JP6982312B2 - 鋳造材の製造方法および製造装置、並びに、鋳造材 - Google Patents

Description

本発明は、鋳造材の製造方法および製造装置、並びに、鋳造材に関し、より詳しくは、金属製線材の加工に供される鋳造材の製造方法及び製造装置、並びに、鋳造材に関する。

金属製線材は、一般的に、鋳造された棒状の鋳造材を、多段圧延して細線化して製造される。このような金属製線材の製造方法として、従来より、プロペルチ法等を用いた鋳造装置で鋳造材を製造し、この鋳造材を多段の圧延装置で順次圧延して線材を得る方法が実施されている。特許文献１にはプロペルチ法を用いた鋳造装置の一例が開示されている。

プロペルチ法を用いた鋳造装置は、例えば特許文献１に記載されているように、溝を外円周に設けた鋳造輪を鋼製の無端ベルト（以下「鋼ベルト」と称する）とともに回転させ、鋼ベルトと溝とにより形成される鋳型の一端に流動性を有する金属を注湯して、注湯した金属を上方から鋼ベルトで蓋をし、鋳造輪の溝と鋼ベルトの外側とから冷却し内部で凝固させて鋳造材を取り出すようにしたものである。このようなプロペルチ法を用いた鋳造装置は、外周の中央部が凹んだ溝を有する直径約２０００ｍｍの鋳造輪および張力輪と、鋳造輪と張力輪との間に掛け回される鋼ベルトとを備えた巨大な装置である。

特開昭５５−５７３６０号公報

ところで、プロペルチ法を用いた鋳造装置は、大量生産向けの装置であり、この装置で鋳造される鋳造材の直径は一般的に６０ｍｍ以上である。このため、この鋳造材を圧延して線材とするには、例えば１５段程度の三方ロール圧延を行う必要があり、巨大な圧延設備が必要になる。更に鋼ベルトは消耗品であって、製造及び架け替えも複雑という問題もある。

その一方で、金属製線材に対するニーズの多様化や在庫削減の観点から、近年は小ロット多品種生産の需要がある。とくに、小ロット生産の需要に対しては、上記のプロペルチ法を用いた鋳造装置では設備にかかるコストが見合わない。

なお、小ロット生産に対応するためにプロペルチ法を用いた鋳造装置を小型化することも考えられるが、ただ単に従来の鋳造装置を小型化しただけでは、上述したように鋼ベルトは消耗品であって、製造及び架け替えも複雑であるという問題は解決できない。鋼ベルトを使わない溝付き鋳造輪では、鋼ベルトの外側からの冷却もできないため冷却に時間を要し、かつ鋳造輪の底面のみならず溝側面でも冷却されるため、鋳造材の断面が凹状になり、圧延が困難で良質の線材を製造しにくいという問題がある。

そこで、プロペルチ法に替わる、小型の鋳造材の製造方法および製造装置の候補として以下につき実験等を行い検討した。

先ず、線状の鋳造材を得るための鋳造方法としては、ロール鋳造方法が簡易な装置で安定して製造できるため好ましい。

一般に、ロールを用いた鋳造法としては双ロール法がある。双ロール法は、２個の冷却ロールを必要とするため装置が複雑になり、幅方向に長い板の鋳造には適するが、幅方向が短いものを鋳造するには、サイドダムによる抵抗が大きく鋳造しにくく、又厚み方向に両面から冷却されるため中心部に鋳巣が生じやすいという問題があった。広幅鋳造法も考えられるが、スリットすることが必要になり、装置、製造方法が複雑になるという問題がある。

又、一つの冷却ロールを用いる単ロール法は装置が簡単になる。単ロール法では、回転軸が水平方向である冷却ロールの外周面に、溶湯を流下させ凝固させる方法が考えられるが、ロール外周面から横方向への溶湯の漏れを防ぐためサイドダムが必要となる。この場合、サイドダムと、溶湯が冷却されて生成する半凝固金属又は凝固金属との間に固着が生じ詰まりやすく鋳造材の安定した生産ができないという問題があった。

更に、回転軸が水平方向である単一の冷却ロールの外周面に溶湯を接触させるメルトドラッグ法では、鋳造材が幅に対し厚み方向の高さが小さいものしかできず、鋳造材のアスペクト比が３より大きいものしかできない。線材にするためには圧延工程を経る必要があるが、アスペクト比が３より大きいものは線材にするための圧延がしにくいという問題があった。

他方、回転軸が水平方向である単一の冷却ロールの外周面に溝を設け、溝に溶湯を注湯し凝固させる方法では、溶湯は溝の底部からの冷却と溝側壁から側面からの冷却を受けるため、鋳造材の断面は上面が窪んだ凹状になりやすい。断面が、窪んだ凹状部を有する鋳造材は、圧延がしにくく良質な線材が得にくく、更に冷却に時間がかかると中央部に鋳巣ができやすいという問題があった。

上述のように、従来のロール鋳造技術では、小ロット生産に適した鋳造材を得るための製造装置及び製造方法がなく、特に簡易な装置である単ロールを用いた場合に幅の狭い鋳造材を得ようとすると、サイドダムと固着が生じ詰まり易く安定した製造ができないという問題があった。

更には、鋳造材を圧延して線材にする後工程において、鋳造材の断面形状がアスペクト比３より大きいものや、凹部を有するものや、鋳巣を含むものは良質の線材が得られないという問題があった。

そこで、本願発明は、小ロット生産に適した線材用の鋳造材が安定して製造でき、装置が簡易で製造が容易な鋳造方法および鋳造装置、並びに、鋳造材を提供することを目的とする。更には圧延後に良質な線材を得ることができる小ロット生産に適した線材用の鋳造材が安定して製造でき、装置が簡易で製造が容易な鋳造方法および鋳造装置、並びに、鋳造材を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る鋳造材の製造装置は、金属製線材の加工に供される鋳造材の製造装置であって、外周面に流し込まれた流動性を有する金属を冷却することが可能な冷却ロールと、前記冷却ロールの両側方において互いに対向するとともに離型性を有する面を有し、前記冷却ロールの外周面に流し込まれた金属を、当該冷却ロールの両側方において前記離型性を有する面にて堰き止めることが可能な第１の側方部材および第２の側方部材と、を備え、前記第１の側方部材および前記第２の側方部材は、夫々、前記冷却ロールの外周面に流し込まれた前記金属の移動方向に沿う方向に、前記冷却ロールとは異なる回転軸を回転中心として回転可能に構成されてなることを特徴とする。

（１）において、金属としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅、例えば真鍮のような銅合金等を挙げることができる。また、「流動性を有する金属」とは、溶湯状態の金属以外にも所定の固相率以下の半凝固状態の金属、具体的には、例えば固相率が２０％以下であり、好ましくは１０％以下の状態の金属を言う。

（１）の構成によれば、離型性を有する面を有する第１の側方部材および第２の側方部材を夫々冷却ロールの外周面に流し込まれた金属の移動方向に沿う方向に回転させることで第１の側方部材および第２の側方部材の表面に流し込まれた金属が固着しにくくなる。また、第１の側方部材や第２の側方部材に金属が一部固着したとしても固着点が移動するため、固着点を起点とする冷却が阻害される。したがって、金属の移動の抵抗となって冷却ロールの回転方向に沿った金属の移動の阻害が抑制され、かつ冷却ロールの回転方向に側方部材が移動するため、さらに金属の移動の阻害が軽減され、冷却した金属が製造途中でつまってしまうということを有効に防止することができる。したがって安定した製造ができる。また、第１の側方部材や第２の側方部材からの冷却も抑制されるため、冷却ロール表面から一方向冷却され、後工程における圧延が容易で鋳巣もない。すなわち鋳造材を容易に製造可能であるとともに小ロット生産の需要に見合った簡易な鋳造材の製造装置を提供することが可能となる。

なお、冷却ロールは通常高さの低い直円筒状であり、各側方部材は円筒の底面の一部に沿うように設置される。冷却ロールの回転軸は水平方向に設置されることが好ましい。傾いているとそれぞれの側方部材との固着がアンバランスになり条件の調整がし難いからである。冷却ロールの冷却面と回転軸を含む平面との交わる線は回転軸と平行な直線が好ましいが、冷却ロールの半径方向に凹又は凸であってもよい。冷却ロールの底面は曲面でもよいが加工上、平面が好ましい。このため第１の側方部材や第２の側方部材も平面に沿って回転するように、冷却ロールに接する面は平面であることが好ましい。この場合、第１の側方部材および第２の側方部材は、夫々、冷却ロールの回転軸とは異なる回転軸を有し、各側方部材の回転軸と、冷却ロールの回転軸とは平行であることが好ましい。各側方部材の外周形状は限定されないが、回転、放熱の観点から対称性を有することが好ましく円板状であることが好ましい。また、各側方部材の材料は限定されず、金属、セラミック、その他の材料であってもよい。とくに金属の場合は、加工しやすく強度等に優れ安価である点で好ましく、例えば軟鋼製の板材を円板状に加工したものを用いることができる。

