鋳造装置及び鋳造方法
【課題】プランジャスリーブに注入された溶湯に超音波振動を効率的に付加することができる鋳造装置を提供すること。
【解決手段】合金材の溶湯Ｘをプランジャスリーブ２１に注入しダイカスト製品を製造する鋳造装置１において、超音波振動を発生する超音波振動装置１００との連動によって超音波振動させるスリーブ部品（振動片２３）を設け、スリーブ部品（振動片２３）は、プランジャスリーブ２１の一部を構成すると共に、プランジャスリーブ２１への溶湯注入時に該溶湯Ｘに接触して超音波振動を付加する。
【解決手段】合金材の溶湯Ｘをプランジャスリーブ２１に注入しダイカスト製品を製造する鋳造装置１において、超音波振動を発生する超音波振動装置１００との連動によって超音波振動させるスリーブ部品（振動片２３）を設け、スリーブ部品（振動片２３）は、プランジャスリーブ２１の一部を構成すると共に、プランジャスリーブ２１への溶湯注入時に該溶湯Ｘに接触して超音波振動を付加する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
合金材の溶湯をプランジャスリーブに注入しダイカスト製品を製造する鋳造装置及び鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プランジャスリーブ内に給湯された溶湯に超音波振動を付加する鋳造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2006-346708号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の鋳造方法にあっては、プランジャスリーブの側面側から超音波振動を加えるものであるが、固定型に固定されたプランジャスリーブの下方側面にホーンが一体になった超音波振動子を取り付けている。そのため、プランジャスリーブの軸方向に沿って流れてきた溶湯に超音波振動を付加することになり、十分な振動効果を与えることはできなかった。
すなわち、超音波振動ホーンで振動効果を付与できる範囲は、ホーン先端部の周囲だけと限定的になっている。プランジャスリーブの軸方向に沿って流れてきた溶湯に超音波振動を付加する場合では、ホーン先端部近傍を流れる溶湯にしか振動効果を与えることができず、プランジャスリーブ内の溶湯に効率的に超音波振動を付加することは難しかった。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、プランジャスリーブに注入された溶湯に超音波振動を効率的に付加することができる鋳造装置及び鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では、合金材の溶湯をプランジャスリーブに注入しダイカスト製品を製造する鋳造装置において、
超音波振動を発生する超音波振動装置との連動によって超音波振動させるスリーブ部品を設け、
前記スリーブ部品は、前記プランジャスリーブの一部を構成すると共に、前記プランジャスリーブへの溶湯注入時に該溶湯に接触して超音波振動を付加することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
よって、本発明の鋳造装置では、前記プランジャスリーブの一部を構成するスリーブ部品が、プランジャスリーブへの溶湯注入時に接触して超音波振動することで、プランジャスリーブに注入される時に溶湯に超音波振動を付加する。このため、溶湯がプランジャスリーブの軸方向に沿って流れてしまう前に、効果的に超音波振動を付加することができ、十分な振動効果を与えることができる。つまり、溶湯注入時にこの溶湯に接触するスリーブ部品が超音波振動することになり、プランジャスリーブ内で振動効果を効率的に与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の鋳造装置を示す全体構造図である。
【図２Ａ】実施例１の鋳造装置の要部拡大図である。
【図２Ｂ】図２ＡにおけるＡ−Ａ断面図である。
【図３Ａ】実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(a)は溶湯汲み上げ手順を示し、(b)は溶湯搬送手順を示す。
【図３Ｂ】実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(c)は溶湯注入手順を示す。
【図３Ｃ】実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、 (d)は溶湯射出手順を示し、(e)は溶湯凝固手順を示す。
【図３Ｄ】実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(f)は型開き手順を示し、(g)は製品離型手順を示す。
【図４】アルミニウム-シリコン合金の状態図である。
【図５】ダイカスト製品におけるデンドライトサイズと引張り強さとの関係特性を示す図である。
【図６】デンドライトの微細化状態を示す説明図であり、(a)は多数のデンドライトが生成した場合を示し、(b)は生成したデンドライトが粉砕した場合を示す。
【図７】(a)は加振停止してから完全凝固するまでの時間とデンドライトサイズとの関係特性を示す図であり、(b)はホーンからの距離とデンドライトサイズとの関係特性を示す図である。
【図８】実施例２の鋳造装置の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の鋳造装置及び鋳造方法を実施するための形態を、図面に示す実施例１及び実施例２に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１０】
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の鋳造装置を示す全体構造図である。図２は、実施例１の鋳造装置の要部拡大図である。
【００１１】
実施例１の鋳造装置１は、図１に示すように、水平方向に溶湯Ｘを射出する横型ダイカストマシンであり、ラドル１０と、射出部２０と、金型３０と、超音波振動装置１００と、を備えている。
【００１２】
ラドル１０は、合金材の溶融金属である溶湯Ｘを、保持炉２（図３Ａ(a)参照）から一定量汲み上げ、射出部２０の給湯口２１ａまで運搬して注湯するものである。このラドル１０は、保持炉２から溶湯Ｘを汲み取った後、射出部２０の給湯口２１ａの上方まで移動し、角度を傾けて徐々に溶湯Ｘを射出部２０内に注ぎ込むように構成されている。
【００１３】
なお、合金材は、ここではアルミニウムにシリコンを含んだアルミニウム合金である。保持炉２では、シリコンを含んだアルミ合金を溶湯Ｘの状態で保持している。
【００１４】
射出部２０は、給湯口２１ｃから注ぎ込まれた溶湯Ｘを金型３０の中に高圧力を加えて圧入、すなわち射出するものである。この射出部２０は、金型３０に固定されたプランジャスリーブ２１と、プランジャスリーブ２１内を摺動するプランジャー２２と、を有している。
【００１５】
プランジャスリーブ２１は、スリーブ本体２１ａと、このスリーブ本体２１ａの側面に嵌合する振動片２３と、を有している。
【００１６】
スリーブ本体２１ａは、両端が開放した中空の筒形状を呈しており、一端部が金型３０に固定されると共に、この金型３０から突出した他端部近傍に上方に開放した給湯口２１ｃが形成されている。また、この給湯口２１ｃに対向する位置に振動片２３が嵌合する振動開口２１ｂが形成されている。さらに、このスリーブ本体２１ａは、金型３０の後述する湯道部３１ａに連通するように配置されている。このスリーブ本体２１ａは、ここでは熱間ダイス鋼のＳＫＤ６１により形成されている。
【００１７】
振動片２３は、超音波振動装置１００との連動によって超音波振動させられるスリーブ部品であり、スリーブ本体２１ａの外周面に沿う曲率で湾曲した板形状を呈している。そして、この振動片２３は、スリーブ本体２１ａの振動開口２１ｂに嵌合することで、このスリーブ本体２１ａと共にプランジャスリーブ２１を形成する。また、振動開口２１ｂは給湯口２１ｃに対向する位置に形成されているので、給湯口２１ｃから溶湯Ｘが注ぎ込まれた時、この溶湯Ｘは振動片２３の内側面２３ａに接触する。そして、この振動片２３の外面側２３ｂには、超音波振動装置１００の後述する超音波振動子１０１が固定されている。さらに、この振動片２３と振動開口２１ｂの間には、弾力性のあるシール材Ｓが設けられ、溶湯Ｘの漏れを防止する。この振動片２３は、ここでは、例えば窒化ケイ素やサイアロン等の耐熱衝撃性の高いセラミック材によって形成されている。なお、「セラミック材」とは、金属酸化物等を主原料として高温での熱処理によって焼き固めた材料であり、一般的に金属材よりも熱伝導率が低い。例えば、スリーブ本体２１ａを形成する熱間ダイス鋼ＳＫＤ６１の熱伝導率は３４W/(m・K)であり、窒化ケイ素の熱伝導率は１３W/(m・K)であり、サイアロンの熱伝導率は２７W/(m・K)である。
