(57)【要約】【課題】２次加熱を経ることなく金属中子を除去する鋳造方法を提供する。【解決手段】金型と、当該金型内に配置される金属中子との間に形成されるキャビティに溶湯を注湯して鋳造する鋳造方法であって、金属中子の融点は、溶湯の凝固点よりも低く、注湯時における金属中子の温度及び溶湯の温度は、注湯後に溶湯のうち金型との接触面付近が凝固して内側凝固層が形成された後に、金属中子が融解し始めるように予め設定され、注湯後、溶湯のうち金型との接触面付近が凝固して外側凝固層が形成された後に離型し、金属中子のうち、内側凝固層との接触面付近が少なくとも融解した後、離型された鋳物を傾けることによって、融解した前記金属中子を自重によって流出させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型と、当該金型内に配置される金属中子との間に形成されるキャビティに溶湯を注湯して鋳造する鋳造方法であって、
前記金属中子の融点は、前記溶湯の凝固点よりも低く、
注湯時における前記金属中子の温度及び前記溶湯の温度は、注湯後に前記溶湯のうち前記金型との接触面付近が凝固して内側凝固層が形成された後に、前記金属中子が融解し始めるように予め設定され、
注湯後、前記溶湯のうち前記金型との接触面付近が凝固して外側凝固層が形成された後に離型し、
前記金属中子のうち、前記内側凝固層との接触面付近が少なくとも融解した後、前記離型された鋳物を傾けることによって、融解した前記金属中子を自重によって流出させる
ことを特徴とする鋳造方法。
【請求項２】
前記金型として、銅、銅合金、又は黒鉛を用い、
前記金属中子として、アルミニウム合金又は黄銅合金を用いる
ことを特徴とする請求項１に記載の鋳造方法。
【請求項３】
前記金型は、前記金属中子に向けて流入してくる前記溶湯が、前記金属中子の先端に当たることを防止する保護部を備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋳造方法。
【請求項４】
前記金属中子は、当該金属中子に向けて流入してくる前記溶湯が、前記金属中子の先端に当たることを防止する保護キャップを備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋳造方法。
【請求項５】
前記金属中子は棒状であり、
棒状の前記金属中子の軸線方向と、前記鉄溶湯の流入方向とが略平行となるように注湯する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属中子を用いて中空部を有する鋳物を鋳造する鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄又は鉄合金を用いた鋳鉄鋳造は、加工性、鋳物の強度、及び価格などの面で優れており、さまざまな部品の製造に広く用いられている。
例えば、中空部を有する鋳鉄鋳物を製造する場合、通常は、砂中子が設置された主型に鉄溶湯を注ぎ込んで砂中子を鋳包み、鉄溶湯が凝固した後に、砂中子を崩壊させて取り出す方法が用いられる。しかし、砂中子を用いた鋳造を行う場合、砂処理を行うための設備が必要となるなど、コストがかかってしまうという問題がある。
【０００３】
また、金属中子を用いて中空部を有する鋳鉄鋳物を製造する技術として、以下に示す技術が知られている。
すなわち、特許文献１には、鋳造後に鋳造用中子（金属中子）を酸などによって溶かして除去する技術について記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、フュージブル中子（金属中子）と同一材質の低融点合金製の溶湯の中に離型した鋳物を浸漬することによって、フュージブル中子を溶出させる技術について記載されている。
また、特許文献３には、金属中子の材質としてアルミニウム合金よりも低融点の金属を用いて鋳造を行い、鋳物を金型から取り出した後に前記中子を所定時間加熱して溶出させる技術について記載されている。なお、当該技術では、金属中子の外周面をコーティング剤によってコーティングしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８３３８２号公報
【特許文献２】特開平３−１４６２４１号公報
【特許文献３】特開平８−２０６７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術のように、酸によって金属中子を溶出させる場合、時間とコストが非常にかかってしまうという問題がある。
また、特許文献２，３に記載の技術では、低融点の金属中子を除去する際の前処理として、鋳物を完全に凝固させた後、再び所定温度まで加熱する処理（以下、「２次加熱」と記す）を行うことが前提となっている。２次加熱では、鋳物の融点以下であり、かつ、金属中子の融点以上の温度に加熱し、金属中子のみを溶出させる。
