(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型中に溶融材料を射出する装置であって、
金属溶融材料を収容する第一のチャンバーと、
前記第一のチャンバー内をその軸方向に動いて、溶融材料の少なくとも一部を、第二のチャンバーに通じる出口ポートを通じて、第一のチャンバーから押し出すラムと、
第二のチャンバー内のピストンとを備えてなり、
該ピストンは、
（ａ）後退して吸引力を生成し、該吸引力が溶融材料の少なくとも一部を、第一のチャンバーから、出口ポートを通じて、第二のチャンバーに誘引するのを補助すると共に、
（ｂ）前進して溶融材料を金型中に射出するものであり、
該ラムは、回転して溶融金属の撹拌を行うことができると共に、前進して該出口ポートを閉鎖することができるものであることを特徴とする
金型中に溶融材料を射出する装置。
【請求項２】
前記ラムがその外周にバルブを有し、該バルブが溶融材料を、出口ポートに向かう方向にのみ通過させる、請求項１に記載された装置。
【請求項３】
前記ラムがフィンを有する、請求項１に記載された装置。
【請求項４】
前記第一と第二のチャンバーのための、温度調節用の加熱要素をさらに有する、請求項１に記載された装置。
【請求項５】
前記第二のチャンバーの一端部に開いたノズルをさらに有し、該ノズルを通じて溶融材料が金型に射出される、請求項１に記載された装置。
【請求項６】
前記第一のチャンバーが第二のチャンバーの上部に位置する、請求項１に記載された装置。
【請求項７】
前記第一のチャンバーが第二のチャンバーに関して３０°ないし６０°の角度に傾いている、請求項１に記載された装置。
【請求項８】
金型中に溶融材料を射出する装置であって、
金属溶融材料を収容する第一のチャンバーと、
前記第一のチャンバー内をその軸方向に動いて、溶融材料の少なくとも一部を、第二のチャンバーに通じる出口ポートを通じて、第一のチャンバーから押し出すラムと、
第二のチャンバー内のピストンとを備えてなり、
該ピストンは、
（ａ）後退して吸引力を生成し、該吸引力が溶融材料の少なくとも一部を、第一のチャンバーから、出口ポートを通じて、第二のチャンバーに誘引するのを補助すると共に、
（ｂ）前進して溶融材料を金型中に射出するものであり、
前記第二チャンバーが少なくとも１個のガス出口ポートを有する、金型中に溶融材料を射出する装置。
【請求項９】
前記ガス出口ポートが、
ａ）ピストンと第二のチャンバーの壁の間の隙間；
ｂ）ピストンを取り巻くシール；および、
ｃ）ガス通過性を有しかつ液体を通過させない材料に接続された、第二のチャンバーの壁の開口部、
のうち少なくとも一つよりなる、請求項８に記載された装置。
【請求項１０】
フィーダーポートによって該第一のチャンバーに接続されたフィーダー；および、
該フィーダー用の少なくとも１個の加熱要素、
を有する、請求項１に記載された装置。
【請求項１１】
金型中に溶融材料を射出する装置であって、
金属溶融材料を収容する第一のチャンバーと、
前記第一のチャンバー内をその軸方向に動いて、溶融材料の少なくとも一部を、第二のチャンバーに通じる出口ポートを通じて、第一のチャンバーから押し出すラムと、
第二のチャンバー内のピストンとを備えてなり、
該ピストンは、
（ａ）後退して吸引力を生成し、該吸引力が溶融材料の少なくとも一部を、第一のチャンバーから、出口ポートを通じて、第二のチャンバーに誘引するのを補助すると共に、
（ｂ）前進して溶融材料を金型中に射出するものであり、
さらに、フィーダーポートによって該第一のチャンバーに接続されたフィーダー、該フィーダー用の少なくとも１個の加熱要素、及び該フィーダーと連通する第三のチャンバーを有しており、
金属インゴットを供給するためのエレベーター；および、金属インゴットをエレベーターから前記第三のチャンバーへ移送するためのコンベヤーを有しており、
該エレベーターが、
プラットフォームベース；
少なくとも１個の回転可能のプラットフォームトップ；
該プラットフォームトップの一端部を該プラットフォームベースに回転可能に結合する少なくとも１個の連結具；および、
該プラットフォームトップの他端部を持ち上げて、該プラットフォームトップを連結具を中心として回転させるリフト部材、
を有する、金型中に溶融材料を射出する装置。
【請求項１２】
金型中に溶融材料を射出する装置であって、
金属溶融材料を収容する第一のチャンバーと、
前記第一のチャンバー内をその軸方向に動いて、溶融材料の少なくとも一部を、第二のチャンバーに通じる出口ポートを通じて、第一のチャンバーから押し出すラムと、
第二のチャンバー内のピストンとを備えてなり、
該ピストンは、
（ａ）後退して吸引力を生成し、該吸引力が溶融材料の少なくとも一部を、第一のチャンバーから、出口ポートを通じて、第二のチャンバーに誘引するのを補助すると共に、
（ｂ）前進して溶融材料を金型中に射出するものであり、
さらに、フィーダーポートによって該第一のチャンバーに接続されたフィーダー、及び該フィーダー用の少なくとも１個の加熱要素を有しており、
該フィーダーが、固体材料が第一のチャンバーに入ることを防止するためのフィルターを有する、金型中に溶融材料を射出する装置。
【請求項１３】
該フィルターが格子、または少なくとも１本の垂直のロッドを有する、請求項１２に記載された装置。
【請求項１４】
金型中に溶融材料を射出する装置であって、
金属溶融材料を収容する第一のチャンバーと、
前記第一のチャンバー内をその軸方向に動いて、溶融材料の少なくとも一部を、第二のチャンバーに通じる出口ポートを通じて、第一のチャンバーから押し出すラムと、
第二のチャンバー内のピストンとを備えてなり、
該ピストンは、
（ａ）後退して吸引力を生成し、該吸引力が溶融材料の少なくとも一部を、第一のチャンバーから、出口ポートを通じて、第二のチャンバーに誘引するのを補助すると共に、
（ｂ）前進して溶融材料を金型中に射出するものであり、
前記ピストンが外側部分と内側部分とからなり、かつ、内側部分が外側部分とは独立に動かされて、材料が射出ノズルを通って金型に入るのを防ぐ姿勢をとることが可能である、金型中に溶融材料を射出する装置。
【請求項１５】
金型中に溶融材料を射出する装置であって、
金属溶融材料を収容する第一のチャンバーと、
前記第一のチャンバー内をその軸方向に動いて、溶融材料の少なくとも一部を、第二のチャンバーに通じる出口ポートを通じて、第一のチャンバーから押し出すラムと、
第二のチャンバー内のピストンとを備えてなり、
該ピストンは、
（ａ）後退して吸引力を生成し、該吸引力が溶融材料の少なくとも一部を、第一のチャンバーから、出口ポートを通じて、第二のチャンバーに誘引するのを補助すると共に、
（ｂ）前進して溶融材料を金型中に射出するものであり、
前記ラムが外側部分と内側部分とからなり、かつ、内側部分が外側部分とは独立に動かされる、金型中に溶融材料を射出する装置。
【請求項１６】
金型中に金属を射出する方法であって；
水平方向に対して傾斜した第１のチャンバーの上部に該金属を導入する工程；
該金属が該第１のチャンバー内において、液体状態にて存在するように該第１のチャンバー内の金属を加熱する工程；
該第１のチャンバー内の攪拌要素を回転させることによって該第１のチャンバー内の金属を混合する工程；
該液体金属を、重力、ラムの押し込みによる吸引及びピストンの後退によって、該第１のチャンバーの下部と第２のチャンバーの部分との間のポートを通して、該第１のチャンバーの上部よりも下位に配置された第２のチャンバーに移す移送工程；及び、
該液体金属を第２のチャンバーから金型中に射出する工程、
を有しており、
重力、ラムの押し込みによる吸引及びピストンの後退によって第２のチャンバー内に流れ込む液体金属が、該第２のチャンバー内に存在する少なくとも１種の気体の少なくとも一部を第２のチャンバーの外部に押し出す、金型中に金属を射出する方法。
【請求項１７】
前記金属がマグネシウム合金である、請求項１６に記載された方法。
【請求項１８】
射出された金属が金型中で固化して金属部品となる、請求項１６に記載された方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法により製造された金属鋳造部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本出願は、本出願と同じ日に出願された、「半固体状態からの射出成形によって金属部品を製造する方法及び装置」と題する出願番号０９／１６０，７９２号に関連するものである。
【０００２】
本発明は金属部品を製造する方法及び装置に関するものであり、特にダイキャスト法を含めた、溶融金属を金型中に射出することを含む方法によって、金属部品を製造する方法及び装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
