(57)【要約】【課題】分析値のバラツキが小さい、アルミニウムの組成分析用固体試料を製造しうる鋳型を提供すること。【解決手段】鋳型１は、固体試料１１の分析面１２ａを形成する分析面形成部２ａが、２５℃での熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料製である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムの組成分析用固体試料の製造に用いられる鋳型であって、
固体試料の分析面を形成する分析面形成部が、２５℃での熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高熱伝導材料製である鋳型。
【請求項２】
上型と下型に分割構成されており、
前記下型が前記分析面形成部を含み且つ前記高熱伝導材料製であり、
前記上型が前記高熱伝導材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する低熱伝導材料製である請求項１記載の鋳型。
【請求項３】
前記下型が前記高熱伝導材料としてのアルミニウム製であり、
前記上型が前記低熱伝導材料としての鉄製である請求項２記載の鋳型。
【請求項４】
前記高熱伝導材料としてのアルミニウムは純アルミニウムである請求項３記載の鋳型。
【請求項５】
前記下型が前記高熱伝導材料としての銅製であり、
前記上型が前記低熱伝導材料としてのアルミニウム製である請求項２記載の鋳型。
【請求項６】
前記下型が前記高熱伝導材料としての銅製であり、
前記上型が前記低熱伝導材料としての鉄製である請求項２記載の鋳型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムの組成分析用固体試料を鋳造により製造する際に用いられる鋳型に関する。
【０００２】
なお本明細書及び特許請求の範囲では、特に文中に明示する場合を除き、「アルミニウム」の語は純アルミニウム及びアルミニウム合金の双方を含む意味で用いられ、「鉄」の語は純鉄及び鉄合金の双方を含む意味で用いられ、「銅」の語は純銅及び銅合金の双方を含む意味で用いられる。
【背景技術】
【０００３】
アルミニウムの組成分析方法として一般に発光分光分析方法が用いられている（特許文献１、２参照）。
【０００４】
近年、アルミニウムにおいては、材料特性の向上及び材料特性のバラツキの低減を目的として、アルミニウムの組成規格に適合する場合でも組成規格内で更に組成を厳格に規定し製品とすることが一般化されてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−７７６６９号公報
【特許文献２】特開平１０−１９７４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、分析用試料にも試料ごとにバラツキがあるし更に試料の部位によってもバラツキがあり、そのため、状況によっては真の組成から大きく離れた組成となり、その結果、組成が目標の組成と異なることがあり得る。したがって、分析用試料において分析値のバラツキの低減は材料の品質維持及び品質管理のため重要である。
【０００７】
アルミニウムの組成分析方法として一般に用いられている発光分光分析方法（例：ＰＤＡ測光式発光分光分析方法、ＩＣＰ発光分光分析方法）では、分析用試料として、鋳造により製造された、ディスクサンプルと呼ばれている固体試料が用いられる。そのため、固体試料の組織、特に固体試料の分析面の組織をいかに均一に微細化できるかが分析値のバラツキの低減を図る上で重要である。
【０００８】
特に、各種アルミニウムのうち、溶質がアルミニウムとの共晶組成以上に含まれる過共晶系合金（代表的には過共晶Ｓｉ系合金）、及び、液相線と固相線との温度差が大きい合金について組成を分析する場合、分析値のバラツキが大きくなり易い。
【０００９】
本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、分析値のバラツキが小さい、アルミニウムの組成分析用固体試料を製造しうる鋳型を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は以下の手段を提供する。
【００１１】
１）  アルミニウムの組成分析用固体試料の製造に用いられる鋳型であって、
固体試料の分析面を形成する分析面形成部が、２５℃での熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高熱伝導材料製である鋳型。
【００１２】
２）  上型と下型に分割構成されており、
前記下型が前記分析面形成部を含み且つ前記高熱伝導材料製であり、
前記上型が前記高熱伝導材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する低熱伝導材料製である前項１記載の鋳型。
【００１３】
