JPH0494859A - 金属の精密鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的】

（産業上の利用分野） 本発明は、とくに高融点金属や活性金属の精密鋳造を行
う際に利用するのに好適な金属の精密鋳造装置に関する
ものである。 （従来の技術） 高融点金属や活性金属に分類されるものとしては、Ｔ　
ｉ　、　Ｍ　ｏ　、　Ｗ　、　Ｚ　ｒ　、　Ｌ　ｉ等の
単体ないし合金があり、例えば、ＴｉおよびＴｆ合金は
融点が高くかつ活性であるためその溶解を非汚染状態で
実施するには種々の工夫を必要とし、これまでのところ
高品質でしかも安価な精密鋳造品を製造しうるプロセス
は確立されていなかった。 例えば、従来のＴｉおよびＴｉ合金の鋳造方法において
は、ＴｉおよびＴｉ合金は活性であるため鋳型と反応し
やすく、鋳造時点においても汚染しやすいので、反応し
にくい低温度の溶湯を回転する鋳型に鋳込んで強制的に
湯回りを良好なものとすることが一般的におこなわれて
いる。 この従来技術においては、精密鋳造するためのセラミッ
クス製鋳型を回転軸心に配置したひとつの湯口のまわり
に複数個取付けて鋳型アッセンブリーの全体を回転して
遠心力鋳造を行うようにしていた。 （発明が解決しようとする課題） このように、従来技術では、セラミックス製鋳型を回転
軸心に配置したひとつの湯口のまわりに複数個取付けて
鋳型アッセンブリーの全体を回転して遠心力鋳造を行う
ようにしているため、溶湯が各製品鋳型に至るまでの距
離が長く、冷却しやすいため湯回りは必ずしも良くない
という不具合があった。 また、鋳造後に複数の製品をそれぞれ取り出すための鋳
型ばらしを行うに際してその作業が煩雑であるという問
題点もあった。 （発明の目的） 本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされた
ものであって、高融点金属や活性金属などの金属ないし
は合金の精密鋳造品を安価に製造することが可能である
金属の精密鋳造装置を提供することを目的としｙいる。

