JPH11197815A - 半凝固金属の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】種々の重量の異なるスラリーを経済的かつ高品
質に製造するとともに、構成を簡素化することを可能に
する。 【解決手段】所定量の溶湯１２を保持する断熱性るつぼ
１８ａ、１８ｂと、前記るつぼ１８ａ、１８ｂ内の前記
溶湯１２を冷却する複数の冷し金５６ａ〜５６ｄと、前
記複数の冷し金５６ａ〜５６ｄを該溶湯１２中で一体的
に撹拌駆動するとともに、該複数の冷し金５６ａ〜５６
ｄを着脱可能な駆動機構５８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属から所定
のスラリーを得るための半凝固金属の製造装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、アルミニウムやマグネシウ
ム、またはそれぞれの合金等の溶融金属を使用し、成形
用に１ショット分の半凝固金属、すなわち、スラリーを
製造する作業が行われている。スラリーを使用した成形
作業では、特に成形品の表面精度に優れる等の利点があ
ることが知られている。この種のスラリーを製造するた
めに、例えば、チクソキャスト法およびレオキャスト法
が広く採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
チクソキャスト法では、専用のビレットおよび再加熱装
置が必要となっている。このため、材料コストおよび設
備コストが相当に高騰するとともに、製造作業全体が煩
雑であるという問題が指摘されている。

【０００４】一方、上記のレオキャスト法は、連続バッ
チ方式により大量製造を行うものであり、その冷却は、
水冷された冷却部に溶湯を接触させながら排出すること
により行われている。このため、スラリーの温度が冷却
の始めと終わりとでは異なってしまい、前記スラリーの
温度管理が精密に遂行されないという問題がある。

【０００５】さらにまた、異なった部品を成形する場合
には、それに伴ってショット重量が変化する。従って、
スラリーの温度管理を正確に行うことができず、しかも
ショット重量が増加する際にスラリーの製造作業に時間
がかかってしまい、種々の異なる部品の成形作業を効率
的かつ高品質に行うことが困難であるという問題が指摘
されている。

【０００６】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、種々の重量の異なるスラリーを経済的かつ高品質
に製造するとともに、構成を簡素化することが可能な半
凝固金属の製造装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明に係る半凝固金属の製造装置では、所定量
の溶融金属が断熱性るつぼに供給された後、前記断熱性
るつぼ内の前記溶融金属が、複数の冷却部材を介して冷
却および撹拌されることにより、半凝固金属が製造され
る。このため、ショット重量が増加しても冷却の指向性
を可及的に阻止して、全体的に均一かつ確実にスラリー
化した所望の半凝固金属を迅速かつ円滑に得ることがで
きる。

【０００８】しかも、冷却部材が任意の数だけ互いに積
層された状態で、駆動機構に対し固定手段を介して一体
的に保持される。従って、ショット重量の変化に応じて
冷却部材の積層数を変更するだけでよく、簡単な構成
で、所望の半凝固金属を効率的かつ高品質に製造するこ
とが可能になる。なお、固定手段が、積層された複数の
冷却部材に一体的に挿通される軸部材とこの軸部材の端
部に螺合する固定具とを備えており、構成の簡素化が有
効に図られる。

【０００９】また、複数の冷却部材が連結部で一体化さ
れるとともに、前記連結部がカプラを介して駆動機構に
連結される。これにより、複数の冷却部材の交換作業が
容易かつ迅速に行われる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る半凝固金属の製造装置１０の概略斜視説明図であ
る。

【００１１】製造装置１０は、アルミニウム、その合
金、マグネシウム、またはその合金等の溶融金属からな
る溶湯１２を保持する溶湯保持炉１４と、この溶湯保持
炉１４内から所定量（１ショット分）の溶湯１２を汲み
出す溶湯汲み出しロボット１６と、前記溶湯汲み出しロ
ボット１６により汲み出された該溶湯１２が給湯される
分割型の断熱性るつぼ１８ａ、１８ｂと、前記るつぼ１
８ａ、１８ｂを配置して該るつぼ１８ａ、１８ｂ内の溶
湯１２を冷却および撹拌する撹拌機２０と、前記るつぼ
１８ａ、１８ｂ内で所望のスラリー状態になった半凝固
金属２２を成形機２４の図示しないキャビテイに連通す
るスラリー投入口２６に供給する供給ロボット２８とを
備える。

