(57)【要約】【課題】鋳造組織が微細化されるとともに、空気の巻き込みに起因する欠陥が抑制された鋳造方法を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る鋳造方法は、溶湯Ｍに対してパルス磁場を印加するステップと、パルス磁場が印加された溶湯Ｍを鋳造するステップと、を備えたものである。溶湯Ｍに対してパルス磁場を印加することにより、鋳造組織を微細化することができる。また、溶湯Ｍを回転させないため、空気の巻き込みに起因する欠陥を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯に対してパルス磁場を印加するステップと、
前記パルス磁場が印加された前記溶湯を鋳造するステップと、を備えた鋳造方法。
【請求項２】
前記パルス磁場を印加するステップにおいて、
前記溶湯を収容し、かつ、磁性体からなる容器を介して、前記溶湯に対して前記パルス磁場を印加する、
請求項１に記載の鋳造方法。
【請求項３】
前記パルス磁場を印加するステップにおいて、
前記容器に収容された前記溶湯に対して、前記パルス磁場を所定の間隔で複数回印加する、
請求項２に記載の鋳造方法。
【請求項４】
前記溶湯がアルミニウムを主成分とする、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋳造方法。
【請求項５】
スリーブに溶湯を給湯するステップと、
前記スリーブに給湯された前記溶湯に対してパルス磁場を印加するステップと、
前記パルス磁場が印加された前記溶湯を金型に射出するステップと、を備えたダイカスト鋳造方法。
【請求項６】
前記パルス磁場を印加するステップにおいて、
磁性体からなる前記スリーブを介して、前記溶湯に対して前記パルス磁場を印加する、
請求項５に記載のダイカスト鋳造方法。
【請求項７】
前記パルス磁場を印加するステップにおいて、
前記スリーブに給湯された前記溶湯に対して、前記パルス磁場を所定の間隔で複数回印加する、
請求項５又は６に記載のダイカスト鋳造方法。
【請求項８】
前記溶湯がアルミニウムを主成分とする、
請求項５〜７のいずれか一項に記載のダイカスト鋳造方法。
【請求項９】
金型と、
溶湯が給湯されるスリーブと、
前記スリーブに給湯された前記溶湯に対してパルス磁場を印加するパルス磁場発生器と、
前記パルス磁場が印加された前記溶湯を前記金型に射出するプランジャと、を備えたダイカスト鋳造装置。
【請求項１０】
磁性体からなる前記スリーブを介して、前記パルス磁場発生器から前記溶湯に対して前記パルス磁場が印加される、
請求項９に記載のダイカスト鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造方法、ダイカスト鋳造方法、及びダイカスト鋳造装置に関し、特に溶湯に磁場を印加する鋳造方法、ダイカスト鋳造方法、及びダイカスト鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳塊組織を微細化する鋳造技術として、溶湯に電磁場を印加することにより、非接触で溶湯を撹拌しながら鋳造する電磁撹拌鋳造が知られている。電磁撹拌鋳造は、主に連続鋳造に採用されている。例えば、特許文献１には、未凝固溶湯に回転磁場を与え、当該未凝固溶湯を回転させることにより、鋳塊組織を微細化、均一化する高純度アルミニウム合金の連続鋳造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−５１８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者は以下の課題を見出した。
特許文献１に開示された鋳造方法では、溶湯を回転磁場により回転させるため、凝固時に空気が巻き込まれ、鋳塊に欠陥が発生するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記を鑑みなされたものであって、鋳造組織が微細化されるとともに、空気の巻き込みに起因する欠陥が抑制された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】
【０００６】
本発明の一態様に係る鋳造方法は、
溶湯に対してパルス磁場を印加するステップと、
前記パルス磁場が印加された前記溶湯を鋳造するステップと、を備えたものである。
