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。� ��1ないし図8は、本発明の第1の実施形態を示� ��ている。本実施形態の半凝固金属製品の成� ��金型構造は、例えば図3の二輪自動車用のハ ブを成形製品Mとする例を示す。図3のように� ��品Mは、表面側となる上部に平坦な凹凸を形 成し外縁に薄肉つば部Rを有する本体部Yと、� ��体部Yの裏面側においてつば部Rの基部から� �角方向に突設した環壁Awと、中心部から直角 状に突設した筒部Nと、を含む。環壁Awは、本 体部Yを底とするように深く絞った側壁を形� �しており、いわゆる薄肉の深絞りタイプの� �品形状である。

 図1は、第1実施形態の半凝固金属製品の� �型金型構造10-1の圧縮開始直前位置での縦断� ��図である。図1において、本実施形態の半凝 固金属製品の成型金型構造10-1は、固定下型12 と、可動上型14と、側部型16と、を含む。固� �下型12上には半凝固金属18が載置され、この� ��置された半凝固金属18を圧縮するように可� �上型14が上方側から押圧下降移動する。側部 型16は圧縮成形する際の製品の周側部を規定� ��るものであり、しかもこの側部型16は、上� �動自在に設けられて所定の押圧力で上昇駆� �される。側部型16の上昇押圧力は、可動上型 14の下降押圧力よりもはるかに小さく設定さ� ��ている。この側部型16を所定高さ位置に上� �させた状態で固定下型12上に載置した半凝固 金属18を側部型16の上昇押圧力に勝る可動上� �14の下降押圧力で圧縮し、そのまま可動上型 14の押し下げ力で側部型16を押し下げて上型� �下型間の成形空隙を圧縮方向に変化させな� �ら上型で圧縮成形し、側部型16の最終下降限 位置で充分な圧縮成形を行って、成形を完了 させる。

 詳しくは、本実施形態の成形金型構造10-1 は、油圧プレス等の駆動装置20により駆動さ� ��て上下直線状に移動可能な可動上型14と、� �定下型12と、上型と下型の型閉め状態で形成 される製品キャビティ22(図5参照)の周側部を� ��定し第2の駆動装置24に駆動されて上下直線� ��に移動可能な側部型16と、を含む。第2の駆� ��装置24の上昇押圧力は可動上型14の下降押圧 力より小さく、しかも、その下降押圧力を受 けて上昇力を降伏させ、該側部型16を下降さ� ��る降伏開放型の駆動装置であり、例えば押� ��ばねやジャッキ装置あるいはそれらの組合� ��などの弾発付勢装置を用いることができる� ��これらの駆動装置20、24は、図示しない作業 手順のシーケンス制御あるいは記憶装置によ るプログラム制御等を行う制御装置26の制御� ��基づいてタイミングを合わせながら駆動さ� ��る。なお、図4、図5については、駆動装置� �制御装置の図示は省略して示している。

 固定下型12上に載置させる半凝固金属18は 、凝固開始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� ��の合金組成に対応する半凝固温度範囲を有� ��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 れが次第に分離する。アルミニウム合金では 、固相率が30%から70%ではその内部組織は球状 の固相粒が液相中に浮遊した状態となってお り、適度の軟質性、流動性とともに、粒状の 均一な組織を得ることができる。この性質か ら、半凝固金属による成形では、さらに、(� �)低温の半凝固状態で金型に鋳込むため凝固� ��縮量が減少し引け傾向が減少する。(ロ)冷� �速度が速まり微細な組織が得られ内部欠陥� �低減でき、機械的性質に優れた製品を製造� �きる。(ハ)半凝固状態で鋳こむため、粒状の 均一な組織を得ることができる。本実施形態 では、成形前の半凝固金属材料18は図1に示す ように、側部型16の内向き凸部の先端を最大� ��とする例えば段付扁平円盤形状あるいは円� ��状の半溶融金属が固定下型12上に載置され� �これを上方から可動上型14が下方に向けて押 圧圧縮する。

