(57)【要約】【課題】鋳型を用いずに鋳造等を行える凝固物の製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、造波板（１１１等、Ｐ１）で波動を送出して溶融物の表面上に溶融物の暫定的な盛り上りからなる基礎部を描出する描出工程と、基礎部に冷却体を接触させる接触工程と、接触工程後の冷却体を所望の経路に沿って引き上げる引上工程とを備え、枠型に依らずに所望形状の凝固物を得る凝固物の製造方法である。本発明に係る造波板は、溶融物への浸漬側に凸部または凹部を有する。例えば、造波される定在波に適した凸部を有する造波板を用いると、頂部と辺部の波高差が著しく抑制され、波高が全体的に均一的な基礎部の描出が可能となる。この結果、所望形状の凝固物が安定的に得られる。【選択図】図６Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
造波板で波動を送出して溶融物の表面上に該溶融物の暫定的な盛り上りからなる基礎部を描出する描出工程と、
該基礎部に冷却体を接触させる接触工程と、
該接触工程後の冷却体を所望の経路に沿って引き上げる引上工程とを備え、
枠型に依らずに所望形状の凝固物を得る凝固物の製造方法であって、
該造波板は、該溶融物への浸漬側に凸部または凹部を有する凝固物の製造方法。
【請求項２】
前記造波板として、第１方向上で対向する一組の第１造波板と該第１方向と異なる第２方向上で対向する一組の第２造波板とを少なくとも備え、
前記基礎部は、該一組の第１造波板により前記溶融物上に合成される第１定在波と該一組の第２造波板により該溶融物上に合成される第２定在波とが交差してできる頂部と、該頂部の周辺に該第１定在波の山部からなる第１辺部と、該頂部の周辺に該第２定在波の山部からなる第２辺部とを少なくとも有し、
前記凸部として、該第１造波板に該第１辺部に対向して設けた第１凸部と該第２造波板に該第２辺部に対向して設けた第２凸部とを少なくとも有する請求項１に記載の凝固物の製造方法。
【請求項３】
前記第１凸部は複数あり、
隣接する該第１凸部の最小内幅は前記第２定在波の波長以下であると共に隣接する該第１凸部の最大外幅は該第２定在波の波長以上である請求項２に記載の凝固物の製造方法。
【請求項４】
前記第２凸部は複数あり、
隣接する該第２凸部の最小内幅は前記第１定在波の波長以下であると共に隣接する該第２凸部の最大外幅は該第１定在波の波長以上である請求項２または３に記載の凝固物の製造方法。
【請求項５】
前記第１定在波と前記第２定在波は、ほぼ同波長である請求項２〜４のいずれかに記載の凝固物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型等の型や枠（単に「枠型」という。）を用いるまでもなく、所望形状の凝固物を得ることができる製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製品や樹脂製品に限らず食品等でも、所望の造形を行うときは、通常、溶融した原料（単に「溶融物」という。）を所望形状のキャビティを有する枠型に注入し、冷却凝固させてなされる。
【０００３】
しかし、枠型の製作に多くのコストや時間を要することが多い。このため、従来の方法は、同一形状物の大量生産には適しているが、一品物や少量物の生産には適してはいない。
【０００４】
枠型を用いない造形方法として、粉末を用いた付加製造法（粉末積層造形法）がある。しかし、この方法では、造形速度が遅く、高価な粉末や装置（いわゆる３Ｄプリンタ）が必要となる。さらに、現状得られる積層造形物は、内部欠陥等により実用強度が十分ではない。
【０００５】
