(57)【要約】【課題】溶融金属中に結晶粒子が略均一に分散した安定した品質の半凝固金属を短時間で一度に少量から多量まで得られるようにする。【解決手段】溶融状態のアルミニウム合金を容器２に入れる。この容器２を鉛直線に交差する回転中心線周りに回転させる。回転中の容器２内にあるアルミニウム合金よりも上方で、かつ回転中心線を挟んで容器２内のアルミニウム合金と反対側に位置する容器２の壁部外面に冷却用の空気を吹き付けて半凝固アルミニウム合金を得る。この半凝固アルミニウム合金が完全凝固しないように容器２を加熱装置５で固相線温度以上液相線温度以下に加熱する。容器２内の半凝固アルミニウム合金を排湯する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半凝固金属の製造方法であって、
溶融金属を容器にその開口部から入れる注湯工程と、
溶融金属を入れた容器を、上記開口部を上方に位置付けた状態で鉛直線に交差する回転中心線周りに回転させ、この回転中の容器内にある溶融金属よりも上方で、かつ上記回転中心線を挟んで溶融金属と反対側に位置する容器の壁部外面に冷却用流体を吹き付けて溶融金属を半凝固金属にする冷却工程と、
冷却工程で得られた半凝固金属を上記容器の開口部より排出する排湯工程とを備えることを特徴とする半凝固金属の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半凝固金属の製造方法において、
冷却工程の後、容器の壁部外面に加熱用流体を吹き付ける加熱工程を備えることを特徴とする半凝固金属の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半凝固金属の製造方法において、
注湯工程では、鉛直線に対する容器の回転中心線の角度を冷却工程よりも大きく設定することを特徴とする半凝固金属の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の半凝固金属の製造方法において、
冷却工程では、鉛直線に対する容器の回転中心線の角度を変化させることを特徴とする半凝固金属の製造方法。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１つに記載の半凝固金属の製造方法において、
加熱工程では、鉛直線に対する容器の回転中心線の角度を変化させることを特徴とする半凝固金属の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の半凝固金属の製造方法において、
冷却工程では、容器の回転方向を反転させることを特徴とする半凝固金属の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の半凝固金属の製造方法において、
排湯工程では、鉛直線に対する容器の回転中心線の角度を注湯工程よりも大きく設定することを特徴とする半凝固金属の製造方法。
【請求項８】
半凝固金属の製造装置であって、
溶融金属が注湯される開口部を有する容器と、
上記容器を、上記開口部を上方に位置付けた状態で鉛直線に交差する回転中心線周りに回転させる容器駆動手段と、
回転中の容器内にある溶融金属よりも上方で、かつ上記回転中心線を挟んで溶融金属と反対側に位置する容器の壁部外面に冷却用流体を吹き付ける冷却手段とを備えていることを特徴とする半凝固金属の製造装置。
【請求項９】
請求項８に記載の半凝固金属の製造装置において、
容器の壁部外面に加熱用流体を吹き付ける加熱手段を備えていることを特徴とする半凝固金属の製造装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の半凝固金属の製造装置において、
容器駆動手段は、鉛直線に対する容器の回転中心線の角度を変化させる傾動装置を有していることを特徴とする半凝固金属の製造装置。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれか１つに記載の半凝固金属の製造装置において、
容器が容器駆動手段に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする半凝固金属の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非樹枝状の結晶粒子が溶融金属中に分散した状態にある半凝固金属の製造方法及びその製造方法に用いられる製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば自動車用部品を製造する際に半凝固金属をダイカスト法で成形することが行われている。半凝固金属をダイカスト法で成形することで、鋳造欠陥や偏析が少なく、金属組織が略均一な成形品を得ることができるとともに、成形型の長寿命化を図ることができる。
