(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融すべき材料を受け入れる入口と溶融材料の出口とを有する加熱筒と、前記加熱筒に接続された減圧手段と、溶融すべき材料を所定の長さのロッド状で前記入口に順次供給するための材料押込手段と、前記ロッド状の材料を前記押込手段により前記入口に供給するに先立って所定の温度まで予熱するための予熱手段とを有し、前記加熱筒の前記入口には前記ロッド状の材料よりも僅かに小さな径の絞り部が設けられて成る溶融金属材料供給装置。
【請求項２】
前記加熱筒の内周面はセラミック層で覆われている請求項１に記載された溶融金属材料供給装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載された溶融金属材料供給装置と、該溶融金属材料供給装置から供給された溶融金属材料を金型に充填するための加圧充填装置とから成り、
前記加圧充填装置は、シリンダと、該シリンダ内を往復動可能なピストンと、前記シリンダに接続されたホットノズルとを有し、前記溶融金属材料供給装置の加熱筒の出口は前記加圧充填装置のシリンダに接続されて該シリンダ内に開口しており、前記加圧充填装置のピストンは、前記加熱筒の出口を塞ぐ前進位置と、前記加熱筒の出口を開放して前記シリンダ内の材料充填室内と連通させる後退位置との間で移動可能になっている金属材料成形装置。
【請求項４】
前記加圧充填装置のホットノズルは、前記ピストンが前記前進位置から後退するに先立って当該ホットノズルの主として先端部における溶融金属を半固化もしくは固化状態として、金型キャビティーとの連通を遮断するように構成されている請求項３に記載された金属材料成形装置。
【請求項５】
前記シリンダの内周面はセラミック層で覆われている請求項３に記載された金属材料成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は溶融金属材料供給装置とそれを利用した金属材料成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属材料の成形装置としては溶融金属を加圧下で金型内に射出充填することで製品を得る、いわゆるダイカスト装置が知られており、ダイカスト装置では、溶解炉で溶解された金属（一般にはアルミニウム合金、マグネシウム合金等の合金）をピストン・シリンダ機構により加圧して金型内に導き、冷却固化させることで製品を得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成は金属を成形に先立って溶解する溶解炉が必要となるため、大気汚染の原因となるとともに装置コストが高くなる問題点を有していた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明による溶融金属材料供給装置は、溶融すべき材料を受け入れる入口と溶融材料の出口とを有する加熱筒と、前記加熱筒に接続された減圧手段と、溶融すべき材料を所定の長さのロッド状で前記入口に順次供給するための材料押込手段と、前記ロッド状の材料を前記押込手段により前記入口に供給するに先立って所定の温度まで予熱するための予熱手段とを有しており、前記加熱筒の前記入口には前記ロッド状の材料よりも僅かに小さな径の絞り部が設けられている。
請求項１の発明によれば、溶融すべき材料は入口から加熱筒内に導入され、加熱手段により加熱をうけて溶融された後に出口から出ることとなる。また、特に加熱筒には減圧手段が接続されているため、加熱筒の内部を真空ないしはほぼ真空状態とすることができる。このため、加熱筒内部における加熱を酸素が介在しない状態で行うことができる。
従って、溶融すべき材料を溶解させるための溶解炉を特別に必要とせず、また加熱蒸気も発生しないので、大気汚染を排除できる。
さらに、真空ないしほぼ真空状態での加熱であるために、溶融材料への空気の巻き込みが殆ど皆無となる。
このため、請求項１の発明の溶融金属材料供給装置はダイカスト装置等の成形装置への材料供給装置として最適に利用することができる。
【０００５】
また、溶融すべき材料を所定の長さのロッド状で前記入口に順次供給するための材料押込手段を設けたことにより、例えばロッド状の材料を溶融材料がちょうど出口に到達するまで順次押し込んでおけば、後は必要な量（例えばダイカスト装置での一回の成形に必要な量）に相当するストロークだけ最後尾のロッド状材料を押し込むことで、必要な量だけの材料が出口から供給されることとなる。このため、供給量の制御を簡単に行うことができる。
【０００６】
さらに、溶融すべき材料を前記押込手段により前記入口に供給するに先立って所定の温度まで予熱するための予熱手段を有しているので、ロッド状の材料の加熱筒内での溶融を迅速に行うことができる。
【０００７】
さらにまた、前記加熱筒の前記入口には前記ロッド状の材料よりも僅かに小さな径の絞り部が設けられているので、ロッド状の材料を加熱筒の入口に押し込むと、材料は絞り部により削られ、或いは縮径変形した後に加熱筒の内部に進むので、絞り部において材料と加熱筒との間に隙間がない状態が得られる。このため加熱筒内への空気の流入を確実に排除でき、加熱筒内の真空状態を有効に維持することができる。
