JP2003025054A - マグネシウム合金の射出成形方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産性とコスト削減において優位な半凝固プ
ロセスによってマグネシウム合金の射出成形を行うに当
たり、初晶マグネシウムを効率よく微細化してより均一
な固相粒子を得る方法を確立し、もって、最終製品の品
質を向上する。 【解決手段】 本発明は、次の工程（ａ）〜（ｃ）を備
えていることを特徴とするマグネシウム合金の射出成形
方法である。 （ａ） アルミニウムを合金要素として含有するマグネ
シウム合金の溶融金属に結晶粒の微細化機能を有する微
細化剤を添加する第一工程 （ｂ） 前記微細化剤が添加された溶融金属をチャンバ
ー内で撹拌しながら冷却することにより、当該溶融金属
をマグネシウムの初晶を有する半凝固スラリーに遷移さ
せる第二工程 （ｃ） 前記半凝固スラリーを前記チャンバーの排出口
から排出して外部の成形金型に射出する第三工程

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウムを合
金要素として含有するマグネシウム合金を鋳造するため
の射出成形方法及び装置に関するものである。より具体
的には、本発明は、マグネシウム合金の半凝固プロセス
を用いた素形材加工の方法であって、溶融金属の冷却時
における半凝固スラリーの微細化を改善することによっ
て、強度と伸び及び疲労特性に優れたマグネシウム合金
材料よりなる製品を製造する方法及び装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、固体を固液共存領域まで加熱
して金属を加工成形する半溶融プロセス（チクソキャス
トプロセス）、または、液体を固液共存領域まで冷却し
て加工成形する半凝固プロセス（レオキャストプロセ
ス）で得られた製品の機械的性質は、成型品中のαマグ
ネシウム初晶が微細なほど、機械的特性が優れているこ
とが知られている。特に、初晶マグネシウムの平均サイ
ズを５０ミクロン以下とすることで、著しく機械的特性
が向上することが知られている。

【０００３】上記各プロセスのうち、半溶融プロセス
（チクソキャストプロセス）は、固体状態のビレットや
チップを再加熱して固液共存状態にしてから、金型内の
空間（キャビティー）内に射出して成型する方法である
ため、溶融金属をいったん適切な方法で凝固させてビレ
ットを作製した後、再加熱して成形する必要があり、製
品を得るまでの加工プロセスが半凝固プロセス（レオキ
ャストプロセス）よりも多くなるという欠点がある。ま
た、ビレットを切削加工などでチッピングして切り子を
得て、これを再加熱するいわゆるチクソモールディング
プロセスでは、さらに、半凝固プロセス（レオキャスト
プロセス）よりも加工プロセスが複雑となる。その理由
は、半凝固プロセス（レオキャストプロセス）は、溶融
金属を固液共存領域まで冷却せしめて固液共存状態のス
ラリーを得た後、直ちに金型内部へ射出して成形するか
らである。

【０００４】よって、半凝固プロセス（レオキャストプ
ロセス）の方が成形加工プロセスが簡易であり、製品の
生産性が高く、工数が少ない分だけ製造コストの低減が
可能である。さらには、半溶融のためのビレットを製造
するためのエネルギーや、これを再加熱するためのエネ
ルギーが削減される分だけ、製造コストの低減が可能で
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これに対して、半凝固
プロセス（レオキャストプロセス）では、溶融金属の冷
却過程において晶出した初晶αデンドライトに対して適
切な方法でせん断や引張の応力を与えることでそれを分
断し、その初晶を微細化する必要がある。しかし、現状
の半凝固プロセス（レオキャストプロセス）の冷却過程
で行われているような単なる機械的撹拌や電磁力による
撹拌では、デンドライトを十分に分断することができな
いことが多く、このため、従来の半凝固プロセス（レオ
キャストプロセス）では、初晶のサイズが５０ミクロン
以下となる高品質の製品を成形することは極めて困難で
あった。

【０００６】実際、現時点で実用化されている半凝固プ
ロセス（レオキャストプロセス）で得られている初晶α
相のサイズは未だ平均１００ミクロン程度にしか達して
おらず、平均初晶サイズが１００ミクロン以下の製品は
皆無である。一方、微細化剤を含むアルミニウム合金溶
湯又はマグネシウム合金溶湯を冷却治具を使用せずに保
持容器に注ぎ、この保持容器内において前記溶湯を所定
時間内で所定温度まで冷却を行って微細化し、これによ
って得られた半溶融のビレットを成形金型に移送して加
圧成形する成形方法も開発されている（特開平１０−１
５８７５６号公報参照）。

