JP2002195756A - 浮揚溶解鋳造装置 - Google Patents
浮揚溶解鋳造装置Info
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- JP2002195756A JP2002195756A JP2000393131A JP2000393131A JP2002195756A JP 2002195756 A JP2002195756 A JP 2002195756A JP 2000393131 A JP2000393131 A JP 2000393131A JP 2000393131 A JP2000393131 A JP 2000393131A JP 2002195756 A JP2002195756 A JP 2002195756A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】真空雰囲気中で鋳造を行なう浮揚溶解鋳造装置
において、真空容器の容積を縮小して真空度を高め、高
純度金属の鋳造を可能にする。 【解決手段】るつぼ１の底部の出湯口４に、中空円筒体
からなる鋳型１１を直結し、その中空部に引抜駆動栓１
４をスライド自在に設け、鋳造時には引抜駆動栓１４を
駆動ロッド１５を介して駆動機構１６により引き下げ、
るつぼ１内の溶湯を鋳型１１に引き込み、冷却凝固させ
て鋳造するとともに、真空容器をるつぼ側面カバー１
８、るつぼ上面カバー１９及び鋳型カバー２０に３分割
し、それらを相互に気密に連結して、各カバー１８〜２
０で浮揚溶解鋳造装置の各部をその輪郭に合わせて覆
う。また、るつぼ側面カバー１８はコイル２,３の内側
に配置し、コイル２,３は真空容器の外側に設置してガ
ス放出量を低減する。
において、真空容器の容積を縮小して真空度を高め、高
純度金属の鋳造を可能にする。 【解決手段】るつぼ１の底部の出湯口４に、中空円筒体
からなる鋳型１１を直結し、その中空部に引抜駆動栓１
４をスライド自在に設け、鋳造時には引抜駆動栓１４を
駆動ロッド１５を介して駆動機構１６により引き下げ、
るつぼ１内の溶湯を鋳型１１に引き込み、冷却凝固させ
て鋳造するとともに、真空容器をるつぼ側面カバー１
８、るつぼ上面カバー１９及び鋳型カバー２０に３分割
し、それらを相互に気密に連結して、各カバー１８〜２
０で浮揚溶解鋳造装置の各部をその輪郭に合わせて覆
う。また、るつぼ側面カバー１８はコイル２,３の内側
に配置し、コイル２,３は真空容器の外側に設置してガ
ス放出量を低減する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、金属材料をるつ
ぼから浮揚させた状態で溶解する浮揚溶解鋳造装置に関
し、特に高真空の溶解雰囲気を得るための手段に関す
る。
ぼから浮揚させた状態で溶解する浮揚溶解鋳造装置に関
し、特に高真空の溶解雰囲気を得るための手段に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】浮揚溶解鋳造装置は、金属材料が水冷さ
れたるつぼから離れ、ないしは軟接触した状態で溶解さ
れるため、不純物の混入がなく高純度の溶湯ができる、
高融点金属が溶解できる、電磁攪拌により均一な組成が
得られるなどの特長を有し、活性金属や高融点金属、合
金などの溶解に適している。このような浮揚溶解鋳造装
置において、溶解された金属材料の溶湯をるつぼから取
り出す技術は重要であり、種々の検討が加えられている
が、その一つとしてるつぼ底部に出湯口を設け、この出
湯口から鋳型に溶湯を流し込む方法があり、この底部出
湯鋳造については特開平５−１５９５０号や特開平７−
２４５１８２号の公報に記載されている。
れたるつぼから離れ、ないしは軟接触した状態で溶解さ
れるため、不純物の混入がなく高純度の溶湯ができる、
高融点金属が溶解できる、電磁攪拌により均一な組成が
得られるなどの特長を有し、活性金属や高融点金属、合
金などの溶解に適している。このような浮揚溶解鋳造装
置において、溶解された金属材料の溶湯をるつぼから取
り出す技術は重要であり、種々の検討が加えられている
が、その一つとしてるつぼ底部に出湯口を設け、この出
湯口から鋳型に溶湯を流し込む方法があり、この底部出
湯鋳造については特開平５−１５９５０号や特開平７−
２４５１８２号の公報に記載されている。
【０００３】図３は上記した底部出湯式の従来装置の一
例を示す縦断面斜視図である。図３において、るつぼ１
は外側に上下２つのコイル２及び３を備え、るつぼ１の
すり鉢状の底部には出湯口４が設けられている。るつぼ
１は銅からなる複数のセグメントが周方向に並べられて
構成されており、セグメント相互間は電気的に絶縁さ
れ、また各セグメントは水冷により冷却されている。コ
イル２及び３には、高周波電源５及び６からそれぞれ高
周波電流が流され、るつぼ１内で金属材料７が溶解され
