JP2002096157A

JP2002096157A - 細かい全等軸晶組織の鋳造方法

Info

Publication number: JP2002096157A
Application number: JP2000321963A
Authority: JP
Inventors: Hidemi Sahashi; 秀実佐橋; Katsu Hirayama; 克平山
Original assignee: Taisei Co Ltd
Current assignee: Taisei Co Ltd
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2002-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、金型・鋳造方案・鋳造条件・周辺
技術・等の従来的操作で下げられない不良率を、更に下
げることが出来る手段を提供するものである。【構成】金型・容器・柄杓・ラドル・等の溶融アルミ
合金と直接接触をする部分の裏側に、可聴音波発振器を
取り付けて可聴音波を掛けて、空気泡・酸化物を除去し
ながら鋳込みをし、種晶と遊離結晶を大量に発生させ
て、更に冷却点を添加した塗膜により遊離結晶の数を増
加することで、全等軸晶組織の鋳造欠陥のない緻密なマ
クロ組織にし、耐圧性と耐圧破壊強度の高い鋳造品を得
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミ合金の金型鋳造
や低圧鋳造の健全な鋳造品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、金型鋳造や低圧鋳造で、金型・鋳
造方案（湯流れ充填方案・保温冷却の凝固方案・空気シ
ェルガス抜き方案）・鋳造条件・周辺技術・等を、色々
変えて不良対策をしていた。それらを詰めて管理幅を狭
くしても残る鋳造欠陥があり、不良率を下げることが出
来ない領域に突き当たっていて、中には取りうる手段の
ない鋳造要求品質レベルの品物があった。それらの鋳造
品は、機械的強度部品を除外しても耐圧品や耐圧破壊強
度が必要な部品に多く見られた。従来、金型鋳造や低圧
鋳造で製造する耐圧品や耐圧破壊強度の必要な部品は、
湯廻り不良や湯境のない完全に湯廻り成形が出来た上
で、内部品質が高い鋳造品が要求されている。しかし、
実際に生産出来る鋳造品には、下記のような鋳造欠陥を
内在し実用品レベルで使用上問題にならないとの判断で
使用していたが、製造物責任等の市場環境の変化でもっ
とレベルの高い鋳造品が必要とされるようになってき
た。実際に、厚肉・薄肉・複雑な形状・等で製造されて
いる鋳造品は、溶融アルミ合金の凝固に伴う収縮による引け巣溶融アルミ合金の徐冷凝固に伴う粗大樹枝状組織とその
組織間の引け巣アルミ合金の溶解保持工程で発生し混入した酸化物鋳造の溶融アルミ合金移動と充填工程で発生し混入した
酸化物アルミ合金の溶解保持工程で吸収した溶存ガスによる巣
穴鋳造の溶融アルミ合金移動と充填工程で巻き込む空気に
よる巣穴による鋳造欠陥で圧洩れや耐圧破壊で市場クレームを起
こしたりしていた。

【０００３】溶融アルミ合金の凝固に伴う収縮による引
け巣は、金型に温度分布を作って指向性凝固させたり、
押湯や揚がりを着けて最終凝固部にし切断除去が出来る
鋳造方案で圧洩れ対策がされていた。アルミ合金の溶解
保持工程で発生し混入した酸化物は、溶融アルミ合金を
清浄化をするフラックス処理や細かいアルゴンガスを吹
き込むＧＢＦ処理で分離をさせて除去をする脱酸処理を
していた。又、アルミ合金の溶解保持工程で吸収した溶
存ガスによる巣穴は、フラックス処理やＧＢＦ処理や窒
素ガスによるバブリング処理で脱ガス処理をしていた。
これらの作業標準に基ずく操作により、その操作部分で
の圧洩れに対する問題は殆ど出ないとされていた。

【０００４】溶融アルミ合金の徐冷凝固に伴う粗大な樹
枝状組織とその組織間の引け巣は、鋳造品の厚肉部や金
型温度が高くなる部分で起こり、金型温度分布や塗型剤
による指向性凝固を着けても押湯や揚がりを着けても圧
洩れが止まらなかった。これらの部分では、徐冷を避け
るために金型を冷却したりすると鋳造品の表面近くは、
急冷による細かい組織になるが、例えば肉厚が２０ｍｍ
を越えるような十分な厚肉の鋳造品では中心部までは効
果がなかった。ことに高い圧力での耐圧性が要求される
鋳造品では、細かい組織の次に来る柱状晶の間からも圧
洩れを起こしていた。「金属の凝固」（地人書館・大野
篤美著作）によると、溶融アルミ合金の液面に振動子を
入れて、液面振動をさせると鋳型壁面で粒状に凝固をし
た結晶が遊離をして遊離結晶になり細かい等軸の結晶組
織が得られる。この方法で結晶を細かくすることは出来
るが、鋳造では金型で鋳造品部分が閉じられた空間にな
るので、液面振動を取るための振動子を設置し、液面追
従をすることが出来ないので、一般の鋳造に適用するこ
とができなかった。又、振動子に超音波をかけた事例も
あるが、上記の液面振動程の効果はえられていない。

