(57)【要約】【課題】  細やかな凝固制御が可能で量産性に優れた異形材の連続鋳造方法を提供する。【解決手段】  外周に複数の窪み状の鋳造キャビティ(20)が設けられた鋳造ホイール(11)および張力調整用ホール(14)の外周に環状の連続ベルト(12)を掛け渡し、該連続ベルト(12)が前記鋳造キャビティ(20)を閉じることにより形成される鋳造空間に金属溶湯（Ｍを供給するとともに、前記鋳造ホイール(11)および連続ベルト(12)を回転させることにより、前記鋳造キャビティ(20)の形状に対応する異形材（Ｓ１）を鋳出すことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に複数の窪み状の鋳造キャビティが設けられた鋳造ホイールおよび張力調整用ホイールの外周に環状の連続ベルトを掛け渡し、該連続ベルトが前記鋳造キャビティを閉じることにより形成される鋳造空間に金属溶湯を供給するとともに、前記鋳造ホイールおよび連続ベルトを回転させることにより、前記鋳造キャビティの形状に対応する異形材を鋳出すことを特徴とする異形材の連続鋳造方法。
【請求項２】
前記鋳造キャビティが連結部成形用凹溝によって連結され、前記連続ベルトが鋳造キャビティおよび連結部成形用凹溝を閉じることにより鋳造空間を形成し、前記異形材を、複数の異形材が連結された連結異形材として鋳出す、請求項１に記載の異形材の連続鋳造方法。
【請求項３】
前記連続ベルトの溶湯と接触し始める部分の温度を、〔金属の液相線温度の×０．３５〕以上に加熱する請求項１または２に記載の異形材の連続鋳造方法。
【請求項４】
前記異形材の表層部の少なくとも一部を切除する請求項１〜３のいずれか１項に記載の異形の連続鋳造方法。
【請求項５】
前記金属はアルミニウムまたはアルミニウム合金である請求項１〜４のいずれか１項に記載の異形鋳造材の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載された連続鋳造方法により製造されたことを特徴とする異形材。
【請求項７】
請求項６に記載された異形材に塑性加工が施されたことを特徴とする金属加工材。
【請求項８】
請求項６に記載された異形材に切削加工が施されたことを特徴とする金属加工材。
【請求項９】
外周に複数の窪み状の鋳造キャビティが設けられた鋳造用ホイールと、張力調整用ホイールと、前記鋳造ホイールおよび張力調整用ホイールの外周に掛け渡し、前記鋳造キャビティを閉じることにより鋳造空間を形成する連続ベルトとを有する連続鋳造部を備え、前記鋳造空間に連続的に金属溶湯を供給するとともに、前記鋳造ホイールおよび連続ベルトを回転させることにより、前記鋳造キャビティの形状に対応する異形材を鋳出すものとなされていることを特徴とする異形材の連続鋳造装置。
【請求項１０】
前記鋳造ホイールにおいて鋳造キャビティを連結する連結部成形用凹溝が設けられ、前記連続ベルトが鋳造キャビティおよび連結部成形用凹溝を閉じることにより鋳造空間が形成され、前記異形材を、複数の異形材が連結された連結異形材として鋳出すものとなされている、請求項９に記載の異形材の連続鋳造装置。
【請求項１１】
前記連続ベルトを加熱手段を備える請求項９または１０に記載の異形鋳造材の製造装置。
【請求項１２】
前記連続鋳造部の後段に配置され、異形材の鋳造に続いて該異形材の表層部の少なくとも一部を切除する切除部を備える請求項９〜１１のいずれか１項に記載の異形材の連続鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、量産性に優れたニアネットシェイプの異形材およびその連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の異形材の連続鋳造方法は、金型で一次冷却し表面が凝固した後に直接水冷する、いわゆるダイレクトチル鋳造であった。そして、この方法で製造された異形連続鋳造棒を鍛造や切削等の加工用素材とする場合は、所望の厚さに切断して用いていた。しかし、このような方法で製造した鋳造棒は、鋳造棒を切断しなければならないために工程数が多く、また切断時の刃厚分は切り粉となって廃棄されるために材料歩留まりの点でも問題があった。
【０００３】
このような問題を解消するために、従来は薄板鋳造方法として用いられていたメルトドラッグ法を改良発展させたスラグ製造方法が考案されている（特許文献１、非特許文献１，２参照）。
【０００４】
上記スラグ製造方法は、外周に多数の鋳造キャビティを形成した凝固ロールと成形ロールを用いたものである。鋳造キャビティ内に注ぎ込まれた溶湯は凝固ロールにより急冷され、半凝固状態のままで出口部に配置された成形ロールにて圧されて接触面を平坦にすることによりスラグが連続鋳造される。この方法によれば、肉厚のスラグ、あるいは鋳造キャビティに対応する任意形状の鋳造材を連続して効率良く製造することができる。
【特許文献１】特開２０００−３１７５８７号公報
【非特許文献１】岩崎潤哉、本村貢、池田貴史、渡邊涼介、「アルミニウム鍛造素材用ニアネットシェイプ作製の新メルトドラッグ法の研究」、軽金属学会第９５回秋期大会公演概要、第９３〜９４頁、１９９８年
【非特許文献２】本村貢、渡邊涼介、佐藤博文、高野正敏、「メルトドラッグ法を応用したニアネットシェイプアルミニウム鍛造素材の作製」、軽金属学会第９７回秋期大会公演概要、第５５〜５６頁、１９９９年
