JP3685459B1 - 固液共存状態金属スラリの製造方法およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組成を変化させることなく急速に冷却できる溶融金属の冷却方法を提供する。
【解決手段】電磁気場が印加されたスラリ製造容器２内に溶融金属Ｍを注湯する。金属リボンＲをスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ中に挿入して溶解させる。金属リボンＲが溶融金属Ｍ中に溶融する際の溶融潜熱は溶融金属Ｍの比熱よりも大幅に大きい。金属リボンＲがスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍに溶融される際の溶融潜熱にて溶融金属Ｍを急速に冷却できる。溶融金属Ｍと等しい組成の金属リボンＲとした。金属リボンＲを溶融させて冷却させた後の溶融金属Ｍの組成が変化しにくい。
【選択図】図１

Description

本発明は、液相金属を冷却して固液共存状態金属スラリとする固液共存状態金属スラリの製造方法およびその製造装置に関する。

従来、この種の固液共存状態金属スラリの製造方法としては、容器内を加熱することによって形成された液相金属に、冷たい固相金属である固形インゴットを付加して、この液相金属と金属結晶との混合物からなるスラリを形成する構成が知られている(例えば、特許文献１参照。)。

また、この種の固液共存状態金属スラリの製造方法としては、液相金属への冷却粉末の導入によって、この液相金属を流体力学的に安定化させているとともに、この液相金属の温度を平均化させている。すなわち、この液相金属中に冷却用の粉末を混合させることによって、この液相金属を冷却させ、この液相金属の過熱領域と過冷却領域と避け、結晶化工程を平均化し、最終的に鋳造品の均一性を改善させる構成が知られている(例えば、特許文献２参照。)。
特開昭５３−３７１０５号公報（第４−１０頁および第１図） 特開２０００−３１２９５８号公報（第３−５頁および図１ないし図６）

しかしながら、上述した各固液共存状態金属スラリの製造方法では、液相金属中に、この液相金属とは組成の異なる固形インゴットや冷却粉末を入れて、これら固形インゴットあるいは冷却粉末を液相金属中に熔融させて、これら液相金属を冷却させている。したがって、これら液相金属を冷却させた後に、これら液相金属の組成が変化してしまうおそれがあるという問題を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、組成を変化させることなく急速に冷却できる固液共存状態金属スラリの製造方法およびその製造装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の固液共存状態金属スラリの製造方法は、液相金属中に固相金属を入れて、この固相金属を前記液相金属に溶かして、前記液相金属を冷却して固液共存状態金属スラリとする固液共存状態金属スラリの製造方法であって、前記固相金属は、前記固液共存状態金属スラリを冷却したものである。

そして、液相金属中に、この液相金属から製造される固液金属状態金属スラリを冷却した固相金属を入れて、この固相金属を液相金属に溶かして、この液相金属を冷却して固液共存状態金属スラリとする。この結果、この固相金属が溶けた液相金属の組成が変化することなく、この固相金属が液相金属に溶ける際の比熱の約４００倍の溶融潜熱によって、この液相金属から熱を奪うことができるので、この液相金属を急速に冷却できる。したがって、この液相金属を冷却して製造された固液共存金属スラリの組成を変化させることなく、この固液共存状態金属スラリを効率良く製造できる。また、固相金属が入れられて溶けた後の液相金属中に固相金属が完全に溶けなくても、この液相金属の組成が変化しないので、この液相金属の急速な冷却を効率良くできる。

請求項２記載の固液共存状態金属スラリの製造方法は、請求項１記載の固液共存状態金属スラリの製造方法において、固相金属は、リボン状であるものである。

そして、固相金属をリボン状とすることにより、この固相金属を液相金属に入れた際に、この液相金属に固相金属が効率良く溶けるので、この液相金属の急速な冷却をより効率良くできる。

請求項３記載の固液共存状態金属スラリの製造方法は、請求項１または２記載の固液共存状態金属スラリの製造方法において、固相金属は、ワイヤ状であるものである。

そして、固相金属をワイヤ状とすることにより、この固相金属を液相金属に入れた際に、この液相金属中に固相金属が効率良く溶けるので、この液相金属の急速な冷却をより効率良くできる。

請求項４記載の固液共存状態金属スラリの製造方法は、請求項１ないし３いずれか記載の固液共存状態金属スラリの製造方法において、液相金属中に固相金属を入れた状態で、この固相金属を振動させるものである。

そして、液相金属中に固相金属を入れた状態で振動させることにより、この液相金属と固相金属との接触熱伝達がより大きくなる。したがって、この固相金属を液相金属により速く溶かすことができるので、この液相金属をより急速に冷却できる。

請求項５記載の固液共存状態金属スラリの製造方法は、請求項１ないし４いずれか記載の固液共存状態金属スラリの製造方法において、液相金属に電磁気場を印加しつつ、この液相金属を冷却して固液共存状態金属スラリを製造するものである。

そして、液相金属に電磁気場を印加しつつ、この液相金属を冷却して固液共存状態金属スラリを製造することにより、この液相金属から固液共存状態金属スラリをより効率良く製造できる。

請求項６記載の固液共存状態金属スラリの製造装置は、液相金属が注湯される注湯部と、前記液相金属から製造された固液共存状態金属スラリを冷却した固相金属が取り付けられ、この固相金属を前記注湯部に注湯された前記液相金属中に入れて、この固相金属を前記液相金属に溶かして、前記液相金属を冷却して固液金属状態金属スラリとさせる搬送手段とを具備したものである。

そして、注湯部に注湯された液相金属に、この液相金属から製造される固液金属状態金属スラリを冷却した固相金属を搬送手段にて入れて、この固相金属を液相金属中に溶かして、この液相金属を冷却して固液共存状態金属スラリとする。この結果、この固相金属が溶けた液相金属の組成が変化することなく、この固相金属が液相金属に溶ける際の比熱の約４００倍の溶融潜熱によって、この液相金属から熱を奪うことができるので、この液相金属を急速に冷却できる。したがって、この液相金属を冷却して製造された固液共存金属スラリの組成を余り変化させることなく、この固液共存状態金属スラリを効率良く製造できる。また、固相金属が入れられて溶けた後の液相金属中に固相金属が完全に溶けなくても、この液相金属の組成が変化しないので、この液相金属の急速な冷却を効率良くできる。

請求項１記載の固液共存状態金属スラリの製造方法によれば、液相金属から製造される固液金属状態金属スラリを冷却した固相金属を液相金属に溶かして、この液相金属を冷却して固液共存状態金属スラリとすることにより、この固相金属が溶けた液相金属の組成が変化することなく、この固相金属が液相金属中に溶ける際の潜熱によって、この液相金属を急速に冷却できるから、固液共存状態金属スラリを効率良く製造できる。また、固相金属が入れられて溶けた後の液相金属中に固相金属が完全に溶けなくても、この液相金属の組成が変化しないので、この液相金属の急速な冷却を効率良くできる。

請求項２記載の固液共存状態金属スラリの製造方法によれば、請求項１記載の固液共存状態金属スラリの製造方法の効果に加え、リボン状の固相金属を液相金属に入れると、この液相金属に固相金属を効率良く溶かすことができるので、この液相金属の急速な冷却をより効率良くできる。

請求項３記載の固液共存状態金属スラリの製造方法によれば、請求項１または２記載の固液共存状態金属スラリの製造方法の効果に加え、ワイヤ状の固相金属を液相金属に入れると、この液相金属に固相金属を効率良く溶かすことができるので、この液相金属の急速な冷却をより効率良くできる。

請求項４記載の固液共存状態金属スラリの製造方法によれば、請求項１ないし３いずれか記載の固液共存状態金属スラリの製造方法の効果に加え、液相金属中に固相金属を入れた状態で振動させることにより、この液相金属と固相金属との接触熱伝達をより大きくでき、この固相金属を液相金属により速く溶かすことができるから、この液相金属をより急速に冷却できる。

請求項５記載の固液共存状態金属スラリの製造方法によれば、請求項１ないし４いずれか記載の固液共存状態金属スラリの製造方法の効果に加え、液相金属に電磁気場を印加しつつ、この液相金属を冷却して固液共存状態金属スラリとするので、この液相金属から固液共存状態金属スラリをより効率良く製造できる。

請求項６記載の固液共存状態金属スラリの製造装置によれば、注湯部に注湯された液相金属に、この液相金属から製造される固液金属状態金属スラリを冷却した固相金属を搬送手段にて入れて、この固相金属を液相金属に溶かして、この液相金属を冷却して固液共存状態金属スラリとすることにより、この固相金属が溶けた液相金属の組成を変化させることなく、この固相金属が液相金属に溶ける際の潜熱によって、この液相金属を急速に冷却できるから、固液共存状態金属スラリを効率良く製造できる。また、固相金属が入れられて溶けた後の液相金属中に固相金属が完全に溶けなくても、この液相金属の組成が変化しないので、この液相金属の急速な冷却を効率良くできる。

以下、本発明の第１の実施の形態の固液共存状態金属スラリの製造方法を図１ないし図４を参照して説明する。

まず、Ｓは固液共存状態金属スラリとしての半凝固金属スラリで、この半凝固金属スラリＳは、注湯工程にてスラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注湯する前に電磁気場で攪拌する。すなわち、注湯工程にてスラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注湯する前、注湯工程にてスラリ製造容器２に溶融金属Ｍの注湯を開始すると同時に、印加工程での電磁気場による攪拌によって、初期樹枝状組織の生成を遮断する。

すなわち、スラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注入する前から電磁気場を印加して、このスラリ製造容器２に注湯された溶融金属Ｍを電磁攪拌することによって、この溶融金属Ｍ中に初期凝固層および樹枝状結晶の生成を遮断する。具体的に、この印加工程での電磁気場による攪拌は、所定の空間部13に溶融金属Ｍが注湯されずに空いているスラリ製造容器２を配置工程として配置させ、このようにスラリ製造容器２が空いている状態で、印加工程として空間部13に電磁気場を印加して溶融金属Ｍを注湯する。この時、電磁気場の印加は溶融金属Ｍを攪拌できる程度の強度でなされる。

この後、図４に示すように、注湯工程として溶融金属Ｍを注湯温度Ｔ_Ｐでスラリ製造容器２に注湯する。このとき、このスラリ製造容器２には電磁気場が印加されて溶融金属Ｍの攪拌が実施され得る状態とされている。この際、溶融金属Ｍの注湯と同時に電磁気場の攪拌を開始して実施できる。すなわち、空間部13にスラリ製造容器２を配置する段階である配置工程は、空間部13に電磁気場が印加された後にもできる。

このように、スラリ製造容器２への溶融金属Ｍの注湯が完了する前に電磁気場を印加することによって、溶融金属Ｍが低温のスラリ製造容器２の内壁で初期凝固層が形成されず、これにより樹枝状組織に成長することもない。すなわち、電磁気場をスラリ製造容器２に印加させた状態で溶融金属Ｍを、このスラリ製造容器２内に注湯することによって、溶融金属Ｍが注湯されたスラリ製造容器２の壁面部と中心部、上部と下部間に温度差がほとんどない。したがって、従来の技術で発生するスラリ注湯容器壁面付近での初期凝固が起きず、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍの全体が均一に液相線温度直下に急速に冷却されて多数の結晶核を同時に発生できるからである。このため、このスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ全体に亘って微細な結晶核が同時に発生し、この溶融金属Ｍ全体が均一に液相線温度直下に急速に冷却させて多数の結晶核が同時に発生する。

これは、このスラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注湯する前から、または注湯と同時に電磁気場を印加することによって活発な初期攪拌作用により内部の溶融金属Ｍと表面の溶融金属Ｍとがよく攪拌されて溶融金属Ｍ内での熱伝逹が速く、スラリ製造容器２の内壁での初期凝固層形成が抑制されるからである。

