JP3420711B2 - 半凝固加工における金属溶湯の攪拌方法、半凝固加工を用いた鋳造方法及び半凝固加工における金属溶湯の攪拌に用いられる容器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半凝固加工における金属
溶湯の攪拌方法、半凝固加工を利用した鋳造方法及び半
凝固加工における金属溶湯の攪拌に用いられる容器に関
し、特に半凝固加工の冷却時に金属溶湯を所定の方向に
攪拌する、攪拌方法、鋳造方法及び容器に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属を鋳造する際の加工方法として、半
凝固加工が従来より知られている。半凝固加工が行われ
ない通常のダイカストでは、溶融した金属溶湯が直接鋳
型に充填されて、製品が鋳造される。それに対して、半
凝固加工が行われるダイカストでは、金属溶湯が鋳型に
充填される前に、金属溶湯が容器に供給され容器内で冷
却を受け、金属溶湯が半凝固の状態となる。この半凝固
状態の金属が取出され鋳型に充填されて、製品が鋳造さ
れる。半凝固加工において、金属溶湯が半凝固の状態に
なってから鋳型に充填される理由は、アルミニウム合金
のように凝固収縮量が多い金属を鋳造して冷却する場合
に、金属溶湯中に「巣」と呼ばれる空隙が発生するのを
減少させるためである。

【０００３】巣の発生を更に減少させるために、半凝固
加工において金属溶湯を半凝固状態になるまで冷却する
際に、冷却しながら金属溶湯を攪拌することが知られて
いる。金属溶湯の攪拌は巣の発生を減少させるのみなら
ず、冷却過程で溶融金属中に生ずるデンドライトと呼ば
れる結晶粒を崩し、丸い組織にすることができる。この
丸い組織が生成されることによって、半凝固加工後の鋳
造の際に金属の変形が容易となる。

【０００４】攪拌方法としては、スクリューや攪拌棒を
金属溶湯中に侵入させて攪拌する、いわゆる機械式攪拌
方法が考えられるが、機械式攪拌方法では攪拌棒等に金
属溶湯が付着したり、高温の金属溶湯と攪拌棒等が直接
接触することにより攪拌棒等が高温になる、といった問
題点がある。

【０００５】機械式攪拌方法以外の攪拌方法としては電
磁攪拌機による攪拌方法がある。ここでいう電磁攪拌機
とは、ダクト及び多相コイルより構成され、ダクト内部
の流路断面が環状流路になっている誘導型電磁ポンプを
基本とするものである。この電磁攪拌機は、ダクト外部
に設けられた多相コイルによってダクトの軸方向に移動
磁界を作り、この移動磁界がダクト内の溶融金属を通過
することによって溶融金属中に瞬間的に誘導電流が発生
し、この移動磁界と溶融金属中に誘起した誘導電流とに
よってフレミング左手の法則に基づく力が溶融金属中に
発生し、溶融金属を駆動するという原理によるものであ
る。電磁攪拌機による攪拌は、上述の問題が生じないば
かりでなく、攪拌機能の安定性にも優れ、制御性も良い
ため、機械式の攪拌よりもこの種の攪拌に適していると
考えられる。

【０００６】この電磁攪拌機を利用した攪拌方法として
は、横攪拌と呼ばれる攪拌方法が知られている。横攪拌
とは、金属溶湯を攪拌するための略円筒形状の容器の周
囲に電磁攪拌機が形成され、容器の内周面に沿って水平
に一周するように移動磁界が作られ、容器内の金属溶湯
が、移動磁界の移動方向と同じ方向に移動されて攪拌が
行われるものである。しかし、横攪拌は、中心部分の溶
湯即ち、略円筒形状をした容器の軸心付近部分の溶湯が
攪拌されにくく、均一に金属溶湯を攪拌できないという
欠点があった。

【０００７】ところで、金属塊たるインゴットを製造す
る方法としては、連続鋳造法が従来より行われている。
この連続鋳造法は、鉛直上下端に開口部を有する略筒状
の容器の上方の口より金属溶湯が供給され、容器の下方
の口から容器外部に取出される際に冷却凝固され、凝固
された金属が連続的に取出される方法である。この連続
鋳造法によって作製されたインゴットを加熱して半溶融
状態にして、鋳型に供給して加工する半溶融加工があ
る。半凝固加工と半溶融加工との違いは、得られるもの
が前者は一連の鋳造サイクル過程における中間加工物で
あるのに対して、後者はインゴットであり保管できるも
のであることの他、用いられる金属溶湯の種類が前者は
現状のダイカストに使用される金属と同じであるのに対
して、後者は種類が限定されていること、また、使用さ
れる鋳造機が前者は通常圧のダイカストマシンであるの
に対して、後者は高圧の鋳造機であること等が挙げられ
る。

