鋳造装置、鋳造方法及びマグネシウム合金ビレットの製造方法
【課題】溶湯の湯面から介在物や雰囲気中のガス等が巻き込まれる量を低減することである。
【解決手段】本発明の一態様は、溶湯１００を受けるメタル受け内筒１０２と、前記内筒の下に配置され、前記内筒から前記溶湯が導入される鋳型１０６と、前記鋳型の外周の外側に配置され、前記鋳型に導入された溶湯を攪拌する電磁誘導攪拌機構１０８と、前記鋳型内で凝固された金属を前記鋳型の下方の外側に移動させる移動機構と、を具備し、前記受け部の内径は、前記鋳型の内径より小さいことを特徴とする鋳造装置である。
【解決手段】本発明の一態様は、溶湯１００を受けるメタル受け内筒１０２と、前記内筒の下に配置され、前記内筒から前記溶湯が導入される鋳型１０６と、前記鋳型の外周の外側に配置され、前記鋳型に導入された溶湯を攪拌する電磁誘導攪拌機構１０８と、前記鋳型内で凝固された金属を前記鋳型の下方の外側に移動させる移動機構と、を具備し、前記受け部の内径は、前記鋳型の内径より小さいことを特徴とする鋳造装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造装置、鋳造方法及びマグネシウム合金ビレットの製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５は、従来の鋳造装置を示す縦断面図である。
連続鋳造装置１は、タンディッシュ３を配置したライニングテーブル５と、鋳型７と、電磁誘導撹拌機（磁界発生部）９と、冷却水ジャケット１１と、冷却水テーブル１３と、受台１５とを備えている。尚、鋳型７の外周に配置されているのは入れ子１７である。
【０００３】
タンディッシュ３にはマグネシウム合金溶湯が収納されており、溶湯をタンディッシュ３から鋳型７に注入し、鋳型７で一方方向に回転力を加えて電磁誘導撹拌した後、冷却水ジャケット１１から噴出する冷却水により冷却して溶湯を凝固させつつ受台１５で引き出して、マグネシウム合金を連続鋳造する（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
上記従来の鋳造装置では、マグネシウム合金溶湯を収納するダンディッシュ３の直径が鋳型７の直径より大きく形成されている。このため、鋳型７内の溶湯に一方方向の回転力を加えると、その回転力がダンディッシュ３内の溶湯に伝わりやすく、ダンディッシュ３内の溶湯も一方方向に強く回転してしまう。そして、ダンディッシュ３に収納された溶湯の湯面が強く回転することで、その湯面から介在物や雰囲気中のガス等を反応しやすいマグネシウム合金の溶湯内に巻き込んでしまう量が多くなる。その結果、鋳造されたマグネシウム合金中に介在物が増加するという課題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６２５８８号公報（段落［０００９］及び図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一態様は、溶湯の湯面から介在物や雰囲気中のガス等が巻き込まれる量を低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、溶湯を受ける受け部と、前記受け部の下に配置され、前記受け部から前記溶湯が導入される鋳型と、前記鋳型の外周の外側に配置され、前記鋳型に導入された溶湯を攪拌する電磁誘導攪拌機構と、前記鋳型内で凝固された金属を前記鋳型の下方の外側に移動させる移動機構と、を具備し、前記受け部の内径は、前記鋳型の内径より小さいことを特徴とする鋳造装置である。
【０００８】
本発明の一態様によれば、受け部の内径を鋳型の内径より小さく形成して溶湯の湯面の表面積を小さくしているため、鋳型に導入された溶湯を電磁誘導攪拌機構によって攪拌した際に、その攪拌力が受け部内の溶湯に伝わりにくくなり、受け部内の溶湯が鋳型内のように強く攪拌されることを抑制できる。その結果、受け部内の溶湯の湯面が強く攪拌されることがなく、溶湯の湯面から介在物や雰囲気中のガス等が巻き込まれる量を低減することができる。
【０００９】
また、本発明の一態様において、前記電磁誘導攪拌機構は、前記鋳型内の前記溶湯を周方向に回転させる機構であっても良い。
また、本発明の一態様において、前記受け部内に配置された少なくとも一枚の邪魔板をさらに具備し、前記少なくとも一枚の邪魔板は、前記受け部内の前記溶湯の回転を阻害するものであることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の一態様において、前記電磁誘導攪拌機構は、前記鋳型内の前記溶湯を一方の周方向とその逆の周方向に交互に回転させる機構であることが好ましい。これにより、溶湯の湯面の流速を抑えることができる。
【００１１】
本発明の一態様は、受け部に溶湯を導入し、前記受け部内の溶湯を、前記受け部の下に配置された鋳型に導入し、前記鋳型に導入された溶湯を電磁誘導攪拌機構によって攪拌し、前記鋳型内で凝固された金属を前記鋳型の下方の外部に引き出す鋳造方法であって、前記受け部の内径は、前記鋳型の内径より小さいことを特徴とする鋳造方法である。
【００１２】
また、本発明の一態様において、前記電磁誘導攪拌機構によって攪拌する際、前記鋳型に導入された溶湯を周方向に回転させることも可能である。
また、本発明の一態様において、前記溶湯を周方向に回転させる際、前記受け部内に配置された少なくとも一枚の邪魔板によって前記受け部内の前記溶湯の回転を阻害することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の一態様において、前記電磁誘導攪拌機構によって攪拌する際、前記鋳型に導入された溶湯を一方の周方向とその逆の周方向に交互に回転させることが好ましい。
【００１４】
本発明の一態様は、受け部に溶湯を導入し、前記受け部内の溶湯を、前記受け部の下に配置された鋳型に導入し、前記鋳型に導入された溶湯を電磁誘導攪拌機構によって攪拌し、前記鋳型内で凝固された金属を前記鋳型の下方に引き出すマグネシウム合金ビレットの製造方法であって、前記受け部の内径は、前記鋳型の内径より小さいことを特徴とするマグネシウム合金ビレットの製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様を適用することで、溶湯の湯面から介在物や雰囲気中のガス等が巻き込まれる量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一態様に係る鋳造装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】（Ａ）は本発明の一態様に係る鋳造装置の一部を模式的に示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示す２Ｂ−２Ｂ線の断面図、（Ｃ）は本発明の一態様に係る鋳造装置の一部を模式的に示す断面図、（Ｄ）は（Ｃ）に示す２Ｄ−２Ｄ線の断面図である。
【図３】比較例のマグネシウム合金ビレットの中央を縦に切断した断面の写真である。
【図４】実施例１のマグネシウム合金ビレットの中央を縦に切断した断面の写真である。
【図５】実施例２のマグネシウム合金ビレットの中央を縦に切断した断面の写真である。
【図６】比較例のマグネシウム合金ビレットのマクロ組織の写真である。
【図７】実施例１のマグネシウム合金ビレットのマクロ組織の写真である。
【図８】実施例２のマグネシウム合金ビレットのマクロ組織の写真である。
