電磁撹拌式鋳造方法とその装置
【課題】生産性の向上、品質の均一化、強度の向上が可能となり、クラックの原因となる巣の発生を防止するようナノサイズに微細化した低粘性の溶湯組織を形成可能にする。
【解決手段】カップ給湯位置にて電磁撹拌装置２に収容してあるカップ３に溶湯Ｓを入れ、電磁撹拌装置２でカップ３内の溶湯Ｓを低粘性の半凝固組織にする電磁撹拌工程と、電磁撹拌装置２をスリーブ注湯位置に移動し、カップ３下部に形成した下部開閉部３ａを開放して電磁撹拌装置２下部から溶湯Ｓをスリーブ４内に注湯する注湯工程と、注湯完了後に電磁撹拌装置２をカップ清掃位置まで移動し、カップ３下部開閉部３ａを開放したまま上方の圧縮空気噴出器５からのエアブローによりカップ３内を清掃する清掃工程から成る。また、カップ給湯位置、スリーブ注湯位置、カップ清掃位置それぞれの位置に電磁撹拌装置２を移動可能にする移動機構部を備える。
【解決手段】カップ給湯位置にて電磁撹拌装置２に収容してあるカップ３に溶湯Ｓを入れ、電磁撹拌装置２でカップ３内の溶湯Ｓを低粘性の半凝固組織にする電磁撹拌工程と、電磁撹拌装置２をスリーブ注湯位置に移動し、カップ３下部に形成した下部開閉部３ａを開放して電磁撹拌装置２下部から溶湯Ｓをスリーブ４内に注湯する注湯工程と、注湯完了後に電磁撹拌装置２をカップ清掃位置まで移動し、カップ３下部開閉部３ａを開放したまま上方の圧縮空気噴出器５からのエアブローによりカップ３内を清掃する清掃工程から成る。また、カップ給湯位置、スリーブ注湯位置、カップ清掃位置それぞれの位置に電磁撹拌装置２を移動可能にする移動機構部を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種部品の溶湯による鋳造成形に際し、電磁撹拌によりナノサイズに微細化された低粘性の溶湯組織を形成可能とした電磁撹拌式鋳造方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料の鋳造にはダイカストマシンが使用される。このダイカストマシンで使用する金型は、鋳造したダイカストを取り出せるように一方の固定型と他方の可動型との少なくとも２つの部分よりなっている。この固定型および可動型それぞれはダイカストマシンの固定盤および可動盤に取り付けられ、また固定盤側にはスリーブが設けられ、該スリーブ内で、先端にチップを備えたプランジャが前後にスライドできるようになっている。このスリーブの上側面には投入口が設けられ、溶融炉内から溶湯を汲み上げたラドルによって、当該投入口からスリーブ内に溶湯が投入されるものとなっている。
【０００３】
ダイカストマシンによる鋳造の１サイクルは、溶融炉内からラドルによって溶湯を汲み上げて投入口からスリーブ内に投入された後に、プランジャを前進方向にスライド移動させ、先端のチップによって溶湯をスリーブ先端側へ押し出し、固定型と可動型との間の鋳型空間部に導入させる。先ず可動型が動き、固定型に組み合わされて締めつけられる。次に、溶融金属が固定型と可動型とによって圧入され、凝固が完了すると可動型が動いて金型が開き、ダイカストが取り出される。その後、金型に離型剤が塗布された後、次のサイクルに入る。
【０００４】
鋳型を用いて耐圧高強度の部品を製造する場合には、下記に示すような種々の鋳造法が使用される。すなわち、金属製の鋳型に溶湯を重力のみで鋳込む所謂グラビティー鋳造法は、砂型鋳物に比べて寸法精度が良好なことから仕上代が少なく鋳肌が滑らかな鋳物となる。しかも、冷却速度が早いため細かい結晶粒度でピンホールが少なく、機械的性質が良好なこと、さらに経済的にも優れている。
【０００５】
このグラビティー鋳造法としては、例えば、特許文献１に開示されている金属鋳造法が存在する。これは固定型と可動型の両型合わせ面部に形成した注湯口から溶湯をキャビティ内に注入充填させ、然る後、両型合わせ面部に設置した加圧子でもってキャビティ内の溶湯に圧力を加えるようにしている。
【０００６】
溶湯を鋳型の下側からゆっくりと注入する所謂低圧鋳造法は、肉厚変化の大きい形状でも押し湯を省略できることが多く、材料歩留まりが良い。この場合における装置は密閉した保温炉、上部の鋳型、制御部で構成され、保温炉に約０．１ＭＰａ以下の圧力をかけて溶湯を鋳型まで押し上げる方式である。
【０００７】
この低圧鋳造法としては、例えば、特許文献２に開示されている低圧鋳造装置が存在する。これは上下方向に延在するストーク、湯道を介して該ストークの上端と連通するキャビティを画成する上型及び下型を備える金型それぞれを有する鋳造機によって形成されている。また、ストークの下端は加圧室内において開口し、湯道は下型においてストークの上端に接続され、加圧手段によって加圧室内が加圧されることにより当該加圧室内の溶湯をストークの下端からストーク内へ流入させ、該ストークおよび該湯道を介して該キャビティ内へ充填可能としている。そして、上型は、加圧室内の溶湯をキャビティ内へ充填した後であってストーク内の溶湯が凝固する前に、該ストークの上端に向けてエアを供給可能なエア供給手段を有している。
【０００８】
また、気体の巻き込みが少ないようにして溶湯を鋳型の下側から注入した後に付加的に溶湯の全体もしくは一部を加圧して鋳型内の鋳造材料に高圧を加える所謂高圧スクイズ鋳造法も高強度の部品を得る方法として多く使用されている。
【０００９】
このスクイズ鋳造法としては、例えば特許文献３に開示されているスクイズ鋳造装置なるものが存在する。これは、垂直割金型の下方に相対的に昇降可能にして配置されて当該垂直割金型のキャビティ内に溶湯を圧入するための押し出しピストンを、押し上げ軸上端に付設したプランジャーを備えている。そして、押し出しピストンをその内部から上方に貫通押し上げ可能にして嵌入させて前記プランジャーの上部に取り付けられた肉厚３〜２５ｍｍの筒状の小スリ−ブを備えている。また、プランジャ−の上部においてその内面が前記小スリ−ブの外側面に着脱できるように複数分割可能にされると共に、その高さを前記小スリ−ブよりも高くされた筒状の大スリ−ブを備え、前記押し出しピストン、小スリ−ブと共に給湯部を画成するように構成されている。
【００１０】
鋳造材料を液相および固相がそれぞれ半分となった半凝固状態にして、低温でスクイズマシンを使い鋳造する所謂半凝固鋳造法は、これまでのスクイズマシンでは困難だった耐圧高強度の部品の製造が可能である。この半凝固鋳造法には、電磁撹拌式、落下式、振動式の３つのタイプが存在する。
【００１１】
例えば電磁撹拌式による半凝固鋳造法では、先ず、カップを冷却し、清掃・乾燥した後に、カップ内面に離型剤が塗布される。そして、このカップを電磁撹拌装置の磁界発生コイル間に収容し、当該カップに溶湯がラドルを使って投入される。次に、磁界発生コイルへの通電により溶湯に運動量を与えて均一に撹拌させることで当該溶湯を半凝固組織のスラリーに変える。撹拌後には、電磁撹拌装置からカップが取り出され、カップ内の半凝固スラリーが投入口からスリーブ内に投入され、以後の鋳型成形に備える。
