JP2003509221A - 半流動金属スラリー及び成形材の製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 溶融合金をチキソトロピー状態にし、その後にそのチキソトロピー合金をダイ・キャビティ（５１）内に注入することによって、高い完全性を有する成形材を製造する方法および装置に関する。その装置は、溶融金属フィダー（２０）、高剪断ツインスクリュウ押出機（３０）ショットアッセンブリ（４０）および中央制御システムを含む。その装置および方法は、ゼロに近い空隙率、良質且つ等軸晶、共晶マトリクスにおける均一な分散および広いレンジの固体分率を有する粒子により特徴付けられる網状成形材を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、溶融合金から成形材を成形するための装置および方法に関する。特
に本発明は、溶融合金を、後に成形材を製造するべくダイ・キャビティに注入さ
れる半流動スラリーとするための装置および方法に関する。この装置および方法
は、アルミニウム合金、マグネシウム合金、亜鉛合金のような軽合金に対して、
ならびに半流動処理に適した他のあらゆる合金に対して応用可能なものである。

【０００２】

【従来の技術】

金属材の製造に用いられる一般的な方法の一つはダイ・キャスティングである
。一般的なダイ・キャスティング処理においては、溶融金属は、通常、流れが乱
流若しくはまさしく霧状となるような速さで、モールド・キャビティ内に強制的
に注入される。その結果、空気がキャビティ内にしばしば取り込まれ、最終製品
が高い空隙率となる。これは、材料強度を低減させるとともに、機械加工後に孔
が表面に現れると不良成形材となりうる。さらに、空隙率の高い成形材は、通常
熱処理が不可能であり本来可能な応用が制限されるため、容認されえないもので
ある。

【０００３】 直感的には、プラスチックの射出成形と略同様に、金属流の粘度を増加させ、
空気の取り込みが少なくなるのに十分なようにレイノルズ数を減少させることが
できるならば、乱流若しくは霧状流に起因する空隙率は低減もしくは解消でさえ
も可能である。しかしながら、これをどのように達成するかについては、１９７
０年代初頭にメッツおよびフレミングが半流動材料（ＳＳＭ）処理を提案するま
では明らかでなかった。かれらは、金属の凝固が半流動状態で行われるならば鋳
物の空隙率は著しく減少しうることを示唆した。スペンサーらの研究は、溶融金
属が液相温度未満まで冷却される間において攪拌されると、樹状一次固体は略球
状の粒子に壊れ、これが溶融金属母相中に浮遊するということを示している。そ
のような半流動スラリーの固形分による指数関数的な粘度の増加によって、ダイ
・キャスティング処理による安定した鋳物の製造が可能である。ＳＳＭ処理は、
成形材の製造にあたり自由な溶融金属ではなく半流動金属をダイ・キャビティに
注入することによって、ダイ・キャスティング法を改良したものである。一般的
なダイ・キャスティングの経路と比べると、ＳＳＭ処理は次のように、 （１）製作周期全体におけるコストパフォーマンス、 （２）略網状（near-net shape）の処理、 （３）機械的特性の安定性および一致性、 （４）複合成形材の製造能力、 （５）合金での代用を通じての軽量化および材料の効率的な使用、 （６）高製造速度、 （７）型寿命の向上、 （８）少ない環境費用、 という利点を有する。機械的特性の向上は、良好な粒径、非樹状形態および実質
的に低減された空隙率のレベルといったような改善された微細構造の特徴に起因
するものである。

【０００４】 ＳＳＭ処理のコンセプトは有望なものと思われたが、どのようにしてスラリー
を製造するのか、およびどのようにすれば効率的かつ高い信頼性をもって成形材
を形成できるのかといった、重要な問題が残っていた。１９７０年代初頭から、
オリジナルのＭＩＴレオキャスティング処理に対する多数の代替処理が開発され
てきた。現在でも用いられる最も良く知られた処理の一つは、チキソフォーミン
グである。これは、前処理された非樹状合金ビレットを、成形処理に先立って半
流動領域まで再加熱するというものである。したがって、それは２段階処理であ
る。非樹状原料の前処理および再加熱処理によるコスト高は、このアプローチの
可能性の全てを発展させるうえで最大の障害である。付言すると、最近では、プ
ラスチック射出成形技術がＳＳＭ処理の分野に導入されている。一つの処理は、
、マグネシウム合金のための“チキソモールディング”であり、これはダウ・ケ
ミカルズ（Dow Chemicals）により開発され、最近ではチキソマット（Thixomat
）として市販されている。他の一つの処理は、コネール大学（米国）により開発
された。しかしながら、半流動スラリーおよび最終的な成形材の両品質は、全体
的には満足の行くものではない。

