(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属が注湯され、この注湯された溶融金属から固液共存状態金属材料を製造させる容器本体、およびこの容器本体に注湯された溶融金属を冷却させる冷却手段を備えた固液共存状態金属材料製造用冷却容器と、
この固液共存状態金属材料製造用冷却容器に電磁気場を印加する攪拌部と、
この攪拌部にて前記固液共存状態金属材料製造用冷却容器に電磁気場を印加させている状態で、この固液共存状態金属材料製造用冷却容器に溶融金属を注湯させて、この溶融金属から固液共存状態金属材料を製造させる制御部と
を具備したことを特徴とした固液共存状態金属材料の製造装置。
【請求項２】
冷却手段は、容器本体に設けられた冷却フィンである
ことを特徴とした請求項１記載の固液共存状態金属材料の製造装置。
【請求項３】
冷却フィンは、容器本体に溶融金属を注湯する方向に沿って設けられている
ことを特徴とした請求項１または２記載の固液共存状態金属材料の製造装置。
【請求項４】
冷却フィンは、容器本体に溶融金属を注湯する方向に交差する方向に沿って設けられている
ことを特徴とした請求項１または２記載の固液共存状態金属材料の製造装置。
【請求項５】
容器本体は、常温以下の温度である
ことを特徴とした請求項１ないし４いずれか記載の固液共存状態金属材料の製造装置。
【請求項６】
容器本体は、非磁性材である
ことを特徴とした請求項１ないし５いずれか記載の固液共存状態金属材料の製造装置。
【請求項７】
固液共存状態金属材料製造用冷却容器に向けて風を送る送風手段を具備した
ことを特徴とした請求項１ないし６いずれか記載の固液共存状態金属材料の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属から固液共存状態金属材料を製造する固液共存状態金属材料の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の固液共存状態金属材料の製造方法としては、結晶核の生成を促す元素を含むアルミニウム合金またはマグネシウム合金などの溶融金属を、断熱効果を有する断熱容器に注湯してから、この断熱容器内の溶融金属を加熱して保温しつつゆっくりと冷却して、この溶融金属中に微細な球状の初晶を多数発生させて半溶融金属材料を成形する半溶融金属の成形方法が知られている(例えば、特許文献１。)。
【特許文献１】特許第３２４６２７３号公報（第３−５頁、図１−７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した半溶融金属の成形方法では、断熱容器が常温のままであると、この断熱容器内に注湯した溶融金属中に初期凝固層が形成されてしまう。このため、加熱して断熱効果を付加した断熱容器に溶融金属を注湯した後に、この断熱容器内の溶融金属中に微細な球状の初晶を多数発生させるために、この断熱容器の加熱を継続しつつ、この断熱容器内の溶融金属をゆっくりと冷却して半溶融金属材料を製造している。したがって、この溶融金属から半溶融金属材料を製造するために時間が掛かり、この半溶融金属材料の製造工程が煩雑であるから、この半溶融金属材料の製造に時間が掛かるという問題を有している。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、溶融金属から固液共存状態金属材料を速く製造できる固液共存状態金属材料の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の固液共存状態金属材料製造の製造装置は、溶融金属が注湯され、この注湯された溶融金属から固液共存状態金属材料を製造させる容器本体、およびこの容器本体に注湯された溶融金属を冷却させる冷却手段を備えた固液共存状態金属材料製造用冷却容器と、この固液共存状態金属材料製造用冷却容器に電磁気場を印加する攪拌部と、この攪拌部にて前記固液共存状態金属材料製造用冷却容器に電磁気場を印加させている状態で、この固液共存状態金属材料製造用冷却容器に溶融金属を注湯させて、この溶融金属から固液共存状態金属材料を製造させる制御部とを具備したものである。
【０００６】
そして、容器本体に注湯した溶融金属から固液共存状態金属材料を製造させる際に、この容器本体に注湯した溶融金属を冷却手段が冷却する。この結果、この容器本体に注湯した溶融金属が冷却手段にてより速く冷却されて固液共存状態金属材料となるので、この固液共存状態金属材料を溶融金属から速く製造できる。また、固液共存状態金属材料製造用冷却容器に制御部が攪拌部にて電磁気場を印加させている状態で、この固液共存状態金属材料製造用冷却容器に溶融金属を注湯させて、この溶融金属から固液共存状態金属材料を製造させる。この結果、容器本体に注湯した溶融金属中に初期凝固層を形成させることなく、この溶融金属が冷却手段にて速く冷却されて固液共存状態金属材料となる。この固液共存状態金属材料を速く製造できる。
【０００７】
請求項２記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項１記載の固液共存状態金属材料の製造装置において、冷却手段は、容器本体に設けられた冷却フィンであるものである。
【０００８】
そして、冷却手段を容器本体に設けた冷却フィンとすることにより、この容器本体に注湯した溶融金属を冷却させる構成が簡略になるとともに、この容器本体に注湯した溶融金属をより効率良く冷却できる。したがって、この溶融金属から固液共存状態金属材料をより速く製造できる。
【０００９】
請求項３記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項１または２記載の固液共存状態金属材料の製造装置において、冷却フィンは、容器本体に溶融金属を注湯する方向に沿って設けられているものである。
【００１０】
そして、容器本体に溶融金属を注湯する方向に沿って冷却フィンを設けることにより、この冷却フィンによる放熱効果がより向上する。この結果、この容器本体に注湯する溶融金属からより速く固液共存状態金属材料を製造できる。
【００１１】
請求項４記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項１または２記載の固液共存状態金属材料の製造装置において、冷却フィンは、容器本体に溶融金属を注湯する方向に交差する方向に沿って設けられているものである。
【００１２】
そして、容器本体に溶融金属を注湯する方向に交差する方向に沿って冷却フィンを設けることにより、この冷却フィンによって容器本体が持ち易くなるから、この容器本体の取り扱い性を向上できる。
【００１３】
請求項５記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項１ないし４いずれか記載の固液共存状態金属材料の製造装置において、容器本体は、常温以下の温度であるものである。
【００１４】
そして、常温以下の温度の容器本体とすることにより、この容器本体を加熱する必要を無くすことができるから、この容器本体への溶融金属の注湯による固液共存状態金属材料の製造をより容易にできる。
【００１５】
請求項６記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項１ないし５記載の固液共存状態金属材料の製造装置において、容器本体は、非磁性材であるものである。
【００１６】
そして、容器本体を非磁性材とすることにより、この容器本体に電磁気場を印加しても、この容器本体が誘導加熱によって加熱されないので、この容器本体に注湯した溶融金属を電磁気場で攪拌しつつ速く冷却できるから、この溶融金属から固液共存状態金属材料をより速く製造できる。
【００１７】
請求項７記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項１ないし６いずれか記載の固液共存状態金属材料の製造装置において、固液共存状態金属材料製造用冷却容器に向けて風を送る送風手段を具備したものである。
【００１８】
そして、送風手段にて固液共存状態金属材料製造用冷却容器に向けて風を送ることにより、この固液共存状態金属材料製造用冷却容器に注湯された溶融金属を、風との熱伝達によって効率良く冷却できるから、この溶融金属から固液共存状態金属材料をより速く製造できる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の固液共存状態金属材料の製造装置によれば、容器本体に注湯した溶融金属から固液共存状態金属材料を製造させる際に、この容器本体に注湯した溶融金属を冷却手段が冷却するので、この容器本体に注湯した溶融金属が冷却手段にてより速く冷却されて固液共存状態金属材料となるから、この固液共存状態金属材料を速く製造できる。また、固液共存状態金属材料製造用冷却容器に電磁気場を印加させている状態で、この固液共存状態金属材料製造用冷却容器に溶融金属を注湯させて、この溶融金属から固液共存状態金属材料を製造させるので、容器本体に注湯した溶融金属中に初期凝固層を形成させることなく、この溶融金属が冷却手段にて速く冷却されて固液共存状態金属材料となるから、この固液共存状態金属材料を速く製造できる。
【００２０】
請求項２記載の固液共存状態金属材料の製造装置によれば、請求項１記載の固液共存状態金属材料の製造装置の効果に加え、冷却手段を容器本体に設けた冷却フィンとしたので、この容器本体に注湯した溶融金属を冷却させる構成を簡略にでき、この容器本体に注湯した溶融金属をより効率良く冷却できるため、この溶融金属から固液共存状態金属材料をより速く製造できる。
【００２１】
請求項３記載の固液共存状態金属材料の製造装置によれば、請求項１または２記載の固液共存状態金属材料の製造装置の効果に加え、容器本体に溶融金属を注湯する方向に沿って冷却フィンを設けたので、この冷却フィンによる放熱効果を向上できるから、容器本体に注湯する溶融金属からより速く固液共存状態金属材料を製造できる。
【００２２】
請求項４記載の固液共存状態金属材料の製造装置によれば、請求項１または２記載の固液共存状態金属材料の製造装置の効果に加え、容器本体に溶融金属を注湯する方向に交差する方向に沿って冷却フィンを設けたので、この冷却フィンによって容器本体を持ち易くできるから、この容器本体の取り扱い性を向上できる。
【００２３】
請求項５記載の固液共存状態金属材料の製造装置によれば、請求項１ないし４いずれか記載の固液共存状態金属材料の製造装置の効果に加え、常温以下の温度の容器本体とすることにより、この容器本体を加熱する必要を無くすことができるから、この容器本体への溶融金属の注湯による固液共存状態金属材料の製造をより容易にできる。
【００２４】
請求項６記載の固液共存状態金属材料の製造装置によれば、請求項１ないし５いずれか記載の固液共存状態金属材料の製造装置の効果に加え、非磁性材の容器本体に電磁気場を印加しても、この容器本体が誘導加熱にて加熱されないので、この容器本体に注湯した溶融金属を電磁気場で攪拌しつつ速く冷却できるから、この溶融金属から固液共存状態金属材料をより速く製造できる。
【００２５】
請求項７記載の固液共存状態金属材料の製造装置によれば、請求項１ないし６いずれか記載の固液共存状態金属材料の製造装置の効果に加え、送風手段にて固液共存状態金属材料製造用冷却容器に向けて風を送ることにより、この固液共存状態金属材料製造用冷却容器に注湯された溶融金属を風との熱伝達で効率良く冷却できるから、この溶融金属から固液共存状態金属材料をより速く製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の第１の実施の形態の固液共存状態金属スラリの製造方法を図１ないし図４を参照して説明する。
【００２７】