【００１２】
この電磁撹拌装置としては、例えば特許文献４に開示されているように、鉛直移動磁界をつくる三相交流コイルと周方向移動磁界をつくる三相交流コイルの２種類のコイルを容器の外側に配置し、誘導効果を利用して上下方向の電磁力と周方向の電磁力を発生させることによって上下方向と周方向に同時に撹拌するものが提案されている。
【００１３】
また、特許文献５に開示されているように、容器内の溶融金属に回転磁界を与えるコイルを、容器の軸に対して捩るように鉄心に斜めに配置して、三相交流の通電によりねじれ磁場を印加し、回転磁場と同時に軸方向の進行磁場を与える誘導型電磁駆動装置が提案されている。
【００１４】
さらに、この半凝固鋳造法の具体例としては、例えば特許文献６に開示されているような半凝固鋳造方法なるものが存在する。これは半凝固装置内に保持された半凝固金属の一部を該半凝固装置の排出口から受け部材の秤量穴に充填し、次いで、該受け部材の移動により該秤量穴内の半凝固金属を該受け部材自体で残部から切断するとともに半凝固金属の所定量を秤量し、その後、上記秤量穴内の半凝固金属を成形装置に供給するものとしている。
【００１５】
その他、鋳造アシスト法として、例えば真空アシスト、局部加圧アシスト、酸素置換アシストの３つの方法がある。
【特許文献１】特開平６−４７５１７号公報
【特許文献２】特開２００８−１１４２７８号公報
【特許文献３】特開平１０−９９９５８号公報
【特許文献４】特開２００３−２２０３２３号
【特許文献５】特開２０００−１５２６００号
【特許文献６】特開２００２−２４８５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、従来のダイカストマシンを使用した鋳造方法では、溶融炉内からラドルによって溶湯を汲み上げ、投入口からスリーブ内に投入する際に、当該溶湯は空気と接触する時間が長いため、製品内への空気や不純物ガス等の巻き込みによる巣が発生し、これにより強度不足となってクラック発生につながる等の欠点を有している。
【００１７】
また、特許文献１に開示されているグラビティーによる金属鋳造法では、保温炉に約０．１ＭＰａ以下の圧力をかけて溶湯を鋳型まで押し上げる方式であるから、生産性が低く、しかも仕上げ加工費等も発生する。
【００１８】
特許文献２に開示されている低圧鋳造装置では、加圧手段によって加圧室内が加圧されることにより当該加圧室内の溶湯をストークの下端からストーク内へ流入させ該ストークおよび湯道を介してキャビティ内へ充填可能とし、しかもストーク内の溶湯が凝固する前に該ストークの上端に向けてエアを供給可能なエア供給手段を有しているから、これもまた生産性が低く、しかも仕上げ加工費等も発生する。
【００１９】
特許文献３に開示されているスクイズ鋳造装置では、プランジャ−の上部においてその内面が前記小スリ−ブの外側面に着脱できるように複数分割可能にされると共にその高さを前記小スリ−ブよりも高くされた筒状の大スリ−ブを備え、前記押し出しピストン、小スリ−ブと共に給湯部を画成するように構成されているから、これもまた生産性が低く、しかも仕上げ加工費等も発生する。
【００２０】
特許文献４および特許文献５に開示されている電磁撹拌装置は、溶湯に対し全体的に連続的且つ均一な半凝固組織による粘性度の高いスラリーを作るから、カップ内壁に半凝固スラリーが付着してしまい、カップを引っ繰り返しても半凝固スラリーの全てがその粘性自体でスリーブの投入口内に完全に落下させることができないものとなる。このため、半凝固スラリー投入用のロボットや給湯装置等の高価な設備が必要となってくる。
【００２１】
また、特許文献６に開示されている半凝固鋳造方法の場合、全体的に連続した略均一な半凝固組織によるスラリー状態となって鋳造されるから、スラリー発生の不安定性を避けるための材料限定等の問題が発生する。
【００２２】
さらに、真空アシスト、局部加圧アシスト、酸素置換アシストは、アシスト鋳造であるから、品質の安定性等が問題となる。
【００２３】
そこで、本発明は叙上のような従来存した諸事情に鑑み創出されたもので、生産性の向上と品質の均一化および強度の向上が可能となり、クラックの原因となる巣の発生を未然に防止できるようナノサイズに微細化された低粘性の溶湯組織を形成可能とした電磁撹拌式鋳造方法とその装置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】
【００２４】
上述した課題を解決するため、本発明に係る電磁撹拌式鋳造方法にあっては、カップ給湯位置にて電磁撹拌装置２に収容されているカップ３に溶湯Ｓを入れ、電磁撹拌装置２でカップ３内の溶湯Ｓを低粘性の半凝固組織にする電磁撹拌工程Ａと、電磁撹拌装置２をスリーブ注湯位置に移動させ、カップ３の下部に形成されている下部開閉部３ａを開放させて電磁撹拌装置２下部から溶湯Ｓをスリーブ４内に注湯する注湯工程Ｂと、注湯完了後に電磁撹拌装置２をカップ清掃位置まで移動させ、カップ３の下部開閉部３ａを開放させたまま上方の圧縮空気噴出器５からのエアブローにより当該カップ３内を清掃する清掃工程Ｃとを備えたものである。
一方、本発明に係る電磁撹拌式鋳造装置にあっては、溶融炉Ｐから溶湯Ｓが給湯され、下部に下部開閉部３ａを備えたカップ３と、該カップ３を磁界発生コイル間に収容可能とし、この電磁力によってカップ３内の溶湯Ｓを低粘性の半凝固組織にすることを可能にした電磁撹拌装置２と、カップ給湯位置、スリーブ注湯位置、カップ清掃位置それぞれの位置に電磁撹拌装置２を移動させる移動機構部７と、カップ清掃位置でカップ３の下部開閉部３ａを開放させたまま上方からの風圧で当該カップ３内の残渣物を剥離除去する圧縮空気噴出器５とを有して成るものである。
また、移動機構部７は、中央のスリーブ４に対して左右両側に設置された架台８と、これら両架台８上に架けられたレール９と、レール９上で摺動自在となるスライダ１０とを備え、前記電磁撹拌装置２は当該スライダ１０上に載置固定されて成るものとできる。
【００２５】
以上のように構成された本発明に係る電磁撹拌式鋳造方法とその装置にあって、電磁撹拌装置２は、磁界発生コイルの通電により発生する電磁力によって溶湯Ｓが撹拌されてナノサイズに微細化される効果でもって、溶湯Ｓ自体の組織を断片的に均一化させる。
このとき、磁界発生コイルの通電時間、磁界の周波数、投入する電力等によって液相と固相との比率を自由に変更させる。
電磁撹拌装置２が移動機構部７によってスリーブ注湯位置に移動すると、カップ３の下部開閉部３ａが開放されることで、電磁撹拌装置２下部を通じて溶湯Ｓをスリーブ４内に注湯させる。
