JP5556108B2 - 半溶融金属の鋳造方法、及び半溶融金属の鋳造装置 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム合金などの軽金属による半溶融金属を、高品質、かつ低コストにて鋳造する鋳造方法、及び鋳造装置の技術に関する。

従来から、鋳型に溶融金属を加圧注入し、所望形状の製品を得る鋳造方法としてダイカスト法が知られている。
前記ダイカスト法においては、砂型などの鋳型の中に溶湯を流し込んで成形する重力鋳造法や、金型のキャビティ内に射出された溶湯に高圧を加えて成形凝固させるスクイズ鋳造法など、様々な手法が用いられている。
そして近年、これら様々な手法の中でも、凝固収縮による引け巣や偏析が少なく、低温鋳込のため金型寿命が向上するなどの特徴を有することから、固相成分と液相成分とが共存状態にある半溶融状態の金属材料を用いて鋳造を行うセミソリッドダイカスト法が注目されている。

前記セミソリッドダイカスト法の具体的手法としては、例えばアルミニウム合金などの軽金属を材料として攪拌凝固により得られた半凝固金属を、直接ダイカストマシンの鋳込スリーブ（筒状に形成される、金属材料の投入部）に滴下し射出成形するレオキャスト法（Ｒｈｅｏｃａｓｔｉｎｇ）や、攪拌凝固により得られた固体状の連鋳棒を必要量切断し、再加熱することで得られた半溶融金属を、ダイカストマシンの鋳込スリーブに挿入して射出成形するチクソキャスト法（Ｔｈｉｘｏｃａｓｔｉｎｇ）が知られている。
そして、これら両手法の内、レオキャスト法については、半凝固金属の製造サイクルが長い、チクソキャスト法に比べて装置全体が大掛かりなものとなり設備費用が嵩張る、などの問題点も多く、チクソキャスト法が用いられることが多い。

ところで、チクソキャスト法を行う場合、前述の通り、半溶融金属からなる金属材料を鋳込スリーブ内に投入し、プッシャーによって押出す（射出する）ことで、前記金属材料を金型キャビティ内に充填させることとなる。
ここで、鋳込スリーブとキャビティとは、金型内部に形成されるゲート（金型外部とキャビティとを連通する孔部）を介して連通されることから、鋳込スリーブ内に投入された金属材料がキャビティ内に到達するまでの流動距離が長くなる。
その結果、金属材料は、これら鋳込スリーブ、ゲート、キャビティの内部を順に移動するに従い、空気や塵などを巻き込み、内部欠陥を引き起こすことが多かった。

また、金属材料の流動距離が長くなることで、キャビティ内に到達する前に該金属材料の温度低下が発生し、部分的に凝固が進行することとなる。
その結果、プッシャーによる金属材料への圧力伝搬が鈍くなり、その分過剰な圧力が必要となることから、設備全体として嵩張るものとなっていた。

さらに、設備レイアウトなどの諸条件により、キャビティは主に、水平に配設される鋳込スリーブの下流側端部（プッシャーによる金属材料の押出し方向側端部）において、上方に向かって延出するようにして配設されることから、鋳込スリーブ内における金属材料の射出方向と、ゲートを介したキャビティまでの金属材料の流動方向と、が略直角に交わることとなる。
その結果、金属材料を押出すためにプッシャーが必要とする圧力は過剰となり、設備全体として嵩張るものとなっていた。

そこで、このような点を改善するための技術として、以下の「特許文献１」、及び「特許文献２」に示される様々な技術が提案されている。
例えば、「特許文献１」では、溶湯を注入した金型に一次加圧力を加えながら冷却して半凝固状態の半成形品を鋳造し、該半成形品を金型から取り出すことなく、該金型に一次加圧力よりも更に大きな二次加圧力を加えながら、前記半成形品の少なくとも一部を塑性変形させて成形品を製造する技術が開示されている。

また、「特許文献２」では、キャビティ内に溶湯を高速充填し、ダイカスト鋳造により略最終製品形状に近い一次加工品を成形するダイカスト工程と、該一次加工品を固相率３０乃至７０％の半溶融状態でもって最終製品の寸法・形状にプレス成形するプレス工程と、からなる金属成形方法に関する技術が開示されている。

特開２００５−７４４６１号公報 特開平５−３０５４０９号公報

このような、前記「特許文献１」、及び「特許文献２」による技術を用いれば、セミソリッドダイカスト法を実施するにあたり、より高品質な鋳造製品を低コストにて得ることができるようにも思われる。

しかし、前記「特許文献１」における技術では、半凝固状態における半成形品において、金型と常に接触する表層部では、内部に比べて凝固が進行し、流動が停止する領域が発生することとなる。よって、前記半成形品の内部では流動の乱れが発生し、湯境や、空気の巻き込みなどの内部欠陥が生じ、高品質な鋳造製品を得ることは困難である。

また、前記「特許文献２」における技術では、ダイカスト工程と、プレス工程と、を各々別個の金型によって行うこととしているため、設備全体として嵩張るとともに、これら工程間内で一次加工品を移動させる際に、該一次加工品が酸化などの汚染を受ける可能性も高く、表層面酸化膜の巻き込みによる内部欠陥が生じ、高品質な鋳造製品を得ることは困難である。

本発明は、以上のような改善点に鑑みてなされたものであり、チクソキャスト法によるアルミニウム合金などの軽金属による半溶融金属を、高品質、かつ低コストにて鋳造する鋳造方法、及び鋳造装置の技術の提供を課題とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、固相成分と液相成分とが共存する半溶融金属の鋳造方法であって、金型を「型締め」することで半溶融金属を所定の形状に鋳造する工程を備え、前記工程は、金型内部のキャビティに半溶融金属が投入された後、幾分かの締め代を残して前記金型の「型締め」を行う型締め工程と、前記型締め工程の終了後、前記型締め工程よりも高圧にて、残りの締め代を型締めする高圧成形工程と、により構成されるものである。

請求項２においては、前記型締め工程は、前記高圧成形工程よりも高速にて、前記金型の「型締め」を行うものである。

請求項３においては、前記キャビティ内部の雰囲気は、半溶融金属が前記キャビティに投入される前より、不活性ガスによって置換され、前記型締め工程においては、前記不活性ガスの前記キャビティ内部への出入量を調整することで、前記キャビティの内面と、前記半溶融金属の表層面と、の間に発生する背圧を調整するものである。

請求項４においては、前記型締め工程において、「型締め」される前記金型には、型締め・型開き方向への振動が付与されるものである。

請求項５においては、前記型締め工程において、「型締め」される前記金型には、型締め・型開き方向への振動が付与され、前記背圧の調整は、前記金型に型締め方向への振動が付与されるタイミングと、半溶融金属の予め定められた部位における断面変化の程度と、に基づき、前記不活性ガスの前記キャビティ内部への出入量を調整するものである。

請求項６においては、固相成分と液相成分とが共存する半溶融金属の鋳造装置であって、キャビティ内に投入された半溶融金属を所定の形状に鋳造する金型を備え、前記金型は固定金型と可動金型と、により構成されるとともに、前記可動金型が前記固定金型に向かって相対移動することで、前記金型は「型締め」され、前記可動金型には、金型内部のキャビティに半溶融金属が投入された後、幾分かの締め代を残して前記金型の「型締め」を行う型締め手段と、前記型締め手段による「型締め」の終了後、前記型締め手段よりも高圧にて連続的に圧力を付加しつつ、残りの締め代を「型締め」する高圧成形手段と、が設けられるものである。

請求項７においては、前記型締め手段は、前記高圧成形手段よりも高速にて、前記金型の「型締め」を行うものである。

請求項８においては、前記金型には、半溶融金属が前記キャビティに投入される前より、前記キャビティ内部の雰囲気を不活性ガスに置換する背圧調整手段が備えられ、前記型締め手段による「型締め」の実行中においては、前記背圧調整手段によって前記不活性ガスの前記キャビティ内部への出入量を調整することで、前記キャビティの内面と、前記半溶融金属の表層面と、の間に発生する背圧を調整するものである。

請求項９においては、前記金型には、加振機構が設けられ、前記型締め手段によって、前記可動金型を前記固定金型に向かって相対移動する際は、前記加振機構によって前記可動金型に、型締め・型開き方向への振動が付与されるものである。

請求項１０においては、前記金型には、加振機構が設けられ、前記型締め手段によって、前記可動金型を前記固定金型に向かって相対移動する際は、前記加振機構によって前記可動金型に、型締め・型開き方向への振動が付与されるとともに、前記背圧の調整は、前記金型に型締め方向への振動が付与されるタイミングと、半溶融金属の予め定められた部位における断面変化の程度と、に基づき、前記不活性ガスの前記キャビティ内部への出入量を調整するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

即ち、本発明における半溶融金属の鋳造方法、及び半溶融金属の鋳造装置に拠れば、チクソキャスト法によるアルミニウム合金などの軽金属による半溶融金属を、高品質、かつ低コストにて鋳造することができる。

