JP3835973B2 - 薄肉部付き鋳造物の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタイヤ成形用金型、オートバイ等のシリンダーブロックの冷却フィン等として用いられる薄肉部付き鋳造物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄、鋼等の鉄系材料を用いた鋳造物は、高い強度を有することから、タイヤ成形用金型等広範な用途に用いられている。鉄、鋼等の鉄系材料を用いた鋳造物の一般的な製造法には、砂型鋳造法、ロストワックス法、ショウプロセス法がある。
【０００３】
砂型鋳造法は、図２に示すように、原型１から砂で作成した鋳型２（図２（ａ））に鉄又は鋼の溶湯３を流し込んで（図２（ｂ））鋳造する方法である。
【０００４】
又、ロストワックス法は、図３に示すように、ろうにて作成した原型１を、エチルシリケート等のバインダーと耐火物微粉末を混合して成るスラリー４に浸漬し（図３（ａ））、次いで、原型１の外表面に砂の層５を形成した後（図３（ｂ））、加熱してろうを流し出すことにより砂から成る鋳型２とし（図３（ｃ））、この鋳型２に金属溶湯を流し込んで（図３（ｄ））鋳造する方法である。
【０００５】
又、ショウプロセス法は、セラミックから成る鋳型に鉄又は鋼の溶湯を流し込んで鋳造する方法である。具体的には、まず、図４（ａ）に示すように、ゴム等により作成した原型１に、エチルシリケートと耐火物微粉末を主成分とするスラリー４を流し込んでゲル化させる。次いで、型抜きした鋳型成形体を直火にて一次焼成し、さらに、電気炉にて二次焼成して鋳型とする。最後に、図４（ｂ）に示すように、鋳型２に鉄又は鋼の溶湯３を流し込んで鋳造する。尚、直火で一次焼成を行うのは、鋳型成形体に含まれるアルコールを急速に蒸発させることにより、鋳型全体に微細なクラックを形成するためである。このクラックは、鋳造時の通気性を良くし、又、鋳型の割れを抑制する機能を有するものである。
【０００６】
尚、ショウプロセス法においては、場合により、型抜きした鋳型成形体を、メタノール、エタノール、プロパノール等の粘性が少なく、常温で揮発性を有する液体に浸し、１０〜４０分放置する安定化処理が行われる。これは、型抜きした鋳型成形体をすぐに焼成したのでは、焼成中における寸法変化が大きいことから、型抜き後、しばらく放置して成形体の寸法を安定させてから焼成するためである。又、安定化処理において、鋳型成形体をメタノール等の液体に浸すのは、鋳型成形体中のアルコールの蒸発を防止して、焼成時に、上述の微細クラックを効果的に形成するためである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来行われてきた上記の方法では、サイプに対応する突起９を有するタイヤ成形用金型７（図５（ａ））やオートバイの冷却フィン付きシリンダーブロック８（図５（ｂ））等のように、厚さが２ｍｍ以下の薄肉部６を備えた鋳造物を製造する場合、以下のような問題があった。
【０００８】
まず、鋳型に薄肉部に相当する幅の狭い溝を形成しても、鋳造時に、溶湯が溝の底部まで流れ込まない場合が多いため、薄肉部の形成が困難であるという問題があった。
【０００９】
又、たとえ薄肉部を形成できたとしても、薄肉部の厚さによっては、破断強度、伸び、靱性等の強度特性が不充分となり、タイヤ成形用金型の場合、例えばサンドブラストにより金型に付いたゴムを落とす際に、薄肉部が容易に破損するというような問題があった。
【００１０】
さらに、砂型鋳造法やショウプロセス法においては、鋳型はゴム製の原型を用いて作成することが多いが、鋳型を原型から脱型する際に、薄肉部に対応する突起部分がちぎれて原型の再使用が不可能になったり、鋳型の作成時に薄肉部に対応する突起部分が変形して、寸法精度の高い鋳型を作成することが困難であるという問題があった。又、ショウプロセス法においては、たとえ、鋳型成形体に、薄肉部に対応する溝を形成できたとしても、鋳型成形体を一次焼成する際に炎が溝の奥まで達せず、鋳型成形体表面部が急熱される結果、溝の幅が部分的に変化してしまい、そのため鋳造時に溶湯が溝幅の狭い部分には行き渡らず、薄肉部に孔が形成されたり、薄肉部の厚さが不均一になるという問題（湯まわり不足欠陥）があった。
【００１１】
上記の問題を克服すべく、図６に示すように、薄肉部と等しい厚みを備えた鉄製、鋼製、ニッケル合金製の何れかの薄肉部材１０を鋳型２の適宜な部分に設置し（図６（ａ））、鋳造時に、薄肉部材１０を鋳ぐるむ（図６（ｂ））ことにより、鋳造物１１に薄肉部６を形成する（図６（ｃ））方法も考えられるが、鋳ぐるみ時に、母材１２から薄肉部材１０の表面及び表面近傍に、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｇ等の微量元素の移動が起こり、これに起因して以下の問題が生じるため、実際には不可能であった。
【００１２】
まず、鋳造物の母材と薄肉部材の融点は元来ほぼ同じである上に、微量元素の移動により薄肉部材の融点降下が起こるため、母材を形成する溶湯が薄肉部材に接触すると薄肉部材が溶融し、溶融した薄肉部材から溶出した成分により薄肉部材近傍の組成が局部的に変化する。組成が局部的に変化した部分の融点は降下するため、母材の他の部分よりも遅く凝固し、そのため、この部分の凝固収縮分の補給が受けられず、図７に示すように、この部分に孔１３が形成される（局部引け巣欠陥）という問題があった。
【００１３】
又、溶融した薄肉部材から溶出した成分は、薄肉部材近傍の異常硬化を引き起こすため、鋳造物において該当部分がもろくなり、衝撃負荷に弱くなったり、鋳造後に加工を必要とする場合において、刃飛びが起こり加工しづらくなるという問題があった。
【００１４】
本発明はかかる事情を背景としてなされたものであり、その目的とするところは、鋳出しにより寸法精度の高い薄肉部を形成できる薄肉部付き鋳造物の製造方法及び鋳ぐるみを行っても局部引け巣欠陥及び異常硬化を起こさず、薄くても充分な強度を有しかつ寸法精度の高い薄肉部を形成できる薄肉部付き鋳造物の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明によれば、鉄、鋼、ニッケル合金の何れかから成る薄肉部材を、鉄又は鋼から成る母体に鋳ぐるませる薄肉部付き鋳造物の製造方法であって、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂｅ及びＭｇから成る群より選択した１又は２以上の元素を合計で０．５重量％以上含有する薄肉部材を用いることにより、鋳ぐるみ時又は鋳ぐるみ時に先んじる加温時に上記薄肉部材の少なくとも表面及び表面近傍にセラミック層を形成させ、鋳ぐるみ時における上記薄肉部材の溶融を防止することを特徴とする薄肉部付き鋳造物の製造方法が提供される。
【００１７】
また、本発明によれば、セラミック鋳型に鉄又は鋼の溶湯を流し込む薄肉部付き鋳造物の製造方法であって、上記薄肉部と等しい厚みを備えた金属切片を、上記薄肉部に相当する部分に設置した鋳型成形体を焼成した後、上記金属切片を除去することにより、セラミック鋳型を作成する薄肉部付き鋳造物の製造方法が提供される。
【００１８】
