(57)【要約】【課題】プランジャスリーブ２０に注入する溶湯Ｘに十分な超音波振動効果を与えることができる鋳造装置を提供すること。【解決手段】合金材の溶湯Ｘを溶解炉２からプランジャスリーブ２０まで運搬して注入するラドル１０を備えた鋳造装置１において、ラドル１０は、超音波振動を発生する超音波振動子１０１と、超音波振動子１０１からの振動を増幅放射する超音波振動ホーン１０３と、を備えた超音波振動装置１００を有し、超音波振動ホーン１０３は、ラドル１０に汲み取られた溶湯（ラドル内溶湯Ｘ´）に超音波振動を付加する。【選択図】図２
2011200883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金材の溶湯を溶解炉又は保持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において、
前記ラドルは、超音波振動を発生する超音波振動子と、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、
前記超音波振動ホーンは、前記ラドルに汲み取られた溶湯に超音波振動を付与することを特徴とする鋳造装置。
【請求項２】
請求項１に記載された鋳造装置において、
前記超音波振動ホーンは、振動放射面を前記ラドルの底面に対向した状態で、前記ラドルの上部フランジに固定したことを特徴とする鋳造装置。
【請求項３】
請求項２に記載された鋳造装置において、
前記ラドルは、前記底面に前記溶湯が流れる溶湯流通口を設けたことを特徴とする鋳造装置。
【請求項４】
請求項３に記載された鋳造装置において、
前記ラドルは、前記溶湯流通口に逆止弁を設けたことを特徴とする鋳造装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載された鋳造装置において、
前記ラドルは、前記溶湯流通口を介して溶解炉又は保持炉から溶湯を汲み上げる際、内部圧力を低減して汲み上げ促進する減圧ポンプを有することを特徴とする鋳造装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された鋳造装置において、
前記ラドルは、側面に溶解炉又は保持炉から溶湯を流し込む溶湯流入開口を設けたことを特徴とする鋳造装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載された鋳造装置において、
前記ラドルは、汲み取られた溶湯の湯面を測定する湯面計を設けたことを特徴とする鋳造装置。
【請求項８】
請求項４に記載された鋳造装置において、
前記プランジャスリーブは、前記ラドルから注入される溶湯が流れ込む給湯口と、該給湯口に溶湯を案内するラドルガイドと、を有し、
前記ラドルガイドは、前記逆支弁を押圧して開放する弁開放用突起を有することを特徴とする鋳造装置。
【請求項９】
合金材の溶湯を金型に射出しダイカスト製品を製造する鋳造方法において、
超音波振動を付加しながら、ラドルによって前記溶湯を溶解炉又は保持炉からプランジャスリーブへ運搬して注入する加振運搬工程と、
前記加振運搬工程で溶湯が注入された前記プランジャスリーブで前記溶湯を射出する射出工程と、
前記射出工程で射出された前記溶湯を凝固させてダイカスト製品を製造するダイカスト製造工程と、
を有することを特徴とする鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
合金材の溶湯を溶解炉又は保持炉からプランジャスリーブに運搬して注入するラドルを備えた鋳造装置及び鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、合金材の溶湯を金型のキャビティに圧入することでダイカスト製品を製造する際に、溶湯が液相線温度を下回る前に、この溶湯に超音波振動を付加し、その後、溶湯を凝固させる鋳造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2007-216239号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の鋳造方法にあっては、合金材を液相線温度以上に保持する溶解炉や、溶解炉から金型に溶湯を流し込む樋、ラドル等に振動発生装置を設けることで、溶湯に超音波振動を付加している。
【０００５】
しかしながら、振動発生装置による振動効果は、ホーンの振動放射面の周囲にしか与えることができない。そのため、溶解炉に振動発生装置を設けた場合では、溶解炉内の溶湯全体に振動効果を与えることができず、組織の微細化効果の高い溶湯をプランジャスリーブに注入することが難しかった。また、樋やラドルに振動発生装置を設ける場合であっても、具体的なホーン取付位置が明確ではなく、溶湯に十分な振動効果与えることができるか疑問であった。
【０００６】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、プランジャスリーブに注入する溶湯に十分な超音波振動効果を与えることができる鋳造装置及び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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明では、合金材の溶湯を溶解炉又は保持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において、
