(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を冷却して固相を含んだ金属スラリーを生成する第１の生成工程と、前記金属スラリーをさらに冷却して固体化した金属素材を生成する第２の生成工程と、前記金属素材を半溶融状態に加熱してこれを金型に供給する工程とを含み、
前記第１の生成工程では、溶融槽の下方域に配設され且つ前下がりに傾斜した冷却ユニットの表面で前記溶融金属が冷却され、該冷却ユニットの表面には複数の案内溝が形成されていることを特徴とする鋳造方法。
【請求項２】
前記第２の生成工程は、金属スラリーから連続的に金属素材を生成し、かつこの金属素材を所定の長さに切断する工程を含む請求項１記載の鋳造方法。
【請求項３】
溶融金属を冷却して固相を含んだ金属スラリーを生成する第１の生成手段と、前記金属スラリーをさらに冷却して固体化した金属素材を生成する第２の生成手段とを具備し、前記第１の生成手段は、溶融槽の下方域に配設され且つ前下がりに傾斜した冷却ユニットを有し、該冷却ユニットの表面に複数の案内溝が形成されており、
前記金属素材を半溶融状態に加熱した後、これを金型に供給するようにしたことを特徴とする鋳造設備。
【請求項４】
前記第２の生成手段は、金属スラリーから連続的に金属素材を生成し、かつこの金属素材を所定の長さに切断する切断ユニットを備えたものである請求項３記載の鋳造設備。
【請求項５】
半溶融状態に加熱した状態で金型に供給される金属素材を製造するための方法であって、溶融金属を冷却して固相を含んだ金属スラリーを生成する第１の生成工程と、前記金属スラリーをさらに冷却して固体化する第２の生成工程とを含み、
前記第１の生成工程では、溶融槽の下方域に配設され且つ前下がりに傾斜した冷却ユニットの表面で前記溶融金属が冷却され、該冷却ユニットの表面には複数の案内溝が形成されていることを特徴とする金属素材の製造方法。
【請求項６】
前記第２の生成工程は、金属スラリーを連続的に固体化し、かつこれを所定の長さに切断する工程を含む請求項５記載の金属素材の製造方法。
【請求項７】
半溶融状態に加熱した状態で金型に供給される金属素材を製造するための装置であって、
溶融金属を冷却して固相を含んだ金属スラリーを生成する第１の生成手段と、
前記金属スラリーをさらに冷却して固体化する第２の生成手段とを具備し、
前記第１の生成手段は、溶融槽の下方域に配設され且つ前下がりに傾斜した冷却ユニットを有し、該冷却ユニットの表面に複数の案内溝が形成されていることを特徴とする金属素材の製造装置。
【請求項８】
前記第２の生成手段は、金属スラリーを連続的に固体化し、かつこれを所定の長さに切断する切断ユニットを備えたものである請求項７記載の金属素材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種合金を含む金属の鋳造方法および鋳造設備、さらには鋳造設備や射出成型機で適用する金属素材の製造方法および製造装置に関するもので、より詳細には、半溶融・半凝固金属のチクソトロピー（ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｙ）を有効に利用した鋳造方法、鋳造設備、金属素材の製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半溶融・半凝固金属のチクソトロピー、つまり粘性が小さく流動性に優れる性質を利用した鋳造方法としては、従来より、チクソキャスト法（半溶融鋳造法）やレオキャスト法（半凝固鋳造法）が知られている。これらの鋳造法は、いずれも溶融した液相の金属と固相の金属とが混在する半溶融・半凝固状態の金属スラリーを用いて鋳造を行うものである。
【０００３】
このうち、チクソキャスト法は、固体金属を半溶融状態の金属スラリーとなるまで加熱してこれを金型に供給するようにしたものである。一方、レオキャスト法は、固体金属を一旦溶融した後、この溶融金属を、粒状結晶を有する半凝固状態の金属スラリーとなるまで冷却してこれを金型に供給するようにしたものである。
【０００４】
