JP2001030060A - 半溶融金属供給装置における半溶融金属の固相率制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、半溶融金属の固相率を正確にコン
トロールすることにより、成形性に優れ、かつ高品質の
半溶融金属を安定して連続的に供給することが可能な半
溶融金属供給装置における半溶融金属の固相率制御装置
を提供することにある。 【解決手段】 本発明では、シリンダ４の外周に設けら
れ、シリンダ４の外周壁を加熱または冷却することによ
りシリンダ温度の制御を行う温度制御手段６と、シリン
ダ４内に設けられ、シリンダ４内の半溶融金属５を撹拌
及び移送する撹拌移送手段７とをそれぞれ具備する半溶
融金属供給装置１であって、シリンダ４の先端部に固相
率検出手段８を設け、この固相率検出手段８により、シ
リンダ４の先端部から吐出される半溶融金属５の固相率
を直接検出するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半溶融金属供給装
置における半溶融金属の固相率制御装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、アルミニウム合金、マグネシウ
ム合金等の溶融した金属材料やペレットなどの固体の金
属材料から半溶融金属を得るには、例えば図３に示す半
溶融金属供給装置５１が使用されており、この半溶融金
属供給装置５１により成形された半溶融金属５２から所
望の品質及び形状の成形品が製造されている。このよう
な半溶融金属供給装置５１は、図示しない溶解炉で溶解
した溶融金属５３を貯蔵する保持炉５４と、導管５５を
介して保持炉５４に連通するシリンダ５６と、該シリン
ダ５６の外周に設けられる加熱ヒータ５７及び冷却ブロ
ア５８と、シリンダ５６の内部に設けられ、駆動装置５
９にて駆動される回転可能なスクリュ６０と、シリンダ
５６の先端出口部に設けられる温度センサ６１とを備え
ている。

【０００３】上記半溶融金属供給装置５１を使用して半
溶融金属５２を得るには、まず、原料の金属材料を図示
しない溶解炉で溶解し、取鍋などを用いて溶融金属５３
を保持炉５４内に運び、該保持炉５４から導管５５を介
してシリンダ５６内に供給する。次いで、シリンダ５６
の外周壁を加熱ヒータ５７又は冷却ブロア５８により加
熱又は冷却して供給された溶融金属５３を半溶融金属５
２にすると共に、シリンダ５６のスクリュ６０を回転駆
動させ、シリンダ５６内の半溶融金属５２を撹拌しなが
ら移送し、シリンダ５６の先端出口部から吐出する。吐
出された半溶融金属５２の固相率は、温度センサ６１に
てシリンダ５６の温度を計測し、図４に示す合金平衡状
態図に基づく間接的な温度管理で推定されている。ここ
で、図４中におけるＬ線は液相線、Ｓ線は固相線を示し
ている。なお、得られた半溶融金属５２は、そのままシ
リンダ５６の先端から金型のキャビティに圧入して合金
製品に製造されたり、あるいは一旦インゴットに成形さ
れたりしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の半溶融金属５２の固相率制御装置では、温度セ
ンサ６１によりシリンダ５６の先端出口部温度を計測
し、図４に示す合金平衡状態図に基づき半溶融金属５２
の固相率を推定しており、温度センサ６１の耐久性から
直接半溶融金属５２に接触させることができず、保護管
にて間接的に計測しているので、応答性が悪いという不
具合を有していた。また、温度センサ６１は、シリンダ
５６の壁面近傍の温度を計測しているので、図４に示す
ような合金組成に基づく温度分布があった場合、半溶融
金属５２の固相率推定の誤差が大きくなる。しかも、溶
融金属５３の合金系によっては、冷却速度によって過冷
する場合があるので、温度管理のみでは固相率の誤差が
より大きくなってしまう。このように半溶融金属５２の
固相率が変動すると、半溶融金属５２の成形性が悪化す
るので、半溶融金属５２を利用して製造される合金製品
の適用範囲が限定されてしまい、汎用性に問題があっ
た。それに加えて、成形体の品質も劣るので、合金製品
の品質向上を図ることが困難であった。