このとき、スラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注湯する前の段階で、このスラリ製造容器２に電磁気場の印加を予め開始させて、この電磁気場の印加を継続することによって、このスラリ製造容器２内に溶融金属Ｍを注湯した際に、このスラリ製造容器２の内面に溶融金属Ｍが付着することを防止できる。

すなわち、溶融金属Ｍの注湯の際に予め電磁気場を発生させておくことにより、スラリ製造容器２内に注湯された溶融金属Ｍに対して電磁気場特有の磁気浮遊が生じる。したがって、スラリ製造容器２の内面に溶融金属Ｍが接触しない状態、すなわちスラリ製造容器２の内面から溶融金属Ｍが浮遊した状態で、この溶融金属Ｍが攪拌される。このため、スラリ製造容器２の内面に溶融金属Ｍが接触しにくい状態で、この溶融金属Ｍを電磁攪拌できる。

また、よく攪拌されている溶融金属Ｍと低温のスラリ製造容器２の内壁との対流熱伝逹が増加して溶融金属Ｍ全体の温度を急速に冷却させる。すなわち、注湯された溶融金属Ｍが注湯と同時に電磁気場の攪拌により分散粒子に分散され、この分散粒子が結晶核としてスラリ製造容器２内に均一に分布され、これによりスラリ製造容器２全体に亘って温度差が発生しなくなる。これに対し、上述の従来の技術によれば、注湯された溶融金属が低温のスラリ製造容器の内壁と接触して急速な対流熱伝逹により初期凝固層での樹枝状結晶に成長する。

そして、このような原理は凝固潜熱と関連して説明できる。すなわち、スラリ製造容器２の壁面で溶融金属Ｍの初期凝固が発生しないので、それ以上凝固潜熱が発生せず、これにより溶融金属Ｍの冷却は単に溶融金属Ｍの比熱(凝固潜熱の１／４００程度に過ぎない)に該当する程度の熱量の放出だけで可能になる。

したがって、従来の技術においてスラリ製造容器の壁面部でよく発生する初期凝固層である樹枝状結晶が形成されずに、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍがスラリ製造容器２の壁面から中心部にわたって全体的に均一にかつ急速に温度が下がる様子を示す。このときの温度を下げるのに必要な時間は溶融金属Ｍの注湯後約１秒以上１０秒以下程度の短い時間にすぎない。これにより、多数の結晶核がスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ全体にわたって均一に生成され、結晶核生成密度の増加によって結晶核間の距離は非常に短くなって樹枝状結晶が形成されずに独立的に成長して球状粒子を形成する。

これは溶融金属Ｍが注湯される最中に電磁気場が印加される場合にも同じである。すなわち、スラリ製造容器２の内壁面において初期凝固層は、注湯される過程での電磁気場攪拌により形成されなくなる。

このとき、溶融金属Ｍの注湯温度Ｔ_Ｐは液相線温度より高く、液相線＋１００℃より低いの温度(溶湯過熱度＝０℃以上１００℃以下)に維持されることが望ましい。上述のように、溶融金属Ｍが入っているスラリ製造容器２の内部全体が均一に冷却されるので、このスラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注湯する前に液相線温度付近まで冷却する必要がなく、液相線温度より１００℃程度の高い温度を維持してもよいからである。

一方、溶融金属をスラリ製造容器に注湯した後、溶融金属の一部が液相線以下になる時点でスラリ製造容器に電磁気場を印加する従来の方法によれば、スラリ製造容器の壁面に初期凝固層が形成されながら凝固潜熱が発生するが、凝固潜熱は比熱の約４００倍であるため、スラリ製造容器全体の溶融金属の温度が下がるには長時間がかかる。したがって、このような従来の方法では、液相線程度または液相線より約５０℃高い温度まで溶融金属の温度を冷却させた後、スラリ製造容器に注湯することが一般的であった。

また、電磁気場による攪拌は、図４に示すように、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍが少なくとも一部分でも、溶融金属Ｍの温度が液状線温度Ｔ_１以下に下がった時、すなわち、この溶融金属Ｍの固相率が約０．００１で所定の結晶核でも生成された後ならいつ終了しても問題にならない。言い換えると、この電磁気場による攪拌を終了する時点は、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍの温度が液相線付近に至った時点である。さらに、この電磁気場攪拌を終了する時点は、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ中に結晶核が均一に生成された時点である。

ここで、溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳを製造する際の核生成密度は、溶融金属Ｍとして使用される合金系によらず、この溶融金属Ｍの固相率が０．０００１(１０^−４)以上となった時点で、すべての合金系における結晶核生成が完了する。また、溶融金属Ｍの固相率を０．０００１の単位まで計測するのは容易ではない。工業的に利用し得る半凝固金属スラリＳを製造する目的で、この半凝固金属スラリＳの原料として用いられる溶融金属Ｍの結晶核生成を確実に終了させるためには、この溶融金属Ｍの固相率を０．０００１とする必要はなく、０．００１以上で充分であり、生産性の観点から０．００１以上とすることがより好ましい。

すなわち、溶融金属Ｍ中にいかに結晶核生成の核を増加させるかについては、この溶融金属Ｍ中に結晶核生成が生じる間だけ、この溶融金属Ｍに電磁気場を印加するだけで足りる。したがって、この溶融金属Ｍに電磁気場をより長時間印加して、この溶融金属Ｍの固相率を０．００１以上としても半凝固金属スラリＳを製造できる。ところが、この溶融金属Ｍの固相率が０．１以上になった状態でも電磁気場を印加し続けるのは、エネルギ効率面で望ましくなく、製造される半凝固金属スラリＳの凝固組織が粗大化され、かつ工程時間が伸びるために望ましくないからである。

さらに、スラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注湯してこの溶融金属Ｍを冷却させる段階まで電磁気場を印加して後続の加圧する段階、例えばダイカスト工程や熱間鍛造工程などの成形工程前に電磁気場攪拌を停止させてもよい。これは既にスラリ製造容器２のスラリ製造領域Ｔ全体に亘って結晶核が均一に分布しているために、この結晶核を中心として結晶粒が成長する段階での電磁気場攪拌は製造される半凝固金属スラリＳの特性に影響を及ぼさないからである。

したがって、上記電磁気場攪拌は、少なくとも溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．７以下になるまで持続させる。言い換えると、この電磁気場攪拌は、溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．７以下となった時点で、この溶融金属Ｍが注湯されたスラリ製造容器２に対する電磁気場の印加が終了される。ただし、上記電磁気場攪拌の持続時間は、エネルギ効率面を考えれば、少なくともスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．４以下になるまで持続させ、さらに望ましくは溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．１以下になるまで持続させる。

よって、電磁気場による攪拌を加えた後にはスラリ製造容器２を電磁気場が印加されている空間部13の外側へ移送させて後続工程に連係させる。すなわち、後続工程であるダイカスト工程や、熱間鍛造工程またはビレット製造工程に移して成形することである。このようなスラリ製造容器２の移送は、電磁気場の終了とは関係なく進行できる。具体的には、電磁気場の印加を終了した後でスラリ製造容器２を移送し、空間部13に電磁気場が印加されている状態でこの空間部13の外側にスラリ製造容器２を移送して離脱させる。

一方、スラリ製造容器２への溶融金属Ｍの注湯が完了する前に電磁気場を印加して、均一な分布の結晶核を形成した後、冷却工程としてスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍを冷却して生成された結晶核の成長を加速させる。この冷却工程は、スラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注湯するときからしてもよい。また、この冷却工程の間にも電磁気場を持続的に印加させてもよい。よって、この冷却工程は、スラリ製造容器２に電磁気場が印加される間にしてもよい。これにより、スラリ製造容器２で半凝固状態の半凝固金属スラリＳを製造した後、これを直ちに後続工程である成形工程で使用できる。なお、このような冷却工程は、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ中に、この溶融金属Ｍに等しい組成、例えば球状の組織構造の細長リボン状の固相金属である金属リボンＲを所定量挿入して、この金属リボンＲを溶融金属Ｍ中に溶かす、すなわち溶融させて冷却させるが、別途の温度調節装置にてしたり、自然的に空冷させたりしてもよい。

さらに、この冷却工程は、後続工程としての加圧工程などの成形工程前まで持続できる。すなわち、溶融金属Ｍが０．１以上０．７以下の固相率に到達する時点ｔ_２まで冷却工程を維持させる。具体的に、半凝固金属スラリＳが鋳込まれて製造される製品の肉厚が薄く形状が複雑な場合には、実験的に、溶融金属Ｍの固相率が０．１となるまで冷却して、この溶融金属Ｍをより液状にして、半凝固金属スラリＳが鋳型内で凝固するまでの時間を長くし、この半凝固金属スラリＳの鋳型への流れ込み速度を速くする必要があるからである。

これに対し、この半凝固金属スラリＳが鋳込まれて製造される製品の肉厚が厚く形状が単純な場合には、実験的に、溶融金属Ｍの固相率が０．７となるまで冷却して、この溶融金属Ｍをより固状にし、半凝固金属スラリＳが鋳型内で凝固するまでの時間を短くして、この半凝固金属スラリＳの流れ込み速度を遅くしても問題がないからである。

この結果、半凝固金属スラリＳの製造に用いる溶融金属Ｍの固相率を０．１以上０．７以下にすれば、この溶融金属Ｍとして用いられる合金系に関わらず、この溶融金属Ｍから製造された半凝固金属スラリＳにより、あらゆる形状のダイキャスト製品を製造できる。また、溶融金属Ｍのスラリ製造容器２内への注湯時点から固相率０．１以上０．７以下の半凝固金属スラリＳへと形成される時点までの所要時間が３０秒以上６０秒以下にすぎない。したがって、溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳを６０秒内、すなわち１分以内に製造するためには、この溶融金属Ｍの固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却すればよい。

このとき、この溶融金属Ｍの冷却速度は０．２℃／ｓｅｃ以上５．０℃／ｓｅｃ以下程度とするが、より好ましくは、結晶核の分布度および粒子の微細度によって０．２℃／ｓｅｃ以上２．０℃／ｓｅｃ以下にする。これは、溶融金属Ｍに電磁気場を印加して半凝固金属スラリＳを製造する場合には、結晶核の分布度および粒子の微細度などの観点から、電磁気場を印加して結晶核生成が終了した溶融金属Ｍを、少なくとも０．２℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する必要があるからである。

すなわち、この溶融金属Ｍの冷却速度を０．２℃／ｓｅｃ以下にした場合には、この溶融金属Ｍ中の結晶核が成長し過ぎて大きくなり過ぎてしまい、この溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳを製造する際に必要な時間が長くなるので、この溶融金属Ｍから製造される半凝固金属スラリＳの生産性および機械的な性質が低下してしまう。このため、この溶融金属Ｍの冷却速度を少なくとも０．２℃／ｓｅｃ以上にする必要があるとともに、この溶融金属Ｍの冷却速度は、基本的に速ければ速いほど半凝固金属スラリＳの製造に必要な時間を短縮でき、エネルギ効率を向上できるので好ましい。

ところが、この溶融金属Ｍの冷却速度を５℃／ｓｅｃ以上にすると、この溶融金属Ｍを冷却する際に、この溶融金属Ｍ中に樹枝状結晶が形成されてデンドライト化して凝固してしまう。また、この溶融金属Ｍ中に形成された結晶核間の距離が大きい場合には、この溶融金属Ｍを０．２℃／ｓｅｃ程度の比較的ゆっくりとした速度で冷却することにより、この溶融金属Ｍ中の結晶核を大きく成長できる。これに対し、この溶融金属Ｍ中に形成された結晶核間の距離が小さい場合には、この溶融金属Ｍ中の結晶核を余り大きく成長させる必要がないので、この溶融金属Ｍを５℃／ｓｅｃ程度の比較的速い速度で冷却することが好ましい。