ここで、第１の側方部材および第２の側方部材夫々の注湯金属に向き合う面は離型性を有していることが必要であり、各側方部材が鋼等の金属製の場合には、ＢＮ（窒化ホウ素）やＣ（黒鉛等）を主成分とする離型剤を塗布乾燥して、離型性を付与したものを用いることができる。また、各側方部材表面を物理的、化学的に加工し離型性を付与したものであってもよく、高価であるが、アルミナ等の離型性を有するセラミック板あるいは、それらを金属等の表面に離型性を有する層を形成、積層等したものであってもよい。

（２）上記（１）に記載の鋳造材の製造装置において、前記第１の側方部材および前記第２の側方部材は、前記第１の側方部材および前記第２側方部材夫々の回転中心から前記冷却ロールの外周面までの距離が最短となる最短位置までを半径とする仮想円において、前記最短位置における前記仮想円の接線方向速度が、当該最短位置における前記冷却ロールの接線方向速度の０．６倍より大きい速度で回転するように構成されてなることを特徴とする。

（２）の構成によれば、上記の最短位置における第１の側方部材および第２の側方部材の接線方向速度が、当該最短位置における冷却ロールの接線方向速度の０．６倍以下であれば、詰まりやすいためである。注湯された金属と側方部材との接触時間を適当にすることで、第１の側方部材および第２の側方部材からの放熱をより効果的に抑制することができる。そのため、流し込まれた流動性を有する金属を凝固させつつ鋳造材として冷却ロールの回転方向に沿った移動の阻害をより一層抑制することが可能な、鋳造材の製造装置を提供することができる。なお、「速度」には方向も含まれるから、上記の最短位置における側方部材（第１の側方部材，第２の側方部材）の速さ方向と、冷却ロールの速さ方向とは同じである。なお、上記の最短位置における第１の側方部材および第２の側方部材の接線方向速度は、最短位置における冷却ロールの接線方向速度の２．０倍より大きいと注湯された金属が冷却不足になりやすいため、２．０倍以下であることが好ましい。

（３）上記（１）または（２）に記載の鋳造材の製造装置において、前記第１の側方部材及び前記第２の側方部材夫々の前記冷却ロールを挟んで対向する面の、前記流動性を有する金属に対面する部分が更に断熱性を有する層を中層に有することを特徴とする。

断熱層があれば、側方部材による冷却、固化をより効果的に阻止することができ、注湯された金属が冷却ロール表面から一方向冷却されるため、後工程における圧延が容易で鋳巣もなく良好な品質の線材が得られる。各側方部材と冷却ロールとの間に断熱層を設けることにより、各側方部材によって金属の冷却・固化をより効果的に阻止することができ、冷却ロール表面から一方向冷却されることになるため、後工程における圧延が容易となる線材すなわち鋳巣もなく良好な品質の線材が得られる。断熱層とは、表面からの熱の主に厚み方向の熱伝搬を阻害する機能を有する層であって、断熱層としては、いわゆる断熱材を用いることができ、セラミックファイバー不織布、例えばイソウール（ＩＳＯＷＯＯＬ）（登録商標）の不織布や、ブランケット等を用いることができる。断熱材は不燃性が好ましいが、短時間の操業用であれば必ずしも不燃性を要せず、厚紙であってもよい。側方部材として鋼製の円板が使われる場合は両面テープ等で厚紙を貼付し、その表面にＢＮ等の離型剤を塗布したものを用いることができる。
（３）の構成によれば、湯溜まりを形成する場合であっても、各側方部材によって金属の冷却・固化をより効果的に阻止することができるので、鋳造条件が厳しくとも、断面に凹部ができにくく後工程の圧延が容易で良質の線材を得ることができるという効果を有する。逆に断熱材が無ければ、湯溜まりを形成する鋳造法では断面の輪郭形状において凹部ができやすく、後工程の圧延が困難となり、良質の線材が得にくくなる。

（４）本発明に係る鋳造材の製造方法は、金属製線材の加工に供される鋳造材の製造方法であって、流動性を有する金属を冷却することが可能な冷却ロールと、前記冷却ロールの両側方において互いに対向するとともに離型性を有する表面を有し、前記流動性を有する金属を当該冷却ロールの両側方において堰き止めることが可能であり、前記金属の移動方向に沿う方向に、前記冷却ロールとは異なる回転軸を回転中心として回転する前記第１の側方部材および前記第２の側方部材と、を備える前記鋳造材の製造装置を用い、前記第１の側方部材および前記第２の側方部材を回転させた状態で、流動性を有する金属を、少なくとも前記冷却ロールの外周面と前記第１の側方部材および第２の側方部材とによって形成される注湯領域に流し込む第１工程と、前記注湯領域に流し込まれた前記流動性を有する金属を凝固させつつ前記冷却ロールの回転方向に沿って移動させる第２工程と、を有することを特徴とする。

（４）の構成によれば、離型性を有する面を有する第１の側方部材および第２の側方部材を回転させた状態で、流動性を有する金属が注湯領域に流し込まれるので、第１の側方部材および第２の側方部材の表面に流し込まれた金属が固着しにくくなる。また、第１の側方部材や第２の側方部材に金属が一部固着したとしても固着点が移動するため、固着点を起点とする冷却が阻害される。したがって、金属の移動の抵抗となって冷却ロールの回転方向に沿った金属の移動の阻害が抑制され、かつ冷却ロールの回転方向に側方部材が回転移動するため、冷却した金属が製造途中でつまってしまうということを有効に防止することができる。また、第１の側方部材や第２の側方部材からの冷却も抑制されるため、冷却ロール表面から一方向冷却され、後工程における圧延が容易で鋳巣もなく良好な品質の線材が得られるようになる。その結果、小ロット生産の需要に見合った鋳造材を容易に安価で高品質な線材用鋳造材の製造方法を提供することが可能となる。

なお、冷却ロールは通常高さの低い円筒状であり、各側方部材は円筒の底面の一部に沿うように設置される。通常、冷却ロールの回転軸は水平方向に設置される。冷却ロールの冷却面と回転軸を含む平面との交わる線は直線が好ましいが、外周方向に凹又は凸であってもよい。冷却ロールの底面は曲面でもよいが加工上、平面が好ましい。このため第１の側方部材や第２の側方部材も平面に沿って回転するように、冷却ロールに接する面は平面であることが好ましい。この場合、第１の側方部材および第２の側方部材は、夫々、冷却ロールの回転軸とは異なる回転軸を有し、各側方部材の回転軸と、冷却ロールの回転軸とは平行であることが好ましい。各側方部材の外周形状は限定されないが、回転、放熱の観点から対称性を有することが好ましく円板状であることが好ましい。また、各側方部材の材料は限定されず、金属、セラミック、その他の材料であってもよい。とくに金属の場合は、加工しやすく強度等に優れ安価である点で好ましく、例えば軟鋼製の板材を円板上に加工したものを用いることができる。

ここで、第１の側方部材および第２の側方部材夫々の注湯金属に向き合う面は離型性を有していることが必要であり、各側方部材が鋼等の金属製の場合には、ＢＮ（窒化ホウ素）やＣ（黒鉛等）を主成分とする離型剤を塗布乾燥して、離型性を付与したものを用いることができる。また、各側方部材表面を物理的、化学的に加工し離型性を付与したものであってもよいし、高価であるが、アルミナ等の離型性を有するセラミック板あるいは、それらを金属等の表面に形成、積層等したものであってもよい。

（５）上記（４）に記載の鋳造材の製造方法において、前記第２工程は、前記第１の側方部材および前記第２側方部材夫々の回転中心から前記冷却ロールの外周面までの距離が最短となる最短位置までを半径とする仮想円において、前記最短位置における前記仮想円の接線方向速度を、前記冷却ロールの接線方向速度の０．６より大きい速度となるよう回転させることで、前記注湯領域に流し込まれた流動性を有する金属を凝固させつつ前記冷却ロールの回転方向に沿って移動させるものであることを特徴とする。