このような状況下、枠型を用いない鋳造方法（自由鋳造方法）も提案されており、これに関連する記載が下記の特許文献にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許５３７３７２８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２７６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の自由鋳造方法は、鋳型を用いない鋳造方法として画期的である。ただ、鋳物の初期形状を規定するために、湯面上に設ける形状付与部材等が必要となる。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、従来とは異なる手法により、枠型を用いるまでもなく、所望形状の凝固物を得ることができる製造方法等を提供する。なお、特許文献２には、水面上における造波方法等について記載されているに過ぎず、凝固物やその製造方法等に関する記載は一切ない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、波動により溶融物の表面に所望形状をした盛上部（基礎部）を描出して、その盛上部を利用して所望形状の凝固物を得ることを着想および具現化した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。
【００１０】
《凝固物の製造方法》
（１）本発明は、造波板で波動を送出して溶融物の表面上に該溶融物の暫定的な盛り上りからなる基礎部を描出する描出工程と、該基礎部に冷却体を接触させる接触工程と、該接触工程後の冷却体を所望の経路に沿って引き上げる引上工程とを備え、枠型に依らずに所望形状の凝固物を得る凝固物の製造方法であって、該造波板は、該溶融物への浸漬側に凸部または凹部を有する凝固物の製造方法である。
【００１１】
（２）本発明の製造方法によれば、先ず、枠型の製作に要するコストや期間を削減でき、量産物に限らず一品物や少量生産物であっても、低コスト、短時間（期間）で製作可能となり、生産柔軟性の向上が図られる。
【００１２】
本発明の製造方法により、所望形状の凝固物が得られる理由（メカニズム）は次のように考えられる。造波板により溶融物へ波動を送出（伝播）させると、溶融物の表面（例えば湯面）上には、その液面が暫定的に盛り上がった部分（盛上部／山部）ができる。造波機を駆使することにより、その形状を任意に制御できることは周知である（参考文献：既述した特許文献２、「大松重雄：時間領域における Transient Wave の造波・吸収法について、海技研研究報告第９巻第２号（2009）」等）。
【００１３】
こうして溶融物の表面に所望形状の基礎部を生成する（描出工程）。基礎部が生成されたタイミングで、その基礎部を形成している盛上部付近に冷却体（冷し金等）を接触させる（接触工程）。これにより、その接触界面近傍において、溶融物は基礎部の形状（「基礎形状」という。）をほぼ維持しつつ凝固を始める。この状態で冷却体を所望の経路に沿って引き上げると、冷却体および既に凝固している部分（「既凝固部」という。）を通じて、それらに連なる溶融物も漸次冷却され、基礎形状と同様な断面形状がほぼ維持された連続体（凝固物）が得られる（引上工程）。こうして、本発明によれば、枠型を用いるまでもなく、所望形状の凝固物の製造が可能になると考えられる。
【００１４】
（３）ところで、基礎部は、溶融物中に一部または全部が浸漬された造波板の移動（振動）により形成される。この造波板の数、配置、振動条件等を調整することで、所望の波高を有する盛上部からなる基礎部の形成が可能となる。
【００１５】
但し、造波板の数や配置等により、基礎部の波高が部分的に異なり、不均一となる場合がある。例えば、基礎部の形態を安定化させるために、定在波で基礎部を形成することが考えられる。このとき、延在方向（または合成前の波の進行方向）が異なる複数の定在波が交差する交点付近（「頂部」という。）で、重ね合わせにより波高が周囲よりも大きくなり得る。逆に、隣接する頂部の中間域等のように、頂部の周辺（「辺部」という。）では、一方の定在波の山部が、交差する他方の定在波（谷部）の影響を受けて、波高が頂部よりも顕著に小さくなり得る。
