以下、添付図面を参照しつつ本発明を実� ��するための最良の形態について説明する。� ��実施形態の半凝固金属製品の成型金型構造� ��、例えば図6のようにハブ部210と、リム部212 と、これらを連結するスポーク部214と、それ らに区画される複数の窓部12を有する自動車� ��ホイール製品14を成形する例を示す。

 図1ないし図7に基づき、本発明の第1実施� ��態について説明する。図7は、本実施形態の 半凝固金属製品の成型金型構造10の圧縮によ� ��型閉め状態を示す縦断面図であり、本実施� ��態では、スライド型を有する構造の例を示� ��ている。なお、図7の状態は、上型を駆動さ せて上下型を閉めた状態であるが、半凝固金 属については図示を省略している。本実施形 態の成形金型構造10は、図示しない作業手順� ��シーケンス制御あるいは記憶装置によるプ� ��グラム制御等を行う制御装置の制御に基づ� ��油圧プレス等により駆動されて上下に相対� ��動可能な上型16と、下型18と、上型と下型の 型閉め状態で形成されるキャビティ部20に向� ��て横方向から進退自在にスライド移動する� ��ライド型22と、を含む。スライド型22は平面 視で例えばキャビティの周囲の対称位置から キャビティ部に向けて進退移動し、その進出 位置で上下型とともに成形製品の側部外形輪 郭を決めてキャビティ部20を形成させる。

 本実施形態の半凝固金属製品の成型金型� ��造10は、下型と上型との型閉め状態で形成� �れるキャビティ内に半凝固金属を充填させ� �状態で同下型と上型の加圧相対移動により� �凝固金属を圧縮させて所望の製品を成形さ� �るものであり、キャビティ部20内には半凝固 金属11が投入される。半凝固金属は、凝固開� ��温度と凝固終了温度の範囲の半凝固(半溶融 )状態の特性の金属であり、それぞれの合金� �成に対応する半凝固温度範囲を有している� �半凝固金属は、温度の上昇(固相率の低下)に 伴い結晶(固相成分)が球状化し、それが次第� ��分離する。アルミニウム合金では、固相率� ��30%から70%ではその内部組織は球状の固相粒� ��液相中に浮遊した状態となっており、適度� ��軟質性、流動性とともに、粒状の均一な組� ��を得ることができる。この性質から、半凝� ��金属による成形では、さらに、(イ)低温の� �凝固状態で金型に鋳込むため凝固収縮量が� �少し引け傾向が減少する。(ロ)冷却速度が速 まり微細な組織が得られ内部欠陥を低減でき 、機械的性質に優れた製品を製造できる。(� �)半凝固状態で鋳こむため、粒状の均一な組� ��を得ることができる。本実施形態では、半� ��固金属材料11は図1に示すように、製品ホイ� ��ルの平面形状に対応し、かつある程度の厚� ��を有する円盤形状で形成され、この円盤形� ��の半凝固金属が上下型を開いた状態で下型� ��上面側に載置される。半凝固金属材料11は� �ャビティ部の平面輪郭大きさと略同じ大き� �かあるいはそれよりもやや大きい平面輪郭� �きさでキャビティ部に対応する下型上に載� �される。なお、上下型の中間位置に挿入さ� �る半凝固金属は必ずしも厚板円盤形状とす� �必要はなく、製品成形後の窓部の略平面輪� �形状を有するある程度の肉厚を持った扁平� �造体であるとよい。さらにいうと、理想的� �は可能な限りキャビティ部形状に近似させ� �形状とするのが好ましい。また、図中、上� �金型のキャビティ部において、製品の窓部12 を鋳込み形成させる部分を(12)で示している� �

 図7において、本実施形態における一つの 特徴的事項は、上型16に半凝固金属の逃げ用� ��隙24を設けたことである。図1にも示すよう� ��、上型であって成形後の製品の窓部に対応� ��る平面位置に空隙24が設けられている。空� �24は、図1、図7上、下面側を開口24aし上方に� ��けて穿穴したメクラ穴からなり、上型16の� �閉め動作のために下降する際にキャビティ� �20に連通するように設けられている。したが って、上型の下降動作時に開口24aの周囲の上 型部分がまず下型上に載置された半凝固金属 に当たり、そのまま窓部12に対応する部分を� ��降させて空隙24内に反凝固金属を誘導させ� �入らせながら下型18に当接する。

