(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半凝固状態にある合金金属を収容し、開口から底部へ向けて断面積が縮小している収容容器をダイカストマシンのスリーブに前記収容容器の前記開口を前記金型のキャビティ側に向けて装填する装填工程と、
前記スリーブに嵌合するプランジャを駆動して前記収容容器の前記底部を前記プランジャで押圧し、前記収容容器を当該スリーブ内で押し潰しながら当該収容容器内に収容された半凝固状態にある合金金属を前記開口から金型のキャビティに充填する充填工程と
を有する半凝固鋳造方法。
【請求項２】
前記合金金属の溶湯を前記収容容器に所定量収容し、この合金金属の溶湯に振動を付与しながら冷却して半凝固状態にする半凝固化工程を
さらに有する請求項１に記載の半凝固鋳造方法。
【請求項３】
前記半凝固化工程は、前記合金金属の溶湯に超音波を付与する
請求項２に記載の半凝固鋳造方法。
【請求項４】
前記収容容器は、主成分が収容される合金金属と同じで、かつ、融点が収容される合金金属の融点よりも高い合金金属で形成したものを用いる
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半凝固鋳造方法。
【請求項５】
前記収容容器は、断面積が前記開口から前記底部に向けて段階的に縮小している
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半凝固鋳造方法。
【請求項６】
前記スリーブは、前記金型の開閉に伴って分割又は結合する分割スリーブである
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半凝固鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合金金属の溶湯を半凝固状態にし、これをダイカストマシンで鋳造する半凝固鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レオキャスト法(Rheocasting) やシクソキャスト法(Thixocasting)として知られる、合金金属の組織を冷却過程で粒状化させ、半凝固状態にして鋳造する半凝固鋳造方法では、半凝固状態にある合金金属は、ある程度流動性があり、成形中にガスの巻き込みが少なく、結晶粒が均一となるため、鋳造品の機械的性質を向上させることができる。
また、上記の半凝固鋳造方法において、合金金属の鋳造時に、合金金属の溶湯に振動を付与しながら鋳造すると、鋳造品の機械的性質を向上させることができることが知られている（たとえば、ゲ・エフ・バラジン著「鋳型内の凝固」社団法人  新日本鋳鍛造協会発行を参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の半凝固鋳造方法においては、ダイカストマシンへの半凝固状態にした合金金属の供給は、たとえば、特開平１０−１５２７３１号公報に開示されているように、保持容器に合金金属の溶湯を注湯し、振動を加えながら冷却して半凝固状態にし、半凝固状態となった合金金属を保持容器からダイカストマシンのスリーブに移し替える方法が知られている。
しかしながら、この方法では、保持容器内で半凝固状態となった合金金属は、スラリー状であり、保持容器から安定して合金金属をダイカストマシンのスリーブに供給するのが難しく、また、半凝固状態となった合金金属を保持容器からダイカストマシンのスリーブに移し替えるため、温度管理も難しいという不利益が存在した。
また、特開平１１−１９７５９号公報に開示されているように、ダイカストマシンのスリーブに合金金属の溶湯を注湯して、スリーブ内で合金金属を電磁撹拌作用により半凝固化する方法が知られている。
しかしながら、この方法では、ダイカストマシンのスリーブの構造が複雑となり、また、スリーブ内で合金金属を半凝固化するため、ダイカストマシンのサイクルタイムが長くなるという不利益が存在する。
