(57)【要約】【課題】  高効率かつ省電力での攪拌を行うことのできる半凝固金属材料の製造方法を提供すること。【解決手段】  攪拌槽１７内の半凝固アルミ材料１８を製造する半凝固金属材料製造方法であって、直方体を成す積層鋼板１１に第１中空孔１５と円形の第２中空孔１６とを形成し、第１中空孔１５と外周の一辺とをコイル１４で巻回し、第２中空孔１６に隈取コイル１９，２３を設けた隈取モータ構成部を有し、第２中空孔１６に半凝固アルミ材料１８の入ったステンレス製の攪拌槽１７を装着して、コイル１４に通電することにより、攪拌槽１７内の半凝固アルミ材料１８が、モータのロータ部として回転し、攪拌槽１７のステンレス内壁に付着している半凝固アルミとせん断されて攪拌される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
攪拌槽内の半凝固金属材料を製造する半凝固金属材料製造方法において、
直方体を成す積層鋼板に第１中空孔と円形の第２中空孔とを形成し、前記第１中空孔と外周の一辺とをコイルで巻回し、前記第２中空孔に隈取コイルを設けた隈取モータ構成部を有し、
前記第２中空孔に半凝固金属材料の入った攪拌槽を装着して、前記コイルに通電することにより、前記攪拌槽内の半凝固金属が、モータのロータ部として回転し、前記攪拌槽の内面に付着している半凝固金属とせん断されて攪拌されることを特徴とする半凝固金属材料製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載する半凝固金属材料製造方法において、
前記攪拌槽で攪拌される半凝固金属材料の量が、１００ｇ以下であることを特徴とする半凝固金属材料製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半凝固金属材料の製造方法に関するものである。ここで、半凝固金属材料とは、半凝固状態のスラリーを直接ダイキャスト加工するレオ加工、半凝固状態のスラリーをいったん冷却凝固させたのち再加熱して半融状態でダイキャスト加工するチクソ加工、及び固相状態で鍛造加工するために使用される素材のことをいう。半凝固金属材料が利用されるのは、最終製品を成形するときに、通常の凝固金属材料を利用する場合と比較して、収縮率が低く、最終寸法を正確に得やすいためである。
【背景技術】
【０００２】
半凝固金属材料の製造方法としては、例えば、特許文献１には、図５に示すように、冷却・攪拌槽５３の外周に沿って１２個の鉄心電磁コイル５０を配置し、鉄心電磁コイル５０のＮ極またはＳ極のいずか一方が、冷却・攪拌槽５３の外周に沿って移動する回転磁界により攪拌を行うことが記載されている。また、この攪拌方法によれば、電磁力は冷却・攪拌槽内壁面近くの溶湯ないしは半凝固金属スラリーに集中的に作用し、それらを旋回流動させて、渦５２を発生させることによりアルミ溶湯の攪拌を行うことになり、装置の大型化すなわち冷却・攪拌槽の径が大きくなっても関係なく低電力量で効率的に攪拌できると記載されている。
ここで、半凝固金属材料が攪拌される原理は、鉄心電磁コイル５０が発生させた磁界に対して、半凝固金属材料内にその磁界を打ち消す方向の磁界を発生するための渦電流５２が発生することによる。
【０００３】
一方、特許文献１に従来技術として記載されている特許文献２には、２極誘導電動機のステータによる磁界を攪拌槽に与えることにより、フレミングの右手の法則で溶融金属が鋳型内を回転することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１２８１号公報
【特許文献２】特公昭６２−２５４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術には、次のような問題点があった。
すなわち、特許文献１に記載された技術では、アルミ溶湯を攪拌するために働く力が電磁力であるため、非磁性体であるアルミ溶湯に対しては、非常に効率の悪いという問題があった。
また、特許文献１に記載の技術では、ひとつの電磁コイル５０のＮ極により、その磁極と対向する位置にあるアルミ溶湯が旋回流動され、小さな渦５２を発生させることにより攪拌されるのであるが、発生する渦５２が小さいため、少しの部分しか攪拌されないため、全体を攪拌するためには効率が悪いという問題があった。
また、特許文献２に記載の技術では、誘導電動機のステータを利用しているので、大きな電力を必要とするため、少量の半凝固金属材料を攪拌する目的には、電力消費量が大きすぎる問題があった。
【０００６】
この発明は上記課題を解決すためになされたものであって、その目的は、高効率かつ省電力での攪拌を行うことのできる半凝固金属材料の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る半凝固金属材料製造方法は、次のような構成を有している。 
