JP2006519106A - 半固体合金の処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

溶融充填物から半固体合金を製造する装置１０は、らせん状誘導コイル１３０間に散在する複数のらせん状流路管１３２によって定めた垂直整列通路によって供給される処理領域１２、１２．１、１２．２を備える。第１充填物を上方第１処理領域１２に移動する充填装置２０に容器１４が載置される。後続の充填物が同一のやり方で導入され、装置１０の先端から先頭の充填物を排出するまで前に導入された充填物が列状の領域１２，１２．１，１２．２に沿って上方へ付勢される。各領域の充填物に制御冷却と誘導電磁場をかける。電磁場強度と冷却速度は樹状結晶を妨げ、球状一次結晶形成を促進するよう制御される。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、半固体金属技術（Ｓｅｍｉ−Ｓｏｌｉｄ Ｍｅｔａｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＳＳＭ）として知られる半固体状態の合金の処理に関する。特に、本発明は半固体合金を製造する方法および装置に関する。

公知のＳＳＭ処理手順には、チクソキャストがある。チクソキャスト（ｔｈｉｘｏ−ｃａｓｔｉｎｇ）処理手順は、所望の微細構造を有するビレット（通常、製造者または量産鋳造者によって成形設備に供給される）を製造した後に、半固体状態まで再加熱し、所望の製品を形成して行われる。チクソキャスト処理の知られている利点の１つは、この成形設備では容易に処理の自動化ができる半流動金属の処理が可能なことである。チクソキャスト処理の欠点の中には、連続鋳造（電磁攪拌される）においては完全に同質のビレットを得るのが困難であること；ビレットの再加熱中の金属損失；および、再加熱処理中のビレット表面の望ましくない酸化がある。さらに、形成された製品から生じる堰および押湯は、通常、成形設備による再利用ができないため、製造者または鋳造生産者まで返送しなければならず、費用の追加につながる。

ビレットを半固体状態の金属を製造する温度まで加熱した後に成形するチクソキャストは、もう１つの知られている処理手順、すなわち、レオキャスト（ｒｈｅｏ−ｃａｓｔｉｎｇ）処理手順とは異なったものである。レオキャスト処理手順では、球状の一次結晶を含有する溶融合金を連続的に作り、凝固してビレットになることなしにそのまま成形する。この処理では、液体合金をこの合金の液相線温度と固相線温度の間の温度まで冷却する、すなわち合金を半固体状態にする。これは、攪拌により制御された方法で行い、オプションとして、結晶粒微細化剤を添加して行われる。このスラリーは、その後、所望の製品に形成される。制御冷却処理および攪拌の目的は、樹状結晶化を避け、すなわち妨げて、その代わりに液体共晶中に懸濁する球状の一次結晶の形成を促進することである。制御冷却と、攪拌と、オプションとして結晶粒微細化剤の添加を組み合わせることで、所望の微細構造を得る。

レオキャスト処理手順の利点の１つは、成形設備により廃物の再利用が同所でできることであり、再加熱を行わないので金属損失が微々たるものですむことである。この処理手順の欠点の１つは、所望の微細構造を一段階で生産する制御処理であるので、本出願人が認識している装置および処理では、最終製品形成段階に伴う効果的な作業を確実にするために複雑な設計および生産設備を要することである。

本発明の目的は、レオキャスト処理手順における高い実用性を見出し、本出願人が認識している装置および方法と比較して使いやすく、より合理化されまたは簡素化された処理手順を備える方法および装置を提供することである。

本発明の１つの態様によれば、最終製品の形成時に使用される半固体合金を製造する方法であって、
ＡＣ誘導コイルおよび充填物冷却手段によって形成される処理領域を提供することと、
含有溶融金属の充填物を、処理領域と整列する開始位置から直線経路に沿って移動させることで処理領域の中に導入することと、
樹状結晶を形成する代わりに一次球状結晶の形成を促進するために、処理領域において、６０ヘルツと３００００ヘルツの間の周波数で１００アンペア〜１２０００アンペアの範囲の電流を誘導コイルに供給して誘導することにより冷却中に充填物に乱流および振動を誘発するのに十分な力場強度を提供する電磁誘導力場と制御冷却を同時に充填物にかけることと、
後続の充填物を前記直線経路に沿って処理領域に付勢することにより、処理された充填物を処理領域から移動させることと
を含む方法を提供する。

なお、特定の合金については、樹状結晶化を妨げて球状の一次結晶の形成を促進するために電磁場の強度および冷却速度が選択され、それによって後続の成形または形成に望ましい微細構造の半固体合金が提供されることを理解すべきである。電磁場は、充填物内に乱流を誘発することに加えて、充填物に樹状結晶の形成の妨げに役立つ振動場を誘導する。

充填物は、処理領域から、その処理領域と直列に配置され整列している少なくとも１つのさらなる処理領域に移動させてもよい。

好ましくは、この方法は、後続の充填物を直線経路に沿って処理領域の第１番目に直列に導入することによって、前記処理領域を占有する前もって導入された充填物を少なくとも１つのさらなる処理領域を通じて強制的に送り出すことにより構成される。これは、段階的または順次送る方法で処理領域の最後から先頭の充填物が排出されるまで行われる。

