(57)【要約】【課題】形状精度に優れた成形体を製造することができる遠心鋳造装置および非晶質合金の遠心鋳造方法を提供する。【解決手段】金属４１を鋳造する遠心鋳造装置１０において、溶融された金属材料が供給される湯受け面３５を含んだ湯受け部３０と、湯受け部に連通されたキャビティ部１７が形成された鋳型１５と、鋳型を回転させる回転手段１９と、金属材料の溶湯を湯受け部に導く溶湯供給手段１３と、湯受け部近傍に配置され、湯受け部を加熱する加熱手段２１と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を鋳造する遠心鋳造装置において、
溶融された金属材料が供給される湯受け面を含む湯受け部構成部材と、
該湯受け部構成部材によって構成される湯受け部に連通されたキャビティ部が形成された鋳型と、
該鋳型を回転させる回転手段と、
前記金属材料の溶湯を前記湯受け部に導く溶湯供給手段と、
前記湯受け面近傍に配置され、前記湯受け面を加熱する加熱手段と、を有することを特徴とする遠心鋳造装置。
【請求項２】
前記湯受け面以外の前記湯受け部構成部材が前記鋳型から断熱される断熱部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の遠心鋳造装置。
【請求項３】
前記キャビティ部を構成するキャビティ部構成部材と、前記加熱手段または前記湯受け部構成部材との間に断熱部材が配されていることを特徴とする請求項１または２に記載の遠心鋳造装置。
【請求項４】
前記金属材料が、非晶質合金材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の遠心鋳造装置。
【請求項５】
前記湯受け面の温度を計測する温度計測手段と、
予め成形条件を入力しておく成形条件入力手段と、をさらに備え、
前記温度計測手段の計測値が前記成形条件入力手段によって得られる温度設定値に近づくように、前記加熱手段の加熱出力を制御する制御装置を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の遠心鋳造装置。
【請求項６】
前記成形条件入力手段に入力する前記成形条件が任意の温度であって、
前記温度設定値が前記成形条件入力手段に入力された前記温度であることを特徴とする請求項５に記載の遠心鋳造装置。
【請求項７】
前記成形条件入力手段に入力する前記成形条件が予め前記成形条件入力手段に記憶されている金属材質の名称およびその名称に関連した結晶化温度、ガラス転移温度、融点のいずれか一つ以上の温度情報を選択するものであって、
該温度情報の一つを選択することによって、前記温度設定値を定めることを特徴とする請求項５に記載の遠心鋳造装置。
【請求項８】
前記加熱手段が前記回転手段と非接触であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の遠心鋳造装置。
【請求項９】
前記加熱手段が電熱によって加熱する電熱手段であって、
該電熱手段が前記湯受け面と接するとともに、前記回転手段の内部に設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の遠心鋳造装置。
【請求項１０】
前記電熱手段に対して、断続可能な電気接点により電気を供給する電気供給手段と、
前記湯受け面の温度を計測する温度計測手段と、を備え、
該温度計測手段の計測値が所定の温度に到達した後、前記電気供給手段の電気接点を前記回転手段と非接触にし、前記回転手段の回転を開始可能に構成されていることを特徴とする請求項９に記載の遠心鋳造装置。
【請求項１１】
前記加熱手段が加熱されたガスを供給可能に構成され、前記回転手段の内部に備えられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の遠心鋳造装置。
【請求項１２】
前記加熱手段が前記回転手段の近傍に備えられた誘導コイルであって、
前記湯受け面に接し、前記誘導コイルによって加熱される導電性の熱伝導手段が備えられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の遠心鋳造装置。
【請求項１３】
前記加熱手段が前記湯受け部の近傍に備えられた誘導加熱用コイルであって、
前記湯受け面が導電性部材を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の遠心鋳造装置。
【請求項１４】
遠心鋳造により金属を成形する遠心鋳造方法であって、
キャビティ部が内部に形成された鋳型の回転中心付近に設けられた金属材料の溶湯が流し込まれる湯受け面を加熱する加熱工程と、
前記鋳型を回転させるとともに、該鋳型のキャビティ部に前記金属材料の溶湯を供給する溶湯供給工程と、を有することを特徴とする遠心鋳造方法。
【請求項１５】
前記湯受け面を含む湯受け部構成部材によって湯受け部が構成され、
前記湯受け面以外の、前記湯受け部構成部材が前記鋳型から断熱されていることを特徴とする請求項１４に記載の遠心鋳造方法。
【請求項１６】
前記キャビティ部を構成するキャビティ部構成部材が、前記湯受け面を加熱する加熱手段または前記湯受け部構成部材から断熱されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の遠心鋳造方法。
【請求項１７】
前記金属材料が、非晶質合金材料であることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載の遠心鋳造方法。
【請求項１８】
前記加熱工程により加熱された前記湯受け面の温度を検出する温度検出工程と、
前記湯受け部の設定温度を決定するための成形条件を入力する成形条件入力工程と、をさらに有し、
前記加熱工程は、前記温度検出工程により検出された前記温度が前記設定温度に近づけるように、前記湯受け部を加熱制御することを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載の遠心鋳造方法。
【請求項１９】
前記加熱工程は、前記鋳型を回転させる回転手段の内部に設けられ、前記湯受け面に接するように配された電熱手段により前記湯受け部を加熱することを特徴とする請求項１４〜１８のいずれかに記載の遠心鋳造方法。
【請求項２０】
前記電熱手段に対して断続可能な電気接点により電気を供給し、前記湯受け面を加熱する工程と、
前記温度計測工程により検出した前記温度が所定の温度以上となったときに、前記電気接点を前記電熱手段から離間し、前記湯受け面の加熱を停止する工程と、
前記湯受け面の加熱を停止した後に、前記鋳型の回転を開始する工程と、をさらに有することを特徴とする請求項１９に記載の遠心鋳造方法。
【請求項２１】
前記加熱工程は、前記鋳型を回転させる回転手段の内部に設けられた加熱ガス供給部により前記湯受け面を加熱することを特徴とする請求項１４〜１８のいずれかに記載の遠心鋳造方法。
【請求項２２】
前記加熱工程は、前記鋳型を回転させる回転手段の内部または外部に備えられた誘導コイルにより、導電性の部材からなり前記湯受け面と接して設けられた熱伝導部を加熱する工程であることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれかに記載の遠心鋳造方法。
【請求項２３】
前記加熱工程は、前記湯受け部の近傍に設けられた誘導加熱用コイルにより、導電性部材を含む前記湯受け面を加熱する工程であることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれかに記載の遠心鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心鋳造装置および遠心鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、遠心鋳造装置を用いて金属材料や非晶質合金の成形体を製造する方法が知られている。このような遠心鋳造装置は、鋳型を所定回転数で回転させ、鋳型に形成されたキャビティに金属材料や非晶質合金の溶湯を流し込むことにより所望の形状を有する金属材料や非晶質合金の成形体を製造することができるようになっている（例えば、特許文献１参照）。なお、結晶化しないように非晶質合金の成形体を製造するためには、キャビティ内に供給された非晶質合金材料の溶湯を急速に冷却して固化させる必要がある。
【特許文献１】特開２００８−１２６３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述の特許文献１の遠心鋳造装置など従来の遠心鋳造装置では、鋳型に供給された金属材料や非晶質合金材料の溶湯が鋳型の壁面などに接触すると、熱容量の大きな鋳型により吸熱され、急速に冷やされる現象が生じる。このため、キャビティに金属材料や非晶質合金材料の溶湯を流し込む際に、冷却速度が高すぎてキャビティ全体に金属材料や非晶質合金材料の溶湯を充填する前に、該溶湯が固化してしまう、いわゆる充填不良が発生し、所望の形状の非晶質合金の成形体が製造できないという問題がある。特に、薄肉形状部分を有する非晶質合金の成形体の製造の際に顕著である。