まず、Ｓは固液共存状態金属材料としての半凝固金属スラリで、この半凝固金属スラリＳは、注湯工程にてスラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注湯する前に電磁気場で攪拌する。すなわち、注湯工程にてスラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注湯する前、注湯工程にてスラリ製造容器２に溶融金属Ｍの注湯を開始すると同時に、印加工程での電磁気場による攪拌によって、初期樹枝状組織の生成を遮断する。
【００２８】
よって、スラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注入する前から電磁気場を印加して、この電磁気場があらかじめ印加されている状態で、このスラリ製造容器２に注湯された溶融金属Ｍを電磁攪拌することによって、この溶融金属Ｍ中に初期凝固層および樹枝状結晶の生成を遮断する。具体的に、この印加工程での電磁気場による攪拌は、所定の空間部13に溶融金属Ｍが注湯されずに空いているスラリ製造容器２を配置工程として配置させ、このようにスラリ製造容器２が空いている状態で、印加工程として空間部13に電磁気場を印加して溶融金属Ｍを注湯する。さらに、電磁気場の印加は、溶融金属Ｍを攪拌できる程度の強度でなされる。
【００２９】
このとき、このスラリ製造容器２は、作業者が触れることのできる所定の温度、すなわち６０℃以下、好ましくは５０℃以下の温度に設置されている。さらに、このスラリ製造容器２は、水が凍らない気温程度である０℃以上４０℃以下、好ましくは２０℃以上３０℃以下の温度である常温(２５℃程度)以下の温度に設定されている。
【００３０】
この後、図４に示すように、注湯工程として溶融金属Ｍを注湯温度ＴＰでスラリ製造容器２に注湯する。このとき、このスラリ製造容器２には電磁気場が印加されて溶融金属Ｍの攪拌が実施され得る状態とされている。この際、溶融金属Ｍの注湯と同時に電磁気場の攪拌を開始して実施できる。すなわち、空間部13にスラリ製造容器２を配置する段階である配置工程は、空間部13に電磁気場が印加された後にもできる。
【００３１】
このように、スラリ製造容器２への溶融金属Ｍの注湯が完了する前に電磁気場を印加することによって、溶融金属Ｍが低温のスラリ製造容器２の内壁で初期凝固層が形成されず、これにより樹枝状組織に成長することもない。すなわち、電磁気場をスラリ製造容器２に印加させた状態で溶融金属Ｍを、このスラリ製造容器２内に注湯することによって、溶融金属Ｍが注湯されたスラリ製造容器２の壁面部と中心部、上部と下部間に温度差がほとんどない。したがって、従来の技術で発生するスラリ注湯容器壁面付近での初期凝固が起きず、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍの全体が均一に液相線温度直下に急速に冷却されて多数の結晶核を同時に発生できるからである。このため、このスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ全体に亘って微細な結晶核が同時に発生し、この溶融金属Ｍ全体が均一に液相線温度直下に急速に冷却させて多数の結晶核が同時に発生する。
【００３２】
これは、このスラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注湯する前から、または注湯と同時に電磁気場を印加することによって活発な初期攪拌作用により内部の溶融金属Ｍと表面の溶融金属Ｍとがよく攪拌されて溶融金属Ｍ内での熱伝逹が速く、スラリ製造容器２の内壁での初期凝固層形成が抑制されるからである。したがって、このスラリ製造容器２を加熱する必要がない。
【００３３】
このとき、スラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注湯する前の段階で、このスラリ製造容器２に電磁気場の印加を予め開始させて、この電磁気場の印加を継続することによって、このスラリ製造容器２内に溶融金属Ｍを注湯した際に、このスラリ製造容器２の内面に溶融金属Ｍが付着することを防止できる。
【００３４】
すなわち、溶融金属Ｍの注湯の際に予め電磁気場を発生させておくことにより、スラリ製造容器２内に注湯した溶融金属Ｍに対して電磁気場特有の磁気浮遊が生じる。よって、スラリ製造容器２の内面に溶融金属Ｍが接触しない状態、すなわちスラリ製造容器２の内面から溶融金属Ｍが浮遊した状態で、この溶融金属Ｍが攪拌される。このため、スラリ製造容器２の内面に溶融金属Ｍが接触しにくい状態で、この溶融金属Ｍを電磁攪拌できる。
【００３５】
また、よく攪拌されている溶融金属Ｍと低温のスラリ製造容器２の内壁との対流熱伝逹が増加して溶融金属Ｍ全体の温度を急速に冷却させる。すなわち、注湯された溶融金属Ｍが注湯と同時に電磁気場の攪拌により分散粒子に分散され、この分散粒子が結晶核としてスラリ製造容器２内に均一に分布され、これによりスラリ製造容器２全体に亘って温度差が発生しなくなる。これに対し、上述の従来の技術によれば、注湯された溶融金属が低温のスラリ製造容器の内壁と接触して急速な対流熱伝逹により初期凝固層での樹枝状結晶に成長する。
【００３６】
そして、このような原理は凝固潜熱と関連して説明できる。すなわち、スラリ製造容器２の壁面で溶融金属Ｍの初期凝固が発生しないので、それ以上凝固潜熱が発生せず、これにより溶融金属Ｍの冷却は単に溶融金属Ｍの比熱(凝固潜熱の１／４００程度に過ぎない)に該当する程度の熱量の放出だけで可能になる。
【００３７】
したがって、従来の技術においてスラリ製造容器の壁面部でよく発生する初期凝固層である樹枝状結晶が形成されずに、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍがスラリ製造容器２の壁面から中心部にわたって全体的に均一にかつ急速に温度が下がる様子を示す。よって、このスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍの冷却速度を制御して加熱しながらゆっくりと冷却する必要が無くなるから、このときの温度を下げるのに必要な時間は溶融金属Ｍの注湯後約１秒以上１０秒以下程度の短い時間にすぎない。これにより、多数の結晶核がスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ全体にわたって均一に生成され、結晶核生成密度の増加によって結晶核間の距離は非常に短くなって樹枝状結晶が形成されずに独立的に成長して球状粒子を形成する。
【００３８】
これは溶融金属Ｍが注湯される最中に電磁気場が印加される場合にも同じである。すなわち、スラリ製造容器２の内壁面において初期凝固層は、注湯される過程での電磁気場攪拌により形成されなくなる。
【００３９】
このとき、溶融金属Ｍの注湯温度ＴＰは液相線温度より高く、液相線＋１００℃より低いの温度(溶湯過熱度＝０℃以上１００℃以下)に維持されることが望ましい。上述のように、溶融金属Ｍが入っているスラリ製造容器２の内部全体が均一に冷却されるので、このスラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注湯する前に液相線温度付近まで冷却する必要がなく、液相線温度より１００℃程度の高い温度を維持してもよいからである。
【００４０】
一方、溶融金属をスラリ製造容器に注湯した後、溶融金属の一部が液相線以下になる時点でスラリ製造容器に電磁気場を印加する従来の方法によれば、スラリ製造容器の壁面に初期凝固層が形成されながら凝固潜熱が発生するが、凝固潜熱は比熱の約４００倍であるため、スラリ製造容器全体の溶融金属の温度が下がるには長時間がかかる。したがって、このような従来の方法では、液相線程度または液相線より約５０℃高い温度まで溶融金属の温度を冷却させた後、スラリ製造容器に注湯することが一般的であった。
【００４１】
また、電磁気場による攪拌は、図４に示すように、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍが少なくとも一部分でも、溶融金属Ｍの温度が液状線温度Ｔ１以下に下がった時、すなわち、この溶融金属Ｍの固相率が約０．００１で所定の結晶核でも生成された後ならいつ終了しても問題にならない。言い換えると、この電磁気場による攪拌を終了する時点は、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍの温度が液相線付近に至った時点である。さらに、この電磁気場攪拌を終了する時点は、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ中に結晶核が均一に生成された時点である。
【００４２】
ここで、溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳを製造する際の核生成密度は、溶融金属Ｍとして使用される合金系によらず、この溶融金属Ｍの固相率が０．０００１(１０−４)以上となった時点で、すべての合金系における結晶核生成が完了する。また、溶融金属Ｍの固相率を０．０００１の単位まで計測するのは容易ではない。工業的に利用し得る半凝固金属スラリＳを製造する目的で、この半凝固金属スラリＳの原料として用いられる溶融金属Ｍの結晶核生成を確実に終了させるためには、この溶融金属Ｍの固相率を０．０００１とする必要はなく、０．００１以上で充分であり、生産性の観点から０．００１以上とすることがより好ましい。
【００４３】
すなわち、溶融金属Ｍ中にいかに結晶核生成の核を増加させるかについては、この溶融金属Ｍ中に結晶核生成が生じる間だけ、この溶融金属Ｍに電磁気場を印加するだけで足りる。したがって、この溶融金属Ｍに電磁気場をより長時間印加して、この溶融金属Ｍの固相率を０．００１以上としても半凝固金属スラリＳを製造できる。ところが、この溶融金属Ｍの固相率が０．１以上になった状態でも電磁気場を印加し続けるのは、エネルギ効率面で望ましくなく、製造される半凝固金属スラリＳの凝固組織が粗大化され、かつ工程時間が伸びるために望ましくないからである。
【００４４】
さらに、スラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注湯してこの溶融金属Ｍを冷却させる段階まで電磁気場を印加して後続の加圧する段階、例えばダイカスト工程や熱間鍛造工程などの成形工程前に電磁気場攪拌を停止させてもよい。これは既にスラリ製造容器２のスラリ製造領域Ｔ全体に亘って結晶核が均一に分布しているために、この結晶核を中心として結晶粒が成長する段階での電磁気場攪拌は製造される半凝固金属スラリＳの特性に影響を及ぼさないからである。
【００４５】
したがって、上記電磁気場攪拌は、少なくとも溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．７以下になるまで持続させる。言い換えると、この電磁気場攪拌は、溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．７以下となった時点で、この溶融金属Ｍが注湯されたスラリ製造容器２に対する電磁気場の印加が終了される。ただし、上記電磁気場攪拌の持続時間は、エネルギ効率面を考えれば、少なくともスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．４以下になるまで持続させ、さらに望ましくは溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．１以下になるまで持続させる。
【００４６】