【０００５】鋳造の溶融アルミ合金移動と充填工程で発
生し混入した酸化物は、例えば湯汲をする柄杓・容器の
底に残るアルミ合金の凝固皮を除外することと、湯口に
網やセラミックフィルターをセットして網やフィルター
に引っかかる酸化物しか除去することが出来なかった。
溶融アルミ合金を一定の温度で保持する時に発生する酸
化物と上記の酸化物の網に引っかからない細かい酸化物
や、網を通過した後に発生する酸化物はそのままになっ
ていた。

【０００６】鋳造の溶融アルミ合金移動と充填工程で巻
き込む空気による巣穴は、必ず溶融アルミ合金が空気の
下に来て確実に空気を上に追い出す鋳造方案で殆ど防止
することが出来る。可傾して充填する湯溜まり部分に溶
融アルミ合金を溜める時や、柄杓で汲む時に少しの落差
が有るだけでその落下部に酸化物と空気穴が発生をす
る。このことは、落差がある鋳造品でも起こり、除去を
する方法がなくそのままになっていた。このことは、水
道水を下で受けたときに泡立つことと同じ現象で、溶融
アルミ合金は水道水より少ない落差で簡単に発生し、同
時に出来る酸化物の粘性で上部へ逃げられない空気泡を
形成する。

【０００７】

【本発明が解決をしようとする課題】本発明は、発生す
る酸化物や空気泡混入を抑えることで、現状では不良対
策をしようのない鋳造欠陥レベルまでをなくし、溶融ア
ルミ合金を充填して凝固をさせる時に柱状晶と粗大な樹
枝状晶の生成を抑えて細かい全等軸晶組織の鋳造品によ
り、高い耐圧性と耐圧破壊強度を向上させる手段を提供
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】溶融アルミ合金と接触を
する金型・容器・柄杓・ラドル等の裏側から、可聴音波
（２０Ｈｚ〜２ｋＨｚ）を与えて空気穴や酸化物を動か
し移動除去し、同時に種晶生成と遊離結晶により細かな
等軸晶を形成して、耐圧性と耐圧破壊強度の高い鋳造品
を得るものである。

【０００９】可聴音波は２０Ｈｚ〜２ｋＨｚの周波数
で、比較的低周波の１００Ｈｚ位迄は市販品で機械的な
往復や回転動作で得られる振動機がある。その少し上の
可超音波は、市販品で空冷を兼ねて動力に空気を用いる
エヤー式ボールバイブレーター（エクセン（株）社製）
では、約４００Ｈｚまで出せる。

【００１０】可聴音波の全域をカバーするために、可聴
音波を電気的に発振出来るスピーカーを用いた。（図
１）のスピーカー式可聴音波発振器は、溶融アルミ合金
と直接接触をする金型・容器・柄杓・ラドル・等の裏側
（１）に薄い板ばねのステンレス板製の振動板（２）を
取り付け、スピーカー式可聴音波発振器内の振動子
（３）との間を、熱影響を小さくするために直接空冷す
るか銅パイプ（４）を巻着けてパイプ内に水を通して、
冷却を出来る様にした固体振動伝送ホーン（４）で直結
する。可聴音波の波形は調節しにくいが、周波数は可変
出来るようにしたものである。

【００１１】オーディオ・ジェネレーターは、可聴音波
の周波数ばかりでなく波形も自由に出来る。（図２）の
オーディオ発振器は、オーディオ・ジェネレーター
（６）に取り付けたスピーカー（７）から空間に発振す
る可聴音波を反射させる集音器（８）で集めて、細くし
に伝送して吸音伝達子（９）に接続をする。吸音伝達子
（９）の内径を段々に細くして、空気中の可聴音波を金
属の可聴音波振動にし、接続した金型の裏側（１）に可
聴音波を伝達する。金型温度による熱影響を小さくする
ために吸音伝達子（９）は、直接空冷するか巻着けた銅
パイプ（４）内に水を通して冷却をする。空間に発振し
た波形がそのまま吸音伝達子（９）で吸音をして音波振
動として伝達されるので当然周波数も可変になるもので
ある。ことにオーディオ・ジェネレーター（６）は、波
形も自由に変えられて鋸波・パルス波・三角等が得ら
れ、可聴音波の波形特性も使い得るものである。

【００１２】前述の「金属の凝固」によれば、溶融アル
ミ合金に浸けた振動子は、溶融アルミ合金内部で変化は
起こさず、振動子による液面振動で振動子と鋳型壁面の
液面からのみ遊離結晶を生成するとされている。これに
対し溶融アルミ合金に接触をする金型・容器・柄杓・ラ
ドル等の裏側から可聴音波を与えると、金型・容器・柄
杓・ラドル等の内部では縦波が伝搬をし表面は横波とな
る。その横波は、金型・容器・柄杓・ラドル等の表面に
垂直に音波振動をして、グラドニ図形模様状の表面音波
振動で溶融アルミ合金を前後に揺することになる。前後
に表面横波振動で揺すられて凝固をした結晶を表面から
遊離させて、遊離結晶を溶融アルミ合金内部でも発生さ
せることが出来る。クラドニ図形模様は、例えば鉄板の
上に砂を蒔いて振動（例えばバイオリンの弦）を与える
時に鉄板上に描かれる模様のことである。蒔いた砂が振
動の強い部分で飛んだり跳ねたりして、振動が弱いか無
い部分へ動いてグラドニ図形の模様となる表面横波振動
をしている。溶融アルミ合金と接触をする金型・容器・
柄杓・ラドル表面は、それら自身の温度と保護被膜の塗
型剤で或程度保温をされているので急激な凝固速度で溶
融アルミ合金が凝固皮状に発達をしにくい。凝固の始め
は点々の粒状（以下、種晶と云う）の結晶が成長をし
て、可聴音波を受けている金型や容器表面で種晶が揺す
られて、金型や容器壁面から離れて遊離結晶となること
が出来る。可聴音波による細かい振動と溶融アルミ合金
と接触をする砂が溜まるような部分を除いて、ほぼ全面
から遊離結晶が得られることになるので、液面振動より
遥かに多くの遊離結晶が得られ、可聴音波の多い音波振
動の回数でより細かくなる。多くて細かい遊離結晶を徐
冷凝固をさせるとき、柱状晶や樹枝状晶が粗大に成長し
ようとしても直ぐに遊離結晶に当たって成長することが
できなくなり、遊離結晶の細かいままで凝固を完了して
しまう。従って、遊離結晶の大きさから殆ど成長をして
いない細かい等軸晶の鋳造品が得られることになる。こ
の結果、厚肉や金型が高温で徐冷される鋳造品でも肉厚
内部まで細かい等軸晶の鋳造品が得られ、耐圧性と耐圧
破壊強度に優れたものとなる。