【００１８】
プランジャー２２は、プランジャスリーブ２１に嵌合するプランジャチップ２２ａと、このプランジャチップ２２ａを摺動するプランジャロッド２２ｂと、を有している。ここで、プランジャロッド２２ｂは、油圧又は電動で伸縮作動する射出シリンダー２２ｃによって駆動され、プランジャチップ２２ａと一体的にプランジャスリーブ２１の軸方向に沿って出入りする。
【００１９】
金型３０は、固定型３１と、可動型３２と、を有し、可動型３２が固定型３１に近接して型締めされたときに、各型３１,３２の合わせ面に形成されている凹凸によりキャビティ３３及びゲート３４が形成される。
【００２０】
固定型３１は、固定盤３５に固定されている。この固定盤３５には、プランジャスリーブ２１が挿入固定される貫通孔が形成されている。そして、固定型３１には、ゲート３４とプランジャスリーブ２１を連通する湯道部３１ａが形成されている。
【００２１】
可動型３２は、固定盤３５に対して近接離反する可動盤３６に固定され、可動盤３６と一体的に移動可能となっている。さらに、この可動型３２には、複数の押出しピン３７,…が設けられている。
【００２２】
各押出しピン３７は、キャビティ３３に溶湯Ｘを射出して製造されたダイカスト製品を金型３０から分離するものである。各押出しピン３７は、それぞれ可動型３２を貫通すると共に、先端面３７ａがキャビティ３３内に臨んでいる。そして、各押出しピン３７の基端部３７ｂは、キャビティ３３とは反対側の位置に設けられた押出し板３８に固定されている。この押出し板３８は、駆動機構３８ａによってキャビティ３３に対して離接動するものであり、複数の押出しピン３７,…を一斉に可動型３２から出没させる。
【００２３】
超音波振動装置１００は、超音波振動を発生する超音波振動子１０１と、この超音波振動子１０１を制御する振動制御部１０２と、を備えている。そして、超音波振動子１０１は、振動片２３の外周面に固定され、この振動片２３をプランジャスリーブ２１の径方向（図２では上下方向）に沿って振動させる。なお、振動片２３のプランジャスリーブ２１内に面した内側面２３ａが、超音波振動を放射する振動放射面となっている。
【００２４】
さらに、ここでは、超音波振動装置１００の超音波振動子１０１は、プランジャスリーブ２１内への溶湯Ｘの注入開始から、この溶湯Ｘが固相線温度以上に保たれている間の時間を最大時間として注入終了までの間、超音波振動を発生する。このとき、振動片２３は、超音波振動子１０１によって超音波振動させられるため、プランジャスリーブ２１内への溶湯Ｘの射出開始から、この溶湯Ｘが固相線温度以上に保たれている間の時間を最大時間として、注入が終了するまでの間プランジャスリーブ２１内の溶湯Ｘに超音波振動を付加するようになっている。すなわち、振動制御部１０２は、図示しない温度センサによって検出されたプランジャスリーブ２１内の溶湯温度が固相線温度以下になるか、所定量の溶湯Ｘを注入し終わるか、どちらか早い方までを基準として、超音波振動子１０１が超音波振動を発生するように制御する。
【００２５】
次に、実施例１の鋳造方法について説明する。
図３Ａは、実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(a)は溶湯汲み上げ手順を示し、(b)は溶湯搬送手順を示す。図３Ｂは、実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(c)は溶湯注入手順を示す。図３Ｃは、実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、 (d)は溶湯射出手順を示し、(e)は溶湯凝固手順を示す。図３Ｄは、実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(f)は型開き手順を示し、(g)は製品離型手順を示す。
【００２６】
実施例１の鋳造方法では、予め金型３０の可動型３２を固定型３１に近接させ、各型３１,３２の合わせ面にキャビティ３３及びゲート３４を形成しておく。また、保持炉２内には、合金材の溶湯Ｘを貯蔵しておく。
【００２７】
溶湯汲み上げ手順では、図３Ａ(a)に示すように、ラドル１０を水平状態から傾けて保持炉２内に浸漬し、ラドル１０内に必要な溶湯量を取り入れた後、ラドル１０を傾けて水平状態に戻し、保持炉２から引上げる。
【００２８】
溶湯運搬手順では、図３Ａ(b)に示すように、溶湯汲み上げ手順で汲み上げた溶湯Ｘをラドル１０内に保持したまま、このラドル１０をプランジャスリーブ２１の給湯口２１ａ上方まで移動し、溶湯Ｘを運搬する。
【００２９】
溶湯注入手順では、図３Ｂ(c)に示すように、ラドル１０の吐出口１０ａを給湯口２１ａに合わせ、ラドル１０を傾けて溶湯Ｘを射出部２０のプランジャスリーブ２１内に注ぎ込む。所定量の溶湯Ｘを注ぎ入れたら、ラドル１０を再び傾けて水平状態に戻し、保持炉２の上方に移動させて次のショットに備える。このとき、プランジャー２２は、プランジャスリーブ２１の端部位置に後退している。
【００３０】
一方、この注入開始と同時に超音波振動装置１００の振動制御部１０２はONとなり、超音波振動子１０１を駆動する。これにより、振動片２３が振動し、内側面２３ａから超音波振動が増幅放射される。
【００３１】
このとき、振動片２３が給湯口２１ａに対向する位置に設けられているので、この内側面２３ａがプランジャスリーブ２１内に注入された溶湯Ｘに接触し、この溶湯Ｘに超音波振動が付加される。
【００３２】
なお、この溶湯注入手順が、超音波振動を付加しながら、溶湯Ｘをプランジャスリーブ２１に注入する加振注入工程に相当する。
【００３３】
溶湯射出手順では、図３Ｃ(d)に示すように、溶湯注入手順での注湯が完了すると、即座に射出シリンダー２２ｃによってプランジャロッド２２ｂが駆動され、これに連結したプランジャチップ２２ａと共に高速で前進する。これにより、プランジャスリーブ２１内の溶湯Ｘは、固定型３１の湯道部３１ａ、ゲート３４を順に通り、キャビティ３３内に射出充填される。
【００３４】
溶湯凝固手順では、図３Ｃ(e)に示すように、キャビティ３３内の溶湯Ｘが凝固してダイカスト製品Ｙとなるまで所定時間型締めする。
【００３５】
この溶湯射出手順及び溶湯凝固手順が、注入工程で注入された溶湯Ｘをキャビティ３３内に射出し、凝固させてダイカスト製品Ｙを製造するダイカスト製造工程に相当する。
【００３６】
型開き手順では、図３Ｄ(f)に示すように、可動型３２を固定型３１から離間するように移動させ、型開きを行う。このとき、溶湯Ｘが凝固してできたダイカスト製品Ｙは、可動型３２側に密着した状態で、可動型３２と共に移動する。
【００３７】
製品離型手順では、図３Ｄ(g)に示すように、押出し板３８をキャビティ３３側に移動させ、複数の押出しピン３７,…は一斉に可動型３２から突出する。これにより、ダイカスト製品Ｙは可動型から分離し、排出される。
【００３８】
次に、作用を説明する。
まず、「ダイカスト製品の特性」の説明を行い、続いて、実施例１の鋳造装置における作用を、「超音波振動付加作用」、「デンドライト増加作用」、「デンドライト破砕作用」、「鋳造方法における特徴的作用」に分けて説明する。
【００３９】
[ダイカスト製品の特性]
図４は、アルミニウム-シリコン合金の状態図である。図５は、ダイカスト製品におけるデンドライトサイズと引張り強さとの関係特性を示す図である。図６は、デンドライトの微細化状態を示す説明図であり、(a)は多数のデンドライトが生成した場合を示し、(b)は生成したデンドライトが粉砕した場合を示す。図７は、(a)は加振停止してから完全凝固するまでの時間とデンドライトサイズとの関係特性を示す図であり、(b)はホーンからの距離とデンドライトサイズとの関係特性を示す図である。
【００４０】
図４において、Ｔａ-Ｃ曲線は液相線であり、Ｄ-Ｃ直線は固相線である。また、アルミニウム-シリコン合金は、液相線温度以上では液相になり、固相線温度以下では固相になり、液相線温度と固相線温度の間では液相と固相が共存（固液共存相）する。
【００４１】
一般的に、シリコン含有率がＣ点未満のアルミニウム合金からなるダイカスト製品の組織は、初晶α-Ａｌ固溶体のデンドライト結晶（以下、デンドライトという）と、共晶とで構成されている。
【００４２】