【０００７】しかし、この方法では、保持容器内での冷
却過程において、微細化剤を含む合金溶湯に対して何ら
の物理的な処理を加えていないので、合金スラリー中に
微細化した部分とそうではない部分が偏在し、初晶サイ
ズの分布にむらのある不均一なビレットになることが多
く、このため、製品の品質をそれほど向上することがで
きないものと考えられる。本発明は、このような実情に
鑑み、生産性とコスト削減において優位な半凝固プロセ
スによってマグネシウム合金の射出成形を行うに当た
り、初晶マグネシウムを効率よく微細化してより均一な
固相粒子を得る方法を確立し、もって、最終製品の品質
を向上する点にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願発明者らが種々の実験を行った結果、アルミニ
ウムを合金元素として含むマグネシウム合金の溶融金属
（完全溶融状態の溶湯及び固液共存状態の双方を含
む。）を半凝固プロセスによって冷却及び撹拌して半凝
固スラリーにするに際して、その合金元素であるアルミ
ニウムと化学反応を起こしてアルミニウムカーバイト
（Ａｌ４Ｃ３）を生成するような炭素を含む物質（以
下、これを「微細化機能を有する物質」または単に「微
細化剤」という。）を予め添加しておき、当該物質を含
む溶融金属を冷却しながらスクリュー等により撹拌およ
び混合するようすれば、その冷却の際に生成したＡｌ４
Ｃ３が均一に分散し、微細かつ均一にαマグネシウムの
初晶が分散した半凝固スラリーが得られることを見いだ
した。

【０００９】本発明は、上記知見に基づいて成されたも
のであり、その基本的構成は次の通りである。すなわ
ち、液相線温度に対する過熱度が２００°Ｃ以内の溶
湯、より好ましくは、液相線温度に対する過熱度が５０
°Ｃ以内の溶湯に対して炭素を含む化合物を添加し、合
金中のアルミニウムと反応させて溶湯内にＡｌ４Ｃ３を
生成させ、引き続いて、スクリューによる機械的撹拌、
または電磁撹拌などの撹拌や、あるいはそれらと超音波
との組合せによる攪拌混合を行いながら、微細化剤およ
び化学反応により生成したＡｌ４Ｃ３を溶湯中または半
溶融スラリー中に均一に分散せしめる。その結果、αマ
グネシウムの核生成サイトを溶湯中または半溶融スラリ
ー中に均一に分散させることで、初晶マグネシウムの微
細化を図ることができる。

【００１０】一方、微細化剤を加えた溶湯または固液共
存状態の合金を、貯留ホッパー内で撹拌羽根や攪拌棒等
により攪拌しても、微細化剤は均一に合金中に行きわた
らない。従って、合金スラリー中に、微細化した部分と
そうではない部分が生じ、初晶サイズの分布にむらのあ
る合金スラリーとなる。これを回避するため、本発明で
は、半凝固プロセスを行う射出成形装置における溶融金
属の貯留部分、すなわち、溶湯を冷却しながら撹拌可能
な装置に付帯する合金溶融炉、または、貯留ホッパーや
タンディッシュと呼ばれる合金の一時的な溜置き場にお
いて微細化剤を添加し、それに引き続いて、射出成形装
置に溶融金属を導入してチャンバー内部に組み込まれた
押出スクリュー等により強力なせん断力で撹拌しかつ冷
却を行うようにした。

【００１１】このため、本発明によれば、微細化剤を均
一に溶湯中に分散させながら、αマグネシウム初晶の有
効不均質核生成サイトを均一に分散させることができ、
その結果として、微細かつ均一な初晶マグネシウムを有
する合金スラリーを得ることが出来る。なお、この場
合、微細化剤は溶融金属が冷却及び攪拌されるチャンバ
ー内に直接微細化剤を添加してもよい。この方法で得ら
れた半凝固スラリーは、引き続きチャンバ内で計量し
て、プランジャ機構等を用いて金型などの鋳型の内部へ
射出し、完全に凝固せしめて製品を得ることが出来る。