（１）攪拌槽内の半凝固金属材料を製造する半凝固金属材料製造方法であって、直方体を成す積層鋼板に第１中空孔と円形の第２中空孔とを形成し、第１中空孔と外周の一辺とをコイルで巻回し、第２中空孔に隈取コイルを設けた隈取モータ構成部を有し、第２中空孔に半凝固金属材料の入った攪拌槽を装着して、コイルに通電することにより、攪拌槽内の半凝固金属が、モータのロータ部として回転し、攪拌槽の内面と擦れて攪拌される。
（２）（１）に記載する半凝固金属材料製造方法において、前記攪拌槽で攪拌される半凝固金属材料の量が、１００ｇ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成を有する本発明に係る隈取コイル型溶湯攪拌槽装置を用いた半凝固金属材料製造方法の作用及び効果を説明する。
直方体を成す積層鋼板に形成した第１中空孔と外周の一辺とをコイルで巻回しており、コイルに交流を通電することにより、積層鋼板に順次反転する磁界を発生させる。攪拌槽は、積層鋼板の他端側に形成された円形の第２中空孔内に装着されているので、発生した磁界の影響を受ける。攪拌槽内には、加熱により半凝固状態となっている例えば、５０ｇの半凝固アルミ材料が挿入されている。
半凝固アルミ材料は、発生した磁界により、フレミングの右手の法則で攪拌槽内を回転する方向に力を受ける。これにより、半凝固アルミ材料は、攪拌槽内を回転するが、攪拌槽は固定されているので、ステンレス製の攪拌槽に接触している半凝固アルミ材料は攪拌槽内壁に摩擦力により付着しているため、回転する半凝固アルミ材料とステンレス内壁に付着している半凝固アルミ材料とがせん断される。このせん断により、半凝固アルミ材料は攪拌される。
【０００９】
ここで、隈取コイルは、コイルで発生した磁界より半相遅れて磁界を発生される。すなわち、通電により発生した磁界が消滅するのを妨げる方向で、隈取コイルに電流が流れて磁界を発生する。例えば、積層鋼板の端部がＮ極からＳ極に変化するときに、Ｎ極の時間の半分だけ遅れてＮ極を発生させる。隈取コイルが発生させる磁界が、半凝固アルミ材料に回転する力を増加させるため、消費電力はその分省力化することができる。
隈取コイルで発生する磁界は大きくないため、半凝固アルミ材料に対して、最適な攪拌量が存在する。本出願人は、１００ｇ以下であれば、隈取コイルを有するもので、半凝固アルミ材料に対して、大きな省エネ効果を得られることを実験により確認した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る半凝固金属材料製造方法について、図面に基づいて詳細に説明する。図１に、半凝固アルミ材料を攪拌するための攪拌装置の平面図を示す。図２に図１の中央断面図（ＡＡ断面図）を示す。
四隅にＲを取った直方体を成す積層鋼板１１に、断面が矩形状の第１中空孔１５と円形の第２中空孔１６とが形成されている。積層鋼板１１は、ボルト２０と図示しないナットにより、一体化されている。第１中空孔１５と外周の一辺とを周回してコイルボビン１３が取り付けられており、コイルボビン１３の内側に銅線が巻回されてコイル１４を構成している。
【００１１】
第２中空孔１６には、一対の隈取コイル１９，２３を設けた隈取モータ構成部が構成されている。コイル１４が巻かれた積層鋼板１１は、ベース板１２の上に載せられている。ベース板１２には、中空孔が形成され、攪拌槽を載せるための攪拌槽台２１が固設されている。
攪拌槽台２１の上で、かつ第２中空孔１６のほぼ中心位置に、攪拌槽１７が置かれている。攪拌槽１７の中には、加熱されて半凝固状態である半凝固アルミ材料１８が、丁度積層鋼板１１の高さと同じ高さまで入れられている。
積層鋼板１１の第２中空孔１６の一端部２１のコイル１４側の積層鋼板の外周に、隈取コイル１９が巻かれている。一端部２１を中心として隈取コイル１９の巻かれている位置の積層鋼板２１Ａと反対側の積層鋼板を２１Ｂで示す。
同様に、積層鋼板１１の第２中空孔１６の他端部２２のコイル１４と反対側の積層鋼板の外周に、隈取コイル２３が巻かれている。他端部２２を中心として隈取コイル２３の巻かれている位置の積層鋼板２２Ａと反対側の積層鋼板を２２Ｂで示す。
【００１２】
次に、上記構成を有する攪拌装置の作用を説明する。
第２中空孔１６に半凝固アルミ材料１８の入ったステンレス製の攪拌槽１７を装着して、コイル１４に通電することにより、攪拌槽１７内の半凝固アルミ材料１８が、モータのロータ部として回転し、攪拌槽１７の内面と擦れて攪拌される。
すなわち、コイル１４に交流を通電することにより、積層鋼板１１に順次反転する磁界を発生させる。攪拌槽１７は、積層鋼板１１の他端側に形成された円形の第２中空孔１６内に装着されているので、発生した磁界の影響を受ける。攪拌槽１７内には、加熱により半凝固状態となっている例えば、５０ｇの半凝固アルミ材料１８が入れられている。