【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、半溶融金属の固相率を正確
にコントロールすることにより、成形性に優れ、かつ高
品質の半溶融金属を安定して連続的に供給することが可
能な半溶融金属供給装置における半溶融金属の固相率制
御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、シリンダの外
周に設けられ、該シリンダの外周壁を加熱または冷却す
ることによりシリンダ温度の制御を行う温度制御手段
と、前記シリンダ内に設けられ、該シリンダ内の半溶融
金属を撹拌及び移送する撹拌移送手段とをそれぞれ具備
する半溶融金属供給装置であって、前記シリンダの先端
部に固相率検出手段を設け、該固相率検出手段により、
前記シリンダの先端部から吐出される半溶融金属の固相
率を直接検出するようにしている。

【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は本発明の実
施の形態に係る半溶融金属供給装置において、半溶融金
属の固相率制御装置を示す断面図である。

【０００８】本発明の実施の形態に係る半溶融金属供給
装置１は、図１に示す如く、外部の図示しない加熱装置
などで溶融され、かつ搬送されてきたアルミニウム合金
等の溶融金属２を貯蔵するホッパ状の保持炉３と、該保
持炉３から溶融金属２が供給されるシリンダ４と、該シ
リンダ４の外周壁を加熱または冷却してシリンダ温度を
調節することにより、シリンダ４内に供給された溶融金
属２を半溶融金属５とする温度制御手段６と、当該シリ
ンダ４内の半溶融金属５を撹拌及び移送する撹拌移送手
段７とをそれぞれ具備しており、当該シリンダ４の先端
部には、半溶融金属５の固相率制御装置を構成する固相
率検出手段８が設けられている。

【０００９】上記保持炉３は上下方向に沿って配設さ
れ、その底部にはシリンダ４と連通する導管３ａが一体
的に設けられている。そして、保持炉３の外周囲には、
内部の溶融金属２の温度を一定に保つ保温ヒータ９が配
設されている。したがって、保持炉３内の溶融金属２
は、保持炉３の底部から順次導管３ａを介してシリンダ
４の入口部４ａ内に給送され、溶融金属２中に空気など
が巻き込まれないように構成されている。また、上記シ
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、保持炉３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５を吐出する出
口部４ｂが設けられている。

【００１０】さらに、上記温度制御手段６は、シリンダ
４の外周であって、入口部４ａと出口部４ｂとの間の中
間部に軸方向へ沿って設けられており、シリンダ２内に
供給された溶融金属２を過冷却により一旦固相線温度以
下に制御するように構成されている。すなわち、保持炉
３から供給された溶湯状態の溶融金属２は、当該温度制
御手段６によってシリンダ４内で半溶融状態にされるこ
とになる。ところで、液相線温度以上で均一に溶融して
いる溶湯は、温度が低下して液相線温度にかかると固相
が晶出し始め、固相線〜液相線温度間では固相と液相が
共存し、更に温度が低下して固相線温度以下になると固
相のみとなり、凝固が完了する。このため、温度制御手
段６は、加熱ヒータ１０及び冷却ブロア１１を備えてお
り、シリンダ４内を、入口部４ａ側に位置する液相線温
度以上の溶融部（液相線温度＋α）と、入出口部４ａ，
４ｂの中間に位置する固相線温度以下の部分固相生成部
（固相線温度−α、過冷却）と、出口側に位置する固相
線温度以上でかつ液相線温度以下の固液相混練部（固相
線〜液相線温度域）とからなる３つの温度分布域に制御
すべく構成されている。

【００１１】また、上記撹拌移送手段７は、シリンダ４
内で回転可能に支持されるスクリュ１２を備えており、
該スクリュ１２はシリンダ４の外部に設けた回転駆動装
置１３によって回転駆動するように構成されている。ス
クリュ１２は、シリンダ４内における半溶融金属５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５を吐出
するため、シリンダ４内に設けられている。したがっ
て、スクリュ１２は、円筒状のスクリュ本体１２ａを備
えており、該スクリュ本体１２ａの外周面部には半溶融
金属を撹拌移送する複数のフィン１４が軸方向へ間隔を
開けて配設されている。スクリュ１２の基端部は、スク
リュ軸１２ｂを介して回転駆動装置１３と連結されてい
る。

