(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半溶融金属材料（１６）を金属缶（３４）内に入れ、次いでその金属缶（３４）を、それの開口がスリーブ（１４）内を摺動する加圧プランジャ（１５）の先端面（３７）に対向するように、そのスリーブ（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、
前記スリーブ（１４）内への前記半溶融金属材料（１６）の装入前に、前記金属缶（３４）内に在る前記半溶融金属材料（１６）の表面側に形成され、且つ内部とは性状を異にしていて内部よりも粘度が大である表面層（３９）の体積Ｖａを、その表面層（３９）の厚さＴ1 に基づいて算出し、
前記キャビティ（７）内への前記半溶融金属材料（１６）の充填後、前記加圧プランジャ（１５）の先端面（３７）および前記ゲート（８）の前記キャビティ（７）への連通口（３８）間に存する前記半溶融金属材料（１６）の残部の体積をＶｂとしたとき、前記表面層（３９）の体積Ｖａと前記残部の体積Ｖｂとの間にＶｂ＞Ｖａの関係を成立させ、
前記表面層（３９）の厚さＴ1 の測定に当っては、その表面層（３９）に一定速度ｖで検出ロッド（４７）を挿入しつつ、その検出ロッド（４７）に作用する反力を測定し、その反力が上昇しなくなった時を前記検出ロッド（４７）が前記表面層（３９）を貫通した時として前記検出ロッド（４７）の前記表面層（３９）への挿入開始から貫通までの時間ｔを求め、その時間ｔと前記検出ロッド（４７）の前記速度ｖとより前記表面層（３９）の厚さＴ1 を算出することを特徴とする、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、といった方法が採用されており、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。
【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、その金属缶を、それの開口が加圧プランジャの先端面に対向するように、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。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、金属缶に入れられた半溶融金属材料の表面側に、その内部とは性状を異にする表面層が形成され、この表面層がキャビティ内に混入すると鋳造欠陥を惹起し、健全な鋳物を得ることができない、ということを究明した。この鋳造欠陥を回避するためには、例えば表面層がスリーブ内に確実に残置されるように加圧プランジャによる半溶融金属材料の押し残り量を大に設定すればよいが、これは、スクラップ量を増して歩留りの低下を招くため生産性向上を図る上で望ましくない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記表面層のキャビティ内への混入といった不具合を確実に回避し、また歩留りの向上を図ることが可能な前記鋳造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
前記目的を達成するため本発明によれば、半溶融金属材料を金属缶内に入れ、次いでその金属缶を、それの開口がスリーブ内を摺動する加圧プランジャの先端面に対向するように、その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、前記スリーブ内への前記半溶融金属材料の装入前に、前記金属缶内に在る前記溶融金属材料の表面側に形成され、且つ内部とは性状を異にしていて内部よりも粘度が大である表面層の体積Ｖａを、その表面層の厚さＴ1 に基づいて算出し、前記キャビティ内への前記半溶融金属材料の充填後、前記加圧プランジャの先端面および前記ゲートの前記キャビティへの連通口間に存する前記半溶融金属材料の残部の体積をＶｂとしたとき、前記表面層の体積Ｖａと前記残部の体積Ｖｂとの間にＶｂ＞Ｖａの関係を成立させ、前記表面層の厚さＴ1 の測定に当っては、その表面層に一定速度ｖで検出ロッドを挿入しつつ、その検出ロッドに作用する反力を測定し、その反力が上昇しなくなった時を前記検出ロッドが前記表面層を貫通した時として前記検出ロッドの前記表面層への挿入開始から貫通までの時間ｔを求め、その時間ｔと前記検出ロッドの前記速度ｖとより前記表面層の厚さＴ1 を算出することを特徴とする、半溶融金属材料を用いる鋳造方法が提供される。
