(57)【要約】【課題】溶湯に振動を安定して付与することができる鋳造方法を提供する。【解決手段】スリーブ２に溶湯６を供給し、該溶湯６に振動を付与して鋳造する鋳造方法であって、前記スリーブ２に溶湯６を供給する際に、前記スリーブ２の給湯口２ａに溶湯６を保持するための溶湯保持容器４を準備する容器準備工程と、前記溶湯保持容器４内に前記溶湯６を給湯して保持する保持工程と、前記溶湯保持容器４内に保持された溶湯６に振動を付与して調質する調質工程と、該調質工程後に、前記溶湯保持容器４を除去する除去工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリーブに溶湯を供給し、該溶湯に振動を付与して鋳造する鋳造方法であって、
前記スリーブに溶湯を供給する際に、前記スリーブの給湯口に溶湯を保持するための溶湯保持容器を準備する容器準備工程と、
前記溶湯保持容器内に前記溶湯を給湯して保持する保持工程と、
前記溶湯保持容器内に保持された溶湯に振動を付与して調質する調質工程と、
該調質工程後に、前記溶湯保持容器を除去する除去工程と、を含むことを特徴とする鋳造方法。
【請求項２】
前記溶湯保持容器は、筒状部材であり、
前記容器準備工程では、前記スリーブに溶湯を供給する際に、前記スリーブの給湯口に前記筒状部材をセットすることを特徴とする請求項１に記載の鋳造方法。
【請求項３】
前記筒状部材は、断熱材から成り、
前記除去工程は、前記調質工程後に、前記溶湯を保持した筒状部材ごと前記スリーブからキャビティ内に射出することで、前記筒状部材を除去することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鋳造方法。
【請求項４】
前記溶湯への振動の付与は超音波振動を付与することにより行われることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の鋳造方法。
【請求項５】
前記溶湯への前記超音波振動の付与は前記溶湯の共晶温度以上のときに行うことを特徴とする請求項４に記載の鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶湯に振動を付与して鋳造する鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダイカスト鋳造を行う際に、溶湯に対して超音波振動を付与して鋳造品の欠陥を抑制したり、金属結晶粒を微細化したりする鋳造技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
特許文献１では、プランジャーチップに超音波を付与して鋳造する技術が開示されている。具体的には、特許文献１では、射出ロッド先端に装着したプランジャーチップと、前記射出ロッドの後端に装着した超音波振動子と、該超音波振動子に接続した発信器とからなることを特徴とする超音波印加ダイカスト装置が開示されている。このように構成されたダイカスト装置では、溶湯がプランジャースリーブに半分程度注入された後、射出ロッドが押し込まれることにより、溶湯は超音波振動を付与されながらプランジャースリーブ上部に形成された射出口の方へと押し上げられる。
【０００４】
特許文献２では、ラドル内の溶湯に超音波を付与して鋳造する技術が開示されている。具体的には、特許文献２では、合金材の溶湯を溶解炉からプランジャスリーブまで運搬して注入するラドルを備えた鋳造装置であって、当該ラドルが、超音波振動子と、該超音波振動子からの振動を増幅放射する超音波振動ホーンとを備えた超音波振動装置を有し、該超音波振動ホーンが、ラドルに汲み取られたラドル内溶湯に超音波振動を付加する鋳造装置及び鋳造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２２４５７３号公報
【特許文献２】特開２０１１−２００８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された鋳造装置により鋳造を行う場合では、プランジャースリーブ内に溶湯が注入されると、当該溶湯はスリーブの長手方向に流れて広がってしまうため振動作用部であるプランジャーチップの近傍には溶湯の一部しか停滞せず、超音波によるキャビテーションを溶湯の一部にしか発生させることができない。さらに、プランジャーチップが大きく、かつ該プランジャーチップとプランジャースリーブとのクリアランス部（摺動部）を有することより、プランジャーチップにより付与される超音波振動がクリアランス部を介してプランジャースリーブ側にも伝わり、プランジャーチップから溶湯に付与される超音波振動が減衰してしまう。この超音波振動の減衰を補うべく超音波振動を溶湯に付与するためには、強力な超音波振動を発信することができる大がかりな発信器が必要となる。
