JP2009066649A - 銅合金連続鋳造鋳物からなる管材、及びこれを鋳造するための鋳型 - Google Patents

Abstract

【課題】「ロール」、「連続鋳造用ロール」、「断熱管」、「熱交換器」、「軽量化シャフト」、「化学反応管路」、「結露防止をした冷媒供給管」、「弁部材」あるいは「殺菌機能を有する管路」に適用することができる、銅合金の連続鋳造鋳物からなる管材を提供すること。
【解決手段】銅合金を連続的に鋳造した鋳物からなる管材１０であって、最外管層１１と、この最外管層１１の内側に外端を一体化した少なくとも１層のリブ層１２とを有したこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、銅合金を連続鋳造した鋳物からなる管材、及びこれを鋳造するための鋳型に関するものである。

銅合金からなる鋳物は、強度があって耐薬品性も高く、軸受けや弁棒、あるいは種々な一般機械部品などとして使用され、近年ではなくてはならないものであるが、材料として提供される場合には、特許文献１にも記載されているような「棒材」として鋳造されるのが一般的である。

このような「棒材」は、上記特許文献１の段落０００２以下の記載、及び図１８にも示すように、「樋１内の溶湯２を、供給管４を通して鋳型７内の湯面が一定となるようにかつ均一に供給しながら、鋳型７内の溶湯２を連続的に冷却凝固」させて形成されているものである。また、この「棒材」である鋳塊９を得るために、図１８に示したような従来技術では、「鋳型７内へ溶湯２を供給するに際しては、樋１と供給管４の間にネジ式の上下ストッパー３を設け、鋳込に従事する作業者がこの上下ストッパー３の開閉を手動制御することで、鋳型７内の湯面が一定となるように溶湯２を供給していた。また、鋳型７内に均一に溶湯２を供給するために、供給管４の出口に、垂直方向に溶湯２を供給する分配器５や、水平方向に溶湯２を供給する分配器６を設けていた。」ものである。

そして、この特許文献１では、「鋳型内に供給される銅及び銅合金の溶湯の湯面制御を自動化できると共に、溶湯の均一な供給を容易に行える自動鋳造方法及びその装置を提供する」ことを目的として、この目的を達成する「自動鋳造方法」が提案されているのである。

しかしながら、この特許文献１の「自動鋳造方法」では、「樋１内の溶湯２を供給管４を通して筒状の鋳型７内に供給し、その鋳型７の下方から冷却凝固しながら鋳塊３０を引き下げて連続鋳造する」ものであるから、特許文献２に示されているような「連続鋳造用ロールの高熱伝導性中間層」を鋳造するものではない。

特許文献２は、「連続鋳造用ロールおよびその製造方法」に関する技術が示されてているが、この技術は、「連続鋳造用ロールの曲がり変形抵抗性等を高め、ロール寿命を改善する」ことを目的としてなされたもので、図１９に示すような構成または構造を有しているものである。

すなわち、この特許文献２の「ロール」は、「熱間鍛圧品であるコアー１と、銅ないし銅合金の高熱伝導性中間層２と、１３Ｃｒ系鋳鋼の円筒体である表層３とからなり、各層の界面は拡散接合により結合されている。このロールは、コアー部材に、表層となる１３Ｃｒ系鋳鋼の中空円筒状鋳造品（表層円筒体）を同心円状に外装して直立姿勢とし、コアー部材と表層円筒体とで画成される環状空間Ｖ内に、中間層形成材料（銅ないし銅合金の粉末またはプレート）を装填し、脱気密封したうえ、中間層形成材料を加熱溶融し、その融液とコアー部材および表層円筒体との固−液界面に拡散接合を生じさせ、ついで該融液を冷却凝固させることにより製造される」ものである。

この特許文献２の「銅ないし銅合金の高熱伝導性中間層２」は、「環状空間Ｖ内に、中間層形成材料（銅ないし銅合金の粉末またはプレート）を装填し、脱気密封したうえ、中間層形成材料を加熱溶融し、その融液とコアー部材および表層円筒体との固−液界面に拡散接合を生じさせ、ついで該融液を冷却凝固させることにより製造される」ものであって、所謂連続鋳造鋳物ではない。つまり、「銅ないし銅合金の高熱伝導性中間層２」は、その中間層形成材料を加熱溶融して形成されるものであり、個々に製造されるものである。

また、特許文献３には、「鋼ストリップ鋳造用ア―バレス鋳造ロ―ル及び鋼ストリップ連続鋳造装置」が提案されており、この「鋳造ロ―ル」は、「中央の支持アーバがない新規な鋳造ロールの構造を提供する」ことを目的としてなされたもので、図２０に示すように、「銅又は銅合金製の管状ロール体２０と、該ロール体２０壁内を長手方向に延びる一連の長い孔により周方向に等間隔で画成された長手方向水流通路２６と、ロール体２０の各壁端面に当接する周方向フランジ２９，３０とロール体２０の各端部内側に嵌入する端形成部とを有する一対のスタブ軸２１，２２と、フランジ３０を介し水流通路２６を成す孔の少なくともいくつかの端に嵌挿されて軸２１，２２を管状ロール体２０に対し共軸となるよう連結する固定ねじ７１（留め具）と、個々の水流通路２６に水が流出入するよう少くとも一方のスタブ軸２１，２２の端形成部に形成した半径方向通路３５，３６（水流ダクト）とにより中央の支持アーバがない鋳造ロール１を構成する」ことにより製造されるものである。

すなわち、この特許文献３の「鋳造ロ―ル」は、当該文献３の段落００１８に記載されているように、「２つの鋳造ロール１は同一の構成で、本発明に従い形成される。それぞれを形成する銅又は銅合金製の管状ロール体２０を一対のステンレス鋼製のスタブ軸２１，２２間に、該スタブ軸２１，２２と管状ロール体２０とが共軸に固定されて鋳造ロール１を形成するように取付ける。管状ロール体２０には一端から他端へと長い孔を穿設することにより一連の長手方向水流通路２６を設け、孔の端は以下に述べる仕方で端栓４１とスタブ軸固定ねじ７１で本質的に閉じる」ことにより製造される。