これらの鋳造法によれば、固相率が高く、しかも低粘性の金属を用いた鋳造が可能になるため金型に対する充填性が向上し、▲１▼歩留まりが向上する、▲２▼大型製品の成型が可能となる、▲３▼収縮巣の発生を抑制して機械的強度を向上させることができる、▲４▼製品の薄肉化を図ることができる、等々の利点がある。また、金型への熱負担も低減するため、金型の耐用年数も延びることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したいずれの鋳造法においても、半溶融金属のチクソトロピーおよび半凝固金属の流動性を有効に利用するためには、当該半溶融・半凝固金属中に、できるだけ微細で、しかも均一な非樹枝状結晶（望ましくは球状結晶）を有している必要がある。但し、固体金属を単に半溶融状態まで加熱したり、溶融金属を単に半凝固状態まで冷却しただけでは、そのほとんどが樹枝状結晶となって半溶融・半凝固金属中に現れることになり、当該半溶融金属のチクソトロピーおよび半凝固金属の流動性を十分に得ることができない。
【０００６】
このため、チクソモールディング法においては一般に、射出成型機で用いられるスクリュ式の押出機を適用し、当該押出機のバレル内において固体金属にせん断力を与えながら順次加熱してこれを半溶融状態の金属スラリーとする方法が多く用いられている。
【０００７】
しかしながら、スクリュ式の押出機は、その構造が複雑で高価であるため、鋳造設備への適用コストもきわめて膨大となる。しかも、押出機のバレル内で生成された金属スラリーがそのまま金型に供給されることになるため、その結晶状態が所望の非樹枝状結晶となっているか否かを確認することもできない。さらには、バレルに供給する固体金属としては、チップ状に成形したものを適用する必要があり、原材料コストもきわめて高価なものとなる。
【０００８】
一方、レオキャスト法においては、例えば特開平１０−３４３０７号公報に示されているように、保持炉内で溶融した金属を冷却体に接触させることで固相と液相とから成る固液共存状態に冷却し、これを保持容器中で半溶融温度域に保持しつつ冷却して金属スラリーを生成する方法が用いられている。
【０００９】
こうした方法によれば、溶融金属が冷却体に接触した段階で多数の結晶核を晶出し、さらにこれが保持容器中において球状に成長することになるため、チクソキャスト法のように高価な押出機を要することなく所望の金属スラリーを得ることができるようになる。しかも、保持炉に対しては、金属塊をそのまま供給すればよいため、原材料コストの増大を抑えることができる。さらに、保持容器中に生成された金属スラリーに対しては、所望の非樹枝状結晶を有しているか否かを容易に確認することも可能であり、半凝固金属の流動性を有効に利用した鋳造が可能になる。
【００１０】
しかしながら、上述したレオキャスト法において実際に量産体制を構築するには、溶融金属を冷却する冷却体と、金属スラリーが供給される金型との間に、多数の保持容器を設置し、かつ溶融金属を冷却体に接触させる工程と、金型に金属スラリーを供給する工程とを、これら多数の保持容器を用いて連動させなければならず、きわめて複雑な制御が必要となる。さらに、各保持容器中の金属スラリーに対しては、金型に供給するまでの間に正確な温度管理が必要となり、上述した制御を一層複雑化することになる。
【００１１】
本発明は、上記実情に鑑みて、適用コストの増大や原材料コストの増大を抑え、かつ複雑な制御を要することなくチクソトロピーを有効に利用した鋳造を可能とする鋳造方法および鋳造設備を提供することを解決課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、非樹枝状結晶を有する金属スラリーを急速に冷却した場合、固体化して金属素材となってもチクソトロピーを潜在的に保持し、これを半溶融状態に加熱すれば、１時間程度は再びチクソトロピーを呈することを確認した。本発明は、こうした非樹枝状結晶を有する金属スラリーが、一旦固体化した金属素材となった後にも半溶融状態に加熱すれば再びチクソトロピーを呈する性質を利用して上述した課題を解決するようにしたものである。
【００１３】
すなわち、本発明に係る鋳造方法では、溶融金属を冷却して固相を含んだ金属スラリーを生成する第１の生成工程と、前記金属スラリーをさらに冷却して固体化した金属素材を生成する第２の生成工程と、前記金属素材を半溶融状態に加熱してこれを金型に供給する工程とを含み、前記第１の生成工程では、溶融槽の下方域に配設され且つ前下がりに傾斜した冷却ユニットの表面で前記溶融金属が冷却され、該冷却ユニットの表面には複数の案内溝が形成されているようにしている。
