(57)【要約】【課題】鋳型内の金属材料を好適に冷却することができる鋳造方法を提供する。【解決手段】鋳型準備ステップで準備される鋳型１３は、砂型からなる下型１５と、砂型からなる上型１７と、砂型からなる１つ以上の中子１９とを含んでいる。１つ以上の中子１９は、ガス抜き用の複数の穴３１を有している。注湯ステップでは、鋳型１３に溶融状態の金属材料を流し込む。冷却材供給ステップでは、金属材料を保持している鋳型１３の複数の穴３１に液状の冷却材を供給する。また、冷却材供給ステップでは、冷却材の供給量を複数の穴３１の少なくとも１つと他の少なくとも１つとで別々に制御する。【選択図】図３
2020089895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂型からなる下型と、砂型からなる上型と、砂型からなる１つ以上の中子とを含んでおり、前記１つ以上の中子にガス抜き用の複数の穴が形成されている鋳型を準備する鋳型準備ステップと、
前記鋳型に溶融状態の金属材料を流し込む注湯ステップと、
前記金属材料を保持している前記鋳型の前記複数の穴に液状の冷却材を供給する冷却材供給ステップと、
を有しており、
前記冷却材供給ステップでは、前記冷却材の供給量を前記複数の穴の少なくとも１つと他の少なくとも１つとで別々に制御する
鋳造方法。
【請求項２】
前記鋳型の複数の位置の温度を検出する温度検出ステップを更に有しており、
前記冷却材供給ステップでは、前記温度検出ステップによって検出された前記複数の位置の温度に基づいて前記複数の穴への前記冷却材の供給量を制御する
請求項１に記載の鋳造方法。
【請求項３】
前記鋳型は、平面透視において、前記金属材料からなる鋳物を形成する空間である鋳物部の長さが前記鋳物部の幅の２倍以上であり、
前記複数の穴は、前記鋳物部の長手方向の位置が互いに異なる穴を含み、
前記冷却材供給ステップでは、前記冷却材の供給量を前記複数の穴のうち前記長手方向の位置が互いに異なる穴同士で別々に制御する
請求項１又は２に記載の鋳造方法。
【請求項４】
前記冷却材供給ステップは、前記金属材料の温度がＡ１変態温度よりも低い温度まで低下したときに開始される
請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋳造方法。
【請求項５】
前記金属材料は、片状黒鉛鋳鉄であり、
前記冷却材供給ステップは、前記金属材料の温度が５００℃以下の温度まで低下したときに開始される
請求項４に記載の鋳造方法。
【請求項６】
砂型からなる下型と、砂型からなる上型と、砂型からなる１つ以上の中子とを含んでおり、前記１つ以上の中子にガス抜き用の複数の穴が形成されている鋳型と、
前記複数の穴に液状の冷却材を供給可能な冷却装置と、
を有しており、
前記冷却装置は、前記冷却材の供給量を前記複数の穴の少なくとも１つと他の少なくとも１つとで別々に制御可能に複数のバルブを有している
鋳造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、鋳造方法及び鋳造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳型に溶融状態の金属材料（溶湯）を流し込む鋳造（重力鋳造）方法において、鋳型に注がれた金属材料を積極的に冷却する技術が知られている（例えば特許文献１〜３）。特許文献１では、空気又は空気と水との混合気流を鋳型内に設けた流路に供給する技術が開示されている。特許文献２では、鋳型を構成する砂に水を浸透させる技術が開示されている。特許文献３では、中子に形成されたガス抜き用の穴に水を供給する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平４−４５２６４号公報
【特許文献２】特開平９−２２５６２１号公報
【特許文献３】特開２０１１−５６５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜３では、例えば、大型（例えば５０ｔ以上）の鋳物、及び／又は比較的長い鋳物（例えば工作機械のベッド）を鋳造する場合における課題については検討されていない。そして、大型及び／又は長い鋳物を鋳造する場合において、鋳型内の金属材料を積極的に冷却すると、例えば、一部に亀裂が生じることがある。従って、鋳型内の金属材料を好適に冷却することができる鋳造方法及び鋳造システムが提供されることが待たれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様に係る鋳造方法は、砂型からなる下型と、砂型からなる上型と、砂型からなる１つ以上の中子とを含んでおり、前記１つ以上の中子にガス抜き用の複数の穴が形成されている鋳型を準備する鋳型準備ステップと、前記鋳型に溶融状態の金属材料を流し込む注湯ステップと、前記金属材料を保持している前記鋳型の前記複数の穴に液状の冷却材を供給する冷却材供給ステップと、を有しており、前記冷却材供給ステップでは、前記冷却材の供給量を前記複数の穴の少なくとも１つと他の少なくとも１つとで別々に制御する。
【０００６】
一例において、前記鋳造方法は、前記鋳型の複数の位置の温度を検出する温度検出ステップを更に有しており、前記冷却材供給ステップでは、前記温度検出ステップによって検出された前記複数の位置の温度に基づいて前記複数の穴への前記冷却材の供給量を制御する。
【０００７】
