(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器が載置される所定の空間部に電磁気場を印加する印加工程と、
この印加工程にて前記空間部に電磁気場があらかじめ印加されている状態で、前記空間部に配置された前記容器に溶融金属を注湯する注湯工程と、
この注湯工程にて前記溶融金属が注湯された前記容器を前記空間部外へ移送して、前記溶融金属を固液共存状態金属材料とする移送工程と
を具備したことを特徴とする固液共存状態金属材料の製造方法。
【請求項２】
印加工程は、注湯工程にて容器に溶融金属を注湯する前から、空間部に電磁気場を印加する
ことを特徴とする請求項１記載の固液共存状態金属材料の製造方法。
【請求項３】
印加工程は、空間部に電磁気場を印加した後に、この空間部内に容器が配置される
ことを特徴とする請求項１または２記載の固液共存状態金属材料の製造方法。
【請求項４】
印加工程は、注湯工程にて容器に溶融金属の注湯を開始すると同時に、空間部に電磁気場を印加する
ことを特徴とする請求項１記載の固液共存状態金属材料の製造方法。
【請求項５】
印加工程は、容器内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで、空間部に電磁気場を印加する
ことを特徴とする請求項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方法。
【請求項６】
印加工程は、容器内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで、空間部に電磁気場を印加する
ことを特徴とする請求項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方法。
【請求項７】
印加工程は、容器内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで、空間部に電磁気場を印加する
ことを特徴とする請求項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方法。
【請求項８】
注湯工程にて容器に溶融金属を注湯した後に、この容器を冷却する冷却工程を具備した
ことを特徴とする請求項１ないし７いずれか記載の固液共存状態金属材料の製造方法。
【請求項９】
冷却工程は、容器内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで、前記容器を冷却する
ことを特徴とする請求項８記載の固液共存状態金属材料の製造方法。
【請求項１０】
冷却工程は、容器内の溶融金属を０．２℃／ｓｅｃ以上５．０℃／ｓｅｃ以下の速度で冷却する
ことを特徴とする請求項８記載の固液共存状態金属材料の製造方法。
【請求項１１】
冷却工程は、容器内の溶融金属を０．２℃／ｓｅｃ以上２．０℃／ｓｅｃ以下の速度で冷却する
ことを特徴とする請求項８記載の固液共存状態金属材料の製造方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１１いずれか記載の固液共存状態金属材料は、半凝固金属スラリである
ことを特徴とする半凝固金属スラリの製造方法。
【請求項１３】
所定の空間部を備え、この空間部に電磁気場を印加する攪拌部と、
この攪拌部の空間部内に収容される容器と、
この容器を前記空間部内に収容させる駆動部と、
前記容器に溶融金属を注湯する注湯部とを具備し、
前記注湯部は、前記攪拌部にて前記空間部に電磁気場があらかじめ印加されている状態で、前記空間部に配置された前記容器に溶融金属を注湯する
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１４】
攪拌部は、注湯部にて容器に溶融金属が注湯される前から、空間部に電磁気場を印加する
ことを特徴とした請求項１３記載の固液共存状態金属材料の製造装置。
【請求項１５】
攪拌部は、注湯部にて容器に溶融金属の注湯が開始されると同時に、空間部に電磁気場を印加する
ことを特徴とした請求項１３記載の固液共存状態金属材料の製造装置。
【請求項１６】
駆動部は、注湯部にて容器に溶融金属が注湯された後に、前記容器を上昇させてこの容器を空間部外へ移送する
ことを特徴とした請求項１３ないし１５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１７】
駆動部は、容器を水平移動させる
ことを特徴とした請求項１３ないし１６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１８】
駆動部は、縁部に容器が設置される回転プレートを具備し、注湯部にて前記容器に溶融金属が注湯された後に前記回転プレートを下降させるとともに回転させて前記容器を前記空間部外へ移送する
ことを特徴とした請求項１３ないし１７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１９】
駆動部を水平移動可能に支持するレールを具備し、
前記駆動部は、容器に溶融金属が注湯された後に前記容器を下降させてから、前記レールに沿って水平移動して前記容器を空間部外に移送する
ことを特徴とした請求項１６または１７記載の固液共存状態金属材料の製造装置。
【請求項２０】
攪拌部は、注湯部にて容器に注湯した溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで、空間部に電磁気場を印加する
ことを特徴とした請求項１３ないし１９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２１】
攪拌部は、注湯部にて容器に注湯した溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで、空間部に電磁気場を印加する
ことを特徴とした請求項１３ないし１９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２２】
攪拌部は、注湯部にて容器に注湯した溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで、空間部に電磁気場を印加する
ことを特徴とした請求項１３ないし１９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２３】
容器に取り付けられ、この容器内の溶融金属の温度を調整する温度調節装置を具備した
ことを特徴とした請求項１３ないし２２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２４】
温度調節装置は、容器に取り付けられ、この容器内の溶融金属を冷却する冷却装置を備えた
ことを特徴とした請求項２３記載の固液共存状態金属材料の製造装置。
【請求項２５】
温度調節装置は、容器に取り付けられ、この容器内の溶融金属を加熱する加熱装置を備えた
ことを特徴とした請求項２３または２４記載の固液共存状態金属材料の製造装置。
【請求項２６】
加熱装置は、電気ヒータである
ことを特徴とした請求項２５記載の固液共存状態金属材料の製造装置。
【請求項２７】
温度調節装置は、容器内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却する
ことを特徴とした請求項２３または２４記載の固液共存状態金属材料の製造装置。
【請求項２８】
温度調節装置は、容器内の溶融金属を０．２℃／ｓｅｃ以上５．０℃／ｓｅｃ以下の速度で冷却する
ことを特徴とした請求項２３または２４記載の固液共存状態金属材料の製造装置。
【請求項２９】
温度調節装置は、容器内の溶融金属を０．２℃／ｓｅｃ以上２．０℃／ｓｅｃ以下の速度で冷却する
ことを特徴とした請求項２３または２４記載の固液共存状態金属材料の製造装置。
【請求項３０】
請求項１３ないし２９いずれか記載の固液共存状態金属材料は、半凝固金属スラリである
ことを特徴とする半凝固金属スラリの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属に電磁気場を印加して固液共存状態金属材料とする固液共存状態金属材料の製造方法、その製造装置、半凝固金属スラリの製造方法およびその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固液共存状態の金属材料、すなわち半凝固あるいは半溶融金属スラリは、通常半凝固成形法(Reocasting)および半溶融成形法(Thixocasting)などの複合加工法の中間品をいい、半凝固領域の温度で液相と球状の結晶粒とが適切な割合で混在した状態でチクソトロピー(Thixotropic)性により小さな力によっても変形が可能であり、かつ流動性に優れて液相のように成形加工が容易な状態の金属材料である。
