JP3517605B2

JP3517605B2 - アルミニウム鋳造スラグの急速冷却凝固製造方法とそれに使用される凝固ロール及び成形ロールとアルミニウム鋳造スラグの急速冷却凝固製造装置

Info

Publication number: JP3517605B2
Application number: JP12528399A
Authority: JP
Inventors: 貢本村
Original assignee: 貢本村; 矢内精工株式会社
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2004-04-12
Anticipated expiration: 2019-04-30
Also published as: JP2000317587A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアルミニウム鍛造素
材（鋳造スラグ）の急速冷却製造凝固（鋳造）方法と、
それに使用される凝固ロール及び成形ロールと、その製
造方法に使用される製造（鋳造）装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム鍛造品は製品の機械的性質
及び信頼性が高い点から、自動車、産業機械、家電等の
部品として広く使用されている。しかし、アルミニウム
鍛造品は他の製品に比してコスト高であるという難点が
ある。その原因は、従来のアルミニウム鋳造スラグの製
造方法は、加工工程が多く、素材コストの高いものを使
用していることによる。

【０００３】従来のアルミニウム鋳造スラグの製造方法
の一つに双ロール方式がある。これは図１５の様に対向
配置させた２つの回転ロール５１間にアルミニウムの溶
湯５２を流し込んで回転ロール５１間から板状の鋳造ス
ラグ５３を送り出す（鋳造する）ものである。従来はこ
の他に、丸棒状のアルミニウム鋳造スラグを製造する水
平連続鋳造法もあった。双ロール方式で鋳造される鋳造
スラグ５３は最大で厚さ５ｍｍ〜３０ｍｍ、幅９００ｍ
ｍ程度であり、前記水平連続鋳造法で鋳造される丸棒状
の鋳造スラグは直径１５ｍｍ〜２０ｍｍ程度であった。
これら鋳造スラグを使用して鍛造素材とする場合、板状
の鋳造スラグは切断してブロックにし、丸棒状の鋳造ス
ラグは輪切りにしてブロックにしている。

【０００４】しかし、薄い板状のものは鍛造用途に限度
がある。鍛造素材には加工し易い（変形し易い）ことが
望まれる。そのためにはアルミニウムの結晶粒を微細化
する必要がある。しかし、丸棒状のものは太くなると鋳
造時に表面は急冷されるが、中心部は急冷されにくいた
め、中心部の結晶粒が微細化しにくくなり、加工性の良
い鍛造素材となる鋳造スラグが得られにくい。

【０００５】双ロール方式ではロールを２つ使用するた
め構造が複雑になり、装置が大型化し、設備費が高くな
る。また、図１５の様に溶湯５２が凝固しながら２つの
ロール５１間を通過する場合に、凝固先端部５４の位置
が低いと凝固前に２つのロール５１による圧縮が解放さ
れるため凝固が遅くなり、品質が不均一になる。凝固先
端部５４の位置が高いとロール圧が掛かり過ぎて鋳造ス
ピードが低下する。このため凝固先端部５４の位置を調
節する必要がある。凝固先端部５４の位置調節は対向す
る２つのロール５１間の間隔を調節することにより行な
うが、凝固先端部５４の位置が外部から見えないため位
置調整が難しい。更に、冷却速度が３０ｃｍ／分程度と
遅く、生産性が低かった。冷却速度を上げ過ぎるとアル
ミニウムが凝固する前にロール５１間を通過してしまっ
て急冷できず、得られる鋳造スラグの品質が低化するた
め、冷却速度を速くするにも限度がある。

【０００６】これらの課題を解決するために、アルミニ
ウム鋳造スラグの製造方法として、本件発明者は先にメ
ルトドラッグ法を開発した。これは図１６に示すように
凝固ロール５５を一つだけ（単ロール）使用し、その凝
固ロール５５の外周面にノズル５６内のアルミニウムの
溶湯５２を接触させて急冷して、アルミニウムの薄板５
７を鋳造するものである。この方法は凝固ロール５５を
一つしか使用しないため構造が簡潔で、装置が小型化
し、設備費も安価になる。また、冷却速度が１００ｍ／
分程度と速く生産性が向上し、急冷によりアルミニウム
の結晶粒が微細化し、品質も向上するという利点があ
る。また、ノズル５６の位置、溶湯５２の高さ、凝固ロ
ール５５の回転速度を調節することにより冷却速度を容
易に調整できるという利点もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、メルトドラッ
グ法では、得られるアルミニウムの板厚が最大で２ｍｍ
程度であるため、薄過ぎてアルミニウム鋳造スラグとし
て使用するには不適であった。また、従来のいずれの方
式で製造した鋳造スラグも鍛造素材とするには、通常
は、鋳造スラグ−切断−熱間押出し−切断−熱処理−引
き抜き−熱処理−鍛造用素材の工程を経るか、連続鋳造
棒−切断−スラグ−熱処理−鍛造用素材の工程を経なけ
ればならないため、作業が面倒であり、コスト高になる
という難点もあった。更に、それら加工には丸鋸、帯鋸
等が使用されるため、切り粉が発生し、それが無駄にな
り、コスト高の一因となる。更に、中小鍛造企業が目指
す２１世紀のゼロエミッション（廃棄物ゼロ、工場内リ
サイクル）実現の弊害にもなっている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明はメルトドラッグ
法を改良発展させて、単ロールにより肉厚のアルミニウ
ム鋳造スラグを個別に又は連続して鋳造できるアルミニ
ウム鋳造スラグの製造方法と、それに使用される製造装
置と、それら装置に使用される凝固ロール及び成形ロー
ルを提供するものである。また、本発明は急冷凝固によ
り鋳造スラグの組織を微細化して素材の鍛造性を向上さ
せ、押出し、圧延などの工程を省略してコストを低減
し、更には、得られる鋳造スラグの形状をニアネット形
状にして、鍛造素材とする場合の機械加工工程の短縮化
をも図り、アルミニウムの無駄を無くし、ゼロエミッシ
ョンにも寄与できるようにしたものである。