【０００８】特開平第７−６８３４５号公報には、半溶
融加工について具体的に記載されている。同公報に記載
の半溶融加工は、凝固した金属を抽出することを意図し
たものである。この半溶融加工では、溶融金属が断熱材
料の鉛直上方の口から供給され、断熱材料の鉛直下方の
口より取出される。断熱材料の鉛直下方の口付近には水
フィルムが形成され、取出される金属が冷却される。取
出される金属は冷却されているため、凝固した状態とな
っている。また、断熱材料と凝固した金属との間の潤滑
の役目を果たすためのグラファイトリングが設けられて
いる。

【０００９】断熱材料の周囲には、鉛直上下方向に三相
誘電子たる巻線が６つ程巻回されており、未だ冷却され
ず凝固していない溶融金属は、巻線によって発生される
すべり磁界の移動方向に攪拌される。

【００１０】この半溶融加工においては、略円筒状の容
器の内周面近傍に位置する金属溶湯は冷却されやすく、
それに対して、略円筒状の容器の軸心付近の部分に位置
する金属溶湯は冷却されにくい。このため容器の内周面
近傍ばかりが早く冷却凝固されてしまい、容器の中心軸
付近は凝固されずに鉛直下方へ降下してしまうという問
題が生ずる。この問題を解消するため、容器の内周面に
沿って鉛直下方に金属溶湯が下降され容器の中心軸に沿
って上昇される、いわゆる下向き方向への攪拌が行なわ
れる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の半溶融
加工における攪拌方法では、下向き方向という一定方向
への攪拌であるため、攪拌の効果が不十分であり、巣を
完全に発生させなくすることは不可能であった。また、
上述した従来の鋳造方法では、半凝固加工後、半凝固加
工に使用した容器の付着物の除去が容易でなく、効果的
な鋳造ができなかった。また、上述した従来の容器で
は、容器を形成する部材の合せ面から、攪拌中に金属溶
湯が漏出たり、半凝固加工後に容器から半凝固状態の金
属を取出すのが困難であった。

【００１２】そこで本発明は、半凝固加工において攪拌
を均一に行うことができる金属溶湯の攪拌方法、効率的
な鋳造が可能な半凝固加工を利用した鋳造方法、及び半
凝固加工において、金属溶湯の漏れが生じず半凝固状態
になっている金属の取出しが容易な金属溶湯の攪拌に用
いられる容器を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、半凝固加工を行う容器１内に供給された
金属溶湯４が、冷却されながら攪拌される、半凝固加工
における金属溶湯４の攪拌方法において、該容器１の内
周面１３Ｂに沿って鉛直下方に該金属溶湯４が下降され
該容器１の中心軸上及びその周辺付近を上昇される下向
き方向への攪拌と、該容器１の内周面１３Ｂに沿って鉛
直上方に該金属溶湯４が上昇され該容器１の中心軸上及
びその周辺付近を下降される上向き方向への攪拌とが、
該金属溶湯４中を通過する移動磁界により生ずる力によ
って交互に行なわれ、該下向き方向への攪拌を行った後
に攪拌を終了する半凝固加工における金属溶湯の攪拌方
法を提供している。

【００１４】また、本発明は、複数の容器１の一の容器
１に金属溶湯４を供給する供給工程と、該金属溶湯４が
供給された容器を攪拌装置２にセットする容器セット工
程と、該攪拌装置内で、該金属溶湯４が冷却されなが
ら、該容器１の内周面１３Ｂに沿って鉛直下方に該金属
溶湯４が下降され該容器１の中心軸上及びその周辺付近
を上昇される下向き方向への攪拌と、該容器の内周面１
３Ｂに沿って鉛直上方に該金属溶湯４が上昇され該容器
１の中心軸上及びその周辺付近を下降される上向き方向
への攪拌とが、該金属溶湯４中を通過する移動磁界によ
り生ずる力によって交互に行なわれ、該下向き方向への
攪拌を行った後に攪拌を終了し、半凝固状態の金属材料
が生成される交互攪拌半凝固化工程と、該攪拌装置から
該容器１を抜脱する容器抜脱工程と該容器抜脱工程で該
攪拌装置２から抜脱された該容器１から、該金属材料を
取出す金属材料取出し工程と、該金属材料取出し工程で
取出された該金属材料を鋳型に充填し鋳造する鋳造工程
と、次回の交互攪拌半凝固化工程のために該容器１を冷
却する容器冷却工程と、次回の交互攪拌半凝固化工程の
ために該容器１の付着物を除去する付着物除去工程と、
該金属材料取出し工程又は該鋳造工程又は該容器冷却工
程又は該付着物除去工程のうち、少なくとも一つの工程
が実行されている間に、他の該容器１について該供給工
程と容器セット工程と該交互攪拌半凝固化工程とを実行
する半凝固加工を用いた鋳造方法を提供している。

