(57)【要約】【課題】大がかりな製造装置を用いることなく、簡易に且つ低コストで半溶融成形法に適した素材を得ることができるアルミニウム合金鋳造素材の製造装置を提供する。【解決手段】ステンレス容器Ｓを搬送して循環させ得る循環搬送手段１と、循環搬送手段１における第１位置Ｐ１に配設されてステンレス容器Ｓにアルミニウム合金溶湯を注湯して充填させる注湯手段５と、循環搬送手段１における第２位置Ｐ２に配設されてステンレス容器Ｓ内に充填されたアルミニウム合金を当該ステンレス容器Ｓから取り出す取出手段３とを具備し、ステンレス容器Ｓへのアルミニウム合金溶湯の注湯温度がそのアルミニウム合金溶湯における凝固開始温度以上６４０℃以下、当該ステンレス容器Ｓの温度が３００℃以下及びその内径が５インチ以下の条件に設定されたものである。【選択図】図１
2010155262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金溶湯を円筒状のステンレス容器内に注湯することにより半溶融成形に適した素材を得るアルミニウム合金鋳造素材の製造装置であって、
前記ステンレス容器を搬送して循環させ得る循環搬送手段と、
該循環搬送手段における第１位置に配設され、前記ステンレス容器にアルミニウム合金溶湯を注湯して充填させる注湯手段と、
前記循環搬送手段における前記第１位置から所定寸法離間した第２位置に配設され、前記ステンレス容器内に充填されたアルミニウム合金を当該ステンレス容器から取り出す取出手段と、
を具備するとともに、前記ステンレス容器へのアルミニウム合金溶湯の注湯温度がそのアルミニウム合金溶湯における凝固開始温度以上６４０℃以下、当該ステンレス容器の温度が３００℃以下及びその内径が５インチ以下の条件に設定し、前記注湯手段にて単に前記アルミニウム合金溶湯を前記ステンレス容器に充填させるだけで、粒状化した初晶を得ることを特徴とするアルミニウム合金鋳造素材の製造装置。
【請求項２】
アルミニウム合金溶湯を円筒状のステンレス容器内に注湯することにより半溶融成形に適した素材を得るアルミニウム合金鋳造素材の製造装置であって、
前記ステンレス容器を搬送して循環させ得る循環搬送手段と、
該循環搬送手段における第１位置に配設され、前記ステンレス容器にアルミニウム合金溶湯を注湯して充填させる注湯手段と、
前記循環搬送手段における前記第１位置から所定寸法離間した第２位置に配設され、前記ステンレス容器内に充填されたアルミニウム合金を当該ステンレス容器から取り出す取出手段と、
を具備するとともに、前記ステンレス容器へのアルミニウム合金溶湯の注湯温度がそのアルミニウム合金溶湯における凝固開始温度以上６４０℃以下、当該ステンレス容器の温度が４００℃以下及びその内径が６インチ、且つ、その肉厚が７ｍｍ以上の条件に設定し、前記注湯手段にて単に前記アルミニウム合金溶湯を前記ステンレス容器に充填させるだけで、粒状化した初晶を得ることを特徴とするアルミニウム合金鋳造素材の製造装置。
【請求項３】
前記循環搬送手段における前記取出手段の下流側且つ前記注湯手段の上流側には、前記ステンレス容器を清掃する清掃手段と、当該清掃手段にて清掃されたステンレス容器内に離型剤を塗布する塗布手段とが配設されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアルミニウム合金鋳造素材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金溶湯をステンレス容器内に注湯することにより凝固した素材を得るアルミニウム合金鋳造素材の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半溶融成形法は、固相と液相とが共存状態となった半溶融素材（例えばアルミニウム合金鋳造素材）を金型内に充填した後、冷却固化して製品を得る方法であり、一般に、液状のものから冷却固化して半溶融素材を得るレオキャスティング法と、凝固したものを再加熱して半溶融素材を得るチクソキャスティング法とに大別される。かかる半溶融成形法は、固液共存域より成形し得ることから、冷却速度を速め、製品の機械的性質を向上させ得るという効果があり、近年注目されるに至っている。
【０００３】
然るに、冷却速度が速くなれば、当然、成形時の凝固も速くなることから、素材を短時間で金型内に充填しないと、成形が困難となる虞がある。従って、金型への流動性（即ち、充填性）が良好であり、短時間で金型内に充填され得る半溶融素材が半溶融成形に適しており、そのような特性を得るには、粒状化した固相（初晶）を持つ半溶融素材とすることが必要である。
【０００４】
