(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半溶融金属材料（１６）を有底円筒状の金属缶（３４）内に入れ、次いで前記半溶融金属材料（１６）を前記金属缶（３４）と共に、その金属缶（３４）の開口をスリーブ（１４）内を摺動する加圧プランジャ（１５）の先端面に対向させて、前記スリーブ（１４）内に装入し、その後前記加圧プランジャ（１５）の加圧力により、前記金属缶（３４）の周壁（３６）の変形および底壁（３５）の破断を生じさせて前記半溶融金属材料（１６）を金型（６）のゲート（８）を通じてそのキャビティ（７）内に充填する鋳造方法において、
前記金属缶（３４）の開口端部（３７）を、前記金属缶（３４）の軸線方向と交差する仮想平面（Ａ）における断面形状が円形をなすよう拡径するフレア形に形成し、そのフレア形開口端部（３７）を前記加圧プランジャ（１５）の加圧力により拡径して前記フレア形開口端部（３７）外周縁および前記スリーブ（１４）内周面間の間隙を減少させることを特徴とする、半溶融金属材料を用いる鋳造方法。
【請求項２】
前記金属缶（３４）内に入れられた前記半溶融金属材料（１６）に対し、前面に周方向に並ぶ複数の小径孔（４３）を開口させた円板状冷却部材（４５）を押し当てることで、その半溶融金属材料（１６）の表層領域（３９）を緩徐に冷却してデンドライトを晶出させることによって該表層領域（３９）の粘度をその内部領域（４０）の粘度よりも高めると共に、該表層領域（３９）に、前記複数の小径孔（４３）に対応した複数の小径柱状突起（４２）を形成し、
次いで、前記加圧プランジャ（１５）の加圧力により、前記小径柱状突起（４２）を押し潰しながら前記表層領域（３９）を前記拡径した前記フレア形開口端部（３７）外周縁まで流動させることで、該拡径した前記フレア形開口端部（３７）による前記間隙の減少作用を増進させることを特徴とする、請求項１記載の半溶融金属材料を用いる鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半溶融金属材料、即ち、固相（ほぼ固体となっている相、以下同じ）と液相とが共存する半溶融金属材料を用いる鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の鋳造方法としてはチクソキャスティング法およびレオキャスティング法が知られている。何れの方法においても、スリーブ内に半溶融金属材料を装入し、次いでスリーブ内を摺動する加圧プランジャにより半溶融金属材料を加圧しつつ金型のゲートを通過させて、その金型のキャビティ内に充填する、といった手段が採用されており、この場合、短円柱状をなす半溶融金属材料はむき出しのままスリーブ内に装入されていた。
【０００３】
しかしながら、半溶融金属材料をむき出しのままスリーブ内に装入すると、そのスリーブの円形断面積よりも半溶融金属材料の円形断面積が小さく設定されていることから、スリーブを予熱しておいても半溶融金属材料全体を十分に保温することができず、そのため半溶融金属材料の温度が急激に下降して、その外面に凝固相が現出することがあった。またスリーブ内装入後の半溶融金属材料を加圧すると、前記両円形断面積の差に起因して半溶融金属材料がスリーブ内の空隙を満たすように変形し、その際、半溶融金属材料による前記凝固相およびスリーブ内空気の巻込み、材料外面への低粘性液相の滲出による固相−液相間の分離、滲出した液相へのスリーブ・加圧プランジャ間の潤滑剤の混入等が発生し易く、鋳造欠陥を招くおそれがあった。
【０００４】
そこで、本出願人は先に、半溶融金属材料を金属缶内に入れ、その半溶融金属材料を金属缶と共に、その金属缶の開口を加圧プランジャの先端面に対向させて、スリーブ内に装入する、といった鋳造方法を提案した（特願２００１−１１０４２８号明細書および図面参照）。
【０００５】