電磁撹拌装置２が移動機構部７によってカップ清掃位置まで移動すると、カップ３の下部開閉部３ａが開放された状態のまま、上方からの圧縮空気噴出器５により当該カップ３内が清掃され、カップ３内の残渣物を電磁撹拌装置２下部を通じて下方に落下させる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、生産性の向上と品質の均一化および強度の向上が可能となり、クラックの原因となる巣の発生を未然に防止できるようナノサイズに微細化された低粘性の溶湯Ｓ組織を形成可能にする。
【００２７】
すなわち、これは本発明に係る電磁撹拌式鋳造方法が、カップ給湯位置にて電磁撹拌装置２でカップ３内の溶湯Ｓを低粘性の半凝固組織にする電磁撹拌工程Ａと、スリーブ注湯位置にてカップ３の下部に形成されている開閉部３ａを開放させて溶湯Ｓをスリーブ４内に注湯する注湯工程Ｂと、注湯完了後にカップ清掃位置にてカップ３の下部開閉部３ａを開放させたまま上方の圧縮空気噴出器５からのエアブローにより当該カップ３内を清掃する清掃工程Ｃとを備えて成るからであり、これにより、生産性の向上と品質の均一化が可能となる電磁撹拌装置２を使った鋳造システムを容易に構築することができる。この電磁撹拌装置２によって形成される溶湯Ｓ組織は半凝固ではあるが、従来のような連続的且つ均一な半凝固組織によるスラリー状態では無く、溶湯Ｓ組織自体がナノサイズに断片化されて連続性が無い低粘性の半凝固組織とするから、カップ３内壁に溶湯Ｓが付着せずに全てをスリーブ内へ落下させることができる。しかも、このような電磁撹拌工程Ａを経ることによって、製造される鋳物製品自体の強度が向上されると共に、クラックの原因となる巣の発生を未然に防止できる。
【００２８】
一方、本発明に係る電磁撹拌式鋳造装置にあっては、溶融炉Ｐから溶湯Ｓが給湯され、下部に下部開閉部３ａを備えたカップ３と、該カップ３を磁界発生コイル間に収容可能とし、この電磁力によってカップ３内の溶湯Ｓを低粘性の半凝固組織にすることを可能にした電磁撹拌装置２と、カップ給湯位置、スリーブ注湯位置、カップ清掃位置それぞれの位置に電磁撹拌装置２を移動させる移動機構部７と、カップ清掃位置でカップ３の下部開閉部３ａを開放させたまま上方からの風圧で当該カップ３内の残渣物を除去する圧縮空気噴出器５とを有して成るので、電磁撹拌式による既設の鋳造設備を使用でき、従来の半凝固ダイカスト等の鋳造金型を何等変更させずに使用できる。また、従来のダイカスト鋳造の生産性を向上でき、品質も均一化される。しかも多種合金の溶湯Ｓを使った鋳造にも応用可能である。また、溶湯Ｓは低粘性の半凝固組織となっていることで、圧縮空気噴出器５のみによる清掃で残渣物を容易に剥離除去できるから、従来のようにカップ３を冷却して離型剤を塗布するというような煩雑な作業を省くことができ、これによっても生産性をさらに向上させている。
【００２９】
また、移動機構部７は、中央のスリーブ４に対して左右両側に設置された架台８と、これら両架台８上に架けられたレール９と、レール９上で摺動自在となるスライダ１０とを備え、前記電磁撹拌装置２は当該スライダ１０上に載置固定されて成るので、溶融炉Ｐに近いカップ給湯位置、レール９にスリーブ４上側の投入口４ａを臨ませている中央のスリーブ注湯位置、上方に圧縮空気噴出器５を設けたカップ清掃位置のそれぞれの位置に当該電磁撹拌装置２を自由に移動でき、ダイカスト鋳造の生産性を向上させることができる。
【００３０】
尚、上記の課題を解決するための手段、発明の効果の項それぞれにおいて付記した符号は、図面中に記載した構成各部を示す部分との参照を容易にするために付したもので、図面中の符号によって示された構造・形状に本発明が限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の一形態を詳細に説明する。図において示される符号１は、本発明に係る電磁撹拌式鋳造装置の中核を構成するもので、所謂ナノキャスト法として半凝固ダイカストに使用される電磁撹拌装置２を備えた装置本体である。
【００３２】
この装置本体１による鋳造方法は、図１に示すように、電磁撹拌工程Ａ、注湯工程Ｂ、清掃工程Ｃという概ね３つの工程によって構成されている。すなわち、先ず、電磁撹拌工程Ａにおいては、カップ給湯位置にて電磁撹拌装置２に収容されているカップ３内に、溶融炉Ｐの溶湯Ｓを投入し、電磁撹拌装置２の磁界発生コイルへの通電により発生する電磁力によってカップ３内の溶湯Ｓを撹拌して低粘性の半凝固組織にする。
【００３３】
注湯工程Ｂにおいては、電磁撹拌装置２をスリーブ注湯位置にスライド等によって移動させ、カップ３の下部開閉部３ａを開放させて電磁撹拌装置２下部から溶湯Ｓをスリーブ４内に注湯する。
【００３４】
清掃工程Ｃにおいては、注湯完了後に電磁撹拌装置２をカップ清掃位置までスライド等によって移動させ、カップ３の下部開閉部３ａを開放させたまま上方の圧縮空気噴出器５からのエアブローにより当該カップ３内に付着されている残渣物を強制的に剥離等して除去する。
【００３５】
半凝固ダイカストに使用される金型は、鋳造したダイカストを取り出せるように一方の固定型と他方の可動型との少なくとも２つの部分よりなっている。この固定型および可動型それぞれは半凝固ダイカストの固定盤および可動盤に取り付けられ、また固定盤側にはスリーブ４が設けられ、該スリーブ４内で、先端にチップを備えたプランジャが前後にスライドできるようになっている。
【００３６】
また、装置本体１は、カップ給湯位置、スリーブ注湯位置、カップ清掃位置それぞれの位置に、カップ３と共に電磁撹拌装置２をスライド等によって移動させるための移動機構部７を備えている。すなわち、移動機構部７は、図２に示すように、中央のスリーブ４に対して左右両側に架台８が設置され、これら両架台８相互間には２本のレール９が互いに並行に架けられている。この両レール９上には、レール９上で摺動自在な、前後左右で１組となるスライダ１０によって、例えば円筒状の磁界発生コイルによって構成されている電磁撹拌装置２が載置されている。そして、溶融炉Ｐに近い右側のカップ給湯位置、両レール９間にスリーブ４上側の投入口４ａを臨ませている中央のスリーブ注湯位置、上方に圧縮空気噴出器５を設けた左側のカップ清掃位置のそれぞれの位置に当該電磁撹拌装置２が自由にスライド移動できるようになっている。
【００３７】
尚、電磁撹拌装置２のスライド操作は、手動で行っても良く、あるいは不図示の駆動装置を使っても良い。
【００３８】
図３（ａ）に示すように、電磁撹拌装置２の中央には円筒形開口状の収容部２ａが形成されており、この内部には例えば半割楕円殻形状のカップ３が収容保持されている。そして、カップ給湯位置において、給湯機に設けられたラドルＲを使って溶融炉Ｐから汲み上げられた溶湯Ｓが当該カップ３に給湯されるようになっている。