【００１２】溶湯汲み出しロボット１６は、支柱３０上
に旋回自在に設けられるアーム３２を備え、このアーム
３２の先端にラドル３４が傾動可能に装着される。

【００１３】図１および図２に示すように、るつぼ１８
ａ、１８ｂは、有底円筒体を直径方向に２分割して構成
されており、それぞれの外周部には、対をなす鈎状突起
部３６ａ、３６ｂと対をなす溝部３８ａ、３８ｂとが軸
方向に直線状に配設されている。るつぼ１８ａ、１８ｂ
の合わせ面には、液密性を維持するために耐熱パッキン
４０が介装されている。なお、分割型のるつぼ１８ａ、
１８ｂに代替して有底円筒体の単一構造のるつぼを用い
てもよい。

【００１４】撹拌機２０は、るつぼ１８ａ、１８ｂが収
容される分割型のるつぼ受台４２ａ、４２ｂを備え、こ
のるつぼ受台４２ａ、４２ｂは、有底円筒体を直径方向
に２分割して構成されており、それぞれの下端側角部が
支点４４ａ、４４ｂを介して設置面４６に対し揺動自在
に支持される。るつぼ受台４２ａ、４２ｂの側部には、
シリンダ４８ａ、４８ｂから延在するロッド５０ａ、５
０ｂが連結される一方、前記シリンダ４８ａ、４８ｂが
設置面４６に対して傾動自在である。るつぼ受台４２
ａ、４２ｂが閉動された際にこれらの中に凹部５２が一
体的に構成されるとともに、前記凹部５２を周回してヒ
ータ５４ａ、５４ｂが埋設されている。

【００１５】るつぼ受台４２ａ、４２ｂの上方には、撹
拌機能を兼ねた複数の冷し金（冷却部材）５６ａ〜５６
ｄが駆動機構５８に対してセラミック製カプラ５９を介
し取り外し可能に連結される。冷し金５６ａ〜５６ｄ
は、溶湯１２として使用される、例えば、アルミニウム
溶湯の溶湯温度で溶けない材質、例えば、銅やステンレ
ス等により構成されている。図１〜図３に示すように、
冷し金５６ａ〜５６ｄ全体の外形は、四角柱形状に設定
されるとともに、下方に向かって抜き勾配を有してい
る。

【００１６】図３に示すように、冷し金５６ａ〜５６ｄ
は、それぞれの中央部に貫通孔６０ａ〜６０ｄが形成さ
れており、この冷し金５６ａ〜５６ｄが任意の数だけ固
定手段６２を介して一体的に駆動機構５８に対し保持可
能である。固定手段６２は、積層された冷し金５６ａ〜
５６ｄの貫通孔６０ａ〜６０ｄに一体的に挿通されるね
じ軸（軸部材）６４と、このねじ軸６４の下端部に螺合
するナット部材（固定具）６６と、前記冷し金５６ａ〜
５６ｄを支持する支持板６５とを備える。ねじ軸６４の
上端部はカプラ５９に着脱自在である。

【００１７】冷し金５６ａ〜５６ｄは、駆動機構５８を
介して溶湯１２の撹拌および冷却を行う毎（１ショット
毎）に、前記駆動機構５８から一体的に取り外されて冷
し金処理装置に送られる。図４に示すように、冷し金処
理装置は、駆動機構５８から離脱された冷し金５６ａ〜
５６ｄを冷却油等の冷却媒体により冷却するための冷却
槽６７と、冷却後の前記冷し金５６ａ〜５６ｄにエアブ
ローを行ってその表面からアルミニウム凝固物を除去す
るためのエアブロー手段６８と、エアブロー後の前記冷
し金５６ａ〜５６ｄをセラミック材のコーティング液内
に浸漬させるコーティング槽７０と、コーティング後の
該冷し金５６ａ〜５６ｄを複数組配置してヒータ７１に
より一体的に乾燥させる乾燥手段７２とを備える。

【００１８】図１に示すように、供給ロボット２８は、
手首部７４を備え、この手首部７４に装着されるシリン
ダ７６ａ、７６ｂから互いに逆方向に延在するロッド７
８ａ、７８ｂに、鉛直下方向に向かってアーム部材８０
ａ、８０ｂの端部が固着される。このアーム部材８０
ａ、８０ｂには、るつぼ１８ａ、１８ｂのそれぞれの突
起部３６ａ、３６ｂに挿入して係合される一対の外側突
起８２ａ、８２ｂと、前記るつぼ１８ａ、１８ｂの溝部
３８ａ、３８ｂに嵌合する一対の内側突起８４ａ、８４
ｂとが設けられる。

