特許 6318612 鋳ぐるみ方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6318612

(24)【登録日】2018年4月13日

(45)【発行日】2018年5月9日

(54)【発明の名称】鋳ぐるみ方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 19/00 20060101AFI20180423BHJP

【ＦＩ】

   B22D19/00 G

   B22D19/00 H

【請求項の数】2

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-271005(P2013-271005)

(22)【出願日】2013年12月27日

(65)【公開番号】特開2015-42416(P2015-42416A)

(43)【公開日】2015年3月5日

【審査請求日】2016年11月10日

(31)【優先権主張番号】特願2013-154764(P2013-154764)

(32)【優先日】2013年7月25日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】アイシン精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000213

【氏名又は名称】特許業務法人プロスペック特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100155767

【弁理士】

【氏名又は名称】金井 憲志

(72)【発明者】

【氏名】皆木 肇

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 辰徳

【審査官】 藤長 千香子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０８０３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６４１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０８０４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１９１５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−０９７０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−０３８２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１８１６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１７６２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−０８６５８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｄ １９／００−１９／１６

Ｂ２４Ｃ １／００−１１／００

Ｃ２３Ｃ ２／００−２／４０

Ｃ２３Ｃ １８／００−２０／０８

Ｃ２５Ｄ １／００−３／６６

Ｃ２５Ｄ ５／００−７／１２

Ｃ２５Ｄ ９／００−９／１２

Ｃ２５Ｄ １３／００−２１／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被鋳ぐるみ材を鋳造用金属により鋳ぐるむ鋳ぐるみ方法であって、
液体と固体粒子との混合液を被鋳ぐるみ材の表面に吹き付けることにより被鋳ぐるみ材の表面をウェットブラスト処理する第１工程と、
前記第１工程にてウェットブラスト処理された前記被鋳ぐるみ材の表面に錫メッキ皮膜を形成するメッキ工程と、
前記ウェットブラスト処理された被鋳ぐるみ材の前記表面に形成された前記錫メッキ皮膜に前記鋳造用金属の溶湯を接触させて、被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむ第２工程と、
を含み、
前記第２工程にて、前記鋳造用金属の溶湯の熱によって前記錫メッキ皮膜が溶融するとともに、溶融した前記錫メッキ皮膜の熱によって、前記第１工程にて前記被鋳ぐるみ材の表面に形成されている凹凸部分が溶融し、前記凹凸部分を構成していた溶融成分が前記鋳造用金属の溶湯と混ざり合う、鋳ぐるみ方法。

【請求項2】

請求項１に記載の鋳ぐるみ方法において、
前記第１工程にて、被鋳ぐるみ材の表面の算術平均粗さが４．０μｍ以上となるように、被鋳ぐるみ材がウェットブラスト処理される、鋳ぐるみ方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋳ぐるみ方法に関する。

【背景技術】

【0002】

被鋳ぐるみ材を鋳造用金属により鋳ぐるむ場合、被鋳ぐるみ材と鋳ぐるみ材（鋳造用金属）との接触界面での強い接合力が要求される。この接合力を向上させるための様々な手法が提案されている。

【0003】

特許文献１は、被鋳鋳ぐるみ材に対して通常より多めの鋳造用金属溶湯、例えば被鋳ぐるみ材の４７〜７０重量倍の金属溶湯、或いは鋳ぐるみ材（鋳造材）の重量に対する押し湯重量が２〜７倍の金属溶湯、を金型内に注湯して金型内の被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむ方法を開示する。これによれば、大量の金属溶湯を連続的に注湯することにより、被鋳ぐるみ材の表面に形成されている酸化膜が除去される。被鋳ぐるみ材表面の酸化膜は、被鋳ぐるみ材表面に鋳造用金属溶湯が接触した場合に接触界面に介在するため鋳造用金属から被鋳ぐるみ材への伝熱を阻害する。こうした伝熱の阻害要因が大量の金属溶湯により除去されることにより、鋳造用金属から被鋳ぐるみ材への伝熱量が向上する。このため鋳造時に鋳造用金属溶湯の熱で被鋳ぐるみ材の表面が十分に溶融し、被鋳ぐるみ材の溶融成分と鋳造用金属の溶湯とが接触界面で十分に混合する。よって、鋳造用金属と被鋳ぐるみ材との接触界面の接合強度を向上させることができる。

【0004】

特許文献２は、表面が鏡面加工された被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむ方法を開示する。被鋳ぐるみ材表面を鏡面加工することにより、被鋳ぐるみ材表面に形成されていた酸化膜が除去される。その状態で被鋳ぐるみ材に鋳造用金属の溶湯を接触させて被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむことにより、接触界面の強度を向上させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平８−３００１３７号公報

【特許文献2】特開２００９−２４８１３２号公報

【発明の概要】

【0006】

（発明が解決しようとする課題）
特許文献１に記載の鋳ぐるみ方法によれば、被鋳ぐるみ材の４７〜７０重量倍あるいは鋳造材重量に対する押し湯重量が２〜７倍の金属溶湯を注湯するので、一つの製品を鋳造するために大量の金属溶湯が必要であるとともに、鋳造型のサイズも大型化する。このため材料コストおよび設備コストの高騰を招く。また、特許文献２に記載の鋳ぐるみ方法によれば、被鋳ぐるみ材の表面が鏡面加工できるような形状に限定されるため、さまざまな形状の被鋳ぐるみ材に対してこの工法を適用することができず、汎用性に乏しい。また、複雑な形状の被鋳ぐるみ材に鏡面加工を施した場合、被鋳ぐるみ材の製造コストが高騰する。

【0007】

本発明は、コストアップすることなく被鋳ぐるみ材と鋳造用金属との接合強度を向上させることができる鋳ぐるみ方法を提供することを目的とする。

【0008】

（課題を解決するための手段）
本発明は、被鋳ぐるみ材を鋳造用金属により鋳ぐるむ鋳ぐるみ方法であって、液体と固体粒子との混合液を被鋳ぐるみ材の表面に吹き付けることにより被鋳ぐるみ材の表面をウェットブラスト処理する第１工程と、ウェットブラスト処理された被鋳ぐるみ材の表面に鋳造用金属の溶湯を接触させて被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむ第２工程と、を含む、鋳ぐるみ方法を提供する。

【0009】

本発明によれば、第２工程にて被鋳ぐるみ材が鋳造用金属で鋳ぐるまれる前に、第１工程にて被鋳ぐるみ材がウェットブラスト処理に供される。ウェットブラスト処理では液体（例えば水）と固体粒子（例えば研磨材）との混合液が被鋳ぐるみ材の表面に吹き付けられる。ウェットブラスト処理にて固体粒子が被鋳ぐるみ材の表面に吹き付けられることにより被鋳ぐるみ材の表面が粗化されて、微小な凹凸が表面に形成される。また、ウェットブラスト処理にて液体が被鋳ぐるみ材の表面に吹き付けられることにより、被鋳ぐるみ材の表面の酸化膜等の膜類やその他の不純物等が除去される。