【０００７】
特許文献２に記載された鋳造装置により鋳造を行う場合では、常に超音波振動ホーンが高温にさらされるので、超音波振動ホーンの熱劣化が早く進み、溶湯に安定して振動を付与することが困難である。さらに、ラドル内に超音波振動ホーンがセットされたままになっているため、超音波振動ホーンやラドル内に合金材（アルミニウム合金）が付着・堆積してしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、溶湯に振動を安定して付与することができる鋳造方法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】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、
スリーブに溶湯を供給し、該溶湯に振動を付与して鋳造する鋳造方法であって、
前記スリーブに溶湯を供給する際に、前記スリーブの給湯口に溶湯を保持するための溶湯保持容器を準備する容器準備工程と、
前記溶湯保持容器内に前記溶湯を給湯して保持する保持工程と、
前記溶湯保持容器内に保持された溶湯に振動を付与して調質する調質工程と、
該調質工程後に、前記溶湯保持容器を除去する除去工程と、を含むものである。
【００１１】
請求項２においては、
前記溶湯保持容器は、筒状部材であり、
前記容器準備工程では、前記スリーブに溶湯を供給する際に、前記スリーブの給湯口に前記筒状部材をセットするものである。
【００１２】
請求項３においては、
前記筒状部材は、断熱材から成り、
前記除去工程は、前記調質工程後に、前記溶湯を保持した筒状部材ごと前記スリーブからキャビティ内に射出することで、前記筒状部材を除去するものである。
【００１３】
請求項４においては、
前記溶湯への振動の付与は超音波振動を付与することにより行われるものである。
【００１４】
請求項５においては、
前記溶湯への前記超音波振動の付与は前記溶湯の共晶温度以上のときに行うものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、溶湯に振動を安定して付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る鋳造装置の構成を示す側面断面図。
【図２】第１実施形態の鋳造方法を説明するための側面断面図であり、（ａ）は給湯口にセットされた筒状部材を示す図、（ｂ）は給湯された筒状部材を示す図、（ｃ）は溶湯を加振している状態を示す図、（ｄ）は給湯口から上昇する筒状部材を示す図。
【図３】第１実施形態に係る鋳造方法のフローを示す図。
【図４】第２実施形態に係る鋳造方法のフローを示す図。
【図５】第２実施形態の鋳造方法を説明するための側面断面図であり、（ａ）は給湯口にセットされた有底筒状部材を示す図、（ｂ）は給湯された有底筒状部材を示す図、（ｃ）は溶湯を加振している状態を示す図、（ｄ）は有底筒状部材ごと射出される溶湯を示す図。
【図６】第３実施形態に係る鋳造方法のフローを示す図。
【図７】第３実施形態の鋳造方法を説明するための側面断面図であり、（ａ）は給湯口に形成されたカップ状容器を示す図、（ｂ）は給湯されたカップ状容器を示す図、（ｃ）は溶湯を加振している状態を示す図、（ｄ）は射出される溶湯を示す図。
【図８】Ａ３９０におけるソノ凝固実験の結果として示す溶湯の凝固組織の写真であり、（ａ）は通常凝固組織（Ａｓ  ｃａｓｔ）を示す写真、（ｂ）は液相線近傍及び共晶温度近傍の各ソノ凝固組織を示す写真、（ｃ）は液相線近傍と共晶温度近傍の間の温度におけるソノ凝固組織を示す写真。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、発明の実施の形態を説明する。
先ず、本発明の第１実施形態に係る鋳造方法が用いられる鋳造装置１０の構成について、図１を用いて説明をする。
