JP6017203B2

JP6017203B2 - 半凝固金属の製造装置、半凝固成形装置、半凝固金属の製造方法及び半凝固成形方法

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Publication number: JP6017203B2
Application number: JP2012152486A
Authority: JP
Inventors: 悟相田; 光栄中田
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2016-10-26
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Also published as: JP2014014827A

Description

本発明は、半凝固金属の製造装置、半凝固成形装置、半凝固金属の製造方法及び半凝固成形方法に関する。半凝固成形方法は、例えば、射出スリーブ内から金型内へ半凝固状の金属材料を押し出す半凝固ダイカスト法である。

液状の金属材料（溶湯）を容器内にて冷却し、半凝固状の金属材料を得る製造方法が知られている（例えば特許文献１）。特許文献１では、液状の金属材料が容器内に注がれる前に、容器内の空気を不活性ガスに置換しておくことにより、金属材料の酸化を抑制している。

なお、半凝固ダイカスト法ではなく、溶湯を金型内へ押し出すダイカスト法に関して、射出前に金型内の空気を活性ガスに置換しておくことにより、巣の発生を抑制する無孔性（ＰＦ）ダイカスト法が知られている。

特開２０１１−１０４６００号公報

従来の半凝固金属の製造方法では、溶湯を容器に注いだときに、溶湯が空気を巻き込み、巣が発生するおそれがある。ひいては、その半凝固金属を用いた半凝固成形方法において、成形品に巣が発生するおそれがある。従って、巣の発生が抑制される半凝固金属の製造装置、半凝固成形装置、半凝固金属の製造方法及び半凝固成形方法が提供されることが望まれる。

本発明の一態様に係る半凝固金属の製造装置は、容器と、前記容器内に活性ガスを供給する活性ガス供給装置と、液状の金属材料を前記容器内に供給する給湯装置と、前記容器を冷却する冷却装置と、を有する。

好適には、前記製造装置は、前記活性ガスが供給された前記容器に前記液状の金属材料が供給され、当該金属材料が前記容器内にて冷却されて半凝固状となるように前記活性ガス供給装置、前記給湯装置及び前記冷却装置を制御する制御装置を更に有する。

本発明の一態様に係る半凝固成形装置は、容器と、前記容器内に活性ガスを供給する活性ガス供給装置と、液状の金属材料を前記容器内に供給する給湯装置と、前記容器を冷却する冷却装置と、金型内に通じる射出スリーブと、前記射出スリーブ内を摺動可能なプランジャと、前記プランジャを駆動する駆動装置と、前記容器内から前記射出スリーブ内へ前記金属材料を移す移送装置と、を有する。

好適には、前記半凝固成形装置は、前記活性ガスが供給された前記容器内に液状の前記金属材料が供給され、前記容器内にて冷却されて半凝固状となった前記金属材料が前記射出スリーブ内へ移され、前記射出スリーブ内に移された半凝固状の前記金属材料が前記プランジャにより前記金型内に押し出されるように、前記活性ガス供給装置、前記給湯装置、前記冷却装置、前記駆動装置及び前記移送装置を制御する制御装置を更に有する。

本発明の一態様に係る半凝固成形装置は、金型内に通じる射出スリーブと、前記射出スリーブ内に活性ガスを供給する活性ガス供給装置と、液状の金属材料を前記射出スリーブ内に供給する給湯装置と、前記射出スリーブを冷却する冷却装置と、前記射出スリーブ内を摺動可能なプランジャと、前記プランジャを駆動する駆動装置と、を有する。

好適には、前記半凝固成形装置は、前記活性ガスが供給された前記射出スリーブ内に液状の前記金属材料が供給され、前記射出スリーブ内にて冷却されて半凝固状となった前記金属材料が前記プランジャにより前記金型内に押し出されるように、前記活性ガス供給装置、前記給湯装置、前記冷却装置及び前記駆動装置を制御する制御装置を更に有する。

本発明の一態様に係る半凝固金属の製造方法は、容器内に活性ガスを供給する工程と、前記活性ガスが供給された前記容器内に液状の金属材料を供給する工程と、前記容器内にて前記金属材料を冷却して半凝固状にする工程と、を有する。

