(57)【要約】  鋳造型内に鋳造材料の溶湯を注湯後、前記鋳造型内に配置された棒状型を引き抜くことで、前記鋳造材料中の前記棒状型のあった部分に孔を形成する有孔鋳造品の製造方法であって、前記鋳造材料を１０ＭＰａ未満で注湯する注湯ステップ、前記棒状型の近傍の前記鋳造材料の温度をＴｐ(℃)、前記棒状型を引抜き中又は引抜き後に孔壁が崩落せず、且つ、液相が前記孔中に浸み出して前記孔を埋めない上限の温度をＴｈ(℃)、引抜きの下限温度をＴｘ(℃)、融点、共晶温度または包晶温度の何れか低い方をＴｓ(℃)とすると、Ｔｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈ(但し、Ｔｘ＝Ｔｓ−ｄ、０＜ｄ＜１００)である温度範囲で前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、または、Ｔｓ＜Ｔｐ≦Ｔｈの温度範囲で孔径を拡大する拡径を開始した後、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、引抜ステップ、及び、前記鋳造型から鋳造品を取り出すステップ、を有する。
2014050892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造型内に鋳造材料(但し、Ａｌ−Ｍｇ合金及びＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を除く)の溶湯を注湯後、前記鋳造型内に配置された棒状型を引き抜くことで、前記鋳造材料中の前記棒状型のあった部分に孔を形成する有孔鋳造品の製造方法であって、
前記鋳造材料を１０ＭＰａ未満で注湯する注湯ステップ、
前記棒状型の近傍の前記鋳造材料の温度をＴｐ(℃)、前記棒状型を引抜き中又は引抜き後に孔壁が崩落せず、且つ、液相が前記孔中に浸み出して前記孔を埋めない上限の温度をＴｈ(℃)、引抜きの下限温度をＴｘ(℃)、融点、共晶温度または包晶温度の何れか低い方をＴｓ(℃)とすると、
Ｔｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈ(但し、Ｔｘ＝Ｔｓ−ｄ、０＜ｄ＜１００)である温度範囲で、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、または、Ｔｓ＜Ｔｐ≦Ｔｈの温度範囲で孔径を拡大する拡径を開始した後、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、引抜ステップ、
及び、
前記鋳造型から鋳造品を取り出すステップ、
を有することを特徴とする有孔鋳造品の製造方法。
【請求項２】
前記鋳造材料は、Ａｌ−Ｓｉ系合金、又は、Ａｌ−Ｃｕ系合金であり、前記ｄは５℃である、
請求項１に記載の有孔鋳造品の製造方法。
【請求項３】
前記鋳造材料は、Ａｌ−Ｍｎ系合金であり、前記ｄは９０℃である、
請求項１に記載の有孔鋳造品の製造方法。
【請求項４】
前記鋳造材料は、Ｃｕ−Ｚｎ系合金であり、前記ｄは５０℃である、
請求項１に記載の有孔鋳造品の製造方法。
【請求項５】
前記鋳造材料は、純Ａｌであり、前記ｄは１１５℃である、
請求項１に記載の有孔鋳造品の製造方法。
【請求項６】
前記鋳造材料は、純Ｃｕであり、前記ｄは１８℃である、
請求項１に記載の有孔鋳造品の製造方法。
【請求項７】
鋳造型内にＡｌ−Ｍｇ合金の溶湯を注湯後、前記鋳造型内に配置された棒状型を引き抜くことで、前記鋳造材料中の前記棒状型のあった部分に孔を形成する有孔鋳造品の製造方法であって、
前記鋳造材料を１０ＭＰａ未満で注湯する注湯ステップ、
前記棒状型の近傍の前記鋳造材料の温度をＴｐ(℃)、前記棒状型を引抜き中又は引抜き後に孔壁が崩落せず、且つ、液相が前記孔中に浸み出して前記孔を埋めない上限の温度をＴｈ(℃)、引抜きの下限温度をＴｘ(℃)、固相線温度をＴｓ(℃)とすると、
Ｔｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈ(但し、Ｔｘ＝Ｔｓ−ｄ、８０＜ｄ＜１１０)である温度範囲で、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、または、Ｔｓ＜Ｔｐ≦Ｔｈの温度範囲で孔径を拡大する拡径を開始した後、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、引抜ステップ、
及び、
前記鋳造型から鋳造品を取り出すステップ、
を有することを特徴とする有孔鋳造品の製造方法。
【請求項８】
鋳造型内にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金の溶湯を注湯後、前記鋳造型内に配置された棒状型を引き抜くことで、前記鋳造材料中の前記棒状型のあった部分に孔を形成する有孔鋳造品の製造方法であって、
前記鋳造材料を１０ＭＰａ未満で注湯する注湯ステップ、
前記棒状型の近傍の前記鋳造材料の温度をＴｐ(℃)、前記棒状型を引抜き中又は引抜き後に孔壁が崩落せず、且つ、液相が前記孔中に浸み出して前記孔を埋めない上限の温度をＴｈ(℃)、引抜きの下限温度をＴｘ(℃)、固相線温度または共晶温度をＴｓ(℃)とすると、
Ｔｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈ(但し、Ｔｘ＝Ｔｓ−ｄ、５＜ｄ＜１１０)である温度範囲で、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、または、Ｔｓ＜Ｔｐ≦Ｔｈの温度範囲で孔径を拡大する拡径を開始した後、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、引抜ステップ、
及び、
前記鋳造型から鋳造品を取り出すステップ、
を有することを特徴とする有孔鋳造品の製造方法。
【請求項９】
前記鋳造型内に配置された棒状型は、長手寸法をａ(ｍｍ)、長手方向に垂直な断面積をｂ(ｍｍ２)とすると、
１５≦ａ／ｂ、ｂ≦２５
である請求項１乃至請求項８の何れかに記載の有孔鋳造品の製造方法。
【請求項１０】
鋳造品中に孔を有する有孔鋳造品であって、
前記孔の孔壁の内面と、該内面よりも１ｍｍ内部との間に組織の急激な変化がないことを特徴とする有孔鋳造品。
【請求項１１】
前記孔は、長手寸法をａ(ｍｍ)、長手方向に垂直な断面積をｂ(ｍｍ２)とすると、
１５≦ａ／ｂ、ｂ≦２５
であることを特徴とする請求項１０に記載の有孔鋳造品。
【請求項１２】
前記鋳造品は、Ａｌ−Ｓｉであり、Ｓｉ≧１５質量％である、
請求項請求項１０又は請求項１１に記載の有孔鋳造品。
【請求項１３】
前記鋳造品は、Ａｌ−ＳｉＣｐであり、ＳｉＣｐ≧１０体積％である、
請求項１０又は請求項１１に記載の有孔鋳造品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫通孔又は有底孔を有する鋳造品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートシンク、衝撃吸収材や軽量材などに用いられる金属材料として、ポーラス材(多孔質材)が提案されている(非特許文献１参照)。
この種のポーラス材は多孔質であるが故、比表面積が大きく、通気性や通水性がよく、熱特性にすぐれることからヒートシンクへの用途が期待されている。
また、上記ポーラス材は、低密度であり、軽量であることから、衝撃吸収材や軽量材への用途が期待されている。【０００３】
一般的に、上記ポーラス材は、溶湯にガス(発泡剤等)を溶解させて、凝固時にガスを放出して気泡化させることで作製される(所謂「発泡法」)。このため、孔の大きさや位置などを調整することは困難であり、また、この操作を行なうためには真空容器等が必要となり、製造装置が高価であると共に、その生産性を高めることも難しい。【０００４】
また、溶融金属材料の凝固方向を制御することで、気泡の成長方向を制御し、長孔を形成したロータス(蓮根)型ポーラス材も提案されている(同文献)。
しかしながら、この場合においても、孔の長さや位置などを調整することは困難であり、材料を貫通する孔を形成することもできない。【０００５】
一方、金属材料に貫通孔又は有底孔(以下単に「孔」と称する)を形成する方法として、特許文献１乃至特許文献５が提案されている。これら特許文献は、ダイキャスト法を利用したものである。【０００６】
より詳細には、これら特許文献では、ダイキャスト金型内にジェット噴流等により鋳造材料の溶湯を射出して充填し、５０〜１００ＭＰａ以上の鋳造圧力で維持した状態にて、金型の型開き方向と平行な向きに鋳抜きピンを挿入し、溶湯が凝固する前に鋳抜きピンを引き抜くことで孔を形成している。なお、特許文献５では、金型の型開き方向と垂直な向きに鋳抜きピンが挿入されている。【０００７】
さらに、特許文献６では、砂型を含む鋳型内に鋳抜きピンが設けられた状態で、鋳型に溶湯を注湯し、鋳抜きピンを冷却しつつ１００Ｈｚ以上で振動させながら孔を形成する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ポーラス金属の利用技術の可能性に関する調査研究報告書(要旨)  発行：平成１８年３月、作成：財団法人機械システム振興協会、委託先：財団法人素形材センター
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１０２８５０号公報
【特許文献２】特開２００４−２０２５３９号公報
【特許文献３】特開平１０−１１３７５８号公報
【特許文献４】特開２００８−２２９６３８号公報
【特許文献５】特開平０７−４００２８号公報
【特許文献６】特開２０００−４２７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１乃至特許文献５は何れもダイキャストによるものであり、溶湯を高圧下で注湯する必要があるため、極めて大掛かりな耐圧性の金型と高圧で溶湯を射出注入させる装置を必要とする。
また、上記特許文献では、１００ｍｍを越える長孔を開設したり、孔が潰れてしまう虞があるため多数本の通孔を密に開設することは困難であり、形成される通孔の設計自由度が低い。
さらには予め金型に鋳抜きピンを配置した状態では、射出される鋳造材料によって鋳抜きピンが変形してしまう虞がある。また鋳抜きピンが多い、あるいは鋳抜きピン間の間隔が狭いと、湯流れ及び湯回りを阻害し、健全な製品を作製し難くなる。このため通常鋳抜きピンの挿入は鋳造材料を充填した後に行なわざるを得ない。後挿入方法では、しかし細い鋳抜きピンを挿入することは、座屈を起こしやすく、困難である。
加えて、ダイキャストでは型開き方向に厚みのある鋳造品は作製できないから、作製できる鋳造品の大きさ、形状にも制約を受ける。【００１１】
