(57)【要約】【課題】特別な装置を必要とすることなく、容易に溶湯の湯流れを可視化することを目的とする。【解決手段】本発明は、ダイカスト製法における湯流れを可視化する湯流れの可視化方法であって、半凝固スラリー（３０）の所定の位置に、前記半凝固スラリー（３０）を構成する金属と異なる材質の粒体（４０）を配置する工程と、前記粒体（４０）が配置された半凝固スラリー（３０）を金型（１１）で鋳造する工程とを有することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイカスト製法における湯流れを可視化する湯流れの可視化方法であって、
溶湯に代えて半凝固スラリーを供給し、前記半凝固スラリーの所定の位置に、前記半凝固スラリーを構成する金属と異なる材質の粒体を配置する工程と、
前記粒体が配置された半凝固スラリーを金型で鋳造する工程とを有することを特徴とする湯流れの可視化方法。
【請求項２】
前記半凝固スラリーを金型で鋳造した鋳造品をエックス線により透過する工程を更に有し、
前記粒体は、前記半凝固スラリーを構成する金属とエックス線透過率が異なる材質の粒体であることを特徴とする請求項１に記載の湯流れの可視化方法。
【請求項３】
前記半凝固スラリーを金型で鋳造した鋳造品をエックス線により透過する工程では、前記半凝固スラリーが金型に完全に充填される前の鋳造品をエックス線により透過することを特徴とする請求項２に記載の湯流れの可視化方法。
【請求項４】
前記粒体は、前記半凝固スラリーを構成する金属よりも融点が高いことを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の湯流れの可視化方法。
【請求項５】
前記粒体は、直径０．５ｍｍ以上、直径５ｍｍ以下の略球体であることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の湯流れの可視化方法。
【請求項６】
前記半凝固スラリーの所定の位置に、前記半凝固スラリーを構成する金属と異なる材質の粒体を配置する工程では、前記半凝固スラリーの表面に、前記粒体を一定の間隔をあけて複数、配置することを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項に記載の湯流れの可視化方法。
【請求項７】
前記半凝固スラリーの所定の位置に、前記半凝固スラリーを構成する金属と異なる材質の粒体を配置する工程では、前記複数の粒体が、一定の間隔に設けられた複数の凹部内に収容される治具を用いて、前記半凝固スラリーの表面に、前記粒体を一定の間隔をあけて複数、配置することを特徴とする請求項６に記載の湯流れの可視化方法。
【請求項８】
ダイカスト製法における湯流れを可視化する湯流れの可視化装置であって、
半凝固スラリーの所定の位置に前記半凝固スラリーを構成する金属と異なる材質の粒体を配置し、前記粒体が配置された半凝固スラリーを金型で鋳造した鋳造品にエックス線を照射することで湯流れを可視化することを特徴とする湯流れの可視化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイカスト製法における湯流れを可視化する湯流れ可視化方法および湯流れの可視化装置に関するものである。特に、湯流れに起因する、製品の鋳造欠陥を解析するために用いられて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鋳造して製品を成形するダイカスト製法では、溶湯を金型内に充填させるときの溶湯の湯流れに起因する、空気の巻き込み欠陥の発生が問題となっている。巻き込み欠陥の発生を防止するには、湯流れを清流化させるような金型の構造に設計することが有効である。しかしながら、金型内の湯流れを可視化することが困難であるために、上述したような金型を設計することは容易ではない。
【０００３】
例えば、水モデルをベースにした鋳造解析ソフト等を用いれば、金型内の湯流れをある程度、可視化することができる。しかし、このような鋳造解析ソフトでは、水モデルをベースにしているために、実際に鋳造したい溶湯の湯流れとは、ズレが生じてしまうという問題がある。
【０００４】
そのため、例えば、特許文献１に開示された溶湯挙動可視化装置では、実際に使用される鋳型に溶湯を充填させ、その湯流れをエックス線で照射して、透過画像を撮像することにより溶湯の湯流れを可視化する方法が提案されている。
また、特許文献２に開示された鋳型モデル内の湯流れ可視化装置では、透明な鋳型モデルのキャビティ内に、粒子が混入された透明な液体を注入して、湯流れを可視化して解析する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６２５６８号公報