溶融金属から鋳造金属部品を製造するのに用いられる、従来の方法の一つはダイキャスト法によるものである。ダイキャスト法は液体状の金属を用いて鋳造するので、結果として、この方法で製造された鋳造金属部品は密度が低くなりやすい。低い密度を有する鋳造金属部品は、低い機械的強度、高い気孔率、および大きな微細収縮の故に、一般に好ましくない。したがって、従来の鋳造金属部品に正確な寸法を与えることは困難であり、一旦寸法を与えても、その形状を維持することが困難である。また、従来のダイキャストで製造された鋳造金属部品は、その内部に生じた残留応力を減少させることが困難である。
【０００４】
鋳造金属部品を製造するためのチキソトロピック法は、一般に金属を、液体状態からではなく、チキソトロピックな（半固体の）状態から射出成形することによって、ダイキャスト法を改良したものである。結果として、ダイキャスト法によって製造されたものよりも、密度の高い金属部品が得られる。チキソトロピック法は米国特許第３，９０２，５４４号および３，９３６，２９８号に開示されており、両特許は参考文献として本出願に組み入れられる。
【０００５】
チキソトロピック状態の溶融金属から鋳造金属部品を製造する装置および方法はまた、米国特許第５，５０１，２２６号および日本の特開平５−２８５６２６号および同５−２８５６２７号にも開示されており、これらは参考文献として本出願に組み入れられる。制御された加熱および押出機中での剪断によって、金属をチキソトロピック状態に変換する方法は、米国特許５，５０１，２２６号、４，６９４，８８１号および４，６９４，８８２号に開示されている。これらの特許文献に開示されているシステムは、本質的にインラインシステムであり、金属合金のチキソトロピック状態への変換は押出機を用いて行われ、押出機を加圧することによって射出成形が行われる。これらのすべての段階は単一の円筒形のハウジングの中で行われる。すべてのプロセスパラメータ、特に温度、射出容量、圧力、時間等を単一の円筒ハウジングの中で正確に制御することは困難であり、その結果、特性の一定でない鋳造金属部品が製造される。
【０００６】
また、これらのシステムのあるものは、金属をペレット状でフィーダーに供給することを必要とする。したがって、このシステムによって満足でない特性の鋳造金属部品が製造されたならば、その不合格品のリサイクルは、まずペレットの形に再成形しないことには不可能である。さらにまた、チキソトロピック状態の金属を金型中に射出して作られる金属部品の表面は、粗くなりやすい。このような金属部品は、塗装する前にさらに後加工の必要がある。
【０００７】
１９９７年６月１２日に出願された、本発明者の同時係属出願である出願番号第０８／８７３，９２２号は、本出願に参考文献として組み入れられるが、チキソトロピック状態の溶融金属から鋳造金属部品を製造するための、新しい、改良された方法を記載している。この方法においては、溶融金属のチキソトロピック状態への変換は、金属が金型中に射出される場所とは物理的に別の場所で、かつ別の条件のもとに行われる。
【０００８】
液体状態の溶融金属を用いて作動し、特定の寸法の鋳造金属部品を、狭い密度許容範囲内で正確に製造することができるような、鋳造金属部品を製造するための改良されたシステムが求められている。また、所望の特性を有する鋳造金属部品を安定して製造することができ、かつ不合格品のリサイクルを容易に受け入れるような、鋳造金属部品の製造方法が求められている。さらにまた、マグネシウムなどの、より軽い金属でできた鋳造金属部品を作るための、改良された製造方法が求められている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、溶融金属を金型中に射出して鋳造金属部品を製造するための、方法及び装置を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、液体状態の溶融金属を用いて作動し、正確な寸法の鋳造金属部品を、狭い密度許容範囲で製造できるような、鋳造金属部品を製造するための改良された射出成形システムを提供する事である。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、所望の特性の金属部品を安定して製造することができる、鋳造金属部品の射出成形システムを提供することである。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、金型への射出に先立って、液体状の金属に閉じこめられたガスの量を最小にすることができる、射出成形システムを提供することである。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、とりわけ平滑な表面を有する鋳造金属部品を提供することである。
【００１４】
本発明のさらに他の目的は、既知のダイキャスト法およびチキソトロピック法と比較して、低減された気孔率を有する鋳造金属部品を提供することである。
【００１５】
本発明のさらに他の目的は、塗装される前の後加工を受ける必要のない、鋳造金属部品を提供することである。
【００１６】
本発明のさらに他の目的は、不合格品のリサイクルを容易に受け入れるような、鋳造金属部品を製造するための射出成形システムを提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
以上の、またその他の目的は、鋳造金属部品を製造するための改良された射出成形法によって達成される。この方法は、溶融金属をフィーダーポートを通じて第一のチャンバーに導入する段階、溶融金属の少なくとも一部を、前記第一のチャンバーを通って出口ポートに向かって流動させる段階、溶融金属の少なくとも一部を、第二のチャンバーに生じる吸引力のもとに、出口ポートを通じて前記第二チャンバーに引き込む段階、第一チャンバーに残留する溶融金属の少なくとも一部を、前記第二チャンバー中に押し込む段階、および溶融金属を前記第二チャンバーから金型中に射出する段階、の各段階からなる。
【００１８】
改良されたシステムはフィーダーを有し、その中で金属が溶融される。溶融金属はフィーダーポートを通って、第一チャンバー中に流入する。溶融金属の少なくとも一部は、吸引力に助けられ、第一チャンバーから第二チャンバーに通じる出口ポートを通って、第二チャンバーに引き込まれる。第一チャンバー中のラムが、第一チャンバーに残留する溶融金属の一部を、第二チャンバーに通じる出口ポートを通じて、第一チャンバーから押し込む。この際、第二チャンバーの内部にあるピストン（一般に“プランジャー”と呼ばれる）と溶融金属との間にたまった、第二チャンバー内のガスを追い出す。ラムの力によって第二チャンバーに押し込まれる溶融金属が及ぼす圧力は、溶融金属とピストンとの間のガスを、ピストンと第二チャンバーの壁との間の小さな隙間を通して、ピストンに沿って流れさせる。次いで第二チャンバー中のピストンが、実質的にガスを含まない溶融金属を、金型中に射出する。射出に先だって、第二チャンバー内のピストンは後退し、吸引力を生じさせて第一のチャンバーから溶融金属を引き込むと同時に、射出の前に第二チャンバーに保持される溶融金属の量を制御し、正確に鋳造部品の大きさに対応するようにする。
【００１９】
上述の工程およびシステムは、重量のばらつきにして±０．５％またはそれ以下という、非常に正確な射出容量制御を提供する。なぜならば射出容量はピストンの位置によって決定され、また容積で２０％にも達する溶融金属中のガスは、溶融金属を射出する以前にラムの前進動作によって追い出されるからである。
【００２０】
さらに、本発明による精密ダイキャスト法は、現在のチキソトロピック法よりも有利である。なぜならばチキソトロピック状態への変換は、より長い時間を要するからである。本発明による精密ダイキャスト法においては、射出サイクル時間は約３０秒に低減される。これは現在のチキソトロピック法と比較して５０％の低減である。
【００２１】
また、本発明による精密ダイキャスト法は、現在のチキソトロピック法で鋳造された部品よりも好ましい、液体材料による部品を鋳造するのに用いられ得る。これらの鋳造品は鋳造容量がより正確であり、表面は平滑なので、一般に鋳造後の後加工の要求が少ない。このことは、多くの繰り返しに亙って安定な製造工程を与える。
【００２２】
加えて、本発明の方法は非常に精密な寸法の鋳造部品を与えることができる。例えば約２１．０ｃｍ×２９．７ｃｍの四角形（ほぼＤＩＮ規格Ａ４紙のサイズ）において厚さが１ｍｍ以下で、さらに複雑な構造を有する部品でもよい。
【００２３】