る。出湯口４は、金属溶解中は可動栓８により閉塞され
ている。
例を示す縦断面斜視図である。図３において、るつぼ１
は外側に上下２つのコイル２及び３を備え、るつぼ１の
すり鉢状の底部には出湯口４が設けられている。るつぼ
１は銅からなる複数のセグメントが周方向に並べられて
構成されており、セグメント相互間は電気的に絶縁さ
れ、また各セグメントは水冷により冷却されている。コ
イル２及び３には、高周波電源５及び６からそれぞれ高
周波電流が流され、るつぼ１内で金属材料７が溶解され
る。出湯口４は、金属溶解中は可動栓８により閉塞され
ている。
【０００４】いま、コイル２,３に電流を流すと、るつ
ぼ１の各セグメントに渦電流が誘導されるとともに、セ
グメント間のスリットから浸入する磁束により、金属材
料７にも渦電流が誘導される。これらの渦電流の方向は
対向面で図示の通り互いに逆向きなので、それらの間に
働く電磁力は反発力となり、金属材料７はるつぼ１から
離れて浮上する。また、金属材料７はジュール熱により
加熱され、浮揚状態で溶解する。なお、図示装置は２コ
イル・２電源式で、上コイル２は主に加熱用、下コイル
３は主に浮揚用として用いられている。るつぼ１から溶
湯を取り出すには、図４に示すように、図示しない栓駆
動機構のレバーアーム９を矢印方向に旋回させ、その先
端に取り付けられた栓８を抜き取る。これにより、溶湯
は図示の通り出湯口４から落下し、図示しない鋳型に流
れ込む。
ぼ１の各セグメントに渦電流が誘導されるとともに、セ
グメント間のスリットから浸入する磁束により、金属材
料７にも渦電流が誘導される。これらの渦電流の方向は
対向面で図示の通り互いに逆向きなので、それらの間に
働く電磁力は反発力となり、金属材料７はるつぼ１から
離れて浮上する。また、金属材料７はジュール熱により
加熱され、浮揚状態で溶解する。なお、図示装置は２コ
イル・２電源式で、上コイル２は主に加熱用、下コイル
３は主に浮揚用として用いられている。るつぼ１から溶
湯を取り出すには、図４に示すように、図示しない栓駆
動機構のレバーアーム９を矢印方向に旋回させ、その先
端に取り付けられた栓８を抜き取る。これにより、溶湯
は図示の通り出湯口４から落下し、図示しない鋳型に流
れ込む。
【０００５】ところで、金属の高純度化は、材料本来の
性能を高める上で非常に有効な方法であるが、すでに述
べたように金属材料の浮揚溶解は溶解材料がるつぼから
浮揚しているため、るつぼからの汚染がないという大き
な利点がある。また、溶解材料の高純度化を図る方法と
して、脱酸素材などの添加材を加える方法、不活性
ガスのバブリングによる方法、減圧雰囲気で脱ガスす
る方法など種々の方法があるが、特にの脱ガス溶解法
は不純物の除去効果が大きく、浮揚溶解の併用によりき
わめて高純度の金属が得られる。そのため、浮揚溶解鋳
造装置においては、図３に示すように、装置全体を真空
チャンバ２４に収容し、真空ポンプによりチャンバ内を
高真空に排気して金属材料を浮揚溶解することが従来か
ら行なわれている。
性能を高める上で非常に有効な方法であるが、すでに述
べたように金属材料の浮揚溶解は溶解材料がるつぼから
浮揚しているため、るつぼからの汚染がないという大き
な利点がある。また、溶解材料の高純度化を図る方法と
して、脱酸素材などの添加材を加える方法、不活性
ガスのバブリングによる方法、減圧雰囲気で脱ガスす
る方法など種々の方法があるが、特にの脱ガス溶解法
は不純物の除去効果が大きく、浮揚溶解の併用によりき
わめて高純度の金属が得られる。そのため、浮揚溶解鋳
造装置においては、図３に示すように、装置全体を真空
チャンバ２４に収容し、真空ポンプによりチャンバ内を
高真空に排気して金属材料を浮揚溶解することが従来か
ら行なわれている。
【０００６】一方、例えばディスク材や基板上に蒸着さ
せて成膜するためのターゲットディスク材料において、
ターゲット材中に含まれるインピュリティ（不純物）
が、スパッタリング時にガス放出することによって雰囲
気が汚染され、所望の成膜が行なえないことがある。こ
の問題を解決するためには、溶解雰囲気を極力高真空度
（10-8Pa台）として脱ガス溶解を行ない、溶解金属中に
含まれる不純物濃度を現状の数10ppm〜100ppmから１ppm
〜数ppm（wt）もしくはそれ以下に低減する必要があ
る。
せて成膜するためのターゲットディスク材料において、
ターゲット材中に含まれるインピュリティ（不純物）
が、スパッタリング時にガス放出することによって雰囲
気が汚染され、所望の成膜が行なえないことがある。こ
の問題を解決するためには、溶解雰囲気を極力高真空度
（10-8Pa台）として脱ガス溶解を行ない、溶解金属中に
含まれる不純物濃度を現状の数10ppm〜100ppmから１ppm
〜数ppm（wt）もしくはそれ以下に低減する必要があ
る。
【０００７】また、金属溶解時において、真空容器壁や