【図９】図６より拡大した比較例のマクロ組織の写真である。
【図１０】図７より拡大した実施例１のマクロ組織の写真である。
【図１１】図８より拡大した実施例２のマクロ組織の写真である。
【図１２】比較例のマグネシウム合金ビレットの中心部のミクロ組織の写真である。
【図１３】実施例１のマグネシウム合金ビレットの中心部のミクロ組織の写真である。
【図１４】実施例２のマグネシウム合金ビレットの中心部のミクロ組織の写真である。
【図１５】従来の鋳造装置を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の一態様に係る鋳造装置の構成を模式的に示す断面図である。
この鋳造装置は、溶湯１００を導入する機構１０１と、この機構１０１から溶湯１００が導入される受け部としてのメタル受け内筒１０２を有している。溶湯１００を導入する機構１０１は溶解炉（図示せず）に接続されている。この機構１０１は、前記溶解炉で溶融した溶湯１００をメタル受け内筒１０２に導入するものである。この溶湯１００は、酸化しやすい金属又は酸化しやすい元素を含有する金属の溶湯であり、例えば希土類元素を含有するマグネシウム合金、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの溶湯である。
【００１９】
メタル受け内筒１０２は円筒形状の部分を有し、その内径は例えば１４０ｍｍである。メタル受け内筒１０２の外側には加熱コイル１０４が配置されている。加熱コイル１０４は、メタル受け内筒１０２内に導入された溶湯の温度を一定に保持するための温度調節機構であり、溶湯が保持温度より低い場合は加熱コイルによって加熱され、溶湯の温度が一定に保持される。
【００２０】
メタル受け内筒１０２の上方には蓋１０３が配置されており、メタル受け内筒１０２内の溶湯１００を密封することができるようになっている。また、この鋳造装置は、メタル受け内筒１０２内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入機構（図示せず）を有しており、この不活性ガス導入機構によってメタル受け内筒１０２内を不活性ガス雰囲気に保持できるようになっている。
【００２１】
メタル受け内筒１０２の下には鋳型（モールド）１０６が配置されており、鋳型１０６はメタル受け内筒１０２に繋げられて連結されている。この連結された部分は密閉されるように構成されている。鋳型１０６は円筒形状の部分を有し、その内径は例えば２００ｍｍである。メタル受け内筒１０２の内径は、鋳型１０６の内径より小さい。これにより、溶湯１００の湯面１００ａの表面積を小さくすることができ、その結果、湯面１００ａに発生する介在物の量を極力減らすことができる。
メタル受け内筒１０２の内径ｄと鋳型１０６の内径Ｄとの関係は、下記式（１）を満たし、より好ましくは下記式（２）を満たすものである。
０．２≦ｄ／Ｄ≦０．９ ・・・（１）
０．５≦ｄ／Ｄ≦０．８ ・・・（２）
上記式（１）、（２）において下限を設けている理由は、メタル受け内筒１０２の内径ｄが小さすぎるとメタル受け内筒１０２に保持できる溶湯１００の量が減るため、メタル受け内筒１０２に次から次へと溶湯１００が流れ込み、メタル受け内筒１０２内の溶湯１００の温度の均一性が保てなくなるためである。
【００２２】
鋳型１０６には一次冷却機構１０７が設けられており、この一次冷却機構１０７は鋳型１０６の外側に水などの冷媒を通すことにより鋳型１０６を冷却し、その結果、鋳型１０６内に導入された溶湯１００を冷却する機構である。
【００２３】
鋳型１０６の外周の外側には電磁攪拌機構（電磁攪拌コイル）１０８が配置されており、この電磁攪拌コイル１０８は鋳型を覆っている。電磁攪拌機構１０８は、鋳型１０６に導入された溶湯１００を攪拌する機構であり、例えば鋳型１０６内の溶湯１００を周方向に回転させる機構であり、好ましくは鋳型１０６内の溶湯を一方の周方向とその逆の周方向に交互に回転させる機構である。このように交互に回転させることで、溶湯１００の湯面１００ａの流速を抑えることができる。
なお、電磁攪拌コイル１０８によって形成される磁束は、溶湯１００の湯面１００ａからなるべく離れていることが好ましい。これにより、鋳造時に湯面１００ａを荒らさないようにすることができる。例えば、電磁攪拌機構１０８を上下移動させる移動装置（図示せず）を設け、この移動装置によって電磁攪拌機構１０８を鋳型１０６の下方に移動させて鋳型１０６の下方で磁束を形成すること、または移動装置によって電磁攪拌機構１０８を上下に移動させながら磁束を形成すること、または電磁攪拌機構１０８を上下に移動させながら磁束を鋳型１０６の下方で強く形成することにより、湯面が荒れないような湯面と磁束の位置関係を築くことができる。また、電磁攪拌機構１０８内に独立して制御できるコイルを複数個上下に配置した多層式のコイルを用い、鋳型の下方のコイルのみによって磁束を発生させること、または磁束が鋳型１０６の上下に移動するように形成すること、または磁束が鋳型１０６の上下に移動するように形成し且つ磁束を鋳型１０６の下方で強く形成することにより、鋳造時に湯面１００ａを荒らさないようにすることができる。
【００２４】
この鋳造装置は、鋳型１０６内で凝固された金属１１０を鋳型１０６の下方の外側に移動させる移動機構を有している。この移動機構は、鋳型１０６の下方に配置された下型１０９と、この下型１０９を昇降させる昇降テーブル（図示せず）を有している。
【００２５】
下型１０９の面の形状は例えば円形又は多角形等の種々の形状を用いることができる。下型１０９は、下型１０９を鋳型１０６に連結した際の連結部が密閉されるように構成されている。
【００２６】
前記昇降テーブルは、下型１０９を鋳型１０６から遠ざかる方向である下方に移動させ、且つ下型１０９を鋳型１０６に近づける方向である上方に移動させる機構である。また、鋳型１０６には、さらに二次冷却機構１１２が配置されており、この二次冷却機構１１２によって凝固された金属１１０が冷却されるようになっている。
【００２７】
また、この鋳造装置は、前述したメタル受け内筒１０２の上方の蓋１０３を閉じて、下型１０９と鋳型１０６とを密閉して連結させることにより、蓋１０３、メタル受け内筒１０２、鋳型１０６及び下型１０９によって作られる内部空間を真空ポンプ（図示せず）によって真空排気する真空排気機構を有しているとともに、この内部空間に不活性ガス、例えばＡｒガスを導入する不活性ガス導入機構（図示せず）を有している。不活性ガスは、溶融している金属、あるいは、合金に含まれている元素と反応しないガスのことである。例えば、マグネシウムに対しては、Ａｒガスと窒素ガスの混合ガスであってもよい。
【００２８】
次に、本発明の一態様に係る鋳造方法について図１を参照しつつ説明する。ここで用いる溶湯１００は、例えば希土類元素を含有するマグネシウム合金である。
【００２９】
蓋１０３を閉じ、下型１０９を昇降テーブルによって上昇させて前述した内部空間を密閉状態にし、前述した真空排気機構によって内部空間を真空排気する。これにより、内部空間の酸素や水分（Ｈ２Ｏ）が除去される。また、真空排気する際に内部空間を温度上昇させることによって真空度を高め易くする効果が期待でき、効果的に真空排気を実施することが可能となる。この後、不活性ガス導入機構によって内部空間に不活性ガスを導入する。これにより、内部空間は不活性ガス雰囲気（例えばＡｒガス雰囲気）に置換される。この置換された内部空間の圧力は、大気圧又は大気圧に近い圧力であることが好ましい。
