JPH10286663A - 半溶融金属の成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 半溶融成形に適した微細な初晶が液相中に分
散した半溶融金属の円柱体を、水平な射出スリーブへ自
動的に円滑に収納して、射出し成形する半溶融金属の成
形装置。 【解決手段】 横型射出スリーブ８は、半溶融金属の円
柱体を導入可能で側面視が矩形状の開口部を軸方向中間
部の下方に設け、保持容器Ｖ内で円柱体形状に形成され
た半溶融金属を受入れ可能で、合体時に有底筒状に形成
され、軸芯方向に２分割されて断面が半円形状の一対の
搬送体からなる円柱体搬送器２０を備え、それは、端部
に有底搬送体２０ｂと無底搬送体２０ａとを該端部で軸
方向と平行な回転軸２２ａを介して回転自在に接合し、
円柱体搬送器２０の軸方向を略垂直から軸方向水平に姿
勢制御し、上部開口状態とされた該円柱体搬送器２０の
無底搬送体２０ａを、該横型射出スリーブ８の開口部を
密閉する位置に移送する移送手段を備えた、半溶融金属
の成形装置１００。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半溶融金属の成形装置に
係り、特に、半溶融成形に適した微細な初晶が液相中に
分散した半溶融金属の円柱体を、水平な射出スリーブへ
自動的に円滑に収納して、射出し成形する半溶融金属の
成形装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チクソキャスト法は、従来の鋳造法に比
べて鋳造欠陥や偏析が少なく、金属組織が均一で、金型
寿命が長いことや成形サイクルが短いなどの利点があ
り、最近注目されている技術である。この成形法におい
て使用されるビレットは、半溶融温度領域で機械撹拌や
電磁撹拌を実施するか、あるいは加工後の再結晶を利用
することによって得られた球状化組織を特徴とするもの
であり、これらの方法により得られた素材を半溶融温度
領域に加熱し、初晶を球状化させて成形させ、その後、
ダイカストマシン等の射出スリーブへ収納して射出成形
するものである。

【０００３】一方、ビレットを半溶融温度領域まで昇温
し成形する方法と異なり、球状の初晶を含む融液を連続
的に生成し、ビレットとして固化することなく、そのま
またとえば円柱体状に半溶融状態に形成し、その後、ダ
イカストマシン等の射出スリーブへ収納して射出成形す
るレオキャスト法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たチクソキャスト法は撹拌法や再結晶を利用する方法の
いずれの場合も煩雑であり、しかもいずれの場合も、チ
クソ成形法によって半溶融成形するためには、一旦、液
相を固相にし出来たビレットを再度半溶融温度領域まで
昇温する必要があり、従来鋳造法に比べてコスト高とな
り、原料としてのビレットはリサイクルが難しい。

【０００５】また、レオキャスト法では、球状の初晶を
含む融液を連続的に生成し供給するため、コスト的、エ
ネルギ的にチクソキャスト法よりも有利であるが、球状
組織と液相からなる金属原料を製造する機械と最終製品
を製造する鋳造機との設備的連動が煩雑である。たとえ
ば、鋳造機械が故障した場合、その工程以前に製造され
た半溶融金属の処置に窮する事態を招来する。このため
に、一回の鋳造分の半溶融金属をその都度、保持容器内
で製造する方法が提案されている（特開平８−３２５６
５２号公報）。

【０００６】しかし、ここで説明されている竪型ダイカ
ストと異なり、横型ダイカストでは、射出スリーブが横
型であるため、該保持容器で製造した半溶融金属の円柱
体を、自動的かつ連続的に、たとえば、ダイカストマシ
ン等の鋳造機の横型射出スリーブへ円滑に収納すること
が難しく、円滑に収納することが出来ない場合には、収
納時に形くずれを起こして、成形品中への空気巻き込み
や酸化物混入を招く。すなわち、保持容器に入った半溶
融金属を保持容器を傾けてダイカストマシンの横型射出
スリーブ内の供給口へ落とし込む場合には、半溶融金属
の液相率が低くなり固体の性質が強くなると、保持容器
から落下した半溶融金属が折れて開いた界面に酸化物が
生成したり、供給口に付着したりして所定の給湯量が確
保出来ずに射出するため、ダイカストマシンで成形され
る製品の機械的性質が低下する。

