(57)【要約】【課題】薄肉製品１の表面に引き巣等の欠陥の発生を十分に抑えて、薄肉製品１の品質を向上させること。【解決手段】セラミック鋳型３及びセラミック中子５を加熱する加熱工程と、加熱工程の終了後に、セラミック鋳型３内に溶融金属Ｍを注入して凝固させる注入凝固工程と、注入凝固工程の終了後に、セラミック鋳型３及びセラミック中子５を消失させることにより、薄肉製品１の外表面及び内表面を露出させる露出工程と、を備え、注入凝固工程において溶融金属Ｍを凝固させる間、セラミック鋳型３の外表面からの輻射熱が集中する局所空間Ｓに冷却管１３を挿通させた状態で、冷却管１３に冷却流体を流すことにより、セラミック鋳型３に対して輻射冷却を行うこと。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉製品を鋳造する精密鋳造方法であって、
内表面が前記薄肉製品の外表面に対応する形状を呈した鋳型を用い、前記鋳型を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程の終了後に、前記鋳型内に溶融金属を注入して凝固させる注入凝固工程と、
前記注入凝固工程の終了後に、前記鋳型を消失させることにより、前記薄肉製品の表面を露出させる露出工程と、を備え、
前記注入凝固工程において前記溶融金属を凝固させる間、前記鋳型の外表面からの輻射熱が集中する局所空間に冷却管を挿通させた状態で、前記冷却管に冷却流体を流すことにより、前記鋳型に対して輻射冷却を行うことを特徴とする精密鋳造方法。
【請求項２】
薄肉製品を鋳造する精密鋳造方法であって、
内表面が前記薄肉製品の外表面に対応する形状を呈した鋳型、及び前記鋳型に内蔵されかつ外表面が前記薄肉製品の内表面に対応する形状を対した中子を用い、前記鋳型及び前記中子を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程の終了後に、前記鋳型内に溶融金属を注入して凝固させる注入凝固工程と、
前記注入凝固工程の終了後に、前記鋳型及び前記中子を消失させることにより、前記薄肉製品の外表面及び内表面を露出させる露出工程と、を備え、
前記注入凝固工程において前記溶融金属を凝固させる間、前記鋳型の外表面からの輻射熱が集中する局所空間に冷却管を挿通させた状態で、前記冷却管に冷却流体を流すことにより、前記鋳型に対して輻射冷却を行うことを特徴とする精密鋳造方法。
【請求項３】
前記局所空間を画定する部位の形状は、枠状を呈していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の精密鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャのハウジング等の薄肉製品（薄肉鋳物）を例えばインベストメントモールド法によって鋳造する精密鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複雑形状を呈した薄肉製品は、インベストメントモールド法によって鋳造されることが多く、薄肉製品をインベストメントモールド法によって鋳造する場合には、次のように行う。
【０００３】
即ち、内表面が薄肉製品の外表面に対応する形状を呈したセラミック鋳型を用い、セラミック鋳型を加熱炉にセットして、加熱炉においてセラミック鋳型を７００°以上に加熱する（加熱工程）。そして、セラミック鋳型を加熱炉から取り出して溶解炉にセットし、溶解炉内においてセラミック鋳型内に溶融金属を注入して凝固させる（注入凝固工程）。更に、セラミック鋳型を溶解炉から取り出して、苛性ソーダ溶液等の溶出液による化学的溶出法によってセラミック鋳型を消失させることにより、薄肉製品の外表面を露出させる（露出工程）。
【０００４】
ところで、セラミック鋳型は薄肉製品に対応して複雑形状を呈しており、通常、加熱されたセラミック鋳型の外表面からの輻射熱が局所空間に集中するようになっている。また、セラミック鋳型内における局所空間の近傍においては、溶融金属の凝固時間が長くなって、薄肉製品の表面（内表面、外表面を含む）に引き巣（鋳巣）等の欠陥が発生し易くなる。そのため、特許文献１に示すように、注入凝固工程中に、セラミック鋳型における局所空間を画定する部位（空間画定部位）に向かって、冷却流体を吹き付けることにより、セラミック鋳型に対して熱伝導冷却を行う冷却対策が採られていた。
【特許文献１】特開２０００−３０１３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述の冷却対策によって薄肉製品の表面における引き巣等の欠陥の発生を十分に抑制するには、セラミック鋳型における空間画定部位に向かって吹き付ける冷却流体の流量を多くする必要がある。一方、冷却流体の流量を多くすると、冷却不要な箇所まで冷却され、セラミック鋳型における空間画定部位の指向性凝固を十分に確保することができなくなる。
【０００６】