さらに、この溶融金属Ｍが注湯されるスラリ製造容器２の断面積が大きい場合には、この溶融金属Ｍを０．２℃／ｓｅｃ程度の比較的ゆっくりとした速度で冷却することが好ましい。これに対し、溶融金属Ｍが注湯されるスラリ製造容器２の断面積が小さい場合には、この溶融金属Ｍを５℃／ｓｅｃ程度の比較的速い速度で冷却しても、溶融金属Ｍ中の結晶核を十分に成長できる。

ここで、スラリ製造容器２に注湯した溶融金属Ｍ中での結晶核の生成は、このスラリ製造容器２に注湯する際の溶融金属Ｍの温度、すなわち注湯温度に依存する。なお、この注湯温度としては、溶融金属Ｍの液相線温度＋１００℃のように、この液相線温度からどの程度加熱したかを示す加熱度によって示すことができる。そして、この加熱度は、溶融金属Ｍをスラリ製造容器２に注湯してから、この溶融金属Ｍ中に結晶核が生成されるまでの段階に重要な影響を及ぼす。

これに対し、溶融金属Ｍ中に結晶核を生成させた後から、鋳込んだ半凝固金属スラリＳの凝固が完了するまでの結晶成長は、この溶融金属Ｍから製造された半凝固金属スラリＳを鋳込んで製造される製品の肉厚が重要な影響を及ぼす。したがって、電磁気場を印加して結晶核生成が終了した後に、この結晶核を成長させる際の溶融金属Ｍの冷却速度は、この溶融金属Ｍをスラリ製造容器２に注湯する前の結晶核を生成するための溶融金属Ｍの加熱度と、この溶融金属Ｍから形成された半凝固金属スラリＳから製造される製品の肉厚とのそれぞれに依存する。すなわち、溶融金属Ｍの加熱度が一定で製品の肉厚が決まれば、鋳込んだ半凝固金属スラリＳの冷却速度が自然に決まる。

ここで、溶融金属Ｍの加熱度が高い場合には、この溶融金属Ｍ中に生成される結晶核の数、すなわち核生成数が減少するので、この溶融金属Ｍの冷却速度を遅くする必要がある。また、この溶融金属Ｍの加熱度が低い場合には、この溶融金属Ｍ中に生成される核生成数が増加するので、この溶融金属Ｍの冷却速度を速くできるから、この溶融金属Ｍから製造される半凝固金属スラリＳの粒子の細微化が可能となる。

したがって、この溶融金属Ｍの冷却速度を０．２℃／ｓｅｃ以上５℃／ｓｅｃ以下とし、この溶融金属Ｍをスラリ製造容器２に注湯する時の温度を、この溶融金属Ｍの液相線＋１００℃より低くすれば、鋳物産業において使用し得る範囲で、かつ所定の固相率を有する半凝固状態の半凝固金属スラリＳを製造でき、これを直ちに加圧することによりダイキャスト工程や押圧成形、プレス成形などをして所定の成形品に成形する。

このとき、この半凝固金属スラリＳを製造する時間を顕著に短縮できるが、溶融金属Ｍのスラリ製造容器２への注湯時点から固相率０．１以上０．７以下の金属スラリ形態の金属材料に形成される時点までかかる時間は３０秒以上６０秒以下にすぎない。これにより製造された半凝固金属スラリＳを使用して製品を成形すれば均一でかつ緻密な球状の結晶構造を得ることができる。

次に、上記半凝固金属スラリの製造方法を用いた半凝固金属スラリ製造装置を説明する。

図１ないし図３に示す半凝固金属スラリ製造装置は、いわゆるバッチ式であり、電磁気場を印加する攪拌手段としての円筒状の攪拌部１を備えている。そして、この攪拌部１の内側には、空間部13が設けられている。さらに、この攪拌部１は、空間部13を包むように設けられた電磁気場印加用コイル装置11を備えている。また、この攪拌部１の空間部13には、少なくとも一つの有底円筒状の注湯部であるスラリ製造容器２が取出可能であるとともに収容可能に取り付けられている。また、このスラリ製造容器２は、駆動部３にて昇降可能である。このスラリ製造容器２内には、注湯部としての注入部である注湯容器４にて所定の組成を有する液状の液相金属である溶融金属Ｍが注湯される。そして、これら攪拌部１および駆動部３のそれぞれは、制御手段としての電磁気場印加調整部である制御部５にて制御される。

また、攪拌部１は、中空な支持フレームとしてのベースプレート14の上部に設けられている。このベースプレート14は、地面から所定の高さとなるように支持部材15により支持されて取り付けられている。また、このベースプレート14の上部には、このベースプレート14の中心に開口された開口部14aを中心として電磁気場印加用コイル装置11が取り付けられている。この電磁気場印加用コイル装置11は、内側に空間部13を有する所定のフレーム12にて支持されている。また、この電磁気場印加用コイル装置11は、制御部５と電気的に連結されており、空間部13に向けて所定時間電磁気場を印加し、空間部13に収容されるスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍを電磁気攪拌する。なお、攪拌部１は、図示しない超音波攪拌装置でもよい。

次いで、スラリ製造容器２は、このスラリ製造容器２の周面を構成する円筒状の容器本体22を備えている。この容器本体22の内周面は、この容器本体22の底面側から表面側に向けて拡径したテーパ状に形成されている。また、この容器本体22の底部には、この底部を閉塞する円盤状の底板部23が一体的に取り付けられている。さらに、スラリ製造容器２は、金属材または絶縁性素材である非磁性材にて成形されており、攪拌部１の空間部13に収容可能な程度の大きさである。

そして、このスラリ製造容器２は、このスラリ製造容器２自体の融点が、内部に収容される溶融金属Ｍの温度よりも高いものを使用することが望ましい。さらに、このスラリ製造容器２の底板部23の外周縁には、このスラリ製造容器２が移動しないように段差部21が周方向に沿って形成されている。そして、このスラリ製造容器２には図示しない別の熱電対が内蔵されており、この熱電対は制御部５に連結されて温度情報が制御部５に送出されるように構成されている。

ここで、このスラリ製造容器２は、単に溶融金属Ｍを収容できるように形成してもよいが、このスラリ製造容器２内に図示しない温度調節手段としての第１の温度調節装置を取り付けてもよい。このとき、この第１の温度調節装置としては、冷却手段としての冷却装置と、加熱手段としての加熱装置とを備えている。そして、冷却装置としては、スラリ製造容器２の容器本体22内に図示しない冷却水パイプを内設させて構成させる。さらに、加熱装置としては、容器本体22の外側に図示しない電熱コイルによる電気ヒータなどのヒータ装置を取り付けて構成させる。なお、冷却装置として冷却水パイプを容器本体22の外側にウォータジャケット状に別途取り付けることもできる。これら冷却水パイプおよびヒータ装置は、単独または複合的にスラリ製造容器２に装着でき、このスラリ製造容器２内に収容された溶融金属Ｍを適正な速度で冷却できるように構成される。

一方、スラリ製造容器２を昇降運動させる駆動部３は、空間部13内にスラリ製造容器２を収容し、また空間部13の外側に離脱させる。さらに、この駆動部３は図示しない駆動モータおよびギア装置または油圧シリンダを備えている。より具体的に、この駆動部３は、制御部５に電気的に連結された動力装置31を備えており、この動力装置31から空間部13の内側に延び、動力装置31により直線往復運動するピストン32が取り付けられている。また、このピストン32の端部には、空間部13の内側に位置する安着台33が連結されている。この安着台33には、スラリ製造容器２が設置されて安着されて取り付けられている。

さらに、注湯容器４は、スラリ製造容器２が駆動部３により上昇されて電磁気場が印加されている空間部13に収容された時にスラリ製造容器２に液相の溶融金属Ｍを注湯する。また、この注湯容器４としては、制御部５に電気的に連結された通常のラドル(ladle)が使われる。

そして、駆動部３の安着台33の上方には、この安着台33に設置されたスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ中に、細長く薄いリボン状の固状の固相金属である金属リボンＲを挿入させる搬送手段としてのロボットである搬送部６が取り付けられている。この搬送部６は、安着台33に設置されたスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ中に向けて金属リボンＲを上下方向に沿って昇降させて、この金属リボンＲの先端側の所定量をスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ中に入れて溶融させて、この金属リボンＲが溶融金属Ｍ内で溶融する際の溶融潜熱を利用して、この溶融金属Ｍを急速に冷却させる。

言い換えると、この搬送部６は、金属リボンＲを所定量下ろして、この金属リボンＲの先端側の所定量を溶融金属Ｍ中に入れ、この金属リボンＲが予め定めた長さになったところで、この金属リボンＲを上方に向けて移動させる。

具体的に、この搬送部６の下端側には、金属リボンＲの先端側を下方に向けて突出させて垂らした状態で、この金属リボンＲの基端側が接続されている。そして、この搬送部６は、制御部５に接続されており、この制御部５によって駆動が制御されている。したがって、この制御部５による搬送部６の制御によって、この搬送部６を下方に向けて所定距離移動させて、この搬送部６に取り付けられた金属リボンＲの先端側の所定量をスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ中に挿入させて溶融させる。

さらに、この制御部５は、搬送部６に取り付けられた金属リボンＲの先端側の所定量がスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ中に挿入されて溶融され、この金属リボンＲが所定の長さになった後に、この搬送部６を上方に向けて移動させて、金属リボンＲの溶融金属Ｍ中への溶融量を調整する。

このとき、この搬送部６は、所定の長さほど突出させた金属リボンＲの先端側の所定量を溶融金属Ｍ中に挿入させて溶融させてから、この搬送部６を上方に向けて移動させた後に、金属リボンＲが所定の長さになるまで、この金属リボンＲを自動的に送り出す構成とすることもできる。また、この搬送部６は、この搬送部６自体が昇降するのではなく、金属リボンＲを送り出して、この金属リボンＲの先端側の所定量を溶融金属Ｍ中に挿入させて溶融させる構成とすることもできる。

ここで、この金属リボンＲとしては、リボン状だけではなく、溶融金属Ｍに入れた際に瞬時に溶ける形状、例えば細長いワイヤ状の金属ワイヤや、薄い板状の金属板、細長い金属棒などのいずれとしてもよい。そして、この金属リボンＲは、必ずしも溶融金属Ｍと同じ組織あるいは組成ではなく、この溶融金属Ｍと似た組成の固相金属であってもよい。なお、この溶湯金属Ｍと似た組成とは、この溶融金属Ｍの主成分、例えば溶融金属がアルミニウム合金の場合にはアルミニウムを主成分として含有している場合や、この溶湯金属Ｍがアルミニウム合金の場合に対しては、アルミニウムを中心とした組成の合金、例えばアルミ−チタン−ボロン(Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ_２)のような結晶粒微細化用の合金である微細化剤などである。

さらに、金属リボンＲは、溶融金属Ｍと等しい組成、すなわち同素材にて構成されている。また、この金属リボンＲは、樹枝状結晶であるデンドライト状の固体金属や、通常の固体金属であってもよいが、好ましくは溶融金属Ｍから製造される半凝固金属スラリＳと同様の組織構造である固液共存状態、すなわち半凝固状態である半凝固金属スラリＳを冷却して製造された球状の組成を有する固液共存状態金属材料としての半凝固金属材料であるビレットにて製造されている。

なお、この金属リボンＲを、アルミニウム合金で構成した場合には、このアルミニウム合金の凝固潜熱が約９５ｋｃａｌ／ｇ℃で、比熱が約０．２５ｋｃａｌ／ｇ℃である。したがって、例えば４００ｇのアルミニウム合金を溶融させた溶融金属Ｍ中に、１ｇのアルミニウム合金である金属リボンＲを挿入して溶融させると、この金属リボンＲの溶融潜熱によって、(１ｇ×９５ｋｃａｌ／ｇ℃)／(４００ｇ×０．２５ｋｃａｌ／ｇ℃)＝０．９５℃、すなわち溶融金属Ｍの温度が約１℃ほど低下する。

