JPH10286661A - 半溶融金属の成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半溶融成形に適した微細な初晶が液相中に分
散した半溶融金属の円柱体を、形くずれや不純物の混入
を起こすことなく、簡便容易に、軸芯が水平な射出スリ
ーブへ自動的に円滑に収納して射出し成形する半溶融金
属の成形装置を提供する。 【構成】 微細な初晶が液相中に分散した半溶融金属を
軸芯が水平な射出スリーブに収納した後に、射出シリン
ダで該射出スリーブ内の該半溶融金属を金型キャビティ
内へ射出充填して成形する半溶融金属の成形装置であっ
て、該射出スリーブは、半溶融金属の円柱体を導入可能
で側面視が矩形状の開口部を軸方向中間部の下方に設け
るとともに、該円柱体を載置したまま該開口部を下部よ
り上方向に密閉する断面が半円形樋状の円柱体搬送器お
よび該円柱体搬送器の移送手段を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半溶融金属の成形装置に
係り、特に、半溶融成形に適した微細な初晶が液相中に
分散した半溶融金属の円柱体を、軸芯が水平な射出スリ
ーブへ自動的に円滑に収納して、射出し成形する半溶融
金属の成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】チクソキャスト法は、従来の鋳造法に比
べて鋳造欠陥や偏析が少なく、金属組織が均一で、金型
寿命が長いことや成形サイクルが短いなどの利点があ
り、最近注目されている技術である。この成形法におい
て使用されるビレットは、半溶融温度領域で機械撹拌や
電磁撹拌を実施するか、あるいは加工後の再結晶を利用
するなどの方法によって得られた球状化組織を特徴とす
るものであり、これらの方法により得られた素材を半溶
融温度領域に加熱し、初晶を球状化させて、その後、ダ
イカストマシン等の射出スリーブへ収納して射出成形す
るものである。

【０００３】一方、ビレットを半溶融温度領域まで昇温
し成形する方法と異なり、球状の初晶を含む融液を連続
的に生成し、ビレットとして固化することなく、そのま
ま、ダイカストマシン等の射出スリーブへ収納して射出
成形するレオキャスト法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たチクソキャスト法は撹拌法や再結晶を利用する方法の
いずれの場合も煩雑であり、しかもいずれの場合も、チ
クソ成形法によって半溶融成形するためには、一旦、液
相を固相にし出来たビレットを再度半溶融温度領域まで
昇温する必要があり、従来鋳造法に比べてコスト高とな
り、原料としてのビレットはリサイクルが難しい。

【０００５】また、レオキャスト法では、球状の初晶を
含む融液を連続的に生成し供給するため、コスト的、エ
ネルギ的にチクソキャスト法よりも有利であるが、球状
組織と液相からなる金属原料を製造する機械と最終製品
を製造する鋳造機との設備的連動が煩雑である。たとえ
ば、鋳造機械が故障した場合、その工程以前に製造され
た半溶融金属の処置に窮する事態を招来する。このため
に、一回の鋳造分の半溶融金属をその都度、保持容器内
で製造する方法が提案されている（特開平８−３２５６
５２号公報）。

【０００６】しかし、ここで説明されている竪型ダイカ
ストと異なり、横型ダイカストでは、射出スリーブが横
型であるため、該保持容器で製造した半溶融金属の円柱
体を、自動的かつ連続的に、たとえば、ダイカストマシ
ン等の鋳造機の横型射出スリーブへ円滑に収納すること
が難しく、円滑に収納することが出来ない場合には、収
納時に形くずれを起こして、成形品中への空気巻き込み
や酸化物混入を招く。すなわち、保持容器に入った半溶
融金属を保持容器を傾けてダイカストマシンの横型射出
スリーブ内の供給口へ落とし込む場合には、半溶融金属
の液相率が低くなり固体の性質が強くなると、保持容器
から落下した半溶融金属が折れて開いた界面に酸化物が
生成したり、供給口に付着したりして所定の給湯量が確
保出来ずに射出するため、ダイカストマシンで成形され
る製品の機械的性質が低下する。

