JP3520993B1 - 固液共存状態金属材料の成形装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 より微細かつ均一な球状化粒子を得ると同時
にエネルギ効率の改善および製造時間短縮の利点を実現
でき、加圧による部品の耐久性低下を防止し、短時間に
高品質の圧出材を製造できる半凝固成形装置を提供す
る。 【解決手段】 第２スリーブ22の他端側を下方に向けて
プランジャ３にて閉塞する。第２スリーブ22に攪拌部１
で電磁気場を印加する。第２スリーブ22の一端側から溶
融金属Ｍを注湯して半溶融金属スラリを製造する。第２
スリーブ22の他端側を上方に向けて第１スリーブ21に連
通する。プランジャ３で第２スリーブ22内の半溶融金属
スラリを加圧して第１スリーブ21のスラリ排出口23から
吐出させる。半溶融金属スラリを搬送ローラにて搬送し
ながら噴霧型冷却装置62にて冷却して圧出材とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁気場を印加し
つつ溶融金属を注湯して製造された固液共存状態金属材
料を成形する固液共存状態金属材料の成形装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】固液共存状態金属材料の成形方法として
の半凝固成形法とは、完全に凝固されずに所定の粘性を
有する半凝固金属スラリを鋳造または鍛造してビレット
や最終成形品を製造する加工法をいう。ここで、半凝固
金属スラリとは、半凝固領域の温度で液相と球状の結晶
粒とが適切な割合で混在した状態でチクソトロピー(Thi
xotropic)性により小さな力によっても変形が可能であ
り、かつ流動性に優れて液相のように成形加工が容易な
状態の金属材料を意味する。

【０００３】この種の半凝固成形法は、半溶融成形法と
ともに半凝固あるいは半溶融成形法とも呼ばれる。ここ
で、半溶融成形法とは、半凝固成形法により製造された
ビレットを半溶融状態のスラリに再加熱した後、このス
ラリを鋳造または鍛造させて最終製品に製造する加工法
をいう。

【０００４】そして、このような半凝固あるいは半溶融
成形法は、鋳造や溶融鍛造など溶融金属を利用する一般
的な成形方法に比べて色々な長所を有している。例え
ば、これら半凝固あるいは半溶融成形法で使用する半凝
固あるいは半溶融金属スラリは溶融金属より低温で流動
性を有するので、このスラリに露出されるダイの温度を
溶融金属の場合よりさらに低めることができ、これによ
りダイの寿命が延びる。

【０００５】また、スラリがシリンダに沿って押し出さ
れる時に乱流の発生が少なくて鋳造過程で空気の混入を
減らし、これにより最終製品への気孔発生を減らすこと
ができる。その他にも凝固収縮が少なくて作業性が改善
され、製品の機械的特性および耐食性が向上し、製品の
軽量化が可能である。これにより、自動車や航空機産業
分野、電気電子情報通信装備などの新素材として利用で
きる。

【０００６】一方、従来の半凝固成形法は、溶融金属を
冷却する時に主に液相線以下の温度で攪拌して既に生成
された樹脂状結晶組織を破砕することによって半凝固成
形に適合するように球状の粒子に作る方法である。攪拌
方法には、機械的攪拌法や電磁気的攪拌法、ガスバブリ
ング、低周波、高周波あるいは電磁気波振動を利用する
か、電気的衝撃による攪拌法などが利用されている。

【０００７】そして、液相固相混合物を製造する方法と
しては、溶融金属が固相化する間に強く攪拌しながら冷
却している。さらに、この液相固相混合物を製造するた
めの製造装置は、容器に固液混合物を注湯した状態で攪
拌棒により攪拌するが、この攪拌棒は所定の粘性を有す
る固液混合物を攪拌して流動させることによって混合物
内の樹脂状構造を破砕するか、破砕された樹脂状構造を
分散させるものである(例えば、特許文献１参照。)。

【０００８】ところが、上記液相固相混合物を製造する
方法では、冷却過程で既に形成された樹脂状結晶形態を
粉砕し、この粉砕した樹枝状結晶を結晶核として球状の
結晶を得ている。このため、初期凝固層の形成による潜
熱の発生により冷却速度の減少と製造時間の増加および
攪拌容器内での温度不均一による不均一な結晶状態など
多くの問題を有している。また、この液相固相混合物を
製造するための製造装置の場合にも、機械的攪拌が有す
る限界によって容器内の温度分布が不均一であり、チャ
ンバ内で作動するために作業時間および後続工程への連
係が非常に難しい限界を有している。

【０００９】また、半凝固合金スラリの製造装置として
は、コイル付き電磁気場印加手段の内側に順次に冷却マ
ニホールドおよび金型を備えている。そして、この金型
の上側は溶融金属が連続して注湯されるように形成され
ており、冷却マニホールドには冷却水が流れて金型を冷
却するように構成されている。さらに、上記半凝固合金
スラリの製造装置による半凝固合金スラリの製造方法に
よれば、まず、金型の上側から溶融金属を注湯し、この
溶融金属が金型内を通過しながら冷却マニホールドによ
り固相化領域を形成するが、ここで電磁気場印加手段に
より磁場が印加されて樹脂状組織を破砕しながら冷却が
進み、下部からインゴットが形成される(例えば、特許
文献２参照。)。

【００１０】ところが、上記半凝固合金スラリの製造方
法においても、凝固した後に振動を加えて樹枝状組織を
破砕するものであるため、工程上および組織構成上の多
くの問題を有している。また、上記半凝固合金スラリの
製造装置の場合にも、溶融金属が上部から下部に進みな
がら連続してインゴットを形成しているが、この溶融金
属を連続して成長させることによって金属の状態を調節
し難く、全体的な工程制御が容易ではない。さらには、
電磁気場を印加する前の段階で金型を水冷させているた
め、この金型の壁面付近と中心付近とでの温度差が著し
く大きくなる。

【００１１】さらに、半溶融成形材の製造方法として
は、合金中のあらゆる金属成分が液体状態に存在するよ
うに合金を加熱した後、得られる液体金属を液相線と固
相線との間の温度に冷却する。この後、剪断力を加えて
冷却される溶融金属から形成される樹脂状構造を破壊す
ることによって半溶融成形材を製造している(例えば、
特許文献３参照。)。

【００１２】また、半凝固鋳造用金属スラリの製造方法
としては、液相線温度の付近または液相線より５０℃ま
で高い温度で溶融金属を容器に注湯する。この後、溶融
金属が冷却される過程で溶融金属の少なくとも一部が液
相線温度以下になる時点、すなわち、最初に液相線温度
を通過する時点で、例えば超音波振動により溶融金属に
運動を加える。さらに、この溶融金属に運動を加えた
後、徐々に冷却することによって粒相結晶形態の金属組
織を有する半凝固鋳造用金属スラリを製造している(例
えば、特許文献４参照。)。

【００１３】ところが、上記半凝固鋳造用金属スラリの
製造方法でも、超音波振動などの力が冷却初期に形成さ
れる樹脂状結晶組織を破砕するために使われている。ま
た、注湯温度を液状線温度より高くすれば、粒相の結晶
形態を得がたく、同時に溶湯を急激に冷却し難い。さら
に、表面部と中心部の組織が不均一になる。

【００１４】さらに、半溶融金属の成形方法としては、
溶融金属を容器に注湯した後、振動バーを溶融金属中に
浸漬させて溶融金属と直接接触させた状態で振動させて
溶融金属に振動を与えている。具体的には、振動バーの
振動力を溶融金属に伝達することによって、液相線温度
以下で結晶核を有する固液共存状態の合金を形成する。
この後、所定の液相率を示す成形温度まで溶融金属を容
器内で冷却しながら３０秒以上６０分以下の間維持する
ことによって結晶核を成長させて半溶融金属を得る。と
ころが、この方法で得られる結晶核の大きさは約１００
μｍであり、工程時間が相当長く、所定大きさ以上の容
器に適用し難い(例えば、特許文献５参照。)。