同様に、１００ｇのアルミニウム合金の溶融金属Ｍ中に、１ｇのアルミニウム合金の金属リボンＲを挿入して溶融させた場合には、この金属リボンＲの溶融潜熱によって、(１ｇ×９５ｋｃａｌ／ｇ℃)／(１００ｇ×０．２５ｋｃａｌ／ｇ℃)＝３．８℃、すなわち溶融金属Ｍの温度が約４℃ほど低下する。さらに、１００ｇのアルミニウム合金の溶融金属Ｍ中に、２．６ｇのアルミニウム合金の金属リボンＲを挿入して溶融させた場合には、この金属リボンＲの溶融潜熱によって、(２．６ｇ×９５ｋｃａｌ／ｇ℃)／(１００ｇ×０．２５ｋｃａｌ／ｇ℃)＝９．８８℃、すなわち溶融金属Ｍの温度が約１０℃ほど低下する。具体的に、溶融金属Ｍを冷却して半凝固金属スラリＳとするためには、この溶融金属Ｍを４，５℃程度低下させればよい。

次に、この金属リボンを製造する固液共存状態金属材料の製造装置の構成を図５ないし図１１を参照して説明する。

図５ないし図１１に示す固液共存状態金属材料の製造装置である半凝固成形装置は、いわゆるバッチ式であり、電磁気場を印加する攪拌部41と細長円筒状の筒状部としてのスリーブ42とを備えている。このスリーブ42は、圧送部としての第１の筒状部である射出用の第１のスリーブ43と、注湯部としての第２の筒状部であるＥＭＳ用の第２のスリーブ44とによって軸方向に沿った中央部が分割されて構成されている。

ここで、この第２のスリーブ44は、両端が開放されて開口された細長円筒状であり、上下方向に沿った軸方向を有する状態から、水平方向に沿った軸方向を有する状態となるように回動可能に設置されている。また、この第２のスリーブ44は、この軸方向に沿った一端である上端となる注湯口45と、この注湯口45に対向した他端である下端となるスラリ排出口46とのそれぞれが同心状に連通した状態で開口している。そして、この第２のスリーブ44は、注湯口45から溶融金属Ｍが注湯されて、この溶融金属Ｍが内部に収容されて受容できるように構成されている。

また、この第２のスリーブ44は、この第２のスリーブ44の内部に注湯した溶融金属Ｍから製造された半凝固金属スラリＳがスラリ排出口46から排出される。さらに、この第２のスリーブ44の周面部は、この第２のスリーブ44に溶融金属Ｍを注湯させる側である注湯口45側からスラリ排出口46側に向けて徐々に拡開したテーパ状に形成されている。言い換えると、この第２のスリーブ44の周面部は、この第２のスリーブ44の一端側から他端側に向かう方向である、半凝固金属スラリＳの排出方向に向けて内径寸法が徐々に大きくなるように拡径している。

さらに、この第２のスリーブ44の周辺部には、この第２のスリーブ44内に注湯された溶融金属Ｍに電磁気場を印加する攪拌手段としての円筒状の攪拌部41が設置されている。この攪拌部41は、第２のスリーブ44とともに回動できるように、この第２のスリーブ44に固定されている。

また、この第２のスリーブ44のスラリ排出口46には、開閉手段としての蓋体である円形平板状の開閉型のストッパ47が取り付けられている。このストッパ47は、図示しない駆動装置に接続されており、第２のスリーブ44と同じ材質にて形成されている。また、このストッパ47は、図５および図７に示すように、第２のスリーブ44の注湯口45を上方に向けた状態で、この第２のスリーブ44のスラリ排出口46を開閉可能に閉塞して、この第２のスリーブ44内に溶融金属Ｍが注湯されるスラリ製造領域Ｔの閉塞部としての底部48を形成し、この第２のスリーブ44を容器状にする。

さらに、このストッパ47は、第２のスリーブ44を回動させて水平にした状態で、この第２のスリーブ44のスラリ排出口46を開放させて、この第２のスリーブ44内で形成された半凝固金属スラリＳを第２のスリーブ44のスラリ排出口46から外部へと離脱させて排出させる。なお、このストッパ47としては、第２のスリーブ44の下端であるスラリ排出口46を開閉できれば、一側が第２のスリーブ44のスラリ排出口46の周縁に回動可能にヒンジ固定されたドア状や、中央部が分割されて両方向に開放される構成などであってもよい。

さらに、この第２のスリーブ44の外側には、図６に示すように、温度調節手段としての第２の温度調節装置51が取り付けられている。この第２の温度調節装置51は、第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍ、あるいはこの第２のスリーブ44内で製造された半凝固金属スラリＳを冷却する。また、この第２の温度調節装置51は、冷却水パイプ52が螺旋状に内蔵された円筒状の冷却手段としての冷却装置であるウォータジャケット53を備えている。

そして、このウォータジャケット53は、第２のスリーブ44の外側を取り囲むように、この第２のスリーブ44の外側に同心状に取り付けられている。ここで、このウォータジャケット53内の冷却水パイプ52を第２のスリーブ44内に埋設させてもよい。また、このような冷却水パイプ52以外でも第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍや半凝固金属スラリＳを冷却できればいかなる構成の冷却装置でもよい。

さらに、第２の温度調節装置51は、加熱手段としての加熱装置である電熱コイル54を備えている。この電熱コイル54は、ウォータジャケット53の外側を取り囲むように、このウォータジャケット53の外側に螺旋状に巻回された状態で同心状に取り付けられている。ここで、この電熱コイル54としては、この電熱コイル54以外のいかなる構成の加熱機構でもよい。

したがって、第２の温度調節装置51は、第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍあるいは半凝固金属スラリＳの温度を調節できる構造であればよい。また、この第２の温度調節装置51は、第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍを適正な速度で冷却する。さらに、この第２の温度調節装置51は、第２のスリーブ44の全体に亘って設置できるが、この第２のスリーブ44内に溶融金属Ｍが収容されるスラリ製造領域Ｔの周囲のみに集中的に設置することもできる。なお、この第２の温度調節装置51を設けずに、第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍを自然冷却させて、所望する固相率の半凝固金属スラリＳを製造させてもよい。

具体的に、この第２の温度調節装置51は、図１ないし図４に示す半凝固金属スラリ製造装置と同様に、第２のスリーブ44内に収容された溶融金属Ｍを０．１以上０．７以下の固相率に到達するまで冷却する。また、この第２の温度調節装置51は、冷却速度が調節されて、第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍを０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の冷却速度、より好ましくは０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓの冷却速度で冷却させる。

このとき、この第２の温度調節装置51は、攪拌部41による電磁気場の攪拌が終了した後にすることもあり、電磁気場の攪拌とは関係なく、すなわち電磁気場の印加が持続されている間もできるとともに、第２のスリーブ44に溶融金属Ｍを注湯する段階からもできる。

一方、攪拌部41は、図１ないし図４に示す半凝固金属スラリ製造装置の攪拌部１と同様に構成されており、この攪拌部41の電磁気場印加用コイル装置11の内側に第２のスリーブ44が同心状に設置されている。ここで、この電磁気場印加用コイル装置11は、第２のスリーブ44の外側に密着させて結合させてもよい。そして、この電磁気場印加用コイル装置11は、第２のスリーブ44に注入される溶融金属Ｍを、この第２のスリーブ44に注入する段階から徹底的に攪拌させる。よって、この電磁気場印加用コイル装置11は、図８ないし図１０に示すように、第２のスリーブ44の回動に連動して回動されるように構成されている。すなわち、この第２のスリーブ44に電磁気場印加用コイル装置11が固定されている。なお、この第２のスリーブ44だけが回動するように構成してもよい。

さらに、電磁気場印加用コイル装置11には、図１ないし図４に示す半凝固金属スラリ製造装置の制御部５と同様に構成された、電磁気場印加調整部55が電気的に連結されて接続されている。この電磁気場印加調整部55としては、制御装置が用いられており、電源の印加を決定する図示しないスイッチング手段や、電圧、周波数および電磁気力などを調節して印加される電磁気波を調節する電磁気波制御手段などを有している。すなわち、この電磁気場印加調整部55は、電磁気場の強度や作動時間などを調節する。

一方、第１のスリーブ43および第２のスリーブ44は、図５に示すように、対向する端部の一側が結合され、これら一側を中心として第２のスリーブ44の他端側が所定の角度θで下方に向けて回動できるように構成されている。ここで、この第２のスリーブ44の回動角度θは、９０°以内にすることが望ましい。ここで、これら第１のスリーブ43および第２のスリーブ44は、金属材、絶縁性素材あるいは非磁性材にて構成されている。すなわち、これら第１のスリーブ43および第２のスリーブ44は、これら第１のスリーブ43および第２のスリーブ44自体の融点が収容される溶融金属Ｍの温度より高いものを使用することが望ましい。

特に、第２のスリーブ44は、この第２のスリーブ44内に注湯される溶融金属Ｍを急速に冷却できるように、伝導性に優れ、かつ磁性を有さない非磁性体としての非磁性材である金属などにて形成されている。すなわち、この第２のスリーブ44は、金属材あるいは絶縁性素材としての非磁性体である非磁性金属材料あるいは非磁性セラミック材料にて構成されている。

したがって、この第２のスリーブ44を非磁性体で構成したことにより、電磁気場の印加によって第２のスリーブ44自体が誘導加熱を起さず発熱しなくなるから、この第２のスリーブ44内に注湯した溶融金属Ｍを冷却させるのに有利であるので、この第２のスリーブ44内に溶融金属Ｍを注湯しているときから、この溶融金属Ｍを冷却できる。また、この第２のスリーブ44を非磁性金属材で形成する場合には、この第２のスリーブ44自体の融点が、この第２のスリーブ44内に収容される溶融金属Ｍの温度より高いものを使用することが望ましい。

なお、この第２のスリーブ44は、この第２のスリーブ44自体の温度を溶融金属Ｍの温度まで上昇させると、この第２のスリーブ44自体が溶けてしまうおそれがあるから、この第２のスリーブ44の温度を溶融金属Ｍの温度まで上昇させることができない。したがって、この第２のスリーブ44では、この第２のスリーブ44に溶融金属Ｍを注湯した直後に、この溶融金属Ｍに電磁気場を印加した場合には、第２のスリーブ44と溶融金属Ｍとの温度差が大きく、この溶融金属Ｍの第２のスリーブ44と接する部分周辺では瞬間的に樹枝状結晶が形成されてしまう。

一方、第１のスリーブ43は、地面に対して水平な軸方向を有するように配置されている。また、第２のスリーブ44は、第１のスリーブ43と結合される部分である他端側のスラリ排出口46側を中心に所定の角度θで回動可能に構成されている。さらに、この第２のスリーブ44は、この第２のスリーブ44内に注湯されて収容された溶融金属Ｍへの電磁攪拌によって半凝固金属スラリＳを形成するスラリ製造領域Ｔを形成する。また、第１のスリーブ43は、第２のスリーブ44内で形成された半凝固金属スラリＳを加圧して成形するための領域となる。

したがって、これら第１のスリーブ43および第２のスリーブ44は、電磁気場攪拌によって溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳを製造するスラリ製造容器２の機能と、製造された半凝固金属スラリＳを加圧成型する成形枠としての機能とを兼ね備えている。ここで、これら第１のスリーブ43および第２のスリーブ44は、必ずしも両端が開放された構造でなくてもよく、相互に連結されて第２のスリーブ44内で製造された半凝固金属スラリＳを第１のスリーブ43へと圧送して、この第１のスリーブ43から吐出できればよい。

