JP2002066707A - 半凝固ダイカスト鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形される材料の温度低下が少なく、薄くて
長い製品（薄肉長尺製品）の製造も可能であって、かつ
均一な強度である鋳造品を製造でき、さらには横型のス
リーブを用いるものにおいても溶湯量に限らず効率的に
溶湯の攪拌が可能で所望の半凝固状態の金属が得られる
半凝固ダイカストの鋳造方法を提供する。 【解決手段】 スリーブに設置された磁場発生装置によ
り磁場を形成し、スリーブ内に溶湯を注湯して粒状の結
晶粒が残存する半凝固状態に調整した後、プランジャに
より前記半凝固状態の金属を金型内に圧入するダイカス
ト鋳造方法において、前記スリーブは略円筒状とし、か
つ溶湯を半凝固状態にする際にスリーブの軸に対して略
回転運動するように外部磁界を与えることを特徴とす
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、高品位の成形部材
を得るための半凝固ダイカスト鋳物の製造方法に関し、
横型のスリーブを使用するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】加圧成形技術に一般に使用されているダ
イカスト鋳造機の要部断面を図１に示す。この場合、成
形される材料である金属溶湯１はスリーブ２の内部に注
湯口より給湯される。一般的には、ラドルからスリーブ
２内に注湯された金属溶湯１は、プランジャチップ３に
より初期の段階では低速射出され、後半における高速射
出を経て可動型４と固定型５の型締めにより形成される
キャビティ６内に向け注入される。

【０００３】また、ダイカスト鋳造機により加圧成形を
行うにあたり半溶融状態の金属または複合材料を激しく
撹拌してデンドライトを破壊して半凝固状態での動粘性
を低下させてスラリー状態としてそのスラリーを連続的
に製造し、鋳造装置に導入して鋳造するレオキャスティ
ングなどの方法や、スラリーを一旦凝固させそれを半溶
融状態に再加熱して鋳造機に導入するチクソキャスティ
ングなどの技術が知られている。この場合には通常スラ
リー状態の材料が鋳造装置の加圧機構の通路にあたる鋳
込スリーブに移されるが、この際に鋳込スリーブは機械
精度を保つためおよび酸化防止のため通常低い温度に保
たれるため温度が低下し粘性が高くなって流動性を減ず
る。このため薄肉で移動距離の長い部材では不回りや湯
境などが発生し、適用が困難であった。特にこれらの従
来技術においては特公平２−５１７０３号公報に示され
ているように材料の表面層にデンドライト組織が残存す
る場合があり、当該技術では表面部は実質的に製品部に
入らぬよう工夫がされている。また、特開平３−２２１
２５３号公報、特開平３−１３２６０号公報では材料表
面が予備加熱時に酸化するため材料の表面が製品部に入
らぬ工夫がなされている。

【０００４】また、特開平８−１８７５６６号公報には
スリーブ内に通常の溶湯を入れ、スリーブ外に備えた磁
気コイル等で加熱・保温をするとともに攪拌して半凝固
状態とし、加圧成形する方法が記載されている。このよ
うにスリーブ内で溶湯から半凝固状態にするので温度低
下が少なく、前記のような半凝固状態の材料をスリーブ
内に移すときに発生する酸化物を抑制でき、薄くて長い
製品の製造も可能になることが記載されている。また、
スリーブ内の溶湯にかかる誘導電流の方向は円周方向に
回転するものである。このように誘導電流を溶湯に与え
ると溶湯の動きは図４に示すようにスリーブの中心付近
と外周付近とで逆方向に流れる。このように攪拌しなが
ら溶湯の温度を徐々に下げることにより半凝固状態を得
ることが記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−１８７５６６号公報にはスリーブ内の溶湯の流れ方
向についても検討されているがさらに改善の余地があっ
た。つまり、スリーブは通常円筒状であり、また、プラ
ンジャはスリーブ内の溶湯を効率良く金型のキャビティ
内に鋳込むために端面を略平坦に形成する必要がある。
このように円筒状の空間内で溶湯をスリーブの中心付近
と外周付近とで逆方向に流れるように制御すると、スリ
ーブの側面とプランジャの端面とで形成される隅の部分
近傍では他の部分と比較して流れが淀むことになる。よ
ってデンドライト組成が成長し、そのままキャビティ内
に鋳込むと湯流れ性が悪化し、プランジャ圧が高くなる
ことや鋳造不良が発生することが危惧されていた。半凝
固金属をスリーブ外で製造するものにおいてはこのよう
な配慮は重要視されないが、本発明の分野のようにスリ
ーブ内で半凝固状態とするものとしてはこの問題を軽視
できない。