【００１３】インゴットケースの下に、エヤー式ボール
バイブレーターを取り付けて、溶融アルミ合金を流して
作ったインゴットの上面をフラットで▽▽▽仕上げにフ
ライス加工をして、最終凝固部のマクロ組織の結晶粒度
を測定した。マクロ組織の腐食は、塩化第二銅水溶液で
腐食後硝酸に着けて水洗いしエヤーブロー乾燥をした。
（以下、マクロ組織の腐食方法は同じ）結晶粒度は、２ｃｍ平方の線と交わる結晶粒数は１／２
とし、２ｃｍ平方の線内に入る結晶粒数との合計を、ラ
ンダムに４箇所を数えてその合計を１平方ｃｍ当たりに
換算をした数値の最小値〜最大値で表わした。（以下、
結晶粒度は同じ方法で測定をした。）鋳込条件材質：ＡＣ４Ｃ鋳込温度：７００℃ インゴットケース内側表面温度：４２０℃ 一般の流し込み結晶粒度（個／平方ｃｍ）２．４〜４．３液面振動子（文献）５０Ｈｚ１０８〜１２１上面が開放されているので液面振動がとれた。エヤー式ボールバイブレーター５０Ｈｚ１２５〜１３１１００Ｈｚ１６６〜１７９文献による液面振動子より細かく、周波数が高い程細かい等軸晶がえられた。

【００１４】エヤー式ボールバイブレーターで可聴音波
を掛けるとマクロ組織での結晶粒度が細かくすることは
出来た。この結晶粒度が細かくなることで、溶融アルミ
合金の凝固に伴う収縮による引け巣に対する効果を見る
ために、（図３）の試験金型を作成した。横２００ｍｍ
×縦１５０ｍｍ×厚さ６ｍｍの板（１０）に、一般に鋳
造品で殆ど設計されない５０ｍｍ□の厚肉（１１）部分
をつくり、押湯（１２）を通常より極端に小さく設定を
して厚肉（１１）部分が引け巣を起こすように設定した
試験金型である。可聴音波は堰（１３）部の裏側に設置
をし、５０ｍｍ□の中心を切断した断面を▽▽▽のフラ
イス仕上げをした。その後、上記の仕様でマクロ腐食を
し、結晶粒度を測定した。鋳込条件材質：ＡＣ４Ｃ鋳込温度：７２０℃ 金型温度：４２０℃ 一般の流し込み結晶粒度（個／平方ｃｍ）５．９〜９．３５０ｍｍ□の中心部大きな引け巣が発生していた。エヤー式ボールバイブレーター＊２００Ｈｚ６５．８〜８１．４インゴットに流し込み後に可聴音波を掛けた。以下のものは、流し込み始めからインゴット上面が凝固をするまで、可聴音波を掛け続けたものである。２００Ｈｚ１６３〜２０６４００Ｈｚ２０５〜２２９スピーカー式可聴音波発振器４００Ｈｚ２５４〜２７２１０００Ｈｚ３２０〜３６２オーディオ発振器（サイン波）４００Ｈｚ２４５〜２８３１０００Ｈｚ３１８〜３５４オーディオ発振器（パルス波）４００Ｈｚ２８８〜３０２１０００Ｈｚ３５９〜５０１可聴音波を掛けたインゴットは、５０ｍｍ□中心部の引
け巣は出なくなり細かい等軸晶が非常に有効に作用をし
た。同じ周波数でもその出力や掛け方で結晶粒度が少し
ずつ変化をするが、何れも細かい等軸晶が得られる。周
波数が大きい程細かくなり、同じ周波数ではゆったりし
たサイン波よりパルス波の方が細かくなる傾向がある。
（図４）にオーディオ発振器（サイン波）４００Ｈｚで
得られた試験片の断面マクロ組織を倍率１：１で示す。
（図５）は（図４）と同じ条件の試験片が凝固をする途
中に押湯（１２）から金属棒で軽く押してみた物であ
る。凝固が送れる共晶部分が内部から押し出されて表面
側へ移動して、返って表面側より内部の方が細かい等軸
晶となった。