【０００３】
上記半凝固金属を製造する方法として、例えば、特許文献１、２に開示されているように溶融金属を攪拌する方法が知られている。特許文献１の製造方法で使用される装置は、溶融金属を入れる容器と、この容器を収容する電気炉と、容器内で回転する攪拌用ブレードとを備えている。そして、固体の金属を容器内で加熱して溶融金属とした後、自然冷却して溶融金属中に部分的に固相を生成する。この固相が生成されるときに上記ブレードを回転させて容器中の固相と液相とを分断して混ぜ合わせることで、結晶粒子が溶融金属中に分散した半凝固金属が得られる。
【０００４】
また、上記特許文献２の製造方法で使用される装置は、溶融金属を容器内に入れて多相誘導電動機ステータに電流を流して容器内に磁界を発生させ、この磁界により容器内金属の固相と液相とを混ぜ合わせることで半凝固金属が得られるように構成されている。
【０００５】
また、溶融金属を攪拌することなく半凝固金属を製造する方法として、例えば、特許文献３に開示されている方法が知られている。特許文献３の製造方法で使用される装置は、溶融金属を流すための傾斜板を備えている。この傾斜板上を溶融金属が流れる間に固相が生成されるとともに、この固相と液相とが混ざり半凝固金属が得られる。
【特許文献１】特公昭５１−４３０１９号公報
【特許文献２】特開２００４−１１４１５３号公報
【特許文献３】特許第３３１３２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１では、回転するブレードで金属の固相と液相とを攪拌するようにしているので、ブレード近傍とブレードから離れた所とでは、溶融金属の混ざり具合が異なることになる。したがって、溶融金属中に結晶粒子を均一に分散させるのが難しい。さらに、特許文献３では、溶融金属を傾斜板上に流すだけなので、その間に生成された固相が液相と均一に混ざり難い。つまり、特許文献１、３の製造方法では、安定した品質の半凝固金属が得られない虞れがある。
【０００７】
また、特許文献１では、溶融金属に固相を生成する際に溶融金属を容器内で自然冷却しながら混ぜているだけなので、固相が生成されるまでの時間が長く、半凝固金属の製造に要する時間を短縮できない。また、特許文献２では、容器内の磁力がステータ近傍では強いのに対し、ステータから離れた所では弱いので、容器内の溶融金属の混ざり具合が場所によって異なることになる。したがって、容器サイズを大きくすることができず、一度に多量の半凝固金属を製造することができない。
【０００８】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、溶融金属中に結晶粒子が略均一に分散し、安定した品質の半凝固金属を短時間で一度に少量から多量まで得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、半凝固金属の製造方法の発明として、溶融金属を入れた容器を鉛直線に交差する回転中心線周りに回転させ、この回転中の容器に外部から冷却用流体を吹き付けるようにした。
【００１０】
具体的には、溶融金属を容器にその開口部から入れる注湯工程と、溶融金属を入れた容器を、上記開口部を上方に位置付けた状態で鉛直線に交差する回転中心線周りに回転させ、この回転中の容器内にある溶融金属よりも上方で、かつ上記回転中心線を挟んで溶融金属と反対側に位置する容器の壁部外面に冷却用流体を吹き付けて溶融金属を半凝固金属にする冷却工程と、冷却工程で得られた半凝固金属を上記容器の開口部より排出する排湯工程とを備える構成とする。
【００１１】
この構成によれば、冷却工程においては、容器の内部に入っている溶融金属は重力により容器の下側に溜まる。このとき、容器の回転中心線が鉛直線に交差していることから、溶融金属よりも上方で、かつ回転中心線を挟んで溶融金属と反対側に位置する容器の壁部内面には、溶融金属が殆ど付着しない状態になる。この溶融金属が殆ど付着していない壁部外面に冷却用流体が吹き付けられることになるので、壁部の温度が溶融金属の固相線温度以下となるまでの時間は短い。そして、この冷却された壁部は容器の回転により下方へ向けて移動し、溶融金属が該壁部の内面に接触して固相線温度以下まで瞬時に冷却されることになる。これにより、冷却された壁部近傍に素早く固相が生成される。固相を生成した壁部は、容器の回転により再び上方へ向けて移動していく。このとき、溶融金属が粘性を有していることに起因して、壁部近傍の溶融金属と容器の中央部近傍の溶融金属とでは回転方向について速度差が生じる。この容器内部の壁部近傍と中央部近傍との速度差により固相と液相との間に剪断力が作用して固相が細かく分断する。さらに、容器の回転により容器内部で溶融金属が十分に流動しているので、上記分断した固相と液相とは、量が多くても少なくてもむら無く混ざり、結晶粒子が溶融金属中に略均一に分散した半凝固金属が得られる。