よって、電磁気場による攪拌を加えた後にはスラリ製造容器２を電磁気場が印加されている空間部13の外側へ移送させて後続工程に連係させる。すなわち、後続工程であるダイカスト工程や、熱間鍛造工程またはビレット製造工程に移して成形することである。このようなスラリ製造容器２の移送は、電磁気場の終了とは関係なく進行できる。具体的には、電磁気場の印加を終了した後でスラリ製造容器２を移送し、空間部13に電磁気場が印加されている状態でこの空間部13の外側にスラリ製造容器２を移送して離脱させる。
【００４７】
一方、スラリ製造容器２への溶融金属Ｍの注湯が完了する前に電磁気場を印加して、均一な分布の結晶核を形成した後、冷却工程としてスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍを冷却して生成された結晶核の成長を加速させる。この冷却工程は、スラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注湯するときからしてもよい。また、この冷却工程の間にも電磁気場を持続的に印加させてもよい。よって、この冷却工程は、スラリ製造容器２に電磁気場が印加される間にしてもよい。これにより、スラリ製造容器２で半凝固状態の半凝固金属スラリＳを製造した後、これを直ちに後続工程である成形工程で使用できる。なお、このような冷却工程は、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍ中に、この溶融金属Ｍに等しい組成、例えば球状の組織構造の細長リボン状の固相金属である図示しない金属リボンを所定量挿入して、この金属リボンを溶融金属Ｍ中に溶かす、すなわち溶融させて冷却させたり、別途の温度調節装置にてしたり、自然的に空冷させたりしてもよい。
【００４８】
さらに、この冷却工程は、後続工程である加圧工程などの成形工程前まで持続できる。すなわち、溶融金属Ｍが０．１以上０．７以下の固相率に到達する時点ｔ２まで冷却工程を維持させる。具体的に、半凝固金属スラリＳが鋳込まれて製造される製品の肉厚が薄く形状が複雑な場合には、実験的に、溶融金属Ｍの固相率が０．１となるまで冷却して、この溶融金属Ｍをより液状にして、半凝固金属スラリＳが鋳型内で凝固するまでの時間を長くし、この半凝固金属スラリＳの鋳型への流れ込み速度を速くする必要がある。
【００４９】
これに対し、この半凝固金属スラリＳが鋳込まれて製造される製品の肉厚が厚く形状が単純な場合には、実験的に、溶融金属Ｍの固相率が０．７となるまで冷却して、この溶融金属Ｍをより固状にし、半凝固金属スラリＳが鋳型内で凝固するまでの時間を短くして、この半凝固金属スラリＳの流れ込み速度を遅くしても問題がないからである。
【００５０】
この結果、半凝固金属スラリＳの製造に用いる溶融金属Ｍの固相率を０．１以上０．７以下にすれば、この溶融金属Ｍとして用いられる合金系に関わらず、この溶融金属Ｍから製造された半凝固金属スラリＳにより、あらゆる形状のダイカスト製品を製造できる。また、溶融金属Ｍのスラリ製造容器２内への注湯時点から固相率０．１以上０．７以下の半凝固金属スラリＳへと形成される時点までの所要時間が３０秒以上６０秒以下にすぎない。よって、溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳを６０秒内である１分以内に製造するためには、この溶融金属Ｍの固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却すればよい。
【００５１】
このとき、この溶融金属Ｍの冷却速度は０．２℃／ｓｅｃ以上５．０℃／ｓｅｃ以下程度とするが、より好ましくは、結晶核の分布度および粒子の微細度によって０．２℃／ｓｅｃ以上２．０℃／ｓｅｃ以下にする。これは、溶融金属Ｍに電磁気場を印加して半凝固金属スラリＳを製造する場合には、結晶核の分布度および粒子の微細度などの観点から、電磁気場を印加して結晶核生成が終了した溶融金属Ｍを、少なくとも０．２℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する必要があるからである。
【００５２】
すなわち、この溶融金属Ｍの冷却速度を０．２℃／ｓｅｃ以下にした場合には、この溶融金属Ｍ中の結晶核が成長し過ぎて大きくなり過ぎてしまい、この溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳを製造する際に必要な時間が長くなるので、この溶融金属Ｍから製造される半凝固金属スラリＳの生産性および機械的な性質が低下してしまう。このため、この溶融金属Ｍの冷却速度を少なくとも０．２℃／ｓｅｃ以上にする必要があるとともに、この溶融金属Ｍの冷却速度は、基本的に速ければ速いほど半凝固金属スラリＳの製造に必要な時間を短縮でき、エネルギ効率を向上できるので好ましい。
【００５３】
ところが、この溶融金属Ｍの冷却速度を５℃／ｓｅｃ以上にすると、この溶融金属Ｍを冷却する際に、この溶融金属Ｍ中に樹枝状結晶が形成されてデンドライト化して凝固してしまう。また、この溶融金属Ｍ中に形成された結晶核間の距離が大きい場合には、この溶融金属Ｍを０．２℃／ｓｅｃ以上の比較的ゆっくりとした速度で冷却することにより、この溶融金属Ｍ中の結晶核を大きく成長できる。これに対し、この溶融金属Ｍ中に形成された結晶核間の距離が小さい場合には、この溶融金属Ｍ中の結晶核を余り大きく成長させる必要がないので、この溶融金属Ｍを５℃／ｓｅｃ以下の比較的速い速度で冷却することが好ましい。
【００５４】
さらに、この溶融金属Ｍが注湯されるスラリ製造容器２の断面積が大きい場合には、この溶融金属Ｍを０．２℃／ｓｅｃ程度の比較的ゆっくりとした速度で冷却することが好ましい。これに対し、溶融金属Ｍが注湯されるスラリ製造容器２の断面積が小さい場合には、この溶融金属Ｍを５℃／ｓｅｃ程度の比較的速い速度で冷却しても、溶融金属Ｍ中の結晶核を十分に成長できる。
【００５５】
ここで、スラリ製造容器２に注湯した溶融金属Ｍ中での結晶核の生成は、このスラリ製造容器２に注湯する際の溶融金属Ｍの温度、すなわち注湯温度に依存する。なお、この注湯温度としては、溶融金属Ｍの液相線温度＋１００℃のように、この液相線温度からどの程度加熱したかを示す加熱度によって示すことができる。そして、この加熱度は、溶融金属Ｍをスラリ製造容器２に注湯してから、この溶融金属Ｍ中に結晶核が生成されるまでの段階に重要な影響を及ぼす。
【００５６】
これに対し、溶融金属Ｍ中に結晶核を生成させた後から、鋳込んだ半凝固金属スラリＳの凝固が完了するまでの結晶成長は、この溶融金属Ｍから製造された半凝固金属スラリＳを鋳込んで製造される製品の肉厚が重要な影響を及ぼす。したがって、電磁気場を印加して結晶核生成が終了した後に、この結晶核を成長させる際の溶融金属Ｍの冷却速度は、この溶融金属Ｍをスラリ製造容器２に注湯する前の結晶核を生成するための溶融金属Ｍの加熱度と、この溶融金属Ｍから形成された半凝固金属スラリＳから製造される製品の肉厚とのそれぞれに依存する。すなわち、溶融金属Ｍの加熱度が一定で製品の肉厚が決まれば、鋳込んだ半凝固金属スラリＳの冷却速度が自然に決まる。
【００５７】
ここで、溶融金属Ｍの加熱度が高い場合には、この溶融金属Ｍ中に生成される結晶核の数、すなわち核生成数が減少するので、この溶融金属Ｍの冷却速度を遅くする必要がある。また、この溶融金属Ｍの加熱度が低い場合には、この溶融金属Ｍ中に生成される核生成数が増加するので、この溶融金属Ｍの冷却速度を速くできるから、この溶融金属Ｍから製造される半凝固金属スラリＳの粒子の細微化が可能となる。
【００５８】
したがって、この溶融金属Ｍの冷却速度を０．２℃／ｓｅｃ以上５℃／ｓｅｃ以下とし、この溶融金属Ｍをスラリ製造容器２に注湯する時の温度を、この溶融金属Ｍの液相線＋１００℃より低くすれば、鋳物産業において使用し得る範囲で、かつ所定の固相率を有する半凝固状態の半凝固金属スラリＳを製造でき、これを直ちに加圧することによりダイカスト工程や押圧成形、プレス成形などをして所定の成形品に成形する。
【００５９】
このとき、この半凝固金属スラリＳを製造する時間を顕著に短縮できるが、溶融金属Ｍのスラリ製造容器２への注湯時点から固相率０．１以上０．７以下の金属スラリ形態の金属材料に形成される時点までかかる時間は３０秒以上６０秒以下にすぎない。これにより製造された半凝固金属スラリＳを使用して製品を成形すれば均一でかつ緻密な球状の結晶構造を得ることができる。
【００６０】
次に、上記半凝固金属スラリの製造方法を用いた半凝固金属スラリ製造装置について説明する。
【００６１】
図１ないし図３に示す半凝固金属スラリ製造装置は、いわゆるバッチ式であり、電磁気場を印加する攪拌手段としての核生成部である円筒状の攪拌部１を備えている。そして、この攪拌部１の内側には、空間部13が設けられている。さらに、この攪拌部１は、空間部13を包むように設けられた電磁気場印加用コイル装置11を備えている。また、この攪拌部１の空間部13には、少なくとも一つの有底円筒状の注湯部であるカップ状のスラリ製造容器２が取出可能であるとともに収容可能に取り付けられている。
【００６２】
また、このスラリ製造容器２は、固液共存状態金属材料製造用冷却容器としての半凝固金属スラリ製造用冷却容器であり、加熱などされておらず常温に保持されている。すなわち、このスラリ製造容器２は、断熱効果を有さない放熱効果を有する放熱容器である。言い換えると、このスラリ製造容器２は、このスラリ製造容器２内へと注湯された溶融金属Ｍを積極的に急冷させる冷却容器でもある。
【００６３】
さらに、このスラリ製造容器２は、駆動部３にて昇降可能に設置される。このスラリ製造容器２内には、注湯部としての注入部である注湯容器４にて所定の組成を有する液状の液相金属である溶融金属Ｍが注湯される。そして、これら攪拌部１および駆動部３のそれぞれは、制御手段としての電磁気場印加調整部である制御部５にて制御される。
【００６４】
また、攪拌部１は、中空な支持フレームとしてのベースプレート14の上部に設けられている。このベースプレート14は、地面から所定の高さとなるように支持部材15により支持されて取り付けられている。また、このベースプレート14の上部には、このベースプレート14の中心に開口された開口部14aを中心として電磁気場印加用コイル装置11が取り付けられている。この電磁気場印加用コイル装置11は、内側に空間部13を有する所定のフレーム12にて支持されている。また、この電磁気場印加用コイル装置11は、制御部５と電気的に連結されており、空間部13に向けて所定時間電磁気場を印加し、空間部13に収容されるスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍを電磁気攪拌する。
【００６５】
次いで、スラリ製造容器２は、このスラリ製造容器２の周面を構成する円筒状の容器本体22を備えている。この容器本体22の内周面は、この容器本体22の底面側から表面側に向けて拡径したテーパ状に形成されている。また、この容器本体22の底部には、この底部を閉塞する円盤状の底板部23が一体的に取り付けられている。さらに、スラリ製造容器２は、金属材または絶縁性素材である非磁性材にて成形されており、攪拌部１の空間部13に収容可能な程度の大きさである。
【００６６】
また、図２に示すように、この容器本体22の底板部23を除く周面部24の外周面には、この容器本体22内に注湯された溶融金属Ｍを冷却させる冷却手段としての細長形平板状の複数の冷却フィン25が取り付けられている。これら冷却フィン25は、容器本体22内に溶融金属Ｍを注湯する方向、すなわち、周面部24の軸方向に沿って取り付けられている。また、これら冷却フィン25は、周面部24の周方向に沿って等間隔に離間された位置に取り付けられている。
【００６７】
