JPH01165744A - 真空容器用鋳鉄製品及びその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は真空容器用鋳鉄製品及びその製造方法に係り、
より詳しくは、高真空下でも放出ガス量が極めて少なく
、高真空雰囲気の真空度を保つのに有効な真空容器用鋳
鉄製品及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、真空容器殊に超高真空（圧力１０−’〜１０−”
Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ）容器は、そのほとんどがステンレス鋼
で構成されている。超高真空容器として最も手軽に使わ
れているのは軟鋼板５Ｓ４１や配管用鋼管５ＧＰＩであ
る。軟鋼板は表面処理によって放出ガスに差異があるが
、メタリコンやメッキなどの表面処理によってさびの発
生を防ぎ放出ガスを減少させることができる。

一方鋳鉄（ＦＣ材）は、軟鋼の素材面に比べて著しく放
出ガス量が多いと信じられており、油回転ポンプの構造
材料として以外には使われていない。（例えば、１９８
５年７月１日共立出版株式％式％ 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述したように従来、真空容器の構造材料は殆どステン
レス鋼が占め、鋳鉄は真空容器として使われていない。

これは鋳鉄が軟鋼の素材面に比べて著しく放出ガス量が
多く、１Ｏ−３Ｔｏｒｒより低い圧力を得ようとする真
空系に、部分的にせよ採用するときには、事前に放出ガ
ス量を実物についていちいち測定しなければならない（
上記文献参照）という先入観に基づく面も多分に考えら
れる。

事実、鋳鉄製品は、これを真空容器として使おうとした
場合１片状黒鉛を通路とする素材内部よりの放出ガスに
より十分な真空度が得られないことが考えられる。そこ
で本発明者らは、この点を改良すれば、従来のステンレ
ス鋼を構成材料とする高価な真空容器を、加工し易くか
つ複雑な形状品も作り易い鋳鉄でコスト的にも有利に提
供できることに着目した。

そこでまず、本発明に至った経緯について説明する。

鋳物は複雑形状品を作るのに適している。その中でも鋳
鉄は特に作り易い。何故ならば、凝固時の収縮がないか
らである。

鋼、アルミニウム、銅など鋳鉄以外の金属は凝固時に数
パーセントの収縮をする。そのため押湯を設けなければ
ならず、指向性凝固をさせるため湯口系の太さなど鋳造
方案が難しいと共に、製品の歩留りが良くない。

鋳鉄は凝固時に融体より黒鉛が析出し、これが黒鉛化膨
張現象となってあられれるので、金属の素地は通常の収
縮をするにも拘らず、全体として鋳物は収縮せず、この
ため押湯の必要は全くないなど、鋳造方案は極めて簡単
ですむ。したがって、製品歩留りも格段に良好で、例え
ば鋼が３０〜６０％の歩留りであるのに対し、鋳鉄は９
０〜９５％の高い歩留りを有する。

また、鋳鉄は被削性に優れている。高速切削が可能で切
込斌も多くすることができる。したがって、加工が迅速
でかつ所要経費も安い。

また、鋳鉄は熱伝導性に優れている。これは点在する片
状黒鉛の存在に依るものである。

さらに、鋳鉄は減衰特性が良好である。したがって、こ
の特性を応用して旋盤などの工作機械のベツドに使われ
ている防振性を欲する用途に歓迎される。

このように鋳鉄の長所は多いが、半面短所もいくつか挙
げられる。

第１に、鋳鉄は強度が低い、これは点在する片状黒鉛が
一種の欠陥として作用するからであり、曲げなどの応力
をかけた場合、黒鉛の先端から亀裂が伸長し、もって容
易に部品の破壊を招く。