【００１２】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、冷却工程の後、容器の壁部外面に加熱用流体を吹き付ける加熱工程を備える構成とする。
【００１３】
この構成によれば、冷却工程を経て得られた半凝固金属が排湯されるまでの間、完全凝固しないように、該半凝固金属の温度を加熱用流体により固相線温度以上に保持することが可能なる。
【００１４】
請求項３の発明では、請求項１または２の発明において、注湯工程では、鉛直線に対する容器の回転中心線の角度を冷却工程よりも大きく設定する構成とする。
【００１５】
この構成によれば、注湯工程で容器を大きく傾けた状態にして溶融金属を注湯することが可能になる。これにより、開口部から注湯された溶融金属を容器の側壁部の内面に沿わせて下方へスムーズに流すことが可能になる。これにより、溶融金属の流れが大きく乱れるのを防止して酸化膜の発生を抑えることが可能になる。
【００１６】
請求項４の発明では、請求項１から３のいずれか１つの発明において、冷却工程では、鉛直線に対する容器の回転中心線の角度を変化させる構成とする。
【００１７】
この構成によれば、冷却工程中に、容器の傾きを変化させることが可能になる。これにより、容器の冷却された壁部と容器内部の溶融金属とが接触する面積を大きくしたり、小さくすることが可能になる。この接触面積を大きくすると、冷却された壁部が単位時間当たりに溶融金属から奪う熱量が増大し、一方、小さくすると、冷却された壁部が単位時間当たりに溶融金属から奪う熱量が減少する。また、回転中の容器の傾きを変化させることで、より大きな剪断力を固相に作用させることが可能になるので、固相と液相とが均一に混ざるようになる。さらに、そのように容器の傾きを変化させることで、容器内の溶融金属が少ない場合及び多い場合で同じように固相と液相とが混るようになる。その結果、同一容器で製造する半凝固金属の量を変えることが可能になる。
【００１８】
請求項５の発明では、請求項２から４のいずれか１つの発明において、加熱工程では、鉛直線に対する容器の回転中心線の角度を変化させる構成とする。
【００１９】
この構成によれば、容器の加熱むらを少なくして温度を均一化することが可能になり、半凝固金属の全体の温度を固相線温度以上に保持することが可能になる。
【００２０】
請求項６の発明では、請求項１から５のいずれか１つの発明において、冷却工程では、容器の回転方向を反転させる構成とする。
【００２１】
この構成によれば、容器内部の溶融金属の流動状態を変化させることが可能になり、容器内に多量に溶融金属がある場合でも結晶粒子が分散した半凝固金属が得られる。
【００２２】
請求項７の発明では、請求項１から６のいずれか１つの発明において、排湯工程では、鉛直線に対する容器の回転中心線の角度を注湯工程よりも大きく設定する構成とする。
【００２３】
この構成によれば、容器内の半凝固金属を素早く排湯することが可能になる。
【００２４】
また、請求項８の発明では、半凝固金属の製造装置の発明として、容器を容器駆動手段により鉛直線に交差する回転中心線周りに回転させ、この回転中の容器に冷却手段により冷却用流体を吹き付けるようにした。
【００２５】
具体的には、溶融金属が注湯される開口部を有する容器と、上記容器を、上記開口部を上方に位置付けた状態で鉛直線に交差する回転中心線周りに回転させる容器駆動手段と、回転中の容器内にある溶融金属よりも上方で、かつ上記回転中心線を挟んで溶融金属と反対側に位置する容器の壁部外面に冷却用流体を吹き付ける冷却手段とを備えている構成とする。
【００２６】
この構成によれば、溶融金属が殆ど付着していない壁部の外面に冷却用流体が吹き付けられることになるので、壁部の温度が溶融金属の固相線温度以下となるまでの時間が短くなり、容器内に素早く固相を生成することが可能になる。そして、壁部近傍の溶融金属と容器の中央部近傍の溶融金属とで回転方向について生じる速度差と、容器の回転による溶融金属の流動とで、固相と液相とがむら無く混ざり、結晶粒子が溶融金属中に均一に分散した半凝固金属が得られる。
【００２７】
請求項９の発明では、請求項８の発明において、容器の壁部外面に加熱用流体を吹き付ける加熱手段を備えている構成とする。
【００２８】