そして、スラリ製造容器２は、このスラリ製造容器２自体の融点が、内部に収容される溶融金属Ｍの温度よりも高いものを使用することが望ましい。また、このスラリ製造容器２の底板部23の外周縁には、このスラリ製造容器２が移動しないように段差部21が周方向に沿って形成されている。そして、このスラリ製造容器２には図示しない別の熱電対が内蔵されており、この熱電対は制御部５に連結されて温度情報が制御部５に送り出されるように構成されている。
【００６８】
ここで、このスラリ製造容器２の容器本体22は、この容器本体22内の容量の増減に対応させて、この容器本体22の周面部24の厚さを増減させることによって、この容器本体22に注湯された溶融金属Ｍの冷却効果を増減させることができる。具体的に、この容器本体22は、この容器本体22に注湯された溶融金属Ｍの冷却効果を高めるためには、この容器本体22の周面部24の厚さを薄くればよい。
【００６９】
一方、スラリ製造容器２を昇降運動させる駆動部３は、空間部13内にスラリ製造容器２を収容し、また空間部13の外側に離脱させる。さらに、この駆動部３は図示しない駆動モータおよびギア装置または油圧シリンダなどを備えている。より具体的に、この駆動部３は、制御部５に電気的に連結された動力装置31を備えており、この動力装置31から空間部13の内側に延び、動力装置31により直線往復運動するピストン32が取り付けられている。また、このピストン32の端部には、空間部13の内側に位置する安着台33が連結されている。この安着台33には、スラリ製造容器２が設置されて安着されて取り付けられている。
【００７０】
さらに、注湯容器４は、スラリ製造容器２が駆動部３により上昇されて電磁気場が印加されている空間部13に収容された時にスラリ製造容器２に液相の溶融金属Ｍを注湯する。また、この注湯容器４としては、制御部５に電気的に連結された通常のラドル(ladle)が使われる。
【００７１】
次に、上記第１の実施の形態の作用について説明する。
【００７２】
まず、図１に示すように、駆動部３を動作させて、常温以下の温度のスラリ製造容器２を安着台33上に設置させた後、攪拌部１の電磁気場印加用コイル装置11によって空間部13内に所定周波数および強度で電磁気場を印加する。このとき、安着台33上へのスラリ製造容器２の設置は、空間部13に電磁気場を印加させた後にしてもよい。
【００７３】
この後、別の電気炉で溶融された溶融金属Ｍを注湯容器４にて移送して電磁気場の影響下にあるスラリ製造容器２に注湯する。このとき、電磁気場の印加を溶融金属Ｍの注湯前にすることもあるが、溶融金属Ｍの注湯を開始すると同時にしてもよい。
【００７４】
さらに、このスラリ製造容器２内に注湯された溶融金属Ｍは、このスラリ製造容器２の冷却フィン25によって急速に冷却されて半凝固金属スラリＳとなる。ここで、このスラリ製造容器２の容器本体22の軸方向に沿って図示しない送風手段としての送風機によって、このスラリ製造容器２に向けて送風することにより、このスラリ製造容器２の各冷却フィン25による容器本体22から空気などの流動体への熱伝達によって、このスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍをより効率良くかつ急速に冷却できる。
【００７５】
このとき、スラリ製造容器２内の溶融金属Ｍの冷却は、このスラリ製造容器２内の溶融金属Ｍが０．１以上０．７以下の固相率に至るまで所定の速度で冷却されて半凝固金属スラリＳとされる。このときの冷却速度は、０．２℃／ｓｅｃ以上５℃／ｓｅｃ以下となり、より望ましくは０．２℃／ｓｅｃ以上２℃／ｓｅｃ以下となる。このようなスラリ製造容器２の冷却は、このスラリ製造容器２が交替される前、すなわち、駆動部３によりスラリ製造容器２が空間部13の外側に移送されて離脱される前にでき、冷却が終了した後でスラリ製造容器２を空間部13の外側に離脱させて新しいスラリ製造容器２にも交替できる。
【００７６】
この後、駆動部３にてスラリ製造容器２を上昇させて、図３に示すように、空間部13の外側にスラリ製造容器２を移送して離脱させ、図示しないロボットなどの移送装置により新しいスラリ製造容器２に取り替える。
【００７７】
一方、駆動部３によりスラリ製造容器２が空間部13外側に移送されて離脱されるまで電磁気場を印加し続けてもよい。電磁気場の印加は溶融金属Ｍの固相率が少なくとも０．００１以上０．７以下になるまで持続する。ただし、エネルギ効率次元で電磁気場印加用コイル装置11は溶融金属Ｍの注湯後、この溶融金属Ｍの固相率が少なくとも０．００１以上０．４以下になるまで持続し、さらに望ましくは、この溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．１以下になるまで持続する。溶融金属Ｍがこのような固相率になるまでの時間は、予め実験で調べることができる。
【００７８】
上述したように、上記第１の実施の形態によれば、スラリ製造容器２の周面部24に冷却フィン25を取り付けたので、このスラリ製造容器２の容器本体22に注湯される溶融金属Ｍを、冷却フィン25にてより速く冷却させて半凝固金属スラリＳにできるから、この半凝固金属スラリＳを溶融金属Ｍからより速く製造できる。このとき、スラリ製造容器２内に注湯された溶融金属Ｍを冷却させる手段を冷却フィン25とした。このため、このスラリ製造容器２に注湯した溶融金属Ｍを冷却させる構成を簡略にできるとともに、このスラリ製造容器２に注湯した溶融金属Ｍを効率良く冷却できる。したがって、この溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳをより速くすばやく製造できる。
【００７９】
さらに、スラリ製造容器２の各冷却フィン25を周面部24の軸方向に沿って取り付けたので、この周面部24の周囲を通過する空気によって容器本体22内の溶融金属Ｍを冷却フィン25によって効率良く冷却できる。したがって、これら冷却フィン25による放熱効果をより向上できるから、容器本体22に注湯する溶融金属Ｍからより速く瞬時に半凝固金属スラリＳを製造できる。
【００８０】
また、スラリ製造容器２にあらかじめ電磁気場を印加させている状態で、このスラリ製造容器２に溶融金属Ｍを注湯して、この溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳを製造する。このため、この溶融金属Ｍを注湯する前にスラリ製造容器２を加熱することなく、このスラリ製造容器２に注湯した溶融金属Ｍ中に初期凝固層を形成させずに、半凝固金属スラリＳを製造できる。
【００８１】
さらに、このスラリ製造容器２に注湯した後の溶融金属Ｍを急速に冷却するためには、この溶融金属Ｍが注湯される前のスラリ製造容器２自体を、このスラリ製造容器２に注湯した溶融金属Ｍ中に初期凝固層が形成されない程度の温度に冷却しておくことが好ましい。
【００８２】
このとき、このスラリ製造容器２の取り扱いを容易にするためには、溶融金属Ｍを注湯する前のスラリ製造容器２自体の温度を、作業者が触れることのできる温度である６０℃以下の温度、より好ましくは常温程度の温度にすれば、溶融金属Ｍからの半凝固金属スラリＳの製造をより容易にできる。したがって、スラリ製造容器２の取り扱いが容易になるとともに、このスラリ製造容器２内に注湯した溶融金属Ｍの加熱を不要にできる。よって、この溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳを製造するための時間を大幅に短縮できる。このため、この半凝固金属スラリＳの製造工程を容易かつすばやくできるから、この半凝固金属スラリＳの製造を容易かつすばやくできる。
【００８３】
また、スラリ製造容器２を非磁性材とすることにより、このスラリ製造容器２に電磁気場を印加しても、このスラリ製造容器２が誘導加熱によって加熱されない。したがって、このスラリ製造容器２の容器本体22に電磁気場が印加されている状態で、この容器本体22に注湯した溶融金属Ｍをより速く効率良く冷却できる。このため、この溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳをより速くかつすばやく製造できる。
【００８４】
このとき、図５に示す第２の実施の形態のように、スラリ製造容器２の各冷却フィン25を周面部24の周方向に沿って取り付けることもできる。この場合、これら冷却フィン25は、円環状に構成されており、スラリ製造容器２の容器本体22に溶融金属Ｍを注湯する方向である、この容器本体22の軸方向に交差する方向に沿って設けられている。言い換えると、これら冷却フィン25は、スラリ製造容器２の容器本体22の軸方向に直交する周方向に周方向を沿わせた状態で、この容器本体22の周面部24に取り付けられている。また、これら冷却フィン25は、容器本体22の周面部24の軸方向に沿って等間隔に離間された状態で取り付けられている。
【００８５】
この結果、スラリ製造容器２の容器本体22に注湯される溶融金属Ｍを、冷却フィン25にてより速く冷却させて半凝固金属スラリＳにできるから、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００８６】
また、スラリ製造容器２の各冷却フィン25を環状に構成し、これら冷却フィン25を容器本体22の周面部24の周方向に沿って取り付けた。このため、これら冷却フィン25をスラリ製造容器２の取手として機能させて用いることができるから、これら冷却フィン25によってスラリ製造容器２を持ち易くできる。したがって、このスラリ製造容器２のハンドリングが向上し、このスラリ製造容器２の取り扱い性を向上できる。
【００８７】
次に、図６ないし図１０に示す第３の実施の形態の固液共存状態金属材料の製造装置について説明する。
【００８８】
この半凝固金属スラリ製造装置は、電磁気場を印加する核生成部としての攪拌部41と細長円筒状の筒状部としてのスリーブ42とを備えている。このスリーブ42は、圧送部としての第１の筒状部である射出用の第１のスリーブ43と、注湯部としての第２の筒状部であるＥＭＳ用の第２のスリーブ44とによって軸方向に沿った中央部が分割されて構成されている。ここで、この第２のスリーブ44は、この第２のスリーブ44内に注湯される溶融金属Ｍを冷却させる半溶融金属スラリ製造用冷却容器である。
【００８９】
なお、この第２のスリーブ44は、作業者が触れることのできる温度、すなわち６０℃以下、好ましくは５０℃以下の温度に設置されている。さらに、この第２のスリーブ44は、水が凍らない気温程度である０℃以上４０℃以下、好ましくは２０℃以上３０℃以下の温度である常温(２５℃程度)以下の温度に設定されている。したがって、この第２のスリーブ44は、加熱などされておらず常温である。すなわち、この第２のスリーブ44は、断熱効果を有さない放熱効果を有する放熱容器としての冷却容器である。
【００９０】
ここで、この第２のスリーブ44は、両端が開放されて開口された細長円筒状であり、上下方向に沿った軸方向を有する状態から、水平方向に沿った軸方向を有する状態となるように回動可能に設置されている。また、この第２のスリーブ44は、この軸方向に沿った一端である上端となる注湯口45と、この注湯口45に対向した他端である下端となるスラリ排出口46とのそれぞれが同心状に連通した状態で開口している。そして、この第２のスリーブ44は、注湯口45から溶融金属Ｍが注湯されて、この溶融金属Ｍが内部に収容されて受容できるように構成されている。
【００９１】
また、この第２のスリーブ44は、この第２のスリーブ44の内部に注湯した溶融金属Ｍから製造された半凝固金属スラリＳがスラリ排出口46から排出される。さらに、この第２のスリーブ44の周面部は、この第２のスリーブ44に溶融金属Ｍを注湯させる側である注湯口45側からスラリ排出口46側に向けて徐々に拡開したテーパ状に形成されている。言い換えると、この第２のスリーブ44の周面部は、この第２のスリーブ44の一端側から他端側に向かう方向である、半凝固金属スラリＳの排出方向に向けて内径寸法が徐々に大きくなるように拡径している。