さらに付け加えるべき本発明の目的および利点は、以下の説明において記述されるであろう。本発明の目的および利点は、特に従属請求項に指摘される手段および組み合わせによって、実現され、獲得されるであろう。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下の好ましい実施例の説明においては、マグネシウム（Ｍｇ）合金のインゴットまたはペレットを溶融し、液体状態で加工して、射出成形によって金属合金が製造される。本発明はＭｇに限定されるものではなく、他の種類の金属、合金および材料にも同様に適用可能である。
【００２５】
ここに用いられる“溶融金属”および“溶融材料”という用語は、液体状態に変換され、射出成形システムで加工され得る金属、金属合金及びその他の材料を包含する。アルミニューム（Ａｌ）、Ａｌ合金、亜鉛（Ｚｎ）、Ｚｎ合金などを含む広い範囲のこのような金属が、本発明において使用され得る。
【００２６】
特に断らない限り、“ａ”および“ａｎ”という言葉は一つまたはそれ以上を指す。特に断らない限り、“ガス”という用語は始動時に射出チャンバーに存在し得る、あるいは射出チャンバーに閉じこめられて、本発明のシステムの運転時に追い出される、すべてのガス（空気を含む）を指す。
【００２７】
以下における好ましい実施例の説明において言及される、特定の温度及び温度範囲は、Ｍｇ合金を液体状態で加工するのに適用されるものであるが、当業者ならば、本発明の原理にしたがって容易に他の金属、および金属合金に応用するために変更可能である。例えば、ある種のＺｎ合金は４５０℃以上の温度で液体状になるが、 本発明の射出成形システムの温度はＺｎ合金を加工するように調節され得る。
【００２８】
第１図は本発明の第一の実施例による射出成形システム１０を示している。システム１０は予熱タンク１９を有しており、ここでＭｇ合金片またはインゴット１８が約２５０℃に予熱される。コンベヤーベルト２０が予熱されたＭｇ合金片またはインゴット１８をホールディングタンク１２に移送する。他の移送手段が用いられてもよい。螺旋羽根を有するスクリュー２１として示されている計量装置が、 Ｍｇ合金片またはインゴット１８をフィーダー２３に供給する。フィーダー２３はその外周に配置された、少なくとも１個の加熱要素２５を備えている。加熱要素２５はなんらかの在来型のものでよく、フィーダー２３の温度を、フィーダー２３を通って供給される金属合金を液体状態に保つのに十分な温度に、維持するように作動する。Ｍｇ合金インゴットにとっては、この温度は約６００℃またはそれ以上である。２個のレベル検知器２２が、フィーダー２３中の溶融金属の最低および最高レベルを検知する。上部レベル検知器２２が、溶融金属のレベルが最高点に達したことを検知したならば、マイクロプロセッサー制御ユニット（図示せず）に信号を伝え、該ユニットがスクリュー２１に供給を停止させる。下部レベル検知器２２が、溶融金属のレベルが最低点に達したことを検知したならば、制御ユニットに信号を伝え、該ユニットがスクリュー２１を動かして、追加のＭｇ合金をフィーダー２３に供給させる。
【００２９】
好ましくは、１回の射出サイクル（またはショット）の所要量の約２０倍を供給するに足る金属が、フィーダー２３に保持される。これは、１回の射出サイクルに必要な金属を溶融するのに要する時間が、射出サイクル時間より長いからである。射出サイクル時間は好ましい実施例においては約３０秒である。
【００３０】
フィーダー２３はさらにフィルター２４を有している。このフィルターは格子状であり、その間隙はＭＧ合金片が溶融されている間、合金片が通過して落ちるのを防げる程度に狭い。このことは基本的に、フィーダー２３が最初に始動される時の問題である。始動後は、合金片は溶融金属溜まりに落ちて溶融される。時間が経てば、より大きな合金片を投入しても問題はない。加熱要素２５からの熱をフィーダー２３に供給される金属に均一に配分するために、フィーダー２３はミキサー（図示せず）を有してもよい。
【００３１】
フィーダー２３、予熱タンク１９、およびその中間のすべての要素は、予熱および溶融された金属の酸化を低減するために、不活性ガス雰囲気を保有している。炭酸ガス（ＣＯ２）と弗化硫黄（ＳＦ６）の混合ガスが好ましい。しかしながらＣＯ２、 ＳＦ６、窒素、アルゴンなどのその他のガスも、単独でまたは互いに組み合わせて使用されてもよい。不活性ガスは（例えば圧力タンクから）ポート１１を通ってフィーダー２３に導入され、溶融金属溜まりの上に不活性ガス雰囲気を形成する。不活性ガスはまた、スクリュー周りを移動して予熱タンク１９に達し、ここでも酸化を低減する。つまり、上述の供給システム全体が不活性ガス環境に維持されるのが好ましい。
【００３２】
次いで、溶融金属は重力でフィーダーポート２７を通って、温度調節されたバレル３０に供給される。このフィーダーポート２７は、必要に応じて、締め切り弁として働くバルブ（図示せず）を備えてもよい。好ましくはバルブは存在しない。ラム３２がバレル３０と同軸に配置され、バレル３０の中心軸に沿って伸びている。ラム３２の外径はバレル３０の内径より小さく、したがって溶融金属はラム３２とバレル３０の間の空間を通って流れる。ラム３２はモーター３３で制御されていて、バレル３０に沿って軸方向に前進後退両方向に動き、かつ、バレル３０の内部で溶融金属の撹拌が必要なときは、ラム自身の軸のまわりに回転する。
【００３３】
バルブ１７がラム３２の外周に設けられていて、バレル３０を上部と下部の二つのチャンバーに仕切っている。バルブ１７はバレル３０の上部チャンバーと下部チャンバーの間で、金属の流れを選択的に許容したり、妨げたりするために、開いたり閉じたりする。このような機能を持つバルブはそれ自体、当業界では知られていて、そのどれでも本発明の目的に用いられ得る。好ましくはバルブ１７はバレル３０の内周に対しては摩擦的に、ラム３２の外周に対しては摺動可能に、設けられており、例えば、ラム３２がバレル３０中で上方へ後退するときは、バルブ１７はラム３２に関して溶融金属の流れを許容するように動き、また例えば、ラム３２が下方へ前進するときは、バルブ１７はラム３２に関して溶融金属の流れを阻止するように動く。
【００３４】
第２Ａ図はラム上のバルブの一実施例を示す側面図であり、バルブはバルブの上流の場所への（右方への）溶融金属の流れを防止する位置にある。第２Ｂ図はラム上のバルブの一実施例を示す側面図であり、バルブはバルブの下流への（バルブの左方への）溶融金属の流れを許容する位置にある。第２Ｃ図はバルブの一実施例を示す正面図であり、バルブはラムに取り付けられていない。第２Ｄ図はバルブの一実施例を示す側面図であり、バルブはラムに取り付けられていない。
【００３５】
第２Ａ図の閉止位置においては、バルブ１７の後部１７ｂはラム３２の胴部３２ｂに係止している。この位置でバルブは流れを阻止しているので、ラム３２は金属の上部チャンバーへの逆流を起こすことなく、下部チャンバー内の金属を、出口ポート３７（第１図参照）を通して、射出チャンバー５０中に押し込むことができる（第２Ａ図に示す）。第２Ｂ図の開放位置においては、バルブ１７の前部１７ａはラム３２の頭部３２ａに係止している。この位置では金属はバルブを通って流れることが許される。なぜならばバルブ１７の前部１７ａは歯部の間に形成された隙間を有しており、この隙間を通って、バルブ１７を通過する流れが生じるからである。結果として、バルブ１７が開放位置にあるときは、上部チャンバー内の金属は下部チャンバー内に流れ込んで、そこに溜まる。
【００３６】
図に示されるラム３２は尖った先端を有しているが、平たい、あるいは丸められた端部を含む、いかなる形状のものも用いられてよい。好ましくは、ラム３２の端部は出口ポート３７を閉鎖できるような形状を有し、ラム３２がバレル３０内で一杯に前進したときに、バレル３０と射出チャンバー５０との間の溶融金属の流れを阻止する。射出が行われている間、好ましくはラム３２はバレル３０内で一杯に前進しており、したがって出口ポート３７は閉鎖されている。しかしながらラム３２が一杯に前進することは必須ではない。なぜならばバルブ１７、およびバレル３０の下部チャンバーを占める溶融金属もまた、溶融金属が射出中に第二のチャンバーから出ていくのを阻止するからである。射出後、ラム３２は後退させられ（ただしバレル３０内の金属を撹拌するために回転が用いられているならば、回転は続けられてもよい）、射出チャンバー５０に収められたピストン４５は後退し始め（第１図に示されるように右方へ動く）、射出チャンバー５０の容積は、製造中の鋳造部品の大きさによる所望の容量まで拡大される。ピストン４５は、射出チャンバー５０の容積が所望の射出容量と等しくなったときに停止する。ピストン４５はラム３２が後退するのと同時に後退してもよく、またラム３２が所望の位置まで後退した後に後退してもよい。
【００３７】
