(57)【要約】【課題】酸化の機会が減少すると共に金型等の寿命を延長することのできるダイレクト鋳造装置を提供すること。【解決手段】金属を溶融させる溶解炉１０と、前記溶解炉１０から溶融金属の排出量を制御する制御棒１１と、前記溶解炉１０から排出された溶融金属を冷却する傾斜冷却板１２と、前記傾斜冷却板１２で所定温度に冷却された溶融金属を鋳造する鋳造機構を備え、前記溶解炉で溶融した金属を直接鋳造するので、酸化の機会が減少すると共に金型等の寿命を延長することができ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を溶融させる溶解炉と、
前記溶解炉から溶融金属の排出量を制御する制御棒と、
前記溶解炉から排出された溶融金属を冷却する傾斜冷却板と、
前記傾斜冷却板で所定温度に冷却された半溶融・半凝固金属を鋳造する鋳造機構を備え、
前記溶解炉で溶融した金属を直接鋳造することを特徴とするダイレクト鋳造装置。
【請求項２】
前記傾斜冷却板で所定温度に冷却された溶融金属中の結晶の球状化を促進する保持炉を備え、この保持炉から溶融した金属を直接鋳造することを特徴とする請求項１に記載のダイレクト鋳造装置。
【請求項３】
前記鋳造機構は、鍛造プレスであることを特徴とする請求項１または２に記載のダイレクト鋳造装置。
【請求項４】
前記鋳造機構は、コールドチャンバーダイカストであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１に記載のダイレクト鋳造装置。
【請求項５】
前記溶融金属は、Ｍｇ合金であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１に記載のダイレクト鋳造装置。
【請求項６】
前記鍛造プレスは、Ｍｇ合金の半溶融・半凝固状態の温度で鋳造することを特徴とする請求項１〜５の何れか１に記載のダイレクト鋳造装置。
【請求項７】
前記制御棒は、溶解炉内の７０〜８０％の溶融金属を排出可能であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１に記載のダイレクト鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半溶融・半凝固金属のレオロジー（Ｒｈｅｏｌｏｇｙ）を有効に利用したダイレクト鋳造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半溶融・半凝固金属のレオロジーやチキソトロピー、つまり粘性が小さくて流動性に優れる性質を利用した鋳造法として、レオキャスト法（半凝固鋳造法）やチキソキャスト法（半溶融鋳造法）が知られており、これらの鋳造法はいずれも溶融した液相の金属と固相の金属とが混在する半溶融・半凝固状態の金属スラリーを用いて鋳造を行うものである。
【０００３】
上記した従来のレオキャスト法は、固体金属を一旦完全に融解した後、粒状結晶が生じる半凝固状態の金属スラリーとなるまで冷却した後、金型へ供給する鋳造法である。
また、チキソキャスト法は、一旦レオキャスト法で作った固体金属を半溶融状態の金属スラリーとなるまで加熱した後、鋳型へ供給する鋳造法であるようにチキソモールディング法はペレット状あるいはチップ状の固体金属を半溶融状態の金属スラリーとなるまで加熱した後、金型へ射出する鋳造法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、以上のチキソトロピーを利用したダイレクト鋳造法においては、できるだけ微細で且つ均一の非樹枝状結晶、好ましくは球状結晶を有している必要がある。ただし、固体金属を単に半溶融状態まで加熱したり、溶融金属を単に半凝固状態まで冷却しただけでは、そのほとんどが樹枝状結晶となって半溶融・半凝固金属中に現れることになり、半溶融金属のチキソトロピー、及び半凝固金属のレオロジーによる流動性を十分に得ることができない。
【０００５】
そこで、チキソトロピーを利用したチクソモールディング法においては、一般的に射出成形機が用いられ、スクリュー式の押出機構を利用して、押出機のバレル内でチップ状またはペレット状の固体金属に剪断力を与えながら順次加熱して半溶融状態の金属スラリーとする方法が用いられている。
【０００６】
しかしながら、スクリュー式の押出機構は、構造が複雑で高価であるため、鋳造設備の建設コストが極めて膨大となると云う欠点が存在した。