【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、鋳造キャビティに注ぎ込まれた溶湯は、凝固ロールの出口側で成形ロールに達するまでは凝固ロールに押し付けられないために、凝固ロールからの熱伝達が悪いものであった。加えて、外周面側が自由鋳造となるために冷却速度が遅くなり、スラグ内部に引け巣等の鋳造欠陥が発生しやすいものであった。また、細やかに凝固過程を制御することも困難であった。このため、鋳造欠陥がスラグの中心部近傍に発生した場合は鋳造欠陥の除去が困難であり、鍛造や切削等の各種加工用素材としての品質を確保することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した背景技術に鑑み、細やかな凝固制御が可能で量産性に優れた異形材の連続鋳造方法を提供し、さらにこの方法によって製造された異形材、異形材を加工した金属加工材、この方法を実施するための異形材の連続鋳造装置の提供を目的とする。
【０００７】
本発明の異形材の連続鋳造方法は、下記〔１〕〜〔５〕に記載の構成を有する。
【０００８】
〔１〕  外周に複数の窪み状の鋳造キャビティが設けられた鋳造ホイールおよび張力調整用ホイールの外周に環状の連続ベルトを掛け渡し、該連続ベルトが前記鋳造キャビティを閉じることにより形成される鋳造空間に金属溶湯を供給するとともに、前記鋳造ホイールおよび連続ベルトを回転させることにより、前記鋳造キャビティの形状に対応する異形材を鋳出すことを特徴とする異形材の連続鋳造方法。
【０００９】
〔２〕  前記鋳造キャビティが連結部成形用凹溝によって連結され、前記連続ベルトが鋳造キャビティおよび連結部成形用凹溝を閉じることにより鋳造空間を形成し、前記異形材を、複数の異形材が連結された連結異形材として鋳出す、〔１〕に記載の異形材の連続鋳造方法。
【００１０】
〔３〕  前記連続ベルトの溶湯と接触し始める部分の温度を、〔金属の液相線温度の×０．３５〕以上に加熱する〔１〕または〔２〕に記載の異形材の連続鋳造方法。
【００１１】
〔４〕  前記異形材の表層部の少なくとも一部を切除する〔１〕〜〔３〕のいずれか１項に記載の異形の連続鋳造方法。
【００１２】
〔５〕  前記金属はアルミニウムまたはアルミニウム合金である〔１〕〜〔４〕のいずれか１項に記載の異形鋳造材の製造方法。
【００１３】
本発明の異形材は、下記〔６〕に記載の構成を有する。
【００１４】
〔６〕〔１〕〜〔５〕のいずれか１項に記載された連続鋳造方法により製造されたことを特徴とする異形材。
【００１５】
本発明の金属加工材は、下記〔７〕〔８〕に記載の構成を有する。
【００１６】
〔７〕  〔６〕に記載された異形材に塑性加工が施されたことを特徴とする金属加工材。
【００１７】
〔８〕  〔６〕に記載された異形材に切削加工が施されたことを特徴とする金属加工材。
【００１８】
本発明の異形材の連続鋳造装置は、下記〔９〕〜〔１２〕に記載の構成を有する。
【００１９】
〔９〕  外周に複数の窪み状の鋳造キャビティが設けられた鋳造用ホイールと、張力調整用ホイールと、前記鋳造ホイールおよび張力調整用ホイールの外周に掛け渡し、前記鋳造キャビティを閉じることにより鋳造空間を形成する連続ベルトとを有する連続鋳造部を備え、前記鋳造空間に連続的に金属溶湯を供給するとともに、前記鋳造ホイールおよび連続ベルトを回転させることにより、前記鋳造キャビティの形状に対応する異形材を鋳出すものとなされていることを特徴とする異形材の連続鋳造装置。
【００２０】
〔１０〕  前記鋳造ホイールにおいて鋳造キャビティを連結する連結部成形用凹溝が設けられ、前記連続ベルトが鋳造キャビティおよび連結部成形用凹溝を閉じることにより鋳造空間が形成され、前記異形材を、複数の異形材が連結された連結異形材として鋳出すものとなされている、〔９〕に記載の異形材の連続鋳造装置。
【００２１】
〔１１〕  前記連続ベルトを加熱手段を備える〔９〕または〔１０〕に記載の異形鋳造材の製造装置。
【００２２】
〔１２〕  前記連続鋳造部の後段に配置され、異形材の鋳造に続いて該異形材の表層部の少なくとも一部を切除する切除部を備える〔９〕〜〔１１〕のいずれか１項に記載の異形材の連続鋳造装置。
【発明の効果】
【００２３】
〔１〕の発明にかかる異形材の連続鋳造方法によれば、鋳造キャビティに注ぎ込まれた溶湯が連続ベルトによって鋳造ホイールに押し付けられるため、鋳造ホイールから十分な冷却を受けて速やかに冷却され、鋳造される異形材において引け巣等の鋳造欠陥の発生が抑制される。また、連続鋳造であるから、効率良く異形材を鋳造できる。鋳造された異形材はそれ自体を高品質の部品として利用でき、さらに各種加工用素材として用いることによって、これらの加工品においても高い品質を確保できる。
【００２４】
〔２〕の発明においては、異形材が連結部を介して連なった連結異形材として連続鋳造される。かかる連結異形材は、その後工程において移動や支持が容易であるため、効率良くその後の工程を行うことができる。
【００２５】
〔３〕の発明においては、最終凝固部が連続ベルト側に寄った異形材を鋳造することができ、最終凝固部に発生した鋳造欠陥を容易に除去できる。かかる異形材はそれ自体を高品質の部品として利用でき、さらに各種加工用素材として用いることによって、これらの加工品においても高い品質を確保できる。
【００２６】