この場合、第２の生成工程が、金属スラリーから連続的に金属素材を生成し、かつこの金属素材を所定の長さに切断する工程を含むように構成することが好ましい。
【００１４】
また本発明に係る鋳造設備では、溶融金属を冷却して固相を含んだ金属スラリーを生成する第１の生成手段と、前記金属スラリーを冷却して固体化した金属素材を生成する第２の生成手段とを具備し、前記第１の生成手段は、溶融槽の下方域に配設され且つ前下がりに傾斜した冷却ユニットを有し、該冷却ユニットの表面に複数の案内溝が形成されており、前記金属素材を半溶融状態に加熱した後、これを金型に供給するようにしている。
この場合、第２の生成手段が、金属スラリーから連続的に金属素材を生成し、かつこの金属素材を所定の長さに切断する切断ユニットを備えたものであることが好ましい。
【００１５】
また本発明に係る金属素材の製造方法では、半溶融状態に加熱した状態で金型に供給される金属素材を製造するための方法であって、
溶融金属を冷却して固相を含んだ金属スラリーを生成する第１の生成工程と、前記金属スラリーをさらに冷却して固体化する第２の生成工程とを含み、
前記第１の生成工程では、溶融槽の下方域に配設され且つ前下がりに傾斜した冷却ユニットの表面で前記溶融金属が冷却され、該冷却ユニットの表面には複数の案内溝が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
さらに本発明に係る金属素材の製造装置では、半溶融状態に加熱した状態で金型に供給される金属素材を製造するための装置であって、溶融金属を冷却して固相を含んだ金属スラリーを生成する第１の生成手段と、前記金属スラリーをさらに冷却して固体化する第２の生成手段とを具備し、前記第１の生成手段は、溶融槽の下方域に配設され且つ前下がりに傾斜した冷却ユニットを有し、該冷却ユニットの表面に複数の案内溝が形成されているようにしている。
この場合、第２の生成手段が、金属スラリーを連続的に固体化し、かつこれを所定の長さに切断する切断ユニットを備えたものであることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を示す図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る鋳造設備の一実施形態を示したものである。ここで例示する鋳造設備は、特に、ＡＺ９１Ｄに代表されるマグネシウム合金を原材料として所望の製品を鋳造するためのもので、溶融槽１を備えている。
【００１８】
溶融槽１は、その周囲を溶融加熱ヒータ２によって覆ってあり、この溶融加熱ヒータ２の駆動により上述したマグネシウム合金を溶融した状態、つまり液相温度状態に保持するためのものである。この溶融槽１には、その最底部に出湯通路３を設けてある。出湯通路３は、溶融槽１に貯留した溶融マグネシウム合金を下方に注ぎ出すためのもので、略クランク状に屈曲し、その途中に切換バルブ４を備えている。切換バルブ４は、出湯通路３を開閉するべく進退可能に配設したバルブプランジャ５と、このバルブプランジャ５を進退移動させるバルブシリンダ６とによって構成したものである。
【００１９】
この溶融槽１の下方域には、第１の生成手段として冷却ユニット１０を配設してある。冷却ユニット１０は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、表面に複数の案内溝１１を有するとともに、その内部に冷却水の循環通路１２を有して構成したものである。この冷却ユニット１０は、案内溝１１を出湯通路３の下端開口に対向させた状態で傾斜配置してある。なお、図１中の符号１３は、出湯通路３の下端開口に連通し、かつ冷却ユニット１０の表面との間に所定の間隔を確保してこれを覆うように配置したカバーブロックである。
【００２０】
また、上記鋳造設備には、第２の生成手段として、貯留槽２０、一対の送りローラ３０，３１および切断ユニット４０を設けてある。
【００２１】
貯留槽２０は、上面に開口した槽であり、冷却ユニット１０の下端下方域に配置してある。この貯留槽２０には、横断面が円形の素材成形通路２１を設けてある。素材成形通路２１は、貯留槽２０の下方部から水平方向に延在して側壁に開口するもので、その開口端部に急冷ユニット２２を備えている。急冷ユニット２２は、図３（ａ）に示すように、素材成形通路２１の周囲全周を囲繞する環状ジャケット２３と、この環状ジャケット２３から素材成形通路２１の軸心に向けて開口した噴射口２４とを有して構成したものである。