【００３０】
このように酸素を除去して不活性ガス雰囲気にする理由は、マグネシウム合金の溶湯１００を内部空間に導入した際に酸素によってマグネシウム合金が燃焼するのを防止するためである。詳細には、内部空間を密閉系にすることで、内部空間に酸素が供給されなくなり、原理的に燃焼（酸化）を起こりにくくすることができる。ただし、真空中ではマグネシウムが蒸発してしまうため、不活性ガスを内部空間に充満させることで、マグネシウムの蒸発を防ぎ、酸化も抑制することができる。また、希土類元素などの高価な金属元素の酸化を抑えることができ、その結果、コスト低減効果が期待できる。
【００３１】
また、水分を除去する理由は、水分はマグネシウムと激しく反応してマグネシウム合金を酸化させ、Ｈ２ガスを発生させ、またマグネシウム合金に水素が含有されてしまうため、水分を除去すれば水分とマグネシウムとの反応を防止することができるからである。
【００３２】
この後、溶解炉で溶融した溶湯１００を、不活性ガス雰囲気に置換されたメタル受け内筒１０２に溶湯導入機構１０１によって導入する。この導入された溶湯１００によりメタル受け内筒１０２を満たし、鋳型１０６内に溶湯１００を導入する。この導入した溶湯１００を、一次冷却機構１０７によって冷却された鋳型１０６の内面側から冷却し、凝固が開始される。このように溶湯１００が凝固している最中に、溶湯１００を電磁誘導攪拌機構１０８によって鋳型１０６の一方の周方向とその逆の周方向に交互に回転させることで攪拌する。なお、本発明の一態様では、溶湯を電磁誘導攪拌機構１０８によって鋳型１０６の一方の周方向とその逆の周方向に交互に回転させて攪拌しているが、一方方向の周方向のみに回転させても良いし、その他の方法で攪拌しても良い。
【００３３】
次いで、下型１０９を昇降テーブルによって所定の速度で下降させる。これにより、下型１０９上にマグネシウム合金ビレットが形成される。
【００３４】
上述したように溶湯導入機構１０１によって溶湯１００を導入することと下型１０９を下降させることを連続的に行うことにより、所定の長さのマグネシウム合金ビレットを製造することができる。なお、マグネシウム合金ビレットを製造している間（鋳造中）は不活性ガスを内部空間に供給し続けることが好ましい。これにより、湯面１００ａに発生する介在物の量を極力減らすことができる。
【００３５】
本発明の一態様によれば、鋳型１０６内の溶湯１００を攪拌させながら凝固させることにより、凝固する金属の結晶粒成長を分断しながら凝固を進めることができる。これにより、凝固した金属の組織を微細化させることができる。
【００３６】
また、本発明の一態様に係る鋳造装置では、メタル受け内筒１０２の内径を鋳型１０６の内径より小さくして湯面１００ａの表面積を小さく形成しているため、鋳型１０６内の溶湯１００を攪拌させても、その攪拌力がメタル受け内筒１０２内の溶湯１００に伝わりにくくすることができる。その結果、メタル受け内筒１０２の溶湯１００が強く攪拌されることを抑制でき、メタル受け内筒１０２内の溶湯１００の湯面１００ａが強く攪拌や回転することを抑制できる。従って、その湯面１００ａから介在物や雰囲気中のガス等を反応しやすい金属の溶湯１００内に巻き込む量を少なくすることができ、鋳造されたマグネシウム合金ビレット中に含まれる介在物を低減することができる。
また、溶湯１００が凝固している最中に、溶湯１００を電磁誘導攪拌機構１０８によって鋳型１０６の一方の周方向とその逆の周方向に交互に回転させることで、湯面１００ａの流速を抑えることができる。その結果、湯面１００ａを荒らさないようにすることができる。
【００３７】
ところで、近年、環境負荷ガス排出量低減要求が高まり自動車や航空機に代表される輸送機器には更なるエネルギー効率の向上が求められている。そんな中で実用金属中最も軽いマグネシウムは非常に高い注目を集めながらも、広く普及するに至っていない。その原因の一つとして塑性加工性が他の実用金属と比較して著しく劣っており、製品への適用を困難にしていた。本発明の一態様では、微細で均一な鋳造組織を有する鋳造材を作製することによりこれまで困難であった鍛造成形等を可能にし、生産部品への適用の幅を広げることが期待できる。
【００３８】
また、本発明の一態様では、マグネシウム合金の鋳造時に外部磁場を印加することによって、溶湯１００を攪拌し、凝固時の結晶粒成長を抑制する。これにより鋳造材の結晶粒を微細化すると共に、均一な組織にすることが可能となる。更に、印加する磁場の向きをある時間内で反転を繰り返すことにより、溶湯１００の攪拌する向きを従来の一方方向のみではなく、双方向に攪拌することが可能となる。これによりビレット中心部に鋳造欠陥の少ない良好な鋳造材を取得することが出来る。鋳造ビレットの結晶粒を微細化することにより、押出しや鍛造等の塑性加工性を向上させることが可能となる。また、長周期積層構造相によって強化されるマグネシウム合金では、鋳造組織を微細化することにより、溶体化処理の効率が向上し、コストダウンに繋がる。
【００３９】
また、本発明の一態様である、鋳造中に一方方向のみの攪拌を行うことにより結晶粒の微細化を実施するような場合は、最も鋳造欠陥の発生し易いビレット中心部と攪拌による渦中心が一致することにより強く攪拌した場合にはビレットの中心部に欠陥が生じて健全なビレットの取得が困難なことがある。その為に強い攪拌が出来ずに微細化材を併用する等の対策が必要であり、コストアップの要因の一つとなることがある。
これに対し、本発明の一態様では、攪拌の方向を一方方向のみではなく相互方向とすることにより、攪拌による渦中心に逆回転が加わり渦中心への溶湯１００の流込を促すことによって鋳造欠陥を抑制することが可能となる。これにより健全なビレットを取得することが可能となると供に、より強磁場を印加することが可能となるためにＺｒ等の微細化材を使用することなく微細な鋳造組織を有する鋳造ビレットを取得することが可能となる。
【００４０】
（第２の実施形態）
図２（Ａ）は、本発明の一態様に係る鋳造装置の一部を模式的に示す断面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す２Ｂ−２Ｂ線の断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４１】
メタル受け内筒１０２には、湯面１００ａ近傍に位置する第１の邪魔板１２１が配置されている。第１の邪魔板１２１は、鋳型１０６内の溶湯１００の周方向の回転力が湯面１００ａに伝わりにくくするためのものであり、第１の邪魔板１２１の板面が溶湯の回転方向に対して垂直に配置されている。
【００４２】
本実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、第１の邪魔板１２１をメタル受け内筒１０２に配置するため、メタル受け内筒１０２内で溶湯１００に回転力が発生しても、その回転力を第１の邪魔板１２１によって弱めることができる。これにより、溶湯１００の湯面１００ａが強く攪拌や回転することをより確実に抑制することができる。
【００４３】
（第３の実施形態）
図２（Ｃ）は、本発明の一態様に係る鋳造装置の一部を模式的に示す断面図であり、図２（Ｄ）は、図２（Ｃ）に示す２Ｄ−２Ｄ線の断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４４】