【０００８】
請求項２の発明による溶融金属材料供給装置では、前記加熱筒の内周面はセラミック層で覆われている。このように加熱筒の内周面をセラミックで覆ったことによって、例えば溶融材料がアルミニウム合金であった場合でも溶融材料は加熱筒と直接には接触しないため、加熱筒として一般的な材料である鉄を利用して、しかもアルミニウムと鉄との間の金属間化合物の生成を排除できる。従って、加熱筒の内壁の保護が得られて加熱筒の寿命が長くなり、しかも金属化合物の溶融金属材料への混入を防止できるため、例えば、溶融金属材料供給装置をダイカスト装置のための供給装置として利用した場合に、成形品の品質及び歩留まりの向上を図ることができる。
また、このようにアルミニウム合金を利用した場合に金属間化合物が形成されないことから、同じ装置をアルミニウム合金以外の合金例えばマグネシウム合金の供給に利用できる。このため、複数の装置を設ける必要がなくなり、設備の縮小を図ることができる。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載された溶融金属材料供給装置と、該溶融金属材料供給装置から供給された溶融金属材料を金型に充填するための加圧充填装置とから成る金属材料成形装置であり、前記加圧充填装置は、シリンダと、該シリンダ内を往復動可能なピストンと、前記シリンダに接続されたホットノズルとを有している。前記溶融金属材料供給装置の加熱筒の出口は前記加圧充填装置のシリンダに接続されて該シリンダ内に開口している。前記加圧充填装置のピストンは、前記加熱筒の出口を塞ぐ前進位置と、前記加熱筒の出口を開放して前記シリンダ内の材料充填室内と連通させる後退位置との間で移動可能になっている。
請求項３の発明では、ピストンが前進位置では溶融金属材料供給装置の出口が塞がれ、ピストンが後退位置では出口がシリンダ内の材料充填室内に連通するようになっているので、例えば、シリンダに接続されたホットノズルを通じた金型キャビティーとの連通を阻止した状態でピストンが前進位置から後退位置に動くと、後退によってできた材料充填室が負圧（真空）となる。ピストンがさらに後退して材料充填室が溶融金属材料供給装置の加熱筒の出口と連通すると、材料充填室内の溶融材料に負圧が加わって溶融材料が材料充填室内に入り込もうとする。
しかしながら、加熱筒には減圧手段が接続されているため、この減圧手段により溶融材料に与えられる負圧と、材料充填室内の負圧とがバランスされて、材料充填室内への流入が阻止される。
このため、ピストンが所定の位置まで後退したら溶融金属材料供給装置から材料を供給（金型によるワンショット分）すれば、その量だけの溶融材料が確実に材料充填室内に充填される。
次いでピストンを前進させれば溶融金属材料供給装置から供給されただけの量の溶融材料がホットノズルを通じて金型のキャビティー内に充填され、成形を行うことができる。また、前進時においても材料充填室内は真空状態にあるので、材料供給装置内の溶融材料には何ら圧力（押し戻す力）は加わらない。
すなわち、請求項３の発明では材料充填室内の負圧に影響されることなく材料供給装置から定量的にシリンダ内に溶融材料を供給できるので、成形作業を円滑かつ確実に行うことができ、またシリンダ側の圧力を遮断するためのバルブ等の手段が不要となる。
また、加熱筒内のみならずシリンダ内（材料充填室内）も真空状態に保った状態で成形を行うことができるので、溶融材料を空気を全く含まない状態で金型内に導入でき、成形品の品質及び歩留まりが向上する。
【００１０】
請求項４の発明では、請求項３の金属材料成形装置において、前記加圧充填装置のホットノズルは、前記ピストンが前記前進位置から後退するに先立って当該ホットノズルの主として先端部における溶融金属を半固化もしくは固化状態として、金型キャビティーとの連通を遮断するように構成されている。
このように、ホットノズル内部の溶融金属を半固化もしくは固化状態として、金型キャビティーとの連通を遮断する構成であるため、連通を遮断・解放するためのバルブ手段を特に設けずともピストンの後退時に前記材料充填室内を真空状態とすることができ、構造が簡単となる。
また特にホットノズルを利用したことにより、従来のダイカスト製品に必然的に付随していたランナー、スプール、ビスケット、オーバーフロー等の付属物がなくなる。このため、以下の利点が有る。
（１）付属物が成形されないため、製造コストが低減して製品単価を引き下げることができ、成形サイクルが短縮される。
（２）付属物を製品から分離する作業が不要となるため、製造コストがさらに低減する。
（３）（２）に関連して、分離した付属物は通常再溶解して新しい材料と混合して利用されるが、このような再溶解作業が不要となり、また、常に新しい材料だけで成形作業が行われるので製品品質が安定する。
【００１１】
請求項５の発明では、請求項４の金属材料成形装置において、前記シリンダの内周面はセラミック層で覆われている。