【００１６】
そこで本発明では、溶融物に浸漬される側（通常、先端側、下端側）に凸部または凹部を有する造波板を用いている。これにより、波高の部分的な制御が可能となり、波高の均一化が可能となる。この理由は次のように考えられる。造波板の凸部では造波エネルギーが大きくなり、凹部では造波エネルギーが小さくなる。このため、例えば、溶融物上での造波（合成）により波高が大きくなる領域（例えば頂部）に対向して凹部を配置したり、溶融物上での造波により波高が小さくなる領域（例えば辺部）に対向して凸部を配置する。これにより、造波時（波の合成時）において、波が強め合う部分の造波エネルギーを小さくしたり、波が打ち消し合う部分の造波エネルギーを大きくしたりできる。こうして、凸部または凹部を有する造波板を用いると、波高の部分的な補整が可能となり、基礎部の波高を全体的に均一化することが可能となる。この結果、比較的少ない造波機（造波板）でも、基礎部の形成精度や凝固物の成形精度を確保することが可能となる。
【００１７】
（４）冷却体の移動中（引上中）に基礎形状を変化させてもよい。これにより、断面形状が部位毎に異なる凝固物を得ることも可能となる。また、冷却体を引上げる経路（移動経路）は、直線状でも、曲線状でもよい。例えば、冷却体を上昇させつつ横方向にも移動させると、屈曲状、せん状等をした凝固物を得ることも可能となる。さらに、基礎形状に沿って得られる凝固物の断面形状は、ほぼ任意に調整でき、一般的な形状（円状、楕円状、方形状等）の他、特殊な形状（文字状、記号状等）とすることもできる。また、凝固物は、中実状（柱状）、中空状（管状）、板状、網状等でもよい。さらに凝固物は、その長さや厚さを問わず、長尺物の他、基礎形状が板面に転写されたレリーフ状のもの等でもよい。
【００１８】
《凝固物の製造装置》
本発明は上述した製造方法の実施に適した製造装置としても把握できる。すなわち本発明は、溶融物を収容する容体と、造波板により溶融物に波動を送出する造波部と造波部を制御して溶融物の表面上に溶融物の暫定的な盛り上りからなる基礎部を描出させる制御部とを有する造波機と、基礎部の盛上部に接触させる冷却体と、冷却体を少なくとも上下方向に移動させ得る移動機構とを備え、枠型に依らずに所望形状の凝固物を得る凝固物の製造装置でもよい。造波板は、上述したように、溶融物への浸漬側に凸部または凹部を有するとよい。
【００１９】
《凝固物》
本発明は、上述した製造方法や製造装置を用いて得られた凝固物としても把握できる。本発明に係る凝固物は、通常、冷却体側から順に凝固していく。このため、その凝固物は、凝固組織が一方向に指向した指向凝固組織となり易い。なお、溶融物や凝固物の種類は問わない。例えば、溶融物が金属溶湯なら、凝固物は鋳物となる。
【００２０】
《その他》
特に断らない限り、本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。また本明細書でいう「ｘ〜ｙｍｍ」はｘｍｍ〜ｙｍｍを意味する。他の単位系についても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】鋳造装置の一例を模式的に示す平面図と縦断面図である。
【図１Ｂ】その鋳造装置の実例を示す写真である。
【図２】評価した造波板の各形態を示す正面図である。
【図３Ａ】造波される波の波長と速度の関係を示す理論式と、その理論式に代入する物性値を示す表である。
【図３Ｂ】その理論式から求めた波の波長と速度の関係を示すグラフである。
【図４Ａ】金属溶湯上に描出された基礎部（試料１）を示す写真である。
【図４Ｂ】金属溶湯上に描出された基礎部（試料１、Ｃ０）の半周期毎の変化を示す写真である。
【図５】金属溶湯上に描出された基礎部（試料１、Ｃ０）の頂部と辺部の波高を示す棒グラフである。
【図６Ａ】溶融物の凝固過程の一例を示す説明図である。
【図６Ｂ】造波板の配置と基礎部の形態との一例を示す説明図である。