【０００７】本発明は、このような課題を解決して、球
状化した初晶を含む均一な組織を有する成形に適した半
溶融金属を液体から得て、その結果、形成された半溶融
金属の円柱体を、たとえば、ダイカストマシン等の射出
スリーブなどの鋳造機へ、自動的に連続的に、迅速に、
円滑に、形くずれを起こすことなく収納することのでき
る半溶融金属の成形装置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明においては、第１の発明では、微細な初晶が
液相中に分散した均一な温度分布を有する半溶融金属を
水平な射出スリーブに収納した後に、射出シリンダで該
射出スリーブ内の該半溶融金属を金型キャビティ内へ射
出充填して成形する半溶融金属の成形装置であって、該
射出スリーブは、半溶融金属の円柱体を導入可能で側面
視が矩形状の開口部を軸方向中間部の下方に設けるとと
もに、該円柱体を載置したまま該開口部を下部より上方
向に密閉する断面が半円形樋状の円柱体搬送器および該
円柱体搬送器の移送手段を備えた構成とした。

【０００９】また、第２の発明では、円柱体搬送器に、
一端に円形平板部を備え側面部に該円柱体搬送器の上端
面を被覆し該円柱体搬送器と着脱自在で、合体時に筒状
に形成され、保持容器内の半溶融金属を受入れ可能で断
面が半円形樋状の円柱体収納蓋ならびに該円柱体収納蓋
の該円柱体搬送器への着脱手段を備えたものとした。

【００１０】また、第３の発明では、円柱体搬送器およ
び円柱体収納蓋は、低熱伝導率のセラミックまたは金
属、あるいは、これら両者の複合部材もしくはこれらの
組合せ部材とした。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明においては、第１の発明で
は、微細な初晶が液相中に分散した均一な温度分布を有
する半溶融金属を水平な射出スリーブに収納した後に、
射出シリンダで該射出スリーブ内の該半溶融金属を金型
キャビティ内へ射出充填して成形する半溶融金属の成形
装置であって、該射出スリーブは、半溶融金属の円柱体
を導入可能で側面視が矩形状の開口部を軸方向中間部の
下方に設けるとともに、該円柱体を載置したまま該開口
部を下部より上方向に密閉する断面が半円形樋状の円柱
体搬送器および該円柱体搬送器の移送手段を備えた構成
としたため、保持容器内で、液体の金属から球状化した
初晶を含む均一な組織と成形に適した半溶融金属の円柱
体を、水平状態の円柱体搬送器に上に載置し、その状態
のまま射出スリーブの開口部へ下方から移送して該開口
部を密閉するように保持する。この状態で、射出スリー
ブ内に半溶融金属の円筒体が軸芯が射出スリーブの軸芯
と合致するように収納され、射出シリンダを操作して射
出プランジャチップを前進して、金型キャビティ内部に
半溶融金属を射出充填する。

【００１２】第２の発明では、円柱体搬送器に、一端に
円形平板部を備え側面部に該円柱体搬送器の上端面を被
覆し該円柱体搬送器と着脱自在で、合体時に筒状に形成
され、保持容器内の半溶融金属を受入れ可能で断面が半
円形樋状の円柱体収納蓋ならびに該円柱体収納蓋の該円
柱体搬送器への着脱手段を備えたので、円柱体収納蓋を
円柱体搬送器に被覆して有底円筒状の容器形状とし、こ
の容器形状とした円柱体搬送体を、たとえば、天地逆転
して保持容器の上端に重ねて接合し、保持容器とこれに
連なる円柱体搬送器を一体的に垂直状態から直角以上に
傾けて保持容器内の半溶融金属の円柱体を円柱体搬送器
へ移し、円柱体の入った円柱体搬送器を水平状態とした
後に円柱体収納蓋を円柱体搬送器より離脱し、水平状態
の円柱体搬送器を、射出スリーブの開口部へ下方から移
送して該開口部を密閉するように保持する。この状態
で、射出スリーブ内に半溶融金属の円筒体が軸芯が射出
スリーブの軸芯と合致するように収納され、射出シリン
ダを操作して射出プランジャチップを前進して、金型キ
ャビティ内部に半溶融金属を射出充填する。すなわち、
第２の発明では、保持容器の半溶融金属円柱体の円柱体
搬送器への移送を形くずれを起こすことなく円滑に行な
うことが出来る。

