(57)【要約】【課題】生産性に優れたアルミニウム合金鋳造素材の製造装置を提供する。【解決手段】アルミニウム合金鋳造素材の製造装置１は、直胴状の筒部２と、筒部２の一方の開口２１を塞ぐ底部３と、を有する鋳型を用いたアルミニウム合金鋳造素材の製造装置において、筒部２は、底部３から筒部２の全高における２０％以上６０％未満の領域に設けられた第１の環状突起２２と、底部３から筒部２の全高における６０％以上の領域に設けられた第２の環状突起２３と、を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直胴状の筒部と、前記筒部の一方の開口を塞ぐ底部と、を有する鋳型を用いたアルミニウム合金鋳造素材の製造装置において、
前記筒部の外周面であって、前記底部から前記筒部の全高における２０％以上、６０％未満の領域に設けられた第１の放熱手段と、
前記筒部の外周面であって、前記底部から前記筒部の全高における６０％以上、１００％以下の領域に設けられた第２の放熱手段と、を備えたことを特徴とするアルミニウム合金鋳造素材の製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアルミニウム合金鋳造素材の製造装置であって、
前記第１の放熱手段は、前記筒部の外周面から当該筒部の径方向外側に向かう第１の環状突起であり、
前記第２の放熱手段は、前記筒部の外周面から当該筒部の径方向外側に向かう第２の環状突起であることを特徴とするアルミニウム合金鋳造素材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金鋳造素材の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半溶融鋳造法（チクソ鋳造法またはチクソキャスティング法）による鋳造素材としてのビレットを製造する装置として、アルミニウム合金溶湯を円筒状のステンレス容器内に注湯することにより、凝固した素材を得るアルミニウム合金鋳造素材の製造装置が知られている（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２０１０−１５５２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術において、注湯時には溶湯の熱がステンレス容器に伝達するが、この熱はステンレス容器の中央部分において放熱され難いため、注湯後に当該中央部分が他の部分よりも膨張した状態で溶湯が凝固しようとする。このため、溶湯が凝固してビレットの膨張がなくなるまで降温しないと抜型が困難となり、注湯から抜型までの時間が長く、アルミニウム合金鋳造素材の生産性に劣るという問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、生産性に優れたアルミニウム合金鋳造素材の製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、鋳型を構成する筒部の外周面に、鋳型の底部から当該筒部の全高における２０％以上、６０％未満の領域に第１の放熱手段を設けると共に、鋳型の底部から当該筒部の全高における６０％以上、１００％以下の領域に第２の放熱手段を設けることによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、溶湯の凝固過程において、第１の放熱手段によって鋳型の筒部の中央部分に伝わった熱が効率的に放熱されると共に、第２の放熱手段によって当該筒部における底部と反対側の部分に伝わった熱が効率的に放熱される。そして、鋳型の筒部の底部に近接した部分に伝わった熱は底部から放熱されるので、溶湯の凝固時において鋳型の中央部分が膨張することが抑制され、降温するまでであっても抜型が容易となるため、注湯から抜型までの時間を短縮することができ、その結果アルミニウム合金鋳造素材の生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施形態におけるアルミニウム合金鋳造素材の製造装置を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、アルミニウム合金鋳造素材の製造時を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、アルミニウム合金鋳造素材の製造時を示す断面図である。
【図３Ａ】図１に示す本発明の実施形態に係る鋳型の比較例に係る鋳型を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す比較例に係る鋳型を用いて鋳造したビレットの高さ方向に対する外形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態におけるアルミニウム合金鋳造素材の製造装置を示す断面図である。
【００１０】