【００１５】更に、本発明は、半凝固加工における金属
溶湯４の攪拌を行なうために、該金属溶湯４を保持する
容器１において、該容器１は有底の略円筒形状をなすと
共に、該略円筒形状の軸心を含む平面で分割された第１
の半割部１０と第２の半割部２０とにより構成され、該
第１の半割部１０は、略半円形状の第１の底部１２と、
第１の円弧部１３Ａと第１の仮想の弦部とからなる断面
略半円状の第１周面部１３とを有し、該第１周面部１３
は、第１の円弧部１３Ａの外周と第１の弦部との半径方
向の距離が、該第１の円弧部１３Ａを含む円の半径より
小さい形状をなし、該第２の半割部２０は、略半円形状
の第２の底部２２と、該第１の円弧部１３Ａと同一曲率
の第２の円弧部２３Ａと第２の仮想の弦部とからなる断
面略半円状の第２周面部２３とを有し、該第２周面部２
３は、第２の円弧部２３Ａの外周と第２の弦部との半径
方向の距離が、該第２の円弧部２３Ａを含む円の半径よ
り小さい形状をなして、該第１の半割部１０と略同一形
状をなし、該第１の半割部１０と該第２の半割部２０と
の合せ面１１、２１のうち、一方の合せ面１１には凸部
１１Ａが形成され、他方の合せ面２１には該凸部１１Ａ
と嵌合する凹部２１Ａが形成されると共に、該第１、第
２周面部１３、２３の合せ面１１、２１であって該凹部
２１Ａ及び凸部１１Ａに対して半径方向外方側位置に
は、回動部１６、２６が設けられ、該第１の半割部１０
が該第２の半割部２０に対して相対的に回動可能に設け
られ、該容器１は、該容器１の内周面１３Ｂに沿って鉛
直下方に該金属溶湯４が下降され該容器１の中心軸上及
びその周辺付近を上昇される下向き方向への攪拌と、該
容器１の内周面１３Ｂに沿って鉛直上方に該金属溶湯４
が上昇され該容器１の中心軸上及びその周辺付近を下降
される上向き方向への攪拌とが、該金属溶湯４中を通過
する移動磁界により生ずる力によって交互に行なわれ、
該下向き方向への攪拌を行った後に攪拌を終了する半凝
固加工における溶湯の攪拌方法に用いられる、半凝固加
工における金属溶湯の攪拌に用いられる容器を提供して
いる。

【００１６】更に、本発明は、半凝固加工における金属
溶湯の攪拌を行うために、該金属溶湯を保持する容器に
おいて、該容器は上端が解放された有底形状であり、該
金属溶湯に接する該容器と該金属溶湯との間に空気が流
れ込みやすくするために、該容器は気孔率の高い材料に
より構成されるか、又は、該金属溶湯と接する該容器の
内周面には該金属溶湯と該容器との間に空気が流れ込み
やすくなるようにする材料が塗布されるか、又は、該容
器の底部に穴が形成され該金属溶湯の攪拌時には該穴は
塞がれ半凝固化した該金属溶湯の取出時には該穴は開放
されるか、又は、該容器の該底部には通気可能且つ金属
溶湯は通過不能な焼結ベントが設けられるか、又は該金
属溶湯と接する該容器の該内周面には凹凸が形成され、
該容器は、該容器の内周面に沿って鉛直下方に該金属溶
湯が下降され該容器の中心軸上及びその周辺付近を上昇
される下向き方向への攪拌と、該容器の内周面に沿って
鉛直上方に該金属溶湯が上昇され該容器の中心軸上及び
その周辺付近を下降される上向き方向への攪拌とが、該
金属溶湯中を通過する移動磁界により生ずる力によって
交互に行なわれ、該下向き方向への攪拌を行った後に攪
拌を終了する半凝固加工における溶湯の攪拌方法に用い
られる、半凝固加工における金属溶湯の攪拌に用いられ
る容器を提供している。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による半凝固
加工における金属溶湯の攪拌方法、半凝固加工を用いた
鋳造方法及び半凝固加工における金属溶湯の攪拌に用い
られる容器について図１乃至図１３に基づき説明する。

【００１８】先ず、半凝固加工における金属溶湯の攪拌
に用いられる容器について、図１乃至図８に基づき説明
する。

【００１９】半凝固加工における金属溶湯の攪拌に用い
られる容器１は、電極に用いられる純度の高い黒鉛、ま
たはステンレスなどの非磁性の金属材料からなり、有底
の略円筒形状をなしている。この容器１は、図１乃至図
８に示されるように、該略円筒形状の軸心を含む平面で
分割された第１の半割部１０と第２の半割部２０とによ
り構成される。第１の半割部１０は該第２の半割部に対
して、回動部１６を軸として相対的に回動可能に連結さ
れており、第１の半割部１０の合せ面１１と第２の半割
部２０の合せ面２１とが相互に当接しているときに、第
１の半割部１０と第２の半割部２０とが略円筒形状の容
器１を形成する。

【００２０】第１の半割部１０は、図１の上面図及び図
３の底面図に示されるように、略半円形状の第１の底部
１２と、第１の円弧部１３Ａと第１の仮想の弦部とから
なる断面略半円状の第１周面部１３とを有している。

【００２１】第１周面部１３は、第１の円弧部１３Ａの
内周と第１の弦部との半径方向の距離Ｒが、第１の円弧
部１３Ａの内周を含む円の半径より小さい形状をなして
いる。このため、図１に示されるように、合せ面におけ
る円弧部１３Ａの内周の接線Ｔと第１の弦部とのなす角
θは鋭角となっている。結果として、容器１の内周断面
は真円ではない形状となっている。

