WO2011086776A1

WO2011086776A1 - 半凝固金属の成形方法及び成形装置、及び冷却用治具の冷却回路構造

Info

Publication number: WO2011086776A1
Application number: PCT/JP2010/071075
Authority: WO
Inventors: 坂井知典; 五百蔵元晶
Original assignee: 本田技研工業株式会社
Priority date: 2010-01-12
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2011-07-21

Abstract

　本発明は、半凝固金属の成形方法及び成形装置、及び冷却用治具の冷却回路構造に関し、鋳造装置（１０）は、内部に冷却水が流通することで流動される溶湯（１４）を冷却して固相を生じさせて半凝固金属を形成する冷却用治具（１８）と、冷却用治具（１８）を通過した半凝固金属が注湯されるプランジャスリーブ（１６）と、プランジャスリーブ（１６）に注湯された半凝固金属を射出するためのプランジャ（４４）と、プランジャ（４４）によって押圧された半凝固金属が充填されるキャビティ（６０）を形成する固定金型（４６）及び可動金型（４８）と、少なくとも冷却用治具（１８）の温度又は冷却水の温度を測定可能な温度センサ（４０、４２ａ～４２ｅ）と、溶湯（１４）が供給される前の初期温度、及び、溶湯（１４）が供給された後のピーク温度に基づき、得られる半凝固金属の良否を判定する監視システム（２２）とを有する。

Description

半凝固金属の成形方法及び成形装置、及び冷却用治具の冷却回路構造

　本発明は、内部に冷却媒体が流通する冷却用治具上に溶湯を流動させることで該溶湯に固相を生じさせて半凝固金属を形成し、該形成した半凝固金属をキャビティに充填することで成形品を得る半凝固金属の成形方法及び成形装置に関する。

　また、本発明は、傾斜面上に溶湯を流動させて得られた半凝固金属をキャビティに充填し、該半凝固金属を固化して成形品を得るにあたり、前記傾斜面を介して前記溶湯を冷却する冷却用治具の冷却回路構造に関する。

　一般的な鋳造においては、液相である高温の溶湯が金型に形成されたキャビティに充填されるが、近時、溶湯に代替し、固相と液相が共存した半凝固金属（半凝固金属スラリー、半凝固スラリー）を用いることも行われている。この場合には、冷却用治具（冷却板、冷却体）に溶湯を接触させながら流動させ、この流動の間に該溶湯を冷却して固相を生じさせ、これにより半凝固金属を形成している。このようにして得られた半凝固金属は、冷却用治具から直接、鋳造装置のプランジャスリーブに注湯される。

　例えば、特開平１０－３４３０７号公報には、半凝固金属を得るために、冷却板に供給される溶湯の注湯温度を所定範囲に管理すると共に、冷却板の温度を溶湯の初期温度や流量等に応じて管理することが記載されている。

　また、特開平１１－２８５８０５号公報には、冷却用治具の注湯側を冷却部により冷却するとともに、該冷却用治具の出湯側を加熱部により加熱することで、溶湯の温度を調節する冷却用治具が開示されている。これにより、溶湯の温度を任意に制御が可能であり、所望の半凝固スラリーを得ることができる旨が記載されている。

　上記特開平１０－３４３０７号公報には、冷却板に溶湯を接触させ、溶湯を冷却することで半凝固金属を得る場合に、冷却板への注湯温度及び冷却体の初期温度を管理することで所望の半凝固金属が得られると記載されている。

　ところが、このように注湯温度及び冷却体の初期温度を条件設定した場合であっても、例えば、冷却板上に塗布する離型材が堆積又は過剰塗布された場合や、冷却板上に凝固金属が残留している場合等、溶湯金属の冷却を阻害する何らかの問題が冷却板上で生じた場合には、溶湯と冷却体との間での熱伝達が悪化する。そうすると、溶湯から冷却媒体への熱移動が制限されるため、溶湯を適正に温度低下させることができず、結果として所望の半凝固状態を得ることが困難となる。そして、所望の半凝固状態が得られない条件で成形を行った場合には、製品内部において引け欠陥やガス欠陥が増大し、所望の製品品質が得られないという問題を惹起することになる。

　また、上記特開平１１－２８５８０５号公報記載の冷却用治具では、その加熱制御を適切に行うためには、操業時にヒータを常時オンの状態にしなければならない。すなわち、過度に冷却された溶湯を加熱するという本来の目的を達成するために、余計な電力を消費し、あるいは二酸化炭素の排出量が増加することになる。その結果、製造コストの高騰や環境負荷の増大という不都合が生じる。

　本発明は上記のような従来技術の問題を考慮してなされたものであり、所望の性状からなる半凝固金属を形成し、所望の品質からなる成形品を安定して成形することができる半凝固金属の成形方法及び成形装置を提供することを目的とする。

　また、本発明は成形品の製造コストの高騰を抑制できるとともに、環境負荷を低減できる冷却用治具の冷却回路構造を提供することを目的とする。

　本発明の一実施形態に係る半凝固金属の成形方法は、内部に冷却媒体が流通する冷却用治具上に溶湯を流動させることで該溶湯に固相を生じさせて半凝固金属を形成し、該形成した半凝固金属をキャビティへと充填することで成形品を得る半凝固金属の成形方法であって、前記溶湯が供給される前の前記冷却用治具又は前記冷却媒体の温度である初期温度を測定する工程と、前記溶湯が供給された後の前記冷却用治具又は前記冷却媒体の温度におけるピーク温度を測定する工程と、前記測定された初期温度及びピーク温度に基づき、前記半凝固金属の良否を判定することにより、前記半凝固金属の性状を管理する工程とを有することを特徴とする。

　また、本発明の一実施形態に係る半凝固金属の成形装置は、内部に冷却媒体が流通することで流動される溶湯を冷却して固相を生じさせて半凝固金属を形成する冷却用治具と、前記冷却用治具を通過した前記半凝固金属が注湯されるスリーブと、前記スリーブに注湯された前記半凝固金属を射出するための射出機構と、前記射出機構によって押圧された前記半凝固金属が充填されるキャビティを形成する金型と、少なくとも前記冷却用治具の温度又は前記冷却媒体の温度を測定可能な温度センサと、前記溶湯が供給される前の前記冷却用治具又は前記冷却媒体の温度である初期温度、及び、前記溶湯が供給された後の前記冷却用治具又は前記冷却媒体の温度におけるピーク温度に基づき、前記半凝固金属の良否を判定する判定部とを有することを特徴とする。

　このように、冷却用治具や冷却媒体の初期温度とピーク温度が所定の範囲内であるか否かを監視・判定することにより、溶湯を冷却して半凝固金属を形成する際の異常を迅速に検出することができ、所望の半凝固金属が得られているか否かの管理を適正に行うことができ、その品質の保証・安定化が可能となる。従って、得られる半凝固金属の品質が安定化することにより、キャビティ内で成形される成形品の製品品質も安定化し、規格外製品の後工程への流出を防止することができる。

　前記初期温度が所定温度範囲内にある場合に、前記溶湯の前記冷却用治具への供給を開始する工程を有すると、冷却用治具が所定の正常な状態にある場合にのみ注湯が行われるため、形成される半凝固金属の性状を高品質化・安定化することができる。

　前記ピーク温度が所定温度範囲内にない場合に、前記半凝固金属に異常があると判定することにより、溶湯の冷却不足等の異常を検出することができる。

　前記初期温度及び前記ピーク温度がそれぞれ所定温度範囲内にある場合に、前記半凝固金属は適正であると判定することにより、常に安定した品質の半凝固金属をキャビティへと供給することができる。