【０００３】
ここで、半凝固成形法とは、完全に凝固されずに所定の粘性を有するスラリを鋳造あるいは鍛造でビレットや最終成形品を製造する加工法である。また、半溶融成形法とは、半凝固成形法により製造されたビレットを半溶融状態のスラリに再加熱した後、このスラリを鋳造あるいは鍛造して最終製品に製造する加工法である。
【０００４】
そして、このような半凝固あるいは半溶融成形法は、鋳造や溶融鍛造など溶融金属を利用する一般的な成形方法に比べて色々な長所を有している。例えば、これら半凝固あるいは半溶融成形法で使用するスラリは溶融金属より低温で流動性を有するので、このスラリに露出されるダイの温度を溶融金属の場合よりさらに低めることができ、これによりダイの寿命が延びる。
【０００５】
また、スラリがシリンダに沿って押し出される時に乱流の発生が少なくて鋳造過程で空気の混入を減らし、これにより最終製品への気孔発生を減らすことができる。その他にも凝固収縮が少なくて作業性が改善され、製品の機械的特性および耐食性が向上し、製品の軽量化が可能である。これにより、自動車や航空機産業分野、電気電子情報通信装備などの新素材として利用できる。
【０００６】
このように、これら半凝固あるいは半溶融成形法では、いずれも半凝固状態の金属スラリを使用するが、前述したように、半凝固成形法では溶融金属を所定の方法により冷却したスラリを使用し、半溶融成形法では固相のビレットを再加熱して得られたスラリを使用する。ここで、半凝固金属スラリは、金属の液相線と固相線との間で液相と固相とが共存する領域、すなわち、金属の半凝固領域の温度で金属内部の結晶粒界が部分的には溶解され、部分的には固相成分として残留する状態の金属材料を意味するものであり、半凝固成形法により製造された、すなわち、溶融金属から冷却されて得られた半凝固状態のスラリをいう。
【０００７】
一方、従来の半凝固成形法は、溶融金属を冷却する時に主に液相線以下の温度で攪拌して既に生成された樹枝状結晶組織を破砕することによって半凝固成形に適合に球状の粒子に作る方法である。攪拌方法には、機械的攪拌法と電磁気的攪拌法、ガスバブリング、低周波、高周波あるいは電磁気波振動を利用するか、電気的衝撃による攪拌法などが利用された。
【０００８】
そして、液相固相混合物を製造する方法としては、溶融金属が固相化する間に強く攪拌しながら冷却している。さらに、この液相固相混合物を製造するための製造装置は、容器に固液混合物を注湯した状態で攪拌棒により攪拌するが、この攪拌棒は所定の粘性を有する固液混合物を攪拌して流動させることによって混合物内の樹枝状構造を破砕するか、破砕された樹枝状構造を分散させるものである。
【０００９】
ところが、上記液相固相混合物を製造する方法では、冷却過程で既に形成された樹枝状結晶形態を粉砕し、この粉砕した樹枝状結晶を結晶核として球状の結晶を得ているため、初期凝固層の形成による潜熱の発生により冷却速度の減少と製造時間の増加および攪拌容器内での温度不均一による不均一な結晶状態など多くの問題を有している。また、この液相固相混合物を製造するための製造装置の場合にも、機械的攪拌が有する限界によって容器内の温度分布が不均一であり、チャンバ内で作動するために作業時間および後続工程への連係が非常に難しい限界を有している(例えば、特許文献１参照。)。
【００１０】
また、半凝固合金スラリの製造装置としては、コイル付き電磁気場印加手段の内側に順次に冷却マニホールドおよび金型を備えている。そして、この金型の上側は溶融金属が連続して注湯されるように形成されており、冷却マニホールドには冷却水が流れて金型を冷却するように構成されている。さらに、上記半凝固合金スラリの製造装置による半凝固合金スラリの製造方法によれば、まず、金型の上側から溶融金属を注湯し、この溶融金属が金型内を通過しながら冷却マニホールドにより固相化領域を形成するが、ここで電磁気場印加手段により磁場が印加されて樹枝状組織を破砕しながら冷却が進み、下部からインゴットが形成される(例えば、特許文献２参照。)。
【００１１】
ところが、このような半凝固合金スラリの製造方法および装置においても、基本的な技術的思想は凝固が起きた後で振動を加えて樹枝状組織を破砕するものであるが、この場合にも上述のように工程上および組織構成上多くの問題を有している。また、上記半凝固合金スラリの製造装置の場合にも溶融金属が上部から下部に進みながら連続してインゴットを形成するが、連続して成長させることによって金属の状態を調節しにくく、全体的な工程制御が困難である。また、電磁気場の印加前の段階で既に容器を水冷するため、容器壁体付近と中心付近での温度差が激しい。
【００１２】
さらに、半溶融成形材の製造方法としては、合金中のあらゆる金属成分が液体状態に存在するように合金を加熱した後、得られる液体金属を液相線と固相線との間の温度に冷却する。この後、剪断力を加えて冷却される溶融金属から形成される樹枝状構造を破壊することによって半溶融成形材を製造している(例えば、特許文献３参照。)。
【００１３】
また、半凝固鋳造用金属スラリの製造方法としては、液相線温度の付近または液相線より５０℃まで高い温度で溶融金属を容器に注湯する。この後、溶融金属が冷却される過程で溶融金属の少なくとも一部が液相線温度以下になる時点、すなわち、最初に液相線温度を通過する時点で、例えば超音波振動により溶融金属に運動を加える。さらに、この溶融金属に運動を加えた後、徐々に冷却することによって粒相結晶形態の金属組織を有する半凝固鋳造用金属スラリを製造している(例えば、特許文献４参照。)。
【００１４】
ところが、上記半凝固鋳造用金属スラリの製造方法でも、超音波振動などの力が冷却初期に形成される樹枝状結晶組織を破砕するために使われている。また、注湯温度を液状線温度より高くすれば、粒相の結晶形態を得難く、同時に溶湯を急激に冷却し難い。さらに、表面部と中心部の組織が不均一になる。
【００１５】
さらに、半溶融金属の成形方法としては、溶融金属を容器に注湯した後、振動バーを溶融金属中に浸漬させて溶融金属と直接接触させた状態で振動させて溶融金属に振動を与えている。具体的には、振動バーの振動力を溶融金属に伝達することによって、液相線温度以下で結晶核を有する固液共存状態の合金を形成する。この後、所定の液相率を示す成形温度まで溶融金属を容器内で冷却しながら３０秒以上６０分以下の間維持することによって結晶核を成長させて半溶融金属を得る。ところが、この方法で得られる結晶核の大きさは約１００μＭであり、工程時間が相当長く、所定大きさ以上の容器に適用し難い(例えば、特許文献５参照。)。
【００１６】
また、半溶融金属スラリの製造方法としては、冷却と攪拌とを同時に精密に制御することによって半溶融金属スラリを製造している。具体的には、溶融金属を混合容器に注湯した後、混合容器周囲に設置された固定子アセンブリを作動させて容器内の溶融金属を急速に攪拌するのに十分な起磁力を発生させる。さらに、混合容器の周囲に設けられて容器および溶融金属の温度を精密に調節する作用をするサーマルジャケットを利用して溶融金属の温度を急速に落とす。溶融金属が冷却される時に溶融金属は攪拌され続け、固相率が低い時には速い攪拌を提供し、固相率が増加するにつれて増大した起電力を提供する方式で調節される(例えば、特許文献６参照。)。
【００１７】
【特許文献１】
米国特許第３９４８６５０号明細書（第３−８欄および図３）
【００１８】
【特許文献２】
米国特許第４４６５１１８号明細書（第４−１２欄、図１、図２、図５および図６）
【００１９】
【特許文献３】
米国特許第４６９４８８１号明細書（第２−６欄）
【００２０】
【特許文献４】
特開平１１−３３６９２号公報（第３−５頁および図１）
【００２１】
【特許文献５】
特開平１０−１２８５１６号公報（第４−７頁および図３）
【００２２】
【特許文献６】
米国特許第６４３２１６０号明細書（第７−１５欄、図１Ａないし図２Ｂおよび図４）
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、上記従来の半凝固金属スラリの製造方法およびその製造装置では、冷却過程で既に形成された樹枝状結晶形態を粉砕して粒相の金属組織にするために剪断力を利用している。したがって、溶融金属の少なくとも一部が液相線以下に下がってこそ振動などの力を加えるので初期凝固層の形成による潜熱の発生により冷却速度の減少および製造時間の増加など各種の問題を避けにくい。また、得られた金属組織も容器内での温度の不均一によって全体的に均一でかつ微細な組織を得難く、溶融金属の容器への注湯温度を調節しなければ容器壁面部と中心部との温度差によって組織の不均一性がさらに増大してしまう。