（５）の構成によれば、上記の最短位置における第１の側方部材および第２の側方部材の接線方向速度が、当該最短位置における冷却ロールの接線方向速度の０．６倍より大きい速度であれば、詰まらないようにより有効に金属を送りだすことができるとともに、第１の側方部材および第２の側方部材からの放熱をより効果的に抑制することができる。そのため、流し込まれた流動性を有する金属を凝固させつつ鋳造材として冷却ロールの回転方向に沿った移動の阻害をより一層抑制することが可能な、鋳造材の製造方法を提供することができる。なお、「速度」には方向も含まれるから、上記の最短位置における側方部材（第１の側方部材，第２の側方部材）の速さ方向と、冷却ロールの速さ方向とは同じである。なお、上記の最短位置における第１の側方部材および第２の側方部材の接線方向速度は、最短位置における冷却ロールの接線方向速度の２．０倍より大きいと注湯された金属が冷却不足になりやすいため、２．０倍以下であることが好ましい。

（６）上記（４）または（５）に記載の鋳造材の製造方法において、前記第１工程は、前記流動性を有する金属を、互いに対向する前記第１の側方部材の面と前記第２の側方部材の面との間の距離よりも小さい幅で、前記冷却ロール表面に直接注湯し、該注湯された流動性を有する金属が直ちに前記冷却ロールに触れるように行うものである。

（６）の構成によれば、金属溜まりが形成されないように、注湯される流動性を有する金属をバックダムに沿わせず、冷却ロール表面に直接に注湯して、流動性を有する金属を凝固させつつ冷却ロールの回転方向に沿って移動させることができるため、鋳造材を、線材を製造する際の圧延に適した形状（例えば断面形状が略かまぼこ状）とすることが可能となる。すなわち、金属溜まりが形成されていない冷却ロール表面に注湯することに特徴がある。

（７）本発明に係る長手状の鋳造材は、長手方向に直交する断面におけるアスペクト比が３以下の線状の鋳造まま材である。前記断面における対向する２辺は略平行である。長手方向に垂直な断面を拡大観察すると、隣接する結晶粒の大きさが一の方向に徐々に拡大する特定領域を有し、前記一の方向における前記特定領域の長さが、当該一の方向における前記断面の長さに対して５０％以上であり、前記一の方向と直交する他の方向における前記特定領域の長さが、当該他の方向における前記断面の長さに対して８０％以上であることを特徴とする。

（７）の鋳造材が得られるのは、前述のように簡易な装置では直円筒状で外周を冷却面とする冷却ロールの底面に平行な側方部材が取り付けられるため、側方部材の金属に面する面は互いに平行であり、冷却固化された鋳造材の断面にその関係が反映されるためである。また鋳造条件によっては、対向する２辺は僅かに側面が外に凸の曲線になることがあるため、略平行には僅かに外に凸の曲線の組み合わせになる場合を含む。ただしこの場合においても曲線の曲率半径は厚み（ロール冷却面に接していた辺からの距離）の２倍以上の場合に限定される。

尚、上記断面を形成する辺のうちの一つは直線状であり、同辺に隣あう辺（上記対向する２辺）、とは略直交することが好ましい。製造しやすい簡易な冷却ロールの外周面は円筒状であり、冷却ロールで冷却された面は冷却ロールの面の形状を反映するため、断面における冷却ロールに接していた辺は直線状になるためである。一方、製造しやすい簡易な装置における側方部材の流動性を有する金属の接する面と冷却ロールの冷却面の接平面とは、通常直交しており、側方部材が金属と接する間に冷却されるため、冷却ロールと側方部材との位置関係が断面形状に反映し、同辺に隣あう辺は略直交するためである。ただし、製造条件によっては、側方部材と離れた後も凝固が未了である等により、対向する２辺が平行から僅かにずれて、台形状、あるいは逆台形状を示すことがある。また、上辺が上に凸な略かまぼこ状の形態をとることがある。台形又は逆台形の場合、冷却ロールに接していた辺に対する側方部材に接していた面との角度は７０度〜１１０度であって、好ましくは８０度〜１００度、更に好ましくは８５度〜９５度である。この場合、左右対称とすると対向する２辺のなす角度はそれぞれ、４０度、２０度、１０度になる。本発明において、対向する２辺が略平行とは、対向する２辺の成す夾角は４０度以下が好ましく、２５度以下がより好ましく、１０度以下が更に好ましいが、２５度以下が現実的である。

上記一の方向における特定領域の長さが、当該一の方向における断面の長さに対して５０％未満、又は、上記一の方向と直交する他の方向における特定領域の長さが、当該他の方向における断面の長さに対して８０％未満であれば、後工程で圧延した場合に線材の品質が良好にならない。

このような組織は、一方向から冷却され凝固した組織であり、多方向から冷却され凝固した組織とは後述のように異なる。また、従来のプロペルチ法による鋳造材とは異なり、本発明による鋳造材の長手方向に直交する断面における直径は８０ｍｍ以下、好ましく４０ｍｍ以下、より好ましくは２０ｍｍ以下である。線材を製造する時には、後工程を短縮できるアスペクト比２．０以下がより好ましい。

上記（７）の構成による鋳造材の組織は、一方向から冷却され凝固した組織であり、一方向性凝固組織とも称される。このような一方向性凝固組織の鋳造材は、多方向から冷却された組織とは異なり、中心部に鋳巣が発生することが抑制された品質の高いものであり、線材を製造する際の圧延に適した鋳造材である。とくに、上記（７）のような鋳造材は、（１）〜（６）に記載の製造装置または製造方法で製造された場合にのみ得られるものである。例えば、従来のプロペルチ法を用いた鋳造装置で製造された鋳造材であれば、略四角形の断面における各辺から中心部に亘る結晶構造が略同じものになるため、本願発明の鋳造材とは全く異なる結晶構造となる。

本願発明によれば、小ロット生産に適した線材用の鋳造材が安定して製造でき、装置が簡易で製造が容易な鋳造方法および鋳造装置、並びに、鋳造材を提供することが可能になる。更には圧延後に良質な線材を得ることができる小ロット生産に適した線材用の鋳造材が安定して製造でき、装置が簡易で製造が容易な鋳造方法および鋳造装置、並びに、鋳造材を提供することが可能になる。

金属製線材の加工に供される鋳造材の製造装置の一例を示す模式図である。 図１に示される鋳造材の製造装置を、図１の紙面上方向から見た模式図であり、バックダムを設けて流動性を有する金属を流し込んだ場合を示す図である。 図１に示されるＡ部の拡大図であって、サイドダムの回転中心が冷却ロールの外周面よりも径方向の内側にある場合を示す図である。 金属製線材の加工に供される鋳造材の製造装置の変形例を示す模式図であって、冷却ロールとサイドダムとの位置関係が図１と異なる図である。 図４に示されるＢ部の拡大図であって、サイドダムの回転中心が冷却ロールの外周面よりも径方向の外側にある場合を示す図である。 （ａ）は、サイドダムに断熱層を設けない場合において、流動性を有する金属が凝固する態様の一例を示す模式図である。（ｂ）は、サイドダムに断熱層を設けた場合において、流動性を有する金属が凝固する態様の一例を示す模式図である。 （ａ）は、バックダムを設けた場合の注湯状態を示す模式図である。（ｂ）は、バックダムを設けて製造された鋳造材を、鋳造材の長手方向に対して垂直に切った断面図である。 （ａ）は、流動性を有する金属を金属溜まりが形成されないように注湯することによりバックダムを必要としない場合の注湯状態を示す模式図である。（ｂ）は、金属溜まりが形成されずに製造された鋳造材を、鋳造材の長手方向に対して垂直に切った断面図である。 図１に示される鋳造材の製造装置を、図１の紙面上方向から見た模式図であり、バックダムを必要とせずに流動性を有する金属を流し込んだ場合を示す図である。 鋳造材の結晶構造の違いを示す模式図であって、（ａ）本実施形態の製造装置を用いて製造された鋳造材の結晶構造の模式図、（ｂ）プロペルチ法により製造された鋳造材の結晶構造の模式図である。 本実施形態に係る鋳造材の製造装置に成形ロールを設けた場合の模式図である。 実験例１の条件で鋳造をした場合の鋳造材の断面を示す図である。 実験例２の条件で鋳造をした場合の鋳造材の断面を示す図である。 実験例３の条件で鋳造をした場合の鋳造材の断面を示す図である。 実験例４の条件で鋳造をした場合の鋳造材の断面を示す図である。 実験例５の条件で鋳造をした場合の鋳造材の断面を示す図である。 サイドダムの平面部の断熱材の有無と金属溜まりの有無とに応じた鋳造材の形状を模式的に示す図である。