シリコンの配合割合がＡ％のアルミニウム-シリコン合金は、図４に示す点ａでは、液相線温度以上であるため液相、いわゆる溶湯Ｘの状態になる。このとき、デンドライト及び共晶はいずれも生成していない。
【００４３】
そして、温度を下げていくと、点ａは次第に下がっていき、液相線温度を下回るとデンドライトが生成し始める。そして、生成したデンドライトは、合金温度の低下と共に成長して次第に大きくなる。このとき生成する結晶はデンドライトのみである。
【００４４】
さらに温度を下げ、点ａが固相線温度を下回ると、α-Ａｌ結晶とＳｉ結晶との共晶がデンドライトの間に生成する。このとき生成する結晶は共晶であり、デンドライトの成長は停止する。
【００４５】
このように、アルミニウム合金では、デンドライトが最初に生成し、その後共晶が生成する。このため、最初に生成するデンドライトが微細なものであれば、その後に生成する共晶も同様に微細化する。すなわち、デンドライトの大きさが凝固後の結晶粒の大きさを決めることになる。
【００４６】
ここで、ダイカスト製品では、凝固組織（鋳造組織）が微細で均一なほど製品強度や靭性等の機械的性質が高くなることが知られている。したがって、凝固後の結晶粒の大きさを決めるデンドライトが微細であるほど、機械的性質は向上する（図５参照）。
【００４７】
このデンドライトを微細にするには、第一に、デンドライトの生成数を増すことにより、個々のデンドライトの成長を抑えて小さいままにすることが考えられる（図６(a)参照）。また、第二に、生成したデンドライトを破砕することにより、デンドライトサイズを縮小することが考えられる（図６(b)参照）。
【００４８】
デンドライトの生成数を増加するには、デンドライト生成前ないしはデンドライトの生成中の溶湯に超音波振動を付加し、溶湯内に無数のキャビテーションを発生させる。このキャビテーションがデンドライト生成を促進させる。
【００４９】
また、生成したデンドライトを破砕するには、デンドライト生成後の溶湯に超音波振動を付加し、超音波振動による振動をデンドライトに伝達する。この振動でデンドライトが破砕されて微細化する。なお、共晶が生成する固相線温度以下では、破砕したデンドライトを分散させることができないため、破砕効果を得ることはできない。
【００５０】
さらに、超音波振動を付加したことによる振動効果は、永続的ではない。つまり、溶湯への超音波振動の付加を停止した後、この溶湯が完全凝固するまでの間に時間がかかると、経過時間に比例して振動効果が薄れてしまい、生成するデンドライトサイズは大きなものとなる（図７(a)参照）。
【００５１】
また、溶湯内においてホーンから放出される超音波振動が伝達される範囲には限界があり、振動効果はホーンからの距離が近いほうが高くなる。つまり、ホーンからの距離が遠いほど、溶湯内に生成するデンドライトサイズは大きなものとなる（図７(b)参照）。
【００５２】
[超音波振動付加作用]
実施例１の鋳造装置１では、超音波振動を発生する超音波振動装置１００との連動によって超音波振動させるスリーブ部品となる振動片２３を設け、この振動片２３は、プランジャスリーブ２１の一部を構成すると共に、プランジャスリーブ２１への溶湯注入時にこの溶湯Ｘに接触して超音波振動を付加する。
【００５３】
このため、プランジャスリーブ２１に注ぎ込まれた溶湯Ｘは、注ぎ込まれるとほぼ同時に超音波振動が付加される。これにより、溶湯Ｘプランジャスリーブ１の軸方向に沿って流れる前に振動効果を与えることができる。つまり、超音波振動を伝達する超音波ホーンでは振動効果を付与できる範囲が限定的であるが、振動片２３がプランジャスリーブ２１への溶湯注入時にこの溶湯Ｘに接触することで、注入される溶湯Ｘに確実に超音波振動を付加することができる。
【００５４】
また、プランジャスリーブ２１の一部をスリーブ部品である振動片２３で構成することで、プランジャスリーブ２１の内側面から超音波振動が放射されることとなる。これにより、超音波振動を伝達する超音波ホーンをプランジャスリーブ２１内に挿入しなくても、プランジャスリーブ２１への溶湯注入時に超音波振動を付加することができる。
【００５５】
特に、実施例１の鋳造装置１では、振動片２３を固定型３５に固定されるスリーブ本体２１ａから分離して設けている。このため、振動片２３が固定型３５に固定されないので、固定型３５に固定されたスリーブ本体２１ａを振動させる場合よりも、確実で高い振動効果を得ることができる。
【００５６】
また、溶湯Ｘは、注入時の勢いによってプランジャスリーブ２１の内側面のうち、給湯口２１ａに対向する部分に衝突する。実施例１の鋳造装置１では、振動片２３をプランジャスリーブ２３の断面半径方向下方であって、溶湯Ｘを注入する給湯口２１ａに対向する位置に設けているので、注入時の勢いで給湯口２１ａに対向する部分に衝突する溶湯Ｘに確実に超音波振動を付加することができる。このため、効率的に振動効果を与えることができる。
【００５７】
さらに、実施例１の鋳造装置１では、溶湯Ｘに超音波振動を付加する振動片２３がセラミック材によって形成されている。セラミック材は、金属材と比較して熱伝導率が低く、溶湯Ｘが接触する内側面２３ａの温度低下が比較的ない。そのため、溶湯Ｘの保温効果が高く、溶湯Ｘがプランジャスリーブ２１に接触した際に生じてしまうデンドライト量を抑制することができる。これにより、溶湯Ｘ内に十分量のキャビテーションを発生させることができ、デンドライトの生成促進を図って結晶組織を微細化することができる。なお、熱伝導率の高い金属材（例えば、スリーブ本体２１ａを形成する熱間ダイス鋼ＳＫＤ６１等）によって振動片を形成した場合では、注入した溶湯内に生じるデンドライトが多すぎて、十分な振動効果を与えることができない。
さらに、セラミック材は、一般的に金属材よりも硬いため、振動子２３が超音波振動する際に生じる損耗（エロージョン）を防止することができる。また、セラミック材の中でも窒化ケイ素やサイアロンは耐熱衝撃性が高いため、高温の溶湯Ｘと接触して熱衝撃による破損を防止することができる。
【００５８】
また、実施例１の鋳造装置１では、超音波振動子１０１が振動片２３をプランジャスリーブ２１の径方向（図２では上下方向）に沿って振動させる。このため、振動片２３は、プランジャスリーブ２１の径方向に沿って溶湯Ｘに超音波振動を付加することになり、溶湯Ｘとプランジャスリーブ２１の内側面との接触部分に生成するデンドライト（表面チル層）を効率的に破砕することができ、結晶組織の微細化をさらに図ることができる。
[デンドライト増加作用]
実施例１の鋳造装置１では、超音波振動装置１００との連動によって超音波振動させる振動片２３が、プランジャスリーブ２１への溶湯Ｘの注入と同時に振動し始める。
【００５９】
すなわち、実施例１の鋳造装置１では、プランジャスリーブ２１に注入され、プランジャスリーブ２１内に充填しつつある溶湯Ｘに超音波振動を付加することになる。ここで、プランジャスリーブ２１に注入される溶湯Ｘの温度は、液相線温度以上の値になっている。そのため、デンドライト生成直前の溶湯Ｘ中にキャビテーションを多数生成することができ、これら多数のキャビテーションを核とする多数のデンドライトの生成を促進することができる。この結果、生成するデンドライトの成長を抑えて小さいままにすることができ、結晶組織の微細化を図ることができる。
【００６０】
[デンドライト破砕作用]
実施例１の鋳造装置１では、超音波振動装置１００との連動によって超音波振動させる振動片２３が、プランジャスリーブ２１へ注入された溶湯Ｘが固相線温度以上に保たれている間、超音波振動を付加する。
【００６１】
このため、プランジャスリーブ２１に注入された溶湯Ｘの温度が低下し、固相線温度近傍となっても、つまり、多数のデンドライトが生成した状態であっても、振動片２３から溶湯Ｘに超音波振動を付加することとなる。これにより、生成した多数のデンドライトに超音波振動が付加されることとなり、超音波振動が付加されたデンドライトは破砕されてさらに微細な結晶となって、結晶組織の微細化を図ることができる。
【００６２】
さらに、超音波振動を付加する時間を、溶湯Ｘの注入開始から、溶湯温度が固相線温度以上に保たれている間を最大時間に設定すれば、デンドライトの破砕を効果的に行うことができる間、確実に超音波振動を付加することになる。このため、結晶組織の微細化を効果的に行うことができて、省エネルギーとなる。
【００６３】
[鋳造方法における特徴的作用]
実施例１の鋳造方法では、上述のように、超音波振動を付加しながら、溶湯Ｘをプランジャスリーブ２１に注入する加振注入工程に相当する、溶湯注入手順を有している。
【００６４】