請求項５の発明は、請求項２に関連して述べたと同様、金属間化合物の生成を排除できるので、シリンダの寿命が長くなり、また請求項２の溶融金属材料供給装置と組み合わせることで成形品の品質及び歩留まりの向上を図ることができる。
また合金の種類毎に、複数の装置を設ける必要がなくなり、設備の縮小を図ることができる。
【００１２】
【実施の形態】
次に本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
本実施形態の金属材料成形装置は大別して、図１に示した溶融金属材料供給装置１と図２に示した加圧充填装置２とからなっている。
【００１３】
溶融金属材料供給装置１は予備加熱装置３と真空加熱装置４とを有しており、予備加熱装置３は図１に示すように予め一定の長さに切断された円柱ロッド状の材料Ｒ〜Ｒを縦方向一列で収容する収容ケース５と、材料Ｒ〜Ｒを真空加熱装置４に押し込むための油圧シリンダ装置６とからなっている。ここで、材料Ｒ〜Ｒは後述する金型Ｍでの成形に適した金属材料、例えばアルミニウム合金やマグネシウム合金製であるのが好ましい。油圧シリンダ装置６は収容ケース５から落下供給された材料Ｒを一つづつ受け入れる円筒状のシリンダ７と、このシリンダ７内に受け入れられた材料Ｒを真空加熱装置４に向けて押し込む材料押し込み装置としてのピストン８とからなっている。なお、本実施形態では材料Ｒの長さはその体積が金型Ｍの後述するキャビティーＣの容積とほぼ等しくなるように設定されている。
【００１４】
収容ケース５の周囲にはヒータ９が設けられており、収容ケース５内に収容された材料Ｒを真空加熱装置４への供給に先立って、半溶融状態になるまで予熱するようになっている。なお、収容ケース５はその上部から材料Ｒ〜Ｒを投入できるようになっており、収容できる材料Ｒ〜Ｒの数は加圧充填装置２の材料消費量に応じて適宜設定される。また、収容ケース５の下部にはストッパ１０が設けられており、このストッパ１０は図示しない駆動装置により材料Ｒの落下を禁止し或いは許容するために図中紙面に対して直角方向に作動可能となっている。
また、このストッパ１０の下方に位置するシリンダ７の一部は図３に示すように下端をヒンジ結合された半割部７Ａ，７Ａにより構成されている。これらの半割部７Ａ、７Ａは図示しない駆動装置により開閉可能となっており、図３のように落下した材料Ｒを受け入れるために開放し、材料を受け入れると閉鎖可能となっている。なおこれらの半割部７Ａ，７Ａの駆動装置はストッパ１０の駆動装置と連動して、適宜タイミングで駆動されるようになっている。
【００１５】
次に真空加熱装置４に関し説明すると、真空加熱装置４は上記予備加熱装置３により予備加熱された材料Ｒ〜Ｒを受け入れて完全に溶融した状態（後述する金型Ｍによる成形に適した温度）になるまで加熱するための加熱筒１１を有しており、この加熱筒１１の外周にはヒータ１２が取り付けられている。また加熱筒１１の内周にはセラミック層１３が設けられて溶融材料が加熱筒１１と直接接触しないようになっている。なお、ヒータ１２は図示した外部加熱式のもののみならず、加熱筒１１内に埋め込まれたもの等、いかなる形式のものであっても良く、また加熱筒１１はヒータ１２の能力、要求される材料加熱温度に応じて適宜長さに設計される。
また、加熱筒１１は予備加熱装置３のシリンダ７と対向する先端部に超硬合金により形成された絞り部としてのリング１４を備えており、このリング１４の内周径はロッドＲの外径よりも僅かに小さく設定されている。また、このリング１４の内周面には環状溝１５が形成されており、この環状溝１５は接続口１６を介して真空ポンプ１７に接続されている。これによって、後述するように加熱筒１１の内部を真空もしくはほぼ真空状態とすることができる。
加熱筒１１のリング１４から適宜距離（材料Ｒの長さを越えない距離）を隔てた部位には図４に示すように多数の孔１８ａ〜１８ａを有するスクリーン１８が取り付けられている。
【００１６】
また、材料Ｒを加熱筒１１に押し込むピストン８の先端部には材料Ｒに食い込む突起８Ａ〜８Ａ（図は１つのみを示す）が設けられており、またピストン８は往復動のみならず図示しない駆動装置により回転駆動可能となっている。
【００１７】
次に、加圧充填装置２の構成を図２を参照して説明すると、加圧充填装置２はダイカスト装置として構成されており、油圧シリンダ装置１９と、この油圧シリンダ装置１９のピストンロッド２０の先端部に取り付けられ、該ピストンロッド２０よりも大径のピストン体２０Ａと、該ピストン体２０Ａを前後摺動可能に収容するシリンダ２１と、シリンダ２１の先端部２１ａに取り付けられたホットノズル２２とからなっている。
【００１８】
シリンダ２１の内周面には上記加熱筒１１と同様にセラミック層２３が設けられており、溶融材料がシリンダ２１と直接接触しないようになっている。また、シリンダ２１の長手方向中央よりも若干前方の位置には上記加熱筒１１の出口側との接続口２４が設けられており、この接続口２４を介して溶融材料がシリンダ２１内に流入可能となっている。さらに、シリンダ２１の内部は先端部２１ａにおいて先細状となってホットノズル２２の溶融材料通路２５につながっている。
