特許 5958207 ダイカスト方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5958207

(24)【登録日】2016年7月1日

(45)【発行日】2016年7月27日

(54)【発明の名称】ダイカスト方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 17/00 20060101AFI20160714BHJP

   B22D 17/20 20060101ALI20160714BHJP

   B22D 17/30 20060101ALI20160714BHJP

   B22D 1/00 20060101ALI20160714BHJP

   B22D 21/04 20060101ALI20160714BHJP

   B22D 27/20 20060101ALI20160714BHJP

【ＦＩ】

   B22D17/00 Z

   B22D17/20 Z

   B22D17/30 Z

   B22D1/00 Z

   B22D21/04 A

   B22D27/20 Z

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-198316(P2012-198316)

(22)【出願日】2012年9月10日

(65)【公開番号】特開2014-50872(P2014-50872A)

(43)【公開日】2014年3月20日

【審査請求日】2015年8月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】アイシン精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000213

【氏名又は名称】特許業務法人プロスペック特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100155767

【弁理士】

【氏名又は名称】金井 憲志

(72)【発明者】

【氏名】井上 一也

【審査官】 川崎 良平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１１２２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−０９０３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２１０５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５１７１３７８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１２４６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０３６９５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｄ １７／００，１８／００，２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

キャビティが形成された金型と、内部空間を有するように円筒状に形成され、その一方端側で前記キャビティに連通する射出スリーブと、前記射出スリーブ内に移動可能に配設されたプランジャチップとを備えるダイカストマシンを用いたアルミニウム製品のダイカスト方法であって、
前記射出スリーブ内に、アルミニウムとテルミット反応を引き起こす金属酸化物粉末を供給する金属酸化物供給工程と、
前記金属酸化物粉末が供給された前記射出スリーブ内にアルミニウム溶湯を供給する溶湯供給工程と、
前記射出スリーブの前記一方端側に向けて前記プランジャチップを低速移動させることにより、前記射出スリーブ内に供給されたアルミニウム溶湯を前記射出スリーブの前記一方端側に移動させるプランジャ低速移動工程と、
前記射出スリーブの前記一方端側に向けて前記プランジャチップを高速移動させることにより、前記プランジャ低速移動工程にて前記射出スリーブの前記一方端側に移動されたアルミニウム溶湯を前記キャビティ内に射出するプランジャ高速移動工程と、
を含む、ダイカスト方法。

【請求項2】

請求項１に記載のダイカスト成形方法において、
前記金属酸化物供給工程は、前記射出スリーブの内部空間を減圧させた状態で、前記射出スリーブの前記一方端側から前記射出スリーブ内に前記金属酸化物粉末を供給する工程である、ダイカスト成形方法。

【請求項3】

請求項２に記載のアルミダイカスト成形方法において、
前記射出スリーブにはアルミニウム溶湯を供給するための溶湯供給口が形成されており、前記金属酸化物供給工程では、前記溶湯供給口が塞がれている、アルミダイカスト成形方法。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアルミダイカスト成形方法において、
前記金属酸化物粉末は、二酸化ケイ素粉末である、アルミダイカスト成形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はダイカスト方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ダイカスト成形に用いられる金型のキャビティが薄いと、キャビティ内に射出される金属溶湯の単位射出量あたりにおける金型（キャビティ壁面）への金属溶湯の接触面積が大きいので、射出された金属溶湯は金型によって急速に冷却されて凝固する。凝固速度が極端に速い場合、金属溶湯がキャビティに行き渡る前に凝固し、部分的に欠損した製品が不良製品として成形される。斯かる不具合の発生を抑えるために、キャビティ内に射出された金属溶湯が凝固するまでの時間を延ばして金属溶湯がキャビティの全領域に確実に行き渡るようにし、精度の良好な薄肉鋳造品を得るための技術が提案されている。

【0003】

特許文献１は、金属溶湯に溶け込むことによって金属溶湯の凝固温度を降下させる組成を有する金属材料（例えば亜鉛粒子）を金型のキャビティ内に供給した後に、金属溶湯をキャビティ内に射出することによって鋳造品を成形するダイカスト方法を開示する。特許文献１によれば、キャビティ内に射出された金属溶湯と予めキャビティ内に供給されている金属材料（例えば亜鉛粒子）とが局所的に合金化して金属溶湯の凝固温度が低下する。金属溶湯の凝固温度が低下することにより、キャビティ内に射出された金属溶湯が凝固するまでの時間が延ばされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−１１２２４３号公報