【０００９】

【００１０】本願の請求項１記載のアルミニウム鋳造ス
ラグの急速冷却凝固製造方法は、ロール９の外周に間隔
を開けて多数の鋳造キャビティ１を形成した凝固ロール
２を回転させて、鋳造キャビティ１内にノズル３内のア
ルミニウムの溶湯４を掻き上げて凝固ロール２により急
冷し、鋳造キャビティ１内の半凝固状のアルミニウムの
自由凝固面６に成形ロール７により圧力を負荷させて自
由凝固面６をも急冷し、凝固したアルミニウムの鋳造ス
ラグ５を鋳造キャビティ１から個別に取り出すようにし
た方法である。

【００１１】

【００１２】本願の請求項２記載のアルミニウム鋳造ス
ラグの急速冷却凝固製造方法は、ロール９の外周に間隔
を開けて多数の鋳造キャビティ１を形成した凝固ロール
２を回転させて、鋳造キャビティ１内にノズル３内のア
ルミニウムの溶湯４を掻き上げて凝固ロール２により急
冷凝固して鋳造スラグ５とし、同時に前記掻き上げ時に
鋳造キャビティ１からはみ出た溶湯４をも凝固ロール２
により急冷凝固して薄板８として、鋳造スラグ５を薄板
８により連結すると共に半凝固状の薄板８の自由凝固面
６に成形ロール７により圧力を負荷させて当該自由凝固
面６をも急冷し、薄板８を凝固ロール２から剥離するこ
とにより当該薄板８により連結された鋳造スラグ５を鋳
造キャビティ１内から連続して取り出すようにした方法
である。

【００１３】本願の請求項３記載のアルミニウム鋳造ス
ラグ急速冷却用凝固ロールは、請求項１又は請求項２に
記載のアルミニウム鋳造スラグの急速冷却凝固製造方法
に使用される凝固ロール２であり、ロール９の外周にア
ルミニウムの溶湯４を掻き上げる鋳造キャビティ１を、
凝固ロール２の回転方向に間隔を開けて設けたものであ
る。

【００１４】本願の請求項４記載のアルミニウム鋳造ス
ラグ急速冷却用凝固ロールは、請求項１又は請求項２に
記載のアルミニウム鋳造スラグの急速冷却凝固製造方法
に使用される凝固ロール２であり、鋳造キャビティ１内
の掻き上げ方向先方隅寄りに凝固ロール２の外周面に開
口する空気抜き孔１０を有するものである。

【００１５】本願の請求項５記載のアルミニウム鋳造ス
ラグ急速冷却用成形ロールは、請求項１又は請求項２に
記載のアルミニウム鋳造スラグの急速冷却凝固製造方法
に使用される成形ロール７であり、ロール１１の外周面
の一部に凝固ロール２で急冷された半凝固状態のアルミ
ニウムに接触する突出部１２が形成されたものである。

【００１６】本願の請求項６記載のアルミニウム鋳造ス
ラグの急速冷却用凝固製造装置は、アルミニウムの溶湯
４を供給するノズル３と、ロール９の外周に間隔を開け
て多数の鋳造キャビティ１を形成した凝固ロール２と、
凝固ロール２の回転方向先方に設けられた成形ロール７
を備え、凝固ロール２は回転により鋳造キャビティ１内
にノズル３内のアルミニウムの溶湯４を掻き上げて急冷
し、急冷により鋳造キャビティ１内で凝固させ、成形ロ
ール７は鋳造キャビティ１内の半凝固状のアルミニウム
の自由凝固面６に圧力を負荷させて当該自由凝固面６を
急冷し、急冷されたアルミニウムの鋳造スラグ５が凝固
ロール２の回転により鋳造キャビティ１から取り出され
るようにしたものである。

