JPH10211565A - 半溶融成形用金属の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の機械撹拌法や電磁撹拌法によらず、自
動的かつ連続的に、簡便容易に、かつ、低コストで、微
細かつ球状のチクソ組織を有する優れた成形体を大量に
生産する。 【構成】 微細な初晶が液相中に分散した均一な温度分
布を有する半溶融成形用金属の製造装置であって、金属
を溶解保持する溶解炉と該溶解炉内の溶湯を汲み取り所
定の温度にした後に保持容器に給湯する給湯機からなる
溶湯給湯部と、該給湯機から該保持容器内に供給される
溶湯中に結晶核を発生させる核生成部と、該核生成部に
より得られた金属を固液共存状態の成形温度まで冷却し
つつ目標成形温度範囲内に収めるように温度調整する結
晶生成部と、空の保持容器の温度を調整する保持容器加
熱部と、保持容器を天地逆転して反転させることにより
半溶融金属を排出した後の保持容器の内面を清浄化する
保持容器準備部と、前記核生成部により得られた半溶融
金属を成形装置の射出スリーブに搬送挿入するロボット
を含む自動化装置を備えた容器搬送部とで構成した半溶
融成形用金属の製造装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半溶融成形用金属の製造
装置に係り、特に、極めて簡便容易に半溶融成形に適し
た微細な初晶が液相中に分散した均一な温度分布を有す
る半溶融金属が得られる半溶融成形用金属の製造装置に
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（Ａ）
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
を利用することによって得られた球状化組織を特徴とす
るものである。

【０００３】これに対して、従来鋳造法による素材を用
いて半溶融成形する方法も知られている。これは、たと
えば、等軸晶組織を発生しやすいマグネ合金においてさ
らに微細な結晶を生じせしめるためにＺｒを添加する方
法（Ｂ）や炭素系微細化剤を使用する方法（Ｃ）であ
り、またアルミ合金において微細化剤としてＡｌ−５％
Ｔｉ−１％Ｂ母合金を従来の２倍〜１０倍程度添加する
方法（Ｄ）であり、これら方法により得られた素材を半
溶融温度域に加熱し初晶を球状化させ成形する方法であ
る。

【０００４】また、固溶限以内の合金に対して、固相線
近くの温度まで比較的急速に加熱した後、素材全体の温
度を均一にし局部的な溶融を防ぐために、固相線を超え
て材料が柔らかくなる適当な温度まで緩やかに加熱して
成形する方法（Ｅ）が知られている。また、傾斜冷却板
に７００℃程度のアルミニウム溶湯を流し、半溶融アル
ミニウムを得、容器に集めて冷却する方法（Ｆ）が知ら
れている。

【０００５】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、ビレットとして一旦固化することなく、そ
のままそれを成形するレオキャスト法（Ｇ）が知られて
いる。また、冷却体および傾斜冷却体に溶融金属を接触
させて得られた少なくとも一部が固液共存状態である金
属を半溶融温度域に保持することによりレオキャスト用
スラリーを得る方法（Ｈ）が知られている。

【０００６】さらに、ビレットケースに収容された溶湯
に容器外部から、あるいは、容器の中に直接、超音波振
動を付与しながら冷却して半凝固ビレットを製造し、ビ
レットケースから該半凝固ビレットを取り出し、そのま
ま成形するか、さらに高周波誘導装置にて再加熱して成
形する鋳造装置（Ｉ）が知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た（Ａ）の方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、製造コストが高くなる難点があ
る。また、マグネ合金においては（Ｂ）の場合には、Ｚ
ｒが高くコスト的に問題であり、（Ｃ）の方法では、炭
化物系微細化剤を使用してその微細化効果を十分に発揮
させるためには、酸化防止元素であるＢｅを、たとえ
ば、７ｐｐｍ程度に低く管理する必要があり、成形直前
の加熱処理時に酸化燃焼しやすく、作業上不都合であ
る。

【０００８】一方、アルミニウム合金においては、結晶
粒径は、単に微細化剤を添加するだけでは５００μｍ程
度であり、２００μｍ以下の微細な結晶粒の組織を得る
ことは容易ではない。このため、多量に微細化剤を添加
する方法（Ｄ）があるが、微細化剤が炉底に沈降しやす
く工業的には難しく、かつコストも高い。さらに（Ｅ）
の方法では、固相線を超えてから緩やかに加熱して素材
の均一加熱と球状化を図ることを特徴とするチクソ成形
法が提案されているが、通常のデンドライト組織を加熱
してもチクソ組織（初晶デンドライトが球状化されてい
る）には変化しない。（Ｆ）の方法では、簡便に球状粒
子の組織を示す半溶融アルミニウムを得ることが出来る
が、そのまま成形するための条件は整っていない。しか
も（Ａ）〜（Ｆ）のいずれの場合も、チクソ成形法によ
って半溶融成形するためには、一旦液相を固化しそのビ
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になり、また原料としての
ビレットはリサイクルが難しく、また液相率もビレット
のハンドリング上の問題から高くできない。

【０００９】また、（Ｇ）の方法では、球状の初晶を含
む融液を連続的に生成供給するため、コスト的、エネル
ギー的にもチクソキャスト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。具体的に
は、鋳造機械が故障した場合、半溶融メタルの処置が困
る。

【００１０】また、（Ｈ）の方法では、次のような問題
点がある。冷却体に接触させた後半溶融温度域に所定の
時間保持することになっているが、一旦凝固させてビレ
ットとした後再加熱後成形することを特徴とするチクソ
キャスト法と異なり、所定の時間保持後の半溶融金属を
そのまま成形する場合、工業的な連続運転を考えた時、
短時間で成形に適した所定の液相率を示す温度分布の良
い合金を得る必要がある。しかし、単に保持するだけで
は成形に適した球状初晶と液相率と温度分布を有するレ
オキャスト用の半溶融金属を得ることはできないし、ま
た、急速に冷やせば温度分布は悪くなる。また、冷却体
に溶湯を接触させると、該冷却体に凝固物が残ったり、
保持容器に残ったりして連続運転ができない。

【００１１】（Ｉ）の方法では、容器内溶湯を冷却する
ための容器を使用するが容器内の金属の上部、下部は中
央部に比べて冷えやすく均一な温度分布を有する半凝固
ビレットを得ることは難しい。このため、そのまま成形
すれば不均一な組織の成形体が得られる。しかも、一旦
ビレットケースから取り出された段階での半凝固ビレッ
トの温度は該ビレットの元の形態を維持する必要がある
ところから半凝固ビレットの液相率は５０％を超えるこ
とは困難であり、４０％程度の液相率にならざるを得
ず、このため、ダイキャストによる成形には射出条件等
に工夫が必要である。また、仮に一旦４０％未満の液相
率になった該ビレットを高周波誘導装置で再加熱しても
同様に５０％を超えることは困難であるから成形には射
出条件等に工夫が必要である。また一度できた該半凝固
ビレット内の温度の大きな不均一を解消するためには時
間がかかるため、高周波装置の出力もチクソ成形の場合
に近い高い出力が一時的にではあるが必要であり、また
高サイクルの連続生産のためには高周波誘導装置を多く
設置する必要がある。

【００１２】また、半溶融成形を工業的に連続で行なう
に当たり、鋳造機の故障が生じた場合、半溶融状態の金
属の保持時間が所定の保持時間以上になることがある。
金属組織に問題がないかぎり所定の温度に維持すること
が望まれるが、特に室温から昇温して保持するチクソキ
ャスト法の場合、金属組織の粗大化とビレット形状の変
形が大きい（ビレットの下部になるほど径が大きい）。
しかも半溶融状態にある各ビレットの温度を個別に管理
できなければ、このような場合通常処分され、チクソビ
レットとしての価値はなくなる。