【０００５】 ここ２０年の間、半流動スラリーを製造するための最も積極的な方法は機械的
な攪拌である。不幸にも、殆どの機械的攪拌方法は、攪拌装置の侵食に伴う問題
、連続鋳造処理における攪拌の同調の問題、ならびに良好な粒子を得るためには
不適切な剪断速度が理由で、産業界では人気を得ることができなかった。

【０００６】 多数の文献がチキソモールディングについて開示している。それらにおいては
、固体または半流動体の供給が先ずなされ（例えば、供給物を剪断を受けさせつ
つ加熱し液体にすることによる）、そして成形材を形成するために型に注入され
る。そのような文献の例には、EP 0867246 A1 (Mazda Motor Corporation); WO
90/09251 (The Dow Chemical Company); US 5,711,366 (Thixomat, Inc.); US 5
,735,333 (The Japan Steel Works, Limited); US 5,685,357 (The Japan Steel
Works, Limited); US 4,694,882 (The Dow Chemical Company); and CA 2,164,
759 (Inventronics Limited)が含まれる。

【０００７】 しかしながら、溶融金属を冷却してチキソトロピー状態にする（レオモールデ
ィング）のではなく、むしろ固体顆粒を加熱することによってそれらをチキソト
ロピー状態とすること（チキソモールディング）の不利益は、チキソトロピース
ラリーの基本構造における粒径および粒径分布を制御するのが非常に困難なこと
である。特に、チキソモールディングスラリーにおける粒径は、大きさの順に、
レオモールディングスラリーのそれよりも大きくなり、幅の広い分布を有するよ
うになる傾向がある。これは鋳造された成形材の構造的特長に対してはマイナス
要素である。

【０００８】 さらに、前述の文献は、チキソトロピースラリーに剪断を受けさせるために標
準的なシングルスクリュウ押出機を採用している。その結果が低品質の成形材で
ある。

【０００９】 多数の文献は、レオモールディングプロセスを開示している。例えば、WO 97/
21509 (Thixomat, Inc.)は、合金を液相温度よりも上の温度に加熱し、次いでシ
ングルスクリュウ押出機を用い、その溶融金属が２相の平衡領域まで冷却される
のにつれてその溶融金属を剪断するという、金属組成物の形成方法に関するもの
である。

【００１０】 US 4,694,881 (The Down Chemical Company)は、非チキソトロピータイプの構
造を有する材料を固体状態でシングルスクリュウ押出機に供給するという処理に
関するものである。材料は、剪断作用を受けながら、その液相温度よりも上の温
度まで加熱され、そして液相温度よりも低いが固相温度よりは高い温度まで冷却
される。

【００１１】 さらに、WO 95/34393 (Cornell Research Foundation, Inc.)は、レオモール
ディング処理を開示している。この処理は、型内に射出成形するのに先立って、
過熱溶融金属をシングルスクリュウ押出機のバレル内において半流動状態に冷却
し、冷却しつつ剪断を受けさせるというものである。

【００１２】 これらのチキソモールディングまたはレオモールディングに関する文献には、
構造的完全性が十分に高い成形材の形成を可能とする処理について開示するもの
はない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】

本発明の第１の目的は、統合された一段処理で、溶融合金をチキソトロピー状
態にし、続いてそのチキソトロピー合金をモールド・キャビティに注入すること
により完全性の高い成形材を製造する、装置および方法を提供することにある。

【００１４】 本発明の他の目的は、液体若しくは半流動状態において高い腐食性および侵食
性を有する半流動合金の製造に特に適した装置および方法を提供することにある
。

【００１５】 本発明の更に他の目的は、半流動スラリーから完全性の高い成形材を製造する
のに適した、改善されたダイ・キャスティングシステムを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

本発明の第1の形態としては、溶融金属合金を液相温度以下の温度に、十分に
高い剪断速度及び乱れの強度で剪断を与えて前記合金をチキソトロピー状態に冷
却するステップ、次いで、前記合金をモールド内に入れて、成形材に成形するス
テップを含み、前記剪断は前記合金に対して少なくとも部分的に噛み合う少なく
とも２つのスクリュウを有する押出機手段により与えられる、溶融金属合金から
成形材を成形する方法が提供される。