【００１７】本願の請求項７記載のアルミニウム鋳造ス
ラグの急速冷却用凝固製造装置は、アルミニウムの溶湯
４を供給するノズル３と、ロール９の外周に間隔を開け
て多数の鋳造キャビティ１を形成した凝固ロール２と、
凝固ロール２の回転方向先方に設けられた成形ロール７
を備え、凝固ロール２は回転により鋳造キャビティ１内
にノズル３内のアルミニウムの溶湯４を掻き上げて急冷
し、急冷により鋳造キャビティ１内のアルミニウムを鋳
造スラグ５とし、同時に前記掻き上げ時に鋳造キャビテ
ィ１からはみ出た溶湯４をも急冷凝固して薄板８として
鋳造スラグ５を薄板８により連結し、成形ロール７は薄
板８の自由凝固面６に圧力を負荷させて当該自由凝固面
６を急冷し、その薄板８を凝固ロール２から剥離するこ
とにより当該薄板８により連結された鋳造スラグ５が鋳
造キャビティ１内から連続して取り出されるようにした
ものである。

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は本発明のアルミニウム鍛造素材（鍛造スラグ）の
急速冷却凝固製造方法及びそれに使用する製造装置の一
例を示す実施形態である。この製造装置では図３の様に
凝固ロール２の外周に多数の鋳造キャビティ１を設け、
凝固ロール２を回転させながらキャビティ１内にノズル
３内のアルミニウムの溶湯４を掻き上げて、その溶湯４
を凝固ロール２により急冷して鋳造スラグ５を鋳造す
る。キャビティ１の形状は、真円とすることも、真円以
外の所望の形状とすることもできる。このとき、キャビ
ティ１内に掻き上げられてキャビティ１からはみ出した
溶湯４をも凝固ロール２により同時に急冷してアルミニ
ウムの薄板８を成形し、図２に示す様にその薄板８で鋳
造スラグ５を連結して数珠つなぎの状態に鋳造するもの
である。この場合、凝固ロール２の外周に接近させて成
形ロール７を配置し、その成形ロール７により、凝固ロ
ール２で急冷されて半凝固状態となった薄板８の自由凝
固面６に圧力を負荷させて、当該の自由凝固面６をも滑
らかに綺麗に仕上げる（成形する）ようにしてある。

【００２１】ノズル３内の溶湯４の液面の位置が低過ぎ
ると、鋳造キャビティ１に掻き上げられた溶湯４が凝固
ロール２の回転に伴って頂上まで回転して来た時にノズ
ル３内に逆流してしまうことがある。逆に、溶湯４の液
面の位置が高過ぎると溶湯４が鋳造キャビティ１から回
転方向先方に流れ出てしまうため、その液面位置を調節
する必要がある。鋳造キャビティ１に掻き上げられた溶
湯４が逆流も、流れ出しもしない程度の高さ、例えば、
凝固ロール２の頂点位置よりも２ｍｍ程度低い位置に調
整するのが好ましい。

【００２２】前記成形ロール７には凝固ロール２の方向
に圧下荷重をかけて、半凝固状態のアルミニウムを加圧
する必要があるが、アルミニウムが半凝固状態であるた
めその荷重（圧力）はさほど強くする必要はない。成形
ロール７の配置位置によってそれにより加圧する時のア
ルミニウムの半凝固状態が異なるため、成形ロール７の
配置位置にも注意をする必要がある。図１の凝固ロール
２の縦軸と成形ロール７の縦軸の角度（成形ロール角
度）θが小さ過ぎると、半凝固前にアルミニウムを加圧
することになり、成形ロール７の前にバドル（はみ出
し）ができる。成形ロール角度θが大き過ぎると半凝固
状態よりも凝固し過ぎたアルミニウムを加圧することに
なり、成形ロール７による加圧が不十分になるため好ま
しくない。半凝固状態によってアルミニウムの固相率が
異なる。６０から７０％の固相率で成形ロール７により
成形すると結晶粒が微細になり、品質の良好な鋳造スラ
グ５が得られるため、成形ロール７の位置をこの位置に
設定するのが好ましい。

【００２３】成形ロール７には図５（ａ）の様に軸方向
全長が均一外径であるフラット型のものとか、図５
（ｂ）の様に軸方向中央部の外径をその両側の外径より
も大きくして突出部１２を形成した一部突出型のものを
使用することができる。フラット型の成形ロール７は幅
が凝固ロール２の幅と同じであるため図６（ａ）の様に
凝固ロール２の表面の全て、即ち、キャビティ１内のス
ラグ部分及び薄板部分の全てを圧下することができる
が、一部突出型の成形ロール７は突出部１２の幅が鋳造
キャビティ１の幅と同じであるため、図６（ｂ）の様に
鋳造キャビティ１内のスラグ部分だけを圧下することが
できる。