本発明の第一実施例に係る半溶融金属の鋳造工程を具備する、成形工程の全体を示した工程図。 第一実施例において、鋳造される製品の肉厚と、半溶融状態の金属の流動長と、の関係を異なる成形速度（型締め速度）ごとに示したグラフ。 本発明の第二実施例に係る半溶融金属の鋳造工程を具備する、成形工程の全体を示した工程図。 第二実施例において、半溶融金属の鋳造工程に用いられる金型の一例を示した図であり、（ａ）は金型が開いた状態を示した断面図、（ｂ）は金型が閉じた状態を示した断面図。 第二実施例において、閉じた状態の金型によって押圧される半溶融金属の近傍を示した拡大断面図。 本発明の第三実施例に係る半溶融金属の鋳造工程を具備する、成形工程の全体を示した工程図。 第三実施例において、半溶融金属の鋳造工程に用いられる金型の一例を示した断面図。 第三実施例において、閉じた状態の金型によって押圧される半溶融金属の近傍を示した拡大断面図。 本発明の第四実施例に係る半溶融金属の鋳造工程を具備する、成形工程の全体を示した工程図。 第四実施例において、半溶融金属の鋳造工程に用いられる金型の一例を示した図であり、（ａ）は金型が開いた状態を示した断面図、（ｂ）は金型が閉じた状態を示した断面図。 第四実施例において用いられる鋳造装置の一例を示した全体断面図。 第四実施例において用いられる鋳造装置の動作を示した図であり、（ａ）は高速成形時の状態を示した全体断面図、（ｂ）は高圧成形時の状態を示した全体断面図。 第四実施例において用いられる、金型内の背圧に関する制御方法を示したフローチャート。

次に、発明の実施の形態を説明する。

［半溶融金属の成形工程Ｗ１００］
まず、本発明に係る半溶融金属の鋳造方法を具現化する鋳造工程Ｗ０２（第一実施例）を備えた、半溶融金属の成形工程Ｗ１００全体の概要について、図１を用いて説明する。

なお、本実施例において鋳造の対象とする半溶融金属とは、固相成分と液相成分とが共存する状態からなる金属であり、一般的に他の溶融金属や固体金属などに対して異なる特徴を有する。

即ち、半溶融金属の変形抵抗（材料を変形させるために必要な応力）は、固相率によって若干変化するものの、固体金属に比べればその値はかなり小さい。よって、半溶融金属は、固体金属に比べて比較的小さい荷重による型締め力（金型に充填される金属材料の圧力に抗して、金型を閉じておくために加えられる力）により鋳造を行うことができる。

一方、半溶融金属の凝固収縮については、内在する液相成分のみに着眼して考慮すればよい。よって、固相率によって若干変化するものの、同等の体積を有する溶融金属に比べれば、半溶融金属の凝固収縮率はかなり小さい。従って、溶融金属に比べて、半溶融金属では、僅かな凝固収縮分に対応する量を補給することで、凝固収縮によって発生する亀裂や内部欠陥を、容易に回避することができる。

このような半溶融金属の特徴を踏まえた上で、以下第一乃至第四実施例として詳述する鋳造工程Ｗ０２、Ｗ０４、Ｗ０５、Ｗ０６は、高品質、かつ低コストからなる半溶融金属の鋳造を可能とするものである。

本実施例における半溶融金属の成形工程Ｗ１００は、主に前工程Ｗ０１と、鋳造工程Ｗ０２と、後工程Ｗ０３と、によって構成される。
前工程Ｗ０１は実際に鋳造を行う金型に、半溶融金属を供給するための工程である。
具体的には、前工程Ｗ０１では、主に半溶融金属の入荷や、該半溶融金属の加熱（予め定められた加工温度にまで半溶融金属を加熱する）や、加熱された半溶融金属の金型への搬送などが行われる。

鋳造工程Ｗ０２は、前工程Ｗ０１によって搬送された半溶融金属を金型に投入し、該金型によって実際に鋳造する工程である。
なお、鋳造工程Ｗ０２は、後述のように高速成形工程Ｗ２１と、高圧成形工程Ｗ２２と、により構成される。

後工程Ｗ０３は、鋳造工程Ｗ０２によって中間製品に鋳造された半溶融金属を、最終的な製品に仕上げるための工程である。
具体的には、後工程Ｗ０３では、主に金型からの中間製品の取り出しや、該中間製品の冷却や、該中間製品に固着する余分な突起物の切除などが行われる。

このような一連の工程（前工程Ｗ０１、鋳造工程Ｗ０２、後工程Ｗ０３）を踏むことで、固相成分と液相成分とが共存する半溶融金属は、最終的な製品に仕上げられる。

［半溶融金属の鋳造工程Ｗ０２（第一実施例）］
次に、本実施例における半溶融金属の鋳造工程Ｗ０２（第一実施例）の詳細について、図１、及び図２を用いて説明する。

図１に示すように、鋳造工程Ｗ０２は半溶融金属を所定の形状に鋳造する工程であり、高速成形工程Ｗ２１と、高圧成形工程Ｗ２２と、により構成される。
高速成形工程Ｗ２１は、幾分かの締め代を残して金型の「型締め」を行う型締め工程であり、高速度の成形速度、即ち高速度の型締め速度によって、金型の「型締め」を行う工程である。

つまり、例えば鋳造工程Ｗ０２において用いられる金型が、固定金型と、該固定金型に対して相対移動可能な可動金型と、により構成される場合、金型内部のキャビティに半溶融金属が投入された後、これら固定金型、及び可動金型が合致する（「型締め」する）際の、可動金型の相対移動に関する速度を高速度にて行うのである。

ここで、図２を用いて、成形速度（型締め速度）が異なる場合の、「製品の肉厚」と、半溶融金属の「流動長」と、の各々の関係について説明する。
なお、「製品の肉厚」とは、半溶融金属がキャビティ（金型内で鋳造品とほぼ同一形状を有し、金属材料が流れ込む空間）内で凝固して形成された製品の肉厚を示すものであり、キャビティ内の隙間を意味する。また、「流動長」とはキャビティ内への半溶融金属の充填位置から、該半溶融金属の流れの流動末端までの距離を示す。

一般的に、半溶融金属における「製品の肉厚」と、「流動長」と、の関係においては、「製品の肉厚」が厚くなるに従って「流動長」も長くなる。即ち、キャビティ内の隙間が広がるに従って半溶融金属は流れやすくなり、該半溶融金属は充填位置からより離れた流動末端にまで到達するようになる。

ここで、「製品の肉厚」を一定として成形速度（型締め速度）を変化させると、成形速度（型締め速度）が速くなるに従って「流動長」も長くなる。
即ち、図２に示すように、例えば、「製品の肉厚」が本図中の「Ａ」となる場合に着目すると、従来の油圧プレス機などに採用される成形速度（型締め速度、約０.０３ｍ／Ｓ）を示すグラフ（ａ）に対して、グラフ（ｂ）からグラフ（ｆ）に示すように、徐々に成形速度（型締め速度）を速くしていくと、「流動長」も徐々に長くなることが分かる。（なお、図２に示す成形速度（型締め速度）の大小関係は、（ａ）＜（ｂ）＜（ｃ）＜（ｄ）＜（ｅ）＜（ｆ）である。）

一方、金型のキャビティ内に投入された直後の半溶融金属は、外部への熱量の放出量が少なく変形抵抗も小さい。

このようなことから、本実施例においては、鋳造工程Ｗ０２の初期段階に、型締め工程としての高速成形工程Ｗ２１を設け、例えば約１.０ｍ／Ｓからなる高速の成形速度（型締め速度）により金型の「型締め」を行うこととしている。その結果、本実施例における鋳造工程Ｗ０２では、別段金型に高圧の荷重を付加することなく、製品の薄肉部（キャビティの隙間が狭い部位）に十分に充填することが可能な、半溶融金属の流動性を確保することとしている。

従って、高速成形工程Ｗ２１においては、別段金型に高圧の荷重を付加することもないため、その分設備を簡素化し、鋳造装置全体としてコンパクト化を図ることができるのである。

高速成形工程Ｗ２１により、幾分かの締め代を残して金型の「型締め」が終了すれば、引き続き高圧成形工程Ｗ２２が行われる。
高圧成形工程Ｗ２２は、従来の油圧プレス機などに採用される圧力以上の圧力（例えば、約５０ＭＰａ以上）によって金型の「型締め」を行う工程であり、前記高圧成形工程Ｗ２２によって残りの締め代分が「型締め」され、金型の「型締め」が完了する。

このように、本実施例においては、鋳造工程Ｗ０２の後期段階に高圧成形工程Ｗ２２を設け、初期段階における高速成形工程Ｗ２１から高圧成形工程Ｗ２２に連続的に切換えることで、製品の薄肉部に関する半溶融金属の未充填を防止するようになっている。

即ち、金型の「型締め」を行う際は、少なくとも半溶融金属の表層面の一部が、常にキャビティの内側面と接触することとなる。よって、半溶融金属に内在する熱量は、徐々にキャビティの内側面を介して金型に奪われていくことから、半溶融金属の固相率も徐々に増加し、鋳造工程Ｗ０２の後期段階においては、半溶融金属の変形抵抗も大きなものとなる。