 より詳細には、図1において、図示しない 支持台に固定された下型ベース28上に固定下� ��12が固定され、成形する製品Mの筒部Nや環壁 Awに対応する切欠き30,32を形成した型形状を� �方に向けて設置されている。一方、固定下� �12の下部側から上下動可能で降伏開放自在に 駆動するジャッキ装置等からなる第2駆動装� �24が設けられており、このジャッキのピン34� ��支持されて側部型16が上下直線状に移動自� �に設けられている。

側部型16は、製品の周側部を規定するもの� ��あり、縦筒形で固定下型12の外径より大き� �内周輪郭大きさを有している。そして、そ� �側部型16の内側が固定下型12と向き合うよう� ��配置されている。側部型16は、上端側の外� �がテーパ状に切り欠かれており、この切欠� �38に上型支持台40側が当接して可動上型14と� �じ押し下げ力で側部型16を下降押動させる。 側部型16の内側と固定下型12とで挟まれる空� �は上下型の型閉め状態では製品キャビティ22 を構成するとともに、上型による圧縮途中で は流動路Pfとなり、上型の圧縮下降にしたが� ��て形状を変化させる空隙である。したがっ� ��、側部型16は、中央部の固定下型の外縁に� �接して固定下型の側ぶと対向配置された固� �下型の外縁部分に相当する製品形状を形成� �る型である。

第2駆動装置24のジャッキのピン34の上部に� ��環状の側部型ベース36が固定されており、� �側部型ベース36上に側部型16が固定支持され� ��いる。側部型ベース36は、第2駆動装置24と� �部型16との中間に介設されて側部型16を可動� ��型の下降押圧力より小さな上昇押圧力で上� ��駆動させる際の支持を行うとともに、下降� ��作時に下型ベース28に当たって側部型16の下 降限を決める。

 固定下型12に上下に対向配置される可動� �型14が上型支持台40により固定支持されてい� ��。上型支持台40は油圧プレス等の第1駆動装� ��20に連結されて上下移動自在に駆動され、� �に半凝固金属の圧縮成形時に下方に押圧駆� �させるものであり、これに固定された可動� �型14が同期して上下動し、圧縮時に直接に半 凝固金属を圧縮成形する。また、上型支持台 40には下降時に側部型16の切欠き38に当接する 押さえ部材42が固定されている。これによっ� ��、可動上型14が下降して固定下型上の半凝� �金属を圧縮し始め、それと同時あるいはそ� �後に、同じ圧力で押さえ部材42が側部型16の� ��端側を押さえて側部型16をその上昇押圧力� �勝って下降させる。

 固定下型12上に載置した半凝固金属18の圧 縮開始時の側部型16の高さ位置は、製品形状� ��製品の厚み、環壁の高さ、製品のサイズ等� ��より異なりそれぞれについて流動抵抗も異� ��ってくるので一概に決定するのは困難であ� ��、数回の経験的な試行成形が必要である。� ��のうち、側部型16の下降限位置からの成形� �始位置高さを決める要素として、環壁Awを含 む製品Mの本体部Yから突設した部分の体積Vと 製品キャビティを形成した状態での固定下型 と側部型の内側部分との最短距離長さKでの� �間の面積Sとの相関がある。この突設部体積V に対しての長さKでの隙間の面積Sとの関係で� ��も半凝固金属の隙間からの流動性が確保し� ��すい範囲をテスト成形により取得し、これ� ��のデータより側部型16の下降限位置L0からの 成形開始位置高さを決めることができる。一 方、圧縮開始時の側部型16の上昇位置、すな� ��ち上下高さ位置が高すぎて面積Sが大きすぎ ても成形時の製品上部側となる製品の本体部 Yに充填量不足や充填圧の偏位を生じて適正� �成形性が損なわれる。したがって、この点� �ついても、上記のように、環壁Awを含む製品 Mの本体部Yから突設した部分の体積Vと製品キ ャビティを形成した状態での固定下型と側部 型の内側部分との最短距離長さKでの隙間の� �積Sとの相関により、テスト成形により最適� ��範囲を求めて設定される。そして、図6に示 すように、側部型16は、第2駆動装置24により� ��定下型と側部型の内側部分との最短距離長� ��Kでの隙間の面積Sを形成する上昇位置L1まで 上昇駆動される。この状態で半溶融状態の半 凝固金属の充分な流動路42を形成させて、可� ��上型により圧縮開始する。さらに、第1駆動 装置20による可動上型14の下降押圧力P1は第2� �動装置24による側部型16の上昇押圧力P2より� �はるかに大きい(P1>>P2)から(例えば2倍~10� ��程度)、下降押圧力P1で側部型16を下降押圧� �せて周側部を規定しながら上型14で圧縮し、 最終的に下降限位置L0で停止させ最終圧を加� ��て圧縮を完了させる。