【図６Ｃ】造波板の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。本明細書で説明する内容は、製造方法のみならず、製造装置や凝固物にも適宜該当し得る。方法に関する内容も、物に関する構成要素となり得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等により異なる。
【００２３】
《溶融物》
溶融物は、加熱により流動し、冷却により固化する物質からなればよく、その種類（対象）は問わない。例えば、金属、樹脂、ガラス等の他、チョコレートや飴等の食品でもよい。なお、本明細書でいう溶融物は、全体が液相状態でも、固液共存状態でもよい。
【００２４】
《冷却体》
冷却体は、溶融物の種類に応じて適切な材質が選択され得るが、高熱伝導材であると好ましい。また、凝固物の成形中、冷却体は強制冷却されていると好ましい。これにより冷却体側からの凝固が進行し易くなる。強制冷却は、例えば、冷媒ガスを冷却体に吹付けたり、冷媒液を冷却体内部で流動させることにより行える。なお、冷媒ガスの冷却体への吹付けは、冷却体の外側から行っても、その内側（さらには凝固物側）から行ってもよい。
【００２５】
《波動》
（１）波動は、所望の基礎部が得られる限り、その形態（波形、振動数、振幅等）、合成される波動数等を問わない。波動は、見かけ上の進行がない定在波（定常波）であると、溶融物の表面に基礎部が安定的に生成されて好ましい。
【００２６】
定在波の場合、「節」以外の各点は周期的に変位している。通常、定在波の「腹」部分により基礎形状の輪郭が形成される。さらにいえば、定在波の腹が「山」となるときの盛上部（単に「山部」という。）により、基礎部が描出される。この山部に冷却体を接触させて、溶融物の凝固を進行させる一例を図６Ａに示した。定在波の腹の変位が上方に最大になると（つまり腹が山になると）、溶融物は表面張力に支えられて、冷却体との接触部分から末広がりな状態となる。この状態から、定在波の腹の変位が下方に最大になると（つまり腹が谷になると）、冷却体との接触部から連なる溶融物は、表面張力に支えられつつ断面積が減少する。この断面積の減少部は冷却され易く、凝固が進行し易い。この結果、溶融物の凝固はある範囲（幅）内で進行し、例えば、略均一的な厚さの凝固物が得られるようになる。
【００２７】
（２）基礎部は、例えば、複数の造波機から溶融物へ送出された複数の波動の合成により描出される。造波機の配置数が増加するほど、溶融物の表面に描出される基礎部の複雑化や円滑化が可能となる。造波機の配置形態は、その配置数に応じて調整される。例えば、配置数が少ないとき、造波機は方形状または角形状に配置される。逆に、配置数が多くなると、造波機を略円形（円環）状、放射状等に配置することも可能となる。
【００２８】
造波機は、溶融物へ波動を送出する造波部と、造波部を制御する制御部とを備える。造波部は、例えば、少なくとも一部が溶融物に浸漬される造波板と、それを駆動するアクチュエーターとを備える。制御部は、例えば、造波理論に基づく演算を行い、所望する基礎形状に応じた造波信号をアクチュエーターに送信する。その演算により、例えば、凝固物の所望形状に関する３次元データ（ＣＡＤデータ等）に基づいて、造形に必要となる造波データが生成されてもよい。
【００２９】
《造波板》
造波板は、溶融物に浸漬される領域に、凸部または凹部を有する。それらの形態（形状、大きさ）や数等は、溶融物上における合成波の波高、基礎部の形状等に応じて、適宜調整される。例えば、凸部や凹部の大きさを変更すれば、造波エネルギー量を調整できる。また、それらの形状または配置を変更すれば、波高を調整する基礎部の特定部位を制御できる。
【００３０】