［１．製造装置］
以下、金属製線材の加工に供される鋳造材の製造方法及び製造装置、並びに、鋳造材について図面を参照しつつ説明する。図１は、金属製線材の加工に供される鋳造材の製造装置１００の一例を示す模式図である。図２は、図１に示される鋳造材の製造装置１００を、図１の紙面上方向から見た模式図である。なお、図１および図２は、後述するバックダム１７０（後述の図７参照）を設けて流動性を有する金属１を流し込んだ場合を示す。

図１に示されるように、金属製線材の加工に供される鋳造材の製造装置１００は、外周面１１２に流し込まれた流動性を有する金属１を冷却することが可能な回転軸が水平方向に設置された単ロールの冷却ロール１１０と、冷却ロール１１０を側方から挟むようにして設けられた２つのサイドダム１２０（本発明の「第１の側方部材および第２の側方部材」に相当する）とを少なくとも備える。冷却ロールの冷却面（外周面１１２）と回転軸を含む平面との交わる線は回転軸に平行な直線である。そして、冷却ロール１１０の外周面１１２に流動性を有する金属１が流し込まれると、この流し込まれた流動性を有する金属１が凝固しつつ冷却ロール１１０の回転方向に沿って詰まることなくスムーズに移動し、金属製線材の加工に供される鋳造材を製造することができる。

冷却ロール１１０は、従来のプロペルチ法で用いられる冷却ロールのような大型ロール（ロール径約２０００ｍｍ、ロール幅約１００ｍｍ）ではなく、ロール径約６００ｍｍ、ロール幅４０ｍｍ以下、好ましくはロール幅２０ｍｍ以下、より好ましくはロール幅１０ｍｍ以下といった小型ロールである。また、冷却ロール１１０は、注湯された流動性を有する金属１の冷却に適した素材として、例えば銅または銅合金、軟鋼等により構成されている。なお、冷却ロール１１０は、流動性を有する金属１の冷却効率を高めるために、例えば、水冷式等の冷却装置によって効率的に冷却されるように構成されていてもよい。

ところで、冷却ロール１１０をただ単に小型化しただけでは、冷却ロール１１０の外周面１１２に流し込まれた流動性を有する金属１の凝固速度が大きくなり、ロール１１０の回転方向に沿った鋳造材のスムーズな移動が阻害されて詰まってしまうおそれがある。とくに、従来のプロペルチ法で用いられる冷却ロールは、幅方向における両サイドが径方向外側に突出する形状（正面視のロール形状が凹状）であるため、幅方向における両サイドにおいて径方向外側に突出する部分で流動性を有する金属１の熱が放熱され、鋳造材のスムーズな移動が阻害されると考えられる。

そこで、本実施形態では、図２に示されるように、冷却ロール１１０の幅方向におけるロール面を平坦な形状（ロール径がロール幅方向に略均一な形状）にするとともに、上述したサイドダム１２０を設けた上で、このサイドダム１２０を回転可能に構成している。これにより、流動性を有する金属１の熱が２つのサイドダム１２０から放熱されることが抑制され、冷却ロール１１０の外周面１１２に流し込まれた流動性を有する金属１を凝固させつつ冷却ロール１１０の回転方向に沿ってスムーズに移動させることが可能となる。その結果、鋳造材を容易に製造可能であるとともに、簡易な構成により高コストとなることを抑制して小ロット生産の需要に対応することが可能となる。

なお、本実施形態では、冷却ロール１１０の幅方向におけるロール面を平坦な形状としているが、冷却ロール１１０の外周面１１２に流し込まれた流動性を有する金属１を凝固させつつ冷却ロール１１０の回転方向に沿ってスムーズに移動させることができる範囲であれば、ロール幅方向における両サイドが径方向外側に多少突出していたとしてもよい。

また、図１に示されるように、サイドダム１２０は、冷却ロール１１０よりも小径の円板形状に構成されており、冷却ロール１１０の最上位位置となる位置α（冷却ロール１１０の回転軸１１１を通る仮想の鉛直線Ｘと冷却ロール１１０の外周面１１２とが交差する２つの位置のうち上方の位置）よりも、若干、冷却ロール１１０の反回転方向側に設けられている。これにより、冷却ロール１１０の外周面１１２に流し込まれた流動性を有する金属１を凝固させつつ冷却ロール１１０の回転方向に沿ってスムーズに移動させることができる。

また、図２に示されるように、サイドダム１２０は、平面部１２０ａどうしが相対向し、冷却ロール１１０を側方から挟むように設けられている。そして、冷却ロール１１０の外周面１１２と、相対向する２つのサイドダム１２０の平面部１２０ａとによって、流動性を有する金属１を流し込むことが可能な凹状の注湯領域１６０が形成される。この注湯領域１６０は、鋳造用鋳型として機能する。また、サイドダム１２０の平面部１２０ａには、金属１の固着又は融着を軽減するため離型剤（例えば、ＢＮ等）が塗布されていることが好ましい。

なお、図２では、サイドダム１２０の平面部１２０ａと冷却ロール１１０の側面１１０ａとが密着しているように図示されているが、冷却ロール１１０の外周面に流し込まれた流動性を有する金属１を堰き止めることができれば、サイドダム１２０の平面部１２０ａと冷却ロール１１０の側面１１０ａとの間に多少の隙間が存在しても差し支えない。

また、図１に示されるように、サイドダム１２０の近傍に、タンディッシュ１３０から注がれた流動性を有する金属１を受けて、その流動性を有する金属１を注湯領域１６０に流す樋１４０を備えるようにするとよい。なお、上述したとおり、図１はバックダム１７０を設けて流動性を有する金属１を流し込んだ場合を示しており、バックダム１７０は、流動性を有する金属１が流れる方向の樋１４０に対して下流側に設けられている。

［２．製造方法］
次に、本実施形態の製造装置１００を用いて、金属製線材の加工に供される鋳造材が製造される過程について説明する。金属製線材の加工に供される鋳造材の製造に用いられる金属は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）系金属、Ｍｇ（マグネシウム系）金属、Ｃｕ（銅）系金属、Ｚｎ（亜鉛）系金属等が考えられるが、特定の金属に限定されるものではない。

例えばＡｌ系金属を溶融して上記の鋳造材を製造する場合、約７００℃で溶融したアルミニウム系の流動性を有する金属１をタンディッシュ１３０に貯蔵し、タンディッシュ１３０から樋１４０を介して注湯領域１６０に注湯する。なお、樋１４０は、流動性を有する金属１の流下方向を横切る断面がＶ字状であり、樋１４０の出口付近では、流動性を有する金属１の幅が冷却ロール１１０の幅よりも小さい。ただし、後述するとおり、バックダム１７０が設けられる場合には、流動性を有する金属１は、バックダム上に流下し冷却ロール１１０の外周面に達する時には幅方向に広がった状態となる。

注湯領域１６０に注湯されたＡｌ系金属（流動性を有する金属１）は、冷却ロール１１０の外周面１１２及びサイドダム１２０の平面部１２０ａに接触することで冷却され、次第に凝固しながら冷却ロール１１０の外周面１１２に沿って冷却ロール１１０の回転方向に移動し、やがて冷却ロール１１０の外周面１１２から離間（脱型）する。

［３．サイドダム］
［３−１．サイドダムの回転方向］
ところで、小ロット生産の需要に対応することを可能にした本実施形態の製造装置１００では、サイドダム１２０の回転方向が重要な要素となる。ここでサイドダム１２０の回転方向について、図３を参照して説明する。図３は、図１に示されるＡ部の拡大図であって、サイドダム１２０の回転中心Ｏ（回転軸１２１）が冷却ロール１１０の外周面１１２よりも径方向の内側にある場合を示す図である。

図３に示されるように、２つのサイドダム１２０は、冷却ロール１１０の回転軸１１１とは別の回転軸１２１を中心として略同じ速度で回転可能に構成されている。サイドダム１２０の回転中心（回転軸１２１）が冷却ロール１１０の外周面１１２よりも径方向の内側にある場合（図３に示される位置関係の場合）、サイドダム１２０は、冷却ロール１１０と同じ方向（図３では時計周り）に回転する。すなわち、サイドダム１２０の回転中心Ｏから冷却ロール１１０の外周面１１２までの距離が最短となる最短位置を位置βとしたとき、サイドダム１２０の回転方向と冷却ロール１１０の回転方向とを同じとすることで、位置βにおいて、サイドダム１２０の移動方向と冷却ロール１１０の移動方向とが同じとなる。これにより、注湯領域１６０に流し込まれた流動性を有する金属１を凝固させつつ冷却ロール１１０の回転方向に沿ってスムーズに移動させることが可能となる。