好適には、前記金属材料は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金であり、前記容器内にて半凝固状とされた前記金属材料のガス含有量が１．０ｃｍ^３／１００ｇ未満である。

好適には、前記金属材料は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金であり、前記容器内にて半凝固状とされた前記金属材料のうち、前記容器の上方に位置する半分の部分と、下方に位置する半分の部分とのガス含有量の差が０．１ｃｍ^３／１００ｇ未満である。

本発明の一態様に係る半凝固成形方法は、容器内に活性ガスを供給する工程と、前記活性ガスが供給された前記容器内に液状の金属材料を供給する工程と、前記容器内にて前記金属材料を冷却して半凝固状にする工程と、前記容器内の半凝固状の前記金属材料を金型内に通じる射出スリーブ内へ移す工程と、前記射出スリーブ内の半凝固状の前記金属材料を前記金型内に押し出す工程と、を有する。
半凝固成形方法。

本発明の一態様に係る半凝固成形方法は、金型内に通じる射出スリーブ内に活性ガスを供給する工程と、前記活性ガスが供給された前記射出スリーブ内に液状の金属材料を供給する工程と、前記射出スリーブ内にて前記金属材料を冷却して半凝固状にする工程と、前記射出スリーブ内の半凝固状の前記金属材料を前記金型内に押し出す工程と、を有する半凝固成形方法。

本発明によれば、巣の発生を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る半凝固金属の製造装置の要部の構成を示す模式図。図１の製造装置の活性ガス供給装置の要部の構成を示す模式図。本発明の第２の実施形態に係る成形機の要部の構成を示す模式図。本発明の第３の実施形態に係る成形機の要部の構成を示す模式図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態以降において、既に説明された構成と同様又は類似する構成については、既に説明された構成と同一の符号を付し、また、説明を省略することがある。

＜第１の実施形態＞
（製造装置の構成）
図１は、本発明の実施形態に係る半凝固金属の製造装置１の要部の構成を示す模式図である。

製造装置１は、例えば、液状の金属材料１０１を保持する保持炉３と、保持炉３から液状の金属材料１０１を汲み出す給湯装置５と、給湯装置５により液状の金属材料１０１が注がれ、注がれた液状の金属材料１０１を半凝固状態とする半凝固化装置７と、これら各装置を制御する制御装置９とを有している。金属材料１０１は、例えば、アルミニウム若しくはアルミニウム合金である。

保持炉３は、公知の構成とされてよい。また、保持炉３は、溶解炉を兼ねるものであってもよい。例えば、保持炉３は、金属材料１０１を収容する炉体１１と、炉体１１に収容されている金属材料１０１を加熱する加熱装置１３と、炉体１１に収容されている金属材料１０１の温度を検出する第１温度センサ１５とを有している。

炉体１１は、例えば、特に図示しないが、セラミック等の断熱性に優れた材料からなる容器内に、金属材料１０１の液相線温度よりも固相線温度若しくは融点が高い金属からなる容器が配置されて構成されている。加熱装置１３は、例えば、金属材料１０１を電磁誘導により加熱するコイル、若しくは、ガスを燃焼して金属材料１０１を加熱する燃焼装置を含んで構成されている。第１温度センサ１５は、例えば、熱電対式の温度センサ若しくは放射温度計により構成されている。

給湯装置５は、公知の構成とされてよい。例えば、給湯装置５は、ラドル１７と、ラドル１７を駆動可能な搬送装置１９とを有している。

ラドル１７は、金属材料１０１の液相線温度よりも固相線温度若しくは融点が高い材料からなる、注ぎ口１７ａを有する容器であり、１ショット分の金属材料１０１を収容可能である。搬送装置１９は、例えば、多関節ロボットにより構成されており、ラドル１７を上下方向及び水平方向へ移動させることが可能であるとともに、注ぎ口１７ａを上下させるようにラドル１７を傾斜させることが可能である。

半凝固化装置７は、例えば、給湯装置５により液状の金属材料１０１が注がれる容器２１と、容器２１に活性ガス（例えば酸素）を供給する活性ガス供給装置２２と、容器２１を冷却する冷却装置２３と、容器２１の温度を検出する第２温度センサ２５とを有している。液状の金属材料１０１は、容器２１内において冷却されて半凝固状となる。

