(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下両端が開口しており、上方の開口から液状の金属材料が注がれる中空部材を有する半凝固金属生成容器の前記中空部材を冷却する冷却装置であって、
冷却液が入れられた冷却槽と、
前記中空部材を保持する保持部材と、
前記中空部材を前記冷却槽の冷却液に浸すように前記保持部材を上下に移動させる駆動装置と、
を有し、
前記保持部材は、前記冷却槽内に配される受け部材を有し、
前記受け部材は、少なくとも上方に開口する接続開口が形成された中空状であり、
前記中空部材は、前記受け部材の上方から、上下両端の開口の一方の開口を下方に向けて、前記一方の開口を前記接続開口に接続するように前記受け部材に対して配置され、
前記駆動装置は、
前記接続開口が前記冷却槽の冷却液から露出する上方位置と、
前記接続開口及び前記一方の開口が前記冷却槽の冷却液に沈み、前記中空部材の外周面が前記冷却槽の冷却液に接する一方で、前記中空部材の上方に向けられた他方の開口は前記冷却槽の冷却液から露出している下方位置と、
の間で前記受け部材を移動可能である
半凝固金属生成容器の冷却装置。
【請求項２】
前記一方の開口と前記接続開口との接続部分に、前記冷却槽の冷却液の前記受け部材内への浸入を許容する隙間が形成される
請求項１に記載の半凝固金属生成容器の冷却装置。
【請求項３】
前記受け部材は、前記接続開口の内周面に複数の突部を有し、
前記中空部材は、前記一方の開口側の端部が前記接続開口に挿入され、前記複数の突部が前記中空部材の外周面に当接することにより前記受け部材に保持され、
前記接続開口の内周面と前記中空部材の外周面との間且つ前記複数の突部間に前記隙間が形成される
請求項２に記載の半凝固金属生成容器の冷却装置。
【請求項４】
前記中空部材は、前記一方の開口側の端部が前記接続開口の上に配置される
請求項２に記載の半凝固金属生成容器の冷却装置。
【請求項５】
前記保持部材は、前記受け部材の内部と前記冷却槽の外部とを連通し、前記受け部材に浸入した冷却液を排出する排出路を更に有する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半凝固金属生成容器の冷却装置。
【請求項６】
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ぐ底部材とを有する生成容器と、
前記中空部材を冷却する請求項１〜５のいずれか１項に記載の半凝固金属生成容器の冷却装置と、
冷却された前記中空部材を前記底部材上へ搬送して前記中空部材の下方の開口を前記底部材により塞ぐ搬送装置と、
下方の開口が塞がれた前記中空部材に液状の金属材料を注ぐ注湯装置と、
を有する半凝固金属の製造装置。
【請求項７】
上下両端が開口している中空部材を冷却する冷却ステップと、
冷却された前記中空部材の下方の開口を塞ぎ、生成容器を構成するステップと、
前記下方の開口が塞がれた前記中空部材に上方の開口から液状の金属材料を注ぐ注湯ステップと、
を有し、
前記冷却ステップは、
冷却槽内に配された受け部材を所定の上方位置に待機させる待機ステップと、
前記上方位置にある前記受け部材に対して前記中空部材を配置する配置ステップと、
前記中空部材及び前記受け部材を共に下降させて前記中空部材を前記冷却槽の冷却液に浸す下降ステップと、を有し、
前記受け部材は、少なくとも上方に開口する接続開口が形成された中空状であり、
前記上方位置は、前記接続開口が前記冷却槽の冷却液から露出する位置であり、
前記配置ステップでは、前記中空部材を、前記受け部材の上方から、当該中空部材の一方の開口を下方に向けて、前記一方の開口を前記接続開口に接続するように前記受け部材に対して配置し、
前記下降ステップでは、前記接続開口及び前記一方の開口が前記冷却槽の冷却液に沈み、前記中空部材の外周面が前記冷却槽の冷却液に接する一方で、前記中空部材の上方に向けられた他方の開口の前記冷却槽の冷却液からの露出は維持される下方位置まで前記受け部材を下降させる
半凝固金属の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の半凝固金属の製造方法により形成された半凝固金属を金型内に射出して成形品を製造する
半凝固金属を用いた成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半凝固金属生成容器の冷却装置、半凝固金属の製造装置、半凝固金属の製造方法及び半凝固金属を用いた成形方法に関する。成形方法は、例えば、半凝固ダイカスト法である。
【背景技術】
【０００２】
半凝固金属の製造方法として、予め冷却された生成容器に液状の金属材料を注ぎ、これにより金属材料を冷却して半凝固状とする方法が知られている。
【０００３】
特許文献１及び２では、生成容器を予め冷却しておく方法として、水槽に入れられた冷却水に生成容器を浸す方法を開示している。より具体的には、生成容器は、開口側を上方にして冷却水に浸され、上方の開口は冷却水に沈まないようにされる。従って、冷却水は生成容器内に入らず、ひいては、生成容器の内面は冷却水によって濡れない。その結果、その後に金属材料を生成容器に注いだときに、冷却水が金属材料に混ざることが防止される。
【０００４】
また、生成容器を冷却する方法を具体的に開示した文献ではないが、特許文献３は、上下両端が開口する中空部材と、中空部材の下方の開口を塞ぐ底部材とを有する生成容器を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０００７７６号公報
【特許文献２】特開２００６−０５１５１８号公報