〔４〕の発明においては、表層部に発生した鋳造欠陥を容易に除去でき、高品質の異形材を製造できる。さらにかかる異形材を各種加工用素材として用いることによって、これらの加工品においても高い品質を確保できる。
【００２７】
〔５〕の発明においては、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる異形材を効率良く製造できる。
【００２８】
〔６〕の発明にかかる異形材は、鋳造欠陥の発生が抑制され、あるいは除去された高品質の異形材である。
【００２９】
〔７〕の発明にかかる金属加工材は、本発明の異形材に塑性加工が施されたものであるから、鋳造欠陥の持ち越しがなく、品質の高いものである。
【００３０】
〔８〕の発明にかかる金属加工材は、本発明の異形材に切削加工が施されたものであるから、表面品質欠陥の持ち越しがなく、品質の高いものである。
【００３１】
〔９〕に発明にかかる異形材の連続鋳造装置によれば、本発明の連続鋳造方法を実施して高品質の異形材を効率良く製造できる。
【００３２】
〔１０〕の発明においては、異形材が連結した連結異形材を効率良く製造できる。
【００３３】
〔１１〕の発明においては、指向性凝固により最終凝固部が連続ベルト側に寄った異形材を製造することができる。
【００３４】
〔１２〕の発明においては、異形材の表層部を効率良く除去することができ、ひいては高品質の異形材を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
〔第１実施態様〕
図１〜３に、複数の異形材が連結された状態で連続鋳造される連続鋳造装置(1)の構成を示す。前記連続鋳造装置(1)は、連続鋳造部(10)と切除部(30)が直列に配置されることにより構成され、連続鋳造部(10)における連結異形材（Ｓ）の連続鋳造と、切除部(30)における連結異形材（Ｓ）の表層部切除とが連続して行われる。
【００３６】
連続鋳造部(10)は、鋳造空間を形成する鋳造ホイール(11)と連続ベルト(12)とを備え、厚肉のスラグ部（Ｓ１）が薄板状の連結部（Ｓ２）で連結された連結異形材（Ｓ）を連続鋳造するものである。
【００３７】
前記鋳造ホイール(11)は外周面に成形用凹部(13)を有し、内部に配置されたノズル(図示省略)から冷却水を供給することによって冷却可能となされている。図２に示すように、前記成形用凹部(13)は、連結異形材（Ｓ）のスラグ部（Ｓ１）の形状に対応し、周方向に沿って配置された深い窪み状の複数の鋳造キャビティ(20)と、連結部（Ｓ２）の形状に対応し、隣接する鋳造キャビティ(20)(20)を連結する連結部成形用の浅い凹溝(21)とにより形成されている。深い窪み状のキャビティ(20)の深さと浅い凹溝(21)の深さの比率は限定されないが、安定した鋳造を行う上で２０：１以下とすることが好ましく、より好ましくは１．１：１〜２０：１の範囲である。また、前記鋳造ホイール(11)の径は特に限定されず設計でき、例えば７００〜２０００ｍｍとすることができる。また、回転数も限定されず、鋳造材の冷却速度等の鋳造状態に応じて設定でき、例えば０．５〜５ｒｐｍとすることができる。
【００３８】
一方、連続ベルト(12)は、前記鋳造ホイール(11)と張力調整用ホイール(14)とに掛けられた環状の無端ベルトであり、図３に示すように、鋳造ホイール(11)の成形用凹部(13)を連続ベルト(12)の内側で閉じて鋳造空間(17)を形成している。前記連続ベルト(12)は、外側から冷却水（図示なし）を供給して冷却することも、外側に加熱器(18)を配置して加熱することもできる。
【００３９】
また、図１において、(15)は連続ベルト(12)を鋳造ホイール(11)に密着させるためのピンチロールであり、(16)は鋳造空間(17)に溶湯（Ｍ）を供給するためのタンディッシュである。
【００４０】
前記連続鋳造部(10)において、タンディッシュ(16)から前記鋳造空間(17)に供給された溶湯（Ｍ）は、鋳造ホイール(11)および連続ベルト(12)からの冷却を受けて、これらとの接触面から内部へと凝固しながら鋳造ホイール(11)および連続ベルト(12)の回転駆動に伴って連続的に連結異形材（Ｓ）に成形される。連続鋳造された連結異形材（Ｓ）は、鋳造ホイール(11)側にスラグ部（Ｓ１）が突出し、隣接するスラグ部（Ｓ１）が薄板状の連結部（Ｓ２）を介して連結された形状となり、連続ベルト(12)との接触面がフラットとなる。
【００４１】
鋳造された連結異形材（Ｓ）は、鋳造に続いて後段の切除部(30)において表層部の切除が行われる。スラグ部（Ｓ１）が連なった連結異形材（Ｓ）であるから、複数のスラグ部（Ｓ１）の表層部切除を連続して効率良く行うことができる。
【００４２】
切除部(30)は、前記連結異形材（Ｓ）の表層部を切除する切削刃を備えている。表層部の切除は必ずしも連結異形材（Ｓ）の全周面に対して行う必要はなく、偏析層、異物、微細クラック等（以下、これらを「表面品質欠陥」と総称する）が存在し、その後加工に持ち越すと不都合が生じる面または部分にのみに対して行えば良い。
【００４３】