このように、複数の処理領域を直線経路と直列に配置し整列させることにより、一列の処理領域を提供する。この実施形態では、新たな充填物を第１処理領域に連続的に導入することで、前もって導入された充填物を列に沿って段階的な方法で前進させる。

この処理領域の列は、新たな充填物を列に導入することにより列に沿って上方へ前進する充填物と垂直に整列されてもよい。このように、充填物は、縦につなぐ方法で処理領域に積み重ねてもよい。

言い換えれば、この方法は、充填物を直線経路に沿って垂直方向に処理領域の第１番目に強制的に送り込み、積み重なった垂直に整列された充填物を提供することにより構成されてもよい。

この方法は、第１処理領域に充填物を支持することと、新たな充填物を導入する場合にこの支持を解放することにより、充填物を処理領域から強制的に送り出すことを可能にする構成としてもよい。

特に、前記充填物を上方の第１処理領域へと導入してもよく、この方法はさらに、固定位置で第１処理領域を占有する充填物を支持することと、新たな充填物を第１処理領域に導入すると同時にこの支持を解放することで構成されて良い。このため、新たな充填物ははじめ、第１処理領域で支持し（例えば、その上端に載せることにより）、その後、前進させた時点で充填物を処理領域へと移動させることができる。

この方法は、第１および／またはさらなる処理領域において充填物の温度検知を含んでもよい。

電磁場は、ＡＣ誘導コイルによって誘導されてもよい。

処理領域のどの１つにおける冷却も、充填物に直に、または充填物の方向に対して少なくとも１つの冷却流で排出されるガス状冷却剤によって行われてもよい。

本発明の別の態様によると、合金の溶融充填物から半固体合金を製造する装置であって、
充填容器を受容可能な処理領域と、
その容器が処理領域内に配置される時に、充填物を冷却する充填物冷却手段と、
処理領域に配置されると、充填物に電磁力場を誘導し、使用時は１００アンペア〜１２０００アンペアの電流が６０ヘルツ〜３００００ヘルツの周波数で供給されることにより冷却中に樹状結晶を形成する代わりに一次球状結晶の形成を促進するように十分な強度の力場を誘導する、ＡＣ誘導コイル形状の電磁力場誘導手段と、
充填容器を処理領域に整列された開始位置に支持する支持手段、および、この開始位置から直線経路に沿って処理領域の中に充填容器を移動させる移動手段を有する充填装置であり、処理領域は後続の充填容器を直線経路に沿って処理領域に強制的に送り出すことによって処理後に充填容器を処理領域から移動させることができるように構成される、前記充填装置と
を含む、装置を提供する。

充填物冷却手段および電磁場誘導手段は、処理領域を画定すると共に、充填容器を受容する縦方向に延在する端部開放型の通路を設けるように構成されてもよい。好ましくは、その通路は垂直に延在してもよい。

装置は、後続の充填容器が導入されると同時に充填容器を解放して、この充填容器を後続の充填容器によって支持できるようにし、後続の充填容器が処理領域に前進した時点で処理領域から充填容器を移動できるように構成される、処理領域に充填容器を支持するための支持装置を含む構成としてもよい。

支持装置は、処理領域から離れる退避位置と、処理領域まで伸長して処理領域に配置される充填容器を支持する伸張位置との間を移動するために載置される保持要素を備えてもよい。

保持要素は、伸張位置の場合に、相補的な係合形成部と係合する係合形成部で構成されてもよい。

装置は、前記処理領域の通路と隣接し整列されているさらなる縦方向に延在する通路を設けるように構成された電磁場誘導手段および充填物冷却手段を有する少なくとも１つのさらなる処理領域より構成されてもよい。

このように、処理領域は、１列になった複数の処理領域を提供してよい。好ましくは、装置は第１処理領域に加えて、２つのさらなる処理領域を備えてもよい。この列をなす処理領域は、垂直に整列させてよい。

支持手段は、使用するときは充填容器を支持する充填物支持台と、この支持台を解放可能に把持する解放可能な把持手段とで構成されてよい。この実施形態では、相補的な係合形成部が充填物支持台によって提供されてよい。

装置は、処理領域における充填物の温度を検知する温度検知手段を備えてもよい。

充填物冷却手段は、らせん経路に従って、誘導コイルの隣接するターンの間に配置される複数の独立して操作可能なチューブセクションから構成されてよい。

チューブセクションは、例えば、ろう付けによって、誘導コイルの隣接するターンに固定してもよい。

ここで本発明について、以下の限定されない例を用いて添付の概略図面を参照して説明する。

図１を参照して、参照番号１０は、合金の溶融チャージから半固体合金を製造するための本発明による、一般的な装置を表わしている。

装置１０は、全体的に参照番号１２で示される処理領域を備えており、その中に充填容器１４を受い入れることができる。装置１０はさらに、全体的に参照番号１６で示される充填物冷却手段を備えており、以下により詳細に記載されるように、充填容器１４が処理領域１２の中に配置されると充填物を冷却する。また、装置１０は、全体的に参照番号１８で示される電磁場誘導手段を備えており、以下により詳細に記載されるように、充填容器１４が処理領域１２の中に配置されると充填物に電磁場を誘導する。