具体的に、この第１のスリーブ43は、両端が開放されて開口された細長円筒状であり、水平方向に沿った軸方向を有する状態に設置されて固定されている。また、この第１のスリーブ43は、第２のスリーブ44と略同径に形成されている。そして、この第１のスリーブ43の軸方向に沿った一端側には、蓋体としてのキャップ体56が取り付けられている。このキャップ体56の中央部には、所定の形状に開口されたスラリ吐出口57が形成されている。このスラリ吐出口57は、第１のスリーブ43内から半凝固金属スラリＳが抜け出るように構成されている。さらに、このスラリ吐出口57は、第２のスリーブ44に結合される側の反対側の端部に設けられている。

さらに、このスラリ吐出口57の下流側には、このスラリ吐出口57から吐出された半凝固金属スラリＳを所定の形状の成形品である押出材を成形する成形部としての押出部61を備えた押出装置が配設されて取り付けられている。この押出部61は、この押出部61の構成によってスラリ吐出口57から吐出された半凝固金属スラリＳの形状が決定される。ここで、この押出部61は、第２のスリーブ44におけるスラリ吐出口57の外側に位置して配設されている。

さらに、この押出部61は、第１のスリーブ43のスラリ吐出口57から吐出される半凝固金属スラリＳを移送して搬送する移送手段としての移送ローラ62を備えている。この移送ローラ62の移送面63の上方には、第１のスリーブ43のスラリ吐出口57から吐出された半凝固金属スラリＳを冷却する冷却手段としての複数の噴霧型の冷却装置64が取り付けられている。また、第１のスリーブ43のスラリ吐出口57の外側の上方には、このスラリ吐出口57から吐出された半凝固金属スラリＳを所定の長さでカットして切断するカッタ65が上下動可能に設置されている。このカッタ65は、刃先を下方に向けて設置されており、スラリ吐出口57から半凝固金属スラリＳが所定の長さ吐出された際に下方へと移動して、この半凝固金属スラリＳを所定の長さで切断する。

したがって、押出部61は、移送ローラ62、冷却装置64およびカッタ65によって、第１のスリーブ43のスラリ吐出口57から押し出されて吐出された半凝固金属スラリＳを移送させるとともに急冷させて所定の長さでカットして所定の形状の押出材である金属リボンＲを成形させる。

よって、この第１のスリーブ43のスラリ吐出口57は、このスラリ吐出口57から吐出された半凝固金属スラリＳが押出部61で搬送されるので、このスラリ吐出口57から吐出される半凝固金属スラリＳの形状を決定させる。よって、このスラリ吐出口57は、押出部61によって形状が調節される。さらに、このスラリ吐出口57は、このスラリ吐出口57から押出されて吐出される金属リボンＲの形状に対応しており、この金属リボンＲが断面円形のワイヤ状の場合には円形状であり、この金属リボンＲが細長リボン状の場合には細長溝状である。

一方、第１のスリーブ43のスラリ吐出口57に対向した軸方向に沿った他端側には、スラリ挿入口58が開口形成されている。これらスラリ吐出口57とスラリ挿入口58とは、同心状に連通している。さらに、このスラリ挿入口58は、第２のスリーブ44のスラリ排出口46に同心状に連通するように、このスラリ排出口46に等しい形状に形成されている。よって、第１のスリーブ43は、第２のスリーブ44内で製造された半凝固金属スラリＳがスラリ挿入口58から挿入されてスラリ吐出口57から吐出させて排出させる。

すなわち、この第１のスリーブ43の周面部は、スラリ挿入口58側からスラリ吐出口57側に向けて徐々に拡開したテーパ状に形成されている。言い換えると、この第１のスリーブ43の周面部は、この第１のスリーブ43の他端側から一端側に向かう方向である、半凝固金属スラリＳの排出方向に向けて内径寸法が徐々に大きくなるように拡径している。したがって、この第１のスリーブ43は、この第１のスリーブ43の内径が第２のスリーブ44の内径より大きい、すなわち(第１のスリーブ43の内径)≧(第２のスリーブ44の内径)の関係となるように構成されている。

また、この第１のスリーブ43の外側には、図５および図７ないし図１１に示すように、温度調節手段としての第３の温度調節装置59が取り付けられている。この第３の温度調節装置59は、第２の温度調節装置51と同様に構成されている。よって、この第３の温度調節装置59は、第１のスリーブ43内の所定領域の温度を調整して、この第１のスリーブ43内の半凝固金属スラリＳの温度を調節する。すなわち、この第３の温度調節装置59は、第１のスリーブ43内で押圧されて加圧される半凝固金属スラリＳの急冷を防止する。したがって、この第３の温度調節装置59としては、所定の保温効果を有するものが望ましい。

一方、第２のスリーブ44の注湯口45には、押圧手段としての第１のプランジャ71が進退可能に挿入される。この第１のプランジャ71は、図示しない制御部にて制御される別途のシリンダ装置に連結され、互いに連通された第１のスリーブ43および第２のスリーブ44内をピストン往復動する。ここで、この第１のプランジャ71の先端面である押圧面72は、この第１のプランジャ71の移動方向に直交する平坦な平面とされている。

さらに、この第１のプランジャ71は、第２のスリーブ44内に半凝固金属スラリＳが製造された状態で、この第２のスリーブ44の注湯口45から挿入されて、この第２のスリーブ44の一端側を閉塞する。さらに、この第１のプランジャ71は、第２のスリーブ44の注湯口45に挿入された状態で、この第２のスリーブ44とともに回動して、第２のスリーブ44の注湯口45からの半凝固金属スラリＳの漏れを防止する。また、この第１のプランジャ71は、第２のスリーブ44のスラリ排出口46が第１のスリーブ43のスラリ挿入口58に連通され、これらスラリ排出口46とスラリ挿入口58との間がストッパ47にて開放された状態で、第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳを、第１のスリーブ43のスラリ吐出口57側に向けて押圧して圧送して、この半凝固金属スラリＳをスラリ吐出口57から押出部61の移送ローラ62の移送面63上へと吐出させる。

言い換えると、この第１のプランジャ71は、第２のスリーブ44内に電磁気場が印加され、この第２のスリーブ44が冷却される間、すなわち第２のスリーブ44で溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳを製造する間において、図５に示すように、第２のスリーブ44の注湯口45から外側に抜かれている。さらに、この第１のプランッジャ71は、第２のスリーブ44内で半凝固金属スラリＳが形成された後に、図７に示すように、第２のスリーブ44の注湯口45から挿入されて、この第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳを押圧すべく駆動される。そして、この第１のプランジャ71は、第２のスリーブ44の回動に連動して回動して駆動し、この第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳを第１のスリーブ43側に向けて加圧して圧送させる。

なお、これら第１のスリーブ43および第２のスリーブ44には、図示しない熱電対を内蔵させるとともに、この熱電対を図示しない制御部に電気的に接続させて、これら第１のスリーブ43および第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍあるいは半凝固金属スラリＳなどの温度情報を制御部に送出させてもよい。ここで、第２のスリーブ44の注湯口45から溶融金属Ｍを注湯する際には、図１ないし図４に示す半凝固金属スラリ製造装置の注湯容器４が用いられる。そして、この注湯容器４としては、通常の鉢以外にも金属を溶融させた炉を直接連結されるなど、第２のスリーブ44に溶融金属Ｍを注湯できる構成であればよい。

次に、上記第１の実施の形態の作用を説明する。

まず、金属リボンの製造方法について説明すると、図５に示すように、第２のスリーブ44の注湯口45側を第１のスリーブ43に対して上方に向けて９０゜回動させて、この第２のスリーブ44の注湯口45を上方に向けて開口させるとともに、この第２のスリーブ44のスラリ排出口46をストッパ47にて閉塞させて、この第２のスリーブ44の注湯口45から溶融金属Ｍを注湯できる容器形状にする。

この状態で、電磁気場印加調整部55にて攪拌部41の電磁気場印加用コイル装置11を可動させて、第２のスリーブ44内に注湯される溶融金属Ｍに初期凝固層あるいは樹枝状結晶が形成されない程度の電磁気場を第２のスリーブ44に印加させる。このとき、電磁気場印加用コイル装置11にて望ましくは２５０Ｖ、６０Ｈｚおよび５００Ｇａｕｓｓの電磁気場を印加させるが、この電磁気場の印加は状況によって適当に調節する。

この状態で、別途の炉で溶融された溶融金属Ｍを、注湯容器４にて移送して電磁気場の影響下にある第２のスリーブ44の注湯口45から、この第２のスリーブ44内に注湯する。ここで、この第２のスリーブ44内に溶融金属Ｍを注湯した際に、この溶融金属Ｍが第２のスリーブ44のスラリ排出口46とストッパ47との間から漏れ出ないように、この第２のスリーブ44内に注湯した溶融金属Ｍが瞬時に半凝固金属スラリＳとなるとともに、この半凝固金属スラリＳが第２のスリーブ44のスラリ排出口46とストッパ47との間から漏れ出さないように、この半凝固金属スラリＳの固相率を比較的高くする。

このとき、図７に示すように、搬送部６を移動させて、この搬送部６に取り付けられた金属リボンＲの先端側の所定量を、第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍ中に入れて溶融させて、この溶融金属Ｍを急速に冷却させて半凝固金属スラリＳとしてもよい。また、炉と第２のスリーブ44とを直接連結させて溶融金属Ｍを直ちに第２スリーブ44内に直接注湯してもよい。また、このときの溶融金属Ｍは、この溶融金属Ｍの液相線温度＋１００℃程度の温度としても良い。さらに、第２のスリーブ44には、別の図示しないガス供給管を連結させて、この第２のスリーブ44内に注湯される溶融金属Ｍの酸化を防止するために窒素ガス(Ｎ_２)やアルゴンガス(Ａｒ)などの不活性ガスを注入してもよい。

このように、完全に溶融された溶融金属Ｍを電磁気場攪拌がなされている第２のスリーブ44内に注湯することにより、この第２のスリーブ44全体に亘って初期凝固層の形成なしに微細な再結晶粒子が分布し、この再結晶粒子が速く成長して樹枝状構造の生成が発生しなくなる。

このとき、電磁気場印加用コイル装置11による電磁気場の印加は、第２のスリーブ44内で製造された半凝固金属スラリＳを第１のプランジャ71にて押圧するまで継続させるが、この半凝固金属スラリＳとなる以前の溶融金属Ｍの固相率が少なくとも０．００１以上０．７以下となるまで持続させて終了させる。

ただし、エネルギ効率次元で半凝固金属スラリＳの製造過程まで電磁気場を攪拌するため、この電磁気場印加用コイル装置11による電磁気場の印加は、少なくとも溶融金属Ｍの固相率が少なくとも０．００１以上０．４以下となるまで、より望ましくは、この溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．１以下となるまで持続させる。なお、この電磁気場印加用コイル装置11による電磁気場の印加を継続させる時間は、実験によって予め求めることができる。

さらに、この電磁気場印加用コイル装置11による電磁気場の印加を終了した後、あるいはこの電磁気場の印加を持続している間に、第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍが０．１以上０．７以下の固相率に至るまで所定の冷却速度で第２の温度調節装置51あるいは金属リボンＲの溶融にて冷却させる冷却段階を経て半凝固金属スラリＳを製造する。

このとき、この第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍの冷却速度は、第２の温度調節装置51あるいは金属リボンＲの溶融によって０．２℃／ｓｅｃ以上５℃／ｓｅｃ以下、より望ましくは０．２℃／ｓｅｃ以上２℃／ｓｅｃ以下に調整される。ここで、第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍの固相率が０．１以上０．７以下に至るまでの時間ｔ_２は、実験によって予め求めることができる。

