(57)【要約】【課題】鋳物に鋳造欠陥が発生するのを抑制するとともに、鋳物の結晶組織を微細化する。【解決手段】鋳型１０を使用して鋳物８を製造するときには、まず、凝固中に遊離結晶６を発生する金属材料を溶融させる。次に、溶融させた金属材料からなる溶湯１を鋳型１０内に注入する。鋳型１０内で、溶湯１中の遊離結晶６を鋳型１０の表面１１に堆積させつつ、溶湯１を凝固させる。以上の工程により、溶湯１を鋳型１０内で凝固させて鋳物８を製造する。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯を鋳型内で凝固させて鋳物を製造する鋳物の製造方法であって、
凝固中に遊離結晶を発生する金属材料を溶融させる工程と、
溶融させた金属材料からなる溶湯を鋳型内に注入する工程と、
溶湯中の遊離結晶を鋳型の表面に堆積させつつ溶湯を凝固させる工程と、
を有する鋳物の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された鋳物の製造方法において、
溶湯中の遊離結晶を、重力により鋳型の表面に向かって沈降させて堆積させる鋳物の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載された鋳物の製造方法において、
溶湯を注入した鋳型を回転させる工程を有し、
溶湯中の遊離結晶を、遠心力により鋳型の表面に向かって誘導して堆積させる鋳物の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載された鋳物の製造方法において、
溶湯中の遊離結晶を、溶湯の流れにより鋳型の表面に向かって流動させて堆積させる鋳物の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載された鋳物の製造方法において、
溶湯中の遊離結晶を、溶湯の流れに乗せて、溶湯が淀む鋳型の表面に堆積させる鋳物の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載された鋳物の製造方法において、
鋳物が、タイヤを成型する金型である鋳物の製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載された鋳物の製造方法により製造した鋳物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶湯を鋳型内で凝固させて鋳物を製造する鋳物の製造方法と、この鋳物の製造方法により製造した鋳物に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳物を製造するときには、各種の鋳造欠陥（引け巣やブロー欠陥等）が鋳物に発生することがある。また、鋳物の特定部分の結晶組織が粗大化することで、鋳物の機械的特性や強度が低下することもある。これに対し、従来、鋳造欠陥と粗大な結晶組織の発生を抑制することで、鋳物の品質を向上させることが求められている。特に、精密鋳造においては、鋳造による形状が最終製品の形状になり、鋳造欠陥や粗大な結晶組織がそのまま製品に残るため、より鋳物の品質を向上させる必要がある。
【０００３】
精密鋳造により製造されるタイヤ成型用金型においても、特定部分に鋳造欠陥（例えば、引け巣）が発生することがある。タイヤ成型用金型は、自動車等に使用されるタイヤを成型する金型であり、一般に、石膏製の鋳型により鋳造される。鋳造時には、鋳型内で、タイヤ成型用金型を成型するとともに、タイヤ成型用金型に、タイヤに凹部（溝等）を形成するための細かな突部を形成する。その際、溶湯を鋳型に形成された凹部（溝等）に充填して凝固させることで、突部が形成される。ところが、次に説明するように、引け巣のない完全なタイヤ成型用金型を製造するのは困難である。
【０００４】
即ち、引け巣は、鋳型の表面と溶湯の等凝固時間曲面との間に形成される空間（閉塞空間）で発生する。等凝固時間曲面は、鋳型内において、溶湯の同じ時間で凝固する位置を結んだ曲面である。鋳型の表面と等凝固時間曲面とを直交させることで、閉塞空間の形成と引け巣の発生を防止できる。そのため、タイヤ成型用金型を鋳造するときには、鋳型の表面を重力の方向に合わせ、溶湯の凝固が進行する方向（凝固方向）を上から下（又は、下から上）に設定するのが一般的である。ただし、タイヤ成型用金型の鋳型には複数の細かな凹部があるため、凹部の表面と等凝固時間曲面との間に閉塞空間が発生することがある。そのため、引け巣の発生を完全に防止するのは難しい。
【０００５】