【００１２】なお、微細化剤の添加は、液相線温度に対
する過熱度が２００°Ｃ以内、より好ましくは、液相線
温度に対する過熱度が５０°Ｃ以内である溶湯に対して
添加することが望ましい。その理由は、熱力学的には、
溶湯中に安定に存在できるアルミニウムカーバイト量、
および、不均質核生成サイトとなるクラスターの溶湯中
における数密度を最大にできるためである。また、微細
化剤の添加は、液相線温度以下の固液共存状態の溶融金
属に対して行うこともできる。この場合の微細化剤の添
加は、液相線温度を超えている溶湯の場合とは異なり、
スクリューを回転自在に有するチャンバー内に直接注入
することによって実現できる。そして、この時の半凝固
スラリー温度は、液相線温度以下で、固相率が３０％以
内の状態で添加することが望ましく、より好ましくは、
固相率１０％以下の状態で添加する。

【００１３】その理由は、固液共存状態では、種々の撹
拌手段による微細化剤の均一な分散が、完全溶融状態に
比べて促進されるかわりに、既に晶出している固相に対
しては、微細化剤が微細化の能力を発揮しないためであ
る。本発明において、微細化が可能な合金の種類は特に
限定されないが、少なくともアルミニウムを合金元素と
して含むマグネシウム合金の範疇に属するものに限られ
る。この場合のアルミニウムの含有量は、好ましくは、
１重量％以上、２０％以下、より好ましくは、５％以
上、１０％以下である。

【００１４】その理由は、アルミニウムの組成が１％以
下の場合は、合金中のアルミニウムの活量が小さく、従
って、微細化剤と反応して、アルミニウムカーバイトを
生成しにくくなり、その一方で、２０％以上の場合は、
製品中の金属間化合物の量が増えるため、良好な機械的
性質が得られにくいからである。本発明において、微細
化剤の種類は特に制限を受けるものではなく、熱力学的
に合金元素であるアルミニウムと反応して、アルミニウ
ムカーバイトを生成するものであればどのような物質で
も良いが、例えば、グラファイトなどの炭素の同素体、
ワックスなどの炭化水素化合物、ヘキサクロロエタンな
どの炭素を含む化合物、金属の炭化物を使用することが
でき、より好ましくは、グラファイト、無定型炭素、常
温で固体状態の炭化水素、シリコンカーバイトの粉末で
ある。

【００１５】また、微細化剤の粒径にも特に制限はない
が、５０ミクロン以下、特に、１０ミクロン以下が望ま
しい。その理由は、微細化剤の粒径が大きいと、と生成
した核生成サイトが均一に溶湯中に分散しにくくなり、
所望の微細化効果（５０ミクロン以下）が得られなくな
るからである。なお、本発明に使用する微細化剤の添加
量は、炭素当量に換算して、０．０１〜０．５ｗｔ％、
より好ましくは、０．０５〜０．１ｗｔ％である。その
理由は、０．０１ｗｔ％以下の場合は、溶湯中において
不均質核生成物質となるＡｌ４Ｃ３の生成が十分でな
く、０．５ｗｔ％以上の場合は、未反応の炭素を溶湯に
残存せしめることになり、機械的性質を劣化させる可能
性があるからである。また、０．０５ｗｔ％以上でかつ
０．１ｗｔ％の場合には、Ａｌ４Ｃ３が生成しやすく、
かつ、未反応の炭素が溶湯中に残存する可能性も小さく
なり、成形後に良好な機械的性質の製品が得られるため
である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明方法を実施するた
めの射出成形装置１の第一の実施形態を示している。こ
の実施形態に係る軽合金の射出成形装置１は、前記半凝
固プロセスによる射出成形を行う装置であり、チャンバ
ー２の内部に押出スクリュー３を回転自在に有する垂直
に配置されたスクリュー押出機４と、チャンバー２の上
端部に接続された溶融金属５を貯溜するための貯溜ホッ
パー６と、を備えている。

【００１７】また、この射出成形装置１は、貯溜ホッパ
ー６からチャンバー２内に供給された溶融金属５が半凝
固スラリー７となるように冷却するための温度制御手段
８と、チャンバー２の下端排出口から排出された半凝固
スラリー７が射出される型締め装置９と、を備えてい
る。この射出成形装置１の構成部材のうち、貯溜ホッパ
ー６（このホッパー６をタンディッシュ等より構成する
こともできる。）は、溶解炉１０で溶解された溶融金属
５を受け入れてこれを溶融状態で貯溜するもので、この
ホッパー６の下端開口部はチャンバー２の上端部に接続
されている。

