されると、溶融体Ｍは球状に凝縮しようとするが、図４（ａ）に示すように、浮遊状態では主として重力の作用によって鉛直方向に細長く延びる略回転楕円体状の塊状になる。このような溶融体Ｍの浮遊状態の形状は、供給材料１２の質量、および誘導コイル７から作用する電磁力の条件によって一定に定まる。以下では、溶融体Ｍの水平方向の最大外径を外径ｄＭ（ただし、ｄＭ＜２・ｒＳ）とする。ここで、溶融体Ｍは鉛直方向に細長く延びる略回転楕円体状の塊状であり、塊状の上端と下端の中間点での円形の水平断面の中心が、誘導コイル７の浮遊中心位置Ｆとほぼ一致するように浮上している。
【００３５】
上側コイル開口部７ｃの内径は、供給材料１２が通過可能な内径Ｄ１とされている。
内径Ｄ１は、供給材料１２が通過できれば特に制限はない。例えば、材料供給部１０の供給形態によって、供給材料１２の姿勢が特定の姿勢に保たれる場合には、この特定の姿勢における水平方向の最大外形が通過できる大きさであればよい。例えば、材料供給部１０が供給材料１２の中心軸を鉛直軸に合わせて供給することができる場合には、Ｄ１＞ｄ１であればよい。
本実施形態では、供給材料１２がどのような姿勢で供給されても、上側コイル開口部７ｃを通過できるように、内径Ｄ１を、供給材料１２の最大外形寸法であるｄｍａｘより大きな寸法に設定している。供給材料１２の場合、ｄｍａｘ＝√（ｄ１２＋ｈ１２）である（図２（ａ）参照）。
さらに本実施形態では、内径Ｄ１は、後述する材料保持部材８を上下方向に出し入れ可能な寸法としている。
また、下側コイル開口部７ｄの内径Ｄ２は、溶融体Ｍが鉛直方向に通過可能な寸法、すなわち、Ｄ２＞ｄＭに設定される。
【００３６】
材料保持部材８は、誘導コイル７の内部に配置され、上側コイル開口部７ｃを通して供給される供給材料１２を保持するための部材であり、本実施形態では、上下方向に貫通孔が形成された筒状体からなる。
材料保持部材８は、チャンバー２の内側面から水平方向に延出されて誘導コイル７の内部に挿入された棒状の支持部材９の先端側に着脱可能に固定され、支持部材９に装着されたときに、誘導コイル７内の一定位置に支持され、誘導コイル７によって囲繞されている。
材料保持部材８の形状は、上端側の開口である入口開口部８ａは下端側の開口である出口開口部８ｂよりも大径とされ、内側の内周面８ｃが上端側から下端側に向かって漸次縮径する部分円錐面状に形成されている。
入口開口部８ａは誘導コイル７の上側コイル開口部７ｃの開口領域に上側から覆われる範囲に対向して配置されている。また、出口開口部８ｂは、誘導コイル７の下側コイル開口部７ｄの開口領域に下側から覆われる範囲に対向して配置されている。
【００３７】
材料保持部材８の材質は、非導電性の材料で構成されており、これにより誘導コイル７によって内部に形成される高周波磁界で加熱されないようになっている。本実施形態の材料保持部材８は、耐熱性に優れるアルミナを用いた成形品を採用している。
ただし、材料保持部材８の材質は、アルミナには限定されるものではなく、他のセラミックスでもよい。例えば、ジルコニア、ジルコン、チタン酸バリウム、ムライト、フッ素金雲母、窒化ケイ素などの例を挙げることができる。
また、溶融体Ｍが誘導コイル７内に浮遊される間に受ける輻射熱に対する耐熱性を有していれば、非導電性の高分子材料を採用することができる。すなわち、チャンバー２内は減圧されているため、熱伝達は小さく、かつ、溶融体Ｍが誘導コイル７に浮遊される時間は、溶融後成形に必要な温度に加熱されるまでの短い時間に過ぎないため、材料の熱容量によっては、必ずしも供給材料１２の融点以上の高温に対する耐熱性を有していなくてもよい。
【００３８】
入口開口部８ａの内径は、供給材料１２が通過可能な内径Ｄ４（ただし、Ｄ４＜Ｄ１）とされている。
ここで「通過可能」とは、大きさに関しては誘導コイル７の上側コイル開口部７ｃと同じ意味で用いている。すなわち、内径Ｄ４は、供給材料１２がくぐり抜けて通過できる円径になっているという意味である。
本実施形態では、供給材料１２がどのような姿勢で供給されても、入口開口部８ａに通過できるように、Ｄ４＞ｄｍａｘとしているが、供給材料１２が特定の姿勢で供給される場合には、例えば、Ｄ４＞ｄ１などであってもよい。
ただし、材料保持部材８に保持される供給材料１２は、必ずしも供給材料１２の全体が入口開口部８ａを通過した状態で材料保持部材８に保持される必要はない。
【００３９】