これに対し、従来、鋳型に、穴、スリット、又は、金属部材を設けることで、鋳造欠陥の発生に対処する鋳造方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、従来の鋳造方法では、凝固シミュレーション等により、予め閉塞空間が形成される部分を特定する必要がある。また、穴、スリット、又は、金属部材を鋳型に設けるため、鋳造のための手間と時間が増加する傾向がある。鋳造後には、穴、スリット、又は、金属部材に対応する部分において、鋳物の形状を手仕上げにより調整する必要があるため、鋳造後の手間と時間も増加する。そのため、より簡易に鋳造欠陥の発生に対処することが求められている。加えて、従来の鋳造方法により鋳物を製造したとしても、鋳造の仕方に応じて鋳造欠陥が発生する虞がある。また、鋳物の結晶組織を改善するのは難しく、粗大な結晶組織が発生する虞もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１６９４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記従来の問題に鑑みなされたもので、その目的は、鋳物に鋳造欠陥が発生するのを抑制するとともに、鋳物の結晶組織を微細化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、溶湯を鋳型内で凝固させて鋳物を製造する鋳物の製造方法であって、凝固中に遊離結晶を発生する金属材料を溶融させる工程と、溶融させた金属材料からなる溶湯を鋳型内に注入する工程と、溶湯中の遊離結晶を鋳型の表面に堆積させつつ溶湯を凝固させる工程と、を有する鋳物の製造方法である。
また、本発明は、本発明の鋳物の製造方法により製造した鋳物である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、鋳物に鋳造欠陥が発生するのを抑制することができる。また、鋳物の結晶組織を微細化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】溶湯の凝固の仕方を示す図である。
【図２】溶湯の凝固の仕方を示す図である。
【図３】溶湯の凝固の仕方を示す図である。
【図４】溶湯の凝固の仕方を示す図である。
【図５】鋳造欠陥の発生について説明するための図である。
【図６】鋳造欠陥の発生について説明するための図である。
【図７】鋳造欠陥の発生について説明するための図である。
【図８】鋳造欠陥の発生について説明するための図である。
【図９】本実施形態の鋳物の製造方法を示す断面図である。
【図１０】引け巣が発生する鋳物を示す断面図である。
【図１１】重力を利用した鋳物の製造過程を示す断面図である。
【図１２】引け巣が発生する鋳物を示す断面図である。
【図１３】遠心力を利用して製造した鋳物を示す断面図である。
【図１４】低圧鋳造による鋳物の製造過程を示す断面図である。
【図１５】引け巣が発生する鋳物を示す断面図である。
【図１６】鋳型により製造する鋳物を示す図である。
【図１７】第１の製造試験で使用した鋳型の断面図である。
【図１８】第２の製造試験で使用した鋳型の断面図である。
【図１９】第３の製造試験で使用した鋳型の断面図である。
【図２０】第４の製造試験で使用した鋳型の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の鋳物の製造方法及び鋳物の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の鋳物の製造方法では、金属材料を溶融させた溶湯を鋳型内に注ぎ込み、溶湯を鋳型内で凝固させて鋳物を製造する。この製造方法（鋳造方法）により、本実施形態の鋳物が製造される。以下、鋳物がタイヤを成型するための金型（タイヤ成型用金型）であり、タイヤ成型用金型を製造する例を説明する。
【００１３】
図１〜図４は、溶湯の凝固の仕方を示す図である。図１Ａ〜図４Ａでは、鋳型（図示せず）内で凝固中の溶湯１を模式的に示している。図１Ｂ〜図４Ｂは、それぞれ図１Ａ〜図４Ａの各位置（凝固方向Ｓの距離（横軸））と温度（縦軸）の関係を示すグラフである。
図１に示すように、溶湯１の温度が次第に低下するのに伴い、溶湯１の凝固が進行する。溶湯１が凝固方向Ｓに向かって凝固することで、固相２が鋳型内に次第に形成される。
【００１４】
