JP3167854B2 - アルミニウム合金の加圧鋳造方法および加圧鋳造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加圧鋳造方法および加
圧鋳造装置に関し、さらに詳しくは、引け巣欠陥や、塑
性変形組織、偏析組織などの欠陥の発生を防止した加圧
鋳造方法および加圧鋳造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、部品や製品、装置などの軽量化に
対するニーズが高まり、それら部品等をアルミニウム合
金で作製することが種々提案されている。その中でも、
製造費がやすく低コストで部品の作製ができることか
ら、アルミニウム合金の鋳造方法が、種々開発実用化さ
れつつある。しかしながら、従来のアルミニウム合金の
鋳造方法は、鋳物内部に溶湯充填時の気泡の巻き込みに
よる気泡巣や凝固収縮による引け巣が発生するために鋳
物強度が低下するという問題を有していた。

【０００３】そこで、この従来技術の問題を解決する方
法として、ダイカスト金型の型孔内を減圧状態に保ちつ
つ加圧注湯を行った後、溶湯が凝固する前にクランク軸
保持部位であるベアリング・キャップ取着用螺子孔形成
部に対し、加圧体を用いて二次加圧力を作用させように
した「Ａｌ合金製シリンダブロックの鋳造方法」（特開
昭６３−１６８４８号公報）が提案されている。この鋳
造方法により、鋳巣の発生量を抑えることができ、ま
た、ベアリング・キャップ取着用螺子孔形成部に対し、
二次加圧力を作用させることにより、該ベアリング・キ
ャップ取着用螺子孔形成部を含めてクランク軸支承面部
の結晶組織を均一・微細化し、しかも健全化して、シリ
ンダブロックの強度向上を図ることができるとしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この特
開昭６３−１６８４８号公報に記載の鋳造方法は、加圧
ピンが鋳物表面部にあり、加圧ピンを通して鋳物の熱量
が奪われるために、加圧ピン部から凝固が進み、鋳物
中心部の引け巣を押しつぶす過程で加圧ピン近傍の凝固
組織を塑性変形させたり、かなり凝固が進んだ部位か
ら引け巣に溶湯を補給しなければならないために、加圧
ピン近傍の凝固層から引け巣に向かって残存液相を絞り
出した偏析の発生が見られるという問題を有している。
特に、これらの塑性変形した組織や偏析は、鋳物強度を
低下させるので、設計仕様の製品を得ることが難しいと
いう問題を有していた。

【０００５】そこで、本発明者らは、上述の如き従来技
術の問題点を解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実験
を重ねた結果、本発明を成すに至ったものである。

【０００６】（発明の目的）本発明の目的は、偏析又は
／及び塑性変形組織の発生がない健全なアルミニウム合
金鋳物を製造する加圧鋳造方法および加圧鋳造装置を提
供するにある。

【０００７】本発明者らは、上述の従来技術の問題に対
して、以下のことに着眼した。すなわち、液相が固相を
巻き込みながら流動し、有効に溶湯を引け巣部に補給で
きる固相率を明らかにすることができれば、この固相率
に達するまでに加圧を終了することにより塑性変形、偏
析が生じない鋳物を得ることができることに着目した。
また、鋳造欠陥になり、溶湯補給していなければならな
い引け巣発生部の固相率を明らかにすれば、この固相率
まで溶湯補給することにより引け巣を防止することがで
きることに着目した。そこで、これらを実現するため、
加圧ピン周辺部の固相率を制御することにより前記不具
合を解決できることに着眼し、本発明をなすに至った。

【０００８】

【課題を解決するための手段】（第１発明の構成） 本発明のアルミニウム合金の加圧鋳造方法は、アルミニ
ウム合金の溶湯を鋳型内に注湯してアルミニウム合金鋳
物とするアルミニウム合金の加圧鋳造方法において、加
圧ピン周辺部の固相率を、加圧ピンを加熱することなし
に，肉厚部の加圧ピンに対向する部分の肉厚中心部の固
相率が最終固相率となるまで０．９以下にしてなること
を特徴とする。

【０００９】（第２発明の構成） 本発明のアルミニウム合金の加圧鋳造装置は、アルミニ
ウム合金鋳造用の鋳型と，該鋳型にアルミニウム合金溶
湯を注湯する溶湯供給手段と，鋳型内の溶湯を加圧する
溶湯加圧手段と，を有するアルミニウム合金の加圧鋳造
装置において、該装置が、鋳型内に注湯された溶湯の加
圧ピン周辺部の固相率を，加圧ピンを加熱することなし
に，肉厚部の加圧ピンに対向する部分の肉厚中心部の固
相率が最終固相率となるまで０．９以下に調整する固相
率調整手段を具備してなり、アルミニウム合金鋳物内の
偏析組織及び／又は塑性変形組織の発生を防止したこと
を特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明のアルミニウム合金の加圧鋳造方法およ
び加圧鋳造装置が優れた効果を発揮するメカニズムにつ
いては、未だ必ずしも明らかではないが、次のように考
えられる。