【００１５】鋳造の溶融アルミ合金移動と充填工程で発
生し混入した酸化物は、湯口にセットする網やフィルタ
ーでろ過する方法しかなかった。鋳造のアルミ合金移動
と充填工程で巻き込む空気による巣穴は、鋳造方案でひ
たすら巻き込まないように静かに、溶融アルミ合金を移
動したり充填したりすることしかなかった。しかし、実
際には、溶融アルミ合金を柄杓やラドルで汲上げたり流
し出したりするときに、少しの落差があるだけで空気を
巻き込んで空気泡を作り、空気泡の巻き込みに併発して
酸化物を作る。これは、水面に蛇口から水を落下させる
と空気が一緒になって水中に入って、空気泡を作る現象
と同じである。巻き込んだ空気泡は溶融アルミ合金を酸
化させて、その酸化物が粘性を高くした状態で同居する
ために巻き込み空気が残されてしまう。これを充填工程
で鋳造品の内部へ持ち込んで巣穴や酸化物となり、鋳造
欠陥となって圧洩れを起こしたりしていた。溶解・保持
炉から柄杓やラドルで汲み上げてると、溶融アルミ合金
は落差が出来て液面に落下口（１４）となり、（図６）
のように酸化物（１５）とその下に空気泡（１６）が混
在する状態になってしまう。（図７）のように作業上支
障にならない位置に、可聴音波発振器（１７）を取り付
け可聴音波をあたえたら空気泡が浮上して、その泡が破
裂したことで空気が抜けるたことが確認出来た。これは
可聴音波の液面に向かう進行波と、可聴音波の圧力で微
妙に膨張収縮を繰り返し、その膨張をするときに浮上促
進されると考えられる。そのまま、可聴音波を与え続け
ると酸化物が徐々に浮上をして、液面上の白い酸化物が
増えていった。液面上が空気になるので、液面に向かう
進行波を形成し酸化物がその進行波で移動してくると考
えられる。超音波モーターや物体を空中に浮かすことが
できるのは、進行波を形成させるからである。この状態
の溶融アルミ合金を充填すると酸化物が湯流れに巻き込
まれて、鋳造品の内部に巻き込まれて鋳造欠陥となり耐
圧性を悪くする。この酸化物をへらでかいて取り除きな
がら充填をされたりしたが、その酸化物がへらに付着を
して次の鋳造サイクルで混入をしたりしていて、自動化
する時の問題点となっていた。鋳造方案で溶融アルミ合
金が充填をする湯口や湯道の経路に、網を入れて酸化物
を引っ掻ける方法もあるが、網が湯流れ抵抗になって湯
廻り性を悪くしていた。（図７）の溶融アルミ合金が出
ていく吐出口（１８）に酸化物がなければ清浄な溶湯で
充填が出来る。そのために、耐熱性で気孔のある断熱板
の吸音材（１９）を吐出口（１８）の反対側に設置を
し、吸音材（１９）に向かう進行波を形成した。これに
より、液面上に向かっていた酸化物と空気泡が吸音材
（１９）に寄せられて、吐出口（１８）からは清浄な溶
湯を充填出来るようにしたものである。吸音材（１９）
は、耐熱性で気孔性が高ければ何でもよいが、ガラスウ
ールやアエロジルを固めたマイクロサームの上に塗型剤
を施工したものがよかった。又、（図８）のようにＶ溝
を繋いだ鋸刃や三角形状に成形した音波吸収治具（２
０）セラミックや鋳鉄に塗型剤を施工したもので、吸音
することは更に有効であった。酸化物の量を確認するた
めに、吐出口（１８）から出た溶融アルミ合金の５ｋｇ
分を＃５０の金網を通して、インゴットケースで受けて
溜めた。この金網に引っかかった酸化物を比較した。フラックス処理前（図６）のラドルで給湯３．４ｋｇ分インゴットになったところで金網を溶融ア
ルミ合金が通らなくなった。金網の上に酸化物が山盛り
で詰まっていた。フラックス処理後手柄杓で静かに汲上げ給湯５ｋｇ分インゴットになった。金網の上に点々状に９
点分の酸化物の塊が残っていた。フラックス処理後（図６）のラドルで給湯４．８ｋｇ分がインゴットになった。金網の上は全面酸
化物で埋め尽くされていた。フラックス処理後（図７）のラドルに４００Ｈｚの可聴音波を５秒掛けてから給湯１０秒掛けてから給湯５秒掛けて掛けながら給湯直ぐ掛けながら給湯全て約５ｋｇ分のインゴットになった。給湯の最後に吸
音材（１９）側に寄せられていた酸化物が、どろどろの
状態で金網の上に載ったが、途中で金網に堆積をするこ
とはなかった。その酸化物の量は可聴音波を掛けている
時間が長い程、目視で多くなっている傾向があったが、
どれも酸化物が巻き込まない効果が認められた。給湯の
最後の酸化物は鋳造方案の湯口に溜まった時が、充填の
完了になって鋳造品には入らず残るので問題にならな
い。