【００１３】本発明は、上述の従来の各方法の問題点に
着目し、ビレットを使用することなくしかも煩雑な方法
を採ることなく、簡便容易にかつ安価に、球状化した初
晶を含む均一な組織と均一な温度分布を有する成形に適
した半溶融金属（従来チクソキャスト法よりも高液相率
の半溶融金属まで対象となる）を得、しかも長時間の機
械トラブルに対しても半溶融金属を保持管理する場合、
および、高サイクル運転に対応して急速に所定の液相率
を有する半溶融金属を得、しかも、成形前には一定温度
範囲に調整する場合は、特に、チクソキャスト成形のた
めに通常使用される高周波誘導装置の５０％以下の出力
で、速やかに該半溶融金属の温度を均一かつ一定保持し
て、半溶融成形に適した半溶融金属を製造する装置を提
供することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明においては、上述
の課題を解決するため、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成形用
金属の製造装置であって、金属を溶解保持する溶解炉と
該溶解炉内の溶湯を汲み取り所定の温度にした後に保持
容器に給湯する給湯機からなる溶湯給湯部と、該給湯機
から該保持容器内に供給される溶湯中に結晶核を発生さ
せる核生成部と、該核生成部により得られた金属を固液
共存状態の成形温度まで冷却しつつ目標成形温度範囲内
に収めるように温度調整する結晶生成部と、保持容器を
天地逆転して反転させることにより半溶融金属を排出し
た後の保持容器の内面を清浄化する保持容器準備部と、
前記核生成部により得られた半溶融金属を成形装置の射
出スリーブに搬送挿入するロボットを含む自動化装置を
備えた容器搬送部と、から構成されてなるものとした。

【００１５】また、第２の発明では、第１の発明におけ
る溶湯給湯部を、（１）高温溶湯保持炉と給湯ラドルを
備えた低温溶湯保持炉の構成とするか、（２）微細化剤
供給装置、温度制御用冷却治具挿入装置を備えた給湯ラ
ドルと高温溶湯保持炉の構成とするか、（３）給湯ラド
ルを備えた低温溶湯保持炉と給湯ラドルを備えた微細化
剤高含有溶湯保持炉の構成とするか、（４）微細化剤溶
解用高周波誘導装置を備えた給湯ラドルと低温溶湯保持
炉の構成とするか、（５）給湯ラドルを備えた低温溶湯
保持炉のうちのいずれかとし、核生成部を保持容器とし
た。

【００１６】また、第２の発明を主体とする第３の発明
では、核生成部を、必要に応じて給湯中および給湯後に
給湯量に合わせて任意にかつ自動的に保持容器の傾斜角
度を可変できる保持容器傾転装置と給湯中および給湯後
に該保持容器を保持容器外部から冷却することができる
保持容器冷却促進装置のいずれか一つ以上の組み合わせ
で構成した。また、第１の発明を主体とする第４の発明
では、溶湯給湯部を、給湯ラドルを備えた低温溶湯保持
炉とし、かつ、核生成部を、昇降自在でかつ給湯中の保
持容器内の溶湯に振動を付与する加振治具と保持容器と
で構成した。また、第１の発明を主体とする第５の発明
では、溶湯給湯部を給湯ラドルを備えた溶湯保持炉と
し、かつ、核生成部を、給湯中および給湯後に傾斜角度
が給湯量に合わせて任意にかつ自動的に可変できる傾斜
冷却治具と保持容器とから構成されてなるものとした。

【００１７】また、第１の発明を主体とする第６の発明
では、結晶生成部を、保持容器を載置し該保持容器の下
部を加熱するための加熱源を具備するか、または、保温
用の断熱性素材で形成された昇降自在な架台と、該保持
容器の上部を加熱するための加熱源を具備するかまたは
保温用の断熱性素材で形成されかつ保持容器内金属の温
度を測定する温度センサを具備した昇降自在な蓋と、該
保持容器の外部に配設され該保持容器の外表面に向けて
所定温度の空気を噴射する冷却装置と、から構成されて
なるものとした。

【００１８】また、第６の発明を主体とする第７の発明
では、結晶生成部を、保持容器下部の保温もしくは加熱
が可能でかつ該保持容器の保持や取り出しおよび誘導装
置の加熱コイル内の位置調整のために昇降自在な架台
と、該保持容器の上部の保温もしくは加熱が可能で、か
つ、保持容器内金属の温度を測定する温度センサを具備
した昇降自在な蓋と、保持容器の外周部に配設され保持
容器内金属の温度を温度管理する加熱コイルを備えた誘
導装置と、該加熱コイルの外部に配設された該保持容器
の外表面に向けて所定温度の空気を噴射する冷却装置と
で構成した。

【００１９】また、第６の発明を主体とする第８の発明
では、結晶生成部を、保持容器下部の保温もしくは加熱
が可能でかつ該保持容器の保持や取り出しや交換および
誘導装置の加熱コイル内の位置調整のために昇降自在で
しかも回転自在な架台と、該保持容器の上部の保温もし
くは加熱が可能で、かつ、保持容器内金属の温度を測定
する温度センサを具備した昇降自在な蓋と、保持容器の
外周部に配置され保持容器内金属の温度を温度管理する
加熱コイルを備えた誘導装置と、該加熱コイルの外部に
配置された該保持容器の外表面に向けて所定温度の空気
を噴射する冷却装置とで構成した。また、複数個の該結
晶生成部が１軸の回りに回転あるいは揺動することとし
た。

【００２０】また、第６の発明を主体とする第９の発明
では、結晶生成部を、保持容器の下部の保温もしくは加
熱が可能な架台と、該保持容器の上部の保温もしくは加
熱が可能で、かつ、保持容器内金属の温度を測定する温
度センサを具備した昇降自在な蓋と、該保持容器の外表
面に向けて所定温度の空気もしくは水を必要に応じて噴
射する冷却装置とからなる冷却帯と、該保持容器の外周
部に配置され該保持容器内金属の温度を管理する加熱コ
イルを備えた誘導装置を有する温度調整帯とから構成し
た。

【００２１】また、第９の発明を主体とする第１０の発
明では、結晶生成部を、所定の温度まで冷却帯で冷却さ
れる金属を有する保持容器を温度調節帯まで所定の速度
で移動させる自動搬送装置と、誘導装置の加熱コイルも
しくは保持容器のいずれかが移動して加熱コイル内で保
持容器内の金属の温度を管理する温度調整帯とから構成
した。また、第９の発明を主体とする第１１の発明で
は、結晶生成部を、所定の温度まで冷却帯で冷却した金
属を有する保持容器を温度調整帯まで移動させるロボッ
トを含む自動化装置を備えた搬送装置と、誘導装置の加
熱コイルもしくは保持容器のいずれかが移動して加熱コ
イル内で保持容器内の金属の温度を管理する温度調整帯
とから構成した。

【００２２】また、第１の発明を主体とする第１２の発
明では、保持容器準備部を、回転および昇降が自在で、
かつ、気体、液体、固体のいずれか一つ以上を噴射する
ことが可能な保持容器冷却装置と、回転および昇降が自
在で、かつ、空気を必要に応じて噴射することが可能な
エアブロウ装置と、回転および昇降が自在で、かつ、空
気を噴射することが可能なブラシを有する保持容器内面
用の清掃装置のいずれか二つ以上の装置と、回転および
昇降が自在で、かつ、非金属を塗布するスプレイ装置
と、該冷却装置、該エアブロウ装置、該清掃装置のそれ
ぞれの上部に、開口部を下にした容器を移動、固定する
ことが可能で、昇降自在な保持容器回転搬送装置とから
構成されてなるものとした。

【００２３】また、第１の発明を主体とする第１３の発
明では、保持容器準備部を、回転および昇降が自在でか
つ空気を噴射することが可能なブラシを有する保持容器
内面用清掃治具と、昇降自在な保持容器固定治具からな
る清掃装置と、保持容器内面に非金属を塗布する昇降自
在な治具と、昇降自在な保持容器固定治具からなるスプ
レイ装置とで構成されてなるものとした。また、第１の
発明を主体とする第１４の発明では、空の保持容器の温
度を調整することとした。