前記ラドルは、超音波振動を発生する超音波振動子と、該超音波振動子からの振動を増幅放射する超音波ホーンと、を備えた超音波振動装置を有し、
前記超音波ホーンは、前記ラドルに汲み上げられた溶湯に超音波振動を付加することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
よって、本発明の鋳造装置では、ラドルが有する超音波振動子からの振動を増幅放射する超音波ホーンによって、ラドルに汲み上げられた溶湯に超音波振動を付加する。このように、ラドルに、溶湯に超音波振動を付加する超音波ホーンを設けたため、ラドルに汲み上げられた比較的少量の溶湯に超音波振動を付加することができ、溶湯に十分な振動効果を与えることができる。
すなわち、超音波振動ホーンによる振動効果付与範囲は、ホーン先端部の周囲だけと限定的になっているのに対し、溶解炉又は保持炉内の溶湯は大量である。そのため、溶解炉又は保持炉中に超音波振動ホーンを挿入しても効率的に振動効果を与えることができないが、ラドルに汲み上げられた溶湯は比較的少量であり、超音波振動ホーンの振動効果を十分に付加することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の鋳造装置を示す全体構造図である。
【図２】実施例１の鋳造装置のラドルを示す断面図である。
【図３Ａ】実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(a)は溶湯汲み上げ手順を示す。
【図３Ｂ】実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(b)は溶湯搬送手順を示し、（c）は溶湯注入手順を示す。
【図３Ｃ】実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(d)は溶湯射出手順を示し、(e)は溶湯凝固手順を示す。
【図３Ｄ】実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(f)は型開き手順を示し、(g)は製品離型手順を示す。
【図４】図３Ｂ(c)におけるＡ部拡大図である。
【図５】アルミニウム-シリコン合金の状態図である。
【図６】ダイカスト製品におけるデンドライトサイズと引張り強さとの関係特性を示す図である。
【図７】デンドライトの微細化状態を示す説明図であり、(a)は多数のデンドライトが生成した場合を示し、(b)は生成したデンドライトが粉砕した場合を示す。
【図８】(a)は加振停止してから完全凝固するまでの時間とデンドライトサイズとの関係特性を示す図であり、(b)はホーンからの距離とデンドライトサイズとの関係特性を示す図である。
【図９】(ａ)は実施例２の鋳造装置のラドルを示す断面図を示すであり、（ｂ）は溶湯汲み上げ状態を示す説明図である。
【図１０】実施例３の鋳造装置のラドルを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の鋳造装置及び鋳造方法を実施するための形態を、図面に示す実施例１から実施例３に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の鋳造装置を示す全体構造図である。図２は、実施例１の鋳造装置のラドルを示す断面図である。
【００１２】
実施例１の鋳造装置１は、図１に示すように、水平方向に溶湯Ｘを射出する横型ダイカストマシンであり、ラドル１０と、プランジャスリーブ２０と、金型３０と、を備えている。
【００１３】
ラドル１０は、合金材の溶融金属である溶湯Ｘを、溶解炉２（図３Ａ(a)参照）から一定量汲み上げ、プランジャスリーブ２０の給湯口２１ａまで運搬して注湯するものである。このラドル１０は、図２に示すように、容器部１１と、真空ポンプ（減圧ポンプ）１２と、エア圧送ディスペンサ１３と、超音波振動装置１００と、を備えている。なお、合金材は、ここではアルミニウムにシリコンを含んだアルミニウム合金である。溶解炉２では、シリコンを含んだアルミニウム合金を溶かして溶湯Ｘの状態とする。
【００１４】
容器部１１は、上方が開放した有底筒形状を呈しており、開放した上端部には全周にわたってフランジ（上部フランジ）１１ａを突出形成している。この容器部１１の上端部は、蓋体１１ｂによって密閉されている。なお、この蓋体１１ｂは、図示しない固定手段によりフランジ１１ａに気密に固定されている。フランジ１１ａの下側には、フック１１ｃを有する複数のリブ１１ｄ,…が形成されている。各フック１１ｃには、懸架用ロッド１１ｅが固定され、容器部１１の姿勢を保ったまま吊り下げ状態で移動可能としている。
また、容器部１１の底面１１ｆには、溶湯Ｘが流れる溶湯流通口１４が形成されている。この溶湯流通口１４は、底面１１ｆを貫通しており、容器部１１内に開放した内側開口１４ａと大気に開放した外側開口１４ｂの内径が、中間部の内径よりも狭くなっている。そして、この溶湯流通口１４の中間部であって、内径が大きくなっている領域（以下、流通空間Ｒという）には、ボール１５が配置されている。このボール１５は、通常、自重により外側開口１４ｂに嵌合して溶湯流通口１４を閉鎖するため、逆止弁となっている。なお、ボール１５が流通空間Ｒ内に移動することで溶湯流通口１４が開放される。