なお、第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍから製造された半凝固金属スラリＳは、第２のスリーブ44のスラリ排出口46を第１のスリーブ43のスラリ挿入口58に結合させた状態で、これらスラリ排出口46とスラリ挿入口58との間をストッパ47にて連通させた際に、これらスラリ排出口46とスラリ挿入口58との間から半凝固金属スラリＳの一部が漏れ出ない程度の固相率を有している。

次いで、第２のスリーブ44内で半凝固金属スラリＳを製造した後、図８に示すように、第２のスリーブ44の注湯口45から第１のプランジャ71が挿入された状態で、この第２のスリーブ44の注湯口45側を下方に向けて９０゜回動させて、この第２のスリーブ44のスラリ排出口46を第１のスリーブ43のスラリ挿入口58にストッパ47を介して同心状に連結させて結合させる。

この後、ストッパ47を下方へと移動させて、第２のスリーブ44のスラリ排出口46を開放させ、このスラリ排出口46を第１のスリーブ43のスラリ挿入口58に同心状に連通させる。

この状態で、図９に示すように、第１のプランジャ71を第１のスリーブ43のスラリ吐出口57側に向けて移動させて、第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳを第２のスリーブ44内から第１のスリーブ43に圧送するとともに圧縮して、この半凝固金属スラリＳを第１のスリーブ43のスラリ吐出口57から押出部61へと吐出させて排出させる。

このとき、第１のスリーブ43内で圧縮が進行している半凝固金属スラリＳの温度が第３の温度調節装置59にて所定の温度に保持される。

そして、この第１のスリーブ43のスラリ吐出口57から吐出される半凝固金属スラリＳは、押出部61の移送ローラ62の移送面63上へと吐出されて、この移送ローラ62にて移送されるとともに冷却装置64にて急冷される。

この後、図１０に示すように、この押出部61の移送ローラ62にて移送され冷却装置64にて急冷された半凝固金属スラリＳは、所定の長さでカッタ65にて切断されて所定の形状の金属リボンＲとされてから、さらに移送ローラ62にて移送される。

そして、図１１に示すように、金属リボンＲをカッタ65にて切断した後に第１のスリーブ43内に残った半凝固金属スラリＳが硬化した固相金属であるビスケットＢは、第１のプランジャ71を元の位置に復帰させてから、第２のスリーブ44の注湯口45側を上方に向けて９０゜回動させて、第１のスリーブ43のスラリ挿入口58を開口させた状態で、別途の図示しない取出し棒による押し出しにて外部へと取り出される。

さらに、このビスケットＢを第１のスリーブ43から取り出した後には、図１１に示すように、第２のスリーブ44のスラリ排出口46をストッパ47にて閉塞して、この第２のスリーブ44に溶融金属Ｍを収容可能にした後、この第２のスリーブ44に再度溶融金属Ｍを注湯して金属リボンＲの成形過程を反復させる。この結果、このような反復過程によって組織が微細でかつ全体的に均一な金属リボンＲを反復および連続して得ることができる。

この後、この金属リボンＲの長手方向に沿った一端である基端側を、図１ないし図４に示す半凝固金属スラリ製造装置の搬送部６に固定させて、この金属リボンＲの先端側を安着台33の中央部に向けて垂らした状態とする。そして、この搬送部６を上方に向けて移動させておく。

この状態で、図１に示すように、駆動部３を動作させてスラリ製造容器２を安着台33上に設置させた後、攪拌部１の電磁気場印加用コイル装置11によって空間部13内に所定周波数および強度で電磁気場を印加する。このとき、安着台33上へのスラリ製造容器２の設置は、空間部13に電磁気場を印加させた後にしてもよい。

この後、別の電気炉で溶融された溶融金属Ｍを注湯容器４にて移送して電磁気場の影響下にあるスラリ製造容器２に注湯する。このとき、電磁気場の印加を溶融金属Ｍの注湯前にすることもあるが、溶融金属Ｍの注湯を開始すると同時にしてもよい。

ここで必要に応じ、図２に示すように、安着台33上に設置されたスラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注湯させた状態で、搬送部６を下方へと移動させて、この搬送部６に取り付けられた金属リボンＲの先端側の所定量を、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ中に挿入させて溶融させ、この金属リボンＲが溶融する際の溶融潜熱を利用して、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍを急速に冷却させて半凝固金属スラリＳとする。

このとき、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍの冷却は、このスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍが０．１以上０．７以下の固相率に至るまで所定の速度で冷却されて半凝固金属スラリＳとされる。このときの冷却速度は、０．２℃／ｓｅｃ以上５℃／ｓｅｃ以下となり、より望ましくは０．２℃／ｓｅｃ以上２℃／ｓｅｃ以下となる。このようなスラリ製造容器２の冷却は、このスラリ製造容器２が交替される前、すなわち、駆動部３によりスラリ製造容器２が空間部13の外側に移送されて離脱される前にでき、冷却が終了した後でスラリ製造容器２を空間部13の外側に離脱させて新しいスラリ製造容器２にも交替できる。

この後、駆動部３にてスラリ製造容器２を上昇させて、図３に示すように、空間部13の外側にスラリ製造容器２を移送して離脱させ、図示しないロボットなどの移送装置により新しいスラリ製造容器２に取り替える。

一方、電磁気場の印加は冷却が終了するまで持続させる。すなわち、駆動部３によりスラリ製造容器２が空間部13外側に移送されて離脱されるまで電磁気場を印加し続けてもよい。電磁気場の印加は溶融金属Ｍの固相率が少なくとも０．００１以上０．７以下になるまで持続する。ただし、エネルギ効率次元で電磁気場印加用コイル装置11は溶融金属Ｍの注湯後、この溶融金属Ｍの固相率が少なくとも０．００１以上０．４以下になるまで持続し、さらに望ましくは、この溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．１以下になるまで持続する。溶融金属Ｍがこのような固相率になるまでの時間は、予め実験で調べることができる。

上述したように、上記第１の実施の形態によれば、攪拌部１の電磁気場印加用コイル装置11にて電磁気場が印加された状態で、安着台33上に設置されたスラリ製造容器２内に溶融金属Ｍを注湯した後、搬送部６を移動させて、この搬送部６に取り付けられた金属リボンＲの先端側の所定量を、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ中に挿入して溶解させる。

この結果、この溶融金属Ｍの比熱よりも、金属リボンＲが溶融金属Ｍ中に溶融する際の溶融潜熱(＝凝固潜熱)が大幅に大きい(例えば、これら溶融金属Ｍおよび金属リボンＲのそれぞれがアルミニウム合金の場合には溶融潜熱は比熱の約４００倍)。したがって、この溶融金属Ｍ中に初期凝固層が形成されないように、この溶融金属Ｍ中に金属リボンＲを溶融させることにより、この金属リボンＲがスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍに溶融される際の溶融潜熱によって、この溶融金属Ｍから熱を急速に奪うことができる。よって、この溶融金属Ｍを急速に冷却できるから、この溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳをより速く効率良く製造できる。

このとき、この溶融金属Ｍに金属リボンＲを溶融させることによって、この溶融金属Ｍを急速に冷却できるので、この製造された半凝固金属スラリＳの温度制御をより容易にできるから、この半凝固金属スラリＳの鋳込み温度をある程度高くすることができる。さらに、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍへの金属リボンＲの溶解量を、搬送部６の移動距離にて調整することにより、このスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍの冷却速度や温度低下を適宜調整できる。

さらに、この金属リボンＲを、溶融金属Ｍの主成分を有する組成としたり、この溶融金属Ｍと等しい組成としたりすることにより、この金属リボンＲが溶融されて冷却された後の溶融金属Ｍの組成が変化しにくく、あるいは変化しなくなる。したがって、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍの組成を変化させることなく、この溶融金属Ｍを急速に冷却できる。

特に、半凝固金属スラリＳを冷却して硬化させた半凝固状態の組織構造を有するビレットにて金属リボンＲを製造することにより、この金属リボンＲを入れて溶融させて冷却させた溶融金属Ｍから製造される半凝固金属スラリＳ中に金属リボンＲが溶融しきらずにある程度残っても、この金属リボンＲが半凝固状態としての球状の組成を有するので、この金属リボンＲと溶融金属Ｍとの結晶状態が同じだから、この半凝固金属スラリＳ中に半凝固状態が維持されるため、この半凝固金属スラリＳをより効率良く製造できる。

また、この金属リボンＲの形状を、溶融金属Ｍに溶融しやすい形状である細長く薄いリボン状や細長いワイヤ状としたため、この金属リボンＲをスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ中に入れた際に、この溶融金属Ｍ中に金属リボンＲを効率良く溶融できる。したがって、この溶融金属Ｍの急速な冷却をより効率良くできるから、この溶融金属Ｍからより効率良く半凝固金属スラリＳを製造できる。

なお、上記第１の実施の形態では、カップ型のスラリ製造容器２を用いた構成としたが、図１２ないし図１４に示す第２の実施の形態のように、第１のスリーブ43を垂直に設置して、この第１のスリーブ43の上端開口部であるスラリ挿入口58と第２のスリーブ44のスラリ排出口46が同心状に連通するように、この第１のスリーブ43上に第２のスリーブ44を垂直に設置して構成することもできる。この場合、第２のスリーブ44の下端に第１のスリーブ43が連結されている。そして、この第２のスリーブ44は、ベースプレート14上に設置されて固定されている。

ここで、これら第２のスリーブ44および第１のスリーブ43のそれぞれの内周面は、この第２のスリーブ44内で製造した半凝固金属スラリＳを自重によって落下させて抜くことができる程度のテーパ状に形成されている。さらに、この第１スリーブ43の下端側であるスラリ吐出口57には、押出部61の代わりとして成形ダイ81を有するダイキャスティング装置が設置されている。

この成形ダイ81は、移動ダイ82および固定ダイ83と備えており、これら移動ダイ82と固定ダイ83とが合わさって、これら移動ダイ82と固定ダイ83との間に所定の形状の成形空間である成形空洞84を形成させる。さらに、固定ダイ83には、成形空洞84に半凝固金属スラリＳを注入させる注入口85が形成されている。この注入口85は、第１のスリーブ43のスラリ吐出口57に連通した状態で連結されており、このスラリ吐出口57から吐出される半凝固金属スラリＳを成形空洞84へと注入させる。さらに、第１のスリーブ43の一端側にはキャップ体56が取り付けられておらず、この第１のスリーブ43の一端側がスラリ吐出口57とされている。

また、移動ダイ82および固定ダイ83は、一対の支持プレート86a,86bに取り付けられている。これら支持プレート86a,86bは、図示しない全体設備に取り付けられており、移動ダイ82および固定ダイ83のそれぞれを支持している。ここで、移動ダイ82は、これら移動ダイ82と固定ダイ83との間の成形空洞84での半凝固金属スラリＳの成形が完了した後に、固定ダイ83から分離されて成形空洞84で形成された所定の形状の成形品である鋳材としてのダイキャスト材Ｄを分離可能にする。ここで、成形部として成形ダイ81を取り付けたが、この成形ダイ81の代わりに押出部61や図示しないプレス成形部などを取り付けることもできる。

一方、第１のスリーブ43および第２のスリーブ44は回動しないように固定されて結合されている。さらに、この第１のスリーブ43と第２のスリーブ44との間にはストッパ47が取り外し可能に取り付けられている。なお、これら第１のスリーブ43と第２のスリーブ44とを一体に形成することもできる。この場合、これら一体的に形成された第１のスリーブ43と第２のスリーブ44との内側にストッパ47を取り付ければよい。

そして、図１２に示すように、攪拌部１の電磁気場印加用コイル装置11にて電磁気場が印加されている状態で、第２のスリーブ43の上端の注湯口45から溶融金属Ｍを注入する。この状態で、図１３に示すように、必要に応じて搬送部６を移動させて、第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍ中に金属リボンＲの先端側の所定量を挿入して溶融させて、この溶融金属Ｍを急速に冷却させて半凝固金属スラリＳとする。