【００１１】（第１発明の作用） 本第１発明のアルミニウム合金の加圧鋳造方法において
は、アルミニウム合金の溶湯を鋳型内に注湯してアルミ
ニウム合金鋳物とするアルミニウム合金の加圧鋳造方法
において、加圧ピン周辺部の固相率を、引け巣発生部
（肉厚部の加圧ピンに対向する部分の肉厚中心部）の固
相率が最終固相率（固相率1.0、すなわち凝固完了時）
となるまで０．９以下にしてなる。これにより、加圧ピ
ン部の溶湯中の液相が固相を巻き込みながら引け巣発生
部に向かって流れるために、効率よく溶湯を引け巣部に
補給することができる。以上のようにすることにより、
加圧ピン部周辺に塑性変形組織や偏析をおこさず、溶湯
を引け巣部に補給することができる。これより、偏析又
は／及び塑性変形組織の発生がない健全なアルミニウム
合金鋳物を製造することができるものと考えられる。

【００１２】（第２発明の作用） 本発明のアルミニウム合金の加圧鋳造装置は、アルミニ
ウム合金鋳造用の鋳型と、溶湯供給手段と、溶湯加圧手
段と、固相率調整手段とを具備してなる。この装置を用
いて鋳造を行うと、先ず、上記アルミニウム合金溶湯
を、溶湯供給手段に注湯する。次に、溶湯供給手段によ
り、前記溶湯を製品キャビティ内に充填する。次いで、
溶湯加圧手段により所定の圧力で加圧し、そのままの状
態で所定時間保持し、その後鋳型を開放して鋳物を取出
して鋳造が終了する。このとき、前記固相率調整手段に
より、鋳型内に注湯された溶湯の加圧ピン周辺部の固相
率を、引け巣発生部（肉厚部の加圧ピンに対向する部分
の肉厚中心部）の固相率が最終固相率となるまで０．９
以下に調整してなる。これにより、加圧ピン部の溶湯中
の液相が固相を巻き込みながら引け巣発生部に向かって
流れるために、効率よく溶湯を引け巣部に補給すること
ができる。以上のようにすることにより、加圧ピン部周
辺に塑性変形組織や偏析をおこさず、溶湯を引け巣部に
補給することができる。これより、偏析又は／及び塑性
変形組織の発生がない健全なアルミニウム合金鋳物を製
造することができるものと考えられる。

【００１３】

【発明の効果】

（第１発明の効果）本第１発明の加圧鋳造方法により、
偏析または／および塑性変形組織の発生がない健全なア
ルミニウム合金鋳物を製造することができる。

【００１４】（第２発明の効果）本第２発明の加圧鋳造
装置により、偏析または／および塑性変形組織の発生が
ない健全なアルミニウム合金鋳物を製造することができ
る。

【００１５】

【実施例】先ず、上記第１発明のアルミニウム合金の加
圧鋳造方法および第２発明のアルミニウム合金の加圧鋳
造装置について、さらに具体的にした発明（その他の発
明）について説明する。

【００１６】（その他の発明の説明）本発明のアルミニ
ウム合金の加圧鋳造方法および装置において、対象とす
る溶湯はアルミニウム合金溶湯であるが、該アルミニウ
ム合金のＳｉ含有量が２５重量％以下の溶湯であること
が好ましい。該範囲のＳｉ量の場合、本発明の方法によ
り引け巣を防止することが可能で、かつ塑性変形組織の
発生がない健全なアルミニウム合金鋳物を製造すること
ができる。

【００１７】本発明の加圧鋳造方法および装置におい
て、加圧により引け巣発生部への溶湯補給を可能にし、
引け巣発生防止と偏析および塑性変形組織がともに無い
鋳物（鋳造品）を得るためには、以下の条件が好適であ
る。 Ａ．溶湯が亜共晶アルミニウム合金（初晶Ａｌ量が７０
体積％以上のＡｌ合金）の場合・・・加圧ピン周辺部の
固相率を、引け巣発生部の固相率が最終固相率となるま
で０．６以下の範囲でなるようにした状態で、加圧を行
う。 Ｂ．溶湯が共晶および過共晶アルミニウム合金（初晶Ａ
ｌ量が７０重量％体積のＡｌ合金）の場合・・・加圧ピ
ン周辺部の固相率を、引け巣発生部の固相率が最終固相
率となるまで０．８以下の範囲でなるようにした状態
で、加圧を行う。

