(57)【要約】【課題】重力鋳造法のように大掛かりな装置を要する事無く、かつ鋳造欠陥を発生させることの少ない、簡便な注湯方法を提供する。【解決手段】溶湯２を重力作用下で鋳枠や鋳型３内に流し込み、凝固冷却させることで鋳物を製作する際に、溶湯２により溶損しない材質からなるチューブ４を用い、チューブ４の一端を溶湯収納部１内の溶湯２内に上部開放面から挿入し、チューブ４の他端を鋳枠や鋳型３内に挿入する。溶湯内チューブ端の高さ位置を鋳枠・鋳型内チューブ端の高さ位置より高く設定し、溶湯の持つ位置エネルギーにより溶湯を充填・注湯する。この方法によれば、溶湯の乱流、大気の巻き込み、それに伴う酸窒化物といった介在物を極小化し、内部、外観品質の高い鋳物を得ることができる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料を溶解して重力作用下で鋳枠や鋳型内に流し込み、凝固冷却させることで鋳物を製作する際に、溶湯により溶損しない材質からなるチューブを用い、チューブの一端を溶解炉もしくは溶湯保持炉または溶湯取鍋内の溶湯内に上部開放面から挿入し、チューブの他端を鋳枠や鋳型内に挿入し、かつ、溶湯内チューブ端の高さ位置を鋳枠・鋳型内チューブ端の高さ位置より高く設定し、溶湯の持つ位置エネルギーにより溶湯を充填・注湯する事を特徴とする鋳物の鋳造方法。
【請求項２】
請求項1記載の鋳物の鋳造方法において、チューブ内を減圧状態にし、チューブ両端を脱着可能な封止栓もしくは溶湯と接触する事で焼失・溶解する材質からなる蓋で覆い、減圧状態を保持したままチューブ両端を溶湯内および鋳枠・鋳型内部に浸漬させた後、封止栓を開放もしくは蓋を焼失・溶解させる事で、チューブ内に溶湯を充填し、鋳枠・鋳型内への溶湯充填の初期動作を補助する事を特徴とする鋳物の鋳造方法。
【請求項３】
請求項1記載の鋳物の鋳造方法において、チューブ外周部と、溶解炉・保持炉・取鍋間を密閉具にて覆い、密閉具と炉・取鍋間の空間内を気体により加圧する事で、チューブ内に溶湯を充填し、鋳枠・鋳型内への溶湯充填の初期動作を補助し、チューブ内への溶湯充填が完了した時点で、密閉具の気密構造を開放する事を特徴とする鋳物の鋳造方法。
【請求項４】
請求項1記載の鋳物の鋳造方法において、溶湯面からのチューブの最高位面間距離をHとしたとき、溶湯に溶湯内チューブ端に直角な面に対する速度v＝√（2gH）以上の流速を印加する事で、チューブ内に溶湯を充填し、鋳枠・鋳型内への溶湯充填の初期動作を補助し、チューブ内への溶湯充填が完了した時点で、流速vの印加を解除する事を特徴とする鋳物の鋳造方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の鋳物の鋳造方法において、鋳枠・鋳型内に挿入するチューブ端を、鋳枠・鋳型内面を構成する一面に接触させ、鋳造開始時のチューブ内への溶湯充填が完了した時点で、チューブ端と鋳枠・鋳型内面間に所定の間隔を取り、鋳枠・鋳型内への溶湯充填を開始する事を特徴とする鋳物の鋳造方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の鋳物の鋳造方法において、一つの鋳枠・鋳型に挿入するチューブの数を複数本とし、鋳枠・鋳型内部側のチューブ端設置位置及びチューブ端の開口方向を調整する事で、注湯作業時の鋳枠・鋳型内局部過熱の発生を防止し、溶湯流に各チューブ端の開口方向線をつなぐ形で定義される方向性を持たせる事を特徴とする鋳物の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の鋳物の鋳造方法において、一つ又は複数の溶解炉・保持炉・取鍋内に、ぞれぞれ一つ又は複数本のチューブを挿入し、それらの反対側端部を一つ又は複数個の鋳枠・鋳型内に挿入し、一つ又は複数個の鋳枠・鋳型内への溶湯充填作業を行なう事を特徴とする鋳物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶かした金属を鋳枠や鋳型内に流し込み、凝固・冷却させることで鋳物を得る鋳造製法に関するものである。更に詳しくは、金属溶湯を鋳枠・鋳型内に流し込む際に生じる、溶湯の乱流、大気の巻き込み、それに伴う酸窒化物といった介在物を極小化し、内部、外観品質の高い鋳物を、比較的簡易に得られる鋳造製法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋳造製法には使用する鋳型材、溶湯の流し込み方で様々な方法が存在している。現在一般的に用いられている溶湯の流し込み（注湯）方法をまとめると、次のようになる。これらの技術は非特許文献１、２に開示されている。