換言すれば、この特許文献３の「鋳造ロ―ル」は、「鋳造する場合に使用されるロ―ル」であって、「鋳造されたロ―ル」ではなく、「銅又は銅合金製の管状ロール体２０」から製造されるものである。
特願平９−１７４２３７号公報、要約、代表図 特願平８−１０３８５６号公報、要約、代表図 特願平１１−３１４１３８号公報、要約、代表図

以上の現状からすると、銅合金からなる連続鋳造鋳物については、棒材については一般的に鋳造されてはいるものの、「管材」については、特許文献２や３のような個々のものは鋳造されてはいるが、「連続鋳造鋳物」としての管材は、本発明者等の調査によっても鋳造されていないと考えられる。

そこで、本発明者等は、銅合金からなる連続鋳造鋳物としての「管材」を鋳造するにはどうしたらよいか、について種々検討を重ねてきた結果、鋳型を工夫することによって実現できることを見出し、本発明を完成したのである。

すなわち、本発明の目的とするところは、銅合金の連続鋳造鋳物からなる管材と、これを鋳造するための鋳型を提供することにある。

以上の課題を解決するために、まず、請求項１に係る発明の採った手段は、後述する最良形態の説明中で使用する符号を付して説明すると、
「銅合金を連続的に鋳造した鋳物からなる管材１０であって、
最外管層１１と、この最外管層１１の内側に外端を一体化した少なくとも１層のリブ層１２とを有したことを特徴とする銅合金連続鋳造鋳物からなる管材１０」
である。

すなわち、この管材１０は、図１に示すように、最外管層１１によって文字通り「管材」となっているものであるが、この最外管層１１の内側に外端を一体化した少なくとも１層のリブ層１２を有しているものである。換言すれば、この請求項１に係る管材１０は、最外管層１１と、この最外管層１１の内側に一体的に形成したリブ層１２とからなっているものであり、これらの最外管層１１及びリブ層１２は、図１の（ａ）にも示すように、その軸方向に長くなっているものである。

ここで、リブ層１２の「外端」とは、当該リブ層１２のみを取り出してみたときに、その一番端になる部分をいい、例えば図１の（ｂ）で例示するように、当該リブ層１２の最外管層１１の内側面との境界部分に位置する箇所ということになる。また、リブ層１２の端部に、図２の（ａ）や（ｂ）に例示するように、リブ層１２自体が位置する場合には、「リブ層１２の外端」は他のリブ層１２の内側面との境界部分に位置する箇所ということになる。

そして、この管材１０については、図１の（ｂ）にて示すように、外形が円形の最外管層１１の場合、この最外管層１１内であってリブ層１２の周囲に、断面（当該管材１０の引き抜き方向、つまり軸心方向に対して直交する平面で切った面）形状が半円状の貫通孔１０ａが２つ形成されることになる。

これらの貫通孔１０ａは、最外管層１１によって外部と遮断されていることは勿論、リブ層１２によって互いに独立するように区画されていて、気体や液体等の流体の通路として、また流体の収納場所として利用できるものである。

このような管材１０を連続鋳造するための材料としては、「ＪＩＳ Ｈ ５１２１」に詳しいが、具体的にするために、次の表１及び表２に例示する。この場合、表１では、主要成分を示し、表２では、残余成分を示すものである。

この請求項１に係る管材１０は、請求項５に係る鋳型２０を使用して鋳造されるものであるが、この請求項５に係る鋳型２０の採った手段は、後述する最良形態中で使用する符号を付して、図５〜図７を使用して説明すると、
「最外管層１１と、この最外管層１１の内側に外端を一体化した少なくとも１層のリブ層１２とを有した管材１０を鋳造するための鋳型２０であって、
冷却器３０内に保持される外型２０Ａと、この外型２０Ａに形成した段部２０ａに支承される頸部２０ｂを有して、外型２０Ａ内に挿入される内型２０Ｂとからなり、
この内型２０Ｂの頸部２０ｂに、リブ層１２のための第１キャビティ２１と、最外管層１１のための第２及び第３キャビティ２２及び２３とを形成するための少なくとも２本の空隙形成脚２５とを一体化するとともに、これら第１〜第３キャビティ２１〜２３に連通して、銅合金の溶湯を当該鋳型２０内に注入するための第１〜第３注入口２１ａ〜２３ａを形成したことを特徴とする鋳型２０」
である。

すなわち、この請求項５に係る鋳型２０は、図５に示すように、冷却器３０内に保持される外型２０Ａと、この外型２０Ａに形成した段部２０ａに支承される頸部２０ｂを有して、外型２０Ａ内に挿入される内型２０Ｂとからなるものであり、これらの外型２０Ａ及び内型２０Ｂは、銅合金の溶湯温度（例えば１４００℃〜１５００℃）に耐えられる材料、例えば「黒鉛」によって形成したものである。

外型２０Ａは、請求項１に係る管材１０を構成している最外管層１１の外形に対応する内形を有する筒状もののであり、その溶湯が入ってくる側には、図６等に示したような段部２０ａが形成してある。この段部２０ａは、内型２０Ｂ側の頸部２０ｂを係合させて支持するものであり、当該外型２０Ａと内型２０Ｂとの軸心を一致させた状態で、外型２０Ａ内に内型２０Ｂを支持するようにするものである。

この外型２０Ａ内に支持される内型２０Ｂの頸部２０ｂには、図６及び図７に示すように、少なくとも２本の空隙形成脚２５が一体的に形成してあり、当該内型２０Ｂを外型２０Ａ内に組み入れたとき、図７に示すように、第１キャビティ２１〜第３キャビティ２３を、これらの空隙形成脚２５の表面と外型２０Ａの内面とによって形成することになるのである。そして、この内型２０Ｂの頸部２０ｂには、上記第１キャビティ２１〜第３キャビティ２３に連通することになる第１注入口２１ａ〜第３注入口２３ａが形成してあって、これらの第１注入口２１ａ〜第３注入口２３ａから銅合金の溶湯が投入され、図７中の矢印にて示すように、第１キャビティ２１〜第３キャビティ２３に供給されるのである。

勿論、以上の鋳型２０は、図５にも示すように、冷却器３０内に収納されて銅合金を形成する炉に接続されるものであり、炉内にて生成された銅合金の溶湯を連続的に通す間に、冷却器３０によって冷却固化して銅合金からなる連続鋳造鋳物、つまり管材１０を連続鋳造するのである。