【００３９】
カップ３の下部には下部開閉部３ａが設けられており、この下部開閉部３ａは、図３（ｂ）に示すように、例えば油圧シリンダ機構もしくはスリット移動機構等の種々の機構によって振動開閉されるようになっている。開放されることで、スリーブ注湯位置において、当該カップ３を電磁撹拌装置２内からわざわざ取り出さなくても、当該電磁撹拌装置２の収容部２ａの下部開口側からカップ３内の溶湯Ｓをスリーブ４の投入口４ａに注湯できるようにしてある。
【００４０】
カップ清掃位置においては、図３（ｃ）に示すように、上方の所定箇所には、圧縮空気噴出器５が吐出口を下方に向けて備え付けられている。そして、収容部２ａに収容されているカップ３の下部開閉部３ａを開放させたままの状態で、上方の圧縮空気噴出器５からのエアブローにより当該カップ３内面に付着している残渣を強制剥離させ、当該残渣物を収容部２ａの下部開口側から下方にある例えば清掃箱６等に落下収容させて処理するものとしてある。
【００４１】
電磁撹拌装置２には、例えば回転方向移動磁界、軸方向移動磁界を永久磁石の回転等によって形成する攪拌装置がある。溶湯Ｓを非接触で、その全体に亘って均一でしかも強力に撹拌できる電磁撹拌装置２としては、溶湯Ｓに回転運動を発生させるために容器の外周面に沿って設けられた回転磁界発生コイルと、溶湯Ｓに軸方向運動を発生させるための容器の外周面軸方向に沿って設けられた軸方向移動磁界発生コイルとを併用して成るものとできる。この結果、溶湯Ｓ中には、回転運動と軸方向運動とが重畳した強力な流速運動が生じ、当該溶湯Ｓは強力かつ均一に撹拌される。
【００４２】
特に、電磁撹拌装置２は溶湯Ｓ中に大きな速度勾配を形成できるため、当該溶湯Ｓ中に介在物粒子の凝集および肥大化を促進し、また制御できる。これによって、磁界発生コイルの通電時間、磁界の周波数、投入する電力等によって液相と固相との比率を自由に変更でき、例えば溶湯Ｓをナノサイズ球状結晶による断片化された低粘性の半凝固組織にすることが可能となる。
【００４３】
さらに具体的には、電磁撹拌装置２に対し、例えば特開平７−３２０９８号公報に開示されている連続鋳造方法を採用することができる。すなわち、溶湯Ｓ面上方から粒子状の冷却材を添加し、下方内断面の全域に少なくとも固液共存の凝固層を形成させた後、次いで、成分の異なる溶湯Ｓを注入し、電磁撹拌装置２により周方向の旋回流を溶湯Ｓに与える。この電磁攪拌力による溶湯Ｓの旋回流により冷却材の粒子は断面内に分散する。すなわち、旋回流の流体間混合と粒子に働く遠心力を利用するもので、上部では粒子径が大きいため、大きな遠心力が働き、また下方では粒子の溶解により遠心力が減ぜられ、これによって粒子が中心方向に分散する混合効果が働く。この原理により、粒子群の分散角度が電磁攪拌力により制御されるのである。
【００４４】
次に、以上のように構成された最良の形態についての使用の一例について説明する。先ず、図３（ａ）に示すように、移動機構部７により電磁撹拌装置２をレール９に沿って溶融炉Ｐ近傍のカップ給湯位置に移動させておく。この電磁撹拌装置２の円筒状の磁界発生コイルによって囲繞された収容部２ａにはカップ３が収容保持されている。このカップ給湯位置において、給湯機に設けられたラドルＲを使って溶融炉Ｐから溶湯Ｓが汲み上げられ、当該カップ３に給湯される。
【００４５】
そして、電磁撹拌装置２の磁界発生コイルに電力を投入して電磁力を発生させると、カップ３内の溶湯Ｓは撹拌運動してナノサイズ球状結晶による断片化された低粘性の半凝固組織となって成長する。
【００４６】
次いで、図３（ｂ）に示すように、移動機構部７により電磁撹拌装置２をスリーブ注湯位置までスライド移動させてからカップ３の下部開閉部３ａを開放させることで、電磁撹拌装置２下部からスリーブ４の投入口４ａに溶湯Ｓが注湯される。
【００４７】
注湯完了後には、図３（ｃ）に示すように、移動機構部７により電磁撹拌装置２をカップ清掃位置まで移動させ、カップ３の下部開閉部３ａを開放させたままの状態で、上方の圧縮空気噴出器５からのエアブローにより当該カップ３内に付着している残渣物を除去する。この除去された残渣物は電磁撹拌装置２の収容部２ａ下部開口側から落下して下方にある清掃箱６内に収容され処理される。
【００４８】
そして、移動機構部７により電磁撹拌装置２を元のカップ給湯位置まで移動させることで同じ動作が繰り返される（図１参照）。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明を実施するための最良の形態における電磁撹拌式鋳造工程の一例を示す説明図である。
【図２】同じく電磁撹拌式鋳造装置の一例を示す斜視図である。
【図３】同じく電磁撹拌式鋳造装置の使用の一例を示し、（ａ）は電磁撹拌装置がカップ給湯位置にある状態の断面図、（ｂ）は電磁撹拌装置がスリーブ注湯位置までスライド移動してスリーブに注湯する状態の断面図、（ｃ）は電磁撹拌装置がカップ清掃位置までスライド移動して清掃する状態の断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
Ａ…電磁撹拌工程 Ｂ…注湯工程
Ｃ…清掃工程 Ｓ…溶湯
Ｒ…ラドル Ｐ…溶融炉
１…装置本体 ２…電磁撹拌装置
２ａ…収容部 ３…カップ
３ａ…下部開閉部 ４…スリーブ
４ａ…投入口 ５…圧縮空気噴出器
６…清掃箱 ７…移動機構部
８…架台 ９…レール
１０…スライダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種部品の溶湯による鋳造成形に際し、電磁撹拌によりナノサイズに微細化された低粘性の溶湯組織を形成可能とした電磁撹拌式鋳造方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料の鋳造にはダイカストマシンが使用される。このダイカストマシンで使用する金型は、鋳造したダイカストを取り出せるように一方の固定型と他方の可動型との少なくとも２つの部分よりなっている。この固定型および可動型それぞれはダイカストマシンの固定盤および可動盤に取り付けられ、また固定盤側にはスリーブが設けられ、該スリーブ内で、先端にチップを備えたプランジャが前後にスライドできるようになっている。このスリーブの上側面には投入口が設けられ、溶融炉内から溶湯を汲み上げたラドルによって、当該投入口からスリーブ内に溶湯が投入されるものとなっている。
【０００３】