このような変形抵抗の増大した半溶融金属に対して、高圧成形工程Ｗ２２による高圧力によって金型の「型締め」を行うことで、キャビティの隙間が狭い部位であっても、確実に半溶融金属を充填することが出来るのである。

また、高圧成形工程Ｗ２２によって高圧力を安定的に保持しつつ金型に付加することで、半溶融金属における最終凝固部（半溶融金属全体における、最後に凝固する領域）の凝固収縮によって発生した空隙にも容易にメタル補給を行うことができる。
よって、鋳造時の半溶融金属に発生する引け巣などの内部欠陥を、効果的に防止することができ、高品質な鋳造製品を得ることができる。

なお、高圧成形工程Ｗ２２における成形速度（型締め速度）については、高速、低速の何れかに限定されるものではないが、安定した高圧力を金型に付加するべく、低速に行うことが好ましい。
換言すれば、高速成形工程Ｗ２１は、高圧成形工程Ｗ２２に比べて高速にて、前記金型の「型締め」を行うことが好ましい。

このように、本実施例における鋳造工程Ｗ０２は、型締め工程としての高速成形工程Ｗ２１と、該高速成形工程Ｗ２１に対して成形圧力が高い高圧成形工程Ｗ２２と、の二段階の工程により構成するため、溶融金属に比べて変形抵抗の大きな半溶融金属であっても製品の薄肉部（キャビティの隙間が狭い部位）に対する「流動長」を十分に確保することが可能となり、薄肉製品の鋳造についても容易に対応することができるのである。

［半溶融金属の鋳造工程Ｗ０４（第二実施例）］
次に、本実施例における半溶融金属の鋳造工程Ｗ０４（第二実施例）の詳細について、図３乃至図５を用いて説明する。
なお、便宜上、図４、及び図５の上下方向を金型２の上下方向と規定して、以下説明する。

図３に示すように、本実施例における鋳造工程Ｗ０４は、前述の第一実施例における鋳造工程Ｗ０２と同じく、型締め工程としての高速成形工程Ｗ２１と、高圧成形工程Ｗ２２とにより構成されるとともに、前記高速成形工程Ｗ２１の実行前、及び実行中において、金型内雰囲気制御Ｐ４１を行うこととしている。

また、鋳造工程Ｗ０４の前後には、前述の第一実施例と同じく前工程Ｗ０１と、後工程Ｗ０３と、が各々設けられ、これら前工程Ｗ０１と、鋳造工程Ｗ０４と、後工程Ｗ０３と、により半溶融金属の成形工程Ｗ２００が構成される。

なお、高速成形工程Ｗ２１と高圧成形工程Ｗ２２、及び前工程Ｗ０１と後工程Ｗ０３については、既に前述の第一実施例において説明しているため、以下の説明については省略する。

金型内雰囲気制御Ｐ４１は、主に不活性ガス置換制御Ｐ４２と、背圧制御Ｐ４３と、により構成される。
不活性ガス置換制御Ｐ４２は、金型のキャビティ内部における雰囲気を不活性ガスに置換する制御であり、高速成形工程Ｗ２１の実行前に行われる。

即ち、不活性ガス置換制御Ｐ４２は、半溶融金属が金型のキャビティ内へ投入される前に行われ、不活性ガス置換制御Ｐ４２によってキャビティ内の雰囲気が完全に不活性ガスに置換された後に、半溶融金属がキャビティ内に投入され、高速成形工程Ｗ２１による金型の「型締め」が開始されるようになっている。

このような不活性ガス置換制御Ｐ４２を高速成形工程Ｗ２１の実行前に行うことで、本実施例における鋳造工程Ｗ０４では、鋳造時におけるキャビティ内に投入された半溶融金属の酸化などの汚染を効果的に抑制し、高品質な鋳造製品が得られるようになっている。

即ち、キャビティ内への投入の際に発生した半溶融金属の酸化領域については、投入後のキャビティ内の雰囲気が既に不活性ガスによって置換されているため、更に拡大することもなく、半溶融金属の表層面酸化膜の巻き込みによる欠陥の発生を低減することができ、高品質な鋳造製品が得られるのである。

背圧制御Ｐ４３は、金型の「型締め」を行う際に、該金型のキャビティの内側面と、半溶融金属の表層面と、の間に発生する背圧を制御するものであり、高速成形工程Ｗ２１が開始された後、高圧成形工程Ｗ２２に切換わるまで継続的に行われる。

具体的には、図４（ａ）に示すように、鋳造工程Ｗ０４にて用いられる金型２は、鋳造装置の固定フレームなどに固設される固定金型２Ｂと、該固定金型２Ｂに対して相対移動（昇降移動）可能に具備される可動金型２Ａと、により構成され、これら両金型２Ａ・２Ｂの互いに向かい合う平面には、各々凹凸部２ａ・２ｂが形成されている。

そして、図４（ｂ）に示すように、可動金型２Ａが固定金型２Ｂに対して相対移動（昇降移動）し、これら両金型２Ａ・２Ｂが合致する（「型締め」する）ことで、前記凹凸部２ａ・２ｂによってキャビティ２ｃが形成され、事前に固定金型２Ｂの凹部２ｂに投入されていた半溶融金属５０が、キャビティ２ｃの形状に沿って鋳造されるようになっている。

一方、固定金型２Ｂには凹部２ｂの内面側と、固定金型２Ｂの外面側と、を連通する複数（本実施例においては二箇所）の連通孔２ｄ・２ｅが形成され、これら連通孔２ｄ・２ｅごとに、キャビティ２ｃ内に不活性ガスを供給するための供給経路（図示せず）と、キャビティ２ｃ内より金型２外部に排出するための排出経路（図示せず）と、が各々連通される。
そして、これら供給経路と排出経路とは、流量、圧力に関する調整弁を介して、不活性ガスを貯溜するボンベ（或いは、工場ライン上に設置される不活性ガスの供給源）と、各々連結される。

そして、高速成形工程Ｗ２１の実行中には、ボンベから不活性ガスを連通孔２ｄ・２ｅ内に圧送することで、キャビティ２ｃ内に不活性ガスが吹き込まれ、半溶融金属５０の表層面と、キャビティ２ｃの内面と、の間に発生する背圧を加圧し、或いは逆に、キャビティ２ｃ内部に存在する不活性ガスを金型２外部に排出し、ボンベに戻すことで、前記背圧を減圧するようになっている。

即ち、図５に示すように、高速成形工程Ｗ２１の実行中では、半溶融金属５０は可動金型２Ａの凸部２ａによって上面を急速に押圧され、下方に急激に流動することとなる。
そのため、半溶融金属５０の下面と、固定金型２Ｂの凹部２ｂの内面と、の間には、空気層が発生し、キャビティ２ｃ内の空気層の抜けにくい箇所、つまり、前述した製品の薄肉部（キャビティ２ｃの隙間が狭い部位）では、前記空気層が空気溜り３０となって停滞し、半溶融金属５０が更に下方（凹部２ｂの底部）へ流動するのを妨げることとなる。

一方、製品の厚肉部（キャビティ２ｃの隙間が広い部位）では、前記空気層は、該半溶融金属５０の表層面と、凹部２ｂの内面と、の間に発生する僅かな隙間を介して、金型２の外部に難なく放出されるため、半溶融金属５０と固定金型２Ｂの凹部２ｂの内面との間に、前記空気溜り３０に示すような背圧が立たない状態となる。
そのため、半溶融金属５０内において、流動抵抗が低い液相成分のみが下方（凹部２ｂの底部）へ押出され、固相成分との乖離が部分的に生じることとなる。

そこで、このような現象を防止するため、高速成形工程Ｗ２１の実行中は背圧制御Ｐ４３を行い、凹部２ｂにおける製品の薄肉部（キャビティ２ｃの隙間が狭い部位）と連通する連通孔２ｅを介して、不活性ガスをボンベ内に吸引することで、空気溜り３０の発生を防ぎ、半溶融金属５０が十分下方（凹部２ｂの底部）へ流動するようになっている。

また同時に、高速成形工程Ｗ２１の実行中は背圧制御Ｐ４３を行い、凹部２ｂにおける製品の厚肉部（キャビティ２ｃの隙間が広い部位）と連通する連通孔２ｄを介して、不活性ガスをボンベより吹き込むことで、半溶融金属５０の表層面と、凹部２ｂの内面と、の間に適度の背圧を立て、液相成分と固相成分との部分的な乖離を生じさせないようになっている。

つまり、本実施例においては、背圧制御Ｐ４３により、高速成形工程Ｗ２１の実行中に前記不活性ガスの前記金型２外部への出入量を調整することで、前記キャビティ２ｃの内面と、前記半溶融金属５０の表層面と、の間に発生する背圧を調整することとしている。

このように、背圧制御Ｐ４３を高速成形工程Ｗ２１の実行に合わせて行うことで、製品の薄肉部（キャビティ２ｃの隙間が狭い部位）に対する半溶融金属５０の「流動長」を十分に確保するとともに、製品の厚肉部（キャビティ２ｃの隙間が広い部位）に対する液相成分と固相成分との部分的な乖離を抑制することが可能となり、高品質な鋳造製品を得ることができる。