【特許文献２】特開平６−２４６３９１号公報
【特許文献３】特開２００７−３０１５９６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および特許文献２等に開示された湯流れの可視化方法に用いられる装置は、エックス線装置を金型に設置したり可視化するための専用の金型を必要としたりして、特殊な装置および環境が必要になるという問題がある。
【０００７】
一方、特許文献３に開示された鋳造情報の取得方法では、ダイカスト装置の射出スリーブ内に弾性部材を配置した状態から、溶湯を射出スリーブから金型に供給して鋳造する方法が提案されている。このような方法によって鋳造された鋳造品には、弾性部材が分散された状態となる。そして、鋳造品に含まれる弾性部材の体積等を測定することで、金型内における溶湯の圧力を解析することができる。このような鋳造情報の取得方法によれば、特別な装置を必要とせず、実際に鋳造する金型を用いることができるという利点を有している。しかしながら、溶湯と弾性部材とは比重が異なるために、鋳造するときに溶湯と弾性部材とが同一の挙動を行うことはなく、例えば弾性部材を溶湯から遅れて流動することが考えられる。また、弾性部材を射出スリーブに配置するときに、弾性部材の比重が溶湯よりも大きいために、溶湯中に沈んでしまう。そのために、溶湯の下側の湯流れしか可視化することができないという問題がある。
【０００８】
本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、特別な装置を必要とすることなく、容易に溶湯の湯流れを可視化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る湯流れの可視化方法は、ダイカスト製法における湯流れを可視化する湯流れの可視化方法であって、ダイカスト装置に溶湯の代わりに半凝固スラリーを供給し、半凝固スラリーの所定の位置に、前記半凝固スラリーを構成する金属と異なる材質の粒体を配置する工程と、前記粒体が配置された半凝固スラリーを金型で鋳造する工程とを有することを特徴とする。
また、前記半凝固スラリーを金型で鋳造した鋳造品をエックス線により透過する工程を更に有し、前記粒体は、前記半凝固スラリーを構成する金属とエックス線透過率が異なる材質の粒体であることを特徴とする。
また、前記半凝固スラリーを金型で鋳造した鋳造品をエックス線により透過する工程では、前記半凝固スラリーが金型に完全に充填される前の鋳造品をエックス線により透過することを特徴とする。
また、前記粒体は、前記半凝固スラリーを構成する金属よりも融点が高いことを特徴とする。
また、前記粒体は、直径０．５ｍｍ以上、直径５ｍｍ以下の略球体であることを特徴とする。
また、前記半凝固スラリーの所定の位置に、前記半凝固スラリーを構成する金属と異なる材質の粒体を配置する工程では、前記半凝固スラリーの表面に、前記粒体を一定の間隔をあけて複数、配置することを特徴とする。
また、前記半凝固スラリーの所定の位置に、前記半凝固スラリーを構成する金属と異なる材質の粒体を配置する工程では、前記複数の粒体が、一定の間隔に設けられた複数の凹部内に収容される治具を用いて、前記半凝固スラリーの表面に、前記粒体を一定の間隔をあけて複数、配置することを特徴とする。
本発明に係る湯流れの可視化装置は、ダイカスト製法における湯流れを可視化する湯流れの可視化装置であって、半凝固スラリーの所定の位置に前記半凝固スラリーを構成する金属と異なる材質の粒体を配置し、前記粒体が配置された半凝固スラリーを金型で鋳造した鋳造品にエックス線を照射することで湯流れを可視化することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、特別な装置を必要とすることなく、容易に溶湯の湯流れを可視化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ダイカスト装置の構成を示す図である。
【図２】ダイカスト装置により鋳造される鋳造品の一例を示す図である。
【図３】実施例１に係る可視化方法を説明するための図である。
【図４】実施例１に係る可視化方法によって、エックス線を透過させた鋳造品の一例を示す図である。
【図５】実施例２に係る可視化方法を説明するための図である。
【図６】実施例２に係る可視化方法によって、エックス線を透過させた鋳造品の一例を示す図である。