【０００３】
図１は重力鋳造法と呼ばれ、鋳枠・鋳型位置より高い位置から溶湯を注ぎ込む方法であり、湯口，湯道で落下溶湯を整流化する場合が多い。大掛かりな装置が不要であり比較的大物物件の鋳造対応が実施しやすい利点があるが、注湯時に溶湯が落下する際、溶湯内に大気（気泡）が巻き込まれたり、酸窒化物が発生したりしやすく、これに起因する鋳造欠陥が発生し易い欠点もある。
【０００４】
図２は転倒鋳造法（ダービル法）と呼ばれ、鋳枠・鋳型と湯溜め（溶湯を溜めてある片側面開放容器）を連結し、初期状態は湯溜めを鋳枠・鋳型より低い位置にセットし、湯溜めに溶湯を注湯後、鋳枠・鋳型＋湯溜めを転倒する事で、鋳枠・鋳型内部に溶湯を注ぎ込む方法である。注湯完了時間を最速にでき、装置さえあれば比較的大物物件の鋳造対応が実施しやすいが、注湯時に溶湯が落下するのは避けられない為、鋳造欠陥の発生を回避しづらい欠点がある。
【０００５】
図３は吸引鋳造法（ＣＬＡプロセス）と呼ばれ、鋳枠・鋳型位置より低い位置に溶湯を配置し、鋳枠・鋳型内を減圧する事で、鋳枠・鋳型内に溶湯を吸い込む形で注湯する方法である。注湯時の気泡巻き込みや酸窒化物の発生が少なく、これに起因する鋳造欠陥も発生しづらい利点があるが、鋳型に通気性が必須で、減圧吸引装置も必須であり、また大物物件の対応がしづらいという欠点がある。
【０００６】
図４は低圧鋳造法と呼ばれ、鋳枠・鋳型位置より低い位置に溶湯（湯溜め）を配置し、湯溜め容器内を加圧することで、給湯管を通して溶湯を湧き上がらせ、鋳枠・鋳型内に注湯する方法である。注湯時の気泡巻き込みや酸窒化物の発生が少なく、これに起因する鋳造欠陥も発生しづらいこと、押し湯なしの鋳造が可能といった利点があるが、専用の鋳造装置（低圧鋳造装置）が必須であり、大物物件や密度の高い合金種の鋳造は困難という欠点がある。
【０００７】
図５はダイキャスト法と呼ばれ、鋳枠・鋳型位置より低い位置に溶湯（プランジャ）を配置し、溶湯をピストン加圧する事で、給湯管を通して溶湯を湧き上がらせ、鋳枠・鋳型内に注湯する方法である。鋳型に「鋼材」を用い、同一鋳型で複数の鋳物をサイクル早く生産する量産製法であって、鋳造組織を微細化しやすい（鋳型が鋼材の為、鋳型側からの溶湯凝固・冷却が早い）こと、押し湯なしの鋳造が可能といった利点があるが、専用の鋳造装置（ダイキャストマシン）が必須であること、鋳込速度を過剰に早くし過ぎると、気泡巻き込みや酸窒化物による鋳造欠陥が発生し易いこと、鋳型を壊せない為にアンダーカット形状品の鋳造対応が困難といった欠点がある。
【０００８】
上記した従来の鋳造方法を鋳造可能な合金種で区分けすると、重力鋳造法、転倒鋳造法、吸引鋳造法は、貴金属、銅合金、ニッケル合金、鉄系合金といった、比較的融点（鋳込み温度）が高く、密度の高い合金種を含む、殆ど全ての実用合金材の鋳造が出来るのに対し、低圧鋳造法、ダイキャスト法は、亜鉛合金、マグネシウム合金、アルミニウム合金といった、比較的融点が低く、密度の低い合金種（所謂軽合金）しか鋳造出来ないと言う、利点・欠点も持っている。
【０００９】
これらの鋳造法（注湯法）には、それぞれが必ず『欠点』を持っている為、鋳造する物件毎に、最適な鋳造方案を選択しなければならず、また、場合によっては欠点を克服する方法が無く、歩留高く鋳造出来ない物件も存在していた。このケースを具体的に言えば、鋳込重量が大きく（例えば1000kgを超える様な物件）、かつ、鋳造欠陥の発生が許されない様な物件で、この種の物件対応時には、重力鋳造法、転倒鋳造法を用いるしか無いといえるが、鋳造欠陥の発生を完全に押さえ込む事が出来ず、不良を多発させてしまうという問題が存在していた。
【００１０】
溶湯が落下する事で、気泡を巻き込んだり、酸窒化物を形成したりするのは、水道の蛇口からコップに水を入れる際の空気の泡を巻き込む現象と同じ現象である。すなわち、蛇口の開口面からコップの底面までの距離が長く、蛇口からの単位時間当たりの水の流量が多い程、たくさんの空気の泡を巻き込む事になる。鋳造の場合には、単に空気の泡を巻き込むだけでなく、溶湯内物質と大気成分が結合（酸化・窒化）して非金属介在物（酸窒化物，スラグ，ドロス）を同時に発生させることになる。これら気泡や非金属介在物が鋳枠・鋳型の表面に貼り付いたり、鋳物製品部内に留まったりすると、『鋳造欠陥』として問題となり易い。この溶湯内への気泡巻き込み、酸窒化物形成という観点から、図１〜図５の各鋳造方案を考察すると、以下の様になる。