なお、本実施例においては、複数の連通孔２ｄ・２ｅごとに、不活性ガスに関する供給・排出経路が各々連通される構成としているが、これに限定されるものではない。
即ち、例えばキャビティ２ｃの形状により、部分的に不活性ガスの供給・排出を区別する必要がない場合は、複数の連通孔２ｄ・２ｅに対して、不活性ガスに関する共通の供給・排出経路がされる構成としてもよい。
つまり、キャビティ２ｃの形状において、製品の薄肉部のみが複数箇所設けられる場合、或いは製品の厚肉部のみが複数箇所設けられる場合などは、高速成形工程Ｗ２１の実行に合わせて、これら複数箇所に対して同時に不活性ガスの供給、或いは排出を行えばよく、複数の連通孔２ｄ・２ｅに対して、不活性ガスに関する共通の供給・排出経路がされる構成としてもよい。

また、背圧制御Ｐ４３に用いられる不活性ガスの供給手段、即ち、連通孔２ｄ・２ｅや図示せぬボンベなどについては、前述の金型内雰囲気制御Ｐ４１に用いられる不活性ガスの供給手段と共通のものとしてもよい。

［半溶融金属の鋳造工程Ｗ０５（第三実施例）］
次に、本実施例における半溶融金属の鋳造工程Ｗ０５（第三実施例）の詳細について、図６乃至図８を用いて説明する。
なお、便宜上、図７、及び図８の上下方向を金型２の上下方向と規定して、以下説明する。

図６に示すように、本実施例における鋳造工程Ｗ０５は、前述の第一実施例における鋳造工程Ｗ０２と同じく、型締め工程としての高速成形工程Ｗ２１と、高圧成形工程Ｗ２２とにより構成されるとともに、前記高速成形工程Ｗ２１の実行中において、金型加振制御Ｐ５１を行うこととしている。

また、鋳造工程Ｗ０５の前後には、前述の第一実施例と同じく前工程Ｗ０１と、後工程Ｗ０３と、が各々設けられ、これら前工程Ｗ０１と、鋳造工程Ｗ０５と、後工程Ｗ０３と、により半溶融金属の成形工程Ｗ３００が構成される。

なお、高速成形工程Ｗ２１と高圧成形工程Ｗ２２、及び前工程Ｗ０１と後工程Ｗ０３については、既に前述の第一実施例において説明しているため、以下の説明については省略する。

金型加振制御Ｐ５１は、金型の「型締め」を行う際に、該金型に型締め方向に小刻みに振動する衝撃力を加える制御であり、高速成形工程Ｗ２１が開始された後、高圧成形工程Ｗ２２に切換わるまで継続的に行われる。

具体的には、図７に示すように、金型加振制御Ｐ５１を行う加振機構７は、主にカム板１４や、加振ロッド１５や、ハウジング１６などにより構成され、前記加振機構７の下部には可動金型２Ａが固設されるとともに、該可動金型２Ａの直下には固定金型２Ｂが配設される。

なお、前述の鋳造工程Ｗ０４（第二実施例）と同様に、本実施例における鋳造工程Ｗ０５にて用いられる金型２は、鋳造装置の固定フレームなどに固設される固定金型２Ｂと、該固定金型２Ｂに対して相対移動（昇降移動）可能に具備される可動金型２Ａと、により構成される。

カム板１４は円盤部材から形成され、その平面部には中心に対して偏心した位置に貫通孔１４ａが穿孔される。
カム板１４は鋳造装置に具備される昇降フレーム４の上方において、貫通孔１４ａの軸心方向が水平方向（昇降フレーム４の昇降移動方向に対して直行する方向）となるようにして配設されるとともに、前記貫通孔１４ａには、図示せぬサーボモータの出力軸が貫設される。そして、該サーボモータの駆動力によりカム板１４は回転駆動されるようになっている。
つまり、カム板１４は、その外周形状が、回転中心となる貫通孔１４ａから外周縁部までの距離が連続的に変化する円弧形状に形成されている。

ハウジング１６は筒状部材からなり、昇降フレーム４の平面視中央部において、軸心方向が上下方向となるようにして嵌設される。
また、ハウジング１６の下端部には、平面視中央部に貫通孔が形成される板状部材１９が固設され、該貫通孔はハウジング１６の内径寸法と同等に形成されるとともに、前記板状部材１９はハウジング１６と同軸上に固設される。

加振ロッド１５は棒状部材から形成され、ハウジング１６の内径部に上下摺動（昇降フレーム４の昇降移動方向）可能に挿入される。
また、加振ロッド１５の上端面には、カム板１４の外縁下端部が線接触される一方、該加振ロッド１５の下端部には可動金型２Ａが、一側面に形成される凸部２ａを下方に向けて固設される。

加振ロッド１５の上端部には、他の部位に比べて拡径された段部１５ａが形成され、該段部１５ａの下面と、ハウジング１６の上面と、の間には、コイルバネなどからなる付勢手段１７が、前記加振ロッド１５と同軸上に配設される。そして、該付勢手段１７によって、加振ロッド１５は常に上方に付勢されている。これにより、加振ロッド１５の上端面は常にカム板１４の下端面に圧接している。

そして、前述のサーボモータが回転駆動すると、カム板１４は貫通孔１４ａの軸心を回転中心として回転されることとなり、該カム板１４の外縁下端部の位置は上下方向に連続して変位されることとなる。

その結果、カム板１４の外縁下端部の変位動作に同調して、加振ロッド１５も上下方向に小刻みに摺動されることとなる。
つまり、カム板１４の外縁下端部の位置が貫通孔１４ａから離れる方向へ変位する間は、加振ロッド１５はカム板１４により付勢手段１７の付勢力に抗して下方へ摺動し、カム板１４の外縁下端部の位置が貫通孔１４ａへ近づく方向へ変位する間は、加振ロッド１５は付勢手段１７の付勢力により上方へ摺動する。

この加振ロッド１５の下方摺動、及び上方摺動はカム板１４の回転動作に伴って交互に繰り返され、これにより加振ロッド１５は上下に振動することとなる。
そして、加振ロッド１５の下端部に設けられる可動金型２Ａには、該加振ロッド１５の振動が伝達され、衝撃力となって付加されるようになっている。

なお、後述のとおり、昇降フレーム４の下面には板状部材１９が貼設され、該板状部材１９と可動金型２Ａとの間には、皿ばねなどからなる付勢手段２１が介装されている。
そして、高速成形工程Ｗ２１の実行中においては、前記付勢手段２１によって、可動金型２Ａは常に下向き（可動金型２Ａが昇降フレーム４側から離れる方向）に付勢され、板状部材１９と、可動金型２Ａとの間に、幾分かの間隙が確保されるようになっている。

このような加振機構７による金型加振制御Ｐ５１を、高速成形工程Ｗ２１の実行に合わせて行うことで、製品の薄肉部（キャビティ２ｃの隙間が狭い部位）に対する半溶融金属５０の「流動長」を十分に確保することが可能となり、高品質な鋳造製品を得ることができる。

即ち、図８に示すように、高速成形工程Ｗ２１の実行中では、半溶融金属５０上部の表層面は可動金型２Ａの凸部２ａと常に接触されるため、該半溶融金属５０の内部に比べて奪われる熱量（図８に示す矢印Ｘ）は大きく、冷却効果により凝固が進行しやすい。
よって、半溶融金属５０上部の表層面においては、部分的に流動が停止する領域（流動停止箇所）が発生し、該半溶融金属５０内部の上部の表層面近傍では、流動の乱れ（図８に示す矢印Ｙ）が発生し、「湯境」や「空気の巻き込み」などの内部欠損が発生しやすくなる。

そこで、高速成形工程Ｗ２１の実行中においては、金型加振制御Ｐ５１により、可動金型２Ａに対して加振ロッド１５の振動を伝達し、この振動による衝撃力を型締め・型開き方向（下降・上昇方向）に付加することで、半溶融金属５０上部の表層面は、可動金型２Ａの凸部２ａと常に動的に接触することなり、半溶融金属５０上部の表層面における流動停止箇所を、極力低減することができる。

つまり、金型２への付加荷重を低圧にて行う高速成形工程Ｗ２１であっても、加振ロッド１５の振動による衝撃力を可動金型２Ａに加えることで、後の高圧成形工程Ｗ２２に匹敵する型締め力を金型２に与えることが可能となる。

よって、半溶融金属５０上部の表層面において凝固の進行し始めた領域においても、「流動長」を十分に確保し、該半溶融金属５０の内部欠損の発生を防止することができ、高品質な鋳造製品を得ることができる。

なお、より効果的には、可動金型２Ａに付加する衝撃力は、振幅を小さくし、かつ振動数を大きくする方が、一打当たりの可動金型２Ａと、半溶融金属５０と、の接触時間を短くすることができるため望ましい。

また、このように、高速成形工程Ｗ２１における可動金型２Ａの下降動作（型締め動作）に加えて、加振機構７により衝撃力を可動金型２Ａに加えることで、可動金型２Ａの下降動作（型締め動作）を行うために必要となる昇降機構本体の容量を小さく抑えることが可能となり、鋳造装置全体として、コンパクト化を図ることができる。

