JPH04221055A - 吹付成形用の融解装置 - 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】

【０００１】

【発明の背景】本発明は、吹付成形現場に溶融金属の流
れを供給するために役立つ装置に関するものである。

【０００２】更に詳しく言えば本発明は、金属を融解し
かつ吹付成形装置のガス噴霧部に溶融金属の流れを供給
するために役立つ装置に関する。

【０００３】吹付成形法は、公知のごとく、溶融金属の
供給源を用意し、そして噴霧ガスの流路中に溶融金属の
流れを導入することによって実施される方法である。そ
の際、噴霧ガスは溶融金属の流れを粉砕して多数の微小
な液滴を形成する。吹付成形法はこれらの液滴が飛行し
ながら固体粒子に変わる前にそれらの飛行を遮断する過
程を含むものであって、液滴が支持面に衝突して凝固す
る現象に基づいている。このような吹付成形法は十分に
確立された技術であって、この方法により形成された付
着層からは各種の製品を製造することができるのである
。

【０００４】溶融金属の流れを得るためには、通例、注
ぎ口を通してるつぼの上部から溶融金属を流し出すか、
あるいは適当な開口を通してるつぼの底部から溶融金属
を流し出すことが必要である。特に高融点金属の場合、
上記のごとき溶融金属はるつぼが極めて高い融点を有す
る材料で形成されていることを要求するのであって、こ
のようなるつぼ用の材料としては必然的にセラミックが
選択されるのが通例である。

【０００５】セラミック製るつぼの使用に由来する１つ
の問題点は、熱衝撃あるいは摩耗や類似の機序により、
小さなセラミック粒子がるつぼから流出する溶融金属の
流れの中に入り込み、そして吹付成形法により製造され
る製品中に混入する恐れがあることである。吹付成形法
によって製造された製品中にかかる粒子が存在すること
がもたらす問題は、それが亀裂の発生および成長の開始
部位となり得ることである。高応力条件下で使用するた
めに製造された製品においては、セラミック粒子のごと
き異物が亀裂の発生部位として作用し得ることは広く認
められている。たとえば、毎分１２０００回以上の速度
で回転する航空機エンジンの可動部品中に上記のごとき
粒子が埋込まれていると、そのような大きい応力が生じ
ることがある。装置の静止部品および大きい応力を受け
ない部品においては、亀裂の発生および成長はそれほど
危険ではない。ところで、セラミックで内張りされた装
置の場合、セラミックの薄片または粒子が容器から分離
して溶融金属の流れの中に侵入する時期を正確に決定す
ることは困難であるという問題が存在する。上記および
その他の理由により、極めて清浄な融解装置の開発が多
くの研究者や金属供給業者の関心を集めてきたのであっ
て、近年におけるこの分野の研究活動は活発化している
。このような努力は、融解サイクルにおいて生じたセラ
ミック不純物が鋳造または吹付成形サイクルに入り込む
可能性を有する部品から亀裂開始部位を実質的に低減も
しくは排除することに向けられてきた。

【０００６】セラミック不純物は、それを含有する母体
金属溶融物よりも低い密度を有する場合の多いことが認
められている。このような理由に基づけば、溶融金属の
上部注入加工を回避することによって利益が得られるこ
とになる。なぜなら、セラミック粒子はるつぼの底部か
ら流出する溶融金属に比べてるつぼの上部から流出する
溶融金属中に含有されることが多いからである。セラミ
ック粒子は溶融金属の上部に集合する傾向があるとは言
え、溶融金属の流動または誘導による電力供給に伴う攪
拌作用のため、全てのセラミック粒子が溶融金属の上部
に存続するとは限らない。また、亀裂を生じたるつぼあ
るいはノズルとるつぼとを結合するために使用されたセ
メントから分離した粒子は、るつぼの底部に設けられた
ノズルから流出する溶融金属の流れの中にも混入するこ
とがある。このような理由に基づき、本発明者が開発し
た装置は実質的にセラミックを含まないものとなってい
る。