【0010】

こうしてウェットブラスト処理された被鋳ぐるみ材の表面に、第２工程にて鋳造用金属の溶湯が接触されて、被鋳ぐるみ材が鋳造用金属で鋳ぐるまれる。この場合において、被鋳ぐるみ材の表面には第１工程のウェットブラスト処理により凹凸が形成されているため、凹凸が形成されていない場合と比較して、第２工程で被鋳ぐるみ材の表面に鋳造用金属の溶湯が接触する面積（接触面積）が大きい。このため、第２工程で鋳造用金属の溶湯が被鋳ぐるみ材の表面に接触した際における鋳造用金属から被鋳ぐるみ材への伝熱量が増大する。また、鋳造用金属溶湯の接触時に伝熱の阻害要因となり得る酸化膜等の膜類やその他の不純物が第１工程のウェットブラスト処理により被鋳ぐるみ材の表面から除去されている。伝熱の阻害要因が除去されているため、第２工程で鋳造用金属の溶湯が被鋳ぐるみ材の表面に接触した際における鋳造用金属から被鋳ぐるみ材への伝熱量が増大する。

【0011】

このように、本発明によれば、第２工程で鋳造用金属が被鋳ぐるみ材表面に接触した際における鋳造用金属から被鋳ぐるみ材への伝熱が促進され且つ伝熱が阻害されないように、第１工程にてウェットブラスト処理により被鋳ぐるみ材が表面改質される。そのため、第１工程の実施後に被鋳ぐるみ材の表面に鋳造用金属の溶湯が接触した場合には、鋳造用金属の熱で被鋳ぐるみ材の表面が十分に加熱され、被鋳ぐるみ材の表面を溶融状態とすることができる。よって、接触界面で被鋳ぐるみ材と鋳造用金属とを十分に混合させることができ、その結果、接合強度の高い接合面を得ることができる。つまり、接触界面の接合強度を高めることができる。また、さほどコストのかからないウェットブラスト処理を実施するのみで接合強度の高い接合面を得ることができるため、コストアップすることなく接合強度が向上された被鋳ぐるみ材の鋳ぐるみ方法を提供することができる。

【0012】

第１工程では、被鋳ぐるみ材の表面の算術平均粗さが４．０μｍ以上となるように、被鋳ぐるみ材をウェットブラスト処理するのがよい。算術平均粗さＲａが４．０μｍ以上の凹凸が被鋳ぐるみ部材の表面に形成されるように第１工程で被鋳ぐるみ材の表面をウェットブラスト処理した場合、第２工程で鋳造用金属が被鋳ぐるみ材の表面に接触した際における鋳造用金属から被鋳ぐるみ材への受熱効率が、ウェットブラスト処理していない場合と比較して１．１倍以上になる。よって、第２工程で鋳造用金属の溶湯が被鋳ぐるみ材の表面に接触した際に鋳造用金属から被鋳ぐるみ材に十分に熱を伝えることができ、それ故、被鋳ぐるみ材と鋳造用金属との接触界面における接合強度をより向上させることができる。

【0013】

また、第１工程のウェットブラスト処理で用いられる固体粒子の大きさが６０メッシュ以上であるのがよい。ここで、「メッシュ」とは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｚ８８０１）に規定される標準篩表に記載のメッシュ寸法であり、６０メッシュは公称目開き２５０μｍに該当する大きさを表す。これによれば、大きさ（粒径）が６０メッシュで表わされる径以上の径の固体粒子をウェットブラスト処理に用いることにより、第２工程で鋳造用金属の溶湯が被鋳ぐるみ材の表面に接触した際における鋳造用金属から被鋳ぐるみ材への受熱効率を高めることができる。よって、第２工程で鋳造用金属から被鋳ぐるみ材に十分に熱を伝えることができ、それ故、被鋳ぐるみ材と鋳造用金属との接触界面における接合強度をより向上させることができる。

【0014】

また、本発明の鋳ぐるみ方法は、第１工程と第２工程との間に実施される工程であり、第１工程にてウェットブラスト処理された被鋳ぐるみ材の表面に錫メッキ皮膜を形成するメッキ工程をさらに含む。そして、第２工程にて、被鋳ぐるみ材の表面に形成された錫メッキ皮膜に鋳造用金属の溶湯を接触させる。この場合、第２工程にて、鋳造用金属の溶湯の熱によって錫メッキ皮膜が溶融するとともに、溶融した錫メッキ皮膜の熱によって被鋳ぐるみ材の表面に形成されている凹凸部分が溶融し、凹凸部分を構成していた溶融成分が鋳造用金属の溶湯と混ざり合う。

【0015】

これによれば、メッキ工程にて、ウェットブラスト処理された被鋳ぐるみ材の表面に錫メッキ皮膜が密着形成される。そして、その後の第２工程によって鋳造用金属溶湯が錫メッキ皮膜に接触される。錫メッキの融点は約２３０℃と非常に低いため、鋳造用金属溶湯が錫メッキ皮膜に接触した場合に錫メッキ皮膜は容易に溶融する。溶融した錫メッキ皮膜と鋳造用金属溶湯（特にアルミニウム金属溶湯）の濡れ性は非常に良いので、錫メッキ皮膜に接触された鋳造用金属溶湯は錫メッキ皮膜上に濡れ拡がる。このため、鋳造用金属溶湯の熱が錫メッキ皮膜の全体に伝達され、錫メッキ皮膜が一様に溶融する。また、錫メッキ皮膜はウェットブラスト処理された被鋳ぐるみ材の表面に一様に密着しているため、錫メッキ皮膜の溶融成分の熱は被鋳ぐるみ材の表面に均一に（むらなく）伝達される。このため被鋳ぐるみ材の表面全体が溶融する。つまり、被鋳ぐるみ材と鋳造用金属との接触界面（接合界面）において、被鋳ぐるみ材の表面に未溶融部分がほとんど存在しない。よって、未溶融部分の存在による接合強度の低下を回避することができ、より一層接合強度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】評価サンプル１〜３、比較サンプル１、及び比較サンプル２の表面の光学顕微鏡写真である。

【図2】受熱効率を測定するために用いた砂型を示す図である。

【図3】第２熱電対Ｈ２で計測したワークＷの温度の経時変化を表すグラフの一例である。

【図4】各ワークＷ１〜Ｗ５を用いた場合について計算されたそれぞれの受熱効率比Ｓ１〜Ｓ５と、ワークの内周面の算術平均粗さＲａとの関係を表わすグラフである。

【図5】第１ワークＷ１の内周面と鋳造用金属との接触界面付近を切断した断面のＳＥＭ画像である。

【図6】第１ワークＷ１の内周面と鋳造用金属との接触界面付近を切断した断面に現れる元素の分析結果を示す画像である。

【図7】メッキ工程の一例を示すフローチャートである。

【図8】メッキ工程にて、錫メッキ皮膜が被鋳ぐるみ材のウェットブラスト面に形成されている凹凸部分に密着した状態を示す図である。

【図9】作製した各サンプルのウェットブラスト面に鋳造用金属の溶湯を接触させる際に用いる実験装置の概略図である。

【図10】成形体の接合状態を観察する部位を示す図である。

【図11】鋳ぐるみ時における各サンプルのの表面温度と、そのサンプルを用いて成形した成形体の界面接合率との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