固相２と溶湯１の液相３との境界は、固相２と液相３が共存する固液共存領域４になる。固液共存領域４では、樹枝状晶（デンドライト５）が成長する。デンドライト５は、固相２から液相３に向かって樹枝のように成長した結晶である。デンドライト５の周辺では、溶湯１に添加された元素の濃度が局部的に高くなり、溶湯１の融点が局部的に低くなることがある。また、外力（微振動等）がデンドライト５に作用することもある。これらにより、デンドライト５の先端部が欠けて、破片状の結晶（遊離結晶６）が形成される。遊離結晶６は、固相２（ここでは、デンドライト５）から遊離した微細な結晶からなり、溶湯１中を漂う。
【００１５】
このように、溶湯１の凝固の進行中に、遊離結晶６が、固相２と液相３の境界（固液共存領域４）で発生し、溶湯１中に供給される。また、遊離結晶６は、デンドライト５の成長に伴い、凝固方向Ｓに押し出されて（又は、吐き出されて）、溶湯１中を凝固方向Ｓに移動する。本実施形態の鋳物の製造方法では、溶湯１が凝固する際に溶湯１中に発生する遊離結晶６を利用することで、鋳物の品質を向上させている。
【００１６】
ここで、鋳造に用いられる金属材料は、通常、複数種類の元素を調合した合金であり、主要元素に１以上の添加元素を混合している。合金にすることで、金属材料の融点が低くなり、溶湯１の鋳造性が調整される。また、鋳物の機械的特性や強度が調整される。金属材料（合金）からなる溶湯１が凝固するときには、凝固開始の温度（ＴＳ）と凝固完了の温度（ＴＦ）との間に差が生じる。この温度差は、凝固温度範囲Ｋと呼ばれており、金属材料によって変化する。
【００１７】
凝固温度範囲Ｋ（図１、図２参照）が広くなるほど、固液共存領域４が広くなり、デンドライト５が長く成長する。これに対し、凝固温度範囲Ｋ（図３、図４参照）が狭くなるほど、固液共存領域４が狭くなり、デンドライト５が短くなる。デンドライト５が長くなるほど、その先端部が欠け易くなるため、多くの遊離結晶６が発生する。ただし、遊離結晶６が発生し易い金属材料の溶湯１（図１、図３参照）では、遊離結晶６が頻繁に発生する。遊離結晶６が発生し難い金属材料の溶湯１（図２、図４参照）では、遊離結晶６の発生が抑制される。そのため、遊離結晶６の発生量は、凝固温度範囲Ｋと金属材料に対応して変化する。
【００１８】
凝固温度範囲Ｋが広く、かつ、遊離結晶６を発生し易い溶湯１（図１参照）では、遊離結晶６の発生量が、他の溶湯１（図２〜図４参照）における遊離結晶６の発生量よりも多くなる。これら他の溶湯１では、遊離結晶６（図２、図４参照）を発生しないか、又は、遊離結晶６の発生量（図３参照）が少なくなる。この遊離結晶６の発生量に対応して、鋳造欠陥の発生の仕方が変化する。また、鋳造欠陥は、鋳型の表面と溶湯１の等凝固時間曲面との関係に対応して変化する。なお、遊離結晶６を発生しないとは、遊離結晶６を全く発生しない状態に加えて、遊離結晶６を利用できない程度の量しか遊離結晶６を発生しない状態を含む。
【００１９】
図５〜図８は、鋳造欠陥７（ここでは、引け巣）の発生について説明するための図である。図５〜図８では、鋳型１０の一部を断面図で示し、鋳型１０の表面１１近傍の溶湯１と鋳物８を模式的に示している。溶湯１は、押し湯（図示せず）から鋳型１０内へ供給（図５〜図８の矢印Ｔ）される。
【００２０】
図５、図６に示すように、溶湯１の凝固方向Ｓが鋳型１０の表面１１に平行なときには、溶湯１の等凝固時間曲面は鋳型１０の表面１１に直交する。溶湯１の凝固は鋳型１０の表面１１に沿って進行し、デンドライト５は溶湯１中に成長する。その結果、溶湯１がデンドライト５の隙間に供給されるため、溶湯１の種類によらずに、鋳物８に引け巣が発生し難くなる。即ち、遊離結晶６を発生しない溶湯１が凝固するときに、凝固温度範囲Ｋが狭い溶湯１（図４参照）、及び、凝固温度範囲Ｋが広い溶湯１（図２参照）において、引け巣の発生が抑制される（図５Ａ、図５Ｂ参照）。また、遊離結晶６を発生する溶湯１が凝固するときに、凝固温度範囲Ｋが狭い溶湯１（図３参照）、及び、凝固温度範囲Ｋが広い溶湯１（図１参照）において、引け巣の発生が抑制される（図６Ａ、図６Ｂ参照）。
【００２１】
図７、図８に示すように、溶湯１の凝固方向Ｓが鋳型１０の表面１１に直交するときには、溶湯１の等凝固時間曲面は鋳型１０の表面１１に平行になる。溶湯１の凝固は鋳型１０の表面１１に向かって進行し、デンドライト５は鋳型１０の表面１１に向かって成長する。溶湯１が鋳型１０の表面１１まで凝固したときに、溶湯１の凝固収縮により、鋳物８の表面に空所が形成される（図７参照）。鋳物８の空所は、鋳型１０の表面１１とデンドライト５により閉塞された空間である。鋳物８の空所には溶湯１が補給されないため、引け巣（鋳造欠陥７）が鋳物８に発生する。その際、凝固温度範囲Ｋが狭い溶湯１（図４参照）では、デンドライト５が短いため、小さい引け巣が発生する（図７Ａ参照）。凝固温度範囲Ｋが広い溶湯１（図２参照）では、デンドライト５が長いため、大きい引け巣が発生する（図７Ｂ参照）。