【００１９】供給ロボット２８には、断熱材製の蓋部材
８６が固定されている。この蓋部材８６は、アーム部材
８０ａ、８０ｂによりるつぼ１８ａ、１８ｂが保持され
る際、前記るつぼ１８ａ、１８ｂの上面に密着して該る
つぼ１８ａ、１８ｂの断熱性を確保するとともに、半凝
固金属２２の漏れを阻止する機能を有する。

【００２０】このように構成される第１の実施形態に係
る製造装置１０の動作について、以下に説明する。

【００２１】先ず、１ショット分の溶湯１２の重量に応
じて冷し金５６ａ〜５６ｄの数が設定されるが、第１の
実施形態では、全ての冷し金５６ａ〜５６ｄが使用され
るものとする。そこで、溶湯保持炉１４内でアルミニウ
ム溶湯である溶湯１２が６５０℃〜７００℃程度に加熱
保持された状態で、溶湯汲み出しロボット１６が駆動さ
れる。溶湯汲み出しロボット１６は、アーム３２の作用
下にラドル３４が溶湯保持炉１４内に挿入され、このラ
ドル３４が傾動することにより１ショット分の溶湯１２
が該ラドル３４により汲み出される。

【００２２】溶湯１２を汲み出したラドル３４は、図５
Ａに示すように、るつぼ受台４２ａ、４２ｂに収容され
て互いに密着しているるつぼ１８ａ、１８ｂ上で傾動
し、前記るつぼ１８ａ、１８ｂ内に１ショット分の溶湯
１２が注湯される。その際、るつぼ受台４２ａ、４２ｂ
は、ヒータ５４ａ、５４ｂが駆動されて予め所定の温度
（例えば、２８０℃）に維持されている。

【００２３】次いで、冷し金５６ａ〜５６ｄが、水分除
去および冷却条件の安定化のために予め１００℃程度に
加熱保持されており、前記冷し金５６ａ〜５６ｄが駆動
機構５８を介して所定方向に比較的低速で一体的に回転
しながら、るつぼ１８ａ、１８ｂ内の溶湯１２中に浸漬
される（図５Ｂ参照）。その後、駆動機構５８の作用下
に冷し金５６ａ〜５６ｄが溶湯１２中で回転速度を上げ
ることにより、前記冷し金５６ａ〜５６ｄは、前記溶湯
１２を冷却しながら該溶湯１２を迅速に撹拌する。

【００２４】冷し金５６ａ〜５６ｄが、予め設定された
時間だけ、あるいはスラリー供給信号が入力されるまで
溶湯１２の撹拌を行った後、この冷し金５６ａ〜５６ｄ
が一体的に回転しながらるつぼ１８ａ、１８ｂから引き
上げられる。このため、るつぼ１８ａ、１８ｂ内に、全
体的に一定温度に保持された半凝固金属２２が得られ
る。

【００２５】そこで、図５Ｃに示すように、供給ロボッ
ト２８が撹拌機２０を構成するるつぼ１８ａ、１８ｂ上
に対応して移動される。撹拌機２０では、駆動機構５８
が上方に待機するとともに、冷し金５６ａ〜５６ｄが固
定手段６２と一体的に取り外されており、供給ロボット
２８では、手首部７４を介してアーム部材８０ａ、８０
ｂが下方向に移動する。そして、アーム部材８０ａ、８
０ｂのそれぞれの外側突起８２ａ、８２ｂがるつぼ１８
ａ、１８ｂの突起部３６ａ、３６ｂに嵌合するととも
に、それぞれの内側突起８４ａ、８４ｂが前記るつぼ１
８ａ、１８ｂの溝部３８ａ、３８ｂに嵌合する。

【００２６】次に、図５Ｄに示すように、シリンダ４８
ａ、４８ｂの作用下にるつぼ受台４２ａ、４２ｂが互い
に離間する方向に揺動し、凹部５２に収容保持されてい
るるつぼ１８ａ、１８ｂは、アーム部材８０ａ、８０ｂ
に保持された状態で取り出される。手首部７４が成形機
２４のスラリー投入口２６の上方に配置された後、シリ
ンダ７６ａ、７６ｂが駆動されてロッド７８ａ、７８ｂ
が互いに離間する方向に変位する。