容器２１は、金属材料１０１の液相線温度よりも固相線温度若しくは融点が高く、好適には熱伝導率が比較的高い材料（好適には金属）により構成されている。容器２１は、１ショット分の金属材料１０１を収容可能である。容器２１の外形寸法は、例えば、１〜１０ｃｍオーダーである。

冷却装置２３及び第２温度センサ２５は、公知の構成とされてよい。例えば、冷却装置２３は、特に図示しないが、容器２１の周囲に冷媒を流すための流路、冷媒を冷却する熱交換器、冷媒を送出するポンプを含んで構成されている。なお、好適には、冷却装置２３は、容器２１の壁部及び底部の双方を冷却可能である。例えば、冷媒が流れる流路は、壁部及び底部の双方に隣接するように延びている。第２温度センサ２５は、例えば、抵抗式の温度センサにより構成されている。

制御装置９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び外部記憶装置等を含むコンピュータにより構成されている。制御装置９には、第１温度センサ１５、第２温度センサ２５及び搬送装置１９の不図示のエンコーダ等の検出値が入力される。また、制御装置９は、加熱装置１３、搬送装置１９の不図示のモータ、活性ガス供給装置２２及び冷却装置２３（例えば冷媒を送出するポンプ）に制御信号を出力する。

図２は、容器２１及び活性ガス供給装置２２をより詳細に示す模式図である。

容器２１は、当該容器２１の壁部を構成する中空部材３１と、容器２１の底部を構成する底部材３３とを有している。

中空部材３１は、例えば、上下両端が開口する中空形状に形成されている。中空部材３１の開口方向に見た形状は適宜に設定されてよいが、金属材料１０１を均等に冷却する観点からは円形が好ましい（中空部材３１は筒状であることが好ましい。）。また、中空部材３１の内径及び外形は、例えば、上下方向において一定とされ、また、厚みも一定とされている。ただし、上方若しくは下方ほど内径が大きくされたり、上方若しくは下方ほど厚みが大きくされたりしてもよい。

底部材３３は、例えば、概ね板状の部材である。底部材３３の平面形状は適宜に設定されてよい。底部材３３の平面視における外形は、中空部材３１の開口よりも広く設定されている。底部材３３の厚みは、例えば、一定とされている。ただし、中央側と外周側とで厚みが異なっていてもよい。また、底部材３３の上面３３ａは、中央側と外周側とで高さが異なるなど、傾斜が設けられていてもよい。

そして、中空部材３１が底部材３３の上面３３ａに載置されて、中空部材３１の下方の開口が底部材３３により塞がれることにより、容器２１が構成されている。なお、中空部材３１及び底部材３３は、特に図示しないが、クランプ機構等の適宜な固定装置により互いに移動不可能に保持される。また、中空部材３１及び底部材３３には、互いに位置決めするための位置決め部が適宜に形成されてもよい。例えば、底部材３３には、中空部材３１の下方の縁部３１ａを収容する溝部が形成されていてもよい。

底部材３３を構成する材料は、中空部材３１を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料により構成されている。例えば、中空部材３１がステンレス鋼により構成されているのに対して、底部材３３は、銅（純銅）により構成されている。

従って、容器２１の全体を同一材料により構成した場合に比較して、金属材料１０１の容器２１の底部における冷却速度は速くなる。また、別の観点では、容器２１の底部における金属材料１０１の冷却速度は、容器２１の壁部における金属材料１０１の冷却速度よりも速くなり得る。また、各部材の体積及び雰囲気温度等によっては、容器２１の底部における金属材料１０１の冷却速度は、壁部における金属材料１０１の冷却速度よりも遅くなり得るが、この場合における速度差が縮小される。

ただし、中空部材３１と底部材３３とは同一材料により形成され、互いに熱伝導率が同一であってもよい。また、容器２１は、その全体が一体形成されたものであってもよい。

活性ガス供給装置２２は、例えば、活性ガス供給源４１と、活性ガス供給源４１からの活性ガスの放出を制御するガス制御回路４３と、ガス制御回路４３からの活性ガスを容器２１内に導くノズル４５とを有している。

