JP2001030059A - 半溶融金属成形機の原料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、原料の取り扱いが容易であり、欠
陥の少ない高品質の成形品を低コストで得ることが可能
な半溶融金属成形機の原料供給装置を提供することにあ
る。 【解決手段】 本発明では、棒状に形成した原料インゴ
ット３が送り込まれ、半溶融金属成形機１のシリンダ４
に連通する筒状体５と、筒状体５の内壁面５ａに設けら
れ、原料インゴット３の外周部に当接して筒状体５内を
外気と遮断するシール部材６と、筒状体５の外周部に設
けられ、原料インゴット３の先端部３ａのみを部分溶解
する誘導加熱手段７とを備え、筒状体５内で溶解された
溶融金属８を半溶融金属成形機１のシリンダ４内に供給
するように構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半溶融金属成形機
に溶融金属を供給する原料供給装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、溶融したアルミニウム合金やマ
グネシウム合金などの金属材料から所望の品質及び形状
の成形品を得るには、図３及び図４に示すような金属成
形機が使用されている。図３に示す金属成形機５１の原
料供給装置５２は、溶解炉５３で溶解した金属材料の溶
融金属５４を貯蔵する保持炉５５を備えており、この保
持炉５５内の溶融金属５４は保温ヒータ５６で保温され
ている。また、保持炉５５は、溶融金属５４の酸化を防
止するため、真空又は不活性ガスによって密閉（シール
ド）されている。一方、金属成形機５１のシリンダ５７
内には、溶融金属５４を撹拌移送するスクリュ５８が回
転可能に配設されており、これらシリンダ５７と原料供
給装置５２の保持炉５５とは、導管５９を介して互いに
連通している。このような金属成形機５１を使用して成
形品を得るには、まず、原料の金属材料を溶解炉５３で
溶解し、取鍋６０などを用いて溶融金属（溶湯）５４を
原料供給装置５２の保持炉５５内に運び、該保持炉５５
から導管５９を介して金属成形機５１のシリンダ５７内
に供給し、次いでシリンダ５７内のスクリュ５８を回転
駆動させ、供給された溶融金属５４を撹拌しながら移送
し、シリンダ５７の前方に溜め込んで行く。そして、溶
融金属５４が一定量溜まった時点で、溶融金属５４を金
属成形機５１の先端から図示しない金型のキャビティな
どに圧入すれば、合金成形品が得られる。

【０００３】また、図４に示す金属成形機６１の原料供
給装置６２は、室温の固体状態で原料金属のペレット６
３を受容する供給ホッパ６４を備えており、ペレット６
３はインゴットを機械的に加工して直径２〜３ｍｍの粒
状に製作されたものである。一方、金属成形機６１のシ
リンダ６５内には、ペレット６３をせん断破壊しながら
撹拌移送するスクリュ６６が回転可能に配設されてお
り、これらシリンダ６５と原料供給装置６２の供給ホッ
パ６４とは、導管６７を介して互いに連通している。こ
のような金属成形機６１を使用して成形品を得るには、
まず、原料メーカなどより搬入されたペレット６３を原
料供給装置６２の供給ホッパ６４内に投入し、該供給ホ
ッパ６４から導管６７を介して金属成形機６１のシリン
ダ６５内に供給し、次いでシリンダ６５内のスクリュ６
６を回転駆動させ、供給されたペレット６３を押し出し
ながらせん断する。これに伴い、ペレット６３は、摩擦
接触やせん断作用、さらに外部から加えられる熱により
温度が上昇して溶融する。この状態で、溶融金属を金属
成形機６１の先端から図示しない金型のキャビティなど
に圧入すれば、合金成形品が得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示す従来の金属成形機５１の原料供給装置５２では、溶
融金属５４が溶解炉５３及び保持炉５５を経て金属成形
機５１のシリンダ５７内に供給されるので、溶融金属５
４の酸化、ガスの溶解、合金成分の変動、不純物の混入
等が起こり易く、真空又は不活性ガスによる密閉が不可
欠となり、溶融金属５４の取り扱いが面倒であり、作業
性に問題を有していた。また、図４に示す従来の金属成
形機６１の原料供給装置６２では、原料金属としてペレ
ット６３がシリンダ６５内に供給されるので、原料費が
嵩むと共に、合金組成が原料メーカによって限定されて
しまうという不具合があった。しかも、ペレット６３
は、表面積が大きい上、供給ホッパ６４内に投入された
状態でその間に空気層が入り易いので、表面酸化膜が多
く形成され、該酸化膜が製品部分にも巻き込まれて品質
低下を招くおそれがあった。