したがって、特許文献２，３に記載の技術を用いた場合でも、前記した２次加熱を行うぶんだけ時間とコストがかかってしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、２次加熱を経ることなく金属中子を除去する鋳造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、金型と、当該金型内に配置される金属中子との間に形成されるキャビティに溶湯を注湯して鋳造する鋳造方法であって、前記金属中子の融点は、前記溶湯の凝固点よりも低く、注湯時における前記金属中子の温度及び前記溶湯の温度は、注湯後に前記溶湯のうち前記金型との接触面付近が凝固して内側凝固層が形成された後に、前記金属中子が融解し始めるように予め設定され、注湯後、前記溶湯のうち前記金型との接触面付近が凝固して外側凝固層が形成された後に離型し、前記金属中子のうち、前記内側凝固層との接触面付近が少なくとも融解した後、前記離型された鋳物を傾けることによって、融解した前記金属中子を自重によって流出させることを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、金属中子の融点は溶湯の凝固点よりも低く、注湯時における金属中子の温度及び溶湯の温度は、注湯後に溶湯のうち金型との接触面付近が凝固して内側凝固層が形成された後に、金属中子が融解し始めるように予め設定されている。したがって、溶湯をキャビティに注湯すると、金属中子と溶湯との間の伝熱によって、溶湯のうち金属中子との接触面付近が凝固して内側凝固層が形成された後に、金属中子が融解し始める。
つまり、金属中子が融解し始める時点では、溶湯のうち金属中子との接触面付近に所定の厚みをもつ内側凝固層が形成されている。したがって、金属中子が融解しても鋳物の形状を保持することができる。
【００１０】
また、注湯後、前記溶湯のうち前記金型との接触面付近が凝固して外側凝固層が形成された後に離型する。つまり、離型する時点では、溶湯のうち金型との接触面付近に所定の厚みをもつ外側凝固層が形成されている。したがって、離型しても鋳物の形状を保持することができる。
【００１１】
また、金属中子のうち、内側凝固層との接触面付近が少なくとも融解した後、離型された鋳物を傾けることによって、融解した金属中子を自重によって流出させる。したがって、２次加熱を経ることなく鋳物から金属中子を速やかに取り除くことができる。
【００１２】
また、前記鋳造方法において、前記金型として、銅、銅合金、又は黒鉛を用い、前記金属中子として、アルミニウム合金又は黄銅合金を用いることが好ましい。
このような構成によれば、金型として銅、銅合金、又は黒鉛を用い、かつ、金属中子としてアルミニウム合金又は黄銅合金を用いることで、前記金属中子の融点は、溶湯の凝固点よりも低くなる。
【００１３】
また、前記したように、金属中子が融解し始める時点では、溶湯のうち金属中子との接触面付近に所定の厚みをもつ内側凝固層が形成されており、２次加熱を経ることなく鋳物から金属中子を速やかに取り除くことができる。
【００１４】
また、前記鋳造方法において、前記金型は、前記金属中子に向けて流入してくる前記溶湯が、前記金属中子の先端に当たることを防止する保護部を備えることが好ましい。
このような構成によれば、流入してくる溶湯が金属中子の先端部に当たることを防止する保護部を備えるため、金属中子の先端に溶損が発生することをより確実に防止することができる。
【００１５】
また、前記鋳造方法において、前記金属中子は、当該金属中子に向けて流入してくる前記溶湯が、前記金属中子の先端に当たることを防止する保護キャップを備えること好ましい。
このような構成によれば、流入してくる溶湯が金属中子の先端部に当たることを防止する保護キャップを備えるため、金属中子の先端に溶損が発生することをより確実に防止することができる。
【００１６】
また、前記鋳造方法において、前記金属中子は棒状であり、棒状の前記金属中子の軸線方向と、前記溶湯の流入方向とが略平行となるように注湯することが好ましい。
このような構成によれば、棒状の金属中子の軸線方向と、溶湯の流入方向とが略平行となるように注湯することによって溶湯に乱流が発生しにくくなるため、金属中子全体として、溶損が発生することをより確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、２次加熱を経ることなく金属中子を除去する鋳造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る鋳造方法に用いられる固定型の正面図である。
【図２】（ａ）は金属中子を配置して型締めした場合の模式図であり、（ｂ）は注湯が終了した状態の模式図であり、（ｃ）は（ｂ）に示すＡ−Ａ線を含む平面で切断した場合の断面図である。
【図３】（ａ）は図２（ｂ）に示す領域Ｋにおいて温度を検出した箇所を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）に示す位置Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓでの温度変化と、比較例として砂型及び鉄型を用いた場合の溶湯内部の温度変化と、を示すグラフである。
【図４】（ａ）は注湯直後の状態を示す模式図であり、（ｂ）は内側凝固層、上部凝固層、及び外側凝固層が形成された状態を示す模式図であり、（ｃ）は離型した状態を示す模式図であり、（ｄ）は金属中子が融解した状態を示す模式図であり、（ｅ）は鋳物を傾けて金属中子を流出させる様子を示す模式図である。
【図５】本発明の第２実施系形態の模式図であり、（ａ）は注湯直後の状態を示す模式図であり、（ｂ）は内側凝固層、上部凝固層、及び外側凝固層が形成された状態を示す模式図であり、（ｃ）は離型した状態を示す模式図であり、（ｄ）は金属中子の一部が融解した状態を示す模式図であり、（ｅ）は鋳物を傾けて金属中子を流出させる様子を示す模式図である。