【００２４】

【発明の実施の形態】溶解炉において溶解された金属
を、所定の微細化剤を含む該金属の液相線温度に対する
過熱度が５０℃未満に保持された低温溶湯として直接保
持容器に注ぐか、給湯中の保持容器内の溶湯に振動を付
与しながら該金属の液相線温度に対する過熱度が５０℃
未満に保持された低温溶湯として該保持容器に注ぐか、
あるいはまた、傾斜角度を可変できる冷却板に接触させ
ながら保持容器に注ぐか、のいずれかを選択して溶湯中
に結晶核を発生させ、該溶湯を結晶生成部において該保
持容器の上部や下部を保温もしくは加熱しながら、所定
の液相率を示す温度まで冷却しつつ降温し、必要に応じ
て、高周波誘導により加熱を施して、遅くとも成形直前
までに、均一な温度分布と微細な非デンドライト状（球
状）の初晶を有する半溶融成形金属を得、ロボットによ
り該保持容器を搬送し、成形装置の射出スリーブ内に該
半溶融金属を挿入して、たとえば、ダイカストマシン等
の成形装置により成形する。

【００２５】

【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１９は本発明の実施例に係
り、図１は半溶融成形用金属の製造装置の全体概略平面
配置図、図２は保持容器準備部における清掃装置の側面
図、図３は清掃装置の要部拡大縦断面図、図４は保持容
器加熱部の縦断面図、図５は結晶生成部における低温鋳
湯方式による核生成工程の説明図、図６は結晶生成部に
おける振動方式による核生成工程の説明図、図７は結晶
生成部における冷却板接触方式による核生成工程の説明
図、図８は結晶生成部の縦断面図、図９は半溶融成形用
金属の製造方法を説明する工程説明図、図１０は半溶融
成形の連続運転時のサイクルチャートを示す説明図、図
１１は本発明の成形用金属を使用した成形品の金属組織
を示す顕微鏡写真の模写図である。図１２は回転機能を
有する結晶生成部、保持容器準備部からなる半溶融成形
用金属の製造装置の全体概略平面配置図、図１３は図１
２の結晶生成部の詳細平面図および切断縦断面図、図１
４は保持容器準備部における回転搬送装置および清掃装
置の側面図、図１５は保持容器傾転装置の側面図、図１
６は冷却帯と温度調整帯からなる結晶生成部を有する半
溶融成形用金属の製造装置の全体概略平面図、図１７は
図１６の結晶生成部の詳細平面図および切断縦断面図、
図１８は冷却帯と温度調整帯からなる固定式の結晶生成
部を有する半溶融成形用金属の製造装置の全体概略平面
配置図、図１９は図１８の結晶生成部の詳細平面図およ
び切断縦断面図である。

【００２６】図１に示すように、半溶融成形用金属の製
造装置１００は、保持容器準備部１０、保持容器加熱部
２０、結晶生成部３０、溶湯給湯部４０、核生成部５
０、容器搬送部６０から構成されている。成形装置２０
０は本発明の半溶融成形用金属の製造装置１００により
得られた半溶融金属Ｍ_B を成形する機械の一例である。

【００２７】保持容器準備部１０は、図１に示すよう
に、清掃装置１２とスプレイ装置１４とから構成されて
いる。清掃装置１２は、図２に示すように、昇降シリン
ダ１２ａと昇降シリンダ１２ａのピストンロッド先端部
に取り付けたモータ１２ｂにより張り出されて回転自在
で空気を噴射することが可能なブラシ１２ｃとで形成さ
れ、後述する容器搬送部６０のロボット６２により、射
出スリーブ２００ａへ給湯完了した保持容器１を搬送
し、受け台１３上に天地逆にして載置され、受け台１３
の直上に配置された保持容器押え１３ａが昇降シリンダ
１３ｂの操作により静かに下降され、保持容器１の底面
を軽く下方に押圧して保持容器１を受け台に固定する。
その後、保持容器１内に上昇したブラシ１２ｃを回転駆
動することにより、保持容器１の底面および側部内面を
清掃し、底面および側部内面に付着している溶湯金属の
残滓を脱落落下させるようになっている。なお、受け台
の下方周囲には、図のように密閉カバー１２ｄが設置さ
れるとともに、残滓の落下物を集める受け皿１２ｅが設
けられる。

【００２８】その後、ブラシ１２ｃは下方に退避し、清
掃ポジションから、保持容器１を保持したまま、受け台
１３および保持容器押え１３ａ、昇降シリンダ１３ｂは
一体的に図１に示すスプレイ装置１４の位置（スプレイ
ポシション）まで図１に示した移動シリンダ１５により
横移動して静止する。スプレイ装置１４は、図３に示す
ように、昇降シリンダ１４ａのピストンロッドの先端部
に取り付けたパイプ１４ｂの先端のスプレイノズル１４
ｃより供給される非金属物質を含む水溶性塗布剤および
空気を所定の時間のあいだ噴射することによって塗布剤
がスプレイされ、かつ、空気により乾燥され、保持容器
１の底面および側部内面をさらにクリーンな状態にす
る。

【００２９】清掃装置１２およびスプレイ装置１４は、
１ショット毎に使用しても良いし、所定の回数毎に使用
しても良い。また、清掃後発生した保持容器内面に付着
していた非金属物質は受け皿１２ｅより一定時間毎に回
収される。スプレイ作業は保持容器１に注湯される金属
溶湯と保持容器１との直接接触を防ぐためのものであ
り、保持容器１が金属製の場合は必ず必要であり、塗布
剤としては、ダイキャストに使用される黒鉛系、非黒鉛
系（タルク、雲母など含有）の離型剤あるいはＢＮなど
が使用される。

【００３０】保持容器加熱部２０は、図４に示すよう
に、シリンダ架台２１の内部に上下方向に配設された昇
降シリンダ（保持容器加熱用）２２により昇降が自在な
支持台２３に載置され固定されたセラミック製の保持容
器加熱用架台２４と保持容器加熱用架台２４に載せられ
た保持容器１を加熱する加熱炉２５から構成されてい
る。保持容器加熱用架台２４の上に保持容器準備部１０
の清掃装置１２、スプレイ装置１４によって清掃、スプ
レイ洗浄された保持容器１が、ロボット６２により置か
れると、保持容器加熱用架台２４は昇降シリンダ２２に
より上昇し、支持架台２３および保持容器加熱用架台２
４が、図４に示す位置まで上昇すると、保持容器１は加
熱炉２５内に入るとともに、加熱炉２５の内部が閉鎖さ
れる。ここで言う加熱炉２５は、炉内に加熱用ヒータが
配設された場合と、炉外部から熱風が送風される場合の
いずれでも構わない。

【００３１】所定の時間後、所定の温度（たとえば２０
０℃）に加熱された保持容器加熱用架台２４の上の保持
容器１は、昇降シリンダ２２の下降により炉内から取り
出される。加熱された保持容器１は、ロボット６２によ
り溶湯給湯部４０に搬送され、注湯された後、核生成部
５０に搬送される。ここで言う「保持容器」とは、金属
製容器または非金属製容器（セラミック容器も含む）と
するか、あるいは、非金属材料を表面にコーティングし
た金属製容器、もしくは、非金属材料を複合させた金属
製容器とする。保持容器１の厚みは、注湯直後に保持容
器壁面から凝固層が発生しないか、発生しても誘導装置
３１により容易に再溶融する厚みとする

