JP2005177833A - ダイカスト方法 - Google Patents

Abstract

【課題】広く特性の部分的な変化を実現可能であるとともにその部分間の密着力に優れ、かつ製造コストの高騰化を生じないアルミダイカスト品を得る。
【解決手段】第１溶湯Ｍ１及び第２溶湯Ｍ２は主要となる成分がアルミニウムである。第１工程において、小キャビティ内に第１溶湯Ｍ１を注湯する。第２工程において、小キャビティ内で第１溶湯Ｍ１の流動性が低くなった時点で小キャビティを拡大して大キャビティＣ２とし、大キャビティＣ２内に第１溶湯Ｍ１とはケイ素の含有量が異なる第２溶湯Ｍ２を酸素とともに霧状に注湯しつつ第２溶湯Ｍ２に圧力を加える。第３工程において、大キャビティＣ２内で第１溶湯Ｍ１及び第２溶湯Ｍ２を固化してアルミダイカスト品を得る。
【選択図】図５

Description

本発明はダイカスト方法に関する。

一般的なアルミダイカスト品は単一種類のアルミニウム合金を溶融した溶湯によって形成された母材からなる。このようなアルミダイカスト品はおよそ以下のように製造される（例えば、非特許文献１参照。）。すなわち、まず圧入口と連通するキャビティを形成するダイカスト用金型を用意する。次いで、そのキャビティ内に溶湯を注湯しつつその溶湯に圧力を加える。そして、そのキャビティ内で溶湯を固化させ、母材とする。こうして得られるアルミダイカスト品は、圧縮機のハウジング、ピストン等、ある程度の強度を有しつつ軽量性が要求される多くの部品に採用される。

また、溶湯による母材とは成分が異なる母材がインサート部材としてインサートされたアルミダイカスト品も知られている。このようなアルミダイカスト品はおよそ以下のように製造される（例えば、非特許文献２参照。）。この場合もまず圧入口と連通するキャビティを形成するダイカスト用金型を用意する。次いで、そのキャビティ内にインサート部材をインサートした後、そのキャビティ内に溶湯を注湯しつつその溶湯に圧力を加える。そして、そのキャビティ内で溶湯を固化させ、母材とする。こうして得られるアルミダイカスト品も多くの部品に採用される。

菅野友信・植原寅蔵著「ダイカスト技術入門−第２版−」日刊工業新聞社、１９９７年１２月１８日、Ｐ．１−４ 高橋清・新居和嘉・宮田清蔵・柳田博明監修「工業材料大辞典」工業調査会、１９９７年１０月２０日、Ｐ．１０５

しかし、単一種類の溶湯のみによって形成された一般的なアルミダイカスト品は、その溶湯によって形成される母材が単一種類であるため、その成分による強度、耐摩耗性、熱伝導性、線熱膨張係数、加工性等、物理的又は機械的な特性が限られたものとなってしまっており、部分的に異なる物理的又は機械的な特性を発揮することができない。そのような部分的な特性の変更を行おうとする場合には、そのアルミダイカスト品に他の成分からなる部材を接合したり、メッキや塗膜等の表面処理を施したりする必要があり、この場合には、母材とこれらとの間の密着力に懸念を生じてしまう。また、この場合には、製造時の工程増加が避けられず、製造コストの高騰化を生じてしまう。

この点、溶湯による母材とは成分が異なるインサート部材をインサートしたアルミダイカスト品であれば、溶湯からなる母材とインサート部材からなる母材とによって部分的に異なる物理的又は機械的な特性が発揮されることとなる。また、この場合には、インサート部材をキャビティ内に設ける手間はあるものの、さほどの製造工程の増加を生じず、製造コストの高騰化もさほど生じない。しかしながら、発明者らの試験結果によれば、こうして得られたアルミダイカスト品では、母材とインサート部材との間の密着力が必ずしも十分なものではない。

なお、特開２０００−２８０２７７号には、例えばマグネシウムの溶湯及び未固化の樹脂を用い、これらを二層かつ一体に成形するための金型及び方法が開示されている。しかしながら、この技術は、マグネシウム及び樹脂等、主要となる成分が異なる異種材料を母材とするものであり、異種材料間の大きく異なる特性差を利用しているに過ぎない。このため、主要となる成分がアルミニウムで共通する同種材料を母材とするアルミダイカスト品を製造しようとする場合には、同種材料間の特性差が異種材料間程大きくなく、そのままこの技術を採用することができない。