【発明の概要】

【0005】

（発明が解決しようとする課題）
特許文献１によれば、キャビティ内での金属溶湯の凝固温度の低下によって、理論的には金属溶湯が凝固するまでの時間が延びる。しかし、通常、ダイカストにおいては、数十〜数百ミリ秒という短時間でキャビティに金属溶湯が充填され、その後直ちにキャビティ壁面に接触している部分から冷却固化（凝固）していく。この場合において、合金化による凝固温度の低下と、冷却によるアルミニウム溶湯の凝固が同時進行しているので、金属溶湯が合金化する前に金属溶湯の凝固が進行する可能性が高い。特に薄肉成形品を鋳造する場合には凝固の進行が早い。したがって、特許文献１に記載の方法では実質的に金属溶湯が凝固するまでの時間を延ばすことができないと思われる。また、発熱反応を伴わないので、仮に合金化したとしても金型により急速に冷却された場合には、凝固温度の低下による金属溶湯の凝固の遅延効果が小さいと考えられる。さらに、亜鉛粒子等の金属材料をキャビティ内に供給しているので、製品表面にそのような金属材料が付着しても良い製品にしか、適用できない。すなわち、適用可能な製品が限定されてしまう。

【0006】

本発明は、幅広い製品に適用でき、且つ、キャビティ内で金属溶湯が凝固するまでの時間を十分に延ばすことができるダイカスト方法を提供することを目的とする。

【0007】

（課題を解決するための手段）
本発明は、キャビティが形成された金型と、内部空間を有するように円筒状に形成され、その一方端側で前記キャビティに連通する射出スリーブと、前記射出スリーブ内に移動可能に配設されたプランジャチップとを備えるダイカストマシンを用いたアルミニウム製品のダイカスト方法であって、前記射出スリーブ内に、アルミニウムとテルミット反応を引き起こす金属酸化物粉末を供給する金属酸化物供給工程と、前記金属酸化物粉末が供給された前記射出スリーブ内にアルミニウム溶湯を供給する溶湯供給工程と、前記射出スリーブの前記一方端側に向けて前記プランジャチップを低速移動させることにより、前記射出スリーブ内に供給されたアルミニウム溶湯を前記射出スリーブの前記一方端側に移動させるプランジャ低速移動工程と、前記射出スリーブの前記一方端側に向けて前記プランジャチップを高速移動させることにより、前記プランジャ低速移動工程にて前記射出スリーブの前記一方端側に移動されたアルミニウム溶湯を前記キャビティ内に射出するプランジャ高速移動工程と、を含む、ダイカスト方法を提供する。

【0008】

本発明に係るダイカスト方法によれば、溶湯供給工程にて射出スリーブ内にアルミニウム溶湯が供給されてから、プランジャ低速移動工程にて射出スリーブ内のアルミニウム溶湯が射出スリーブの一方端側に移動されるまでの間に、金属酸化物粉末とアルミニウム溶湯とによってテルミット反応が引き起こされて、金属酸化物が還元されるとともにアルミニウムが酸化される。このテルミット反応により生じる反応熱によりアルミニウム溶湯が射出スリーブ内で加熱される。こうして加熱されたアルミニウム溶湯がプランジャ高速移動工程にてキャビティ内に供給される。キャビティ内に供給されたアルミニウム溶湯は金型に熱を奪われて冷却されるが、テルミット反応により生じた反応熱で加熱されているためその冷却速度は遅い。このためキャビティ内でアルミニウム溶湯が凝固するまでの時間を十分に延ばすことができる。

【0009】

また、テルミット反応は主に射出スリーブ内で起こるので、テルミット反応によって生成される金属やアルミニウム酸化物は射出スリーブ内に取り残され、キャビティ内に進入しない。ここで、射出スリーブ内の空間は金型のキャビティに連通しているとはいえ、射出スリーブ内の空間からキャビティまでの間には、通常、ランナや湯口等が設けられ、これらの空間を介して射出スリーブ内の空間がキャビティ空間に連通する。ランナや湯口は非常に狭い空間として形成されるため、テルミット反応で生成した固形物（金属やアルミニウム酸化物）はランナや湯口で堰き止められる。したがって、キャビティ空間にはアルミニウム溶湯のみが供給される。よって、不純物の少ないアルミニウム成形品が生成されるので、幅広いアルミニウム成形品に本発明を適用できる。

【0010】

上記発明において、金属酸化物粉末は、アルミニウムとテルミット反応を引き起こすものであれば、どのようなものでも良い。代表的には、四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）粉末、二酸化スズ（ＳｎＯ_２）粉末、三酸化二クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）粉末、酸化ニッケル（ＮｉＯ）粉末、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）粉末、酸化マンガン（ＭｎＯ）粉末が、本発明に係る金属酸化物粉末として好適に用いられる。