【００１１】
図１の重力鋳造法は、注湯時の落差で、必ずと言って良い程、溶湯内への気泡巻き込み、酸窒化物形成が生じる。これを浮上分離する為に湯口・湯道・堰の設置が必須となる場合が多い。しかも湯口・湯道・堰を設けても、製品部への気泡・酸窒化物流出を押さえる事は難しい。図２の転倒鋳造法は、転倒注湯作業時に生じる、気泡巻き込み、酸窒化物形成は重力鋳造より少なく出来る。しかし湯溜めに溶湯を移す際に、重力鋳造法と同様な現象が生じる。図３の吸引鋳造法は、溶湯を溶解炉から移しかえる事無く鋳造する場合は、気泡巻き込み、酸窒化物形成を極小で鋳造する事が出来る。図４の低圧鋳造法は吸引鋳造法と同様、溶湯を溶解炉から移しかえる事無く鋳造する場合は、気泡巻き込み、酸窒化物形成を極小で鋳造する事が出来る。但し、溶湯が加圧気体雰囲気にさらされる為、加圧気体内に水分が多いと、鋳物に水素ピンホール欠陥を発生させる危険性が有る。図５のダイキャスト法は、プランジャ内に溶湯を移す際に重力鋳造法と同様な現象が生じる。また、プランジャからの溶湯射出速度が早すぎると、重力鋳造法と同様な現象が生じ易い。
【非特許文献１】『鋳型造型法解説』昭和56年11月25日、社団法人鋳造技術普及協会発行、P.149，P.159，P.165
【非特許文献２】『改定3版鋳物便覧』昭和48年5月20日、丸善株式会社発行、社団法人日本鋳物協会編、P.164〜P.184
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、この様な状況下でなされたものであり、その第一の目的は、重力鋳造法のように大掛かりな装置を要する事無く、かつ鋳造欠陥を発生させることの少ない、簡便な注湯方法を提供する事にある。また第二の目的は、鋳込速度（注湯速度）も簡便に制御し、複数個の鋳型を連続的もしくは、まとめて一度に鋳造出来る技術を提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、金属材料を溶解して重力作用下で鋳枠や鋳型内に流し込み、凝固冷却させることで鋳物を製作する際に、溶湯により溶損しない材質からなるチューブを用い、チューブの一端を溶解炉もしくは溶湯保持炉または溶湯取鍋内の溶湯内に上部開放面から挿入し、チューブの他端を鋳枠や鋳型内に挿入し、かつ、溶湯内チューブ端の高さ位置を鋳枠・鋳型内チューブ端の高さ位置より高く設定し、溶湯の持つ位置エネルギーにより溶湯を充填・注湯する事を特徴とするものである。
【００１４】
本発明を実施する場合、請求項２のように、チューブ内を減圧状態にし、チューブ両端を脱着可能な封止栓もしくは溶湯と接触する事で焼失・溶解する材質からなる蓋で覆い、減圧状態を保持したままチューブ両端を溶湯内および鋳枠・鋳型内部に浸漬させた後、封止栓を開放もしくは蓋を焼失・溶解させる事で、チューブ内に溶湯を充填し、鋳枠・鋳型内への溶湯充填の初期動作を補助することができる。
【００１５】
また請求項３のように、チューブ外周部と、溶解炉・保持炉・取鍋間を密閉具（気密構造）にて覆い、密閉具と炉・取鍋間の空間内を気体により加圧する事で、チューブ内に溶湯を充填し、鋳枠・鋳型内への溶湯充填の初期動作を補助し、チューブ内への溶湯充填が完了した時点で、密閉具の気密構造を開放することができる。
【００１６】
また請求項４のように、溶湯面からのチューブの最高位面間距離をHとしたとき、溶湯に溶湯内チューブ端に直角な面に対する速度v＝√（2gH）以上の流速を印加する事で、チューブ内に溶湯を充填し、鋳枠・鋳型内への溶湯充填の初期動作を補助し、チューブ内への溶湯充填が完了した時点で、流速vの印加を解除することができる。
【００１７】
上記した何れの場合にも、請求項５のように、鋳枠・鋳型内に挿入するチューブ端を、鋳枠・鋳型内面を構成する一面に接触させ、鋳造開始時のチューブ内への溶湯充填が完了した時点で、チューブ端と鋳枠・鋳型内面間に所定の間隔を取り、鋳枠・鋳型内への溶湯充填を開始することができる。
【００１８】
