JP2003191067A - 方向性凝固鋳造装置、方向性凝固鋳造方法 - Google Patents
方向性凝固鋳造装置、方向性凝固鋳造方法Info
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- JP2003191067A JP2003191067A JP2001390542A JP2001390542A JP2003191067A JP 2003191067 A JP2003191067 A JP 2003191067A JP 2001390542 A JP2001390542 A JP 2001390542A JP 2001390542 A JP2001390542 A JP 2001390542A JP 2003191067 A JP2003191067 A JP 2003191067A
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
- B22D27/045—Directionally solidified castings
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、鋳型に注入された溶融物を方向性
凝固させる際に、冷却効果を増大させることのできる方
向性凝固鋳造装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 鋳造物３１を鋳造するための金属の溶融
温度以上に加熱された加熱室１０から、所定の領域の周
囲に配置された鋳型２０を引き出して、この鋳型２０の
キャビティ２１に保持された溶融金属３２を方向性凝固
させる。方向性凝固鋳造装置１００は、鋳型２０を加熱
室１０から引き出す駆動ロッド４２と、鋳型２０が配置
されている所定の領域の内側から冷却ガスを噴出して鋳
型２０を急冷するガスノズル５２ｂと、鋳型２０が配置
されている所定の領域の外側から冷却ガスを噴出して鋳
型２０を急冷するガスノズル５２ａとを備える。また、
駆動ロッド４２が昇降しても動かないバッフル１５が備
えられており、このバッフル１５が加熱室１０からの放
射熱を遮蔽する。
凝固させる際に、冷却効果を増大させることのできる方
向性凝固鋳造装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 鋳造物３１を鋳造するための金属の溶融
温度以上に加熱された加熱室１０から、所定の領域の周
囲に配置された鋳型２０を引き出して、この鋳型２０の
キャビティ２１に保持された溶融金属３２を方向性凝固
させる。方向性凝固鋳造装置１００は、鋳型２０を加熱
室１０から引き出す駆動ロッド４２と、鋳型２０が配置
されている所定の領域の内側から冷却ガスを噴出して鋳
型２０を急冷するガスノズル５２ｂと、鋳型２０が配置
されている所定の領域の外側から冷却ガスを噴出して鋳
型２０を急冷するガスノズル５２ａとを備える。また、
駆動ロッド４２が昇降しても動かないバッフル１５が備
えられており、このバッフル１５が加熱室１０からの放
射熱を遮蔽する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一方向性凝固の鋳
造物を鋳造する方法およびその装置に関し、特にガスタ
ービン等の静翼や動翼等を鋳造する方向性凝固鋳造方法
および方向性凝固鋳造装置等に関する。
造物を鋳造する方法およびその装置に関し、特にガスタ
ービン等の静翼や動翼等を鋳造する方向性凝固鋳造方法
および方向性凝固鋳造装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、高い熱的および機械的な負荷がか
かるような部位の鋳造物の製作には、ブリッジマン法が
用いられていた。このような部位の一例としては、複雑
に形成されたガスタービンの静翼や動翼等が挙げられ
る。ブリッジマン法により方向性凝固した鋳造物は、単
結晶または有利な方向に配向された柱状結晶を呈する。
かるような部位の鋳造物の製作には、ブリッジマン法が
用いられていた。このような部位の一例としては、複雑
に形成されたガスタービンの静翼や動翼等が挙げられ
る。ブリッジマン法により方向性凝固した鋳造物は、単
結晶または有利な方向に配向された柱状結晶を呈する。
【０００３】ここで、図８を用いて従来における方向性
凝固の鋳造物の製造方法について説明する。図８に示す
ように、従来、方向性凝固の鋳造物は、駆動ロッド４２
を軸線Ａ−Ａに沿って矢印の方向に降下させて、水冷板
４１に載せられた鋳型２０を加熱室１０から引き出すこ
とにより製作されていた。そして鋳型２０内部の溶融金
属３２は、水冷リング５１を通過する際に放射冷却等に
より冷却されて凝固し、鋳造物３１となっていた。ま
た、図示したような水冷リング５１を用いた方法の他に
も、鋳型２０に冷却ガスを噴射することによる冷却方法
も用いられていた。また、冷却浴による冷却および導熱
管に鋳型２０を浸入させることによる冷却方法が用いら
れていた。
凝固の鋳造物の製造方法について説明する。図８に示す
ように、従来、方向性凝固の鋳造物は、駆動ロッド４２
を軸線Ａ−Ａに沿って矢印の方向に降下させて、水冷板
４１に載せられた鋳型２０を加熱室１０から引き出すこ
とにより製作されていた。そして鋳型２０内部の溶融金
属３２は、水冷リング５１を通過する際に放射冷却等に
より冷却されて凝固し、鋳造物３１となっていた。ま
た、図示したような水冷リング５１を用いた方法の他に
も、鋳型２０に冷却ガスを噴射することによる冷却方法
も用いられていた。また、冷却浴による冷却および導熱
管に鋳型２０を浸入させることによる冷却方法が用いら
れていた。
【０００４】このような方向性凝固の鋳造物を製造する
方法および装置としては、特開平９−１０９１９号公報
および特開平９−２０６９１８号公報等の技術が知られ
ている。
方法および装置としては、特開平９−１０９１９号公報
および特開平９−２０６９１８号公報等の技術が知られ
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来においては、方向
性凝固の鋳造物を製造するのに、上述したような方法お
よび装置が用いられていた。しかしながら、このような
従来の方法および装置による方向性凝固では、鋳造しよ
うとする部位の形状が複雑化した場合、または一度の鋳
造で複数の製品を製造する工法を採用した場合には、異
結晶と呼ばれる組織欠陥やフレックルと呼ばれる組織欠
陥が生じることがある。この組織欠陥が生じると、歩留
まりが低下してしまう。また、鋳造物が大型化した場合
には、冷却効率が低下し、そのために鋳造物の生産効率
が低下してしまう。
性凝固の鋳造物を製造するのに、上述したような方法お
よび装置が用いられていた。しかしながら、このような
従来の方法および装置による方向性凝固では、鋳造しよ
うとする部位の形状が複雑化した場合、または一度の鋳
造で複数の製品を製造する工法を採用した場合には、異
結晶と呼ばれる組織欠陥やフレックルと呼ばれる組織欠
陥が生じることがある。この組織欠陥が生じると、歩留
まりが低下してしまう。また、鋳造物が大型化した場合
には、冷却効率が低下し、そのために鋳造物の生産効率
が低下してしまう。
【０００６】例えば、図８に示した方法および装置で
は、ヒータ１１からの熱放射を遮蔽する機構が設けられ
ていない。このような構成では、ヒータ１１からの放射
熱の一部は、鋳型２０の内部に形成された空間内で鋳型
２０に吸収されることなく反射を繰り返して、冷却ゾー
ンに達してしまう。また、この放射熱は、鋳型２０の引
き出しおよび冷却過程においても加熱室１０内部の中空
部を通って冷却ゾーンにまで達することになる。このよ
うに、ヒータ１１からの放射熱のほとんどは阻止される
ことなく冷却ゾーンへ放出されてしまうため、この冷却
ゾーンにおける鋳型２０内部の溶融金属３２の冷却が促
進されないばかりでなく、方向性凝固鋳造装置１００全
体の熱効率が悪化する。この熱効率の悪化は、組織欠陥
が起こる原因となりかねないばかりでなく、生産効率の
低下をも招くおそれがある。
は、ヒータ１１からの熱放射を遮蔽する機構が設けられ
ていない。このような構成では、ヒータ１１からの放射
熱の一部は、鋳型２０の内部に形成された空間内で鋳型
２０に吸収されることなく反射を繰り返して、冷却ゾー
ンに達してしまう。また、この放射熱は、鋳型２０の引
き出しおよび冷却過程においても加熱室１０内部の中空
部を通って冷却ゾーンにまで達することになる。このよ
うに、ヒータ１１からの放射熱のほとんどは阻止される
ことなく冷却ゾーンへ放出されてしまうため、この冷却
ゾーンにおける鋳型２０内部の溶融金属３２の冷却が促
進されないばかりでなく、方向性凝固鋳造装置１００全
体の熱効率が悪化する。この熱効率の悪化は、組織欠陥
が起こる原因となりかねないばかりでなく、生産効率の
低下をも招くおそれがある。
【０００７】また、特開平９−１０９１９号公報にて開