ダイカストマシンによる鋳造の１サイクルは、溶融炉内からラドルによって溶湯を汲み上げて投入口からスリーブ内に投入された後に、プランジャを前進方向にスライド移動させ、先端のチップによって溶湯をスリーブ先端側へ押し出し、固定型と可動型との間の鋳型空間部に導入させる。先ず可動型が動き、固定型に組み合わされて締めつけられる。次に、溶融金属が固定型と可動型とによって圧入され、凝固が完了すると可動型が動いて金型が開き、ダイカストが取り出される。その後、金型に離型剤が塗布された後、次のサイクルに入る。
【０００４】
鋳型を用いて耐圧高強度の部品を製造する場合には、下記に示すような種々の鋳造法が使用される。すなわち、金属製の鋳型に溶湯を重力のみで鋳込む所謂グラビティー鋳造法は、砂型鋳物に比べて寸法精度が良好なことから仕上代が少なく鋳肌が滑らかな鋳物となる。しかも、冷却速度が早いため細かい結晶粒度でピンホールが少なく、機械的性質が良好なこと、さらに経済的にも優れている。
【０００５】
このグラビティー鋳造法としては、例えば、特許文献１に開示されている金属鋳造法が存在する。これは固定型と可動型の両型合わせ面部に形成した注湯口から溶湯をキャビティ内に注入充填させ、然る後、両型合わせ面部に設置した加圧子でもってキャビティ内の溶湯に圧力を加えるようにしている。
【０００６】
溶湯を鋳型の下側からゆっくりと注入する所謂低圧鋳造法は、肉厚変化の大きい形状でも押し湯を省略できることが多く、材料歩留まりが良い。この場合における装置は密閉した保温炉、上部の鋳型、制御部で構成され、保温炉に約０．１ＭＰａ以下の圧力をかけて溶湯を鋳型まで押し上げる方式である。
【０００７】
この低圧鋳造法としては、例えば、特許文献２に開示されている低圧鋳造装置が存在する。これは上下方向に延在するストーク、湯道を介して該ストークの上端と連通するキャビティを画成する上型及び下型を備える金型それぞれを有する鋳造機によって形成されている。また、ストークの下端は加圧室内において開口し、湯道は下型においてストークの上端に接続され、加圧手段によって加圧室内が加圧されることにより当該加圧室内の溶湯をストークの下端からストーク内へ流入させ、該ストークおよび該湯道を介して該キャビティ内へ充填可能としている。そして、上型は、加圧室内の溶湯をキャビティ内へ充填した後であってストーク内の溶湯が凝固する前に、該ストークの上端に向けてエアを供給可能なエア供給手段を有している。
【０００８】
また、気体の巻き込みが少ないようにして溶湯を鋳型の下側から注入した後に付加的に溶湯の全体もしくは一部を加圧して鋳型内の鋳造材料に高圧を加える所謂高圧スクイズ鋳造法も高強度の部品を得る方法として多く使用されている。
【０００９】
このスクイズ鋳造法としては、例えば特許文献３に開示されているスクイズ鋳造装置なるものが存在する。これは、垂直割金型の下方に相対的に昇降可能にして配置されて当該垂直割金型のキャビティ内に溶湯を圧入するための押し出しピストンを、押し上げ軸上端に付設したプランジャーを備えている。そして、押し出しピストンをその内部から上方に貫通押し上げ可能にして嵌入させて前記プランジャーの上部に取り付けられた肉厚３〜２５ｍｍの筒状の小スリ−ブを備えている。また、プランジャ−の上部においてその内面が前記小スリ−ブの外側面に着脱できるように複数分割可能にされると共に、その高さを前記小スリ−ブよりも高くされた筒状の大スリ−ブを備え、前記押し出しピストン、小スリ−ブと共に給湯部を画成するように構成されている。
【００１０】
鋳造材料を液相および固相がそれぞれ半分となった半凝固状態にして、低温でスクイズマシンを使い鋳造する所謂半凝固鋳造法は、これまでのスクイズマシンでは困難だった耐圧高強度の部品の製造が可能である。この半凝固鋳造法には、電磁撹拌式、落下式、振動式の３つのタイプが存在する。
【００１１】
例えば電磁撹拌式による半凝固鋳造法では、先ず、カップを冷却し、清掃・乾燥した後に、カップ内面に離型剤が塗布される。そして、このカップを電磁撹拌装置の磁界発生コイル間に収容し、当該カップに溶湯がラドルを使って投入される。次に、磁界発生コイルへの通電により溶湯に運動量を与えて均一に撹拌させることで当該溶湯を半凝固組織のスラリーに変える。撹拌後には、電磁撹拌装置からカップが取り出され、カップ内の半凝固スラリーが投入口からスリーブ内に投入され、以後の鋳型成形に備える。
【００１２】
この電磁撹拌装置としては、例えば特許文献４に開示されているように、鉛直移動磁界をつくる三相交流コイルと周方向移動磁界をつくる三相交流コイルの２種類のコイルを容器の外側に配置し、誘導効果を利用して上下方向の電磁力と周方向の電磁力を発生させることによって上下方向と周方向に同時に撹拌するものが提案されている。
【００１３】
また、特許文献５に開示されているように、容器内の溶融金属に回転磁界を与えるコイルを、容器の軸に対して捩るように鉄心に斜めに配置して、三相交流の通電によりねじれ磁場を印加し、回転磁場と同時に軸方向の進行磁場を与える誘導型電磁駆動装置が提案されている。
【００１４】
さらに、この半凝固鋳造法の具体例としては、例えば特許文献６に開示されているような半凝固鋳造方法なるものが存在する。これは半凝固装置内に保持された半凝固金属の一部を該半凝固装置の排出口から受け部材の秤量穴に充填し、次いで、該受け部材の移動により該秤量穴内の半凝固金属を該受け部材自体で残部から切断するとともに半凝固金属の所定量を秤量し、その後、上記秤量穴内の半凝固金属を成形装置に供給するものとしている。
【００１５】
その他、鋳造アシスト法として、例えば真空アシスト、局部加圧アシスト、酸素置換アシストの３つの方法がある。
【特許文献１】特開平６−４７５１７号公報
【特許文献２】特開２００８−１１４２７８号公報
【特許文献３】特開平１０−９９９５８号公報
【特許文献４】特開２００３−２２０３２３号
【特許文献５】特開２０００−１５２６００号
【特許文献６】特開２００２−２４８５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、従来のダイカストマシンを使用した鋳造方法では、溶融炉内からラドルによって溶湯を汲み上げ、投入口からスリーブ内に投入する際に、当該溶湯は空気と接触する時間が長いため、製品内への空気や不純物ガス等の巻き込みによる巣が発生し、これにより強度不足となってクラック発生につながる等の欠点を有している。
【００１７】
また、特許文献１に開示されているグラビティーによる金属鋳造法では、保温炉に約０．１ＭＰａ以下の圧力をかけて溶湯を鋳型まで押し上げる方式であるから、生産性が低く、しかも仕上げ加工費等も発生する。
【００１８】
特許文献２に開示されている低圧鋳造装置では、加圧手段によって加圧室内が加圧されることにより当該加圧室内の溶湯をストークの下端からストーク内へ流入させ該ストークおよび湯道を介してキャビティ内へ充填可能とし、しかもストーク内の溶湯が凝固する前に該ストークの上端に向けてエアを供給可能なエア供給手段を有しているから、これもまた生産性が低く、しかも仕上げ加工費等も発生する。
