(57)【要約】  【課題】  固液共存温度領域においてチクソトロピー性状を呈する低融点金属合金の成形材料をセミソリッドに溶解し、これを射出して成形を行う場合の成形開始時の障害となる加熱保持筒内の残存材料の課題を、仮成形による除去により解決する。【解決手段】  成形作業開始時に、加熱保持筒の温度を液相線温度以上の温度に昇温する。加熱保持筒内にソリッドとなって残っている前回成形の残存材料を完全溶融する。加熱保持筒の温度を固液共存温度領域の温度まで降温する。上記成形材料を供給して仮成形を行う。その温度が固液共存温度領域に達したのち本成形を開始する。  【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固液共存温度領域においてチクソトロピー性状を呈する金属素材を成形材料とし、その成形材料を固液共存温度領域の温度に加熱して固液共存状態にあるセミソリッド材料となし、そのセミソリッド材料の所要量を加熱保持筒に供給蓄積して、該加熱保持筒から金型に１ショットずつ射出する低融点金属合金の成形において、
成形作業開始時に、加熱保持筒の温度を液相線温度以上の温度に昇温して、該加熱保持筒内にソリッドとなって残っている前回成形の残存材料を完全溶融したのち、加熱保持筒の温度を固液共存温度領域の温度まで降温しながら、上記成形材料を供給して仮成形を行い、その温度が固液共存温度領域に達したのち本成形を開始することを特徴とする低融点金属合金の成形方法。
【請求項２】
上記残存材料の溶融は攪拌しつつ行うことを特徴とする請求項１記載の低融点金属合金の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固液共存温度領域においてチクソトロピー性状を呈する金属素材を成形材料とするマグネシウム合金、アルミニウム合金等の低融点金属合金の成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム合金の成形方法として、金属素材を液相線温度以上の温度で液体合金に溶融し、この液体合金を傾斜冷却板の板面上を流下させて半溶融状態に急冷し、それを貯留槽で固液共存温度領域の温度に保持してチクソトロピー性状を有する金属スラリー（セミソリッド）となしたのち、チクソトロピーを潜在的に有する金属素材に鋳造し、この金属素材をインジェクシヨン装置により半溶融状態に加熱して蓄積しつつ金型に射出し、金属製品に成形することが行われている。
【０００３】
またマグネシウム合金等の成形手段として、ノズル口を先端に有する筒体の外周囲に加熱手段を備え、そのノズル口に接続した計量室を縮径により先端部内に形成した溶融金属保持筒（加熱保持筒）に、チクソトロピー状態の金属材料を供給蓄積し、その金属材料を内部の射出プランジャの進退移動により計量して金型に射出するものもある。
【特許文献１】特開２００１−２５２７５９号公報
【特許文献２】特開２００３−２００２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
固液共存温度領域においてチクソトロピー性状を呈するセミソリッド材料は、液相と微細に球状化された固相との共存により低粘度の流動性を有する。このセミソリッド材料は射出されるまでチクソトロピー性状を保持する必要性から、固液共存温度領域の温度に加熱されているが、固相は固液共存温度領域の温度であつても、時間の経過にともない成長するので、時間が立つと固相率が高くなり、固相の密度が増して流動性が低下してゆく。このため蓄積されたセミソリッド材料の射出は許容時間内に行うのが好ましい。
【０００５】
このようなセミソリッド材料を、成形終了時に排出せずに成形作業を終了すると、固相は固相線温度に達するまで成長を続けてセミソリッド材料はソリッドとなる。このソリツドを再び固液共存温度領域の温度まで加熱して半溶融しても、一旦成長した固相は小さく変わることはないので、元のチクソトロピー性状を呈するセミソリッド材料に戻らず、高粘度で流動性が極めて低いセミソリッド材料となり、そのままでは射出が困難なものとなる。
【０００６】
この残余のセミソリッド材料は、成形終了時に射出を繰り返して排出すれば解決されるが、セミソリッドの状態では射出を繰り返しても、その一部が加熱保持筒の内壁面や射出プランジャ等に付着して残存することが多い。この付着物は固液共存温度領域の温度では溶融しないので、それを除去せずに新たな材料供給の下に成形作業を開始すると、付着物により射出プランジャの噛りや目詰まり等が生ずるので、成形開始前に加熱保持筒を液相線温度以上の温度に加熱して付着物の溶融排除を行う必要がある。
【０００７】