ピストン４５が停止した後、ラム３２は下方へ前進し、その結果、バレル３０の下部チャンバーに溜まった金属の一部は、出口ポート３７を通って射出チャンバー５０に押し込まれる。射出チャンバー５０に入る金属の圧力は、溶融金属とピストン４５との間に溜まった、射出チャンバー５０内のガスを追い出す働きをする。ラム３２は好ましくはその先端が出口ポート３７を閉鎖するまで、バレル３０内で前進する。ラム３２は好ましくは、射出が完了して次のショットが始まるまで、出口ポート３７を閉鎖したままにするために、この位置に留まる。
【００３８】
各ショットにおいて、溶融金属が射出チャンバー５０に入るときに、溶融金属とピストン４５との間に一定量のガスが溜まる。このガスの容積は射出チャンバー５０の容積の２０％に達することもある。このような溶融金属／ガス混合物を金型中に射出することは、粗い表面、気孔性（金属表面に閉じこめられるガスによる）などの欠点を有する鋳造部品をもたらす可能性がある。これらの欠点には、射出される金属の容量が一定しないことから来るものも含まれる。射出の前にできるだけガスを除くことが望ましい。本発明の方法においては、このガス抜きは基本的に二つの方法で行われる。第一に、ピストン４５と射出チャンバー５０とは、液体容器から液体を吸い上げる医学用注射器と同様にして、ガス抜きを行うことができる。具体的には、ピストン４５が後退するときに、ピストンはバレル３０から射出チャンバー５０に溶融金属を引き入れるような吸引力を発生し、ピストンの後方のガスを押し出す。第二に、ラム３２によって第二のチャンバーに押し込まれる追加の溶融金属は、溶融金属とピストン４５との間に溜まったガスを追い出して、ピストン４５と第二のチャンバーの壁との間の隙間から逃がす（言い換えれば、ガスは溶融金属の圧力によってピストン４５の右方へ追いやられる）。必要に応じて、Ｏ−リングなどの手段がピストン４５の少なくとも一部の周囲に装着されてもよい。このものはガスをピストン４５の背後に通過させて、システムから追い出すが、逆流はさせないようになっている。射出ノズル５７はノズルシャットオフプレート１５を備えており、これを下げることによって、ラム３２が射出チャンバー５０に金属を押し込むときに、溶融金属が射出チャンバー５０から逃げ出すことを防いでいる。射出チャンバー５０が金属で満たされ、実質的にすべてのガスが追い出されたならば、ノズルシャットオフプレート１５は引き上げられ、ノズル５７は前進し（第１図で左方に）、ダイ１４の開口部に接触する。好ましい実施例においては、ノズル５７の前進は、装置全体を滑走台の上に設けて、装置全体をダイ１４に向かって（第１図で左方に）前進させることで達成される。
【００３９】
同時にピストン４５は射出チャンバー５０に関して左方へ押され、射出チャンバー５０内の溶融金属をダイ１４を通して金型１３中に押し込む。あらかじめ設定された滞留時間の後、ダイの両半分は開かれ、鋳造された金属部品が取り出され、かくして新しいサイクルが開始可能になる。
【００４０】
溶融金属は、射出チャンバー５０に収容されている間、ノズルシャットオフプレート１５、ピストン４５上のシール４１、および運転中常にバレル３０を満たしている溶融金属のおかげで、外部から射出チャンバー５０に入り込もうとするガスに対してシールされている。運転開始以前にはガスが射出チャンバー５０中に存在しているが、第１回のショットで実質的に全てのガスが射出チャンバー５０から追い出される。このようにして、射出チャンバー５０から金型１３中に射出される溶融金属は、実質的にガスを含まない。好ましくは、射出中に射出チャンバー５０内に存在するガスは２０％以下、さらに好ましくは第二のチャンバーの容積の１％またはそれ以下である。
【００４１】
第１図に示されるように、加熱要素７０ｆ−７０ｊは射出チャンバー５０にも、その長さに亙って備えられている。フィーダー内の温度はフィーダー内にある材料によって異なる。Ｍｇ合金ＡＺ９１に対しては、好ましくはフィーダー２３の温度が、溶融Ｍｇ合金の上面付近で約６４０℃、フィーダー２３の下部領域付近で約６６０℃になるように、加熱要素２５が調節される。参照数字７０を付した加熱要素は、好ましくは抵抗加熱要素である。
【００４２】
バレル３０において、 加熱要素７０ａ付近の温度は、Ｍｇ合金ＡＺ９１に対して約６４０℃に保たれるのが好ましい。加熱要素７０ｂ付近の温度は、Ｍｇ合金ＡＺ９１に対して約６５０℃に保たれるのが好ましい。加熱要素７０ｅ付近の温度は、Ｍｇ合金ＡＺ９１に対して約６３０℃に保たれるのが好ましい。これらの温度は、出口ポート３７に向かう金属の流下を助長し、反対方向への流れを阻止する。
【００４３】
射出チャンバー５０において、加熱要素７０ｈ、７０ｉ、および７０ｊ付近の温度は、Ｍｇ合金ＡＺ９１に対して約６２０℃に保たれるのが好ましい。これらの温度は溶融金属を、フィーダー２３からバレル３０に入ったときから、射出チャンバー５０から金型１４に射出されるときまで、完全に液体状態に保つのに十分である。加熱要素７０ｇ、および７０ｆ付近の温度は、Ｍｇ合金ＡＺ９１に対して約５７０℃に保たれるのが好ましい。シール４１の後方の比較的低い温度は、金属がシール４１を通過して流れるのを防止する。
【００４４】
これらの場所で上述の温度を用いることによって、 Ｍｇ合金ＡＺ９１を液体状態で成形することが可能になる。これらの条件のもとでは、１サイクルは約３０秒かかる。非常に平滑な表面と、最小の気孔率を有する鋳造金属部品を製造することができ、これらの部品はなんら後加工することなく直接塗装することができる。また鋳造品は非常に正確な寸法と安定性を有し、ほぼＤＩＮ規格Ａ４紙の寸法（２１．０ｃｍ×２９．７ｃｍ）の部品において、１ｍｍ以下の厚さで製造することが可能である。好ましくは、本発明によって製造される、ほぼＤＩＮ規格Ａ４紙の寸法の鋳造部品の厚さは０．５ｍｍないし１ｍｍの範囲にある。既知のダイキャスト法あるいはチキソトロピック法においては、ほぼＤＩＮ規格Ａ４紙の寸法の鋳造部品では約１．３ｍｍ以下の厚さは得られない。
【００４５】
第６Ａ図は従来のチキソトロピック法で得られたＭｇ合金サンプルの、３５０倍光学顕微鏡写真を示している。前に述べたように、先行技術は十分な金属密度を与えて鋳造金属部品の機械的強度を改善するために、金属をチキソトロピックな状態から射出成形する必要がある。
【００４６】
第６Ｂ図は本発明の方法で得られたＭｇ合金サンプルの、３５０倍光学顕微鏡写真を示している。サンプルの面積と厚さは第６Ａ図に示すサンプルと同様である。第６Ｂ図のサンプルは本発明の方法によって、液体状態の金属から精密ダイキャスト法で作られたものである。サンプルの表面は非常に平滑で、目に見える穴はない。このようなサンプルは後加工なしで直接塗装できるので、コストが低減される。さらにまた、本発明の方法によって作られたサンプルは最小の気孔率と、高い強度を有している。かくして、本発明の方法は、低気孔率金属鋳造品と、後加工を要しない平滑な表面とを両立させた最初の方法であると考えられる。なぜならば本発明の方法は閉じこめられたガスを実質的に含まない、均一な液体状金属を使用する最初の方法だからである。先行技術の液体状態射出法による鋳造金属部品は、液体状態の金属に閉じこめられたガスに起因する、高い気孔率と低い強度に悩まされている。
【００４７】
第３図はフィーダー２３’を有する本発明の別法の実施例である。第１図のフィーダー２３と同じく、第３図のフィーダー２３’は計量スクリュー２１’、レベル検知器２２’、および加熱要素２５’を有する。しかしながら第３図のフィーダー２３’はその底面に、フィーダーポート２７’よりも低い位置にある下部領域を有している。この下部領域はスラッジなどの、溶融金属より重い異物を捕捉して、これらがフィーダーポート２７’を通らないようにしている。このようにして純粋な溶融金属がバレル３０に入ることが保証される。重い異物を定期的に抜き取るために、この下部領域にもう一つの開口部（図示せず）が設けられてもよい。
【００４８】
第４Ａ図はダイ１４’から所定距離離れた位置に設けられたノズルシャットオフプレート１５’を有する、本発明の別法の実施例を示している。この別法実施例においては、ノズルシャットオフプレート１５’が引き上げられると、ノズル５７は左方に押されて、比較的深い、部分的に支持壁５９および６０の中に伸びる凹部に入り込む。この際ダイ１４’は支持壁５９および６０に接する位置に置かれている。この凹部はノズル５７’が金型１３’に通じる開口部に対して正しく芯出しされることを保証する。ノズルシャットオフプレートはノズル中の液体状金属の固化を最小にするような温度に保たれてもよい。このことはシャットオフプレートの表面または内部に加熱要素を備えることによって達成されてもよい。しかしながらプレートは加熱しないままでもよい。
【００４９】
第４Ｂ図はダイ１４’’の右端のすぐ内側のスロットの中を前進および後退するノズルシャットオフプレート１５’’を有する、本発明の別法の実施例の側面図を示している。この別法実施例においては、ノズルシャットオフプレート１５’’が引き上げられると、ノズル５７’’は左方に押されて、比較的浅い、部分的にダイ１４’’の中に伸びる凹部に入り込む。浅い凹部はノズル５７’’が金型１３’’に通じる開口部に対して正しく芯出しされることを保証する。支持壁５９’および６０’はノズルの芯出しを補助する。