【０００７】本発明は、このような課題を解決して、球
状化した初晶を含む均一な組織を有する成形に適した半
溶融金属を液体から得て、その結果、形成された半溶融
金属の円柱体を、たとえば、ダイカストマシン等の射出
スリーブなどの鋳造機へ、自動的に連続的に、迅速に、
円滑に、形くずれを起こすことなく収納することのでき
る半溶融金属の成形装置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明においては、第１の発明では、微細な初晶が
液相中に分散した半溶融金属を軸芯が水平な射出スリー
ブに収納した後に、射出シリンダで該射出スリーブ内の
該半溶融金属を金型キャビティ内へ射出充填して成形す
る半溶融金属の成形装置であって、該射出スリーブは、
半溶融金属の円柱体を導入可能で側面視が矩形状の開口
部を軸方向中間部の下方に設けるとともに、保持容器内
で円柱体形状に形成された半溶融金属を受入れ可能で、
合体時に有底筒状に形成され、軸芯方向に２分割されて
断面が半円形状の一対の搬送体からなる円柱体搬送器を
備え、該円柱体搬送器は、端部に円形底板を有し軸方向
に半円筒体で形成された有底搬送体と端部に円形底板を
有しない軸方向に半円筒体で形成された無底搬送体とを
該端部で軸方向と平行な回転軸を介して回転自在に接合
するとともに、該無底搬送体に対して該有底搬送体を回
転して該円柱体搬送器を円筒状態から上部開口状態に変
換する回転駆動手段を備え、該円柱体搬送器の軸方向を
略垂直から軸方向水平に姿勢制御し、かつ、前記上部開
口状態とされた該円柱体搬送器の無底搬送体を、前記射
出スリーブの開口部を密閉する位置に移送する移送手段
を備えた構成とした。

【０００９】また、第２の発明では、円柱体搬送器の両
搬送体は、低熱伝導率のセラミックまたは金属、あるい
は、これら両者の複合部材もしくはこれらの組合せ部材
とした。

【００１０】

【発明の実施の形態】第１の発明では、微細な初晶が液
相中に分散した半溶融金属を軸芯が水平な射出スリーブ
に収納した後に、射出シリンダで該射出スリーブ内の該
半溶融金属を金型キャビティ内へ射出充填して成形する
半溶融金属の成形装置であって、該射出スリーブは、半
溶融金属の円柱体を導入可能で側面視が矩形状の開口部
を軸方向中間部の下方に設けるとともに、保持容器内で
円柱体形状に形成された半溶融金属を受入れ可能で、合
体時に有底筒状に形成され、軸芯方向に２分割されて断
面が半円形状の一対の搬送体からなる円柱体搬送器を備
え、該円柱体搬送器は、端部に円形底板を有し軸方向に
半円筒体で形成された有底搬送体と端部に円形底板を有
しない軸方向に半円筒体で形成された無底搬送体とを該
端部で軸方向と平行な回転軸を介して回転自在に接合す
るとともに、該無底搬送体に対して該有底搬送体を回転
して該円柱体搬送器を円筒状態から上部開口状態に変換
する回転駆動手段を備え、該円柱体搬送器の軸方向を略
垂直から軸方向水平に姿勢制御し、かつ、前記上部開口
状態とされた該円柱体搬送器の無底搬送体を、前記射出
スリーブの開口部を密閉する位置に移送する移送手段を
備えた構成としたため、保持容器内で、液体の金属から
球状化した初晶を含む均一な組織と均一な温度分布を有
する成形に適した半溶融金属の円柱体を、垂直または略
垂直の円筒状態とされた円筒体搬送器へ移し、しかる
後、内部に半溶融金属の円柱体を入れた円筒体搬送器を
無底搬送体を下にして水平状態に姿勢制御し、上部の有
底搬送体を約１８０°以上回転して上部開口状態とした
後、上部に円柱体を載置したこの無底搬送体を下方から
上方に移動して射出スリーブの前記開口部を密閉する。
この状態で、射出スリーブ内に半溶融金属の円筒体が軸
芯が射出スリーブの軸芯と合致するように収納され、射
出シリンダを操作して射出プランジャチップを前進し
て、金型キャビティ内部に半溶融金属を射出充填する。