【００９２】
さらに、この第２のスリーブ44の周辺部には、この第２のスリーブ44内に注湯された溶融金属Ｍに電磁気場を印加する攪拌手段としての円筒状の攪拌部41が設置されている。この攪拌部41は、第２のスリーブ44とともに回動できるように、この第２のスリーブ44に固定されている。
【００９３】
また、この第２のスリーブ44のスラリ排出口46には、開閉手段としての蓋体である円形平板状の開閉型のストッパ47が取り付けられている。このストッパ47は、図示しない駆動装置に接続されており、第２のスリーブ44と同じ材質にて形成されている。また、このストッパ47は、図５および図６に示すように、第２のスリーブ44の注湯口45を上方に向けた状態で、この第２のスリーブ44のスラリ排出口46を開閉可能に閉塞して、この第２のスリーブ44内に溶融金属Ｍが注湯されるスラリ製造領域Ｔの閉塞部としての底部48を形成し、この第２のスリーブ44を容器状にする。
【００９４】
さらに、このストッパ47は、第２のスリーブ44を回動させて水平にした状態で、この第２のスリーブ44のスラリ排出口46を開放させて、この第２のスリーブ44内で形成された半凝固金属スラリＳを第２のスリーブ44のスラリ排出口46から外部へと離脱させて排出させる。なお、このストッパ47としては、第２のスリーブ44の下端であるスラリ排出口46を開閉できれば、一側が第２のスリーブ44のスラリ排出口46の周縁に回動可能にヒンジ固定されたドア状や、中央部が分割されて両方向に開放される構成などであってもよい。
【００９５】
一方、この第２のスリーブ44は、細長円筒状の容器本体51を備えている。この容器本体51の外周面には、この容器本体51内に注湯された溶融金属Ｍを冷却させる冷却手段としての複数の冷却フィン52が一体的に形成されている。これら冷却フィン52は、容器本体51内に溶融金属Ｍを注湯する方向、すなわち容器本体51の軸方向に沿って取り付けられている。また、これら冷却フィン52は、容器本体51の周方向に沿って等間隔に離間された位置に取り付けられている。ここで、これら冷却フィン52は、容器本体51内に注湯される溶融金属Ｍを冷却できればいかなる構成であってもよい。
【００９６】
ここで、この第２のスリーブ44は、この第２のスリーブ44の容器本体51内の容量の増減に対応させて、この容器本体51の厚さを増減させることによって、この容器本体51に注湯された溶融金属Ｍの冷却効果を増減させることができる。具体的に、この容器本体51は、この容器本体51に注湯された溶融金属Ｍの冷却効果を高めるためには、この容器本体51の厚さを薄くればよい。
【００９７】
そして、これら冷却フィン52は、容器本体51内の溶融金属Ｍを適正な速度で冷却する。さらに、この冷却フィン52は、容器本体51の外周面全体に亘って設置できるが、この容器本体51内に溶融金属Ｍが収容されるスラリ製造領域Ｔの周囲のみに集中的に設置することもできる。なお、この冷却フィン52を設けずに、容器本体51内の溶融金属Ｍを自然冷却させて、所望する固相率の半凝固金属スラリＳを製造させてもよい。
【００９８】
このとき、この冷却フィン52は、攪拌部41による電磁気場の攪拌が終了した後に冷却することもあり、電磁気場の攪拌とは関係なく、すなわち電磁気場の印加が持続されている間も冷却でき、容器本体51に溶融金属Ｍを注湯する段階からもできる。
【００９９】
一方、攪拌部41は、図１ないし図３に示す半凝固金属スラリ製造装置の攪拌部１と同様に構成されており、この攪拌部41の電磁気場印加用コイル装置11の内側に第２のスリーブ44が同心状に設置されている。ここで、この電磁気場印加用コイル装置11は、第２のスリーブ44の外側に密着させて結合させてもよい。そして、この電磁気場印加用コイル装置11は、第２のスリーブ44に注入される溶融金属Ｍを、この第２のスリーブ44に注入する段階から徹底的に攪拌させる。よって、この電磁気場印加用コイル装置11は、図８および図９に示すように、第２のスリーブ44の回動に連動して回動されるように構成されている。すなわち、この第２のスリーブ44に電磁気場印加用コイル装置11が固定されている。なお、この第２のスリーブ44だけが回動するように構成してもよい。
【０１００】
さらに、電磁気場印加用コイル装置11には、図１ないし図３に示す半凝固金属スラリ製造装置の制御部５と同様に構成された、電磁気場印加調整部55が電気的に連結されて接続されている。この電磁気場印加調整部55としては、制御装置が用いられており、電源の印加を決定する図示しないスイッチング手段や、電圧、周波数および電磁気力などを調節して印加される電磁気波を調節する電磁気波制御手段などを有している。すなわち、この電磁気場印加調整部55は、電磁気場の強度や作動時間などを調節する。
【０１０１】
一方、第１のスリーブ43および第２のスリーブ44は、図６に示すように、対向する端部の一側が結合され、これら一側を中心として第２のスリーブ44の他端側が所定の角度θで下方に向けて回動できるように構成されている。ここで、この第２のスリーブ44の回動角度θは、９０°以内にすることが望ましい。ここで、これら第１のスリーブ43および第２のスリーブ44は、金属材、絶縁性素材あるいは非磁性材にて構成されている。すなわち、これら第１のスリーブ43および第２のスリーブ44は、これら第１のスリーブ43および第２のスリーブ44自体の融点が収容される溶融金属Ｍの温度より高いものを使用することが望ましい。
【０１０２】
特に、第２のスリーブ44は、この第２のスリーブ44内に注湯される溶融金属Ｍを急速に冷却できるように、伝導性に優れ、かつ磁性を有さない非磁性体としての非磁性材である金属などにて形成されている。すなわち、この第２のスリーブ44は、金属材あるいは絶縁性素材としての非磁性体である非磁性金属材料あるいは非磁性セラミック材料にて構成されている。
【０１０３】
したがって、この第２のスリーブ44を非磁性体で構成したため、電磁気場の印加によって第２のスリーブ44自体が誘導加熱を起さず発熱しなくなるから、この第２のスリーブ44内に注湯した溶融金属Ｍを冷却させるのに有利であるので、この第２のスリーブ44内に溶融金属Ｍを注湯しているときから、この溶融金属Ｍを冷却できる。また、この第２のスリーブ44を非磁性金属材で形成する場合には、この第２のスリーブ44自体の融点が、この第２のスリーブ44内に収容される溶融金属Ｍの温度より高いものを使用すると良い。
【０１０４】
なお、この第２のスリーブ44は、この第２のスリーブ44自体の温度を溶融金属Ｍの温度まで上昇させると、この第２のスリーブ44自体が溶けてしまうおそれがあるから、この第２のスリーブ44の温度を溶融金属Ｍの温度まで上昇させることができない。したがって、この第２のスリーブ44では、この第２のスリーブ44に溶融金属Ｍを注湯した直後に、この溶融金属Ｍに電磁気場を印加した場合には、第２のスリーブ44と溶融金属Ｍとの温度差が大きく、この溶融金属Ｍの第２のスリーブ44と接する部分周辺では瞬間的に樹枝状結晶が形成されてしまう。
【０１０５】
一方、第１のスリーブ43は、地面に対して水平な軸方向を有するように配置されている。また、第２のスリーブ44は、第１のスリーブ43と結合される部分である他端側のスラリ排出口46側を中心に所定の角度θで回動可能に構成されている。さらに、この第２のスリーブ44は、この第２のスリーブ44内に注湯されて収容された溶融金属Ｍへの電磁攪拌によって半凝固金属スラリＳを形成するスラリ製造領域Ｔを形成する。また、第１のスリーブ43は、第２のスリーブ44内で形成された半凝固金属スラリＳを加圧して成形するための領域となる。
【０１０６】
したがって、これら第１のスリーブ43および第２のスリーブ44は、電磁気場攪拌によって溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳを製造するスラリ製造容器の機能と、製造された半凝固金属スラリＳを加圧成型する成形枠としての機能とを兼ね備えている。ここで、これら第１のスリーブ43および第２のスリーブ44は、必ずしも両端が開放された構造でなく、相互に連結されて第２のスリーブ44内で製造された半凝固金属スラリＳを第１のスリーブ43へと圧送して、この第１のスリーブ43から吐出できればよい。
【０１０７】
具体的に、この第１のスリーブ43は、両端が開放されて開口された細長円筒状であり、水平方向に沿った軸方向を有する状態に設置されて固定されている。また、この第１のスリーブ43は、第２のスリーブ44と略同径に形成されている。そして、この第１のスリーブ43の軸方向に沿った一端側には、蓋体としてのキャップ体56が取り付けられている。このキャップ体56の中央部には、所定の形状に開口されたスラリ吐出口57が形成されている。このスラリ吐出口57は、第１のスリーブ43内から半凝固金属スラリＳが抜け出るように構成されている。さらに、このスラリ吐出口57は、第２のスリーブ44に結合される側の反対側の端部に設けられている。
【０１０８】
さらに、このスラリ吐出口57の下流側には、このスラリ吐出口57から吐出された半凝固金属スラリＳを所定の形状の成形品である押出材Ｅを成形する成形部としての押出部61を備えた押出装置が配設されて取り付けられている。この押出部61は、この押出部61の構成によってスラリ吐出口57から吐出された半凝固金属スラリＳの形状が決定される。ここで、この押出部61は、第２のスリーブ44におけるスラリ吐出口57の外側に位置して配設されている。
【０１０９】
さらに、この押出部61は、第１のスリーブ43のスラリ吐出口57から吐出される半凝固金属スラリＳを移送して搬送する移送手段としての移送ローラ62を備えている。この移送ローラ62の移送面63の上方には、第１のスリーブ43のスラリ吐出口57から吐出された半凝固金属スラリＳを冷却する冷却手段としての複数の噴霧型の冷却装置64が取り付けられている。また、第１のスリーブ43のスラリ吐出口57の外側の上方には、このスラリ吐出口57から吐出された半凝固金属スラリＳを所定の長さでカットして切断するカッタ65が上下動可能に設置されている。このカッタ65は、刃先を下方に向けて設置されており、スラリ吐出口57から半凝固金属スラリＳが所定の長さ吐出された際に下方へと移動して、この半凝固金属スラリＳを所定の長さで切断する。
【０１１０】
したがって、押出部61は、移送ローラ62、冷却装置64およびカッタ65によって、第１のスリーブ43のスラリ吐出口57から押し出されて吐出された半凝固金属スラリＳを移送させるとともに急冷させて所定の長さでカットして所定の形状の押出材Ｅを成形させる。
【０１１１】
よって、この第１のスリーブ43のスラリ吐出口57は、このスラリ吐出口57から吐出された半凝固金属スラリＳが押出部61で搬送されるので、このスラリ吐出口57から吐出される押出材Ｅの形状を決定させる。よって、このスラリ吐出口57は、押出部61によって形状が調節される。さらに、このスラリ吐出口57は、このスラリ吐出口57から押出されて吐出される押出材Ｅの形状に対応しており、この押出材Ｅが断面円形のワイヤ状の場合には円形状であり、この押出材Ｅが細長リボン状の場合には細長溝状である。
【０１１２】
一方、第１のスリーブ43のスラリ吐出口57に対向した軸方向に沿った他端側には、スラリ挿入口58が開口形成されている。これらスラリ吐出口57とスラリ挿入口58とは、同心状に連通している。さらに、このスラリ挿入口58は、第２のスリーブ44のスラリ排出口46に同心状に連通するように、このスラリ排出口46に等しい形状に形成されている。よって、第１のスリーブ43は、第２のスリーブ44内で製造された半凝固金属スラリＳがスラリ挿入口58から挿入されてスラリ吐出口57から吐出させて排出させる。
【０１１３】