この構成によれば、半凝固金属が排湯されるまでの間、完全凝固しないように、該半凝固金属の温度を加熱用流体により固相線温度以上に保持することが可能なる。
【００２９】
請求項１０の発明では、請求項８または９の発明において、容器駆動手段は、鉛直線に対する容器の回転中心線の角度を変化させる傾動装置を有している構成とする。
【００３０】
この構成によれば、注湯工程で容器を大きく傾けた状態にして溶融金属を注湯することが可能になるので、溶融金属の流れが大きく乱れるのを防止して酸化膜の発生を抑えることが可能になる。さらに、冷却手段により冷却用流体を吹き付けている状態で容器の傾きを変化させることが可能になる。これにより、容器の冷却された壁部と容器内部の溶融金属とが接触する面積を大きくして、壁部が単位時間当たりに溶融金属から奪う熱量を増大させることや、小さくして壁部が単位時間当たりに奪う熱量を減少させることが可能になる。また、回転中の容器の傾きを変化させることで、より大きな剪断力を固相に作用させることが可能になるので、固相と液相とが均一に混ざるようになる。さらに、そのように容器の傾きを変化させることで、容器内の溶融金属が少ない場合及び多い場合で同じように固相と液相とが混るようになる。その結果、同一容器で製造する半凝固金属の量を変えることが可能になる。
【００３１】
請求項１１の発明では、請求項８から１０のいずれか１つの発明において、容器が容器駆動手段に着脱可能に取り付けられている構成とする。
【００３２】
この構成によれば、容器を容量が異なるものに交換することが可能になる。
【発明の効果】
【００３３】
請求項１の発明によれば、溶融金属を入れた容器を鉛直線に交差する回転中心線周りに回転させながら、回転中心線を挟んで溶融金属と反対側に位置する容器の壁部外面に冷却用流体を吹き付けるようにしたので、容器内部に素早く固相を生成し、この固相と液相とを量の多少にかかわらずむら無く混ぜることができ、安定した品質の半凝固金属を短時間で一度に少量から多量まで得ることができる。
【００３４】
請求項２の発明によれば、冷却工程の後、容器の壁部外面に加熱用流体を吹き付けるようにしたので、排湯されるまでの半凝固金属の温度を加熱用流体により固相線温度以上にして高い品質を保つことができる。
【００３５】
請求項３の発明によれば、注湯工程で容器大きく傾けることができるので、注湯中に溶融金属の流れが大きく乱れるのを防止して酸化膜の形成を抑えることができ、半凝固金属の品質を高めることができる。
【００３６】
請求項４の発明によれば、容器の冷却された壁部と容器内部の溶融金属とが接触する面積を変化させることができる。これにより、容器の冷却された壁部が溶融金属から単位時間当たりに奪う熱量を変化させて、溶融金属が半凝固金属となるまでの時間を変更することができる。また、より大きな剪断力を固相に作用させて固相と液相とをより一層均一に混ぜることができる。さらに、容器内の溶融金属が少ない場合及び多い場合で同じように固相と液相とを混ぜることができるので、同一容器で製造する半凝固金属の量を品質を低下させることなく変えることができる。
【００３７】
請求項５の発明では、容器を加熱用流体によりむらなく加熱することができるので、半凝固金属の全体の温度を固相線温度以上に保持することができ、金属が部分的に完全凝固してしまうのを回避することができる。
【００３８】
請求項６の発明によれば、冷却工程で容器の回転方向を反転させるようにしたので、容器内に多量に溶融金属がある場合でも結晶粒子が分散した半凝固金属を得ることができる。
【００３９】
請求項７の発明によれば、排湯工程で容器を開口部が下方へ向くまで大きく傾けることができるので、容器内の半凝固金属を素早く排湯することができる。
【００４０】
請求項８の発明によれば、容器を容器駆動手段により鉛直線に交差する回転中心線周りに回転させ、この回転中の容器の壁部外面に冷却手段により冷却用流体を吹き付けるようにしたので、安定した品質の半凝固金属を短時間で一度に少量から多量まで得ることができる。
【００４１】
請求項９の発明によれば、排湯されるまでの半凝固金属の温度を加熱用流体により固相線温度以上にして高い品質を保つことができる。
【００４２】
請求項１０の発明によれば、注湯工程で鉛直線に対する容器の回転中心線の角度を冷却工程よりも大きくすることで、酸化膜の形成を抑えることができ、半凝固金属の品質を高めることができる。さらに、冷却工程で容器の傾きを変化させることができるので、溶融金属から単位時間当たりに奪う熱量を変化させて、溶融金属が半凝固金属となるまでの時間を変更することができる。また、より大きな剪断力を固相に作用させて固相と液相とをより一層均一に混ぜることができる。さらに、容器内の溶融金属が少ない場合及び多い場合で同じように固相と液相とを混ぜることができるので、同一容器で製造する半凝固金属の量を品質を低下させることなく変えることができる。