【００３２】溶湯給湯部４０および核生成部５０は、結
晶核の生成方式により異なる。図５は、微細化剤を利用
する低温溶湯注湯方式による核生成のための溶湯給湯部
４０および核生成部５０の側面図を示す。図５（ａ）で
は、溶湯給湯部４０は、高温溶湯保持炉４１と給湯用ラ
ドル４２ａを備えた低温溶湯保持炉４２で構成される。
高温溶湯保持炉４１において、高融点の微細化剤（Ａｌ
−Ｔｉ−Ｂ合金）Ｎが溶解された６５０℃以上に保持さ
れた、好ましくは６８０℃以上の高温金属溶湯Ｍ₁ が保
持される。低温溶湯保持炉４２においては、高温溶湯保
持炉４１から配湯され、液相線温度に対して５０℃以下
の過熱度の低温に保持される。この低温金属溶湯Ｍ２
が、給湯用ラドル４２ａにより核生成部５０である保持
容器１内に注湯され、結晶核が発生する。なお、微細化
剤としてＴｉのみが含まれている場合には、過熱度は３
０℃以下に保持される。また、Ｓｒ、Ｓｉの複合添加や
Ｃａ単独添加が行なわれたＭｇ合金においては、過熱度
は２５℃以下に保持される。過熱度が上記過熱度より高
ければ、微細な球状初晶は得られない。

【００３３】図５（ｂ）では、溶湯給湯部４０を、微細
化剤供給装置４３、温度制御用冷却治具挿入装置５１を
備えた給湯用ラドル４２ａと高温溶湯保持炉４１で構成
される。高温溶湯保持炉４１において溶解された６５０
℃以上、好ましくは６８０℃以上に保持された微細化剤
Ｎ（Ｔｉを含有）を含む高温金属溶湯Ｍ３は給湯用ラド
ル４２ａより汲まれ、ラドル４２ａ内溶湯に微細化剤
（Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ合金）Ｎが微細化剤供給装置４３によ
り供給、溶解される。しかる後、給湯用ラドル４２ａ内
の金属溶湯の温度を液相線温度に対して５０℃以下の過
熱度の低温にするために、温度制御用冷却治具挿入装置
５１の冷却治具５１ａを浸漬する。これにより低温金属
溶湯が得られる。なお、浸漬に当たっては、凝固層の生
成を防止するために振動を付与する必要があるが、保持
容器１内の金属溶湯の温度が液相線温度に対して過熱度
が１０℃以上の温度では振動による核の生成は期待でき
ない。したがって、低温金属溶湯Ｍ₂ が給湯用ラドル４
２ａにより核生成部５０である保持容器１に注湯され、
結晶核が発生する。

【００３４】図５（ｃ）では溶湯給湯部４０は、給湯用
ラドル４２ａ備えた低温溶湯保持炉４２と給湯用ラドル
４２ａを備えた低温溶湯保持炉４２（微細化剤Ａｌ−Ｔ
ｉ−Ｂ合金を多く含有する溶湯を保持する機能がある）
で構成される。低温溶湯保持炉４２から給湯用ラドル４
２ａより汲み出されたＴｉ含有低温金属溶湯Ｍ₅ に、低
温溶湯保持炉４２において溶解されたＴｉ、Ｂの高含有
低温金属溶湯Ｍ₄ が給湯用ラドル４２ａにより希釈混合
される。低温金属溶湯Ｍ₂ が給湯用ラドル４２ａにより
核生成部５０である保持容器１に注湯され、結晶核が発
生する。

【００３５】図５（ｄ）では、溶湯給湯部４０を、微細
化剤溶解用高周波誘導装置４４を備えた給湯用ラドル４
２ａと低温溶湯保持炉４２で構成する。低温溶湯保持炉
４２から給湯用ラドル４２ａより汲み出されたＴｉ含有
低温金属溶湯Ｍ₅ に、高周波誘導コイル（微細化剤溶解
用）４４ａにより溶解された微細化剤（Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ
合金）Ｎが投入される。低温金属溶湯Ｍ２が給湯用ラド
ル４２ａにより核生成部５０である保持容器１に注湯さ
れ、結晶核が発生する。図５（ｅ）では、溶湯給湯部４
０を、給湯用ラドル４２ａと低温溶湯保持炉４２で構成
する。融点近傍の低温金属溶湯Ｍ₆ が給湯用ラドル４２
ａにより核生成部５０である保持容器１に注湯され、結
晶核が発生する。なお、微細化剤として、Ｔｉのみが含
まれている場合には、溶湯の温度の融点に対する過熱度
は３０℃以下に保たれる。

【００３６】図６は、振動方式による核生成のための溶
湯給湯部４０および核生成部５０の側面図を示す。溶湯
給湯部４０は給湯用ラドル４２ａを備えた低温溶湯保持
炉４２と昇降シリンダ（加振治具用）５２ａにより昇降
が自在な浸漬型加振治具５２と保持容器用加振治具５３
から構成されている。給湯用ラドル４２ａにより給湯中
の保持容器１内のＴｉ含有低温金属溶湯Ｍ₅ の湯面に浸
漬型加振治具５２を浸漬させ、また保持容器用加振治具
５３を保持容器１の外表面部接触させながら金属溶湯Ｍ
₅ に振動を付与して該溶湯内に結晶核を発生させる。な
お、保持容器１に注湯される溶湯に微細化剤が含まれて
いなくても結晶核を発生させることは可能である。ここ
で使用する浸漬型加振治具５２は、加振治具回りの温度
分布の不均一を防止するために注湯完了すると同時に湯
面から離脱させる。また、「振動」は、振動発生装置の
種類、振動条件（周波数、振幅）を限定するものでない
が、市販のエア式振動装置、電動式振動装置でもよく、
また使用される振動条件としては、たとえば、周波数は
１０ＨＺ〜５０ＫＨＺ、好ましくは５０Ｈｚ〜１ｋＨ
ｚ、片振幅は１ｍｍ〜０．１μｍ、好ましくは５００μ
ｍ〜１０μｍが望ましい。

【００３７】図７は、冷却板接触方式による核生成のた
めの溶湯給湯部４０および核生成部５０の側面図を示
す。溶湯給湯部４０は給湯用ラドル４２ａを備えた溶湯
保持炉４０Ａ（高温溶湯保持炉４１および低温溶湯保持
炉４２）から構成されている。溶湯保持炉４０Ａ内の溶
湯の温度は特に限定されないが、温度が高いと傾斜冷却
治具７０を通過した後の保持容器１の温度が液相線温度
よりも１０℃以上高くなり結晶核が消滅するため、液相
線温度に対する過熱度は、５０℃以下が好ましい。核生
成部５０は、給湯中および給湯後に傾斜冷却治具７０の
傾斜角度給湯量に合わせて、任意に、かつ、自動的に可
変できる水槽７１を有する傾斜冷却治具７０と保持容器
１から構成されている。給湯用ラドル４２ａから傾斜冷
却治具７０に接触しながら注がれる保持容器１内の金属
溶湯の湯量が上限に近づくに従い、昇降シリンダ７２に
より傾斜冷却治具７０の傾斜角度を小さくし、注湯完了
後傾斜方向を反対側にし、傾斜冷却治具７０の表面に付
着した金属を落下させて、傾斜冷却治具付着メタル回収
槽７３に入れる。以上のとおり、溶湯給湯部４０におい
ては、給湯用ラドル４２ａを使用したが、これに代えて
給湯ポンプを用いてもよい。

【００３８】結晶生成部３０は、図８に示すように、保
持容器１の下部の保温もしくは加熱が可能で、かつ、保
持容器１の保持や取り出しおよび誘導装置３１の加熱コ
イル３１ａ内の位置調整のために昇降シリンダ３２によ
り昇降自在な支持台３３の上に載置されたセラミック製
の架台３４と、該保持容器１の上部の保温もしくは加熱
が可能で、かつ、保持容器内金属の温度を測定する熱電
対３６を具備した昇降自在なセラミック製の蓋３５と、
保持容器１の外周部に配設された保持容器内金属の温度
を管理する加熱コイル３１ａを備えた誘導装置３１と、
加熱コイル３１ａの外部に配設され保持容器１の外表面
に向けて所定温度の空気を噴射する冷却装置３７とこれ
ら各機器を囲む保護カバー３８とから構成されている。