【００１８】また、貯溜ホッパー６の下部には、アルゴ
ン等の不活性ガスを当該ホッパー６の下部から吹き込む
シール手段（図示せず）が接続されており、このシール
手段からの不活性ガスにより貯溜ホッパー６内の溶融金
属５をバブリングして不純物を除去するとともに、溶融
金属５の湯面を不活性ガスでシールするようにしてい
る。チャンバー２の上端には、押出スクリュー３を回転
駆動するための駆動モーター１１が直結されている。こ
の駆動モーター１１の内部には、チャンバー２の内部に
回転自在に挿通された押出スクリュー３の延長部分（軸
封部分）３Ａが挿通されていて、この押出スクリュー３
は、その下端がチャンバー２内で自由端となるように片
持ち状に配置されている。

【００１９】駆動モーター１１の上部には、押出スクリ
ュー３を下方に突出させるための射出シリンダ１２が接
続されていて、この射出シリンダ１２の内部に、前記押
出スクリュー３の延長部分３Ａがシールされた状態で挿
通されている。このため、本実施形態のスクリュー押出
機４では、射出シリンダ１２の油圧力で押出スクリュー
３を軸方向下方に移動させることにより、チャンバー２
内の下端部に溜まっている半凝固スラリー７を外部に射
出できるようになっている。チャンバー２の壁部内に
は、前記した温度制御手段８を構成する熱媒流路１９が
形成されており、この流路１９内に溶融金属５の温度よ
りも低い油等の熱媒体を流通させることにより、チャン
バー２内の溶融金属５が液相温度以下でかつ固相温度以
上の温度範囲になるように冷却できるようになってい
る。また、チャンバー２の外周部には、チャンバー２内
の溶融金属５を高精度に温度制御するために、バンド抵
抗ヒーター又は誘導加熱コイル等よりなるヒーター１３
が巻き付けられている。

【００２０】従って、本実施形態の温度制御手段８は、
チャンバー２の壁部内の熱媒流路１９とその外周部のヒ
ーター１３とから構成されており、チャンバー２を加熱
する機能も兼ね備えている。なお、ヒーター１３をチャ
ンバー２の壁部内に設けることにしてもよく、熱媒流路
１９をチャンバー２の外周部に設けることもできる。チ
ャンバー２の下端排出口には、ほぼＬ字形に形成された
接続管路（接続部材）１４が接続され、この接続管路１
４は、垂直方向の第一流路１５とこの流路１５の下端か
ら水平方向に延びる第二流路１６とからなる射出流路１
７を内部に備えている。このうち、第一流路１５の上端
はチャンバー２の下端排出口に接続され、第二流路１６
の出口は、後述する型締め装置９の固定盤２３に固定さ
れた固定金型２４に接続されている。

【００２１】本実施形態では、上記第一流路１５と第二
流路１６の交差部分に半凝固スラリー７を滑らかに方向
転換させるためのアール部１７Ｒが形成されており、こ
れにより、押出スクリュー３の下方移動により半凝固ス
ラリー７をスムーズに水平方向に射出できるようにして
いる。なお、接続管路１４の外周面にも、その内部の半
凝固スラリー７を一定温度に保つためのヒーター１３が
設けられている。第二流路１６の出口内には、射出する
とき以外は閉じた状態になっているノズル１８が設けら
れている。このノズル１８は、その外周部に設けた温度
制御ジャケット等よりなる温度制御手段によりノズル先
端に金属固体栓を形成してノズル封鎖するものや、ノズ
ル先端に設けた機械式又はばね式のシャットオフバルブ
によりノズル封鎖するものを使用できる。もっとも、金
属固体栓を形成する際にノズル先端付近に固相率の高い
部分が生じない点、及び、固体栓が製品に混入する可能
性がない点で、シャットオフバルブを用いる後者タイプ
のノズルの方が好ましい。

【００２２】前記型締め装置９は、基台２０上に立設さ
れたリンクハウジング２１と、このハウジング２１に水
平方向のタイバー２２を介して固定された固定盤２３
と、この固定盤２３に固定された固定金型２４と、タイ
バー２２に対して摺動自在に貫通支持された可動盤２５
と、固定金型２４に対して水平方向に開閉自在となるよ
う可動盤２５に固定された移動金型２６と、を備えてい
る。リンクハウジング２１の外面中央部には型締めシリ
ンダ２７が固定され、この型締めシリンダ２７のシリン
ダロッド２８の先端は可動盤２５に連結されている。こ
のリンクハウジング２１と可動盤２５同士は、これらが
接近したときに折り畳まれかつ離反したときに水平方向
にほぼ一直線に並ぶ複数のリンク２９で連結されてい
る。

