JP2004114154A - 固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法、その装置、半凝固成形用ダイカスト方法およびその装置 - Google Patents
固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法、その装置、半凝固成形用ダイカスト方法およびその装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】より微細かつ均一な球状化粒子を得ると同時にエネルギ効率の改善、製造コストの節減、機械的性質の向上、鋳造工程の簡便化および製造時間短縮の利点を実現でき、短時間に高品質のダイカスト製品を製造できる半凝固成形用ダイカスト装置を提供する。
【解決手段】スリーブ内のスラリ製造領域に電磁気場を印加する。スラリ製造領域に溶融金属を注湯して半凝固金属スラリを製造する。プランジャで半凝固金属スラリを押圧して成形ダイに注湯する。液相線より高温での短時間の攪拌だけでスリーブの壁面での核生成密度を顕著に高めて粒子の球状化を実現できる。
【選択図】 図１
【解決手段】スリーブ内のスラリ製造領域に電磁気場を印加する。スラリ製造領域に溶融金属を注湯して半凝固金属スラリを製造する。プランジャで半凝固金属スラリを押圧して成形ダイに注湯する。液相線より高温での短時間の攪拌だけでスリーブの壁面での核生成密度を顕著に高めて粒子の球状化を実現できる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁気場を印加しつつ溶融金属を注湯して固液共存状態金属材料を製造する固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法、その装置、半凝固成形用ダイカスト方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固液共存状態金属材料の成形方法としての半凝固成形法とは、完全に凝固されずに所定の粘性を有する半凝固金属スラリを鋳造または鍛造してビレットや最終成形品を製造する加工法をいう。ここで半凝固金属スラリとは、半凝固領域の温度で液相と球状の結晶粒が適切な割合で混在した状態でチクソトロピー（Ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｉｃ）性により小さな力によっても変形が可能であり、かつ流動性に優れて液相のように成形加工が容易な状態の金属材料を意味する。
【０００３】
この種の半凝固成形法は、半溶融成形法とともに半凝固あるいは半溶融成形法とも呼ばれるが、ここで、半溶融成形法とは、半凝固成形法により製造されたビレットを半溶融状態のスラリに再加熱した後、このスラリを鋳造または鍛造させて最終製品に製造する加工法をいう。
【０００４】
そして、このような半凝固あるいは半溶融成形法は、鋳造や溶融鍛造など溶融金属を利用する一般的な成形方法に比べて色々な長所を有している。例えば、これら半凝固あるいは半溶融成形法で使用する半凝固金属スラリは溶融金属より低温で流動性を有するので、このスラリに露出されるダイの温度を溶融金属の場合よりさらに低めることができ、これによりダイの寿命が延びる。
【０００５】
また、スラリがシリンダに沿って押し出される時に乱流の発生が少なくて鋳造過程で空気の混入を減らし、これにより最終製品への気孔発生を減らすことができる。その他にも凝固収縮が少なくて作業性が改善され、製品の機械的特性および耐食性が向上し、製品の軽量化が可能である。これにより、自動車や航空機産業分野、電気電子情報通信装備などの新素材として利用できる。
【０００６】
一方、従来の半凝固成形法は、溶融金属を冷却する時に主に液相線以下の温度で攪拌して既に生成された樹脂状結晶組織を破砕することによって半凝固成形に適合するように球状の粒子に作る方法である。攪拌方法には、機械的攪拌法と電磁気的攪拌法、ガスバブリング、低周波、高周波あるいは電磁気波振動を利用するか、電気的衝撃による攪拌法などが利用された。
【０００７】
そして、液相固相混合物を製造する方法としては、溶融金属が固相化する間に強く攪拌しながら冷却している。さらに、この液相固相混合物を製造するための製造装置は、容器に固液混合物を注湯した状態で攪拌棒により攪拌するが、この攪拌棒は所定の粘性を有する固液混合物を攪拌して流動させることによって混合物内の樹脂状構造を破砕するか、破砕された樹脂状構造を分散させるものである。
【０００８】
ところが、上記液相固相混合物を製造する方法では、冷却過程で既に形成された樹脂状結晶形態を粉砕し、この粉砕した樹枝状結晶を結晶核として球状の結晶を得ているため、初期凝固層の形成による潜熱の発生により冷却速度の減少と製造時間の増加および攪拌容器内での温度不均一による不均一な結晶状態など多くの問題を有している。また、この液相固相混合物を製造するための製造装置の場合にも、機械的攪拌が有する限界によって容器内の温度分布が不均一であり、チャンバ内で作動するために作業時間および後続工程への連係が非常に難しい限界を有している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
また、半凝固合金スラリの製造方法としては、コイル付き電磁気場印加手段の内側に順次に冷却マニホールドおよび金型を備えている。そして、この金型の上側は溶融金属が連続して注湯されるように形成されており、冷却マニホールドには冷却水が流れて金型を冷却するように構成されている。さらに、上記半凝固合金スラリの製造装置による半凝固合金スラリの製造方法によれば、まず、金型の上側から溶融金属を注湯し、この溶融金属が金型内を通過しながら冷却マニホールドにより固相化領域を形成するが、ここで電磁気場印加手段により磁場が印加されて樹脂状組織を破砕しながら冷却が進み、下部からインゴットが形成される（例えば、特許文献２参照。）。
【００１０】
ところが、このような半凝固合金スラリの製造方法および装置においても、基本的な技術的思想は凝固が起きた後で振動を加えて樹脂状組織を破砕するものであるが、この場合にも上述のように工程上および組織構成上の多くの問題を有している。また、上記半凝固合金スラリの製造装置の場合にも溶融金属が上部から下部に進みながら連続してインゴットを形成するが、連続して成長させることによって金属の状態を調節しにくく、全体的な工程制御が困難である。また、電磁気場の印加以前の段階で既に前記容器を水冷するため、容器壁体付近と中心付近での温度差が激しい。
【００１１】
さらに、半溶融成形材の製造方法としては、合金中のあらゆる金属成分が液体状態に存在するように合金を加熱した後、得られる液体金属を液相線と固相線との間の温度に冷却する。この後、剪断力を加えて冷却される溶融金属から形成される樹脂状構造を破壊することによって半溶融成形材を製造している（例えば、特許文献３参照。）。
【００１２】
また、半凝固鋳造用金属スラリの製造方法としては、液相線温度の付近または液相線より５０℃まで高い温度で溶融金属を容器に注湯する。この後、溶融金属が冷却される過程で溶融金属の少なくとも一部が液相線温度以下になる時点、すなわち、最初に液相線温度を通過する時点で、例えば超音波振動により溶融金属に運動を加える。さらに、この溶融金属に運動を加えた後、徐々に冷却することによって粒相結晶形態の金属組織を有する半凝固鋳造用金属スラリを製造している（例えば、特許文献４参照。）。
【００１３】
ところが、上記半凝固鋳造用金属スラリの製造方法でも、超音波振動などの力が冷却初期に形成される樹脂状結晶組織を破砕するために使われている。また、注湯温度を液状線温度より高くすれば、粒相の結晶形態を得がたく、同時に溶湯を急激に冷却し難い。さらに、表面部と中心部の組織が不均一になる。
【００１４】
さらに、半溶融金属の成形方法としては、溶融金属を容器に注湯した後、振動バーを溶融金属中に浸漬させて溶融金属と直接接触させた状態で振動させて溶融金属に振動を与えている。具体的には、振動バーの振動力を溶融金属に伝達することによって、液相線温度以下で結晶核を有する固液共存状態の合金を形成する。この後、所定の液相率を示す成形温度まで溶融金属を容器内で冷却しながら３０秒以上６０分以下の間維持することによって結晶核を成長させて半溶融金属を得る。ところが、この方法で得られる結晶核の大きさは約１００μｍであり、工程時間が相当長く、所定大きさ以上の容器に適用し難い（例えば、特許文献５参照。）。
【００１５】
また、半溶融金属スラリの製造方法としては、冷却と攪拌とを同時に精密に制御することによって半溶融金属スラリを製造している。具体的には、溶融金属を混合容器に注湯した後、混合容器周囲に設置された固定子アセンブリを作動させて容器内の溶融金属を急速に攪拌するのに十分な起磁力を発生させる。さらに、混合容器の周囲に設けられて容器および溶融金属の温度を精密に調節する作用をするサーマルジャケットを利用して溶融金属の温度を急速に落とす。溶融金属が冷却される時に溶融金属は攪拌され続け、固相率が低い時には速い攪拌を提供し、固相率が高まるにつれて強まった起電力を提供する方式で調節される（例えば、特許文献６参照。）。
【００１６】
【特許文献１】
米国特許第３９４８６５０号明細書（第３−８欄および図３）
【００１７】
【特許文献２】
米国特許第４４６５１１８号明細書（第４−１２欄、図１、図２、図５および図６）
【００１８】
【特許文献３】
米国特許第４６９４８８１号明細書（第２−６欄）
【００１９】
【特許文献４】
特開平１１−３３６９２号公報（第３−５頁および図１）
【００２０】
【特許文献５】
特開平１０−１２８５１６号公報（第４−７頁および図３）
【００２１】
【特許文献６】
米国特許第６４３２１６０号明細書（第７−１５欄、図１Ａないし図２Ｂおよび図４）
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、上記従来の半凝固あるいは半溶融成形法およびその製造装置では、冷却過程で既に形成された樹脂状結晶形態を粉砕して粒相の金属組織にするために剪断力を利用している。したがって、溶融金属の少なくとも一部が液相線以下に下がってこそ振動などの力を加えるので初期凝固層の形成による潜熱の発生により冷却速度の減少および製造時間の増加など各種の問題を避けにくい。また、得られた金属組織も容器内での温度の不均一によって全体的に均一でかつ微細な組織を得難く、溶融金属の容器への注湯温度を調節しなければ容器壁面部と中心部との温度差によって組織の不均一性はさらに増大してしまう。
【００２３】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、より微細かつ均一な球状化粒子を得ると同時にエネルギ効率の改善、製造コストの節減、機械的性質の向上、鋳造工程の簡便化および製造時間短縮の利点を実現でき、短時間に高品質のダイカスト製品を製造できる固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法、その装置、半凝固成形用ダイカスト方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、筒状部内の所定領域に電磁気場を印加しつつ、この筒状部の所定領域に溶融金属を注湯して固液共存状態金属材料を製造する製造工程と、この製造工程にて前記筒状部内の所定領域に前記固液共存状態金属材料を製造した状態で、この固液共存状態金属材料を前記筒状部の一端側から押圧して、この筒状部の他端側の成形部に注湯する成形工程とを具備したものである。
【００２５】
そして、筒状部内の所定領域に電磁気場を印加しつつ、この筒状部の所定領域に溶融金属を注湯して固液共存状態金属材料を製造工程にて製造した状態で、成形工程にて固液共存状態金属材料を押圧して成形部に注湯することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を得ることができるとともに、液相線より高温での短時間の攪拌だけでも筒状部の壁面での核生成密度を顕著に高めて粒子の球状化を実現できる。また、製造された成形品の機械的性質の向上を実現できるとともに、電磁気場攪拌時間を大きく短縮できるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、全体工程が単純化され、かつ製品成形時間も短縮されて生産性を向上できる。よって、短時間に高品質のダイカスト製品を製造できる。
【００２６】
請求項２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、筒状部は、軸方向を水平にして配設され、この筒状部内の所定領域は、この筒状部内の固液共存状態金属材料の流通を開閉する開閉手段と、この筒状部の一端に取り付けられた押圧手段との間の領域であるものである。
【００２７】
そして、軸方向を水平にして配設された筒状部内の所定領域を、この筒状部内の固液共存状態金属材料の流通を開閉する開閉手段と、この筒状部の一端に取り付けられた押圧手段との間に形成される領域とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００２８】
請求項３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、筒状部は、この筒状部の一端側を下方に向けて傾斜させて配設され、この筒状部内の所定領域は、この筒状部の一端に取り付けられた押圧手段により閉鎖された領域であるものである。
【００２９】
そして、一端側を下方に向けて傾斜させて配設された筒状部内の所定領域を、一端が押圧手段により閉鎖された領域とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００３０】
請求項４記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、筒状部は、この筒状部の一端側が下方に向けて所定角度傾斜するように回動可能であり、この筒状部内の所定領域は、この筒状部の一端に取り付けられた押圧手段により閉鎖された領域であるものである。
【００３１】
そして、一端側が下方に向けて所定角度傾斜するように回動可能な筒状部とし、この筒状部内の所定領域を、押圧手段により閉鎖された領域とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００３２】
請求項５記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、筒状部は、この筒状部の一端側を下方に向けて垂直に配設され、この筒状部内の所定領域は、この筒状部の一端に取り付けられた押圧手段により閉鎖された領域であるものである。
【００３３】
そして、一端側を下方に向けて垂直に筒状部を配設し、この筒状部内の所定領域を、押圧手段により閉鎖された領域とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００３４】
請求項６記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１ないし５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯する前に電磁気場を印加するものである。
【００３５】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯する前に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【００３６】
請求項７記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１ないし５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯すると同時に電磁気場を印加するものである。
【００３７】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯すると同時に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【００３８】
請求項８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１ないし５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加するものである。
【００３９】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【００４０】
請求項９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１ないし８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加するものである。
【００４１】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００４２】
請求項１０記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１ないし８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加するものである。
【００４３】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【００４４】
請求項１１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１ないし８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加するものである。
【００４５】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【００４６】
請求項１２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１ないし１１いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、製造工程にて電磁気場が印加された筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯した後に、この溶融金属を冷却する冷却工程を具備したものである。
【００４７】
そして、製造工程にて電磁気場が印加された筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯した後に、この溶融金属を冷却工程にて冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００４８】
請求項１３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、冷却工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却するものである。
【００４９】
そして、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【００５０】
請求項１４記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１２または１３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、冷却工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却するものである。
【００５１】
そして、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【００５２】
請求項１５記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１２または１３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、冷却工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却するものである。
