(57)【要約】      （修正有）【課題】鋳造製品の製造過程で高品質な半凝固金属スラリーを簡易で安価な設備により短時間に歩留低下なく作製し、その作製過程で容器底部からの溶融金属漏れを防止し、作製された半凝固金属スラリーを容器から安定容易に取り出し可能とする方法の提供。【解決手段】半凝固金属スラリーを作製装置1で作製する半凝固金属スラリー作製工程と、作製された半凝固金属スラリーを鋳造装置に供給して鋳造製品を成形する鋳造工程を備える方法。作製装置1は、溶融金属が注がれる容器3と、容器3を振動させる振動発生機を備え、容器は、上端開口6aと下端開口6bを含む筒部材6と、下端開口を閉鎖可能かつ筒部材6と分離可能な底部材7を備え、下端開口に所定寸法D1を有する内フランジ8を設ける。筒部材が下端開口を下に底部材7上に載せることで容器が構成される方法。振動発生機で底部材7を水平方向へ振動させ容器3を水平方向へ振動させる方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造材料となる半凝固金属スラリーを金属スラリー作製装置により作製する半凝固金属スラリー作製工程と、
前記半凝固金属スラリー作製工程で作製された前記半凝固金属スラリーを鋳造装置に供給することにより鋳造製品を成形する鋳造工程と
を備えた半凝固鋳造方法において、
前記金属スラリー作製装置は、溶融金属が注がれる容器と、前記容器を振動させるための振動発生機とを備え、
前記半凝固金属スラリー作製工程は、
前記溶融金属を前記溶融金属よりも低い温度にある前記容器に注いで固液共存状態になるまで冷却することにより前記半凝固金属スラリーを作製することと、
前記溶融金属を冷却するに際して、前記振動発生機により前記容器を機械的に振動させることと、
前記容器は、上端開口と下端開口を有する中空の筒部材と、前記下端開口を閉鎖可能かつ前記筒部材と分離可能な底部材とを含み、前記下端開口には半径方向に所定寸法を有する内フランジが設けられることと、
前記筒部材が前記下端開口を下にして前記底部材の上に載せられることで前記下端開口が閉鎖されて前記容器が構成され、前記振動発生機により前記底部材を振動させることにより前記容器を振動させるように構成されることと
を備え、
前記鋳造装置は、前記半凝固金属スラリーの押出し機と、前記半凝固金属スラリーの射出装置と、キャビティを含む金型とを備え、
前記鋳造工程は、
前記容器にて前記半凝固金属スラリーが作製された後、前記筒部材を前記底部材から分離し、前記押出し機により前記筒部材から前記半凝固金属スラリーを押し出して前記射出装置へ装填することと、
前記射出装置に装填された前記半凝固金属スラリーを前記射出装置により前記金型の前記キャビティに充填することにより前記鋳造製品を成形することと
を備えたことを特徴とする半凝固鋳造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半凝固鋳造方法において、
前記筒部材は周壁を含み、前記周壁には、前記上端開口へ向けて拡径するようにテーパが設けられることを特徴とする半凝固鋳造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半凝固鋳造方法において、
前記内フランジの前記半径方向における寸法は、前記下端開口の内径にかかわらず一定値に設定されることを特徴とする半凝固鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書に開示される技術は、半凝固金属スラリーを作製し、作製された半凝固金属スラリーを鋳造装置に供給することにより鋳造製品を成形する半凝固鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半凝固鋳造方法では、溶融金属を固液共存状態まで冷却することで半凝固状態の金属スラリー（半凝固金属スラリー）を作製し、作製された半凝固金属スラリーを鋳造装置に供給することにより鋳造製品を成形するようにしている。ここで、鋳造材料としての半凝固金属スラリーが高固相率を有することから、鋳造製品における収縮巣の発生を抑え、鋳造製品の機械的強度の信頼性及び品質を向上させることができる。一方、半凝固金属スラリーは、液体状態に比べて粘性が高く流動性は劣る。そのため、半凝固金属スラリーは、初晶が液状マトリックスによって互いに分離した状態で維持され、その結晶粒子が微細で均一な非樹枝状（球状）であることが望まれる。この点については多くの研究がなされている。