【００３９】誘導装置３１は、保持容器内金属の温度を
急速に低下させた場合、成形装置２００のトラブル時
に、温度の均一化、一定化に効果的である。なお、空気
よりも急速に冷却することが必要な場合、空気を噴射す
る冷却装置に代えて、誘導装置３１の位置に保持容器１
が上昇する前に水を噴射するようにしてもよい。

【００４０】核生成部５０において、結晶核を導入され
た金属溶湯ＭＡを保持する保持容器１がロボット６２に
よりセラミック製の架台（結晶核生成用）３４の上にお
かれると、セラミック製架台３４は昇降シリンダ３２に
より上昇し、誘導装置３１内の所定の位置に停止する。
そのあと、保持容器１上部にセラミック製の蓋３５が被
覆されて固定される。しかる後、必要に応じて、所定の
時間、所定のタイミングにより、冷却装置３７から保持
容器１の外表面に向けて空気が噴射され、保持容器１の
内部の金属溶湯Ｍ_A を、注湯直前から０．０１℃／ｓ〜
３．０℃／ｓの平均冷却速度で冷却して加圧成形直前ま
で保持することにより、微細な初晶を該合金液中に晶出
させるとともに、保持容器１に入れられた半溶融金属Ｍ
Ｂの各部の温度を誘導装置３１により、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に収
めるように温度調整する。この場合、セラミック製の架
台３４は、半溶融金属Ｍ_B の温度管理のために、加熱コ
イル３１ａ内の所定の高さに自動的に微調整できるよう
に構成される。なお、成形前の半溶融金属ＭＢの一定温
度保持にこだわらなければ、誘導装置３１は使用する必
要がない場合もある。

【００４１】セラミック製架台（結晶生成用）３４上に
載置された保持容器１内の半溶融金属Ｍ_B は、所定の液
相率、所定の時間後、昇降シリンダ（結晶生成部架台
用）３２の下降により、誘導装置３１から取り出され、
直ちに搬送ロボット６２により成形装置２００の射出ス
リーブ２００ａ（または２００ｂ）内に挿入される。

【００４２】ここで「所定の液相率」とは、加圧成形に
適する液相率を意味する。ダイカスト鋳造、スクイズ鋳
造などの高圧鋳造では液相率は７５％未満、好ましくは
４０％〜６５％とする。４０％未満では保持容器１から
の取り出しが容易でなく、また取り出された素材の成形
性が劣る。一方、７５％を超える場合は素材が軟らかい
ためハンドリングが難しいばかりでなく、ダイキャスト
機の金型内溶融金属を射出するためのスリーブへの挿入
時に周辺空気を巻き込み、あるいは成形された鋳造品の
金属組織には偏析が発生して均一な組織が得にくいなど
の問題がある。このため、液相率を７５％以下、好まし
くは６５％以下とする。但し、成形性、湯流れ性の劣る
合金、成形が困難な製品においては、７５％以上の液相
率で成形する方が望ましい場合がある。この場合、保持
容器内の液相率が７５％以上の半溶融金属をスリーブに
注湯しても良い。

【００４３】押出法や鍛造法では、液相率を１．０％〜
７０％、好ましくは１０％〜６５％とする。７０％を超
える場合は組織の不均一が生じる惧れがある。このた
め、液相率を７０％以下、好ましくは６５％以下とす
る。また、１．０％未満では変形抵抗が高いので、１．
０％以上とする。なお、４０％未満の液相率の合金を用
いて押出法や鍛造法を行なう場合、４０％以上の液相率
で該合金を容器から取り出し、その後４０％未満に液相
率を下げる。

【００４４】なお、容器搬送部６０のロボット６２は、
従来より知られている３次元動作可能な多関節ロボット
を使用する。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。

【００４５】具体的には、以下のとおりの手順により作
業を進める。図９の工程［１］において、ラドル４２ａ
内に入れられた完全液体である金属溶湯Ｍを、工程
［２］において、傾斜冷却用治具７０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）１
内に注湯され蓄えられていく溶湯に浸漬型加振治具（具
体的には加振棒５２Ａ）５２により振動を付与して（注
湯完了後は加振棒５２Ａは引き上げる）、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
金を得る。

【００４６】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３１により保持該容器
１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１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３１の出力は小さくてもよい。冷却に当たっては、
保持容器１の外側から保持容器１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１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）。

【００４７】このようにして得られた所定の液相率を有
する半溶融金属Ｍ_B を、工程［３］−ｃのように、保持
容器１を反転して天地を逆にし、成形装置（たとえば、
ダイキャストマシン）の射出スリーブ２００ａに挿入し
た後、成形装置２００の金型キャビティ２０８内で加圧
成形して、成形品を得る。ここで、反転した排出された
半溶融金属Ｍ_B は、酸化物の混入を防ぐために、保持容
器１内で上部に位置していた表面部をプランジャチップ
２１０側に置く。

【００４８】図１０は、半溶融成形の連続運転時のサイ
クルチャートを示す説明図である。運転条件は以下のと
おりである。ここでは説明を容易にするために、誘導装
置の数を少なくして６０秒運転とした。製造装置１００
の全体は、図１に示したとおりである。運転条件は、下
記のとおりである。 誘導装置（８ｋＨｚ、１０ｋＷ）：３基 保持容器加熱炉（５容器収容）：１基 成形サイクル：６０秒 給湯、結晶核生成条件：微細化剤（Ｔｉ０．１５
％、Ｂ０．００２％含有）、保持容器給湯温度（６３５
℃）、図５（ａ）に示すとおり。 半溶融保持時間（空冷、高周波誘導装置による加
熱）：１５０秒 合金：ＡＣ４ＣＨ（融点：６１５℃）

【００４９】各保持容器の各工程における時間経過を、
使用した８つの保持容器について示す。６０秒おきに鋳
造されていること、それに伴ない、その前後の保持容器
の位置と作業履歴が判る。この方法により製造された半
溶融成形用金属を使用して、加圧成形した成形品の金属
組織を示す顕微鏡写真の模写図を図１１に示す。従来知
られている半溶融成形品とまったく遜色のない微細な組
織が認められる。図９に示す本発明による方法と従来の
チクソキャスト法、レオキャスト法の違いは図より明ら
かである。すなわち、本発明では、従来法のように半溶
融温度領域で晶出したデンドライト状の初晶を機械撹拌
や電磁撹拌で強制的に破砕球状化することはなく、半溶
融温度領域での温度低下とともに液中に導入された結晶
核を起点として晶出、成長する多数の初晶が合金自身が
持っている熱量により（必要に応じて外部から加熱保持
されることも有りうる）連続的に球状化されるととも
に、低い出力の高周波誘導加熱による均一な組織と均一
な温度分布を特徴にしており、チクソキャスト法におけ
るビレットの再昇温による半溶融化の工程が省かれてい
るため、本発明の方法は、極めて簡便で経済的な方法で
ある。

【００５０】図１２は回転機能を有する結晶生成部３
０、保持容器準備部１０からなる半溶融成形用金属の製
造装置１０１の全体概略平面配置図を示す。半溶融成形
用金属の製造装置１０１は、保持容器準備部１０、結晶
生成部３０、溶湯給湯部４０、核生成部５０、容器搬送
部６０から構成されている。成形装置２００は、本発明
の半溶融成形用金属の製造装置１０１により得られた半
溶融金属Ｍ_B を成形する機械の一例である。