３）  前記下型が前記高熱伝導材料としてのアルミニウム製であり、
前記上型が前記低熱伝導材料としての鉄製である前項２記載の鋳型。
【００１４】
４）  前記高熱伝導材料としてのアルミニウムは純アルミニウムである前項３記載の鋳型。
【００１５】
５）  前記下型が前記高熱伝導材料としての銅製であり、
前記上型が前記低熱伝導材料としてのアルミニウム製である前項２記載の鋳型。
【００１６】
６）  前記下型が前記高熱伝導材料としての銅製であり、
前記上型が前記低熱伝導材料としての鉄製である前項２記載の鋳型。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は以下の効果を奏する。
【００１８】
前項１では、鋳型における分析面形成部が、２５℃での熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高熱伝導材料製であることにより、鋳型内にアルミニウム溶湯を注湯すると、溶湯が鋳型の分析面形成部から急冷凝固する。そのため、固体試料の分析面の組織が均一に微細化される。これにより、分析値のバラツキが小さい固体試料を製造できる。
【００１９】
前項２では、下型が分析面形成部を含み且つ高熱伝導材料製であり、上型が低熱伝導材料製であることにより、鋳型内に注湯されたアルミニウム溶湯が鋳型の分析面形成部から確実に急速凝固する。そのため、分析面の組織が確実に均一に微細化される。これにより、固体試料について分析値のバラツキを確実に小さくすることができる。
【００２０】
前項３では、上型が鉄製であることにより、上型は重いので、鋳造時に上型が不慮に動くのを抑制できる。
【００２１】
前項４では、各種アルミニウムの中でも純アルミニウムは熱伝導率が高く且つ融点も高いので、下型が純アルミニウム製であることにより、固体試料の分析面の組織を確実に均一に微細化することができるし、鋳型（下型）の耐用寿命の向上も図ることができる。
【００２２】
前項５では、上型がアルミニウム製であることにより、上型は軽いので、上型を下型に組み合せる際にその作業を容易に行うことができるし、鋳造後において鋳型内から固体試料を取り出す際に上型を容易に取り外すことができる。また、銅は一般にアルミニウムよりも熱伝導率が高いので、下型が銅製であることにより、固体試料の分析面の組織を確実に均一に微細化することができる。
【００２３】
前項６では、銅は一般にアルミニウムよりも熱伝導率が高いので、下型が銅製であることにより、固体試料の分析面の組織を確実に均一に微細化することができる。また、上型が鉄製であることにより、上型は重いので、鋳造時に上型が不慮に動くのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る鋳型及び固体試料の概略断面図である。
【図２】図２は、実施例と比較例におけるＳｉ含有量のバラツキを示す図（グラフ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、本発明の一実施形態について図面を参照して以下に説明する。
【００２６】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る鋳型１は、アルミニウムの組成分析用固体試料１１の製造に用いられる金属製のものである。
【００２７】
この鋳型１で製造される固体試料１１は、発光分光分析方法（例：ＰＤＡ測光式発光分光分析方法、ＩＣＰ発光分光分析方法）によりアルミニウムの組成を分析するために用いられるいわゆるディスクサンプルと呼ばれるものであり、固体試料１１におけるディスク状本体部１２の平坦な表面（同図では本体部１２における平坦な下表面）が固体試料１１の分析面１２ａとされるものである。なお、分析の際には通常、分析面１２ａは面削加工されて平滑化され、分析が行われる。
【００２８】
鋳型１の内部には成形空間４が形成されており、鋳型１の上側から鋳型１内（詳述すると成形空間４）に注湯されたアルミニウム溶湯は成形空間４で冷却凝固し、その結果、固体試料１１が形成される。
【００２９】
鋳型１は上型３と下型２に分割構成されている。上型３の上面には成形空間４と連通するアルミニウム溶湯の注湯口３ａが設けられている。下型２は固体試料１１の分析面１２ａを形成する分析面形成部２ａを含んでいる。
【００３０】
さらに、下型２は、その全体が２５℃での熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料（この材料を説明の便宜上「高熱伝導材料」という）製である。そのような高熱伝導材料として、アルミニウム、銅、銀、金、ダイヤモンド、ベリリウム等が挙示される。
【００３１】
上型３は、上述の高熱伝導材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料（この材料を説明の便宜上「低熱伝導材料」という）製である。そのような低熱伝導材料として、鉄（鋼を含む）、タンタル、鉛、白金ロジウム等が挙示される。