［第１実施形態］
第１実施形態に係る鋳ぐるみ方法は、第１工程と第２工程とを含む。第１工程では、被鋳ぐるみ材の表面がウェットブラスト処理される。第２工程では、ウェットブラスト処理された被鋳ぐるみ材の表面に鋳造用金属の溶湯が接触される。本実施形態に係る鋳ぐるみ方法は、第１工程と第２工程を実施することにより得られる後述の作用効果を喪失しない限りにおいて、他の工程を含んでも良い。また、被鋳ぐるみ材は、鋳造部材でもよいし、切削加工やその他の方法により成形された金属部材でもよい。好ましくは、被鋳ぐるみ材は、その表面に鋳造用金属の溶湯が接触されたときに、鋳造用金属溶湯の熱によって表面が溶融する程度の融点を有する金属部材である。

【0018】

第１工程で実施されるウェットブラスト処理は、液体と固体粒子との混合液を対象物に吹き付けることにより、対象物の表面洗浄、表面粗化、などの表面改質を行う処理である。したがって、本実施形態では、第１工程にて被鋳ぐるみ材が表面改質される。ウェットブラスト処理に用いられる液体は典型的には水である。ウェットブラスト処理に用いられる固体粒子（投射材）は典型的にはアルミナなどの研磨材である。

【0019】

ウェットブラスト処理では、圧縮エアーの力を利用して、液体と固体粒子の混合液を高速で投射ガンから噴射して被鋳ぐるみ材表面に吹き付ける。圧縮エアーの圧力が高ければ高いほど、被鋳ぐるみ材表面に吹き付けられる混合液の勢いが高まる。このウェットブラスト処理にて混合液中の固体粒子が被鋳ぐるみ材表面に吹き付けられることにより、被鋳ぐるみ材表面が粗化されて、表面に微小の凹凸が形成される。吹き付ける固体粒子が大きいほど、被鋳ぐるみ材表面の凹凸の大きさが大きい。このような凹凸を被鋳ぐるみ材表面に形成することにより、被鋳ぐるみ材の表面積が増大する。

【0020】

また、ウェットブラスト処理にて被鋳ぐるみ材表面に液体（水）が吹き付けられることにより、被鋳ぐるみ材表面に付着していた酸化膜や汚れ等の膜（例えば油膜）、あるいは吸着分子により構成される膜等（以下、膜類）が除去される。また、被鋳ぐるみ材が鋳造により成形されている場合、鋳造に用いられる離型剤の残渣（シリコンや炭素など）が不純物として被鋳ぐるみ材の表面に付着する。このような不純物もウェットブラスト処理にて被鋳ぐるみ材表面に液体（水）が吹き付けられることによって除去される。

【0021】

第２工程では、第１工程でウェットブラスト処理された被鋳ぐるみ材表面に鋳造用金属の溶湯を接触させる。これにより被鋳ぐるみ材が鋳造用金属で鋳ぐるまれる。この第２工程は、例えば、第１工程でウェットブラスト処理された被鋳ぐるみ材を金型キャビティの所定位置にセットし、その後、キャビティ内に鋳造用金属の溶湯を注湯することにより、実施される。なお、ダイカスト鋳造によって被鋳ぐるみ材を鋳ぐるんでもよい。鋳造用金属として、典型的にはアルミニウム、亜鉛、マグネシウムやこれらの合金（例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）含有のアルミニウム合金）を主成分とするものが用いられるが、この限りでない。

【0022】

第２工程で被鋳ぐるみ材の表面に鋳造用金属の溶湯が接触した場合、鋳造用金属の熱が被鋳ぐるみ材の表面に伝達される。十分な熱が被鋳ぐるみ材に伝わった場合、被鋳ぐるみ材の表面温度が融点付近まで上昇し、被鋳ぐるみ材の表面が溶融状態になる。この溶融状態とされた被鋳ぐるみ材の表面と鋳造用金属の溶湯とが混合することにより、冷却凝固後における接触界面が良好な密着状態となり、接合強度の高い接合面を得ることができる。逆に、十分な熱が被鋳ぐるみ材に伝わらない場合、被鋳ぐるみ材の表面温度が十分に上がらないため、表面が未溶融あるいは部分溶融状態となる。このような場合、接触界面で鋳造用金属と被鋳ぐるみ材が十分に混合しないため、冷却凝固後における接合強度が低下する。したがって、接合強度を向上させるためには、被鋳ぐるみ材の表面に鋳造用金属の溶湯が接触したときに、被鋳ぐるみ材が溶損しない程度に多くの熱が鋳造用金属から被鋳ぐるみ材の表面に伝わるのがよい。

【0023】

この点につき、本実施形態では、第１工程のウェットブラスト処理で被鋳ぐるみ材の表面に凹凸を形成することによって、被鋳ぐるみ材の表面積を増大させている。したがって、第２工程で被鋳ぐるみ材の表面に鋳造用金属が接触する面積（接触面積）が増大する。接触面積の増大により、鋳造用金属から被鋳ぐるみ材への伝熱量が増大する。つまり、受熱効率が向上する。

【0024】

また、第２工程の実施時に、被鋳ぐるみ材の表面に膜類や不純物が堆積していると、これらが被鋳ぐるみ材と鋳造用属溶湯との間に介在することにより鋳造用金属から被鋳ぐるみ材への伝熱を阻害する。伝熱が阻害されると被鋳ぐるみ材に十分に熱が伝わらない。これに対し、本実施形態では、第１工程のウェットブラスト処理で被鋳ぐるみ材の表面から膜類や不純物を除去している。したがって、第２工程で被鋳ぐるみ材表面に鋳造用金属の溶湯を接触させた際に、伝熱を阻害する要因が除去されていることによって鋳造用金属から被鋳ぐるみ材に十分に熱が伝達される。つまり、受熱効率が向上する。なお、第１工程で被鋳ぐるみ材をショットブラスト処理した場合、被鋳ぐるみ材表面に凹凸は形成されるものの、被鋳ぐるみ材表面の膜類や不純物は除去されない。よって、第２工程時にこれらの膜類や不純物が被鋳ぐるみ材と鋳造用金属との接触界面に介在し、これらの介在物が伝熱を阻害する。つまり、本実施形態に係る鋳ぐるみ方法によれば、被鋳ぐるみ材表面をショットブラスト処理する場合よりも、受熱効率が良好である。