【０００４】
そこで、本発明は、上述の事情を鑑みてなされたものであり、形状精度に優れた成形体を製造することができる遠心鋳造装置および遠心鋳造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明の遠心鋳造装置は、金属を鋳造する遠心鋳造装置において、溶融された金属材料が供給される湯受け面を含む湯受け部構成部材と、該湯受け部構成部材によって構成される湯受け部に連通されたキャビティ部が形成された鋳型と、該鋳型を回転させる回転手段と、前記金属材料の溶湯を前記湯受け部に導く溶湯供給手段と、前記湯受け面近傍に配置され、前記湯受け面を加熱する加熱手段と、を有することを特徴としている。
ここで、キャビティ部とは成形品が形成される鋳型内部の空間部分を指しており、キャビティ部構成部材に取り囲まれることによって規定される。詳細な具体例については以下の実施形態において示す。また、湯受け部とは該金属材料が供給される空間であって、キャビティ部に繋がった、キャビティ部以外の空間部分を指しており、湯受け部構成部材に取り囲まれることによって規定される。同様に実施形態において具体例を示す。
この発明によれば、金属材料が溶融された溶湯が、加熱された湯受け部に供給された後、遠心力によってキャビティ部の方向へ移動する。ここで、湯受け面は加熱手段により加熱されているため、溶湯が鋳型の影響により冷却されるのを防ぐことができる。したがって、金属材料の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができるため、キャビティ部に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体を製造することができる。
また、加熱手段により鋳型の湯受け面を加熱するため、キャビティ部には加熱の影響が少なく、キャビティ部近傍の温度上昇を抑制することができる。したがって、溶湯がキャビティ部に充填された後に、溶湯を急冷することができるため、短時間で成形体を製造することができる。
【０００６】
また、本発明の遠心鋳造装置では、前記湯受け面以外の前記湯受け部構成部材が前記鋳型から断熱される断熱部材を含むことが好ましい。
この場合、溶湯が湯受け部に入ったとき、湯受け面が加熱されているため、溶湯の温度が上昇する。湯受け部を通過してキャビティ部に入るまでの間、湯受け部構成部材は鋳型から断熱されているため、溶湯は熱を奪われることなく溶湯温度が保持される。したがって、湯受け部において溶湯がより固まりづらくなり、充填性がより高まる。
【０００７】
また、本発明の遠心鋳造装置では、前記キャビティ部を構成するキャビティ部構成部材と、前記加熱手段または前記湯受け部構成部材との間に断熱部材が配されていることが好ましい。
この場合、キャビティ部構成部材が、加熱手段または湯受け面から断熱されているため、それらから熱を与えられない。つまり、キャビティ部構成部材の温度が上昇しない。したがって、キャビティ部の冷却能力が加熱前と比べて低下することがなく、高い冷却能力が保持される。
【０００８】
また、本発明の遠心鋳造装置では、前記金属材料が、非晶質合金材料であることが好ましい。
この場合、湯受け面が加熱されているため、非晶質合金材料の溶湯は湯受け部で固化されることがなく、キャビティ部に確実に充填することができる。また、キャビティ部は加熱されていないため、非晶質合金材料の溶湯は急速に冷却され、結晶化が避けられる。したがって、形状が安定した、結晶含有率の低い非晶質合金の成形体を製造することができる。
【０００９】
また、本発明の遠心鋳造装置では、前記湯受け面の温度を計測する温度計測手段と、予め成形条件を入力しておく成形条件入力手段と、をさらに備え、前記温度計測手段の計測値が前記成形条件入力手段によって得られる温度設定値に近づくように、前記加熱手段の加熱出力を制御する制御装置を有することが好ましい。
この場合、加熱手段で湯受け面の温度を予め入力された成形条件によって得られる温度設定値に近づくように湯受け面の温度を制御することにより、溶湯の温度を制御することができる。したがって、金属材料ごとに最適な温度を設定することができ、キャビティ部への充填性を保ちつつ、冷却速度が速い成形体を製造することができる。
【００１０】
また、本発明の遠心鋳造装置では、前記成形条件入力手段に入力する前記成形条件が任意の温度であって、前記温度設定値が前記成形条件入力手段に入力された前記温度であることが好ましい。
この場合、成形条件入力手段に温度を入力することで、その温度を温度設定値にすることができる。したがって、金属材料ごとに温度設定値を決めることにより、金属材料の溶湯を最適な温度に保持することができ、充填性を保ちつつ、冷却速度が速い成形体を製造することができる。また、湯受け面の温度を同じ条件に保つことができるため、品質が安定した成形体を製造することができる。
【００１１】
また、本発明の遠心鋳造装置では、前記成形条件入力手段に入力する前記成形条件が予め前記成形条件入力手段に記憶されている金属材質の名称およびその名称に関連した結晶化温度、ガラス転移温度、融点のいずれか一つ以上の温度情報を選択するものであって、該温度情報の一つを選択することによって、前記温度設定値を定めることが好ましい。
この場合、金属材料の名称およびその名称に関連した結晶化温度（Ｔｘ）、ガラス転移温度（Ｔｇ）、融点（Ｔｍ）を選択することで、温度設定値を定めることができる。したがって、金属材料ごとに温度設定値を決めることにより、金属材料の溶湯を最適な温度に保持することができ、充填性を保ちつつ、冷却速度が速い成形体を製造することができる。また、湯受け面の温度を同じ条件に保つことができるため、品質が安定した成形体を製造することができる。
【００１２】
また、本発明の遠心鋳造装置では、前記加熱手段が前記回転手段と非接触であることが好ましい。
この場合、加熱手段が回転手段と非接触であるため、回転の影響を受けずに電源や熱源の供給が可能である。したがって、鋳型を回転して成形体を製造する際に、湯受け面への熱供給が可能となり、金属材料の溶湯の充填性をより高めることができる。また、回転手段と加熱手段との間に接続装置が必要無いため、装置構成を簡略化することができる。
【００１３】
また、本発明の遠心鋳造装置では、前記加熱手段が電熱によって加熱する電熱手段であって、該電熱手段が前記湯受け面と接するとともに、前記回転手段の内部に設けられていることが好ましい。
この場合、電熱手段が湯受け面に接して設けられているため、湯受け面を効率良く加熱することができる。また、電熱手段に供給する電力を調整することで、湯受け面の温度を容易に調整することができる。したがって、金属材料の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができるため、キャビティ部に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体を製造することができる。
【００１４】
また、本発明の遠心鋳造装置では、前記電熱手段に対して、断続可能な電気接点により電気を供給する電気供給手段と、前記湯受け面の温度を計測する温度計測手段と、を備え、該温度計測手段の計測値が所定の温度に到達した後、前記電気供給手段の電気接点を前記回転手段と非接触にし、前記回転手段の回転を開始可能に構成されていることが好ましい。
この場合、加熱手段により湯受け面が所定の温度まで加熱された後、電気供給手段の電気接点が電熱手段と非接触となり、回転手段の回転が開始される。したがって、湯受け面が所定の温度に到達した状態で金属材料の溶湯が供給されるため、金属材料の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができ、キャビティ部に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体を製造することができる。
【００１５】
また、本発明の遠心鋳造装置では、前記加熱手段が加熱されたガスを供給可能に構成され、前記回転手段の内部に備えられていることが好ましい。
この場合、回転手段の内部に備えられた加熱装置からガスを湯受け面に向かって噴射することにより湯受け面を加熱することができる。したがって、金属材料の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができるため、キャビティ部に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体を製造することができる。また、回転手段と非接触の状態でガスを供給する装置を設けることにより、該装置は回転させる必要がないため、装置構成を簡略化することができる。
【００１６】
また、本発明の遠心鋳造装置では、前記加熱手段が前記回転手段の近傍に備えられた誘導コイルであって、前記湯受け面に接し、前記誘導コイルによって加熱される導電性の熱伝導手段が備えられていることが好ましい。