また、上記鋳造法では、一旦インゴットにした後にチップ状またはペレット状に切削加工し、それを原料として再加熱、半溶融してから鋳造するために、熱エネルギーの浪費となっていた。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑み提案されたもので、素材金属の再溶解の必要がないと共に、球状化結晶の溶融金属を鋳込むことで仕上げ工程の短縮と強度の向上が図れるダイレクト鋳造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、金属を溶融させる溶解炉と、前記溶解炉から溶融金属の排出量を制御する制御棒と、前記溶解炉から排出された溶融金属を冷却する傾斜冷却板と、前記傾斜冷却板で所定温度に冷却された半溶融・半凝固溶融金属を鋳造する鋳造機構を備え、前記溶解炉で溶融した金属を直接鋳造することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明において、前記傾斜冷却板で所定温度に冷却された溶融金属中の結晶の球状化を促進する保持炉を備え、この保持炉から溶融した金属を直接鋳造することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明において、前記鋳造機構は、鍛造プレスであることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明において、前記鋳造機構は、コールドチャンバーダイカストであることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明において、前記溶融金属は、Ｍｇ合金であることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明において、前記鍛造プレスは、Ｍｇ合金の半溶融・半凝固状態の温度で鋳造することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明において、前記制御棒は、溶解炉内の７０〜８０％の溶融金属を排出可能であることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、一実施の形態を示す図面に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に係るダイレクト鋳造装置の一実施の形態を示す説明図である。ここで、ダイレクト鋳造装置は、金属を溶融させる溶解炉１０と、この溶解炉１０から溶融金属の排出量を制御する制御棒１１と、この溶解炉１０から排出された溶融金属を冷却する傾斜冷却板１２と、前記傾斜冷却板１２で所定温度に冷却された溶融金属の球状化を促進する保持炉１３と、保持された溶融金属を鋳造する鋳造機構の一種である鍛造プレス１４を備えている。
【００１６】
溶解炉１０は、周囲にヒータ１５を備えると共に、金属を溶融するための溶解槽１６を備えている。溶解槽１６内には、溶融金属を排出するための排出管１７と、溶解槽１６内に上下移動可能な制御棒１１を有している。排出管１７は、下端１７ａが溶解炉１０の外底部から突出して傾斜冷却板１２の上に開放しており、上端１７ｂが溶解槽１６の内部で溶解槽の壁面１６ａより低い位置に開口している。
【００１７】
制御棒１１は、耐熱性材料から構成されており図外の駆動機構によって上下動可能に配設されており、溶解槽１６内に進入、退避する。この制御棒１１の下降に伴って、溶解槽１６内の溶融金属の上面が上昇し、排出管１７の上端１７ｂから溢れ出る。排出管１７から排出される溶融金属の量は、制御棒１１の下降量によって制御することができる。
【００１８】
傾斜冷却板１２は、所定角度傾斜しており、下面に冷却パイプ１８を備えており、流下する溶融金属を冷却する。溶融金属は約１０〜５０秒間、傾斜冷却板１２の上を流れた後、保持炉１３内に流下する。保持炉１３は、周囲にヒータ１９を備えると共に、取り鍋２０を収容するための空間１３ａを有している。
【００１９】
鍛造プレス１４は、凹凸の金型を有しており、図外の駆動機構によって上下動することで、所望の形状を鍛造することができる。
【００２０】
次に、以上のように構成されたダイレクト鋳造装置の動作について説明する。先ず、溶解炉１０内で金属、例えばマグネシュウム（Ｍｇ）合金を溶融する。溶融した金属は、制御棒１１を操作することにより排出管１７から排出する。制御棒１１の上下動は、ギアを介した電動モータをコンピュータで制御することにより、正確に制御できる。また、マグネシュウム合金は、実用金属中で最も比重が軽いために、殆どの不純物が溶解炉１０中の溶解槽１６の底部に蓄積され、溶融金属の上澄み溶解湯のみを取り出せば、不純物を容易に除去することができる。
【００２１】