本発明においては、原型より成形体を成形する成形工程、該成形体を安定化処理する安定化処理工程、該成形体を焼成してセラミック鋳型とする焼成工程、及び該セラミック鋳型に鉄又は鋼の溶湯を流し込んで鋳造する鋳造工程を有するショウプロセス法による薄肉部付き鋳造物の製造方法において、該成形工程において、金属切片又は鉄若しくは鋼から成る薄肉部材を設置した原型より、該薄肉部材を設置した成形体を成形し、該安定化処理工程において、該成形体に発生したバリを除去し、該焼成工程の後で、セラミック鋳型から該薄肉部材を除去することが好ましい。
【００１９】
本発明の方法において、上記薄肉部付き鋳造物はタイヤ成形用金型であり、上記薄肉部がサイプ形成用突起であってもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明においては、鉄、鋼、ニッケル合金の何れかから成る薄肉部材を、鉄又は鋼から成る母体に鋳ぐるませることにより薄肉部付き鋳造物を製造する場合において、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂｅ及びＭｇから成る群より選択した１又は２以上の元素を合計で０．５重量％以上含有する薄肉部材を用い、鋳ぐるみ時又は鋳ぐるみ時に先んじる加温時に上記薄肉部材の少なくとも表面及び表面近傍にセラミック層を形成させることにより、鋳ぐるみ時における上記薄肉部材の溶融を防止している。
【００２１】
前述のように、局部引け巣欠陥及び異常硬化は薄肉部材の溶融に起因して起こり、薄肉部材の溶融は、母材から薄肉部材の表面及び表面近傍に母材中の微量元素の移動が起こって薄肉部材の融点が降下することにより起こるため、薄肉部材への微量元素の移動を阻止すれば、薄肉部材の溶融は起こらず、局部引け巣欠陥及び異常硬化を防止することができる。本発明においては、鋳ぐるみ時又は鋳ぐるみ時に先んじる加温時に、薄肉部材の少なくとも表面及び表面近傍にセラミック層を形成するような組成を持った薄肉部材を用いることにより、微量元素の移動を阻止している。
【００２２】
従って、本発明の鋳造物製造法においては、局部引け巣欠陥及び異常硬化を防止できることから、従来、不可能であった、鉄、鋼、ニッケル合金の何れかから成る薄肉部材を鉄又は鋼から成る母材に鋳ぐるむことが可能になる。それに伴い、鋳出しでは、精度良く形成することが困難で、強度的にも不充分であることから、形成不可能であった０．５〜０．２ｍｍという厚さの薄肉部を、充分な寸法精度と充分な強度をもって形成することが可能となる。
【００２３】
本発明において、セラミック層を構成するセラミックの種類に特に制限は無いが、形成のしやすさより、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＭｇＯ等の酸化物系セラミック、ＡｌＮ等の窒化物系セラミックが好適に用いられる。尚、微量成分の侵入を効果的に防止する観点より、セラミック層は緻密であることが好ましい。
【００２５】
鋳ぐるみ時又は鋳ぐるみ時に先んじる加温時に薄肉部材にセラミック層を形成させるには、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂｅ及びＭｇから成る群より選択した１又は２以上の元素を合計で０．５重量％以上含有する薄肉部材、即ち表面及び表面近傍にセラミック層を形成するような組成を持った薄肉部材が用いられる。このような薄肉部材を用いて鋳造物の製造を行うことにより、砂型鋳造法においては、鋳ぐるみ時に薄肉部材が１２５０〜１４００℃に加熱され、薄肉部材の表面及び表面近傍にセラミック層が形成される。一方、ロストワックス法及びショウプロセス法においては、薄肉部材の鋳型への設置時に応じて、鋳ぐるみ時又は鋳ぐるみ時に先んじる加温時、即ち焼成時に薄肉部材が８００〜１０００℃に加熱され、薄肉部材の表面及び表面近傍にセラミック層が形成される。尚、Ａｌ等の元素を合計で０．５重量％以上含有することとしたのは、０．５重量％未満では、微量元素の侵入を阻止するのに充分の厚さのセラミック層を形成できないからである。
【００２６】
薄肉部材にセラミック層を形成して鋳ぐるむ本発明の方法は、砂型鋳造法、ロストワックス法及びショウプロセス法のみならず、鉄又は鋼を用いた他の鋳造法においても適用できるものである。
【００２７】
薄肉部材に形成したセラミック層にて微量成分の侵入を阻止する上記の方法を、ショウプロセス法に適用する場合には、鋳型の成形工程において、鉄、鋼、ニッケル合金の何れかから成る薄肉部材を設置した原型より、薄肉部材を設置したセラミック鋳型を成形し、安定化処理工程において成形体に発生したバリを除去することが好ましい。
【００２８】
「成形工程において、鉄、鋼、ニッケル合金の何れかから成る薄肉部材を設置した原型より、薄肉部材を設置したセラミック鋳型を成形」する、即ち、薄肉部材１０を設置した原型１にスラリー４を流し込み（図９（ａ））、脱型する際に鋳型成形体１４とともに薄肉部材１０をも原型１から引き抜く（図９（ｂ））ことにより薄肉部材を設置したセラミック鋳型を成形することとしたのは下記の理由による。
【００２９】
セラミック鋳型に薄肉部材を設置する方法としては、ゴム等から成る原型１に、薄肉部に対応する突起１５を設けておき（図１０（ａ））、この原型１から作成した鋳型成形体１４に形成された溝１６に薄肉部材１０を設置する（図１０（ｂ））方法も考えられるが、実際には鋳型成形体１４に形成された溝１６の形状・寸法と薄肉部材１０の形状・寸法を一致させるのは困難であり、又、図１０（ｃ）に示すように、薄肉部材１０の形状によっては、鋳型成形体を原型から引き抜いたり、溝に薄肉部材を設置することが不可能である場合もある。一方、薄肉部材を設置した原型を用いて、薄肉部材を設置したセラミック鋳型を成形すれば、上記の不都合を回避できる。
【００３０】
又、鋳型成形体を焼成した後に薄肉部材を設置する方法も考えられるが、この方法では、セラミック鋳型と、鉄製、鋼製、ニッケル合金製のいずれの薄肉部材との間には熱膨張特性の差があるため、鋳造時に、薄肉部材の膨張により、図１０（ｄ）に示すように、セラミック鋳型２が割れる場合がある。
【００３１】
一方、薄肉部材を設置した原型を用いて、薄肉部材を設置したセラミック鋳型を成形すれば、以下の理由により、このような不都合を回避できる。即ち、薄肉部材を設置した鋳型成形体には８００〜１０００℃での焼成処理が施されるが、この焼成工程において薄肉部材は熱膨張を起こす。しかし、薄肉部材の熱膨張は、鋳型成形体からのアルコールの消失による空隙、鋳型成形体中のバインダー（ガラス質）のガラス化（変態）及び熱軟化（ガラス軟化）により吸収される。そして、焼成後は薄肉部材は収縮するため、薄肉部材と鋳型との間に隙間ができることになる。そのため、鋳造時には、この隙間が薄肉部材の熱膨張を吸収することができ、セラミック鋳型が割れることはないのである。
【００３２】
又、安定化処理工程において成形体に発生したバリを除去することとしたのは、焼成後ではセラミックが硬化しているため、バリの除去は困難である一方、安定化処理工程においては、鋳型成形体はゴム弾性を有しているため、作業が容易であり美しく仕上げることが可能だからである。安定化処理工程においては、鋳型成形体はメタノール等の液体に浸されているため、バリの除去は鋳型成形体を液体で浸した状態で行われることになる。尚、バリ１８は、図８に示すように、原型と原型に設置された薄肉部材との間の隙間に起因して、主として薄肉部材の両側に発生する。
【００３３】