【００１１】第２の発明では、円柱体搬送器の両搬送体
は、低熱伝導率のセラミックまたは金属、あるいは、こ
れら両者の複合部材もしくはこれらの組合せ部材とした
ので、保持容器から円柱体搬送器に移された半溶融金属
の円柱体の温度低下が少なく、所望の温度で射出できる
から、優れた品質の成形品品質が確保される。

【００１２】

【実施例】以下図面に基づいて、本発明の実施例の詳細
について説明する。図１〜図７は本発明の実施例に係
り、図１は半溶融金属の成形装置の全体構成図、図２は
円柱体搬送器の搬送収納装置の側面図、図３は図２のＡ
−Ａ視の横断面図、図４は図２のＢ−Ｂ視の断面平面
図、図５は横型射出スリーブの要部横断面図、図６は他
の実施例を示す横型射出スリーブの要部横断面図、図７
は横型射出スリーブによる射出により半溶融金属を成形
する全体製造工程図である。

【００１３】図７は、本発明の半溶融金属の成形装置１
００を含む半溶融金属の製造設備における全体製造工程
図を示しており、以下のとおりの手順により作業を進め
る。図７の工程［１］において、ラドル５０内に入れら
れた完全液体である金属Ｍを、工程［２］において、傾
斜冷却用治具５２に溶湯を接触させて、あるいは保持容
器（セラミック塗布金属製容器）Ｖ内に注湯され蓄えら
れていく溶湯に浸漬型加振治具５３により振動を付与し
て、あるいは溶湯の液相線温度に対する過熱度を５０℃
未満、好ましくは３０℃未満に保持して、保持容器内に
注ぐことにより結晶核（あるいは微細結晶）を含む液相
線直上、直下の合金、すなわち、半溶融金属Ｍａを得
る。

【００１４】次に、工程［３］において、該合金を、
０．０１℃／ｓ〜３．０℃／ｓの平均冷却速度で冷却し
加圧成形直前まで保持し、微細な初晶を該合金液中に晶
出させる工程において、誘導装置（加熱用コイル）５６
により保持該容器Ｖ内の合金の各部の温度を、遅くとも
成形する時までに所定の液相率を示す目標成形温度範囲
内（目標成形温度に対して−５℃〜＋５℃の範囲内）に
収めるように温度調整する。この場合、保持容器Ｖ内で
降温する金属の代表温度が注湯直後から目標成形温度に
対して１０℃以上低下しない段階までに所定量の電流を
流すために、誘導装置５６の出力は小さくてもよい。冷
却に当たっては、保持容器Ｖの外側から保持容器Ｖに向
けて空気を噴射する。必要に応じて上部、下部を断熱材
で保温もしくは加熱した保持容器Ｖにおいて半溶融状態
で保持し、導入された結晶核から微細な球状（非デンド
ライト状）の初晶を生成させる（工程［３］−ａ、
［３］−ｂ）。

【００１５】このようにして得られた所定の液相率を有
する合金Ｍｂを、工程［３］−ｃのように、保持容器Ｖ
を反転して天地を逆にし、成形装置１００（たとえば、
ダイキャストマシン）の横型射出スリーブ８に円柱形を
した所定の液相率の半溶融金属Ｍｂを挿入した後、成形
装置１００の金型キャビティ５内で加圧成形して、成形
品を得る。ここで、保持容器Ｖより反転して横型射出ス
リーブ８内へ排出された半溶融金属Ｍｂは、酸化物の混
入を防ぐために、保持容器Ｖ内で上部に位置していた表
面部をプランジャチップ８ａ側に置く。