また請求項６のように、一つの鋳枠・鋳型に挿入するチューブの数を複数本とし、鋳枠・鋳型内部側のチューブ端設置位置及びチューブ端の開口方向を調整する事で、注湯作業時の鋳枠・鋳型内局部過熱の発生を防止し、溶湯流に各チューブ端の開口方向線をつなぐ形で定義される方向性を持たせる方法や、請求項７のように、一つ又は複数の溶解炉・保持炉・取鍋内に、ぞれぞれ一つ又は複数本のチューブを挿入し、それらの反対側端部を一つ又は複数個の鋳枠・鋳型内に挿入し、一つ又は複数個の鋳枠・鋳型内への溶湯充填作業を行なう方法を採用することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の注湯方案によれば、チューブを用いて溶湯を鋳型内に充填する事で、チューブ端を鋳型内壁面直上まで持って行くことが可能となる。これにより、重力鋳造法の最大の弱点である注湯作業時の溶湯落下による気泡巻き込み、酸窒化物形成を極小に押さえる事が可能となる。また本発明の注湯方案では、溶湯の位置エネルギー（落差）を用いて注湯作業を行なう為、大重量の溶湯を少ない外部からのエネルギー投入で効率的に移動出来ると言う利点も併せ持っている。このため本発明を用いれば、従来の重力鋳造法並に簡易に、低圧鋳造並に良好な品質で、低圧鋳造法、吸引鋳造法では対応出来ない様な大物物件まで、鋳造する事が出来、精密鋳造品、鍛造・圧延用素材、加工用素材を鋳造製作する製法として、本発明が持つ意義は極めて大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（請求項1の発明）
以下に図６〜図１２の模式図を用いて実施形態を説明するが、全て重力作用下での作業を前提としたものである。これらの図において、１は溶解炉もしくは溶湯保持炉または溶湯取鍋等の溶湯収納部、２はその内部の溶湯、３は鋳型である。
【００２１】
先ず図６に示すように、溶湯２に浸漬しても溶損する事の無い材質から成る両端が開口したチューブ（中空管）４を、溶湯‐鋳型間で橋渡しできる長さで切り出し、必要に応じてU字型に折り曲げ、片方のチューブ端高さ位置を、もう片方のチューブ端位置よりも高くしておく。そして図７のように溶湯２，鋳型３内にチューブ４の一端を挿入する。上記したチューブ両端の高さ位置の差（図８に示すHT−HM）が、後の実際の注湯工程での溶湯移動の『駆動力』となる。
【００２２】
なおチューブ４の材質としては、融点の高い（融点が概ね800℃を超える）合金種を鋳造する場合は、各種セラミックス材を、融点の低い（融点が概ね800℃以下の）合金種を鋳造する場合は、鋼材やニッケル合金材を用いる事も出来る。また、セラミックファイバー（ガラス繊維含む）を編み込んだ耐火断熱系のものを用いても良い。
【００２３】
このようなチューブ４を図８のように溶湯２内に差し込んだ後、チューブ４内に溶湯を充填する。その具体的な手法については後述する。チューブ４内に溶湯充填完了直後から、図９に示すように鋳型３内に溶湯２が流れ込み始める。鋳型内チューブ端からの溶湯流出速度vは、概ねv＝√｛2g（HT−HO）｝となる（HOはチューブ直近の鋳型内溶湯高さ位置，gは重力加速度）。注湯作業中にチューブ全体の高さ位置を固定すると、HT−HOは注湯が進行するにつれて徐々に小さくなってゆく。このため注湯作業中にチューブ高さ位置を連続的に変化させて、（HT−HO）＝（HT−HM）となる様に調整しても良い。
【００２４】
注湯を終えたい時は、図１０のようにチューブ高さ位置を高くし、溶湯内からチューブ端を引き抜く。その作業時に、チューブ４と共に鋳型３の位置も高くしつつ溶湯２内からチューブ４を抜き取った方が良い。これは、チューブ４内に残った溶湯２が鋳型（湯口）３内に落下して、気泡巻き込みや酸窒化物を形成する事を防止する為である。図１１のようにチューブ４を溶湯２，鋳型・鋳枠内から抜き取り終わった時点で鋳造作業は完了する。
【００２５】
このように本発明によれば、チューブ４を用いて溶湯２を鋳型３内に充填するので、チューブ端を鋳型内壁面直上まで持って行くことが可能となる。これにより、重力鋳造法の最大の弱点である注湯作業時の溶湯落下による気泡巻き込み、酸窒化物形成を極小に押さえる事が可能となる。また、溶湯２の位置エネルギーを用いて注湯作業を行なう為、大重量の溶湯２を少ない外部からのエネルギー投入で効率的に移動することができる。
【００２６】