メタル受け内筒１０２には、湯面１００ａ近傍に位置する第１〜第４の邪魔板１２１〜１２４が配置されている。第１〜第４の邪魔板１２１〜１２４は、鋳型１０６内の溶湯１００の周方向の回転力が湯面１００ａに伝わりにくくするためのものであり、第１〜第４の邪魔板１２１それぞれの板面が溶湯の回転方向に対して垂直に配置されている。
【００４５】
本実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、第１〜第４の邪魔板１２１〜１２４それぞれをメタル受け内筒１０２に配置するため、メタル受け内筒１０２内で溶湯１００に回転力が発生しても、その回転力を第１〜第４の邪魔板１２１〜１２４によって弱めることができる。これにより、溶湯１００の湯面１００ａが強く攪拌や回転することをより確実に抑制することができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、４枚の邪魔板をメタル受け内筒１０２に配置しているが、２枚、３枚または５枚以上の邪魔板をメタル受け内筒１０２に配置しても良い。
【実施例】
【００４７】
図１に示す鋳造装置を用いて以下の鋳造方法により実施例１，２及び比較例それぞれのマグネシウム合金ビレットを作製した。
【００４８】
（比較例）
比較例のマグネシウム合金ビレットの製造方法は以下のとおりである。
溶湯としては、溶融させた純Ｍｇに純Ｚｎおよび純Ｙを溶解し、十分攪拌することによって得られたＭｇ96Ｚｎ2Ｙ2（ａｔ％）合金の溶湯を用いた。鋳型１０６内での溶湯の水冷凝固時には攪拌を行わなかった。
【００４９】
（実施例１）
実施例１のマグネシウム合金ビレットの製造方法は以下のとおりである。
溶湯としては、比較例と同様のものを用いた。鋳型１０６内での溶湯の水冷凝固時には一方方向のみに電磁攪拌を行った。電磁攪拌機構１０８のマグネットは２極の回転磁界型を使用し、その出力は１０Ｈｚ、０〜１００Ａとし、その際の中心磁束密度は０〜５５０ガウス程度である。
【００５０】
（実施例２）
実施例２のマグネシウム合金ビレットの製造方法は以下のとおりである。
溶湯としては、比較例と同様のものを用いた。鋳型１０６内での溶湯の水冷凝固時には双方向に（一方方向とその逆方向を交互に）電磁攪拌を行った。電磁攪拌機構１０８のマグネットは実施例１と同様のものを使用し、その出力は実施例１と同様とし、その際の中心磁束密度は実施例１と同様である。
【００５１】
図３は、比較例のマグネシウム合金ビレットの中央を縦に切断した断面の写真であり、図４は、実施例１のマグネシウム合金ビレットの中央を縦に切断した断面の写真であり、図５は、実施例２のマグネシウム合金ビレットの中央を縦に切断した断面の写真である。
【００５２】
図３〜図５に示すように、印加する磁場の向きの反転を繰り返した実施例２のビレットでは、溶湯の攪拌する向きを一方方向のみとして実施例１に比べて、ビレット中心部に鋳造欠陥の少ない良好な鋳造材を取得することが出来た。
【００５３】
図６は、比較例のマグネシウム合金ビレットのマクロ組織の写真であり、図７は、実施例１のマグネシウム合金ビレットのマクロ組織の写真であり、図８は、実施例２のマグネシウム合金ビレットのマクロ組織の写真である。図９は、図６より拡大した比較例のマクロ組織の写真であり、図１０は、図７より拡大した実施例１のマクロ組織の写真であり、図１１は、図８より拡大した実施例２のマクロ組織の写真である。図１２は、比較例のマグネシウム合金ビレットの中心部のミクロ組織の写真であり、図１３は、実施例１のマグネシウム合金ビレットの中心部のミクロ組織の写真であり、図１４は、実施例２のマグネシウム合金ビレットの中心部のミクロ組織の写真である。
【００５４】
図６〜図１４によれば、攪拌の方向を一方方向のみではなく相互方向とした実施例２では、攪拌による渦中心に逆回転が加わり渦中心への溶湯の流込を促すことによって鋳造欠陥を抑制することが出来た。
【符号の説明】
【００５５】
１００…溶湯
１００ａ…湯面
１０１…溶湯導入機構
１０２…メタル受け内筒
１０３…蓋
１０４…加熱コイル
１０６…鋳型（モールド）
１０７…一次冷却機構
１０８…電磁攪拌機構（電磁攪拌コイル）
１０９…下型
１１０…凝固金属
１１２…二次冷却機構
１２１…第１の邪魔板
１２２…第２の邪魔板
１２３…第３の邪魔板
１２４…第４の邪魔板
ｄ…メタル受け内筒の内径
Ｄ…鋳型の内径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造装置、鋳造方法及びマグネシウム合金ビレットの製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５は、従来の鋳造装置を示す縦断面図である。
連続鋳造装置１は、タンディッシュ３を配置したライニングテーブル５と、鋳型７と、電磁誘導撹拌機（磁界発生部）９と、冷却水ジャケット１１と、冷却水テーブル１３と、受台１５とを備えている。尚、鋳型７の外周に配置されているのは入れ子１７である。
【０００３】
タンディッシュ３にはマグネシウム合金溶湯が収納されており、溶湯をタンディッシュ３から鋳型７に注入し、鋳型７で一方方向に回転力を加えて電磁誘導撹拌した後、冷却水ジャケット１１から噴出する冷却水により冷却して溶湯を凝固させつつ受台１５で引き出して、マグネシウム合金を連続鋳造する（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
上記従来の鋳造装置では、マグネシウム合金溶湯を収納するダンディッシュ３の直径が鋳型７の直径より大きく形成されている。このため、鋳型７内の溶湯に一方方向の回転力を加えると、その回転力がダンディッシュ３内の溶湯に伝わりやすく、ダンディッシュ３内の溶湯も一方方向に強く回転してしまう。そして、ダンディッシュ３に収納された溶湯の湯面が強く回転することで、その湯面から介在物や雰囲気中のガス等を反応しやすいマグネシウム合金の溶湯内に巻き込んでしまう量が多くなる。その結果、鋳造されたマグネシウム合金中に介在物が増加するという課題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６２５８８号公報（段落［０００９］及び図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一態様は、溶湯の湯面から介在物や雰囲気中のガス等が巻き込まれる量を低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、溶湯を受ける受け部と、前記受け部の下に配置され、前記受け部から前記溶湯が導入される鋳型と、前記鋳型の外周の外側に配置され、前記鋳型に導入された溶湯を攪拌する電磁誘導攪拌機構と、前記鋳型内で凝固された金属を前記鋳型の下方の外側に移動させる移動機構と、を具備し、前記受け部の内径は、前記鋳型の内径より小さいことを特徴とする鋳造装置である。
【０００８】
本発明の一態様によれば、受け部の内径を鋳型の内径より小さく形成して溶湯の湯面の表面積を小さくしているため、鋳型に導入された溶湯を電磁誘導攪拌機構によって攪拌した際に、その攪拌力が受け部内の溶湯に伝わりにくくなり、受け部内の溶湯が鋳型内のように強く攪拌されることを抑制できる。その結果、受け部内の溶湯の湯面が強く攪拌されることがなく、溶湯の湯面から介在物や雰囲気中のガス等が巻き込まれる量を低減することができる。
【０００９】
また、本発明の一態様において、前記電磁誘導攪拌機構は、前記鋳型内の前記溶湯を周方向に回転させる機構であっても良い。