第２に（特に真空容器に使う場合であるが）、鋳鉄品の
表面に油などの液体がかかった場合、黒鉛を通して内部
に吸収され易く、この異物除去は容易ではない。

第３に（これは第２とも関連があるが）、鋳鉄品を真空
下においた場合、黒鉛を通して内部の気体が放出され、
ベーキングによっても容易にクリーンすることはできな
い。

つまり鋳鉄は、こうした意味で、′汚れ易り″かつパ汚
れをとるのが困難″′な材質である。

第４に、上記第２、第３の理由により、鋳鉄にメッキな
どの表面処理を施した場合１片状黒鉛を流路として内部
のガスが放出され易いので、メッキにピンホールなどの
表面欠陥が発生し易い。

つまり鋳鉄は、メッキなどの高度な表面処理を施し難い
材質である。

第５に、鋳鉄同士、もしくは鋳鉄と鋼などの異種金属を
溶接することは不可能といえる。何故ならば、高温加熱
（１５００℃以上）によって、鋳鉄中の黒鉛が膨張する
ことによる割れの発生及び表面の黒鉛の存在により、溶
接強度が得られないためである。

この点、球状黒鉛鋳鉄（以下、ダクタイル鋳鉄という。

）は、黒鉛形状が球状であるため高強度が得られる共に
、上述した鋳鉄（以下、普通鋳鉄という。）が有する第
２〜第５の欠陥を具有しないか、もしくはその程度が軽
いなどの特徴？有する。この理由は、ダクタイル鋳鉄の
場合（当然のことながら）、黒鉛が球状であることに起
因する。

すなわち、球状であるため、切かき効果をもたらさず１
部品に応力がかかっても黒鉛部から亀裂が発生すること
はない。

また（この点は後述するように本発明における最も大き
なポイントとなるが）、黒鉛が球状であるため黒鉛同士
が相互に孤立しており、したがって、これを流路とする
外部からの液体やガスの部品内部への浸入もない。

さらに、同じ理由により、外部に向かって内部からガス
や流体が浸出することもない。

その意味で、普通鋳鉄に比べ、ダクタイル鋳鉄は、“汚
れに＜＜″、゛汚れをおとし易い”材質であるといえる
。反面、作り易いなどの普通鋳鉄の長所は、ダクタイル
鋳鉄では、かなりの程度失われる。

このように普通鋳鉄とダクタイル鋳鉄は、鋳鉄というジ
ャンルの中に含まれているにも拘らず互いに相反する特
性を有している。

そこで１本発明者らは、この両者を組合わせることによ
って互いの長所のみを利用することに着目した。

この両者の組合せの態様及びその具体的方法は数多く考
えられる。例えば、内部を普通鋳鉄、表面部をダクタイ
ル鋳鉄とする組合せ、或いは内部をダクタイル鋳鉄、表
面部を普通鋳鉄とする組合せなどもその例である。

本発明者らは、これらの組合せについて検討した結果、
前者の内部を普通鋳鉄、表面部をダクタイル鋳鉄とする
組合せが最も好ましいことを見出し、これについて更に
検討の結果本発明に到達したものである。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その
目的は、高真空下でも放出ガス量が極めて少なく、高真
空雰囲気の真空度を保つのに有効な真空容器用鋳鉄製品
及びその製造方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、真空容器用鋳鉄製
品を１表面層のみ黒鉛が球状化している構成とし、また
その製造方法を、鋳鉄製品を鋳造するにあたり、まず鋳
型の内面に黒鉛球状化剤を塗布し、次いで該鋳型内に鋳
鉄溶湯を鋳込むことによって表面層のみ黒鉛を球状化す
る構成としたものである。

〔作用〕

かかる構成においては、表面層のみ黒鉛が球状化され、
内部は片状黒鉛となる。したがって表面層の黒鉛は球状
であり互いに孤立しているので内部の片状黒鉛の流路と
はなりえず、このため高真空下でも放出ガス量が極めて
少なく、高真空雰囲気の真空度を保つのに極めて有効と
なる。