【００１５】また、半溶融金属スラリの製造方法として
は、冷却と攪拌とを同時に精密に制御することによって
半溶融金属スラリを製造している。具体的には、溶融金
属を混合容器に注湯した後、混合容器周囲に設置された
固定子アセンブリを作動させて容器内の溶融金属を急速
に攪拌するのに十分な起磁力を発生させる。さらに、混
合容器の周囲に設けられて容器および溶融金属の温度を
精密に調節する作用をするサーマルジャケットを利用し
て溶融金属の温度を急速に落とす。溶融金属が冷却され
る時に溶融金属は攪拌され続け、固相率が低い時には速
い攪拌を提供し、固相率が高まるにつれて強まった起電
力を提供する方式で調節される(例えば、特許文献６参
照。)。

【００１６】

【特許文献１】米国特許第３９４８６５０号明細書（第
３−８欄および図３）

【００１７】

【特許文献２】米国特許第４４６５１１８号明細書（第
４−１２欄、図１、図２、図５および図６）

【００１８】

【特許文献３】米国特許第４６９４８８１号明細書（第
２−６欄）

【００１９】

【特許文献４】特開平１１−３３６９２号公報（第３−
５頁および図１）

【００２０】

【特許文献５】特開平１０−１２８５１６号公報（第４
−７頁および図３）

【００２１】

【特許文献６】米国特許第６４３２１６０号明細書（第
７−１５欄、図１Ａないし図２Ｂおよび図４）

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、上記
従来の半凝固あるいは半溶融成形法およびその製造装置
では、冷却過程で既に形成された樹脂状結晶形態を粉砕
して粒相の金属組織にするために剪断力を利用してい
る。したがって、溶融金属の少なくとも一部が液相線以
下に下がってこそ振動などの力を加えるので初期凝固層
の形成による潜熱の発生により冷却速度の減少および製
造時間の増加など各種の問題を避けにくい。また、得ら
れた金属組織も容器内での温度の不均一によって全体的
に均一でかつ微細な組織を得難く、溶融金属の容器への
注湯温度を調節しなければ容器壁面部と中心部との温度
差によって組織の不均一性はさらに増大してしまう。

【００２３】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、より微細かつ均一な球状化粒子を得ると同時にエ
ネルギ効率の改善、製造コストの節減、機械的性質の向
上、鋳造工程の簡便化および製造時間短縮の利点を実現
できるとともに、加圧による部品の耐久性低下を防止
し、エネルギ損失を減らすことができ、短時間に高品質
の半凝固成形品を製造できる固液共存状態金属材料の成
形装置を提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の固液共存
状態金属材料の成形装置は、軸方向の一端部に設けられ
た吐出口を有する第１の筒状部と、この第１の筒状部の
軸方向の他端部に対して軸方向の一端部が所定の角度を
介して回動可能に配設され、この一端部が回動により前
記第１の筒状部の他端部に連通し、内部に溶融金属が注
湯される第２の筒状部と、この第２の筒状部内に注湯さ
れた溶融金属に電磁気場を印加するとともに、この電磁
気場が印加されている状態で前記第２の筒状部内に溶融
金属を注湯させる攪拌部と、前記第２の筒状部の軸方向
の他端側から進退可能に挿入され、この第２の筒状部の
一端側から溶融金属が注湯されて収容されるようにこの
第２の筒状部の他端側を閉塞するとともに、この第２の
筒状部内で製造された固液共存状態金属材料を押圧する
押圧手段と、この押圧手段の押圧により前記第１の筒状
部の吐出口から吐出された固液共存状態金属材料を成形
して成形品とする成形部とを具備したものである。

【００２５】そして、第２の筒状部の一端側から溶融金
属が注湯されて収容されるようにこの第２の筒状部の他
端側を押圧手段にて閉塞する。この状態で、攪拌部にて
電磁気場が印加されている状態で第２の筒状部内に溶融
金属を注湯して、この第２の筒状部内で固液共存状態金
属材料を製造する。この後、この第２の筒状部を回動さ
せて、この第２の筒状部の一端部を第１の筒状部の他端
部に連通する。この状態で、押圧手段にて第２の筒状部
内の固液共存状態金属材料を押圧して、この固液共存状
態金属材料を第１の筒状部の吐出口から成形部へと吐出
させ、この固液共存状態金属材料を成形部にて成形して
成形品とする。この結果、全体的に均一でかつ微細な球
状の組織を有する固液共存状態金属材料を得ることがで
きるとともに、液相線より高い温度での短時間の攪拌だ
けでも第２の筒状部の壁面での核生成密度を顕著に増加
させて粒子の球状化を実現できる。また、製造された成
形品の機械的性質の向上を実現できるとともに、電磁攪
拌時間を大きく短縮できるので攪拌に必要なエネルギの
消耗が少なく、全体工程を単純化され、かつ製品成形時
間も短縮されて生産性を向上でき、固液共存状態で成形
するために低圧により成形できる。したがって、装置部
品の耐久性が高まり、エネルギ損失を防止でき、かつ製
造時間を短縮できる。

【００２６】請求項２記載の固液共存状態金属材料の成
形装置は、請求項１記載の固液共存状態金属材料の成形
装置において、成形部は、第１の筒状部の吐出口から吐
出された固液共存状態金属材料を移送する移送手段と、
この移送手段にて移送される前記固液共存状態金属材料
を冷却する冷却手段とを備えているものである。

【００２７】そして、第１の筒状部の吐出口から吐出さ
れた固液共存状態金属材料を移送手段にて移送する際
に、この固液共存状態金属材料を冷却手段にて冷却す
る。この結果、第１の筒状部の吐出口から吐出された固
液共存状態金属材料の成形が容易にできるから、より短
時間に高品質の成形品を連続して複数製造でき、より量
産適用性に優れている。

【００２８】請求項３記載の固液共存状態金属材料の成
形装置は、請求項１記載の固液共存状態金属材料の成形
装置において、成形部は、第１の筒状部の吐出口から吐
出された固液共存状態金属材料を加圧加工する金型部を
備えているものである。

【００２９】そして、第１の筒状部の吐出口から吐出さ
れた固液共存状態金属材料を金型部にて加圧加工する。
この結果、第１の筒状部の吐出口から吐出された固液共
存状態金属材料の成形が容易にできるから、より短時間
に高品質の成形品を連続して複数製造でき、より量産適
用性に優れている。

【００３０】請求項４記載の固液共存状態金属材料の成
形装置は、請求項１ないし３いずれか記載の固液共存状
態金属材料の成形装置において、第１の筒状部の吐出口
から吐出される固液共存状態金属材料の温度を調節する
第１の温度調節手段を具備したものである。

【００３１】そして、第１の筒状部の吐出口から吐出さ
れる固液共存状態金属材料の温度を第１の温度調節手段
にて調節することにより、全体的に均一でかつ微細な球
状の組織を有する固液共存状態金属材料をより容易かつ
確実に得ることができる。

【００３２】請求項５記載の固液共存状態金属材料の成
形装置は、請求項１ないし４いずれか記載の固液共存状
態金属材料の成形装置において、攪拌部は、第２の筒状
部内に溶融金属が注湯される前から電磁気場を印加する
ものである。

【００３３】そして、攪拌部にて第２の筒状部内に溶融
金属が注湯される前から電磁気場を印加することによ
り、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する固液
共存状態金属材料を容易に得ることができる。

【００３４】請求項６記載の固液共存状態金属材料の成
形装置は、請求項１ないし４いずれか記載の固液共存状
態金属材料の成形装置において、攪拌部は、第２の筒状
部内に溶融金属が注湯されると同時に電磁気場を印加す
るものである。

【００３５】そして、攪拌部にて第２の筒状部内に溶融
金属が注湯されると同時に電磁気場を印加することによ
り、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する固液
共存状態金属材料を容易に得ることができる。

【００３６】請求項７記載の固液共存状態金属材料の成
形装置は、請求項１ないし６いずれか記載の固液共存状
態金属材料の成形装置において、攪拌部は、第２の筒状
部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．７以下と
なるまで電磁気場を印加するものである。

【００３７】そして、攪拌部にて第２の筒状部内の溶融
金属の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電
磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細
な球状の組織を有する固液共存状態金属材料をより容易
に得ることができる。