また、本発明の一態様において、前記受け部内に配置された少なくとも一枚の邪魔板をさらに具備し、前記少なくとも一枚の邪魔板は、前記受け部内の前記溶湯の回転を阻害するものであることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の一態様において、前記電磁誘導攪拌機構は、前記鋳型内の前記溶湯を一方の周方向とその逆の周方向に交互に回転させる機構であることが好ましい。これにより、溶湯の湯面の流速を抑えることができる。
【００１１】
本発明の一態様は、受け部に溶湯を導入し、前記受け部内の溶湯を、前記受け部の下に配置された鋳型に導入し、前記鋳型に導入された溶湯を電磁誘導攪拌機構によって攪拌し、前記鋳型内で凝固された金属を前記鋳型の下方の外部に引き出す鋳造方法であって、前記受け部の内径は、前記鋳型の内径より小さいことを特徴とする鋳造方法である。
【００１２】
また、本発明の一態様において、前記電磁誘導攪拌機構によって攪拌する際、前記鋳型に導入された溶湯を周方向に回転させることも可能である。
また、本発明の一態様において、前記溶湯を周方向に回転させる際、前記受け部内に配置された少なくとも一枚の邪魔板によって前記受け部内の前記溶湯の回転を阻害することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の一態様において、前記電磁誘導攪拌機構によって攪拌する際、前記鋳型に導入された溶湯を一方の周方向とその逆の周方向に交互に回転させることが好ましい。
【００１４】
本発明の一態様は、受け部に溶湯を導入し、前記受け部内の溶湯を、前記受け部の下に配置された鋳型に導入し、前記鋳型に導入された溶湯を電磁誘導攪拌機構によって攪拌し、前記鋳型内で凝固された金属を前記鋳型の下方に引き出すマグネシウム合金ビレットの製造方法であって、前記受け部の内径は、前記鋳型の内径より小さいことを特徴とするマグネシウム合金ビレットの製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様を適用することで、溶湯の湯面から介在物や雰囲気中のガス等が巻き込まれる量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一態様に係る鋳造装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】（Ａ）は本発明の一態様に係る鋳造装置の一部を模式的に示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示す２Ｂ−２Ｂ線の断面図、（Ｃ）は本発明の一態様に係る鋳造装置の一部を模式的に示す断面図、（Ｄ）は（Ｃ）に示す２Ｄ−２Ｄ線の断面図である。
【図３】比較例のマグネシウム合金ビレットの中央を縦に切断した断面の写真である。
【図４】実施例１のマグネシウム合金ビレットの中央を縦に切断した断面の写真である。
【図５】実施例２のマグネシウム合金ビレットの中央を縦に切断した断面の写真である。
【図６】比較例のマグネシウム合金ビレットのマクロ組織の写真である。
【図７】実施例１のマグネシウム合金ビレットのマクロ組織の写真である。
【図８】実施例２のマグネシウム合金ビレットのマクロ組織の写真である。
【図９】図６より拡大した比較例のマクロ組織の写真である。
【図１０】図７より拡大した実施例１のマクロ組織の写真である。
【図１１】図８より拡大した実施例２のマクロ組織の写真である。
【図１２】比較例のマグネシウム合金ビレットの中心部のミクロ組織の写真である。
【図１３】実施例１のマグネシウム合金ビレットの中心部のミクロ組織の写真である。
【図１４】実施例２のマグネシウム合金ビレットの中心部のミクロ組織の写真である。
【図１５】従来の鋳造装置を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の一態様に係る鋳造装置の構成を模式的に示す断面図である。
この鋳造装置は、溶湯１００を導入する機構１０１と、この機構１０１から溶湯１００が導入される受け部としてのメタル受け内筒１０２を有している。溶湯１００を導入する機構１０１は溶解炉（図示せず）に接続されている。この機構１０１は、前記溶解炉で溶融した溶湯１００をメタル受け内筒１０２に導入するものである。この溶湯１００は、酸化しやすい金属又は酸化しやすい元素を含有する金属の溶湯であり、例えば希土類元素を含有するマグネシウム合金、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの溶湯である。
【００１９】
メタル受け内筒１０２は円筒形状の部分を有し、その内径は例えば１４０ｍｍである。メタル受け内筒１０２の外側には加熱コイル１０４が配置されている。加熱コイル１０４は、メタル受け内筒１０２内に導入された溶湯の温度を一定に保持するための温度調節機構であり、溶湯が保持温度より低い場合は加熱コイルによって加熱され、溶湯の温度が一定に保持される。
【００２０】
メタル受け内筒１０２の上方には蓋１０３が配置されており、メタル受け内筒１０２内の溶湯１００を密封することができるようになっている。また、この鋳造装置は、メタル受け内筒１０２内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入機構（図示せず）を有しており、この不活性ガス導入機構によってメタル受け内筒１０２内を不活性ガス雰囲気に保持できるようになっている。
【００２１】
メタル受け内筒１０２の下には鋳型（モールド）１０６が配置されており、鋳型１０６はメタル受け内筒１０２に繋げられて連結されている。この連結された部分は密閉されるように構成されている。鋳型１０６は円筒形状の部分を有し、その内径は例えば２００ｍｍである。メタル受け内筒１０２の内径は、鋳型１０６の内径より小さい。これにより、溶湯１００の湯面１００ａの表面積を小さくすることができ、その結果、湯面１００ａに発生する介在物の量を極力減らすことができる。
メタル受け内筒１０２の内径ｄと鋳型１０６の内径Ｄとの関係は、下記式（１）を満たし、より好ましくは下記式（２）を満たすものである。
０．２≦ｄ／Ｄ≦０．９ ・・・（１）
０．５≦ｄ／Ｄ≦０．８ ・・・（２）
上記式（１）、（２）において下限を設けている理由は、メタル受け内筒１０２の内径ｄが小さすぎるとメタル受け内筒１０２に保持できる溶湯１００の量が減るため、メタル受け内筒１０２に次から次へと溶湯１００が流れ込み、メタル受け内筒１０２内の溶湯１００の温度の均一性が保てなくなるためである。
【００２２】
鋳型１０６には一次冷却機構１０７が設けられており、この一次冷却機構１０７は鋳型１０６の外側に水などの冷媒を通すことにより鋳型１０６を冷却し、その結果、鋳型１０６内に導入された溶湯１００を冷却する機構である。
【００２３】
鋳型１０６の外周の外側には電磁攪拌機構（電磁攪拌コイル）１０８が配置されており、この電磁攪拌コイル１０８は鋳型を覆っている。電磁攪拌機構１０８は、鋳型１０６に導入された溶湯１００を攪拌する機構であり、例えば鋳型１０６内の溶湯１００を周方向に回転させる機構であり、好ましくは鋳型１０６内の溶湯を一方の周方向とその逆の周方向に交互に回転させる機構である。このように交互に回転させることで、溶湯１００の湯面１００ａの流速を抑えることができる。