【特許文献３】特表２００８−５１１４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献３の中空部材を特許文献１及び２の冷却方法によって冷却しようとすると、中空部材は上下両端が開口していることから、中空部材の内面まで冷却水で濡れてしまう。従って、その後に金属材料を中空部材を含む生成容器に注ぐと、金属材料に冷却水が混ざり、半凝固金属の品質が低下する。
【０００７】
従って、中空部材の内面を濡らさずに中空部材を冷却できる半凝固金属生成容器の冷却装置、半凝固金属の製造装置、半凝固金属の製造方法及び半凝固金属を用いた成形方法が提供されることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半凝固金属生成容器の冷却装置は、上下両端が開口しており、上方の開口から液状の金属材料が注がれる中空部材を有する半凝固金属生成容器の前記中空部材を冷却する冷却装置であって、冷却液が入れられた冷却槽と、前記中空部材を保持する保持部材と、前記中空部材を前記冷却槽の冷却液に浸すように前記保持部材を上下に移動させる駆動装置と、を有し、前記保持部材は、前記冷却槽内に配される受け部材を有し、前記受け部材は、少なくとも上方に開口する接続開口が形成された中空状であり、前記中空部材は、前記受け部材の上方から、上下両端の開口の一方の開口を下方に向けて、前記一方の開口を前記接続開口に接続するように前記受け部材に対して配置され、前記駆動装置は、前記接続開口が前記冷却槽の冷却液から露出する上方位置と、前記接続開口及び前記一方の開口が前記冷却槽の冷却液に沈み、前記中空部材の外周面が前記冷却槽の冷却液に接する一方で、前記中空部材の上方に向けられた他方の開口は前記冷却槽の冷却液から露出している下方位置と、の間で前記受け部材を移動可能である。
【０００９】
好適には、前記一方の開口と前記接続開口との接続部分に、前記冷却槽の冷却液の前記受け部材内への浸入を許容する隙間が形成される。
【００１０】
好適には、前記受け部材は、前記接続開口の内周面に複数の突部を有し、前記中空部材は、前記一方の開口側の端部が前記接続開口に挿入され、前記複数の突部が前記中空部材の外周面に当接することにより前記受け部材に保持され、前記接続開口の内周面と前記中空部材の外周面との間且つ前記複数の突部間に前記隙間が形成される。
【００１１】
好適には、前記中空部材は、前記一方の開口側の端部が前記接続開口の上に配置される。
【００１２】
好適には、前記保持部材は、前記受け部材の内部と前記冷却槽の外部とを連通し、前記受け部材に浸入した冷却液を排出する排出路を更に有する。
【００１３】
本発明の半凝固金属の製造装置は、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ぐ底部材とを有する生成容器と、前記中空部材を冷却する上記の半凝固金属生成容器の冷却装置と、冷却された前記中空部材を前記底部材上へ搬送して前記中空部材の下方の開口を前記底部材により塞ぐ搬送装置と、下方の開口が塞がれた前記中空部材に液状の金属材料を注ぐ注湯装置と、を有する。
【００１４】
本発明の半凝固金属の製造方法は、上下両端が開口している中空部材を冷却する冷却ステップと、冷却された前記中空部材の下方の開口を塞ぎ、生成容器を構成するステップと、前記下方の開口が塞がれた前記中空部材に上方の開口から液状の金属材料を注ぐ注湯ステップと、を有し、前記冷却ステップは、冷却槽内に配された受け部材を所定の上方位置に待機させる待機ステップと、前記上方位置にある前記受け部材に対して前記中空部材を配置する配置ステップと、前記中空部材及び前記受け部材を共に下降させて前記中空部材を前記冷却槽の冷却液に浸す下降ステップと、を有し、前記受け部材は、少なくとも上方に開口する接続開口が形成された中空状であり、前記上方位置は、前記接続開口が前記冷却槽の冷却液から露出する位置であり、前記配置ステップでは、前記中空部材を、前記受け部材の上方から、当該中空部材の一方の開口を下方に向けて、前記一方の開口を前記接続開口に接続するように前記受け部材に対して配置し、前記下降ステップでは、前記接続開口及び前記一方の開口が前記冷却槽の冷却液に沈み、前記中空部材の外周面が前記冷却槽の冷却液に接する一方で、前記中空部材の上方に向けられた他方の開口の前記冷却槽の冷却液からの露出は維持される下方位置まで前記受け部材を下降させる。
【００１５】
本発明の半凝固金属を用いた成形方法は、上記の半凝固金属の製造方法により形成された半凝固金属を金型内に射出して成形品を製造する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、中空部材の内面を濡らさずに中空部材を冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る半凝固金属の製造装置を含む成形機の要部の構成を示す模式図。
【図２】図１の半凝固金属の製造装置の冷却装置の構成を示す断面図。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は図２の冷却装置の受け部材の上面を示す斜視図及び平面図。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は図２の冷却装置の動作を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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を含む成形機（成形装置）１０１の要部の構成を示す模式図である。
【００１９】
成形機１０１は、金属材料Ｍを金型１０３のキャビティ１０３ａ内にて凝固させて、成形品を製造するものである。成形機１０１は、例えば、ダイカストマシンである。この場合、金属材料Ｍは、例えば、アルミニウム合金である。
【００２０】