かかる半溶融素材を得るべく、従来は溶湯を機械的や電磁的に撹拌して、発生する樹枝状晶（デンドライト）を剪断することにより等軸晶で粒状化した初晶を得る方法や粒状化迄はいかないが、樹枝状晶を分断させながら凝固させることによって内部歪を発生させるか、材料に塑性加工を加えることにより内部歪を発生させ、それらの材料を再加熱して半溶融状態にするとき、歪による再結晶現象を利用して固相を粒状化させる方法が提案されている。具体的には、溶湯を内在したステンレス容器の外側から電磁撹拌させながら半溶融状態にしたり、連続鋳造装置のジャケット部の外側から電磁力を加えて溶湯を強制撹拌しながらビレットを製造し、再加熱によって半溶融状態にする方法で半溶融成形法に適したアルミニウム合金鋳造素材（半溶融素材）を得ていたのである。
【０００５】
しかしながら、かかる方法においては、撹拌にて樹枝状の固相を剪断する必要があったため、撹拌のための装置（電磁撹拌装置など）が必要となり、製造装置が大がかりなものとなって製造コストが嵩んでしまうという問題があった。しかして、本出願人は、結晶核が凝固に伴って成長する際、所定の条件下で冷却をコントロールすることにより固相が粒状化することを見出し、半溶融成形法に適したアルミニウム合金鋳造素材をより簡易に且つ低コストで製造する技術を提案するに至った（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−１８１８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のアルミニウム合金鋳造素材の製造方法を行わせる製造装置について、効率よく量産性を確保し得るものが提案されるに至っていないというのが実情である。即ち、上記従来技術の如き所定条件で、単にアルミニウム合金溶湯をステンレス容器に充填させるだけで粒状化した初晶を得ることができるものの、その方法を用いて量産性を確保しつつ効率よくアルミニウム合金鋳造素材を得る製造装置については未だ提案されていないのである。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、大がかりな製造装置を用いることなく、簡易に且つ低コストで粒状化した初晶を有した素材を得ることができるアルミニウム合金鋳造素材の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、アルミニウム合金溶湯を円筒状のステンレス容器内に注湯することにより半溶融成形に適した素材を得るアルミニウム合金鋳造素材の製造装置であって、前記ステンレス容器を搬送して循環させ得る循環搬送手段と、該循環搬送手段における第１位置に配設され、前記ステンレス容器にアルミニウム合金溶湯を注湯して充填させる注湯手段と、前記循環搬送手段における前記第１位置から所定寸法離間した第２位置に配設され、前記ステンレス容器内に充填されたアルミニウム合金を当該ステンレス容器から取り出す取出手段とを具備するとともに、前記ステンレス容器へのアルミニウム合金溶湯の注湯温度がそのアルミニウム合金溶湯における凝固開始温度以上６４０℃以下、当該ステンレス容器の温度が３００℃以下及びその内径が５インチ以下の条件に設定し、前記注湯手段にて単に前記アルミニウム合金溶湯を前記ステンレス容器に充填させるだけで、粒状化した初晶を得ることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、アルミニウム合金溶湯を円筒状のステンレス容器内に注湯することにより半溶融成形に適した素材を得るアルミニウム合金鋳造素材の製造装置であって、前記ステンレス容器を搬送して循環させ得る循環搬送手段と、該循環搬送手段における第１位置に配設され、前記ステンレス容器にアルミニウム合金溶湯を注湯して充填させる注湯手段と、前記循環搬送手段における前記第１位置から所定寸法離間した第２位置に配設され、前記ステンレス容器内に充填されたアルミニウム合金を当該ステンレス容器から取り出す取出手段とを具備するとともに、前記ステンレス容器へのアルミニウム合金溶湯の注湯温度がそのアルミニウム合金溶湯における凝固開始温度以上６４０℃以下、当該ステンレス容器の温度が４００℃以下及びその内径が６インチ、且つ、その肉厚が７ｍｍ以上の条件に設定し、前記注湯手段にて単に前記アルミニウム合金溶湯を前記ステンレス容器に充填させるだけで、粒状化した初晶を得ることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載のアルミニウム合金鋳造素材の製造装置において、前記循環搬送手段における前記取出手段の下流側且つ前記注湯手段の上流側には、前記ステンレス容器を清掃する清掃手段と、当該清掃手段にて清掃されたステンレス容器内に離型剤を塗布する塗布手段とが配設されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、単にステンレス容器に注湯するアルミニウム合金溶湯の温度、当該ステンレス容器の大きさ（内径）及びその温度を所定条件に設定し、注湯手段にてステンレス容器に注湯するだけで