装置１０は、全体的に参照番号２０で示される充填装置を備える。充填装置２０は、支持手段２２と全体的に参照番号２４で示される移動手段を有する。以下に詳細に記載されるように、支持手段２２は処理領域１２と整列された開始位置（本図面の図１に示す）において充填容器１４を支持し、移動手段２４は参照番号２６と表示された点線で示される直線経路に沿ってこの開始位置から処理領域１２の中に容器１４を移動させる。

この処理領域１２は、また以下により詳細に記載されるように、後続の充填容器１４を直線経路２６に沿って処理領域１２の中に強制的に取り入れることにより、前の充填容器１４を第１処理領域１２から移動させることができるように構成される。

装置１０は基部部材２８を備えており、その上には上方に延在するフレームまたは支持アセンブリ３０が載置される。充填装置２０は、支持アセンブリ３０に隣接して基部２８の上に載置される。

また、本図面の図４を参照すると、充填装置２０は、全体に参照番号３１で示される直線駆動部を備える。この駆動部３１の部分のみを本図面の図４に示す。この駆動部３１は、垂直に延在するレールアセンブリ３２を備えており、このレールアセンブリ３２は、２つの垂直に延在する側面３２．１、３２．２および前面３２．３を備える。垂直に延在するレール要素３４は、前面３２．３に載置されており、側面３２．１および３２．２に対して平行に延在する。

この駆動部３１はさらに、空気圧で操作されるメインシリンダ４０を備えている。このメインシリンダ４０は、側面部材３２．１から上方自由端へ延在し、載置される。ピストンロッド４２は、シリンダ４０から垂直方向に、レール要素３４に対して平行に延在する。全体に参照番号４４で示される運搬アセンブリは、ピストンロッド４２の下方端に載置される。この運搬アセンブリ４４は、第２の空気圧シリンダ４６を備えている。水平に延在する載置プレート５０は、シリンダ４６の側面から突出している。

支持手段２２は、基部２８に対して平行に延在するアーム４８を備える。アーム４８の上面４８．１は、その自由端から遠く離れたところに上方を向いて、垂直に延在する支持または載置要素５２を提供している。係合形成部５３は、固定要素５４および５２．１によってこの要素５２に取り付けられ、それによってシリンダ４６をアーム４８と接続している。理解されるとおり、係合形成部５３はレール要素３４を受容する溝部（図示せず）の輪郭を画定し、それに対してスライド自在に移動することができる。

直線駆動部３１は、本図面の図１および図４では伸張位置にある。シリンダ４６が作動すると、ピストンロッド４２をショートストロークに沿って本図面の図４において一般的に参照番号５６で示される方向に変位させて、シリンダ４０が作動すると、ロッド４２およびシリンダ４６をロングストロークに沿って同じ方向に変位させる。この変位によって、運搬アセンブリ４４を上方に移動させて、次にアーム４８をレール要素３４に沿って移動させる。それによって、アーム４８を参照番号５８で示される方向に動かす。同様に、ピストン４２を下方方向に伸長すると、参照番号５８で示される方向とは反対の方向にアーム４８が動かされる。ロッド４２がこのシリンダの上端から突出する範囲を設定するために使用される調節可能なストップ５５が設けられており、ストロークの長さを調節する。

ショートストロークのサイクルは、以下に記載するように、直線経路２６に沿って、容器１４の先端部が処理領域１２への入り口に配置される位置に容器１４を前進させるために使用される。ロングストロークのサイクルは、以下に記載するように、この位置から連続処理領域１２、１２．１および１２．２に沿って容器１４を前進させるために使用される。

支持手段２２の自由端は、円形の筒状基部要素６２を備えており、この筒状基部要素６２は、充填物支持台２００を支持する上部円形支持面６５を形成する。これについては、本図面の図１、図５および図６を参照して以下により詳細に記載する。

アーム４８の自由端はさらに、全体的に参照番号６０で示される解放可能な把持手段を備えており、基部要素６２の上に支持される場合に、支持台２００を解放可能に把持する。この把持手段６０は、３つの把持要素６３から形成され、この３つの把持要素６３は、基部要素６２の上端の周囲に円周方向に間隔をあけて配置されて、この支持面６５から上方に延在する。この要素６３は、以下により詳細に記載されるとおり、参照番号６４で表示された矢印で示される方向での放射状移動を制限するために設けられ、支持台２００の外壁を解放可能に把持する。

また、本図面の図２および図３を参照すると、以下により詳細に記載されるように、参照番号７０は全体的に、処理領域１２の中に充填容器１４を支持する支持装置を示す。参照の簡易化のために、この支持装置については、本図面の図２、図３および図３Ａを参照して詳細に記載する。特定の参照番号は明瞭性のために本図面の図１から除外している。