このように金属缶内に半溶融金属材料を入れて、それらをスリーブ内に装入すると、その金属缶の保温作用によって半溶融金属材料外面における凝固相の現出を回避することが可能である。一方、加圧過程では半溶融金属材料が金属缶と共に変形し、その際、スリーブ内空気は変形中の金属缶によりスリーブ外に押出されるので半溶融金属材料のスリーブ内空気の巻込みを抑制することが可能である。その上、半溶融金属材料外面への液相の滲出が回避されるので、固相−液相間の分離を生じることはなく、また前記潤滑剤の半溶融金属材料への混入も抑制される。なお、キャビティへの半溶融金属材料の充填後、金属缶は押し潰された状態でスリーブ内のゲート近傍に残置される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は前記開発技術について種々検討を加えたところ、半溶融金属材料への潤滑剤の混入およびその材料によるスリーブ内空気の巻込みを一層抑制するためにはさらなる改良が必要である、という結論に到った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記潤滑剤の半溶融金属材料への混入およびその材料によるスリーブ内空気の巻込みを一層抑制し得るように改良された前記鋳造方法を提供することを目的とする。  前記目的を達成するために、請求項１の発明は、半溶融金属材料を有底円筒状の金属缶内に入れ、次いで前記半溶融金属材料を前記金属缶と共に、その金属缶の開口をスリーブ内を摺動する加圧プランジャの先端面に対向させて、前記スリーブ内に装入し、その後前記加圧プランジャの加圧力により、前記金属缶の周壁の変形および底壁の破断を生じさせて前記半溶融金属材料を金型のゲートを通じてそのキャビティ内に充填する鋳造方法において、前記金属缶の開口端部を、前記金属缶の軸線方向と交差する仮想平面における断面形状が円形をなすよう拡径するフレア形に形成し、そのフレア形開口端部を前記加圧プランジャの加圧力により拡径して前記フレア形開口端部外周縁および前記スリーブ内周面間の間隙を減少させることを特徴とする。
【０００８】
金属缶のフレア形開口端部外周縁およびスリーブ内周面間の間隙は、当然のことであるが、金属缶の周壁外周面およびスリーブ内周面間の間隙よりも小である。前記鋳造方法によれば、その小なる間隙をフレア形開口端部の拡径により容易に減少（ゼロを含む）させることができ、このフレア形開口端部による間隙減少作用によって前記潤滑剤の金属缶底壁側への回り込みを阻止して、半溶融金属材料への混入を大いに抑制することができる。また金属缶回りに在るスリーブ内空気も、前記間隙の減少に伴うスリーブ内圧の上昇によって金型側の空気抜き孔等を通じてスリーブ外に十分に排出されるので、半溶融金属材料によるスリーブ内空気の巻込みを大いに抑制することができる。
【０００９】
また請求項２の発明は、請求項１の発明の前記特徴に加えて、前記金属缶内に入れられた前記半溶融金属材料に対し、前面に周方向に並ぶ複数の小径孔を開口させた円板状冷却部材を押し当てることで、その半溶融金属材料の表層領域を緩徐に冷却してデンドライトを晶出させることによって該表層領域の粘度をその内部領域の粘度よりも高めると共に、該表層領域に、前記複数の小径孔に対応した複数の小径柱状突起を形成し、次いで、前記加圧プランジャの加圧力により、前記小径柱状突起を押し潰しながら前記表層領域を前記拡径した前記フレア形開口端部外周縁まで流動させることで、該拡径した前記フレア形開口端部による前記間隙の減少作用を増進させることを特徴とする。このようにして金属缶内に入れられた半溶融金属材料の表層領域の粘度をその内部領域の粘度よりも高め、その表層領域を、前記加圧プランジャの加圧力により拡径した前記フレア形開口端部外周縁まで流動させると、拡径したフレア形開口端部による前記間隙減少作用が表層領域、したがって比較的高い粘度を有する金属材料により増進され、これにより半溶融金属材料への潤滑剤の混入および半溶融金属材料によるスリーブ内空気の巻込みをさらに一層抑制することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に示す加圧鋳造装置１は、レオキャスティング法によって鋳物としてのＡｌ合金鋳物を鋳造するために用いられる。