なお、本実施形態では、本発明の鋳造方法をダイカスト鋳造に適用する例を説明するが、特にダイカスト鋳造への適用に限定するものではなく、鋳型に溶湯（溶融金属）を供給して行われる鋳造に対して広く適用可能である。
【００１８】
鋳造装置１０は、図１に示すように、金型１、スリーブ２、プランジャーチップ３、溶湯保持容器である筒状部材４、把持移動手段（図示せず）、アクチュエータ（図示せず）、及び超音波印加手段５により主に構成されている。鋳造装置１０は、スリーブ２に溶湯６を供給し、該溶湯６に振動を付与後、該溶湯６を金型１のキャビティ７内に充填して所定形状の鋳造品を鋳造するためのコールドチャンバーダイカストマシンである。
なお、以下の説明においては、便宜上、図１における矢印Ａの方向を前方と規定して説明する。また、図１においては、図面上の上下方向を鋳造装置１０の上下方向と規定して説明する。
【００１９】
金型１は、可動型１ａと固定型１ｂからなり、型締めされた各型１ａ・１ｂの合わせ面に、鋳造品形状をかたどった空隙部であるキャビティ７と、スリーブ２から該キャビティ７に溶湯６を供給するための経路となる湯道８が形成されている。
そして、金型１の固定型１ｂ側には、湯道８に連通させて、溶湯６を供給するための経路となるスリーブ２が付設されている。
なお、可動型１ａにおいて、スリーブ２の前端部と対向する側の側面部にはスプルコア９が配設される。そして、スリーブ２の軸心方向断面における内周面２ｂにて囲まれる空間のうち、スプルコア９で占められていない部分（空隙部分）の面積は、前方に向かって徐々に縮小され、スリーブ２の前端部は湯道８と連通される。
【００２０】
スリーブ２は、その内部にキャビティ７に向けて射出される溶湯６を貯留するための管状の部位であり、スリーブ２後端の上部に筒状部材４を用いて溶湯６を供給するための平面視略四角形状の開口部である給湯口２ａが形成されている。また、スリーブ２の固定型１ｂに接続される側とは反対側の端部には開放された開放端部２ｃが形成されている。そして、スリーブ２内には、開放端部２ｃ側からプランジャーチップ３が挿入されている。
【００２１】
プランジャーチップ３は、スリーブ２の内径に略一致する外径（但し、スリーブ２の内径に比して小さい）に形成される略円柱状の部位である。プランジャーチップ３は、スリーブ２内を摺動して所定の圧力で溶湯６をスリーブ２内からキャビティ７へ射出するための部位である。このプランジャーチップ３は、スリーブ２内に挿入され、エアシリンダや油圧シリンダ等のアクチュエータ（図示せず）が備える支持軸１１によって、スリーブ２と軸心が同一となるように支持されている。プランジャーチップ３は、スリーブ２の内周面２ｂに沿って軸心方向に摺動可能に配設される。
なお、前記射出の際は、スリーブ２内において、プランジャーチップ３の前端面３ａが図１における位置Ｐまで摺動し、溶湯６がキャビティ７内に充填される。
【００２２】
支持軸１１は、図示せぬアクチュエータに備えられる軸部であり、軸心方向に進退（往復）可能に構成されている。そして、このような支持軸１１の先端に、プランジャーチップ３を配設することによって、スリーブ２内にてプランジャーチップ３を往復摺動させることができる構成としている。
【００２３】
筒状部材４は、スリーブ２内に溶湯６を供給する前に、超音波印加手段５により超音波振動を溶湯６に付与するため、溶湯６を一時的に保持（貯留）する溶湯保持容器である。筒状部材４は、筒形状の中空部材であり、筒状部材４の上下にそれぞれ平面視略四角形状の上端開口部４ａ、下端開口部４ｂを有し、上端開口部４ａは下端開口部４ｂよりも開口面積が広い形状となっている。なお、筒状部材４の平面断面形状としては、本実施形態では給湯口２ａの形状に合わせた略四角形状であるが、特に限定するものではなく、多角形状や楕円状、円状などであってもよく、スリーブ２に設ける給湯口２ａの形状や溶湯６の使用量に応じて適宜筒状部材の形状を設定すればよい。筒状部材４は、その下端開口部４ｂをスリーブ２の給湯口２ａに挿通するとともに、スリーブ２の内周面２ｂの底部に当接させることで、筒状部材４の上端開口部４ａ側を給湯口２ａから突出し、筒状部材４の下端開口部４ｂ側をスリーブ２内に収容した状態で給湯口２ａにセットすることが可能である（図２（ａ）参照）。すなわち、図２（ａ）に示すように筒状部材４が給湯口２ａにセットされた場合、筒状部材４が側面周囲部となり、スリーブ２の内周面２ｂ下側部分が底部となるカップ状容器を形成する。スリーブ２の給湯口２ａに筒状部材４がセットされた場合、図示せぬラドル等の注湯手段により筒状部材４の上端開口部４ａ上方から筒状部材４内に溶湯６を給湯し、図２（ｂ）に示すように、筒状部材４内に溶湯６を貯留することが可能である。