［半溶融金属の鋳造工程Ｗ０６（第四実施例）］
次に、本実施例における半溶融金属の鋳造工程Ｗ０６（第四実施例）の詳細について、図９乃至図１３を用いて説明する。
なお、便宜上、図１０の上下方向を金型２の上下方向と、また図１１、及び図１２の上下方向を鋳造装置１の上下方向と規定して、以下説明する。

図９に示すように、本実施例における鋳造工程Ｗ０６は、前述の第一実施例における鋳造工程Ｗ０２と同じく、型締め工程としての高速成形工程Ｗ２１と、高圧成形工程Ｗ２２とにより構成されるとともに、前記高速成形工程Ｗ２１の実行前、及び実行中において、前述の第二実施例における金型内雰囲気制御Ｐ４１を行い、かつ前記高速成形工程Ｗ２１の実行中において、前述の第三実施例における金型加振制御Ｐ５１を行うこととしている。

また、鋳造工程Ｗ０６の前後には、前述の第一実施例と同じく前工程Ｗ０１と、後工程Ｗ０３と、が各々設けられ、これら前工程Ｗ０１と、鋳造工程Ｗ０６と、後工程Ｗ０３と、により半溶融金属の成形工程Ｗ４００が構成される。

なお、高速成形工程Ｗ２１と高圧成形工程Ｗ２２、及び前工程Ｗ０１と後工程Ｗ０３については、既に前述の第一実施例において説明しているため、以下の説明については省略する。

本実施例における鋳造工程Ｗ０６は、前述の第二、及び第三実施例における金型内雰囲気制御Ｐ４１、及び金型加振制御Ｐ５１を同時に兼ね備えることで、より高品質な鋳造製品を得ることを可能としたものである。

即ち、図１０（ａ）に示すように、高速成形工程Ｗ２１の実行中に、金型加振制御Ｐ５１のみを単独で行う場合、金型２内部に形成されるキャビティ２ｃの形状の如何によれば、半溶融金属５０に混在する液相成分が顕著に押出され、固相成分との乖離が部分的に生じることがある。

つまり、図１０（ｂ）に示すように、キャビティ２ｃの形状において、比較的隙間の広い領域では、半溶融金属５０の表層面は容易に流れ込み易く、該半溶融金属５０の断面変化（図１０（ｂ）において、矢印Ｚにて示される半溶融金属５０の部位に関する断面積の変化）も激しい。このような半溶融金属５０の部位では、自重によって液相成分が固相成分と乖離し、絞り出される現象が発生しやすい。
そして、このような現象は、金型加振制御Ｐ５１によって衝撃力を可動金型２Ａに与える場合には顕著に表れることとなる。

このような半溶融金属５０における部分的な液相成分と固相成分との乖離を防止するべく、本実施例においては、金型内雰囲気制御Ｐ４１を同時に行うことで、前述の第二、及び第三実施例における鋳造工程Ｗ０４・Ｗ０５に比べてより高品質な鋳造製品を得ることとしているのである。

［半溶融金属の鋳造装置１］
まず、本実施例における鋳造工程Ｗ０６を実施する鋳造装置１の一例について、図１１を用いて具体的に説明する。

鋳造装置１は、主に金型２や、固定フレーム３や、昇降フレーム４や、高速昇降機構５・５や、高圧昇降機構６・６・・・や、加振機構７や、背圧制御装置２０などにより構成される。
なお、金型２については前述の鋳造工程Ｗ０４（第二実施例）によるものと、また、加振機構７については前述の鋳造工程Ｗ０５（第三実施例）によるものと、構造を同じくするため、以下において詳細な説明は省略する。

まず、固定フレーム３について説明する。
固定フレーム３は鋳造装置１の基部をなす部位であり、矩形状の筐体構造からなる。
固定フレーム３上面の平面視中央部には、金型２に具備される固定金型２Ｂが固設され、該固定金型２Ｂは一側面に形成される凹部２ｂが上方に向くようにして配設される。

そして、固定金型２Ｂの周囲には、後述する複数の高速昇降機構５・５、及び高圧昇降機構６・６・・・が各々設けられ、これら高速昇降機構５・５、及び高圧昇降機構６・６・・・を介して、昇降フレーム４は固定フレーム３に対して相対移動（昇降移動）可能に、該固定フレーム３と連結される。

次に、昇降フレーム４について説明する。
昇降フレーム４は外力により撓みや捻れなどが生じないだけの十分な剛性を伴った矩形状の部材からなり、固定フレーム３の垂直上方に設けられる。
昇降フレーム４の平面視中央部には、前述した加振機構７が貫設され、該加振機構７の下端部には金型２に具備される可動金型２Ａが、一側面に形成される凸部２ａが下方に突設するようにして配設される。

昇降フレーム４の下面に貼設される板状部材１９と可動金型２Ａとの間には、皿ばねなどからなる付勢手段２１が介装されている。そして、可動金型２Ａに上向き（可動金型２Ａが昇降フレーム４側へ近づく方向）の力が加わると、付勢手段２１により可動金型２Ａを下方へ付勢する力が生じるものとなっている。

そして、後述する複数の高速昇降機構５・５、或いは高圧昇降機構６・６・・・によって、昇降フレーム４は昇降移動可能とされ、該昇降フレーム４が下降することで、可動金型２Ａの凸部２ａが固定金型２Ｂの凹部２ｂと合致され、これら両金型２Ａ・２Ｂにより構成される金型２が「型締め」されるようになっている。

次に、高速昇降機構５について説明する。
高速昇降機構５は、前述の第二実施例に示すように、幾分かの締め代を残して金型２の「型締め」を行う型締め手段であり、昇降フレーム４の昇降移動を高速度にて行う高速成形手段として設けられる。そして、金型２の「型締め」の際は、まず高速昇降機構５により昇降フレーム４が下降され、その後、予め定められた位置において、後述の高圧昇降機構６に切り換わり、該高圧昇降機構６により昇降フレーム４が下降されるようになっている。

高速昇降機構５は、主にサーボモータ１１や、ボールネジ１２などにより構成され、該サーボモータ１１の出力軸１１ａと、該ボールネジ１２のネジ部材１２ａと、が同軸状に配設されるとともに、これら出力軸１１ａと、ボールネジ１２と、はカップリングなどからなる連結部材１３を介して一体的に回転可能に連結される。

また、固定フレーム３には、該固定フレーム３を上下垂直方向へ貫通する貫通孔３ｂ・３ｂが、平面視において固定金型２Ｂを間に挟んだ二箇所（図１１においては、一箇所についてのみ記載。）に穿孔される。

そして、貫通孔３ｂ・３ｂの下端部にはサーボモータ１１・１１が、出力軸１１ａ・１１ａを上方に突出するようにして各々固設されるとともに、これら貫通孔３ｂ・３ｂを介して、ボールネジ１２・１２のネジ部材１２ａ・１２ａが、垂直上方に延出するようにして配設される。

一方、昇降フレーム４には、該昇降フレーム４を上下垂直方向へ貫通する貫通孔４ａ・４ａが、平面視にてネジ部材１２ａ・１２ａが設けられる位置と同等の位置の二箇所（図１１においては、一箇所についてのみ記載。）に穿孔され、該貫通孔４ａ・４ａを介してボールネジ１２・１２のナット部材１２ｂ・１２ｂが各々嵌設される。

そして、これらナット部材１２ｂ・１２ｂの内径部にネジ部材１２ａ・１２ａの上端部が各々挿入されることで、昇降フレーム４は、複数の昇降機構５・５を介して、固定フレーム３と相対移動（昇降移動）可能に連結される。

次に、高圧昇降機構６について説明する。
高圧昇降機構６は、前述の第一実施例に示すように、昇降フレーム４の昇降移動を行う高圧成形手段として設けられるとともに、金型２の「型締め」の際に、該昇降フレーム４を介して可動金型２Ａに高圧力による付加を与える高圧成形手段として設けられる機構であり、主に油圧シリンダー８や、油圧タンク９や、図示せぬ油圧制御機器類などにより構成される。

油圧シリンダー８は直線運動方式である既知の油圧シリンダーからなり、該油圧シリンダー８のピストンロッド８ａの軸心方向が上下方向となるようにして、固定フレーム３に固設される。

即ち、固定フレーム３の四隅（図１１においては、一箇所についてのみ記載。）には、上下垂直方向に貫通する貫通孔３ａ・３ａ・・・が各々穿孔され、該貫通孔３ａ・３ａ・・・には、前記ピストンロッド８ａと略同等の断面形状からなる貫通孔１０ａを有する筒状のブッシング１０・１０・・・が各々嵌設される。

より詳しくは、これらブッシング１０・１０・・・は、貫通孔３ａ・３ａ・・・を介して、固定フレーム３の上面より上方へと延出するようにして設けられるとともに、前記ブッシング１０・１０・・・の下部は、固定フレーム３上面の裏面より下方に突設しないよう、該ブッシング１０・１０・・・の下端面と、固定フレーム３上面の裏面と、が略同一平面上に位置するようにして固設される。

