JP2003524525A

JP2003524525A - マグネシウム圧力鋳造

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Publication number: JP2003524525A
Application number: JP2000523026A
Authority: JP
Inventors: テイラーマレーモーリス; アランコープマシュー
Original assignee: コモンウェルスサイエンティフィックアンドインダストリアルリサーチオーガナイゼイション
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2003-08-19
Also published as: ATE310597T1; US7121319B2; AR017775A1; EP1137503A4; US20050072548A1; DE69832538D1; CA2310408A1; CA2310408C; US6634412B1; HK1034218A1; KR100685233B1; EP1137503A1; ZA9810933B; KR20010032525A; BR9814706A; NO20002706D0; DE69832538T2; EP1137503B1; AUPP060497A0; ES2253836T3

Abstract

(57)【要約】溶融状態又は揺変状態のマグネシウム合金を、型キャビティを画定する鋳型又は金型を有する圧力鋳造機によって圧力鋳造するため、溶融マグネシウム合金をキャビティに注入することができる少なくとも１個のランナ即ち湯道を画定する金型ツール手段又は鋳型ツール手段を有する金属流動装置を設けるか使用する。金属流動装置は、この装置内における金属流動速度を制御する形式のものとし、これにより、型キャビティを流動して通過する金属のほぼすべてが粘性状態又は半固相状態となるようにする。型キャビティの充填はゲート即ち堰、又は他の注入サイトからから到来する金属の半固相状態前面によって徐々に行うことができる。ランナからのマグネシウム合金の流れを金属流動装置の少なくとも１個の制御膨大領域を経て流動させ、この制御膨大領域において金属の流れが注入方向に対して側方に拡散することができるようにし、この結果、ランナにおける流動速度よりも低い流動速度に減少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、溶融状態又は揺変性状態のマグネシウム合金から圧力鋳造体を製造
するに使用するための、またホット（高温）チャンバ鋳造機及びコールド（低温
）チャンバ鋳造機を含む種々の形態の既存の鋳造機に適用できる改善した金属流
動装置に関するものである。

【０００２】国際的な圧力鋳造業界では、マグネシウム合金は亜鉛合金及びアルミニウム合
金に比べると熱容量が低いため、溶融マグネシウム合金の時期尚早な凝固を防止
する大きいランナ及びゲートを使用する必要があるとの認識が行き渡っている。
解釈には相当違いがあるが、実際、この業界ではこのようにすることが最良の実
施形態であると見なされている。

【０００３】この業界ではマグネシウム合金から満足のいく鋳造体を製造することを意図し
て設計された多くの異なる方法がある。しかし、これらの方法で製造されたマグ
ネシウム合金圧力鋳造は、使用に供する品質の鋳造体であってもほとんどが亜鉛
合金又はアルミニウム合金の鋳造体よりも多くの表面欠陥を呈する。

【０００４】本件出願の発明者は、本発明を使用することにより高品質のマグネシウム合金
の鋳造体を製造することができることを見いだした。本発明により製造した鋳造
体はアルミニウム合金又は亜鉛合金の鋳造体で得られるのと匹敵する品質となる
ことができる。更に、本件出願の発明者は、慣行の最良実施形態よりも小さいラ
ンナ及びゲートを有する金属流動装置を使用することによって鋳造品質を向上さ
せることができることを見いだした。本発明の金属流動装置は、鋳造の歩留り即
ち、全体ショット重量に対する鋳造体重量の割合比率を大幅に向上させることが
できる。従って、再生して再処理する必要がある金属重量を相当減少することが
でき、生産コストを低減することができる。

【０００５】本発明によれば、品質を向上し、金属供給装置における金属量を大幅に減少し
て従来慣行の実施形態よりもコストを低減することができるマグネシウム合金鋳
造体を製造する金属流動装置を計画することができる。

【０００６】本発明は、型キャビティを画定する成形型又は金型を有する圧力鋳造機で溶融
状態又は揺変性状態のマグネシウム合金を圧力鋳造するため、溶融マグネシウム
合金を型キャビティ内に注入することができる少なくとも１個のランナを画定す
る金型又は成形型ツール手段を設けた金属流動装置を提供又は使用する。本発明
の第１の実施の形態としては、金属流動装置内における金属の流れの速度を制御
し、型キャビティを通過する金属のほぼすべてが粘性状態又は半固相状態となる
形状に金属流動装置を形成する。

【０００７】更に、本発明は、グネシウム合金を鋳造する方法において、型キャビティを画
定する成形型又は金型を有する圧力鋳造機を使用し、また少なくとも１個のラン
ナを画定する金型又は成形型ツール手段を有する金属流動装置であって、前記ラ
ンナから溶融マグネシウム合金を前記型キャビティ内に注入する金属流動装置を
使用して、溶融状態又は揺変性状態のマグネシウム合金を鋳造し、更に、前記金
属流動装置を通過する金属の流れを制御して前記型キャビティ全体にわたり流れ
る金属の流れのほぼすべてが粘性状態又は半固相状態となるようにした形状に前
記金属流動装置を形成することを特徴とする。

【０００８】本件出願の発明者は、粘性状態又は半固相状態では型キャビティの充填が、ゲ
ート又は他の注入部位を通過する金属の半固相状態のフロントによって徐々に進
行することを見いだした。このようなマグネシウム合金の充填形態は、アルミニ
ウム合金又は亜鉛合金のダイキャストで見られ、１９３２年にフォーマー氏によ
って最初に記載された（マッグロー‐ヒル出版社により１９９１年に出版された
Ｈ．Ｈ．デーラー(Doehler）著の参考文献「ダイキャスティング」参照）逆流充
填で行われる極めて複雑な液相周縁充填とは大きくかけ離れている。

【０００９】本発明の第１の実施の形態では、ランナからのマグネシウム合金は金属流動装
置の少なくとも１個の制御膨大領域を経て流れ、この制御膨大領域で注入方向に
関して側方に拡散し、ランナにおける速度よりも遅い速度に減少する。好適な実
施例では、流動装置の制御膨大領域を、金属がランナから型キャビティに流入す
るゲートにより構成する。この好適な実施例において、前記ゲート及びランナを
、前記ゲートを通過する流れの有効断面積が前記ランナを通過する流れの有効断
面積よりも大きくなるようにし、溶融金属は前記ゲートを通過する速度より速い
速度で前記ランナを通過する流れの有効断面積部分を通過するようにする。この
ことは現在推奨されている従来の実施形態とは異なる。

【００１０】発明の第１の実施の形態による好適な実施例においては、前記ゲートを通過す
る流れの断面積を前記ランナを通過する流れの有効断面積よりも大きくし、この
断面積の比が約２：１〜４：１の範囲となるようにする。

【００１１】ランナを通過する流れの有効断面積はランナの長手方向の全範囲にわたり得ら
れるようにすることができる。しかし、有効断面積は長手方向の一部しか得られ
ないこともある。従って、後者では、流れの有効断面積が得られる長手方向部分
の上流域を通過する流れの断面積を大きくする。

【００１２】本発明の第１の実施の形態における他の実施例においては、前記制御膨大領域
を、前記型キャビティの少なくとも一部でこの型キャビティ内部に画定し、金属
がこの型キャビティに進入する部位に隣接する型キャビティの表面によって形成
する。この他の実施例では、金属がランナから型キャビティに流入する部位での
ゲートとする。この場合、ゲートが制御膨大領域を画定する必要はない。即ち、
この場合にはこの部位はランナよりも有効断面積が大きく、ゲートは単に型キャ
ビティにおけるランナの出口端部をなす簡単構成となる。しかし、ゲートは型キ
ャビティによってまた型キャビティ内で画定される他の部分で制御膨大領域の一
部をなすようにすることもできる。

