成形装置、半凝固金属的制造装置、成形方法及制造方法

摘要

本发明提供一种成形装置、半凝固金属的制造装置、成形方法及制造方法，能够从容器中良好地取出半凝固金属，能够提高成形品的品质。半凝固金属的制造装置(1)具有容器(21)和辅助冷却装置(37)。容器(21)具有向上下方向开口的中空部件(31)和能够堵塞中空部件(31)的下方的开口且能够与中空部件(31)分离的底部件(33)，被注入液状的金属材料(M)。辅助冷却装置(37)能够使底部件(33)比中空部件(31)更冷却。

说明书

技术领域

本发明涉及成形装置、半凝固金属的制造装置、成形方法及半凝固金属 的制造方法。成形方法是例如半凝固压铸法。

背景技术

半凝固金属是液态的金属材料在容器内被冷却而形成的。金属材料在变 为半凝固状的过程中与容器的内表面紧密接触，因此在金属材料变为半凝固 状之后，即使容器翻转有时也不能从容器中顺畅地取出半凝固金属。

因此，在专利文献1中，作为用于从容器中取出半凝固金属的方法，公 开了以下方法。首先，用上下端开口的中空部件和堵塞中空部件下方的开口 的底部件构成容器。将液态的金属材料注入该容器，形成半凝固金属。形成 半凝固金属后，从容器上拆下底部件。然后，从中空部件的一个开口插入长 条的挤压部件，通过挤压部件将半凝固金属向中空部件的另一个开口挤出。

专利文献1：(日本)特开2006-334665号公报

在专利文献1的技术中，在挤压部件的前端面细时，有时挤压部件会进 入半凝固金属，不能挤出半凝固金属。即，挤压部件的前端面必须与中空部 件的直径相等，设计的自由度低。

因此，期望提供能够从容器中良好地取出半凝固金属并能够提高成形品 的品质的成形装置、半凝固金属的制造装置、成形方法及半凝固金属的制造 方法。

发明内容

本发明的成形装置具有：套管，其与模具连通；半凝固金属的制造装置， 其将半凝固金属供给到所述套管中；柱塞，其将供给到所述套管中的所述半 凝固金属向所述模具内挤出；所述半凝固金属的制造装置具有：容器，其具 有向上下方向开口的中空部件和能够封闭所述中空部件的下方的开口且能 够与所述中空部件分离的底部件，被注入液态的金属材料；冷却装置，其能 够使所述底部件比所述中空部件更冷却。

优选地，所述半凝固金属的制造装置以所述容器内的所述半凝固金属的 上部侧朝向所述模具侧、并且所述容器内的所述半凝固金属的底部侧朝向所 述柱塞侧的方式，向所述套管中供给所述半凝固金属，在利用所述柱塞将所 述半凝固金属填充到了所述模具内时，所述半凝固金属的底部的固相率高的 部分被装入到余料部(方案部)。

优选地，所述半凝固金属的制造装置还具有配置于所述底部件的温度传 感器。

优选地，所述底部件比所述中空部件厚。

优选地，所述半凝固金属的制造装置还具有将所述中空部件内的所述半 凝固金属的底部朝向所述中空部件的上方的开口挤压的挤压装置。

优选地，所述挤压装置使挤压部件反复与一个所述半凝固金属的底部碰 撞。

优选地，所述半凝固金属的制造装置还具有输送所述中空部件的输送装 置，所述挤压装置使所述挤压部件往复移动，所述输送装置在利用所述容器 生成所述半凝固金属之后，使保持着所述半凝固金属的所述中空部件从所述 底部件分离，然后输送所述中空部件，以使所述中空部件的下方的开口接近 进行往复移动的所述挤压部件。

优选地，所述半凝固金属的制造装置还具有浇注装置，该浇注装置使将 成为一个所述半凝固金属的所述液态的金属材料分两次以上注入所述容器。

本发明的半凝固金属的制造装置具有：容器，其具有向上下方向开口的 中空部件和能够封闭所述中空部件的下方的开口且能够与所述中空部件分 离的底部件，被注入液态的金属材料；冷却装置，其能够使所述底部件比所 述中空部件更冷却。

本发明的成形方法具有：配置步骤，将向上下方向开口的中空部件配置 在底部件之上而构成容器；浇注步骤，将液态的金属材料注入所述容器内； 冷却步骤，在被注入了所述液态的金属材料的所述容器中，使所述底部件比 所述中空部件更冷却；供给步骤，将在所述容器内冷却所述金属材料而生成 的半凝固金属供给到与模具连通的套管中；注射步骤，利用柱塞将所述套管 内的所述半凝固金属向所述模具内挤出。

优选地，当在所述注射步骤中将所述半凝固金属填充到了所述模具内 时，所述半凝固金属的底部的固相率高的部分被装入到余料部(方案部)。

本发明的半凝固金属的制造方法具有：配置步骤，将向上下方向开口的 中空部件配置在底部件之上而构成容器；浇注步骤，将液态的金属材料注入 所述容器内；冷却步骤，在被注入了所述液态的金属材料的所述容器中，使 所述底部件比所述中空部件更冷却。

