JP5930993B2 - 鋳造棒・管製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳造棒・管製造方法に関する。

例えば、断面積及び長さが大きいマグネシウム合金は、後工程の鍛造加工及び塑性加工用の素材として用いることができるために需要がある。従来、断面積及び長さが大きいマグネシウム合金の製造方法として、砂型鋳造法（例えば、特許文献１参照）やロストワックス法（例えば、特許文献２参照）などが知られている。また、連続鋳造法もマグネシウム合金の製造方法として用いられている（例えば、特許文献３参照）。

下記特許文献１〜３に記載されているマグネシウム合金の製造方法は、断面積及び長さが大きいマグネシウム合金を製造することが可能となっている。

特開平２−２７４３６６号公報 特開平３−５７５５２号公報 特開平３−１３３５４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の砂型鋳造法及び特許文献２に記載のロストワックス法による鋳造棒の製造方法は、冷却が緩慢であるため、高い加工性を有する鋳造棒を得ることができなかった。また、これらの鋳造方法は、生産性が高いとはいえなかった。

これに対して、特許文献３に記載の連続鋳造法は、急速凝固することができるため、製造される鋳造棒の加工性は良好であるものの、様々な断面形状に対応することが難しいという課題があった。また、溶湯を凝固させながら徐々に引き出して鋳造棒を製造するため、鋳造速度が遅く生産性が低いという課題があった。

本発明は、上述した課題に鑑みて成された新しい発明であり、その目的は、多様な形状に対応可能であり、かつ、生産性が高い鋳造棒・管製造方法を提供することにある。

本発明に係る鋳造棒・管製造方法は、溶解したマグネシウム合金からなる鋳造材料としての溶湯を保持する溶湯炉と、前記溶湯が侵入する溶湯侵入部を有するとともに前記溶湯炉に対して挿入退避可能な中空管と、負圧を生成する減圧装置と、前記中空管と前記減圧装置との間を接続する接続部材と、前記接続部材に配設された開閉自在な弁部材と、を備える鋳造棒・管製造装置を用いてマグネシウム合金からなる鋳造棒・管を製造する鋳造棒・管製造方法であって、前記弁部材を閉鎖状態にして前記減圧装置により前記弁部材から前記減圧装置側を減圧し、前記中空管の開口部を前記溶湯炉に保持された溶湯に挿入するとともに前記弁部材を開放状態にすることで、前記溶湯侵入部が減圧されて前記溶湯侵入部内に溶湯が侵入し、侵入した溶湯によって前記溶湯侵入部に溶湯が充填され、当該充填された溶湯が固化することにより当該固化した部分の形状がマグネシウム合金からなる鋳造棒・管とされ、また、前記中空管が有する前記溶湯侵入部内への溶湯の侵入が始まるときに開始される前記中空管を冷却する冷却工程と、前記中空管が有する前記溶湯侵入部内に溶湯が侵入し、侵入した溶湯によって前記溶湯侵入部に溶湯が充填され、当該充填された溶湯の凝固が完了するまでの間、前記中空管に振動を加える振動工程と、前記中空管を加熱する加熱工程と、を有し、前記振動工程は、外部から物理的な振動を加える加振形式、超音波により振動を加える形式、又は誘導電流を用いて振動を加える形式のいずれか１つの形式によって実行され、前記加熱工程によって前記中空管の開口部近傍を加熱したあとに、前記中空管の開口部が前記溶湯炉に保持された溶湯に挿入され、製造されたマグネシウム合金からなる鋳造棒・管の内部組織が球状化した組織となるとともに、製造されたマグネシウム合金からなる鋳造棒・管の外形に引き目又は節目が形成されず、さらに、製造されたマグネシウム合金からなる鋳造棒・管に対して据え込み加工を行うことで、据え込み加工前と据え込み加工後との高さを比較した「変形能」、すなわち、「（加工前の高さ−加工後の高さ）／（加工前の高さ）×１００」（％）で示される値を求めたときに、前記製造されたマグネシウム合金からなる鋳造棒・管の「変形能」が７０％以上となることを特徴とするものである。

また、本発明に係る別の鋳造棒・管製造方法は、溶解したマグネシウム合金からなる鋳造材料としての溶湯を保持する溶湯炉と、前記溶湯が侵入する溶湯侵入部を有するとともに前記溶湯炉に対して挿入退避可能な中空管と、負圧を生成する減圧装置と、前記中空管と前記減圧装置との間を接続する接続部材と、前記接続部材に配設された開閉自在な弁部材と、を備える鋳造棒・管製造装置を用いてマグネシウム合金からなる鋳造棒・管を製造する鋳造棒・管製造方法であって、前記弁部材を閉鎖状態にして前記減圧装置により前記弁部材から前記減圧装置側を減圧し、前記中空管の開口部を前記溶湯炉に保持された溶湯に挿入するとともに前記弁部材を開放状態にすることで、前記溶湯侵入部が減圧されて前記溶湯侵入部内に溶湯が侵入し、侵入した溶湯によって前記溶湯侵入部に溶湯が充填され、当該充填された溶湯が固化することにより当該固化した部分の形状がマグネシウム合金からなる鋳造棒・管とされ、また、前記中空管が有する前記溶湯侵入部内への溶湯の侵入が始まるときに開始される前記中空管を冷却する冷却工程と、前記中空管が有する前記溶湯侵入部内に溶湯が侵入し、侵入した溶湯によって前記溶湯侵入部に溶湯が充填され、当該充填された溶湯の凝固が完了するまでの間、前記中空管に振動を加える振動工程と、前記中空管を加熱する加熱工程と、を有し、前記振動工程は、外部から物理的な振動を加える加振形式、超音波により振動を加える形式、又は誘導電流を用いて振動を加える形式のいずれか１つの形式によって実行され、前記加熱工程によって前記中空管の開口部近傍を加熱したあとに、前記中空管の開口部が前記溶湯炉に保持された溶湯に挿入され、製造されたマグネシウム合金からなる鋳造棒・管の内部組織が球状化した組織となるとともに、製造されたマグネシウム合金からなる鋳造棒・管の外形に引き目又は節目が形成されず、さらに、製造されたマグネシウム合金からなる鋳造棒・管に対して据え込み加工を行うことで、据え込み加工前と据え込み加工後との高さを比較した「変形能」、すなわち、「（加工前の高さ−加工後の高さ）／（加工前の高さ）×１００」（％）で示される値を求めたときに、前記製造されたマグネシウム合金からなる鋳造棒・管の「変形能」が７０％以上、８２％以下となることを特徴とするものである。