さらに、特開平８−２４３７０７号公報に開示されているように、容器に合金金属の溶湯を注湯し、この溶湯の超音波振動を付与しながら冷却して半凝固した半凝固ビュレットを容器から取り出してダイカストマシンのスリーブに装填する方法が知られている。
しかしながら、半凝固ビュレットを収容した容器をロボット等で移送し、容器を開いて半凝固ビュレットをスリーブに装填することは、現実的には非常に難しい。
【０００４】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、半凝固状態となった合金金属をダイカストマシンに安定的に供給でき、品質が安定した鋳造品が得られる半凝固鋳造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半凝固鋳造方法は、半凝固状態にある合金金属を収容し、開口から底部へ向けて断面積が縮小している収容容器をダイカストマシンのスリーブに前記収容容器の前記開口を前記金型のキャビティ側に向けて装填する装填工程と、前記スリーブに嵌合するプランジャを駆動して前記収容容器の前記底部を前記プランジャで押圧し、前記収容容器を当該スリーブ内で押し潰しながら当該収容容器内に収容された半凝固状態にある合金金属を前記開口から金型のキャビティに充填する充填工程とを有する。
【０００６】
本発明の半凝固鋳造方法は、前記合金金属の溶湯を前記収容容器に所定量収容し、この合金金属の溶湯に振動を付与しながら冷却して半凝固状態にする半凝固化工程をさらに有する。
【０００７】
好適には、前記半凝固化工程は、前記合金金属の溶湯に超音波を付与する。
【０００９】
前記収容容器は、主成分が収容される合金金属と同じで、かつ、融点が収容される合金金属の融点よりも高い合金金属で形成したものを用いる。
【００１１】
好適には、前記収容容器は、断面積が前記開口から前記底部に向けて段階的に縮小している。
好適には、前記スリーブは、前記金型の開閉に伴って分割又は結合する分割スリーブである。
【００１２】
本発明では、半凝固状態にある合金金属を収容容器からダイカストマシンのスリーブに移し替えずに、半凝固状態にある合金金属を収容した収容容器を直接スリーブに装填する。このため、半凝固状態にある合金金属の取り扱いが容易になる。
次いで、収容容器をスリーブに装填した状態で、プランジャを駆動して収容容器を押し潰すと、収容容器は圧縮され、半凝固状態にある合金金属は金型のキャビティに充填される。合金金属が収容された収容容器を十分に押し潰すことで、一定量の半凝固状態にある合金金属を金型のキャビティに安定して充填することが可能になる。また、半凝固状態にある合金金属を収容容器に収容したままで充填するので、移し替え等による温度変化がなくなる。
【００１３】
また、本発明では、収容容器を半凝固状態にある合金金属の主成分が同じで、かつ、融点が高い合金金属で成形することで、同質の半凝固状態にある合金金属を収容することができるとともに、押し潰した後の収容容器を溶融することで、容易に再利用することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る半凝固鋳造方法に用いられるダイカストマシンの一例を示す断面図である。
図１に示すダイカストマシン１は、固定金型２と、固定金型２に対して矢印Ａ１およびＡ２の向きに移動可能に設けられた可動金型３とを備える。
固定金型２には固定スリーブ部４が設けられ、可動金型３には可動スリーブ部５が設けられている。
また、固定スリーブ部４に対してプランンジャチップ６およびプランジャロッド７からなるプランジャ８が設けられている。
【００１５】
図２に示すように、固定金型２と可動金型３とを型締めした状態で、固定金型２と可動金型３との間には、キャビテＣおよびこのキャビテＣに通じるゲートＧが形成される。
固定スリーブ部４と可動スリーブ部５とは、固定金型２と可動金型３とを型締めした状態で、キャビテＣおよびゲートＧに連通するスリーブＳを構成し、このスリーブＳにプランジャ８のプランジャチップ６が嵌合する。
プランジャロッド７は、図示しない射出シリンダのピストンロッドと連結され、この射出シリンダによって、図２に示す矢印Ｂ１およびＢ２の向きに駆動される。