また、入口開口部８ａの外径は、上側コイル開口部７ｃの内径Ｄ１よりも小さい外径Ｄ３とされる。このため、材料保持部材８は、上側コイル開口部７ｃ内を鉛直方向に通過して、誘導コイル７の内外に進退できるようになっている。
【００４０】
また、出口開口部８ｂの内径は、供給材料１２の通過を阻止できるとともに溶融体Ｍの水平方向の最大外径ｄＭより大きい内径Ｄ５（ただし、Ｄ５≦Ｄ２）とされている。
出口開口部８ｂの開口の大きさは、本実施形態では、供給材料１２がどのような姿勢で供給されても、出口開口部８ｂでの通過を阻止できるように、内径Ｄ５は、供給材料１２の外径ｄ１よりも小さい寸法に設定している。
【００４１】
なお、ここで「通過を阻止できる」とは、供給材料１２の全体が出口開口部８ｂから抜け切らなければよく、供給材料１２の一部が出口開口部８ｂを抜け出て、下方側に突出された状態で保持されていてもよい。
例えば、図３（ａ）に図示された例では、供給材料１２が材料保持部材８の中心軸と同軸となるように供給された状態であるため、供給材料１２が出口開口部８ｂより下方に突出することもないし、入口開口部８ａの上方に突出することもない。ただし、供給材料１２の軸方向が水平方向になるように供給された場合には、材料保持部材８の寸法によっては供給材料１２が出口開口部８ｂの下方や入口開口部８ａの上方に突出されて保持されることになる。
【００４２】
このように、本実施形態では、供給材料１２は、入口開口部８ａから出口開口部８ｂまでの内面である内周面８ｃの位置で保持されていればよく、供給材料１２の一部が材料保持部材８の外部に突出されていてもよい。
【００４３】
また、材料保持部材８の内周面８ｃの形状および配置位置は、入口開口部８ａを通して供給されて内周面８ｃで保持された供給材料１２が、誘導コイル７からの高周波磁界によって溶融される際、溶融体Ｍが内周面８ｃから離れて浮揚するように設定される。
このように設定するには、溶融体Ｍが形成され、その重心が浮遊中心位置Ｆに位置された場合に、内周面８ｃが、溶融体Ｍの外形から離間して配置されるようにすればよい。
本実施形態では、簡易的な設定方法として、図３（ａ）に示すように、内周面８ｃの中心軸を誘導コイル７の中心軸Ｏと同軸として、浮遊中心位置Ｆから内周面８ｃまでの距離Ｈ１が溶融仮想球Ｓの半径ｒＳよりも大きくなる位置関係に設定している。
溶融体Ｍは、図４（ａ）に示すように、鉛直方向に延びる略回転楕円体状であるが、長径が大きくなって溶融仮想球Ｓの形状からの変形が大きくなるほど溶融体Ｍは水平方向に細る。一方、溶融体Ｍの下方側には、溶融体Ｍの水平方向の最大外径ｄＭより広い出口開口部８ｂが設けられている。
このため、上記のような簡易的な設定方法でも、ほとんどの場合、溶融体Ｍが内周面８ｃに当接することはない。ただし、内周面８ｃと溶融体Ｍとの間のスペースを十分にとれない場合には、内周面８ｃが溶融体Ｍと接触しないように、実際の溶融体Ｍの形状をシミュレーションするなどして配置位置を設定することが好ましい。
【００４４】
材料供給部１０は、図１に示すように、複数の供給材料１２を保持し、誘導コイル７の上方から、誘導コイル７内の材料保持部材８に向かって供給材料１２を１つずつ供給できるようにしたものである。
本実施形態では、上側コイル開口部７ｃの中心を通して、材料保持部材８の入口開口部８ａの中心に向かって供給材料１２を放物落下させて材料保持部材８に供給する方式を採用している。このため、材料供給部１０は、上側コイル開口部７ｃの側方において、上側コイル開口部７ｃの斜め上方に配置されている。
材料供給部１０の概略構成は、誘導コイル７の中心軸Ｏに対して斜め上方の一定方向に向かって傾斜された傾斜溝１０ｃを有しこの傾斜溝１０ｃ内に複数の供給材料１２を傾斜方向に沿って移動可能に保持する傾斜保持部材１０ａと、傾斜保持部材１０ａの下端側で、供給材料１２を１つずつ放出し、材料保持部材８の入口開口部８ａの内側に向かって落下させる送り出し機構１０ｂとを備える。
【００４５】
傾斜溝１０ｃは、例えば、図１に示すように、供給材料１２の底面および上面を挟む溝形状として、各供給材料１２の中心軸が傾斜方向と直交するように、複数の供給材料１２を並べて配置し、各供給材料１２がその中心軸回りに回転して傾斜方向にころがり移動できるようにした構成を採用することができる。また、傾斜溝１０ｃは、供給材料１２の側面を挟む溝形状として、溝底面が供給材料１２の底面と滑らかに摺動できるようにした構成としてもよい。