本発明によれば、様々な断面形状を有する長尺な鋳造棒・管を低コストで品質良く製造することができる鋳造棒・管製造方法を提供することができるようになるとともに、高い生産性を有する鋳造棒・管製造方法を提供することができるようになる。

また、本発明によれば、鋳造時に、溶湯が外気や冷却水に触れないため、溶湯の酸化防止や製造作業の安全性を確保することができるようになる。

またさらに、本発明によれば、固相率５０％以上で鋳造可能であるため、冷却に必要なエネルギーが少なくて済む。

さらには、本発明によれば、溶湯が空気に触れることなく鋳造可能であるため、品質劣化を防止できるようになる。

第一の実施形態に係る鋳造棒・管製造装置の構成例を示す図である。 第一の実施形態に係る中空管を長手方向に切断したときの断面を示す断面図である。 第二の実施形態に係る鋳造棒・管製造装置の構成例を示す図である。 鋳造した鋳造棒の組織を示す写真図である。 第一及び第二の実施形態に係る中空管の変形例を示す図である。 第一及び第二の実施形態に係る鋳造棒・管製造装置の変形例を示す図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図を用いて説明する。なお、以下の実施形態及び実施例は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態及び実施例の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

［第一の実施形態］
図１は、第一の実施形態に係る鋳造棒・管製造装置の構成例を示す図である。

図１にて示すように、第一の実施形態に係る鋳造棒・管製造装置１００は、溶湯炉１０と、中空管２０と、減圧装置３０と、接続部材４０と、弁部材５０と、冷却装置６０と、加熱装置７０と、振動装置８０とを含む。

溶湯炉１０は、溶解した鋳造材料を溶湯として保持するるつぼである。

鋳造材料は、軽金属材料を主成分として構成される。軽金属材料は、一般的に比重が４．０以下の金属材料のことをいう。すなわち、第一の実施形態に係る軽金属材料には、マグネシウムやアルミニウムなどが含まれる。なお、第一の実施形態に係る軽金属材料に対しては、カルシウムや、亜鉛などを添加物として添加することとしてもよい。また、マグネシウム合金を製造する場合において、減圧下での突沸を防ぐために、鋳造材料は、難燃性のマグネシウム合金（例えば、マグネシウムに対してアルミニウムを６％と、亜鉛１％と、カルシウム２％とを添加した合金）を用いることが好ましい。また、鋳造材料は、例えば、「Ｍｇ＋Ｃａ０．５％」、「Ｍｇ＋Ｚｎ１％＋Ｃａ０．５％」、「Ｍｇ＋Ｚｎ８％＋Ｃａ１％」、「Ｍｇ＋Ｚｎ１０％＋Ｃａ１％」などのマグネシウム合金を用いることも可能である。

中空管２０は、溶湯炉１０に対して挿入退避可能に構成され、「鋳型」の役割を担う。また、中空管２０は、接続部材４０に接続される吸入口部２１と、中空状に形成される溶湯侵入部２３と、溶湯に挿入される開口部２５とを含む。本例の開口部２５は、中空管２０の下端に１つ形成されているが、複数形成されていてもよく、かつ、下端以外の位置に形成されていてもよい。

図２は、中空管を長手方向に切断したときの断面を示す断面図である。中空管２０は、図２にて示すように、溶湯侵入部２３の外側にさらに１層の冷却層２４を形成する２重管構造となっている。冷却層２４は、後述の冷却装置６０から排出される冷却水等の冷却媒体の通路となっている。なお、冷却層２４は、中空管２０の周面に沿って螺旋状に形成されていてもよく、さらに言えば、中空管２０の高さ位置に応じて螺旋の密集割合を変えて形成されていてもよい。

中空管２０は、長尺円柱形状にて形成されたパイプ部材であり、その素材は、例えば鉄系材料などが用いられる。また、外径と内径との差から生じる厚み（以下、厚み）は、鋳造材料や、製造目的などに応じて適宜選択される。すなわち、中空管２０は、鋳型のように高価であり変更の効きにくいものではないため、多様な厚みを有する中空管の中から鋳造棒・管の製造に用いる中空管２０を選択することができる。鋳造棒・管の製造に用いる中空管２０の厚みが変わることに応じて、溶湯の冷却速度が変わるため、製造される鋳造棒・管の品質が変わる。つまり、鋳造材料や、製造目的などに応じて多様な性質の鋳造棒・管を製造することが可能となる。