【００２４】成形ロール７を使用せずに鋳造キャビティ
１内の溶湯４を自然凝固させると、当該溶湯４のうち鋳
造キャビティ１への接触面側は急冷されるが、大気側
（外側）は冷却されにくいため凝固が遅くなる。特に外
側中央部の凝固が遅くなり、その部分が後から凝固する
と、その部分の体積が減少して引けが生じて窪んでしま
う。この難点を解決するために本発明では、成形ロール
７により半凝固状態のアルミニウムに負荷をかけること
により、外側も急冷させて引けが発生せず、窪みが発生
しないようにしてある。

【００２５】凝固ロール２を回転させて鋳造キャビティ
１に溶湯４を掻き上げる場合、掻き上げられる溶湯４に
より鋳造キャビティ１内の空気が鋳造キャビティ１の底
の回転方向先方隅部に押し寄せられ、その空気が邪魔し
て溶湯４がその隅まで十分に充填されにくくなる（図８
の様に未充填部ができる）。このため鋳造キャビティ１
内で急冷される鋳造スラグ５の形状が鋳造キャビティ１
の形状に近いニアネット形状にはならない。この問題を
解消してキャビティの形状に近いニアネット形状の鋳造
スラグを成形するため、この実施例では図４（ａ、ｂ）
の様に、鋳造キャビティ１の当該角部底面に空気抜き孔
１０を開けた。空気抜き孔１０は３本とし、それを凝固
ロール２の側面１６に開口する抜け孔１７に連通させる
ことにより、鋳造キャビティ１に溶湯４が掻き上げられ
ると、同キャビティ１内の空気が空気抜き孔１０から抜
け孔１７を通して凝固ロール２の外部に押し出されて、
溶湯４が鋳造キャビティ１の前方隅部まで確実に充填さ
れ、キャビティ１の形状と同じ又はそれに近い形状（ニ
アネットシェイプ）の鋳造スラグが製作されるようにし
てある。

【００２６】鋳造スラグ５は限界圧縮率が大きい（変形
し易い）ことが望まれる。限界圧縮率は圧縮が進んだと
きに素材の外周に亀裂や割れが入る限界を言う。本発明
ではアルミニウムを半凝固状態で急冷するため、アルミ
ニウムの結晶粒が微細となり限界圧縮率が高まる。限界
圧縮率を高める方法としては、鋳造スラグを熱処理する
方法とか、アルミニウム溶湯に微細化剤を入れる方法等
がある。熱処理を施すと１０％程度の限界圧縮率の向上
が見られる。微細化剤を入れた場合も限界圧縮率の多少
の向上が見られるが、これは微細化剤を入れることによ
りデンドライトアームスペーシング（ＤＡＳ）には変化
はないが、アルミニウムが柱状晶から等軸晶に組織が変
化したためと考えられる。ＤＡＳとは樹枝状晶間隔のこ
とであり、結晶の組織状態をいう。ＤＡＳは小さい方が
望ましく、限界圧縮率が高まり加工し易い。ＤＡＳを小
さくするためには急冷が必要となる。鋳造スラグとして
はＤＡＳ２０μ以下が望ましい。微細化剤としてはスト
ロンチウムやチタニウム等がある。

【００２７】鋳造キャビティ１内で急冷凝固されて薄板
８で連結された鋳造スラグ５を鋳造キャビティ１から取
出すには、ナイフエッジ方式によると便利である。ナイ
フエッジ方式の概略を図９（ａ、ｂ）に示す。これは鋳
造キャビティ１の外側に凝固ロール２の表面に沿って、
先端が鋭利な２枚の板（ナイフエッジ）２０を設置した
ものである。製作された薄板８がナイフエッジ２０の上
を滑り、ナイフエッジ２０と凝固ロール２の接線方向と
の角度αによって薄板８を引上げ、それにより鋳造スラ
グ５を鋳造キャビティ１から引上げて離型させる。ナイ
フエッジ２０の先端の角度αは図９（ａ、ｂ）に示すよ
うにナイフエッジ２０の先端が鋳造キャビティ２０の回
転後方に達した時に鋳造スラグ５の回転方向前方がキャ
ビティ１から完全に出るだけの角度（ロールの接線から
ナイフエッジ上面までの角度）が必要である。この場
合、図９（ｃ）に示す様にナイフエッジ２０の後端に下
向き（矢印Ａ方向）の力を加えると、ナイフエッジ２０
が支点２１より先端が上方（矢印Ｂ方向）に動く様にす
ると、薄板８に強制的に上方への力を加えることがで
き、鋳造スラグ５にも離型される方向への力が加わり、
離型され易くなる。この場合、凝固ロールの回転とナイ
フエッジ２０の上下動とを同期させると、個々の鋳造キ
ャビティ内の鋳造スラグ５を連続して確実に離型するこ
とができる。