又、本発明においては、セラミック鋳型に鉄又は鋼の溶湯を流し込んで、薄肉部を鋳出すことにより、薄肉部付き鋳造物を製造する場合において、図１に示すように、薄肉部と等しい厚みを備えた金属切片１９を、上記薄肉部に対応する部分に設置した鋳型成形体１４（図１（ｂ））を焼成した後、金属切片１９を除去することにより、セラミック鋳型２（図１（ｃ））を作成する。
【００３４】
焼成の間、薄肉部と等しい厚みを備えた金属切片１９を鋳型成形体１４に設置しておくことにより、焼成中において鋳型成形体表面部が急熱されても溝２０の幅が部分的に変化することがないため、鋳造物の薄肉部に孔が形成されたり、薄肉部の厚さが不均一になるという従来の不都合を回避することができ、鋳出しにより、寸法精度の高い薄肉部６を備えた鋳造物１１（図１（ｄ））を製造することが可能になる。この方法は、ショウプロセス法をはじめ、セラミック鋳型を用いて鋳造を行う鋳造法に好適に用いることができる。
【００３５】
この場合、図１（ａ）に示すように、ゴム等から成る原型１の段階において、原型１に金属切片１９を設置しておき、鋳型成形体１４を脱型する際に鋳型成形体１４とともに金属切片１９を原型１から引き抜く（図１（ｂ））ことにより、金属切片１９を鋳型成形体１４に設置すれば、ゴム等では形成しにくい複雑な形状を有する薄肉部に対応する溝２０を鋳型２に正確に形成することができる。尚、この場合、原型１と原型１に設置された金属切片１９との間の隙間に起因して、金属切片１９の両側にバリが発生するが、ショウプロセス法においては、安定化処理工程においてバリを除去することが、作業のしやすさ及び鋳造物のデザイン精度の観点より好ましい。
【００３６】
この方法では、あくまで鋳出しにより鋳造を行うことから、薄肉部の厚さがあまりに小さい場合には、薄肉部の強度が不充分になったり、鋳型の溝に溶湯が行き渡らず、薄肉部の形状が不良となる場合がある。従って、０〜０．５ｍｍの厚さを有する薄肉部の形成には、あまり適していない。
【００３７】
以上説明したように、本発明の薄肉部付き鋳造物の製造方法においては、薄くても充分な強度を有しかつ寸法精度の高い薄肉部を形成できるため、本発明の方法は、タイヤ成形用金型、オートバイ等のシリンダーブロックの冷却フィン、ヒートシンク、モーターハウジング等、薄肉部を備えた鋳造物の製造全般に好適に用いることができるものである。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３９】
（参考例１） 予め表面にセラミック層を形成した薄肉部材を鋳ぐるむことにより、図１１（ａ）に示すように、周方向に走る薄肉部６を備えた自動車用タイヤ成形用金型分割品２１をショウプロセス法にて製造した。
【００４０】
まず、薄肉部材を設置するための溝２２を設けたゴム製の原型１（図１２（ａ））を作成した。ゴムは縮合型シリコーンゴムを用いた。この溝２２に、予め表面にセラミック層を形成した薄肉部材１０を設置した（図１２（ｂ））。セラミック層の形成は、ＳＵＳ３０４製の薄肉部材（長さ３２ｍｍ×幅１９ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ）にセラミック粒子コーティング剤（商標名：セラコートスプレー、株式会社オーデック製）にて、アルミナ層を１５〜３０μｍの厚さに形成することにより行った。表２にＳＵＳ３０４の組成を示す。
【００４１】
次に、上記の原型１から鋳型成形体を作成した。スラリーはセラミック耐火物粒子をエチルシリケートバインダーにて混練したものを用いた。鋳型成形体は、原型から脱型した後、工業用アルコールに２０分間浸漬することにより安定化処理を行い、この安定化処理中に、鋳型成形体の薄肉部材周辺に発生したバリを除去した。安定化処理終了後、直ちに、鋳型成形体をプロパンガスバーナーにて２分間一次焼成を行った。次に、電気炉内で、８００℃、４時間二次焼成を行い、鋳型とした。
【００４２】
最後に、上記の鋳型を用いて鋳造を行い、自動車用タイヤ成形用金型分割品を１０個製造した。鋳造用合金にはＦＣＤ６００（Ｃ：３．５重量％、Ｓｉ：２．３重量％、Ｍｎ：０．１５重量％、Ｆｅ：残り分）を用いた。鋳込み温度は１２８０℃とした。
【００４３】
鋳型について鋳造時の割れの発生を調べ、又、製造した鋳造物（自動車用タイヤ成形用金型分割品）について、局部引け巣欠陥、異常硬化の発生及びバリの除去による影響を以下の方法にて調べた。結果を表１に示す。
【００４４】
（鋳型の割れの発生） 鋳型の薄肉部材近傍を目視にて観察することにより、鋳型の割れの発生の有無を判断した。
【００４５】
（局部引け巣欠陥の発生） 鋳造物の鋳ぐるみ部近傍を目視にて観察することにより、局部引け巣欠陥の発生の有無を判断した。
【００４６】
（異常硬化の発生） 薄肉部材の硬度及び鋳造物の鋳ぐるみ部近傍の硬度を測定し、比較することにより判断した。尚、硬度の測定はマイクロビッカース法にて行った。
【００４７】
（バリの除去による影響） 鋳造物の鋳ぐるみ部近傍の表面状態を目視にて観察することにより、以下の基準にて判断した。
バリを除去した痕跡が識別可能 … 不良
バリを除去した痕跡が識別不能 … 良好
【００４８】
（実施例１） 図１１（ｂ）に示すように、薄肉部を放射状に設置した点を除いては参考例１と同様な自動車用タイヤ成形用金型分割品を参考例１と同様に製造した。
鋳型について鋳造時の割れの発生を調べ、又、製造した鋳造物（自動車用タイヤ成形用金型分割品）について局部引け巣欠陥、異常硬化の発生及びバリの除去による影響を、参考例１と同様に調べた。結果を表１に示す。
【００４９】
（実施例２〜４） 予め表面にセラミック層を形成した薄肉部材を用いることなく、加温によりセラミック層（実施例２及び実施例４ではアルミナ層、実施例３ではチタニア層）を形成するような組成を有する薄肉部材を用いた点を除いては、参考例１と同様に薄肉部を備えた自動車用タイヤ成形用金型分割品を製造した。薄肉部材には、実施例２ではＳＵＳ６３１を、実施例３ではＭＡＳ１Ｃを、実施例４ではインコネル７１８を用いた。表２にＳＵＳ６３１、ＭＡＳ１Ｃ及びインコネル７１８の組成を示す。
鋳型について鋳造時の割れの発生を調べ、又、製造した鋳造物（自動車用タイヤ成形用金型分割品）について局部引け巣欠陥、異常硬化の発生及びバリの除去による影響を、参考例１と同様に調べた。結果を表１に示す。
【００５０】
（実施例５） 薄肉部材を鋳ぐるむことなく、薄肉部と等しい厚みを備えた金属切片を、薄肉部に相当する部分に設置した鋳型成形体を焼成した後、金属切片を除去することにより作成した鋳型を用いて鋳造することにより、薄肉部を備えた自動車用タイヤ成形用金型分割品を製造した。
【００５１】
まず、金属切片を設置するための溝を設けたゴム製の原型を作成した。この溝に、ＳＵＳ３０４から成る金属切片１９を設置した。ゴムは参考例１と同様のものを用いた。又、金属切片の寸法は、３２ｍｍ×１９ｍｍ×０．５ｍｍとした。
【００５２】
次に、上記の原型から鋳型成形体を作成した。スラリーは参考例１と同様のものを用いた。鋳型成形体を原型より脱型する際、金属切片を鋳型成形体とともに原型より引き抜き、金属切片が鋳型成形体に設置されている状態とした。鋳型成形体は、原型から脱型した後、工業用アルコールに２０分間浸漬することにより安定化処理を行い、この安定化処理中に、鋳型成形体の金属切片周辺に発生したバリを除去した。安定化処理終了後、参考例１と同様に一次焼成及び二次焼成を行い、金属切片を除去して鋳型とした。