この場合、回転手段の近傍に備えられた誘導コイルにより、導電性の熱伝導手段が誘導加熱される。熱伝導手段は湯受け面に接しているため、湯受け面も加熱される。したがって、金属材料の溶湯が湯受け部を通過する際に、溶湯の温度低下を抑制することができる。したがって、金属材料の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができるため、キャビティ部に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体を製造することができる。また、誘導コイルを用いて加熱することにより、短時間で湯受け部に大きな熱量を与え、湯受け面の温度を一気に上昇させることができるため、成形時間を短縮することができる。
【００１７】
また、本発明の遠心鋳造装置では、前記加熱手段が前記湯受け部の近傍に備えられた誘導加熱用コイルであって、前記湯受け面が導電性部材を含むことが好ましい。
この場合、湯受け部が導電性部材を含んで形成されているため、湯受け面の近傍に備えられた誘導加熱用コイルにより、湯受け面が誘導加熱される。したがって、金属材料の溶湯が湯受け部を通過する際に、溶湯の温度低下を抑制することができる。したがって、金属材料の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができるため、キャビティ部に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体を製造することができる。また、誘導加熱用コイルを用いて湯受け面を直接加熱することにより、高精度な温度制御を行うことができる。
【００１８】
また、本発明の遠心鋳造方法は、遠心鋳造により金属を成形する遠心鋳造方法であって、キャビティ部が内部に形成された鋳型の回転中心付近に設けられた金属材料の溶湯が流し込まれる湯受け面を加熱する加熱工程と、前記鋳型を回転させるとともに、該鋳型のキャビティ部に前記金属材料の溶湯を供給する溶湯供給工程と、を有することを特徴としている。
この発明によれば、金属材料が溶融された溶湯が、加熱された湯受け面に供給された後、遠心力によってキャビティ部の方向へ移動する。ここで、湯受け面は加熱工程により加熱されているため、溶湯が鋳型の影響により冷却されるのを防ぐことができる。したがって、金属材料の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができるため、キャビティ部に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体を製造することができる。
また、加熱工程により鋳型の回転中心付近の湯受け面を加熱するため、回転中心から離れた位置に形成されるキャビティ部には加熱の影響が少なく、キャビティ部近傍の温度上昇を抑制することができる。したがって、溶湯がキャビティ部に充填された後に、溶湯を急冷することができるため、短時間で成形体を製造することができる。
【００１９】
また、本発明の遠心鋳造方法では、前記湯受け面を含む湯受け部構成部材によって湯受け部が構成され、前記湯受け面以外の、前記湯受け部構成部材が前記鋳型から断熱されていることが好ましい。
この場合、溶湯が湯受け部に入ったとき、湯受け面が加熱されているため、溶湯の温度が上昇する。湯受け部を通過してキャビティ部に入るまでの間、湯受け部構成部材は鋳型から断熱されているため、溶湯は熱を奪われることなく溶湯温度が保持される。したがって、湯受け部において溶湯がより固まりづらくなり、充填性がより高まる。
【００２０】
また、本発明の遠心鋳造方法では、前記キャビティ部を構成するキャビティ部構成部材が、前記湯受け面を加熱する加熱手段または前記湯受け部構成部材から断熱されていることが好ましい。
この場合、キャビティ部構成部材が、加熱手段または湯受け面から断熱されているため、それらから熱を与えられない。つまり、キャビティ部構成部材の温度が上昇しない。したがって、キャビティ部の冷却能力が加熱前と比べて低下することがなく、高い冷却能力が保持される。
【００２１】
また、本発明の遠心鋳造方法では、前記金属材料が、非晶質合金材料であることが好ましい。
この場合、湯受け面が加熱されているため、非晶質合金材料の溶湯は湯受け部で固化されることがなく、キャビティ部に確実に充填することができる。また、キャビティ部は加熱されていないため、非晶質合金材料の溶湯は急速に冷却され、結晶化が避けられる。したがって、形状が安定した、結晶含有率の低い非晶質合金の成形体を製造することができる。
【００２２】
また、本発明の遠心鋳造方法では、前記加熱工程により加熱された前記湯受け面の温度を検出する温度検出工程と、前記湯受け部の設定温度を決定するための成形条件を入力する成形条件入力工程と、をさらに有し、前記加熱工程は、前記温度検出工程により検出された前記温度が前記設定温度に近づけるように、前記湯受け面を加熱制御することが好ましい。
この場合、加熱工程で湯受け面の温度を予め入力された成形条件によって得られる温度設定値に近づくように湯受け面の温度を制御することにより、溶湯の温度を制御することができる。したがって、金属材料ごとに最適な温度を設定することができ、キャビティ部への充填性を保ちつつ、冷却速度が速い成形体を製造することができる。
【００２３】
また、本発明の遠心鋳造方法では、前記加熱工程は、前記鋳型を回転させる回転手段の内部に設けられ、前記湯受け面に接するように配された電熱手段により前記湯受け部を加熱することが好ましい。
この場合、電熱手段が湯受け面に接して設けられているため、湯受け面を効率良く加熱することができる。また、電熱手段に供給する電力を調整することで、湯受け面の温度を容易に調整することができる。したがって、金属材料の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができるため、キャビティ部に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体を製造することができる。
【００２４】
また、本発明の遠心鋳造方法では、前記電熱手段に対して断続可能な電気接点により電気を供給し、前記湯受け面を加熱する工程と、前記温度計測工程により検出した前記温度が所定の温度以上となったときに、前記電気接点を前記電熱手段から離間し、前記湯受け面の加熱を停止する工程と、前記湯受け面の加熱を停止した後に、前記鋳型の回転を開始する工程と、をさらに有することが好ましい。
この場合、加熱工程により湯受け面が所定の温度まで加熱された後、電気接点が電熱手段と非接触となり、回転手段の回転が開始される。したがって、湯受け面が所定の温度に到達した状態で金属材料の溶湯が供給されるため、金属材料の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができ、キャビティ部に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体を製造することができる。
【００２５】
また、本発明の遠心鋳造方法では、前記加熱工程は、前記鋳型を回転させる回転手段の内部に設けられた加熱ガス供給部により前記湯受け面を加熱することが好ましい。
この場合、回転手段の内部に備えられた加熱ガス供給部からガスを湯受け面に向かって噴射することにより湯受け面を加熱することができる。したがって、金属材料の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができるため、キャビティ部に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体を製造することができる。また、回転手段と非接触の状態で加熱ガス供給部を設けることにより、加熱ガス供給部は回転させる必要がないため、装置構成を簡略化することができる。
【００２６】
また、本発明の遠心鋳造方法では、前記加熱工程は、前記鋳型を回転させる回転手段の内部または外部に備えられた誘導コイルにより、導電性の部材からなり前記湯受け面と接して設けられた熱伝導部を加熱する工程であることが好ましい。
この場合、回転手段の近傍に備えられた誘導コイルにより、導電性の熱伝導部が誘導加熱される。熱伝導部は湯受け面に接しているため、湯受け面も加熱される。したがって、金属材料の溶湯が湯受け部を通過する際に、溶湯の温度低下を抑制することができる。したがって、金属材料の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができるため、キャビティ部に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体を製造することができる。また、誘導コイルを用いて加熱することにより、短時間で湯受け部に大きな熱量を与え、湯受け面の温度を一気に上昇させることができるため、成形時間を短縮することができる。
【００２７】
また、本発明の遠心鋳造方法では、前記加熱工程は、前記湯受け部の近傍に設けられた誘導加熱用コイルにより、導電性部材を含む前記湯受け面を加熱する工程であることが好ましい。