【００２２】
一対の送りローラ３０，３１は、互いの周面を対向させた状態で上下に並設してある。各送りローラ３０，３１は、個々の周面に、上述した素材成形通路２１の内径とほぼ同一となる曲率半径の送り溝３０ａ，３１ａを有しており、これら送り溝３０ａ，３１ａの間の距離が当該素材成形通路２１の内径と合致するように互いの間に間隔が確保してある。図には明示していないが、各送りローラ３０，３１には、回転アクチュエータを連係してあり、上方に位置する送りローラ３０が図３（ａ）中において時計回りに回転する一方、下方に位置する送りローラ３１が図３（ａ）中において反時計回りに回転するようになっている。
【００２３】
切断ユニット４０は、図１に示すように、ユニット本体４１と固定クランパ４２Ａおよび可動クランパ４２Ｂと一対の排出ローラ４４，４５とを備えている。
【００２４】
ユニット本体４１は、ガイドロッド４６に移動可能に支持させてあり、上述した素材成形通路２１の延長域上に当該素材成形通路２１の軸心方向に沿って水平に往復移動することが可能である。このユニット本体４１には、固定フレームＦとの間にリトラクトシリンダ４７を介在させてある。リトラクトシリンダ４７は、ユニット本体４１にこれを貯留槽２０から離隔する方向に外力が作用した場合に該ユニット本体４１の移動を許容する一方、伸長作動した場合にユニット本体４１を貯留槽２０に近接した位置に復帰させるためのアクチュエータである。
【００２５】
固定クランパ４２Ａおよび可動クランパ４２Ｂは、図３（ｂ）に示すように、それぞれスリット４８Ａ，４８Ｂによって開放されたクランプ貫通孔４９Ａ，４９Ｂを有するブロック状部材である。各クランプ貫通孔４９Ａ，４９Ｂは、上述した素材成形通路２１よりも僅かに大きな内径を有して構成してある。スリット４８Ａ，４８Ｂは、クランプ貫通孔４９Ａ，４９Ｂの軸心を含む面に沿って形成してあり、その幅を適宜変更することによりクランプ貫通孔４９Ａ，４９Ｂの内径を拡縮する機能を有するものである。各スリット４８Ａ，４８Ｂには、それぞれの開口端部にテーパ状傾斜面５０Ａ，５０Ｂを形成してあるとともに、それぞれの中間部となる位置に一対のロッド貫通孔５１Ａ，５１Ｂを交差させてある。テーパ状傾斜面５０Ａ，５０Ｂは、外方に向けて漸次幅が広くなる傾斜部分である。ロッド貫通孔５１Ａ，５１Ｂは、互いに平行となるように貫設してあり、それぞれの両端開口部に半球状の凹部５２Ａ，５２Ｂを有している。
【００２６】
これらのクランパ４２Ａ，４２Ｂには、それぞれ一対のクランプ油圧シリンダ５３Ａ，５３Ｂおよびアンクランプ油圧シリンダ５４Ａ，５４Ｂを設けてある。
【００２７】
クランプ油圧シリンダ５３Ａ，５３Ｂは、クランプ駒５５を介してそれぞれのピストンロッド５３ａＡ，５３ａＢを上述したロッド貫通孔５１Ａ，５１Ｂに嵌挿させ、さらに各ピストンロッド５３ａＡ，５３ａＢの突出端部にそれぞれクランプ駒５６を装着することによって各クランパ４２Ａ，４２Ｂに保持させてある。クランプ駒５５，５６は、ロッド貫通孔５１Ａ，５１Ｂの凹部５２Ａ，５２Ｂに対向する部位が、当該凹部５２Ａ，５２Ｂに合致した半径の球状を呈する駒部材であり、クランプ油圧シリンダ５３Ａ，５３Ｂにクランプ油圧が作用した場合に、凹部５２Ａ，５２Ｂを介して各クランパ４２Ａ，４２Ｂのスリット４８Ａ，４８Ｂを狭める、つまりクランプ貫通孔４９Ａ，４９Ｂを縮径するように機能する。
【００２８】
アンクランプ油圧シリンダ５４Ａ，５４Ｂは、ピストンロッド５４ａＡ，５４ａＢの先端部をスリット４８Ａ，４８Ｂの開口端部に対向させた状態で保持ブラケット５７を介して各クランパ４２Ａ，４２Ｂに保持させてある。各アンクランプ油圧シリンダ５４Ａ，５４Ｂのピストンロッド５４ａＡ，５４ａＢとスリット４８Ａ，４８Ｂのテーパ状傾斜面５０Ａ，５０Ｂとの間には、それぞれ拡開用ロッド５８を介在させてある。拡開用ロッド５８は、テーパ状傾斜面５０Ａ，５０Ｂに当接した円柱状部材であり、アンクランプ油圧シリンダ５４Ａ，５４Ｂにアンクランプ油圧が作用した場合に、テーパ状傾斜面５０Ａ，５０Ｂを介して各クランパ４２Ａ，４２Ｂのスリット４８Ａ，４８Ｂを広げる、つまりクランプ貫通孔４９Ａ，４９Ｂを拡径するように機能する。
【００２９】
上記のような構成を有した固定クランパ４２Ａは、クランプ貫通孔４９Ａの軸心を素材成形通路２１の軸心に合致させ、かつスリット４８Ａが鉛直上方に沿う状態で上述したユニット本体４１に固定してある。