溶解雰囲気中に存在する水分子が溶解材料中に不純物と
して混入し、成膜時の状態の悪化を引き起こすことがあ
る。そのような材料の溶解は高真空雰囲気中で行なう必
要があるが、前述の水分子の混入については、10-8Pa台
で真空排気しなければ完全に除去できないという報告が
なされている。従って、そのような不純物のない雰囲気
で溶解を行なうためには、溶解雰囲気を10-8Pa台よりも
更に高真空に維持する必要があり、それに見合った真空
容器及び真空排気装置が必要になる。ところが、例えば
溶解量500cc以上の従来の浮揚溶解鋳造装置をそのまま
真空チャンバに収容した場合、放出ガス表面積は例えば
10m2以上と非常に大きくなるため、到達できる真空度は
せいぜい10-6Pa台であり、実用レベルで上記の高真空度
を満足することは困難となっている。更に、冷却水系統
の封水シール材や各種の電気絶縁材も放出ガスが増加す
るため使用できない、冷却水の接合シール部からリーク
が起こるなどの問題も生じている。そこで、この発明の
課題は、浮揚溶解雰囲気の高真空化を実現し、高純度金
属の鋳造品質の向上を図ることにある。
溶解雰囲気中に存在する水分子が溶解材料中に不純物と
して混入し、成膜時の状態の悪化を引き起こすことがあ
る。そのような材料の溶解は高真空雰囲気中で行なう必
要があるが、前述の水分子の混入については、10-8Pa台
で真空排気しなければ完全に除去できないという報告が
なされている。従って、そのような不純物のない雰囲気
で溶解を行なうためには、溶解雰囲気を10-8Pa台よりも
更に高真空に維持する必要があり、それに見合った真空
容器及び真空排気装置が必要になる。ところが、例えば
溶解量500cc以上の従来の浮揚溶解鋳造装置をそのまま
真空チャンバに収容した場合、放出ガス表面積は例えば
10m2以上と非常に大きくなるため、到達できる真空度は
せいぜい10-6Pa台であり、実用レベルで上記の高真空度
を満足することは困難となっている。更に、冷却水系統
の封水シール材や各種の電気絶縁材も放出ガスが増加す
るため使用できない、冷却水の接合シール部からリーク
が起こるなどの問題も生じている。そこで、この発明の
課題は、浮揚溶解雰囲気の高真空化を実現し、高純度金
属の鋳造品質の向上を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、底部に出湯口を有するるつぼの外側に
コイルを備え、このコイルに高周波電流が流されること
により、前記るつぼ及びその中の金属材料に渦電流が誘
導され、これらの渦電流により前記金属材料を前記るつ
ぼから浮揚させるとともに加熱溶解し、生じた溶湯を前
記出湯口から鋳型に流し込む浮揚溶解鋳造装置におい
て、前記鋳型を中空筒状に形成して前記るつぼの出湯口
に直結し、かつ前記出湯口に嵌合する引抜駆動栓を前記
鋳型の中空部内にスライド自在に設け、出湯時に前記引
抜駆動栓を引き下げることにより、前記溶湯を前記鋳型
内に引き込んで冷却凝固させるように構成するととも
に、前記コイルの内側で前記るつぼの側面を覆うるつぼ
側面カバー、前記るつぼの上面を覆うるつぼ上面カバー
及び前記鋳型の外側を覆う鋳型カバーからなる真空容器
を設け、前記各カバー相互を気密にかつ着脱可能に連結
し、前記真空容器内を真空排気するものとする（請求項
１）。
に、この発明は、底部に出湯口を有するるつぼの外側に
コイルを備え、このコイルに高周波電流が流されること
により、前記るつぼ及びその中の金属材料に渦電流が誘
導され、これらの渦電流により前記金属材料を前記るつ
ぼから浮揚させるとともに加熱溶解し、生じた溶湯を前
記出湯口から鋳型に流し込む浮揚溶解鋳造装置におい
て、前記鋳型を中空筒状に形成して前記るつぼの出湯口
に直結し、かつ前記出湯口に嵌合する引抜駆動栓を前記
鋳型の中空部内にスライド自在に設け、出湯時に前記引
抜駆動栓を引き下げることにより、前記溶湯を前記鋳型
内に引き込んで冷却凝固させるように構成するととも
に、前記コイルの内側で前記るつぼの側面を覆うるつぼ
側面カバー、前記るつぼの上面を覆うるつぼ上面カバー
及び前記鋳型の外側を覆う鋳型カバーからなる真空容器
を設け、前記各カバー相互を気密にかつ着脱可能に連結
し、前記真空容器内を真空排気するものとする（請求項
１）。
【０００９】前記るつぼ側面カバーは、石英、ファイン
セラミックス等の放出ガスの少ない絶縁材で形成するの
がよい（請求項２）。また、前記るつぼ、るつぼ側面カ
バー及びコイルはユニットとして一体に構成するのがよ
い（請求項３）。更に、前記るつぼ、鋳型及び引抜駆動
栓を冷却する冷却水配管を設け、この冷却水配管の前記
るつぼ、鋳型及び引抜駆動栓との接続部は前記真空容器
の外側に配置するのがよい（請求項４）。
セラミックス等の放出ガスの少ない絶縁材で形成するの
がよい（請求項２）。また、前記るつぼ、るつぼ側面カ
バー及びコイルはユニットとして一体に構成するのがよ