【０００３】
ここで、下記の特許文献１〜３には、この種の半凝固金属スラリーの作製方法やそれを使用した半凝固鋳造方法に関する技術が記載されている。特許文献１に記載の技術（従来例１）は、短時間かつ簡単に、対象金属の種類・組成に限定されることなく半凝固金属スラリー、半凝固成形品を作製することを課題としている。この技術は、所定の熱容量と初期温度に設定された溶融金属を、単一のカップからなる有底の容器に注ぎ込むことで所望の固相率を有する半凝固金属スラリーを作製するようにしている。また、溶融状態の金属スラリーを容器に注いだとき、その金属スラリーが、初期凝固層を生じさせることなく過冷却状態になると共に、容器内で自己撹拌が生じるように注湯するようにしている。詳しくは、溶融金属を所定の高さから容器に注いで容器に接触させることで過冷却現象を生じさせ、初期凝固層を生じさせないで核を生じさせ、溶融金属を撹拌させる。これにより、冷却温度勾配をなくして半凝固金属スラリーを作製するようにしている。ここでは、所望の固相率が得られる平衡温度となるように、容器の熱容量と初期温度を設定するようにしている。
【０００４】
また、特許文献２に記載の技術（従来例２）は、半凝固金属スラリーを容器から好適に取り出すことができ、成形品の品質を向上させることができる半凝固金属スラリーの製造装置を提供することを課題としている。この技術において、半凝固金属スラリーの製造装置は、容器と、補助冷却装置とを有する。容器は、上下両端が開口する中空部材と、中空部材の下端開口を閉塞可能かつ中空部材から分離可能に構成された底部材とを有し、容器の中に液状の金属材料を注ぐようにしている。補助冷却装置は、底部材が中空部材よりも低い温度に冷却できるように構成される。
【０００５】
更に、特許文献３に記載の技術（従来例３）は、微細で均一な球状粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを、比較的簡易で安価な設備により比較的短時間に作製することを課題としている。この技術は、溶融金属を、その溶融金属よりも低い温度にある有底の容器に注いで固液共存状態にまで冷却することで半凝固金属スラリーを作製している。ここで、溶融金属を冷却するに際し、容器を水平方向における一方向へ機械的に振動させることで、容器に注がれた溶融金属に運動を与えて容器内にて溶融金属を対流させるようにしている。ここでは、容器の振動は、容器に溶融金属を注ぐ前から行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１５２４３５号公報
【特許文献２】特開２０１５−７４０２７号公報
【特許文献３】特開２０１４−２１３３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１及び３に記載の技術（従来例１及び従来例３）では、容器が有底であることから、作製された半凝固金属スラリーを容器から取り出すために、容器に衝撃を与えたり、容器の底面を叩いたりする手法をとる必要があり、それによって容器が変形するおそれがあった。また、半凝固金属スラリーの状態によっては、容器からその金属スラリーを取り出すまでの時間にばらつきが生じることがあり、金属スラリーを取り出せないおそれがあった。これに対し、特許文献２に記載の技術（従来例２）では、容器が中空部材と、それと分離可能な底部材とから構成され、底部材が中空部材よりも低い温度に冷却可能に構成される。そのため、容器の中に注がれた溶融金属の底部分は、他の部分に比べて速く冷やすことができ、その底部分を先に凝固させることができる。そして、容器の中で半凝固金属スラリーができた後は、中空部材を底部材から分離し、その下端開口を介して半凝固金属スラリーを押圧するようにしている。これにより、金属スラリーを中空部材から安定して取り出すことができる。
【０００８】