吸入口部２１は、中空管２０の長手方向の一端側の位置に形成され、接続部材４０と接続可能に構成される。そして、吸入口部２１からは、真空ポンプ３５により生成した負圧状態を利用して溶湯侵入部２３の気体が吸引されることで、溶湯侵入部２３を負圧にすることを可能としている。

溶湯侵入部２３は、溶湯が侵入し、侵入した溶湯が固化することにより鋳造棒・管が形成される部分である。

開口部２５は、中空管２０の長手方向一端側であり、かつ、吸入口部２１の形成位置と反対の位置に形成される。そして、開口部２５は、溶湯炉１０の溶湯に挿入され、溶湯を溶湯侵入部２３に侵入させる侵入口として機能する。

開口部２５は、溶湯の中空管２０の中心への侵入を防ぐために、突起（不図示）を設ける構成としてもよい。このような構成によれば、中心部分がくり抜かれた状態で溶湯が固化することとなるため、管状の鋳造管を製造することができるようになる。同様の効果を得るために、開口部２５の中央部からガスを投入する構成としてもよい。

減圧装置３０は、溶湯侵入部２３を減圧するための装置群であり、真空チャンバー３１と、真空ポンプ３５とを含んで構成される。減圧装置３０は、鋳造材料や製造目的、中空管２０の内径などの各種条件に応じて、圧力を調整可能に構成される。

真空チャンバー３１は、吸引部３２と抜気口３３とを備え、負圧状態の密閉空間を安定的に維持するための容器である。また、真空チャンバー３１は圧力計３４を備える。

吸引部３２は、真空ポンプ３５にて生成した負圧状態に基づく吸引力を溶湯侵入部２３に伝達するために、接続部材４０を介して吸入口部２１と接続される。

抜気口３３は、負圧状態を生成するために真空ポンプ３５の吸気口３６と接続される。

圧力計３４は、真空ポンプ３５の稼働により変化する真空チャンバー３１内部の圧力を計測可能にする。

真空ポンプ３５は、吸気口３６やポンプ（不図示）などを備え、ポンプの吸気作用により真空チャンバー３１内の気体を吸気口３６から吸気する。なお、本例では、特に図示していないが、真空ポンプ３５は、その構造上において、排気の必要がある場合には、排気口を備える。

接続部材４０は、中空管２０の吸入口部２１と、真空チャンバー３１の吸引部３２とを接続し、吸入口部２１及び吸引部３２間の空気を挿通可能に構成される。

接続部材４０は、柔軟性が高く、中空状に形成され、中空状の内部を負圧にした場合であっても破損等の不具合が生じない材質のものを用いる。したがって、接続部材４０は、例えばシリコン製のチューブなどを用いる。

弁部材５０は、接続部材４０に配設され、開閉自在に構成される。弁部材５０が開放状態であるときは、溶湯侵入部２３の気体と真空チャンバー３１の気体とが、通流している状態となる。一方で、弁部材５０が閉鎖状態であるときには、溶湯侵入部２３の気体と真空チャンバー３１の気体とが、通流していない状態となる。すなわち、弁部材５０が閉鎖状態であるときは、弁部材５０と真空チャンバー３１との間でのみ、気体が通流していることとなる。

冷却装置６０は、中空管２０を外部から冷却するように配設される。具体的には、冷却装置６０は、２重管構造の中空管２０の間の冷却層２４に対して、下部から冷却水を注入する。注入された冷却水は、中空管２０の上部まで流れる。中空管２０の上部まで流れた冷却水は、冷却され再度下部より注入される。このような構成によれば、中空管２０においてより温度の高い溶湯炉１０の近傍の個所（すなわち、冷却装置６０の下部側）の冷却効果を最も高めることができるので、中空管２０の全長で均一な冷却を実施することが可能となる。すなわち、侵入する溶湯の高さ位置に応じた温度のブレを是正することができるようになるため、製造される鋳造棒・管の質を均一なものとすることができるようになる。また、冷却装置６０による冷却効果を中空管２０の内径に応じて制御することで、固化した鋳造棒・管の各種性質（例えば、変形抵抗や、切削抵抗など）が調整可能となる。

冷却装置６０は、さらに、冷却水の注入速度や、注入する冷却水の水温を調整自在に構成される。このような構成によれば、冷却状況を変化させることができるようになるため、中空管２０の全長で均一な冷却を行うだけでなく、鋳造した鋳造棒・管における同一断面にて、急冷却部と緩冷却部とを意図的に作成可能となる。

冷却装置６０は、冷却層２４に対して冷却水を注入する構成としているが、冷却層２４を用いることなく、直接中空管２０に冷却管（不図示）を巻付けて、冷却管に対して冷却水を注入する構成をしてもよい。さらに、本例の冷却装置６０は、冷却水を冷却媒体として用いているが、気体を冷却媒体として用いる構成としてもよい。具体的には、アルゴンガス等の希ガスを下部から循環させる構成としてもよい。またさらに、冷却装置６０は、中空管に直接形成したフィンとする構成としてもよい。フィンによる表面積の増加により、冷却効果が生じることとなる。

加熱装置７０は、中空管２０の開口部２５を溶湯に挿入するときに、開口部２５の近傍を加熱するように構成される。加熱装置７０は、例えば、バーナーなどを用いる。このような構成によれば、挿入時の大きな温度差による中空管の破損、及び急速に固化することによる詰まりを防ぐことが可能となる。したがって、鋳造棒・管製造時の不具合を低減することが可能となる。