示されている方法および装置では、１つの鋳型だけしか
冷却することができないので、歩留まりが悪くなる。さ
らに、特開平９−２０６９１８号公報にて開示されてい
る方法および装置では、一度に複数の鋳型を冷却するこ
とができるが、放射冷却だけによって鋳型を冷却してい
るので、全体の冷却量が増えるわけではなく、大型の鋳
造物を製作することができない。
示されている方法および装置では、１つの鋳型だけしか
冷却することができないので、歩留まりが悪くなる。さ
らに、特開平９−２０６９１８号公報にて開示されてい
る方法および装置では、一度に複数の鋳型を冷却するこ
とができるが、放射冷却だけによって鋳型を冷却してい
るので、全体の冷却量が増えるわけではなく、大型の鋳
造物を製作することができない。
【０００８】そこで、本発明は、鋳型に注入された溶融
物を方向性凝固させる際に、冷却効果を増大させること
ができると共に、生産性を向上させることのできる方向
性凝固鋳造方法および方向性凝固鋳造装置を提供するこ
とを目的とする。
物を方向性凝固させる際に、冷却効果を増大させること
ができると共に、生産性を向上させることのできる方向
性凝固鋳造方法および方向性凝固鋳造装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明は、以下のように構成されたことを特徴とする方向
性凝固鋳造装置を提供する。すなわち、鋳造の対象とな
る金属の溶融温度以上に加熱された加熱室から、所定の
領域の周囲に配置された複数の鋳型を引き出して、複数
の鋳型に供給された溶融金属を方向性凝固させる方向性
凝固鋳造装置は、複数の鋳型を加熱室より引き出す駆動
手段と、所定の領域の内側から複数の鋳型を冷却ガスに
より冷却する第１の冷却手段と、所定の領域の外側から
複数の鋳型を冷却ガスにより冷却する第２の冷却手段と
を備える。本発明の方向性凝固鋳造装置は、複数の鋳型
を所定の領域の周囲に配置する。この所定の領域とし
て、例えば、円形の領域がある。円形の領域の場合、複
数の鋳型は円周上に配置される。そして、当該円の中心
側から第１の冷却手段からの冷却ガスにより、また当該
円の外側から第２の冷却手段により、複数の鋳型を冷却
することができる。したがって、方向性凝固のために十
分な冷却効果を得ることができると共に、生産性をも確
保することができる。なお、所定の領域としては、円の
他、三角形、矩形等の多角形、さらには不定形等種々の
形態がある。
発明は、以下のように構成されたことを特徴とする方向
性凝固鋳造装置を提供する。すなわち、鋳造の対象とな
る金属の溶融温度以上に加熱された加熱室から、所定の
領域の周囲に配置された複数の鋳型を引き出して、複数
の鋳型に供給された溶融金属を方向性凝固させる方向性
凝固鋳造装置は、複数の鋳型を加熱室より引き出す駆動
手段と、所定の領域の内側から複数の鋳型を冷却ガスに
より冷却する第１の冷却手段と、所定の領域の外側から
複数の鋳型を冷却ガスにより冷却する第２の冷却手段と
を備える。本発明の方向性凝固鋳造装置は、複数の鋳型
を所定の領域の周囲に配置する。この所定の領域とし
て、例えば、円形の領域がある。円形の領域の場合、複
数の鋳型は円周上に配置される。そして、当該円の中心
側から第１の冷却手段からの冷却ガスにより、また当該
円の外側から第２の冷却手段により、複数の鋳型を冷却
することができる。したがって、方向性凝固のために十
分な冷却効果を得ることができると共に、生産性をも確
保することができる。なお、所定の領域としては、円の
他、三角形、矩形等の多角形、さらには不定形等種々の
形態がある。
【００１０】この方向性凝固鋳造装置は、加熱室の下部
かつ第１の冷却手段および第２の冷却手段の上部に配設
され、複数の鋳型が通過する開口部が設けられたバッフ
ルをさらに備え、このバッフルは、複数の鋳型が加熱室
より引き出された際にも加熱室の下部かつ第１の冷却手
段および第２の冷却手段の上部に配設され、加熱室の熱
源から放射される熱を遮蔽する。このバッフルによって
熱源からの熱を遮蔽することによって、第１の冷却手段
と第２の冷却手段による冷却効果、および方向性凝固鋳
造装置の熱効率を向上させることができる。
かつ第１の冷却手段および第２の冷却手段の上部に配設
され、複数の鋳型が通過する開口部が設けられたバッフ
ルをさらに備え、このバッフルは、複数の鋳型が加熱室
より引き出された際にも加熱室の下部かつ第１の冷却手
段および第２の冷却手段の上部に配設され、加熱室の熱
源から放射される熱を遮蔽する。このバッフルによって
熱源からの熱を遮蔽することによって、第１の冷却手段
と第２の冷却手段による冷却効果、および方向性凝固鋳
造装置の熱効率を向上させることができる。
【００１１】ここで、本発明の方向性凝固鋳造装置にお
いて、少なくとも以下の４つの態様がある。まず１つめ
の方向性凝固鋳造装置の態様は、第１の冷却手段および
第２の冷却手段が、鋳型に衝突する冷却ガスを吹き付け
る態様である。また２つめの態様は、第１の冷却手段お
よび第２の冷却手段が、鋳型の外周に沿って冷却ガスを
吹き付ける態様である。そして３つめの態様は、第１の
冷却手段および第２の冷却手段が、多孔管より冷却ガス
を噴出する態様である。さらに４つめの態様は、第１の
冷却手段および第２の冷却手段は、鋳型の外周を取り囲
むように配置されたリング状の管の内周面に設けられた
ガス噴出口より、冷却ガスを噴出する態様である。ここ
でこの４つめの態様では、リング状の管が単体で形成さ
れている場合には、このリング状の管のうち内側から冷
却する部分を第１の冷却手段、外側から冷却する部分を
第２の冷却手段とすることができる。さらに、リング状
の管が例えば２個に分割されて形成されている場合に
は、それぞれを第１の冷却手段、第２の冷却手段とする
ことができる。また、このような管は複数に分割されて
いても構わないものである。本発明では、これらの４つ
の態様によって、所定の領域の周囲に配設された鋳型の
内側と外側とから、この鋳型を急冷することができる。
いて、少なくとも以下の４つの態様がある。まず１つめ
の方向性凝固鋳造装置の態様は、第１の冷却手段および
第２の冷却手段が、鋳型に衝突する冷却ガスを吹き付け
る態様である。また２つめの態様は、第１の冷却手段お
よび第２の冷却手段が、鋳型の外周に沿って冷却ガスを
吹き付ける態様である。そして３つめの態様は、第１の
冷却手段および第２の冷却手段が、多孔管より冷却ガス
を噴出する態様である。さらに４つめの態様は、第１の
冷却手段および第２の冷却手段は、鋳型の外周を取り囲
むように配置されたリング状の管の内周面に設けられた
ガス噴出口より、冷却ガスを噴出する態様である。ここ
でこの４つめの態様では、リング状の管が単体で形成さ
れている場合には、このリング状の管のうち内側から冷
却する部分を第１の冷却手段、外側から冷却する部分を
第２の冷却手段とすることができる。さらに、リング状
の管が例えば２個に分割されて形成されている場合に
は、それぞれを第１の冷却手段、第２の冷却手段とする
ことができる。また、このような管は複数に分割されて
いても構わないものである。本発明では、これらの４つ
の態様によって、所定の領域の周囲に配設された鋳型の
内側と外側とから、この鋳型を急冷することができる。
【００１２】また、この方向性凝固鋳造装置は、駆動手
段を貫通し、この駆動手段により複数の鋳型が下降した
際に、駆動手段の内側より複数の鋳型からの放射熱を吸
収して冷却する第１の放射冷却手段と、第１の放射冷却
手段の外側に配設され、駆動手段により複数の鋳型が下
降した際に、駆動手段の外側より複数の鋳型からの放射
熱を吸収して冷却する第２の放射冷却手段とをさらに備
える。このように、第１の放射冷却手段と第２の放射冷
却手段を備えることによって、上述した第１の冷却手段
と第２の冷却手段を通過する際に急冷された鋳型を、さ
らに冷却することができるようになる。
段を貫通し、この駆動手段により複数の鋳型が下降した
際に、駆動手段の内側より複数の鋳型からの放射熱を吸
収して冷却する第１の放射冷却手段と、第１の放射冷却
手段の外側に配設され、駆動手段により複数の鋳型が下
降した際に、駆動手段の外側より複数の鋳型からの放射
熱を吸収して冷却する第２の放射冷却手段とをさらに備
える。このように、第１の放射冷却手段と第２の放射冷
却手段を備えることによって、上述した第１の冷却手段
と第２の冷却手段を通過する際に急冷された鋳型を、さ
らに冷却することができるようになる。
【００１３】また、本発明は、以下のような方向性凝固
鋳造方法を提供する。すなわち、鋳造の対象となる金属
の溶融温度以上に加熱された加熱室から所定の領域の周
囲に配置された複数の鋳型を引き出して、複数の鋳型に
供給された溶融金属を方向性凝固させる方向性凝固鋳造
方法であって、複数の鋳型を加熱室より引き出すと共
に、加熱室からの熱を遮蔽し、所定の領域の周囲に配置
された複数の鋳型の内側および外側より不活性ガスを吹