　本発明の別の一実施形態に係る冷却用治具の冷却回路構造は、傾斜面上に溶湯を流動させて得られた半凝固金属をキャビティに充填し、該半凝固金属を固化して成形品を得るにあたり、前記傾斜面を介して前記溶湯を冷却する冷却用治具の冷却回路構造であって、前記溶湯の出湯側から注湯側にわたって冷却能力が次第に高くなるように冷却回路を設けていることを特徴とする。

　このように、出湯側から注湯側にわたって冷却能力を次第に高くしたので、冷却用治具への入熱量に応じた冷却処理を行うことができる。すなわち、冷却用治具の傾斜面上に溶湯を流動させる際、その入熱量が相対的に高い注湯側に対して強く冷却し、その入熱量が相対的に低い出湯側に対して弱く冷却することができる。そうすると、溶湯の流動後であっても冷却用治具の傾斜面上における温度分布を一定に保持可能であり、該冷却用治具を加熱する機構を別途設ける必要がない。これにより、余計な電力の消費や二酸化炭素の排出を削減可能であり、成形品の製造コストの高騰を抑制できるとともに、環境負荷を低減できる。

　また、前記注湯側の冷却回路を前記出湯側の冷却回路よりも密に配置し、又は前記注湯側の冷却回路を前記出湯側の冷却回路よりも断面積を大きくすることが好ましい。これにより、冷却用治具の傾斜面上における温度分布を安定化させるための、冷却回路の最適化設計が容易となる。

　さらに、前記注湯側の冷却回路と前記出湯側の冷却回路とを独立に設けていることが好ましい。これにより、冷却用治具の傾斜面上における温度分布を安定化させるための、冷却制御の最適化が容易となる。

　さらにまた、前記冷却回路は冷却媒体を繰り返し流動させる循環構造を有しており、その内部を負圧にすることが好ましい。これにより、冷却回路から外部に通じるクラックが発生した場合であっても冷却媒体の噴出を防止可能であり、該冷却媒体と流動する溶湯との接触を回避できる。

本発明の第１の実施形態に係る鋳造装置の構成を模式的に示す側面図である。図１に示す鋳造装置の冷却用治具及びその周辺を拡大した斜視図である。図３Ａは、冷却用治具の平面図であり、図３Ｂは、図３Ａに示す冷却用治具の側面断面図であり、図３Ｃは、図３Ａに示す冷却用治具の底面図である。図１に示す鋳造装置を用いた半凝固金属の成形方法の動作フローである。図１に示す鋳造装置の連続操業中に離型材の塗布量を過剰に増加させたときの冷却水ピーク温度及び冷却用治具ピーク温度の測定結果を示すグラフである。本発明の第２の実施形態に係る冷却用治具が組み込まれた鋳造装置のブロック図である。図６に示す冷却用治具の平面図である。図８Ａは、図７に示す冷却用治具のＩＩＩＶＡ－ＩＩＩＶＡ線に沿う拡大断面図である。図８Ｂは、図７に示す冷却用治具のＩＩＩＶＢ－ＩＩＩＶＢ線に沿う拡大断面図である。図９Ａは、本発明の第３の実施形態に係る冷却用治具の平面図である。図９Ｂは、図９Ａに示す冷却用治具のＩＸＢ－ＩＸＢ線に沿う拡大断面図である。図９Ｃは、図９Ａに示す冷却用治具のＩＸＣ－ＩＸＣ線に沿う拡大断面図である。本発明の第４の実施形態に係る冷却用治具の一部省略分解斜視図である。

　以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。

　図１は、本発明の第１の実施形態に係る鋳造装置（成形装置）１０の構成を模式的に示す側面図である。この鋳造装置１０は、ラドル（給湯機）１２から流下された溶湯（溶湯金属）１４を冷却しながらプランジャスリーブ（スリーブ、射出スリーブ）１６まで案内する冷却用治具（冷却体、冷却板）１８と、冷却用治具１８からプランジャスリーブ１６内に供給された半凝固金属（半凝固金属スラリー、半凝固スラリー）を所定の形状に成形するダイカスト装置２０とを備える。さらに、鋳造装置１０には、冷却用治具１８による溶湯１４の冷却状態を監視する監視システム（判定部）２２と、ダイカスト装置２０の駆動を制御する制御部２４とが備えられている。

　図１及び図２に示すように、長尺物として構成された冷却用治具１８は、溶湯１４を所定の流動速度でプランジャスリーブ１６に導くべく、鉛直方向に対して所定の角度で傾斜している。勿論、冷却用治具１８の起点である上方端部はラドル１２に近接し（図１参照）、一方、終点である下方端部は、プランジャスリーブ１６の天井部に形成された注湯口２６に臨む（図１及び図２参照）。

　冷却用治具１８は、底部２８と、該底部２８の各側方端部に屈曲して連なる第１側部３０、第２側部３２とを有する（図２参照）。これら底部２８、第１側部３０及び第２側部３２に囲繞された空間が、流動溝３４として機能する。第１側部３０及び第２側部３２が存在することにより、冷却用治具１８の側方から溶湯１４（又は半凝固金属）が溢流・落下することが防止される。互いに対向する第１側部３０と第２側部３２の離間距離は、底部２８から離間するにつれて大きくなる。換言すれば、流動溝３４は、上方に向かうに従って拡開されている。

　図１及び図３Ａに示すように、冷却用治具１８の底部２８の内部には、例えば蛇行形状からなる冷却経路３６が設けられており、該冷却経路３６には、図示しない放熱器や循環ポンプ等を備えたチラー３８からの冷却媒体（冷却水）が入口ポート３６ａ及び出口ポート３６ｂを介して循環される。出口ポート３６ｂからチラー３８への経路には、その内部を流通する冷却水の温度を検出するための温度センサ４０が設けられており、該温度センサ４０の検出結果は、監視システム２２に送信される。温度センサ４０は、出口ポート３６ｂやチラー３８内部に設けてもよい。

　さらに、冷却用治具１８の底部２８には、複数（本実施形態では５個）の温度センサ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅが設置されている。図３Ｂ及び図３Ｃから諒解されるように、各温度センサ４２ａ～４２ｅは、底部２８の長手方向（溶湯１４の流動方向）に沿って底部２８の幅方向中心位置に等間隔で設けられている。各温度センサ４２ａ～４２ｅの検出結果は、監視システム２２に送信される。

　監視システム２２は、入力された温度センサ４０及び温度センサ４２ａ～４２ｅの検出結果に基づき、データ判定等の所定の演算処理を行うと共に、その演算結果に基づき、ラドル１２及び制御部２４に対して所定の制御信号（指令）を送信可能である（図１参照）。

　一方、図１に示すように、ダイカスト装置２０は、前記プランジャスリーブ１６と、プランジャスリーブ１６内を往復動作するプランジャ（射出機構）４４と、プランジャスリーブ１６が設けられた固定金型４６と、図示しない駆動機構の作用下に前記固定金型４６に対して接近又は離間自在な可動金型４８と、前記制御部２４とを備える。

　図１及び図２に示すように、プランジャスリーブ１６は略円筒体であり、上記したように、その天井部に注湯口２６が形成される。プランジャスリーブ１６内に配設されたプランジャ４４は、図示しない油圧シリンダにロッド５０を介して連結されており、従って、前記油圧シリンダの作用下に往復動作することが可能である。プランジャスリーブ１６と固定金型４６の間には、連結盤５２が介在する。

　固定金型４６における可動金型４８に臨む側の端面には凹部５６が陥没形成される一方、可動金型４８における固定金型４６に臨む側の端面には、前記凹部５６に対応する位置に、凸部５８が突出形成される。凸部５８の突出高さは、凹部５６の陥没深さに比して若干小さく、このため、凹部５６の底面と凸部５８の頂面の間にはクリアランスが形成される。このクリアランスが、キャビティ６０となる。