根据本发明，能够从容器中良好地取出半凝固金属。另外，能够提高成 形品(产品)的品质。

附图说明

图1是表示包括本发明的实施方式中的半凝固金属的制造装置的成形机 的关键部位结构的示意图。

图2是表示图1的半凝固金属的制造装置的容器周边部分的立体图。

图3是沿图2的III-III线的剖视图。

图4是表示图1的半凝固金属的制造装置的挤压装置的结构的示意图。

图5(a)～图5(d)是用于以半凝固金属的制造装置的动作为中心来 说明成形机的动作的示意图。

图6(a)～图6(d)是接着图5(d)进行说明的示意图。

图7(a)及图7(b)是说明浇注动作的变形例的图。

图8(a)及图8(b)是表示实施例的容器等的温度变化的图。

图9(a)是半凝固状的金属材料的示意图，图9(b)～图9(d)是图 9(a)的区域IXb～IXd中的实施例的金属材料的截面的显微镜照片，图9 (e)～图9(g)是比较例中的与图9(b)～图9(d)对应的显微镜照片。

图10(a)及图10(b)是图6的区域Xa及Xb中的实施例的金属材料 的截面的显微镜照片。

附图标记说明

1…制造装置，21…容器，29…挤压装置，31…中空部件，33…底部件， 37…辅助冷却装置(冷却装置)，101…成形机(成形装置)，103…模具，109… 套管，111…柱塞，M…金属材料。

具体实施方式

图1是表示包括本发明的实施方式中的半凝固金属的制造装置1的成形 机(成形装置)101的关键部位结构的示意图。

成形机101是使金属材料M在模具103的腔室103a内凝固来制造成形 品。成形机101是例如压铸机。该情况下，金属材料M是例如铝合金。

成形机101具有制造装置1、注射装置105和控制装置107，制造装置1 由液态的金属材料M制造半凝固状的金属材料M，注射装置105将该半凝 固状的金属材料M注射到模具103内的腔室103a中，控制装置107控制制 造装置1及注射装置105等。此外，虽没有特别图示，但除此以外，成形机 101具有对模具103进行合模的合模装置、挤出由模具103形成的成形品的 挤出装置等，控制装置107还控制合模装置、挤出装置等。

注射装置105具有与模具103内的腔室103a连通的套管109、在套管 109内滑动而挤出金属材料M的柱塞111和驱动柱塞111的未图示的驱动装 置。在套管109的上表面上开设有供给口109a。半凝固状的金属材料M经 由供给口109a被投入套管109内。

控制装置107例如由包括CPU、ROM、RAM及外部存储装置的计算机 构成。此外，控制装置107可以由针对成形机101所包括的各种装置分别设 置的控制装置构成，也可以由控制成形机101所包括的全部装置的一个控制 装置构成，也可以由控制成形机101所包括的多个装置的控制装置和控制除 它们以外的其他装置的控制装置构成。

制造装置1例如具有保持液态的金属材料M的保持炉3、从保持炉3中 吸起液态的金属材料的浇注装置5以及由浇注装置5注入液态的金属材料并 使被注入的液态的金属材料变为半凝固状态的半凝固化装置7。

保持炉3可以采用公知的结构。另外，保持炉3也可以兼用作熔化炉。 例如，保持炉3具有容纳金属材料M的炉体11、对容纳在炉体11中的金属 材料M进行加热的加热装置13以及对容纳在炉体11中的金属材料M的温 度进行检测的第一温度传感器15。

炉体11虽然没有特别图示，但例如是在由陶瓷等的隔热性优良的材料 形成的容器内，配置由固相线温度或熔点比金属材料M的液相线温度高的 金属形成的容器而构成的。加热装置13例如构成为包括通过电磁感应加热 金属材料M的线圈或者燃烧气体来加热金属材料M的燃烧装置。第一温度 传感器15例如由热电偶式的温度传感器或辐射温度计构成。

浇注装置5可以采用公知的结构。例如，浇注装置5具有铸勺17和能 够驱动铸勺17的铸勺输送装置19。

铸勺17是由固相线温度或熔点比金属材料M的液相线温度高的材料构 成的、具有注口17a的容器，能够收容一次注射量的金属材料M。铸勺输送 装置19例如由多关节机器人构成，能够使铸勺17向上下方向及水平方向移 动，并且能够使铸勺17倾斜以使注口17a上下移动。

半凝固化装置7例如具有被浇注装置5注入液态的金属材料M的容器 21、在液态的金属材料注入容器21前冷却容器21的预冷却装置23、在液态 的金属材料M注入容器21时载置容器21的载置装置25、输送容器21的容 器输送装置27和用于从容器21取出半凝固状的金属材料M的挤压装置29。

容器21由固相线温度或熔点比金属材料M的液相线温度高且优选热导 率较高的材料(优选金属)构成。容器21能够容纳一次注射量的金属材料 M。

预冷却装置23例如通过将容器21浸入冷却介质来冷却容器21。冷却介 质既可以是气体，也可以是液体。如下所述，载置装置25也具有容器21的 冷却功能。在载置装置25的基础上还设置有预冷却装置23，由此，例如向 载置在载置装置25上的容器21中注入金属材料M，并且利用预冷却装置 23对接下来被注入金属材料的容器21进行冷却，能够缩短周期时间。

容器输送装置27例如由多关节机器人构成，能够使容器21向上下方向 及水平方向移动，并且能够改变容器21的上下方向的朝向(使容器21翻转)。 容器输送装置27进行容器21从预冷却装置23向载置装置25的移送以及容 器21从载置装置25向套管109上的移送等。

图2是表示半凝固金属的制造装置1的容器21周边部分的立体图。图3 是沿图2的III-III线的剖视图。

容器21具有构成该容器21的壁部的中空部件31和构成容器21的底部 的底部件33，中空部件31与底部件33能够分离。在容器21的上方，配置 有用于辅助液态的金属材料M向容器21中注入的漏斗35。