【００２２】第１周面部１３は、図２及び図４に示され
るように、鉛直上下方向に長い第１筒部１４と第１筒部
１４よりも鉛直上下方向の長さが短い第１冠部１５とか
ら構成されている。第１筒部１４、第１冠部１５共に断
面略半円形状であるが、断面における半径方向の厚さが
異なっている。このため、第１筒部１４の内周面１３Ｂ
と第１冠部１５の内周面とは面一であるが、第１筒部１
４よりも第１冠部１５の方が、断面半径方向外側に突出
した形状となっている。

【００２３】第１の底部１２は、図２に示されるよう
に、内周面１２Ａが球面の一部をなす形状であり、内周
面１２Ａと第１周面部１３の内周面１３Ｂとで容器の内
周面を形成する。第１の底部１２の外周部１２Ｂは、図
２及び図３に示されるように略円筒形状の容器の軸心を
中心とする複数の同心半円であって鉛直下方の略半円ほ
ど半径が短くなる略半円からなり、容器を上下動するテ
ーブルに設置でき、容器が開くことを防止するため階段
状の形状をなしている。第１の底部１２の鉛直方向の上
端部と第１筒部１４の鉛直方向の下端部、及び第１筒部
１４の鉛直方向の上端部と第１冠部１５の鉛直方向の下
端部とはそれぞれ溶接され、一体となっている。

【００２４】合わせ面１１は、図２に示されるように、
第１の底部１２、第１筒部１４及び第１冠部１５がそれ
ぞれ第２の半割部２０と当接する部分であり、面一とな
っている。合わせ面１１には、第１の半割部１０と当接
する第２の半割部２０の方向に均一に突出した凸部１１
Ａが、第１の半割部の内周面に沿って内周部の一部をな
す形状で形成されている。

【００２５】回動部１６、１６は、第１周面部１３の合
せ面であって凸部１１Ａに対して半径方向外方側位置に
形成された突部であり、図１及び図３に示されるよう
に、鉛直上下方向に貫通穴部１６ａ、１６ａが形成され
ている。この貫通穴部１６ａ、１６ａと図５及び図６に
示された第２の半割部２０の回動部２６の貫通穴部２６
ａとが、図示せぬピンで回動可能に貫通され、第１の半
割部１０は該第２の半割部に対して、回動部１６、２６
のピンを軸として相対的に回動可能に連結される。

【００２６】第２の半割部２０は、略半円形状の第２の
底部２２と、第１の円弧部１３Ａと同一曲率の第２の円
弧部２３Ａと第２の仮想の弦部とからなる断面略半円状
の第２周面部２３とを有し、第２周面部２３は、第２の
円弧部２３Ａの外周と第２の弦部との半径方向の距離
が、第２の円弧部２３Ａを含む円の半径より小さい形状
をなして、該第１の半割部１０と略同一形状をなしてい
る。第２の半割部２０は、合わせ面の一部と回動部とを
除いて同一形状である。

【００２７】第２の半割部２０の合せ面２１は、第１の
半割部の凸部１１Ａが一様に嵌合可能な凹部２１Ａが形
成され、合せ面２１の凹部２１Ａ以外の部分と合せ面１
１の凸部１１Ａ以外の部分とが一様に当接する。また、
第２の半割部２０の回動部２６が形成されている位置
は、第１の半割部１０の回動部１６が形成されている位
置とは若干異なっている。合せ面１１と合せ面２１が一
様に当接しているときに、第１の半割部１０の回動部１
６に形成された貫通穴部１６ａと第２の半割部２０の回
動部２６に形成された貫通穴部２６ａとが鉛直上下方向
に同軸的な位置関係となるように、回動部２６は回動部
１６の形成されている位置よりも鉛直上方に形成されて
いる。

【００２８】半凝固加工における金属溶湯の攪拌に用い
られる容器を略円筒形状とし、略円筒形状の軸心を含む
平面で２分割された第１及び第２の半割部から容器が構
成されるようにし、第１及び第２の半割部の第１、第２
それぞれの周面部を、円弧部の外周と仮想の弦部との半
径方向の距離が円弧部を含む円の半径より小さい形状と
した。このため、合せ面における円弧部の接線と第１の
弦部とのなす角θは鋭角となり、第２の半割部２０を第
１の半割部１０に対して開いたとき、開口部が広がる方
向となるので、攪拌冷却された金属材料の固相率が０．
４以上と比較的高い場合に固まりの状態で金属材料が生
成されても、金属材料を容器から極めて容易に取出すこ
とができる。また、合せ面の一部で凸部と凹部が嵌合す
るようにしたため、半凝固加工で金属溶湯を上下方向に
攪拌したときに、容器の合せ面から金属溶湯が漏出るこ
とを防止できる。

【００２９】次に、半凝固加工における金属溶湯の攪拌
方法について図９乃至図１３に基づき説明する。

【００３０】半凝固加工における金属溶湯４の攪拌は、
図９に示されるような攪拌装置２によって行われる。攪
拌装置２は上述した電磁攪拌機を備えており、電磁攪拌
機によって金属溶湯４の攪拌が行われる。