　固定金型４６と可動金型４８の合わせ面近傍において、ランナ５４がキャビティ６０に向かって略垂直に立ち上がっている。従って、半凝固金属は、ランナ５４に導かれてキャビティ６０に到達する。

　制御部２４は、監視システム２２からの制御信号（指令）に基づき、ロッド５０を駆動する前記油圧シリンダや可動金型４８等の駆動、つまりダイカスト装置２０の全体的な制御を行うものであり、さらに冷却用治具１８への注湯機であるラドル１２の駆動も制御する。

　本実施形態に係る鋳造装置１０は、以上のような構成により、冷却用治具１８で形成された半凝固金属をダイカスト装置２０で成形して所望の成形品（鋳造品）を得る半凝固金属の成形装置として機能する。

　ところで、このような鋳造装置１０で所望の性状からなる半凝固金属を得るためには、溶湯が半凝固化する際の冷却速度と冷却時間が重要であり、この冷却速度を決定する因子として冷却用治具１８の初期温度が挙げられる。また、冷却用治具１８の過剰な冷却や冷却不足等の異常発生の防止のためにも冷却用治具１８の初期温度監視が必要である。

　一方、溶湯１４が冷却用治具１８に流動された際、該冷却用治具１８上で目的とする冷却が与えられたか否かの判断を行うためには冷却用治具１８のピーク温度を監視する必要がある。すなわち、溶湯１４が所望の温度まで冷却されるということは、溶湯１４から相当量の熱量を抜熱しなければならない。この抜熱する熱量は、ほとんどが冷却用治具１８に吸収され、冷却用治具１８内部の冷却経路３６を流通する冷却水に放出される。そこで、冷却用治具１８のピーク温度、及び冷却経路３６の出口側での冷却水のピーク温度の少なくも一方を監視することにより、溶湯１４に対して所定の抜熱ができているか否かを判定・保証することができる。

　このように、所望の性状からなる半凝固金属を得るためには、注湯する溶湯１４から必要な抜熱量のみを奪う必要がある。ダイカスト成形では、溶湯１４をキャビティ６０内に充填後、凝固させることが重要であるが、半凝固金属を形成する際には、溶湯１４から必要な分の熱量のみを奪って、所定の固相率範囲（温度範囲）に留める必要がある。すなわち、溶湯１４を抜熱し過ぎると目的よりも高い固相率（低温）の半凝固金属が形成され、湯廻り不良や湯境欠陥の原因となる。また、溶湯１４の抜熱不足により目的よりも低い固相率（高温）の半凝固金属が形成されると、液相率が高いことにより、引け巣欠陥の増加やガス巻込み性悪化によるガス欠陥の増加の原因となる。

　さらに、何らかの異常により初期温度が高くなり、それに伴ってピーク温度が高くなった場合にも、例えば、初期温度とピーク温度の差での監視では、その異常を発見することができない。そして、ピーク温度が高くなり過ぎると、連続操業において冷却用治具１８に溶湯１４が焼付き易くなり、冷却用治具１８の耐久性や、冷却用治具１８上で凝固した金属片の除去性が悪化し、離型材の付着性も悪化する可能性がある。

　そこで、本実施形態に係る半凝固金属の成形方法では、冷却用治具１８の初期温度と共に、冷却用治具１８や冷却水のピーク温度を監視し、その監視結果に基づき各部を駆動制御することにより、所望の性状からなる半凝固金属の形成を図る。

　以下、鋳造装置１０を用いた半凝固金属の成形方法について図４の動作フローに基づき説明する。

　先ず、鋳造作業に先んじて、冷却用治具１８の流動溝３４をなす底部２８、第１側部３０及び第２側部３２（図２参照）の各内側壁に離型材が塗布される。

　次いで、制御部２４により注湯開始信号が発せられると（ステップＳ１）、ラドル１２による冷却用治具１８への注湯開始前に、温度センサ４０による冷却水の注湯開始前温度である冷却水初期温度（冷却媒体初期温度）Ｔ０と、温度センサ４２ａ～４２ｅによる冷却用治具１８の注湯開始前温度である冷却体初期温度（冷却用治具初期温度）Ｔ１～Ｔ５とが測定され（ステップＳ２）、監視システム２２に供給される。

　ステップＳ３において、監視システム２２では、冷却水初期温度Ｔ０と、冷却体初期温度Ｔ１～Ｔ５とが、それぞれ予め設定された所定温度範囲内にあるか否かを判定する。

　冷却水初期温度Ｔ０及び冷却体初期温度Ｔ１～Ｔ５のすべての測定温度が、それぞれ予め設定された所定温度範囲内にある場合には（ステップＳ３の条件範囲内）、溶湯１４を冷却用治具１８上で適正に冷却可能であると判定し、次にステップＳ４に進む。ステップＳ４では、監視システム２２又は該監視システム２２から情報を伝達された制御部２４によりラドル１２に注湯許可信号が送信されて、ラドル１２から冷却用治具１８への溶湯１４の供給が開始される。

　これにより、ラドル１２が傾斜され、図１に示すように該ラドル１２に予め貯留された金属、例えば、アルミニウム合金の溶湯１４が冷却用治具１８の上方端部近傍の流動溝３４に流下される。流下した溶湯１４は、流動溝３４に沿って、傾斜した冷却用治具１８の下方端部に向かって流動する。この過程で、冷却用治具１８によって熱が奪取され、その結果、一部が固相となる。すなわち、溶湯１４は、冷却用治具１８に案内される最中に、固相及び液相が共存する半凝固金属に徐々に変態し、該半凝固金属は、流動溝３４に導かれてプランジャスリーブ１６の注湯口２６から該プランジャスリーブ１６の内部に移送される。勿論、このときには、プランジャ４４は最大に後退している。従って、プランジャスリーブ１６の内部には、１ショット分、例えばラドル１２の１回分の半凝固金属が導入される。

　一方、冷却水初期温度Ｔ０及び冷却体初期温度Ｔ１～Ｔ５のうち、１以上の測定温度が予め設定された所定温度範囲内にない場合には（ステップＳ３の条件範囲外）、次にステップＳ５に進む。ステップＳ５では、監視システム２２又は該監視システム２２から情報を伝達された制御部２４によりラドル１２に注湯停止信号が送信され、ラドル１２から冷却用治具１８への溶湯１４の供給を行わず、ラドル１２に貯留された溶湯１４を所定の返却容器へと捨て湯する（ステップＳ６）。

　この場合、冷却水初期温度Ｔ０及び冷却体初期温度Ｔ１～Ｔ５のうちの１以上が所定温度範囲未満である場合には、例えば、冷却水が冷却経路３６に過剰に流れている、又は過剰に塗布された離型材の気化熱で冷却用治具１８が過剰に冷却されている等の問題が予想されるため、溶湯１４を冷却用治具１８に注湯する前に装置の可動を停止する。また、冷却水初期温度Ｔ０及び冷却体初期温度Ｔ１～Ｔ５のうちの１以上が所定温度範囲より高い場合には、例えば、冷却用治具１８上に以前の使用で固着した金属片等が残留・付着している、又は冷却経路３６に冷却水が適正に流れていない等の問題が予想されるため、溶湯１４を冷却用治具１８に注湯する前に装置の可動を停止する。

　ステップＳ７では、上記ステップＳ４によりラドル１２から冷却用治具１８への注湯が開始されると共に、溶湯１４が冷却用治具１８上を流動した状態において、温度センサ４０による冷却水の注湯開始後温度である冷却水ピーク温度（冷却媒体ピーク温度）Ｔｐ０と、温度センサ４２ａ～４２ｅによる冷却用治具１８の注湯開始後温度である冷却体ピーク温度（冷却用治具ピーク温度）Ｔｐ１～Ｔｐ５とが測定され、監視システム２２に供給される。