【００５３】
そして、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【００５４】
請求項１６記載の半凝固成形用ダイカスト方法は、請求項１ないし１５いずれか記載の固液共存状態金属材料は、半凝固金属スラリであるものである。
【００５５】
そして、請求項１ないし１５いずれか記載の固液共存状態金属材料が半凝固金属スラリであることにより、請求項１ないし１５いずれか記載の固液共存状態金属材料と同様の作用を有する。
【００５６】
請求項１７記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、所定の空間部に電磁気場を印加する攪拌部と、前記空間部に設けられ、内部に溶融金属が注湯される筒状部と、この筒状部の一端に取り付けられ、この筒状部内に注湯されて前記溶融金属から製造された固液共存状態金属材料を、前記筒状部の他端側に押圧する押圧手段と、前記筒状部の他端に取り付けられ、前記押圧手段での押圧により前記固液共存状態金属材料が注湯される成形空間を備えた成形部とを具備したものである。
【００５７】
そして、攪拌部により電磁気場が印加される所定の空間部に、内部に溶融金属が注湯される筒状部を設け、この筒状部内に注湯されて溶融金属から製造された固液共存状態金属材料を筒状部の他端側に押圧する押圧手段を筒状部の一端に取り付けた。さらに、押圧手段での押圧により固液共存状態金属材料が注湯される成形空間を備えた成形部を筒状部の他端に設けた。この結果、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を得ることができるとともに、液相線より高温での短時間の攪拌だけでも筒状部の壁面での核生成密度を顕著に高めて粒子の球状化を実現できる。また、製造された成形品の機械的性質の向上を実現できるとともに、電磁気場攪拌時間を大きく短縮できるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、全体工程が単純化され、かつ製品成形時間も短縮されて生産性を向上できる。よって、短時間に高品質のダイカスト製品を製造できる。
【００５８】
請求項１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、成形部は、筒状部の他端に取り付けられた固定部、この固定部に対して取り外し可能に取り付けられた移動部を備え、この成形部の成形空間は、前記固定部と移動部との間に形成されているものである。
【００５９】
そして、成形部は、筒状部の他端に取り付けられた固定部と、この固定部に対して取り外し可能に取り付けられた移動部とにより成形部を構成し、これら固定部と移動部との間に成形空間を形成したことにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００６０】
請求項１９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、筒状部は、軸方向を水平にして配設され、この筒状部の他端側に設けられ、この筒状部内に注湯された溶融金属から固液共存状態金属材料を製造する間に、この筒状部の他端側を開閉可能に閉塞し、この筒状部内で製造された固液共存状態金属材料を押圧手段にて押圧する際に、この筒状部の他端側を開口させる開閉手段を具備したものである。
【００６１】
そして、軸方向を水平にして配設した筒状部の他端側に開閉手段を設け、この開閉手段にて筒状部内に注湯された溶融金属から固液共存状態金属材料を製造する間に、この筒状部の他端側を開閉可能に閉塞するとともに、この筒状部内で製造された固液共存状態金属材料を押圧手段にて押圧する際に、この筒状部の他端側を開口させたことにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００６２】
請求項２０記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、筒状部は、この筒状部の一端側を下方に向けて傾斜させて配設されたものである。
【００６３】
そして、一端側を下方に向けて傾斜させて筒状部を配設させたことにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００６４】
請求項２１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、筒状部は、攪拌部にて電磁気場が印加される空間部に配設され、一端側に押圧手段が取り付けられ、この一端側を下方に向けて回動可能な第１の筒状部と、この第１の筒状部の回動により連通し、軸方向を水平にして配設された第２の筒状部とを備えたものである。
【００６５】
そして、一端側に押圧手段が取り付けられこの一端側を下方に向けて回動可能な第１の筒状部を、攪拌部にて電磁気場が印加される空間部に配設し、この第１の筒状部の回動により連通する第２の筒状部の軸方向を水平にして配設したことにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００６６】
請求項２２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、筒状部は、この筒状部の一端側を下方に向けて垂直に配設され、前記成形部に対して相対的に着脱可能であり、この筒状部内で固液共存状態金属材料が製造された後に前記成形部に接続されてから、この筒状部内の固液共存状態金属材料が押圧手段にて押圧されるものである。
【００６７】
そして、一端側を下方に向けて垂直に配設された筒状部を成形部に対して相対的に着脱可能とし、この筒状部内で固液共存状態金属材料が製造された後に成形部に接続されてから、この筒状部内の固液共存状態金属材料が押圧手段にて押圧されることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００６８】
請求項２３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７ないし２２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、攪拌部は、筒状部内に溶融金属が注湯される前に電磁気場を印加するものである。
【００６９】
そして、攪拌部にて筒状部内に溶融金属が注湯される前に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【００７０】
請求項２４記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７ないし２２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、攪拌部は、筒状部内に溶融金属が注湯されると同時に電磁気場を印加するものである。
【００７１】
そして、攪拌部にて筒状部内に溶融金属が注湯されると同時に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【００７２】
請求項２５記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７ないし２２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、攪拌部は、筒状部内に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加するものである。
【００７３】
そして、攪拌部にて筒状部内に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【００７４】
請求項２６記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、攪拌部は、筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加するものである。
【００７５】
そして、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００７６】
請求項２７記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、攪拌部は、筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加するものである。
【００７７】
そして、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【００７８】
請求項２８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、攪拌部は、筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加するものである。
【００７９】
そして、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【００８０】
請求項２９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７ないし２８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、筒状部の温度を調節する温度調節装置を具備したものである。
【００８１】
そして、温度調節装置で筒状部の温度を調節することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができる。
【００８２】
請求項３０記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項２９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、温度調節装置は、冷却装置であるものである。
【００８３】
そして、温度調節装置を冷却装置とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができる。
【００８４】
請求項３１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項２９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、温度調節装置は、電気ヒータであるものである。
【００８５】
そして、温度調節装置を電気ヒータとすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができる。
【００８６】
請求項３２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項２９ないし３１いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、温度調節装置は、筒状部内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却するものである。
【００８７】
そして、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【００８８】
請求項３３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項２９ないし３２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、温度調節装置は、筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却するものである。
【００８９】
そして、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【００９０】
請求項３４記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項２９ないし３２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、温度調節装置は、筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却するものである。
【００９１】
そして、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【００９２】
請求項３５記載の半凝固成形用ダイカスト装置は、請求項１７ないし３４いずれか記載の固液共存状態金属材料は、半凝固金属スラリであるものである。
【００９３】
そして、請求項１７ないし３４いずれか記載の固液共存状態金属材料が半凝固金属スラリであることにより、請求項１７ないし３４いずれか記載の固液共存状態金属材料と同様の作用を有する。
【００９４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態での半凝固成形用ダイカスト方法を図面を参照して説明する。
【００９５】
まず、第１の実施の形態の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法としての半凝固成形用ダイカスト方法について説明する。
【００９６】
この半凝固成形用ダイカスト方法は、スリーブ２に溶融金属Ｍを注湯して半凝固金属スラリを製造した後で、この半凝固金属スラリを成形ダイ４に注湯して成形品をダイカストする固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法である。このとき、スリーブ２への溶融金属Ｍの注湯が完了する前に電磁気場を印加して攪拌する。すなわち、スリーブ２に溶融金属Ｍを注湯する前、このスリーブ２に溶融金属Ｍを注湯すると同時に、またはスリーブ２に溶融金属Ｍを注湯する最中で電磁気場による攪拌をすることによって、初期樹脂状組織の生成を遮断する。このとき、この攪拌には電磁気場の代わりに超音波などを利用することもできる。
【００９７】
すなわち、所定の空間部１２に溶融金属Ｍが注湯されずに空いているスリーブ２を配置させ、この空いているスリーブ２の所定領域であるスラリ製造領域に電磁気場を印加する。このとき、電磁気場の印加は溶融金属Ｍを攪拌できる強度でなされる。
【００９８】
この後、図１に示すように、溶融金属Ｍを注湯温度Ｔｐでスリーブ２のスラリ製造領域に注湯する。このとき、スラリ製造領域では、電磁気場が印加されて溶融金属Ｍの攪拌が実施され得る状態とされている。なお、このとき、溶融金属Ｍの注湯と同時に電磁気場の攪拌を実施できるとともに、溶融金属Ｍが注湯される最中で、すなわちこの溶融金属Ｍを注湯しながら電磁気場の攪拌を実施することもできる。
【００９９】
このように、スリーブ２への溶融金属Ｍの注湯が完了する前に電磁気場の攪拌を実施することによって、溶融金属Ｍが低温のスリーブ２の内壁で初期凝固層が形成されにくくなる。そして、このスリーブ２内のスラリ製造領域全体にわたって微細な結晶核が同時に発生し、このスラリ製造領域内の溶融金属Ｍ全体が均一に液相線温度直下に急速に冷却して多数の結晶核が同時に発生する。
【０１００】
すなわち、スラリ製造領域に溶融金属Ｍを注湯する前または注湯と同時に電磁気場を印加することによって活発な初期攪拌作用により内部の溶融金属Ｍと表面の溶融金属Ｍとがよく攪拌されて溶融金属Ｍ内での熱伝逹が速く、スリーブ２の内壁での初期凝固層の形成が抑制されるからである。
【０１０１】
また、よく攪拌されている溶融金属Ｍと低温のスリーブ２の内壁との対流熱伝逹が増加して溶融金属Ｍ全体の温度を急速に冷却する。すなわち、注湯された溶融金属Ｍが注湯と同時に電磁気場攪拌により分散粒子に分散され、この分散粒子が結晶核としてスリーブ２内に均一に分布され、この結果、スラリ製造領域の全体にわたって温度差が発生しなくなる。これに対し、上述の従来の技術によれば、注湯された溶融金属Ｍが低温のスリーブ２の内壁と接触して急速な対流熱伝逹により初期凝固層での樹脂状結晶として成長する。
【０１０２】
そして、このような原理は凝固潜熱と関連して説明できる。すなわち、スリーブ２の内壁面での溶融金属Ｍの初期凝固が発生しないので、もう凝固潜熱が発生せず、これにより溶融金属Ｍの冷却は単に溶融金属Ｍの比熱（凝固潜熱の約１／４００に過ぎない）に該当する程度の熱量の放出だけで可能になる。したがって、従来の技術においてスリーブ２の内側壁面部でよく発生する初期凝固層での樹脂状結晶が形成されずに、スラリ製造領域内の溶融金属Ｍがスリーブ２の壁面から中心部にわたって全体的に均一にかつ急速に温度が低下する様子を示す。このときの温度を下げるのに必要な時間は溶融金属Ｍの注湯後約１秒以上１０秒以下程度の短い時間にすぎない。この結果、多数の結晶核がスラリ製造領域内の溶融金属Ｍ全体にわたって均一に生成され、結晶核生成密度の増加により結晶核間の距離は非常に短くなって樹脂状結晶が形成されずに独立的に成長して構想粒子を形成する。
【０１０３】
これは溶融金属Ｍが注湯される最中で電磁気場が印加される場合にも同じである。すなわち、スリーブ２の内壁面において初期凝固層は、注湯される過程での電磁気場攪拌により形成されにくくなる。
【０１０４】
このとき、溶融金属Ｍの注湯温度Ｔｐは液相線温度以上、液相線＋１００℃以下の温度（溶湯過熱度＝０℃以上１００℃以下）に維持されることが望ましい。上述のように、溶融金属Ｍが注湯されたスラリ製造領域の内部全体が均一に冷却されるので、スリーブ２に溶融金属Ｍを注湯する前に液相線温度付近まで冷却する必要がなく、液相線温度より１００℃程度高い温度を維持してもよいからである。
【０１０５】
一方、溶融金属Ｍをスラリ製造容器に注湯した後、溶融金属Ｍの一部が液相線以下になる時点でスラリ製造容器に電磁気場を印加する従来の方法によれば、スラリ製造容器の壁面に初期凝固層が形成されながら凝固潜熱が発生するが、凝固潜熱は比熱の約４００倍程度であるため、スラリ製造容器全体の溶融金属Ｍの温度が下がるには長時間がかかる。したがって、このような従来の方法では、液相線程度または液相線より５０℃程度高い温度まで溶融金属Ｍの温度を冷却した後、スラリ製造容器に注湯することが一般であった。したがって、このときには注湯される溶融金属Ｍの温度が適正温度になるまで待たねばならないが、この適性温度を調節することは実際工程では非常に難しい。
【０１０６】
また、電磁気場攪拌を終了する時点は、図１に示すように、スリーブ２内の溶融金属Ｍが一部分でも、溶融金属Ｍの温度が液相線温度Ｔｌ以下に下がった時に、すなわち、この溶融金属Ｍの固相率が約０．００１程度で所定の結晶核が形成された後ならいつ終了しても余り問題にならない。すなわち、スリーブ２のスラリ製造領域に溶融金属Ｍを注湯してこの溶融金属Ｍを冷却する段階および後続する加圧によって成形ダイ４に注湯する段階まで電磁気場攪拌を継続させてもよい。すなわち、既にスリーブ２のスラリ製造領域全体にわたって結晶核が均一に分布しているために、この結晶核を中心として結晶粒が成長する段階での電磁気場攪拌は製造される半凝固金属スラリの特性に影響を及ぼさないからである。
【０１０７】
ただし、上記電磁気場攪拌は、スリーブ２内で半凝固金属スラリを製造する間にのみすれば十分なので、少なくとも溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．７以下になるまで持続させる。さらに、エネルギ効率面からは、少なくともスラリ製造領域内の溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．４以下になるまで持続させ、さらに望ましくは溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．１以下になるまで持続させる。
【０１０８】
一方、スラリ製造領域に溶融金属Ｍを注湯して、均一な分布の結晶核を形成した後には、冷却工程としてスラリ製造領域を冷却して生成された結晶核の成長を加速させる。したがって、このような冷却工程での段階は、スラリ製造領域に溶融金属Ｍを注湯するときからしてもよい。また、上述のように、この冷却工程中にも電磁気場を持続的に印加させてもよい。