【００１７】 本発明の形態としては、溶融金属合金を液相温度以下の温度に、十分に高い剪
断速度及び乱れの強度で剪断を与えて前記合金をチキソトロピー状態に冷却する
ステップを含み、前記剪断は前記合金に対して少なくとも部分的に噛み合う少な
くとも２つのスクリュウを有する押出機手段により与えられる、溶融金属合金か
ら半溶融スラリーを生成させる方法が提供される。

【００１８】 本発明は、合金に対し剪断を与えるための少なくとも２つのスクリュウと、ス
クリューが少なくとも部分的に噛み合うこととを採用することによって、著しく
高品質の成形材が形成されうる、ということを実現する。

【００１９】 好ましくは、押出機はツインスクリュウが実質的に完全に噛み合うツインスク
リュウ押出機とされる。

【００２０】 この分野ではシングルスクリュウ押出機を使用することが良く知られているが
、このような処理にツインスクリュウ押出機を使用することは新規なことと考え
られる。各スクリュウは、押出機のバレルと並べられたシャフトと、シャフトに
沿って配列された一連の段部または羽根とを通常有する。これらの段部または羽
根は、シャフトの低いほうへ連続するねじ山を形成するように、渦巻き状または
螺旋状に接続される。この形状は望まれる作用に応じて変化させることができる
。

【００２１】 少なくとも２つのスクリュウは少なくとも部分的に噛み合わされる。これによ
って、一方のスクリュウの段部または羽根は、押出機内の合金の移動長軸に関し
て他方のスクリュウの段部または羽根と少なくとも部分的に重なり合うように構
成される。したがって、好ましい実施形態では、二つのスクリュウの各々はスク
リュウ軸の低いほうへ連続する螺旋羽根を有し、それらは羽根がシャフトの長軸
の透視方向（line of sight）に沿って重なり合い、それらは押出機バレルの長
軸と並べられる。

【００２２】 本発明の第３の形態としては、溶融金属合金をチキソトロピー状態に変換し、
十分に高い剪断及び乱れの強度を与えることが可能な温度制御がなされる押出機
と、前記押出機と流体が流通する関係にあるショットアッセンブリと、前記ショ
ットアッセンブリと流体が流通する関係にあるモールドとを含み、前記押出機は
少なくとも部分的に噛み合う少なくとも２つのスクリュウを有する、溶融金属合
金から成形材を成形する装置が提供される。

【００２３】 本発明の第４の形態としては、押出機と流体が流通する関係にあり、十分に高
い剪断速度及び乱れの強度を与えることが可能な温度制御がなされる押出機と、
ショットアッセンブリと流体が流通する関係にあるモールドとを含む、半流動ス
ラリーから完全性の高い成形材を製造するのに適した改善されたダイ・キャステ
ィングシステムが提案される。

【００２４】 本発明の処理においては、合金を溶融し、合金をチキソトロピー状態となし、
そのチキソトロピー合金をダイ・キャビティに注入するステップは、好適には、
物理的に隔離された機能単位で執り行われる。本発明の装置は、好適には溶融金
属フィダーと、高剪断ツインスクリュウ押出機と、ショットアッセンブリと、中
央制御システムとから構成される。レオモールディング処理は、溶融金属を溶融
路からツインスクリュウ押出機内に供給することから開始される。溶融金属はＳ
ＳＭ処理温度まで急速に冷却され、その間にツインスクリュウにより機械的に剪
断され、溶融合金は、正確な温度制御により指定される予め定められる固相分率
を有する半流動スラリーとされる。次いで、半流動スラリーはショットアッセン
ブリを通じてモールド・キャビティ内に高速注入される。完全に固化した成形材
は最終的にモールドから放出される。これらの全ての手順は連続的な周期で達成
され、かつ中央制御システムにより制御される。

【００２５】 前述の方法によれば、良質かつ均一な固体粒子を含み、ワイドレンジな固体分
率（５％〜９５％、好適には１５％〜８５％）を有する半流動スラリーを提供さ
れうる。さらに、前述の装置および方法によれば、空隙率がゼロに近い網状金属
成形材が提供されうる。前述の方法は、好ましくは次のステップを含む。 （ａ）前記合金を溶融状態にし、前記溶融合金をフィダーを通じて温度制御押出
機に注入する。 （ｂ）少なくとも部分的に噛み合う少なくとも２つのスクリュウを有する押出機
により与えられる高い剪断速度によって、前記溶融合金自体をチキソトロピー状
態にする。 （ｃ）押出機の一端部に位置する制御弁を開放することにより、前記チキソトロ
ピー合金を押出機からショットスリーブ内に移す。 （ｄ）十分な速度でピストンを前進させることによって、前記チキソトロピース
ラリーを前記ショットスリーブからモールド・キャビティに注入する。