さらに、この容器部１１内には、ラドル１０に汲み上げられた溶湯（以下、ラドル内溶湯という）Ｘ´の湯面高さを測定する湯面計１６が設けられている。この湯面計１６は、ラドル内溶湯Ｘ´が一定の高さになると、真空ポンプ１２の後述する吸込口１２ａに嵌合して、真空ポンプ１２からのエア吸込を停止するようになっている。
【００１５】
真空ポンプ１２は、ラドル１０の容器部１１内部圧力を低減して（ここでは真空状態にして）、溶湯Ｘの汲み上げ促進を図るものであり、蓋体１１ｂに固定されている。この真空ポンプ１２は、吸込口１２ａが容器部１１の内部に臨み、排気口１２ｂが大気に開放している。
【００１６】
エア圧送ディスペンサ１３は、ラドル１０の容器部１１の内部圧力を高めて溶湯Ｘの排出促進を図るものであり、蓋体１１ｂに固定されている。このエア圧送ディスペンサ１３は、吸込口１３ａが大気に開放し、排気口１３ｂが容器部１１の内部に臨んでいる。
【００１７】
超音波振動装置１００は、蓋体１１ｂに固定され、ラドル内溶湯Ｘ´に超音波振動を付加するものであり、超音波振動子１０１と、振動制御部１０２と、超音波振動ホーン１０３と、を備えている。
【００１８】
超音波振動子１０１は、超音波振動を発生する部分であり、蓋体１１ｂよりも外側に配置されている。
【００１９】
振動制御部１０２は、超音波振動子１０１のON/OFF制御を行う部分であり、超音波振動子１０１の上部に取り付けられている。
【００２０】
超音波振動ホーン１０３は、超音波振動子１０１からの超音波振動を増幅放射する部分であり、蓋体１１ｂに貫通固定されている。この超音波振動ホーン１０３の一端は、蓋体１１ｂから突出して超音波振動子１０１が固定され、先端は容器部１１内に挿入されて底面１１ｆに向いている。なお、この底面１１ｆに対向した先端面１０３ａが超音波振動を放射する振動放射面となる。
また、この超音波振動ホーン１０３における振動効果付与範囲Ｓは、振動放射面である先端面１０３ａの周囲（図２に破線で囲んだ範囲）である。なお、「振動効果付与範囲」とは、この超音波振動ホーン１０３を溶湯Ｘ内に挿入したとき、放射される超音波振動によってラドル内溶湯Ｘ´に十分量のキャビテーションを発生できる範囲である。
【００２１】
プランジャスリーブ２０は、給湯口２１ａから注ぎ込まれた溶湯Ｘを金型３０の中に高圧力を加えて圧入、すなわち射出するものである。このプランジャスリーブ２０は、金型３０に固定されたスリーブ２１と、スリーブ２１内を摺動するプランジャー２２と、を有している。
【００２２】
スリーブ２１は、両端が開放した中空の筒形状を呈しており、金型３０から突出した端部近傍に上方に開放した給湯口２１ａが形成されている。なお、このスリーブ２１は、金型３０の後述する湯道部３１ａに連通するように配置されている。さらに、このスリーブ２１には、給湯口２１ａに溶湯Ｘを案内するラドルガイド２３が取り付けられている。
【００２３】
このラドルガイド２３は、上方に開放した受け皿形状を呈しており、底面２３ａには、給湯口２１ａに連通した排出口２３ｂと、上方に突出する弁開放用突起２３ｃと、上方に突出すると共に弁開放用突起２３ｃよりも高さが低いスペーサ２３ｄと、を有している。弁開放用突起２３は、ラドル１０がこのラドルガイド２３上に配置された際、溶湯流通口１４内に挿入し、ボール１５を上方に押圧して流通空間Ｒ内に移動させるものである。また、スペーサ２３ｄは、ラドル１０がこのラドルガイド２３内に配置された際、ラドル１０に干渉し、ラドル１０とラドルガイド２３との間に隙間を生じさせるものである。
【００２４】
プランジャー２２は、スリーブ２１に嵌合するプランジャチップ２２ａと、このプランジャチップ２２ａを摺動するプランジャロッド２２ｂと、を有している。ここで、プランジャロッド２２ｂは、油圧又は電動で伸縮作動する図示しない射出シリンダーによって駆動され、プランジャチップ２２ａと一体的にスリーブ２１の軸方向に沿って出入りする。
【００２５】
金型３０は、固定型３１と、可動型３２と、を有し、可動型３２が固定型３１に近接して型締めされたときに、各型３１,３２の合わせ面に形成された凹凸によりキャビティ３３及びゲート３４が形成される。
【００２６】
金型３０は、固定型３１と、可動型３２と、を有し、可動型３２が固定型３１に近接して型締めされたときに、各型３１,３２の合わせ面に形成されている凹凸によりキャビティ３３及びゲート３４が形成される。
【００２７】
固定型３１は、固定盤３５に固定されている。この固定盤３５には、プランジャスリーブ２１が挿入固定される貫通孔が形成されている。そして、固定型３１には、ゲート３４とプランジャスリーブ２１を連通する湯道部３１ａが形成されている。
【００２８】
可動型３２は、固定盤３５に対して近接離反する可動盤３６に固定され、可動盤３６と一体的に移動可能となっている。さらに、この可動型３２には、複数の押出しピン３７,…が設けられている。
【００２９】
各押出しピン３７は、キャビティ３３に溶湯Ｘを射出して製造されるダイカスト製品を金型３０から分離するものである。各押出しピン３７は、それぞれ可動型３２を貫通すると共に、先端面３７ａがキャビティ３３内に臨んでいる。そして、各押出しピン３７の基端部３７ｂは、キャビティ３３とは反対側の位置に設けられた押出し板３８に固定されている。この押出し板３８は、駆動機構３８ａによってキャビティ３３に対して離接動するものであり、複数の押出しピン３７,…を一斉に可動型３２から出没させる。