【００３８】請求項８記載の固液共存状態金属材料の成
形装置は、請求項１ないし６いずれか記載の固液共存状
態金属材料の成形装置において、攪拌部は、第２の筒状
部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．４以下と
なるまで電磁気場を印加するものである。

【００３９】そして、攪拌部にて第２の筒状部内の溶融
金属の固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電
磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細
な球状の組織を有する固液共存状態金属材料をより容易
に得ることができるから、より望ましい。

【００４０】請求項９記載の固液共存状態金属材料の成
形装置は、請求項１ないし６いずれか記載の固液共存状
態金属材料の成形装置において、攪拌部は、第２の筒状
部内の溶融金属の固相率が０．００１以上０．１以下と
なるまで電磁気場を印加するものである。

【００４１】そして、攪拌部にて第２の筒状部内の溶融
金属の固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電
磁気場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細
な球状の組織を有する固液共存状態金属材料をより容易
に得ることができるから、より望ましい。

【００４２】請求項１０記載の固液共存状態金属材料の
成形装置は、請求項１ないし９いずれか記載の固液共存
状態金属材料の成形装置において、第１の温度調節手段
は、固液共存状態金属材料の固相率が０．１以上０．７
以下となるまで冷却するものである。

【００４３】そして、冷却手段にて固液共存状態金属材
料の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷却する
ことにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有
する固液共存状態金属材料をより容易かつ確実に得るこ
とができる。

【００４４】請求項１１記載の固液共存状態金属材料の
成形装置は、請求項１ないし１０いずれか記載の固液共
存状態金属材料の成形装置において、第２の筒状部内の
溶融金属の温度を調節する第２の温度調節手段を具備し
たものである。

【００４５】そして、第２の温度調節手段で第２の筒状
部内の溶融金属の温度を調節することにより、全体的に
均一でかつ微細な球状の組織を有する固液共存状態金属
材料をより容易かつ確実に得ることができる。

【００４６】請求項１２記載の固液共存状態金属材料の
成形装置は、請求項１１記載の固液共存状態金属材料の
成形装置において、第２の温度調節手段は、第２の筒状
部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の
速度で冷却するものである。

【００４７】そして、温度調節手段にて第２の筒状部内
の溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速度
で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状
の組織を有する固液共存状態金属材料をより容易かつ確
実に得ることができるので、より望ましい。

【００４８】請求項１３記載の固液共存状態金属材料の
成形装置は、請求項１１記載の固液共存状態金属材料の
成形装置において、第２の温度調節手段は、第２の筒状
部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の
速度で冷却するものである。

【００４９】そして、温度調節手段にて第２の筒状部内
の溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度
で冷却することにより、全体的に均一でかつ微細な球状
の組織を有する固液共存状態金属材料をより容易かつ確
実に得ることができるので、より望ましい。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００５１】まず、第１の実施の形態の固液共存状態金
属材料の成形装置について説明する。

【００５２】この固液共存状態金属材料の成形装置とし
ての半凝固成形装置は、固液共存状態金属材料としての
半凝固スラリである半溶融金属スラリＳを利用して所定
形状の成形品を成形する半凝固成形法を用いた装置であ
る。

【００５３】したがって、この半凝固成形装置にて用い
る半凝固成形法を図６を参照して説明する。

【００５４】この半凝固成形法は、第２スリーブ22に溶
融金属Ｍを注湯して半溶融金属スラリＳを製造した後、
この半溶融金属スラリＳを加圧および成形する方法であ
る。また、この半凝固成形法は、低圧によっても圧出お
よびフォーミングなどの成形工程が可能である。

【００５５】このとき、第２スリーブ22への溶融金属Ｍ
の注湯が完了する前に電磁気場を印加して攪拌する。す
なわち、この第２スリーブ22に溶融金属Ｍを注湯する
前、この第２スリーブ22に溶融金属Ｍを注湯すると同時
に、またはこの第２スリーブ22に溶融金属Ｍを注湯する
最中、すなわち注湯しながら電磁気場による攪拌をする
ことによって、初期樹枝状組織の生成を遮断する。この
とき、この攪拌には電磁気場の代わりに超音波などを利
用することもできる。

【００５６】すなわち、電磁気場を印加する攪拌部１に
取り囲まれた第２スリーブ22の上側であるスラリ形成領
域に電磁気場を印加して溶融金属Ｍを注湯する。このと
き、電磁気場の印加は溶融金属Ｍを攪拌できる強度でな
される。

【００５７】この後、図６に示すように、溶融金属Ｍを
注湯温度Ｔ_ｐで第２スリーブ22内に注湯する。このと
き、この第２スリーブ22には電磁気場が印加されて攪拌
が実施され得る状態とされている。なお、このとき、溶
融金属Ｍの注湯と同時に電磁気場の攪拌を実施できると
ともに、この溶融金属Ｍが注湯される途中で電磁気場の
攪拌を実施することもできる。

【００５８】このように、第２スリーブ22への溶融金属
Ｍの注湯が完了する前に電磁気場の攪拌を実施すること
によって、溶融金属Ｍが低温の第２スリーブ22の内壁で
初期凝固層となりにくくなる。そして、この第２スリー
ブ22内のスラリ製造領域全体にわたって微細な結晶核が
同時に発生し、このスラリ製造領域内の溶融金属Ｍ全体
が均一に液相線温度直下に急速に冷却させて多数の結晶
核が同時に発生する。

【００５９】これは、このスラリ製造領域に溶融金属Ｍ
を注湯する前または注湯と同時に電磁気場を印加するこ
とによって活発な初期攪拌作用により内部の溶融金属Ｍ
と表面の溶融金属Ｍとがよく攪拌されて溶融金属Ｍ内で
の熱伝逹が速く、第２スリーブ22の内壁での初期凝固層
の形成が抑制されるからである。

【００６０】また、よく攪拌されている溶融金属Ｍと低
温の第２スリーブ22の内壁との対流熱伝逹が増加して溶
融金属Ｍ全体の温度を急速に冷却させる。すなわち、注
湯された溶融金属Ｍが注湯と同時に電磁攪拌により分散
粒子に分散され、この分散粒子が結晶核として第２スリ
ーブ22内に均一に分布され、これにより第２スリーブ22
全体にわたって温度差が発生しなくなる。これに対し、
上述の従来の技術によれば、注湯された溶融金属が低温
のスリーブの内壁と接触して急速な対流熱伝逹により初
期凝固層での樹枝状結晶として成長する。

【００６１】そして、このような原理は凝固潜熱と関連
して説明できる。すなわち、第２スリーブ22の壁面での
溶融金属Ｍの初期凝固が発生しないので、それ以上凝固
潜熱が発生せず、これにより溶融金属Ｍの冷却は単に溶
融金属Ｍの比熱(凝固潜熱の約１／４００に過ぎない)に
該当する程度の熱量の放出だけで可能になる。

【００６２】したがって、従来の技術において第２スリ
ーブ22内側壁面部でよく発生する初期凝固層での樹枝状
結晶が形成されずに、この第２スリーブ22内の溶融金属
Ｍがこの第２スリーブ22の壁面から中心部にわたって全
体的に均一にかつ急速に温度が低下する様子を示す。こ
のときの温度を下げるのに必要な時間は溶融金属Ｍの注
湯後約１秒以上１０秒以下程度の短い時間にすぎない。
これにより、多数の結晶核が第２スリーブ22内の溶融金
属Ｍ全体にわたって均一に生成され、結晶核生成密度の
増加により結晶核間の距離は非常に短くなって樹枝状結
晶が形成されずに独立的に成長して球状粒子を形成す
る。

【００６３】これは溶融金属Ｍが注湯される最中に電磁
気場が印加される場合にも同じである。すなわち第２ス
リーブ22の内壁面において初期凝固層は、注湯される過
程での電磁攪拌により形成しにくくなる。