支持装置７０は、ブラケットアセンブリ７２を備えており、このブラケットアセンブリ７２は、複数の長手方向に間隔をあけた孔７８を備えるほぼ長方形のブラケット要素７６と略三角形状のブラケット要素７４とを有する。ブラケット要素７４の案内端部７８．１は、複数の長手方向に間隔をあけた孔（図示せず）を備えており、この孔は、ブラケットアセンブリ７２を組立てる際に、孔７８と一致する。ブラケットアセンブリ７２は、以下により詳細に記載されるように、全体として参照番号８２で示されるトレイアセンブリを支持する上方支持面８０を備える。本図面の図１に概略的に見ることができるように、ブラケットアセンブリ７２を、例えば、孔７８を通り案内面７８．１に設けられた対応する孔（図示せず）にまで達する固定要素によって、支持アセンブリ３０の内側８１に対して配置することで、本図面の図１に示すように、支持装置７０の位置を決定する。

トレイアセンブリ８２は、ほぼ長方形の形状である下方トレイ要素８４を備える。トレイ要素８４は、要素８４の側面に開いている長手方向に延在する凹部８６を画定する。本図面の図３に最も良く見ることができるように、溝８８は、要素８４の全長の残り部分に沿って要素８４の対向する側面から延在し、凹部８６に通じている。溝８８の開口部に隣接して、１対の孔１１０が設けられている。ほぼ円形の孔９２は、要素８４の凹型部を通り延在している。円周方向に間隔をあけた溝９２．１が設けられている。要素８４の対向する内側側壁８８．１は、参照番号９０で示されるように、孔９２の領域ではほぼ弓形の形状である。そのため、平面図をみると、孔９２はほぼ円形である。連続する長手方向に間隔をあけた孔１１２が側壁８８．１に隣接して配置される。

この装置７０はさらに、全体的として参照番号９４で示される解放可能な支持機構を備える。この支持機構９４は、空気圧で操作されるシリンダ９６と、このシリンダ９６から水平方向に延在するピストンロッド９８を備える。ピストンロッド９８の自由端は、参照番号１０４で示されるように、減少された、すなわちねじ山の付いた断面となっている。解放可能な支持機構９４はさらに、タング１００の形状をした保持要素を備える。タング１００はプレート形状であり、その側面から延在する孔１０２を有しこの孔の中にピストンロッド９８の端部１０４が受容される。タング１００の反対側端部には、１対の横方向に間隔のあいたフォーク部材１０６を備える。弓形形状の端壁１０８がフォーク部材１０６の間に延在する。

トレイアセンブリ８２はさらに、ほぼ長方形の形状であるカバープレート１２２を備える。カバープレート１２２は、その対向する長辺側に貫通する横方向に間隔のあいた２列の孔１１６を備える。シリンダ９６の端面９６．１は、１対の横方向に間隔のあいた支持ピン（図示せず）を備える。保持機構９４は、支持ピンが孔１１０にまで達するように、そしてピストンロッド９８が溝８８に沿って延在し凹部８６の中に突出するように、載置される。この位置で、タング１００は凹部８６の中にスライド自在に受容される。カバープレート１２２は、孔１１６が孔１１２と一致するように要素８４の上に配置されて、孔１１６、１１２を通る固定要素（図示せず）によって要素８４に固定される。それによって、保持機構９４を適所に保持する。カバープレート１２２は、円形の孔１２０を備えている。本図面の図２で最も良く見ることができるように、この円形の孔１２０は、カバープレート１２２が適所に載置されると、孔９２と一致して、トレイアセンブリ８２を通じて延在する円形の筒状通路１２１（図３Ａ参照）を提供する。

シリンダ９６を作動してピストンロッド９８を引っ込めると、フォーク部材１０６が孔１２０、９２によって画定される通路を開放するように、タング要素１００を全体として参照番号１０１で表示される矢印で示される方向で凹部８６の中に退き、そこを自由に通過できるようにする。シリンダ９６を作動してピストンロッド９８を参照番号１０３で示す方向に伸ばすと、以下により詳細に記載されるとおり、フォーク部材１０６が通路の中に伸長して支持台２００を支持するように、タング１００を凹部８６の中にスライド自在に移動させる。本図面の図３Ａに見ることができるように、フォーク部材１０６および側壁１０８に隣接するタング１００の部分は、拡張位置では、通路１２１の中にまで達する。

さて、本図面の図１を参照すると、電磁誘導手段１８は、処理領域１２の長手方向に沿って延在するらせん状に巻かれた誘導コイル１３０の形状であり、支持アセンブリ３０によって支持されている。冷却手段１６は、複数のらせん状に巻かれた流路管１３２の形状であり、誘導コイル１３０の隣接するコイル要素の間に配置される。流路管１３２は、処理領域の長手方向に沿って独立して操作可能である。したがって、温度勾配を制御するために、異なる空気流量を処理領域１２の長手方向沿いの異なる位置に供給してもよい。誘導コイル１３０および流路管１３２は、第１処理領域１２の長手方向に沿って延在し、トレイ８２の孔９２および１２０によって設けられた通路１２１と一致するほぼ円形の筒状通路を画定するジャケットを提供する。