另外，载置装置25具有用于冷却容器21的辅助冷却装置37(图3)和 检测容器21内的金属材料M的温度的第二温度传感器39。

中空部件31有时被输送并翻转等，但以图2及图3所示的、注入液态 的金属材料M时的上下为基准，对中空部件31使用上方及下方等术语。另 外，对被保持在中空部件31中的半凝固状的金属材料M也同样处理。

中空部件31形成为上下两端开口的中空形状。从中空部件31的开口方 向观察到的形状可以适当设定，但从均匀地冷却金属材料M的观点出发优 选圆形(中空部件31优选为筒状)。中空部件31的厚度例如是恒定的。

此外，在图3中，例示了中空部件31的内径越往上方越大的情况。但 是，中空部件31的内径也可以从上端到下端保持恒定。另外，在中空部件 31的外周面上，为使容器输送装置27对中空部件31的保持(例如把持)变 得容易以至可靠，也可以形成适当形状的部位。

底部件33是例如大致板状的部件。底部件33的平面形状可以适当地设 定，在本实施方式中例示了圆形。底部件33的俯视时的外形被设定成比中 空部件31的开口宽阔。底部件33的厚度例如是恒定的。但是，在中央侧和 外周侧，厚度也可以不同。另外，底部件33的上表面33a也可以为中央侧 和外周侧的高度不同等设置有倾斜的情况。

中空部件31被载置在底部件33的上表面33a上，中空部件31的下方 的开口被底部件33堵塞，由此构成容器21。在图2中，上表面33a中的由 虚线包围表示的区域构成容器21的底面21b。

此外，在中空部件31和底部件33之间，也可以形成金属材料M不能 流出而空气(气体)能够流出的较微小的间隙。这样的间隙是有助于在将金 属材料M注入容器21时使空气逃逸、抑制将空气带入金属材料M。

在中空部件31及底部件33中，例如，底部件33被支承在载置装置25 的基体43上，中空部件31被漏斗35从上方压住，由此，中空部件31及底 部件33被相互固定。漏斗35通过例如容器输送装置27或其他的机器人被 保持位置，并被赋予用于压住中空部件31的力。

此外，中空部件31及底部件33也可以通过适当的夹紧机构被相互固定。 也可以不设置夹紧机构等用于相互固定中空部件31及底部件33的机构，而 仅将中空部件31载置在底部件33之上。另外，底部件33优选固定在基体 43上。例如，底部件33通过未图示的螺钉固定在基体43上。中空部件31 及底部件33也可以具有用于在水平方向上相互定位的定位部。例如，在底 部件33上，也可以形成用于容纳中空部件31的下方的缘部的槽部。

中空部件31及底部件33的材料既可以相互相同，也可以相互不同。相 互不同的情况下，底部件33的材料优选热导率比中空部件31的材料高。例 如，中空部件31由不锈钢构成，而底部件33由铜(纯铜)构成。

另外，中空部件31及底部件33的厚度既可以相互相同，也可以相互不 同。相互不同的情况下，底部件33的厚度优选比中空部件31的厚度厚。

漏斗35由固相线温度或熔点比金属材料M的液相线温度高、且优选热 导率较高的材料(优选金属)构成。漏斗35是越往上方直径越大的中空状 的部件，下方端插入到容器21的上方的开口。此外，漏斗35的内壁的倾斜 优选比容器21的内壁的倾斜大。

辅助冷却装置37(图3)进行例如容器21中的底部件33的冷却。辅助 冷却装置37例如构成为包括形成于底部件33的流路33c、对在流路33c中 流动的制冷剂进行冷却的换热器45和使制冷剂发生流动的泵47。

制冷剂是例如水。流路33c的形状可以适当地设定。在图3中，例示了 围绕底部件33的中心进行环绕的形状的流路33c。换热器45及泵47可以采 用公知的结构。

第二温度传感器39是例如接触型的温度传感器，更具体来说，是例如 热电偶式的温度传感器。第二温度传感器39被配置于底部件33。更具体来 说，例如，第二温度传感器39被嵌合于将底部件33上下贯穿的孔部，在底 面21b上向容器21内露出。因此，第二温度传感器39能够与注入到容器21 中的金属材料M抵接而直接检测金属材料M的温度。

此外，第二温度传感器39的顶面优选与底部件33的上表面33a连续以 便不在容器21的底面21b上产生台阶。第二温度传感器39可以被配置在底 面21b中的适当位置，在本实施方式中，例示了第二温度传感器39被配置 在稍稍偏离底面21b中心的位置的情况。

图4是表示挤压装置29的结构的示意图。

挤压装置29例如具有气缸49和向气缸49中供给空气的气压回路51。

气缸49例如由带弹簧的单动式气缸构成，具有缸筒部53、能够在缸筒 部53内滑动的活塞55、被固定在活塞55上并从缸筒部53中伸出的活塞杆 57和对活塞55施力的弹簧59。

活塞55将缸筒部53的内部划分成前方(活塞杆57侧)的杆侧室53r 和后方(活塞杆57的相反侧)的盖侧室53h。而且，通过向盖侧室53h供给 空气，活塞55及活塞杆57前进。此外，杆侧室53r例如向大气开放。

弹簧59容纳在例如杆侧室53r中，对活塞55相对于缸筒部53向后方 施力。因此，在盖侧室53h减压时，活塞55及活塞杆57后退。

如图1所示，气缸49例如相对于套管109被固定地设置在比套管109 的供给口109a更靠上方、且相对于供给口109a来说更靠后侧的位置。另外， 气缸49以相对于铅直方向来说向前后方向倾斜、且使活塞杆57伸出的方向 朝向供给口109a的方式配置。此外，气缸49不需要使其整体位于比整个供 给口109a更靠后侧的位置。