活性ガス供給源４１は、例えば、圧縮された高圧の活性ガスを貯蔵するボンベにより構成されている。

ガス制御回路４３は、少なくとも活性ガスの流れを許容又は禁止可能に構成され、また、好ましくは、活性ガスの流量を調整できるように構成されている。その具体的な構成は、公知の制御弁を組み合わせて適宜に構成されてよい。一例として、ガス制御回路４３は、活性ガス供給源４１から放出される活性ガスの圧力を所定圧力に減圧する減圧弁４７と、その所定圧力とされた活性ガスの流量を所定流量に調整する絞り弁４９と、活性ガスの流れを許容又は遮断する切換弁５１とを有している。制御装置９は、切換弁５１を制御する。

ノズル４５は、例えば、先端に開口を有する管状部材により構成され、先端が容器２１に挿入されている。ノズル４５の内径、ノズル４５の容器２１への挿入深さ、ノズル４５の容器２１への挿入角度、ノズル４５の材料等は適宜に設定されてよい。また、ノズル４５は、先端の開口に加えて、又は、先端の開口に代えて、外周面に形成された複数の開口を有するなど、その形状も適宜に変更されてよい。また、ノズル４５は、硬質の材料により形成されてもよいし、可撓性を有する材料により形成されてもよい。

（製造装置の動作）
次に、製造装置１の動作を説明する。

まず、制御装置９は、第１温度センサ１５の検出値に基づいて加熱装置１３を制御し、ひいては、炉体１１に収容されている金属材料１０１の温度を所定の第１温度Ｔ_１に維持する。第１温度Ｔ_１は、金属材料１０１の液相線温度よりも高い温度であり、金属材料１０１は、その全部が液状とされている。

また、制御装置９は、第２温度センサ２５の検出値に基づいて冷却装置２３を制御し、ひいては、容器２１の温度を所定の第２温度Ｔ_２に維持する。第２温度Ｔ_２は、金属材料１０１の液相線温度よりも低い温度である。なお、中空部材３１及び底部材３３は、例えば、互いに同一の温度とされている。

また、制御装置９は、切換弁５１を開き、容器２１へ活性ガスを供給する。このとき、活性ガスの供給量は、例えば、容器２１内の空気を置換する（容器２１を満たす）のに十分（好ましくは必要十分）な量とされ、容器２１内の空気が活性ガスに置換されると、活性ガスの供給は停止される。

具体的には、例えば、制御装置９は、切換弁５１を開いてから計時を行い、所定の時間が経過すると、切換弁５１を閉じる。一方、ガス制御回路４３からの活性ガスの流量は、減圧弁４７及び絞り弁４９により所定流量に調整されている。従って、所定の供給量の活性ガスが容器２１内へ供給される。

そして、制御装置９は、給湯装置５を制御して、炉体１１に収容されている金属材料１０１を容器２１に供給する。具体的には、まず、搬送装置１９は、所定の角度で傾斜されたラドル１７を炉体１１に収容されている液状の金属材料１０１に浸してから上昇させることにより（若しくは上昇させてから傾斜させることにより）、１ショット分の金属材料１０１を計量しつつ汲み出す。そして、搬送装置１９は、容器２１上へラドル１７を移動させ、ラドル１７を更に傾斜させることにより、金属材料１０１を容器２１内へ注ぐ。なお、冷却装置２３は、金属材料１０１を容器２１へ注ぐときに容器２１の冷却を停止する。ただし、冷却装置２３は、後述する熱平衡に至る時期まで等、適宜な時期まで冷却を継続してもよい。

容器２１内へ注がれた金属材料１０１は、容器２１内の活性ガスと反応し、容器２１内を真空にしつつ、容器２１に溜まっていく。従って、金属材料１０１が空気を巻き込むことが抑制される。

また、容器２１内へ注がれた金属材料１０１は、容器２１に接触することにより急冷され、これにより、金属材料１０１内には多数の結晶核が生成される。多数の結晶核は、金属材料１０１がある程度の高さから容器２１内へ注がれることにより生じた流れにより攪拌される。これにより、析出した樹脂状結晶の枝が、せん断力により切断若しくは溶融して切断され、更に結晶核が増殖する。