特許文献６については、鋳抜きピンの冷却機構が必要であり、鋳抜きピンが高価になってしまう。また、冷却機構を必要とするから、径の細い鋳抜きピンを使用することはできない。鋳抜きピンの周りの鋳造材料の均質化を図ることを目的とするものであり、鋳造材料を冷却により急速に凝固させることから、湯回りが悪くなり、鋳抜きピンどうしの間隔は広くせざるを得ない。従って、形成される孔の大きさや間隔にも大きな制約を受ける。さらには、砂型は振動を加えると崩落する虞があるから、砂型を振動させて湯回りの向上を図ることも困難である。【００１２】
本発明の目的は、簡易な装置及び方法で自由度の高い通孔を形成することのできる有孔鋳造品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る有孔鋳造品の製造方法は、
鋳造型内に鋳造材料(但し、Ａｌ−Ｍｇ合金及びＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を除く)の溶湯を注湯後、前記鋳造型内に配置された棒状型を引き抜くことで、前記鋳造材料中の前記棒状型のあった部分に孔を形成する有孔鋳造品の製造方法であって、
前記鋳造材料を１０ＭＰａ未満で注湯する注湯ステップ、
前記棒状型の近傍の前記鋳造材料の温度をＴｐ(℃)、前記棒状型を引抜き中又は引抜き後に孔壁が崩落せず、且つ、液相が前記孔中に浸み出して前記孔を埋めない上限の温度をＴｈ(℃)、引抜きの下限温度をＴｘ(℃)、融点、共晶温度または包晶温度の何れか低い方をＴｓ(℃)とすると、
Ｔｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈ(但し、Ｔｘ＝Ｔｓ−ｄ、０＜ｄ＜１００)である温度範囲で、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、または、Ｔｓ＜Ｔｐ≦Ｔｈの温度範囲で孔径を拡大する拡径を開始した後、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、引抜ステップ、
及び、
前記鋳造型から鋳造品を取り出すステップ、
を有する。【００１４】
本発明では、共晶温度とは共晶点の温度のことを言い、包晶温度とは包晶点の温度のことを言う。なお、本発明の共晶点、包晶点とは合金の主成分が減少する方向で最初に現れる共晶点もしくは包晶点のことである。また、固相線温度も同様に、合金の主成分が減少する方向で最初に現れる固相線の温度のことである。【００１５】
前記鋳造材料は、Ａｌ−Ｓｉ系合金、又は、Ａｌ−Ｃｕ系合金であり、前記ｄは５℃とすることができる。【００１６】
前記鋳造材料は、Ａｌ−Ｍｎ系合金であり、前記ｄは９０℃とすることができる。【００１７】
前記鋳造材料は、Ｃｕ−Ｚｎ系合金であり、前記ｄは５０℃とすることができる。【００１８】
前記鋳造材料は、純Ａｌであり、前記ｄは１１５℃とすることができる。【００１９】
前記鋳造材料は、純Ｃｕであり、前記ｄは１８℃とすることができる。【００２０】
また、本発明に係る有孔鋳造品の製造方法は、
鋳造型内にＡｌ−Ｍｇ合金の溶湯を注湯後、前記鋳造型内に配置された棒状型を引き抜くことで、前記鋳造材料中の前記棒状型のあった部分に孔を形成する有孔鋳造品の製造方法であって、
前記鋳造材料を１０ＭＰａ未満で注湯する注湯ステップ、
前記棒状型の近傍の前記鋳造材料の温度をＴｐ(℃)、前記棒状型を引抜き中又は引抜き後に孔壁が崩落せず、且つ、液相が前記孔中に浸み出して前記孔を埋めない上限の温度をＴｈ(℃)、引抜きの下限温度をＴｘ(℃)、固相線温度をＴｓ(℃)とすると、
Ｔｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈ(但し、Ｔｘ＝Ｔｓ−ｄ、８０＜ｄ＜１１０)である温度範囲で、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、または、Ｔｓ＜Ｔｐ≦Ｔｈの温度範囲で孔径を拡大する拡径を開始した後、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、引抜ステップ、
及び、
前記鋳造型から鋳造品を取り出すステップ、
を有する。【００２１】
また、本発明に係る有孔鋳造品の製造方法は、
鋳造型内にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金の溶湯を注湯後、前記鋳造型内に配置された棒状型を引き抜くことで、前記鋳造材料中の前記棒状型のあった部分に孔を形成する有孔鋳造品の製造方法であって、
前記鋳造材料を１０ＭＰａ未満で注湯する注湯ステップ、
前記棒状型の近傍の前記鋳造材料の温度をＴｐ(℃)、前記棒状型を引抜き中又は引抜き後に孔壁が崩落せず、且つ、液相が前記孔中に浸み出して前記孔を埋めない上限の温度をＴｈ(℃)、引抜きの下限温度をＴｘ(℃)、固相線温度または共晶温度をＴｓ(℃)とすると、
Ｔｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈ(但し、Ｔｘ＝Ｔｓ−ｄ、５＜ｄ＜１１０)である温度範囲で、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、または、Ｔｓ＜Ｔｐ≦Ｔｈの温度範囲で孔径を拡大する拡径を開始した後、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、引抜ステップ、
及び、
前記鋳造型から鋳造品を取り出すステップ、
を有する。【００２２】
何れの方法においても、前記鋳造型内に配置された棒状型は、長手寸法をａ(ｍｍ)、長手方向に垂直な断面積をｂ(ｍｍ２)とすると、
１５≦ａ／ｂ、ｂ≦２５
であることが望ましい。
なお、棒状型の長手寸法とは、鋳造型に挿入されている部分の寸法であるが、複数に区画した鋳造型の場合は、各区画の寸法の累計を棒状型の長手寸法とする。【００２３】
また、本発明に係る有孔鋳造品は、
鋳造品中に孔を有する有孔鋳造品であって、
前記孔の孔壁の内面と、該内面よりも１ｍｍ内部との間に組織の急激な変化がない。【００２４】
前記孔は、長手寸法をａ(ｍｍ)、長手方向に垂直な断面積をｂ(ｍｍ２)とすると、
１５≦ａ／ｂ、ｂ≦２５
とすることができる。【００２５】
前記鋳造品は、Ａｌ−Ｓｉであり、Ｓｉ≧１５質量％とすることができる。【００２６】
前記鋳造品は、Ａｌ−ＳｉＣｐであり、ＳｉＣｐ≧１０体積％とすることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る有孔鋳造品の製造方法によれば、上記にて規定された温度Ｔｐ(℃)の範囲内で棒状型を引き抜く、または、Ｔｐ(℃)の温度範囲で孔径を拡大する拡径を開始した後に、棒状型を引き抜くことにより、棒状型を引き抜いた跡は孔として残るため、容易に孔付きの鋳造品を作製することができる。
また、鋳造型へ配備される棒状型の太さ、本数、配置、侵入長さを適宜調整することで、孔の直径、数、配置、深さなどを容易に調整することができる。
さらに、鋳造材料として、比較的融点の低いアルミニウム、アルミニウム合金、アルミニウム基をマトリックスとする複合材料、融点の高い銅、銅合金など、幅広い金属に本発明を適用することができる。
得られた有孔鋳造品は、簡易な鋳造型と棒状型に定まるため、幅、長さ、高さ方向の大きさ及び形状も自由に作ることができる。ヒートシンク、衝撃吸収材、吸音材、軽量材等へ好適に使用することができる。
本発明に係る有孔鋳造品の製造方法によれば、鋳造型への注湯は１０ＭＰａ未満の低圧下で行なうことができるから、高圧下で注湯を行なうダイキャストに比して装置を極めて簡素化でき、安価に有孔鋳造品を得ることができる。特に、鋳造型は、上面が開口した簡易型を用いることができることから、金型コストが安価である。
以上のような点から装置が安価である。
また、注湯もるつぼから直接鋳造型に注湯することで、さらに装置を簡素化することができる。
さらに、Ａｌ−ＳｉＣｐのようにドリル等で通孔することが困難な合金でも、有孔鋳造品が容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の有孔鋳造品の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の有孔鋳造品を製造するための鋳造型から棒状型を取り外した状態を示す斜視図である。
【図３】図３は、鋳造型に鋳造材料を注湯している状態を示す断面図である。
【図４】図４は、注湯後、鋳造型から棒状型を引き抜いている状態を示す断面図である。
【図５】図５は、Ａｌ−Ｓｉ二元合金の亜共晶において、拡径することなく引抜ステップを行なう場合及び拡径を開始する場合の温度Ｔｐ(℃)の範囲を示す図である。
【図６】図６、Ａｌ−Ｓｉ二元合金の過共晶において、拡径することなく引抜ステップを行なう場合及び拡径を開始する場合の温度Ｔｐ(℃)の範囲を示す図である。
【図７】図７は、Ａｌ−Ｓｉ二元合金について、図５の斜線部Ａに示す温度範囲で拡径を行なった後、棒状型を引き抜くことのできた温度の範囲を示す図である。
【図８】図８は、Ａｌ−Ｃｕ二元合金について、拡径することなく引抜ステップを行なう場合の温度Ｔｐ(℃)の範囲を示す図である。
【図９】図９は、Ａｌ−Ｍｎ二元合金について、拡径することなく引抜ステップを行なう場合の温度Ｔｐ(℃)の範囲を示す図である。
【図１０】図１０は、Ｃｕ−Ｚｎ二元合金について、拡径することなく引抜ステップを行なう場合の温度Ｔｐ(℃)の範囲を示す図である。
【図１１】図１１は、Ａｌ−Ｍｇ二元合金について、拡径することなく引抜ステップを行なう場合の温度Ｔｐ(℃)の範囲を示す図である。
【図１２】図１２は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ三元合金(但し図示はＡｌ−Ｓｉの二元系合金)について、拡径することなく引抜ステップを行なう場合の温度Ｔｐ(℃)の範囲を示す図である。
【図１３】図１３は、Ａｌ−６％Ｓｉに形成された有孔鋳造品に形成された孔の拡大写真である。
【図１４】図１４は、Ａｌ−２５％Ｓｉに形成された有孔鋳造品の端面の写真である。
【図１５】図１５は、形状の異なる棒状型の一例を示している。
【図１６】図１６は、図１５の棒状型を用いて作製された有孔鋳造品の端面図である。
【図１７】図１７は、棒状型を縦向きに差し込む鋳造型を断面して示す説明図である。
【図１８】図１８は、仕切り板により複数に区画した鋳造型を断面して示す説明図である。
【図１９】図１９は、連続的に本発明の実施を行なう電気炉を断面して示す説明図である。
【図２０】図２０は、鋳造型の他の実施例を示す棒状型に沿う断面図である。
【図２１】図２１は、説明のため図２０の鋳造型において取付ボルト及び棒状型を通るように切断した断面図である。
【図２２】図２２は、図２０及び図２１に示す鋳造型に振動等を与えている状態を示す説明図である。
【図２３】図２３は、実施例１の要領にて作製された有孔鋳造品の端面の写真である。
【図２４】図２４は、実施例２の要領にて作製された有孔鋳造品の端面の写真である。