【００１３】第３の発明では、円柱体搬送器および円柱
体収納蓋は、低熱伝導率のセラミックまたは金属、ある
いは、これら両者の複合部材もしくはこれらの組合せ部
材としたので、保持容器から円柱体搬送器に移された半
溶融金属の円柱体の温度低下が少なく、所望の温度で射
出できるから、優れた品質の成形品品質が確保される。

【００１４】

【実施例】以下図面に基づいて、本発明の実施例の詳細
について説明する。図１〜図７は本発明の実施例に係
り、図１は半溶融金属の成形装置の全体構成図、図２は
円柱体搬送器の斜視図、図３は横型射出スリーブの要部
縦断面図、図４は他の実施例を示す横型射出スリーブの
要部縦断面図、図５は保持容器内の円柱体を円柱体搬送
器へ移す場合を説明する縦断面図、図６は図５のＡ−Ａ
視の横断面図、図７は横型射出スリーブによる射出によ
り半溶融金属を成形する全体製造工程図である。

【００１５】図７は、本発明の半溶融金属の成形装置１
００を含む半溶融金属の製造設備における全体製造工程
図を示しており、以下のとおりの手順により作業を進め
る。図７の工程［１］において、ラドル５０内に入れら
れた完全液体である金属Ｍを、工程［２］において、傾
斜冷却用治具５２に溶湯を接触させて、あるいは保持容
器（セラミック塗布金属製容器）Ｖ内に注湯され蓄えら
れていく溶湯に浸漬型加振治具５３により振動を付与し
て、あるいは溶湯の液相線温度に対する過熱度を５０℃
未満、好ましくは３０℃未満に保持して、保持容器内に
注ぐことにより結晶核（あるいは微細結晶）を含む液相
線直上、直下の合金、すなわち、半溶融金属Ｍａを得
る。

【００１６】次に、工程［３］において、該合金を、
０．０１℃／ｓ〜３．０℃／ｓの平均冷却速度で冷却し
加圧成形直前まで保持し、微細な初晶を該合金液中に晶
出させる工程において、誘導装置（加熱用コイル）５６
により保持該容器Ｖ内の合金の各部の温度を、遅くとも
成形する時までに所定の液相率を示す目標成形温度範囲
内（目標成形温度に対して−５℃〜＋５℃の範囲内）に
収めるように温度調整する。この場合、保持容器Ｖ内で
降温する金属の代表温度が注湯直後から目標成形温度に
対して１０℃以上低下しない段階までに所定量の電流を
流すために、誘導装置５６の出力は小さくてもよい。冷
却に当たっては、保持容器Ｖの外側から保持容器Ｖに向
けて空気を噴射する。必要に応じて上部、下部を断熱材
で保温もしくは加熱した保持容器Ｖにおいて半溶融状態
で保持し、導入された結晶核から微細な球状（非デンド
ライト状）の初晶を生成させる（工程［３］−ａ、
［３］−ｂ）。

【００１７】このようにして得られた所定の液相率を有
する合金Ｍｂを、工程［３］−ｃのように、保持容器Ｖ
を反転して天地を逆にし、成形装置１００（たとえば、
ダイキャストマシン）の横型射出スリーブ８に円柱形を
した所定の液相率の半溶融金属Ｍｂを挿入した後、成形
装置１００の金型キャビティ５内で加圧成形して、成形
品を得る。ここで、保持容器Ｖより反転して横型射出ス
リーブ８内へ排出された半溶融金属Ｍｂは、酸化物の混
入を防ぐために、保持容器Ｖ内で上部に位置していた表
面部をプランジャチップ８ａ側に置く。