また、送り出し機構１０ｂの構成は、供給材料１２を供給する姿勢を制御する必要はないため、特に限定されないが、例えば、傾斜溝１０ｃ上に進退し、進出時に、先端から１番目および２番目の供給材料１２をそれぞれ下方側から係止する第１の進退部材１０ｄおよび第２の進退部材１０ｅを備え、これらの進退動作を制御するといった構成を採用することができる。
このような送り出し機構１０ｂは、例えば、供給材料１２をチャックするなどして供給材料１２を保持し、一定の姿勢となるように材料保持部材８内に移動させる移動ロボットなどを用いた機構に比べて、簡素な構成であり低コストで設置することができる。
【００４６】
放射温度計１１は、誘導コイル７内に供給された供給材料１２が溶融されて、溶融体Ｍが形成される際に、溶融体Ｍの放射光を受光して溶融体Ｍの温度を測定するもので、誘導コイル７の上方のチャンバー２の外部側に設けられている。
放射温度計１１の配置位置は、溶融体Ｍの放射光を検出できる位置であれば特に限定されないが、本実施形態では、材料供給部１０が上側コイル開口部７ｃの側方に設けられているため、溶融体Ｍが浮遊される誘導コイル７の中心軸Ｏの延長線上に配置されている。  放射温度計１１の測定結果は、不図示の表示部に表示され、作業者が溶融体Ｍの温度から、成形開始のタイミングを計ることができるようになっている。
【００４７】
次に、成形加工装置１の動作について、本実施形態の成形加工方法とともに説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態の成形加工装置を用いた成形加工方法の工程フロー図である。
【００４８】
本実施形態の成形加工方法は、成形加工装置１を用いることにより、供給材料１２を溶融させ、溶融された供給材料１２を金型６に導入して成形を行うものであって、図５に示すように、金属固体供給工程Ｓ１、金属固体保持工程Ｓ２、金属材料浮遊溶融工程Ｓ３、溶融体落下工程Ｓ４、および成形工程Ｓ５を、この順に行う方法である。
【００４９】
金属固体供給工程Ｓ１は、成形に用いる金属材料を成形に必要な分量の塊状に形成した供給材料１２を供給する工程である。
本工程では、成形品および金型６の形状から決まる成形に必要な分量に基づいて本実施形態において成形に用いるＺｒ基合金を秤量し、直径ｄ１、軸方向長さｈ１の円柱状に成形された複数の供給材料１２を予め用意しておく。
そして、これら供給材料１２はチャンバー２内の材料供給部１０に収容しておく。
一方、金型設置部５には、金型６を溶湯導入穴６ａが回転軸部４の回転中心軸Ｒと同軸になるように位置合わせして固定しておく。
【００５０】
次に、不図示の真空ポンプによって、チャンバー２内の大気を排出してから、不活性ガスを導入して、チャンバー２内に非酸化雰囲気を形成する。
非酸化雰囲気が形成された後、材料供給部１０の送り出し機構１０ｂによって、傾斜保持部材１０ａの先端の供給材料１２を放出して、入口開口部８ａの内側に向かって落下させる。
例えば、第２の進退部材１０ｅによって２番目の供給材料１２を下方側から係止した状態で第１の進退部材１０ｄを退避させることで、１番目の供給材料１２の係止が解除されて１番目の供給材料１２のみが放物落下される。その後、第１の進退部材１０ｄを進出させた状態で、第２の進退部材１０ｅを退避させ、２番目以降の供給材料１２を順次下端側に移動させて、第２の進退部材を１０ｅを進出させる。これらの工程を繰り返すことで、供給材料１２を１つずつ落下させることができる。
【００５１】
上側コイル開口部７ｃの内径Ｄ１および入口開口部８ａの内径Ｄ４は、供給材料１２の最大外形寸法より大きいため、供給材料１２は、上側コイル開口部７ｃを通過して、材料保持部材８の内側に落下され、供給材料１２が誘導コイル７の内部側に供給される。
このとき、本実施形態では、供給材料１２がどのような姿勢で供給されても、材料保持部材８で保持できるようになっているため、供給材料１２を特定の姿勢に保って供給する必要がない。この結果、材料供給部１０は簡素かつ安価な構成を採用することができる。
以上で、金属固体供給工程Ｓ１が終了する。
【００５２】
次に、金属固体保持工程Ｓ２を行う。本工程は、材料保持部材８を用いて、金属固体供給工程Ｓ１によって供給された供給材料１２を材料保持部材８の入口開口部８ａから出口開口部８ｂまでの間の内周面８ｃで保持する工程である。
材料保持部材８の下端側の出口開口部８ｂの内径Ｄ５は、供給材料１２の通過を阻止できる寸法になっており、かつ、本実施形態では、内周面８ｃが出口開口部８ｂに向かって縮径する部分円錐面状とされているため、図３（ａ）に示すように、上側コイル開口部７ｃおよび入口開口部８ａを通過した供給材料１２は、入口開口部８ａから出口開口部８ｂまでの間の内周面８ｃ上に保持される。
