(57)【要約】【課題】鋳造技術の高度化要求に伴って、半凝固金属スラリーを対象とした固相率の管理精度をより高めることが必要となった。【解決手段】ＳＴ０１：まず、金属成分別に半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関図を準備する。ＳＴ０２：ＳＴ０１で準備した相関図を用いて、目標固相率に対応する目標粘度Ａを定める。ＳＴ０３：ルツボに満たした半凝固金属スラリーを撹拌しながら冷却開始する。ＳＴ０４：半凝固金属スラリーを冷却して、ロードセルにより歪電圧を測定し、力ー粘度換算手段により粘度Ｂを求める。ＳＴ０５：ＳＴ０４の工程で得られた粘度Ｂが目標粘度Ａ以上になれば、ＳＴ０６に進み冷却終了となるが、粘度Ｂが目標粘度Ａ未満であれば、目標粘度Ａ以上になるまで冷却を続ける。【効果】粘度を検出するため、冷却速度の変化や時間の影響を排除することができ、大幅に半凝固金属スラリーの固相率の管理精度を高めることができる。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属成分別に半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関を表すマップを準備する工程と、このマップを利用して目標固相率に対応する目標粘度を定める工程と、ルツボに入れた半凝固金属スラリーを冷却しつつその粘度を計測する粘度計測工程と、この粘度が前記目標粘度に到達するまで冷却を実施する工程と、からなり、これら工程群を半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関を表すマップの準備から半凝固金属スラリーの冷却終了までの間に実施することで半凝固金属スラリーの固相率を目標固相率に合致させることを特徴とする半凝固金属スラリーの固相率管理方法。
【請求項２】
ルツボに入れた半凝固金属スラリーを撹拌する撹拌手段と、下部を半凝固金属スラリーに差込む片持ち梁状の計測子と、この計測子を水平方向に移動させる計測子移動手段と、この計測子が前記半凝固金属スラリーから受ける力を計測するロードセルと、このロードセルで検出した力から半凝固金属スラリーの粘度を換算する換算手段と、からなることを特徴とする半凝固金属スラリーの粘度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金などの半凝固金属スラリーを対象とした半凝固金属スラリーの固相率管理方法及び粘度計測装置の改良に関する。
ただし、固相率＝固相／（液相＋固相）（％）とする。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金などの金属の溶湯をダイカスト成形する技術は、現在広く用いられており、最近では、金型の寿命向上やダイカスト成形品の寸法精度向上に適するとされる固液共存状態の半凝固金属スラリーを用いたダイカスト法が注目されている。
【０００３】
半凝固金属スラリーを用いるダイカスト法では、溶湯合金の固液の割合を表す固相率の管理が重要となる。この固相率の管理に係る発明では、例えば、半凝固金属スラリーの変態点までは温度管理で、変態点から一定時間は攪拌して冷却する時間管理を行うことで、目標固相率を得ようとする方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１５３９４５公報（第３ー４頁、第６−７頁、図５、図９）
【０００５】
図１０は特許文献１の図５の再掲図である。ただし、一部省略する。
まず、制御開始時間Ｔｓをインプットする。次にルツボに満たした半凝固金属スラリーを攪拌しながら冷却を開始し、熱電対で計測した半凝固金属スラリー温度を読み込む。
ここで、冷却開始からの経過時間（Ｔｉｍｅ）がＴｓに達するまで攪拌冷却を継続し、半凝固金属スラリー温度の読み込みを続ける。経過時間（Ｔｉｍｅ）がＴｓに達したら次のＳＴ０５に進む。
【０００６】
ＳＴ０５は冷却カーブから変態点Ｐｔを推定する。ＳＴ０６は変態点Ｐｔに対応するＴｆ（Ｐｔから目標固相率までの冷却時間）を求める。ＳＴ０７はＰｔ後の冷却時間がＴｆに達したら攪拌冷却を終了し、速やかにダイカストを開始する。
【０００７】