一例において、前記鋳型は、平面透視において、前記金属材料からなる鋳物を形成する空間である鋳物部の長さが前記鋳物部の幅の２倍以上であり、前記複数の穴は、前記鋳物部の長手方向の位置が互いに異なる穴を含み、前記冷却材供給ステップでは、前記冷却材の供給量を前記複数の穴のうち前記長手方向の位置が互いに異なる穴同士で別々に制御する。
【０００８】
一例において、前記冷却材供給ステップは、前記金属材料の温度がＡ１変態温度よりも低い温度まで低下したときに開始される。
【０００９】
一例において、前記金属材料は、片状黒鉛鋳鉄であり、前記冷却材供給ステップは、前記金属材料の温度が５００℃以下の温度まで低下したときに開始される。
【００１０】
本開示の一態様に係る鋳造システムは、砂型からなる下型と、砂型からなる上型と、砂型からなる１つ以上の中子とを含んでおり、前記１つ以上の中子にガス抜き用の複数の穴が形成されている鋳型と、前記複数の穴に液状の冷却材を供給可能な冷却装置と、を有しており、前記冷却装置は、前記冷却材の供給量を前記複数の穴の少なくとも１つと他の少なくとも１つとで別々に制御可能に複数のバルブを有している。
【発明の効果】
【００１１】
上記の手順又は構成によれば、鋳型内の金属材料を好適に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る鋳物の例を示す模式的な斜視図。
【図２】実施形態に係る鋳造システムの構成を示す模式的な断面図。
【図３】図２の鋳造システムの構成を示す模式的な平面図。
【図４】実施形態に係る鋳造方法の手順の概要を示すフローチャート。
【図５】実施形態に係る鋳型における金属材料の温度の経時変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本開示に係る実施形態について説明する。以下の図面は、模式的なものである。従って、細部は省略されることがあり、また、寸法比率等は現実のものと必ずしも一致しない。また、複数の図面相互の寸法比率も必ずしも一致しない。
【００１４】
また、各図には、説明の便宜のために、直交座標系ｘｙｚを付している。＋ｚ側は、例えば、鋳造時における上方である。実施形態の説明において、平面視という場合、特に断りがない限り、ｚ方向に見ることをいうものとする。鋳造後、鋳物は、いずれの方向を上方として利用されてもよい。ただし、説明の便宜上、鋳物についても、＋ｚ側を上方として、上面又は下面等の用語を用いる。
【００１５】
（鋳物の一例）
図１は、実施形態に係る鋳造方法によって作製される鋳物１の例を示す斜視図である。
【００１６】
鋳物１の形状及び大きさは、当然ながら、鋳物１の用途に即して適宜に設定されてよい。本実施形態の説明では、比較的長い形状を有する鋳物１を例に取る。このような鋳物１としては、例えば、工作機械のベッドを挙げることができる。
【００１７】
ここでいう長い形状では、例えば、鋳物１の長手方向（ｘ方向）の長さは、幅（ｙ方向）及び厚さ（ｚ方向）の１．５倍以上、２倍以上、３倍以上又は５倍以上とされてよい。鋳物１は、比較的大きなものであってよい。例えば、鋳物１の長手方向の長さは、１ｍ以上、５ｍ以上又は１０ｍ以上であってよい。また、例えば、鋳物１の重さは、１ｔ以上、５ｔ以上、１０ｔ以上、２０ｔ以上又は５０ｔ以上であってよい。
【００１８】
後述する鋳型（図２）の構成から理解されるように、鋳物１は、内部に複数の空間３を有する中空状とされている。複数の空間３は、鋳物１内の複数の隔壁５（上端を点線で示す）によって互いに仕切られている。複数の隔壁５は、例えば、ｙｚ平面に平行なものと、ｘｚ平面に平行なものとを含んでいる。各隔壁５は、上端及び下端が鋳物１内部の上面及び下面につながっているとともに、水平方向の端部が鋳物１の内壁及び／又は他の隔壁５につながっている。このような構成により、鋳物１は、軽量化が図られるとともに、強度が確保されている。
【００１９】
鋳物１の上面には複数の空間３と鋳物１の外部とを連通する複数の開口７が形成されている。この開口７は、例えば、後述の説明から理解されるように、鋳造の都合上のものであり、必ずしも鋳物１の機能に必要なものではない。図示の例では、１つの空間３につき１つの開口７が形成されている。
【００２０】
複数の空間３及び複数の開口７の数、位置、形状及び大きさ等は適宜に設定されてよい。図示の例では、複数の空間３（複数の開口７）は、鋳物１の長手方向（ｘ方向）及び短手方向（ｙ方向）に行列状に配列されている。長手方向の配列数（図示の例では７個）は短手方向の配列数（２個）よりも多い。
【００２１】
特に図示しないが、複数の隔壁５は、ｙｚ平面に平行なもののみを含んでいてもよい。換言すれば、空間３は、１列でｘ方向に配列されていてもよい。隔壁５には開口が形成されて、複数の空間３同士が連通されていてもよい。鋳物１の側面及び下面にも開口が形成されていてもよい。開口７及び他の不図示の開口は、鋳造の都合上のためのものだけでなく、鋳物１の用途に照らして必須又は都合がよいものであってもよい。
【００２２】
鋳物１の材料は、例えば、いわゆる鋳鉄である。従って、鋳物１の材料は、鉄を主成分として含み、また、ある程度の割合（例えば２．１４ｗｔ％以上）で炭素を含む。その他、鋳鉄の成分としては、ケイ素、マンガン、リン及び硫黄が挙げられる。また、鋳鉄は、例えば、片状黒鉛鋳鉄（ねずみ鋳鉄、普通鋳鉄）であってもよいし、球状黒鉛鋳鉄（ダクタイル鋳鉄）であってもよいし、他の鋳鉄であってもよい。ただし、本実施形態の説明では、片状黒鉛鋳鉄を例に取ることがある。
