JPH10296418A - 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斜め上方側
面に設けるとともに、該開口部に接続し斜め上方方向に
延在する前記円柱体の案内導管を設け、該案内導管の頂
部に、傾転した保持容器から落下排出される該円柱体を
受け止め、かつ、該案内導管に導く円柱体受取装置を配
設した。

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斜め上方側面に設けるとともに、該
開口部に接続し斜め上方方向に延在する前記円柱体の案
内導管を設け、該案内導管の頂部に、傾転した保持容器
から落下排出される該円柱体を受け止め、かつ、該案内
導管に導く円柱体受取装置を配設した構成とした。

【０００９】また、第２の発明では、第１の発明におけ
る円柱体受取装置は、案内導管の先端部に略半円筒形の
受取容器を軸方向回動自在で、かつ、水平軸回りに回動
自在に配設したものである。

【００１０】また、第３の発明では、保持容器の移送手
段および傾転手段に少なくとも４次元自由度（ｘ、ｙ、
ｚ軸自由度およびｙ軸回転自由度）を有する多関節ロボ
ットを使用した。ここで、ｘ軸は横型射出スリーブの軸
芯方向、ｙ軸はこれに直角な水平方向、ｚ軸は上下方向
を言う。

【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斜め上方側面に設
けるとともに、該開口部に接続し斜め上方方向に延在す
る前記円柱体の案内導管を設け、該案内導管の頂部に、
傾転した保持容器から落下排出される該円柱体を受け止
め、かつ、該案内導管に導く円柱体受取装置を配設した
構成としたため、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、保持
容器の傾転角度に合わせて受取容器の先端部を連結した
位置に保持して、保持容器から円柱体受取装置に移し、
円柱体の軸芯方向を水平状態にして、円柱体受取装置の
受取容器を天地逆転して受取容器上の円柱体を案内導管
内に静かに落下させると、円柱体は案内導管内を転動ま
たは滑動して横型射出スリーブの供給口を経て所定の位
置に円柱体の軸芯と横型射出スリーブの軸芯が合致した
状態で収納される。この場合の保持容器の円柱体受取装
置への移送手段は、通常の運搬装置（天井走行クレー
ン、モータと流体圧シリンダの組合せ等）を使用する。
以上のようにして、横型射出スリーブ内に半溶融金属の
円筒体の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１の発明では、保持容器内の半溶
融金属円柱体の横型射出スリーブへの移送を、折損や形
くずれを起こすことなく円滑に行なうことが出来る。

【００１２】第２の発明では、円柱体受取装置は、案内
導管の先端部に略半円筒形の受取容器を軸方向回動自在
で、かつ、水平軸回りに回動自在に配設したので、保持
容器から離脱した円柱体の横型射出スリーブへの収納
が、円滑に、自動的に迅速に実施できる。

【００１３】第３の発明では、保持容器の円柱体受取装
置への移送手段を、少なくとも４次元自由度を有する多
関節ロボットとしたので、保持容器の姿勢制御や方向転
換、左右動、上下動等の一連の動作が連続的に滑らかに
実施できる。

【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５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
円柱体受取装置の断面側面図、図３は図２のＡ−Ａ視の
横断面図、図４は他の実施例を示し、保持容器の移送手
段として多関節ロボットを使用した場合の正面図、図５
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５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５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必要に応じて所
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、急速に冷却する場合、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５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の開口部である供
給口への半溶融金属の円柱体Ｍｂの収納の手順にあり、
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、従来技術異なり、横型射出スリ
ーブ８の途中の斜め上方側面に設け、大きさが円柱体Ｍ
ｂ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】そして、この供給口８ｂには、図２や図３
に示すように、斜め上方に断面が矩形のダクトおよび頂
部の拡径管で形成された案内導管２０が接続される。さ
らに、 この横型射出スリーブ８の供給口８ｂから内部
へ円柱体Ｍｂを収納する手段として、図２〜図３に示す
ように、円柱体受取装置１０が案内導管２０の頂部に配
設される。

【００２２】円柱体受取装置１０は、保持容器Ｖ内の半
溶融金属円柱体Ｍｂを、保持容器Ｖを９０°以上傾けて
外部に取り出すときに、円柱体Ｍｂを受け取る機能と、
受け取った円柱体Ｍｂを、軸芯が横型射出スリーブ８の
軸芯と合致させて横型射出スリーブ８内に収納する機能
を持ち、図２〜図３に示すように、一端に円形平面板１
０ｂを備えた断面が上方が開放された略半円形の受取容
器１０ａを軸芯が直交する水平な回転軸１０ｄ回りに傾
動自在に配設したもので、回転軸１０ｄは受取容器１０
ａの上部に半円形の湾曲し、かつ、後方に延びて直立し
た円形板からなるサポートに軸支され、図示しない駆動
源（たとえば、モータや流体圧シリンダ等）により任意
の傾斜角度に傾動および停止保持が可能とされる。