　ステップＳ８において、監視システム２２では、冷却水ピーク温度Ｔｐ０と、冷却体ピーク温度Ｔｐ１～Ｔｐ５とが、それぞれ予め設定された所定温度範囲内にあるか否かを判定する。この判定結果は、後述するステップＳ１１の後のステップＳ１２、Ｓ１３でのＯＫ素材とＮＧ素材の仕分けに利用される。なお、ステップＳ８の後、次のステップＳ９の開始と略同時に又はその前後にステップＳ１にも戻り、次の工程における溶湯１４の成形が開始される。

　ステップＳ９では、プランジャスリーブ１６内に導入された半凝固金属を素材流動させてキャビティ６０内へと充填する。すなわち、制御部２４の制御下に、前記油圧シリンダが駆動されることによりロッド５０が前進し、プランジャ４４が前進動作する。その結果、該プランジャ４４により、プランジャスリーブ１６内に導入されている所定量（１ショット分）の半凝固金属が押圧され、ランナ５４を通過してキャビティ６０に充填されることで射出成形が実行される。従って、キャビティ６０にて溶湯１４が冷却固化され、これにより所望の成形品の成形が完了する。得られた成形品は、制御部２４の制御下に所定の型開き信号が発信され、可動金型４８が駆動されて型開きが行われることで、キャビティ６０から取り出される（ステップＳ１０及びステップＳ１１）。

　次に、ステップＳ９～ステップＳ１１で成形されて金型内から取り出された成形品について、ステップＳ８での判定結果に基づき、ＯＫ素材とＮＧ素材との仕分けを実施する。

　すなわち、冷却水ピーク温度Ｔｐ０及び冷却体ピーク温度Ｔｐ１～Ｔｐ５のすべての測定温度が、それぞれ予め設定された所定温度範囲内にある場合には（条件範囲内）、冷却用治具１８又は冷却水に溶湯１４から所望量の入熱がなされていることが予想されるため、冷却用治具１８上で溶湯１４が所望の半凝固金属となるまで抜熱されたことが保証可能であると判定され、次にステップＳ１２に進み、当該成形品はＯＫ素材として取り扱われる。

　一方、冷却水ピーク温度Ｔｐ０及び冷却体ピーク温度Ｔｐ１～Ｔｐ５のすべての測定温度のうち、１以上の測定温度が予め設定された所定温度範囲内にない場合には（条件範囲外）、次にステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、金型から取り出された成形品をＮＧ素材として仕分けし、必要に応じて廃棄する。

　ここで、冷却水ピーク温度Ｔｐ０及び冷却体ピーク温度Ｔｐ１～Ｔｐ５のうちの１以上が所定温度範囲未満である場合には、溶湯１４から冷却用治具１８や冷却水への入熱が少ないことから、溶湯１４に所望の冷却が与えられていないため、所望の半凝固金属が形成されていないという異常を検出することができる。また、冷却水ピーク温度Ｔｐ０及び冷却体ピーク温度Ｔｐ１～Ｔｐ５のうちの１以上が所定温度範囲より高い場合には、ラドル１２から冷却用治具１８への注湯温度が高くなっている、又は冷却用治具１８に離型材が塗布されていない等の異常を検出することができる。

　なお、冷却用治具１８及び冷却水について、その初期温度及びピーク温度の異常有無判定のタイミングとしては、例えば、冷却用治具１８に溶湯１４が流れる直前から流動流量後一定時間を経たときとしてもよい。すなわち、例えば、ラドル１２への注湯開始信号を開始点として、ダイカスト装置２０の型開き信号までの１ショット分の温度変化を測定し、その測定結果から初期温度及びピーク温度を抽出し、異常の有無を判定してもよい。

　また、上記の冷却水初期温度Ｔ０及び冷却体初期温度Ｔ１～Ｔ５と、冷却水ピーク温度Ｔｐ０及び冷却体ピーク温度Ｔｐ１～Ｔｐ５とについて、その目標となる温度範囲（所定温度範囲）は、溶湯１４の金属量、溶湯１４の注湯温度、目標とする半凝固金属の温度、冷却用治具１８の材質・重量・形状、及び冷却用治具１８に塗布する離型材の種類等に基づく熱量計算を行い、予め設定すればよい。勿論、半凝固金属の生成条件から所望の半凝固金属を得られるときの冷却用治具１８や冷却水の温度範囲について、事前に実験及び検証を行い、それにより得られたデータ（冷却用治具又は冷却水の温度と、溶湯の温度との相関関係や、得られる半凝固金属の性状等）に基づき設定してもよい。

　上記の冷却水初期温度Ｔ０及び冷却体初期温度Ｔ１～Ｔ５と、冷却水ピーク温度Ｔｐ０及び冷却体ピーク温度Ｔｐ１～Ｔｐ５とについては、少なくとも一方のみ、例えば、冷却体初期温度Ｔ１～Ｔ５及び冷却体ピーク温度Ｔｐ１～Ｔｐ５のみを測定すればよいが、勿論、冷却水及び冷却用治具１８の両方の温度測定を行った方が得られる製品品質をより安定化することができる。

　図５は、鋳造装置１０の連続操業、例えば、ラドル１２から冷却用治具１８及びプランジャスリーブ１６を経てキャビティ６０への充填・成形を１ショットずつ連続的に行っている際に、途中で離型材の塗布量を過剰に増加させたときの冷却水ピーク温度及び冷却体ピーク温度の測定結果を示すグラフである。

　この場合の実験条件として、溶湯１４の冷却用治具１８への注湯温度は６１０～６１５℃、溶湯１４の材質はアルミニウム合金（ＡＣ２Ｂ）、冷却用治具１８の寸法は幅１２０ｍｍで長さ１０００ｍｍ、冷却用治具１８の材質はＳＳ４００、冷却媒体として３０℃の水（冷却水）を用いると共に、離型材（油性離型材）の塗布量を操業開始から１２００秒後（７ショット目の直前）に過剰に塗布した。なお、図５に示すように、測定する冷却体ピーク温度としては、５つの温度センサ４２ａ～４２ｅのうちの２つの温度センサ４２ｂ、４２ｃによる測定結果（冷却体ピーク温度Ｔｐ２、Ｔｐ３）を用いた。また、ピーク温度の正常な範囲として、冷却体ピーク温度は２００～３２０℃程度に設定し、冷却水ピーク温度は５５～６０℃に設定した。

　その結果、図５に示すように、離型材の塗布量を正常値に設定している際には、冷却用治具１８のピーク温度（温度センサ４２ｂ、４２ｃによる冷却体ピーク温度Ｔｐ２、Ｔｐ３）と、冷却水のピーク温度（温度センサ４０による冷却水ピーク温度Ｔｐ）とが共に正常な設定温度範囲、つまり温度センサ４２ｂ、４２ｃによる測定結果は、２３０～３２０℃程度の範囲に維持され、温度センサ４０による測定結果は、６０℃程度に維持されていた。

　一方、１２００秒後に離型材の塗布量を増加させた場合には、温度センサ４２ｂ、４２ｃによる測定結果は、１２０～１３０℃程度の範囲まで低下し、温度センサ４０による測定結果は、４５～５０℃程度の範囲まで低下した。すなわち、離型材の塗布量が過剰となったことにより、溶湯１４から冷却用治具１８や冷却水への入熱量が減少したため、冷却水ピーク温度Ｔｐ０及び冷却体ピーク温度Ｔｐ２、Ｔｐ３が所定温度範囲未満となるまで低下しており、このことは、溶湯１４から所望の抜熱が行われていないことを示すため、形成された半凝固金属の性状はＮＧ素材となっている。