き付けて冷却し、溶融金属を方向性凝固させる。
鋳造方法を提供する。すなわち、鋳造の対象となる金属
の溶融温度以上に加熱された加熱室から所定の領域の周
囲に配置された複数の鋳型を引き出して、複数の鋳型に
供給された溶融金属を方向性凝固させる方向性凝固鋳造
方法であって、複数の鋳型を加熱室より引き出すと共
に、加熱室からの熱を遮蔽し、所定の領域の周囲に配置
された複数の鋳型の内側および外側より不活性ガスを吹
き付けて冷却し、溶融金属を方向性凝固させる。
【００１４】ここでこの不活性ガスは、噴霧状態の液体
窒素または液体窒素の蒸発ガスとすることができる。ま
た、この不活性ガスは液体窒素に限らず、鋳型と化学反
応しない不活性ガスであれば、他の流体を用いても構わ
ないものとする。また、この不活性ガスは、鋳型に面状
に吹き付けられることを特徴とする。このとき、この不
活性ガスは多孔管から噴出するものとするが、鋳型に向
けられた単数または複数のノズルから噴出するものとし
ても良いし、鋳型を取り囲むリング状の管から鋳型に向
けて噴出するものとしても構わない。
窒素または液体窒素の蒸発ガスとすることができる。ま
た、この不活性ガスは液体窒素に限らず、鋳型と化学反
応しない不活性ガスであれば、他の流体を用いても構わ
ないものとする。また、この不活性ガスは、鋳型に面状
に吹き付けられることを特徴とする。このとき、この不
活性ガスは多孔管から噴出するものとするが、鋳型に向
けられた単数または複数のノズルから噴出するものとし
ても良いし、鋳型を取り囲むリング状の管から鋳型に向
けて噴出するものとしても構わない。
【００１５】
【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］以下、添付
図面に示す第１の実施の形態に基づいて本発明を詳細に
説明する。図１は、第１の実施の形態における方向性凝
固鋳造装置１００の構成を示す図である。ここでは、例
えばタービン等の翼を方向性凝固により鋳造する場合に
ついて説明する。この方向性凝固鋳造装置１００は、後
に図２を用いて説明する冷却過程においてＢ−Ｂ線に沿
って切断すると、図３に示す平断面図となる。つまり、
第１の実施の形態にて説明する方向性凝固鋳造装置１０
０では、図３に示すように複数（図中では４個）の翼を
鋳造することができる。
図面に示す第１の実施の形態に基づいて本発明を詳細に
説明する。図１は、第１の実施の形態における方向性凝
固鋳造装置１００の構成を示す図である。ここでは、例
えばタービン等の翼を方向性凝固により鋳造する場合に
ついて説明する。この方向性凝固鋳造装置１００は、後
に図２を用いて説明する冷却過程においてＢ−Ｂ線に沿
って切断すると、図３に示す平断面図となる。つまり、
第１の実施の形態にて説明する方向性凝固鋳造装置１０
０では、図３に示すように複数（図中では４個）の翼を
鋳造することができる。
【００１６】図１に示すように、この方向性凝固鋳造装
置１００の加熱室１０は、底面以外をカバー１２によっ
て取り囲まれている。加熱室１０のカバー１２内部の側
面にはヒータ１１が備えられている。また、このカバー
１２の天面には開口部１３が設けられており、さらにこ
の開口部１３を覆う開口蓋１４が備えられている。また
さらに加熱室１０の底部には、開口部１６が設けられた
バッフル１５が備えられており、このバッフル１５の端
部には加熱室１０から鋳型２０を引き出す際に鋳型２０
の側面に当接するフレキシブルフィンガ１７がさらに設
けられている。
置１００の加熱室１０は、底面以外をカバー１２によっ
て取り囲まれている。加熱室１０のカバー１２内部の側
面にはヒータ１１が備えられている。また、このカバー
１２の天面には開口部１３が設けられており、さらにこ
の開口部１３を覆う開口蓋１４が備えられている。また
さらに加熱室１０の底部には、開口部１６が設けられた
バッフル１５が備えられており、このバッフル１５の端
部には加熱室１０から鋳型２０を引き出す際に鋳型２０
の側面に当接するフレキシブルフィンガ１７がさらに設
けられている。
【００１７】加熱室１０の内部には鋳型２０が収納され
ている。この鋳型２０には、溶湯を注湯する湯口２３
と、この湯口２３から注湯された溶湯をキャビティ２１
に供給する湯道２４とが備えられている。また、鋳型２
０の中間部には、結晶の成長を促進する核などを収納す
る薄肉のセラミック部２２がさらに備えられている。
ている。この鋳型２０には、溶湯を注湯する湯口２３
と、この湯口２３から注湯された溶湯をキャビティ２１
に供給する湯道２４とが備えられている。また、鋳型２
０の中間部には、結晶の成長を促進する核などを収納す
る薄肉のセラミック部２２がさらに備えられている。
【００１８】鋳型２０は、水冷板４１上に配設されてお
り、この水冷板４１はキャビティ２１の下部を塞いで鋳
型２０の底部を形成している。また、この水冷板４１は
バッフル１５の開口部１６をも塞いでいる。そして、こ
の水冷板４１は軸線Ａ−Ａに沿って昇降可能な駆動ロッ
ド４２に支持されており、この駆動ロッド４２の降下に
伴って水冷板４１上に配設された鋳型２０を加熱室１０
から引き出すことができる。また、駆動ロッド４２の内
部には、熱シンク４３が配置されている。この熱シンク
４３は、駆動ロッド４２が降下した際にも同じ位置に固
定され、加熱室１０から引き出された鋳型２０を方向性
凝固鋳造装置１００の中心側（軸線Ａ−Ａ側）から放射
冷却によって冷却する。
り、この水冷板４１はキャビティ２１の下部を塞いで鋳
型２０の底部を形成している。また、この水冷板４１は
バッフル１５の開口部１６をも塞いでいる。そして、こ
の水冷板４１は軸線Ａ−Ａに沿って昇降可能な駆動ロッ
ド４２に支持されており、この駆動ロッド４２の降下に
伴って水冷板４１上に配設された鋳型２０を加熱室１０
から引き出すことができる。また、駆動ロッド４２の内
部には、熱シンク４３が配置されている。この熱シンク
４３は、駆動ロッド４２が降下した際にも同じ位置に固
定され、加熱室１０から引き出された鋳型２０を方向性
凝固鋳造装置１００の中心側（軸線Ａ−Ａ側）から放射
冷却によって冷却する。
【００１９】また、鋳型２０を方向性凝固鋳造装置１０
０の外周側から放射冷却によって冷却する水冷リング５
１と、噴霧状態の液体窒素または液体窒素の蒸発ガス
（以下、圧力ガス）を噴出するガスノズル５２ａおよび
ガスノズル５２ｂが備えられている。ガスノズル５２ａ
はバッフル１５と水冷リング５１との間に挟まれる位置
に、図３に示すように配置されており、鋳型２０を水冷
リング５１側（外周側）より冷却する。また、ガスノズ
ル５２ｂはバッフル１５と熱シンク４３との間に挟まれ
る位置に、図３に示すように配置されており、鋳型２０
を中心側（内周側）より冷却する。ここで、バッフル１
５およびガスノズル５２ａ，５２ｂは固定されているの
で、駆動ロッド４２が昇降しても動くことはない。以上
のように、第１の実施の形態における方向性凝固鋳造装
置１００は、ガスノズル５２ａ，５２ｂ、水冷板４１、
熱シンク４３および水冷リング５１からなる冷却ゾーン
を備えている。ここで、加熱室１０の下部に設けられた
冷却ゾーンおよび駆動ロッド４２は、図示しないケーシ
ングによって囲まれているものとする。
０の外周側から放射冷却によって冷却する水冷リング５
１と、噴霧状態の液体窒素または液体窒素の蒸発ガス
（以下、圧力ガス）を噴出するガスノズル５２ａおよび
ガスノズル５２ｂが備えられている。ガスノズル５２ａ
はバッフル１５と水冷リング５１との間に挟まれる位置
に、図３に示すように配置されており、鋳型２０を水冷
リング５１側（外周側）より冷却する。また、ガスノズ
ル５２ｂはバッフル１５と熱シンク４３との間に挟まれ
る位置に、図３に示すように配置されており、鋳型２０
を中心側（内周側）より冷却する。ここで、バッフル１
５およびガスノズル５２ａ，５２ｂは固定されているの
で、駆動ロッド４２が昇降しても動くことはない。以上
のように、第１の実施の形態における方向性凝固鋳造装
置１００は、ガスノズル５２ａ，５２ｂ、水冷板４１、
熱シンク４３および水冷リング５１からなる冷却ゾーン
を備えている。ここで、加熱室１０の下部に設けられた
冷却ゾーンおよび駆動ロッド４２は、図示しないケーシ
ングによって囲まれているものとする。
【００２０】加熱室１０内部は、この加熱室１０の内部
に設けられたヒータ１１により加熱され、溶湯（以下、
溶融金属３２）の溶融温度よりも高い温度に保たれてい
る。加熱室１０が十分に加熱された状態で、カバー１２
に設けられた開口部１３から湯口２３に溶融金属３２が
注湯される。溶融金属３２は湯道２４を通ってキャビテ
ィ２１に供給され、鋳型２０の底部を形成している水冷
板４１に直接接触する。そうすると、この溶融金属３２
の熱は、熱伝導により水冷板４１へと伝えられる。そし
て、溶融金属３２は冷却されて方向性凝固し、キャビテ
ィ２１の底部には薄い合金の凝固フロント３３が形成さ
れる。この凝固フロント３３を境界に、上部の溶融金属