【００５０】
第４Ｃ図はダイ１４’’’の端面のスロットの中を前進および後退するノズルシャットオフプレート１５’’’を有する、本発明の別法の実施例の正面図を示している。この別法実施例においては、ノズルシャットオフプレート１５’’’が引き上げられると、ダイ１４’’’の開口部を示す小さな円の周りに大きな円で示される、浅い凹部が現れる。浅い凹部はノズル（図示せず）がダイ１４’’’の開口部に対して正しく芯出しされることを保証する。別法の実施例（図示せず）においては、浅い凹部はノズル５７を取り囲む支持壁５９’および６０’の中に置かれ、この凹部の中をシャットオフプレートが動いてもよい。
【００５１】
第４Ｄ図に示される本発明のさらに他の実施例は、第１図および第４Ａ−Ｃ図に示されるシャットオフプレート１５、１５’、１５’’、１５’’’の作動に指向したものである。この実施例においては、シャットオフプレート１５はダイ１４の端面と、支持壁５９および６０の間で、シャットオフプレートガイド１６の中を上下する。シャットオフプレートガイド１６は垂直の空洞であって、第１図に示されるようにダイ端面と支持壁の間に形成されてもよく、第４Ａ−Ｃ図に示されるようにダイの内部に形成されてもよい。ガイド１６はまた、例えば水平などの他の方向を向いた空洞であってもよい。シャットオフプレート１５はガイド１６の中をシリンドリカルモーター、油圧シリンダーおよび／またはエアシリンダー４６で動かされる。シリンドリカルモーター４６はシリンダーガイド４７によって直立に保持されている。
【００５２】
ある実施例においては、金属ペレットや金属チップではなく、金属インゴットが本発明の装置に装入されてもよい。金属ペレットや金属チップのかわりにインゴットを用いることには、いくつかの利点がある。第一にインゴットはペレットやチップより安価である。第二にペレットはフィーダー内の液体状金属の液面で凝集して、塊になる傾向がある。このことはペレットが溶融するまでの時間を長くする。なぜならば塊の底部のペレットしか液体状金属と接触しないからである。塊の頂部にあるペレットは、自分の下の固形のペレットと接触しているだけである。これに対して、重いインゴットはフィーダーの底まで沈むので、インゴット全体が液体状金属で囲まれるから、ペレットより早く溶融する。インゴットを装入するために設計された装入システムは、リサイクルされた金属部品の不合格品を、ペレットの形に再成形することなく、フィーダーに装入するためにも用いられる。このように、本実施例のもう一つの態様によれば、リサイクルされた部品をインゴットの代わりに用いることができる。
【００５３】
第５Ａ図は、金属インゴット６３をフィーダー２３に装入するための、装入システムの平面図を示している。これは第１図に示されたものに対する別法のシステムである。インゴットはＭｇ、Ｚｎ、Ａｌまたはそれらの合金からなってもよく、またその他の金属及び合金からなってもよい。インゴット６３は第一のコンベヤーベルト６１から、第二のコンベヤーベルト６２に移送される。在来のモーター６５によって制御されるプッシュアーム６４がインゴット６３を押して、ホールディングチャンバー６６に落とす。プッシュアームはホールディングチャンバーへの開口部に、完全に対応する寸法を有している。プッシュアームは要すれば、ホールディングチャンバーへの開口部との間に気密シールを形成してもよい。インゴット６３はホールディングチャンバー６６の中で下方へ傾斜している部分（例えば傾斜面）６７に到達し、ここでモーター制御のピストン６８がインゴット６３を押して、フィーダー２３に落とす。ホールディングチャンバーは好ましくは、ガスポートからのガスによって、不活性ガス環境に保たれている。ガスはアルゴン、窒素、または六弗化硫黄と炭酸ガスの混合物であってもよい。ホールディングチャンバー６６内のガス圧力は、酸素を含む外気がフィーダー２３に達するのを防ぐために、好ましくは１気圧以上に保たれる。ガス圧力および／またはインゴットの位置は、１個または２個以上のセンサーによって監視されてもよい。ホールディングチャンバー６６中の管理された雰囲気は、フィーダー内の空気を減らし、したがって爆発の機会を低減する。
【００５４】
第５Ｂ図は、金属インゴット６３をフィーダー２３に装入するための、装入システムの側面図を示している。これは第１図および第５Ａ図に示されたものに対するもう一つの別法のシステムである。インゴット６３はコンベヤー８１によってホールディングチャンバー８６に輸送される。チャンバーは下方へ傾斜する形状であってもよい。ホールディングチャンバーへの導入は第一のドア８２によって制御されている。ホールディングチャンバーからの排出は第二のドア８４によって制御されている。チャンバーはインゴット表面の水分を蒸発させるために、ヒーター８５によって１００−２００℃に加熱されてもよい。ホールディングチャンバー８６は以下のように作動する。インゴット６３が接近すると、先ずドア８２が開かれる。ドア８２は好ましくはチャンバー８６の壁を通して、上方、下方、または横方向に動かされることによって開かれる。インゴット６３がチャンバー８６に入ると第一のドア８２は閉じられる。第一のドア８２が閉じられた後、第二のドア８４が開かれ、インゴット６３はチャンバー８６を出る。コンベヤー８１は、連続的にチャンバー８６を通って動いていて、ドア８２および８４はコンベヤーが動いている間に開かれたり閉じられたりする。別法として、コンベヤー８１は間欠的に動いてもよい。この場合はコンベヤーはインゴットがドア８２に接近したとき、及びインゴットがチャンバー８６内にあるときに、止まる。このようにすればドアを気密にシールすることができる。またコンベヤー８１はチャンバー８６の傾斜した部分で終わり、インゴットは重力で滑り落ちるようになっていてもよい。
【００５５】
他の別法の実施例（図示せず）においては、第５Ａ図に示される装入システムが用いられるが、第５Ｂ図のドア８２がコンベヤー６２とチャンバー６６の間に置かれ、第５Ｂ図のドア８４がチャンバーの領域６７とメルトタンク（例えばメルトフィーダー）２３の間に置かれてもよい。ドア８２はプッシュアーム６４の動きと同期して開き、ドア８４はピストン６８の動きと同期して開く。
【００５６】
第５Ｂ図のホールディングチャンバー８６はメルトタンク２３’’に連結されている。メルトタンク２３’’は１個の金属レベル検知器２２’’を有している。別法として第１図に示される２個の金属レベル検知器２２が用いられてもよい。タンク２３’’はまたガスポート１１’’を有している。不活性ガス、例えば窒素、アルゴン、ＳＦ６およびＣＯ２からなる群から選ばれる、少なくとも１種のガスが、メルトチャンバー２３’’に導入される（例えば加圧タンクからの圧力によって）。ポンプで送られるガスの圧力は好ましくは１気圧以上とされ、空気がホールディングチャンバー８６を通ってメルトタンク２３’’に入るのを防止する（ポンプで送られたガスはチャンバー８６を通って流出し、空気がチャンバー８６内に侵入するのを防止する）。
【００５７】
第５Ｂ図に示されるメルトチャンバーも、第３図に示されるフィーダータンク２３’と同様に、ヒーター２５’’、フィルターまたはスクリーン２４’’、およびフィーダーポート２７’’を有する。フィルターは第１図に示されるように、ポート２７’’の内部か、ポート２７’’の上方に形成されてもよい。
【００５８】
別法として、第５Ｃ図に示される真空ポンプ８７が、チャンバー８６のドア８２とドア８４の間に取り付けられてもよい。インゴット６３がチャンバー８６に入ると、両方のドア８２、８４は閉じられ、真空ポンプがチャンバー８６内を真空に近くする。次いでドア８４が開かれ、インゴット６３をメルトタンク２３’’に投入する。ドア８４が開いても、チャンバー８６は真空になっているので、メルトタンク２３’’に空気が侵入することはない。
【００５９】
第５Ｄ図に示されるように、不活性ガス遮蔽膜９０を設けて、不活性ガスが、不活性ガス源（単数または複数）８８から流出して、ドア８２および／または８４の背後を通り、必要に応じてサクションパイプまたはベント８９から排出されるようにしてもよい。不活性ガス遮蔽膜９０は、空気がチャンバー８６およびタンク２３’’に侵入しないようにしている。不活性ガスはアルゴン、窒素、ＣＯ２およびＳＦ６からなる群から選ばれる、少なくとも１種のガスからなってもよい。第５Ｄ図のガス遮蔽膜は、メルトタンク２３’’への空気侵入を最小にするために、第５Ｃ図の真空ポンプと併用されてもよい。メルトタンクのガスポート１１’’、ドア８２、８４、真空ポンプ８７、および不活性ガス遮蔽膜（単数または複数）９０などの空気制御手段はいずれも、空気がメルトタンクおよび／またはホールディングチャンバーに侵入するのを防止して、爆発の可能性を低減する。