【０１０９】
さらに、このような冷却工程は、加圧によって半凝固金属スラリを成形ダイ４に注湯する段階まで持続できるが、溶融金属Ｍが０．１以上０．７以下の固相率に到達する時点ｔ２まで冷却工程を維持できる。このとき、溶融金属Ｍの冷却速度は０．２℃／ｓｅｃ以上５．０℃／ｓｅｃ以下程度になるが、結晶核の分布度および粒子の微細度によって０．２℃／ｓｅｃ以上２．０℃／ｓｅｃ以下にできる。
【０１１０】
この結果、所定の固相率を有する半凝固状態の半凝固金属スラリを製造でき、この半凝固金属スラリを直ちに加圧して成形ダイ４の成形空洞４３に注湯してダイカストできる。
【０１１１】
このとき、半凝固状態の金属スラリの製造時間を顕著に短縮できるが、溶融金属Ｍのスリーブ２への注湯時点から固相率０．１以上０．７以下の半凝固金属スラリ形態の金属材料として形成される時点までかかる時間は３０秒以上６０秒以下にすぎない。これにより製造された半凝固金属スラリを使用してダイカストすれば均一にかつ緻密な球状の結晶構造を有する成形品を得ることができる。
【０１１２】
なお、このような半凝固成形用ダイカスト方法は、スリーブ２の軸方向が地面に対して水平に設置された水平式や、地面に対して傾いて設置された傾斜式、地面に対して軸方向を垂直にして設置された垂直式いずれであっても適用できる。
【０１１３】
このとき、スリーブ２が地面に対して水平に配置されている場合には、このスリーブ２のスラリ製造領域は、このスリーブ２内に設置されて開閉可能な開閉ドア２３とプランジャ３とにより形成された領域となる。また、スリーブ２が地面に対して傾いて配置されている場合には、このスリーブ２のスラリ製造領域は、一端がプランジャ３により閉鎖されて形成された領域となる。さらに、プランジャ３が挿入されたスリーブ２の一端部を地面に向かうように、このスリーブ２が地面に対して垂直に配置されている場合には、スリーブ２のスラリ製造領域は一端がプランジャ３により閉鎖されて形成された領域となる。
【０１１４】
次に、上記半凝固成形用ダイカスト方法として用いられる半凝固成形用ダイカスト装置を図２および図３を参照して説明する。
【０１１５】
図２および図３に示す半凝固成形用ダイカスト装置は、攪拌部１を備えており、この攪拌部１の内側には、空間部１２が設けられている。
【０１１６】
さらに、この攪拌部１には、電磁気場印加用コイル装置１１が空間部１２を取り囲むように形成されている。また、この攪拌部１の空間部１２には、円筒状の筒状部としてのスリーブ２が取り付けられている。このスリーブ２の一端部には、加圧用の押圧手段としてのプランジャ３が挿入されており、このスリーブ２の他端には、成形部としての成形ダイ４が連結されている。
【０１１７】
そして、攪拌部１の空間部１２と電磁気場印加用コイル装置１１とは、図示しない別のフレーム構造により固定されている。また、この電磁気場印加用コイル装置１１は、所定強度の電磁気場を空間部１２に向けて発散するように構成されており、空間部１２内に収容されたスリーブ２に注湯される溶融金属Ｍを電磁気攪拌する。そして、この電磁気場印加用コイル装置１１は、図示しない制御部に電気的に接続されており、この制御部により強度および作動時間などが調節される。ここで、この電磁気場印加用コイル装置１１は、通常の電磁気攪拌に使用できるコイル装置であればよい。また、攪拌部１は、電磁気場以外の超音波攪拌などであってもよい。
【０１１８】
さらに、電磁気場印加用コイル装置１１は、図２に示すように、スリーブ２の上側中央部に開口形成された湯口２１を中心として、この湯口２１から上側に向けて延びた略円筒状の注湯用ジグ２２の周囲に配置されている。このため、スリーブ２に注湯される溶融金属Ｍは、注湯段階から攪拌される。なお、このスリーブ２は、電磁気場攪拌により溶融金属Ｍを固液共存状態金属材料としての半凝固金属スラリに製造するスラリ製造容器の機能と、製造された半凝固金属スラリを成形ダイ４に案内する機能とを兼ねている。
【０１１９】
また、このスリーブ２の一端部には、プランジャ３が進退可能に挿入されている。さらに、このスリーブ２の他端部には、成形ダイ４が連結されている。そして、このスリーブ２は、細長略円筒状に形成されており、攪拌部１の空間部１２内に設置されている。さらに、このスリーブ２の上部中央部には、溶融金属Ｍが注湯される円形状の湯口２１が開口形成されており、この湯口２１には、注湯容器としてのトリベ５からの注湯が容易になるように、上方に向けて拡開したラッパ状の注湯用ジグ２２が攪拌部１の外側に延出するように取り付けられている。
【０１２０】
さらに、スリーブ２は金属材より成形されており、アルミナあるいは窒化アルミニウムなどの絶縁性素材より成形してもよい。ここで、このスリーブ２が金属材の場合には、このスリーブ２の融点が収容される溶融金属Ｍの温度より高いものを使用することが望ましい。そして、このスリーブ２に図示しない熱電対を内蔵させるとともに、この熱電対を制御部に電気的に接続させて、スリーブ２内の溶融金属Ｍの温度情報を制御部に送出させることもできる。
【０１２１】
また、このスリーブ２は、軸方向を地面に対して水平にした状態で配置されている。さらに、このスリーブ２内における他端側には、このスリーブ２内を開閉可能に閉塞する開閉手段としての開閉ドア２３が取り付けられている。この開閉ドア２３は、湯口２１を通じて注湯された溶融金属Ｍを半凝固金属スラリに製造するために形成されており、成形ダイ４が連結されたスリーブ２の他端部に隣接した位置に取り付けられている。なお、この開閉ドア２３は、スリーブ２内の溶融金属あるいは半凝固金属スラリの他端側への流通を開閉する。
【０１２２】
そして、この開閉ドア２３は、スリーブ２内で半凝固金属スラリが製造される間にはこのスリーブ２内を閉鎖し、このスリーブ２内で製造された半凝固金属スラリをプランジャ３にて押圧して加圧する場合に開放する。このように、このスリーブ２の一側は、プランジャ３により閉鎖されており、このスリーブ２の他側は、開閉ドア２３により閉鎖されてスリーブ２がスラリ製造容器として機能する。
【０１２３】
さらに、このスリーブ２は、図２および図３に示すように、単に溶融金属Ｍを収容できるように形成されているが、図４に示す第２の実施の形態のように、このスリーブ２に温度調節装置２４を取り付けることもできる。そして、この温度調節装置２４は、冷却装置および加熱装置の少なくともいずれか一方が、単独または複合的に適用される。そして、冷却装置としては、例えば、スリーブ２の外側を取り囲むように冷却水パイプ２５がウォータジャケット状に取り付けられている。また、加熱装置としては、スリーブ２の外側に形成された図示しない電気ヒータなどである。そして、冷却水パイプ２５は、スリーブ２の外側壁に設けられた別体の固定ブロック２６に取り付けられる。さらに、スリーブ２に熱電対を内蔵させることもできる。この結果、冷却水パイプ２５および電気ヒータによりスリーブ２内に収容された溶融金属Ｍを適正な速度で冷却できる。
【０１２４】
一方、スリーブ２の一端に挿入されたプランジャ３は、図示しない加圧装置に連結されてスリーブ２内をピストン往復動するものである。そして、このプランジャ３は、スリーブ２内で半凝固金属スラリの製造が完了した後に成形ダイ４の方向に向けて前進して半凝固金属スラリを成形ダイ４に注湯させる。
【０１２５】
さらに、スリーブ２の他端に連結される成形ダイ４は、固定部としての固定ダイ４２と、この固定ダイ４２に対して取り外し可能に取り付けられた移動部としての移動ダイ４１とにより構成されている。そして、これら移動ダイ４１と固定ダイ４２との間に所定形状の成形空間としての成形空洞４３が形成されており、この成形空洞４３は、固定ダイ４２から移動ダイ４１を取り外すことにより開放される。さらに、固定ダイ４２には成形空洞４３に半凝固状態の半凝固金属スラリを注湯させる細長円筒状の注湯口４４が貫通した状態で設けられている。この注湯口４４は、スリーブ２の他端側に連通している。
【０１２６】
また、これら移動ダイ４１および固定ダイ４２のそれぞれは、矩形平板状の一対の支持プレート４５ａ，４５ｂ間に挟持固定された状態で設置されている。これら一対の支持プレート４５ａ，４５ｂは、移動ダイ４１と固定ダイ４２とを支持する。さらに、移動ダイ４１は成形が完了した後に固定ダイ４２から分離されて成形空洞４３に形成された成形品が分離できるように構成されている。
【０１２７】
次に、上記第１の実施の形態の半凝固成形用ダイカスト装置の作用を説明する。
【０１２８】
まず、図２に示すように、製造工程として攪拌部１の電磁気場印加用コイル装置１１により、空間部１２内に所定の周波数および強度の電磁気場を印加する。このとき、この空間部１２に印加する電磁気場の電圧、周波数、強度は、例えば２５０Ｖ、６０Ｈｚ、５００Ｇａｕｓｓである。
【０１２９】
この状態で、図示しない炉で溶融された溶融金属Ｍをトリベ５により移送して電磁気場の影響下にあるスリーブ２内の所定領域としてのスラリ製造領域に注湯する。
【０１３０】
このとき、炉とスリーブ２とを直接連結して溶融された液相の溶融金属Ｍを直ちにスリーブ２内に注湯することもできる。また、このときの溶融金属Ｍは、上述のように液相線＋１００℃の温度となっていてもよい。
【０１３１】
このように、完全に溶融されて液相をなす溶融金属Ｍを電磁気攪拌が進んでいるスリーブ２内に注湯すれば、このスリーブ２全体にわたって微細な再結晶粒子が分布し、この再結晶粒子は速く成長して樹脂状構造の生成が生じなくなる。
【０１３２】
ここで、電磁気場印加用コイル装置１１による電磁気場の印加は、溶融金属Ｍの注湯と同時にしてもよく、あるいは溶融金属Ｍが注湯される最中でしてもよい。
【０１３３】
また、これら電磁気場印加用コイル装置１１による電磁気場の印加は、上述のように、成形空洞４３に半凝固金属スラリを注湯するまで継続させる。したがって、この電磁気場印加用コイル装置１１による電磁気場の印加は、少なくとも溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．７以下となるまで持続させる。ただし、エネルギ効率上、溶融金属Ｍの注湯後に、この溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．４以下となるまで持続させることが望ましく、より望ましくは、この溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．１以下となるまで持続させる。ここで、この電磁気場印加用コイル装置１１による電磁気場の印加を継続させる時間は、予め実験により分かり、このようにして所定時間電磁気場を印加する。
【０１３４】
そして、電磁気場印加用コイル装置１１による電磁気場の印加が終了した後または電磁気場の印加が持続している間に、冷却工程として、０．１以上０．７以下の固相率となるまで所定の速度でスリーブ２が冷却されて半凝固金属スラリを製造する。このときの冷却速度は、スリーブ２の外側に設置された温度調節装置２４により調節されて０．２℃／ｓｅｃ以上５℃／ｓｅｃ以下、より望ましくは０．２℃／ｓｅｃ以上２℃／ｓｅｃ以下である。
【０１３５】
この後、このように半凝固金属スラリを製造した後に、成形工程として、開閉ドア２３を開放し、図３に示すように、プランジャ３にて半凝固金属スラリを押圧して加圧して成形ダイ４に注湯する。この結果、プランジャ３により加圧された半凝固金属スラリは、成形ダイ４に形成されスリーブ２の他端側に連通した注湯口４４を介して、この成形ダイ４の成形空洞４３内に注湯されて成形される。
【０１３６】
このとき、この成形ダイ４の成形空洞４３内に注湯された半凝固金属スラリは、この成形空洞４３内で急速に冷却されて、この成形空洞４３の形状に対応した成形品が製造される。この後、この成形が終了した後には、成形ダイ４の移動ダイ４１が後退して取り外されて成形ダイ４が固定ダイ４２と移動ダイ４１とに分離され、この結果、これら固定ダイ４２と移動ダイ４１との間の成形空洞４３から成形品が引き出される。
【０１３７】
上述したように、上記第１の実施の形態によれば、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を得ることができるとともに、液相線より高温での短時間の攪拌だけでもスリーブ２の壁面での核生成密度を顕著に高めて粒子の球状化を実現できる。また、製造された成形品の機械的性質の向上を実現できるとともに、電磁気場攪拌時間を大きく短縮できるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、全体工程が単純化され、かつ製品成形時間も短縮されて生産性を向上できる。よって、短時間に高品質のダイカスト製品を製造できる。
【０１３８】
この結果、微細でかつ均一な組織の成形品を簡単な方法により得ることができるだけでなく、半凝固金属スラリの製造時間を顕著に短縮できて全体工程時間を短縮でき、この結果、エネルギ節減および生産性向上効果を増大させることができる。
【０１３９】
次に、本発明の第３の実施の形態の半凝固成形用ダイカスト装置を図５を参照して説明する。
【０１４０】
この図５に示す半凝固成形用ダイカスト装置は、スリーブ２のプランジャ３が挿入される一端側が地面に向かうように下方に向けて傾斜されて、軸方向が地面に対して傾いて配置されたものである。
【０１４１】
そして、このスリーブ２の他端側には、このスリーブ２が地面に対して傾いているため、半凝固金属スラリ製造中に、この半凝固金属スラリが成形ダイ４と進入するおそれがないので、この半凝固金属スラリの進入を防止する開閉ドア２３が設けられていない。すなわち、湯口２１を通じて注湯された溶融金属Ｍは、傾いて配置されたスリーブ２の一端側であるプランジャ３付近に溜まるからである。
【０１４２】
ただし、プランジャ３によりスリーブ２内の半凝固金属スラリを加圧する時には、この半凝固金属スラリが湯口２１から漏れ出してしまうおそれがあるので、この湯口２１を閉塞する開閉可能な図示しない湯口開閉用ドアを設けることが望ましい。また、スリーブ２の傾斜角度は、設計条件によって調節できるが、傾斜によってスリーブ２内に溶融金属Ｍが溜まる程度であればよい。
【０１４３】
このように、スリーブ２を傾けて設置することにより、図５に示すように、スリーブ２の他端に連結される成形ダイ４もまた傾いて配置される。ところが、この成形ダイ４を傾けて配置することは、機械設備全体との適用において限界がありうるため、図６および図７に示す本発明の第４の実施の形態のように、成形ダイ４を水平に配置し、スリーブ２を分割して、このスリーブ２一端側であるのスラリ製造領域だけを傾斜させて稼動させることもできる。
【０１４４】
すなわち、図６および図７に示すように、スリーブ２の一端側を所定の角度θで回動可能とされた第１の筒状部としての第１のスリーブ５１と、このスリーブ２における成形ダイ４に固定された他端側を第２の筒状部としての第２のスリーブ５２とに分割して、回動可能な第１のスリーブ５１を攪拌部１の空間部１２に配置させる。このとき、この第１のスリーブ５１の内部がスラリ製造領域となる。
【０１４５】
また、これら第１のスリーブ５１と第２のスリーブ５２とは、図６および図７に示すように、互いに向かい合う端部が同心状に連通した状態で結合され、これら第１のスリーブ５１と第２のスリーブ５２の中心軸を中心に、第１のスリーブ５１が所定の角度θで一端側を下方に向けて回動される。このとき、この第１のスリーブ５１の回動角度θは９０°以内とすることが望ましい。
【０１４６】
具体的には、図６に示すように、第１のスリーブ５１が地面に対して９０°の角度で傾いている時に、溶融金属Ｍを注湯して半凝固金属スラリを製造し、この半凝固金属スラリの製造が完了した後には、図７に示すように、第１のスリーブ５１と第２のスリーブ５２とを結合させてから、プランジャ３を加圧してスリーブ２内の半凝固金属スラリを成形ダイ４の成形空洞４３に注湯して成形させる。したがって、このような半凝固成形用ダイカスト装置１１においては、スリーブ２の上面に湯口２１を設ける必要がない。
【０１４７】
次に、本発明の第５の実施の形態の半凝固成形用ダイカスト装置を図８および図９を参照して説明する。
【０１４８】
これら図８および図９に示す半凝固成形用ダイカスト装置１１は、スリーブ２が地面に対して垂直に配置されたものである。そして、このスリーブ２におけるプランジャ３が挿入される一端側が、地面に向かうように下方に向けて地面に対して垂直に配置されている。また、このスリーブ２は、図示しない駆動装置に連結されて相対的に昇降運動自在に構成されている。さらに、このスリーブ２は、成形ダイ４に対して着脱可能に構成されている。
【０１４９】
そして、このスリーブ２は、このスリーブの他端側である上端側を構成する略円筒状のスリーブ本体２ａを備えている。このスリーブ本体２ａの一端側である下端側には、このスリーブ本体２ａより径大な稼動スリーブ２ｂが同心状に連通接続されている。さらに、このスリーブ本体２ａの他端側である上端側は、成形ダイ４に固定された円筒状の固定スリーブ２ｃが同心状に連通接続される。
【０１５０】
また、スリーブ本体２ａの下端側からプランジャ３が挿入されており、このスリーブ本体２ａの開放された上端側から溶融金属Ｍが注湯されるように構成されている。さらに、このスリーブ本体２ａの稼働スリーブ２ｂは駆動装置に連結されている。この稼動スリーブ２ｂは、半凝固金属スラリが製造された後に、スリーブ本体２ａを押し上げて固定ダイ４２内に取り付けられた固定スリーブ２ｃに結合させる。なお、この稼動スリーブ２ｂは、スリーブ本体２ａと一体的に構成することもできる。さらに、スリーブ本体２ａは、支持台１３に設置された攪拌部１の空間部１２内に位置するように配置されており、この空間部１２を取り囲むように電磁気場印加用コイル装置１１が設置されている。
【０１５１】
一方、成形ダイ４は、この成形ダイ４の注湯口４４をスリーブ２の上端側に向けて垂直に配置されている。この成形ダイ４は、スリーブ２が垂直に配置されたことに対応して設置されている。このとき、この成形ダイ４の固定ダイ４２には、スリーブ本体２ａが挿入されるように下端が下方に向かって段状に段差形成されている。そして、この固定ダイ４２の段差部には、スリーブ本体２ａに結合される固定スリーブ２ｃと、この固定スリーブ２ｃに結合されたスリーブ本体２ａを支持して固定させる円筒状の支持部材４６とが設置されている。
【０１５２】
次に、上記第５の実施の形態の半凝固成形用ダイカスト装置の作用を説明する。
【０１５３】
まず、図８に示すように、スリーブ本体２ａを成形ダイ４から分離した状態で空間部１２内に位置させる。この状態で、攪拌部１にて空間部１２に電磁気場を印加し、トリベ５により溶融金属Ｍをスリーブ本体２ａに注湯する。このとき、スリーブ本体２ａの下端はプランジャ３により閉鎖されており、スリーブ本体２ａが容器として機能する。そして、スリーブ本体２ａに溶融金属Ｍを注湯した後に、この溶融金属Ｍを冷却して半凝固金属スラリを製造する。
【０１５４】
さらに、この半凝固金属スラリの製造が完了した後には、稼動スリーブ２ｂとプランジャ３とを押し上げて、スリーブ本体２ａを成形ダイ４に設置させた固定スリーブ２ｃに結合させた後、図９に示すように、プランジャ３を加速上昇させて成形ダイ４の成形空洞４３に半凝固成形スラリを注湯して成形品を成形する。
【０１５５】
上述のように、上記第５の実施の形態によれば、スリーブ２内に別の開閉ドア２３を設置する必要がなく、このスリーブ２をスラリ製造容器とも使用できてより簡単に半凝固成形ができる。
【０１５６】
なお、上記各実施の形態において、多様な金属あるいは合金、例えばアルミニウムまたはその合金、マグネシウムまたはその合金、亜鉛またはその合金、銅またはその合金、鉄またはその合金などの半凝固成形法であっても汎用的に適用できる。
【０１５７】
【発明の効果】
請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を得ることができるとともに、液相線より高温での短時間の攪拌だけでも筒状部の壁面での核生成密度を顕著に高めて粒子の球状化を実現でき、また、製造された成形品の機械的性質の向上を実現できるとともに、電磁気場攪拌時間を大きく短縮できるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、全体工程が単純化され、かつ製品成形時間も短縮されて生産性を向上できるから、短時間に高品質のダイカスト製品を製造できる。