成形機１０１は、液状の金属材料Ｍから半凝固状の金属材料Ｍを製造する製造装置１と、その半凝固状の金属材料Ｍを金型１０３内のキャビティ１０３ａに射出する射出装置１０５と、製造装置１及び射出装置１０５等を制御する制御装置１０７とを有している。なお、特に図示しないが、この他、成形機１０１は、金型１０３を型締する型締装置、金型１０３にて形成された成形品を押し出す押出装置等を有しており、制御装置１０７は、型締装置、押出装置等も制御する。
【００２１】
射出装置１０５は、金型１０３内のキャビティ１０３ａに通じるスリーブ１０９と、スリーブ１０９内を摺動して金属材料Ｍを押し出すプランジャ１１１と、プランジャ１１１を駆動する不図示の駆動装置とを有している。スリーブ１０９の上面には、供給口１０９ａが開口している。半凝固状の金属材料Ｍは、供給口１０９ａを介してスリーブ１０９内に投下される。
【００２２】
制御装置１０７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び外部記憶装置を含むコンピュータにより構成されている。なお、制御装置１０７は、成形機１０１に含まれる各種装置毎に設けられた制御装置から構成されてもよいし、成形機１０１に含まれる全ての装置を制御する１つの制御装置から構成されてもよいし、成形機１０１に含まれる複数の装置を制御する制御装置とそれら以外を制御する制御装置から構成されてもよい。
【００２３】
製造装置１は、例えば、液状の金属材料Ｍを保持する保持炉３と、保持炉３から液状の金属材料を汲み出す注湯装置５と、注湯装置５により液状の金属材料が注がれ、注がれた液状の金属材料を半凝固状態とする半凝固化装置７とを有している。
【００２４】
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Ｍを収容する炉体１１と、炉体１１に収容されている金属材料Ｍ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Ｍの温度を検出する炉用温度センサ１５とを有している。
【００２５】
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Ｍ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Ｍ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Ｍを加熱する燃焼装置を含んで構成されている。炉用温度センサ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。
【００２６】
注湯装置５は、公知の構成とされてよい。例えば、注湯装置５は、ラドル１７と、ラドル１７を駆動可能なラドル搬送装置１９とを有している。
【００２７】
ラドル１７は、金属材料Ｍ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Ｍを収容可能である。ラドル搬送装置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。
【００２８】
半凝固化装置７は、例えば、注湯装置５により液状の金属材料Ｍが注がれる生成容器２１と、生成容器２１に液状の金属材料を注ぐ前に生成容器２１を冷却する冷却装置２３と、生成容器２１に液状の金属材料Ｍが注がれるときに生成容器２１が載置される載置装置２５と、生成容器２１を搬送する容器搬送装置２７とを有している。
【００２９】
生成容器２１は、金属材料Ｍ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。生成容器２１は、１ショット分の金属材料Ｍを収容可能である。
【００３０】
生成容器２１は、当該生成容器２１の壁部を構成する中空部材３１と、生成容器２１の底部を構成する底部材３３とを有しており、これらは分離可能となっている。生成容器２１の上方には、生成容器２１へ液状の金属材料Ｍを注ぐことを容易化するための漏斗３５が配置される。
【００３１】
中空部材３１は、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Ｍ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の内径は、例えば、上方側が下方側よりも大きくされている。中空部材３１の厚みは、例えば、一定である。
【００３２】
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。
【００３３】
中空部材３１が底部材３３の上面に載置されて、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、生成容器２１が構成される。なお、中空部材３１と底部材３３との間には、金属材料Ｍが流出不可能で、空気（気体）が流出可能な比較的微小な隙間が形成されていてもよい。このような隙間は、金属材料Ｍを生成容器２１に注いだときに空気を逃がし、金属材料Ｍに空気が巻き込まれることを抑制することに役立つ。
【００３４】
中空部材３１及び底部材３３は、例えば、底部材３３が載置装置２５に支持され、中空部材３１が漏斗３５により上から押さえつけられることにより、互いに固定される。漏斗３５は、例えば、容器搬送装置２７又は他のロボットにより位置保持され、中空部材３１を押さえ付けるための力を付与される。
【００３５】
なお、中空部材３１及び底部材３３は、適宜なクランプ手段によって互いに固定されてもよい。また、底部材３３は、載置装置２５に固定されていることが好ましい。例えば、底部材３３は、不図示のねじにより載置装置２５の基体に固定されている。中空部材３１及び底部材３３は、水平方向において互いに位置決めするための位置決め部を有していてもよい。例えば、底部材３３には、中空部材３１の下方の縁部を収容する溝部が形成されていてもよい。