【０００７】アメリカ合衆国オハイオ州デイトン市所在
のデュライアン・カンパニー（Ｄｕｒｉｒｏｎ　Ｃｏｍ
ｐａｎｙ，　Ｉｎｃ．）　の研究者であるディー・ジェ
イ・クロニスター、エス・ダブリュー・スコット、ディ
ー・アール・スティックル、ディー・エイロンおよびエ
フ・エイチ・フローズ（Ｄ．Ｊ．　Ｃｈｒｏｎｉｓｔｅ
ｒ，　Ｓ．Ｗ．　Ｓｃｏｔｔ，　Ｄ．Ｒ．　Ｓｔｉｃｋ
ｌｅ，　Ｄ．　Ｅｙｌｏｎ＆　Ｆ．Ｈ．　Ｆｒｏｅｓ）
は、「チタンおよびその他の反応性合金の誘導スカル融
解法」と称する論文をジャーナル・オブ・メタルズ（Ｊ
ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌｓ）　の１９８６年９
月号に発表した。この論文中には、反応性合金用の誘導
融解るつぼが記載されかつ論議されている。この事実に
基づけば、セラミックを含まない融解装置はデュライア
ン・カンパニーを通じて利用可能であると言うことがで
きる。本発明は、デュライアン・カンパニーのスカル融
解方法および装置を更に改良した方法および装置を提供
するものである。

【０００８】溶融金属の流れを制御下で噴霧し、そして
吹付成形法によりそれを基体上に付着させるためには、
所定の内径を有するノズル中に溶融金属の流れを通過さ
せることが必要である。

【０００９】

【発明の概要】本発明の目的の１つは、所定の直径を有
する液体金属の流れを形成するための方法を提供するこ
とにある。

【００１０】また、噴霧区域に供給される液体金属の流
れが所定範囲内の直径を有するように調整するための手
段を提供することも本発明の目的の１つである。

【００１１】更にまた、液体金属の流れの直径を制御し
得るような装置を提供することも本発明の目的の１つで
ある。

【００１２】本発明のその他の目的は、以下の説明を読
むことによって自ら明らかとなろう。

【００１３】本発明に従って一般的に述べれば、液体金
属の供給源と、磁気ノズルの作用を受けさせるために液
体金属の流れを該ノズルに導くための手段とが用意され
る。このようなノズルの内部には、電気的要素の組合せ
によって高密度磁束が発生される。かかる電気的要素の
第１のものは、複数回のらせん状巻線を有する一次誘導
コイルである。二次誘導コイルは単一の巻線を有してい
る。かかる二次誘導コイルは２個の連結されたスリーブ
から成っている。第１のスリーブは高さおよび直径の点
で第２のスリーブより大きく、かつ一次誘導コイルから
発生する磁束の作用を受けるように一次誘導コイルを包
囲している。第２のスリーブは磁気ノズルとして役立つ
ものであって、高さおよび直径の点で第１のスリーブよ
り小さく、かつそれから離隔している。それぞれのスリ
ーブの互いに向かい合った壁面部分には、軸方向に沿っ
て整列したスリットが設けられている。これらのスリー
ブは、第２のスリーブの高さに近似した高さを有する１
対の互いに平行な条導体によって連結されている。磁気
ノズルとして役立つ第２のスリーブは円錐形の内面を有
していて、それの下端には第２のスリーブを通過する液
体金属の流れの所望の直径よりも僅かに大きい直径を有
する開口が設けられている。一次誘導コイル中に磁束が
発生すると、液体金属の流れが通過する第２のスリーブ
の軸線に沿って高密度磁束が発生することになる。その
結果、厳密な許容差をもって液体金属の流れの横方向寸
法を制御することができると共に、液体金属の流れを第
２のスリーブの開口の中心に配置することができる。

【００１４】添付の図面を参照しながら以下の詳細な説
明を読めば、本発明は一層明確に理解されよう。

【００１５】

【発明の詳細】本発明によって提供される装置および方
法の主たる機能の１つは、公知の吹付成形技術を用いて
寸法のより大きい製品を製造するため、比較的多量の液
体金属を吹付成形装置に連続的に供給することにある。 従来、セラミック容器内において一定量の金属を誘導加
熱により加熱するか、あるいは前記の「発明の背景」に
おいて引用されたジャーナル・オブ・メタルズ誌収載の
論文中に概説されているような容器内で金属を加熱する
ことによって融解が行われる場合には、吹付成形される
製品の寸法は融解装置の能力によって制限されてきた。 本発明の装置および方法によって達成し得ることは、液
体金属の流れを支持面上に予備成形物として付着させる
ための吹付成形装置に（チタンやジルコニウムのごとき
反応性金属を含めた）金属を連続的に供給することであ
る。たとえば、本発明の装置および方法を採用した場合
には、従来の方法によって使用可能な量を越える多量の
金属を使用することができ、それによって厚さおよび長
さの大きい予備成形物をマンドレル上に形成することが
できるのである。