なお、この連続鋳造を行う最初には、従来の棒材の連続鋳造の場合と同様に、鋳型２０内にダミーブロックが挿入されるものであり、このダミーブロックを図示しない引き出し装置によってある一定の速度と段階で引き抜くことにより、請求項１に係る管材１０が連続鋳造できるのである。

以上の請求項５に係る鋳型２０を採用すれば、図１に示すような請求項１に係る管材１０が確実に鋳造できるのであるが、この請求項１の管材１０は、図２に示すような種々な形態のものが考えられる。

まず、最外管層１１の外形形状であるが、図１、図２の（ａ）及び（ｂ）に示した円形は勿論、図２の（ｃ）に示した楕円、図２の（ｄ）に示した方形、図２の（ｅ）及び（ｆ）に示した三角形等種々な形状のものとして実施が可能である。これらの図２に示した最外管層１１についての種々な形状は、鋳型２０の外型２０Ａの内形を必要とする最外管層１１の外形に合わせるとともに、空隙形成脚２５の断面形状、つまり第１キャビティ２１〜第３キャビティ２３の断面形状を図２に示した各貫通孔１０ａの形状に合わせればよい。

また、リブ層１２の数、あるいは断面（上述したように、当該管材１０の軸心方向に直交する平面で切った面）形状についても、図１の（ａ）に示したような１本あるいは直線状にして実施してもよいが、図２の（ａ）あるいは（ｅ）に示すように、３本あるいはＹ字状にしたり、図２の（ｂ）に示すように、４本あるいは十字状にして実施してもよいものである。これらのリブ層１２の位置や数を適宜選定することにより、最外管層１１を内側から支えるものとしてのリブ層１２の価値を高めることができるものである。

この図２の（ａ）〜（ｆ）に示したように、リブ層１２の数、あるいは断面形状を種々変えることにより、最外管層１１と各リブ層１２との間にできる貫通孔１０ａの数や形状についても、種々変更できるものである。なお、上記各例では、最外管層１１の外形やリブ層１２の形状について線対称または点対称のものとしているが、必ずしもこのようにする必要はなく、使用場所に応じた「異形」のものとして形成して実施してもよいことはいうまでもない。

また、上記課題を解決するために、請求項２に係る発明の採った手段は、上記請求項１に記載の銅合金連続鋳造鋳物からなる管材１０について、
「少なくともリブ層１２に膨出部１２ａを形成したこと」
である。

すなわち、この請求項２の管材１０では、図３に示すように、少なくともリブ層１２に膨出部１２ａを形成したものである。「少なくとも」とは、図３に示すように、膨出部１２ａをリブ層１２の中央に形成する場合だけでなく、最外管層１１の内面に膨出部１１ａを形成したり、図４の（ａ）、（ｂ）あるいは（ｅ）に示すように、リブ層１２の交点に膨出部１２ａを形成する場合も含むことを意味する。

このリブ層１２の中央に形成した膨出部１２ａには、図３の（ｂ）中に点線で示したように、穿孔１５やネジ穴を形成することが可能になる。この穿孔１５を利用すれば、当該管材１０を所定長さに切断して「ロール」あるいは「ローラ」にする場合の「回転軸」を取り付けたり、当該管材１０の前後を密閉する「蓋」の固定部に利用できる。

また、上記課題を解決するために、請求項３に係る発明の採った手段は、上記請求項１または請求項２に記載の銅合金連続鋳造鋳物からなる管材１０について、
「最外管層１１の外面に、膨出部１１ａまたは溝部１１ｂを形成したこと」
である。

すなわち、この請求項３の管材１０は、図４の（ｃ）、（ｄ）、あるいは（ｆ）に示すように、最外管層１１の外面に、膨出部１１ａまたは溝部１１ｂを形成したものである。これらの膨出部１１ａまたは溝部１１ｂは、当然に管材１０の軸方向に長く存在するものであり、当該管材１０を所定長さに切断して部材や部品を形成したときに、この部品や部材の位置決めや別部品を取り付ける場所などに利用できるものであり、当該管材１０の利用価値を高めることになるものである。

さらにまた、上記課題を解決するために、請求項４に係る発明の採った手段は、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の銅合金連続鋳造鋳物からなる管材１０について、
「最外管層１１の表面に、当該管材１０の連続鋳造による加工縞１４が形成されていること」
である。

すなわち、この請求項４の管材１０は、図１６及び図１７に示す顕微鏡写真のように、その最外管層１１の、特に外側表面にできている加工縞１４によって、連続鋳造鋳物であることが証明されるものである。

上記課題を解決するために、請求項６に係る発明の採った手段は、
「銅合金を連続的に鋳造した鋳物からなる管材１０であって、
最外管層１１と、この最外管層１１の内側に外端を一体化した少なくとも１層のリブ層１２と、このリブ層１２の内端に一体化した少なくとも１層の内部管層１３とを有したことを特徴とする銅合金連続鋳造鋳物からなる管材１０」
である。

この請求項６の管材１０は、図８〜図１０に示すものであり、最外管層１１と、この最外管層１１の内側に外端を一体化した少なくとも１層のリブ層１２とを備えた点で、上記請求項１のそれと同様であるが、上記請求項１のそれと根本的に異なる点は、リブ層１２の内端に一体化した少なくとも１層の内部管層１３を有したことである。

この内部管層１３は、少なくとも１本のリブ層１２によって、最外管層１１に対してその内面にて一体化されるものである。内部管層１３を最外管層１１に対して一体化するリブ層１２が「少なくとも１本」であるということは、図８に示すように１本の場合から、図９に示すように２本の場合、そして図１０に示すように４本の場合の種々な場合があることを意味している。勿論、当該内部管層１３自体も１本である必要はなく、必要に応じてその本数を増加することは可能である。

また、最外管層１１や内部管層１３の形状が種々変更できること、これらの最外管層１１や内部管層１３、そしてリブ層１２に膨出部１１ａあるいは１２ａ、溝部１１ｂが形成できること、さらには、膨出部１２ａに穿孔１５が形成できることは、上記請求項１のそれの場合と同様であるので、ここではその説明は省略する。