３２と下部の水冷板４１との間には大きな温度勾配が形
成される。
に設けられたヒータ１１により加熱され、溶湯（以下、
溶融金属３２）の溶融温度よりも高い温度に保たれてい
る。加熱室１０が十分に加熱された状態で、カバー１２
に設けられた開口部１３から湯口２３に溶融金属３２が
注湯される。溶融金属３２は湯道２４を通ってキャビテ
ィ２１に供給され、鋳型２０の底部を形成している水冷
板４１に直接接触する。そうすると、この溶融金属３２
の熱は、熱伝導により水冷板４１へと伝えられる。そし
て、溶融金属３２は冷却されて方向性凝固し、キャビテ
ィ２１の底部には薄い合金の凝固フロント３３が形成さ
れる。この凝固フロント３３を境界に、上部の溶融金属
３２と下部の水冷板４１との間には大きな温度勾配が形
成される。
【００２１】図２は、第１の実施の形態における方向性
凝固鋳造装置１００における冷却過程の状態を示す図で
ある。図２に示すように、駆動ロッド４２が軸線Ａ−Ａ
に沿って降下するにつれて水冷板４１も降下する。その
際、水冷板４１に載せられた鋳型２０は、バッフル１５
に設けられた開口部１６を通過して加熱室１０より引き
出される。上述したように、外周側のバッフル１５の下
部、すなわち鋳型２０の外周側には、圧力ガスを噴出す
るガスノズル５２ａが配置されている。また、内周側の
バッフル１５の下部、すなわち鋳型２０の内周側にも、
圧力ガスを噴出するガスノズル５２ｂが配置されてい
る。キャビティ２１に高温の溶融金属３２を保持する鋳
型２０がガスノズル５２ａを通過するときには、このガ
スノズル５２ａから鋳型２０に対して白抜きの矢印で示
すように圧力ガスを吹き付ける。またこれと同時に、ガ
スノズル５２ｂからも鋳型２０に対して白抜きの矢印で
示すように圧力ガスを吹き付ける。この圧力ガスの吹き
付けによって、鋳型２０と共に鋳型２０のキャビティ２
１に保持された溶融金属３２は急冷される。しかも、こ
の圧力ガスによる急冷は、鋳型２０の外周側と内周側の
両方から同時に行われることになる。
凝固鋳造装置１００における冷却過程の状態を示す図で
ある。図２に示すように、駆動ロッド４２が軸線Ａ−Ａ
に沿って降下するにつれて水冷板４１も降下する。その
際、水冷板４１に載せられた鋳型２０は、バッフル１５
に設けられた開口部１６を通過して加熱室１０より引き
出される。上述したように、外周側のバッフル１５の下
部、すなわち鋳型２０の外周側には、圧力ガスを噴出す
るガスノズル５２ａが配置されている。また、内周側の
バッフル１５の下部、すなわち鋳型２０の内周側にも、
圧力ガスを噴出するガスノズル５２ｂが配置されてい
る。キャビティ２１に高温の溶融金属３２を保持する鋳
型２０がガスノズル５２ａを通過するときには、このガ
スノズル５２ａから鋳型２０に対して白抜きの矢印で示
すように圧力ガスを吹き付ける。またこれと同時に、ガ
スノズル５２ｂからも鋳型２０に対して白抜きの矢印で
示すように圧力ガスを吹き付ける。この圧力ガスの吹き
付けによって、鋳型２０と共に鋳型２０のキャビティ２
１に保持された溶融金属３２は急冷される。しかも、こ
の圧力ガスによる急冷は、鋳型２０の外周側と内周側の
両方から同時に行われることになる。
【００２２】溶融金属３２がキャビティ２１に供給され
たときに、鋳型２０の底部に形成された凝固フロント３
３は、ガスノズル５２ａ，５２ｂ下部のＢ−Ｂ線の位置
で溶融金属３２と鋳造物３１との界面を形成する。そし
て、この凝固フロント３３は、鋳型２０が降下してもＢ
−Ｂ線の位置に留まるが、これより下部には鋳造物３１
が凝固される。そして鋳造物３１は、鋳型２０の外周側
に備えられた水冷リング５１および鋳型２０の内周側に
備えられた熱シンク４３に対して矢印で示すように熱を
放射して、さらに冷却される。このように、鋳型２０を
急冷することにより、キャビティ２１に供給された溶融
金属３２は方向性凝固される。そして鋳型２０を外周側
と内周側とから急激に冷却することにより、キャビティ
２１の内部で方向性凝固した鋳造物３１の水平方向の温
度勾配を極力減らすことができる。さらに、鉛直方向の
温度勾配の傾斜度を高めることができるので、組織欠陥
のない方向性凝固を行うことができるようになる。そう
することによって、方向性凝固鋳造装置１００における
生産性が向上する。
たときに、鋳型２０の底部に形成された凝固フロント３
３は、ガスノズル５２ａ，５２ｂ下部のＢ−Ｂ線の位置
で溶融金属３２と鋳造物３１との界面を形成する。そし
て、この凝固フロント３３は、鋳型２０が降下してもＢ
−Ｂ線の位置に留まるが、これより下部には鋳造物３１
が凝固される。そして鋳造物３１は、鋳型２０の外周側
に備えられた水冷リング５１および鋳型２０の内周側に
備えられた熱シンク４３に対して矢印で示すように熱を
放射して、さらに冷却される。このように、鋳型２０を
急冷することにより、キャビティ２１に供給された溶融
金属３２は方向性凝固される。そして鋳型２０を外周側
と内周側とから急激に冷却することにより、キャビティ
２１の内部で方向性凝固した鋳造物３１の水平方向の温
度勾配を極力減らすことができる。さらに、鉛直方向の
温度勾配の傾斜度を高めることができるので、組織欠陥
のない方向性凝固を行うことができるようになる。そう
することによって、方向性凝固鋳造装置１００における
生産性が向上する。
【００２３】図３は、第１の実施の形態における方向性
凝固鋳造装置１００の平断面図である。図３に示す平断
面図は、図２に示す方向性凝固鋳造装置１００をＢ−Ｂ
線に沿って切断した状態を示す。図３に示すように、鋳
型２０は熱シンク４３を取り囲むようにして、所定の領
域内に配置されている。また、鋳型２０の外周側には水
冷リング５１が設けられており、内周側に設けられた熱
シンク４３と共に鋳型２０からの放射熱を吸収して冷却
を行う。そして、鋳型２０が設けられている領域の外周
側（水冷リング５１側）に設けられたガスノズル５２ａ
からは、矢印で示すように鋳型２０に衝突する圧力ガス
が吹き付けられている。さらに、鋳型２０が設けられて
いる領域の内周側（熱シンク４３側）に設けられたガス
ノズル５２ｂからも同様に、矢印で示すように鋳型２０
に衝突する圧力ガスが吹き付けられている。この圧力ガ
スによって、鋳型２０と共に鋳型２０のキャビティ２１
に保持された溶融金属３２は急冷され、方向性凝固して
鋳造物３１となる。そしてその後、鋳型２０内の鋳造物
３１は、鋳型２０が熱シンク４３および水冷リング５１
に対して熱を放射して放射冷却により冷却される。
凝固鋳造装置１００の平断面図である。図３に示す平断
面図は、図２に示す方向性凝固鋳造装置１００をＢ−Ｂ
線に沿って切断した状態を示す。図３に示すように、鋳
型２０は熱シンク４３を取り囲むようにして、所定の領
域内に配置されている。また、鋳型２０の外周側には水
冷リング５１が設けられており、内周側に設けられた熱
シンク４３と共に鋳型２０からの放射熱を吸収して冷却
を行う。そして、鋳型２０が設けられている領域の外周
側（水冷リング５１側）に設けられたガスノズル５２ａ
からは、矢印で示すように鋳型２０に衝突する圧力ガス
が吹き付けられている。さらに、鋳型２０が設けられて
いる領域の内周側（熱シンク４３側）に設けられたガス
ノズル５２ｂからも同様に、矢印で示すように鋳型２０
に衝突する圧力ガスが吹き付けられている。この圧力ガ
スによって、鋳型２０と共に鋳型２０のキャビティ２１
に保持された溶融金属３２は急冷され、方向性凝固して
鋳造物３１となる。そしてその後、鋳型２０内の鋳造物
３１は、鋳型２０が熱シンク４３および水冷リング５１
に対して熱を放射して放射冷却により冷却される。
【００２４】以上のように、第１の実施の形態では、鋳
型２０を加熱室１０より引き出す際、鋳型２０が配置さ
れた領域よりも外周側に設けられたガスノズル５２ａ
と、鋳型２０が配置された領域よりも内周側に設けられ
たガスノズル５２ｂとから吹き付けられる圧力ガスによ
って鋳型２０を急冷し、溶融金属３２を方向性凝固させ
ている。方向性凝固鋳造装置１００をこのような構成と
し、ガスノズル５２ａ，５２ｂからの圧力ガスによって
鋳型２０を急冷するようにすれば、溶融金属３２を方向
性凝固させる際の冷却効果が増大する。また、鋳型２０
および水冷板４１が降下した際にも、加熱室１０の底部
中央部分に備えられたバッフル１５によって、ヒータ１
１から放射される熱を遮蔽することができる。したがっ
て、ガスノズル５２ａ，５２ｂよりも下部での冷却効果
を増大させることができるだけでなく、方向性凝固鋳造
装置１００全体の熱効率をも向上させることができる。
さらに、第１の実施の形態によれば、一度の鋳造で複数
の鋳造物３１を方向性凝固させることのできる鋳型２０
を効率良く冷却して溶融金属３２を方向性凝固させるこ
とができる。またさらに、ガスノズル５２ａ，５２ｂか
ら吹き付けられる圧力ガスで急冷を行うことができるの
で、複雑な形状の部位であっても、方向性凝固した鋳造
物３１に組織欠陥が生じにくくなる。