【０１５８】
請求項２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、軸方向を水平にして配設された筒状部内の所定領域を、この筒状部内の固液共存状態金属材料の流通を開閉する開閉手段と、この筒状部の一端に取り付けられた押圧手段との間に形成される領域とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１５９】
請求項３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、一端側を下方に向けて傾斜させて配設された筒状部内の所定領域を、一端が押圧手段により閉鎖された領域とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１６０】
請求項４記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、一端側が下方に向けて所定角度傾斜するように回動可能な筒状部とし、この筒状部内の所定領域を、押圧手段により閉鎖された領域とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１６１】
請求項５記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、一端側を下方に向けて垂直に筒状部を配設し、この筒状部内の所定領域を、押圧手段により閉鎖された領域とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１６２】
請求項６記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１ないし５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯する前に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【０１６３】
請求項７記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１ないし５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯すると同時に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【０１６４】
請求項８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１ないし５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【０１６５】
請求項９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１ないし８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１６６】
請求項１０記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１ないし８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【０１６７】
請求項１１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１ないし８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【０１６８】
請求項１２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１ないし１１いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、製造工程にて電磁気場が印加された筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯した後に、この溶融金属を冷却工程にて冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１６９】
請求項１３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【０１７０】
請求項１４記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１２または１３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【０１７１】
請求項１５記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１２または１３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【０１７２】
請求項１６記載の半凝固成形用ダイカスト方法によれば、請求項１ないし１５いずれか記載の固液共存状態金属材料が半凝固金属スラリであることにより、請求項１ないし１５いずれか記載の固液共存状態金属材料と同様の効果を奏することができる。
【０１７３】
請求項１７記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を得ることができるとともに、液相線より高温での短時間の攪拌だけでも筒状部の壁面での核生成密度を顕著に高めて粒子の球状化を実現でき。また、製造された成形品の機械的性質の向上を実現できるとともに、電磁気場攪拌時間を大きく短縮できるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、全体工程が単純化され、かつ製品成形時間も短縮されて生産性を向上できるから、短時間に高品質のダイカスト製品を製造できる。
【０１７４】
請求項１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、成形部は、筒状部の他端に取り付けられた固定部と、この固定部に対して取り外し可能に取り付けられた移動部とにより成形部を構成し、これら固定部と移動部との間に成形空間を形成したことにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１７５】
請求項１９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、軸方向を水平にして配設した筒状部の他端側に開閉手段を設け、この開閉手段にて筒状部内に注湯された溶融金属から固液共存状態金属材料を製造する間に、この筒状部の他端側を開閉可能に閉塞するとともに、この筒状部内で製造された固液共存状態金属材料を押圧手段にて押圧する際に、この筒状部の他端側を開口させたことにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１７６】
請求項２０記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、一端側を下方に向けて傾斜させて筒状部を配設させたことにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１７７】
請求項２１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、一端側に押圧手段が取り付けられこの一端側を下方に向けて回動可能な第１の筒状部を、攪拌部にて電磁気場が印加される空間部に配設し、この第１の筒状部の回動により連通する第２の筒状部の軸方向を水平にして配設したことにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１７８】
請求項２２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、一端側を下方に向けて垂直に配設された筒状部を成形部に対して相対的に着脱可能とし、この筒状部内で固液共存状態金属材料が製造された後に成形部に接続されてから、この筒状部内の固液共存状態金属材料が押圧手段にて押圧されることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１７９】
請求項２３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７ないし２２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内に溶融金属が注湯される前に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【０１８０】
請求項２４記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７ないし２２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内に溶融金属が注湯されると同時に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【０１８１】
請求項２５記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７ないし２２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内に溶融金属が注湯される最中で電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【０１８２】
請求項２６記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１８３】
請求項２７記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【０１８４】
請求項２８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【０１８５】
請求項２９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７ないし２８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、温度調節装置で筒状部の温度を調節することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができる。
【０１８６】
請求項３０記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項２９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、温度調節装置を冷却装置とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができる。
【０１８７】
請求項３１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項２９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、温度調節装置を電気ヒータとすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができる。
【０１８８】
請求項３２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項２９ないし３１いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【０１８９】
請求項３３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項２９ないし３２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【０１９０】
請求項３４記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項２９ないし３２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【０１９１】
請求項３５記載の半凝固成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７ないし３４いずれか記載の固液共存状態金属材料が半凝固金属スラリであることにより、請求項１７ないし３４いずれか記載の固液共存状態金属材料と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置での時間に対する溶融金属の注湯温度を示す二次グラフである。
【図２】同上固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置を示す概略説明図である。
【図３】同上固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置を示す概略説明図である。
【図４】本発明の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の第２の実施の形態の一部を示す説明断面図である。
【図５】本発明の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の第３の実施の形態を示す概略説明図図である。
【図６】本発明の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の第４の実施の形態を示す概略説明図図である。
【図７】同上固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置を示す概略説明図図である。
【図８】本発明の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の第５の実施の形態を示す概略説明図図である。
【図９】同上固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置を示す概略説明図図である。
【符号の説明】
１ 攪拌部
２ 筒状部としてのスリーブ
３ 押圧手段としてのプランジャ
４ 成形部としての成形ダイ
１２ 空間部
２３ 開閉手段としての開閉ドア
２４ 温度調節装置
２５ 冷却装置としての冷却水パイプ
４１ 移動部としての移動ダイ
４２ 固定部としての固定ダイ
４３ 成形空間としての成形空洞
５１ 第１の筒状部としての第１のスリーブ
５２ 第２の筒状部としての第２のスリーブ
Ｍ 溶融金属
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁気場を印加しつつ溶融金属を注湯して固液共存状態金属材料を製造する固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法、その装置、半凝固成形用ダイカスト方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固液共存状態金属材料の成形方法としての半凝固成形法とは、完全に凝固されずに所定の粘性を有する半凝固金属スラリを鋳造または鍛造してビレットや最終成形品を製造する加工法をいう。ここで半凝固金属スラリとは、半凝固領域の温度で液相と球状の結晶粒が適切な割合で混在した状態でチクソトロピー（Ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｉｃ）性により小さな力によっても変形が可能であり、かつ流動性に優れて液相のように成形加工が容易な状態の金属材料を意味する。
【０００３】
この種の半凝固成形法は、半溶融成形法とともに半凝固あるいは半溶融成形法とも呼ばれるが、ここで、半溶融成形法とは、半凝固成形法により製造されたビレットを半溶融状態のスラリに再加熱した後、このスラリを鋳造または鍛造させて最終製品に製造する加工法をいう。
【０００４】
そして、このような半凝固あるいは半溶融成形法は、鋳造や溶融鍛造など溶融金属を利用する一般的な成形方法に比べて色々な長所を有している。例えば、これら半凝固あるいは半溶融成形法で使用する半凝固金属スラリは溶融金属より低温で流動性を有するので、このスラリに露出されるダイの温度を溶融金属の場合よりさらに低めることができ、これによりダイの寿命が延びる。
【０００５】
また、スラリがシリンダに沿って押し出される時に乱流の発生が少なくて鋳造過程で空気の混入を減らし、これにより最終製品への気孔発生を減らすことができる。その他にも凝固収縮が少なくて作業性が改善され、製品の機械的特性および耐食性が向上し、製品の軽量化が可能である。これにより、自動車や航空機産業分野、電気電子情報通信装備などの新素材として利用できる。
【０００６】
一方、従来の半凝固成形法は、溶融金属を冷却する時に主に液相線以下の温度で攪拌して既に生成された樹脂状結晶組織を破砕することによって半凝固成形に適合するように球状の粒子に作る方法である。攪拌方法には、機械的攪拌法と電磁気的攪拌法、ガスバブリング、低周波、高周波あるいは電磁気波振動を利用するか、電気的衝撃による攪拌法などが利用された。
【０００７】
そして、液相固相混合物を製造する方法としては、溶融金属が固相化する間に強く攪拌しながら冷却している。さらに、この液相固相混合物を製造するための製造装置は、容器に固液混合物を注湯した状態で攪拌棒により攪拌するが、この攪拌棒は所定の粘性を有する固液混合物を攪拌して流動させることによって混合物内の樹脂状構造を破砕するか、破砕された樹脂状構造を分散させるものである。
【０００８】
ところが、上記液相固相混合物を製造する方法では、冷却過程で既に形成された樹脂状結晶形態を粉砕し、この粉砕した樹枝状結晶を結晶核として球状の結晶を得ているため、初期凝固層の形成による潜熱の発生により冷却速度の減少と製造時間の増加および攪拌容器内での温度不均一による不均一な結晶状態など多くの問題を有している。また、この液相固相混合物を製造するための製造装置の場合にも、機械的攪拌が有する限界によって容器内の温度分布が不均一であり、チャンバ内で作動するために作業時間および後続工程への連係が非常に難しい限界を有している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
また、半凝固合金スラリの製造方法としては、コイル付き電磁気場印加手段の内側に順次に冷却マニホールドおよび金型を備えている。そして、この金型の上側は溶融金属が連続して注湯されるように形成されており、冷却マニホールドには冷却水が流れて金型を冷却するように構成されている。さらに、上記半凝固合金スラリの製造装置による半凝固合金スラリの製造方法によれば、まず、金型の上側から溶融金属を注湯し、この溶融金属が金型内を通過しながら冷却マニホールドにより固相化領域を形成するが、ここで電磁気場印加手段により磁場が印加されて樹脂状組織を破砕しながら冷却が進み、下部からインゴットが形成される（例えば、特許文献２参照。）。
【００１０】
ところが、このような半凝固合金スラリの製造方法および装置においても、基本的な技術的思想は凝固が起きた後で振動を加えて樹脂状組織を破砕するものであるが、この場合にも上述のように工程上および組織構成上の多くの問題を有している。また、上記半凝固合金スラリの製造装置の場合にも溶融金属が上部から下部に進みながら連続してインゴットを形成するが、連続して成長させることによって金属の状態を調節しにくく、全体的な工程制御が困難である。また、電磁気場の印加以前の段階で既に前記容器を水冷するため、容器壁体付近と中心付近での温度差が激しい。
【００１１】
さらに、半溶融成形材の製造方法としては、合金中のあらゆる金属成分が液体状態に存在するように合金を加熱した後、得られる液体金属を液相線と固相線との間の温度に冷却する。この後、剪断力を加えて冷却される溶融金属から形成される樹脂状構造を破壊することによって半溶融成形材を製造している（例えば、特許文献３参照。）。
