JP2012061518A - 自由鋳造方法、自由鋳造装置および鋳物 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳型を必要としない画期的な鋳造方法を提供する。
【解決手段】本発明の自由鋳造方法は、外表面に生じる表面膜（Ｆ）によって暫定的に保持された金属溶湯からなる保持溶湯（ＭＳ）をその供給源に設けた導出域（Ｐ）から導出させる導出工程と、所望する鋳物形状に応じて設定される設定経路（Ｌ１）に誘導した保持溶湯を凝固させて成形体を得る成形工程とを備える。この成形工程は、金属溶湯の供給源の湯面近傍で非拘束状態にある保持溶湯の根元部と保持溶湯から成形体に至る境界である凝固界面との間で、保持溶湯に外力を印加して形状を付与した後に保持溶湯を凝固させる工程であることを特徴とする。この本発明によれば、従来の鋳造方法で問題となっていた鋳造欠陥等を容易に無くしつつ、複雑な形状の鋳物も効率的に得ることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、これまで当然に必要と考えられていた鋳型を用いるまでもなく、鋳造を行える画期的な鋳造方法（本明細書ではこれを「自由鋳造方法」という。）、それに適した自由鋳造装置およびそれらにより得られた鋳物に関する。

複雑な形状の金属製品は、鋳造によって製造されることが多い。鋳造は、本来、流動性のある金属（溶湯）を所望形状に凝固させた鋳物を得ることをいう。もっともこれまでの技術常識では、所望形状の鋳物を得るには、その形状に沿ったキャビティを有する鋳型を用いることが当然のことと考えられてきた。このため従来の鋳造方法では、鋳型を用いることに伴う種々の問題が生じていた。例えば、鋳造欠陥（凝固割れ、ひけ巣、気泡巣等）、凝固組織の不均一、材料歩留まりの低下、環境負荷等である。そしてこのような種々の課題をミクロな視点で個別的に解決するための多くの提案がこれまで数多くなされてきた。

もっとも、このような従来の鋳型を用いた方法とは異なる鋳造方法に関する提案もある。その例として、下記に挙げるような特許文献等が存在する。

特開昭６３−１９９０５０号公報 特開平２−２０５２３２号公報 特開平２−２５１３４１号公報 特開平９−２４８６５７号公報

特許文献１の方法では、単なる柱状または棒状の金属素材しか得られず、高い形状自由度が求められる鋳造は行い得ない。

特許文献２〜４の方法でも、金属溶湯の供給源側の湯面上に設けられた型や仕切り部材により金属溶湯の出口が拘束されている。このため、それらの方法でもやはり、高い形状自由度が求められる鋳造は行い得ない。それらの方法では、滑らかな曲面や形状をもつ鋳物を現実に得ることは困難である。また金属溶湯の湯面上に設けた型や仕切り部材に残滓等が付着して、所望の形状や品質の鋳物を安定して得ることができないことは容易に想像できる。

本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、鋳造に伴って従来生じていた種々の課題を根本的に解決しつつ、複雑な形状の鋳物をも容易に得ることができる画期的な鋳造方法を提供することを目的とする。またその鋳造方法に適した装置およびその鋳造方法により得られた鋳物を併せて提供する。

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、鋳型を用いるまでもなく、金属溶湯を所望の形状に凝固させた鋳物を得る鋳造方法を新たに見出した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。

《自由鋳造方法》
（１）本発明の自由鋳造方法は、外表面に生じる表面膜または表面張力によって暫定的に保持された金属溶湯からなる保持溶湯を該金属溶湯の供給源の湯面から導出させる導出工程と、所望する鋳物形状に応じて設定される設定経路に導出された該保持溶湯を凝固させて成形体を得る成形工程と、を備える鋳型に依らない鋳造が可能な自由鋳造方法であって、前記成形工程は、前記金属溶湯の供給源の湯面近傍で非拘束状態にある前記保持溶湯の根元部と該保持溶湯から前記成形体に至る境界である凝固界面との間で、該保持溶湯に外力を印加して形状を付与した後に該保持溶湯を凝固させる工程であることを特徴とする。