この場合、湯受け面が導電性部材を含んで形成されているため、湯受け面の近傍に備えられた誘導加熱用コイルにより、湯受け面が誘導加熱される。したがって、金属材料の溶湯が湯受け部を通過する際に、溶湯の温度低下を抑制することができる。したがって、金属材料の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができるため、キャビティ部に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体を製造することができる。また、誘導加熱用コイルを用いて湯受け面を直接加熱することにより、高精度な温度制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、金属材料が溶融された溶湯が、加熱された湯受け面に供給された後、遠心力によってキャビティ部の方向へ移動する。ここで、湯受け面は加熱手段により加熱されているため、溶湯が鋳型の影響により冷却されるのを防ぐことができる。したがって、金属材料の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができるため、キャビティ部に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（第一実施形態）
次に、本発明の遠心鋳造装置の第一実施形態を図１〜図１１に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００３０】
図１に円筒形状の遠心鋳造装置１０の断面図を示した。真空チャンバとして機能する筐体１１と、筐体１１内の上部に配され、金属材料４１を溶融して溶湯を生成するとともに、該溶湯を鋳型１５へ供給する材料チャック部１３と、材料チャック部１３から供給された溶湯を受け入れ、内部に形成された空洞部１７内のキャビティ部２７で金属材料の成形体を製造可能な鋳型１５と、鋳型１５を所定の回転数で回転可能に構成された回転軸部１９と、回転軸部１９の内部に配されたヒーター２１と、鋳型１５の湯受け部３０の温度を測定するための放射温度計２２と、を備えている。なお、本実施形態では、金属材料４１としてＳＵＳ３０４を採用する場合で説明する。
【００３１】
材料チャック部１３は、金属材料４１を収容可能に構成されており、周囲には金属材料４１を溶融するための誘導コイル４２が配されている。材料チャック部１３の平面視略中央部から金属材料４１の溶湯が滴下されるように構成されており、材料チャック部１３の中心軸の鉛直下方に鋳型１５の溶湯導入口３３が配されている。
【００３２】
図２、図３に示すように、鋳型１５は、例えば無酸素銅で形成されている。金型の材質は特に限定されないが、無酸素銅のような熱伝導の高い材質を採用すると、溶湯を急冷することができるため、短時間で成形体２３を製造することができる。ここで、鋳型１５において図４に示すような円筒状の成形体２３を製造する場合について説明する。鋳型１５は、平面視円形に形成された型ホルダ３１と、型ホルダ３１の底面３１ａに設けられ、回転軸部１９と接続される接続部３２とを備えている。なお、型ホルダ３１は、上下に二分割できるように構成されている（図３の一点鎖線Ｂで分割可能）。
【００３３】
また、型ホルダ３１の上面３１ｂには金属材料４１の溶湯が導入される溶湯導入口３３が形成されている。溶湯導入口３３は、型ホルダ３１の平面視中央部（回転軸部１９の回転中心に相当する位置）に略円形に形成されている。溶湯導入口３３から鉛直下方に穴部３４が形成されており、穴部３４の底面にあたる湯受け面３５から径方向外側に向かって略トンネル形状のランナー部３６が形成され、ランナー部３６の先にはキャビティ部１７が形成されている。なお、湯受け部壁面３０ａ、湯受け面３５およびランナー部３６とで、湯受け部３０が規定されており、例えばこれらが湯受け部構成部材である。
【００３４】
図３、５に示すように、本実施形態では、空洞部１７に、複雑な成形体２３を製造するための内型であり、空洞部１７の外周面１７ａに当接するように配される外型２５と、外型２５の内部に配される中子２６と、をさらに備えている。なお、この例では、外型２５および中子２６がキャビティ部を規定するキャビティ部構成部材となっているが、外型２５および中子２６は設けずに、空洞部１７の形状を製造する成形体の形状に合わせて加工してキャビティ部として構成してもよい。この外型２５と中子２６とを組み合わせると、成形体２３の形状に対応したキャビティ部２７が形成される。なお、外型２５は、型ホルダ３１と同様、上下方向に二分割できるように構成されている。また、外型２５および中子２６は型ホルダ３１から着脱可能になっており、別の形状のキャビティ部が形成された外型および中子を配することにより別の形状の成形体を製造することができる。なお、溶湯は鋳型１５の熱容量でのみ冷却される構成であるため、キャビティ部２７の肉厚(すなわち成形体２３の厚み)に対して溶湯に触れる領域の鋳型１５の壁の厚みを十分に厚くしておくことが有用で、例えば１０倍以上の厚みが好適である。なお、外型２５および中子２６も鋳造型１５の一部であり、材質も同様なものを使用するのが適当である。
【００３５】
ここで、鋳型１５における湯受け面３５の下方には、回転軸部１９の内部と連通するように軸方向に沿って穴部３７が形成されている。回転軸部１９には穴部３７と連通する穴部３８が同じく軸方向に沿って形成されている。そして、穴部３７，３８内には、ヒーター２１が配されている（図１参照）。
【００３６】
ヒーター２１は、棒状に形成された電熱ヒーターであり、ヒーター２１の先端面２１ａは湯受け面３５の裏面３５ａに当接されている。また、ヒーター２１の後端面２１ｂからは電源線３９が延設されており、ヒーター接点４０に接続されている。
【００３７】
図６に示すように、回転軸部１９は、一端が筐体１１内で鋳型１５に接続されており、他端が筐体１１の外部に突出してプーリ軸４３に接続されている。プーリ軸４３には周方向に沿って３本の溝部４４が形成されており、その内の一つにモータ４５のベルト４６が取り付けられている。つまり、モータ４５が駆動することでベルト４６を介してプーリ軸４３（回転軸部１９）が回転駆動するようになっている。また、残りの二つの溝部は、ヒーター接点４０として構成されており、ヒーター電流制御部４７から供給される電流をヒーター２１に導くことができるようになっている。このヒーター電流制御部４７には２本の電極４８，４８が取り付けられており、ヒーター接点４０に対して電流を供給できるようになっている。また、２本の電極４８，４８は電極移動部４９に接続されており、電極移動部４９が移動することにより、２本の電極４８，４８はヒーター接点４０に対して当接離間できるように構成されている。つまり、回転軸部１９が回転駆動する前にヒーター電流制御部４７の電極４８をヒーター接点４０に接続してヒーター２１を加熱し、ヒーター２１の加熱が完了したら電極４８をヒーター接点４０から離間して、回転軸部１９を回転駆動するようになっている。
【００３８】
図１に戻り、放射温度計２２は筐体１１内に配されている。この放射温度計２２は、金属材料４１の溶湯供給前に溶湯導入口３３の直上に位置して湯受け面３５の温度を測定できるようになっており、湯受け面３５が所定温度まで加熱された後に成形体２３の鋳造工程に支障のない位置まで退避できるようになっている。本実施形態では、放射温度計２２は、筐体１１内で水平方向に移動可能に構成されている。
【００３９】
次に、遠心鋳造装置１０を制御する制御部の構成について図７を用いて説明する。
図７に示すように、遠心鋳造装置１０には、各種制御を行う制御部５０が備えられている。まず、制御部５０にはＣＰＵ５１が備えられており、各種制御を総合的にコントロールしている。制御部５０には誘導加熱コイル４２に高周波電流を供給可能な高周波回路５２が設けられ、金属材料４１を好適に溶融させることができるようになっている。また、制御部５０には放射温度計２２で検出した温度を入力するための温度計測値入力部５３が設けられている。また、制御部５０にはヒーター２１へ供給する電流を制御するヒーター電流制御部４７が設けられている。さらに、制御部５０には湯受け面３５の目標設定温度を決定する温度設定部５４が設けられている。
【００４０】
つまり、温度設定部５４で決定された目標設定温度に湯受け面３５の温度が加熱されているか否かを放射温度計２２で測定し、目標設定温度に達していない場合には、ヒーター電流制御部４７からヒーター２１に電流を付加して湯受け面３５を加熱するように構成されている。そして、湯受け面３５の温度が目標設定温度に達したら、ヒーター２１の加熱を終了し、高周波回路５２から誘導加熱コイル４２に高周波電流を供給するとともに、モータ４５を駆動させて回転軸部１９を回転開始することで、成形体２３の鋳造工程を開始するように構成されている。
【００４１】
次に、温度設定部５４で湯受け面３５の設定温度（目標設定温度）を決定する方法について説明する。