なお、電磁攪拌コイル１０８によって形成される磁束は、溶湯１００の湯面１００ａからなるべく離れていることが好ましい。これにより、鋳造時に湯面１００ａを荒らさないようにすることができる。例えば、電磁攪拌機構１０８を上下移動させる移動装置（図示せず）を設け、この移動装置によって電磁攪拌機構１０８を鋳型１０６の下方に移動させて鋳型１０６の下方で磁束を形成すること、または移動装置によって電磁攪拌機構１０８を上下に移動させながら磁束を形成すること、または電磁攪拌機構１０８を上下に移動させながら磁束を鋳型１０６の下方で強く形成することにより、湯面が荒れないような湯面と磁束の位置関係を築くことができる。また、電磁攪拌機構１０８内に独立して制御できるコイルを複数個上下に配置した多層式のコイルを用い、鋳型の下方のコイルのみによって磁束を発生させること、または磁束が鋳型１０６の上下に移動するように形成すること、または磁束が鋳型１０６の上下に移動するように形成し且つ磁束を鋳型１０６の下方で強く形成することにより、鋳造時に湯面１００ａを荒らさないようにすることができる。
【００２４】
この鋳造装置は、鋳型１０６内で凝固された金属１１０を鋳型１０６の下方の外側に移動させる移動機構を有している。この移動機構は、鋳型１０６の下方に配置された下型１０９と、この下型１０９を昇降させる昇降テーブル（図示せず）を有している。
【００２５】
下型１０９の面の形状は例えば円形又は多角形等の種々の形状を用いることができる。下型１０９は、下型１０９を鋳型１０６に連結した際の連結部が密閉されるように構成されている。
【００２６】
前記昇降テーブルは、下型１０９を鋳型１０６から遠ざかる方向である下方に移動させ、且つ下型１０９を鋳型１０６に近づける方向である上方に移動させる機構である。また、鋳型１０６には、さらに二次冷却機構１１２が配置されており、この二次冷却機構１１２によって凝固された金属１１０が冷却されるようになっている。
【００２７】
また、この鋳造装置は、前述したメタル受け内筒１０２の上方の蓋１０３を閉じて、下型１０９と鋳型１０６とを密閉して連結させることにより、蓋１０３、メタル受け内筒１０２、鋳型１０６及び下型１０９によって作られる内部空間を真空ポンプ（図示せず）によって真空排気する真空排気機構を有しているとともに、この内部空間に不活性ガス、例えばＡｒガスを導入する不活性ガス導入機構（図示せず）を有している。不活性ガスは、溶融している金属、あるいは、合金に含まれている元素と反応しないガスのことである。例えば、マグネシウムに対しては、Ａｒガスと窒素ガスの混合ガスであってもよい。
【００２８】
次に、本発明の一態様に係る鋳造方法について図１を参照しつつ説明する。ここで用いる溶湯１００は、例えば希土類元素を含有するマグネシウム合金である。
【００２９】
蓋１０３を閉じ、下型１０９を昇降テーブルによって上昇させて前述した内部空間を密閉状態にし、前述した真空排気機構によって内部空間を真空排気する。これにより、内部空間の酸素や水分（Ｈ２Ｏ）が除去される。また、真空排気する際に内部空間を温度上昇させることによって真空度を高め易くする効果が期待でき、効果的に真空排気を実施することが可能となる。この後、不活性ガス導入機構によって内部空間に不活性ガスを導入する。これにより、内部空間は不活性ガス雰囲気（例えばＡｒガス雰囲気）に置換される。この置換された内部空間の圧力は、大気圧又は大気圧に近い圧力であることが好ましい。
【００３０】
このように酸素を除去して不活性ガス雰囲気にする理由は、マグネシウム合金の溶湯１００を内部空間に導入した際に酸素によってマグネシウム合金が燃焼するのを防止するためである。詳細には、内部空間を密閉系にすることで、内部空間に酸素が供給されなくなり、原理的に燃焼（酸化）を起こりにくくすることができる。ただし、真空中ではマグネシウムが蒸発してしまうため、不活性ガスを内部空間に充満させることで、マグネシウムの蒸発を防ぎ、酸化も抑制することができる。また、希土類元素などの高価な金属元素の酸化を抑えることができ、その結果、コスト低減効果が期待できる。
【００３１】
また、水分を除去する理由は、水分はマグネシウムと激しく反応してマグネシウム合金を酸化させ、Ｈ２ガスを発生させ、またマグネシウム合金に水素が含有されてしまうため、水分を除去すれば水分とマグネシウムとの反応を防止することができるからである。
【００３２】
この後、溶解炉で溶融した溶湯１００を、不活性ガス雰囲気に置換されたメタル受け内筒１０２に溶湯導入機構１０１によって導入する。この導入された溶湯１００によりメタル受け内筒１０２を満たし、鋳型１０６内に溶湯１００を導入する。この導入した溶湯１００を、一次冷却機構１０７によって冷却された鋳型１０６の内面側から冷却し、凝固が開始される。このように溶湯１００が凝固している最中に、溶湯１００を電磁誘導攪拌機構１０８によって鋳型１０６の一方の周方向とその逆の周方向に交互に回転させることで攪拌する。なお、本発明の一態様では、溶湯を電磁誘導攪拌機構１０８によって鋳型１０６の一方の周方向とその逆の周方向に交互に回転させて攪拌しているが、一方方向の周方向のみに回転させても良いし、その他の方法で攪拌しても良い。
【００３３】
次いで、下型１０９を昇降テーブルによって所定の速度で下降させる。これにより、下型１０９上にマグネシウム合金ビレットが形成される。
【００３４】
上述したように溶湯導入機構１０１によって溶湯１００を導入することと下型１０９を下降させることを連続的に行うことにより、所定の長さのマグネシウム合金ビレットを製造することができる。なお、マグネシウム合金ビレットを製造している間（鋳造中）は不活性ガスを内部空間に供給し続けることが好ましい。これにより、湯面１００ａに発生する介在物の量を極力減らすことができる。
【００３５】
本発明の一態様によれば、鋳型１０６内の溶湯１００を攪拌させながら凝固させることにより、凝固する金属の結晶粒成長を分断しながら凝固を進めることができる。これにより、凝固した金属の組織を微細化させることができる。
【００３６】
また、本発明の一態様に係る鋳造装置では、メタル受け内筒１０２の内径を鋳型１０６の内径より小さくして湯面１００ａの表面積を小さく形成しているため、鋳型１０６内の溶湯１００を攪拌させても、その攪拌力がメタル受け内筒１０２内の溶湯１００に伝わりにくくすることができる。その結果、メタル受け内筒１０２の溶湯１００が強く攪拌されることを抑制でき、メタル受け内筒１０２内の溶湯１００の湯面１００ａが強く攪拌や回転することを抑制できる。従って、その湯面１００ａから介在物や雰囲気中のガス等を反応しやすい金属の溶湯１００内に巻き込む量を少なくすることができ、鋳造されたマグネシウム合金ビレット中に含まれる介在物を低減することができる。
また、溶湯１００が凝固している最中に、溶湯１００を電磁誘導攪拌機構１０８によって鋳型１０６の一方の周方向とその逆の周方向に交互に回転させることで、湯面１００ａの流速を抑えることができる。その結果、湯面１００ａを荒らさないようにすることができる。
【００３７】
ところで、近年、環境負荷ガス排出量低減要求が高まり自動車や航空機に代表される輸送機器には更なるエネルギー効率の向上が求められている。そんな中で実用金属中最も軽いマグネシウムは非常に高い注目を集めながらも、広く普及するに至っていない。その原因の一つとして塑性加工性が他の実用金属と比較して著しく劣っており、製品への適用を困難にしていた。本発明の一態様では、微細で均一な鋳造組織を有する鋳造材を作製することによりこれまで困難であった鍛造成形等を可能にし、生産部品への適用の幅を広げることが期待できる。
【００３８】
