(57)【要約】圧力鋳造機械、即ちダイキャストマシンを使用して、アルミニウム合金を鋳造する際使用する金属流動システムはダイス空隙を画成するダイキャストマシン用ダイス組立体、即ち鋳型組立体の構成部分によって設けられる。この構成部分はダイキャストマシンマシンのほぼ溶融状態のアルミニウム合金の加圧供給源から、ダイス空隙までのアルミニウム合金の流れのための合金流路の少なくとも一部を画成する。この流路は少なくとも１個の湯道と、制御された膨張ポート（ここでは「ＣＥＰ」と称する）とを有し、この膨張ポート、即ちＣＥＰはＣＥＰが湯道からアルミニウム合金を通して受け取ることができる導入口と、ダイス空隙を充填するようアルミニウム合金がＣＥＰから通って流れることができる送出口とを有する。ＣＥＰはその導入口から送出口まで横断面積を増大しており、湯道内に収容されたほぼ溶融している合金がＣＥＰに通るその流れの流速を実質的に減速し、これにより、ＣＥＰを通って流れるアルミニウム合金を粘性状態、又は半粘性状態に達せしめ、このアルミニウム合金の粘性状態はダイス空隙を充填する際に保持される。圧力鋳造機械、即ちダイキャストマシンはこの金属流動システムを有すると共に、またこのシステムはアルミニウム合金の圧力鋳造する処理工程で使用される。
2004505785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力鋳造機を使用してアルミニウム合金を鋳造するのに使用する金属流動システムにおいて、前記圧力鋳造機のためのダイス組立体、即ち鋳型組立体の構成部分によって前記金属流動システムを設け、前記ダイス組立体、即ち鋳型組立体によってダイス空隙を画成すると共に、前記圧力鋳造機のほぼ溶融しているアルミニウム合金の加圧供給源から、前記ダイス空隙までのアルミニウム合金の流れのための合金流路の少なくとも一部を前記構成部分によって画成しており、前記流路は少なくとも１個の湯道と、制御される膨張ポート（ここでは「ＣＥＰ」と称する）とを有し、前記ＣＥＰはこのＣＥＰが前記湯道からアルミニウム合金を受け取ることができる導入口と、前記ダイス空隙を充填するためアルミニウム合金が前記ＣＥＰから流動し得る送出口とを有し、前記湯道内に収容されるほぼ溶融している合金の前記ＣＥＰを経る流れの流速を実質的に減速させるよう前記ＣＥＰが前記導入口から前記送出口まで横断面積を増大しており、これにより前記ＣＥＰに流れる前記アルミニウム合金が粘性状態、又は半粘性状態に達し、前記ダイス空隙を充填する際、この粘性状態、又は半粘性状態が保持されるることを特徴とする金属流動システム。
【請求項２】
前記ＣＥＰの前記導入口に通る前記合金の流速が４０ｍ／秒を超過する流速に達し得るよう前記ＣＥＰの前記導入口の横断面積を定めた請求項１の流動システム。
【請求項３】
前記ＣＥＰの前記導入口に通る前記合金の流速が５０ｍ／秒を超過する流速に達し得るよう前記ＣＥＰの前記導入口の横断面積を定めた請求項１の流動システム。
【請求項４】
前記ＣＥＰの前記導入口に通る前記合金の流速が８０〜１２０ｍ／秒の流速に達し得るよう前記ＣＥＰの前記導入口の横断面積を定めた請求項１の流動システム。
【請求項５】
前記ＣＥＰの前記送出口に通る前記合金の流速が前記ＣＥＰの前記導入口に通る前記合金の流速の５０％〜８０％になるよう前記ＣＥＰの前記送出口の横断面積を定めた請求項１〜４のいずれか１項の流動システム。
【請求項６】
前記ＣＥＰの前記送出口に通る前記合金の流速が前記ＣＥＰの前記導入口に通る前記合金の流速の６５％〜７５％になるよう前記ＣＥＰの前記送出口の横断面積を定めた請求項１〜４のいずれか１項の流動システム。
【請求項７】
前記ＣＥＰの前記送出口に通る前記合金の流速が２０ｍ／秒を超過するよう前記ＣＥＰの前記送出口の横断面積を定めた請求項１〜６のいずれか１項の流動システム。
【請求項８】
前記ＣＥＰの前記送出口に通る前記合金の流速が２５ｍ／秒を超過するよう前記ＣＥＰの前記送出口の横断面積を定めた請求項１〜６のいずれか１項の流動システム。
【請求項９】
前記ＣＥＰの前記送出口に通る前記合金の流速が４０〜９５ｍ／秒を超過するよう前記ＣＥＰの前記送出口の横断面積を定めた請求項１〜６のいずれか１項の流動システム。
【請求項１０】
前記ダイス空隙の充填が直接注入によって行われるよう、前記ＣＥＰの前記送出口が前記ダイス空隙への導入口を画成している請求項１〜９のいずれか１項の流動システム。
【請求項１１】
前記ダイス空隙の充填が直接注入によって行われるよう、前記ＣＥＰの長さの少なくとも一部を前記ダイス空隙の領域によって画成している請求項１〜８のいずれか１項の流動システム。
【請求項１２】
前記湯道が第１湯道であり、前記ＣＥＰの前記送出口から前記ダイス空隙までの合金の流れのための前記合金流路の一部を画成する第２湯道を前記流動システムが更に有する請求項１〜８のいずれか１項の流動システム。
【請求項１３】
前記ダイス組立体、即ち鋳型組立体の前記構成部分は少なくとも２個の湯道と、少なくとも２個のＣＥＰとを画成しており、各前記ＣＥＰはアルミニウム合金がそれぞれの湯道から受け入れられ得るよう通る導入口を有している請求項１〜８のいずれか１項の流動システム。
【請求項１４】
湯道、及びそれぞれの前記ＣＥＰのおのおのが前記ダイス組立体、即ち鋳型組立体によって画成された少なくとも２個のダイス空隙のそれぞれの１個に合金の流れを供給する請求項１３の流動システム。
【請求項１５】
各湯道はそれぞれの前記ＣＥＰのための第１湯道であり、それぞれの前記ＣＥＰの前記送出口と、それぞれのダイス空隙との間に前記合金流路のそれぞれの部分をそれぞれ画成している少なくとも２個の第２湯道を前記流動システムが更に具える請求項１３、又は１４の流動システム。
【請求項１６】
前記ＣＥＰの前記導入口を通して湯道から合金を受け取るための湯道は前記ＣＥＰへの合金の流れの中に乱流を発生する形状を有している請求項１〜１５のいずれか１項の流動システム。
【請求項１７】
前記ＣＥＰに通って流れる合金が揺変性を有する半固体状態に達し、前記ダイス空隙を充填する際、前記半固体状態が保持されるような形状を前記ＣＥＰが有している請求項１〜１６のいずれか１項の流動システム。
【請求項１８】
前記ダイス空隙内の合金の十分迅速な凝固により、二次相のマトリックス内に４０ミクロンより小さい微細な変質樹枝状結晶一次粒子によって特徴付けられる鋳造品のミクロ組織を達成すると共に、前記合金の凝固の進行が前記ＣＥＰ内に戻って生じ、このＣＥＰ内の軸線方向断面における前記合金が前記ＣＥＰに通る合金の流れに関し横方向に延びる縞、又はバンドによって特徴付けられる合金になるように、前記ＣＥＰが形状を有する請求項１７の流動システム。
【請求項１９】
前記システムが少なくとも２個のＣＥＰを有し、共通のダイス空隙に通る各ＣＥＰを通じて合金が流動するように構成した請求項１〜１８のいずれか１項の流動システム。
【請求項２０】
前記システムが少なくとも２個のＣＥＰを有し、それぞれのダイス空隙に通る各ＣＥＰを通じて合金が流動するように構成した請求項１〜１８のいずれか１項の流動システム。
【請求項２１】
各ＣＥＰへの合金の流れが共通の湯道を通じて行われる請求項１９、又は２０の流動システム。
【請求項２２】
圧力鋳造機を使用して、アルミニウム合金を鋳造するのに使用する圧力鋳造機において、前記圧力鋳造機のためのダイス組立体、即ち鋳型組立体の構成部分によって設けた金属流動システムを前記圧力鋳造機に設け、前記ダイス組立体、即ち鋳型組立体によってダイス空隙を画成すると共に、前記圧力鋳造機のほぼ溶融しているアルミニウム合金の加圧供給源から前記ダイス空隙までのアルミニウム合金の流れのための合金流路の少なくとも一部を前記構成部分によって画成しており、前記流路は少なくとも１個の湯道と、制御される膨張ポート（ここでは「ＣＥＰ」と称する）とを有し、前記ＣＥＰはこのＣＥＰが前記湯道からアルミニウム合金を受け取ることができる導入口と、前記ダイス空隙を充填するためアルミニウム合金が前記ＣＥＰから流動し得る送出口とを有し、前記湯道内に収容されるほぼ溶融している合金の前記ＣＥＰを経る流れの流速を実質的に減速させるよう前記ＣＥＰが前記導入口から前記送出口まで横断面積を増大しており、これにより前記ＣＥＰに流れる前記アルミニウム合金が粘性状態、又は半粘性状態に達し、前記ダイス空隙を充填する際、この粘性状態、又は半粘性状態が保持されることを特徴とする圧力鋳造機。
【請求項２３】
前記金属流動システムが請求項２〜２１のいずれか１項による流動システムである請求項２２の圧力鋳造機。
【請求項２４】
前記圧力鋳造機がコールドチャンバダイキャストマシンであり、前記加圧供給源が前記ダイキャストマシンのショットスリーブである請求項２２、又は２３の圧力鋳造機。
【請求項２５】
前記圧力鋳造機がホットチャンバダイキャストマシンであり、前記加圧供給源が出力ノズルと、加圧される合金を前記出力ノズルを通じて供給する手段とである請求項２２、又は２３の圧力鋳造機。
【請求項２６】
ほぼ溶融しているアルミニウムの加圧供給源と、ダイス空隙を画成するダイス組立体、即ち鋳型組立体とを有する圧力鋳造機を使用して、アルミニウム合金の鋳物を製造するに当たり、前記ダイス組立体、即ち鋳型組立体の構成部分によって画成された合金流路に沿って、前記加圧供給源から、前記ダイス空隙に合金を流す工程と、湯道を通じて、また制御される膨張ポート（ここでは「ＣＥＰ」と称する）の導入口の端部を通じて、流動システムに沿う合金の流れの中の合金を流す工程と、前記ＣＥＰを通じて、このＣＥＰの送出口の端部までの合金の流れの中の合金の流速を減少させる工程とから成り、これにより、前記ＣＥＰの前記導入口で、前記合金を十分な流速に達せしめ、前記ＣＥＰに通る合金の流れの流速を実質的に減少させ、前記合金を粘性状態、又は半粘性状態に達せしめ、前記ダイス空隙を充填する際、前記合金が前記状態を保持することを特徴とするアルミニウム合金の鋳造方法。