そして、これらブッシング１０・１０・・・の下端部には、油圧シリンダー８・８・・・のシリンダチューブ８ｂ・８ｂ・・・が、該ブッシング１０・１０・・・と同軸上に各々固設され、該ブッシング１０・１０・・・の貫通孔１０ａ・１０ａ・・・には、油圧シリンダー８・８・・・のピストンロッド８ａ・８ａ・・・が、上下方向に摺動移動可能に挿設される。

このように、これら複数の高圧昇降機構６・６・・・に具備される油圧シリンダー８・８・・・は、固定フレーム３の上面よりピストンロッド８ａ・８ａ・・・が鉛直上方に向かって延出するようにして、前記固設フレーム３に各々固設される。また、これらピストンロッド８ａ・８ａ・・・の上端部は昇降フレーム４と連結され、該ピストンロッド８ａ・８ａ・・・が昇降移動することで、昇降フレーム４は、固定フレーム３に対して相対移動（昇降移動）するようになっている。

そして、これら油圧シリンダー８・８・・・には、図示せぬ油圧ポンプや制御バルブなどからなる油圧制御機器類が、配管部材を介して各々配設されており、該油圧制御機器類の一つとして備えられるプレフィル弁によって、前記油圧シリンダー８・８・・・が、前述する高速昇降機構５・５の昇降動作に対して十分に追従して昇降動作することができるようになっている。

油圧タンク９は、前記複数の油圧シリンダー８・８・・・によって用いられる作動油を貯溜しておくためのものであり、固定フレーム３内部の略中央付近に固設されるとともに、複数の配管部材９ａ・９ａ・・・（図１１においては、一本の油圧シリンダー８に対してのみ記載。）を介して、前記油圧シリンダー８・８・・・と各々連通される。
つまり、本実施例においては、油圧タンク９を鋳造装置１の外部ではなく、固定フレーム３の内部に配設することで、鋳造装置１全体をコンパクトに構成するようにしている。

次に、加振機構７について説明する。
加振機構７は、前述の第三実施例に示すように、金型２の「型締め」を行う際に、加振ロッド１５の上下振動による衝撃力を、可動金型２Ａへ与えるためのものである。

なお、加振機構７の駆動源については、サーボモータ（図１１に図示せず）を採用していることから、該サーボモータの出力軸の回転数を変更することで、加振ロッド１５における上下方向の振動数を自由に変更することができ、金型交換や気温の変化など、鋳造条件の変更に対して、容易に対応することができる。

また、加振機構７の駆動源としてサーボモータを用いることで、出力軸の回転位置、つまり該出力軸に嵌設されるカム板１４の回転位置についても、容易に把握することができ、後述のとおり、金型加振制御Ｐ５１に同調して金型内雰囲気制御Ｐ４１を容易に行うことができる。

次に、背圧制御装置２０について説明する。
背圧制御装置２０は、前述の第二実施例に示すように、金型２に形成されるキャビティ２ｃ（図５を参照）内部の雰囲気を不活性ガスによって置換する（不活性ガス置換制御Ｐ４２）とともに、半溶融金属５０の鋳造時において、該半溶融金属５０の表層面と、キャビティ２ｃの内面と、の間に発生する背圧を調整する（背圧制御Ｐ４３）ための装置である。

なお本実施例における鋳造装置１は、不活性ガス置換制御Ｐ４２と、背圧制御Ｐ４３と、を共通の背圧制御装置２０によって行うこととしているが、これら両制御Ｐ４２・Ｐ４３を各々別個の背圧制御装置によって行うような構成としてもよい。

背圧制御装置２０は、主な構成を上述の鋳造工程Ｗ０４（第二実施例）におけるものと同等に形成される。
即ち、背圧制御装置２０は、主に不活性ガスを貯溜するボンベ２０ａ・２０ａや、金型２（本実施例においては固定金型２Ｂ）に形成される連通孔２ｄ・２ｅと、ボンベ２０ａ・２０ａと、を各々繋ぐ配管部材２０ｂ・２０ｂなどにより構成される。

そして、上述の第二実施例に示すように、半溶融金属５０を金型２のキャビティ２ｃ内（本実施例においては、固定金型２Ｂの凹部２ｂ内）に投入する前に、ボンベ２０ａ・２０ａ内に貯溜される不活性ガスを、配管部材２０ｂ・２０ｂを介して連通孔２ｄ・２ｄ内に吹き込むことで、金型２のキャビティ２ｃ内部の雰囲気は、不活性ガスによって置換されることになる。

また、半溶融金属５０の鋳造の際においては、ボンベ２０ａ・２０ａ内に貯溜される不活性ガスを更に連通孔２ｄ・２ｄ内に吹き込むことで、半溶融金属５０の表層面と、キャビティ２ｃの内面と、の間に発生する背圧を加圧し、或いは逆に、キャビティ２ｃ内部に存在する不活性ガスをボンベ２０ａ・２０ａ内に戻すことで、前記背圧を減圧するようになっている。このように、背圧制御装置２０は、金型２のキャビティ２ｃ内に発生する背圧の背圧調整手段として設けられる。

［鋳造装置１の動作］
次に、このような構成からなる鋳造装置１によって、鋳造工程Ｗ０６を実行する際の動作について、図１１、及び図１２を用いて説明する。

まず、図１１に示すように、金型２が開いた状態、即ち、昇降フレーム４が予め定められた上限位置に停止し、可動金型２Ａが固定金型２Ｂの鉛直上方に位置する状態において、背圧制御装置２０が作動し、配管部材２０ｂ・２０ｂ、及び連通孔２ｄ・２ｅを介して、ボンベ２０ａ・２０ａ内に貯溜された不活性ガスが、キャビティ２ｃ内（本実施例においては、固定金型２Ｂの凹部２ｂ内）に吹き込まれ、前記キャビティ２ｃ内部の雰囲気が不活性ガスにより置換される（不活性ガス置換制御Ｐ４２）。

ここで、キャビティ２ｃ内部には、酸素濃度を測定する図示せぬ測定手段が配設されており、該測定手段による酸素濃度の測定値が、予め定められた閾値以下になれば、前記背圧制御装置２０の作動が自動的に停止するか、或いは報知器を鳴らすなどして、金型２への半溶融金属５０の投入を促すようになっている。

キャビティ２ｃ内部の不活性ガスによる置換が完了し、半溶融金属５０が金型２へ投入されると、鋳造工程Ｗ０６が開始する。
鋳造工程Ｗ０６においては、まず、高速昇降機構５による昇降フレーム４の下降動作が行われる（高速成形工程Ｗ２１）。

また、高速昇降機構５が作動すると、加振機構７が作動を開始するとともに（金型加振制御Ｐ５１）、背圧制御装置２０も再び作動を開始し、半溶融金属５０の表層面と、キャビティ２ｃの内面と、の間に発生する背圧調整が行われる（背圧制御Ｐ４３）。
なお、金型加振制御Ｐ５１と、背圧制御Ｐ４３との制御方法に関する詳細は後述する。

そして、図１２（ａ）に示すように、金型２の「型締め」に関して幾分かの締め代を残しつつ、昇降フレーム４が予め定められた位置まで下降すれば、続いて高圧昇降機構６に連続的に切換わるとともに（高圧成形工程Ｗ２２）、加振機構７、及び背圧制御装置２０が停止する。

なお、高速成形工程Ｗ２１から高圧成形工程Ｗ２２に切換わる位置（切換位置）については、任意に設定可能であるが、本実施例においては、高圧昇降機構６に具備される油圧シリンダー８が、最大出力を発揮できる位置としている。
例えば、図１２（ａ）に示すように、前記切換位置については、シリンダチューブ８ｂ内において、ピストンロッド８ａの端部に設けられるピストン８ｃによって区切られた室内に、各々充填される作動油の重量バランスなど諸事情により決定される。

そして、本実施例においては、高速昇降機構５に具備されるサーボモータ１１によって、昇降フレーム４の位置を常に正確に把握することとし、前記切換位置において高精度に高速成形工程Ｗ２１から高圧成形工程Ｗ２２への切換を実施することとしている。

高圧成形工程Ｗ２２が進行すると、半溶融金属５０の変形抵抗（材料を変形させるために必要な応力）は徐々に大きくなる。また、この場合、半溶融金属５０からの上向きの力が作用している可動金型２Ａには付勢手段２１による下方への付勢力がかかっている。

そして、昇降フレーム４がある一定の位置まで下降すると、可動金型２Ａの上面と、板状部材１９の下面と、の間に配設される付勢手段２１による下方向に向かう反力と、前記変形抵抗による上側に向かう反力と、が可動金型２Ａを介して互いに釣り合う状態となる。

このような状態から、更に高圧成形工程Ｗ２２が進行すると、前記変形抵抗は更に大きくなり、可動金型２Ａは、付勢手段２１による下方向に向かう付勢力に抗して、昇降フレーム４との関係で、該昇降フレーム４との相対位置が近づく方向へ移動することとなる。

そして、図１２（ｂ）に示すように、最終的には可動金型２Ａは板状部材１９と密着し、該板状部材１９によって可動金型２Ａが下方へと押込まれ、金型２の「型締め」が完了する。

金型２の「型締め」が完了すると、予め定められた一定の時間に渡り、金型２の「型締め」状態は保持され、その後、高速昇降機構５（或いは、高圧昇降機構６）によって、昇降フレーム４は上昇される。