【００１３】少なくとも型キャビティによって型キャビティ内に画定される制御膨大領域を
有する金属流動装置のこの他の実施例は、すべての型キャビティ形状に適合する
ものではない。このような領域は、金属が型キャビティの隣接表面に対して型キ
ャビティに進入するときの流れの方向に依存して設ける。一般的に、この表面は
型キャビティ内でゲートがもたらす制御膨大と同様に機能するよう制御するとと
もに膨大することができる必要がある。このように型キャビティによって画定さ
れる制御膨大領域は疑似ゲートと見なすことができ、以下の説明ではゲートは実
際のゲート及びこのような疑似ゲートの双方を包含して称するものとして理解さ
れたい。しかし、金属が型キャビティ内に流入する疑似ゲートを画定する型キャ
ビティ表面は通常流れを全方位で包囲せず、三方で包囲するのが好ましい。

【００１４】制御膨大領域はランナの有効断面積から急激にかつ段階的に断面積を増大する
ことによって形成することができる。しかし、金属の流れの方向に断面積が徐々
に増大する制御膨大領域が好ましい場合がある。このように、膨大領域を実際の
ゲートによって画定する場合には、型キャビティに連通するゲートの最大断面積
まで断面積が増大するゲートにすると好適である。

【００１５】本発明は、ホット（高温）チャンバダイキャスト機又はコールド（低温）チャ
ンバダイキャスト機のいずれにも適用することができる。各場合において、本発
明は、以下に説明するように、マグネシウムの鋳造体の製造においてコストを極
めて大幅に節約し、鋳造歩留りを大幅に向上することができる。従って、再生し
て再処理することが必要となるランナ／スプルー金属の重量を大幅に減少し、こ
のことは再処理に注意を要するマグネシウムの鋳造に関連して特に重要なことで
ある。

【００１６】本発明によって得られるまた本発明による方法で使用される金属流動装置は、
型キャビティの一部を画定する金型又は成形部分又はツールによって設けるのが
一般的である。しかし、通常の圧力キャビティの成形型及び金型と同様に、互い
に連係動作する部分又はツールによって画定する。

【００１７】本発明による装置は或る特定の鋳造機での圧力鋳造に使用することができる。
少なくとも本発明の装置及び方法に関する限り、ランナを通過する溶融金属の速
度は約１５０ｍ／ｓとすると好適である。この速度の変動は可能であり、例えば
１４０ｍ／ｓ〜１６５ｍ／ｓの範囲の速度とすることができる。しかし、この速
度はランナの長さの全体にわたり得られるようにする必要はないが、本発明の少
なくとも若干の実施例ではこのようにすることが好ましい場合もある。一方、長
さの他の部分での有効断面積よりも小さい有効断面積のランナ部分にわたりこの
速度が得られるようにするだけでも十分である。

【００１８】制御膨大領域を通過する溶融金属の流れの速度は、ランナを通過する流れより
も２５％〜５０％小さい速度とする。多くの実施例において、膨大領域を通過す
る金属の速度はランナを通過する金属の速度の２／３に極めて近似する速度とな
る。従って、約１５０ｍ／ｓのランナ速度の場合、膨大領域の速度は約１００ｍ
／ｓとすると好適である。

【００１９】上述したように、膨大領域及びランナを通過する流れの有効断面積は、この膨
大他ポンプ及びランナの物理的断面積とは異なっている。この差異は、以下に説
明する第１番目の実験シリーズの初期実験に反映されるため重要である。これら
の初期実験はマグネシウム合金を鋳造する従来の最良の実施形態に基づいてまた
アルミニウム合金及び亜鉛合金を鋳造する実施形態と同様の大きなランナ及びゲ
ートに関して導入した。これらの初期実験のランナにおける実際の流路は、ラン
ナの設計した物理的断面積よりも断面積を相当小さい円筒形領域を通過する。流
れの領域のこの小さい面積は、溶融金属がランナを通過する幾分中心寄りのコア
を構成し、少なくとも壁厚が大きい部分的に凝固した金属のスリーブ内に存在す
る。或るランナ断面積に対して、流れの領域の断面積は金型が高温（ホット）で
あるときは大きくなる。

【００２０】ランナを通過する流れの有効断面積と実際の又は設計した断面積との間に生ず
る差の相関関係は本発明による金属流動装置のランナでは従来の最良の実施形態
よりも少ない。実際、本発明による限定された状況では、この差はほとんど排除
することができる。即ち、限定状況では、ランナは比較的小さく設計した断面積
を有し、この小さい断面積がほぼランナを通過する流れの有効断面積を画定する
。この状況を得るのを容易にするため、ホットチャンバ機のランナの長さの上流
部分を、適当なセラミック材料で形成した部材によって画定し、このセラミック
部材によって、ランナを画定する部材の表面で金属が凝固するのを阻止する温度
サイクルを維持することができるようにする。代案として、ホットチャンバ装置
又はコールドチャンバ装置のランナの長さのこのような上流部分を、熱交換流体
を循環することができる部材によって、又は電熱装置を使用することによって画
定し、このような温度サイクルを維持することができる。

【００２１】従来慣行の実施形態は、ゲートよりも大きい断面のランナを有する即ち、ラン
ナ及び制御膨大領域の断面に関して本発明とは正反対の大きなランナ装置を必要
としていた。従って、従来の実施形態では或る鋳造に関してランナ／スプルー金
属の量が比較的大きく、このためランナ／スプルー金属の再生及び再処理におけ
るコストが高かった。従来慣行の実施形態では鋳造体の重量の５０％を越えるラ
ンナ／スプルー金属を生じ、場合によっては鋳造体重量の１００％以上のランナ
／スプルー金属を生ずることもあった。このように、ランナ／スプルー金属の量
が鋳造体の量よりも大きくなることがある。

【００２２】従来慣行の実施の形態と比べると、本発明はランナ／スプルー金属の量を大幅
に減少することができ、例えば、コールドチャンバ鋳造機において鋳造体重量の
３０％以下に減少することができる。多くの場合、特にホットチャンバ鋳造機で
は、本発明によれば、ランナ／スプルー金属の量をこのレベルよりも十分低くす
ることができ、例えば、約５％以下又は約２％以下にすることもできる。このこ
とは、再処理再生金属のコストを減少する点で実用上の大きな利点であること勿
論である。

【００２３】本発明がランナ／スプルー金属の量を大幅に減少できるのは、ランナの設計断
面を減少し、更に、ランナ長さを減少した結果である。設計断面を減少すること
ができ、これに応じてランナを通過する流れの有効断面積を減少することができ
る。しかし、流れの有効断面積はランナの長さの一部のみ、例えば、長さにわた
る小さい部分にわたって必要である。更に、ランナの長さにおける鋳造作業中に
凝固する部分を大幅に短くすることができ、これによりランナ／スプルー金属の
量を一層減少することができる。

【００２４】本発明によれば、再処理コストを低減することの他に重要な利点を得ることが
できる。このことは鋳造体の多孔質化及び表面仕上げに関するパラメータに大き
な改善をもたらす。アルミニウム合金又は亜鉛合金の鋳造に比べると、従来慣行
の実施形態により製造したマグネシウムの鋳造体は、表面の仕上がりが劣り、鋳
造表面で又はその近傍で多孔質になることがよくあった。しかし本発明によれば
、鋳造多孔質化を大幅に減少し、品質の良い均一な表面仕上がりも得られる。

【００２５】ランナ／スプルー金属の量を減少し、多孔質化を減少し、表面仕上がりを改善
する共通の要因は、本発明により可能となる溶融金属の流動速度であると確信す
る。本発明により得られる速度によれば、制御膨大領域に隣接する型キャビティ
の領域から離れるよう型キャビティ内で金属が流れるのは溶融金属が粘性状態で
あるためである。即ち、キャビティの充填中、金型内の流れは半固相状態の金属
フロントとして後続の金属が部分固相状態でほぼ一定割合で充填する。このよう
にして、キャビティの充填は半固相状態フロントが制御膨大領域から離れる方向
に移動することによって進行し、これに対してアルミニウム合金又は亜鉛合金き
鋳造では極めて複雑な周縁充填及び逆流充填が見られる。

【００２６】以下に説明する本発明は実験に基づくものである。第１番目の実験シリーズは
マグネシウム合金の流れ及び凝固のメカニズムをよりよく理解するために行った
。特に、この実験は特定鋳造の物理的パラメータを変化及び／又は制御すること
によって表面仕上がり及び多孔質化レベルに改善が得られるか否かを検証するに
あった。