い（請求項３）。更に、前記るつぼ、鋳型及び引抜駆動
栓を冷却する冷却水配管を設け、この冷却水配管の前記
るつぼ、鋳型及び引抜駆動栓との接続部は前記真空容器
の外側に配置するのがよい（請求項４）。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図１及び図２に基づいて、
この発明の実施の形態を説明する。ここで、図１は浮揚
溶解鋳造装置の金属材料溶解中の縦断面斜視図、図２は
図１の装置の鋳造中の図である。なお、従来例と対応す
る部分には同一の符号を用いるものとする。まず、図１
において、るつぼ１は従来例と実質的に同じで、複数の
銅セグメントからなり、各セグメントはるつぼ上面に連
結された給排水ジャケット１０を介して、冷却水配管２
５から矢印方向に給排水される冷却水により冷却されて
いる。
この発明の実施の形態を説明する。ここで、図１は浮揚
溶解鋳造装置の金属材料溶解中の縦断面斜視図、図２は
図１の装置の鋳造中の図である。なお、従来例と対応す
る部分には同一の符号を用いるものとする。まず、図１
において、るつぼ１は従来例と実質的に同じで、複数の
銅セグメントからなり、各セグメントはるつぼ上面に連
結された給排水ジャケット１０を介して、冷却水配管２
５から矢印方向に給排水される冷却水により冷却されて
いる。
【００１１】るつぼ底部の出湯口４には、鋳型１１が直
結されている。鋳型１１は銅材からなる中空円筒体で鋳
型台１２上に支持され、短絡や放電による損傷防止のた
め、微小空間あるいは絶縁材によりるつぼ１に対して電
気的に絶縁されている。るつぼ１の底部に配置された下
コイル３の一部３ａは、鋳型１１の上端部外側に配置さ
れている。鋳型１１にはコイル３ａが配置された上端部
に、周方向に並ぶ複数のスリット１１ａが軸方向に切り
込み形成され、スリット１１ａからコイル３ａの磁束を
浸入させるようになっている。このスリット１１ａはコ
イル３ａの下面よりも下方に深く入れるのがよく、これ
により磁束の浸入が良好になる。
結されている。鋳型１１は銅材からなる中空円筒体で鋳
型台１２上に支持され、短絡や放電による損傷防止のた
め、微小空間あるいは絶縁材によりるつぼ１に対して電
気的に絶縁されている。るつぼ１の底部に配置された下
コイル３の一部３ａは、鋳型１１の上端部外側に配置さ
れている。鋳型１１にはコイル３ａが配置された上端部
に、周方向に並ぶ複数のスリット１１ａが軸方向に切り
込み形成され、スリット１１ａからコイル３ａの磁束を
浸入させるようになっている。このスリット１１ａはコ
イル３ａの下面よりも下方に深く入れるのがよく、これ
により磁束の浸入が良好になる。
【００１２】鋳型１１の中空部１３には、円柱体の引抜
駆動栓１４が上下にスライド自在に設けられ、図１の金
属溶解状態において、引抜駆動栓１４の上端部はるつぼ
底部の出湯口４に嵌合され、出湯口４を閉塞している。
引抜駆動栓１４は、鋳型台１２をスライド自在に貫通す
る駆動ロッド１５を介して駆動機構１６により上下に駆
動される。駆動機構１６は、駆動ロッド１５に連結され
た昇降台１７を電気式あるいは油圧式のサーボ機構によ
り昇降させる構成となっている。冷却水配管は図示しな
いが、鋳型１１及び引抜駆動栓１４は水冷されている。
なお、鋳型１１は中空円筒体に限るものではなく、断面
形状が四角形などの多角形その他の筒体としてもよい。
同様に引抜駆動栓１４も円柱体に限るものではなく、鋳
型１１の中空形状に合わせて決定される。
駆動栓１４が上下にスライド自在に設けられ、図１の金
属溶解状態において、引抜駆動栓１４の上端部はるつぼ
底部の出湯口４に嵌合され、出湯口４を閉塞している。
引抜駆動栓１４は、鋳型台１２をスライド自在に貫通す
る駆動ロッド１５を介して駆動機構１６により上下に駆
動される。駆動機構１６は、駆動ロッド１５に連結され
た昇降台１７を電気式あるいは油圧式のサーボ機構によ
り昇降させる構成となっている。冷却水配管は図示しな
いが、鋳型１１及び引抜駆動栓１４は水冷されている。
なお、鋳型１１は中空円筒体に限るものではなく、断面
形状が四角形などの多角形その他の筒体としてもよい。
同様に引抜駆動栓１４も円柱体に限るものではなく、鋳
型１１の中空形状に合わせて決定される。
【００１３】このような浮揚溶解鋳造装置において、金
属材料７の溶解後、図２に示すように引抜駆動栓１４を
駆動機構１６により下に向って引き抜き駆動すると、溶
湯７は出湯口４より鋳型１１内に流れ込み、凝固して円
柱状のインゴットを形成する。その場合、溶湯７は引抜
駆動栓１４の下降に追随して鋳型１１内に静かに引き込
まれるため、溶湯を出湯口から鋳型の底部まで落下させ
る場合のような乱流が発生せず、きわめて安定した鋳造
品質が得られる。鋳型１１からのインゴットの取り出し
は、引抜駆動栓１４によりるつぼ１内に突き上げて上方
から抜き出すか、鋳型１１のコイル３ａより下の部分を