【請求項２７】
前記ＣＥＰの前記導入口に通る前記合金の流速を４０ｍ／秒を越える流速に達せしめる請求項２６の方法。
【請求項２８】
前記ＣＥＰの前記導入口に通る前記合金の流速を５０ｍ／秒を越える流速に達せしめる請求項２６の方法。
【請求項２９】
前記ＣＥＰの前記導入口に通る前記合金の流速を８０〜１２０ｍ／秒の流速に達せしめる請求項２６の方法。
【請求項３０】
前記ＣＥＰの前記送出口に通る前記合金の流速が前記ＣＥＰの前記導入口に通る前記合金の流速の５０〜８０％である請求項２６〜２９のいずれか１項の方法。
【請求項３１】
前記ＣＥＰの前記送出口に通る前記合金の流速が前記ＣＥＰの前記導入口に通る前記合金の流速の６５〜７５％である請求項２６〜２９のいずれか１項の方法。
【請求項３２】
前記ＣＥＰの前記送出口に通る前記合金の流速が２０ｍ／秒を越える流速である請求項２６〜３１のいずれか１項の方法。
【請求項３３】
前記ＣＥＰの前記送出口に通る前記合金の流速が２５ｍ／秒を越える流速である請求項２６〜３１のいずれか１項の方法。
【請求項３４】
前記ＣＥＰの前記送出口に通る前記合金の流速が４０〜９５ｍ／秒の流速である請求項２６〜３１のいずれか１項の方法。
【請求項３５】
前記合金は前記ＣＥＰの前記送出口から前記ダイス空隙内に直接流入する請求項２６〜３４のいずれか１項の方法。
【請求項３６】
前記ＣＥＰの長さの少なくとも一部を前記ダイス空隙の領域によって画成する請求項２６〜３４のいずれか１項の方法。
【請求項３７】
前記湯道は第１湯道であり、前記ＣＥＰの前記送出口から前記ダイス空隙への前記合金の流れは前記ＣＥＰの前記送出口と前記ダイス空隙との間の前記合金流路の一部を画成する第２湯道に通る請求項２６〜３４のいずれか１項の方法。
【請求項３８】
少なくとも２個のＣＥＰに前記合金を流し、各ＣＥＰに導入口を設け、この導入口を通して、それぞれの湯道からアルミニウム合金を受け取る請求項２６〜３４のいずれか１項の方法。
【請求項３９】
湯道、及びそれぞれの前記ＣＥＰのおのおのが前記ダイス組立体、即ち鋳型組立体によって画成される少なくとも２個のダイス空隙のそれぞれ１個に合金の流れを供給する請求項３８の方法。
【請求項４０】
各湯道がそれぞれの前記ＣＥＰのための第１湯道であり、それぞれのＣＥＰの前記送出口とそれぞれのダイス空隙との間の前記合金流路のそれぞれの部分をそれぞれ画成している少なくとも２個の第２湯道を前記流動システムが更に有する請求項３８、又は３９の方法。
【請求項４１】
前記ＣＥＰへの合金の流れに乱流を発生させる請求項２６〜４０のいずれか１項の方法。
【請求項４２】
前記ＣＥＰに流れる前記合金が半固体状態に達し、この半凝固状態は揺変性を有していて、前記半固体状態は前記ダイス空隙を充填する際に保持されている請求項２６〜４１のいずれか１項の方法。
【請求項４３】
前記ダイス空隙内の合金の凝固が十分に迅速で、二次相のマトリックス内に４０ミクロンより小さい微細な変質樹枝状結晶一次粒子によって特徴付けられる鋳造品のミクロ組織を達成すると共に、前記合金の凝固の進行が前記ＣＥＰ内に戻って生じ、前記ＣＥＰ内の軸線方向断面における前記合金が前記ＣＥＰに通る合金の流れに関し横方向に延びる縞、又はバンドによって特徴付けられるものである請求項４２の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は必ずしもこれに限定されないが、現存するホットチャンバダイキャストマシン、及びコールドチャンバダイキャストマシンを含む種々の形式の圧力鋳造機に使用して適し、必ずしもこれに限定されないが、溶融状態、又は揺変性状態にあるアルミニウム合金から造られる圧力鋳造の鋳造品の生産に使用するための改良した金属流動システム、又は湯道、及び堰の構成に関するものである。
【０００２】
圧力鋳造中、溶湯アルミニウム合金金属が早過ぎて凝固するのを防止するため、大きな湯道を使用する必要があることは圧力鋳造業界において国際的に理解されるに至っている。この産業界ではアルミニウム合金から満足な鋳造品を得ることを考慮した多くの種々の設計方法がある。しかし、これ等の異なる方法に共通に言えることは、鋳造品の大きさに比較し、容積が大きい湯道システムと、この湯道に通る金属の流速を低くすることとに依存していることである。
【０００３】
アルミニウム合金の圧力鋳造に現在、使用されている大容積の湯道システムを見ると、販売可能な鋳造品を年間、２５０，０００ トン生産している鋳物工場で、合金の処理トン数は４５０，０００ トンであるのが普通であり、この場合、湯口や湯道の合金の重量は２００，０００ トンである。このような製造には、湯道での合金の流速１０ｍ／秒を達成して、合金の凝固を防止するため、大き過ぎる湯道を使用するのが普通である。これに対応して、堰での合金の流速は３０〜４５ｍ／秒であり、３０〜３５ｍ／秒であるのが普通である。注入した溶融金属のうちのたった５５％が鋳造品の生産高である。その結果、リサイクルすべき湯道として消費される残り金属を考慮して、必要になるアルミニウム合金を過剰に在庫させることが必要である。従って、合金の加熱における過剰なエネルギー消費は高いレベルにあり、この合金は鋳造後、回収し、リサイクルさせる必要がある。また、注湯する総トン数の約３％のレベルの合金のロスがあるのが普通であり、上に記した処理トン数があれば、約１３，５００トンのロス（約３０００万オーストラリアドルのコスト）になる。
【０００４】
このような生産において、アルミニウム合金の在庫の高レベルの他に、合金のロス、及び湯道、及び堰の合金の加熱、回収、及びリサイクルのコストの顕著なコストがある。上記のようなレベルの生産高の場合、鋳造のための溶融金属の準備のため、５個の炉が必要である。このような炉はそれぞれ約１５００万オーストラリアドルのコストを要し、これ等の炉のうちの唯１個の炉、及びその付属品を減らすだけでも、主要な費用の実質的な節約を達成することができる。また、鋳造ダイスのコストも、全体の生産コストの約１５％に達しており、ダイスの寿命を向上させれば、更に節約をすることができる。実際、全体の費用が極めて大きいことは、アルミニウム合金の圧力鋳造に確立された鋳造の実際に対する考えが、どれだけ固定化されてしまっているかを際立たせるのに役立つものである。
【０００５】
本発明を使用することによって、既に確立された鋳造の実際によって得られる品質に少なくとも匹敵し、しかも著しくコストを節約して、アルミニウム合金の高品質のアルミニウム合金高圧鋳造品を製造することが可能で、実際的であることがわかった。コストを節約する性質に関しては後に詳細に説明する。
【０００６】
本発明はダイス空隙を画成している鋳型、即ちダイスを有する圧力鋳造機内にアルミニウム合金を圧力鋳造するため、金属流路に沿って、ダイス空隙内にアルミニウム合金を流すことができる金属流動システムを提供し、使用する。本発明金属流動システムは流路の少なくとも一部を画成していて、ここで制御される膨張ポート、即ち膨張点（ＣＥＰ）と称する少なくとも１個の湯道を有している構成を具えている。
【０００７】
従って、本発明金属流動システムは圧力鋳造機を使用してアルミニウム合金を鋳造するのに使用する金属流動システムにおいて、前記圧力鋳造機のためのダイス組立体、即ち鋳型組立体の構成部分によって前記金属流動システムを設け、前記ダイス組立体、即ち鋳型組立体によってダイス空隙を画成すると共に、前記圧力鋳造機のほぼ溶融しているアルミニウム合金の加圧供給源から、前記ダイス空隙までのアルミニウム合金の流れのための合金流路の少なくとも一部を前記構成部分によって画成しており、前記流路は少なくとも１個の湯道と、制御される膨張ポート（ここでは「ＣＥＰ」と称する）とを有し、前記ＣＥＰはこのＣＥＰが前記湯道からアルミニウム合金を受け取ることができる導入口と、前記ダイス空隙を充填するためアルミニウム合金が前記ＣＥＰから流動し得る送出口とを有し、前記湯道内に収容されたほぼ溶融している合金が前記ＣＥＰを経る流れの流速を実質的に減速させるよう前記ＣＥＰが前記導入口から前記送出口まで横断面積を増大しており、これにより前記ＣＥＰに流れる前記アルミニウム合金が粘性状態、又は半粘性状態に達し、前記ダイス空隙を充填する際、この粘性状態、又は半粘性状態が保持されるることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明圧力鋳造機はアルミニウム合金を鋳造するのに使用する圧力鋳造機において、圧力鋳造機のためのダイス組立体、又は鋳型組立体の構成部分によって設けた金属流動システムを前記圧力鋳造機に設け、前記ダイス組立体、即ち鋳型組立体によってダイス空隙を画成すると共に、前記圧力鋳造機のほぼ溶融しているアルミニウム合金の加圧供給源から、前記ダイス空隙までのアルミニウム合金の流れのための合金流路の少なくとも一部を前記構成部分によって画成しており、前記流路は少なくとも１個の湯道と、制御される膨張ポート（ここでは「ＣＥＰ」と称する）とを有し、前記ＣＥＰはこのＣＥＰが前記湯道からアルミニウム合金を受け取ることができる導入口と、前記ダイス空隙を充填するためアルミニウム合金が前記ＣＥＰから流動し得る送出口とを有し、前記湯道内に収容されたほぼ溶融している合金が前記ＣＥＰを経る流れの流速を実質的に減速させるよう前記ＣＥＰが前記導入口から前記送出口まで横断面積を増大しており、これにより前記ＣＥＰに流れる前記アルミニウム合金が粘性状態、又は半粘性状態に達し、前記ダイス空隙を充填する際、この粘性状態、又は半粘性状態が保持されるることを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明アルミニウム合金の鋳造方法はほぼ溶融しているアルミニウムの加圧供給源と、ダイス空隙を画成するダイス組立体、即ち鋳型組立体とを有する圧力鋳造機を使用して、アルミニウム合金の鋳物を製造するに当たり、前記ダイス組立体、即ち鋳型組立体の構成部分によって画成された合金流路に沿って、前記加圧供給源から、前記ダイス空隙に合金を流す工程と、湯道を通じて、また制御される膨張ポート（ここでは「ＣＥＰ」と称する）の導入口の端部を通じて、流動システムに沿う合金の流れの中の合金を流す工程と、前記ＣＥＰを通じて、このＣＥＰの送出口端までの合金の流れの中の合金の流速を減少させる工程とから成り、これにより、前記ＣＥＰの前記導入口で、前記合金を十分な流速に達せしめ、前記ＣＥＰに通る合金の流れの流速を実質的に減少させ、前記合金を粘性状態、又は半粘性状態に達せしめ、前記ダイス空隙を充填する際、前記合金が前記状態を保持することを特徴とする。