【図６】本発明の第３実施形態の模式図であり、（ａ）は注湯直後の状態を示す模式図であり、（ｂ）は内側凝固層、上部凝固層、及び外側凝固層が形成された状態を示す模式図であり、（ｃ）は離型した状態を示す模式図であり、（ｄ）は金属中子の一部を引き抜く様子を示す模式図であり、（ｅ）は鋳物を傾けて金属中子の残ったぶんを流出させる様子を示す模式図である。
【図７】本発明の第４実施形態において、（ａ）は金属中子を配置して型締めした場合の模式図であり、（ｂ）は注湯した場合の模式図であり、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線を含む平面で切断した場合の断面図であり、（ｄ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線を含む平面で切断した場合の断面図であり、（ｅ）は（ｂ）のＥ−Ｅ線を含む平面で切断した場合の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態（以下、実施形態と記す）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２０】
≪第１実施形態≫
＜鋳造装置の構成＞
以下では、鋳鉄鋳造の各工程にしたがい、それぞれの構成について順次説明していく。
図１は、本実施形態に係る鋳造方法に用いられる固定型の正面図である。図１では、例として、自動車の内燃機関に用いられるカムシャフトを鋳造する場合の固定型１００を示しており、網掛け部分は紙面奥側に凹んでいる。また、可動型２００（図２（ｃ）参照）は、固定型１００と同様の構成を備え、図１において固定型１００と対向するように紙面手前側に配置される。
本実施形態では、まず、固定型１００及び可動型２００（以下、これらを総称して「金型」と記す）によって形成される空間内の所定位置に金属中子５０（図２（ａ）参照）を配置して型締めを行う。
【００２１】
図１に示す固定型１００は、金属中子５０（図２参照）が配置された状態で可動型２００と型締めされることによって、以下に説明する湯口１０と、縦湯道２０と、横湯道３０とが可動型２００との間に形成されるようになっている。また、前記型締めされた状態で、金型（つまり、固定型１００及び可動型２００）と金属中子５０との間に、前記したカムシャフトの形状に対応するキャビティ４０,４０が形成されるようになっている。なお、図１では、キャビティ４０,４０（図２（ａ）参照）を形成する固定型１００側の面のみを示している。
【００２２】
また、型締めされた状態において金型の上端に湯口１０が開口し、当該湯口１０に連通して縦湯道２０が下方に延びている。また、縦湯道２０は下端付近で左右に分岐し、横湯道３０，３０と連通している。さらに、それぞれの横湯道３０，３０は、上方に延びるキャビティ４０，４０と連通している。
【００２３】
図２（ａ）は、は金属中子を配置して型締めした場合の模式図である。なお、図２（ａ）で示す範囲は図１に示す範囲Ｇと対応しており、固定型１００と可動型２００との境界面Ｈ（図２（ｃ）参照）で切断した場合のＢ−Ｂ線断面図である。
なお、図２（ａ）に示す金型（つまり、固定型１００及び可動型２００）として、例えば、熱伝導度が高い水冷銅金型を用いることができる。ここで、「水冷銅金型」とは、内部に設けられた水路１０１，１０２に冷水を継続的に通流させることによって温度制御を行い、冷却能力を向上させた銅金型を意味している。
【００２４】
また、図２（ａ）に示す金属中子５０として、低融点であり、熱伝導度が高いアルミニウム合金（例えば、Ａ２０２４：融点５００〜６００℃）を用いることができる。ここで、前記した「低融点」とは、金属中子５０の融点が鉄溶湯６０（図２（ｂ）参照）の凝固点（約１２００℃）よりも低いことを意味している。
このように、金型として水冷銅金型を用い、金属中子５０としてアルミニウム合金を用いることによって、注湯された鉄溶湯６０を速やかに冷却することができるようになっている。
【００２５】
また、金属中子５０は、径方向に延びると共に、上下に複数本配置された棒状のケレン７０によって、金型（固定型１００及び可動型２００）内の所定位置に配置される。例えば、金属中子５０と金型に予めそれぞれ複数の穴（図示せず）を所定箇所に穿ち、ケレン７０を金属中子５０と金型のそれぞれの穴に差し込んだ状態で型締めすることで、金属中子５０を所定位置に配置することができる。
なお、ケレン７０は、鉄溶湯６０と同様の材質であり、鉄溶湯６０の凝固と共に鋳包まれることとなる。
【００２６】
前記のように型締めを行った後、湯口１０（図１参照）に向けて上方から鉄溶湯６０を注湯する。そうすると、湯口１０から注湯された鉄溶湯６０は重力によって縦湯道２０内を落下し、左右に連通している横湯道３０，３０に向かう。さらに、横湯道３０，３０に移動してきた鉄溶湯６０は、縦湯道２０から連続的に注湯される鉄溶湯６０からの圧力によってキャビティ４０，４０内に押し出され、当該キャビティ４０，４０内において鉄溶湯６０の液面が上昇していく。つまり、鉄溶湯６０は、キャビティ４０，４０内において上向きに流入する。
また、金属中子は棒状を呈しており、軸線が上下方向に沿うように配置されている。
【００２７】
したがって、図２（ａ）に示すように、棒状の金属中子５０の軸線方向と、鉄溶湯６０の流入方向とが略平行となる。これによって、金属中子５０の周囲で乱流が発生しにくくなるため、注湯中に金属中子５０の下端が融解することを防止することができる。
なお、鉄溶湯６０の注湯を行う時間及び単位時間当たりの流量は、注湯開始時刻から前記時間が経過した時点で、キャビティ４０，４０の所定位置まで溶湯が満たされるように予め設定されている。