この請求項６に係る管材１０を鋳造するには、それに応じた鋳型２０を採用すればよく、この鋳型２０の構成は請求項７にて規定されている。すなわち、請求項７に係る発明の採った手段は、
「最外管層１１と、この最外管層１１の内側に外端を一体化した少なくとも１層のリブ層１２と、このリブ層１２の内端に一体化した少なくとも１層の内部管層１３とを有した管材１０を鋳造するための鋳型２０であって、
冷却器３０内に保持される外型２０Ａと、この外型２０Ａに形成した段部２０ａに支承される頸部２０ｂを有して、外型２０Ａ内に挿入される内型２０Ｂとからなり、
この内型２０Ｂの頸部２０ｂに、リブ層１２のための第１キャビティ２１と、最外管層１１のための第２及び第３キャビティ２２及び２３とを形成するための少なくとも２本の空隙形成脚２５と、これらの空隙形成脚２５間に配置されて内部管層１３のための第４キャビティ２４を形成するための中穴形成棒２６とを一体化するとともに、
頸部２０ｂに、第１〜第４キャビティ２１〜２４に連通して、銅合金の溶湯を当該鋳型２０内に注入するための第１〜第４注入口２１ａ〜２４ａを形成したことを特徴とする鋳型２０」
である。

この請求項７に係る鋳型２０は、図１２〜図１４に示すように、冷却器３０内に保持される外型２０Ａと、この外型２０Ａに形成した段部２０ａに支承される頸部２０ｂを有して、外型２０Ａ内に挿入される内型２０Ｂとからなること、及び、内型２０Ｂの頸部２０ｂに、リブ層１２のための第１キャビティ２１と、最外管層１１のための第２及び第３キャビティ２２及び２３とを形成するための空隙形成脚２５とを有した点で、上記請求項５に係るそれと同様であるが、空隙形成脚２５間に配置されて内部管層１３のための第４キャビティ２４を形成するための中穴形成棒２６とを一体化したことが、上記請求項５に係るそれと異なる点である。

なお、この図１２〜図１４に示した鋳型２０は、図１０に示した管材１０、つまり内部管層１３を４本のリブ層１２によって最外管層１１に一体化した管材１０を鋳造するものとしたものであり、そのために、空隙形成脚２５は４本であるが、これに限るものではないことは言うまでもないと思われる。

従って、頸部２０ｂに、第１〜第４の４種類のキャビティ２１〜２４に連通して、銅合金の溶湯を当該鋳型２０内に注入するための第１〜第４の４種類の注入口２１ａ〜２４ａを形成したことも、この請求項７に係る鋳型２０の、上記請求項５に係るそれと異なる点となっているのである。

換言すれば、この請求項７の鋳型２０において、請求項５の鋳型２０にはない中穴形成棒２６が存在することによって、この中穴形成棒２６の周囲に内部管層１３が形成されることになるのである。そして、この中穴形成棒２６を筒状のものにして、この筒状の中穴形成棒２６内にさらに別の棒状の中穴形成棒２６を存在させることにより、内部管層１３を二重のものとすることができ、同様に繰り返せば、三重の内部管層１３とすることも可能である。勿論、二重あるいは三重の内部管層１３とするには、別のキャビティが存在するように鋳型２０を形成し、そのキャビティに注入口が連通するようにしなければならない。

この請求項７に係る鋳型２０を構成している外型２０Ａは、請求項６に係る管材１０を構成している最外管層１１の外形に対応する内形を有する筒状もののであり、その溶湯が入ってくる側には、図１２〜図１４に示したような段部２０ａが形成してある。この段部２０ａは、請求項５の鋳型２０の場合と同様に、内型２０Ｂ側の頸部２０ｂを係合させて支持するものであり、当該外型２０Ａと内型２０Ｂとの軸心を一致させた状態で、外型２０Ａ内に内型２０Ｂを支持するようにするものである。

この外型２０Ａ内に支持される内型２０Ｂの頸部２０ｂには、図１２〜図１４に示すように、少なくとも１本の空隙形成脚２５が一体的に形成してあり、当該内型２０Ｂを外型２０Ａ内に組み入れたとき、図１４に示すように、第１キャビティ２１〜第４キャビティ２４を、これらの空隙形成脚２５の表面と外型２０Ａの内面とによって形成することになるのである。そして、この内型２０Ｂの頸部２０ｂには、上記第１キャビティ２１〜第４キャビティ２４に連通することになる第１注入口２１ａ〜第４注入口２４ａが形成してあって、これらの第１注入口２１ａ〜第４注入口２４ａから銅合金の溶湯が投入され、第１キャビティ２１〜第４キャビティ２４に供給されるのである。

勿論、以上の鋳型２０は、図１５にも示すように、冷却器３０内に収納されて銅合金を形成する炉に接続されるものであり、炉内にて生成された銅合金の溶湯を連続的に通す間に、冷却器３０によって冷却固化して銅合金からなる連続鋳造鋳物、つまり管材１０を連続鋳造するのである。

以上説明した通り、請求項１〜請求項４に係る発明においては、
「銅合金を連続的に鋳造した鋳物からなる管材１０であって、
最外管層１１と、この最外管層１１の内側に外端を一体化した少なくとも１層のリブ層１２とを有したこと」
にその構成上の主たる特徴があり、これにより、銅合金の連続鋳造鋳物からなる管材１０を提供することができるのである。

この請求項１〜請求項４に係る管材１０は、最外管層１１の内側に少なくとも１本のリブ層１２を設けた連続状のものであるから、適宜寸法に切断して、これを例えばローラとすれば、耐熱性及び耐薬品性を備え、しかもリブ層１２によって剛性が高いものとすることができて、あらゆる場所で使用できるローラとすることができる。

また、請求項５に係る発明においては、
「最外管層１１と、この最外管層１１の内側に外端を一体化した少なくとも１層のリブ層１２とを有した管材１０を鋳造するための鋳型２０であって、
冷却器３０内に保持される外型２０Ａと、この外型２０Ａに形成した段部２０ａに支承される頸部２０ｂを有して、外型２０Ａ内に挿入される内型２０Ｂとからなり、
この内型２０Ｂの頸部２０ｂに、リブ層１２のための第１キャビティ２１と、最外管層１１のための第２及び第３キャビティ２２及び２３とを形成するための少なくとも２本の空隙形成脚２５とを一体化するとともに、これら第１〜第３キャビティ２１〜２３に連通して、銅合金の溶湯を当該鋳型２０内に注入するための第１〜第３注入口２１ａ〜２３ａを形成したことを特徴とする鋳型２０」
にその構成上の特徴があり、上記の請求項１〜請求項４に係る管材１０を簡単かつ確実に鋳造することができるのである。