【００５３】
最後に、上記の鋳型を用いて鋳造を行い、自動車用タイヤ成形用金型分割品を１０個製造した。鋳造用合金にはＦＣＤ６００を用い、鋳込み温度は１２８０℃とした。
【００５４】
製造した鋳造物（自動車用タイヤ成形用金型分割品）について、湯まわり不足欠陥の発生の有無を目視にて調べた。結果を表１に示す。
【００５５】
（比較例１） 薄肉部材の表面にセラミック層を形成しなかった点を除いては参考例１と同様に薄肉部を備えた自動車用タイヤ成形用金型分割品を製造した。
鋳型について鋳造時の割れの発生を調べ、又、製造した鋳造物（自動車用タイヤ成形用金型分割品）について局部引け巣欠陥、異常硬化の発生及びバリの除去による影響を、参考例１と同様に調べた。結果を表１に示す。
【００５６】
（比較例２） バリの除去を、鋳型成形体を焼成した後に行った点を除いては、参考例１と同様に薄肉部を備えた自動車用タイヤ成形用金型分割品を製造した。
鋳型について鋳造時の割れの発生を調べ、又、製造した鋳造物（自動車用タイヤ成形用金型分割品）について局部引け巣欠陥、異常硬化の発生及びバリの除去による影響を、参考例１と同様に調べた。結果を表１に示す。
【００５７】
（比較例３） 原型に薄肉部に相当する突起を設けておき、この原型から作成した鋳型成形体を焼成した後に、上記突起により形成された溝に薄肉部材を設置することにより作成した鋳型を用いて鋳造を行い、薄肉部を備えた自動車用タイヤ成形用金型分割品を製造した。他の点はすべて参考例１と同様とした。
【００５８】
鋳型について鋳造時の割れの発生を調べ、又、製造した鋳造物（自動車用タイヤ成形用金型分割品）について局部引け巣欠陥、異常硬化の発生及びバリの除去による影響を、参考例１と同様に調べた。結果を表１に示す。
【００５９】
（比較例４） 金属切片を用いることなく、原型に薄肉部に相当する突起を設けておき、この原型から作成した鋳型を用いて鋳造することにより、鋳出しにより薄肉部を設けた自動車用タイヤ成形用金型分割品を製造した。他の点はすべて実施例５と同様とした。
【００６０】
製造した鋳造物（自動車用タイヤ成形用金型分割品）について、湯まわり不足欠陥の発生の有無を目視にて調べた。結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
【表２】
【００６３】
表１より、薄肉部材にセラミック層を形成した実施例１〜４においては、局部引け巣欠陥、異常硬化の発生がみられなかったのに対し、薄肉部材にセラミック層を形成しなかった比較例１においては局部引け巣欠陥、異常硬化の発生がみられたことがわかる。
【００６４】
又、バリの除去を、安定化処理中に行った実施例１〜４においては、鋳造物の鋳ぐるみ部近傍の表面状態が良好であったが、バリの除去を、鋳型成形体を焼成した後に行った比較例２においては、鋳造物の鋳ぐるみ部近傍の表面状態が不良であり、該当部分の仕上げのために多大な工数を要した。
【００６５】
さらに、鋳型成形体の焼成前に薄肉部材を設置した実施例１〜４においては、鋳造時における鋳型の割れがみられなかったのに対し、鋳型成形体を焼成した後に薄肉部材を設置した比較例３においては、鋳造時において鋳型の割れが発生した。
【００６６】
又、金属切片を設置した状態で鋳型成形体を焼成した実施例５においては、湯まわり不足欠陥の発生が少なかったのに対し、金属切片を設置せずに鋳型成形体を焼成した比較例４においては、湯まわり不足欠陥が頻発した。さらに、薄肉部の肉厚のばらつきも、実施例５では±０．０２ｍｍ以下であったのに対し、比較例４では±０．１５ｍｍと大きかった。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の鋳造物の製造方法では、薄肉部材を鋳ぐるむ場合における、局部引け巣欠陥及び異常硬化を防止できることから、従来、不可能であった、鉄、鋼、ニッケル合金の何れかから成る薄肉部材を鉄又は鋼から成る母体に鋳ぐるむことが可能になる。又、それに伴い、鋳出しでは、精度良く形成することが困難で、強度的にも不充分であることから、形成不可能であった０．５〜０．２ｍｍという厚さの薄肉部を、充分な寸法精度と充分な強度をもって形成することが可能となる。
【００６８】
又、本発明の鋳造物の製造方法では、鋳出しにより薄肉部を形成する場合において、鋳造物の薄肉部に孔が形成されたり、薄肉部の厚さが不均一になるという不都合を回避することができるため、鋳出しにより、寸法精度の高い薄肉部を備えた鋳造物を製造することが可能になる。
【００６９】
従って、本発明の鋳造物の製造方法は、タイヤ成形用金型、オートバイ等のシリンダーブロックの冷却フィン、ヒートシンク、モーターハウジング等、薄肉部を備えた鋳造物の製造全般に好適に用いることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）〜（ｄ）は本発明の薄肉部付き鋳造物の製造方法の一例を示す断面工程図である。
【図２】 （ａ）及び（ｂ）は砂型鋳造法の一例を示す断面工程図である。
【図３】 （ａ）〜（ｄ）はロストワックス法の一例を示す断面工程図である。
【図４】 （ａ）及び（ｂ）はショウプロセス法の一例を示す断面工程図である。
【図５】 （ａ）はタイヤ成形用金型の一例及び（ｂ）はオートバイのシリンダーブロック用の冷却フィンの一例を示す斜視図である。
【図６】 （ａ）〜（ｃ）は従来の薄肉部付き鋳造物の製造方法の一例を示す断面工程図である。
【図７】 局部引け巣欠陥の一例を示す模式図である。
【図８】 バリの発生態様の一例を示す模式断面図である。
【図９】 （ａ）及び（ｂ）は本発明の薄肉部付き鋳造物の製造方法における、セラミック鋳型への薄肉部材の設置方法の一例を示す断面工程図である。
【図１０】 （ａ）、（ｂ）は従来の薄肉部付き鋳造物の製造方法における、セラミック鋳型への薄肉部材の設置方法の一例を示す断面工程図、（ｃ）は従来の方法では設置ができない薄肉部材の一例を示す模式図及び（ｄ）は鋳型に発生した割れの一例を示す模式図である。
【図１１】 （ａ）はタイヤ成形用金型の他の例及び（ｂ）はさらに他の例を示す模式図である。
【図１２】 （ａ）及び（ｂ）は本発明の薄肉部付き鋳造物の製造方法における、原型への薄肉部材の設置方法の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
１…原型、２…鋳型、３…鉄又は鋼の溶湯、４…スラリー、５…砂の層、６…薄肉部、７…タイヤ成形用金型、８…冷却フィン付きシリンダーブロック、９…サイプに対応する突起、１０…薄肉部材、１１…鋳造物、１２…母材、１３…孔、１４…鋳型成形体、１５…突起、１６…溝、１７…割れ、１８…バリ、１９…金属切片、２０…溝、２１…自動車用タイヤ成形用金型分割品、２２…溝。
【発明の属する技術分野】
本発明はタイヤ成形用金型、オートバイ等のシリンダーブロックの冷却フィン等として用いられる薄肉部付き鋳造物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄、鋼等の鉄系材料を用いた鋳造物は、高い強度を有することから、タイヤ成形用金型等広範な用途に用いられている。鉄、鋼等の鉄系材料を用いた鋳造物の一般的な製造法には、砂型鋳造法、ロストワックス法、ショウプロセス法がある。
【０００３】