振動装置８０は、中空管２０に直接配設され、溶湯を溶湯侵入部２３に侵入させて、凝固が完了するまで、中空管２０全体に振動を加えるように構成される。なお、振動装置８０は、例えば、超音波により振動を加える構成などとしてもよい。

以上、第一の実施形態に係る鋳造棒・管製造装置１００の構成例を説明した。

次に、第一の実施形態に係る鋳造棒・管製造装置１００の動作例について説明する。ここでは、弁部材５０が開放状態となっており、減圧装置３０が稼働していない状態から説明を始める。

まず、弁部材５０を閉鎖状態に移行する。弁部材５０が閉鎖状態に移行することにより、溶湯侵入部２３及び真空チャンバー３１間は、空気が通流していない状態となる。したがって、弁部材５０及び真空チャンバー３１間は、密閉された状態となる。

弁部材５０が閉鎖状態に移行したあとに、真空ポンプ３５を稼働する。真空ポンプ３５が稼働することにより、弁部材５０及び真空チャンバー３１間における密閉空間の圧力は低下する。

真空ポンプ３５が稼働して、圧力計３４が示す密閉空間内の圧力が所定の圧力になったときに、真空ポンプ３５は稼働を停止する。このときの所定の圧力は、中空管２０の外径、厚さ、及び長さに応じて適宜変更可能である。なお、製造される鋳造棒・管の長さは圧力によって決定されることとなるので、短い鋳造棒・管を製造したいときには、例えば、圧力が大気圧（０．８気圧程度）に近い場合であっても製造可能である。一方、長い鋳造棒・管を製造したいときには、例えば、圧力を真空に近づけることにより所望の鋳造棒・管を製造することができる。

真空ポンプ３５の稼働が停止すると、続いて、加熱装置７０による中空管２０の開口部２５近傍の加熱が実施される。

開口部２５の近傍が所定時間加熱されると、開口部２５が溶湯に挿入される。このとき、中空管２０の開口部２５側が溶湯に浸漬する範囲は、加熱装置７０によって加熱した部分までであることが望ましい。

開口部２５が溶湯に挿入された後に、弁部材５０を閉鎖状態から開放状態に移行する。

弁部材５０が開放状態に移行すると、弁部材５０を境界とした中空管２０の溶湯侵入部２３側と真空チャンバー３１側との圧力差により、中空管２０の溶湯侵入部２３の気体は、吸入口部２１へと吸い込まれる。中空管２０の溶湯侵入部２３の気体が吸入口部２１へと吸い込まれることに伴い、溶湯が開口部２５から溶湯侵入部２３へと一気に侵入していく。このように、圧力差を用いて吸入する構成としているので、鋳造棒・管製造の過程にて、減圧状態で溶湯を固化させることができるため、製造する鋳造棒・管の品質を向上させることが可能である。さらに、固相率５０％以上の温度で鋳造可能であるため、冷却に必要なエネルギーが少なくて済む。またさらに、減圧状態で溶湯を固化させることは、鋳造された金属材料の内部組織の改善につながることとなる。

溶湯の溶湯侵入部２３への侵入が始まると、冷却装置６０は、中空管２０の冷却層２４に対して冷却水を排出する。中空管２０に対して冷却水を排出することにより、中空管２０の高さ位置に対応する冷却速度を実現することができるようになる。すなわち、侵入する溶湯の高さ位置に応じた温度のブレを是正することができるようになるため、製造する鋳造棒・管の質を均一なものとすることが可能となる。

さらに、振動装置８０を稼働させることで、中空管２０に対する振動の付与が実施される。中空管２０に振動を加えることにより、溶湯が撹拌されることから、鋳造材料を均一に混合させた状態にて、溶湯侵入部２３内の溶湯を固化させることが可能となる。なお、溶湯が溶湯侵入部２３内で完全に固化する前に振動装置８０の稼働を停止することとしてもよいが、溶湯が溶湯侵入部２３内にて完全に固化するまで継続的に振動装置８０を振動させることが好ましい。溶湯が溶湯侵入部２３内にて固化するまで継続的に振動させることにより、溶湯侵入部２３内に侵入する材料との界面の濡れ性が向上し、型離れが良好になる。

その後、溶湯侵入部２３に侵入する溶湯は、温度低下により固化する。したがって、溶湯は所定の高さで詰まることとなり、その高さより上方に向けて侵入することはなくなる。このとき、溶湯の吸引は、溶湯が凝固するまで継続されることが好ましい。溶湯が凝固するまで溶湯の吸引を継続すると、凝固するときに溶湯中の空気が吸引されることとなり、脱ガス効果が生じる。そのため、凝固した材料において巣などの内部欠陥の発生を好適に防止することができ、より品質の高い鋳造棒・管を得ることができるようになる。

なお、上述したように、製造される鋳造棒・管の長さは減圧圧力によって決定される。したがって、製造される鋳造棒・管の長さは、金属材料の比重に基づいて決定される長さまで吸引可能である。このことから、金属材料の比重に基づき決定される長さよりも短い長さの鋳造棒・管を製造したいときには、中空管２０に対して溶湯の供給を停止する手段を設けることで、所望の長さの金属材料を製造することが可能となる。ただし、このような場合であっても、溶湯の吸引は溶湯が凝固するまで継続されることが好ましく、溶湯の吸引の継続によって、内部欠陥の発生を好適に防止することが可能となる。

