(57)【要約】【課題】中子を鋳型の外部から加熱可能であって、成形体からの中子の取り外しを容易にする遠心鋳造装置および成形体の製造方法を提供すること。【解決手段】中子５０と鋳型６０とによって形成されるキャビティＣ１に溶湯を注入して成形体を鋳造する遠心鋳造装置１であって、鋳型６０を中子５０とともに回転させて、鋳型６０に供給された前記溶湯をキャビティＣ１に注入する回転部３０と、中子５０を鋳型６０の外部から非接触で加熱する加熱部４０と、を備え、中子５０の線膨張率は、前記成形体の線膨張率よりも大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中子と鋳型とによって形成されるキャビティに溶湯を注入して成形体を鋳造する遠心鋳造装置であって、
前記鋳型を前記中子とともに回転させて、前記鋳型に供給された前記溶湯を前記キャビティに注入する回転手段と、
前記中子を前記鋳型の外部から非接触で加熱する加熱手段と、を備え、
前記中子の線膨張率は、前記成形体の線膨張率よりも大きいことを特徴とする遠心鋳造装置。
【請求項２】
前記中子と前記鋳型との間に断熱部材を有する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】
前記鋳型は１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有し、
前記溶湯は臨界冷却速度以上の温度で冷却されることによってガラス遷移領域が２０℃以上の非晶質合金となる金属材料からな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】
前記加熱手段は、前記鋳型の外部に配された誘導加熱機構を有し、
前記中子は、導電性材料を含有し、
前記鋳型は、比透磁率が１．５以下の絶縁性材料である、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の遠心鋳造装置。
【請求項５】
前記中子は、一端がキャビティの内部に配置されるとともに他端が前記鋳型の外側に延びた被加熱部を有し、
前記加熱手段は、前記中子における前記被加熱部を加熱する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の遠心鋳造装置。
【請求項６】
前記被加熱部は、前記鋳型の外側において鋳造雰囲気に暴露可能な熱交換面が形成された熱交換部を有す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】
前記中子は、
前記成形体に対する前記中子の引き抜き方向に垂直な面において、前記引き抜き方向に向かうにしたがって断面積が漸次大きくなる略錐体状の心材と、
前記心材の外面に被覆され前記キャビティの形状の一部を生じさせるとともに、前記心材よりも線膨張率が大きな被覆部材と、
を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の遠心鋳造装置。
【請求項８】
前記中子支持部材は絶縁性材料であるとともに、前記被覆部材と前記心材との間に断熱部材が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の遠心鋳造装置。
【請求項９】
中子と鋳型とによって形成されるキャビティに溶湯を注入して成形体を鋳造する成形体の製造方法であって、
前記成形体の線膨張率より大きな線膨張率を有する中子を、前記中子および前記鋳型に対して非接触で前記鋳型の外部から前記中子を加熱する加熱工程と、
前記鋳型を前記加熱工程により加熱された前記中子とともに回転させるとともに前記溶湯を前記キャビティに注入する溶湯注入工程と、
前記キャビティ内に前記溶湯が注入された後に前記溶湯を冷却固化させる冷却工程と、
前記冷却工程に続いて前記溶湯が固化して生じた前記成形体を前記鋳型および中子から外す取り外し工程と、
を備える成形体の製造方法。
【請求項１０】
前記加熱工程、前記溶湯注入工程、および前記冷却工程において、前記中子と前記中子に隣接する前記鋳型との間を断熱することを特徴とする請求項９に記載の成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記鋳型は１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有し、
前記溶湯は臨界冷却速度以上の温度で冷却されることによってガラス遷移領域が２０℃以上の非晶質合金となる金属材料からなることを特徴とする請求項９または１０に記載の成形体の製造方法。
【請求項１２】
前記加熱工程は、前記鋳型の外部に配された誘導加熱機構を用いて前記中子の加熱を行い、
前記中子は、導電性材料を含有し、
前記鋳型は、比透磁率が１．５以下の絶縁性材料である、
ことを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。
【請求項１３】
前記中子は、一端がキャビティの内部に配置されるとともに他端が前記鋳型の外側に延びた被加熱部を有し、
前記加熱工程は、前記中子における前記被加熱部を加熱する、
ことを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。
【請求項１４】
前記加熱工程は、前記中子の温度値を取得する中子温度取得工程をさらに有し、
前記加熱工程において、前記中子温度取得工程において取得された前記温度値に基づいて前記中子の加熱量がフィードバック制御されることを特徴とする請求項９から１３のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。
【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成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、成形体の材料となる成形材料の溶湯を鋳型に流し込み、鋳型を冷却することによって溶湯を凝固させて所定形状の成形体を製造することが知られている。また、成形体の材料として、例えば非晶質性を有するとともに所定温度域でガラス転移を生じる非晶質合金（例えば金属ガラス）を用いることが知られている。金属ガラスの成形体を製造するためには、合金材料を加熱溶解して溶湯を生成し、この溶湯を鋳型に流し込んだ後に急激に冷却することで結晶化を起こさせずに固化させる。
【０００３】
また、パイプなどの中空形状を有する成形体を成形する際に、鋳型の内部に成形体の中空形状を規定する部材である中子を配置する方法が知られている。この方法で成形体を製造した場合に、溶湯が鋳型に充填されてから溶湯が冷却される過程において、中子とその周囲にある成形体が共に収縮して、中子に成形体が抱きついた状態になることがある。この場合、溶湯が冷却されて固化した後に中子を成形体から取り外そうとすると、中子と成形体とが密着しているため取り外しが困難になるという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決する方法として、特許文献１には中子を構成する材料として成形体の線膨張率よりも大きな線膨張率を有する材料を用いる方法が開示されている。特許文献１に記載の方法では、成形体と中子との単位温度辺りの収縮量の差を生じさせることで、成形が完了した際に成形体と中子との間を離間させて抱きつきを抑制できる。
【０００５】
また、特許文献２には、中子の内部に高周波コイルが設けられており、鋳型に溶湯が流し込まれる前に高周波コイルによって中子を誘導加熱して膨張させた後、成形体の材料を鋳型のキャビティに注入して成形体を製造する装置が開示されている。この装置によれば、予め中子を加熱して中子を膨張させるとともに溶湯が注入された後に中子を冷却して中子を収縮させることで、中子と成形体との間に好適なクリアランスを生じさせて中子を成形体から取り外しやすくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１０４２０１号公報
【特許文献２】特開２００８−１４２７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、溶湯から与えられる熱によって中子を加熱するため、中子の温度が十分上がらない場合があった。そのため、中子を伸縮させるための温度変動の幅が十分得られず、成形体と中子の間のクリアランスが不十分であった。そのため、中子の成形体からの取り外しは依然として困難であった。
【０００８】