【図２５】図２５は、実施例３の要領にて作製された有孔鋳造品の端面の写真である。
【図２６】図２６は、図２５中丸数字１、５及び９で示す孔の拡大写真である。
【図２７】図２７は、実施例４の要領にて作製された有孔鋳造品の端面の写真である。
【図２８】図２８は、図２７中丸数字１〜３で示す孔の拡大写真である。
【図２９】図２９は、実施例５の要領にて作製された有孔鋳造品の端面の写真である。
【図３０】図３０は、実施例５の要領にて作製された有孔鋳造品の全体写真である。
【図３１】図３１は、実施例６の要領にて作製された有孔鋳造品の端面の写真である。
【図３２】図３２は、実施例７の要領にて作製された有孔鋳造品の端面の写真である。
【図３３】図３３は、実施例８の要領にて作製された有孔鋳造品の端面の写真である。
【図３４】図３４は、実施例９の要領にて作製された有孔鋳造品の端面の写真である。
【図３５】図３５は、実施例１０の要領にて作製された有孔鋳造品の端面の写真である。
【図３６】図３６は、実施例１１の要領にて作製された有孔鋳造品の端面の写真である。
【図３７】図３７は、実施例１２の要領にて作製された有孔鋳造品の端面の写真である。
【図３８】図３８は、実施例１３の要領にて作製された有孔鋳造品の端面の写真である。
【図３９】図３９は、実施例１４の要領にて作成された有孔鋳造品の端面の写真である。
【図４０】図４０は、実施例１５の要領にて作成された有孔鋳造品の端面の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の有孔鋳造品(10)は、図１に示すように、長手方向に１又は複数の貫通孔(12)又は有底孔を形成したものである。
【００３０】
本発明の有孔鋳造品(10)は、内部に１又は複数の孔(12)が形成されており、比表面積が大きく、軽量であるため、ＣＰＵや工作機械、電気自動車などの放熱部材として利用されるヒートシンク、車両などの衝撃吸収材、吸音材、軽量材などに用いることができる。
【００３１】
上記構成の有孔鋳造品(10)に用いられる鋳造材料として、アルミニウム、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金などのアルミニウム合金、Ａｌ−ＳｉＣｐなどのアルミニウム基をマトリックスとする複合材料、銅、真鍮を含むＣｕ−Ｚｎ系合金などの銅合金、マグネシウム、マグネシウム合金を例示することができる。勿論、これら材料に限定されるものではない。
【００３２】
本発明の有孔鋳造品(10)は、図２に示すように、上面が開口した鋳造型(20)を用いて作製することができる。なお、注湯は、常圧下のみならず、減圧下でも実施することができ、さらには、１０ＭＰａ未満の加圧下でも実施することができる。減圧下、または、加圧下で鋳造を実施する場合、鋳造型(20)をキャビティに収容して実施すればよい。本発明は、前述の発泡法やダイキャストに密閉空間において通常５０ＭＰａ以上の加圧下にて行なわれる方法に比して、極めて簡素な装置を用いて作製することができる。
【００３３】
より詳細には、図２に示すように、鋳造型(20)は、図示では略直方体形状に形成された鋳込み部(22)を有しており、鋳込み部(22)の上面は開口している。
【００３４】
鋳込み部(22)には、側方から棒状型(30)が挿入される。棒状型(30)は、鋳込み部(22)を貫通可能に形成することができ、鋳造型(20)には、棒状型(30)の形状に合わせた挿通孔(24)が開設されている。
【００３５】
棒状型(30)は、剛性を有する棒材、ピアノ線の如き線材、針状材、パイプなどを例示することができる。また、鋳造型(20)への挿入方向の先端又は全体にテーパを設けることもできる。さらに、引き抜くことができれば、弧状などの曲線状でも構わないが、直線状の方が引き抜きやすく好ましい。なお、棒状型は、鋳造型に挿入されている部分と、はみ出した部分、および鋳造型から引き抜くための掴みしろや、掴むための部材が付いていることが好ましい。さらに言えば、拡径や引き抜きを容易に行なうためには、棒状型の端はＬ字形に曲がっているもの等が好適である。
【００３６】
棒状型(30)は、使用される鋳造材料に反応しない材料が用いられる。棒状型(30)として、鋳造材料(40)よりも融点の高い鉄系材料などの金属又はセラミックスを例示することができる。棒状型(30)と鋳造材料(40)の線膨張係数を適宜組み合わせて選択することが好ましい。なお、必要に応じて、棒状型(30)には、窒化ホウ素(ボロンナイトライド)系、黒鉛(グラファイト)系、セラミックス系などの離型剤を塗布やスプレーすることができる。
【００３７】
図示の実施例では、棒状型(30)は４本であり、夫々断面円形のものを採用している。棒状型(30)の本数、直径及び長さは、要求される孔(12)の本数、内径、深さに応じて適宜設定することができる。棒状型(30)は、例えば、鋳抜きピンでは不可能であった直径８ｍｍ以下の線材、１ｍｍ以下の針状材とすることができ、長さは５０ｍｍ以上とすることができる。
【００３８】
使用される棒状型は、鋳造型に挿入されている部分の長手寸法をａ(ｍｍ)、長手方向に垂直な断面積をｂ(ｍｍ２)としたときに、１５≦ａ／ｂ、ｂ≦２５のような細い棒状型でも好適に実施できる。
【００３９】
このような小径の長孔は、ドリルなどによる穴あけ作業では、ドリルの焼き付き、ドリルの折れや曲がりなどでできなかった。さらに、Ａｌ−ＳｉやＡｌ−ＳｉＣｐなどの硬度の高い材料では、ドリルが減耗するため、長孔は形成できなかった。レーザーやウォータージェットによる加工では、孔の長さに制約があったり、孔の内壁が粗面になったり、孔の長手方向における断面形状の制御が困難である問題があった。このため、本発明の適用が好適である。
【００４０】
特に、本発明の製造方法は、従来開設することができなかった細く長い孔(12)の形成に好適である。例えば、直径０．５ｍｍの場合は長さ５０ｍｍ以上のものができる。直径５ｍｍの場合は長さ５００ｍｍのものができる。これらは、内面が平滑で、孔が変形していない。
原理的には、棒状型を引き抜くことができれば良く、棒状型が引き抜きに堪えうる強度があれば、孔径や長さは制限されない。なお、望ましくは、開設される孔(12)は、長手寸法をａ(ｍｍ)、長手方向に垂直な断面積をｂ(ｍｍ２)としたときに、１５≦ａ／ｂ、ｂ≦２５である。
【００４１】
図示では棒状型(30)は鋳込み部(22)を貫通しており、形成される孔(12)も貫通孔となるが、棒状型(30)を鋳造型(20)の途中までの長さにすることで、有底孔を形成することができる。
【００４２】
鋳造型(20)の内面には、鋳込み部(22)を囲むように断熱材(28)を配置することが望ましい。断熱材(28)として、例えば、アルミナとシリカ等を主成分とする繊維を、シート状、綿状、板状、ブランケット状の織布や不織布に加工したものを挙げることができる。
【００４３】
断熱材(28)を配置することで、鋳込み時の鋳造材料(40)の外気による急激な冷却を阻止することができ、また、側方から棒状型(30)を挿入する場合、断熱材(28)によって、注湯中、注湯後、さらには、棒状型(30)の引き抜き後にも、挿通孔(24)又は挿通孔(24)と棒状型(30)との隙間から鋳造材料(40)が零れ出すことを防止できる。
【００４４】
棒状型(30)は、注湯前に鋳造型(20)に挿入しておいてもよいし、注湯後に鋳造型(20)に挿入してもよい。注湯後に挿入する場合は、細い棒状型が挿入時に変形しやすいため、孔径には制約がある。従って、細い孔を形成する場合は、注湯前に鋳型に挿入しておくことが望ましい。なお、以下では棒状型(30)を注湯前に鋳造型(20)に挿入した実施形態について説明する。
【００４５】
図３に示すように、鋳造型(20)に棒状型(30)を挿入した状態で、溶解させた鋳造材料(40)を鋳込み部(22)に注湯する。注湯ステップは、図示のようにるつぼ(42)を用いて行なうことができる。
【００４６】
なお、注湯中及び／又は注湯後に棒状型(30)間への湯回りを促進する流動促進ステップを行なうことが好適である。流動促進ステップは、例えば、棒状型(30)及び／又は鋳造型(20)を振動、揺動、回転、及び／又は衝撃を与えることで行なうことができる。特に、孔が長い場合や棒状型と棒状型の間隔または、棒状型と鋳造型の間隔が狭い場合は、湯回りを促進することが重要である。このために鋳造型(20)自体を振動、揺動、回転、及び／又は衝撃を与えることで湯回りをさらに促進できる。
【００４７】
鋳造材料(40)の鋳込み部(22)内における温度を測定するために、鋳込み部(22)には熱電対(50)(図３参照)等の温度センサーを配置することができる。温度センサーは、１又は複数の棒状型(30)の近傍の温度を測定可能となるように配置することが望ましい。勿論、連続的に有孔鋳造品(10)の製造作業を行なう場合には、一旦温度測定を行なえば、その後の操業では温度測定を省略することもできる。
【００４８】
なお、鋳造型(20)が加熱機構や冷却機構などの温度コントロール機能を具備することで、鋳造材料(40)の温度管理や冷却速度を制御するようにしてもよい。
【００４９】
注湯後、冷却を行なって、鋳造材料(40)の温度が後述する製孔可能な温度範囲となると、図４に示すように、鋳造材料(40)から棒状型(30)を引き抜く引抜ステップを行なう。冷却は、徐冷又は自然冷却とすることで、引き抜くタイミングの時間幅をとることもでき、また、結晶を肥大化させることができる。一方、冷却時に急冷すれば、結晶組織の成長を抑えることができる。本発明の製造方法に好適な冷却速度は、０．０５℃／秒〜５００℃／秒である。
【００５０】
また、注湯前に鋳造型全体を電気炉などで予熱(例えば５００℃)しておけば、冷却速度を抑えることができため、引き抜くタイミングの時間幅を取ることができ、湯回りもよくなる。
【００５１】
なお、後述するとおり、一旦凝固した鋳造材料(40)を下記の製孔可能な温度範囲まで加熱して、引抜ステップを実施しても構わない。
【００５２】
引抜ステップは、棒状型(30)を鋳造材料中で静置した状態から引き抜く場合と、鋳造材料中に、形成される孔径が拡大するように棒状型(30)を回転、偏心回転、振動などさせる拡径ステップを実施した後、棒状型(30)を引き抜く場合の二通りある。
【００５３】
まず、棒状型(30)を鋳造材料中で静置した状態から引き抜く引抜ステップの場合、棒状型(30)の近傍の鋳造材料の温度をＴｐ(℃)、棒状型(30)を引抜き中又は引抜き後に孔壁が崩落せず、且つ、液相が孔中に浸み出して孔を埋めない上限の温度をＴｈ(℃)、引抜きの下限温度をＴｘ(℃)、融点、共晶温度または包晶温度の何れか低い方をＴｓ(℃)とすると、Ｔｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈ(但し、Ｔｘ＝Ｔｓ−ｄ、０＜ｄ＜１００)となる製孔可能な温度範囲で、鋳造材料から棒状型(30)を引き抜く。なお、ｄは鋳造材料の組成によって決定される。
【００５４】