【００２３】
（鋳型）
図２は、鋳物１を鋳造するための鋳造システム１１の構成を模式的に示す図である。この図は、鋳物１となる溶融状態の金属材料（溶湯）が注がれる鋳型１３の断面図も示されている。この断面は、図１のII−II線に対応している。
【００２４】
鋳型１３は、例えば、下型１５と、下型１５の上に配置される上型１７と、これらの間に配置される少なくとも１つの中子１９とを有している。特に図示しないが、鋳型１３は、この他、上型１７の上に配置される湯溜め等を有していてもよい。鋳型１３を構成する部材（１５、１７及び１９等）の内部乃至は部材間には、例えば、鋳物１が形成される空隙部である鋳物部２１と、鋳物部２１に溶湯を導くための不図示の湯口系統とが構成されている。
【００２５】
鋳型１３（下型１５、上型１７及び中子１９）は、いわゆる砂型である。具体的には、例えば、下型１５は、枠２３と、枠２３内に配置された砂部２５とを有している。同様に、上型１７は、枠２７と、枠２７内に配置された砂部２９とを有している。中子１９は、例えば、砂部からなる。
【００２６】
枠２３及び２７は、例えば、金属又は木材からなる。砂部２５及び２９並びに中子１９は、例えば、砂と、砂を結合する粘結剤とからなる。砂は、例えば、珪砂である。粘結剤は、例えば、樹脂、粘土又は水ガラスである。本実施形態の説明では、基本的に粘結剤が樹脂である態様、換言すれば、鋳型１３への注湯によってガスが発生しやすい態様を例に取る。特に図示しないが、砂部２５及び２９並びに中子１９において、砂粒間には隙間が形成されており、気体及び液体が流れ込む（液体が浸透する）ことが可能となっている。
【００２７】
鋳物部２１は、下型１５の砂部２５及び上型１７の砂部２９並びに中子１９に囲まれた隙間により構成されている。その形状は、図１を参照して説明した鋳物１の形状に対応している。下型１５の砂部２５の表面（内面）及び上型１７の砂部２９の表面（内面）は、鋳物１の外面の形状及び大きさに対応する形状及び大きさを有している。下型１５と上型１７とのみきり面（分割面）は、鋳物１の上面から下面までの間のいずれの位置とされてもよく、図示の例では上面の位置とされている。
【００２８】
中子１９は、空間３及び開口７の形状及び大きさに対応する形状及び大きさを有している。中子１９は、特に図示しないが、下面の一部及び／又は側方に形成された突部等の適宜な部位において下型１５によって支持されたり、また、下型１５と上型１７とで上下に挟まれたりして位置決めされてよい。なお、図１では、そのような位置決めに対応する部位の形状が鋳物１に反映されて形成される形状の図示は省略されている。
【００２９】
鋳型１３内に注湯を行うと、溶湯の熱によって砂部２５及び２９並びに中子１９における粘結剤としての樹脂が加熱されてガスが生じる。中子１９には、このガス抜きのための穴３１が形成されている。穴３１は、鋳型１３の外部へ開放されている。穴３１の形状及び大きさは適宜に設定されてよい。図示の例では、穴３１は、上方へ直線状に延びており、上型１７に形成された開口（符号省略）から鋳型１３の外部へ通じている。特に図示ないが、穴３１は、水平方向に延びる部分等を有していてもよいし、両端が鋳型１３の外部へ通じる構成であってもよい。また、特に図示しないが、外型（１５及び１７）にもガス抜きのための穴が形成されていてよい。
【００３０】
（冷却装置）
鋳造システム１１は、鋳型１３に加えて、冷却装置３３を有している。冷却装置３３は、液状の冷却材を鋳型１３内に供給するように構成されている。液状の冷却材としては、例えば、水を挙げることができる。冷却材の温度は、適宜に設定されてよく、例えば、いわゆる常温（例えば２０℃±１５℃）とされてよい。
【００３１】
冷却装置３３は、例えば、冷却材を貯留しているタンク３５と、タンク３５内の冷却材を送出するポンプ３７と、ポンプ３７から鋳型１３へ延びる中継流路３９と、中継流路３９の先端に接続されており、鋳型１３内に冷却材を撒く（散水する）ヘッド４１とを有している。さらに、冷却装置３３は、中継流路３９の中途に位置しているバルブ４３と、鋳型１３内の金属材料の温度を検出する温度センサ４５と、温度センサ４５の検出値に基づいてポンプ３７及び／又はバルブ４３を制御する制御部４７とを有している。
【００３２】
本実施形態の説明では、基本的に、冷却装置３３（鋳造システム１１）の動作が制御部４７によって制御される態様を例に取る。ただし、冷却装置３３の動作の一部又は全部は、制御部４７に代えて、作業者によって行われてもよい。また、バルブ４３等の冷却装置３３の構成要素の構成も、制御部４７によって制御可能な構成ではなく、人力によって制御可能な構成とされて構わない。また、以下に説明する制御部４７の動作は、作業者によってなされてよい旨の言及が特に無くても、適宜に作業者の動作として読み替えられて構わない。
【００３３】
タンク３５及びポンプ３７の構成は公知の種々のものとされてよい。タンク３５及びポンプ３７として、又はタンク３５及びポンプ３７に代えて、鋳型１３が設置される工場が有している冷却水を供給する設備が利用されてもよい。タンク３５及びポンプ３７を設けずに、水道から供給される水をそのまま中継流路３９に供給してもよい。中継流路３９も公知の種々のものとされてよい。例えば、中継流路３９は、金属製のパイプ又は樹脂製のホースとされてよい。
【００３４】