ここで、回転中心Ｏから位置βまでの距離を半径とする仮想円１２２を考えた場合、位置βにおける仮想円１２２の接線方向についてのサイドダム１２０の速度を、仮想円１２２の接線方向についての冷却ロール１１０の速度の０．６倍より大きく２．０倍未満とするとよい。０．６倍以下であれば、詰まりやすく、２．０倍よりも大きいと冷却不足になりやすいためである。

仮想円１２２の接線方向において、サイドダム１２０の速度を冷却ロール１１０の速度の０．６倍以下にすると、鋳造材がサイドダム間で詰まり易くなり安定した鋳造を行うことができない。

一方、仮想円１２２の接線方向において、サイドダム１２０の速度が冷却ロール１１０の速度より速くなる程、鋳造材の未凝固の金属が側面から影響により進行方向に速く引っ張られることから、未凝固の金属が流れだし、安定した鋳造が実現できない。

したがって、仮想円１２２の接線方向におけるサイドダム１２０の速度は、仮想円１２２の接線方向における冷却ロール１１０の速度の０．６倍より大きく、仮想円１２２の接線方向における冷却ロール１１０の速度の４．０倍以下、好ましくは２．０倍未満であることが好ましい。

ただし、位置βにおける仮想円１２２の接線方向についてのサイドダム１２０の速度を、仮想円１２２の接線方向についての冷却ロール１１０の速度よりも大きくなるようにサイドダム１２０を回転させることで、サイドダム１２０における冷却効率を下げることができ、流動性を有する金属１がサイドダム１２０との間で固着してしまうことを抑制することが可能となる。これにより、注湯領域１６０に流し込まれた流動性を有する金属１を凝固させつつ冷却ロール１１０の回転方向に沿って移動させるに際して、より一層スムーズに移動させることが可能となる。

［３−２．サイドダムの回転方向についての変形例］
次に、サイドダム１２０の回転方向についての変形例について、図４及び図５を参照して説明する。この変形例は、冷却ロール１１０とサイドダム１２０との位置関係が図１〜３に示す例と異なっており、それ故、サイドダム１２０の回転方向が図３に示す例と異なる。

図４は、金属製線材の加工に供される鋳造材の製造装置の変形例である製造装置１０１を示す模式図であって、冷却ロール１１０とサイドダム１２０との位置関係が図１と異なる図である。図５は、図４に示されるＢ部の拡大図である。ただし、サイドダム１２０の回転方向についての変形例を説明するにあたり、図４及び図５では、冷却ロール１１０とサイドダム１２０との位置関係及びサイドダム１２０の回転方向が図１〜図３と異なるだけであり、その他（例えば、冷却ロール１１０の構成やサイドダム１２０の構成等）については、図１〜図３と同様である。

図４及び図５に示されるように、サイドダム１２０の回転中心Ｏ’（回転軸１２１）が冷却ロール１１０の外周面１１２よりも径方向の外側にある場合、サイドダム１２０は、冷却ロール１１０と反対方向（図５では反時計周り）に回転する。すなわち、サイドダム１２０の回転中心Ｏ’から冷却ロール１１０の外周面１１２までが最短距離となる位置を位置γとしたとき、サイドダム１２０の回転方向と冷却ロール１１０の回転方向とを互いに反対方向にすることで、位置γにおいて、サイドダム１２０の移動方向と冷却ロール１１０の移動方向とが同じとなる。これにより、注湯領域１６０に流し込まれた流動性を有する金属１を凝固させつつ冷却ロール１１０の回転方向に沿ってスムーズに移動させることが可能となる。

なお、サイドダム１２０と冷却ロール１１０との位置関係が図４及び図５に示される位置関係であったとしても、回転中心Ｏ’から位置γまでの距離を半径とする仮想円１２４を考えた場合、図３に示される仮想円１２２を考えた場合と同様の理由により、位置γにおける仮想円１２４の接線方向についてのサイドダム１２０の速度を、仮想円１２４の接線方向についての冷却ロール１１０の速度の０．６倍より大きく２．０倍未満とするとよい。

ただし、この場合も、位置γにおける仮想円１２４の接線方向についてのサイドダム１２０の速度を、仮想円１２４の接線方向についての冷却ロール１１０の速度よりも大きくなるようにサイドダム１２０を回転させることで、サイドダム１２０における冷却効率を下げることができ、流動性を有する金属１がサイドダム１２０との間で固着してしまうことを抑制することが可能となる。これにより、注湯領域１６０に流し込まれた流動性を有する金属１を凝固させつつ冷却ロール１１０の回転方向に沿って移動させるに際して、より一層スムーズに移動させることが可能となる。

［３−３．サイドダムの断熱材］
また、２つのサイドダム１２０の平面部１２０ａ（とくに冷却ロール１１０側の面）に断熱層１８０（図６（ｂ）参照）を設けてもよい。断熱層を設ける方法としては、例えば、サイドダム１２０の冷却ロール１１０側の面に断熱材を両面テープ等で貼り付けるようにするとよい。断熱材としては、例えば、厚紙、厚紙の片面に離型剤（例えば、ＢＮ等）を塗布したもの、などを挙げることができる。サイドダム１２０の冷却ロール１１０側の面に例えば厚紙等を両面テープ等で貼り付けた場合にも冷却ロール１１０側の面に離型剤を塗布することで、金属１の固着又は融着を軽減することができ、更にはサイドダム１２０の平面部１２０ａと金属１との間の熱伝達を抑制する効果もあるため、厚紙等が燃えてしまうことを防止できる。

ところで、サイドダム１２０に断熱層を設けた場合と設けない場合とでは、流動性を有する金属１が凝固するまでの態様が異なりうるため、製造された鋳造材の形状に差異が生じうる。これについて、図６を参照して説明する。なお、図６（ａ）は、サイドダム１２０に断熱層１８０を設けない場合において、流動性を有する金属１が凝固する態様の一例を示す模式図である。図６（ｂ）は、サイドダム１２０に断熱層１８０を設けた場合において、流動性を有する金属１が凝固する態様の一例を示す模式図である。これらの図では、流動性を有する金属１がどのように凝固していくのかを層状に示している。例えば、図６（ａ）（ｂ）に示される一番下の層が最初に凝固する部分であり、下から二番目の層が次に凝固する部分である。

図６（ａ）に示されるように、サイドダム１２０に断熱層１８０を設けない場合、金属１は、上面が凹んだ形状で凝固する。これは、流動性を有する金属１が冷却ロール１１０で冷却される他に、２つのサイドダム１２０からの冷却も同時に進むことで、幅方向における中央部（サイドダム１２０とサイドダム１２０との間）の冷却が遅れてしまうことが考えられる。このように上面が凹んだ形状で凝固した鋳造材は、圧延して線材とすることが難しい。

一方、図６（ｂ）に示されるように、サイドダム１２０に断熱層１８０を設けた場合、金属１は、上面が略平坦な形状で凝固する。これは、断熱層１８０の作用により、サイドダム１２０と流動性を有する金属１との間で熱が伝わりにくくなり、金属１が略均一に冷却されるからであると考えられる。このように、上面が略平坦な形状で凝固した鋳造材は、圧延して線材とすることが比較的容易である。したがって、サイドダム１２０の平面部１２０ａ（とくに冷却ロール１１０側の面）に断熱層を設けることで、圧延して線材を製造することに適した鋳造材を製造することが可能となる。

［４．バックダム］
ところで、図１や図４に示される樋１４０の下流側（タンディッシュ１３０から注がれた流動性を有する金属１が流れる方向の下流側）には、バックダム１７０（後堰）を必要とする場合と、バックダム１７０を必要としない場合とがある。バックダム１７０を設けると、注湯領域１６０すなわち冷却ロール１１０の外周面１１２に流し込まれた流動性を有する金属１が冷却ロール１１０の反回転方向に流下することを防止することができる。湯溜まりを形成する場合において、安定操業時は必ずしも必要ではないが、操業開始時には、バックダム１７０に沿わせて注湯することが好ましい。

図７（ａ）は、バックダム１７０を設けた場合の注湯状態を示す模式図である。図７（ｂ）は、バックダム１７０を設けて製造された鋳造材１５０ａを、鋳造材１５０ａの長手方向に対して垂直に切った断面図である。なお、上述したとおり、バックダム１７０を設けた場合の図７（ａ）を紙面上方向から見た図は、図２に示すとおりである。

バックダム１７０を設け、流動性を有する金属１をバックダムに沿わして注湯した場合には、バックダム１７０が静止していることもあり、断面Ｖ字状の樋１４０から流れ出た流動性を有する金属１はバックダム１７０上で急速に幅方向に広がり、冷却ロール１１０の外周面に達する時には幅方向に広がった状態となり、流動性を有する金属１の金属溜まりが形成される（図７（ａ）参照）。そして、２つのサイドダムおよび冷却ロール１１０の回転により金属溜まりから流動性を有する金属１が凝固しつつ冷却ロール１１０の回転方向に沿って移動する。このように、バックダム１７０を設けることによって金属溜まりが形成されたとしても、流動性を有する金属１が冷却ロール１１０の回転方向と反対側に流れてしまうことを防止することが可能となる。