すなわち、この第１のスリーブ43の周面部は、スラリ挿入口58側からスラリ吐出口57側に向けて徐々に拡開したテーパ状に形成されている。言い換えると、この第１のスリーブ43の周面部は、この第１のスリーブ43の他端側から一端側に向かう方向である、半凝固金属スラリＳの排出方向に向けて内径寸法が徐々に大きくなるように拡径している。したがって、この第１のスリーブ43は、この第１のスリーブ43の内径が第２のスリーブ44の内径より大きい、すなわち(第１のスリーブ43の内径)≧(第２のスリーブ44の内径)の関係となるように構成されている。
【０１１４】
また、この第１のスリーブ43の外側には、図６ないし図１０に示すように、温度調節手段としての第３の温度調節装置59が取り付けられている。この第３の温度調節装置59は、第１のスリーブ43内の溶融金属Ｍ、あるいはこの第１のスリーブ43内で製造された半凝固金属スラリＳを加熱あるいは冷却する。そして、この第３の温度調節装置59は、冷却水パイプ67が螺旋状に内蔵された円筒状の冷却手段としての冷却装置であるウォータジャケット68を備えている。
【０１１５】
そして、このウォータジャケット68は、第１のスリーブ43の外側を取り囲むように、この第１のスリーブ43の外側に同心状に取り付けられている。ここで、このウォータジャケット68内の冷却水パイプ67を第１のスリーブ43内に埋設させてもよい。また、このような冷却水パイプ67以外でも第１のスリーブ43内の溶融金属Ｍや半凝固金属スラリＳを冷却できればいかなる構成の冷却装置でもよい。
【０１１６】
さらに、第３の温度調節装置59は、加熱手段としての加熱装置である電熱コイル69を備えている。この電熱コイル69は、ウォータジャケット68の外側を取り囲むように、このウォータジャケット68の外側に螺旋状に巻回された状態で同心状に取り付けられている。ここで、この電熱コイル69としては、この電熱コイル69以外のいかなる構成の加熱装置であってもよい。
【０１１７】
一方、第２のスリーブ44の注湯口45には、押圧手段としての第１のプランジャ71が進退可能に挿入される。この第１のプランジャ71は、図示しない制御部にて制御される別途のシリンダ装置に連結され、互いに連通された第１のスリーブ43および第２のスリーブ44内をピストン往復動する。ここで、この第１のプランジャ71の先端面である押圧面72は、この第１のプランジャ71の移動方向に直交する平坦な平面とされている。
【０１１８】
さらに、この第１のプランジャ71は、第２のスリーブ44内に半凝固金属スラリＳが製造された状態で、この第２のスリーブ44の注湯口45から挿入されて、この第２のスリーブ44の一端側を閉塞する。さらに、この第１のプランジャ71は、第２のスリーブ44の注湯口45に挿入された状態で、この第２のスリーブ44とともに回動して、第２のスリーブ44の注湯口45からの半凝固金属スラリＳの漏れを防止する。また、この第１のプランジャ71は、第２のスリーブ44のスラリ排出口46が第１のスリーブ43のスラリ挿入口58に連通され、これらスラリ排出口46とスラリ挿入口58との間がストッパ47にて開放された状態で、第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳを、第１のスリーブ43のスラリ吐出口57側に向けて押圧して圧送して、この半凝固金属スラリＳをスラリ吐出口57から押出部61の移送ローラ62の移送面63上へと吐出させる。
【０１１９】
言い換えると、この第１のプランジャ71は、第２のスリーブ44内に電磁気場が印加され、この第２のスリーブ44が冷却される間、すなわち第２のスリーブ44で溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳを製造する間において、図６に示すように、第２のスリーブ44の注湯口45から外側に抜かれている。さらに、この第１のプランッジャ71は、第２のスリーブ44内で半凝固金属スラリＳが形成された後に、図７に示すように、第２のスリーブ44の注湯口45から挿入されて、この第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳを押圧すべく駆動される。そして、この第１のプランジャ71は、第２のスリーブ44の回動に連動して回動して駆動し、この第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳを第１のスリーブ43側に向けて加圧して圧送させる。
【０１２０】
なお、これら第１のスリーブ43および第２のスリーブ44には、図示しない熱電対を内蔵させるとともに、この熱電対を図示しない制御部に電気的に接続させて、これら第１のスリーブ43および第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍあるいは半凝固金属スラリＳなどの温度情報を制御部に送り出させてもよい。ここで、第２のスリーブ44の注湯口45から溶融金属Ｍを注湯する際には、図１ないし図３に示す半凝固金属スラリ製造装置の注湯容器４が用いられる。そして、この注湯容器４としては、通常の鉢以外にも金属を溶融させた炉を直接連結されるなど、第２のスリーブ44に溶融金属Ｍを注湯できる構成であればよい。
【０１２１】
次に、上記第３の実施の形態の作用について説明する。
【０１２２】
まず、図６に示すように、第２のスリーブ44の注湯口45側を第１のスリーブ43に対して上方に向けて９０゜回動させて、この第２のスリーブ44の注湯口45を上方に向けて開口させるとともに、この第２のスリーブ44のスラリ排出口46をストッパ47にて閉塞させて、この第２のスリーブ44の注湯口45から溶融金属Ｍを注湯できる容器形状にする。
【０１２３】
この状態で、電磁気場印加調整部55にて攪拌部41の電磁気場印加用コイル装置11を可動させて、第２のスリーブ44内に注湯される溶融金属Ｍに初期凝固層あるいは樹枝状結晶が形成されない程度の電磁気場を第２のスリーブ44に印加させる。このとき、電磁気場印加用コイル装置11にて望ましくは２５０Ｖ、６０Ｈｚおよび５００Ｇａｕｓｓの電磁気場を印加させるが、この電磁気場の印加は状況によって適当に調節する。
【０１２４】
この状態で、別途の炉で溶融した融金属Ｍを、注湯容器４にて移送して電磁気場の影響下にある常温程度の第２のスリーブ44の注湯口45から、この第２のスリーブ44内に注湯する。ここで、この第２のスリーブ44内に溶融金属Ｍを注湯した際に、この溶融金属Ｍが第２のスリーブ44のスラリ排出口46とストッパ47との間から漏れ出ないように、この第２のスリーブ44内に注湯した溶融金属Ｍが瞬時に半凝固金属スラリＳとなるとともに、この半凝固金属スラリＳが第２のスリーブ44のスラリ排出口46とストッパ47との間から漏れ出さないように、この半凝固金属スラリＳの固相率を比較的高くする。
【０１２５】
このとき、第２のスリーブ44の各冷却フィン52によって、この第２のスリーブ44内に注湯した溶融金属Ｍが急速に冷却されて、半凝固金属スラリＳとなる。
【０１２６】
ここで、炉と第２のスリーブ44とを直接連結させて溶融金属Ｍを直ちに第２スリーブ44内に直接注湯してもよい。また、このときの溶融金属Ｍは、この溶融金属Ｍの液相線温度＋１００℃程度の温度としても良い。さらに、第２のスリーブ44には、別の図示しないガス供給管を連結させて、この第２のスリーブ44内に注湯される溶融金属Ｍの酸化を防止するために窒素ガス(Ｎ２)やアルゴンガス(Ａｒ)などの不活性ガスを注入してもよい。
【０１２７】
このように、完全に溶融された溶融金属Ｍを電磁気場攪拌がなされている第２のスリーブ44内に注湯することにより、この第２のスリーブ44全体に亘って初期凝固層の形成なしに微細な再結晶粒子が分布し、この再結晶粒子が速く成長して樹枝状構造の生成が発生しなくなる。
【０１２８】
このとき、電磁気場印加用コイル装置11による電磁気場の印加は、第２のスリーブ44内で製造された半凝固金属スラリＳを第１のプランジャ71にて押圧するまで継続させるが、この半凝固金属スラリＳとなる以前の溶融金属Ｍの固相率が少なくとも０．００１以上０．７以下となるまで持続させて終了させる。
【０１２９】
ただし、エネルギ効率次元で半凝固金属スラリＳの製造過程まで電磁気場を攪拌するため、この電磁気場印加用コイル装置11による電磁気場の印加は、少なくとも溶融金属Ｍの固相率が少なくとも０．００１以上０．４以下となるまで、より望ましくは、この溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．１以下となるまで持続させる。なお、この電磁気場印加用コイル装置11による電磁気場の印加を継続させる時間は、実験によって予め求めることができる。
【０１３０】
さらに、この電磁気場印加用コイル装置11による電磁気場の印加を終了した後、あるいはこの電磁気場の印加を持続している間に、第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍが０．１以上０．７以下の固相率に至るまで所定の冷却速度で冷却させる冷却段階を経て半凝固金属スラリＳを製造する。
【０１３１】
このとき、この第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍの冷却速度は、冷却フィン52の作用によって０．２℃／ｓｅｃ以上５℃／ｓｅｃ以下、より望ましくは０．２℃／ｓｅｃ以上２℃／ｓｅｃ以下に調整される。ここで、第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍの固相率が０．１以上０．７以下に至るまでの時間ｔ２は、実験によって予め求めることができる。
【０１３２】
なお、第２のスリーブ44内の溶融金属Ｍから製造された半凝固金属スラリＳは、第２のスリーブ44のスラリ排出口46を第１のスリーブ43のスラリ挿入口58に結合させた状態で、これらスラリ排出口46とスラリ挿入口58との間をストッパ47にて連通させた際に、これらスラリ排出口46とスラリ挿入口58との間から半凝固金属スラリＳの一部が漏れ出ない程度の固相率を有している。
【０１３３】
次いで、第２のスリーブ44内で半凝固金属スラリＳを製造した後、図７に示すように、第２のスリーブ44の注湯口45から第１のプランジャ71が挿入された状態で、この第２のスリーブ44の注湯口45側を下方に向けて９０゜回動させて、この第２のスリーブ44のスラリ排出口46を第１のスリーブ43のスラリ挿入口58にストッパ47を介して同心状に連結させて結合させる。
【０１３４】
この後、ストッパ47を下方へと移動させて、第２のスリーブ44のスラリ排出口46を開放させ、このスラリ排出口46を第１のスリーブ43のスラリ挿入口58に同心状に連通させる。
【０１３５】
この状態で、図８に示すように、第１のプランジャ71を第１のスリーブ43のスラリ吐出口57側に向けて移動させて、第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳを第２のスリーブ44内から第１のスリーブ43に圧送するとともに圧縮して、この半凝固金属スラリＳを第１のスリーブ43のスラリ吐出口57から押出部61へと吐出させて排出させる。
【０１３６】
このとき、第１のスリーブ43内で圧縮が進行している半凝固金属スラリＳの温度が第３の温度調節装置59にて所定の温度に保持される。
【０１３７】
そして、この第１のスリーブ43のスラリ吐出口57から吐出される半凝固金属スラリＳは、押出部61の移送ローラ62の移送面63上へと吐出されて、この移送ローラ62にて移送されるとともに冷却装置64にて急冷される。
【０１３８】
この後、図９に示すように、この押出部61の移送ローラ62にて移送され冷却装置64にて急冷された半凝固金属スラリＳは、所定の長さでカッタ65にて切断されて所定の形状の押出材Ｅとされてから、さらに移送ローラ62にて移送される。