そして、図１１に示すように、昇降フレーム４が予め定められた上限位置に停止し、金型２が完全に開いた状態となることで、鋳造工程Ｗ０６は完了し、中間製品に鋳造された半溶融金属５０は、金型２より取り出されることとなる。

［金型加振制御Ｐ５１と、背圧制御Ｐ４３との制御方法］
次に、金型加振制御Ｐ５１と、背圧制御Ｐ４３との制御方法について、図１３を用いて説明する。
まず、高速昇降機構５による高速成形工程Ｗ２１が開始すると、加振機構７も作動を開始する。
ここで、高速昇降機構５の作動中において、該高速昇降機構５の駆動源として具備されるサーボモータ１１では、内蔵される検出器（エンコーダ）により、常に出力軸１１ａの総回転数が検知されるようになっている。

即ち、出力軸１１ａの総回転数により、該出力軸１１ａに直結されるボールネジ１２の移動距離を把握することで、昇降フレーム４の上下方向の位置が認識され、加振機構７を介して昇降フレーム４に固設される金型２、つまり可動金型２Ａの上下方向の位置が認識される。
そして、可動金型２Ａの上下方向の位置を認識することで、予め定められた半溶融金属５０の特定の部位における断面変化の程度（以下、「断面変化量」と記す。）を把握するようになっている（Ｓ１０１）。

一方、高速昇降機構５の作動中は、加振機構７の駆動源として具備されるサーボモータにおいても、内蔵される検出器（エンコーダ）により、常に出力軸の回転角度が検知されるようになっている。

即ち、出力軸の回転角度により、該出力軸に貫設されるカム板１４の回転角度を把握することで、加振機構７の位置、つまり加振ロッド１５の上下方向の位置（以下、単に「振幅」と記す。）が認識される（Ｓ１０２）。

このようにして把握された半溶融金属５０の「断面変化量」、及び加振ロッド１５の「振幅」に基づいて、背圧制御装置２０の作動（ＯＮ）／停止（ＯＦＦ）が判断される（Ｓ１０３）。

即ち、「断面変化量」が予め定められた閾値を超える場合は、上述のように、半溶融金属５０の特定の部位では、自重によって液相成分が固相成分と乖離し、絞り出される現象（以下「乖離現象」と記す）が発生しやすい状態であると判断され、背圧制御装置２０の作動（ＯＮ）が許可される。

また、同時に、加振ロッド１５の「振幅」が最大となる（加振ロッド１５の上下位置が下限位置にある）場合は、加振機構７によって半溶融金属５０に下方への衝撃力が加えられ、「乖離現象」が顕著になると判断される。
その結果、背圧制御装置２０によって、半溶融金属５０の表層面と、キャビティ２ｃの内面と、の間に不活性ガスの供給が必要であると判断され、背圧制御装置２０の作動（ＯＮ）が許可される。

そして、これら「断面変化量」と、「振幅」と、に関する各々の状態によって、背圧制御装置２０の作動（ＯＮ）が許可されれば、背圧制御装置２０が作動し、背圧の加圧が行われることとなる。

一方、「断面変化量」の状態から背圧制御装置２０の作動（ＯＮ）が許可されたとしても、加振ロッド１５の「振幅」が最小となる（加振ロッド１５の上下位置が上限位置にある）場合は、「乖離現象」が弱まると判断され、自重による半溶融金属５０の流動を促すべく、背圧制御装置２０によって、半溶融金属５０の表層面と、キャビティ２ｃの内面と、の間に存在する不活性ガスがボンベ２０ａ内に戻され、背圧の減圧が行われることとなる（Ｓ１０４）。

なお、「断面変化量」が予め定められた閾値を超えない場合は、半溶融金属５０の特定の部位における「乖離現象」が発生しにくい状態であると判断され、背圧制御装置２０の作動（ＯＮ）が許可されず、停止（ＯＦＦ）の状態となる（Ｓ１０５）。

このように、本実施例における鋳造工程Ｗ０６では、前述の第二、及び第三実施例における金型内雰囲気制御Ｐ４１、及び金型加振制御Ｐ５１を同時に兼ね備え、半溶融金属５０の特定の部位における「断面変化量」に追従して、該半溶融金属５０の表層面と、キャビティ２ｃの内面と、の間に存在する背圧を制御することで、均一な内部組織からなる高品質な鋳造製品を得ることとしている。

即ち、本実施例においては、半溶融金属５０の「断面変化量」を把握して、背圧制御装置２０の作動（ＯＮ）／停止（ＯＦＦ）を制御するとともに、加振ロッド１５の「振幅」、つまり、加振機構７によって可動金型２Ａに下方への衝撃力が加えられるタイミングを把握して背圧制御装置２０による背圧の加圧／減圧を制御することとしている。
換言すれば、金型２の可動金型２Ａに加えられる衝撃力のタイミングと、半溶融金属５０の予め定められた部位における断面変化の程度である「断面変化量」と、に基づき、背圧制御装置２０によって不活性ガスの前記金型２外部への出入量を調整することで、キャビティ２ｃ内に発生する背圧の調整を行うこととしている。

このようなキャビティ２ｃ内に発生する背圧の調整を行うことで、本実施例においては、半溶融金属５０の「乖離現象」を効果的に防止し、均一な内部組織からなる高品質な鋳造製品を得ることとしているのである。

以上のように、本実施例における鋳造方法は、上述の第一乃至第四実施例に示すように、固相成分と液相成分とが共存する半溶融金属５０の鋳造工程Ｗ０２（Ｗ０４、Ｗ０５、またはＷ０６）によって具現化され、金型２を「型締め」することで半溶融金属５０を所定の形状に鋳造する工程を備え、前記鋳造工程Ｗ０２（Ｗ０４、Ｗ０５、またはＷ０６）は、金型２内部のキャビティ２ｃに半溶融金属５０が投入された後、幾分かの締め代を残して前記金型２の「型締め」を行う型締め工程としての高速成形工程Ｗ２１と、前記高速成形工程（型締め工程）Ｗ２１の終了後、前記高速成形工程（型締め工程）Ｗ２１よりも高圧にて、残りの締め代を型締めする高圧成形工程Ｗ２２と、により構成されることとしている。

また、このような鋳造方法を実行するべく、本実施例における鋳造装置は、上述の第一乃至第四実施例に示すように、固相成分と液相成分とが共存する半溶融金属５０の鋳造装置１によって具現化され、キャビティ２ｃ内に投入された半溶融金属５０を所定の形状に鋳造する金型２を備え、前記金型２は固定金型２Ｂと可動金型２Ａと、により構成されるとともに、前記可動金型２Ａが前記固定金型２Ｂに向かって相対移動（昇降移動）することで、前記金型２は「型締め」され、前記可動金型２Ａには、幾分かの締め代を残して前記金型２の「型締め」を行う型締め手段としての高速昇降機構５と、前記高速昇降機構（型締め手段）５による「型締め」の終了後、前記高速昇降機構（型締め手段）５よりも高圧にて連続的に圧力を付加しつつ、残りの締め代を「型締め」する高圧成形手段としての高圧昇降機構６と、が設けられることとしている。

このような構成からなる鋳造方法、及び鋳造装置を用いることで、本実施例では、高品質、かつ低コストからなる半溶融金属の鋳造を実現することとしている。

即ち、本実施例に拠れば、鋳造工程Ｗ０２（Ｗ０４、Ｗ０５、またはＷ０６）の初期段階における高速成形工程Ｗ２１と、後期段階における高圧成形工程Ｗ２２と、の二段階の工程Ｗ２１・Ｗ２２を連続的に実行するため、溶融金属に比べて変形抵抗の大きな半溶融金属であっても製品の薄肉部（キャビティの隙間が狭い部位）に対する「流動長」を十分に確保することが可能となり、高品質な鋳造製品が得られるとともに、薄肉製品の鋳造についても容易に対応することができる。

また、高速成形工程Ｗ２１においては、別段金型に高圧の荷重を付加することもないため、その分、設備全体を簡素化することが可能となり、鋳造装置１の低コスト化を図ることができるのである。

また、本実施例における半溶融金属の鋳造方法では、上述の第一乃至第四実施例に示すように、前記高速成形工程（型締め工程）Ｗ２１は、前記高圧成形工程Ｗ２２よりも高速にて、前記金型２の「型締め」を行うこととしている。

また、このような鋳造方法を実行するべく、本実施例における鋳造装置は、上述の第一乃至第四実施例に示すように、前記高速昇降機構（型締め手段）５は、前記高圧昇降機構（高圧成形手段）６よりも高速にて、前記金型２の「型締め」を行うこととしている。

このような構成からなる鋳造方法、及び鋳造装置を用いることで、本実施例における高圧成形工程Ｗ２２では、高速成形工程Ｗ２１に比べて、より低速の成形速度（型締め速度）によって、金型２の「型締め」を行うこととなる。
従って、高圧成形工程Ｗ２２では、より安定した高圧力を金型２に付加することが可能となり、高品質な鋳造製品を得ることができる。