【００２８】鋳造スラグ５を鋳造キャビティ１から取出
すには、ベルト式にすることもできる。これは図１０に
示す様に、凝固ロール２とテンションプーリ２５との間
にベルト２６を掛け、そのベルト２６の外側で凝固ロー
ル２の近くに補助ロール２７を配置してある。ベルト２
６はＳＵＳ４３０製とし、それに凝固ロール２の鋳造キ
ャビティ１に合わせて、鋳造キャビティ１よりやや大き
めの穴２８をあけて、溶湯４がベルト２６の裏面に廻り
込まないようにしてある。補助ロール２７は離型地点に
おいてベルト２６に角度を付けて、鋳造キャビティ１か
らの鋳造スラグ５の離型を容易にするためのものであ
る。このベルト式では鋳造キャビティ１に汲み取られて
鋳造キャビティ１から溢れた溶湯がベルト２６の上に流
れ出し、その上で凝固して薄板８となる。ベルト２６を
回転させると薄板８が持ち上げられ、それに伴って、薄
板８で連結されている鋳造スラグ５も持ち上げられ、連
続して離型される。

【００３０】（実施形態２）実施形態１はキャビティ１内で鋳造されたアルミニウム
の鋳造スラグ５を、キャビティ１から溢れ出て急冷され
たアルミニウムの薄板８で連結したものであるが、実施
形態２はキャビティ１内で鋳造された鋳造スラグ５を薄
板８で連結せずに、鋳造スラグ５を個別に単独でキャビ
ティ１から取り出す様にした製造方法である。この場
合、キャビティ１内で凝固した鋳造スラグ５を図示され
ていないノックピンで突き出すなどしてキャビティ１か
ら取り出す。他の条件は実施形態１の場合と同様であ
る。

【００４０】（実験例）（実験設備）この実験では図３（ａ、ｂ）に示す様に凝固ロール２の
表面に鋳造キャビティ（φ２５×５ｍｍ）１を１５度お
きに２４個設け、アルミニウムの鋳造スラグ５をアルミ
ニウムの薄板８で連結するものである。鋳造スラグ５の
自由凝固面６には成形ロール７を装備して、アルミニウ
ムの余分な未凝固層をキャビティ１の外部に押出し、ま
た鋳造スラグ５の上部（外面）を半凝固状態のフラット
とするようにした。鋳造キャビティ１の底の回転方向先
方にはアルミニウム溶湯４の汲み取り時に、キャビティ
１内の残留空気を逃がして溶湯４の充填性を向上させる
ために、図４（ａ、ｂ）に示す様に凝固ロール２の側面
からφ７．４ｍｍの抜け孔１７をあけ、それに連通する
φ０．５ｍｍの空気抜き孔１０をキャビティ１から３本
開けた。

【００４１】（実験条件）実験条件を表１に示す。液面位置は１５０ｍｍ（ロール
頂上) 未満の場合、鋳造キャビティ１への溶湯４の注湯
が不十分になるため１５０ｍｍとした。成形ロール７の
幅はキャビティ１内の鋳造スラグ５を効率的に圧下する
ために、キャビティ１の幅と同じ２５ｍｍとした。成形
ロール７による圧下荷重はバネ初期圧縮量を変化させる
ことで調節した。鍛造性はアムスラー型万能試験機を用
いて室温で２ｍｍ／ｍｉｎの静的圧縮を加え、割れが発
生する限界圧縮率によって評価した。

【００４２】

【表１】

【００４３】（実験結果）バネ初期圧縮量１０ｍｍにおいて成形ロール角度θを変
化させたとき、成形ロール角度θが３０度ではキャビテ
ィ１内の溶湯４の外側中心部に引けが発生し、窪んだ。
これは、３０度の場合は、完全に凝固が完了してから成
形ロール７を通過していることによる。成形ロール角度
θが１０度では鋳造スラグ５の前方が厚くなっている。
これは成形ロール７による圧下時期が早いために、未凝
固層によって成形ロール部にバドル（膨らみ）が発生
し、板厚が厚くなるためである。また、成形ロール７側
からも凝固が進行するため、鋳造スラグ５の中心部が最
終凝固部になり、ポロシティが発生する。ポロシティは
アルミニウム内に混入している空気の気泡である。成形
ロール角度θが２０度の場合は、スラグ上面が半凝固状
態のときに圧下が行われているためポロシティもなく、
比較的フラットな上面が得られた。この結果を図１２に
示す。

【００４４】成形ロール角度θが２０度において、成形
ロール圧下荷重を変化させたときの限界圧縮率は、熱処
理を施さなかった場合は圧下荷重によってほとんど変化
が見られないが、熱処理を施した場合は約４．５ｋＮの
圧下で１０％程度の限界圧縮率の向上が見られた。これ
は、圧下によって成形ロール７と鋳造スラグ５間の接触
が良好になって冷却状態が良くなったこと、ミクロポロ
シティを抑えたことなどが考えられる。この結果を図１
３に示す。