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の精密鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の特徴は、薄肉製品（薄肉鋳物）を鋳造する精密鋳造方法であって、内表面が前記薄肉製品の外表面に対応する形状を呈した鋳型を用い、前記鋳型を加熱する加熱工程と、前記加熱工程の終了後に、前記鋳型内に溶融金属を注入して凝固させる注入凝固工程と、前記注入凝固工程の終了後に、前記鋳型を消失させることにより、前記薄肉製品の表面を露出させる露出工程と、を備え、前記注入凝固工程において前記溶融金属を凝固させる間、前記鋳型の外表面からの輻射熱が集中する局所空間に冷却管を挿通させた状態で、前記冷却管に冷却流体を流すことにより、前記鋳型における前記局所空間を区画する部位（空間画定部位）に対して輻射冷却を行うことを要旨とする。
【０００８】
なお、前記鋳型における前記空間画定部位の形状は、枠状又はＶ字状等を呈している。
【０００９】
第１の特徴によると、前記注入凝固工程において前記溶融金属を凝固させる間、前記局所空間に前記冷却管を挿通させた状態で、前記冷却管に冷却流体を流して、前記鋳型に対して輻射冷却を行っているため、前記鋳型の外表面における前記局所空間を画定する部位（空間画定部位）のみを局所的に高い冷却効率で冷却することができる。
【００１０】
本発明の第２の特徴は、薄肉製品（薄肉鋳物）を鋳造する精密鋳造方法であって、内表面が前記薄肉製品の外表面に対応する形状を呈した鋳型、及び前記鋳型に内蔵されかつ外表面が前記薄肉製品の内表面に対応する形状を対した中子を用い、前記鋳型及び前記中子を加熱する加熱工程と、前記加熱工程の終了後に、前記鋳型内に溶融金属を注入して凝固させる注入凝固工程と、前記注入凝固工程の終了後に、前記鋳型及び前記中子を消失させることにより、前記薄肉製品の外表面及び内表面を露出させる露出工程と、を備え、前記注入凝固工程において前記溶融金属を凝固させる間、前記鋳型の外表面からの輻射熱が集中する局所空間に冷却管を挿通させた状態で、前記冷却管に冷却流体を流すことにより、前記鋳型に対して輻射冷却を行うことを要旨とする。
【００１１】
なお、前記鋳型における前記空間画定部位の形状は、枠状又はＶ字状等を呈している。
【００１２】
第２の特徴によると、前記注入凝固工程において前記溶融金属を凝固させる間、前記局所空間に前記冷却管を挿通させた状態で、前記冷却管に冷却流体を流して、前記鋳型に対して輻射冷却を行っているため、前記鋳型における前記局所空間を画定する部位（空間画定部位）のみを局所的に高い冷却効率で冷却することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、前記鋳型における前記空間画定部位のみを局所的に高い冷却効率で冷却することができるため、前記鋳型内における前記局所空間の近傍において、前記溶融金属の凝固を促進することができる。よって、前記鋳型における前記空間画定部位の指向性凝固を十分に確保しつつ、前記溶融金属の凝固時間を短くして、前記薄肉製品の表面（内表面、外表面を含む）に引き巣（鋳巣）等の欠陥の発生を十分に抑制して、前記薄肉製品の品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態について図１から図４を参照して説明する。ここで、図１は、本発明の実施形態に係る精密鋳造方法の注入凝固工程の様子を示す斜視図、図２は、本発明の実施形態に係る精密鋳造方法の加熱工程の様子を示す断面図、図３は、本発明の実施形態に係る精密鋳造方法の注入凝固工程を示す断面図、図４は、本発明の実施形態に係る精密鋳造方法の製造対象である薄肉製品の斜視図である。
【００１５】
本発明の実施形態に係る精密鋳造方法は、図１に示すような例えばターボチャージャのハウジング等の薄肉製品（薄肉鋳物）１をインベストメントモールド法によって鋳造する方法であって、(S-1)加熱工程、（S-2)注入凝固工程、及び(S-3)露出工程を備えている。そして、本発明の実施形態に係る精密鋳造方法における各工程の具体的な内容は、次のようになる。なお、本発明の実施形態に係る精密鋳造方法の製造対象である薄肉製品１は、中央に、貫通部１ｈを有している。
【００１６】
(S-1)加熱工程
図１に示すように、内表面が薄肉製品１の外表面に対応する形状を呈したセラミック鋳型３、及びセラミック鋳型３に内蔵されかつ外表面が薄肉製品１の内表面に対応する形状を対したセラミック中子５を用いる。次に、セラミック中子５を内蔵したセラミック鋳型３を加熱炉７の所定位置にセットする。そして、加熱炉７によってセラミック鋳型３及びセラミック中子５を７００°以上（例えば１０００°位）に加熱する。
【００１７】
(S-2)注入凝固工程
(S-1)加熱工程の終了後に、図１及び図３に示すように、セラミック中子５を内蔵したセラミック鋳型３を加熱炉７から取り出して、溶解炉９の所定位置にセットする。また、ブロア等の空気供給源１１に接続しかつ熱伝導性・耐熱性に優れた金属（例えば銅又は銅合金等）により構成された冷却管１３を用い、セラミック鋳型３の外表面からの輻射熱が集中する局所空間Ｓに冷却管１３を挿通させる。ここで、本発明の実施形態にあっては、局所空間Ｓは、薄肉製品１の貫通部１ｈに対応するものであって、セラミック鋳型３における局所空間Ｓを画定する部位（空間画定部位）３ａの形状は、環状（枠状の１つ）を呈している。
【００１８】