容器２１は、金属材料１０１が注がれることにより急激に温度が上昇し、容器２１の金属材料１０１を冷却する機能は急激に低下する。その結果、多数の結晶核が形成された後、結晶成長速度は急激に低下し、結晶は樹脂状に成長せずに丸く成長する。

そして、金属材料１０１及び容器２１は、熱交換の結果、熱平衡の状態となる。このときの金属材料１０１及び容器２１の温度（第３温度Ｔ_３）は、金属材料１０１の固相線温度よりも大きく、液相線温度よりも小さい。これにより、金属材料１０１は、液相と固相とが混在し得る温度とされる。

第３温度Ｔ_３と、固相率との間には相関があり、第３温度Ｔ_３は、所望の固相率が得られるように設定されている。そして、第１温度Ｔ_１及び第２温度Ｔ_２は、第３温度Ｔ_３が所望の値となるように、金属材料１０１及び容器２１それぞれの密度、体積及び比熱、金属材料１０１の凝固潜熱を考慮して設定されている。

ここで、既に述べたように、底部材３３は、中空部材３１よりも熱伝導率が高い。従って、容器２１の底部付近においては、底部材３３の熱伝導率が中空部材３１の熱伝導率と同等である場合に比較して、結晶核が多く発生しやすく、及び／又は、結晶が成長しやすい。その結果、金属材料１０１は、注がれたときの運動エネルギーにより攪拌されているものの、底部付近において固相率が高くなる。

金属材料１０１及び容器２１が熱平衡に至ると、若しくは、それからある程度の冷却期間が経過すると、半凝固状の金属材料１０１は、容器２１から取り出される。例えば、中空部材３１と底部材３３とが離間されて中空部材３１の下方側の開口が開放され、半凝固状の金属材料１０１は、自重により及び／又は適宜な押出手段により、中空部材３１のから下方へ取り出される。容器２１をひっくり返して金属材料１０１を取り出してもよい。

容器２１から取り出された半凝固状の金属材料１０１は、例えば、射出装置の射出スリーブへ供給され（後述の第２の実施形態参照）、金型内へ押し出されて成形品とされる。また、例えば、半凝固状の金属材料１０１は、容器２１から鍛造装置の金型間に供給され、成形品とされる。また、例えば、半凝固状の金属材料１０１は、急冷凝固されて、半溶融状金属の素材（ビレット）とされる。

なお、上述のように半凝固状の金属材料１０１は、底部において固相率が高くなっていることから、半凝固状の金属材料１０１を容器２１から取り出して射出スリーブ等へ供給する過程において、半凝固状の金属材料１０１の底部から液相部分が垂れることが抑制される。

（実施例）
上述の実施形態に沿って半凝固状の金属材料１０１を製造し（実施例）、その半凝固状の金属材料１０１におけるガス含有量を測定した。また、容器２１に活性ガスを供給せずに液状の金属材料１０１を容器２１に注いで半凝固状の金属材料１０１を製造し（比較例）、半凝固状の金属材料１０１におけるガス含有量を測定した。

実施例及び比較例における半凝固金属の製造方法の条件は、以下のとおりである。
金属材料：
材料：アルミニウム合金（ＡＣ４ＣＨ）
容器への注湯量：１３００ｇ
注湯時の温度：６３０℃
容器：
熱伝導率：１６．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）
容器の寸法：
直径：７０ｍｍ
高さ：２１０ｍｍ
厚み：２．３〜２．５ｍｍ
注湯時の温度：３０〜５０℃
活性ガス：酸素

ガス含有量の測定は、半凝固金属を、容器２１の上方に位置した部分（上部）と下方に位置した部分（下部）との概ね半分に分け、それぞれにおいて行った。また、ガス含有量及び構成比の測定は、試料溶解方式のガス量測定分析装置により行った。