【００２７】第１番目のシリーズの初期実験の若干は流動パターンを理解するために「短シ
ョット」技術を使用した。これらの実験は型キャビティ内で２個の流動状況を生
ずることを示し、これらの２個の流動状況間の領域には粗悪な仕上がりを常に発
生した。この流動パターンは亜鉛圧力鋳造又はアルミニウム圧力鋳造で見られる
のとは異なる様相を呈した。顕微鏡組織を検査したところ以下のことが分かった
。即ち、・ランナにおける流れは設計した物理的なランナ断面よりもずっと小さい円筒形
断面領域を通過した。このことは流れが単一方向の鋳造部分で見られた。・マグネシウム合金鋳造におけるパーセンテージソリッド即ち比率固相（大きな
枝間隔を有するデンドライト即ち樹枝状晶で示される）は約５０％であった。・ゲートの近傍におけるマグネシウム合金鋳造体の顕微鏡組織はゲートから５０
ｍｍ〜３００ｍｍ離れた位置で観測されるものとは異なっていた。

【００２８】これらの初期実験の結果は、金属はランナ内で部分的に凝固し、キャビティ内
では半固相状態の粘性体のような挙動を示すことを示唆しているように見える。
ランナに沿って移動する第１金属（フロント即ち前線）は液相状態でキャビティ
に進入し、このことが異なる顕微鏡組織が得られたことの原因であり、これら異
なる流れの条件間の遷移部分の鋳造がほぼ共通した位置で生じたことの説明がつ
く。

【００２９】第１のシリーズの後半の実験では、従来慣行のゲート設定方針内でのランナ及
びゲートのスタイルを変化させると鋳造体に改善が見られるとともに、この方針
によれば大きな変化が期待できる結果を示した。しかし、貧弱な表面仕上げの領
域及び位置はほぼ変わらなかった。鋳造体の品質を考慮する場合には、単独のテ
ーパ付き接線方向即ち正接方向（タンジェンシャル）ランナへの変更により極め
て良好な結果をもたらした。この段階での流れの挙動に対する理解レベルは極め
て限定されてた。しかし、明らかになったのは、マグネシウム合金は亜鉛合金及
びアルミニウム合金とは大きく異なる挙動を示すという点である。

【００３０】第２の実験シリーズは多数の異なる金型及び鋳造機で行い、挙動の違いは揺変
性の性質によるものであるか否かを検証しようとするものであった。１５ｇ〜１
５ｋｇにわたる種々の鋳造サイズに関して実験を行うとともに、ホット（高温）
チャンバ鋳造機及びコールド（低温）チャンバ鋳造機の双方で実験を行った。一
連の端部が開放したボックス群よりなる極めて長尺の鋳造体での実験においては
コールドチャンバ鋳造機の長い端縁に沿って鋳込みを行った。スプルーからの２
個の大きなランナは長い半テーパ付きのランナに沿って鋳込まれた。型キャビテ
ィ内で金属が揺変性状態であれば、粘性加熱によって一方の端部からキャビティ
充填を行うことができるという目算があった。このことを証明するため、金型に
おいて従来のランナの一部を変更し、キャビティ半部への金属流入を確実に阻止
するようにした。従って、型キャビティ内の阻止された閉鎖ランナ部分に隣接す
る部分への金属流入は阻止されていない側から行われざるを得ず、１メートル以
上の距離を流動する必要がある。キャビティ内での流路は複雑であり、種々の向
き変動を生じた。しかし、鋳造機の設定を変化させないでおくと、片側供給装置
は、完全ランナで製造したものよりも極めて優れた品質の鋳造体を製造した。こ
の大きな変更は金属の速度の増加であった。

【００３１】第３番目のシリーズの付加的実験は、小さいホットチャンバ鋳造機で製造し、
長く薄いランナ及び０．１５ｍｍの深さの極めて浅いゲートで供給した２８０×
２５×１ｍｍの鋳造体に関して行った。これらの実験は、ゲートを長さの大部分
にわたってうまく阻止されていないと鋳造品質が悪くなることを示した。一方向
に２２０ｍｍの長さのランナを、１０ｍｍの長さのプラグをランナに溶接するこ
とによって有効長さを１００ｍｍに減少した。これによって得られた鋳造体は全
体が充填され、金属は０．１５ｍｍのゲートを経て型キャビティからランナの阻
止されていない部分に流動した。このことは、合金が極めて低い粘性状態でキャ
ビティを充填することを示している。亜鉛合金又はアルミニウム合金での同様な
鋳造はこのような特性を示さない。鋳造機は金属に対して１４ＭＰａの圧力のみ
を加えた。

【００３２】長く薄いゲートを使用した従来の最良の実施形態で製造したマグネシウム鋳造
体を検討したところ、ゲートの大部分は実際上機能していないことを示した。

【００３３】第４番目のシリーズの実験は種々の鋳造サイズで行ったが、ゲート及びランナ
の寸法を減少しかつ金属の流動速度を増大させるとき品質改善が見られた。ホッ
トチャンバ鋳造機及びコールドチャンバ鋳造機の双方で製造した多数の鋳造体に
関して１×１ｍｍ〜５０×５０ｍｍの範囲のランナ断面の検討したところ、各場
合において中心円形領域が存在することが分かった。この特性はオリジナルの断
面輪郭によって影響されないことが分かった。この条件から推測されることは、
キャビティ充填中に金属流動を生ずる領域を画定し、これが有効流動断面となる
というものである。この領域は元々金型に切削されたランナよりも断面積が小さ
いため、金属流動の速度が相当高くなる。測定した金属の流動速度を使用して計
算すると、１５０ｍ／ｓ程度のランナ速度である場合に、ゲート速度はランナ速
度の約２／３になる。同様の領域は単一方向の流れが存在する鋳込みに見ること
ができる。

【００３４】第５番目の実験シリーズは、徐々に小さくなるゲート部分を経て長く薄い鋳造
体を製造することに関して行った。オリジナルのゲート長さを１２０ｍｍから８
ｍｍに減少したが、鋳造体は容認できる品質を保持した。鋳造体を顕微鏡検査し
たところ、充填は半固相状態のフロント（前線）充填に一致し、充填中比率固相
（パーセンテージソリッド）はこの部分全体にわたり一定であった。多孔質性は
最小となった。

【００３５】本発明の理解を一層容易にするため、以下に添付図面につき説明する。

【００３６】図１及び図２の装置１０において、それぞれドアハンドルを図４に示す形態で
鋳造することができる多数の半径方向に配置したキャビティ１４（１個のみを図
示する）を画定する金型１２を示す。この金型１２は固定部分１６及び可動部分
１７を有し、図面ではこれらの部分が閉じた状態を図示するが、分離ラインＰで
部分１６，１７を分離することができる。金型部分１７に組み込むプラグ２０に
はエジェクション用のピン１８を摺動自在に取り付ける。ピン１８及び少なくと
も１個の他のピン（図示せず）は各作動サイクルの終了時に鋳造体をエジェクト
するため伸縮自在にする。

【００３７】プラグ２０に対向して、金型部分１６にブッシュ２２を設け、このブッシュの
孔２２ａをスリーブ２４に整列させる。プラグ２０と同様にブッシュ２２を、金
型１２の部分１６，１７に使用されるような適当なスチールで形成するが、スリ
ーブ２４は比較的低い熱伝導性を有する材料例えば、部分的に安定化した酸化ジ
ルコニウム又は他の適当なセラミックにより形成すると好適である。

【００３８】プラグ２０及びブッシュ２２の隣接端縁は互いに補完し合う截頭円錐形の形状
にする。両者の端部は、金型１２を閉じた状態で、プラグ及びブッシュ２２によ
って互いに接触する対向端面間にシールを生ずるようにする。しかし、プラグ２
０の端面には各型キャビティ１４のための溝２１を形成し、これらの溝２１をブ
ッシュ２２の端部に連係してキャビティ１４のためのランナ即ち湯道２６を画定
するようにする。ランナ２６はゲート即ち湯口２８を経て型キャビティ１４に連
通させる。