 次に、本実施形態の作用について説明す� ��。半凝固金属の成形に際しては、まず側部� ��16を第2駆動装置24を駆動させて上昇させ、� �止させる。この側部型16の上昇位置は、数回 の経験的な試行成形により、環壁Awを含む製� ��Mの本体部Yから突設した部分の体積Vと製品� ��ャビティを形成した状態での固定下型と側� ��型の内側部分との最短距離長さKでの隙間の 面積Sとの相関を要素として決定すると良い� �この状態で、図1のような予め半溶融状態の� ��レフォームによる扁平円盤体の半凝固金属� ��固定下型12上に載置する。このとき、該半� �固金属18の周側部は側部型16の内周壁面によ� ��規定されている。この状態では、隙間(S)が� ��部型16と固定下型12との間に形成されている から、これが半溶融金属の流動路として充分 な開口となる。この状態から第1駆動装置20を 介して可動上型14を押圧下降させ、半凝固金� ��を圧縮させると、固定下型12と側部型16の内 側部分との開口から圧送されて円滑に環壁Aw� ��に進入する。一方、第1、第2駆動装置20、24� ��駆動により、可動上型14の下降押圧力P1は側 部型16の上昇押圧力P2よりもはるかに大きい(P 1>>P2)から(例えば10倍程度)、下降押圧力P1 が上昇押圧力P2に勝って強制的に側部型16を� �し下げる。この押し下げ途中で半凝固金属18 は可動上型14と固定下型12との加圧面により� �接されて、例えば図4、図7の下降途中位置L2� ��の状態のように、断面長さがKに等しい流動 路Pfから固定下型12と側部型16の内面との間に 円滑に進入する。この途中でも可動上型14に� ��る圧縮は維持し続けられ経時的に可動上型1 4の下端加圧面と固定下型12の上端加圧面との 距離は接近する。このように、成形空隙の変 化と圧縮を同時に行わせる。そして、図5、� �8のように最終的に側部型ベース36が下型ベ� �ス28に当着して停止し、その状態でさらに充 分な加圧圧縮を行うことにより製品キャビテ ィ22内の成形品の隅々まで万遍のないかつ均� ��な金属の充填が行われ、良好な成形性を保� ��することができる。

 次に、図9ないし図16により、本発明の第2 実施形態の半凝固金属製品の成型金型構造10- 2について説明するが、第1実施形態と同一部� ��には同一符号を付し、その詳細な説明は省� ��する。

 第2実施形態の金型構造10-2が、第1実施形� ��と異なる点は、側部型16は、横方向に水平� �動する複数のスライド割型50A、50Bを含み、� �れぞれのスライド割型は横方向駆動装置と� �てのシリンダ装置に連結されて可動上型14に よる半凝固金属18の圧縮開始位置に向けて進� ��自在に進出駆動され、成形終了後は側部型1 6を横方向に移動させて型を開くことができ� �ことである。