【００１８】保持容器Ｖを反転して、保持容器Ｖ内の半
溶融金属（円柱体）Ｍｂを、横型射出スリーブ８の供給
口８ｂより自然落下により射出スリーブ８内部に移す場
合には、半溶融金属金属Ｍｂは、半溶融状態で完全な固
体でないため剛性が弱く、折れたり落下の際の衝撃によ
り形崩れを起こし、酸化物等の不純物の混入があり、成
形品品質を劣化させる惧れがあるため、本発明では、こ
の点に留意して、図７に示すような、上記の円柱体Ｍｂ
の折損や形くずれを防止するために、円柱体Ｍｂの横型
射出スリーブ８への収納に創意工夫を凝らした。以下、
これについて、詳細に説明する。

【００１９】図１は、半溶融金属の成形装置１００の全
体構成を示し、図１の成形装置１００は、竪型締横鋳込
のダイカストマシンであり、その主要構成は、大別する
と、射出装置１００ａと金型装置１００ｂと図示しない
型締装置（金型装置１００ｂの左側に設けられる）とか
らなる。射出装置１００ａは、軸芯が水平な横型射出ス
リーブ８およびこれに接続する射出シリンダ９とからな
り、射出スリーブ８内を射出シリンダ９のピストンロッ
ド９ａとカップリング９ｂで連結されたプランジャチッ
プ８ａが前後進自在に配置される。金型装置１００ｂ
は、固定盤１に接合された固定金型３と、型締装置によ
って前後進自在な可動盤２に接合された可動金型４とか
らなり、固定金型３と可動金型４との分割面には、金型
キャビティ５が設けられる。

【００２０】上記の構成は、従来公知のものであるが、
本発明の特徴は、横型射出スリーブ８にあり、以下これ
について説明する。本発明における横型射出スリーブ８
は、半溶融金属（円柱体）Ｍｂを受け入れる供給口（開
口部）８ｂは、従来技術のように、横型射出スリーブ８
の途中の上方でなく、下方に設け、大きさが円柱体Ｍｂ
よりやや大きめで、断面が半円形状であり、側面視が矩
形形状の開口とした。

【００２１】一方、円柱体Ｍｂをこの横型射出スリーブ
８の供給口８ｂから内部へ収納する手段として、図２に
示すように、丁度、射出スリーブ８を切り欠いて設けた
供給口８ｂの完全密閉する大きさの、半円形状（八橋形
状）の円柱体搬送器２０を使用する。この円柱体搬送器
２０の上に、半溶融金属（円柱体）Ｍｂを載置し、横型
射出スリーブ８内へ収納する方法は、たとえば、図１に
示すように、天地反転した保持容器Ｖより円柱体Ｍｂを
受け取って円柱体搬送器２０へ移す搬送装置１０と円柱
体搬送器２０を供給口８ｂへ移送して供給口８ｂを密閉
する収納装置３０を使用する。

【００２２】すなわち、搬送装置１０は、縁端部に回転
軸１０ａ回りに傾動自在なシリンダ（エアシリンダ、油
圧シリンダ、電動シリンダのいずれでもよい）１０ｂの
ピストンロッド１０ｃ先端に受取容器１０ｄを固設した
もので、傾斜状態で、天地反転した保持容器Ｖより円柱
体Ｍｂを受け取り、水平状態にしてから同じく水平状態
の円柱体搬送器２０の真横に受取容器１０ｄを移動して
静止し、その後、ピストンロッド１０ｃを前進させて受
取容器１０ｄ内の円柱体Ｍｂを円柱体搬送器２０の上面
に移動する。一方、収納装置３０は、シリンダ（エアシ
リンダ、油圧シリンダ、電動シリンダのいずれでもよ
い）３０ａのピストンロッド３０ｂの先端部を円柱体搬
送器２０の下部中央に連結したもので、ピストンロッド
３０ｂの進退動により上下動し、円柱体搬送器２０を供
給口８ｂへ移動して供給口８ｂを密閉し、円柱体Ｍｂを
横型射出スリーブ８内に収納する。以上のように、受取
容器１０ｄと収納装置３０を使用する代わりに、３次元
〜６次元動作可能な多関節ロボットを採用してもよい。
この場合、ロボットの自動化装置として、プログラム入
力可能なパソコンやシーケンサ、プログラマブルコント
ローラも使用する。