また、本発明の方案は溶湯２の落下による気泡巻き込み、酸窒化物形成を極小に出来ると言う特徴を持っている事から、場合によっては、従来の重力鋳造法では必須となる湯口，湯道，堰といった、溶湯の整流化、気泡・非金属介在物の浮上分離機構を鋳型内に付与する事無く、図１２のように直接鋳型製品部に溶湯を注ぎ込む事も可能となる。更に本方案は、重力鋳造だけでなく、転倒鋳造法やダイキャスト法の湯溜めやプランジャ部に溶湯を注ぎ込む事に使用する事も可能であり、転倒鋳造法，ダイキャスト法での鋳物品質を更に向上させることが出来る。このほか、本発明は鍛造・圧延用に製作するスラブやインゴットの製造（鋳造）時にも、有用であり、内在欠陥を極小化出来、鍛造・圧延後の素材の健全化歩留向上が可能となる。
【００２７】
実際の鋳造作業時には、溶湯出湯流量Qを制御する必要が出てくるが、本方案は、この制御が行い易いのも特徴である。すなわち前述の通り、鋳型内チューブ端からの溶湯出湯速度vは√｛2g（HT−HO）｝で表される。そして鋳型内チューブ端からの溶湯出湯流量Qは次の式で求められる。
Q＝S・v    （Sはチューブ端の開口断面積，vはチューブ端の溶湯出湯速度）
従って、溶湯出湯流量Qは、チューブの断面積Sおよび、チューブの高さ位置（HT‐HO）で制御する事が可能となる。
【００２８】
また、チューブ４の鋳型内開口端の断面積を調整出来る機構（絞り弁）と、チューブ４の高さ位置調整機構で、定量的に溶湯流量を制御しやすいのも本方案の特徴である。特にチューブ４の高さ位置の調整は、チューブ４そのものの位置調整だけでなく、溶解炉，保持炉，取鍋等の溶湯収納部１側や、鋳型２側の高さ位置調整によっても対応可能である。この為、鋳造工場に一般的に存在している昇降装置（リフター等）や、クレーン（梁下クレーン等）を用いて比較的簡単に制御することが出来る。チューブ４さえ準備できれば大掛かりな装置を必要とせず、どの鋳造工場でも対処しやすいと言うのが、本方案の最大の利点と言っても良い。
【００２９】
本発明では先の図８の状態で最初にチューブ４内に溶湯２を充填する方法が無ければ、鋳型３内への溶湯移動は起こらない。請求項２〜４の発明は、この具体的手法に関するものである。大気圧下で鋳造する場合、以下の様な手法でチューブ４内に溶湯２を初期充填する。
【００３０】
（請求項２の発明）
請求項２の発明では、図１３のようにチューブ４の両開口端を溶湯２に浸漬した際に、速やかに溶解・焼失する材質から成る封止栓５を取りつけ、チューブ４内を大気圧より低い圧力Pt（kgf／cm2）に保持しておき、この状態のチューブ４を図１４のように溶湯・鋳型内に挿入する。溶湯内チューブ端の封止栓５が図１５のように溶出して栓が開放されると同時に、チューブ内負圧で溶湯２がチューブ４内に充填されてゆく。溶湯２が鋳型内開口端にたどり着くと、鋳型内開口端側の封止栓５を焼失させ、鋳型３内に溶湯２を充填してゆくことになる。
【００３１】
但し、溶湯２の液面基準で溶湯２がチューブ４内を上昇できる上限位置Hmaxは、（1.03−Pt）／ρで表される（ここでρは溶湯の密度kg／cm3）為、チューブ内に予め印加しておくべき負圧は、（1.03−Pt）／ρ＞Hから、Pt＜（1.03−ρ・H）である必要が有る。（ここでHは、溶湯面からチューブの最高位面間距離；cm）
Pt≒0とした時、Hmax＝1.03／ρとなる。一般的に鋳造に用いる金属材料のρは1.8×10‐3〜8.2×10‐3（kg／cm3）である為、Hmax＝125〜572（cm）となり、請求項2の手法で、かなり自由度高くチューブ内への溶湯初期充填が可能となる。
封止栓５の材質としては、溶湯２と供材（同じ材質）若しくは、溶湯２に混入しても問題が無く、溶湯材よりも融点が低い金属材や、各種有機系材料を用いる事が可能である。
【００３２】
（請求項３の発明）
請求項３の発明では、図１６のように、溶解炉，保持炉，取鍋等の溶湯収納部１の上部開口面に蓋等の密閉具６を設置し、炉，取鍋内溶湯と密閉具６間に閉空間を形成出来る様にし、この閉空間を維持出来る様にチューブ４を溶湯，鋳型内に通し、図１７のように閉空間内を外気圧P（kgf／cm2）よりも高い圧力Pp（kgf／cm2）となる様にガス加圧することで、チューブ内に溶湯を充填する。これにより鋳枠・鋳型内への溶湯充填の初期動作を補助し、チューブ内への溶湯充填が完了した時点で、図１８のように密閉具６の気密構造を開放する。