【００２２】
これに対し、遊離結晶６を発生する溶湯１（図８参照）では、溶湯１が鋳型１０の表面１１に向かって凝固する間に、溶湯１中の遊離結晶６が鋳型１０の表面１１に堆積する。溶湯１の凝固が鋳型１０の表面１１に達するまでに、表面１１に遊離結晶６が堆積し、表面１１が遊離結晶６により覆われる。その結果、鋳物８に空所が形成されるのが防止され、鋳造欠陥７（引け巣等）の発生が抑制される。また、微細な遊離結晶６の堆積により、鋳物８の表面に微細な結晶組織が生成する。
【００２３】
凝固温度範囲Ｋが狭い溶湯１（図３参照）では、遊離結晶６の発生量が少ないため、遊離結晶６の堆積量が少なくなる（図８Ａ参照）。この場合には、遊離結晶６が薄く堆積するものの、遊離結晶６が短いデンドライト５の隙間を埋めることで、鋳造欠陥７の発生が抑制される。凝固温度範囲Ｋが広い溶湯１（図１参照）では、遊離結晶６の発生量が多いため、遊離結晶６の堆積量が多くなり、遊離結晶６が厚く堆積する（図８Ｂ参照）。遊離結晶６によりデンドライト５の隙間が確実に埋められて、鋳造欠陥７の発生が抑制される。
【００２４】
このように、本実施形態では、溶湯１中の遊離結晶６を、鋳型１０の所定の表面１１（被堆積面）に向かって移動させて表面１１に堆積させる。遊離結晶６は、溶湯１中を移動して、鋳型１０の表面１１（ここでは、意匠面）を覆うように堆積する。これにより、遊離結晶６を鋳型１０の表面１１に沈着させる。鋳型１０内で、溶湯１は、遊離結晶６が堆積した鋳型１０の表面１１に向かって凝固する。溶湯１の凝固の開始から終了までの間に、遊離結晶６が、溶湯１中に発生して次第に堆積する。ただし、溶湯１の凝固が開始する前に、遊離結晶６が溶湯１中に存在しているときには、この遊離結晶６も堆積する。この場合には、堆積する遊離結晶６は、予め溶湯１中に存在する遊離結晶６と、溶湯１中に発生する遊離結晶６からなる。
【００２５】
溶湯１の全体が凝固することで、遊離結晶６の堆積部８Ａを有する鋳物８が製造される。堆積部８Ａは、遊離結晶６が堆積した部分であり、微細な結晶組織からなる。堆積部８Ａは、鋳物８の表面に形成されて、鋳物８の表面を覆う。鋳物８の堆積部８Ａ以外の部分は、通常の結晶組織（柱状晶等）からなる。
【００２６】
次に、本実施形態の鋳物８の製造方法について、具体的に説明する。
図９は、本実施形態の鋳物８の製造方法を示す断面図である。図９Ａ〜図９Ｃに、鋳物８の製造過程を示す。図９（以下の、各図でも同様）では、鋳物８中の製品になる部分（製品部）を、二点鎖線で示す。
鋳型１０は、図示のように、鋳物８を成型する主型１２と、主型１２を収容する鋳枠１３と、冷し金１４と、溶湯１の供給管（ストーク）１５を備えている。
【００２７】
鋳型１０により、タイヤ成型用金型になる鋳物８が製造される。ここでは、タイヤ成型用金型は、タイヤのトレッド部を成型するトレッド成型用金型であり、ブロック状の鋳物８から形成される。複数のトレッド成型用金型が、環状に組み合わされて、タイヤのトレッド部を成型する。そのため、鋳物８の一つの面が、主型１２により、タイヤのトレッドパターンに対応する形状に形成される。主型１２の表面１１が、意匠面であり、トレッドパターンに対応する凹凸面になっている。鋳物８は、主型１２により所定形状に成型される。
【００２８】
主型１２と鋳枠１３により、キャビティ１６が鋳型１０内に形成される。冷し金１４は、鋳型１０内に収容され、溶湯１に接する位置に配置される。キャビティ１６は、鋳型１０の内部空間であり、鋳物８の形状に対応した形状に形成される。冷し金１４は、主型１２に対向して配置され、キャビティ１６に露出する。供給管１５は、管状の断熱材からなり、鋳型１０の上部に設けられる。供給管１５内の溶湯１は、押し湯１Ａであり、キャビティ１６に供給される。鋳物８は、鋳型１０を使用して、重力鋳造により製造される。
【００２９】
鋳物８の製造時には、金属材料（例えば、アルミニウム合金）を溶融させて、溶湯１を鋳型１０内に注入する（図９Ａ参照）。金属材料は、凝固中に遊離結晶６を発生する金属材料であり、加熱炉（図示せず）中で溶融させる。溶湯１は、溶融させた金属材料からなり、凝固に伴い遊離結晶６を発生する（図９Ｂ参照）。溶湯１の凝固は、冷し金１４から開始し、主型１２に向かって進行する。そのため、溶湯１の凝固方向Ｓは、冷し金１４から鋳型１０（ここでは、主型１２）の表面１１に向かう方向になる。溶湯１の等凝固時間曲面は、凝固方向Ｓに移動する。
【００３０】