【００１０】
制御される膨張ポート（ＣＥＰ）は湯道からの導入端、即ち入口と、合金がダイス空隙に流入する送出端、即ち出口とを有する。湯道からＣＥＰ内への入口は湯道と同一の横断面積であってもよいが、湯道の横断面積より一層小さいのが好適である。しかし、ＣＥＰの送出端、即ちダイス空隙への出口はＣＥＰの入口より一層大きな横断面積を有しており、そのため、ＣＥＰへの導入端、即ち入口におけるより、実質的に金属速度が遅い。ＣＥＰへの入口とその出口との間のＣＥＰの長さにわたり、ＣＥＰの横断面積は増大しており、そこに通る合金の流速は減少すると共に、ＣＥＰは入口から出口までテーパになっているのが好適である。
【００１１】
ＣＥＰの送出端、即ち出口はダイス空隙への導入口を画成することができ、そのように画成するのが好適である。しかし、代案の構成では、金属流動システムの湯道はダイス空隙への導入口で終わっているか、又は導入口に隣接して終わっていてもよい。この代案の構成では、金属流動システムは湯道の送出口にあるか、又はこの送出口に隣接しているダイス空隙の一部を有していてもよく、このダイス空隙の部分はこの送出口からＣＥＰの導入口に向け延びるＣＥＰの延長部の少なくとも一部を画成している。しかし、更に他の代案の構成ではＣＥＰをそれぞれの湯道の両端間に置いてもよい。第１湯道は合金の流れの方向で見て、ＣＥＰの上流であり、第２湯道は同じ方向で見てＣＥＰの下流である。即ち、第１湯道はＣＥＰの導入口への合金の流れを提供し、第２湯道はＣＥＰの出口からダイス空隙への合金の流れを提供する。更に他の代案では、第２湯道の横断面積がＣＥＰの送出端の横断面積より小さくならないようにする。
【００１２】
金属流動システムは湯道、及びＣＥＰに通る金属の流速の制御を行える形状であり、これにより、ダイス空隙に流れるアルミニウム合金の少なくとも大部分は粘性状態、又は半粘性状態である。この目的のため、ＣＥＰの導入端に通るアルミニウム合金の流速が４０ｍ／秒を越える流速、好ましくは、５０ｍ／秒を越える８０〜１１０ｍ／秒のような流速にする。ＣＥＰの送出端における流速は導入端の流速の約５０〜８０％、好ましくは６５〜７５％にする。送出端の流速は２０ｍ／秒を越える流速、好ましくは３０ｍ／秒を越える４０〜９５ｍ／秒のような流速、最も好ましくは約４０〜９０ｍ／秒の流速にする。これ等の流速は現存のシステムにおける流速より著しく早い。
【００１３】
本発明システムにおいて提供することができる湯道、及びＣＥＰに通る増大する合金流速の他に、ＣＥＰの導入口に通る合金流速がＣＥＰ送出端、即ち出口における流速を上回ることに注目すべきである。このことは現存のシステムの湯道、及び堰の構成によって得られる状態と全く相違しており、それぞれの構成における横断面積の関係における相違に起因している。従って、既知のシステムは湯道よりも狭い横断面積の堰を利用しているのに対し、本発明はＣＥＰの上流にある対応する湯道の横断面積より大きい横断面積のＣＥＰの出口を有する。既知のシステムにおいては、金属の流れを抑止し、堰に通る流速を湯道の流速に対し増大する。本発明システムでは流れを抑止することなく、これを達成する。
【００１４】
本発明におけるこのような湯道とＣＥＰの構成では、湯道のダイス空隙端における終端部によってＣＥＰを画成することができる。この終端部はアルミニウム合金の流れの方向に、約５ｍｍの長さまでのように、比較的短くすることができる。しかし、多くの例では、ＣＥＰは製造すべき鋳造品の寸法に応じて、一層長くすることができる。従って、ＣＥＰの長さは少なくとも４０ｍｍまでの長さであるが、一般には、２０ｍｍ、例えば１０〜１５ｍｍである。しかし、代案の構成では、湯道の横断面積をダイス空隙まで維持することができ、必要なＣＥＰはダイス空隙の一部の形状によって設ける。即ち、単純に、通常の感覚では堰の無い湯道があることになる。しかし、むしろ、鋳型、即ちダイスによってダイス空隙内に概念的なＣＥＰを画成している。しかし、上述したように、この流路は第１湯道と、第２湯道とを有し、この第１湯道から合金をＣＥＰに流し、第２湯道に向け、ＣＥＰからダイス空隙に合金を流す。このような２個の部分から成る湯道の構成においては、第２湯道はＣＥＰの送出端の横断面積より小さくない横断面積を有するのが好適であり、一層大きな横断面積を有するのが最も好適であり、これにより、ＣＥＰからダイス空隙までの合金の流れを抑止することはない。
【００１５】
ＣＥＰがダイス空隙の一部に開放しているか、ダイス空隙の一部によって画成されている場合、本発明のこのシステムはダイス空隙に合金を直接、注入することにより、鋳造品を生産することができる。しかし、ＣＥＰがそれぞれの湯道の間にある場合でも、本発明では直接の注入が可能である。いずれの場合でも、このシステムは１個の流路より多くの流路を有することができ、各流路はそれぞれ湯道とＣＥＰとを有し、各湯道、及びそのＣＥＰは共通のダイス空隙に、又はそれぞれダイス空隙に合金を供給する。特に、この後者の場合、上述のように、それぞれの第１湯道と第２湯道との間に各ＣＥＰがある場合には、ＣＥＰの送出端を越えて合金を供給する少なくとも各第２湯道はシステム内に合金が流れる方向から横方向に延びている。従って、各ダイス空隙を画成している２個のダイスツール部片の間の分割平面に沿って、少なくとも各第２湯道を画成している。
【００１６】
本発明によれば、湯道のダイス空隙端における終端部によって実際のＣＥＰを設けた場合、湯道を越えて、横断面を増大するようにテーパにしてＣＥＰを単に拡大することができる。実際のＣＥＰは円形断面、又は長方形断面であるのが好適である。ＣＥＰの導入口に合金の流れを供給する湯道を画成するチャネル、即ち第１湯道は直線状にすることができる。しかし、ＣＥＰへのアルミニウム合金の流れに乱流を増大させる激しい方向の変化をチャネルに設けるのが好適である。従って、この湯道チャネルは相互に傾斜した少なくとも２個の部分を有する「く」の字に曲がった形状にすることができる。実際、本発明システムの使用に当たり、上流部の盲端を画成するよう、下流部との結合部を越えて、上流の湯道の部分を短い距離だけ突出させた湯道を利用して、一層良好な結果を得ている。
【００１７】
湯道に流れるアルミニウム合金に乱流を発生させる湯道の使用は現存するシステムにおける実際とは著しく相違している。即ち、現存するシステムの湯道、及び堰は乱流を最少にするように、従って、ダイス空隙内でも乱流を最少にするように設計されており、層流に類似する、即ちできるだけ平滑な流れを達成するようにしている。
【００１８】
少なくとも大形のアルミニウム合金鋳物の場合には、チゼル扇形ゲート湯道、又はテーパ接線湯道、又は反対方向に延びる２双テーパ接線湯道を利用するのが現在行われている実際である。このような湯道は各湯道におけるショットスリーブから堰までのアルミニウム合金の平滑な流れを達成するため、また、各湯道の長さに沿って、確実にアルミニウム合金を流すよう、湯道を注意深く設計する必要がある。上述したように、現在行われている技術に使用されるこれ等の湯道、及びその他の湯道は溶融金属が途中で凝固してしまうのを防止するため、湯道で、及び堰での流速を比較的低くするように、過大な寸法にされている。しかし、湯道を過大な寸法にすることによって、これ等の湯道に溶融金属を供給するため、ピストン、及びショットスリーブを対応して大きくする必要があり、凝固したスラグ、及び湯道金属の容積、従って重量が鋳造品の容積、及び重量に対して大きなものになる。
【００１９】
本発明アルミニウム合金の金属流動システムはこのような複雑で比較的大きな湯道システムを不要とし、湯道金属を現存のシステムに比較し、少なくすることができる。即ち、本発明を使用する場合の湯道金属の重量対アルミニウム合金鋳造製品の重量の比は現存のシステムを使用する場合より著しく改善されている。従って、鋳造後、回収し、リサイクルする必要がある融解合金内のエネルギーレベルを減少させ得るのと同様に、必要なアルミニウム合金の在庫を相当に減らすことができる。また、再溶融、及びその保持の間の合金のロスの％は現存のシステムの３％とほぼ同一であるが、本発明は注湯するトン数を実質的に減少させ、従って、合金のロスのトン数を対応して減少させる。更に、本発明金属流動システムの湯道を比較的短くすることができるから、湯道金属の量を更に減少させることができる。