型２０を加熱室１０より引き出す際、鋳型２０が配置さ
れた領域よりも外周側に設けられたガスノズル５２ａ
と、鋳型２０が配置された領域よりも内周側に設けられ
たガスノズル５２ｂとから吹き付けられる圧力ガスによ
って鋳型２０を急冷し、溶融金属３２を方向性凝固させ
ている。方向性凝固鋳造装置１００をこのような構成と
し、ガスノズル５２ａ，５２ｂからの圧力ガスによって
鋳型２０を急冷するようにすれば、溶融金属３２を方向
性凝固させる際の冷却効果が増大する。また、鋳型２０
および水冷板４１が降下した際にも、加熱室１０の底部
中央部分に備えられたバッフル１５によって、ヒータ１
１から放射される熱を遮蔽することができる。したがっ
て、ガスノズル５２ａ，５２ｂよりも下部での冷却効果
を増大させることができるだけでなく、方向性凝固鋳造
装置１００全体の熱効率をも向上させることができる。
さらに、第１の実施の形態によれば、一度の鋳造で複数
の鋳造物３１を方向性凝固させることのできる鋳型２０
を効率良く冷却して溶融金属３２を方向性凝固させるこ
とができる。またさらに、ガスノズル５２ａ，５２ｂか
ら吹き付けられる圧力ガスで急冷を行うことができるの
で、複雑な形状の部位であっても、方向性凝固した鋳造
物３１に組織欠陥が生じにくくなる。
【００２５】第１の実施の形態では、ガスノズル５２
ａ，５２ｂから吹き付ける圧力ガスを噴霧状態の液体窒
素または液体窒素の蒸発ガスとしたが、加熱された鋳型
２０と化学反応しないような不活性物質であれば、ヘリ
ウムやアルゴン等、他の不活性流体を噴出するようにし
ても構わない。
ａ，５２ｂから吹き付ける圧力ガスを噴霧状態の液体窒
素または液体窒素の蒸発ガスとしたが、加熱された鋳型
２０と化学反応しないような不活性物質であれば、ヘリ
ウムやアルゴン等、他の不活性流体を噴出するようにし
ても構わない。
【００２６】［第２の実施の形態］以下、図４に基づい
て第２の実施の形態について説明する。図４は、第２の
実施の形態における方向性凝固鋳造装置１００の平断面
図である。図４に示した平断面図は、第１の実施の形態
にて説明した方向性凝固鋳造装置１００を、図３に示し
た平断面図と同様にＢ−Ｂ線に沿って切断した状態を示
す。第２の実施の形態における方向性凝固鋳造装置１０
０の構成は、ガスノズル５２ａ，５２ｂの向き以外は第
１の実施の形態にて説明した方向性凝固鋳造装置１００
と同じなので、説明を省略する。図４に示すように、鋳
型２０は熱シンク４３を取り囲むようにして、所定の領
域内に配置されている。また、鋳型２０の外周側には水
冷リング５１が設けられており、内周側に設けられた熱
シンク４３と共に鋳型２０からの放射熱を吸収して冷却
を行う。そして、鋳型２０が設けられている領域の外周
側（水冷リング５１側）に設けられたガスノズル５２ａ
からは、矢印で示すように鋳型２０の外周に沿って圧力
ガスが吹き付けられている。さらに、鋳型２０が設けら
れている領域の内周側（熱シンク４３側）に設けられた
ガスノズル５２ｂからも同様に、矢印で示すように鋳型
２０の外周に沿って圧力ガスが吹き付けられている。こ
の圧力ガスによって、鋳型２０と共にこの鋳型２０のキ
ャビティ２１に保持された溶融金属３２は急冷され、方
向性凝固して鋳造物３１となる。
て第２の実施の形態について説明する。図４は、第２の
実施の形態における方向性凝固鋳造装置１００の平断面
図である。図４に示した平断面図は、第１の実施の形態
にて説明した方向性凝固鋳造装置１００を、図３に示し
た平断面図と同様にＢ−Ｂ線に沿って切断した状態を示
す。第２の実施の形態における方向性凝固鋳造装置１０
０の構成は、ガスノズル５２ａ，５２ｂの向き以外は第
１の実施の形態にて説明した方向性凝固鋳造装置１００
と同じなので、説明を省略する。図４に示すように、鋳
型２０は熱シンク４３を取り囲むようにして、所定の領
域内に配置されている。また、鋳型２０の外周側には水
冷リング５１が設けられており、内周側に設けられた熱
シンク４３と共に鋳型２０からの放射熱を吸収して冷却
を行う。そして、鋳型２０が設けられている領域の外周
側（水冷リング５１側）に設けられたガスノズル５２ａ
からは、矢印で示すように鋳型２０の外周に沿って圧力
ガスが吹き付けられている。さらに、鋳型２０が設けら
れている領域の内周側（熱シンク４３側）に設けられた
ガスノズル５２ｂからも同様に、矢印で示すように鋳型
２０の外周に沿って圧力ガスが吹き付けられている。こ
の圧力ガスによって、鋳型２０と共にこの鋳型２０のキ
ャビティ２１に保持された溶融金属３２は急冷され、方
向性凝固して鋳造物３１となる。
【００２７】以上のように、第２の実施の形態では、鋳
型２０が配置された領域よりも外周側に設けられたガス
ノズル５２ａと、鋳型２０が配置された領域よりも内周
側に設けられたガスノズル５２ｂとから吹き付けられる
圧力ガスによって鋳型２０を急冷し、溶融金属３２を方
向性凝固させている。このようにすれば、第２の実施の
形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得るこ
とができる。
型２０が配置された領域よりも外周側に設けられたガス
ノズル５２ａと、鋳型２０が配置された領域よりも内周
側に設けられたガスノズル５２ｂとから吹き付けられる
圧力ガスによって鋳型２０を急冷し、溶融金属３２を方
向性凝固させている。このようにすれば、第２の実施の
形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得るこ
とができる。
【００２８】［第３の実施の形態］以下、図５に基づい
て第３の実施の形態について説明する。図５は、第３の
実施の形態における方向性凝固鋳造装置１００の構成を
示す図である。この方向性凝固鋳造装置１００は、第１
および第２の実施の形態にて示した方向性凝固鋳造装置
１００とほぼ同じ構成となっている。そしてこの方向性
凝固鋳造装置１００では、駆動ロッド４２を軸線Ａ−Ａ
に沿って降下させることによって、水冷板４１に載せら
れた鋳型２０を加熱室１０から引き出す。また、第１お
よび第２の実施の形態にて説明したガスノズル５２ａ，
５２ｂに代わって、鋳型２０を冷却する多孔管５３ａと
多孔管５３ｂとが備えられている。さらに加熱室１０の
下部には、水冷リング５１が備えられている。
て第３の実施の形態について説明する。図５は、第３の
実施の形態における方向性凝固鋳造装置１００の構成を
示す図である。この方向性凝固鋳造装置１００は、第１
および第２の実施の形態にて示した方向性凝固鋳造装置
１００とほぼ同じ構成となっている。そしてこの方向性
凝固鋳造装置１００では、駆動ロッド４２を軸線Ａ−Ａ
に沿って降下させることによって、水冷板４１に載せら
れた鋳型２０を加熱室１０から引き出す。また、第１お
よび第２の実施の形態にて説明したガスノズル５２ａ，
５２ｂに代わって、鋳型２０を冷却する多孔管５３ａと
多孔管５３ｂとが備えられている。さらに加熱室１０の
下部には、水冷リング５１が備えられている。
【００２９】図６は、第３の実施の形態における方向性
凝固鋳造装置１００の平断面図である。図６に示した平
断面図は、図５に示した方向性凝固鋳造装置１００をＢ
−Ｂ線に沿って切断した状態を示す。図６に示すよう
に、鋳型２０は軸線Ａ−Ａを取り囲むようにして、所定
の領域内に配置されている。また鋳型２０の外周側には
水冷リング５１が設けられており、鋳型２０からの放射
熱を吸収して冷却を行う。そして、鋳型２０が設けられ
ている領域の外周側（水冷リング５１側）に設けられた
多孔管５３ａの外周面からは、矢印で示すように圧力ガ
スが噴出されている。さらに、鋳型２０が設けられてい
る領域の内周側（軸線Ａ−Ａ側）に設けられた多孔管５
３ｂの外周面からは、矢印で示すように圧力ガスが噴出
されている。この圧力ガスによって、鋳型２０内の溶融
金属３２は急冷され、方向性凝固して鋳造物３１とな
る。そしてその後、鋳型２０内の鋳造物３１は、鋳型２
０が水冷リング５１に対して熱を放射して放射冷却によ
り冷却される。
凝固鋳造装置１００の平断面図である。図６に示した平
断面図は、図５に示した方向性凝固鋳造装置１００をＢ
−Ｂ線に沿って切断した状態を示す。図６に示すよう
に、鋳型２０は軸線Ａ−Ａを取り囲むようにして、所定
の領域内に配置されている。また鋳型２０の外周側には
水冷リング５１が設けられており、鋳型２０からの放射
熱を吸収して冷却を行う。そして、鋳型２０が設けられ
ている領域の外周側（水冷リング５１側）に設けられた
多孔管５３ａの外周面からは、矢印で示すように圧力ガ
スが噴出されている。さらに、鋳型２０が設けられてい
る領域の内周側（軸線Ａ−Ａ側）に設けられた多孔管５
３ｂの外周面からは、矢印で示すように圧力ガスが噴出
されている。この圧力ガスによって、鋳型２０内の溶融
金属３２は急冷され、方向性凝固して鋳造物３１とな
る。そしてその後、鋳型２０内の鋳造物３１は、鋳型２
０が水冷リング５１に対して熱を放射して放射冷却によ