【００５１】保持容器準備部１０は、保持容器冷却装置
１１、エアブロウ装置１６、清掃装置１２、スプレイ装
置１４、保持容器回転搬送装置１７から構成されてい
る。図１４は保持容器準備部１０における保持容器回転
搬送装置１７と清掃装置１２を示す。ロータリーアクチ
ュエータ１７ａ、１７ｂと昇降シリンダ１７ｃとで形成
された保持容器回転搬送装置１７により、射出スリーブ
２００ａへ半溶融金属Ｍ _B を挿入した後、シリンダ、モ
ータにより昇降、回転するノズルを有する図３に示すよ
うな装置にて水を噴出し、その後空気を噴射することに
より冷却、エアブロウした保持容器１を搬送し、受け台
１３上に下降し固定する。その後図２と同様に、ブラシ
１２ｃを回転することにより保持容器１内面を清掃す
る。ブラシ１２ｃが下降した後、保持容器回転搬送装置
１７は保持容器１を保持したまま上昇し、スプレイ装置
１４の位置まで移動する。その後図３と同様にスプレイ
装置１４によって保持容器１の内面に非金属物質を含む
水溶性塗布剤がスプレイされ、かつ空気により乾燥され
る。

【００５２】スプレイ装置が下降した後、保持容器傾転
装置１８の位置まで移動し、天地を逆にして図１５に示
すような保持容器ホルダ１８ａに載置される。保持容器
ホルダ１８ａは、ＬＭガイド１８ｂと連結棒１８ｃ、フ
レキシブルジョイント１８ｄからなる保持容器傾転装置
１８により、給湯用ラドル４２ａの給湯に合わせて傾動
する。微細化剤としてＴｉのみを含む融点に対する過熱
度が３０℃以下の金属溶湯Ｍ₆ は、必要に応じて保持容
器冷却促進装置１９を使用して給湯される。保持容器１
に給湯された金属溶湯Ｍ₆ は結晶生成部３０にロボット
６２により搬送される。しかる後金属溶湯Ｍ₆ は冷却さ
れ、成形温度まで冷却される。なお、保持容器冷却促進
装置は、直接保持容器の外表面に空気もしくは水などを
噴出しても良いし、あるいは冷却体を接触させても良
い。

【００５３】図１３（ａ）は図１２に示す半溶融成形用
金属の製造装置の結晶生成部の詳細平面図を、図１３
（ｂ）は結晶生成部のＡ−Ａ断面の切断縦断面図を示
す。結晶生成部３０は、図１３（ａ），図１３（ｂ）に
示すように保持容器１の保温もしくは加熱が可能でかつ
該保持容器１の保持や取り出しや回転２次軸３９ａによ
る交換（結晶核を含む金属溶湯Ｍ_A を入れた保持容器と
成形温度まで下がった半溶融金属Ｍ_B を入れた保持容器
の交換）および誘導装置３１の加熱コイル３１ａ内の位
置調整のために昇降自在な支持台３３の上に載置された
セラミック製の架台３４と、保持容器１の上部の保温も
しくは加熱が可能で、かつ、保持容器内金属の温度を測
定する熱電対３６を具備した昇降自在な蓋３５と、保持
容器の外周部に配置され保持容器内金属の温度を管理す
る加熱コイル３１ａを備えた誘導装置３１と、加熱コイ
ル３１ａの外部に配置された保持容器１の外表面に向け
て所定温度の空気を噴射する冷却装置３７とこれら各機
器を取り囲む保護カバー３８と、４つの結晶生成部が１
つの軸の回りに回転もしくは揺動することができる回転
１次軸３９から構成されている。

【００５４】結晶核を含む金属溶湯Ｍ_A を入れた保持容
器１ａが支持台３３の上に載置されたセラミック製の架
台３４の上に載置されると、誘導装置３１の中で成形温
度に調整された半溶融金属Ｍ_B を入れた保持容器１ｂが
昇降シリンダにより下降し、次に回転２次軸による回転
により結晶生成部３０の外側に出る。一方、金属溶湯Ｍ
_A は昇降シリンダ３２により誘導装置３１の加熱コイル
３１ａの所定の位置に上昇し、所定の温度まで冷却装置
３７により冷却され、その後誘導装置３１により温度調
整される。他の保持容器１についても同様な動きであ
る。このようにして結晶生成部３０の外側に出てきた半
溶融金属Ｍ_B を入れた保持容器１ｂがロボット６２によ
り搬送される。なお、ロボットから遠い位置にある保持
容器（１ｅ、１ｆ）と（１ｇ、１ｈ）は回転１次軸３９
の揺動（９０°回転）によりそれぞれ保持容器（１ｃ、
１ｄ）、（１ａ、１ｂ）の位置に移動する。誘導装置３
１の役割、誘導装置３１内の金属溶湯Ｍ_A の冷却条件お
よび温度管理方法は図８と同じである。

【００５５】図１６は冷却帯４７と誘導装置３１を有す
る温度調整帯４８からなる移動式の結晶生成部３０を有
する半溶融成形用金属の製造装置１０２の全体概略平面
配置図を示す。半溶融成形用金属の製造装置１０２は、
保持容器準備部１０、結晶生成部３０、溶湯給湯部４
０、核生成部５０、容器搬送部６０から構成されてい
る。また成形装置２００は、本発明の半溶融成形用金属
の製造装置１０１により得られた半溶融金属Ｍ_B を成形
する機械の一例である。図１７（ａ）は図１６に示す半
溶融成形用金属の製造装置の結晶生成部の詳細平面図
を、図１７（ｂ）は結晶生成部のＢ−Ｂ断面の切断縦断
面図を示す。結晶生成部のみ図１２、図１３と異なる。
このため、結晶生成部３０について詳述する。

【００５６】結晶生成部３０は図１７（ａ），図１７
（ｂ）に示すように、保持容器１の下部の保温もしくは
加熱が可能な架台３４と、保持容器１の上部の保温もし
くは加熱が可能で、かつ保持容器内金属の温度を測定す
る熱電対３６を具備した昇降自在な蓋３５と保持容器１
の外表面に向けて所定温度の空気もしくは水を必要に応
じて噴射する冷却装置３７とからなる冷却帯４７と保持
容器１を一定速度で回転させる自動搬送装置４９と保持
容器１の外周部に配設され、保持容器内金属の温度を管
理する加熱コイル３１ａを備えた誘導装置３１を有する
温度調節帯４８とから構成されている。

【００５７】保持容器１ｉが自動搬送装置４９により回
転し、保持容器１ｍの位置まで来ると初めて誘導装置３
１により保持容器１内のメタルの温度調整が行われる。
誘導装置３１は昇降シリンダ３２により上昇あるいは下
降し保持容器１を囲む所定の位置に停止する。

【００５８】図１８は冷却帯４７と誘導装置３１を有す
る温度調整帯４８からなる固定式の結晶生成部３０を有
する半溶融成形用金属の製造装置１０３の全体概略平面
配置図を示す。図１９（ａ）は図１８に示す半溶融成形
用金属の製造装置の結晶生成部の詳細平面図を、図１９
（ｂ）は結晶生成部のＣ−Ｃ断面の切断縦断面図を示
す。結晶生成部３０は、保持容器１の下部の保温もしく
は加熱が可能な架台３４と、保持容器１の上部の保温も
しくは加熱が可能で、かつ保持容器内金属の温度を測定
する熱電対３６を具備した昇降自在な蓋３５と保持容器
１の外表面に向けて所定温度の空気もしくは水を必要に
応じて噴射する冷却装置３７とからなる冷却帯４７と保
持容器１の外周部に配設され、保持容器内金属の温度を
管理する加熱コイル３１ａを備えた誘導装置３１を有す
る温度調節帯４８とから構成されている。ただし、図１
６、図１７の場合と異なり図９に示す結晶生成部におい
ては保持容器１は固定式であるため、所定の温度まで冷
却装置３７により冷却した保持容器１はロボット６２に
より温度調整帯４８に搬送される。しかる後、図１３の
場合と同様に、セラミックの架台３４の上に載置された
保持容器内金属は誘導装置３１により温度調整される。