【図７】半凝固スラリーに粒体を配置する治具の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面に基づき、本発明に係る溶湯の湯流れの可視化方法の好適な実施形態について説明する。ここでは、図１に示すダイカスト装置を用いて、図２に示す鋳造品を鋳造するときの溶湯の湯流れを可視化する場合を例にして説明する。
【００１３】
図１は、ダイカスト装置１０の一部の構成を示す図である。
図１に示すように、ダイカスト装置１０は、金型１１、射出スリーブ１２、射出チップ１３等を備えている。金型１１は、その内部に、溶融した金属である溶湯が充填される図示しないキャビティを有している。射出スリーブ１２は、金型１１のキャビティと連通孔１５を介して連通していて、溶湯が投入される投入口１４を有している。射出チップ１３は、図１に示す矢印Ａ方向に移動可能であって、投入口１４から投入された溶湯をキャビティ内に移送することができる。
【００１４】
図２は、金型１１を用いたダイカスト製法により鋳造された鋳造品２０を示す図である。図２（ａ）は、鋳造品２０の側面図である。図２（ｂ）は鋳造品２０の正面図である。鋳造品２０は、金型１１のキャビティの凹凸を反対にした形状に形成される。本実施形態に示す鋳造品２０は、円盤状の押し湯部２１と、押し湯部２１の周縁の厚みを一部厚くして形成された突出捕捉部２２と、押し湯部２１からやや前方（図２（ａ）に示す矢印Ｆｒ方向）に突出してから上方に延出する延出部２３と、延出部２３から左右に分岐してからそれぞれ上方に突出する第１のアーム部２４と、第２のアーム部２５とを有している。なお、図２に示す鋳造品２０は、矢印Ｂ方向から、すなわち押し湯部２１の後方から溶湯が充填されることで鋳造される。
【００１５】
次に、本実施形態に係る溶湯の湯流れの可視化方法について説明する。
まず、可視化の対象である溶湯を徐冷することで半凝固化させて、半凝固スラリーを製造する。ここで、半凝固スラリーとは、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ｆｅ−Ｃ系の亜共晶、過共晶合金を球状の固相と液相とが混在した半凝固状態または半溶融状態の金属をいう。半凝固スラリーの固相率は、２０〜６０％の範囲である。すなわち、固相率が２０％未満では、後述する金属の粒体が半凝固スラリー中に沈んでしまう。また、６０％以上では、流動性が悪く鋳造が困難である。なお、半凝固スラリーは、溶湯を徐冷することによって製造する場合に限られず、凝固した金属を加熱して半溶融化することによって製造してもよい。
【００１６】
次に、図１に示すように、製造した半凝固スラリー３０を投入口１４から射出スリーブ１２に投入する。すなわち、本実施形態では可視化の対象とする溶湯を直接、金型１１に充填して鋳造するのではなく、溶湯を半凝固させた半凝固スラリー３０に置き換えて鋳造するものである。
次に、図１に示すように、射出スリーブ１２に投入された半凝固スラリー３０のうち可視化したい部位に半凝固スラリー３０と材質の異なる粒体４０を配置する。
【００１７】
ここで、粒体４０は、ブロック状の球体（略球体）、円柱体（略円柱体）または直方体（略直方体）等の形状を有している。粒体４０の形状は、後述するように半凝固スラリーと共に鋳造するときに半凝固スラリーの湯流れを阻害したり、粒体４０の流れが遅くなったりしないように、極端に尖った形状や一部が分岐したような形状でないことが好ましい。
【００１８】
また、粒体４０の大きさは、直径０．５ｍｍ以上であり、直径５ｍｍ以下であることが好ましい。粒体４０の直径を０．５ｍｍ以上にすることにより、鋳造したときに高温での酸化損耗によって粒体４０自体が消失してしまうおそれがない。また、粒体４０の直径を５ｍｍ以下にすることにより、半凝固スラリー３０の熱を過度に奪ったり、半凝固スラリー３０が流動するときの抵抗になることがない。
さらに、粒体４０は、半凝固スラリー３０のエックス線透過率と異なる材質であり、融点が半凝固スラリー３０よりも高い材質で構成されている。本実施形態の粒体４０の材質は、例えばステンレス等が用いられる。
【００１９】
ここで、半凝固スラリー３０は、みかけの粘性が圧力に反比例する特長がある。したがって、上述したように半凝固スラリー３０に粒体４０を配置している、圧力が少ない状態では、半凝固スラリー３０の粘性が高い。すなわち、重量の小さい粒体４０を半凝固スラリー３０に配置したとしても、粒体４０が半凝固スラリー３０内に沈むことがなく、半凝固スラリー３０の表面に保持される。
【００２０】