【０００５】本発明はこのような実状に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、原料の取り扱いが容易であ
り、欠陥の少ない高品質の成形品を低コストで得ること
が可能な半溶融金属成形機の原料供給装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の有する課
題を解決するために、本発明においては、棒状に形成し
た原料インゴットが送り込まれ、半溶融金属成形機のシ
リンダに連通する筒状体と、該筒状体の内壁面に設けら
れ、前記原料インゴットの外周部に当接して前記筒状体
内を外気と遮断するシール部材と、前記筒状体の外周部
に設けられ、前記原料インゴットの先端部のみを部分溶
解する誘導加熱手段とを備え、前記筒状体内で溶解され
た溶融金属を前記半溶融金属成形機のシリンダ内に供給
するように構成している。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。ここで、図１は本発明の第
１実施形態に係る半溶融金属成形機の原料供給装置の構
成を示す断面図である。

【０００８】本発明の第１実施形態に係る半溶融金属成
形機１の原料供給装置２は、図１に示す如く、例えばア
ルミニウム合金等の原料インゴット３が送り込まれ、半
溶融金属成形機１のシリンダ４に連通する筒状体５と、
該筒状体５の内壁面５ａに設けられ、原料インゴット３
の外周部に当接して筒状体５内を外気と遮断するシール
部材６と、筒状体５の外周部に設けられ、原料インゴッ
ト３の先端部のみを部分溶解する高周波等の誘導加熱手
段７とを備えており、筒状体５内で溶解された溶融金属
８を半溶融金属成形機１のシリンダ４に連続的に供給
し、当該シリンダ４内で成形した半溶融金属９をその先
端部から吐出するように構成されている。上記原料イン
ゴット３は、一般的な連続鋳造法により得られる連鋳棒
等の長尺の丸棒状に形成されており、原料供給装置２ま
で搬送されながら、固体の状態でその先端部３ａから筒
状体５内に挿入されるようになっている。

【０００９】上記半溶融金属成形機１のシリンダ４は、
先細りの円筒状に形成され、ほぼ水平状態に配置されて
いる。そして、シリンダ４の上流側の上壁には、原料供
給装置２の筒状体５と連通する入口部４ａが設けられて
いると共に、下流側の先端には、半溶融金属９を吐出す
る出口部４ｂが設けられている。また、シリンダ４内に
は、撹拌移送手段であるスクリュ１０が回転可能に設け
られており、このスクリュ１０は、シリンダ４の外部に
設けた第１モータ（第１駆動装置）１１によって回転駆
動するように構成されている。スクリュ１０は、シリン
ダ４内における半溶融金属９中のデンドライト（樹枝状
結晶）を粒状に粉砕し、凝固収縮率を小さくしてひけ巣
を少なく、材料の機械的特性を向上させ、流動性を持た
せた高品質の半溶融金属９を押し出すため、シリンダ４
内に配設されている。したがって、スクリュ１０は、円
筒状のスクリュ本体１０ａを備えており、該スクリュ本
体１０ａの外周面部には半溶融金属９を撹拌移送する複
数本のフィン１２が軸方向へ間隔を開けて配設されてい
る。上記スクリュ１０の基端部は、スクリュ軸１０ｂを
介して第１モータ１１と連結されている。

【００１０】上記原料供給装置２は、溶解炉としての機
能を持つ筒状体５を備えており、該筒状体５は上下方向
に沿って配設され、その内径は少なくとも送り込まれる
原料インゴット３の外径よりも大きく形成されている。
また、筒状体５の上部内壁面５ａには、シール部材６を
収納配置する凹部１３が設けられている。上記シール部
材６は、原料インゴット３と相まって筒状体５を外気と
遮断し、溶融金属８中への空気などの巻き込みを防止す
るために設けられており、原料インゴット３の外周部に
確実に当接できるものであれば、シール玉軸受等、その
種類は問わないが、その材料は耐熱性を有している必要
がある。また、シール部材６は、送り込まれる原料イン
ゴット３の外径が常に一定であれば、固定的な構造で支
持されていても問題はないが、その外径が若干異なる場
合には、原料インゴット３の径変化に追従可能な構造で
支持する必要がある。すなわち、図示しない圧縮ばねを
シール部材６と凹部１３との間に配設して、当該圧縮ば
ねによりシール部材６を筒状体５の径方向へ常時付勢す
るような支持構造とし、図１に示す原料インゴット３よ
りも細い径の場合に、シール部材６が圧縮ばねの付勢力
によって原料インゴット３側へ移動し、反対に太い径の
場合には、圧縮ばねの付勢力に抗して引き込む方向へ移
動するように構成されている。