なお、筒状部材４を構成する材質としては、高温の溶湯に耐える耐熱性を有するものであればよく、例えば、セラミックや高耐熱性金属等が挙げられる。
【００２４】
把持移動手段は、筒状部材４を把持及び移動可能である手段である。すなわち、把持移動手段は、筒状部材４を把持してスリーブ２の給湯口２ａの直上まで移動後、下降して、スリーブ２の給湯口２ａに筒状部材４をセットするとともに、超音波加振後に筒状部材４を把持して、図２（ｄ）に示すように上昇し、筒状部材４を給湯口２ａから除去することができる。
【００２５】
超音波印加手段５は、筒状部材４内に保持された溶湯６に超音波振動を付与する手段であり、超音波伝達手段である超音波ホーン５ａと、該超音波ホーン５ａの上部に連接される超音波振動子５ｂと、超音波発信源５ｃと、超音波ホーン５ａ及び超音波振動子５ｂを上下方向に駆動するためのアクチュエータとを備える。超音波ホーン５ａは、超音波振動子５ｂにより発生させた所定方向（本実施形態においては図２（ｃ）に示す矢印方向）の振動エネルギーを被伝達物である溶湯６に伝達する金属製の共鳴体であり、溶湯６中に浸漬して溶湯６に超音波振動を付与することが可能である。また、超音波振動子５ｂは、超音波発信源５ｃを介して高周波電源に接続されており、所定の振動条件の超音波振動を発生させることが可能である。超音波印加手段５は、アクチュエータにより超音波ホーン５ａ及び超音波振動子５ｂを上下方向に駆動させて、超音波ホーン５ａの先端部を筒状部材４内の溶湯６に浸漬し（図２（ｃ）参照）、該筒状部材４内の溶湯６に対して直接超音波振動を付与することができる。
なお、溶湯６に付与される振動は、本実施形態においては音波振動であって、特に超音波による振動であることが好ましいが、該音波の周波数域を特に限定するものではない。一般に超音波とは、人間の可聴域の上限以上の周波数の音波のことをいうが、本実施形態でいう超音波振動とは、具体的には１５ｋＨｚ程度以上の周波数の音波による振動のことをいう。
【００２６】
次に、本発明の鋳造方法に係る実施形態について図を用いて説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図２、図３を用いて説明する。本実施形態の鋳造方法は、スリーブ２に溶湯６を供給し、該溶湯６に振動を付与して鋳造する鋳造方法であって、容器準備工程Ｓ１０と、保持工程Ｓ２０と、調質工程Ｓ３０と、除去工程Ｓ４０と、射出工程Ｓ５０とを含むものである。
【００２８】
容器準備工程Ｓ１０は、スリーブ２に溶湯６を供給する際に、スリーブ２の給湯口２ａに溶湯６を保持するための溶湯保持容器である筒状部材４を準備する工程である。
【００２９】
具体的には、容器準備工程Ｓ１０では、図２（ａ）に示すように、前記スリーブ２に溶湯６を供給する際に、スリーブ２の給湯口２ａに筒状部材４をセットする。すなわち、容器準備工程Ｓ１０では、筒状部材４の把持移動手段により筒状部材４を把持してスリーブ２の給湯口２ａの直上まで移動後、下降して、その下端開口部４ｂをスリーブ２の給湯口２ａに挿通するとともに、スリーブ２の内周面２ｂの底部に当接させることで、筒状部材４の上端開口部４ａ側を給湯口２ａから突出し、筒状部材４の下端開口部４ｂ側をスリーブ２内に収容した状態でセットされる。
【００３０】
保持工程Ｓ２０は、図２（ｂ）に示すように、容器準備工程Ｓ１０においてスリーブ２の給湯口２ａにセットされた筒状部材４内に、高温で溶解させたアルミニウム合金等の溶湯６を注湯手段により給湯して保持する工程である。
【００３１】