【００２８】
図２（ｂ）は、図２（ａ）の状態から注湯し、当該注湯が終了した状態の模式図である。また、図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示すＡ−Ａ線を含む平面で切断した場合の断面図である。
前記したように、金型の内部に設けられた水路１０１，１０２，２０１，２０２には冷水が継続的に通流している。なお、本実施形態では、キャビティ４０を取り囲むように固定型１００に水路１０１，１０２が設けられ、可動型２００に水路２０１，２０２が設けられている。当該冷水は、外部の貯水タンク（図示せず）に貯留されている冷水がポンプ（図示せず）によって圧送されることで前記水路１０１，１０２，２０１，２０２を通流するようになっている。これによって、鉄溶湯６０から金型への放熱を促進させつつ、金型の温度を適切に制御することができる。
【００２９】
なお、冷水の流量（単位時間当たりに供給される流量）は、型開きする時点において、鉄溶湯６０と金型との接触面付近に所定厚さの凝固層（後記する外側凝固層６１）が形成されるように予め設定されている。
【００３０】
注湯後、所定時間が経過すると型開きする、つまり、固定型１００と可動型２００とを離間させる。なお、固定型１００が設置された固定ベース（図示せず）と、可動型２００が設置された可動ベース（図示せず）とにそれぞれロッド（図示せず）が設置されており、油圧などにより前記ロッドを移動させることによって、固定型１００と可動型２００とを接近／離間することができるようになっている。
そして、型開きを行った後に、外表面が凝固した鋳物６００（図４（ｃ）参照）を取り出し、さらに一部又は全部が融解した金属中子５０を取り出す。なお、型開き及び金属中子５０の取り出しの詳細については後記する。
【００３１】
＜鉄溶湯と金属中子の温度変化について＞
図３（ａ）は、図２（ｂ）に示す領域Ｋにおいて温度を検出した箇所を示す説明図である。図３（ａ）の位置Ｐは、金属中子５０の内部（つまり、棒状の金属中子５０の中心軸線付近）の位置を示している。また、位置Ｑは、金属中子５０のうち鉄溶湯６０との接触面付近の位置を示している。
また、位置Ｒは、鉄溶湯６０のうち金属中子５０の接触面付近の位置を示している。また、位置Ｓは、鉄溶湯６０の内部の位置を示している。ちなみに、「鉄溶湯６０の内部」とは、金属中子５０の外表面までの距離と、金型（固定型１００及び可動型２００）の内表面までの距離とが略等しい位置である。
【００３２】
次に、図３（ｂ）を用いて、金属中子５０及び鉄溶湯６０の温度変化について説明する。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す位置Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓでの温度変化と、比較例として水冷銅金型に代えて砂型及び鉄型を用いた場合の溶湯内部の温度変化と、を示すグラフである。
なお、図３（ｂ）に示すグラフの横軸は鉄溶湯到達時刻からの経過時間[ｓｅｃ]であり、縦軸は各部の温度[℃]である。ここで、「溶湯到達時刻」とは、温度の検出位置（図３（ａ）で示す位置Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ）に、キャビティ４０を上昇する鉄溶湯６０の液面が到達した時刻（ｔ＝０）を意味している。
本実施形態では、金型として前記した水冷銅金型を用い、金属中子５０としてアルミニウム合金を用いる場合を例示する。また、注湯開始時において鉄溶湯６０の温度を約１３５０℃とし、金属中子５０の温度を約０℃とする場合を例示する。
【００３３】
図３（ａ）に示す位置Ｒ，Ｓに鉄溶湯６０が到達した時刻において（図３（ｂ）の時刻ｔ＝０）、位置Ｐ，Ｑにおける金属中子５０の温度はいずれも０℃とし、位置Ｒ，Ｓにおける鉄溶湯６０の温度はいずれも１３５０℃とした。
その後、注湯された鉄溶湯６０は、熱伝導度が高いアルミニウム合金の金属中子５０に放熱して急冷され、図３（ａ）に示す位置Ｒ（鉄溶湯表面：Ｃｕ型）の温度は急速に低下する（時刻０〜ｔ１）。また、前記放熱によって、位置Ｓ（鉄溶湯内部：Ｃｕ型）の温度も徐々に低下する（時刻０〜ｔ２）。
【００３４】
一方、金属中子５０は、注湯された鉄溶湯６０から吸熱するため、図３（ａ）に示す位置Ｑ（金属中子表面：Ｃｕ型）の温度が急速に上昇する（時刻０〜ｔ３）。また、前記吸熱によって、位置Ｐ（金属中子内部：Ｃｕ型）の温度も徐々に上昇する（時刻０〜ｔ４）。
ちなみに、注湯された鉄溶湯６０は、熱伝導度が高い水冷銅金型に放熱することで、鉄溶湯６０のうち前記金型との接触面付近の温度も急速に低下するが、これについては図示を省略している。
【００３５】
時刻ｔ１において、図３（ａ）に示す位置Ｒの温度（鉄溶湯表面：Ｃｕ型）は、鉄溶湯６０の凝固点である約１２００℃まで下がる。つまり、時刻ｔ１で位置Ｒの鉄溶湯６０は凝固する。なお、以下の記載において、鉄溶湯６０のうち金属中子５０との接触面付近が凝固して形成される凝固層を、「内側凝固層」と記す。
【００３６】
時刻ｔ２において、図３（ａ）に示す位置Ｓ（鉄溶湯内部：Ｃｕ型）の温度は、鉄溶湯６０の凝固点である約１２００℃まで低下する。つまり、時刻ｔ２で位置Ｓの鉄溶湯６０も凝固する。ちなみに、位置Ｓの鉄溶湯６０が凝固する時点では、既に、鉄溶湯６０のうち金型との接触面付近も凝固している（図示せず）。以下の記載において、鉄溶湯６０のうち金型との接触面付近が凝固して形成される凝固層を、「外側凝固層」と記す。