ただし、材料供給部１０は、供給材料１２を放物落下させるため、内周面８ｃ上における供給材料１２の姿勢は必ずしも一定しないが、供給材料１２は出口開口部８ｂを通過して下方側に抜けることはないため、内周面８ｃ上に確実に保持される。
以上で、金属固体保持工程Ｓ２が終了する。
【００５３】
次に、金属材料浮遊溶融工程Ｓ３を行う。本工程は、材料保持部材８に保持された供給材料１２に誘導電流を流して供給材料１２を材料保持部材８から浮遊させるとともに溶融させて、出口開口部８ｂの上方で浮遊する塊状の溶融体Ｍを形成する工程である。
まず、供給材料１２が材料保持部材８に保持された状態で、誘導コイル７に高周波電流を流して、誘導コイル７内に高周波磁界を形成する。これにより、供給材料１２に誘導電流が発生し、ジュール熱によって供給材料１２が加熱され融点を超えると溶融される。また、誘導コイル７から印加される磁界から上方向に力を受けて浮揚される。
溶融された溶融体Ｍは、球状に凝集しようとするため中心軸Ｏ側に移動し、重力の影響を受けて、鉛直方向にやや長い略回転楕円体状の塊となって、重心が浮遊中心位置Ｆに位置づけられる。
内周面８ｃは、浮遊中心位置Ｆからｒｓよりも離れているため、溶融体Ｍは内周面８ｃから離間した状態で浮遊される。
溶融体Ｍの温度は、放射温度計１１によって測定されており、本工程は、溶融体Ｍが成形を適切に行うことができる温度になるまで続けられる。例えば、本実施形態のＺｒ基合金の場合、１２００℃になった時点で本工程を終了する。
【００５４】
次に、溶融体落下工程Ｓ４を行う。本工程は、金属材料浮遊溶融工程Ｓ３で形成された溶融体Ｍを落下させ、材料保持部材８の出口開口部８ｂの内側を通して非接触状態で通過させる工程である。
すなわち、誘導コイル７への電流供給を停止して浮揚力を消失せる。これにより、溶融体Ｍは自由落下する。このとき、溶融体Ｍは、水平方向の最大外径ｄＭになっており、出口開口部８ｂは、ｄＭより大径であり、浮遊中心位置Ｆと出口開口部８ｂの中心とは、同軸上にあるため、溶融体Ｍは出口開口部８ｂを非接触で通過する。
このため、溶融体Ｍは、金属材料浮遊溶融工程Ｓ３および溶融体落下工程Ｓ４を通して、材料保持部材８とは接触しないため、材料保持部材８と接触することにより不純物が混入するおそれはない。
なお、溶融体Ｍは自由落下するため、無重量状態となり溶融体Ｍの表面張力の影響を受けて次第に球形に凝縮しようとするが、落下直後は慣性により細長い形状が保たれたまま落下される。
【００５５】
次に、成形工程Ｓ５を行う。本工程は、出口開口部８ｂに向けて開口された金型６の溶湯導入穴６ａに溶融体Ｍを導入して成形を行う工程である。
このため、本工程を開始するまでの間に、モータ３によって回転軸部４を回転させ、遠心鋳造を行う一定回転数に到達するようにしておく。例えば、金属固体供給工程Ｓ１、金属固体保持工程Ｓ２、および金属材料浮遊溶融工程Ｓ３のいずれかを行う間にモータ３の回転を開始し、溶融体落下工程Ｓ４の開始時に一定回転数になるようにしておく。
材料保持部材８から落下された溶融体Ｍは、出口開口部８ｂ、下側コイル開口部７ｄを通過して、溶湯導入穴６ａ内に落下し、金型６に溶湯として供給される。この溶湯は遠心力によって成形空間６ｂに充填され、金型６によって冷却、固化されて、成形空間６ｂの金型面の形状が転写される。
溶湯の形状が変化しない程度に固化されたら、モータ３の回転を停止する。
以上で、成形工程Ｓ５が終了する。
【００５６】
成形工程Ｓ５が終了したら、チャンバー２内の雰囲気を大気雰囲気に戻して、金型設置部５から金型６を取り外し、チャンバー２の外部に移動して、金型６から成形品を脱型する。
さらに、遠心鋳造を続ける場合には、金型設置部５に金型６を装着して上記の各工程を繰り返す。その際、材料供給部１０に収容された供給材料１２がなくなるまでは、供給材料１２の補充は省略することができる。また、材料保持部材８には溶融体Ｍは接触しないため、材料保持部材８が汚染したり、劣化したりすることはないため、清掃作業や保守作業を行わなくても成形を続行することができる。
したがって、繰り返しの成形を効率よく行うことができる。
また、材料保持部材８は、溶融体Ｍを接触させる場合に比べて、耐熱性や耐久性が低い材料で構成することができるため、低コストで製作することができる。
【００５７】