另一方面，如图1及图4所示，保持着半凝固状的金属材料M的中空 部件31输送到供给口109a与气缸49之间。中空部件31相对于铅直方向向 与气缸49大致同一方向倾斜，上部侧朝向供给口109a，底部侧朝向气缸49。

因此，通过使保持着中空部件31的容器输送装置27的保持部27a向气 缸49侧移动，和/或，通过使活塞杆57从缸筒部53中突出，活塞杆57能够 与半凝固状的金属材料M的底部抵接。

气压回路51虽然没有特别图示，但构成为包括泵、蓄能器、阀等，基 于来自控制装置107的控制信号进行动作。气压回路51被连接在盖侧室53h 上，能够控制盖侧室53h的压力。

例如，气压回路51通过开闭蓄能器与盖侧室53h之间的阀，能够将蓄 压在蓄能器中的规定压力的空气以适当的时机及时长供给到盖侧室53h。另 外，气压回路51通过开闭气压回路51的外部(大气环境)与盖侧室53h之 间的阀，能够使盖侧室53h以适当的时机及时长减压。

而且，气压回路51能够以适当的周期反复进行上述空气向盖侧室53h 的供给和盖侧室53h的减压。该情况下，活塞杆57反复进行盖侧室53h的 压力作用下的前进和弹簧59作用下的后退。即，挤压装置29能够使活塞杆 57在接近/离开半凝固状的金属材料M的方向上往复移动(振动)。

<制造装置的工作>

接着，以制造装置1的动作为中心说明成形机101的动作。

控制装置107基于第一温度传感器15的检测值控制加热装置13，将容 纳在炉体11中的金属材料M的温度维持在规定的第一温度T₁。第一温度 T₁是比金属材料M的液相线温度高的温度，金属材料M全部为液态。

容器21中的底部件33在成形机101的全部工序中均保持为载置在载置 装置25的基体43上不变的状态。控制装置107基于未图示的温度传感器或 第二温度传感器39的检测值控制辅助冷却装置37，将金属材料M被注入到 容器21之前的底部件33的温度保持在规定的第二温度T₂。第二温度T₂是 比金属材料M的液相线温度低的温度。

容器21中的中空部件31被容器输送装置27输送，由此能够在预冷却 装置23、载置装置25及套管109上之间移动。控制装置107控制容器输送 装置27以将中空部件31输送到预冷却装置23，并且控制预冷却装置23以 使中空部件31的温度为规定的第三温度T₃。第三温度T₃是比金属材料M 的液相线温度低的温度。

此外，T₂及T₃既可以相互相同，也可以相互不同。相互不同的情况下， 优选T₂＜T₃。T₂＜T₃的情况下，与T₂＝T₃相比，在容器21的底侧容易发生 金属材料M的凝固。

图5(a)～图5(d)及图6(a)～图6(d)是对将尚未注入金属材料 M的底部件33及中空部件31冷却到第二温度T₂及第三温度T₃之后的工序 进行说明的示意图。

如图5(a)所示，控制装置107控制容器输送装置27以将中空部件31 输送到底部件33上。由此，构成由中空部件31及底部件33形成的容器21。

接着，如图5(b)所示，控制装置107控制容器输送装置27或其他的 未图示的机器人以将漏斗35输送到中空部件31上。由此，如上所述，中空 部件31被漏斗35压住而保持位置。

接着，如图5(c)所示，控制装置107控制铸勺输送装置19以利用铸 勺17将液态的金属材料M经由漏斗35注入容器21。

此时，优选控制铸勺17的位置等以使金属材料M与漏斗35的内表面 接触(碰撞)。该情况下，金属材料M的热量传递到漏斗35，另外，金属材 料M发生对流。其结果是，能够期待金属材料M的冷却迅速地进行。

如图5(d)所示，在金属材料M注入容器21内时，金属材料M的热 传递到容器21，金属材料M冷却。另外，金属材料M从某程度的高度向容 器21内注入，由此产生流动并被搅拌。其结果，金属材料M变为半凝固状。

此时，容器21的底部处的冷却比容器21的中部及上部处的冷却优选进 行。即，金属材料M的底部处的冷却速度比金属材料M的中部及上部处的 冷却速度快。从其他观点出发，在金属材料M中，产生底部的温度比中部 及上部的温度低的温度梯度。

这样的冷却例如通过以下列举的至少任意一个结构或动作实现。底部件 33的厚度比中空部件31的厚度厚。底部件33的热导率比中空部件31的热 导率高。T₂＜T₃。浇注后，辅助冷却装置37对底部件33的冷却也继续进行。

另外，通过这样的冷却，如下所述，形成在容器21内生成的半凝固状 的金属材料M中的、固相率比其他部分高的底部。

此外，通过进行实验、模拟等，如下所述，设计或设定底部件33的厚 度、辅助冷却装置37对底部件33的冷却量等，以使生成的半凝固状的金属 材料M中的底部的量例如为余料部(料柄(ビスケット))的量的一半以下。

如使金属材料M的剖面线在底部与中部及上部不同所表示地那样，金 属材料M在底部处的冷却速度比在中部及上部处的冷却速度快，因此金属 材料M的底部的固相率比金属材料M的中部及上部的固相率高。