【００３７】
なお、本実施形態では、前記したように水冷銅金型を用いたが、図３（ｂ）には比較例として、砂型を用いた場合と、鉄型を用いた場合における鉄溶湯６０内部の温度（図３（ａ）に示す位置Ｓの温度）も示している。ちなみに、いずれの場合もアルミニウム合金の金属中子を用いた。
図３（ｂ）に示すように、砂型又は鉄型を用いると、水冷銅金型の場合と比較して鉄溶湯６０内部の温度の低下速度が小さくなっている。
例えば、砂型は、水冷銅金型に比べて伝熱性の点で劣り、鉄溶湯６０の熱が砂型に放熱されにくい。したがって、砂型を用いた場合、溶湯到達後時刻から３ｓｅｃが経過しても鉄溶湯６０内部の温度は約１２８０℃であるため、鉄溶湯６０（凝固点：約１２００℃）の内部は少なくとも凝固していない。
【００３８】
時刻ｔ３において、図３（ａ）に示す位置Ｑ（金属中子表面：Ｃｕ型）の温度は、アルミニウム合金の融点である約５８０℃まで上昇する。つまり、時刻ｔ３で位置Ｑの中子が融解する。
時刻ｔ４において、位置Ｐ（金属中子内部：Ｃｕ型）の温度は、アルミニウム合金の融点である約５８０℃まで上昇する。つまり、時刻ｔ４で位置Ｐの金属中子５０（アルミニウム合金）も融解する。
そして、位置Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓにおける温度は時間が経過するにしたがって、熱平衡に相当する温度（９５０℃付近）に近づいていく。
【００３９】
このように、本実施形態では、金属中子５０の融点（約５８０℃）が鉄溶湯６０の凝固点（約１２００℃）よりも低く、注湯時における金属中子５０の温度（約０℃）及び鉄溶湯６０の温度（約１３５０℃）は、注湯後に鉄溶湯６０のうち金型との接触面付近が凝固して内側凝固層６２が形成された後に、金属中子５０が融解し始めるように予め設定されている。
これによって、離型した後に鋳物６００を傾けて金属中子５０を流出させる際には、既に所定厚さの内側凝固層６２が形成されており（図４（ｃ）参照）、鋳物６００の形状を充分に保つことができる。
【００４０】
ちなみに、鉄溶湯６０のうち、金属中子の表面付近での冷却速度は４５０℃／ｓｅｃ以上であり、鉄溶湯６０の内部における冷却速度は９０℃／ｓｅｃ以上であることが好ましい。なお、離型及び金属中子５０の流出の詳細については後記する。
【００４１】
＜鋳造方法の詳細＞
図４（ａ）は、注湯直後の状態を示す模式図である。なお、図４では、水路１０１，１０２の記載を省略している（後記する図５、図６についても同様）。
前記したように、金型として熱伝導度が比較的高い水冷銅金型を用いており、金型内の水路１０１，１０２，２０１，２０２（図２（ｃ）参照）には冷水が継続的に通流している。したがって、図４（ａ）に示すように鉄溶湯６０（注湯開始時の温度は約１３５０℃、凝固点は約１２００℃）を注湯すると、鉄溶湯６０のうち金型との接触面付近はただちに凝固し、外側凝固層６１が形成される（図４（ｂ）参照）。
【００４２】
また、金属中子５０にも熱伝導度が比較的高い材質（アルミニウム合金）を用いており、注湯開始時において金属中子５０は所定温度（例えば、０℃：図３（ｂ）参照）まで冷却されている。したがって、図４（ａ）に示すように鉄溶湯６０を注湯すると、鉄溶湯６０のうち金属中子５０との接触面付近もただちに凝固し、内側凝固層６２が形成される（図４（ｂ）参照）。
なお、内側凝固層６２は、金属中子５０と、当該内側凝固層６２の外側を流れる鉄溶湯６０との間の断熱層として機能するとともに、鋳物６００の形状を保つことを可能とする。
【００４３】
また、キャビティ４０に注湯された鉄溶湯６０の上端部には、空気で冷やされて凝固した上部凝固層６３を形成されている。ちなみに、ケレン７０は鉄溶湯６０と同様の材質であるため、鉄溶湯５０によって鋳包まれる。
【００４４】
次に、図４（ｃ）に示すように、鋳物６００（鉄溶湯６０のうち少なくとも一部が凝固した製形品）に十分な残熱があるうちに、型開きして鋳物６００を取り出す。なお、型開きされた鋳物６００の外表面には、所定厚さの外側凝固層６１が形成されている。また、金属中子５０との接触面付近には、型開きに伴う振動で生じる鉄溶湯６０の流れに抗して、充分に形状が保持できる所定厚さの内側凝固層６２が形成されている。さらに、キャビティ４０に注湯された鉄溶湯６０の上端部は、空気で冷やされて上部凝固層６３が形成されている。
【００４５】
また、図４（ｃ）に示すように、型開きの時点において鉄溶湯６０の内部は凝固しておらず、高温の状態となっている。このように、注湯が終わってから早いタイミングで離型することによって、高温の鉄溶湯６０により金型の表面が融解することを防ぎ、金型の寿命を長く保つことができる。また、所定厚さの外側凝固層６１が形成された後、直ちに離型することによって、鉄溶湯６０の残熱が金型に奪われることなく、金属中子５０に対して効率良く放熱することができる。すなわち、金属中子５０の融解を促進することができる。
【００４６】
そして、型開きしてから所定時間が経過すると、図４（ｄ）に示すように、金属中子５０が全て融解する。この時点における鉄溶湯６０の温度は、アルミニウム合金の金属中子５０の融点（５００〜６００℃）よりも高い所定温度（例えば、約７００℃）であることが好ましい。
【００４７】
また、鉄溶湯６０から金属中子５への放熱に伴って鉄溶湯６０の凝固が進み、内側凝固層６２がさらに厚くなる。さらに、外気に放熱することによって、外側凝固層６１及び上部凝固６３もさらに厚くなる。