【００１６】保持容器Ｖを反転して、保持容器Ｖ内の半
溶融金属（円柱体）Ｍｂを、横型射出スリーブ８の供給
口８ｂより自然落下により射出スリーブ８内部に移す場
合には、半溶融金属金属Ｍｂは、半溶融状態で完全な固
体でないため剛性が弱く、折れたり落下の際の衝撃によ
り形崩れを起こし、酸化物等の不純物の混入があり、成
形品品質を劣化させる惧れがあるため、本発明では、こ
の点に留意して、図７に示すような、上記の円柱体Ｍｂ
の折損や形くずれを防止するために、円柱体Ｍｂの横型
射出スリーブ８への収納に創意工夫を凝らした。以下、
これについて、詳細に説明する。

【００１７】図１は、半溶融金属の成形装置１００の全
体構成を示し、図１の成形装置１００は、竪型締横鋳込
のダイカストマシンであり、その主要構成は、大別する
と、射出装置１００ａと金型装置１００ｂと図示しない
型締装置（金型装置１００ｂの左側に設けられる）とか
らなる。射出装置１００ａは、軸芯が水平な横型射出ス
リーブ８およびこれに接続する射出シリンダ９とからな
り、射出スリーブ８内を射出シリンダ９のピストンロッ
ド９ａとカップリング９ｂで連結されたプランジャチッ
プ８ａが前後進自在に配置される。金型装置１００ｂ
は、固定盤１に接合された固定金型３と、型締装置によ
って前後進自在な可動盤２に接合された可動金型４とか
らなり、固定金型３と可動金型４との分割面には、金型
キャビティ５が設けられる。

【００１８】上記の構成は、従来公知のものであるが、
本発明の特徴は、横型射出スリーブ８にあり、以下これ
について説明する。本発明における横型射出スリーブ８
は、半溶融金属（円柱体）Ｍｂを受け入れる供給口（開
口部）８ｂは、従来技術のように、横型射出スリーブ８
の途中の上方でなく、下方に設け、大きさが円柱体Ｍｂ
よりやや大きめで、断面が半円形状であり、側面視が矩
形形状の開口とした。

【００１９】一方、円柱体Ｍｂをこの横型射出スリーブ
８の供給口８ｂから内部へ収納する手段として、図２に
示すように、丁度、射出スリーブ８を切り欠いて設けた
供給口８ｂの完全密閉する大きさの、半円形状（八橋形
状）の円柱体搬送器２０を使用する。

【００２０】円柱体搬送器２０は、端部に円形底板２０
ｃを有し軸方向に半円筒体で形成された有底搬送体２０
ｂと端部に円形底板を有しない軸方向に半円筒体で形成
された八橋形状の無底搬送体２０ａとを、図３に示すよ
うに、端部で張り出した平板状のフランジ２０ｄ、２０
ｅを介して接合される軸方向と平行な回転軸２０ｆを介
して回転自在に接合するとともに、無底搬送体２０ａに
対して有底搬送体２０ｂを図４に示した無底搬送体２０
ａ側面に固設したモータ２０ｇで回転して、円柱体搬送
器２０を円筒状態から上部開口状態に変換するようにし
た。

【００２１】このように構成された円柱体搬送器２０
は、図２に示すように、搬送収納装置３０により、傾動
および上下動自在に構成される。すなわち、搬送収納装
置３０は、無底搬送体２０ａの下方側面に取り付けた２
枚のサポート（フォークエンド）の間に嵌装された傾動
支持板２４とを接合する回転軸２２ａで図示しないモー
タにより傾動自在とされ、かつ、傾動支持板２４は傾動
支持板２４の下方に配設したシリンダ３２（エアシリン
ダ、油圧シリンダのいずれでもよい）のピストンロッド
３２ａの先端部に接続されて上下方向に進退動自在とさ
れる。