図８に示すように、温度設定部５４に金属材料４１の材料名を直接入力することができる金属材料名入力部５５を設け、入力された金属材料４１の材料名から設定温度を設定温度演算部５６で決定できるようにすることができる。また、使用する金属材料４１の結晶化温度Ｔｘ、ガラス転移温度Ｔｇ、融点Ｔｍの全てあるいは一部を温度選択部５７に入力することにより設定温度演算部５６において設定温度を決定できるようにしてもよい。なお、温度設定部５４には設定温度テーブル５８が記憶されており、金属材料４１の材料名およびその材料に対応した結晶化温度Ｔｘ、ガラス転移温度Ｔｇ、融点Ｔｍについてテーブル化されており、それらに対応した設定温度が予めテーブル化されている。
【００４２】
図９は、温度設定部５４に情報を提供するための入力画面６０の一例である。図９に示すように、金属材料選択部６１では使用する金属材料４１を選択できるようになっており、ここで選択した情報が金属材料名入力部５５へ伝達されるようになっている。また、設定温度入力部６２では、使用する金属材料４１の結晶化温度Ｔｘ、ガラス転移温度Ｔｇ、融点Ｔｍの全てあるいは一部を入力できるようになっており、ここで入力した情報が温度選択部５７へ伝達されるようになっている。
【００４３】
次に、上述した遠心鋳造装置１０を用いて成形体２３を製造する方法について図１０のフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップＳ１では、筐体１１内の回転軸部１９の先端に鋳型１５を設置する。このとき、材料チャック部１３に金属材料４１を配置しておく。
ステップＳ２では、筐体１１を密閉状態にするとともに、筐体１１内を減圧する。
ステップＳ３では、筐体１１内にアルゴンガスを注入し、筐体１１内をアルゴンガス雰囲気にする。
【００４４】
ステップＳ４では、回転軸部１９の端部に設けられたプーリ軸４３に形成されたヒーター接点４０にヒーター電流制御部４７の電極４８，４８を当接し、ヒーター２１に対して電流を印加してヒーター２１を加熱する。
ステップＳ５では、ヒーター２１の通電状態を継続してヒーター２１を加熱し、湯受け面３５の温度を上昇させる。
【００４５】
ステップＳ６では、放射温度計２２にて湯受け面３５の温度を検出し、湯受け面３５の温度が設定温度（例えば、６００℃）以上になればステップＳ７へ進み、設定温度未満であればステップＳ５へ戻り、ヒーター２１の通電状態を継続する。このとき、放射温度計２２は湯受け面３５の直上に配置されている。
【００４６】
ステップＳ７では、湯受け面３５が設定温度まで加熱されたため、ヒーター２１への通電を停止する。このとき、ヒーター電流制御部４７の電極４８，４８をヒーター接点４０から離間させる。また、放射温度計２２も湯受け面３５の直上から鋳造工程に影響のない位置まで退避させる。
【００４７】
ステップＳ８では、モータ４５を駆動させて回転軸部１９の回転を開始する。回転軸部１９を回転させることにより、鋳型１５も同時に回転する。なお、回転軸部１９がプーリ軸と非接触であるときには、回転軸部１９の回転をステップＳ４の後から開始してもよい。これにより、ステップＳ７とステップＳ９の間の時間が短縮される。
ステップＳ９では、高周波回路５２から高周波電流を誘導コイル４２に供給して、金属材料４１を誘導加熱する。金属材料４１は誘導加熱されることにより溶融し、金属材料４１の溶湯が生成される。なお、金属材料４１の溶湯の温度は、約１６００℃に加熱されている。
【００４８】
ステップＳ１０では、溶湯状態になった金属材料４１が滴下して鋳型１５内に供給され、成形体２３が鋳造されるが、滴下する金属材料４１の量が所定の量に達した際に、誘導コイル４２への高周波電流の供給を停止する。なお、この高周波電流の停止のタイミングは高周波電流の供給時間により管理されている。
ここで、金属材料４１の溶湯が鋳型１５に供給された際、湯受け面３５が加熱された状態であるため、溶湯の温度が急速に冷却されるのを抑制することができる。つまり、溶湯がキャビティ部２７内に充填される前に冷却・固化されるのを防ぐことができ、キャビティ部２７に確実に充填することができる。また、鋳型１５の湯受け面３５のみがヒーター２１により加熱されているため、キャビティ部２７近傍は温度が上昇していないため、キャビティ部２７に充填された溶湯は急速に冷却されて固化されることとなる。
【００４９】
ステップＳ１１では、所定量の金属材料４１の溶湯が鋳型１５に供給され、キャビティ部２７内で所望の成形体２３を製造するのに必要な時間が経過したときに回転軸部１９の回転駆動を停止する。
ステップＳ１２では、鋳型１５の回転が停止した後、鋳造型１５の型ホルダ３１を二分割して、外型２５および中子２６を空洞部１７から取り出し、外型２５を二分割して成形体２３を取り出すことで、所望の鋳造品（成形体２３）を得ることができる。
【００５０】
本実施形態によれば、鋳型１５の湯受け面３５を加熱するためのヒーター２１を設けたため、金属材料４１の溶湯が加熱された湯受け面３５に供給された後、遠心力によってキャビティ部２７の方向へ移動する際に、溶湯がキャビティ部２７に充填される前に冷却されるのを防ぐことができる。したがって、金属材料４１の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができるため、キャビティ部２７に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体２３を製造することができる。
また、ヒーター２１により鋳型１５の湯受け面３５を加熱するため、キャビティ部２７には加熱の影響が少なく、キャビティ部２７近傍の温度上昇を抑制することができる。したがって、溶湯がキャビティ部２７に充填された後に、溶湯を急冷することができるため、短時間で成形体２３を製造することができる。
【００５１】
また、遠心鋳造装置１０に、湯受け部３０の温度を計測する放射温度計２２と、湯受け面３５の目標設定温度を決定する温度設定部５４と、を備え、放射温度計２２の計測値が温度設定部５４により得られる設定温度に近づくように、ヒーター２１の加熱出力を制御する制御部５０を設けたため、溶湯の温度を好適に制御することができる。したがって、金属材料４１ごとに最適な温度を設定することができ、キャビティ部２７への充填性を保ちつつ、冷却速度が速い成形体２３を製造することができる。
【００５２】
また、温度設定部５４に入力する条件を、金属材料４１の名称や金属材料４１の結晶化温度、ガラス転移温度、融点にすることにより、金属材料４１ごとに設定温度を決めることができる。したがって、金属材料４１の溶湯を最適な温度に保持することができ、充填性を保ちつつ、冷却速度が速い成形体２３を製造することができる。また、湯受け面３５の温度を同じ条件に保つことができるため、品質が安定した成形体２３を製造することができる。
【００５３】
また、湯受け面３５を加熱する手段として、ヒーター２１を回転軸部１９の内部に配置するとともに、ヒーター２１が湯受け面３５に当接するように配置したため、湯受け面３５を効率良く加熱することができる。また、ヒーター２１に供給する電流を調整することで、湯受け面３５の温度を容易に調整することができる。したがって、金属材料４１の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができるため、キャビティ部２７に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体２３を製造することができる。
本実施形態では、湯受け面３５を加熱することによって、キャビティ部に入るまでの金属材料４１の溶湯温度を上げ、早期に冷却・固化するのを抑制しているが、同じ作用を生む代替的な手法も考えられる。例えば、ゲート部３６や湯受け部壁面３０ａを加熱する手法であってもよい。
【００５４】
さらに、ヒーター２１に対してヒーター接点４０を設け、ヒーター電流制御部４７をヒーター接点４０に断続可能に配置し、湯受け面３５の温度計測値が設定温度に到達した後、ヒーター電流制御部４７をヒーター接点４０から離間させてから回転軸部１９の回転を開始するように構成したため、湯受け面３５が設定温度に到達した状態で金属材料４１の溶湯が供給され、金属材料４１の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができる。したがって、キャビティ部２７に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体２３を製造することができる。
【００５５】
また、本実施形態の別の態様として、ランナー部３６が断熱部材で構成されていてもよい。ランナー部３６は、断熱部材として、例えばアルミナ、ジルコニア、フッ素金雲母、窒化ケイ素などを採用することができる。