【０００６】また、特に横型のスリーブにおいては図４
に示すように金型側においても溶湯の流れが淀む部分が
存在しやすい。キャビティに近い為、鋳込まれた際に縦
型のスリーブよりもデンドライト組織の溶湯が製品キャ
ビティ内に入りやすい。さらに、横型のスリーブに従来
のような誘導電流をかけると、図４のように溶湯が少な
い場合では中心部に溶湯が無いため、磁束を与えても溶
湯を動かす効果がキャンセルされる。最低でもスリーブ
の半径より溶湯の高さがないと磁束が集中する中心部分
での溶湯の流動力が無駄になるため好ましくない。さら
に横型においてはスリーブの端部側にまで溶湯が存在す
るために外部磁界を発生させるコイルを金型の近傍にま
で設けなければならず、磁束が金型に逃げ効率を著しく
低下させやすいという問題があった。

【０００７】本発明は以上の従来技術における問題に鑑
みてなされたものであって、成形される材料の温度低下
が少なく、薄くて長い製品（薄肉長尺製品）の製造も可
能であって、かつ均一な強度である鋳造品を製造でき、
さらには横型のスリーブを用いるものにおいても溶湯量
に限らず効率的に溶湯の攪拌が可能で所望の半凝固状態
の金属が得られる半凝固ダイカストの鋳造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明の半凝固
ダイカストの鋳造方法は、スリーブの外部に設置された
磁場発生装置により磁場を形成し、スリーブ内に溶湯を
注湯して粒状の結晶粒が残存する半凝固状態に調整した
後、プランジャにより前記半凝固状態の金属を金型内に
圧入するダイカスト鋳造方法において、前記スリーブは
略円筒状とし、かつ溶湯を半凝固状態にする際にスリー
ブの軸に対して一方向に略回転運動するように外部磁界
を与えることを特徴とする。このように周方向に溶湯を
攪拌させながら溶湯を冷却していくことでスリーブ内面
とプランジャ端部の間での溶湯の流れの淀みをなくすこ
とができ、粒状に晶出した初晶α相をもつ半凝固溶湯を
均一に得ることが可能であり、湯流れ性を改善すること
が可能である。

【０００９】また本発明の半凝固ダイカストの鋳造方法
は、略円筒状のスリーブは横型であることを特徴とす
る。従来のものにおいては縦型よりも横型のもので問題
が発生しやすく、本発明においては横型で用いる方が特
に改善の効果が大きい。本発明において横型とはスリー
ブの軸を水平方向にして鋳造機に備えたものを指すが、
水平方向から３０°程傾いていても本発明の効果を阻害
するものではない。

【００１０】また、横型において鋳造する際には、横型
の略円筒状のスリーブに溶湯を注湯し、その後前記スリ
ーブ内の溶湯が円筒状スリーブの内径ｗに対して０．５
ｗ以上の高さになるまでプランジャを押し、前記の位置
までプランジャを押した状態で溶湯が一方向に略回転運
動するように外部磁界を与えることが好ましい。より好
ましい溶湯のスリーブ内の高さの範囲は０．７ｗ以上で
ある。前記の工程を経ることで回転運動を溶湯に与えて
もエアの巻き込みが起き難く、酸化物の発生を抑制する
ことが可能である。回転方向を逐次切り替えて、左右に
揺動させることも可能であるが、一方向から逆方向に回
転方向が変わる際に溶湯の動きが一瞬止まり、攪拌不足
となることから一方向にのみ回転させることが好まし
い。

【００１１】前記外部磁界の手段としては図２に示すよ
うな３相の磁界発生誘導コイルをスリーブ外周に設ける
ことで溶湯を周方向に流れさせることができる。また、
漏洩磁界を従来よりも低減できる為に余分な放熱がな
く、冷却を従来ほど行わなくても十分スリーブが耐えら
れ、また寿命も向上する。横型においては溶湯は一方の
内壁面へたまるため、最低でもスリーブの下側には前記
の磁界発生誘導コイルを設ける必要がある。溶湯の周方
向への流れを強めるためにスリーブの外周に沿ってすべ
てに設けても良いのはもちろんであり、溶湯に与える磁
束、消費電力、鋳造装置の形状等から適宜選択されるも
のである。