【００３０】
一方、可動クランパ４２Ｂは、スリット４８Ｂが鉛直下方に沿い、かつ貯留槽２０に向かう端部を固定クランパ４２Ａに当接させた状態で切断シリンダ５９に保持させてある。
【００３１】
切断シリンダ５９は、ピストンロッド５９ａを鉛直下方に向けた状態でシリンダ本体５９ｂを介して上記ユニット本体４１に取り付けたものであり、固定クランパ４２Ａに対して可動クランパ４２Ｂを鉛直方向に沿って移動させる機能を有している。この切断シリンダ５９が最も縮退作動した場合には、可動クランパ４２Ｂが最も上昇した位置に停止し、そのクランプ貫通孔４９Ｂの軸心が素材成形通路２１の軸心に合致する状態、つまりクランプ貫通孔４９Ｂが固定クランパ４２Ａのクランプ貫通孔４９Ａと合致する状態となる。一方、切断シリンダ５９が最も伸長作動した場合には、可動クランパ４２Ｂが最も下降し、そのクランプ貫通孔４９Ｂが固定クランパ４２Ａのクランプ貫通孔４９Ａから完全にずれた位置に停止することになる。
【００３２】
一対の排出ローラ４４，４５は、互いの周面を対向させた状態で、上述した可動クランパ４２Ｂから延在するローラブラケット６０に上下に並設してある。各排出ローラ４４，４５は、個々の周面に、上述した素材成形通路２１の内径とほぼ同一となる曲率半径の排出送り溝４４ａ，４５ａを有しており、これら排出送り溝４４ａ，４５ａの間の距離が当該素材成形通路２１の内径と合致するように互いの間に間隔が確保してある。図には明示していないが、各排出ローラ４４，４５には、回転アクチュエータを連係してあり、上方に位置する排出ローラ４４が図３（ａ）中において時計回りに回転する一方、下方に位置する排出ローラ４５が図３（ａ）中において反時計回りに回転するようになっている。
【００３３】
なお、図１中の符号６１は、カバーブロック１３と貯留槽２０との間を連続させるガイドブロックである。
【００３４】
さらに、上記鋳造設備には、図１に示すように、インジェクション装置７０を設けてある。インジェクション装置７０は、半溶融状態に加熱した金属を金型９０に供給するためのもので、加熱チャンバ７１を備えている。加熱チャンバ７１は、その周囲を加熱ヒータ７２によって覆ったほぼ密閉の室であり、その上端部に設けた吐出口７３が補助ノズル７４を通じて金型９０の注湯口９１に接続してある。
【００３５】
この加熱チャンバ７１には、吸引ロッド７５および予備加熱バレル７６を設けてある。
【００３６】
吸引ロッド７５は、加熱チャンバ７１の上端壁に移動可能に配設した円柱状部材である。この吸引ロッド７５は、吸引シリンダ７７に接続してあり、該吸引シリンダ７７の作動により、加熱チャンバ７１の内部に対して進退移動されるようになる。
【００３７】
予備加熱バレル７６は、加熱チャンバ７１の側壁から水平方向に沿って延在した円筒状部材である。この予備加熱バレル７６は、その先端部分が上述した貯留槽２０の素材成形通路２１とほぼ同一の内径を有する一方、加熱チャンバ７１に近接する基端部分の内径がこれよりも太径となるように構成してあり、これらの間がテーパ内径部によって連続している。図４に示すように、予備加熱バレル７６の先端部には、その上部に投入用開口７８が設けてあるとともに、この投入用開口７８にシュート板７９を連設してある。
【００３８】
また、この予備加熱バレル７６には、その基端部外周に予備加熱ヒータ８０を設けてあるとともに、その先端部にプランジャ８１を設けてある。
【００３９】
予備加熱ヒータ８０は、予備加熱バレル７６の周囲を囲繞するように設けてある。この予備加熱ヒータ８０は、予備加熱バレル７６を加熱するためのもので、上述した加熱チャンバ７１の加熱ヒータ７２よりも若干低い加熱温度に設定してある。
【００４０】
プランジャ８１は、予備加熱バレル７６の先端部に嵌合する大きさを有した円柱状部材である。このプランジャ８１には、プランジャ８１を予備加熱バレル７６の内部において進退移動させるための押出シリンダ８２を連結してある。
【００４１】