この発明の目的は、上記成形作業終了時の残余のセミソリッド材料が、ソリッドとなって加熱保持筒内に残っていても、簡単な手段によりソリッドを完全溶融状態で仮成形することで、固液共存温度領域においてチクソトロピー性状を呈する金属素材による成形を開始できる新たな低融点金属合金の成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的によるこの発明は、固液共存温度領域においてチクソトロピー性状を呈する金属素材を成形材料とし、その成形材料を固液共存温度領域の温度に加熱して固液共存状態にあるセミソリッド材料となし、そのセミソリッド材料の所要量を加熱保持筒に供給蓄積して、該加熱保持筒から金型に１ショットずつ射出する低融点金属合金の成形において、成形作業開始時に、加熱保持筒の温度を液相線温度以上の温度に昇温して、該加熱保持筒内にソリッドとなって残っている前回成形の残存材料を完全溶融したのち、加熱保持筒の温度を固液共存温度領域の温度まで降温しながら、上記成形材料を供給して仮成形を行い、その温度が固液共存温度領域に達したのち本成形を開始するというものであり、上記残存材料溶融は攪拌しつつ行い得るというものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明では加熱保持筒内にソリッドとして残った前回の成形材料を、粘度が殆どない完全溶融状態で仮成形して加熱保持筒から除去するので、加熱筒保持筒の内壁面や射出プランジャなどへの付着もなく、射出プランジャの進退移動に対する流動抵抗も極めて小さいことから、降温の過程でその全てを除去することができる。
【００１０】
また昇温開始後に成形材料の供給を行い、この供給と並行して上記仮成形を行うので、加熱保持筒の温度が固液共存温度領域に達するまでの間に、溶融した残留材料と成形材料の置換が済み、その温度に達した後に直ちに本成形を開始できるので、残留材料を溶融排出してから成形温度の設定を行い、材料供給を行う場合よりも、成形の立上げ時間が短縮され、また材料ロスも少なく済む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図中１は金属成形機で、筒体２１の先端にノズル部材２２を有する加熱保持筒２と、短柱形の成形材料Ｍの溶解供給装置３と、加熱保持筒２の後部の射出駆動装置４とからなる。
【００１２】
成形材料Ｍは、溶湯を固液共存温度領域の温度に急冷して、微細に球状化された固相を含む半溶融合金を冷却して円柱体（丸棒ともいう）に鋳造したソリッドからなり、固液共存温度領域においてチクソトロピー性状を呈するセミソリッドとなる低融点金属合金の金属素材からなる。
【００１３】
上記加熱保持筒２は、筒体２１の中程上側に設けた供給口に上記溶解供給装置３を備え、筒体外周囲にバンドヒータによる加熱手段２４を備える。この加熱手段２４は、成形材料Ｍとして用いられる低融点金属合金（たとえばマグネシウム合金、アルミニウム合金）の液相線温度と固相線温度との間の固液共存温度領域の温度に設定してある。
【００１４】
加熱保持筒２は筒体後端部を支持部材２３に取付けて、射出駆動装置４と共に水平面に対し４５°の角度に斜設してある。この斜設により下向きに位置する上記ノズル部材２２のノズル口と連通する先端部内は計量室２５となっている。この計量室２５には、上記射出駆動装置４により進退移動する射出手段２６の射出プランジャ２６ａが進退自在に嵌挿してある。この射出プランジャ２６ａは外周面にシールリングを埋設した逆止弁２６ｃを軸部周囲に進退自在に備えており、その逆止弁２６ｃと軸部との間は、図では省略するがセミソリッド材料Ｍ1 の流路となっている。この流路の開閉は逆止弁２６ｃの後端面と射出プランジャ後部のシートリングとの接離により行われる。
【００１５】
上記射出手段２６のロッド２６ｂは、上記筒体２１の上部内の閉塞部材２７に貫挿して筒体内に設けた攪拌手段２８の中空の回転シャフト２８ｂに進退自在に挿通してあり、また回転シャフト２８ｂの先端部周囲には複数の攪拌翼２８ａが取付けてある。
【００１６】
上記溶解供給装置３は、細長い管体の一端部内を閉塞して底部となし、その底部に溶融金属が流通する小径の供給流路３１ａを穿設した溶解筒３１と、その外周囲に複数ゾーンに分割して個々に温度制御可能に設けたバンドヒータや誘導加熱器等による加熱手段３２と、溶解筒３１の上部に縦長に連結した供給筒３３とからなり、加熱手段３２は成形材料Ｍとして用いられる低融点金属合金が液相線温度以下の温度に設定してある。
なお、成形材料がチツプ等の粒状物の場合には、供給管４３の上端にホッパーが設けられる。
【００１７】
また溶解供給装置３は、溶解筒３１の底部側を筒体２１に設けた材料供給口に差込み、供給筒３３を上記支持部材２３に固設したアーム部材２９に取付けて加熱保持筒２に縦に設けられ、その下部から加熱保持筒２の溶湯面の内部までと、溶解筒３１の上部の空間内とにアルゴンガス等の不活性ガスの注入管３４ａ，３４ｂが設けてある。