また、実全昭６１−５５１８８号公報に記載されているように、第１混合粉によって形成された第１母材と、第１母材と一体に形成され、第１混合粉とは成分が異なる第２混合粉によって形成された第２母材とからなる焼結品を用いることも考えられる。この焼結品は、第１混合粉からなる第１圧粉体と、第２混合粉からなる第２圧粉体とを冷間静水圧（ＣＩＰ）成形法により一体に成形して複合圧粉体を得た後、第１圧粉体及び第２圧粉体に跨る口金をもつダイスを使用して複合圧粉体を熱間押出加工することにより得られる。こうして得られる焼結品は、第１母材と第２母材との成分が異なりながら、これらが一体に形成されているため、第１母材と第２母材との離反を生じることなく、部分的な特性の変更を実現することができる。しかしながら、このような焼結品は、複雑な形状に成形し難いとともに、製造時に材料を粉末にする必要があり、製造コストの面ではアルミダイカスト品等の鋳造品に比して不利である。

さらに、特開平１０−２８８０７９号公報、特開平１０−３２３７４７号公報に記載されているように、単一の溶湯を用いつつ、ろ過材によってその溶湯中の硬質粒子を部分的に凝集させてなるアルミダイカスト品を用いることも考えられる。こうして得られるアルミダイカスト品によっても部分的な特性の変更を実現することができる。しかしながら、このアルミダイカスト品は硬質粒子の凝集による部分的な耐摩耗性の向上しか実現することができず、他の特性の部分的な変化を実現することができない。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、広く特性の部分的な変化を実現可能であるとともにその部分間の密着力に優れ、かつ製造コストの高騰化を生じないアルミダイカスト品を得ることを解決すべき課題としている。

発明者らは、上記課題解決のために鋭意研究を行った。この結果、インサート部材をもつアルミダイカスト品は、広く特性の部分的な変化の実現には有効であることを確認した。しかし、従来のインサート部材をもつアルミダイカスト品では、予め成形して常温まで冷却したインサート部材を用い、しかもそのキャビティ内のインサート部材がほぼ常温のままで溶湯を注湯しており、このために母材とインサート部材との間の密着力が必ずしも十分なものではなかったことを確認した。発明者らは、その原因の一つが常温まで冷却されたインサート部材の表面に強固な酸化膜が存在すること、また他の原因がキャビティ内のインサート部材がほぼ常温のままで溶湯を注湯してもそのような酸化膜を破壊することができないことにあることを発見したのである。

また、キャビティ内に溶湯を注湯する際、キャビティ内を真空とし、この状態でその溶湯を酸素とともに霧状に注湯すれば、気孔のないアルミダイカスト品を製造できることが知られている（ＰＦ法（無孔性ダイカスト法））。特に、溶湯がアルミニウム系金属の場合、小粒の溶湯がキャビティ内で爆発的に酸化して多量の熱を発生させる反応はテルミット反応（Thermite process）と呼ばれる。発明者らは、このテルミット反応の熱を本発明の課題解決のために利用できることを発見したのである。こうして、本発明を完成させるに至った。

すなわち、第１発明のダイカスト方法は、第１溶湯及び第２溶湯は主要となる成分がアルミニウムであり、小キャビティ内に第１溶湯を注湯する第１工程と、
該小キャビティ内で該第１溶湯の流動性が低くなった時点で該小キャビティを拡大して大キャビティとし、該大キャビティ内に該第１溶湯とはケイ素の含有量が異なる該第２溶湯を酸素とともに霧状に注湯しつつ該第２溶湯に圧力を加える第２工程と、
該大キャビティ内で該第１溶湯及び該第２溶湯を固化してアルミダイカスト品を得る第３工程とを備えたことを特徴とする。

このダイカスト方法では、主要となる成分がアルミニウムである第１溶湯及び第２溶湯を用い、まず第１工程において、小キャビティ内に第１溶湯を注湯しつつ第１溶湯に圧力を加える。そして、第２工程において、小キャビティ内で第１溶湯の流動性が低くなった時点で小キャビティを拡大して大キャビティとし、大キャビティ内に第１溶湯とはケイ素の含有量が異なる第２溶湯を注湯しつつ第２溶湯に圧力を加える。この際、第１溶湯の外郭は固化により酸化膜を形成し得るが、第２溶湯を酸素とともに霧状に注湯しているため、小粒の第２溶湯が大キャビティ内で爆発的に酸化して多量の熱を発生させ、この熱によってその酸化膜が極めて効果的に破壊される。この際、大キャビティ内を真空等の負圧とし、この状態で第２溶湯を酸素とともに霧状に注湯することが好ましい。これにより、気孔のないアルミダイカスト品を製造できる。この後、第３工程において、大キャビティ内で第１溶湯及び第２溶湯を固化してアルミダイカスト品を得る。