、等軸晶で粒状化した初晶を得ることができるので、大がかりな製造装置を用いることなく、簡易に且つ低コストで粒状化した初晶を有したアルミニウム合金鋳造素材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係るアルミニウム合金鋳造素材の製造装置は、所定条件下にてアルミニウム合金溶湯をステンレス容器内に注湯するものであり、図１、２に示すように、加熱により得られた保持炉２内のアルミニウム合金溶湯を、内径Ｄ及び肉厚Ｌとされた円筒状のステンレス容器Ｓ内に導入して半溶融成形法に適したアルミニウム合金鋳造素材を得ようとすべく、循環搬送手段１と、注湯手段５及び保持炉２と、取出手段３と、清掃手段７と、塗布手段８とから主に構成されている。
【００１３】
循環搬送手段１は、図１に示すように、平面視ロ字状に形成された搬送手段から成るもので、上面の搬送面１ａにはローラ等が配設されている。また、循環搬送手段１の４隅には、それぞれプッシャ４ａ〜４ｄが配設されており、ステンレス容器Ｓを搬送して循環させ得るよう構成されている。即ち、プッシャ４ａ〜４ｄが所定タイミングで交互に作動することにより、搬送面１ａ上のステンレス容器Ｓを順次搬送し、循環させ得るようになっているのである。
【００１４】
また、搬送面１ａ上には、図２に示すように、複数のパレット６が載置されるとともに、それぞれのパレット６上にステンレス容器Ｓが同図の如く載置されている。かかるステンレス容器Ｓは、その側面に円環状の突起部Ｓａが形成されており、循環搬送手段１の駆動により、順次同方向（図１中矢印方向）に流れるよう構成されている。循環搬送手段１は、制御手段９と電気的に接続されており、その駆動速度（ステンレス容器Ｓの移動速度）や駆動タイミングが所望に制御され得るようになっている。
【００１５】
注湯手段５（保持炉２も同様）は、循環搬送手段１における第１位置Ｐ１に配設され、ステンレス容器Ｓにアルミニウム合金溶湯を注湯して充填させるものである。具体的には、注湯手段５は、軸Ｌａを中心に回動可能とされ、保持炉２内のアルミニウム合金溶湯を第１位置Ｐ１にあるステンレス容器Ｓ内に注湯可能な掬い手段５ａを有したものとされている。かかる注湯手段５として、例えば汎用のロボットアーム（マニピュレータ）等を用いることができ、循環搬送手段１と同期させて動作可能とされる。
【００１６】
取出手段３は、循環搬送手段１における第１位置Ｐ１から所定寸法離間した第２位置Ｐ２に配設され、ステンレス容器Ｓ内に充填されたアルミニウム合金（半溶融成形に適した素材Ｗ）を当該ステンレス容器Ｓから取り出すよう構成されている。例えば、取出手段３は、ステンレス容器Ｓの突起部Ｓａを挟持し得る挟持手段（不図示）を具備し、図３に示すように、ステンレス容器Ｓを上方へ持ち上げて充填されたアルミニウム合金を取り出し得るようになっている。
【００１７】
然るに、取出手段３は、循環搬送手段１における第１位置Ｐ１から所定寸法離間した第２位置Ｐ２に配設されており、当該第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２に至るまでの間に冷却されて完全に凝固した状態となるよう構成されている。かかる冷却固化した素材が、半溶融成形に使用するビレット（固体の金属塊）となる。尚、所望の冷却時間を得るべく、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との離間寸法を勘案し、制御手段９による循環搬送手段１の制御がなされるようになっている。
【００１８】
清掃手段７は、循環搬送手段１における取出手段３の下流側且つ注湯手段５（保持炉２）の上流側に配設され、ステンレス容器Ｓ（特に、ステンレス容器Ｓ内部）を清掃（異物の除去等）するものである。かかる清掃手段７により、取出手段３にてアルミニウム合金が取り出された後のステンレス容器Ｓが清掃され、再度、注湯手段５によってアルミニウム合金溶湯を注湯し得る状態とされる。
【００１９】
塗布手段８は、循環搬送手段１における清掃手段７より下流側（注湯手段５より上流側）に配設されるとともに、清掃手段７にて清掃されたステンレス容器Ｓ内に離型剤を塗布するものである。かかる塗布手段８により、搬送されるステンレス容器Ｓに対し順次離型剤を塗布し、その後、注湯手段２によってアルミニウム合金溶湯が注湯されることとなるので、取出手段３による取り出し作業を容易且つ確実なものとすることができる。
【００２０】
ここで、本実施形態におけるアルミニウム合金鋳造素材の製造過程における所定条件は、内径Ｄが５インチ以下のステンレス容器Ｓを用いる場合、当該ステンレス容器Ｓへのアルミニウム合金溶湯の注湯温度がそのアルミニウム合金溶湯における凝固開始温度以上６４０℃以下とされるとともに、ステンレス容器Ｓの温度が３００℃以下である。即ち、注湯するアルミニウム合金溶湯の温度と、ステンレス容器の温度及び内径とを上記条件とすれば、単に保持炉２内のアルミニウム合金溶湯をステンレス容器Ｓに充填させるだけで、等軸晶で粒状化した初晶を持った素材Ｗが得られるのである。