このような断熱材をランナー部３６に配することにより、溶湯がランナー部３６を通過する際、熱交換が発生しにくいため、溶湯温度の低下が抑制され、キャビティ部２７へ溶湯をより確実に充填することができる。さらに、ランナー部３６によって、ヒーター２１により加熱された湯受け面３５の熱が外型２５および中子２６に伝熱されないため、それらの温度が上昇しない。したがって、溶湯がキャビティ部２７に充填されたときに溶湯を急冷することができるため、短時間で成形体２３を製造することができる。ここで、湯受け面以外の湯受け部構成部材において、断熱効果を生じる部材が配置されていれば同様な作用効果が生じる。例えば、湯受け面３５などの湯受け部を構成する他の構成部材が同様な断熱部材で構成されていてもよい。仮に、湯受け面３５を断熱部材とすると、ステップＳ４からステップＳ６の間で湯受け面３５自体が加熱されても温度上昇が生じずステップＳ７に進めなくなるが、この態様の場合そういった問題が生じない。
【００５６】
また、本実施形態の別の態様として、図１１に示すように、湯受け面３５および穴部３７の周縁に断熱材６３を設けてもよい。断熱材６３としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、フッ素金雲母、窒化ケイ素などを採用することができる。このような断熱材６３を配することにより、ヒーター２１により加熱された湯受け面３５の熱が外型２５および中子２６に伝熱されないため、それらの温度が上昇しない。したがって、溶湯がキャビティ部２７に充填されたときに溶湯を急冷することができるため、短時間で成形体２３を製造することができる。
【００５７】
また、本実施形態のさらに別の態様として、金属材料４１として金属ガラス（例えば、Ｚｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ５）を採用することができる。このとき、湯受け面３５の設定温度は４５０℃に設定し、溶湯の温度は１０００℃±２０℃に加熱された状態で鋳型１５に供給される。このように構成することにより、金属ガラス（非晶質合金材料）の溶湯は湯受け面３５で固化されることがなく、キャビティ部２７に確実に充填することができる。また、キャビティ部２７は加熱されていないため、金属ガラスの溶湯は急速に冷却され、結晶化が避けられる。したがって、形状が安定した、結晶含有率の低い非晶質合金の成形体を製造することができる。なお、金属ガラス（Ｚｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ５）の結晶化温度Ｔｘは４９４℃、ガラス転移温度Ｔｇは４１０℃である。また、型ホルダ３１（鋳型１５）の材質としては、無酸素銅（Ｃ１０２０）、伸銅（Ｃ１１００，Ｃ１２２０，Ｃ５１９１，Ｃ５２１２）、ステンレス（ＳＵＳ３０３，ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６）、アルミニウム合金（Ａ２０１７，Ａ４０３２，Ａ５０５２，Ａ５０５６）、特殊鋼（ＳＳ４００，Ｓ２５Ｃ，Ｓ４５Ｃ，ＳＫＤ６１）などを用いることができる。
【実施例】
【００５８】
次に、上述した遠心鋳造装置１０（図１〜図３の構成の遠心鋳造装置）を用いて、非晶質合金材料の溶湯の充填度や結晶化度を測定した結果を説明する。
【００５９】
非晶質合金材料としては、Ｚｒ６０Ｃｕ２０Ａｌ１０Ｎｉ１０の金属ガラス材料を用いた。キャビティ部２７内への溶湯の充填率は、キャビティ部２７の体積および溶湯の材料の比重から求められる理想重量と、成形体２３の実際の重量を比較して求めたものである。この充填率については、９５％以上の場合は合格（○）とした。また、結晶化度は、蛍光Ｘ線装置（ＸＲＤ）を用い、成形体２３の表面の数箇所を任意に設定してその箇所の結晶状態を示すピークが存在するか否かを評価した。結晶化度については、ＸＲＤ測定結果でピークが存在しない場合は合格（○）とした。充填率と結晶化度がともに合格（○）であるものを成形品質が合格（○）であるとした。なお、鋳造型１５の回転数は、鋳造する材料となる非晶質合金や金属の種類、鋳造型の形状によって異なるが、通常１０００〜５０００ｒｐｍの範囲とすることが好ましい。なお、本実施例では３０００ｒｐｍとした。また、Ｚｒ６０Ｃｕ２０Ａｌ１０Ｎｉ１０の結晶化温度Ｔｘは４８１℃、ガラス転移温度Ｔｇは３８９℃である。
【００６０】
【表１】
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【００６１】
表１の事例１および事例２に示すように、材料供給温度（溶湯温度）を１０００℃±２０℃に設定し、湯受け面３５の温度を４００℃または４５０℃に設定した場合には、充填率および結晶化度ともに問題なく、形状精度に優れた金属ガラスの成形体２３を製造することができることが確認された。一方、比較例１〜３において、湯受け面３５の温度を事例１，２とは異なる温度に設定して成形体を鋳造した場合には、湯受け面３５の温度が低すぎる（比較例１，２）と、キャビティ部２７に充填される前に冷却・固化されるために充填率が悪化することが確認された。また、湯受け面３５の温度が高すぎる（比較例３）と、鋳型１５全体の温度が上昇するためにキャビティ部２７に充填された溶湯が固化するのに時間がかかり、結晶化度の結果が悪化することが確認された。したがって、湯受け面３５を好適な温度に加熱することにより、高品質な成形体２３が得られることが確認された。
【００６２】
（第二実施形態）
次に、本発明の遠心鋳造装置の第二実施形態を図１２〜図１４に基づいて説明する。なお、本実施形態は第一実施形態と湯受け面の加熱手段が異なるのみであり、その他の構成は第一実施形態と略同一であるため、同一箇所には同一符号を付して詳細な説明は省略する。また、本実施形態では、空洞部１７内にキャビティ外型２５およびキャビティ中子２６は設けずに、空洞部１７の形状が製造する成形体の形状に合わせて加工され、そこに形成された空洞部をキャビティ部１７として構成されている（以下の、実施形態において同様。）
図１２に示すように、遠心鋳造装置１１０は、筐体１１と、筐体１１内の上部に配された材料チャック部１３と、キャビティ部１７で金属材料１４１の成形体を製造可能な鋳型１５と、鋳型１５を所定の回転数で回転可能に構成された回転軸部１９と、回転軸部１９の内部に配されたガス供給パイプ１２１と、湯受け部３０の温度を測定するための放射温度計２２と、を備えている。なお、本実施形態では、金属材料１４１としてＺｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ２．５Ｔｉ２．５を採用する場合で説明する。
【００６３】
ここで、鋳型１５における湯受け面３５の下方には、回転軸部１９の内部と連通するように軸方向に沿って穴部３７が形成されている。回転軸部１９には穴部３７と連通する穴部３８が同じく軸方向に沿って形成されている。そして、穴部３７，３８内には、ガス供給パイプ１２１が配されている。
【００６４】
ガス供給パイプ１２１は、軸線に沿うように配されたパイプ状の部材であり、ガス供給パイプ１２１の先端面１２１ａから湯受け面３５の裏面３５ａに向かって加熱ガスを噴射可能に構成されている。
【００６５】
次に、遠心鋳造装置１１０を制御する制御部の構成について図１３を用いて説明する。
図１３に示すように、遠心鋳造装置１１０には、各種制御を行う制御部１５０が備えられている。まず、制御部１５０にはＣＰＵ１５１が備えられており、各種制御を総合的にコントロールしている。制御部１５０には誘導加熱コイル４２に高周波電流を供給可能な高周波回路５２が設けられ、金属材料１４１を好適に溶融させることができるようになっている。また、制御部１５０には放射温度計２２で検出した温度を入力するための温度計測値入力部５３が設けられている。また、制御部１５０にはガス供給パイプ１２１へ供給するガス量を制御する加熱ガス供給部１４７が設けられている。さらに、制御部１５０には湯受け面３５の目標設定温度を決定する温度設定部５４が設けられている。
【００６６】
つまり、温度設定部５４で決定された目標設定温度に湯受け面３５の温度が加熱されているか否かを放射温度計２２で測定し、目標設定温度に達していない場合には、加熱ガス供給部１４７の支持によりガス供給パイプ１２１から噴射する加熱ガス量を制御して湯受け面３５を加熱するように構成されている。そして、湯受け面３５の温度が目標設定温度に達したら、高周波回路５２から誘導加熱コイル４２に高周波電流を供給することで成形における鋳造工程を開始するように構成されている。
【００６７】
次に、上述した遠心鋳造装置１１０を用いて成形体を製造する方法について図１４のフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップＳ１０１では、筐体１１内の回転軸部１９の先端に鋳型１５を設置する。このとき、材料チャック部１３に金属材料１４１を配置しておく。
ステップＳ１０２では、筐体１１を密閉状態にするとともに、筐体１１内を減圧する。
ステップＳ１０３では、筐体１１内にアルゴンガスを注入し、筐体１１内をアルゴンガス雰囲気にする。
【００６８】
ステップＳ１０４では、回転軸部１９の内部に設けられたガス供給パイプ１２１から加熱ガスを湯受け面３５の裏面３５ａに向かって噴射する。
ステップＳ１０５では、湯受け面３５に加熱ガスを噴射しながら、モータ４５を駆動させて回転軸部１９の回転を開始する。回転軸部１９を回転させることにより、鋳型１５も同時に回転する。