しかしながら、従来例２では、取り出された半凝固金属スラリーの底部分に冷却による厚い凝固層ができるため、半凝固金属スラリーとしての材料歩留まりが低下する問題があった。また、この従来例２でも、従来例３のように、容器に振動を与えることが考えられるが、中空部材と底部材との隙間距離が短いため、振動を与えると中空部材と底部材との間から溶融金属が漏れるおそれがある。また、中空部材の下端は単に筒状に開口しているだけなので、その開口部分の強度が不十分となり、開口部分が振動によって変形するおそれがあった。中空部材に変形が生じると、中空部材と底部材との間から溶融金属が更に漏れ易くなってしまう。
【０００９】
この開示技術は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、鋳造製品を製造する過程で、微細で均一な球状粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを、比較的簡易で安価な設備により比較的短時間に、材料歩留まりを低下させることなく作製し、その作製過程では容器を振動させても容器底部からの溶融金属の漏れを防止し、更に、作製された半凝固金属スラリーを容器から安定して容易に取り出すことを可能とした半凝固鋳造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の技術は、鋳造材料となる半凝固金属スラリーを金属スラリー作製装置により作製する半凝固金属スラリー作製工程と、半凝固金属スラリー作製工程で作製された半凝固金属スラリーを鋳造装置に供給することにより鋳造製品を成形する鋳造工程とを備えた半凝固鋳造方法において、金属スラリー作製装置は、溶融金属が注がれる容器と、容器を振動させるための振動発生機とを備え、半凝固金属スラリー作製工程は、溶融金属を溶融金属よりも低い温度にある容器に注いで固液共存状態になるまで冷却することにより半凝固金属スラリーを作製することと、溶融金属を冷却するに際して、振動発生機により容器を機械的に振動させることと、容器は、上端開口と下端開口を有する中空の筒部材と、下端開口を閉鎖可能かつ筒部材と分離可能な底部材とを含み、下端開口には半径方向に所定寸法を有する内フランジが設けられることと、筒部材が下端開口を下にして底部材の上に載せられることで下端開口が閉鎖されて容器が構成され、振動発生機により底部材を振動させることにより容器を振動させるように構成されることとを備え、鋳造装置は、半凝固金属スラリーの押出し機と、半凝固金属スラリーの射出装置と、キャビティを含む金型とを備え、鋳造工程は、容器にて半凝固金属スラリーが作製された後、筒部材を底部材から分離し、押出し機により筒部材から半凝固金属スラリーを押し出して射出装置へ装填することと、射出装置に装填された半凝固金属スラリーを射出装置により金型のキャビティに充填することにより鋳造製品を成形することとを備えたことを趣旨とする。
【００１１】
上記技術の構成によれば、半凝固金属スラリー作製工程において、容器を機械的に振動させることで容器の内周面に生じる金属の固相が粒子状に遊離し、それら粒子が分散する。また、それら粒子が溶融金属の対流によって相互に干渉し合いながら流動するので、粒子がより微細な丸みを帯びた形状となる。更に、容器を機械的に振動させるので、電磁的な振動発生装置と比べ振動発生機の構成を簡略化することが可能となる。また、容器を構成する筒部材の下端開口に内フランジが設けられるので、筒部材の下端部の機械的強度（剛性）が増す。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の技術は、請求項１に記載の技術において、筒部材は周壁を含み、周壁には、上端開口へ向けて拡径するようにテーパが設けられることを趣旨とする。
【００１３】
上記技術の構成によれば、請求項１に記載の技術の作用に加え、筒部材の上端開口を下方へ向けて傾けたときに、半凝固金属スラリーの筒部材からの離脱が容易となり、半凝固金属スラリーが筒部材から落下し易くなる。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の技術は、請求項１又は２に記載の技術において、内フランジの半径方向における寸法は、下端開口の内径に関わらず一定値に設定されることを趣旨とする。
【００１５】