砂型鋳造法は、図２に示すように、原型１から砂で作成した鋳型２（図２（ａ））に鉄又は鋼の溶湯３を流し込んで（図２（ｂ））鋳造する方法である。
【０００４】
又、ロストワックス法は、図３に示すように、ろうにて作成した原型１を、エチルシリケート等のバインダーと耐火物微粉末を混合して成るスラリー４に浸漬し（図３（ａ））、次いで、原型１の外表面に砂の層５を形成した後（図３（ｂ））、加熱してろうを流し出すことにより砂から成る鋳型２とし（図３（ｃ））、この鋳型２に金属溶湯を流し込んで（図３（ｄ））鋳造する方法である。
【０００５】
又、ショウプロセス法は、セラミックから成る鋳型に鉄又は鋼の溶湯を流し込んで鋳造する方法である。具体的には、まず、図４（ａ）に示すように、ゴム等により作成した原型１に、エチルシリケートと耐火物微粉末を主成分とするスラリー４を流し込んでゲル化させる。次いで、型抜きした鋳型成形体を直火にて一次焼成し、さらに、電気炉にて二次焼成して鋳型とする。最後に、図４（ｂ）に示すように、鋳型２に鉄又は鋼の溶湯３を流し込んで鋳造する。尚、直火で一次焼成を行うのは、鋳型成形体に含まれるアルコールを急速に蒸発させることにより、鋳型全体に微細なクラックを形成するためである。このクラックは、鋳造時の通気性を良くし、又、鋳型の割れを抑制する機能を有するものである。
【０００６】
尚、ショウプロセス法においては、場合により、型抜きした鋳型成形体を、メタノール、エタノール、プロパノール等の粘性が少なく、常温で揮発性を有する液体に浸し、１０〜４０分放置する安定化処理が行われる。これは、型抜きした鋳型成形体をすぐに焼成したのでは、焼成中における寸法変化が大きいことから、型抜き後、しばらく放置して成形体の寸法を安定させてから焼成するためである。又、安定化処理において、鋳型成形体をメタノール等の液体に浸すのは、鋳型成形体中のアルコールの蒸発を防止して、焼成時に、上述の微細クラックを効果的に形成するためである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来行われてきた上記の方法では、サイプに対応する突起９を有するタイヤ成形用金型７（図５（ａ））やオートバイの冷却フィン付きシリンダーブロック８（図５（ｂ））等のように、厚さが２ｍｍ以下の薄肉部６を備えた鋳造物を製造する場合、以下のような問題があった。
【０００８】
まず、鋳型に薄肉部に相当する幅の狭い溝を形成しても、鋳造時に、溶湯が溝の底部まで流れ込まない場合が多いため、薄肉部の形成が困難であるという問題があった。
【０００９】
又、たとえ薄肉部を形成できたとしても、薄肉部の厚さによっては、破断強度、伸び、靱性等の強度特性が不充分となり、タイヤ成形用金型の場合、例えばサンドブラストにより金型に付いたゴムを落とす際に、薄肉部が容易に破損するというような問題があった。
【００１０】
さらに、砂型鋳造法やショウプロセス法においては、鋳型はゴム製の原型を用いて作成することが多いが、鋳型を原型から脱型する際に、薄肉部に対応する突起部分がちぎれて原型の再使用が不可能になったり、鋳型の作成時に薄肉部に対応する突起部分が変形して、寸法精度の高い鋳型を作成することが困難であるという問題があった。又、ショウプロセス法においては、たとえ、鋳型成形体に、薄肉部に対応する溝を形成できたとしても、鋳型成形体を一次焼成する際に炎が溝の奥まで達せず、鋳型成形体表面部が急熱される結果、溝の幅が部分的に変化してしまい、そのため鋳造時に溶湯が溝幅の狭い部分には行き渡らず、薄肉部に孔が形成されたり、薄肉部の厚さが不均一になるという問題（湯まわり不足欠陥）があった。
【００１１】
上記の問題を克服すべく、図６に示すように、薄肉部と等しい厚みを備えた鉄製、鋼製、ニッケル合金製の何れかの薄肉部材１０を鋳型２の適宜な部分に設置し（図６（ａ））、鋳造時に、薄肉部材１０を鋳ぐるむ（図６（ｂ））ことにより、鋳造物１１に薄肉部６を形成する（図６（ｃ））方法も考えられるが、鋳ぐるみ時に、母材１２から薄肉部材１０の表面及び表面近傍に、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｇ等の微量元素の移動が起こり、これに起因して以下の問題が生じるため、実際には不可能であった。
【００１２】
まず、鋳造物の母材と薄肉部材の融点は元来ほぼ同じである上に、微量元素の移動により薄肉部材の融点降下が起こるため、母材を形成する溶湯が薄肉部材に接触すると薄肉部材が溶融し、溶融した薄肉部材から溶出した成分により薄肉部材近傍の組成が局部的に変化する。組成が局部的に変化した部分の融点は降下するため、母材の他の部分よりも遅く凝固し、そのため、この部分の凝固収縮分の補給が受けられず、図７に示すように、この部分に孔１３が形成される（局部引け巣欠陥）という問題があった。
【００１３】
又、溶融した薄肉部材から溶出した成分は、薄肉部材近傍の異常硬化を引き起こすため、鋳造物において該当部分がもろくなり、衝撃負荷に弱くなったり、鋳造後に加工を必要とする場合において、刃飛びが起こり加工しづらくなるという問題があった。
【００１４】
本発明はかかる事情を背景としてなされたものであり、その目的とするところは、鋳出しにより寸法精度の高い薄肉部を形成できる薄肉部付き鋳造物の製造方法及び鋳ぐるみを行っても局部引け巣欠陥及び異常硬化を起こさず、薄くても充分な強度を有しかつ寸法精度の高い薄肉部を形成できる薄肉部付き鋳造物の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明によれば、鉄、鋼、ニッケル合金の何れかから成る薄肉部材を、鉄又は鋼から成る母体に鋳ぐるませる薄肉部付き鋳造物の製造方法であって、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂｅ及びＭｇから成る群より選択した１又は２以上の元素を合計で０．５重量％以上含有する薄肉部材を用いることにより、鋳ぐるみ時又は鋳ぐるみ時に先んじる加温時に上記薄肉部材の少なくとも表面及び表面近傍にセラミック層を形成させ、鋳ぐるみ時における上記薄肉部材の溶融を防止することを特徴とする薄肉部付き鋳造物の製造方法が提供される。
【００１７】
また、本発明によれば、セラミック鋳型に鉄又は鋼の溶湯を流し込む薄肉部付き鋳造物の製造方法であって、上記薄肉部と等しい厚みを備えた金属切片を、上記薄肉部に相当する部分に設置した鋳型成形体を焼成した後、上記金属切片を除去することにより、セラミック鋳型を作成する薄肉部付き鋳造物の製造方法が提供される。
【００１８】
本発明においては、原型より成形体を成形する成形工程、該成形体を安定化処理する安定化処理工程、該成形体を焼成してセラミック鋳型とする焼成工程、及び該セラミック鋳型に鉄又は鋼の溶湯を流し込んで鋳造する鋳造工程を有するショウプロセス法による薄肉部付き鋳造物の製造方法において、該成形工程において、金属切片又は鉄若しくは鋼から成る薄肉部材を設置した原型より、該薄肉部材を設置した成形体を成形し、該安定化処理工程において、該成形体に発生したバリを除去し、該焼成工程の後で、セラミック鋳型から該薄肉部材を除去することが好ましい。
【００１９】