【００２６】 一般に、溶融合金を望まれる温度で押出機に供給するためにフィダーが使用さ
れる。フィダーは、溶融路または柄杓および接続チューブとすることができる。
供給ホースは接続チューブに配置されたバルブ、または正圧もしくは負圧コント
ローラによって制御することができる。

【００２７】 一般に、バレル、少なくとも部分的なスクリュウおよび駆動システムからなる
ツインスクリュウ押出機は、押出機の一端部付近に通常位置される入口を介して
溶融金属を受け入れるのに適している。押出機の流通路に一旦入ると、溶融合金
は冷却されるかあるいは予め設定された温度に維持される。いずれの場合にも、
処理温度は材料の固相温度よりも高く且つ液相温度よりも低くされ、合金は押出
機内で半流動状態となる。

【００２８】 処理温度は、前述のとおり合金の液相および固相の温度に依存するものであり
、合金によって異なるものである。適切な温度は、当業者にとっては容易に理解
されるところである。たとえば、Al-7wt%Si-0.5%Mg合金 (これは7wt%のシリコン
および0.5wt%のマグネシウムを対重量比（w/w）で含むアルミニウムである)の場
合、合金は温度６５０℃〜７５０℃で押出機に注入するのが望ましく、押出機内
においては温度５６０℃〜６１０℃で処理するのが望ましい。

【００２９】 合金は押出機内において剪断を受ける。剪断速度は、半流動状態において完全
なる樹木状個体粒子の完全なる生成を防止するのに十分なものとされる。剪断作
用は、バレル内に配置される一対の共回転スクリューにより引き起こされ、また
スクリュウの本体に形成された螺旋状スクリュウ段部により活発化される。増大
される剪断は、バレルとスクリュウ段部との間および一対のスクリュウの段部間
の環状スペースにおいて発生される。

【００３０】 ツインスクリュウ押出機における溶融金属または半流動スラリーの流体流れは
、スクリュウの周囲における“８”字状運動により特徴付けられる。これは、“
８”字状の螺旋をなして流体をスクリュウの軸方向に沿って推し進めながら、あ
るピッチから次のピッチに移動する。この連続的な流体の流れにおいては、流体
は、一方のスクリュウから他方のスクリュウへの材料の引き渡しの間、流線に対
して周期的に伸縮され、折りたたまれ且つ再び方向付けられる処理を受ける。そ
の一方、ツインスクリュウ押出機の噛み合い部に近い流体の流れは、軸部分に対
して円形流れパターンを呈し、これが低粘度の溶融金属および／または半流動ス
ラリーに対して高い乱れの強度を形成する。付言すると、押出機内の流体は、ス
クリュウとバレルの隙間の連続的な変化に起因する剪断速度の周期的な変化を受
ける。したがって、噛み合いながら且つ自己を拭いながら共回転するツインスク
リュウ押出機に近接する流体の流れは、高い剪断速度、高い乱れの強度および剪
断速度の周期的な変化によって特徴付けられる。

【００３１】 従来処理において認められるような、シングルスクリュウ押出機により移送さ
れる粘度誘発タイプの材料流とは異なり、噛み合ったツインスクリュウ押出機の
近傍における移送態様は、移送が積極的に置換されるタイプであるという点で、
材料粘度から幾分独立しているものである。ツインスクリュウ押出機における材
料の速度プロフィールは全く複雑であり、記述するのは困難である。基本的には
、４グループの力が存在する。第１のグループは慣性力および遠心力の程度を含
むものであり、第２のグループは重力の程度に関するものであり、第３のグルー
プは内部抵抗の程度を含むものであり、および第４のグループは処理する材料の
弾性的若しくは可塑的変形態様の程度を引用するものである。二つのスクリュウ
間およびスクリュウとバレルとの間にてレオモールディング処理する間、溶融ま
たは半流動合金に対して作用する主たる力は、圧縮力、破裂力、剪断力および弾
性力である。

【００３２】 ツインスクリュウ押出機を用いると5000-10,000s^-1という剪断速度を達成でき
、これは著しい改善効果を発揮させる。しかしながら、乱れの強度が十分に高い
場合には、かかる改善効果は剪断速度が400s^-1でも達成できるだろう。