ガス含有量の測定結果は以下のとおりであった。
比較例：
上部：３．１ｃｍ^３／１００ｇ（ＣＯ_２：９３．９％、Ｈ_２：６．１％）
下部：１．３ｃｍ^３／１００ｇ（ＣＯ_２：１００％）
実施例：
上部：０．８ｃｍ^３／１００ｇ（Ｈ_２：１００％）
下部：０．８ｃｍ^３／１００ｇ（Ｈ_２：１００％）

上記の結果から、容器２１内の空気を酸素（活性ガス）に置換することにより、ガス含有量が低減されることが確認された。すなわち、巣の発生が抑制されることが確認された。

さらに、酸素が供給されると、上部と下部とのガス含有量の差、及び、上部と下部とのガスの構成比の差が低減される副次的な効果が生じることが分かった。上部と下部とのガス含有量及び構成比が均一化されることにより、半凝固金属を成形して得られる成形品においても、その材質が均一化され、品質が向上することが期待される。

なお、実施例において水素の割合が増加するのは、容器２１内の空気が酸素により置換され、液状の金属材料１０１に溶け込んでいる水素のみが最終的に半凝固状の金属材料１０１に残るためと考えられる。

以上のとおり、本実施形態では、半凝固金属の製造装置１は、容器２１と、その容器２１内に活性ガスを供給する活性ガス供給装置２２と、液状の金属材料１０１を容器２１内に供給する給湯装置５と、容器２１を冷却する冷却装置２３と、を有する。

従って、既に述べたように、容器２１内へ注がれた金属材料１０１は、容器２１内の活性ガスと反応し、容器２１内を真空にしつつ容器２１に溜まっていく。その結果、巣の発生が抑制される。

＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態に係る成形機２０１の要部の構成を示す模式図である。

成形機２０１は、例えば、ダイカストマシンとして構成されている。成形機２０１は、公知の半凝固ダイカストマシン本体と、第１の実施形態の製造装置１とを組み合わせた構成とされてよい。具体的には、以下のとおりである。

成形機２０１は、固定金型１０３及び移動金型１０５を型締する不図示の型締装置と、前記の金型により構成されるキャビティ１０７に半凝固状の金属材料１０１を押し出す射出装置２０３と、第１の実施形態の製造装置１と、製造装置１の容器２１から射出装置２０３へ半凝固状の金属材料１０１を移すための移送装置２０５と、これら各装置を制御する制御装置２０７とを有している。

射出装置２０３は、例えば、キャビティ１０７に通じる射出スリーブ２０９と、射出スリーブ２０９内を摺動可能なプランジャ２１１と、プランジャ２１１を駆動する射出シリンダ２１３と、射出シリンダ２１３との間で作動液の供給及び受給を行う液圧回路２１５とを有している。これらの構成は、公知の構成と同様でよい。

射出スリーブ２０９には、その上面に形成された供給口２０９ａを介して半凝固状の金属材料１０１が供給される。そして、プランジャ２１１が金属材料１０１をキャビティ１０７へ押し出すことにより、金属材料１０１は、キャビティ１０７へ充填され、成形品が形成される。

移送装置２０５は、例えば、容器２１を保持する多関節ロボットを含んで構成されている。そして、移送装置２０５は、容器２１を供給口２０９ａ上へ移動させる。次に、移送装置２０５は、既に述べたように、例えば、底部材３３を取り外して中空部材３１の下方から供給口２０９ａへ金属材料１０１を供給する。なお、製造装置１は、移送装置２０５を含んで構成されていてもよい。

制御装置２０７は、製造装置１の制御装置９を兼ねており、第１の実施形態において述べた制御を行う。また、制御装置２０７は、例えば、不図示の型締装置を制御して、型閉じ及び型締めを行い、移送装置２０５及び射出装置２０３を制御して、射出を行い、型締装置及び不図示の押出装置を制御して、型開き及び製品取り出しを行う。

なお、成形機２０１は、キャビティ１０７に空気が満たされた状態で射出が行われる通常のダイカスト法を行うものであってもよいし、キャビティ１０７に活性ガスが満たされた状態で射出が行われるＰＦダイカスト法を行うものであってもよいし、キャビティ１０７が真空引きされた状態で射出を行う真空ダイカスト法を行うものであってもよい。