ヘッド４１は、少なくとも一部が中子１９の穴３１内に配置されており、穴３１内で冷却材を撒く。ヘッド４１の構成は適宜なものとされてよい。例えば、ヘッド４１は、シャワーパイプのように金属製のパイプにその内外を連通する複数の孔がパイプの長手方向及び軸回り方向の複数位置に形成された構成とされている。パイプの径及び長さ並びにパイプの孔の径及び数等は適宜に設定されてよい。図示の例では、ヘッド４１の径は中子１９の穴３１の径よりも小さく、ヘッド４１の外周面は穴３１の内面から離れている。
【００３５】
バルブ４３は、ヘッド４１へ供給される冷却材の流量を制御可能な流量制御弁である。流量制御弁の構成は公知の適宜なものとされてよい。また、流量制御弁は、ソレノイドバルブ等によって構成されており、制御部４７からの制御信号に応じてその開度を変化させて流量を制御する。ただし、既述のように、流量制御弁は、人力によって開度が制御されるものであっても構わない。
【００３６】
温度センサ４５は、例えば、鋳物部２１内に露出しており、これにより、鋳物１となる金属材料の温度を検出する。ただし、温度センサ４５は、鋳型１３の外側部位等に比較して、鋳物１の温度に近い温度を検出できればよく、必ずしも鋳物部２１内に露出している必要は無い。例えば、温度センサ４５は、鋳物部２１から枠２７又は２３までの距離（例えば最短距離）の１／３以下又は１／５以下の距離で鋳物部２１から離れた位置の温度を検出してもよい。また、以下の説明において、検出温度等という場合、当該温度は、温度センサ４５が検出した温度そのままの値（生の値）だけでなく、生の値から推測した鋳物部２１内の金属材料の温度（生の値に対して補正を施した温度）も含むものとする。温度センサ４５は、下型１５、上型１７及び中子１９のいずれに設けられていてもよいし、具体的な配置位置も適宜に設定されてよい。温度センサ４５の構成は、公知の種々のものとされてよく、例えば、熱電対とされてよい。
【００３７】
制御部４７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び外部記憶装置を含むコンピュータによって構成されている。ＣＰＵがＲＯＭ及び／又は外部記憶装置に記録されているプログラムを実行することによって、各種の制御を行う機能部が構築される。なお、特に図示しないが、制御部４７は、作業者の入力操作を受け付ける入力装置、及び作業者に種々の情報を提示する出力装置（例えば表示装置）を有している。上述のように、冷却材は、工場の設備又は水道から供給されてよく、この場合、例えば、制御部４７は、ポンプ３７の制御を行わず、バルブ４３の制御のみを行う。
【００３８】
（複数の位置への冷却材の供給）
図３は、鋳型１３の上面図と共に示す、鋳造システム１１の構成を示す模式図である。この図では、図示の都合上、複数のバルブ４３及び複数の温度センサ４５と、制御部４７との接続については、１つのバルブ４３及び１つの温度センサ４５についてのみ示している。ただし、他のバルブ４３及び温度センサ４５についても、図示されたものと同様である。また、この図では、中子１９の上端部の外縁（開口７の内縁となる部分）も点線で示している。
【００３９】
鋳型１３は、例えば、鋳物１の複数の開口７に対応する位置に複数の中子１９を有している。各中子１９は、例えば、ガス抜き用の穴３１を少なくとも１つ有している。ひいては、鋳型１３は、複数の穴３１を有している。そして、ヘッド４１は、複数の穴３１のそれぞれに配置されている。すなわち、冷却装置３３は、複数の穴３１に冷却材を供給する。
【００４０】
具体的には、例えば、ポンプ３７から延びる中継流路３９は、適宜に分岐して複数の穴３１へ延びており、その複数の分岐流路の先端にヘッド４１が接続されている。分岐の仕方は適宜に設定されてよい。図示の例では、中継流路３９は、２列７行の穴３１（中子１９）に対して行毎に分岐した後、各行内の複数（ここでは２つ）の穴３１に対して穴３１毎に分岐している。換言すれば、中継流路３９は、２段階の分岐をなしている。
【００４１】
より詳細には、図示の例の中継流路３９においては、ポンプ３７から第１流路３９ａが延び出ており、第１流路３９ａは、鋳型１３の長手方向に沿って延びている第２流路３９ｂに接続されている。第２流路３９ｂの長手方向の複数位置からは、複数の第３流路３９ｃが穴３１の複数の行へ延びている。各第３流路３９ｃからは、各行内の２つの穴３１へ２つの第４流路３９ｄが延びている。
【００４２】
特に図示しないが、中継流路３９は、図示の例のように２段階で分岐するのではなく、当初から（１段階で）複数の穴３１へ分岐してもよいし、逆に、３段階以上で分岐してもよい。また、中継流路３９は、１段目の分岐が１行毎になされるのではなく、１段目の分岐が複数行毎になされたり、１段目の分岐が１列毎になされたりしてもよい。
【００４３】
第１流路３９ａと第２流路３９ｂとの接続位置Ｐ１は、第２流路３９ｂと複数の第３流路３９ｃとの複数の接続位置Ｐ２に対して、適宜な位置に位置してよい。図示の例では、接続位置Ｐ１は、複数の接続位置Ｐ２の配列の中央に対して一方側（ｘ方向の一方側）に偏った位置とされている。すなわち、接続位置Ｐ１に対して−ｘ側の接続位置Ｐ２の数と＋ｘ側の接続位置Ｐ２の数とは相違する。特に図示しないが、接続位置Ｐ１は、複数の接続位置Ｐ２の配列に対して中央に位置してもよい。ただし、工場の設備及び鋳型１３の大きさに起因する都合上、図示の例のように、接続位置Ｐ１は、複数の接続位置Ｐ２の配列の中央に対して一方側に偏った位置とされる場合が少なからず生じると予想される。