【００２３】可動盤２５のリンクハウジング２１側の側
面には押出シリンダ３０が設けられ、この押出シリンダ
３０の押出ロッド３１は可動盤２５を貫通して移動金型
２６に連結されている。従って、この型締め装置９で
は、型締めシリンダ２７のシリンダロッド２８を突出さ
せてリンク２９を一直線上に伸びた状態にし、このリン
ク２９の突っ張り状態において押出シリンダ３０の押出
ロッド３１を突出させることにより、移動金型２６を可
動金型２４に対して強力に押圧できるようになってい
る。

【００２４】また、本実施形態の射出成形装置１では、
前記貯留ホッパー６に、その内部に結晶粒の微細化機能
を有する微細化剤を添加するための、例えばスクリュー
フィーダ等よりなる添加手段３２が接続されている。な
お、図１において破線で示すように、この添加手段３２
は、前記溶解炉１０またはチャンバー２に接続すること
もできる。上記添加手段３２をチャンバー２に接続する
場合の接続位置は、そのチャンバー２内の半凝固スラリ
ー７の温度が液相線温度以下でかつ固相率が３０％以内
の状態となっている部分に対応する位置に設定され、よ
り好ましくは、固相率１０％以下の状態となっている部
分に対応する位置に設定される。

【００２５】次に、上記射出成形装置１の作用とそれに
よる軽合金（アルミニウムを合金要素として含有するマ
グネシウム合金）の射出成形方法について説明する。ま
ず、電磁誘導加熱方式の溶解炉１０からＡｌ−Ｍｇ合金
よりなる溶融金属５が機械式あるいは電磁ポンプ等の手
段で貯溜ホッパー６内に供給されると同時に、添加手段
３２から前記微細化剤が所定の微量だけ貯留ホッパー６
内に供給される。その後、この微細化剤を含有する溶融
金属５は、ガスシールされた状態でスクリュー押出機４
のチャンバー２の上部に供給され、温度制御手段８によ
って液相温度以下でかつ固相温度以上に冷却され、その
内部にデンドライト（樹枝状結晶）が成長する。このデ
ンドライトは回転する押出スクリュー３の剪断作用によ
って破砕し、微細な結晶粒が生成されて半凝固スラリー
７に遷移する。

【００２６】このさい、本実施形態では、合金元素であ
るアルミニウムと化学反応を起こしてアルミニウムカー
バイト（Ａｌ４Ｃ３）を生成する炭素を含む微細化剤が
溶融金属５に予め添加されていて、当該物質を含む溶融
金属５を冷却しながら押出スクリュー３により撹拌およ
び混合するようにしているので、その冷却の際に生成し
たＡｌ４Ｃ３がチャンバー２内で均一に分散し、微細か
つ均一にαマグネシウムの初晶が分散した半凝固スラリ
ー７が得られる。その後、この半凝固スラリー７は、押
出スクリュー３によってスラリーポンプと同じように温
度制御されながら下方へ押し出される。この際、接続管
路１４のノズル１８は閉鎖されているので、押出スクリ
ュー３には自らの回転に伴う押出力によって軸方向上方
に負荷がかかる。

【００２７】一方、スクリュー押出機４の射出シリンダ
１２には一定の背圧が設定されており、この背圧に打ち
勝つ内圧がチャンバー２内に発生すると、押出スクリュ
ー３が軸方向上方に移動し、チャンバー２の下端部に半
凝固スラリー７が溜まり、所定量に計量される。なお、
このとき、半凝固スラリー７と言えども合成樹脂等に比
べると非常に低粘度であるため、そのスラリー７の粘度
によっては、射出シリンダ１２への逆背圧によって押出
スクリュー３を強制的に上方へ移動させて所定量の計量
を行わねばならないこともある。

【００２８】このようにして、半凝固スラリー７の計量
が行われると、押出スクリュー３の上方移動と回転が停
止し、射出シリンダ１２が押出スクリュー３を下方に一
気に移動させる。この押出スクリュー３の下方移動によ
り、チャンバー２の下端部に溜まっていた計量済みの半
凝固スラリー７が接続管路１４の射出流路１７を介して
成形金型（固定金型２４及び移動金型２６）のキャビテ
ィ内に射出され、一定形状に成形される。上記した本実
施形態の射出成形方法によれば、前記微細化剤を含有す
る溶融金属５から出発し、この溶融金属５を押出スクリ
ュー３で強い剪断をかけながら冷却するようにしている
ので、微細化剤および化学反応により生成したＡｌ４Ｃ
３が溶湯５中または半溶融スラリー７中に均一に分散
し、その結果、αマグネシウムの核生成サイトを溶湯５
中または半溶融スラリー５中に均一に分散し、これによ
ってマグネシウムの微細化を図ることができる。