【００２２】無底搬送体２０ａと有底搬送体２０ｂの合
わせ面は、両者の軸芯を一致するため、図３に示すよう
に、段付とすることが望ましい。

【００２３】このように構成された円柱体搬送器２０
は、横型射出スリーブ８の供給口８ｂの下方に配設さ
れ、図１に示すように、最初、無底搬送体２０ａの上に
有底搬送体２０ｂを重ねて合体して円筒状態にしてから
傾斜状態にし、天地反転した保持容器Ｖから半溶融金属
の円柱体Ｍｂをその内部に移動した後、円柱体搬送器の
軸方向を傾斜状態から軸方向水平に姿勢制御し水平状態
とする。その後、モータ２０ｇを駆動して有底搬送体２
０ｂを回転軸２０ｆ回りに１８０°以上（実際には、約
２７０°程度）に回動して上方を開状態とし、この無底
搬送体２０ａの上に、半溶融金属（円柱体）Ｍｂを載置
し、シリンダ３２を駆動して無底搬送体２０ａを供給口
８ｂに合致するよう上昇させる。このようにして、円柱
体搬送器２０を供給口８ｂへ移動して供給口８ｂを密閉
し、円柱体Ｍｂを横型射出スリーブ８内に収納する。な
お、保持容器Ｖからの円柱体搬送器２０への円柱体Ｍｂ
の移動を、射出スリーブ直下で行えない場合は、搬送収
納装置３０に、横移動（図１の左右動もしくは紙面に直
角方向の横移動）の動作機能を付加する（たとえば、走
行台車にシリンダ３２を搭載する、あるいは、横行天井
クレーンの採用等）ことで解決することができる。

【００２４】以上のように、搬送収納装置３０を使用す
る代わりに、３次元〜６次元動作可能な多関節ロボット
を採用してもよい。この場合、ロボットの自動化装置と
して、プログラム入力可能なパソコンやシーケンサ、プ
ログラマブルコントローラも使用する。

【００２５】円柱体搬送器２０の無底搬送体２０ａを、
供給口８ｂに軸芯を合致させて合体するために、たとえ
ば、図５のように、供給口８ｂと無底搬送体２０ａの合
わせ面を段付としたり、あるいは、図６に示すように、
テーバ面とすることが望ましい。

【００２６】なお、供給口８ｂに対する円柱体搬送器２
０の合致の際の位置決めを容易にするため、供給口８ｂ
に対して円柱体搬送器２０の軸方向長さを５ｍｍ程度若
干短くしてもよい。この場合には、円柱体搬送器２０を
供給口８ｂに密閉した後、円柱体搬送器２０の前進側端
部が供給口８ｂの前進側端部と当接するよう軸移動させ
るようにする。

【００２７】以上のようにして、横型射出スリーブ８内
に円柱体Ｍｂを収納した後、射出工程に入り、プランジ
ャチップ８ａを前進して半溶融金属Ｍｂを押し潰して金
型キャビティ５内へ射出充填する。射出充填が完了した
後、保圧工程を経て成形品の冷却固化を待って、型開し
成形品を製品として取り出す。