このように、本実施形態の成形加工方法および成形加工装置１によれば、材料保持部材８に供給材料１２を保持させて、供給材料１２を浮遊させるとともに溶融させて溶融体Ｍを形成し、この溶融体Ｍを材料保持部材８の出口開口部８ｂを通して非接触状態で下方に落下させることにより、金型６に溶融体Ｍを導入して成形を行うことができるため、金属を溶解して成形を行う場合に簡素かつ安価な装置構成によって成形加工を行うことができる。
【００５８】
［第１変形例］
次に、本実施形態の変形例（第１変形例）について説明する。
図６（ａ）は、本発明の第１の実施形態の変形例（第１変形例）に係る成形加工装置の主要部を示す模式的な断面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＣ視の平面図である。
【００５９】
本変形例は、上記第１の実施形態の供給材料１２に代えて、供給材料１２と形状の異なる供給材料１３（金属固体）を用いるものであり、このため、成形加工装置１は、図１に示すように、材料保持部材８に代えて、材料保持部材８Ａ（金属固体保持部材）を装着できるようになっている。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６０】
供給材料１３は、供給材料１２と同様なＺｒ基合金からなり、図２（ｂ）に示すように、直径ｄ２＝２・ｒＳ’の球体である点が供給材料１２と異なる。
材料保持部材８Ａは、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態の材料保持部材８と同様の入口開口部８ａ、出口開口部８ｂ、および内周面８ｃを備えるが、それぞれの寸法を供給材料１３に合わせて変更したものである。
すなわち、入口開口部８ａの内径Ｄ４は、供給材料１３を通過できるように供給材料１３の最大外径であるｄ２よりも大径に設定し、出口開口部８ｂの内径Ｄ５は、供給材料１３の通過を阻止できるように、供給材料１３の最大外形寸法である２・ｒＳ’より小径であり、かつｄＭよりも大径であるように設定している。また、浮遊中心位置Ｆから内周面８ｃまでの距離Ｈ１は、上記第１の実施形態と同様に、溶融仮想球Ｓの半径ｒＳよりも大きくなる位置関係に設置されている。
なお、これらの条件が、上記第１の実施形態の材料保持部材８の形状によって満たされている場合には、材料保持部材８をそのまま用いて成形加工を行うことができる。
【００６１】
本変形例によれば、供給材料１３は、供給材料１２と同様にして、材料保持部材８Ａに保持されるため、上記第１の実施形態と同様の成形加工方法によって、供給材料１３により遠心鋳造を行うことができる。
本変形例では、供給材料１３が球体であるため、材料保持部材８Ａ内にどのように供給された場合でも、供給材料１３は、内周面８ｃに内接する一定位置に保持される。このため、誘導コイル７の高周波磁界は供給材料１３が保持される一定位置において最適化されていればよいため、誘導コイル７は、供給材料１３の保持位置のばらつきを考慮して設計しなくてもよいため、より容易に設計することができる。
また、供給材料１３の重心Ｇは、内周面８ｃの中心軸上、したがって、誘導コイル７の中心軸Ｏ上で浮遊中心位置Ｆよりも下側に、確実に保持されるため、供給材料１３の保持位置のばらつきに基づく供給材料１３の浮揚力のばらつきがなくなる。この結果、溶融体Ｍが浮遊、溶融して安定した形状が形成される間での時間が略一定となり、効率的な成形を行うことができる。
【００６２】
［第２変形例］
次に、本実施形態の他の変形例（第２変形例）について説明する。
図７（ａ）は、本発明の第１の実施形態の変形例（第２変形例）に係る成形加工装置の主要部を示す模式的な断面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＥ視の平面図である。
【００６３】
本変形例は、上記第１の実施形態の供給材料１２に代えて、上記第１変形例の供給材料１３を用いるものであり、このため、成形加工装置１は、材料保持部材８に代えて、材料保持部材１８（金属固体保持部材）を装着できるようになっている。
以下、上記第１の実施形態および上記第１変形例と異なる点を中心に説明する。
【００６４】
材料保持部材１８は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、内径Ｄ６を有する円形の底面１８ｅの外周から上方に向かって拡径する部分円錐面状の内側面１８ｃおよび外側面１８ｄが延ばされ、上端に内径Ｄ４、外径Ｄ３の入口開口部１８ａが、形成され、底面１８ｅの中心に内径Ｄ７の円形の出口開口部１８ｂが貫通して設けられたものである。出口開口部１８ｂの中心は、誘導コイル７の中心軸Ｏと同軸に配置されている。