また、特許文献２に記載の装置では、中子を加熱するための高周波コイルが中子に内蔵されている。このため、鋳型を回転させることによって溶湯を充填させる遠心鋳造法に特許文献２の装置を適用しようとすると、中子とともに高周波コイルを回転させる必要があり、高周波コイルへの電源供給が困難であるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、中子を鋳型の外部から加熱可能であって、成形体からの中子の取り外しを容易にする遠心鋳造装置および成形体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】
【００１０】
本発明の遠心鋳造装置は、中子と鋳型とによって形成されるキャビティに溶湯を注入して成形体を鋳造する遠心鋳造装置であって、前記鋳型を前記中子とともに回転させて、前記鋳型に供給された前記溶湯を前記キャビティに注入する回転手段と、前記中子を前記鋳型の外部から非接触で加熱する加熱手段と、を備え、前記中子の線膨張率は、前記成形体の線膨張率よりも大きいことを特徴としている。
【００１１】
また、前記中子と前記鋳型との間に断熱部材を有することが好ましい。
【００１２】
また、前記鋳型は１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有し、前記溶湯は臨界冷却速度以上の温度で冷却されることによってガラス遷移領域が２０℃以上の非晶質合金となる金属材料からなることが好ましい。
【００１３】
また、前記加熱手段は、前記鋳型の外部に配された誘導加熱機構を有し、前記中子は、導電性材料を含有し、前記鋳型は、比透磁率が１．５以下の絶縁性材料であることが好ましい。
【００１４】
また、前記中子は、一端がキャビティの内部に配置されるとともに他端が前記鋳型の外側に延びた被加熱部を有し、前記加熱手段は、前記中子における前記被加熱部を加熱する、ことが好ましい。
【００１５】
また、前記被加熱部は、前記鋳型の外側において鋳造雰囲気に暴露可能な熱交換面が形成された熱交換部を有することが好ましい。
【００１６】
また、前記中子は、前記成形体に対する前記中子の引き抜き方向に垂直な面において、前記引き抜き方向に向かうにしたがって断面積が漸次大きくなる略錐体状の心材と、前記心材の外面に被覆され前記キャビティの形状の一部を生じさせるとともに、前記心材よりも線膨張率が大きな被覆部材と、を有することが好ましい。
【００１７】
また、前記中子支持部材は絶縁性材料であるとともに、前記被覆部材と前記心材との間に断熱部材が設けられていてもよい。
【００１８】
本発明の成形体の製造方法は、中子と鋳型とによって形成されるキャビティに溶湯を注入して成形体を鋳造する成形体の製造方法であって、前記成形体の線膨張率より大きな線膨張率を有する中子を、前記中子および前記鋳型に対して非接触で前記鋳型の外部から前記中子を加熱する加熱工程と、前記鋳型を前記加熱工程により加熱された前記中子とともに回転させるとともに前記溶湯を前記キャビティに注入する溶湯注入工程と、前記キャビティ内に前記溶湯が注入された後に前記溶湯を冷却固化させる冷却工程と、前記冷却工程に続いて前記溶湯が固化して生じた前記成形体を前記鋳型および中子から外す取り外し工程と、を備えることを特徴としている。
【００１９】
また、前記加熱工程、前記溶湯注入工程、および前記冷却工程において、前記中子と前記中子に隣接する前記鋳型との間を断熱することが好ましい。
【００２０】
また、前記鋳型は１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有し、前記溶湯は臨界冷却速度以上の温度で冷却されることによってガラス遷移領域が２０℃以上の非晶質合金となる金属材料からなることが好ましい。
【００２１】
また、前記加熱工程は、前記鋳型の外部に配された誘導加熱機構を用いて前記中子の加熱を行い、前記中子は、導電性材料を含有し、前記鋳型は、比透磁率が１．５以下の絶縁性材料である、ことが好ましい。
【００２２】
また、前記中子は、一端がキャビティの内部に配置されるとともに他端が前記鋳型の外側に延びた被加熱部を有し、前記加熱工程は、前記中子における前記被加熱部を加熱する、ことが好ましい。
【００２３】
また、前記加熱工程は、前記中子の温度値を取得する中子温度取得工程をさらに有し、前記加熱工程において、前記中子温度取得工程において取得された前記温度値に基づいて前記中子の加熱量がフィードバック制御されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の遠心鋳造装置および成形体の製造方法によれば、中子を鋳型の外部から加熱して予め中子を十分に膨張させることができるので、溶湯が凝固して成形体が生じた際に成形体から中子を容易に取り外すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態の遠心鋳造装置を一部断面視で示す正面図である。
【図２】（Ａ）は同遠心鋳造装置の一部の構成を示す平面図、（Ｂ）は同遠心鋳造装置の一部の構成を一部断面で示す正面図である。
【図３】同遠心鋳造装置によって製造される成形体の形状の例を示す斜視図である。
【図４】同遠心鋳造装置の一部の構成を一部断面視で示す正面図である。
【図５】同遠心鋳造装置の使用時の動作（成形体の製造方法）を示すフローチャートである。
【図６】（Ａ）は本発明の第２実施形態の遠心鋳造装置を一部断面視で示す正面図、（Ｂ）は同遠心鋳造装置の一部の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態の遠心鋳造装置の一部の構成を示す断面図である。
【図８】（Ａ）は本発明の第４実施形態の遠心鋳造装置を一部断面視で示す正面図、（Ｂ）は同遠心鋳造装置の一部の構成を示す断面図である。
【図９】同遠心鋳造装置の一部の構成を示すブロック図である。
【図１０】同遠心鋳造装置の使用時の動作（成形体の製造方法）を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の遠心鋳造装置および成形体の製造方法の実施例を説明するための表である。
【図１２】本発明の遠心鋳造装置および成形体の製造方法の実施例を説明するための表である。
【図１３】本発明の遠心鋳造装置および成形体の製造方法の実施例を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態の遠心鋳造装置および成形体の製造方法について図１から図５を参照して説明する。まず図１から図４を参照して本実施形態の遠心鋳造装置の構成を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の遠心鋳造装置１を一部断面視で示す正面図である。また、図２（Ａ）は、遠心鋳造装置１の一部の構成を示す平面図、図２（Ｂ）は遠心鋳造装置１の一部の構成を一部断面で示す正面図である。
【００２７】
図１ないし図２（Ｂ）に示すように、遠心鋳造装置１は、真空チャンバーとして機能する筐体１５と、筐体１５内の上部に配され、金属材料Ｍを溶融して溶湯を生成する溶解部１０と、溶解部１０から溶湯が供給される成形部２０と、成形部２０に対してアダプタ３３および３４を介して接続されるとともにモーター３１と軸３２とを有して成形部２０の後述する鋳型ホルダ２２を回転軸Ｏ１回りに回転させる回転部３０と、成形部２０の外部を囲繞するように配置された加熱部４０と、を備えている。
【００２８】
溶解部１０は、金属材料Ｍの周囲を囲むように螺旋状に巻き回された誘導コイル１１と、誘導コイル１１に対して高周波電流を通電させるための配線路１２と、を有している。配線路１２は、図示しない制御部及び電源に電気的に接続されており、制御部において高周波電流の印加の制御が行われている。
【００２９】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、成形部２０は、断熱性を有する断熱カバー２１と、断熱カバー２１の内部に配置された鋳型ホルダ２２と、鋳型ホルダ２２の内部に配置され成形体の形状を規定する所定形状が内面６１に形成された鋳型６０と、鋳型６０の内部に一部が配置され、成形体の線膨張率よりも大きい線膨張率を有する中子５０と、を有している。
鋳型ホルダ２２は軸３２の回転動作によって回転する移動系の部材であり、断熱カバー２１は鋳型ホルダ２２と回転軸Ｏ１回りに相対回転自在で筐体１５に対して位置関係が固定された固定系の部材である。
【００３０】
断熱カバー２１は、加熱部４０によって生じる熱が鋳型ホルダ２２および鋳型６０に伝わるのを抑制する部材である。断熱カバー２１は、側壁部２１ａにおいて特に加熱部４０から放射される熱線を反射可能な構成を有していることが好ましく、例えば、反射率の高い適宜の素材、具体的には金や銀などでメッキされた部材等を用いることができる。
【００３１】
また、断熱カバー２１には、回転軸Ｏ１方向に延びる貫通孔２１ｂが形成されている。貫通孔２１ｂは、金属材料Ｍの溶湯が鋳型ホルダ２２内に投入される際の投入口である。