上記技術の構成によれば、請求項１又は２に記載の技術の作用に加え、あらゆる大きさの容器につき、内フランジの寸法の面倒な設計が不要となる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の技術によれば、鋳造製品を製造する過程で、微細で均一な球状粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを、比較的簡易で安価な設備により比較的短時間に、材料歩留まりを低下させることなく作製することができる。また、その作製過程では容器を水平方向へ振動させても容器の底部からの溶融金属の漏れを防止することができ、更に、作製された半凝固金属スラリーを容器から安定して容易に取り出すことができる。更には、作製された半凝固金属スラリーを鋳造材料として使用することで高品質の鋳造製品を成形することができる。
【００１７】
請求項２に記載の技術によれば、請求項１に記載の技術の効果に加え、半凝固金属スラリーを筒部材から安定して取り出すことができる。
【００１８】
請求項３に記載の技術によれば、請求項１又は２に記載の技術の効果に加え、各種大きさの容器に対し内フランジを容易に設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態に係り、半凝固鋳造方法の概要を示すフローチャート。
【図２】一実施形態に係り、金属スラリー作製装置の概略を示す分解斜視図。
【図３】一実施形態に係り、金属スラリー作製装置を一部切断して示す正面図。
【図４】一実施形態に係り、半凝固金属スラリー作製工程の一過程における金属スラリー作製装置を一部切断して示す正面図。
【図５】一実施形態に係り、半凝固金属スラリー作製工程の一過程における金属スラリー作製装置を一部切断して示す正面図。
【図６】一実施形態に係り、半凝固金属スラリー作製工程の一過程における金属スラリー作製装置を一部切断して示す正面図。
【図７】一実施形態に係り、半凝固金属スラリー作製工程の一過程における金属スラリー作製装置を一部切断して示す正面図。
【図８】一実施形態に係り、半凝固金属スラリー作製工程の一過程における金属スラリー作製装置を一部切断して示す正面図。
【図９】一実施形態に係り、鋳造工程の一過程における鋳造装置を一部破断して示す正面図。
【図１０】一実施形態に係り、鋳造工程の一過程における鋳造装置を一部破断して示す正面図。
【図１１】一実施形態に係り、鋳造工程の一過程における鋳造装置を一部破断して示す正面図。
【図１２】一実施形態に係り、取り出された鋳造製品を示す断面図。
【図１３】別の実施形態に係り、図３に準ずる正面図。
【図１４】別の実施形態に係り、図３に準ずる正面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、半凝固鋳造方法を高圧ガス用部品の鋳造に具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
[半凝固鋳造方法の概要について]
図１に、この実施形態の半凝固鋳造方法の概要をフローチャートにより示す。この半凝固鋳造方法は、鋳造材料となる半凝固金属スラリーＭＳ（図９等参照）を金属スラリー作製装置１（図２等参照）により作製する半凝固金属スラリー作製工程と、同工程で作製された半凝固金属スラリーＭＳを鋳造装置２１（図９等参照）に供給することにより鋳造製品ＣＰ（図１２参照）を成形する鋳造工程とを備える。
【００２２】
[金属スラリー作製装置について]
初めに、半凝固金属スラリーを作製するための金属スラリー作製装置について説明する。図２に、金属スラリー作製装置１の概略を分解斜視図により示す。図３に、金属スラリー作製装置１を一部切断した正面図により示す。図２、図３に示すように、この金属スラリー作製装置１は、基台２と、溶融金属が注がれる容器３と、容器３を水平方向へ振動させるための振動発生機４と、容器３へ溶融金属を注ぎ易くし、容器３の蓋としても機能する漏斗５とを備える。
【００２３】