ここで、入口開口部１８ａの内径Ｄ４、外径Ｄ３は、それぞれ、上記第１変形例の内径Ｄ４、外径Ｄ３と同様の大きさである。また、底面１８ｅの内径Ｄ６は、供給材料１３の外径ｄ２より大きい寸法とされている。
また、出口開口部１８ｂの内径Ｄ７は、上記第１変形例の内径Ｄ５と同様、供給材料１３の通過を阻止できるように、２・ｒＳ’より小径であり、かつｄＭよりも大径であるように設定している。
また、材料保持部材１８の入口開口部１８ａから出口開口部１８ｂまでの間の内面である内側面１８ｃおよび底面１８ｅは、それぞれ浮遊中心位置Ｆから距離Ｈ２およびＨ３とされている。そして、材料保持部材１８は、距離Ｈ２およびＨ３がいずれも溶融仮想球Ｓの半径ｒＳよりも大きくなる位置関係に設置されている。
【００６５】
本変形例によれば、供給材料１３は、材料供給部１０によって、材料保持部材１８内に供給されると、底面１８ｅと交差する出口開口部１８ｂの上端側の稜線において、通過が阻止されて、この稜線上に保持されるため、上記第１の実施形態と同様の成形加工方法によって、供給材料１３により遠心鋳造を行うことができる。
本変形例でも、上記第１変形例と同様に、供給材料１３が材料保持部材１８内にどのように供給された場合でも、供給材料１３は、出口開口部１８ｂの上端側の稜線に内接する一定位置に保持され、誘導コイル７の設計が容易となる。
また、供給材料１３の重心は、誘導コイル７の中心軸上に確実に保持されるため、供給材料１３の保持位置のばらつきに基づく供給材料１３の浮揚力のばらつきがなくなり、溶融体Ｍが浮遊、溶融して安定した形状が形成される間での時間が略一定となり、効率的な成形を行うことができる。
また、本変形例は、金属固体保持部材が筒状体でない形状を有する場合の例になっている。
【００６６】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態に係る成形加工装置の概略構成を示す正面視の模式的な部分断面図である。
【００６７】
本実施形態の成形加工装置１Ａは、図８に示すように、上記第１の実施形態の材料保持部材８、材料供給部１０に代えて、それぞれ材料保持部材８Ｂ（金属固体保持部材）、材料供給部１０Ａを備え、放射温度計１１を材料保持部材８Ｂの側方におけるチャンバー２の外部に設けたものである。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６８】
材料保持部材８Ｂは、上記第１の実施形態の材料保持部材８と同形状で、光透過性を有する材料で形成されたものである。本実施形態では、ガラスを採用しているが、光透過性を有するとともに、溶融体Ｍが誘導コイル７内に浮遊される間に受ける輻射熱に対する耐熱性を有する非導電性のする材料であれば、適宜のセラミックスあるいは高分子材料を採用することができる。透明性を有するセラミックスとしては、例えば、アルミナ、イットリウム・アルミニウム・ガーネット、イットリア、マグネシアなどの例を挙げることができる。
【００６９】
放射温度計１１は、材料保持部材８Ｂの内部から材料保持部材８Ｂの側面と、誘導コイル７の巻線間の隙間を通して、側方に放射される光を受光できるように、チャンバー２の側部において、浮遊中心位置Ｆと略同じ高さに設置されている。
【００７０】
材料供給部１０Ａは、上側コイル開口部７ｃの上方に配置され、内部に複数の供給材料１２を保持し、上側コイル開口部７ｃの上方から、誘導コイル７の中心軸Ｏに沿って、供給材料１２を１つずつ供給できるようにしたものである。
本実施形態では、特に図示しないが、中心軸Ｏと同軸位置に開閉可能に設けられた投下口と、内部の供給材料１２を１つずつ投下口上に搬送する搬送機構を備え、投下口を開くことで、供給材料１２を中心軸Ｏに沿って落下させて材料保持部材８に供給する方式を採用している。
このように、上側コイル開口部７ｃの上方を遮るように、材料供給部１０Ａが配置できるのは、放射温度計１１が材料保持部材８Ｂの側方に配置されているためである。
また、このように材料供給部１０Ａを、上側コイル開口部７ｃの上方で、上側コイル開口部７ｃに重なる範囲に水平に配置することができるので、上記第１の実施形態に比べてチャンバー２の高さを低減することができ、装置の小型化が可能となる。
【００７１】