こうして得られるアルミダイカスト品では、第１溶湯からなる第１母材と第２溶湯からなる第２母材との成分はアルミニウムで共通する同種材料であるが、それぞれケイ素の含有量が異なっている。そして、複数の母材はお互いが冶金学的に一体に形成されている。このため、このアルミダイカスト品は、各母材によって部分的な強度、耐摩耗性、熱伝導性、線熱膨張係数、加工性の変更等、広く特性の部分的な変化を実現することができる。より具体的には、ケイ素の含有量が多い母材では高硬度、低線熱膨張係数の特性を発揮し、ケイ素の含有量が少ない母材では低硬度、高線熱膨張係数の特性を発揮する。

冶金学的に一体に形成されているとは、ある含有量のケイ素をもつアルミニウム合金のケイ素の配置を偏在させて各母材としたものとは異なり、ケイ素の含有量が異なる母材間の境界に酸化膜が存在しない部分が存在することを意味する。このため、このアルミダイカスト品は、異なる金属組織の複数の母材が優れた密着力の下で存在することとなる。このアルミダイカスト品では、その境界に全く酸化膜がない場合と、酸化膜が残っているものの、その酸化膜が連続しておらず、部分的に破壊されている場合とがある。もちろん、その境界にはろう材や溶接材が存在しない。さらに、このアルミダイカスト品は、さほどの製造工程の増加を生じず、かつ焼結品に比して形状の制限がなく、焼結品のように製造時に材料を粉末にする必要がないため、製造コストの面で有利である。

したがって、このダイカスト方法によれば、広く特性の部分的な変化を実現可能であるとともにその部分間の密着力に優れ、かつ製造コストの高騰化を生じないアルミダイカスト品を製造することができる。こうして得られるアルミダイカスト品は、より局部的な強度向上、機械加工の容易性等が要求される例えばＣＯ₂圧縮機のハウジング、ピストン等に用いられることにより、そのＣＯ₂圧縮機の軽量化、小型化及びコストダウンを実現することができる。

複数の母材は全て溶湯によって形成され得る。この場合、溶湯以外のものを組み合わせた場合と比較して結合しやすい。

アルミダイカスト品は、母材が２種類に限定されないが、母材が２種類である場合には、３種類以上である場合に比べて成形がしやすい。

小キャビティ内で第１溶湯の流動性が低くなった時点とは、第１溶湯が内部は溶融状態であり、外殻は固化状態となった時点をいう。この時点で第２工程を行えば、第２工程で第２溶湯によって第１溶湯の外郭を再溶融することができる。第１溶湯の外郭は固化により酸化膜を形成し得るが、その酸化膜は第２工程の第２溶湯によって破壊される。

先に注湯する溶湯を後から注湯する溶湯に対して２００°Ｃ程度高い温度で溶融することが好ましい。これにより、キャビティを形成するダイカスト用金型で先に注湯した溶湯が冷えても、後に注湯される溶湯まで極端に冷やされることがなく、優れたアルミダイカスト品を確実に製造することができる。

第１発明のダイカスト方法は、第１工程において、第１溶湯に圧力を加えることもできる。この場合、第１溶湯によって形成される第１母材が精度良く成形され、物理的又は機械的な特性の相違を局部的に発揮可能なアルミダイカスト品を製造することができる。なお、第１発明のダイカスト方法は、第１工程において第１溶湯を重力によって注湯することもできる。この場合、比較的簡易なダイカスト用金型を用いることができるため、製造コストの低廉化を実現できる。

第１発明のダイカスト方法は、第１溶湯がケイ素を含有する第１アルミニウム合金であり、第２溶湯は、第１アルミニウム合金よりもケイ素の含有量が少なく、第１アルミニウム合金より低い温度で溶融される第２アルミニウム合金である場合、効果的である。こうして得られるアルミダイカスト品は、第１母材がケイ素を多く含有する第１アルミニウム合金であり、第２母材がケイ素を少なく含有する第２アルミニウム合金であることから、第１母材では高硬度、低線熱膨張係数の特性を発揮し、第２母材では低硬度、高線熱膨張係数の特性を発揮する。

第１発明のダイカスト方法は、例えば、第１アルミニウム合金がケイ素を１６．０〜１８．０質量％含有し、第２アルミニウム合金がケイ素を９．６〜１２．０質量％含有している。発明者らはこのようなダイカスト方法によりアルミダイカスト品を製造し、その効果を確認した。この場合、第１アルミニウム合金を８００〜８５０°Ｃで溶融して溶湯とし、第２アルミニウム合金を６５０〜７００°Ｃで溶融して溶湯とすることが好ましい。