そのため、溶湯注入時に溶湯Ｘに加振することができ、プランジャスリーブ２１の軸方向に沿って流れてしまう溶湯Ｘに効率的に振動効果を与えることができる。つまり、溶湯Ｘ内にデンドライト生成時の核となるキャビテーションを多数発生させることができ、個々のデンドライトの成長を抑制し、結晶組織の微細化を図ることができる。
【００６５】
次に、効果を説明する。
実施例１の鋳造装置及び鋳造方法にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００６６】
(1) 合金材の溶湯Ｘをプランジャスリーブ２１に注入しダイカスト製品を製造する鋳造装置１において、超音波振動を発生する超音波振動装置１００との連動によって超音波振動させるスリーブ部品（振動片２３）を設け、前記スリーブ部品（振動片２３）は、前記プランジャスリーブ２１の一部を構成すると共に、前記プランジャスリーブ２１への溶湯注入時に該溶湯Ｘに接触して超音波振動を付加する構成とした。
このため、プランジャスリーブに注入された溶湯に超音波振動を効率的に付加することができる。
【００６７】
(2) 前記スリーブ部品（振動片２３）は、前記プランジャスリーブ２１から分離して設けた構成とした。
このため、上記(1)に記載の効果に加え、振動片２３が固定されず、確実で高い振動効果を得ることができる。
【００６８】
(3) 前記スリーブ部品（振動片２３）は、前記プランジャスリーブ２１の断面半径方向下方であって、前記溶湯Ｘを注入する給湯口２１ｃに対向する位置に設けた構成とした。
このため、上記(2)に記載の効果に加え、注入時の勢いで溶湯Ｘをスリーブ部品である振動片２３に衝突させることができ、確実に超音波振動を付加することができる。
【００６９】
(4) 前記スリーブ部品（振動片２３）は、セラミック材により形成した構成とした。
このため、上記(1)〜(3)に記載の効果に加え、溶湯Ｘがプランジャスリーブ２１に接触した際に生じてしまうデンドライト量を抑制することで、溶湯Ｘ内に十分量のキャビテーションを発生させてデンドライトの生成促進を図り、結晶組織を微細化できる。
【００７０】
(5) 前記スリーブ部品（振動片２３）は、前記プランジャスリーブ２１の径方向に沿って超音波振動を付加する構成とした。
このため、上記(1)〜(4)に記載の効果に加え、溶湯Ｘとプランジャスリーブ２１の内側面との接触部分に生成するデンドライト（表面チル層）を効率的に破砕することができ、結晶組織の微細化をさらに図ることができる。
【００７１】
(6) 前記スリーブ部品（振動片２３）は、前記プランジャスリーブ２１への前記溶湯Ｘの注入開始から、該溶湯Ｘが固相線温度以上に保たれている間の時間を最大時間として超音波振動を付加する構成とした。
このため、上記(1)〜(5)に記載の効果に加え、デンドライトの破砕を効果的に行うことができる間だけ超音波振動を付加することになり、結晶組織の微細化を効果的に行うことができて、省エネルギーとなる。
【００７２】
(7) 合金材の溶湯Ｘをプランジャスリーブ２１に注入しダイカスト製品を製造する鋳造方法において、超音波振動を付加しながら、前記溶湯Ｘをプランジャスリーブ２１に注入する加振注入工程（図３Ｂ(c)）と、前記加振注入工程（図３Ｂ(c)）で注入された前記溶湯Ｘをキャビティ３３内に射出し、凝固させてダイカスト製品を製造するダイカスト製造工程（図３Ｃ(d),(e)）と、を有する構成とした。
このため、プランジャスリーブに注入された溶湯に超音波振動を効率的に付加することができる。
【実施例２】
【００７３】
実施例２は、振動片２３がプランジャスリーブ２１の軸方向に沿って振動する例である。
【００７４】
まず、構成を説明する。
図８は、実施例２の鋳造装置の要部拡大図である。
【００７５】
この実施例２の鋳造装置における射出部２０Ａは、プランジャスリーブ２１とプランジャー２２と、を備え、プランジャスリーブ２１は振動片２３を有している。そして、この振動片２３には、超音波振動を発生する超音波振動子１０１が固定されている。
【００７６】
この超音波振動子１０１は、ここではプランジャスリーブ２１の軸方向（図８では左右方向）に沿って振動するため、振動片２３はプランジャスリーブ２１の軸方向に沿って振動する。
【００７７】
これにより、振動子２３は振動時にプランジャスリーブ２１の軸方向に沿って移動することになり、プランジャスリーブ２１の内部に入りこんでプランジャー２２のプランジャチップ２２ａが通過する領域に干渉することがない。すなわち、プランジャチップ２２の移動を阻害しない。
【００７８】
次に、効果を説明する。
実施例２の鋳造装置にあっては、上述の(1)〜(4)の効果に加え、下記に挙げる効果を得ることができる。
【００７９】
(8) 前記スリーブ部品（振動片２３）は、前記プランジャスリーブ２１の軸方向に沿って超音波振動を付加する構成とした。
このため、スリーブ部品である振動片２３が振動しても、プランジャヘッド２２ａの移動を阻害することがない。
【００８０】
以上、本発明の鋳造装置及び鋳造方法を実施例１及び実施例２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００８１】
実施例１及び実施例２では、鋳造装置を水平方向に溶湯Ｘを射出する横型ダイカストマシンとしたが、これに限られず、例えば鉛直方向に溶湯Ｘを射出する縦型ダイカストマシンであってもよい。
【００８２】
また、実施例１における合金材として、アルミニウム−シリコン合金としたがこれに限られず、マグネシウム合金、亜鉛合金、銅合金等の各種ダイカスト用合金であってもよい。
【００８３】
上記いずれの場合であっても、超音波振動装置との連動によって超音波振動させるスリーブ部品を設け、このスリーブ部品によって、プランジャスリーブ２１の一部を構成すると共に、プランジャスリーブ２１への溶湯注入時に溶湯に接触して超音波振動を付加ことで、結晶組織が微細化したダイカスト製品を製造することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ 鋳造装置
２ 保持炉
１０ ラドル
２０ 射出部
２１ プランジャスリーブ
２１ａ スリーブ本体
２１ｂ 振動開口
２１ｃ 給湯口
２２ プランジャー
２２ａ プランジャチップ
２２ｂ プランジャロッド
２３ 振動片（スリーブ部品）
３０ 金型
３１ 固定型
３２ 可動型
３３ キャビティ
１００ 超音波振動装置
１０１ 超音波振動子
１０２ 振動制御部
Ｘ 溶湯
Ｙ ダイカスト製品
【技術分野】
【０００１】
合金材の溶湯をプランジャスリーブに注入しダイカスト製品を製造する鋳造装置及び鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プランジャスリーブ内に給湯された溶湯に超音波振動を付加する鋳造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2006-346708号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の鋳造方法にあっては、プランジャスリーブの側面側から超音波振動を加えるものであるが、固定型に固定されたプランジャスリーブの下方側面にホーンが一体になった超音波振動子を取り付けている。そのため、プランジャスリーブの軸方向に沿って流れてきた溶湯に超音波振動を付加することになり、十分な振動効果を与えることはできなかった。
すなわち、超音波振動ホーンで振動効果を付与できる範囲は、ホーン先端部の周囲だけと限定的になっている。プランジャスリーブの軸方向に沿って流れてきた溶湯に超音波振動を付加する場合では、ホーン先端部近傍を流れる溶湯にしか振動効果を与えることができず、プランジャスリーブ内の溶湯に効率的に超音波振動を付加することは難しかった。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、プランジャスリーブに注入された溶湯に超音波振動を効率的に付加することができる鋳造装置及び鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では、合金材の溶湯をプランジャスリーブに注入しダイカスト製品を製造する鋳造装置において、
超音波振動を発生する超音波振動装置との連動によって超音波振動させるスリーブ部品を設け、
前記スリーブ部品は、前記プランジャスリーブの一部を構成すると共に、前記プランジャスリーブへの溶湯注入時に該溶湯に接触して超音波振動を付加することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