【００４４】
（冷却材の供給の位置毎の制御）
冷却装置３３は、冷却材の供給量を複数の穴３１の少なくとも１つと他の少なくとも１つとで別々に制御可能に構成されている。図示の例では、第３流路３９ｃ毎にバルブ４３が設けられており、複数の穴３１の行毎に冷却材の供給量を制御可能になっている。別の観点では、冷却装置３３は、冷却材の供給量を複数の穴３１のうち鋳型１３の長手方向（ｘ方向）の位置が互いに異なる穴３１同士で別々に制御可能である。なお、別々に制御可能といっても、穴３１同士で供給量に相互影響が生じることはある。
【００４５】
特に図示しないが、冷却装置３３は、冷却材の供給量を穴３１毎に個別に（１つ１つ別々に）制御可能であってもよい。例えば、バルブ４３は、図示の位置に代えて（又は加えて）、第４流路３９ｄ毎に設けられてもよい。逆に、冷却装置３３は、２行以上の穴３１同士で別々に冷却材の供給量を制御する構成であってもよい。例えば、図示のように１段目の分岐が穴３１の行毎になされる中継流路３９に代えて、１段目の分岐が２行以上毎になされる中継流路を設け、その１段目の分岐直後にバルブ４３を設けてもよい。
【００４６】
温度センサ４５は、例えば、鋳型１３の複数位置に設けられている。図示の例では、温度センサ４５は、中子１９の行毎に設けられている。別の観点では、複数の温度センサ４５は、複数のバルブ４３に対応して設けられている。さらに別の観点では、１つの温度センサ４５は、各行の複数（ここでは２つ）の中子１９の周囲の金属材料の温度の代表値を検出する。さらに別の観点では、制御部４７は、鋳型１３の長手方向（ｘ方向）の複数の位置について、複数の温度センサ４５から鋳型１３内の金属材料の温度を取得する。
【００４７】
特に図示しないが、複数の温度センサ４５は、複数のバルブ４３の数よりも多くされてもよいし、少なくされてもよい。また、複数の温度センサ４５は、複数の中子１９の行数よりも少ない数で設けられてもよいし、多い数で設けられてもよく、後者の場合においては、複数の中子１９毎に設けられてもよい。
【００４８】
各温度センサ４５の中子１９に対する相対位置は適宜に設定されてよい。図２及び図３では、温度センサ４５は、各行の複数（ここでは２つ）の中子１９の並び方向の外側に位置している。ただし、例えば、温度センサ４５は、鋳物部２１の下方又は上方に位置するとともに、平面視において各行の複数の中子１９の間に位置していてもよい。また、例えば、温度センサ４５は、各行の複数の中子１９の並びの中心線上に位置していてもよいし、前記中心線からずれて配置されていてもよい。
【００４９】
制御部４７は、例えば、複数の温度センサ４５が検出した温度に基づいて、鋳物１となる金属材料の温度が長手方向（ｘ方向）の全体に亘って均等になるように複数のバルブ４３を制御する。すなわち、制御部４７は、相対的に高い温度を検出した温度センサ４５に対応するバルブ４３における流量を相対的に大きくするように複数のバルブ４３を制御する。なお、鋳物部２１内の金属材料の温度が均等になるように複数のバルブ４３における流量を別々に制御した結果、一部のバルブ４３において流量が０になっても（一部のバルブ４３が閉じられても）構わない。検出温度に基づく制御は、例えば、１回の鋳造においてリアルタイムで行われる。ただし、同様の構成の鋳造システム１１において以前に行われた鋳造における温度センサ４５の検出値に基づいて複数のバルブ４３の制御が行われてもよい。
【００５０】
図４は、鋳造システム１１を用いた鋳造方法の手順の概要を示すフローチャートである。
【００５１】
ステップＳＴ１（鋳型準備ステップ）では、鋳型１３を準備する。すなわち、予め作製しておいた下型１５、上型１７及び中子１９を組み合わせて鋳物部２１を構成する。なお、これらの部材の作製も含めてステップＳＴ１を定義してもよい。下型１５、上型１７及び中子１９の作製及び組み立ては公知の種々の方法と同様とされてよい。温度センサ４５は砂部２５（又は砂部２９若しくは中子１９）の作製時に埋設されてよい。また、ステップＳＴ１では、冷却装置３３のヘッド４１の中子１９への配置等も行う。
【００５２】
ステップＳＴ２（注湯ステップ）では、注湯を行う。すなわち、溶湯を不図示の湯口系統を介して鋳物部２１に流し込み、充填する。このステップも公知の種々の方法と同様に行われてよい。溶湯の熱によって中子１９等から発生したガスは、中子１９の穴３１等を介して鋳型１３の外部へ放出される。中子１９の穴３１は、注湯の際の空気の排出にも寄与し得る。
【００５３】
鋳物部２１に流し込まれた溶湯は、例えば、鋳型１３を介して大気に熱を奪われて冷却されていく。この過程は、空気（大気）による放冷ステップを行っていると捉えられてよい。
【００５４】
ステップＳＴ３では、制御部４７（又は作業者。以下、本フローチャートにおいて同様。）は、温度センサ４５の検出温度が所定の冷却材供給開始温度Ｔ２まで低下したか否か判定する。そして、制御部４７は、否定判定の場合は、大気による放冷を継続し、肯定判定の場合は、ステップＳＴ４に進む。このときの検出温度は、複数の温度センサ４５のうちのいずれか１つの温度センサ４５の検出値であってもよいし、２つ以上又は全ての温度センサ４５の検出値の平均値であってもよい。前者の場合においては、例えば、最も冷却が進みにくいと予測された位置の温度センサ４５の検出値、又は複数の温度センサ４５によって現に検出された複数の検出値のうち最も高かったものが用いられてよい。後述するステップＳＴ７についても、本ステップと同様に複数の温度センサ４５の検出温度が利用されてよい。