【００２４】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、より微細かつ均一な球状化粒子を得ると同時にエネルギ効率の改善、製造コストの節減、機械的性質の向上、鋳造工程の簡便化および製造時間短縮の利点を実現できるとともに、短時間に高品質の固液共存状態金属材料を製造でき、後続工程との連係性に優れた固液共存状態金属材料の製造方法、その製造装置、半凝固金属スラリの製造方法およびその製造装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の固液共存状態金属材料の製造方法は、容器が載置される所定の空間部に電磁気場を印加する印加工程と、この印加工程にて前記空間部に電磁気場があらかじめ印加されている状態で、前記空間部に配置された前記容器に溶融金属を注湯する注湯工程と、この注湯工程にて前記溶融金属が注湯された前記容器を前記空間部外へ移送して、前記溶融金属を固液共存状態金属材料とする移送工程とを具備したものである。
【００２６】
そして、従来に比べ、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を得ることができるので合金の機械的性質の向上を実現できる。また、液相線より高い温度での短時間の攪拌だけでも容器壁面での核生成密度を顕著に増加させて粒子の球状化を実現でき、全体的に均一でかつ微細な粒子分布を実現できるので合金の機械的性質の向上を実現できる。
【００２７】
請求項２記載の固液共存状態金属材料の製造方法は、請求項１記載の固液共存状態金属材料の製造方法において、印加工程は、注湯工程にて容器に溶融金属を注湯する前から、空間部に電磁気場を印加するものである。
【００２８】
そして、注湯工程にて容器に溶融金属を注湯する前から、印加工程にて空間部に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料を容易に得ることができる。
【００２９】
請求項３記載の固液共存状態金属材料の製造方法は、請求項１または２記載の固液共存状態金属材料の製造方法において、印加工程は、空間部に電磁気場を印加した後に、この空間部内に容器が配置されるものである。
【００３０】
そして、印加工程にて空間部に電磁気場を印加した後に、この空間部内に容器を配置しても、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料を容易に得ることができる。
【００３１】
請求項４記載の固液共存状態金属材料の製造方法は、請求項１記載の固液共存状態金属材料の製造方法において、印加工程は、注湯工程にて容器に溶融金属の注湯を開始すると同時に、空間部に電磁気場を印加するものである。
【００３２】
そして、注湯工程にて容器に溶融金属の注湯を開始すると同時に、印加工程にて空間部に電磁気場を印加しても、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料を容易に得ることができる。
【００３３】
請求項５記載の固液共存状態金属材料の製造方法は、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方法において、印加工程は、容器内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで、空間部に電磁気場を印加するものである。
【００３４】
そして、容器内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで印加工程にて空間部に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができる。
【００３５】
請求項６記載の固液共存状態金属材料の製造方法は、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方法において、印加工程は、容器内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで、空間部に電磁気場を印加するものである。
【００３６】
そして、容器内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで印加工程にて空間部に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【００３７】
請求項７記載の固液共存状態金属材料の製造方法は、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方法において、印加工程は、容器内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで、空間部に電磁気場を印加するものである。
【００３８】
そして、容器内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで印加工程にて空間部に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【００３９】
請求項８記載の固液共存状態金属材料の製造方法は、請求項１ないし７いずれか記載の固液共存状態金属材料の製造方法において、注湯工程にて容器に溶融金属を注湯した後に、この容器を冷却する冷却工程を具備したものである。
【００４０】
そして、注湯工程にて容器に溶融金属を注湯した後に、冷却工程にて容器を冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができる。
【００４１】
請求項９記載の固液共存状態金属材料の製造方法は、請求項８記載の固液共存状態金属材料の製造方法において、冷却工程は、容器内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで、前記容器を冷却するものである。
【００４２】
そして、容器内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却工程にて容器を冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【００４３】
請求項１０記載の固液共存状態金属材料の製造方法は、請求項８記載の固液共存状態金属材料の製造方法において、冷却工程は、容器内の溶融金属を０．２℃／ｓｅｃ以上５．０℃／ｓｅｃ以下の速度で冷却するものである。
【００４４】
そして、容器内の溶融金属を冷却工程にて０．２℃／ｓｅｃ以上５．０℃／ｓｅｃ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【００４５】
請求項１１記載の固液共存状態金属材料の製造方法は、請求項８記載の固液共存状態金属材料の製造方法において、冷却工程は、容器内の溶融金属を０．２℃／ｓｅｃ以上２．０℃／ｓｅｃ以下の速度で冷却するものである。
【００４６】
そして、容器内の溶融金属を冷却工程にて０．２℃／ｓｅｃ以上２．０℃／ｓｅｃ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【００４７】
請求項１２記載の半凝固金属スラリの製造方法は、請求項１ないし１１いずれか記載の固液共存状態金属材料は、半凝固金属スラリであるものである。
【００４８】
そして、請求項１ないし１１いずれか記載の固液共存状態金属材料が半凝固金属スラリであることにより、請求項１ないし１１いずれか記載の固液共存状態金属材料と同様の作用を有する。
【００４９】
請求項１３記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、所定の空間部を備え、この空間部に電磁気場を印加する攪拌部と、この攪拌部の空間部内に収容される容器と、この容器を前記空間部内に収容させる駆動部と、前記容器に溶融金属を注湯する注湯部とを具備し、前記注湯部は、前記攪拌部にて前記空間部に電磁気場があらかじめ印加されている状態で、前記空間部に配置された前記容器に溶融金属を注湯するものである。
【００５０】
そして、全体工程を単純化して電磁気場攪拌時間を大幅に短縮できるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、製品成形時間も短縮して経済的にも相当な利点を有するとともに、後続工程との連係性も優れて収率を大きく増進できる。
【００５１】
請求項１４記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項１３記載の固液共存状態金属材料の製造装置において、攪拌部は、注湯部にて容器に溶融金属が注湯される前から、空間部に電磁気場を印加するものである。
【００５２】
そして、注湯部にて容器に溶融金属が注湯される前から、攪拌部が空間部に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料を容易に得ることができる。