よって、本発明の鋳造装置では、前記プランジャスリーブの一部を構成するスリーブ部品が、プランジャスリーブへの溶湯注入時に接触して超音波振動することで、プランジャスリーブに注入される時に溶湯に超音波振動を付加する。このため、溶湯がプランジャスリーブの軸方向に沿って流れてしまう前に、効果的に超音波振動を付加することができ、十分な振動効果を与えることができる。つまり、溶湯注入時にこの溶湯に接触するスリーブ部品が超音波振動することになり、プランジャスリーブ内で振動効果を効率的に与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の鋳造装置を示す全体構造図である。
【図２Ａ】実施例１の鋳造装置の要部拡大図である。
【図２Ｂ】図２ＡにおけるＡ−Ａ断面図である。
【図３Ａ】実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(a)は溶湯汲み上げ手順を示し、(b)は溶湯搬送手順を示す。
【図３Ｂ】実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(c)は溶湯注入手順を示す。
【図３Ｃ】実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、 (d)は溶湯射出手順を示し、(e)は溶湯凝固手順を示す。
【図３Ｄ】実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(f)は型開き手順を示し、(g)は製品離型手順を示す。
【図４】アルミニウム-シリコン合金の状態図である。
【図５】ダイカスト製品におけるデンドライトサイズと引張り強さとの関係特性を示す図である。
【図６】デンドライトの微細化状態を示す説明図であり、(a)は多数のデンドライトが生成した場合を示し、(b)は生成したデンドライトが粉砕した場合を示す。
【図７】(a)は加振停止してから完全凝固するまでの時間とデンドライトサイズとの関係特性を示す図であり、(b)はホーンからの距離とデンドライトサイズとの関係特性を示す図である。
【図８】実施例２の鋳造装置の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の鋳造装置及び鋳造方法を実施するための形態を、図面に示す実施例１及び実施例２に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１０】
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の鋳造装置を示す全体構造図である。図２は、実施例１の鋳造装置の要部拡大図である。
【００１１】
実施例１の鋳造装置１は、図１に示すように、水平方向に溶湯Ｘを射出する横型ダイカストマシンであり、ラドル１０と、射出部２０と、金型３０と、超音波振動装置１００と、を備えている。
【００１２】
ラドル１０は、合金材の溶融金属である溶湯Ｘを、保持炉２（図３Ａ(a)参照）から一定量汲み上げ、射出部２０の給湯口２１ａまで運搬して注湯するものである。このラドル１０は、保持炉２から溶湯Ｘを汲み取った後、射出部２０の給湯口２１ａの上方まで移動し、角度を傾けて徐々に溶湯Ｘを射出部２０内に注ぎ込むように構成されている。
【００１３】
なお、合金材は、ここではアルミニウムにシリコンを含んだアルミニウム合金である。保持炉２では、シリコンを含んだアルミ合金を溶湯Ｘの状態で保持している。
【００１４】
射出部２０は、給湯口２１ｃから注ぎ込まれた溶湯Ｘを金型３０の中に高圧力を加えて圧入、すなわち射出するものである。この射出部２０は、金型３０に固定されたプランジャスリーブ２１と、プランジャスリーブ２１内を摺動するプランジャー２２と、を有している。
【００１５】
プランジャスリーブ２１は、スリーブ本体２１ａと、このスリーブ本体２１ａの側面に嵌合する振動片２３と、を有している。
【００１６】
スリーブ本体２１ａは、両端が開放した中空の筒形状を呈しており、一端部が金型３０に固定されると共に、この金型３０から突出した他端部近傍に上方に開放した給湯口２１ｃが形成されている。また、この給湯口２１ｃに対向する位置に振動片２３が嵌合する振動開口２１ｂが形成されている。さらに、このスリーブ本体２１ａは、金型３０の後述する湯道部３１ａに連通するように配置されている。このスリーブ本体２１ａは、ここでは熱間ダイス鋼のＳＫＤ６１により形成されている。
【００１７】
振動片２３は、超音波振動装置１００との連動によって超音波振動させられるスリーブ部品であり、スリーブ本体２１ａの外周面に沿う曲率で湾曲した板形状を呈している。そして、この振動片２３は、スリーブ本体２１ａの振動開口２１ｂに嵌合することで、このスリーブ本体２１ａと共にプランジャスリーブ２１を形成する。また、振動開口２１ｂは給湯口２１ｃに対向する位置に形成されているので、給湯口２１ｃから溶湯Ｘが注ぎ込まれた時、この溶湯Ｘは振動片２３の内側面２３ａに接触する。そして、この振動片２３の外面側２３ｂには、超音波振動装置１００の後述する超音波振動子１０１が固定されている。さらに、この振動片２３と振動開口２１ｂの間には、弾力性のあるシール材Ｓが設けられ、溶湯Ｘの漏れを防止する。この振動片２３は、ここでは、例えば窒化ケイ素やサイアロン等の耐熱衝撃性の高いセラミック材によって形成されている。なお、「セラミック材」とは、金属酸化物等を主原料として高温での熱処理によって焼き固めた材料であり、一般的に金属材よりも熱伝導率が低い。例えば、スリーブ本体２１ａを形成する熱間ダイス鋼ＳＫＤ６１の熱伝導率は３４W/(m・K)であり、窒化ケイ素の熱伝導率は１３W/(m・K)であり、サイアロンの熱伝導率は２７W/(m・K)である。
【００１８】
プランジャー２２は、プランジャスリーブ２１に嵌合するプランジャチップ２２ａと、このプランジャチップ２２ａを摺動するプランジャロッド２２ｂと、を有している。ここで、プランジャロッド２２ｂは、油圧又は電動で伸縮作動する射出シリンダー２２ｃによって駆動され、プランジャチップ２２ａと一体的にプランジャスリーブ２１の軸方向に沿って出入りする。
【００１９】
金型３０は、固定型３１と、可動型３２と、を有し、可動型３２が固定型３１に近接して型締めされたときに、各型３１,３２の合わせ面に形成されている凹凸によりキャビティ３３及びゲート３４が形成される。
【００２０】
固定型３１は、固定盤３５に固定されている。この固定盤３５には、プランジャスリーブ２１が挿入固定される貫通孔が形成されている。そして、固定型３１には、ゲート３４とプランジャスリーブ２１を連通する湯道部３１ａが形成されている。
【００２１】
可動型３２は、固定盤３５に対して近接離反する可動盤３６に固定され、可動盤３６と一体的に移動可能となっている。さらに、この可動型３２には、複数の押出しピン３７,…が設けられている。
【００２２】
各押出しピン３７は、キャビティ３３に溶湯Ｘを射出して製造されたダイカスト製品を金型３０から分離するものである。各押出しピン３７は、それぞれ可動型３２を貫通すると共に、先端面３７ａがキャビティ３３内に臨んでいる。そして、各押出しピン３７の基端部３７ｂは、キャビティ３３とは反対側の位置に設けられた押出し板３８に固定されている。この押出し板３８は、駆動機構３８ａによってキャビティ３３に対して離接動するものであり、複数の押出しピン３７,…を一斉に可動型３２から出没させる。
【００２３】
超音波振動装置１００は、超音波振動を発生する超音波振動子１０１と、この超音波振動子１０１を制御する振動制御部１０２と、を備えている。そして、超音波振動子１０１は、振動片２３の外周面に固定され、この振動片２３をプランジャスリーブ２１の径方向（図２では上下方向）に沿って振動させる。なお、振動片２３のプランジャスリーブ２１内に面した内側面２３ａが、超音波振動を放射する振動放射面となっている。
【００２４】
さらに、ここでは、超音波振動装置１００の超音波振動子１０１は、プランジャスリーブ２１内への溶湯Ｘの注入開始から、この溶湯Ｘが固相線温度以上に保たれている間の時間を最大時間として注入終了までの間、超音波振動を発生する。このとき、振動片２３は、超音波振動子１０１によって超音波振動させられるため、プランジャスリーブ２１内への溶湯Ｘの射出開始から、この溶湯Ｘが固相線温度以上に保たれている間の時間を最大時間として、注入が終了するまでの間プランジャスリーブ２１内の溶湯Ｘに超音波振動を付加するようになっている。すなわち、振動制御部１０２は、図示しない温度センサによって検出されたプランジャスリーブ２１内の溶湯温度が固相線温度以下になるか、所定量の溶湯Ｘを注入し終わるか、どちらか早い方までを基準として、超音波振動子１０１が超音波振動を発生するように制御する。