例えば、前記連結異形材（Ｓ）では、連続ベルト(12)に接触するフラット面に偏析層が発生しやすいため、図４Ａおよび図４Ｂ、図９Ａに示すように連続ベルト(12)に接触している部分（Ｓ３）を切除することが好ましい。表面に発生した偏析層は合金成分濃度が高いためにその後の鍛造や圧延等の加工によって割れが発生しやすい。割れが偏析層内で止まっている場合は鋳造したスラグ部（Ｓ１）の皮むきによって除去することが可能であるが、割れがスラグ部（Ｓ１）内部まで伝播すると皮むきでは除去できず、製品価値の無いものとなる。従って、加工前に偏析層を除去しておけば、加工による割れの発生を防止することができる。また、偏析層のある連結異形材の切断で生じる切断刃の寿命低下も防ぐことができ、切断面の品質向上も図ることができる。
【００４４】
また、鋳造ホイール(11)と連続ベルト(12)に温度差を設けて凝固速度に差を付け、最終凝固部を中心から表面近くに寄せる鋳造方法（以下、「指向性凝固」あるいは「指向性凝固による連続鋳造方法」と称する）がある。前記連続鋳造部(10)の場合、前記鋳造ホイール(11)を冷却する一方で連続ベルト(12)を加熱し、指向性凝固により連結異形材（Ｓ）を連続鋳造した場合、連続ベルト(12)との接触部近傍が最終凝固部となる。一般に最終凝固部では引け巣や引け割れのような鋳造欠陥が発生しやすいが、大きな鋳造欠陥のある場合は加工しても圧着することなく欠陥として残存してしまうことがある。このような場合、加工前に連続ベルト(12)側の最終凝固部を切除しておくことにより、欠陥のない健全な加工品を製造することができる。なお、上記指向性凝固において、連続ベルト(12)の加熱温度は〔金属の液相線温度×０．３５〕以上が好ましく、特に〔金属の液相線温度×０．５〕以上が好ましい。また、連続ベルト(12)の好ましい上限温度は液相線温度である。
【００４５】
また、表面に微細クラックや異物が存在する連結異形材（Ｓ）についても、加工前に除去することにより、クラックの拡大や異物の持ち越しを防ぐことができる。
【００４６】
このように、連続鋳造に続いてスラグ部（Ｓ１）が連なった連結異形材（Ｓ）の状態で表層部切除を行えば、切除工程挿入による製造時間延長が全くなく、生産効率が良い。また被切削材の移動や切削時の支持が容易であることによっても、効率良く表層部切除を行うことができる。
【００４７】
なお、表層部の切除に際しては、切削刃の形状は何ら限定されず、回転刃でも固定刃でも良く、切削刃の数も限定されない。
【００４８】
切削刃としては、図４Ａ〜図７に示すものを例示できる。図４Ａおよび図４Ｂは、回転盤の盤面に複数の刃(31a)を突設したフルバックカッター(31)である。図５は、円筒型回転盤の周面に複数の切削刃(32a)が突設された円筒型カッター(32)である。図６は、図５と同タイプの周面に切削刃(33a)(33b)を有する円筒型カッター(33)であるが、周面の一部に突出する切削刃(33b)を設けることにより、面全体を切削するとともに、面の一部（Ｓ５）を深く切除することができる（図９Ｂ参照）。図７はくさび形の固定刃(34)であり、固定刃(34)を連結異形材（Ｓ）に押付け、連結異形材（Ｓ）の移動に伴って表層部がそぎ落とされる。また、いずれの場合も切削刃(31)(32)(33)(34)の対向面に複数のロールにキャタピラを掛けた支持器(35)が配置されるとともに、前後および側面においても支持ロール(36)(37)が配置され、連結異形材（Ｓ）が走行可能に支持されている。これにより、切削抵抗が生じても連続的な切除が可能である。なお、前記支持器(35)のロールおよび支持ロール(36)(37)は、高温の連結異形材（Ｓ）に接して温度が過度に上昇する場合はロールの軸部に冷却水を温度低下を図ることが好ましい。ロール温度が上昇すると、ロール軸部のボールベアリング潤滑用グリースが流出し、ロール寿命が低下するおそれがあるためである。
【００４９】
前記切削刃(31)(32)(33)(34)の材質としては、高速度工具鋼（ハイス鋼）やＷＣにバインダを配合したいわゆる超硬材を推奨できる。また、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＮ、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の表面処理を施すことも有効である。これらの材質や表面処理は耐摩耗性に優れるとともに、被切削材の凝着を抑制する効果がある。
【００５０】
また図示例のように、連結異形材（Ｓ）は、支持器(35)や支持ロール(36)(37)等で挟みこむことにより、送り方向には自在に可動しながらその他の方向へは拘束した状態で表層部を除去することが望ましい。このようにすれば、連結異形材（Ｓ）の曲がりが矯正され、安定した表層除去量を確保できる。
【００５１】
上述した切削刃(31)(32)(33)(34)によれば、いずれも連結異形材（Ｓ）の連続ベルト(12)側の表層部を所定厚さで切除することができる。また、各切削刃(31)(32)(33)(34)において、円盤径、円筒長さ、刃の幅等に応じて全面を切除することも面の一部のみを切除することも可能である。また、切除厚さは切削刃(31)(32)(33)(34)の押付け深さに応じて任意に設定することができる。図４Ａおよび図６に示した円筒型カッター(31)(32)(33)では、切削刃(31a)(32a)(33a)(33b)の盤面からの突出量によって切り込み深さが設定され、切削刃(31a)(32a)(33a)(33b)の取り付け位置（突出量）の調整あるいは取り付ける切削刃(31a)(32a)(33a)(33b)の寸法選択によって切り込み深さが設定されるものとなされている。