【００５３】
請求項１５記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項１３記載の固液共存状態金属材料の製造装置において、攪拌部は、注湯部にて容器に溶融金属の注湯が開始されると同時に、空間部に電磁気場を印加するものである。
【００５４】
そして、注湯部にて容器に溶融金属の注湯が開始されると同時に、攪拌部が空間部に電磁気場を印加しても、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料を容易に得ることができる。
【００５５】
請求項１６記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項１３ないし１５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、駆動部は、注湯部にて容器に溶融金属が注湯された後に、前記容器を上昇させてこの容器を空間部外へ移送するものである。
【００５６】
そして、注湯部にて容器に溶融金属が注湯された後に、駆動部が容器を上昇させてこの容器を空間部外へ移送するので、溶融金属が注湯された容器の移送が容易になる。
【００５７】
請求項１７記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項１３ないし１６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、駆動部は、容器を水平移動させるものである。
【００５８】
そして、駆動部が容器を水平移動させるので、この容器内に注湯された溶融金属を溢すことなく、この容器を空間部外へと移送できる。
【００５９】
請求項１８記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項１３ないし１７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、駆動部は、縁部に容器が設置される回転プレートを具備し、注湯部にて前記容器に溶融金属が注湯された後に前記回転プレートを下降させるとともに回転させて前記容器を前記空間部外へ移送するものである。
【００６０】
そして、注湯部にて容器に溶融金属が注湯された後に、縁部に容器が設置された回転プレートを下降させるとともに回転させて、この容器を空間部外へ移送するので、この容器の空間部外への移送が簡単な構成で確実にできる。
【００６１】
請求項１９記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項１６または１７記載の固液共存状態金属材料の製造装置において、駆動部を水平移動可能に支持するレールを具備し、前記駆動部は、容器に溶融金属が注湯された後に前記容器を下降させてから、前記レールに沿って水平移動して前記容器を空間部外に移送するものである。
【００６２】
そして、容器に溶融金属が注湯された後に、駆動部が容器を下降させてから、レールに沿って水平移動させて、この容器を空間部外に移送するので、溶融金属が注湯された容器の空間部外への移送が簡単な構成で確実にできる。
【００６３】
請求項２０記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項１３ないし１９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、攪拌部は、注湯部にて容器に注湯した溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで、空間部に電磁気場を印加するものである。
【００６４】
そして、注湯部にて容器に注湯した溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで、攪拌部が空間部に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【００６５】
請求項２１記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項１３ないし１９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、攪拌部は、注湯部にて容器に注湯した溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで、空間部に電磁気場を印加するものである。
【００６６】
そして、注湯部にて容器に注湯した溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで、攪拌部が空間部に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【００６７】
請求項２２記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項１３ないし１９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、攪拌部は、注湯部にて容器に注湯した溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで、空間部に電磁気場を印加するものである。
【００６８】
そして、注湯部にて容器に注湯した溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで、攪拌部が空間部に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【００６９】
請求項２３記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項１３ないし２２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、容器に取り付けられ、この容器内の溶融金属の温度を調整する温度調節装置を具備したものである。
【００７０】
そして、容器に取り付けた温度調節装置にて容器内の溶融金属の温度を調整することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易かつ確実に得ることができる。
【００７１】
請求項２４記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項２３記載の固液共存状態金属材料の製造装置において、温度調節装置は、容器に取り付けられ、この容器内の溶融金属を冷却する冷却装置を備えたものである。
【００７２】
そして、容器に取り付けた冷却装置で、この容器内の溶融金属を冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易かつ確実に得ることができる。
【００７３】
請求項２５記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項２３または２４記載の固液共存状態金属材料の製造装置において、温度調節装置は、容器に取り付けられ、この容器内の溶融金属を加熱する加熱装置を備えたものである。
【００７４】
そして、容器に取り付けた加熱装置で、この容器内の溶融金属を加熱することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易かつ確実に得ることができる。
【００７５】
請求項２６記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項２５記載の固液共存状態金属材料の製造装置において、加熱装置は、電気ヒータであるものである。
【００７６】
そして、加熱装置を電気ヒータとすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料を簡単な構成でより容易に得ることができる。
【００７７】
請求項２７記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項２３または２４記載の固液共存状態金属材料の製造装置において、温度調節装置は、容器内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却するものである。
【００７８】
そして、容器内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで温度調節装置が冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【００７９】