溶解槽１６の底部に溜まった不純物は、ドロスと呼ばれ製品にこのドロスが混入すると、清浄なマグネシュウム合金ではなく不良品となる。このため、制御棒１１の下降で排出できる溶解槽１６内の溶融金属の量は、溶解槽１６の７０％〜８０％であることが望ましい。溶解槽１６の底部に蓄積された酸化物や鉄分等の不純物（ドロス）は、ドロス抜き２１から適宜排出される。マグネシュウム合金は、６００℃程度で溶解するが、ドロスは１０００℃程度でないと溶解しないので、溶解炉１０以外の熱源を使用して処理する。
【００２２】
排出管１７から排出された溶融金属は、傾斜冷却板１２の上を流れ冷却された後、保持炉１３内に流下する。保持炉１３は、周囲のヒータ１９により、固液共存状態で保持すると共に、溶融金属の球状化結晶の成育を促進する。保持炉１３で３０分程、保持した後に取り鍋２０で鍛造プレス１４に運んで鋳造する。鋳込む温度は、５７０℃＋１５〜−５℃の間とする。このような温度で鋳造した場合、金型や機械の耐熱温度も約６００℃であるので、金型や鋳造機械の耐用寿命を大幅に延長することができる。また、球状化結晶の状態で鋳造、鍛造するので綺麗な仕上がりとなり、仕上げ工程を大幅に短縮することができると共に、製品の強度を向上できる。
【００２３】
また、金属のインゴットを製造することなく、直接製品を鋳造するのでインゴットを再溶解するための、６２０℃で３０分以上の時間と熱エネルギーを節約することができる。更に、溶融金属の上澄み湯のみを使用するので、不純物を含まない良好な製品とすることができる。したがって、製品の歩留まりを向上できる。
【００２４】
図２は、本発明のダイレクト鋳造装置の第２の実施の形態を示す説明図である。本実施の形態では、保持炉１３で保持した溶融金属を取り鍋２０からコールドチャンバーダイカスト２２に移して鋳造するものである。コールドチャンバーダイカスト２２の湯口２３から溶融金属を流し込み、ピストン２４で駆動されるプランジャー２５によって金型２６へ注入する。
【００２５】
以上のように構成した場合も、溶融金属の上澄み湯のみを鋳造することができるので、製品の歩留まりを向上することができる。また、半溶融・半凝固マグネシュウム合金を球状化結晶をそのまま鋳造することができ、製品の強度を向上できる。
【００２６】
図３は、本発明のダイレクト鋳造装置の第３の実施の形態を示す説明図である。本実施の形態において、傾斜冷却板１２の上を流れて冷却された溶融金属は、直接コールドチャンバーダイカスト２２の湯口２３に注入される。
【００２７】
以上のように構成した場合、保持炉１３を省略することができるので、構成を簡易にできる。
【００２８】
図４は、本発明のダイレクト鋳造装置の第４の実施の形態を示す説明図である。本実施の形態において、ダイレクト鋳造装置は、金属を溶融させる電気炉３０と、この電気炉３０から溶融金属の排出量を制御する耐熱性制御棒３１と、この電気炉３０から排出された溶融金属を冷却する傾斜冷却板３２と、前記傾斜冷却板３２で所定温度に冷却された溶融金属を貯留するタンデシュ３３と、貯留された溶融金属を鋳造する連続鋳造機３４を備えている。
【００２９】
電気炉３０には、断熱材３０ａを介してヒータ３５を有すると共に、耐熱性制御棒３１が下降可能に配設されている。耐熱性制御棒３１は、炉外の駆動機構３６によって下降駆動される。また、電気炉３０は、周囲にヒータ３７を有する排出路３８を有している。排出路３８は、電気炉３０の上端近傍に取付けられており、周囲を断熱材で囲蔽されている。
【００３０】
傾斜冷却板３２は、所定角度傾斜しており、下面に冷却パイプ３９を備えており、流下する溶融金属を冷却する。溶融金属は約１０〜５０秒間、傾斜冷却板３２の上を流れた後、タンデシュ３３内に流下する。タンデシュ３３から、連続鋳造機３４へ導かれた溶融金属は、ここで鋳造される。
【００３１】
以上のように、本実施の形態によれば溶融金属の上澄み湯のみが排出されるので、不純物が鋳造製品に混入する虞がない。したがって、製品の歩留まりを向上することができる。また、液体と固体の混在する球状化結晶金属の鋳造であるので、製品の強度が向上すると共に仕上げ工程の短縮となる。
【００３２】
図５は、本発明のダイレクト鋳造装置の第５の実施の形態を示す説明図である。本実施の形態において、ダイレクト鋳造装置は、金属を溶融させる溶解槽１６と、この溶解槽１６から溶融金属の排出量を制御する制御棒１１と、この溶解槽１６から排出された溶融金属を排出する左右２本の給湯パイプ４０ａ、４０ｂと、溶融金属を冷却する傾斜冷却板３２と、前記傾斜冷却板３２で所定温度に冷却された半凝固・半凝固溶融金属を貯留する断熱容器４１等を備えている。
【００３３】