【００４５】成形ロール角度２０度、バネ初期圧縮量１
０ｍｍにおいて、微細化剤を添加したときの限界圧縮率
は熱処理を施さなかった場合はほとんど変化が見られな
いが、熱処理を施した場合は１０％程度の限界圧縮率の
向上が見られた。これは微細化剤の添加によってデンド
ライトアームスペーシング（Dendrite Arm Speacing ：
ＤＡＳ）には変化がないものの（共に約１４μｍ）、鋳
造スラグ５の組織が柱状晶から等軸晶に変化したためと
考えられる。以上の結果から、本実験によって作製した
鋳造スラグで最大約６０％の限界圧縮率が得られ、良好
な鍛造が可能となり、本願発明の鍛造方法の有効性が確
認された。この結果を図１４に示す。

【００４６】また、アルミニウムの鍛造加工・押出加工
などの塑性加工性も、機械的性質と同様に金属組織因子
の大きさによって影響を受け、特に、鍛造性に代表され
る塑性加工性はＤＡＳが２０μｍになると飛躍的に良好
になると報告されている。本発明では溶湯を急冷凝固さ
せることで鋳造スラグの機械的性質、及び鍛造性の向上
が期待でき、鍛造素材として適したものとなる。

【００４７】本発明によれば、急冷凝固により組織を微
細にした鋳造スラグの作製技術が可能であるため、これ
まで困難だった過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金をはじめとし
た、Ａｌ−Ｓｉ系合金の鋳造スラグへの適応が容易とな
り、産業界への応用・展開が可能となる。過共晶Ａｌ−
Ｓｉ系合金を含めたＡｌ−Ｓｉ系合金は耐摩耗性、低熱
膨張係数、高強度等の特性が良好なため、新しいアルミ
ニウム鍛造の適用範囲が広がることが考えられる。

【００５０】

【発明の効果】本願の請求項１、２記載のアルミニウム
鋳造スラグの急速冷却凝固製造方法は次のような効果が
ある。１．ロールの外周に間隔を開けて多数の鋳造キャビティ
を形成した凝固ロールを使用するので、個々の鋳造キャ
ビティの形状と同等又はそれに近い形状の鋳造スラグを
得ることができる。２．アルミニウムの溶湯を凝固ロールにより急冷するの
で、結晶粒が微細な品質の良好な鋳造スラグを得ること
ができる。３．品質が良く、鍛造に適したサイズ、形状の鋳造スラ
グを個別に得ることができるため、鋳造スラグを均質処
理してから、或は、そのまま鍛造素材として使用でき、
従来の様に切断、押出し・圧延、切断灯の下降を行なう
必要がないため、鍛造素材として使用できるまでの工程
が大幅に短縮され、コストの低減につながる。

【００５１】本願の請求項１、２記載のアルミニウム鋳
造スラグの急速冷却凝固製造方法には前記効果の他に次
のような効果もある。１．半凝固状態のアルミニウムの外面に成形ロールを圧
接するので、当該外面が平滑で、奇麗な面となる。

【００５２】本願の請求項２記載のアルミニウム鋳造ス
ラグの急速冷却凝固製造方法には前記効果の他に次のよ
うな効果もある。１．鋳造スラグが薄板により連結されて数珠つなぎにな
るため、鋳造スラグを連続成形することができ、その後
の工程、例えば加熱処理などで、鋳造スラグを熱処理ラ
インさらには切断ラインに送り込んで連続して処理する
ことができ、自動化し易く、取扱いに便利である。２．鋳造スラグを薄板から打ち抜くだけで、鍛造素材と
して使用することができるため、鋳造スラグから鍛造素
材にするまでの工程が簡略化され、大幅なコストダウン
が実現できる。また、鋳造スラグを薄板から打ち抜くた
め、切削油を必要とせず、従って、使用しないのでその
まま加熱処理することもできる。また、切削せずに打ち
抜くだけであるため、切り粉の発生も殆どなく、アルミ
ニウムの無駄が少なくなり、ゼロエミッションにも寄与
できる。

【００５３】本願の請求項３記載のアルミニウム鋳造ス
ラグの急速冷却用凝固ロールは、ロールの外周にアルミ
ニウムの溶湯を掻き上げる鋳造キャビティを、凝固ロー
ルの回転方向に間隔を開けて設けたものであるため、個
々の鋳造キャビティの形状と同等又はそれに近い形状の
鋳造スラグを得ることができる。

【００５４】本願の請求項４記載のアルミニウム鋳造ス
ラグの急速冷却用凝固ロールは、鋳造キャビティ１内の
掻き上げ方向先方隅寄りに凝固ロール２の外周面に開口
する空気抜き孔１０を有するものであるため、鋳造スラ
グを鋳造キャビティの形状に近い形状（ニアネットシェ
イプ）に鋳造することができる。

【００５５】本願の請求項５記載のアルミニウム鋳造ス
ラグの急速冷却用成形ロールは成形ロールの外周面の一
部に、凝固ロールで急冷された半凝固状態のアルミニウ
ムに接触する突出部を設け、その突出部の側方に、凝固
ロールとの間にアルミニウム流出空間を形成する凹部を
設けたので、鋳造キャビティに汲み取られて溢れたアル
ミニウムの溶湯が流出空間に流れ出し、アルミニウムの
薄板が形成される。

