JP6443270B2 - 発泡金属の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は発泡金属の製造方法に関する。

金属あるいは合金の内部に多数の気泡を有する発泡金属は知られている。独立気泡体のものもあり連続気泡体のものもある。発泡金属は所要の強度を備えながらも軽量であることから、多くの分野で用いられている。発泡金属の製造は、主に、金属母材と発泡剤を混合したものを用意し、発泡剤の分解によって生じるガスを気泡として母材内に含ませることによって行われる。発泡剤は一般に高価であり製造コストが高くなることから、発泡剤を用いない発泡金属の製造方法が提案されており、その一例が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の方法は、溶融した金属母材を金型のキャビティ内に導入すると共に、該母材内へガスを混入させる工程と、その後、金型を開いて金型の内部の空間を広げることにより、母材内に前記ガスによる気泡を発生させる工程と、気泡が形成された母材を冷却する工程とを有している。

特開２０１３−００７０９７号公報

前記特許文献１に記載される発泡金属の製造方法は、専用の発泡剤を使用しないことから、低コストで発泡金属を製造できる利点がある。しかし、キャビティ内に導入する金属母材（金属溶湯）に発泡の核となるガスを混入するようにしており、この工程において、混入したガスを金属母材中に均一に分散させることは困難であり、結果として、気泡が不均一に分布した発泡金属となる可能性が高い。また、金属溶湯に発泡の核となるガスを混入する工程も必要となる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、金型を用いて金属母材内に気泡を有する発泡金属を製造する方法において、発泡剤を用いることなく、かつ形成される気泡の分布をより均一化することができ、それにより、均質性の高い発泡金属を低コストで得ることができるようにした、より改良された発泡金属の製造方法を提供するものである。

本発明による発泡金属の製造方法は、金型を用いて金属母材内に気泡を有する発泡金属を製造する方法であって、溶存ガスを含む金属溶湯を閉じた金型のキャビティ内に注入する工程と、前記金属溶湯の注入後に前記キャビティ内を密閉する工程と、前記キャビティ内の密閉を維持した状態で第１の型開きを行って前記キャビティ内を減圧し前記溶存ガスを気泡化する工程と、気泡化が進行した前記金属母材を冷却する工程と、前記金属母材の冷却後に第２の型開きを行い前記金型から発泡金属を脱型する工程と、を少なくとも有することを特徴とする。

本発明による発泡金属の製造方法では、金属溶湯に通常含まれる溶存ガスを気泡の形成に積極的に利用する。金属溶湯を収容しかつ密閉状態にあるキャビティを、密閉状態を保持したままで、第１の型開きを行う。それにより、キャビティの容積は大きくなり、キャビティ内圧力は減圧された状態となる。その減圧により、金属溶湯内の溶存ガスは気泡化する。溶存ガスは金属溶湯内にほぼ均一に存在しており、形成される気泡もキャビティ内で均一に分散した状態となる。その状態でキャビティ内を冷却することで、キャビティ内には気泡がほぼ均一に分散した発泡金属が形成される。冷却後に第２の型開きを行い、金型から成形された発泡金属を取り出す。

この製造方法によれば、金属溶湯内に発泡の核となるガスを外部から注入する工程が不要であり、工程数が少なくなって、製造コストが低下する。さらに、気泡が均一に分散した品質の高い発泡金属を製造することができる。

本発明による発泡金属の製造方法の製造工程を示す第１の図。 本発明による発泡金属の製造方法の製造工程を示す第２の図。 本発明による発泡金属の製造方法の製造工程を示す第３の図。 製造された発泡金属を示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本発明による発泡金属の製造方法の製造工程を示す第１の図である。本方法を実施するための装置は、基本的に、通常のダイカスト鋳造などに用いられている装置であってよく、装置３０は、対をなす２つの金型１、２と、型開きおよび型締め等のときにいずれか一方あるいは双方の金型を移動するための図示しない金型移動機構を備える。図示の装置３０では、金型１は移動型であり、金型２は固定型である。また、金型１は窪み３を有し、金型２は該窪み３に入り込む凸部４を有する。図１は型を閉じた状態、すなわち、双方の金型１、２がそのパーティング面同士を衝接させた状態を示しており、その状態で、金型１の窪み３と金型２の凸部４との間には、成形空間となるキャビティ５が形成される。

金型２には、形成されるキャビティ５に連通するスリーブ６が付設されており、スリーブ６内には、開口７から溶融した金属、すなわち金属溶湯２０が供給される。スリーブ６にはプランジャー８が備えられており、スリーブ６内に供給された金属溶湯２０は、プランジャー８の移動によって、キャビティ５内に圧送される。