【００１６】金型鋳造・低圧鋳造では、（図９）の様に
溶融アルミ合金（２１）と接触をする金型（２２）・容
器・柄杓・ラドル・等では、アルミ合金の浸食保護・通
気性保温性を目的に耐熱性の無機材料による塗型剤を施
して塗膜（２３）を形成して使用をする。この塗膜（２
３）表面は凹凸になっており、溶融アルミ合金がその凸
部の先端に接触をして初期的な凝固をし、凹部では高温
の空気（２４）が溜まって非接触になりその空気（２
４）で保温される。このことで初期凝固状態は種晶（２
４）を生成し、塗膜表面を振動・撹拌・音波等で揺さぶ
ったり湯流れの勢いで動かしたりすることで、種晶（２
５）が離れて遊離結晶（２６）となる。塗膜（２３）は
通気性が必要なために気孔を有する膜になっているの
で、塗膜強度が弱く凹凸は鋳造の繰り返しサイクルで、
早く凸部が摩耗をしてフラットになってしまう。フラッ
トになると凸部の機能が無くなって、種晶（２５）を生
成しなくなり凝固皮に続いて柱状晶を生成しやすくな
る。この柱状晶の間は、境界が界面に垂直に微細な引け
を伴い圧洩れを起こしやすくなる。塗膜の凹凸がある鋳
造の始めは良いが、その日や時間で変化をする摩耗によ
り急激に圧洩れとなってくるので、塗膜の凹凸等の鋳造
条件管理が出来ず、常に変動する不安定な状態にあっ
た。又、凹凸が無くなる時点で塗膜を再度施工するに
は、その耐久時間やショット数が少なすぎて非常に生産
性が悪くなり、再度の施工をするには凹凸が維持出来る
耐久性が少なすぎた。塗膜を形成する市販の塗型剤は、
耐熱性の無機粘結剤と保温性・通気性のある無機の骨材
で形成されている。この塗膜の凹凸は、凸部で冷却をし
凹部が保温になり、その凹凸の荒さか種晶を発生させ凸
部がなくなると、凹部と同じ高さで全体がフラット部に
なり、前述のような種晶（２５）が生成するようなメリ
ハリが無くなる。この結果、厚肉や徐冷の鋳造品内部の
組織が粗大化をして耐圧性を悪くしていた。

【００１７】保温性・通気性の市販塗型剤が摩耗をして
凹凸がなくなり、フラットになった状態で、凝固のメリ
ハリを作るには、（図１０）のように、保温性の塗膜
（２２）のマトリックスの中に局部的に点々状に凝固を
早める冷却点（２７）を設ければ、通気性・保温性の塗
膜（２２）の中に点々状に先行冷却をされる点が形成出
来る。その冷却点（２７）と周囲の保温性マトリックス
で種晶（２５）を生成出来るものである。保温性のマト
リックスと冷却点（２７）が分布をするので凹凸が無く
なって、その上に塗膜が摩耗してきても冷却点（２７）
と周囲の保温性マトリックスが常に表面に露出をしてく
るので完全に塗膜が無くなるまで種晶（２５）を生成し
続けることが出来る。このことで塗膜の凹凸の摩耗が塗
膜の膜厚の摩耗までの耐久になるので、耐久性について
も格段に向上出来るものである。凝固速度は温度伝導率
と時間の２乗に比例するので、冷却点（２７）の材料に
は温度伝導率の高い材料が望ましい。その温度伝導率が
高い材料には、金属ではＡｌ，Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏ，酸化物
ではＳｒＯ，ＢａＯ，ＺｒＯ，セラミックでは珪化Ｍｏ
がある。市販の塗型剤（例えば、ダイコート＃１４０Ｅ
ＳＳ）を用い、冷却点（２７）用の材料を粒子径が約３
０μｍのものを５重量％を添加して、インゴットケース
に刷毛塗り施工をしバーナー乾燥をした。これに溶融ア
ルミ合金を一般の流し込みをして、結晶粒度を測定し
た。鋳込みの条件は前述のインゴット鋳込みと同じにし
た。ダイコート１４０ＥＳＳ結晶粒度（個／平方ｃｍ）２．４〜３．３セラミック珪化Ｍｏ粉末添加１０２〜１２１エヤー式ボールバイブレーター可聴音波の周波数５０Ｈｚ金属Ａｌ２０３〜２３３金属Ｃｕ２１０〜２４５金属Ｗ２２８〜２５６金属Ｍｏ２２８〜２６３酸化物ＳｒＯ２３３〜２７８酸化物ＢａＯ２３８〜２６１珪化Ｍｏ２４０〜２６２塗膜が単独でも等軸晶を細かくする効果は十分ある。金
属Ａｌ，金属Ｃｕは耐熱性の不足と接着をして溶融アル
ミ合金に取られて、摩耗が早かった。冷却点（２７）が
分散をしている塗膜が単独でも効果があり、更に可聴音
波を掛けると非常に細かい等軸晶が得られた。

【００１８】冷却点（２７）の添加剤に珪化Ｍｏを選択
し、粒子径を変化させて上記と同じ条件で試験をした。
珪化Ｍｏの添加量は、５重量％とし上記と同量にした。珪化Ｍｏの平均粒子径（μｍ）結晶粒子径（個／平方ｃｍ）１１０４〜１２４１０１８９〜２０１３０２４０〜２６２５０２５５〜２８８８０２３４〜２７３１００２２８〜２６９２００２３０〜２７９５００２１２〜２３６１０μｍ以下で粒子が小さくなってくると、種晶（２
５）を作る冷却点（２７）間隔が狭くなり種晶同士が繋
がって皮状態に成りやすくなるので、その内側に柱状晶
を生成しやすくなる。５００μｍ以上で大きくなると荒
すぎて塗膜形成をするときに塗布性が悪くなると同時
に、塗膜強度が低くなり冷却点（２７）が取れ易くなっ
てきて、塗膜の摩耗が激しくなる。３０〜２００μｍが
摩耗も少なく、種晶の数も多くなった。