【００５６】本願の請求項６、７記載アルミニウム鋳造
スラグの急速冷却凝固製造装置は次のような効果があ
る。１．凝固ロールが、ロールの外周に間隔を開けて多数の
鋳造キャビティを形成したものであるため、鋳造キャビ
ティによりアルミニウムの溶湯を掻き上げて、鋳造スラ
グを得ることができる。

【００５７】本願の請求項６、７記載のアルミニウム鋳
造スラグ急速冷却凝固製造装置には次のような効果もあ
る。１．鋳造キャビティ内の半凝固状のアルミニウムの自由
凝固面に圧力を負荷させて当該自由凝固面を急冷する成
形ロールを備えたので、鋳造キャビティ１内の凝固時に
溶湯の外側に引けが発生せず、窪みが発生しない。ちな
みに、成形ロール７を使用せずに鋳造キャビティ１内の
溶湯４を自然凝固させると、当該溶湯４のうち鋳造キャ
ビティへの接触面側は急冷されるが、大気側（外側）は
冷却されにくいため凝固が遅くなる。特に外側中央部の
凝固が遅くなり、その部分が後から凝固すると、その部
分の体積が減少して引けが生じて窪んでしまう。

【００５８】本願の請求項７記載のアルミニウム鋳造ス
ラグ急速冷却凝固製造装置には次のような効果がある。１．鋳造スラグが薄板により連結されて数珠つなぎにな
るため、鋳造スラグを連続成形することができ、その後
の工程、例えば加熱処理などで、鋳造スラグを熱処理ラ
インさらには切断ラインに送り込んで連続して処理する
ことができ、自動化し易く、取扱いに便利である。２．鋳造スラグを薄板から打ち抜くだけで、鍛造素材と
して使用することができるため、鋳造スラグから鍛造素
材にするまでの工程が簡略化され、大幅なコストダウン
が実現できる。また、鋳造スラグを薄板から打ち抜くた
め、切削油を必要とせず、従って、使用しないのでその
まま加熱処理することもできる。また、切削せずに打ち
抜くだけであるため、切り粉の発生も殆どなく、アルミ
ニウムの無駄が少なくなり、ゼロエミッションにも寄与
できる。

【００５９】本願の請求項６、７記載のアルミニウム鋳
造スラグ急速冷却凝固製造装置には前記効果の他に次の
ような効果もある。１．半凝固状態のアルミニウムの外面を成形ロールによ
り負荷することができるので、当該外面が平滑で、奇麗
な面となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造装置及び製造方法の説明図。

