JP3237017B2 - 精密ダイキャストによって金属部品を製造する方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 関連出願 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。

発明の背景 1.発明の技術分野 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。

2.関連技術の説明 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。

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。

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4,69
4,882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。

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。

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。

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。

発明の概要 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。

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。

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。

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。

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。

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ット法と比較して、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図面の簡単な説明 本発明は以下に図面を参照しつつ詳述されるが、その
図面は以下の通りである。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第4A図はノズルシャフ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。

第4B図はノズルシャフ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第5E−Ｈ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第7B−Ｇ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。

第8A−Ｄ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。

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。

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。

第11A−Ｂ図はピストンの動作の別法の側面図であ
る。

第12A−Ｂ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。

好ましい実施例の詳細な説明 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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3
2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。

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。

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、この位置に溜まる。

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。

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。

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。

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2
5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。

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。

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。

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。

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。

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。

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2
2′、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2
7′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。

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。しかしながらプラートは
加熱しないままでもよい。

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。

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。

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1
5、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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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8
1′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1
05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。

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。

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。

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。

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、摺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、摺動したりする
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。

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。

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4
5′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3
0′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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）９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。

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。

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。

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。

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。

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3
2e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。

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。

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。

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。

フロントページの続き 前置審査 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 17/30 B22D 17/02 B22D 17/20