【００１９】
特許文献３に開示されているスクイズ鋳造装置では、プランジャ−の上部においてその内面が前記小スリ−ブの外側面に着脱できるように複数分割可能にされると共にその高さを前記小スリ−ブよりも高くされた筒状の大スリ−ブを備え、前記押し出しピストン、小スリ−ブと共に給湯部を画成するように構成されているから、これもまた生産性が低く、しかも仕上げ加工費等も発生する。
【００２０】
特許文献４および特許文献５に開示されている電磁撹拌装置は、溶湯に対し全体的に連続的且つ均一な半凝固組織による粘性度の高いスラリーを作るから、カップ内壁に半凝固スラリーが付着してしまい、カップを引っ繰り返しても半凝固スラリーの全てがその粘性自体でスリーブの投入口内に完全に落下させることができないものとなる。このため、半凝固スラリー投入用のロボットや給湯装置等の高価な設備が必要となってくる。
【００２１】
また、特許文献６に開示されている半凝固鋳造方法の場合、全体的に連続した略均一な半凝固組織によるスラリー状態となって鋳造されるから、スラリー発生の不安定性を避けるための材料限定等の問題が発生する。
【００２２】
さらに、真空アシスト、局部加圧アシスト、酸素置換アシストは、アシスト鋳造であるから、品質の安定性等が問題となる。
【００２３】
そこで、本発明は叙上のような従来存した諸事情に鑑み創出されたもので、生産性の向上と品質の均一化および強度の向上が可能となり、クラックの原因となる巣の発生を未然に防止できるようナノサイズに微細化された低粘性の溶湯組織を形成可能とした電磁撹拌式鋳造方法とその装置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】
【００２４】
上述した課題を解決するため、本発明に係る電磁撹拌式鋳造方法にあっては、カップ給湯位置にて電磁撹拌装置２に収容されているカップ３に溶湯Ｓを入れ、電磁撹拌装置２でカップ３内の溶湯Ｓを低粘性の半凝固組織にする電磁撹拌工程Ａと、電磁撹拌装置２をスリーブ注湯位置に移動させ、カップ３の下部に形成されている下部開閉部３ａを開放させて電磁撹拌装置２下部から溶湯Ｓをスリーブ４内に注湯する注湯工程Ｂと、注湯完了後に電磁撹拌装置２をカップ清掃位置まで移動させ、カップ３の下部開閉部３ａを開放させたまま上方の圧縮空気噴出器５からのエアブローにより当該カップ３内を清掃する清掃工程Ｃとを備えたものである。
一方、本発明に係る電磁撹拌式鋳造装置にあっては、溶融炉Ｐから溶湯Ｓが給湯され、下部に下部開閉部３ａを備えたカップ３と、該カップ３を磁界発生コイル間に収容可能とし、この電磁力によってカップ３内の溶湯Ｓを低粘性の半凝固組織にすることを可能にした電磁撹拌装置２と、カップ給湯位置、スリーブ注湯位置、カップ清掃位置それぞれの位置に電磁撹拌装置２を移動させる移動機構部７と、カップ清掃位置でカップ３の下部開閉部３ａを開放させたまま上方からの風圧で当該カップ３内の残渣物を剥離除去する圧縮空気噴出器５とを有して成るものである。
また、移動機構部７は、中央のスリーブ４に対して左右両側に設置された架台８と、これら両架台８上に架けられたレール９と、レール９上で摺動自在となるスライダ１０とを備え、前記電磁撹拌装置２は当該スライダ１０上に載置固定されて成るものとできる。
【００２５】
以上のように構成された本発明に係る電磁撹拌式鋳造方法とその装置にあって、電磁撹拌装置２は、磁界発生コイルの通電により発生する電磁力によって溶湯Ｓが撹拌されてナノサイズに微細化される効果でもって、溶湯Ｓ自体の組織を断片的に均一化させる。
このとき、磁界発生コイルの通電時間、磁界の周波数、投入する電力等によって液相と固相との比率を自由に変更させる。
電磁撹拌装置２が移動機構部７によってスリーブ注湯位置に移動すると、カップ３の下部開閉部３ａが開放されることで、電磁撹拌装置２下部を通じて溶湯Ｓをスリーブ４内に注湯させる。
電磁撹拌装置２が移動機構部７によってカップ清掃位置まで移動すると、カップ３の下部開閉部３ａが開放された状態のまま、上方からの圧縮空気噴出器５により当該カップ３内が清掃され、カップ３内の残渣物を電磁撹拌装置２下部を通じて下方に落下させる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、生産性の向上と品質の均一化および強度の向上が可能となり、クラックの原因となる巣の発生を未然に防止できるようナノサイズに微細化された低粘性の溶湯Ｓ組織を形成可能にする。
【００２７】
すなわち、これは本発明に係る電磁撹拌式鋳造方法が、カップ給湯位置にて電磁撹拌装置２でカップ３内の溶湯Ｓを低粘性の半凝固組織にする電磁撹拌工程Ａと、スリーブ注湯位置にてカップ３の下部に形成されている開閉部３ａを開放させて溶湯Ｓをスリーブ４内に注湯する注湯工程Ｂと、注湯完了後にカップ清掃位置にてカップ３の下部開閉部３ａを開放させたまま上方の圧縮空気噴出器５からのエアブローにより当該カップ３内を清掃する清掃工程Ｃとを備えて成るからであり、これにより、生産性の向上と品質の均一化が可能となる電磁撹拌装置２を使った鋳造システムを容易に構築することができる。この電磁撹拌装置２によって形成される溶湯Ｓ組織は半凝固ではあるが、従来のような連続的且つ均一な半凝固組織によるスラリー状態では無く、溶湯Ｓ組織自体がナノサイズに断片化されて連続性が無い低粘性の半凝固組織とするから、カップ３内壁に溶湯Ｓが付着せずに全てをスリーブ内へ落下させることができる。しかも、このような電磁撹拌工程Ａを経ることによって、製造される鋳物製品自体の強度が向上されると共に、クラックの原因となる巣の発生を未然に防止できる。
【００２８】
一方、本発明に係る電磁撹拌式鋳造装置にあっては、溶融炉Ｐから溶湯Ｓが給湯され、下部に下部開閉部３ａを備えたカップ３と、該カップ３を磁界発生コイル間に収容可能とし、この電磁力によってカップ３内の溶湯Ｓを低粘性の半凝固組織にすることを可能にした電磁撹拌装置２と、カップ給湯位置、スリーブ注湯位置、カップ清掃位置それぞれの位置に電磁撹拌装置２を移動させる移動機構部７と、カップ清掃位置でカップ３の下部開閉部３ａを開放させたまま上方からの風圧で当該カップ３内の残渣物を除去する圧縮空気噴出器５とを有して成るので、電磁撹拌式による既設の鋳造設備を使用でき、従来の半凝固ダイカスト等の鋳造金型を何等変更させずに使用できる。また、従来のダイカスト鋳造の生産性を向上でき、品質も均一化される。しかも多種合金の溶湯Ｓを使った鋳造にも応用可能である。また、溶湯Ｓは低粘性の半凝固組織となっていることで、圧縮空気噴出器５のみによる清掃で残渣物を容易に剥離除去できるから、従来のようにカップ３を冷却して離型剤を塗布するというような煩雑な作業を省くことができ、これによっても生産性をさらに向上させている。