【0011】

前記金属酸化物供給工程は、前記射出スリーブの内部空間を減圧させた状態で、前記射出スリーブの前記一方端側から前記射出スリーブ内に前記金属酸化物粉末を供給する工程であるのがよい。これによれば、射出スリーブの内部空間が減圧されているので、射出スリーブの一方端側（キャビティに連通している側）から供給される金属酸化物粉末は、キャビティ側へは移動せずに射出スリーブ内に移動する。このため効率的に射出スリーブ内に金属酸化物粉末を供給することができる。この場合、射出スリーブの他方端側に、配管等で吸引ポンプを接続しておき、吸引ポンプを作動させることにより射出スリーブの内部空間を減圧させると良い。これによれば、吸引ポンプの作動によって射出スリーブ内の空気が排出されて減圧されるとともに、射出スリーブの一方端から他方端に向かう気流が射出スリーブ内に発生する。よって、射出スリーブの一方端側から供給された金属酸化物粉末がその流れに乗って射出スリーブ内を移動する。このためより効率的に射出スリーブ内に金属酸化物粉末を供給することができる。

【0012】

また、前記射出スリーブにはアルミニウム溶湯を供給するための溶湯供給口が形成されており、前記金属酸化物供給工程では、前記溶湯供給口が塞がれているのがよい。これによれば、金属酸化物供給工程で供給された金属酸化物粉末がアルミニウム溶湯供給口から外部に放出されることを防止できる。

【0013】

また、前記金属酸化物粉末は二酸化ケイ素粉末であるのがよい。金属酸化物が二酸化ケイ素である場合、アルミニウム溶湯と二酸化ケイ素粉末とがテルミット反応したときに発生する反応熱が非常に大きい。このためキャビティに射出された金属溶湯が凝固するまでの時間をより長く延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態に係るダイカスト方法が適用されるダイカストマシンの概略図である。

【図2】準備工程時におけるダイカストマシンを示す図である。

【図3】金属酸化物供給工程時におけるダイカストマシンを示す図である。

【図4】溶湯供給口開放工程時におけるダイカストマシンを示す図である。

【図5】溶湯供給工程時におけるダイカストマシンを示す図である。

【図6】プランジャ低速移動工程時におけるダイカストマシンを示す図である。

【図7】プランジャ高速移動工程時におけるダイカストマシンを示す図である。

【図8】試験用金型を示す図である。

【図9】各温度測定部位の温度変化を示すグラフである。

【図10】金属酸化物粉末が充填された凹部内にアルミニウム溶湯を供給してから５秒経過したときの各部位の温度と、金属酸化物粉末が充填されていない凹部内にアルミニウム溶湯を供給してから５秒経過したときの各部位の温度との差（温度差）を、充填する金属酸化物粉末ごとに示したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るアルミニウム製品のダイカスト方法が適用されるダイカストマシンの概略図である。図１において、ダイカストマシン１は、金型１０と、射出スリーブ２０と、プランジャチップ３０と、粉末供給装置４０と、減圧装置５０とを備える。

【0016】

金型１０は、可動型盤１１にダイベース１２を介して取付けられている可動型１３と、固定型盤１４に取付けられ可動型１３が型合わせされる固定型１５とを備える。可動型１３は固定型１５に近づく方向及び遠ざかる方向に移動可能に構成される。可動型１３の型合わせ面と固定型１５の型合わせ面が当接したときに、両型合わせ面間にキャビティ１６が形成される。本実施形態においてキャビティ１６は薄く形成される。すなわちこの金型１０にアルミニウム溶湯を射出することによって薄肉成形品が鋳造される。また、両型合わせ面間に、キャビティ１６に連通する湯口１７、湯口に連通するランナ（方案部）１８が形成される。

【0017】

可動型１３内には、ランナ１８に開口する第１通路１３１と、一端が第１通路１３１の途中に連通し他端が外部に開口した第２通路１３２とが形成される。また、可動型１３内に第１油圧シリンダ６１が埋め込まれている。この第１油圧シリンダ６１にシャットオフピン６２が接続されていて、第１油圧シリンダ６１が駆動することによりシャットオフピン６２が第１通路１３１内を移動するように構成されている。第１油圧シリンダ６１の駆動によりシャットオフピン６２が図１に示す位置から右方に前進して前進端位置に達すると、シャットオフピン６２が第２通路１３２の第１通路１３１への開口を塞ぐ。これにより第１通路１３１と第２通路１３２との連通が遮断される。シャットオフピン６２によって第１通路１３１と第２通路１３２との連通が遮断されているときに、第１油圧シリンダ６１の駆動によりシャットオフピン６２が図１の左方に後退して後退端位置に達すると、第１通路１３１と第２通路１３２とが連通される。