このような構成により、鋳造組織を微細化することができるとともに、空気の巻き込みに起因する欠陥を抑制することができる。
【０００７】
前記パルス磁場を印加するステップにおいて、前記溶湯を収容し、かつ、磁性体からなる容器を介して、前記溶湯に対して前記パルス磁場を印加することが好ましい。このような構成により、鋳物全体の鋳造組織を微細化することができる。
また、前記パルス磁場を印加するステップにおいて、前記容器に収容された前記溶湯に対して、前記パルス磁場を所定の間隔で複数回印加することが好ましい。このような構成により、鋳造組織をさらに微細化することができる。
前記溶湯がアルミニウムを主成分とすることが好ましい。
【０００８】
本発明の一態様に係るダイカスト鋳造方法は、
スリーブに溶湯を給湯するステップと、
前記スリーブに給湯された前記溶湯に対してパルス磁場を印加するステップと、
前記パルス磁場が印加された前記溶湯を金型に射出するステップと、を備えたものである。
このような構成により、鋳造組織を微細化することができるとともに、空気の巻き込みに起因する欠陥を抑制することができる。
【０００９】
前記パルス磁場を印加するステップにおいて、磁性体からなる前記スリーブを介して、前記溶湯に対して前記パルス磁場を印加することが好ましい。このような構成により、鋳物全体の鋳造組織を微細化することができる。
また、前記パルス磁場を印加するステップにおいて、前記スリーブに給湯された前記溶湯に対して、前記パルス磁場を所定の間隔で複数回印加することが好ましい。このような構成により、鋳造組織をさらに微細化することができる。
前記溶湯がアルミニウムを主成分とすることが好ましい。
【００１０】
本発明の一態様に係るダイカスト鋳造装置は、
金型と、
溶湯が給湯されるスリーブと、
前記スリーブに給湯された前記溶湯に対してパルス磁場を印加するパルス磁場発生器と、
前記パルス磁場が印加された前記溶湯を前記金型に射出するプランジャと、を備えたものである。
このような構成により、鋳造組織を微細化することができるとともに、空気の巻き込みに起因する欠陥を抑制することができる。
【００１１】
磁性体からなる前記スリーブを介して、前記パルス磁場発生器から前記溶湯に対して前記パルス磁場が印加されることが好ましい。このような構成により、鋳物全体の鋳造組織を微細化することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、鋳造組織が微細化されるとともに、空気の巻き込みに起因する欠陥が抑制された鋳造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係るダイカスト鋳造装置の模式的断面図である。
【図２】実施の形態１に係るダイカスト鋳造装置の模式的断面図である。
【図３】パルス磁場発生器５０の模式的平面図である。
【図４】溶湯へのパルス磁場印加の効果を説明するための鋳塊マクロ写真である。
【図５】溶湯へのパルス磁場印加の効果を説明するための鋳塊マクロ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１５】
（実施の形態１）
まず、図１を参照して、実施の形態１に係るダイカスト鋳造装置について説明する。図１は、実施の形態１に係るダイカスト鋳造装置の模式的断面図である。図１に示すように、実施の形態１に係るダイカスト鋳造装置は、可動型１０、固定型２０、プランジャスリーブ３０、プランジャ４０、パルス磁場発生器５０を備えている。
なお、当然のことながら、図１に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。図１におけるｘｙ平面は水平面を構成し、ｚ軸方向が鉛直方向である。より具体的には、ｚ軸のプラス方向が鉛直上向きとなる。
【００１６】
可動型１０は、ｘ軸方向にスライド移動可能なダイスである。一方、固定型２０はダイカスト鋳造装置に固定されたダイスである。可動型１０がｘ軸方向プラス向きに移動し、固定型２０に当接することにより、可動型１０と固定型２０との間に鋳造される製品形状に応じたキャビティ１１が形成される。
可動型１０、固定型２０は、例えば熱間金型用の合金工具鋼材などからなることが好ましい。また、可動型１０、固定型２０を構成する材料は、磁性体であることが好ましい。
【００１７】