（２）本発明の自由鋳造方法によれば、従来の鋳型を前提とした鋳造方法で生じていた種々の課題を解決できる。例えば本発明によれば、鋳型に拘束されることなく鋳造を行えるので、鋳型内で生じていた従来の鋳造欠陥（凝固割れ、ひけ巣、巻き込み（気泡巣）等）を抑止できる。このため、従来の鋳造方法では凝固割れ等を生じ易かった合金（例えば、６０００系展伸用アルミニウム合金等）でも、本発明によれば用いることができ、その合金を用いた複雑形状の鋳物を得ることも容易である。従って本発明の鋳造方法によれば、鋳造に利用できる原料の範囲が非常に拡大する。

また本発明によれば鋳型に拘束されずに鋳造できるので、鋳物の形状自由度が格段に向上し、これまで鋳造困難であった鋳物も低コストで鋳造可能となる。例えば、これまで鋳造困難であったアンダーカット形状の鋳物や長尺の鋳物も、本発明の自由鋳造方法なら容易に鋳造可能である。加えて、本発明の自由鋳造方法なら、鋳物や鋳型の種類に応じた生産設備や生産工程が不要となり、生産コスト削減、多品種少量生産への対応など生産柔軟性の向上、生産設備のコンパクト化、工場内環境の改善等も図れる。

さらに本発明の自由鋳造方法によれば、金属溶湯の凝固がキャビティ内壁面からの冷却に拘束されないので、冷却速度や凝固方向の制御も容易で、凝固組織の制御された高品質の鋳物を得ることも容易である。

しかも本発明の自由鋳造方法によれば、製品部外に使用される金属溶湯を極端に少なくすることができるので、材料歩留まりの著しい向上や返り材の激減なども図れる。また本発明によれば大型鋳物を鋳造する場合でも、予め大量の金属溶湯を溶解、保持しておく必要もなく、原料を少量づつ溶解しながら鋳造することが可能である。つまり、金属原料のみならず鋳造に要するエネルギーの節約も図られる。このように本発明の自由鋳造方法は、省資源化、省エネルギー化、環境負荷（ＣＯ_２の排出量等）抑制等にも貢献し得る。

（３）このように本発明は、従来の鋳造方法で生じていた種々の課題を根本的に解決でき、非常に画期的な鋳造方法である。もっとも本発明の鋳造方法の詳細なメカニズムは必ずしも定かではない。現状、そのメカニズムは次のように考えられる。
金属溶湯は液相状態または固液共存状態にあって流動性を有する。このため金属溶湯は特定の形状を有さず、鋳型等の容体（キャビティ内壁面）によらない限り、特定の形状は維持（つまり保持）されないのが本来である。

しかし、例えば、その金属溶湯の液面に固体（誘起体）を接触させてゆっくり持ち上げると、鋳型等を用いるまでもなく、金属溶湯は特定の形状を保持しつつ数十ｍｍ程度持ち上げられる。この際の金属溶湯の保持は、少なくともその持ち上がった金属溶湯の表面に生じた表面膜（酸化膜など）または表面張力の作用によるものと考えられる。

この保持された金属溶湯（保持溶湯）は、あくまでも未凝固であるから、その形態は一時的または暫定的である。このため保持溶湯は、誘導される方向または経路、外部から印加される外力等によって、その形状を自由に変化させ得る。この保持溶湯に所望する鋳物に応じた形状を付与した後、それを冷却し凝固させれば、鋳型を用いるまでもなく、所望形状の鋳物を得ることができる。この際、金属溶湯の湯面近傍にできる保持溶湯の根元部は非拘束状態にあるため、保持溶湯に付与できる形状の自由度が非常に高く、複雑形状の鋳物を得ることも容易である。こうして本発明の自由鋳造方法によれば、複雑な形状の鋳物でも、鋳造欠陥等を生じさせることなく、効率的に得ることが可能となる。