　以上のように、本実施形態によれば、溶湯１４が供給される前の冷却水及び冷却用治具１８の冷却水初期温度Ｔ０及び冷却体初期温度Ｔ１～Ｔ５と、溶湯１４の供給が開始された後の冷却水ピーク温度Ｔｐ０及び冷却体ピーク温度Ｔｐ１～Ｔｐ５とを測定し、該測定された温度に基づき、形成される半凝固金属の良否を判定し、その性状を管理する。すなわち、冷却用治具１８や冷却水の初期温度とピーク温度が所定の範囲内であるか否かを監視することにより、溶湯を冷却して半凝固金属を形成する際の異常を迅速に検出することができ、所望の半凝固金属が得られているか否かの管理を適正に行うことができ、その品質の保証・安定化が可能となる。そして、キャビティ６０に供給する半凝固金属の品質が安定化することにより、成形品の製品品質が安定化すると共に、規格外製品の後工程への流出（加工により発生する圧漏れ等）を防止することができる。

　この際、冷却水初期温度Ｔ０及び冷却体初期温度Ｔ１～Ｔ５の判定結果により、冷却用治具１８への注湯の可否判断が実行されると共に（ステップＳ３）、冷却水ピーク温度Ｔｐ０及び冷却体ピーク温度Ｔｐ１～Ｔｐ５の判定結果により、得られた成形品品質の良否判断を行うことにより（ステップＳ８、ステップＳ１２、ステップＳ１３）、半凝固金属の形成及び成形までの全体の工程における各所で、半凝固金属の性状を監視・保証することができるため、成型品の仕分けを容易に且つ精度よく行うことができ、生産効率を向上させることができる。

　なお、上記実施形態では、監視システム２２と制御部２４とを別体として図示・説明したが、両者は一つの制御盤内に一体的に設けてもよい。

　図６は、本発明の第２の実施形態に係る冷却用治具１１８が組み込まれた鋳造装置１００のブロック図である。

　この鋳造装置１００は、ラドル１１２から流下された溶湯１１４をプランジャスリーブ（射出スリーブ）１１６まで案内する冷却用治具１１８と、前記プランジャスリーブ１１６内を往復動作するプランジャ（射出機構）１２０と、前記プランジャスリーブ１１６が設けられた固定金型１２２と、図示しない駆動機構の作用下に前記固定金型１２２に対して接近又は離間自在な可動金型１２４とを有する。

　図６及び図７に示すように、長尺物として構成された冷却用治具１１８は、溶湯１１４を所定の流動速度でプランジャスリーブ１１６に導くべく、鉛直方向に対して所定の角度で傾斜している。勿論、冷却用治具１１８の起点である注湯側端部１２６はラドル１１２に近接し（図６参照）、一方、終点である出湯側端部１２８は、プランジャスリーブ１１６の天井部に形成された注湯口１３０に臨む（図６及び図７参照）。

　図７に示すように、冷却用治具１１８は、底部１３２と、該底部１３２の各側方端部に屈曲して連なる第１側部１３４、第２側部１３６とを有する。これら底部１３２、第１側部１３４及び第２側部１３６に囲繞された空間が、流動溝１３８（図６、図８Ａ及び図８Ｂ参照）として機能する。また、第１側部１３４及び第２側部１３６が存在することにより、冷却用治具１１８の側方から溶湯１１４（ないし半凝固金属）が溢流・落下することが防止される。

　冷却用治具１１８の内部には、破線で示す中空状の冷却回路１４０が形成されている。冷却回路１４０は、第１通路１４２、第２通路１４４、複数の連通路１４６、及び複数の堰止部材１４８から基本的に構成される。

　断面が円形状である第１通路１４２は、第１側部１３４の中央上方部に、溶湯１１４の流動方向に延在して設けられている。断面が円形状である第２通路１４４は、第２側部１３６の中央上方部に、溶湯１１４の流動方向に延在して設けられている。第１通路１４２及び第２通路１４４は、略同径であり、且つ、底部１３２に対して互いに平行に同じ高さに設けられている（図８Ａ参照）。複数の連通路１４６は、ＶＩＩＩＢ－ＶＩＩＩＢ線に沿った冷却用治具１１８の断面形状と同様に、それぞれＵ字形に屈曲して設けられている（図８Ｂ参照）。

　図７に戻って、各連通路１４６は、第１通路１４２及び第２通路１４４にそれぞれ垂直に交叉している。これにより、各連通路１４６を介して、第１通路１４２と第２通路１４４とが連通されている。なお、隣接する連通路１４６同士の離間距離は、注湯側端部１２６から出湯側端部１２８にかけて徐々に拡開されている。

　なお、冷却回路１４０を構成する各通路（第１通路１４２、第２通路１４４、又は複数の連通路１４６）の断面形状は円形に限られることなく、例えば、楕円形、三角形、矩形、その他多角形であってもよい。また、通路毎に異なる断面形状を有していてもよい。

　複数の堰止部材１４８は、第１通路１４２又は第２通路１４４内の所定の位置に設けられており、冷媒（冷却媒体）としての冷却水１５０が所定の空間内に流入することを阻止する。

　第１側部１３４には、注湯側端部１２６の近傍に円形状の連通孔１５１が設けられており、該連通孔１５１を介して、冷却回路１４０は冷却用治具１１８の外部に連通している。また、連通孔１５１には連結部材１５２が係合されており、冷却用治具１１８は、該連結部材１５２を介して円筒状の流入管１５４と連結されている。

　同様に、第２側部１３６には、出湯側端部１２８の近傍に円形状の連通孔１５５が設けられており、該連通孔１５５を介して、冷却回路１４０は冷却用治具１１８の外部に連通している。また、連通孔１５５には連結部材１５６が係合されており、冷却用治具１１８は、該連結部材１５６を介して円筒状の流出管１５８と連結されている。

　図６に示すように、流入管１５４を介して、冷却水１５０を冷却用治具１１８側に供給する負圧水供給装置１６０が設けられている。流入管１５４の負圧水供給装置１６０側には、冷却水１５０の流量の調整が自在である負圧水供給弁１６２が設けられている。さらにその下流側（冷却用治具１１８側）には、冷却水１５０の流量を測定する第１流量計１６４が設けられている。さらにまた、負圧水供給弁１６２と第１流量計１６４との間には、空気を供給するための配管１６５と、該配管１６５からの空気の供給量を調整自在である空気供給弁１６６とが設けられている。なお、図示しない制御部は、負圧水供給弁１６２又は空気供給弁１６６の開度を自在に駆動制御できる。

　一方、流入管１５４のみならず、流出管１５８を介しても、冷却用治具１１８と負圧水供給装置１６０とが接続されている。流出管１５８の負圧水供給装置１６０側には、冷却水１５０の流量を測定する第２流量計１６８が設けられている。

　プランジャスリーブ１１６は略円筒体であり、上記したように、その天井部に注湯口１３０が形成される。このプランジャスリーブ１１６内に配設されたプランジャ１２０は、図示しない油圧シリンダにロッド１７０を介して連結されており、従って、前記油圧シリンダの作用下に往復動作することが可能である。

　また、プランジャスリーブ１１６は、固定金型１２２側に半凝固金属（半凝固金属スラリー、半凝固スラリー）を導くように、水平方向に延在して形成されている。そして、プランジャスリーブ１１６と固定金型１２２の間には、連結盤１７２が介在する。