另外，金属材料M在底部处的冷却速度比在中部及上部处的冷却速度 快，因此底部的搅拌与中部及上部的搅拌相比容易变得不充分。并且，由于 底部冷却速度快，而且搅拌不充分，因此结晶以树枝状变细。另一方面，在 中部及上部，冷却速度慢，而且搅拌充分，因此结晶变圆(粒状)。

在金属材料M的冷却过程中，控制装置107监视第二温度传感器39所 检测的温度。第二温度传感器39的检测温度因将液态的金属材料M注入到 容器21并且金属材料M与第二温度传感器39抵接而急剧上升，然后，因 金属材料M的热被容器21吸收而降低下去。控制装置107判定该降低下去 的温度是否达到规定的目标温度T_t。

由第二温度传感器39检测的温度与半凝固金属的固相率之间存在相关 性。并且，目标温度T_t基于使用了制造装置1的实验等，被设定成与所期望 的固相率对应的温度。

在本实施方式中，如上所述，意图使金属材料M的底部的固相率变高。 另外，第二温度传感器39受到辅助冷却装置37的影响，因此，根据制造装 置1的结构，第二温度传感器39的检测温度有时变得比金属材料M的底部 的温度低。因此，目标温度T_t不需要比金属材料M的固相线温度高。

另外，为了在第二温度传感器39的检测温度达到目标温度T_t之前，容 器21及金属材料M不达到热平衡，预先充分地冷却容器21，和/或，在注 入了金属材料M之后也继续利用辅助冷却装置37进行冷却。

在第二温度传感器39所检测的温度达到目标温度T_t时，控制装置107 开始用于停止金属材料M的冷却并从容器21中取出金属材料M的处理。

具体来说，首先，控制容器输送装置27或其他的未图示的机器人以拆 下漏斗35，而且，如图6(a)所示，控制容器输送装置27以提升中空部件 31。半凝固状的金属材料M被保持在中空部件31中，与中空部件31一起 从底部件33上分离。

接着，如图6(b)所示，控制装置107控制容器输送装置27，以将保 持着金属材料M的中空部件31输送到套管109的供给口109a与气缸49之 间。中空部件31相对于铅直方向倾斜，另外，中空部件31以底部侧朝向气 缸49且上部侧朝向供给口109a的方式配置。

在该时刻，金属材料M的底面不与活塞杆57的前端抵接。例如，金属 材料M的底面位于活塞杆57(的前端)的行程外，或者在活塞杆57的行程 内位于从位于后退死点的活塞杆57离开规定距离的位置。

接着，如图6(c)所示，控制装置107控制气压回路51以使活塞杆57 往复运动(参照箭头y1)，并且控制容器输送装置27以使中空部件31接近 气缸49。此外，使中空部件31接近气缸49的速度比活塞杆57后退的速度 慢。另外，中空部件31的移动及活塞杆57的振动既可以是任意一方先开始 进行，也可以是同时开始进行。

上述动作的结果是，活塞杆57反复碰撞半凝固状的金属材料M的底面。 通过碰撞，金属材料M从中空部件31的内表面剥离，从中空部件31落下。

此外，气缸49的行程、气缸49的动作及容器输送装置27的动作等既 可以设定成在金属材料M相对于中空部件31从最初的位置偏移某程度之 后，使金属材料M仅通过重力向中空部件31外落下，也可以设定成活塞杆 57与金属材料M抵接，直到金属材料M大致整体位于中空部件31外。

从中空部件31落下的金属材料M经由供给口109a被容纳在套管109 内。由于中空部件31以上方的开口从套管109的后方朝向前方的方式相对 于铅直方向斜着倾斜并且发生了翻转，因此金属材料M在套管109内是上 部朝向模具103(腔室103a)侧且底部朝向柱塞111侧。

然后，如图6(d)所示，在柱塞111在套管109内前进时，金属材料M 被注射到模具103内的腔室103a中。并且，金属材料M在腔室103a内(模 具103内)被冷却并凝固，由此形成成形品。

此时，金属材料M中的固相率高的底部被装入到余料部(料柄(ビス ケット))。余料部的大小例如在柱塞111的移动方向上为15mm～30mm。固 相率高的底部为例如其一半以下的量。

如上所述，在本实施方式中，半凝固金属的制造装置1具有容器21和 辅助冷却装置37。容器21具有向上下方向开口的中空部件31和能够封闭中 空部件31的下方的开口且能够与中空部件31分离的底部件33，被注入液态 的金属材料M。辅助冷却装置37仅直接冷却容器21中的底部件33。换言 之，辅助冷却装置37使底部件33比中空部件31更冷却。

因此，通过使底部件33从中空部件31分离而从中空部件31中露出的 半凝固金属的底部的固相率高。其结果是，例如，能够推压该固相率高的部 分，进而能够良好地取出半凝固金属。例如，能够抑制活塞杆57进入金属 材料M。其结果是，例如，使推压金属材料M的部件相对于金属材料M的 抵接面积变大的必要性能够降低。即，设计的自由度变高。另一方面，固相 率高的仅是一部分(底部)，因此能够提高作为整体的品质。

另外，在本实施方式中，挤压装置29使活塞杆57反复碰撞一个半凝固 状的金属材料M的底部。

因此，能够将从容器21(中空部件31)剥离金属材料M的冲击有效地 施加给金属材料M。从其他观点来看，与以一个行程且缓慢挤出金属材料M 的情况相比，能够使挤压装置29(气缸49)小型化。对于在挤出金属材料 M时保持容器21的容器输送装置27，也能够期待保持部27a的保持力减小。