割型にしておくなどして行なう。
属材料７の溶解後、図２に示すように引抜駆動栓１４を
駆動機構１６により下に向って引き抜き駆動すると、溶
湯７は出湯口４より鋳型１１内に流れ込み、凝固して円
柱状のインゴットを形成する。その場合、溶湯７は引抜
駆動栓１４の下降に追随して鋳型１１内に静かに引き込
まれるため、溶湯を出湯口から鋳型の底部まで落下させ
る場合のような乱流が発生せず、きわめて安定した鋳造
品質が得られる。鋳型１１からのインゴットの取り出し
は、引抜駆動栓１４によりるつぼ１内に突き上げて上方
から抜き出すか、鋳型１１のコイル３ａより下の部分を
割型にしておくなどして行なう。
【００１４】ここで、図１において、溶解雰囲気を高真
空に維持するために、浮揚溶解鋳造装置は、るつぼ側面
カバー１８、るつぼ上面カバー１９及び鋳型カバー２０
からなる真空容器で覆われている。るつぼ側面カバー１
８は石英からなり、るつぼ１及び鋳型１１の上半部に沿
う段付き円筒体に形成され、コイル２,３の内側に配置
されている。このるつぼ側面カバー１８は、上端部のフ
ランジでＯリングなどのシール材を介して給排水ジャケ
ット１０の下面と気密にかつ着脱可能に締結され、るつ
ぼ１及び鋳型１１の一部を覆っている。るつぼ上面カバ
ー１９はステンレス製で、円筒体１９ａとその上端部の
フランジにシール材を介して気密に締結された蓋板１９
ｂとからなっている。このるつぼ上面カバー１９は、円
筒体１９ａの下端部のフランジで給排水ジャケット１０
の上面にシール材を介して気密にかつ着脱可能に締結さ
れ、るつぼ１の上面を覆っている。ここでは、真空容器
をるつぼ側面カバー１８、るつぼ上面カバー１９及び鋳
型カバー２０の３分割としているが、るつぼ側面カバー
１８、鋳型カバー２０を一体として２分割の真空容器と
することも可能である。
空に維持するために、浮揚溶解鋳造装置は、るつぼ側面
カバー１８、るつぼ上面カバー１９及び鋳型カバー２０
からなる真空容器で覆われている。るつぼ側面カバー１
８は石英からなり、るつぼ１及び鋳型１１の上半部に沿
う段付き円筒体に形成され、コイル２,３の内側に配置
されている。このるつぼ側面カバー１８は、上端部のフ
ランジでＯリングなどのシール材を介して給排水ジャケ
ット１０の下面と気密にかつ着脱可能に締結され、るつ
ぼ１及び鋳型１１の一部を覆っている。るつぼ上面カバ
ー１９はステンレス製で、円筒体１９ａとその上端部の
フランジにシール材を介して気密に締結された蓋板１９
ｂとからなっている。このるつぼ上面カバー１９は、円
筒体１９ａの下端部のフランジで給排水ジャケット１０
の上面にシール材を介して気密にかつ着脱可能に締結さ
れ、るつぼ１の上面を覆っている。ここでは、真空容器
をるつぼ側面カバー１８、るつぼ上面カバー１９及び鋳
型カバー２０の３分割としているが、るつぼ側面カバー
１８、鋳型カバー２０を一体として２分割の真空容器と
することも可能である。
【００１５】鋳型カバー２０はステンレス製で、円筒体
２０ａとその下端部のフランジにシール材を介して気密
に締結された蓋板２０ｂとからなっている。この鋳型カ
バー２０は、円筒体２０ａの上端部のフランジで、ステ
ンレス製の円板２１を挟んで、るつぼ側面カバー１８の
下端部のフランジにシール材を介して気密にかつ着脱可
能に締結され、鋳型１１の下半部、鋳型台１２及び駆動
ロッド１５の一部を覆っている。蓋板２０ｂと昇降台１
７との間は、ベローズ２２により伸縮自在に閉じられて
いる。各カバー１８〜２０の内壁面は、複合電解研磨な
どの処理により平滑に仕上げられ、ガス放出面積の低減
及び内壁面に吸着されたガスの除去が図られている。る
つぼ１、るつぼ側面カバー１８及びコイル２,３はユニ
ットとして一体構成され、それらは一括して交換できる
ようになっている。真空容器の内部は、るつぼ上面カバ
ー９及び鋳型カバー２０の側面にそれぞれ接続された真
空ポンプ２３の運転により真空排気される。また、図示
の装置では、真空容器及び容器内構造物をベーキングし
ながら真空排気することによって所望真空度までの到達
時間を短縮させることも可能である。図示の真空排気系
は溶解及び鋳造を行なう部分に真空ポンプ２３をそれぞ
れ別々に設け、各々のプロセスで発生するガスを効率よ
く排気して高真空を維持できるようにしたものである
が、状況に応じて１系統とすることも可能である。
２０ａとその下端部のフランジにシール材を介して気密
に締結された蓋板２０ｂとからなっている。この鋳型カ
バー２０は、円筒体２０ａの上端部のフランジで、ステ
ンレス製の円板２１を挟んで、るつぼ側面カバー１８の
下端部のフランジにシール材を介して気密にかつ着脱可
能に締結され、鋳型１１の下半部、鋳型台１２及び駆動
ロッド１５の一部を覆っている。蓋板２０ｂと昇降台１
７との間は、ベローズ２２により伸縮自在に閉じられて
いる。各カバー１８〜２０の内壁面は、複合電解研磨な
どの処理により平滑に仕上げられ、ガス放出面積の低減