【０１３９】
そして、図１０に示すように、この押出材Ｅをカッタ65にて切断した後に第１のスリーブ43内に残った半凝固金属スラリＳが硬化した固相金属であるビスケットＢは、第１のプランジャ71を元の位置に復帰させてから、第２のスリーブ44の注湯口45側を上方に向けて９０゜回動させて、第１のスリーブ43のスラリ挿入口58を開口させた状態で、別途の図示しない取出し棒による押し出しにて外部へと取り出される。
【０１４０】
さらに、このビスケットＢを第１のスリーブ43から取り出した後には、第２のスリーブ44のスラリ排出口46をストッパ47にて閉塞して、この第２のスリーブ44に溶融金属Ｍを収容可能にした後、この第２のスリーブ44に再度溶融金属Ｍを注湯して押出材Ｅの成形過程を反復させる。この結果、このような反復過程によって組織が微細でかつ全体的に均一な押出材Ｅを反復および連続して得ることができる。
【０１４１】
なお、図１１および図１２に示す第４の実施の形態のように、第１のスリーブ43を垂直に設置して、この第１のスリーブ43の上端開口部であるスラリ挿入口58と第２のスリーブ44のスラリ排出口46が同心状に連通するように、この第１のスリーブ43上に第２のスリーブ44を垂直に設置して構成することもできる。この場合、第２のスリーブ44の下端に第１のスリーブ43が連結されている。そして、この第２のスリーブ44は、ベースプレート14上に設置されて固定されている。
【０１４２】
ここで、これら第２のスリーブ44および第１のスリーブ43のそれぞれの内周面は、この第２のスリーブ44内で製造した半凝固金属スラリＳを自重によって落下させて抜くことができる程度のテーパ状に形成されている。さらに、この第１スリーブ43の下端側であるスラリ吐出口57には、押出部61の代わりとして成形ダイ81を有するダイキャスティング装置が設置されている。
【０１４３】
この成形ダイ81は、移動ダイ82および固定ダイ83と備えており、これら移動ダイ82と固定ダイ83とが合わさって、これら移動ダイ82と固定ダイ83との間に所定の形状の成形空間である成形空洞84を形成させる。さらに、固定ダイ83には、成形空洞84に半凝固金属スラリＳを注入させる注入口85が形成されている。この注入口85は、第１のスリーブ43のスラリ吐出口57に連通した状態で連結されており、このスラリ吐出口57から吐出される半凝固金属スラリＳを成形空洞84へと注入させる。さらに、第１のスリーブ43の一端側にはキャップ体56が取り付けられておらず、この第１のスリーブ43の一端側がスラリ吐出口57とされている。
【０１４４】
また、移動ダイ82および固定ダイ83は、一対の支持プレート86a,86bに取り付けられている。これら支持プレート86a,86bは、図示しない全体設備に取り付けられ、移動ダイ82および固定ダイ83のそれぞれを支持している。ここで、移動ダイ82は、これら移動ダイ82と固定ダイ83との間の成形空洞84での半凝固金属スラリＳの成形が完了した後に、固定ダイ83から分離されて成形空洞84で形成された所定の形状の成形品である鋳材としてのダイカスト材Ｄを分離可能にする。ここで、成形部として成形ダイ81を取り付けたが、この成形ダイ81の代わりに押出部61や図示しないプレス成形部などを取り付けてもよい。
【０１４５】
一方、第１のスリーブ43および第２のスリーブ44は回動しないように固定されて結合されている。さらに、この第１のスリーブ43と第２のスリーブ44との間にはストッパ47が取り外し可能に取り付けられている。なお、これら第１のスリーブ43と第２のスリーブ44とを一体に形成することもできる。この場合、これら一体的に形成された第１のスリーブ43と第２のスリーブ44との内側にストッパ47を取り付ければよい。
【０１４６】
そして、図１１に示すように、攪拌部１の電磁気場印加用コイル装置11にて電磁気場が印加されている状態で、第２のスリーブ44の上端の注湯口45から溶融金属Ｍを注入する。この状態で、この溶融金属Ｍを冷却させて半凝固金属スラリＳとする。
【０１４７】
この後、ストッパ47を移動させて第２のスリーブ44のスラリ排出口46を開口させる。この結果、この第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳが自重による作用にて第１のスリーブ43内へと落下して移動する。このとき、第２のスリーブ44内で製造された半凝固金属スラリＳは、この半凝固金属スラリＳの自重による重力の作用にて、この半凝固金属スラリＳが第２のスリーブ44から落下する程度の固相率を有している。
【０１４８】
次いで、図１２に示すように、第１のプランジャ71を第２のスリーブ44の注湯口45から挿入して、第１のスリーブ43内の半凝固金属スラリＳを成形ダイ81側へ加圧して、第１のスリーブ43のスラリ吐出口57から半凝固金属スラリＳを成形ダイ81へと吐出させる。
【０１４９】
このとき、この成形ダイ81に注入された半凝固金属スラリＳは、この成形ダイ81の注入口85を通じて成形空洞84内に注入されて成形されつつ急速に冷却されて成形空洞84の形状に対応したダイカスト材Ｄに製造される。このとき、この成形ダイ81に、図示しない別の冷却装置をさらに付加して、成形空洞84内に注入された半凝固金属スラリＳを急冷させてもよい。さらに、この成形ダイ81の成形空洞84でのダイカスト材Ｄの製造が終了した後、移動ダイ82を後退させて固定ダイ83から分離させて、このダイカスト材Ｄを成形空洞84内から引き出す。
【０１５０】
この結果、攪拌部１の電磁気場印加用コイル装置11にて電磁気場が印加されている状態で、第２のスリーブ44の上端の注湯口45から溶融金属Ｍを注入して半凝固金属スラリＳを製するので、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【０１５１】
さらに、第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳをスラリの状態でダイキャスティングできるから、高品質のダイカスト材Ｄを低圧の加圧力で得ることができ、電力損失を防止でき、作業時間を短縮できるとともに、成形ダイ81に注入される半凝固金属スラリＳの温度を低くでき、この成形ダイ81に半凝固金属スラリＳを低圧で注入できる。
【０１５２】
また、第２のスリーブ44内で製造された半凝固金属スラリＳ自体の自重による重力の作用によって、この半凝固金属スラリＳを第２のスリーブ44から引き抜いて第１のスリーブ43内へと落下させることができる。よって、この第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳを第１のスリーブ43へと移動させる工程を容易にできる。
【０１５３】
次いで、図１３および図１４に示す第５の実施の形態のように、第１のスリーブ43の周面部に第２のスリーブ44の他端側を連結させて、この第１のスリーブ43から第２のスリーブ44が分岐して連結された構成にすることもできる。この場合、第１のスリーブ43は、この第１のスリーブ43の軸方向を地面に対して水平にした状態で設置されている。そして、第２のスリーブ44は、第１のスリーブ43の周面部から、この第１のスリーブ43の一端側であるとともに上方に向けて分岐されて連結されている。そして、この第１のスリーブ43のスラリ吐出口57に対向した他端側の開口部91には、加圧用の第２の押圧手段としての第２のプランジャ92が進退可能に挿入されている。この第２のプランジャ92の先端面である押圧面93は、この第２のプランジャ92の移動方向に直交する平坦な平面とされている。
【０１５４】
さらに、第１のスリーブ43のスラリ挿入口58は、この第１のスリーブ43の周面の側に開口されて設けられている。また、この第１のスリーブ43の一端側のスラリ吐出口57の外側には成形ダイ81が結合されている。なお、成形部として成形ダイ81を取り付けたが、この成形ダイ81の代わりに押出部61や図示しないプレス成形部などを取り付けてもよい。
【０１５５】
また、第２のスリーブ44は、この第２のスリーブ44の一端側の注湯口45側を上方に向け、他端側のスラリ排出口46を下方に向けた状態で約４５゜の角度で傾斜している。そして、この第２のスリーブ44のスラリ排出口46は、第１のスリーブ43の軸方向に沿った略中間部であるスラリ挿入口58に連結されて連通されている。さらに、この第２のスリーブ44の他端側であるスラリ排出口46の内側には、この第２のスリーブ44の他端側を開閉可能に閉塞するストッパ47が上方から取り外し可能に挿入されて取り付けられている。また、この第２のスリーブ44の外周部には、攪拌部１が取り付けられている。この攪拌部１は、ストッパ47が取り付けられている位置よりも第２のスリーブ44の一端側を覆っている。
【０１５６】
さらに、第２のスリーブ44には、この第２のスリーブ44の周面部の一部を一端側である上方に向けて分岐させた別途の注湯口である注入口94が形成されている。この注入口94は、第２のスリーブ44内に溶融金属Ｍを注入させる注湯口である。そして、この第２のスリーブ44の注湯口45には第１のプランジャ71が常に挿入された構成とされている。ここで、この第２のスリーブ44の注入口94は、第２のスリーブ44における攪拌部１が取り付けられた位置よりも一端側に取り付けられており、この第２のスリーブ44の周面部から上方に向けて突出している。また、この注入口94は、第２のスリーブ44内に連通しており、この第２のスリーブ44内における攪拌部１にて電磁気場が印加されるスラリ製造領域Ｔに溶融金属Ｍを注湯させる。
【０１５７】
そして、図１３に示すように、第２のスリーブ44の他端側がストッパ47にて閉塞され、攪拌部１の電磁気場印加用コイル装置11にて電磁気場が印加されている状態で、第２のスリーブ44の注入口45から溶融金属Ｍを注湯してから、この溶融金属Ｍを急速に冷却させて半凝固金属スラリＳとする。
【０１５８】
次いで、ストッパ47上方に移動させて第２のスリーブ44のスラリ排出口46を開放させた後、この第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳを第１のスリーブ43内へと移動させて吐出させる。このとき、第１のプランジャ71を第１のスリーブ43側に移動させて、この第１のプランジャ71にて第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳを押圧して、この半凝固金属スラリＳの第１のスリーブ43への吐出を促進させる。
【０１５９】
この後、この半凝固金属スラリＳを第１のスリーブ43内に流入させた状態で、図１４に示すように、第２のプランジャ92を第１のスリーブ43のスラリ吐出口57側に向けて移動して、この第１のスリーブ43内の半凝固金属スラリＳを加圧してスラリ吐出口57から吐出させて成形ダイ81に注入させる。このとき、この成形ダイ81に注入された半凝固金属スラリＳは、この成形ダイ81の注入口85を通じて成形空洞84内に注入されて成形されつつ急速に冷却されて成形空洞84の形状に対応したダイカスト材Ｄに製造される。さらに、このダイカスト材Ｄの製造が終了した後、移動ダイ82を後退させて固定ダイ83から分離させて、このダイカスト材Ｄを成形空洞84内から引き出す。
【０１６０】
この結果、第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳをスラリの状態でダイキャスティングできるから、高品質のダイカスト材Ｄを低圧の加圧力で得ることができ、電力損失を防止でき、作業時間を短縮できるとともに、成形ダイ81に注入される半凝固金属スラリＳの温度を低くでき、この成形ダイ81に半凝固金属スラリＳを低圧で注入できるので、上記第３の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【０１６１】