上記のように構成した鋳造設備では、まず、溶融槽１にマグネシウム合金の塊を投入して溶融加熱ヒータ２を駆動させ、当該溶融槽１に溶融マグネシウム合金を保持するとともに、冷却ユニット１０に冷却水を循環させ、さらに急冷ユニット２２に冷却水を供給した状態が待機状態となる。この場合、切断ユニット４０においては、リトラクトシリンダ４７を伸長作動させ、ユニット本体４１を貯留槽２０に近接した位置に配置するとともに、切断シリンダ５９を縮退作動させ、可動クランパ４２Ｂを最も上昇した位置に停止してある。また、クランプ油圧シリンダ５３Ａ，５３Ｂをタンク圧にした状態でアンクランプ油圧シリンダ５４Ａ，５４Ｂにアンクランプ油圧を作用させ、固定クランパ４２Ａおよび可動クランパ４２Ｂの双方がいずれもクランプ貫通孔４９Ａ，４９Ｂを拡径した状態に保持してある。さらに、一対の送りローラ３０，３１は、それぞれを一定の速度で回転させ、一方、排出ローラ４４，４５は、それぞれを停止した状態に保持している。
【００４２】
上述した待機状態からバルブシリンダ６を縮退移動させ、バルブプランジャ５を後退させると、出湯通路３が開成され、溶融槽１に貯留した溶融マグネシウム合金Ｍ1 が当該出湯通路３を通じて冷却ユニット１０に注ぎ出されることになる（図１中の矢印Ａ）。
【００４３】
冷却ユニット１０に注ぎ出された溶融マグネシウム合金Ｍ1 は、冷却ユニット１０の傾斜に従ってその案内溝１１を流下した後、貯留槽２０に一旦貯留されることになる（図１中の矢印Ｂ）。この間、冷却ユニット１０を流下する溶融マグネシウム合金Ｍ1 は、当該冷却ユニット１０によって適宜冷却され、その内部に多数の結晶核を晶出した金属スラリーＭ2 となり、さらに貯留槽２０において上述した結晶核が球状に成長し、微細で、しかも均一な球状結晶を有するようになる。すなわち、高価な押出機を必要とすることなく金属スラリーＭ2 に十分な流動性を得ることができるようになり、適用コストの増大を著しく低減できるようになる。しかも、溶融槽１に対しては、金属塊をそのまま供給すればよいため、原材料コストの増大を抑えることができる。
【００４４】
貯留槽２０に一旦貯留された金属スラリーＭ2 は、その後、素材成形通路２１を通じて順次外部に排出される。この間、素材成形通路２１を通過する金属スラリーＭ2 は、急冷ユニット２２の環状ジャケット２３を通過する冷却水によって冷却され、さらに噴射口２４から噴射供給される冷却水によって急速に冷却されるため、完全に固体化した円柱棒状の金属素材Ｍ3 となって貯留槽２０の外部に連続的に排出されることになる。ここで、完全に固体化された金属素材Ｍ3 は、十分にチクソトロピーを有する金属スラリーＭ2 を急速に冷却して生成したものであり、当該チクソトロピーを潜在的に保持している。このことは、金属素材Ｍ3 中に含まれる結晶構造を観察することによって容易に確認することが可能である。
【００４５】
次いで、貯留槽２０から排出された金属素材Ｍ3 は、一対の送りローラ３０，３１によって切断ユニット４０に供給され、固定クランパ４２Ａのクランプ貫通孔４９Ａおよび可動クランパ４２Ｂのクランプ貫通孔４９Ｂを順次貫通し、さらに一対の排出ローラ４４，４５間に供給されるようになる。
【００４６】
この間、上記鋳造設備においては、上述した送りローラ３０，３１の回転数を常時監視しており、この回転数が予め設定した値になると、以下の手順に従って金属素材Ｍ3 の切断工程を実施する。
【００４７】
すなわち、送りローラ３０，３１の回転数が予め設定した値になると、まず、クランプ油圧シリンダ５３Ａ，５３Ｂおよびアンクランプ油圧シリンダ５４Ａ，５４Ｂに作用させる油圧を適宜切り換え、固定クランパ４２Ａおよび可動クランパ４２Ｂの双方がいずれもクランプ貫通孔４９Ａ，４９Ｂを縮径した状態に保持する。この結果、図５（ａ）に示すように、固定クランパ４２Ａおよび可動クランパ４２Ｂによって金属素材Ｍ3 がクランプされ、リトラクトシリンダ４７を縮退させながらユニット本体４１が金属素材Ｍ3 とともにガイドロッド４６に沿って移動することにより、これらのクランパ４２Ａ，４２Ｂと金属素材Ｍ3 との相対速度がゼロとなる。
【００４８】
その後、直ちに切断シリンダ５９の伸長作動を開始させ、固定クランパ４２Ａに対して可動クランパ４２Ｂを順次下動させるようにする。この結果、図５（ｂ）に示すように、固定クランパ４２Ａを通過した後の金属素材Ｍ3 と、それ以前の金属素材Ｍ3 との間にせん断力が作用し、これらを境界として金属素材Ｍ3 の切断が進行する。
【００４９】
図５（ｃ）に示すように、切断シリンダ５９が最も伸長作動し、金属素材Ｍ3 の切断が完了すると、可動クランパ４２Ｂにおいてのみクランプ油圧シリンダ５３Ｂおよびアンクランプ油圧シリンダ５４Ｂに作用させる油圧を適宜切り換え、当該可動クランパ４２Ｂがクランプ貫通孔４９Ｂを拡径した状態に保持する。さらに、これと同時に排出ローラ４４，４５を回転させると、切断された金属素材Ｍ3 が可動クランパ４２Ｂに対して移動し、所定の搬送コンベア１００（図１参照）上に排出されるようになる。