【００３３】
但し、溶湯の液面基準でチューブ内を上昇させられる溶湯位置Hmaxは、（Pp−P）／ρで表される（ここでρは溶湯の密度kg／cm3）為、閉空間内に印加すべき加圧Ppは、（Pp−P）／ρ＞Hから、Pp＞（ρ・H＋P）である必要が有る。（ここでHは、溶湯面からチューブの最高位面間距離；cm）
【００３４】
（請求項４の発明）
請求項４の発明は、図１９〜図２１に示すように、溶湯２内に浸漬したチューブ４の端部に、流速v（cm／sec）の溶湯２をぶつける事で、チューブ４内に溶湯２を充填する方法である。但し、溶湯２の液面基準でチューブ４内を上昇させられる溶湯位置Hmaxは、v2／2gで表される（ここでgは重力加速度cm／sec2）為、チューブ端面に印加すべき流速vは、v＞√（2g・H）である必要が有る。（ここでHは、溶湯面からチューブの最高位面間距離；cm）
【００３５】
チューブ端に速度vの溶湯を印加する具体的な方法には以下の様なものがある。
図２２は炉・取鍋内溶湯に回転流を与え、チューブ端面に速度vの溶湯流速を印加する方法を示す。図２３はチューブ自身を溶湯２内において速度vで移動させ、チューブ端面に速度vの溶湯流速を印加する方法を示す。図２４は磁界Bを与え、電磁力（フレミングの左手の法則）を活用し、チューブ端面に速度vの溶湯流速を印加する方法を示す。
【００３６】
（請求項５の発明）
これまでの説明では、鋳枠・鋳型内に挿入するチューブ端面の位置は、鋳枠・鋳型内面から離れた状態で注湯開始する状況のみで解説しているが、チューブ端面から鋳枠・鋳型内面間に初期間隔が存在していると、注湯時にこの間隔分の溶湯落下は避けられず、これによる気泡巻き込み、酸窒化物形成が生じる危険性がある。請求項５の発明は、この危険性を極小化するものである。
【００３７】
具体的には図２５の様に、鋳型内に挿入するチューブ４の端面を鋳型３の内面と接触させ、空気は逃がしても溶湯は流出させない状態を保った状態で、請求項2〜4等の手法で図２６のようにチューブ４内に溶湯２を充填し、その後に、図２７のように鋳型３を降下させるかチューブ４を上昇させることによって、鋳型内面とチューブ端面間に隙間を生じさせ、チューブ４内の溶湯２を鋳型内部に流出させる事で、溶湯の落下による気泡巻き込み、酸窒化物形成を極小化する。
【００３８】
ここでチューブ端面と鋳型内面を接触させ、空気は逃がしても溶湯は流出させない状態を保つには、
1) 鋳型内面−チューブ端面間が0.1〜0.3mm程度となる様に制御する。
2) 鋳型内面−チューブ端面間に、セラミックファイバーシート当の通気性の有るクッション材（耐熱・断熱材）を挟み込む。
と言った方法が存在する。
【００３９】
（請求項６の発明）
ここまでは、一つの鋳型３内にチューブ４を一本のみ挿入して鋳造する事を前提にして説明してきたが、一つのチューブ４のみで注湯作業を完結させようとすると、大物物件の場合、鋳型３でのチューブ挿入部において、溶湯入熱が過大となり『局部過熱』が生じ、これに起因する鋳造欠陥（鋳物の肌荒れや引け巣欠陥等）が発生する場合がある。（鋳型に湯口，湯道，堰を設定しない場合は特に、この傾向が強くなる。）請求項6はこの問題を解消する為のもので、チューブ４の数を複数本とし、鋳枠・鋳型内部側のチューブ端設置位置及びチューブ端の開口方向を調整する事で、注湯作業時の鋳枠・鋳型内局部過熱の発生を防止し、溶湯流に各チューブ端の開口方向線をつなぐ形で定義される方向性を持たせる。
【００４０】
例えば図２８に示す形状の鋳物を製作したい場合、図２９のようにチューブ1本での鋳造を行なうと、溶湯２の入熱でチューブ挿入部の鋳型３が過熱され、引け巣欠陥や肌荒れ欠陥が発生し易くなる上、溶湯流も非軸対称形状で、局部的に渦流（ボルテックス，ナックル）が発生しやすく、ここに気泡巻き込みや、酸窒化物形成がなされ易い。これに対して、図３０のように例えばチューブ４を4本として、チューブ開口端をL字型に曲げ、開口端それぞれを同じ円周方向に向けて鋳造すると、鋳型の過熱スポット形成も起こりにくくなる上、方向性を与えられた溶湯流も軸対称形状となり、局部的な渦流を形成し辛くする事が出来る。
【００４１】
（請求項７の発明）