【００１１】上記誘導加熱手段７は、必要な量だけ連続
的に原料インゴット３を溶解する集中熱源であり、筒状
体５の外周囲に配設される高周波誘導加熱コイル１４
と、この誘導加熱コイル１４に接続される電源１５とか
ら構成されている。しかも、誘導加熱コイル１４は、送
り込まれる原料インゴット３の先端部３ａ付近と対応す
る下方位置寄りに設けられ、筒状体５を介して原料イン
ゴット３の先端部３ａを加熱することにより溶融金属８
を製造するようになっている。

【００１２】次に、本発明の第１実施形態に係る原料供
給装置２を具備した半溶融金属成形機１によりアルミニ
ウム合金等の半溶融金属９を連続的に成形するには、図
１の矢印Ａで示す如く、原料インゴット３を原料供給装
置２の筒状体５内に送り込んで行くと共に、誘導加熱手
段７の電源１５を入れ、高周波誘導加熱コイル１４で原
料インゴット３の先端部３ａのみを加熱して次々と部分
溶解することにより溶融金属８を製造する。製造した溶
融金属８は、筒状体５の底部から入口部４ａを経て半溶
融金属成形機１のシリンダ４内に連続的に供給される。
この間、第１モータ１１によってスクリュ１０を回転駆
動させておく。シリンダ４内に供給された溶融金属８
は、当該シリンダ４内で冷却されて固相を晶出し、回転
中のスクリュ１０により撹拌されながら図１の矢印Ｂで
示す方向へ移送され、所定割合の固相が粒状分散した半
溶融金属９として、シリンダ４の先端出口部４ｂから外
部へ連続的に吐出されることになる。なお、半溶融金属
成形機１により成形された半溶融金属９は、例えば、そ
のまま図示しない金型のキャビティなどに圧入される
と、所望の合金製品が得られる。

【００１３】このように、本発明の第１実施形態に係る
半溶融金属成形機１の原料供給装置２は、原料インゴッ
ト３が丸棒の固体であり、この原料インゴット３をその
まま筒状体５内に送り込み、誘導加熱手段７の高周波誘
導加熱コイル１４で先端部３ａのみを溶解して溶融金属
８を半溶融金属成形機１のシリンダ４内に供給している
ため、その取り扱いが容易であると共に、溶解炉が不要
となる。しかも、原料インゴット３は、一般的な連続鋳
造法にて製造可能であるため、原料がペレットの場合に
比べて合成組成の自由度が増し、コスト的にも有利であ
る。また、本第１実施形態に係る半溶融金属成形機１の
原料供給装置２は、送り込まれた原料インゴット３の外
周部に当接させるシール部材６を筒状体５の内壁面５ａ
に設けているため、外気との遮断を容易に行うことがで
き、溶融金属８の酸化及びガスの混入、溶融金属８中へ
の酸化膜等の巻き込みを防止でき、欠陥の少ない高品質
の成形品を得ることができる。さらに、高周波等の誘導
加熱手段７で加熱することにより、必要な量だけ原料イ
ンゴット３を連続的に溶解することが可能になるため、
溶解炉等に比べてエネルギー損失が少なくて済む。

【００１４】図２は、本発明に係る半溶融金属成形機の
原料供給装置の第２実施形態を示しており、本実施形態
の原料供給装置２では、筒状体５の外側上方位置に半溶
融金属成形機１のシリンダ４内への溶融金属供給量と同
期して駆動する原料インゴット３の送り手段１６が追加
して設けられており、該送り手段１６によって原料イン
ゴット３が筒状体５内へ連続的に供給されるようになっ
ている。この送り手段１６は、図２に示す如く、回転す
ることにより原料インゴット３を矢印Ａ方向の筒状体５
内に送り込む一対の送りローラ１７と、これら送りロー
ラ１７を回転駆動させる第２モータ（第２駆動装置）１
８とを備えている。

【００１５】また、既述の第１モータ１１と第２モータ
１８とは、筒状体５内の溶融金属８の圧力を検出する圧
力センサ１９に接続されたコントローラ２０によって一
定の割合で同期すべく制御されている。圧力センサ１９
は、例えば半導体圧力センサなどが用いられ、筒状体５
の下部側壁に配設されており、溶融金属８の製造量に応
じて筒状体５内が負圧又は正圧になると、これを検出し
てその検出信号をコントローラ２０に送るようになって
いる。コントローラ２０は、例えば圧力センサ１９から
の検出信号を受け、溶融金属８の製造量が少なくて負圧
になった場合、一定の割合で第１モータ１１の回転数を
下げ、第２モータ１８の回転数を上げ、一方、溶融金属
８の生産量が多くて正圧になった場合、同じく一定の割
合で第１モータ１１の回転数を上げ、第２モータ１８の
回転数を下げるように設定されている。その他の構成及
び作用は上記第１実施形態と同様である。