【００５０】
切断された金属素材Ｍ3 が搬送コンベア１００上に排出されると、図５（ｄ）に示すように、排出ローラ４４，４５の回転を停止させるとともに、切断シリンダ５９および固定クランパ４２Ａをそれぞれ待機状態に復帰させ、さらにこの状態からリトラクトシリンダ４７を伸長作動させてユニット本体４１を待機状態に復帰させる。
【００５１】
以降、上述した動作を繰り返し行うことにより、金属素材Ｍ3 が予め定めた一定の長さで順次搬送コンベア１００上に排出されることになる。
【００５２】
以上のような切断工程においては、切断ユニット４０が金属素材Ｍ3 との相対速度がゼロとなった状態で当該金属素材Ｍ3 の切断を実施するようにしているため、金属素材Ｍ3 の生成を停止することなくこれを連続的に切断することが可能となる。
【００５３】
一方、上記のようにして生成された金属素材Ｍ3 は、図４に示すように、シュート板７９を介して投入用開口７８から順次予備加熱バレル７６の内部に投入される。この場合、図６（ａ）に示すように、予備加熱バレル７６に金属素材Ｍ3 が投入された時点で、予備加熱ヒータ８０および加熱チャンバ７１の加熱ヒータ７２を順次駆動する。
【００５４】
予備加熱バレル７６に投入された金属素材Ｍ3 は、プランジャ８１の往復移動によって順次加熱チャンバ７１に供給され、図６（ｂ）に示すように、当該加熱チャンバ７１内において半溶融状態に保持されるようになる。
【００５５】
ここで、上記鋳造装置によれば、金属素材Ｍ3 が予備加熱バレル７６にある間において予備加熱ヒータ８０により予備加熱しているため、当該金属素材Ｍ3 が加熱チャンバ７１に達した時点でこれを直ちに半溶融状態にすることが可能となる。また、予備加熱バレル７６においては、その先端部分の内径が金属素材Ｍ3 とほぼ同一となっているため、半溶融状態に加熱される以前の金属素材Ｍ3 によって閉塞されることになり、加熱チャンバ７１内の半溶融マグネシウム合金Ｍ4 が逆流する虞れがない。
【００５６】
上記のようにして加熱チャンバ７１に半溶融状態となったマグネシウム合金Ｍ4 が所定量だけ貯留されると、図６（ｃ）に示すように、押出シリンダ８２の伸長作動によってプランジャ８１が進出移動するとともに、吸引シリンダ７７の伸長作動によって吸引ロッド７５が加熱チャンバ７１に進出移動する。この結果、加熱チャンバ７１に貯留された半溶融状態のマグネシウム合金Ｍ2 が吐出口７３および補助ノズル７４を通じて金型９０に供給されるようになり、当該金型９０において所望の形状に成形されることになる。
【００５７】
ここで、金型９０に供給された半溶融マグネシウム合金Ｍ4 は、チクソトロピーを潜在的に保持した金属素材Ｍ3 を加熱したものであり、再びチクソトロピーを呈するものである。従って、このチクソトロピーを有効に利用した鋳造が可能となり、つまり固相率が高く、しかも低粘性のマグネシウム合金を用いた鋳造が可能になり、金型９０に対する充填性が向上して歩留まりが向上する、大型製品の成型が可能となる、収縮巣の発生を抑制して機械的強度を向上させることができる、製品の薄肉化を図ることができる、等々の利点を奏する。また、金型９０への熱負担も低減するため、金型９０の耐用年数も延びることになる。
【００５８】
しかも、上記鋳造設備によれば、金属スラリーＭ2 を一旦固体化して金属素材Ｍ3 を生成し、これを再び半溶融状態に加熱して金型９０に供給するようにしたものであるため、溶融金属を冷却する冷却ユニット１０と、インジェクション装置７０との間を連動させたり、金属素材Ｍ3 に対して正確な温度管理を実施する必要がない。従って、複雑な制御が全く不要であり、チクソトロピーを有効に利用した鋳造をきわめて容易に実施することが可能になる。さらに、一旦固体化した金属素材Ｍ3 は、これを単体としても取り扱うことが可能であり、更なる利便性の向上を図ることも可能である。
【００５９】
金型９０への半溶融マグネシウム合金Ｍ4 の供給が終了すると、図６（ｄ）に示すように、押出シリンダ８２が縮退作動するとともに、吸引シリンダ７７が縮退作動して加熱チャンバ７１の湯面が低下するようになる。従って、当該半溶融マグネシウム合金Ｍ4 が吐出口７３や補助ノズル７４内において固化する事態が発生することがない。