【００３９】ブッシュ２２の孔２２ａに同心状となるよう、スリーブ２４の孔２４ａを画定
し、この孔２４ａの断面を孔２２ａよりも相当小さくする。更に、ブッシュ２２
の外方端部には孔２２ａを外方に広がる拡張部を形成し、ノズル３０が掛合でき
るようにする。好適には、ノズル３０は高温（ホット）チャンバ装置の雁首状プ
ランジャ構造の延長部とし、これにより、溶融マグネシウムを孔２４ａを経てラ
ンナ２６及びゲート２８を介してキャビティ１４に注入できるようにする。

【００４０】図１及び図２の構成では鋳造サイクルの終了時には、注入したマグネシウムは
凝固してスリーブ２４の孔２４ａの内方端部に引き戻される。従って、サイクル
中の鋳造圧力を釈放すると、溶融金属はノズル３０を経て孔２４ａから引き出さ
れる。

【００４１】図１及び図２の構成では、各ランナ２６の長さは最小にすることができる。更
に、各ランナは各ランナ２６を通過する有効金属流の断面と同様の小さい断面に
設計することができる。各ランナ２６の内方端部部分は金型１２の部分１６，１
７によって画定される。ランナの内方部分の長さにわたり、ランナ２６は深さを
徐々に浅くし、幅を増大させ、ゲート２８をプラグ２０とブッシュ２２との間に
画定されるランナ２６の長さの一部より断面が小さい幅狭の細長形状にする。

【００４２】図１及び図２の構成を使用する際に、湯道（ランナ）／湯口（スプルー）にお
ける金属の凝固のための熱エネルギ抽出は、金型１２の部分１６，１７にプラグ
２０及びブッシュ２２を介して金属を導入することにより行う。ランナ２６の比
較的短く小さい断面は、凝固を得るために冷却剤を循環させるのは必要ではない
。しかし、比較的短い長さのランナ２６にも係わらず、またスリーブ２４がキャ
ビティ１４に近接しているにも係わらず、孔２４ａ内の金属の凝固は、スリーブ
２４を構成するセラミックの断熱効果によって阻止され得る。図１及び図２の全
体構成は、約３０ｇｍの重さのマグネシウム合金ハンドルの鋳造において、各ラ
ンナ２６の長さ及び断面を、湯道（ランナ）／湯口（スプルー）金属の量（２個
のハンドルを同時に鋳造するときの）を約３ｇｍまで減少させることができるよ
うにする。

【００４３】図３はほぼ図１に対応するが、この図３は従来の実施方法による構成の詳細を
示す。図３において、図１及び図２の構成部材に対応する構成部材にはその参照
符号に１００をプラスして示す。

【００４４】図３の構成において、プラグ１２０は截頭円錐形の湯口（スプルー）ピン１２
０ａを有し、金型１２０の部分１１６，１１７を閉じた状態では、この湯口ピン
がブッシュ１２２のテーパ付きの孔１２２ａ内に突入する。プラグ１２０には溝
１２１を形成し、この溝１２１がブッシュ１２２とともに湯道（ランナ）１２６
を形成する。プラグ１２０には更に、ダクト４０を形成し、このダクト４０に水
等の冷却剤を循環させるとともに、ブッシュには周縁溝４２を形成し、この溝４
２をスリーブ４４によってカバーし、冷却剤を循環させるための他のダクト４６
を画定する。

【００４５】上述したようにノズル（図示せず）は図１のノズル３０と類似であり、孔１２
２ａを経てランナ１２６に沿ってゲート（堰）１２８を介してキャビティ１１４
に溶融したマグネシウム合金を注入できるようにするために使用する。充填の完
了の際には、冷却剤をダクト４０，４６に循環させ、ランナ／スプルーにおける
金属を、ピン１２０ａを収容するテーパ付きの部分とダイキャスト装置のノズル
を収容するためのフレア付き外方端部との間の孔１２４ａを最小断面となるよう
凝固する。

【００４６】図３の従来構成では、ランナ１２６は長いばかりでなく、断面も大きい。上述
したように、このことは熱容量が低いマグネシウム合金が早めに凝固するという
予想される危険性を回避する。図１及び図２に示すハンドルと同一形状及び同一
重量のドアハンドルを鋳造するこの構成の場合、ランナ／スプルーにおける金属
の重量は約３０ｇｍである。即ち、このことは、図３の構成では、図１及び図２
の構成で見られる金属の量の１０倍の量が再生利用に回すべきことになる。

【００４７】図４は型キャビティから取り出されるマグネシウム合金ドアハンドルの鋳造体
６０を線図的に示し、これには依然としてランナ／スプルー金属６２が取り付け
られている。ランナ／スプルー金属６２は２個の鋳造体６０に共通であり、しか
し、一方の鋳造体のみを示すとともに、他方の鋳造体のランナ金属の全体も示し
ていない。

【００４８】初期に形成した金属流動装置のランナは、５０ｍｍ² の設計断面を有し、後
に説明する図９Ｃに示す形状の外部輪郭に対応する。図９Ｃから明らかなように
、ランナの設計断面は等脚台形の形状であり、このような断面がランナの長さ全
体にわたり延在する。

【００４９】第６番目の実験は、鋳造中にマグネシウム合金が移動する距離における粘性流
の作用を検証することを意図したものである。このため、図５に示すように、金
属流動装置Ｓを形成し、この装置は標準の張力バーの刻印型Ｂに終端する金属流
路をなすチャンネルＣにより構成する。チャンネルＣは４×４ｍｍの通常断面と
１２３０ｍｍの長さを有する。

【００５０】鋳造は図５の装置Ｓを使用し、ダイキャスト装置の型締め力２５０トンの低温
（コールド）チャンバで試行した。これらの試行はダイキャスト装置の通常作動
温度の下で行うとともに、金型温度は約１２０°Ｃのみとした。図５から明らか
なようにチャンネルＣの経路は曲がりくねったものであり、流れに高い抵抗を示
す。このことにも係わらず、チャンネルＣの１２３０ｍｍの全長にわたる流動が
得られ、バーの刻印型Ｂの充填を開始することができる。このことから１２３０
ｍｍの流動長さは制限とはならないと考察される。しかし、これは、従来の慣行
に従って設計した約７００ｍｍの最大流路長さでありかつ４×４ｍｍよりも極め
て大きい断面のランナで観察されたものと比較したものである。

【００５１】第７番目の実験は図４のドアハンドル鋳造体６０で、販売できる鋳造品を製造
することができるランナ及びゲートの最小寸法を決定するために行った。実験は
以下の構成よりなる。即ち、・サイフォン管を介して保持炉に接続した溶融炉を有する型締力８０トンのフレ
ッチ(Frech) 製ホット（高温）チャンバ装置。このことは金属温度が一貫してい
ることを意味している。・プランジャの変位量、速度及び圧力を与えるダイマック(DieMac)製ショットモ
ニタ装置。・２個の熱電対であり、双方とも金型の固定ハーフにおける刻印面から７ｍｍの
位置であり、ゲートから型キャビティ内に１０ｍｍ入った位置と、８０ｍｍ入っ
た位置に配置した熱電対。・時間経過に対する温度を表示するチャートディスプレイ。・表面温度測定値のための接触熱電対。・赤外線デジタル温度センサ。・インサートの金型及び準備構成の変更のためのフル装備ツール空間。