【0025】

このように、本実施形態に係る鋳ぐるみ方法によれば、鋳造用金属溶湯が被鋳ぐるみ材表面に接触した際における鋳造用金属から被鋳ぐるみ材への伝熱が良好である（受熱効率が向上する）ので、接触界面での接合強度を向上させることができる。また、ウェットブラスト処理といった比較的安価に実施できる前処理工程を設けるだけであるので、コストアップすることなく、被鋳ぐるみ材と鋳造用金属との接触界面を良好な密着状態にすることができ、接合強度の高い接合面を得ることができる。また、被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむ際に金型や被鋳ぐるみ材の予熱温度を下げることができ、さらに鋳造用金属の溶湯温度を低下させることもでき、押し湯の量も低減できる。このように、被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむ際における省エネルギーに貢献できるとともに製造コストも低減できる。

【0026】

（ウェットブラスト処理による効果の確認）
第１工程にて実施するウェットブラスト処理による被鋳ぐるみ材表面への凹凸の形成及び表面からの膜類や不純物等の除去を確認するために、以下のような試験を行った。

【0027】

まず、鋳造により５個のアルミニウム製（材質：ＡＣ４Ｃ材）の平板状テストピース（縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）を作製した。次いで、作製した５個の平板状テストピースのうちの３個のテストピースの表面を異なる大きさの研磨材を用いてウェットブラスト処理することにより、評価サンプルを作製した。ウェットブラスト処理に用いた液体は水、研磨材（固体粒子）はアルミナ粒子であり、投射圧（圧縮エア圧）は０．１５〜０．２５ＭＰａである。また、用いた研磨材の大きさは、６０メッシュ、１２０メッシュ、８００メッシュである。６０メッシュで表わされる大きさのアルミナ粒子を用いてウェットブラスト処理して作製した評価サンプルを評価サンプル１、１２０メッシュで表わされる大きさのアルミナ粒子を用いてウェットブラスト処理して作製した評価サンプルを評価サンプル２、８００メッシュで表わされる大きさのアルミナ粒子を用いてウェットブラスト処理して作製した評価サンプルを評価サンプル３とした。また、１つの平板状テストピースをスチールワイヤでショットブラスト（乾式ブラスト）処理して比較サンプル１を作製した。残りの一つのテストピースには、ウェットブラスト処理もショットブラスト処理もしていない。つまり、表面改質されていない。表面改質されていない未処理のテストピースを比較サンプル２とした。

【0028】

評価サンプル１〜３、比較サンプル１、２の表面を、光学顕微鏡で観察した。図１は、これらのサンプルの表面の光学顕微鏡写真である。図１からわかるように、評価サンプル１〜３の表面には微小な凹凸が形成されている。また、評価サンプル１の表面の凹凸は評価サンプル２の表面の凹凸よりも大きく、評価サンプル２の表面の凹凸は評価サンプル３の表面の凹凸よりも大きい。このことから、ウェットブラスト処理にて用いる研磨材が大きいほど表面の凹凸も大きいことがわかる。なお、ショットブラスト処理された比較サンプル１の表面にも凹凸が形成される。

【0029】

また、各サンプルの表面の粗さをレーザー顕微鏡により測定した。測定結果を表１に示す。

【表1】

表１において、Ｒａが算術平均粗さ（μｍ）であり、Ｒｍａｘが最大高さ（μｍ）であり、Ｒｚが十点平均粗さ（μｍ）である。

【0030】

表１からわかるように、評価サンプル１、評価サンプル２の表面の算術平均粗さＲａは、比較サンプル２の表面の算術平均粗さＲａよりも大きい。このことから、ウェットブラスト処理（第１工程）にて用いる研磨材の大きさを１２０メッシュで表わされる大きさ以上にすることにより、サンプル表面を粗くできることがわかる。一方、評価サンプル３の表面の算術平均粗さＲａは比較サンプル２の表面の算術平均粗さＲａよりも小さい。したがって、ウェットブラスト処理（第１工程）にて用いる研磨材の粒子径が８００メッシュで表わされる大きさ以下であると、形成される凹凸が小さすぎて、サンプル表面を粗くすることができないことがわかる。

【0031】

また、各サンプルの表面に存在する元素の濃度をＥＤＸにより測定した。測定結果を表２に示す。

【表2】

【0032】

表２に示す元素のうち、Ｓｉ，Ｃ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｃａが、鋳造成形されたテストピースの表面に予め付着した膜類や不純物（酸化膜、油膜、離型剤残渣等）を構成する元素（以下、不純物元素）である。表２からわかるように、評価サンプル１〜３の表面から検出される不純物元素の濃度は比較サンプル２の表面から検出される不純物元素の濃度よりも少ない。このことから、ウェットブラスト処理によって、サンプル表面の膜類や不純物が洗い流されて除去されたことがわかる。一方、比較サンプル１の表面から検出される不純物元素濃度は比較サンプル２の表面から検出される不純物元素濃度とさほど変わらない。このことから、ショットブラストによっては、サンプル表面の膜類や不純物を十分に除去できないことがわかる。また、ショットブラスト処理においてはスチールワイヤをテストピースにぶつけるため、ショットブラスト処理後のサンプル（比較サンプル１）の表面から鉄成分が検出されている。

【0033】

このように、本実施形態に係る鋳ぐるみ方法の第１工程（ウェットブラスト処理）では、被鋳ぐるみ材（平板状のテストピース）の表面に微小な凹凸が形成されるとともに、表面の膜類や不純物がほとんど除去されることがわかる。

【0034】

（被鋳ぐるみ材への受熱効率向上効果の確認）
次に、本実施形態に係る鋳ぐるみ方法により、鋳造用金属の溶湯と被鋳ぐるみ材との接触時に鋳造用金属から被鋳ぐるみ材への受熱効率が向上することを確認するために、図２に示す砂型１を用いて鋳造用金属の溶湯を被鋳ぐるみ材に接触させた。そして、その際における受熱効率を測定した。

【0035】

図２に示すように、この砂型１には、上方に開口した円柱状の凹部１ａが形成され、また内部に湯道１ｂが形成される。湯道１ｂの一端は砂型１の上面に開口し、他端は円柱状の凹部１ａの底面に開口する。そして、被鋳ぐるみ材としての有底円筒状のワークＷが、凹部１ａに嵌り込んで上面に開口するように砂型１にセットされる。

【0036】

ワークＷはアルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）製であり、鋳造により成形される。ワークＷの外径は１４０ｍｍ、高さは１００ｍｍ、側壁および底壁の厚さは２０ｍｍである。また、ワークＷの底面の中心部分には、直径２３ｍｍの孔Ｈが設けられている。ワークＷが凹部１ａ内に嵌り込むように砂型１にセットされたときに、孔Ｈを介してワークＷの内周空間が湯道１ｂに連通する。