【０００９】
前記方法によれば、キャビティ内への半溶融金属材料の充填後、表面層は破壊されるか、または変形した状態で加圧プランジャの先端面およびゲートのキャビティへの連通口間に存する半溶融金属材料の残部内に確実にとどめられる。これにより鋳造欠陥の無い健全な鋳物を得ることができる。また前記残部の体積Ｖｂを表面層の体積Ｖａに近づけることによってスクラップ量を減少させて歩留りの向上を図ることが可能である。
【００１０】
一方、前記両体積Ｖａ、Ｖｂの関係がＶｂ＜Ｖａである場合には、その半溶融金属材料を溶解工程に戻し、これにより鋳造欠陥の発生を未然に防止することが可能である。
【００１１】
【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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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及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。
【００１６】
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は金属缶、実施例では純ＡｌよりなるＡｌ缶３４内に入れられる。そのＡｌ缶３４は、それの開口が加圧プランジャ１５の先端面３７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。その充填後には、図１、鎖線示の加圧プランジャ１５の先端面３７およびゲート８のキャビティ７への連通口３８間に半溶融Ａｌ合金材料１６の残部、つまりスクラップとなる部分が存在する。また押し潰されたＡｌ缶３４はスリーブ１４内のゲート８近傍に残置される。
【００１７】
図３に明示するように、Ａｌ缶３４内に入れられた半溶融Ａｌ合金材料１６の表面側には、その内部と性状を異にする表面層３９が形成される。このような表面層３９には、例えばデンドライトの晶出に伴い粘度が、内部のそれよりも高くなった層が該当する。このデンドライトの晶出は、半溶融Ａｌ合金材料１６がＡｌ缶３４内へ入れられた後、その表面側が緩徐な冷却を受けたことに起因する。
【００１８】
このような表面層３９は、鋳物において空気の巻込み、偏析等鋳造欠陥発生の原因となるので、その表面層３９のキャビティ７内への混入を防止すべく、次のような手段が採用される。即ち、スリーブ１４内への半溶融Ａｌ合金材料１６の装入前に、表面層３９の体積Ｖａを求め、またキャビティ７内への半溶融Ａｌ合金材料１６の充填後、加圧プランジャ１５の先端面３７およびゲート８のキャビティ７への連通口３８間に存する半溶融Ａｌ合金材料１６の残部の体積をＶｂとしたとき、表面層３９の体積Ｖａと残部の体積Ｖｂとの間にＶｂ＞Ｖａの関係を成立させる。
【００１９】
このような方法によれば、キャビティ７内への半溶融Ａｌ合金材料１６の充填後、表面層３９は破壊されるか、または変形した状態で加圧プランジャ１５の先端面３７およびゲート８のキャビティ７への連通口３８間に存する半溶融Ａｌ合金材料１６の残部内に確実にとどめられる。これにより鋳造欠陥の無い健全な鋳物を得ることができる。また前記残部の体積Ｖｂを表面層３９の体積Ｖａに近づけることによってスクラップ量を減少させて歩留りの向上を図ることが可能である。
【００２０】
一方、前記両体積Ｖａ、Ｖｂの関係がＶｂ＜Ｖａである場合には、その半溶融Ａｌ合金材料１６を溶解工程に戻し、これにより鋳造欠陥の発生を未然に防止することが可能である。
【００２１】
前記同様の効果を得るために、キャビティ７内への半溶融Ａｌ合金材料１６の充填後、スリーブ１４内に残置される半溶融Ａｌ合金材料１６の残部の体積をＶｃとしたとき、表面層３９の体積Ｖａと前記残部の体積Ｖｃとの間にＶｃ＞Ｖａの関係を成立させてもよい。