本実施形態におけるアルミニウム合金鋳造素材の製造装置１は、半溶融鋳造法（いわゆるチクソキャスティング法）のためのアルミニウム合金鋳造素材（以下、ビレットとも称する。）を製造するための装置である。半溶融鋳造法とは、ビレットを所定温度に加熱して固相と液相とが共存する状態（半溶融状態）とし、その状態で当該ビレットを鋳型のキャビティ内に押し出して充填することにより自動車部品等の製品を鋳造する方法である。この半溶融鋳造法においては、半溶融状態のビレットの固相と液相における流動性が互いに異なるため、キャビティ内への充填を適切に行うためには、均質なビレットを用いることが良質な鋳造品を製造する上で重要となる。本実施形態におけるアルミニウム合金鋳造素材の製造装置１は、図１に示すように、直胴状の筒部２と、当該筒部２の図中下方に設けられた底部３と、を有する鋳型１０を備えている。
【００１１】
鋳型１０の筒部２は、図１に示すように、略一定の内径を有する円筒形状であり、ステンレス等の材料から構成されている。底部３は、筒部２の外形よりも大きい径又は同径を有する円板形状であり、筒部２と同様の材料から構成されている。底部３は、筒部２の図中下方に設けられて当該筒部２の下側開口２１を塞いでいる。筒部２と底部３によって形成される鋳型１０のキャビティ４の形状は、アルミニウム合金鋳造素材の製造装置１により製造しようとするビレットのサイズに対応しており、後述するように、不図示の溶解炉等で溶解されたアルミニウム合金の溶湯５が当該キャビティ４内に注湯されることとなる。
【００１２】
本実施形態における筒部２は、図１に示すように、当該筒部２の径方向（図中の左右方向）に向かって突出する第１の環状突起２２及び第２の環状突起２３を備えている。これら第１の環状突起２２及び第２の環状突起２３の外形はいずれも円形とされている。
【００１３】
第１の環状突起２２は、当該第１の環状突起２２の中心位置（厚さ（高さ）方向の中心位置）が、底部３から筒部２の全高における５０％の位置となるように設けられており、ステンレス等の材料から構成されている。なお、本実施形態における第１の環状突起２２は筒部２と一体的に形成されているが、第１の環状突起２２と筒部２とがそれぞれ独立に形成されていてもよい。本実施形態における第１の環状突起２２は、底部３から筒部２の全高における１０％〜２０％程度の一定の厚さ（高さ）を有しているが、とくにこれに限定されない。また、第１の環状突起２２が、筒部２の周方向に沿って不均一な厚さ（高さ）を有していてもよい。
【００１４】
この第１の環状突起２２は、筒部２の全周に亘って環状に形成されているが、筒部２の全周に亘って形成されていなくてもよい。なお、アルミニウム合金の溶湯５を放熱する効果の観点から、第１の環状突起２２が筒部２の全周に亘って厚さ及び長さが均一な形状に形成されていることが好ましい。また、筒部２の高さ方向（図１中の上下方向）において第１の環状突起２２が設けられる位置も、上記に特に限定されず、底部３から筒部２の全高における２０％〜６０％未満の領域に第１の環状突起２２の上端２２１が位置していればよい。本実施形態における第１の環状突起２２が、本発明の第１の放熱手段の一例に相当する。
【００１５】
第２の環状突起２３は、当該第２の環状突起２３の上端２３１の位置が、底部３から筒部２の全高における１００％の位置（すなわち、筒部２の上端の位置）となるように設けられており、ステンレス等の材料から構成されている。なお、第２の環状突起２２も筒部２と一体的に形成されているが、第２の環状突起２３と筒部２とがそれぞれ独立に形成されていてもよい。本実施形態における第２の環状突起２３は、底部３から筒部２の全高における１０％〜２０％程度の一定の厚さ（高さ）を有しているが、特にこれに限定されない。また、第２の環状突起２３が不均一な厚さ（高さ）を有していてもよい。第２の環状突起２３も、筒部２の全周に亘って環状に形成されているが、筒部２の全周に亘って形成されていなくてもよい。なお、アルミニウム合金の溶湯５を放熱する効果の観点から、第２の環状突起２３が筒部２の全周に亘って厚さ及び長さが均一な形状に形成されていることが好ましい。
【００１６】
また、筒部２の高さ方向（図１中の上下方向）において第２の環状突起２３が設けられる位置も、上記に特に限定されず、底部３から筒部２の全高における６０％以上の領域に第２の環状突起２３の下端２３２が位置していればよい。本実施形態における第２の環状突起２３が、本発明の第２の放熱手段の一例に相当する。
【００１７】
第１の環状突起２２の存在により、筒部２における第１の環状突起２２よりも下方は、当該第１の環状突起２２よりも相対的に肉薄となっていると共に、筒部２における第１の環状突起２２と第２の環状突起２３との間も、当該第１及び第２の環状突起２２、２３よりも相対的に肉薄となっている。なお、第１及び第２の環状突起２２、２３に代えて、ヒートシンク等の放熱部材を筒部２に設けてもよい。
【００１８】