２つのさらなる処理領域１２．１および１２．２は、処理領域１２の上方に支持アセンブリ３０によって支持される。処理領域１２．１および１２．２は、それぞれの通路が処理領域１２の通路と一致するように連続して配置され、処理領域１２と垂直に整列される。処理領域１２．１および１２．２の各々は、処理領域１２に設けられているものと同じ冷却手段および電磁場誘導手段１８を備えているため、再度詳細な記載はしない。

流路管１３２および処理領域１２．１および１２．２の同様な流路管は、管網（図示せず）によって、例えば空気供給部などの気体供給部に接続されている。流路管１３２への気流は、ノズル１３４によって制御される。

コイル１３０および処理領域１２．１と１２．２のコイルは、約１００アンペア〜１２０００アンペアの範囲にある電流を６０ヘルツ〜３００００ヘルツまでの周波数で供給する誘導発電機に直列に接続されている。電磁場は、充填物内に乱流および振動を誘発して、樹状結晶の代わりに一次結晶の成長を促進する。

本図面の図１および図８を参照すると、全体として参照番号１４０で示される温度検知手段は支持アセンブリ３０に載置されている。温度検知手段１４０は、このアセンブリ３０に載置されている垂直に伸長する支持アーム１４２を備える。本図面の図８で最も良く見ることができるように、支持装置１４４はブラケット１４５によってアーム１４２に接続されており、支持アーム１４２から水平に延在している。この装置１４４は、１対の細長い支持要素１４８を担持する取付ブロック１４６を備えている。この要素１４８は、空気圧シリンダ（図示せず）によって作動されると、ブロック１４６の中を水平方向１４８．１のようにスライド自在に移動させることができる。この要素１４８は、フランジ１４７によってさらなる取付ブロック１５０に接続されており、そこから１対のさらなる支持要素１５２が垂直方向に延在している。この要素１５２は、要素１４８と同様に垂直方向１５２．１に移動させることができる。温度検知ヘッド１５４は、垂直に伸長する導電要素１５２の自由端に載置されている。使用するときは、この検知ヘッド１５４を処理領域１２．２からの出口に配置して、熱電対１５９を備える。熱電対１５９は、以下により詳細に記載されるように、処理領域１２．２から取り出すときに容器１４の中にある半固体金属の適切な温度測定を行う。熱電対１５９は長さが異なっており、容器１４の全長に渡る温度分布を提供する。

本図面の図５および図６を参照すると、台座または充填物支持台２００は、ほぼ円形の筒状体１９０を備える。この円筒体１９０は、円形の筒状上部１５６および円形の筒状下部１５８を備え、これらの間に直径が縮小された胴部１９２を設けている。本図面の図５において最も良く見ることができるように、環状の間隙１５１は、上部１５６および下部１５８の対向する円周方向に延在する面１６６および１６８の間に画定される。この面１６６、１６８および胴部１９２は、以下に詳細に記載されるように、そして本図面の図５の参照番号２０２によって概略的に示されるように、フォーク部材１０６を受容する係合形成部を画定する。

切頭円錐形の座部形成部１６０は下部１５８から延在し、充填装置２０の支持面６５の上に着座する円形の筒状座部１８０（本図面の図６参照）を画定する。ヘッド部１８２（本図面の図６参照）は、上部１５６から突出している。リング１６２は、ヘッド部１８２の上に取り付けられている。リング１６２の上端は、ヘッド部１８２を越えて突出しており、本図面の図５において見ることができるように、座部１８４を形成する。この支持台はセラミック材料で作られている。

本図面の図７を参照すると、容器１４は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼などのバレル２２０を備える。典型的には、このバレルは約１．６ｍｍ〜４．０ｍｍの壁厚を有する。円周方向に延在するリム２２２は、バレル２２０の下方端に設けられており、基部要素２２４は、リム２２２に対して着座するように矢印２２３で示されるとおり頂部からバレル内に挿入される。半固体状態で容器１４からスラリビレットを排出するために、基部要素２２４を押し出しが可能である。

駆動部３１と、支持機構９４と、誘導コイル１３０と、ノズル１３４と、温度検知手段１４０の操作は、以下に記載するように本装置１０および方法を制御するために、制御ボックス１７（図１参照）に載置された自動コンピュータ処理制御部に連結させてもよい。