図１１は特許文献１の図９の再掲図であり、図１０のＳＴ０７の補足図でもある。半凝固金属スラリーの変態点ＰｔからＴｆ時間だけ攪拌すれば、目標固相率にすることができるというものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では、変態点の前後で冷却速度が変化しないことを前提としている。
しかし、一般に金属は変態点の前後で物性が異なり、必然的に変態点以前での冷却速度と変態点以降での冷却速度に差が生じる。
この差が、目標固相率と実際の固相率との差となって現れ、結果として、固相率の管理精度が低下する。
【０００９】
近年、鋳造技術の高度化要求に伴って、半凝固金属スラリーを対象とした固相率の管理精度をより高めることが必要となった。そこで、従来の時間による固相率の管理に代わる管理技術を提供することが、本発明の目的となる。
【００１０】
【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の半凝固金属スラリーの固相率管理方法は、金属成分別に半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関を表すマップを準備する工程と、このマップを利用して目標固相率に対応する目標粘度を定める工程と、ルツボに入れた半凝固金属スラリーを冷却しつつその粘度を計測する粘度計測工程と、この粘度が前記目標粘度に到達するまで冷却を実施する工程と、からなり、これら工程群を半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関を表すマップの準備から半凝固金属スラリーの冷却終了までの間に実施することで半凝固金属スラリーの固相率を目標固相率に合致させることを特徴とする。
【００１１】
請求項１では、半凝固金属スラリーを冷却する過程で、それの粘度を検出し、この粘度により、半凝固金属スラリーの固相率を管理する。
粘度を検出するため、冷却速度の変化や時間の影響を排除することができ、従来の時間による管理より、大幅に半凝固金属スラリーの固相率の管理精度を高めることができる。
【００１２】
請求項２の半凝固金属スラリーの粘度計測装置は、ルツボに入れた半凝固金属スラリーを撹拌する撹拌手段と、下部を半凝固金属スラリーに差込む片持ち梁状の計測子と、この計測子を水平方向に移動させる計測子移動手段と、この計測子が前記半凝固金属スラリーから受ける力を計測するロードセルと、このロードセルで検出した力から半凝固金属スラリーの粘度を換算する換算手段と、からなることを特徴とする。
【００１３】
半凝固金属スラリーの粘度計測装置を、撹拌手段と、片持ち梁状の計測子と、計測子移動手段と、ロードセルと、換算手段とで構成した。いずれも、入手が容易で簡便な手段若しくは部品であり、粘度計測装置の低コスト化並びにコンパクト化が容易に達成できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る粘度計測装置の実施例を示す図であり、粘度計測装置１０は、撹拌手段１１、１２と、片持ち梁状の計測子１３と、この計測子１３を水平方向に移動させる計測子移動手段１４と、この計測子１３が受ける力を計測するロードセル１５と、このロードセル１５を固定する固定部品１６と、ロードセル１５からの物理量を粘度変換するための力換算手段２１、粘度換算手段２２を備えた力ー粘度換算手段２３とからなることを特徴とする構成体である。
【００１５】
ルツボ３１に満たされた半凝固金属スラリー３２中において、粘度計測装置１０は、撹拌手段１１、１２が移動することと、計測子１３が計測子移動手段１４により水平方向に移動することにより、撹拌手段１１、１２や、計測子１３が半凝固金属スラリー３２から受ける力をロードセル１５で例えば歪電圧Ｖ１として認知し、その後、力ー粘度換算手段２３により粘度Ｂを求める装置である。
【００１６】
図２は図１の２−２矢視図であり、撹拌手段１１、１２はその間に計測子１３を備え、ルツボ３１に満たした半凝固金属スラリー３２中を、矢印の如く矩形に動いて半凝固金属スラリー３２を撹拌する。
【００１７】
撹拌手段１１、１２と計測子１３が一体になっているので、撹拌手段１１、１２の矩形動作に合わせて計測子１３は動くことができる。その結果、計測子１３が計測子移動手段１４（図示せず）によって水平方向に動いていても、撹拌手段１１、１２と計測子１３が半凝固金属スラリー３２から受ける力はほぼ同じものとしてロードセル１５に伝えることができる。
【００１８】