【００５２】以下の第７番目の実験シリーズはすべて約１００ｍ／ｓのゲート速度で試行し
た。１）２×１ｍｍのゲートを有する鋳造体６０のための金型端部への供給は妥当
な品質ではあるが販売することはできない鋳造体となった。スプルー及びランナ
部分は鋳造体とほぼ同一の重量であった（５０％の歩留り）。２）７×２ｍｍのゲートを有する鋳造体のための金型端部への供給は高品質で
販売できる鋳造体となった。或る一つの領域にはんだ付け作用が観察されたが、
このことはこの領域に金型温度の減少させる冷却剤溜めを付加することによって
解決した。ランナを分割区分することによって、１５０ｍ／ｓのオーダーの実際
のランナ速度を示す円筒形の流動パターン（図９Ｃにつき以下に説明する）を生
ずることがわかった。ランナの有効直径を約３ｍｍに減少する場合（円筒形断面
で観測した直径）、３ｍｍ直径の物理的ポートを挿入することによって鋳造体の
品質には影響がなかった。セグメント６４を生ずるようランナの一部を形成し、
このセグメント６４に３ｍｍの孔６４ａをドリル形成して３ｍｍ直径の流動チャ
ンネルを形成する。セグメント６４はゲートに近接させてランナに挿入し、この
セグメントの孔６４ａは断面が減少したランナの部分を形成し、この断面減少部
分が約７．１ｍｍ² 以下の断面積の有効金属の流れを生ずる。更に、この実験
内で、キャビティへの金属の量を減少することによって多数のショートショット
を製造した。不十分な金属から生ずるショートショットは、金属が衝突すること
によって表皮部分を生ずる。この表皮部分は１００ｍ／ｓの高いゲート速度のた
め、液状又は半固相の流れのいずれかによって生ずる。

【００５３】３）通常のランナを使用したが、３ｍｍ直径の孔６４ａを有するセグメント６
４を７×２ｍｍゲートに供給するランナに挿入した。鋳造は分割区分により決定
されるように低多孔率の比較的高品質のものであった。ゲートから最も遠い領域
の若干の表面マークは、流れによる影響が比較的僅かに見られることを示唆して
いる。このことは６ショットに関して通常の生産で行い、各ショット毎に金型温
度を維持した。これによると、３ｍｍ直径の孔に急勾配で出入りする場合に欠陥
を生ずる恐れがあることがわかった。このランナ及びゲートに金属を通過させる
に必要な圧力は、通常の生産よりも約２０％高くする。

【００５４】４）更に、他の実験において、長さＡ及び３×３ｍｍのチャンネルを片側カッ
トした長目のランナピースを７×２ｍｍゲートに挿入した。このランナピースは
チャンネル６６ａを形成した横断面部６６を有する。ランナピースの入口及び出
口は流れに対する抵抗を少なくするよう勾配を緩くした。鋳造品質は極めて良好
で販売できる品質であった。金属をランナを通過させてキャビティ内に流し込む
のに必要な圧力は、通常の約３０％だけ増加した。ランナインサートを使用して
製造した鋳造体の１個のランナを分割区分けした結果、金属はチャンネルの壁に
沿って凝固するのが最小で区分を流動した。ランナを通過する速度は１５０ｍ／
ｓ、ゲートでは１００ｍ／ｓと計算された。

【００５５】５）他の実験例において、全体にわたり長さＢ及び３×３ｍｍのチャンネルを
有するランナ及びスプルーを使用して７×２ｍｍのゲートに供給し、３×３ｍｍ
の区分を経て１２０ｍｍの全流動長さとする。スプルー領域における金属の容積
が減少したため、スプルーポストを冷却する水は省略した。鋳造は極めて優れた
品質であった。この鋳造の品質は上述の他の鋳造で得られるよりも優れていると
考えられた。この実験シリーズの実験３で見られた表面欠陥はこの実験例では見
られなかった。キャビティを充填するに必要な圧力は通常よりも３０％高い。供
給系における重量は鋳造体重量の６％であった（歩留り９４％）。

【００５６】ランナに進入する溶融金属はランナ表面で急速に凝固してチャンネルが形成さ
れる。中心領域の金属が半固相状態である場合、粘性の急激な増大により５０％
以上の割合が固相となる。速度を高く維持する場合、粘性加熱は金型の壁に対す
る熱損失を相殺する。従って、金属は長い距離にわたり流動することができるよ
うになる。この作業にわたり観察されるランナの各々において、鋳造装置の構成
は変化させず、ランナにおける金属速度を１５０ｍ／ｓのオーダーにした。金型
にランナ部分を挿入することによって、ランナにおける速度は１５０ｍ／ｓから
スタートするよう設定した。少なくとも「通常」条件の下で製造したのと等しい
品質で鋳造された。観察された改善品質は、ランナ速度１５０ｍ／ｓと等価の条
件、１００ｍ／ｓのゲート速度での迅速なキャビティ到達によるものであった。
キャビティ到達前のこの減速を使用して、ランナからゲートを経てキャビティに
至る速度を減少させることができる。

【００５７】最良のランナの設計は、従来は、速度が流路に沿って連続的に増大するように
し、ばらける金属フロントで空気混入を生じないようにするものであった。多く
のランナにおいて、ランナ速度はゲート速度の５０％以下であった。しかし、上
述の詳細な実験では鋳造品質における改善をもたらすために高いランナ速度を使
用することができることを示している。

【００５８】更に、図６及び図７の各々の構成は、図１及び図２を参照して理解できるもの
であり、図１及び図２の構成部材に対応する構成部材には、図６では同一の参照
符号に２００をプラスした符号、図７では３００をプラスした符号で示す。

【００５９】図６の構成は図１及び図２の構成とはセラミックスリーブ２２４の孔２２４ａ
が溶融金属を凝固したランナ／スプルー金属から分離して引き出し易くするため
直径を変化させている点で異なる。従って、孔の外方端部から孔の長さの大部分
にわたり、孔２２４ａは溶融金属の大部分の量が液状を維持することができる大
きな直径を有する。次に孔２２４ａは短い長さにわたり最小直径に段階的に縮小
し、またこの後内方端部に至るまで中間直径に増大する。ランナ／スプルー金属
の凝固のための熱エネルギ抽出が孔２２４ａ内で若干凝固を生じさせるため、図
６の構成はこの凝固をある程度有効に制限する。即ち、孔２２４ａの大きな外方
端部部分における金属の量が有する熱エネルギが存在するため、凝固は短い最小
直径部分を越えて、少なくとも鋳造サイクルに要する短時間では進行することは
できない。

【００６０】図７の構成は図６と同様の利点を有し、セラミックスリーブ３２４の孔３２４
ａの最小直径の部分で凝固した金属と依然として溶融状態を維持する金属の分離
を生ずる。しかし、全体形状が簡素化されているため好ましい構成である。図示
のように、プラグ３２０、ブッシュ３２２、及びスリーブ３２４は互いに平行な
端面を有し、これらの端面は金型３１２を閉じた状態では分離ラインＰで衝合す
る。図３の構成と比較すると、再溶融される金属の節約は約９５％まで達するほ
どの大きな節約をもたらすことができる。

【００６１】図８Ａ及び図８Ｂは、型キャビティの充填パターンを線図的に示し、図８Ａで
は亜鉛合金又はアルミニウム合金の充填パターン、図８Ｂでは本発明を使用した
マグネシウム合金の充填パターンを示す。図示の装置は、それぞれ型キャビティ
７６ａ，７６ｂを画定しかつ分離ラインＰで分離可能な型部分７２ａ，７４ａ及
び７２ｂ，７４ｂを有する金型７０ａ，７０ｂを示す。それぞれの場合に溶融合
金はランナ７８ａ，７８ｂ及びゲート８０ａ，８０ｂを有する金属流動装置を経
てそれぞれの型キャビティ７６ａ，７６ｂに注入することができる。

【００６２】図８Ａの場合、ランナ７８ａは型キャビティ７６ａの容積に対して比較的大き
な断面積を有し、溶融合金はランナ７８ａからこのランナより小さい断面のゲー
ト８０ａを経て注入される。影付きで示す合金の流れは従来慣行の亜鉛及びアル
ミニウム合金の鋳造で認識されている充填パターンを示す。即ち、合金の流れ８
２は型キャビティ７６ａに注入されてゲート８０ａから離れた領域まで達し、合
金の周縁流れ８４が型キャビティを逆流充填する。この複雑な周縁充填及び逆流
充填にも係わらず、亜鉛合金及びアルミニウム合金では品質の高い鋳造体を製造
することができる。しかし、上述したように、このような複雑な充填プロセスは
マグネシウム合金の最適な品質の鋳造体を製造することができない。