ここで、隈取コイル１９は、コイル１４で発生した磁界より半相遅れて磁界を発生させる。すなわち、通電により発生した磁界が消滅するのを妨げる方向で、隈取コイル１９に電流が流れて磁界を発生する。例えば、図４に示すように、積層鋼板１１の一端部２１ＢがＮ極からＳ極に変化するときに、端部２１ＢがＮ極となるときから、Ｎ極の時間の半分だけ遅れて、隈取コイル１９の作用により端部２１ＡにＮ極を発生させる。同様に、積層鋼板１１の他端部２２ＢがＳ極からＮ極に変化するときに、端部２２ＢがＳ極となるときから、Ｓ極の時間の半分だけ遅れて、隈取コイル２３の作用により端部２２ＡにＳ極を発生させる。
これらが連続的に繰り返されて、順次反転する磁界を発生することにより、第２中空孔１６内に回転する磁界が発生し、ステンレス製の攪拌槽１７内の半凝固アルミ材料１８にも回転磁界が発生する。
【００１３】
磁界が作用する半凝固アルミ材料１８には、積層鋼板の端部２１Ｂ，２２Ｂ及び２１Ａ，２２Ａによりその近傍に渦電流が発生し、アルミを導体とした、端部２１Ｂ，２２Ｂ及び２１Ａ，２２Ａの極性と反発する局部電磁石による電磁力が発生する。対峙する端部２１Ｂ，２２Ｂ及び２１Ａ，２２Ａが回転磁界のため、局部電磁石もそれに連れて回転し、半凝固アルミ材料１８を回転せしめる。
この回転力により、半凝固アルミ材料１８は、攪拌槽１７内を回転するが、攪拌槽１７は動かないので、攪拌槽１７に接触している半凝固アルミ材料１８は攪拌槽１７のステンレス内壁に摩擦力により付着しているため、回転する半凝固アルミ材料１８とステンレス内壁に付着している半凝固アルミ材料１８とがせん断される。このせん断により、半凝固アルミ材料１８は攪拌される。
この渦電流が非磁性体の半凝固アルミ材料１８を効率よく回転せしめるため、消費電力を節約できる。
【００１４】
図３に実験結果を示す。本実施の形態の攪拌装置の実験データを、従来技術で説明した電磁誘導モータのステータを用いた場合の実験データと比較して示す。
縦軸に結晶粒度（単位はμｍ）で示し、横軸に必要とされる電力（単位はＷ）で示す。結晶粒度は、５０〜２００μｍが望ましい。結晶粒度が、５０μｍ未満では、完全に溶解させて凝固させた場合と同じ収縮度となり、最終製品を鋳造するときの半凝固材料の良さがなくなるからである。また、結晶粒度が、２００μｍ以上では、最終製品の強度が弱くなる恐れがあるためである。
本実施の形態の隈取コイル方式では、３回の実験の結果が全て、５０〜２００μｍの範囲内にある。そして、必要とされる電力が、２００〜３５０Ｗ内に収まっている。
それと比較して、特許文献２に示される電磁誘導モータ式では、結晶粒度は、目的内に入っても、必要とされる電力が１２００〜２０００Ｗとなり、本実施の形態の隈取コイルと比較して、５，６倍の電力を消費してしまう。言い換えれば、本実施の形態の攪拌方法を用いて、半凝固アルミ材料を製造すれば、５分の１程度の電力で済むのであり、８０％近く省エネできるのである。隈取コイル１９，２３で発生する磁界は大きくないため、半凝固アルミ材料１８に対して、最適な攪拌量が存在する。
上記実験においては、半凝固アルミ材料１８として、５０ｇの実験結果を示したが、１００ｇ以下であれば、同様の結果を得ることが可能である。
【００１５】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の半凝固金属材料製造方法よれば、攪拌槽１７内の半凝固アルミ材料１８を製造する半凝固金属材料製造方法であって、直方体を成す積層鋼板１１に第１中空孔１５と円形の第２中空孔１６とを形成し、第１中空孔１５と外周の一辺とをコイル１４で巻回し、第２中空孔１６に隈取コイル１９，２３を設けた隈取モータ構成部を有し、第２中空孔１６に半凝固アルミ材料１８の入ったステンレス製の攪拌槽１７を装着して、コイル１４に通電することにより、攪拌槽１７内の半凝固アルミ材料１８が、モータのロータ部として回転し、攪拌槽１７のステンレス内壁に付着している半凝固アルミとせん断されて攪拌される。
【００１６】
尚、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
例えば、本実施の形態では、半凝固金属材料として、アルミについて説明したが、アルミ合金であっても良いことは当然として、他の非磁性体金属であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】半凝固アルミ材料を攪拌するための攪拌装置の平面図である。
【図２】図１のＡＡ断面図である。
【図３】実験データ図である。
【図４】鋼板端部に作用する磁極の磁性を示す説明図である。
【図５】従来の半凝固アルミ材料を攪拌するための攪拌装置の原理図である。
【符号の説明】
【００１８】
１１  積層鋼板
１４  コイル
１５  第１中空孔
１６  第２中空孔
１７  攪拌槽
１８  半凝固アルミ材料
１９，２３  隈取コイル
【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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