【００２９】また、本実施形態の射出成形方法では、実
質的に垂直なチャンバー２内において溶融金属５を半凝
固スラリー７に遷移させているので、溶融金属５に含ま
れている不活性ガスを圧力及び浮力によって抜き出して
から、同溶湯５が半凝固スラリー７に遷移することにな
る。このため、射出時の計量を正確に行えるとともに、
不活性ガスの巻き込みによって成形品に気泡が混じるの
も防止でき、不良品の発生が極力防止される。なお、出
発原料が溶融金属５でありこれを半凝固スラリー７に冷
却しながら下方に搬送しているので、押出スクリュー３
の上流部の磨損や折損を低減できるとともに、スクリュ
ー押出機３の負荷トルクや攪拌経路をそれほど大きく取
る必要がなくなり、装置のコンパクト化が可能になると
なる利点もある。

【００３０】更に、チャンバー２の下端排出口から射出
される半凝固スラリー７をいったん水平方向に向きを変
えたあと水平方向に型開閉する成形金型２４，２６に射
出しているので、成形金型２４，２６やそのストローク
量の大きさとは関係なく、スクリュー押出機４を必要以
上に高く配置する必要がなくなる。このため、装置全体
の高さ寸法を過大に設定しなくても、気泡や引けの少な
い高品質な軽金属成形品を射出成形することができる。
なお、本実施形態の射出成形方法において、チャンバー
２内に供給された溶融金属５を押出スクリュー５側から
も冷却できるようにすれば（特願２０００−３４４１０
６号参照）、チャンバー２の内面側と押出スクリュー５
の溝底面側の双方からデンドライト（樹枝状結晶）が成
長し、このため、粉砕された固相粒が押出スクリュー３
のフライト間の溝底部に移動できなくなり、デンドライ
トに対する剪断応力を均一に作用させ易くなるので、押
出スクリュー３による微細化効率を向上することができ
る。

【００３１】図２は、本発明方法を実施するための射出
成形装置１の第二の実施形態を示している。本実施形態
の射出成形装置１では、スクリュー押出機４のチャンバ
ー２が型締め装置９の反対側にやや倒れた状態に傾斜し
て設けられており、これにより、第一実施形態の場合に
比べて、装置全体の高さをより低く抑えるようにしてい
る。なお、このスクリュー押出機４の傾斜度合いは、押
出スクリュー３のヘリカル角とほぼ同程度になるように
設定されており、この程度の傾斜度合いであれば、チャ
ンバー２の内部での気泡の除去や半凝固スラリー７の軸
上部への付着が発生することがなく、良好な安定運転が
行える。

【００３２】しかして、本明細書における「実質的に縦
向き」とは、チャンバー２が垂直に立設されている場合
だけでなく、チャンバー２の内部での気泡の除去や半凝
固スラリー７の軸上部への付着が発生しない程度に傾い
た状態をも包含する。なお、その他の構成及び作用は第
一実施形態の場合と同様であるので、図２に同一符号を
付して詳細説明を省略する。図３は、本発明方法を実施
するための射出成形装置１の第三の実施形態を示してい
る。

【００３３】この実施形態の射出成形装置１では、押出
スクリュー３は軸方向に移動しないようにチャンバー２
内に挿通され、このため、駆動モーター１１の上端には
前記射出シリンダ１２は設けられていない。その代わり
に、チャンバー２の下端排出口は、水平方向に出退する
射出プランジャ３３が内部に挿通された計量シリンダ
（接続部材）３４の前端上部に接続されている。この計
量シリンダ３４の前端部には、垂直方向の第一流路１５
と水平方向の第二流路１６よりなる射出流路１７が構成
されていて、第二流路１６内の半凝固スラリー７がチャ
ンバー２側に逆流するのを防止する逆止弁（図示せず）
が第一流路１５に設けられている。