請求項7の発明は請求項6とは逆に、一つ又は複数の鋳枠・鋳型内に、一つ又は複数の溶解炉，保持炉，取鍋から複数のチューブを引き出し、一つ又は複数個の鋳枠・鋳型内の同時に注湯作業を行う事を要旨としたものである。一つの溶解炉，保持炉，取鍋から複数のチューブを引き出し、複数の鋳枠・鋳型に分配して鋳造する場合は、単に鋳造生産性を高めるだけでなく、『同じ溶湯温度，合金成分の溶湯を用いて、複数個の鋳物を複数個同時に鋳造出来る』事から、同時に鋳造する複数個の鋳物の寸法、強度特性の個体間バラツキを極小化出来るという利点を発揮出来るのである。また複数の溶解炉，保持炉，取鍋からそれぞれチューブを引き出し、一つの鋳型にまとめて挿入して鋳造する場合は、見かけ上、小型の溶解炉，保持炉，取鍋を複数個融合させた形となり、単独炉，単独取鍋では鋳造出来ない様な大重量の溶湯を用いて一つの鋳物を鋳造する事も容易に出来るという利点が存在している。
【実施例】
【００４２】
全実施例を通じて、図３１に示す形状の鋳物部を鋳造した。鋳物寸法は外径φ800，内径φ600のリング鋳物（タイヤ金型）である。使用した鋳型材は鋳造用石膏（ノリタケジプサムG−6非発泡石膏）、鋳枠材はねずみ鋳鉄（FC250）、定盤材は炭素鋼材（S45C）、裏打ち材は水ガラス混合珪砂、鋳物材（鋳造合金）は鋳造用アルミ合金AC4C（7％Si，0.4％Mg，残Al）である。
【００４３】
（実施例１：請求項１〜４の実施例）
図３２、３３の様なチューブの鋳型挿入側に、ディフレクター（2mm厚ステンレス鋼（SUS304）、詳細は特許第2796010号に記載）を装着し、チューブ内部を0.05MPaまで減圧した後、チューブ両端をAC4C合金（鋳造合金と供材）製の2mm厚の封止栓で閉じ、請求項1，2の手法を用いて鋳造を行なった。なおチューブ素材はJIS  G3452配管用炭素鋼鋼管、呼び径20A（外径27.2mm，厚さ2.8mm）である。なお、チューブ内周，外周部には、溶湯との濡れ性の悪い塗型材を充分塗布しておいた。またチューブ構造は市販の鋼管をエルボで組み立てる方式のものとした。
【００４４】
これにより得られた鋳物は、表面に気泡欠陥、酸窒化物付着欠陥が発生する事無く、良好な概観品質のものであった。但し、鋳物の真円度（丸さ特性）は、チューブ挿入部側で0.25mm程局部的に歪んだ形のものとなった。（一点注湯による局部過熱で生じたものと思われる。）また、チューブ内に最初に溶湯を充填するのに、請求項3の手法を用いて、取鍋上部を密閉蓋で覆い、ここにチューブを挿入して取鍋内を工場エアーで0.15MPaまで加圧する事で対処しても、同様に健全な鋳物が得られた。更に、チューブ内溶湯初期充填に、請求項4の手法を用い、取鍋内の溶湯に電動モーターで回転流を発生させ、チューブ端に凡そ140cm／secの流速の溶湯が印加される様にして対処しても、同様に健全な鋳物が得られた。
【００４５】
（実施例１の比較例）
上記の様な鋳物を、重力鋳造方案を用い、鋳枠の一部に堰、その外側に湯道，湯口を一箇所設置して従来法によって鋳造した所、鋳物表面（鋳型に接触する面）に、気泡欠陥、酸窒化物付着欠陥が多数発生してしまった。また、鋳型は強度特性が低く、リング状に組み立ててある為、転倒鋳造法を用いる事は困難で、鋳込み重量が大きい（100kgを超える）事から、吸引鋳造も難しかった。更に、低圧鋳造を用いるには、定盤側の構造を変更しなければならない上、低圧鋳造機を導入しなければならない為、設備上対応が難しかった。
【００４６】
（実施例２：請求項５の実施例）
実施例1でチューブからディフレクターを取り外し、請求項５の様に鋳型内挿入チューブ端を定盤に密着させた状態からスタートし、チューブ内に溶湯が充填された後、チューブ端−定盤間距離が20mmとなる様にゆっくりと離して鋳造作業を行った。これにより得られた鋳物は、チューブ挿入側部で若干の気泡欠陥が発生したが、ほぼ健全なものであった。（修正により製品に出来る鋳物が得られた。）但し、実施例1と同様、鋳物の真円度（丸さ特性）は、チューブ挿入部側で0.25mm程局部的に歪んだ形のものとなった。（一点注湯による局部過熱で生じたものと思われる。）
【００４７】
（実施例２の比較例）
また、実施例1でチューブ４からディフレクターを取り外して鋳造を実施した所、鋳物のチューブ挿入側部で実施例2の3倍ほどの気泡欠陥が発生した。（ただし修正可能範囲内。）
【００４８】
（実施例３：請求項6の実施例）