【００３０】
次に、実施例１の鋳造方法について説明する。
図３Ａは、実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(a)は溶湯汲み上げ手順を示す。図３Ｂは、実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(b)は溶湯搬送手順を示し、(c)は溶湯注入手順を示す。図３Ｃは、実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(d)は溶湯射出手順を示し、(e)は溶湯凝固手順を示す。図３Ｄは、実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(f)は型開き手順を示し、(g)は製品離型手順を示す。
【００３１】
実施例１の鋳造方法では、予め金型３０の可動型３２を固定型３１に近接させ、各型３１,３２の合わせ面にキャビティ３３及びゲート３４を形成しておく。また、溶解炉２内には、合金材の溶湯Ｘを貯蔵しておく。
【００３２】
溶湯汲み上げ手順では、図３Ａ(a)に示すように、まず、ラドル１０の容器部１１を懸架用ロッド１１ｅで吊り下げ、ラドル１０の姿勢を保ったままの容器部１１の下部を溶解炉２内の溶湯Ｘに挿入する。次に、真空ポンプ１２を駆動し、容器部１１内の空気を吸込口１２ａから吸い込み、排気口１２ｂから排出する。これにより、容器部１１の内部が真空状態（負圧）になり、ボール１５が引上げられて流通空間Ｒ内に浮かぶ。これにより、溶解炉２内の溶湯Ｘは、溶湯流通口１４とボール１５との間を通って、真空状態になった容器部１１内に吸い込まれる。なお、このときエア圧送ディスペンサ１３は閉鎖している。
【００３３】
一方、この真空ポンプ１２の駆動開始と同時に超音波振動装置１００の振動制御部１０２はONとなり、超音波振動子１０１を駆動する。これにより、超音波振動ホーン１０３が振動し、先端面１０３ａから超音波振動が増幅放射される。このとき、溶湯Ｘは、溶湯流通口１４に対向した超音波振動ホーン１０３の先端面１０３ａの周囲に形成される振動効果付与範囲Ｓを通過してから容器部１１内に流れ込む。つまり、超音波振動を付加しながら、溶湯Ｘがラドル１０に汲み上げられる。
【００３４】
そして、一定量の溶湯Ｘが容器部１１内に入り込むと、湯面計１６が真空ポンプ１２の吸込口１２ａに嵌合して、エアの吸込みを停止する。これにより、容器部１１内の圧力が一定になり、ボール１５は自重により下方に移動して、溶湯流通口１４の外側開口１４ｂに嵌合し、溶湯Ｘの流れを遮断する。その後、ラドル１０の姿勢を保ったまま、ラドル１０を溶解炉２から引上げる。
【００３５】
溶湯運搬手順では、図３Ｂ(b)に示すように、溶湯汲み上げ手順で汲み上げた溶湯Ｘをラドル１０内に保持したまま、このラドル１０の姿勢を保ちつつプランジャスリーブ２０の給湯口２１ａ上方まで移動し、ラドル内溶湯Ｘ´を運搬する。この間も超音波振動子１０１を駆動しつづけ、超音波振動ホーン１０３が振動して、先端面１０３ａから超音波振動が増幅放射される。
【００３６】
溶湯注入手順では、図３Ｂ(c)に示すように、ラドル１０をスリーブ２１に取り付けられたラドルガイド２３上に載置する。これにより、ラドルガイド２３の弁開放用突起２３ｃが溶湯流通口１４内に挿入してボール１５を押し上げ、流通空間Ｒ内に保持する。また、ラドル１０の底面はスペーサ２３ｄに干渉し、ラドルガイド２３の底面２３ａと容器部１１の底面１１ｆとの間に隙間が生じる。
【００３７】
これにより、容器部１１に汲み上げられたラドル内溶湯Ｘ´は、図４に示すように、溶湯流通口１４とボール１５との間を通って、ラドルガイド２３と容器部１１との間に流れ出し、排出口２３ｂ、給湯口２１ａを順に通過してスリーブ１８内に注入される。
【００３８】
一方、ラドル内溶湯Ｘ´が流れ出る間も超音波振動装置１００の振動制御部１０２はONとなり、超音波振動子１０１を駆動する。これにより、超音波振動ホーン１０３が振動し、先端面１０３ａから超音波振動が増幅放射され続ける。このとき、ラドル内溶湯Ｘ´は、溶湯流通口１４に対向した超音波振動ホーン１０３の先端面１０３ａの周囲に形成される振動効果付与範囲Ｓを通過してから溶湯流通口１４に流れ込む。
さらに、このとき、エア圧送ディスペンサ１３が駆動され、吸込口１３ａから空気が吸い込まれ、容器体１１内に排出される。これにより、容器体１１内の圧力が高められ、ラドル内溶湯Ｘ´の排出が促進される。
【００３９】
ラドル内溶湯Ｘ´を注ぎ入れたら振動制御部１０２はOFFとなり、超音波振動子１０１を停止する。そして、ラドル１０の姿勢を保ったまま、再び溶解炉２の上方に移動させて次のショットに備える。このとき、プランジャー２２はスリーブ２１の端部位置に後退している。
【００４０】
この溶湯汲み上げ手順、溶湯運搬手順、溶湯注入手順が、超音波振動を付加しながら、溶湯Ｘを溶解炉２からプランジャスリーブ２０へ運搬して注入する加振運搬工程に相当する。
【００４１】