一例として、造波機（造波部）が、第１方向上で対向する一組の第１造波板と、第１方向と異なる第２方向上で対向する一組の第２造波板とを少なくとも備え、その一組の第１造波板により溶融物上に合成される第１定在波と一組の第２造波板により溶融物上に合成される第２定在波とが交差してできる頂部と、頂部の周辺に第１定在波の山部からなる第１辺部と、頂部の周辺に第２定在波の山部からなる第２辺部とを少なくとも有する基礎部が、溶融物上に描出される場合を考える。この場合、少なくとも、第１造波板は第１辺部に対向して設けた第１凸部を有し、第２造波板に第２辺部に対向して設けた第２凸部を有するとよい。これにより、延在方向の異なる定在波が交差することにより弱め合う領域（辺部）の造波エネルギーを、造波板の各凸部により高めることができる。この結果、基礎部を構成する盛上部の波高の均一化が図られ、凝固物の安定した製造が可能となる。
【００３１】
その具体例として、方形桝目状（「田」の字形）の基礎部が形成される場合を図６Ｂに模式的に示した。本例では、第１方向と第２方向が直交している。第１定在波は、第１方向に対向して配設された一組の第１造波板により生成される。第２定在波は、第２方向に対向して配設された一組の第２造波板により生成される。本明細書では、図６Ｂに示すように、各定在波の「山筋（山部）」を実線、その「谷筋（谷部）」を破線で示した。また、各定在波が交差する部分（頂部）は「○」で示した。これらの表記は以下でも同様である。なお、各定在波の腹にできる山と谷は、各定在波の半周期毎に交互に入れ替わる。
【００３２】
ところで、隣接する頂部間には辺部ができる。例えば、第１定在波上なら第１辺部ができ、第２定在波上なら第２辺部ができる。第１辺部は第２定在波の谷部と重なることにより、その波高が低下する。同様に、第２辺部は第１定在波の谷部と重なることにより、その波高が低下する。本例の場合、そのように波高が低下する各辺部に対応して、各造波板に凸部が設けられている。例えば、第１造波板は、第１辺部に対向して第１凸部を有する。また第２造波板は、第２辺部に対向して設けた第２凸部を有する。これら各凸部により、各辺部の造波エネルギーが増加し、各辺部における波高の低下が抑制される。
【００３３】
凸部は、辺部の波高を増加させる一方で、頂部の波高を増加させないか、または頂部の増加を抑制できるような形態または配置であると好ましい。例えば、第１凸部が複数ある場合なら、隣接する第１凸部の最小内幅は第２定在波の波長以下とすると共に、隣接する第１凸部の最大外幅は第２定在波の波長以上とするとよい。同様に、第２凸部が複数ある場合なら、隣接する第２凸部の最小内幅は第１定在波の波長以下であると共に、隣接する第２凸部の最大外幅は第１定在波の波長以上とするとよい。
【００３４】
各凸部間の内幅が過大または各凸部間の外幅が過小になると、造波エネルギーの増加も不十分となる。但し、各凸部間の内幅が過小または各凸部間の外幅が過大になると、各凸部が頂部の波高を増加させるようになる。そこで、例えば、隣接する各凸部の最小内幅は対応する定在波の波長の１／２以上とするとよい。また、隣接する凸部の最大外幅は対応する定在波の波長の３／２以下とするとよい。
【００３５】
一例である凸部の最小内幅と最大外幅を図６Ｃに示した。図６Ｃに示した凸部は、方形状であるが、凸部は円弧状、台形状等でもよい。内幅や外幅が一定でない凸部は、隣接する凸部の内側の最短距離を最小内幅とし、隣接する凸部の外側の最長距離を最大外幅とするとよい。凸部が複数（特に３つ以上）あるとき、各凸部の形態やピッチは変化してもよい。各凸部の形態やピッチを同一（一定）とすると、各造波機の制御または基礎部の描出が容易となる。
【００３６】
本明細書でいう定在波の波長（Ｌ）は、各定在波における隣接する山と山の間隔（隣接する最大波高位置間の距離）または谷と谷の間隔（隣接する最小波高位置間の距離）をいう。換言すると、定在波の波長（Ｌ）は、隣接する節間隔（腹の幅）の２倍となる。
【００３７】
以上、凸部を例に取り説明したが、凹部についても同様に該当する。凹部により、各定在波が重なり合ってできる頂部の波高を抑制できる。凹部は、例えば、最大内幅（最大開口幅）が対応する定在波の波長以下さらにはその３／４以下とするとよい。また、その最大内幅は、例えば、その波長の１／４以上とするとよい。