【００６０】
第５Ｅ図および第５Ｆ図は、第５Ａ図に示されるものに対する別法の装入システムを示している。ホールディングチャンバー６６’は可動の開口部付きプレート７２を用いている。第５Ｅ図は装入システムの平面図を示しており、フィーダー２３への通路は閉じられている。可動の開口部付きプレート７２はインゴットより大きい開口部７３を有している。追加のインゴットを投入する必要がないときは、プレート７２は可動アーム７４によって片側に寄せられ、プレートはフィーダーへの入り口に蓋をする。第５Ｆ図に示されるように、追加のインゴットをフィーダー２３に投入するときは、プレート７２は反対の側に寄せられ、開口部７３はフィーダー２３への開口部と合致する。このようにして、コンベヤー６１’を降りてくるインゴットは開口部７３を通ってフィーダー２３に入る。第５Ｅ図及び第５Ｆ図に示される実施例においては、開口部付きプレート７２は第５Ｂ図に示されるプッシュアーム６４、およびピストン６８のかわりに用いられている。しかしながら、開口部付きカバープレート７２は、プッシュアーム６４、およびピストン６８に付け加えて用いられてもよい。この場合は、プレート７２は傾斜面６７を滑り降りるインゴットの通路を塞ぐ。
【００６１】
第５Ｇ図及び第５Ｈ図は、第５Ｅ図および第５Ｆ図に示されるものに対する別法の装入システムを示している。この実施例においては、ホールディングチャンバー６６’’は可動の開口部付きプレート７２のかわりに、可動のカバープレート７５を用いている。カバープレート７５はほぼ円形をしており、フィーダー２３への開口部を十分覆うことができる。第５Ｇ図は装入システムの平面図を示しており、フィーダー２３への通路は閉じられている。可動アーム７４’がカバープレート７５を、フィーダー２３への開口部を越えて動かして、コンベヤー６１’’を降りてくるインゴットの通路を塞いでいる。第５Ｈ図に示されるように、追加のインゴットをフィーダー２３に投入するときは、カバープレート７５は反対の側に寄せられるかまたは上げられ（図の平面の外へ）、フィーダー２３への開口部を露出する。コンベヤー６１’’を降りてくるインゴットは直接、フィーダー２３に落ちることができる。第５Ｇ図及び第５Ｈ図に示される実施例においては、カバープレート７５は第５Ａ図に示されるプッシュアーム６４、およびピストン６８のかわりに用いられている。しかしながら、カバープレート７５は、プッシュアーム６４、およびピストン６８に付け加えて用いられてもよい。
【００６２】
第５Ｉ図は、第５Ａ図に示されるものに対する別法の装入システムを示している。フィーダー２３への開口部７８は可動のトランスファーチャンバー７６、例えばシリンダーで覆われている。シリンダー７６は開口部７７を有している。開口部７７は第５Ｊ図に示されるように、コンベヤー８１’と同じレベルにある。フィーダー２３に追加のインゴット６３を投入したいときは、可動アーム７４’’がシリンダーをコンベヤー８１’の端部と並ぶ位置に動かす。するとインゴットはコンベヤー８１’から開口部７７を通ってシリンダー７６に落ち、さらに開口部７８を通ってフィーダー２３に落ち込むことができる。フィーダー２３への通路を閉じたいときは、可動アーム７４’’がシリンダー７６をどちらかの方向（例えば上方、右方または左方）へ動かし、コンベヤーの端部が開口部７７と一致しないようにする。トランスファーチャンバー７６はシリンダーとして説明したが、例えば立方体などの別の形状であってもよい。トランスファーチャンバーは第５Ａ図に示されるプッシュアーム６４、およびピストン６８と併用されてもよい。この場合はインゴット６３は直接にフィーダー２３に落ちるのではなく、傾斜面６７を滑り降りて、トランスファーチャンバーに落ちる。トランスファーチャンバー７６はまた第５Ｂ図のホールディングチャンバー８６と併用されてもよい。これは第５Ｊ図に示されている。
【００６３】
第５Ｊ図はインゴットをホールディングチャンバー８６’中のコンベヤー８１’に供給するエレベーター１００を示している。第５Ｂ図に示されるように、ホールディングチャンバー８６は１個または２個のドア（８２、８４）を有してもよい。第５Ｊ図では、わかりやすくするために１個のみのドア８２’を示している。インゴットはエレベーターのプラットフォーム１０１に載せられてホールディングチャンバー８６’へ運び上げられる。各々のプラットフォームはプラットフォームベース１０２と、少なくとも１個の連結具１０４で連結された可動のプラットフォームトップ１０３とからなっている。各々のプラットフォームがコンベヤー８１’の最上部に到達すると、リフト部材１０５がポール１０６上で上昇して、プラットフォームトップ１０３の後端部を押し上げる。プラットフォームトップ１０３の後端部が、リフト部材１０５によってプラットフォームベース１０２の上方に押し上げられるので、インゴット（単数または複数）６３はプラットフォームトップを滑ってコンベヤー８１’に載る。インゴット６３はコンベヤー８１’からフィーダーに入る。必要に応じて、インゴット６３は第５Ｉ図および第５Ｊ図に示されるトランスファーチャンバー７６を通過してもよい。インゴット（単数または複数）がプラットフォームトップから除去されると、リフト部材はポール１０６上で下降して、プラットフォームトップ１０３をプラットフォームベース１０２の上にもどす。次いでリフト部材１０５は第一のプラットフォーム１０１を解放し、次のプラットフォーム１０１が上昇し、かくして工程が繰り返される。
【００６４】
連結具１０４はボルトであってもよく、プラットフォームトップ１０３とベース１０２を回転可能に結合している。好ましくは、プラットフォームトップはリフト部材１０５によって約２０°回転される。別法として、プラットフォームトップのみではなく、プラットフォーム全体がリフト部材によって持ち上げられてもよい。エレベーター１００は第５Ａ図に示されるホールディングチャンバー６６と併用されてもよく、この場合はインゴットは傾斜面６７を滑り降りてフィーダー２３に落ちる。
【００６５】
好ましくは、リフト部材１０５の動きはドアの開放と同期される。例えば、リフト部材１０５がポール１０６上を上昇すると、同時にドア８２’が開いて、インゴット６３をホールディングチャンバー８６’へ通過させる。また、第５Ｅ−Ｈ図に示されるカバープレート７２または７５、または第５Ｉ図に示されるトランスファーチャンバー７６が、ドア８２’と同期されてもよい。この場合、ドア８２’が閉じられた後、カバープレートまたはトランスファーチャンバーが動かされて、フィーダー２３への通路を開いてもよい。後部のドア８４（第５Ｂ図に示される）がある場合は、これも前部ドア８２’が閉じられた後に開かれる。エレベーター１００はまた、第５Ａ図に示されるコンベヤー６１およびホールディングチャンバー６６と併用されてもよい。
【００６６】
第５Ｋ図はフィーダー２３の他の実施例を示しており、実質的に垂直な出口仕切りロッドを用いている。第１図においては（第５Ｂ図と同様）フィーダーポート２７は格子状のフィルター２４で保護されていた。格子は、未溶解の金属がフィーダー２３を出て、フィーダーポート２７を通ってバレル３０に入るのを防ぐのに必要とされる。しかしながら、金属インゴット６３はフィーダーポートの底に沈んで、格子の上に平たく横たわる。このような位置は、フィーダーポート２７’’’を通ってバレル３０に入る液体状金属の流れを、インゴットが実質的に阻止する可能性があるので好ましくない。インゴットが格子を塞ぐのを防止するために、第５Ｋ図に示されるような出口仕切りロッド７６が、フィーダーポート２７’’’の上方で用いられる。ロッドの形状は、沈んでくるインゴット６３がフィーダーポート２７’’’上に平たく横たわって、これを塞ぐのを防げるならば、どのような形状のものでもよい。例えば、第５Ｋ図に示されるように、中央部にあるロッドがフィーダーポート周辺部のロッドよりも高く立ち上がっていて、溶融中のインゴットが側面を下にして、フィーダー２３’’’の縁部の方を向いて立たざるを得ないように、なっていてもよい。フィードタンク２３’’’はまた、第３図に示されるように、その底面にフィーダーポート２７’’’よりも低い位置にある領域を有してもよい。この場合は沈んでくるインゴットはロッド７６に触れ、横方向に押しやられて低い領域に沈む。インゴットはフィーダーポート２７’’’を塞ぐことなく、低い領域で溶融する。
【００６７】