溶湯射出手順では、図３Ｃ(d)に示すように、溶湯注入手順での注湯が完了すると、即座に射出シリンダー２２ｃによってプランジャロッド２２ｂが駆動され、これに連結したプランジャチップ２２ａと共に高速で前進する。これにより、プランジャスリーブ２１内の溶湯Ｘは、固定型３１の湯道部３１ａ、ゲート３４を順に通り、キャビティ３３内に射出充填される。
【００４２】
この溶湯射出手順が、加振運搬工程で溶湯Ｘが注入されたプランジャスリーブ２０で溶湯Ｘを射出する射出工程に相当する。
【００４３】
溶湯凝固手順では、図３Ｃ(e)に示すように、キャビティ３３内の溶湯Ｘが凝固してダイカスト製品Ｙとなるまで所定時間型締めする。
【００４４】
この溶湯凝固手順が、射出工程で射出された溶湯Ｘを凝固させてダイカスト製品Ｙを製造するダイカスト製造工程に相当する。
【００４５】
型開き手順では、図３Ｄ(f)に示すように、可動型３２を固定型３１から離間するように移動させ、型開きを行う。このとき、溶湯Ｘが凝固してできたダイカスト製品Ｙは、可動型３２側に密着した状態で、可動型３２と共に移動する。
【００４６】
製品離型手順では、図３Ｄ(g)に示すように、押出し板３８をキャビティ３３側に移動させ、複数の押出しピン３７,…は一斉に可動型３２から突出する。これにより、ダイカスト製品Ｙは可動型から分離し、排出される。
【００４７】
次に、作用を説明する。
まず、「ダイカスト製品の特性」の説明を行い、続いて、実施例１の鋳造装置における作用を、「超音波振動付加作用」、「デンドライト増加作用」、「鋳造方法における特徴的作用」に分けて説明する。
【００４８】
[ダイカスト製品の特性]
図５は、アルミニウム-シリコン合金の状態図である。図６は、ダイカスト製品におけるデンドライトサイズと引張り強さとの関係特性を示す図である。図７は、デンドライトの微細化状態を示す説明図であり、(a)は多数のデンドライトが生成した場合を示し、(b)は生成したデンドライトが粉砕した場合を示す。図８は、(a)は加振停止してから完全凝固するまでの時間とデンドライトサイズとの関係特性を示す図であり、(b)はホーンからの距離とデンドライトサイズとの関係特性を示す図である。
【００４９】
図５において、Ｔａ-Ｃ曲線は液相線であり、Ｄ-Ｃ直線は固相線である。また、アルミニウム-シリコン合金は、液相線温度以上では液相になり、固相線温度以下では固相になり、液相線温度と固相線温度の間では液相と固相が共存（固液共存相）する。
【００５０】
一般的に、シリコン含有率がＣ点未満のアルミニウム合金からなるダイカスト製品の組織は、初晶α-Ａｌ固溶体のデンドライト結晶（以下、デンドライトという）と、共晶とで構成されている。
【００５１】
シリコンの配合割合がＡ％のアルミニウム-シリコン合金は、図５に示す点ａでは、液相線温度以上であるため液相、いわゆる溶湯Ｘの状態になる。このとき、デンドライト及び共晶はいずれも生成していない。
【００５２】
そして、温度を下げていくと、点ａは次第に下がっていき、液相線温度を下回るとデンドライトが生成し始める。そして、生成したデンドライトは、合金温度の低下と共に成長して次第に大きくなる。このとき生成する結晶はデンドライトのみである。
【００５３】
さらに温度を下げ、点ａが固相線温度を下回ると、α-Ａｌ結晶とＳｉ結晶との共晶がデンドライトの間に生成する。このとき生成する結晶は共晶であり、デンドライトの成長は停止する。
【００５４】
このように、アルミニウム合金では、デンドライトが最初に生成し、その後共晶が生成する。このため、最初に生成するデンドライトが微細なものであれば、その後に生成する共晶も同様に微細化する。すなわち、デンドライトの大きさが凝固後の結晶粒の大きさを決めることになる。
【００５５】
ここで、ダイカスト製品では、凝固組織（鋳造組織）が微細で均一なほど製品強度や靭性等の機械的性質が高くなることが知られている。したがって、凝固後の結晶粒の大きさを決めるデンドライトが微細であるほど、機械的性質は向上する（図６参照）。
【００５６】
このデンドライトを微細にするには、第一に、デンドライトの生成数を増すことにより、個々のデンドライトの成長を抑えて小さいままにすることが考えられる（図７(a)参照）。また、第二に、生成したデンドライトを破砕することにより、デンドライトサイズを縮小することが考えられる（図７(b)参照）。
【００５７】
デンドライトの生成数を増加するには、デンドライト生成前ないしはデンドライトの生成中の溶湯に超音波振動を付加し、溶湯内に無数のキャビテーションを発生させる。このキャビテーションがデンドライト生成を促進させる。
【００５８】
また、生成したデンドライトを破砕するには、デンドライト生成後の溶湯に超音波振動を付加し、超音波振動による振動をデンドライトに伝達する。この振動でデンドライトが破砕されて微細化する。なお、共晶が生成する固相線温度以下では、破砕したデンドライトを分散させることができないため、破砕効果を得ることはできない。
【００５９】
さらに、超音波振動を付加したことによる振動効果は、永続的ではない。つまり、溶湯に振動を停止した後、この溶湯が完全凝固するまでの間に時間がかかると、経過時間に比例して振動効果が薄れてしまい、生成するデンドライトサイズは大きなものとなる（図８(a)参照）。
【００６０】
また、溶湯内においてホーンから放出される超音波振動が伝達される範囲には限界があり、振動効果はホーンからの距離が近いほうが高くなる。つまり、ホーンからの距離が遠いほど、溶湯内に生成するデンドライトサイズは大きなものとなる（図８(b)参照）。