【００５５】
ステップＳＴ４では、制御部４７は、冷却材の鋳型１３への供給を開始する。具体的には、例えば、制御部４７は、ポンプ３７の駆動を開始するとともに複数のバルブ４３を適宜な開度で開く。既に述べたように、冷却装置３３の構成によっては、制御部４７は、複数のバルブ４３を開くだけである。冷却材は、例えば、全てのヘッド４１（全ての中子１９）に供給される。
【００５６】
このときの冷却材の供給量は、例えば、冷却材が中子１９の砂粒間に浸み込むのに十分な量である。すなわち、冷却材は、その供給量が少ないと、鋳型１３の熱で直ちに蒸発して砂粒間に浸み込まないか、殆ど浸み込まないが、そのような供給量よりも多い量で供給される。例えば、冷却材は、少なくとも中子１９の穴３１から中子１９の外面（例えば底面）までの厚さの１／３、１／２又は２／３まで浸み込む量で供給される。
【００５７】
また、砂粒間に浸み込んだ冷却材は、鋳物部２１に到達してもよいし、到達しなくてもよい。さらに、冷却材は、中子１９と下型１５の砂部２５との接触部（不図示）から砂部２５へも浸み込んでよいし、中子１９と上型１７の砂部２９との接触部（図示のもの、又は不図示のもの）から砂部２９へ浸み込んでもよい。ただし、冷却材は、例えば、鋳型１３の外部へ流出しない、又は殆ど流出しない供給量で供給される。例えば、鋳型１３から外部へ流出する冷却材の量は、鋳型１３への供給量の１／３以下、１／１０以下又は１／２０以下である。
【００５８】
ステップＳＴ５（温度検出ステップ）では、制御部４７は、複数の温度センサ４５から検出温度の情報を取得する。そして、ステップＳＴ６では、制御部４７は、ステップＳＴ５で取得した温度の情報に基づいて複数のバルブ４３を制御する。このときの制御は、例えば、既述のように、複数の温度センサ４５から検出される温度が互いに同等になるように複数のバルブ４３における流量を別々に制御するものである。この他、例えば、制御部４７は、検出温度の経時変化が描く曲線が所定の曲線に沿うようにフィードバック制御を行っても構わない。
【００５９】
ステップＳＴ７では、制御部４７は、温度センサ４５の検出温度が所定の冷却材供給停止温度Ｔ３まで低下したか否か判定する。そして、制御部４７は、否定判定の場合は、冷却材の供給を継続し、肯定判定の場合は、ステップＳＴ８に進む。
【００６０】
ステップＳＴ８では、制御部４７は、冷却材の鋳型１３への供給を停止する。具体的には、例えば、制御部４７は、ポンプ３７の駆動を停止し、複数のバルブ４３を閉じる。
【００６１】
その後、検出温度が所定の温度まで低下すると、及び／又は所定の時間が経過すると、鋳物１が鋳型１３から取り出される（ステップＳＴ９）。換言すれば、解枠が行われる。このとき、鋳物１の開口７は、鋳物１内の砂（中子１９）を鋳物１の内部から取り出すことに利用される。
【００６２】
（冷却材供給期間）
図５は、鋳型１３内の金属材料の温度の経時変化を示す図である。
【００６３】
この図において、横軸は時間ｔ（ｈ）を示し、縦軸は金属材料の温度Ｔ（℃）を示している。温度Ｔは、温度センサ４５の検出値と捉えられてもよい。実線Ｌ１は、本実施形態おける温度変化を示している。２点鎖線Ｌ２は、比較例における温度変化の一部を示している。２点鎖線Ｌ３は、変形例における温度変化の一部を示している。
【００６４】
時点ｔ０は、注湯直後に対応している。このときの金属材料の温度はＴ０である。温度Ｔ０の具体的な値は適宜な大きさとされてよい。一例を挙げると、温度Ｔ０は１２００℃以上１４００℃以下である。
【００６５】
注湯後、金属材料の温度は、大気による放冷によって低下していく。注湯直後においては、金属材料（別の観点では鋳型１３）と大気との温度差が大きい。従って、金属材料から大気へ熱が移動しやすく、金属材料の温度は急激に低下していく。そして、金属材料の温度が低下していくにつれ、時間に対する温度の変化率の絶対値は徐々に小さくなっていく。
【００６６】
その後、金属材料の温度は、Ａ１変態温度Ｔ１（共析変態温度）に到達する（時点ｔ１）。Ａ１変態温度Ｔ１は、例えば、鋳鉄であれば、７２０℃以上７３０℃以下である。
【００６７】
冷却材供給開始温度Ｔ２は、例えば、Ａ１変態温度Ｔ１よりも低い温度に設定されている。例えば、温度Ｔ２は、温度Ｔ１よりも５０℃以上、１００℃以上又は２００℃以上低い温度である。また、例えば、温度Ｔ２は、一般に焼鈍が行われる温度よりも低い温度とされてよい。鋳物１となる金属材料が片状黒鉛鋳鉄である場合を例に取って温度Ｔ２の値を例示すると、温度Ｔ２は、４００℃以上、４５０℃以上、５００℃以上又は６００℃以上の範囲で設定されてよく、また、６５０℃以下、６００℃以下、５００℃以下、４５０℃以下の範囲で設定されてよい。前記の下限と上限とは、矛盾しない限り、適宜に設定されてよい。例えば、温度Ｔ２は、４００℃以上６００℃以下、又は４５０℃以上５００℃以下の範囲で設定されてよい。
【００６８】
金属材料の温度が冷却材供給開始温度Ｔ２に到達すると（時点ｔ２）、既述のように冷却材の供給が開始される。これにより、金属材料の温度は、時点ｔ２の直前に比較して急激に低下していく。別の観点では、冷却材を供給しなかった場合の温度（線Ｌ２）よりも低下する。
【００６９】