【００３８】
ちなみに、第１定在波と第２定在波の波長は同じでも異なっていてもよい。両定在波をほぼ同波長とすると、各造波機の制御または基礎部の描出が容易となる。なお、「ほぼ同波長」とは、敢えていうと、一方の波長が他方の波長の９０〜１１０％の範囲内と考えればよい。
【実施例】
【００３９】
金属溶湯（溶融物）を保持した坩堝に造波機を配設して、湯面上に基礎部を描出させ、その基礎部を利用して、鋳型なしで鋳物を実際に製作した。このような具体例に基づいて、本発明をより詳細に説明する。
【００４０】
《装置構成》
鋳造装置Ｓ１（凝固物の製造装置）の平面図と、その縦断面図を図１Ａに併せて示した。また、その実物の写真を図１Ｂに示した。
【００４１】
鋳造装置Ｓ１は、アルミナからなる有底円筒状の坩堝ｒ1（容体）と、坩堝ｒ１の上方側四方（９０°毎）に配設された４つの造波機１１、１２、２１、２２（これらを併せて単に「造波機１」ともいう。）と、坩堝ｒ1および造波機１を保持する架台ｔ１とを備える。
【００４２】
造波機１１、１２、２１、２２はそれぞれ、造波板１１１、１２１、２１１、２２１と、各造波板を駆動するアクチュエータ１１２、１２２、２１２、２２２とを備える（造波部）。各造波機はリニア動作型造波機であり、各アクチュエータは、パソコン等のコンピュータからなる制御装置（図略）により統合制御される（制御部）。
【００４３】
各造波板は、窒化ホウ素（ＢＮ）で被覆されたステンレス鋼板（JIS  SUS304）からなり、略Ｌ字状をしている。各造波板は、坩堝ｒ１の内壁面から少し離間されて配置されており、その先端部は金属溶湯ｍの上層域に浸漬されている。
【００４４】
造波板１１１、１２１は、第１方向に対向（対面）して配設した。造波板２１１、２２１は、第１方向と直交する第２方向に、対向（対面）して配設した。造波板１１１、１２１、２１１、２２１はいずれも同形状とした。
【００４５】
造波板１１１、１２１、２１１、２２１の形状は、図２に示す試料１（造波板Ｐ１）、試料Ｃ０（造波板Ｃ０）または試料Ｃ１（造波板Ｃ１）のいずれかとした。いずれの造波板も、中央に関して左右対称（軸対称）な形状とした。造波板Ｃ０は凸部がなく、造波板Ｐ１、Ｃ１は二つの凸部（第１凸部、第２凸部）を有する。造波板Ｐ１、Ｃ１は隣接する凸部の最小内幅が異なる。なお、いずれの造波板も、最大幅（ｄ11）は９５ｍｍとした。
【００４６】
坩堝ｒ１は、内径２７８ｍｍ×深さ１７５ｍｍとした。坩堝ｒ１にはアルミニウム合金（JIS 6N01）の溶湯（溶融物）を入れ、それを７００℃で保持した。坩堝ｒ１内の溶湯の深さ（ｄ14）は１６０ｍｍとした。対向する造波板の間隔（ｄ12）は、いずれも１８０ｍｍとした。各造波板の溶湯中への浸漬深さ（ｄ13）は、造波板Ｐ１、Ｃ１：１０ｍｍ、造波板Ｃ０：９ｍｍとした。なお、浸漬深さは、各造波板の先端（造波板Ｐ１、Ｃ１は凸部の先端）から、造波前の湯面までの距離である。
【００４７】
《造波》
（１）基礎部
坩堝ｒ１内の湯面上にできた酸化膜を除去した後、造波機１を稼働させて金属溶湯ｍへ波動を送出した。このとき、振幅：±５ｍｍ、周波数（ｆ）：７Ｈｚ、波形：正弦波として、各造波板を同期して振動させた（造波条件）。これにより、坩堝ｒ１の湯面上には、直交する定在波（波が移動せず同じ場所で上下を繰り返す波）が造波され、矩形格子状の基礎部が形成された。なお、本実施例では、同一形状の造波板を正方形状に配置し、各造波板を同条件で振動させている。このため、湯面上には、同じ定在波（第１定在波、第２定在波）が横方向（第１方向）と縦方向（第２方向）に生成された。そして、その湯面上には、それら定在波により正方形の桝目状の基礎部が形成された。
【００４８】
（２）定在波の波長