溶湯の吸引が停止したことに応じて、中空管２０が溶湯から退避する。そして、侵入した溶湯は、温度の低下により内部まで完全に固化する。このようにして、鋳造棒・管は製造される。なお、溶湯侵入部２３内で固化した鋳造棒・管は、その後の冷却の進行によって、溶湯侵入部２３の内径よりも僅かに収縮するので、製造された鋳造棒・管は、中空管２０内から問題なく取り出すことが可能となっている。

以上のように、第一の実施形態では、溶解した鋳造材料を保持する溶湯炉１０と、溶湯が侵入する溶湯侵入部２３を有し、溶湯炉１０に対して挿入退避可能な中空管２０と、圧力を下げる減圧装置３０と、中空管２０と減圧装置３０との間を接続する接続部材４０と、接続部材４０に配設された開閉自在な弁部材５０と、を備え、弁部材５０を閉鎖状態にして減圧装置３０により弁部材５０から減圧装置側３０を減圧し、中空管２０の開口部２５を溶湯炉１０に挿入するとともに弁部材５０を開放状態にすることで、溶湯侵入部２３が減圧されて溶湯侵入部２３内に溶湯が侵入し、侵入した溶湯を溶湯侵入部２３にて固化させることにより長尺状の部材を製造する構成が採用されている。したがって、コストを抑え、簡便に、かつ短時間で鋳造棒・管を製造することが可能になる。

特に、第一の実施形態では、溶湯を管内に侵入させ、溶湯を管内で固化させる構成としているため、溶湯が外気に触れることなく鋳造棒・管を製造可能である。したがって、溶湯の酸化が防止可能となり、かつ、鋳造棒・管の製造時における安全性が確保可能となる。

さらに、第一の実施形態では、圧力差を用いて一気に溶湯を引くことにより鋳造棒・管を製造するため、固相率が５０％以上の材料を用いた場合であっても、質の高い鋳造棒・管が製造できるとともに、短時間で鋳造棒・管が製造できることとなる。したがって、低コストで生産性が高い鋳造棒・管製造装置を提供することができるようになる。

さらに、第一の実施形態では、溶湯侵入部２３は、一体的に略円柱状の空間となっており、その空間内に溶湯が侵入し凝固する構成としている。そのため、ＤＣ鋳造（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｈｉｌｌ Ｃａｓｔｉｎｇ）などの従来の連続的かつ断続的な鋳造方法で鋳造した金属材料の材料表面に形成される引き目又は節目（ここで、「引き目又は節目」とは、従来のＤＣ鋳造で鋳造される金属材料の材料表面に対して不可避的に形成される鋳型マークのことである。）は、第一の実施形態により鋳造した金属材料に対しては形成されない。つまり、略全長に亘り外周面に凹凸が形成されていない金属材料を製造することができるようになるため、型離れを良好にすることができるようになるだけでなく、特別な加工を必要とせずに整った外形を有する鋳造棒・管を製造できる。したがって、鋳造棒・管の生産効率が飛躍的に向上することとなる。

またさらに、第一の実施形態では、固相率５０％以上で鋳造可能であるため、冷却に必要なエネルギーが少なくて済むという利点を有する。

以上、第一の実施形態に係る鋳造棒・管製造装置１００について説明した。次に、本発明に係る鋳造棒・管製造装置が取り得る他の形態例について、図３を用いて説明を行う。なお、以下で説明する実施形態例について、上述した第一の実施形態に係る鋳造棒・管製造装置１００と同一又は類似する構成については、同一符号を付して説明を省略する場合がある。

［第二の実施形態］
図３は、第二の実施形態に係る鋳造棒・管製造装置２００の構成例を示す図である。図３にて示すように、中空管１２０は、吸入口部１２１と、鋳造棒・管形成部１２２と、給湯管部１２６とに分割構成される。

吸入口部１２１は、接続部材４０及び鋳造棒・管形成部１２２と接続される傘状の部材である。吸入口部１２１は、上下に稼働する構成としており、下降時に鋳造棒・管形成部１２２と接続する構成としている。なお、鋳造棒・管形成部１２２との接続は、主に、鋳造棒・管形成部１２２の溶湯侵入部１２３に溶湯を侵入させるときに行われる。

鋳造棒・管形成部１２２は、中空状に形成された溶湯侵入部１２３を含み、溶湯侵入部１２３の外側にさらに１層の冷却層１２４を形成する２重管として構成される。そして、鋳造棒・管形成部１２２は、第一の実施形態と異なり、両端が開口部（１２５ａ，１２５ｂ）となる。両端の開口部（１２５ａ，１２５ｂ）は、一端側を吸入口部１２１と接続し、他端側を給湯管部１２６の表出部１２８と接続する。

給湯管部１２６は、浸湯部１２７と表出部１２８とを含み、浸湯部１２７を溶湯内の中層まで浸した状態で配設される。このような構成によれば、溶湯の混合状態が良好な位置から、溶湯を溶湯侵入部１２３に侵入させることが可能となる。

浸湯部１２７は、一部又は全体を溶湯に浸した状態で配設され、管状に構成される。そして、浸湯部１２７は、上端側を表出部１２８と接続するように構成される。

表出部１２８は、溶湯炉１０から一部又は全体を外側に表出した状態で配設され、逆傘状に構成される。そして、表出部１２８は、下端側を浸湯部１２７と接続するように構成される。