【００２３】円柱体搬送器２０を、供給口８ｂに軸芯を
合致させて合体するために、たとえば、図３のように、
供給口８ｂと円柱体搬送器２０の合わせ面を段付とした
り、あるいは、図４に示すように、テーバ面とすること
が望ましい。

【００２４】図５〜図６は、本発明の第２発明に係り、
円柱体搬送器２０に、一端に円形平板部２２ａを備え側
面部に該円柱体搬送器２０の上端面を被覆し該円柱搬送
器２０と着脱自在で、合体時に筒状に形成され、保持容
器Ｖ内の円柱体Ｍｂを受入れ可能で断面が半円形樋状の
円柱体収納蓋２２と円柱体収納蓋２２の円柱体搬送器２
０への移送および着脱手段として一端に回転軸１０ａ回
りに傾動自在なシリンダ１０ｂを備えたものであり、合
体した円柱体搬送器２０と円柱体収納蓋２２とは傾動、
かつ、前後進自在であるから、前述のように、保持容器
Ｖより円柱体Ｍｂを受け取る受取容器１０ｄと同様の機
能を有し、円柱体Ｍｂの受取後、水平状態として供給口
８ｂの直下に移動し、収納装置３０の先端部の受け台３
０ｂに円柱体搬送器２０を載置してから、後述する円柱
体搬送器２０と円柱体収納蓋２２との合わせ面に配設し
た電磁石２０ａへの通電を遮断して円柱体収納蓋２２を
傾動により円柱体搬送器２０より離脱し、その後に円柱
体Ｍｂおよび円柱体搬送器２０を収納装置３０のシリン
ダ３０ａの操作により、供給口８ｂへ上昇移動し、供給
口８ｂに密閉される。

【００２５】円柱体搬送器２０と円柱体収納蓋２２との
合体時の合わせ面も、前述と同様に、図６のように、段
付とするか、テーパ面とした芯ずれを防止することが望
ましい。そして、両者を合体させるには、一方の合わせ
面に嵌め込んだ電磁石２０ａとこれに対向して他方の合
わせ面に嵌め込んだ鉄片２２ｂとを通電もしくは非通電
により着脱するようにする。なお、供給口８ｂに対する
円柱体搬送器２０の合致の際の位置決めを容易にするた
め、供給口８ｂに対して円柱体搬送器２０の軸方向長さ
を５ｍｍ程度若干短くしてもよい。この場合には、円柱
体搬送器２０を供給口８ｂに密閉した後、円柱体搬送器
２０の前進側端部が供給口８ｂの前進側端部と当接する
よう軸移動させるようにする。

【００２６】以上のようにして、横型射出スリーブ８内
に円柱体Ｍｂを収納した後、射出工程に入り、プランジ
ャチップ８ａを前進して半溶融金属Ｍｂを押し潰して金
型キャビティ５内へ射出充填する。射出充填が完了した
後、保圧工程を経て成形品の冷却固化を待って、型開し
成形品を製品として取り出す。