【００３１】図９に示されるように、攪拌装置２内に
は、アルミニウム合金の金属溶湯４が供給された容器１
を支持するために、略円筒形状の穴部２Ａが形成され、
また、図示せぬエアシリンダに接続された支持部材５が
設けられ、容器１は穴部２Ａ及び支持部材５に支持され
ている。容器１の第１及び第２周面部１３、２３に対向
する攪拌装置２の内部には、容器１の第１及び第２の周
面部１３、２３を取巻くようにして、鉛直上下方向に合
計６個のコイルが設けられ、電磁攪拌機をなす多相コイ
ル３が構成されている。

【００３２】金属溶湯４の攪拌は、電磁攪拌機を構成す
る多相コイル３によって容器１内の金属溶湯４中に移動
磁界が発生し、金属溶湯４が移動されることによって行
われる。攪拌について順を追って説明すると、先ず、容
器の内周面に沿って鉛直下方に金属溶湯４が下降され容
器の中心軸上及びその周辺付近を上昇される下向き方向
への攪拌が行われる。図９の矢印Ｂ及び図１０（ａ）の
矢印は、下向き方向への攪拌が行われているときの金属
溶湯４の移動方向が示されている。次に、多相コイル３
の磁界が変化され、容器の内周面に沿って鉛直上方に金
属溶湯４が上昇され容器の中心軸上及びその周辺付近を
下降される上向き方向への攪拌が行われる。図１０
（ｂ）の矢印は上向き方向が行われているときの金属溶
湯４の移動方向が示されている。そして、下向き方向へ
の攪拌及び上向き方向への攪拌が少なくとも一回以上そ
れぞれ同じ回数で行われた後に、下向き方向への攪拌が
行われる。この下向き攪拌が行われた後に、攪拌が終了
される。攪拌が終了した後に、図示せぬエアシリンダに
より支持部材５が鉛直上方に付勢されることによって容
器１が鉛直上方に持上げられ、攪拌装置２から容器１が
取出される。

【００３３】図１１乃至図１３には、本発明による半凝
固加工における金属溶湯の攪拌方法と、他の方法による
半凝固加工における金属溶湯の攪拌方法とによって生成
された半凝固状態の金属材料の断面写真が示されてい
る。半凝固加工に用いられた金属材料は、ＪＩＳ規格に
よるダイカスト用ＡＤＣ１０合金である。

【００３４】図１１は、本発明による半凝固加工におけ
る金属溶湯の攪拌方法によって生成された半凝固状態の
金属材料の断面写真である。攪拌に費やされた時間は、
１１８秒である。図１２は、下向き方向の攪拌のみを行
うことによって得られた、半凝固状態の金属材料の断面
写真である。攪拌に費やされた時間は、１３０秒であ
る。図１３は、上向き方向の攪拌のみを行うことによっ
て得られた、半凝固状態の金属材料の断面写真である。
攪拌に費やされた時間は、１３８秒である。

【００３５】図１１乃至図１３の写真から明らかなよう
に、本発明による攪拌方法で半凝固状態とされた金属材
料中には巣が発生しておらず、また、攪拌に費やされた
時間も他の方法による攪拌方法と比較して大きく短縮さ
れている。上向き方向の攪拌のみを行った場合は、図１
３より明らかなように、金属材料の下部に巣が発生して
おり、攪拌に要した時間もかなり長い。下向き方向の攪
拌のみを行った場合は、図１２に示されるように、金属
材料中に巣は発生していないものの、攪拌に要する時間
は本発明の方法と比較するとかなり長い。

【００３６】下向き方向及び上向き方向への交互の攪拌
が行われた後に、最後に下向きの攪拌を行うことによっ
て攪拌が終了されるため、攪拌の効果が十分に期待で
き、いわゆる「巣」を発生することなく半凝固状態の金
属材料を生成することができる。最後に下向きの攪拌を
行うことによって、上向き方向への攪拌によって生じた
溶湯中心部の空隙部に溶湯を補給できるからである。さ
らに、攪拌に要していた時間を大幅に短縮することがで
き、半凝固状態の金属材料をその後鋳造して製品を製造
するときの製造効率を大きく改善することができる。

【００３７】次に、半凝固加工を用いた鋳造方法につい
て説明する。本発明による半凝固加工を用いた鋳造方法
では、従来の半凝固加工を用いた鋳造方法における攪拌
方法に代えて、本発明による半凝固加工における金属溶
湯の攪拌方法を行う。半凝固を用いた鋳造方法は次の通
りである。