ここで保持溶湯を凝固させる際の冷却方法には、冷却ガス等で保持溶湯を直接的に冷却する方法と、金属製の誘起体や既凝固部分などを介して間接的に冷却する方法など種々ある。それらのいずれか一つを用いても併用してもよい。

既凝固部分などを介して間接的に冷却する場合、冷却方法を既凝固部分から未凝固部分に至る一方方向にすることができ、ひけ巣などの鋳造欠陥のない健全な鋳物を得ることが容易となる。また従来の鋳型を用いた鋳造方法では得難かった指向性凝固組織を有する高品質な鋳物も、本発明の自由鋳造方法によれば容易に得ることができる。

さらに本発明の自由鋳造方法では、鋳型によらない冷却がなされるので、鋳型を用いる従来の鋳造方法とは異なり、型拘束による凝固割れの発生も抑止される。そのため、例えば、６０００系（ＪＩＳ）の展伸用アルミニウム合金等、従来の鋳造方法では凝固割れを生じ易かった合金からなる鋳物も得ることができる。

《自由鋳造装置》
本発明は上述の自由鋳造方法としてのみならず、それに適した自由鋳造装置としても把握できる。すなわち本発明は、金属溶湯を溜める坩堝と、該坩堝内の金属溶湯の湯面から導出され、外表面に生じる表面膜または表面張力によって暫定的に保持された該金属溶湯からなる保持溶湯に外力を印加して該保持溶湯へ形状を付与する形状付与部材とを備え、上述の自由鋳造方法に利用できることを特徴とする自由鋳造装置でもよい。

この自由鋳造装置は、さらに、所望する鋳物の基礎形状を誘導する固体からなる誘起体を、前記坩堝内の金属溶湯の湯面から該鋳物の形状に応じて設定した設定経路に沿って誘導させる駆動源とを備えると好適である。また自由鋳造装置は、さらに、前記保持溶湯の外表面または該保持溶湯の凝固した成形体の外表面へ流体を吹き付けるノズルを有すると好適である。

《鋳物》
さらに本発明は上述の自由鋳造方法や自由鋳造装置を用いて得られた鋳物としても把握される。特に本発明の鋳物は、凝固組織が一方向に指向した指向凝固組織を有するものであると好適である。

《その他》
（１）本発明で対象とする鋳物は、その材質、形状または大きさ等を問わない。

（２）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の下限値または上限値は、任意に組合わされて「ａ〜ｂ」のような範囲を構成し得る。さらに本明細書に記載した範囲内に含まれる任意の数値を、数値範囲を設定するための上限値または下限値とすることができる。

自由鋳造装置の一例を示す概念図である。 図１の部分拡大図である。 自由鋳造により得られた鋳物の一例を示す写真である。 その鋳物の金属組織の顕微鏡写真であり、同図（Ａ）はＲ軸垂面に関する金属組織写真であり、同図（Ｂ）はθ軸垂面に関する金属組織写真であり、同図（Ｃ）はＺ軸垂面に関する金属組織写真である。 その自由鋳造により得られた鋳物の他例を示す写真である。 その自由鋳造により得られた鋳物の別例を示す写真である。

１ 自由鋳造装置
１０ 坩堝
１１ 形状付与部材
１３ 冷却ノズル（ノズル）
１４ スタータ（誘起体）
１５ 駆動源
Ｍ 金属溶湯
ＭＳ 保持溶湯
ＭＳａ 根元部
Ｃ１、Ｃ２ 鋳物
Ｌ１ 経路（設定経路）
Ｇ 冷媒

発明の実施形態を挙げて本発明をより詳しく説明する。なお、以下の実施形態を含めて本明細書で説明する内容は、本発明に係る自由鋳造方法や自由鋳造装置のみならず、それにより得られた鋳物にも適宜適用され得る。従って、上述した本発明の構成に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成を付加し得る。この際、鋳造方法に関する構成は、プロダクトバイプロセスとして理解すれば鋳物に関する構成ともなり得る。なお、いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。