その後、金属材料の温度が冷却材供給停止温度Ｔ３に到達すると（時点ｔ３）、既述のように冷却材の供給が停止される。温度Ｔ３は適宜に設定されてよい。温度Ｔ３を比較的低い温度に設定すると、例えば、鋳型１３を常温近くまで冷却する時間が短くなる。ひいては、鋳物１の鋳型１３からの取出しまでの時間を短縮できる。一方、温度Ｔ３を比較的高い温度に設定すると、例えば、蒸発しなかった冷却材が、鋳型１３から大量に流れ出る蓋然性を低下させることができる。冷却材が鋳型１３から流れ出ると、例えば、冷却材が工場内の他の設備等へ到達して当該他の設備に係る作業に影響を及ぼす可能性がある。また、例えば、温度Ｔ３を比較的高い温度に設定すると、冷却材が鋳型１３内に大量に残る蓋然性を低下させることができる。鋳型１３内に大量の冷却材が残ると、例えば、鋳型１３の砂を再利用するために砂を乾燥させる時間が長くなる。従って、温度Ｔ３は、低く設定した場合の効果と高く設定した場合の効果とを比較考慮して適宜に設定されてよい。
【００７０】
一例を挙げると、例えば、冷却材供給停止温度Ｔ３は、冷却材供給開始温度Ｔ２との差が、３００℃以下、２００℃以下若しくは１００℃以下の温度とされてよい。及び／又は温度Ｔ３は、１００℃以上、２００℃以上若しくは３００℃以上とされてよい。このように、温度Ｔ３を常温に比較して高い温度に設定すると、冷却材が鋳型１３から流れ出たり、鋳型１３内に大量に残ったりする蓋然性を低下させることができる。
【００７１】
冷却材の供給の停止後、既述のように、所定の時間が経過すると、及び／又は金属材料の温度が所定の温度まで低下すると（時点ｔ４）、解枠作業がなされる。この時の温度Ｔ４は、適宜な温度とされてよい。例えば、図示の例では、温度Ｔ４は、冷却材供給停止温度Ｔ３との差が比較的小さい、及び／又は常温との差が比較的大きい温度として描かれている。例えば、温度Ｔ４は、温度Ｔ３との差が、３００℃以下、２００℃以下若しくは１００℃以下の温度とされてよい。及び／又は温度Ｔ４は、１００℃以上、２００℃以上若しくは３００℃以上とされてよい。また、解枠は、線Ｌ３で示す変形例のように、金属材料の温度が常温近くまで低下するまで待って行われても構わない。
【００７２】
時点ｔ２以後における実線Ｌ１と２点鎖線Ｌ２との比較から理解されるように、冷却材を鋳型１３に供給することによって、解枠の時期（時点ｔ４）を大幅に早めることができる。例えば、図示の例では、線Ｌ２は、図示の範囲内で解枠の温度Ｔ４に至っていない。これは、鋳物１となる金属材料（又は鋳型１３）の温度が低下して金属材料の温度と大気の温度との差が縮小されると、金属材料の温度低下が鈍化することからである。本願発明者の１０ｔ程度の鋳物１を用いた実験では、５００℃以下の温度範囲で温度差１００℃〜１５０℃の温度低下を冷却材の供給によって促進するだけで、１日以上又は３０％以上の放冷時間の短縮が可能となることが確認された。
【００７３】
以上のとおり、本実施形態に係る鋳造方法は、鋳型準備ステップ（ＳＴ１）、注湯ステップ（ＳＴ２）及び冷却材供給ステップ（例えばステップＳＴ４以後からステップＳＴ８の前まで）を有している。鋳型準備ステップで準備される鋳型１３は、砂型からなる下型１５と、砂型からなる上型１７と、砂型からなる１つ以上の中子１９とを含んでいる。１つ以上の中子１９は、ガス抜き用の複数の穴３１を有している。注湯ステップでは、鋳型１３に溶融状態の金属材料を流し込む。冷却材供給ステップでは、金属材料を保持している鋳型１３の複数の穴３１に液状の冷却材を供給する。また、冷却材供給ステップでは、冷却材の供給量を複数の穴３１の少なくとも１つと他の少なくとも１つとで別々に制御する。
【００７４】
従って、まず、冷却材の供給によって放冷時間を短縮することができる。冷却材を鋳型１３の内側（中子１９）へ供給することから、冷却材が鋳型１３の外側を伝って流れ落ちる蓋然性が低減される。また、鋳型１３の内側に位置して熱が籠りやすい中子１９から冷却することによって、鋳物部２１内の金属材料の温度の偏りが低減される。一般に、下型１５の体積（熱ボリューム）は、上型１７の体積よりも大きく、下型１５に熱が籠りやすい。また、放冷の途中で上型１７は取り外されることがあり、この場合も鋳物１の熱は下方に残りやすい。従って、液状の冷却材が中子１９の内部から重力によって下方へ浸み込むことにより、鋳物部２１内の金属材料の温度を均等にすることが容易化される。中子１９への冷却材の供給をガス抜き用の穴３１を利用していることから、鋳型１３に大きな設計変更は不要であり、簡便である。
【００７５】
さらに、複数の穴３１への冷却材の供給量を穴３１同士で別々に制御することから、鋳物部２１内の金属材料の温度を均等にすることが容易化される。これにより、例えば、一部のみが急激に冷却されて亀裂及び／又は巣が発生する蓋然性を低減できる。別の観点では、鋳物部２１内の一部のみが急激に冷却されることをおそれて供給量を必要以上に低減してしまう蓋然性を低下させ、鋳物部２１内の金属材料全体の温度を早期に低下させることができる。
【００７６】
また、本実施形態に係る鋳造方法は、鋳型１３の複数の位置の温度を検出する温度検出ステップ（ＳＴ５）を更に有している。冷却材供給ステップ（ＳＴ４〜ＳＴ８）では、温度検出ステップによって検出された複数の位置の温度に基づいて複数の穴３１への冷却材の供給量を制御する（ステップＳＴ６）。この場合、例えば、鋳物部２１内の金属材料の温度を均等にすることが容易化される。
【００７７】