調質工程Ｓ３０は、図２（ｃ）に示すように、筒状部材４内に保持された溶湯６に振動を付与して調質する工程である。すなわち、調質工程Ｓ３０では、図示せぬアクチュエータを制御して超音波印加手段５の超音波ホーン５ａ及び超音波振動子５ｂを下降するように駆動し、超音波ホーン５ａの先端部を溶湯６に浸漬し、この状態で溶湯６に対して超音波振動を付与することで、鋳造品の金属結晶粒を微細化し、鋳造品として所望の機械特性（例えば、耐磨耗性や靭性）が得られる調質が行われる。具体的には、調質工程Ｓ３０では、超音波印加手段５により溶湯６に超音波振動を付与して溶湯６の撹拌及び振動付与を行って溶湯６における初期凝固層を制御したり、溶湯６に対してバブリングするためのガス量制御を行ったりして、溶湯６の脱ガス処理による溶湯６の清浄化が行われる。その後、超音波振動の付与が停止され、超音波ホーン５ａ及び超音波振動子５ｂは、アクチュエータの駆動により上昇し、該超音波ホーン５ａの先端部が溶湯６から引き上げられる。
【００３２】
除去工程Ｓ４０は、調質工程Ｓ３０後に、筒状部材４を除去する工程である。すなわち、除去工程Ｓ４０では、図示せぬ筒状部材４の把持移動手段によりスリーブ２の給湯口２ａにセットされた筒状部材４を把持して上昇させて、筒状部材４をスリーブ２の給湯口２ａから除去する際に、図２（ｄ）に示すように、筒状部材４内に保持されていた溶湯６を筒状部材４の下端開口部４ｂからスリーブ２内へと流出させる。こうして、筒状部材４内の溶湯６は、スリーブ２内に供給される。
【００３３】
射出工程Ｓ５０は、除去工程Ｓ４０の際にスリーブ２内に供給された溶湯６を、プランジャーチップ３によりスリーブ２内から湯道８を介してキャビティ７内に射出する工程である。射出工程Ｓ５０後、キャビティ７内に充填された溶湯６は冷却されることで凝固し、金型１の可動型１ａが型開されて鋳造品が取り出される。
【００３４】
第１実施形態によれば、溶湯６をスリーブ２の給湯口２ａ近傍に貯留して振動を付与するため、溶湯６に振動を安定して付与することができる。すなわち、第１実施形態によれば、スリーブ２内に溶湯６を供給する前段階として、給湯口２ａに筒状部材４をセット後、該筒状部材４内に溶湯６を給湯することで溶湯６を給湯口２ａ近傍に一時的に貯留し、この溶湯６に対して超音波振動を付与するため、溶湯６がスリーブ２内に広がることなく、溶湯６全体に対して安定かつ均一に超音波振動を付与することができる。また、第１実施形態によれば、従来技術のように、超音波ホーン５ａが常に高温にさらされることもなく、超音波ホーン５ａに溶湯６が付着凝固し、堆積することを抑制でき、溶湯が付着凝固した場合でもシンプルな構造であるため清掃が容易である。また、第１実施形態によれば、高粘度溶湯であっても調質後（溶湯６への超音波付与後）、直ちに溶湯６をスリーブ２内に供給してキャビティ７内に射出できるため、鋳造時間の短縮が可能となるとともに、調質状態（溶湯６への超音波付与の効果）を維持した状態で溶湯６をキャビティ７に充填し鋳造できるため鋳造品の金属結晶粒の微細化が容易に行えて、所望の機械特性（例えば、耐磨耗性や靭性）を有した鋳造品を得ることができる。
【００３５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図４、図５を用いて説明する。本実施形態の鋳造方法は、スリーブ２に溶湯６を供給し、該溶湯６に振動を付与して鋳造する鋳造方法であって、容器準備工程Ｓ１１０と、保持工程Ｓ１２０と、調質工程Ｓ１３０と、除去工程Ｓ１４０とを含むものである。本実施形態の鋳造方法における、容器準備工程Ｓ１１０、保持工程Ｓ１２００、及び調質工程Ｓ１３０は上述した第１実施形態における容器準備工程Ｓ１０、保持工程Ｓ２０、及び調質工程Ｓ３０と同様の工程であり、その説明は省略し、第１実施形態とは異なる工程となる、除去工程Ｓ１４０について以下に具体的に説明する。
なお、第２実施形態においては、前述した筒状部材４の代わりに、図５に示す有底筒状部材１２を用いる。
【００３６】
有底筒状部材１２は、スリーブ２内に溶湯６を供給する前に、超音波印加手段５により超音波振動を溶湯６に付与するため、溶湯６を一時的に保持（貯留）する溶湯保持容器である。有底筒状部材１２は、断熱材から成る有底の筒形状の部材、すなわちカップ状の容器であり、有底筒状部材１２の上部には平面視略四角形状の上端開口部１２ａ、有底筒状部材１２内の下部には底部１２ｂを有し、上端開口部１２ａは底部１２ｂよりも面積が広い形状となっている。なお、有底筒状部材１２の平面断面形状としては、本実施形態では給湯口２ａの形状に合わせた略四角形状であるが、特に限定するものではなく、多角形状や楕円状、円状などであってもよく、スリーブ２に設ける給湯口２ａの形状や溶湯６の使用量に応じて適宜有底筒状部材の形状を設定すればよい。