【００２５】
次に、実施例１の鋳造方法について説明する。
図３Ａは、実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(a)は溶湯汲み上げ手順を示し、(b)は溶湯搬送手順を示す。図３Ｂは、実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(c)は溶湯注入手順を示す。図３Ｃは、実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、 (d)は溶湯射出手順を示し、(e)は溶湯凝固手順を示す。図３Ｄは、実施例１における鋳造方法を示す説明図であり、(f)は型開き手順を示し、(g)は製品離型手順を示す。
【００２６】
実施例１の鋳造方法では、予め金型３０の可動型３２を固定型３１に近接させ、各型３１,３２の合わせ面にキャビティ３３及びゲート３４を形成しておく。また、保持炉２内には、合金材の溶湯Ｘを貯蔵しておく。
【００２７】
溶湯汲み上げ手順では、図３Ａ(a)に示すように、ラドル１０を水平状態から傾けて保持炉２内に浸漬し、ラドル１０内に必要な溶湯量を取り入れた後、ラドル１０を傾けて水平状態に戻し、保持炉２から引上げる。
【００２８】
溶湯運搬手順では、図３Ａ(b)に示すように、溶湯汲み上げ手順で汲み上げた溶湯Ｘをラドル１０内に保持したまま、このラドル１０をプランジャスリーブ２１の給湯口２１ａ上方まで移動し、溶湯Ｘを運搬する。
【００２９】
溶湯注入手順では、図３Ｂ(c)に示すように、ラドル１０の吐出口１０ａを給湯口２１ａに合わせ、ラドル１０を傾けて溶湯Ｘを射出部２０のプランジャスリーブ２１内に注ぎ込む。所定量の溶湯Ｘを注ぎ入れたら、ラドル１０を再び傾けて水平状態に戻し、保持炉２の上方に移動させて次のショットに備える。このとき、プランジャー２２は、プランジャスリーブ２１の端部位置に後退している。
【００３０】
一方、この注入開始と同時に超音波振動装置１００の振動制御部１０２はONとなり、超音波振動子１０１を駆動する。これにより、振動片２３が振動し、内側面２３ａから超音波振動が増幅放射される。
【００３１】
このとき、振動片２３が給湯口２１ａに対向する位置に設けられているので、この内側面２３ａがプランジャスリーブ２１内に注入された溶湯Ｘに接触し、この溶湯Ｘに超音波振動が付加される。
【００３２】
なお、この溶湯注入手順が、超音波振動を付加しながら、溶湯Ｘをプランジャスリーブ２１に注入する加振注入工程に相当する。
【００３３】
溶湯射出手順では、図３Ｃ(d)に示すように、溶湯注入手順での注湯が完了すると、即座に射出シリンダー２２ｃによってプランジャロッド２２ｂが駆動され、これに連結したプランジャチップ２２ａと共に高速で前進する。これにより、プランジャスリーブ２１内の溶湯Ｘは、固定型３１の湯道部３１ａ、ゲート３４を順に通り、キャビティ３３内に射出充填される。
【００３４】
溶湯凝固手順では、図３Ｃ(e)に示すように、キャビティ３３内の溶湯Ｘが凝固してダイカスト製品Ｙとなるまで所定時間型締めする。
【００３５】
この溶湯射出手順及び溶湯凝固手順が、注入工程で注入された溶湯Ｘをキャビティ３３内に射出し、凝固させてダイカスト製品Ｙを製造するダイカスト製造工程に相当する。
【００３６】
型開き手順では、図３Ｄ(f)に示すように、可動型３２を固定型３１から離間するように移動させ、型開きを行う。このとき、溶湯Ｘが凝固してできたダイカスト製品Ｙは、可動型３２側に密着した状態で、可動型３２と共に移動する。
【００３７】
製品離型手順では、図３Ｄ(g)に示すように、押出し板３８をキャビティ３３側に移動させ、複数の押出しピン３７,…は一斉に可動型３２から突出する。これにより、ダイカスト製品Ｙは可動型から分離し、排出される。
【００３８】
次に、作用を説明する。
まず、「ダイカスト製品の特性」の説明を行い、続いて、実施例１の鋳造装置における作用を、「超音波振動付加作用」、「デンドライト増加作用」、「デンドライト破砕作用」、「鋳造方法における特徴的作用」に分けて説明する。
【００３９】
[ダイカスト製品の特性]
図４は、アルミニウム-シリコン合金の状態図である。図５は、ダイカスト製品におけるデンドライトサイズと引張り強さとの関係特性を示す図である。図６は、デンドライトの微細化状態を示す説明図であり、(a)は多数のデンドライトが生成した場合を示し、(b)は生成したデンドライトが粉砕した場合を示す。図７は、(a)は加振停止してから完全凝固するまでの時間とデンドライトサイズとの関係特性を示す図であり、(b)はホーンからの距離とデンドライトサイズとの関係特性を示す図である。
【００４０】
図４において、Ｔａ-Ｃ曲線は液相線であり、Ｄ-Ｃ直線は固相線である。また、アルミニウム-シリコン合金は、液相線温度以上では液相になり、固相線温度以下では固相になり、液相線温度と固相線温度の間では液相と固相が共存（固液共存相）する。
【００４１】
一般的に、シリコン含有率がＣ点未満のアルミニウム合金からなるダイカスト製品の組織は、初晶α-Ａｌ固溶体のデンドライト結晶（以下、デンドライトという）と、共晶とで構成されている。
【００４２】
シリコンの配合割合がＡ％のアルミニウム-シリコン合金は、図４に示す点ａでは、液相線温度以上であるため液相、いわゆる溶湯Ｘの状態になる。このとき、デンドライト及び共晶はいずれも生成していない。
【００４３】
そして、温度を下げていくと、点ａは次第に下がっていき、液相線温度を下回るとデンドライトが生成し始める。そして、生成したデンドライトは、合金温度の低下と共に成長して次第に大きくなる。このとき生成する結晶はデンドライトのみである。
【００４４】
さらに温度を下げ、点ａが固相線温度を下回ると、α-Ａｌ結晶とＳｉ結晶との共晶がデンドライトの間に生成する。このとき生成する結晶は共晶であり、デンドライトの成長は停止する。
【００４５】
このように、アルミニウム合金では、デンドライトが最初に生成し、その後共晶が生成する。このため、最初に生成するデンドライトが微細なものであれば、その後に生成する共晶も同様に微細化する。すなわち、デンドライトの大きさが凝固後の結晶粒の大きさを決めることになる。
【００４６】
ここで、ダイカスト製品では、凝固組織（鋳造組織）が微細で均一なほど製品強度や靭性等の機械的性質が高くなることが知られている。したがって、凝固後の結晶粒の大きさを決めるデンドライトが微細であるほど、機械的性質は向上する（図５参照）。
【００４７】
このデンドライトを微細にするには、第一に、デンドライトの生成数を増すことにより、個々のデンドライトの成長を抑えて小さいままにすることが考えられる（図６(a)参照）。また、第二に、生成したデンドライトを破砕することにより、デンドライトサイズを縮小することが考えられる（図６(b)参照）。
【００４８】
デンドライトの生成数を増加するには、デンドライト生成前ないしはデンドライトの生成中の溶湯に超音波振動を付加し、溶湯内に無数のキャビテーションを発生させる。このキャビテーションがデンドライト生成を促進させる。
【００４９】
また、生成したデンドライトを破砕するには、デンドライト生成後の溶湯に超音波振動を付加し、超音波振動による振動をデンドライトに伝達する。この振動でデンドライトが破砕されて微細化する。なお、共晶が生成する固相線温度以下では、破砕したデンドライトを分散させることができないため、破砕効果を得ることはできない。
【００５０】
さらに、超音波振動を付加したことによる振動効果は、永続的ではない。つまり、溶湯への超音波振動の付加を停止した後、この溶湯が完全凝固するまでの間に時間がかかると、経過時間に比例して振動効果が薄れてしまい、生成するデンドライトサイズは大きなものとなる（図７(a)参照）。
【００５１】
また、溶湯内においてホーンから放出される超音波振動が伝達される範囲には限界があり、振動効果はホーンからの距離が近いほうが高くなる。つまり、ホーンからの距離が遠いほど、溶湯内に生成するデンドライトサイズは大きなものとなる（図７(b)参照）。
【００５２】
[超音波振動付加作用]
実施例１の鋳造装置１では、超音波振動を発生する超音波振動装置１００との連動によって超音波振動させるスリーブ部品となる振動片２３を設け、この振動片２３は、プランジャスリーブ２１の一部を構成すると共に、プランジャスリーブ２１への溶湯注入時にこの溶湯Ｘに接触して超音波振動を付加する。
【００５３】