【0037】

第１熱電対Ｈ１が、砂型１にセットされたワークＷの底壁付近に設置され、第２熱電対Ｈ２がワークＷの側壁内に埋め込まれる。第１熱電対Ｈ１および第２熱電対Ｈ２は、温度データロガー２に電気的に接続される。温度データロガー２は、第１熱電対Ｈ１および第２熱電対Ｈ２で測定された温度を表示および記憶する。

【0038】

上記構成の砂型１の凹部１ａにワークＷがセットされ、約１４０℃に加熱される。その後、約７５０℃に加熱した鋳造用金属であるアルミニウム合金（ＳｉＣ２０ｖｏｌ％含有）の溶湯が湯道１ｂの一方端側から湯道１ｂに供給される。湯道１ｂに供給されたアルミニウム合金溶湯は孔ＨからワークＷ内に進入し、ワークＷの内部に溜まる。これによりアルミニウム合金溶湯がワークＷの内周面に接触する。なお、ワークＷの内部に供給されるアルミニウム合金溶湯の温度が第１熱電対Ｈ１により測定される。また、ワークＷの温度の経時変化が第２熱電対Ｈ２により測定される。

【0039】

ここで、砂型１にセットするワークとして、同一形状のワークを５個用意した。用意した５個のワークのうちの３個のワークの内周面に異なる大きさの研磨材（アルミナ粒子）と水とを用いてウェットブラスト処理を施し、１個のワークの内周面にスチールワイヤを用いてショットブラスト処理を施した。ウェットブラスト処理に用いた研磨材の大きさは、６０メッシュ、１２０メッシュ、８００メッシュの３種類である。以下、６０メッシュで表わされる大きさの研磨材を用いてウェットブラスト処理したワークを第１ワークＷ１と呼び、１２０メッシュで表わされる大きさの研磨材を用いてウェットブラスト処理したワークを第２ワークＷ２と呼び、８００メッシュで表わされる大きさの研磨材を用いてウェットブラスト処理したワークを第３ワークＷ３と呼ぶ。また、ショットブラスト処理したワークを第４ワークＷ４と呼ぶ。残りの１個のワークにはウェットブラスト処理もショットブラスト処理もしていない。ウェットブラスト処理もショットブラスト処理もしていない（表面改質されていない）未処理ワークを第５ワークＷ５と呼ぶ。以下、ワークＷ１〜Ｗ５を総称する場合および区別しない場合、ワークＷと言うこともある。作製した各ワークＷ１〜Ｗ５の内周面の算術平均粗さＲａは、表３に示す通りであった。

【表3】

【0040】

こうして用意された５個のワークＷ１〜Ｗ５のそれぞれを砂型１にセットし、アルミニウム合金溶湯を砂型１にセットされたワークＷの内部に供給した。そして、供給されたアルミニウム合金溶湯の重量および温度、ワークＷの温度変化（第２熱電対Ｈ２で検出される温度の変化）を計測した。

【0041】

図３は、第２熱電対Ｈ２で計測したワークＷの温度の経時変化を表すグラフの一例である。図３のグラフの横軸は、砂型１にアルミニウム合金溶湯の供給を開始してからの経過時間（分）を表し、縦軸が温度（℃）を表す。図３からわかるように、ワークＷの初期温度がＴ２により表わされ、ワークＷの最高到達温度がＴ３により表わされる。ここで、ワークＷの内周空間に供給されるアルミニウム合金溶湯の温度をＴ１とすると、アルミニウム合金溶湯（鋳造用金属）の熱がワークＷ（被鋳ぐるみ材）に伝達される効率を表す受熱効率は、下記の式（１）により表わされる。

【数1】

【0042】

上記式（１）において、Ｃ１はワークＷの内周空間に供給されたアルミニウム合金溶湯の比熱（Ｊ／ｋｇ℃）、Ｗ１はワークＷの内周空間内に供給されたアルミニウム合金溶湯の重量（ｋｇ）、Ｃ２はワークＷの比熱（Ｊ／ｋｇ℃）、Ｗ２はワークＷの重量（ｋｇ）である。

【0043】

ワークＷ１〜Ｗ５を用いたそれぞれの場合について、ワークＷの内周空間内に供給されるアルミニウム合金溶湯の温度Ｔ１および重量Ｗ１、ワークＷの初期温度Ｔ２および最高到達温度Ｔ３を求め、求めた値を式（１）に代入することにより、各ワークＷ１〜Ｗ５を用いたそれぞれの場合についての受熱効率を計算した。そして、計算した各受熱効率をワークＷ５を用いた場合について計算した受熱効率で除すことにより得られる受熱効率比（つまり、ワークＷ５を用いた場合についての受熱効率を１．０とした場合における各受熱効率の倍率）Ｓを、ワークＷ１〜Ｗ５を用いたそれぞれの場合について計算した。この場合、ワークＷ５を用いた場合について計算される受熱効率比Ｓ５は１．０である。

【0044】

各ワークＷ１〜Ｗ５を用いたそれぞれの場合における受熱効率の算出に使用した各パラメータの値、受熱効率、受熱効率比Ｓを、表４にまとめて示す。

【表4】

【0045】

図４は、各ワークＷ１〜Ｗ５を用いた場合について計算されたそれぞれの受熱効率比Ｓと、ワークＷの内周面の算術平均粗さＲａとの関係を表わすグラフである。図４の横軸が各ワークＷ１〜Ｗ５の内周面の算術平均粗さＲａ（μｍ）であり、縦軸が受熱効率比Ｓ（−）である。

【0046】

図４に示すように、ワークＷの内周面の算術平均粗さＲａが大きいほど受熱効率比Ｓが高い傾向にある。これは、表面が粗くなる（算術平均粗さが大きくなる）ほど、アルミニウム合金溶湯の接触面積が増大し、それに伴い受熱量も増大することに起因すると考えられる。特に、ウェットブラスト処理を施したワークＷ１、Ｗ２，Ｗ３についてそれぞれ計算された受熱効率比Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３から得られる受熱効率比Ｓと算術平均粗さＲａとの相関関係を表す特性線（図４の特性線Ｐ）から、表面の算術平均粗さＲａが４μｍ以上となるように被鋳ぐるみ材の表面をウェットブラスト処理することにより、受熱効率比Ｓが１．１以上となる。つまり、受熱効率が、ウェットブラスト処理していない（前処理していない）場合の１．１倍以上になり、受熱効率が十分に向上することがわかる。

【0047】

また、ウェットブラスト処理したワークＷ１，Ｗ２，Ｗ３についてそれぞれ計算された受熱効率比Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、前処理されていないワークＷ５について計算された受熱効率比Ｓ５（＝１．０）よりも大きい。これは、ウェットブラスト処理により伝熱を阻害する要因（膜類や不純物）がワークＷの内周面から除去されたためと考えられる。特に、第１ワークＷ１についての受熱効率比Ｓ１が極めて高く、ショットブラスト処理した第４ワークＷ４について計算された受熱効率比Ｓ４と比較しても、受熱効率が約７％向上していることがわかる。つまり、６０メッシュで表わされる大きさ以上の大きさの研磨材を用いて被鋳ぐるみ材の表面にウェットブラスト処理を施すことにより、鋳造用金属から被鋳ぐるみ材への受熱効率を十分に向上させることができる。