【００１８】また、本発明の加圧鋳造方法および装置に
おいて、加圧により引け巣発生部への溶湯補給を可能に
し、引け巣発生防止と塑性変形組織が無い鋳物（鋳造
品）を得るためには、以下の条件が好適である。 Ａ．溶湯が亜共晶アルミニウム合金の場合・・・加圧ピ
ン周辺部の固相率を、引け巣発生部の固相率が最終固相
率となるまで０．７以下の範囲でなるようにした状態
で、加圧を行う。 Ｂ．溶湯が共晶および過共晶アルミニウム合金の場合・
・・加圧ピン周辺部の固相率を、引け巣発生部の固相率
が最終固相率となるまで０．９以下の範囲でなるように
した状態で、加圧を行う。

【００１９】本発明の加圧鋳造装置において、固相率調
整手段は、鋳型内に注湯された溶湯の加圧ピン４周辺部
の固相率を、引け巣発生部の固相率が最終固相率となる
まで所定の範囲になるように調整する手段である。具体
的には、 (１) 熱伝導率調整手段・・・製品キャビティの周辺部
の部材の熱伝導率を調整することによって、引け巣発生
部の固相率が最終固相率となるまで、鋳型内に注湯され
た溶湯の加圧ピン周辺部の固相率を所定の範囲になるよ
うに調整する手段であり、以下の二つの手段が挙げられ
る。 第１の熱伝導率調整手段・・・製品キャビティの肉厚
部の溶湯加圧手段側の該キャビティ周辺部に設けられ
た、低熱伝導率部材からなる熱伝導率調整手段である。
例えば、セラミックス材料などの低熱伝導率部材で作製
した加圧ピンなどである。 第２の熱伝導率調整手段・・・製品キャビティの肉厚
部の溶湯加圧手段に対向する側の該キャビティ周辺部に
設けられた、高熱伝導率部材からなる熱伝導率調整手段
である。例えば、該周辺部に入れ子を設け、銅などの高
熱伝導率材料からなる部材を各種用意し、熱伝導率を適
宜調整することができる。

【００２０】(２) 冷却手段・・・製品キャビティの周
辺部を強制的に冷却することにより、引け巣発生部の固
相率が最終固相率となるまで所定の範囲になるように調
整する手段である。例えば、製品キャビティの肉厚部の
溶湯加圧手段に対向する側のキャビティ周辺部の温度勾
配を調整する冷却手段である。例えば、該部を冷却可能
となるような冷却水導入孔を設け、該部に導入する冷却
水の流量をコンピュータにより調整／制御する冷却水流
量制御手段が挙げられる。

【００２１】以上のように、熱伝導率調整手段および／
または冷却手段などの固相率調整手段により、製品キャ
ビティ周辺部の温度状態を調整し、該部に好適な温度勾
配を形成することにより、鋳型内に注湯された溶湯の加
圧ピン４周辺部の固相率を、引け巣発生部の固相率が最
終固相率となるまで所定の範囲になるように調整するこ
とができる。

【００２２】次に、本発明の加圧鋳造方法および装置に
おいて、熱伝導率調整手段の熱伝導率や材質、形状、大
きさなど、冷却手段の具体的手段や形状、構造、冷却能
力、冷却制御方法など、さらに加圧時間などの、固相率
制御に関連する要素の決定方法について、その好適な一
例を説明する。