【００３２】
鋳型ホルダ２２は、回転軸Ｏ１方向に延びて一端が貫通孔２１ｂ方向に開口された供給開口部２２ａと、供給開口部２２ａを通じて供給された金属材料Ｍの溶湯を受ける湯受け部２２ｂと、湯受け部２２ｂから回転軸Ｏ１に直交する方向（詳細は後述する中心軸線Ｏ２方向）に延びる溶湯流路２２ｃとを有している。鋳型ホルダ２２は、詳細は後述するように成形体の製造に適した熱伝導率を有するように構成され、成形部２０に供給された金属材料Ｍの溶湯の熱を吸収して溶湯を冷却可能である。
【００３３】
中子５０は、鋳型６０の内部に配置可能で成形体の形状を規定する所定の形状を有する本体部５１と、本体部５１と一体的に構成され、中子５０が鋳型ホルダ２２に組付けられた際に本体部５１から加熱部４０に向かって延びて形成された延長部５２と、本体部５１と延長部５２との境目を覆うように間に配置された断熱部材５３と、延長部５２の一部に接続され加熱部に向かう熱交換面５４Ａ（図４参照）を有する熱交換部５４とを有している。
【００３４】
また、中子５０は、断熱部材５３と鋳型ホルダ２２とが固定されることで本体部５１と鋳型６０との相対位置関係が固定される。中子５０と鋳型６０とが組み合わされた際に生じる隙間が、成形体の形状を規定するキャビティＣ１である。また、中子５０と鋳型６０とは断熱部材５３を介して固定されており、本体部５１および延長部５２の、鋳型６０との直接の接触が抑制されている。このため、中子５０と鋳型６０との間における熱交換は抑制されている。中子５０の詳細な構成については図４を参照して後述する。
【００３５】
加熱部４０は、所定の電力の供給を受けて発熱する発熱体４１と、発熱体４１によって生じる熱線を反射させる反射部４２とを有している。
発熱体４１は、ランプヒーター４１ａと、ランプヒーター４１ａに対して電力を供給する電極４１ｂとを有している。ランプヒーター４１ａは、図２（Ａ）に示す平面視において成形部２０の外周に沿った円弧状に形成されている。本実施形態ではランプヒーター４１ａは前述の円弧の径方向に対向して二つ配置されて成形部２０の外周を囲繞している。ランプヒーター４１ａは成形部２０に対して離間して配置されており、成形部２０に対して非接触である。
【００３６】
反射部４２は、ランプヒーター４１ａを挟んで成形部２０と反対側に配置され、ランプヒーター４１ａに向かう側の面に反射面４２ａを有している。反射面４２ａは、図２（Ｂ）に示す正面断面視においてランプヒーター４１ａの熱線を成形部２０側へ向けて反射可能な湾曲形状を有している。このような湾曲形状としては単純な断面円弧状の湾曲形状でもよいが、例えばランプヒーター４１ａから放射される熱線を反射して成形部２０側に向かって平行に照射可能な断面二次曲線形状を有する湾曲形状や、ランプヒーター４１ａから放射される熱線を反射した後に熱交換部５４に向けて集束させるような湾曲形状を採用することもできる。
【００３７】
図３は、遠心鋳造装置１によって製造される成形体の形状の例を示す斜視図である。図３に示すように、遠心鋳造装置１は、キャビティＣ１の形状が転写された形状の成形体１００を製造することができる。例えば、中子５０と鋳型６０とによって生じるキャビティＣ１の形状が転写された成形体１００は、中子５０の中心軸線Ｏ２に沿った貫通孔１００ａを有する円筒状である。
【００３８】
図４は、遠心鋳造装置１の一部の構成を一部断面視で示す正面図である。図４に示すように、中子５０は上述の本体部５１および延長部５２の内部にヒートパイプ５５を有している。
ヒートパイプ５５は、加熱部４０によって加熱される被加熱部であり、両端が閉鎖された管構造を有するとともに内部に揮発性の作動液を有している。また、ヒートパイプ５５は、一端５５ａがキャビティＣ１側に位置するとともに他端５５ｂが熱交換部５４側に位置しており、一端５５ａと他端５５ｂとの間で熱輸送可能である。
【００３９】
熱交換部５４は、ランプヒーター４１ａに向かうように延びる面を有するとともに中心軸線Ｏ２に直交する面に対してねじれを有するフィン５４ａ、５４ｂ、５４ｃ及びフィン５４ｂに隠れて図示されていないフィン５４ｄを有している。フィン５４ａ〜５４ｄの外面が上述の熱交換面５４Ａであり、フィン５４ａ〜５４ｄは、ランプヒーター４１ａの熱を受けることができるとともに、上述の回転部３０によって中子５０が回転軸Ｏ１回りに回転された際に筐体１５の雰囲気に接触して風を受けることができる。
【００４０】
以上に説明する構成の、本実施形態の遠心鋳造装置１の使用時の動作について、図５を参照しながら説明を行う。
図５は、遠心鋳造装置１の使用時の動作（成形体の製造方法）を示すフローチャートである。本実施形態の成形体の製造方法は、図５に示すように、中子５０と鋳型６０とによって形成されるキャビティＣ１に金属材料Ｍの溶湯を注入して成形体を鋳造する成形体の製造方法であって、加熱部４０によって中子５０および鋳型６０に対して非接触で中子５０を加熱する加熱工程Ｓ１と、加熱工程Ｓ１により加熱された中子５０とともに、成形部２０を回転させつつ上述の溶湯をキャビティＣ１に注入する溶湯注入工程Ｓ２と、キャビティＣ１内に溶湯が注入された後に溶湯を冷却固化させる冷却工程Ｓ３と、冷却工程Ｓ３に続いて上述の溶湯が固化して生じた成形体を鋳型６０および中子５０から外す取り外し工程Ｓ４と、を備えている。
【００４１】
本実施形態では、遠心鋳造装置１を用いて非晶質性を有する金属ガラスの成形体を製造する例を示す。金属ガラスの成形体を製造するための金属材料Ｍとしては、以下の３条件を満たす金属材料を採用することができる。（１）３種以上の金属元素を含む。（２）前記３種以上の金属元素が、１２％以上異なる原子径を有する。例えば、大、中、小の３種類の大きさの金属元素が、互いに１２％以上異なる原子径を有する。（３）各元素が化合物化しやすい。すなわち、それぞれの金属元素が互いに引き合う性質を有する。
このような特徴を有する材料の具体的な組成については後述する。
【００４２】
また、非晶質性を有する金属ガラスの成形体を製造するためには、金属材料Ｍの溶湯を、キャビティＣ１内で臨界冷却速度以上の速度で冷却することが好ましい。金属ガラスの成形体を製造するための鋳型６０の材料としては、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍＫ）以上の材料を採用することができる。
【００４３】
以下、本実施形態の遠心鋳造装置１の使用時の動作について図１から図４を参照しつつ製造工程に従って説明する。
まず、加熱工程Ｓ１において、中子５０の熱交換部５４を、中子５０及び鋳型６０と非接触なランプヒーター４１ａによって生じる熱線及び反射部４２において反射されて熱交換部５４に照射された輻射熱で加熱する。すると、熱交換部５４のフィン５４ａ〜５４ｄに照射された熱線によってフィン５４ａ〜５４ｄが加熱される。フィン５４ａ〜５４ｄに伝達された熱は中子５０全体に拡散する。ここで、熱の一部はヒートパイプ５５に伝達され、ヒートパイプ５５における他端５５ｂから一端５５ａへと熱輸送が起こる。中子５０に熱が伝わることで中子５０は所定の線膨張率に従って加熱工程Ｓ１の開始前よりも膨張する。
【００４４】
このとき、ランプヒーター４１ａの外周部分が反射部４２によって囲まれていることで、ランプヒーター４１ａによって生じる熱が熱交換部５４側に集まる。また、成形部２０は断熱カバー２１によって覆われており、ランプヒーター４１ａからの熱線が成形部２０に到達することが抑制されているので、成形部２０における鋳型ホルダ２２の加熱は抑制されている。このため、加熱工程Ｓ１においては、中子５０は容易に熱膨張される一方で、鋳型６０及び鋳型ホルダ２２は熱膨張されにくい。
【００４５】
加熱工程Ｓ１に続いて、溶湯注入工程Ｓ２が行われる。溶湯注入工程Ｓ２では、ランプヒーター４１ａによる中子５０の加熱が継続された状態で、モーター３１を駆動させて軸３２を回転軸Ｏ１回りに回転させる。すると、軸３２に対してアダプタ３３、３４を介して固定された成形部２０が軸３２と一体に回転軸Ｏ１回りに回転する。軸３２を回転させる回転数は、例えば１０００〜６０００ｒｐｍ程度とすることができる。これにより、成形部２０において回転軸Ｏ１から径方向外方に向かう遠心力を生じさせることができる。
【００４６】
このとき、ランプヒーター４１ａが成形部２０の外周を囲むように配置されているので、成形部２０が回転軸Ｏ１回りに回転されて熱交換部５４とランプヒーター４１ａとの相対位置が変化しても、ランプヒーター４１ａによって生じる熱は常に熱交換部５４へと照射されている。
【００４７】