実施例２で図３０のように（ディフレクター無しの）チューブ4本を用い、鋳型内チューブ端近傍を45°曲げた構造で、端面は定盤と水平となる様なものとし、それぞれのチューブの曲げ方向を円周方向右回りとなる向きに向けて、鋳造を実施した。これにより得られた鋳物は、チューブ挿入側部で若干の気泡欠陥が発生したが、ほぼ健全なものであった。（修正により製品に出来る鋳物が得られた。）更に、鋳物の真円度特性は、局部的な歪みは少なく、真円度で0.15mm程度の良好なものであった。（請求項6を用いた方が、良好な寸法特性の鋳物が得られる確認が取れた。）
【００４９】
（実施例４：請求項7の実施例）
請求項6の手法を用いて、実施例1の鋳物を一つの取鍋から2ヶ同時に鋳造した。これにより鋳造した2リング（上下型）の鋳物の平均内径差は0.15mm未満で、上下型直径差の少ない良好な寸法特性のものが得られた。
【００５０】
（実施例４の比較例）
実施例1の手法で、2リング（上下型）の鋳物を一つずつ個別に鋳造した。（1時間ほどのインターバルを空けて、別取鍋の溶湯を用いて鋳造を実施した。）これにより得られた2リングの鋳物の平均内径差は0.25mm程度となり、実施例3より得られた鋳物よりも上下型直径差特性が悪いものであった。2リングの鋳造で、鋳込み開始温度等、可能な限り同じ様な条件となる様に配慮したにも関わらず、実施例3には寸法面でかなわなかった。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来の重力鋳造法を示す断面図である。
【図２】従来の転倒鋳造法を示す断面図である。
【図３】従来の吸引鋳造法を示す断面図である。
【図４】従来の低圧鋳造法を示す断面図である。
【図５】従来のダイキャスト法を示す断面図である。
【図６】請求項１の発明の工程説明図である。
【図７】請求項１の発明の工程説明図である。
【図８】請求項１の発明の工程説明図である。
【図９】請求項１の発明の工程説明図である。
【図１０】請求項１の発明の実施形態における準備段階の説明図である。
【図１１】請求項１の発明の工程説明図である。
【図１２】請求項１の発明の工程説明図である。
【図１３】請求項２の発明の工程説明図である。
【図１４】請求項２の発明の工程説明図である。
【図１５】請求項２の発明の工程説明図である。
【図１６】請求項３の発明の工程説明図である。
【図１７】請求項３の発明の工程説明図である。
【図１８】請求項３の発明の工程説明図である。
【図１９】請求項４の発明の工程説明図である。
【図２０】請求項４の発明の工程説明図である。
【図２１】請求項４の発明の工程説明図である。
【図２２】チューブ端に溶湯流速を印加する方法の説明図である。
【図２３】チューブ端に溶湯流速を印加する方法の説明図である。
【図２４】チューブ端に溶湯流速を印加する方法の説明図である。
【図２５】請求項５の発明の工程説明図である。
【図２６】請求項５の発明の工程説明図である。
【図２７】請求項５の発明の工程説明図である。
【図２８】請求項６で製作したい鋳物形状の説明図である。
【図２９】チューブ１本で鋳込む場合の説明図である。
【図３０】チューブ４本で鋳込む場合の説明図である。
【図３１】全実施例を通じて鋳造した鋳物を示す断面図である。
【図３２】実施例１における鋳造状況の説明図である。
【図３３】実施例１におけるチューブ形状の説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  溶解炉もしくは溶湯保持炉または溶湯取鍋等の溶湯収納部
２  溶湯
３  鋳型
４  チューブ
５  封止栓
６  密閉具
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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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】
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【図２２】
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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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