【００２３】例えば、第１の熱伝導率調整手段としての
加圧ピンの熱伝導率を決定する好適な一例は以下のよう
である。すなわち、金型から鋳物、加圧ピン方向の一次
元で考え、厚肉部の加圧ピンに対向する部分の肉厚中心
部（鋳物中央部）が最終凝固部と仮定し、ダイカスト鋳
物の凝固時間を標準的と考えられる１（s）とすると、
ｋ：金型の熱伝導率（cal／cm・s ・ ℃）、ｋ_ｐ：加圧ピ
ンの熱伝導率（cal／cm・s ・ ℃）、ｔk ：金型の長さ（c
m）、ｔ_ｐ：加圧ピンの長さ（cm）、ｔ_ｍ ：鋳物肉厚の
長さ（cm）、Ｔ_ｏ：雰囲気温度（℃）、Ｔ_ｍ ：注湯温
度（℃）、Ｑ（１.0）：鋳物中央部で使用した合金が凝
固するまでに放出する単位長さ当たりの熱量（cal／c
m）、Ｑ（ｘ）：鋳物端部（加圧ピン側）で表１に示す
固相率ｘになるまでに放出した単位長さ当たりの熱量
（cal／cm）としたときに、 (a) 金型からの単位長さ当たりの熱移動量（熱量の勾
配） ｑ_１ ＝−ｋ（Ｔ_ｏ −Ｔ_ｍ ）／ｔ_ｋ ・・・ (1) (b) 加圧ピンからの単位長さ当たりの熱移動量（熱量の
勾配） ｑ_２ ＝−ｋ_ｐ（Ｔ_ｏ −Ｔ_ｍ ）／ｔ_ｐ ・・・ (2) (c) 鋳物内の必要熱量差（1ｓで溶湯の加圧ピン周辺部
の固相率を所定の範囲になるために必要な熱量の勾配： ｑ_ｍ ＝２×（Ｑ（１.0）−Ｑ（ｘ））／ｔ_ｍ ・・・ (3) 従って、ｑ_ｍ≧ｑ_１ −ｑ_２ ・・・ (4) を満足するた
めには、 ｋ_ｐ ≦ｔ_p ×（ｋ（Ｔ_ｍ −Ｔ_ｏ ）／ｔ_ｋ −２×（Ｑ（１.0）−Ｑ（ｘ） ）／ｔ_ｍ ）／（Ｔ_ｍ −Ｔ_ｏ ） ・・ ・ (5) を満足する熱伝導率ｋ_ｐ の加圧ピンを用いる。すなわ
ち、上記(1)式は金型側鋳物端部からの熱量の勾配を、
（2）式は加圧ピン側鋳物端部からの熱量の勾配を表し
ており、鋳物内の仮想の熱量の勾配としてq _１ −q _２ とし
た。一方、鋳物中央部が最終凝固部である仮定すると、
鋳物中央部で最終固相率1.0のとき鋳物端部（加圧ピン
側）では固相率ｘ以下である。そのためには、 (3)式 で
表される熱量の勾配（中央部の発熱量と端部発熱量を距
離1/2ｔ _ｍ で除した値）と仮の勾配q _１ −q _２ が（4）式を
満足することにより、即ち熱伝導率調整手段として(5)
式を満足する熱膨張率ｋpを有する加圧ピンを用いるこ
とにより、偏析又は／及び塑性変形組織の発生がない健
全なアルミニウム合金鋳物を製造することができる。

【００２４】

【表１】

【００２５】すなわち、本発明の加圧鋳造方法の好適な
一例としては、上記(5) 式を満足する熱伝導率を有する
加圧ピンを有する鋳造装置を用いて、所定の固相率にな
った時刻で加圧を終了する鋳造方法である。従来は、加
圧可能な固相率範囲が分からないため、加圧ピン周辺部
の凝固が進行しても加圧していたために、加圧ピン周辺
部に塑性変形した組織が生じていた。しかし、従来は鋳
物の品質に対する要求水準がそれほど高くななかったた
め、あるいは問題部分を除去して製品としていたため問
題とならなかった。一方、加圧ピンの周辺部は、中央部
の凝固が終了するまで、完全液相（固相率：０.0）にす
る必要があると考えられ、製品キャビティの周辺部に本
発明のような温度勾配を持たせることが実用では不可能
とされていた。これに対し、本発明により、例えば上記
方法および装置により、加圧により引け巣発生部への溶
湯補給を可能にし、引け巣発生防止と塑性変形組織が無
い鋳物（鋳造品）を得ることを可能とした。すなわち、
従来の鉄系金属からなる加圧ピンを用いた場合には、偏
析、塑性変形した組織を呈し、機械的強度の低下が生じ
ていた。これに対し、加圧ピンを従来の鉄系金属に代え
て上記好適な加圧ピンを用いることにより、これら問題
を解決することができた。

【００２６】また、第２の熱伝導率調整手段の熱伝導率
に導くための冷却量、および／または冷却手段の冷却量
ｑ_k を決定する好適な一例は以下のようである。すなわ
ち、ｋ：金型の熱伝導率、ｋ_p ：加圧ピンの熱伝導率、
ｔ_k ：金型の長さ、ｔ_p ：加圧ピンの長さ、ｔ_m ：鋳物
肉厚の長さ、Ｔ_o ：雰囲気温度、Ｔ_m ：注湯温度、Ｑ
（１.0）：使用した合金の総潜熱量、Ｑ（ｘ）：表１に
示す固相率ｘになるまでに放出した潜熱量、としたとき
に、 ｑ_k ≧２×（Ｑ（１.0）−Ｑ（ｘ））／ｔ_m −ｋ（Ｔ_m −Ｔ_o ）／ｔ_k ・・・ (6) を満足する冷却量ｑ_k を達成する冷却手段、及び／又は
第２の熱伝導率調整手段を採用する。