また、第２発明のダイカスト方法は、キャビティ内に金属製のインサート部材をインサートする第１工程と、
該インサート部材を加熱しつつ、該キャビティ内に該インサート部材とは成分が異なり、主要となる成分がアルミニウムである溶湯を酸素とともに霧状に注湯しつつ該溶湯に圧力を加える第２工程と、
該キャビティ内で該溶湯を固化してアルミダイカスト品を得る第３工程とを備えたことを特徴とする。

このダイカスト方法では、まず第１工程において、キャビティ内に金属製のインサート部材をインサートする。そして、第２工程において、インサート部材を加熱しつつ、キャビティ内にインサート部材とは成分が異なり、主要となる成分がアルミニウムである溶湯を酸素とともに霧状に注湯しつつ溶湯に圧力を加える。この際、溶湯を酸素とともに霧状に注湯しているため、小粒の溶湯がキャビティ内で爆発的に酸化して多量の熱を発生させ、この熱によってインサート部材の酸化膜が極めて効果的に破壊される。また、インサート部材は、加熱されるため、一旦形成された酸化膜が破壊され易い。この際、キャビティ内を真空等の負圧とし、この状態で溶湯を酸素とともに霧状に注湯することが好ましい。これにより、気孔のないアルミダイカスト品を製造できる。この後、第３工程において、キャビティ内で溶湯を固化してアルミダイカスト品を得る。

こうして得られるアルミダイカスト品は、インサート部材によって第１母材が形成され、溶湯によって第２母材が形成される。このアルミダイカスト品は、第１母材と第２母材との成分が異なることから、部分的な強度、耐摩耗性、熱伝導性、線熱膨張係数、加工性の変更等、広く特性の部分的な変化を実現することができる。また、このアルミダイカスト品では、主要となる成分がアルミニウムである溶湯によって第２母材が形成されることにより金属組織が同一となり、第１母材と第２母材との境界は金属組織は異なるものの酸化膜が存在しない部分が存在していることとなる。このため、このアルミダイカスト品は、異なる金属組織の第１母材及び第２母材が優れた密着力の下で存在することとなる。このアルミダイカスト品では、その境界に全く酸化膜がない場合と、酸化膜が残っているものの、その酸化膜が連続しておらず、部分的に破壊されている場合とがある。もちろん、その境界にはろう材や溶接材が存在しない。さらに、このアルミダイカスト品は、さほどの製造工程の増加を生じず、かつ焼結品に比して形状の制限がなく、焼結品のように製造時に材料を粉末にする必要がないため、製造コストの面で有利である。

したがって、このダイカスト方法によっても、広く特性の部分的な変化を実現可能であるとともにその部分間の密着力に優れ、かつ製造コストの高騰化を生じないアルミダイカスト品を製造することができる。こうして得られるアルミダイカスト品も、より局部的な強度向上、機械加工の容易性等が要求される例えばＣＯ₂圧縮機のハウジング、ピストン等に用いられることにより、そのＣＯ₂圧縮機の軽量化、小型化及びコストダウンを実現することができる。

第２発明のダイカスト方法は、第２工程において、溶湯によってインサート部材の少なくとも表面を再溶融することが好ましい。これにより、インサート部材の酸化膜が破壊される。

第２発明のダイカスト方法は、インサート部材がケイ素を含有する第１アルミニウム合金製であり、溶湯は、第１アルミニウム合金よりもケイ素の含有量が少ない第２アルミニウム合金である場合、効果的である。こうして得られるアルミダイカスト品は、第１母材がケイ素を多く含有する第１アルミニウム合金であり、第２母材がケイ素を少なく含有する第２アルミニウム合金であることから、第１母材では高硬度、低線熱膨張係数の特性を発揮し、第２母材では低硬度、高線熱膨張係数の特性を発揮する。

第２発明のダイカスト方法は、例えば、第１アルミニウム合金がケイ素を１６．０〜１８．０質量％含有し、第２アルミニウム合金がケイ素を９．６〜１２．０質量％含有している。発明者らはこのようなダイカスト方法によりアルミダイカスト品を製造し、その効果を確認した。

以下、本発明を具体化した実施例１〜２を図面を参照しつつ説明する。

まず、図１〜４に示すダイカスト用金型を用意する。このダイカスト用金型では、固定型１と可動型２とが互いに離れる水平方向に移動可能に設けられており、固定型１の図中の左面には第１金型３が固定され、可動型２の図中の右面には第２金型本体４が固定されている。固定型１と可動型２との水平方向の移動により、第１金型３及び第２金型本体４は水平方向に型開き可能に構成されている。