この後、ストッパ47を移動させて第２のスリーブ44のスラリ排出口46を開口させる。この結果、この第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳが自重による作用にて第１のスリーブ43内へと落下して移動する。このとき、第２のスリーブ44内で製造された半凝固金属スラリＳは、この半凝固金属スラリＳの自重による重力の作用にて、この半凝固金属スラリＳが第２のスリーブ44から落下する程度の固相率を有している。

次いで、図１４に示すように、第１のプランジャ71を第２のスリーブ44の注湯口45から挿入して、第１のスリーブ43内の半凝固金属スラリＳを成形ダイ81側へ加圧して、第１のスリーブ43のスラリ吐出口57から半凝固金属スラリＳを成形ダイ81へと吐出させる。

このとき、この成形ダイ81に注入された半凝固金属スラリＳは、この成形ダイ81の注入口85を通じて成形空洞84内に注入されて成形されつつ急速に冷却されて成形空洞84の形状に対応したダイキャスト材Ｄに製造される。このとき、この成形ダイ81に、図示しない別の冷却装置をさらに付加して、成形空洞84内に注入された半凝固金属スラリＳを急冷させてもよい。さらに、この成形ダイ81の成形空洞84でのダイキャスト材Ｄの製造が終了した後、移動ダイ82を後退させて固定ダイ83から分離させて、このダイキャスト材Ｄを成形空洞84内から引き出す。

この結果、攪拌部１の電磁気場印加用コイル装置11にて電磁気場が印加されている状態で、第２のスリーブ44の上端の注湯口45から溶融金属Ｍを注入してから、必要に応じて搬送部６を移動させて、第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍ中に金属リボンＲを所定量溶融させて、この溶融金属Ｍを急速に冷却させるので、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

さらに、第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳをスラリの状態でダイキャスティングできるから、高品質のダイキャスト材Ｄを低圧の加圧力で得ることができ、電力損失を防止でき、作業時間を短縮できるとともに、成形ダイ81に注入される半凝固金属スラリＳの温度を低くでき、この成形ダイ81に半凝固金属スラリＳを低圧で注入できる。

また、第２のスリーブ44内で製造された半凝固金属スラリＳ自体の自重による重力の作用によって、この半凝固金属スラリＳを第２のスリーブ44から引き抜いて第１のスリーブ43内へと落下させることができる。よって、この第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳを第１のスリーブ43へと移動させる工程を容易にできる。

次いで、図１５ないし図１７に示す第３の実施の形態のように、第１のスリーブ43の周面部に第２のスリーブ44の他端側を連結させて、この第１のスリーブ43から第２のスリーブ44が分岐して連結された構成にすることもできる。この場合、第１のスリーブ43は、この第１のスリーブ43の軸方向を地面に対して水平にした状態で設置されている。そして、第２のスリーブ44は、第１のスリーブ43の周面部から、この第１のスリーブ43の一端側であるとともに上方に向けて分岐されて連結されている。そして、この第１のスリーブ43のスラリ吐出口57に対向した他端側の開口部91には、加圧用の第２の押圧手段としての第２のプランジャ92が進退可能に挿入されている。この第２のプランジャ92の先端面である押圧面93は、この第２のプランジャ92の移動方向に直交する平坦な平面とされている。

さらに、第１のスリーブ43のスラリ挿入口58は、この第１のスリーブ43の周面における上側に開口されて設けられている。また、この第１のスリーブ43の一端側のスラリ吐出口57の外側には成形ダイ81が結合されている。なお、成形部として成形ダイ81を取り付けたが、この成形ダイ81の代わりに押出部61や図示しないプレス成形部などを取り付けてもよい。

また、第２のスリーブ44は、この第２のスリーブ44の一端側の注湯口45側を上方に向け、他端側のスラリ排出口46を下方に向けた状態で約４５゜の角度で傾斜している。そして、この第２のスリーブ44のスラリ排出口46は、第１のスリーブ43の軸方向に沿った略中間部であるスラリ挿入口58に連結されて連通されている。さらに、この第２のスリーブ44の他端側であるスラリ排出口46の内側には、この第２のスリーブ44の他端側を開閉可能に閉塞するストッパ47が上方から取り外し可能に挿入されて取り付けられている。また、この第２のスリーブ44の外周部には、攪拌部１が取り付けられている。この攪拌部１は、ストッパ47が取り付けられている位置よりも第２のスリーブ44の一端側を覆っている。

さらに、第２のスリーブ44には、この第２のスリーブ44の周面部の一部を一端側である上方に向けて分岐させた別途の注湯口である注入口94が形成されている。この注入口94は、第２のスリーブ44内に溶融金属Ｍを注入させる注湯口である。そして、この第２のスリーブ44の注湯口45には第１のプランジャ71が常に挿入された構成とされている。ここで、この第２のスリーブ44の注入口94は、第２のスリーブ44における攪拌部１が取り付けられた位置よりも一端側に取り付けられており、この第２のスリーブ44の周面部から上方に向けて突出している。また、この注入口94は、第２のスリーブ44内に連通しており、この第２のスリーブ44内における攪拌部１にて電磁気場が印加されるスラリ製造領域Ｔに溶融金属Ｍを注湯させる。

そして、図１５に示すように、第２のスリーブ44の他端側がストッパ47にて閉塞され、攪拌部１の電磁気場印加用コイル装置11にて電磁気場が印加されている状態で、第２のスリーブ44の注入口45から溶融金属Ｍを注湯してから、図１６に示すように、必要に応じて搬送部６を移動させて、第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍ中に金属リボンＲを所定量溶融させて、この溶融金属Ｍを急速に冷却させて半凝固金属スラリＳとする。

次いで、ストッパ47上方に移動させて第２のスリーブ44のスラリ排出口46を開放させた後、この第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳを第１のスリーブ43内へと移動させて吐出させる。このとき、第１のプランジャ71を第１のスリーブ43側に移動させて、この第１のプランジャ71にて第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳを押圧して、この半凝固金属スラリＳの第１のスリーブ43への吐出を促進させる。

この後、この半凝固金属スラリＳを第１のスリーブ43内に流入させた状態で、図１７に示すように、第２のプランジャ92を第１のスリーブ43のスラリ吐出口57側に向けて移動して、この第１のスリーブ43内の半凝固金属スラリＳを加圧してスラリ吐出口57から吐出させて成形ダイ81に注入させる。このとき、この成形ダイ81に注入された半凝固金属スラリＳは、この成形ダイ81の注入口85を通じて成形空洞84内に注入されて成形されつつ急速に冷却されて成形空洞84の形状に対応したダイキャスト材Ｄに製造される。さらに、このダイキャスト材Ｄの製造が終了した後、移動ダイ82を後退させて固定ダイ83から分離させて、このダイキャスト材Ｄを成形空洞84内から引き出す。

この結果、第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳをスラリの状態でダイキャスティングできるから、高品質のダイキャスト材Ｄを低圧の加圧力で得ることができ、電力損失を防止でき、作業時間を短縮できるとともに、成形ダイ81に注入される半凝固金属スラリＳの温度を低くでき、この成形ダイ81に半凝固金属スラリＳを低圧で注入できるので、上記第２の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

さらに、図１８に示す第４の実施の形態のように、第１のスリーブ43の軸方向を地面に対して垂直に設置し、この第１のスリーブ43から第２のスリーブ44の注湯口45側を斜め上方に向けて分岐させて結合させ、第２のスリーブ44の注入口94を上方に向けて開口させた構成とすることもできる。この場合、第２のスリーブ44内で製造した半凝固金属スラリＳを自重による重力の作用によって第１のスリーブ43内の成形ダイ81側により容易に移動できるから、この成形ダイ81にてダイキャスト材Ｄを成形する工程をより速くできる。

なお、上記第３および４の実施の形態では、第１のプランジャ71の押圧面72を、この第１のプランジャ71の移動方向に直交する平坦な平面としたが、図１９に示す第５の実施の形態のように、第１のプランジャ71を第１のスリーブ43側に移動させた際に、この第１のプランジャ71の押圧面72が第１のスリーブ43の内周面と面一になるように、この押圧面72を第１のプランジャ71の移動方向に対して約４５゜ほど傾斜させる構成とすることもできる。

この場合、この第１のプランジャ71の押圧面72は、第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳを第１のプランジャ71にて押圧した際に、この半凝固金属スラリＳ全部を第１のスリーブ43内に移動できるように、この第１のスリーブ43の内周面に等しい横断面凹弧状に形成されている。すなわち、この第１のプランジャ71の押圧面72は、第１のスリーブ43のスラリ挿入口58を、この第１のスリーブ43の内周面に沿って閉塞させる。よって、この第１のプランジャ71の押圧面72は、第１のスリーブ43に対する第２のスリーブ44の傾斜角度に等しい傾斜角度を有している。

また、図２０に示す第６の実施の形態のように、軸方向を地面に対して垂直に設置した第１のスリーブ43の上端側に成形ダイ81を取り付けるとともに、この第１のスリーブ43の下端側から第２のプランジャ92を進退可能に挿入させて取り付けても、上記第５の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

さらに、図２１および図２２に示す本発明に関連する実施の形態のように、スラリ製造容器２内に注湯した溶融金属Ｍ中に、冷却用部材としての冷却用金属棒96を入れて、この冷却用金属棒96にて溶融金属Ｍを振動させて、この溶融金属Ｍを冷却させることもできる。この場合、この冷却用金属棒96は、複数の細長いワイヤ状の金属線97を互いに平行に配置させて構成されている。そして、これら金属線97は、スラリ製造容器２内に注湯される溶融金属Ｍの温度よりも融点の高い金属にて構成されている。具体的に、これら金属線97としては、これら金属線97の表面が酸化しないような金属、例えばステンレスや、タングステン、アルミ−チタン−ボロンナイトライドなどが好ましい。

また、これら金属線97は、振動器98にそれぞれが取り付けられている。この振動器98は、各金属線97のそれぞれを上下動させるとともに上下方向に振動させる移送手段としての振動手段である。また、この振動器98は、制御部５に電気的に接続されており、この制御部５によって回転および昇降が制御されている。さらに、この振動器98は、円柱状の本体部99を備えており、この本体部99の軸方向に沿った一端面である下端面に金属線97の一端部が接続されている。また、この振動器98は、図２１に示すように、本体部99の下端面に取り付けられた金属線97のそれぞれをスラリ製造容器２の開口部に臨ませた状態で、昇降可能かつ回転可能に設置されている。

そして、スラリ製造容器２内に溶融金属Ｍを注湯した状態で、振動器98を下ろして下方へと移動させて、この振動器98の各金属線97の先端側である下端側を、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ中に挿入する。この状態で、図２２に示すように、振動器98の本体部99を周方向に向けて回転あるいは振動させて、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍを振動あるいは攪拌させる。この結果、このスラリ製造容器２に注湯した溶融金属Ｍ中に冷却用金属棒96の各金属線97を挿入した状態で振動させることにより、これら各金属線97と溶融金属Ｍとの接触熱伝達を大きくできる。

したがって、これら各金属線97によって溶融金属Ｍから急速に熱を奪うことができるので、この溶融金属Ｍを急速に冷却できるとともに、この溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳを急速に製造できる。そして、スラリ製造容器２内に半凝固金属スラリＳを製造した後には、振動器98を上方に向けて移動させて、この冷却用金属棒96の各金属線をスラリ製造容器２内の半凝固金属スラリＳから取り出す。この後、この半凝固金属スラリＳが製造されたスラリ製造容器２を上方に移動させた後、このスラリ製造容器２から半凝固金属スラリＳを取り出す。