【００６４】このとき、溶融金属Ｍの注湯温度Ｔ_ｐは液
相線温度以上液相線＋１００℃以下の温度(溶湯過熱度
＝０℃以上１００℃以下)に維持されることが望まし
い。上述のように、溶融金属Ｍが注湯された第２スリー
ブ22内全体が均一に冷却されるので、この第２スリーブ
22内に溶融金属Ｍを注湯する前に液相線温度付近まで冷
却させる必要がなく、液相線温度より１００℃程度高い
温度を維持してもよいからである。

【００６５】一方、溶融金属をスラリ製造容器に注湯し
た後、溶融金属の一部が液相線以下になる時点でスラリ
製造容器に電磁気場を印加する従来の方法によれば、ス
ラリ製造容器の壁面に初期凝固層が形成されながら凝固
潜熱が発生するが、凝固潜熱は比熱の約４００倍程度で
あるため、スラリ製造容器全体の溶融金属の温度が下が
るには長時間がかかる。したがって、このような従来の
方法では、液相線程度または液相線より５０℃程度高い
温度まで溶融金属の温度を冷却させた後、スラリ製造容
器に注湯することが一般であった。

【００６６】また、電磁攪拌を終了する時点は、図６に
示すように、第２スリーブ22内の溶融金属Ｍが一部分で
も、この溶融金属Ｍの温度が液相線温度Ｔ_ｌ以下に下が
った時に、すなわち、この溶融金属Ｍの固相率が約０．
００１程度で所定の結晶核が形成された後ならいつ終了
しても余り問題にならない。すなわち、第２スリーブ22
に溶融金属Ｍを注湯してこの溶融金属Ｍを冷却させる段
階および後続の加圧する段階まで電磁攪拌を継続させて
もよい。これは既に第２スリーブ22のスラリ製造領域全
体にわたって結晶核が均一に分布しているために、この
結晶核を中心として結晶粒が成長する段階での電磁攪拌
は製造される半溶融金属スラリＳの特性に影響を及ぼさ
ないからである。

【００６７】ただし、上記電磁攪拌は、第２スリーブ22
内で半溶融金属スラリＳを製造する間にのみすれば十分
なので、少なくとも溶融金属Ｍの固相率が０．００１以
上０．７以下になるまで持続させる。さらに、エネルギ
効率面からは、少なくとも溶融金属Ｍの固相率が０．０
０１以上０．４以下になるまで持続させ、さらに望まし
くは溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上０．１以下に
なるまで持続させる。

【００６８】一方、第２スリーブ22内に溶融金属Ｍを注
湯して、均一な分布の結晶核を形成した後には、冷却工
程として冷却させて生成された結晶核の成長を加速させ
る。したがって、このような冷却工程での段階は、第２
スリーブ22に溶融金属Ｍを注湯するときからしてもよ
い。また、上述のように、この冷却工程中にも電磁気場
を持続的に印加させてもよい。

【００６９】さらに、このような冷却工程は、半溶融金
属スラリＳを加圧する段階まで持続できる。すなわち、
溶融金属Ｍが０．１以上０．７以下の固相率に到達する
時点ｔ_２まで冷却工程を維持させる。このとき、溶融金
属Ｍの冷却速度は０．２℃／ｓｅｃ以上５．０℃／ｓｅ
ｃ以下程度にするが、より好ましくは、結晶核の分布度
および粒子の微細度によって、０．２℃／ｓｅｃ以上
２．０℃／ｓｅｃ以下にする。

【００７０】この結果、所定の固相率を有する半溶融状
態の金属スラリである半溶融金属スラリＳを製造でき、
これを直ちに加圧すると同時に圧出および加圧加工とし
てのプレス成形できる。

【００７１】このとき、半溶融金属スラリＳの製造時間
を顕著に短縮できるが、溶融金属Ｍの第２スリーブ22へ
の注湯時点から固相率０．１以上０．７以下の半溶融金
属スラリＳ形態の金属材料として形成される時点までか
かる時間は３０秒以上６０秒以下にすぎない。これによ
り製造された半溶融金属スラリＳを使用して所定の成形
品を成形すれば均一にかつ緻密な球状の結晶構造を有す
る成形品を得ることができる。

【００７２】次に、上記半凝固成形法を用いた半凝固成
形装置を図１ないし図５を参照して説明する。

【００７３】図１ないし図５に示す半凝固成形装置は、
線材または板材を成形する成形部としての圧出部６を具
備した圧出装置用半凝固成形装置である。そして、この
半凝固成形装置は、図１に示すように、攪拌部１を備え
ている。この攪拌部１の内側には、所定の空間部12が設
けられている。さらに、この攪拌部１には、電磁気場印
加手段としての電磁気場印加用コイル装置11が所定の空
間部12を取り囲むように形成されている。

【００７４】また、この空間部12には、細長円筒状の筒
状部としてのスリーブ20の軸方向の一端側が収容されて
いる。このスリーブ20は、第１の筒状部としての第１ス
リーブ21と、第２の筒状部としての第２スリーブ22とに
軸方向の中央部において分割されて形成されている。こ
れら第１スリーブ21および第２スリーブ22は、半溶融金
属スラリＳの製造および加工に必要である。

【００７５】そして、これら第１スリーブ21と第２スリ
ーブ22とは、それぞれの軸方向の一端側を所定の角度を
介して回動可能に配設されている。さらに、これら第１
スリーブ21および第２スリーブ22は、この第１スリーブ
21に対して第２スリーブ22の軸方向の他端側を上方に向
けて回動させることにより、この第２スリーブ22の軸方
向の一端部が第１スリーブ21の一端部に同心状に連通す
るように構成されている。また、第２スリーブ22の軸方
向の他端側には、加圧用の押圧手段としてのプランジャ
３が進退可能に挿入されて取り付けられている。

【００７６】さらに、この第２スリーブ22の一端側に
は、この第２スリーブ22を回動させて、この第２スリー
ブ22の他端側を鉛直下方に向けた状態で、溶融金属Ｍが
注湯されて収容される。そして、この第２スリーブ22内
に溶融金属Ｍが収容されたスラリ製造領域には、攪拌部
１の電磁気場印加用コイル装置11によって電磁気場が印
加される。すなわち、この第２スリーブ22は、攪拌部１
の空間部12を貫通した状態で、この空間部12に取り付け
られている。

【００７７】そして、攪拌部１の空間部12と電磁気場印
加用コイル装置11とは、図示しないフレーム構造により
固定されている。また、この電磁気場印加用コイル装置
11は、所定強度の電磁気場を空間部12に向けて発散する
ように構成されている。すなわち、この電磁気場印加用
コイル装置11は、空間部12に収容される第２スリーブ22
に印加させて、この第２スリーブ22内に注湯される溶融
金属Ｍを電磁攪拌する。

【００７８】さらに、この電磁気場印加用コイル装置11
は、図示しない制御部に電気的に接続されており、この
制御部により強度および作動時間などが調節される。こ
こで、この電磁気場印加用コイル装置11は、通常の電磁
攪拌に使用できるコイル装置であればよい。また、攪拌
部１は、電磁気場以外の超音波攪拌などであってもよ
い。

【００７９】また、この電磁気場印加用コイル装置11
は、図１に示すように、第２スリーブ22と空間部12とを
介さず、この第２スリーブ22の外側に密着させて結合さ
せることも可能である。このため、第２スリーブ22内に
注湯される溶融金属Ｍは注湯の段階から徹底的に攪拌さ
れる。なお、この電磁気場印加用コイル装置11を備えた
攪拌部１は、図１および図３ないし図５に示すように、
第２スリーブ22の回動とともに移動して回動するように
構成されている。このような電磁気場の印加、すなわち
攪拌部１による電磁攪拌は、上述のように、製造された
半溶融金属スラリＳが圧縮されるまで持続させることも
できる。よって、この攪拌部１による電磁攪拌は終了さ
せなくてもよい。

【００８０】ただし、エネルギ効率次元で半溶融金属ス
ラリＳの製造過程まで電磁気場を攪拌するため、この攪
拌部１による電磁気場の攪拌は、少なくとも溶融金属Ｍ
の固相率が０．００１以上０．７以下となるまで持続さ
せる。なお、この溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上
０．４以下となるまで持続させることが望ましく、より
望ましくは、この溶融金属Ｍの固相率が０．００１以上
０．１以下となるまで持続させる。ここで、電磁気場印
加用コイル装置11による電磁気場の印加を継続させる時
間は、予め実験により求めることができる。