給湯パイプ４０は、周囲にヒータ３７を有しており、溶融金属が急激に冷却されるのを防止している。また、前述の実施の形態と同様に、傾斜冷却板３２は、所定角度傾斜しており、下面に冷却パイプ３９を備えており、流下する溶融金属を冷却する。
【００３４】
以上のように、本実施の形態によれば溶融金属が同時に複数の箇所に供給されるので、効率的に鋳造することができる。したがって、製品の歩留まりを向上することができる。また、一個の溶解槽１６から高圧鋳造機、プレスまたは鋳造機等の複数の装置に溶融金属を供給することができ、作業能率を向上できる。
【００３５】
尚、以上の実施の形態は給湯パイプが２本の場合について説明したが、これに限ることなく３本以上であってもよい。
【００３６】
【発明の効果】
この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００３７】
請求項１に記載の発明では、金属を溶融させる溶解炉と、前記溶解炉から溶融金属の排出量を制御する制御棒と、前記溶解炉から排出された溶融金属を冷却する傾斜冷却板と、前記傾斜冷却板で所定温度に冷却された半溶融・半凝固溶融金属を鋳造する鋳造機構を備え、前記溶解炉で溶融した金属を直接鋳造するので、再溶解する工程が削減されるので省エネルギーを実現できる。したがって、製造コストの削減を図ることができる。また、傾斜冷却板に溶融金属が直接流下されるので、空気と接触する機会が少ないので、酸化反応が減少し良品率が向上する。
【００３８】
また、請求項２に記載の発明において、前記傾斜冷却板で所定温度に冷却された溶融金属中の結晶の球状化を促進する保持炉を備え、この保持炉から溶融金属を直接鋳造するので、球状化結晶の溶融金属を鋳造することができ、仕上げ工程の短縮を図ることができる。また、製品の強度を向上することができる。
【００３９】
また、請求項３に記載の発明において、前記鋳造機構は鍛造プレスであるので、常温で加工できない材料や複雑な形状の製品を鍛造することができる。
【００４０】
また、請求項４に記載の発明において、前記鋳造機構は、コールドチャンバーダイカストであるので、従来のコールドチャンバーダイカスト機をそのまま使用することができる。また、仕上げ工程の短縮を実現することができる。
【００４１】
また、前記請求項５に記載の発明において、前記溶融金属はＭｇ合金であるので、Ｍｇ合金を球状結晶のまま鋳造することができ、仕上げ工程を短縮することができる。
【００４２】
また、前記請求項６に記載の発明において、前記鍛造プレスは、Ｍｇ合金の半溶融・半凝固状態の温度で鋳造するので、金型や鋳造装置の耐用寿命を延長することができる。つまり、金型や鋳造装置の降伏点以下の温度で使用するので、耐用寿命を大幅に延長することができる。
【００４３】
また、前記請求項７に記載の発明において、前記制御棒は、溶解炉内の７０〜８０％の溶融金属を排出可能であるので、溶解炉内の溶融金属の排出が容易に制御できる。また、制御棒は、溶融金属の上澄み部分のみを取り出すことができるので、比重の重い不純物を溶解炉の底の部分に蓄積しておくことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るダイレクト鋳造装置の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】同ダイレクト鋳造装置の第２の実施の形態を示す説明図である。
【図３】同ダイレクト鋳造装置の第３の実施の形態を示す説明図である。
【図４】同ダイレクト鋳造装置の第４の実施の形態を示す説明図である。
【図５】同ダイレクト鋳造装置の第５の実施の形態を示す説明図である。
【符号の説明】
１０        溶解炉
１１        制御棒
１２        傾斜冷却板
１３        保持炉
１４        鍛造プレス
１５        ヒータ
１６        溶解槽
１７        排出管
１８        冷却パイプ
１９        ヒータ
２０        取り鍋
２１        ドロス抜き
２２        コールドチャンバーダイカスト
２３        湯口
２４        ピストン
２５        プランジャー
２６        金型
３０        電気炉
３１        耐熱性制御棒
３２        傾斜冷却板
３３        タンデシュ
３４        連続鋳造機
３６        駆動機構
３８        排出路
【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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