【００５２】
図４Ａ〜図７は、連結異形材（Ｓ）の一面のみの切除例であるが、複数の面に切削刃を配置すれば複数面の切除を行うことができる。切除厚さは面内で一定である必要はなく、面の一部を深く切除することもできる。上述した指向性凝固では、最終凝固部が連続ベルト(12)側の中央部に形成されるため、図９Ｂに示すように、その部分を深く切除することによって表面品質欠陥部分のみを切除することができる。
【００５３】
また、一つの面を複数の切削刃で切除することもできる。例えば、切除厚さを大きくする場合、連結異形材の移動方向に沿って２つの切削刃を配置して２段階で切削すれば、切削の負荷を低減し、切削刃の寿命を向上させることができる。また、第１の切削刃で一定厚さに面全体を切除した後、第２の切削刃で面の一部を深く切除することもできる。さらに、回転刃と固定刃を組み合わせることも任意である。
【００５４】
切除厚さは表面品質欠陥の厚さに応じて任意に設定すれば良い。表面に付着する異物を除去する場合は０．５〜３ｍｍ、偏析層を除去する場合は０．５〜７ｍｍが好ましい。
【００５５】
また、切除時に切削抵抗を低減するために適宜潤滑剤を用いても良い。潤滑剤の付与方法は滴下や噴霧等何ら限定されないが、多量の潤滑剤を使用すると連結異形材温度を過剰に低下させるおそれがあるため、必要最小限の潤滑剤を均一に付与できる点で潤滑剤を噴霧する方法を推奨できる。また、潤滑剤の種類は水性、油性を問わず使用できるが、切削刃先が高温になる場合にも水分蒸発時の気化熱により効率の良い冷却が可能である点で、エマルジョンタイプの潤滑油を推奨できる。
【００５６】
ところで、切除時の連結異形材温度が高い場合は、切削刃との摩擦熱により連結異形材表面が局所的に溶融することがある。これに対し、上述したように潤滑剤付与によって連結異形材温度を下げることが可能であるが、潤滑剤付与によっても十分に下げることができない場合は、切除の前段階で連結異形材を冷却することも好ましい。切除時の連結異形材温度は、〔材料の固相線温度×０．３〕〜〔材料の固相線温度×０．９〕が好ましい。温度が低すぎると切削抵抗が大きくなって負荷が大きくなり、高すぎると切削時の摩擦熱によって溶融するおそれがあるためである。好ましい切除時の連結異形材温度は、〔材料の固相線温度×０．５〕〜〔材料の固相線温度×０．８〕である。連結異形材の冷却方法としては、冷却槽内で冷却水中を通過させる方法や冷却水を浴びせる方法等の水冷を例示できる。移動中の連結異形材の冷却であるから、いずれの場合も冷却水との接触時間や水量によって温度調節を行うことができる。例えば、連続鋳造部(10)と切除部(30)との間に水槽またはシャワー室を配置し、連結異形材（Ｓ）がこれらを通過する時間や水温を調節し、あるいはシャワー室の場合は水量を調節することにより、連結異形材（Ｓ）を切削に適した温度に冷却することができる。
【００５７】
また、表層部の切除は、上述した指向性凝固によって鋳造された連結異形材のように、最終凝固部が表面近くに形成された連結異形材に適用した場合に顕著な効果を奏することができる。
【００５８】
表層部が切除された連結異形材（Ｓ）は、連結部（Ｓ２）を切除し、スラグ部（Ｓ１）がそのまま製品として使用され、あるいは鍛造、圧延、切削等の加工用素材として用いられる。あるいは、連結部（Ｓ２）を切除することなく、多数のスラグ部（Ｓ１）が連なった連結異形材（Ｓ）として各種加工に供され、加工後に連結部（Ｓ２）が切除される。連結異形材（Ｓ）に対して加工を行う場合は、加工前の温度調整等の前処理を含めてこれらの加工を効率良く行うことができる。また、これらの加工の途中でスラグ部（Ｓ１）を切断しても良い。なお、本発明において表層部の除去は必須要件ではなく、連続鋳造のみを行う場合も本発明に含まれ、連続鋳造後に後加工または連結部の切除を行うこともできる。また、連結部除去と表層部切除の順序も、表層部切除後に連結部除去を行うものに限定されない。
〔第２実施態様〕
本実施態様は、上述した鋳造ホイール(11)とは異なる形状の鋳造空間を形成する鋳造ホイールを用いて、連結されていない異形材を連続鋳造するものである。なお、以下の説明において図１〜３中と同一符号を付したものは、同一物として説明を省略する。
【００５９】
図８に示す鋳造ホイール(40)は、外周面においては、異形材（Ｓ４）形状に対応する深い窪み状の鋳造キャビティ(41)が周方向に沿って複数個設けられている。また、各鋳造キャビティ(41)の底面に臨んで、鋳造された異形材（Ｓ４）を突き出すためのノックアウトピン(42)が挿入され、該ノックアウトピン(42)の先端面が鋳造キャビティ(41)の底面の一部を構成している。
【００６０】
そして、溶湯（Ｍ）の供給とともに鋳造ホイール(40)および連続ベルト(12)の回転駆動に伴って、個々の異形材（Ｓ４）が連続的に鋳造される。異形材（Ｓ４）が鋳造ホイール(40)と連続ベルト(12)の分離点に達すると、ノックアウトピン(42)がカム(43)により駆動されて鋳造キャビティ(41)内に突き出され、鋳造ホイール(40)からの離脱が促され、異形材（Ｓ４）は連続ベルト(12)上に排出される。鋳造された異形材（Ｓ４）は、要すれば後段に設けた冷却装置において水冷等により冷却され、鍛造、圧延等の塑性加工や切削加工に供される。なお、異形材（Ｓ４）の離型手段は上述したカム駆動によるノックアウトピンに限定されない。
【００６１】