【００２７】すなわち、本発明の加圧鋳造方法の好適な
一例としては、冷却手段、及び／又は第２の熱伝導率調
整手段を有する鋳造装置を用いて、上記(6) 式を満足す
る冷却量に制御してなる加圧鋳造方法または加圧鋳造装
置。

【００２８】本発明の加圧鋳造方法および加圧鋳造装置
により、偏析または／および塑性変形組織の発生がない
健全なアルミニウム合金鋳物を製造することができる。
また、固相を巻き込みながら引け巣部に溶湯を補給する
ために、鋳物部位による合金成分が異なるなどの問題が
生じない。また、固相を塑性変形させるほど大きな油圧
力は必要とせず、射出圧力より若干大きな圧力でよいと
いう利点を有する。

【００２９】以下に、上記発明の実施例について説明す
る。

【００３０】（第１実施例〜第３実施例の加圧鋳造装置
の説明）

【００３１】第１実施例〜第３実施例において用いたア
ルミニウム合金の加圧鋳造装置を、図１を用いて説明す
る。本鋳造装置１は、金型２と、射出プランジャ３と、
加圧ピン４と、固相率調整手段５とからなる。

【００３２】金型２は、第１の型２１と，第２の型２２
とからなり、Ｏリング（図示せず）により密閉可能にな
っており、該金型によって製品キャビティ２３が形成さ
れる。なお、第１の型２１と第２の型２２との密閉手段
（方法）としては、上記のＯリングのほかに、油圧を利
用した密閉方法など周知の方法を採用することができ
る。

【００３３】射出プランジャ３は、溶湯を供給及び／又
は補給するための手段であり、プランジャチップ３１と
プランジャロッド３２と射出プランジャ駆動手段（図示
せず）とからなる。

【００３４】加圧ピン４は、溶湯を加圧するための手段
であり、製品キャビティ２３の厚肉部に対応する部分に
設けられ、加圧ピンチップ４１と加圧ピンロッド４２と
加圧ピン駆動手段（図示せず）とからなる。本実施例に
おいては、該加圧ピンは従来と同様に鉄系材料で作製さ
れたものを用いた。

【００３５】固相率調整手段５は、鋳型内に注湯された
溶湯の加圧ピン４周辺部の固相率を、引け巣発生部の固
相率が最終固相率となるまで所定の範囲になるように調
整する手段であり、第１の熱伝導率調整手段５１と第２
の熱伝導率調整手段５２と冷却手段５３とからなる。

【００３６】第１の熱伝導率調整手段５１は、加圧ピン
４の加圧ピンチップ４１を、従来の鉄系材料に代えて低
熱伝導率材料からなる加圧ピンチップ５１１を採用し
た。

【００３７】第２の熱伝導率調整手段５２は、第１の型
２１の製品キャビティ２３に近接した位置であって、製
品キャビティ２３の厚肉部の加圧ピン４に対向する位置
に設けられており、入れ子５２１からなる。該入れ子５
２１は、所望の高熱伝導率を有する材料を配設し、適宜
交換して該部の熱伝導率を調整できるようになってい
る。初期には、金型と同一の材質からなる部材が配設し
てある。

【００３８】冷却手段５３は、第１の型２１の該部から
入れ子５２１のキャビティ２３と反対側の背部近傍まで
設けられた冷却水導入穴５３１と、該冷却水導入穴５３
１に導入出される冷却水の流量をコンピュータにより調
整／制御する冷却水流量制御手段（図示せず）からな
り、製品キャビティ２３の厚肉部の温度勾配を所望の状
態に形成する（温度勾配形成手段）。初期には、冷却水
導入穴５３１に、該部を埋設するように金型と同一の材
質からなる部材が配設してある。

【００３９】（第１実施例）本実施例では、固相率調整
手段５として、第１の熱伝導率調整手段５１のみを採用
した。なお、該手段は、ジルコニア製の加圧ピンチップ
５１１からなり、熱伝導率が６×１０^-3cal/cm・sec ・
deg で、これは、式(5) のｘ（加圧ピン周辺部の調整固
相率）＝0.６を満足させる熱伝導率である。また、本実
施例で用いた溶湯は、ＡＣ４Ｃ合金（Ａｌ−６.86 ％Ｓ
ｉ−0.５８％Ｍｇ−0.０６％Ｃｕ）の亜共晶アルミニウ
ム合金である。