さらに、請求項６に係る発明においては、
「銅合金を連続的に鋳造した鋳物からなる管材１０であって、
最外管層１１と、この最外管層１１の内側に外端を一体化した少なくとも１層のリブ層１２と、このリブ層１２の内端に一体化した少なくとも１層の内部管層１３とを有したこと」
にその構成上の主たる特徴があり、これにより、銅合金の連続鋳造鋳物からなる管材１０を提供することができるのである。

この請求項６に係る管材１０は、最外管層１１の内側に、さらに少なくとも１本の内部管層１３を設けた連続状のものであるから、例えば、内部管層１３内を通る流体を周囲の貫通孔１０ａ内に通す冷媒等によって優れた断熱効果を発揮する断熱管とすることができ、しかもこの断熱管を耐熱性及び耐薬品性を備え、しかもリブ層１２によって剛性が高いものとすることができて、あらゆる場所で使用できることになる。

そして、請求項７に係る発明においては、
「最外管層１１と、この最外管層１１の内側に外端を一体化した少なくとも１層のリブ層１２と、このリブ層１２の内端に一体化した少なくとも１層の内部管層１３とを有した管材１０を鋳造するための鋳型２０であって、
冷却器３０内に保持される外型２０Ａと、この外型２０Ａに形成した段部２０ａに支承される頸部２０ｂを有して、外型２０Ａ内に挿入される内型２０Ｂとからなり、
この内型２０Ｂの頸部２０ｂに、リブ層１２のための第１キャビティ２１と、最外管層１１のための第２及び第３キャビティ２２及び２３とを形成するための少なくとも２本の空隙形成脚２５と、これらの空隙形成脚２５間に配置されて内部管層１３のための第４キャビティ２４を形成するための中穴形成棒２６とを一体化するとともに、
頸部２０ｂに、第１〜第４キャビティ２１〜２４に連通して、銅合金の溶湯を当該鋳型２０内に注入するための第１〜第４注入口２１ａ〜２４ａを形成したことを特徴とする鋳型２０」
にその特徴があり、これにより、上記請求項６に係る管材１０を簡単かつ確実に鋳造することができるのである。

次に、以上のように構成した各請求項に係る発明を、図面に示した最良の形態である管材１０及び鋳型２０について説明すると、図１には、請求項１に係る管材１０の斜視図と端面図が示してあり、この管材１０は、図５〜図７に示した冷却器３０及び鋳型２０を使用して連続鋳造鋳物として形成したものである。この管材１０を連続鋳造鋳物として連続鋳造するには、まず、図示しない炉内で銅合金の溶湯を形成して、この溶湯を鋳型２０内に通しながら、図示しない引き抜き機によって段階的に引き抜くことにより行われる。

さて、図１に示した管材１０は、最外管層１１と、この最外管層１１の内側に外端を一体化した少なくとも１層のリブ層１２とを有したものである。

最外管層１１の外形形状は、図１、図２の（ａ）及び（ｂ）に示した円形は勿論、図２の（ｃ）に示した楕円、図２の（ｄ）に示した方形、図２の（ｅ）及び（ｆ）に示した三角形等種々な形状のものとして実施することができる。これらの図２に示した最外管層１１についての種々な形状は、図６及び図７に示した鋳型２０の外型２０Ａの内形を必要とする最外管層１１の外形に合わせるとともに、空隙形成脚２５の断面形状、つまり第１キャビティ２１〜第３キャビティ２３の断面形状を図２に示した各貫通孔１０ａの形状に合わせればよい。

また、リブ層１２の数、あるいは断面形状についても、図１の（ａ）に示したような１本あるいは直線状にして実施してもよいが、図２の（ａ）あるいは（ｅ）に示すように、３本あるいは空隙形成脚２５字状にしたり、図２の（ｂ）に示すように、４本あるいは十字状にして実施してもよいものである。この図２の（ａ）〜（ｆ）に示したように、リブ層１２の数、あるいは断面形状を種々変えることにより、最外管層１１と各リブ層１２との間にできる貫通孔１０ａの数や形状についても、種々変更できる。

また、図１に例示した管材１０については、図３に示したように、リブ層１２に膨出部１２ａを形成して実施してもよい。さらには、図４にも示したように、最外管層１１の外面に、膨出部１１ａまたは溝部１１ｂを形成して実施してもよい。

すなわち、この管材１０には、図４の（ｃ）、（ｄ）、あるいは（ｆ）に示したように、最外管層１１の外面に、膨出部１１ａまたは溝部１１ｂを形成してもよいのである。これらの膨出部１１ａまたは溝部１１ｂは、当然に管材１０の軸方向に長く存在するものであり、当該管材１０を所定長さに切断して部材や部品を形成したときに、この部品や部材の位置決めや別部品を取り付ける場所などに利用できるものであり、当該管材１０の利用価値を高めることになるものである。

図５には、図１に示した管材１０を連続鋳造するための鋳型２０が、冷却器３０に組み付けた状態で示してある。この鋳型２０は、図６及び図７に示したように、冷却器３０内に保持される外型２０Ａと、この外型２０Ａに形成した段部２０ａに支承される頸部２０ｂを有して、外型２０Ａ内に挿入される内型２０Ｂとを有したものであり、これらの外型２０Ａ及び内型２０Ｂは、銅合金の溶湯温度（例えば１４００℃〜１５００℃）に耐えられる材料、例えば「黒鉛」によって形成したものである。

この鋳型２０は、図５にも示したように、冷却器３０内に収納されて銅合金を形成する炉に接続されるものであり、炉内にて生成された銅合金の溶湯を連続的に通す間に、冷却器３０によって冷却固化して銅合金からなる連続鋳造鋳物、つまり管材１０を連続鋳造するものである。

内型２０Ｂの頸部２０ｂには、リブ層１２のための第１キャビティ２１と、最外管層１１のための第２及び第３キャビティ２２及び２３とを形成するための少なくとも２本の空隙形成脚２５とが一体化してあり、これら第１〜第３キャビティ２１〜２３に連通して、銅合金の溶湯を当該鋳型２０内に注入するための第１〜第３注入口２１ａ〜２３ａが形成してある。