溶湯１の凝固が進行する間に、遊離結晶６が、凝固方向Ｓに押し出されて、凝固方向Ｓに位置する鋳型１０の表面１１に向かって移動する。これにより、溶湯１中の遊離結晶６を鋳型１０の表面１１に堆積させつつ、溶湯１を凝固させる（図９Ｃ参照）。また、凝固方向Ｓと鋳型１０の表面１１の位置を調整することで、遊離結晶６を表面１１の所定部分に向かって移動させて所定部分に堆積させる。ここでは、遊離結晶６を、引け巣が発生し易い部分に向かって移動させて、その部分に堆積する。引け巣は、主型１２の凹部１２Ａ（溝等）で発生し易いため、遊離結晶６を凹部１２Ａ内に堆積させて、凹部１２Ａに充填する。その結果、鋳物８の突部８Ｂに引け巣が発生するのが抑制される。同時に、堆積部８Ａが鋳物８の突部８Ｂに形成され、突部８Ｂに微細な結晶組織が生成する。
【００３１】
図１０は、引け巣が発生する鋳物８を示す断面図である。図１０Ａ〜図１０Ｃでは、鋳物８の製造過程を、図９Ａ〜図９Ｃに対応させて示す。
遊離結晶６を発生しない溶湯１では、図示のように、遊離結晶６が堆積しないため、引け巣（鋳造欠陥７）が鋳物８に発生することがある。引け巣は、鋳型１０の表面１１と溶湯１の等凝固時間曲面の間に形成される閉塞空間に形成される。この鋳物８では、引け巣が突部８Ｂに発生する。また、突部８Ｂに堆積部８Ａが形成されないため、鋳物８に微細な結晶組織を生成する効果は得られない。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態の鋳物８の製造方法によれば、簡易に、鋳物８に鋳造欠陥７が発生するのを抑制することができる。また、鋳物８の結晶組織を微細化できるため、鋳物８の機械的特性や強度を向上させることができる。その結果、鋳物８の品質を向上させることができる。鋳造前後の特別な手間が不要であるため、鋳物８の製造のための手間や時間を削減できる。
【００３３】
精密鋳造により鋳物８を製造するときでも、鋳造欠陥７の発生を抑制できる。また、幅が狭く、かつ、高い突部８Ｂを有する鋳物８を、鋳造欠陥７なく製造できる。そのため、この鋳物８の製造方法は、タイヤ成型用金型の製造に好適であり、タイヤ成型用金型の品質を効果的に向上させることができる。
【００３４】
次に、鋳造の仕方が異なる複数の実施形態について説明する。以下では、既に説明した鋳型１０と同じ構成には、同じ名称と符号を付し、その説明は省略する。
図１１は、重力を利用した鋳物８の製造過程を示す断面図である。
この鋳型１０では、図示のように、主型１２が鋳型１０の下部に設置されて、主型１２の表面１１が上方に向けて配置される。冷し金１４は、主型１２に対向するように主型１２の上方に配置される。キャビティ１６は、主型１２と冷し金１４の間に形成される。２つの供給管１５が、鋳型１０の側部から上方に向かって突出する。
【００３５】
鋳物８の製造時には、遊離結晶６を発生する金属材料を溶融させて、溶湯１を鋳型１０内に注入する（図１１Ａ参照）。溶湯１の凝固は、冷し金１４から開始し、冷し金１４の下方に位置する主型１２に向かって進行する（図１１Ｂ参照）。溶湯１の凝固方向Ｓは、冷し金１４から鋳型１０（主型１２）の表面１１に向かう方向（下方向）になる。溶湯１の凝固が進行する間に、遊離結晶６が、凝固方向Ｓに押し出されて、重力により溶湯１中を沈む。
【００３６】
遊離結晶６は、下方向に位置する鋳型１０の表面１１に向かって移動して表面１１に堆積する。その際、溶湯１中の遊離結晶６を、重力により、鋳型１０の表面１１の所定部分に向かって沈降させて、表面１１に堆積させる。また、遊離結晶６を、引け巣が発生し易い部分（主型１２の凹部１２Ａ）に沈降させて堆積させる。遊離結晶６は、凹部１２Ａ内に優先的に堆積して、凹部１２Ａに充填される。このように、溶湯１中の遊離結晶６を鋳型１０の表面１１に堆積させつつ、溶湯１を凝固させる（図１１Ｃ参照）。遊離結晶６の堆積により、鋳物８の突部８Ｂに引け巣が発生するのが抑制される。鋳物８の突部８Ｂには、堆積部８Ａが形成されて、微細な結晶組織が生成する。
【００３７】
図１２は、引け巣が発生する鋳物８を示す断面図である。図１２Ａ〜図１２Ｃでは、鋳物８の製造過程を、図１１Ａ〜図１１Ｃに対応させて示す。
遊離結晶６を発生しない溶湯１では、図示のように、遊離結晶６の沈降と堆積が生じないため、引け巣（鋳造欠陥７）が鋳物８に発生することがある。引け巣は、主型１２の凹部１２Ａ内において、鋳物８の突部８Ｂに発生する。また、鋳物８の突部８Ｂに、堆積部８Ａは形成されない。
【００３８】