另外，在本实施方式中，制造装置1具有输送容器21的至少一部分的 容器输送装置27。容器21具有中空部件31和底部件33，中空部件31构成 该容器的壁部，并且上下两端开口，底部件33堵塞中空部件31的下端的开 口，并且构成容器21的底部。挤压装置29使活塞杆57往复移动。容器输 送装置27在利用容器21生成半凝固金属之后，使保持着半凝固金属的中空 部件31从底部件33分离，然后输送中空部件31，以使中空部件31的下方 的开口接近正在进行往复移动的活塞杆57。

因此，用于如上所述地使活塞杆57与金属材料M的底部反复碰撞的结 构整体上能够简单且有效地构成。具体来说，首先，通过容器21的分离能 够使金属材料M的底部简便地露出。另外，容器输送装置27兼用于容器21 的分离动作及活塞杆57向金属材料M的碰撞动作这两者。通过该兼用，例 如，能够减小气缸49的行程。从其他观点来看，不需要气缸49(缸筒部53) 的移动。另外，金属材料M以由容器输送装置27确定的中空部件31的移 动速度与活塞杆57的移动速度之和进行碰撞，因此能够有效地碰撞。

另外，在本实施方式中，成形机101具有如上所述地发挥各种效果的半 凝固金属的制造装置1、与模具103内的腔室103a连通的套管109以及将供 给到套管109的半凝固状的金属材料M向模具103内的腔室103a中挤出的 柱塞111。制造装置1以使半凝固状的金属材料M的上部侧朝向模具103(腔 室103a)侧、且使金属材料M的底部侧朝向柱塞111侧的方式，将金属材 料M供给到套管109中。另外，在本实施方式中，利用实验、模拟等的结 果生成半凝固状的金属材料M，以使在容器21内生成的半凝固状的金属材 料M中的、固相率比中部和上部高的底部的厚度成为余料部(料柄(ビス ケット))的厚度的一半以下。此外，容器21的与底面平行的截面积和套管 109的与注射方向正交的截面积是近似的。

因此，半凝固状的金属材料M中的、结晶没有生长成粒状的底部位于 余料部侧，结晶生长成粒状的上部及中部位于产品部侧。更优选的是，金属 材料M的底部被装入到余料部。也就是说，在成形品的成形过程中，半凝 固状的金属材料M中的结晶没有生长成粒状的底部不会成为形成成形品(产 品)的部分。其结果是，能够得到通过提高上述底部侧的固相率而产生的优 选效果，而且还能够提高产品(成形品)的品质。

另外，在本实施方式中，半凝固金属的生成方法具有：配置步骤，将向 上下方向开口的中空部件31配置在底部件33之上而构成容器21(图5(a))； 浇注步骤，将液态的金属材料M注入容器21内(图5(c))；冷却步骤，在 被注入了液态的金属材料M的容器21中，使底部件33比中空部件31更冷 却(图5(d))。因此，能够发挥与上述本实施方式的制造装置1同样的效果。

另外，在本实施方式中，成形方法具有：上述生成方法的各步骤；供给 步骤，将半凝固金属供给到与模具103内的腔室103a连通的套管109中(图 6(c))；注射步骤，利用柱塞111将套管109内的半凝固金属向模具103内 的腔室103a中挤出(图6(d))。在供给步骤中，以使半凝固金属的上部侧 朝向模具103(腔室103a)侧、并且使半凝固金属的底部侧朝向柱塞111侧 的方式，将半凝固金属供给到套管109中。因此，能够发挥与上述本实施方 式的成形机101同样的效果。

<浇注动作的变形例>

图7(a)及图7(b)是说明液态的金属材料M向容器21中的浇注动 作的变形例的图。

在该变形例中，成形机101及半凝固金属的制造装置1的构造与第一实 施方式相同，另外，液态的金属材料M向容器21中的浇注动作以外的其他 动作也与第一实施方式相同。

在该变形例的浇注动作中，首先，与实施方式同样，液态的金属材料M 经由漏斗35被注入到容器21中(参照图5(c))。但是，在实施方式中，铸 勺17所保持的一次注射量的金属材料M全部一次性注入到容器21中，而 在该变形例中，如图7(a)所示，暂时中断浇注。

该浇注中断的期间，已注入容器21中的金属材料M的热传递到容器21 而冷却。另一方面，留在铸勺17中的金属材料M不冷却。即，两者产生温 度差。从其他观点来看，已被注入的金属材料M的固相率上升。另外，在 暂时中断浇注之前注入容器21内的金属材料M的量利用实验、模拟等的结 果，被确定为暂时中断浇注之前注入的金属材料M在容器21内形成的高度 为余料部(料柄(ビスケット))的厚度的一半以下的量。此外，容器21的 与底面平行的截面积和套管109的与注射方向正交的截面积是近似的。

接着，如图7(b)所示，再次开始向容器21中浇注液态的金属材料M。 浇注的金属材料M与已经处于容器21内的金属材料M一起将热传递到容器 21而被冷却。另外，在容器21内，通过注入金属材料M而产生搅拌。

因此，注入容器21的金属材料M整体上变为半凝固状，且先注入的金 属材料M主要构成半凝固金属的底部。并且，该底部先被冷却，由此，固 相率比中部及上部高。其结果是，能够得到与实施方式同样的各种效果。

如此，在容器21中使底部的金属材料M的冷却优先于中部及上部的金 属材料M的冷却进行的方法并不局限于实施方式中所披露的、使底部的冷 却速度比中部及上部的冷却速度快的方法，还能够通过使将成为一个半凝固 金属的液态的金属材料向容器21中分两次以上注入来实现。