その加圧鋳造装置１は、略鉛直な合せ面２、３を持つ固定型４および可動型５よりなる金型６を備えている。両合せ面２、３を合せることによって鋳物成形用キャビティ７と、その下端部に連通するゲート８が形成される。固定型４の合せ面２の下部に、水平な軸線を有するテーパ孔９の大径開口端が位置し、その小径開口端に、それと同軸の等径孔１０が連なっている。一方、可動型５の合せ面３の下部に、テーパ孔９に嵌合し、且つ等径孔１０に遊嵌されるテーパ凸部１１が存し、そのテーパ凸部１１を有するブロック本体１２が可動型本体５Ａに保持される。
【００１１】
固定型４にスリーブ１４が水平に設けられていて、そのスリーブ１４の一端側がゲート８に連通し、他端側には加圧プランジャ１５が摺動自在に嵌合される。ゲート８のスリーブ１４への連通口１３はテーパ凸部１１の端面に位置する。ゲート８の連通口１３の中心とスリーブ１４の軸線とは合致しており、それらの内径はスリーブ１４の方が連通口１３よりも大である。スリーブ１４の他端側において、その周壁上部側には半溶融金属材料としての半溶融Ａｌ合金材料１６をスリーブ１４内に装入するための供給口１７が形成されている。
【００１２】
図２に明示するように、テーパ凸部１１を有するブロック体１２において、テーパ凸部１１は下側のハ−フ部分１８と、その上側に在る一対のクォータ部分１９とに分割されていて、ハーフ部分１８と一体の鉤形構成体２０の段部２１に各クォータ部分１９と一体の角形構成体２２が載置されている。
【００１３】
ゲート８は、その連通口１３から鉤形構成体２０の鉛直部に向って上り勾配の傾斜路２３を有し、その傾斜路２３は、ハーフ部分１８、両クォータ部分１９、鉤形構成体２０および両角形構成体２２の協働で形成されている。またゲート８は、傾斜路２３の中間部から上方に延びてキャビティ７に連通する鉛直路２４を有し、その鉛直路２４の下側半部は両角形構成体２２によって形成され、その鉛直路２４の上側半部は可動型本体５Ａと固定型４とによって形成されている。傾斜路２３において、鉛直路２４との連通部から奥壁２５までの空間２３ａは、流動する半溶融Ａｌ合金材料１６の先端側に在る不純物を捕獲する機能を有する。
【００１４】
ブロック体１２において、ハーフ部分１８と各クォータ部分１９との合せ面２６，２７間にゲート８に連通する空気抜き孔２８が、また両クォータ部分１９の対向面２９，３０間にゲート８に連通する空気抜きスリット３１がそれぞれ形成されており、それら空気抜き孔２８および空気抜きスリット３１は金型６の構成部合せ面間より外部に連通するようになっている。またスリーブ１４の周壁上部に半径方向に延びる２つの空気抜き孔３２が形成され、それら空気抜き孔３２と連通する空気通路３３がスリーブ１４の周壁外面側において、その母線方向に延びるように形成されていて外部に連通する。
【００１５】
鋳造に当り、半溶融Ａｌ合金材料１６をスリーブ１４内に装入する過程では、その半溶融Ａｌ合金材料１６は有底円筒状の金属缶、実施例では純ＡｌよりなるＡｌ缶３４に入れられる。そのＡｌ缶３４は、それの開口が加圧プランジャ１５の先端面に対向するように、そのスリーブ１４内に装入され、次いでＡｌ缶３４は加圧プランジャ１５によってその底壁３５がブロック体１２に当接するまで押動され、その後、加圧プランジャ１５の加圧力により、Ａｌ缶３４の周壁３６の変形および底壁３５の破断が生じ、半溶融Ａｌ合金材料１６が金型６のゲート８を通じてそのキャビティ７内に充填される。
【００１６】
図３、４に明示するように、Ａｌ缶３４の開口端部３７は、Ａｌ缶軸線方向と交差する仮想平面Ａにおける断面形状が円形をなすよう拡径するフレア形に形成されており、このフレア形開口端部３７は加圧プランジャ１５の加圧力により拡径して、そのフレア形開口端部３７外周縁およびスリーブ１４内周面間の間隙が減少させられる。
【００１７】
このようなフレア形開口端部３７の拡径を確実に現出させるためには、その拡径前に底壁３５が破断してはならない。そこで、底壁３５の剛性向上を図るべく、その底壁３５の厚さｔ1 は周壁３６の厚さｔ2 よりも大いに設定されている。