本発明の方法において、上記薄肉部付き鋳造物はタイヤ成形用金型であり、上記薄肉部がサイプ形成用突起であってもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明においては、鉄、鋼、ニッケル合金の何れかから成る薄肉部材を、鉄又は鋼から成る母体に鋳ぐるませることにより薄肉部付き鋳造物を製造する場合において、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂｅ及びＭｇから成る群より選択した１又は２以上の元素を合計で０．５重量％以上含有する薄肉部材を用い、鋳ぐるみ時又は鋳ぐるみ時に先んじる加温時に上記薄肉部材の少なくとも表面及び表面近傍にセラミック層を形成させることにより、鋳ぐるみ時における上記薄肉部材の溶融を防止している。
【００２１】
前述のように、局部引け巣欠陥及び異常硬化は薄肉部材の溶融に起因して起こり、薄肉部材の溶融は、母材から薄肉部材の表面及び表面近傍に母材中の微量元素の移動が起こって薄肉部材の融点が降下することにより起こるため、薄肉部材への微量元素の移動を阻止すれば、薄肉部材の溶融は起こらず、局部引け巣欠陥及び異常硬化を防止することができる。本発明においては、鋳ぐるみ時又は鋳ぐるみ時に先んじる加温時に、薄肉部材の少なくとも表面及び表面近傍にセラミック層を形成するような組成を持った薄肉部材を用いることにより、微量元素の移動を阻止している。
【００２２】
従って、本発明の鋳造物製造法においては、局部引け巣欠陥及び異常硬化を防止できることから、従来、不可能であった、鉄、鋼、ニッケル合金の何れかから成る薄肉部材を鉄又は鋼から成る母材に鋳ぐるむことが可能になる。それに伴い、鋳出しでは、精度良く形成することが困難で、強度的にも不充分であることから、形成不可能であった０．５〜０．２ｍｍという厚さの薄肉部を、充分な寸法精度と充分な強度をもって形成することが可能となる。
【００２３】
本発明において、セラミック層を構成するセラミックの種類に特に制限は無いが、形成のしやすさより、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＭｇＯ等の酸化物系セラミック、ＡｌＮ等の窒化物系セラミックが好適に用いられる。尚、微量成分の侵入を効果的に防止する観点より、セラミック層は緻密であることが好ましい。
【００２５】
鋳ぐるみ時又は鋳ぐるみ時に先んじる加温時に薄肉部材にセラミック層を形成させるには、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂｅ及びＭｇから成る群より選択した１又は２以上の元素を合計で０．５重量％以上含有する薄肉部材、即ち表面及び表面近傍にセラミック層を形成するような組成を持った薄肉部材が用いられる。このような薄肉部材を用いて鋳造物の製造を行うことにより、砂型鋳造法においては、鋳ぐるみ時に薄肉部材が１２５０〜１４００℃に加熱され、薄肉部材の表面及び表面近傍にセラミック層が形成される。一方、ロストワックス法及びショウプロセス法においては、薄肉部材の鋳型への設置時に応じて、鋳ぐるみ時又は鋳ぐるみ時に先んじる加温時、即ち焼成時に薄肉部材が８００〜１０００℃に加熱され、薄肉部材の表面及び表面近傍にセラミック層が形成される。尚、Ａｌ等の元素を合計で０．５重量％以上含有することとしたのは、０．５重量％未満では、微量元素の侵入を阻止するのに充分の厚さのセラミック層を形成できないからである。
【００２６】
薄肉部材にセラミック層を形成して鋳ぐるむ本発明の方法は、砂型鋳造法、ロストワックス法及びショウプロセス法のみならず、鉄又は鋼を用いた他の鋳造法においても適用できるものである。
【００２７】
薄肉部材に形成したセラミック層にて微量成分の侵入を阻止する上記の方法を、ショウプロセス法に適用する場合には、鋳型の成形工程において、鉄、鋼、ニッケル合金の何れかから成る薄肉部材を設置した原型より、薄肉部材を設置したセラミック鋳型を成形し、安定化処理工程において成形体に発生したバリを除去することが好ましい。
【００２８】
「成形工程において、鉄、鋼、ニッケル合金の何れかから成る薄肉部材を設置した原型より、薄肉部材を設置したセラミック鋳型を成形」する、即ち、薄肉部材１０を設置した原型１にスラリー４を流し込み（図９（ａ））、脱型する際に鋳型成形体１４とともに薄肉部材１０をも原型１から引き抜く（図９（ｂ））ことにより薄肉部材を設置したセラミック鋳型を成形することとしたのは下記の理由による。
【００２９】
セラミック鋳型に薄肉部材を設置する方法としては、ゴム等から成る原型１に、薄肉部に対応する突起１５を設けておき（図１０（ａ））、この原型１から作成した鋳型成形体１４に形成された溝１６に薄肉部材１０を設置する（図１０（ｂ））方法も考えられるが、実際には鋳型成形体１４に形成された溝１６の形状・寸法と薄肉部材１０の形状・寸法を一致させるのは困難であり、又、図１０（ｃ）に示すように、薄肉部材１０の形状によっては、鋳型成形体を原型から引き抜いたり、溝に薄肉部材を設置することが不可能である場合もある。一方、薄肉部材を設置した原型を用いて、薄肉部材を設置したセラミック鋳型を成形すれば、上記の不都合を回避できる。
【００３０】
又、鋳型成形体を焼成した後に薄肉部材を設置する方法も考えられるが、この方法では、セラミック鋳型と、鉄製、鋼製、ニッケル合金製のいずれの薄肉部材との間には熱膨張特性の差があるため、鋳造時に、薄肉部材の膨張により、図１０（ｄ）に示すように、セラミック鋳型２が割れる場合がある。
【００３１】
一方、薄肉部材を設置した原型を用いて、薄肉部材を設置したセラミック鋳型を成形すれば、以下の理由により、このような不都合を回避できる。即ち、薄肉部材を設置した鋳型成形体には８００〜１０００℃での焼成処理が施されるが、この焼成工程において薄肉部材は熱膨張を起こす。しかし、薄肉部材の熱膨張は、鋳型成形体からのアルコールの消失による空隙、鋳型成形体中のバインダー（ガラス質）のガラス化（変態）及び熱軟化（ガラス軟化）により吸収される。そして、焼成後は薄肉部材は収縮するため、薄肉部材と鋳型との間に隙間ができることになる。そのため、鋳造時には、この隙間が薄肉部材の熱膨張を吸収することができ、セラミック鋳型が割れることはないのである。
【００３２】
又、安定化処理工程において成形体に発生したバリを除去することとしたのは、焼成後ではセラミックが硬化しているため、バリの除去は困難である一方、安定化処理工程においては、鋳型成形体はゴム弾性を有しているため、作業が容易であり美しく仕上げることが可能だからである。安定化処理工程においては、鋳型成形体はメタノール等の液体に浸されているため、バリの除去は鋳型成形体を液体で浸した状態で行われることになる。尚、バリ１８は、図８に示すように、原型と原型に設置された薄肉部材との間の隙間に起因して、主として薄肉部材の両側に発生する。
【００３３】
又、本発明においては、セラミック鋳型に鉄又は鋼の溶湯を流し込んで、薄肉部を鋳出すことにより、薄肉部付き鋳造物を製造する場合において、図１に示すように、薄肉部と等しい厚みを備えた金属切片１９を、上記薄肉部に対応する部分に設置した鋳型成形体１４（図１（ｂ））を焼成した後、金属切片１９を除去することにより、セラミック鋳型２（図１（ｃ））を作成する。
【００３４】
焼成の間、薄肉部と等しい厚みを備えた金属切片１９を鋳型成形体１４に設置しておくことにより、焼成中において鋳型成形体表面部が急熱されても溝２０の幅が部分的に変化することがないため、鋳造物の薄肉部に孔が形成されたり、薄肉部の厚さが不均一になるという従来の不都合を回避することができ、鋳出しにより、寸法精度の高い薄肉部６を備えた鋳造物１１（図１（ｄ））を製造することが可能になる。この方法は、ショウプロセス法をはじめ、セラミック鋳型を用いて鋳造を行う鋳造法に好適に用いることができる。