【００１６】以下、添付の図面を参照しながら本発明の
装置および方法を説明しよう。

【００１７】先ず図１を見ると、本発明の実施の一態様
に基づく装置１０の斜視図が示されている。本発明の装
置を構成する主な要素としては、複数回のらせん状巻線
を有する一次誘導コイル１２と、かなり特異な形状を有
する二次誘導コイル１４とが挙げられる。見方を変えれ
ば、二次誘導コイル１４は複数巻線の一次誘導コイル１
２に対する単一巻線の二次誘導コイルを成している。か
かる単一巻線の二次誘導コイル１４は、２個の条導体２
０および２２によって連結された２個のスリーブ１６お
よび１８から成っている。これら２個のスリーブのうち
、大きい方のスリーブ１６は複数巻線の一次誘導コイル
１２を実質的に包囲している。これらの要素の関係は、
図２および３を参照することによって一層明確に理解さ
れよう。なお、図面全体を通じ、装置の同じ部品は同じ
参照番号によって表わされている。

【００１８】次に、図２および３に関連して説明すれば
、一次誘導コイル１２はスリーブ１６の内部の中心に配
置されていることがわかる。スリーブ１６の側面には、
それの全長にわたって伸びるスリット３０が設けられて
いる。なお、スリット３０はスリーブ１８と向かい合っ
たスリーブ１６の側面部分に存在している。同様に、ス
リーブ１６と向かい合ったスリーブ１８の側面部分は、
それの全長にわたって伸びるスリット３２が設けられて
いる。これら２個のスリーブは、２個の平行な条導体２
０および２２によって電気的に連結されている。 なお、これらの条導体２０および２２は、スリーブ１６
および１８にそれぞれ設けられたスリット３０および３
２の幅に等しい距離だけ離隔している。スリーブ１８の
内面は、漏斗３４を成すように成形されている。更にま
た、かかる漏斗の下端には複数の溝３６が刻まれており
、それによってスリーブ１８の下端に概して星形の開口
４０が形成されている。このような溝３６は、スリーブ
１８の下部において高密度磁束を発生するように配置さ
れている。

【００１９】一次誘導コイル１２に電流が供給されると
、この一次誘導コイル１２中に磁束が発生し、その結果
としてスリーブ１６中には強い電流が誘起される。スリ
ーブ１６中に強い電流が流れると、磁束集中用スリーブ
１８の位置には高密度磁束が発生する。上記のごとき溝
３６は、磁束集中用スリーブ１８を通って下方に流れる
液体金属の流れに作用する高密度磁束の強度を調節する
ように設計されている。

【００２０】磁束集中用スリーブ１８は、高密度磁束に
対して二重の作用を及ぼす。

【００２１】磁束集中用スリーブ１８の第１の作用は、
液体金属の融解を助けて液体金属の連続した流れを維持
し、かつ液体金属の流れの流量を均等化することにより
、液体金属が破線状または液滴状を成して落下しないよ
うにすることである。本発明の装置によれば、液体金属
の流れは磁束集中用スリーブ１８の中心を通る連続した
流れの状態に維持され、そしてそれの直下に位置する噴
霧区域に供給されるのである。

【００２２】磁束集中用スリーブ１８の第２の作用は、
それの下端に規定された開口４０の中心に液体金属の流
れを正確に配置することである。すなわち、液体金属の
流れは磁束集中用スリーブ１８の軸線に沿って流れるこ
とが望ましい。液体金属の流れが軸線に沿って流れない
場合には、磁束集中用スリーブ１８が液体金属の流れに
作用してそれの方向を変え、それによって磁束集中用ス
リーブ１８のちょうど中心を通るように液体金属の流れ
を導くのである。

【００２３】図１にはまた、液体金属の流れを噴霧する
ための手段も示されている。すなわち、図示のごとき位
置に２個のガスノズル４２および４４が配置されている
結果、液体金属の流れ４６はガスの噴流によって粉砕さ
れ、そして円錐形を成して広がる金属の液滴４８を生じ
る。これらの液滴４８は支持面に接触して急速に凝固す
る。図１に示された支持面はマンドレル５０から成って
いる。かかるマンドレル５０を回転させながら軸方向に
移動させることにより、下方に向けて噴霧された液体金
属の流れには絶えず新しい表面が向けられる。その結果
、マンドレル５０が矢印によって示されるごとく左方に
移動するのに伴い、マンドレル５０の表面上には予備成
形物５２が得られることになる。本発明の装置および方
法を採用した場合には多量の液体金属を供給することが
できるため、実質的に大きい重量または体積の金属から
成る予備成形物が得られることに注目すべきである。 かかる予備成形物は極めて規則正しい形状を成して形成
されると共に、吹付成形操作を実施する時間に応じた長
さを有することになる。