【００２２】
表面層３９の体積Ｖａは、先ず、その表面層３９の厚さＴ1 を求め、次いでその厚さＴ1 とＡｌ缶３４の内径Ｄ1 に基づいて体積Ｖａを算出する。
【００２３】
図４は表面層３９の厚さ測定装置４０の概略を示す。その装置４０は固定の機枠４１を有し、その機枠４１に在って上下方向に延びるガイド筒４２の貫通孔４３に押圧体４４が昇降可能に嵌合される。押圧体４４は図示しない昇降用駆動源に連結されている。押圧体４４は下向きに開口する摺動孔４５を有し、その摺動孔４５にスライダ４６の上側半部が摺動自在に嵌合される。スライダ４６に、その下方に突出するように検出ロッド４７が設けられる。その検出ロッド４７は温度センサ（例えば、熱電対）としても機能するもので、２本のリード線４８を介して温度測定器本体４９に接続される。スライダ４６の上面にロードセル５０が固定され、そのロードセル５０はリード線５１を介して反力（荷重）測定器本体５２に接続される。押圧体４４の摺動孔４５天井面にはロードセル５０と対向するように押圧部５３が設けられる。
【００２４】
スライダ４６に、非厚さ測定時にロードセル５０を、それと対向する押圧部５３から離間させた状態にて、そのスライダ４６を摺動孔４５内に吊下げ保持する重錘部材５４が設けられ、その重錘部材５４は次のように構成される。即ち、スライダ４６において、その押圧体４４の摺動孔４５から常に露出する下部外周面に互に反対方向に突出する一対のアーム部５５が設けられ、また押圧体４４において、そのガイド筒４２の貫通孔４３から常に露出する下部外周面に互に反対方向に突出する一対のブラケット５６が設けられる。各アーム部５５にワイヤ５７の一端が固定され、そのワイヤ５７は各ブラケット５６に設けられたプーリ５８に巻掛けられ、その他端には重錘５９が連結される。この重錘部材５４によって検出ロッド４７の自重がキャンセルされている。
【００２５】
表面層３９の厚さＴ1 は次のような方法で測定される。
【００２６】
（１）図４において、押圧体４４を一定速度ｖで下降させ、それと共に検出ロッド４７を下降させる。
【００２７】
（２）図５、（ａ）に示すように検出ロッド４７の下端面が表面層３９に当接すると、検出ロッド４７は下降を停止する。この時点ではロードセル５０に作用する反力はゼロである。この時点で検出ロッド４７を介して半溶融Ａｌ合金材料１６の温度が測定され、それが鋳造に適した温度、つまり鋳込み温度であるか、否かが判別され、その鋳込み温度以上であれば次工程に進み、一方、鋳込み温度未満であれば半溶融Ａｌ合金材料１６は溶解工程に戻される。
【００２８】
（３）図４に示す押圧体４４の押圧部５３がロードセル５０に当接すると、図５、（ｂ）に示すように押圧体４４の下降に伴い、検出ロッド４７が表面層３９に挿入を開始し、その検出ロッド４７に作用する反力がロードセル５０を介して反力測定器本体５２により測定される（表面層挿入開始からの経過時間ｔ＝ａ1 ）。
【００２９】
（４）図５、（ｃ）に示すように検出ロッド４７の下端面が表面層３９を貫通するまで反力は上昇し続ける（表面層挿入開始から貫通までの時間ｔ＝ａ2 ）。
【００３０】
（５）図５、（ｄ）に示すように検出ロッド４７が表面層３９を貫通した後は反力は最早上昇せずにほぼ一定となる（表面層挿入開始からの経過時間ｔ＝ａ3 ）。
【００３１】
そこで、検出ロッド４７の表面層３９への挿入開始から貫通までの時間ｔ＝ａ2 〔図５、（ｃ）〕を求め、その時間ｔと検出ロッド４７の速度ｖとより表面層３９の厚さＴ1 を算出する。
【００３２】
前記のように重錘部材５４によって検出ロッド４７の自重をキャンセルすると、その検出ロッド４７の表面層３９への挿入に伴う反力のみがロードセル５０に確実に伝達され、これにより検出ロッド４７の表面層３９への挿入開始からその貫通までの時間ｔを高精度で求めることができ、延いては表面層３９の体積Ｖａを正確に知ることができる。
【００３３】
〔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。
【００３４】
【表１】
0003777334.tif 000002
【００３５】