【００２０】
従来技術では、一般に、鋳造品と共に凝固し、後に分離し、リサイクルする必要がある湯道、及び湯口の金属の重量は鋳造品の重量の５０％を越え、或る場合には１００％を越える。これに反し、本発明の金属流動システムは湯道、及びＣＥＰの金属の重量を鋳造品の重量の３０％以下にすることができ、或る例では約１５％〜２０％まで低下させることができる。このことは実際上、顕著な利点であることはもちろんで、これは回収し、再処理するリサイクル金属のコストも対応して減少するからである。また、本発明は一般に、鋳造品をダイスから除去するのを容易にするために必要でない限り、本発明はダイス空隙に、合金を溢流させる必要を無くする。
【００２１】
本発明に使用して好適な湯道、及びＣＥＰにおける金属の流れの高速はこれ等のコストの節約を達成するのに主要な因子である。しかし、これ等の流速はこれ以上に高速にする必要はなく、従って、現存のシステムで使用されているより一層高価な圧力鋳造機を必要とするものでない。むしろ、現存するシステムでのアルミニウム合金の鋳造に使用されているのと同一の鋳造機械、即ちダイキャストマシンによって、これ等の流速は得られるものであり、現存のシステムに比較し実質的に横断面積を減少させた金属流動システムの使用によってこれ等の流速は得られたものである。横断面のこれ等の減少と、それに組み合わせた本発明の金属流動システムの単純な形状とは湯口、及び湯道の金属の減少を可能にする因子である。しかし、湯道の金属の減少を更に最適なものにすることができる相互に関連する因子がある。
【００２２】
湯口、及び湯道の金属重量対アルミニウム合金鋳造重量の比を更に減少させ得る相互に関係する因子は従来の技術では堰の選択が限定されるのに対して、本発明金属流動システムはダイス空隙への導入口の位置の選択に高い融通性があること、更に、本発明ではダイス空隙への合金の供給のための直接注入を有効に使用して、欠陥の無い鋳造品を製造し得る能力である。前に述べたように、湯道、及びＣＥＰの構成として、非直線性の「く」の字に曲がった形状にすることもでき、クランク状にすることさえできる。現存のシステムの接線方向の湯道におけるように、例えば、湯道に沿って延びる長くて狭い堰を有する湯道を設けるのでなく、本発明金属流動システムはダイス空隙を画成する壁に、例えばほぼ垂直に向けて直接延び、ダイス空隙に連通している例えば終端部を有することができる。この連通を設ける位置はダイス空隙の隣接表面でのダイスの浸食を防止する必要があるということが主要な決定要因であるが、種々の適切な位置から選択することができる。しかし、概念的なＣＥＰをダイス空隙内に画成しなければならない場合には、ダイス空隙のこのような位置の形状、及び寸法はそれが可能になるようにする必要があり、従って、浸食の防止は連通位置の選択の決定的要因になり得る。
【００２３】
本発明の金属流動システムを使用する場合、温度条件は現存のシステムを使用する時の温度条件と同様である。従って、ダイスは約１６０℃〜２２０℃の温度で作動すると共に、アルミニウム合金は合金に応じて、約６１０℃〜６７０℃の温度で鋳造する。このような条件下で、現存のシステムで製造されるアルミニウム合金鋳造品の品質に少なくとも匹敵するアルミニウム合金鋳造品を製造することができる。このような条件下で、アルミニウム合金がほぼ半液状、又は揺変性状態で、ダイス空隙を充填することができる。
【００２４】
現存のシステムで実際に使用される温度条件とは異なり、本発明の金属流動システムはほぼ半固体状態、又は揺変性状態で、ダイス空隙にアルミニウム合金を充填する温度条件下に、良好なアルミニウム合金鋳造製品を生産することができる。これ等の条件下で、ダイス温度は約６０℃〜約１００℃の範囲内にあり、合金の温度は合金に応じて、約６１０℃である。これ等の条件はエネルギーコストを減少させることができると共に、このアルミニウム合金の低鋳造温度は合金の組成の安定性を維持し、ダイスの寿命を向上させるのを助けることができることは明らかである。
【００２５】
上述の２組の条件の中間の温度条件下で鋳造を行うことができるが、これ等の条件の組の一方の組、又は他方の組の条件を使用するのが非常に好適である。一般に、中間の条件は少なくとも若干の形状の鋳造品に使用され得るが、中間の条件で、一貫して、高い鋳造品質を維持することは困難である。
【００２６】
本発明の金属流動システムは通常のアルミニウムダイキャスト合金の全範囲について有利に使用することができる。しかし、詳述した少なくとも低温鋳造条件の許で、現存する圧力鋳造システムを使用する適切な鋳造合金とは考えられない若干のアルミニウム合金シリーズで、少なくとも適度に良好な品質の鋳造品を製造することができることがわかった。現存する圧力鋳造システムを使用する適切な鋳造合金の中で、本発明の金属流動システムを使用して鋳造し得る合金の例として７０００シリーズの合金がある。
【００２７】
導入端から送出端まで横断面を増大させようとする要望を飛び越えて、ＣＥＰの形状を相当、変更することができる。製造すべき鋳造品の大きさに応じて、ＣＥＰの長さは変化する。長さは５〜２０ｍｍのように約５ｍｍ〜約４０ｍｍにすることができ、好適には１０〜１５ｍｍである。ＣＥＰとしては円形断面にするのが便利である。しかし、鋳造品の設計、及びＣＥＰからの流れがダイス空隙に入る場所に大きく左右されて、正方形、又は長方形のような他の横断面を使用することができる。ＣＥＰは真っ直ぐな軸線、即ち中心線を有していてもよい。しかし、必要であれば、合金の流れの方向が変化する弓形、又は曲がった軸線、即ち中心線を有してもよい。
【００２８】
多数の変数に従って、ＣＥＰの寸法、及び形状を変化させることができる。これ等の変数としては製造する鋳造品の寸法、使用する機械、即ちダイキャストマシンの形式、大きさ、及び出力、鋳造される特定のアルミニウム合金、合金がダイス空隙内に注入する位置、ＣＥＰの少なくとも１部がダイス空隙の領域によって画成されているか、否か、及び観察される合金のミクロ組織である。
【００２９】
製造すべき鋳造品のミクロ組織に対するほぼ完全な制御が少なくともあるべきであり、製造すべき所定の鋳造品に対するＣＥＰについて適切な形状を決定するのを、これ等の変数は困難にする可能性がある。しかし、適切な条件下では、鋳造品のほぼ全体にわたり、多くの目的に対して、最適なミクロ組織を有する鋳造品をＣＥＰが提供し得ることがわかった。コールドチャンバダイキャストマシンの場合、約１００ミクロンまでの若干大きな樹枝状結晶がショットスリーブから生ずると共に、第２相のマトリックス内の約１０ミクロン、又はそれ以下のような４０ミクロン以下の微細な変質樹枝状一次粒子によって、このミクロ組織は特徴付けられている。このため、ＣＥＰはそこに合金が流動する際、半固体状の合金を達成し得るものであるべきで、この合金は揺変性を有し、ダイス空隙を充填するためのそこに流れる合金にこの半固体状と、これ等の性質とを維持し得ることが必要である。合金の十分迅速な凝固のためのダイスを使用して、このことを達成し得るＣＥＰの少なくとも若干の形状に関して、我々はＣＥＰ内に凝固する合金が特定のミクロ組織を有するように、合金の凝固はＣＥＰ内に戻って進行し得るべきであることがわかった。ＣＥＰにとって全ての適切な形状は必ずしも明確でないが、少なくとも或る用途に関して示された最適な鋳造ミクロ組織が必要であり、又は受け入れられる場合、特定のミクロ組織の達成は、ＣＥＰに対する全体の要望を定量化し得る一つの基礎である。しかし、この発見はこの鋳造ミクロ組織が必要であり、受け入れられる場合の用途に限定されない。それは、ここに詳述したように、他の用途に必要ならば、熱処理によって、変更し得るミクロ組織であるからである。
【００３０】
ＣＥＰのためのこの特定のミクロ組織とは、ＣＥＰ内で凝固した金属の軸線の断面に縞、又はバンドに見えている組織であり、これ等の縞、又はバンドはＣＥＰに通る合金の流れの方向に対し、横方向に延びており、合金の元素の分離から生ずる。このようなミクロ組織を達成し得るＣＥＰはこのＣＥＰに通る流れの中の合金内に強力な圧力波を発生し得るものである。ＣＥＰのほぼ全幅を横方向に横切り、ＣＥＰのほぼ全長に延在する上記のバンドは２００ミクロン程度の波長を有することがわかった。また、合金の元素の分離は一次相と二次相との実質的な分離となることがわかった。一次相は約１０ミクロン、又はそれ以下のような大きさが、ほぼ４０ミクロン以下の微細な、丸い、即ち球状の変質樹枝状粒子として存在している。従って、例えば、合金ＣＡ３１３（日本の合金ＡＤＣ−１２、米国の合金Ａ３８０、及び英国の合金ＬＭ−２４に相当）のように主要な合金元素としてマグネシウムを有するアルミニウム合金の場合、一層、蜜なアルミニウムと、一層、疎なマグネシウムとの分離に起因し、交互の縞、即ちバンドがアルミニウムに富むものと、マグネシウムに富むものとになることがわかった。アルミニウムに富むバンドは約１０ミクロン、又はそれ以下のような大きさがほぼ４０ミクロン以下の微細な、丸い、即ち球状の変質樹枝状粒子が存在する一次相内に比較的多い。これに反し、マグネシウムに富むバンドはＡｌＸＭｇＹＳｉＺ のような二次相の中間粒子内に多いことがわかった。
【００３１】