《自由鋳造方法》
本発明の自由鋳造方法は主に導出工程と成形工程とからなる。
〈導出工程〉
（１）導出工程は、坩堝等に保持された金属溶湯を所望する鋳物形状に応じて、その供給源の湯面から導出させる工程である。連続的に鋳造を行う場合、この導出工程は成形工程と一連の工程となる。

保持溶湯が導出される導出域は、坩堝等に溜まった金属溶湯の湯面と保持溶湯との境界付近であり、この導出域近傍に保持溶湯の根元部が形成される。

（２）保持溶湯の導出は、鋳物の所望形状に応じた基礎形状を保持溶湯に誘起させる誘起体を導出域にある金属溶湯に接触させ、その誘起体を引き上げる等して行うと好適である。これにより保持溶湯の形態が安定し、ひいては鋳物の形状が安定する。また成形工程で保持溶湯を移動させる際にも、誘起体を介して行うことができるので好都合である。

なお、誘起体の形状は、その基礎形状（円状、環状等）に応じたものである。誘起体の材質は、金属溶湯が付着する限り問わない。誘起体から導出域に向けた指向性凝固を行う場合等は、誘起体は伝熱性（熱伝導性、熱伝達性）に優れる金属体（固体）であると好ましい。この際、誘起体の材質は、金属溶湯と同質である必要はない。

（３）保持溶湯が導出される周囲の雰囲気は問わない。それが大気雰囲気または酸化雰囲気であれば、保持溶湯の外表面に表面膜として酸化膜が生じ得る。それが窒素雰囲気なら表面膜として窒化膜が生じ得る。表面膜を生じない雰囲気であって、金属溶湯の表面に生じる表面張力によって保持溶湯は形成され得る。

〈成形工程〉
（１）成形工程は、所望の鋳物形状に応じて保持溶湯を誘導しつつ、凝固させることにより所望形状の成形体（鋳物）を得る工程である。上述したように、保持溶湯は暫定的な形状を有するものの、そもそも未凝固状態である。このため、導出工程後にたどる経路や印加される外力を調整・制御することにより保持溶湯を所望形状にすることができる。

この際、保持溶湯の根元部は非拘束状態であるので、保持溶湯は多種多様で複雑な形状を容易にとり得る。そして所望形状への保持溶湯の誘導は、その保持溶湯に接触する形状付与部材（例えば、ヘラ、ガイド、ローラ等の治具）を介して行ったり、流量や圧力が制御された流体（ガス）の吹き付けによる流体圧の印加等により行うことができる。このようにすれば保持溶湯へ多種多様な複雑形状を付与でき、最終的に任意形状の鋳物を得ることが可能となる。なお、保持溶湯の所望形状への誘導は、保持溶湯の外周面側からのみならず、保持溶湯の内周面側から行ってもよい。さらには保持溶湯の内外両面側から誘導することにより、保持溶湯の形状のみならず厚み等の調整や制御も容易となる。

保持溶湯への形状付与を通じた成形により、従来の鋳型を用いた鋳造では成形困難であった形状（例えばアンダーカット形状）を有する鋳物も容易に得ることができる。またこれにより、次に述べる設定経路に沿った保持溶湯の移動制御のみでは成形困難な形状の鋳物も容易に鋳造可能となる。

保持溶湯の誘導する経路は、少なくとも上昇成分を有する上昇経路であると好ましい。保持溶湯を引き上げる工程（引上工程）の方が保持溶湯の誘導制御が容易だからである。その設定経路は、鉛直上方向への直線上でも曲線状でも螺旋状でもよい。また設定経路は、規則的経路でも不規則経路でもよい。