さて、本図面の図９を参照すると、誘導コイル１３０はＡＣ電源（図示せず）に接続される２つの接続口２５０、２５２を備える。複数のらせんターン２５３は、末端部２５０、２５２の間に設けられている。このターン２５３は、縦方向に間隔をあけて配置されており、コイル１３０の長手方向に沿って複数の間隙２５５を設ける。充填物冷却手段１６は、複数のチューブセクション２５６、２５８、２６０、２６２および２６４を備えており、その各々がらせん経路をたどる。チューブセクション２５６の上部は、その上端にガス状冷却液が通る入口２６２を備える。このチューブセクション２５６は、出口２６４で終端をなし、そこからガス状冷却液がその供給地点に戻る。第２のチューブセクション２５８は、前記出口２６４に隣接するガス状冷却液の入口２６６を備えており、下方出口２６８で終端をなす。残りのチューブセクション２６０、２６２および２６４に関しては、同様の独立した回路が設けられているため、詳細に記載しない。この装置を組立てる場合は、チューブセクション２５６〜２６４を、誘導コイルの長手方向に沿って誘導コイル１３０の隣接するターン２５５の間に配置して、５つの独立して操作可能な冷却回路（処理領域の長手方向に沿って冷却制御をより柔軟に行う）を備えるジャケットと電磁場誘導手段（乱流および振動をもたらす）を提供する。チューブセクション２５６〜２６４の各々は、円周方向に間隔をあけて内部に向けられた孔２７０（そのうちのほんの少数を本図表の図９に示す）を備えており、ガス状冷却液を処理領域１２、１２．１および１２．２の中に向ける。チューブセクション２５６〜２６４は、誘導コイル１３０に配置される場合に、誘導コイル１３０の隣接する部分に対してチューブセクション２５６〜２６４のターンの上部および下部をろう付けすることによって、誘導コイル１３０に固定される。

使用するときは、本図面の図１に示す開始位置にある場合に、座部１８０を支持面６５の上に置くように支持台２００をアーム４８の上に配置して、フィンガー６３を内側に動かして支持台２００の下部１５８に係合するように、制御部を介して把持手段６０を作動する。容器１４は、突出するヘッド１８２およびリング１６２によって形成される座部１８４内に容器１４の下部が受容されるように、支持台２００の上に配置される。

溶融合金は、その合金の溶融温度より約１５℃〜５０℃高い温度まで過熱して、室温に維持されている容器１４に注入する。容器１４は、溶解しにくい溶剤で覆われているため、この容器の壁部が溶融物質でぬれることがなく、処理の完了後に、容器１４から半固体の合金またはスラリーを容易に排出することができる。

容器１４に溶融合金を充填して、矢印５８で示される方向に（図４を参照して上述のとおり）ショートストロークに沿って（シリンダ４６の作動によって）アーム４８を動かすために駆動部３１を作動させる。その結果、容器１４は、その開始位置から容器１４の先頭端部がトレイアセンブリ８２と水平になる位置まで直線経路２６に沿って移動する。その後、容器１４は、ロングストロークに沿って（シリンダ４０の作動によって）移動することで、処理領域１２内に前進する。この処理の間、支持装置７０のシリンダ９６はタング１００が退避位置にあるように作動するため、容器１４は孔９２および１２０を通って環状の間隙１５１が凹部８６と一致してフィンガー６３が溝９２．１に受容される位置まで到達することができる。いったん容器１４が配置されると、上述のとおりシリンダ９６はフォーク部材１０６を環状の間隙１５１の中に突出させるように作動し、支持台２００の支持面１６６はフォーク部材１０６の上に載置され、弓形の側壁１０８は胴部１５０部分のまわりにぴったり適合する。次いで、容器１４はフォーク部材１０６で支持されたままで、把持手段６０を解放し、アーム４８を開始位置まで戻すことによって、駆動部３１が作動される。

誘導コイル１３０が作動されて、乱流を誘発し溶融充填物に振動場を形成する。それと同時に、処理領域１２に所要の冷却を供給して第１の結晶核生成サイクルを提供するために、ノズル１３４を通る気流を規制する。典型的には、容器の長手方向に沿った充填物は約±３℃の変動で均一に冷却される。

第１処理領域１２において所望の時間を経過した後、溶融金属の後続する支持台２００および容器１４が、ショートストロークに沿って第１処理領域１２に向かって前進し（上述のとおり）、容器１４の最上端が処理領域１２に配置された支持台２００の座部１８０に接触する。これで後続の容器１４が処理領域１２にある容器１４を支持するので、シリンダ９６はタング１００を退避させるために作動して、フォーク部材１０６が通路を開放する。次いで、後続の容器１４は、ロングストロークに沿って移動することにより、第１処理領域１２内に強制的に入れられる。この新たな充填物は、もともと処理領域１２にあった容器１４に接触して、この容器１４を次の処理領域１２．１に移動させる。処理領域１２．１では、ここで第１処理領域１２に配置された新たな容器１４の先端部の上に置かれている座部１８０によって、もともとあった容器１４を適所に支持する。後続の充填物は、同じ方法で処理領域１２の中に導入されて、処理領域１２．１にある充填物１４を処理領域１２．２の中に前進させて、同様に処理領域１２にある容器１４を処理領域１２．１に前進させる。次の容器１４が回収されているときは、処理領域１２、１２．１および１２．２にある積み重なった容器は、最下部の容器１４を支持するフォーク部材１０６によって支持される。

処理領域１２．２において所要時間が経過した後、検知ヘッド１５４を最上部の容器１４の上部開口部内へ挿入することによって、温度計測を行う。この検知ヘッド１５４は、前記要素１４８および１５２の作動によって所定の位置へ、および所定の位置外へ操作される。第２処理領域１２．１および第３処理領域１２．２は、結晶核生成プロセスを制限して所望の半固体温度および微細構造を得るために、さらなる攪拌および制御冷却処理を含む。