【００３６】
底部材３３を構成する材料は、例えば、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。ただし、底部材３３及び中空部材３１は、互いに同一の材料により構成されていてもよい。また、底部材３３は、中空部材３１の厚みよりも厚く構成されていてもよい。
【００３７】
漏斗３５は、金属材料Ｍ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。漏斗３５は、上方側ほど径が大きくなる中空状の部材であり、下方端は生成容器２１の上方の開口に挿入される。なお、漏斗３５の内壁の傾斜は、生成容器２１の内壁の傾斜よりも大きいことが好ましい。
【００３８】
載置装置２５は、例えば、特に図示しないが、生成容器２１を冷却するための冷却部、生成容器２１内の金属材料Ｍの温度を検出する温度センサ等を有している。なお、載置装置２５に代えて、単に生成容器２１を支持する載置台が設けられてもよい。
【００３９】
容器搬送装置２７は、例えば、多関節ロボットにより構成されており、生成容器２１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、生成容器２１の上下方向の向きを変える（生成容器２１を逆さにする）ことが可能である。容器搬送装置２７は、生成容器２１の冷却装置２３から載置装置２５への移送及び生成容器２１の載置装置２５からスリーブ１０９上への移送等を行う。
【００４０】
図２は、冷却装置２３の構成を示す断面図である。
【００４１】
冷却装置２３は、生成容器２１のうち中空部材３１のみを冷却液（例えば水）に浸して中空部材３１を冷却するものである。具体的には、以下のとおりである。
【００４２】
冷却装置２３は、冷却液Ｃが入れられた冷却槽４１と、中空部材３１を保持する保持部材４３と、中空部材３１を冷却槽４１の冷却液Ｃに浸すように保持部材４３を上下に移動させる駆動装置４５とを有している。また、冷却装置２３は、冷却槽４１等を支持する基台４７と、冷却の過程で排出される冷却液Ｃを収容するタンク４９とを有している。
【００４３】
冷却槽４１の大きさ、形状及び材料は適宜に設定されてよい。冷却槽４１には、冷却槽４１に冷却液Ｃを供給する槽用供給路５１と、冷却槽４１から冷却液Ｃを排出する槽用排出路５３とが接続されている。また、冷却槽４１には、冷却液Ｃの温度を検出する槽用温度センサ５５が設けられている。
【００４４】
保持部材４３は、中空部材３１の下方側（底部材３３によって塞がれる側）を支持する受け部材５７と、中空部材３１の倒れ等を防止するための拘束部材５９と、冷却槽４１から受け部材５７へ漏れた冷却液Ｃを受け部材５７から排出するための排出管６１とを有している。
【００４５】
受け部材５７は、中空状に形成され、また、上面に接続開口５７ａが形成されている。受け部材５７は、接続開口５７ａ以外からは冷却槽４１の冷却液Ｃが内部に浸入しないように構成されて冷却槽４１内に配されている。受け部材５７の大きさ、形状及び材料は適宜に設定されてよい。
【００４６】
接続開口５７ａは、中空部材３１の下方の端面よりも若干大きく形成されている。一方、中空部材３１は、その外形が上方側ほど拡径するように構成されている。従って、中空部材３１は、下方側部分が接続開口５７ａに少し挿入されて接続開口５７ａに嵌合し、受け部材５７に支持される。換言すれば、中空部材３１は、下方開口３１ｂを下方に向けて、受け部材５７の上方から下方開口３１ｂを接続開口５７ａに接続するように受け部材５７に配置される。下方開口３１ｂは、接続開口５７ａよりも若干受け部材５７の内部に位置する。
【００４７】
拘束部材５９は、中空部材３１の上下方向の適宜な位置（ただし、中央よりも上方が好ましい）にて中空部材３１の側面に当接して、中空部材３１の倒れ等を防止する。拘束部材５９は、軸状部材、板状部材及び網状部材等を適宜に組み合わせて構成されてよい。図２では、受け部材５７から上方に延びる軸状部材（符号省略）と、当該軸状部材に支持され、中空部材３１を囲む環状部材（符号省略）とにより構成された拘束部材５９を例示している。
【００４８】
排出管６１は、受け部材５７の内部と冷却槽４１の外部（本実施形態ではタンク４９の内部）とを連通している。具体的には、排出管６１の一端は、受け部材５７の底面に接続されている。そして、排出管６１は、当該一端から鉛直下方に延び、冷却槽４１の底面及び基台４７を貫通して、タンク４９の内部まで延びている。
【００４９】
駆動装置４５は、例えば、エアシリンダ、液圧シリンダ又はリニアモータにより構成されている。駆動装置４５は、冷却槽４１に対して固定的に設けられた固定部６３と、固定部６３に対して上下に往復動する可動部６５とを有している。可動部６５は、保持部材４３と連結されている。
【００５０】
基台４７は、受け部材５７からタンク４９への冷却液の排出が重力によって行われるように、冷却槽４１等をタンク４９よりも高い位置に支持することに寄与している。基台４７は、例えば、テーブル状又は筐体状に構成されている。
【００５１】
タンク４９は、大気開放型のものであり、例えば、冷却槽４１の真下に配置されている。タンク４９には、タンク４９に収容された冷却液Ｃを排出するためのタンク用排出路６７が接続されている。
【００５２】
図３（ａ）は、受け部材５７の上面を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、受け部材５７の上面を示す平面図である。なお、図３（ａ）においては、中空部材３１を想像線で示し、図３（ｂ）においては、中空部材３１を断面により示している。
【００５３】