そして、このような鋳鉄製品は鋳型の内面に黒鉛粒状化
剤を塗布したのち、鋳鉄溶湯を鋳込むことにより効率良
く製造される。即ち、まず鋳型の内面に黒鉛球状化剤を
塗布し、次いでその訪型内に鋳鉄溶湯を鋳込む巧みな組
合せとしたので１球状他剤塗布層の選定により所望の表
面層の黒鉛を球状化できると共に、表面層のみ黒鉛が球
状化されることにより普通鋳鉄とダクタイル鋳鉄の長所
のみを備えた真空容器用鋳鉄製品を効率良くかつコスト
的にも有利に得ることが可能となる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、本発明に係る真空容器用鋳鉄製品から説明する。

第１図は本発明に係る真空容器用鋳鉄製品の一例を模式
的に示す縦断面図、第２図はその外面にメッキが施され
た真空容器用鋳鉄製品の要部を模式的に示す拡大縦断面
図である。これらの図において、１は鋳鉄素材、２は球
状化黒鉛、３は片状黒鉛、４はメッキ層である。

第１図に示すように、本実施例の鋳鉄製品は表面層（例
えば、表面から深さ１〜２ｍ程度）のみ黒鉛を球状化黒
鉛２とし、内部は片状黒鉛３となっている。

したがって、本実施例の鋳鉄製品は、真空下で使用した
場合１表面層の黒鉛は球状であり互いに孤立しているの
で内部の片状黒鉛のガス流路とはなりえず、真空雰囲気
の真空度を保つのに有効である。

また、外力が加わった場合、（亀裂は表面より内部に到
達するわけであるから）表面層の球状黒鉛は亀裂の出発
点とはなりにくいので、部材としては極めて高強度であ
る。

さらに、表面層以外は片状黒鉛であるから全体としては
、凝固時の収縮はないといえるので、普通鋳鉄と同様極
めて作り易く、また減衰特性も失われない。

このように本実施例の鋳鉄製品は、普通鋳鉄とダクタイ
ル鋳鉄の長所のみを備えたものとすることができる。

したがって、種々の用途への適用が可能であるが、その
一つとして真空容器へ適用する場合の鋳鉄製品の好まし
い構成を第２図に示す。

第２図の鋳鉄製品は球状化黒鉛２からなる表面層の外面
にメッキ層４を設けたものである。

前述したように、鋳鉄品の内部の黒鉛は片状であるが、
表面層の黒鉛は球状化されている。

したがってメッキする場合、事前のベーキングによって
表面層のガスは放出されるので、メッキ過程においても
素材内部よりガス発生はない。このため、メッキ層にピ
ンホールなどの欠陥は発生せず、健全なメッキ層が得ら
れる。

また、真空下で使用した場合、表面層の黒鉛は球状であ
り互いに孤立しているので内部の片状黒鉛のガス流路と
はなりえない。このことは上記外面のメッキ層が健全で
あることとも相俟って、高真空雰囲気の真空度を保つの
に極めて有効である。

次に、以上のように構成される真空容器用鋳鉄製品の製
造方法を第３図に基づいて説明する。

まず、フィルタ５ａ、吸引口５ｂを備えた吸気箱５の上
に枠体８を設け、この中に図示しない方法で鋳型材７を
充填し、鋳型キャビティ６を形成させる。

この鋳型キャビティ６には、粘結剤で溶いた黒鉛球状化
剤（Ｆｅ−８ｉ−Ｍｇ粉末）をコーティングしてコーテ
ィング層６ａを形成させる。

次いで、湯口部より鋳鉄溶湯１０をこの鋳型キャビティ
６内に注入する。

注入された鋳鉄溶湯１０は、球状化剤コーティング層６
ａと反応し多量のガスが発生するが、鋳込開始と同時に
吸引口５ｂより図示しない真空ポンプを用いて吸引する
ので１球状化に伴う発生ガスは効果的に型外に排出され
る。