容器３は、上端開口６ａと下端開口６ｂを有する中空の筒部材６と、下端開口６ｂを閉鎖可能かつ筒部材６と分離可能な底部材７とを含む。筒部材６の下端開口６ｂには、半径方向に所定の寸法Ｄ１を有する内フランジ８が設けられる。ここで、内フランジ８の半径方向の寸法Ｄ１は、下端開口６ｂの内径の大きさに関わらず一定値に設定することができる。例えば、この一定値を「５ｍｍ」にすることができる。あるいは、内フランジ８の寸法Ｄ１を適宜に変更することもできる。この場合、筒部材６の下端全体の投影面積に対する下端開口６ｂの面積の割合を「６０％以上９６％以下」に設定することが望ましい。筒部材６は円筒状の周壁６ｃを含み、この周壁６ｃには、上端開口６ａへ向けて拡径するようにテーパＴＰが設けられる。このテーパＴＰを、一例として「０.５°以上１０°以下」に設定することができる。底部材７は、円板状をなし、平坦な上面７ａを有し、基台２の上面にて水平方向へ振動可能に支持される。ここで、底部材７の「円板状」は一例であり、四角形状等の他の形状であってもよい。
【００２４】
振動発生機４は、底部材７に対し振動を供給できるように接続される。振動発生機４は、容器３を水平方向における特定方向（図２等の矢印Ａ１の方向）へ機械的に振動させるように構成される。筒部材６が、その下端開口６ｂを下にして底部材７の上面７ａに載せられることで、下端開口６ｂが閉鎖されて容器３が構成される。そして、容器３が構成された状態で、振動発生機４により底部材７を矢印Ａ１で示す特定方向へ振動させることで、容器３をその特定方向へ振動させるようになっている。
【００２５】
漏斗５は、入口５ａと出口５ｂを有する筒部５ｃと、入口５ａの外周に形成された外フランジ５ｄとを含む。筒部５ｃは、出口５ｂへ向けて収束するように形成される。なお、容器３を振動させるときに筒部材６と底部材７の密着性を確保するために、漏斗５の上から容器３を適宜押さえてもよい。
【００２６】
[半凝固金属スラリー作製工程について]
次に、半凝固金属スラリー作製工程について説明する。図４〜図８に、半凝固金属スラリー作製工程の一連の過程における金属スラリー作製装置１を一部切断した正面図により示す。半凝固金属スラリーを作製するには、第１に、図４に示すように、基台２の上の底部材７の上面７ａに、下端開口６ｂを封鎖するように筒部材６を載せる。第２に、図５に示すように、筒部材６の上端開口６ａに漏斗５を載せる。第３に、図６に示すように、例えば、ラドル９から漏斗５へ向けて溶融金属ＭＭを注ぐことにより、溶融金属ＭＭよりも低い温度状態にある容器３に溶融金属ＭＭを注いで溶融金属ＭＭを固液共存状態になるまで冷却することにより半凝固金属スラリーＭＳ（図９等参照）を作製する。ここで、溶融金属ＭＭを冷却するに際して、図６〜図８に示すように、振動発生機４により容器３を機械的に所定の特性をもって水平方向における特定方向（矢印Ａ１の方向）へ振動させることで、容器３に注がれた溶融金属ＭＭに運動を与えて、図８に矢印Ａ２で示すように、容器３の中にて溶融金属ＭＭを対流させる。
【００２７】
ここで、容器３は、室温状態に保たれながら振動する。図６に示すように、振動している容器３に、高温の溶融金属ＭＭを注ぐと、溶融金属ＭＭは急速に冷却され、その冷却の際に筒部材６の内周面６ｄに結晶としての金属の固相ＳＰが生じる。そして、図７に示すように、これら固相ＳＰが容器３の振動によって粒子ＰＡの形となって遊離する。これにより、筒部材６の内周面６ｄにて固相ＳＰが樹枝状に成長することを妨げるようになっている。
【００２８】
すなわち、室温状態の容器３に高温の溶融金属ＭＭを注ぐと、溶融金属ＭＭは容器３に熱を奪われて急速に温度が下がり、筒部材６の内周面６ｄに急速に固相ＳＰが生じる。このとき、容器３を予め振動させておくことにより、筒部材６の内周面６ｄに生じた固相ＳＰが内周面６ｄから粒子ＰＡの形となって遊離し、それら粒子ＰＡが容器３の中心部へ移動、分散する。一方、筒部材６の内周面６ｄでは、新たな固相ＳＰが生じ、遊離した粒子ＰＡは振動によって容器３の中心部へ移動、分散する。このとき、容器３の中では、振動によって運動エネルギーが与えられた溶融金属ＭＭに、図８に矢印Ａ２で示すような対流が生じる。この対流は、筒部材６の内周面６ｄと容器３の中心部との間を巡回する流れを形成する。ここで、容器３は、溶融金属ＭＭから熱を奪うことで温度が上昇するので、溶融金属ＭＭが冷却される速度は次第に低下することになる。これにより、筒部材６の内周面６ｄでの固相ＳＰの発生量が減少し、数分間だけ固液共存状態が保たれる。この結果、微細な粒子ＰＡが分散した固液共存状態の半凝固金属スラリーを得ることができる。
