JPH10305363A - 半溶融金属の成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 保持容器内に生成した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。 【解決手段】 射出スリーブ８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８ｂを軸方向中間
部の少なくとも上方側面もしくは上下両側面に設けると
ともに、保持容器Ｖより移された該円柱体を内部に載置
したまま該開口部へ向けて上部より下方向に移動し、該
円柱体の軸芯が該射出スリーブ８軸芯にほぼ一致した状
態で静止させる円筒容器形状の円柱体搬送器２０および
その移送手段を備え、該円柱体搬送器２０は、軸方向進
退動自在に移動できる底面部と、それに連結され該底面
部を進退動させる流体圧シリンダとを円筒容器内部に配
設した、半溶融金属の成形装置１００。

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、保持容器内に生成した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、保持容器の中
で生成された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移して収納した後に、射
出シリンダのピストンロッドに接続されたプランジャチ
ップ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少なくと
も上方側面もしくは上下両側面に設けるとともに、前記
保持容器より移された該円柱体を内部に載置したまま該
開口部へ向けて上部より下方向に移動し、該円柱体の軸
芯が該射出スリーブ軸芯にほぼ一致した状態で静止させ
る円筒容器形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、該円柱体搬送器は、軸方向進退動自在
に移動できる底面部と該底面部に連結され該底面部を進
退動させる流体圧シリンダとを円筒容器内部に配設して
なる構成とした。

【０００９】また、第２の発明では、円柱体搬送器は、
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。

【００１０】また、第３の発明では、円柱体搬送器の移
送手段を、該円柱体搬送器を把持しつつ傾動して保持容
器内の円柱体を該円柱体搬送器に受入れた後、該円柱体
搬送器の軸芯を水平状態にして射出スリーブ内へ移送す
る多関節ロボットとした。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明においては、第１の発明で
は、保持容器の中で生成された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移して
収納した後に、射出シリンダのピストンロッドに接続さ
れたプランジャチップ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
中間部の少なくとも上方側面もしくは上下両側面に設け
るとともに、前記保持容器より移された該円柱体を内部
に載置したまま該開口部へ向けて上部より下方向に移動
し、該円柱体の軸芯が該射出スリーブ軸芯にほぼ一致し
た状態で静止させる円筒容器形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、該円柱体搬送器は、
軸方向進退動自在に移動できる底面部と該底面部に連結
され該底面部を進退動させる流体圧シリンダとを円筒容
器内部に配設してなる構成としたため、保持容器内で生
成した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、傾けた保持容器
から円柱体搬送器の中に移し、円柱体搬送器を軸方向が
水平状態に戻し、その状態のまま移送手段を用いて射出
スリーブの開口部へ上方から移送して円柱体の軸芯を射
出スリーブの軸芯にほぼ一致する位置で保持する。この
状態で、円柱体搬送器内の流体圧シリンダを操作して底
面部を前進させることにより円柱体搬送器の内部にある
円柱体を射出スリーブ内部に載置してから、空になった
円柱体搬送器を射出ブランジャの位置から退避させ、射
出スリーブ内のプランジャチップを前進させて半溶融金
属の円柱体を金型キャビティへ射出充填する。

【００１２】第２の発明では、円柱体搬送器は、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。

【００１３】第３の発明では、円柱体搬送器の移送手段
を、該円柱体搬送器を把持しつつ傾動して保持容器内の
円柱体を該円柱体搬送器に受入れた後、該円柱体搬送器
の軸芯を水平状態にして射出スリーブ内へ移送する多関
節ロボットとしたため、あらかじめ決められた作業手順
やルートを経由して簡便容易に、かつ、反復して、円柱
体搬送器の姿勢制御を行なったり、円柱体搬送器を射出
スリーブの所定の位置へ移送したりすることができる。

【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４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
円柱体搬送器の縦断面図、図３は円柱体搬送器の移送手
段として多関節ロボットを使用した場合を説明する側面
図、図４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４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４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４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の構成にあり、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が、従来技術のように横型射出スリー
ブ８の途中の上方側面でなく、上方側面に設けるかまた
は上下に貫通して設けた開口部とする。この開口部８ｂ
の大きさは円柱体Ｍｂの直径より一回り大きめで、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、円柱体搬送器２０を使用する。円柱体搬送
器２０は、内部に軸方向透孔を有する円筒ブロック状の
本体２０ａとその片側に形成された円筒部２０ｂとから
なり、円筒部２０ｂには円筒内径より小さい直径の底面
板２０ｄを軸方向進退動自在に配設するとともに、本体
透孔内に収納されたシリンダ２０ｃのピストンロッドと
連結して前後進できるよう構成され、シリンダ２０ｃを
収納した本体２０ａは押え板２０ｅと植え込みボルトで
結合される。