【００４８】
そして、金属中子５０が全て融解すると、図４（ｅ）に示すように、鋳物６００を傾けて融解した金属中子５１を自重により流出させる。つまり、金属中子５１が外気に開放されている側の端部（図４（ｄ）に示す上端部）が、下方となるように鋳物６００を傾ける。そうすると、融解した金属中子５１は重力によって落下し、下方に向けて流出する。
なお、金属中子５０がアルミニウム合金である場合、注湯後２０ｓｅｃ以内に離型することで、金属中子５０を鋳物６００の熱で除去できる。
ちなみに図４（ｅ）に示すように、融解した金属中子５１を受けるための容器Ｕを予め配置し、容器Ｕに流出した金属中子５１を再利用することができるようになっている。
【００４９】
＜効果１＞
本実施形態に係る鋳造方法によれば、２次加熱を行うことなく金属中子５０を取り除くことができる。したがって、鋳鉄鋳造に要する時間及びコストを削減し、生産性を向上させることができる。また、前記したように、少なくとも金属中子５０の表面が融解し始める時点では、鉄溶湯６０に充分な厚さの内側凝固層６２が形成されている。したがって、鉄溶湯６０からの熱伝導により金属中子５０が溶けてしまい、未凝固の鉄溶湯６０からの圧力で形状を保てなくなるという自体が発生する虞はない。
このように、本実施形態に係る鋳造方法では、金属中子５０と鉄溶湯６０との融点差を利用しつつ、金属中子５０の融解よりも先に鉄溶湯６０に内側凝固層６３ができるように予め温度調整している。
【００５０】
また、鉄溶湯６０に充分な厚さの内側凝固層６２が形成されるため、金属中子５０にコーティングを施す必要はない。また、離型した後に鋳物６００を傾ける（つまり、金型ごと傾けることはしない）ので、設備をコンパクト化することができる。
【００５１】
また、例えば、砂中子を用いる場合と比較して、本実施形態に係る金属中子５０は設置が容易であり、作業負担を軽減することができる。さらに、前記したように２次加熱が不要となり、成形と金属中子５０の融解流出とを連続的に行うことができる。
したがって、鋳物６００（例えば、カムシャフト）１つ当たりの鋳造に要する時間を大幅に短縮することができる。
また、鋳物６００に中空部を設ける際にも砂中子を用いる必要がない。したがって、砂処理設備を設ける必要がなくなるため、コストを削減できるとともに、作業環境を改善することができる。また、中子の砂落としや鋳抜き部のショットブラストなどの工程が不要となるため、作業効率を向上させることができる。
【００５２】
ちなみに、砂中子を用いた場合、鋳造時に砂中子が折れたり、砂中子にガス欠陥が発生したりする可能性があった。これに対して本実施形態では金属中子５０を用いる。したがって、鋳造時に金属中子５０の折れやガス欠損が発生することがないため、歩留まりを向上させることができる。
また、砂中子は切削加工や研磨加工などを施すことが困難であり、ハンドリング性が低かった。これに対して本実施形態では、金属中子５０を用いることでさまざまな加工に対応できる
【００５３】
また、本実施形態では、棒状の金属中子５０の軸線方向と、鉄溶湯６０の流入方向とが略平行となるように注湯し、重力鋳造法により鋳造する。これによって、金属中子５０の周囲で乱流が発生しにくくなるため、注湯中に金属中子５０の下端付近が融解することをより確実に防止することができる。
【００５４】
≪第２実施形態≫
本実施形態に係る鋳造方法は、第１実施形態に係る鋳造方法と比較して、内側凝固層６２に囲まれない上端部分が融解しない点については異なるが、その他は第１実施形態と同様である。
したがって、当該異なる部分について説明し、その他の部分については説明を省略する。
【００５５】
図５（ａ）に示すように、金属中子５０を配置し、金型との間にキャビティ４０を形成した状態において、金属中子５０は、鉄溶湯６０に囲まれない上端部分（以下、巾木と記す：図５（ａ）の領域Ｍを参照）を備えている。なお、巾木は、金属中子５０において、当該金属中子５０を金型に正確かつ確実に設置するために所要寸法よりも長くした部分を意味している。ちなみに、巾木はケレン７０によって径方向から支持される。
そして、鉄溶湯６０を注湯すると、図５（ｂ）に示すように、鉄溶湯６０が金型及び金属中子５０に冷却され、外側凝固層６１及び内側凝固層６２が形成される。また、鉄溶湯６０が外気によって冷却され、上部凝固層６３が形成される。
【００５６】
次に、図５（ｃ）に示す離型を行ってから所定時間が経過すると、図５（ｄ）に示すように、金属中子５０のうち、鉄溶湯６０の内側凝固層６２に囲まれた部分５１が全て融解する。一方、金属中子５０のうち、内側凝固層６２に囲まれていない巾木の部分（符号５２参照）は融解せずに固体の状態を維持している。
次に、図５（ｅ）に示すように鋳物６００Ａを傾けて、融解した部分５１を含む金属中子５０（つまり、融解した部分５１、及び、固体の状態として残った巾木の部分５２）を自重により流出させる。
【００５７】
＜効果２＞
本実施形態に係る鋳造方法によれば、第１実施形態で説明した場合と同様の効果に加えて、所定長さの巾木を備えることで、金属中子５０を金型に対してより正確かつ確実に設置することができる。
【００５８】
≪第３実施形態≫
本実施形態に係る鋳造方法は、第２実施形態に係る鋳造方法と比較して、金属中子５０のうち、鉄溶湯６０の内側凝固層６２に囲まれる部分の全てが融解する前に、巾木の部分を持って引き抜き、さらに鋳物６００Ｂを傾けて残りの金属中子５１（つまり、融解している金属中子）を流出させる点が第２実施形態と異なるが、その他は第２実施形態と同様である。