このように、遊離結晶６を利用することで、鋳造欠陥７の発生を抑制できるとともに、鋳物８の結晶組織を微細化することができる。また、遊離結晶６を重力により鋳型１０の表面１１に向かって沈降させることで、遊離結晶６を表面１１に確実に堆積させることができる。その結果、鋳造欠陥７の発生を確実に抑制できる。鋳物８の鋳造欠陥７が発生する部分を、重力による遊離結晶６の移動方向（沈降方向）に位置させることで、鋳造欠陥７の発生を確実に抑制できる。なお、遊離結晶６を堆積させるときには、重力以外の物理的な力（例えば、遠心力や電磁力）を利用するようにしてもよい。
【００３９】
図１３は、遠心力を利用して製造した鋳物８を示す断面図である。図１３に示す鋳型１０は、図９に示す鋳型１０と同じであり、鋳物８は、図９において説明した過程と同等の過程により製造される。そのため、図１３では、溶湯１が凝固した後の図のみを、図９Ｃに対応させて示す。
鋳型１０は、図示のように、回転装置２０の回転テーブル２１上に固定されている。回転装置２０は、駆動装置（図示せず）により、回転テーブル２１を回転させる（矢印Ｒ）。これにより、溶湯１を注入した鋳型１０を回転させて、溶湯１に遠心力を加える。溶湯１の凝固が進行する間に、遊離結晶６が、凝固方向Ｓに押し出されて、遠心力により、溶湯１中を遠心力の方向に流動する。回転する鋳型１０内で、主型１２が遠心力の方向に位置するため、遊離結晶６は、主型１２に向かって流動する。
【００４０】
遊離結晶６は、遠心力の方向に位置する鋳型１０（主型１２）の表面１１に向かって移動して表面１１に堆積する。その際、溶湯１中の遊離結晶６を、遠心力により、鋳型１０の表面１１の所定部分に向かって誘導して、表面１１に堆積させる。また、遊離結晶６を、引け巣が発生し易い部分（主型１２の凹部１２Ａ）に誘導して凹部１２Ａ内に入れ込む。遊離結晶６は、凹部１２Ａ内に優先的に堆積して、凹部１２Ａに充填される。溶湯１中の遊離結晶６を鋳型１０の表面１１に堆積させつつ、溶湯１を凝固させる。
【００４１】
このように、遊離結晶６を利用することで、鋳造欠陥７の発生を抑制できるとともに、鋳物８の結晶組織を微細化することができる。また、遊離結晶６を遠心力により鋳型１０の表面１１に向かって誘導することで、遊離結晶６を表面１１に確実に堆積させることができる。その結果、鋳造欠陥７の発生を確実に抑制できる。鋳物８の鋳造欠陥７が発生する部分を、遠心力による遊離結晶６の移動方向（誘導方向）に位置させることで、鋳造欠陥７の発生を確実に抑制できる。
【００４２】
図１４は、低圧鋳造による鋳物８の製造過程を示す断面図である。
鋳型１０は、図示のように、溶湯１の供給装置３０の上部に設置される。供給装置３０は、加圧容器３１と、加圧容器３１内に収容された坩堝３２と、坩堝３２を加熱する加熱装置３３を備えている。坩堝３２内の溶湯１は、加熱装置３３により所定温度に加熱される。供給管１５は、鋳型１０から下方に突出し、加圧容器３１及び坩堝３２内に配置される。溶湯１は、供給管１５により、坩堝３２から鋳型１０内（キャビティ１６）に供給される。加圧装置（図示せず）が加圧気体Ｇを加圧容器３１内に供給すると、坩堝３２内の溶湯１が加圧気体Ｇにより加圧される。これにより、溶湯１が、供給管１５を通して押し上げられて、鋳型１０内に注入される。
【００４３】
鋳物８の製造時には、遊離結晶６を発生する金属材料を溶融させて、供給装置３０により、溶湯１を鋳型１０内に注入する（図１４Ａ参照）。溶湯１の凝固は、冷し金１４から開始し、主型１２に向かって進行する（図１４Ｂ参照）。冷し金１４は、主型１２を囲むように、鋳型１０の上部と側部に設けられている。そのため、溶湯１の凝固方向Ｓは、冷し金１４の角部から鋳型１０（主型１２）の表面１１に向かう方向（斜め下方向）になる。また、溶湯１の凝固中には、対流により、溶湯１の流れＦが生じる。溶湯１の凝固が進行する間に、遊離結晶６が、凝固方向Ｓに押し出されて、溶湯１の流れＦにより溶湯１中を流動する。遊離結晶６は、溶湯１が流れる方向に位置する鋳型１０の表面１１に向かって移動して表面１１に堆積する。
【００４４】
鋳型１０内で、溶湯１中の遊離結晶６を、溶湯１の流れＦにより、鋳型１０の表面１１に向かって流動させて、表面１１に堆積させる。また、溶湯１の流れＦが表面１１の所定部分に向かうように調整することで、遊離結晶６を表面１１の所定部分に向かって流動させる。遊離結晶６は、溶湯１の流れＦに乗って鋳型１０の表面１１に運ばれ、表面１１の所定部分に堆積する。その際、溶湯１中の遊離結晶６を、鋳型１０内の溶湯１の流れＦに乗せて、溶湯１が淀む部分（淀み部）に向かって流動させる。遊離結晶６は溶湯１の流れＦに乗って淀み部に溜まる。これにより、遊離結晶６を、溶湯１が淀む鋳型１０の表面１１に堆積させる。
【００４５】