【００３５】
この場合、図１（ａ）に示すように、ゴム等から成る原型１の段階において、原型１に金属切片１９を設置しておき、鋳型成形体１４を脱型する際に鋳型成形体１４とともに金属切片１９を原型１から引き抜く（図１（ｂ））ことにより、金属切片１９を鋳型成形体１４に設置すれば、ゴム等では形成しにくい複雑な形状を有する薄肉部に対応する溝２０を鋳型２に正確に形成することができる。尚、この場合、原型１と原型１に設置された金属切片１９との間の隙間に起因して、金属切片１９の両側にバリが発生するが、ショウプロセス法においては、安定化処理工程においてバリを除去することが、作業のしやすさ及び鋳造物のデザイン精度の観点より好ましい。
【００３６】
この方法では、あくまで鋳出しにより鋳造を行うことから、薄肉部の厚さがあまりに小さい場合には、薄肉部の強度が不充分になったり、鋳型の溝に溶湯が行き渡らず、薄肉部の形状が不良となる場合がある。従って、０〜０．５ｍｍの厚さを有する薄肉部の形成には、あまり適していない。
【００３７】
以上説明したように、本発明の薄肉部付き鋳造物の製造方法においては、薄くても充分な強度を有しかつ寸法精度の高い薄肉部を形成できるため、本発明の方法は、タイヤ成形用金型、オートバイ等のシリンダーブロックの冷却フィン、ヒートシンク、モーターハウジング等、薄肉部を備えた鋳造物の製造全般に好適に用いることができるものである。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３９】
（参考例１） 予め表面にセラミック層を形成した薄肉部材を鋳ぐるむことにより、図１１（ａ）に示すように、周方向に走る薄肉部６を備えた自動車用タイヤ成形用金型分割品２１をショウプロセス法にて製造した。
【００４０】
まず、薄肉部材を設置するための溝２２を設けたゴム製の原型１（図１２（ａ））を作成した。ゴムは縮合型シリコーンゴムを用いた。この溝２２に、予め表面にセラミック層を形成した薄肉部材１０を設置した（図１２（ｂ））。セラミック層の形成は、ＳＵＳ３０４製の薄肉部材（長さ３２ｍｍ×幅１９ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ）にセラミック粒子コーティング剤（商標名：セラコートスプレー、株式会社オーデック製）にて、アルミナ層を１５〜３０μｍの厚さに形成することにより行った。表２にＳＵＳ３０４の組成を示す。
【００４１】
次に、上記の原型１から鋳型成形体を作成した。スラリーはセラミック耐火物粒子をエチルシリケートバインダーにて混練したものを用いた。鋳型成形体は、原型から脱型した後、工業用アルコールに２０分間浸漬することにより安定化処理を行い、この安定化処理中に、鋳型成形体の薄肉部材周辺に発生したバリを除去した。安定化処理終了後、直ちに、鋳型成形体をプロパンガスバーナーにて２分間一次焼成を行った。次に、電気炉内で、８００℃、４時間二次焼成を行い、鋳型とした。
【００４２】
最後に、上記の鋳型を用いて鋳造を行い、自動車用タイヤ成形用金型分割品を１０個製造した。鋳造用合金にはＦＣＤ６００（Ｃ：３．５重量％、Ｓｉ：２．３重量％、Ｍｎ：０．１５重量％、Ｆｅ：残り分）を用いた。鋳込み温度は１２８０℃とした。
【００４３】
鋳型について鋳造時の割れの発生を調べ、又、製造した鋳造物（自動車用タイヤ成形用金型分割品）について、局部引け巣欠陥、異常硬化の発生及びバリの除去による影響を以下の方法にて調べた。結果を表１に示す。
【００４４】
（鋳型の割れの発生） 鋳型の薄肉部材近傍を目視にて観察することにより、鋳型の割れの発生の有無を判断した。
【００４５】
（局部引け巣欠陥の発生） 鋳造物の鋳ぐるみ部近傍を目視にて観察することにより、局部引け巣欠陥の発生の有無を判断した。
【００４６】
（異常硬化の発生） 薄肉部材の硬度及び鋳造物の鋳ぐるみ部近傍の硬度を測定し、比較することにより判断した。尚、硬度の測定はマイクロビッカース法にて行った。
【００４７】
（バリの除去による影響） 鋳造物の鋳ぐるみ部近傍の表面状態を目視にて観察することにより、以下の基準にて判断した。
バリを除去した痕跡が識別可能 … 不良
バリを除去した痕跡が識別不能 … 良好
【００４８】
（実施例１） 図１１（ｂ）に示すように、薄肉部を放射状に設置した点を除いては参考例１と同様な自動車用タイヤ成形用金型分割品を参考例１と同様に製造した。
鋳型について鋳造時の割れの発生を調べ、又、製造した鋳造物（自動車用タイヤ成形用金型分割品）について局部引け巣欠陥、異常硬化の発生及びバリの除去による影響を、参考例１と同様に調べた。結果を表１に示す。
【００４９】
（実施例２〜４） 予め表面にセラミック層を形成した薄肉部材を用いることなく、加温によりセラミック層（実施例２及び実施例４ではアルミナ層、実施例３ではチタニア層）を形成するような組成を有する薄肉部材を用いた点を除いては、参考例１と同様に薄肉部を備えた自動車用タイヤ成形用金型分割品を製造した。薄肉部材には、実施例２ではＳＵＳ６３１を、実施例３ではＭＡＳ１Ｃを、実施例４ではインコネル７１８を用いた。表２にＳＵＳ６３１、ＭＡＳ１Ｃ及びインコネル７１８の組成を示す。
鋳型について鋳造時の割れの発生を調べ、又、製造した鋳造物（自動車用タイヤ成形用金型分割品）について局部引け巣欠陥、異常硬化の発生及びバリの除去による影響を、参考例１と同様に調べた。結果を表１に示す。
【００５０】
（実施例５） 薄肉部材を鋳ぐるむことなく、薄肉部と等しい厚みを備えた金属切片を、薄肉部に相当する部分に設置した鋳型成形体を焼成した後、金属切片を除去することにより作成した鋳型を用いて鋳造することにより、薄肉部を備えた自動車用タイヤ成形用金型分割品を製造した。
【００５１】
まず、金属切片を設置するための溝を設けたゴム製の原型を作成した。この溝に、ＳＵＳ３０４から成る金属切片１９を設置した。ゴムは参考例１と同様のものを用いた。又、金属切片の寸法は、３２ｍｍ×１９ｍｍ×０．５ｍｍとした。
【００５２】
次に、上記の原型から鋳型成形体を作成した。スラリーは参考例１と同様のものを用いた。鋳型成形体を原型より脱型する際、金属切片を鋳型成形体とともに原型より引き抜き、金属切片が鋳型成形体に設置されている状態とした。鋳型成形体は、原型から脱型した後、工業用アルコールに２０分間浸漬することにより安定化処理を行い、この安定化処理中に、鋳型成形体の金属切片周辺に発生したバリを除去した。安定化処理終了後、参考例１と同様に一次焼成及び二次焼成を行い、金属切片を除去して鋳型とした。
【００５３】
最後に、上記の鋳型を用いて鋳造を行い、自動車用タイヤ成形用金型分割品を１０個製造した。鋳造用合金にはＦＣＤ６００を用い、鋳込み温度は１２８０℃とした。
【００５４】
製造した鋳造物（自動車用タイヤ成形用金型分割品）について、湯まわり不足欠陥の発生の有無を目視にて調べた。結果を表１に示す。
【００５５】
（比較例１） 薄肉部材の表面にセラミック層を形成しなかった点を除いては参考例１と同様に薄肉部を備えた自動車用タイヤ成形用金型分割品を製造した。