したがって、当該異なる部分について説明し、その他の部分については説明を省略する。
【００５９】
図６（ａ）〜図６（ｃ）は、前記した図５（ａ）〜図５（ｃ）と同様であるから、説明を省略する。図６（ｄ）に示すように、型開きしてから所定時間が経過すると、金属中子５０のうち鉄溶湯６０の内側凝固層６２に囲まれている部分５１が融解してくる。つまり、鉛直方向に配置された棒状の金属中子５０のうち、内側凝固層６２と接触している金属中子５０の外表面から径方向内向きに徐々に融解していく。また、金属中子５０の下端部については、上方に向けて徐々に融解していく。
【００６０】
本実施形態では、図６（ｅ）に示すように、鉄溶湯６０の内側凝固層６２に囲まれている金属中子５１が全て融解する前に、溶け残っている部分５３を引き抜く。なお、前記第２実施形態で説明したように、巾木の部分は融解せずに固体の状態で残っている。したがって、当該巾木は、棒状の金属中子５０のうち軸線に近い部分（まだ、融解していない部分）と一体で固体状態として残っている。
【００６１】
ここで、図６（ｅ）に示すように、金属中子５０のうち固体状態の部分５３を引き抜く。そうすると、融解した金属中子５１は自重によってキャビティ４０の下部に溜まる。なお、融解した前記金属中子５１は、高温の鉄溶湯６０から吸熱することで液体状態が維持される。
そして、図６（ｆ）に示すように、鋳物６００Ｂを傾けて、融解した金属中子５１を自重によって流出させる。
【００６２】
なお、本実施形態では、直径１６ｍｍの棒状の金属中子５０を用い、温度１４００℃の鉄溶湯６０を鋳込んだ。また、キャビティ４０のうち製品部（つまり、カムシャフトに相当する部分）の最大径は、２６ｍｍであった。そして、水冷銅金型を用いて、８ｓｅｃのキュアタイムを設けた。ここで、前記キュアタイムにおける鉄溶湯６０の冷却速度は１９０℃／ｓｅｃであった。
そして、キュアタイムが終了してから１ｓｅｃ後に金属中子５３を引き抜き、鋳物６００Ｂを逆さにして保持したところ、金属中子５３の融解部分５１を自重により完全に流出させ、除去することができた。その後、鋳物６００を冷却し、鋳鉄鋳物（ＦＣＤ７００）としてのカムシャフトを鋳造することができた。
【００６３】
＜効果３＞
本実施形態に係る鋳造方法よれば、前記した第２実施形態と同様の効果に加えて、金属中子５０をより早いタイミングで取り除くことができ、鋳造処理に要する時間をより短縮することができる。
ちなみに、金属中子５０及び鉄溶湯６０は外気によって徐々に冷却されていく。したがって、融解した金属中子５１を流出させるタイミングは早いほうが好ましい。本実施形態では、金属中子５０のうち巾木以外の部分が全て融解する前に、固体部分５３を引き抜き、さらに鋳物６００Ｂを傾けて融解した金属中子５１を流出させる。したがって、金属中子５０を取り除くタイミングを早めることができ、融解した金属中子５０の全てを確実に流出させることができる。
【００６４】
≪第４実施形態≫
本実施形態に係る鋳造方法は、第１実施形態に係る鋳造方法と比較して、金型が、金属中子５０の先端に鉄溶湯６０が当たることを防止する保護部１１０，２１０を備えている点が異なるが、その他は第１実施形態と同様である。
したがって、当該異なる部分について説明し、その他の部分については説明を省略する。
【００６５】
図７（ａ）は、本実施形態において金属中子を配置して型締めした場合の模式図であり、固定型と可動型の境界面で切断した断面図を示している。図７（ａ）に示すように、金型（固定型１００及び可動型２００）は、金属中子５０に向けて流入してくる鉄溶湯６０が、金属中子５０の先端に当たることを防止する保護部１１０（及び２１０）を備えている。
図７（ａ）の状態から注湯すると、湯口１０（図１参照）に注湯された鉄溶湯６０は、縦湯道２０及び横湯道３０を通流して、キャビティ４０に流入する。そして、キャビティ４０に流入した鉄溶湯６０の液面は徐々に上昇し、図７（ｂ）に示す状態となる。
【００６６】
図７（ｃ）は、図７（ｂ）に示すＣ−Ｃ線を含む平面で切断した場合の断面図であり、図７（ｄ）は、Ｄ−Ｄ線を含む平面で切断した場合の断面図であり、図７（ｅ）は、Ｅ−Ｅ線を含む平面で切断した場合の断面図である。
図７（ｄ）、及び図７（ｅ）に示すように、固定型１００は、金属中子５０の先端部に対応する部分から径方向内向き（つまり、棒状の金属中子５０の軸線に向かう向き）に突出する円柱状の保護部１１０を備えている。同様に、可動型２００は、金属中子５０の先端部に対応する部分から径方向内向きに突出する円柱状の保護部２１０を備えている。
そして、保護部１１０には径方向内向きに延びる水路１０３が形成され、保護部２１０内には径方向内向きに延びる水路２０３が形成されている。そして、水路１０１〜１０３，２０１〜２０３内を冷水が継続的に通流するようになっている。
【００６７】
また、固定型１００と可動型２００とを型締めした場合、径方向において保護部１１０の先端と保護部２１０の先端とが突き合わされる（図７（ｅ）の符号Ｎ参照）。そして、突き合わされたそれぞれの前記先端部分には、円柱状の穴１０３，２０３が形成されている。そして、この穴１０３,２０３は、その上方に金属中子５０の下端が位置するように配置され、穴１０３,２０３の内部を冷水が継続的に通流するようになっている。
【００６８】
このように、型締めされた状態において、可動型２００の保護部１１０と固定型１００の保護部２１０とは、金属中子５０を下方から包むようにして当接することで、下方から流入する鉄溶湯６０から金属中子５０の下端部を保護するようになっている。