以上の第２の実施形態によれば、第１の実施形態の製造装置１を含むことから、第１の実施形態と同様の効果、すなわち、巣の発生の抑制の効果が奏される。

＜第３の実施形態＞
図４は、第３の実施形態に係る成形機３０１の要部の構成を示す模式図である。

成形機３０１は、容器２１に代えて、射出スリーブ２０９において液状の金属材料１０１を冷却して半凝固状の金属材料１０１を製造する点が第２の実施形態と相違し、その他は、概ね第２の実施形態と同様である。具体的には、以下のとおりである。

給湯装置５（搬送装置１９及びラドル１７）は、保持炉３の溶湯を射出スリーブ２０９に注ぐことが可能に配置されている。冷却装置２３は射出スリーブ２０９を冷却可能に設けられている。例えば冷媒が流れる流路は、射出スリーブ２０９の周囲に設けられている。活性ガス供給装置２２は、活性ガスを射出スリーブ２０９内へ供給可能に配置されている。また、半凝固状の金属材料１０１を容器２１から射出スリーブ２０９へ移す移送装置２０５は、本実施形態では不要である。

そして、容器２１において半凝固状の金属材料１０１を製造する場合と同様に、冷却装置２３により射出スリーブ２０９が冷却され、また、活性ガス供給装置２２により射出スリーブ２０９内に活性ガスが満たされた状態で、給湯装置５により液状の金属材料１０１が射出スリーブ２０９に注がれる。これにより、半凝固状の金属材料１０１が製造される。そして、半凝固状の金属材料１０１は、プランジャ２１１により押されてキャビティ１０７に充填される。

なお、液状の金属材料１０１を射出スリーブ２０９に注ぐ前において、活性ガスの供給量は、射出スリーブ２０９内の空気を活性ガスに置換するのに必要十分な量（キャビティ１０７の空気を活性ガスに置換するには不十分な量）とされてもよいし、キャビティ１０７の空気も活性ガスに置換するに十分な量とされてもよい（この場合は、射出スリーブ２０９への供給のための流路とは別の流路によりキャビティ１０７に活性ガスが供給されてもよい。）。

また、成形機３０１は、通常のダイカスト法を行うものであってもよいし、ＰＦダイカスト法を行うものであってもよいし、真空ダイカスト法を行うものであってもよい。

以上の第３の実施形態では、第１及び第２の実施形態と同様に、活性ガスが満たされた射出スリーブ２０９（容器）に液状の金属材料１０１を注ぎ、射出スリーブ２０９内で半凝固状の金属材料１０１を得ることから、第１及び第２の実施形態と同様に、巣の発生が抑制される効果が奏される。

なお、第３の実施形態の成形機３０１において、射出スリーブ２０９は、本発明の容器と捉えられてもよい。そして、成形機３０１は、容器を有する、半凝固金属の製造装置を一部に含んでいると捉えられてよい。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

本実施形態では、ある程度の高さから、予め冷却された容器若しくは射出スリーブへ、液状の金属材料を注ぐだけで半凝固金属を得たが、金属材料の電磁攪拌等がなされてもよいし、液状の金属材料が注がれた後に容器を冷却してもよい。また、いわゆるＳＥＥＤ法のように、半凝固金属から液相部分の一部の排出が行われてもよい。

容器若しくは射出スリーブへの液状の金属材料の供給方法は、保持炉から液状の金属材料をラドルにより汲み出すものに限定されない。例えば、保持炉及びラドルに代えて、１ショット分の金属材料を溶融するるつぼを用い、当該るつぼにより容器若しくは射出スリーブに金属材料を注いでもよい。また、例えば、保持炉から容器若しくは射出スリーブへ適宜な流路を介して液状の金属材料を注いでもよい。

容器は、半凝固金属を射出スリーブへ供給するために、射出スリーブに装着される（射出スリーブの一部として機能する）ものであってもよい。

活性ガスは、容器の上端開口まで完全に満たされなくてもよい。例えば、容器の８割程度まで活性ガスが溜まった状態で、液状の金属材料が容器に供給されてもよい。また、活性ガスの供給は、液状の金属材料の供給前に止めずに、液状の金属材料が容器に供給されている間も行われてよい。