【００２８】円柱体搬送器２０の無底搬送体２０ａや有
底搬送体２０ｂの材質は、直接、半溶融金属Ｍｂとの接
触を考慮して、たとえば、温度降下の少なく、かつ、汚
染のない、下記のものを採用する。 熱伝導率の小さいセラミック たとえば、０．０５ｃａｌ／ｃｍｓｅｃ℃程度の低熱伝
導率を有する窒化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）焼成体 熱伝導率の小さいセラミック混合複合材 たとえば、０．０３ｃａｌ／ｃｍｓｅｃ℃程度の低熱伝
導率を有するメタルセラミック複合材（チタン合金とセ
ラミック粒子からなる複合材） メタルセラミック複合材と鋼の組合せ材 たとえば、のセラミック複合材の外周を鋼で包む。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明に係る半溶融成形用金属の成形装置は、半溶融金
属の円柱体を、低コストで、簡便容易に、かつ、形くず
れや酸化物等の不純物の混入を起こすことなく、横型射
出スリーブ内に自動的に収納することが出来るので、良
好な成形品品質が確保されるから、微細かつ粒状の組織
を有する優れた成形体を大量に生産することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半溶融金属の成形装置の全体構成
図である。

【図２】本発明に係る円柱体搬送器の搬送収納装置の側
面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ視の横断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ視の断面平面図である。

【図５】本発明の実施例を示す横型射出スリーブの要部
横断面図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す横型射出スリーブの
要部横断面図である。

【図７】本発明に係る横型射出スリーブによる射出によ
り半溶融金属を成形する全体製造工程図である。

【符号の説明】

１ 固定盤 ２ 可動盤 ３ 固定金型 ４ 可動金型 ５ 金型キャビティ ６ ランナ ８ 横型射出スリーブ ８ａ プランジャチップ ８ｂ 供給口（開口部） ９ 射出シリンダ ９ａ ピストンロッド ９ｂ カップリング ２０ 円柱体搬送器 ２０ａ 無底搬送体 ２０ｂ 有底搬送体 ２０ｃ 円形底板 ２０ｄ フランジ ２０ｅ フランジ ２０ｆ 回転軸 ２０ｇ モータ ２２ サポート ２２ａ 回転軸 ２４ 傾動支持板 ３０ 搬送収納装置 ３２ シリンダ ３２ａ ピストンロッド ５０ ラドル ５２ 傾斜冷却用治具 ５３ 浸漬型加振治具 ５５ 蓋 ５４ 底板 ５６ 誘導装置（加熱用コイル） ５７ 冷却装置 １００ 成形装置 １００ａ 射出装置 １００ｂ 金型装置 Ｍ 金属溶湯 Ｍａ 金属溶湯（結晶核を含む） Ｍｂ 半溶融金属（円柱体） Ｖ 保持容器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微細な初晶が液相中に分散した半溶融金
   属を軸芯が水平な射出スリーブに収納した後に、射出シ
   リンダで該射出スリーブ内の該半溶融金属を金型キャビ
   ティ内へ射出充填して成形する半溶融金属の成形装置で
   あって、 該射出スリーブは、半溶融金属の円柱体を導入可能で側
   面視が矩形状の開口部を軸方向中間部の下方に設けると
   ともに、 保持容器内で円柱体形状に形成された半溶融金属を受入
   れ可能で、合体時に有底筒状に形成され、軸芯方向に２
   分割されて断面が半円形状の一対の搬送体からなる円柱
   体搬送器を備え、 該円柱体搬送器は、端部に円形底板を有し軸方向に半円
   筒体で形成された有底搬送体と端部に円形底板を有しな
   い軸方向に半円筒体で形成された無底搬送体とを該端部
   で軸方向と平行な回転軸を介して回転自在に接合すると
   ともに、該無底搬送体に対して該有底搬送体を回転して
   該円柱体搬送器を円筒状態から上部開口状態に変換する
   回転駆動手段を備え、 該円柱体搬送器の軸方向を略垂直から軸方向水平に姿勢
   制御し、かつ、前記上部開口状態とされた該円柱体搬送
   器の無底搬送体を、前記射出スリーブの開口部を密閉す
   る位置に移送する移送手段を備えたことを特徴とする半
   溶融金属の成形装置。
2. 【請求項２】 円柱体搬送器の両搬送体は、低熱伝導率
   のセラミックまたは金属、あるいは、これら両者の複合
   部材もしくはこれらの組合せ部材とした請求項１記載の
   半溶融金属の成形装置。