【００４０】先ず、凝固解析により、加圧ピン部４３が
所定の固相率となる時間を求めた。すなわち、本鋳物の
肉厚における凝固は、加圧ピン反対側が優先的に進む。
そして、溶湯充填が完了してから５sec 経過した後、加
圧ピン周辺部の固相率は0.７となる。この時の、引け巣
発生部である肉厚中心部の固相率は0.９９とほぼ凝固終
了していた。さらに、加圧ピン先端を熱伝導率の小さい
材料（熱伝導率：１.5・１０^-3）に変更し、同様の凝固
解析を行った。この時の凝固解析結果は、加圧ピン周辺
部の凝固がさらに遅くなり、５.5 sec後に加圧ピン周辺
部の固相率は0.６となった。この時の肉厚中心部の固相
率は0.９９であり、凝固はほぼ終了していた。また、一
般的に用いられるような加圧ピン材質を炭素鋼（熱伝導
率：0.１０３）に代えて凝固解析を行った。肉厚部の凝
固は表面部から進み、加圧ピン周辺部の固相率が１.0と
なる時間は４.5 secと早く、この時の肉厚中心部の固相
率は0.８と未凝固状態であった。また、肉厚中心部（引
け巣発生部）がほぼ凝固終了する時間は、５.5 secとな
った。

【００４１】次に、上記鋳造装置を用いて鋳造を行っ
た。先ず、上記アルミニウム合金溶湯を鉄製のスリーブ
６に注湯した。その後、射出プランジャ３を駆動させ、
２．０ｍ／ｓの速度で溶湯を鋳型の製品キャビティ２３
部に充満させた。次いで、溶湯の充填終了後、加圧ピン
４を作動させ、７００ kg/cm² で加圧し、そのままの状
態で５秒経過後加圧を終了し、鋳型を開放して鋳物を取
り出した。

【００４２】得られた鋳物の内部欠陥および塑性変形／
偏析組織発生状態の調査を、鋳物断面のミクロ組織観察
により行った。その結果を、該鋳物断面の一部拡大説明
図として図２に示す。図２より明らかのように、本実施
例の場合には、鋳物の内部には、偏析組織は発生する
が、肉厚中心部には引け巣の発生は認められなかった。
しかし、そのため、偏析による強度低下は多少あった
が、内部欠陥が発生しなかったため製品の気密性確保に
は問題がなく、得られた強度で十分な部品としては品質
が十分なものが得られたことが分かる。

【００４３】（第２実施例）上記第１実施例の加圧鋳造
装置において、加圧ピン４のスクイズピンチップ５１１
の材質をマグネシアに変更した他は、前記第１実施例の
加圧鋳造装置と同様の装置を用い、同種の溶湯を用いて
加圧時間５.5秒で同様に鋳造試験を行った。なお、マグ
ネシア製のスクイズピンチップ５１１（４１）は、熱伝
導率が１.5×１０^-3（ cal・cm^-1・ sec^-1・ deg^-1）で
あり、これは、式(5) のｘ（加圧ピン周辺部の調整固相
率）＝0.７を満足させる熱伝導率である。

【００４４】得られた鋳物の内部欠陥等の調査を、上記
第１実施例と同様にして行った。その結果を、図３に併
せて示す。図３より明らかのように、本実施例の場合に
は、鋳物の内部には、引け巣や塑性変形した組織が何ら
認められなかった。これは、本実施例では、加圧ピンの
スクイズピンチップ４１（５１１）部の材質を前記第１
実施例のものに比べより低熱伝導率部材としたことによ
り、加圧ピン周辺部の固相率の調整がより適切となって
いるためと考えられる。これにより、強度、気密性の面
から十分な品質の鋳物製品が得られたことが分かる。

【００４５】（比較例１）上記第１実施例において用い
た加圧鋳造装置において、加圧ピン先端を一般的に使用
されている材質である炭素鋼の加圧ピンチップに変更し
たほかは、上記第１実施例と同様の加圧鋳造装置および
溶湯を用いて、加圧時間５.5 secで同様の鋳造試験を行
った。なお、炭素鋼製の加圧ピンチップは、熱伝導率が
０．１０３（ cal・cm^-1・ sec^-1・ deg^-1）である。

【００４６】得られた比較用鋳物の内部欠陥等の調査
を、上記第１実施例と同様にして行った。その結果を、
図４に併せて示す。図４より明らかのように、本比較例
の場合は、引け巣などの内部欠陥は存在しないが、塑性
変形および偏析組織が存在していた。このため、塑性変
形と偏析による著しい強度低下が生じ、製品品質として
満足できるものでなかった。

【００４７】（比較例２）比較例１では塑性変形および
偏析組織が存在していたので、これら組織の不具合をな
くす目的で、比較例１に比べて加圧時期を早めて鋳造を
行った。すなわち、加圧時間を４ secで加圧ピンの移動
が完了するように加圧を行い、鋳物の作製を行った。