このプロセスは、新たな容器１４を第１処理領域１２．１に送り込むことにより継続され、これによって、列状をなす容器１４の各々を一つずつ上部へ進めて、最上部の容器１４を装置１０から排出する。排出する直前に温度を計測することにより、処理領域１２．２からサンプルを取り出して、処理領域１２．２から出た時点で所望の温度を得るために冷却速度の調整に役立てることができる。

容器１４を処理領域１２．２から排出した後、手動か自動化された装置かのどちらかによって、容器１４を高圧ダイカスト（ＨＰＤＣ）マシンのショットスリーブまで移して、さらに半固体状態に形成する。

以下の表１では、装置１０を通しての種々の容器またはカップの連続した前進およびその回数の内訳を示す。

次に、本発明の装置１０および方法を用いた実施例を説明する。本装置１０および方法では、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金および亜鉛合金などの軽合金に対して特定の用途を提供する。

［実施例１］
アルミニウム‐シリコン合金Ａ３５６を溶融炉で７２０℃〜７８０℃の温度で溶融した後、保持炉に移す。保護ガスを溶融金属の表面に供給し所望の量の液体合金を容器に注入することができるドージング炉を用いた。注入している間の合金の温度変化は、所望の温度の±１℃〜２℃の範囲内で制御される。注入温度は、６２９℃〜６３１℃であった。この温度の液体金属を容器１４の壁部に注入し、垂直軸に対して約３０°〜４０°傾斜する。液体合金を有する第１容器１４は、手動または６軸ロボットによって支持面６５まで搬送して支持台２００の上に配置し、駆動部３１によって第１処理領域１２．１に移送される。第１容器が処理領域１２．２に位置されるように、約１分間隔で、第２および第３容器１４を装置内に導入する。次いで必要に応じて、半固体スラリーの最終温度分布を達成するために温度検知手段１４０が使用され、最終温度の計測および冷却速度の調整が行われる。後続の容器は、追加の容器１４を加えることによって排出される。排出された容器は、ロボットによる、または手動による鋳造の準備が整っていて、ダイカストマシンのショットスリーブに排出される。

走査型光学顕微鏡を通して見られる本実施例による合金の微細構造の写真を下の表に示す。一次アルミニウム結晶（Ａ）は、樹状結晶の存在しないアルミニウム−シリコン−マグネシウムの共融混合物（Ｂ）に散在される。

倍率 ：９０ｘ
平均粒径：６７μｍ
形状係数：１．３７

本出願人は、全体状況すなわち処理領域１２、１２．１および１２．２を垂直に整列させること、と容器１４を直線経路２６に沿って前進させることによって、本出願人が認識しているより複雑で扱いにくい装置に付きまとう、比較的大きな床面積を使用する問題が軽減されることが本発明の利点であると確信している。したがって、このような装置の資本コストは比較的低いことが期待される。処理領域１２、１２．１および１２．２を通じて前記容器１４を縦につないで、端と端とを接して、または順次前進させて、それと共に処理領域の各々において同時に制御冷却および攪拌を行うことにより、小型の装置で簡易な方法を提供する。この小型の装置は、本出願人が認識している装置および処理と比較して、高圧ダイカストマシンにおける処理に所要の微細構造および所要の半固体温度を得るために、レオキャスト処理に典型的な所要の厳格な処理制御を提供することができる。冷却の“ジャケット”を備える円形の筒状通路は、充填物を通じて比較的一定の温度分布を提供する。また、本出願人が認識している装置および方法と比較すると、同時冷却および攪拌では比較的短い処理を提供しており、半固体金属の構造的特性を改善していると本出願人は確信している。また、端と端とをつないで積み重ねることで、処理の間、比較的閉ざされた環境を提供することによって酸化の問題を多少なりとも解消していると本出願人は確信している。本装置および方法は、既存のＳＳＭチクソキャストＨＰＤＣマシンとの連携に容易に役立つものであり、ＳＳＭ技術を採用する機会または比較的低い投資コストでチクソキャストからレオキャスト処理に切り替える機会を与えることを、本出願人は確信している。本装置および方法は、装置に対する修正を最小限にして、処理、合金の必要条件および回路時間にあわせて処理領域の数を変更してもよい点で融通がきく。さらに、本装置は空間効率が良く洗練された設計なので、ビレットの処理のために装置を７．５ｋｇ超過して作ることが可能である。出願人が認識している装置は、その設計の性質によってもたらされる経済的制約のために、このサイズでは適さない。

本発明による装置の３次元概略図を示す。 図１に示す装置の一部を形成する支持装置の３次元図を示す。 図２に示す支持装置の分解組立図を示す。 図３においてＸ方向から見たときの図１に示す装置の一部の概略的な操作を示す。 図１に示す装置の一部を形成する充填装置の一部の３次元概略詳細図を示す。 図１に示す装置の一部を形成する充填装置の別の部分を詳細な側面図で示す。 図５に示す充填装置一部を３次元図で示す。 本装置で使用される充填容器の３次元図を示す。 図１に示す装置の一部を形成する温度検知手段の詳細な３次元概略図を示す。 図１に示す装置の一部を形成する電磁場誘導手段および充填物冷却手段の３次元図を示す。