ただし、流動性を有する金属１の金属溜まりが形成される場合、サイドダム１２０の平面部１２０ａに厚紙等の断熱層を有していないと、製造された鋳造材の長手方向に垂直な断面が凹状となり、線材を製造する際の圧延に不適な形状となってしまう。これは、金属溜まりが形成されると、サイドダム１２０からの放熱が進み、鋳造材の幅方向の両端側よりも遅れて中央部が凝固するためであると考えられる。

そこで、流動性を有する金属１の金属溜まりが形成される場合には、サイドダム１２０の平面部１２０ａに厚紙等の断熱層を設けることでサイドダム１２０からの放熱を抑制することで、製造された鋳造材１５１ａは、図７（ｂ）に示されるように断面が四角形状となり、線材を製造する際の圧延に適した形状の鋳造材を製造することが可能となる。

図８（ａ）は、流動性を有する金属１を金属溜まりが形成されないように注湯することによりバックダム１７０を必要としない場合の注湯状態を示す模式図である。図８（ｂ）は、金属溜まりが形成されずに製造された鋳造材１５０ｂを、鋳造材１５０ｂの長手方向に対して垂直に切った断面図である。また、図９は、図１（ａ）に示される鋳造材の製造装置１００を、図１の紙面上方向から見た模式図であり、バックダム１７０を必要とせずに流動性を有する金属１を流し込んだ場合を示す。なお、バックダム１７０を設けない場合、樋１４０から流れ出た流動性を有する金属１は、冷却ロール１１０の外周面１１２に直接流下し、冷却ロール１１０が速度を持って回転していることもあって、冷却ロール１１０の外周面１１２上で徐々に幅方向に広がる。

位置βにおける仮想円１２２の接線方向速度（図３参照）や、位置γにおける仮想円１２４の接線方向速度（図５参照）を見たときに、タンディッシュ１３０からの注湯速度が冷却ロール１１０の速度よりも大きく、タンディッシュ１３０から注湯される流動性を有する金属１の幅が冷却ロール１１０の幅（相対向するサイドダム１２０の平面部１２０ａどうしの距離）よりも小さい場合には、樋１４０から流れ出た流動性を有する金属１は、冷却ロール１１０の外周面１１２に直接流下し、冷却ロール１１０が速度を持って回転していることもあって、冷却ロール１１０の外周面１１２上で、冷却ロール１１０の回転方向に沿って進行するにつれて徐々に幅方向に広がる（図９参照）。これは金属１が外周面１１２に直接流下した時の流速が冷却ロール１１０の周速より速く、金属１が鋳造方向に進行するにつれて流速が遅くなり、幅方向、高さ方向に広がるためと考えられる。金属１の上面は、中央部が隆起した形状になるが、これは表面張力も影響しているためと考えられる。

そして、図８（ａ）に示されるように、バックダム１７０がなくても、流動性を有する金属１が冷却ロール１１０の回転方向とは反対側に流れずに冷却ロール１１０の回転方向に沿って移動する。このようにして製造された鋳造材１５０ｂは、図８（ｂ）に示されるように、２つのサイドダムの間で中央部が隆起した断面形状（略かまぼこ状）となる。これは、サイドダム１２０からの放熱が抑制される一方で冷却ロール１１０からは放熱されるため、鋳造材の幅方向の中央部における凝固速度の方が両端部の凝固速度よりも大きいことも一因であると考えられる。そして、このような断面形状を有する鋳造材１５１ｂは、線材を製造する際の圧延に適した形状である。またこの場合、サイドダム１２０の平面部１２０ａに厚紙等の断熱層を設ける必要もない。また、図８（ｂ）に示される形状の鋳造材１５０ｂは、後述する成形ロール１９０（後述の図１１参照）によって平坦化することも可能である。

なお、タンディッシュからの注湯速度が大きい場合であっても、バックダム１７０を設けてもよい。バックダム１７０を設けることで、流動性を有する金属１が冷却ロール１１０の回転方向とは反対側に万一流れてしまうようなことがあっても、その金属をバックダム１７０で堰き止めることができる。

このように、バックダム１７０を設けるか否かを、流動性を有する金属１が冷却ロール１１０の回転方向とは反対側に流れてしまうか否かによって判断するとよい。但し、バックダムを設け金属溜まりを形成する場合には、サイドダム１２０の面１２０ａに断熱材を用いることが好ましい。

［５．鋳造材の粒状組織］
本実施形態における鋳造材の製造装置１００を用いて製造された鋳造材の結晶構造（粒状組織）と、従来のプロペルチ法により製造された鋳造材の結晶構造（粒状組織）との違いについて、図１０を参照して説明する。図１０は鋳造材の結晶構造の違いを示す模式図であって、（ａ）は本実施形態の製造装置１００を用いて製造された鋳造材の結晶構造の模式図、（ｂ）はプロペルチ法により製造された鋳造材の結晶構造の模式図である。

本実施形態に係る鋳造材の製造装置１００を用いて製造された鋳造材１５０は線状の鋳造まま材であり、図１０（ａ）に示されるように、長手方向に垂直な断面は、横方向長さと縦方向長さにおいて短い方の長さを分母にした時の比が３倍以下（すなわちアスペクト比が３以下）の略長方形である（場合によっては略正方形の場合もある）。また、鋳造材１５０の長手方向に垂直な断面の組織を観察すると、特定領域（図１０（ａ）に示される一点鎖線で囲まれた領域）において、矢印方向（冷却ロール１１０と接する側である下方から上方に向かう方向）に沿う一方向に粒状が大きくなっていることが分かる（図１０（ａ）参照）。これは、注湯された流動性を有する金属１が冷却ロール１１０に接した順に冷却されていき、チル層１５４が形成され、チル層１５４よりも上部になればなるほど粒状が大きくなることを示す。チル層１５４よりも上部になればなるほど粒状が大きくなるのは、チル層１５４よりも上部になればなるほど冷却ロール１１０およびサイドダム１２０からの冷却機能が低くなることで凝固するまでの時間が長くなり、結晶が大きく成長するためであると考えられる。なお、鋳造材１５０の長手方向に垂直な断面において、内部よりは微細な結晶が形成されているが、これは、側方や上部において全く冷却されないわけではないからである。また、上記の特定領域は、一方向（すなわち図１０（ａ）の縦方向）の長さが鋳造材１５０の断面の縦方向長さに対して５０％以上であり、一方向と直交する方向（すなわち図１０（ａ）の横方向）の長さが鋳造材１５０の断面の横方向長さに対して８０％であることが確認できた。尚、図１０（ａ）の四角形の断面輪郭形状において、下辺が冷却ロールにより直接冷却された面に相当し、左右の辺がサイドダムに接した面に相当する。したがって、下辺に隣接し対向している左右の辺は下辺に対し直交しており、又左右の辺はそれぞれ互いに平行である。

一方、プロペルチ法により製造された鋳造材１５５は、製造時に冷却ロールの上部に鋼ベルトによって流動性を有する金属が密閉されるため、矢印方向のように四方から冷却が進むことにより四方にチル層１５４が形成され、四方から中心部に向かって粒状が大きくなる。

このように、従来のプロペルチ法で製造された鋳造材１５５は、上下左右から冷却されるため、最終凝固部が中心部となり、鋳巣が発生しやすくなる。このように中心部に鋳巣が発生した鋳造材１５５は、線材を製造するための鋳造材としては不適である。これに対し、本実施形態に係る鋳造材の製造装置１００，１０１で製造された鋳造材１５０は、冷却ロール１１０からの冷却が主であり、一方向凝固性となることから、最終凝固部は冷却ロール１１０から遠い表面近くとなるため、中心部において鋳巣が発生しにくくなる。このように中心部に鋳巣がほぼ存在しない鋳造材１５０は、線材を製造するための鋳造材として適している。

［６．製造装置の別例］
図１１は、成形ロール１９０を設けた鋳造材の製造装置１０２の模式図である。この製造装置１０２は、成形ロール１９０を備える点で図１や図４に示される製造装置１００，１０１と異なっており、その他の構成については図１や図４に示される製造装置１００，１０１と同様である。