【００１９】結晶粒子径が小さく結果が良さそうな珪化
Ｍｏの５０μｍのもので、添加量を変えて上記と同じ条
件で試験をした。珪化Ｍｏの添加量（重量％）結晶粒子径（個／平方ｃｍ）０．０５１６８〜１９４０．１１７２〜１９１０．２１８８〜２０８０．５２３９〜２６００．８２３８〜２７７１．０２４３〜２７８３．０２４７〜２８１５．０２５５〜２８８７．０２６６〜３０３１０．０２４５〜２７６１１．０２１１〜２３０１２．０１８４〜２１９１３．０１６２〜１８９添加量は、０．０５重量％でもよく遊離結晶を生成で
き、５．０〜７．０重量％が一番細かくなった。その後
は添加量が増えるにしたがって結晶粒子径は減少してい
くのは、生成する種晶（２５）の数が多くなり種晶間隔
が狭くなり繋がって皮状態になって遊離結晶として出に
くくなってくるからである。

【００１９】

【作用】可聴音波の発振器は、溶融アルミ合金と接触を
しているところで、種晶を生成したい部分で鋳造作業に
邪魔にならない、例えば、金型の湯口部の裏側や容器・
柄杓・ラドルの横位置での裏側部分に取り付ける。エヤ
ー式ボールバイブレーターはネジ止めして取り付け・ス
ピーカー式可聴音波発振器は振動板（２）をネジ止めし
て取り付け・オーディオ発振器は吸音伝達子（９）の先
端にネジ加工をして（図２）のようにネジ止めをすれば
設置が出来る。可聴音波を掛けるタイミングと時間は、
容器・柄杓・ラドルでは溶融アルミ合金を溶融・保持炉
からのの汲上げから流し出し終了までが、最大の接触時
間となりその内で必要な時間だけを区切って掛けてもよ
い。空気泡や酸化物を除去したいときは、容器・柄杓・
ラドルに溶融アルミ合金を溜め始めか溜めてから、数秒
から数十秒かければ良い。又、溶解・保持炉からの汲上
げ位置近くの溶融アルミ合金中に可聴音波を掛けても、
溶解したアルミ合金中の空気泡や酸化物を除外出来る。
金型では、溶融アルミ合金を鋳込みする始めから凝固の
完了までの時間が最大の長さとなるが、主に鋳込み開始
から完了までで十分な効果が得られる。冷却点（２７）
を添加した塗型剤は、金型では予熱をしておいて塗装用
のスプレーガンで塗膜の施工をし、容器・柄杓・ラドル
は主に刷毛塗り後自然乾燥をしたものを、予熱昇温して
から使用を始める。可聴音波のみより更に細かい結晶粒
子径を得て高い耐圧性や耐圧破壊強度の鋳造品や、塗型
剤の長い耐久性により長時間品質を安定して連続鋳造を
するときに有効になる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明をする。

【実施例１】鋳造品名工業用冷却器の蓋鋳造材質ＡＣ４Ｃ−Ｔ６鋳造品重量１０６０ｇ品質基準耐圧空気４０ｋｇ／平方ｃｍ×５分・圧洩れなきこと耐圧破壊強度１００ｋｇ／平方ｃｍ以上蓋を治具にセットをして窒素ガスで圧力を緩やかあげ
て、破壊した時点の加圧圧力とする。鋳造方案３年に渡り方案修正を繰り返して現在に到
る。その現在の最終方案を（図１１）に示す。主なる特
徴は穴（２８）で金型の左右の温度バランスを取ったこ
とと、溜まり（２９）の設定で充填時の湯流れを静かに
し凝固をするときは製品部より凝固を遅らせて指向性凝
固を取った。（従来の結果）素材完成品合格率平均８１．４％抜き取り耐圧破壊強度１１０．８ｋｇ／平方ｃｍ取り付け穴付近で割れて破壊をしていた。結晶粒度３７．４個／平方ｃｍ（可聴音波−１）エヤー式バイブレーターを湯口部の金
型裏側にセットをし、１００Ｈｚの可聴音波を溶融アル
ミ合金の充填開始から完了までの区間掛けて鋳造をし
た。素材完成品合格率平均９８．６％抜き取り耐圧破壊強度１２２．３ｋｇ／平方ｃｍ蓋の中心部が膨れて割れ、取り付け穴では破壊をしなか
った。結晶粒度１３９個／平方ｃｍ（可聴音波−２）（可聴音波−１）と給湯の柄杓にも同じエヤー式バイブ
レーターをセットして、１００Ｈｚの可聴音波を溶融ア
ルミ合金の汲み取りから給湯完了までの区間掛けて鋳造
をした。素材完成品合格率平均９９．８％抜き取り耐圧破壊強度１４３．８ｋｇ／平方ｃｍ蓋の中心部が膨れて割れ、取り付け穴では破壊をしなか
った。結晶粒度２０６個／ｋｇ（可聴音波−３）（可聴音波−２）と、溶融アルミ合金と接触をする柄杓
と金型の湯口等の鋳造方案部に、珪化Ｍｏを入れた塗型
剤をコーティングをして鋳造をした。塗型剤は市販の塗
型剤（ダイコート＃１４０ＥＳＳ）に、平均粒子径３０
μｍの珪化Ｍｏを５重量％添加して、柄杓は刷毛塗り金
型は塗装用のスプレーガンで施工して用いた。素材完成品合格率９９．９％生産予定が１０００個で平均が取れなかったが、鋳造開
始後の始めの方の鋳造品で不良となって後はでなかっ
た。抜き取り耐圧破壊強度１４５．３ｋｇ／平方ｃｍ破壊の形態は（可聴音波−２）と同じで、大幅な強度の
向上は無かったがこれまでの最高の耐圧破壊強度になっ
た。結晶粒度２５８個／平方ｃｍ

