(57)【要約】【課題】遠心鋳造製品の製造過程あるいはその他製品の製造過程で発生する切りくずを利用することによって、遠心鋳造の溶解で必要なエネルギーを節減することである。【解決手段】母材金属切りくずを遠心力鋳造装置の金型にあらかじめ投入し、金型を回転させることによる遠心力印加および必要ならば金型の予備加熱を行い、回転中の金型へ溶解炉で溶解された金属母材溶湯を流し込み、あらかじめ金型に投入した切りくずを溶解することで、溶解に必要なエネルギーを節減した遠心鋳造が可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材として金属切りくずを遠心力鋳造装置の金型にあらかじめ投入し、金型を回転させることによる遠心力印加を行い、必要ならば金型の予備加熱を行い、回転中の金型へ溶解炉で溶解された金属母材溶湯を流し込み、前記切りくずを溶解する工程を備える遠心鋳造方法。
【請求項２】
母材として金属切りくずを遠心力鋳造装置の金型にあらかじめ投入し、金型を回転させることによる遠心力印加を行い、必要ならば金型の予備加熱を行い、回転中の金型へ溶解炉で溶解された金属母材溶湯を流し込み、前記切りくずを溶解する工程を経て製造される鋳造材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心鋳造製品の製造過程あるいはその他製品の製造過程で発生する切りくずを利用することによって、遠心鋳造の溶解で必要であったエネルギーを節減する切りくずを利用した省エネルギー型遠心鋳造方法とそれによって作製した鋳造材に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心鋳造とは、水平軸方向あるいは垂直軸方向または僅かに傾斜させた軸方向を中心に回転する鋳型に溶融金属を注湯し、遠心力を利用して鋳物を製造する方法である。円筒形状および類似形状の製品を多数生産するのに適しており、通常の鋳型にある湯口・押湯・中子の設置が必要でなく、遠心力を利用する事により緻密で均質な鋳物が得られるという特徴を有している。遠心鋳造で製造される製品の中で、高い寸法精度が求められ、またその形状が複雑で多岐に亘る産業機械部品（軸受保持器・ウォームホイール等）では、非特許文献１に示されているように、通常切削加工により完成品に仕上げる機械加工が行われる。例えば、軸受保持器製造過程においては、遠心鋳造材の8割以上を切削加工し、製品を得ている。また、非特許文献２に示されるように、遠心鋳造で製造される形状記憶合金パイプ継ぎ手の内面も切削により精密加工されている。この旋削加工、フライス加工、ドリル加工等により、大量の切りくずの発生を伴う。この時に発生する切りくずの形状も、渦巻状切りくず、螺旋状切りくず、粉砕状切りくず等様々である。現在、省資源として、このような切りくずの再利用方法が必要とされている。
【０００３】
現在、遠心鋳造製品の製造過程で生じた切りくずの再利用は、同一金属のインゴットと一緒に切りくずを溶解炉にて再溶解を行い、鋳造することによってなされている。しかし、この場合、切りくずの再利用に関しては解決しているが、溶解炉で溶解する金属の重量が変わらないため、溶解に必要なエネルギーを減少させることにはならない。
【０００４】
非特許文献3において、金属母相と濡れ性が悪く微細な粉末を金属母相中に均一あるいは傾斜分散させた微細粒子複合材料の製造方法として遠心力混合粉末法が提案されている。この方法は、母相となる金属粉末と複合化させたい微細粒子粉末が混合している混合粉末を作製し、その混合粉末を遠心力鋳造装置の金型に投入して、金型を回転させることによって遠心力印加および金型の予備加熱を行い、回転中の金型へ溶解炉で溶解された金属母材溶湯を流し込むことによって、微細粒子が母相に強固に固定され母相中に均一あるいは傾斜分散された微細粒子複合材料を製造する方法である。非特許文献３における遠心力混合粉末法は、微細粒子が分散した複合材料のみを対象としている。しかし、遠心力混合粉末法において、混合粉末の代わりに遠心鋳造製品製造過程あるいはその他の製品製造で発生する切りくずを利用すれば、切りくずの再利用のほかに、溶解に必要なエネルギーも節減することが可能となる。
【０００５】
【非特許文献１】大塚広明, 棚橋浩之, 丸山忠克, 村上雅人, 山田寛之 : まてりあ, 37(1998)283.