【００８１】一方、第１スリーブ21および第２スリーブ
22は、図１に示すように、軸方向の一端側を互いに向か
い合わせた状態で、水平に結合されている。そして、こ
れら第１スリーブ21および第２スリーブ22の連結部分で
ある一端側を回動中心として、この状態から第２スリー
ブ22の他端側が下方に向けて所定の角度θの割合で回動
するように構成されている。ここで、この回動角度θ
は、９０°以内であることが望ましい。

【００８２】さらに、これら第１スリーブ21および第２
スリーブ22のそれぞれは、金属材あるいは絶縁性素材な
どにより製造されている。すなわち、これら第１スリー
ブ21および第２スリーブ22は、これら第１スリーブ21お
よび第２スリーブ22それぞれの融点が、これら第１スリ
ーブ21および第２スリーブ22内に注湯されて収容される
溶融金属Ｍの温度より高いものを使用することが望まし
い。

【００８３】また、これら第１スリーブ21および第２ス
リーブ22のそれぞれは、両端が開放された細長円筒状の
スリーブを互いに結合させて形成されている。そして、
第１スリーブ21は、この第１スリーブ21の軸方向を地面
に対して水平にさせた状態で配置されている。また、第
２スリーブ22は、第１スリーブ21に結合される側の一端
部を回転中心として他端側が下方に向けて所定角度、回
動可能に構成されている。

【００８４】ここで、第２スリーブ22内の領域は、溶融
金属Ｍが収容されて電磁攪拌によって半溶融金属スラリ
Ｓが形成される領域である。また、第１スリーブ21内の
領域は、第２スリーブ22内で形成された半溶融金属スラ
リＳを圧出部６へと吐出させるための領域である。よっ
て、これら第１スリーブ21および第２スリーブ22は、電
磁攪拌により溶融金属Ｍから半溶融金属スラリＳを製造
するスラリ製造容器の機能と、製造された半溶融金属ス
ラリＳを圧出部６へと圧出させて吐出させる成形枠とし
ての機能とを兼備している。

【００８５】したがって、第２スリーブ22の他端側であ
る一側端部に挿入されたプランジャ３は、図１に示すよ
うに、所定角度で屈折された第２スリーブ22の一端側か
ら溶融金属Ｍが注湯されて受容できるように、この第２
スリーブ22の他端側を閉鎖する。すなわち、このプラン
ジャ３は、第２スリーブ22の他端側を上方に向けて回動
させて、この第２スリーブ22の一端部を第１スリーブ21
の一端部に連通させて連結された状態で、この第２スリ
ーブ22内で製造された半溶融金属スラリＳを、第１スリ
ーブ21の他端側に向けて加圧する。ここで、第２スリー
ブ22は、必ずしも他端側が開放された構造でなくてもよ
く、この他端側の端部からプランジャ３が挿入できる構
造であればよい。

【００８６】一方、第１スリーブ21の軸方向の他端側で
ある他側端部には、円形平板状の閉塞板24が取り付けら
れている。そして、この閉塞板24の中央部には、第１ス
リーブ21内で加圧された半溶融金属スラリＳが抜け出る
ように吐出される吐出口としてのスラリ排出口23が開口
形成されている。このスラリ排出口23は、第１スリーブ
21から圧出される成形品の形状に対応して、線材の場合
には円形状、また板材の場合には長方形に形成されてい
る。

【００８７】そして、これら第１スリーブ21および第２
スリーブ22には、図示しない熱電対を内蔵させるととも
に、この熱電対を制御部に電気的に接続させて、これら
第１スリーブ21および第２スリーブ22内の溶融金属Ｍな
どの温度情報を制御部に送出させることもできる。

【００８８】また、第１スリーブ21の外側には、図１に
示すように、第１の温度調節手段としての第１温度調節
装置41が取り付けられている。この第１温度調節装置41
は、第１スリーブ21のスラリ排出口23から吐出される半
溶融金属スラリＳの温度を調節する。そして、この第１
温度調節装置41は、第１スリーブ21の外側を取り囲むよ
うに同心状に取り付けられた円筒状のウォータジャケッ
ト43を備えている。そして、このウォータジャケット43
には、第１スリーブ21の外側を取り囲むように冷却水パ
イプ42が螺旋状に内蔵されている。ここで、この第１温
度調節装置41は、第１スリーブ21の所定の領域が冷却で
きる構成であれば、いかなる構成であってもよい。

【００８９】そして、この第１温度調節装置41は、第１
スリーブ21内で加圧される半溶融金属スラリＳの急減な
冷却を防止するためのものであり、所定の保温効果を有
するものが望ましい。したがって、この第１温度調節装
置41は、冷却水パイプ42内を流れる媒体の温度を適当に
調節することによって、第１スリーブ21内の半溶融金属
スラリＳの温度を調節する。なお、この第１温度調節装
置41としては、上記構成以外に電熱ヒータなども使用で
きる。

【００９０】そして、第２スリーブ22の外側には、図２
に示すように、第２の温度調節手段としての第２温度調
節装置44が取り付けられている。この第２温度調節装置
44は、第２スリーブ22内で製造された溶融金属Ｍを冷却
する。この第２温度調節装置44は、冷却水パイプ45が螺
旋状に内蔵された円筒状の冷却手段としての冷却装置で
あるウォータジャケット46を備えている。このウォータ
ジャケット46は、この第２スリーブ22の外側を取り囲む
ように、この第２スリーブ22の外側に同心状に取り付け
られている。ここで、このウォータジャケット46内の冷
却水パイプ45は、第２スリーブ22内に埋設させることも
できる。また、このような冷却水パイプ45以外でも第２
スリーブ22内の溶融金属Ｍを冷却できる構成であればい
かなる冷却装置であってもよい。

【００９１】さらに、第２温度調節装置44は、加熱手段
としての加熱装置である電熱コイル47を備えている。こ
の電熱コイル47は、ウォータジャケット46の外側を取り
囲むように、このウォータジャケット46の外側に螺旋状
に巻回された状態で同心状に取り付けられている。ここ
で、この電熱コイル47以外のいかなる加熱機構であって
もよい。したがって、第２温度調節装置44は、第２スリ
ーブ22内の溶融金属Ｍあるいは半溶融金属スラリＳの温
度を調節できる構造であればどのような構成であっても
よい。また、この第２温度調節装置44によって、第２ス
リーブ22内の溶融金属Ｍを適正な速度で冷却できる。さ
らに、この第２温度調節装置44は、図２に示すように、
第２スリーブ22の全体にわたって設置できるが、この第
２スリーブ22内に溶融金属Ｍが収容される領域の周囲の
みに集中的に設置することもできる。

【００９２】そして、この第２温度調節装置44は、第２
スリーブ22内に収容された溶融金属Ｍの固相率が０．１
以上０．７以下となるまで冷却する。また、この第２温
度調節装置44による冷却速度も調節されて０．２℃／ｓ
以上５．０℃／ｓ以下の速度で冷却し、より望ましくは
０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速度で冷却する。

【００９３】このとき、この第２温度調節装置44による
冷却は、上述のように、電磁気場の攪拌が終了した後に
することもあり、電磁攪拌とは関係なく、すなわち、電
磁気場の印加を持続している最中ですることもあるとと
もに、溶湯金属Ｍの注湯段階からすることもある。とこ
ろが、この第２スリーブ22内の溶融金属Ｍの冷却は、必
ずしも第２温度調節装置44のみで可能ではない。すなわ
ち、第２スリーブ22内の溶融金属Ｍを第２温度調節装置
44ではなく自然に冷却させて、上述のような固相率の半
溶融金属スラリＳを製造することもできる。