 詳細には、図10に示すように側部型16は、 固定下型上の半凝固金属と対面する側に製品 外形の半割れ凹部51を形成した2個のスライド 割型50A、50Bを含み、これらのスライド割型50A 、50Bのそれぞれはシリンダ装置56に連結支持� ��れている。そして、第2駆動装置のジャッキ の4本の上昇押圧ピン52で上下駆動させ、該ピ ン52の上端部に固定された側部型ベース54は� �る程度の広さの面積を有する厚板部材から� �成され、さらにその側部型ベース54上を断面 縦形の2個のスライド割型50A、50Bがシリンダ� �置56を介して半凝固金属18に向けて進退自在� ��進出駆動される。2個のスライド割型50A、50B は、側部型ベース54上に水平方向に摺動自在� ��載置され、案内されて直線状に側部型ベー� ��上を移動する。例えば、このシリンダ装置5 6は第1、第2駆動装置20,24とともにタイミング� ��取りながら予め設定されたシーケンサやプ� ��グラムにより制御装置を介して駆動される� ��スライド割型50A、50Bはシリンダ装置の駆動� ��ッド58に固定されており、第2駆動装置の上� ��動に同期して同スライド割型ならびにシリ� ��ダ装置が上下動する。

 この第2実施形態では、成形される製品は 図11に示すように、環壁Awの下端からさらに� �方に向けて突出するフランジFを有している� ��このような複雑な製品形状の場合にはフラ� ��ジ部分までの半凝固金属製品の流動長はさ� ��に長くなり、また、抵抗も大幅に増加する� ��しかしながら、上記の第1実施形態と同様の 側部型の圧縮開始位置設定と、下降時の圧縮 と、最終圧縮により、良好な成形性を得るこ とができる。

 第2実施形態では第1実施形態と同様に、� �えば、環壁Awを含む製品Mの本体部Yから突設� ��た部分の体積Vと製品キャビティを形成した 状態での固定下型と側部型の内側部分との最 短距離長さKでの隙間の面積Sとの相関を要素� ��して決定された側部型の上昇高さ位置に上� ��停止させ、プレフォームした半凝固金属製� ��を固定下型上に載置し、図10矢示aのように� ��スライド割型50A、50Bを圧縮開始位置に向け� ��進出させ、図9のように開始準備状態とする 。なお、このとき、側部型16の最適な下降限� ��置からの上昇位置に設定される点も第1実施 形態と同様である。適性でかつ充分に大きな 開口の流動路Pfを得て可動上型14の下降圧縮� �開始すると円滑に製品の環壁Aw対応部分から フランジ部F対応部分に流動していく(図12、� �15参照)。この途中でも可動上型14の下降押圧 力により固定下型12側に向けて近接移動し続� ��、圧縮作用が維持される。このとき、可動� ��型14の下降押圧力P1は側部型16の上昇押圧力P 2よりもはるかに大きい(P1>>P2)から(例え� �2倍~10倍程度)、下降押圧力P1が上昇押圧力P2� �勝って強制的に側部型16を押し下げ、製品の 周側部規定を維持させる。そして、図13、図1 6のように最終的に側部型ベース54が下型ベー ス28に当着して停止し、その状態でさらに充� ��な加圧圧縮を行うことにより製品キャビテ� ��60内の成形品の隅々まで万遍のないかつ均� �な金属の充填が行われ、良好な成形性を保� �することができる。そして、成形完了後、� �動上型14を上昇離開させ、シリンダ装置56の� ��動ロッド58を退縮させることにより製品端� �の側部側のコ字型の製品部分から側部型16を 離脱させることができる。図17は、第2実施形 態の成形構造における上下金型の位置と圧力 の経時変化による変位状態を示した図である 。

 また、上記の実施形態の半凝固金属の成� ��金型構造を用いた成形方法としては、固定� ��型と、固定下型上の半凝固金属に向けて押� ��下降動作する可動上型と、製品の側部を規� ��し、かつ、上下動自在に設けられた側部型� ��、を用意し、可動上型の押圧下降時に固定� ��型上に載置した半凝固金属の流動路となる� ��部型と固定下型との間に十分な隙間を形成� ��るように、側部型を押圧上昇させた位置で� ��動上型による半凝固金属の圧縮を開始し、� ��の後の側部型の上昇押圧力に勝る可動上型� ��下降押圧により半凝固金属を成形すること� ��良好な成形品を得ることができる。