【００１２】
また、半凝固鋳造用金属スラリの製造方法としては、液相線温度の付近または液相線より５０℃まで高い温度で溶融金属を容器に注湯する。この後、溶融金属が冷却される過程で溶融金属の少なくとも一部が液相線温度以下になる時点、すなわち、最初に液相線温度を通過する時点で、例えば超音波振動により溶融金属に運動を加える。さらに、この溶融金属に運動を加えた後、徐々に冷却することによって粒相結晶形態の金属組織を有する半凝固鋳造用金属スラリを製造している（例えば、特許文献４参照。）。
【００１３】
ところが、上記半凝固鋳造用金属スラリの製造方法でも、超音波振動などの力が冷却初期に形成される樹脂状結晶組織を破砕するために使われている。また、注湯温度を液状線温度より高くすれば、粒相の結晶形態を得がたく、同時に溶湯を急激に冷却し難い。さらに、表面部と中心部の組織が不均一になる。
【００１４】
さらに、半溶融金属の成形方法としては、溶融金属を容器に注湯した後、振動バーを溶融金属中に浸漬させて溶融金属と直接接触させた状態で振動させて溶融金属に振動を与えている。具体的には、振動バーの振動力を溶融金属に伝達することによって、液相線温度以下で結晶核を有する固液共存状態の合金を形成する。この後、所定の液相率を示す成形温度まで溶融金属を容器内で冷却しながら３０秒以上６０分以下の間維持することによって結晶核を成長させて半溶融金属を得る。ところが、この方法で得られる結晶核の大きさは約１００μｍであり、工程時間が相当長く、所定大きさ以上の容器に適用し難い（例えば、特許文献５参照。）。
【００１５】
また、半溶融金属スラリの製造方法としては、冷却と攪拌とを同時に精密に制御することによって半溶融金属スラリを製造している。具体的には、溶融金属を混合容器に注湯した後、混合容器周囲に設置された固定子アセンブリを作動させて容器内の溶融金属を急速に攪拌するのに十分な起磁力を発生させる。さらに、混合容器の周囲に設けられて容器および溶融金属の温度を精密に調節する作用をするサーマルジャケットを利用して溶融金属の温度を急速に落とす。溶融金属が冷却される時に溶融金属は攪拌され続け、固相率が低い時には速い攪拌を提供し、固相率が高まるにつれて強まった起電力を提供する方式で調節される（例えば、特許文献６参照。）。
【００１６】
【特許文献１】
米国特許第３９４８６５０号明細書（第３−８欄および図３）
【００１７】
【特許文献２】
米国特許第４４６５１１８号明細書（第４−１２欄、図１、図２、図５および図６）
【００１８】
【特許文献３】
米国特許第４６９４８８１号明細書（第２−６欄）
【００１９】
【特許文献４】
特開平１１−３３６９２号公報（第３−５頁および図１）
【００２０】
【特許文献５】
特開平１０−１２８５１６号公報（第４−７頁および図３）
【００２１】
【特許文献６】
米国特許第６４３２１６０号明細書（第７−１５欄、図１Ａないし図２Ｂおよび図４）
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、上記従来の半凝固あるいは半溶融成形法およびその製造装置では、冷却過程で既に形成された樹脂状結晶形態を粉砕して粒相の金属組織にするために剪断力を利用している。したがって、溶融金属の少なくとも一部が液相線以下に下がってこそ振動などの力を加えるので初期凝固層の形成による潜熱の発生により冷却速度の減少および製造時間の増加など各種の問題を避けにくい。また、得られた金属組織も容器内での温度の不均一によって全体的に均一でかつ微細な組織を得難く、溶融金属の容器への注湯温度を調節しなければ容器壁面部と中心部との温度差によって組織の不均一性はさらに増大してしまう。
【００２３】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、より微細かつ均一な球状化粒子を得ると同時にエネルギ効率の改善、製造コストの節減、機械的性質の向上、鋳造工程の簡便化および製造時間短縮の利点を実現でき、短時間に高品質のダイカスト製品を製造できる固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法、その装置、半凝固成形用ダイカスト方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、筒状部内の所定領域に電磁気場を印加しつつ、この筒状部の所定領域に溶融金属を注湯して固液共存状態金属材料を製造する製造工程と、この製造工程にて前記筒状部内の所定領域に前記固液共存状態金属材料を製造した状態で、この固液共存状態金属材料を前記筒状部の一端側から押圧して、この筒状部の他端側の成形部に注湯する成形工程とを具備したものである。
【００２５】
そして、筒状部内の所定領域に電磁気場を印加しつつ、この筒状部の所定領域に溶融金属を注湯して固液共存状態金属材料を製造工程にて製造した状態で、成形工程にて固液共存状態金属材料を押圧して成形部に注湯することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を得ることができるとともに、液相線より高温での短時間の攪拌だけでも筒状部の壁面での核生成密度を顕著に高めて粒子の球状化を実現できる。また、製造された成形品の機械的性質の向上を実現できるとともに、電磁気場攪拌時間を大きく短縮できるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、全体工程が単純化され、かつ製品成形時間も短縮されて生産性を向上できる。よって、短時間に高品質のダイカスト製品を製造できる。
【００２６】
請求項２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、筒状部は、軸方向を水平にして配設され、この筒状部内の所定領域は、この筒状部内の固液共存状態金属材料の流通を開閉する開閉手段と、この筒状部の一端に取り付けられた押圧手段との間の領域であるものである。
【００２７】
そして、軸方向を水平にして配設された筒状部内の所定領域を、この筒状部内の固液共存状態金属材料の流通を開閉する開閉手段と、この筒状部の一端に取り付けられた押圧手段との間に形成される領域とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００２８】
請求項３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、筒状部は、この筒状部の一端側を下方に向けて傾斜させて配設され、この筒状部内の所定領域は、この筒状部の一端に取り付けられた押圧手段により閉鎖された領域であるものである。
【００２９】
そして、一端側を下方に向けて傾斜させて配設された筒状部内の所定領域を、一端が押圧手段により閉鎖された領域とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００３０】
請求項４記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、筒状部は、この筒状部の一端側が下方に向けて所定角度傾斜するように回動可能であり、この筒状部内の所定領域は、この筒状部の一端に取り付けられた押圧手段により閉鎖された領域であるものである。
【００３１】
そして、一端側が下方に向けて所定角度傾斜するように回動可能な筒状部とし、この筒状部内の所定領域を、押圧手段により閉鎖された領域とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００３２】
請求項５記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、筒状部は、この筒状部の一端側を下方に向けて垂直に配設され、この筒状部内の所定領域は、この筒状部の一端に取り付けられた押圧手段により閉鎖された領域であるものである。
【００３３】
そして、一端側を下方に向けて垂直に筒状部を配設し、この筒状部内の所定領域を、押圧手段により閉鎖された領域とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００３４】
請求項６記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１ないし５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯する前に電磁気場を印加するものである。
【００３５】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯する前に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【００３６】
請求項７記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１ないし５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯すると同時に電磁気場を印加するものである。
【００３７】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯すると同時に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【００３８】
請求項８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１ないし５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加するものである。
【００３９】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【００４０】
請求項９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１ないし８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加するものである。
【００４１】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００４２】
請求項１０記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１ないし８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加するものである。
【００４３】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【００４４】
請求項１１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１ないし８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、製造工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加するものである。
【００４５】
そして、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【００４６】
請求項１２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１ないし１１いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、製造工程にて電磁気場が印加された筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯した後に、この溶融金属を冷却する冷却工程を具備したものである。
【００４７】
そして、製造工程にて電磁気場が印加された筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯した後に、この溶融金属を冷却工程にて冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００４８】
請求項１３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、冷却工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却するものである。
【００４９】
そして、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【００５０】
請求項１４記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１２または１３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、冷却工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却するものである。
【００５１】
そして、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【００５２】
請求項１５記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法は、請求項１２または１３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法において、冷却工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却するものである。
【００５３】
そして、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【００５４】
請求項１６記載の半凝固成形用ダイカスト方法は、請求項１ないし１５いずれか記載の固液共存状態金属材料は、半凝固金属スラリであるものである。
【００５５】
そして、請求項１ないし１５いずれか記載の固液共存状態金属材料が半凝固金属スラリであることにより、請求項１ないし１５いずれか記載の固液共存状態金属材料と同様の作用を有する。
【００５６】
請求項１７記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、所定の空間部に電磁気場を印加する攪拌部と、前記空間部に設けられ、内部に溶融金属が注湯される筒状部と、この筒状部の一端に取り付けられ、この筒状部内に注湯されて前記溶融金属から製造された固液共存状態金属材料を、前記筒状部の他端側に押圧する押圧手段と、前記筒状部の他端に取り付けられ、前記押圧手段での押圧により前記固液共存状態金属材料が注湯される成形空間を備えた成形部とを具備したものである。
【００５７】
そして、攪拌部により電磁気場が印加される所定の空間部に、内部に溶融金属が注湯される筒状部を設け、この筒状部内に注湯されて溶融金属から製造された固液共存状態金属材料を筒状部の他端側に押圧する押圧手段を筒状部の一端に取り付けた。さらに、押圧手段での押圧により固液共存状態金属材料が注湯される成形空間を備えた成形部を筒状部の他端に設けた。この結果、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を得ることができるとともに、液相線より高温での短時間の攪拌だけでも筒状部の壁面での核生成密度を顕著に高めて粒子の球状化を実現できる。また、製造された成形品の機械的性質の向上を実現できるとともに、電磁気場攪拌時間を大きく短縮できるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、全体工程が単純化され、かつ製品成形時間も短縮されて生産性を向上できる。よって、短時間に高品質のダイカスト製品を製造できる。
【００５８】
請求項１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、成形部は、筒状部の他端に取り付けられた固定部、この固定部に対して取り外し可能に取り付けられた移動部を備え、この成形部の成形空間は、前記固定部と移動部との間に形成されているものである。
【００５９】
そして、成形部は、筒状部の他端に取り付けられた固定部と、この固定部に対して取り外し可能に取り付けられた移動部とにより成形部を構成し、これら固定部と移動部との間に成形空間を形成したことにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００６０】
請求項１９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、筒状部は、軸方向を水平にして配設され、この筒状部の他端側に設けられ、この筒状部内に注湯された溶融金属から固液共存状態金属材料を製造する間に、この筒状部の他端側を開閉可能に閉塞し、この筒状部内で製造された固液共存状態金属材料を押圧手段にて押圧する際に、この筒状部の他端側を開口させる開閉手段を具備したものである。
【００６１】
そして、軸方向を水平にして配設した筒状部の他端側に開閉手段を設け、この開閉手段にて筒状部内に注湯された溶融金属から固液共存状態金属材料を製造する間に、この筒状部の他端側を開閉可能に閉塞するとともに、この筒状部内で製造された固液共存状態金属材料を押圧手段にて押圧する際に、この筒状部の他端側を開口させたことにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００６２】
請求項２０記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、筒状部は、この筒状部の一端側を下方に向けて傾斜させて配設されたものである。
【００６３】
そして、一端側を下方に向けて傾斜させて筒状部を配設させたことにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００６４】
請求項２１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、筒状部は、攪拌部にて電磁気場が印加される空間部に配設され、一端側に押圧手段が取り付けられ、この一端側を下方に向けて回動可能な第１の筒状部と、この第１の筒状部の回動により連通し、軸方向を水平にして配設された第２の筒状部とを備えたものである。
【００６５】
そして、一端側に押圧手段が取り付けられこの一端側を下方に向けて回動可能な第１の筒状部を、攪拌部にて電磁気場が印加される空間部に配設し、この第１の筒状部の回動により連通する第２の筒状部の軸方向を水平にして配設したことにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００６６】
請求項２２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、筒状部は、この筒状部の一端側を下方に向けて垂直に配設され、前記成形部に対して相対的に着脱可能であり、この筒状部内で固液共存状態金属材料が製造された後に前記成形部に接続されてから、この筒状部内の固液共存状態金属材料が押圧手段にて押圧されるものである。
【００６７】
そして、一端側を下方に向けて垂直に配設された筒状部を成形部に対して相対的に着脱可能とし、この筒状部内で固液共存状態金属材料が製造された後に成形部に接続されてから、この筒状部内の固液共存状態金属材料が押圧手段にて押圧されることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００６８】
請求項２３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７ないし２２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、攪拌部は、筒状部内に溶融金属が注湯される前に電磁気場を印加するものである。
【００６９】
そして、攪拌部にて筒状部内に溶融金属が注湯される前に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【００７０】