【００３２】
下型２において、高熱伝導材料の２５℃での熱伝導率は上述したように１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、特に１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。高熱伝導材料の２５℃での熱伝導率の上限は限定されるものではなく、例えば、高熱伝導材料がアルミニウムである場合、約２３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、高熱伝導材料が銅である場合、約４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、高熱伝導材料が銀である場合、約４２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【００３３】
上型３において、低熱伝導材料の２５℃での熱伝導率は上述したように高熱伝導材料の２５℃での熱伝導率よりも低く、特に高熱伝導材料の２５℃での熱伝導率よりも１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上低いことが好ましい。
【００３４】
本実施形態の鋳型１によれば、鋳型１における分析面形成部２ａが、２５℃での熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高熱伝導材料製であるので、鋳型１内（詳述すると成形空間４）にアルミニウム溶湯を注湯すると、溶湯が鋳型１の分析面形成部２ａから急冷凝固する。そのため、固体試料１１の分析面１２ａの組織が均一に微細化される。これにより、分析値のバラツキが小さい固体試料１１を製造できる。
【００３５】
したがって、この固体試料１１を用いてアルミニウムの組成を分析することにより、アルミニウムの組成についての分析精度が向上する。そのため、アルミニウムの組成規格をより狭い範囲に規定することができるし、アルミニウムの品質維持及び品質管理についても良好に行うことができる。
【００３６】
特に、各種アルミニウムのうち、過共晶系合金（代表的には過共晶Ｓｉ系合金）や液相線と固相線との温度差が大きい合金について組成を分析する場合、一般に分析値のバラツキが大きくなる傾向にあるが、本実施形態の鋳型１を用いてそのような合金の固体試料１１を製造することにより、当該合金について組成を分析する場合でも、分析値のバラツキを減少させることができる。
【００３７】
さらに、下型２が分析面形成部２ａを含み且つ高熱伝導材料製であり、上型３が低熱伝導材料製であるから、鋳型１内（成形空間４）に注湯されたアルミニウム溶湯が鋳型１（下型２）の分析面形成部２ａから確実に急速凝固する。そのため、固体試料１１の分析面１２ａの組織が確実に均一に微細化される。これにより、固体試料１１について分析値のバラツキを確実に小さくすることができる。
【００３８】
次に、本実施形態の鋳型１における上型３及び下型２の材料についての好ましい幾つかの組み合わせ例を以下に説明する。
【００３９】
第１の例は、下型２が高熱伝導材料としてのアルミニウム製であり、上型３が低熱伝導材料としての鉄製である。
【００４０】
この場合、上型３が鉄製であることにより、上型３は重いので、鋳造時に上型３が不慮に動くのを抑制できる。
【００４１】
高熱伝導材料としてのアルミニウムの種類（合金記号）は限定されるものではなく、具体的には１０００〜７０００系合金いずれも利用可能である。高溶質系合金である２０００、４０００及び７０００系合金は熱伝導率が低く且つ材料が溶湯に溶解しやすく、融解もしやすい。そのため、望ましくはそれ以外の合金、例えば１１００や６０６３などが好適に利用可能である。
【００４２】
さらにこの場合、高熱伝導材料としてのアルミニウムは純アルミニウム（純アルミニウム系合金及び高純度アルミニウムを含む）であることが特に望ましい。その理由は以下のとおりである。
【００４３】
すなわち、各種アルミニウムの中でも純アルミニウムは熱伝導率が高く且つ融点も高いので、下型２が純アルミニウム製である場合には、固体試料１１の分析面１２ａの組織を確実に均一に微細化することができるし、鋳型１（下型２）の耐用寿命の向上も図ることができる。
【００４４】
第２の例は、下型２が高熱伝導材料としての銅製であり、上型３が低熱伝導材料としてのアルミニウム製である。
【００４５】
この場合、上型３がアルミニウム製であることにより、上型３は軽いので、上型３を下型２に組み合せる際にその作業を容易に行うことができるし、鋳造後において鋳型１内から固体試料１１を取り出す際に上型３を容易に取り外すことができる。また、銅は一般にアルミニウムよりも熱伝導率が高いので、下型２が銅製であることにより、固体試料１１の分析面１２ａの組織を確実に均一に微細化することができる。