半凝固金属の製造は、その全ての工程が製造装置により自動的に行われる必要はない。例えば、加熱装置の制御、冷却装置の制御、活性ガス供給装置の制御及び給湯装置の制御の少なくともいずれか一つは、作業者により行われてもよい。また、例えば、加熱、冷却、活性ガスの供給及び注湯の少なくともいずれか一つについては、装置といえるほどの設備によらずに実現されてもよい。

１…製造装置、５…給湯装置、９…制御装置、１３…加熱装置、２１…容器、２２…活性ガス供給装置、２３…冷却装置、１０１…金属材料。

Claims

容器と、
前記容器内に活性ガスを供給する活性ガス供給装置と、
液状の金属材料を前記容器内に供給する給湯装置と、
前記容器を冷却する冷却装置と、
を有しており、
前記容器は、
上下両端が開口する中空部材と、
前記中空部材の下方の開口を塞ぎ、前記中空部材の材料よりも熱伝導率が高い材料からなる底部材と、を有している
半凝固金属の製造装置。
前記活性ガスが供給された前記容器に前記液状の金属材料が供給され、当該金属材料が前記容器内にて冷却されて半凝固状となるように前記活性ガス供給装置、前記給湯装置及び前記冷却装置を制御する制御装置を更に有する
請求項１に記載の半凝固金属の製造装置。
容器と、
前記容器内に活性ガスを供給する活性ガス供給装置と、
液状の金属材料を前記容器内に供給する給湯装置と、
前記容器を冷却する冷却装置と、
金型内に通じる射出スリーブと、
前記射出スリーブ内を摺動可能なプランジャと、
前記プランジャを駆動する駆動装置と、
前記容器内から前記射出スリーブ内へ前記金属材料を移す移送装置と、
を有しており、
前記容器は、
上下両端が開口する中空部材と、
前記中空部材の下方の開口を塞ぎ、前記中空部材の材料よりも熱伝導率が高い材料からなる底部材と、を有している
半凝固成形装置。
前記活性ガスが供給された前記容器内に液状の前記金属材料が供給され、前記容器内にて冷却されて半凝固状となった前記金属材料が前記射出スリーブ内へ移され、前記射出スリーブ内に移された半凝固状の前記金属材料が前記プランジャにより前記金型内に押し出されるように、前記活性ガス供給装置、前記給湯装置、前記冷却装置、前記駆動装置及び前記移送装置を制御する制御装置を更に有する
請求項３に記載の半凝固成形装置。
容器内に活性ガスを供給する工程と、
前記活性ガスが供給された前記容器内に液状の金属材料を供給する工程と、
前記容器内にて前記金属材料を冷却して半凝固状にする工程と、
を有しており、
前記容器は、
上下両端が開口する中空部材と、
前記中空部材の下方の開口を塞ぎ、前記中空部材の材料よりも熱伝導率が高い材料からなる底部材と、を有している
半凝固金属の製造方法。
前記金属材料は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金であり、
前記容器内にて半凝固状とされた前記金属材料のガス含有量が１．０ｃｍ^３／１００ｇ未満である
請求項５に記載の半凝固金属の製造方法。
前記金属材料は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金であり、
前記容器内にて半凝固状とされた前記金属材料のうち、前記容器の上方に位置する半分の部分と、下方に位置する半分の部分とのガス含有量の差が０．１ｃｍ^３／１００ｇ未満である
請求項５又は６に記載の半凝固金属の製造方法。
容器内に活性ガスを供給する工程と、
前記活性ガスが供給された前記容器内に液状の金属材料を供給する工程と、
前記容器内にて前記金属材料を冷却して半凝固状にする工程と、
前記容器内の半凝固状の前記金属材料を金型内に通じる射出スリーブ内へ移す工程と、
前記射出スリーブ内の半凝固状の前記金属材料を前記金型内に押し出す工程と、
を有しており、
前記容器は、
上下両端が開口する中空部材と、
前記中空部材の下方の開口を塞ぎ、前記中空部材の材料よりも熱伝導率が高い材料からなる底部材と、を有している
半凝固成形方法。