さらに、図１５に示す第６の実施の形態のように、第１のスリーブ43の軸方向を地面に対して垂直に設置し、この第１のスリーブ43から第２のスリーブ44の注湯口45側を斜め上方に向けて分岐させて結合させ、第２のスリーブ44の注入口94を上方に向けて開口させた構成とすることもできる。この場合、第２のスリーブ44内で製造した半凝固金属スラリＳを自重による重力の作用によって第１のスリーブ43内の成形ダイ81側により容易に移動できるから、この成形ダイ81にてダイカスト材Ｄを成形する工程をより速くできる。
【０１６２】
なお、上記第３および４の実施の形態では、第１のプランジャ71の押圧面72を、この第１のプランジャ71の移動方向に直交する平坦な平面としたが、図１６に示す第７の実施の形態のように、第１のプランジャ71を第１のスリーブ43側に移動させた際に、この第１のプランジャ71の押圧面72が第１のスリーブ43の内周面と面一になるように、この押圧面72を第１のプランジャ71の移動方向に対して約４５゜ほど傾斜させてもよい。
【０１６３】
この場合、この第１のプランジャ71の押圧面72は、第２のスリーブ44内の半凝固金属スラリＳを第１のプランジャ71にて押圧した際に、この半凝固金属スラリＳ全部を第１のスリーブ43内に移動できるように、この第１のスリーブ43の内周面に等しい横断面凹弧状に形成されている。すなわち、この第１のプランジャ71の押圧面72は、第１のスリーブ43のスラリ挿入口58を、この第１のスリーブ43の内周面に沿って閉塞させる。よって、この第１のプランジャ71の押圧面72は、第１のスリーブ43に対する第２のスリーブ44の傾斜角度に等しい傾斜角度を有している。
【０１６４】
また、図１７に示す第８の実施の形態のように、軸方向を地面に対して垂直に設置した第１のスリーブ43の上端側に成形ダイ81を取り付けるとともに、この第１のスリーブ43の下端側から第２のプランジャ92を進退可能に挿入させて取り付けても、上記第５の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【０１６５】
さらに、上記各実施の形態において、多様な金属あるいは合金、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、亜鉛、亜鉛合金、銅、銅合金、鉄および鉄合金などのいずれの半凝固金属成形方法であっても汎用的に適用できる。すなわち、固液共存状態成形用、いわゆる半凝固あるいは半溶融成形用に利用できるものであればいずれも利用でき、その中でもアルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛、鉄およびこれらの合金よりなる群から選択されることが望ましい。これら合金は、最終成形品で要求される物性によって色々な任意の金属を含むことができる。
【０１６６】
すなわち、溶融金属Ｍとして用いられる合金系が何かという問題ではなく、凝固理論的に考察すると、スラリ製造容器２あるいは第２のスリーブ44に注湯する前の溶融金属Ｍの温度は、この溶融金属Ｍとして用いられる合金系の比熱の問題で議論できる。したがって、スラリ製造容器２あるいは第２のスリーブ44に注湯する前の溶融金属Ｍの温度は、この溶融金属Ｍとして用いられた合金系の液相線よりいくら高い温度でも可能であるかどうかは、比熱の値そのものが問題となる。
【０１６７】
そして、アルミニウムの比熱は、約０．２５ｋｃａｌ／ｇ℃であり、このアルミニウム以外の他の合金系、例えばマグネシウム(約０．１８ｋｃａｌ／ｇ℃)、亜鉛(約０．１ｋｃａｌ／ｇ℃)、銅(約０．１ｋｃａｌ／ｇ℃)、鉄(約０．１ｋｃａｌ／ｇ℃)それぞれの比熱は、アルミニウムよりも小さい。したがって、アルミニウム以外の他の合金系では、アルミニウムに比べ、奪わなければならない熱量が少ないという効果があるため、これらいずれの合金系の溶融金属Ｍを液相線＋１００℃とした状態で、この溶融金属Ｍをスラリ製造容器２あるいは第２のスリーブ44に注湯しても、これら溶融金属Ｍには初期凝固層が形成されず、これら溶融金属Ｍから潜熱が生じない。このため、これら溶融金属Ｍから比熱だけを奪えば、これら溶融金属Ｍ中の結晶核を成長できるので、これらいずれの合金系であっても同様の作用効果を奏することができる。
【０１６８】
理論的に、液相から固相へと変化する温度(Ｔｌ)と固相から液相へと変化する温度(ＴＳ)との差、すなわちＴｌ−ＴＳ＝ΔＴが０でなければ、どのような合金系においても、溶融金属Ｍの温度をＴｌとＴＳとの間に調整することによって、溶融金属Ｍ中に結晶核を形成できる。
【０１６９】
一方、鋳物産業において、一般的に使用される純アルミニウムには、１％程度の不純物が含有されている。なお、アルミニウム以外のマグネシウム、亜鉛、銅および鉄のそれぞれについても、鋳物産業において一般的に使用される純マグネシウム、純亜鉛、純銅および純鉄には、１％程度の不純物が含有されている。
【０１７０】
したがって、液相から固相へと変化する温度(Ｔｌ)と固相から液相へと変化する温度(ＴＳ)との差が０でなく、比熱がアルミニウムより小さく、かつ電磁気場の印加で溶融金属Ｍに磁場が形成されるマグネシウム、亜鉛、亜鉛合金、銅、銅合金、鉄および鉄合金であっても、アルミニウム合金と同様の結果を原理的に得ることができる。
【０１７１】
さらに、スラリ製造容器２あるいは第２のスリーブ44に溶融金属Ｍを注湯した後に、これらスラリ製造容器２あるいは第２のスリーブ44内に注湯した溶融金属Ｍに対して電磁気場印加用コイル装置11にて電磁気場を印加して、この溶融金属Ｍから半凝固金属スラリＳを製造する半凝固成形装置であっても、電磁気場印加調整部55の制御を調整することによって対応させて用いることができる。さらに、電磁気場の印加で溶融金属Ｍを攪拌させたが、この溶融金属Ｍを機械的に振動させて攪拌させてもよい。
【０１７２】
また、アルミニウム合金などの溶融金属Ｍを急速に冷却する方法について説明したが、金属以外の他の液体中に、この液体を固化させた固体を入れて溶融させても、この液体を急速に冷却できるので、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【０１７３】
さらに、溶融金属Ｍ中に結晶核を生成させてから、この結晶核を成長させて半凝固状態の半凝固金属スラリＳを製造させたが、溶融金属Ｍ中により多数の結晶核を瞬時に生成させることにより、この結晶核を余り成長させずに、より特性の優れた半凝固金属スラリＳを製造できる。
【０１７４】
また、スラリ製造容器２や第２のスリーブ44に注湯された溶融金属Ｍを急速に冷却させる冷却手段として、これらスラリ製造容器２および第２のスリーブ44の外周面に冷却フィン25,52をそれぞれ取り付け構成について説明したが、これらスラリ製造容器２や第２のスリーブ44に注湯された溶融金属Ｍを効率良く冷却できる構成であれば、どのような形状あるいは構成の冷却手段であってもよい。例えば、これらスラリ製造容器２や第２のスリーブ44の外表面に凹凸を形成して冷却手段とすることもできる。
【０１７５】
さらに、これらスラリ製造容器２や第２のスリーブ44の内周面に冷却フィン25,52を取り付けても、これらスラリ製造容器２や第２のスリーブ44に注湯された溶融金属Ｍを効率良く冷却できる。この場合、これらスラリ製造容器２や第２のスリーブ44の内周面に設けられた冷却フィン25,52を、スラリ製造容器２や第２のスリーブ44の軸方向に沿わせて設けることにより、これらスラリ製造容器２や第２のスリーブ44内で製造された半凝固金属スラリＳを効率良く取り出すことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７６】
本発明は、半凝固金属スラリを製造し、この半凝固金属スラリを半溶融金属成形法にて成形して各種金属成形品を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【０１７７】
【図１】本発明の第１の実施の形態の固液共存状態金属材料の製造装置に溶融金属を注湯する工程を示す概略断面図である。
【図２】同上固液共存状態金属材料の製造装置の固液共存状態金属材料製造用冷却容器を示す説明上面図である。
【図３】同上固液共存状態金属材料の製造装置から固液共存状態金属材料を取り出す工程を示す概略断面図である。
【図４】同上固液共存状態金属材料の製造装置における時間に対する溶融金属の注湯温度を示す二次グラフである。
【図５】本発明の固液共存状態金属材料製造用冷却容器の第２の実施の形態を示す説明斜視図である。
【図６】本発明の固液共存状態金属材料の製造装置の第３の実施の形態に溶融金属を注湯する工程を示す概略断面図である。
【図７】同上固液共存状態金属材料の製造装置の第２のスリーブ内で固液共存状態金属材料を押圧する工程を示す概略断面図である。
【図８】同上固液共存状態金属材料の製造装置の第１のスリーブから固液共存状態金属スラリを吐出する工程を示す概略断面図である。
【図９】同上固液共存状態金属材料の製造装置で押出材を成形した工程を示す概略断面図である。
【図１０】同上固液共存状態金属材料の製造装置で押出材を成形した後のビスケットを排出する工程を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の固液共存状態金属材料の製造装置の第４の実施の形態に溶融金属を注湯する工程を示す概略断面図である。
【図１２】同上固液共存状態金属材料の製造装置で成形品を成形した工程を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の固液共存状態金属材料の製造装置の第５の実施の形態に溶融金属を注湯する工程を示す概略断面図である。
【図１４】同上固液共存状態金属材料の製造装置で成形品を成形した工程を示す概略断面図である。
【図１５】本発明の固液共存状態金属材料の製造装置の第６の実施の形態に溶融金属を注湯する工程を示す概略断面図である。
【図１６】本発明の固液共存状態金属材料の製造装置の第７の実施の形態に溶融金属を注湯する工程を示す概略断面図である。
【図１７】本発明の固液共存状態金属材料の製造装置の第８の実施の形態に溶融金属を注湯する工程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０１７８】
１,41    攪拌部
２    固液共存状態金属材料製造用冷却容器としてのスラリ製造容器
５    制御部
22    容器本体
25    冷却手段としての冷却フィン
44    固液共存状態金属材料製造用冷却容器としての第２のスリーブ
51    容器本体
52    冷却手段としての冷却フィン
55    制御部としての電磁気場印加調整部
Ｍ    溶融金属
Ｓ    固液共存状態金属材料としての半凝固金属スラリ
【要約】
【課題】注湯した溶融金属を速く冷却して半凝固金属スラリを速く製造できる半凝固金属スラリの製造装置を提供する。
【解決手段】スラリ製造容器２の周面部24に冷却フィン25を取り付ける。スラリ製造容器２の容器本体22に注湯される溶融金属Ｍを、冷却フィン25にてより速く冷却して半凝固金属スラリにできる。半凝固金属スラリを溶融金属Ｍからより速く製造できる。スラリ製造容器２内に注湯した溶融金属Ｍを冷却する手段を冷却フィン25とした。スラリ製造容器２に注湯した溶融金属Ｍを冷却させる構成を簡略にできる。スラリ製造容器２に注湯した溶融金属Ｍを効率良く冷却できる。
【選択図】図１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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