【００１２】一方、上記固相率検出手段８は、図１に示
す如く、シリンダ４内を撹拌移送されてきて出口部４ｂ
から吐出される半溶融金属５の固相率を直接検出するた
め、シリンダ４の先端部に設けられている。固相率検出
手段８としては、超音波センサ又は渦電流式センサによ
るものがあり、内径がシリンダ４の出口部４ｂと同径
で、かつ該出口部４ｂから吐出した半溶融金属５が内部
を通過することが可能なスリーブ１５と、該スリーブ１
５をシリンダ４の先端部に突き合わせた状態で一体的に
取付ける止め具１６とから構成されている。そして、こ
のスリーブ１５には、超音波センサの場合、図示しない
超音波発信器とその受信器とが互いに対向して配設され
ており、半溶融金属５の固相率は、当該発信器から発信
されて半溶融金属５中を通過する超音波の減衰割合から
判断されている。例えば、超音波の減衰割合が高い場合
には、半溶融金属５の固相率が大きくなる。また、渦電
流式センサの場合、スリーブ１５には、図示しない電源
に接続した陽極及び陰極が配設されており、半溶融金属
５の固相率は、半溶融金属５中を通過する渦電流の抵抗
値の大きさから判断されている。例えば、渦電流の抵抗
値が大きい場合には、図２に示す如く、これとほぼ比例
して半溶融金属５の固相率も大きくなる。

【００１３】しかも、上記固相率検出手段８は、より一
層安定して連続的に半溶融金属５を吐出すべく上記温度
制御手段６と電気的に接続されており、半溶融金属５が
所定の固相率の状態になっているか否かを検出し、その
検出信号は温度制御手段６にフィードバックされ、該温
度制御手段６はこの固相率検出信号に基づいてシリンダ
温度を調節することにより、半溶融金属５の固相率を一
定に保つように構成されている。なお、所定の固相率と
は、半溶融金属５中での固相の割合が５〜３０ｖｏｌ％
程度をいい、成形品の要求品質に応じて設定されるもの
をいう。

【００１４】次に、本発明の実施の形態に係る半溶融金
属５の固相率制御装置を具備した半溶融金属供給装置１
を使用してアルミニウム合金等の半溶融金属５を連続的
に得るには、図１で示す如く、保持炉３内に貯蔵された
溶融金属２を入口部４ａよりシリンダ４内に導管３ａを
介して供給すると共に、回転駆動装置１３によって撹拌
移送手段７のスクリュ１２を回転させる。シリンダ４内
に供給された溶融金属２は、当該シリンダ４内でスクリ
ュ１２により撹拌されながら、温度制御手段６にて設定
された上記３つの温度分布域を順次経て移送される。す
なわち、供給された溶融金属２は、まず溶融部において
徐々に冷却され、次の部分固相生成部において固相線温
度以下に短時間過冷却して固相が晶出され、さらに次の
固液相混練部において固相線〜液相線温度域に保持され
ることにより所定の固相率を成し、固相及び液相を混練
して固相が粒状分散した半溶融金属５となる。

【００１５】しかる後、上記半溶融金属５は、スクリュ
１２によってシリンダ４の出口部４ｂより外部へ連続的
に吐出されることになる。この際、シリンダ４の出口部
４ｂより吐出された半溶融金属５の固相率は、固相率制
御装置を構成する固相率検出手段８の超音波センサ又は
渦電流式センサにて直接検出され、この検出信号は温度
制御手段６にフィードバックされることから、その検出
信号に基づいて温度制御手段６の加熱ヒータ１０又は冷
却ブロア１１を作動させることによりシリンダ温度を調
節すれば、固相率が一定に保たれた高品質の半溶融金属
５を安定して得られることになる。なお、得られた半溶
融金属５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、所望の合金製品に製造され
る。