可動型２には第１金型３に向かうスライド穴２ａが形成され、第２金型本体４にはスライド穴２ａと連続して第１金型３に向かうスライド穴４ａが形成されている。これらスライド穴２ａ、４ａには、図１〜３に示すように、第１スライド型５ａがピン６ａにより水平移動可能に設けられているとともに、図４に示すように、第２スライド型５ｂがピン６ｂにより水平移動可能に設けられている。

図１に示すように、第１金型３の左面及び第１スライド型５ａは小キャビティＣ１を形成している。第１金型３には小キャビティＣ１内に突出する固定ピン３ｃが固定されている。

また、図２〜４に示すように、第１スライド型５ａがスライド穴２ａ、４ａ内を左方向に移動し、第２スライド型５ｂがスライド穴２ａ内に位置することにより、第１金型３の左面及び第２スライド型５ｂは、小キャビティＣ１より大きい大キャビティＣ２を形成する。第２金型本体４、第１スライド型５ａ及び第２スライド型５ｂが第２金型である。第１金型３、第２金型本体４、第１スライド型５ａ及び第２スライド型５ｂはＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金からなる。

第１金型３には小キャビティＣ１と水平に連通する第１圧入口３ａが形成されており、第１圧入口３ａは小キャビティＣ１の下方に連通している。また、第２金型本体４には、図５に示すように、小キャビティＣ１から離反し、大キャビティＣ２と上下に連通する連通溝４ｂが第１金型３の第２金型本体４側の面とともに細く形成されているとともに、この連通溝４ｂの下端と連通する第２圧入口４ｃが第１金型３の第２金型本体４側の面とともに形成されている。

図１〜５に示すように、第１圧入口３ａには第１インジェクション７が設けられている。第１インジェクション７は、第１圧入口３ａと連通する第１射出スリーブ７ａと、この第１射出スリーブ７ａ内を摺動するプランジャ７ｂと、プランジャ７ｂをロッドによって前進及び後退させるシリンダ７ｃとからなる。また、第２圧入口４ｃには第２インジェクション８が設けられている。第２インジェクション８は、第２圧入口４ｃと連通する第２射出スリーブ８ａと、この第２射出スリーブ８ａ内を摺動するプランジャ８ｂと、プランジャ８ｂをロッドによって前進及び後退させるシリンダ８ｃとからなる。第２射出スリーブ８ａは第２圧入口４ｃとプランジャ８ｂとの間に給気管８ｄを有しており、給気管８ｄは開閉弁８ｅを介して図示しない酸素ボンベに接続されている。

以上のダイカスト用金型を用い、まず第１工程において、図１に示すように、第１スライド型５ａをスライド穴４ａ内に位置させ、小キャビティＣ１を第１金型３の第１圧入口３ａと連通させる。この状態において、第１インジェクション７の第１射出スリーブ７ａ内に第１溶湯Ｍ１を一定量入れ、図２に示すように、シリンダ７ｃによってプランジャ７ｂを前進させる。この第１溶湯Ｍ１は、Ｃｕが４．０〜５．０質量％、Ｓｉが１６．０〜１８．０質量％、Ｍｇが０．４５〜０．６５質量％、Ｚｎが１．５質量％以下、Ｆｅが１．３質量％以下、Ｍｎが０．５質量％以下、Ｎｉが０．３質量％以下、Ｓｎが０．３質量％以下、Ａｌが残部のＡＤＣ１４（第１アルミニウム合金）であり、８００〜８５０°Ｃで溶融されている。こうして、小キャビティＣ１内に第１溶湯Ｍ１を注湯しつつ第１溶湯Ｍ１に圧力を加える。