【００１２】また、本発明のスリーブの構成として、円
筒状スリーブは内筒と外筒に別れて構成され、かつ冷却
用の媒体を通す冷却通路が備えられている。このように
２層にすることによって一定の範囲の冷却速度（例えば
１０°Ｃ／ｓ以下）で溶湯を冷却することができる。ま
たスリーブの耐久性が向上され、設備コストの低減を計
ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１に本発明に使用
する横給湯横締めの装置の縦断面図を示す。本発明の装
置（型締力３５０ｔｏｎ）の一実施例においては、鋳込
スリーブの周方向に３相誘導コイル７をスリーブ周囲に
設置した。この３相誘導コイルに交互に電流を流し、磁
束を各々のコイルで成形される材料に逐次与え、溶湯を
スリーブの中で周方向に攪拌させるとともに材料を加熱
し、徐々に冷却して半凝固状態の金属原料とする。コイ
ル７はスリーブの周りに形成されるヨーク１１に巻線さ
れており、このヨーク１１は抜き打ち加工した鋼材を積
層して形成されている。また、その周囲を絶縁材８で囲
まれている。スリーブ２はサーメット製部材を内筒部１
４に用い、内筒部１４と外筒部１５の２部材を形成して
焼きばめしている。また、その外筒部１５に貫通した冷
却手段１０により水冷されている。なお、実施例１では
水冷しているが水冷にかえて空冷してもさしつかえない
ことは当然である。内部を冷却するオーステナイトステ
ンレスの管が外筒部中に埋め込まれた構造となってい
る。これは内筒部に直接穿穴したり、内筒部と外筒部の
間に形成しても同様の機能を果たすことが明らかであ
る。

【００１４】まず、スリーブ２内のプランジャチップ３
を金型から離れるように摺動させ所定の位置にで停止さ
せた。次にスリーブ２内にＡＣ４ＣＨ材のアルミ溶湯１
を注湯して深さがスリーブの内径ｗに対して０．３ｗと
なるように溶湯を注湯した。次にプランジャチップ３を
押し込み溶湯１をキャビティ６方向に集めてスリーブ２
の内径ｗに対して０．７ｗとなるようにした。その後に
３相誘導コイル７に電流を流して溶湯１を攪拌しながら
徐々に冷却を行い、半凝固金属とした。溶湯が５９０℃
±５℃となるように冷却媒体を冷却パイプに流して制御
した。コイル電流は約５００Ａとして、３相誘導コイル
の内、２つを交互に切り替えて溶湯をスリーブの円周方
向に回転するように外部磁界を与えた。ゲート速度１０
ｍ／秒、加圧力は９０ＭＰａとしてプランジャを押圧
し、５０ｍｍ幅で長さ１００ｍｍ、厚さ３ｍｍの板を鋳
造した。この場合の鋳込スリーブ温度は約（２５０以
下）℃と従来のスリーブ内で半凝固状態とするものに比
較して低い値であった。本発明の方法で鋳造した材料の
機械的性質を通常のチクソキャストと比較すると引張強
さ、耐力および伸び共に本発明の方法で鋳造した成形品
が優れた特性を得ることが出来た。

【００１５】（実施例２）実施例１の装置を用いて同様
にスリーブ内で半凝固金属を製造した。次にそのまま３
相誘導コイルに流す電流を止め、スリーブ内で半凝固金
属を冷却させて略円筒状の凝固金属とした。前記凝固金
属をスリーブ内から取り出し、スリーブ端部の辺近傍で
凝固した部分、スリーブ側面央近傍で凝固した部分、ス
リーブ中心近傍で凝固した部分、それぞれのアルミ金属
を取りだし、組織を観察した。前記の凝固した試料片の
全てにおいてデンドライトは縮退し粒状化した組織が形
成されていることを確認した。この組織形状であるため
に良好な湯流れ性を確保でき、健全な製品を得ることが
可能である。一方、溶湯をスリーブの軸部分と外周部近
傍で逆方向に流れるように溶湯を攪拌するものでは、ス
リーブ端部の辺近傍で凝固した部分においてデンドライ
ト組織が見られた。

【００１６】（実施例３）図２は本発明に用いたスリー
ブおよび溶湯の攪拌機構の断面図の一例である。スリー
ブ２は、その内筒部を低熱伝導材であるサイアロン１４
とし、外筒部１５は非磁性材のオーステナイト系ステン
レス鋼としている。また、外筒部１５の外周にはＳＵＳ
材鋼板を同形に抜き打ち加工して得られた複数のヨーク
部材を積層したヨーク１１を設けた。ヨーク部材は内周
側にコイルを巻く為の櫛歯１６を複数個設けている。こ
の櫛歯１６に３本の導線を交互に巻き、３相の誘導コイ
ル７を形成した。また、この誘導コイル７に誘導加熱装
置（図示せず）を接続している。更に、外筒部１５には
冷却水を循環する通路１０を設けている。誘導加熱装置
からは、周波数約３００〜１０００Ｈｚ、電流約１００
０〜３０００Ａで誘導コイル７に通電している。スリー
ブ内径は８０ｍｍ、外径１４０ｍｍである。また、ヨー
クの外径は２５０ｍｍとした。 また、本実施例では、
スリーブ内を不活性ガスで置換し、成形される材料への
酸化物発生を抑えるために不活性ガス供給手段（図示せ
ず）が設けられている。近年広がりつつある減圧ダイカ
スト等によりスリーブ、キャビティ内を減圧しても鋳造
欠陥に対する効果がある。

