(57)【要約】  【課題】  原料を効率良く溶融させることができ、原料搬送時の不具合の発生を抑制することのできる溶融金属供給装置を提供する。  【解決手段】  溶融状態もしくは半溶融状態の金属材料を鋳造装置に供給する溶融金属供給装置において、粒状の金属材料を供給する原料供給部と、前記原料供給部により供給された金属材料を加熱しながら圧縮する加熱圧縮部と、前記加熱圧縮部により溶融状態もしくは半溶融状態となった金属材料を前記鋳造装置に導く溶湯供給部とを有する。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融状態もしくは半溶融状態の金属材料を鋳造装置に供給する溶融金属供給装置において、
粒状の金属材料を供給する原料供給部と、
前記原料供給部により供給された金属材料を加熱しながら圧縮する加熱圧縮部と、
前記加熱圧縮部により溶融状態もしくは半溶融状態となった金属材料を前記鋳造装置に導く溶湯供給部と
を有する溶融金属供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の溶融金属供給装置において、
前記加熱圧縮部は、前記原料供給部により供給された金属材料を保持するシリンダと、
前記シリンダ内に保持される金属材料を圧縮するためのプランジャと、
前記シリンダ内で圧縮される金属材料を加熱するための加熱部とを有し、
前記溶湯供給部は、前記プランジャによる押圧力によって前記溶融状態もしくは半溶融状態の金属材料を前記鋳造装置に供給する溶融金属供給装置。
【請求項３】
請求項２に記載の溶融金属供給装置において、
前記プランジャは、前記シリンダ内において進退可能かつ回転可能に配置されている溶融金属供給装置。
【請求項４】
請求項２に記載の溶融金属供給装置において、
前記原料供給部は、前記シリンダ内における前記加熱部によって前記粒状の金属材料が固相線温度以上に加熱される部分に前記金属材料を供給する溶融金属供給装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちいずれかに記載の溶融金属供給装置において、
前記粒状の金属材料は、アルミニウムもしくはマグネシウムを原料とする金属チップである溶融金属供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造時に連続的に所定量の金属材料の溶湯を供給することのできる溶融金属供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダイカストマシンにおいて、金属材料を高温の溶解炉などで溶解後、この溶解した金属溶湯を、金型キャビティに連通する射出スリーブに移送する作業において、ピストン式ポンプ、電磁ポンプ、加圧式ポンプ、あるいは、ラドルを使用した自動給湯装置などを用いる溶融金属供給装置や、図６に示すような構成の溶融金属供給装置が提供されている（例えば、特許文献１から５参照。）。
【０００３】
同図に示す溶融金属供給装置は、粒状の原料を１回の注入量に相当する量に計量して供給する原料供給部と、この原料供給部から供給された原料を、１回の供給毎に加熱溶融して順次型へ向けて送り出す溶融部から構成されている。なお、同図に示す溶融金属供給装置では、原料供給部はホッパ１、バレル２、スクリュ３およびヒータ４から構成されている。また、溶融部は溶融槽１０、蓄熱壁１２、ヒータ１３、プランジャ１５およびストップバルブ１７から構成されている。
【０００４】
スクリュ式の原料供給部より、金属材料は予熱されながら、所定量計量され、溶融部で保持される。その後、溶融部外周に設置されたヒータによって金属材料を溶解する。溶解した金属溶湯はプランジャによって押し出され，射出シリンダへ導入させる構造としている。
【特許文献１】特開２００１−３００５８号公報  （第３―７頁、第１図）
【特許文献２】特開２００１−１５０１２４号公報  （第３―４頁、第１図）
【特許文献３】特開２００３−１１２２５５号公報  （第４―１３頁、第４図）
【特許文献４】特開２００３−１２６９５１号公報  （第４―６頁、第１図）
【特許文献５】特開２００３−１３６２２５号公報  （第３―１３頁、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図６に示したような構成の従来の溶融金属供給装置は、チップを圧縮せず溶解させる方式であるため、粒状の金属材料同士の間に隙間（空気層）が多い状態で加熱をおこなっており、金属材料間における熱伝達の効率が低い。すなわち、熱源からチップへの熱伝達の効率が低く、すべてのチップを溶解させるまでに多くの時間を要する。このような構成において、サイクル短縮をねらうためには、溶融部の設定温度を融点よりもはるかに高い温度にする必要があり、チップを溶解させる上でのエネルギー効率が悪いという問題があった。