このキャビティ１１に溶湯Ｍが充填されることにより製品が鋳造される。ここで、図２も、実施の形態１に係るダイカスト鋳造装置の模式的断面図である。図２では、キャビティ１１に溶湯Ｍが充填された様子を示している。そして、可動型１０がｘ軸方向マイナス向きに移動し、固定型２０から離間することにより、鋳造された製品を取り出すことができる。
【００１８】
図１に示すように、固定型２０にはｘ軸に平行な中心軸を有する円筒状の貫通孔が形成されている。この貫通孔にプランジャスリーブ３０が嵌合されている。プランジャスリーブ３０の可動型１０側（ｘ軸方向マイナス側）の端部上面には、溶湯Ｍをキャビティ１１に流し込むための開口部が設けられている。そして、固定型２０とプランジャスリーブ３０との間隙が、上記開口部からキャビティ１１に至る湯道２１となっている。
【００１９】
プランジャスリーブ３０は、ｘ軸に平行な中心軸を有する円筒状の部材である。上述のように、プランジャスリーブ３０は、固定型２０の貫通孔に嵌合されている。プランジャスリーブ３０に溶湯Ｍが注入される。プランジャスリーブ３０の後方（ｘ軸方向プラス側）の端部近傍の上面には、プランジャスリーブ３０に溶湯Ｍを注ぎ込むための給湯口３１が形成されている。例えばラドル（不図示）などを用いて、給湯口３１からプランジャスリーブ３０内に溶湯Ｍが注ぎ込まれる。
プランジャスリーブ３０は、例えば熱間金型用の合金工具鋼材などからなることが好ましい。また、プランジャスリーブ３０を構成する材料は、磁性体であることが好ましい。
【００２０】
プランジャ４０は、プランジャチップ４１、プランジャロッド４２を備えている。プランジャチップ４１は、プランジャスリーブ３０内の溶湯Ｍに対して直接接触する円柱状の部材である。プランジャチップ４１は、駆動源（不図示）によりプランジャスリーブ３０内をｘ軸方向に摺動することができる。プランジャチップ４１が、プランジャスリーブ３０の後端部からｘ軸方向マイナス向きに摺動することにより、プランジャスリーブ３０内に注入された溶湯Ｍがキャビティ１１に射出される。プランジャロッド４２は、ｘ軸に平行な中心軸を有する棒状部材である。プランジャロッド４２は、プランジャチップ４１を駆動源（不図示）に連結している。
【００２１】
パルス磁場発生器５０は、パルス磁場発生コイル５１、配線ケーブル５２を備えている。パルス磁場発生コイル５１は、プランジャスリーブ３０内に注入された溶湯Ｍにパルス磁場を印加するためのコイルである。配線ケーブル５２は、パルス磁場発生コイル５１に電気を供給するためのケーブルである。なお、パルス磁場発生器５０は、従来、人間の脳に磁気刺激を与える医療用途に用いられているものである。そのため、安全性に優れている。また、小型かつ軽量であり、持ち運びも容易である。
【００２２】
パルス磁場発生器５０は、プランジャスリーブ３０内に注入された溶湯Ｍに対し、少なくとも１回のパルス磁場を印加することができる。パルス磁場発生器５０は、０．１〜１００秒に１回程度の頻度でパルス磁場を発生させることができることが好ましい。０．１秒に１回よりも高頻度では、溶湯が回転し始め、空気の巻き込みが発生する恐れがある。一方、１００秒に１回よりも低頻度では、生産性に劣る。１〜１０秒に１回程度の頻度が、さらに好ましい。
パルス磁場発生器５０により付与されるパルス磁場の磁束密度は、例えば１．４〜１０Ｔ（テスラ）程度が好ましい。特に、２．０Ｔ程度が好ましい。
パルス磁場発生器５０により付与されるパルス磁場のパルス幅は、例えば０．８〜２．０ｍｓ程度が好ましい。
なお、以上のパルス磁場に関する諸条件は、溶湯Ｍの質量、凝固速度、パルス磁場発生器５０とプランジャスリーブ３０との距離などに応じて、適宜決定すればよい。
【００２３】
ここで、図３は、パルス磁場発生器５０の模式的平面図である。図１、３に示すように、パルス磁場発生コイル５１は、ｚ軸に平行な中心軸を有する円環状かつｘｙ平面に平行な板状のコイルである。図１に示すように、パルス磁場発生コイル５１は、プランジャスリーブ３０の下側において、プランジャスリーブ３０と離間して、水平に（ｘｙ平面に平行に）設置されている。プランジャスリーブ３０から離間されているため、パルス磁場発生器５０を冷却する必要がない。
【００２４】
なお、パルス磁場発生コイル５１として、２つの円形コイルを同一平面上で８の字型に並べたダブルコイルを用いてもよい。