【実施例２】鋳造品名２重管排気ダクト（１６００ｃｃ−エン
ジン）鋳造材質ＡＣ４Ｃ鋳造品重量５３００ｇ品質基準空気耐圧１０ｋｇ／平方ｃｍ圧洩れ無
きこと。鋳造方案約２年に渡り方案修正を続け、現在（図
１２）の状態になっている。主なる特徴は、落下した溶
融アルミ合金を金網（３１）を通して、上部開放の揚が
り（３０）と共に湯流れを静かにすると同時に酸化物を
引っ掻けて、揚がり（３０）の凝固を遅らせて製品部か
ら指向性凝固を取った。（従来例）湯廻り不良率１１．６％加工後巣穴不良率５．８％加工後圧洩れ不良率３８．８％圧洩れ品２回含浸後不良率１５．２％総合計不良率３２．６％（圧洩れ２回含浸
後）結晶粒度５８．３個／平方ｃｍ大きな鋳造品で、パイプ部分が２重管になっていて鋳造
品としては、非常に難しいものであり、ながい時間を掛
けてようやくたどり着いた鋳造の実績である。その上に
鋳造品で厚肉２５ｍｍ部分があり、冷却をしても収縮に
よる引けが起こりその引け部から圧洩れを起こしている
ので、打つ手が無くなっていた。加工後の圧洩れ不良率
が高いので、全数含浸をしていた。鋳造条件管理を含め
て、更に不良率を低下させる手法は殆ど無くなって何を
したらいいのか目安が着いていない鋳造品である。（可聴音波−４）難しい鋳造品なので考えられる良い条
件を全部含めて鋳造トライをした。湯口部の金型裏側と
自動給湯ラドルの横側に、それぞれオーディオ発振器を
セットし溶融アルミ合金と接触をする金型の鋳造方案部
と製品部全てと柄杓に（実施例１−可聴音波３）と同じ
塗型剤を施工した。波形をパルス波にし周波数は２００
Ｈｚの可聴音波を掛けた。湯廻り不良率３．６％加工巣穴不良率１．４％加工後圧洩れ不良率４．９％圧洩れ品１回含浸後不良率１．５％総合計不良率６．５％（圧洩れ品１回含浸
後）結晶粒度２８３個／平方ｃｍ総合計不良率が約１／５に激減させることができたの
は、結晶粒度が細かくなった効果と考えられる。このた
めに加工後の圧洩れ不良率が低下したので一回目の含浸
工程をやめられた。圧洩れ品１回含浸不良率による救済
が多いのは、圧洩れ経路の大きさが小さくなって含浸に
よる封孔効果が出たと考えられる。湯廻り不良率の減少
割合が少ないのは、同じ鋳造条件を採用し湯廻り向上の
対策をしていない要因もあるが、巻き込み空気や酸化物
については従来より少々減ったレベルで湯廻り性が少し
向上したものと考えられる。（可聴音波−５）自動給湯ラドルを（図６，７）のよう
に、給湯口の反対側を切り欠いてアルミナ製ガラスウー
ルを珪酸ソーダで固めて、珪化Ｍｏ入りの塗型剤を刷毛
塗り施工した。他は、全て（可聴音波−４）と同じ条件
とした。湯廻り不良率０．３％加工巣穴不良率０．１％加工後圧洩れ不良率１．２％圧洩れ１回含浸不良率０．０％総合計不良率１．６％（圧洩れ１回含浸後）結晶粒度２７９個／平方ｃｍトライ生産をした３５００個の範囲では、素材圧洩れ品
の４２個を１回含浸して圧洩れ品は零となった。加工後
の圧洩れ不良率が１％を切れないのは、鋳造品が２重パ
イプで展開した形状での面積が非常に大きく、堰から湯
流れ先端までの距離が約８２０ｍｍに及んで非常に難し
いため、どうしても充填での湯流れ状態が一定にならな
いためと考えられる。（図１３）から（図１５）の上段
は各々現物のマクロ組織・中段はそれを１００倍に拡大
した組織と、（図１４）と（図１５）の下段は１００倍
に拡大した顕微鏡組織（腐食無し）を示す。（図１３）
は従来の堰部で粗大な樹枝状組織と下段は樹枝状組織間
の収縮による引け巣である。（図１４）は（可聴音波−
５）条件の堰部で樹枝状組織の出始め位の小さい等軸晶
となって、大きな樹枝状組織は無く細かくなっている。
（図１５）は鋳造品で圧洩れを起こして問題となってい
た厚肉２５ｍｍ部分で、殆ど樹枝状組織が無くなり丸い
初晶の粒のみで成り立ち、収縮による引けも認められな
い良好な鋳造品となった。従って、上段のマクロ組織で
は結晶粒度が測れないレベルになっているので、圧洩れ
不良率が激減するのは当然の結果となる。