請求項２８記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項２３または２４記載の固液共存状態金属材料の製造装置において、温度調節装置は、容器内の溶融金属を０．２℃／ｓｅｃ以上５．０℃／ｓｅｃ以下の速度で冷却するものである。
【００８０】
そして、容器内の溶融金属を０．２℃／ｓｅｃ以上５．０℃／ｓｅｃ以下の速度で温度調節装置が冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【００８１】
請求項２９記載の固液共存状態金属材料の製造装置は、請求項２３または２４記載の固液共存状態金属材料の製造装置において、温度調節装置は、容器内の溶融金属を０．２℃／ｓｅｃ以上２．０℃／ｓｅｃ以下の速度で冷却するものである。
【００８２】
そして、容器内の溶融金属を０．２℃／ｓｅｃ以上２．０℃／ｓｅｃ以下の速度で温度調節装置が冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【００８３】
請求項３０記載の半凝固金属スラリの製造装置は、請求項１３ないし２９いずれか記載の固液共存状態金属材料は、半凝固金属スラリであるものである。
【００８４】
そして、請求項１３ないし２９いずれか記載の固液共存状態金属材料が半凝固金属スラリであることにより、請求項１３ないし２９いずれか記載の固液共存状態金属材料と同様の作用を有する。
【００８５】
【発明の実施の形態】
以下、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方法を図面を参照して説明する。
【００８６】
まず、固液共存状態金属材は半凝固金属スラリであり、この半凝固金属スラリは、注湯工程にてスラリ製造容器2a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2a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2aに溶融金属Ｍの注湯を開始すると同時に、印加工程にて電磁気場による攪拌をすることによって、初期樹枝状組織の生成を遮断する。
【００８７】
すなわち、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2aを配置工程として配置させ、このようにスラリ製造容器2a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。この時、電磁気場の印加は溶融金属Ｍを攪拌できる強度でなされる。
【００８８】
この後、図１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2aに注湯する。このときのスラリ製造容器2aには電磁気場が印加されて溶融金属Ｍが攪拌される。空間部13にスラリ製造容器2a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。なお、このとき、溶融金属Ｍの注湯を開始すると同時に電磁気場で攪拌できる。
【００８９】
このように、スラリ製造容器2a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2aの内壁で初期凝固層が形成されにくくなる。そして、このスラリ製造容器2a全体にわたって微細な結晶核が同時に発生し、このスラリ製造容器2a内の溶融金属Ｍ全体が均一に液状線温以下に急速に冷却されて多数の結晶核を同時に発生する。
【００９０】
これは、スラリ製造容器2aに溶融金属Ｍを注湯する前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2aの内壁での初期凝固層形成が抑制されるからである。
【００９１】
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2a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する。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2a内に均一に分布され、これによりスラリ製造容器2a全体にわた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Ｍが低温のスラリ製造容器2a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。
【００９２】
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2aの壁面で溶融金属Ｍの初期凝固が発生しないので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。したがって、従来の技術においてスラリ製造容器2a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2a内の溶融金属Ｍがスラリ製造容器2a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。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2a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。
【００９３】
すなわち、スラリ製造容器2a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にくくなる。
【００９４】
このとき、溶融金属Ｍの注湯温度ＴＰは液相線温度以上、液相線＋１００℃以下の温度(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2a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2a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関係ないからである。
【００９５】
一方、溶融金属Ｍをスラリ製造容器2aに注湯した後、溶融金属Ｍの一部が液相線以下になる時点でスラリ製造容器2a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2a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2a全体の溶融金属Ｍ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Ｍの温度を冷却した後、スラリ製造容器2aに注湯することが一般的であった。
【００９６】
また、電磁気場による攪拌は、図１に示すように、スラリ製造容器2a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以下と下がった時、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ばいつ終了しても余り問題にならない。すなわち、スラリ製造容器2aに溶融金属Ｍを注湯してこの溶融金属Ｍを冷却する段階まで電磁気場を印加して、後続の図示しないダイキャスティング工程や、熱間鍛造工程などの成形工程前に電磁気場による攪拌を停止させてもよい。これは既にスラリ製造容器2a全体にわたって結晶核が均一に分布されているために、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の攪拌は製造される金属スラリの特性に影響を及ぼさないからである。したがって、電磁気場による攪拌は、少なくとも溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．７以下のうちいずれの時点に到達するまで持続させる。
【００９７】
ただし、電磁気場による攪拌の持続時間は、エネルギ効率面で考慮できるため、少なくともスラリ製造容器2a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でき、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。
【００９８】
上述のように、電磁気場による攪拌を加えた後にはスラリ製造容器2a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2aの移送は、電磁気場の終了とは関係なく進行でき、まず、電磁気場の印加を終了した後でスラリ製造容器2aを移送でき、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2aを移送して離脱できる。
【００９９】