【非特許文献２】若槻哲平，佐藤  尚，渡辺義見，丸山忠克: 鉄と鋼, 92, No. 9, 562-566 (2006).
【非特許文献３】Y. Inaguma, H. Sato and Y. Watanabe：“Fabrication of Al-based FGM containing TiO2 nano-particles by a centrifugal mixed-powder method”, The 10th International Symposium on Multiscale, Multifunctional & Functionally Graded Materials in Sendai, Japan [2008/9]; Book of Abstracts, (2008) p. 56.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明で解決しようとする問題点は、遠心鋳造製品の製造過程あるいはその他製品の製造過程で発生する切りくずを利用することによって、切りくずの再利用のほかに、遠心鋳造の溶解で必要なエネルギーを節減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、母材として金属切りくずを遠心力鋳造装置の金型にあらかじめ投入し、金型を回転させることによる遠心力印加を行い、必要ならば金型の予備加熱を行い、回転中の金型へ溶解炉で溶解された金属母材溶湯を流し込み、前記切りくずを溶解する工程を備える遠心鋳造方法（請求項１）およびそれによって製造した鋳造材（請求項２）である。
発明の切りくずを利用した省エネルギー型遠心鋳造法は、母材金属切りくずを遠心力鋳造装置の金型にあらかじめ投入し、その金型を回転させることによって遠心力印加および必要ならば金型の予備加熱を行い、溶解炉で溶解された金属母材溶湯を回転中の金型に流し込み、金型内部の切りくずを溶解することで、従来の遠心鋳造法で得られた製品と同じ遠心鋳造製品を製造する方法である。このとき、遠心鋳造製品の製造に必要な母材金属の重量の一部を切りくずでまかなうことが可能であるため、溶解炉における母材金属の溶解量を減少することができ、その結果、溶解に必要なエネルギーを節減することができる。
【０００８】
本発明の切りくずを利用した省エネルギー型遠心鋳造法は、以下の手順でおこなわれる。
(1)母材金属の切りくずを遠心力鋳造装置の金型に投入する。このとき、溶湯の湯流れを遮らないようにするため、切りくずができるたけ円筒形状金型の外側に存在するようにセットする。
(2)切りくずを有する遠心力鋳造装置の金型を回転させることによって遠心力を印加する。また、必要に応じて金型の予備加熱を遠心力印加のもとで行う。
(3) 母材金属を電気炉にて溶解し、回転中の金型に母材金属溶湯を流し込む。そのとき、金型に流れ込んだ母材金属溶湯によって、金型内部の切りくずも溶解する。その結果、従来の遠心鋳造法で得られた製品と同じ遠心鋳造製品を得ることができる。
(4)金型および材料を冷却後、金型の回転を停止する。
本発明の省エネルギー型遠心鋳造法は、遠心鋳造製品の製造に必要な母材金属の重量の一部を切りくずでまかなうことが可能であるため、溶解炉における母材金属の溶解量を減少させることができる。その結果、溶解に必要なエネルギーを減少することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を具体化した実施例について図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、具体例として横型遠心力鋳造装置の模式図を示している。本発明で使用する鋳造装置は、遠心力鋳造装置であればいかなる形式(縦型や横型など)でも良い。
【００１１】
図２は、本発明にて使用する切りくずの具体例として、純アルミニウムの切りくずを示す。図２の切りくずは、旋盤加工で得られた流れ型の切りくずであるが、他の加工法で得られたいかなる種類の切りくずでも良い。
【００１２】