【００２７】円柱体搬送器２０や円柱体収納蓋２２の材
質は、直接、半溶融金属Ｍｂとの接触を考慮して、たと
えば、温度降下の少なく、かつ、汚染のない、下記のも
のを採用する。 熱伝導率の小さいセラミック たとえば、０．０５ｃａｌ／ｃｍｓｅｃ℃程度の低熱伝
導率を有する窒化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）焼成体 熱伝導率の小さいセラミック混合複合材 たとえば、０．０３ｃａｌ／ｃｍｓｅｃ℃程度の低熱伝
導率を有するメタルセラミック複合材（チタン合金とセ
ラミック粒子からなる複合材） メタルセラミック複合材と鋼の組合せ材 たとえば、のセラミック複合材の外周を鋼で包む。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明に係る半溶融成形用金属の成形装置は、半溶融金
属の円柱体を、低コストで、簡便容易に、かつ、形くず
れや酸化物等の不純物の混入を起こすことなく、横型射
出スリーブ内に自動的に収納することが出来るので、良
好な成形品品質が確保されるから、微細かつ粒状の組織
を有する優れた成形体を大量に生産することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半溶融金属の成形装置の全体構成
図である。

【図２】本発明に係る円柱体搬送器の斜視図である。

【図３】本発明に係る横型射出スリーブの要部縦断面図
である。

【図４】本発明の他の実施例に係る横型射出スリーブの
要部縦断面図である。

【図５】本発明に係る保持容器内の円柱体を円柱体搬送
器へ移す場合を説明する縦断面図である。

【図６】図５のＡ−Ａ視の横断面図である。

【図７】本発明に係る横型射出スリーブによる射出によ
り半溶融金属を成形する全体製造工程図である。

【符号の説明】

１ 固定盤 ２ 可動盤 ３ 固定金型 ４ 可動金型 ５ 金型キャビティ ６ ランナ ８ 横型射出スリーブ ８ａ プランジャチップ ８ｂ 供給口（開口部） ９ 射出シリンダ ９ａ ピストンロッド ９ｂ カップリング １０ 搬送装置 １０ａ 回転軸 １０ｂ シリンダ １０ｃ ピストンロッド １０ｄ 受取容器 ２０ 円柱体搬送器 ２０ａ 電磁石 ２２ 円柱体収納蓋 ２２ａ 円形底板 ２２ｂ 鉄片 ３０ 収納装置 ３０ａ シリンダ ３０ｂ ピストンロッド ３０ｃ 受け台 ５０ ラドル ５２ 傾斜冷却用治具 ５３ 浸漬型加振治具 ５５ 蓋 ５４ 底板 ５６ 誘導装置（加熱用コイル） ５７ 冷却装置 １００ 成形装置 １００ａ 射出装置 １００ｂ 金型装置 Ｍ 金属溶湯 Ｍａ 金属溶湯（結晶核を含む） Ｍｂ 半溶融金属 Ｖ 保持容器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微細な初晶が液相中に分散した半溶融金
   属を軸芯が水平な射出スリーブに収納した後に、射出シ
   リンダで該射出スリーブ内の該半溶融金属を金型キャビ
   ティ内へ射出充填して成形する半溶融金属の成形装置で
   あって、 該射出スリーブは、半溶融金属の円柱体を導入可能で側
   面視が矩形状の開口部を軸方向中間部の下方に設けると
   ともに、 該円柱体を載置したまま該開口部を下部より上方向に密
   閉する断面が半円形樋状の円柱体搬送器および該円柱体
   搬送器の移送手段を備えたことを特徴とする半溶融金属
   の成形装置。
2. 【請求項２】 円柱体搬送器に、一端に円形平板部を備
   え側面部に該円柱体搬送器の上端面を被覆し該円柱体搬
   送器と着脱自在で、合体時に筒状に形成され、保持容器
   内の半溶融金属を受入れ可能で断面が半円形樋状の円柱
   体収納蓋ならびに該円柱体収納蓋の該円柱体搬送器への
   着脱手段を備えた請求項１記載の半溶融金属の成形装
   置。
3. 【請求項３】 円柱体搬送器および円柱体収納蓋は、低
   熱伝導率のセラミックまたは金属、あるいは、これら両
   者の複合部材もしくはこれらの組合せ部材とした請求項
   ２記載の半溶融金属の成形装置。