【００１６】
図３は、本実施形態に係る半凝固鋳造方法に用いられる収容容器の構造の一例を示す断面図である。
図３に示すように、収容容器１１は、半凝固状態にある合金金属を収容するたの容器であり、円筒状部材からなり、開口部１２と底部１３とを備えている。
収容容器１１の外径は、上記の固定スリーブ部４と可動スリーブ部５とで形成されるスリーブＳに装填可能な大きさになっている。
【００１７】
ここで、収容容器１１の形成材料について説明する。
収容容器１１の形成材料は、半凝固鋳造方法に用いられる合金金属と主成分が同じで、かつ、融点が収容される合金金属の融点よりも高い合金金属を用いる。
収容容器１１の形成材料を、半凝固鋳造方法に用いられる合金金属の融点よりも高い合金金属とするのは、合金金属の溶湯を収容容器１１に収容した状態で、収容容器１１が溶融するのを防ぐためである。
また、収容容器１１の形成材料を、半凝固鋳造方法に用いられる合金金属と主成分が同じ合金金属とするのは、後述するように、収容容器１１を押し潰した後に半凝固鋳造方法に用いられる合金金属とともに再利用するのを容易にするためである。
【００１８】
図４は、アルミニウム合金系における液相と固相の安定関係を添加元素の相対濃度の関数として表した状態図である。図４におけるＬ１は液相線であり、Ｌ２は固相線である。
仮に、半凝固鋳造方法に用いられる合金金属を、純粋なアルミニウムに所定の割合で添加元素が添加されたアルミニウム合金系の合金金属Ａとする。
図４からわかるように、純粋なアルミニウムの融点は約６６０℃であり、添加元素の割合が増加するにつれて、アルミニウム合金の融点は約６６０℃よりも下がる。
ここで、合金金属Ａを半凝固にする場合に、液相線Ｌ１よりも高い温度Ｔｃに加熱されて溶湯の状態にある合金金属Ａを収容する収容容器１１の形成材料は、融点が温度Ｔｃよりも高い必要がある。
このことから、収容容器１１の形成材料は、図４に示す領域Ｒのように、添加元素の割合が低く、純粋なアルミニウムに近いアルミニウム合金系の合金金属を用いればよい。
なお、収容容器１１の重量は、特に限定されないが、たとえば、収容容器１１に収容される合金金属Ａの重量の２０％程度以下とする。
【００１９】
次に、上記のダイカストマシン１および収容容器１１を用いた本発明の半凝固鋳造方法について説明する。
まず、図５に示すように、断熱材からなる設置板２１上に収容容器１１の底部１３を設置し、柄杓４０を用いて、合金金属Ａの溶湯ＭＬを収容容器１１の開口部１２から１回の鋳造に必要な所定量を供給する。なお、断熱材からなる設置板２１は、合金金属Ａの溶湯ＭＬの急激な温度降下を防ぐために用いられる。
【００２０】
次いで、図６に示すように、熱電対２５を用いて合金金属Ａの溶湯ＭＬの温度を管理しながら、収容容器１１に収容された合金金属Ａの溶湯ＭＬに振動を付与しながら冷却して半凝固状態にする。
溶湯ＭＬに振動を付与するのは、この振動によって溶湯ＭＬを撹拌し、合金金属Ａの組織が冷却過程で粒状化する際に、この粒状化組織を微細化するためであり、また、溶湯ＭＬ内存在するガスを除去するためである。
【００２１】
溶湯ＭＬへの振動は、図６に示すように、収容容器１１に矢印Ｅ１およびＥ２の縦方向に振動を加えたり、矢印Ｆ１およびＦ２の横方向に振動を加えたり、あるいは、縦方向および横方向に加えてもよい。
【００２２】
溶湯ＭＬへの振動の付与は、より具体的には、図７に示すように、超音波発振装置２９を用いることができる。
図７において、超音波発振装置２９は、超音波発振回路３０と接続される振動子３１と、この振動子３１に固定されたホーン３２とを備え、振動子３１およびホーン３２は矢印Ｇ１およびＧ２の向きに昇降自在に保持されている。
溶湯ＭＬへ振動を付与するときには、ホーン３２を矢印Ｇ２の向きに下降させ、ホーン３２を合金金属Ａの溶湯ＭＬに没入させ、ホーン３２から溶湯ＭＬに直接超音波を付与して、溶湯ＭＬを撹拌する。
溶湯ＭＬの撹拌が完了したら、ホーン３２を矢印Ｇ１の向きに上昇させ、ホーン３２を溶湯ＭＬから引き上げる。