り冷却される。
【００３０】以上のように、第３の実施の形態では、鋳
型２０を加熱室１０より引き出す際、鋳型２０が配置さ
れた領域よりも外周側に設けられた多孔管５３ａと、鋳
型２０が配置された領域よりも内側に設けられた多孔管
５３ｂとから噴出する圧力ガスによって鋳型２０を急冷
し、溶融金属３２を方向性凝固させている。方向性凝固
鋳造装置１００をこのような構成とし、多孔管５３ａ，
５３ｂからの圧力ガスによって鋳型２０を急冷するよう
にすれば、溶融金属３２を方向性凝固させる際の冷却効
果が増大する。そして、複雑な形状の部位であっても、
方向性凝固した鋳造物３１に組織欠陥が生じにくくな
る。さらに、鋳型２０の外周側と内周側から噴出する圧
力ガスによって急冷を行うので、溶融金属３２の冷却の
均一性を向上させることができる。
型２０を加熱室１０より引き出す際、鋳型２０が配置さ
れた領域よりも外周側に設けられた多孔管５３ａと、鋳
型２０が配置された領域よりも内側に設けられた多孔管
５３ｂとから噴出する圧力ガスによって鋳型２０を急冷
し、溶融金属３２を方向性凝固させている。方向性凝固
鋳造装置１００をこのような構成とし、多孔管５３ａ，
５３ｂからの圧力ガスによって鋳型２０を急冷するよう
にすれば、溶融金属３２を方向性凝固させる際の冷却効
果が増大する。そして、複雑な形状の部位であっても、
方向性凝固した鋳造物３１に組織欠陥が生じにくくな
る。さらに、鋳型２０の外周側と内周側から噴出する圧
力ガスによって急冷を行うので、溶融金属３２の冷却の
均一性を向上させることができる。
【００３１】［第４の実施の形態］以下、図７に基づい
て第４の実施の形態について説明する。図７は、第４の
実施の形態における方向性凝固鋳造装置１００の平断面
図である。図７に示す平断面図は、第３の実施の形態に
て説明した方向性凝固鋳造装置１００を、例えばＢ−Ｂ
線に沿って切断した状態を示す。第４の実施の形態にお
ける方向性凝固装置１００の構成は、図５に示した多孔
管５３ａ，５３ｂの代わりに鋳型２０の外周を囲むリン
グ５４が備えられている以外は、第３の実施の形態にて
説明した方向性凝固鋳造装置１００と同じである。ここ
でこのリング５４は、鋳型２０を取り囲むリング状の管
であるものとし、このリング状の管の内周面には、等ピ
ッチまたは不等ピッチのガス噴出口が設けられているも
のとする。図７に示すように、鋳型２０は軸線Ａ−Ａを
取り囲むようにして、所定の領域内に配置されている。
また鋳型２０の外周側には水冷リング５１が設けられて
おり、鋳型２０からの放射熱を吸収して冷却を行う。そ
して、鋳型２０の外周を取り囲むようにして配置された
リング５４の内周面に設けられたガス噴出口からは、矢
印で示すように圧力ガスが噴出されている。この圧力ガ
スによって、鋳型２０内の溶融金属３２は急冷され、方
向性凝固して鋳造物３１となる。そしてその後、鋳型２
０内の鋳造物３１は、鋳型２０が水冷リング５１に対し
て熱を放射して放射冷却により冷却される。
て第４の実施の形態について説明する。図７は、第４の
実施の形態における方向性凝固鋳造装置１００の平断面
図である。図７に示す平断面図は、第３の実施の形態に
て説明した方向性凝固鋳造装置１００を、例えばＢ−Ｂ
線に沿って切断した状態を示す。第４の実施の形態にお
ける方向性凝固装置１００の構成は、図５に示した多孔
管５３ａ，５３ｂの代わりに鋳型２０の外周を囲むリン
グ５４が備えられている以外は、第３の実施の形態にて
説明した方向性凝固鋳造装置１００と同じである。ここ
でこのリング５４は、鋳型２０を取り囲むリング状の管
であるものとし、このリング状の管の内周面には、等ピ
ッチまたは不等ピッチのガス噴出口が設けられているも
のとする。図７に示すように、鋳型２０は軸線Ａ−Ａを
取り囲むようにして、所定の領域内に配置されている。
また鋳型２０の外周側には水冷リング５１が設けられて
おり、鋳型２０からの放射熱を吸収して冷却を行う。そ
して、鋳型２０の外周を取り囲むようにして配置された
リング５４の内周面に設けられたガス噴出口からは、矢
印で示すように圧力ガスが噴出されている。この圧力ガ
スによって、鋳型２０内の溶融金属３２は急冷され、方
向性凝固して鋳造物３１となる。そしてその後、鋳型２
０内の鋳造物３１は、鋳型２０が水冷リング５１に対し
て熱を放射して放射冷却により冷却される。
【００３２】以上のように、第４の実施の形態では、鋳
型２０を加熱室１０より引き出す際、鋳型２０の外周を
取り囲むように設けられたリング５４の内周面に設けら
れたガス噴出口から噴出する圧力ガスによって鋳型２０
を急冷し、溶融金属３２を方向性凝固させている。この
ようにすれば、第４の実施の形態においても、第３の実
施の形態と同様の効果を得ることができる。また、第４
の実施の形態によれば、鋳型２０の外周の全方向から冷
却を行うことができるので、さらに冷却の均一性を向上
させることができる。
型２０を加熱室１０より引き出す際、鋳型２０の外周を
取り囲むように設けられたリング５４の内周面に設けら
れたガス噴出口から噴出する圧力ガスによって鋳型２０
を急冷し、溶融金属３２を方向性凝固させている。この
ようにすれば、第４の実施の形態においても、第３の実
施の形態と同様の効果を得ることができる。また、第４
の実施の形態によれば、鋳型２０の外周の全方向から冷
却を行うことができるので、さらに冷却の均一性を向上
させることができる。
【００３３】第４の実施の形態では、鋳型２０をリング
状の管で取り囲む形態について説明したが、このリング
５４は必ずしも１つの管によって形成されていなければ
ならないものではなく、複数の管が一体となってリング
状のものを形成するようにしても構わない。また、図７
に示したリング５４の内周面は曲面となっているが、鋳
型２０の形状によっては、この鋳型２０を冷却するのに
適した形状に適宜変更することが好ましい。
状の管で取り囲む形態について説明したが、このリング
５４は必ずしも１つの管によって形成されていなければ
ならないものではなく、複数の管が一体となってリング
状のものを形成するようにしても構わない。また、図７
に示したリング５４の内周面は曲面となっているが、鋳
型２０の形状によっては、この鋳型２０を冷却するのに
適した形状に適宜変更することが好ましい。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれは、
溶融物を方向性凝固させる際の冷却効果を増大させるこ
とのできる方向性凝固鋳造装置および方向性凝固鋳造方
法を提供することができる。このような装置および方法
によって、方向性凝固した鋳造物の生産性を向上させる
ことができる。
溶融物を方向性凝固させる際の冷却効果を増大させるこ
とのできる方向性凝固鋳造装置および方向性凝固鋳造方
法を提供することができる。このような装置および方法
によって、方向性凝固した鋳造物の生産性を向上させる
ことができる。
【００３５】また、溶融物を方向性凝固させる際に、急
激に冷却することができるので、鉛直方向の温度勾配の
傾斜度を高めて組織欠陥の発生を防止することができ
る。さらに、この急激な冷却によって、水平方向の温度
勾配を減らして冷却の均一性を向上させることができ
る。
激に冷却することができるので、鉛直方向の温度勾配の
傾斜度を高めて組織欠陥の発生を防止することができ
る。さらに、この急激な冷却によって、水平方向の温度
勾配を減らして冷却の均一性を向上させることができ
る。
【図１】 第１の実施の形態における方向性凝固鋳造装
置１００の構成を示す図である。
置１００の構成を示す図である。
【図２】 第１の実施の形態における方向性凝固鋳造装
置１００における冷却過程の状態を示す図である。
置１００における冷却過程の状態を示す図である。
【図３】 第１の実施の形態における方向性凝固鋳造装
置１００の平断面図である。
置１００の平断面図である。
【図４】 第２の実施の形態における方向性凝固鋳造装
置１００の平断面図である。
置１００の平断面図である。
【図５】 第３の実施の形態における方向性凝固鋳造装
置１００の構成を示す図である。
置１００の構成を示す図である。
【図６】 第３の実施の形態における方向性凝固鋳造装
置１００の平断面図である。
置１００の平断面図である。
【図７】 第４の実施の形態における方向性凝固鋳造装
置１００の平断面図である。
置１００の平断面図である。
【図８】 従来における方向性凝固鋳造装置１００の構
成を示す図である。
成を示す図である。
１０…加熱室、１１…ヒータ、１２…カバー、１３…開
口部、１４…開口蓋、１５…バッフル、１６…開口部、
１７…フレキシブルフィンガ、２０…鋳型、２１…キャ
ビティ、２２…セラミック部、２３…湯口、２４…湯
道、３１…鋳造物、３２…溶融金属、３３…凝固フロン
ト、４１…水冷板、４２…駆動ロッド、４３…熱シン
ク、５２ａ，５２ｂ…ガスノズル、５３ａ，５３ｂ…多
孔管、５４…リング、１００…方向性凝固鋳造装置