（２）保持溶湯の冷却は、前述の誘起体あるいは既凝固部を介した指向性凝固による他、保持溶湯または凝固界面近傍の成形体へ、それらの内外周表面から各種の冷媒を吹きつけて行う冷却凝固でもよい。冷媒の保持溶湯への吹きつけは、保持溶湯への形状付与と兼用でもよい。冷媒は空気、窒素ガス、不活性ガスなどの気体でもよいし、水などの液体でもよい。冷媒に液体を用いる場合、気化熱を有効した素速い冷却が可能となる。特に、その液体を保持溶湯の凝固熱量に応じて噴霧すれば、冷媒である液体を湯面等へ垂らすこともなく、冷媒の回収も容易となる。

なお、このような冷媒の吹き付けは、保持溶湯の外周囲または内周側にノズルを設けることにより容易に行える。ノズルの配置や数は、所望する鋳物形状や凝固組織等に応じて、適宜選択される。例えば、複数または環状のノズルを保持溶湯の外周囲に配置すると、全体が均一に冷却され、凝固組織の整った鋳物を得ることができる。

〈金属溶湯〉
金属溶湯の種類は問わない。金属は鉄、アルミニウム、マグネシウム、チタン等やそれぞれの合金のいずれでもよい。本明細書でいう「溶湯」は、全体が液相である場合に限らず、固相が混在した固液共存状態のものでもよい。この場合、固相は液相と同材質でなくてもよく、金属溶湯は種々の複合材であってもよい。

〈その他〉
本発明に係る鋳物の用途は問わない。最終製品に近い部材でも、その後に加工等がされる（中間）素材であってもよい。もっとも本発明によれば、従来の鋳型を用いた鋳造方法では得ることが困難であった形状や凝固組織の鋳物も容易に、低コストで得ることができる。従って本発明に係る鋳物は、これまで鋳物が用いられてこなかった分野の製品にも広く利用され得る。

実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
《実施例１》
〈自由鋳造装置〉
（１）自由鋳造装置１の概念図を図１に、その部分拡大図を図２に示した。自由鋳造装置１は、金属溶湯Ｍを保持する坩堝１０と、坩堝１０内の金属溶湯Ｍの湯面から僅か上方に配置された内形付与部材１１１および外形付与部材１１２（両者を合わせて単に「形状付与部材１１」という。）と、この形状付与部材１１の上方に設置され略環状に冷媒Ｇを吹き出す複数の冷却ノズル１３と、環状断面を有する金属製のスタータ１４（誘起体）と、スタータ１４を引き上げる駆動源１５とを備える。

この駆動源１５は、スタータ１４の引き上げ速度（上昇速度）のみならず、スタータ１４の引き上げ方向（移動方向）も制御可能である。つまり、スタータ１４を任意に設定した上昇経路（設定経路）に沿って移動させ得る。冷却ノズル１３から吹き付ける冷媒Ｇ（本実施例では空気）の吹き付け圧や吹き付け量は、別途設けた制御装置（図略）により任意に制御可能である。

（２）
金属溶湯Ｍが坩堝１０の導出域Ｐからスタータ１４に誘導されて引き上げられると（引上工程）、その金属溶湯Ｍの内周側および外周側の各外表面にはそれぞれ、環状の薄い表面膜Ｆ（酸化膜）が生じる。これら表面膜Ｆ（または金属溶湯Ｍの表面張力）によって、円（錐）環状に保持されて導出された保持溶湯ＭＳが形成される。

保持溶湯ＭＳは、表面膜Ｆにより保持されているため、坩堝１０内の金属溶湯Ｍの湯面から高さｈあたりまで延びる。その高さｈあたりが液相から固相に変化する凝固界面Ｂとなる。この凝固界面Ｂより上方で、保持溶湯ＭＳの凝固が生じて、所望する形状（例えば円環状）の鋳物Ｃ１（成形体）となる。なお、スタータ１４からの抜熱および冷却ノズル１３から吹き付けされた冷媒Ｇによる冷却される鋳物Ｃ１の凝固方向は、スタータ１４から導出域Ｐに向かう一方向となっている。つまり鋳物Ｃ１は、鋳物Ｃ１の延在方向に形成された指向性凝固組織を有することになる。