このようにして、表面層のみ黒鉛が球状化した鋳鉄製品
が得られる。得られた鋳鉄製品には、必要に応じてその
外面にメッキ（例えば無電解Ｎｉメッキ）が施される。

次に、本発明に係る真空容器用鋳鉄製品の有効性を具体
例により説明する。

〔実施例〕

試料として、鋳鉄（ト”Ｃ２５）、ダクタイル鋳鉄（Ｆ
ｅ１２）、軟鋼（ＳＣＭ）、表面ダクタイル化鋳鉄（本
発明品）の夫々について表面処理（Ｎｉメッキ）なし、
ありのものを準備し、スループット法により、高真空下
において試料から放出されるガス屋を測定した。測定結
果は表１のとおりであった。

表１、放出ガス’ｈｃ　（Ｔｏｒｒｌ／ｓｅｅ、ｆｆ１
）ガス放出量が最も多く、ダクタイル鋳鉄はこれについ
でおり、軟鋼は最もガス放出量が少ない。表面ダクタイ
ル化鋳鉄は、ダクタイル鋳鉄より僅がガス放出量が多い
。鋳鉄のガス放出量が多い理由は、黒鉛形状が片状であ
り、かつ相互に接触しているためである。

これに対し、母材表面にＮｉメッキを施したものは、メ
ッキなしのものに比べ全て、ガス放出量が少なくなる傾
向が認められる。

以上により、表面をダクタイル化することにより鋳鉄の
放出ガス量を減少させるという本発明の有効性は明らか
である。

〔発明の効果〕

以上説明したことから明らかなように、本発明は以下の
効果を奏するものである。

真空容器用鋳鉄製品の発明においては、表面層の黒鉛が
球状であり互いに孤立しているので内部の片状黒鉛の流
路とはなりえなず、このため高真空下でも放出ガス量が
極めて少なく、高真空＃ｌｌｌ＃気の真空度を保つのに
極めて有効なものとすることができる。

真空容器用鋳鉄製品の製造方法の発明においては、まず
鋳型の内面に黒鉛球状化剤を塗布し１次いでその鋳型内
に鋳鉄溶湯を鋳込む巧みな組合せとしたので、球状他剤
塗布層の選定により所望の表面層の黒鉛を球状化できる
と共に１表面層のみ黒鉛が球状化されることにより普通
鋳鉄とダクタイル鋳鉄の長所のみ備えた真空容器用鋳鉄
製品を効率良くかつコスト的にも有利に得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る真空容器用鋳鉄製品の一例を模式
的に示す縦断面図、第２図はその外面にメッキが施され
た真空容器用鋳鉄製品の要部を模式的に示す拡大縦断面
図、第３図は本発明を実施して真空容器用鋳鉄製品を製
造している状態を示す縦断面図である。 ｌ・・・鋳鉄素材、　　　２・・・球状化黒鉛、３・・
・片状黒鉛、　　　４・・・メッキ層、５・・・吸気箱
、　　　　６・・・鋳型キャビティ、７・・・鋳型材、
　　　１０・・・鋳鉄溶湯。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面層のみ黒鉛が球状化していることを特徴とす
   る真空容器用鋳鉄製品。
2. （２）前記表面層の外面にメッキが施されている特許請
   求の範囲第１項記載の真空容器用鋳鉄製品。
3. （３）鋳鉄製品を鋳造するにあたり、まず鋳型の内面に
   黒鉛球状化剤を塗布し、次いで該鋳型内に鋳鉄溶湯を鋳
   込むことによって表面層のみ黒鉛を球状化することを特
   徴とする真空容器用鋳鉄製品の製造方法。
4. （４）前記鋳込み過程において鋳型全体を減圧し、球状
   化反応によって発生するガスを鋳造品の外部に逸散させ
   る特許請求の範囲第３項記載の真空容器用鋳鉄製品の製
   造方法。