(57)【要約】【課題】  非晶質（アモルファス）バルク金属ガラスや極微細結晶鋳造部品には溶湯を注入と同時に急冷する必要があるが従来の遠心鋳造機の回転鋳型には急冷の機能はなく解決することが課題であった。さらに、遠心鋳造法での溶解からパイプや中空ネジ部品などの最終製品寸法形状に高速で仕上げられるニアネットシェイプの利点に注目した急冷凝固用鋳型方案は提案されていなかった。【解決手段】  銅のような熱伝導率の高い材質で、形状として円柱状の鋳型本体１の中央に湯口２を設け、湯口２から放射線上に導湯路３とその先端に製品鋳型４を加工し、導湯路の中心線に沿って縦に二つ割りにしてこれを遠心鋳造機の回転軸Ａに固定された有底円筒上の基台５に挿入し、中央に湯口孔を設けた円盤状の蓋６で基台５に固定した回転鋳型を作る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅のような熱伝導率の高い材質を用いた円柱状の鋳型本体の中央に湯口を設け、湯口から放射線上に導湯路とその先端に製品鋳型を加工し、導湯路の中心線に沿って縦に二つ割りにした鋳型本体。
【請求項２】
鋳型本体を二つ割り以上の複数分割して、それぞれ複数の湯口、導湯路及び製品鋳型を設けた請求項１記載の鋳型本体。
【請求項３】
請求項１及び請求項２記載の鋳型本体を遠心鋳造機の回転軸に固定された有底円筒上の基台に挿入し、中央に湯口孔を設けた円盤状の蓋で基台に固定した遠心鋳造機の回転鋳型。
【請求項４】
遠心鋳造機の回転軸に固定された有底円筒上の基台の外周壁を貫通して中子（マンドレル）を差し込めるねじ孔を設けた基台に請求項１及び請求項２記載の鋳型本体を挿入し、中子を差し込み、中央に湯口孔を設けた円盤状の蓋で基台に固定した遠心鋳造機の回転鋳型。
【請求項５】
鋳型本体からの放熱を促進し、急冷アモルファス組織を出来やすくするために、鋳型表面部に冷却フィンやその内部に冷却水孔を設けた請求項１から請求項４記載の遠心鋳造機の回転鋳型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、遠心鋳造機の急冷用回転鋳型に関する。【０００２】  この発明により、非晶質（アモルファス）からなるバルク金属ガラスや超微細結晶組織からなる材質とそれに由来する材料機能特性を有する、複雑形状の精密鋳造部品を最終製品に近い形で作製でき、その量産化も容易となる。
【背景技術】
【０００３】  遠心鋳造法は高速回転している鋳型容器に金属等の溶湯を流し込み，遠心力を利用して鋳込む鋳造法であり、溶湯送り込み方向と部材製品の相対的位置から、模型（水平型、パイプなどの製品用）と縦型（垂直型、精密部品などの製品用）があり、パイプや精密部材の量産化が可能な材料製造技術である。【０００４】  従来の遠心鋳造機の鋳型には図５（縦型事例）に示すような例があり、回転している鋳型の中央にある湯口から溶融金属（溶湯）を流し込み、湯口から放射状に伸びた導湯路を通して鋳型外周にある製品型に遠心力を利用して流し込むものである。【０００５】  遠心鋳造法の主な特徴としては、以下の点が挙げられる。
▲１▼  管およびリング状の鋳造において，中子が不要である。
▲２▼  パイプや管の鋳造において，小径から大径まで，短尺から長尺まで，均一な肉厚が得られる。
▲３▼  比重の差により軽い物質は内側に集まるので残澤（ざんし：残りかす）や不純物を内側で分離できるので，品質の向上が図れる。
▲４▼  機械化および自動化により，生産性が高い。
本鋳造法による代表的な製品は大口径の水道用鋳鉄管や各種パイプのほかに，プッシュ，エンジンのシリンダライナー，ベアリングレースなどがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  本発明は、非晶質組織（例えばアモルファス）からなる金属ガラスや非平衡相の超微細結晶組織構造を有する成形鋳造のために溶湯を注入と同時に急冷して溶湯における非結晶および非平衡結晶組織を常温で保持し、非結晶および非平衡結晶組織の特性（高強度、超弾性、低剛性、ガラス化温度域での大きな成形性、大きな耐食性など）を持った製品を得ることが目的であるが、従来の遠心鋳造機の鋳型では急冷すための機能が無い。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明においては、溶湯の冷却効果を高めるため銅のような熱伝導率の高い材質で、形状として熱吸収効果を高めるため比較的体積の大きな円柱状の鋳型本体の中央に湯口を設け、湯口から放射線上に導湯路とその先端に製品鋳型を加工し、導湯路の中心線に沿って縦に二つ割りにしてこれを遠心鋳造機の回転軸に固定された有底円筒上の基台に挿入し、中央に湯口孔を設けた円盤状の蓋で基台に固定した回転鋳型を作る。【０００８】  さらに、回転鋳型本体からの放熱を促進し、急冷アモルファス組織を出来やすくするために、鋳型表面部に凹凸部（フィン形状）を増やして比表面積を増やしたりその内部に水冷用密閉孔を設ける。
【発明の効果】