ところで、金属溶湯の導出域Ｐの近傍に形成される保持溶湯ＭＳの環状の根元部ＭＳａは非拘束状態にある。保持溶湯ＭＳの接触する形状付与部材１１をそれぞれ左右方向へ自在に動かすと、根元部ＭＳａは形状付与部材１１の挙動に追従してその形状を自由に変化させ得る。この結果、保持溶湯ＭＳは何ら拘束されることなく、形状付与部材１１によって複雑な形状へ容易に変化し得る。

〈自由鋳造〉
（１）上記の自由鋳造装置１を用いて実際に鋳造した例を次に示す。
金属溶湯Ｍの金属原料には、凝固割れ等が生じ易く一般的に鋳造困難とされている展伸用アルミニウム（Ａｌ）合金（ＪＩＳ Ａ６０６３）を用いた。これを溶解して坩堝１０内に入れ、その保持温度は６８０℃とした。

この金属溶湯Ｍの湯面に浮揚させた内形付与部材１１１はφ４０ｍｍ×厚さ３ｍｍの断熱円板状とした。外形付与部材１１２は内径φ６０ｍｍ×外径φ１００ｍｍ×厚さ３ｍｍの断熱リング状とした。導出域Ｐは、それら形状付与部材１１によって形成され、隙間１０ｍｍ（内径φ４０ｍｍ×外径φ６０ｍｍ）の環状である。

スタータ１４は、内径φ４４ｍｍ×外径φ５６ｍｍ×高さ１００ｍｍの鋼製円筒状とした。冷却ノズル１３は、形状付与部材１１の上方に、８本均等に環状配置した。各冷却ノズル１３からは、約３０℃の空気を２００Ｌ／ｍｉｎを吹き付けさせた。

（２）導出域Ｐ内の金属溶湯Ｍの湯面にスタータ１４を接触させた。スタータ１４の下端側で金属溶湯Ｍの凝固が開始されたらすぐに、８本の冷却ノズル１３から空気を吹き付けさせつつ、４０ｍｍ／ｍｉｎの上昇速度で直線状の経路Ｌ１（設定経路）に沿ってスタータ１４を引き上げた。これにより表面膜Ｆ（酸化膜）で保持された保持溶湯ＭＳが導出されると共に（導出工程、引上工程）、凝固界面Ｂから上方で指向性凝固した円筒状の鋳物Ｃ１が成形された（成形工程）。この鋳物Ｃ１の形状は外径φ５５ｍｍ×肉厚５ｍｍであった。

この成形途中から形状付与部材１１を稼働させた。つまり、保持溶湯ＭＳの根元部ＭＳａを拡径方向へ、内形付与部材１１１および外形付与部材１１２を移動させた。これにより、最大外径８０ｍｍ×最小外径５５ｍｍ×肉厚４ｍｍの楕円断面をもつ筒状の鋳物Ｃ２が成形された。この鋳物Ｃ１および鋳物Ｃ２（両者を併せて単に「鋳物Ｃ」という。）の写真を図３に示す。得られた鋳物Ｃは、ひけ巣や凝固割れ等の鋳造欠陥がなく、綺麗な鋳肌を有していた。

（３）鋳物Ｃ１の金属組織を観察した顕微鏡写真を図４に示す。図４（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、半径方向に垂直な面（Ｒ軸垂面）、周方向に垂直な面（θ軸垂面）および延在方向に垂直な面（Ｚ軸垂面）の金属組織写真である。これらの写真からも、鋳物Ｃ１が良好な指向性凝固組織を有してることがわかる。なお写真中、白色部は初晶のα相（ＦＣＣ構造のＡｌ）が引上方向に成長した柱状晶であり、黒色部は柱状晶の成長後に最終的に晶出したＭｇ２Ｓｉ相である。