また、本実施形態では、鋳型１３は、平面透視において、金属材料からなる鋳物１を形成する空間である鋳物部２１の長さ（ｘ方向）が鋳物部２１の幅（ｙ方向）の２倍以上である。複数の穴３１は、鋳物部２１の長手方向（ｘ方向）の位置が互いに異なる２以上の穴を含む。冷却材供給ステップ（ＳＴ４〜ＳＴ８）では、冷却材の供給量を複数の穴３１のうち長手方向の位置が互いに異なる穴同士で別々に制御する。
【００７８】
本願発明者の実験では、図３に示したような中継流路３９を介して、かつ第３流路３９ｃ毎のバルブ４３無しで長い鋳物部２１に冷却材を供給すると、冷却材を供給しない場合に比較して、鋳物部２１の長手方向の一部において亀裂が生じる蓋然性が高くなることが確認された。従って、例えば、冷却材の供給量を複数の穴３１のうち長手方向の位置が互いに異なる穴同士で別々に制御することによって、鋳物部２１内の金属材料の温度を均等にする効果が有効に発揮される。
【００７９】
また、本実施形態では、冷却材供給ステップ（ＳＴ４〜ＳＴ８）は、金属材料の温度がＡ１変態温度Ｔ１よりも低い温度まで低下したときに開始される（ステップＳＴ４）。より具体的には、例えば、本実施形態では、金属材料は、片状黒鉛鋳鉄であり、冷却材供給ステップは、金属材料の温度が５００℃以下の温度まで低下したときに開始される。従って、例えば、放冷の時間を短縮しつつも、冷却材を供給せずに大気のみによって放冷した場合と同様の品質の鋳物１を得ることができる。
【００８０】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【００８１】
１つの中子は、２以上のガス抜き用の穴を有していてもよい。また、冷却材の供給量が互いに別々に制御される２以上の穴は、１つの中子に配置されているものであってもよい。鋳型は、中子を１つのみ含むものであってもよい。
【００８２】
冷却材の供給量は、まさに注湯が行われた鋳型に設けられた温度センサの検出値に基づいてリアルタイムで行われなくてもよい。例えば、以前に同様の構成の鋳型について鋳造が行われたときの温度の検出結果に基づいて、時間経過に対して予め供給量が設定され、時間経過に応じて供給量の制御がなされてもよい。この態様であっても、複数位置の温度のばらつきを低減したり、各位置の温度変化を好適なものにしたりすることが可能である。この態様における制御も、検出温度に基づいて供給量を制御するという場合の制御に含まれる。別の観点では、温度検出ステップは、冷却材供給ステップ中に行われなくてもよい。さらに別の観点では、現に注湯が行われている鋳型には、温度センサが設けられていなくてもよい。
【００８３】
上記のことは、ステップＳＴ６の流量制御だけでなく、ステップＳＴ３の冷却材の供給開始及びステップＳＴ７の冷却材の供給停止についても同様である。すなわち、以前に鋳造が行われたときの温度の検出結果に基づいて、冷却材の供給開始及び／又は供給停止の時期が設定され、当該時期が到来したか否かによって、供給開始及び／又は供給停止が行われてもよい。このような態様の供給開始も、例えば、金属材料の温度がＡ１変態温度よりも低い温度まで低下したときに開始される等という場合の開始に含まれる。
【００８４】
実施形態では、中子は砂部のみから構成された。ただし、中子は、砂部以外の部分を有していてもよい。例えば、中子は、砂部に挿入され、その内部によってガス抜き用の穴を構成するバイプを有していてもよい。ガス抜き用の穴を構成するパイプは、例えば、冷却材が砂部に浸み込むことが可能に当該パイプの内外を連通する複数の孔を有していてよい。このような複数の孔を有するパイプは、実施形態で示した冷却材を撒くヘッド４１を兼ねてもよいし、ヘッド４１が挿入されるヘッド４１とは別のパイプであってもよい。ガス抜き用の穴を構成するパイプは、例えば、炭素鋼又はセラミック等の耐熱材料から構成されてよく、また、中子（砂部）の型崩れの蓋然性を低減することに寄与してもよい。
【００８５】
実施形態では、冷却材は、砂部に浸み込むことができる十分な量で供給された。ただし、冷却材は、砂部に殆ど浸み込まずに蒸発してしまうような比較的少ない量で供給されてもよい。逆に、冷却材は、比較的多い量で鋳型の外部に流れ出てしまうような比較的多い量で供給されてもよい。
【００８６】
実施形態では、鋳物部内の金属材料の温度を均等にするように冷却材の供給量を制御する態様について述べた。ただし、鋳物の具体的な態様によっては、鋳物部内の金属材料の一部の温度を早期に低下させたり、逆に、一部の温度の低下を遅らせたりするように、冷却材の供給量を制御してもよい。
【００８７】
本開示からは、ガス抜き用の穴への冷却材の供給を前提としない、以下の概念を抽出可能である。
（概念１）
砂型からなる下型と、砂型からなる上型とを含んでいる鋳型を準備する鋳型準備ステップと、
前記鋳型に溶融状態の金属材料を流し込む注湯ステップと、
前記金属材料を保持している前記鋳型に液状の冷却材を供給する冷却材供給ステップと、
を有しており、
前記冷却材供給ステップは、前記金属材料の温度がＡ１変態温度よりも低い温度まで低下したときに開始される
鋳造方法。
【符号の説明】
【００８８】
１…鋳物、１３…鋳型、１５…下型、１７…上型、１９…中子、３１…ガス抜き用の穴、４３…バルブ。
【図１】
2020089895.tif 000003
【図２】
2020089895.tif 000004
【図３】
2020089895.tif 000005
【図４】
2020089895.tif 000006
【図５】
2020089895.tif 000007