成形部２０の回転速度が所定の値に達した後、溶解部１０の誘導コイル１１に対する高周波電流の印加を開始し、金属材料Ｍを加熱溶解する。誘導コイル１１によって金属材料Ｍがその融点以上の温度になると、金属材料Ｍは溶解されて溶湯となり、誘導コイル１１への通電を停止すると溶湯は自重により成形部２０へと自由落下する。成形部２０においては、溶湯が落下してくる位置に湯受け部２２ｂが設けられているので、溶湯は、湯受け部２２ｂに落下した後に、上述の回転動作によって生じる遠心力で溶湯流路２２ｃを経て鋳型６０内部のキャビティＣ１へと移動する。また、遠心力の作用によって、キャビティＣ１内では、溶湯に混入した空気などのガス成分は溶湯に対して相対的に回転軸Ｏ１側へ移動して溶湯から抜ける。
【００４８】
溶湯がキャビティＣ１に充填されると、キャビティＣ１の周囲にある鋳型６０及び中子５０と溶湯とが接触する。すると、溶湯よりも温度が低い鋳型６０によって溶湯の熱が吸収され、溶湯の冷却が開始される（冷却工程Ｓ３）。ランプヒーター４１ａによる中子５０の加熱は、溶湯注入工程Ｓ２の間、キャビティＣ１の内部において中子が十分に膨張した状態が維持されるように継続されていることが好ましい。また、ランプヒーター４１ａによる中子５０の加熱は冷却工程Ｓ３が開始されるまでの間継続されてもよい。なお、溶湯がキャビティＣ１に充填された後は、ランプヒーター４１ａへの通電を停止させて中子５０の加熱を停止しても良い。
【００４９】
冷却工程Ｓ３では、溶湯の熱が鋳型６０へ拡散し、さらに鋳型６０の熱が鋳型ホルダ２２へと拡散する。本実施形態では、キャビティＣ１の容積に対して鋳型ホルダ２２の体積が十分に大きいため、キャビティＣ１に充填された溶湯は急速に冷却固化される。冷却工程Ｓ３において、鋳型６０は室温程度まで冷却される。
【００５０】
冷却工程Ｓ３では、キャビティＣ１に注入された金属材料Ｍの溶湯は冷却されることで収縮する。このとき、中子５０の線膨張率が成形体の線膨張率（金属材料Ｍの線膨張率）よりも大きいため、金属材料Ｍの溶湯が収縮する収縮率よりも中子５０が収縮する収縮率の方が大きい。このため、冷却工程Ｓ３が完了したときには、中子５０と金属材料Ｍの溶湯の固化物（成形体１００）との間には空隙が生じる。
【００５１】
冷却工程Ｓ３に続いて、鋳型６０を鋳型ホルダ２２から外し、さらに断熱部材５３と鋳型６０との接続を緩める。すると、溶湯の固化物（成形体１００）と中子５０とが一体になった状態で成形体および中子５０が鋳型６０から取り外される。さらに、成形体１００から中子５０を引き抜くことで成形体１００と中子５０とを分離させる（取り外し工程Ｓ４）。
【００５２】
本発明に必須の工程ではないが、取り外し工程Ｓ４の後に、成形体１００に対してバリ取り・切削などの適宜の加工を行う仕上げ工程を行ってもよい。こうして成形体１００の完成品が得られる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態の遠心鋳造装置１および成形体の製造方法によれば、溶湯注入工程Ｓ２の前に行われる加熱工程Ｓ１において、中子５０を鋳型６０の外部から加熱して予め中子５０を十分に膨張させることができるので、溶湯注入工程Ｓ２の開始時点と冷却工程Ｓ３の完了時との間で中子５０の収縮量を大きくとることができる。このため。金属材料Ｍの溶湯が凝固して成形体１００が生じた際に成形体１００から中子５０を容易に取り外すことができる。
さらに、ランプヒーター４１ａが中子５０及び鋳型６０と非接触なので、成形部２０が回転している最中でも中子５０の加熱を続けることができる。そのため、金属材料Ｍの溶湯がキャビティＣ１に注入されるときにおいても中子５０を加熱することができ、中子を十分に膨張させることができる。
【００５４】
また、中子５０と鋳型６０との間に断熱部材５３が設けられているので、加熱工程Ｓ１によって加熱された中子５０の熱が鋳型６０に拡散することが抑制できる。このため、中子５０を効率よく加熱して高温に保持することが容易である。さらに、鋳型６０への熱伝導が抑制されているため、中子５０を加熱した際に鋳型６０の温度上昇が抑制されている。その結果、鋳型６０および鋳型ホルダ２２によって溶湯を冷却する能力を高く保つことができ、成形体の製造にかかる時間を短く抑えることができる。なお、遠心鋳造装置１を用いて金属ガラス材料の成形体を製造する際に、溶湯を臨界冷却速度以上の冷却速度で急速冷却することができるので、非晶質性が良好に保たれた金属ガラスの成形体を製造することができる。
【００５５】
さらに、熱交換部５４におけるフィン５４ａ〜５４ｄが、筐体１５内の雰囲気に対して風を受けることができる熱交換面５４Ａを有するので、ランプヒーター４１ａによる中子５０の加熱が終了した後、成形鋳造雰囲気との熱交換の効率がよく、鋳造時間を短縮することができる。さらに加熱工程Ｓ１においては、筐体１５（チャンバー）内を不活性ガスの減圧雰囲気として、フィン５４ａ〜５４ｄが回転によって受ける風圧を少なくすることができ、冷却工程Ｓ３では、筐体１５内に不活性ガスか外気を導入することによってチャンバー内の雰囲気を大気圧レベルまで上昇させて、フィン５４ａから５４ｄに受ける風圧を強くすることができる。
なお、溶湯注入工程Ｓ２を終了した後、筐体１５内を外気と連通させて気体を流通させたり、筐体１５内に不活性ガスを流入させたりすることによって、熱交換部５４によって加温された成形鋳造雰囲気と外部の流体とを交換して熱交換の効率をさらに上げることもできる。
【００５６】
また、鋳型６０が１０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有しているので、キャビティＣ１に充填された溶湯は、臨界冷却速度以上の速さで冷却される。このため、ガラス遷移領域が２０℃以上の非晶質合金（金属ガラス）からなる成形体を得ることができる。
【００５７】
なお、第１実施形態では、軸３２を回転動作させるタイミングは溶湯注入工程Ｓ２が開始された後である例を示したが、これに限らず、軸３２を加熱工程Ｓ１において回転開始させても構わない。この場合にも熱交換部５４はランプヒーター４１ａによって同様に加熱される。
【００５８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の遠心鋳造装置について図６（Ａ）および図６（Ｂ）を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係る遠心鋳造装置および成形体の製造方法と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
図６（Ａ）は、本発明の第２実施形態の遠心鋳造装置２を一部断面視で示す正面図、図６（Ｂ）は遠心鋳造装置２の一部の構成を示す断面図である。図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、本実施形態の遠心鋳造装置２は、成形部２０に代えて成形部２２０と、加熱部４０に代えて加熱部２４０と、を備える点で第１実施形態の遠心鋳造装置１と構成が異なっている。
【００５９】
成形部２２０は、鋳型２２２を有し、鋳型２２２は第１実施形態における鋳型ホルダ２２と鋳型６０との双方の機能を兼ねてキャビティＣ２を生じさせている。鋳型２２２は、絶縁性を有する部材で構成されており、比透磁率が１．５以下であることが好ましい。
【００６０】
また、成形部２２０は、中子５０に代えて中子２５０を有している。中子２５０は、本体部５１に代えて本体部２５１を有しており、本体部２５１は成形体１００の線膨張率よりも大きい線膨張率を有するとともに、導電性の材質で構成されている。
【００６１】
また、成形部２２０は、断熱カバー２１に代えて鋳型２２２および中子２５０に固定可能な断熱カバー２５３を有しており、中子２５０の本体部２５１から鋳型２２２への熱の拡散が抑制されている。
【００６２】
加熱部２４０は、第１実施形態の加熱部４０と異なり、誘導加熱により磁性体を加熱可能に構成されている。加熱部２４０は、成形部２２０の外部に巻き回された誘導コイル２４１と、誘導コイル２４１に接続されて誘導コイル２４１に高周波電流を印加するための配線路２４２と、誘導コイル２４１に固定されているとともに内部に配線路２４２が配された支持体２４３と、支持体２４３および筐体１５に接続された台座２４４と、を有している。
【００６３】
誘導コイル２４１は、図示しない制御部によって高周波電流の印加が制御されており、誘導コイル２４１と誘導コイル１１とは互いに独立して制御されている。
支持体２４３と台座２４４とは、図６（Ａ）に矢印で示すように回転軸Ｏ１と平行な軸に沿う方向に進退動作可能であり、誘導コイル２４１と成形部２２０との相対位置関係を変化させることができる。
【００６４】
以上に説明する構成の、本実施形態の遠心鋳造装置２の使用時の動作について説明を行う。