次に、第二の実施形態に係る鋳造棒・管製造装置２００の動作例について説明する。ここでは、弁部材５０及び真空チャンバー３１間の減圧処理が終了している状態から説明する。

まず、吸入口部１２１が、覆い被さるようにして鋳造棒・管形成部１２２の上端の開口部１２５ａ（又は１２５ｂ）と接続される。このとき、吸入口部１２１と鋳造棒・管形成部１２２とは、空気が漏れないようにしっかりと接続される。

吸入口部１２１と開口部１２５ａとの接続を終えると、さらに、鋳造棒・管形成部１２２が下降することにより、開口部１２５ｂ（又は１２５ａ）と表出部１２８とが接続される。

吸入口部１２１と鋳造棒・管形成部１２２、及び鋳造棒・管形成部１２２と給湯管部１２６のそれぞれの中空状の部分が一体的につながったことに応じて、弁部材５０が開放状態に移行される。

弁部材５０が開放状態に移行したことに応じて、溶湯は溶湯侵入部１２３内に一気に侵入する。

その後、溶湯が温度低下に応じて固化し、中空管１２０の接続を切り離し、鋳造棒・管形成部１２２を退避させて、溶湯侵入部１２３に侵入した溶湯の固化を待ち、固化したものを取り出すことにより、鋳造棒・管が完成する。

以上のように、第二の実施形態に係る鋳造棒・管製造装置２００において、中空管１２０は、接続部材４０と接続される吸入口部１２１と、鋳造棒・管を形成する鋳造棒・管形成部１２２と、溶湯に浸る浸湯部１２７及び溶湯炉１０の外側に表出する表出部１２８を有する給湯管部１２６と、に分割構成され、鋳造棒・管形成部１２２を給湯管部１２６の表出部１２８に接続するとともに、吸入口部１２１を鋳造棒・管形成部１２２に接続することで、溶湯炉１０内の溶湯を鋳造棒・管形成部１２２に侵入させる構成としている。したがって、鋳造棒・管形成部１２２が直接溶湯に触れなくなるため、吸い込んだ溶湯を冷却固化させたときに、高温部分と低温部分との温度差を抑えることができるようになる。よって、質が均一な鋳造棒・管を製造することができるようになる。また、上述した第一の実施形態の場合に比べて、鋳造棒・管形成部１２２の劣化を抑えることができるので、製造コストの削減効果や装置の長寿命化を図ることが可能となる。

［実施例］
本発明者らは、上述した装置によって製造された鋳造棒の品質を確認するために、鋳造した鋳造棒の組織を観察した。図４は、鋳造した鋳造棒の組織を示す写真図である。図４にて示すように、鋳造した鋳造棒のマクロ組織及び中央部の組織は、下端側、中腹側、及び上端側のいずれの位置においても良好に形成されていることがわかる。特に、内部組織（中央部の組織）は、柱状晶としてではなく球状化した組織として形成される。そのため、加工性及び加工耐性の良い鋳造棒となっていることが分かる。

次に、本発明方法で鋳造した鋳造棒の加工性を調べるために、本発明者らは、高さを一律２０ｍｍとし、直径を２１ｍｍ、２７ｍｍ、３５．４ｍｍとする複数のサンプルを用いて据え込み加工を行った。そして、発明者らは、据え込み加工前と据え込み加工後との高さを比較して「変形能」を求めた。なお、ここで求めた「変形能」とは、「（加工前の高さ−加工後の高さ）／（加工前の高さ）×１００」（％）で示される値であり、１００％に近ければ近いほど加工性が良いことを示している。以下、その結果を表１に示す。

表１にて示すように、すべてのサンプルにおいて変形能が７０％以上という高い結果が得られた。すなわち、第一及び第二の実施形態に係る鋳造棒・管製造装置１００（２００）により鋳造した鋳造棒は、加工性が良いものであることが分かった。

以上のデータが示すように、上述の実施形態に係る鋳造棒・管製造装置１００（２００）によれば、加工性の良い鋳造棒・管を製造することが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記の各実施形態に記載の範囲には限定されない。上記の各実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

例えば、上述した実施形態に係る中空管２０（１２０）は、円柱状に形成されたパイプ部材であるが、本発明に係る中空管の採り得る形態は円柱状に形成されたものに限られない。ここで、図５は、上述の２つの実施形態に係る中空管２０（１２０）の変形例を示す図であり、特に、中空管を長手方向と直交する方向に切断したときの断面を示す図である。図５にて示すように、鋳造棒・管製造装置の中空管については、長手方向と直交する方向に切断したときの断面形状が、矩形形状となる中空管２２０ａや、Ｌ字形状となる中空管２２０ｂや、歯車形状となる中空管２２０ｃや、十字形状となる中空管２２０ｄなどが用いられる構成としてもよい。このような構成によれば、その断面形状に応じた鋳造棒・管を製造することができるようになるため、容易に多様な形態を有する鋳造棒・管を製造することができるようになる。なお、本発明に係る中空管によって製造される鋳造製品については、上述の実施形態で例示したような中実棒だけでなく、内部に空間を有する中空棒形状とすることもできる。その様な場合には、本発明に係る中空管の形状として、得ようとする鋳造製品（例えば、中空棒形状など）に対応した空間形状を有する中空管を採用すればよい。