【００４６】
第３の例は、下型２が高熱伝導材料としての銅製であり、上型３が低熱伝導材料としての鉄製である。
【００４７】
この場合、銅は一般にアルミニウムよりも熱伝導率が高いので、下型２が銅製であることにより、固体試料１１の分析面１２ａの組織を確実に均一に微細化することができる。また、上型３が鉄製であることにより、上型３は重いので、鋳造時に上型３が不慮に動くのを抑制できる。
【００４８】
以上で本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能である。
【００４９】
例えば、本実施形態では、鋳型を用いて製造される固体試料は、発光分光分析方法より組成を分析するために用いられるものであるが、本発明ではその他に例えばＸ線蛍光分析方法により組成を分析するために用いられるものであってもよい。
【実施例】
【００５０】
本発明の具体的な実施例及び比較例を以下に示す。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００５１】
＜実施例＞
図１に示すように上型３と下型２に分割構成された鋳型１を準備した。下型２はその全体が純アルミニウム系合金（その合金記号：Ａ１１００）製である。上型３はその全体が鉄（その材質：低炭素鋼ｓｓ４００相当）製である。
【００５２】
下型２の材料である純アルミニウム系合金の２５℃での熱伝導率は２２１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。上型３の材料である鉄の２５℃での熱伝導率は５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。なお、これらの熱伝導率はレーザーフラッシュ法により測定した値である。
【００５３】
次いで、Ｓｉ含有量が１９質量％になるようにＳｉを秤量混合したアルミニウム溶湯を８００℃で２時間以上保持し、その後、溶湯を鋳型１内に注湯し、８つの過共晶Ｓｉ系アルミニウム合金の固体試料１１を一つずつ連続して製造した。８つの固体試料１１について固体試料１１を製造した順に試料番号Ｎｏ．１〜８とした。なお、固体試料１１はＰＤＡ測光式発光分光分析用のものである。
【００５４】
なお、この実施例のように多数の固体試料を一つずつ連続して製造することは通常行われることが少ないが、分析値の最大バラツキを確認するためにこのように実施した。
【００５５】
＜比較例＞
鋳型１として上型３及び下型２の双方がいずれも鉄製である鋳型を用いたことを除き、実施例と同様に８つの固体試料を製造した。上型及び下型の双方の材料である鉄の２５℃での熱伝導率は５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００５６】
<<分析方法及び分析結果>>
実施例と比較例における各固体試料についてその組成としてＳｉ含有量をＰＤＡ測光式発光分光分析方法により定量分析した。分析は一つの固体試料につき２箇所行い、その平均値を当該固体試料のＳｉ含有量とした。なお、分析に用いた分光器は島津製作所社製「ＰＤＡ−８０００」である。
【００５７】
以上の分析結果を表１に示した。また、図２は実施例と比較例におけるＳｉ含有量（分析値）のバラツキを示す図（グラフ）である。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
表１及び図２から分かるように、実施例のＳｉ含有量のバラツキは比較例のそれと比較して小さい。したがって、実施例の鋳型を用いて固体試料を製造することにより、固体試料について組成を分析した際にその分析値のバラツキを小さくできることを確認し得た。
【００６０】
特に、試料番号Ｎｏ．５〜８、即ち固体試料の製造順番が遅い固体試料では、比較例のＳｉ含有量のバラツキは実施例のそれよりもかなり大きくなっている。その原因は次のとおりであると考えられる。
【００６１】
すなわち、実施例の鋳型と比較例の鋳型において、鋳型の温度はともに鋳造回数が５回目以降で約２００℃となっていたが、比較例の鋳型では溶湯の凝固時間が実施例の鋳型のそれよりも特に遅くなっていたこと、及び、実施例の鋳型では熱拡散が速いために鋳型の温度が２００℃超に上昇しにくかったことが原因であると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、アルミニウムの組成分析用固体試料の製造に用いられる鋳型に利用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１：鋳型
２：下型
２ａ：分析面形成部
３：上型
１１：固体試料
１２ａ：分析面
【図１】
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【図２】
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