そして、第２工程において、図３に示すように、小キャビティＣ１内で第１溶湯Ｍ１の流動性が低くなった時点で、第１スライド型５ａを左方向に移動させ、図４に示すように、第２スライド型５ｂをスライド穴２ａ内に位置させる。この小キャビティＣ１内で第１溶湯Ｍ１の流動性が低くなった時点とは、第１溶湯Ｍ１が内部は溶融状態であり、外殻は固化状態となった時点である。こうして、小キャビティＣ１を拡大して大キャビティＣ２とする。また、図３及び図４に示すように、大キャビティＣ２を第１金型３の第２圧入口３ｂと連通させる。この際、図３に示すように、第１溶湯Ｍ１からなる部分は固定ピン３ｃによって大キャビティＣ２内に保持されている。そして、大キャビティＣ２と連通する図示しないポンプを作動させることにより、大キャビティＣ２内を真空とし、この状態において、第２インジェクション８の第２射出スリーブ８ａ内に第２溶湯Ｍ２を一定量入れるとともに、開閉弁８ｅを開いて給気管８ｄにより第２圧入口４ｃとプランジャ８ｂとの間に酸素を一定量入れる。そして、図４に示すように、シリンダ８ｃによってプランジャ８ｂを前進させる。第２溶湯Ｍ２は、Ｃｕが１．５〜３．５質量％、Ｓｉが９．６〜１２．０質量％、Ｍｇが０．３質量％以下、Ｚｎが１．０質量％以下、Ｆｅが１．３質量％以下、Ｍｎが０．５質量％以下、Ｎｉが０．５質量％以下、Ｓｎが０．２質量％以下、Ａｌが残部のＡＤＣ１２（第２アルミニウム合金）であり、６５０〜７００°Ｃで溶融されている。こうして、大キャビティＣ２内に第２溶湯Ｍ２を注湯しつつ第２溶湯Ｍ２に圧力を加える。

この際、第１溶湯Ｍ１の外郭は固化により酸化膜を形成し得るが、図５に示すように、第２溶湯Ｍ２が第２圧入口４ｃを経て内径の細い連通溝４ｂによって酸素とともに霧状に注湯されるため、小粒の第２溶湯Ｍ２が大キャビティＣ２内で爆発的に酸化して多量の熱を発生させる（テルミット反応）。この熱によってその酸化膜が再溶融され、極めて効果的に破壊される。

また、第１溶湯Ｍ１を第２溶湯Ｍ２に対して２００°Ｃ程度高い温度で溶融しているため、ダイカスト用金型で第１溶湯Ｍ１が冷えても、第２溶湯Ｍ２まで極端に冷やされることがない。また、第２圧入口４ｃが大キャビティＣ２の下方に連通し、第２溶湯Ｍ２が霧状に大キャビティＣ２内に注湯されるため、第２溶湯Ｍ２が第１溶湯Ｍ１からなる部分に強く当たらず、第１溶湯Ｍ１からなる部分の形状を維持する。さらに、大キャビティＣ２内を真空とした状態で第２溶湯Ｍ２を酸素とともに霧状に注湯しているため、後述するアルミダイカスト品Ｐに気孔を生じない。

この後、第３工程において、大キャビティＣ２内で第１溶湯Ｍ１及び第２溶湯Ｍ２を固化してアルミダイカスト品Ｐを得る。こうして、図６（Ａ）に示すように、実施例１のアルミダイカスト品Ｐを製造することができる。このアルミダイカスト品Ｐは、図６（Ｂ）に示すように、第１溶湯Ｍ１からなる第１母材Ｍ１と、第１母材Ｍ１とは酸化膜が存在しない部分のある境界によって一体に形成され、第２溶湯Ｍ２からなる第２母材Ｍ２とからなる。

このアルミダイカスト品Ｐは、第１母材Ｍ１と第２母材Ｍ２との成分が異なることから、部分的な強度、耐摩耗性、熱伝導性、線熱膨張係数、加工性の変更等、広く特性の部分的な変化を実現することができる。より具体的には、ＡＤＣ１４からなる第１母材Ｍ１は、引張強さ３２０ＭＰａ、０．２％耐力２５０ＭＰａ、伸び１％未満、硬さ１０８ＨＢ（１０／５００）、衝撃強さ３．８ｋＪ／ｍ²、ヤング率８１．２ＧＰａ、密度２．７３ｇ／ｃｍ²、熱伝導率１３４Ｗ／ｍ・Ｋ、線熱膨張係数１８×１０_-6／Ｋ、導電率３７％（ＩＡＣＳ）等の特性を発揮する。一方、ＡＤＣ１２からなる第２母材Ｍ２は、引張強さ３１０ＭＰａ、０．２％耐力１５０ＭＰａ、伸び３．５％、硬さ８６ＨＢ（１０／５００）、衝撃強さ８．１ｋＪ／ｍ²、密度２．６８ｇ／ｃｍ²、熱伝導率９６Ｗ／ｍ・Ｋ、線熱膨張係数２１×１０_-6／Ｋ、導電率２３％（ＩＡＣＳ）等の特性を発揮する。