【００１７】

【発明の効果】本発明の半凝固ダイカストの鋳造方法に
よれば、従来のチクソキャスト法のようにスリーブ外か
ら半凝固金属をスリーブ内に鋳込む必要が無いので、溶
湯の温度低下が低減されるため、酸化物の発生が抑制さ
れる。それに加え、溶湯が拡散される際にスリーブ内の
隅にまで流れが起こるためにデンドライト成長の抑制が
均一に発生しやすく、金型のキャビティ内に鋳込む際に
も半凝固金属の湯流れ性を悪化させることがなく、複雑
な形状の鋳物を製造することが比較的に容易である。ま
た、特に横型のスリーブを用いるものについては従来で
は金型側のスリーブでもデンドライトの破壊が起きず、
このデンドライト組織の半凝固金属がキャビティ内に入
り込みやすい状態であったが、横型においてもそのよう
なデンドライト組織の発生を低減可能であり好ましい。
さらに横型においてはスリーブの軸に沿って磁束を与え
るものと比較して、溶湯が少なくても効率良く攪拌する
ことが可能であり、様々な鋳造条件に対しても適用でき
る。また、スリーブ内の溶湯が少ない場合には一旦プラ
ンジャを途中まで摺動させ、溶湯を金型側に集中させて
スリーブ内径に対して所定の深さまで上げてスリーブ内
のエアの量を現象させ、その後に攪拌すれば酸化物の発
生を抑制できる。溶湯の攪拌においては３相の誘導コイ
ルを用いれば、磁束の漏れも少なく、また円筒状スリー
ブの周方向に溶湯をスムーズに攪拌可能である。また、
スリーブを内筒と外筒の２つの部材から製造し、内筒は
溶湯に対して耐触性や耐熱性が高いものを使用し外筒部
分に冷却手段を設ければ耐久性の高いスリーブとなり、
工業生産上取りかえる頻度が少なくなるために生産性を
向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる鋳造装置の一例である。

【図２】本発明に用いるスリーブの断面形状である。

【図３】従来の鋳造装置の要部断面図である。

【図４】従来の横型のスリーブ内の溶湯に働く磁束を示
す模式図である。

【符号の説明】

１：成形される材料（半溶融・半凝固体）、２：スリー
ブ、３：プランジャ、４：金型（可動型）、５：金型
（固定型）、６：金型キャビティ、７：誘導コイル、
８：絶縁材、９：導電体、１０：冷却水手段、１１：ヨ
ーク、１２：ダイベース、１３：冷却媒体、１４：内筒
部（サイアロン）、１５：外筒部（オーステナイトステ
ンレス）、１６：櫛歯

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スリーブに設置された磁場発生装置によ
   り磁場を形成し、スリーブ内に溶湯を注湯して粒状の結
   晶粒が残存する半凝固状態に調整した後、プランジャに
   より前記半凝固状態の金属を金型内に圧入するダイカス
   ト鋳造方法において、 前記スリーブは略円筒状とし、かつ溶湯を半凝固状態に
   する際にスリーブの軸に対して略回転運動するように外
   部磁界を与えることを特徴とする半凝固ダイカストの鋳
   造方法
2. 【請求項２】 前記略円筒状のスリーブは横型である請
   求項１に記載の半凝固ダイカストの鋳造方法。
3. 【請求項３】 横型の略円筒状のスリーブに溶湯を注湯
   し、その後前記スリーブ内の溶湯が円筒状スリーブの内
   径ｗに対して０．５ｗ以上の高さになるまでプランジャ
   を押し、前記の位置までプランジャを押した状態で溶湯
   が一方向に略回転運動するように外部磁界を与える請求
   項２に記載の半凝固ダイカストの製造方法。
4. 【請求項４】 前記外部磁界は３相の磁界発生誘導コイ
   ルからなる請求項１〜４のいずれかに記載の半凝固ダイ
   カストの鋳造方法。
5. 【請求項５】 円筒状スリーブは内筒と外筒に別れて構
   成され、かつ冷却用の媒体を通す冷却通路が備えられて
   いる請求項１〜５のいずれかに記載の半凝固ダイカスト
   の鋳造方法。