従って、本発明の好適な実施例によれば圧力鋳造機を使用して、合金の圧力鋳造を行うのに使用するため金属流動システムを設ける。このシステムは鋳型、又はダイスのツール構成部分を有し、湯道、及びＣＥＰが流路の少なくとも一部を画成しており、鋳型、即ちダイスによって画成されたダイス空隙に注入するためアルミニウム合金を上記流路に沿って流し、ＣＥＰはその導入端から送出端まで横断面積を増大しており、これにより、揺変性を有する半固体状態を達成し得ると共に、その状態の合金をダイス空隙内に流し得るよう、ＣＥＰに通る流れの中の合金の状態を変更することができ、ダイス空隙内での合金の凝固と、流路に沿う凝固の進行がＣＥＰ内に戻っての凝固があり、二次相のマトリックス内の微細な変質樹枝状結晶一次粒子によって特徴づけられるミクロ組織を有する鋳造品を生じ、ＣＥＰ内で凝固した合金はその流れに対し横方向に延びる縞、又はバンドによって特徴付けられ、流れの方向に平行な平面内にあるミクロ組織を有し、このバンドは合金元素の分離によって生じており、交互のバンドはそれぞれの元素に富んでおり、それぞれ一次相と二次相にある。
【００３２】
また本発明は高圧鋳造によって物品を製造する方法を提供し、この方法ではシステムによって画成された流路に沿って、鋳型、即ちダイスによって画成されたダイス空隙に流れるよう、ほぼ完全に溶融した合金を加圧して金属流動システムに供給する。流路は鋳型、即ちダイスのツール構成部分によって、少なくとも一部、画成されており、構成部分は流路の一部としてＣＥＰを画成するように形成されており、ＣＥＰはその導入端からその送出端まで横断面積を増大しており、これによりＣＥＰに通る流れの中の合金の状態を変更して、揺変性を有する半固体状態を達成し、ダイス空隙内に、合金をこの状態で流す。ダイス空隙内で合金を凝固させ、この凝固の進行をＣＥＰ内への流路に沿って戻して凝固させ、二次相のマトリックス内に微細な変質樹枝結晶一次粒子によって特徴づけられるミクロ組織を有する鋳造品を提供する。ＣＥＰ内で凝固した合金は合金の流れる方向に対し横方向に延びる縞、又はバンドによって特徴付けられるミクロ組織を有し、交互のバンドはそれぞれの元素に富んでおり、それぞれ一次相、及び二次相にある。
【００３３】
好適なシステム、及びプロセスはダイス空隙内での合金の凝固が十分に早ければ、それぞれのマクロ組織が得られる。このような迅速な凝固は本発明を使用して、最も好適に達成される。しかし、これを達成するために、鋳型、即ちダイスから熱エネルギーを抽出する必要性の他に、ＣＥＰ内の合金が凝固し得るようＣＥＰを画成する構成部分の温度を制御することが必要である。最も便利なのは、熱エネルギーの抽出をＣＥＰの導入端の上流に限定し、ＣＥＰの導入端に、又はＣＥＰの導入端から下流に短い距離に、固体と液体との界面を確立し得るようにすることである。
【００３４】
本発明の金属流動システムを使用する圧力鋳造機は種々の異なる形状にすることができる。例えば、システムの流路に沿い、流路のＣＥＰを経て、ダイス空隙まで合金を流すため、金属流動システム内に合金を注入し得るノズルを有するホットチャンバ、又はコールドチャンバ高圧ダイキャストマシンである。代案として、例えばＢｒａｄｌｅｙ 等に授与された米国特許第５０４０５８９ 号に開示のＴｈｉｘｏｍａｔｉｃ型のマシンにしてもよく、この場合、合金をバレルに沿い、バレルの一端の蓄積室に前進させ、次に、ねじを軸線方向に前進させることによって、バレルの一端のノズルを通して合金を送出する。Ｔｈｉｘｏｍａｔｉｃ型のマシンのノズルから、この金属流動システム内に合金を注入することができ、このシステムの流路に沿い、この流路のＣＥＰを経てダイス空隙に流入させる。
【００３５】
更に他の代案では、２００１年８月２３日に「圧力鋳造装置」の発明の名称で出願された本願人のオーストラリア暫定特許出願（代理人番号ＩＲＮ６４２４２９ ）に開示された機械、即ちダイキャストマシンでもよい。このオーストラリア暫定出願の開示をここに援用する。このダイキャストマシンは同時に、ダイスツールに移送するのに十分な測定された容積であって所定の鋳造品を生産するのに十分な合金を保持する容量を有し、又は通常、同一の形状の複数個の所定の鋳造品を同時に生産する容量を有する溶融合金移送容器を設けている。このような移送容器を有するダイキャストマシンにおいては、この容器の上部領域を加圧することによって、送出ポートを通じて、移送容器内の合金を排出することができる。他の形式のダイキャストマシンについて説明したように、このような排出ポートから、合金を金属流動システム内に注入することができる。
【００３６】
本発明はほぼ全体にわたり、最適なミクロ組織を有する鋳造品を生産することができることは上述した通りである。そのようなミクロ組織は二次相のマトリックス内にあって、約１０ミクロン、又はそれ以下のように４０ミクロンより小さい一次粒子から成る微細な変質一次粒子を有することは上述したとおりである。しかし、約６０〜１００ミクロンまでの範囲内の若干大きな樹枝状結晶も可能である。このような一層大きな粒子はコールドチャンバダイキャストマシンの使用を反映していて、ショットスリーブから生じたことを示している。ホットチャンバダイキャストマシンを使用した場合には、大きな樹枝状結晶のこの発生は避けることができ、約４０ミクロン以下の微細な一次粒子のみの鋳造品が得られる。しかし、コールドチャンバダイキャストマシンを使用しても、このような大きな粒子の体積割合は比較的低く保つことができる。
【００３７】
通常のホットチャンバダイキャストマシンはその構成部分が合金による攻撃、即ち合金からの浸食作用を受けるため、アルミニウム合金の圧力鋳造に使用して適さない。従って、この形式のダイキャストマシンはアルミニウム合金によって作用を受けない新しい材料を使用するか、又は新しい材料を入手できるようにならないと、大きな樹枝状粒子を実際上、避けることはできない。しかし、上述のオーストラリア暫定出願に開示された形式のマシンは代わりの形式のホットチャンバダイキャストマシンを提供しており、アルミニウム合金による作用を受けない材料の製作に修正可能であるから、このマシンの使用によって、大きな樹枝粒子を防止することができる。従って、上述のオーストラリア暫定出願に開示されたマシンに本発明を使用することにより、高圧ホットチャンバダイキャスト法によって、４０ミクロンを越す一次樹枝状結晶がほぼ無い鋳造品の生産が可能である。
【００３８】
上述したように、ＣＥＰの送出端における合金の流速が好適な範囲内にあるか、好適な範囲に近いことが非常に望ましい。示されるその流速は高圧ダイキャストマシン、及びＴｈｉｘｏｍａｔｉｃ型ダイキャストマシンにおいて使用される流速に対し高い。ＣＥＰは流動方向に横断面積を増大させているため、合金がＣＥＰに通る際、合金流速は減少するので、ＣＥＰの導入端における流速は一層高いことが必要である。ＣＥＰの送出端に通る合金の流速はＣＥＰの導入端での、又は導入端の上流での流速より２５％〜３５％低い流速のように２０％〜５０％低い流速であるのが好適である。多くの例において、この送出端における流速は導入端における、又は導入端の上流における流速の約２／３にすることができ、送出端における流速が約６０ｍ／秒の場合、ＣＥＰへの導入端における、又は導入端の上流における流速は約９０ｍ／秒である。この金属流動システムを使用する機械、即ちダイキャストマシンはこれ等の要求について首尾一貫する合金生産流速を有する必要があり、又は所定のダイキャストマシンに関し、この金属流動システムはこのダイキャストマシンのための生産流速から考えられるＣＥＰのための必要な流量を首尾一貫して達成し得る導入端、及び送出端の横断面を有するＣＥＰを有することが必要である。従って、ピストン速度が遅いことに起因するような比較的生産流速が低いダイキャストマシンに関しては、流動時間が長くなるよう、ＣＥＰの導入端、及び送出端の横断面積は小さいことが必要である。
【００３９】
合金元素の分離から生ずる縞、又はバンドによって特徴付けられるミクロ組織を凝固した合金が呈し得るＣＥＰを有する本発明金属流動システムを使用する場合、生じた鋳造品に得られるミクロ組織は独得のものと信じられる。このミクロ組織は二次相のマトリックス内に微細な変質樹枝状結晶一次粒子を有すること、及びコールドチャンバダイキャストマシンを使用した場合には、一次粒子は４０ミクロン以下であるがショットスリーブから生ずる約１００ミクロンまでの若干大きな樹枝状結晶を有することを上に詳細に説明した。一次粒子は約１０ミクロン、又はそれ以下であることがしばしばであり、小さい粒子であり、しかも均一に分散している。更に、このミクロ組織は本発明方法によって生産したほぼ全ての鋳造品について、得ることができる。更に一層重要な因子は揺変性を有する半固体状態を合金に達成させる条件下で、ＣＥＰ内に発生する合金元素の分離から生ずる因子である。この鋳造品のミクロ組織は次に説明するように、ＣＥＰ内で凝固した合金の縞状、又はバンド状の組織内の一次粒子と同様、少なくとも鋳造品の変質樹枝状一次粒子におけるこの分離を反映していることがわかった。
【００４０】