また、上述した２つの実施形態に係る中空管２０（１２０）は、溶湯侵入部２３（１２３）が形成されるように複数の部材を組み立てて形成される構成としてもよい。つまり、中空管２０（１２０）は、半割り状に形成されている部材を組み合わせることにより１の中空管が形成されていてもよい。さらにいえば、複数の中空状の部材が竹状に連続的に連なって１の中空管が形成されていてもよい。

また、上述の２つの実施形態では、固化までの工程のコントロールを容易にするために、垂直にした状態で溶湯を溶湯侵入部２３（１２３）に侵入させる構成としているが、本発明の範囲は、このような構成には限られない。図６は、上述した２つの実施形態に係る鋳造棒・管製造装置１００（２００）の変形例を示す図であり、中空管３２０を水平にした状態で溶湯を溶湯侵入部３２３に侵入させる鋳造棒・管製造装置３００である。図６にて示すように、中空管３２０は、水平方向に伸びるように配設されているため、重力の影響を受けることなく溶湯を吸引することができるようになる。したがって、垂直に引き上げるときに比べて長い鋳造棒・管を製造することができるようになる。さらには、鉛直下方向に引く構成や、斜め方向に引く構成なども採用できる。なお、ここでは、上述した第一の実施形態に係る鋳造棒・管製造装置１００と同一又は類似する構成については、同一符号を付して説明を省略している。

また、上述の２つの実施形態では、中空管２０（１２０）に対して外部から物理的な振動を加える加振形式の振動装置８０を例示して説明したが、本発明に係る振動装置については、あらゆる形式のものを採用することができる。すなわち、上述したように超音波により振動を加える超音波振動装置を用いることもできるし、例えば、誘導電流を用いた振動装置を用いてもよい。

誘導電流を用いた振動装置については、例えば、中空管２０（１２０）に対してソレノイド形状にコイルを装着して交番磁界を形成し、この交番磁界が形成された中空管２０（１２０）の内部に溶湯を上昇させる。すると、溶湯中に誘導電流が発生し、かかる力によって、組織の均質化や、内部欠陥の軽減を図ることが可能となる。なお、この誘導電流を用いた振動装置については、特に、異形形状をした中空管を用いる場合において、有意な効果を発揮する。例えば、矩形形状をした中空管２２０ａなどの場合には、外部から物理的な振動を加える上記実施形態に係る振動装置８０よりも、誘導電流を用いた振動装置を用いた方が、溶湯内部に好適な力を加えることができる。具体的には、板厚方向に交番磁界や直流磁界を掛けることにより、板の中心方向に向かう力をバランスよく生じさせることが可能となる。そして、最終的に、本発明によれば、どのような形状をした中空管であったとしても、内部組織等の内部品質が均一な鋳造棒・管を製造することが可能である。

なお、誘導電流の発生源については、上述したもののほか、直流電流による磁界を利用するものなどを用いることも可能である。すなわち、本発明には、あらゆる原理の振動装置を用いることが可能である。

またさらに、上述の２つの実施形態では、中空管２０（１２０）のみに振動を加える構成としているが、溶湯炉１０内にも振動を加える構成としてもよい。このような構成によれば、よりムラのない溶湯を溶湯侵入部２３（１２３）に侵入させることが可能となる。

またさらに、上述の２つの実施形態では、中空管２０（１２０）は、上端側と下端側において厚さを変化させるように構成されていてもよい。このような構成によれば、溶湯侵入部２３（１２３）の管温度差から生じる冷却力の差を是正することが可能となるため、製造される鋳造棒・管の質を均一にすることができるようになる。

また、開口部２５（１２５ａ，１２５ｂ）にフィルターを装着することとしてもよい。フィルターは、例えば、開口部２５（１２５，１２５ｂ）の開口形状に合わせた形状を有する円板に網目状の穴を形成したものを用いればよい。このような構成によれば、溶湯の侵入速度を遅らせることができるため、特に、製造する鋳造棒の断面積が大きいときは、冷却速度を変え、全体的に鋳造をゆっくり行うことができるようなり、内部組織が均一な鋳造棒を作成することができるようになる。

また、複数の中空管２０（１２０）を組み合わせた状態で、複数の中空管２０（１２０）を同時に給湯炉に浸漬させる構成としてもよい。このような構成によれば、同時に複数の鋳造棒・管を鋳造することができるようになるため、より生産性を高めることができるようになる。

また、中空管２０（１２０）の内壁面に対して離型剤を塗布することにより、中空管２０（１２０）の内壁面を界面として凝固した鋳造棒・管をスムーズに取り出すことができる。本発明は、このような離型剤の使用を排除するものではない。

また、上述した本実施形態に係る中空管２０（１２０）の長手方向の長さ及び円周方向の肉厚などの条件については、得ようとする鋳造棒・管の直径や肉厚などに応じて、また、得ようとする内部組織に応じて適宜調節して決定すればよい。すなわち、鋳造製品の具体的な製造条件については、本発明を表した特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、適宜に選択・変更することができる。

その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１００，２００，３００ 鋳造棒・管製造装置、１０ 給湯炉、２０，１２０，２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃ，２２０ｄ，３２０ 中空管、２１，１２１ 吸入口部、１２２ 鋳造棒・管形成部、２３，１２３，３２３ 給湯侵入部、２４，１２４ 冷却層、２５，１２５ａ，１２５ｂ 開口部、１２６ 給湯管部、１２７ 浸湯部、１２８ 表出部、３０ 減圧装置、３１ 真空チャンバー、３２ 吸引部、３３ 抜気口、３４ 圧力計、３５ 真空ポンプ、３６ 吸気口、４０ 接続部材、５０ 弁部材、６０ 冷却装置、７０ 加熱装置、８０ 振動装置。