口部、１４…開口蓋、１５…バッフル、１６…開口部、
１７…フレキシブルフィンガ、２０…鋳型、２１…キャ
ビティ、２２…セラミック部、２３…湯口、２４…湯
道、３１…鋳造物、３２…溶融金属、３３…凝固フロン
ト、４１…水冷板、４２…駆動ロッド、４３…熱シン
ク、５２ａ，５２ｂ…ガスノズル、５３ａ，５３ｂ…多
孔管、５４…リング、１００…方向性凝固鋳造装置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 大平 竜也
神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１
三菱重工業株式会社基盤技術研究所内
(72)発明者 岡田 郁生
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂製作所内
Claims (10)
- 【請求項１】 鋳造の対象となる金属の溶融温度以上に
加熱された加熱室から、所定の領域の周囲に配置された
複数の鋳型を引き出して、当該複数の鋳型に供給された
溶融金属を方向性凝固させる方向性凝固鋳造装置であっ
て、 前記複数の鋳型を前記加熱室より引き出す駆動手段と、 前記所定の領域の内側から前記複数の鋳型を冷却ガスに
より冷却する第１の冷却手段と、 前記所定の領域の外側から前記複数の鋳型を冷却ガスに
より冷却する第２の冷却手段とを備えたことを特徴とす
る方向性凝固鋳造装置。 - 【請求項２】 前記加熱室の下部かつ前記第１の冷却手
段および前記第２の冷却手段の上部に配設され、前記複
数の鋳型が通過する開口部が設けられたバッフルをさら
に備え、 前記バッフルは、 前記複数の鋳型が前記加熱室より引き出された際にも当
該加熱室の下部かつ前記第１の冷却手段および前記第２
の冷却手段の上部に配設され、当該加熱室の熱源から放
射される熱を遮蔽することを特徴とする請求項１に記載
の方向性凝固鋳造装置。 - 【請求項３】 前記第１の冷却手段および前記第２の冷
却手段は、 前記鋳型に衝突する前記冷却ガスを吹き付けることを特
徴とする請求項１および２に記載の方向性凝固鋳造装
置。 - 【請求項４】 前記第１の冷却手段および前記第２の冷
却手段は、 前記鋳型の外周に沿って前記冷却ガスを吹き付けること
を特徴とする請求項１および請求項２に記載の方向性凝
固鋳造装置。 - 【請求項５】 前記第１の冷却手段および前記第２の冷
却手段は、 多孔管より前記冷却ガスを噴出することを特徴とする請
求項１に記載の方向性凝固鋳造装置。 - 【請求項６】 前記第１の冷却手段および前記第２の冷
却手段は、 前記鋳型の外周を取り囲むように配置されたリング状の
管の内周面に設けられたガス噴出口より、前記冷却ガス
を噴出することを特徴とする請求項１に記載の方向性凝
固鋳造装置。 - 【請求項７】 前記駆動手段を貫通し、当該駆動手段に
より前記複数の鋳型が下降した際に、当該駆動手段の内
側より当該複数の鋳型からの放射熱を吸収して冷却する
第１の放射冷却手段と、 前記第１の放射冷却手段の外側に配設され、前記駆動手
段により前記複数の鋳型が下降した際に、当該駆動手段
の外側より当該複数の鋳型からの放射熱を吸収して冷却
する第２の放射冷却手段とをさらに備えたことを特徴と
する請求項１に記載の方向性凝固鋳造装置。 - 【請求項８】 鋳造の対象となる金属の溶融温度以上に
加熱された加熱室から所定の領域の周囲に配置された複
数の鋳型を引き出して、当該複数の鋳型に供給された溶
融金属を方向性凝固させる方向性凝固鋳造方法であっ
て、 前記複数の鋳型を前記加熱室より引き出すと共に、当該
加熱室からの熱を遮蔽し、 前記所定の領域の周囲に配置された前記複数の鋳型の内
側および外側より不活性ガスを吹き付けて冷却し、前記
溶融金属を方向性凝固させることを特徴とする方向性凝
固鋳造方法。 - 【請求項９】 前記不活性ガスは、 噴霧状態の液体窒素または液体窒素の蒸発ガスであるこ
とを特徴とする請求項８に記載の方向性凝固鋳造方法。 - 【請求項１０】 前記不活性ガスは、 前記鋳型に面状に吹き付けられることを特徴とする請求
項８に記載の方向性凝固鋳造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2001390542A JP2003191067A (ja) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | 方向性凝固鋳造装置、方向性凝固鋳造方法 |
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| EP02027598A EP1321208B1 (en) | 2001-12-21 | 2002-12-10 | Method and apparatus for directionally solidified casting |
| DE60201487T DE60201487T2 (de) | 2001-12-21 | 2002-12-10 | Verfahren und Vorrichtung zum Giessen mit gerichteter Erstarrung |
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|---|---|---|---|
| JP2001390542A JP2003191067A (ja) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | 方向性凝固鋳造装置、方向性凝固鋳造方法 |
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| EP (1) | EP1321208B1 (ja) |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014131816A (ja) * | 2012-11-06 | 2014-07-17 | Howmet Corp | 鋳造方法、装置及び製品 |
| JP2015167978A (ja) * | 2014-03-07 | 2015-09-28 | 三菱重工業株式会社 | 鋳造装置 |
| JP2017159338A (ja) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | 三菱重工業株式会社 | 鋳造装置 |
| CN108607973A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-02 | 山东省科学院新材料研究所 | 一种生成细长柱状晶凝固组织的铝合金铸造方法 |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030234092A1 (en) * | 2002-06-20 | 2003-12-25 | Brinegar John R. | Directional solidification method and apparatus |
| ATE353258T1 (de) * | 2003-11-06 | 2007-02-15 | Alstom Technology Ltd | Verfahren zum giessen eines gerichtet erstarrten giesskörpers |
| JP4882385B2 (ja) * | 2006-01-19 | 2012-02-22 | ヤマハ株式会社 | 熱電素子及び熱電モジュールの製造方法 |
| US20070277952A1 (en) * | 2006-05-30 | 2007-12-06 | Vulcan Engineering Company | Rapid localized directional solidification of liquid or semi-solid material contained by media mold |
| CN101104198B (zh) * | 2006-07-10 | 2011-11-16 | R·V·提拉克 | 直接冷铸铸模 |
| EP2060342A1 (en) * | 2007-11-19 | 2009-05-20 | General Electric Company | Liquid metal directional casting apparatus and process |
| US20100132906A1 (en) * | 2008-12-03 | 2010-06-03 | Graham Lawrence D | Method of casting a metal article |
| CN102069176B (zh) * | 2009-11-25 | 2012-10-03 | 中国科学院金属研究所 | 一种液态金属冷却定向凝固工艺 |