【００３３】 ツインスクリュウ押出機の内部環境は、高い磨耗、高い温度および複雑な応力
によって特徴付けられる。高い磨耗は、スクリュウ相互間と同様のバレル及びス
クリュウ間の近接したフィットに起因するものである。したがって、バレルおよ
びスクリュウおよび他の構成要素のための適切な材料は、良好な磨耗耐性、高い
クリープ温度および高い熱疲労を示すものである。さらに、押出機の内部環境は
腐食および侵食し易いこれは、殆どの金属材料を分解および／または腐食させる
ことのできるアルミニウムのような、溶融または半流動金属の高い反応性に起因
する。徹底した試験および評価の結果、本発明は、アルミニウム、マグネシウム
、銅および亜鉛の合金のような高い腐食性・侵食性材料を、装置自体のあらゆる
重大な劣化なしにチキソトロピー状態にすることのできる奇抜な機械構造まで発
展している。

【００３４】 ツインスクリュウ押出機のバレルは、クリープ耐性のある第１の材料からなる
外層と、そのライナーとなる腐食耐性および浸食耐性のある第２の材料からなる
内層とを有する構造とされる。好適には、外層材料はＨ１１，Ｈ１３またはＨ２
１鋼であり、内層材料はサイアロンである。内層と外層との結合は、焼嵌めまた
はそれら２層間の緩衝層を設けることによって達成される。さらに、押出機のバ
レルはサイアロン単体で構成することができ、これは小規模の機械にとってより
都合が良い。

【００３５】 ツインスクリュウは、押出機の流路内に配置される。スクリュウの回転によっ
て、溶解した合金は高い剪断を受け且つその材料は押出機のバレルを通じて移送
される。スクリュウはサイアロン材により構成され、それらはクリープ、磨耗、
熱疲労、腐食および侵食に対して最大限の耐性が得られるように、相互に機械的
もしくは物理的に結合される。出口管、出口バルブの本体およびバルブコアを含
む、押出機の他の構成要素もまたサイアロンにより構成される。ツインスクリュ
ウ押出機は、望まれる回転速度を維持するためにギアボックスを介して電気モー
タもしくは油圧モータによって駆動される。

【００３６】 ショットスリーブは、押出機からの半流動スラリーを受け入れるために、押出
機の一端部の近くに接続されるかまたは離間してショットアッセンブリ内に配置
される。ショットスリーブ内の半流動スラリーは、シリンダー内のピストンの移
動によってモールド・キャビティに対して高速注入することができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】 以下に、本発明の多数の好ましい実施形態が図面を参照しながら詳説される。 以下の好適な実施形態の説明にいおいては、ツインスクリュウ・レオモールデ
ィング装置によって、アルミニウム（Ａｌ）合金インゴットからダイキャストが
製造される。本発明はＡｌ合金に限定されるものではなく、マグネシウム合金、
亜鉛合金および半流動金属処理に適した他のあらゆる合金のような、他のタイプ
の合金にも等しく応用可能なものである。さらに、好適な実施形態の説明におい
て例示される特定の温度や温度範囲はＡｌ−合金に対して応用可能なものである
が、当業者であれば、他の合金に対応するために本発明の原理に従って容易に変
更できるものである。

【００３８】 図１は、本発明に係るツインスクリュウ・レオモールディング・システム１０
を示している。このシステム１０は、フィダー２０、ツインスクリュウ押出機３
０、ショットアッセンブリ４０、ならびにモールドクランプユニット５０の、４
つのセクションを有する。溶融合金はフィダー２０に供給される。フィダー２０
はプランジャー２１、軸受け２２および坩堝２４の外周に沿って配置された一連
の加熱要素２３を備えている。加熱要素２３は、通常のタイプのあらゆるもので
あることができ、フィダー２０を通じて供給される合金を溶融状態に保つのに十
分な高温にフィダー２０を維持するように作用する。Ａｌ合金の場合、この温度
は６００℃を超えるものとすることができる。溶融合金はその後にプランジャー
２１の任意の持ち上げにより重力によってツインスクリュウ押出機３０に注入さ
れる。