このため、プランジャスリーブ２１に注ぎ込まれた溶湯Ｘは、注ぎ込まれるとほぼ同時に超音波振動が付加される。これにより、溶湯Ｘプランジャスリーブ１の軸方向に沿って流れる前に振動効果を与えることができる。つまり、超音波振動を伝達する超音波ホーンでは振動効果を付与できる範囲が限定的であるが、振動片２３がプランジャスリーブ２１への溶湯注入時にこの溶湯Ｘに接触することで、注入される溶湯Ｘに確実に超音波振動を付加することができる。
【００５４】
また、プランジャスリーブ２１の一部をスリーブ部品である振動片２３で構成することで、プランジャスリーブ２１の内側面から超音波振動が放射されることとなる。これにより、超音波振動を伝達する超音波ホーンをプランジャスリーブ２１内に挿入しなくても、プランジャスリーブ２１への溶湯注入時に超音波振動を付加することができる。
【００５５】
特に、実施例１の鋳造装置１では、振動片２３を固定型３５に固定されるスリーブ本体２１ａから分離して設けている。このため、振動片２３が固定型３５に固定されないので、固定型３５に固定されたスリーブ本体２１ａを振動させる場合よりも、確実で高い振動効果を得ることができる。
【００５６】
また、溶湯Ｘは、注入時の勢いによってプランジャスリーブ２１の内側面のうち、給湯口２１ａに対向する部分に衝突する。実施例１の鋳造装置１では、振動片２３をプランジャスリーブ２３の断面半径方向下方であって、溶湯Ｘを注入する給湯口２１ａに対向する位置に設けているので、注入時の勢いで給湯口２１ａに対向する部分に衝突する溶湯Ｘに確実に超音波振動を付加することができる。このため、効率的に振動効果を与えることができる。
【００５７】
さらに、実施例１の鋳造装置１では、溶湯Ｘに超音波振動を付加する振動片２３がセラミック材によって形成されている。セラミック材は、金属材と比較して熱伝導率が低く、溶湯Ｘが接触する内側面２３ａの温度低下が比較的ない。そのため、溶湯Ｘの保温効果が高く、溶湯Ｘがプランジャスリーブ２１に接触した際に生じてしまうデンドライト量を抑制することができる。これにより、溶湯Ｘ内に十分量のキャビテーションを発生させることができ、デンドライトの生成促進を図って結晶組織を微細化することができる。なお、熱伝導率の高い金属材（例えば、スリーブ本体２１ａを形成する熱間ダイス鋼ＳＫＤ６１等）によって振動片を形成した場合では、注入した溶湯内に生じるデンドライトが多すぎて、十分な振動効果を与えることができない。
さらに、セラミック材は、一般的に金属材よりも硬いため、振動子２３が超音波振動する際に生じる損耗（エロージョン）を防止することができる。また、セラミック材の中でも窒化ケイ素やサイアロンは耐熱衝撃性が高いため、高温の溶湯Ｘと接触して熱衝撃による破損を防止することができる。
【００５８】
また、実施例１の鋳造装置１では、超音波振動子１０１が振動片２３をプランジャスリーブ２１の径方向（図２では上下方向）に沿って振動させる。このため、振動片２３は、プランジャスリーブ２１の径方向に沿って溶湯Ｘに超音波振動を付加することになり、溶湯Ｘとプランジャスリーブ２１の内側面との接触部分に生成するデンドライト（表面チル層）を効率的に破砕することができ、結晶組織の微細化をさらに図ることができる。
[デンドライト増加作用]
実施例１の鋳造装置１では、超音波振動装置１００との連動によって超音波振動させる振動片２３が、プランジャスリーブ２１への溶湯Ｘの注入と同時に振動し始める。
【００５９】
すなわち、実施例１の鋳造装置１では、プランジャスリーブ２１に注入され、プランジャスリーブ２１内に充填しつつある溶湯Ｘに超音波振動を付加することになる。ここで、プランジャスリーブ２１に注入される溶湯Ｘの温度は、液相線温度以上の値になっている。そのため、デンドライト生成直前の溶湯Ｘ中にキャビテーションを多数生成することができ、これら多数のキャビテーションを核とする多数のデンドライトの生成を促進することができる。この結果、生成するデンドライトの成長を抑えて小さいままにすることができ、結晶組織の微細化を図ることができる。
【００６０】
[デンドライト破砕作用]
実施例１の鋳造装置１では、超音波振動装置１００との連動によって超音波振動させる振動片２３が、プランジャスリーブ２１へ注入された溶湯Ｘが固相線温度以上に保たれている間、超音波振動を付加する。
【００６１】
このため、プランジャスリーブ２１に注入された溶湯Ｘの温度が低下し、固相線温度近傍となっても、つまり、多数のデンドライトが生成した状態であっても、振動片２３から溶湯Ｘに超音波振動を付加することとなる。これにより、生成した多数のデンドライトに超音波振動が付加されることとなり、超音波振動が付加されたデンドライトは破砕されてさらに微細な結晶となって、結晶組織の微細化を図ることができる。
【００６２】
さらに、超音波振動を付加する時間を、溶湯Ｘの注入開始から、溶湯温度が固相線温度以上に保たれている間を最大時間に設定すれば、デンドライトの破砕を効果的に行うことができる間、確実に超音波振動を付加することになる。このため、結晶組織の微細化を効果的に行うことができて、省エネルギーとなる。
【００６３】
[鋳造方法における特徴的作用]
実施例１の鋳造方法では、上述のように、超音波振動を付加しながら、溶湯Ｘをプランジャスリーブ２１に注入する加振注入工程に相当する、溶湯注入手順を有している。
【００６４】
そのため、溶湯注入時に溶湯Ｘに加振することができ、プランジャスリーブ２１の軸方向に沿って流れてしまう溶湯Ｘに効率的に振動効果を与えることができる。つまり、溶湯Ｘ内にデンドライト生成時の核となるキャビテーションを多数発生させることができ、個々のデンドライトの成長を抑制し、結晶組織の微細化を図ることができる。
【００６５】
次に、効果を説明する。
実施例１の鋳造装置及び鋳造方法にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００６６】
(1) 合金材の溶湯Ｘをプランジャスリーブ２１に注入しダイカスト製品を製造する鋳造装置１において、超音波振動を発生する超音波振動装置１００との連動によって超音波振動させるスリーブ部品（振動片２３）を設け、前記スリーブ部品（振動片２３）は、前記プランジャスリーブ２１の一部を構成すると共に、前記プランジャスリーブ２１への溶湯注入時に該溶湯Ｘに接触して超音波振動を付加する構成とした。
このため、プランジャスリーブに注入された溶湯に超音波振動を効率的に付加することができる。
【００６７】
(2) 前記スリーブ部品（振動片２３）は、前記プランジャスリーブ２１から分離して設けた構成とした。
このため、上記(1)に記載の効果に加え、振動片２３が固定されず、確実で高い振動効果を得ることができる。
【００６８】
(3) 前記スリーブ部品（振動片２３）は、前記プランジャスリーブ２１の断面半径方向下方であって、前記溶湯Ｘを注入する給湯口２１ｃに対向する位置に設けた構成とした。
このため、上記(2)に記載の効果に加え、注入時の勢いで溶湯Ｘをスリーブ部品である振動片２３に衝突させることができ、確実に超音波振動を付加することができる。
【００６９】
(4) 前記スリーブ部品（振動片２３）は、セラミック材により形成した構成とした。
このため、上記(1)〜(3)に記載の効果に加え、溶湯Ｘがプランジャスリーブ２１に接触した際に生じてしまうデンドライト量を抑制することで、溶湯Ｘ内に十分量のキャビテーションを発生させてデンドライトの生成促進を図り、結晶組織を微細化できる。
【００７０】
(5) 前記スリーブ部品（振動片２３）は、前記プランジャスリーブ２１の径方向に沿って超音波振動を付加する構成とした。
このため、上記(1)〜(4)に記載の効果に加え、溶湯Ｘとプランジャスリーブ２１の内側面との接触部分に生成するデンドライト（表面チル層）を効率的に破砕することができ、結晶組織の微細化をさらに図ることができる。
【００７１】
(6) 前記スリーブ部品（振動片２３）は、前記プランジャスリーブ２１への前記溶湯Ｘの注入開始から、該溶湯Ｘが固相線温度以上に保たれている間の時間を最大時間として超音波振動を付加する構成とした。
このため、上記(1)〜(5)に記載の効果に加え、デンドライトの破砕を効果的に行うことができる間だけ超音波振動を付加することになり、結晶組織の微細化を効果的に行うことができて、省エネルギーとなる。
【００７２】
(7) 合金材の溶湯Ｘをプランジャスリーブ２１に注入しダイカスト製品を製造する鋳造方法において、超音波振動を付加しながら、前記溶湯Ｘをプランジャスリーブ２１に注入する加振注入工程（図３Ｂ(c)）と、前記加振注入工程（図３Ｂ(c)）で注入された前記溶湯Ｘをキャビティ３３内に射出し、凝固させてダイカスト製品を製造するダイカスト製造工程（図３Ｃ(d),(e)）と、を有する構成とした。