【発明の構、成】

帽ｌを解決するための手段） 本発明に係わる金属の精密鋳造装置は、炉底からの出湯
が可能フある高周波誘導溶、解炉をそなえると共に、前
記高周波誘導溶解炉の直下に鋳造用鋳型を回転可能に配
置してなる構成としたことを特徴としており、必要に応
じて採用される実施態様においては、前記高周波誘導溶
解炉と、鋳造用鋳型および前記鋳造用鋳型の回転機構と
の間に磁気シールド機構を設けて前記鋳造用鋳型および
前記鋳造用鋳型の回転機構などの鋳造装置を磁場から隔
離することによりこれらの誘導加熱を防止する構成とし
、同じ〈実施態様において、鋳造用鋳型および前記鋳造
用鋳型の回転機構をひとつの気密性容器内に収容して金
属の汚染を防止する構成とし、同じ〈実施態様において
、溶解および鋳造雰囲気を真空、大気圧の不活性ガスな
いしは大気圧以上の不活性ガスとして、真空ないし不活
性ガス雰囲気とすることによって溶解金属および鋳造製
品の汚染を防止する構成とし、大気圧以上の不活性ガス
とすることによって揮発しやすい成分の発生を抑え込む
ことでブローホール欠陥の発生を防止する構成とし、同
じ〈実施態様において、高周波誘導溶解炉の溶解用るつ
ぼを底部に開口を有する耐火物（例えば、黒鉛、酸化物
系セラミックス、ポロンナイトライド等の非酸化物系セ
ラミックス等）により形成した構成とし、同じ〈実施態
様において、高周波誘導溶解炉の溶解容器を縦にスリッ
トを有する水冷銅製るつぼ（いわゆるコールドクルージ
プル）により形成した構成としたことを特徴としており
、上述した発明の構成を前述した従来の課題を解決する
ための手段としている。 （発明の作用） 本発明に係わる金属の精密鋳造装置は、上述した構成を
有するものであり、比較的小重量の金属材料を比較的大
出力の高周波誘導溶解炉で迅速に溶解することにより活
性金属の溶解中における汚染が防止されるようになり、
鋳型と反応しやすい活性金属は鋳造時点においても汚染
しやすいので反応しにくい低温度の溶湯を回転する鋳造
用鋳型に鋳込むことにより強制的に湯回りが改善される
ものとなり、鋳造すべき製品を１個のみとして鋳型中心
で回転させることにより遠心力で細部にわたって精密充
填すると共に湯口から製品に至る距離を大幅に短縮する
ことで湯回りの大幅な改善が実現されるようになる。 （実施例） 第１図および第２図は、この発明に係わる金属の鋳造装
置の一実施例を示す。 図に示す金属の精密鋳造装置１は、その中央部分に、炉
底からの出湯が可能である高周波誘導溶解炉２をそなえ
ている。 この高周波誘導溶解炉２は、この実施例では、耐圧パイ
プ３の外側に高周波誘導溶解用コイル４を有すると共に
、この耐圧パイプ３の内側に高周波誘導溶解炉２の溶解
容器として水冷銅製るつぼ５を有し、この水冷銅製るつ
ぼ５の底部内周側には高周波誘導溶解炉２の溶解るつぼ
６を形成する耐火物７を有しており、この耐火物７は開
ロアａを有していてこの実施例ではポロンナイトライド
により成形したものが用いられている。 また、水冷銅製るつぼ５は、第２図にも示すように、円
弧状をなしかつ絶縁体５１ａ・・・・・５１ｈにより相
互に絶縁状態で円環状に配置された複数の水冷銅製セグ
メント５２ａ会・・・・５２ｈよりなり、それぞれに水
冷パイプ５３ａ・拳・・・５３ｈを設けて第１図の矢印
ＡＩ、Ａ２方向に冷却水を流すようにした構造を有する
ものであり、耐圧パイプ３の下端と水冷銅製るつぼ５と
の間にはシール材８が設けである。 そして、水冷銅製るつぼ５の上方でかつ耐圧パイプ３の
内周側には耐火物リング１１が設けであると共に、耐圧
パイプ３の」二端にはシール材１２を介して上板１３が
設けてあり、この上板１３の中央開口部１３ａにはシー
ル材１４を介して蓋１５が設けてあって、この蓋１５に
は矢印Ｂ１方向に気体を供給するガス供給管１６および
矢印Ｂ２方向に気体を排出するガス排出管１７が設けで
ある。 さらに、前記高周波誘導溶解炉２の溶解るっぽ６を形成
する耐火物７は、中心に開口２１ａを有する支持板２１
で支持されており、この支持板２１は磁気シール体２２
に連結して支持されていて、この磁気シール体２２の上
面と前記水冷銅製るつぼ５の底面とはシール材２３を介
してシールできるようになっていると共に、磁気シール
体２２はその内部に冷却水を矢印Ｃ１、Ｃ２方向に供給
排出することにより冷却されるものとなっており、高周
波誘導溶解炉２からの磁気を遮断するものとなっている
・ さらにまた、前記高周波誘導溶解炉２の直下には鋳造用
鋳型３１をそなえている。 この鋳造用鋳型３１は、タービン用ホットホイール形状
の鋳造空間３２ａを有するセラミックス鋳型３２の外側
に断熱材３３を配設して鋳型カバー３４内に収容した構
造をなし、この鋳型カバー３４の底部には前記鋳造用鋳
型３１の回転機構であるモーター３５の回転軸３５ａを
連結し、リード線３６より電源を供給することによって
鋳造用鋳型３１が矢印り方向に回転可能なものとなって
おり、これら鋳造用鋳型３１およびモーター３５はひと
つの気密性容器３７内に収納し、この気密性容器３７の
上端がシール材３８を介して前記磁気シール体２２の底
面に当接することによって内部の気密性が確保されるも
のとなっており、この状態で矢印Ｅ、力方向不活性ガス
を供給し且つ矢印Ｅ２方向に排出することによって内部
を大気ないしは大気圧以上の不活性雰囲気とすることが
できるようにしである。また、必要によっては、溶解る
つぼ６および気密性容器３７内を真空にすることもでき
る。 さらに、前記気密性容器３７は、ベース板４１に固定し
た油圧シリンダ４２のロッド４２ａで支持されており、
この油圧シリンダ４２の昇降によって気密性容器３７が
鋳造用鋳型３１およびモーター３５と共に昇降し、気密
性容器３７の上端が磁気シール体２２に当接・離間する
ものとなっており、前記上板１３．磁気シール体２２お
よびベース板４１が支柱４３およびナツト４４により一
体で組み付けられた構造となっている。 次に、このような構造をなす金属の精密鋳造装置１によ
って精密鋳造品を製造する要領について説明する。 この実施例で、高周波誘導溶解炉１の電源容量は、６０
ｋＷ、３０ｋＨｚのものを用いた。 まず、油圧シリンダ４２を降下作動させた状態にして磁
気シール体２２と気密性容器３７との間をあけ、モータ
ー３５の作動によってセラミックス鋳型３２が回転可能
となるように設置し、次いで油圧シリンダ４２を上昇作
動させた状態にして磁気シール体２２の底面と気密性容
器３７の上端とをシール材３８を介して密閉し、溶解雰
囲気および鋳造雰囲気をゲージ圧３　ｋ　ｇ　／　ｃ　
ｍ’のアルゴン雰囲気とする。 また、水冷銅製るつぼ５内の溶解るつぼ６の中に二点鎖
線で示す高さの購解材料４６を装入し、高周波誘導溶解
用コイル４に通電して急速加熱を行った。 ここで用いたコールドクリーシブル水冷銅製るつぼ５は
、コイル磁場をるつぼ内部に浸透させることができるも
のであり、溶解材料４６に発生する表皮電流とるつぼ内
面に流れる表皮電流とがローレ・ンツ効果により反発作
用を有するためにるつぼ内面にほとんど触れずに溶解で
きるものであり、このようにるつぼ内面と溶湯との間に
ギャップが形成されることから溶解時の熱損失が少ない
ものとなる。 また、溶解雰囲気はゲージ圧３ｋｇ／ｃｍ’のアルゴン
ガスとして、揮発しやすい成分の発生を抑え込むことに
よりブローホール欠陥の発生を防止するようにしている
。 さらに、金属材料としてＴｉ−６％Ａｎ−４％Ｖよりな
るＴｉ合金を３００ｇ装入した。 このＴｉ合金の溶解末期にはＴｉ合金の底部中心が溶け
、製品形状が軸対称であって外径が７４ｍｍであるター
ボチャージャホットホイール形状の鋳造空間３２ａを有
する鋳造用鋳型３１内に前記Ｔｉ合金の溶湯が流下する
。 この鋳造において、鋳造用鋳型３１は４５０ＲＰＭで回
転しており、ホットホイールの翼端には約１０Ｇの遠心
力が働く。また、押湯はないものとした。 このようにして製造されたホットホイールの品質は極め
て良好なものとなっており、従来のアークスカル溶解し
たＴｉ合金溶湯をアッセンブリ鋳型に注湯する遠心鋳造
法に比べて良品率が３０％から８０％に改善された。ま
た、鋳造歩留り（良品率を考慮しない）も２０％から９
０％に改善した。 この鋳造方法では、製品上部の中空部分がお互いに熱放
射することで凝固が遅れることにより押し湯として作用
するので、特別な押し湯部分を必要としない。また、従
来の鋳型アッセンブリーで存在した湯道部分がないので
歩留りが大幅に改善した。 そして、完全自動化によりホットホイール１個あたりの
鋳造サイクルタイムは４５秒と極めて能率的であった。 これに対して従来法では良品率が低く溶解鋳造の手間も
かかるためサイクルタイムは本発明の約６倍を要してい
た。