　固定金型１２２における可動金型１２４に臨む側の端面には凹部１７６が陥没形成され、一方、可動金型１２４における固定金型１２２に臨む側の端面には、前記凹部１７６に対応する位置に、凸部１７８が突出形成される。凸部１７８の突出高さは、凹部１７６の陥没深さに比して若干小さく、このため、凹部１７６の底面と凸部１７８の頂面の間にはクリアランスが形成される。このクリアランスが、キャビティ１８０となる。

　なお、ランナ１８２は、固定金型１２２と可動金型１２４の合わせ面近傍において、キャビティ１８０に向かって略垂直に立ち上がっている。従って、半凝固金属は、ランナ１８２に導かれてキャビティ１８０に到達する。

　本実施の形態に係る冷却用治具１１８は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その動作及び作用効果につき、鋳造装置１００との関係で説明する。

　図６に示すように、鋳造作業に先んじて、冷却用治具１１８の流動溝１３８をなす底部１３２、第１側部１３４及び第２側部１３６（図７参照）の各内側壁に離型材が塗布される。その後、ラドル１１２が傾斜され、これにより、該ラドル１１２に予め貯留された金属、例えば、アルミニウム合金の溶湯１１４が冷却用治具１１８の注湯側端部１２６の流動溝１３８に流下される。

　流下した溶湯１１４は、流動溝１３８に沿って、傾斜した冷却用治具１１８の出湯側端部１２８に向かって流動する。この過程で、冷却用治具１１８によって熱が奪取され、その結果、一部が固相となる。すなわち、溶湯１１４は、冷却用治具１１８に案内される最中に、固相及び液相が共存する半凝固金属に徐々に変態する。

　ここで、溶湯１１４を十分に冷却できない場合又は過剰に冷却する場合は、所望の半凝固金属を得ることができず、その結果、引け欠陥やガス欠陥等に起因する成形品の品質不良が発生する。このような不具合が惹起されることを回避するべく、本実施の形態において、溶湯１１４の適切な冷却処理を行う。

　負圧水供給装置１６０は、流入管１５４を介して冷却水１５０を供給する。図示しない制御部は、第１流量計１６４の測定値等の制御信号に基づいて冷却水１５０の流量を決定する。そして、負圧水供給装置１６０は、負圧水供給弁１６２の開閉制御に伴って所望の流量だけ冷却水１５０を供給する。適切な流量だけ供給された冷却水１５０は、流入管１５４、連結部材１５２、及び連通孔１５１（図７参照）を介して冷却用治具１１８の内部に流入される。

　図７に示すように、冷却水１５０（図８参照）は、冷却回路１４０内を所定の経路に従って流動する。連通孔１５１を通過した冷却水１５０は、堰止部材１４８により第１通路１４２への流入が阻止されるので、連通路１４６側に向けて流動する。このとき、第１側部１３４、底部１３２、第２側部１３６の方向に沿って、Ｕ字形に流動する（図８Ｂ参照）。

　その後、冷却水１５０は、堰止部材１４８により流入が阻止される位置まで第２通路１４４を流動する。そして、冷却水１５０は、堰止部材１４８により直進流入が阻止されるので、次は連通路１４６側に向けて流動する。このとき、第１側部１３４、底部１３２、第２側部１３６の方向に沿って、Ｕ字形に流動する（図８Ｂ参照）。

　以下同様にして、冷却水１５０は、第１通路１４２、連通路１４６、第２通路１４４、連通路１４６、‥‥の方向に沿って、冷却回路１４０内を蛇行しながら流動する。この冷却水１５０の流動過程の中で、底部１３２、第１側部１３４及び第２側部１３６の各内壁に接触する溶湯１１４からの発熱を奪い、溶湯１１４を冷却する。

　ここで、冷却回路１４０に設けられている単一の冷却回路１４０のうち、注湯側の連通路１４６の方が出湯側の連通路１４６よりも密に配置されている。換言すれば、溶湯１１４の出湯側から注湯側にわたって冷却能力が次第に高くなるように冷却回路１４０を設けている。

　このように構成しているので、冷却用治具１１８への入熱量に応じた冷却処理を行うことができる。すなわち、冷却用治具１１８の傾斜面上に溶湯を流動させる際、その入熱量が相対的に高い注湯側に対して強く冷却し、その入熱量が相対的に低い出湯側に対して弱く冷却することができる。そうすると、溶湯１１４の流動後であっても冷却用治具１１８の傾斜面上における温度分布を一定に保持可能である。

　また、溶湯１１４の流動方向（冷却用治具１１８の長尺方向）に対して冷却回路１４０の配置密度を変えることで、冷却用治具１１８の傾斜面上における温度分布を安定化させるための、冷却回路の最適化設計が容易となる。

　冷却水１５０は、冷却回路１４０内を所定の経路に従って流動した後に、連通孔１５５に到達する。その後、冷却水１５０は、連通孔１５５、連結部材１５６、及び流出管１５８を介して、冷却用治具１１８の外部に流出される。

　図６に示すように、流出された冷却水１５０は、流出管１５８、第２流量計１６８を介して、負圧水供給装置１６０に戻る。このように、冷却水１５０を循環させることにより、溶湯１１４の冷却処理が行われる。

　ところで、注湯側端部１２６から出湯側端部１２８にかけての冷却回路１４０の配置密度の決定（いわゆる詳細設計）をする前に、冷却回路１４０の基本設計を行う必要がある。この手順について、以下詳細に説明する。

　先ず、冷却用治具１１８の外形を決定する。具体的には、鋳造装置１００に組み込まれる際の配置上・寸法上の制約を見極めた上で、その外形を決定する。

　次いで、冷却処理能力の要求仕様を決定し、その仕様を実現するための構成を検討する。発熱量に影響する各種変数として、サイクルタイム（単位時間当たりの溶湯の供給量）、溶湯１１４の重量、比熱や凝固潜熱等が挙げられる。冷却能力に影響する各種変数として、冷却用治具１１８の材質、肉厚、冷却回路１４０の形状（断面積、長さ）が挙げられる。

　ここで、上記各変数に基づいて、最低限必要とされる冷却回路１４０の長さを見積もる方法について説明する。具体的には、冷却用治具１１８に供給される単位時間当たりの熱量と、冷却用治具１１８から奪われる単位時間当たりの熱量とのバランスを試算する。

　溶湯１１４からの入熱量ｑ_０は、次の（１）式で算出される。
　　ｑ_０＝ＮＷ｛ｃ（Ｔ_in－Ｔ_out）＋Ｈ_１｝　　…（１）

　ここで、Ｎ［ｓｈｏｔ／ｈ］は単位時間当りのショット数、Ｗ［ｋｇ／ｓｈｏｔ］は１ショット当たりの溶湯１１４の重量、Ｔ_in［Ｋ］は注湯時の溶湯１１４の温度、Ｔ_out［Ｋ］は出湯時の溶湯１１４の温度、ｃ［ｋＪ／（Ｋ・ｋｇ）］は平均比熱、Ｈ_１［ｋＪ／ｋｇ］は凝固潜熱である。

　冷却用治具１１８上に停滞した凝固金属片からの入熱量ｑ_ａは、次の（２）式で算出される。
　　ｑ_ａ＝ＮＷ｛ｃ（Ｔ_in－Ｔ_sol）＋Ｈ_２｝　　…（２）

　ここで、Ｔ_sol［Ｋ］は凝固金属片の温度、Ｈ_２［ｋＪ／ｋｇ］は凝固金属片の凝固潜熱である。なお、Ｎ、Ｗ、ｃ及びＴ_inは、式（１）と同じ定義である。

　大気による自然放熱量ｑ_ｎは、次の（３）式の関係を満たすものと仮定する。他の熱量と比べて無視できる程度に微小量であると考えてもよいからである。
　　ｑ_ｎ≒０　　…（３）