【００２７】従って、ロッド７８ａ、７８ｂに固着され
ているアーム部材８０ａ、８０ｂが互いに離間する方向
に変位し、前記アーム部材８０ａ、８０ｂに保持されて
いるるつぼ１８ａ、１８ｂが互いに開放される。るつぼ
１８ａ、１８ｂ内には、半凝固金属２２が製造されてお
り、この半凝固金属２２は、前記るつぼ１８ａ、１８ｂ
が開放されることにより落下してスラリー投入口２６に
供給される（図５Ｅ参照）。成形機２４では、半凝固金
属２２を用いた成形処理が行われ、所定の成形品が得ら
れることになる。

【００２８】供給ロボット２８は、空になったるつぼ１
８ａ、１８ｂをエアブロー位置に移動してエアブロー処
理を施すことにより、このるつぼ１８ａ、１８ｂ内に残
存するアルミニウムが除去される。次いで、るつぼ１８
ａ、１８ｂの内部がセラミック材等によりコーティング
された後、このるつぼ１８ａ、１８ｂがるつぼ受台４２
ａ、４２ｂ内に配置される。

【００２９】撹拌機２０では、溶湯１２の冷却および撹
拌を行って上方に取り出された冷し金５６ａ〜５６ｄ
が、駆動機構５８から離脱されてロボット等により冷し
金処理装置に移送される。この冷し金処理装置では、図
４に示すように、冷し金５６ａ〜５６ｄが、先ず、冷却
槽６７内に浸漬されて冷却処理が行われた後、エアブロ
ー手段６８を介してこの冷し金５６ａ〜５６ｄの表面に
付着しているアルミニウム凝固物の除去が行われる。さ
らに、冷し金５６ａ〜５６ｄは、コーティング槽７０内
のコーティング液に浸漬されてその表面にセラミック材
がコーティングされる。冷し金５６ａ〜５６ｄの表面が
溶湯１２と反応することを防止するとともに、前記冷し
金５６ａ〜５６ｄの表面に付着するアルミニウム凝固物
の除去が容易に遂行されるからである。

【００３０】コーティング処理された複数組の冷し金５
６ａ〜５６ｄには、乾燥手段７２を構成するヒータ７１
の作用下に乾燥処理が施されるとともに、この冷し金５
６ａ〜５６ｄが所定の温度に加温される。乾燥処理され
た冷し金５６ａ〜５６ｄは、駆動機構５８に装着されて
新たな溶湯１２の冷却および撹拌作業に再使用される。

【００３１】ところで、成形される部品の変更に伴って
１ショット分の溶湯１２の重量が変化する際には、駆動
機構５８に装着される冷し金５６ａ〜５６ｄの数が増減
される。具体的には、１ショット分の溶湯１２の重量が
減少する際には、冷し金５６ａ〜５６ｄを、例えば、冷
し金５６ａ〜５６ｃに削減する一方、１ショット分の溶
湯１２の重量が増加する際には、冷し金５６ａ〜５６ｄ
に所定数の冷し金（図示せず）を積層すればよい。

【００３２】このように、第１の実施形態では、るつぼ
１８ａ、１８ｂ内の溶湯１２を所定数の冷し金５６ａ〜
５６ｄにより冷却するとともに、この冷し金５６ａ〜５
６ｄを駆動機構５８を介して一体的に回転させて前記溶
湯１２を撹拌している。このため、るつぼ１８ａ、１８
ｂ内で溶湯１２の冷却に指向性が発生することがなく、
全体的に均一かつ確実にスラリー化した所望の半凝固金
属２２を極めて迅速かつ効率的に得ることができるとい
う効果が得られる。

【００３３】さらに、１ショット分の溶湯１２の重量が
変更される際には、この溶湯１２の重量に応じて冷し金
５６ａ〜５６ｄの数を増減するだけでよく、種々の異な
る部品成形用の半凝固金属２２を効率的かつ高精度に製
造することが可能になる。これにより、溶湯１２の重量
の変更に対応して専用の冷却手段を用意する必要がな
く、設備費を有効に削減することができるという利点が
ある。

【００３４】図６は、本発明の第２の実施形態に係る半
凝固金属の製造装置９０の概略斜視説明図である。な
お、第１の実施形態に係る製造装置１０と同一の構成要
素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略
する。

【００３５】この製造装置９０は、撹拌機能を兼ねた複
数の冷し金（冷却部材）９２ａ〜９２ｄを備え、この冷
し金９２ａ〜９２ｄが駆動機構９４に対してセラミック
製カプラ９６を介し取り外し可能に配置される。冷し金
９２ａ〜９２ｄは、例えば、銅やステンレス等により構
成されており、その上端部が連結部９８で一体化されて
いる。この連結部９８はカプラ９６に着脱自在である。
各冷し金９２ａ〜９２ｄの外形は、円柱形状に設定され
るとともに、それぞれ下方に向かって抜き勾配を有して
いる。