【００１６】このように、本発明の実施の形態に係る半
溶融金属５の固相率制御装置では、シリンダ温度の制御
を行う温度制御手段６や、シリンダ４内で半溶融金属５
を撹拌及び移送する撹拌移送手段７を具備した半溶融金
属供給装置１に付属して、シリンダ４の先端部に超音波
センサ又は渦電流式センサの固相率検出手段８を設け、
この固相率検出手段８によってシリンダ４の先端の出口
部４ｂから吐出される半溶融金属５の固相率を直接検出
するようにしているため、半溶融金属５の固相率を正確
に捉えてコントロールすることができる。しかも、固相
率検出手段８により検出された固相率検出信号は、温度
制御手段６にフィードバックされ、この検出信号に基づ
いて温度制御手段６がシリンダ温度を調節することによ
り、半溶融金属５の固相率を一定に保つように構成され
ているため、優れた成形性及び高品質の半溶融金属を確
実にかつ安定して連続的に供給することができる。

【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
の形態では、原料として溶湯状態の溶融金属２をシリン
ダ４に供給して半溶融金属５を得ているが、溶融金属２
の代わりにペレットなどの固体の金属材料を供給ホッパ
からシリンダ４内に供給し、当該ペレットをスクリュで
押し出しながらせん断してシリンダ４の出口部４ｂから
半溶融金属５を吐出させても良い。

【００１８】

【発明の効果】上述の如く、本発明に係る半溶融金属供
給装置における半溶融金属の固相率制御装置は、シリン
ダの外周に設けられ、該シリンダの外周壁を加熱または
冷却することによりシリンダ温度の制御を行う温度制御
手段と、前記シリンダ内に設けられ、該シリンダ内の半
溶融金属を撹拌及び移送する撹拌移送手段とをそれぞれ
具備する半溶融金属供給装置であって、前記シリンダの
先端部に固相率検出手段を設け、該固相率検出手段によ
り、前記シリンダの先端部から吐出される半溶融金属の
固相率を直接検出するようにしているので、従来と比べ
て半溶融金属の固相率を迅速かつ正確に捉えてコントロ
ールすることができ、成形性に優れかつ高品質の半溶融
金属を効率良く安定して連続的に供給でき、これによっ
て得られる半溶融金属を用いた製品の品質向上及び生産
性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る半溶融金属供給装置
において、半溶融金属の固相率制御装置を示す断面図で
ある。

【図２】上記半溶融金属供給装置のシリンダ出口部から
吐出される半溶融金属の固相率と渦電流の抵抗値との関
係を示す線図である。

【図３】従来の半溶融金属供給装置を示す断面図であ
る。

【図４】従来の半溶融金属供給装置に用いられる合金平
衡状態を示す線図である。

【符号の説明】

１ 半溶融金属供給装置 ２ 溶融金属 ３ 保持炉 ４ シリンダ ５ 半溶融金属 ６ 温度制御手段 ７ 撹拌移送手段 ８ 固相率検出手段 ９ 保温ヒータ １０ 加熱ヒータ １１ 冷却ブロア １２ スクリュ １３ 回転駆動装置 １５ スリーブ １６ 止め具

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダの外周に設けられ、該シリンダ
   の外周壁を加熱または冷却することによりシリンダ温度
   の制御を行う温度制御手段と、前記シリンダ内に設けら
   れ、該シリンダ内の半溶融金属を撹拌及び移送する撹拌
   移送手段とをそれぞれ具備する半溶融金属供給装置であ
   って、前記シリンダの先端部に固相率検出手段を設け、
   該固相率検出手段により、前記シリンダの先端部から吐
   出される半溶融金属の固相率を直接検出するようにした
   ことを特徴とする半溶融金属供給装置における半溶融金
   属の固相率制御装置。
2. 【請求項２】 前記固相率検出手段により検出された固
   相率検出信号は、前記温度制御手段にフィードバックさ
   れ、この検出信号に基づいて前記温度制御手段がシリン
   ダ温度を調節することにより、半溶融金属の固相率を一
   定に保つように構成されていることを特徴とする請求項
   １に記載の半溶融金属供給装置における半溶融金属の固
   相率制御装置。
3. 【請求項３】 前記固相率検出手段が、超音波センサ又
   は渦電流式センサであることを特徴とする請求項１に記
   載の半溶融金属供給装置における半溶融金属の固相率制
   御装置。