【図２】本発明の製造方法により製造される鋳造スラグ
の側面説明図。

【図３】（ａ）は本発明の凝固ロールの側面図、（ｂ）
は正面図。

【図４】（ａ）は本発明の凝固ロールのキャビティ部分
の側面方向断面図、（ｂ）は正面方向断面図。

【図５】（ａ）は本発明の凝固ロールとフラット型成形
ロールとの対向状態を示す斜視図、（ｂ）は凝固ロール
と凸型成形ロールとの対向状態を示す斜視図。

【図６】（ａ）はフラット型成形ロールによる成形状態
を示す縦断面図、（ｂ）は凸型成形ロールによる成形状
態を示す縦断面図。

【図７】（ａ）はフラット型成形ロールによる成形状態
を示す側面方向縦断面図、（ｂ）は凸型成形ロールによ
る成形状態を示す側面方向成縦断面図。

【図８】鋳造キャビティへの溶湯の充填状態の説明図。

【図９】（ａ）は固定ナイフエッジ式離型装置の正面説
明図、（ｂ）は同離型装置の側面説明図、（ｃ）は可動
ナイフエッジ式離型装置の側面説明図。

【図１０】（ａ）はベルト式離型装置の側面説明図、
（ｂ）は同離型装置のベルトの正面説明図。

【図１１】ベルト式離型装置の斜視図。

【図１２】鋳造スラグの回転方向中心部の厚さ分布図。

【図１３】圧下荷重の違いによる限界圧縮率の説明図。

【図１４】微細化剤添加による限界圧縮率の説明図。

【図１５】双ロール方式の概略図。

【図１６】メルトドラッグ方式の概略図。

【符号の説明】

１鋳造キャビティ２凝固ロール３ノズル４アルミニウムの溶湯５鋳造スラグ６自由凝固面７成形ロール８薄板９ロール１０空気抜き孔１１ロール１２突出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/06 330 B22D 11/06 370 B22D 21/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ロール（９）の外周に間隔を開けて多数の
鋳造キャビティ（１）を形成した凝固ロール（２）を回
転させて、鋳造キャビティ（１）内にノズル（３）内の
アルミニウムの溶湯（４）を掻き上げて凝固ロール
（２）により急冷し、鋳造キャビティ（１）内の半凝固
状のアルミニウムの自由凝固面（６）に成形ロール
（７）により圧力を負荷させて自由凝固面（６）をも急
冷し、凝固したアルミニウムの鋳造スラグ（５）を鋳造
キャビティ（１）から個別に取り出すようにしたことを
特徴とするアルミニウム鋳造スラグの急速冷却凝固製造
方法。
【請求項２】ロール（９）の外周に間隔を開けて多数の
鋳造キャビティ（１）を形成した凝固ロール（２）を回
転させて、鋳造キャビティ（１）内にノズル（３）内の
アルミニウムの溶湯（４）を掻き上げて凝固ロール
（２）により急冷凝固して鋳造スラグ（５）とし、同時
に前記掻き上げ時に鋳造キャビティ（１）からはみ出た
溶湯（４）をも凝固ロール（２）により急冷凝固して薄
板（８）として、鋳造スラグ（５）を薄板（８）により
連結すると共に半凝固状の薄板（８）の自由凝固面
（６）に成形ロール（７）により圧力を負荷させて当該
自由凝固面（６）をも急冷し、薄板（８）を凝固ロール
（２）から剥離することにより当該薄板（８）により連
結された鋳造スラグ（５）を鋳造キャビティ（１）内か
ら連続して取り出すようにしたことを特徴とするアルミ
ニウム鋳造スラグの急速冷却凝固製造方法。
【請求項３】請求項１又は請求項２記載のアルミニウム
鋳造スラグの急速冷却凝固製造方法に使用される凝固ロ
ール（２）が、ロール（９）の外周にアルミニウムの溶
湯（４）を掻き上げる鋳造キャビティ（１）を、凝固ロ
ール（２）の回転方向に間隔を開けて設けたものである
ことを特徴とするアルミニウム鋳造スラグ急速冷却用凝
固ロール。
【請求項４】請求項１又は請求項２記載のアルミニウム
鋳造スラグの急速冷却凝固製造方法に使用される凝固ロ
ール（２）が、鋳造キャビティ（１）内の掻き上げ方向
先方隅寄りに凝固ロール（２）の外周面に開口する空気
抜き孔（１０）を有するものであることを特徴とするア
ルミニウム鋳造スラグ急速冷却用凝固ロール。
【請求項５】請求項１又は請求項２記載のアルミニウム
鋳造スラグの急速冷却凝固製造方法に使用される成形ロ
ール（７）が、ロール（１１）の外周面の一部に凝固ロ
ール（２）で急冷された半凝固状態のアルミニウムに接
触する突出部（１２）が形成されたものであることを特
徴とするアルミニウム鋳造スラグ急速冷却用成形ロー
ル。
【請求項６】アルミニウムの溶湯（４）を供給するノズ
ル（３）と、ロール（９）の外周に間隔を開けて多数の
鋳造キャビティ（１）を形成した凝固ロール（２）と、
凝固ロール（２）の回転方向先方に設けられた成形ロー
ル（７）を備え、凝固ロール（２）は回転により鋳造キ
ャビティ（１）内にノズル（３）内のアルミニウムの溶
湯（４）を掻き上げて急冷し、急冷により鋳造キャビテ
ィ（１）内で凝固させ、成形ロール（７）は鋳造キャビ
ティ（１）内の半凝固状のアルミニウムの自由凝固面
（６）に圧力を負荷させて当該自由凝固面（６）を急冷
し、急冷されたアルミニウムの鋳造スラグ（５）が凝固
ロール（２）の回転により鋳造キャビティ（１）から取
り出されるようにしたことを特徴とするアルミニウム鋳
造スラグの急速冷却凝固製造装置。
【請求項７】アルミニウムの溶湯（４）を供給するノズ
ル（３）と、ロール（９）の外周に間隔を開けて多数の
鋳造キャビティ（１）を形成した凝固ロール（２）と、
凝固ロール（２）の回転方向先方に設けられた成形ロー
ル（７）を備え、凝固ロール（２）は回転により鋳造キ
ャビティ（１）内にノズル（３）内のアルミニウムの溶
湯（４）を掻き上げて急冷し、急冷により鋳造キャビテ
ィ（１）内のアルミニウムを鋳造スラグ（５）とし、同
時に前記掻き上げ時に鋳造キャビティ（１）からはみ出
た溶湯（４）をも急冷凝固して薄板（８）として鋳造ス
ラグ（５）を薄板（８）により連結し、成形ロール
（７）は薄板（８）の自由凝固面（６）に圧力を負荷さ
せて当該自由凝固面（６）を急冷し、その薄板（８）を
凝固ロール（２）から剥離することにより当該薄板
（８）により連結された鋳造スラグ（５）が鋳造キャビ
ティ（１）内から連続して取り出されるようにしたこと
を特徴とするアルミニウム鋳造スラグの急速冷却凝固製
造方法に使用されるアルミニウム鋳造スラグの急速冷却
凝固製造装置。