溶湯１の淀み部は引け巣が発生し易い部分であり、主型１２の凹部１２Ａが淀み部となる。遊離結晶６は、主型１２の凹部１２Ａに向かって流動して、凹部１２Ａ内に優先的に堆積する。このように、溶湯１中の遊離結晶６を鋳型１０の表面１１に堆積させつつ、溶湯１を凝固させる（図１４Ｃ参照）。遊離結晶６の堆積により、鋳物８の突部８Ｂに引け巣が発生するのが抑制される。鋳物８の突部８Ｂには、堆積部８Ａが形成されて、微細な結晶組織が生成する。
【００４６】
図１５は、引け巣が発生する鋳物８を示す断面図である。図１５Ａ〜図１５Ｃでは、鋳物８の製造過程を、図１４Ａ〜図１４Ｃに対応させて示す。
遊離結晶６を発生しない溶湯１では、図示のように、遊離結晶６の流動と堆積が生じないため、引け巣（鋳造欠陥７）が鋳物８に発生することがある。引け巣は、主型１２の凹部１２Ａ内において、鋳物８の突部８Ｂに発生する。また、鋳物８の突部８Ｂに、堆積部８Ａは形成されない。
【００４７】
このように、遊離結晶６を利用することで、鋳造欠陥７の発生を抑制できるとともに、鋳物８の結晶組織を微細化することができる。また、遊離結晶６を溶湯１の流れＦにより鋳型１０の表面１１に向かって流動させることで、遊離結晶６を表面１１に確実に堆積させることができる。その結果、鋳造欠陥７の発生を確実に抑制できる。遊離結晶６を、溶湯１の流れＦに乗せて、溶湯１が淀む鋳型１０の表面１１に堆積させることで、鋳造欠陥７の発生を、より確実に抑制できる。鋳物８の鋳造欠陥７が発生する部分を、溶湯１の流れＦによる遊離結晶６の移動方向（流動方向）に位置させることで、鋳造欠陥７の発生を確実に抑制できる。
【００４８】
なお、遊離結晶６は、重力、遠心力、溶湯１の流れＦのいずれ１つを利用して、鋳型１０の表面１１に移動させてもよい。また、遊離結晶６は、重力、遠心力、溶湯１の流れＦを任意に組み合わせて利用して、鋳型１０の表面１１に移動させてもよい。
【００４９】
（鋳物８の製造試験）
本発明の効果を確認するため、第１〜第４の製造試験を実施し、鋳物８を製造した。各製造試験において、上記したように、遊離結晶６を発生する金属材料からなる溶湯１を鋳型１０内で凝固させて、鋳物８（以下、実施品という）を製造した。また、比較のため、遊離結晶６を発生しない金属材料からなる溶湯１を鋳型１０内で凝固させて、鋳物８（以下、比較品という）を製造した。実施品と比較品を検査して、鋳造欠陥７の発生状況を調査した。
【００５０】
図１６は、鋳型１０により製造する鋳物８を示す図である。図１６Ａは、鋳物８の正面図である。図１６Ｂは、図１６ＡのＸ方向からみた鋳物８の上面図である。図１６Ｃは、図１６ＡのＹ方向からみた鋳物８の側面図である。
鋳物８は、図示のように、タイヤ成型用金型であり、ブロック状に形成される。鋳型１０から鋳物８を取り出した後、鋳物８を加工することで、タイヤ成型用金型が形成される。ここでは、鋳物８は、トレッド成型用金型（セクターセグメント）であり、タイヤに溝を形成する複数の突部８Ｂを有する。
【００５１】
鋳物８（実施品、比較品）の製造条件を列記する。
実施品の金属材料：ＪＩＳ鋳造用アルミニウム合金（ＡＣ２Ｂ）（Ｓｉ：６％、Ｃｕ：２．５％、Ｍｇ：０．４％、Ｆｅ：０．５％、Ｚｎ：０．２％、Ｂａｌ：Ａｌ）
比較品の金属材料：ＪＩＳ鋳造用アルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）（Ｓｉ：７％、Ｍｇ：０．４％、Ｆｅ：０．３％、Ｂａｌ：Ａｌ）
各金属材料を溶融させて、溶湯１（６９０℃）を鋳型１０内に注入した。
【００５２】
鋳型１０の各部の材料を列記する。
主型１２：非発泡石膏（株式会社ノリタケカンパニーリミテッド製、品名：Ｇ−６）
冷し金１４：ネズミ鋳鉄（ＪＩＳ規格品、ＦＣ２５０）
鋳枠１３：断熱材（ケイ酸カルシウム）
供給管１５：断熱材（アルミナセラミック）
以下に示す４種類の鋳型１０により、実施品と比較品を、９つずつ鋳造した。その際、冷し金１４を２５０〜３００℃の温度に予熱した。
【００５３】
図１７は、第１の製造試験で使用した鋳型１０の断面図である。図１７Ａでは、鋳型１０を正面からみて示す。図１７Ｂでは、鋳型１０を図１７ＡのＸ方向からみて示す。図１７Ｃでは、鋳型１０を図１７ＡのＹ方向からみて示す。
図示のように、第１の製造試験の鋳型１０は、図９に示す鋳型１０と同様に構成されている。主型１２は、箱状の冷し金１４内に収容され、鋳型１０内の側部に配置される。
【００５４】
鋳造時には、押し湯１Ａの高さを３００ｍｍにして、鋳物８を重力鋳造により製造した。第１の製造試験の比較品では、７つの鋳物８に、軽微な引け巣が発生した。引け巣は、Ｚ部（突部８Ｂ又は突部８Ｂの周辺）に発生した。これに対し、実施品では、２つの鋳物８のＺ部に、極めて軽微な引け巣が発生した。
【００５５】