なお、図７においては、ホーン３２を溶湯ＭＬに没入させて溶湯ＭＬに直接超音波を付与する構成としたが、たとえば、ホーン３２を設置板２１に接触させて、収容容器１１の底部１３から溶湯ＭＬに間接的に超音波を付与する構成とすることも可能である。
【００２３】
合金金属Ａの溶湯ＭＬに超音波を付与しつつ所定温度まで冷却したら、合金金属Ａは半凝固状態となる。
この状態から、図８に示すように、半凝固状態にある合金金属Ａを収容した収容容器１１をダイカストマシン１の固定スリーブ部４と可動スリーブ部５とで形成されるスリーブＳに装填する。
収容容器１１のスリーブＳへの装填は、たとえば、多関節ロボット等の移送手段により行うことができる。
【００２４】
このとき、収容容器１１は、開口部１２をキャビティＣ側に向けてスリーブＳに装填する。
収容容器１１をスリーブＳに装填すると、図９に示すように、収容容器１１はスリーブＳに嵌合し、収容容器１１には半凝固化した合金金属Ａが充填されている。
【００２５】
この状態から、図１０に示すように、プランジャ８を駆動すると、収容容器１１の底部１３はプランジャ８のプランジャチップ６によって押圧される。
収容容器１１の底部１３がプランジャチップ６によって押圧されると、収容容器１１は移動して、スリーブＳのゲートＧ側の端部に当接し、プランジャチップ６によるさらなる押圧によって、収容容器１１は圧縮され押し潰されていく。
【００２６】
収容容器１１が押し潰されると、収容容器１１に収容された半凝固状態の合金金属Ａは、収容容器１１の開口部１２から溢れ出し、ゲートＧを通じてキャビティＣ内に充填される。
収容容器１１を押し潰す度合いを、一定にすることにより、キャビティＣに充填する半凝固状態の合金金属Ａの充填量を安定化することができる。
キャビティＣ内に充填された半凝固状態の合金金属Ａが凝固すると、キャビティＣの形状に応じた鋳造品が鋳造される。
【００２７】
次いで、可動金型３を固定金型２に対して移動して型開きし、鋳造品を取り出す。
このとき、スリーブＳに残存した押し潰された収容容器１１も同時に取り出す。
押し潰された収容容器１１は、上述したように、合金金属Ａと主成分が同じ同種の合金金属で形成されているため、押し潰された収容容器１１に残存した合金金属Ａの一部やゲートＧに残存した金属塊等とともに溶融することで容易に再利用することができる。
【００２８】
以上のように、本実施形態によれば、合金金属Ａの溶湯ＭＬの半凝固化および半凝固化した合金金属Ａのダイカストマシン１への供給を、合金金属Ａを収容容器１１に収容した状態で行うため、半凝固化した合金金属Ａの取り扱いが非常に容易になる。
また、本実施形態によれば、収容容器１１内で半凝固化した合金金属Ａを収容容器１１からダイカストマシン１のスリーブＳに移し替える必要がないため、ダイカストマシン１に供給される合金金属Ａの量がばらつくことがなく、また、半凝固状態にある合金金属Ａの急激な温度変化が発生しにくく、安定的に半凝固化した合金金属Ａを供給することができる。
この結果、品質の安定した鋳造品を得ることができる。
【００２９】
また、本実施形態によれば、収容容器１１内で合金金属Ａを半凝固化させるため、ダイカストマシン１のスリーブＳ内で半凝固化させる必要がなく、ダイカストマシン１のサイクルタイムを短縮することができる。
また、本実施形態によれば、収容容器１１をダイカストマシン１のスリーブＳに装填して鋳造を行うので、通常のダイカストマシンを何ら改変することなく収容容器１１を用意すればよいだけなので、比較的低コストで実施することができる。
また、本実施形態によれば、半凝固化させた合金金属Ａをロボット等の移送手段でダイカストマシン１のスリーブＳに装填することが可能となるため、半凝固鋳造のプロセスを自動化することが可能となる。
【００３０】
本発明は、上述した実施形態に限定されない。
上述した実施形態では、収容容器１１を円筒状に成形したものを使用したが、収容容器１１が円筒状であると、プランジャ８のプランジャチップ６で収容容器１１を押し潰す際に、圧縮抵抗が比較的大きくなる。圧縮抵抗が大きいと、収容容器１１が常に安定的に押し潰されるとは限らず、キャビティに充填される半凝固化した合金金属Ａの量にもばらつきが発生する可能性がある。