このため、プランジャスリーブに注入された溶湯に超音波振動を効率的に付加することができる。
【実施例２】
【００７３】
実施例２は、振動片２３がプランジャスリーブ２１の軸方向に沿って振動する例である。
【００７４】
まず、構成を説明する。
図８は、実施例２の鋳造装置の要部拡大図である。
【００７５】
この実施例２の鋳造装置における射出部２０Ａは、プランジャスリーブ２１とプランジャー２２と、を備え、プランジャスリーブ２１は振動片２３を有している。そして、この振動片２３には、超音波振動を発生する超音波振動子１０１が固定されている。
【００７６】
この超音波振動子１０１は、ここではプランジャスリーブ２１の軸方向（図８では左右方向）に沿って振動するため、振動片２３はプランジャスリーブ２１の軸方向に沿って振動する。
【００７７】
これにより、振動子２３は振動時にプランジャスリーブ２１の軸方向に沿って移動することになり、プランジャスリーブ２１の内部に入りこんでプランジャー２２のプランジャチップ２２ａが通過する領域に干渉することがない。すなわち、プランジャチップ２２の移動を阻害しない。
【００７８】
次に、効果を説明する。
実施例２の鋳造装置にあっては、上述の(1)〜(4)の効果に加え、下記に挙げる効果を得ることができる。
【００７９】
(8) 前記スリーブ部品（振動片２３）は、前記プランジャスリーブ２１の軸方向に沿って超音波振動を付加する構成とした。
このため、スリーブ部品である振動片２３が振動しても、プランジャヘッド２２ａの移動を阻害することがない。
【００８０】
以上、本発明の鋳造装置及び鋳造方法を実施例１及び実施例２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００８１】
実施例１及び実施例２では、鋳造装置を水平方向に溶湯Ｘを射出する横型ダイカストマシンとしたが、これに限られず、例えば鉛直方向に溶湯Ｘを射出する縦型ダイカストマシンであってもよい。
【００８２】
また、実施例１における合金材として、アルミニウム−シリコン合金としたがこれに限られず、マグネシウム合金、亜鉛合金、銅合金等の各種ダイカスト用合金であってもよい。
【００８３】
上記いずれの場合であっても、超音波振動装置との連動によって超音波振動させるスリーブ部品を設け、このスリーブ部品によって、プランジャスリーブ２１の一部を構成すると共に、プランジャスリーブ２１への溶湯注入時に溶湯に接触して超音波振動を付加ことで、結晶組織が微細化したダイカスト製品を製造することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ 鋳造装置
２ 保持炉
１０ ラドル
２０ 射出部
２１ プランジャスリーブ
２１ａ スリーブ本体
２１ｂ 振動開口
２１ｃ 給湯口
２２ プランジャー
２２ａ プランジャチップ
２２ｂ プランジャロッド
２３ 振動片（スリーブ部品）
３０ 金型
３１ 固定型
３２ 可動型
３３ キャビティ
１００ 超音波振動装置
１０１ 超音波振動子
１０２ 振動制御部
Ｘ 溶湯
Ｙ ダイカスト製品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金材の溶湯をプランジャスリーブに注入しダイカスト製品を製造する鋳造装置において、
超音波振動を発生する超音波振動装置との連動によって超音波振動させるスリーブ部品を設け、
前記スリーブ部品は、前記プランジャスリーブの一部を構成すると共に、前記プランジャスリーブへの溶湯注入時に該溶湯に接触して超音波振動を付加することを特徴とする鋳造装置。
【請求項２】
請求項１に記載された鋳造装置において、
前記スリーブ部品は、前記プランジャスリーブから分離して設けたことを特徴とする鋳造装置。
【請求項３】
請求項２に記載された鋳造装置において、
前記スリーブ部品は、前記プランジャスリーブの断面半径方向下方であって、前記溶湯を注入する給湯口に対向する位置に設けたことを特徴とする鋳造装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された鋳造装置において、
前記スリーブ部品は、セラミック材により形成したことを特徴とする鋳造装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された鋳造装置において、
前記スリーブ部品は、前記プランジャスリーブの径方向に沿って超音波振動を付加することを特徴とする鋳造装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された鋳造装置において、
前記スリーブ部品は、前記プランジャスリーブの軸方向に沿って超音波振動を付加することを特徴とする鋳造装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載された鋳造装置において、
前記スリーブ部品は、前記プランジャスリーブへの前記溶湯の注入開始から、該溶湯が固相線温度以上に保たれている間の時間を最大時間として超音波振動を付加することを特徴とする鋳造装置。
【請求項８】
合金材の溶湯をプランジャスリーブに注入しダイカスト製品を製造する鋳造方法において、
超音波振動を付加しながら、前記溶湯をプランジャスリーブに注入する加振注入工程と、
前記加振注入工程で注入された前記溶湯をキャビティ内に射出し、凝固させてダイカスト製品を製造するダイカスト製造工程と、
を有することを特徴とする鋳造方法。
【請求項１】
合金材の溶湯をプランジャスリーブに注入しダイカスト製品を製造する鋳造装置において、
超音波振動を発生する超音波振動装置との連動によって超音波振動させるスリーブ部品を設け、
前記スリーブ部品は、前記プランジャスリーブの一部を構成すると共に、前記プランジャスリーブへの溶湯注入時に該溶湯に接触して超音波振動を付加することを特徴とする鋳造装置。
【請求項２】
請求項１に記載された鋳造装置において、
前記スリーブ部品は、前記プランジャスリーブから分離して設けたことを特徴とする鋳造装置。
【請求項３】
請求項２に記載された鋳造装置において、
前記スリーブ部品は、前記プランジャスリーブの断面半径方向下方であって、前記溶湯を注入する給湯口に対向する位置に設けたことを特徴とする鋳造装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された鋳造装置において、
前記スリーブ部品は、セラミック材により形成したことを特徴とする鋳造装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された鋳造装置において、
前記スリーブ部品は、前記プランジャスリーブの径方向に沿って超音波振動を付加することを特徴とする鋳造装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された鋳造装置において、
前記スリーブ部品は、前記プランジャスリーブの軸方向に沿って超音波振動を付加することを特徴とする鋳造装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載された鋳造装置において、
前記スリーブ部品は、前記プランジャスリーブへの前記溶湯の注入開始から、該溶湯が固相線温度以上に保たれている間の時間を最大時間として超音波振動を付加することを特徴とする鋳造装置。
【請求項８】
合金材の溶湯をプランジャスリーブに注入しダイカスト製品を製造する鋳造方法において、
超音波振動を付加しながら、前記溶湯をプランジャスリーブに注入する加振注入工程と、
前記加振注入工程で注入された前記溶湯をキャビティ内に射出し、凝固させてダイカスト製品を製造するダイカスト製造工程と、
を有することを特徴とする鋳造方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２００８８２（Ｐ２０１１−２００８８２Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６８６３１（Ｐ２０１０−６８６３１）
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（０００２３１３５０）ジヤトコ株式会社 (899)
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（０００２３１３５０）ジヤトコ株式会社 (899)
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