また、拡径ステップの後、棒状型(30)の引き抜きを行なう引抜ステップ場合、拡径ステップは、棒状型(30)の近傍の鋳造材料の温度をＴｐ(℃)、棒状型(30)を引抜き中又は引抜き後に孔壁が崩落せず、且つ、液相が孔中に浸み出して孔を埋めない上限の温度をＴｈ(℃)、引抜きの下限温度をＴｘ(℃)、融点、共晶温度または包晶温度の何れか低い方をＴｓ(℃)とすると、Ｔｓ＜Ｔｐ≦Ｔｈとなる製孔可能な温度範囲に開始する。拡径ステップ終了後、鋳造材料から棒状型(30)を引き抜けばよい。拡径ステップによって孔が形成されているから、棒状型(30)を引き抜く温度は、後述する図７に示すように、鋳造材料と拡径の仕方によっては、常温近くでも引き抜くことができる場合がある。
【００５５】
温度Ｔｐ(℃)は合金組成によって異なる。以下、主たる組成の鋳造材料とその製孔可能な温度範囲である温度Ｔｐ(℃)について説明する。
【００５６】
＜Ａｌ−Ｓｉ系二元合金＞
図５は、Ａｌ−Ｓｉ系二元合金の平衡状態図に、Ａｌ−Ｓｉ系二元合金の製孔可能な温度範囲を重ねたものである。図５を参照してわかるとおり、Ａｌ−Ｓｉ系二元合金では、Ｓｉ量が約１２質量％で共晶点を有する。共晶点よりも合金主成分であるＳｉ量が少ない組成は亜共晶、Ｓｉ量が多い組成は過共晶と称される。
【００５７】
亜共晶及び過共晶の範囲においては、何れも溶融状態である液相から液相線を横切って半凝固(準液相)となる。この液相線を横切る温度が液相線温度Ｔｌ(℃)である。
【００５８】
上記Ａｌ−Ｓｉ系二元合金は、さらに冷却することで、Ｓｉ量が約１．６質量％より少ないときは、固相線を横切りα相となる。Ｓｉ量が約１．６質量％より多ときは、共晶等温線を横切り(α＋β)相となる。
【００５９】
Ａｌ−Ｓｉ系二元合金では、引抜ステップにおける製孔可能な温度範囲の温度Ｔｐ(℃)は、共晶点よりＳｉ量が少ない亜共晶の範囲では、図５にて斜線部Ａで示すＴｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈの領域となる。ここで、Ｔｈは、Ｓｉの含有量をｘ％としたときに、Ｔｈ＝６６０−９．５ｘ(℃)で近似することができ、共晶点近傍では、Ｔｈ≦Ｔｓ＋５℃且つ液相線温度Ｔｌ(℃)以下、Ｔｘは、Ｔｓ(共晶温度：５７７℃)−ｄ(＝５℃)である。
【００６０】
上記Ａｌ−Ｓｉ系二元合金について、種々成分と引き抜き温度を変えて、棒状型(30)を引き抜き、貫通孔が形成されるかどうかを調べた。なお、棒状型(30)は、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)、直径２ｍｍの断面円形のステンレス鋼製である。結果を図５に示す。図５中、貫通孔が形成されたものには丸印、貫通孔が形成されなかったもの、または、棒状型(30)が引き抜けなかったものにはバツ印を付している。
図５を参照すると、斜線部Ａで示す温度Ｔｐ(℃)で貫通孔が形成されており、それ以外では貫通孔が形成できなかったことがわかる。
【００６１】
一方、Ａｌ−Ｓｉ二元合金が過共晶となる範囲、即ち、Ｓｉが約１２質量％を越える組成では、Ｔｓ−５℃≦Ｔｐ≦Ｔｓ＋５℃且つ液相線温度Ｔｌ(℃)以下となる図６中斜線部Ａ”で示す範囲が製孔可能な温度範囲となる。
【００６２】
何れの場合も、液相線から固相線に近づくにつれて鋳造材料は溶融状態から半凝固状態となり、固相線を越えると凝固するが、固相線直下の状態ではわずかに柔らかい状態であるため、棒状型(30)の引き抜きを行なうことができる。
【００６３】
上述の製孔可能な温度範囲(図５中の斜線部Ａ及び図６の斜線部Ａ”)では、鋳造材料(40)は半凝固状態又は凝固はしているが未だ柔らかい状態にあり、図４に示すように、棒状型(30)を引き抜いたときに、棒状型(30)のあった跡が孔(12)として残る。
【００６４】
なお、Ａｌ−Ｓｉ二元合金においては、固相線又は共晶温度Ｔｓ(℃)−５℃未満の場合であっても、上記製孔可能な温度範囲である温度Ｔｐ(℃)にて、拡径ステップを実施することで、棒状型(30)の引抜は、図７に示す斜線部Ｂの範囲で実施できる。図５に示す温度Ｔｐ(℃)において拡径ステップを実施した場合、図７中丸印で示すように、温度Ｔｐ(℃)又はこれよりも低い温度で棒状型(30)を引き抜くことができ、貫通孔が形成できたことがわかる。
本実施例においては、直径２ｍｍの棒状型と棒状型が通る孔径が３ｍｍの鋳造型を使用し、棒状型を回転、または揺動させることにより拡径を行なった。
【００６５】
＜Ａｌ−Ｃｕ系二元合金＞
図８は、Ａｌ−Ｃｕ系二元合金の平衡状態図に、Ａｌ−Ｃｕ系二元合金の製孔可能な温度範囲を重ねたものである。図８を参照してわかるとおり、Ａｌ−Ｃｕ系二元合金では、引抜ステップにおける製孔可能な温度範囲の温度Ｔｐ(℃)は、図８にて斜線部Ｄで示すＴｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈの領域となる。ここで、Ｔｈは、Ｃｕの含有量をｘ％としたときに、Ｔｈ＝６６０−５．１ｘ(℃)で近似することができ共晶点近傍では、Ｔｈ≦Ｔｓ＋５℃且つ液相線温度Ｔｌ(℃)以下、で表わすことができ、Ｔｘは、Ｔｓ(共晶温度：４５０℃)−ｄ(＝５℃)である。
【００６６】
上記Ａｌ−Ｃｕ系二元合金について、種々成分と引き抜き温度を変えて、棒状型(30)を引き抜き、貫通孔が形成されるかどうかを調べた。なお、棒状型(30)は、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)、直径２ｍｍの断面円形のステンレス鋼製である。結果を図８に示す。図８中、貫通孔が形成されたものには丸印、貫通孔が形成されなかったもの、または、棒状型(30)が引き抜けなかったものにはバツ印を付している。
図８を参照すると、斜線部Ｄで示す温度Ｔｐ(℃)で貫通孔が形成されており、それ以外では貫通孔が形成できなかったことがわかる。
【００６７】
なお、Ａｌ−Ｃｕ二元合金においても、上記温度Ｔｐ(℃)にて、拡径ステップを実施することで、上記温度Ｔｐ(℃)またはこれより低い温度で棒状型(30)の引抜ステップを実施することができる。
【００６８】
＜Ａｌ−Ｍｎ系二元合金＞
図９は、Ａｌ−Ｍｎ系二元合金の平衡状態図に、Ａｌ−Ｍｎ系二元合金の製孔可能な温度範囲を重ねたものである。図９を参照してわかるとおり、Ａｌ−Ｍｎ系二元合金では、引抜ステップにおける製孔可能な温度範囲の温度Ｔｐ(℃)は、図９にて斜線部Ｅで示すＴｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈの領域となる。ここで、Ｔｈは、Ａｌの融点である６６０℃であり、Ｔｘは、Ｔｓ(＝６５８．５℃)−ｄ(＝９０℃)＝５６８．５℃である。
【００６９】
上記Ａｌ−Ｍｎ系二元合金について、種々成分と引き抜き温度を変えて、棒状型(30)を引き抜き、貫通孔が形成されるかどうかを調べた。なお、棒状型(30)は、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)、直径２ｍｍの断面円形のステンレス鋼製である。結果を図９に示す。図９中、貫通孔が形成されたものには丸印、貫通孔が形成されなかったもの、または、棒状型(30)が引き抜けなかったものにはバツ印を付している。
図９を参照すると、斜線部Ｅで示す温度Ｔｐ(℃)で貫通孔が形成されており、それ以外では貫通孔が形成できなかったことがわかる。
【００７０】
なお、Ａｌ−Ｍｎ二元合金においても、上記温度Ｔｐ(℃)にて、拡径ステップを実施することで、上記温度Ｔｐ(℃)またはこれより低い温度で棒状型(30)の引抜ステップを実施することができる。
【００７１】
＜Ｃｕ−Ｚｎ系二元合金＞
図１０は、Ｃｕ−Ｚｎ系二元合金の平衡状態図に、Ｃｕ−Ｚｎ系二元合金の製孔可能な温度範囲を重ねたものである。図１０を参照してわかるとおり、Ｃｕ−Ｚｎ系二元合金では、引抜ステップにおける製孔可能な温度範囲の温度Ｔｐ(℃)は、図１０にて斜線部Ｆで示すＴｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈの領域となる。ここで、Ｔｈは、Ｚｎの含有量をｘ％としたときに、Ｔｈ＝１０８３−４ｘ(℃)で表わすことができ、Ｔｘは、Ｔｓ(＝９５２℃)−ｄ(＝５０℃)である。
【００７２】
上記Ｃｕ−Ｚｎ系二元合金について、種々成分と引き抜き温度を変えて、棒状型(30)を引き抜き、貫通孔が形成されるかどうかを調べた。なお、棒状型(30)は、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)、直径２ｍｍの断面円形のステンレス鋼製である。結果を図１０に示す。図１０中、貫通孔が形成されたものには丸印、貫通孔が形成されなかったもの、または、棒状型(30)が引き抜けなかったものにはバツ印を付している。
図１０を参照すると、斜線部Ｆで示す温度Ｔｐ(℃)で貫通孔が形成されており、それ以外では貫通孔が形成できなかったことがわかる。
【００７３】
なお、Ｃｕ−Ｚｎ二元合金においても、上記温度Ｔｐ(℃)にて、拡径ステップを実施することで、上記温度Ｔｐ(℃)またはこれより低い温度で棒状型(30)の引抜ステップを実施することができる。
【００７４】
＜純金属＞
純Ａｌの場合、引抜ステップにおける製孔可能な温度範囲の温度Ｔｐ(℃)は、図５中、線Ａ’で示すＴｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈの領域となる。ここで、Ｔｈは、融点６６０℃であり、Ｔｘは、Ｔｓ(＝６６０℃)−ｄ(＝１１５℃)＝５４５℃である。
【００７５】
純Ｃｕの場合、引抜ステップにおける製孔可能な温度範囲の温度Ｔｐ(℃)は、図１０中、線Ｅ’で示すＴｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈの領域となる。ここで、Ｔｈは、融点１０８３℃であり、Ｔｘは、Ｔｓ(＝１０８３℃)−ｄ(＝１８℃)＝１０６５℃である。
【００７６】
上記純Ａｌ、純Ｃｕについて、引き抜き温度を変えて、棒状型(30)を引き抜き、貫通孔が形成されるかどうかを調べた。なお、棒状型(30)は、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)、直径２ｍｍの断面円形のステンレス鋼製である。純Ａｌについての結果を図５、純Ｃｕについての結果を図１０に夫々示す。図５及び図１０中、貫通孔が形成されたものには丸印、貫通孔が形成されなかったもの、または、棒状型(30)が引き抜けなかったものにはバツ印を付している。
図５及び図１０を参照すると、斜線部Ｅで示す温度Ｔｐ(℃)で貫通孔が形成されており、それ以外では貫通孔が形成できなかったことがわかる。
【００７７】
純Ａｌ、純Ｃｕについても、上記温度Ｔｐ(℃)にて、拡径ステップを実施することで、上記温度Ｔｐ(℃)またはこれより低い温度で棒状型(30)の引抜ステップを実施することができる。
【００７８】
＜Ａｌ−Ｍｇ系二元合金＞