図３は時間経過に伴う粘度変化を調べたグラフであり、図１の装置を用いて、ルツボに満たした半凝固金属スラリーの粘度を調べてみた。なお、撹拌及び冷却の初期では、撹拌手段の進入直後のノイズが大きいことより安定した粘度が測定できないため、初期ノイズをカットした後の粘度を示した。
【００１９】
装置の都合で、計測子は移動、停止、方向の変化を繰り返す。そのために、グラフが上下に波打つ。
計測子が同一方向に、一定速度で移動しているときのデータのみを取出すことを試みる。すなわち、＋側のピークＰ１、Ｐ２・・・ＰＮを結ぶと、右上がりの曲線Ｑを得ることができる。
【００２０】
ところで、半凝固金属スラリーは、液相と固相との混合体であり、時間経過と共に温度が下がり、液相が凝固して固相の割合が増加する。この結果、時間と共に粘度が増加する。このことから、横軸を固相率に変えても、曲線Ｑに近似する曲線が得られる。この考えに基づいて、データを整理して得たのが次の図である。
【００２１】
図４は固相率と粘度との相関を表すグラフであり、横軸は固相率で縦軸は粘度を表し、そこへ右上がりの曲線Ｒを描くことができる。この曲線Ｒを合金の種類毎に作成しておけば、次の要領で目標粘度Ａを求めることができる。
【００２２】
例えば横軸に示したアルミニウム合金ダイカスト原料であるアルミニウム合金溶湯の目標固相率を決め、その目標固相率から垂直上向きに延ばした線▲１▼とグラフ上の交点を求め、その交点から粘度軸に垂直に交わる線▲２▼を延ばして粘度軸と交わった点を目標粘度Ａとして決める。
【００２３】
金属成分別に半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関を表すマップを準備することは、あらかじめ目標固相率に対応する目標粘度を決定でき、その後の工程を円滑に進めることができる。
【００２４】
図５は歪電圧と粘度との相関を表すグラフであり、図１で説明した装置を用いて、既知の粘度の流体に対する歪電圧を計測し、この計測値（×印）をプロットして曲線Ｓを求めた。この曲線Ｓがあれば、次の要領で計測値（歪電圧）からそのときの粘度Ｂを求めることができる。
【００２５】
ロードセルにより測定した歪電圧を横軸にとり、測定した歪電圧から垂直上向きに延ばした線▲３▼とグラフ上の交点を求め、その交点から粘度軸に垂直に交わる線▲４▼を延ばして粘度軸と交わった点を粘度Ｂとして決める。
【００２６】
図６は本発明方法の好適フロー図であり、ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ０１：まず、金属成分別に半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関図を準備する（図４参照）。
ＳＴ０２：ＳＴ０１で準備した相関図を用いて、目標固相率に対応する目標粘度Ａを定める（図４参照）。
ＳＴ０３：ルツボに満たした半凝固金属スラリーを撹拌しながら冷却開始する。
【００２７】
ＳＴ０４：半凝固金属スラリーを冷却して、ロードセルにより歪電圧を測定し、力ー粘度換算手段により粘度Ｂを求める（図５参照）。
ＳＴ０５：ＳＴ０４の工程で得られた粘度Ｂが目標粘度Ａ以上になれば、ＳＴ０６に進み冷却終了となるが、粘度Ｂが目標粘度Ａ未満であれば、目標粘度Ａ以上になるまで冷却を続ける。
【００２８】
このように、本発明方法は目標粘度Ａを検出して固相率を管理するため、冷却速度の変化や時間の影響を排除することができ、従来の時間による管理より、大幅に半凝固金属スラリーの固相率の管理精度を高めることができる。
【００２９】
図７は図１の別実施例図であり、粘度計測装置１０は、撹拌手段１１、１２が半凝固金属スラリー３２から受ける力を、ロボットアーム４３を使って動かすリンク機構４４を介してロードセル１５に伝える。ロードセル１５は、リンク機構４４を介して半凝固金属スラリー３２から受ける力を歪電圧Ｖ１として認知する。その後、歪電圧Ｖ１は力ー粘度換算手段２３により粘度Ｂに換算される。
【００３０】
この場合において、粘度計測装置１０は、ルツボ３１内を動く撹拌手段１１、１２から受ける力を、ロボットアーム４３を使って動かすリンク機構４４を介してロードセル１５に伝えるため、計測子１３（図示せず）にロードセル１５を結合する必要はなく、また、計測子１３（図示せず）の位置を特定する必要はない。
【００３１】