【0048】

（接触界面の接合状態の確認）
また、図２に示す砂型１を用いて第１ワークＷ１をアルミニウム合金（ＳｉＣ２０ｖｏｌ％含有）で鋳ぐるんだサンプルを切断し、第１ワークＷ１（被鋳ぐるみ部材）と鋳造用金属（ＳｉＣ２０ｖｏｌ％含有アルミニウム合金）との接触界面を電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察するとともに、ＥＤＸにより接触界面付近の元素を調べた。図５は、第１ワークＷ１と鋳造用金属との接触界面付近を切断した断面のＳＥＭ画像であり、図６は、接触界面付近を切断した断面のＥＤＸによる元素分析結果を示す画像である。

【0049】

図５に示す画像中の比較的黒い部分がＳｉＣを表す。ＳｉＣが多数存在する部分がアルミニウム合金（鋳造用金属）を表し、ＳｉＣがほとんど存在しない部分が第１ワークＷ１（被鋳ぐるみ材）を表す。図５からわかるように、ＳｉＣが写真の上側部分に多く存在し、下側部分にはＳｉＣがほとんど観察されていない。また、ＳｉＣが多数存在する部分（アルミニウム合金（鋳造用金属）を表す部分）とＳｉＣがほとんど存在しない部分（第１ワークＷ１（被鋳ぐるみ材）を表す部分）が図５に示す接触界面を境にきれいに分かれている。また、接触界面には隙間が形成されていない。このことから、アルミニウム合金溶湯が第１ワークＷ１の内周面（表面）に接触したときにアルミニウム合金溶湯から第１ワークＷ１に十分に熱が伝達されて第１ワークＷ１の内周面が溶融状態とされ、接触界面で第１ワークＷ１とアルミニウム合金溶湯が混合したと推定される。そして、冷却凝固後には図５に示すように接触界面に空隙等が形成されることなくきれいに両者が接合されている。このため、接触界面の接合強度は高い。

【0050】

また、図６において、（ａ）がアルミニウムの存在を示す画像、（ｂ）がケイ素の存在を示す画像、（ｃ）が酸素の存在を示す画像、（ｄ）が炭素の存在を示す画像、（ｅ）がマグネシウムの存在を示す画像、（ｆ）が鉄の存在を示す画像である。図６（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）からわかるように、接触界面付近に炭素、酸素、マグネシウム、鉄等の不純物元素は微量にしか存在しない。また、図６（ｂ）からわかるように、ケイ素の濃度は、接触界面を跨いで緩やかに変化しており、接触界面でアルミニウム合金とワークの材料が十分に混合したことが推察される。これらのことからも、接合強度の高い接触界面が形成されていることがわかる。

【0051】

以上のように、本実施形態に係る鋳ぐるみ方法は、液体と固体粒子との混合液を被鋳ぐるみ材の表面に吹き付けることにより被鋳ぐるみ材の表面をウェットブラスト処理する第１工程と、ウェットブラスト処理された被鋳ぐるみ材の表面に鋳造用金属の溶湯を接触させて被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむ第２工程と、を含む。

【0052】

本実施形態に係る鋳ぐるみ方法によれば、第１工程にて、後の第２工程での鋳造用金属から被鋳ぐるみ材への伝熱が促進されるようにウェットブラスト処理により被鋳ぐるみ材を表面改質している。従って、その後に被鋳ぐるみ材の表面に鋳造用金属の溶湯を接触させて被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむ際に鋳造用金属と被鋳ぐるみ材との接触界面での被鋳ぐるみ材と鋳造用金属との溶融・混合が酸化膜等の膜類や不純物によって阻害されない。そのため、接触界面にて均一に被鋳ぐるみ材と鋳造用金属が溶融・混合し、冷却凝固後において接触界面に空隙等が形成されることがない。よって接触界面の接合強度が高められる。また、さほどコストのかからないウェットブラスト処理を実施するのみで接触界面の接合強度を十分に高めることができるため、コストアップすることなく接合強度が向上された被鋳ぐるみ材の鋳ぐるみ方法を提供することができる。

【0053】

また、第１工程にて、被鋳ぐるみ材の表面の算術平均粗さが４．０μｍ以上となるように、被鋳ぐるみ材をウェットブラスト処理することにより、受熱効率をウェットブラスト処理していない場合と比較して１．１倍以上にすることができる。よって、第２工程で鋳造用金属から被鋳ぐるみ材に十分に熱を伝えることができ、それ故、被鋳ぐるみ材と鋳造用金属との接触界面が良好な密着状態となり、接触界面における接合強度を向上させることができる。

【0054】

［第２実施形態］
第２実施形態に係る鋳ぐるみ方法は、第１工程と、メッキ工程と、第２工程を含む。メッキ工程は、第１工程と第２工程との間に実施される。第１工程では、被鋳ぐるみ材の表面がウェットブラスト処理される。メッキ工程では、ウェットブラスト処理された被鋳ぐるみ材の表面（ウェットブラスト処理面）に錫メッキ皮膜が形成される。第２工程では、被鋳ぐるみ材のウェットブラスト処理面に形成された錫メッキ皮膜に鋳造用金属の溶湯を接触させて被鋳ぐるみ材を鋳造用金属で鋳ぐるむ。

【0055】

第１工程で実施されるウェットブラスト処理は、上記第１実施形態にて説明した第１工程で実施されるウェットブラスト処理と同一であるので、その具体的な説明は省略する。

【0056】

メッキ工程では、被鋳ぐるみ材のウェットブラスト処理面に錫メッキ処理が施される。錫メッキ処理の前後に様々な前処理及び後処理がなされてもよい。図７は、メッキ工程の一例を示すフローチャートである。この例によれば、メッキ工程は、前処理（Ｓ１〜Ｓ６）と、錫メッキ処理（Ｓ７）と、後処理（Ｓ８〜Ｓ９）を含む。前処理は、被鋳ぐるみ材の表面のエッチング処理（Ｓ１）、硝酸による表面活性化処理（Ｓ２）、ジンケート（亜鉛）置換処理（Ｓ３）、硝酸剥離処理（Ｓ４）、再度のジンケート置換処理（Ｓ５）、ニッケルストライクメッキ（下地メッキ）処理（Ｓ６）を含む。このような前処理工程が全て完了した後に、被鋳ぐるみ材のウェットブラスト処理面に錫メッキを施す（Ｓ７）。その後、錫メッキ皮膜を中和し（Ｓ８）、次いで、乾燥する（Ｓ９）。なお、各処理と各処理の間に処理面の水洗処理が実施される。図７に水洗処理がＲで表わされる。こうした一連の処理を経て被鋳ぐるみ材のウェットブラスト処理面に錫メッキ皮膜が形成される。メッキ工程にて形成される錫メッキ皮膜の膜厚は、１〜１０μｍ程度であるとよい。