このため、収容容器１１は、プランジャ８で押し潰す際の圧縮抵抗を軽減する形状に成形されたものを用いるのが好ましい。
具体的には、たとえば、図１１に示す収容容器１０１のような形状のものを用いることができる。
図１１に示す収容容器１０１は、開口端１０２から底部１０３に向けて断面積が連続的に縮小している。
このような形状の収容容器１０１とすることで、プランジャ８で押し潰す際の圧縮抵抗を軽減することができる。
【００３１】
また、たとえば、図１２に示す収容容器２０１のような形状のものを用いることができる。
図１２に示す収容容器２０１は、開口端２０２から底部２０３に向けて断面積が段階的に縮小している。このような形状の収容容器２０１とすることで、プランジャ８で押し潰す際の圧縮抵抗を軽減することができる。
【００３２】
さらに、上述した実施形態では、収容容器１１の形成材料を収容容器１１に収容される合金金属Ａと主成分が同じ合金金属とした場合について説明したが、合金金属Ａと異なる金属材料を用いることも可能である。この場合に、より軟質で押し潰しやすい金属材料を選択することで、押し潰す際の圧縮抵抗を軽減することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、半凝固状態となった合金金属を収容容器に収容した状態でダイカストマシンに供給するため、半凝固状態となった合金金属の取り扱いが容易になり、かつ、半凝固状態となった合金金属を安定的に供給でき、鋳造品の品質を安定化させることができる。
また、本発明によれば、合金金属の溶湯を半凝固状態としてからダイカストマシンに供給するため、ダイカストマシンのサイクルタイムを短縮化でき、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半凝固鋳造方法に用いられるダイカストマシンの一例を示す断面図である。
【図２】図１のダイカストマシンの型締状態を示す断面図である。
【図３】本発明の半凝固鋳造方法に用いられる収容容器の構造の一例を示す断面図である。
【図４】アルミニウム合金系における液相と固相の安定関係を添加元素の相対濃度および温度の関数として表した状態図である。
【図５】本発明の半凝固鋳造方法における半凝固化工程の一工程を説明するための図である。
【図６】図５に続く工程を説明するための図である。
【図７】収容容器に収容された金属溶湯に超音波を付与する様子を示す図である。
【図８】収容容器をダイカストマシンのスリーブに装填した状態を示す断面図である。
【図９】図８のＨ−Ｈ線方向の断面図である。
【図１０】スリーブに装填された収容容器をプランジャで押し潰しながらキャビティに半凝固化した合金金属を充填する様子を示す断面図である。
【図１１】本発明の半凝固鋳造方法に用いられる収容容器の他の構造例を示す断面図である。
【図１２】本発明の半凝固鋳造方法に用いられる収容容器のさらに他の構造例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ダイカストマシン
２…固定金型
３…可動金型
４…固定スリーブ部
５…可動スリーブ部
６…プランジャチップ
７…プランジャロッド
８…プランジャ
１１…収容容器
１２…開口部
１３…底部
２１…設置板
２５…熱電対
ＭＬ…溶湯
Ａ…合金金属
Ｓ…スリーブ
【図１】
0003924110.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003924110.tif 000006
【図６】
0003924110.tif 000007
【図７】
0003924110.tif 000008
【図８】
0003924110.tif 000009
【図９】
0003924110.tif 000010
【図１０】
0003924110.tif 000011
【図１１】
0003924110.tif 000012
【図１２】
0003924110.tif 000013