樹枝状結晶が普通に成長した場合、凝固する心部、即ち第１部分は比較的アルミニウムに富んでいる。樹枝状結晶が成長するにつれて、アルミニウムが除去されるため、周囲の溶融合金内の二次元素の濃度は増大すると共に、周囲の溶融合金内のアルミニウムの濃度は減少する。従って、成長している樹枝状結晶はアルミニウムの濃度が減少し、二次元素の濃度が増大するにつれて、その心部、即ち中心部から、アルミニウム対二次元素の等級付けられた比を表すようになる。従って、合金ＣＡ３１３のようなマグネシウム含有アルミニウム合金の場合、通常の樹枝状結晶の成長はアルミニウムに富む心部、即ち中心部を有し、この心部、即ち中心部からはアルミニウム含有量が減少し、マグネシウム含有量が増大する樹枝状結晶を生ずる。しかし、本発明による金属流動システムにおいてはＣＥＰから生ずる合金元素の分離によって、密度に基づく合金元素の分離を生ずると共に、通常の成長の変形を生ずる。この変形は変質樹枝状結晶粒子の心部、即ち中心部から合金元素の変動する変化を生じ、この変化は徐々の、ほぼ均一なものでなく、一層、崩れつつある正弦波形である。従って、心部、即ち中心部はアルミニウムに富み、比較的二次元素が少なく、二次元素は最初は増大し、次に減少し、その後、心部、即ち中心部から外方に向かう方向に再び増大する。従って、ＣＡ３１３のようなアルミニウム合金の場合、粒子は心部、即ち中心部でマグネシウムが少なく、ここから、樹枝状結晶粒子の半径の最初の約１／３にわたり、アルミニウムに比較し、マグネシウム含有量が最初増大し、次に半径の約２／３にわたり、アルミニウムに比較し、マグネシウム含有量が減少し、その後、再び粒子の外周に向けマグネシウム含有量が増大する。この変形はＣＥＰ内で生じ、ダイス空隙に合金が流入する時、この変形は一次粒子内に保持される。
【００４１】
変質樹枝状結晶一次粒子内でのアルミニウム対二次合金元素の変動比はＣＥＰによって発生する条件から生ずる。縞状、又はバンド状のミクロ組織を発生するＣＥＰに通る流動条件をコンピュータシミュレーションしたところ、ＣＥＰの送出端に通る指示された流量を達成するＣＥＰの適切な形状に、合金の流れが通る場合、合金内に強い圧力波が発生することを示した。このシミュレーションはこの圧力波が約±４００ＭＰａ（メガパスカル）のレベルにあることを示している。数１００ｋＰａ（キロパスカル）程度の圧力差で、マグネシウム、及びアルミニウムの一層密度が少ない、又は一層密度が高い合金元素の分離を生ぜしめることが知られている。従って、このコンピュータのシミュレーションは密度の低い元素の高圧パルスへの移動、及び密度の高い元素の低圧パルスへの移動によって、明確な分離を生ずることを指摘している。更に、このコンピュータシミュレーションは強い圧力波が約４０ミクロンの波長を有することを示唆している。このことは実際に達成される結果に非常に合致することがわかった。上述したように、ダイス空隙内での比較的迅速な凝固、及びこの凝固の進行が戻ってＣＥＰ内で生ずる条件下で、ＣＥＰ内で凝固した合金について、ＣＥＰ内で凝固した合金のミクロ組織内に生じた縞、又はバンドは約２００ミクロンの波長を有することがわかった。即ち、一次元素、又は二次元素の一連の同様のバンドの中心間の間隔は約４０ミクロンである。
【００４２】
本発明を一層、よく理解するため、添付図面に示した実施例を説明する。
【００４３】
実施例
本発明による金属流動システムを使用して、アルミニウム合金製品を鋳造する実用性を探求するための試験が、自動車用ダイキャスト工場において宇部１２５０トン高圧コールドチャンバダイキャストマシンを使用して行われた。この試みではＣＡ３１３アルミニウム合金から自動車用トランスミッションケースを鋳造することを行った。このため、６個の実験用流路を械加工して、鋳造製品から整備されたそれぞれの鋳造湯道にし、本発明の６個の異なる金属流動システムを形成した。これ等のそれぞれ湯道をその機械加工された流動システムと共に、宇部ダイキャストマシンのダイキャストツール内に戻して設置し、各流動システムを通じて鋳造を行うことにより、それぞれのトランスミッションケースを鋳造した。ダイスの空隙内への注入前に、各湯道、及びＣＥＰに高速で合金を流すことによって、ダイスの空隙内に溶融アルミニウム合金を指向させる種々の方法を評価し、比較することができるように、湯道、及びＣＥＰの形状を設計した。
【００４４】
これ等のトランスミッションケースはその品質がほぼ等しく、１個のケースは機械加工を受けて整備された湯道を生じている従来のテーパ付き接線湯道システムで造られた鋳造製品より優れていた。以下に詳細に述べるように、本発明による６個の金属流動システムのそれぞれ１個を生ずる実験用の機械加工された流路は横断面、及び質量が著しく小さく、流動システムを使用する大きなアルミニウム合金ダイキャスト製品を製造することが可能であり、実用的であり、質的な低下も無く、各鋳造品からの再溶融して使用する、即ちリサイクルする必要がある部分が著しく少なくなることを示した。
【００４５】
上述したように、通常のテーパ付き接線湯道システムを使用して生産される６個の高圧ダイキャストアルミニウム製自動車用トランスミッションケースの通常の製造から湯道が得られた。図１、及び図２は通常のテーパ付き接線湯道システムを使用して、通常の生産サイクルにより製造された１個のトランスミッションケースのそれぞれ、エンジン端Ｅから見た斜視図、及び歯車箱端Ｇから見た斜視図である。図１、及び図２においては、トランスミッションケース１０にまだ湯道の金属１２が付着している。
【００４６】
線図的側面図である図３では、ケース１０から除去する前の湯口、及び湯道の金属１２が示されている。上述したように、正常の生産によって製造された図１、及び図２に示すような多数のトランスミッションケースから、湯口、及び湯道の金属１２を注意深く除去した。湯道は分離されて集められた。図３に示すように、金属１２はほぼＸ−Ｘ線に沿って切り取られ、集められた湯道金属部１４とした。
【００４７】
鋳造製品から整備された各鋳造用湯道になるように機械加工されたそれぞれの実験用流路は宇部ダイキャストマシンのダイキャストツール内に戻して、設置され、その結果、トランスミッションケースを鋳造するための「新たな湯道、及びＣＥＰ」になった。即ち、この流路はツールのダイス空隙に達するようにＣＡ３１３アルミニウム合金を通して、流す本発明金属流動システムを提供した。ダイス空隙への狭くなった横断面積を有するように、また、ダイス空隙への高速の金属流入を達成するように、６個の各流路が設計された。この試験が行われている間、宇部ダイキャストマシンの設定はそれぞれの生産のための設定値から変化させなかった。例えば、プランジャ速度は通常のテーパ付き接線湯道を使用するトランスミッションケースの生産鋳造のための設定値のままとした。その結果、ダイス空隙に合金が進入する一層早い速度Ｖｒはプランジャの速度Ｖｐと、プランジャの横断面積Ａｐ対流路（即ち、新たな湯道）の横断面積Ａｒの比との積であり、Ｖｒ＝Ｖｐ・（Ａｐ／Ａｒ）で表された。本発明金属流動システムを使用する順次の試験鋳造の間に、通常の接線湯道システムを使用して、５個の生産鋳造を行った。この生産鋳造の第３、及び第５の鋳造品は試験のため、及びこの試験鋳造品との比較のため集められた。
【００４８】
普通の生産のための鋳造条件は次の通りである。
宇部１２５０トン高圧ダイキャストマシン
溶融温度　　　　　　：６３５℃
アルミニウム合金　　：ＣＡ３１３
概略の重量（測定値）：鋳造品　　　　　　　： ８．７ｋｇ
湯道　　　　　　　　： ０．７５ｋｇ
ビスケット（スラグ）： ２．５ｋｇ
合計　　　　　　　　：１１．９５ｋｇ
条件は試験のための鋳造と同一であるが、相違するのは通常の生産のための鋳造では湯道で凝固する金属が０．７５ｋｇであるのに対し、約０．０５ｋｇから０．１３ｋｇの範囲の金属が新しい湯道で凝固した。
【００４９】
この試験に使用された宇部ダイキャストマシンはこの試験の開始前には製品のフル生産に使用されていた。それぞれ新しい湯道、及びＣＥＰをそれぞれの鋳造操作に当たり、ダイスの摺動中子内に設置し、十分な量のシリコンシ−ル材によって、その位置に保持した。
【００５０】
それぞれ新しい湯道、及びＣＥＰを使用する本発明によるそれぞれの試験用鋳造品を図４〜図９に線図的に示す。それぞれの新しい湯道、及びＣＥＰの形状をそれぞれについてＲによって示す。しかし、それぞれ新しい湯道、及びＣＥＰを得るため穿孔した生産湯道は図４〜図９では省略した。
【００５１】
それぞれ生産鋳造品、及び試験用鋳造品はこの工場のＸ線検査技術を使用し、品質管理職員によって試験を受け、更に一層十分に研究室の検査を受けた。検査の結果はそれぞれ新しい湯道、及びＣＥＰで製造された試験用鋳造品は通常の生産で造られた鋳造品に匹敵していた。１個の試験用鋳造品はこの試験中に集められた通常の生産による鋳造品を含む検査された全ての鋳造品の中で多孔率が最も小さかった。
【００５２】
製品、及び試験用の湯道鋳造部から一部を切除した。鋳造品の対角線に対向する隅の部分の隆起部を除去し、金属のミクロ組織、及び存在している気孔の形式を調査した。これ等の隆起部は鋳造品の両端の２個の対をなすフランジに平行に、表面の下約１０ｍｍまでポリシングした。このポリシングされた隆起部を次にエッチングし、千倍までの倍率の光学顕微鏡下で検査を行った。試験のための実験用の各鋳造品から切り出した隆起部の位置は通常の生産鋳造品の場合と同一位置である。
【００５３】
隆起部を特に選択して切り取ったのは、隆起部はその厚さに起因し、通常、気孔を有しているからである。両端の湯道から最も遠い２箇所と、湯道に近い１箇所と、Ｘ線検査により通常、気孔があるとされている１箇所とを代表しているので、これ等の特別の隆起部について指示された位置を選択した。順次の実験用鋳造の間に製造した５個の通常の生産鋳造品の第３番目の鋳造品を上記の４箇所のうちの後の２箇所で切断し、実験用鋳造品と共にミクロ組織を比較した。
【００５４】