Claims (2)

1. 溶解したマグネシウム合金からなる鋳造材料としての溶湯を保持する溶湯炉と、
   前記溶湯が侵入する溶湯侵入部を有するとともに前記溶湯炉に対して挿入退避可能な中空管と、
   負圧を生成する減圧装置と、
   前記中空管と前記減圧装置との間を接続する接続部材と、
   前記接続部材に配設された開閉自在な弁部材と、
   を備える鋳造棒・管製造装置を用いてマグネシウム合金からなる鋳造棒・管を製造する鋳造棒・管製造方法であって、
   前記弁部材を閉鎖状態にして前記減圧装置により前記弁部材から前記減圧装置側を減圧し、前記中空管の開口部を前記溶湯炉に保持された溶湯に挿入するとともに前記弁部材を開放状態にすることで、前記溶湯侵入部が減圧されて前記溶湯侵入部内に溶湯が侵入し、侵入した溶湯によって前記溶湯侵入部に溶湯が充填され、当該充填された溶湯が固化することにより当該固化した部分の形状がマグネシウム合金からなる鋳造棒・管とされ、また、
   前記中空管が有する前記溶湯侵入部内への溶湯の侵入が始まるときに開始される前記中空管を冷却する冷却工程と、
   前記中空管が有する前記溶湯侵入部内に溶湯が侵入し、侵入した溶湯によって前記溶湯侵入部に溶湯が充填され、当該充填された溶湯の凝固が完了するまでの間、前記中空管に振動を加える振動工程と、
   前記中空管を加熱する加熱工程と、
   を有し、
   前記振動工程は、外部から物理的な振動を加える加振形式、超音波により振動を加える形式、又は誘導電流を用いて振動を加える形式のいずれか１つの形式によって実行され、
   前記加熱工程によって前記中空管の開口部近傍を加熱したあとに、前記中空管の開口部が前記溶湯炉に保持された溶湯に挿入され、
   製造されたマグネシウム合金からなる鋳造棒・管の内部組織が球状化した組織となるとともに、製造されたマグネシウム合金からなる鋳造棒・管の外形に引き目又は節目が形成されず、さらに、
   製造されたマグネシウム合金からなる鋳造棒・管に対して据え込み加工を行うことで、据え込み加工前と据え込み加工後との高さを比較した「変形能」、すなわち、「（加工前の高さ−加工後の高さ）／（加工前の高さ）×１００」（％）で示される値を求めたときに、前記製造されたマグネシウム合金からなる鋳造棒・管の「変形能」が７０％以上となることを特徴とする鋳造棒・管製造方法。
2. 溶解したマグネシウム合金からなる鋳造材料としての溶湯を保持する溶湯炉と、
   前記溶湯が侵入する溶湯侵入部を有するとともに前記溶湯炉に対して挿入退避可能な中空管と、
   負圧を生成する減圧装置と、
   前記中空管と前記減圧装置との間を接続する接続部材と、
   前記接続部材に配設された開閉自在な弁部材と、
   を備える鋳造棒・管製造装置を用いてマグネシウム合金からなる鋳造棒・管を製造する鋳造棒・管製造方法であって、
   前記弁部材を閉鎖状態にして前記減圧装置により前記弁部材から前記減圧装置側を減圧し、前記中空管の開口部を前記溶湯炉に保持された溶湯に挿入するとともに前記弁部材を開放状態にすることで、前記溶湯侵入部が減圧されて前記溶湯侵入部内に溶湯が侵入し、侵入した溶湯によって前記溶湯侵入部に溶湯が充填され、当該充填された溶湯が固化することにより当該固化した部分の形状がマグネシウム合金からなる鋳造棒・管とされ、また、
   前記中空管が有する前記溶湯侵入部内への溶湯の侵入が始まるときに開始される前記中空管を冷却する冷却工程と、
   前記中空管が有する前記溶湯侵入部内に溶湯が侵入し、侵入した溶湯によって前記溶湯侵入部に溶湯が充填され、当該充填された溶湯の凝固が完了するまでの間、前記中空管に振動を加える振動工程と、
   前記中空管を加熱する加熱工程と、
   を有し、
   前記振動工程は、外部から物理的な振動を加える加振形式、超音波により振動を加える形式、又は誘導電流を用いて振動を加える形式のいずれか１つの形式によって実行され、
   前記加熱工程によって前記中空管の開口部近傍を加熱したあとに、前記中空管の開口部が前記溶湯炉に保持された溶湯に挿入され、
   製造されたマグネシウム合金からなる鋳造棒・管の内部組織が球状化した組織となるとともに、製造されたマグネシウム合金からなる鋳造棒・管の外形に引き目又は節目が形成されず、さらに、
   製造されたマグネシウム合金からなる鋳造棒・管に対して据え込み加工を行うことで、据え込み加工前と据え込み加工後との高さを比較した「変形能」、すなわち、「（加工前の高さ−加工後の高さ）／（加工前の高さ）×１００」（％）で示される値を求めたときに、前記製造されたマグネシウム合金からなる鋳造棒・管の「変形能」が７０％以上、８２％以下となることを特徴とする鋳造棒・管製造方法。