【００４８】得られた比較用鋳物の内部欠陥等の調査
を、上記第１実施例と同様にして行った。その結果を、
図５に併せて示す。図５より明らかのように、本比較例
の場合には、加圧ピン周辺部に２か所引け巣が発生して
いるのが確認された。これは、加圧ピン４は、液相内を
動くために、油圧ストローク分動くが、加圧効果がない
ためである。

【００４９】（比較例３） 比較例２では加圧時期が早いために、加圧ピン周辺部に
引け巣が発生しているのが確認されたので、これら不具
合をなくす目的で、比較例２とは逆に比較例１に比べて
加圧時期を遅くして鋳造を行った。すなわち、加圧開始
時間を４.5 secとし、加圧終了時間を５.5 secとして加
圧ピンを作動させた（溶湯の充填終了時点から４.5 sec
後に加圧ピンを作動させ、同５.5 sec後に加圧ピンの作
動を終了するようにした）。しかしながら、この場合
は、加圧時期を遅らせたことにより、加圧ピンが作動し
なかった。

【００５０】得られた比較用鋳物の内部欠陥等の調査
を、上記第１実施例と同様にして行った。その結果を、
図６に併せて示す。図６より明らかのように、本比較例
の場合には、上記のように加圧ピンが作動しなかったた
めに、加圧ピン周辺部の固相が晶出し、加圧ピン周辺部
に引け巣が発生しているのが確認された。

【００５１】（第３実施例）本実施例では、固相率調整
手段５として、第２の熱伝導率調整手段５２および冷却
手段５３を採用した。第２の熱伝導率調整手段５２とし
て、入れ子５２１には、高熱伝導率部材として銅合金製
の材料（熱伝導率＝0.９５３ cal／cm・sec・deg を採
用した。また、冷却手段５３は、冷却水導入穴５３１に
冷却水が導入されており、冷却水流量制御手段（図示せ
ず）により、該冷却水導入穴５３１に導入出される冷却
水の流量を調整／制御して、加圧ピン周辺部の固相率
が、引け巣発生部の固相率が最終凝固率となるまで、0.
８以下となるように制御されている。なお、本実施例で
用いた溶湯は、ＡＤＣ１０合金（Ａｌ−１０％Ｓｉ−
２.5％Ｃｕ−0.１５％Ｍｇ）の共晶アルミニウム合金で
ある。

【００５２】次に、上記加圧鋳造装置を用いて鋳造を行
った。先ず、上記アルミニウム合金溶湯を鉄製のスリー
ブ６に注湯した。その後、射出プランジャ３を駆動さ
せ、１.5ｍ／ｓの速度で溶湯を鋳型の製品キャビティ２
３部に充満させた。次いで、溶湯の充填終了後、加圧ピ
ン４を作動させ、６００ kg/cm² で加圧し、そのままの
状態で５秒経過後加圧を終了し、鋳型を開放して鋳物を
取り出した。

【００５３】得られた鋳物の内部欠陥等の調査を、上記
第１実施例と同様にして行った。その結果を、図７に併
せて示す。図７より明らかのように、本実施例の場合に
は、鋳物の内部には、偏析組織は発生するが、引け巣の
発生は認められなかった。また、塑性変形した組織も無
く、気密性が保たれるため、製品の品質としては十分な
ものが得られたことが分かる。

【００５４】（第４実施例）上記第３実施例の加圧鋳造
装置において、冷却手段５３の冷却能力を変更した他
は、前記第１実施例の加圧鋳造装置と同様の装置を用
い、同種の溶湯を用いて加圧時間５.5秒で同様に鋳造試
験を行った。なお、本冷却手段５３は、前記第３実施例
より冷却能力を高めており、加圧ピン周辺部の固相率
が、引け巣発生部の固相率が最終凝固率となるまで、0.
９以下となるように制御されている。

【００５５】得られた鋳物の内部欠陥等の調査を、上記
第１実施例と同様にして行った。その結果を、図８に併
せて示す。図８より明らかのように、本実施例の場合に
は、鋳物の内部には、引け巣や塑性変形した組織が何ら
認められなかった。これは、本実施例では、冷却手段５
２の冷却能力を高めることにより、前記第３実施例の場
合に比べ加圧ピン周辺部の固相率の調整がより適切とな
っているためと考えられる。