【００６３】図８Ｂの場合、ランナ７８ｂは型キャビティ７６ｂの容積に対して比較的小さ
い断面積を有する。溶融マグネシウム合金はランナ７８ｂからこのランナよりも
大きい断面のゲート８０ｂを経て注入される。ゲート８０ｂの断面はランナ７８
ｂの断面よりも大きいことの他に、所定の型キャビティ容積に関して図８Ａのゲ
ート８０ａよりも大きい。やはり影付きで示したマグネシウム合金の流れは粘性
状態即ち半固相状態である。この状態では、流れはゲート８０ｂから離れるに従
って容積が増大する合金体８６を形成し、ゲート８０ｂから型キャビティ７６ｂ
の遠い領域に向かって移行する半固相フロント８８を生ずる。

【００６４】本明細書で説明した本発明による実験において、種々の鋳造の形状及び寸法の
を含むものとする。説明したとおり、実験はホットチャンバ鋳造機及びコールド
チャンバ鋳造機の双方で行った。各鋳造機において、型キャビティの充填はほぼ
図８Ｂにつき説明したとおりに進行することが分かった。しかし、少なくとも若
干の鋳造において、マグネシウム合金の僅かな初期量は半固相状態よりも液状に
近い状態でキャビティに進入することが分かった。この場合の初期量は鋳造の残
りの部分に対して顕微鏡組織が若干異なる（しかし、高品質ではある）ゲートに
隣接する表皮部分からはっきりと分かる。

【００６５】図８Ｂにつき説明した流れは、合金流の流速を、ランナにおいて約１４０ｍ／
ｓ〜１６５ｍ／ｓ好適には、１５０ｍ／ｓ、ゲートではランナにおける流速の２
５％〜５０％の流速、例えば、ランナにおける流速の約２／３とする。上述した
ように、このことは、図９Ａ〜９Ｃに示したようにランナの円筒形コア領域にお
いて得ることができる。これらの図面の各々は各ランナ９０ａ，９０ｂ，９０ｃ
の断面を示す。鋳造作業の完了時におけるランナでの合金の凝固及びこのような
断面となるランナの切断によれば、それぞれ円筒形のコア領域９２ａ，９２ｂ，
９２ｃを有する。各ランナにおけるこれらのコア領域は、鋳造作業中型キャビテ
ィのほぼ全体にわたり合金の流れが抑制される有効な流動チャンネルになってい
ることを示している。この抑制は、少なくとも部分的に凝固した合金９４ａ，９
４ｂ，９４ｃ（ハッチングで示す）がランナの断面輪郭を画定する表面で生ずる
初期流動の短時間後に生ずる。

【００６６】流れ領域９２ａ，９２ｂ，９２ｃの円筒形形状は製造したランナの輪郭に無関
係によく規制された円形断面であることが分かった。図９Ａ〜図９Ｃは代表的な
ランナ輪郭であり、このようなランナ輪郭でも円筒断面の領域９２ａ，９２ｂ，
９２ｃが得られた。ランナの設計した輪郭の断面積は、ランナ／スプルー金属の
品質低下はあるものの、領域９２ａ，９２ｂ，９２ｃの断面積に大きな衝撃を与
えずに減少することができることがこれらの輪郭から得られることが分かった。
このランナ／スプルー金属の量は、以下に説明するように、ランナの設計長さを
減少することによって一層減少することができる。以下にこのような減少が得ら
れる範囲について説明する。

【００６７】１．６ｋｇの重量、高さ４５０ｍｍ、幅４００ｍｍの広く開放した構造、壁厚
が２ｍｍ〜２０ｍｍの間で変化し、極めて深い部分を有するマグネシウム合金鋳
造体をコールドチャンバ鋳造機で製造した。慣行のランナ／ビスケット形状を使
用した場合、ランナ／スプルー金属の量は１．１ｋｇであり、鋳造作業で消費さ
れた金属の割合に関して６０％の歩留りで鋳造された。即ち、消費金属の約４０
％が再生利用する必要がある。本発明によるランナ／ビスケットでは、ランナ／
スプルー金属の量は０．３６ｋｇであり、歩留りは８２％となり、再生利用する
必要がある合金の量は約６７％減少した。

【００６８】図４に示す形状のドアハンドルの鋳造を２個の刻印鋳造によるホットチャンバ
鋳造機で製造した。各ハンドルは重量２８ｇで鋳造サイクルあたり５６ｇの製造
重量であった。慣行の金属流動装置で製造すると、各サイクルは３０ｇのランナ
／スプルー金属を製造し、歩留りは６５％であった。図７に示すような本発明に
よる金属流動装置では、ランナ／スプルー金属の量は１．５ｇに減少し、歩留り
は９７％であり、従来慣行の装置に比べると再生利用される合金量は９５％も減
少した。

【００６９】従来慣行通りの型キャビティに金属流を指向させることができるか否かの検証
及び種々の金属流動装置の効果を検証する第８番目のシリーズの実験を行った。
このシリーズにおいて、「石鹸皿」形状の型キャビティを使用した。このキャビ
ティの形状は図１０に示す鋳造した皿Ｄの平面図から確認でき、図１０のXI‐XI
線上の皿Ｄ及び雄型ツールＤの断面を図１１に示す。この皿Ｄは約１４０ｍｍの
長さ、約１００ｍｍの幅、約２６ｍｍの深さ、約２ｍｍの壁厚を有する。この皿
は水平の周縁フランジと、このフランジに対して約４５°傾斜する側壁と、平坦
な底面とを有する。

【００７０】皿Ｄを製造する従来の手順は、テーパ付きの接線方向ランナに供給する主ラン
ナと、接線方向ランナを型キャビティの共通側方端縁に沿って互いに逆方向に延
在させかつこの共通側方端縁の長さに沿って薄く長いゲートを経て型キャビティ
内に供給する。第１番目の試行において、従来慣行の最良の実施形態に変更を加
えた実験例を図１２に示す流動装置４１０で示す。図示のように、装置４１０は
、図１０に示す皿Ｄを製造する型キャビティの側方端縁４１６に沿って配置した
２個の互いに逆方向に延在する接線方向のランナ４１４に供給する主ランナ４１
２を有する。各ランナ４１４は型キャビティを横切るよう指向する楔形又は扇形
形状の２個のゲート４１８に供給する。各ゲート４１８は断面がランナにおける
約６×１ｍｍからキャビティの端縁４１６における約１０×０．５ｍｍに変化す
る。従来の最良の慣行実施例では、各ランナ４１４は、金属流の流れの他に見て
約１０×１０ｍｍから８×１０ｍｍまでテーパを付けた通常の断面を有する。こ
のようなランナ４１４及びゲート４１８では市場で提供できる品質の皿Ｄを製造
することは極めて困難であった。しかし、これに対して上述したように装置４１
０を変更した。

【００７１】この変更はランナ４１４の通常の断面を３×３ｍｍに減少する。この変更はラ
ンナ断面の点で本発明より部分的に加える。しかし、ランナ断面は各ゲート４１
８の断面より大きくない点で本発明とは一致しない。図１２の装置４１０はこの
変更にも係わらず、満足のいく鋳造体を製造することはできなかった。

【００７２】第８番目のシリーズの第２の構成においては、図１３に示す装置４２０を使用
した。図１３の装置４２０は図１２の装置４１０とは、入口を彫刻した単独のゲ
ート４２８を設けた点で異なる。図示のように、ゲート４２８は、ランナ４２４
及び型キャビティの端縁４２６の末端に隣接し、型キャビティの隣接端部端縁に
指向させてランナ４２４に対して約４５°の角度をなすようにする。ゲート４２
８は１．５×４ｍｍの通常の断面を有し、ランナ４２４（及び他方の盲ランナ４
２４）の３×３ｍｍの通常断面よりも小さくする。

【００７３】装置４１０のゲート４２８を従来慣行通りにマグネシウム合金を直接流動させ
るとこの装置４１０では満足のいく鋳造体は得られない。即ち、ゲート４２８か
らの金属流は型キャビティの最も遠い側辺に隣接する端部、他方の端部からは最
も遠い側辺、端縁４２６を有する側辺に近接する端部、及びゲート４２８に指向
する近接側辺に沿って進行する。しかし、型キャビティの中心領域では貧弱な充
填した行われず、従って、不十分な鋳造となる。しかし、鋳造は使用に供するこ
ができる品質ではないものの、図１２の装置４１０よりもよい品質の皿Ｄの鋳造
が得られることがわかった。