【００５９】図９に示す初晶の球状化工程における、保
持容器の冷却条件について以下に説明する。保持容器１
に注湯された合金Ｍ_B が成形に適した液相率を示すまで
冷却される際に、保持容器１の上部および保持容器１の
下部が、加熱もしくは保温されない場合、該容器の上部
および／あるいは下部の合金Ｍ_B の表皮部にデンドライ
ト状の初晶が発生したり、凝固層が成長し容器内の金属
の温度分布も不均一になるため、高周波誘導により加熱
しても保持容器から合金を反転してとり出す場合、保持
容器１から所定の液相率の合金を排出出来なかったり、
保持容器１内部に凝固層が残り連続成形が困難になった
り、温度分布が完全には改善されなかったりする。この
ため、注湯後成形温度までの保持時間が短い場合、冷却
過程では容器上部および／あるいは容器下部を容器中央
部より加熱したりあるいは保温し、必要に応じて注湯後
の冷却過程だけでなく、注湯前にあらかじめ該容器の上
部、下部を加熱する。

【００６０】保持容器１の熱伝導率が、１．０ｋｃａｌ
／ｍｈｒ℃未満の材質であれば、冷却時間が長くなり工
業的には不都合であるため、保持容器１の熱伝導率を
１．０ｋａｌ／ｍｈｒ℃以上とする。金属性の保持容器
１を使用する場合は、保持容器１の表面に非金属性物質
（例えばＢＮ、黒鉛など）を塗布することが好ましい。
塗布する方法は機械的、化学的、物理的方法のいずれで
も構わない。

【００６１】保持容器１に注湯された合金Ｍ_A の平均冷
却速度が３．０℃／ｓよりも速ければ、所定の液相率を
示す目標成形温度範囲に収めることが誘導加熱を用いて
も容易でなく、また球状の初晶を生成することが困難で
ある。一方、平均冷却速度が０．０１℃／ｓ未満であれ
ば、冷却時間が長く、工業生産の上では不都合である。
このため、平均冷却速度は０．０１℃／ｓ〜３．０℃／
ｓとし、さらに好ましくは０．０５℃／ｓ〜１℃／ｓと
する。

【００６２】

【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製造装置は、従来の機
械撹拌法、電磁撹拌法によらず、自動的かつ連続的に、
簡便容易に、かつ、低コストで、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成形用金属の製造装置の全
体概略平面配置図である。

【図２】本発明に係る保持容器準備部における清掃装置
の側面図である。

【図３】本発明に係る保持容器準備部における清掃装置
の要部拡大縦断面図である。

【図４】本発明に係る保持容器加熱部の縦断面図であ
る。

【図５】本発明に係る結晶生成部における低温注湯方式
による核生成工程の説明図である。

【図６】本発明に係る結晶生成部における振動方式によ
る核生成工程の説明図である。

【図７】本発明に係る結晶生成部における冷却板接触方
式による核生成工程の説明図である。

【図８】本発明に係る結晶生成部の縦断面図である。

【図９】本発明に係る半溶融成形用金属の製造方法を説
明する工程説明図である。

【図１０】本発明に係る半溶融成形の連続運転時のサイ
クルチャートを示す説明図である。

【図１１】本発明例の成形用金属を使用した成形品の金
属組織を示す顕微鏡写真の模写図である。

【図１２】本発明に係る回転機能を有する結晶生成部、
保持容器準備部からなる半溶融成形用金属の製造装置の
全体概略平面配置図である。

【図１３】本発明に係る図１２の結晶生成部の（ａ）は
詳細平面図，（ｂ）はＡ−Ａ切断縦断面図である。

【図１４】本発明に係る保持容器準備部における回転搬
送装置および清掃装置の側面図である。

【図１５】本発明に係る保持容器傾転装置の側面図であ
る。

【図１６】本発明に係る冷却帯と温度調整帯からなる結
晶生成部を有する半溶融成形用金属の製造装置の全体概
略平面図である。

【図１７】本発明に係る図１６の結晶生成部の（ａ）は
詳細平面図，（ｂ）はＢ−Ｂ切断縦断面図である。

【図１８】本発明に係る冷却帯と温度調整帯からなる固
定式の結晶生成部を有する半溶融成形用金属の製造装置
の全体概略平面配置図である。

【図１９】本発明に係る図１８の結晶生成部の（ａ）は
詳細平面図，（ｂ）はＣ−Ｃ切断縦断面図である。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１
ｈ、１ｉ、１ｊ、１ｋ、１ｍ 保持容器 １０ 保持容器準備部 １１ 保持容器冷却装置 １２ 清掃装置 １２ａ 昇降シリンダ １２ｂ モータ １２ｃ ブラシ １２ｄ 密閉カバー １３ 受け台 １３ａ 保持容器押え １３ｂ 昇降シリンダ １４ スプレイ装置 １４ａ 昇降シリンダ １４ｂ パイプ １４ｃ スプレイノズル １５ 移動シリンダ １６ エアブロウ装置 １７ 保持容器回転搬送装置 １８ 保持容器傾転装置 １８ａ 保持容器ホルダ １８ｂ ＬＭガイド １８ｃ 連結棒 １８ｄ フレキシブルジョイント １８ｅ 移動プレート １８ｆ 回転中心 １９ 保持容器冷却促進装置 ２０ 保持容器加熱部 ２０Ａ 加熱炉 ２１ シリンダ架台 ２２ 昇降シリンダ ２３ 支持台 ２４ 保持容器加熱用架台 ２５ 加熱炉 ３０ 結晶生成部 ３０Ａ シリンダ架台 ３１ 誘導装置 ３１ａ 加熱コイル ３２ 昇降シリンダ ３３ 支持台 ３４ 架台 ３５ 蓋 ３６ 熱電対 ３７ 冷却装置 ３８ 保護カバー ３９ 回転１次軸 ３９ａ 回転２次軸 ４０ 溶湯給湯部 ４０Ａ 溶湯保持炉 ４１ 高温溶湯保持炉 ４２ 低温溶湯保持炉 ４２ａ 給湯用ラドル ４３ 微細化剤供給装置 ４４ 誘導装置 ４４ａ 加熱コイル ４６ 給湯機 ４７ 冷却帯 ４８ 温度調整帯 ４９ 自動搬送装置 ５０ 核生成部 ５１ 冷却治具挿入装置 ５１ａ 冷却治具 ５２ 浸漬型加振治具 ５２Ａ 加振棒 ５２ａ 昇降用シリンダ ５３ 保持容器用加振治具 ６０ 容器搬送部 ６２ ロボット ７０ 傾斜冷却用治具 ７１ 水槽 ７２ 昇降シリンダ ７３ 傾斜冷却治具付着メタル回収槽 １００、１０１、１０２、１０３ 製造装置 ２００ 成形装置 ２００ａ 射出スリーブ（竪型） ２００ｂ 射出スリーブ（横型） ２０２ 射出スリーブ ２０２ａ 固定金型 ２０４ａ 可動金型 ２０６ 型締装置 ２０８ 金型キャビティ ２１０ プランジャチップ Ｍ 金属溶湯 Ｍ₁ 、Ｍ₂ 、Ｍ₃ 、Ｍ₄ 、Ｍ₅ 、Ｍ₆ 金属溶湯 Ｍ_A 金属溶湯（結晶核を含む） Ｍ_B 半溶融金属 Ｎ 微細化剤

フロントページの続き (72)発明者 原田 康則 山口県宇部市大字小串字沖の山1980番地 宇部興産株式会社機械・エンジニアリング 事業本部内 (72)発明者 川崎 隆 山口県宇部市大字小串字沖の山1980番地 宇部興産株式会社機械・エンジニアリング 事業本部内

Claims (14)