【0018】

第２通路１３２の他端側に粉末供給装置４０が接続される。粉末供給装置４０は、図１に示すように、粉末充填槽４１と、圧送装置４２と、供給管４３とを有する。粉末充填槽４１内に金属酸化物粉末が充填される。供給管４３は、粉末充填槽４１と第２通路１３２の他端とを接続する。圧送装置４２は、粉末充填槽４１内の金属酸化物粉末を空気と共に供給管４３に送出する。圧送装置４２が駆動することにより供給管４３内に送られた金属酸化物粉末はさらに第２通路１３２内に送られる。本実施形態において、金属酸化物粉末として四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）粉末を例示するが、アルミニウムとテルミット反応を引き起こすような金属酸化物（例えば二酸化ケイ素粉末）であれば、どのような金属酸化物粉末でもよい。

【0019】

固定型盤１４と固定型１５を貫通するように射出スリーブ２０が設けられる。射出スリーブ２０は内部空間を有するように円筒状に形成されていて、その先端（一方端）２０ａが固定型１５の型合わせ面に開口する。金型１０が型締め状態であるときに、射出スリーブ２０はその先端２０ａ側で、ランナ１８、湯口１７を経てキャビティ１６に連通する。射出スリーブ２０の後端（他方端）２０ｂ寄りの側周壁に溶湯供給口２１が開口するように形成される。溶湯供給口２１からアルミニウム溶湯が射出スリーブ２０内に供給される。

【0020】

また、固定型盤１４に第２油圧シリンダ６３が取付けられている。この第２油圧シリンダ６３にロッド６４が接続される。ロッド６４の先端には封止板６５が取付けられる。封止板６５の形状は溶湯供給口２１の形状とほぼ一致する。第２油圧シリンダ６３の駆動によりロッド６４が図１の下方に前進して前進端位置に達すると、ロッド６４の先端に取付けられた封止板６５が溶湯供給口２１を塞ぐ。この状態では溶湯供給口２１からアルミニウム溶湯を射出スリーブ２０内に供給することができない。封止板６５が溶湯供給口２１を塞いでいるときに第２油圧シリンダ６３が駆動してロッド６４が図１の上方に後退すると、封止板６５も上昇して溶湯供給口２１が開放される。溶湯供給口２１が開放された状態では、アルミニウム溶湯を溶湯供給口２１から射出スリーブ２０内に供給することができる。

【0021】

封止板６５に貫通孔６５１が形成されており、この貫通孔６５１に減圧装置５０が接続される。減圧装置５０は、真空ポンプ（吸引ポンプ）５１と、フィルタ５２と、開度調整弁５３と、配管５４とを備える。配管５４の一端が貫通孔６５１に接続され、配管５４の他端が真空ポンプ５１に接続される。配管５４の途中にフィルタ５２及び開度調整弁５３が介装される。封止板６５で溶湯供給口２１を塞いだ状態で真空ポンプ５１を作動させると、射出スリーブ２０内の空気が配管５４を経て真空ポンプ５１に導かれる。これにより射出スリーブ２０内が減圧される。

【0022】

また、射出スリーブ２０内にプランジャチップ３０が設けられる。このプランジャチップ３０は、図示しない油圧シリンダの駆動によって射出スリーブ２０内を往復移動することができるように構成されている。

【0023】

上記構成のダイカストマシン１を用いたアルミニウム製品のダイカスト方法について、以下に説明する。図２乃至図７は、ダイカストマシン１を用いた本実施形態に係るダイカスト方法を工程ごとに示す図である。

【0024】

＜準備工程＞
まず、可動型１３と固定型１５とを型開させ、キャビティ１６やランナ１８を形成する金型壁面（型合わせ面）に離型剤を塗布する。離型剤塗布後、金型１０を型閉めする。また、射出スリーブ２０内に潤滑剤を塗布する。潤滑剤の塗布後、プランジャチップ３０を射出スリーブ２０の後端２０ｂ付近まで後退させる。プランジャチップ３０が図１に示す位置まで後退している場合には、射出スリーブ２０に形成されている溶湯供給口２１はプランジャチップ３０よりも前方（図１において左方）に位置する。よって、溶湯供給口２１から供給されるアルミニウム溶湯は、射出スリーブ２０内であって、射出スリーブ２０の先端２０ａとプランジャチップ３０との間の部分に充填される。

【0025】

また、図２に示すように、第１油圧シリンダ６１を駆動させてシャットオフピン６２を図２の左方に後退させる。シャットオフピン６２が図２に示す後退端位置まで後退している場合、第１通路１３１と第２通路１３２が連通する。また、第２油圧シリンダ６３を駆動させてロッド６４を図２の下方に前進させる。ロッド６４が図２に示す前進端位置まで前進している場合、射出スリーブ２０に形成された溶湯供給口２１が封止板６５により塞がれる。