次に、ダイカスト装置１０は、射出チップ１３を用いて、粒体４０が配置された状態の半凝固スラリー３０を、射出スリーブ１２から金型１１のキャビティ内に充填する。このとき、半凝固スラリー３０は、流速が均一となる栓流になり、塊でキャビティ内に流動していくために、配置した粒体４０が半凝固スラリー３０に対して遅れて流動することがなく、周りの半凝固スラリー３０と一体となって流動する。すなわち、粒体４０が流動した軌跡が、そのまま半凝固スラリー３０の湯流れを反映したものとなる。なお、粒体４０は、半凝固スラリー３０よりも融点が高い材質であるために、半凝固スラリー３０内で溶融してしまうことがない。
【００２１】
次に、ダイカスト装置１０で鋳造された鋳造品を取り出して、湯流れの可視化装置の一部を構成する図示しないエックス線照射装置を用いて、鋳造品にエックス線を照射する。粒体４０は、半凝固スラリー３０のエックス線透過率と異なるエックス線透過率の材質であるために、エックス線を照射させて透過した画像から、鋳造品内の粒体４０を特定することができる。すなわち、鋳造品内の粒体４０を観察することで、粒体４０が最終的に流動した位置を３次元で非破壊により可視化することができる。例えば、図２に示す鋳造品２０では、粒体４０は最終的に突出捕捉部２２の左側の前方に流動したことを特定することができる。
【００２２】
このように、鋳造する前に半凝固スラリー３０の所望の位置に配置した粒体４０が鋳造した後の鋳造品において最終的に流動した位置を、観察することで、半凝固スラリー３０に置換された溶湯の湯流れを可視化することができる。また、溶湯を半凝固スラリー３０に置き換えることで、鋳造される前の粒体４０を、湯流れを観察したい半凝固スラリー３０の位置に正確に配置することができる。
このように、本実施形態によれば、特別な金型や金型に特殊な装置を設置したり鋳造品を破壊したりすることなく、容易に溶湯の湯流れを可視化することができる。
【００２３】
なお、上述した実施形態では、エックス線照射装置を用いて、鋳造品を透過して得られた画像に基づいて、溶湯の湯流れを可視化する場合について説明した。しかしながら、粒体４０が鋳造された鋳造品２０の外観表面まで流動し、外観表面から露出しているような場合は、エックス線照射装置を用いなくとも、粒体４０を観察することができるので、容易に溶湯の湯流れを可視化することができる。
【００２４】
また、上述した実施形態では、半凝固スラリー３０をキャビティに完全に充填させて鋳造品２０を鋳造する場合について説明したが、この場合に限られない。すなわち、半凝固スラリー３０をキャビティに完全に充填させる前に鋳造を停止し、ダイカスト装置１０で鋳造された不完全な鋳造品を取り出して、その鋳造品にエックス線を照射してもよい。この場合、不完全な鋳造品における粒体４０の位置を特定することで、鋳造の途中の過程における溶湯の湯流れを可視化することができる。
【００２５】
次に、上述した可視化方法を用いて、最終的に粒体４０が流動した位置を可視化する実施例について説明する。なお、以下の実施例では、図１に示すダイカスト装置１０を用いて、図２に示す鋳造品２０を鋳造した。また、半凝固スラリー３０として、６００℃のＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金であるＡＣ４ＣＨ、鋳込み重量３．８ｋｇを用いた。
【００２６】
（実施例１）
まず、実施例１の可視化方法について、図３を参照して説明する。なお、実施例１では、上述した実施形態と同一の処理工程は、簡略して説明する。
まず、射出スリーブ１２に半凝固スラリー３０を投入する。次に、図３に示すように、半凝固スラリー３０の上方の表面であって、射出方向における前方に、複数の粒体４０を配置する。配置する粒体４０は、材質をＳＵＳ３０４とし、大きさを２ｍｍとする。なお、粒体４０は、ＳＵＳ３０４のステンレスワイヤー（径２ｍｍ）を、長さ２ｍｍで切断し、１２０個、作製した。また、鋳造時にこれらの粒体４０が互いに衝突し合わないように、複数の粒体４０を半凝固スラリー３０の表面に配置するとき、一定の間隔に離間して配置する。
【００２７】
ここでは、図７（ａ）に示すような治具５０を用いて、半凝固スラリー３０の表面に粒体４０を配置する。図７（ａ）のＩ−Ｉ線断面を表している図７（ｂ）に示すように、治具５０は、平板状に形成されていて、表面には一定の間隔で粒体４０の形状に一致または略一致する凹部５１が複数、形成されている。治具５０は、凹部５１が縦方向および横方向にそれぞれ一定の間隔で形成されている。各凹部５１に粒体４０が収容された治具５０を、半凝固スラリー３０の表面にあてがう等することで、正確に半凝固スラリー３０の表面に複数の粒体４０を一定の間隔で配置することができる。
【００２８】