まず加熱工程Ｓ１において、誘導コイル２４１に高周波電流を印加する。鋳型２２２は比透磁率が相対的に低く絶縁体であり、中子２５０は導電性の材料であるため、誘導コイル２４１によって発生した磁場は、鋳型２２２を透過して中子２５０に作用する。このため、中子２５０に対しては誘導コイル２４１に印加される高周波電流によって渦電流によるジュール熱、およびヒステリシス加熱が生じ、中子２５０が誘導コイル２４１に対して非接触で加熱される。一方で鋳型２２２は加熱されず、温度上昇が抑制されている。
【００６５】
中子２５０が加熱されると、中子２５０は自身の線膨張率に応じて膨張する。ここで、鋳型２２２と中子２５０との間には断熱部材５３、および断熱カバー２５３が設けられているので、加熱された中子２５０の熱が鋳型２２２に拡散することが抑制されている。なお、支持体２４３を台座２４４に対して進退移動させることで誘導コイル２４１と成形部２２０との相対位置を変化させ、中子２５０の加熱効率がよい位置関係に調整することができる。
【００６６】
続いて、第１実施形態と同様に溶湯注入工程Ｓ２と冷却工程Ｓ３と取り外し工程Ｓ４とを行って成形体１００を得る。
【００６７】
なお、取り外し工程Ｓ４では、支持体２４３と台座２４４とを相対移動させて誘導コイル２４１を成形部２２０から離間させて鋳型２２２を露出させてから鋳型２２２を取り外してもよい。
【００６８】
本実施形態でも第１実施形態と同様に、冷却工程Ｓ３における溶湯の冷却によってキャビティＣ２に注入された金属材料Ｍの溶湯が固まった成形体１００が収縮し、成形体１００の線膨張率よりも大きい中子２５０は成形体１００よりも高い収縮率で収縮する。そのため、中子２５０と成形体１００との間に空隙が生じ、成形体１００からの中子２５０の取り外しが容易に行える。
【００６９】
また、鋳型２２２が絶縁性を有するので、誘導コイル２４１によって成形部２２０に磁界が生じても鋳型２２２は加熱されない。したがって、成形部２２０の外部から、鋳型２２２と中子２５０とのうち中子２５０を選択的に加熱することができる。したがって、鋳型２２２における十分な溶湯冷却能力と、中子２５０における好適な収縮変形とを両立させることができる。
【００７０】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の遠心鋳造装置について図７を参照して説明する。
図７は、本発明の第３実施形態の遠心鋳造装置の一部の構成を示す断面図である。図７に示すように、本実施形態の遠心鋳造装置３は、上述の第２実施形態と同様の鋳型２２２を有する。また、中子２５０に代えて中子３５０が設けられている。遠心鋳造装置３は第２実施形態の遠心鋳造装置２と同様に誘導加熱によって中子３５０を非接触で加熱可能である。
【００７１】
中子３５０は、成形体に対する前記中子の引き抜き方向（図７に示す矢印においてＡからＢへ向かう方向）に垂直な面において、この引き抜き方向に向かうにしたがって断面積が漸次大きくなる略錐体状の心材３５１ａと、心材３５１ａの外部を覆うように配置されキャビティＣ３の形状の一部を生じさせるとともに心材３５１ａよりも線膨張率が大きな被覆部材３５１ｃと、被覆部材３５１ｃと心材３５１ａとの間に設けられた断熱部材３５１ｂとを有している。
被覆部材３５１ｃの材質は第２実施形態の中子２５０と同様であり、心材３５１ａの材質は鋳型２２２と同様な絶縁性を有する材質である。
【００７２】
以上に説明する構成の、本実施形態の遠心鋳造装置３の使用時の動作について説明を行う。
本実施形態では、加熱工程Ｓ１において、比透磁率が相対的に高い被覆部材３５１ｃは磁場を吸収し、比透磁率が相対的に低い心材３５１ａは磁場が透過する。したがって、被覆部材３５１ｃは加熱されて膨張し、心材３５１ａは加熱されず膨張しない。鋳型２２２の回転軸Ｏ１に近いほど被覆部材３５１ｃの厚みが大きいため、回転軸Ｏ１に近い側の被覆部材のほうがより大きく膨張する。また、断熱部材３５１ｂによって心材３５１ａと被覆部材３５１ｃとは断熱されており、加熱された被覆部材３５１ｃの熱が心材３５１ａに伝わることが抑制されている。
【００７３】
溶湯注入工程Ｓ２と冷却工程Ｓ３と取り外し工程Ｓ４とにおいては、それぞれ第２実施形態と同様の動作が行われる。
【００７４】
溶湯注入工程Ｓ２において、溶湯がキャビティＣ３に充填されると、溶湯はキャビティＣ３の周囲にある鋳型２２２と中子３５０とに接触し、溶湯の熱が鋳型２２２へと拡散して溶湯が冷却固化される。この時、中子３５０が予め加熱されているので溶湯の熱は主に鋳型２２２へ拡散する。
【００７５】
中子３５０においては、中子３５０が有する熱が溶湯を介して鋳型２２２へと拡散する。このため、加熱状態であった被覆部材３５１ｃが冷却されて収縮する。このとき、被覆部材３５１ｃは回転軸Ｏ１に近いほどその厚みが大きいために回転軸Ｏ１側においてより大きく収縮される。そのため、鋳型２２２と中子３５０との間には、回転軸Ｏ１に向かって（図７のＢからＡ方向へ）漸次広くなる空隙が生じ、いわゆる抜きテーパーが生じる。
【００７６】
このように、本実施形態では、中子３５０を鋳型２２２の外部から予め加熱可能であるので、第１実施形態と同様に冷却工程Ｓ３における溶湯の冷却によってキャビティＣ３に注入された金属材料Ｍの溶湯が固まった成形体１００が収縮し、成形体１００の線膨張率よりも大きい中子３５０は成形体１００よりも高い収縮率で収縮する。そのため、中子３５０と成形体１００との間に空隙が生じ、成形体１００からの中子３５０の取り外しが容易に行える。
【００７７】
さらに、本実施形態に係る中子３５０は、加熱工程Ｓ１において中子３５０が加熱されることで成形体に対する所定の転写形状を有するように膨張し、冷却工程Ｓ３において中子３５０が冷却された際には成形体と中子３５０との間に抜きテーパーを生じさせることができる。このため、成形体の寸法精度を高く保ちつつ成形体から中子がより引き抜きやすくなる。
【００７８】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態の遠心鋳造装置および成形体の製造方法について図８ないし図１０を参照して説明する。
図８（Ａ）は、本発明の第４実施形態の遠心鋳造装置４を一部断面視で示す正面図、図８（Ｂ）は遠心鋳造装置４の一部の構成を示す断面図である。図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示すように、本実施形態の遠心鋳造装置４は、第２実施形態の遠心鋳造装置２に対して、成形部２２０に代えて成形部４２０を備える点で構成が異なっている。さらに、遠心鋳造装置４は中子２５０に代えて中子４５０と、中子４５０の温度を測定するための温度測定部７０とを備えている。
温度測定部７０は、中子４５０の内部に配置可能な熱電対７３を有する無線送信部７１と、無線送信部７１から送信された温度情報を受信する無線受信部７５とを有している。
【００７９】
図９は、本実施形態の遠心鋳造装置の一部の構成を示すブロック図である。図９に示すように、無線受信部７５は、遠心鋳造装置４を制御する制御部８０の一部である。制御部８０の構成について一例を示すと、制御部８０は、誘導コイル２４１への高周波電流の印加を制御する中子加熱制御部８１と、誘導コイル１１への高周波電流の印加を制御する溶解制御部８２と、回転部３０におけるモーター３１の駆動状態を制御する回転数制御部８３と、遠心鋳造装置４を作動させるための各種パラメータが記憶された設定記憶部８４と、例えば無線受信部７５によって受信された温度情報に基づいて中子加熱制御部８１に対する制御をおこなうように制御部８０における演算機能が統合された演算部８５と、を有する構成とすることができる。
【００８０】
本実施形態では、成形体の製造を開始する前に、設定記憶部８４に対して、中子４５０の目標温度、軸３２の目標回転数、金属材料Ｍを溶解するために誘導コイル２４１に印加する電流の目標値を記憶させる。これにより、中子４５０が所定の温度まで加熱された後に溶湯注入工程Ｓ２が自動的に開始される。
【００８１】
図１０は、遠心鋳造装置４の使用時の動作（成形体の製造方法）を示すフローチャートである。図１０に示すように、本実施形態では、第１実施形態の加熱工程Ｓ１に代えて加熱工程Ｓ４０１を備えている。
加熱工程Ｓ４０１は、中子４５０の温度値を取得する中子温度取得工程Ｓ１２を有していることを特徴としている。
【００８２】
以下、本実施形態の遠心鋳造装置４による成形体の製造方法について説明する。
まず、加熱工程Ｓ４０１において、演算部８５に接続された中子加熱制御部８１を通して誘導コイル２４１に高周波電流が印加される（通電工程Ｓ１１）。ここで、中子４５０に接続された熱電対７３によって中子４５０の温度が測定され、その測定値が無線送信部７１から発信される。無線送信部７１から発信された情報は制御部８０に備えられた無線受信部７５によって受信され、演算部８５に送信される（中子温度取得工程Ｓ１２）。
【００８３】