【0026】

＜金属酸化物供給工程＞
次に、真空ポンプ５１を作動させる。すると、射出スリーブ２０内の空気が射出スリーブ２０の先端２０ａ側から後端２０ｂ側に流れるとともに、後端２０ｂ側に流れた空気が配管５４を経て真空ポンプ５１に吸引される。これにより射出スリーブ２０内が減圧される。射出スリーブ２０内の圧力が所定の圧力まで減圧したときに、粉末供給装置４０を作動させる。これにより粉末充填槽４１内に充填されている四酸化三鉄粉末が供給管４３を経て第２通路１３２に進入し、さらに第２通路１３２から第１通路１３１に進入する。第１通路１３１はランナ１８に開口しているので、四酸化三鉄粉末はランナ１８内に進入する。ランナ１８は湯口１７を経てキャビティ１６に連通しているとともに、射出スリーブ２０の先端２０ａ側で射出スリーブ２０内の空間に連通している。ここで、射出スリーブ２０内の空間は真空ポンプ５１の作動によって減圧されており、且つ、射出スリーブ２０の先端２０ａ側から後端２０ｂ側に向けて気流が発生しているので、ランナ１８に進入した四酸化三鉄粉末（金属酸化物粉末）はその大部分が、図３に示すように射出スリーブ２０内に供給される。このとき、開度調整弁５３の開度を調整することにより、射出スリーブ２０内への四酸化三鉄粉末の供給量を調整することができる。また、射出スリーブ２０から配管５４内に入り込んだ四酸化三鉄粉末はフィルタ５２により捕捉される。これにより真空ポンプ５１内に四酸化三鉄粉末が入り込むことが防止される。

【0027】

＜溶湯供給口開放工程＞
射出スリーブ２０内に所定量の四酸化三鉄粉末を供給した後に、粉末供給装置４０の作動を停止させるとともに、真空ポンプ５１の作動を停止させる。その後、第２油圧シリンダ６３を駆動させてロッド６４を図４において上方に後退させる。これにより、図４に示すように溶湯供給口２１を塞いでいた封止板６５が上昇して溶湯供給口２１が開放される。また、第１油圧シリンダ６１を駆動させてシャットオフピン６２を図３の右方に前進させる。シャットオフピン６２が図４に示す前進端位置まで達した場合、第１通路１３１と第２通路１３２の連通が遮断される。

【0028】

＜溶湯供給工程＞
次いで、図示しない溶湯タンクに充填されているアルミニウム溶湯をラドルＲで掬う。そして、ラドルＲで掬ったアルミニウム溶湯を溶湯供給口２１から射出スリーブ２０内に流し込む。これにより、図５に示すように、アルミニウム溶湯が射出スリーブ２０の先端２０ａとプランジャチップ３０との間の部分に溜まる。

【0029】

＜プランジャ低速移動工程＞
次いで、図示しない油圧シリンダを駆動させて、プランジャチップ３０を図５に示す位置から左方、すなわち射出スリーブ２０の先端２０ａ側に向けて前進移動させる。このとき低速（例えば０．２ｍ／ｓｅｃ．）でプランジャチップ３０を移動させる。このプランジャチップ３０の低速移動により、図６に示すように、プランジャチップ３０よりも前方（図６において左方）に溜まっているアルミニウム溶湯が射出スリーブ２０の先端２０ａ側に移動してランナ１８までアルミニウム溶湯が充填される。

【0030】

溶湯供給工程にて射出スリーブ２０内にアルミニウム溶湯が供給されてから、プランジャ低速移動工程にてプランジャ３０が射出スリーブ２０内を低速で移動してアルミニウム溶湯を射出スリーブ２０の先端２０ａ側に移動させるまでに要する時間、つまり射出スリーブ２０内にアルミニウム溶湯が供給されてからプランジャ低速移動工程が完了するまでの時間は、約３〜１０秒である。この間、射出スリーブ２０内のアルミニウム溶湯が四酸化三鉄粉末に接触して、下記化学式（１）に示すテルミット反応が起こり、四酸化三鉄が還元されて鉄が生成されるとともに、アルミニウムが酸化されて酸化アルミニウムが生成される。

【化1】

上記化学式（１）からわかるように、テルミット反応は発熱反応である。したがって、テルミット反応で生じた反応熱がアルミニウム溶湯に加えられることによってアルミニウム溶湯が加熱される。すなわち本実施形態によれば、射出スリーブ２０内でテルミット反応を起こさせることにより、アルミニウム溶湯が３〜１０秒間に亘り、テルミット反応の反応熱により射出スリーブ２０内で加熱される。例えば、供給されるアルミニウム溶湯が５００ｇであり、供給される四酸化三鉄粉末が１ｇであり、全ての四酸化三鉄粉末がアルミニウムと反応した場合、射出スリーブ２０内のアルミニウム溶湯は、理論上は１０．３℃温度上昇する。