【００９４】一方、プランジャ３は、図示しないシリン
ダ装置に連結されて連結された第１スリーブ21および第
２スリーブ22内をピストン往復動する。このシリンダ装
置は、制御部により制御されている。そして、プランジ
ャ３は、攪拌部１により電磁気場が印加されて冷却が進
行される間、すなわち半溶融金属スラリＳの製造中に第
２スリーブ22内の他端側に固定されて、この第２スリー
ブ22の一端側を容器形状にする。

【００９５】また、このプランジャ３は、半溶融金属ス
ラリＳの製造が終了した後に第２スリーブ22の他端側が
上方に向けて回動して、この第２スリーブ22の一端部が
第１スリーブ21の一端部に連通されて連結された状態
で、第１スリーブ21のスラリ排出口23側に向けて駆動さ
れる。すなわち、このプランジャ３は、第２スリーブ22
内の半溶融金属スラリＳを第１スリーブ21側に向けて加
圧して、この半溶融金属スラリＳを第１スリーブ21のス
ラリ排出口23から吐出させる。

【００９６】さらに、この第１スリーブ21のスラリ排出
口23の外側には、圧出部６が取り付けられている。この
圧出部６は、プランジャ３の押圧にて第１スリーブ21の
スラリ排出口23から吐出された半溶融金属スラリＳを成
形して所定の成形品とする。そして、この圧出部６は、
プランジャ３の加圧により第１スリーブ21のスラリ排出
口23から圧出されて吐出された半溶融金属スラリＳを移
送する移送手段としての複数の移送ローラ61を備えてい
る。これら複数の移送ローラ61は、第１スリーブ21のス
ラリ排出口23から吐出された半溶融金属スラリＳを、こ
の第１スリーブ21の軸方向に沿って、この第１スリーブ
21の他端側に向けて移送する。

【００９７】ここで、これら複数の移送ローラ61の回転
速度は、第１スリーブ21のスラリ排出口23から吐出され
る半溶融金属スラリＳの吐出速度に等しい。なお、この
スラリ排出口23から吐出される半溶融金属スラリＳを複
数の移送ローラ61にて延ばす場合には、これら複数の移
送ローラ61の回転速度を、スラリ排出口23から吐出され
る半溶融金属スラリＳの吐出速度よりも大きくすればよ
い。

【００９８】また、これら複数の移送ローラ61の上方に
は、これら移送ローラ61にて移送される半溶融金属スラ
リＳを冷却する冷却手段としての複数の噴霧型冷却装置
62が取り付けられている。これら複数の噴霧型冷却装置
62は、複数の移送ローラ61による半溶融金属スラリＳの
移送方向に沿って取り付けられている。すなわち、これ
ら複数の噴霧型冷却装置62は、第１スリーブ21のスラリ
排出口23から圧出された半溶融金属スラリＳの線材ある
いは板材を、複数の移送ローラ61にて移送しながら急冷
させる。

【００９９】さらに、第１スリーブ21のスラリ排出口23
の上側には、このスラリ排出口23から吐出される半溶融
金属スラリＳを所定の長さに切断して成形品としての圧
出材Ｅとするカッタ63が取り付けられている。このカッ
タ63は、第１スリーブ21の閉塞板24に沿って上下方向に
移動可能に取り付けられている。すなわち、このカッタ
63は、第１スリーブ21のスラリ排出口23から所定の長さ
の半溶融金属スラリＳが吐出された際に、下方へと移動
して、この半溶融金属スラリＳを所定の長さに切断す
る。

【０１００】次に、上記第１の実施の形態の半凝固成形
装置の作用を説明する。

【０１０１】まず、図１に示すように、第２スリーブ22
が第１スリーブ21に対して所定角度、望ましくは９０°
に屈折された状態で、下側をプランジャ３にて閉鎖し
て、第２スリーブ22の上側全体に溶融金属Ｍを収容でき
る容器形状にする。

【０１０２】そして、攪拌部１の電磁気場印加用コイル
装置11により、第２スリーブ22に所定周波数および強度
の電磁気場を印加する。このとき、電磁気場印加用コイ
ル装置11は、電圧、周波数、強度のそれぞれが２５０
Ｖ、６０Ｈｚ、５００Ｇａｕｓｓで電磁気場を印加す
る。なお、この際の電磁気場の印加は、半凝固成形用の
電磁攪拌に使われるいかなる程度の電磁気場でもよい。

【０１０３】この状態で、図示しない炉で溶融された溶
融金属Ｍを鉢状の注湯容器５により移送して電磁気場の
影響下にある第２スリーブ22内に注湯する。

【０１０４】このとき、炉と第２スリーブ22とを直接連
結して溶融された液相の溶融金属Ｍを直ちに第２スリー
ブ22内に注湯することもできる。また、このときの溶融
金属Ｍは、上述のように液相線温度＋１００℃程度の温
度でもよい。

【０１０５】さらに、溶融金属Ｍが注湯される第２スリ
ーブ22の内部には、図示しないガス供給管が連結されて
溶融金属Ｍの酸化を防止するためにＮ_２、Ａｒなどの不
活性ガスを供給する。

【０１０６】このように、完全に溶融された液相の溶融
金属Ｍを電磁攪拌が進行している第２スリーブ22に注湯
すれば、この第２スリーブ22全体にわたって微細な再結
晶粒子が分布し、この再結晶粒子は速く成長して樹枝状
構造の生成が生じなくなる。

【０１０７】ここで、電磁気場印加用コイル装置11によ
る電磁気場は、溶融金属Ｍの注湯と同時に印加してもよ
く、あるいは溶融金属Ｍが注湯される最中で印加しても
よい。

【０１０８】また、この電磁気場印加用コイル装置11に
よる電磁気場の印加は、上述のように、半溶融成形用ビ
レットの成形のために半溶融金属スラリＳを加圧するま
で継続させる。

【０１０９】すなわち、この電磁気場印加用コイル装置
11による電磁気場の印加は、少なくとも溶融金属Ｍの固
相率が０．００１以上０．７以下になるまで持続させ
る。望ましくは、少なくとも溶融金属Ｍの固相率が０．
００１以上０．４以下になるまで持続させる。より望ま
しくは、少なくとも溶融金属Ｍの固相率が０．００１以
上０．１以下になるまで持続する。なお、電磁気場の印
加を継続させる時間は、予め実験によって調べることが
できる。

【０１１０】そして、電磁気場印加用コイル装置11によ
る電磁気場の印加が終了した後または電磁気場の印加が
持続されている間に、第２スリーブ22内の溶融金属Ｍが
０．１以上０．７以下の固相率に到達するまで所定の速
度で冷却させる冷却段階を経て半溶融金属スラリＳを製
造する。

【０１１１】このときの冷却速度は、第２スリーブ22の
外側に設置された第２温度調節装置44により調節されて
０．２℃／ｓｅｃ以上５℃／ｓｅｃ以下の速度であり、
より望ましくは０．２℃／ｓｅｃ以上２℃／ｓｅｃ以下
の速度である。なお、溶融金属Ｍの固相率が０．１以上
０．７以下に到達する時間ｔ_２は予め実験によって分か
る。

【０１１２】そして、このように半溶融金属スラリＳを
製造した後には、図３に示すように、第１スリーブ21を
固定させた状態で第２スリーブ22の他端側を上方に向け
て回動させて、この第２スリーブ22の一端部を第１スリ
ーブ21の一端部に対向させて同心状に結合させる。

【０１１３】この後、プランジャ３を第１スリーブ21側
に向けて移動させて加圧して、第２スリーブ22内の半溶
融金属スラリＳを第１スリーブ21内へと圧縮して、この
第１スリーブ21のスラリ排出口23から半溶融金属スラリ
Ｓを吐出させる。

【０１１４】このとき、第１スリーブ21の外側の第１温
度調整装置41によって、この第１スリーブ21内の半溶融
金属スラリＳの温度を保持して、この半溶融金属スラリ
Ｓの圧縮の進行を抑制させる。

【０１１５】そして、この第１スリーブ21のスラリ吐出
口23から吐出される半溶融金属スラリＳは、圧出部６の
噴霧型冷却装置62により急冷されつつ移送ローラ61によ
って移送された後、図４に示すように、カッタ63により
所定の長さで切断される。