【００７４】第８番目のシリーズの第３の構成として図１４に示す装置４２０ａを使用した
。装置４２０ａは、彫刻したゲート４２８ａをランナ４２４ａに対して９０°角
度をなし、型キャビティの隣接の端部端縁に平行にした点で図１３の装置４２０
と異なる。装置４２０と同様に、ゲート４２８ａは１．５×４ｍｍの通常の断面
を有し、ランナ４２４ａ（及び他方の盲ランナ４２４ａ）の通常の断面３×３ｍ
ｍよりも小さい。図１４の装置４２０ａは使用に供することができる優れた品質
の鋳造体を生じた。

【００７５】第８番目の実験シリーズの各々で得られる流動パターンは、マグネシウム合金
の流れは型キャビティ内では指向性を持たないことが分かった。即ち、型キャビ
ティの充填パターンは図８Ａにつき説明した通りではなく、図８Ｂにつき説明し
たように流動する。図１２に示す試行の場合、適当な制御膨大領域がないため、
満足のいく流動は得られなかった。図１３に示す試行の場合、図１４に示す試行
のようにこのような領域が若干存在した。しかし、各場合において、この制御領
域は図１３におけるゲート４２８又は図１４のゲート４２８ａによって画定する
よりも型キャビティに画定し、この領域を型キャビティの頂面及び底面及びキャ
ビティの隣接端部端縁によって区切られる３個の側面に接して画定した。更に、
図１３の場合、流れがキャビティの隣接端部に指向することによって生ずる乱流
の結果、型キャビティの膨大領域の有効性は減殺され、鋳造品質を低下すること
がわかった。

【００７６】図１３及び図１４の装置の場合、ゲート４２８及びゲート４２８ａのいずれも
実際上、制御膨大領域を生ずるものではない点で、本発明により必要とされるゲ
ートではない。実際、ランナ４２４又はランナ４２４ａに対して、流れを抑制し
、またゲート４２８及びゲート４２８ａを越えた位置でこのような領域が得られ
る。従って、本発明の見地からは、ゲート４２８及び４２８ａは、それぞれラン
ナ４２４及びランナ４２４ａの末端部分であり、制御膨大領域に直接供給し、ゲ
ートなく有効に供給を行う部分であると見なす方が適切である。

【００７７】図１１に戻って、第９番目の実験の基本要領を説明し、この第９番目の実験は
第８番目の実験と同様に、マグネシウム合金から皿Ｄを製造する。図１１は本発
明による金属流動装置４３０を示す。この装置４３０において、マグネシウム合
金流路の最終部分を示し、直径３ｍｍの円形断面のランナ４３４を有し、このラ
ンナ４３４をツールＴからゲート部分４３８を経て型キャビティ内に連通する。
ランナ４３４からゲート４３８は流れの方向に直径が減少し、型キャビティにお
ける出口端部では５ｍｍの直径となる。

【００７８】第９番目の実験例では、図１１の構成で形成した皿Ｄはコールドチャンバ鋳造
機で鋳造した。装置４３０は金属のための従来の圧力鋳造技術とは大いに異なっ
ており、従来の最良の慣行では使用されないものである。にも係わらず、装置４
３０は順次の鋳造試行サイクルにおいて、高い品質のマグネシウム合金の皿Ｄを
製造し、商業的規模の高速反復鋳造に対する潜在能力を示唆している。

【００７９】第９番目の実験と同様に、ピン状ゲートを経て直接供給することによってマグ
ネシウム合金鋳造体の生産を意図する第１０番目の実験を行った。この場合、図
１５に示すように、広い平坦領域４４０ａを有する大きい鋳造体４４０と、交差
リブ４４０Ｃ及びボス４４０ｄを有する異なるボックス状領域４４０ｂとを型締
力８０トンのフレッチ(Frech）製ホットチャンバ鋳造機で製造した。鋳造体４４
０投射面積は３９０ｃｍ² であり、この面積はこのタイプの鋳造機に対してフ
レッチ社によって推奨されているよりも大きい。

【００８０】図１５の鋳造体４４０は流動距離の効果及び複雑形状の流動特性をテストする
よう設計した。鋳造体４４０きための型キャビティを画定するのに使用したツー
ル４４２は単独のピン状ゲート４４８を介して直接鋳造することができる３プレ
ート金型とした。しかし、ツール４４２は鋳造体４４０を鋳造することができる
とともに、３個のピン状ゲート４４８，４４８ａ，４４８ｂを東芝製型締力２５
０トンのコールドチャンバ鋳造機に使用することによって図１６に示すより大き
い形状の鋳造体４５０も鋳造することができる。

【００８１】図１５に示す構成の鋳造は満足のいくものであった。しかし、通常の圧力鋳造
の範囲では指向性を制御することはできなかった。実際の流れは上述の実験例に
従ったまたプラスチック成形で見られるのと同様の多数の連続したフロント充填
パターンを示した。第６番目の実験での観点と極めて類似した拡張長さの流路を
設けた。複雑形状のボス４４０ｄへの流れは、圧力ダイキャストと比べるとプラ
スチック成形に類似していた。

【００８２】第１０番目の実験では、製造される鋳造体の形状が大きくかつ複雑であるにも
係わらず、金型のフラッシングは生じかった。この観点及び他の観点は鋳造する
マグネシウム合金は古典的な流体のような挙動はしないという事実に基づいてい
る。第１０番目の他の結果としては、型キャビティにおける圧力は溶融状態即ち
、液状のマグネシウム合金で予想されるよりも相当低いというものであった。フ
ル注入圧力を加えても、３９０ｃｍ² の投影面積においては、フレッチ製鋳造
機の型締力よりも大きい通常の噴出力（液相と仮定しての）にも係わらずフラッ
シュは生じなかった。

【００８３】第１０番目の実験は、本発明により得られる他の実用的な利点を明らかにする
ためのものである。フラッシングがないことは、通常の噴出力即ち、液相で予想
される噴出力を本発明によるマグネシウム合金鋳造で得られる実際の力よりも極
めて高いことを示している。この結果、予想されるよりも大きい鋳造を特定の鋳
造機で製造することができる。

【００８４】本発明で得られる鋳造体の流動距離及び品質は金型温度にはほぼ無関係である
ことが分かった。しかし、ホットチャンバ鋳造機には加熱及び冷却の双方を考慮
すべき金型領域が存在し得る。第９及び第１０番目の実験の直接供給及び第８番
目の実験の端縁供給ランナの双方において、溶融金属は金型から除去すべき部分
であって雁首状部分に逆流することができる位置で凝固しなければならない。通
常の高圧力ダイキャストと同様に、冷却媒体及び加熱媒体を金型への入口に適用
して成果を得るようにすべきである。用いる方法は、鋳造機の形式及び寸法並び
に金型の複雑性及び寸法に基づく。

【００８５】最後に、上述の部分の構造及び構成には発明の精神又は範囲から逸脱すること
なく種々の改変、変更及び／又は付加を加えることができること勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマグネシウム合金のドアハンドルを製造するためのダイ
キャスト装置の一部を示す断面図である。

【図２】図１の右側から反対装置の説明図である。

【図３】図１に対応するが、従来技術の構成を示す説明図である。

【図４】湯道／湯口金属部分が取り付けられた状態の鋳造ドアハンドルの斜視
図である。

【図５】実験用金属流動装置の斜視図である。

【図６】本発明に使用するに適当な他の構成を説明図である。

【図７】本発明に使用するに適当な更に他の構成を説明図である。

【図８】（Ａ）は亜鉛合金又はアルミニウム合金の鋳造中に型キャビティを充
填する際の従来理解されていた充填状況を線図的説明図、（Ｂ）は本発明に使用
されるマグネシウム合金の鋳造中の型キャビティ充填状況を示す線図的説明図で
ある。

【図９】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ代表的な湯道の有効な流動チャンネルの断
面を線図的に示す縦断面図である。の