上述した造波条件により生成される定在波の波長（Ｌ）は約３５ｍｍとなる。これは図３Ａに示す関係式に、上述したＡｌ合金溶湯の物性値や設定値等を代入することにより求まる。具体的にいうと、その関係式に、各物性値と、（角）波数：ｋ＝２π／Ｌ、波の速度：ｃ＝ｆ×Ｌ（本実施例ではｆ＝７Ｈｚ）を代入して、Ｌについて解く。これにより定在波の波長（Ｌ）が求まる。逆に、波長（Ｌ）を先に設定する場合なら、そのＬを上記の関係式に代入して求まるｃから、造波条件の一つである周波数ｆ（＝ｃ／Ｌ）を求めることができる。なお、上記の関係式は「禰津家久、冨永晃宏：水理学（朝倉書店）（2000）273」で詳述されている。
【００４９】
本実施例の条件下において、上記の関係式（ｃ＝Ｇ（Ｌ）／Ｇは関数）をグラフ化すると、図３Ｂのようになる。このグラフを利用すると、定在波の波長（Ｌ）を所定値にするために必要となるｆ（＝ｃ／Ｌ）が即座に求まる。
【００５０】
本実施例では、その波長（Ｌ）を考慮して、図２に示す各造波板Ｐ１、Ｃ１を設計した。造波板Ｐ１では、隣接する凸部のピッチを、その波長（Ｌ＝３５ｍｍ）に一致させた。この場合、当然、凸部間の内幅（２５ｍｍ）は、その波長よりも小さく、凸部間の外幅（４５ｍｍ）は、その波長よりも大きくなる。一方、造波板Ｃ１では、隣接する凸部のピッチを、その波長よりも長くした（ピッチ：４７ｍｍ）。この場合、凸部間の内幅（３７ｍｍ）および外幅（５７ｍｍ）は、その波長よりも大きくなる。なお、ここでいうピッチは、隣接する凸部の中央間の距離である。
【００５１】
《観察》
造波板Ｐ１と造波板Ｃ０をそれぞれ用いた造波により形成された基礎部（試料１、試料Ｃ０）を観察した。その様子を図４Ａと図４Ｂに示した。図４Ｂは、外側の格子の波高が最大となった時刻（ｔ１）と、その時刻から半周期後の時刻（ｔ２＝ｔ１＋Ｔ／２、Ｔ＝１／ｆ≒０．１４ｓ）とにおいて、湯面上に描出された基礎部を示している。なお、時刻（ｔ２）は、内側の格子の波高が最大となったときでもある。
【００５２】
図４Ａでは、９箇所の頂部に細い矢印を付した。また、８箇所の辺部には太い矢印を付した。図４Ｂでは、既述したように、山部（筋）に実線、谷部（筋）に破線を付した。
【００５３】
なお、造波板Ｃ１を用いて造波した場合、四隅の頂部（最外側の頂部）付近で波高が高くなり、溶湯の飛散が確認された。
【００５４】
《測定》
（１）試料１と試料Ｃ０の基礎部について、頂部と辺部の波高を、レーザ変位計（キーエンス製ＩＬ−１００）を用いて計測した。造波前の湯面に対する各部の波高を図５にまとめて示した。
【００５５】
（２）図５から明らかなように、凸部が無い造波板Ｃ０を用いた場合、基礎部の頂部（波高７〜１２ｍｍ）と辺部（波高１〜５ｍｍ）は、非常に大きな波高差（６〜７ｍｍ）を生じた。一方、適切な凸部を有する造波板Ｐ１を用いた場合、頂部の波高（７〜９ｍｍ）が抑制されると共に辺部の波高（４〜８ｍｍ）が増幅された。つまり、両者間の波高差は約２ｍｍ程度にまで顕著に縮小した。
【００５６】
以上のように、凸部を有する造波板を用いると、波高が全体的に均一的な基礎部の描出が可能になることがわかった。
【００５７】
なお、湯面上に出現させた基礎部を利用して、鋳型を用いずに所望形状の鋳物（凝固物）が得られことは、既出願（特願２０１８−０１７７５２）で十分に示している。その既出願に記載された全文（全内容）は、本願に適宜組み込まれるものとする。
【符号の説明】
【００５８】
１１１、１２１、２１１、２２１  造波板
Ｓ１                            鋳造装置
【図１Ａ】
2020151760.tif 000003
【図１Ｂ】
2020151760.tif 000004
【図２】
2020151760.tif 000005
【図３Ａ】
2020151760.tif 000006
【図３Ｂ】
2020151760.tif 000007
【図４Ａ】
2020151760.tif 000008
【図４Ｂ】
2020151760.tif 000009
【図５】
2020151760.tif 000010
【図６Ａ】
2020151760.tif 000011
【図６Ｂ】
2020151760.tif 000012
【図６Ｃ】
2020151760.tif 000013