演算部８５では、中子４５０の目標温度と上述の測定値とを比較する（判断工程Ｓ１３）。中子４５０の実測温度が目標温度より低い場合は、誘導コイル２４１へ印加する高周波電流の電流値を増やすか、あるいは同じ電流値のまま通電工程Ｓ１１を継続する。中子４５０の温度測定値が目標温度に達したと判断されたら、溶湯注入工程Ｓ２へと移行する。
このように、加熱工程Ｓ４０１では、中子温度取得工程Ｓ１２において取得された温度値に基づいて中子４５０の加熱量をフィードバック制御している。
【００８４】
溶湯注入工程Ｓ２では、まず設定記憶部８４に記憶された軸３２の目標回転数が演算部８５に参照され、回転数制御部８３がモーター３１を制御することによって、軸３２が回転する。軸３２の回転数が目標回転数と一致して定速回転状態になったことが検知された後、溶解制御部８２によって上述の目標電流値に基づいて誘導コイル１１に電流が流れ、金属材料Ｍの加熱が開始される。金属材料Ｍが自身の融点以上に加熱されると、金属材料Ｍは溶解して流動性のある溶湯になり、電流が流れている間は、溶けると同時に溶湯に浮遊力が働く。電流を止めると溶湯は、自重により鋳型４２２の湯受け部２２２ｂに落下する。鋳型４２２は回転軸Ｏ１回りに回転しているため、湯受け部２２２ｂに落下した溶湯はキャビティＣ４に移動する。溶湯がキャビティＣ４に充填されたら、上述の各実施形態と同様に冷却工程Ｓ３及び取り外し工程Ｓ４が行われ、成形体１００を得ることができる。
【００８５】
本実施形態では、中子４５０の温度を熱電対７３を用いて実測し、この実測された温度値に基づいて中子４５０の加熱がフィードバック制御されている。したがって、中子４５０の温度を所望の目標温度に一定に保つことができるため、中子４５０の膨張量が一定に保たれる。
【００８６】
さらに、加熱工程Ｓ４０１において中子４５０の温度を所望の温度に維持することができるので、中子４５０の物性によって予め定められている線膨張係数に、目標温度と鋳造雰囲気温度の差を掛け合わせて中子を所望の径に膨張させて維持することができる。したがって、中子４５０の膨張量を制御して例えば成形体１００の貫通孔１００ａの内径のように中子の形状によって規定される部分の寸法精度を高めることができる。また、中子の温度を制御することによって中子の膨張及び収縮量を変化させ、中子と成形体との間のクリアランスの大きさを最適化し、寸法精度の良さと、離型性の良さとを両立させることができる。
【実施例】
【００８７】
以下では、上述の各実施形態で説明した遠心鋳造装置および成形体の製造方法を使用して成形体を製造する実施例を図１１ないし図１３を参照して説明する。
図１１は、本発明の遠心鋳造装置および成形体の製造方法の実施例を説明するための表である。
【００８８】
以下に示す各実施例では、成形体の製造を評価する観点として、成形体が中子から取り外される際の離型性については◎〜×までの３段階で評価した。また金属ガラス材料を用いて成形体を製造した場合には、成形体の非晶質性についてＸ線回折解析（ＸＲＤ解析）を実施し、成形体における結晶構造の存在を示すピークの有無を測定して、○（非晶質性を有している）あるいは×（少なくとも一部に結晶構造を有している）に分類して評価した。
【００８９】
（実施例１）遠心鋳造装置１を使用した成形体の製造
以下では、上述の第１実施形態で説明した遠心鋳造装置１の実施の例について説明する。本実施例では、キャビティＣ１の形状は、外径はφ８ｍｍ、内径はφ５ｍｍ、中心軸線Ｏ２方向の長さは３０ｍｍの円筒形状とした。
【００９０】
また、金属材料Ｍとしてダクタイル鋳鉄を採用し、鋳型６０として炭化珪素（ＳｉＣ）を採用し、中子５０の材料としてＳＵＳ３０４を採用し、中子５０と鋳型６０の間の断熱部材５３の材料として酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）を採用した。
【００９１】
成形体の製造方法について、まず、加熱工程Ｓ１は、成形部２０の回転を止めた状態で、ランプヒーター４１ａの電源を入れ、６ｋＷの出力で１０分間加熱した。続いて、溶湯注入工程Ｓ２として、ランプヒーター４１ａによる加熱を続けながら、モーター３１に電源を入れ、軸３２を３０００ｒｐｍで回転させた。さらに、誘導コイル１１に電源を入れ、ダクタイル鋳鉄を溶解させて、３分間の通電の後に電源を切り、成形部２０における湯受け部２２ｂに落下させた。溶湯注入直前の中子５０の温度は７００℃であった。
【００９２】
その後、冷却工程Ｓ３として鋳型６０が室温（約２０℃程度の温度を指す、以下同様。）になるまで放置した。
【００９３】
続いて、取り外し工程Ｓ４として、断熱部材５３と鋳型ホルダ２２との接続を緩め、鋳型６０と中子５０と成形体１００とを分離した。成形体１００を抑えながら中子５０を２００Ｎの力で引っ張ったところ、中子が簡単に抜けた。つまり、離型性が大きく改善されていることが確認された（図１１参照）。
【００９４】
（実施例２）
続いて、上述の第２実施形態で説明した遠心鋳造装置２の実施の例について説明する。
本実施例では、遠心鋳造装置２における断熱部材５３、に代えて断熱性を有していないＳＵＳ３０４製のアダプタを採用した。また、本実施例では、キャビティＣ２は、上述の実施例１におけるキャビティＣ１の形状と同一の形状とした。
金属材料Ｍとしてダクタイル鋳鉄を採用し、鋳型２２２の材料として炭化珪素（ＳｉＣ）を、中子２５０の材料としてＳＵＳ３０４を採用した。
【００９５】
成形体の製造方法について、まず、加熱工程Ｓ１は、成形部２２０の回転を止めた状態で、誘導コイル２４１の電源を入れ３０ｋＷの出力で１０分間加熱した。続いて、溶湯注入工程Ｓ２として、誘導コイル２４１による加熱を続けながら、モーター３１に電源を入れ、軸３２を３０００ｒｐｍで回転させた。さらに、誘導コイル１１に電源を入れ、ダクタイル鋳鉄を溶解させて、３分間の通電の後に電源を切り、成形部２０における湯受け部２２ｂに落下させた。なお、溶湯注入直前の中子温度は７００℃であった。
【００９６】
冷却工程Ｓ３は実施例１と同一の操作を行った。
【００９７】
取り外し工程Ｓ４において、成形体１００を抑えながら中子２５０を５００Ｎの力で引っ張ったところ、中子を引き抜くことができた。
【００９８】
（実施例３）遠心鋳造装置２を使用した成形体の製造
続いて、上述の第２実施形態で説明した遠心鋳造装置２の実施の例について説明する。本実施例では、金属材料Ｍとしてダクタイル鋳鉄を採用し、鋳型２２２の材料として酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）を、中子２５０の材料としてＳＵＳ３０４を、断熱部材５３の材料として酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）採用した。
【００９９】
その他の製造条件については、実施例２と同様にして操作を行った。なお、溶湯注入直前の中子２５０の温度は７００℃であった。冷却工程Ｓ３後、取り外し工程Ｓ４として、断熱部材５３と鋳型ホルダ２２との接続を緩め、鋳型６０と中子５０と成形体１００とを分離した。成形体１００を抑えながら中子５０を２００Ｎの力で引っ張ったところ、中子が簡単に抜けた。
【０１００】
(実施例４)遠心鋳造装置２を使用した成形体の製造
続いて、上述の第２実施形態で説明した遠心鋳造装置２の他の実施の例について説明する。
本実施例では、金属材料Ｍとして金属ガラス材料であるZr55Cu30Ni5Al10採用し、鋳型２２２の材料として炭化珪素（ＳｉＣ）を、中子２５０の材料としてＳＵＳ３０４を、断熱部材５３の材料として酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）採用した。
【０１０１】
その他の製造条件については、実施例２と同様にして操作を行った。なお、溶湯注入直前の中子の温度は７００℃であった。冷却工程Ｓ３後、取り外し工程Ｓ４として、断熱部材５３と鋳型ホルダ２２との接続を緩め、鋳型６０と中子５０と成形体１００とを分離した。成形体１００を抑えながら中子５０を２００Ｎの力で引っ張ったところ、中子が簡単に抜けた。
【０１０２】
（実施例５）遠心鋳造装置３を使用した成形体の製造
続いて、上述の第３実施形態で説明した遠心鋳造装置３の実施の例について説明する。
本実施例では、キャビティＣ３は上述の実施例１のキャビティＣ１と同一の形状とした。なお、本実施例では、中子３５０を膨張させたときの形状でキャビティＣ３の形状を規定している。
【０１０３】
また、金属材料Ｍとしては、金属ガラス材料であるZr55Cu30Ni5Al10を採用し、鋳型２２２として炭化珪素（ＳｉＣ）を採用し、中子３５０における被覆部材３５１ｃの材質としてＳＫＤ６１を採用し、中子３５０の心材３５１ａの材質としてＳｉＣを採用し、断熱部材３５１ｂの材質としてマセライト（登録商標）を採用した。また、被覆部材３５１ｃと鋳型２２２の間の断熱部材５３および断熱カバー２５３の材質としてマセライト（登録商標）を採用した。