【００３９】 押出機３０は、押出機３０の長さ方向に沿って分散配置された、複数の加熱要
素３１，３３および冷却要素３２，３４を有する。対応する加熱要素３１，３３
と冷却チャンネル３２，３４は、一連の加熱および冷却ゾーンをそれぞれ形成す
る。加熱および冷却ゾーンは、半流動処理のために、押出機を望まれる温度に維
持する。Ａｌ合金のために設計されたレオモールディングシステム１０において
は、加熱要素３３および冷却要素３４は、押出機の上側部分を約５８０℃に維持
し、加熱要素３１および冷却要素３２は押出機の下側部分を５９０℃に維持する
ことができる。加熱および冷却ゾーンはまた、押出機の軸方向に沿った複雑な温
度プロフィールを維持することを可能とする。これは半流動処理中の確実な微細
構造効果を発揮させるために重要である。独立ゾーンの各々の温度制御は、中央
制御システムによる加熱および冷却パワーのバランスによって達成される。加熱
手法は、抵抗加熱、誘導加熱または他の加熱手段とすることができる。冷却媒体
は、処理の要件に応じて、水、ガスもしくは霧とすることができる。図１には２
つの加熱／冷却ゾーンが示されている。押出機３０は１〜１０の独立制御可能な
加熱／冷却ゾーンを備えることができる。

【００４０】 押出機３０は、物理的なスロープまたは斜面をさらに有する。斜面は通常ショ
ット方向に対して０〜９０°であり、好ましくは２０〜９０°である。斜面は、
押出機３０からショットスリーブ４２への半流動合金の移送を補助する。

【００４１】 さらに、押出機３０は、ギアボックス２６を介して電気モータまたは油圧モー
タにより駆動されるツインスクリュウ３６を備えている。ツインスクリュウ３６
は、良好かつ均一に分散された固体粒子を達成するために必要な高い剪断速度を
与えるように設計される。スクリュウ外形の異なるタイプを使用することももち
ろん可能であり、ツインスクリュウに替えて、高い剪断混合および積極的な置換
ポンプ動作を提供するどのような装置も用いることができる。

【００４２】 チキソトロピー合金は、押出機３０からバルブ３９を介してショットアッセン
ブリ４０に送出される。バルブ３９は、中央制御システムからの信号に応じて作
動する。バルブ３９の付加的な開放は処理の必要に対応させる。チキソトロピー
合金の注入は、ショットスリーブ４２内に配置されたピストン４１によって、貫
通孔４４を通じてモールド・キャビティ５１内へなされる。ピストン４１の位置
および速度は、処理、材料および最終成形品の差異に応じた要件を満足するよう
に調節される。一般にショット速度は、完全なる型の充満に十分な流動性を与え
るのに十分な速さではあるものの、空気の捕捉を引き起こすほどには速くないも
のとする。

【００４３】 図１に示されるように、ショットスリーブ４２の長さ方向に沿って加熱要素４
３が更に備え付けられている。Ａｌ合金を処理するためのレオモールディングシ
ステムの好適な実施形態では、合金をその予め定められた半流動状態に維持する
ために、ショットスリーブは押出機の温度に近い温度に維持するのが好ましい。

【００４４】 モールドクランプ５０はモールド・キャビティ５１を形成するのに使用される
。したがって、それは２つの半割型５２、ファスナー要素５３、流通システム５
４、および型を必要な温度に保つ加熱要素５５から構成されるのが好ましい。

【００４５】 図２は、この好適な実施形態において使用されるバレルの断面概略図であり、
それは外側鋼製シェル３７およびサイアロンライナー３８から構成されている。
サイアロンライナー３８は外側シェル３７内に熱膨張係数の差異によって焼嵌め
することができる。冷えているサイアロンライナー３８を加熱された鋼製シェル
内へ焼嵌めするための温度は次のようにして選定される。すなわち、熱伝達効率
を保証する処理温度でバレルとそのライナーとをきつくフィットさせるのである
。ここではバレルライナーとされているサイアロンは、処理温度において必要と
される強度および強靭性を確保しつつも、磨耗、腐食および浸食の耐性が良好と
なるように選定される。サイズの小さなバレルの場合、ワンピース（一体）のサ
イアロン構造を採用することもできる。

【００４６】 図３は、本発明の原理に従って構成されたスクリュウの断面図である。本レオ
モールディングシステム１０のためのスクリュウ３６は、適切な外形を有するサ
イアロンスクリュウ部分の機械的な組立品として組み立てることができる。任意
の外形を有する要素４６，４８は、任意の列をなすように相互に組み合わされ且
つシャフト４７に外嵌めされる。好適には、小さな公差を有するきついアッセン
ブリが使用される。サイズの小さなスクリュウの場合、一体式のサイアロンスク
リュウを用いることができる。