図３は、本発明で提案する鋳造手順を示した模式図である。切りくずをあらかじめ金型に投入し、その後に溶解した母材金属溶湯を回転中の金型に流し込む。そのとき、金型内部の切りくずは、母材金属溶湯の熱によって溶解する。その結果、健全な遠心鋳造材を得ることが出来る。
【００１３】
図４は、具体例として、純アルミニウムの切りくずを金型に設置した写真を示す。切りくずは、母材金属溶湯の湯流れを遮らないように、出来る限り金型の外側に設置する。
【００１４】
図５は、具体例として作製した純アルミニウムの切りくずを用いて作製した純アルミニウム遠心鋳造材の概観を示しめした写真である。このときの鋳造条件は、金型に配置する切りくずの量を25ｇ、注入する溶湯の量を300gとした。鋳造中に引加した遠心力は重力倍数で80Ｇとした。また、溶解温度は800℃、金型は室温とした。図から分かるように、リング状試料の外周部に切りくずのあとが見られる。
【００１５】
図６は、切りくずを用いて作製した純アルミニウム遠心鋳造材の断面組織を示した写真である。金型に接する部分では、冷却速度が速いため、結晶粒の微細化が見られる。また、金型から離れた場所では、熱に沿った柱状晶が発達している。この組織は、切りくずを利用しないで同様の条件にて製造した純アルミニウム遠心鋳造材の組織と同じであった。また、この写真から見る限りは、リング外周部，中央部には大きな空孔などは存在していない。
【００１６】
図７は、切りくずを用いて作製した純アルミニウム遠心鋳造材内部の密度分布を示したグラフである。ここで、横軸は規格化した鋳造材肉厚位置を示し、0.0がリング最内層位置であり、1.0がリング最外層位置を示している。実線が、本発明方法にて作製した遠心鋳造材の密度分布を示し、破線が切りくずを利用しないで製造した遠心鋳造材の密度分布を示す。切りくずを利用しないで製造した遠心鋳造材では、位置ごとに密度は変化していない。これに対し、切りくずを利用した材料においては、リング状の鋳造材外周部と内周部とで、密度の低い領域が存在している。これより、切りくずを利用した材料においては空孔が存在している。
【００１７】
本発明の方法にて作製し、かつ図５にて示した純アルミニウム遠心鋳造材の組織を超音波スキャンにて調査した。図８に超音波の焦点位置を示す。図９にＣスキャン画像を示す。Ｃスキャンとは、水平平面内に２次元走査することをいい同一深さの横断面画像をＣスキャン画像という。ゲート範囲（G1）は表面反射波と裏面反射波の間とした。また、ゲート範囲を10等分した各範囲でのＣスキャン画像（S1〜S10）も測定した。なお、中心周波数は10MHzである。外周側と内周側には強い反射波が測定された箇所がある。これは切りくずであると考えられる。また裏面付近にも強い反射強度の測定された箇所がある。
【００１８】
本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、遠心鋳造において利用可能であり、切りくずの再利用および遠心鋳造の溶解で必要なエネルギーを節減することに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】遠心力鋳造装置の具体例として示す横型遠心力鋳造装置の模式図である。
【図２】本発明にて使用する切りくずの具体例である純アルミニウムの切りくずを示した写真である。
【図３】本発明にて提案する鋳造手順を示した模式図である。
【図４】純アルミニウムの切りくずを金型に投入した様子を示す写真である。
【図５】切りくずを用いて作製した純アルミニウム遠心鋳造材の概観を示した写真である。
【図６】切りくずを用いて作製した純アルミニウム遠心鋳造材の断面組織を示した写真である。
【図７】切りくずを用いて作製した純アルミニウム遠心鋳造材内部の密度分布を示したグラフである。
【図８】超音波の焦点位置を示した模式図である。
【図９】切りくずを用いて作製した純アルミニウム遠心鋳造材内部のＣスキャン画像を示している。
【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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