【００４３】
請求項１１の発明では、容器を容器駆動手段に着脱可能に取り付けることにより容器を容量が異なるものに交換できるので、１サイクルで製造可能な半凝固金属の量を大幅に、また、容易に変更することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００４５】
図１は、本発明の実施形態に係る半凝固金属の製造装置１を示すものである。この製造装置１は、溶融金属を冷却しながら半凝固状態にするものであり、溶融金属が注湯される容器２と、容器２を回転及び傾動させる容器駆動手段としての容器駆動装置３と、容器２を冷却する冷却装置４と、容器２を加熱する加熱装置５とを備えている。
【００４６】
上記容器２は、注湯用の開口部２ａを有する有底の筒状をなしており、注湯される溶融金属と化学反応し難い材質で構成されている。例えば、溶融金属がアルミニウム合金である場合には、容器２をカーボン、セラミックス等で構成し、溶融金属がマグネシウム合金の場合には、鉄等で構成する。尚、上記容器２を溶融金属と化学反応しやすい材質で構成した場合には、容器２の溶融金属が接触する面に、上記した溶融金属と化学反応し難い材料や、金型鋳造に使う塗型剤等の離型性の優れた材料をコーティングする。
【００４７】
上記容器２の底壁部２ｂは、略半球状に外部へ膨出するように形成されている。容器２の側壁部２ｃにおける底壁部２ｂ側の約半分は、略同じ円形断面を有するように形成される一方、側壁部２ｃにおける開口部２ａ側の約半分は開口部２ａ側へ行くほど縮径するテーパ状に形成されている。
【００４８】
上記底壁部２ｂの外面の中心部には、容器２の中心線方向に延びる支軸１０の一端部が固定されている。また、上記側壁部２ｃの外面には、該外面から容器２の中心線径方向へ突出して周方向に連続して延びる環状部１１が固定されている。この環状部１１の底壁部２ｂ側の面には、後述のピニオンギヤ２７が噛み合う歯１２が周方向に連続して設けられている。
【００４９】
上記容器駆動装置３は、上記支軸１０と、底壁部２ｂの外形状に対応するように湾曲して延びる湾曲部材１５と、湾曲部材１５の両端部を地面やベース台Ｂ等に支持する第１及び第２支持部材１６、１７と、容器回転用モーター１８と、容器傾動用モーター１９とを備えている。上記湾曲部材１５は、容器２を支持するためのものである。この湾曲部材１５の略中央部には、上記支軸１０の他端部を回転可能に支持する軸受部２０が設けられている。この軸受部２０は、支軸１０を取り外しできるように構成されている。この軸受部２０に支軸１０が支持された状態で、湾曲部材１５と容器２の底壁部２ｂの外面との間には隙間が設けられている。
【００５０】
上記湾曲部材１５の一端部及び他端部には、略水平に突出する第１水平軸２１及び第２水平軸部２２がそれぞれ設けられている。これら第１水平軸２１及び第２水平軸２２は、略同一直線上に位置している。上記第１水平軸２１の先端部には、傾動用従動スプロケット２３が固定されている。一方、上記第２水平軸２２は筒状に形成されている。第２水平軸２２の内部には、該第２水平軸２２と同心状に駆動軸２４が挿通され、この駆動軸２４は、第２水平軸２２の内面に回転可能に支持されている。駆動軸２４の両端部は第２水平軸２２の内部から突出している。駆動軸２４の容器２側へ突出する部分には、上記容器２の歯１２に噛み合うピニオンギヤ２７が固定され、一方、容器２と反対側へ突出する部分には、回転用従動スプロケット２８が固定されている。
【００５１】
上記第１及び第２支持部材１６、１７は容器２を側方から挟むように配置されている。第１支持部材１６は、ベース台Ｂ等に固定される固定部３０と、固定部３０から上方へ延びる脚部３１と、脚部３１の上端部に第１水平軸２１を回動可能に保持する保持部材３２とを備えている。固定部３０は、ボルト３３によりベース台Ｂ等に固定されるようになっている。保持部材３２は、脚部３１に対しボルト３４により着脱可能に取り付けられている。尚、第２支持部材１７は、上記第１支持部材１６と同様に、固定部３０、脚部３１及び保持部材３２で構成されている。
【００５２】
上記第１水平軸２１が第１支持部材１６に保持された状態で、傾動用従動スプロケット２３は第１支持部材１６の容器２と反対側に位置している。また、第２水平軸２２が第２支持部材１７に支持された状態で、回転用従動スプロケット２８は第２支持部材１７の容器２と反対側に位置している。
【００５３】