【０００６】
また、融点以下の温度で予熱しながらスクリュの回転動作によりチップ状材料を搬送する構造とすると、バレルの設定温度が融点以下の温度であっても加熱により軟化した金属材料がスクリュとバレルの間の隙間に挟まり、その結果、スクリュ回転トルクが上昇し、スクリュ回転不能となってしまう場合があった。
【０００７】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、原料を効率良く溶融させることができ、原料搬送時の不具合の発生を抑制することのできる溶融金属供給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】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明に係る溶融金属供給装置は、溶融状態もしくは半溶融状態の金属材料を鋳造装置に供給する溶融金属供給装置において、粒状の金属材料を供給する原料供給部と、前記原料供給部により供給された金属材料を加熱しながら圧縮する加熱圧縮部と、前記加熱圧縮部により溶融状態もしくは半溶融状態となった金属材料を前記鋳造装置に導く溶湯供給部とを有する構成となっている。
【０００９】
粒状の金属材料をスクリュによって搬送しながら加熱する従来の構成では、粒状の金属材料同士の間に隙間（空気層）が多い状態で加熱をおこなっているため、金属材料間における熱伝達の効率が低い。すなわち、熱源近くにある金属材料は早期に溶解するが、熱源から遠い金属材料はなかなか溶解しないという現象が起こる。一方、本発明に係る溶融金属供給装置のような構成によれば、加熱されて軟化している金属材料の粒を圧縮することにより金属材料間の隙間を減少させ、金属材料間における熱伝達の効率を高めることが可能となる。
【００１０】
また、圧縮しながら加熱するという簡単な構成とすることにより、軟化した金属材料が挟まることによる不具合の発生を抑制することができる。
【００１１】
このように、本発明の構成によれば、原料を効率良く溶融させることができ、原料搬送時の不具合の発生を抑制することのできる溶融金属供給装置を提供することができる。
【００１２】
なお、前記原料供給部は、前記粒状の金属材料を所定量供給するよう計量し、前記加熱圧縮部に供給する構成であることが好ましい。
【００１３】
また、上述のような溶融金属供給装置において、前記加熱圧縮部は、前記原料供給部により供給された金属材料を保持するシリンダと、前記シリンダ内に保持される金属材料を圧縮するためのプランジャと、前記シリンダ内で圧縮される金属材料を加熱するための加熱部とを有し、前記溶湯供給部は、前記プランジャによる押圧力によって前記溶融状態もしくは半溶融状態の金属材料を前記鋳造装置に供給する構成とすることが望ましい。
【００１４】
このような構成によれば、金属材料を効率的に溶融させるために寄与するプランジャの押圧力を、溶融状態もしくは半溶融状態の金属材料の鋳造装置への供給にも兼用することによって、装置構成を簡単なものとすることができる。
【００１５】
この他、上述のような溶融金属供給装置において、前記プランジャは、前記シリンダ内において進退可能かつ回転可能に配置されている構成とすることもできる。
【００１６】
このようにすることにより、原料供給部によって金属材料がシリンダ内に供給される際に、シリンダの原料投入口とプランジャとの間に金属材料が詰まるといった現象を回避することができる。
【００１７】
また、上述のような溶融金属供給装置において、前記原料供給部は、前記シリンダ内における前記加熱部によって前記粒状の金属材料が固相線温度以上に加熱される部分に前記金属材料を供給する構成とすることが好ましい。なお、前記粒状の金属材料は、アルミニウムもしくはマグネシウムを原料とする金属チップとすることも可能である。
【発明の効果】
【００１８】
以上に詳述したように本発明によれば、原料を効率良く溶融させることができ、原料搬送時の不具合の発生を抑制することのできる溶融金属供給装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態による溶融金属供給装置は、溶融状態もしくは半溶融状態の金属材料を鋳造装置に供給する役割を有しており、原料供給部３と、ピストン駆動部４と、チップ圧縮・溶融部１と、溶湯供給部２と、不活性ガス供給部３５とから構成されている。