【００６９】
ステップＳ１０６では、ガス供給パイプ１２１からの加熱ガスの供給を継続して、湯受け面３５の温度を上昇させる。
【００７０】
ステップＳ１０７では、放射温度計２２にて湯受け部３０（鋳型１５）の温度を検出し、湯受け面３５の温度が設定温度（例えば、４００℃）以上になればステップＳ１０８へ進み、設定温度未満であればステップＳ１０６へ戻り、加熱ガスの噴射を継続する。このとき、放射温度計２２は湯受け部３０の直上に配置されている。なお、湯受け面３５の温度が設定温度以上になった場合には、放射温度計２２を湯受け部３０の直上から鋳造工程に影響のない位置まで退避させる。
【００７１】
ステップＳ１０８では、高周波回路５２から高周波電流を誘導コイル４２に供給して、金属材料１４１を誘導加熱する。金属材料１４１は誘導加熱されることにより溶融し、金属材料１４１の溶湯が生成される。なお、金属材料１４１の溶湯の温度は、１０００℃±２０℃に加熱されている。
【００７２】
ステップＳ１０９では、溶湯状態になった金属材料１４１が滴下して鋳型１５内に供給され、成形体が鋳造されるが、滴下する金属材料１４１の量が所定の量に達した際に、誘導コイル４２への高周波電流の供給を停止する。なお、この高周波電流の停止のタイミングは高周波電流の供給時間により管理されている。
ここで、金属材料１４１の溶湯が鋳型１５に供給された際、湯受け面３５が加熱された状態であるため、溶湯の温度が急速に冷却されるのを抑制することができる。つまり、溶湯がキャビティ部１７内に充填される前に冷却・固化されるのを防ぐことができ、キャビティ部１７に確実に充填することができる。また、鋳型１５の湯受け面３５のみがガス供給パイプ１２１から噴射される加熱ガスにより加熱されているため、キャビティ部１７近傍は温度が上昇していないため、キャビティ部１７に充填された溶湯は急速に冷却されて固化されることとなる。
【００７３】
ステップＳ１１０では、所定量の金属材料１４１の溶湯が鋳型１５に供給され、キャビティ部１７内で所望の成形体を製造するのに必要な時間が経過したときに回転軸部１９の回転駆動を停止する。
【００７４】
ステップＳ１１１では、金属材料１４１の鋳造が完了したため、ガス供給パイプ１２１からの加熱ガスの供給を停止する。
ステップＳ１１２では、鋳型１５の回転が停止した後、鋳造型１５の型ホルダ３１を二分割して、キャビティ部１７から成形体を取り出すことで、所望の鋳造品（成形体）を得ることができる。
【００７５】
本実施形態によれば、鋳型１５の湯受け面３５を加熱するためのガス供給パイプ１２１を回転軸部１９の内部に設けたため、ガス供給パイプ１２１から加熱ガスを湯受け面３５に向かって噴射することにより湯受け面３５を加熱することができる。したがって、金属材料１４１の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができるため、キャビティ部１７に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体を製造することができる。また、回転軸部１９と非接触の状態でガス供給パイプ１２１を設けることにより、ガス供給パイプ１２１は回転させる必要がないため、装置構成を簡略化することができる。
【００７６】
また、ガス供給パイプ１２１を回転軸部１９と非接触の状態で配置することにより、回転の影響を受けずに加熱ガスを供給することができる。したがって、鋳型１５を回転して成形体を製造する際に、湯受け面３５への熱供給が可能となり、金属材料１４１の溶湯の充填性をより高めることができる。また、回転軸部１９とガス供給パイプ１２１との間に接続装置が必要無いため、装置構成を簡略化することができる。
【００７７】
（第三実施形態）
次に、本発明の遠心鋳造装置の第三実施形態を図１５〜図１７に基づいて説明する。なお、本実施形態は第一実施形態と湯受け面の加熱手段が異なるのみであり、その他の構成は第一実施形態と略同一であるため、同一箇所には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図１５に示すように、遠心鋳造装置２１０は、筐体１１と、筐体１１内の上部に配された材料チャック部１３と、キャビティ部１７で金属材料２４１の成形体を製造可能な鋳型１５と、鋳型１５を所定の回転数で回転可能に構成された回転軸部１９と、回転軸部１９の外周面に沿うように配された誘導加熱コイル２２１と、回転軸部１９の内部に配され、誘導加熱コイル２２１により加熱される加熱棒２２２と、湯受け部３０の温度を測定するための放射温度計２２と、を備えている。なお、本実施形態では、金属材料２４１としてＺｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ５を採用する場合で説明する。
【００７８】
ここで、鋳型１５における湯受け面３５の下方には、回転軸部１９の内部と連通するように軸方向に沿って穴部３７が形成されている。回転軸部１９には穴部３７と連通する穴部３８が同じく軸方向に沿って形成されている。そして、穴部３７，３８内には、加熱棒２２２が配されている。また、加熱棒２２２の先端面２２２ａは湯受け面３５の裏面３５ａに当接されている。この加熱棒２２２は、例えばＳＵＳ３０４で形成された円柱状の部材である。また、回転軸部１９は、例えばアルミナにより形成されている。
【００７９】
誘導加熱コイル２２１は、回転軸部１９の外周面に沿うように、かつ、加熱棒２２２が配されている位置に対応するように配置されている。このとき、誘導加熱コイル２２１から発せられる磁場（磁束）の密度が高い位置に加熱棒２２２を配置すると、効率よく加熱棒２２２を加熱することができるため好ましい。
【００８０】
次に、遠心鋳造装置２１０を制御する制御部の構成について図１６を用いて説明する。
図１６に示すように、遠心鋳造装置２１０には、各種制御を行う制御部２５０が備えられている。まず、制御部２５０にはＣＰＵ２５１が備えられており、各種制御を総合的にコントロールしている。制御部２５０には誘導加熱コイル４２に高周波電流を供給可能な高周波回路５２が設けられ、金属材料２４１を好適に溶融させることができるようになっている。また、制御部２５０には放射温度計２２で検出した温度を入力するための温度計測値入力部５３が設けられている。また、制御部２５０には誘導加熱コイル２２１に高周波電流を供給可能な湯受け面誘導加熱コイル制御部２４７が設けられている。さらに、制御部２５０には湯受け面３５の目標設定温度を決定する温度設定部５４が設けられている。
【００８１】
つまり、温度設定部５４で決定された目標設定温度に湯受け面３５の温度が加熱されているか否かを放射温度計２２で測定し、目標設定温度に達していない場合には、湯受け面誘導加熱コイル制御部２４７の指示により誘導加熱コイル２２１に供給される高周波電流を制御して加熱棒２２２を加熱することにより、湯受け面３５を加熱するように構成されている。そして、湯受け面３５の温度が目標設定温度に達したら、高周波回路５２から誘導加熱コイル４２に高周波電流を供給することで成形体の鋳造工程を開始するように構成されている。
【００８２】
次に、上述した遠心鋳造装置２１０を用いて成形体を製造する方法について図１７のフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップＳ２０１では、筐体１１内の回転軸部１９の先端に鋳型１５を設置する。このとき、材料チャック部１３に金属材料２４１を配置しておく。
ステップＳ２０２では、筐体１１を密閉状態にするとともに、筐体１１内を減圧する。
ステップＳ２０３では、筐体１１内にアルゴンガスを注入し、筐体１１内をアルゴンガス雰囲気にする。
【００８３】
ステップＳ２０４では、回転軸部１９の外周面に沿うように設けられた誘導加熱コイル２２１に高周波電流を印加して、回転軸部１９の内部に配された加熱棒２２２を加熱する。なお、誘導加熱コイル２２１に高周波電流を流すと磁場（磁束）が発生し、その磁束の影響により加熱棒２２２が加熱される。
ステップＳ２０５では、加熱棒２２２を加熱しながら、モータ４５を駆動させて回転軸部１９の回転を開始する。回転軸部１９を回転させることにより、鋳型１５も同時に回転する。
【００８４】
ステップＳ２０６では、誘導加熱コイル２２１に高周波電流を印加して加熱棒２２２の加熱を継続して、湯受け面３５の温度を上昇させる。
【００８５】
ステップＳ２０７では、放射温度計２２にて湯受け部３０（鋳型１５）の温度を検出し、湯受け面３５の温度が設定温度（例えば、４５０℃）以上になればステップＳ２０８へ進み、設定温度未満であればステップＳ２０６へ戻り、誘導加熱コイル２２１による湯受け面３５の加熱を継続する。このとき、放射温度計２２は湯受け部３０の直上に配置されている。なお、湯受け面３５の温度が設定温度以上になった場合には、放射温度計２２を湯受け部３０の直上から鋳造工程に影響のない位置まで退避させる。
【００８６】