【0031】

＜プランジャ高速移動工程＞
プランジャチップ３０が所望の位置まで前進してプランジャ低速移動工程が完了した後に、プランジャチップ３０の移動速度を低速から高速（例えば２ｍ／ｓ）に切り換える。すなわち、プランジャチップ３０を射出スリーブ２０の先端２０ａ側に向けて高速で移動させる。このプランジャチップ３０の高速移動により、プランジャ低速移動工程にて射出スリーブ２０の先端２０ａ側に移動されてランナ１８まで充填されているアルミニウム溶湯が湯口１７を経てキャビティ１６内に射出される。このときキャビティ１６内に射出されたアルミニウム溶湯は、上述したテルミット反応により生じる反応熱によって加熱されているので、金型１０に熱を奪われて凝固するまでの時間が延ばされる。このためアルミニウム溶湯がキャビティ１６の全ての部分に行き渡る前に凝固してしまうことが効果的に防止される。その結果、欠損の生じていない精度の良好なアルミニウム製品をダイカスト成形することができる。

【0032】

また、ランナ１８や湯口１７の幅は狭い（特に湯口１７の幅は極めて狭い）ので、テルミット反応により射出スリーブ２０内で生じた鉄やアルミニウム酸化物等の固形物は、ランナ１８や湯口１７で堰き止められて、これらがキャビティ１６に進入することが抑制される。これらの生成物の大部分は、図７に示すように、射出スリーブ２０の先端２０ａ付近に形成されるビスケット部Ｂｉに堆積される。

【0033】

＜保圧、取り出し工程＞
プランジャ高速移動工程の後に、一定の圧力をプランジャチップ３０からキャビティ１６側に加える（保圧工程）。そして、所定時間経過した後に、プランジャチップ３０を射出スリーブ２０の後端２０ｂ側に後退させるとともに、金型１０を型開きして、キャビティ１６内の製品を取り出す。以上の工程を経て、ダイカスト成形品が製造される。

【0034】

（テルミット反応によるアルミニウム溶湯の加熱の確認）
図８に示す試験用金型７０を用いて本実施形態の効果を確認した。この試験用金型７０は、高さ１２０ｍｍの角柱形状をなし、高さ方向に垂直な断面形状は１辺が１００ｍｍの正方形である。また、試験用金型７０には、その上端面に開口した逆円錐台形状の凹部７１が形成されている。凹部７１の高さは１００ｍｍ、開口円の直径は６０ｍｍ、底円の直径は４０ｍｍである。このような凹部７１にその上端開口からアルミニウム溶湯を重力を利用して流し込み、凹部７１をアルミニウム溶湯で満たした。このとき凹部７１の底部にアルミニウムとテルミット反応を起こす金属酸化物粉末を予め充填しておいた場合における凹部７１内でのアルミニウム溶湯の温度変化と、凹部７１に何も充填していない場合における凹部７１内でのアルミニウム溶湯の温度変化を測定した。温度の測定部位は、図８に示す部位Ａ，Ｂ，Ｃである。部位Ａの位置は凹部７１の上端開口円の中心から４０ｍｍの深さ位置であり、部位Ｂの位置は凹部７１の上端開口円の中心から７０ｍｍの深さ位置であり、部位Ｃの位置は凹部７１の上端開口円の中心から９５ｍｍの深さ位置である。その他の試験条件は、以下に示す通りである。
・凹部７１に流し込むアルミニウム溶湯の材質：ＡＤＣ１２
・凹部７１に流し込むアルミニウム溶湯の温度：７００℃
・試験用金型７０の温度：２５０℃±１５℃
・充填する金属酸化物の種類：ＳｉＯ_２、ＣｕＯ、Ｆｅ_３Ｏ_４
・充填する金属酸化物粉末の量：３ｇ

【0035】

図９は、各温度測定部位の温度変化を示すグラフであり、図９（ａ）は部位Ａの温度変化を、図９（ｂ）は部位Ｂの温度変化を、図９（ｃ）は部位Ｃの温度変化を、それぞれ表わす。各グラフの横軸は、アルミニウム溶湯を凹部７１に供給してからの経過時間（秒）であり、縦軸は各部位の測定温度（℃）である。また、各グラフ中、○で示される温度測定値を繋いで作成したグラフは、金属酸化物が充填されていない凹部７１にアルミニウム溶湯を供給した場合における各部位の温度変化を表し、△で示される温度測定値を繋いで作成したグラフは、金属酸化物粉末として四酸化三鉄粉末が充填されている凹部７１にアルミニウム溶湯を供給した場合における温度変化を表し、×で示される温度測定値を繋いで作成したグラフは、金属酸化物粉末として二酸化ケイ素粉末が充填されている凹部７１にアルミニウム溶湯を供給した場合における温度変化を表し、□で示される温度測定値を繋いで作成したグラフは、金属酸化物粉末として酸化銅粉末が充填されている凹部７１にアルミニウム溶湯を供給した場合における温度変化を表す。