上記の構成は従来知られた鋳造装置と同じであってよい。本発明による発泡金属の製造装置３０は、さらに、キャビティ５内に金属溶湯２０を充填した状態で、キャビティ５内を外気から遮断された密閉状態に維持しておくことのできる密閉手段９を備える。密閉手段９に制限はないが、図示のものでは、金型１、２のパーティング面の外周縁を気密に覆うことのできる部材１０で構成されている。そして、部材１０は、金型１が開く方向に移動するときに、キャビティ５内の気密性を保持しながら、金型１と共に移動するようにされている。

発泡金属の製造に当たり、図示に示すように、型を閉めた状態として、開口７からスリーブ６内に溶存ガスを含む金属溶湯２０を供給する。図１はその状態を示している。次に、プランジャー８を図で左方向に移動して、スリーブ６内の金属溶湯２０をキャビティ５内に送り込む。図２はその状態を示している。なお、キャビティ５内への金属溶湯２０の充填を容易にするために、キャビティ５内の空気を金属溶湯２０の充填とともに、外部へ排気するようにしてもよい。ただし、金属溶湯２０の充填後、適宜の手段で、その排気口と外気との連通を遮断できるようにする。

キャビティ５内への金属溶湯２０の充填が完了した時点で、好ましくは、充填が終了した直後に、金型１を図で左方向にわずかに移動する第１の型開きを行う。その状態が図３に示される。第１の型開きにより、キャビティ５の容積が膨張する。移動距離に制限はないが、通常、数ミリ程度である。前記したように、この第１の型開きを行っても、キャビティ５内と外気との連通は遮断されており、外気がキャビティ５内に入り込むことはない。そのために、キャビティ５内の圧力は、その容積膨張量に比例して、減圧する。キャビティ５内の圧力が低下することで、金属溶湯２０内の溶存ガスが気泡化し、金属溶湯２０内に多くの気泡２１が形成されるようになる。

その状態で、従来法により金型の冷却を行い、冷却後に、第２の型開きを行って、金型から成形品の脱型を行う。脱型後の鋳造品（発泡金属よりなる鋳造品）４０の断面図が図４に示される。図示のように、気泡２１がほぼ均一に分散している鋳造品４０が得られる。

なお、本発明による発泡金属の製造方法において、前記した第１の型開きでの開き距離をどの程度とするかは、用いる金型でのキャビティの容積、用いる金属溶湯の溶存カスの量、および得ようとする発泡金属における気泡が占める割合等を考慮しながら、計算によりあるいは実験的に設定する。また、金属溶湯である金属母材としては、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、真鍮、およびその合金等を用いることができる。

本発明者らの実験では、溶存ガス量が５ｃｃ／１００ｇＡｌのアルミニウムを金属母材として用い、容積６７０ｃｍ^３のキャビティ５内に、溶融アルミニウムを充填し、充填直後にキャビティ５の容積増加率が０．６５％となるように第１の型開きを行って、発泡アルミニウムを製造したときに、得られた鋳造品での気泡が占める割合は、０．５容積％であった。また、第１の型開きの開き距離を変えてキャビティ５の容積増加率を制御することで、気泡割合の異なる発泡アルミニウムを製造することができた。

さらに、本発明者らの実験では、高品質の発泡アルミニウムを製造するには、キャビティ５の容積増加率が１．０％以下、より好ましくは、０．７％以下であった。キャビティ５の容積増加率が１．０％を超えると、欠肉のような不都合が生じ、高品質の発泡アルミニウムは製造できなかった。

３０：鋳造装置、
４０…発泡金属からなる鋳造品、
１、２…金型、
５…キャビティ、
６…スリーブ、
８…プランジャー、
９（１０）…密閉手段、
２０…金属溶湯、
２１…気泡。

Claims (1)

1. 金型を用いて金属母材内に気泡を有する発泡金属を製造する方法であって、
   溶存ガスを含む金属溶湯を閉じた金型のキャビティ内に注入する工程と、
   前記金属溶湯の注入後に前記キャビティ内を密閉する工程と、
   前記キャビティ内の密閉を維持した状態で第１の型開きを行って前記キャビティ内を減圧し前記溶存ガスを気泡化する工程と、
   気泡化が進行した前記金属母材を冷却する工程と、
   前記金属母材の冷却後に第２の型開きを行い前記金型から発泡金属を脱型する工程と、を少なくとも有し、
   前記金属母材が、溶存ガス量が５ｃｃ／１００ｇＡｌのアルミニウムであり、
   前記溶存ガスを気泡化する工程において、前記キャビティの容積増加率が１．０％以下となるように前記第１の型開きを行うことを特徴とする発泡金属の製造方法。

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