半溶融Ａｌ合金材料１６の表面層３９の体積Ｖａと比較される基準体積としては、キャビティ７内への半溶融Ａｌ合金材料１６の充填後、スリーブ１４内に残置される半溶融Ａｌ合金材料１６の残部の体積Ｖｃを選定した。
【００３６】
スリーブ１４の内径Ｄ2 はＤ2 ＝８３mmであり、またＡｌ缶３４として、外径Ｄ3 ＝７５．４mm、内径Ｄ1 ＝７４mm、長さＬ＝１８０mm、底壁３６の厚さＴ2 ＝１．０mmのものを用意した。
【００３７】
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。
【００３８】
複数のＡｌ缶３４に入れられた５８４℃の半溶融Ａｌ合金材料１６の表面層３９の厚さＴ1 を、前記厚さ測定装置４０を用いて測定し、次いでＡｌ缶入り半溶融Ａｌ合金材料１６を用い、レオキャスティング法に則って複数のＡｌ合金鋳物を鋳造した。この場合、半溶融Ａｌ合金材料１６の温度は前記測定中においても潜熱によって５８４℃に保たれており、したがってその鋳込み温度は５８４℃（固相率５８％）に設定された。
【００３９】
表２は、Ａｌ合金鋳物の例（１）〜（５）に関する各種データを示す。
【００４０】
【表２】
0003777334.tif 000003
【００４１】
Ａｌ合金鋳物の例（５）に対応する半溶融Ａｌ合金材料は他のものに比べて冷却速度を速めたものである。
【００４２】
表２から明らかなように、表面層３９の体積Ｖａと基準体積Ｖｃとの間にＶｃ＞Ｖａの関係を成立させると、キャビティ７内への表面層３９の混入を回避してＡｌ合金鋳物の例（１）、（２）のごとく健全なものを得ることができる。ただし、Ａｌ合金鋳物の例（２）については、基準体積Ｖｃが大であることから歩留りは低下する。
【００４３】
Ａｌ合金鋳物の例（３）、（４）についてはＶａ＞Ｖｃであることからスリーブ内空気の巻込みが発生し、また例（５）については論外である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、スリーブ内への半溶融金属材料の装入前に、金属缶内に在る溶融金属材料の表面側に形成され且つ内部とは性状を異にしていて内部よりも粘度が大である表面層の体積Ｖａを、その表面層の厚さＴ1 に基づいて算出し、キャビティ内への半溶融金属材料の充填後、加圧プランジャの先端面およびゲートのキャビティへの連通口間に存する半溶融金属材料の残部の体積をＶｂとしたとき、表面層の体積Ｖａと残部の体積Ｖｂとの間にＶｂ＞Ｖａの関係を成立させるようにしたので、性状の異なる表面層のキャビティ内への混入といった不具合を確実に回避して健全な鋳物を得ることが可能で、且つ歩留りの向上を図り得る、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。また前記表面層の厚さＴ1 の測定に当っては、その表面層に一定速度ｖで検出ロッドを挿入しつつ、その検出ロッドに作用する反力を測定し、その反力が上昇しなくなった時を検出ロッドが表面層を貫通した時として検出ロッドの表面層への挿入開始から貫通までの時間ｔを求め、その時間ｔと検出ロッドの速度ｖとより表面層の厚さＴ1 を算出するようにしたので、表面層の体積Ｖａを算出するために必要な表面層の厚さを正確に測定することができる。
【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】  Ａｌ缶に入れられた半溶融Ａｌ合金材料を示す断面図である。
【図４】  表面層の厚さ測定装置の概略図である。
【図５】  表面層の厚さ測定方法を示す説明図である。
【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）
３７    先端面
３８    連通口
３９    表面層
４０    厚さ測定装置
４１    機枠
４４    押圧体
４５    摺動孔
４６    スライダ
４７    検出ロッド
５０    ロードセル
５３    押圧部
５４    重錘部材
【図１】
0003777334.tif 000004
【図２】
0003777334.tif 000005
【図３】
0003777334.tif 000006
【図４】
0003777334.tif 000007
【図５】
0003777334.tif 000008