【0036】

図９からわかるように、金属酸化物粉末が凹部７１に充填されている場合は、充填されていない場合に比較して、同じ経過時間におけるアルミニウム溶湯の温度が高い。このことから、金属酸化物粉末が充填された凹部７１にアルミニウム溶湯を供給した場合、凹部７１でテルミット反応が起こり、その反応熱により凹部７１内のアルミニウム溶湯が加熱されて温度上昇することがわかる。

【0037】

また、凹部７１内の全ての測定部位（部位Ａ、部位Ｂ、部位Ｃ）において、金属酸化物粉末が凹部７１に充填されている場合は、充填されていない場合に比較して、同じ経過時間におけるアルミニウム溶湯の温度が高い。このことから、凹部７１の至るところでテルミット反応の反応熱でアルミニウム溶湯が加熱されていることがわかる。

【0038】

図１０は、金属酸化物粉末が充填された凹部７１内にアルミニウム溶湯を供給してから５秒経過したときの各部位の温度Ｔ１と、金属酸化物粉末が充填されていない凹部７１内にアルミニウム溶湯を供給してから５秒経過したときの各部位の温度Ｔ２との差（温度差Ｔ１−Ｔ２）を、充填する金属酸化物粉末ごとに示したグラフである。図１０からわかるように、金属酸化物粉末の違いにかかわらず、部位Ｃにおける温度差、すなわち金属酸化物が充填された凹部７１の底面位置に最も近い位置での温度差が最も大きい。また、金属酸化物粉末として二酸化ケイ素粉末を用いた場合には、他の金属酸化物粉末を用いた場合と比較して、温度差が非常に大きい。このことから、金属酸化物粉末として二酸化ケイ素粉末を用いることにより、キャビティ内にアルミニウム溶湯を射出してからアルミニウム溶湯が凝固するまでの時間を最も長く延ばすことができるという結果が得られた。

【0039】

ちなみに、アルミダイカスト製品の流動長は、下記式に基づいて求めることができる。

【数1】

ここで、Ｔ_０はキャビティに充填する直前の射出スリーブ内のアルミニウム溶湯温度（Ｋ）、Ｔはキャビティ内で流動が停止したときのアルミニウムの温度（Ｋ）、Ｔ_ｍは金型温度（Ｋ）、ｈはアルミニウム金属から金型への熱伝達率（Ｗ／ｍ^２Ｋ）、Ｌは、成形される鋳造品の周長（アルミニウム溶湯が流れる方向に垂直な断面における鋳造品の外周の長さ）（ｍ）、Ｘは流動長（ｍ）、ρはアルミニウムの比重（ｋｇ／ｍ^３）、Ｃｐはアルミニウムの比熱（Ｊ／ｋｇ・Ｋ）、ｕはキャビティを流れるアルミニウム溶湯の流速（ｍ／ｓ）、Ａはキャビティの断面積（ｍ^２）である。

【0040】

上記式からわかるように、射出スリーブ内のアルミニウム溶湯温度と流動長との間に相関関係があり、射出スリーブ内のアルミニウム溶湯温度が高いほど流動長が長い。したがって、必要な流動長（すなわち薄く形成されたキャビティの長さ）に応じて、その流動長を得るための温度にまでアルミニウム溶湯の温度が上昇するように、適宜、金属酸化粉末の種類を選択することができる。

【0041】

以上のように、本実施形態のダイカスト方法は、射出スリーブ２０内に、アルミニウムとテルミット反応を引き起こす金属酸化物粉末を供給する金属酸化物供給工程と、金属酸化物粉末が供給された射出スリーブ２０内にアルミニウム溶湯を供給する溶湯供給工程と、射出スリーブ２０の先端２０ａ側に向けてプランジャチップ３０を低速移動させることにより、射出スリーブ２０内に供給されたアルミニウム溶湯を射出スリーブ２０の先端２０ａ側に移動させるとともに、プランジャチップ３０と射出スリーブ２０の先端２０ａとの間の空気を排出するプランジャ低速移動工程と、射出スリーブ２０の先端２０ａ側に向けてプランジャチップ３０を高速移動させることにより、プランジャ低速移動工程にて射出スリーブ２０の先端２０ａ側に移動されたアルミニウム溶湯をキャビティ１６内に射出するプランジャ高速移動工程と、を含む。