請求項２４記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７ないし２２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、攪拌部は、筒状部内に溶融金属が注湯されると同時に電磁気場を印加するものである。
【００７１】
そして、攪拌部にて筒状部内に溶融金属が注湯されると同時に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【００７２】
請求項２５記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７ないし２２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、攪拌部は、筒状部内に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加するものである。
【００７３】
そして、攪拌部にて筒状部内に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【００７４】
請求項２６記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、攪拌部は、筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加するものである。
【００７５】
そして、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【００７６】
請求項２７記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、攪拌部は、筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加するものである。
【００７７】
そして、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【００７８】
請求項２８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、攪拌部は、筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加するものである。
【００７９】
そして、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【００８０】
請求項２９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項１７ないし２８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、筒状部の温度を調節する温度調節装置を具備したものである。
【００８１】
そして、温度調節装置で筒状部の温度を調節することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができる。
【００８２】
請求項３０記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項２９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、温度調節装置は、冷却装置であるものである。
【００８３】
そして、温度調節装置を冷却装置とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができる。
【００８４】
請求項３１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項２９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、温度調節装置は、電気ヒータであるものである。
【００８５】
そして、温度調節装置を電気ヒータとすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができる。
【００８６】
請求項３２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項２９ないし３１いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、温度調節装置は、筒状部内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却するものである。
【００８７】
そして、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【００８８】
請求項３３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項２９ないし３２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、温度調節装置は、筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却するものである。
【００８９】
そして、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【００９０】
請求項３４記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置は、請求項２９ないし３２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置において、温度調節装置は、筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却するものである。
【００９１】
そして、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【００９２】
請求項３５記載の半凝固成形用ダイカスト装置は、請求項１７ないし３４いずれか記載の固液共存状態金属材料は、半凝固金属スラリであるものである。
【００９３】
そして、請求項１７ないし３４いずれか記載の固液共存状態金属材料が半凝固金属スラリであることにより、請求項１７ないし３４いずれか記載の固液共存状態金属材料と同様の作用を有する。
【００９４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態での半凝固成形用ダイカスト方法を図面を参照して説明する。
【００９５】
まず、第１の実施の形態の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法としての半凝固成形用ダイカスト方法について説明する。
【００９６】
この半凝固成形用ダイカスト方法は、スリーブ２に溶融金属Ｍを注湯して半凝固金属スラリを製造した後で、この半凝固金属スラリを成形ダイ４に注湯して成形品をダイカストする固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法である。このとき、スリーブ２への溶融金属Ｍの注湯が完了する前に電磁気場を印加して攪拌する。すなわち、スリーブ２に溶融金属Ｍを注湯する前、このスリーブ２に溶融金属Ｍを注湯すると同時に、またはスリーブ２に溶融金属Ｍを注湯する最中で電磁気場による攪拌をすることによって、初期樹脂状組織の生成を遮断する。このとき、この攪拌には電磁気場の代わりに超音波などを利用することもできる。
【００９７】
すなわち、所定の空間部１２に溶融金属Ｍが注湯されずに空いているスリーブ２を配置させ、この空いているスリーブ２の所定領域であるスラリ製造領域に電磁気場を印加する。このとき、電磁気場の印加は溶融金属Ｍを攪拌できる強度でなされる。
【００９８】
この後、図１に示すように、溶融金属Ｍを注湯温度Ｔｐでスリーブ２のスラリ製造領域に注湯する。このとき、スラリ製造領域では、電磁気場が印加されて溶融金属Ｍの攪拌が実施され得る状態とされている。なお、このとき、溶融金属Ｍの注湯と同時に電磁気場の攪拌を実施できるとともに、溶融金属Ｍが注湯される最中で、すなわちこの溶融金属Ｍを注湯しながら電磁気場の攪拌を実施することもできる。
【００９９】
このように、スリーブ２への溶融金属Ｍの注湯が完了する前に電磁気場の攪拌を実施することによって、溶融金属Ｍが低温のスリーブ２の内壁で初期凝固層が形成されにくくなる。そして、このスリーブ２内のスラリ製造領域全体にわたって微細な結晶核が同時に発生し、このスラリ製造領域内の溶融金属Ｍ全体が均一に液相線温度直下に急速に冷却して多数の結晶核が同時に発生する。
【０１００】
すなわち、スラリ製造領域に溶融金属Ｍを注湯する前または注湯と同時に電磁気場を印加することによって活発な初期攪拌作用により内部の溶融金属Ｍと表面の溶融金属Ｍとがよく攪拌されて溶融金属Ｍ内での熱伝逹が速く、スリーブ２の内壁での初期凝固層の形成が抑制されるからである。
【０１０１】
また、よく攪拌されている溶融金属Ｍと低温のスリーブ２の内壁との対流熱伝逹が増加して溶融金属Ｍ全体の温度を急速に冷却する。すなわち、注湯された溶融金属Ｍが注湯と同時に電磁気場攪拌により分散粒子に分散され、この分散粒子が結晶核としてスリーブ２内に均一に分布され、この結果、スラリ製造領域の全体にわたって温度差が発生しなくなる。これに対し、上述の従来の技術によれば、注湯された溶融金属Ｍが低温のスリーブ２の内壁と接触して急速な対流熱伝逹により初期凝固層での樹脂状結晶として成長する。
【０１０２】
そして、このような原理は凝固潜熱と関連して説明できる。すなわち、スリーブ２の内壁面での溶融金属Ｍの初期凝固が発生しないので、もう凝固潜熱が発生せず、これにより溶融金属Ｍの冷却は単に溶融金属Ｍの比熱（凝固潜熱の約１／４００に過ぎない）に該当する程度の熱量の放出だけで可能になる。したがって、従来の技術においてスリーブ２の内側壁面部でよく発生する初期凝固層での樹脂状結晶が形成されずに、スラリ製造領域内の溶融金属Ｍがスリーブ２の壁面から中心部にわたって全体的に均一にかつ急速に温度が低下する様子を示す。このときの温度を下げるのに必要な時間は溶融金属Ｍの注湯後約１秒以上１０秒以下程度の短い時間にすぎない。この結果、多数の結晶核がスラリ製造領域内の溶融金属Ｍ全体にわたって均一に生成され、結晶核生成密度の増加により結晶核間の距離は非常に短くなって樹脂状結晶が形成されずに独立的に成長して構想粒子を形成する。
【０１０３】
これは溶融金属Ｍが注湯される最中で電磁気場が印加される場合にも同じである。すなわち、スリーブ２の内壁面において初期凝固層は、注湯される過程での電磁気場攪拌により形成されにくくなる。
【０１０４】
このとき、溶融金属Ｍの注湯温度Ｔｐは液相線温度以上、液相線＋１００℃以下の温度（溶湯過熱度＝０℃以上１００℃以下）に維持されることが望ましい。上述のように、溶融金属Ｍが注湯されたスラリ製造領域の内部全体が均一に冷却されるので、スリーブ２に溶融金属Ｍを注湯する前に液相線温度付近まで冷却する必要がなく、液相線温度より１００℃程度高い温度を維持してもよいからである。
【０１０５】
一方、溶融金属Ｍをスラリ製造容器に注湯した後、溶融金属Ｍの一部が液相線以下になる時点でスラリ製造容器に電磁気場を印加する従来の方法によれば、スラリ製造容器の壁面に初期凝固層が形成されながら凝固潜熱が発生するが、凝固潜熱は比熱の約４００倍程度であるため、スラリ製造容器全体の溶融金属Ｍの温度が下がるには長時間がかかる。したがって、このような従来の方法では、液相線程度または液相線より５０℃程度高い温度まで溶融金属Ｍの温度を冷却した後、スラリ製造容器に注湯することが一般であった。したがって、このときには注湯される溶融金属Ｍの温度が適正温度になるまで待たねばならないが、この適性温度を調節することは実際工程では非常に難しい。
【０１０６】
また、電磁気場攪拌を終了する時点は、図１に示すように、スリーブ２内の溶融金属Ｍが一部分でも、溶融金属Ｍの温度が液相線温度Ｔｌ以下に下がった時に、すなわち、この溶融金属Ｍの固相率が約０．００１程度で所定の結晶核が形成された後ならいつ終了しても余り問題にならない。すなわち、スリーブ２のスラリ製造領域に溶融金属Ｍを注湯してこの溶融金属Ｍを冷却する段階および後続する加圧によって成形ダイ４に注湯する段階まで電磁気場攪拌を継続させてもよい。すなわち、既にスリーブ２のスラリ製造領域全体にわたって結晶核が均一に分布しているために、この結晶核を中心として結晶粒が成長する段階での電磁気場攪拌は製造される半凝固金属スラリの特性に影響を及ぼさないからである。
【０１０７】
ただし、上記電磁気場攪拌は、スリーブ２内で半凝固金属スラリを製造する間にのみすれば十分なので、少なくとも溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．７以下になるまで持続させる。さらに、エネルギ効率面からは、少なくともスラリ製造領域内の溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．４以下になるまで持続させ、さらに望ましくは溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．１以下になるまで持続させる。
【０１０８】
一方、スラリ製造領域に溶融金属Ｍを注湯して、均一な分布の結晶核を形成した後には、冷却工程としてスラリ製造領域を冷却して生成された結晶核の成長を加速させる。したがって、このような冷却工程での段階は、スラリ製造領域に溶融金属Ｍを注湯するときからしてもよい。また、上述のように、この冷却工程中にも電磁気場を持続的に印加させてもよい。
【０１０９】
さらに、このような冷却工程は、加圧によって半凝固金属スラリを成形ダイ４に注湯する段階まで持続できるが、溶融金属Ｍが０．１以上０．７以下の固相率に到達する時点ｔ２まで冷却工程を維持できる。このとき、溶融金属Ｍの冷却速度は０．２℃／ｓｅｃ以上５．０℃／ｓｅｃ以下程度になるが、結晶核の分布度および粒子の微細度によって０．２℃／ｓｅｃ以上２．０℃／ｓｅｃ以下にできる。
【０１１０】
この結果、所定の固相率を有する半凝固状態の半凝固金属スラリを製造でき、この半凝固金属スラリを直ちに加圧して成形ダイ４の成形空洞４３に注湯してダイカストできる。
【０１１１】
このとき、半凝固状態の金属スラリの製造時間を顕著に短縮できるが、溶融金属Ｍのスリーブ２への注湯時点から固相率０．１以上０．７以下の半凝固金属スラリ形態の金属材料として形成される時点までかかる時間は３０秒以上６０秒以下にすぎない。これにより製造された半凝固金属スラリを使用してダイカストすれば均一にかつ緻密な球状の結晶構造を有する成形品を得ることができる。
【０１１２】
なお、このような半凝固成形用ダイカスト方法は、スリーブ２の軸方向が地面に対して水平に設置された水平式や、地面に対して傾いて設置された傾斜式、地面に対して軸方向を垂直にして設置された垂直式いずれであっても適用できる。
【０１１３】
このとき、スリーブ２が地面に対して水平に配置されている場合には、このスリーブ２のスラリ製造領域は、このスリーブ２内に設置されて開閉可能な開閉ドア２３とプランジャ３とにより形成された領域となる。また、スリーブ２が地面に対して傾いて配置されている場合には、このスリーブ２のスラリ製造領域は、一端がプランジャ３により閉鎖されて形成された領域となる。さらに、プランジャ３が挿入されたスリーブ２の一端部を地面に向かうように、このスリーブ２が地面に対して垂直に配置されている場合には、スリーブ２のスラリ製造領域は一端がプランジャ３により閉鎖されて形成された領域となる。
【０１１４】
次に、上記半凝固成形用ダイカスト方法として用いられる半凝固成形用ダイカスト装置を図２および図３を参照して説明する。
【０１１５】
図２および図３に示す半凝固成形用ダイカスト装置は、攪拌部１を備えており、この攪拌部１の内側には、空間部１２が設けられている。
【０１１６】
さらに、この攪拌部１には、電磁気場印加用コイル装置１１が空間部１２を取り囲むように形成されている。また、この攪拌部１の空間部１２には、円筒状の筒状部としてのスリーブ２が取り付けられている。このスリーブ２の一端部には、加圧用の押圧手段としてのプランジャ３が挿入されており、このスリーブ２の他端には、成形部としての成形ダイ４が連結されている。
【０１１７】
そして、攪拌部１の空間部１２と電磁気場印加用コイル装置１１とは、図示しない別のフレーム構造により固定されている。また、この電磁気場印加用コイル装置１１は、所定強度の電磁気場を空間部１２に向けて発散するように構成されており、空間部１２内に収容されたスリーブ２に注湯される溶融金属Ｍを電磁気攪拌する。そして、この電磁気場印加用コイル装置１１は、図示しない制御部に電気的に接続されており、この制御部により強度および作動時間などが調節される。ここで、この電磁気場印加用コイル装置１１は、通常の電磁気攪拌に使用できるコイル装置であればよい。また、攪拌部１は、電磁気場以外の超音波攪拌などであってもよい。
【０１１８】
さらに、電磁気場印加用コイル装置１１は、図２に示すように、スリーブ２の上側中央部に開口形成された湯口２１を中心として、この湯口２１から上側に向けて延びた略円筒状の注湯用ジグ２２の周囲に配置されている。このため、スリーブ２に注湯される溶融金属Ｍは、注湯段階から攪拌される。なお、このスリーブ２は、電磁気場攪拌により溶融金属Ｍを固液共存状態金属材料としての半凝固金属スラリに製造するスラリ製造容器の機能と、製造された半凝固金属スラリを成形ダイ４に案内する機能とを兼ねている。
【０１１９】
また、このスリーブ２の一端部には、プランジャ３が進退可能に挿入されている。さらに、このスリーブ２の他端部には、成形ダイ４が連結されている。そして、このスリーブ２は、細長略円筒状に形成されており、攪拌部１の空間部１２内に設置されている。さらに、このスリーブ２の上部中央部には、溶融金属Ｍが注湯される円形状の湯口２１が開口形成されており、この湯口２１には、注湯容器としてのトリベ５からの注湯が容易になるように、上方に向けて拡開したラッパ状の注湯用ジグ２２が攪拌部１の外側に延出するように取り付けられている。
【０１２０】
さらに、スリーブ２は金属材より成形されており、アルミナあるいは窒化アルミニウムなどの絶縁性素材より成形してもよい。ここで、このスリーブ２が金属材の場合には、このスリーブ２の融点が収容される溶融金属Ｍの温度より高いものを使用することが望ましい。そして、このスリーブ２に図示しない熱電対を内蔵させるとともに、この熱電対を制御部に電気的に接続させて、スリーブ２内の溶融金属Ｍの温度情報を制御部に送出させることもできる。
【０１２１】
また、このスリーブ２は、軸方向を地面に対して水平にした状態で配置されている。さらに、このスリーブ２内における他端側には、このスリーブ２内を開閉可能に閉塞する開閉手段としての開閉ドア２３が取り付けられている。この開閉ドア２３は、湯口２１を通じて注湯された溶融金属Ｍを半凝固金属スラリに製造するために形成されており、成形ダイ４が連結されたスリーブ２の他端部に隣接した位置に取り付けられている。なお、この開閉ドア２３は、スリーブ２内の溶融金属あるいは半凝固金属スラリの他端側への流通を開閉する。
【０１２２】
そして、この開閉ドア２３は、スリーブ２内で半凝固金属スラリが製造される間にはこのスリーブ２内を閉鎖し、このスリーブ２内で製造された半凝固金属スラリをプランジャ３にて押圧して加圧する場合に開放する。このように、このスリーブ２の一側は、プランジャ３により閉鎖されており、このスリーブ２の他側は、開閉ドア２３により閉鎖されてスリーブ２がスラリ製造容器として機能する。
【０１２３】
さらに、このスリーブ２は、図２および図３に示すように、単に溶融金属Ｍを収容できるように形成されているが、図４に示す第２の実施の形態のように、このスリーブ２に温度調節装置２４を取り付けることもできる。そして、この温度調節装置２４は、冷却装置および加熱装置の少なくともいずれか一方が、単独または複合的に適用される。そして、冷却装置としては、例えば、スリーブ２の外側を取り囲むように冷却水パイプ２５がウォータジャケット状に取り付けられている。また、加熱装置としては、スリーブ２の外側に形成された図示しない電気ヒータなどである。そして、冷却水パイプ２５は、スリーブ２の外側壁に設けられた別体の固定ブロック２６に取り付けられる。さらに、スリーブ２に熱電対を内蔵させることもできる。この結果、冷却水パイプ２５および電気ヒータによりスリーブ２内に収容された溶融金属Ｍを適正な速度で冷却できる。