【００２４】磁束集中用スリーブ１８に対する金属の供
給について述べれば、図１に示された実施の態様におい
ては下降する金属棒５４が使用される。かかる金属棒５
４は、心棒５８上に取付けられかつ駆動手段（図示せず
）によって作動される１組のローラ５６により、所定の
速度で下方に移動させられる。ローラ５６の作用下で下
方に移動する金属棒５４が高エネルギーの高周波電流の
流れるコイル６０中を通過する結果、コイル６０内の金
属棒は加熱される。その際、金属棒５４は融点の直下の
温度にまで加熱される。次いで、金属棒５４は磁束集中
用スリーブ１８の漏斗３４を通過する間に融解され、そ
して磁束集中用スリーブ１８の下端に設けられた開口４
０に入ることになる。

【００２５】あるいはまた、より一般的な方法で液体金
属を供給することもできる。すなわち、磁束集中用スリ
ーブ１８に入る金属が到達の時点で液体であるようにし
て供給することもできるのである。このような場合でも
、磁束集中用スリーブ１８は液体金属の流れの横方向寸
法（特に横断面積）を調節する機能を果たすと共に、そ
れを通過する液体金属の流れの流量を調節する機能を果
たすわけである。かかる通常の形態の液体金属は、前記
の「発明の背景」において引用されたジャーナル・オブ
・メタルズ誌収載のデュライアン・カンパニーの論文中
に記載のごときものであればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一態様に基づく装置の部分切欠
き斜視図である。

【図２】図１に示された装置の一部分の部分断面立面図
である。

【図３】図２に示された装置部分の上面図である。

【符号の説明】

１２　　一次誘導コイル １４　　二次誘導コイル １６　　第１のスリーブ １８　　第２のスリーブ ２０　　条導体 ２２　　条導体 ３０　　スリット ３２　　スリット ３４　　漏斗 ３６　　溝 ４０　　開口 ４２　　ガスノズル ４４　　ガスノズル ４６　　液体金属の流れ ４８　　金属の液滴 ５０　　マンドレル ５２　　予備成形物

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　（ａ）　液体金属の供給源、（ｂ）　
   磁気ノズルの作用を受けさせるために前記液体金属の流
   れを前記磁気ノズルに導く手段、（ｃ）複数回のらせん
   状巻線を有する一次誘導コイル、および（ｄ）　単一の
   巻線を有する二次誘導コイルから構成されていて、前記
   二次誘導コイルは２個の連結されたスリーブから成り、
   高さおよび直径のより大きい第１のスリーブは前記一次
   誘導コイルを包囲しており、高さおよび直径のより小さ
   い第２のスリーブは前記第１のスリーブから離隔してお
   り、前記第１および第２のスリーブの互いに向かい合っ
   た壁面部分には軸方向に沿って整列したスリットがそれ
   ぞれ設けられており、前記第１および第２のスリーブは
   前記第２のスリーブの高さに近似した高さを有する１対
   の平行な条導体によって連結されており、かつ前記第２
   のスリーブは円錐形の内面を有すると共に、前記第２の
   スリーブの端にはそれを通過する前記液体金属の流れの
   所望の直径より僅かに大きい直径を有する開口が設けら
   れていて、前記第２のスリーブの軸線に沿って高密度磁
   束が発生することにより、前記第２のスリーブは磁気漏
   斗の役割をして、それを通過する前記液体金属の流れの
   寸法を制御することを特徴とする、厳密に規定された横
   方向寸法を有する液体金属の連続した流れを得るための
   装置。
2. 【請求項２】　　前記第１および第２のスリーブが互い
   に平行でありかつ横方向に離隔している請求項１記載の
   装置。
3. 【請求項３】　　前記一次誘導コイルの巻数は前記一次
   誘導コイルおよび前記二次誘導コイルのインピーダンス
   整合を最適化するように選ばれている請求項１記載の装
   置。
4. 【請求項４】　　前記第２のスリーブの前記円錐形の内
   面には、それの内部に磁束を集中させるために軸方向の
   溝が設けられている請求項１記載の装置。
5. 【請求項５】　　前記第１および第２のスリーブが互い
   に並列した状態で平行に配置されており、かつ両者間の
   連結は横方向の連結である請求項１記載の装置。