また、パルス磁場発生コイル５１の設置場所は、プランジャスリーブ３０を介して溶湯Ｍにパルス磁場を印加できれば、特に限定されない。例えば、パルス磁場発生コイル５１は、プランジャスリーブ３０の下側に代えて、プランジャスリーブ３０の一方もしくは両方の側面に配置されてもよい。あるいは、パルス磁場発生コイル５１は、プランジャスリーブ３０の下側に加え、一方もしくは両方の側面に配置されてもよい。さらに、パルス磁場発生コイル５１を可動式にし、給湯口３１からプランジャスリーブ３０を介さずに、溶湯Ｍにパルス磁場を直接印加してもよい。但し、詳細には後述するように、プランジャスリーブ３０を介して溶湯Ｍにパルス磁場を間接的に印加する方が好ましい。
【００２５】
また、図３に示すように、配線ケーブル５２を介して供給された電気により、パルス磁場発生コイル５１にコイル電流ＩＬが流れる。コイル電流ＩＬにより、プランジャスリーブ３０や溶湯Ｍに誘導電流が発生し、溶湯Ｍにパルス磁場が印加される。
パルス磁場発生コイル５１は、図示しない固定手段により、ダイカスト鋳造装置に固定されている。
【００２６】
実施の形態１に係るダイカスト鋳造装置では、パルス磁場発生器５０を用いて、溶湯Ｍに対してパルス磁場を少なくとも１回印加することができる。これにより、溶湯Ｍ内に形成される凝固核が分散し、非接触で鋳物の結晶粒を微細化することができる。溶湯Ｍにパルス磁場を印加する回数が多い方が、より効果的である。
また、溶湯Ｍにパルス磁場を印加しても溶湯Ｍが回転しないため、空気の巻き込みに起因する欠陥を抑制することができる。
【００２７】
さらに、実施の形態１に係るダイカスト鋳造装置では、磁性体からなるプランジャスリーブ３０にパルス磁場が印加され、プランジャスリーブ３０を介して溶湯Ｍに対してパルス磁場が印加される。つまり、直接（空気を介して）溶湯Ｍにパルス磁場を印加するのではなく、プランジャスリーブ３０を介して溶湯Ｍにパルス磁場を印加する。そのため、溶湯Ｍ全体にパルス磁場を印加することができる。その結果、鋳物の結晶粒も全体に亘り微細化することができる。同時に、プランジャスリーブ３０に対する溶湯Ｍの濡れ性が悪くなり、破断チル層の発生を抑制することができる。このように、溶湯Ｍにパルス磁場を直接印加するよりも、磁性体からなる容器を介して溶湯Ｍにパルス磁場を印加する方が好ましい。詳細な理由については、実験例を参照して後述する。
【００２８】
次に、実施の形態１に係るダイカスト鋳造装置を用いた鋳造方法について説明する。
まず、図１に示すように、プランジャスリーブ３０内でプランジャチップ４１を後退させるとともに、可動型１０を固定型２０に当接させる。そして、ラドル（不図示）などにより、給湯口３１から所定量の溶湯Ｍをプランジャスリーブ３０内に注ぎ込む。プランジャスリーブ３０内に注入された溶湯Ｍに対して、パルス磁場発生器５０によりパルス磁場を少なくとも１回印加する。
【００２９】
次に、図２に示すように、プランジャスリーブ３０においてプランジャチップ４１を前進させ、溶湯Ｍをキャビティ１１内に射出する。ここで、プランジャチップ４１を高速で前進させることにより、溶湯Ｍを加圧しながらキャビティ１１内に充填させることができる。キャビティ１１内において溶湯Ｍが凝固した後、可動型１０を固定型２０から離間させ、鋳造された製品を取り出す。
【００３０】
次に、図４、５を参照して、溶湯Ｍへのパルス磁場印加の効果について説明する。図４、５は、溶湯へのパルス磁場印加の効果を説明するための鋳塊マクロ写真である。発明者は、溶湯へのパルス磁場印加の効果を調査するために実験例１〜３を実施した。以下に実験例１〜３の実験方法について説明する。
いずれの実験例においても、１３５ｔダイカスト鋳造装置用のプランジャスリーブ３０を用いた。プランジャスリーブ３０の両端にプランジャチップ４１を挿入し、栓をした。加熱したプランジャスリーブ３０に対し、７００℃に保持した４００ｇのアルミニウム合金（ＡＤＣ１２）の溶湯Ｍを給湯口３１から注ぎ込んだ。
さらに、実験例１〜３について、以下の通り処理した。
【００３１】
（実験例１）
プランジャスリーブ３０に注ぎ込んだ溶湯Ｍを、そのまま凝固させた。
（実験例２）
溶湯Ｍをプランジャスリーブ３０に注ぎ込んだ後、給湯口３１の直上からパルス磁場発生器５０により溶湯Ｍに対してパルス磁場を直接的に印加しつつ溶湯Ｍを凝固させた。
（実験例３）
溶湯Ｍをプランジャスリーブ３０に注ぎ込んだ後、プランジャスリーブ３０の側面からパルス磁場発生器５０によりパルス磁場を印加しつつ溶湯Ｍを凝固させた。すなわち、プランジャスリーブ３０を介して、溶湯Ｍに対してパルス磁場を間接的に印加した。
【００３２】