此外，也可以组合实施方式中例示的方法和变形例的方法。另外，在将 浇注分成两次以上的情况下，容器21的温度因先注入的金属材料M的热而 上升，因此后注入的金属材料M的冷却速度容易变得缓慢。因此，变形例 的方法多伴有冷却速度的变化的情况。

在变形例的方法中，还能够发挥与实施方式不同的效果。例如，先注入 的金属材料M的固相率上升之后，全部金属材料M的载荷施加到金属材料 M的底部，因此可抑制金属材料M从中空部件31与底部件33的间隙泄漏。

<实施例>

实际制作了实施方式中披露的成形机101(制造装置1)，进行了半凝固 金属的制造及成形品的成形。该实施例中的各种温度的测量结果及金属材料 M的照片如下所示。需要说明的是，实施例中的金属材料M的固相线温度 为约555℃，液相线温度为610～620℃。

图8(a)是表示容器21的底部的温度变化的图。横轴表示横跨多个周 期(注射)的时间，标注在横轴上的数字表示注射次数。纵轴表示第二温度 传感器39(图2)的检测温度。

第二温度传感器39的检测温度大致反复进行因浇注前的辅助冷却装置 37的冷却而产生的温度降低和因浇注而产生的温度上升。各周期中的最大值 附近的温度大致可以视为容器21内的金属材料M的底部的温度。

在该图中，在大致十五次注射以后，温度变化稳定。可以观察到，在该 期间，各周期的温度的最大值为约420℃，金属材料M的底部的温度变得比 固相线温度充分低。

图8(b)是表示容器21及金属材料M的中部的温度变化的图。横轴表 示一次注射内的时间(秒)，纵轴表示温度。线L1表示金属材料M的中部 (俯视时的中央部)的温度，线L2表示容器21的中部的外表面的温度。

此外，由于图8(a)是制造装置1所具有的第二温度传感器39的检测 结果，因此在大量周期中得到计测结果，另一方面，图8(b)是作为实验而 配置温度传感器来计测温度，因此仅为一次注射的计测结果。此外，图8(b) 的测定结果是温度变化充分稳定的周期的测定结果。

如该图所示，在金属材料M的中部，金属材料M的温度停滞在比固相 线温度大且比液相线温度低的温度。即，金属材料M的温度稳定在了能够 得到半凝固金属的温度区域。

图9(a)是半凝固状的金属材料M的示意图。图9(b)～图9(d)是 图9(a)的区域IXb～IXd中的金属材料M的截面的显微镜照片。即，图9 (b)、图9(c)及图9(d)是半凝固状的金属材料M的中部、底部的正上 方及底部的显微镜照片。

从这些照片可以确认，在实施例中，在金属材料M的底部，结晶以树 枝状变细，在中部，结晶为粒状。即，能够确认，容器21内的温度梯度使 中部及底部的组织产生了不同。

此外，图9(e)～图9(g)是比较例中的与图9(b)～图9(d)对应 的显微镜照片。在比较例中，没有采用实施方式中例示的、底部侧的冷却速 度快的结构。即，基本上从容器的上方到下方，温度是恒定的。

在实施例和比较例中，在中部，金属材料M的组织几乎没有差异，而 在底部，能够确认明显的不同。

图10(a)及图10(b)是图6的区域Xa及Xb中的金属材料M的截面 的显微镜照片。即，图10(a)是产品部的显微镜照片，图10(b)是余料 部中的、在容器21内包含金属材料M底部部分的范围的显微镜照片。

首先，从这些图能够确认，在产品部，结晶以粒状变粗，在余料部，产 生了结晶以树枝状变细的部分。而且，确认了在余料部，在容器21内为金 属材料M的底部的部分和除此以外的其他部分之间产生了边界线。所确认 的边界线在大致沿着柱塞111的移动方向的方向上延伸。

此外，在以上的实施方式中，辅助冷却装置37是冷却装置的一例，活 塞杆57是挤压部件的一例，容器输送装置27是输送装置的一例。

本发明并不局限于以上的实施方式，能够以各种方式实施。

半凝固金属的制造装置也可以不是成形机的一部分。即，利用制造装置 制造的半凝固金属也可以不直接向注射装置的套管中供给，而是被急冷凝 固，形成为半熔融状金属的坯料(钢坯)。

半凝固金属的制造装置的整体结构并不局限于利用铸勺从保持炉吸起 液态的金属材料并注入容器的结构。例如，也可以代替保持炉及铸勺，使用 使一次注射量的金属材料熔融的坩埚，利用该坩埚将金属材料注入容器。另 外，例如，也可以从保持炉经由适当的流路向容器注入液态的金属材料。

半凝固金属的制造不需要使其全部工序利用制造装置自动地进行。例 如，加热装置的控制、浇注装置的控制及半凝固化装置的控制中的至少任意 一个也可以由作业人员实施。另外，例如，关于加热、浇注及冷却中的至少 任意一个，也可以不通过能够称为装置的设备来实现。

在本实施方式中，仅通过从某程度的高度将液态的金属材料注入容器来 搅拌半凝固金属，但也可以设置使容器运动的那种搅拌装置或在金属材料内 使部件运动的那种搅拌装置。另外，在本实施方式中，完全没有从半凝固金 属排出液相部分的一部分，但也可以进行该排出。

配置在容器的底部件上的(第二)温度传感器也可以不向容器内露出(也 可以不与金属材料抵接)。例如，也可以在底部件上形成薄的部分，以使温 度传感器从下方与该薄的部分抵接的方式配置温度传感器。