【００６１】
[超音波振動付加作用]
実施例１の鋳造装置１では、ラドル１０に設けた超音波振動子１０１からの振動を増幅放射する超音波振動ホーン１０３によって、ラドル１０に汲み上げられたラドル内溶湯Ｘ´に超音波振動を付加する。
【００６２】
このため、ラドル１０に汲み上げられた比較的少量の溶湯Ｘに超音波振動を付加することができ、溶湯Ｘに十分な振動効果を与えることができる。
すなわち、超音波振動ホーン１０３による振動効果付与範囲Ｓは、先端部１０３ａの周囲だけと限定的になっているのに対し、溶解炉２内の溶湯は大量である。そのため、溶解炉２中に超音波振動ホーンを挿入しても効率的に振動効果を与えることができないが、ラドル１０に汲み上げられた溶湯は比較的少量であり、超音波振動ホーン１０３からの超音波振動は、ラドル内溶湯Ｘ´の全体に十分に伝達される。
【００６３】
また、溶解炉２内に超音波振動ホーンを配置した場合では、ラドルによって汲み上げた瞬間に超音波振動の付加が終了していわゆる加振停止状態になる。加振停止から溶湯完全凝固までの時間は短い方が好ましい（図８(a)参照）が、ラドル内で振動効果を与えることができないと、加振停止から完全凝固まで時間が長くなって振動効果が薄れてしまうおそれがある。これに対し、実施例１の鋳造装置１のラドル１０では、溶湯Ｘの汲み上げり→運搬→注入の間中、超音波振動を付加しつづけることになり、プランジャスリーブ２０に注入される溶湯Ｘは高い振動効果を保ったまま注入されることになる。そのため、プランジャスリーブ２０に注入する溶湯Ｘに十分な超音波振動効果を与え、加振停止から溶湯完全凝固までの時間の短縮を図ることができる。
【００６４】
さらに、溶湯Ｘの温度は、溶解炉２内よりもラドル１０に汲み上げられた後の方が低くなっており、より凝固温度に近い状態になっている。このため、比較的低温状態で振動効果を与える方が、加振停止から溶湯完全凝固までの時間がさらに短くすることができ、結晶組織微細化に効果的である。
【００６５】
特に、実施例１の鋳造装置１では、超音波振動ホーン１０３が、振動放射面である先端面１０３ａをラドル１０の容器部１１の底面１１ｆに対向した状態で、フランジ１１ａに固定している。
【００６６】
これにより、超音波振動を放射する先端面１０３ａがラドル内溶湯Ｘ´に向けて浸漬でき、十分な振動効果を与えることができる。
【００６７】
さらに、ラドル１０の容器部１１の底面１１ｆには、溶湯Ｘが流れる溶湯流通口１４を設け、特に実施例１では、超音波振動ホーン１０３の先端面１０３ａと溶湯流通口１４が対向している。
【００６８】
このため、ラドル１０の姿勢を保ったまま溶湯Ｘの流出入が可能になって、超音波振動装置１００の超音波振動子１０１や振動制御部１０２が溶解炉２内の溶湯Ｘの接触することなく作業可能である。また、先端面１０３ａと溶湯流通口１４が対向していることで、溶湯流通口１４から出入りする溶湯Ｘが、先端面１０３ａの周囲に形成される振動効果付与範囲Ｓを通ることになる。すなわち、振動効果付与範囲Ｓが溶湯流通口１４の内側開口１４ａ近傍に位置し、溶湯流通口１４から出入りする溶湯Ｘは、振動効果付与範囲Ｓを通ってから容器部１１内に流れ込んだり、容器部１１から排出されたりする。これにより、ラドル内溶湯Ｘ´に効率的に振動効果を与えることができる。
【００６９】
そして、ラドル１０の溶湯流通口１４に逆止弁となるボール１５を設けたことで、溶解炉２内では溶湯Ｘを汲み上げることが可能であるが、溶湯運搬時には溶湯流通口１４を閉鎖してラドルとしての機能を満足することができる。さらに、このボール１５が自重で溶湯流通口１４を塞ぐ構成になっているため、構造が非常に簡易なものとなる。
【００７０】
さらに、実施例１の鋳造装置１において、溶解炉２内の溶湯Ｘを汲み上げるには、真空ポンプ１２によって容器部１１内のエアを排出し、内部圧力を低減（ほぼ真空状態）する。このため、溶湯流入口１４から溶湯Ｘを吸い上げて汲み上げることができると共に、この汲み上げが促進され、作業時間の短縮を図ることができる。
【００７１】
さらに、ここでは容器部１１内にラドル内溶湯Ｘ´の湯面を測定する湯面計１６を設けたことで、汲み上げた溶湯Ｘの歩留まり管理、定量管理ができる。なお、実施例１では、ラドル内溶湯Ｘ´が一定量になると、湯面計１６が真空ポンプ１２の吸込口１２ａに嵌合して停止させる構成になっており、非常に簡易な構成で精度の高い定量管理を行うことができる。
【００７２】
一方、ラドル内溶湯Ｘ´を注入する時には、ラドルガイド２３内に載置すれば、弁開放用突起２３ｃがボール１５を押し上げてラドル内溶湯Ｘ´が流出する。このとき、エア圧送ディスペンサ１３によって容器部１１の内部圧力を高めることで、溶湯排出が促進され、作業時間の短縮を図ることができる。
【００７３】
[デンドライト増加作用]
実施例１の鋳造装置１では、ラドル１０への溶湯Ｘの汲み上げから、運搬、プランジャスリーブ２０への溶湯注入までの間、超音波振動装置１００によってラドル内溶湯Ｘ´に超音波振動を付加しつづける。このとき、ラドル内溶湯Ｘ´の温度は、液相線温度以上になっており、結晶生成前の状態である。
【００７４】