また、鋳造によって生じた表面品質欠陥を加工前に除去しておくことによって、健全な加工品を製作できることも上述した第１実施態様と同様である。さらに、第１実施態様と同様に連続ベルト(12)を加熱することにより指向性凝固を行うこともでき、異形材（Ｓ４）の最終凝固部を連続ベルト(12)側に寄せ、加工前に最終凝固部（鋳造欠陥）を切除しておくことも好ましい。また、指向性凝固を行う場合の連続ベルト(12)の加熱温度は、第１実施態様と同じく〔金属の液相線温度×０．３５〕以上が好ましく、特に〔金属の液相線温度×０．５〕以上が好ましい。
【００６２】
このようにして鋳造した異形材（Ｓ４）は、第１実施態様で製作したスラグ部（Ｓ１）と同様に、鍛造、圧延、切削等の加工用素材として用いられ、所要形状に成形されて各種部品に利用される。あるいは加工されることなくそのまま各種部品として利用される。
【００６３】
本実施態様によれば、鋳造した異形材（Ｓ４）全体を部品として利用でき、廃棄部分が発生せず材料に無駄がない。また、連結異形材（Ｓ）よりもさらに最終形状に近い形状が得られる。
【００６４】
本発明の連続鋳造方法において、鋳造キャビティ(20)(41)に注ぎ込まれた溶湯（Ｍ）は連続ベルト(12)によって鋳造ホイール(11)(40)に押し付けられた状態となるため、鋳造ホイール(11)(40)からの熱伝達が良好であり速やかに冷却される。このため、凝固ロールのみを用いたメルトドラッグ法に比べて冷却速度が速く、引け巣等の鋳造欠陥の発生が抑制される。また、鋳造ホイール(11)(40)からの熱伝達が良好であることで細やかな凝固過程制御が可能となる。要すればさらに連続ベルト(12)を加熱する指向性凝固を組み合わせることによりさらに細やかに凝固過程の制御が可能であり、鋳造欠陥が少なくかつ最終凝固部の発生位置が制御された異形材を製造することができる。かかる異形材はそれ自体高品質であるとともに、容易に鋳造欠陥を除去できることでさらに高い品質を確保できる。また、かかる異形材を各種加工用素材として用いることによって、これらの加工品においても高い品質を確保できる。
【００６５】
本発明において、鋳造キャビティ(20)(41)の形状は、連結しているか否かにかかわらず、何ら限定されず所望形状とすることができる。スラグ部（Ｓ１）および異形材（Ｓ４）は、鋳造キャビティ(20)(41)の形状によって最終製品に近い形状にニアネットシェイプに成形できるため、少ない加工工数で効率良く最終形状が得られるとともに、廃棄部分も少なく材料歩留まりが良い。また、図３に示すように、鋳造ホイール(11)からの型離れを良好にするために、鋳造キャビティ(20)の周壁に３〜４５°のテーパー角度（θ）を設けることが好ましい。前記テーパー角度（θ）は全周で同一である必要はなく、場所によって角度（θ）を変化させても良い。図示例では連結異形材（Ｓ）製造用の鋳造キャビティ(20)を示しているが、個々の異形材（Ｓ４）製造用の鋳造キャビティ(40)についても同様にテーパーをつけることが好ましい。また、前記スラグ部（Ｓ１）を連結する連結部（Ｓ２）の形状や厚さも何ら限定されない。図示例のように、スラグ部（Ｓ１）と同一幅の連結部（Ｓ２）であっても良いし、スラグ部（Ｓ１）よりも幅の狭い棒状の連結部であっても良い。
【００６６】
また、鋳造ホイール(11)(40)と連続ベルト(12)は、第１、２実施態様に挙げた配置に限定するものではなく、鋳造キャビティ(20)(41)と連続ベルト(12)により鋳造空間を形成できるものであれば良い。第１、２実施態様は、連続ベルト(12)の内側に鋳造ホイール(11)(40)および張力調整ホイール(14)を配置し、連続ベルト(12)の同じ面が両ホイール(11)(40)、(14)に接触しているが、連続ベルト(12)の異なる面で鋳造ホイール(11)(40)と張力調整ホイール(14)とに接触するように配置することもできる。即ち、本発明においては、張力調整用ホイール(14)で張力調整された連続ベルト(12)が鋳造ホイール(11)(40)の鋳造キャビティ(20)(41)を閉じることができる限り、連続ベルト(12)の掛け渡し態様は何ら限定されない。
【００６７】
図１０に、連続ベルト(12)の異なる面で鋳造ホイール(11)と張力調整ホイール(14)に接触させた配置例を示す。本図は、張力調整用ホイール(14)に掛けた連続ベルト(12)の外側を上部押し付けロール(50)および下部押し付けロール(51)で鋳造ホイール(11)の外周に密着させたものであり、上部押し付けロール(50)の上方に配置したタンディッシュ(52)から溶湯（Ｍ）が供給され、下部押し付けロール(51)側から連結鋳造材（Ｓ）が排出される。また、前記上部および押し付けロール(50)(51)の間にも押し付けロール(53)を設置しても良い。押し付けロール(53)を追加することにより鋳造ホイール(11)と連結鋳造材（Ｓ）の接触面圧が高まり、接触熱抵抗が低下して冷却効率を高めることができる。また、図１１に示すように、図１の第１実施態様においても、ピンチロール(15)後に押し付けロール(53)を配置し、あるいはさらに連続ベルト(12)が鋳造ホイール(11)から離れる位置に押し付けロール(56)を配置することにより、鋳造ホイール(11)と連結鋳造材（Ｓ）の接触面圧を高めることができる。なお、図示はしないが、連結されない異形材（Ｓ４）を連続鋳造する場合も、上述した連続ベルトの掛け方を採用し、あるいは押し付けロールを追加配置することができる。