一方、スラリ製造容器2a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に、冷却工程としてスラリ製造容器2aを冷却して生成された結晶核の成長を加速できる。したがって、このような冷却工程は、スラリ製造容器2aに溶融金属Ｍを注湯するときからできる。
【０１００】
また、この冷却工程の間にも電磁気場を持続的に印加してもよい。したがって、この冷却工程は、電磁気場が印加される空間部13にスラリ製造容器2aがあるときに、すなわち、このスラリ製造容器2aを空間部13から離脱させる前にしてもよい。これにより、この空間部13に位置したスラリ製造容器2aで半凝固状態の金属スラリを製造した後、これを直ちに後続工程である成形工程で使用できるようになる。
【０１０１】
一方、このような冷却工程は、後続工程である成形工程前まで持続できるが、溶融金属Ｍが０．１以上０．７以下の固相率に至る時点ｔ２まで冷却工程を維持できる。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以下程度になるが、これは、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以下にできる。
【０１０２】
この結果、所定の固相率を有する半凝固状態の金属スラリを製造でき、これを直ちにビレット製造工程へと移送工程にて移送させて急冷により半溶融成形用ビレットを製造するか、ダイカスト、鍛造あるいはプレス加工工程へ移送させて最終製品に成形する。
【０１０３】
このとき、半凝固状態の金属スラリ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2a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金属スラリ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。
【０１０４】
次に、上記半凝固金属スラリの製造方法として用いられる半凝固金属スラリの製造装置を図２および図３を参照して説明する。
【０１０５】
図２および図３に示す半凝固金属スラリ製造装置は、攪拌部１を備えており、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には、電磁気場印加用コイル装置11が空間部13を包むように形成されている。また、この攪拌部１の空間部13には、少なくとも一つのスラリ製造容器2aが収容可能に取り付けられている。また、このスラリ製造容器2aは、駆動部３により昇降可能とされており、このスラリ製造容器2aには、注湯部としての注湯容器４により溶融金属Ｍが注湯される。そして、これら攪拌部１および駆動部３は制御部５により制御されている。
【０１０６】
また、攪拌部１は、中空なベースプレート14の上部に設けられており、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により支持されている。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に向かって所定時間電磁気場を印加して空間部13に収容されるスラリ製造容器2a内の溶融金属Ｍを電磁気攪拌する。
【０１０７】
次いで、スラリ製造容器2aは、金属材または絶縁性素材により成形されており、このスラリ製造容器2aの大きさは、攪拌部１の空間部13に収容可能な程度であればよい。また、このスラリ製造容器2aは、このスラリ製造容器2a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。さらに、このスラリ製造容器2aの底部には、このスラリ製造容器2aが移動しないように外周縁に段差部21が形成されている。そして、このスラリ製造容器2a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に送出される。
【０１０８】
ここで、このスラリ製造容器2aは、図２および図３に示すように、単に溶融金属Ｍを収容できるように形成されることもあるが、図４に示す第２の実施の形態のように、温度調節装置20さらに取り付けることもできる。この温度調節装置20は、冷却装置と加熱装置とを備えており、スラリ製造容器2aの容器本体22に冷却水パイプ23を内設させて冷却装置とし、この容器本体22の外側に電熱コイルによる図示しない電気ヒータなどのヒータ装置を取り付けることに加熱装置を構成させている。なお、冷却装置も冷却水パイプ23を容器本体22の外側にウォータジャケット状に別途取り付けることもできる。これら冷却水パイプ23およびヒータ装置は、単独または複合的にスラリ製造容器2aに装着でき、このスラリ製造容器2a内に収容された溶融金属Ｍを適正な速度で冷却できる。
【０１０９】
一方、スラリ製造容器2a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2a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の内側に延びて動力装置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33aが連結されている。この安着台33aには、スラリ製造容器2aが安着されて取り付けられている。
【０１１０】
さらに、注湯容器４は、スラリ製造容器2a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2a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レードル(ladle)が使われる。
【０１１１】
したがって、半凝固金属スラリの製造装置は、図２に示すように、駆動部３を動作させてスラリ製造容器2aを空間部13内に収容させた後、攪拌部１で電磁気場印加用コイル装置11により空間部13内に所定周波数および強度で電磁気場を印加する。このように空間部13にスラリ製造容器2aを収容することは空間部13に電磁気場が印加された後にすることもある。そして、別の電気炉で溶融された溶融金属Ｍを注湯容器４により移送して電磁気場の影響下にあるスラリ製造容器2a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。
【０１１２】
さらに、スラリ製造容器2aに溶融金属Ｍが注湯された後、所定時間後に駆動部３にてスラリ製造容器2a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2a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2aに取り替える。このとき、取り替えられたスラリ製造容器2aは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を製造する。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2aの冷却は、このスラリ製造容器2a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2a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2aを空間部13の外側に離脱させて新しいスラリ製造容器2aに交替することもできる。
【０１１３】
一方、電磁気場の印加は冷却が終了するまで持続できる。すなわち、駆動部３によりスラリ製造容器2a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、あらかじめ実験により調べることができる。
【０１１４】
さらに、図５に示す第３の実施の形態のように、二つ以上のスラリ製造容器2a,2bを備え、これらスラリ製造容器2a,2bを同時に作業するように形成することもできる。この場合、安着台33a,33bが定着プレート34上に配置されており、これら安着台33a,33bは、スラリ製造容器2a,2bを攪拌部１の上側外部に離脱させるように空間部13の高さに応じて高く形成されている。
【０１１５】
次いで、図６および図７に示す第４の実施の形態のように、駆動部３にてスラリ製造容器2aを水平移動させる場合には、この駆動部３のピストン32の端部に回転プレート35が装着されている。このとき、ピストン32は、回転プレート35の略中間部に結合されている。また、この回転プレート35の縁部には、少なくとも一つ以上の安着台33a,33bが装着されている。また、スラリ製造容器2a,2bは、これら安着台33a,33bに安着されている。そして、動力装置31は、ピストン32を昇降運動させるだけでなく回動させる。したがって、この動力装置31は、回転プレート35の回転によりスラリ製造容器2a,2bを水平移動させて空間部13の外側に離脱させる。
【０１１６】