ステップＳ２０８では、高周波回路５２から高周波電流を誘導コイル４２に供給して、金属材料２４１を誘導加熱する。金属材料２４１は誘導加熱されることにより溶融し、金属材料２４１の溶湯が生成される。なお、金属材料２４１の溶湯の温度は、１０００℃±２０℃に加熱されている。
【００８７】
ステップＳ２０９では、溶湯状態になった金属材料２４１が滴下して鋳型１５内に供給され、成形体が鋳造されるが、滴下する金属材料２４１の量が所定の量に達した際に、誘導コイル４２への高周波電流の供給を停止する。なお、この高周波電流の停止のタイミングは高周波電流の供給時間により管理されている。
ここで、金属材料２４１の溶湯が鋳型１５に供給された際、湯受け面３５が加熱された状態であるため、溶湯の温度が急速に冷却されるのを抑制することができる。つまり、溶湯がキャビティ部１７内に充填される前に冷却・固化されるのを防ぐことができ、キャビティ部１７に確実に充填することができる。また、鋳型１５の湯受け面３５のみが加熱棒２２２により加熱されているため、キャビティ部１７近傍は温度が上昇していないため、キャビティ部１７に充填された溶湯は急速に冷却されて固化されることとなる。
【００８８】
ステップＳ２１０では、所定量の金属材料２４１の溶湯が鋳型１５に供給され、キャビティ部１７内で所望の成形体を製造するのに必要な時間が経過したときに回転軸部１９の回転駆動を停止する。
【００８９】
ステップＳ２１１では、金属材料２４１の鋳造が完了したため、誘導加熱コイル２２１への高周波電流の供給を停止する。
ステップＳ２１２では、鋳型１５の回転が停止した後、鋳造型１５の型ホルダ３１を二分割して、キャビティ部１７から成形体を取り出すことで、所望の鋳造品（成形体）を得ることができる。
【００９０】
本実施形態によれば、鋳型１５の湯受け面３５を加熱するための誘導加熱コイル２２１および加熱棒２２２を設けたため、誘導加熱コイル２２１に高周波電流を流すことにより磁束が発生し、その磁束により加熱棒２２２が誘導加熱される。また、加熱棒２２２を湯受け面３５（裏面３５ａ）に当接させたため、加熱棒２２２が加熱されることにより湯受け面３５も加熱される。したがって、金属材料２４１の溶湯が湯受け部３０を通過する際に、溶湯の温度低下を抑制することができる。したがって、金属材料２４１の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができるため、キャビティ部１７に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体を製造することができる。また、誘導加熱コイル２２１を用いて加熱することにより、短時間で湯受け面３５に大きな熱量を与え、湯受け面３５の温度を一気に上昇させることができるため、成形時間を短縮することができる。
なお、誘導加熱コイル２２１は、回転軸部１９の外周面に沿うように配置したが、設置スペースがあれば回転軸部１９の内周面に沿うように配し、その内側に加熱棒２２２を配置する構成にしてもよい。
【００９１】
（第四実施形態）
次に、本発明の遠心鋳造装置の第四実施形態を図１８に基づいて説明する。なお、本実施形態は第一実施形態と湯受け面の加熱手段が異なるのみであり、その他の構成は第一実施形態と略同一であるため、同一箇所には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図１８に示すように、遠心鋳造装置３１０は、筐体１１と、筐体１１内の上部に配された材料チャック部１３と、キャビティ部１７で金属材料２４１の成形体を製造可能な鋳型１５と、鋳型１５を所定の回転数で回転可能に構成された回転軸部１９と、鋳型１５および回転軸部１９の外周面に沿うように配された誘導加熱コイル３２１と、湯受け部３０の温度を測定するための放射温度計２２と、を備えている。なお、本実施形態では、金属材料２４１としてＺｒ５５Ｃｕ３０Ａｌ１０Ｎｉ５を採用する場合で説明する。
【００９２】
ここで、鋳型１５は、非導電性の材質であって比透磁率の低い材質、例えばＡｌＮ（窒化アルミ）で形成されているが、湯受け面３５だけはＳＵＳ３０４で形成されている。
【００９３】
誘導加熱コイル３２１は、鋳型１５および回転軸部１９の外周面に沿うように、かつ、湯受け面３５が配されている位置に対応するように配置されている。このとき、誘導加熱コイル３２１から発せられる磁場（磁束）の密度が高い位置に湯受け面３５を配置すると、効率よく湯受け面３５を加熱することができるため好ましい。
【００９４】
このように構成することにより、第三実施形態と略同一のフローチャートに基づいて成形体を製造することができる。上述した第三実施形態とは、誘導加熱コイル３２１により加熱する対象が湯受け面３５になることが差異であり、その他の手順は同様である。
【００９５】
本実施形態によれば、鋳型１５の湯受け面３５を加熱するための誘導加熱コイル３２１を設けるとともに、湯受け面３５を導電性部材を含む構成にしたため、湯受け面３５の近傍に備えられた誘導加熱用コイル３２１により、湯受け面３５が直接誘導加熱される。したがって、金属材料２４１の溶湯が湯受け部３０を通過する際に、溶湯の温度低下を抑制することができる。したがって、金属材料２４１の溶湯が早期に冷却・固化するのを抑制することができるため、キャビティ部１７に溶湯を確実に充填することができる。結果として、形状精度に優れた成形体を製造することができる。また、誘導加熱用コイル３２１を用いて湯受け面３５を直接加熱することにより、高精度な温度制御を行うことができる。
【００９６】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態ではキャビティ部に成形体を鋳造するためのキャビティ外型およびキャビティ中子を別途配置したが、鋳型の形状を製造する成形体の形状に加工してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第一実施形態における遠心鋳造装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第一実施形態における鋳型の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の実施形態における成形体の斜視図である。
【図５】本発明の実施形態におけるキャビティ部の構成部材を示す斜視図である。
【図６】本発明の第一実施形態における遠心鋳造装置の斜視図である。
【図７】本発明の第一実施形態における制御部の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施形態における温度設定部の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施形態における温度設定部の入力画面を示す説明図である。
【図１０】本発明の第一実施形態における成形体の鋳造方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第一実施形態における鋳型の別の態様を示す断面図（図３に相当）である。
【図１２】本発明の第二実施形態における遠心鋳造装置の概略構成図である。
【図１３】本発明の第二実施形態における制御部の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第二実施形態における成形体の鋳造方法を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第三実施形態における遠心鋳造装置の概略構成図である。
【図１６】本発明の第三実施形態における制御部の構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第三実施形態における成形体の鋳造方法を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の第四実施形態における遠心鋳造装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０，１１０，２１０，３１０…遠心鋳造装置  １３…材料チャック部（溶湯供給手段）  １５…鋳型  １７，２７…キャビティ部  １９…回転軸部（回転手段）  ２１…ヒーター（加熱手段、電熱手段）  ２２…放射温度計（温度計測手段）  ２５…外型（キャビティ部構成部材）  ２６…中子（キャビティ部構成部材）  ３１…型ホルダ  ３５…湯受け面  ４０…ヒーター接点（電気接点）  ４１，１４１，２４１…金属材料（金属）  ４７…ヒーター電流制御部（電気供給手段）  ５４…温度設定部（成形条件入力手段）  ６３…断熱材  １２１…ガス供給パイプ（加熱手段、加熱ガス供給部）  ２２１…誘導加熱コイル（加熱手段、誘導コイル）  ２２２…加熱棒（熱伝導手段）  ３２１…誘導加熱コイル（加熱手段、誘導加熱用コイル）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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