そのため、デンドライト生成前のラドル内溶湯Ｘ´中にキャビテーションを多数生成することができる。そして、キャビテーションが消滅する前にプランジャスリーブ２０に注入可能であるため、これら多数のキャビテーションを核とする多数のデンドライトの生成を促進することができる。この結果、生成するデンドライトの成長を抑えて小さいままにすることができ、結晶組織の微細化を図ることができる。
【００７５】
[鋳造方法における特徴的作用]
実施例１の鋳造方法では、上述のように、超音波振動を付加しながら、溶湯Ｘを溶解炉２からプランジャスリーブ２０へ運搬して注入する加振運搬工程に相当する、溶湯汲み上げ手順、溶湯運搬手順、溶湯注入手順を有している。
【００７６】
そのため、高い振動効果を保ったまま溶湯Ｘをプランジャスリーブ２０に注入することができて、結晶組織の微細化を図ることができる。つまり、超音波振動の付加によって生成したキャビテーションを核として、デンドライトの生成を促進することができる。この結果、デンドライト数を増加させることができて、個々のデンドライトの成長を抑制し、結晶組織が微細化する。
【００７７】
次に、効果を説明する。
実施例１の鋳造装置及び鋳造方法にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００７８】
(1) 合金材の溶湯Ｘを溶解炉（溶解炉又は保持炉）２からプランジャスリーブ２０まで運搬して注入するラドル１０を備えた鋳造装置１において、前記ラドル１０は、超音波振動を発生する超音波振動子１０１と、該超音波振動子１０１からの振動を増幅放射する超音波振動ホーン１０３と、を備えた超音波振動装置１００を有し、前記超音波振動ホーン１０３は、前記ラドル１０に汲み取られた溶湯（ラドル内溶湯Ｘ´）に超音波振動を付加する構成とした。
このため、プランジャスリーブ２０に注入する溶湯Ｘに十分な超音波振動効果を与えることができる。
【００７９】
(2) 前記超音波振動ホーン１０３は、振動放射面（先端面１０３ａ）を前記ラドル１０の底面１１ｆに対向した状態で、前記ラドル１０の上部フランジ（フランジ１１ａ）に固定した構成とした。
このため、上記(1)に記載の効果に加え、超音波振動を放射する先端面１０３ａがラドル内溶湯Ｘ´に向けて浸漬でき、十分な振動効果を与えることができる。
【００８０】
(3) 前記ラドル１０は、前記底面１１ｆに前記溶湯Ｘが流れる溶湯流通口１４を設けた構成とした。
このため、上記(2)に記載の効果に加え、先端面１０３ａと溶湯流通口１４が対向することで、溶湯流通口１４から出入りする溶湯Ｘが振動効果付与範囲Ｓを通ることになり、ラドル内溶湯Ｘ´に効率的に振動効果を与えることができる。さらに、ラドル１０の姿勢を保ったまま溶湯Ｘの流出入が可能になって、超音波振動子１０２が溶解炉２内の溶湯Ｘの接触することなく作業可能である。
【００８１】
(4) 前記ラドル１０は、前記溶湯流通口１４に逆止弁（ボール１５）を設けた構成とした。
このため、上記(3)に記載の効果に加え、簡易な構造で溶湯Ｘの流出入管理を行うことができる。
【００８２】
(5) 前記ラドル１０は、前記溶湯流通口１４を介して溶解炉２から溶湯Ｘを汲み上げる際、内部圧力を低減して汲み上げ促進する減圧ポンプ（真空ポンプ１２）を有する構成とした。
このため、上記(3)又は(4)に記載の効果に加え、溶湯Ｘの汲み上げ促進を図り、作業時間を短縮することができる。
【００８３】
(6) 前記ラドル１０は、汲み取られた溶湯（ラドル内溶湯Ｘ´）の湯面を測定する湯面計１６を設けた構成とした。
このため、上記(1)〜(5)に記載の効果に加え、汲み上げた溶湯Ｘの歩留まり管理、定量管理ができる。
【００８４】
(7) 前記プランジャスリーブ２０は、前記ラドル１０から注入される溶湯Ｘが流れ込む給湯口２１ａと、該給湯口２１ａに溶湯を案内するラドルガイド２３と、を有し、前記ラドルガイド２３は、前記逆支弁（ボール１５）を押圧して開放する弁開放用突起２３ｃを有する構成とした。
このため、上記(4)に記載の効果に加え、プランジャスリーブ２０への溶湯注入を簡易な構成で効率的に行うことができる。
【００８５】
(8) 合金材の溶湯Ｘを金型３０に射出しダイカスト製品Ｙを製造する鋳造方法において、超音波振動を付加しながら、ラドル１０によって前記溶湯Ｘを溶解炉２からプランジャスリーブ２０へ運搬して注入する加振運搬工程（図３Ａ(a),図３Ｂ(b),(c)）と、前記加振運搬工程（図３Ａ(a),図３Ｂ(b),(c)）で溶湯Ｘが注入された前記プランジャスリーブ２０で前記溶湯Ｘを射出する射出工程（図３Ｃ(d)）と、前記射出工程（図３Ｃ(d)）で射出された前記溶湯Ｘを凝固させてダイカスト製品Ｙを製造するダイカスト製造工程（図３Ｃ(e)）と、を有する構成とした。
このため、プランジャスリーブに注入する溶湯に十分な超音波振動効果を与えることができる。
【実施例２】
【００８６】
実施例２は、ラドルの構成を簡易化させたものである。
【００８７】
まず、構成を説明する。
図９は、実施例２の鋳造装置のラドルを示す断面図を示すである。
【００８８】
この実施例２の鋳造装置のラドル１０Ａでは、容器部１１の底面１１ｆに形成した溶湯流通口１４を栓３０で閉塞し、この栓３０には容器部１１の上方に突出すると共に、上下動可能なロッド３１が取り付けられている。
【００８９】