そして、図７(a)に示すように、ピストン32を上昇させて第１のスラリ製造容器2aを空間部13に収容した後、攪拌部１の電磁気場印加用コイル装置11により空間部13に電磁気場を印加する。このとき、電磁気場が印加されている状態で第１のスラリ製造容器2aを空間部13に収容してもよい。
【０１１７】
この状態で、図７(b)に示すように、注湯容器４により溶融金属Ｍを第１のスラリ製造容器2aに注湯して所定時間電磁気場を印加したまま維持する。このときにも、溶融金属Ｍの注湯を開始すると同時に電磁気場を印加させてもよい。
【０１１８】
この後、図７(c)に示すように、ピストン32を下降させて第１のスラリ製造容器2aが空間部13の下側に離脱するようにし、図７(d)に示すように、ピストン32を回転させて空いている容器である第２のスラリ製造容器2bと第１のスラリ製造容器2aとの位置を変える。このとき、この第１のスラリ製造容器2aは、この第１のスラリ製造容器2aの内部の溶融金属Ｍを所定の冷却速度で所定の固相率に至るまで冷却してスラリを製造し、図７(e)に示すように、ピストン32を再び上昇させて第２のスラリ製造容器2bで同じ過程を反復させる。このとき、第１のスラリ製造容器2aは、移送手段としてのロボット６により移送されて別の後続成形工程がなされる。この結果、多量の半凝固金属スラリを連続して製造でき、後続工程との連係性をさらに増やして全体工程の効率性を向上できる。
【０１１９】
さらに、図８に示す第５の実施の形態のように、別のレール36に沿って駆動部３を水平に移動させることにより、スラリ製造容器2aを水平移動させることもできる。
【０１２０】
なお、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またはその合金、マグネシウムまたはその合金、亜鉛またはその合金、銅またはその合金、鉄またはその合金などの半凝固成形法であっても汎用的に適用できる。また、このように製造された金属材料は、平均粒径が１０μｍ以上６０μｍ以下の微細な球状となるとともに、粒径分布も均一になる。
【０１２１】
【発明の効果】
請求項１記載の固液共存状態金属材料の製造方法によれば、従来に比べ、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を得ることができるので合金の機械的性質の向上を実現できる。また、液相線より高い温度での短時間の攪拌だけでも容器壁面での核生成密度を顕著に増加させて粒子の球状化を実現でき、全体的に均一でかつ微細な粒子分布を実現できるので合金の機械的性質の向上を実現できる。
【０１２２】
請求項２記載の固液共存状態金属材料の製造方法によれば、請求項１記載の固液共存状態金属材料の製造方法の効果に加え、注湯工程にて容器に溶融金属を注湯する前から、印加工程にて空間部に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料を容易に得ることができる。
【０１２３】
請求項３記載の固液共存状態金属材料の製造方法によれば、請求項１または２記載の固液共存状態金属材料の製造方法の効果に加え、印加工程にて空間部に電磁気場を印加した後に、この空間部内に容器を配置しても、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料を容易に得ることができる。
【０１２４】
請求項４記載の固液共存状態金属材料の製造方法によれば、請求項１記載の固液共存状態金属材料の製造方法の効果に加え、注湯工程にて容器に溶融金属の注湯を開始すると同時に、印加工程にて空間部に電磁気場を印加しても、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料を容易に得ることができる。
【０１２５】
請求項５記載の固液共存状態金属材料の製造方法によれば、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方法の効果に加え、容器内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで印加工程にて空間部に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができる。
【０１２６】
請求項６記載の固液共存状態金属材料の製造方法によれば、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方法の効果に加え、容器内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで印加工程にて空間部に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【０１２７】
請求項７記載の固液共存状態金属材料の製造方法によれば、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方法の効果に加え、容器内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで印加工程にて空間部に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【０１２８】
請求項８記載の固液共存状態金属材料の製造方法によれば、請求項１ないし７いずれか記載の固液共存状態金属材料の製造方法の効果に加え、注湯工程にて容器に溶融金属を注湯した後に、冷却工程にて容器を冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができる。
【０１２９】
請求項９記載の固液共存状態金属材料の製造方法によれば、請求項８記載の固液共存状態金属材料の製造方法の効果に加え、容器内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却工程にて容器を冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【０１３０】
請求項１０記載の固液共存状態金属材料の製造方法によれば、請求項８記載の固液共存状態金属材料の製造方法の効果に加え、容器内の溶融金属を冷却工程にて０．２℃／ｓｅｃ以上５．０℃／ｓｅｃ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【０１３１】
請求項１１記載の固液共存状態金属材料の製造方法によれば、請求項８記載の固液共存状態金属材料の製造方法の効果に加え、容器内の溶融金属を冷却工程にて０．２℃／ｓｅｃ以上２．０℃／ｓｅｃ以下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【０１３２】
請求項１２記載の半凝固金属スラリの製造方法によれば、請求項１ないし１１いずれか記載の固液共存状態金属材料が半凝固金属スラリであることにより、請求項１ないし１１いずれか記載の固液共存状態金属材料と同様の効果を奏することができる。
【０１３３】
請求項１３記載の固液共存状態金属材料の製造装置によれば、全体工程を単純化して電磁気場攪拌時間を大幅に短縮できるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、製品成形時間も短縮して経済的にも相当な利点を有するとともに、後続工程との連係性も優れて収率を大きく増進できる。
【０１３４】
請求項１４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１３記載の固液共存状態金属材料の製造装置の効果に加え、注湯部にて容器に溶融金属が注湯される前から、攪拌部が空間部に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料を容易に得ることができる。
【０１３５】
請求項１５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１３記載の固液共存状態金属材料の製造装置の効果に加え、注湯部にて容器に溶融金属の注湯が開始されると同時に、攪拌部が空間部に電磁気場を印加しても、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料を容易に得ることができる。
【０１３６】
請求項１６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１３ないし１５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、注湯部にて容器に溶融金属が注湯された後に、駆動部が容器を上昇させてこの容器を空間部外へ移送するので、溶融金属が注湯された容器の移送が容易になる。
【０１３７】