及び内壁面に吸着されたガスの除去が図られている。る
つぼ１、るつぼ側面カバー１８及びコイル２,３はユニ
ットとして一体構成され、それらは一括して交換できる
ようになっている。真空容器の内部は、るつぼ上面カバ
ー９及び鋳型カバー２０の側面にそれぞれ接続された真
空ポンプ２３の運転により真空排気される。また、図示
の装置では、真空容器及び容器内構造物をベーキングし
ながら真空排気することによって所望真空度までの到達
時間を短縮させることも可能である。図示の真空排気系
は溶解及び鋳造を行なう部分に真空ポンプ２３をそれぞ
れ別々に設け、各々のプロセスで発生するガスを効率よ
く排気して高真空を維持できるようにしたものである
が、状況に応じて１系統とすることも可能である。
【００１６】上記した真空排気構成において、真空容器
はるつぼ側面カバー１８、るつぼ上面カバー１９及び鋳
型カバー２０に３分割され、それらは相互に気密にかつ
着脱可能に連結されるとともに、各カバー１８〜２０は
浮揚溶解鋳造装置の各部をその輪郭に沿って覆ってい
る。そして、るつぼ側面カバー１８はコイル２,３の内
側に配置され、コイル２,３は真空容器の外側に設置さ
れている。ここで、冷却水配管２５は保守点検時あるい
はるつぼ１の交換時に取り外すことがあるが、冷却水配
管２５の接続部２５ａは図示の通り、るつぼ側面カバー
１８及びるつぼ上面カバー１９の外側、つまり真空容器
の外側に配置する。同様に、図示はしていないが鋳型１
１及び引抜駆動栓１４の冷却水配管の接続部も真空容器
の外側に配置する。これにより、高真空雰囲気（10-8Pa
台）における冷却水配管の接続シール部からの水分リー
クの問題が解消する。
はるつぼ側面カバー１８、るつぼ上面カバー１９及び鋳
型カバー２０に３分割され、それらは相互に気密にかつ
着脱可能に連結されるとともに、各カバー１８〜２０は
浮揚溶解鋳造装置の各部をその輪郭に沿って覆ってい
る。そして、るつぼ側面カバー１８はコイル２,３の内
側に配置され、コイル２,３は真空容器の外側に設置さ
れている。ここで、冷却水配管２５は保守点検時あるい
はるつぼ１の交換時に取り外すことがあるが、冷却水配
管２５の接続部２５ａは図示の通り、るつぼ側面カバー
１８及びるつぼ上面カバー１９の外側、つまり真空容器
の外側に配置する。同様に、図示はしていないが鋳型１
１及び引抜駆動栓１４の冷却水配管の接続部も真空容器
の外側に配置する。これにより、高真空雰囲気（10-8Pa
台）における冷却水配管の接続シール部からの水分リー
クの問題が解消する。
【００１７】更に、鋳型１１は出湯口４に直結され、る
つぼ１との間の空間が省かれるとともに、出湯口４に嵌
合する引抜駆動栓１４は鋳型１１内を直線運動し、駆動
ロッド１５が真空容器を貫通する部分がベローズ２２で
容易にシール可能であることから、駆動機構１６は真空
容器の外側に設置されている。従って、真空容器の容積
は最小限に縮小されるとともに、放出ガス量の大きいコ
イル２,３や配管接続部、駆動機構１６などによる溶解
雰囲気の汚染が防止されている。また、コイル２,３が
真空容器の外側にあるため、真空溶解時のスプラッシュ
などの真空度低下により引き起こされる真空放電の問題
がなくなる。同様の理由から、真空容器内に分圧コント
ロール用のガスを流入させながらの溶解も可能になる。
その結果、真空容器内のガス放出面積は、例えば溶解量
2000ccのるつぼにおいても約3.5m2と算定され、実用レ
ベルの真空排気装置構成でも10-8Pa以上の到達真空度が
可能となっている。
つぼ１との間の空間が省かれるとともに、出湯口４に嵌
合する引抜駆動栓１４は鋳型１１内を直線運動し、駆動
ロッド１５が真空容器を貫通する部分がベローズ２２で
容易にシール可能であることから、駆動機構１６は真空
容器の外側に設置されている。従って、真空容器の容積
は最小限に縮小されるとともに、放出ガス量の大きいコ
イル２,３や配管接続部、駆動機構１６などによる溶解
雰囲気の汚染が防止されている。また、コイル２,３が
真空容器の外側にあるため、真空溶解時のスプラッシュ
などの真空度低下により引き起こされる真空放電の問題
がなくなる。同様の理由から、真空容器内に分圧コント
ロール用のガスを流入させながらの溶解も可能になる。
その結果、真空容器内のガス放出面積は、例えば溶解量
2000ccのるつぼにおいても約3.5m2と算定され、実用レ
ベルの真空排気装置構成でも10-8Pa以上の到達真空度が
可能となっている。
【００１８】一方、従来はるつぼ１と冷却水配管との接
続部やコイル２,３と高周波電源５,６との接続部など
は、真空チャンバ２４（図３）内に収められている。そ
のため、るつぼ１の交換の際には、真空チャンバ２４内
で接続取り外しや交換などの作業を行なう必要があり作
業性が悪かった。それに対して、図示実施の形態におい
ては、るつぼ１、るつぼ側面カバー１８及びコイル２,