【００６０】
以降、上述した動作が繰り返し実施され、金型９０において所望の製品を量産することができるようになる。
【００６１】
なお、上述した実施の形態では、マグネシウム合金を原材料として製品を製造するための鋳造設備を例示しているが、アルミニウムやその合金等、その他の金属や合金を原材料とした製品を製造することも可能である。
【００６２】
また、上述した実施の形態では、金属素材を切断するための切断ユニットを設けるようにしているため、当該金属素材の取り扱いを容易に行うことができるが、必ずしも切断ユニットを設ける必要はない。この場合、生成された金属素材をそのまま半溶融状態に加熱し、金型へ供給するようにすればよい。また、生成する金属素材は、必ずしも横断面が円形である必要もない。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従前のチクソキャスト法のように高価な押出機が必要となることもなく、また金属塊をそのまま適用することができるため、適用コストの増大や原材料コストの増大を抑えることができる。しかも、生成した金属スラリーを一旦固体化しているため、金属スラリーを生成する工程と、金型に供給する工程との間を連動させたり、固体化した金属スラリーに対して正確な温度管理を実施することなく、チクソトロピーを有効に利用した鋳造を容易に実施可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鋳造設備の一実施形態を概念的に示す断面図である。
【図２】（ａ）は溶融金属を冷却して金属スラリーを生成する第１の生成手段の縦断面図、（ｂ）はその横断面図である。
【図３】（ａ）は金属スラリーから金属素材を生成する第２の生成手段の断面図、（ｂ）は（ａ）における３−３線拡大断面図である。
【図４】図１における４−４線拡大断面図である。
【図５】切断ユニットによる金属素材の切断過程を順に示す概念図である。
【図６】金属素材を金型に供給する過程を順に示す概念図である。
【符号の説明】
１      溶融槽
２      溶融加熱ヒータ
３      出湯通路
４      切換バルブ
５      バルブプランジャ
６      バルブシリンダ
１０      冷却ユニット
１１      案内溝
１２      循環通路
１３      カバーブロック
２０      貯留槽
２１      素材成形通路
２２      急冷ユニット
２３      環状ジャケット
２４      噴射口
３０，３１      送りローラ
３０ａ，３１ａ      送り溝
４０      切断ユニット
４１      ユニット本体
４２Ａ      固定クランパ
４２Ｂ      可動クランパ
４４，４５      排出ローラ
４４ａ，４５ａ      排出送り溝
４６      ガイドロッド
４７      リトラクトシリンダ
４８Ａ，４８Ｂ      スリット
４９Ａ，４９Ｂ      クランプ貫通孔
５０Ａ，５０Ｂ      テーパ状傾斜面
５１Ａ，５１Ｂ      ロッド貫通孔
５２Ａ，５２Ｂ      凹部
５３Ａ，５３Ｂ      クランプ油圧シリンダ
５３ａＡ，５３ａＢ      ピストンロッド
５４Ａ，５４Ｂ      アンクランプ油圧シリンダ
５４ａＡ，５４ａＢ      ピストンロッド
５５，５６      クランプ駒
５７      保持ブラケット
５８      拡開用ロッド
５９      切断シリンダ
５９ａ      ピストンロッド
５９ｂ      シリンダ本体
６０      ローラブラケット
７０      インジェクション装置
７１      加熱チャンバ
７２      加熱ヒータ
７３      吐出口
７４      補助ノズル
７５      吸引ロッド
７６      予備加熱バレル
７７      吸引シリンダ
７８      投入用開口
７９      シュート板
８０      予備加熱ヒータ
８１      プランジャ
８２      押出シリンダ
９０      金型
９１      注湯口
１００      搬送コンベア
Ｆ      固定フレーム
【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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