第７Ａ図は本発明の別法の側面図を示しており、ラム３２に配置された支持用のリブまたはフィン３４を有している。第７Ａ図は寸法通りではなく、わかりやすくするためにバレル３０の太さは誇張されている。ヒーター７０は存在するが、わかりやすくするために第７図から省略されている。フィン３４は好ましくはラム３２に取り付けられており、バレルの長さ方向と同軸に、および／またはバレル軸３８の周囲を回転しつつ、バレル３０の内周面を摺動する。この動きはバレル３０の内周面に沿った、フィン３４の回転を生じる。別法として、フィン３４がバレル３０の内周面に取り付けられ、その上を裸のラム３２が摺動してもよい。フィン３４はラム３２と同じ材質であってもよく、あるいは工程温度の要求に耐える別の材料で形成されてもよい。フィンの目的は二つある。第一の目的はラム３２が中心軸３８から逸れて傾いたり、揺動したりするのを防ぐことである。ラム３２はかなり長いので、フィン３４がないと、ラムは傾く傾向がある。支持されていないラムの前部は、重力のためにバレル内面の底部に近づき、頂部から遠ざかる傾向がある。フィン３４はバレル３０の内面と接触することによって、ラムが傾いたり、揺動したりするのを防ぎ、ラム３２がバレルの軸に中心を一致させるように保持する。第二の目的は溶融金属の均一な温度分布を促進することである。
【００６８】
第７Ａ図に示されるように、バルブ１７の内側を通る領域３２ｃにはフィンがなく、バルブとぶつからないようになっている。第７Ａ図のＡ−Ａ’で切った断面図は第７Ｂ図に示されている。この図から分かるように、フィン３４はラム３２の全周に亙って伸びてはいない。これは金属がバレルを通って流れやすくするためである。フィン３４は、ラム３２の周囲に、いくつかの異なる配列で配置することができる。例えば、第７Ｃ図に示されるように、２枚のフィンがロッドの対向する両側に、間欠的な間隔３６を置いて配置されてもよい。各々の間隔は同じ、あるいは異なる長さであってもよい。例えば、フィンはラムの一方の端部において、他方の端部よりもは互いに近く配置されてもよい。あるいはフィンはラムの中央よりの一つあるいは二つ以上のセクションにおいて、一方のあるいは両方の端部よりも互いに近く配置されてもよい。別法として、第７Ｄ図に示されるように、２個以上のフィン（例えば３個）を間隔３９を置いてラムの周囲に配置してもよい。ここでも、ラムの長さ方向の間隔３６、およびラムの円周方向の間隔３９は、同じ長さであってもよいし、異なる長さであってもよい。さらにまた、フィン３４は第７Ｅ図に示されるように、バレルの軸に対して、９０°以外の１種または２種以上の角度に傾けられてもよい。さもなければ、一部のフィン３４は９０°に、その他のフィンは９０°以外の角度に傾けられてもよい。上述したように、２個以上の傾いたフィンが、ロッドの長さ方向に、等間隔あるいは不等間隔に、存在し得る。さらにまた、第７Ｆ図に示すように、フィンの長さおよび／または厚さは、ラムの長さ方向および／または円周方向で異なっていてもよい。フィンは第７Ｇ図に示すように、ラムの長さ方向で互いに食い違っていてもよい。一般的に、上述した配置の一つまたは二つ以上の任意の組み合わせが可能である。これはフィン３４がラム３２上ではなく、バレル３０の内面に設けられる場合でも同様である。フィン３４を有するラム３２は、第３−５図に示される実施例においても用いられ得る。
【００６９】
第８Ａ−Ｄ図は、射出チャンバー５０’の他の実施例の側面図を示している。この実施例においては、ピストン４５’は二つの部分：すなわち内側部分４６と外側部分４７とからなっている。外側部分は実質的に中空円筒であり、内側部分は実質的に、外側部分の内側に摺動可能にはめ込まれた円筒である。二つの部分は別個の駆動機構を有している。第８Ａ図はラム３２がバレル３０の中で後退して、金属を射出チャンバー５０’中に流入させている状態を示している。ピストンの内側部分４６は、射出ノズル５７’’’の出口５８を塞いで金属がダイ１４’’’’に流れ込まないようにするために、一杯に伸びている。ピストンの外側部分４７は射出チャンバー５０’の容積を所望の容量にまで拡大するために、後退している。同様に、ラム３２はバレル３０中で後退している。この状態においては、金属はバレル３０’から射出チャンバー５０’に流入するが、射出ノズルの開口部５８が内側ピストン４６で塞がれているために、これを通ってダイに、過早に流入することがない。加熱要素７０は存在するが、わかりやすくするために図から省略されている。
【００７０】
第８Ｂ図は射出チャンバー５０’の作動の次の段階を示している。ここではラム３２がバレル３０の中で一杯に前進して、残っていた金属をバレル３０から射出チャンバー５０’に送り込んでいる。内側ピストン部分４６は依然として一杯に前進していて、射出ノズル開口部５８を塞いでいる。外側ピストン部分４７は依然として後退していて、金属をバレル３０から射出チャンバー５０’に流れ込ませている。この状態においても、金属が過早にダイに流入することは防止されている。
【００７１】
第８Ｃ図は射出チャンバー５０’の作動の次の段階を示している。内側ピストン部分４６は外側ピストン部分４７の中に後退している。射出ノズルは今や開いている。しかしながら、バレルの開口部は前進したラム３２で塞がれているので、余分な金属がバレル３０から射出チャンバー５０’に流れ込むことはない。
【００７２】
第８Ｄ図は射出チャンバー５０’の作動の最後の段階を示している。ピストン４５’の内側および外側部分４６、４７は両方とも左方へ押され、射出チャンバー５０’内の溶融金属を射出ノズル５７’’’を通してダイ１４’’’’中に押し込んでいる。前述したように、射出ノズル５７’’’はピストン４５’が左方に動くのに先だって前進し、ダイの開口部に接触してもよい。
【００７３】
第８Ｄ図に示される段階の後、ラム３２および外側ピストン部分４７は後退し、内側ピストン部分４６は第８Ａ図に示されるように、射出ノズル開口部５８を塞ぐ位置を取る。こうして、必要に応じて工程が繰り返される。
【００７４】
別法として、内側ピストン部分４６が、第８Ｃ図に示されるように完全に後退するのではなく、部分的に外側ピストン部分内に後退して（第８Ｃ図に点線で示されるように）、金属をダイ開口部に入らせてもよい。さらにまた、内側ピストン部分４６が、第８Ｄ図に実線で示されるように、外側ピストン部分４７と同じだけ左方へ動くのではなく、外側ピストン部分４７よりさらに左方に動いて（第８Ｄ図に点線で示されるように）射出ノズル５７’’’中に入り込んでもよい。かくして、ノズルシャットオフプレートは内側ピストン部分４６で置換することができる。なぜならば両者は同じ機能を果たしているからである。かくして、第８Ａ−Ｄ図の装置は第１図の装置を改良している。なぜならば第１図の装置の２台のモーター（１台はピストンを、１台はシャットオフプレートを動かすための）のかわりに、前者は二分割ピストンを動かす１台のモーターを要するのみだからである。
【００７５】
さらにまた、第８Ａ−Ｄ図に示される装置はノズル開口部中の金属堆積を防ぎ、内側ピストン部分４６によって、射出ノズル５７’’’内の溶融金属をダイ開口部中に押しやることができる。二分割ピストンがなければ、ピストンによる射出動作の直後でさえ、溶融金属が先行技術の射出ノズル中に堆積して固化するであろう。この堆積は第９図にプラグ９１として示されている。プラグ９１は射出ノズル９０の出口開口部９２に形成される。なぜならばノズルの先端９３はダイ（またはダイ支持壁）９４の、より冷たい壁に接触するからである。したがって、ノズル先端は射出チャンバーの残りの部分よりも温度が低くなる。このようなプラグは、射出ノズルの出口を塞いで、金型中に射出される金属の量を減らしたり、装置を運転不能にするので、望ましくない。
【００７６】
しかしながら、第８Ａ−Ｄ図のピストンの内側部分４６は、ピストンの射出動作に先立って、ノズルの内側から射出ノズル開口部を塞ぐので、金属が少しでも開口部に堆積することが防止される。これに加えて内側ピストン部分は、第８Ａ図に示されるように、内側ピストン部分４６が先細の先端４９を有し、これが開口部の中へ伸びることによって、開口部に堆積する少しの残留金属でも押し出すように設計されてもよい。
【００７７】
第１０図は本発明の他の実施例を示している。この実施例においては、追加のガス出口ポート１１０が付加されている。追加のガス出口ポートは、溶融金属１１５とピストン４５の間に閉じこめられたガス１１１を、射出チャンバーから脱出させる。ピストン周囲の隙間に加えて出口ポート１１０を用いることによって、より多くのガスを射出チャンバーから逃がすことができる。別法として、出口ポート１１０が、閉じこめられたガスを逃がすための唯一の手段であってもよい。出口ポート１１０は好ましくは射出チャンバーへの入り口と、ピストンの後退位置との中間に位置している。出口ポートは、それを通して装置外の空気を射出チャンバー内に侵入させたり、金型への射出中に溶融金属を逃がしたりすることなく、射出チャンバーに閉じこめられた空気を逃がすものであれば、どんな構造であってもよい。例えば、出口ポート１１０は多孔性セラミック１１２のような半透過性の材料を有してもよい。多孔性材料はガスを通過させるが溶融金属を通過させない。出口ポートは出口パイプ１１３に接続されてもよい。このパイプは逆止弁１１４を有し、これがガスを通過させるが、外気が射出チャンバーに入るのを防ぐ。