 詳細には、上型16の窓部に対応する平面� �置部分には窓部12の平面輪郭にある程度の壁 厚を有する縁壁部26を円形状に形成しており� ��この縁壁部26の内側に逃げ用空隙24が設けら れている。上型16の縁壁部26が先に半凝固金� �に当たり、さらに上型16を下降させることに より縁壁部26の内部に半凝固金属を取り込み� ��最終的に加圧終了時に縁壁部の内外を仕切� ��て内側の空隙24部分において製品の窓部を� �成させる。

 図2において、逃げ用空隙24の大きさは、� ��型上に載置された半凝固金属の窓部12に対� �する部分の大きさの少なくとも80%よりも大� �く設定されている。すなわち、図2、図5にお いて、上型による圧縮前(上下型閉め前)にキ� ��ビティ部20に載置される半凝固金属であっ� �、製品窓部12の平面外形輪郭12f(図6参照)を上 下に投影して形成される柱状の仮想立体形状 28により画成される半凝固金属11mの体積V2の80 %よりも大となるように、逃げ用空隙24の大き さV1が設定されている。逃げ用空隙により、� ��部に対応する部分の半凝固金属11mは上型の� ��縮時に該空隙24内に入り、その他のキャビ� �ィ部20内に圧入される半凝固金属への加圧力 を減殺しないようにするとともに、縁壁部26� ��より空隙24内の半凝固金属のみを閉鎖して� �り、型を開けたときに窓部対応の半凝固金� �11のみを容易に分離して取り出すことができ る。半凝固金属11の体積V2の80%よりも逃げ用� �隙24の大きさV1が小さいと、窓部に対応する� ��置の半凝固金属が十分に空隙内に逃げるこ� ��ができず、成形圧が加わる結果、いわゆる� ��回り不良、成形不良を生じるおそれがある� ��なお、逃げ用空隙24の大きさは仮想立体形� �28により画成される半凝固金属11mの体積V2と� ��体積(100%)でも良いし、上型の機能を損なわ� ��い材厚の限度において体積V2以上の大きさ(1 00%以上)としてもよい。

 本実施形態の金型は、固定配設された下� ��18に上方から加圧力P1で下降する上型16が密� ��したときに製品キャビティ部20が形成され� �。そして、半凝固金属は平面視において必� �製品キャビティ部20より大のものが下型に載 置される。図1のように下型18上に円盤状の半 凝固金属11を載置させ、上型16を加圧下降さ� �る。このとき、スライド型22は、前進位置に あって、側部あるいは周囲のキャビティ部形 状を画成し、所望の製品形状を得られるキャ ビティを形成した状態となっている。上型16� ��加圧下降に伴い、図3のように窓部に対応す る部分に載置されている半凝固金属11mは空隙 開口24aから上型16の逃げ用空隙24内に入る。� �たがって、この窓部12部分については半凝固 金属11mは金型による圧縮力を受けない。そし て、最終的に図4のように上下型が密接し成� �が終了する。図4の状態で縁壁部26により仕� �られた内部空隙24内に窓部に対応して位置す る半凝固金属11mが他のキャビティ部に充填さ れる金属と分離して封入状態で収容され、こ れらの金属には成形機の加圧力は加わらない 。これによって、成形機の最終成形圧を低減 することができ、成形機自体のサイズダウン 、ひいては設備コストを低減し得る。

 最終成形圧の低減は、窓部に材料が残ら� ��いことにより、窓部は最終圧を受けること� ��なく、最終成形圧は製品形状の投影面積の� ��に相関することによる。例えば14インチホ� �ールについて、次の仕様を与えるとする。&l t;<製品投影面積:873cm2、窓部投影面積:302cm2( 60.4cm2×4箇所)、キャビティ総投影面積:1175cm2(8 73cm2+302cm2)>>。必要成形圧を500Kgf/cm2(4903N/c m2)とすると、比較例方法、従来方法(図15~図17 、図19参照)では1175cm2×500Kgf/cm2≒588Ton。本実� �形態方法では、873cm2×500Kgf/cm2=473Ton、となり� ��約20%の荷重削減が可能となる。