【００４７】 図４および図５は、本発明に係るツインスクリュウ押出機内における、断面方
向および軸方向の流体の流れをそれぞれ図示したものである。

【００４８】 図６は、前述の装置により製造される、ある半流動Mg-30wt. %Zn合金の微細構
造を示したものである。明らかに、その写真は４０％の固体分率を有する合金の
微細構造を示しており、これは、本発明のレオモールディング処理により良好且
つ均一に分散された粒子を含む半流動体が製造可能であることを証明している。

【００４９】 図７は、前述の装置によりMg-30wt. %Zn合金から製造された鋳物を示している
。試験は、この製造した鋳物が通常の鋳物のそれと比べて低い空隙率を有してい
ることを証明している。

【００５０】 実施形態では、フィダー２０が押出機３０以下に配置される場合には、溶融合
金をフィダー２０から押出機３０へ供給するために、フィダー３０に取り付けら
れ、溶融合金に圧力を加える装置をさらに含むことができる。そのような圧力は
、正確な量の溶融合金がフィダー２０から押出機３０に流れうるように、性格に
制御されるのが望ましい。

【００５１】 さらに、実施形態では、フィダー２０、押出機３０、ショットアッセンブリ４
０およびモールドクランプ５０に対して取り付けられ、酸化を低減する保護ガス
を供給するための装置を含むことができる。そのようなガスは、アルゴン、窒素
、または他の適切なガスであることができる。

【００５２】 通常、レオモールディングシステムは、全ての機能を制御する制御装置を有す
る。その制御装置は、半流動状態における任意の固体分率を容易に達成できるよ
うなプログラム可能なものであるのが好ましい。その制御装置（図１には示され
ていない）は、例えば、処理のパラメータを変更するために素早いリプログラム
が可能なマイクロプロセッサを含む。

【００５３】 実施例 工業的に純粋なマグネシウムと純度が９９％よりも高い亜鉛が使用され、溶融
炉内にMg-30wt.%Znの溶融物が形成された。その溶融物は黒鉛坩堝内で２０℃の
過熱分を含む所定温度に保たれた。次に、その溶融物は４１０℃で押出機内に供
給され、速度1000s^-1で２０秒剪断され、半流動スラリーとされた。その半流動
スラリーは次に押出機の一端部のバルブを開けることによりショットアッセンブ
リ内に移され、その後、ピストンが前進移動されてその半流動スラリーは温度制
御された型内に注入された。これが完全に冷却された後、鋳物（図７）が型から
放出された。サンプルが鋳物からカットされ、標準的なメタログラフ（metallog
rapical）技術が研磨のために使用された。微細構造試験が光学顕微鏡を用いて
実施され、その結果は図６に示されるようになった。この粒子が押出機において
固化され且つ剪断された主要相である。

【００５４】 以上に、本発明に係る特有の実施形態が図示され且つ説明されているが、本発
明が添付請求の範囲の範囲内において種々の形態および具体例を採りうることは
明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明の原理に従って高い完全性の成形材を製造するための、また溶
融合金をチキソトロピースラリーにするための装置の実施形態の概略図である。

【図２】 図２は、本発明の原理に従った、ツインスクリュウバレルの概略断面図である
。

【図３】 図３は、本発明の原理に従って構成されたスクリュウの要部図である。

【図４】 図４は、ツインスクリュウ押出機内の半流動スラリーの横断方向流の略図であ
る。

【図５】 図５は、ツインスクリュウ押出機内の半流動スラリーの軸方向流の略図である
。

【図６】 図６は、異なる固体分率のテオモールドMg-30wt.% Zn合金の微細構造を示した
ものである。

【図７】 図７は、本発明にしたがって形成されたレオモールド鋳物の写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ビーヴィス・マイケル・ジョン イギリス国 ミドルセックス ＵＢ８ ３ ＰＨ アクスブリッジ ブルーネル ユニ バーシティ ウルフソン センター フォ ー マテリアル プロセッシング (72)発明者 チー・ショウシュン イギリス国 ミドルセックス ＵＢ８ ３ ＰＨ アクスブリッジ ブルーネル ユニ バーシティ ウルフソン センター フォ ー マテリアル プロセッシング