【００３８】金属溶湯の攪拌に用いられる容器１が複数
用意され、その複数の容器１の内の１の容器に金属溶湯
が供給される（供給工程）。次に、金属溶湯が供給され
た容器１が攪拌装置２にセットされる（容器セット工
程）。攪拌装置２内で、金属溶湯４が冷却されながら、
容器１の内周面に沿って鉛直下方に金属溶湯４が下降さ
れ容器１の中心軸上及びその周辺付近を上昇される下向
き方向への攪拌と、容器１の内周面１３Ｂに沿って鉛直
上方に金属溶湯４が上昇され容器１の中心軸上及びその
周辺付近を下降される上向き方向への攪拌とが、金属溶
湯４中を通過する移動磁界により生ずる力によって交互
に行なわれ、下向き方向への攪拌を行った後に攪拌を終
了し、半凝固状態の金属材料４が生成される（交互攪拌
半凝固化工程）。次に、攪拌装置２から容器１が抜脱さ
れ、抜脱された容器１から、半凝固状態の金属材料４が
取出される（金属材料取出し工程）。次に、取出された
金属材料４が鋳型に充填され鋳造が実行される（鋳造工
程）。次に、次回の交互攪拌半凝固化工程のために、容
器１が冷却され（容器冷却工程）、容器１の付着物がエ
アブロー又は振動によって除去される（付着物除去工
程）。

【００３９】一の容器について上述した金属材料取出し
工程が実行されている間に、他の容器について上述した
供給工程と容器セット工程と交互攪拌半凝固化工程とが
実行される。換言すれば、一の容器が交互攪拌半凝固化
工程に使用されていないときに、他の容器が交互攪拌半
凝固化工程に使用される。

【００４０】従来の半凝固加工を用いた鋳造方法に、本
発明の半凝固加工における金属溶湯の攪拌方法を用いた
ため、攪拌の効果が十分に期待でき、いわゆる「巣」を
発生することなく半凝固状態の金属材料を生成すること
ができる。また、容器が複数用意され、一の容器が交互
攪拌半凝固化工程で使用されている間に、交互攪拌半凝
固化工程に使用されていない他の容器は冷却され付着物
の除去が行われ、次の交互攪拌半凝固化工程に使用され
るための準備がなされるため、冷却効果の向上及び生産
性の向上に寄与することができる。更に、交互攪拌半凝
固化工程に使用した容器を冷却し、その後に容器の付着
物を除去するので、付着物も冷却されるため付着物の除
去を極めて容易に行うことができる。

【００４１】本発明による半凝固加工における金属溶湯
の攪拌方法、半凝固加工を用いた鋳造方法及び半凝固加
工における金属溶湯の攪拌に用いられる容器は上述した
実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範
囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、本実施例
中では、半凝固状態となった金属材料を取出す際に容器
を２分割して取出せるように、第１及び第２の半割部か
ら構成したが、取出す際に容器を上下逆転し、重力によ
って金属材料を取出すような略るつぼ形状としてもよ
い。この場合には、略るつぼ状の容器自体に通気性を持
たせることによって金属材料の取出しを容易にするため
に、気孔率の高い黒鉛るつぼを用いてもよい。また、容
器と金属材料との間に空気が流込むようにすることによ
って金属材料の取出しを容易にするために、カオリン等
を略るつぼ形状の内周面に塗布しても良い。また、強制
的に容器と金属材料との間に外気を導入して金属材料の
取出しを容易にするために、略るつぼ形状の容器底部に
穴を形成し、金属溶湯の攪拌時にはこの穴を蓋で塞いで
おき、金属材料を取出す際に蓋を外すようにしてもよ
い。この構成の場合、金属材料の固相率が低い場合から
高い場合にまで広く使用できる。また、略るつぼ形状の
容器の底部に、金属溶湯は通過できないが通気可能な焼
結ベントを設置して、容器内部に外気を導入できるよう
にしてもよい。また、略るつぼ形状の容器の内周面に凹
凸を形成してもよい。

【００４２】また、一の容器について鋳造工程が行われ
ている間に、他の容器について供給工程と容器セット工
程と交互攪拌半凝固化工程とが行われてもよい。また、
一の容器について容器冷却工程が行われている間に、他
の容器について供給工程と容器セット工程と交互攪拌半
凝固化工程とが行われてもよい。また、一の容器につい
て付着物除去工程が行われている間に、他の容器につい
て供給工程と容器セット工程と交互攪拌半凝固化工程と
が行われてもよい。いずれにせよ、金属材料取出し工程
又は鋳造工程又は容器冷却工程又は付着物除去工程のう
ち、少なくとも一つの工程が実行されている間に、他の
容器について供給工程と容器セット工程と交互攪拌半凝
固化工程とを実行すればよい。

【００４３】

【発明の効果】請求項１記載の半凝固加工における溶湯
の攪拌方法によれば、下向き方向及び上向き方向への交
互の攪拌が行われた後に、最後に下向きの攪拌を行うこ
とによって攪拌が終了されるため、いわゆる「巣」を発
生することなく半凝固状態の金属材料を生成することが
でき、攪拌に要していた時間を大幅に短縮することがで
きる。