【００３４】また、計量シリンダ３４の後端には、射出
プランジャ３３を固定金型２４側へ突出させるための射
出シリンダ３６が設けられている。このため、この射出
成形装置１では、計量シリンダ３４の第二流路１６内に
一定量の半凝固スラリー７を溜めたあと、射出プランジ
ャ３３を一気に突出させることにより、その半凝固スラ
リー７を成形金型２４，２６内に射出することができ
る。このように、本実施形態によれば、水平方向に射出
する射出プランジャ３３で第二通路１６内の半凝固スラ
リー３３を水平方向に射出するようにしているので、ス
クリュー押出機４の上部に射出シリンダ１２を設ける必
要がなくなり、第一実施形態の場合に比べて装置全体の
高さをより低く抑えることができる。

【００３５】また、図３に示すように、本実施形態で
は、型締め装置９の固定盤２３の中央部を切り欠いて形
成した内空部３５にスクリュー押出機４のチャンバー２
が埋め込まれており、これにより、水平方向の射出プラ
ンジャ３３を採用したことに伴う装置長さの増大を極力
防止するようにしている。更に、本実施形態の射出成形
装置１によれば、第一及び第二実施形態の場合では得ら
れない次の作用効果を奏することができる。すなわち、
本実施形態では、押出スクリュー３とは別の射出プラン
ジャ３３で半凝固スラリー３３を射出しているので、第
一及び第二実施形態の場合のように半凝固スラリー３３
を射出するために押出スクリュー３を高速移動させる必
要がない。このため、押出スクリュー３を高速移動する
ことに伴う同スクリュー３の先端部の摩耗を防止できる
し、仮に射出プランジャ３３が摩耗しても安価な当該プ
ランジャ３３のみを交換するだけで済む。

【００３６】また、インライン方式の場合、例えチャン
バー２を縦型に配置しても、押出スクリュー３の軸方向
移動によって多少は軸シール部へスラリーが侵入する恐
れがある。この点、本実施形態では、押出スクリュー３
を軸方向移動させる必要がないので、溶融金属５の湯面
高さよりそれほど高くない位置に軸シール部を配置する
ことができる。このため、本実施形態では、駆動モータ
ー１１の設置高さそのものを低く設定することができ、
併せてその上に射出シリンダ１２を配置する必要がない
ので、装置全体の高さをより低く抑えることができる。
従って、第一及び第二実施形態の場合に比べて、設備の
安全性を向上できかつメンテナンスの容易化を図ること
ができる。

【００３７】なお、その他の構成は第一実施形態の場合
（図１）と同様であるから、その場合と同じ符号を図３
に付すことにより、詳細な構造説明は省略する。以上、
本発明の各実施の形態を説明したが、これらの実施の形
態は例示的なものであって限定的なものではない。本発
明の技術的範囲は冒頭の特許請求の範囲により決定さ
れ、その意味に入るすべての態様は本発明の範囲に含ま
れる。

【００３８】

【実施例】図３に示す半凝固射出成形装置１（型締め力
２０ｔでスクリュ径３２ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝１２）を用い
て、実際に、微細化剤入りのＭｇ−Ａｌ合金を射出成形
し、本発明方法の実効性を確認した。同装置１におい
て、貯留ホッパー６あるいはタンディシュに、溶解炉１
０で溶解された６７０°ＣのＭｇ−Ａｌ合金の溶湯５を
搬送ポンプにより供給した。この貯留部において金属溶
湯５を温度低下させてより温度の均一性を確保された６
３０°Ｃの金属溶湯５とし、添加手段１０Ａから炭素添
加量が０．１ｗｔ％となるように調整した微細化剤（Ａ
ｌ粉末と黒鉛粉末の混合粉末）を添加した。

【００３９】その後、上記混合粉末が入った金属溶湯５
がチャンバー２内に入ると同時に、押出スクリュー３を
５００ｒｐｍで回転させて金属溶湯５に強力なせん断応
力を作用させ、かつ、温度制御手段８による抜熱により
金属溶湯５がチャンバー２の下部において５９０°Ｃに
なるまで冷却しながら攪拌混合し、同金属溶湯５を半凝
固スラリー７に変異させた。その後、この半凝固スラリ
ー７をチャンバー２の排出口から押出スクリュー３によ
って計量シリンダ３４内に押し出して計量し、その計量
された半凝固スラリー７を射出プランジャ３３によって
金型２４，２６内に射出し、６０ｍｍ×６０ｍｍ×２ｍ
ｍの平板を得た。