３はユニット化されており、それらは一括して交換可能
である。更に、高真空雰囲気においては、冷却水配管の
接続シール部からの水分リークが問題になるが、冷却水
配管の接続部を真空容器の外側に配置することで、この
問題が解決できるとともに、冷却水配管の接続作業も容
易になる。従って、るつぼ１、鋳型１１、引抜駆動栓１
４などの交換や保守などの作業が容易迅速になるととも
に、その場合にも高周波電源５,６や冷却水配管及び真
空排気系統の接続取り回し部分はそのまま再使用可能で
ある。加えて、るつぼ上面カバー１９や鋳型カバー２０
は個々に着脱可能であるため、るつぼ１に対する金属材
料７の投入や鋳造後のインゴットの取り出し、鋳型の交
換などの作業スペースの確保も容易である。
続部やコイル２,３と高周波電源５,６との接続部など
は、真空チャンバ２４（図３）内に収められている。そ
のため、るつぼ１の交換の際には、真空チャンバ２４内
で接続取り外しや交換などの作業を行なう必要があり作
業性が悪かった。それに対して、図示実施の形態におい
ては、るつぼ１、るつぼ側面カバー１８及びコイル２,
３はユニット化されており、それらは一括して交換可能
である。更に、高真空雰囲気においては、冷却水配管の
接続シール部からの水分リークが問題になるが、冷却水
配管の接続部を真空容器の外側に配置することで、この
問題が解決できるとともに、冷却水配管の接続作業も容
易になる。従って、るつぼ１、鋳型１１、引抜駆動栓１
４などの交換や保守などの作業が容易迅速になるととも
に、その場合にも高周波電源５,６や冷却水配管及び真
空排気系統の接続取り回し部分はそのまま再使用可能で
ある。加えて、るつぼ上面カバー１９や鋳型カバー２０
は個々に着脱可能であるため、るつぼ１に対する金属材
料７の投入や鋳造後のインゴットの取り出し、鋳型の交
換などの作業スペースの確保も容易である。
【００１９】
【発明の効果】以上の通り、この発明によれば、真空容
器の容積が最小限に抑えられるとともに、ガス放出表面
積の縮小が図られ、高真空雰囲気での浮揚溶解が可能に
なるとともに、るつぼ出湯口と鋳型との直結により鋳造
品質が向上し、高純度・高品質の浮揚溶解鋳造が実現す
る。
器の容積が最小限に抑えられるとともに、ガス放出表面
積の縮小が図られ、高真空雰囲気での浮揚溶解が可能に
なるとともに、るつぼ出湯口と鋳型との直結により鋳造
品質が向上し、高純度・高品質の浮揚溶解鋳造が実現す
る。
【図１】この発明の実施の形態を示す浮揚溶解鋳造装置
の金属材料溶解中の縦断面斜視図である。
の金属材料溶解中の縦断面斜視図である。
【図２】図１の装置の引抜駆動栓引き抜き中の状況を示
す図である。
す図である。
【図３】従来例を示す浮揚溶解鋳造装置の金属材料溶解
中の縦断面斜視図である。
中の縦断面斜視図である。
【図４】図３の装置の出湯中の状況を示す図である。
１ るつぼ ２ コイル ３ コイル ４ 出湯口 ５ 高周波電源 ６ 高周波電源 ７ 金属材料 １０ 水冷ジャケット １１ 鋳型 １３ 鋳型中空部 １４ 引抜駆動栓 １６ 駆動機構 １８ るつぼ側面カバー １９ るつぼ上面カバー ２０ 鋳型カバー ２２ ベローズ ２３ 真空ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 只野 英顕 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 高橋 善則 千葉県市川市塩浜１丁目12番地 月島機械 株式会社市川研究所内 Ｆターム(参考） 3K059 AB16 AD01 AD32 CD52 4K046 AA01 BA03 CA03 CA06 CC01 CD02 CE05
Claims (4)
- 【請求項１】底部に出湯口を有するるつぼの外側にコイ
ルを備え、このコイルに高周波電流が流されることによ
り、前記るつぼ及びその中の金属材料に渦電流が誘導さ
れ、これらの渦電流により前記金属材料を前記るつぼか
ら浮揚させるとともに加熱溶解し、生じた溶湯を前記出
湯口から鋳型に流し込む浮揚溶解鋳造装置において、 前記鋳型を中空筒状に形成して前記るつぼの出湯口に直
結し、かつ前記出湯口に嵌合する引抜駆動栓を前記鋳型
の中空部内にスライド自在に設け、出湯時に前記引抜駆
動栓を引き下げることにより、前記溶湯を前記鋳型内に
引き込んで冷却凝固させるように構成するとともに、前
記コイルの内側で前記るつぼの側面を覆うるつぼ側面カ
バー、前記るつぼの上面を覆うるつぼ上面カバー及び前
記鋳型の外側を覆う鋳型カバーからなる真空容器を設
け、前記各カバー相互を気密にかつ着脱可能に連結し、
前記真空容器内を真空排気するようにしたことを特徴と
する浮揚溶解鋳造装置。 - 【請求項２】前記るつぼ側面カバーを放出ガスの少ない
絶縁材で形成したことを特徴とする請求項1記載の浮揚
溶解鋳造装置。 - 【請求項３】前記るつぼ、るつぼ側面カバー及びコイル