有底筒状部材１２は、その下端部をスリーブ２の給湯口２ａに挿通するとともに、スリーブ２の内周面２ｂの底部に当接させることで、有底筒状部材１２の上端開口部１２ａが給湯口２ａよりも下側に配置されるともに、有底筒状部材１２全体をスリーブ２内に収容した状態でセットすることが可能である（図５（ａ）参照）。すなわち、図５（ａ）に示すように有底筒状部材１２が給湯口２ａにセットされた場合、該給湯口２ａ直下にカップ状容器を形成する。スリーブ２の給湯口２ａに有底筒状部材１２がセットされた場合、図示せぬラドル等の注湯手段により有底筒状部材１２の上端開口部１２ａ上方から有底筒状部材１２内に溶湯６を給湯し、図５（ｂ）に示すように、有底筒状部材１２内に溶湯６を貯留することが可能である。
なお、有底筒状部材１２を構成する断熱材の材質としては、断熱性及び高温の溶湯に耐える耐熱性を有していればよく、例えば、繊維化したセラミックファイバーが編み込まれたシート状のものを用いることができる。このようなセラミックファイバーとしては、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）とシリカ（ＳｉＯ2）を主成分とした繊維、カーボン繊維等が挙げられる。
【００３７】
除去工程Ｓ１４０は、調質工程Ｓ１３０後に、溶湯６を保持した有底筒状部材１２ごとスリーブ２から湯道８を介してキャビティ７内に射出することで、有底筒状部材１２を除去する工程である。すなわち、除去工程Ｓ１４０では、溶湯６が給湯された有底筒状部材１２を、該有底筒状部材１２ごとブランジャチップ３によりスリーブ２内からキャビティ７内に射出することで、有底筒状部材１２をスリーブ２の給湯口２ａから除去する。溶湯６が貯留された有底筒状部材１２は、ブランジャチップ３による射出の際の圧力により破砕されるとともに、溶湯６と混ざり合いながら湯道８を通過することで、有底筒状部材１２はさらに繊維状に小さく破砕されて溶湯６中に散在し、キャビティ７内に充填される。除去工程Ｓ１４０後、キャビティ７内に充填された溶湯６は冷却されることで凝固し、金型１の可動型１ａが型開されて鋳造品が取り出される。
【００３８】
第２実施形態によれば、先の第１実施形態による効果に加えて、溶湯６が貯留された有底筒状部材１２ごとスリーブ２からキャビティ７内に射出するため、第１実施形態の鋳造方法のように把持移動手段により有底筒状部材１２を給湯口２ａから除去する必要がない。さらに、第２実施形態によれば、断熱材からなる有底筒状部材１２が繊維状に小さく破砕されて溶湯６中に散在し、該溶湯６により鋳造することで、断熱性を有する複合合金材の製造が可能となる。例えば、有底筒状部材１２がシリカ繊維であり、溶湯６がアルミニウム合金である場合は、シリカ繊維とアルミニウム合金とが複合化されるため強度等の機械特性が向上した複合アルミ材の製造が可能となる。
なお、有底筒状部材１２は、溶湯６を保持可能であるが、所定の圧力により破砕可能なセラミック等の繊維で構成されるため、スリーブ２内において有底筒状部材１２ごと射出した場合でもスリーブ２内を損傷することはない。
【００３９】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図６、図７を用いて説明する。本実施形態の鋳造方法は、スリーブ２に溶湯６を供給し、該溶湯６に振動を付与して鋳造する鋳造方法であって、容器準備工程Ｓ２１０と、保持工程Ｓ２２０と、調質工程Ｓ２３０と、除去工程Ｓ２４０と、射出工程Ｓ２５０とを含むものである。
なお、第３実施形態においては、前述した筒状部材４や有底筒状部材１２の代わりに、図７に示す閉鎖部材１３を用いる。以下では、先ず、閉鎖部材１３について説明してから、本実施形態の各工程について具体的に説明する。
【００４０】