また、本発明の一態様では、マグネシウム合金の鋳造時に外部磁場を印加することによって、溶湯１００を攪拌し、凝固時の結晶粒成長を抑制する。これにより鋳造材の結晶粒を微細化すると共に、均一な組織にすることが可能となる。更に、印加する磁場の向きをある時間内で反転を繰り返すことにより、溶湯１００の攪拌する向きを従来の一方方向のみではなく、双方向に攪拌することが可能となる。これによりビレット中心部に鋳造欠陥の少ない良好な鋳造材を取得することが出来る。鋳造ビレットの結晶粒を微細化することにより、押出しや鍛造等の塑性加工性を向上させることが可能となる。また、長周期積層構造相によって強化されるマグネシウム合金では、鋳造組織を微細化することにより、溶体化処理の効率が向上し、コストダウンに繋がる。
【００３９】
また、本発明の一態様である、鋳造中に一方方向のみの攪拌を行うことにより結晶粒の微細化を実施するような場合は、最も鋳造欠陥の発生し易いビレット中心部と攪拌による渦中心が一致することにより強く攪拌した場合にはビレットの中心部に欠陥が生じて健全なビレットの取得が困難なことがある。その為に強い攪拌が出来ずに微細化材を併用する等の対策が必要であり、コストアップの要因の一つとなることがある。
これに対し、本発明の一態様では、攪拌の方向を一方方向のみではなく相互方向とすることにより、攪拌による渦中心に逆回転が加わり渦中心への溶湯１００の流込を促すことによって鋳造欠陥を抑制することが可能となる。これにより健全なビレットを取得することが可能となると供に、より強磁場を印加することが可能となるためにＺｒ等の微細化材を使用することなく微細な鋳造組織を有する鋳造ビレットを取得することが可能となる。
【００４０】
（第２の実施形態）
図２（Ａ）は、本発明の一態様に係る鋳造装置の一部を模式的に示す断面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す２Ｂ−２Ｂ線の断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４１】
メタル受け内筒１０２には、湯面１００ａ近傍に位置する第１の邪魔板１２１が配置されている。第１の邪魔板１２１は、鋳型１０６内の溶湯１００の周方向の回転力が湯面１００ａに伝わりにくくするためのものであり、第１の邪魔板１２１の板面が溶湯の回転方向に対して垂直に配置されている。
【００４２】
本実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、第１の邪魔板１２１をメタル受け内筒１０２に配置するため、メタル受け内筒１０２内で溶湯１００に回転力が発生しても、その回転力を第１の邪魔板１２１によって弱めることができる。これにより、溶湯１００の湯面１００ａが強く攪拌や回転することをより確実に抑制することができる。
【００４３】
（第３の実施形態）
図２（Ｃ）は、本発明の一態様に係る鋳造装置の一部を模式的に示す断面図であり、図２（Ｄ）は、図２（Ｃ）に示す２Ｄ−２Ｄ線の断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４４】
メタル受け内筒１０２には、湯面１００ａ近傍に位置する第１〜第４の邪魔板１２１〜１２４が配置されている。第１〜第４の邪魔板１２１〜１２４は、鋳型１０６内の溶湯１００の周方向の回転力が湯面１００ａに伝わりにくくするためのものであり、第１〜第４の邪魔板１２１それぞれの板面が溶湯の回転方向に対して垂直に配置されている。
【００４５】
本実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、第１〜第４の邪魔板１２１〜１２４それぞれをメタル受け内筒１０２に配置するため、メタル受け内筒１０２内で溶湯１００に回転力が発生しても、その回転力を第１〜第４の邪魔板１２１〜１２４によって弱めることができる。これにより、溶湯１００の湯面１００ａが強く攪拌や回転することをより確実に抑制することができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、４枚の邪魔板をメタル受け内筒１０２に配置しているが、２枚、３枚または５枚以上の邪魔板をメタル受け内筒１０２に配置しても良い。
【実施例】
【００４７】
図１に示す鋳造装置を用いて以下の鋳造方法により実施例１，２及び比較例それぞれのマグネシウム合金ビレットを作製した。
【００４８】
（比較例）
比較例のマグネシウム合金ビレットの製造方法は以下のとおりである。
溶湯としては、溶融させた純Ｍｇに純Ｚｎおよび純Ｙを溶解し、十分攪拌することによって得られたＭｇ96Ｚｎ2Ｙ2（ａｔ％）合金の溶湯を用いた。鋳型１０６内での溶湯の水冷凝固時には攪拌を行わなかった。
【００４９】
（実施例１）
実施例１のマグネシウム合金ビレットの製造方法は以下のとおりである。
溶湯としては、比較例と同様のものを用いた。鋳型１０６内での溶湯の水冷凝固時には一方方向のみに電磁攪拌を行った。電磁攪拌機構１０８のマグネットは２極の回転磁界型を使用し、その出力は１０Ｈｚ、０〜１００Ａとし、その際の中心磁束密度は０〜５５０ガウス程度である。
【００５０】
（実施例２）
実施例２のマグネシウム合金ビレットの製造方法は以下のとおりである。
溶湯としては、比較例と同様のものを用いた。鋳型１０６内での溶湯の水冷凝固時には双方向に（一方方向とその逆方向を交互に）電磁攪拌を行った。電磁攪拌機構１０８のマグネットは実施例１と同様のものを使用し、その出力は実施例１と同様とし、その際の中心磁束密度は実施例１と同様である。
【００５１】
図３は、比較例のマグネシウム合金ビレットの中央を縦に切断した断面の写真であり、図４は、実施例１のマグネシウム合金ビレットの中央を縦に切断した断面の写真であり、図５は、実施例２のマグネシウム合金ビレットの中央を縦に切断した断面の写真である。
【００５２】
図３〜図５に示すように、印加する磁場の向きの反転を繰り返した実施例２のビレットでは、溶湯の攪拌する向きを一方方向のみとして実施例１に比べて、ビレット中心部に鋳造欠陥の少ない良好な鋳造材を取得することが出来た。
【００５３】
図６は、比較例のマグネシウム合金ビレットのマクロ組織の写真であり、図７は、実施例１のマグネシウム合金ビレットのマクロ組織の写真であり、図８は、実施例２のマグネシウム合金ビレットのマクロ組織の写真である。図９は、図６より拡大した比較例のマクロ組織の写真であり、図１０は、図７より拡大した実施例１のマクロ組織の写真であり、図１１は、図８より拡大した実施例２のマクロ組織の写真である。図１２は、比較例のマグネシウム合金ビレットの中心部のミクロ組織の写真であり、図１３は、実施例１のマグネシウム合金ビレットの中心部のミクロ組織の写真であり、図１４は、実施例２のマグネシウム合金ビレットの中心部のミクロ組織の写真である。
【００５４】
図６〜図１４によれば、攪拌の方向を一方方向のみではなく相互方向とした実施例２では、攪拌による渦中心に逆回転が加わり渦中心への溶湯の流込を促すことによって鋳造欠陥を抑制することが出来た。
【符号の説明】
【００５５】
１００…溶湯
１００ａ…湯面
１０１…溶湯導入機構
１０２…メタル受け内筒
１０３…蓋
１０４…加熱コイル
１０６…鋳型（モールド）
１０７…一次冷却機構
１０８…電磁攪拌機構（電磁攪拌コイル）
１０９…下型
１１０…凝固金属
１１２…二次冷却機構
１２１…第１の邪魔板
１２２…第２の邪魔板
１２３…第３の邪魔板
１２４…第４の邪魔板