【０１０４】
上記構成を有する遠心鋳造装置３を用いた成形体の製造方法について、加熱工程Ｓ１は実施例２と同一の操作を行った。続いて、溶湯注入工程Ｓ２として、中子３５０の加熱を続けながら、モーター３１の電源を入れて軸３２を４０００ｒｐｍで定速回転させつつ誘導コイル１１に高周波電流を印加して金属ガラスを溶解し、３分間の通電の後に電源を切った。すると、溶解した金属ガラスが自重により落下することが確認された。
【０１０５】
冷却工程Ｓ３は実施例１と同一の操作を行った。
【０１０６】
その後、取り外し工程Ｓ４において、断熱部材５３および断熱カバー２５３と鋳型２２２との接続を緩め、鋳型２２２から成形体１００と中子２５０とを一体的に取り外した。さらに成形体１００を押さえながら中子３５０を２００Ｎの力で引っ張ったところ、中子が簡単に抜けた。つまり、離型性が大きく改善されていることが確認された。
【０１０７】
また、得られた成形体１００を上述のＸＲＤ解析で測定すると、非晶質性の良好な非晶質合金が得られたことが確認された。このことから、溶湯が臨界冷却速度以上の速度で冷却固化されて金属ガラスの成形体が好適に製造されていることがわかった。この結果を図１１に纏めた。
【０１０８】
（実施例６）遠心鋳造装置４を使用した成形体の製造
続いて、上述の第４実施形態で説明した遠心鋳造装置４の実施の例について説明する。
本実施例では、キャビティＣ４は上述の実施例１のキャビティＣ１と同一の形状とした。
また、金属材料Ｍとしては、金属ガラス材料であるZr55Cu30Ni5Al10を採用し、鋳型４２２として炭化珪素（ＳｉＣ）を採用し、中子４５０の材料としてＳＵＳ３０４を採用し、断熱部材５３および断熱カバー２５３の材料として実施例２と同様に酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）を採用した。
成形体の製造方法としては、まず、設定記憶部８４に対して、中子４５０の目標加熱温度を７００℃、モーター３１における目標回転数を４０００ｒｐｍと設定した。
【０１０９】
続いて、加熱工程Ｓ４０１として、成形部４２０の回転が停止されている状態で誘導コイル２４１に高周波電流を印加し（通電工程Ｓ１１）、無線受信部７５によって取得された中子の温度測定値が目標加熱温度（７００℃）に達するように動作させた。本実施例では中子４５０の温度が７００℃になるまでに２分を要した。続いて、誘導コイル２４１による中子４５０の加熱が継続されて中子４５０が７００℃に保温された状態で、モーター３１の電源が入り、軸３２が４０００ｒｐｍで定速回転された。この状態でさらに続いて誘導コイル１１の電源が入り、Zr55Cu30Ni5Al10が溶解され、誘導コイル１１に高周波電流が印加開始されてから５分後に誘導コイル１１の電源が遮断され、成形部４２０における湯受け部２２２ｂに溶湯が落下した。
【０１１０】
冷却工程Ｓ３では鋳型４２２が常温になるまで鋳型４２２を放置して冷却した。続いて取り外し工程Ｓ４において鋳型４２２から成形体１００および中子４５０を一体的に取り外し、続いて成形体１００を押さえながら中子４５０を２００Ｎの力で引っ張った、その結果、中子が簡単に抜けた。つまり、成形体と中子との間の離型性が大きく改善されていることが確認された。
【０１１１】
また、実施例４〜６で得られた成形体１００をＸＲＤ解析によって測定した結果、結晶構造の存在を示す明確なピークは認められず、非晶質性の良好な非晶質合金が得られたことが確認された。このことから、溶湯が臨界冷却速度以上の速度で冷却固化されて金属ガラスの成形体が好適に製造されたことがわかった。なお、実施例１〜３で用いた鋳造材料であるダクタイル鋳鉄には非晶質性は求められていないので、ＸＲＤ解析による非晶質性の評価は行わなかった。
【０１１２】
（比較例）
比較例では、上述の第２実施形態で説明した遠心鋳造装置２を使用し、鋳型２２２の材質について比較を行った。具体的には、実施例４における鋳型材料を炭化珪素（ＳｉＣ）と異なる材質とした例（比較例１から３）、および装置構成は実施例４と同一で、加熱工程Ｓ１を省略して中子２５０の加熱を行わなかった例（比較例４）を実施した。装置構成以外の製造条件は実施例２と同様に行いその結果を図１１に示した。
【０１１３】
比較例１では、中子と鋳型とが同一の材料で構成された場合の例として、鋳型２２２の材料にＳＵＳ３０４を採用して成形体の製造を行った。その結果、離型性および成形体の非晶質性について不良が認められた。これは、誘導コイルによって生じる磁界が鋳型に作用して鋳型の温度が上昇したことが原因であると考えられる。
【０１１４】
比較例２では、鋳型と断熱部材とが同一の材料で構成された場合の例として、鋳型２２２の材料に酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）を採用した。その結果、離型性は良好であったが成形体は非晶質性を有していなかった。これは、鋳型材料として酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）を使用したときに、冷却工程Ｓ３におけるZr55Cu30Ni5Al10の溶湯の冷却速度が不十分であったためであると考えられる。
【０１１５】
比較例３では、鋳型２２２の比透磁率が中子の比透磁率よりも高い場合の例として、鋳型２２２の材料にＳＫＤ６１を採用した。その結果、離型性および成形体の非晶質性について不良が認められた。また、加熱工程における中子の温度は１００℃で、実施例１〜６の７００℃に比べ大きく下回っていた。離型性が不良だったのは、ＳＫＤ６１の比透磁率が中子の比透磁率よりも高いことで中子よりも鋳型の方が加熱されやすく、加熱工程Ｓ１において中子を十分に加熱して膨張させることができないためで、成形体の非晶質性が不良であったのは、鋳型が加熱されたことで溶湯を臨界冷却速度以上の速度で冷却することができないためであると考えられる。
【０１１６】
比較例４では、実施例４と同一の装置構成で成形体の製造を行ったが、溶湯がキャビティＣ４に供給開始される時点で中子の温度が常温になっている。その結果、成形体の離型性に不良が認められた。これは、キャビティＣ４に溶湯が供給されて溶湯によって中子が加熱されて膨張するだけでは、成形体１００において好適な離型性が得られるほどの中子の収縮変形を得られないためであると考えられる。なお、比較例４で製造された成形体は非晶質性を有していた。
【０１１７】
（鋳型材料の検討）
続いて、本発明の遠心鋳造装置について、鋳型として採用可能な材料の条件を調べるための詳細な検討を行った。図１２は、本検討において検討対象とした鋳型材料の材質と特性とを示す表で、比較例１〜３で使用した材料についてもそれらの特性をあわせて記載したものである。なお、図１２において※１で示した欄において、比透磁率の測定を行っていないが、※１で示すこれらの材料の誘電率から推定される比透磁率は１．０である。また、図１２において※２で示した材質名は登録商標である。
【０１１８】
本検討では、鋳型材料として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ボロン（ＢＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ＳＫＤ６１、ＳＵＳ３０４、酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）、ホトベール（登録商標）、マセライト（登録商標）を使用した。
また、本検討では、上述の材料によって第２実施形態の遠心鋳造装置２に係る鋳型２２２を製造する場合について検討した。中子材料２５０の材料としてＳＵＳ３０４、断熱部材５３の材料として酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）、金属材料ＭとしてZr55Cu30Ni5Al10を用いて実施例２と同じ製造条件で金属ガラスの成形体を製造し、離型性と非晶質性の観点で評価を行った。
【０１１９】
本製造試験の結果、鋳型２２２の材料として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ボロン（ＢＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、は何れも非晶質性を有する金属ガラスの成形体を好適に製造するために採用可能な材質であることが明らかになった。
【０１２０】
一方で、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ＳＫＤ６１、ＳＵＳ３０４、については離型性および非晶質性の何れも不良であり、鋳型２２２として採用できないことが明らかになった。これらの材料は、絶縁体でない材料であるため誘導加熱によって温度上昇が生じる材料であるので、誘導加熱によらないで中子を加熱可能である遠心鋳造装置１に対しては好適に採用することができると考えられる。