また、シリンダ２１の外周部にはヒータ２６が取り付けられており、シリンダ２１内に供給された溶融材料を加熱して溶融状態を最適に維持できるようになっている。
【００１９】
ピストン体２０Ａの先端部２０Ｂは上記シリンダ１９の先端部１９ａの内周形状に対応する円錐形状をなしている。また、ピストン体２０Ａの外周にはセラミック製のピストンリング２８〜２８が軸方向に互いに適宜距離を隔てて装着されている。
【００２０】
次にホットノズル２２に関し説明すると、このホットノズル２２はボルト３０、３０によりブラケット３１を介してシリンダ２１の先端部２１ａに固定されており、溶融材料通路２５は先端部が先細状となって金型ＭのキャビティーＣに直接開口している。なお、金型Ｍは可動型Ｍ１と固定型Ｍ２とからなる通常の構造のものである。
【００２１】
ここで、ホットノズル２２は本願と同一出願人による特願平１０−６１５６６号に開示されたものと同じ構造のものであり、以下に概略構造を説明する。
ホットノズル２２は先端部３２を残して基部３３から先端部３２に至り一対の割溝３４、３４（図は一方のみを示す）が設けられており、基部３３を介して割溝３４，３４により隔てられた部分間に電圧を加えることにより主として先端部３２が発熱するように構成されている。また、ホットノズル２２の外周は図示しないセラミック層により覆われており、さらに溶融材料通路２５の内周面にもセラミック層（図示省略）が設けられている。ホットノズル２２はこのような構成により、成形サイクルに応じて先端部３２を最適な温度に迅速に制御できるようになっている。
【００２２】
次に上記実施形態の作用を金型Ｍによる材料の成形作用に関連して以下に順を追って説明する。
【００２３】
（１）まず、溶融金属材料供給装置１の予備加熱装置３の収容ケース５内に材料Ｒ〜Ｒを充填し、ヒータ９により適当な温度（半溶融状態となる温度）まで加熱する。
【００２４】
（２）材料Ｒ〜Ｒが適当な温度まで加熱されたらシリンダ７の半割部７Ａ，７Ａを図３に示すように開放して図中鎖線で示したようにストッパ１０を材料Ｒ下部から後退させ、材料Ｒを半割部７Ａ，７Ａ内に落下させる。一つの材料Ｒが落下したらストッパ１０を即座に実線で示した位置に戻して次の材料Ｒの落下を阻止し、次いで半割部７Ａ，７Ａを閉じる。次にピストン８を前方に駆動して、まず最初の材料Ｒをリング１４内に押し込む。但し、この最初の材料Ｒはこの時点ではリング１４を通過させず、リング１４の環状溝１５よりも後方位置に止めておく。
すると、リング１４の内径は材料Ｒの径よりも僅かに小さいため、材料Ｒはその外周部分がリング１４の内周後縁により若干削られた状態または圧縮変形された状態でリング１４内に入り込む。つまり、リング１４は材料Ｒを絞る絞り部として機能する。このため、リング１４と材料Ｒとの間に隙間がなくなり、リング１４の内部さらには加熱筒１１の内部は外部からシールされた状態となる。
【００２５】
（３）次に真空ポンプ１７を駆動する。これによって加熱筒１１内部は真空状態となる。またこの時は図２に示すように加圧充填装置２の油圧シリンダ装置１９のピストン体２０Ａの先端部２０Ｂは加熱筒１１との接続口２４の後方に位置しており、シリンダ２１の内部に加熱筒１１と連通する材料充填室Ｆを形成している。このため、材料充填室Ｆさらにはホットノズル２２の溶融材料通路２５及び金型Ｍ（閉じた状態）のキャビティーＣも真空状態となる。
【００２６】
（４）このように真空状態が得られたらピストン８を前方へ動かすとともに回転を与えつつ材料Ｒを加熱筒１１内に押し込み、材料Ｒの後端がリング１４の直前位置に達したら押し込みを停止して、ピストン８を元の位置まで後退させる。なお、先に説明したようにピストン８の先端部には材料Ｒに食い込む突起８Ａ〜８Ａが設けられているため、ピストン８の回転は突起８Ａ，８Ａを介して材料Ｒに有効に伝達される。
次に上記（２）と同じ工程で次の材料Ｒをシリンダ７の半割部７Ａ，７Ａ内に落下させ、ピストン８を前方に駆動するとともに回転を与えつつリング１４から加熱筒１１内にその後端がリング１４の直前位置に達したら押し込みを停止する。
このように材料Ｒに回転を与えつつ加熱筒１１内に押しむことにより、材料Ｒはスクリーン１８の孔１８ａ〜１８ａを通過することでまず線状となり、かつ短い長さに剪断細分化される。このような剪断細分化によって材料に流動性（チクソトロピー）が与えられ、これによって、後述する加圧充填装置２による成形性（生産性、寸法精度）が向上する。
なお、ピストン８はリング１４内まで入り込まないため、材料Ｒをピストン８の一回のストロークでスクリーン１８による剪断細分化を行うことはできないが、次の材料Ｒが前の材料Ｒの後端に到達すると、溶着及び摩擦によって材料Ｒ、Ｒ同士が一体となるので、前の材料Ｒの残りの部分も後の材料Ｒの前半部分とともに回転及び押し込み作用を受けるので、スクリーン１８による剪断細分化を同様に行うことができる。
以上のようにして材料Ｒ〜Ｒを順次加熱筒１１内に送り込んでいくと前方のものからヒータ１２の加熱作用により半溶融状態から完全に溶融した状態に移行する。