ｄ…メタル受け内筒の内径
Ｄ…鋳型の内径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯を受ける受け部と、
前記受け部の下に配置され、前記受け部から前記溶湯が導入される鋳型と、
前記鋳型の外周の外側に配置され、前記鋳型に導入された溶湯を攪拌する攪拌機構と、
前記鋳型内で凝固された金属を前記鋳型の下方の外側に移動させる移動機構と、
を具備し、
前記受け部の内径は、前記鋳型の内径より小さいことを特徴とする鋳造装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記攪拌機構は、前記鋳型内の前記溶湯を周方向に回転させる機構であることを特徴とする鋳造装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記受け部内に配置された少なくとも一枚の邪魔板をさらに具備し、
前記少なくとも一枚の邪魔板は、前記受け部内の前記溶湯の回転を阻害するものであることを特徴とする鋳造装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、
前記攪拌機構は、前記鋳型内の前記溶湯を一方の周方向とその逆の周方向に交互に回転させる機構であることを特徴とする鋳造装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、
前記溶湯は希土類元素を含有するマグネシウム合金であることを特徴とする鋳造装置。
【請求項６】
受け部に溶湯を導入し、
前記受け部内の溶湯を、前記受け部の下に配置された鋳型に導入し、
前記鋳型に導入された溶湯を攪拌しながら凝固させ、
前記鋳型内で凝固された金属を前記鋳型の下方の外部に引き出す鋳造方法であって、
前記受け部の内径は、前記鋳型の内径より小さいことを特徴とする鋳造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記溶湯を攪拌する際、前記鋳型に導入された溶湯を周方向に回転させることで攪拌することを特徴とする鋳造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記溶湯を周方向に回転させる際、前記受け部内に配置された少なくとも一枚の邪魔板によって前記受け部内の前記溶湯の回転を阻害することを特徴とする鋳造方法。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれか一項において、
前記溶湯を攪拌する際、前記鋳型に導入された溶湯を一方の周方向とその逆の周方向に交互に回転させることで攪拌することを特徴とする鋳造方法。
【請求項１０】
受け部に溶湯を導入し、
前記受け部内の溶湯を、前記受け部の下に配置された鋳型に導入し、
前記鋳型に導入された溶湯を攪拌しながら凝固させ、
前記鋳型内で凝固された金属を前記鋳型の下方に引き出すマグネシウム合金ビレットの製造方法であって、
前記受け部の内径は、前記鋳型の内径より小さいことを特徴とするマグネシウム合金ビレットの製造方法。
【請求項１】
溶湯を受ける受け部と、
前記受け部の下に配置され、前記受け部から前記溶湯が導入される鋳型と、
前記鋳型の外周の外側に配置され、前記鋳型に導入された溶湯を攪拌する攪拌機構と、
前記鋳型内で凝固された金属を前記鋳型の下方の外側に移動させる移動機構と、
を具備し、
前記受け部の内径は、前記鋳型の内径より小さいことを特徴とする鋳造装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記攪拌機構は、前記鋳型内の前記溶湯を周方向に回転させる機構であることを特徴とする鋳造装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記受け部内に配置された少なくとも一枚の邪魔板をさらに具備し、
前記少なくとも一枚の邪魔板は、前記受け部内の前記溶湯の回転を阻害するものであることを特徴とする鋳造装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、
前記攪拌機構は、前記鋳型内の前記溶湯を一方の周方向とその逆の周方向に交互に回転させる機構であることを特徴とする鋳造装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、
前記溶湯は希土類元素を含有するマグネシウム合金であることを特徴とする鋳造装置。
【請求項６】
受け部に溶湯を導入し、
前記受け部内の溶湯を、前記受け部の下に配置された鋳型に導入し、
前記鋳型に導入された溶湯を攪拌しながら凝固させ、
前記鋳型内で凝固された金属を前記鋳型の下方の外部に引き出す鋳造方法であって、
前記受け部の内径は、前記鋳型の内径より小さいことを特徴とする鋳造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記溶湯を攪拌する際、前記鋳型に導入された溶湯を周方向に回転させることで攪拌することを特徴とする鋳造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記溶湯を周方向に回転させる際、前記受け部内に配置された少なくとも一枚の邪魔板によって前記受け部内の前記溶湯の回転を阻害することを特徴とする鋳造方法。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれか一項において、
前記溶湯を攪拌する際、前記鋳型に導入された溶湯を一方の周方向とその逆の周方向に交互に回転させることで攪拌することを特徴とする鋳造方法。
【請求項１０】
受け部に溶湯を導入し、
前記受け部内の溶湯を、前記受け部の下に配置された鋳型に導入し、
前記鋳型に導入された溶湯を攪拌しながら凝固させ、
前記鋳型内で凝固された金属を前記鋳型の下方に引き出すマグネシウム合金ビレットの製造方法であって、
前記受け部の内径は、前記鋳型の内径より小さいことを特徴とするマグネシウム合金ビレットの製造方法。
【図１】
【図２】
【図１５】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図１５】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２００７３１（Ｐ２０１２−２００７３１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６４８４５（Ｐ２０１１−６４８４５）
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００２３１３５０）ジヤトコ株式会社 (899)
【出願人】（５０４１５９２３５）国立大学法人 熊本大学 (314)
【出願人】（５０８０８０６０９）不二ライトメタル株式会社 (2)
【出願人】（８０１００００５０）財団法人くまもとテクノ産業財団 (38)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００２３１３５０）ジヤトコ株式会社 (899)
【出願人】（５０４１５９２３５）国立大学法人 熊本大学 (314)
【出願人】（５０８０８０６０９）不二ライトメタル株式会社 (2)
【出願人】（８０１００００５０）財団法人くまもとテクノ産業財団 (38)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]