【０１２４】
一方、スリーブ２の一端に挿入されたプランジャ３は、図示しない加圧装置に連結されてスリーブ２内をピストン往復動するものである。そして、このプランジャ３は、スリーブ２内で半凝固金属スラリの製造が完了した後に成形ダイ４の方向に向けて前進して半凝固金属スラリを成形ダイ４に注湯させる。
【０１２５】
さらに、スリーブ２の他端に連結される成形ダイ４は、固定部としての固定ダイ４２と、この固定ダイ４２に対して取り外し可能に取り付けられた移動部としての移動ダイ４１とにより構成されている。そして、これら移動ダイ４１と固定ダイ４２との間に所定形状の成形空間としての成形空洞４３が形成されており、この成形空洞４３は、固定ダイ４２から移動ダイ４１を取り外すことにより開放される。さらに、固定ダイ４２には成形空洞４３に半凝固状態の半凝固金属スラリを注湯させる細長円筒状の注湯口４４が貫通した状態で設けられている。この注湯口４４は、スリーブ２の他端側に連通している。
【０１２６】
また、これら移動ダイ４１および固定ダイ４２のそれぞれは、矩形平板状の一対の支持プレート４５ａ，４５ｂ間に挟持固定された状態で設置されている。これら一対の支持プレート４５ａ，４５ｂは、移動ダイ４１と固定ダイ４２とを支持する。さらに、移動ダイ４１は成形が完了した後に固定ダイ４２から分離されて成形空洞４３に形成された成形品が分離できるように構成されている。
【０１２７】
次に、上記第１の実施の形態の半凝固成形用ダイカスト装置の作用を説明する。
【０１２８】
まず、図２に示すように、製造工程として攪拌部１の電磁気場印加用コイル装置１１により、空間部１２内に所定の周波数および強度の電磁気場を印加する。このとき、この空間部１２に印加する電磁気場の電圧、周波数、強度は、例えば２５０Ｖ、６０Ｈｚ、５００Ｇａｕｓｓである。
【０１２９】
この状態で、図示しない炉で溶融された溶融金属Ｍをトリベ５により移送して電磁気場の影響下にあるスリーブ２内の所定領域としてのスラリ製造領域に注湯する。
【０１３０】
このとき、炉とスリーブ２とを直接連結して溶融された液相の溶融金属Ｍを直ちにスリーブ２内に注湯することもできる。また、このときの溶融金属Ｍは、上述のように液相線＋１００℃の温度となっていてもよい。
【０１３１】
このように、完全に溶融されて液相をなす溶融金属Ｍを電磁気攪拌が進んでいるスリーブ２内に注湯すれば、このスリーブ２全体にわたって微細な再結晶粒子が分布し、この再結晶粒子は速く成長して樹脂状構造の生成が生じなくなる。
【０１３２】
ここで、電磁気場印加用コイル装置１１による電磁気場の印加は、溶融金属Ｍの注湯と同時にしてもよく、あるいは溶融金属Ｍが注湯される最中でしてもよい。
【０１３３】
また、これら電磁気場印加用コイル装置１１による電磁気場の印加は、上述のように、成形空洞４３に半凝固金属スラリを注湯するまで継続させる。したがって、この電磁気場印加用コイル装置１１による電磁気場の印加は、少なくとも溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．７以下となるまで持続させる。ただし、エネルギ効率上、溶融金属Ｍの注湯後に、この溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．４以下となるまで持続させることが望ましく、より望ましくは、この溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．１以下となるまで持続させる。ここで、この電磁気場印加用コイル装置１１による電磁気場の印加を継続させる時間は、予め実験により分かり、このようにして所定時間電磁気場を印加する。
【０１３４】
そして、電磁気場印加用コイル装置１１による電磁気場の印加が終了した後または電磁気場の印加が持続している間に、冷却工程として、０．１以上０．７以下の固相率となるまで所定の速度でスリーブ２が冷却されて半凝固金属スラリを製造する。このときの冷却速度は、スリーブ２の外側に設置された温度調節装置２４により調節されて０．２℃／ｓｅｃ以上５℃／ｓｅｃ以下、より望ましくは０．２℃／ｓｅｃ以上２℃／ｓｅｃ以下である。
【０１３５】
この後、このように半凝固金属スラリを製造した後に、成形工程として、開閉ドア２３を開放し、図３に示すように、プランジャ３にて半凝固金属スラリを押圧して加圧して成形ダイ４に注湯する。この結果、プランジャ３により加圧された半凝固金属スラリは、成形ダイ４に形成されスリーブ２の他端側に連通した注湯口４４を介して、この成形ダイ４の成形空洞４３内に注湯されて成形される。
【０１３６】
このとき、この成形ダイ４の成形空洞４３内に注湯された半凝固金属スラリは、この成形空洞４３内で急速に冷却されて、この成形空洞４３の形状に対応した成形品が製造される。この後、この成形が終了した後には、成形ダイ４の移動ダイ４１が後退して取り外されて成形ダイ４が固定ダイ４２と移動ダイ４１とに分離され、この結果、これら固定ダイ４２と移動ダイ４１との間の成形空洞４３から成形品が引き出される。
【０１３７】
上述したように、上記第１の実施の形態によれば、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を得ることができるとともに、液相線より高温での短時間の攪拌だけでもスリーブ２の壁面での核生成密度を顕著に高めて粒子の球状化を実現できる。また、製造された成形品の機械的性質の向上を実現できるとともに、電磁気場攪拌時間を大きく短縮できるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、全体工程が単純化され、かつ製品成形時間も短縮されて生産性を向上できる。よって、短時間に高品質のダイカスト製品を製造できる。
【０１３８】
この結果、微細でかつ均一な組織の成形品を簡単な方法により得ることができるだけでなく、半凝固金属スラリの製造時間を顕著に短縮できて全体工程時間を短縮でき、この結果、エネルギ節減および生産性向上効果を増大させることができる。
【０１３９】
次に、本発明の第３の実施の形態の半凝固成形用ダイカスト装置を図５を参照して説明する。
【０１４０】
この図５に示す半凝固成形用ダイカスト装置は、スリーブ２のプランジャ３が挿入される一端側が地面に向かうように下方に向けて傾斜されて、軸方向が地面に対して傾いて配置されたものである。
【０１４１】
そして、このスリーブ２の他端側には、このスリーブ２が地面に対して傾いているため、半凝固金属スラリ製造中に、この半凝固金属スラリが成形ダイ４と進入するおそれがないので、この半凝固金属スラリの進入を防止する開閉ドア２３が設けられていない。すなわち、湯口２１を通じて注湯された溶融金属Ｍは、傾いて配置されたスリーブ２の一端側であるプランジャ３付近に溜まるからである。
【０１４２】
ただし、プランジャ３によりスリーブ２内の半凝固金属スラリを加圧する時には、この半凝固金属スラリが湯口２１から漏れ出してしまうおそれがあるので、この湯口２１を閉塞する開閉可能な図示しない湯口開閉用ドアを設けることが望ましい。また、スリーブ２の傾斜角度は、設計条件によって調節できるが、傾斜によってスリーブ２内に溶融金属Ｍが溜まる程度であればよい。
【０１４３】
このように、スリーブ２を傾けて設置することにより、図５に示すように、スリーブ２の他端に連結される成形ダイ４もまた傾いて配置される。ところが、この成形ダイ４を傾けて配置することは、機械設備全体との適用において限界がありうるため、図６および図７に示す本発明の第４の実施の形態のように、成形ダイ４を水平に配置し、スリーブ２を分割して、このスリーブ２一端側であるのスラリ製造領域だけを傾斜させて稼動させることもできる。
【０１４４】
すなわち、図６および図７に示すように、スリーブ２の一端側を所定の角度θで回動可能とされた第１の筒状部としての第１のスリーブ５１と、このスリーブ２における成形ダイ４に固定された他端側を第２の筒状部としての第２のスリーブ５２とに分割して、回動可能な第１のスリーブ５１を攪拌部１の空間部１２に配置させる。このとき、この第１のスリーブ５１の内部がスラリ製造領域となる。
【０１４５】
また、これら第１のスリーブ５１と第２のスリーブ５２とは、図６および図７に示すように、互いに向かい合う端部が同心状に連通した状態で結合され、これら第１のスリーブ５１と第２のスリーブ５２の中心軸を中心に、第１のスリーブ５１が所定の角度θで一端側を下方に向けて回動される。このとき、この第１のスリーブ５１の回動角度θは９０°以内とすることが望ましい。
【０１４６】
具体的には、図６に示すように、第１のスリーブ５１が地面に対して９０°の角度で傾いている時に、溶融金属Ｍを注湯して半凝固金属スラリを製造し、この半凝固金属スラリの製造が完了した後には、図７に示すように、第１のスリーブ５１と第２のスリーブ５２とを結合させてから、プランジャ３を加圧してスリーブ２内の半凝固金属スラリを成形ダイ４の成形空洞４３に注湯して成形させる。したがって、このような半凝固成形用ダイカスト装置１１においては、スリーブ２の上面に湯口２１を設ける必要がない。
【０１４７】
次に、本発明の第５の実施の形態の半凝固成形用ダイカスト装置を図８および図９を参照して説明する。
【０１４８】
これら図８および図９に示す半凝固成形用ダイカスト装置１１は、スリーブ２が地面に対して垂直に配置されたものである。そして、このスリーブ２におけるプランジャ３が挿入される一端側が、地面に向かうように下方に向けて地面に対して垂直に配置されている。また、このスリーブ２は、図示しない駆動装置に連結されて相対的に昇降運動自在に構成されている。さらに、このスリーブ２は、成形ダイ４に対して着脱可能に構成されている。
【０１４９】
そして、このスリーブ２は、このスリーブの他端側である上端側を構成する略円筒状のスリーブ本体２ａを備えている。このスリーブ本体２ａの一端側である下端側には、このスリーブ本体２ａより径大な稼動スリーブ２ｂが同心状に連通接続されている。さらに、このスリーブ本体２ａの他端側である上端側は、成形ダイ４に固定された円筒状の固定スリーブ２ｃが同心状に連通接続される。
【０１５０】
また、スリーブ本体２ａの下端側からプランジャ３が挿入されており、このスリーブ本体２ａの開放された上端側から溶融金属Ｍが注湯されるように構成されている。さらに、このスリーブ本体２ａの稼働スリーブ２ｂは駆動装置に連結されている。この稼動スリーブ２ｂは、半凝固金属スラリが製造された後に、スリーブ本体２ａを押し上げて固定ダイ４２内に取り付けられた固定スリーブ２ｃに結合させる。なお、この稼動スリーブ２ｂは、スリーブ本体２ａと一体的に構成することもできる。さらに、スリーブ本体２ａは、支持台１３に設置された攪拌部１の空間部１２内に位置するように配置されており、この空間部１２を取り囲むように電磁気場印加用コイル装置１１が設置されている。
【０１５１】
一方、成形ダイ４は、この成形ダイ４の注湯口４４をスリーブ２の上端側に向けて垂直に配置されている。この成形ダイ４は、スリーブ２が垂直に配置されたことに対応して設置されている。このとき、この成形ダイ４の固定ダイ４２には、スリーブ本体２ａが挿入されるように下端が下方に向かって段状に段差形成されている。そして、この固定ダイ４２の段差部には、スリーブ本体２ａに結合される固定スリーブ２ｃと、この固定スリーブ２ｃに結合されたスリーブ本体２ａを支持して固定させる円筒状の支持部材４６とが設置されている。
【０１５２】
次に、上記第５の実施の形態の半凝固成形用ダイカスト装置の作用を説明する。
【０１５３】
まず、図８に示すように、スリーブ本体２ａを成形ダイ４から分離した状態で空間部１２内に位置させる。この状態で、攪拌部１にて空間部１２に電磁気場を印加し、トリベ５により溶融金属Ｍをスリーブ本体２ａに注湯する。このとき、スリーブ本体２ａの下端はプランジャ３により閉鎖されており、スリーブ本体２ａが容器として機能する。そして、スリーブ本体２ａに溶融金属Ｍを注湯した後に、この溶融金属Ｍを冷却して半凝固金属スラリを製造する。
【０１５４】
さらに、この半凝固金属スラリの製造が完了した後には、稼動スリーブ２ｂとプランジャ３とを押し上げて、スリーブ本体２ａを成形ダイ４に設置させた固定スリーブ２ｃに結合させた後、図９に示すように、プランジャ３を加速上昇させて成形ダイ４の成形空洞４３に半凝固成形スラリを注湯して成形品を成形する。
【０１５５】
上述のように、上記第５の実施の形態によれば、スリーブ２内に別の開閉ドア２３を設置する必要がなく、このスリーブ２をスラリ製造容器とも使用できてより簡単に半凝固成形ができる。
【０１５６】
なお、上記各実施の形態において、多様な金属あるいは合金、例えばアルミニウムまたはその合金、マグネシウムまたはその合金、亜鉛またはその合金、銅またはその合金、鉄またはその合金などの半凝固成形法であっても汎用的に適用できる。
【０１５７】
【発明の効果】
請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を得ることができるとともに、液相線より高温での短時間の攪拌だけでも筒状部の壁面での核生成密度を顕著に高めて粒子の球状化を実現でき、また、製造された成形品の機械的性質の向上を実現できるとともに、電磁気場攪拌時間を大きく短縮できるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、全体工程が単純化され、かつ製品成形時間も短縮されて生産性を向上できるから、短時間に高品質のダイカスト製品を製造できる。
【０１５８】
請求項２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、軸方向を水平にして配設された筒状部内の所定領域を、この筒状部内の固液共存状態金属材料の流通を開閉する開閉手段と、この筒状部の一端に取り付けられた押圧手段との間に形成される領域とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１５９】
請求項３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、一端側を下方に向けて傾斜させて配設された筒状部内の所定領域を、一端が押圧手段により閉鎖された領域とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１６０】
請求項４記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、一端側が下方に向けて所定角度傾斜するように回動可能な筒状部とし、この筒状部内の所定領域を、押圧手段により閉鎖された領域とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１６１】
請求項５記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、一端側を下方に向けて垂直に筒状部を配設し、この筒状部内の所定領域を、押圧手段により閉鎖された領域とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１６２】
請求項６記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１ないし５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯する前に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【０１６３】
請求項７記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１ないし５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯すると同時に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【０１６４】
請求項８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１ないし５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【０１６５】
請求項９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１ないし８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１６６】
請求項１０記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１ないし８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【０１６７】
請求項１１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１ないし８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、製造工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【０１６８】
請求項１２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１ないし１１いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、製造工程にて電磁気場が印加された筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯した後に、この溶融金属を冷却工程にて冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１６９】
請求項１３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【０１７０】
請求項１４記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１２または１３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【０１７１】
請求項１５記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法によれば、請求項１２または１３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法の効果に加え、冷却工程にて筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【０１７２】
請求項１６記載の半凝固成形用ダイカスト方法によれば、請求項１ないし１５いずれか記載の固液共存状態金属材料が半凝固金属スラリであることにより、請求項１ないし１５いずれか記載の固液共存状態金属材料と同様の効果を奏することができる。
【０１７３】
請求項１７記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を得ることができるとともに、液相線より高温での短時間の攪拌だけでも筒状部の壁面での核生成密度を顕著に高めて粒子の球状化を実現でき。また、製造された成形品の機械的性質の向上を実現できるとともに、電磁気場攪拌時間を大きく短縮できるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、全体工程が単純化され、かつ製品成形時間も短縮されて生産性を向上できるから、短時間に高品質のダイカスト製品を製造できる。
【０１７４】