【００４４】請求項２記載の半凝固加工を用いた鋳造方
法によれば、半凝固加工を用いた鋳造方法に本発明の半
凝固加工における金属溶湯の攪拌方法を用いたため、い
わゆる「巣」を発生することなく半凝固状態の金属材料
を生成することができる。また、容器が複数用意され、
一の容器が交互攪拌半凝固化工程で使用されている間
に、交互攪拌半凝固化工程に使用されていない他の容器
は冷却され付着物の除去が行われ、次の交互攪拌半凝固
化工程に使用されるための準備がなされるため、冷却効
果の向上及び生産性の向上に寄与することができる。更
に、交互攪拌半凝固化工程に使用した容器を冷却した後
に容器の付着物を除去するので、付着物も冷却されるた
め付着物の除去を極めて容易に行うことができる。

【００４５】請求項３記載の半凝固加工における金属溶
湯の攪拌に用いられる容器によれば、半凝固加工におけ
る金属溶湯の攪拌に用いられる容器を略円筒形状とし、
略円筒形状の軸心を含む平面で２分割された第１及び第
２の半割部から容器が構成されるようにし、第１及び第
２の半割部の第１、第２それぞれの周面部を、円弧部の
外周と仮想の弦部との半径方向の距離が円弧部を含む円
の半径より小さい形状としたため、生成される金属材料
を容器から極めて容易に取出すことができる。また、合
せ面において凸部と凹部が嵌合するようにしたため、半
凝固加工で金属溶湯を上下方向に攪拌したときに、容器
の合せ面から金属溶湯が漏出ることを防止することがで
きる。

【００４６】請求項４記載の半凝固加工における金属溶
湯の攪拌に用いられる容器によれば、金属溶湯に接する
容器と金属溶湯との間に空気が流れ込みやすくなってい
るため、金属材料を容器から極めて容易に取出すことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による半凝固加工における
金属溶湯の攪拌に用いられる容器の、第１の半割部を示
す上面図。

【図２】本発明の実施の形態による半凝固加工における
金属溶湯の攪拌に用いられる容器の、第１の半割部を示
す正面図。

【図３】本発明の実施の形態による半凝固加工における
金属溶湯の攪拌に用いられる容器、の第１の半割部を示
す底面図。

【図４】本発明の実施の形態による半凝固加工における
金属溶湯の攪拌に用いられる容器の、第１の半割部を示
す側面図。

【図５】本発明の実施の形態による半凝固加工における
金属溶湯の攪拌に用いられる容器の、第２の半割部を示
す上面図。

【図６】本発明の実施の形態による半凝固加工における
金属溶湯の攪拌に用いられる容器の、第２の半割部を示
す正面図。

【図７】本発明の実施の形態による半凝固加工における
金属溶湯の攪拌に用いられる容器の、第２の半割部を示
す底面図。

【図８】本発明の実施の形態による半凝固加工における
金属溶湯の攪拌に用いられる容器の、第２の半割部を示
す側面図。

【図９】本発明の実施の形態による半凝固加工における
金属溶湯の攪拌方法に用いられる、攪拌装置を示す断面
図。

【図１０】本発明の実施の形態による半凝固加工におけ
る金属溶湯の攪拌方法で、金属溶湯が攪拌される方向を
示し、（ａ）は下向き方向の攪拌時の金属溶湯の移動方
向を示す概略図、（ｂ）は上向き方向の攪拌時の金属溶
湯の移動方向を示す概略断面図。

【図１１】本発明の実施の形態による半凝固加工におけ
る金属溶湯の攪拌方法によって凝固状態となった金属材
料を示す断面写真。

【図１２】下向き方向の金属溶湯の攪拌方法によって凝
固状態となった金属材料を示す断面写真。

【図１３】上向き方向の金属溶湯の攪拌方法によって凝
固状態となった金属材料を示す断面写真。

【符号の説明】

１ 容器 ２ 攪拌装置 ４ 金属溶湯 １０ 第１の半割部 １１ 合せ面 １１Ａ 凸部 １２ 第１の底部 １３ 第１周面部 １３Ａ 第１の円弧部 １３Ｂ 内周面 １６ 回動部 ２０ 第２の半割部 ２１ 合せ面 ２１Ａ 凹部 ２２ 第２の底部 ２３ 第２周面部 ２３Ａ 第２の円弧部 ２６ 回動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 1/00 B22D 17/00 B22D 41/005