【００２３】さらに、サポート１０ｃの背面の直立した
円形板は案内導管２０の頂部に固設された軸受に軸承さ
れ同じく案内導管２０の頂部に固設されたモータ２４の
出力軸と連結された回転軸２２ａと接合され、この回転
軸、すなわち、受取容器１０ａの軸芯回りに回動自在と
される。このようにして構成された円柱体受取装置１０
の作動について説明すると、図２に示したように、保持
容器Ｖの傾動角度に合わせて受取容器１０ａを傾け、保
持容器Ｖから滑り落ちる円柱体Ｍｂを受取容器１０ａで
受け止め、その後、受取容器１０ａを水平状態としてか
ら、モータ２４を駆動して受取容器１０ａを半回転させ
ると、受取容器１０ａ上に載置されていた円柱体Ｍｂ
は、案内導管２０内に落下し、案内導管上を転動または
滑動し、供給口８ｂを経由して横型射出スリーブの所定
の位置に軸芯が横型射出スリーブの軸芯と合致した状態
で、収納される。

【００２４】図４は、保持容器Ｖの移送および傾転動作
を行なう移送手段として、少なくとも４次元自由度を有
する多関節ロボット３０を採用した実施例を示す。実際
には、多関節ロボット３０は、４次元自由度（ｘ、ｙ、
ｚ軸方向自由度およびｙ軸回転自由度））ないし６次元
自由度（ｘ、ｙ、ｚ軸方向自由度およびｘ軸回転、ｙ軸
回転、ｚ軸回転自由度）を有する多関節ロボット３０を
採用した。ここで、ｘ軸は横型射出スリーブの軸芯方
向、ｙ軸はこれに直角な水平方向、ｚ軸は上下方向を言
う。すなわち、直立した柱脚３０ａの頂部で竪軸回りに
回転する回転座３０ｂの側面部より水平な回転軸３０ｃ
回りに回動する第１アーム３２が伸びており、第１アー
ム３２の先端部にさらに水平な回転軸３２ａ回りに回動
自在な第２アーム３４が接続され、第２アーム３４の先
端部には、水平な回転軸３４ａを介して下方に伸長する
出力軸３６ａをもつモータ３６が取り付けられ、出力軸
３６ａの下端に微小な方向転換を可能とする小型姿勢制
御機構（ｘ軸回転、ｙ軸回転、ｚ軸回転自由度を有す
る）３８を介して、保持容器Ｖを両側から把持する左右
一対のマジックハンド４０が取り付けられ、保持容器Ｖ
の姿勢制御や移動を任意に行なうことが出来るようにし
た。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。

【００２５】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。

【００２６】円柱体受取装置１０の受取容器１０ａや案
内導管２０の内面は、６５０°程度の高温の円柱体Ｍｂ
に直接接触するので、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。

【００２７】

【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受取装置の断面側面図であ
る。

【図３】図２のＡ−Ａ視の正面断面図である。

【図４】本発明の他の実施例に係る多関節ロボットの側
面図である。

【図５】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 円柱体受取装置 １０ａ 受取容器 １０ｂ 円形平面板 １０ｃ サポート １０ｄ 回転軸 ２０ 案内導管 ２０ａ 回転軸 ２２ 軸受 ２２ａ 回転軸 ２４ モータ ３０ 多関節ロボット ３０ａ 柱脚 ３０ｂ 回転座 ３０ｃ 回転軸 ３２ 第１アーム ３２ａ 回転軸 ３４ 第２アーム ３４ａ 回転軸 ３６ モータ ３６ａ 出力軸 ３８ 小型姿勢制御機構 ４０ マジックハンド 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斜め上方側面に
   設けるとともに、 該開口部に接続し斜め上方方向に延在する前記円柱体の
   案内導管を設け、 該案内導管の頂部に、傾転した保持容器から落下排出さ
   れる該円柱体を受け止め、かつ、該案内導管に導く円柱
   体受取装置を配設したことを特徴とする半溶融金属の成
   形装置。
2. 【請求項２】 円柱体受取装置は、案内導管の先端部に
   略半円筒形の受取容器を軸方向回動自在で、かつ、水平
   軸回りに回動自在に配設した請求項１記載の半溶融金属
   の成形装置。
3. 【請求項３】 保持容器の移送手段および傾転手段に少
   なくとも４次元自由度を有する多関節ロボットを使用し
   た請求項１または請求項２記載の半溶融金属の成形装
   置。