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶融金属合金を液相温度以下の温度に、十分に高い剪断速度及び
   乱れの強度で剪断を与えて前記合金をチキソトロピー状態に冷却するステップ、 次いで、前記合金をモールド内に入れて、成形材に成形するステップを含み、 前記剪断は前記合金に対して少なくとも部分的に噛み合う少なくとも２つのス
   クリュウを有する押出機手段により与えられる、 溶融金属合金から成形材を成形する方法。
2. 【請求項２】前記スクリュウは実質的に全体が噛み合う請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】前記合金はその液相温度より高い温度で前記押出機に供給される
   請求項１または２記載の方法。
4. 【請求項４】前記モールドに移行されるに先立ち、前記合金は前記モールド内
   に射出するショットアッセンブリ内に移行される先行する請求項のいずれか１項
   に記載の方法。
5. 【請求項５】前記合金の温度は剪断過程で、前記合金の液相温度と固相温度と
   の間に維持され、前記合金は半流動状態とされる先行する請求項のいずれか１項
   に記載の方法。
6. 【請求項６】前記合金の前記押出機内における固体分率が５〜９５％である請
   求項５記載の方法。
7. 【請求項７】溶融金属合金をチキソトロピー状態に変換し、十分に高い剪断及
   び乱れの強度を与えることが可能な温度制御がなされる押出機と、 前記押出機と流体が流通する関係にあるショットアッセンブリと、 前記ショットアッセンブリと流体が流通する関係にあるモールドとを含み、 前記押出機は少なくとも部分的に噛み合う少なくとも２つのスクリュウを有す
   る、 溶融金属合金から成形材を成形する装置。
8. 【請求項８】溶融金属合金を前記押出機内に供給するフィダーをさらに備える
   請求項７記載の装置。
9. 【請求項９】前記フィダーは、前記合金を固相温度より高い温度になしかつ維
   持する手段を有する請求項８記載の装置。
10. 【請求項１０】バレル及びスクリュウを有し、前記バレルの内面及び前記スク
    リュウの外面は前記合金に対する耐腐食性及び耐浸食性があり、前記各スクリュ
    ウはシャフト及びこれに少なくとも一つの羽根を有し、前記羽根は前記バレルを
    通して前記合金を進ませるために、前記シャフトの周りに少なくとも部分的に螺
    旋である請求項７〜９のいずれか１項に記載の装置。
11. 【請求項１１】前記スクリュウを回転させ、前記合金が半流動状態において、
    完全なる樹木状の構造の生成を防止するに十分な高い剪断速度及び乱れの強度で
    剪断を与える、電気的または液圧的モータを備え、前記スクリュウの回転は、前
    記電気的または液圧的モータによって前記合金を前記バレルの一端から他端への
    移動を生じさせるものである請求項７〜１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 【請求項１２】前記合金が半溶融状態となりかつ前記合金の液相温度と固相温
    度との間の温度となるように、前記押出機バレル、前記スクリュウ及び前記合金
    に対して熱移動させる温度調節手段を有する請求項７〜１１のいずれか１項に記
    載の装置。
13. 【請求項１３】前記押出機とショットアッセンブリとの間にあって、前記合金
    を前記押出機からシリンダポジションアッセンブリにおけるショットスリーブに
    排出させるためのコントロールバルブを有する請求項７〜１２のいずれか１項に
    記載の装置。
14. 【請求項１４】前記押出機バレルは、焼きばめにより、前記バレル外面と機械
    的に結合した内面を有する請求項７〜１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 【請求項１５】前記押出機バレルは、サイアロンセラミックにより形成された
    一体式構造の部材である請求項７〜１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 【請求項１６】前記装置の前記溶融合金と接触するすべての表面及び内面は、
    サイアロンセラミックにより形成されている請求項７〜１５のいずれか１項に記
    載の装置。
17. 【請求項１７】前記バレルの前記外面は、工具鋼Ｈ１１，Ｈ１３またはＨ２１
    である請求項７〜１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 【請求項１８】焼きばめにより、前記スクリュウは前記サイアロンスクリュウ
    と機械的に結合されている請求項７〜１７のいずれか１項に記載の装置。
19. 【請求項１９】前記スクリュウはサイアロンセラミックの一体式構造である請
    求項７〜１８のいずれか１項に記載の装置。
20. 【請求項２０】溶融金属合金を液相温度以下の温度に、十分に高い剪断速度及
    び乱れの強度で剪断を与えて前記合金をチキソトロピー状態に冷却するステップ
    を含み、 前記剪断は前記合金に対して少なくとも部分的に噛み合う少なくとも２つのス
    クリュウを有する押出機手段により与えられる、 溶融金属合金から半溶融スラリーを生成させる方法。