【００２７】
（５）溶融材料が加熱筒１１内に充満した状態となったら材料Ｒの送り込みを一旦停止する。なお、この状態では図５に示すように最後の材料Ｒがリング１４から或る程度突出した状態となっている。
【００２８】
（６）次に、金型ＭのキャビティーＣの容積とホットノズル２２の溶融材料通路２５の容積との合計の体積Ｖに相当するだけのストロークで材料Ｒを上記と同様に回転を与えつつ押し込む。なお、本実施形態では材料ＲはキャビティーＣの容積とほぼ等しい体積を有するように設定されているので、（５）の最後の材料Ｒだけでは足らなくなるため、次の材料Ｒをさらに押し込むこととなる。
【００２９】
（７）すると、上記体積Ｖの溶融材料Ｒｍがシリンダ２１の材料充填室Ｆ内に供給される。（図６参照）
【００３０】
（８）次に油圧シリンダ装置１９を駆動してそのピストンロッド２０を前方に動かす。すると、材料充填室Ｆは上記のように真空状態であるので、溶融材料Ｒｍは空気を巻き込むことなく図７に示すように材料充填室Ｆ内に充満した状態となり、ピストンロッド２０が前方のストローク端に達すると溶融材料Ｒｍは図８に示すようにホットノズル２２の溶融材料通路２５さらにはキャビティーＣ内に充満した状態となる。
【００３１】
（９）（８）の状態が得られたら金型Ｍを冷却してキャビティーＣ内の溶融材料Ｒｍを冷却固化し、固化が完了したら可動型Ｍ１を固定型Ｍ２から引き離して固化した材料を製品として取り出す。なお、このように金型Ｍ１が完全に冷却された状態にあってもホットノズル２２、特にその先端部３２は材料が半溶融状態となる温度に維持され、従って製品はホットノズル２２から容易に分離されるとともに、溶融材料Ｒｍはホットノズル２２から鼻垂れ状に流出することはない。
【００３２】
（１０）製品が金型Ｍから取り出されて可動型Ｍ１が元の位置に戻り、金型Ｍの型締めが行われると、油圧シリンダ装置１８のピストンロッド２０が後退してピストン体２０Ａが後方位置に戻される。ここで、ホットノズル２２内には溶融材料Ｒｍが半溶融状態で残っているため、ピストンロッド２０が後方位置に戻っても、材料充填室Ｆ内は真空状態に維持される。
【００３３】
（１１）次に予備加熱装置３の収容ケース５から新たな材料Ｒをシリンダ７に導入して、予備加熱装置３のピストン８を金型ＭのキャビティーＣの容積に等しい体積に相当するだけのストローク、すなわち材料Ｒの長さぶんだけ押し込むことで溶融材料は油圧シリンダ装置１９のシリンダ２１内の材料充填室Ｆ内にキャビティーＣの容積に等しい量だけ供給される。
【００３４】
（１２）次いで、もしくは（１１）に先立って、ホットノズル２２を通電により発熱させ、溶融材料通路２５内の材料を完全に溶融状態とする。
【００３５】
（１３）油圧シリンダ装置１９のピストンロッド２０を前方のストローク端まで動かすと溶融材料通路２５内に予め材料が充満していることを除き図６〜図８と同じ状態を経て溶融材料がキャビティーＣ内に充填される。
【００３６】
（１４）（９）と同様な工程で製品を金型Ｍから取り出す。
以後は（１０）〜（１４）の工程を繰り返すことで製品を連続的に成形できる。
【００３７】
以上のように、本実施形態の溶融金属材料供給装置１は加熱筒１１に接続されて該加熱筒１１の内部をほぼ真空状態にするための減圧手段としての真空ポンプ１７を有しているので、溶融材料の加熱は酸素が介在しない状態で行われる。従って、溶融すべき材料を溶解させるための溶解炉を特別に必要とせず、また加熱蒸気も発生しないので、大気汚染を排除できる。さらに、真空状態での加熱であるために、溶融材料への空気の巻き込みが皆無となる。このため、図２に示した金型Ｍへの加圧充填装置２への材料供給装置として最適に利用することができる。
【００３８】
つまり、加圧充填装置２ではピストン体２０Ａが前進位置から後退位置に動くと、後退によってできた材料充填室Ｆが負圧（真空）となる。しかしながら、加熱筒１１には減圧手段としての真空ポンプ１７が接続されているため、この真空ポンプ１７により加熱筒１１内の溶融材料に与えられる負圧と、材料充填室Ｆ内の負圧とがバランスされて、加熱筒１１内の材料の材料充填室Ｆ内への流入が阻止される。このため、ピストン体２０Ａが所定の位置まで後退したら溶融金属材料供給装置１から材料を供給（金型Ｍによるワンショット分）すれば、その量だけの溶融材料が確実に材料充填室Ｆ内に充填される。次いでピストン体２０Ａを前進させれば溶融金属材料供給装置から供給されただけの量の溶融材料がホットノズル２２を通じて金型ＭのキャビティーＣ内に充填され、成形を行うことができる。また、前進時においても材料充填室Ｆ内は真空状態にあるので、材料供給装置１内の溶融材料には何ら圧力（押し戻す力）は加わらない。このため、材料充填室Ｆ内の負圧に影響されることなく材料供給装置１から定量的にシリンダ２１内に溶融材料を供給できるので、成形作業を円滑かつ確実に行うことができ、またシリンダ２１側の圧力を遮断するためのバルブ等の手段が不要となる。
【００３９】