【００１６】このように、本発明の第２実施形態に係る
原料供給装置２では、筒状体５の外側上方位置に半溶融
金属成形機１のシリンダ４内への溶融金属供給量と同期
して駆動する原料インゴット３の送り手段１６を設け、
該送り手段１６によって原料インゴット３を筒状体５内
へ連続的に供給し、かつスクリュ１０の第１モータ１１
と送り手段１６の第２モータ１８とを、筒状体５内の溶
融金属８の圧力を検出する圧力センサ１９に接続された
コントローラ２０によって一定の割合で同期すべく制御
しているため、上記第１実施形態と同様の効果を奏する
ことが可能となる上、半溶融金属９をより一層効率良く
連続的に成形でき、生産性の向上を図ることができる。

【００１７】以上、本発明の実施の形態につき述べた
が、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変
形及び変更を加え得るものである。例えば、既述の実施
形態では、原料インゴット３の形状を丸棒としている
が、シール部材６を当接させて筒状体５を外気と確実に
遮断できる形状であれば、四角形その他の形状の棒状で
も良い。

【００１８】

【発明の効果】上述の如く、本発明に係る半溶融金属成
形機の原料供給装置は、棒状に形成した原料インゴット
が送り込まれ、半溶融金属成形機のシリンダに連通する
筒状体と、該筒状体の内壁面に設けられ、前記原料イン
ゴットの外周部に当接して前記筒状体内を外気と遮断す
るシール部材と、前記筒状体の外周部に設けられ、前記
原料インゴットの先端部のみを部分溶解する誘導加熱手
段とを備え、前記筒状体内で溶解された溶融金属を前記
半溶融金属成形機のシリンダ内に供給するように構成し
ているので、原料の取り扱いが容易で作業性を向上させ
ることが可能になると共に、ペレットの場合に比べて種
々の合金組成の原料を選択でき、しかも、欠陥の少ない
高品質の成形品を効率良くかつ低コストで得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る半溶融金属成形機
の原料供給装置の構成を示す断面図である。

【図２】本発明の第２実施形態に係る半溶融金属成形機
の原料供給装置の構成を示す断面図である。

【図３】原料が溶融金属である従来の金属成形機の原料
供給装置を示す断面図である。

【図４】原料がペレットである従来の金属成形機の原料
供給装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 半溶融金属成形機 ２ 原料供給装置 ３ 原料インゴット ４ シリンダ ５ 筒状体 ６ シール部材 ７ 誘導加熱手段 ８ 溶融金属 ９ 半溶融金属 １０ スクリュ（撹拌移送手段） １１ 第１モータ（第１駆動装置） １３ 凹部 １４ 高周波誘導加熱コイル １５ 電源 １６ 送り手段 １７ 送りローラ １８ 第２モータ（第２駆動装置） １９ 圧力センサ ２０ コントローラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 棒状に形成した原料インゴットが送り込
   まれ、半溶融金属成形機のシリンダに連通する筒状体
   と、該筒状体の内壁面に設けられ、前記原料インゴット
   の外周部に当接して前記筒状体内を外気と遮断するシー
   ル部材と、前記筒状体の外周部に設けられ、前記原料イ
   ンゴットの先端部のみを部分溶解する誘導加熱手段とを
   備え、前記筒状体内で溶解された溶融金属を前記半溶融
   金属成形機のシリンダ内に供給するように構成したこと
   を特徴とする半溶融金属成形機の原料供給装置。
2. 【請求項２】 前記筒状体の外側には、半溶融金属成形
   機のシリンダ内への溶融金属供給量と同期して駆動する
   原料インゴットの送り手段が設けられ、該送り手段によ
   って前記原料インゴットが前記筒状体内へ連続的に供給
   されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の半
   溶融金属成形機の原料供給装置。
3. 【請求項３】 前記半溶融金属成形機のシリンダ内に配
   設した撹拌移送手段を駆動する第１駆動装置と、前記原
   料インゴットの送り手段を駆動する第２駆動装置とは、
   前記筒状体内の溶融金属の圧力を検出する圧力センサに
   接続されたコントローラによって一定の割合で同期すべ
   く制御されていることを特徴とする請求項２に記載の半
   溶融金属成形機の原料供給装置。