請求項１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、成形部は、筒状部の他端に取り付けられた固定部と、この固定部に対して取り外し可能に取り付けられた移動部とにより成形部を構成し、これら固定部と移動部との間に成形空間を形成したことにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１７５】
請求項１９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、軸方向を水平にして配設した筒状部の他端側に開閉手段を設け、この開閉手段にて筒状部内に注湯された溶融金属から固液共存状態金属材料を製造する間に、この筒状部の他端側を開閉可能に閉塞するとともに、この筒状部内で製造された固液共存状態金属材料を押圧手段にて押圧する際に、この筒状部の他端側を開口させたことにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１７６】
請求項２０記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、一端側を下方に向けて傾斜させて筒状部を配設させたことにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１７７】
請求項２１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、一端側に押圧手段が取り付けられこの一端側を下方に向けて回動可能な第１の筒状部を、攪拌部にて電磁気場が印加される空間部に配設し、この第１の筒状部の回動により連通する第２の筒状部の軸方向を水平にして配設したことにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１７８】
請求項２２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、一端側を下方に向けて垂直に配設された筒状部を成形部に対して相対的に着脱可能とし、この筒状部内で固液共存状態金属材料が製造された後に成形部に接続されてから、この筒状部内の固液共存状態金属材料が押圧手段にて押圧されることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１７９】
請求項２３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７ないし２２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内に溶融金属が注湯される前に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【０１８０】
請求項２４記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７ないし２２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内に溶融金属が注湯されると同時に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【０１８１】
請求項２５記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７ないし２２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内に溶融金属が注湯される最中で電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品を容易に得ることができる。
【０１８２】
請求項２６記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができる。
【０１８３】
請求項２７記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【０１８４】
請求項２８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、攪拌部にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易に得ることができるから、より望ましい。
【０１８５】
請求項２９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７ないし２８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、温度調節装置で筒状部の温度を調節することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができる。
【０１８６】
請求項３０記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項２９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、温度調節装置を冷却装置とすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができる。
【０１８７】
請求項３１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項２９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、温度調節装置を電気ヒータとすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができる。
【０１８８】
請求項３２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項２９ないし３１いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【０１８９】
請求項３３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項２９ないし３２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【０１９０】
請求項３４記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置によれば、請求項２９ないし３２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の効果に加え、温度調節装置にて筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する成形品をより容易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。
【０１９１】
請求項３５記載の半凝固成形用ダイカスト装置によれば、請求項１７ないし３４いずれか記載の固液共存状態金属材料が半凝固金属スラリであることにより、請求項１７ないし３４いずれか記載の固液共存状態金属材料と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置での時間に対する溶融金属の注湯温度を示す二次グラフである。
【図２】同上固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置を示す概略説明図である。
【図３】同上固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置を示す概略説明図である。
【図４】本発明の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の第２の実施の形態の一部を示す説明断面図である。
【図５】本発明の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の第３の実施の形態を示す概略説明図図である。
【図６】本発明の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の第４の実施の形態を示す概略説明図図である。
【図７】同上固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置を示す概略説明図図である。
【図８】本発明の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置の第５の実施の形態を示す概略説明図図である。
【図９】同上固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置を示す概略説明図図である。
【符号の説明】
１ 攪拌部
２ 筒状部としてのスリーブ
３ 押圧手段としてのプランジャ
４ 成形部としての成形ダイ
１２ 空間部
２３ 開閉手段としての開閉ドア
２４ 温度調節装置
２５ 冷却装置としての冷却水パイプ
４１ 移動部としての移動ダイ
４２ 固定部としての固定ダイ
４３ 成形空間としての成形空洞
５１ 第１の筒状部としての第１のスリーブ
５２ 第２の筒状部としての第２のスリーブ
Ｍ 溶融金属
Claims (35)
- 筒状部内の所定領域に電磁気場を印加しつつ、この筒状部の所定領域に溶融金属を注湯して固液共存状態金属材料を製造する製造工程と、
この製造工程にて前記筒状部内の所定領域に前記固液共存状態金属材料を製造した状態で、この固液共存状態金属材料を前記筒状部の一端側から押圧して、この筒状部の他端側の成形部に注湯する成形工程と
を具備したことを特徴とする固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法。 - 筒状部は、軸方向を水平にして配設され、
この筒状部内の所定領域は、この筒状部内の固液共存状態金属材料の流通を開閉する開閉手段と、この筒状部の一端に取り付けられた押圧手段との間の領域である
ことを特徴とする請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法。 - 筒状部は、この筒状部の一端側を下方に向けて傾斜させて配設され、
この筒状部内の所定領域は、この筒状部の一端に取り付けられた押圧手段により閉鎖された領域である
ことを特徴とする請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法。 - 筒状部は、この筒状部の一端側が下方に向けて所定角度傾斜するように回動可能であり、
この筒状部内の所定領域は、この筒状部の一端に取り付けられた押圧手段により閉鎖された領域である
ことを特徴とする請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法。 - 筒状部は、この筒状部の一端側を下方に向けて垂直に配設され、
この筒状部内の所定領域は、この筒状部の一端に取り付けられた押圧手段により閉鎖された領域である
ことを特徴とする請求項１記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法。 - 製造工程は、筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯する前に電磁気場を印加する
ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法。 - 製造工程は、筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯すると同時に電磁気場を印加する
ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法。 - 製造工程は、筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加する
ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法。 - 製造工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加する
ことを特徴とする請求項１ないし８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法。 - 製造工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加する
ことを特徴とする請求項１ないし８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法。 - 製造工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加する
ことを特徴とする請求項１ないし８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法。 - 製造工程にて電磁気場が印加された筒状部内の所定領域に溶融金属を注湯した後に、この溶融金属を冷却する冷却工程を具備した
ことを特徴とする請求項１ないし１１いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法。 - 冷却工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却する
ことを特徴とする請求項１２記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法。 - 冷却工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却する
ことを特徴とする請求項１２または１３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法。 - 冷却工程は、筒状部内の所定領域に注湯された溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却する
ことを特徴とする請求項１２または１３記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト方法。 - 請求項１ないし１５いずれか記載の固液共存状態金属材料は、半凝固金属スラリである
ことを特徴とする半凝固成形用ダイカスト方法。 - 所定の空間部に電磁気場を印加する攪拌部と、
前記空間部に設けられ、内部に溶融金属が注湯される筒状部と、
この筒状部の一端に取り付けられ、この筒状部内に注湯されて前記溶融金属から製造された固液共存状態金属材料を、前記筒状部の他端側に押圧する押圧手段と、
前記筒状部の他端に取り付けられ、前記押圧手段での押圧により前記固液共存状態金属材料が注湯される成形空間を備えた成形部と
を具備したことを特徴とした固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 成形部は、筒状部の他端に取り付けられた固定部、この固定部に対して取り外し可能に取り付けられた移動部を備え、
この成形部の成形空間は、前記固定部と移動部との間に形成されている
ことを特徴とした請求項１７記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 筒状部は、軸方向を水平にして配設され、
この筒状部の他端側に設けられ、この筒状部内に注湯された溶融金属から固液共存状態金属材料を製造する間に、この筒状部の他端側を開閉可能に閉塞し、この筒状部内で製造された固液共存状態金属材料を押圧手段にて押圧する際に、この筒状部の他端側を開口させる開閉手段を具備した
ことを特徴とした請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 筒状部は、この筒状部の一端側を下方に向けて傾斜させて配設された
ことを特徴とした請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 筒状部は、攪拌部にて電磁気場が印加される空間部に配設され、一端側に押圧手段が取り付けられ、この一端側を下方に向けて回動可能な第１の筒状部と、
この第１の筒状部の回動により連通し、軸方向を水平にして配設された第２の筒状部と
を備えたことを特徴とした請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 筒状部は、この筒状部の一端側を下方に向けて垂直に配設され、前記成形部に対して相対的に着脱可能であり、この筒状部内で固液共存状態金属材料が製造された後に前記成形部に接続されてから、この筒状部内の固液共存状態金属材料が押圧手段にて押圧される
ことを特徴とした請求項１７または１８記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 攪拌部は、筒状部内に溶融金属が注湯される前に電磁気場を印加する
ことを特徴とした請求項１７ないし２２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 攪拌部は、筒状部内に溶融金属が注湯されると同時に電磁気場を印加する
ことを特徴とした請求項１７ないし２２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 攪拌部は、筒状部内に溶融金属を注湯しながら電磁気場を印加する
ことを特徴とした請求項１７ないし２２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 攪拌部は、筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場を印加する
ことを特徴とした請求項１７ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 攪拌部は、筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場を印加する
ことを特徴とした請求項１７ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 攪拌部は、筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場を印加する
ことを特徴とした請求項１７ないし２５いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 筒状部の温度を調節する温度調節装置を具備した
ことを特徴とした請求項１７ないし２８いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 温度調節装置は、冷却装置である
ことを特徴とした請求項２９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 温度調節装置は、電気ヒータである
ことを特徴とした請求項２９記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 温度調節装置は、筒状部内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却する
ことを特徴とした請求項２９ないし３１いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 温度調節装置は、筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却する
ことを特徴とした請求項２９ないし３２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 温度調節装置は、筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却する
ことを特徴とした請求項２９ないし３２いずれか記載の固液共存状態金属材料成形用ダイカスト装置。 - 請求項１７ないし３４いずれか記載の固液共存状態金属材料は、半凝固金属スラリである
ことを特徴とした半凝固成形用ダイカスト装置。
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