【００１８】
Ａｌ缶３４のフレア形開口端部３７外周縁およびスリーブ１４内周面間の間隙は、当然のことであるが、Ａｌ缶の周壁３６外周面およびスリーブ１４内周面間の間隙よりも小である。前記鋳造方法によれば、その小なる間隙をフレア形開口端部３７の拡径により容易に減少（ゼロを含む）させることができ、このフレア形開口端部３７による間隙減少作用によって、加圧プランジャ１５回りに在る潤滑剤のＡｌ缶底壁３５側への回り込みを阻止して、半溶融Ａｌ合金材料１６への混入を大いに抑制することができる。またＡｌ缶３４回りに在るスリーブ内空気も、前記間隙の減少に伴うスリーブ内圧の上昇によって金型６側の空気抜き孔２８および空気抜きスリット３１を通じてスリーブ１４外に十分に排出されるので、半溶融Ａｌ合金材料１６によるスリーブ内空気の巻込みを大いに抑制することができる。
【００１９】
図５〜８はＡｌ缶３４に入れられた半溶融Ａｌ合金材料１６の表層領域３９の粘度をその内部領域４０の粘度よりも高めたものである。この表層領域３９は、例えば円形の平板状域４１と、その平板状域４１の表面外周部においてその円周方向に並ぶ複数の小径柱状突起４２とよりなる。このような表層領域３９は、図７、８に示すようにＡｌ缶３４に注入された溶融Ａｌ合金材料１６に、前面に周方向に並ぶ複数の小径孔４３を開口させると共に背面にそれら小径孔４２に連通する複数のガス抜き孔４４を開口させた円板状冷却部材４５を押し当てて、表層領域３９の材料を緩徐に冷却してデンドライトを晶出させることによって形成される。通常、Ａｌ缶３４に注入された溶融Ａｌ合金材料１６の温度が鋳込み温度（スリーブ１４への装入時の温度）まで下降する間、その材料表面には、異物の混入を防止すべく蓋板が載せられるので、前記冷却部材４５は蓋板としても機能する。
【００２０】
粘度が比較的高い表層領域３９は、前記複数の小径孔４３に対応して形成される各小径柱状突起４２が変形し易いことから、加圧プランジャ１５の加圧力により容易に押し潰されると共に拡径したフレア形開口端部３７外周縁まで流動する。このような方法を採用すると、拡径したフレア形開口端部３７による前記間隙減少作用が表層領域３９、したがって高い粘性を有するＡｌ合金材料により増進され、これにより半溶融Ａｌ合金材料１６への潤滑剤の混入および半溶融Ａｌ合金材料１６によるスリーブ内空気の巻込みを、さらに一層抑制することができる。
【００２１】
図９、１０は、全長に亘り等径のＡｌ缶３４、つまりストレート形開口端部４６を有するＡｌ缶３４に入れられた半溶融Ａｌ合金材料１６の表層領域３９の粘度を、前記同様の方法で、その内部領域４０の粘度よりも高めたもので、その表層領域３９は加圧プランジャ１５の加圧力により流動してＡｌ缶３４のストレート形開口端部４６外周縁およびスリーブ１４内周面間の間隙に流入し、その間隙を減少させる。
【００２２】
このような手段を採用すると、Ａｌ缶３４のストレート形開口端部４６外周縁およびスリーブ１４内周面間の間隙を表層領域３９、したがって比較的高い粘度を有するＡｌ合金材料により減少させて、半溶融Ａｌ合金材料１６への潤滑剤の混入および半溶融Ａｌ合金材料１６によるスリーブ内空気の巻込みを、大いに抑制することができる。この場合にも、Ａｌ缶３４の底壁３５の厚さｔ1 は周壁３６の厚さｔ2 よりも大である方がよい。
【００２３】
なお、キャビティ７への半溶融Ａｌ合金材料１６の充填後、押し潰されたＡｌ缶３４および表層領域３９はスリーブ１４内のゲート８近傍に残置される。
【００２４】
〔実施例〕
表１はＡｌ合金材料の組成を示す。このＡｌ合金材料はＡＡ規格  Ａ３５６に相当する。
【００２５】
【表１】
0003845319.tif 000002
【００２６】
スリーブ１４の内径Ｄ1 はＤ1 ＝８３mmであり、また図４、１０に示した２種のＡｌ缶３４として、外径Ｄ2 ＝７５．４mm、内径Ｄ3 ＝７４mm、長さＬ＝１８０mm、フレア形開口端部３７の外径Ｄ4 ＝８２mm、底壁３５の厚さｔ1 ＝１．０mm、周壁３６の厚さｔ2 ＝０．７mmのものを用意した。