Claims (28)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金型中に溶融材料を射出する方法であっ
   て； 第一のチャンバーに溶融材料を導入する導入工程； 後述の押し入れ工程の前に又は該押し入れ工程の間に、
   溶融材料の少なくとも一部を前記第一のチャンバーを通
   して第二のチャンバーに移す移し工程； 該第一のチャンバーに残っている溶融材料の少なくとも
   一部を前記第二のチャンバーに押し入れる押し入れ工
   程；および、 溶融材料を第二のチャンバーから金型中に射出する射出
   工程、 を有する、金型中に溶融材料を射出する方法において、 該溶融材料を第一のチャンバーから第二のチャンバーに
   誘引するために、第二のチャンバー内に吸引力を生成さ
   せること、及び、 該溶融材料の一部を第一のチャンバーから第二のチャン
   バーに押し入れる以前に、第二のチャンバー内に該吸引
   力を生成させることを特徴とする金型中に溶融材料を射
   出する方法。
2. 【請求項２】上記第二のチャンバーに溶融材料を誘引す
   る吸引力を生成するために、上記第二のチャンバー内の
   ピストンが後退する、請求項１に記載された方法。
3. 【請求項３】上記溶融材料の一部を第一のチャンバーか
   ら第二のチャンバーに押し入れるために上記第一のチャ
   ンバー内のラムが前進し、かつ、射出中には該ラムが第
   一チャンバーの出口ポートを覆って、上記第一と第二の
   チャンバー間の溶融材料の流れを阻止する、請求項１に
   記載された方法。
4. 【請求項４】上記第一チャンバーがバルブを有し、該バ
   ルブが、上記第二のチャンバーに向かう方向にのみ、上
   記溶融材料を通過させる、請求項３の方法。
5. 【請求項５】射出中に上記ラムの一端が第一のチャンバ
   ーの出口ポートを封止するように、該ラムが前進し、か
   くして、上記第一と第二のチャンバー間の溶融材料の移
   動が阻止される、請求項４の方法。
6. 【請求項６】上記第一のチャンバー内の溶融材料の均一
   な温度分布を促進するためにラムを回転させるようにし
   た方法であって、かつ、ラムが支持フィンを有する、請
   求項３に記載された方法。
7. 【請求項７】溶融材料が液体状態の金属である、請求項
   １に記載された方法。
8. 【請求項８】溶融材料が溶融マグネシウム合金である、
   請求項７に記載された方法。
9. 【請求項９】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７に記載された方法。
10. 【請求項１０】上記第一のチャンバーが第二のチャンバ
    ーの上方に位置し、かくして、上記第一のチャンバーか
    ら第二のチャンバーへの溶融材料の移動を重力が補助す
    る、請求項１に記載された方法。
11. 【請求項１１】上記第二のチャンバーに移動する溶融材
    料が、第二のチャンバー内に存在する少なくとも１種類
    のガスの少なくとも一部を、第二のチャンバーから追い
    出す、請求項10に記載された方法。
12. 【請求項１２】上記第二のチャンバー内に存在する少な
    くとも１種類のガスの少なくとも一部が、溶融材料を通
    過させない第二の材料を通過して、第二のチャンバーか
    ら脱出する、請求項１に記載された方法。
13. 【請求項１３】固体材料をフィーダーに導入し、 該固体材料を該フィーダー中で溶融し、 溶融した材料を該フィーダーから前記第一のチャンバー
    に導入するようにしたことを特徴とする、請求項１に記
    載された方法。
14. 【請求項１４】上記固体材料が少なくとも１個の金属イ
    ンゴットである、請求項13に記載された方法。
15. 【請求項１５】少なくとも１個の金属インゴットを第三
    のチャンバーに導入し、 少なくとも１個の該金属インゴットを該第三のチャンバ
    ーから前記フィーダー中に移送することを特徴とする請
    求項14に記載された方法。
16. 【請求項１６】該フィーダー又は該フィーダーと該第三
    のチャンバーとが不活性ガス環境を有する、請求項15に
    記載された方法。
17. 【請求項１７】該不活性ガスがアルゴン、窒素、SF₆お
    よびCO₂のうち少なくとも１種からなる、請求項16に記
    載された方法。
18. 【請求項１８】前記不活性ガス環境を維持する手段とし
    て、 ａ）２個のドア及び真空ポンプ； ｂ）２個のドア及び少なくとも１種の不活性ガス遮蔽膜 のうち少なくとも一つを採用することを特徴とする請求
    項16に記載された方法。
19. 【請求項１９】前記第三のチャンバーへ向けて第一のド
    アを開け、 少なくとも１個の前記金属インゴットを該第三のチャン
    バーへ送り込み、 第一のドアを閉じ、 第二のドアを開け、 少なくとも１個の該金属インゴットを該第三のチャンバ
    ーから前記フィーダーへ送り込むことを特徴とする、請
    求項15に記載された方法。
20. 【請求項２０】前記金属インゴットを前記第三のチャン
    バーへ送り込み、 該金属インゴットを傾斜面を滑らせて前記フィーダーへ
    移動させることを特徴とする、請求項15に記載された方
    法。
21. 【請求項２１】前記第三のチャンバーから前記フィーダ
    ーへの導入を可動のカバープレートで制御することを特
    徴とする請求項15に記載された方法。
22. 【請求項２２】該可動のカバープレートが導入用開口部
    を有する、請求項21に記載された方法。
23. 【請求項２３】該フィーダーへの導入を可動のトランス
    ファーチャンバーで制御することを特徴とする請求項13
    に記載された方法。
24. 【請求項２４】該可動のトランスファーチャンバーが導
    入用開口部を有するシリンダーからなる、請求項23に記
    載された方法。
25. 【請求項２５】前記第二のチャンバーの射出ノズルの蓋
    を開け、 ピストンを前進させることによって、前記溶融材料を該
    射出ノズルを通して金型中に射出し、 次いで、該射出ノズルに蓋をすることを特徴とする、請
    求項１に記載された方法。
26. 【請求項２６】前記射出ノズルがノズルシャットオフプ
    レートによって蓋をされる、請求項25に記載された方
    法。
27. 【請求項２７】前記溶融材料を金型中に射出する前に、
    周囲がシールされたピストンを部分的に前進させて、第
    二のチャンバー中に存在する少なくとも１種のガスの少
    なくとも一部を、少なくとも１個の溶融金属を通過させ
    ない材料を通して、第二のチャンバーから搾出すること
    を特徴とする、請求項25に記載された方法。
28. 【請求項２８】射出中に前記ラムが第一のチャンバーの
    出口ポートを封止するように、該ラムを前進させ、かく
    して、前記第一のチャンバーと第二のチャンバー間の溶
    融材料の移動を防止し、 該第二のチャンバーの射出ノズルの蓋を開け、 前記ピストンを前進させることによって、該射出ノズル
    を通して溶融材料を金型中に射出し、 前記ラムを後退させ、 前記ピストンの外側部分を後退させて、前記第二のチャ
    ンバー内に吸引力を生成させ、かくして第一のチャンバ
    ーから第二のチャンバーに溶融材料を誘引し、この間、
    ピストンの内側部分は一杯に前進したままに置かれて、
    射出ノズルに蓋をするようにしたことを特徴とする、請
    求項３に記載された方法。