また、本実施例における半溶融金属の鋳造方法では、上述の第二実施例に示すように、前記キャビティ２ｃ内部の雰囲気は、半溶融金属５０が前記キャビティ２ｃに投入される前より、不活性ガスによって置換され、前記高速成形工程（型締め工程）Ｗ２１においては、前記不活性ガスの前記キャビティ２ｃ内部への出入量を調整することで、前記キャビティ２ｃの内面と、前記半溶融金属５０の表層面と、の間に発生する背圧を調整することとしている。

また、このような鋳造方法を実行するべく、本実施例における鋳造装置は、上述の第二実施例に示すように、前記金型２には、半溶融金属５０が前記キャビティ２ｃに投入される前より、前記キャビティ２ｃ内部の雰囲気を不活性ガスに置換する背圧調整手段、つまり背圧制御装置２０が備えられ、前記高速昇降機構（型締め手段）５による「型締め」の実行中においては、前記背圧制御装置（背圧調整手段）２０によって前記不活性ガスの前記キャビティ２ｃ内部への出入量を調整することで、前記キャビティ２ｃの内面と、前記半溶融金属５０の表層面と、の間に発生する背圧を調整することとしている。

このように、本実施例における鋳造方法、及び鋳造装置においては、不活性ガス置換制御Ｐ４２を高速成形工程Ｗ２１の実行前に行うため、鋳造時における半溶融金属の酸化などの汚染を効果的に抑制し、高品質な鋳造製品が得られるようになっている。

また、本実施例における鋳造方法、及び鋳造装置においては、背圧制御Ｐ４３を高速成形工程Ｗ２１の実行に合わせて行うため、製品の薄肉部（キャビティ２ｃの隙間が狭い部位）に対する半溶融金属５０の「流動長」を十分に確保するとともに、製品の厚肉部（キャビティ２ｃの隙間が広い部位）に対する液相成分と固相成分との部分的な乖離を抑制することが可能となり、高品質な鋳造製品を得ることができるのである。

また、本実施例における半溶融金属の鋳造方法では、上述の第三実施例に示すように、前記高速成形工程（型締め工程）Ｗ２１において、「型締め」される前記金型２には、型締め・型開き方向への振動が付与されることとしている。

また、このような鋳造方法を実行するべく、本実施例における鋳造装置は、上述の第三実施例に示すように、前記金型２には、加振機構７が設けられ、前記高速昇降機構（型締め手段）５によって、前記可動金型２Ａを前記固定金型２Ｂに向かって相対移動する際は、前記加振機構７によって前記可動金型２Ｂに、型締め・型開き方向への振動が付与されることとしている。

このように、本実施例における鋳造方法、及び鋳造装置においては、加振機構７による金型加振制御Ｐ５１を、高速成形工程Ｗ２１の実行に合わせて行うため、製品の薄肉部（キャビティ２ｃの隙間が狭い部位）に対する半溶融金属５０の「流動長」を十分に確保することが可能となり、高品質な鋳造製品を得ることができるのである。

また、本実施例における半溶融金属の鋳造方法では、上述の第四実施例に示すように、前記高速成形工程（型締め工程）Ｗ２１において、「型締め」される前記金型２には、型締め・型開き方向への振動が付与され、前記背圧の調整は、前記金型２に型締め方向への振動が付与されるタイミングと、半溶融金属５０の予め定められた部位における断面変化の程度と、に基づき、前記不活性ガスの前記キャビティ２ｃ内部への出入量を調整することとしている。

また、このような鋳造方法を実行するべく、本実施例における鋳造装置は、上述の第四実施例に示すように、前記金型２には、加振機構７が設けられ、前記高速昇降機構（型締め手段）５によって、前記可動金型２Ａを前記固定金型２Ｂに向かって相対移動（昇降移動）する際は、前記加振機構７によって前記可動金型２Ａに、型締め・型開き方向への振動が付与されるとともに、前記背圧の調整は、前記金型２に型締め方向への振動が付与されるタイミングと、半溶融金属５０の予め定められた部位における断面変化の程度と、に基づき、前記不活性ガスの前記キャビティ２ｃ内部への出入量を調整することとしている。

このように、本実施例における鋳造方法においては、前述の第二、及び第三実施例における金型内雰囲気制御Ｐ４１、及び金型加振制御Ｐ５１を同時に兼ね備え、半溶融金属５０の特定の部位における断面変化の程度に追従して、該半溶融金属５０の表層面と、キャビティ２ｃの内面と、の間に存在する背圧を制御するため、均一な内部組織からなる高品質な鋳造製品を得ることができるのである。

１ 鋳造装置
２ 金型
２Ａ 可動金型
２Ｂ 固定金型
２ａ キャビティ
５ 高速昇降機構（型締め手段）
６ 高圧昇降機構（高圧成形手段）
７ 加振機構
２０ 背圧制御装置（背圧調整手段）
５０ 半溶融金属
Ｗ０２ 鋳造工程
Ｗ０４ 鋳造工程
Ｗ０５ 鋳造工程
Ｗ０６ 鋳造工程
Ｗ２１ 高速成形工程（型締め工程）
Ｗ２２ 高圧成形工程

Claims (10)

1. 固相成分と液相成分とが共存する半溶融金属の鋳造方法であって、
   金型を「型締め」することで半溶融金属を所定の形状に鋳造する工程を備え、
   前記工程は、
   金型内部のキャビティに半溶融金属が投入された後、幾分かの締め代を残して前記金型の「型締め」を行う型締め工程と、
   前記型締め工程の終了後、前記型締め工程よりも高圧にて、残りの締め代を型締めする高圧成形工程と、
   により構成される、
   ことを特徴とする、半溶融金属の鋳造方法。
2. 前記型締め工程は、前記高圧成形工程よりも高速にて、前記金型の「型締め」を行う
   ことを特徴とする、請求項１に記載の半溶融金属の鋳造方法。
3. 前記キャビティ内部の雰囲気は、半溶融金属が前記キャビティに投入される前より、不活性ガスによって置換され、
   前記型締め工程においては、前記不活性ガスの前記キャビティ内部への出入量を調整することで、前記キャビティの内面と、前記半溶融金属の表層面と、の間に発生する背圧を調整する、
   ことを特徴とする、請求項１、または請求項２に記載の半溶融金属の鋳造方法。
4. 前記型締め工程において、
   「型締め」される前記金型には、型締め・型開き方向への振動が付与される、
   ことを特徴とする、請求項１、または請求項２に記載の半溶融金属の鋳造方法。
5. 前記型締め工程において、
   「型締め」される前記金型には、型締め・型開き方向への振動が付与され、
   前記背圧の調整は、
   前記金型に型締め方向への振動が付与されるタイミングと、
   半溶融金属の予め定められた部位における断面変化の程度と、
   に基づき、前記不活性ガスの前記キャビティ内部への出入量を調整する、
   ことを特徴とする、請求項３に記載の半溶融金属の鋳造方法。
6. 固相成分と液相成分とが共存する半溶融金属の鋳造装置であって、
   キャビティ内に投入された半溶融金属を所定の形状に鋳造する金型を備え、
   前記金型は固定金型と可動金型と、により構成されるとともに、
   前記可動金型が前記固定金型に向かって相対移動することで、前記金型は「型締め」され、
   前記可動金型には、
   金型内部のキャビティに半溶融金属が投入された後、幾分かの締め代を残して前記金型の「型締め」を行う型締め手段と、
   前記型締め手段による「型締め」の終了後、前記型締め手段よりも高圧にて連続的に圧力を付加しつつ、残りの締め代を「型締め」する高圧成形手段と、
   が設けられる、
   ことを特徴とする、半溶融金属の鋳造装置。
7. 前記型締め手段は、前記高圧成形手段よりも高速にて、前記金型の「型締め」を行う
   ことを特徴とする、請求項６に記載の半溶融金属の鋳造装置。
8. 前記金型には、
   半溶融金属が前記キャビティに投入される前より、前記キャビティ内部の雰囲気を不活性ガスに置換する背圧調整手段が備えられ、
   前記型締め手段による「型締め」の実行中においては、前記背圧調整手段によって前記不活性ガスの前記キャビティ内部への出入量を調整することで、前記キャビティの内面と、前記半溶融金属の表層面と、の間に発生する背圧を調整する、
   ことを特徴とする、請求項６、または請求項７に記載の半溶融金属の鋳造装置。
9. 前記金型には、加振機構が設けられ、
   前記型締め手段によって、前記可動金型を前記固定金型に向かって相対移動する際は、前記加振機構によって前記可動金型に、型締め・型開き方向への振動が付与される、
   ことを特徴とする、請求項６、または請求項７に記載の半溶融金属の鋳造装置。
10. 前記金型には、加振機構が設けられ、
    前記型締め手段によって、前記可動金型を前記固定金型に向かって相対移動する際は、前記加振機構によって前記可動金型に、型締め・型開き方向への振動が付与されるとともに、
    前記背圧の調整は、
    前記金型に型締め方向への振動が付与されるタイミングと、
    半溶融金属の予め定められた部位における断面変化の程度と、
    に基づき、前記不活性ガスの前記キャビティ内部への出入量を調整する、
    ことを特徴とする、請求項８に記載の半溶融金属の鋳造装置。

Images