図１１は、Ａｌ−Ｍｇ系二元合金の平衡状態図に、Ａｌ−Ｍｇ系二元合金の製孔可能な温度範囲を重ねたものである。図１１を参照してわかるとおり、Ａｌ−Ｍｇ系二元合金では、引抜ステップにおける製孔可能な温度範囲の温度Ｔｐ(℃)は、図１１にて斜線部Ｃで示すＴｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈの領域となる。ここで、Ｔｈは、Ｍｇの含有量をｘ％としたときに、Ｔｈ＝６６０−９．７ｘ(℃)で近似することができ、Ｔｘは、Ｔｓ(固相線温度)−ｄ(＝８０℃＜ｄ＜１１０℃))である。
【００７９】
上記Ａｌ−Ｍｇ系二元合金について、種々成分と引き抜き温度を変えて、棒状型(30)を引き抜き、貫通孔が形成されるかどうかを調べた。なお、棒状型(30)は、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)、直径２ｍｍの断面円形のステンレス鋼製である。結果を図１１に示す。図１１中、貫通孔が形成されたものには丸印、貫通孔が形成されなかったもの、または、棒状型(30)が引き抜けなかったものにはバツ印を付している。
図１１を参照すると、斜線部Ｃで示す温度Ｔｐ(℃)で貫通孔が形成されており、それ以外では貫通孔が形成できなかったことがわかる。
【００８０】
なお、Ａｌ−Ｍｇ二元合金においても、上記温度Ｔｐ(℃)にて、拡径ステップを実施することで、上記温度Ｔｐ(℃)またはこれより低い温度で棒状型(30)の引抜ステップを実施することができる。
【００８１】
＜Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系三元合金＞
図１２は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系三元合金の製孔可能な温度範囲を記載したものである。
Ａｌを主成分としＳｉを含む多元合金の共晶温度TEuは、B.  R.  Krohnの式(Modern  Casting誌75  (1985)  21.、特開2001-99797号)で計算される。
【００８２】
式１：
TEu＝577-12.5×(4.43(％Mg)+1.43(%Fe)+1.93(%Cu)+1.7(%Zn)+3.0(%Mn)+4.0(%Ni))/%Si
【００８３】
上記式１に従えば、ＡＣ４Ｃ合金は、ＴＥｕ(Ｔｓ)＝５７２℃、６０６１(ＪＩＳ規格：Ａ６０６１)は、ＴＥｕ(Ｔｓ)＝４５８℃となる。
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系三元合金について、今回実験により、純Ａｌは５４５℃まで引き抜き可能で、共晶温度が前記純Ａｌの引き抜き可能温度より高い場合はＡｌ−Ｓｉ系の式Ｔｘ＝Ｔｓ(共晶温度)−ｄが適用でき、合金の共晶温度が前記純Ａｌの引き抜き可能温度より低い場合はＡｌ−Ｍｇ系の式Ｔｘ＝Ｔｓ(固相線温度)−ｄが適用できることを見出した。
【００８４】
よって、ＡＣ４Ｃは、Ｔｓ(５７２℃)＞５４５℃であり、Ａｌ−Ｓｉ系の式を適用し、Ｔｘ＝Ｔｓ(共晶温度)−ｄ＝５７２−２７＝５４５℃となる。また、６０６１は、Ｔｓ(４５８℃)＜５４５℃であり、Ａｌ−Ｍｇ系を適用し、Ｔｘ＝Ｔｓ(固相線温度)−ｄ＝５８２−５５＝５２７℃となる。
【００８５】
上記Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系三元合金について、種々成分と引き抜き温度を変えて、棒状型(30)を引き抜き、貫通孔が形成されるかどうかを調べた。なお、棒状型(30)は、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)、直径２ｍｍの断面円形のステンレス鋼製である。結果を図１２に示す。図１２中、貫通孔が形成されたものには丸印、貫通孔が形成されなかったもの、または、棒状型(30)が引き抜けなかったものにはバツ印を付している。
図１２を参照すると、斜線部Ｅで示す温度Ｔｐ(℃)で貫通孔が形成されており、それ以外では貫通孔が形成できなかったことがわかる。
【００８６】
なお、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ三元合金においても、上記温度Ｔｐ(℃)にて、拡径ステップを実施することで、上記温度Ｔｐ(℃)またはこれより低い温度で棒状型(30)の引抜ステップを実施することができる。
【００８７】
上記に例示した金属、合金以外の純金属、二元系、三元系以上の合金についても、同様の製孔可能な温度範囲が適用される。なお、鋳造材料がＡｌ−Ｓｉ系二元合金であればＳｉが含まれると硬質になるのでＳｉ≧１５質量％の場合、また、鋳造材料がＡｌ−ＳｉＣｐ等のアルミニウム基をマトリックスとする複合材料であれば、ＳｉＣｐが硬質であるのでＳｉＣｐが１０体積％以上の場合、ドリル等での孔あけ加工が難しくなるため、本発明の有用性が高くなる。
【００８８】
引抜ステップにおいて、図４では、上側の棒状型(30)から先に引き抜きを行なっているが、これは、断熱材(28)を配置し、上面が開口した鋳造型(20)では、上部から冷却が始まるためである。
【００８９】
なお、上記温度範囲Ｔｐ(℃)を超える温度で棒状型(30)を引き抜くと、浸みだしてきた液相の鋳造材料(40)によって孔(12)の形状が押し潰されて、孔(12)が形成されない。一方、上記温度範囲Ｔｐ(℃)未満の温度では、鋳造材料は凝固により、引き抜き抵抗が高くなるから、拡径ステップを温度範囲Ｔｐ(℃)で実施しなければ、棒状型(30)の引き抜きを行なうことができない。
【００９０】
棒状型(30)を引き抜き、鋳造材料(40)をさらに自然冷却した後、鋳造型(20)から取り出すことで、図１に示すような孔(12)を有する鋳造品(10)を得ることができる。図１３、図１４に示すように得られた鋳造品(10)の孔(12)は、孔壁の内面と、それよりも１ｍｍ内部との間に、結晶の形状、寸法、分布において組織の急激な変化は見られない。これは、孔(12)の形成途上で鋳造材料(40)が冷却される結果、組織が均等に成長するためである。また、成長したデンドライトが切断されていない。
一方、ドリルやレーザー、ウォータージェット加工により孔を形成した場合には、孔壁の内面の組織が破断したり、溶融して再凝固するため、孔壁の内面と、それよりも１ｍｍ内部との間に組織の急激な変化が見られる。
【００９１】
得られた孔(12)を有する鋳造品(10)は、必要に応じて機械加工や研削加工を施して使用される。
【００９２】
本発明の有孔鋳造品(10)の製造方法の変形例を以下で説明する。
【００９３】
図１５は、棒状型(30)の異なる実施例であって、図１５(ａ)は、断面が略直角に屈曲した板材を棒状型(30)として採用した実施例、図１５(ｂ)は、断面が六角形の棒状部材を棒状型(30)として採用した実施例、図１５(ｃ)は、中空のパイプを棒状型(30)として採用した実施例であり、中実に比して熱容量を小さくすることができる。
【００９４】
図１６は、上記棒状型(30)を用いて作製された孔(12)を有する鋳造品(10)を示している。図１６(ａ)は、図１５(ａ)の棒状型(30)を採用して作製された鋳造品(10)であり、孔(12)は、断面が略直角に屈曲している。このような形状の孔(12)を形成することで、衝撃吸収材等の用途において、衝撃吸収方向に対する塑性、座屈変形を制御することができる。同様に、図１６(ｂ)、図１６(ｃ)は、夫々図１５(ｂ)及び図１５(ｃ)に示した棒状型(30)を採用して作製された鋳造品(10)である。
【００９５】
本発明によれば、孔(12)の数、形状、直径、深さ等の設計自由度を可及的に高めることができる利点がある。
【００９６】
上記実施形態では、棒状型(30)は、予め鋳造型(20)に配置しているが、注湯ステップの後、鋳造材料(40)が上記温度範囲に達するまでに、棒状型(30)を挿通孔(24)から挿入するようにしてもよい。
この場合、棒状型(30)は鋳造材料(40)の急激な冷却による凝固を防ぐために予熱しておくことが望ましい。また、鋳造材料(40)の湯回りをよくするために、棒状型(30)及び／又は鋳造型(20)を振動、揺動、回転及び／又は衝撃を与えるようにすることがより望ましい。
【００９７】
また、拡径ステップを実施する場合、温度Ｔｐ(℃)の範囲において、棒状型(30)を回転、偏心回転、振動、往復運動させたり、衝撃を与える。これにより、開設される孔(12)の内径が拡大した状態で凝固が進むから、棒状型(30)の引き抜きを容易に行なうことができる。
【００９８】
図１７は、上面が開口した棒状型(30)を鋳造型(20)の上側から挿入する実施形態である。図に示すように、棒状型(30)は、基端が板状の保持部材(32)から下向きに突設される。
本実施形態では、鋳造材料(40)を注湯後、図１７(ａ)乃至(ｃ)に示すように液相線温度Ｔｌ(℃)以上の状態で棒状型(30)が鋳造材料(40)に侵入するように保持部材(32)を下ろす。このとき、棒状型(30)間への湯回りをよくするために、棒状型(30)を振動、揺動、回転及び／又は衝撃を与えることが望ましい。
また、図１７(ｃ)に示すように棒状型(30)が鋳造型(20)の底に到達した後、図示省略する吸引ポンプにより鋳込み部(22)内を減圧しつつ、溶湯を供給できるようにすることで、棒状型(30)間への湯回りをよくすることもできる。
【００９９】
棒状型(30)を鋳造材料(40)に挿入した後、上記と同様の温度範囲に棒状型(30)の近傍の鋳造材料(40)の温度Ｔｐ(℃)が到達すると、棒状型(30)を保持部材(32)と共に引き抜けばよい。
【０１００】
図１８は、鋳造型(20)内に複数の仕切り板(60)を挿入し、鋳造型(20)及び仕切り板(60)を貫通する挿通孔(24)(62)に棒状型(30)を差し込むようにしたものである。仕切り板(60)により仕切られた各区画に鋳造材料(40)を注湯し、上記した温度範囲にて棒状型(30)の引き抜きを行なうことで、複数の鋳造品(10)に一度に孔を開設することができる。
【０１０１】
また、上記実施形態では、注湯後、鋳造材料(40)の冷却過程において、棒状型(30)の引き抜きを行なっている。しかしながら、例えば、棒状型(30)を突き刺したまま凝固させた後、再度加熱することで上記した温度範囲まで昇温させて棒状型(30)の引き抜きを行なうこともできる。
【０１０２】
図１９は、ヒーター等の加熱機構(72)を具える電気炉(70)であり、電気炉(70)内には、注湯後の鋳造材料(40)又は凝固した鋳造材料(40)を収容した鋳造型(20)を搬送するコンベア(74)を具える。上流側から鋳造材料(40)を収容した鋳造型(20)をコンベア(74)に置くことで、加熱機構(72)によって下流側に至るまでに鋳造材料(40)が加熱されて、上記した温度範囲まで昇温し、コンベア(74)の下流側(図中右端の鋳造型(20)参照)に到達したときに棒状型(30)の引き抜きを行なえばよい。これによれば、鋳造材料(40)を均熱化することができ、棒状型(30)の引き抜きタイミングも容易に判定できる利点がある。また、連続的に鋳造材料(40)を収容した鋳造型(20)をコンベア(74)に流すことで、有孔鋳造品(10)の生産効率を可及的に高めることができる。