また、加熱筒１１内のみならずシリンダ２１内（材料充填室Ｆ内）も真空状態に保った状態で成形を行うことができるので、溶融材料を空気を全く含まない状態で金型Ｍ内に導入でき、成形品の品質及び歩留まりが向上する。
特に、真空ポンプ１７は加熱筒１１入口のリング１４に接続されて、半溶融状態の材料Ｒの外周部から吸引するようになっているので、真空状態の実現と同時に材料Ｒのリング１４に対する位置保持を行うことができ、半溶融状態の材料Ｒさらにはその上流側にある溶融状態の材料の加熱筒１１内における保持を確実に行うことができる。
【００４０】
さらに、溶融すべき材料Ｒを所定の長さのロッド状で加熱筒１１に順次供給するための材料押込手段として油圧シリンダ装置６を備えているので、ロッド状の材料Ｒを溶融材料がちょうど加熱筒１１の出口に到達するまで順次押し込んでおけば、後は必要な量に相当するストロークだけ最後尾のロッド状材料Ｒを押し込めば、その分だけの材料が加圧充填装置２のシリンダ２１内の材料充填室Ｆ内に供給されることとなる。このため、供給量の制御を簡単に行うことができる。
【００４１】
また、溶融すべき材料Ｒを油圧シリンダ装置６により加熱筒１１に供給するに先立って所定の温度まで予熱するための予熱手段として予備加熱装置３を有しているので、材料Ｒの加熱筒１１内での溶融を迅速に行うことができる。
さらに、加熱筒１１の入口のリング１４はロッド状の材料Ｒよりも僅かに小さな径を有しており、しかも超硬合金で形成されているため、ロッド状の材料Ｒを加熱筒１１の入口に押し込むと、材料Ｒと加熱筒１１との間に隙間がない状態が得られる。このため加熱筒１１内への空気の流入を確実に排除でき、加熱筒１１内の真空状態を有効に維持することができる。
【００４２】
また、加熱筒１１の内周面はセラミック層１３で覆われているため、例えば材料Ｒがアルミニウム合金であった場合でも加熱筒１１と直接には接触しない。このため、加熱筒１１として一般的な材料である鉄を利用して、しかもアルミニウムと鉄との間の金属間化合物の生成を排除できる。従って、加熱筒１１の内壁の保護が得られて加熱筒１１の寿命が長くなり、しかも金属化合物の溶融材料への混入を防止できる。また、本実施形態では加圧充填装置２のシリンダ２１の内周面にもセラミック層２３を設け、さらにはホットノズル２２の溶融材料通路２５の内周面にもセラミック層を設けたので、これらの寿命が長くなり、金属化合物の溶融金属材料への混入が防止されて成形品の品質及び歩留まりの向上が向上する。
また、溶融金属材料供給装置１と加圧充填装置２とを組み合わせた金属材料成形装置はこのようにアルミニウム合金を利用した場合に金属間化合物が形成されないことから、同じ成形装置をアルミニウム合金以外の合金例えばマグネシウム合金の供給に利用できる。このため、複数の装置を設ける必要がなくなり、設備の縮小を図ることができる。
【００４３】
さらに、本実施形態では、ホットノズル２２はピストン２０が前進位置から後退するに先立ってホットノズル２２の主として先端部における溶融金属を半固化もしくは固化状態として、金型ＭのキャビティーＣとの連通を遮断するように構成されているので、連通を遮断・解放するためのバルブ手段を特に設けずともピストンの後退時に材料充填室Ｆ内を真空状態とすることができ、構造が簡単となる。
【００４４】
また特にホットノズル２２を利用したことにより、従来のダイカスト製品に必然的に付随していたランナー、スプール、ビスケット、オーバーフロー等の付属物がなくなる。このため、以下の利点が有る。
（１）付属物が成形されないため、製造コストが低減して製品単価を引き下げることができ、成形サイクルが短縮される。
（２）付属物を製品から分離する作業が不要となるため、製造コストがさらに低減する。
（３）（２）に関連して、分離した付属物は通常再溶解して新しい材料と混合して利用されるが、このような再溶解作業が不要となり、また、常に新しい材料だけで成形作業が行われるので製品品質が安定する。
【００４５】
次に上記溶融材料供給装置１の別の実施形態を図９を参照して説明する。図９に示した溶融材料供給装置５１は上記実施形態における予備加熱装置３及び真空加熱装置４にそれぞれ対応する予備加熱装置５３と真空加熱装置５４とを有している。なお、図中先の実施形態と同様な部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００４６】
予備加熱装置５３は収容ケース５５と油圧シリンダ装置５６とを有している。収容ケース５５は先の実施形態の収容ケース５と同様、予め一定の長さに切断された円柱ロッド状の材料Ｒ〜Ｒを縦方向一列で収容する収容するものであるが、材料Ｒ〜Ｒを油圧シリンダ装置５６のシリンダ７の半割部７Ａ，７Ａの真上位置に収容するものではなく、固定の底板５５ＡによってＲ〜Ｒを半割部７Ａ，７Ａの真上から後方（図９中左方）に位置をずらして下方から支持するようになっている。また、この底板５５Ａの下部には、最下部の材料Ｒの前端に対面する部位に材料Ｒの通過を許容する開口部５５Ｂが設けられており、また後端に対面する部位にはブラケット５５Ｃを介してピストン・シリンダ機構５５Ｄが取り付けられている。このような構成によって、ピストン・シリンダ機構５５Ｄを駆動して最下部の材料Ｒをだるま落とし式で前方に押し出すと、この最下部の材料Ｒが開口部５５Ｂから図中想像線で示したように収容ケース５５の外部に出ることとなり、次いで半割部７Ａ，７Ａ（開放状態）に向けて落下する。この半割部７Ａ，７Ａの作用は上記実施形態と同様であり、落下した材料Ｒを収容した後に図示しない駆動装置により閉じられ、次いで、油圧シリンダ装置５６のピストン８が材料Ｒを真空加熱装置５４に押し込む。