また、このアルミダイカスト品Ｐでは、第１母材Ｍ１が第１溶湯Ｍ１によって形成されていることからその成分に基づいて同一の金属組織となり、第２母材Ｍ２が第２溶湯Ｍ２によって形成されていることからその成分に基づいて同一の金属組織となり、第１母材Ｍ１と第２母材Ｍ２との境界は金属組織は異なるものの酸化膜が存在しない部分が存在していることとなる。特に、このアルミダイカスト品Ｐは、テルミット反応の熱によってその酸化膜が再溶融され、極めて効果的に破壊されている。このため、このアルミダイカスト品Ｐは、異なる金属組織の第１母材Ｍ１及び第２母材Ｍ２が優れた密着力の下で存在することとなる。このため、このアルミダイカスト品Ｐは優れた耐久性を発揮することができる。

さらに、このアルミダイカスト品Ｐは、さほどの製造工程の増加を生じず、かつ焼結品に比して形状の制限がなく、焼結品のように製造時に材料を粉末にする必要がないため、製造コストの面で有利である。

したがって、このダイカスト方法によれば、広く特性の部分的な変化を実現可能であるとともにその部分間の密着力に優れ、かつ製造コストの高騰化を生じないダイカストＰ品を製造することができる。このアルミダイカスト品Ｐは、ＣＯ₂圧縮機のハウジング、ピストン等に用いられることにより、そのＣＯ₂圧縮機の軽量化、小型化及びコストダウンを実現することができる。

まず、図７に示すダイカスト用金型を用意する。このダイカスト用金型では、固定型９と可動型１０とが互いに離れる水平方向に移動可能に設けられており、固定型９の図中の左面には第１金型１１が固定され、可動型１０の図中の右面には実施例１の第２金型本体４と同様の第２金型４が固定されている。固定型９と可動型１０との水平方向の移動により、第１金型１１及び第２金型４は水平方向に型開き可能に構成されている。

第２金型４にはキャビティＣが形成されている。第１金型１１にはキャビティＣ内に突出する固定ピン１１ａが固定されている。可動型１０には固定ピン１１ａ近傍に位置する高周波コイル１０ａが設けられている。可動型１０、第１金型１１及び第２金型４はＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金からなる。

第２金型４には、キャビティＣと上下に連通する連通溝４ｂが第１金型１１の第２金型４側の面とともに細く形成されているとともに、この連通溝４ｂの下端と連通する圧入口４ｃが第１金型１１の第２金型４側の面とともに形成されている。

圧入口４ｃにはインジェクション１２が設けられている。インジェクション１２は、圧入口４ｃと連通する射出スリーブ１２ａと、この射出スリーブ１２ａ内を摺動するプランジャ１２ｂと、プランジャ１２ｂをロッドによって前進及び後退させるシリンダ１２ｃとからなる。射出スリーブ１２ａは圧入口４ｃとプランジャ１２ｂとの間に給気管１２ｄを有しており、給気管１２ｄは開閉弁１２ｅを介して図示しない酸素ボンベに接続されている。

以上のダイカスト用金型を用い、まず第１工程において、固定ピン１１ａによってインサート部材Ｍ３を保持し、キャビティＣ内にインサート部材Ｍ３をインサートする。このインサート部材Ｍ３は、ＡＤＣ１４（第１アルミニウム合金）である。

そして、第２工程において、キャビティＣと連通する図示しないポンプを作動させることにより、キャビティＣ内を真空としつつ、高周波コイル１０ａによってインサート部材Ｍ３を加熱する。この状態において、インジェクション１２の射出スリーブ１２ａ内に溶湯Ｍ４を一定量入れるとともに、圧入口４ｃとプランジャ１２ｂとの間に酸素を供給した後、シリンダ１２ｃによってプランジャ１２ｂを前進させる。溶湯Ｍ４は、ＡＤＣ１２（第２アルミニウム合金）であり、６５０〜７００°Ｃで溶融されている。こうして、キャビティＣ内に溶湯Ｍ４を注湯しつつ溶湯Ｍ４に圧力を加える。

この際、溶湯Ｍ４が圧入口４ｃを経て内径の細い連通溝４ｂによって酸素とともに霧状に注湯されるため、小粒の溶湯Ｍ４がキャビティＣ内で爆発的に酸化して多量の熱を発生させる（テルミット反応）。この熱によってインサート部材Ｍ３の酸化膜が再溶融され、極めて効果的に破壊される。また、インサート部材Ｍ３は、加熱されているため、一旦形成された酸化膜が破壊され易い。さらに、キャビティＣ内を真空とした状態で溶湯Ｍ４を酸素とともに霧状に注湯しているため、アルミダイカスト品Ｐに気孔を生じない。