【発明の効果】

本発明に係わる金属の精密鋳造装置では、炉底からの出
湯が可能である高周波誘導溶解炉をそなえると共に、前
記高周波誘導溶解炉の直下に鋳造用鋳型を回転可能に配
置してなる構成としているので、比較的小重量の金属材
料を比較的大出力の高周波誘導炉で迅速に溶解すること
によって金属材料の溶解時での汚染を極力防止すること
が可能であると共に、高周波誘導溶解炉の直下に回転可
能に配置し且つ鋳造すべき製品の形状の鋳造空間を有す
る鋳造用鋳型に金属溶湯を直接流下させることにより湯
口から製品に至る距離を大幅に短縮して金属溶湯の冷却
を防ぐようにすることによって湯回りを向上したものと
することが可能であり、さらに鋳造用鋳型を回転するこ
とにより金属溶湯に遠心力を付与することによって溶湯
の湯回りをさらに改善したものとすることが可能であり
、さらにはひとつの湯口のまわりに複数個の鋳型を取付
けた鋳型アッセンブリーを用いる場合に比べて鋳造後の
鋳型のばらし作業が極〈簡単なものとなることから、高
品質の鋳造製品を安価に製造することが可能になるとい
う著しく優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる金属の精密鋳造装置の一実施例
を示す断面説明図、第２図は銅製るつぼの平面説明図で
ある。 １・・・金属の精密鋳造装置、 ２・・・高周波誘導溶解炉、 ４・・・高周波誘導溶解用コイル、 ５・・・水冷銅製るつぼ（溶解容器）、６・・・溶解る
つぼ、 ７・・・耐火物、 ２２・・・磁気シール体（磁気シールド機構）、３１・
・・鋳造用鋳型、 ３５・・・モーター（鋳造用鋳型の回転機構）、３７・
・・気密性容器。 特許出願人　　大同特殊鋼株式会社

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉底からの出湯が可能である高周波誘導溶解炉を
   そなえると共に、前記高周波誘導溶解炉の直下に鋳造用
   鋳型を回転可能に配置してなることを特徴とする金属の
   精密鋳造装置。
2. （２）高周波誘導溶解炉と、鋳造用鋳型および前記鋳造
   用鋳型の回転機構との間に磁気シールド機構を設けた請
   求項第１項に記載の金属の精密鋳造装置。
3. （３）鋳造用鋳型および前記鋳造用鋳型の回転機構をひ
   とつの気密性容器内に収容した請求項第１項または第２
   項に記載の金属の精密鋳造装置。
4. （４）溶解および鋳造雰囲気を真空、大気圧の不活性ガ
   スないしは大気圧以上の不活性ガスとする請求項第１項
   ないし第３項のいずれかに記載の金属の精密鋳造装置。
5. （５）高周波誘導溶解炉の溶解用るつぼを底部に開口を
   有する耐火物により形成した請求項第１項ないし第４項
   のいずれかに記載の金属の精密鋳造装置。
6. （６）高周波誘導溶解炉の溶解容器を縦にスリットを有
   する水冷銅製るつぼにより形成した請求項第１項ないし
   第５項のいずれかに記載の金属の精密鋳造装置。