接続開口５７ａの内周面には、複数の突部５７ｂが形成されている。従って、中空部材３１は、下方端部が接続開口５７ａに挿入されると、複数の突部５７ｂに当接し、これにより、受け部材５７に保持される。そして、接続開口５７ａの内周面と中空部材３１の外周面との間、且つ、複数の突部５７ｂ間には、隙間６９（図３（ｂ））が形成される。
【００５４】
なお、複数の突部５７ｂの数、幅（円周方向）及び突出量（半径方向）は、適宜に設定されてよい。好適には、複数の突部５７ｂは、３以上の数で、円周方向において均等に配置される。複数の突部５７ｂは、受け部材５７の大部分（容器部分）を構成する部材と一体的に形成されていてもよいし、ゴム等の弾性部材が受け部材５７の大部分を構成する部材に固定されることにより設けられていてもよい。
【００５５】
（製造装置の動作）
次に、製造装置１の動作を中心として成形機１０１の動作を説明する。
【００５６】
制御装置１０７は、炉用温度センサ１５の検出値に基づいて加熱装置１３を制御し、炉体１１に収容されている金属材料Ｍの温度を所定の第１温度Ｔ１に維持する。第１温度Ｔ１は、金属材料Ｍの液相線温度よりも高い温度であり、金属材料Ｍは、その全部が液状とされている。
【００５７】
生成容器２１のうち底部材３３は、成形機１０１の全工程を通じて載置装置２５に載置されたままの状態とされる。制御装置１０７は、不図示の温度センサの検出値に基づいて載置装置２５の不図示の冷却部を制御し、金属材料Ｍが生成容器２１に注がれる前の底部材３３の温度を所定の第２温度Ｔ２にする。第２温度Ｔ２は、金属材料Ｍの液相線温度よりも低い温度である。
【００５８】
生成容器２１のうち中空部材３１は、容器搬送装置２７に搬送されることにより、冷却装置２３、載置装置２５及びスリーブ１０９上の間で移動可能である。制御装置１０７は、中空部材３１を冷却装置２３に搬送するように容器搬送装置２７を制御するとともに、中空部材３１の温度を所定の第３温度Ｔ３にするように冷却装置２３を制御する。第３温度Ｔ３は、金属材料Ｍの液相線温度よりも低い温度である。
【００５９】
なお、Ｔ２＝Ｔ３であってもよいし、Ｔ２＜Ｔ３としてもよい。Ｔ２＜Ｔ３の場合、Ｔ２＝Ｔ３に比較して、生成容器２１の底側において金属材料Ｍの凝固が進みやすくなる。これにより、半凝固状の金属材料Ｍを生成容器２１から取り出す過程において、金属材料Ｍの底部から液相部分が垂れることが抑制される。
【００６０】
図１に示されているように、冷却装置２３により中空部材３１が冷却されると、制御装置１０７は、中空部材３１を底部材３３上に搬送するように容器搬送装置２７を制御する。これにより、中空部材３１及び底部材３３からなる生成容器２１が構成される。
【００６１】
次に、制御装置１０７は、漏斗３５を中空部材３１上に搬送するように容器搬送装置２７又は他の不図示のロボットを制御する。そして、制御装置１０７は、ラドル１７により液状の金属材料Ｍを漏斗３５を介して生成容器２１に注ぐようにラドル搬送装置１９を制御する。
【００６２】
生成容器２１内へ注がれた金属材料Ｍは、生成容器２１に接触することにより急冷され、これにより、金属材料Ｍ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Ｍがある程度の高さから生成容器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。
【００６３】
生成容器２１は、金属材料Ｍが注がれることにより急激に温度が上昇し、生成容器２１の金属材料Ｍ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。
【００６４】
このようにして生成容器２１内にて金属材料Ｍが冷却されてその固相率が上がっている間、制御装置１０７は、不図示の温度センサによって生成容器２１内の金属材料Ｍの温度を監視し、当該温度が所定の目標温度Ｔｔに到達したか否かを判定する。
【００６５】
目標温度Ｔｔは、金属材料Ｍの固相線温度よりも高く、液相線温度よりも低い。すなわち、目標温度Ｔｔは、金属材料Ｍにおいて液相と固相とが混在する温度である。金属材料Ｍの温度と、金属材料Ｍの固相率との間には相関があり、目標温度Ｔｔは、所望の固相率に応じて設定される。
【００６６】
なお、金属材料Ｍの温度が目標温度Ｔｔに到達する前に生成容器２１及び金属材料Ｍが熱平衡に至らないように、生成容器２１は予め十分に冷却される、及び／又は、金属材料Ｍを注いだ後も載置装置２５の冷却部による冷却は継続される。ただし、熱平衡に至った時に金属材料Ｍの温度が目標温度Ｔｔとなるように、生成容器２１が冷却されてもよい。
【００６７】
金属材料Ｍの温度が目標温度Ｔｔに到達すると、制御装置１０７は、金属材料Ｍの冷却を停止して金属材料Ｍを生成容器２１から取り出すための処理を開始する。例えば、制御装置１０７は、中空部材３１を底部材３３上から供給口１０９ａ上へ搬送し、中空部材３１を逆さにして金属材料Ｍを供給口１０９ａを介してスリーブ１０９内へ落下させるように、容器搬送装置２７を制御する。
【００６８】
その後、プランジャ１１１がスリーブ１０９内を前進する。これにより、金属材料Ｍが金型１０３内に（より具体的には、金型１０３内のキャビティ１０３ａに）射出される。そして、金属材料Ｍがキャビティ１０３ａ内にて冷却されて凝固することにより、成形品が形成される。
【００６９】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、上記の成形機１０１の動作のうち、冷却装置２３の動作をより詳細に説明する図である。
【００７０】
中空部材３１の冷却前において、冷却槽４１の冷却液Ｃは、例えば、上述の第３温度Ｔ３とされている。従って、中空部材３１は、中空部材３１及び冷却液Ｃが熱平衡に至るまで冷却液Ｃに浸されることになる。ただし、冷却液Ｃを第３温度Ｔ３よりも低くしておき、熱平衡に至る前に中空部材３１を冷却液Ｃから浮上させるようにしてもよい。