【0057】

錫メッキ皮膜のメッキ方法としては一般的な電解メッキが好適に用いられる。ここで、第１工程のウェットブラスト処理にて被鋳ぐるみ材のウェットブラスト処理面には凹凸部分が形成されているため、メッキ工程では、図８に示すように、錫メッキ皮膜Ｓが被鋳ぐるみ材Ｃのウェットブラスト処理面に形成されている凹凸部分Ｐに完全に密着し、凹凸部分Ｐと錫メッキ皮膜Ｓとの間に隙間は生じていない。ここで、「凹凸部分」とは、ウェットブラスト処理により粗化された被鋳ぐるみ材の表面に現れる凸状の部分を言う。

【0058】

第２工程では、メッキ工程で被鋳ぐるみ材のウェットブラスト処理面に形成された錫メッキ皮膜の表面に鋳造用金属の溶湯を接触させる。この点において本実施形態は上記第１実施形態と異なる。すなわち、上記第１実施形態では、被鋳ぐるみ材のウェットブラスト処理面に直接鋳造用金属溶湯を接触させるのに対し、本実施形態では、被鋳ぐるみ材のウェットブラスト処理面に形成された錫メッキ皮膜の表面に鋳造用金属溶湯を接触させる。

【0059】

ところで、第１工程では、上記第１実施形態にて説明したように、被鋳ぐるみ材の表面にウェットブラスト処理を施すことによって表面に予め付着されていた酸化膜及び不純物が除去される。しかしながら、ウェットブラスト処理してもその処理面に自然酸化膜は存在する。自然酸化膜上での鋳造用金属溶湯、特にアルミニウム合金溶湯の濡れ性は良好ではない。従って、自然酸化膜が存在する被鋳ぐるみ材のウェットブラスト処理面に直接鋳造用金属溶湯を接触させた場合、鋳造用金属溶湯が被鋳ぐるみ材の表面に均一に且つ十分に濡れ拡がらない虞が有る。つまり、被鋳ぐるみ材と鋳造用金属溶湯との接触界面に非接触部位（鋳造用金属溶湯が被鋳ぐるみ材に接触していない部位）が存在する可能性がある。接触界面に非接触部分が多数存在すると、伝熱不足によって被鋳ぐるみ材のウェットブラスト処理面が部分溶融状態となり、接合強度の低下を引き起こす。

【0060】

これに対し、本実施形態では、第１工程の実施後にメッキ工程を実施し、このメッキ工程にて、被鋳ぐるみ材のウェットブラスト処理面に錫メッキ皮膜が形成される。この錫メッキ皮膜は、例えば錫メッキ浴中で電気的に錫イオンを被鋳ぐるみ材の表面に吸着させることによって形成される。このような電気化学反応により形成される錫メッキ皮膜は、たとえ被鋳ぐるみ材のウェットブラスト処理面に自然酸化膜が存在している場合であっても、ウェットブラスト処理面に一様に密着する。

【0061】

こうして形成された錫メッキ皮膜上に、第２工程にて鋳造用金属溶湯が接触される。ここで、錫メッキ皮膜上での鋳造用金属溶湯、特にアルミニウム合金溶湯の濡れ性は非常に良い。したがって、第２工程にて錫メッキ皮膜の表面に鋳造用金属溶湯を接触させた場合、鋳造用金属の溶湯が錫メッキ皮膜上に一様に濡れ拡がる。このため、鋳造用金属溶湯の熱が錫メッキ皮膜の全体に伝達され、錫メッキ皮膜が一様に溶融する。なお、錫メッキ皮膜の融点は２３０℃程度である。

【0062】

また、錫メッキ皮膜は被鋳ぐるみ材のウェットブラスト処理面に一様に密着しているため、錫メッキ皮膜の溶融成分の熱は被鋳ぐるみ材のウェットブラスト処理面にむらなく一様に伝達される。このためウェットブラスト処理面の全面が溶融状態とされる。つまり、被鋳ぐるみ材と鋳造用金属との接触界面が部分溶融状態ではなく全溶融状態とされる。なお、ウェットブラスト処理面には図８に示すように凹凸部分Ｐが形成されているので、第２工程では、少なくとも凹凸部分Ｐが溶融し、溶融成分がウェットブラスト処理面の全面を覆う。そして、凹凸部分Ｐを構成していた溶融成分が鋳造用金属の溶湯と混ざり合い、被鋳ぐるみ材と鋳造用金属との接触界面（接合界面）にて被鋳ぐるみ材と鋳造用金属との混合層を形成する。その後、混合層が冷却凝固されることによって被鋳ぐるみ材と鋳造用金属が隙間なく接合される。このように、本実施形態では、被鋳ぐるみ材と鋳造用金属溶湯との間に錫メッキ皮膜を介在させることによって、被鋳ぐるみ材のウェットブラスト面に自然酸化膜が存在すること起因して第２工程にて被鋳ぐるみ材のウェットブラスト面が部分溶融状態になることを回避することができる。そのため第２工程にて被鋳ぐるみ材のウェットブラスト面が全溶融状態とされ、被鋳ぐるみ材と鋳造用金属との接合強度をより一層高めることができる。

【0063】

（界面接合強度の実証実験）
上記した本実施形態に係る鋳ぐるみ方法により鋳ぐるまれた被鋳ぐるみ材と鋳造用金属との接合強度が高いことを確認するため、以下に示すような実験を行った。

【0064】

１．サンプルの作製
アルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ材）の溶湯を砂型のキャビティに流し込み、直径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円柱状金属部材を鋳造により６個作製した。作製した６個の円柱状金属部材の外周面にウェットブラスト処理（投射圧：０．４５ＭＰａ）を施した。この場合において、研磨剤として６０メッシュの大きさのアルミナ粉を使用した。

【0065】

その後、２個の円柱状金属部材の外周面（ウェットブラスト処理面）に膜厚約１０μｍの錫メッキ皮膜を形成し、他の２個の円柱状金属部材の外周面（ウェットブラスト処理面）に膜厚約１０μｍの亜鉛メッキ皮膜を形成した。このようにして、ウェットブラスト処理面に錫メッキ皮膜が形成された２個の被鋳ぐるみ部材（サンプルＮｏ．１，２）と、ウェットブラスト処理面に亜鉛メッキ皮膜が形成された２個の被鋳ぐるみ部材（サンプルＮｏ．３，４）と、ウェットブラスト処理面にメッキ皮膜が形成されていない２個の被鋳ぐるみ部材（サンプルＮｏ．５，６）とを作製した。