【０１０３】
なお、コンベア(74)で搬送中に鋳造材料(40)が振動を受けることで、鋳造材料(40)中の巣の発生を抑える効果もある。勿論、コンベア(74)で搬送中に鋳造型(20)を振動させる機構を具備することで、この効果をさらに高めることもできる。
【０１０４】
図２０乃至図２２は、鋳造型(20)の異なる実施例を示している。図２０及び図２１に示すように、鋳造型(20)は、コ字状に屈曲された溝型(26)と、該溝型(26)を両側から塞ぐ一対の横鋳型(27)から構成され、横鋳型(27)どうしを取付ボルト(29)で連結して組み立てることができる。横鋳型(27)には、１又は複数の挿通孔(24)が貫通開設されており、組み立てられた鋳造型(20)には、前記挿通孔(24)を通して１又は複数の棒状型(30)が挿入可能となっている。また、鋳造型(20)の内部は断熱材(28)で覆っている。
【０１０５】
図２２に示すように、鋳造型(20)には、るつぼ(42)から鋳造材料(40)が注湯される。このとき、図示のように、棒状型(30)に振動や回転、衝撃を加えたり、棒状型(30)を長手方向に往復移動させることで、棒状型(30)の周囲の湯回りを促進することができる。
【０１０６】
また、図２２に示すように、鋳造型(20)に直接衝撃を加えて、棒状型(30)の周囲の湯回りを促進してもよい。
同様に、鋳造型(20)が載置される台(80)に上下方向の振動や水平方向の振動を加えて、棒状型(30)の周囲の湯回りを促進してもよい。
さらには、鋳造型(20)が載置される台(80)を揺動や回転させることで、鋳造型(20)を揺することで、棒状型(30)の周囲の湯回りを促進することもできる。
【実施例】
【０１０７】
本発明の製造方法により有孔鋳造品を作製し、端面を研磨して写真を撮影した。
以下で列挙する実験条件について、「鋳造型温度」とは鋳造型を予熱した温度、「実験試料」とは鋳造材料の組成であって％は質量％を意味し、例えばＡｌ−５％Ｓｉの表記は、Ｓｉ５質量％、残部Ａｌ及び不可避的不純物を意味する。鋳造材料に材質記号がある場合にはその材質記号を先に記載している。「液相線温度Ｔｌ(℃)」と「固相線温度Ｔｓ(℃)」は、鋳造材料の各々の液相線温度と固相線温度を示している。【０１０８】
さらに、「注湯温度」とは鋳造材料の溶湯を電気炉から出したときの温度、「棒状型」は棒状型の材質、直径等を意味する。「引き抜き温度Ｔｐ(℃)」は、棒状型を引き抜いたときの鋳造材料の温度を示しており、引き抜き温度Ｔｐ(℃)を種々変化させたものについては丸数字で対応する温度を図示している。【０１０９】
＜実施例１＞
鋳造型温度：５００℃
実験試料：ＡＣ４ＣＨ(Ａｌ−６．５〜７．５％Ｓｉ−０．２％以下Ｆｅ−０．２％以下Ｃｕ−０．２５〜０．４５％Ｍｇ)
液相線温度(Ｔｌ)：６１０℃
固相線温度：５５５℃
共晶温度(Ｔｓ)：５７２℃
注湯温度：８００℃
棒状型：直径５ｍｍ、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)のステンレス鋼製の棒材
鋳造型側板の孔径：直径５．５ｍｍ
引き抜き温度(Ｔｐ)：５８０℃【０１１０】
実施条件
厚さ３〜５ｍｍの鉄板を用い、鉄製の底板と上下の側板と、対応する位置に棒状型の貫通する直径５．５ｍｍの孔をあけた左右の側板とを組み合わせて、上方が開口した内側が長さ(左右の側板の間隔)５０ｍｍ、幅６５ｍｍ、深さ４０ｍｍの四角形状の型枠を作り、型枠の上下左右の側板の内面と底板内面に、アルミナ・シリカ製不織布(イソウール(登録商標)ペーパー)の２ｍｍ厚を設置した。
左右の側板の孔部に予め、孔を覆うアルミナ・シリカ性不織布を突き破って棒状型の他端が金型からはみ出すように挿通した。【０１１１】
次に、ＡＣ４ＣＨを電気炉で溶かし、電気炉中の溶湯の温度を測定し８００℃の溶湯をラドルで掬い、型枠の上面開口から流しこんだ。なお、型枠内の溶湯中の棒状型の近傍に温度センサーの端子を設置し温度を測定した。室内で自然冷却し棒状型近傍の温度が５８０℃になった時に棒状型の片方の端を掴み、手で引き抜いた。【０１１２】
実施例１の有孔鋳造品の写真を図２３(帯鋸切断面)に示す。図を参照してわかるとおり、千鳥状に鋳造製品を貫通する孔が開設できたことがわかる。【０１１３】
＜実施例２＞
下記特記する条件以外は実施例１と同様に行なった。
注湯後に金型を複数回叩いて衝撃を与え、湯回りを促進し、図１５に示すような有孔材を得た。
鋳造型温度：５００℃
実験試料：ＡＣ４Ｃ(Ａｌ−６．５〜７．５％Ｓｉ−０．５５％以下Ｆｅ−０．２５％以下Ｃｕ−０．２〜０．４５％Ｍｇ)
液相線温度(Ｔｌ)：６１０℃
固相線温度：５５５℃
共晶温度(Ｔｓ)：５７２℃
注湯温度：８００℃
棒状型：直径２ｍｍ、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)のステンレス鋼製の棒材
鋳造型側板の孔径：直径３ｍｍ
引き抜き温度(Ｔｐ)：５８０℃【０１１４】
実施例２の有孔鋳造品の写真を図２４(帯鋸切断面)に示す。図を参照してわかるとおり、千鳥状に鋳造製品を貫通する孔が開設できたことがわかる。【０１１５】
＜実施例３＞
下記特記する条件以外は実施例１と同様に行なった。
鋳造型温度：５００℃
実験試料：６０６１(Ａｌ−０．４〜０．８％Ｓｉ−０．７％以下Ｆｅ−０．１５〜０．４％Ｃｕ−０．８〜１．２％Ｍｇ)
液相線温度(Ｔｌ)：６５２℃
固相線温度(Ｔｓ)：５８２℃
注湯温度：６８０℃
棒状型：直径０．５ｍｍ、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)のステンレス鋼製の線材
鋳造型側板の孔径：直径３ｍｍ
引き抜き温度(Ｔｐ)：６０５℃〜６４５℃で５℃毎【０１１６】
実施例３の有孔鋳造品の写真を図２５(研磨面)に示す。図を参照してわかるとおり、引き抜き温度(Ｔｐ)が上記温度範囲で鋳造製品に孔が開設できたことがわかる。なお、図２６は、図２５の孔のうち、丸数字１、５及び９を拡大したものである。図を参照すると、固相線温度Ｔｓ(℃)に近い温度で棒状型を引き抜くほど、孔の真円度が高くなっていることがわかる。なお、図ではわかりにくいが、孔は鋳造製品を貫通している。【０１１７】
＜実施例４＞
下記特記する条件以外は実施例１と同様に行なった。
鋳造型温度：５００℃
実験試料：６０６１(Ａｌ−０．４〜０．８％Ｓｉ−０．７％以下Ｆｅ−０．１５〜０．４％Ｃｕ−０．８〜１．２％Ｍｇ)
液相線温度(Ｔｌ)：６５２℃
固相線温度(Ｔｓ)：５８２℃
注湯温度：６７０℃
棒状型：直径０．５ｍｍ、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)のステンレス鋼製の線材
鋳造型側板の孔径：直径３ｍｍ
引き抜き温度(Ｔｐ)：６０５℃【０１１８】
実施例４の有孔鋳造品の写真を図２７(研磨面)に示す。図を参照してわかるとおり、鋳造製品に孔が開設できたことがわかる。なお、図２８は、図２７の孔のうち、丸数字１、２及び３を拡大したものである。何れも真円度の高い孔が開設されていることがわかる。なお、図ではわかりにくいが、孔は鋳造製品を貫通している。【０１１９】
＜実施例５＞
下記特記する条件以外は実施例１と同様に行なった。
鋳造型温度：５００℃
実験試料：ＡＣ４Ｃ(Ａｌ−６．５〜７．５％Ｓｉ−０．５５％以下Ｆｅ−０．２５％以下Ｃｕ−０．２〜０．４５％Ｍｇ)
液相線温度(Ｔｌ)：６１０℃
固相線温度：５５５℃
共晶温度(Ｔｓ)：５７２℃
注湯温度：８００℃
棒状型：外径６ｍｍ、全長６００ｍｍ(鋳造型内寸法５００ｍｍ)、厚さ１ｍｍのステンレス鋼製パイプ
鋳造型側板の孔径：直径６．５ｍｍ
引き抜き温度(Ｔｐ)：５５５℃【０１２０】
実施例５では、有孔鋳造品を断面２５ｍｍ×２５ｍｍ、長さ５００ｍｍとし、有孔鋳造品の長手方向に棒状型(パイプ)を配置して実験を行なった。得られた有孔鋳造品の端面を図２９、全体外観を図３０に示している。図２９(帯鋸切断面)を参照して判るように、長さが５００ｍｍの鋳造品であっても孔が開設できたことがわかる。なお、図ではわかりにくいが、孔は鋳造製品を貫通している。【０１２１】
＜実施例６＞
下記特記する条件以外は実施例１と同様に行なった。
鋳造型温度：５００℃
実験試料：Ａｌ−２５％Ｓｉ
液相線温度(Ｔｌ)：７６０℃
共晶温度(Ｔｓ)：５７７℃
注湯温度：７８０℃
棒状型：直径１ｍｍ、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)のステンレス鋼製の棒材にＢＮをコーティング
鋳造型側板の孔径：直径３ｍｍ
引き抜き温度(Ｔｐ)：５７９℃【０１２２】
実施例６の有孔鋳造品の写真を図３１(研磨面)に示す。図を参照してわかるとおり、鋳造製品に千鳥状に孔が開設できたことがわかる。なお、図ではわかりにくいが、孔は鋳造製品を貫通している。【０１２３】
＜実施例７＞
下記特記する条件以外は実施例１と同様に行なった。
鋳造型温度：５００℃
実験試料：Ａｌ−３％Ｓｉ
液相線温度(Ｔｌ)：６４１℃
共晶温度(Ｔｓ)：５７７℃
注湯温度：７００℃
棒状型：直径２ｍｍ、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)のステンレス鋼製の棒材にＢＮをコーティング
鋳造型側板の孔径：直径３ｍｍ
引き抜き温度(Ｔｐ)：５８０℃〜６３０℃で１０℃毎【０１２４】
実施例７の有孔鋳造品の写真を図３２に示す。図を参照してわかるとおり、引き抜き温度Ｔｐ(℃)を変えても鋳造製品に孔が開設できたことがわかる。なお、図ではわかりにくいが、孔は鋳造製品を貫通している。【０１２５】
＜実施例８＞
下記特記する条件以外は実施例１と同様に行なった。
鋳造型温度：５００℃
実験試料：Ａｌ−１％Ｓｉ
液相線温度(Ｔｌ)：６５４℃
固相線温度：６１１℃
共晶温度(Ｔｓ)：５７７℃
注湯温度：７２０℃
棒状型：直径２ｍｍ、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)のステンレス鋼製の棒材にＢＮをコーティング、端部をＬ字形に屈曲
鋳造型側板の孔径：直径３ｍｍ
引き抜き温度(Ｔｐ)：６５０℃〜６５５℃で１℃毎【０１２６】
実施例８の有孔鋳造品の写真を図３３に示す。図を参照してわかるとおり、引き抜き温度Ｔｐ(℃)を変えても鋳造製品に孔が開設できたことがわかる。丸数字１は、孔が塞がっている。なお、図ではわかりにくいが、孔は鋳造製品を貫通している。
さらに、棒状型のＬ字状に曲がった部分に他の棒を押し当て棒状型を回動させることにより拡径を行なった場合の引き抜き可能な下限温度を図７に示す。【０１２７】
＜実施例９＞
下記特記する条件以外は実施例１と同様に行なった。
鋳造型温度：５００℃
実験試料：Ａｌ−０．５％Ｓｉ
液相線温度(Ｔｌ)：６５７℃