このような構成により、上記実施形態のストッパ１０のように材料Ｒ〜Ｒの荷重を受ける可動部材がなくなるので、部品の耐久性及び操作確実性が向上する。
【００４７】
一方、真空加熱装置５４は加熱筒１１の内部構造を除き上記実施形態の真空加熱装置４と同様である。つまり真空加熱装置５４において、スクリーン１８は上記の実施形態の場合よりも若干前方（図中右方）に配置されており、また、加熱筒１１の内部のセラミック層１３の内周面にはスクリーン１８の前方において適宜範囲で螺旋状の突条５７〜５７が設けられている。
このような構成により、ピストン８によって加熱筒１１内に押し込まれた半溶融状態の材料Ｒは突条５７〜５７によって捻れすなわち回転作用を受けつつスクリーン１８に到達し、スクリーン１８の通過により上記実施形態と同様な剪断細分化作用を受け、同様に材料に流動性（チクソトロピー）が与えられる。
【００４８】
このように、ピストン８によって材料を押し込むだけで材料Ｒに回転を与えることができるので、ピストン８を上記実施形態のように回転させる必要がなくなり、油圧シリンダ機構６の構造が簡単となる。また、これに関連して、図示のように材料Ｒの後端への食い込みのための突起８Ａ，８Ａをなくすることができる。
【００４９】
また、図１〜図８の実施形態の加圧充填装置２は一つのキャビティーＣを有する金型Ｍと組み合わせて成形を行うものとしたが、複数のキャビティーを有する金型との組み合わせにおいても同様に利用でき、このような実施形態を図１０を参照して説明する。なお、図１０においても、図１〜図８の実施形態と同様な部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００５０】
図１０に要部を示した加圧充填装置２は図１〜図８の加圧充填装置２と同様な構成を有している。また、金型ＭＷは相互間に複数（図では２つ）のキャビティーＣＷを形成する可動型ＭＷ１及び固定型ＭＷ２と、固定型ＭＷ２に対してスペーサＳを介して所定の間隔で配置されたランナブロックＢとからなっている。
【００５１】
キャビティーＣＷに対応して、本実施形態ではさらに２つのホットノズル２２Ａ、２２Ａが設けられており、これらはランナブロックＢの固定型ＭＷ２に対向する側にボルト３０Ａ，３０Ａを介して固定取り付けされている。そして、各ホットノズル２２Ａの溶融材料通路２５は上記実施形態と同様、先端部が先細状となって対応するキャビティーＣＷに直接開口している。
【００５２】
ランナブロックＢの内部には前面側（図中左側）において開口する入口側流路部分Ｂ１と、この流路部分Ｂ１から二股状に分岐する出口側流路部分Ｂ２、Ｂ２とを有しており、出口側流路部分Ｂ２，Ｂ２はホットノズル２２Ａ，２２Ａの溶融材料通路２５，２５の後端にそれぞれ連通している。
【００５３】
また、上記実施形態では加圧充填装置２の先端部に取り付けられたホットノズル２２は溶融材料をシリンダ２１からランナブロックＢの入口側流路部分Ｂ１に導くだけの役割を果たすものであり、通常の成形サイクル中は、上記実施形態のような温度制御は行われず、単に溶融材料を金型ＭＷへの充填に適した最適な温度に保つようになっている。
【００５４】
このような構成により、油圧シリンダ装置１９のピストンロッド２０を駆動して、上記実施形態で説明したと同様、ピストン体２０Ａにより材料充填室Ｆ内に充填された溶融材料Ｒｍを押し出すと、溶融材料Ｒｍは先端部のホットノズル２２の溶融材料通路２５を経てランナブロックＢの入口流路部分Ｂ１から出口側流路部分Ｂ２，Ｂ２に分流し、対応するホットノズル２２Ａ、２２Ａの溶融材料通路２５，２５を経てそれぞれのキャビティーＣＷ内に充填される。そしてホットノズル２２Ａ、２２Ａは上記実施形態において説明したと同様に成形サイクルに応じた温度制御が行われて製品が２つのキャビティーＣＷにおいて同時に成形される。
【００５５】
このような金型ＭＷを利用した場合においても、成形は以下の（イ）、（ロ）の点を除き、上記実施形態と同様な段階（１）〜（１４）で行うことができる。
（イ）材料Ｒの体積は２つのキャビティーＣＷの合計の容積とほぼ等しくなるように設定される。
（ロ）（６）の最初の材料充填工程において、ピストン８のストロークが金型ＭのキャビティーＣの容積とホットノズル２２の溶融材料通路２５の容積との合計の体積Ｖではなく、２つのキャビティーＣＷの容積＋ホットノズル２２及びホットノズル２２Ａ，２２Ａの溶融材料通路２５の容積＋ランナブロックＢの入口流路部分Ｂ１と出口側流路部分Ｂ２，Ｂ２の容積の合計の容積とされる。
【００５６】