【0042】

本実施形態に係るダイカスト方法によれば、溶湯供給工程にて射出スリーブ２０内にアルミニウム溶湯が供給されてから、プランジャ低速移動工程にて射出スリーブ２０内のアルミニウム溶湯が射出スリーブ２０の先端２０ａ側に移動されるまでの間に、金属酸化物粉末とアルミニウム溶湯とによってテルミット反応が引き起こされて、金属酸化物が還元されるとともにアルミニウムが酸化される。このテルミット反応により生じる反応熱によりアルミニウム溶湯が射出スリーブ２０内で加熱される。こうして加熱されたアルミニウム溶湯がプランジャ高速移動工程にてキャビティ１６内に供給される。キャビティ１６内に供給されたアルミニウム溶湯は金型１０に熱を奪われて冷却されるが、テルミット反応により生じた反応熱で加熱されているためその冷却速度は遅い。このためキャビティ１６内でアルミニウム溶湯が凝固するまでの時間を十分に延ばすことができる。

【0043】

また、テルミット反応は主に射出スリーブ２０内で起こり、テルミット反応及びその反応に伴う反応熱の発生が金型１０の冷却作用に影響されない。つまり、テルミット反応によるアルミニウム溶湯の加熱と、金型１０によるアルミニウム溶湯の冷却とが同時進行していない。このため、確実に射出スリーブ２０内でアルミニウム溶湯を加熱することができる。また、射出スリーブ２０にアルミニウム溶湯が供給されてからプランジャ低速移動工程が完了するまでに要する時間は約３〜１０秒と長いので、射出スリーブ２０内で十分にテルミット反応を起こさせることができる。よって、射出スリーブ２０内でアルミニウム溶湯を十分に加熱することができる。

【0044】

また、テルミット反応によって射出スリーブ２０内に金属やアルミニウム酸化物等が生成される。ここで、射出スリーブ２０内の空間は、ランナ１８、湯口１７を介してキャビティ１６に連通する。ランナ１８や湯口１７は狭い空間として形成されるため、テルミット反応で生成した固形物（金属やアルミニウム酸化物）はランナ１８や湯口１７で堰き止められる。したがって、キャビティ１６にはアルミニウム溶湯のみが供給され、テルミット反応で生成した固形物は射出スリーブ２０の先端２０ａ付近に形成されるビスケット部Ｂｉに堆積する。よって、不純物の少ないアルミニウム成形品が生成されるので、幅広いアルミニウム成形品を製造することができる。

【0045】

また、金属酸化物供給工程にて、射出スリーブ２０の内部空間を減圧させた状態で、射出スリーブ２０の先端２０ａ側から射出スリーブ２０内に金属酸化物粉末が供給される。射出スリーブ２０の内部空間を減圧することで、射出スリーブ２０の先端２０ａから供給される金属酸化物粉末をキャビティ１６側に移動させずに射出スリーブ２０内に移動させることができる。このため効率的に射出スリーブ２０内に金属酸化物粉末を供給することができる。また、射出スリーブ２０の後端２０ｂ寄りの部分に、配管５４で真空ポンプ５１を接続しておき、真空ポンプ５１を作動させることにより射出スリーブ２０の内部空間を減圧させている。このため真空ポンプ５１の作動によって射出スリーブ２０内の空気が排出されて減圧されるとともに、射出スリーブ２０の先端２０ａ側から後端２０ｂ側に向かう流れが射出スリーブ２０内に発生する。よって、射出スリーブ２０の先端２０ａ側から供給された金属酸化物粉末がその流れに乗って射出スリーブ２０内を移動する。このためより効率的に射出スリーブ２０内に金属酸化物粉末を供給することができる。

【0046】

また、射出スリーブ２０にはアルミニウム溶湯を供給するための溶湯供給口２１が形成されており、金属酸化物供給工程では、溶湯供給口２１が封止板６５で塞がれている。このため、射出スリーブ２０内に供給された金属酸化物粉末が溶湯供給口２１から外部に放出されることが防止される。また、金属酸化物粉末として二酸化ケイ素を用いた場合、大きな反応熱を発生させることができるため、アルミニウム溶湯がキャビティ１６に射出されてから凝固するまでの時間をより長く延ばすことができる。

【符号の説明】

【0047】

１…ダイカストマシン、１０…金型、１３…可動型、１５…固定型、１６…キャビティ、１７…湯口、１８…ランナ、２０…射出スリーブ、２０ａ…先端（一方端）、２０ｂ…後端（他方端）、２１…溶湯供給口、３０…プランジャチップ、４０…粉末供給装置、４１…粉末充填槽、４２…圧送装置、４３…供給管、５０…減圧装置、５１…真空ポンプ（吸引ポンプ）、５２…フィルタ、５３…開度調整弁、５４…配管、６１…第１油圧シリンダ、６２…シャットオフピン、６３…第２油圧シリンダ、６４…ロッド、６５…封止板、７０…試験用金型、７１…凹部、１３１…第１通路、１３２…第２通路、６５１…貫通孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】