【００２９】
この実施形態では、溶融金属ＭＭの材料として、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金又は鉄系合金などの金属を適用することができる。容器３は、鉄等の金属により形成することができる。
【００３０】
この実施形態の振動発生機４は、容器３を、水平方向における特定方向（矢印Ａ１の方向）へ機械的に振動させるので、超音波振動を発生させる装置や電磁的に振動を発生させる装置よりも構成が簡易である。特に、機械的な振動は、電磁的な振動よりも大きな変位、すなわち大きな運動エネルギーを溶融金属ＭＭに与えることができる点で有利である。また、機械的な振動を発生させる振動発生機４は、各種振動条件を容易にコントロールできることから、多様で安定した品質の半凝固金属スラリーを作製することができる。その他、電磁的な振動発生装置では、磁場発生装置や電流発生装置などの大きな付帯設備が必要になるところ、この振動発生機４では、これらの付帯設備が不要になる。
【００３１】
この実施形態では、振動発生機４の各種振動条件として、振動周波数、振動加速度、振動速度振幅及び振動変位振幅をコントロールするようになっている。
【００３２】
この実施形態では、容器３に溶融金属ＭＭを注ぐ前から容器３を振動させるようにしている。また、図６に示すように、容器３への溶融金属ＭＭの注入は、溶融金属ＭＭを一旦漏斗５に注ぐことで、溶融金属ＭＭが筒部材６の内周面６ｄに当たることなく容器３の中心部へ注ぐようにしている。
【００３３】
[金属スラリー作製装置及び半凝固金属スラリー作製工程の作用及び効果]
以上説明したこの実施形態の構成によれば、容器３を機械的に振動させることで筒部材６の内周面６ｄに生じる金属の固相ＳＰが粒子状に遊離し、それら粒子ＰＡが分散することになる。また、それら粒子ＰＡ同士が溶融金属ＭＭの対流によって相互に干渉し合いながら流動するので、粒子ＰＡがより微細な丸みを帯びた形状となる。更に、容器３を機械的に振動させるので、電磁的な振動発生装置と比べて振動発生機４の構成を簡略化することが可能となる。このため、微細で均一な非樹枝状（球状）の粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを、比較的簡易で安価な設備により比較的短時間に作製することができる。すなわち、溶融金属ＭＭに不純物や空気が混入することなく、微細で均一な非樹枝状（球状）の粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーを容易に作製することができる。また、溶融金属ＭＭを温度管理する必要がなく、比較的簡易で安価な振動発生機４を使用することで比較的短時間に半凝固金属スラリーを作製することができる。
【００３４】
この実施形態の構成によれば、容器３を構成する筒部材６の下端開口６ｂに内フランジ８が設けられるので、筒部材６の下端部の機械的強度（剛性）が増す。そのため、溶融金属ＭＭを注入した状態で容器３を水平方向へ振動させても筒部材６の下端部の変形を防止することができ、容器３の底部から、すなわち筒部材６と底部材７との間から溶融金属ＭＭが漏れることを防止することができる。
【００３５】
この実施形態の構成によれば、内フランジ８の半径方向における寸法Ｄ１が、下端開口６ｂの内径の大きさに関わらず一定値に設定される。従って、あらゆる大きさの容器３につき、内フランジ８の寸法に関する面倒な設計が不要となる。このため、各種大きさの容器３に対し内フランジ８を容易に設けることができる。
【００３６】
この実施形態の構成によれば、容器３に溶融金属ＭＭを注ぐ前から容器３が振動しているので、溶融金属ＭＭを容器３に注ぐタイミングの自由度が増す。この意味でも、比較的簡易で安価な設備で半凝固金属スラリーＭＳを容易に作製することができる。
【００３７】
この実施形態の構成によれば、漏斗５が蓋としても機能するので、振動によって容器３から溶融金属ＭＭが溢れ出るおそれがない。このため、比較的簡易で安価な設備により半凝固金属スラリーＭＳを歩留まりよく作製することができる。特に、この実施形態では、従来例２とは異なり、底部材７を冷却することがないので、容器３の中にできる半凝固金属スラリーＭＳの底部における凝固層が薄くなる。このため、従来例２に比べて歩留まりのよい半凝固金属スラリーＭＳを得ることができる。