【００２１】
また、内径Ｄが６インチのステンレス容器Ｓを用いる場合は、当該ステンレス容器Ｓへのアルミニウム合金溶湯の注湯温度がそのアルミニウム合金溶湯における凝固開始温度以上６４０℃以下、当該ステンレス容器Ｓの温度が４００℃以下、且つ、ステンレス容器Ｓの肉厚Ｌが７ｍｍ以上である。即ち、この場合も、注湯するアルミニウム合金溶湯の温度と、ステンレス容器の温度、内径及び肉厚を上記条件とすれば、単に保持炉２内のアルミニウム合金溶湯をステンレス容器Ｓに充填させだけで、等軸晶で粒状化した初晶を持った素材Ｗが得られるのである。
【００２２】
上記アルミニウム合金鋳造素材の製造装置によれば、単にステンレス容器Ｓに注湯するアルミニウム合金溶湯の温度、当該ステンレス容器Ｓの大きさ（内径）及びその温度を所定条件に設定し、注湯手段５にてステンレス容器Ｓに注湯するだけで、等軸晶で粒状化した初晶を得ることができるので、大がかりな製造装置を用いることなく、簡易に且つ低コストで粒状化した初晶を有したアルミニウム合金鋳造素材Ｗを得ることができる。特に、制御手段９にて循環搬送手段１の駆動速度を任意設定することにより冷却時間を設定することができ、粒状化した初晶を有したアルミニウム合金鋳造素材Ｗをより容易に得ることができる。
【００２３】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば清掃手段７及び塗布手段８を具備せず、当該位置にて手作業で清掃及び離型剤の塗布を行わせるものとしてもよい。また、循環搬送手段は、プッシャ４ａ〜４ｄにより駆動されるものの他、図４に示すように、環状に形成されたベルトコンベア１’であってもよく、或いは図５に示すように、円板状に形成されたターンテーブル１”であってもよい。
【００２４】
また、本実施形態におけるステンレス容器Ｓは、上下が開口した筒状のものであるが、これに代えて、図６に示すように、有底のステンレス容器Ｓ”としてもよい。この場合、例えば、同図に示すように、突起部Ｓ”ａを挟持して吊し上げた状態とする挟持手段１０を具備した循環搬送手段とし、吊し上げられた状態で循環しつつ搬送されるものとするのが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
ステンレス容器を搬送して循環させ得る循環搬送手段と、循環搬送手段における第１位置に配設され、ステンレス容器にアルミニウム合金溶湯を注湯して充填させる注湯手段と、循環搬送手段における第１位置から所定寸法離間した第２位置に配設されステンレス容器内に充填されたアルミニウム合金を当該ステンレス容器から取り出す取出手段とを具備するとともに、ステンレス容器へのアルミニウム合金溶湯の注湯温度がそのアルミニウム合金溶湯における凝固開始温度以上６４０℃以下、当該ステンレス容器の温度が３００℃以下及びその内径が５インチ以下の条件に設定、或いはステンレス容器へのアルミニウム合金溶湯の注湯温度がそのアルミニウム合金溶湯における凝固開始温度以上６４０℃以下、当該ステンレス容器の温度が４００℃以下及びその内径が６インチ、且つ、その肉厚が７ｍｍ以上の条件に設定し、注湯手段にて単にアルミニウム合金溶湯をステンレス容器に充填させるだけで、粒状化した初晶を得るアルミニウム合金鋳造素材の製造装置であれば、他の手段や機能等を付加したもの等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係るアルミニウム合金鋳造素材の製造装置を示す平面図
【図２】同アルミニウム合金鋳造素材の製造装置におけるステンレス容器を示す模式図
【図３】同ステンレス容器内に充填されて凝固したアルミニウム合金（素材Ｗ）を当該ステンレス容器から取り出す状態を示す模式図
【図４】本発明の他の実施形態に係る循環搬送手段を示す平面図
【図５】本発明の更に他の実施形態に係る循環搬送手段を示す平面図
【図６】本発明の他の実施形態で適用されるステンレス容器を示す断面模式図
【符号の説明】
【００２７】
１    循環搬送手段
２    保持炉
３    取出手段
４ａ〜４ｄ  プッシャ
５    注湯手段
６    パレット
７    清掃手段
８    塗布手段
９    制御手段
Ｓ    ステンレス容器
Ｐ１  第１位置
Ｐ２  第２位置
Ｄ    内径
Ｌ    肉厚
【図１】
2010155262.tif 000003
【図２】
2010155262.tif 000004
【図３】
2010155262.tif 000005
【図４】
2010155262.tif 000006
【図５】
2010155262.tif 000007
【図６】
2010155262.tif 000008