固相線温度：６３６℃
共晶温度(Ｔｓ)：５７７℃
注湯温度：７２０℃
棒状型：直径２ｍｍのステンレス鋼製の棒材にＢＮをコーティング
鋳造型側板の孔径：直径３ｍｍ
引き抜き温度(Ｔｐ)：６２５℃〜６４０℃で５℃毎【０１２８】
実施例９の有孔鋳造品の写真を図３４に示す。図を参照してわかるとおり、引き抜き温度Ｔｐ(℃)を変えても鋳造製品に孔が開設できたことがわかる。なお、図ではわかりにくいが、孔は鋳造製品を貫通している。【０１２９】
＜実施例１０＞
下記特記する条件以外は実施例１と同様に行なった。
鋳造型温度：５００℃
実験試料：Ａｌ−１０％Ｓｉ
液相線温度(Ｔｌ)：５９４℃
共晶温度(Ｔｓ)：５７７℃
注湯温度：６５０℃
棒状型：直径２ｍｍ、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)のステンレス鋼製の棒材にＢＮをコーティング
鋳造型側板の孔径：直径３ｍｍ
引き抜き温度(Ｔｐ)：５７５℃〜５９０℃【０１３０】
実施例１０の有孔鋳造品の写真を図３５(フライス加工面)に示す。図を参照してわかるとおり、引き抜き温度Ｔｐ(℃)が液相線温度Ｔｓ(℃)−５℃を越える高い丸数字１の５９０℃、同２の５８５℃、同３の５８３℃では、孔は形成されていない。これは、棒状型を引き抜いた後に鋳造材料が孔に流れ込んで孔を塞いでしまったためである。一方丸数字４以降の引き抜き温度Ｔｐ(℃)が５８０℃以下のものについては、鋳造製品に孔が開設できたことがわかる。なお、図ではわかりにくいが、丸数字４〜９は、孔が鋳造製品を貫通している。【０１３１】
＜実施例１１＞
下記特記する条件以外は実施例１と同様に行なった。
鋳造型温度：５００℃
実験試料：Ａｌ−１２％Ｓｉ
液相線温度(Ｔｌ)：５８１℃
注湯温度：６５０℃
棒状型：直径２ｍｍ、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)のステンレス鋼製の棒材にＢＮをコーティング
鋳造型側板の孔径：直径３ｍｍ
引き抜き温度(Ｔｐ)：５７５℃〜５９０℃【０１３２】
実施例１１の有孔鋳造品の写真を図３６(フライス加工面)に示す。図を参照してわかるとおり、引き抜き温度Ｔｐ(℃)が液相線温度Ｔｓ(℃)−５℃を越える高い丸数字１の５９０℃、同２の５８５℃では、孔は形成されていない。これは、棒状型を引き抜いた後に鋳造材料が孔に流れ込んで孔を塞いでしまったためである。一方丸数字３以降の引き抜き温度Ｔｐ(℃)が５８０℃以下のものについては、鋳造製品に孔が開設できたことがわかる。なお、図ではわかりにくいが、丸数字４〜９は、孔が鋳造製品を貫通している。特に丸数字７については孔が形成されていないように見えるが、実際は孔が形成されている。【０１３３】
＜実施例１２＞
下記特記する条件以外は実施例１と同様に行なった。
鋳造型温度：５００℃
実験試料：Ａｌ−１５％Ｓｉ
液相線温度(Ｔｌ)：６１３℃
共晶温度(Ｔｓ)：５７７℃
注湯温度：７００℃
棒状型：直径２ｍｍ、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)のステンレス鋼製の棒材にＢＮをコーティング
鋳造型側板の孔径：直径３ｍｍ
引き抜き温度(Ｔｐ)：５７３℃〜５８０℃【０１３４】
実施例１２の有孔鋳造品の写真を図３７(フライス加工面)に示す。図を参照してわかるとおり、引き抜き温度Ｔｐ(℃)を変えても鋳造製品に孔が開設できたことがわかる。なお、図ではわかりにくいが、孔は鋳造製品を貫通している。【０１３５】
＜実施例１３＞
下記特記する条件以外は実施例１と同様に行なった。
鋳造型温度：５００℃
実験試料：黄銅(Ｃｕ−１５％Ｚｎ)
注湯温度：１２００℃
棒状型：直径２ｍｍ、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)のステンレス鋼製の棒材にＢＮをコーティング
鋳造型側板の孔径：直径３ｍｍ
引き抜き温度(Ｔｐ)：９７０℃、９９０℃、１０１０℃【０１３６】
実施例１３の有孔鋳造品の写真を図３８(フライス加工面)に示す。図を参照してわかるとおり、黄銅についても、引き抜き温度Ｔｐ(℃)を変えても鋳造製品に孔が開設できたことがわかる。【０１３７】
＜実施例１４＞
下記特記する条件以外は実施例１と同様に行なった。
鋳造型温度：室温
実験試料：Ａｌ−３０％ＳｉＣｐ(ＡＣ４Ｃベース：Ｓｉ６．５〜７．５％、Ｆｅ０．５５％以下、Ｃｕ：０．２５％以下、Ｍｇ０．２〜０．４５％)
ＡＣ４Ｃの液相線温度(Ｔｌ)：６１０℃
ＡＣ４Ｃの固相線温度(Ｔｓ)：５５５℃
注湯温度：８００℃
棒状型：直径２ｍｍ、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)のステンレス鋼製の棒材にＢＮをコーティング
鋳造型側板の孔径：直径３ｍｍ
引き抜き温度(Ｔｐ)：５８０℃【０１３８】
実施例１４の有孔鋳造品の写真を図３９に示す。図を参照してわかるとおり、Ａｌ−ＳｉＣｐについても、鋳造製品に孔が開設できたことがわかる。【０１３９】
＜実施例１５＞
下記特記する条件以外は実施例１と同様に行なった。
鋳造型温度：室温
実験試料：Ａｌ−３０％ＳｉＣｐ(ＡＣ４Ｃベース：Ｓｉ６．５〜７．５％、Ｆｅ０．５５％以下、Ｃｕ：０．２５％以下、Ｍｇ０．２〜０．４５％)
ＡＣ４Ｃの液相線温度(Ｔｌ)：６１０℃
ＡＣ４Ｃの固相線温度(Ｔｓ)：５５５℃
注湯温度：８００℃
棒状型：直径５ｍｍ、全長１００ｍｍ(鋳造型内寸法５０ｍｍ)のステンレス鋼製の棒材にＢＮをコーティング。端部がＬ字状に屈曲したもの。
鋳造型側板の孔径：直径５．５ｍｍ
引き抜き温度(Ｔｐ)：５５０℃
なお、６２０℃〜５８０℃までの間、棒状型のＬ字状に曲がった部分に他の棒を押し当て棒状型を一方向に回動させることにより拡径を行なった。【０１４０】
実施例１５の有孔鋳造品の写真を図４０に示す。図を参照してわかるとおり、Ａｌ−ＳｉＣｐについても、鋳造製品に孔が開設できたことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明は、簡易な装置及び方法で通孔を形成することのできる有孔鋳造品の製造方法として有用である。
【符号の説明】
【０１４２】
(10)  鋳造品
(12)  孔
(20)  鋳造型
(24)  挿通孔
(30)  棒状型
(40)  鋳造材料
【図１】
2014050892.tif 000003
【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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
2014050892.tif 000021
【図２２】
2014050892.tif 000022
【図１３】
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【図１４】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
2014050892.tif 000037
【図３６】
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【図３７】
2014050892.tif 000039
【図３８】
2014050892.tif 000040
【図３９】
2014050892.tif 000041
【図４０】
2014050892.tif 000042
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月18日(2014.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造型内に鋳造材料（但し、Ａｌ−Ｍｇ合金及びＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を除く）の溶湯を注湯後、前記鋳造型内に配置された棒状型を引き抜くことで、前記鋳造材料中の前記棒状型のあった部分に孔を形成する有孔鋳造品の製造方法であって、
前記鋳造材料を１０ＭＰａ未満で注湯する注湯ステップ、
前記注湯ステップ中又は前記注湯ステップの後に、前記棒状型への湯回りを促進する流動促進ステップ、
前記棒状型の近傍の前記鋳造材料の温度をＴｐ（℃）、前記棒状型を引抜き中又は引抜き後に孔壁が崩落せず、且つ、液相が前記孔中に浸み出して前記孔を埋めない上限の温度をＴｈ（℃）、引抜きの下限温度をＴｘ（℃）、融点、共晶温度または包晶温度の何れか低い方をＴｓ（℃）とすると、
Ｔｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈ（但し、Ｔｘ＝Ｔｓ−ｄ、０＜ｄ＜１００）である温度範囲で、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、または、Ｔｓ＜Ｔｐ≦Ｔｈの温度範囲で孔径を拡大する拡径を開始した後、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、引抜ステップ、
及び、
前記鋳造型から鋳造品を取り出すステップ、
を有することを特徴とする有孔鋳造品の製造方法。
【請求項２】
前記鋳造材料は、Ａｌ−Ｓｉ系合金、又は、Ａｌ−Ｃｕ系合金であり、前記ｄは５℃である、
請求項１に記載の有孔鋳造品の製造方法。
【請求項３】
前記鋳造材料は、Ａｌ−Ｍｎ系合金であり、前記ｄは９０℃である、
請求項１に記載の有孔鋳造品の製造方法。
【請求項４】
前記鋳造材料は、Ｃｕ−Ｚｎ系合金であり、前記ｄは５０℃である、
請求項１に記載の有孔鋳造品の製造方法。
【請求項５】
前記鋳造材料は、純Ａｌであり、前記ｄは１１５℃である、
請求項１に記載の有孔鋳造品の製造方法。
【請求項６】
前記鋳造材料は、純Ｃｕであり、前記ｄは１８℃である、
請求項１に記載の有孔鋳造品の製造方法。
【請求項７】
鋳造型内にＡｌ−Ｍｇ合金の溶湯を注湯後、前記鋳造型内に配置された棒状型を引き抜くことで、前記鋳造材料中の前記棒状型のあった部分に孔を形成する有孔鋳造品の製造方法であって、
前記鋳造材料を１０ＭＰａ未満で注湯する注湯ステップ、
前記注湯ステップ中又は前記注湯ステップの後に、前記棒状型への湯回りを促進する流動促進ステップ、
前記棒状型の近傍の前記鋳造材料の温度をＴｐ（℃）、前記棒状型を引抜き中又は引抜き後に孔壁が崩落せず、且つ、液相が前記孔中に浸み出して前記孔を埋めない上限の温度をＴｈ（℃）、引抜きの下限温度をＴｘ（℃）、固相線温度をＴｓ（℃）とすると、
Ｔｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈ（但し、Ｔｘ＝Ｔｓ−ｄ、８０＜ｄ＜１１０）である温度範囲で、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、または、Ｔｓ＜Ｔｐ≦Ｔｈの温度範囲で孔径を拡大する拡径を開始した後、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、引抜ステップ、