この試験中に製造された鋳造品に観察された気孔の形式は一層厚い隆起部に集中している収縮巣とガスとの組合せであった。このことは、著しく一層薄い空隙部を通じて、隆起部に合金を供給される鋳造品についても共通である。この場合、２０ｍｍ厚さの隆起部に５．５ ｍｍ厚さの空隙部を通じて、合金が供給された。試験用鋳造品と生産鋳造品との間に、気孔の形式の間に顕著な相違が無く、唯一の相違は気孔の大きさ、数、及び位置であった。
【００５５】
各鋳造品のいろいろな部分の５７箇所のＸ線検査では収縮が最も発生し易い隆起部と隆起部との間の一層厚い部分、及び隆起部の中心に、気孔が集中する傾向があることを示した。気孔は大きな収縮亀裂、又は大きな隔離されたガス孔ではなくて、小さなガス孔と、収縮孔との集合として、通常、現れた。隆起部のポリシングされた部分は気孔の数は１個の隆起部に数個から約１００個の範囲にあり、寸法は約５０〜５００ミクロンの範囲にあることを示した。直径４〜５ｍｍの大きな気孔が生産鋳造品、及び試験用鋳造品に時々、発見された。これ等の気孔は合金がダイス空隙を充填している間の合金の流れがガスの塊を閉じ込めている場所に発生する傾向がある。
【００５６】
検査された鋳造品の中で、（図９に示す）１個の試験用鋳造品は生産鋳造品に比較し、気孔の発生箇所の数が約半分であり、その気孔は大部分、微細な分散したガスと、収縮とから成っていた。図４〜図８の試験用の他の鋳造品は生産鋳造品に類似する品質であった。
【００５７】
現存のシステムについての実験は長年にわたり最適化された図３に示すような生産鋳造品よりも、新しい湯道を使用する図４〜図９の実験用鋳造品に一層多くの気孔が予想されたが、そのようにはならなかった。図４〜図９によって示される全部の実験用鋳造品は、たとえ一層良好な鋳造品質でないにしろ、いずれも著しく減少した湯道寸法でトランスミッションケースを造ることができたことを示した。
【００５８】
実験用鋳造品２０を生産するための図４の新しい湯道システムＲは第１直線チャネルＲ（ａ）を有し、このチャネルＲ（ａ）から第２チャネルＲ（ｂ）がほぼ直角に突出している。チャネルＲ（ａ）、Ｒ（ｂ）の直径は２０ｍｍで、これ等のチャネルはテーパ横断面が増大しているそれぞれのＣＥＰ（ａ）、（ｂ）で終わっており、このＣＥＰ（ａ、ｂ）は鋳造品２０のためのダイス空隙に開口している。図５の湯道システムＲは図４の湯道システムに類似しているが、相違するのは図５の湯道システムのチャネルＲ（ａ）、（ｂ）が約５０°の鋭角をなしており、それぞれ直径が９ｍｍであることである。図６のシステムＲは単一のチャネルＲ（ａ）とＣＥＰ（ａ）とを有するが、このチャネルＲは相互に約１０５°傾いており、直径は２０ｍｍである。
【００５９】
図７の湯道システムＲの構成は図５の湯道システムの構成に類似する。しかし、チャネル（Ｒａ）、（Ｒｂ）は比較的短く、直径は９ｍｍであり、チャネルＲ（ｃ）の通路はクランク状になっていて、直径は１２ｍｍである。図８のシステムＲは図４のシステムに類似するが、相違するのは、図８のシステムは直径が１２ｍｍであり、チャネルの枝分かれしたチャネルＲ（ａ）が短く、盲端、即ち閉じた端部で終わっていることである。図９のシステムの構成は図４のシステムの構成に類似するが、相違するのは図９のシステムのチャネルＲ（ａ）、Ｒ（ｂ）の直径が９ｍｍであり、チャネルＲ（ｃ）の部分の直径が１８ｍｍであることである。また、図９では部分Ｒ（ａ）とＲ（ｂ）との間の接合部と、ＣＥＰ（ｂ）との間において、部分Ｒ（ｂ）に部分Ｒ（ｃ）が結合していると共に、湯道の部分であるＲ（ｂ）の横断面より、ＣＥＰ（ｂ）は横断面を増大しているが、鋳造品４０のためのダイス空隙の軸線方向に比較的一層大きな寸法を有するよう、ＣＥＰ（ｂ）は非対称になっている。
【００６０】
試験用の湯道形状と、予め鋳造した湯道に穿孔したチャネルとを採用している図４〜図９に示した実験は、本発明の金属流動システムを使用すれば、鋳造品質の低下が無く、湯道寸法の減少、従って、スクラップの減少を達成し得ることを明らかに示している。実験用流動システムに通る金属速度は通常の湯道システムより一層早い。生産用鋳造品、及び実験用鋳造品の両方から採取した部分のミクロ組織試験は顕微鏡組織の顕著な相違を示さなかった。この産業的な実験は著しく縮小された金属流動システムによって、再溶融コスト、即ちリサイクルコストを減少させ、品質を改善して、ＣＡ３１３アルミニウム合金から成るトランスミッションケーシングを製造し得ることを示した。
【００６１】
図１０には、２５０トン東芝コールドチャンバダイキャストマシンで、ＣＡ３１３アルミニウム合金を使用して製造する鋳造品４０の生産状態を示している。この鋳造品４０は広い平坦な区域４２、４３、４４と、交差リブ４７を有する困難な箱形区域４６と、ボス４８、４９とを有する。この鋳造品は図１０の断面の平面内で３８０ｍｍの長さを有し、断面の平面に垂直な１５０ｍｍの幅を有し、５７０ｃｍ２ の投影面積を有する。
【００６２】
鋳造品４０のために使用されたダイス５０は３個の帯域Ａ、Ｂ、及びＣに単独で、又は倍数単位で、金属の供給を選択し得るように設計された。各帯域Ａ、Ｂ、及びＣはそれぞれそれ自身の供給ブッシュＦａ、Ｆｂ、及びＦｃと、それ自身の温度制御部とを有し、全ての３個の補給ブッシュまで延びる主湯道Ｒｍを有する。これ等の帯域の位置を変更することができ、必要なら、一層幅の広いスペーサ５２を使用して、隣接する帯域を分離することもできる。
【００６３】
図１０から明らかなように、全て３個の帯域を使用して、鋳造品４０を製造した。しかし、供給ブッシュＦｂ、及びＦｃは閉鎖され、全ての合金の供給はブッシュＦａによって画成されたＣＥＰを経て、帯域Ａを通じて、帯域Ｂ、及びＣに供給された。鋳造品は困難なく充填され、最少の気孔で、良好な品質の、全般的に明確な外観であった。
【００６４】
それぞれＣＥＰを画成しているそれぞれのブッシュＦａを使用して、順次の鋳造品４０を製造した。各ケースにおいて、湯道Ｒｍは同一であり、左右対称な台形断面のチャネルから成る。このチャネルは深さ４．５ ｍｍ 、高さの半分の位置での幅は４．５ ｍｍで、横断面積は２０．２５ ｍｍ２ である。各ブッシュは円形横断面のテーパ孔を有し、ＣＥＰを画成している。各ＣＥＰは長さが２０ｍｍで、それぞれ入口、及び出口の直径、及び横断面積は下記の通りである。
直径（ｍｍ）　　　　　出口面積（ｍｍ２）
ブッシュ 　　 入口　　　　出口　　　　 入口　　　　　出口
Ｉ　　　　　 ４　　 　　　６　　　　１２．６　　　２８．３
ＩＩ　　　 　　５　　 　　　７　　　　１９．６　　　３８．５
ＩＩＩ　　　　　７　　　　　　９　　　　２８．５　　　６３．６
従って、各ＣＥＰの出口横断面積は湯道Ｒｍの横断面積より著しく大きかった。ブッシュＩ の場合でも、ＣＥＰの面積は湯道の面積より約４０％大きかった。重要である出口面積である湯道Ｒｍの横断面積より、ブッシュＩ、及びＩＩの入口横断面積より小さかった。各ブッシュＩ、ＩＩ、及びＩＩＩについて、複雑な形状にも拘らず、優れた品質の鋳造品４０が生産された。
【００６５】
更に行った実験では、図１０のダイスを使用してショートショット、即ち充填不良の検査を行い、充填状態をチェックした。この結果、帯域Ｃ内の領域Ｓまでにわたり、約２／３の鋳造品が得られた。ここでも、鋳造品は品質が良好であり、外観が明瞭であり、気孔数は最少であった。
【００６６】
領域Ｓでのショートショット鋳造品の端縁はダイス空隙を横切るほぼ真っ直ぐな垂直線であった。この端縁は半円形であった。この異状な充填状態は本発明を使用することにより、即ち、半個体状態のアルミニウム合金を高速注入することにより、達成される「ソリッド・フロント・フィル（ｓｏｌｉｄ ｆｒｏｎｔ ｆｉｌｌ）」 の代表的なものである。
【００６７】
図１１〜図１５において、ここに示すダイス部分６０は平坦内面６２を有し、この平坦内面により、ダイス部分６０は類似の補足し合う部分（図示せず）に結合する。この補足ダイス部分は本発明金属流動システムを明確にしており、その主要部を図１１の符号６４に示す。
【００６８】
この金属流動システム６４はダイス部分６０の外面６０ａに画成された截頭円錐座６６に、ノズルの出口端を当てた時のダイキャストマシンノズル（図示せず）と、ダイス部分６０の内面６０ｂによって、一部、画成されているダイス空隙６８（一部図示）との間に、金属を流すことができる。このシステム６４は座６６から内方に延びる湯口チャネル７２と、この湯口チャネル７２から延びる湯道システム７４と、ダイス空隙６８に連通するこのシステム６４の内端のＣＥＰとを有する。また、湯道システム７４内のそれぞれの位置から始まり、表面６２から離れるように外方に延びる孔７８をダイス部分６０は有する。各これ等の孔７８は空隙６８内に生産される鋳造品に付着する湯口、湯道の金属を除去するのに使用するエジェクタピン（図示せず）を収容することができる。
【００６９】
座６６の半分はダイス部分６０内に形成されており、他の半分は補足ダイス部分に形成されている。しかし、この座を越えると、他のダイスはいかなる機械加工もないな平坦面を有することができ、この平坦面は座６６からダイス空隙６８までの内方へのシステム６４を単に閉じている。
【００７０】
湯道システム７４は主横湯道８０を有し、この主横湯道８０は湯口チャネル７２の内端を横切って延び、この湯口チャネル７２とＴ字形を形成している。主横湯道８０の各端部にはそれぞれの端部８０ａを有し、これ等端部８０ａはダイス部分６０の外面６０ａに向け、互いに拡開している。エジェクタピン孔７８はそれぞれ湯道８０の各端部８０ａに連通する。また、システム７４は第２湯道８２を有し、この第２湯道８２は主湯道８０の一方の端部８０ａの両端の中間位置からＣＥＰ７６まで延びる。
【００７１】