そして、セラミック鋳型３の湯口部分３ｇからセラミック鋳型３内に溶融金属Ｍを注入して凝固させる。一方、溶融金属Ｍを凝固させる間、局所空間Ｓに冷却管１３を挿通させた状態で、空気供給源１１の作動により冷却管１３に室温位（１０〜３０°）の空気（冷却流体の一例）を流すことにより、セラミック鋳型３に対して輻射冷却を行う。なお、空気の代わりに、冷却水、冷媒ガス等を冷却流体として用いてもよく、冷却水又は冷媒ガス等を冷却管１３に対して循環供給するようにしても構わない。
【００１９】
(S-3)露出工程
(S-2)注入凝固工程の終了後に、セラミック中子５を内蔵したセラミック鋳型３を溶解炉９から取り出す。そして、苛性ソーダ溶液等の溶出液による化学的溶出法によってセラミック鋳型３及びセラミック中子５を消失させることにより、薄肉製品１の外表面及び内表面を露出させる。更に、薄肉製品１の不要部分の切断等を行う。なお、化学的溶出法以外の方法によってセラミック鋳型３及びセラミック中子５を消失させるようにしても構わない。
【００２０】
以上により、インベストメントモールド法による薄肉製品１の鋳造が終了する。
【００２１】
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。
【００２２】
(S-2)注入凝固工程において溶融金属Ｍを凝固させる間、局所空間Ｓに冷却管１３を挿通させた状態で、冷却管１３に空気を流して、セラミック鋳型３に対して輻射冷却を行っているため、例えば冷却管１３に断熱テープ（図示省略）を適宜に貼付けることによって、セラミック鋳型３における空間画定部位３ａのみを局所的に高い冷却効率で冷却することができると共に、真空環境下におけるセラミック鋳型３の局所的な冷却も可能になる。
【００２３】
従って、本発明の実施形態によれば、セラミック鋳型３における空間画定部位３ａのみを局所的に高い冷却効率で冷却することができるため、セラミック鋳型３内における局所空間Ｓの近傍において、溶融金属Ｍの凝固を促進して、溶融金属Ｍの凝固時間を短くすることができる。よって、セラミック鋳型３における空間画定部位３ａの指向性凝固を十分に確保しつつ、薄肉製品１の表面（内表面、外表面を含む）に引き巣（鋳巣）等の欠陥の発生を十分に抑制して、薄肉製品１の品質を向上させることができる（後述の実施例参照）。
【００２４】
また、真空環境下におけるセラミック鋳型３の局所的な冷却も可能になるため、酸化物を生成させないで、薄肉製品１を鋳造することもできる。
【００２５】
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【実施例】
【００２６】
実施例について図５を参照して説明する。ここで、図５（ａ）は、実施例の場合における溶融金属の凝固解析結果を示す図、図５（ｂ）は、比較例の場合における溶融金属の凝固解析結果を示す図である。
【００２７】
本発明の実施形態に係る精密鋳造方法による薄肉製品１の鋳造をシュミュレーションした場合（実施例の場合）、比較例に係る精密鋳造方法による薄肉製品１の鋳造をシュミュレーションした場合（比較例の場合）において、溶融金属Ｍの凝固解析結果として、図４の矢視部Vから見た仮想断面において引き巣が発生し易い領域（図中にハッチングを施した部分）を示すと、図５（ａ）（ｂ）に示すようになる。ここで、比較例に係る精密鋳造方法は、セラミック鋳型３に対する輻射冷却を省略した点を除き、本発明の実施形態に係る精密鋳造方法と同じ構成である。また、引き巣の発生の容易性は、新山パラメータ（石川島播磨技法  Ｖｏｌ．４５  Ｎｏ３（２００５−９）  １３５〜Ｐ１４３参照）を基準に評価した。
【００２８】
その結果、実施例の場合には、比較例の場合に比べて、薄肉製品１の内表面に引き巣が発生し易い領域を十分に小さくすることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る精密鋳造方法の注入凝固工程の様子を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る精密鋳造方法の加熱工程の様子を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る精密鋳造方法の注入凝固工程を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る精密鋳造方法の製造対象である薄肉製品の斜視図であって、一部のみを実線で示している。
【図５】図５（ａ）は、実施例の場合における溶融金属の凝固解析結果を示す図、図５（ｂ）は、比較例の場合における溶融金属の凝固解析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１        薄肉製品（薄肉鋳物）
１ｈ      貫通部
３        セラミック鋳型
３ａ      空間画定部位
５        セラミック中子
７        加熱炉
９        溶解炉
１１        空気供給源
１３        冷却管
Ｍ        溶融金属
Ｓ        局所空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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