上記容器傾動用モーター１９は、第１支持部材１６の容器２と反対側に配置され、ベース台Ｂ等に固定されている。この容器傾動用モーター１９の出力軸には、傾動用駆動スプロケット３６が固定されている。この傾動用駆動スプロケット３６と上記傾動用従動スプロケット２３とに伝動チェーン３７が巻き掛けられている。また、上記容器回転用モーター１８は、第２支持部材１７の容器２と反対側に配置され、ベース台Ｂ等に固定されている。この容器回転用モーター１８の出力軸には、回転用駆動スプロケット３８が固定されている。この回転用駆動スプロケット３８と上記回転用従動スプロケット２８とに伝動チェーン３９が巻き掛けられている。
【００５４】
上記容器駆動装置３は、上記容器回転用モーター１８と容器傾動用モーター１９とが接続された制御装置４０を備えている。この制御装置４０により、容器回転用モーター１８と容器傾動用モーター１９とは独立して回転速度、回転数及び回転方向が制御されるようになっている。上記制御装置４０により容器回転用モーター１８を作動させると、この容器回転用モーター１８の回転力は駆動軸２４を介してピニオンギヤ２７に伝わる。このピニオンギヤ２７の回転により容器２が支軸１０周りに回転する。つまり、容器２は、その中心線Ａが回転中心線となっている。また、容器回転用モーター１８を反転させると容器２が反転し、また、容器回転用モーター１８の回転速度を変化させるとそれに応じて容器２の回転速度も変化する。
【００５５】
上記制御装置４０により容器傾動用モーター１９を作動させると、傾動用従動スプロケット２３が回動し、湾曲部材１５が第１水平軸２１及び第２水平軸２２周りに回動する。この湾曲部材１５の回動により容器２が傾動する。容器２の傾動角度は、鉛直線Ｃ（図３にのみ示す）に対する容器の中心線Ａの角度であり、容器２に溶融金属を注湯する際の注湯用傾動角度と、容器２を冷却する際の冷却用傾動角度とに切り替えられるようになっている。冷却用傾動角度は、注湯用傾動角度よりも小さくなるように設定されており、注湯用傾動角度にある容器２は、冷却用傾動角度にあるときよりも大きく傾くようになっている。容器２の傾動角度は、上記容器傾動用モーター１９の回転数及び回転方向により自由に設定することが可能となっている。上記湾曲部材１５、容器傾動用モーター１９、傾動用従動スプロケット２３、傾動用駆動スプロケット３６及び伝動チェーン３７が本発明の傾動装置４５を構成している。
【００５６】
上記冷却装置４は本発明の冷却手段を構成するものであり、冷却用流体としての空気を送風する送風機４１と、送風機４１の空気出口に接続された送気管４２とを備えている。上記送風機４１は、送風量の調節が可能に構成されている。また、送気管４２の位置は自由に設定できるようになっている。
【００５７】
上記加熱装置５は本発明の加熱手段を構成するものであり、トーチバーナー４７と、ブタンガスをトーチバーナー４７に供給するガス供給装置４８とを備えている。ガス供給装置４８は、ブタンガスの供給量を可変することができるようになっている。上記トーチバーナー４７から噴出するブタンガスに引火させることで加熱用流体が得られ、この加熱流体を容器２の壁部外面に吹き付けることで容器２が加熱されるようになっている。トーチバーナー４７の位置は自由に設定できるようになっている。
【００５８】
次に、上記のように構成された半凝固金属の製造装置１を用いて半凝固アルミニウム合金を製造する要領について説明する。まず、図２に示すように、容器傾動用モーター１９を回転させて容器２の傾動角度を注湯用傾動角度にし容器２を大きく傾けておく。一方、アルミニウム合金を液相線温度以上に加熱して完全に溶融してお。そして、このアルミニウム合金をラドル５０に入れる。このラドル５０内のアルミニウム合金を開口部２ａから容器２に注湯する。この注湯の際には、容器２が大きく傾いているので、開口部２ａから注湯されたアルミニウム合金１００ａを容器２の側壁部２ｃの内面に沿わせて底壁部２ｂへスムーズに流すことが可能になる。これにより、注湯中にアルミニウム合金１００ａの流れが大きく乱れるのが防止され、溶融しているアルミニウム合金１００ａに酸化膜が発生するのを抑制することが可能になる。以上が注湯工程である。
【００５９】
次いで、容器傾動用モーター１９を作動させて容器２の傾動角度を冷却用傾動角度にして、図３に示すように、容器２を注湯工程のときよりも立て気味にする。このとき、容器２の内部の溶融金属は、重力によって容器２の下側に溜まっている。また、上記冷却装置４の送気管４２先端を、容器２に溜まっているアルミニウム合金１００ａよりも上方で、かつ容器２の中心線Ａを挟んで上側に位置する壁部外面に対向するように配置しておく。
【００６０】
そして、容器回転用モーター１８を作動させることにより、図３に矢印Ｓで示すように、容器２を、開口部２ａを上方に位置付けた状態で鉛直線Ｃに交差する中心線Ａ周りに回転させる。この容器２の回転速度の上限は、溶融状態のアルミニウム合金１００ａが遠心力により容器２内面に付着したままにならないように設定する。