この後、第３工程において、キャビティＣ内でインサート部材Ｍ３及び溶湯Ｍ４を固化してアルミダイカスト品Ｐを得る。こうして、図６に示すように、実施例１と同様のアルミダイカスト品Ｐを製造することができる。他の作用効果は実施例１と同様である。

上記実施例１、２と同様のダイカスト方法により、ベーン型圧縮機のベーンを製造することも可能である。この場合、ベーンの先端部分を高硬度の母材とし、他の部分を低硬度の母材とする。

また、上記実施例１、２と同様のダイカスト方法により、ピストン型圧縮機のピストンが摺動するシリンダブロックを製造することも可能である。この場合、シリンダブロックの摺動部分を高硬度の母材とし、他の部分を低硬度の母材とする。

さらに、上記実施例１、２と同様のダイカスト方法により、ヒートシンク部品を製造することも可能である。この場合、受熱部分を高熱伝導性の母材とする。

また、上記実施例１、２と同様のダイカスト方法により、種々の圧縮機の軸受部分を製造することも可能である。この場合、回転部分を鉄系材料からなる駆動軸に近い線熱膨張係数の母材とする。

実施例１に係るダイカスト用金型の断面図である。 実施例１に係るダイカスト用金型の断面図である。 実施例１に係るダイカスト用金型の断面図である。 実施例１に係るダイカスト用金型の断面図である。 実施例１に係るダイカスト用金型の要部拡大断面図である。 実施例１、２に係るアルミダイカスト品に係り、図Ａは断面図、図Ｂは要部拡大図である。 実施例２に係るダイカスト用金型の断面図である。

符号の説明

Ｍ１…第１溶湯、第１母材
Ｍ２…第２溶湯、第２母材
Ｍ３…インサート部材
Ｍ４…溶湯
Ｃ１…小キャビティ
Ｃ２…大キャビティ
Ｃ…キャビティ
Ｐ…アルミダイカスト品

Claims (9)

1. 第１溶湯及び第２溶湯は主要となる成分がアルミニウムであり、小キャビティ内に第１溶湯を注湯する第１工程と、
   該小キャビティ内で該第１溶湯の流動性が低くなった時点で該小キャビティを拡大して大キャビティとし、該大キャビティ内に該第１溶湯とはケイ素の含有量が異なる該第２溶湯を酸素とともに霧状に注湯しつつ該第２溶湯に圧力を加える第２工程と、
   該大キャビティ内で該第１溶湯及び該第２溶湯を固化してアルミダイカスト品を得る第３工程とを備えたことを特徴とするダイカスト方法。
2. 前記第１溶湯が内部は溶融状態であり、外殻は固化状態となった時点で前記第２工程を行い、該第２工程で前記第２溶湯によって該第１溶湯の該外郭を再溶融することを特徴とする請求項１記載のダイカスト方法。
3. 前記第１工程において、前記第１溶湯に圧力を加えることを特徴とする請求項１又は２記載のダイカスト方法。
4. 前記第１溶湯はケイ素を含有する第１アルミニウム合金であり、前記第２溶湯は、該第１溶湯よりもケイ素の含有量が少なく、該第１アルミニウム合金より低い温度で溶融される第２アルミニウム合金であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のダイカスト方法。
5. 前記第１アルミニウム合金はケイ素を１６．０〜１８．０質量％含有し、前記第２アルミニウム合金はケイ素を９．６〜１２．０質量％含有していることを特徴とする請求項４記載のダイカスト方法。
6. キャビティ内に金属製のインサート部材をインサートする第１工程と、
   該インサート部材を加熱しつつ、該キャビティ内に該インサート部材とは成分が異なり、主要となる成分がアルミニウムである溶湯を酸素とともに霧状に注湯しつつ該溶湯に圧力を加える第２工程と、
   該キャビティ内で該溶湯を固化してアルミダイカスト品を得る第３工程とを備えたことを特徴とするダイカスト方法。
7. 前記第２工程において、前記溶湯によって前記インサート部材の少なくとも表面を再溶融することを特徴とする請求項６記載のダイカスト方法。
8. 前記インサート部材はケイ素を含有する第１アルミニウム合金製であり、前記溶湯は、該第１アルミニウム合金よりもケイ素の含有量が少ない第２アルミニウム合金であることを特徴とする請求項６又は７記載のダイカスト方法。
9. 前記第１アルミニウム合金はケイ素を１６．０〜１８．０質量％含有し、前記第２アルミニウム合金はケイ素を９．６〜１２．０質量％含有していることを特徴とする請求項８記載のダイカスト方法。

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