本実施形態におけるアルミニウム合金鋳造素材の製造装置１を用いて、ビレットを製造する際は、図２Ａに示すように、まず、不図示の溶解炉で溶解された、たとえばＡＣ４Ｃ（Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金）相当のアルミニウム合金の溶湯５を、離型剤（不図示）が内壁に塗布された鋳型１０のキャビティ４に鋳造ラドル等を用いて所定量だけ注湯する。この際、注湯された溶湯の液面が、第１の環状突起２２の上端２２１以上の高さとなり、かつ溶湯５が筒部２の上部の開口から溢れ出ない所定量とする。
【００１９】
次いで、鋳型１０が水平となるよう保持した状態で静置して冷却することにより溶湯５を凝固させる。そして、当該溶湯５の温度が鋳型１０の高さ方向においてバラついている間に、筒部２と底部３とを相対的に離反させることにより抜型し（図２Ｂ参照）、目的とするアルミニウム合金鋳造素材５１（ビレット）を得ることができる。抜型する際は、底部３を固定したまま筒部２を上昇させてもよいし、筒部２を固定したまま底部３を下降させてもよい。また、底部３を下降させるとともに筒部２を上昇させてもよい。
【００２０】
アルミニウム合金鋳造素材の製造装置１の鋳型１０は、通常、大気（空気）に比べて熱伝導性に優れた材料（ステンレス等）から構成されている。このため、当該鋳型１０内に注湯されたアルミニウム合金の溶湯の温度は、当該鋳型１０の高さ方向略中央部分において最も下がり難くなる。また、当該鋳型１０の上部における溶湯の温度は、底部３と溶湯との接触面積が相対的に大きい下部に比べて下がり難くなる。このため、従来、アルミニウム合金鋳造素材の製造装置に注がれた溶湯が凝固する際は、当該鋳型１０の高さ方向略中央部分において膨張した形状になると共に、当該鋳型１０の上部は下部に比べて僅かに膨張した形状となっていた。これにより、凝固後のアルミニウム合金鋳造素材（ビレット）が太鼓状に凝固するため容易に抜型することができなかった。このことは、大型のビレットを製造する際により顕著となる。
【００２１】
図３Ａは、図１に示す本例の鋳型１０に対して第１の環状突起２２と第２の環状突起２３を省略した比較例に係る鋳型１０を示す断面図であり、第１の環状突起２２及び第２の環状突起２３が設けられていないこと以外の各種寸法や材質は図１に示す本例の鋳型１０と同じものである。図３Ｂは、この比較例に係る鋳型１０を用いて鋳造したビレットの高さ方向の外径寸法（ビレット試料数＝３）を測定したグラフである。図３Ｂに示すように、底部３から２０％〜６０％の範囲の外径寸法が最も大きく、次いで６０％〜１００％の範囲の外形寸法が大きく、２０％未満の範囲の外形寸法が最も小さいことが理解される。
【００２２】
これに対し、本実施形態におけるアルミニウム合金鋳造素材の製造装置１が備える鋳型１０は、筒部２の略中央部分（底部３から筒部２の全高における２０％以上６０％未満の領域）に第１の環状突起２２が設けられていると共に、筒部２の上部分（底部３から筒部２の全高における６０％以上の領域）に第２の環状突起２３が設けられている。この第１及び第２の環状突起２２、２３は、大気に比べて熱導電性に優れているため、筒部２の高さ方向略中央部分および上部分において、当該筒部２内に注がれた溶湯５の熱は放熱され易くなる。
【００２３】
これにより、筒部２の高さ方向全域に亘って略均一に溶湯５の熱を放熱することができるため、溶湯５の凝固時において筒部２の形状を太鼓状ではなく直胴状に維持することができる。このため、放熱により溶湯５の温度が均一化する前においても抜型を容易に行うことができ、すなわち注湯から抜型までの時間を短縮できるので、ビレットの生産性を向上することができる。また、これに伴い、製造時に用いる離型剤の量を抑えることもできる。
【００２４】
また、第１の環状突起部２２又は第２の環状突起部２３を把持等することにより、底部３から筒部２を離反させる際の力を加え易くなるため、抜型時におけるハンドリング性も向上する。
【００２５】
さらに、本実施形態のアルミニウム合金鋳造素材の製造装置１では、上述したように、筒部２の高さ方向全域に亘って略均一に溶湯５の熱を放熱することができる。このため、製造されたビレット５１の結晶組織を均一なものとすることができ、当該ビレット５１を用いた鋳造物を良質なものとすることができる。
【００２６】
なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００２７】
１・・・アルミニウム合金鋳造素材の製造装置
１０・・・鋳型
２・・・筒部
２１・・・開口
２２・・・第１の環状突起
２２１・・・上端
２３・・・第２の環状突起
２３１・・・上端
２３２・・・下端
３・・・底部
４・・・キャビティ
５・・・溶湯
５１・・・ビレット（アルミニウム合金鋳造素材）
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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