【００３６】このような構成において、第２の実施形態
では、るつぼ１８ａ、１８ｂ内に１ショット分の溶湯１
２が給湯された後、駆動機構９４を介し冷し金９２ａ〜
９２ｄが回転しながら下降して前記るつぼ１８ａ、１８
ｂ内の前記溶湯１２中に浸漬される。これにより、るつ
ぼ１８ａ、１８ｂ内の溶湯１２が冷却および撹拌され、
所望のスラリー状態を有する半凝固金属２２が得られ
る。

【００３７】これにより、第２の実施形態では、４本の
冷し金９２ａ〜９２ｄが、一体的にるつぼ１８ａ、１８
ｂ内の溶湯１２を冷却しながらこの溶湯１２を撹拌する
ため、特に前記溶湯１２の重量が多量であっても、所望
の半凝固金属２２を効率的かつ迅速に得ることが可能に
なるという効果がある。

【００３８】図７は、本発明の第３の実施形態に係る半
凝固金属の製造装置を構成する冷し金１００の説明図で
ある。

【００３９】この冷し金１００は、円柱部１０２の外周
に軸方向に所定間隔ずつ離間して複数のリブ部１０４ａ
〜１０４ｉを一体的に設けている。従って、第３の実施
形態では、溶湯１２中で冷し金１００が回転されること
により、複数のリブ部１０４ａ〜１０４ｉを介して前記
溶湯１２が迅速かつ円滑に冷却および撹拌され、第１お
よび第２の実施形態と同様の効果が得られることにな
る。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る半凝固金属
の製造装置では、断熱性るつぼ内の溶融金属が複数の冷
却部材を介して冷却および撹拌されるため、冷却の指向
性を可及的に阻止して全体的に均一かつ確実にスラリー
化した所望の半凝固金属を迅速かつ効率的に製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る半凝固金属の製
造装置の概略斜視説明図である。

【図２】前記製造装置を構成する撹拌機の説明図であ
る。

【図３】前記撹拌機を構成する冷し金の縦断面説明図で
ある。

【図４】前記冷し金を処理するための冷し金処理装置の
説明図である。

【図５】図５Ａ〜図５Ｅは、前記製造装置の動作を示す
工程図である。

【図６】本発明の第２の実施形態に係る半凝固金属の製
造装置の概略斜視説明図である。

【図７】本発明の第３の実施形態に係る半凝固金属の製
造装置を構成する冷し金の説明図である。

【符号の説明】

１０、９０…製造装置 １２…溶湯 １４…溶湯保持炉 １６…溶湯汲み出し
ロボット １８ａ、１８ｂ…るつぼ ２０…撹拌機 ２２…半凝固金属 ２４…成形機 ２８…供給ロボット ４２ａ、４２ｂ…る
つぼ受台 ５４ａ、５４ｂ、７１…ヒータ ５６ａ〜５６ｄ、９２ａ〜９２ｄ、１００…冷し金 ５８、９４…駆動機構 ６２…固定手段 ６４…ねじ軸 ６６…ナット部材 ９８…連結部 １０４ａ〜１０４ｉ
…リブ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 篤 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定量の溶融金属を保持する断熱性るつぼ
   と、 前記断熱性るつぼ内の前記溶融金属を所定温度に冷却す
   るための複数の冷却部材と、 前記複数の冷却部材を該溶融金属中で一体的に撹拌駆動
   するとともに、該複数の冷却部材を着脱可能な駆動機構
   と、 を備えることを特徴とする半凝固金属の製造装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の製造装置において、前記複
   数の冷却部材は、任意の数だけ互いに積層された状態
   で、前記駆動機構に対し固定手段を介して一体的に保持
   可能に構成されることを特徴とする半凝固金属の製造装
   置。
3. 【請求項３】請求項２記載の製造装置において、前記固
   定手段は、前記積層された複数の冷却部材に一体的に挿
   通される軸部材と、 前記軸部材の端部に螺合する固定具と、 を備えることを特徴とする半凝固金属の製造装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の製造装置において、前記複
   数の冷却部材は、連結部で一体化されるとともに、前記
   連結部がカプラを介して前記駆動機構に連結自在に構成
   されることを特徴とする半凝固金属の製造装置。