【0066】

２．実験方法
次に、図９に示す実験装置を用い、作製した各サンプルのウェットブラスト処理面（外周面）に鋳造用金属の溶湯を接触させてサンプルを鋳造用金属で鋳ぐるんだ。この実験装置３は、内径１００ｍｍ、高さ１１５ｍｍのＳｉＣ坩堝４を備える。このＳｉＣ坩堝４内に鋳造用金属の溶湯としてＳｉＣ１０ｖｏｌ％含有のアルミニウム複合材の溶湯（アルミニウム合金溶湯）が充填される。充填されたアルミニウム合金溶湯の温度は７２０℃〜７５０℃に調整される。そして、作製した各サンプルを１５０℃程度に予熱するとともに、予熱した各サンプルをＳｉＣ坩堝４内のアルミニウム合金溶湯内に浸漬した。これにより各サンプルのウェットブラスト処理面（外周面）にアルミニウム合金溶湯が接触されて、サンプルがアルミニウム合金に鋳ぐるまれる。

【0067】

表５に、上記した実験装置１を用いて各サンプルをアルミニウム合金溶湯で鋳ぐるむ際における実験条件を示す。表５において、アルミニウム合金溶湯重量とは、ＳｉＣ坩堝４内に充填されたアルミニウム合金溶湯の重量であり、アルミニウム合金溶湯温度とは、ＳｉＣ坩堝４内に充填されたアルミニウム合金溶湯の温度である。

【表5】

【0068】

なお、サンプルをアルミニウム溶湯に浸漬しているときにおけるサンプルの表面温度を把握するため、図９に示すように、サンプルの外周面から２ｍｍだけ径内方に進入した位置におけるサンプルの温度を熱電対Ｈ３により検出した。検出した温度はサンプルの表面温度として温度データロガー５に記憶される。

【0069】

サンプルをＳｉＣ坩堝４内のアルミニウム溶湯に浸漬させた後、自然放令によりアルミニウム溶湯をＳｉＣ坩堝４内で凝固させた。その後、サンプル及びその外周に接合されたアルミニウム合金からなる成形体をＳｉＣ坩堝４から取り出し、サンプル（被鋳ぐるみ材）とアルミニウム合金（鋳造用金属）との接合部分を切断して接合断面を光学顕微鏡を用いて観察した。この場合において、図１０に示すように、成形体Ｒをサンプル（被鋳ぐるみ材）の軸方向に垂直な断面で切断し、切断面内の部位であってサンプルの周方向に等間隔に位置する４箇所の部位（部位I、部位II、部位III、部位IV）の接合状態を観察した。

【0070】

３．評価方法
各部位の観察結果に基づいて、各部位の接合状態のそれぞれに評価点数を付した。この場合において、接合界面に隙間が全く形成されていないような接合状態である部位に１００点を付し、部分的に隙間が形成されている（部分的に接合されている）ような接合状態である部位に５０点を付し、全体的に隙間が形成されている（接合されていない）ような接合状態である部位に０点を付した。そして、４箇所の部位に付された評価点数の合計を４で除すことにより、それぞれのサンプルを用いて成形した成形体の界面接合率（％）を算出した。

【0071】

図１１は、アルミニウム溶湯へのサンプルの浸漬時（鋳ぐるみ時）に熱電対Ｈ３により検出された各サンプルの表面温度と、そのサンプルを用いて成形した成形体の界面接合率との関係を示すグラフである。なお、熱電対Ｈ３は、各サンプルの表面（外周面）から径内方に２ｍｍ侵入した位置における温度を検出しているため、実際のサンプルの最表面温度（界面部の温度）は、図１１に示される表面温度よりも高い。

【0072】

図１１に示すように、外周面にウェットブラスト処理を施すがウェットブラスト処理面にメッキ皮膜を形成しないサンプル（サンプル５，６）を用いて成形体を鋳造成形した場合、鋳ぐるみ時におけるサンプルの表面温度が５７５℃以下であると、界面接合率は低い。しかし、表面温度が５８５℃程度であれば、界面接合率は８０％を越える。このことから、ウェットブラスト処理面にメッキ皮膜を形成しない場合、サンプルの加熱温度が高ければ接合強度は高いが、加熱温度が低い場合には、被鋳ぐるみ材と鋳造用金属溶湯との接触界面にて被鋳ぐるみ材の表面が自然酸化膜の存在により部分溶融状態となり、それ故に接合強度（界面接合率）が低下すると推察される。

【0073】

また、外周面にウェットブラスト処理を施し且つウェットブラスト処理面に錫メッキ皮膜を形成したサンプル（サンプル１，２）を用いて成形体を鋳造成形した場合、すなわち本実施形態に係る鋳ぐるみ方法により成形体を鋳造成形した場合、鋳ぐるみ時におけるサンプルの表面温度が５７０℃程度であっても界面接合率が８０％を越える。また、表面温度が５８０を越えると、界面接合率がほぼ１００％である。このことから、本実施形態に係る鋳ぐるみ方法（サンプル１，２）によれば、被鋳ぐるみ材の表面温度が高い場合はもちろんのこと、低い場合であっても十分に接合強度（界面接合率）が高められることがわかる。

【0074】

なお、鋳ぐるみ時における被鋳ぐるみ材の表面温度が高いほど、被鋳ぐるみ材の形状変化（溶湯・軟化による変形）が発生する。そのため、鋳ぐるみ時における被鋳ぐるみ材の温度が低い方が望ましい。つまり、鋳ぐるみ時に被鋳ぐるみ材の表面温度が低く、最表面のみが溶融するような状態が実現されるのが良い。この点について、本実施形態に係る鋳ぐるみ方法（サンプルＮｏ．１，２）においては、鋳ぐるみ時における被鋳ぐるみ材の表面温度が比較的低い場合であっても良好な接合強度を得ることができる。よって、本実施形態によれば、比較的低い温度で被鋳ぐるみ材を鋳ぐるむことにより、被鋳ぐるみ材の形状変化を抑制し、且つ、被鋳ぐるみ材と鋳造用金属との接合強度を十分に高めることができる。

【0075】

また、図１１に示すように、外周面にウェットブラスト処理を施し且つウェットブラスト処理面に亜鉛メッキを形成したサンプル（サンプル３，４）を用いて成形体を成形した場合は、鋳ぐるみ時におけるサンプル（被鋳ぐるみ材）の表面温度が５８０℃であっても界面接合率は極めて悪い。このことから、被鋳ぐるみ材のウェットブラスト処理面に形成するメッキ皮膜の成分は錫であるのが良いことがわかり、亜鉛メッキ皮膜をウェットブラスト処理面に形成しても、接合強度が向上しないことがわかる。

【符号の説明】

【0076】

１…砂型、１ａ…凹部、１ｂ…湯道、２…温度データロガー、Ｈ１…第１熱電対、Ｈ２…第２熱電対、３…実験装置、４…ＳｉＣ坩堝、５…温度データロガー、Ｈ３…熱電対

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】