及び、
前記鋳造型から鋳造品を取り出すステップ、
を有することを特徴とする有孔鋳造品の製造方法。
【請求項８】
鋳造型内にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金の溶湯を注湯後、前記鋳造型内に配置された棒状型を引き抜くことで、前記鋳造材料中の前記棒状型のあった部分に孔を形成する有孔鋳造品の製造方法であって、
前記鋳造材料を１０ＭＰａ未満で注湯する注湯ステップ、
前記注湯ステップ中又は前記注湯ステップの後に、前記棒状型への湯回りを促進する流動促進ステップ、
前記棒状型の近傍の前記鋳造材料の温度をＴｐ（℃）、前記捧状型を引抜き中又は引抜き後に孔壁が崩落せず、且つ、液相が前記孔中に浸み出して前記孔を埋めない上限の温度をＴｈ（℃）、引抜きの下限温度をＴｘ（℃）、固相線温度または共晶温度をＴｓ（℃）とすると、
Ｔｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈ（但し、Ｔｘ＝Ｔｓ−ｄ、５＜ｄ＜１１０）である温度範囲で、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、または、Ｔｓ＜Ｔｐ≦Ｔｈの温度範囲で孔径を拡大する拡径を開始した後、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、引抜ステップ、
及び、
前記鋳造型から鋳造品を取り出すステップ、
を有することを特徴とする有孔鋳造品の製造方法。
【請求項９】
前記鋳造型内に配置された棒状型は、長手寸法をａ（ｍｍ）、長手方向に垂直な断面積をｂ（ｍｍ２）とすると、
１５≦ａ／ｂ、ｂ≦２５
である請求項１乃至請求項８の何れかに記載の有孔鋳造品の製造方法。
【請求項１０】
鋳造品中に孔を有する有孔鋳造品であって、
前記孔は、長手寸法をａ（ｍｍ）、長手方向に垂直な断面積をｂ（ｍｍ２）とすると、
１５≦ａ／ｂ、ｂ≦２５であり、
前記孔の孔壁の内面に組織の破断がなく、かつ、組織の再凝固がないことを特徴とする有孔鋳造品。
【請求項１１】
（削除）
【請求項１２】
前記鋳造品は、Ａｌ−Ｓｉであり、Ｓｉ≧１５質量％である、
請求項１０に記載の有孔鋳造品。
【請求項１３】
前記鋳造品は、Ａｌ−ＳｉＣｐであり、ＳｉＣｐ≧１０体積％である、
請求項１０に記載の有孔鋳造品。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
成される通孔の設計自由度が低い。
さらには予め金型に鋳抜きピンを配置した状態では、射出される鋳造材料によって鋳抜きピンが変形してしまう虞がある。また鋳抜きピンが多い、あるいは鋳抜きピン間の間隔が狭いと、湯流れ及び湯回りを阻害し、健全な製品を作製し難くなる。このため通常鋳抜きピンの挿入は鋳造材料を充填した後に行なわざるを得ない。後挿入方法では、しかし細い鋳抜きピンを挿入することは、座屈を起こしやすく、困難である。
加えて、ダイキャストでは型開き方向に厚みのある鋳造品は作製できないから、作製できる鋳造品の大きさ、形状にも制約を受ける。
［００１１］
特許文献６については、鋳抜きピンの冷却機構が必要であり、鋳抜きピンが高価になってしまう。また、冷却機構を必要とするから、径の細い鋳抜きピンを使用することはできない。鋳抜きピンの周りの鋳造材料の均質化を図ることを目的とするものであり、鋳造材料を冷却により急速に凝固させることから、湯回りが悪くなり、鋳抜きピンどうしの間隔は広くせざるを得ない。従って、形成される孔の大きさや間隔にも大きな制約を受ける。さらには、砂型は振動を加えると崩落する虞があるから、砂型を振動させて湯回りの向上を図ることも困難である。
［００１２］
本発明の目的は、簡易な装置及び方法で自由度の高い通孔を形成することのできる有孔鋳造品の製造方法を提供することである。
課題を解決するための手段
［００１３］
本発明に係る有孔鋳造品の製造方法は、
鋳造型内に鋳造材料（但し、Ａｌ−Ｍｇ合金及びＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を除く）の溶湯を注湯後、前記鋳造型内に配置された棒状型を引き抜くことで、前記鋳造材料中の前記棒状型のあった部分に孔を形成する有孔鋳造品の製造方法であって、
前記鋳造材料を１０ＭＰａ未満で注湯する注湯ステップ、
前記注湯ステップ中又は前記注湯ステップの後に、前記棒状型への湯回りを促進する流動促進ステップ、
前記棒状型の近傍の前記鋳造材料の温度をＴｐ（℃）、前記棒状型を引抜き中又は引抜き後に孔壁が崩落せず、且つ、液相が前記孔中に浸み出して前記
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
孔を埋めない上限の温度をＴｈ（℃）、引抜きの下限温度をＴｘ（℃）、融点、共晶温度または包晶温度の何れか低い方をＴｓ（℃）とすると、
Ｔｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈ（但し、Ｔｘ＝Ｔｓ−ｄ、０＜ｄ＜１００）である温度範囲で、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、または、Ｔｓ＜Ｔｐ≦Ｔｈの温度範囲で孔径を拡大する拡径を開始した後、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、引抜ステップ、
及び、
前記鋳造型から鋳造品を取り出すステップ、
を有する。
［００１４］
本発明では、共晶温度とは共晶点の温度のことを言い、包晶温度とは包晶点の温度のことを言う。なお、本発明の共晶点、包晶点とは合金の主成分が減少する方向で最初に現れる共晶点もしくは包晶点のことである。また、固相線温度も同様に、合金の主成分が減少する方向で最初に現れる固相線の温度のことである。
［００１５］
前記鋳造材料は、Ａｌ−Ｓｉ系合金、又は、Ａｌ−Ｃｕ系合金であり、前記ｄは５℃とすることができる。
［００１６］
前記鋳造材料は、Ａｌ−Ｍｎ系合金であり、前記ｄは９０℃とすることができる。
［００１７］
前記鋳造材料は、Ｃｕ−Ｚｎ系合金であり、前記ｄは５０℃とすることができる。
［００１８］
前記鋳造材料は、純Ａｌであり、前記ｄは１１５℃とすることができる。
［００１９］
前記鋳造材料は、純Ｃｕであり、前記ｄは１８℃とすることができる。
［００２０］
また、本発明に係る有孔鋳造品の製造方法は、
鋳造型内にＡｌ−Ｍｇ合金の溶湯を注湯後、前記鋳造型内に配置された棒状型を引き抜くことで、前記鋳造材料中の前記棒状型のあった部分に孔を形成する有孔鋳造品の製造方法であって、
前記鋳造材料を１０ＭＰａ未満で注湯する注湯ステップ、
前記注湯ステップ中又は前記注湯ステップの後に、前記棒状型への湯回りを促進する流動促進ステップ、
前記棒状型の近傍の前記鋳造材料の温度をＴｐ（℃）、前記棒状型を引抜き
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
中又は引抜き後に孔壁が崩落せず、且つ、液相が前記孔中に浸み出して前記孔を埋めない上限の温度をＴｈ（℃）、引抜きの下限温度をＴｘ（℃）、固相線温度をＴｓ（℃）とすると、
Ｔｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈ（但し、Ｔｘ＝Ｔｓ−ｄ、８０＜ｄ＜１１０）である温度範囲で、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、または、Ｔｓ＜Ｔｐ≦Ｔｈの温度範囲で孔径を拡大する拡径を開始した後、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、引抜ステップ、
及び、
前記鋳造型から鋳造品を取り出すステップ、
を有する。
［００２１］
また、本発明に係る有孔鋳造品の製造方法は、
鋳造型内にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金の溶湯を注湯後、前記鋳造型内に配置された棒状型を引き抜くことで、前記鋳造材料中の前記棒状型のあった部分に孔を形成する有孔鋳造品の製造方法であって、
前記鋳造材料を１０ＭＰａ未満で注湯する注湯ステップ、
前記注湯ステップ中又は前記注湯ステップの後に、前記棒状型への湯回りを促進する流動促進ステップ、
前記棒状型の近傍の前記鋳造材料の温度をＴｐ（℃）、前記棒状型を引抜き中又は引抜き後に孔壁が崩落せず、且つ、液相が前記孔中に浸み出して前記孔を埋めない上限の温度をＴｈ（℃）、引抜きの下限温度をＴｘ（℃）、固相線温度または共晶温度をＴｓ（℃）とすると、
Ｔｘ≦Ｔｐ≦Ｔｈ（但し、Ｔｘ＝Ｔｓ−ｄ、５＜ｄ＜１１０）である温度範囲で、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、または、Ｔｓ＜Ｔｐ≦Ｔｈの温度範囲で孔径を拡大する拡径を開始した後、前記鋳造材料から前記棒状型を引き抜く、引抜ステップ、
及び、
前記鋳造型から鋳造品を取り出すステップ、
を有する。
［００２２］
何れの方法においても、前記鋳造型内に配置された棒状型は、長手寸法をａ（ｍｍ）、長手方向に垂直な断面積をｂ（ｍｍ２）とすると、
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
１５≦ａ／ｂ、ｂ≦２５
であることが望ましい。
なお、棒状型の長手寸法とは、鋳造型に挿入されている部分の寸法であるが、複数に区画した鋳造型の場合は、各区画の寸法の累計を棒状型の長手寸法とする。
［００２３］
また、本発明に係る有孔鋳造品は、
鋳造品中に孔を有する有孔鋳造品であって、
前記孔の孔壁の内面に組織の破断がなく、かつ、組織の再凝固がない。
［００２４］
前記孔は、長手寸法をａ（ｍｍ）、長手方向に垂直な断面積をｂ（ｍｍ２）とすると、
１５≦ａ／ｂ、ｂ≦２５
とすることができる。
［００２５］
前記鋳造品は、Ａｌ−Ｓｉであり、Ｓｉ≧１５質量％とすることができる。
［００２６］
前記鋳造品は、Ａｌ−ＳｉＣｐであり、ＳｉＣｐ≧１０体積％とすることができる。
発明の効果
［００２７］
本発明に係る有孔鋳造品の製造方法によれば、上記にて規定された温度Ｔｐ（℃）の範囲内で棒状型を引き抜く、または、Ｔｐ（℃）の温度範囲で孔径を拡大する拡径を開始した後に、棒状型を引き抜くことにより、棒状型を引き抜いた跡は孔として残るため、容易に孔付きの鋳造品を作製することができる。
また、鋳造型へ配備される棒状型の太さ、本数、配置、侵入長さを適宜調整することで、孔の直径、数、配置、深さなどを容易に調整することができる。
さらに、鋳造材料として、比較的融点の低いアルミニウム、アルミニウム合金、アルミニウム基をマトリックスとする複合材料、融点の高い銅、銅合
【国際調査報告】
2014050892.tif 000043
2014050892.tif 000044