また、特に本実施形態ではキャビティーＣＷ、ＣＷに臨むホットノズル２２Ａ，２２Ａのみならず、シリンダ２１の先端部２１ａの先端部にも依然としてホットノズル２２が設けられているので、例えば成形品の変更により金型ＭＷとランナブロックＢを含む金型装置全体を交換する場合に、ホットノズル２２先端部の温度を金属材料が半溶融状態となる温度に維持することで、金型装置をホットノズル２２から容易に分離でき、かつホットノズルから鼻垂れを生じないようにすることができる。また、新たな金型装置を取りつけた後はホットノズル２２の先端部を急速に加熱して成形を迅速に再開できる。なお、本実施形態の加圧充填装置２と金型ＭＷとの組み合わせに図９の溶融材料供給装置５１を利用することも勿論可能である。
【００５７】
図１０の実施形態では、一つの金型ＭＷに対して一つの加圧充填装置２及びそれに関連する溶融材料供給装置１（もしくは上記した別の実施形態の溶融材料供給装置５１）を利用するものとしたが、例えば加圧充填装置２の射出能力（加圧能力）が、金型ＭＷに必要な射出圧に対して不足する場合が有る。この場合には加圧充填装置２を加圧能力の大きな別のもの（具体的にはシリンダ２１の径が大きなもの）に交換することが考えられるが、図１１のように同じ構成の加圧充填装置２を複数（図では２基）並列配置して、それぞれ入口流路部分Ｂ１，Ｂ１を介してランナブロックＢに溶融材料を供給することが好ましい。ここで、加圧充填装置２，２には関連する溶融材料供給装置１（もしくは上記した別の実施形態の溶融材料供給装置５１）がそれぞれ付設されているものである。なお、図１１中図１０と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
つまり、例えば金型ＭＷに必要な射出圧が７００トンであった場合には同じ３５０トンの射出能力の加圧充填装置２を２基設ければ合計の射出圧が７００トンとなって、金型ＭＷの要求を満たすことができる。
このように同じ射出能力の複数の加圧充填装置２を利用することで、これらに共通の部品を利用できる。このため、部品の管理やメンテナンス作業が簡単となり、さらにはマニュアルに従ったメンテナンス作業の徹底化を図ることができるので成形作業を確実に行うことができる。加えて、金型を射出圧要求の高いものから低いものに交換する場合はそれに応じて加圧充填装置２のうちの適数を休止させておけば良く、迅速に要求に対処できる利点が有る。
【００５８】
また、図１〜図８及び図９の実施形態ではリング１４は一定の径を有するものとしたが、後方（下流側）に向かうにつれて徐々に径を小さくする構成のものであってもよい。
【００５９】
さらに、溶融材料供給装置１、５１はピストン・シリンダ形式の加圧充填装置２と組み合わせて利用するものとしたが、その他の形式の加圧充填装置、さらには金型による成形以外のいかなる用途のものにも利用できる。
【００６０】
加えて、図１〜図８，図１０及び図１１の実施形態においてホットノズル２２は本願と同一出願人が開発した自己発熱形式のホットノズルを利用するものとしたが、外部あるいは内部にヒータを埋め込んだ構造のホットノズルも同様に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の金属材料成形装置の溶融金属材料供給装置の縦断面図である。
【図２】金属材料成形装置の材料充填装置を金型とともに示した断面図である。
【図３】予備加熱装置において材料が押し込みのためのシリンダの半割部内に落下する状態を示す説明図である。
【図４】加熱筒内に装着されたスクリーンの正面図である。
【図５】加熱筒内への材料の供給状態を示す断面図である。
【図６】加圧充填装置のシリンダ内への溶融材料の充填状態を示す断面図である。
【図７】ピストン体が前進してシリンダ内に材料が充満された状態を示す図６と同様な断面図である。
【図８】ピストン体がさらに前進して金型のキャビティー内に材料が充填された状態を示す断面図である。
【図９】溶融材料供給装置の別の実施形態を示す図１と同様な断面図である。
【図１０】加圧充填装置の別の実施形態を示す要部の断面図である。
【図１１】加圧充填装置のさらに別の実施形態を示す要部の断面図である。
【符号の説明】
１，５１  溶融金属材料供給装置
２，７２  加圧充填装置
３，５３  予備加熱装置
４，５４  真空加熱装置
６，５６  油圧シリンダ装置
７  シリンダ
８  ピストン
９  ヒータ
１１  加熱筒
１２  ヒータ
１３  セラミック層
１４  リング
１７  真空ポンプ
１９  油圧シリンダ装置
２０  ピストンロッド
２０Ａ  ピストン体
２１  シリンダ
２２  ホットノズル
２３  セラミック層
２４  接続口
２５  溶融材料通路
２６  ヒータ
Ｒ  材料
Ｍ、ＭＷ  金型
Ｍ１，ＭＷ１  可動型
Ｍ２，ＭＷ２  固定型
Ｃ，ＣＷ  キャビティー
【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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