《実施例２》
〈自由鋳造方法〉
自由鋳造装置１を用いて鋳造した別の鋳物の写真を図５および図６に示す。図５に示した鋳物Ｃ３は、スタータ１４の左右への水平移動速度とスタータ１４の上昇速度とを１：１とし、鉛直方向から約４５°傾斜したジグザグ状の経路（設定経路）に沿って、保持溶湯ＭＳを誘導して成形したものである。この鋳物Ｃ３も、指向性凝固組織を有しており、ひけ巣や凝固割れ等の鋳造欠陥がなく、綺麗な鋳肌を有していた。

図６に示した鋳物Ｃ４は、スタータ１４の移動経路（保持溶湯ＭＳの誘導経路）を上述のジグザグ状から螺旋状の経路（設定経路）に変更して、保持溶湯ＭＳを成形した場合である。具体的には、先ず導出域Ｐにある金属溶湯Ｍにスタータ１４を接触させた後、そのスタータ１４を上昇速度：８４ｍｍ／ｍｉｎでわずかに持ち上げる（導出工程、引上工程）。その後、その上昇速度を維持しつつ、スタータ１４を半径１０ｍｍ（φ２０ｍｍ）の円周上に沿って周方向速度２８ｍｍ／ｍｉｎで移動させた。こうして得られた鋳物Ｃ４も、指向性凝固組織を有しており、ひけ巣や凝固割れ等の鋳造欠陥がなく、綺麗な鋳肌を有していた。

図５や図６などに示した鋳物を成形する際に、上述した形状付与部材を用いることにより、より一層複雑な形状の鋳物も効率的に、かつ高品質を確保しつつ得ることが可能となる。

Claims (8)

1. 外表面に生じる表面膜または表面張力によって暫定的に保持された金属溶湯からなる保持溶湯を該金属溶湯の供給源の湯面から導出させる導出工程と、
   所望する鋳物形状に応じて設定される設定経路に導出された該保持溶湯を凝固させて成形体を得る成形工程と、を備える鋳型に依らない鋳造が可能な自由鋳造方法であって、
   前記成形工程は、前記金属溶湯の供給源の湯面近傍で非拘束状態にある前記保持溶湯の根元部と該保持溶湯から前記成形体に至る境界である凝固界面との間で、該保持溶湯に外力を印加して形状を付与した後に該保持溶湯を凝固させる工程であることを特徴とする自由鋳造方法。
2. 前記導出工程は、前記鋳物の基礎形状を誘導する固体からなる誘起体を前記金属溶湯の湯面に接触させる工程を含む請求項１に記載の自由鋳造方法。
3. 前記成形工程は、前記設定経路が少なくとも上昇成分を有する上昇経路に沿って前記保持溶湯を引き上げる引上工程を備える請求項１または２に記載の自由鋳造方法。
4. 金属溶湯を溜める坩堝と、
   該坩堝内の金属溶湯の湯面から導出され、外表面に生じる表面膜または表面張力によって暫定的に保持された該金属溶湯からなる保持溶湯に外力を印加して該保持溶湯へ形状を付与する形状付与部材とを備え、
   請求項１に記載の自由鋳造方法に利用できることを特徴とする自由鋳造装置。
5. さらに、所望する鋳物の基礎形状を誘導する固体からなる誘起体を、前記坩堝内の金属溶湯の湯面から該鋳物の形状に応じて設定した設定経路に沿って誘導させる駆動源とを備える請求項４に記載の自由鋳造装置。
6. さらに、前記保持溶湯の外表面または該保持溶湯の凝固した成形体の外表面へ流体を吹き付けるノズルを有する請求項４または５に記載の自由鋳造装置。
7. 請求項１〜３のいずれかに記載の自由鋳造方法により得られることを特徴とする鋳物。
8. 凝固組織が一方向に指向した指向凝固組織を有する請求項７に記載の鋳物。