　冷却回路１４０の冷却能力ｑ_ｍは、次の（４）式で算出される。
　　ｑ_ｍ＝ａπｄＬ　　…（４）

　ここで、ａ［ｋＪｍ^２／ｈ］は冷却回路１４０中を流動する冷却水１５０の冷却能力、πは円周率、ｄ［ｍ］は冷却回路１４０の径、Ｌ［ｍ］は冷却回路１４０の長さである。

　単位時間当たりの総発熱量（ｑ_０＋ｑ_ａ）［ｋＪ／ｈ］と、単位時間当たりの総放熱量（ｑ_ｎ＋ｑ_ｍ）［ｋＪ／ｈ］との関係が（５）式の関係を満たすように、
　　ｑ_０＋ｑ_ａ≦ｑ_ｎ＋ｑ_ｍ　　　…（５）
　すなわち、冷却回路１４０の長さＬが、
　　Ｌ≧ＮＷ｛ｃ（２Ｔ_in－Ｔ_out－Ｔ_sol）＋Ｈ_１＋Ｈ_２｝／ａπｄ　　…（６）
を満たすように決定すればよい。その後は、冷却用治具１１８の内部に長さＬの冷却回路１４０を収容可能であるか否かについて検討すればよい。

　また、鋳造装置１００を円滑且つ安全に連続操業するために、種々の制御機能を設けることができる。

　例えば、冷却回路１４０の外壁に、冷却用治具１１８の外部に通じるクラックが生じた場合を想定する。正圧下で冷却水１５０を供給するときは、大気との圧力差によって、冷却回路１４０内の冷却水１５０がクラックを介して噴出する場合がある。そうすると、噴出した冷却水１５０が溶湯１１４と接触し、水蒸気爆発のおそれがある。

　本実施の形態では、負圧水供給装置１６０を用いているので、クラックが生じても冷却水１５０の噴出を回避することができる。

　また、チョコ停等の発生により注湯間隔が空く場合は、過度の冷却を防止することが好ましい。なお、「チョコ停」とは、設備が自動運転中に突然停止する故障のうち、オペレータが容易に復帰させることが可能な故障である。

　このとき、図示しない制御部は、負圧水供給弁１６２の開度を調整することで、冷却水１５０の流量を下げる制御を行う。これにより、冷却回路１４０全体の冷却能力を下げることが可能であり、過度の冷却の発生を事前に予防することができる。

　また、図示しない制御部は、空気供給弁１６６の開度を調整することで、配管１６５を介して供給された空気を冷却回路１４０内に充満させ、冷却水１５０を一時的に退避させる（エアパージ）。これにより、抜熱を抑制し、過度の冷却を未然に防止することができる。

　さらに、冷却用治具１１８の所定の部位の温度や冷却時間を計測しておき、一定量の抜熱が完了したものと判断したときに、冷却回路１４０による冷却処理を弱く設定し、又は冷却処理自体を停止することができる。

　大部分の半凝固金属は、流動溝１３８に導かれてプランジャスリーブ１１６の注湯口１３０から該プランジャスリーブ１１６の内部に移送される。勿論、このときには、プランジャ１２０は最大に後退している。

　所定量の半凝固金属がプランジャスリーブ１１６の内部に導入された後、前記油圧シリンダが駆動され、プランジャ１２０が前進動作する。その結果、プランジャスリーブ１１６内の半凝固金属が押圧され、ランナ１８２を通過してキャビティ１８０に充填される。

　その後、キャビティ１８０にて溶湯１１４が冷却固化され、これにより成形品が得られるに至る。この成形品は、いわゆる型開きが行われることによって、キャビティ１８０から取り出される。

　このように、冷却用治具１１８にヒータ等の加熱手段を設ける必要がないため、鋳造装置１００の操業時に消費する電力量を節約できるとともに、二酸化炭素の排出量を削減できる。また、冷却用治具１１８の小型化が可能であるから、流動溝１３８上に、残留する凝固物（凝固金属片）の総量が削減でき、歩留まりが改善される。さらに、冷却用治具１１８の小型化により、凝固金属片のサイズが相対的に小さくなることで、その除去が容易となる。これらにより、鋳造物の製造コストを一層削減できる。

　次いで、第３の実施形態に係る冷却用治具１１８ａについて、図９Ａ～図９Ｃを参照しながら説明する。

　なお、以下の実施形態においては、第２の実施形態と同様の構成要素について同一の参照符号を付し、その説明を省略する。

　図９Ａに示すように、冷却用治具１１８ａの冷却回路機構は、第１冷却回路２００、第２冷却回路２０２、第１流入管２０４、第１流出管２０６、第２流入管２０８、及び第２流出管２１０から構成される。

　破線で示す中空状の第１冷却回路２００は、溶湯１１４の注湯側半分に収まるよう冷却用治具１１８ａの内部に形成されており、通路２１２ａ～２１２ｈから構成される。

　すなわち、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、第１流入管２０４と第１流出管２０６とは、通路２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄ、２１２ｅ、２１２ｆ、２１２ｇ、２１２ｈを介して連通されている。ここで、通路２１２ａ、２１２ｃ、２１２ｅ、２１２ｇは、冷却用治具１１８ａの中央部から注湯側端部１２６に向かって設けられている冷却媒体の通路である。一方、通路２１２ｂ、２１２ｄ、２１２ｆ、２１２ｈは、注湯側端部１２６から冷却用治具１１８ａの中央部に向かって設けられている冷却媒体の通路である。

　破線で示す中空状の第２冷却回路２０２は、溶湯１１４の出湯側半分に収まるよう冷却用治具１１８ａの内部に形成されており、通路２１４ａ～２１４ｈから構成される。

　すなわち、図９Ａ及び図９Ｃに示すように、第２流入管２０８と第２流出管２１０とは、通路２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄ、２１４ｅ、２１４ｆ、２１４ｇ、２１４ｈを介して連通されている。ここで、通路２１４ａ、２１４ｃ、２１４ｅ、２１４ｇは、出湯側端部１２８から冷却用治具１１８ａの中央部に向かって設けられている冷却媒体の通路である。一方、通路２１４ｂ、２１４ｄ、２１４ｆ、２１４ｈは、冷却用治具１１８ａの中央部から出湯側端部１２８に向かって設けられている冷却媒体の通路である。

　通路２１２ａ～２１２ｈ及び通路２１４ａ～２１４ｈの断面はいずれも円形状であり、通路２１２ａ～２１２ｈの直径は通路２１４ａ～２１４ｈの直径よりも大きく設けられている。

　ここで、冷却用治具１１８ａの内部に並設されている２つの冷却回路（第１冷却回路２００、第２冷却回路２０２）のうち、注湯側の通路２１２ａ～２１２ｈの方が出湯側の通路２１４ａ～２１４ｈよりも直径（断面積）が大きく構成されている。換言すれば、溶湯１１４の出湯側から注湯側にわたって冷却能力が次第に高くなるように２つの冷却回路を設けている。

　このように構成しているので、上述した第２の実施形態の場合と同様に、冷却用治具１１８ａへの入熱量に応じた冷却処理を行うことができる。

　なお、冷却用治具１１８ａの部位毎に冷却能力を異ならせる手段は、第１冷却回路２００、第２冷却回路２０２の直径（断面積）を大小に設けることに限られない。例えば、単一の冷却回路であっても、注湯側端部１２６から出湯側端部１２８にかけて徐々に拡径するように設けてもよい。また、冷却媒体の熱伝達効率に着目して、冷却回路の部位毎に冷却能力を異ならせてもよい。すなわち、第２冷却回路２０２側には熱伝達効率の高い材質からなる冷却媒体を流動させることができる。さらに、冷却回路の分割数は２つに限られず、３つ以上の冷却回路を設けてもよい。さらに、冷却用治具１１８ａの温度によりも高い温度の流動媒体を流すことにより、冷却用治具１１８ａの予熱を行うこともできる。