【００７８】
第１１Ａ図及び第１１Ｂ図はピストン作動の別法を示している。溶融金属１１５を金型１４中に射出するのに先立ってピストンは部分的に前進し、この間ノズルシャットオフプレート１５は溶融金属が金型にはいるのを阻止している。ピストンの前方への動きは閉じこめられたガスを射出チャンバーから追い出す。ガスは、ピストンと射出チャンバー壁の間の空間と、もし存在すれば、出口ポート１１０を通って出ていく。しかしながらノズルシャットオフプレートがノズルを塞いでいるので、ピストンの前方への動きは、溶融金属を金型中に射出するには至らない。閉じこめられたガスが射出チャンバーから絞り出されたならば、第１１Ｂ図に示されるように、シャットオフプレートは上げられ、ピストンは前進して、金属を金型中に射出する。
【００７９】
第８Ａ−Ｄ図に示されるような二分割ピストンが用いられる場合も、同様なガス絞り出し法を用いることができる。二分割ピストンの内側部分が射出ノズルを塞いでいる間に、外側部分が部分的に前進して、射出チャンバーに閉じこめられたガスを射出チャンバーから絞り出す。次いで、ピストンの内側部分が後退すると、射出ノズルが開き、ピストンが前進して金属を金型中に射出する。
【００８０】
第１２Ａ図は本発明によるバレルの他の実施例を示している。この実施例においては、ラムは内側部分３２ｄと外側部分３２ｅの、二つの部分からなっている。外側部分３２ｅは第一の部分３２ｄの上に摺動可能に設けられていて、バレル３０の軸に沿って前進及び後退が可能である。内側部分３２ｄは断面においてほぼ円形である。一方、外側部分３２ｅは断面においてドーナツ形であり、その内径は内側部分３２ｄの外径よりわずかに大きい。二分割ラムは第８Ａ−Ｄ図に示される二分割ピストンに類似の原理にしたがって作動する。各射出サイクルの後、内側ラム部分３２ｄは部分的に後退する一方、外側ラム部分３２ｅは一杯に後退する。内側ラム部分３２ｄが後退することにより、出口ポート３７が開放する。溶融金属がフィーダー２３からバレル３０を通って射出チャンバー５０に流れ込むときに、バレル３０の長手方向に延設された内側ラム部分３２ｄが自身の軸芯上で回転して、溶融金属の温度を均一に保つ。次いで外側部分３２ｅが前進して、バレル中の溶融金属を射出チャンバー中へ押し出す。金属を射出チャンバーから金型中に射出するのに先立って、出口ポート３７からバレルへの通路は閉じられなければならない。これは出口ポート３７をラムの内側部分３２ｄによって閉鎖するか、あるいは出口ポート３７をラムの両方の部分によって閉鎖することによって達成される。出口ポート３７の形状は複合二分割ラムの先端の形状に対応してもよい。すなわち、第１２Ｂ図に示されるように、ラムの両部分が一杯に前進したときに、それらが出口ポート３７を閉鎖できるような形状であってもよい。外側部分３２ｅが一杯に前進したときは、外側部分はメルトフィーダー２３からバレル３０への入り口を、実質的に閉鎖するので、溶融金属のバレル３０への侵入は実質的に起こらない。
【００８１】
第１−１２図に示されるすべての実施例は、本発明の範囲から逸脱することなく、併せて、あるいは単独に、あるいはなんらかの組み合わせおよび置換によって用いられ得ることは重要である。言い換えれば、第２−８図に示されるいずれか一つあるいは二つ以上の改良は、本発明の範囲から逸脱することなく、第１図に示される基本的な装置に付加され得る。
【００８２】
本出願は米国仮出願第６０／０８０，０７８号（１９９８年３月３１日出願）の優先権を主張し、その全ての内容を組み入れている。
【００８３】
本発明による個々の実施例を上に図示および説明したが、本発明は添付の特許請求の範囲内で、各種の形式および態様を取り得ることは明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１図は本発明の一実施例による射出成形システムの概略斜視図である。
【図２Ａ】第２Ａ図はラム上のバルブの一実施例を示す側面図であり、バルブはバルブの右側の場所に溶融金属が流れるのを防ぐ位置にある。
【図２Ｂ】第２Ｂ図はラム上のバルブの一実施例を示す側面図であり、バルブはバルブの右側からバルブの左側の場所に溶融金属が流れるのを許容する位置にある。
【図２Ｃ】第２Ｃ図はバルブの一実施例を示す正面図であり、バルブはラムに取り付けられていない状態である。
【図２Ｄ】第２Ｄ図はバルブの一実施例を示す側面図であり、バルブはラムに取り付けられていない状態である。
【図３】第３図はフィーダータンクの別法の実施例の側面図である。
【図４Ａ】第４Ａ図はノズルシャットオフプレートの実施例を示す側面図であり、ノズルと同一面にあるダイプレートを含んでいる。
【図４Ｂ】第４Ｂ図はノズルシャットオフプレートの別法の実施例を示す側面図であり、ノズルを受け入れるダイアセンブリー中の凹部を含んでいる。
【図４Ｃ】第４Ｃ図はダイアセンブリーの別法の実施例の正面図であり、ノズルシャットオフプレートを案内する受け入れスロットを有している。
【図４Ｄ】第４Ｄ図はシャットオフプレートガイドおよびノズルシャットオフプレートのための駆動アセンブリーの側面図である。
【図５Ａ】第５Ａ図は本発明の装置に金属インゴットを装入するために用いられる装入システムの実施例の平面図である。
【図５Ｂ】第５Ｂ図は装入システムの他の実施例の側面図であり、シーリングドアを含んでいる。
【図５Ｃ】第５Ｃ図は装入システムの他の実施例の側面図であり、真空ポンプを含んでいる。
【図５Ｄ】第５Ｄ図は装入システムの他の実施例の側面図であり、不活性ガス遮蔽膜を含んでいる。
【図５Ｅ】第５Ｅ図は本発明の装置に金属インゴットを装入するために用いられる装入システムの、別法の実施例の平面図である。
【図５Ｆ】第５Ｆ図は本発明の装置に金属インゴットを装入するために用いられる装入システムの、別法の実施例の平面図である。
【図５Ｇ】第５Ｇ図は本発明の装置に金属インゴットを装入するために用いられる装入システムの、別法の実施例の平面図である。
【図５Ｈ】第５Ｈ図は本発明の装置に金属インゴットを装入するために用いられる装入システムの、別法の実施例の平面図である。
【図５Ｉ】第５Ｉ図は本発明の装置に金属インゴットを装入するために用いられる装入システムの、別法の実施例の三次元図である。
【図５Ｊ】第５Ｊ図は装入システムのコンベヤーに金属インゴットを供給するために用いられるエレベーターの側面図である。
【図５Ｋ】第５Ｋ図はフィーダーの実施例の側面図であり、実質的に垂直な、出口仕切りロッドを使用している。
【図６Ａ】第６Ａ図は先行技術の方法によって作られた金属サンプルの光学顕微鏡写真である。
【図６Ｂ】第６Ｂ図は本発明の方法によって作られた金属サンプルの光学顕微鏡写真である。
【図７Ａ】第７Ａ図は本発明の実施例による射出成形システムの概略側面図であり、ラムまわりの支持フィンを有している。
【図７Ｂ】第７Ｂ図は支持フィンの各種の配列の断面図および三次元図である。
【図７Ｃ】第７Ｃ図は支持フィンの各種の配列の断面図および三次元図である。
【図７Ｄ】第７Ｄ図は支持フィンの各種の配列の断面図および三次元図である。
【図７Ｅ】第７Ｅ図は支持フィンの各種の配列の断面図および三次元図である。
【図７Ｆ】第７Ｆ図は支持フィンの各種の配列の断面図および三次元図である。
【図７Ｇ】第７Ｇ図は支持フィンの各種の配列の断面図および三次元図である。
【図８Ａ】第８Ａ図は射出チャンバーの実施例の側面図であり、二分割ピストンを含んでいる。
【図８Ｂ】第８Ｂ図は射出チャンバーの実施例の側面図であり、二分割ピストンを含んでいる。
【図８Ｃ】第８Ｃ図は射出チャンバーの実施例の側面図であり、二分割ピストンを含んでいる。
【図８Ｄ】第８Ｄ図は射出チャンバーの実施例の側面図であり、二分割ピストンを含んでいる。
【図９】第９図は先行技術の射出ノズルにおけるプラグ形成を示す側面図である。
【図１０】第１０図は射出チャンバーの実施例の側面図であり、出口ポートを含んでいる。
【図１１Ａ】第１１Ａ図はピストンの動作の別法の側面図である。
【図１１Ｂ】第１１Ｂ図はピストンの動作の別法の側面図である。
【図１２Ａ】第１２Ａ図はバレルの実施例の側面図であり、二分割ラムを含んでいる。
【図１２Ｂ】第１２Ｂ図はバレルの実施例の側面図であり、二分割ラムを含んでいる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図５Ｊ】
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【図５Ｋ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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