【００２１】
原料供給部３は、粒状の金属材料を供給する役割を有しており、原料ホッパ３１、モータ３２、スクリュ３３から構成されている。
【００２２】
原料ホッパ３１に投入された原料チップ（粒状の金属材料）３４は、モータ３２により回転駆動されるスクリュ３３によって搬送される。このとき、図２に示すように、スクリュ３３の回転によって原料チップ３４の投入量を制御（計量・供給）する。このように、原料供給部３は、原料チップ３４を所定量計量し、供給する役割を有している。なお、ここでの原料チップ３４には、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の低融点金属のチップを用いることができる。
【００２３】
ピストン駆動部４は、油圧シリンダ４１、モータ４２、プランジャ４３から構成されている。
【００２４】
原料投入口１１（後述）より投入された原料チップ３４は、プランジャ４３によって押圧され、シリンダ１３（後述）内において圧縮される。なお、原料チップ３４が原料投入口１１より投入される際には、不活性ガス供給部３５により不活性ガスが供給されている。ここでは、プランジャ４３は、油圧シリンダ４１により前後進され、モータ４２により回転駆動される構成となっている。
【００２５】
チップ圧縮・溶融部１は、原料投入口１１が設けられているシリンダ１３と、シリンダ１３の周囲に配置されたヒータ１２とから構成されている。
【００２６】
これらピストン駆動部４とチップ圧縮・溶融部１から加熱圧縮部が構成されている。
【００２７】
図３に示すように、ヒータ１２により所定の温度に加熱されたシリンダ１３内で、プランジャ４３によって圧縮された原料チップ３４は効率よく加熱され（加熱しながら圧縮され）、溶融状態もしくは半溶融状態の金属溶湯となる。このようにして圧縮・溶融された原料チップ３４は、プランジャによる押圧力によってチップ圧縮・溶融部１の先端に設けられた溶湯供給部２へと送られる。前進限界まで押し込まれたプランジャ４３は、図４に示すように次回の原料供給時までに後退し、再び所定量の原料チップ３４が原料投入口１１よりシリンダ１３内に供給される。
【００２８】
なお、同図に示すように、プランジャ４３は、シリンダ１３内の途中まで前進した後、後退する。すなわち、シリンダ１３内には、常に数ショット分の金属溶湯が保持されている状態となっている。これにより、連続的な溶融金属の供給が可能となっている。
【００２９】
溶湯供給部２は、溶融金属導入管２１、溶湯注入量制御部２２から構成されている。上述のようにして、チップ圧縮・溶融部１から供給されてくる溶融もしくは半溶融溶湯金属（原料チップ３４）は、溶融金属導入管２１を通り、溶湯注入量制御部２２によって注入量（供給量）を制御される。
【００３０】
溶湯注入量制御部２２は、不図示の鋳造装置と連結されており、この鋳造装置において金属溶湯が必要とされているタイミングで、加熱圧縮部から供給される溶融状態もしくは半溶融状態となった金属材料を不図示の鋳造装置に導く。
【００３１】
次に、本実施の形態による溶融金属供給装置に関する、チップ状金属材料の溶解押出テストについて説明する。
【００３２】
ここでは、プランジャ４３の圧縮によって金属原料が溶解可能であるかどうか（圧縮しながら加熱する溶融方法の有効性）を確認するため、シリンダ１３の先端を開放して、プランジャ４３によって圧縮され溶解された原料チップ３４が開放端から垂れ流されるような構成にして、実験を行った。
【００３３】
原料には、鋳造用アルミニウム合金であるＡＤＣ１２および展伸材であるＡ２０１７を用いた。原料チップの搬送手段としては、従来のスクリュを用いた構成と本実施の形態におけるプランジャを用いた構成とを比較した。
【００３４】
図５は、実験の概要について説明するための表である。ここで、チップ搬送方式とは原料チップをスクリュおよびプランジャのいずれによって搬送したかを示しており、引き戻し時の回転とはプランジャを押し込んだ後、初期のプランジャ位置まで引き戻す間にプランジャ自身を回転させるかどうかを示しており、チップ投入位置とは図１において、シリンダ１３内のどの位置にチップが投入されるかを示している。
【００３５】