をユニットとして一体に構成したこと特徴とする請求項
1又は請求項２記載の浮揚溶解鋳造装置。 - 【請求項４】前記るつぼ、鋳型及び引抜駆動栓を冷却す
る冷却水配管を設け、この冷却水配管の前記るつぼ、鋳
型及び引抜駆動栓との接続部を前記真空容器の外側に配
置したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか
に記載の浮揚溶解鋳造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000393131A JP3672299B2 (ja) | 2000-12-25 | 2000-12-25 | 浮揚溶解鋳造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000393131A JP3672299B2 (ja) | 2000-12-25 | 2000-12-25 | 浮揚溶解鋳造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002195756A true JP2002195756A (ja) | 2002-07-10 |
| JP3672299B2 JP3672299B2 (ja) | 2005-07-20 |
Family
ID=18859000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000393131A Expired - Fee Related JP3672299B2 (ja) | 2000-12-25 | 2000-12-25 | 浮揚溶解鋳造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3672299B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101718490B (zh) * | 2009-07-20 | 2012-05-23 | 浙江传媒学院 | 用于密闭腔内坩埚中熔体的流出口定位调整装置 |
| CN108671667A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-10-19 | 成都易态科技有限公司 | 一种用于向外部环境释放气体以实现设备卸压的装置 |
| CN112097517A (zh) * | 2020-09-27 | 2020-12-18 | 宝鸡华煜鼎尊材料技术有限公司 | 一种带有热反射盖的悬浮熔炼装置及悬浮熔炼方法 |
| CN113446852A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-09-28 | 中国科学院力学研究所 | 一种应用于电弧熔炼炉的真空高效一体铜坩埚 |
| CN114061307A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-02-18 | 沈阳真空技术研究所有限公司 | 冷坩埚反重力精密铸造设备 |
-
2000
- 2000-12-25 JP JP2000393131A patent/JP3672299B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101718490B (zh) * | 2009-07-20 | 2012-05-23 | 浙江传媒学院 | 用于密闭腔内坩埚中熔体的流出口定位调整装置 |
| CN108671667A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-10-19 | 成都易态科技有限公司 | 一种用于向外部环境释放气体以实现设备卸压的装置 |
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| CN113446852A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-09-28 | 中国科学院力学研究所 | 一种应用于电弧熔炼炉的真空高效一体铜坩埚 |
| CN114061307A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-02-18 | 沈阳真空技术研究所有限公司 | 冷坩埚反重力精密铸造设备 |
| CN114061307B (zh) * | 2021-11-29 | 2022-07-01 | 沈阳真空技术研究所有限公司 | 冷坩埚反重力精密铸造设备 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3672299B2 (ja) | 2005-07-20 |
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