【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均一な温
   度分布を有する半溶融成形用金属の製造装置であって、 金属を溶解保持する溶解炉と該溶解炉内の溶湯を汲み取
   り所定の温度にした後に保持容器に給湯する給湯機から
   なる溶湯給湯部と、 該給湯機から該保持容器内に供給される溶湯中に結晶核
   を発生させる核生成部と、 該核生成部により得られた金属を固液共存状態の成形温
   度まで冷却しつつ目標成形温度範囲内に収めるように温
   度調整する結晶生成部と、 保持容器を天地逆転して反転させることにより半溶融金
   属を排出した後の保持容器の内面を清浄化する保持容器
   準備部と、 前記核生成部により得られた半溶融金属を成形装置の射
   出スリーブに搬送挿入するロボットを含む自動化装置を
   備えた容器搬送部と、から構成されてなる半溶融成形用
   金属の製造装置。
2. 【請求項２】 溶湯給湯部を、（１）高温溶湯保持炉と
   給湯ラドルを備えた低温溶湯保持炉の構成とするか、
   （２）微細化剤供給装置と温度制御用冷却治具挿入装置
   を備えた給湯ラドルと高温溶湯保持炉の構成とするか、
   （３）給湯ラドルを備えた低温溶湯保持炉と給湯ラドル
   を備えた微細化剤高含有溶湯保持炉の構成とするか、
   （４）微細化剤溶解用高周波誘導装置を備えた給湯ラド
   ルと低温溶湯保持炉の構成とするか、（５）給湯ラドル
   を備えた低温溶湯保持炉とする、のいずれかとし、か
   つ、核生成部を保持容器とした請求項１記載の半溶融成
   形用金属の製造装置。
3. 【請求項３】 核生成部を、必要に応じて給湯中および
   給湯後に給湯量に合わせて任意にかつ自動的に保持容器
   の傾斜角度を可変できる保持容器傾転装置と給湯中およ
   び給湯後に該保持容器を保持容器外部から冷却すること
   ができる保持容器冷却促進装置のいずれか一つ以上の組
   み合わせから構成した請求項２記載の半溶融成形用金属
   の製造装置。
4. 【請求項４】 溶湯給湯部を、給湯ラドルを備えた低温
   溶湯保持炉とし、かつ、核生成部を、昇降自在でかつ給
   湯中の保持容器内の溶湯に振動を付与する加振治具と保
   持容器とで構成した請求項１記載の半溶融成形用金属の
   製造装置。
5. 【請求項５】 溶湯給湯部を、給湯ラドルを備えた溶湯
   保持炉とし、かつ、核生成部を、給湯中および給湯後に
   傾斜角度が給湯量に合わせて任意にかつ自動的に可変で
   きる傾斜冷却治具と保持容器とから構成した請求項１記
   載の半溶融成形用金属の製造装置。
6. 【請求項６】 結晶生成部を、保持容器を載置し該保持
   容器の下部を加熱するための加熱源を具備するか、また
   は、保温用の断熱性素材で形成された昇降自在な架台
   と、 該保持容器の上部を加熱するための加熱源を具備するか
   または保温用の断熱性素材で形成されかつ保持容器内金
   属の温度を測定する温度センサを具備した昇降自在な蓋
   と、 該保持容器の外部に配設され該保持容器の外表面に向け
   て所定温度の空気を噴射する冷却装置と、から構成した
   請求項１記載の半溶融成形用金属の製造装置。
7. 【請求項７】 結晶生成部を、保持容器下部の保温もし
   くは加熱が可能でかつ該保持容器の保持や取り出しおよ
   び誘導装置の加熱コイル内の位置調整のために昇降自在
   な架台と、 該保持容器の上部の保温もしくは加熱が可能で、かつ、
   保持容器内金属の温度を測定する温度センサを具備した
   昇降自在な蓋と、 保持容器の外周部に配設され保持容器内金属の温度を温
   度管理する加熱コイルを備えた誘導装置と、 該加熱コイルの外部に配設された該保持容器の外表面に
   向けて所定温度の空気を噴射する冷却装置と、で構成し
   た請求項６記載の半溶融成形用金属の製造装置。
8. 【請求項８】結晶生成部は、保持容器下部の保温もしく
   は加熱が可能でかつ該保持容器の保持や取り出しや交換
   および誘導装置の加熱コイル内の位置調整のために昇降
   自在でしかも回転自在な架台と、 該保持容器の上部の保温もしくは加熱が可能で、かつ、
   保持容器内金属の温度を測定する温度センサを具備した
   昇降自在な蓋と、 保持容器の外周部に配置され保持容器内金属の温度を温
   度管理する加熱コイルを備えた誘導装置と、 該加熱コイルの外部に配置された該保持容器の外表面に
   向けて所定温度の空気を噴射する冷却装置と、で構成さ
   れ、複数個の該結晶生成部が１軸の回りに回転あるいは
   揺動することを特徴とする請求項６記載の半溶融成形用
   金属の製造装置。
9. 【請求項９】 結晶生成部は、保持容器の下部の保温も
   しくは加熱が可能な架台と、 該保持容器の上部の保温もしくは加熱が可能で、かつ、
   保持容器内金属の温度を測定する温度センサを具備した
   昇降自在な蓋と、 該保持容器の外表面に向けて所定温度の空気もしくは水
   を必要に応じて噴射する冷却装置とからなる冷却帯と、 該保持容器の外周部に配置され該保持容器内金属の温度
   を管理する加熱コイルを備えた誘導装置を有する温度調
   整帯と、から構成された請求項６記載の半溶融成形用金
   属の製造装置。
10. 【請求項１０】結晶生成部は、所定の温度まで冷却帯で
    冷却される金属を有する保持容器を温度調節帯まで所定
    の速度で移動させる自動搬送装置と、 誘導装置の加熱コイルもしくは保持容器のいずれかが移
    動して加熱コイル内で保持容器内の金属の温度を管理す
    る温度調整帯と、から構成された請求項９記載の半溶融
    成形用金属の製造装置。
11. 【請求項１１】結晶生成部は、所定の温度まで冷却帯で
    冷却した金属を有する保持容器を温度調整帯まで移動さ
    せるロボットを含む自動化装置を備えた搬送装置と、 誘導装置の加熱コイルもしくは保持容器のいずれかが移
    動して加熱コイル内で保持容器内の金属の温度を管理す
    る温度調整帯と、から構成された請求項９記載の半溶融
    成形用金属の製造装置。
12. 【請求項１２】保持容器準備部を、回転および昇降が自
    在で、かつ、気体、液体、固体のいずれか一つ以上を噴
    射することが可能な保持容器冷却装置と、回転および昇
    降が自在で、かつ、空気を必要に応じて噴射することが
    可能なエアブロウ装置と、 回転および昇降が自在で、かつ、空気を噴射することが
    可能なブラシを有する保持容器内面用の清掃装置のいず
    れか二つ以上の装置と、 回転および昇降が自在で、かつ、非金属を塗布するスプ
    レイ装置と、該冷却装置、該エアブロウ装置、該清掃装
    置のそれぞれの上部に、開口部を下にした容器を移動、
    固定することが可能で、昇降自在な保持容器回転搬送装
    置と、から構成した請求項１記載の半溶融成形用金属の
    製造装置。
13. 【請求項１３】 保持容器準備部を、回転および昇降が
    自在でかつ空気を噴射することが可能なブラシを有する
    保持容器内面用清掃治具と、昇降自在な保持容器固定治
    具からなる清掃装置と、保持容器内面に非金属を塗布す
    る昇降自在な治具と、昇降自在な保持容器固定治具から
    なるスプレイ装置とで構成した請求項１記載の半溶融成
    形用金属の製造装置。
14. 【請求項１４】 空の保持容器の温度を調整する保持容
    器加熱部を有することを特徴とする請求項１記載の半溶
    融成形用金属の製造装置。