Claims (17)

1. 最終製品の形成時に使用される半固体合金を製造する方法であって、
   ＡＣ誘導コイルおよび充填物冷却手段によって画定される処理領域を設けることと、
   含有溶融金属の充填物を、前記処理領域と整列する開始位置から直線経路に沿って移動させることで前記処理領域の中に導入することと、
   前記充填物に、前記処理領域において電磁誘導された力場と制御された冷却を同時にかけることと、
   後続の充填物を前記直線経路に沿って前記処理領域に強制的に取り込むことにより、前記処理された充填物を前記処理領域から移動させることと
   を含み、前記力場が前記誘導コイルに６０ヘルツ〜３００００ヘルツの周波数で１００アンペア〜１２０００アンペアの範囲の電流を供給することで誘導され、それによって冷却中に前記充填物に乱流および振動を誘発するのに十分な力場強度が提供されるよようにした、方法。
2. 前記充填物は、前記処理領域から当該処理領域と直列に配置されて整列されている少なくとも１つのさらなる処理領域に移動される、請求項１に記載の方法。
3. 後続の充填物を前記直線経路に沿って前記処理領域の第１番目に連続的に導入することによって、前記処理領域を占有する前もって導入された充填物を少なくとも１つのさらなる処理領域を通じて段階的または順次送る方法で前記処理領域の最後から排出するまで強制的に送り出すことを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記充填物を前記直線経路に沿って垂直方向に前記処理領域の第１番目に強制的に送り込み、積み重った垂直に整列された充填物を提供する請求項３に記載の方法。
5. 前記充填物を上方の第１処理領域の中へ導入する場合において、固定位置で第１処理領域を占有する充填物を支持し、新たな充填物の第１処理領域への導入に伴って前記支持を解放し、前記新たな充填物は、初期に前記充填物を第１処理領域で支持し、進められる際には前記充填物を上方の次の処理領域へと移動させることを可能にするようにしたことを、さらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記合金の溶融充填物から半固体合金を製造する装置であって、
   充填容器を受容可能な処理領域と、
   前記容器が前記処理領域に配置されている場合に充填物を冷却する充填物冷却手段と、
   前記処理領域に配置された場合に、充填物に電磁力場を誘導し、使用時は１００アンペア〜１２０００アンペアの電流が６０ヘルツ〜３００００ヘルツの周波数で供給されることにより冷却中は樹状結晶を形成する代わりに一次球状結晶の形成を促進するように十分な強度の力場を誘導する、ＡＣ誘導コイル形状の電磁力場誘導手段と、
   前記処理領域と整列された開始位置に前記充填容器を支持するための支持手段、および、この開始位置から直線経路に沿って前記処理領域の中に前記充填容器を移動させる移動手段を有する充填装置であって、前記処理領域は後続の充填容器を前記直線経路に沿って当該処理領域に強制的に送り込むことによって、処理後に前記充填容器を当該処理領域から移動させることができるように構成される前記充填装置と、
   を含む装置。
7. 前記充填物冷却手段および前記電磁場誘導手段は、前記処理領域を画定すると共に、前記充填容器を受容する縦方向に延在する端部開放型の通路を設けるように構成される、請求項６に記載の装置。
8. 前記通路は垂直に延在する請求項７に記載の装置。
9. 後続の充填容器が導入されると同時に前記充填容器を解放して、当該充填容器を後続の充填容器によって支持できるようにし、後続の充填容器が前記処理領域に前進すると前記処理領域から前記充填容器を移動できるように構成される、前記処理領域に充填容器を支持するための支持装置を含む、請求項８に記載の装置。
10. 前記支持装置は、前記処理領域から離れる退避位置と、前記処理領域まで伸長して前記処理領域に配置される前記充填容器を支持する伸張位置との間を移動するよう取り付けられる保持要素を備える、請求項９に記載の装置。
11. 前記保持要素は、伸張位置の場合に、相補的な係合形成部と係合する係合形成部で構成される、請求項１０に記載の装置。
12. 前記処理領域の通路と隣接し整列されている、さらなる縦方向に延在する通路を設けるように構成された電磁場誘導手段および充填物冷却手段を有する少なくとも１つのさらなる処理領域を含む、請求項７または１１に記載の装置。
13. 前記支持手段は、使用する場合に前記充填容器を支持する充填物支持台と、前記支持台を解放可能に把持する解放可能な把持手段とを含む、請求項６〜１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記充填物冷却手段は、らせん経路に従って、誘導コイルの隣接するターンの間に配置される複数の独立して操作可能なチューブセクションを含む、請求項６〜１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記チューブセクションが誘導コイルの隣接するターンに固定されている、請求項１４に記載の装置。
16. 明細書に記載および例示される方法に実質的に同様の新規の方法。
17. 明細書に記載および例示される装置に実質的に同様の新規の装置。

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