外型２０Ａは、管材１０を構成している最外管層１１の外形に対応する内形を有する筒状もののであり、その溶湯が入ってくる側には、図６等に示したような段部２０ａが形成してある。この段部２０ａは、内型２０Ｂ側の頸部２０ｂを係合させて支持するものであり、当該外型２０Ａと内型２０Ｂとの軸心を一致させた状態で、外型２０Ａ内に内型２０Ｂを支持するようにするものである。

この外型２０Ａ内に支持される内型２０Ｂの頸部２０ｂには、図６及び図７に示すように、少なくとも２本の空隙形成脚２５が一体的に形成してあり、当該内型２０Ｂを外型２０Ａ内に組み入れたとき、図７に示すように、第１キャビティ２１〜第３キャビティ２３を、これらの空隙形成脚２５と外型２０Ａの内面とによって形成することになるのである。そして、この内型２０Ｂの頸部２０ｂには、上記第１キャビティ２１〜第３キャビティ２３に連通することになる第１注入口２１ａ〜第３注入口２３ａが形成してあって、これらの第１注入口２１ａ〜第３注入口２３ａから銅合金の溶湯が投入され、第１キャビティ２１〜第３キャビティ２３に供給されるのである。

図８には、請求項６に係る管材１０が示してあるが、この管材１０は、最外管層１１と、この最外管層１１の内側に外端を一体化した少なくとも１層のリブ層１２と、このリブ層１２の内端に一体化した少なくとも１層の内部管層１３とを有したものであり、この少なくとも１層の内部管層１３を有していることが、図１に示した管材１０と異なる点である。

このすくなくとも１層の内部管層１３は、図８に示したように、１層のリブ層１２によって最外管層１１内に支持したり、図９に示したように、２層のリブ層１２によって最外管層１１内に支持したり、図１０に示したように、４層のリブ層１２によって最外管層１１内に支持したりすることができ、これによって、最外管層１１の内側に形成される加工縞１４の数や大きさ、ひいては位置まで自由に設計できるものである。

勿論、内部管層１３内には内部貫通孔１０ｂが形成されるものであり、この内部貫通孔１０ｂの形状や大きさ、位置までが、当該内部管層１３を設計する際に自由に選定できる。

この内部管層１３を有する管材１０は、図１２〜図１４に示した鋳型２０を、図１５に示したように冷却器３０に組み付けることによって連続鋳造できることは前述した通りである。

この図１２〜図１４に示した鋳型２０は、冷却器３０内に保持される外型２０Ａと、この外型２０Ａに形成した段部２０ａに支承される頸部２０ｂを有して、外型２０Ａ内に挿入される内型２０Ｂとからなること、及び、内型２０Ｂの頸部２０ｂに、リブ層１２のための第１キャビティ２１と、最外管層１１のための第２及び第３キャビティ２２及び２３とを形成するための空隙形成脚２５とを有した点で、図５〜図７に示した鋳型２０と同様であるが、空隙形成脚２５間に配置されて内部管層１３のための第４キャビティ２４を形成するための中穴形成棒２６を一体化したことが異なるものである。また、頸部２０ｂに、第１〜第４の４種類のキャビティ２１〜２４に連通して、銅合金の溶湯を当該鋳型２０内に注入するための第１〜第４の４種類の注入口２１ａ〜２４ａを形成したことも、異なるものである。

換言すれば、この図１２〜図１４に示した鋳型２０において、図５〜図７に示した鋳型２０にはない中穴形成棒２６が存在することによって、この中穴形成棒２６の周囲に内部管層１３が形成されることになるのである。そして、この中穴形成棒２６を筒状のものにして、この筒状の中穴形成棒２６内にさらに別の棒状の中穴形成棒２６を存在させることにより、内部管層１３を二重のものとすることができ、同様に繰り返せば、三重の内部管層１３とすることも可能である。

この鋳型２０を構成している外型２０Ａは、図１０に示した管材１０を構成している最外管層１１の外形に対応する内形を有する筒状もののであり、その溶湯が入ってくる側には、図１２〜図１４に示したような段部２０ａが形成してある。この段部２０ａは、内型２０Ｂ側の頸部２０ｂを係合させて支持するものであり、当該外型２０Ａと内型２０Ｂとの軸心を一致させた状態で、外型２０Ａ内に内型２０Ｂを支持するようにするものである。

この外型２０Ａ内に支持される内型２０Ｂの頸部２０ｂには、図１２〜図１４に示すように、少なくとも１本の空隙形成脚２５が一体的に形成してあり、当該内型２０Ｂを外型２０Ａ内に組み入れたとき、図１４に示すように、第１キャビティ２１〜第４キャビティ２４を、これらの空隙形成脚２５と外型２０Ａの内面とによって形成することになるのである。そして、この内型２０Ｂの頸部２０ｂには、上記第１キャビティ２１〜第４キャビティ２４に連通することになる第１注入口２１ａ〜第４注入口２４ａが形成してあって、これらの第１注入口２１ａ〜第４注入口２４ａから銅合金の溶湯が投入され、第１キャビティ２１〜第４キャビティ２４に供給されるのである。

図１６には、本発明に係る管材１０の外形と表面状態を示した顕微鏡写真であり、管材１０の表面には、当該管材１０を連続鋳造したときにできる加工縞１４が現れている。このような加工縞１４ができる理由は、銅合金の溶湯が段階を追って鋳型２０内にて硬化する際に、その段階でできる結晶構造に差異があるからである。本発明者は、この銅合金の硬化段階を「４段階」として捉えており、この硬化段階に応じて管材１０の引き抜きを行うように、図示しない引き抜き機での制御を行っている。

図１７には、この連続鋳造によって出来た管材１０の断面の顕微鏡写真が示してあるが、これによっても、上記加工縞１４の存在がはっきりと見て取れる。

以上のように連続鋳造した管材１０は、次のような、「ロール」、「連続鋳造用ロール」、「断熱管」、「熱交換器」、「軽量化シャフト」、「化学反応管路」、「結露防止をした冷媒供給管」、「弁部材」あるいは「殺菌機能を有する管路」にすることができる可能性がある。それぞれについて、順次説明していく。