【００３８】
この実施形態の構成によれば、容器３が金属製であることから、容器３の熱伝導性が良好となり、溶融金属ＭＭの冷却効率がよくなる。この意味でも、比較的短時間に半凝固金属スラリーＭＳを作製することができる。
【００３９】
この実施形態の構成によれば、溶融金属ＭＭがアルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金又は鉄系合金であることから、従前の材料の使用が可能となる。この意味でも、比較的簡易で安価に半凝固金属スラリーＭＳを作製することができる。
【００４０】
[鋳造装置について]
次に、鋳造装置について説明する。図９〜図１１に、後述する鋳造工程の一連の各過程における鋳造装置２１を一部破断した正面図により示す。図９〜図１１に示すように、鋳造装置２１は、半凝固金属スラリーＭＳの押出し機２２と、半凝固金属スラリーＭＳの射出装置２３と、キャビティ２４を含む金型２５とを備える。
【００４１】
押出し機２２は、ピストンロッド２６ａを有する周知のエアシリンダ２６と、ピストンロッド２６ａの先端に固定された押圧板２７とを含む。押圧板２７は、円板状をなし、筒部材６の下端開口６ｂを通過可能な大きさに形成される。そして、エアシリンダ２６を作動させて押圧板２７を、図９、図１０に示すように、下端開口６ｂから筒部材６の中へ移動させることにより、作製された半凝固金属スラリーＭＳを筒部材６から押し出すようになっている。
【００４２】
金型２５は、周知のように型締め、型開き可能に構成された二つのブロック２５Ａ，２５Ｂを備え、両ブロック２５Ａ，２５Ｂが型締めされた状態で、その内部にキャビティ２４が形成されるようになっている。
【００４３】
射出装置２３は、スリーブ２８と、スリーブ２８にて往復動可能に設けられたプランジャ２９とを含む。スリーブ２８は、周知のように、長尺な筒状をなし、その先端部２８ａが金型２５のキャビティ２４に連通するように一方のブロック２５Ｂに接続される。スリーブ２８の基端部２８ｂの上面には、半凝固金属スラリーＭＳを投入するための投入口２８ｃが形成される。プランジャ２９は往復動することで、スリーブ２８の中に投入された半凝固金属スラリーＭＳを加圧するようになっている。
【００４４】
容器３にて半凝固金属スラリーＭＳが作製された後は、筒部材６がクランプ３０を含む搬送装置により底部材７から分離され、スリーブ２８と押出し機２２との間へ運ばれて、上端開口６ａが投入口２８ｃへ向くように筒部材６が傾けられるようになっている。
【００４５】
[鋳造工程について]
次に、鋳造工程について説明する。先ず、図９に示すように、クランプ３０に保持されて底部材７から分離された筒部材６は、スリーブ２８と押出し機２２との間へ運ばれて、上端開口６ａが投入口２８ｃへ向くように筒部材６が傾けられる。
【００４６】
次に、図１０に示すように、押出し機２２を筒部材６へ近付けると共に、エアシリンダ２６のピストンロッド２６ａを繰り返し往復動させる。これにより、押圧板２７が、筒部材６の中の半凝固金属スラリーＭＳの底面に、下端開口６ｂを介して繰り返し衝突する。この結果、半凝固金属スラリーＭＳが筒部材６の内周面６ｄから剥がされ、その筒部材６から投入口２８ｃへ落下してスリーブ２８に装填される。
【００４７】
この実施形態の構成では、筒部材６の周壁６ｃに、上端開口６ａへ向けて拡径するようにテーパＴＰが設けられる。従って、上端開口６ａを下方へ向けて筒部材６を傾けたときに、半凝固金属スラリーＭＳの筒部材６からの離脱が容易となり、半凝固金属スラリーＭＳが筒部材６から落下し易くなる。このため、半凝固金属スラリーＭＳを、筒部材６から安定して取り出すことができる。また、半凝固金属スラリーＭＳが筒部材６から落下し易いので、押出し機２２による押出し力を必要以上に大きくする必要がなく、その押出し力を小さく設定することができる。
【００４８】