閉鎖部材１３は、スリーブ２内に溶湯６を供給する前に、超音波印加手段５により超音波振動を溶湯６に付与するため、溶湯６を一時的に保持（貯留）する溶湯保持容器を形成するための部材である。閉鎖部材１３は、給湯口２ａ前部において、スリーブ２の軸心に対して垂直に配置される板状部材であり、図示しない閉鎖部材用アクチュエータにより上下可能である。すなわち、閉鎖部材１３及び閉鎖部材用アクチュエータは、スリーブ２内を給湯口２ａ前部にて閉鎖することが可能であるシャッター機構を構成する。図２（ａ）に示すように、閉鎖部材１３が給湯口２ａ前部においてスリーブ２内を閉鎖し、かつプランジャーチップ３を給湯口２ａ後端に合わせて配置した場合、スリーブ２内の内周面２ｂ、閉鎖部材１３の後面、及びプランジャーチップ３の前端面３ａにて形成される有底状の空間となって、スリーブ２の該給湯口２ａ直下にカップ状容器１５を形成する。スリーブ２の給湯口２ａにカップ状容器１５が形成された場合、図示せぬラドル等の注湯手段によりスリーブ２の給湯口２ａ上方からカップ状容器１５内に溶湯６を給湯し、図７（ｂ）に示すように、カップ状容器１５内に溶湯６を貯留することが可能である。
【００４１】
容器準備工程Ｓ２１０は、スリーブ２に溶湯６を供給する際に、スリーブ２の給湯口２ａに溶湯６を保持するための溶湯保持容器であるカップ状容器１５を準備する工程である。
【００４２】
具体的には、容器準備工程Ｓ２１０では、図７（ａ）に示すように、前記スリーブ２に溶湯６を供給する際に、スリーブ２の給湯口２ａにカップ状容器１５を形成する。すなわち、容器準備工程Ｓ２１０では、閉鎖部材用アクチュエータにより閉鎖部材１３を下降してスリーブ２内を給湯口２ａ前部にて閉鎖するとともに、プランジャーチップ３を給湯口２ａ後端に合わせて配置することで、スリーブ２の給湯口２ａ直下にカップ状容器１５を形成する。
【００４３】
保持工程Ｓ２２０は、図７（ｂ）に示すように、容器準備工程Ｓ２１０においてスリーブ２の給湯口２ａに形成されたカップ状容器１５内に、高温で溶解させたアルミニウム合金等の溶湯６を注湯手段により給湯して保持する工程である。
【００４４】
調質工程Ｓ２３０は、図７（ｃ）に示すように、カップ状容器１５内に保持された溶湯６に振動を付与して調質する工程である。すなわち、調質工程Ｓ２３０では、図示せぬアクチュエータを制御して超音波印加手段５の超音波ホーン５ａ及び超音波振動子５ｂを下降するように駆動し、超音波ホーン５ａの先端部を溶湯６に浸漬し、この状態で溶湯６に対して超音波振動を付与することで、鋳造品の金属結晶粒を微細化し、鋳造品として所望の機械特性（例えば、耐磨耗性や靭性）が得られる調質が行われる。具体的には、調質工程Ｓ２３０では、超音波印加手段５により溶湯６に超音波振動を付与して溶湯６の撹拌及び振動付与を行って溶湯６における初期凝固層を制御したり、溶湯６に対してバブリングするためのガス量制御を行ったりして、溶湯６の脱ガス処理による溶湯６の清浄化が行われる。その後、超音波振動の付与が停止され、超音波ホーン５ａ及び超音波振動子５ｂは、アクチュエータの駆動により上昇し、該超音波ホーン５ａの先端部が溶湯６から引き上げられる。
【００４５】
除去工程Ｓ２４０は、調質工程Ｓ２３０後に、カップ状容器１５を除去する工程である。すなわち、除去工程Ｓ２４０では、図示せぬ閉鎖部材用アクチュエータにより閉鎖部材１３を上昇させて、カップ状容器１５をスリーブ２の給湯口２ａから除去する際に、図７（ｄ）に示すように、カップ状容器１５内に保持されていた溶湯６をスリーブ２内の前方へと流出させる。こうして、カップ状容器１５内の溶湯６は、スリーブ２内に供給される。
【００４６】
射出工程Ｓ２５０は、除去工程Ｓ２４０の際にスリーブ２内に供給された溶湯６を、プランジャーチップ３によりスリーブ２内から湯道８を介してキャビティ７内に射出する工程である。射出工程Ｓ２５０後、キャビティ７内に充填された溶湯６は冷却されることで凝固し、金型１の可動型１ａが型開されて鋳造品が取り出される。
【００４７】
第３実施形態によれば、先の第１実施形態の効果に加えて、第１実施形態や第２実施形態の鋳造方法のように筒状部材４や有底筒状部材１２を準備する必要がなく、より鋳造時間の短縮が可能となる。
【００４８】
第１実施形態、第２実施形態、及び第３実施形態の各鋳造方法において、アルミニウム合金等の合金材を溶解した溶湯を用いる場合、溶湯への超音波振動の付与は、該溶湯の共晶温度以上のときに行うことが好ましい。合金材からなる溶湯を共晶温度以上で超音波振動を付与後、該溶湯を用いて鋳造することにより、鋳造品の金属結晶粒を微細化することができるため、所望の機械特性（例えば、耐磨耗性や靭性）を有した鋳造品を得ることができる。以下において、溶湯の冷却過程における超音波振動の付与と凝固組織との関係について調べた実験結果を示す。
【００４９】
（ソノ凝固実験：溶湯の冷却過程における超音波振動の付与と凝固組織との関係）