【００７１】
なお、冷却液Ｃの温度は、中空部材３１の冷却が行われることなどにより上昇していく。また、後述するように、本実施形態では、冷却槽４１において冷却液Ｃは減っていく。制御装置１０７は、槽用温度センサ５５の検出温度に基づいて、第３温度Ｔ３よりも低い温度の冷却液Ｃを冷却槽４１に補充することなどにより、冷却槽４１の冷却液Ｃの温度を第３温度Ｔ３に保つ。
【００７２】
また、中空部材３１の冷却前において、図４（ａ）に示すように、制御装置１０７は、接続開口５７ａが冷却液Ｃの液面よりも上に位置する（冷却液Ｃから露出する）位置に受け部材５７を待機させるように駆動装置４５を制御する。従って、冷却槽４１の冷却液Ｃは、受け部材５７の内部に流れ込んでおらず、受け部材５７は空となっている。
【００７３】
次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、制御装置１０７は、中空部材３１を受け部材５７に配置するように容器搬送装置２７を制御する。これにより、既に述べたように、中空部材３１は、下方開口３１ｂ側の端部が接続開口５７ａに挿入される。なお、接続開口５７ａは、冷却槽４１の冷却液Ｃから露出していることから、当然に、この段階において中空部材３１の内面は濡れない。
【００７４】
次に、図４（ｃ）に示すように、制御装置１０７は、受け部材５７を下降させるように駆動装置４５を制御する。これにより、接続開口５７ａ及び下方開口３１ｂが冷却槽４１の冷却液Ｃに沈み、中空部材３１の外周面は冷却槽４１の冷却液Ｃに接する。そして、中空部材３１は冷却される。
【００７５】
接続開口５７ａ及び下方開口３１ｂが冷却槽４１の冷却液Ｃに沈むと、中空部材３１の下方側に位置する冷却液Ｃは、隙間６９を介して受け部材５７に流れ込む。受け部材５７に流れ込んだ冷却液Ｃは、排出管６１を介してタンク４９に排出される。なお、排出管６１の断面積は、隙間６９の断面積よりも大きくされており、受け部材５７に冷却液Ｃは溜まらない。
【００７６】
従って、下方開口３１ｂが冷却槽４１の冷却液Ｃに沈んでも、冷却液Ｃは、受け部材５７内へ流れ落ち、下方開口３１ｂから中空部材３１の内部へは流れ込まない。すなわち、中空部材３１の内面が冷却液Ｃによって濡れることが抑制される。
【００７７】
また、中空部材３１の周囲の冷却液Ｃが受け部材５７に流れ込むことから、中空部材３１の外周面に接して温度が上昇した冷却液Ｃが中空部材３１の周囲に滞留することが抑制される。その結果、中空部材３１の冷却が迅速に行われる。
【００７８】
受け部材５７の最下降位置は、図４（ｃ）に示されているように、中空部材３１の上方開口３１ａが冷却槽４１の冷却液Ｃの液面よりも上に位置する（冷却液Ｃから露出する）位置とされる。従って、冷却槽４１の冷却液Ｃが上方開口３１ａから中空部材３１の内部へ流れ込むことはない。
【００７９】
その後、冷却開始から所定の時間が経過するなど、所定の冷却終了条件が満たされると、制御装置１０７は、受け部材５７を上昇させるように駆動装置４５を制御する。
【００８０】
なお、タンク４９に排出された冷却液Ｃは、タンク用排出路６７から排出された後、不図示の熱交換器によって冷却されて、再度冷却槽４１に供給されてもよい。
【００８１】
以上のとおり、本実施形態に係る半凝固金属生成容器の冷却装置２３は、上下両端が開口しており、上方の開口から液状の金属材料が注がれる中空部材３１を冷却する。冷却装置２３は、冷却液Ｃが入れられた冷却槽４１と、中空部材３１を保持する保持部材４３と、中空部材３１を冷却槽４１の冷却液Ｃに浸すように保持部材４３を上下に移動させる駆動装置４５とを有する。保持部材４３は、上方に開口する接続開口５７ａが形成された中空状の受け部材５７を有する。中空部材３１は、受け部材５７の上方から、上下両端の開口の一方の開口（本実施形態では下方開口３１ｂ）を下方に向けて、下方開口３１ｂを接続開口５７ａに接続するように受け部材５７に対して配置される。駆動装置４５は、図４（ａ）に示す上方位置と図４（ｃ）に示す下方位置との間で受け部材５７を移動可能である。図４（ａ）に示す上方位置では、接続開口５７ａが冷却槽４１の冷却液Ｃから露出する。図４（ｃ）に示す下方位置では、接続開口５７ａ及び下方開口３１ｂが冷却槽４１の冷却液Ｃに沈み、中空部材３１の外周面が冷却槽４１の冷却液Ｃに接する一方で、中空部材３１の上方に向けられた他方の開口（本実施形態では上方開口３１ａ）は冷却槽４１の冷却液Ｃから露出している。
【００８２】
また、本実施形態の半凝固金属の製造装置１は、上下両端が開口する中空部材３１と、中空部材３１の下方の開口を塞ぐ底部材３３とを有する生成容器２１と、中空部材３１を冷却する上記の本実施形態に係る冷却装置２３と、冷却された中空部材３１を底部材３３上へ搬送して中空部材３１の下方開口３１ｂを底部材３３により塞ぐ容器搬送装置２７と、下方開口３１ｂが塞がれた中空部材３１に液状の金属材料Ｍを注ぐ注湯装置５と、を有している。
【００８３】
また、本実施形態に係る半凝固金属の製造方法は、上下両端が開口している中空部材３１を冷却する冷却ステップ（図４）と、冷却された中空部材３１の下方開口３１ｂを塞ぎ、生成容器２１を構成するステップ（図１の載置装置２５付近参照）と、下方開口３１ｂが塞がれた中空部材３１に上方開口３１ａから液状の金属材料Ｍを注ぐ注湯ステップ（図１のラドル１７付近参照）と、を有する。冷却ステップは、冷却槽４１内に配された受け部材５７を所定位置に待機させる待機ステップ（図４（ａ））と、待機している受け部材５７に対して中空部材３１を配置する配置ステップ（図４（ａ）及び図４（ｂ））と、中空部材３１及び受け部材５７を共に下降させて中空部材３１を冷却槽４１の冷却液Ｃに浸す下降ステップ（図４（ｃ））と、を有する。受け部材５７は、上方に開口する接続開口５７ａが形成された中空状である。待機ステップでは、接続開口５７ａが冷却槽４１の冷却液Ｃから露出する位置に受け部材５７を待機させる。配置ステップでは、中空部材３１を、受け部材５７の上方から、当該中空部材３１の一方の開口（本実施形態では下方開口３１ｂ）を下方に向けて、下方開口３１ｂを接続開口５７ａに接続するように受け部材５７に対して配置する。下降ステップでは、接続開口５７ａ及び下方開口３１ｂが冷却槽４１の冷却液Ｃに沈み、中空部材３１の外周面が冷却槽４１の冷却液Ｃに接する一方で、中空部材３１の上方に向けられた他方の開口（本実施形態では上方開口３１ａ）の冷却槽４１の冷却液Ｃからの露出は維持される位置まで受け部材５７を下降させる。