次に、図１１に示すように、プランジャ２９をスリーブ２８の中で往動（前進）させることにより、半凝固金属スラリーＭＳが加圧され、スリーブ２８から金型２５のキャビティ２４の中へ射出されて充填される。その後、半凝固金属スラリーＭＳがキャビティ２４の中で冷却されて凝固することにより鋳造製品が成形される。
【００４９】
その後、金型２５を型開きすることにより、図１２に示すような鋳造製品ＣＰが取り出される。図１２に、取り出された鋳造製品ＣＰを断面図により示す。図１２に示す鋳造製品ＣＰの形状は、特定の製品形状を示すものではなく、鋳造製品一般を概念的に示すものである。
【００５０】
[鋳造工程の作用及び効果]
この実施形態の鋳造工程によれば、鋳造材料として、前段の半凝固金属スラリー作製工程で作製された微細で均一な非樹枝状（球状）の粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーＭＳを使用している。そのため、鋳造製品ＣＰにおける収縮巣の発生を抑えることができ、鋳造製品ＣＰの機械的強度の信頼性及び品質を向上させることができる。
【００５１】
[半凝固鋳造方法の効果]
以上説明したこの実施形態の半凝固鋳造方法によれば、鋳造製品ＣＰを製造する過程で、微細で均一な球状粒子を含む高品質な半凝固金属スラリーＭＳを、比較的簡易で安価な設備により比較的短時間に、材料歩留まりを低下させることなく作製することができる。また、その作製過程では容器３の底部からの溶融金属ＭＭの漏れを防止することができ、更に、作製された半凝固金属スラリーＭＳを容器３から安定して容易に取り出すことができる。更には、作製された半凝固金属スラリーＭＳを鋳造材料として使用することで高品質の鋳造製品ＣＰを成形することができる。
【００５２】
なお、この開示技術は前記実施形態に限定されるものではなく、開示技術の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
【００５３】
（１）前記実施形態では、図３に示すように、容器３を構成する底部材７の上面を平坦に構成したが、図１３に示すように、底部材７の上面７ａに、筒部材６の下端開口６ｂに整合する凸部７ｂを一体に設けることもできる。この場合、凸部７ｂが下端開口６ｂに嵌め合わされる。そのため、容器３を振動させたときの、筒部材６と底部材７との一体性を高めることができ、底部材７に対する筒部材６の位置ずれを防止することができる。あるいは、図１４に示すように、底部材７の上面７ａに、筒部材６の下端外周に整合するように複数のリブ７ｃを一体に設けることもできる。この場合も、複数のリブ７ｃが筒部材６の下端外周に嵌め合わされる。そのため、容器３を振動させたときの、筒部材６と底部材７との一体性を高めることができ、底部材７に対する筒部材６の位置ずれを防止することができる。図１３、図１４は、図３に準ずる正面図である。
【００５４】
（２）前記実施形態の半凝固金属スラリー作製工程では、容器３に溶融金属ＭＭを注ぐ前から容器３を振動させるようにした。これに対し、容器３の振動を開始するタイミングとして、容器３に溶融金属ＭＭを注いで所定時間（例えば「１０秒以内の時間」）が経過してから容器３の振動を開始することもできる。この場合は、容器３に溶融金属ＭＭを注ぎ始めるときに容器３が振動していないので、溶融金属ＭＭが容器３に注ぎ易くなる。この意味で、半凝固金属スラリーＭＳを容易に作製することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
この開示技術は、各種鋳造製品の成形に利用することができ、特に鋳造巣が低減できることから高圧用部品の鋳造に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１  金属スラリー作製装置
３  容器
４  振動発生機
６  筒部材
６ａ  上端開口
６ｂ  下端開口
６ｃ  周壁
７  底部材
８  内フランジ
２１  鋳造装置
２２  押出し機
２３  射出装置
２４  キャビティ
２５  金型
Ｄ１  寸法
ＴＰ  テーパ
ＭＭ  溶融金属
ＭＳ  半凝固金属スラリー
ＣＰ  鋳造製品  
【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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