（ロールについて）
例えば、図１に示した管材１０は、円形の最外管層１１を有してその内側からリブ層１２によって支持しているものであるから、所定の剛性を有するとともに、リブ層１２の両側に位置する貫通孔１０ａ内に、別に形成したチャックや回転軸を収納することにより、ベルトコンベアを支承するローラとするのに適したものとなっている。勿論、図３に示したように、リブ層１２の中央部に膨出部１２ａを形成しておいて、この膨出部１２ａに穿孔１５を形成して軸を通すようにすれば、より一層簡単にローラとすることができる。

勿論、この管材１０は、内部の貫通孔１０ａによって軽量化が図られているから、この管材１０を採用してローラとしたときには、その回転が円滑になる。また、この貫通孔１０ａ内に水や空気等の冷却材を通すことによって、ロール表面の温度が高くなるのを防止することができることになる。

（連続鋳造用ロールについて）
図１９に示した従来の連側鋳造用ロールは、「熱間鍛圧品であるコアー１と、銅ないし銅合金の高熱伝導性中間層２と、１３Ｃｒ系鋳鋼の円筒体である表層３とからなる」ものであったが、「銅ないし銅合金の高熱伝導性中間層２」は所謂焼結させて形成しなければならないものであった。

この連続鋳造用ロールは、本発明に係る管材１０を使用して、そのリブ層１２を「コアー１」にしながら、その最外管層１１を「銅ないし銅合金の高熱伝導性中間層２」とすることにより、簡単に鋳造することができる。しかも、本発明に係る管材１０を使用して形成した連続鋳造用ロールは、その曲がり変形抵抗性等が高まり、寿命を改善することができる。

以上のことは、図２０に示した「鋼ストリップ鋳造用ア―バレス鋳造ロ―ル」についても同様である。この場合には、図１０に示した内部管層１３を有する管材１０を利用すれば、内部管層１３そのものをスタブ軸とし、貫通孔１０ａを水通路とし、さらには、リブ層１２を周方向フランジとすることができるからである。

（断熱管について）
本発明に係る管材１０は、図１〜図４、あるいは図８〜図１０に示すように、互いに区画された貫通孔１０ａあるいは内部貫通孔１０ｂを内部に有するものであるから、例えば中心に位置する内部貫通孔１０ｂ内を、断熱したい流体の通路とし、その周囲にある貫通孔１０ａ内を断熱材である空気を入れた断熱室とすることにより、流体の搬送を断熱しながら行える断熱管とすることができる。

この場合リブ層１２が熱伝導部となるが、発明者等の実験によると、このリブ層１２の厚さは２〜３ｍｍ程度にすることができ、しかも、場合によっては図８に示したように、１層のものとすることができる（内部管路１３を片持ち支持できる）ため、このリブ層１２が熱伝導部となることはそれ程問題にはならないと考えられる。むしろ、このリブ層１２は、内部管層１３を最外管層１１に対して支持するものとして、また最外管層１１の曲げ強度を高めるものとして役立つことになるものである。

また、過給器付エンジンのように、燃料を一定の温度にまで高める必要がある場合、燃料を１つの貫通孔１０ａまたは内部貫通孔１０ｂ内を通し、他の貫通孔１０ａに排気を通すようにすれば、この管材１０は、過給器付エンジンのための燃料パイプとしても十分利用価値が高いものとなる。

（熱交換器について）
本発明に係る管材１０を断熱管にするのとは逆の発想が熱交換器にすることである。例えば、ゴミ焼却炉からの排気中の熱を取り出す熱交換器として考えた場合には、貫通孔１０ａの一部あるいは内部貫通孔１０ｂに排気を通すようにし、他の貫通孔１０ａに熱吸収材である水を通すようにすれば、排気中に含まれている潜熱によって水を温めることが、排気を遠くへ送りながらできることになる。

以上のことは、各種工場での排気管とする場合にも言えることであり、また、船舶エンジンの水冷装置の一部としても適用できることを意味することにもなる。

（軽量化シャフトについて）
そして、最も単純には、本発明に係る管材１０は、銅合金の連続鋳造鋳物であるから剛性を有する棒材としての機能を有するだけでなく、貫通孔１０ａや内部貫通孔１０ｂを内部に有して軽量化が図られたものであるから、軽量化されたシャフトとすることができる。

この管材１０は、内部に少なくとも１層のリブ層１２を有するものでもあるから、軽量化されているにも拘わらず曲げ強度が強いものとなっている。従って、船舶のスクリュー軸にすれば、耐熱性にも優れた軽量化されたものとすることができる。

（化学反応管路について）
複数の原料を混ぜ合わせるとともに、熱を加えながら化学反応させる場合を想定してみると、上流側から順に、図１０に示した管材１０、図９に示した管材１０、そして図８に示した管材１０を順に繋げれば、「化学反応管路」が形成できる。

この場合、内部管層１３内に加熱のための流体を流すようにしながら、図１０に示した管材１０、図９に示した管材１０、そして図８に示した管材１０を順に繋ぐ。図１０に示した管材１０の各貫通孔１０ａには必要な原料を別々に供給し、図９に示した管材１０に至ると貫通孔１０ａの数が減るから、その分原料が混合される。そして、内部管層１３内を通っている加熱流体によって化学反応が促進され、図９に示した管材１０内にて第１段階の化学反応が起きる。

次いで、図８に示した管材１０に至ると貫通孔１０ａの数がさらに減るから、その分原料または反応物質がさらに混合される。そして、内部管層１３内を通っている加熱流体によって化学反応が促進され、図８に示した管材１０内にて第２段階の化学反応が起き、所定の物質が形成できる。

以上の「化学反応管路」は、化学物質の数や化学反応条件に応じて適宜変更できるものであり、しかも、管材１０自体は耐薬品性に優れているのであるから、化学工業分野において利用価値が高いと考えられる。

（結露防止をした冷媒供給管について）
本発明に係る管材１０は、上記のように熱交換器としても利用できるのであるが、結露防止をした冷媒供給管としても利用できるものと考えられる。すなわち、内部管層１３内に冷媒を通すようにしながら、周囲の貫通孔１０ａを断熱層となるようにすれば、最外管層１１の表面温度は室温程度に保つことができるものとなる。

つまり、この管材１０の内部管層１３内に冷媒を通しても、最外管層１１の表面温度はそれ程低くならないから、「結露」を生ずることはない。従って、この管材１０をエアーコンディショナー内の冷媒供給管とすれば、結露対策になることになる。