【０００９】  本発明の回転鋳型は、注入された溶湯は遠心力により製品鋳型に送り込まれ、その熱は瞬時に鋳型本体に吸収されて急冷されるので良質の非晶金属（アモルファス）製品や非平衡相の超微細結晶組織構造を有する良質な最終製品形状に近い（ニアネットシェイプ）成形鋳造品の量産可能となる。また、この鋳型は構造が単純で製作も容易であり製品コストの低減が図られる。【００１０】  以下に実施事例を示す。Ｚｒ基とＦｅＣｏ基の２種類のバルク金属ガラス用素材（Ｚｒ５５Ａｌ１０Ｎｉ５Ｃｕ３０と｛（Ｆｅ７Ｃｏ３）Ｓｉ５Ｂ２０｝Ｎｂ４  、添え字は原子比率）を用いて縦型回転型遠心鋳造実験を行った。【００１１】  溶解したそれぞれの金属湯を銅鋳型中心部に滴下し、回転数を３０００ｒｐｍで実験したところ、金属溶湯には遠心力が働きその周りを高速で回っている冷却用銅鋳型に瞬時に付着し凝固した。こうして作製した部材の金属ガラスの形成組織をエックス線結晶回折で調べた結果の一例を図６に示す。【００１２】  Ｚｒ５５Ａｌ１０Ｎｉ５Ｃｕ３０合金の場合、Ｘ解回折パターンは非結晶（アモルファス）質特有のピークのほとんどないブロードなハローパターンを示しており、ほぼアモルファスが達成されていた。この試料の板厚は０．９ｍｍであり、バルク金属ガラスが作製できたことになる。【００１３】  ｛（Ｆｅ７Ｃｏ３）Ｓｉ５Ｂ２０｝Ｎｂ４  合金では、Ｚｒよりも溶湯金属に粘性が高く、おなじ３０００ｒｐｍでも板厚が１．２ｍｍと増加傾向を示した。また、銅鋳型に接触する部分ではアモルファスとなったが、それよりも遠く離れた部分では冷却速度が遅くなるのでＸ線パターンの上に弱いピークが現れ始め、少しではあるが結晶化の進行が認められた。このことから、完全はアモルファス状態のバルク金属ガラスを形成させるためには、さらなる高速回転や急冷用の銅鋳型の性能向上が必要になることを示唆している。【００１４】
【表１】
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表１には、遠心鋳造法で得られた２種類の急冷凝固バルク金属ガラスの特徴を示す。Ｚｒ基およびＦｅＣｏ基のバルク金属ガラスは、結晶質材料に較べて１２００ＭＰａ以上という高強度が達成できた。  従来のリボン材料のみのアモルファス試料からしてもっと大きな製品が可能なバルク金属ガラス部材は、アモルファス特有な高強度、良好な磁気特性、高耐食性とともに、超弾性、耐摩耗性にすぐれ、ガラス化温度（Ｔｇ）近傍でもニュートン粘性特性による極めてよい成形性もあるので、ネジ、円筒型パイプ、磁気シールド容器、精密部材などアモルファス組織のままの複雑形状の部品開発が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。【００１６】    第１の実施例として図１および図２、図３に示すように、銅のような熱伝導率の高い材質で、形状として円柱状の鋳型本体１の中央に湯口２を設け、湯口２から放射線上に導湯路３とその先端に製品鋳型４を加工し、導湯路の中心線に沿って縦に二つ割りにしてこれを遠心鋳造機の回転軸Ａに固定された有底円筒上の基台５に挿入し、中央に湯口孔を設けた円盤状の蓋６で基台５に固定した回転鋳型を作るものである。【００１７】    第２の実施例として図３の実施例では図７のような管状の鋳造製品Ｂを作るため基台５の外側から中子としてマンドレル７を製品鋳型４の中に差込んで管上又は中空状の製品を鋳造することも出来る。【００１８】    さらに第３の実施例として、鋳型本体１を二つ割以上に複数分割してそれぞれ湯口２、導湯路３及び製品鋳型を配置して同時に多数の製品を鋳造する例もある。
【産業上の利用可能性】
【００１９】  本発明により、遠心力を利用して溶湯に加圧しながら急速に凝固を起こさせることができるので、その材質はアモルファスから微細結晶の緻密な均質組織が得られ、高機能バルク材料が作製できる。特に、本提案の急冷凝固遠心鋳造法では、バルク金属ガラスや微細結晶合金の比較的小型の精密鋳造部品が一度の溶解とそれに続く急速凝固過程で高速で作製可能となり、機械化、自動化に適しているので、大量に生産性できて、製品コストの低減がはかれる。【００２０】  以上より、工業製品用部材としては、エンジンのピストンリング、小型パイプやピン、小型精密歯車、高強度ネジ、小型センサ、固体アクチュエータ材料、超弾性材料、それを利用し複合化させた固体アクチュエータ変位拡大用機能部材、磁気シールド容器、小型円筒反応管、油圧・空圧シリンダ、燃料電池および各種化学反応管材等の各種部品、生体医療分野で人工歯根や成形外科における骨接続器具等応用範囲は広い。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋳型本体の側断面図
【図２】鋳型本体の斜視断面図
【図３】回転鋳型全体の断面図
【図４】冷却能を高めた銅鋳型断面図
【図５】従来の遠心鋳造機の説明図
【図６】遠心鋳造法で作製したジルコニア（Ｚｒ）基４元系バルク金属ガラス材のＸ線回折パターン事例のグラフ図
【図７】鋳造製品例の斜視図
【符号の説明】
１  鋳型本体          ２  湯口          ３  導湯路
４  製品鋳型          ５  基台          ６  蓋
７  マンドレル        ８  冷却フィン    ９  冷却水孔
Ａ  回転軸            Ｂ  鋳造製品
【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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