【００２９】
また、移動機構部７は、中央のスリーブ４に対して左右両側に設置された架台８と、これら両架台８上に架けられたレール９と、レール９上で摺動自在となるスライダ１０とを備え、前記電磁撹拌装置２は当該スライダ１０上に載置固定されて成るので、溶融炉Ｐに近いカップ給湯位置、レール９にスリーブ４上側の投入口４ａを臨ませている中央のスリーブ注湯位置、上方に圧縮空気噴出器５を設けたカップ清掃位置のそれぞれの位置に当該電磁撹拌装置２を自由に移動でき、ダイカスト鋳造の生産性を向上させることができる。
【００３０】
尚、上記の課題を解決するための手段、発明の効果の項それぞれにおいて付記した符号は、図面中に記載した構成各部を示す部分との参照を容易にするために付したもので、図面中の符号によって示された構造・形状に本発明が限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の一形態を詳細に説明する。図において示される符号１は、本発明に係る電磁撹拌式鋳造装置の中核を構成するもので、所謂ナノキャスト法として半凝固ダイカストに使用される電磁撹拌装置２を備えた装置本体である。
【００３２】
この装置本体１による鋳造方法は、図１に示すように、電磁撹拌工程Ａ、注湯工程Ｂ、清掃工程Ｃという概ね３つの工程によって構成されている。すなわち、先ず、電磁撹拌工程Ａにおいては、カップ給湯位置にて電磁撹拌装置２に収容されているカップ３内に、溶融炉Ｐの溶湯Ｓを投入し、電磁撹拌装置２の磁界発生コイルへの通電により発生する電磁力によってカップ３内の溶湯Ｓを撹拌して低粘性の半凝固組織にする。
【００３３】
注湯工程Ｂにおいては、電磁撹拌装置２をスリーブ注湯位置にスライド等によって移動させ、カップ３の下部開閉部３ａを開放させて電磁撹拌装置２下部から溶湯Ｓをスリーブ４内に注湯する。
【００３４】
清掃工程Ｃにおいては、注湯完了後に電磁撹拌装置２をカップ清掃位置までスライド等によって移動させ、カップ３の下部開閉部３ａを開放させたまま上方の圧縮空気噴出器５からのエアブローにより当該カップ３内に付着されている残渣物を強制的に剥離等して除去する。
【００３５】
半凝固ダイカストに使用される金型は、鋳造したダイカストを取り出せるように一方の固定型と他方の可動型との少なくとも２つの部分よりなっている。この固定型および可動型それぞれは半凝固ダイカストの固定盤および可動盤に取り付けられ、また固定盤側にはスリーブ４が設けられ、該スリーブ４内で、先端にチップを備えたプランジャが前後にスライドできるようになっている。
【００３６】
また、装置本体１は、カップ給湯位置、スリーブ注湯位置、カップ清掃位置それぞれの位置に、カップ３と共に電磁撹拌装置２をスライド等によって移動させるための移動機構部７を備えている。すなわち、移動機構部７は、図２に示すように、中央のスリーブ４に対して左右両側に架台８が設置され、これら両架台８相互間には２本のレール９が互いに並行に架けられている。この両レール９上には、レール９上で摺動自在な、前後左右で１組となるスライダ１０によって、例えば円筒状の磁界発生コイルによって構成されている電磁撹拌装置２が載置されている。そして、溶融炉Ｐに近い右側のカップ給湯位置、両レール９間にスリーブ４上側の投入口４ａを臨ませている中央のスリーブ注湯位置、上方に圧縮空気噴出器５を設けた左側のカップ清掃位置のそれぞれの位置に当該電磁撹拌装置２が自由にスライド移動できるようになっている。
【００３７】
尚、電磁撹拌装置２のスライド操作は、手動で行っても良く、あるいは不図示の駆動装置を使っても良い。
【００３８】
図３（ａ）に示すように、電磁撹拌装置２の中央には円筒形開口状の収容部２ａが形成されており、この内部には例えば半割楕円殻形状のカップ３が収容保持されている。そして、カップ給湯位置において、給湯機に設けられたラドルＲを使って溶融炉Ｐから汲み上げられた溶湯Ｓが当該カップ３に給湯されるようになっている。
【００３９】
カップ３の下部には下部開閉部３ａが設けられており、この下部開閉部３ａは、図３（ｂ）に示すように、例えば油圧シリンダ機構もしくはスリット移動機構等の種々の機構によって振動開閉されるようになっている。開放されることで、スリーブ注湯位置において、当該カップ３を電磁撹拌装置２内からわざわざ取り出さなくても、当該電磁撹拌装置２の収容部２ａの下部開口側からカップ３内の溶湯Ｓをスリーブ４の投入口４ａに注湯できるようにしてある。
【００４０】
カップ清掃位置においては、図３（ｃ）に示すように、上方の所定箇所には、圧縮空気噴出器５が吐出口を下方に向けて備え付けられている。そして、収容部２ａに収容されているカップ３の下部開閉部３ａを開放させたままの状態で、上方の圧縮空気噴出器５からのエアブローにより当該カップ３内面に付着している残渣を強制剥離させ、当該残渣物を収容部２ａの下部開口側から下方にある例えば清掃箱６等に落下収容させて処理するものとしてある。
【００４１】
電磁撹拌装置２には、例えば回転方向移動磁界、軸方向移動磁界を永久磁石の回転等によって形成する攪拌装置がある。溶湯Ｓを非接触で、その全体に亘って均一でしかも強力に撹拌できる電磁撹拌装置２としては、溶湯Ｓに回転運動を発生させるために容器の外周面に沿って設けられた回転磁界発生コイルと、溶湯Ｓに軸方向運動を発生させるための容器の外周面軸方向に沿って設けられた軸方向移動磁界発生コイルとを併用して成るものとできる。この結果、溶湯Ｓ中には、回転運動と軸方向運動とが重畳した強力な流速運動が生じ、当該溶湯Ｓは強力かつ均一に撹拌される。
【００４２】
特に、電磁撹拌装置２は溶湯Ｓ中に大きな速度勾配を形成できるため、当該溶湯Ｓ中に介在物粒子の凝集および肥大化を促進し、また制御できる。これによって、磁界発生コイルの通電時間、磁界の周波数、投入する電力等によって液相と固相との比率を自由に変更でき、例えば溶湯Ｓをナノサイズ球状結晶による断片化された低粘性の半凝固組織にすることが可能となる。
【００４３】
さらに具体的には、電磁撹拌装置２に対し、例えば特開平７−３２０９８号公報に開示されている連続鋳造方法を採用することができる。すなわち、溶湯Ｓ面上方から粒子状の冷却材を添加し、下方内断面の全域に少なくとも固液共存の凝固層を形成させた後、次いで、成分の異なる溶湯Ｓを注入し、電磁撹拌装置２により周方向の旋回流を溶湯Ｓに与える。この電磁攪拌力による溶湯Ｓの旋回流により冷却材の粒子は断面内に分散する。すなわち、旋回流の流体間混合と粒子に働く遠心力を利用するもので、上部では粒子径が大きいため、大きな遠心力が働き、また下方では粒子の溶解により遠心力が減ぜられ、これによって粒子が中心方向に分散する混合効果が働く。この原理により、粒子群の分散角度が電磁攪拌力により制御されるのである。