図１８は、第２の製造試験で使用した鋳型１０の断面図である。図１８Ａでは、鋳型１０を正面からみて示す。図１８Ｂでは、鋳型１０を図１８ＡのＸ方向からみて示す。図１８Ｃでは、鋳型１０を図１８ＡのＹ方向からみて示す。
図示のように、第２の製造試験の鋳型１０は、図１１に示す鋳型１０と同様に構成されている。主型１２は、箱状の冷し金１４内に収容され、鋳型１０内の下部に配置される。主型１２の上方に、供給管１５と冷し金１４を配置した。
【００５６】
鋳造時には、押し湯１Ａの高さを３００ｍｍにして、鋳物８を重力鋳造により製造した。第２の製造試験の比較品では、４つの鋳物８のＺ部に、軽微な引け巣が発生した。これに対し、実施品を製造する際には、溶湯１の凝固中に、遊離結晶６を、重力により鋳型１０（主型１２）の表面１１に向かって沈降させて堆積させた。その結果、実施品では、１つの鋳物８のＺ部に、極めて軽微な引け巣が発生した。
【００５７】
図１９は、第３の製造試験で使用した鋳型１０の断面図である。図１９Ａでは、鋳型１０を正面からみて示す。図１９Ｂでは、鋳型１０を図１９ＡのＸ方向からみて示す。図１９Ｃでは、鋳型１０を図１９ＡのＹ方向からみて示す。
図示のように、第３の製造試験の鋳型１０は、図１４に示す鋳型１０と同様に構成されている。主型１２は、箱状の冷し金１４内に収容され、鋳型１０内の側部に配置される。
【００５８】
鋳造時には、供給装置３０（図１９では図示せず）により、鋳型１０内に溶湯１を供給して、鋳物８を低圧鋳造により製造した。その際、供給装置３０により、溶湯１を所定圧力（大気圧＋０．０５ＭＰａ）で加圧した。第３の製造試験の比較品では、４つの鋳物８のＺ部に、軽微な引け巣が発生した。これに対し、実施品を製造する際には、溶湯１の凝固中に、遊離結晶６を、上記した溶湯１の流れＦにより鋳型１０（主型１２）の表面１１に向かって流動させて堆積させた。また、遊離結晶６を、溶湯１の流れＦに乗せて、溶湯１の淀み部に堆積させた。その結果、実施品では、１つの鋳物８のＺ部に、極めて軽微な引け巣が発生した。
【００５９】
図２０は、第４の製造試験で使用した鋳型１０の断面図である。図２０Ａでは、鋳型１０を正面からみて示す。図２０Ｂでは、鋳型１０を図２０ＡのＸ方向からみて示す。図２０Ｃでは、鋳型１０を図２０ＡのＹ方向からみて示す。
図示のように、第４の製造試験の鋳型１０は、図１４に示す鋳型１０と同様に構成されている。主型１２は、箱状の冷し金１４内に収容され、冷し金１４の下方に配置される。溶湯１は、主型１２の下方から鋳型１０内に注入され、主型１２の上方に位置するキャビティ１６に供給される。
【００６０】
鋳造時には、供給装置３０（図２０では図示せず）により、鋳型１０内に溶湯１を供給して、鋳物８を低圧鋳造により製造した。その際、供給装置３０により、溶湯１を所定圧力（大気圧＋０．０５ＭＰａ）で加圧した。第４の製造試験の比較品では、４つの鋳物８のＺ部に、軽微な引け巣が発生した。これに対し、実施品を製造する際には、溶湯１の凝固中に、遊離結晶６を、重力により鋳型１０（主型１２）の表面１１に向かって沈降させて堆積させた。同時に、遊離結晶６を、上記した溶湯１の流れＦにより鋳型１０の表面１１に向かって流動させて堆積させた。また、遊離結晶６を、溶湯１の流れＦに乗せて、溶湯１の淀み部に堆積させた。その結果、実施品では、全ての鋳物８に引け巣は発生しなかった。
【００６１】
以上のように、実施品では、比較品に比べて、引け巣の発生が大幅に少ないことが確認された。従って、本発明により、鋳物８に鋳造欠陥７が発生するのを抑制できることが証明された。また、実施品（堆積部８Ａ）の結晶組織は、比較品（堆積部８Ａに相当する部分）の結晶組織よりも微細になっていた。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・溶湯、１Ａ・・・押し湯、２・・・固相、３・・・液相、４・・・固液共存領域、５・・・デンドライト、６・・・遊離結晶、７・・・鋳造欠陥、８・・・鋳物、８Ａ・・・堆積部、８Ｂ・・・突部、１０・・・鋳型、１１・・・表面、１２・・・主型、１２Ａ・・・凹部、１３・・・鋳枠、１４・・・冷し金、１５・・・供給管、１６・・・キャビティ、２０・・・回転装置、２１・・・回転テーブル、３０・・・供給装置、３１・・・加圧容器、３２・・・坩堝、３３・・・加熱装置、Ｇ・・・加圧気体、Ｋ・・・凝固温度範囲、Ｓ・・・凝固方向。
【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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