【００２２】そして、円柱体搬送器２０の側面には、図
１に示すように、中間部で水平な回転軸３０ｂ回りに傾
動自在に連結された２本のアームを介してボディ３０ａ
と結合され、ボディ３０ａは、たとえば、図示しない天
井走行クレーンおよび垂直方向に立設されたシリンダ
（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）等の組合せによる水平縦横方向および上下方
向の移送を可能とする移動手段に接続され、水平方向お
よび上下方向の移動が可能とされる。

【００２３】このように構成された円柱体搬送器２０な
らびに円柱体搬送器２０の移送手段を用いて、図１に説
明されるように、まず、保持容器Ｖの位置で円柱体搬送
器２０を傾動して、保持容器Ｖ内の半溶融金属の円柱体
Ｍｂを受入れ、その後、軸方向が水平状態に姿勢制御し
たうえ、横型射出スリーブ８の供給口８ｂの位置まで円
柱体搬送器２０を移送する。

【００２４】そして、円柱体Ｍｂを内蔵したまま円柱体
搬送器２０を供給口８ｂより横型射出スリーブ８の軸芯
と円柱体Ｍｂの軸芯がほぼ一致するように横型射出スリ
ーブ８内へ入れる。次に、円柱体搬送器２０内にシリン
ダ２０ｃのピストンロッドを前進させることによって底
面板２０ｄを前進して、円柱体Ｍｂを横型射出スリーブ
８内に載置し、空になった円柱体搬送器２０を横型射出
スリーブ８より退避した後、プランジャチップ８ａの前
進により円柱体Ｍｂを金型キャビティ５内に射出充填す
る。

【００２５】図３に示すものは、本発明の第３発明に相
当する実施例であり、円柱体搬送器２０の移送手段とし
て、多関節ロボット３０Ａを使用した。図３は、円柱体
搬送器２０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３
０Ａ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。

【００２６】すなわち、直立した柱脚３０ｃの頂部で竪
軸回りに回転する回転座３０ｄの側面部より水平な回転
軸３０ｅ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、円柱体搬送器２０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、円柱体搬送器２０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。

【００２７】円柱体搬送器２０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】以上のようにして、第１の発明（図１の第
１実施例の成形装置１００）の移送手段として、通常の
運搬設備（天井走行クレーン、シリンダ等）を使用する
代わりに、図３の他の実施例では、少なくとも４次元動
作可能な多関節ロボット３０Ａを採用して、直接、保持
容器Ｖから円柱体Ｍｂを横型射出スリーブ８内に収納す
ることが出来る。

【００２９】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。

【００３０】

【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縦断面図である。

【図３】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４】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） ８Ａ 小プランジャチップ ８Ｂ 小シリンダ ９ 射出シリンダ ９ａ ピストンロッド ９ｂ カップリング ２０ 円柱体搬送器 ２０ａ 本体 ２０ｂ 円筒部 ２０ｃ シリンダ ２０ｄ 底面板 ２０ｅ 押え板 ３０ 移送手段 ３０Ａ 多関節ロボット ３０ａ ボディ ３０ｂ 回転軸 ３０ｃ 柱脚 ３０ｄ 回転座 ３０ｅ 回転軸 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】 保持容器の中で生成された微細な初晶が
   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
   ブに移して収納した後に、射出シリンダのピストンロッ
   ドに接続されたプランジャチップ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少なくとも上方
   側面もしくは上下両側面に設けるとともに、 前記保持容器より移された該円柱体を内部に載置したま
   ま該開口部へ向けて上部より下方向に移動し、該円柱体
   の軸芯が該射出スリーブ軸芯にほぼ一致した状態で静止
   させる円筒容器形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、 該円柱体搬送器は、軸方向進退動自在に移動できる底面
   部と該底面部に連結され該底面部を進退動させる流体圧
   シリンダとを円筒容器内部に配設してなる半溶融金属の
   成形装置。
2. 【請求項２】 円柱体搬送器は、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】 円柱体搬送器の移送手段を、該円柱体搬
   送器を把持しつつ傾動して保持容器内の円柱体を該円柱
   体搬送器に受入れた後、該円柱体搬送器の軸芯を水平状
   態にして射出スリーブ内へ移送する多関節ロボットとし
   た請求項１記載の半溶融金属の成形装置。