【００６１】
上記容器回転用モーター１８を作動させた直後に、送風機４１を作動させて空気を容器２の壁部外面に吹き付ける。この空気は、回転中の容器２内にあるアルミニウム合金１００ａよりも上方で、かつ中心線Ａを挟んでアルミニウム合金１００ａと反対側に位置する容器２の壁部外面に吹き付けられる。この空気の温度は、室温であってもよいし、冷却装置（図示せず）によって室温よりも低く設定してもよい。
【００６２】
このとき、容器２内のアルミニウム合金１００ａは、容器２の中心線Ａが鉛直線Ｃに交差していることから、中心線Ａを挟んでアルミニウム合金１００ａとは反対側に位置する壁部（図３に一点鎖線で囲んだ部位）の内面には、殆ど付着しない状態になる。このアルミニウム合金１００ａが殆ど付着していない壁部の外面に空気が吹き付けられることになるので、壁部の温度がアルミニウム合金１００ａの固相線温度以下となるまでの時間は短い。そして、この冷却された壁部は容器２の回転により下方へ向けて移動し、アルミニウム合金１００ａが該壁部の内面に接触して固相線温度以下まで瞬時に冷却されることになる。これにより、容器２内の壁部近傍に素早く固相が生成される。固相を生成した壁部は、再び上方へ向けて移動していく。このとき、アルミニウム合金１００ａが粘性を有していることに起因して、壁部近傍の溶融金属と中央部近傍の溶融金属とで回転方向に速度差が生じる。この壁部近傍と中央部近傍との速度差により固相と液相との間に剪断力が作用し固相が細かく分断する。さらに、容器２の回転により容器２内部でアルミニウム合金１００ａが流動しているので、上記分断した固相と液相とが、量が多くても少なくてもむら無く混ざり、結晶粒子が均一に分散した半凝固アルミニウム合金１００ｂが得られる。以上が冷却工程である。
【００６３】
容器２の内部のアルミニウム合金１００ａが半凝固状態になったか否かは、例えば容器２の内部に熱電対を挿入してアルミニウム合金１００ａの温度を検出し、この検出結果に基づいて作業者が判定するようにしてもよい。すなわち、アルミニウム合金１００ａの温度が固相線温度以上液相線温度以下となって所定時間経過した時を半凝固アルミニウム合金１００ｂになった時として、送風機４１を停止する。尚、アルミニウム合金１００ａが半凝固状態になったか否かは、温度により判定することなく、例えば冷却工程の開始時から経過した時間で推定するようにしてもよい。この時間は、アルミニウム合金１００ａの量や冷却用空気の温度等により予め求めておく。そして、次の工程である排湯工程までの間、図４に示すように、製造された半凝固アルミニウム合金１００ｂが容器２内で完全凝固しないよう、容器２をトーチバーナー４７により液相線温度以上固相線温度以下に加熱する。以上が加熱工程である。
【００６４】
その後、容器傾動用モーター１９を作動させ、図５に矢印Ｗで示すように、容器２を開口部２ａが下方に向くまで大きく傾動させることにより、半凝固アルミニウム合金１００ｂを容器２から出す。これが排湯工程である。この排湯工程の際に、上記容器２を加熱装置５のトーチバーナー４７により液相線温度以上固相線温度以下に加熱する加熱工程を並行してもよい。また、排湯工程では、半凝固アルミニウム合金１００ｂを射出成形機６０の射出スリーブ６１に直接流し込んで成形型６２により成形してもよいし、別の容器６３に入れ、この容器６３を液相線温度以下固相線温度以上に加熱して半凝固状態を保ち、別の場所に移送して成形することや、冷却して完全に凝固させるようにすることも可能である。
【００６５】
また、冷却工程中に容器傾動用モーター１９を作動させることで、図３に矢印Ｔで示すように、容器２の傾動角度を変化させるようにしてもよい。こうすることにより、容器２の冷却された壁部と容器２内部のアルミニウム合金１００ａとが接触する面積を変化させることが可能になる。この接触面積を大きくすると、冷却された壁部が単位時間当たりにアルミニウム合金１００ａから奪う熱量が増大し、一方、小さくすると、冷却された壁部が単位時間当たりにアルミニウム合金１００ａから奪う熱量が減少する。また、冷却工程中に容器回転用モーター１８の回転方向を反転させることにより、アルミニウム合金１００ａの流動状態を変化させることが可能になる。
【００６６】
また、冷却工程で回転中の容器２の傾きを変化させることで、より大きな剪断力を固相に作用させることが可能になるので、固相と液相とが均一に混ざるようになる。さらに、そのように容器２の傾きを変化させることで、容器２内のアルミニウム合金１００ａが少ない場合及び多い場合で同じように固相と液相とが混るようになる。その結果、同一容器２で製造する半凝固アルミニウム合金１００ｂの量を変えることが可能になる。