本実施形態の成形加工装置１Ａによれば、材料供給部１０Ａによって、供給材料１２を真下に落下させることで、上側コイル開口部７ｃ、入口開口部８ａを通して、供給材料１２を材料保持部材８Ｂ内に供給して（金属固体供給工程Ｓ１）、材料保持部材８Ｂの内周面８ｃに供給材料１２を保持させることができる（金属固体保持工程Ｓ２）。その後、上記第１の実施形態と同様にして、金属材料浮遊溶融工程Ｓ３、溶融体落下工程Ｓ４、および成形工程Ｓ５を行うことにより遠心鋳造による成形加工を行うことができる。
【００７２】
本実施形態の金属固体供給工程Ｓ１では、供給材料１２を直線的に落下させるとともに、上側コイル開口部７ｃに近い位置から落下させることができるため、供給材料１２をチャックして移動させなくても、特定の姿勢を維持して落下させることが容易となる。
例えば、供給材料１２の直径ｄ１が、出口開口部８ｂの内径Ｄ５よりも細い場合であっても、供給材料１２の中心軸を水平方向に向けて落下させることによって、供給材料１２が、内径Ｄ５よりも大きな軸方向長さｈ１によって確実に内周面８ｃ上に保持されるようにすることができる。
また、本実施形態の金属材料浮遊溶融工程Ｓ３では、浮遊中心位置Ｆと略同じ高さに配置された放射温度計１１によって溶融体Ｍの温度を測定することができるので、溶融体Ｍに対する距離が一定となるため、溶融体Ｍの位置変動に応じて測定位置のフォーカスを変えることなく測定することできる。このため、正確な温度測定を容易に行うことができる。
また、材料保持部材８Ｂが光透過性を有するため、作業者が、材料保持部材８Ｂ内に保持された供給材料１２や浮遊された溶融体Ｍを容易に視認することができる。したがって、供給材料１２や溶融体Ｍが視認できない場合に比べて、作業性が向上する。また正常に工程が行われなかった場合でも迅速に対処することができる。
【００７３】
［第３変形例］
次に、本実施形態の変形例（第３変形例）について説明する。
図９は、本発明の第２の実施形態の変形例（第３変形例）に係る成形加工装置に用いる金属固体保持部材の模式的な正面図である。
【００７４】
本変形例は、図９に示すように、上記第２の実施形態の材料保持部材８Ｂに代えて、材料保持部材８Ｃ（金属固体保持部材）を備える。
以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７５】
材料保持部材８Ｃは、上記第２の実施形態の材料保持部材８Ｂの材質を板状の成形ガラスから、非導電性材料による網状体に代えたものである。このため、材料保持部材８Ｃは、網状体の網目８ｅによって、内周面８ｃから側面８ｄに貫通する複数の窓部が形成されている。網目８ｅは、内周面８ｃに保持される供給材料１２と、溶融体Ｍとを側方から視認可能な窓部を構成している。
網状体の材質としては、溶融体Ｍが誘導コイル７内に浮遊される間に受ける輻射熱に対する耐熱性を有し、網状体に成形可能な適宜のセラミックスや高分子材料を採用することができる。その際、網状体の材質自体は、光透過性を有していなくてもよい。
【００７６】
本変形例によれば、材料保持部材８Ｃ内の供給材料１２や溶融体Ｍに対して、放射温度計１１により網目８ｅを通して側方からの温度測定を行ったり、作業者が供給材料１２や溶融体Ｍを視認したりすることができる。
【００７７】
［第４変形例］
次に、本実施形態の他の変形例（第４変形例）について説明する。
図１０は、本発明の第２の実施形態の変形例（第４変形例）に係る成形加工装置に用いる金属固体保持部材の模式的な正面図である。
【００７８】
本変形例は、図１０に示すように、上記第２の実施形態の材料保持部材８Ｂに代えて、材料保持部材８Ｄ（金属固体保持部材）を備える。
以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７９】
材料保持部材８Ｄは、上記第２の実施形態の材料保持部材８Ｂと同様の外形を有し、内周面８ｃから側面８ｄに貫通する複数のスリット８ｆが形成されたものである。このスリット８ｆは、内周面８ｃに保持される供給材料１２と、溶融体Ｍとを側方から視認可能な窓部を構成している。
材料保持部材８Ｄの材質としては、上記第１の実施形態の材料保持部材８と同様の材質を採用することができ、材質自体としては光透過性を有していなくてもよい。
【００８０】
本変形例によれば、材料保持部材８Ｄ内の供給材料１２や溶融体Ｍに対して、放射温度計１１によりスリット８ｆを通して側方からの温度測定を行ったり、作業者が供給材料１２や溶融体Ｍを視認したりすることができる。
【００８１】