【０１１６】さらに、この切断された圧出材Ｅは、移送
ローラ61により移送される。

【０１１７】そして、第１スリーブ21内に残ったビスケ
ット(biscuit)Ｂは、図５に示すように、プランジャ３
を第２スリーブ22の他端側に向けて元のところまで復帰
させてから、この第２スリーブ22の他端側を所定の角度
で回動させて、第１スリーブ21の一端側を開口させた
後、図示しない取り出し棒により第１スリーブ21の一端
側から外部へと取り出される。

【０１１８】また、このようにビスケットＢを取り出し
た後には、第２スリーブ22の一端側に溶融金属Ｍが収容
できるようにしてから、上述した製造過程を反復させ
る。

【０１１９】この結果、この反復過程によって組織が微
細でかつ均一な圧出材Ｅを連続して得ることができる。

【０１２０】上述したように、上記第１の実施の形態に
よれば、全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する
半溶融金属スラリＳを得ることができるとともに、液相
線より高い温度での短時間の攪拌だけでも第２スリーブ
22の壁面での核生成密度を顕著に増加させて粒子の球状
化を実現できる。したがって、半凝固成形装置の部品の
耐久性が高まり、エネルギ損失を防止でき、かつ製造時
間を短縮できる。

【０１２１】また、製造された圧出材Ｅの機械的性質の
向上を実現できるとともに、電磁攪拌時間を大きく短縮
できるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、全体
工程を単純化され、かつ製品成形時間も短縮されて生産
性を向上できる。さらに、スラリ状態で成形するため
に、高品質の圧出材Ｅを低圧の加圧力により得ることが
できる。この結果、電力損失を防止して作業時間を短縮
できる。

【０１２２】次に、本発明の第２の実施の形態の半凝固
成形装置を図７ないし図１１を参照して説明する。

【０１２３】この図７ないし図１１に示す半凝固成形装
置は、第１スリーブ21のスラリ排出口23の外側に成形部
としてのプレス成形部７が取り付けられており、プレス
成形装置として使用される。そして、このプレス成形部
７は、第１スリーブ21のスラリ排出口23の外側に取り付
けられた一対の金型部としての加圧金型71,72を備えて
いる。すなわち、このプレス成形部７は、第１スリーブ
21のスラリ排出口23から加圧されて吐出された半溶融金
属スラリＳを、一対の加圧金型71,72に対応した所定の
形状に、加圧加工、すなわちプレス加工にて成形する。

【０１２４】そして、図７に示すように、第２スリーブ
22に溶融金属Ｍを注湯して半溶融金属スラリＳを製造し
た後、図８に示すように、第２スリーブ22の一端部を第
１スリーブ21の一端部に結合させてから、この第２スリ
ーブ22内の半溶融金属スラリＳをプランジャ３にてスラ
リ排出口23側へと加圧する。このとき、この第１スリー
ブ21の外側の第１温度調節装置41により、第１スリーブ
21内の半溶融金属スラリＳの温度を保持する。

【０１２５】この後、この第１スリーブ21のスラリ排出
口23から吐出された半溶融金属スラリＳは、図９および
図１０に示すように、プレス成形部７の一対の加圧金型
71,72により加圧されて所定の形状に成形された後にカ
ッタ63により切断されて成形品Ｆとされる。

【０１２６】さらに、第１スリーブ21内に残在したビス
ケットＢは、図１１に示すように、プランジャ３を第２
スリーブ22の他端側に向けて元のところまで復帰させて
から、この第２スリーブ22の他端側を所定の角度で下方
に回動させて、第１スリーブ21の一端側を開口させた
後、図示しない取り出し棒により第１スリーブ21の一端
側から外部へと取り出される。

【０１２７】また、このようにビスケットＢを取り出し
た後には、図７に示すように、第２スリーブ22の一端側
に溶融金属Ｍが収容できるようにしてから、上述した製
造過程を反復させる。

【０１２８】この結果、この反復過程によって組織が微
細でかつ均一な成形品Ｆを連続して得ることができる。

【０１２９】したがって、上記第２の実施の形態であっ
ても、スラリ状態でプレス成形が進むために高品質の成
形品Ｆを低圧の加圧力により得ることができ、これによ
り電力損失を防止して作業時間を短縮できるので、上記
第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができ
る。

【０１３０】なお、上記各実施の形態において、多様な
金属あるいは合金、例えばアルミニウムまたはその合
金、マグネシウムまたはその合金、亜鉛またはその合
金、銅またはその合金、鉄またはその合金などの半凝固
成形法であっても汎用的に適用できる。

【０１３１】

【発明の効果】請求項１記載の固液共存状態金属材料の
成形装置によれば、製造された成形品の機械的性質の向
上を実現できるとともに、電磁攪拌時間を大きく短縮で
きるので攪拌に必要なエネルギの消耗が少なく、全体工
程を単純化され、かつ製品成形時間も短縮されて生産性
を向上でき、固液共存状態で成形するために低圧により
成形できる。したがって、装置部品の耐久性が高まり、
エネルギ損失を防止でき、かつ製造時間を短縮できる。

【０１３２】請求項２記載の固液共存状態金属材料の成
形装置によれば、請求項１記載の固液共存状態金属材料
の成形装置の効果に加え、第１の筒状部の吐出口から吐
出された固液共存状態金属材料を移送手段にて移送する
際に、この固液共存状態金属材料を冷却手段にて冷却す
る。この結果、第１の筒状部の吐出口から吐出された固
液共存状態金属材料の成形が容易にできるから、より短
時間に高品質の成形品を連続して複数製造でき、より量
産適用性に優れている。

【０１３３】請求項３記載の固液共存状態金属材料の成
形装置によれば、請求項１記載の固液共存状態金属材料
の成形装置の効果に加え、第１の筒状部の吐出口から吐
出された固液共存状態金属材料を金型部にて加圧加工す
る。この結果、第１の筒状部の吐出口から吐出された固
液共存状態金属材料の成形が容易にできるから、より短
時間に高品質の成形品を連続して複数製造でき、より量
産適用性に優れている。

【０１３４】請求項４記載の固液共存状態金属材料の成
形装置によれば、請求項１ないし３いずれか記載の固液
共存状態金属材料の成形装置の効果に加え、第１の筒状
部の吐出口から吐出される固液共存状態金属材料の温度
を第１の温度調節手段にて調節することにより、全体的
に均一でかつ微細な球状の組織を有する固液共存状態金
属材料をより容易かつ確実に得ることができる。

【０１３５】請求項５記載の固液共存状態金属材料の成
形装置によれば、請求項１ないし４いずれか記載の固液
共存状態金属材料の成形装置の効果に加え、攪拌部にて
第２の筒状部内に溶融金属が注湯される前から電磁気場
を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球状
の組織を有する固液共存状態金属材料を容易に得ること
ができる。

【０１３６】請求項６記載の固液共存状態金属材料の成
形装置によれば、請求項１ないし４いずれか記載の固液
共存状態金属材料の成形装置の効果に加え、攪拌部にて
第２の筒状部内に溶融金属が注湯されると同時に電磁気
場を印加することにより、全体的に均一でかつ微細な球
状の組織を有する固液共存状態金属材料を容易に得るこ
とができる。

【０１３７】請求項７記載の固液共存状態金属材料の成
形装置によれば、請求項１ないし６いずれか記載の固液
共存状態金属材料の成形装置の効果に加え、攪拌部にて
第２の筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上
０．７以下となるまで電磁気場を印加することにより、
全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する固液共存
状態金属材料をより容易に得ることができる。

【０１３８】請求項８記載の固液共存状態金属材料の成
形装置によれば、請求項１ないし６いずれか記載の固液
共存状態金属材料の成形装置の効果に加え、攪拌部にて
第２の筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上
０．４以下となるまで電磁気場を印加することにより、
全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する固液共存
状態金属材料をより容易に得ることができるから、より
望ましい。