ここで低温部とは、シリンダ１３における実測値約３００℃の場所であり、高温部とは原料チップの融点以上の温度（約６３０℃）に加熱された場所（粒状の金属材料が固相線温度以上に加熱される部分）を示している。なお、このとき、シリンダ１３の先端は融点以上の温度（約６３０℃）に加熱制御された状態である。
【００３６】
また、実験結果に示す「溶湯」とはプランジャによってシリンダの開放端から押し出された金属がどのような状態であるかを示し、「ブリッジ」とはチップ投入位置でのブリッジ（原料のつまり）が起こるかどうかを示し、「押し込み状態」とはショット毎のプランジャの押し込み状態を示し、「連続動作」とは連続的に動作が可能であったかどうかを示している。
【００３７】
実験の結果、チップ搬送方式にスクリュを用いた場合、数ショットのうちに回転負荷が増大し、連続動作が不可能となった。一方、プランジャを用いた場合、該プランジャを引き戻す時に回転運動させることでチップ投入部でのブリッジの発生を防止できることがわかった。
【００３８】
また、シリンダの低温部にチップ投入した場合では、プランジャによる押し込みを重ねるごとにチップとシリンダとの摩擦の影響から、押し込み限界位置まで押しきれなくなる現象が現れたが、シリンダの高温部にチップを投入することで、毎ショット安定的に押し出すことができた。
【００３９】
このように、上述のテストによって、本実施の形態による溶融金属供給装置における加熱圧縮部が有効に機能していることが確認できた。
【００４０】
以上のように、本実施の形態による溶融金属供給装置は、溶融状態もしくは半溶融状態の金属材料を鋳造装置に供給する溶融金属供給装置において、粒状の金属材料を供給する原料供給部と、原料供給部により供給された金属材料を加熱しながら圧縮する加熱圧縮部と、加熱圧縮部により溶融状態もしくは半溶融状態となった金属材料を鋳造装置に導く溶湯供給部とを有する構成となっている。
【００４１】
換言すれば、原料にチップ形状の金属材料を使用し、該金属材料を所定量計量し供給する原料供給部と、該原料供給部から投入された金属材料を圧縮し溶融させる加熱圧縮部と、該加熱圧縮部で溶解された金属材料を鋳造装置へ導入するとともに、その導入量を定期的に制限する溶湯供給部とを有し、加熱圧縮部内には投入された金属材料を圧縮するためのプランジャを前後進可能に設けている構成となっている。
【００４２】
このように、本実施の形態による溶融金属供給装置によれば、原料を効率良く溶融させることができ、原料搬送時の不具合の発生を抑制することができる。
【００４３】
以上述べたように、本発明によれば、プランジャを用いて金属材料を圧縮し、溶融するように構成したため、チップの溶解に必要な熱がシリンダより効率的に伝わり、省エネルギー化を図ることができ、さらに、作業のサイクル短縮にも対応することが可能となる。
【００４４】
また、チップ搬送方式にスクリュを採用したときに生ずる回転停止のような現象が起こらず、安定的に原料を供給することが可能となる。
【００４５】
この他、原料にチップ形状の金属材料を使用するため、原料供給部において１ショットに必要な溶解量を事前に計量することが可能となり、さらに正確な計量が可能となる。
【００４６】
また、原料供給部から投入される金属材料供給量を事前に計量しているため、ピストン駆動部にピストン位置制御機構のような余分な制御機構を備える必要がなく、常に所定の位置まで押し込むことで鋳造装置への供給量を一定とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態による溶融金属供給装置の構成を説明するための図である。
【図２】本実施の形態による溶融金属供給装置の動作を示す図である。
【図３】本実施の形態による溶融金属供給装置の動作を示す図である。
【図４】本実施の形態による溶融金属供給装置の動作を示す図である。
【図５】実験の概要について説明するための表である。
【図６】従来の溶融金属供給装置を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  チップ圧縮・溶融部、１１  原料投入口、１２  ヒータ、１３  シリンダ、２  溶湯供給部、２１  溶融金属導入管、２２  溶湯注入量制御部、３  原料供給部、３１  原料ホッパ、３２  モータ、３３  スクリュ、３４  原料チップ、４  ピストン駆動部、４１  油圧シリンダ、４２  モータ、４３  プランジャ。
【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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