【００８４】
また、本実施形態に係る半凝固金属を用いた成形方法は、上記の本実施形態に係る半凝固金属の製造方法により形成された半凝固金属を金型１０３内に（より具体的には、金型１０３内のキャビティ１０３ａ）に射出して成形品を製造する。
【００８５】
従って、図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照して説明したように、中空部材３１の内面が冷却液Ｃによって濡れることが抑制される。中空部材３１の内面が濡れないことによって、半凝固金属の品質は向上し、ひいては、成形品の品質が向上する。
【００８６】
また、上記の構成及び手順では、中空部材３１の下方開口３１ｂを蓋によって塞ぐのではなく、冷却液Ｃが下方開口３１ｂに接続される受け部材５７に流れ落ちるようにすることにより、下方開口３１ｂから中空部材３１に冷却液Ｃが流れ込むことを抑制している。従って、例えば、蓋にパッキンを配置したり、そのパッキンの接触圧を確保するための機構を設けたりする必要はない。
【００８７】
更に、本実施形態では、下方開口３１ｂを蓋によって塞ぐ場合においては好ましくないとされる隙間を、逆に、好ましいものとして利用している。すなわち、本実施形態では、意図的に、下方開口３１ｂと接続開口５７ａとの接続部分に、冷却槽４１の冷却液Ｃの受け部材５７内への浸入を許容する隙間６９が形成され、これにより、上述のように、中空部材３１の熱により温度が上昇した冷却液Ｃが中空部材３１の周囲に滞留することが抑制され、冷却が迅速化される。
【００８８】
また、本実施形態では、受け部材５７は、接続開口５７ａの内周面に複数の突部５７ｂを有する。中空部材３１は、下方開口３１ｂ側の端部が接続開口５７ａに挿入され、複数の突部５７ｂが中空部材３１の外周面に当接することにより受け部材５７に保持される。接続開口５７ａの内周面と中空部材３１の外周面との間且つ複数の突部５７ｂ間に、上記のような、冷却の迅速化に寄与する隙間６９が形成される。
【００８９】
従って、簡便に隙間６９を形成できる。さらに、中空部材３１と受け部材５７との摺動面積の低減等によって受け部材５７の接続開口５７ａに対する配置及び取り外しが容易化される。
【００９０】
また、本実施形態では、冷却装置２３は、受け部材５７の内部と冷却槽４１の外部とを連通し、受け部材５７に浸入した冷却液を排出する排出管６１を有する。従って、受け部材５７に冷却液Ｃは溜まらず、受け部材５７の容積を大きくすることなく、繰り返し中空部材３１の冷却を行うことができる。
【００９１】
なお、以上の実施形態において、容器搬送装置２７は本発明の搬送装置の一例であり、排出管６１は本発明の排出路の一例である。
【００９２】
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。
【００９３】
半凝固金属の製造装置は、成形機の一部でなくてもよい。すなわち、製造装置により製造された半凝固金属は、直接に射出装置のスリーブへ供給されるのではなく、急冷凝固されて、半溶融状金属の素材（ビレット）とされてもよい。
【００９４】
半凝固金属の製造装置の全体構成は、保持炉から液状の金属材料をラドルにより汲み出して生成容器に注ぐ構成に限定されない。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、当該るつぼにより生成容器に金属材料を注いでもよい。また、例えば、保持炉から生成容器へ適宜な流路を介して液状の金属材料を注いでもよい。
【００９５】
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、注湯装置の制御及び半凝固化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、注湯及び冷却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。
【００９６】
本実施形態では、ある程度の高さから液状の金属材料を容器に注ぐだけで半凝固金属を攪拌したが、容器を運動させるような攪拌装置や金属材料を電磁攪拌する攪拌装置が設けられてもよい。また、本実施形態では、半凝固金属から液相部分の一部の排出を全く行わなかったが、当該排出が行われてもよい。
【００９７】
容器を構成する中空部材は、下方側が縮径している必要は無い。例えば、中空部材の内径が上方から下方へ亘って一定であっても、中空部材を横にして搬送することなどにより、搬送中に中空部材から半凝固状の金属材料が落下しないようにすることができる。
【００９８】
中空部材の開口と受け部材の接続開口とを接続しつつ中空部材を受け部材に配置する方法は、中空部材の一端を接続開口に挿入する方法に限定されない。例えば、接続開口の径を中空部材の開口の径よりも小さくしておき、受け部材の上面に中空部材を載置してもよい。また、例えば、拘束部材のみによって中空部材の全荷重を支持し、中空部材と受け部材とは微小隙間を介して離間していてもよい。
【００９９】
また、中空部材は、下方開口（底部材により塞がれる開口）が接続開口に接続されるのではなく、逆さにされて、上方開口（金属材料が注がれる開口）が接続開口に接続されてもよい。