このような実施例２のラドル１０Ａでは、溶湯Ｘを汲み上げるときには、まず、ラドル１０Ａを溶解炉２内の溶湯Ｘ中に浸漬させる。次に、ロッド３１の上端部３１ａを上方に引上げ、栓３０を溶湯流通口１４から外して溶湯流通口１４を開放する。なお、このとき容器部１１内は大気と連通する。これにより、溶湯Ｘが容器部１１内に流れ込み、溶湯Ｘを汲み上げることができる。
【００９０】
一方、溶湯Ｘを注入するときには、まず、ラドル１０の溶湯流通口１４の位置をプランジャスリーブ２０の給湯口２１ａの位置に合わせる。次に、ロッド３１の上端部３１ａを上方に引上げ、栓３０を溶湯流通口１４から外して溶湯流通口１４を開放する。なお、このときも容器部１１内は大気と連通する。これにより、溶湯Ｘが容器部１１から自重で流下し、プランジャスリーブ２０に注入することができる。
【００９１】
このように、真空ポンプやエア圧送ディスペンサ等を用いることなく、簡易な構造でラドルＸの給排湯を行うことができる。
【実施例３】
【００９２】
実施例３は、ラドルの側面に溶湯を流し込む溶湯流入開口を設けたものである。
【００９３】
まず、構成を説明する。
図１０は、実施例３の鋳造装置のラドルを示す断面図を示すである。
【００９４】
この実施例３の鋳造装置のラドル１０Ｂでは、容器部４０の上部側面４０ａに、複数の溶湯流入開口４１,…を形成した。この溶湯流入開口４１は、容器部４０の上部側面４０ａを貫通している。
【００９５】
このような実施例３のラドル１０Ｂによって溶湯Ｘを汲み上げるには、姿勢を保ったままこのラドル１０Ｂを溶解炉２内の溶湯Ｘ中に浸漬させる。これにより、各溶湯流入開口４１から溶湯Ｘが流れ込み、溶湯Ｘの汲み上げを行うことができる。
【００９６】
次に、効果を説明する。
実施例３の鋳造装置にあっては、上述の(1)〜(4)の効果に加え、下記に挙げる効果を得ることができる。
【００９７】
(7) 前記ラドル１０Ｂは、側面４０ａに溶解炉２から溶湯Ｘを流し込む溶湯流入開口４１を設けた構成とした。
このため、簡易な構成で、ラドル１０Ｂを傾動することなく溶湯汲み上げを行うことができる。
【００９８】
以上、本発明の鋳造装置及び鋳造方法を実施例１〜実施例３に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００９９】
実施例１〜実施例３では、鋳造装置を水平方向に溶湯Ｘを射出する横型ダイカストマシンとしたが、これに限られず、例えば鉛直方向に溶湯Ｘを射出する縦型ダイカストマシンであってもよい。
【０１００】
また、実施例１における合金材として、アルミニウム−シリコン合金としたがこれに限られず、マグネシウム合金、亜鉛合金、銅合金等の各種ダイカスト用合金であってもよい。
【０１０１】
上記いずれの場合であっても、ラドルが、超音波振動を発生する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を備え、超音波振動ホーンによってラドルに汲み取られた溶湯に超音波振動を付加することで、結晶組織が微細化したダイカスト製品を製造することができる。
【０１０２】
さらに、実施例１のラドル１０が溶解炉２から溶湯Ｘを汲み上げる構成になっているが、この溶解炉２に代えて、例えば合金材を溶湯の状態で保持する保持炉から溶湯を汲み上げてもよい。
【０１０３】
そして、実施例１のラドル１０では、ラドル１０の内部圧力を低減する減圧ポンプとして真空ポンプを設けたが、厳密に真空にする必要はなく、圧力低減可能なエアポンプであればよい。
【０１０４】
また、実施例１のラドル１０では、ラドル１０を吊り下げる懸架用ロッド１１ｅを使用しているがこれに限らず、ワイヤーやロープ等であってもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１  鋳造装置
２  溶解炉（溶解炉又は保持炉）
１０  ラドル
１１  容器部
１１ａ  フランジ（上部フランジ）
１１ｆ  底面
１２  真空ポンプ（減圧ポンプ）
１３  エア圧送ディスペンサ
１４  溶湯流通口
１４ａ  内側開口
１４ｂ  外側開口
１５  ボール（逆止弁）
２０  プランジャスリーブ
２１  スリーブ
２１ａ  給湯口
２２  プランジャー
２２ａ  プランジャチップ
２２ｂ  プランジャロッド
２３  ラドルガイド
２３ｂ  排出口
２３ｃ  弁開放用突起
２３ｄ  スペーサ
３０  金型
３１  固定型
３２  可動型
３３  キャビティ
３７  押出しピン
１００  超音波振動装置
１０１  超音波振動子
１０２  振動制御部
１０３  超音波振動ホーン
１０３ａ  先端面（振動放射面）
Ｓ  振動効果付与範囲
Ｘ  溶湯
Ｙ  ダイカスト製品
【図１】
2011200883.tif 000003
【図２】
2011200883.tif 000004
【図３Ａ】
2011200883.tif 000005
【図３Ｂ】
2011200883.tif 000006
【図３Ｃ】
2011200883.tif 000007
【図３Ｄ】
2011200883.tif 000008
【図４】
2011200883.tif 000009
【図５】
2011200883.tif 000010
【図６】
2011200883.tif 000011
【図７】
2011200883.tif 000012
【図８】
2011200883.tif 000013
【図９】
2011200883.tif 000014
【図１０】
2011200883.tif 000015