ダイス部分６０の座６６の部分の形状はダイス部分６０の面６０ａに平行な断面で見て、半円形であるが、湯口チャネル７２、ＣＥＰ７６、及び湯道８０、８２は他の形状も可能であるが、左右対称な台形の横断面を有する。湯口７２、及び湯道８０はそれぞれ約６６ｍｍ２ の横断面積を有し、湯道８２は約１４．４ｍｍ２ の横断面積を有する。湯道８２から離れるように延びる第１部分７６ａ内でＣＥＰ７６は幅を増大しているが、深さを減少しており、その横断面積は湯道８２の断面積から、最大の約１６．３ｍｍ２ まで増大する。部分７６ａからダイス空隙６８まで、ＣＥＰ７６は一定深さの部分７６ｂを有するが、部分７６ｂが部分６０の内面に鋭角で接近するため、部分７６ｂの有効幅は減少している。しかし、ＣＥＰ７６の横断面積が湯道８２の面積より一層広いことは全般に有効であり、システム６４を通って流れるアルミニウム合金はＣＥＰ７６内よりも、湯道８２内で、一層早い流速を有する。
【００７２】
図１１〜図１５の構成を有するアルミニウム合金鋳造設備を使用する場合、ダイス空隙６８内で、物品を順次の鋳造サイクルで、鋳造することができる。現存のシステムに使用するため、通常の鋳造圧力で作動するダイキャストマシンの場合、座６６に加えたダイキャストマシンノズルによって供給されるアルミニウム合金は湯口チャネル７２、及び湯道システム７４を経て流れ、ＣＥＰ７６を通じて、ダイス空隙６８内に注入される。湯道８０、及び８２の横断面積が比較的小さいため、通常の鋳造条件で、これ等の湯道に通るアルミニウム合金の流速は８０〜１１０ｍ／秒の適切な範囲にすることができる。同様に、ＣＥＰ７６の部分７６ａの横断面積により、ＣＥＰ７６に通る合金の流速は約６５〜８０ｍ／秒の適切な範囲にすることができる。その結果、合金の流れは乱流となる。
【００７３】
湯口チャネル７２から湯道８０に、更に、湯道８０の部分８０ａに入り、更に湯道８２に通るアルミニウム合金が流れる方向が鋭く変わることによって、この乱流が増大する。湯道８２の入口端を越えて、部分８０ａの盲端、即ち閉鎖した端部内に入る合金が存在することによっても、この乱流は増大する。これ等の乱流、示された流速、及びＣＥＰ７６が合金をダイス空隙６８に指向させる角度にかかわらず、以前に詳述してような一層高い、又は一層低い温度状態においても、良質の鋳造品を生産することができた。
【００７４】
図１６は本発明により鋳造中、アルミニウム合金が凝固することなく移動し得る距離を試験するのに計画された試験の鋳造の実際を線図的に示す。図１６に示すように、標準引張り試験片鋳造帯域Ｂで終わる金属流路を提供するチャネルＣから成る金属流動システムＳを設けた。チャネルＣは４×４ｍｍの称呼の横断面と、１２３０ｍｍの長さとを有する。
【００７５】
鋳造の試験は２５０トンコールドチャンバダイキャストマシンについて、図１６のシステムＳにより行われた。この試験は図１１〜図１５のシステムに類似の金属流動システムを使用し、通常のダイス温度で、ダイキャストマシンの通常のマシン作動条件で行われた。図１６から明らかなように、チャネルＣの通路は流れに対し強い抵抗を生ずる曲がりくねった通路である。それにも拘らず、チャネルＣの１２３０ｍｍの全長に沿う流れが達成され、試験片鋳造帯域Ｂを充填することができた。１２３０ｍｍの流動長さは限界ではないと考えている。
【００７６】
図１７に、本発明による金属流動システムを使用して、製造された同期発電機ケーシング８４を構成する鋳造品を示す。連続する鋳造サイクルにおいて、単一のＣＥＰ、又は２個のＣＥＰを使用して、それぞれのケーシング８４を鋳造した。２個のＣＥＰを使用した場合、この２個のＣＥＰは密接していて、共通する湯道から合金を受ける。湯道とＣＥＰの構成を以下に一層詳細に説明する。
【００７７】
図１８は固定ダイス半部８６、及び移動ダイス半部８７を有するダイスツール８５から釈放される前のケーシング８４を示す。図１７、及び図１８をよく考えれば明らかなように、ケーシング８４は円筒周壁８８と、その一端の横壁８９とを有する。多数の窓９０ａ〜９０ｇは壁８９の環状外部分８９ａによって画成されているが、この壁８９は外方に凹形の中心部８９ｂと、部分８９ａ、８９ｂの継目の周りの壁８８内のビード８９ｃとを有する。壁８８、８９の間の接合部の一側に、ケーシング８４は三角形形成部９１を有する。ケーシング８４の壁厚は約２．５ ｍｍであり、壁８８の内径は約１１２ｍｍである。
【００７８】
順次のケーシング８４は３８０トンのイドラ（Ｉｄｒａ）コールドチャンバダイキャストマシンで、ＣＡ３１３合金から鋳造された。このショットスリーブ内に汲み入れた時、合金の温度は６３０℃であった。ダイスツール８５内で、ダイスの空隙への合金の流れは湯道９２と、２個のＣＥＰ９３の一方、又は双方とを通じて流れる。湯道、及びＣＥＰの構成の形状は図１８の断面の詳細と組み合わせて、図１７に示した湯道、及びＣＥＰの金属から明らかである。この湯道は約１８ｍｍ２ の横断面積を有していた。各ＣＥＰ９３は１７．６ｍｍ２ の横断面積を有する方形導入端と、２２．５ｍｍ２ の横断面積を有する細長い長方形送出端とを有していた。各ＣＥＰの長さは２７ｍｍであった。
【００７９】
図１７にＣＥＰの金属９３ａによって示すように、２個のＣＥＰ９３は密接していて、或る程度、平行であった。唯１個のＣＥＰ９３を使用した鋳造の場合には、図１７に破線で示すＣＥＰ金属９３ａによって明らかなように他方のＣＥＰを閉塞した。
【００８０】
ダイスツール８５には移動ダイス半部８７に熱電対を設けた。数個の鋳造品は２個のＣＥＰ、又は唯１個のＣＥＰで製造したが、ツール８５のための冷却システムは繰り返される鋳造サイクルにわたり、最適なツール温度制御を行うためには不十分であることがわかった。これを埋め合わせるため、ダイキャストマシン注入圧力を通常の設定の９０ＭＰａ（メガパスカル）から５０ＭＰａに減少させ、プランジャ速度を０．９６ｍ／秒のピーク値を有する０．５７５ ｍ／秒の平均速度に設定した。
【００８１】
２個のＣＥＰ９３を使用した試験の開始に当たり、ダイスツールの温度は８２℃であった。第１ショットはダイス空隙を完全に充填した。第２ショットは優れた品質の鋳造同期発電機ケーシング８４を製造した。鋳造金属の取出しについて若干の困難があった後、唯１個の ＣＥＰを使用して、更に試験が行われ、ここでも優れた品質のケーシング８４が得られた。鋳造金属の取出しに問題を生じたため、或る３０個のショットの後、試験は中止されたが、優れた品質のケーシング８４を製造し得ることをこの試験が確立した。
【００８２】
２個のＣＥＰ９３を使用する試験を行っている間、ＣＥＰ導入口の流速は５４．８ｍ／秒であり、出口速度は４２．８ｍ／秒であった。１個のＣＥＰを使用する試験では、ＣＥＰ入口流速は１０９．６ ｍ／秒であり、送出口流速は８５．７ｍ／秒であった。各場合に、各ＣＥＰに通るＣＡ３１３合金の流れは必要な合金の流れを発生しており、これ等の鋳造品８４のミクロ組織はここに詳述したように最適な形状であった。即ち、ミクロ組織は二次相のマトリックス内に約１０ミクロン、又はそれ以下のような４０ミクロン以下の微細な変質一次粒子によって特徴付けられていた。しかし、コールドチャンバダイキャストマシンの使用に起因し、ダイキャストマシンのショットスリーブを通じて実施した場合、約１００ミクロンまでの若干大きな樹枝状結晶が存在した。
【００８３】
最後に本発明は本発明の範囲内において種々の変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】通常のダイキャスト自動車用トランスミッションケースの機関端側から見た斜視図である。
【図２】歯車箱端側から見た図１に示すトランスミッションケースの斜視図である。
【図３】図１、及び図２の生産用鋳造品の線図的側面図である。
【図４】本発明による実験用流動システムで製造したトランスミッションケースを示す線図的側面図である。
【図５】本発明による実験用流動システムの他の例で製造したトランスミッションケースを示す線図的側面図である。
【図６】本発明による実験用流動システムの更に他の例で製造したトランスミッションケースを示す線図的側面図である。
【図７】本発明による実験用流動システムの他の例で製造したトランスミッションケースを示す線図的側面図である。
【図８】本発明による実験用流動システムの更に他の例で製造したトランスミッションケースを示す線図的側面図である。
【図９】本発明による実験用流動システムの別の例で製造したトランスミッションケースを示す線図的側面図である。
【図１０】本発明金属流動システムを使用する複雑な形状の試験用鋳造品を示す縦断面図である。
【図１１】本発明金属流動システムを示すアルミニウム合金の圧力鋳造のためのダイスの一部の平面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ線上の断面図である。
【図１３】図１１のＢ−Ｂ線上の断面図である。
【図１４】図１１のＣ−Ｃ線に沿う部分端面図である。
【図１５】図１１のＤ−Ｄ線上の断面図である。
【図１６】本発明金属流動システムを使用する場合、合金の移動を示す実験用鋳造品の線図である。
【図１７】本発明により製造し、製造した際のダイスツールから取り外した鋳造品の平面図である。
【図１８】図１７のＥ−Ｅ線に沿う断面図であり、ダイスツールから除去する前の鋳造品の断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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