このとき、この振動器98に取り付けられた冷却用金属棒96を複数の細長いワイヤ状の金属線97にて構成したことにより、これら冷却用金属棒96と溶融金属Ｍとの間の接触熱伝達係数が大きくなる。このため、これら冷却用金属棒96の各金属線97と溶融金属Ｍとの接触熱伝達をより大きくでき、この冷却用金属棒96にて溶融金属Ｍからより急速に熱を奪うことができるので、この溶融金属Ｍをより急速に冷却できる。

ここで、図２３に示す本発明に関連する他の実施の形態のように、上述した図１２ないし図１４に示す第２の実施の形態のプランジャタイプの半凝固金属スラリ製造装置の搬送部６および金属リボンＲに代えて、複数の細長いワイヤ状の金属線97にて構成された冷却用金属棒96を有する振動器98を取り付けることもできる。

さらに、図２４に示す本発明に関連するさらに他の実施の形態のように、振動器98の冷却用金属棒96を網状にすることもできる。この場合、この振動器98の冷却用金属棒96は、細長いワイヤ状の金属線97を格子状に組み合わせた網体であるスクリーンを円筒状に巻回させて構成されている。そして、この冷却用金属棒96は、円筒状に巻回されたスクリーンの軸方向に沿った一端側である上端側を本体部99の下端面に同心状に取り付けられて構成されている。

この結果、この冷却用金属棒96を網状に構成したことにより、この冷却用金属棒96と溶融金属Ｍとの接触熱伝達をより大きくできるから、この冷却用金属棒96にて溶融金属Ｍからより急速に熱を奪うことができるので、この溶融金属Ｍをより急速に冷却できる。

また、図２５に示す本発明に関連するさらに他の実施の形態のように、上述した図１２ないし図１４に示す第２の実施の形態のプランジャタイプの半凝固金属スラリ製造装置の搬送部６および金属リボンＲに代えて、細長いワイヤ状の金属線97を格子状に組み合わせたスクリーンを円筒状に巻回させて構成された冷却用金属棒96を有する振動器98を取り付けることもできる。

ここで、上記本発明に関連する実施の形態での振動器98の冷却用金属棒96に代えて、上記第１ないし６の実施の形態に示す金属リボンＲを取り付けることもできる。この場合、この金属リボンＲを溶融金属Ｍに挿入した状態で振動器98で振動を与えることにより、この金属リボンＲと溶融金属Ｍとの間の接触熱伝達がより大きくなるから、この溶融金属Ｍへの金属リボンＲの溶融をより速くできる。したがって、この金属リボンＲを溶融金属Ｍに溶融させる際に生じる溶融潜熱による溶融金属Ｍの冷却効果をより大きくできる。

さらに、上記各実施の形態において、多様な金属あるいは合金、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、亜鉛、亜鉛合金、銅、銅合金、鉄および鉄合金などのいずれの半凝固金属成形方法であっても汎用的に適用できる。すなわち、固液共存状態成形用、いわゆる半凝固あるいは半溶融成形用に利用できるものであればいずれも利用でき、その中でもアルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛、鉄およびこれらの合金よりなる群から選択されることが望ましい。これら合金は、最終成形品で要求される物性によって色々な任意の金属を含むことができる。

すなわち、溶融金属Ｍとして用いられる合金系が何かという問題ではなく、凝固理論的に考察すると、スラリ製造容器２あるいは第２のスリーブ44に注湯する前の溶融金属Ｍの温度は、この溶融金属Ｍとして用いられる合金系の比熱の問題で議論できる。したがって、スラリ製造容器２あるいは第２のスリーブ44に注湯する前の溶融金属Ｍの温度は、この溶融金属Ｍとして用いられた合金系の液相線よりいくら高い温度でも可能であるかどうかは、比熱の値そのものが問題となる。

そして、アルミニウムの比熱は、約０．２５ｋｃａｌ／ｇ℃であり、このアルミニウム以外の他の合金系、例えばマグネシウム(約０．１８ｋｃａｌ／ｇ℃)、亜鉛(約０．１ｋｃａｌ／ｇ℃)、銅(約０．１ｋｃａｌ／ｇ℃)、鉄(約０．１ｋｃａｌ／ｇ℃)それぞれの比熱は、アルミニウムよりも小さい。したがって、アルミニウム以外の他の合金系では、アルミニウムに比べ、奪わなければならない熱量が少ないという効果があるため、これらいずれの合金系の溶融金属Ｍを液相線＋１００℃とした状態で、この溶融金属Ｍをスラリ製造容器２あるいは第２のスリーブ44に注湯しても、これら溶融金属Ｍには初期凝固層が形成されず、これら溶融金属Ｍから潜熱が生じない。このため、これら溶融金属Ｍから比熱だけを奪えば、これら溶融金属Ｍ中の結晶核を成長できるので、これらいずれの合金系であっても同様の作用効果を奏することができる。

理論的に、液相から固相へと変化する温度(Ｔ_ｌ)と固相から液相へと変化する温度(Ｔ_Ｓ)との差、すなわちＴ_ｌ−Ｔ_Ｓ＝ΔＴが０でなければ、どのような合金系においても、溶融金属Ｍの温度をＴ_ｌとＴ_Ｓとの間に調整することによって、溶融金属Ｍ中に結晶核を形成できる。

一方、鋳物産業において、一般的に使用される純アルミニウムには、１％程度の不純物が含有されている。なお、アルミニウム以外のマグネシウム、亜鉛、銅および鉄のそれぞれについても、鋳物産業において一般的に使用される純マグネシウム、純亜鉛、純銅および純鉄には、１％程度の不純物が含有されている。

したがって、液相から固相へと変化する温度(Ｔ_ｌ)と固相から液相へと変化する温度(Ｔ_Ｓ)との差が０でなく、比熱がアルミニウムより小さく、かつ電磁気場の印加で溶融金属Ｍに磁場が形成されるマグネシウム、亜鉛、亜鉛合金、銅、銅合金、鉄および鉄合金であっても、アルミニウム合金と同様の結果を原理的に得ることができる。

さらに、スラリ製造容器２あるいは第２のスリーブ44に溶融金属Ｍを注湯した後に、これらスラリ製造容器２あるいは第２のスリーブ44内に注湯した溶融金属Ｍに対して電磁気場印加用コイル装置11にて電磁気場を印加して、この溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳを製造する半凝固成形装置であっても、電磁気場印加調整部55の制御を調整することによって対応させて用いることができる。さらに、電磁気場の印加で溶融金属Ｍを攪拌させたが、この溶融金属Ｍを機械的に振動させて攪拌させてもよい。

また、アルミニウム合金などの溶融金属Ｍを急速に冷却する方法について説明したが、金属以外の他の液体中に、この液体を固化させた固体を入れて溶融させても、この液体を急速に冷却できるので、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。さらに、溶融金属Ｍを固化させる際に、この溶融金属Ｍ中に金属リボンＲなどの固相金属を入れて急冷させてもよい。

さらに、溶融金属Ｍ中に結晶核を生成させてから、この結晶核を成長させて半凝固状態の半凝固金属スラリＳを製造させたが、溶融金属Ｍ中により多数の結晶核を瞬時に生成させることにより、この結晶核を余り成長させずに、より特性の優れた半凝固金属スラリＳを製造できる。

本発明は、半凝固金属スラリを製造し、この半凝固金属スラリを半溶融金属成形法にて成形して各種金属成形品を製造できる。

本発明の第１の実施の形態の固液共存状態金属スラリの製造装置に溶融金属を注湯する工程を示す概略断面図である。 同上固液共存状態金属スラリの製造装置に注湯した溶融金属を冷却する工程を示す概略断面図である。 同上固液共存状態金属スラリの製造装置から固液共存状態金属スラリを取り出す工程を示す概略断面図である。 同上固液共存状態金属スラリの製造装置における時間に対する溶融金属の注湯温度を示す二次グラフである。 同上固液共存状態金属スラリの製造装置に用いる固相金属の製造装置に溶融金属を注湯する工程を示す概略断面図である。 同上固相金属の製造装置の第２の温度調節手段を示す概略断面図である。 同上固相金属の製造装置に注湯した溶融金属を冷却する工程を示す概略断面図である。 同上固相金属の製造装置の第２のスリーブ内で固液共存状態金属スラリを押圧する工程を示す概略断面図である。 同上固相金属の製造装置の第１のスリーブから固液共存状態金属スラリを吐出する工程を示す概略断面図である。 同上固相金属の製造装置で固相金属を成形した工程を示す概略断面図である。 同上固相金属の製造装置で固相金属を成形した後のビスケットを排出する工程を示す概略断面図である。 本発明の固液共存状態金属スラリの製造装置の第２の実施の形態に溶融金属を注湯する工程を示す概略断面図である。 同上固液共存状態金属スラリの製造装置に注湯した溶融金属を冷却する工程を示す概略断面図である。 同上固液共存状態金属製造装置で成形品を成形した工程を示す概略断面図である。 本発明の固液共存状態金属スラリの製造装置の第３の実施の形態に溶融金属を注湯する工程を示す概略断面図である。 同上固液共存状態金属スラリの製造装置に注湯した溶融金属を冷却する工程を示す概略断面図である。 同上固液共存状態金属製造装置で成形品を成形した工程を示す概略断面図である。 本発明の固液共存状態金属スラリの製造装置の第４の実施の形態に溶融金属を注湯する工程を示す概略断面図である。 本発明の固液共存状態金属スラリの製造装置の第５の実施の形態に溶融金属を注湯する工程を示す概略断面図である。 本発明の固液共存状態金属スラリの製造装置の第６の実施の形態に溶融金属を注湯する工程を示す概略断面図である。 本発明に関連する固液共存状態金属スラリの製造装置に溶融金属を注湯した工程を示す概略断面図である。 同上固液共存状態金属スラリの製造装置に注湯した溶融金属を冷却する工程を示す概略断面図である。 本発明に関連する他の固液共存状態金属スラリの製造装置に溶融金属を注湯した工程を示す概略断面図である。 本発明に関連するさらに他の固液共存状態金属スラリの製造装置に溶融金属を注湯した工程を示す概略断面図である。 本発明に関連するさらに他の固液共存状態金属スラリの製造装置に溶融金属を注湯した工程を示す概略断面図である。

符号の説明

２ 注湯部としてのスラリ製造容器
６ 搬送手段としての搬送部
44 注湯部としての第２のスリーブ
Ｍ 液相金属としての溶融金属
Ｒ 固相金属としての金属リボン
Ｓ 固液共存状態金属スラリとしての半凝固金属スラリ

Claims (6)

1. 液相金属中に固相金属を入れて、この固相金属を前記液相金属に溶かして、前記液相金属を冷却して固液共存状態金属スラリとする固液共存状態金属スラリの製造方法であって、
   前記固相金属は、前記固液共存状態金属スラリを冷却したものである
   ことを特徴とした固液共存状態金属スラリの製造方法。
2. 固相金属は、リボン状である
   ことを特徴とした請求項１記載の固液共存状態金属スラリの製造方法。
3. 固相金属は、ワイヤ状である
   ことを特徴とした請求項１または２記載の固液共存状態金属スラリの製造方法。
4. 液相金属中に固相金属を入れた状態で、この固相金属を振動させる
   ことを特徴とした請求項１ないし３いずれか記載の固液共存状態金属スラリの製造方法。
5. 液相金属に電磁気場を印加しつつ、この液相金属を冷却して固液共存状態金属スラリを製造する
   ことを特徴とした請求項１ないし４いずれか記載の固液共存状態金属スラリの製造方法。
6. 液相金属が注湯される注湯部と、
   前記液相金属から製造された固液共存状態金属スラリを冷却した固相金属が取り付けられ、この固相金属を前記注湯部に注湯された前記液相金属中に入れて、この固相金属を前記液相金属に溶かして、前記液相金属を冷却して固液金属状態金属スラリとさせる搬送手段と
   を具備したことを特徴とした固液共存状態金属スラリの製造装置。

Images