【００６８】
また、連結鋳造材（Ｓ）の連結部（Ｓ２）が薄い場合は、鋳造ホイール(11)からの排出後に自重によって変形したり、破断してしまうことがある。そのような場合は、図１２に示すように、連結鋳造材（Ｓ）が撓まないようにロールによるガイド(54)(55)を設けることにより撓みや破断を防止することができる。なお、スラグ部（Ｓ１）と接触する側のガイド(55)はキャタピラ状のガイドを用いることが好ましい。
【００６９】
鋳造ホイール(11)(41)の材質は特に限定されないが、熱伝導性の良い銅または銅合金を推奨できる。連続ベルト(12)の材質も特に限定されないが、強度、靭性に優れた軟鋼を推奨できる。また、耐熱性や溶湯との濡れ性を考慮し、表面にセラミックス等の耐熱材料を付与することも好ましい。耐熱材料の付与方法としては溶射を例示できる。
【００７０】
本発明の異形材の連続鋳造方法は、あらゆる金属に適用できるが、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金の連続鋳造に推奨でき、特にアルミニウムまたはアルミニウム合金の連続鋳造に推奨できる。アルミニウムまたはアルミニウム合金として、純Ａｌ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系の各合金を例示できる。特に純アルミニウム系以外の合金は表面に偏析層が形成されやすいため、表層部除去による効果が大きい。
【００７１】
本発明によって製造された異形材とは、単独で鋳造された異形材、スラグ部が連結された状態で鋳造された連結異形材、該連結異形材から切り離したスラグ部、さらにこれらの異形材、連結異形材、スラグ部の表層部を除去したもの、またさらにこれらの異形材、連結異形材、スラグ部を塑性加工または切削加工したものである。また、本発明の金属加工材は、前記異形材、連結異形材、スラグ部を塑性加工または切削加工したものである。前記塑性加工方法および切削加工方法は何ら限定されない。塑性加工方法として、鍛造、圧延、押出、引き抜き、鍛造、曲げ、プレス等を例示でき、切削加工方法として、旋盤、フライス盤、ボール盤等による切削を例示できる。製品形状も限定されない。また、異形材の鋳造に続いて異形材が高温状態にある時にこれらの加工を行えば、荷重負担が小さく加工性が良好である。また、これらの加工を連結異形材の状態で行えば、被加工材の移動や加工時の支持が容易であることによっても、効率良く加工を行うことができる。
【００７２】
本発明の異形材および金属加工材は、各種産業分野における部品として利用される。例えば、サスペンションアーム、エンジンピストン等の自動車用部品、クランク等の自転車用部品、ハードディスク用ハブ等の電子機器用部品、エアコン用ピストン等の電機部品、あるいはこれらの部品への加工用素材として用いられる。
【００７３】
また、本発明の異形材の連続鋳造装置は、鋳造キャビティあるいはさらに連結部成形用凹溝が設けられた鋳造ホイール、張力調整用ホイール、連続ベルトを有する連続鋳造部を備えるものであり、要すればさらに連続ベルトの加熱手段、連続鋳造部の後段に配置される切除部を備えるものである。また、異形材の冷却装置、異形材の鍛造、圧延、切削等を行う加工装置、連結異形材からスラブ部を取り出す切断装置、異形材の搬送装置等を任意に追加することができる。
【実施例】
【００７４】
〔実施例１〕
鋳造材料（Ｍ）として、Ｓｉ：０．６質量％、Ｆｅ：０．２質量％、Ｃｕ：０．３２質量％、Ｍｇ：１．０質量％、Ｃｒ：０．２質量％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＪＩＳ  Ａ６０６１合金（液相線温度：６５２℃）を用い、図１に示す連続鋳造装置(1)により、連続鋳造部(10)円柱状のスラグ部（Ｓ１）が薄板状の連結部（Ｓ２）で連結された連結異形材（Ｓ）を連続鋳造し、さらに切除部(30)において表層部の切除を行った。
【００７５】
図２および図３に参照されるように、鋳造ホイール(11)は直径が１４００ｍｍであり、外周面に周方向に沿ってスラグ部（Ｓ１）の形状に対応する鋳造キャビティ(20)が複数個設けられ、これらの鋳造キャビティ(20)が連結部形成用凹溝(21)によって連結されている。前記鋳造キャビティ(20)は開口直径（Ｄ）が４０ｍｍ、深さ（Ｈ１）が２５ｍｍの円形の窪みであり、周壁のテーパー角度（θ）は５°に形成されている。また、前記連結部形成用凹溝(21)は、前記鋳造キャビティ(20)の開口直径と同一幅であり、深さ（Ｈ２）は３ｍｍに形成されている。
【００７６】
前記鋳造ホイール(11)の回転数を２．０ｒ．ｐ．ｍとした。そして、前記鋳造ホイール(11)の内部に冷却水を供給して冷却する一方、連続ベルト(12)の外側をバーナー(18)で加熱し、溶湯（Ｍ）と接触する直前のベルト温度が５００℃となるように設定し、指向性凝固による連続鋳造を行い、連結異形材（Ｓ）を鋳造した。連続鋳造部(10)から排出された連結異形材（Ｓ）は、最終凝固部がベルト側に寄ったものとなり、切除部(20)に導入される直前の鋳造材温度は５００℃であった。
【００７７】