【００４０】この平板の固相粒径を測定したところ、平
均粒子径は４８μmで、固相率は平均で２２％となって
いた。また、この時の空隙率は、０．５％で通常の熱処
理が可能であった。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
生産性とコスト削減において優位な半凝固プロセスによ
るマグネシウム合金の射出成形を行う場合において、初
晶マグネシウムを効率よく微細化してより均一な固相粒
子を得ることができるので、最終製品の品質を向上する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための射出成形装置の第
一実施形態を示す全体側面図である。

【図２】同射出成形装置の第二実施形態を示す全体側面
図である。

【図３】同射出成形装置の第三実施形態を示す全体側面
図である。

【符号の説明】

１ 射出成形装置 ２ チャンバー ３ 押出スクリュー ４ スクリュー押出機 ５ 溶融金属 ６ 貯留ホッパー ７ 半凝固スラリー ８ 温度制御手段 ９ 型締め装置 １０ 溶解炉 ３２ 添加手段

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ２２Ｃ 1/02 ５０３ Ｃ２２Ｃ 1/02 ５０３Ｌ 23/02 23/02 // Ｃ２２Ｂ 9/10 １０２ Ｃ２２Ｂ 9/10 １０２ (72)発明者 福永 秀春 広島県広島市南区向洋新町３丁目31−36 (72)発明者 佐々木 元 広島県東広島市鏡山２−365 ががら第一 宿舎３−504 (72)発明者 吉田 誠 広島県東広島市鏡山２−360 ががら第二 宿舎２−406 Ｆターム(参考） 4K001 AA02 AA38 EA05 GB05 GB06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 次の工程（ａ）〜（ｃ）を備えているこ
   とを特徴とするマグネシウム合金の射出成形方法。 （ａ） アルミニウムを合金要素として含有するマグネ
   シウム合金の溶融金属に結晶粒の微細化機能を有する微
   細化剤を添加する第一工程 （ｂ） 前記微細化剤が添加された溶融金属をチャンバ
   ー内で撹拌しながら冷却することにより、当該溶融金属
   をマグネシウムの初晶を有する半凝固スラリーに遷移さ
   せる第二工程 （ｃ） 前記半凝固スラリーを前記チャンバーの排出口
   から排出して外部の成形金型に射出する第三工程
2. 【請求項２】 次の工程（ａ）〜（ｃ）を備えているこ
   とを特徴とするマグネシウム合金の射出成形方法。 （ａ） アルミニウムを合金要素として含有するマグネ
   シウム合金の溶融金属をチャンバ内に供給する第一工程 （ｂ） 結晶粒の微細化機能を有する微細化剤を前記チ
   ャンバ内に供給して、前記溶融金属をその微細化剤とと
   もに同チャンバー内で撹拌しながら冷却することによ
   り、当該溶融金属をマグネシウムの初晶を有する半凝固
   スラリーに遷移させる第二工程 （ｃ） 前記半凝固スラリーを前記チャンバーの排出口
   から排出して外部の成形金型に射出する第三工程
3. 【請求項３】 結晶粒の微細化機能を有する微細化剤
   は、溶融金属の合金スラリー中の成分元素であるアルミ
   ニウムと化学反応を起こしてアルミニウムカーバイトを
   生成することが熱力学的に可能な物質よりなる請求項１
   または２に記載のマグネシウム合金の射出成形方法。
4. 【請求項４】 チャンバー内における溶融金属に対する
   撹拌は、同チャンバー内で回転するスクリューを用いた
   機械的撹拌、電磁誘導による撹拌または超音波による撹
   拌若しくはこれらのを併用した撹拌である請求項１〜３
   のいずれかに記載のマグネシウム合金の射出成形方法。
5. 【請求項５】 アルミニウムを合金要素として含有する
   マグネシウム合金を溶融金属となるように加熱する溶解
   炉と、チャンバーの内部に押出スクリューを回転自在に
   有する実質的に縦向きに配置されたスクリュー押出機
   と、前記チャンバーの上端部に接続されかつ前記溶解炉
   からの溶融金属を内部に貯留するための貯留ホッパー
   と、前記チャンバーに設けられかつ同チャンバー内に供
   給された前記溶融金属を半凝固スラリーとなるように冷
   却するための温度制御手段と、前記チャンバーの排出口
   から排出された前記半凝固スラリーを射出成形するため
   の型締め装置と、を備えているマグネシウム合金の射出
   成形装置において、 前記溶解炉、貯留ホッパーまたはチャンバーに、その内
   部に結晶粒の微細化機能を有する微細化剤を添加するた
   めの添加手段が接続されていることを特徴とするマグネ
   シウム合金の射出成形装置。