【００２７】
表１のＡｌ合金材料を用い、レオキャスティング法に則って半溶融状態のＡｌ合金材料１６を調製した。Ａｌ合金材料の溶解温度は６７０℃、Ａｌ缶３４への注入時の材料温度は６２５℃であった。Ａｌ缶３４への材料注入量はＡｌ缶３４の容積の約８０％である。表層領域３９を形成する場合には、Ａｌ缶３４へのＡｌ合金材料の注入量はその領域３９の形成を見込んで８０％以上に設定され、また表層領域３９において、平板状域４１の厚さｔ3 はｔ3 ＝１０mmに、また小径柱状突起４２の数は１２本に、その直径Ｄ5 はＤ5 ＝５mmに、高さｈはｈ＝１０mmにそれぞれ設定された。
【００２８】
図４、６、１０に示した状態のＡｌ缶入り半溶融Ａｌ合金材料１６および比較のため、ストレート形開口端部４６を有するＡｌ缶３４に注入され、且つ前記表層領域３９を持たない半溶融Ａｌ合金材料１６を用い、レオキャスティング法に則ってＡｌ合金鋳物の例（１）〜（４）を鋳造した。この場合、半溶融Ａｌ合金材料１６の鋳込み温度は５８４℃、固相率は５８％であった。
【００２９】
Ａｌ合金鋳物の例（１）〜（４）に関し、真空溶解法に則ってガス分析を行ったところ表２の結果を得た。
【００３０】
【表２】
0003845319.tif 000003
【００３１】
表２において、Ｈ2 およびＣＨ4 はスリーブ１４および加圧プランジャ１５間の潤滑剤に、またＮ2 はスリーブ１４内の空気にそれぞれ起因する。Ａｌ合金鋳物の例（１）〜（３）と比較例であるＡｌ合金鋳物の例（４）とを比べると、フレア形開口端部３７を有するＡｌ缶３４を用いることと、表層領域３９を形成することの意義が明らかである。Ａｌ合金鋳物の例（２）のように、Ａｌ缶３４としてフレア形開口端部３７を有するものを用い、また表層領域３９の形成を行うと、ガス含有量を最少にすることができる。フレア形開口端部３７を有するＡｌ缶３４を用いたＡｌ合金鋳物の例（１）と、表層領域３９を形成した場合のＡｌ合金鋳物の例（３）はほぼ同様の品質を有することが判る。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、前記のような特定構造の金属缶を用いることによって、健全な鋳物を得ることが可能な、半溶融金属材料を用いる鋳造方法を提供することができる。
【００３３】
また特に請求項２の発明によれば、前記のような特定構造の金属缶を用いると共に前記のような表層領域を形成することによって、より健全な鋳物を得ることが可能な、半溶融金属材料を用いる鋳造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  加圧鋳造装置の縦断面図であって、ゲートを有するブロック体の部分は図２の１−１線断面図に相当する。
【図２】  ゲートを有するブロック体の斜視図である。
【図３】  半溶融Ａｌ合金材料を有するＡｌ缶の平面図である。
【図４】  図３の４−４線断面図である。
【図５】  半溶融Ａｌ合金材料を有するＡｌ缶の平面図である。
【図６】  図５の６−６線断面図である。
【図７】  冷却部材の要部破断斜視図である。
【図８】  表層領域形成時の要部断面図である。
【図９】  半溶融Ａｌ合金材料を有するＡｌ缶の平面図である。
【図１０】  図９の１０−１０線断面図である。
【符号の説明】
６      金型
７      キャビティ
８      ゲート
１４    スリーブ
１５    加圧プランジャ
１６    半溶融Ａｌ合金材料（半溶融金属材料）
３４    Ａｌ缶（金属缶）
３５    底壁
３６    周壁
３７    フレア形開口端部
３９    表層領域
４２ 小径柱状突起
４３ 小径孔
４５ 冷却部材
４６    ストレート形開口端部
【図１】
0003845319.tif 000004
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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