也可以不设置预冷却装置。辅助冷却装置既可以从外部冷却容器的底部 件(用于供制冷剂流动的流路也可以不形成于底部件)，也可以不仅能够冷 却底部件，还能够冷却中空部件。制冷剂并不局限于水。例如，也可以是其 他的液体(例如，油)，也可以是气体(例如，空气)。

推压半凝固金属的底部的方法并不局限于使容器(半凝固金属)及挤压 部件双方移动的方法，也可以通过仅使任意一方移动来实现。

挤压装置并不局限于在套管上从(绝对坐标系的)上方向下方推压半凝 固金属。例如，也可以在底部件33上形成较小的孔，并设置能够在堵塞该 孔的位置和从该位置向上方突出的位置之间移动的挤压部件，利用设置在载 置装置25内的气缸驱动该挤压部件。该情况下，挤压装置从中空部件31和 底部件33剥去半凝固金属，有助于容易从中空部件31中取出半凝固金属。

挤压部件也可以兼用作其他用途。例如，挤压部件也可以是容器的一部 分。具体来说，如上所述，在利用挤压部件堵塞底部件的孔的情况下，挤压 部件被视为容器的一部分。另外，也可以使中空部件的内径和底部件的外径 相同，将底部件的整体作为挤压部件利用。用于向模具中挤出半凝固金属的 柱塞也可以作为挤压部件利用。

此外，从本申请说明书能够得到以下的其他发明。

<其他发明1>

一种半凝固金属的制造装置，其中，具有：

容器，其是冷却从上方的开口注入的液态的金属材料而生成半凝固金属 的容器，使底部处的所述金属材料的冷却与中部及上部处的所述金属材料的 冷却相比优先进行；

挤压装置，其将所述半凝固金属的底部朝向所述上方的开口挤压。

<其他发明2>

如其他发明1所述的半凝固金属的制造装置，其中，

还具有使所述容器的底部比所述容器的外周部更冷却的冷却装置。

<其他发明3>

如其他发明1或2所述的半凝固金属的制造装置，其中，

所述容器的底部比所述容器的外周部厚。

<其他发明4>

如其他发明1～3中任一项所述的半凝固金属的制造装置，其中，

所述容器的底部的热导率比所述容器的外周部的热导率高。

<其他发明5>

如其他发明1～4中任一项所述的半凝固金属的制造装置，其中，

还具有浇注装置，该浇注装置使将成为一个所述半凝固金属的所述液态 的金属材料分两次以上注入所述容器。

<其他发明6>

如其他发明1～5中任一项所述的半凝固金属的制造装置，其中，

所述挤压装置使挤压部件反复与一个所述半凝固金属的底部碰撞。

<其他发明7>

如其他发明6所述的半凝固金属的制造装置，其中，

还具有输送所述容器的至少一部分的输送装置，

所述容器具有：

中空部件，其构成该容器的壁部，上下两端开口；

底部件，其堵塞所述中空部件的下端的开口，构成所述容器的底部；

所述挤压装置使所述挤压部件往复移动，

所述输送装置在利用所述容器生成所述半凝固金属之后，使保持着所述 半凝固金属的所述中空部件从所述底部件分离，然后输送所述中空部件，以 使所述中空部件的下方的开口接近进行往复移动的所述挤压部件。

<其他发明8>

一种成形装置，其中，具有：

如其他发明1～7中任一项所述的半凝固金属的制造装置；

与模具连通的套管；

将供给到所述套管中的所述半凝固金属向所述模具内挤出的柱塞；

所述半凝固金属的制造装置以所述半凝固金属的上部侧朝向所述模具 侧、且所述半凝固金属的底部侧朝向所述柱塞侧的方式，向所述套管中供给 所述半凝固金属。

<其他发明9>

一种半凝固金属的生成方法，其中，具有：

生成步骤，将液态的金属材料从容器的上方的开口注入所述容器内，使 所述液态的金属材料在所述容器内冷却而生成半凝固金属；

取出步骤，从所述容器中取出所述半凝固金属；

在所述生成步骤中，以所述容器的底部处的所述金属材料的冷却比所述 容器的中部及上部处的所述金属材料的冷却优先进行，使底部的固相率比中 部及上部的固相率高的方式，生成所述半凝固金属，

在所述取出步骤中，将所述半凝固金属的底部朝向所述容器的上方的开 口推压，从所述容器的内表面剥去所述半凝固金属。

<其他发明10>

一种成形方法，其中，具有：

其他发明9所述的半凝固金属的生成方法的各步骤；

供给步骤，将所述半凝固金属供给到与模具连通的套管中；

注射步骤，利用柱塞将所述套管内的所述半凝固金属向所述模具内挤 出；

在所述供给步骤中，以所述半凝固金属的上部侧朝向所述模具侧、且所 述半凝固金属的底部侧朝向所述柱塞侧的方式，向所述套管中供给所述半凝 固金属。

<其他发明11>

如其他发明10所述的成形方法，其中，

在所述半凝固金属在所述注射步骤中被填充到所述模具内时，所述半凝 固金属的底部的固相率高的部分被装入到余料部。

在该其他发明中，容器不需要能够分离为中空部件和底部件。如上所述， 还能够使挤压部件从形成在底部件上的孔与半凝固金属抵接，该情况下，中 空部件和底部件不一定必须能够分离。另外，使容器的底部处的所述金属材 料的冷却比容器的中部及上部处的所述金属材料的冷却优先进行的方法如 实施方式例示的那样具有多种，并不局限于使底部件比中空部件更冷却的方 法。因此，在其他发明中，也可以不设置辅助冷却装置。