| CN101844222B (zh) * | 2010-05-28 | 2012-05-23 | 北京科技大学 | 一种可控温度梯度定向凝固装置及方法 |
| US8752611B2 (en) * | 2011-08-04 | 2014-06-17 | General Electric Company | System and method for directional casting |
| US20160325351A1 (en) * | 2013-12-30 | 2016-11-10 | United Technologies Corporation | Directional solidification apparatus and related methods |
| CN103736980B (zh) * | 2013-12-30 | 2015-10-28 | 西安交通大学 | 一种确定定向凝固铸造中铸型摆放角度的方法 |
| EP3099439B1 (en) | 2014-01-28 | 2020-04-01 | United Technologies Corporation | Casting apparatus and method for forming multi-textured, single crystal microstructure |
| DE102014113806B4 (de) | 2014-03-07 | 2019-10-24 | Ald Vacuum Technologies Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von DS/SC Gusskörpern |
| PL222793B1 (pl) * | 2014-03-13 | 2016-09-30 | Seco/Warwick Europe Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością | Sposób ukierunkowanej krystalizacji odlewów łopatek turbin gazowych oraz urządzenie do wytwarzania odlewów łopatek turbiny gazowej o ukierunkowanej i monokrystalicznej strukturze |
| CN104607619A (zh) * | 2015-02-09 | 2015-05-13 | 曾寿农 | 一种改善金属整体性能的方法 |
| FR3061722B1 (fr) * | 2017-01-09 | 2019-07-26 | Safran | Installation pour la fabrication d'une piece par mise en oeuvre d'un procede bridgman |
| CN107096908A (zh) * | 2017-07-07 | 2017-08-29 | 合肥工业大学 | 一种熔模铸造用浇注釜 |
| CN109371457B (zh) * | 2018-10-10 | 2021-06-22 | 深圳市万泽中南研究院有限公司 | 单晶铸件的定向凝固装置及制造设备 |
| CN112708930A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-27 | 东方电气集团东方汽轮机有限公司 | 一种提高定向凝固铸件温度梯度的铸造装置及方法 |
| CN112974777A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-06-18 | 深圳市万泽中南研究院有限公司 | 一种液态金属加热定向凝固装置及铸造方法 |
| CN114918403B (zh) * | 2022-04-26 | 2023-04-21 | 上海交通大学 | 用于调压精密铸造的热控装置和方法及铸造装置 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19539770A1 (de) | 1995-06-20 | 1997-01-02 | Abb Research Ltd | Verfahren zur Herstellung eines gerichtet erstarrten Gießkörpers und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens |
| DE19602554C1 (de) | 1996-01-25 | 1997-09-18 | Ald Vacuum Techn Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum gleichzeitigen Gießen und gerichteten Erstarren von mehreren Gußkörpern |
| US6206081B1 (en) * | 1999-05-04 | 2001-03-27 | Chromalloy Gas Turbine Corporation | Withdrawal elevator mechanism for withdrawal furnace with a center cooling spool to produce DS/SC turbine airfoils |
| US6209618B1 (en) | 1999-05-04 | 2001-04-03 | Chromalloy Gas Turbine Corporation | Spool shields for producing variable thermal gradients in an investment casting withdrawal furnace |
| RU2146185C1 (ru) * | 1999-07-27 | 2000-03-10 | Спиридонов Евгений Васильевич | Способ изготовления направленной кристаллизацией детали с монокристаллической структурой и устройство для его осуществления |
| RU2157296C1 (ru) * | 1999-10-12 | 2000-10-10 | Спиридонов Евгений Васильевич | Способ изготовления направленной кристаллизацией детали с монокристаллической структурой и устройство для его осуществления |
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-
2001
- 2001-12-21 JP JP2001390542A patent/JP2003191067A/ja not_active Withdrawn
-
2002
- 2002-11-25 CN CN02152824A patent/CN1426864A/zh active Pending
- 2002-11-27 US US10/305,196 patent/US6868893B2/en not_active Expired - Fee Related
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- 2002-12-10 DE DE60201487T patent/DE60201487T2/de not_active Expired - Fee Related
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014131816A (ja) * | 2012-11-06 | 2014-07-17 | Howmet Corp | 鋳造方法、装置及び製品 |
| JP2015167978A (ja) * | 2014-03-07 | 2015-09-28 | 三菱重工業株式会社 | 鋳造装置 |
| JP2017159338A (ja) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | 三菱重工業株式会社 | 鋳造装置 |
| WO2017155037A1 (ja) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | 三菱重工業株式会社 | 鋳造装置 |
| CN108607973A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-02 | 山东省科学院新材料研究所 | 一种生成细长柱状晶凝固组织的铝合金铸造方法 |
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