【０１２１】
また、酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）、ホトベール（登録商標）、マセライト（登録商標）については、離型性は良好であったものの、成形体には非晶質性を有していない部分が認められ、金属ガラスの成形体を良好に製造するには不十分であったことが明らかになった。これらの材料は、非晶質性の有無を問わない成形体の製造においては、良好な離型性を得られる鋳型材料として好適に採用することができると考えられる。
【０１２２】
上述の実施例４、比較例１〜４、及び製造試験の結果から、以下のことが明らかとなった。
【０１２３】
中子と鋳型との間の離型性は、溶湯注入時の中子の温度に大きく依存しており、溶湯注入時の中子温度は、中子を加熱できるだけの十分な量の磁場が鋳型を通過できるかどうかが大きく影響している。図１２に示した材質の特性を参照すると、鋳型が絶縁体で、かつ鋳型の比透磁率が１．５以下の低透磁率材質である場合に中子が十分に加熱され、離型性が良好になることが分かった。
【０１２４】
また、鋳型の比透磁率が１．５以下で、鋳型材質の磁場を十分通過させる能力があったとしても、鋳型が絶縁体でない場合には、誘導コイルに高周波電流が印加された際に鋳型に渦電流が生じる。その結果、鋳型が磁力線の大部分を吸収し、中子を十分に加熱できるだけ磁場が中子に到達しないと考えられ、これが上述の比較例１において離型性に不良を生じた原因であると考えられる。
【０１２５】
一方で、成形体の非晶質性は溶湯の冷却速度、すなわち溶湯の熱が拡散される鋳型の冷却能力に大きく依存している。図１２に示した材質の特性を参照すると、鋳型が絶縁体でない場合には、加熱工程において誘導コイルによって鋳型に生じる渦電流によって鋳型が加熱されるため、鋳型と溶湯との温度差が小さくなる。その結果、鋳型による溶湯の冷却能力が落ちると考えられ、これが上述の比較例１及び３において成形体の非晶質性に不良を生じた原因であると考えられる。
【０１２６】
さらに、上述の比較例２において酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）を鋳型材料として使用した際に成形体に結晶構造を生じて非晶質性に不良を認めたが、図１２に示した材料を特性を参照すると、鋳型の材料として熱伝導率が低い材料である酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）、ホトベール（登録商標）、マセライト（登録商標）が使用された場合には鋳型が絶縁体であっても成形体に結晶構造を生じると考えられる。すなわち、鋳型材料自体の熱伝導率も成形体の非晶質性に影響を及ぼしていると考えられる。一連の検討の結果から、鋳型材料の熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましいと思われる。
【０１２７】
以下では、図１３を参照して本発明の遠心鋳造装置を使用して成形体を製造した際の中子と成形体との間の空隙の大きさについて考察する。
図１３は、遠心鋳造装置４を使用して、加熱工程Ｓ４０１の有無の違いによる中子の温度変化を時系列でモデル化したグラフである。
【０１２８】
遠心鋳造装置４において、加熱工程Ｓ４０１が開始される前の中子４５０の温度Ｔ０は室温である。中子４５０を加熱する工程を有する場合には、中子４５０が誘導コイル２４１による誘導加熱によって加熱され、時間ｔ１において、中子４５０の温度は目標温度Ｔ１（例えば実施例４で示した７００℃）まで上昇する。続いて溶湯注入工程Ｓ２で溶湯がキャビティＣ４に充填されると、溶湯の熱によって時間t２において中子４５０の温度はＴ１よりも高いＴ２まで上昇する。さらに、中子４５０の温度は温度Ｔ２をピークとして急激に低下する。t２から５分後のt３には中子４５０の温度Ｔ３は室温まで低下している。
【０１２９】
このように中子を加熱する加熱工程Ｓ４０１を有する場合には、溶湯注入工程Ｓ２の開始から冷却工程Ｓ３が完了するまでの間の最大温度差ΔＴは、ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ３である。
【０１３０】
中子４５０を構成するＳＵＳ３０４の線膨張係数は、図１２に示したように１７×１０−６／Ｋである。また、金属材料ＭであるZr55Cu30Ni5Al10の組成を持った原材料合金の線膨張係数は、１０×１０−６／Ｋである。
【０１３１】
溶湯注入工程Ｓ２において、金属材料Ｍの溶湯がキャビティＣ４に充填されると、溶湯から熱容量の小さな中子４５０へと熱が伝わり、溶湯と中子４５０とは同じ温度になって、その後に鋳型４２２と中子４５０との温度が等しく低下する。従って、溶湯の温度履歴と中子の温度履歴とはほぼ同じものと考えられる。つまり、溶湯注入工程Ｓ２における中子４５０と金属材料Ｍの溶湯との上記最大温度差はともにΔＴである。
【０１３２】
例えば、実施例６に記載の条件では、キャビティＣ４の内径、すなわち中子４５０の外径がφ５ｍｍなので、この場合の中子４５０の収縮量は、１０×５×１０−６×７００となり、溶湯の収縮量は、１７×５×１０−６×７００となる。そのため、溶湯注入工程Ｓ２が終了する時点で、成形体１００における貫通孔１００ａの径と中子４５０の外径との差である空隙の大きさは、７００×５×（１７−１０）×１０−６ｍｍ=０．０２４５ｍｍであると計算することができる。したがって、中子４５０と鋳型４２２との間には、中子４５０の周方向に全周にわたって０．０１２２５ｍｍのクリアランスが生じていることになる。
【０１３３】
一方、中子４５０を加熱する工程を有さない場合には、中子４５０を加熱する加熱工程Ｓ４０１を有していないため、時間ｔ１においても中子４５０の温度は室温である。このため、キャビティＣ４に溶湯が供給された時点で中子４５０の温度が上昇し、時間ｔ２’において温度Ｔ２’となる。予め中子を加熱する工程を有していないので、温度Ｔ２’は温度Ｔ１よりも低い。したがって、溶湯注入工程Ｓ２開始から冷却工程Ｓ３が完了するまでの間の最大温度差ΔＴ’は、ΔＴ’＝Ｔ２’−Ｔ３’であって、これはΔＴよりも小さい。
【０１３４】
中子を加熱する工程を有していない条件では、中子４５０の温度は、室温の２０℃から１００℃まで上昇し、その後２０℃に戻る。つまり、最大温度差ΔＴ’＝（１００−２０）＝８０℃である。したがって、上述のように空隙の大きさを計算すると、８０×５×（１７−１０）×１０−６＝０．００２８ｍｍとなり、これは上述の０．０２４５ｍｍよりも小さい。
このように、中子４５０の加熱の有無が成形体と中子との間の空隙の量の差に現れ、成形体と中子との離型性に影響しているものと思われる。
【０１３５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照し、実施例を交えて詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、上述の各実施形態において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。
【符号の説明】
【０１３６】
１、２、３、４  遠心鋳造装置
３０  回転部（回転手段）
４０、２４０  加熱部（加熱手段）
５０、２５０、３５０、４５０  中子
５３  断熱部材
５４  熱交換部
５５  ヒートパイプ（被加熱部）
６０、２２２、４２２  鋳型
３５１ａ  心材
３５１ｂ  断熱部材
３５１ｃ  被覆部材
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４  キャビティ
Ｍ  金属材料
Ｓ１、Ｓ４０１  加熱工程
Ｓ２  溶湯注入工程
Ｓ３  冷却工程
Ｓ４  取り外し工程
Ｓ１２  中子温度取得工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011000634.tif 000006
【図５】
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【図６】
2011000634.tif 000008
【図７】
2011000634.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011000634.tif 000011
【図１０】
2011000634.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2011000634.tif 000014
【図１３】
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