【００６７】
また、加熱工程中に容器傾動用モーター１９を作動させて容器２の傾動角度を変化させるようにしてもよい。こうすることにより、容器２の加熱むらを少なくして温度を均一化することが可能になり、半凝固アルミニウム合金１００ｂの全体の温度が固相線温度以上に保持されるようになる。
【００６８】
以上説明したように、この実施形態によれば、溶融状態のアルミニウム合金１００ａを入れた容器２を傾けた状態で回転させながら、中心線Ａを挟んでアルミニウム合金１００ａと反対側に位置する容器２の壁部外面から空気を吹き付けるようにしたので、容器２内部に素早く固相を生成し、この固相と液相とを量の多少にかかわらずむら無く混ぜることができ、安定した品質の半凝固アルミニウム合金１００ｂを短時間で一度に少量から多量まで得ることができる。
【００６９】
また、注湯工程で容器２を大きく傾けるようにしたので、注湯中にアルミニウム合金１００ａの流れが大きく乱れるのを防止して酸化膜の形成を抑えることができ、半凝固アルミニウム合金１００ｂの品質を高めることができる。
【００７０】
また、冷却工程において容器傾動用モーター１９を作動させることにより、容器２の冷却された壁部と容器２内部のアルミニウム合金１００ａとが接触する面積を変化させることができる。これにより、容器２の壁部がアルミニウム合金１００ａから単位時間当たりに奪う熱量を変化させて、溶融状態のアルミニウム合金１００ａが半凝固アルミニウム合金１００ｂとなるまでの時間を変更することができる。また、より大きな剪断力を固相に作用させて固相と液相とをより一層均一に混ぜることができる。さらに、容器２内のアルミニウム合金１００ａが少ない場合及び多い場合で同じように固相と液相とを混ぜることができるので、同一容器２で製造する半凝固アルミニウム合金１００ｂの量を、品質を低下させることなく変えることができる。
【００７１】
また、冷却工程で容器２の回転方向を反転させるようにしたので、容器２内に多量にアルミニウム合金１００ａがある場合でも結晶粒子が分散した半凝固アルミニウム合金１００ｂを得ることができる。
【００７２】
また、加熱工程中に容器傾動用モーター１９を作動させることで、容器２を加熱用流体によりむらなく加熱することができる。これにより、半凝固アルミニウム合金１００ｂの全体の温度を固相線温度以上に保持することができ、半凝固アルミニウム合金１００ｂが部分的に完全凝固してしまうのを回避することができる。
【００７３】
また、容器２を湾曲部材１５に着脱可能にしているので、大きさが異なる容器に交換することができる。これにより、１回のサイクルで少量から多量まで任意の量の半凝固アルミニウム合金１００ｂを得ることができる。
【００７４】
尚、この実施形態では、冷却用流体を空気としているが、空気以外の気体や水等の液体を冷却用流体としてもよい。
【００７５】
また、冷却工程において容器２を一定の傾きで保持するようにしてもよく、また、容器２を反転させないようにしてもよい。また、加熱工程において容器２を反転させるようにしてもよい。
【００７６】
また、本発明は、半凝固アルミニウム合金１００ｂを製造する場合以外にも、例えば半凝固マグネシウム合金等を製造する場合にも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上説明したように、本発明に係る半凝固金属の製造方法及び製造装置は、例えば、溶融状態のアルミニウム合金を半凝固状態にするのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施形態に係る製造装置の概略構成を示す図である。
【図２】注湯工程を説明する図である。
【図３】冷却工程を説明する図である。
【図４】加熱工程を説明する図である。
【図５】半凝固金属を容器から出す工程を説明する図である。
【符号の説明】
【００７９】
１          製造装置
２          容器
２ａ        開口部
３          容器駆動装置（容器傾動手段）
４          冷却装置（冷却手段）
５          加熱装置（加熱手段）
４５        傾動装置
１００ａ    溶融状態のアルミニウム合金
１００ｂ    半凝固状態のアルミニウム合金
Ａ          中心線
Ｃ          鉛直線
【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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