なお、上記の各実施形態の説明では、金属固体保持部材の内面が部分円錐面状である場合の例で説明したが、金属固体が保持できる形状であれば、部分円錐面状には限定されない。例えば、円錐面以外の湾曲面であってもよいし、水平方向の断面が多角形状であってもよい。
【００８２】
また、上記の各実施形態の説明では、金属固体が円柱状（供給材料１２）、球状（供給材料１３）の場合の例で説明したが、金属固体は、これらの形状には限定されない。例えば、多角柱状、角錐状、円錐台状、角錐台状、多面体状、回転楕円体状、リング状などの適宜の形状を採用することができる。また、これらの形状において適宜角部が除去または丸められた形状なども採用することができる。
また、金属固体と、金属固体保持部材の内面との間には、相互に一定の位置関係に嵌合する形状が設けられていてもよい。例えば、金属固体が立方体状とされ、金属固体保持部材の出口開口部が正三角形状とされ、金属固体の角部が出口開口部に嵌合する形状などを採用することができる。
【００８３】
また、上記の第２の実施形態の第４変形例では、窓部が、側面に設けられたスリット８ｆからなる場合で説明したが、スリット８ｆは、入口開口部８ａまで貫通するスリットであってもよい。
【００８４】
また、上記の第２の実施形態の各変形例では、窓部の形状が、網目、およびスリットからなる場合の例で説明したが、窓部の形状は、これらには限定されない。例えば丸穴や角穴でもよい。
また、窓部は、金属固体保持部材の側面の全周に設けられている必要はなく、放射温度計１１の配置方向や、作業者が見易い一定方向などに配置位置が限定されていてもよい。
【００８５】
また、上記の各実施形態の説明では、金属材料浮遊溶融部の上側開口部が、金属固体保持部材を上下方向に挿通できる大きさに開口されている場合の例で説明したが、本発明では、金属固体保持部材が溶融体などとの接触によって汚染することがないため、頻繁に金属固体保持部材を取り外す必要がない。このため、上側開口部の大きさを金属固体保持部材が上下方向に挿通できない小径に設定しておき、金属固体保持部を取り外す場合には、金属材料浮遊溶融部を分解して取り外すようにしてもよい。
【００８６】
また、上記の各実施形態、各変形例で説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
例えば、上記第２の実施形態に上記第１の実施形態の第２変形例を組み合わせて、材料保持部材１８の形状をガラスで形成してもよい。
また、単に作業者が供給材料１２や溶融体Ｍを視認するための目的であれば、上記第１の実施形態の金属固体保持部材として、上記第２の実施形態の材料保持部材８Ｂ、８Ｃ、８Ｄを採用してもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１、１Ａ  成形加工装置
２  チャンバー
４  回転軸部
５  金型設置部
６  金型
６ａ  溶湯導入穴
７  誘導コイル
７ｃ  上側コイル開口部（上側開口部）
７ｄ  下側コイル開口部（下側開口部）
８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、１８  材料保持部材（金属固体保持部材）
８ａ、１８ａ  入口開口部
８ｂ、１８ｂ  出口開口部
８ｃ  内周面（金属固体保持部材における入口開口部から出口開口部までの間の内面）
８ｅ  網目（窓部）
８ｆ  スリット（窓部）
１０、１０Ａ  材料供給部
１０ｂ  送り出し機構
１１  放射温度計
１２、１３  供給材料（金属固体）
１８ｃ  内側面（金属固体保持部材における入口開口部から出口開口部までの間の内面）
１８ｄ  外側面
１８ｅ  底面（金属固体保持部材における入口開口部から出口開口部までの間の内面）
ｄＭ  外径（金属固体の塊状の浮遊溶融状態における水平方向の最大外径）
ｄｍａｘ  （金属固体の最大外形寸法）
Ｆ  浮遊中心位置
Ｍ  溶融体
Ｏ  中心軸
Ｒ  回転中心軸
ｒＳ  半径（金属固体の溶融時の体積を有する球の半径）
Ｓ  溶融仮想球（金属固体の溶融時の体積を有する球）
Ｓ１  金属固体供給工程
Ｓ２  金属固体保持工程
Ｓ３  金属材料浮遊溶融工程
Ｓ４  溶融体落下工程
Ｓ５  成形工程
【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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