【０１００】
中空部材と受け部材との隙間は、接続開口の内周面に複数の突部を形成することによって形成されるものに限定されない。例えば、上述のように、接続開口の径を小さくして中空部材を受け部材の上面に載置する場合においては、中空部材の開口縁部に突部乃至は切り欠きを形成することによって、中空部材の開口縁部と受け部材の上面との間に隙間を形成することができる。また、例えば、上述のように、中空部材を拘束部材のみにより保持するようにして、中空部材と接続開口とを少し離すことによって隙間を形成することもできる。
【０１０１】
また、隙間は、接続開口に中空部材を挿入する場合においては、中空部材の外周面の平面視における形状と、接続開口の平面視における形状とが一致しない限りにおいて形成することができる。従って、例えば、中空部材の外周面を円形にする一方で、接続開口の形状を三角形にすることによって隙間を形成したり、突部を１又は２つのみ設けて、接続開口の内周面（突部以外の部分）と突部とで中空部材を保持し、隙間を形成したりしてもよい。
【０１０２】
受け部材による中空部材の保持は、受け部材の接続開口の内周面にある複数の突部が中空部材の外周面に当接して行われるものに限定されない。例えば、受け部材の接続開口を少なくとも中空部材の下方の端面よりも大きく形成しつつ、受け部材の接続開口の内周面にある複数の突部の上に中空部材の底部を載せるようにしてもよい。この場合、中空部材の底端部（底面）に冷却液がつくことがあるが、中空部材の内周面には冷却液はつかないため、半凝固金属の製造に影響は殆どないと考えられる。
【０１０３】
受け部材は、中空部材との間の隙間に加えて又は代えて、中空部材周囲の冷却液を受け部材の内部に流れ込ませるための孔部を有していてもよい。
【０１０４】
接続開口を冷却槽の冷却液から露出させて受け部材を待機させる位置は、接続開口が冷却液の液面よりも上に位置する位置とは限らない。例えば、受け部材の上方に設けられ、中空部材の倒れ等を防止する拘束部材において、その下方部分が接続開口を囲む堰のように機能し得る形状で構成されている場合、堰の頂部が液面から浮上すれば、接続開口は、液面上でなくても、冷却液から露出する。
【０１０５】
また、受け部材を待機させるとき、受け部材は、必ずしも完全に停止している必要は無い。換言すれば、中空部材を受け部材に配置する際に接続開口が冷却液から露出している限り、受け部材の上下移動の期間と、中空部材を受け部材に配置する期間とは、オーバーラップしてもよい。
【０１０６】
受け部材は、上面に接続開口が形成され、接続開口以外からは冷却槽の冷却液が内部に浸入しないように構成されているものに限定されない。例えば、受け部材は、中空状で、上面に接続開口が形成されているだけでなく、側面の一部も開口するようにし、上面からだけでなく、側面からも冷却槽の冷却液が内部に浸入するように構成されてよい。ただし、側面の開口は、側面の開口から排出される冷却液が中空部材の内周面に届かない（つかない）程度の排出量となるような大きさに構成されていることは言うまでもない。
【０１０７】
受け部材から冷却液を排出するための排出路は、受け部材の底面から鉛直下方に延びる排出管に限定されない。例えば、排出路は、可撓性のホースによって構成されてもよい。受け部材の上下に伴って他の部材との衝突が生じない限りにおいて適宜に屈曲した配管とされてもよい。また、重力を利用せずに、ポンプによって冷却液を排出してもよい。
【０１０８】
受け部材と排出路とは同径とされ、受け部材と排出路との区別が明確でなくなってもよい。換言すれば、受け部材は、底面を有さない形状であってもよい。
【０１０９】
保持部材において拘束部材や排出路は必須の要件ではない。例えば、中間部材を受け部材の接続開口に堅固に嵌合させれば、拘束部材が無くても中空部材の倒れ等は抑制される。また、例えば、中空部材と受け部材との隙間を意図的に形成せず、また、受け部材が十分な大きさを有する場合には、排出路は不要である。
【０１１０】
中空部材の形状や受け部材による中空部材の保持方法によっては、中空部材は、冷却液から浮力を受ける。従って、浮力によって中空部材が底部材から離れないように中空部材と底部材とを保持する機構が設けられてもよい。その他、冷却液が中空部材に及ぼす浮力以外の力についても適宜に考慮されて適宜な機構が設けられてよい。冷却液は、水に限定されず、他の液体（例えば、油）でもよい。
【０１１１】
なお、本願における、生成容器の周囲の温度が上昇した冷却液を生成容器の下方の受け部材内部へ流れ落とさせ、生成容器の冷却を迅速化させる方法は、有底の生成容器にも利用可能である。すなわち、本願の実施形態において開示した冷却装置は、有底の生成容器の冷却にも利用されてよい。
【符号の説明】
【０１１２】
１…製造装置、２１…生成容器、２３…冷却装置、３１…中空部材、４１…冷却槽、４３…保持部材、４５…駆動装置、５７…受け部材、Ｍ…金属材料、Ｃ…冷却液。
【要約】
【課題】中空部材の内面を濡らさずに中空部材を冷却できる半凝固金属生成容器の冷却装置を提供する。
【解決手段】冷却装置２３は、冷却液Ｃが入れられた冷却槽４１と、中空部材３１を保持する保持部材４３と、中空部材３１を冷却槽４１の冷却液Ｃに浸すように保持部材４３を上下に移動させる駆動装置４５とを有する。保持部材４３は、上方に開口する接続開口５７ａが形成された中空状の受け部材５７を有する。中空部材３１は、受け部材５７の上方から、下方開口３１ｂを下方に向けて、下方開口３１ｂを接続開口５７ａに接続するように受け部材５７に対して配置される。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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