【０１３９】請求項９記載の固液共存状態金属材料の成
形装置によれば、請求項１ないし６いずれか記載の固液
共存状態金属材料の成形装置の効果に加え、攪拌部にて
第２の筒状部内の溶融金属の固相率が０．００１以上
０．１以下となるまで電磁気場を印加することにより、
全体的に均一でかつ微細な球状の組織を有する固液共存
状態金属材料をより容易に得ることができるから、より
望ましい。

【０１４０】請求項１０記載の固液共存状態金属材料の
成形装置によれば、請求項１ないし９いずれか記載の固
液共存状態金属材料の成形装置の効果に加え、冷却手段
にて固液共存状態金属材料の固相率が０．１以上０．７
以下となるまで冷却することにより、全体的に均一でか
つ微細な球状の組織を有する固液共存状態金属材料をよ
り容易かつ確実に得ることができる。

【０１４１】請求項１１記載の固液共存状態金属材料の
成形装置によれば、請求項１ないし１０いずれか記載の
固液共存状態金属材料の成形装置の効果に加え、第２の
温度調節手段で第２の筒状部内の溶融金属の温度を調節
することにより、全体的に均一でかつ微細な球状の組織
を有する固液共存状態金属材料をより容易かつ確実に得
ることができる。

【０１４２】請求項１２記載の固液共存状態金属材料の
成形装置によれば、請求項１１記載の固液共存状態金属
材料の成形装置の効果に加え、温度調節手段にて第２の
筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以
下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微
細な球状の組織を有する固液共存状態金属材料をより容
易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。

【０１４３】請求項１３記載の固液共存状態金属材料の
成形装置によれば、請求項１１記載の固液共存状態金属
材料の成形装置の効果に加え、温度調節手段にて第２の
筒状部内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以
下の速度で冷却することにより、全体的に均一でかつ微
細な球状の組織を有する固液共存状態金属材料をより容
易かつ確実に得ることができるので、より望ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の固液共存状態金属
材料の成形装置の溶融金属注湯工程を示す概略断面図で
ある。

【図２】同上固液共存状態金属材料の成形装置の第２の
温度調節手段を示す概略断面図である。

【図３】同上固液共存状態金属材料の成形装置の固液共
存状態金属材料吐出工程を示す概略断面図である。

【図４】同上固液共存状態金属材料の成形装置の成形品
切断工程を示す概略断面図である。

【図５】同上固液共存状態金属材料の成形装置のビスケ
ット取り出し工程を示す概略断面図である。

【図６】同上固液共存状態金属材料の成形装置での時間
に対する溶融金属の注湯温度を示す二次グラフである。

【図７】本発明の固液共存状態金属材料の成形装置の第
２の実施の形態の溶融金属注湯工程を示す概略断面図で
ある。

【図８】同上固液共存状態金属材料の成形装置の固液共
存状態金属押圧工程を示す概略断面図である。

【図９】同上固液共存状態金属材料の成形装置の固液共
存状態金属材料成形工程を示す概略断面図である。

【図１０】同上固液共存状態金属材料の成形装置の成形
品切断工程を示す概略断面図である。

【図１１】同上固液共存状態金属材料の成形装置のビス
ケット取り出し工程を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１ 攪拌部 ３ 押圧手段としてのプランジャ ６ 成形部としての圧出部 ７ 成形部としてのプレス成形部 21 第１の筒状部としての第１スリーブ 22 第２の筒状部としての第２スリーブ 23 吐出口としてのスラリ排出口 41 第１の温度調節手段としての第１温度調節装置 44 第２の温度調節手段としての第２温度調節装置 6 1 移送手段としての移送ローラ 62 冷却手段としての噴霧型冷却装置 71,72 金型部としての加圧金型 Ｅ 成形品としての圧出材 Ｆ 成形品 Ｍ 溶融金属 Ｓ 固液共存状態金属材料としての半溶融金属スラリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 1/02 ５０１ Ｃ２２Ｃ 1/02 ５０１Ａ (56)参考文献 特開 平９−239509（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−305363（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−314917（ＪＰ，Ａ) 特開2000−355206（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−245012（ＪＰ，Ａ) 特開2000−312958（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 27/02 B22D 1/00 B22D 17/00 B22D 17/30 B22D 17/32 C22C 1/02 501

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向の一端部に設けられた吐出口を有
   する第１の筒状部と、 この第１の筒状部の軸方向の他端部に対して軸方向の一
   端部が所定の角度を介して回動可能に配設され、この一
   端部が回動により前記第１の筒状部の他端部に連通し、
   内部に溶融金属が注湯される第２の筒状部と、 この第２の筒状部内に注湯された溶融金属に電磁気場を
   印加するとともに、この電磁気場が印加されている状態
   で前記第２の筒状部内に溶融金属を注湯させる攪拌部
   と、 前記第２の筒状部の軸方向の他端側から進退可能に挿入
   され、この第２の筒状部の一端側から溶融金属が注湯さ
   れて収容されるようにこの第２の筒状部の他端側を閉塞
   するとともに、この第２の筒状部内で製造された固液共
   存状態金属材料を押圧する押圧手段と、 この押圧手段の押圧により前記第１の筒状部の吐出口か
   ら吐出された固液共存状態金属材料を成形して成形品と
   する成形部とを具備したことを特徴とした固液共存状態
   金属材料の成形装置。
2. 【請求項２】 成形部は、第１の筒状部の吐出口から吐
   出された固液共存状態金属材料を移送する移送手段と、 この移送手段にて移送される前記固液共存状態金属材料
   を冷却する冷却手段とを備えていることを特徴とした請
   求項１記載の固液共存状態金属材料の成形装置。
3. 【請求項３】 成形部は、第１の筒状部の吐出口から吐
   出された固液共存状態金属材料を加圧加工する金型部を
   備えていることを特徴とした請求項１記載の固液共存状
   態金属材料の成形装置。
4. 【請求項４】 第１の筒状部の吐出口から吐出される固
   液共存状態金属材料の温度を調節する第１の温度調節手
   段を具備したことを特徴とした請求項１ないし３いずれ
   か記載の固液共存状態金属材料の成形装置。
5. 【請求項５】 攪拌部は、第２の筒状部内に溶融金属が
   注湯される前から電磁気場を印加することを特徴とした
   請求項１ないし４いずれか記載の固液共存状態金属材料
   の成形装置。
6. 【請求項６】 攪拌部は、第２の筒状部内に溶融金属が
   注湯されると同時に電磁気場を印加することを特徴とし
   た請求項１ないし４いずれか記載の固液共存状態金属材
   料の成形装置。
7. 【請求項７】 攪拌部は、第２の筒状部内の溶融金属の
   固相率が０．００１以上０．７以下となるまで電磁気場
   を印加することを特徴とした請求項１ないし６いずれか
   記載の固液共存状態金属材料の成形装置。
8. 【請求項８】 攪拌部は、第２の筒状部内の溶融金属の
   固相率が０．００１以上０．４以下となるまで電磁気場
   を印加することを特徴とした請求項１ないし６いずれか
   記載の固液共存状態金属材料の成形装置。
9. 【請求項９】 攪拌部は、第２の筒状部内の溶融金属の
   固相率が０．００１以上０．１以下となるまで電磁気場
   を印加することを特徴とした請求項１ないし６いずれか
   記載の固液共存状態金属材料の成形装置。
10. 【請求項１０】 第１の温度調節手段は、固液共存状態
    金属材料の固相率が０．１以上０．７以下となるまで冷
    却することを特徴とした請求項１ないし９いずれか記載
    の固液共存状態金属材料の成形装置。
11. 【請求項１１】 第２の筒状部内の溶融金属の温度を調
    節する第２の温度調節手段を具備したことを特徴とした
    請求項１ないし１０いずれか記載の固液共存状態金属材
    料の成形装置。
12. 【請求項１２】 第２の温度調節手段は、第２の筒状部
    内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上５．０℃／ｓ以下の速
    度で冷却することを特徴とした請求項１１記載の固液共
    存状態金属材料の成形装置。
13. 【請求項１３】 第２の温度調節手段は、第２の筒状部
    内の溶融金属を０．２℃／ｓ以上２．０℃／ｓ以下の速
    度で冷却することを特徴とした請求項１１記載の固液共
    存状態金属材料の成形装置。