【図１０】本発明により鋳造したマグネシウム合金製の皿の平面図である。

【図１１】図１０の皿及び金型ツールの図１０におけるXI‐XI線上の断面図で
ある。

【図１２】他の実験用金属流動装置の説明図である。

【図１３】更に他の実験用金属流動装置の説明図である。

【図１４】更に別の実験用金属流動装置の説明図である。

【図１５】本発明に使用するためのホット（高温）チャンバマシンに適当なダ
イキャスト金型の縦断面図である。

【図１６】図１５と類似しているが、コールド（低温）チャンバマシンを使用
して図１５の金型を利用して製造することができるより大規模に変更した鋳造状
態を示す縦断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者マシューアランコープオーストラリア国ヴィクトリア州 3912 サマーヴィルジョーンズロード 118

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融状態又は揺変性状態のマグネシウム合金を型キャビティを画
定する成形型又は金型を有する圧力鋳造機で圧力鋳造するのに使用する金属流動
装置において、溶融マグネシウム合金を型キャビティ内に注入することができる
金属流動装置の少なくとも１個のランナを画定する金型又は成形型ツール手段を
設け、金属の流動速度を制御して型キャビティ全体を流れる金属のほぼ全体が粘
性状態又は半固相状態となる形状に金属流動装置を形成したことを特徴とする金
属流動装置。
【請求項２】金属流動の領域が注入方向に関して側方に拡散することができる
少なくとも１個の制御膨大領域を設け、この制御膨大領域における流動速度を前
記ランナにおける流動速度よりも減少するようにした請求項１記載の装置。
【請求項３】前記制御膨大領域を、前記金属が前記ランナから前記型キャビテ
ィに流入することができる少なくとも１個のゲートにより構成した請求項２記載
の装置。
【請求項４】前記ゲート及びランナを、前記ゲートを通過する流れの有効断面
積が前記ランナを通過する流れの有効断面積よりも大きくなるようにし、溶融金
属は前記ゲートを通過する速度より速い速度で前記ランナを通過する流れの有効
断面積部分を通過するようにした請求項３記載の装置。
【請求項５】前記ゲートを通過する流れの断面積を前記ランナを通過する流れ
の有効断面積よりも大きくし、この断面積の比が約２：１〜４：１の範囲となる
ようにした請求項４記載の装置。
【請求項６】前記制御膨大領域を、前記型キャビティの少なくとも一部でこの
型キャビティ内部に画定し、金属がこの型キャビティに進入する部位に隣接する
型キャビティの表面によって形成した請求項２記載の装置。
【請求項７】前記制御膨大領域の部分を画定することなく、前記ランナの出口
端部がゲートをなすような部位にゲートを存在させた請求項６記載の装置。
【請求項８】前記制御膨大領域の一部を画定するゲートを或る部位に存在させ
た請求項６記載の装置。
【請求項９】前記制御膨大領域を、前記ランナの有効断面積から断面積を段階
的に増大させることによって設ける請求項２乃至８のうちのいずれか一項に記載
の装置。
【請求項１０】前記制御膨大領域を、金属の流れの方向に徐々に断面積を増大
することにより形成した請求項２乃至８のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】前記ランナを通過する溶融金属の速度が約１４０ｍ／ｓ〜１６
５ｍ／ｓの速度範囲となるよう動作する或る鋳造機の圧力鋳造に適用した請求項
１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】前記速度範囲の速度を約１５０ｍ／ｓとした請求項１１記載の
装置。
【請求項１３】前記制御膨大領域を通過する溶融金属の流れの速度が前記ラン
ナを通過する流れの速度よりも約２５％〜５０％少ない速度となるよう動作させ
る請求項２乃至１０のうちのいずれか一項に従属する請求項１１又は１２記載の
装置。
【請求項１４】前記制御膨大領域を通過する速度を前記ランナを通過する速度
の約２／３とした請求項１３記載の装置。
【請求項１５】前記ランナは、このランナを通過する流れの有効断面積をほぼ
画定するよう設計した断面積を有する形状にした請求項１乃至１４のうちのいず
れか一項に記載の装置。
【請求項１６】金属の半固相状態のフロントが移動することによって前記型キ
ャビティを充填するよう動作することができる請求項１乃至１５のうちのいずれ
か一項に記載の装置。
【請求項１７】マグネシウム合金を鋳造する方法において、型キャビティを画
定する成形型又は金型を有する圧力鋳造機を使用し、また少なくとも１個のラン
ナを画定する金型又は成形型ツール手段を有する金属流動装置であって、前記ラ
ンナから溶融マグネシウム合金を前記型キャビティ内に注入する金属流動装置を
使用して、溶融状態又は揺変性状態のマグネシウム合金を鋳造し、更に、前記金
属流動装置を通過する金属の流れを制御して前記型キャビティ全体にわたり流れ
る金属の流れのほぼすべてが粘性状態又は半固相状態となるようにした形状に前
記金属流動装置を形成することを特徴とするマグネシウム合金鋳造方法。
【請求項１８】前記金属流動装置に、注入方向に関して金属の流れが側方に拡
散する少なくとも１個の制御膨大領域を設け、この制御膨大領域における流れの
速度が前記ランナにおける流れの速度よりも減少するようにした請求項１７記載
の方法。
【請求項１９】前記制御膨大領域を、前記金属が前記ランナから前記型キャビ
ティに流入することができる少なくとも１個のゲートにより構成した請求項１８
記載の方法。
【請求項２０】前記ゲート及びランナを、前記ゲートを通過する流れの有効断
面積が前記ランナを通過する流れの有効断面積よりも大きくなるようにし、溶融
金属は前記ゲートを通過する速度より速い速度で前記ランナを通過する流れの有
効断面積部分を通過するようにした請求項１９記載の方法。
【請求項２１】前記ゲートを通過する流れの断面積を前記ランナを通過する流
れの有効断面積よりも大きくし、この断面積の比が約２：１〜４：１の範囲とな
るようにした請求項２０記載の方法。
【請求項２２】前記制御膨大領域を、前記型キャビティの少なくとも一部でこ
の型キャビティ内部に画定し、金属がこの型キャビティに進入する部位に隣接す
る型キャビティの表面によって形成した請求項１８記載の方法。
【請求項２３】前記制御膨大領域の部分を画定することなく前記ランナの出口
端部がゲートをなすような部位にゲートを存在させた請求項２２記載の方法。
【請求項２４】前記制御膨大領域の一部を画定するゲートを或る部位に存在さ
せた請求項２２記載の方法。
【請求項２５】前記制御膨大領域を、前記ランナの有効断面積から断面積を段
階的に増大させることによって設け、前記制御膨大領域における金属の流れの速
度が段階的に減少するようにした請求項１８乃至２４のうちのいずれか一項に記
載の方法。
【請求項２６】前記制御膨大領域を、金属の流れの方向に徐々に断面積を増大
することにより形成し、前記制御膨大領域における金属の流れの速度が徐々に減
少するようにした請求項１８乃至２４のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】前記ランナを通過する溶融金属の速度が約１４０ｍ／ｓ〜１６
５ｍ／ｓの速度範囲となるよう動作する或る鋳造機の圧力鋳造に適用した請求項
１７乃至２６のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】前記速度範囲の速度を約１５０ｍ／ｓとした請求項２７記載の
方法。
【請求項２９】前記制御膨大領域を通過する溶融金属の流れの速度が前記ラン
ナを通過する流れの速度よりも約２５％〜５０％少ない速度となるよう動作させ
る請求項１７乃至２６のうちのいずれか一項に従属する請求項２７又は２８記載
の方法。
【請求項３０】前記制御膨大領域を通過する速度を前記ランナを通過する速度
の約２／３とした請求項２９記載の方法。
【請求項３１】前記ランナは、このランナを通過する流れの有効断面積をほぼ
画定するよう設計した断面積を有する形状にした請求項１７乃至２９のうちのい
ずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】金属の半固相状態のフロントが移動することによって前記型キ
ャビティを充填するよう動作することができる請求項１７乃至３１のうちのいず
れか一項に記載の方法。