溶湯として合金材の一例であるＡ３９０を用いた場合において、溶湯の冷却過程における超音波振動の付与と凝固組織との関係について図８を用いて説明する。
【００５０】
本発明者は、Ａ３９０合金（Ａｌ−１７ｍａｓｓ％Ｓｉ）に用いてソノ凝固実験を行い、以下の結果及び結論を得た。
なお、「ソノ凝固」とは、冷却過程にある金属溶湯を超音波加振しながら凝固させることをいう。
１）液相線温度６５５℃より５℃高い６６０℃のおけるソノ凝固では、初晶Ｓｉ晶出を促進させる（図８（ａ）に示す写真（１）参照）が、非平衡α−Ａｌの晶出は不可能であることがわかった。
なお、図８の各写真において確認される黒色の結晶粒は、Ｓｉ（シリコン）である。
２）共晶温度５６３℃より４℃高い５６７℃におけるソノ凝固では、非平衡α−Ａｌを晶出させる（図８（ｂ）に示す写真（２）参照）ことが可能であるが粗大化した初晶Ｓｉの微細化は困難であることがわかった。
３）上記２項を併合したソノ凝固条件により得られた凝固組織を図８（ｃ）（写真（３））に示す。結論として、ソノ凝固条件として６６０℃〜５６７℃の冷却過程において溶湯に超音波振動を付与した場合、微細化した初晶Ｓｉ及び非平衡α−Ａｌが共存する凝固組織が得られる。すなわち、ソノ凝固条件として６６０℃〜５６７℃の冷却過程において溶湯に超音波振動を付与した場合、凝固組織として、微細化した初晶Ｓｉが存在することで、耐磨耗性を有したものとなり、さらに、非平衡α−Ａｌが存在することで、高靭性を有したものを得ることが可能となる。
【００５１】
上記結論から考察されることとしては、Ａ３９０合金を使用して、コールドチャンバーダイカストを行う場合、例えばラドル等の注湯手段内で６４５℃付近までの冷却は可能であると粘度特性上考えられるため、半凝固ダイカストを目指すためには注湯手段内で６４５℃までソノ凝固して初晶Ｓｉを微細化し、該注湯手段によりスリーブ２に注湯後、該スリーブ２内でさらに５６７℃までソノ凝固させることで磨耗性と高靭性を有する凝固組織を実現することができると予測される。
【００５２】
合金材からなる溶湯を用いた場合において、上述の結論を、第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態の各鋳造方法に適用することが可能である。先ず、各実施形態の鋳造方法における超音波振動の付与は、溶湯の粘度特性を考慮すると少なくとも共晶温度以上が好ましい。また、第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態の各鋳造方法における、調質工程の際に、あるいは、保持工程において溶湯保持容器へ溶湯６を給湯する前段階であるラドル等の注湯手段内に溶湯６を貯留した際において、ソノ凝固条件として液相線温度＋５℃〜共晶温度＋４℃の溶湯の温度範囲で超音波振動を付与する（溶湯６中にキャビテーションを発生させる）ことで、凝固組織として、微細化した初晶Ｓｉを晶出させて、耐磨耗性を有したものとなり、さらに、非平衡α−Ａｌを晶出させて、高靭性を有したものを得ることが可能となる。
【００５３】
非平衡α−Ａｌを晶出させる場合を考えると、非平衡α−Ａｌの溶湯への再溶融を防ぐためにも、できるだけ共晶温度近傍で超音波振動を付与することが望ましいのであるが、共晶温度近傍では溶湯の粘性特性も増加するため、溶湯を金型に充填して鋳造を行うためには、ある程度共晶温度よりも高い温度での超音波振動の付与になってしまう。そのため、非平衡α−Ａｌを晶出させるためには、共晶温度＋４℃〜共晶温度＋１０℃までの溶湯の温度範囲において超音波振動を付与することが好ましく、さらには、共晶温度＋４℃〜共晶温度＋５℃の溶湯の温度範囲において超音波振動を付与することがより好ましい。
なお、溶湯の温度測定方法については、特に限定するものではないが、熱電対等を用いるとよい。
【符号の説明】
【００５４】
１    金型
２    スリーブ
２ａ  給湯口
４    筒状部材（溶湯保持容器）
５    超音波印加手段
６    溶湯
【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】
2014034040.tif 000009
【図８】
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