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器内に供給された金属溶湯が、冷却さ
   れながら攪拌される、半凝固加工における金属溶湯の攪
   拌方法において、 該容器の内周面に沿って鉛直下方に該金属溶湯が下降さ
   れ該容器の中心軸上及びその周辺付近を上昇される下向
   き方向への攪拌と、該容器の内周面に沿って鉛直上方に
   該金属溶湯が上昇され該容器の中心軸上及びその周辺付
   近を下降される上向き方向への攪拌とが、該金属溶湯中
   を通過する移動磁界により生ずる力によって交互に行な
   われ、該下向き方向への攪拌を行った後に攪拌を終了す
   ることを特徴とする半凝固加工における溶湯の攪拌方
   法。
2. 【請求項２】 複数の容器の一の容器に金属溶湯を供給
   する供給工程と、 該金属溶湯が供給された容器を攪拌装置にセットする容
   器セット工程と、 該攪拌装置内で、該金属溶湯が冷却されながら、該容器
   の内周面に沿って鉛直下方に該金属溶湯が下降され該容
   器の中心軸上及びその周辺付近を上昇される下向き方向
   への攪拌と、該容器の内周面に沿って鉛直上方に該金属
   溶湯が上昇され該容器の中心軸上及びその周辺付近を下
   降される上向き方向への攪拌とが、該金属溶湯中を通過
   する移動磁界により生ずる力によって交互に行なわれ、
   該下向き方向への攪拌を行った後に攪拌を終了し、半凝
   固状態の金属材料が生成される交互攪拌半凝固化工程
   と、 該攪拌装置から該容器を抜脱する容器抜脱工程と、 該容器抜脱工程で該攪拌装置から抜脱された該容器か
   ら、該金属材料を取出す金属材料取出し工程と、 該金属材料取出し工程で取出された該金属材料を鋳型に
   充填し鋳造する鋳造工程と、 次回の交互攪拌半凝固化工程のために該容器を冷却する
   容器冷却工程と、 次回の交互攪拌半凝固化工程のために該容器の付着物を
   除去する付着物除去工程と、 該金属材料取出し工程又は該鋳造工程又は該容器冷却工
   程又は該付着物除去工程のうち、少なくとも一つの工程
   が実行されている間に、他の該容器について該供給工程
   と容器セット工程と該交互攪拌半凝固化工程とを実行す
   ることを特徴とする半凝固加工を用いた鋳造方法。
3. 【請求項３】 半凝固加工における金属溶湯の攪拌を行
   なうために、該金属溶湯を保持する容器において、 該容器は有底の略円筒形状をなすと共に、該略円筒形状
   の軸心を含む平面で分割された第１の半割部と第２の半
   割部とにより構成され、 該第１の半割部は、略半円形状の第１の底部と、第１の
   円弧部と第１の仮想の弦部とからなる断面略半円状の第
   １周面部とを有し、該第１周面部は、第１の円弧部の外
   周と第１の弦部との半径方向の距離が、該第１の円弧部
   を含む円の半径より小さい形状をなし、 該第２の半割部は、略半円形状の第２の底部と、該第１
   の円弧部と同一曲率の第２の円弧部と第２の仮想の弦部
   とからなる断面略半円状の第２周面部とを有し、該第２
   周面部は、第２の円弧部の外周と第２の弦部との半径方
   向の距離が、該第２の円弧部を含む円の半径より小さい
   形状をなして、該第１の半割部と略同一形状をなし、 該第１の半割部と該第２の半割部との合せ面のうち、一
   方の合せ面には凸部が形成され、他方の合せ面には該凸
   部と嵌合する凹部が形成されると共に、該第１、第２周
   面部の合せ面であって該凹部及び凸部に対して半径方向
   外方側位置には、回動部が設けられ、該第１の半割部が
   該第２の半割部に対して相対的に回動可能に設けられ、 該容器は、該容器の内周面に沿って鉛直下方に該金属溶
   湯が下降され該容器の中心軸上及びその周辺付近を上昇
   される下向き方向への攪拌と、該容器の内周面に沿って
   鉛直上方に該金属溶湯が上昇され該容器の中心軸上及び
   その周辺付近を下降される上向き方向への攪拌とが、該
   金属溶湯中を通過する移動磁界により生ずる力によって
   交互に行なわれ、該下向き方向への攪拌を行った後に攪
   拌を終了する半凝固加工における溶湯の攪拌方法に用い
   られることを特徴とする半凝固加工における金属溶湯の
   攪拌に用いられる容器。
4. 【請求項４】 半凝固加工における金属溶湯の攪拌を行
   うために、該金属溶湯を保持する容器において、 該容器は上端が解放された有底形状であり、該金属溶湯に接する該容器と該金属溶湯との間に空気が
   流れ込みやすくするために、該容器は気孔率の高い材料
   により構成されるか、又は、該金属溶湯と接する該容器
   の内周面には該金属溶湯と該容器との間に空気が流れ込
   みやすくなるようにする材料が塗布されるか、又は、該
   容器の底部に穴が形成され該金属溶湯の攪拌時には該穴
   は塞がれ半凝固化した該金属溶湯の取出時には該穴は開
   放されるか、又は、該容器の該底部には通気可能且つ金
   属溶湯は通過不能な焼結ベントが設けられるか、又は該
   金属溶湯と接する該容器の該内周面には凹凸が形成さ
   れ、 該容器は、該容器の内周面に沿って鉛直下方に該金属溶
   湯が下降され該容器の中心軸上及びその周辺付近を上昇
   される下向き方向への攪拌と、該容器の内周面に沿って
   鉛直上方に該金属溶湯が上昇され該容器の中心軸上及び
   その周辺付近を下降される上向き方向への攪拌とが、該
   金属溶湯中を通過する移動磁界により生ずる力によって
   交互に行なわれ、該下向き方向への攪拌を行った後に攪
   拌を終了する半凝固加工における溶湯の攪拌方法に用い
   られることを特徴とする半凝固加工における金属溶湯の
   攪拌に用いられる容器。