請求項１７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１３ないし１６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、駆動部が容器を水平移動させるので、この容器内に注湯された溶融金属を溢すことなく、この容器を空間部外へと移送できる。
【０１３８】
請求項１８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１３ないし１７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、注湯部にて容器に溶融金属が注湯された後に、縁部に容器が設置された回転プレートを下降させるとともに回転させて、この容器を空間部外へ移送するので、この容器の空間部外への移送が簡単な構成で確実にできる。
【０１３９】
請求項１９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１６または１７記載の固液共存状態金属材料の製造装置の効果に加え、容器に溶融金属が注湯された後に、駆動部が容器を下降させてから、レールに沿って水平移動させて、この容器を空間部外に移送するので、溶融金属が注湯された容器の空間部外への移送が簡単な構成で確実にできる。
【０１４０】
請求項２０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１３ないし１９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、注湯部にて容器に注湯した溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで、攪拌部が空間部に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【０１４１】
請求項２１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１３ないし１９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、注湯部にて容器に注湯した溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで、攪拌部が空間部に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【０１４２】
請求項２２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１３ないし１９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、注湯部にて容器に注湯した溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで、攪拌部が空間部に電磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【０１４３】
請求項２３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１３ないし２２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、容器に取り付けた温度調節装置にて容器内の溶融金属の温度を調整することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易かつ確実に得ることができる。
【０１４４】
請求項２４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２３記載の固液共存状態金属材料の製造装置の効果に加え、容器に取り付けた冷却装置で、この容器内の溶融金属を冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易かつ確実に得ることができる。
【０１４５】
請求項２５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２３または２４記載の固液共存状態金属材料の製造装置の効果に加え、容器に取り付けた加熱装置で、この容器内の溶融金属を加熱することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易かつ確実に得ることができる。
【０１４６】
請求項２６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２５記載の固液共存状態金属材料の製造装置の効果に加え、加熱装置を電気ヒータとすることにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料を簡単な構成でより容易に得ることができる。
【０１４７】
請求項２７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２３または２４記載の固液共存状態金属材料の製造装置の効果に加え、容器内の溶融金属の固相率が０．１以上０．７以下となるまで温度調節装置が冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【０１４８】
請求項２８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２３または２４記載の固液共存状態金属材料の製造装置の効果に加え、容器内の溶融金属を０．２℃／ｓｅｃ以上５．０℃／ｓｅｃ以下の速度で温度調節装置が冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【０１４９】
請求項２９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２３または２４記載の固液共存状態金属材料の製造装置の効果に加え、容器内の溶融金属を０．２℃／ｓｅｃ以上２．０℃／ｓｅｃ以下の速度で温度調節装置が冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織の固液共存状態金属材料をより容易に得ることができるので、より望ましい。
【０１５０】
請求項３０記載の半凝固金属スラリの製造装置によれば、請求項１３ないし２９いずれか記載の固液共存状態金属材料が半凝固金属スラリであることにより、請求項１３ないし２９いずれか記載の固液共存状態金属材料と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【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での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２】同上固液共存状態金属材料の製造装置を示す概略説明図である。
【図３】同上固液共存状態金属材料の製造装置を示す概略説明図である。
【図４】本発明の固液共存状態金属材料の製造装置の第２の実施の形態の容器を示す説明断面図である。
【図５】本発明の固液共存状態金属材料の製造装置の第３の実施の形態を示す概略説明図である。
【図６】本発明の固液共存状態金属材料の製造装置の第４の実施の形態を示す概略説明図である。
【図７】同上固液共存状態金属材料の製造装置の製造工程を示す概略説明図である。
(a)  駆動部を上昇させて容器を空間部に収容させる状態を示す説明図
(b)  溶融金属を容器に注湯して電磁気場を印加する状態を示す説明図
(c)  駆動部を下降させて容器を空間部の下側に移送させる状態を示す説明図
(d)  駆動部を回転させて容器を交換する状態を示す説明図
(e)  駆動部を上昇させて別の容器を空間部に収容させるとともに、容器を移送する状態を示す説明図
【図８】本発明の固液共存状態金属材料の製造装置の第５の実施の形態を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１    攪拌部
2a    容器としてのスラリ製造容器
３    駆動部
４    注湯部としての注湯容器
13    空間部
20    温度調節装置
23    冷却装置としての冷却水パイプ
35    回転プレート
36    レール
Ｍ    溶融金属
【図１】
0003549054.tif 000002
【図２】
0003549054.tif 000003
【図３】
0003549054.tif 000004
【図４】
0003549054.tif 000005
【図５】
0003549054.tif 000006
【図６】
0003549054.tif 000007
【図７】
0003549054.tif 000008
【図８】
0003549054.tif 000009