 また、流動性低下による窓部対応部分の� ��化残り部分が生じないから、仕込み材料の� ��減、ひいては材料コスト低減を達成し得る� ��例えば、図15~図17の方法で窓部を形成した� �合、肉厚が4~7mmとすると材料の重量は326g~570g となり、その材料を再溶解でリサイクルした として、約12円~21円の費用を要する。本実施� ��態では、窓部が成形されないので、その分� ��コストダウンとなる。

また、後仕上げとして硬化残り部分の板状 アルミニウム合金材の打抜き工程、プレス成 形機、打抜き金型、作業人件コスト等を含む 加工コスト削減に寄与し得る。例えば、図15~ 図17、図19の方法で窓部を形成した場合、肉� �4mm~7mmの板状アルミニウムを打ち抜く工程が� ��要となり、プレス機、打ち抜き金型、作業� ��人件コストが必要となる。この円盤形状の� ��凝固金属が上下型を開いた状態で下型の上� ��側に載置される。半凝固金属材料11はキャ� �ティ部の平面輪郭大きさと略同じ大きさか� �るいはそれよりもやや大きい平面輪郭大き� �でキャビティ部に対応する下型上に載置さ� �る。

なお、この実施形態では、半凝固金属はあ る程度の厚みを有する扁平な円盤形状で形成 され、これを下型上に作業ロボットに把持さ せて挿入載置させることにより、半凝固金属 を保持する容器を反転して投入することによ る半凝固金属底面の早期の凝固層形成や、底 部滞留の酸化物の金属内混入の問題を生じな いようにし得る。また、投入する半凝固金属 もキャビティ部の平面大きさと同等あるいは それ以上の大きさの1個の半凝固金属を下型� �に載置するだけでよい。

上記は、キャビティ部の周囲あるいは側部 にキャビティ部に向けて進退移動するスライ ド型22を設けた金型構造の例を示したが、図8 に示すように、本発明の金型構造は、スライ ド型22を設けずに上下型のみで最終成形を行� ��タイプの金型構造についても、有効に適用� ��うる。

 次に、図9ないし図12により、本発明の第2 実施形態について説明するが、第1実施形態� �同一部材には同一符号を付し、その詳細な� �明を省略する。この第2実施形態では、下型1 8と上型16との型閉め状態で形成されるキャビ ティ20内に半凝固金属11を充填させた状態で� �下型と上型の加圧相対移動により半凝固金� �11を圧縮させて成形させる半凝固金属製品の 成形金型構造である点は第1実施形態と同様� �ある。

 この第2実施形態では、成形後の製品の窓 部に対応する平面位置となる上型16に、本体� ��型30に独立して上下に移動可能に上補助金� �32を設けたことが第1実施形態と異なる。上� �助金型32は、平面上でキャビティ部20内の窓� ��12に対応した位置に配置され、本体上型30の 例えば内部において上下に打ち抜いた孔を穿 孔し、この孔に縦に摺動自在に筒形の上補助 金型32を設けている。上補助金型32は、窓部� �形成される際の下型18の窓部用下型平面18aに 対向する窓部用上型平面32aを有しており、上 補助金型32が下降して下型に接したときに窓� ��を形成するようにその部分の半凝固金属11m� ��キャビティ部内の製品部側に押し出させる� ��

 上補助金型32は、本体上型30に独立して上 下に移動可能であり、本体上型の加圧下降移 動に先立って加圧下降移動する。すなわち、 図9に示すように、型開き状態で下型18上にキ ャビティ部と略同じ平面輪郭、大きさの円盤 状の半凝固金属11を載置させる。そして、本� ��上型30の加圧に先立って、まずこの上補助� �型32が加圧下降移動し、窓部に対応する平面 位置(製品窓部の平面輪郭を上下に投影して� �成される立体形状により画成される半凝固� �属)に存在する半凝固金属11mに当たり(図9)、� ��らに下方に向けて押圧駆動させる(図10)。窓 部用下型平面18aと窓部用上型平面32a間の半凝 固金属は圧縮されながら窓部対応位置からそ の周囲側のキャビティ部20内に押し出され、� ��いには上補助金型32は下型18上に当着し窓部 を抜いた状態となる(図11)。次に、本体上型30 が加圧下降移動し、窓部対応位置から周囲に 押し出された半凝固金属を加圧し製品キャビ ティを形成するように最終成形する(図12)。� �のように、予め、上型であって成形後の製� �の窓部に対応する平面投影位置に本体上型� �独立して上下に移動可能な上補助金型を用� �し、本体上型の加圧下降移動に先立って上� �助金型を加圧下降移動させて下型との中間� �存在する半凝固金属をキャビティ部側に押� �出させ、その後に本体上型を加圧下降移動� �せることにより、窓部に対応する金型部分� �先に押動させて予めキャビティ内を窓抜き� �態とし、この状態で本体上型30を加圧駆動さ せるから、キャビティ内の窓部を除く製品部 のみについての半凝固金属について加圧力を 生じさせればよい。したがって、成形機の最 終成形圧を低減することができ、成形機自体 のサイズダウン、ひいては設備コストを低減 し得る。また、流動性低下による窓部対応部 分の硬化残り部分が生じないから、仕込み材 料の削減、ひいては材料コスト低減を達成し 得る。さらに、後仕上げとして硬化残り部分 の板状Al合金材の打抜き工程、プレス成形機� ��打抜き金型、作業人件コスト等を含む加工� ��スト削減を達成し得る。

 次に、図13、図14により、本発明の第2実� �形態の他の例を示す。図13,図14の実施形態で は、下型18と上型16との型閉め状態で形成さ� �るキャビティ20内に半凝固金属11を充填させ� ��状態で同下型と上型の加圧相対移動により� ��凝固金属11を圧縮させて成形させる半凝固� �属製品の成形金型構造である点は第1実施形� ��と同様である。

 この実施形態では、成形後の製品の窓部� ��対応する平面位置に本体上型に独立して上� ��に移動可能であり、本体上型の加圧下降移� ��に先立って加圧下降移動する上補助金型を� ��け、さらに、該上補助金型であってその下� ��移動途中でキャビティ部に連通する半凝固� ��属の逃げ用空隙を設けたことが第1実施形態 と異なる。この図13,図14の実施形態では、本� ��上型30の加圧下降移動に先立って加圧下降� �る上補助金型に逃げ用空隙34が設けられてい るので、上補助金型32が加圧下降移動し、窓� ��に対応する平面位置(製品窓部の平面輪郭を 上下に投影して形成される立体形状により画 成される半凝固金属)に存在する半凝固金属11 mに当たり(図13)、さらに下方に向けて押圧駆� ��させる。このとき、上補助金型32の逃げ用� �隙34の開口34aから窓部対応位置の半凝固金属 11mがキャビティ部20に進入すると窓部対応位� ��に存在した半凝固金属は同開口34aから逃げ� ��空隙34内に入る。さらに上補助金型32は下降 し、下型の窓部用上型平面32aに縁壁部36が当� ��り、逃げ用空隙34と製品部のキャビティ部20 部分とを分断し、窓部対応の半凝固金属11mと その他の製品部半凝固金属とを分離させる。 上補助金型32の下型への当着後、本体上型30� �下降動作しキャビティ内の製品部の半凝固� �属部分を加圧し、最終成形する(図14)。この� ��施形態では、逃げ用空隙34内に入る半凝固� �属には金型による圧縮力は加わらないので� �成形機の最終成形圧の低減、成形機自体の� �イズダウン、設備コスト低減をし得る。ま� �、材料コスト低減、後仕上げ処理の簡素化� �よる工程数削減、人件コスト削減等を達成� �る。同時にこの例では、本体上型30による加 圧構成と分断して、予め窓部対応の半凝固金 属部分を非加圧領域として確保しておき、そ の状態で本体上型による加圧を行うので、こ の点においても、成形機コストの低減、材料 コスト低減、工程数削減、人件コスト削減等 の技術上の有利な効果を相乗的に奏し得る。