次に、ダイカスト装置１０が、射出チップ１３を用いて、粒体４０が配置された状態の半凝固スラリー３０を、金型１１内に射出する。粒体４０は、半凝固スラリー３０の湯流れに沿って流動し、半凝固スラリー３０と共に金型１１のキャビティに充填される。なお、ここでは、ダイカスト装置１０は射出速度を０．４ｍ／ｓに設定して、鋳造している。その後、ダイカスト装置１０で鋳造された鋳造品を取り出し、エックス線照射装置を用いて、鋳造品にエックス線を照射する。
【００２９】
次に、図４に、鋳造品２０にエックス線を照射して透過させた画像を示す。図４（ａ）は、鋳造品２０の側面図である。図４（ｂ）は、鋳造品２０の正面図である。各図に現れている黒点は、粒体４０を示している。
図４に示すように、粒体４０は、鋳造品２０の突出捕捉部２２の左右のそれぞれ前方に位置していることが分かる。さらに、粒体４０は、鋳造品２０の左右のアーム部２４、２５のそれぞれ上方に位置していることが分かる。このように、鋳造前、半凝固スラリー３０の前方に配置された複数の粒体４０は、鋳造品２０の鋳造方向における末端、すなわち下流側に位置していることが可視化できる。
【００３０】
（実施例２）
次に、実施例２の可視化方法について、図５を参照して説明する。なお、実施例２では、上述した実施形態と同一の処理工程は、簡略して説明する。
まず、射出スリーブ１２に半凝固スラリー３０を投入する。次に、図５に示すように、半凝固スラリー３０の上方の表面であって、射出方向における後方に、複数の粒体４０を配置する。配置する粒体４０は、実施例１と同様であり、一定の間隔に離間して配置する。
【００３１】
次に、ダイカスト装置１０が、射出チップ１３を用いて、粒体４０が配置された状態の半凝固スラリー３０を、金型１１内に射出する。粒体４０は、半凝固スラリー３０の湯流れに沿って流動し、半凝固スラリー３０と共に金型１１のキャビティに充填される。なお、ここでは、ダイカスト装置１０は射出速度を０．４ｍ／ｓに設定して、鋳造している。その後、ダイカスト装置１０で鋳造された鋳造品を取り出し、エックス線照射装置を用いて、鋳造品にエックス線を照射する。
【００３２】
次に、図６に、鋳造品２０にエックス線を照射して透過させた画像を示す。図６（ａ）は、鋳造品２０の側面図である。図６（ｂ）は、鋳造品２０の正面図である。各図に現れている黒点は、粒体４０を示している。
図６に示すように、粒体４０は、押し湯部２１の後方に、多く位置していることが分かる。このように、鋳造前、半凝固スラリー３０の後方に配置された複数の粒体４０は、鋳造後、鋳造品２０の鋳造方向における上流側、すなわち射出位置の近くに位置していることが可視化できる。
【００３３】
このように、溶湯の湯流れを半凝固スラリーの湯流れに置換して可視化することにより、鋳造される前の溶湯の場所による違いによって、最終的に流動される位置が明確になる。したがって、例えば鋳造品の部位に巻き込み等の欠陥が認められた場合、溶湯がどのように流動したために巻き込み欠陥が発生したかを容易に可視化することができる。すなわち、経験や推測等を頼りにすることなく、可視化した溶湯の流動を解析することができるので、容易に巻き込み欠陥が発生しないような金型の構造に変更でき、鋳造品の欠陥の対策を容易に行うことができる。
【００３４】
なお、上述した説明では、半凝固スラリー３０の上方の表面に粒体４０を配置する場合について説明したが、この場合に限られず、半凝固スラリーの下方の表面、側方の表面または内部に粒体４０を配置してもよい。半凝固スラリーの内部に粒体を配置する場合、作業者が半凝固スラリー３０内に配置した位置を自らが把握しておく、または鋳造前の半凝固スラリー３０にエックス線を照射させたりして、鋳造する前の半凝固スラリー３０における粒体４０の位置を特定しておけばよい。
【００３５】
また、上述した説明では、鋳造品をエックス線で透過させて可視化する場合について説明したが、この場合に限られず、目視により粒体を確認することで湯流れを可視化してもよく、エックス線以外の放射線で透過して湯流れを可視化してもよく、超音波を用いて、可視化してもよい。
また、上述した説明では、粒体にステンレスを用いる場合について説明したが、この場合に限られず、半凝固スラリーと同一の挙動を行い、半凝固スラリーの融点よりも高い材質であれば、ステンレス以外の金属や、金属以外の材質を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０：ダイカスト装置  １１：金型  １２：射出スリーブ  １３：射出チップ
２０：鋳造品  ４０：粒体  ５０：治具  ５１：凹部
【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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