図８は図１の更なる別実施例図であり、粘度計測装置１０は、撹拌手段１１、１２と、片持ち梁状の計測子１３と、この計測子１３が受ける力を計測するロードセル１５と、このロードセル１５を固定する固定部品１６と、計測子１３を回転するモータ４１と、これら計測子１３、ロードセル１５、固定部品１６、モータ４１を取付ける固定部材４２と、ロードセル１５からの物理量を粘度変換するための力換算手段２１、粘度換算手段２２を備えた力ー粘度換算手段２３とからなることを特徴とする構成体である。
【００３２】
すなわち、図８では、計測子１３が図１に示す計測子移動手段１４と一体でない点が図１との違いで、この計測子１３はモータ４１で回転することにより、半凝固金属スラリー３２から受ける力をロードセル１５に伝える役目をする。ロードセル１５は、半凝固金属スラリー３２から計測子１３が受ける力を歪電圧Ｖ１として認知する。その後、歪電圧Ｖ１は力ー粘度換算手段２３により粘度Ｂに換算される。
【００３３】
この場合において、計測子１３は、ルツボ３１内を動く撹拌手段１１、１２により撹拌され粘性が一定になった半凝固金属スラリー３２中で、さらにモータ４１により回転するので、均一な状態の溶湯から受ける力をロードセル１５に伝えることができる。
【００３４】
図９は図８の９−９矢視図であり、撹拌手段１１、１２とルツボ３１に満たされた半凝固金属スラリー３２の中央に配置した計測子１３がある。撹拌手段１１、１２は半凝固金属スラリー３２中を矢印▲５▼の如く矩形に動いて、ルツボ３１に満たした半凝固金属スラリー３２を撹拌する。同時に計測子１３はモータにより矢印▲６▼の如く回転し、計測子１３の回りの半凝固金属スラリー３２を撹拌する。
【００３５】
撹拌手段１１、１２はルツボ３１中の半凝固金属スラリー３２を矩形に撹拌すると同時に、計測子１３が半凝固金属スラリー３２の中央で半凝固金属スラリー３２を回転させて撹拌する。この結果、計測子１３は、撹拌手段１１、１２と計測子１３自体の両方による撹拌で十分に均一な状態の溶湯から受ける力をロードセル１５に伝えることができる。
【００３６】
尚、本発明の粘度計測装置において、撹拌手段１１、１２は動かないで固定のまま半凝固金属スラリー３２中を矩形に動くが、撹拌手段１１、１２が回転などで動きながら半凝固金属スラリー３２中を動いても良い。
また、撹拌手段１１、１２及び撹拌手段１１、１２を含めた計測子移動手段１４は、半凝固金属スラリー３２中を矩形以外（例えばジグザグ移動）の動きをしても良い。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１によれば、半凝固金属スラリーを冷却する過程で、それの粘度を検出し、この粘度により、半凝固金属スラリーの固相率を管理する。
粘度を検出するため、冷却速度の変化や時間の影響を排除することができ、従来の時間による管理より、大幅に半凝固金属スラリーの固相率の管理精度を高めることができる。
【００３８】
請求項２によれば、半凝固金属スラリーの粘度計測装置を、撹拌手段と、片持ち梁状の計測子と、計測子移動手段と、ロードセルと、換算手段とで構成した。いずれも、入手が容易で簡便な手段若しくは部品であり、粘度計測装置の低コスト化並びにコンパクト化が容易に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る粘度計測装置の実施例を示す図
【図２】図１の２−２矢視図
【図３】時間経過に伴う粘度変化を調べたグラフ
【図４】固相率と粘度との相関を表すグラフ
【図５】歪電圧と粘度との相関を表すグラフ
【図６】本発明方法の好適フロー図
【図７】図１の別実施例図
【図８】図１の更なる別実施例図
【図９】図８の９−９矢視図
【図１０】特許文献１の図５の再掲図
【図１１】特許文献１の図９の再掲図
【符号の説明】
１０…粘度計測装置、１１…撹拌手段、１２…撹拌手段、１３…計測子、１４…計測子移動手段、１５…ロードセル、２１…力換算手段、２２…粘度換算手段、２３…力ー粘度換算手段、３１…ルツボ、３２…半凝固金属スラリー。
【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】
2005021943.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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