なお、型締めされた状態で、縦湯道２０及び横湯道３０（図１参照）を通流して下方から流入してくる鉄溶湯６０は、保護部１１０,２１０によって設けられる隙間Ｘ，Ｙ（図７（ｄ）,図７（ｅ）参照）を上方に向けて通流し、キャビティ４０を満たすこととなる。
【００６９】
＜効果４＞
本実施形態に係る鋳造方法によれば、金型（固定型１００及び可動型２００）が、金属中子５０の先端に鉄溶湯６０が当たることを防止する保護部１１０,２１０を備えている。仮に、保護部１１０,２１０を備えていない場合には、金属中子５０の下端部には高温の鉄溶湯６０が流入してくる。したがって、金属中子５０の下端部は、他の部分と比較して融解しやすいため、流入する高温の鉄溶湯６０が直接当たらないようにすることが望ましい。
【００７０】
本実施形態に係る鋳造方法によれば、金属中子５０の下方から流入する高温の鉄溶湯６０によって、前記した内側凝固層６２が形成される前に、金属中子５０の先端部が融解することを確実に防止することができる。したがって、金属中子５０に対応する中空構造を有する鋳物を、正確に製造することが可能となる。
【００７１】
≪変形例≫
以上、本発明に係る鋳造方法について各実施形態により説明したが、本発明の実施態様はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更などを行うことができる。
例えば、前記した各実施形態では金型（固定型１００及び可動型２００）として水冷銅金型を用いることとしたが、これに限らない。すなわち、金型内に冷水を通流させずとも、銅は熱伝導度が高いため鉄溶湯から充分に吸熱することができる。また、水冷に代えて放熱フィンによって、鉄溶湯６０から金型への放熱を促進することとしてもよい。
【００７２】
また、前記各実施形態では、金型の部材として銅を用いたが、これに限らない。例えば、金型として、銅合金又は黒鉛を用いてもよい。ちなみに、アルミニウム合金の金属中子と、黒鉛型とを用いて前記第１実施形態の方法で鋳造したところ、銅金型と同様に鋳物の形状を保ちつつ、金属中子を除去することができた。なお、このときの鉄溶湯の冷却速度は１００℃／ｓｅｃであった。
【００７３】
また、前記各実施形態では、金属中子５０として低廉なアルミニウム合金を用い、当該金属中子５０を取り出す際の溶湯温度を７００℃以上としたが、これに限らない。例えば、金属中子として低廉な黄銅合金（例えば、Ｃ２６００：融点８００〜９００℃）を用いてもよい。なお、黄銅合金の金属中子を用いる場合、当該金属中子を取り出す際の溶湯温度は９００℃（黄銅合金の融点）以上とすることが好ましい。
【００７４】
また、前記各実施形態では、鉄溶湯６０とアルミニウム合金の金属中子５０を用いる場合について説明したが、これに限らない。
例えば、アルミニウム合金溶湯と、鉛合金、ビスマス（Ｂｉ）、又はＳｎ（スズ）の金属中子の組み合わせでもよい。つまり、金属中子５０は溶湯の凝固点よりも融点が低く、鋳込み時に溶湯から吸熱して溶湯に内側凝固層６２が形成される間、溶湯の流れに抗して形状を保つものであればよい。
【００７５】
また、第１実施形態で示した図３（ｂ）のグラフでは、鉄溶湯６０の内部が凝固した後に（時刻ｔ２参照）、金属中子５０の表面が融解する場合を示したが（時刻ｔ３参照）、これに限らない。
つまり、鉄溶湯６０に前記した内側凝固層６２が形成されていれば（つまり、図３（ｂ）に示す溶湯表面凝固：時刻ｔ１参照）、鉄溶湯６０の内部の凝固と、金属中子５０の表面の融解との前後関係が前記した場合と逆でもよい。
なお、これらは、注湯時における金属中子５０の温度及び鉄溶湯６０の温度を適宜設定することで調整することができる。
【００７６】
また、第４実施形態では、金型が、金属中子５０の先端に鉄溶湯６０が当たることを防止する保護部１１０，２１０を備える場合について説明したが、これに限らない。例えば、流入してくる鉄溶湯６０が金属中子５０の先端に当たることを防止する保護キャップ（図示せず）を、金属中子５０が備える構成としてもよい。
前記保護キャップは鉄溶湯６０と同様の部材で製造し、金属中子５０の下端部を覆うように設置する。これによって、金属中子５０の下方から流入する高温の鉄溶湯６０によって、前記した内側凝固層６２が形成される前に、金属中子５０の先端部が融解することを確実に防止することができる。
ちなみに、前記保護キャップは、鉄溶湯５０に鋳包まれることとなる。
【００７７】
また、前記各実施形態では、鋳物としてカムシャフトを鋳造する場合について説明したが、これに限らない。例えば、シリンダなどの長尺状の鋳物の他、さまざまな形状の鋳物を鋳造することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１００  固定型（金型）
１１０  保護部
２００  可動型（金型）
２１０  保護部
１０  湯口
４０  キャビティ
５０  金属中子
６０  鉄溶湯
６１  外側凝固層
６２  内側凝固層
６３  上部凝固層
７０  ケレン
【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】
2013169554.tif 000007
【図６】
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【図７】
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