【００１８】
上記溶解供給装置３において、多数ショット分の成形材料Ｍを供給管３１の上部開口から溶解管３１の底面まで落とし込むと、成形材料Ｍは溶解管３１の周囲からの加熱により溶解する。しかし、球状化された固相を含む成形材料Ｍでは、完全に溶融する前の固液共存状態で徐々に供給流路３１ａから筒体２１内に流出して、液相線温度に加熱した加熱保持筒２に上記セミソリッド材料Ｍ1 として蓄積される。蓄積されたセミソリッド材料Ｍ1 の温度は計量後に射出されるまで固液共存温度領域の温度に保持される。成形材料Ｍがマグネシウム合金（ＡＺ９１Ｄ）の場合、加熱手段３２の温度は、５６０°〜５９０℃に設定され、また加熱保持筒２の加熱手段２４は５６０°〜６１０℃に設定される。
【００１９】
加熱保持筒２に蓄積したセミソリッド材料Ｍ1 は、その一部が上記射出プランジャ２６ａの強制後退により流路から計量室２５に流入して、該計量室２５に１ショット分として蓄えられる。計量後にセミソリッド材料Ｍ1 は射出プランジャ２６ａの強制前進により、ノズル２２から図示しない金型に直接又はホットランナーを通って射出され、所望形態の製品となる。
【００２０】
上記セミソリッド材料Ｍ1 の固相率は温度によって異なるが、球状の固相は固液共存温度の高低差に関係なく時間の経過と共に成長して大きくなり、それに伴い固相率も高くなって液相における固相の密度も増すようになる。上記マグネシウム合金では、５７０℃で３０分保持した固相率は６９％となり、固相は総体的に大きく成長するが２００μを超えるものは少なく、チクソトロピー性状は保持されている。保持時間が３０分を超過してゆくと２００μを超える固相の割合が多くなり、固相率も７５％以上にも及ぶようになって流動性が低下してゆく。
【００２１】
加熱保持筒２に蓄積したセミソリッド材料Ｍ1 でも同様で、蓄積時間が３０分以内であれば、射出プランジャ２６ａの強制後退による計量及び前進による金型への射出を支障なく円滑に行えるが、３０分を経過すると流動性が低下し、また大きく成長した固相が流路に詰まるなどして、射出プランジャ２６ａの後退移動によるセミソリッド材料Ｍ1 の計量室２５への送り込みがわるくなる。このため成形ごとの計量が不安定となって、金型への射出量の不足からショートショットとなり易い。
【００２２】
このようなセミソリッド材料Ｍ1 を、成形作業の終了時に排出して除去しないで置くと、加熱保持筒内にソリッド（図は省略）となって残存する。このソリッドは徐冷により大きく成長した結晶になるので組織は固く、固液共存温度領域の温度に再加熱して使用することはできないので、そのソリッドを成形開始時に除去して、新たなセミソリッド材料の供給による成形が行えるようにする必要がある。
【００２３】
図２は、成形作業開始から本成形開始に至る行程を示すものである。
先ず前回の成形材料が残存した加熱保持筒２の温度を、液相線温度以上の温度に昇温する。残存材料がマグネシウム合金（ＡＺ９１Ｄ）では６２０°〜６５０℃に昇温し、残存材料を完全に溶融する。この溶融の過程で攪拌が必要かどうかを確認し、必要な場合には上記攪拌手段２７を回転駆動して攪拌し、溶融の促進と溶融材料中の酸化物の分散を行う。残存材料の全量が完全溶融したら、加熱保持筒２の温度を固液共存温度領域の温度（５６０°〜６１０℃）まで降温する。
【００２４】
降温開始後に上記成形材料の供給と仮成形を開始する。供給は上記溶解筒３１により成形材料Ｍをセミソリッド材料Ｍ1 に溶融して行う。仮成形は加熱保持筒２の温度が上記固液共存温度領域の温度に達するまで、上記射出手段２６の後退による計量と、前進による図示しない金型への射出とを繰返して行う。降温時間は長いので、その時間内に溶融した残存材料の全てが、仮成形により加熱保持筒内から除かれて、継続供給されているセミソリッド材料Ｍ1 に置換される。置換後に加熱保持筒２の温度が上記固液共存温度領域の温度に達したら本成形を開始する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の成形方法を採用し得る金属成形機の１実施形態の縦断側面図である。
【図２】この発明の成形方法における成形開始作業工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    金属成形機
２    加熱保持筒
３    溶解供給装置
４    射出駆動装置
２１    筒体
２２    ノズル部材
２４    加熱手段
２５    計量室
２６    射出手段
２６ａ  射出プランジャ
２６ｂ  射出ロッド
２８    攪拌手段
２８ａ  攪拌翼
３１    溶解管
３２    加熱手段
【図１】
2005238312.tif 000003
【図２】
2005238312.tif 000004