図４Ａ、図４Ｂに示すように、切除部(20)においては、連結異形材（Ｓ）のベルト接触面側にフルバックカッター(31)を配置するとともに、フルバックカッター(31)の対向面、前後、側面を支持器(35)および支持ロール(36)(37)により連結異形材（Ｓ）を走行可能に拘束した。前記フルバックカッター(31)は、直径２００ｍｍ、刃(21a)数１２であり、１６００ｒ．ｐ．ｍで回転させて鋳造材（Ｓ１）のベルト接触面を切削するものとした。切削に際しては、潤滑剤として刃先にエマルジョン状のソリブル油（以下、「ソリブル油」と省略する）を噴霧した。また、前記支持ロール(40)(41)の軸部には冷却水を供給した。上記切削により、図９Ａに示すように、ベルト接触面における厚さ（Ｔ１）：１．５ｍｍの表層部(Ｓ３)を切除した。この表層部切除により、ベルト接触面およびその近傍に発生した偏析層および鋳造欠陥は除去されて健全な鋳造材となった。
【００７８】
表層部除去がなされた連結異形材（Ｓ）は、連結部（Ｓ２）が切除されて、偏析層および鋳造欠陥のない健全なスラグ部（Ｓ１）となされた。
〔実施例２〕
鋳造材料（Ｍ）として、ＪＩＳ  Ａ１０５０（アルミニウム純度：９９．５質量％以上、液相線温度：６５７℃）を用い、実施例１と同じ鋳造ホイール(11)を用いたが、溶湯に接触する直前の連続ベルト(12)の加熱温度を４００℃に変更して、実施例１とは異なる条件で指向性凝固を行った。この条件変更により、連続鋳造部(10)から排出された前記連結異形材（Ｓ）は、切除部(30)に導入される直前で４５０℃となった。
【００７９】
切除部(30)においては、図６に示す円筒型切削刃(33)にて、図９Ｂに参照されるように、ベルト接触面の幅方向の中央部を中央部深さ（Ｔ２）：２ｍｍ、先端角度（α）：６０°の断面三角形（Ｓ５）に切除した。切除に際しては前記円筒型切削刃(33)は、直径２００ｍｍ、刃(31a)数１２のものを用い、１６００ｒ．ｐ．ｍで回転させた。また、実施例１と同様に、連結異形材（Ｓ）を切削刃(33)の対向面、前後、側面を支持器(35)および支持ロール(36)(37)で拘束するとともに、潤滑剤として刃先にソリブル油を噴霧し、前記支持ロール(36)(37)を冷却するものとした。
〔実施例３〕
鋳造材料（Ｍ）として、ＪＩＳ  Ａ１０５０（アルミニウム純度：９９．５質量％以上）を用いた。
【００８０】
図８に示すように、周方向に複数の鋳造キャビティ(41)が設けられた鋳造ホイール(40)を用い、連結されない円柱状の異形材（Ｓ４）を連続鋳造した。前記鋳造ホイール(40)の直径は１４００ｍｍであり、各鋳造キャビティ(41)は開口直径が５０ｍｍ、深さが２０ｍｍであり、周壁に５°のテーパーが形成されている。
【００８１】
前記鋳造ホイール(40)を２．０ｒ．ｐ．ｍで回転させるとともに、鋳造ホイール(40)の内側と連続ベルト(12)の外側から冷却水を供給して冷却し、凝固した異形材（Ｓ４）が鋳造ホイールと連続ベルトの分離点に達した時点でノックアウトピン(22)を突き出して鋳造ホイール(40)から離脱させた。離脱直後の異形材（Ｓ４）は４００℃であった。
【００８２】
鋳造ホイール(40)から離脱した異形材（Ｓ４）は、下方に設けられたコンベア（図示なし）上に排出されて搬送された。この異形材（Ｓ４）は鍛造成形に適する温度を有していたので、予備加熱が施されることなく次工程のプレス機に投入され、鍛造により所望形状に成形された。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の異形材の連続鋳造方法によれば、ニアネットシェイプの異形材から容易に鋳造欠陥を除去できる。かかる異形材を鍛造等の加工用素材として用いることにより高品質の加工品を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明にかかる異形材の連続鋳造方法を実施する連続鋳造装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１の連続鋳造装置における鋳造ホイールの斜視図である。
【図３】図１の連続鋳造装置において、鋳造空間を示す正面図である。
【図４Ａ】切除部における切削刃の一例を模式的に示す側面図である
【図４Ｂ】図４Ａの正面図である。
【図５】切除部における切削刃の他の例を模式的に示す側面図である
【図６】切除部における切削刃のさらに他の例を模式的に示す断面図である
【図７】切除部における切削刃のさらに他の例を模式的に示す側面図である
【図８】他の鋳造ホイールを示す部分断面図である。
【図９Ａ】異形材と切除部分を示す断面図である。
【図９Ｂ】異形材と切除部分を示す断面図である。
【図１０】鋳造ホイールと連続ベルトの他の配置を示す模式図である。
【図１１】図１における連続鋳造部の変形例である。
【図１２】図１における連続鋳造部のさらに他の変形例である。
【符号の説明】
【００８５】
１…異形材の連続鋳造装置
10…連続鋳造部
11,40…鋳造ホイール
12…連続ベルト
13…成形用凹部
20,41…鋳造キャビティ
21…連結部成形用凹溝
Ｓ…連結異形材（異形材）
Ｓ１…スラグ部（異形材）
Ｓ２…連結部
Ｓ４…異形材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
2006224186.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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