【００４４】
次に、以上のように構成された最良の形態についての使用の一例について説明する。先ず、図３（ａ）に示すように、移動機構部７により電磁撹拌装置２をレール９に沿って溶融炉Ｐ近傍のカップ給湯位置に移動させておく。この電磁撹拌装置２の円筒状の磁界発生コイルによって囲繞された収容部２ａにはカップ３が収容保持されている。このカップ給湯位置において、給湯機に設けられたラドルＲを使って溶融炉Ｐから溶湯Ｓが汲み上げられ、当該カップ３に給湯される。
【００４５】
そして、電磁撹拌装置２の磁界発生コイルに電力を投入して電磁力を発生させると、カップ３内の溶湯Ｓは撹拌運動してナノサイズ球状結晶による断片化された低粘性の半凝固組織となって成長する。
【００４６】
次いで、図３（ｂ）に示すように、移動機構部７により電磁撹拌装置２をスリーブ注湯位置までスライド移動させてからカップ３の下部開閉部３ａを開放させることで、電磁撹拌装置２下部からスリーブ４の投入口４ａに溶湯Ｓが注湯される。
【００４７】
注湯完了後には、図３（ｃ）に示すように、移動機構部７により電磁撹拌装置２をカップ清掃位置まで移動させ、カップ３の下部開閉部３ａを開放させたままの状態で、上方の圧縮空気噴出器５からのエアブローにより当該カップ３内に付着している残渣物を除去する。この除去された残渣物は電磁撹拌装置２の収容部２ａ下部開口側から落下して下方にある清掃箱６内に収容され処理される。
【００４８】
そして、移動機構部７により電磁撹拌装置２を元のカップ給湯位置まで移動させることで同じ動作が繰り返される（図１参照）。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明を実施するための最良の形態における電磁撹拌式鋳造工程の一例を示す説明図である。
【図２】同じく電磁撹拌式鋳造装置の一例を示す斜視図である。
【図３】同じく電磁撹拌式鋳造装置の使用の一例を示し、（ａ）は電磁撹拌装置がカップ給湯位置にある状態の断面図、（ｂ）は電磁撹拌装置がスリーブ注湯位置までスライド移動してスリーブに注湯する状態の断面図、（ｃ）は電磁撹拌装置がカップ清掃位置までスライド移動して清掃する状態の断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
Ａ…電磁撹拌工程 Ｂ…注湯工程
Ｃ…清掃工程 Ｓ…溶湯
Ｒ…ラドル Ｐ…溶融炉
１…装置本体 ２…電磁撹拌装置
２ａ…収容部 ３…カップ
３ａ…下部開閉部 ４…スリーブ
４ａ…投入口 ５…圧縮空気噴出器
６…清掃箱 ７…移動機構部
８…架台 ９…レール
１０…スライダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カップ給湯位置にて電磁撹拌装置に収容されているカップに溶湯を入れ、電磁撹拌装置でカップ内の溶湯を低粘性の半凝固組織にする電磁撹拌工程と、電磁撹拌装置をスリーブ注湯位置に移動させ、カップの下部に形成されている下部開閉部を開放させて電磁撹拌装置下部から溶湯をスリーブ内に注湯する注湯工程と、注湯完了後に電磁撹拌装置をカップ清掃位置まで移動させ、カップの下部開閉部を開放させたまま上方の圧縮空気噴出器からのエアブローにより当該カップ内を清掃する清掃工程とを備えていることを特徴とした電磁撹拌式鋳造方法。
【請求項２】
溶融炉から溶湯が給湯され、下部に下部開閉部を備えたカップと、該カップを磁界発生コイル間に収容可能とし、この電磁力によってカップ内の溶湯を低粘性の半凝固組織にすることを可能にした電磁撹拌装置と、カップ給湯位置、スリーブ注湯位置、カップ清掃位置それぞれの位置に電磁撹拌装置を移動させる移動機構部と、カップ清掃位置でカップの下部開閉部を開放させたまま上方からの風圧で当該カップ内の残渣物を除去する圧縮空気噴出器とを有して成ることを特徴とする電磁撹拌式鋳造装置。
【請求項３】
移動機構部は、中央のスリーブに対して左右両側に設置された架台と、これら両架台上に架けられたレールと、レール上で摺動自在となるスライダとを備え、前記電磁撹拌装置は当該スライダ上に載置固定されて成る請求項２記載の電磁撹拌式鋳造装置。
【請求項１】
カップ給湯位置にて電磁撹拌装置に収容されているカップに溶湯を入れ、電磁撹拌装置でカップ内の溶湯を低粘性の半凝固組織にする電磁撹拌工程と、電磁撹拌装置をスリーブ注湯位置に移動させ、カップの下部に形成されている下部開閉部を開放させて電磁撹拌装置下部から溶湯をスリーブ内に注湯する注湯工程と、注湯完了後に電磁撹拌装置をカップ清掃位置まで移動させ、カップの下部開閉部を開放させたまま上方の圧縮空気噴出器からのエアブローにより当該カップ内を清掃する清掃工程とを備えていることを特徴とした電磁撹拌式鋳造方法。
【請求項２】
溶融炉から溶湯が給湯され、下部に下部開閉部を備えたカップと、該カップを磁界発生コイル間に収容可能とし、この電磁力によってカップ内の溶湯を低粘性の半凝固組織にすることを可能にした電磁撹拌装置と、カップ給湯位置、スリーブ注湯位置、カップ清掃位置それぞれの位置に電磁撹拌装置を移動させる移動機構部と、カップ清掃位置でカップの下部開閉部を開放させたまま上方からの風圧で当該カップ内の残渣物を除去する圧縮空気噴出器とを有して成ることを特徴とする電磁撹拌式鋳造装置。
【請求項３】
移動機構部は、中央のスリーブに対して左右両側に設置された架台と、これら両架台上に架けられたレールと、レール上で摺動自在となるスライダとを備え、前記電磁撹拌装置は当該スライダ上に載置固定されて成る請求項２記載の電磁撹拌式鋳造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−６４１０９（Ｐ２０１０−６４１０９Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３２７６９（Ｐ２００８−２３２７６９）
【出願日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【出願人】（３０００８１４１９）有限会社ティミス (3)
【出願人】（３０５００７８１６）有限会社ナノキャストテクノ (2)
【出願人】（５０８２７４９８７）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【出願人】（３０００８１４１９）有限会社ティミス (3)
【出願人】（３０５００７８１６）有限会社ナノキャストテクノ (2)
【出願人】（５０８２７４９８７）
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