（弁部材について）
この管材１０は、上述した「化学反応管路」の考え方を採用すれば、例えば湯水混合栓の弁部材とするのに適している。例えば、湯と水が別々に供給されてくる側の弁体として貫通孔１０ａが２つある管材１０を選択し、混合された湯水が出る側の弁体として大きな貫通孔１０ａを有する管材１０を選択する。勿論、これら２種類の弁体は適宜な厚さに切断されるし、中心に内部管層１３を有するものとする。

そして、各内部管層１３に挿通された軸にて両弁体を回転可能に支持して、それぞれの貫通孔１０ａを、給水側、給湯側、及び吐水側にそれぞれ連通させる。一方、どちらかの弁体を外部から回動できるようにハンドルを設ければ、湯水混合栓が完成する。

この湯水混合栓においては、１つの貫通孔１０ａを有する弁体が他の弁体に対して相対回転することにより、１つの貫通孔１０ａが、他の弁体の２つの貫通孔１０ａの全てに対して連通する場合（混合状態）、２つの全てに連通しない場合（止水状態）、何れか一方にのみ連通する場合（水のみ、または湯のみしか出せない状態）に適宜選択できることになる。

（殺菌機能を有する管路）
この管材１０は、「銅合金」を材料とするものであるから、「銅イオン」の発生が期待できる。銅イオンは、殺菌効果を有するから、この管材１０を排水管路や浄化槽への管路とした場合に、水や排水中の殺菌や浄化が期待できる。

特に、この管材１０を、鑑賞魚を飼育する水槽への循環水のための管路を形成した場合、鑑賞魚の病原菌を殺菌したり、水槽に付着する水ゴケの発生を抑制したりすることのできる管路とすることが期待できる。

請求項１に係る管材を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は端面図である。 図１に示した管材の他の例を示すもので、（ａ）〜（ｆ）の６種類の端面図である。 請求項２に係る管材を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は端面図である。 図３に示した管材の他の例を示すもので、（ａ）〜（ｆ）の６種類の端面図である。 請求項１に係る管材を鋳造する鋳型を冷却器に組み付けた状態を示す拡大断面図である。 図５に示した鋳型を示すもので、（ａ）は端面図、（ｂ）は（ａ）中の１−１線に沿ってみた断面図である。 図５に示した鋳型を示すもので、図６中の２−２線に沿ってみた断面図である。 請求項６に係る管材を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は端面図である。 同管材の他の例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は端面図である。 同管材のさらに他の例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は端面図である。 図１０に示した管材を連続鋳造する鋳型を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。 同鋳型を示す分解斜視図である。 同鋳型を示すもので、図１１中の３−３線に沿ってみた断面図である。 同鋳型を示すもので、図１１中の４−４線に沿ってみた断面図である。 請求項６に係る管材を鋳造する鋳型を冷却器に組み付けた状態を示す拡大断面図である。 本発明に係る管材の表面状態を示す２倍の顕微鏡写真である。 同管材の表面を示す８００倍の顕微鏡写真である。 従来の技術を示す縦断面図である。 従来の他の技術を示す縦断面図である。 従来のさらに他の技術を示す縦断面図である。

符号の説明

１０ 管材
１０ａ 貫通孔
１０ｂ 内部貫通孔
１１ 最外管層
１１ａ 膨出部
１１ｂ 溝部
１２ リブ層
１２ａ 膨出部
１３ 内部管層
１４ 加工縞
１５ 穿孔
２０ 鋳型
２０Ａ 外型
２０Ｂ 内型
２０ａ 段部
２０ｂ 頸部
２１ 第１キャビティ
２１ａ 第１注入口
２２ 第２キャビティ
２２ａ 第２注入口
２３ 第３キャビティ
２３ａ 第３注入口
２４ 第４キャビティ
２４ａ 第４注入口
２５ 空隙形成脚
２６ 中穴形成棒
３０ 冷却器（クーラージャケット）

Claims (7)

1. 銅合金を連続的に鋳造した鋳物からなる管材であって、
   最外管層と、この最外管層の内側に外端を一体化した少なくとも１層のリブ層とを有したことを特徴とする銅合金連続鋳造鋳物からなる管材。
2. 少なくとも前記リブ層に膨出部ａを形成したことを特徴とする請求項１に記載の銅合金連続鋳造鋳物からなる管材。
3. 前記最外管層の外面に、膨出部または溝部を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の銅合金連続鋳造鋳物からなる管材。
4. 前記最外管層の表面に、当該管材の連続鋳造による加工縞が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の銅合金連続鋳造鋳物からなる管材。
5. 最外管層と、この最外管層の内側に外端を一体化した少なくとも１層のリブ層とを有した管材を鋳造するための鋳型であって、
   冷却器内に保持される外型と、この外型に形成した段部に支承される頸部を有して、前記外型内に挿入される内型とからなり、
   この内型の前記頸部に、前記リブ層のための第１キャビティと、前記最外管層のための第２及び第３キャビティとを形成するための少なくとも２本の空隙形成脚とを一体化するとともに、これら第１〜第３キャビティに連通して、銅合金の溶湯を当該鋳型内に注入するための第１〜第３注入口を形成したことを特徴とする鋳型。
6. 銅合金を連続的に鋳造した鋳物からなる管材であって、
   最外管層と、この最外管層の内側に外端を一体化した少なくとも１層のリブ層と、このリブ層の内端に一体化した少なくとも１層の内部管層とを有したことを特徴とする銅合金連続鋳造鋳物からなる管材。
7. 最外管層と、この最外管層の内側に外端を一体化した少なくとも１層のリブ層と、このリブ層の内端に一体化した少なくとも１層の内部管層とを有した管材を鋳造するための鋳型であって、
   冷却器内に保持される外型と、この外型に形成した段部に支承される頸部を有して、前記外型内に挿入される内型とからなり、
   この内型の前記頸部に、前記リブ層のための第１キャビティと、前記最外管層のための第２及び第３キャビティとを形成するための少なくとも２本の空隙形成脚と、これらの空隙形成脚間に配置されて前記内部管層のための第４キャビティを形成するための中穴形成棒とを一体化するとともに、
   前記頸部に、前記第１〜第４キャビティに連通して、銅合金の溶湯を当該鋳型内に注入するための第１〜第４注入口を形成したことを特徴とする鋳型。