成形ロール１９０は、流動性を有する金属１が凝固または半凝固した金属１の上面の形状を成形する機能を有する。図１１に示されるように、成形ロール１９０は、冷却ロール１１０の最上位位置となる位置αよりも、若干、冷却ロール１１０の回転方向側に設けられている。凝固または半凝固した金属１の上面を成形ロール１９０で成形することにより、金属１の上面が略平坦でなかったとしても、かかる上面を略平坦または略平坦に近い状態とすることができる。これにより、本実施形態における鋳造材の製造装置１０２によって製造された鋳造材を線材に成形することが容易となり、鋳造および成形を小型で安価な省工程で完結させることが可能となる。

［７．実施例］
本実施形態を、以下の第１の実施例および第２の実施例夫々の実験例により裏付けを行った。
［７−１．第１の実施例］
第１の実施例における実験例の結果を、表１および図１２〜図１７を参照して説明する。なお、図１２〜図１６は、それぞれ、表１の実験例１〜実験例５に示される条件で鋳造をした場合の鋳造材の断面を示す図である。図１７は、サイドダム１２０の平面部１２０ａの断熱材の有無と金属溜まりの有無とに応じた鋳造材の形状を模式的に示す図である。

製造装置１００を用い、実験例１〜５の条件にて鋳造材を製造した。この実験例１〜５では、湯量が１．５ｋｇ、冷却ロール１１０は、ロール幅が１０ｍｍ及びロール径が６００ｍｍの円板状のＳＳ４００製のものを用いた。また、冷却ロール１１０のロール面は溝が無く平坦であり、冷却ロール１１０の回転軸１１１は水平方向に設置されている。なお、冷媒を用いた強制冷却はしていない。サイドダム１２０は、直径が２００ｍｍ及び厚さが２０ｍｍの円板状のＳＳ４００製である。サイドダム１２０の金属に接する面１２０ａには離型剤としてＢＮ（窒化ホウ素）塗料を塗布乾燥させて用いた。全実験例において離型剤ＢＮをサイドダム１２０の金属に接する面１２０ａ（断熱材を使用する場合は、断熱材の表面）に塗布して用いている。各実験例に置いて両サイドダム１２０、１２０は金属に対しそれぞれ同じ速度で回転させた。

なお、表１に示される冷却ロール速度Ｖｒ（m／min）およびサイドダム速度Ｖｓ（m／min）は、いずれも、仮想円１２２，１２４（図３および図５参照）の接線方向速度である。

（実験例１）
実験例１では、試料としてアルミニウム系の金属ＡＣ７Ａを用い、注湯温度６８０℃で注湯した。冷却ロールの周速５ｍ／ｍｉｎ、サイドダムの周速５ｍ／ｍｉｎ、サイドダム１２０の平面部１２０ａは断熱材を用いず、金属溜まりが形成されない条件にて鋳造材を作製した。

流動性を有する金属１の注湯は次のように行った。冷却ロール１１０の幅方向の中央で、冷却ロール１１０の回転軸１１１に直交する鉛直点（冷却ロール１１０の中心を通る鉛直線と冷却ロール１１０の外周面１１２とが交わる上下２つの点のうち上の点）よりも手前（反回転方向側）の上部の位置の冷却ロール表面に直接注湯し、注湯された流動性を有する金属が直ちに冷却ロールに触れる様に行った。このため、金属湯溜まりは形成していない。尚、その時の注湯速度はロール周速よりも速かった。その結果、図１２および図１７に示すような断面形状が略かまぼこ形の鋳造材（幅約１０ｍｍ）が得られた。

実験例１で得られた鋳造材は、長手方向を横切る断面を形成する対向する２辺は平行であり、又、上記の断面を形成する辺のうち一つは直線状であり、隣接する２辺は当該直線状辺に対し、直交する直線状であった。図１２に示す鋳造材の断面の組織を顕微鏡観察すると、図１０（ａ）の模式図に示すように、隣接する結晶粒の大きさが一の方向に徐々に拡大する特定領域を有し、一の方向における特定領域の長さが、冷却ロール１１０に接する面の幅方向の長さに対して８０％以上であり、上記一の方向と直交する厚み方向における特定領域の長さが、当該方向における上記断面の長さに対して５０％以上であった。また、長手方向に垂直な断面は、横方向長さが縦方向長さの約１．３倍の略かまぼこ形であった。

（実験例２）
実験例２では、試料としてアルミニウム系の金属ＡＣ７Ａを用い、注湯温度６７０℃で注湯した。冷却ロール１１０の周速５ｍ／ｍｉｎ、サイドダム１２０の周速５ｍ／ｍｉｎ、サイドダム１２０の平面部１２０ａに、同形状の離型剤を塗布した厚紙（厚さ約０．５ｍｍ）を貼り付け、１２０ａの断熱材有り条件とし、金属溜まりが形成される条件にて鋳造材を作製した。

流動性を有する金属１の注湯は次のように行った。バックダム１７０を用い、冷却ロール１１０の幅方向の中央で、冷却ロール１１０の回転軸１１１の鉛直点よりも手前の上部の位置に金属溜まりを形成させ、流動性を有する金属を金属溜まり中に注湯した。その結果、図１３および図１７に示すような断面形状が略四角形の鋳造材（幅約１０ｍｍ）が得られた。

実験例２で得られた鋳造材は、長手方向を横切る断面を形成する辺のうち一つが直線状であり、隣接する２辺は夫々約８７度及び８６度で交わる直線状であり、台形状であった。対向する２辺の夾角は７度であった。図１３に示す鋳造材の断面の組織を顕微鏡観察すると、図１０（ａ）の模式図に示すように、隣接する結晶粒の大きさが一の方向に徐々に拡大する特定領域を有し、一の方向における特定領域の長さが、冷却ロール１１０に接する面の幅方向の長さに対して８０％以上であり、上記一の方向と直交する厚み方向における特定領域の長さが、当該方向における上記断面の長さに対して５０％以上であった。また、長手方向に垂直な断面は、横方向長さが縦方向長さの１．５倍の略長方形であった。

（実験例３）
実験例３では、試料としてアルミニウム系の金属ＡＣ７Ａを用い、注湯温度６７０℃で注湯した。冷却ロールの周速１０ｍ／ｍｉｎ、サイドダムの周速１０ｍ／ｍｉｎ、サイドダム１２０に、実験例２と同様に（離型剤を塗布した厚紙）断熱材有条件とし、実験例１と同様にして金属溜まりが形成される条件にて鋳造材を作製した。その結果、図１４および図１７に示すような断面形状が略四角形の鋳造材（幅約１０ｍｍ）が得られた。実験例２の場合と比較して高さが約１／２程度低くなっているのは、冷却ロール１１０およびサイドダム１２０の周速が実験例２と比較して２倍になっていることにより、冷却される金属の量が少なくなるためと考えられる。

実験例３で得られた鋳造材は、長手方向を横切る断面を形成する辺のうち一つが直線状であり、隣接する２辺は約７８度で交わる、逆台形状をしていた。対向する２辺の夾角は２４度であった。尚、当該辺の長さの半分以上上部は外に凸状であった。図１４に示す鋳造材の断面の組織を顕微鏡観察すると、図１０（ａ）の模式図に示すように、隣接する結晶粒の大きさが一の方向に徐々に拡大する特定領域を有し、一の方向における特定領域の長さが、冷却ロールに接する面の幅方向の長さに対して８０％以上であり、上記一の方向と直交する厚み方向における特定領域の長さが、当該方向における上記断面の長さに対して５０％以上であった。また、長手方向に垂直な断面は、横方向長さが縦方向長さの２．６倍の略長方形であった。

（実験例４）
実験例４では、試料として真鍮（Ｃｕ−１５％Ｚｎ系）を用い、注湯温度１０５０℃で注湯した。冷却ロールの周速１０ｍ／ｍｉｎ、サイドダムの周速１０ｍ／ｍｉｎ、実験例２と同様にサイドダム１２０の平面部１２０ａの断熱材有り（離型剤を塗布した厚紙）条件、金属溜まりが形成される条件にて鋳造材を作製した。その結果、図１５および図１７に示すような断面形状が略四角形の鋳造材（幅約１０ｍｍ）が得られた。これにより、金属の種類によって注湯温度は異なるが、アルミニウム系の金属に限らず本願発明を実施することが可能であることがわかった。なお、長手方向に垂直な断面は、横方向長さが縦方向長さの２．２倍の略長方形であった。