【００５６】（比較例４）上記第１実施例において用い
た加圧鋳造装置において、加圧ピン先端を一般的に使用
されている材質である炭素鋼の加圧ピンチップに変更
し、かつ該部に加熱ヒータを用いて加熱を施したほか
は、上記第１実施例と同様の加圧鋳造装置および溶湯を
用いて、加圧時間５.7 secで同様の鋳造試験を行った。
なお、炭素鋼製の加圧ピンチップは、熱伝導率が０．１
０３（ cal・cm^-1・ sec^-1・ deg^-1）である。加熱ヒー
タにより加熱は、加圧ピンが５００℃となるように行っ
た。図９に、加圧直前の固相率分布を示す。加圧ピンを
加熱したことにより、加圧ピン周辺部の金型が温度上昇
し、加圧ピンの周辺部の凝固も遅れていた。この鋳物の
加圧後の内部欠陥調査を行った。その結果を、図１０に
示す。同図より明らかなように、加圧ピン周辺部の凝固
が遅れていた部位がホットスポットとなり、引け巣の発
生が認められ、製品品質として満足できるものでは無か
った。

【００５７】（比較例５）上記比較例４において、加圧
ピン部の加熱により満足する製品が得られなかったの
で、加圧ピンを奥へずらし、上記比較例４と同一条件で
同様にして鋳造試験を行った。加圧開始時の加圧ピンを
加熱したことにより、高温部は図１１に示すようになっ
た。高温部の増加により、図１２に示すように引け巣が
発生し、製品品質としては満足できるものは得られなか
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例〜第３実施例において用い
たアルミニウム合金の加圧鋳造装置の概略図である。

【図２】本発明の第１実施例において得られた鋳物断面
のミクロ組織観察結果を示し、該鋳物断面の一部拡大説
明図である。

【図３】本発明の第２実施例において得られた鋳物断面
のミクロ組織観察結果を示し、該鋳物断面の一部拡大説
明図である。

【図４】比較例１において得られた比較用鋳物断面のミ
クロ組織観察結果を示し、該鋳物断面の一部拡大説明図
である。

【図５】比較例２において得られた比較用鋳物断面のミ
クロ組織観察結果を示し、該鋳物断面の一部拡大説明図
である。

【図６】比較例３において得られた比較用鋳物断面のミ
クロ組織観察結果を示し、該鋳物断面の一部拡大説明図
である。

【図７】本発明の第３実施例において得られた鋳物断面
のミクロ組織観察結果を示し、該鋳物断面の一部拡大説
明図である。

【図８】本発明の第４実施例において得られた鋳物断面
のミクロ組織観察結果を示し、該鋳物断面の一部拡大説
明図である。

【図９】比較例４において行った鋳造試験の、比較用鋳
物断面の加圧直前の固相率分布を説明する一部拡大説明
図である。

【図10】比較例４において得られた比較用鋳物断面のミ
クロ組織観察結果を示し、該鋳物断面の一部拡大説明図
である。

【図11】比較例５において行った鋳造試験の、比較用鋳
物断面の加圧直前の温度分布を説明する一部拡大説明図
である。

【図12】比較例５において得られた比較用鋳物断面のミ
クロ組織観察結果を示し、該鋳物断面の一部拡大説明図
である。

【符号の説明】

１・・・アルミニウム合金の加圧鋳造装置 ２・・・金型 ３・・・射出プランジャ ４・・・加圧ピン ５・・・固相率調整手段 ５１・・・第１の熱伝導率調整手段 ５２・・・第２の熱伝導率調整手段 ５３・・・冷却手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 慎也 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 栢原 芳郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 審査官 鈴木 正紀 (56)参考文献 特開 平７−68367（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 17/22 B22D 18/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム合金の溶湯を鋳型内に注湯
   してアルミニウム合金鋳物とするアルミニウム合金の加
   圧鋳造方法において、 加圧ピン周辺部の固相率を、加圧ピンを加熱することな
   しに，肉厚部の加圧ピンに対向する部分の肉厚中心部の
   固相率が最終固相率となるまで０．９以下にしてなるこ
   とを特徴とするアルミニウム合金の加圧鋳造方法。
2. 【請求項２】 アルミニウム合金鋳造用の鋳型と、該鋳
   型にアルミニウム合金溶湯を注湯する溶湯供給手段と、
   鋳型内の溶湯を加圧する溶湯加圧手段と、を有するアル
   ミニウム合金の加圧鋳造装置において、 該装置が、鋳型内に注湯された溶湯の加圧ピン周辺部の
   固相率を，加圧ピンを加熱することなしに，肉厚部の加
   圧ピンに対向する部分の肉厚中心部の固相率が最終固相
   率となるまで０．９以下に調整する固相率調整手段を具
   備してなり、アルミニウム合金鋳物内の偏析組織及び／
   又は塑性変形組織の発生を防止したことを特徴とするア
   ルミニウム合金の加圧鋳造装置。