　次いで、第４の実施形態に係る冷却用治具１１８ｂについて、図１０を参照しながら説明する。

　図１０に示すように、冷却用治具１１８ｂの冷却回路機構は、本体２２０、回路部２２２、流入管１５４、及び流出管１５８から構成される。本体２２０は、外観上、図６～図８に示す冷却用治具１１８と略同形状を有しているが、その内部に冷却回路１４０（図７参照）を有さない点が第２の実施形態と異なる。本体２２０の底部１３２は、平坦な裏面２２４を有しており、４つの孔２２６、２２８、２３０、２３２が設けられている。

　直方体の形状を有する回路部２２２は、その表面２３４に蛇行した回路溝２３６が設けられている。回路溝２３６のうちの短手方向に延在する溝（図１０では、１１本）の配設間隔は、連通孔１５１側（注湯側端部１２６）から連通孔１５５側（出湯側端部１２８）にかけて徐々に拡開されている。

　本体２２０の裏面２２４と、回路部２２２の表面２３４とが対面するように取り付けることにより、冷却用治具１１８ｂを形成することができる。

　このように構成しているので、冷却回路を形成する際には回路部２２２の表面２３４に回路溝２３６を設ければよいため、技術的に比較的容易な加工作業により冷却回路を形成可能である。その結果、冷却用治具１１８ｂの製造コストを抑えることができる。特に、冷却用治具１１８ｂの冷却効率や復温能力を向上する等を目的として、複雑な冷却回路を作製する場合において効果的である。

　次いで、第５の実施形態に係る冷却用治具１１８ｃについて説明する。

　冷却用治具１１８ｃの冷却手段としてヒートパイプを用いてもよい。このとき、溶湯１１４の注湯側であって入熱量が大きい部位には、効率的な冷却を行えるようにする。例えば、作動液のドライアウトを防止するために、平板又は蛇行型のヒートパイプをループ構造にして、熱輸送量を向上させる。一方、溶湯１１４の出湯側であって入熱量が比較的小さい部位には、注湯側よりも抜熱表面積を小さくする。例えば、管型のヒートパイプを蛇行型に設置し、必要に応じてループ構造にする。

　あるいは、第２の実施形態の場合と同様に、ヒートパイプの配置密度を異ならせてもよいことはいうまでもない。

　なお、ヒートパイプの材質は、耐熱性の観点から、銅若しくは鉄の合金を用いることが好ましい。また、液漏れの際に溶湯１１４との接触事故を回避することができるので、作動液は水以外の液体を使用することが好ましい。さらに、水平設置やトップヒート設置にすると、ヒートパイプの伝熱性能は著しく低下する。かかる場合、ポンプ等により作動液を循環させることが好ましい。

　次いで、第６の実施形態に係る冷却用治具１１８ｄについて説明する。

　冷却用治具１１８ｄの冷却手段としてヒートシンクを用いてもよい。このとき、第２の実施形態の場合と同様に、ヒートパイプの配置密度を異ならせて設ける。すなわち、溶湯１１４の注湯側であって入熱量が大きい部位にはヒートシンクを密に配置し、溶湯１１４の出湯側であって入熱量が比較的小さい部位にはヒートシンクを疎に配置する。冷却用治具１１８ｄへの入熱量に応じた冷却処理を行うことができる。

　また、ヒートパイプを搭載したヒートシンクを用いれば冷却効率を向上できるし、ヒートシンクに空気を吹き付けることで冷却効率をさらに向上できる。

　なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

Claims

　内部に冷却媒体が流通する冷却用治具（１８）上に溶湯（１４）を流動させることで該溶湯（１４）に固相を生じさせて半凝固金属を形成し、該形成した半凝固金属をキャビティ（６０）へと充填することで成形品を得る半凝固金属の成形方法であって、
　前記溶湯（１４）が供給される前の前記冷却用治具（１８）又は前記冷却媒体の温度である初期温度を測定する工程と、
　前記溶湯（１４）が供給された後の前記冷却用治具（１８）又は前記冷却媒体の温度におけるピーク温度を測定する工程と、
　前記測定された初期温度及びピーク温度に基づき、前記半凝固金属の良否を判定することにより、前記半凝固金属の性状を管理する工程と、
　を有することを特徴とする半凝固金属の成形方法。
　請求項１記載の半凝固金属の成形方法において、
　前記初期温度が所定温度範囲内にある場合に、前記溶湯（１４）の前記冷却用治具（１８）への供給を開始する工程を有することを特徴とする半凝固金属の成形方法。
　請求項１又は２記載の半凝固金属の成形方法において、
　前記ピーク温度が所定温度範囲内にない場合に、前記半凝固金属に異常があると判定することを特徴とする半凝固金属の成形方法。
　請求項１～３のいずれか１項に記載の半凝固金属の成形方法において、
　前記初期温度及び前記ピーク温度がそれぞれ所定温度範囲内にある場合に、前記半凝固金属は適正であると判定することを特徴とする半凝固金属の成形方法。
　内部に冷却媒体が流通することで流動される溶湯（１４）を冷却して固相を生じさせて半凝固金属を形成する冷却用治具（１８）と、
　前記冷却用治具（１８）を通過した前記半凝固金属が注湯されるスリーブ（１６）と、
　前記スリーブ（１６）に注湯された前記半凝固金属を射出するための射出機構（４４）と、
　前記射出機構（４４）によって押圧された前記半凝固金属が充填されるキャビティ（６０）を形成する金型（４６、４８）と、
　少なくとも前記冷却用治具（１８）の温度又は前記冷却媒体の温度を測定可能な温度センサ（４０、４２ａ～４２ｅ）と、
　前記溶湯（１４）が供給される前の前記冷却用治具（１８）又は前記冷却媒体の温度である初期温度、及び、前記溶湯（１４）が供給された後の前記冷却用治具（１８）又は前記冷却媒体の温度におけるピーク温度に基づき、前記半凝固金属の良否を判定する判定部（２２）と、
　を有することを特徴とする半凝固金属の成形装置。
　傾斜面上に溶湯（１１４）を流動させて得られた半凝固金属をキャビティ（１８０）に充填し、該半凝固金属を固化して成形品を得るにあたり、前記傾斜面を介して前記溶湯（１１４）を冷却する冷却用治具の冷却回路構造であって、
　前記溶湯（１１４）の出湯側から注湯側にわたって冷却能力が次第に高くなるように冷却回路（１４０、２００、２０２、２３６）を設けていることを特徴とする冷却用治具の冷却回路構造。
　請求項６記載の冷却用治具の冷却回路構造において、
　前記注湯側の冷却回路（１４０、２３６）を前記出湯側の冷却回路よりも密に配置し、又は前記注湯側の冷却回路（２００）を前記出湯側の冷却回路（２０２）よりも断面積を大きくすることを特徴とする冷却用治具の冷却回路構造。
　請求項６又は７に記載の冷却用治具の冷却回路構造において、
　前記注湯側の冷却回路（２００）と前記出湯側の冷却回路（２０２）とを独立に設けていることを特徴とする冷却用治具の冷却回路構造。
　請求項６～８のいずれか１項に記載の冷却用治具の冷却回路構造において、
　前記冷却回路（１４０、２００、２０２、２３６）は冷却媒体（１５０）を繰り返し流動させる循環構造を有しており、その内部を負圧にすることを特徴とする冷却用治具の冷却回路構造。