鋳型について鋳造時の割れの発生を調べ、又、製造した鋳造物（自動車用タイヤ成形用金型分割品）について局部引け巣欠陥、異常硬化の発生及びバリの除去による影響を、参考例１と同様に調べた。結果を表１に示す。
【００５６】
（比較例２） バリの除去を、鋳型成形体を焼成した後に行った点を除いては、参考例１と同様に薄肉部を備えた自動車用タイヤ成形用金型分割品を製造した。
鋳型について鋳造時の割れの発生を調べ、又、製造した鋳造物（自動車用タイヤ成形用金型分割品）について局部引け巣欠陥、異常硬化の発生及びバリの除去による影響を、参考例１と同様に調べた。結果を表１に示す。
【００５７】
（比較例３） 原型に薄肉部に相当する突起を設けておき、この原型から作成した鋳型成形体を焼成した後に、上記突起により形成された溝に薄肉部材を設置することにより作成した鋳型を用いて鋳造を行い、薄肉部を備えた自動車用タイヤ成形用金型分割品を製造した。他の点はすべて参考例１と同様とした。
【００５８】
鋳型について鋳造時の割れの発生を調べ、又、製造した鋳造物（自動車用タイヤ成形用金型分割品）について局部引け巣欠陥、異常硬化の発生及びバリの除去による影響を、参考例１と同様に調べた。結果を表１に示す。
【００５９】
（比較例４） 金属切片を用いることなく、原型に薄肉部に相当する突起を設けておき、この原型から作成した鋳型を用いて鋳造することにより、鋳出しにより薄肉部を設けた自動車用タイヤ成形用金型分割品を製造した。他の点はすべて実施例５と同様とした。
【００６０】
製造した鋳造物（自動車用タイヤ成形用金型分割品）について、湯まわり不足欠陥の発生の有無を目視にて調べた。結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
【表２】
表１より、薄肉部材にセラミック層を形成した実施例１〜４においては、局部引け巣欠陥、異常硬化の発生がみられなかったのに対し、薄肉部材にセラミック層を形成しなかった比較例１においては局部引け巣欠陥、異常硬化の発生がみられたことがわかる。
【００６４】
又、バリの除去を、安定化処理中に行った実施例１〜４においては、鋳造物の鋳ぐるみ部近傍の表面状態が良好であったが、バリの除去を、鋳型成形体を焼成した後に行った比較例２においては、鋳造物の鋳ぐるみ部近傍の表面状態が不良であり、該当部分の仕上げのために多大な工数を要した。
【００６５】
さらに、鋳型成形体の焼成前に薄肉部材を設置した実施例１〜４においては、鋳造時における鋳型の割れがみられなかったのに対し、鋳型成形体を焼成した後に薄肉部材を設置した比較例３においては、鋳造時において鋳型の割れが発生した。
【００６６】
又、金属切片を設置した状態で鋳型成形体を焼成した実施例５においては、湯まわり不足欠陥の発生が少なかったのに対し、金属切片を設置せずに鋳型成形体を焼成した比較例４においては、湯まわり不足欠陥が頻発した。さらに、薄肉部の肉厚のばらつきも、実施例５では±０．０２ｍｍ以下であったのに対し、比較例４では±０．１５ｍｍと大きかった。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の鋳造物の製造方法では、薄肉部材を鋳ぐるむ場合における、局部引け巣欠陥及び異常硬化を防止できることから、従来、不可能であった、鉄、鋼、ニッケル合金の何れかから成る薄肉部材を鉄又は鋼から成る母体に鋳ぐるむことが可能になる。又、それに伴い、鋳出しでは、精度良く形成することが困難で、強度的にも不充分であることから、形成不可能であった０．５〜０．２ｍｍという厚さの薄肉部を、充分な寸法精度と充分な強度をもって形成することが可能となる。
【００６８】
又、本発明の鋳造物の製造方法では、鋳出しにより薄肉部を形成する場合において、鋳造物の薄肉部に孔が形成されたり、薄肉部の厚さが不均一になるという不都合を回避することができるため、鋳出しにより、寸法精度の高い薄肉部を備えた鋳造物を製造することが可能になる。
【００６９】
従って、本発明の鋳造物の製造方法は、タイヤ成形用金型、オートバイ等のシリンダーブロックの冷却フィン、ヒートシンク、モーターハウジング等、薄肉部を備えた鋳造物の製造全般に好適に用いることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）〜（ｄ）は本発明の薄肉部付き鋳造物の製造方法の一例を示す断面工程図である。
【図２】 （ａ）及び（ｂ）は砂型鋳造法の一例を示す断面工程図である。
【図３】 （ａ）〜（ｄ）はロストワックス法の一例を示す断面工程図である。
【図４】 （ａ）及び（ｂ）はショウプロセス法の一例を示す断面工程図である。
【図５】 （ａ）はタイヤ成形用金型の一例及び（ｂ）はオートバイのシリンダーブロック用の冷却フィンの一例を示す斜視図である。
【図６】 （ａ）〜（ｃ）は従来の薄肉部付き鋳造物の製造方法の一例を示す断面工程図である。
【図７】 局部引け巣欠陥の一例を示す模式図である。
【図８】 バリの発生態様の一例を示す模式断面図である。
【図９】 （ａ）及び（ｂ）は本発明の薄肉部付き鋳造物の製造方法における、セラミック鋳型への薄肉部材の設置方法の一例を示す断面工程図である。
【図１０】 （ａ）、（ｂ）は従来の薄肉部付き鋳造物の製造方法における、セラミック鋳型への薄肉部材の設置方法の一例を示す断面工程図、（ｃ）は従来の方法では設置ができない薄肉部材の一例を示す模式図及び（ｄ）は鋳型に発生した割れの一例を示す模式図である。
【図１１】 （ａ）はタイヤ成形用金型の他の例及び（ｂ）はさらに他の例を示す模式図である。
【図１２】 （ａ）及び（ｂ）は本発明の薄肉部付き鋳造物の製造方法における、原型への薄肉部材の設置方法の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
１…原型、２…鋳型、３…鉄又は鋼の溶湯、４…スラリー、５…砂の層、６…薄肉部、７…タイヤ成形用金型、８…冷却フィン付きシリンダーブロック、９…サイプに対応する突起、１０…薄肉部材、１１…鋳造物、１２…母材、１３…孔、１４…鋳型成形体、１５…突起、１６…溝、１７…割れ、１８…バリ、１９…金属切片、２０…溝、２１…自動車用タイヤ成形用金型分割品、２２…溝。
Claims (3)
- セラミック鋳型に鉄又は鋼の溶湯を流し込む薄肉部付き鋳造物の製造方法であって、
該薄肉部と等しい厚みを備えた金属切片を、該薄肉部に相当する部分に設置した鋳型成形体を焼成した後、該金属切片を除去することにより、該セラミック鋳型を作成することを特徴とする薄肉部付き鋳造物の製造方法。 - 原型より成形体を成形する成形工程、
該成形体を安定化処理する安定化処理工程、
該成形体を焼成してセラミック鋳型とする焼成工程及び
該セラミック鋳型に鉄又は鋼の溶湯を流し込んで鋳造する鋳造工程を有するショウプロセス法による薄肉部付き鋳造物の製造方法において、
該成形工程において、金属切片又は鉄若しくは鋼から成る薄肉部材を設置した原型より、該薄肉部材を設置した成形体を成形し、
該安定化処理工程において、該成形体に発生したバリを除去し、
該焼成工程の後で、セラミック鋳型から該薄肉部材を除去する請求項１に記載の薄肉部付き鋳造物の製造方法。 - 該薄肉部付き鋳造物がタイヤ成形用金型であり、該薄肉部がサイプ形成用突起である請求項１又は２に記載の薄肉部付き鋳造物の製造方法。
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