実験例２、３で用いたパルス磁場発生器５０としては、Ｍａｇｓｔｉｍ社製の磁気刺激装置Ｍａｇｓｔｉｍ２００スクエアを用いた。パルス磁場発生コイル５１としては、中心直径７０ｍｍの２つの円形コイルを同一平面上で８の字型に並べたダブルコイルを使用した。パルス幅は１ｍｓ、磁束密度は２Ｔ（テスラ）とした。５秒間隔でパルス磁場を５回印加した。
【００３３】
図４は、鋳塊の湯面側のマクロ写真である。図４に示すように、鋳塊はいずれも蒲鉾型となった。
給湯口３１からパルス磁場を溶湯Ｍに直接的に印加した実験例２では、パルス磁場を印加しない実験例１に比べ、引け巣が小さくなった。
【００３４】
プランジャスリーブ３０の側面からパルス磁場を間接的に印加した実験例３では、引け巣が上面全体に分散し、浅くなった。すなわち、明確な引け巣は確認できなかった。
また、実験例３では、上面角部のＲが大きくなるとともに、プランジャスリーブ３０とプランジャチップ４１との間隙への溶湯Ｍの差し込みも減少していた。すなわち、パルス磁場を間接的に印加した実験例３では、プランジャスリーブ３０に対する溶湯Ｍの濡れ性が悪くなったものと推察される。
【００３５】
図５は、鋳塊の底面（プランジャスリーブ３０との接触面）側のマクロ写真である。また、鋳塊の底面をケラー氏液によりエッチングし、結晶粒径を測定した。図５に結晶粒径の測定結果も併せて示している。
パルス磁場を印加しない実験例１では、光沢がなく、ホールも多かった。結晶粒径は１．９〜３．５ｍｍであった。
【００３６】
パルス磁場を直接的に印加した実験例２では、パルス磁場が印加された部位（図５の下側）とパルス磁場が印加されなかった部位（図５の上側）との違いが明確になった。具体的には、パルス磁場が印加されなかった部位は、光沢がなく、ホールも多かった。結晶粒径は１．９〜２．３ｍｍであった。つまり、パルス磁場を印加しない実験例１と同様であった。一方、パルス磁場が印加された部位は、パルス磁場が印加されなかった部位に比べ、光沢があり、ホールも少なかった。結晶粒径は１．０〜１．９ｍｍであった。このように、パルス磁場が印加された部位は、パルス磁場が印加されなかった部位に比べ、結晶粒が微細化した。なお、図５に示すように、パルス磁場が印加された部位とパルス磁場が印加されなかった部位との境界部において、大きいホールが観察された。
【００３７】
プランジャスリーブ３０の側面からパルス磁場を間接的に印加した実験例３では、底面全体において光沢があり、ホールも少なかった。結晶粒径は０．４〜０．９ｍｍであった。すなわち、実験例３では、底面全体において実験例２におけるパルス磁場が印加された部位よりもさらに結晶粒が微細化した。
【００３８】
以上に説明したように、溶湯Ｍに対して直接的もしくは間接的にパルス磁場を印加することにより、結晶粒を微細化することができる。ここで、溶湯Ｍを収容する容器に対してパルス磁場を印加し、容器を介して溶湯Ｍに対してパルス磁場を印加することにより、溶湯Ｍ全体にパルス磁場を印加することができる。その結果、鋳物の結晶粒も全体に亘り微細化することができる。同時に、容器に対する溶湯Ｍの濡れ性が悪くなる。これにより、破断チル層の発生を抑制することが期待できる。
【００３９】
なお、例えば鋳造後のプランジャスリーブ３０に離型剤を洗浄するための洗浄剤を注入し、パルス磁場を印加することにより、離型剤を除去することができる。パルス磁場発生器５０をこのような用途に利用することもできる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
具体的には、実施の形態では、ダイカスト鋳造装置及びダイカスト鋳造方法について説明した。しかしながら、溶湯へのパルス磁場印加に係る本発明は、ダイカスト鋳造装置及びダイカスト鋳造方法に限定されるものではなく、あらゆる鋳造装置及び鋳造方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  可動型
１１  キャビティ
２０  固定型
２１  湯道
３０  プランジャスリーブ
３１  給湯口
４０  プランジャ
４１  プランジャチップ
４２  プランジャロッド
５０  パルス磁場発生器
５１  パルス磁場発生コイル
５２  配線ケーブル
Ｍ  溶湯
【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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