（実験例５）
実験例５では、試料としてアルミニウム系の金属ＡＣ７Ａを用い、注湯温度６７０℃で注湯した。冷却ロールの周速１０ｍ／ｍｉｎ、サイドダムの周速１０ｍ／ｍｉｎ、サイドダム１２０は実験例１と同様１２０ａには断熱材は使用せず、金属溜まりが形成される条件にて鋳造材を作製した。その結果、図１６および図１７に示すように断面形状において金属上面がやや凹んだ形状の鋳造材（幅約１０ｍｍ）が得られた。これは、冷却ロールおよびサイドダムの周速が実験例１と比較して２倍になっていること、断熱材がないことによりサイドダムに接する流動性を有する金属の冷却が進み、中央部分の金属の冷却が遅れることが原因として考えられる。このような鋳造材は後工程における圧延に適さず良質の線材は得られなかった。

実験例１〜実験例５に示されるように、金属溜まりが形成されない条件（実験例１）にて鋳造材を作成した場合には、断熱材無しの条件であったとしても、後工程における圧延が容易で鋳巣もなく良好な品質の線材が作成できるという結果が得られた。また、金属溜まりが形成されたとしても、断熱材有りの条件（実験例２〜実験例４）にて鋳造材を作成した場合には、後工程における圧延が容易で鋳巣もなく良好な品質の線材が作成できるという結果が得られた。これに対し、金属溜まりが形成され、さらに断熱材無しの条件（実験例５）にて鋳造材を作成した場合には、後工程における圧延が容易で鋳巣もなく良好な品質の線材を作成することができないという結果が得られた。

なお、実験例１〜実験例５には含まれていないが、サイドダム１２０の平面部１２０ａの断熱材有り、金属溜まりが形成されない条件にて鋳造材を作製した場合には、図１７に示されるように、断面形状が略かまぼこ形の鋳造材が得られた。

［７−２．第２の実施例］
次に、第２の実施例における実験例について説明する。

第２の実施例では、製造装置１００を用い、注湯量が１．５ｋｇ、冷却ロール１１０は、ロール幅が１０ｍｍ及びロール径が６００ｍｍの円板状のＳＳ４００製のものを用いた。サイドダム１２０の金属に接する面１２０ａには離型剤としてＢＮ（窒化ホウ素）塗料を塗布乾燥させて用いた。又、試料としてアルミニウム系の金属ＡＣ７Ａを用い、注湯温度６８０℃で注湯した。この第２の実施例では、仮想円１２２，１２４の接線方向についてのサイドダム１２０の速度Ｖｓ（ｍ／ｍｉｎ）を変えて鋳造材を作製した。なお、第２の実施例は、以下に示すように条件を変えて行っているため、第２の実施例（その１）については表２を参照して説明し、第２の実施例（その２）については表３を参照して説明をする。

（第２の実施例（その１））
第２の実施例（その１）では、冷却ロールの周速１０ｍ／ｍｉｎ、サイドダム１２０の平面部１２０ａの断熱材有り、金属溜まり有りの条件にて、鋳造材を作製した。その結果、表２に示す結果が得られた。

仮想円１２２，１２４の接線方向についてのサイドダム１２０の速度を、仮想円１２２，１２４の接線方向についての冷却ロール１１０の速度の０．６倍より大きく２．０倍未満とするとよい。

（第２の実施例（その２））
冷却ロールの周速５ｍ／ｍｉｎ、サイドダム１２０の平面部１２０ａの断熱材無し、金属溜まり無しの条件にて、鋳造材を作製した。その結果、表３に示す結果が得られた。

第２の実施例（その１）および第２の実施例（その２）の結果によると、安定した鋳造を行うには、冷却ロールの周速と仮想円１２２，１２４の接線方向についてのサイドダム１２０の周速の速度比は、冷却ロールの周速の０．４倍より大きいことが好ましく、０．６倍より大きいことがより好ましく、４．０倍以下が好ましく、２．０倍未満がより好ましい。したがって０．４倍より大きく、４．０倍以下が好ましく、０．６倍より大きく２．０倍未満がより好ましい。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、従来よりも小さい断面形状を有する鋳造材を従来よりも小さい装置（従来よりも小径の冷却ロール１１０を採用するとともに、従来の張力輪および鋼ベルトが不要）で製造することができ、しかも、小さい断面の鋳造材を製造することで、鋳造材から線材に加工するための三方ロール圧延の段数を大幅に低減することができる。これにより、高コストとなることなく安価で小ロット生産の需要に見合った鋳造材を製造することが可能となる。

本願発明によれば、小ロット生産または小ロット多品種生産の需要に見合った鋳造材を製造することができ、さらには、線材の小ロット生産または小ロット多品種生産の生産性の向上に貢献することが期待される。

１ 金属
１００，１０１，１０２ 鋳造材の製造装置
１１０ 冷却ロール
１１１ 冷却ロールの回転軸
１１２ 冷却ロールの外周面
１２０ サイドダム
１２１ サイドダムの回転軸
１２２，１２４ 仮想円
１５０,１５５ 鋳造材
１５４ チル層
１６０ 注湯領域
１８０ 断熱層
１９０ 成形ロール

Claims (7)

1. 金属製線材の加工に供される鋳造材の製造装置であって、
   外周面に流し込まれた流動性を有する金属を冷却することが可能な冷却ロールと、
   前記冷却ロールの両側方において互いに対向するとともに離型性を有する面を有し、前記冷却ロールの外周面に流し込まれた金属を、当該冷却ロールの両側方において前記離型性を有する面にて堰き止めることが可能な第１の側方部材および第２の側方部材と、
   を備え、
   前記第１の側方部材および前記第２の側方部材は、
   夫々、前記冷却ロールの外周面に流し込まれた前記金属の移動方向に沿う方向に、前記冷却ロールとは異なる回転軸を回転中心として回転可能に構成されてなる
   ことを特徴とする鋳造材の製造装置。
2. 前記第１の側方部材および前記第２の側方部材は、
   前記第１の側方部材および前記第２側方部材夫々の回転中心から前記冷却ロールの外周面までの距離が最短となる最短位置までを半径とする仮想円において、前記最短位置における前記仮想円の接線方向速度が、当該最短位置における前記冷却ロールの接線方向速度の０．６倍より大きい速度で回転するように構成されてなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の鋳造材の製造装置。
3. 前記第１の側方部材及び前記第２の側方部材夫々の前記冷却ロールを挟んで対向する面の、前記流動性を有する金属に対面する部分が更に断熱性を有する層を中層に有する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の鋳造材の製造装置。
4. 金属製線材の加工に供される鋳造材の製造方法であって、
   流動性を有する金属を冷却することが可能な冷却ロールと、
   前記冷却ロールの両側方において互いに対向するとともに離型性を有する表面を有し、前記流動性を有する金属を当該冷却ロールの両側方において堰き止めることが可能であり、前記金属の移動方向に沿う方向に、前記冷却ロールとは異なる回転軸を回転中心として回転する前記第１の側方部材および前記第２の側方部材と、
   を備える前記鋳造材の製造装置を用い、
   前記第１の側方部材および前記第２の側方部材を回転させた状態で、流動性を有する金属を、少なくとも前記冷却ロールの外周面と前記第１の側方部材および第２の側方部材とによって形成される注湯領域に流し込む第１工程と、
   前記注湯領域に流し込まれた前記流動性を有する金属を凝固させつつ前記冷却ロールの回転方向に沿って移動させる第２工程と、
   を有することを特徴とする鋳造材の製造方法。
5. 前記第２工程は、
   前記第１の側方部材および前記第２側方部材夫々の回転中心から前記冷却ロールの外周面までの距離が最短となる最短位置までを半径とする仮想円において、前記最短位置における前記仮想円の接線方向速度を、前記冷却ロールの接線方向速度の０．６より大きい速度となるよう回転させることで、前記注湯領域に流し込まれた流動性を有する金属を凝固させつつ前記冷却ロールの回転方向に沿って移動させるものである
   ことを特徴とする請求項４に記載の鋳造材の製造方法。
6. 前記第１工程は、
   前記流動性を有する金属を、互いに対向する前記第１の側方部材の面と前記第２の側方部材の面との間の距離よりも小さい幅で、冷却ロール表面に直接注湯し、注湯された流動性を有する金属が直ちに冷却ロールに触れる様に行う
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の鋳造材の製造方法。
7. 長手方向に垂直な断面におけるアスペクト比が３以下の線状の鋳造まま材であって、
   前記断面を形成する対向する２辺が略平行であり、
   前記断面を拡大観察すると、隣接する結晶粒の大きさが一の方向に徐々に拡大する特定領域を有し、
   前記一の方向における前記特定領域の長さが、当該一の方向における前記断面の長さに対して５０％以上であり、
   前記一の方向と直交する他の方向における前記特定領域の長さが、当該他の方向における前記断面の長さに対して８０％以上である、
   ことを特徴とする線状の鋳造材。

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