【００２２】

【発明の効果】従来、不良対策では、金型・鋳造方案・
鋳造条件・周辺技術等を操作しいて、これ以上不良率を
下げられない領域があり、その領域では打つ手がない状
態になるまで詰めて不良対策をしていた。これに周辺技
術に可聴音波を掛ける手法を提供することで、更に不良
率を下げることが出来るものである。従来、打つ手がな
い不良や見逃されていた不良原因の、空気泡や酸化物を
除去鋳造品への混入を防止し、結晶粒度が細かくなり鋳
造内部品質を緻密にして、更に耐圧性や耐圧破壊強度を
向上させうる手段である。

【図面の簡単な説明】

【図１】スピーカー式可聴音波発振器の断面図である。

【図２】オーディオ発振器の断面図である。

【図３】試験用鋳造素材の形状斜視図である。

【図４】試験片厚肉部の断面マクロ組織である。

【図５】試験片厚肉部の加圧後の断面マクロ組織であ
る。

【図６】ラドル内部溶融アルミ合金の空気泡と酸化物生
成の断面図である。

【図７】可聴音波発振器と吸音材を取り付けたラドルの
上面図である。

【図８】音波吸収治具の断面図である。

【図９】市販の塗膜の凹凸断面図である。

【図１０】冷却点を添加した塗膜の断面図である。

【図１１】クーラー蓋の固定金型正面図である。

【図１２】排気ダクトの固定金型正面図である。

【符号の説明】

１裏側２振動板３振動子４銅パイプ５固体振動伝送ホーン６オーディオ・ジェネレーター７スピーカー８集音器９吸音音波伝達子１０板１１厚肉１２押湯１３堰１４落下口１５酸化物１６空気泡１７可聴音波発振器１８塗出口１９吸音材２０音波吸収治具２１溶融アルミ合金２２金型２３塗膜２４空気２５種晶２６遊離結晶２７冷却点２８穴２９溜まり３０揚がり３１金網

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１１月２１日（２０００．１１．
２１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】スピーカー式可聴音波発振器の断面図である。

【図２】オーディオ発振器の断面図である。

【図３】試験用鋳造素材の形状斜視図である。

【図４】試験片厚肉部の断面マクロ組織である。

【図５】試験片厚肉部の加圧後の断面マクロ組織であ
る。

【図８】音波吸収治具の断面図である。

【図９】市販の塗膜の凹凸断面図である。

【図１０】冷却点を添加した塗膜の断面図である。

【図１１】クーラー蓋の固定金型正面図である。

【図１２】排気ダクトの固定金型正面図である。

【図１３】従来の厚肉部のマクロとミクロ組織である。

【図１４】可聴音波を掛けた厚肉部のマクロとミクロ組
織である。

【図１５】冷却点入り塗膜に可聴音波を掛けた厚肉部の
マクロとミクロ組織である。

【符号の説明】１裏側２振動板３振動子４銅パイプ５固体振動伝送ホーン６オーディオ・ジェネレーター７スピーカー８集音器９吸音音波伝達子１０板１１厚肉１２押湯１３堰１４落下口１５酸化物１６空気泡１７可聴音波発振器１８吐出口１９吸音材２０音波吸収治具２１溶融アルミ合金２２金型２３塗膜２４空気２５種晶２６遊離結晶２７冷却点２８穴２９溜まり３０揚がり３１金網

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２２Ｄ 27/18 Ｂ２２Ｄ 27/18 Ｂ 41/00 41/00 Ｚ 43/00 43/00 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融アルミ合金と直接接触をする金型・容
器・柄杓・ラドル等の裏側から可聴音波（２０Ｈｚ〜２
０ｋＨｚ）を与えながら移動したり鋳込んだりする鋳造
方法。
【請求項２】エヤー式ボールバイブレーターを溶融アル
ミ合金と直接接触をする金型・容器・柄杓・ラドル等の
裏側に接続をする（請求項１）の鋳造方法。
【請求項３】薄いステンレスの振動板（２）を、溶融ア
ルミ合金と直接接触をする金型・容器・柄杓・ラドル等
の裏側に接続をし、振動板（２）と振動子（３）の間を
固体振動伝送ホーン（５）で接続をする（請求項１）の
鋳造方法。
【請求項４】オーディオ・ジエネレーター（６）のスピ
ーカー（７）部分に集音器（８）を取り付け、溶融アル
ミ合金と直接接触をする金型・容器・柄杓・ラドル等の
裏側に、吸音伝達子（９）で接続をする（請求項１）の
鋳造方法。
【請求項５】アルミ合金溶湯に直接接触をする部分に施
工をする時に、金属Ｗ，Ｍｏ・酸化物ＳｒＯ，ＢａＯ，
ＺｒＯ・セラミック珪化Ｍｏ・等の粉末を添加分散した
塗型剤。
【請求項６】金属Ｗ，Ｍｏ・酸化物ＳｒＯ，ＢａＯ・セ
ラミック珪化Ｍｏ・等の粉末の、粒径が１０〜２００μ
ｍで、添加量が０．０５〜１２．０重量％を添加した塗
型剤。