JP2928367B2

JP2928367B2 - 鋳造材料の鋳込み装置及びその鋳込み方法

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Publication number: JP2928367B2
Application number: JP25938090A
Authority: JP
Inventors: 勲松本
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: DKK Co Ltd
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1999-08-03
Anticipated expiration: 2014-08-03
Also published as: JPH04138865A

Description

【発明の詳細な説明】 a. 産業上の利用分野本発明は、金属等の鋳造材料の鋳込み装置及びその鋳
込み方法に係り、特に、チタンやチタン合金等の如き高
温活性が極めて高い金属材料の鋳込み装置及びその鋳込
み方法に適用して好適なものである。

b. 従来の技術チタンやチタン合金等の如き金属材料は高温において
極めて活性であり、活性なガスと反応し、溶融状態では
ほとんどの耐火物（酸化物系、炭化物系、窒化物系およ
び黒鉛等）がこの種の溶解金属に対して反応を起こす。
このため、チタン溶解溶のるつぼとして使用できるの
は、溶融金属（溶湯）と反応を生じにくい水冷式の金属
製のものが考えられる。具体的には、銅製のるつぼを溶
いると共に、加熱手段として高周波誘導加熱コイルを利
用するようにした鋳込み装置が従来より提案されてい
る。

第８図はこの種の従来の装置の要部を示すものであっ
て、同図において、１は有底円筒形状をなす水冷式の銅
製のるつぼ、２はこのるつぼ１の円筒状側壁部1aを取り
囲むように配置された高周波誘導加熱コイル、３はるつ
ぼ１の内部に形成された冷却水通路、４は鋳造（チタン
等の金属から成る）材料（溶湯）である。上述のるつぼ
１には半径方向に沿って放射状に延びる複数のスリット
（図示せず）が形成されており、これらのスリットを通
して高周波誘導加熱コイル２にて鋳造材料４が誘導加熱
されて溶解されるようになっている。

かくして、銅製のるつぼ１内に鋳造材料４を入れて真
空雰囲気中で高周波誘導加熱コイルにより誘導加熱して
溶解すると、第８図に示す如く、溶解した鋳造材料は電
磁力の作用にてるつぼ１の内面に接触することなく、溶
湯５を形成する。このため、鋳造材料４はるつぼ１との
間で反応を生じることなく溶融状態が保持されることと
なる。そして、その状態の下で十分な精製、脱ガスを行
なって溶湯５の品質向上を図った後に、るつぼ１の軸心
を鉛直方向から水平方向に向けて傾けることにより、る
つぼ１内の溶湯５を所定の鋳型（図示せず）に注入して
鋳造を行なうようにしていた。

c. 発明が解決しようとする課題上述の如き従来の鋳込み装置及びその装置を用いた鋳
込み方法では、るつぼ１を傾けながら溶湯５を鋳型に注
入するようにしていたため、溶湯５の注入時間が長くな
り、その結果、溶湯５を注入する間に温度低下を来たす
こととなる。このような場合には溶湯５の鋳込み始めと
終りとで溶湯５の温度に差を生じ高品質の鋳造製品を得
ることができないという問題点がある。

また、るつぼ１を傾倒する際には高周波誘導加熱コイ
ル２への通電を断つ必要があるため、傾倒時には溶湯５
に電磁力が作用せず、従って、溶湯５がるつぼ１の内面
に接触して相当量の凝固した鋳造材料４が付着状態でる
つぼ１内に残存してしまう問題点がある。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであ
って、その目的は、極めて簡単な構成でありながら、る
つぼ内の溶湯を温度の低下を来たすことなく瞬時に鋳型
内に鋳込むことができ、しかも、つるぼの内部に残存す
る凝固した鋳造材料の量を極力少なくすることができる
ような鋳造材料の鋳込み装置及びその鋳込み方法を提供
することにある。

d. 課題を解決するための手段上述の目的を達成するために、本発明に係る鋳造材料
の鋳込み装置では、（ａ）半径方向に沿って放射状に延びる複数のスリッ
トが形成された円筒状側壁部と、鋳造材料が載置される
底壁部とを互いに分割して成る金属製のるつぼと、（ｂ）前記るつぼの円筒状側壁部を取り囲むように配
置される高周波誘導加熱コイルと、（ｃ）前記るつぼの底壁部を前記円筒状側壁部から分
離するための駆動機構と、（ｄ）前記るつぼの底壁部の鉛直下方箇所に配置され
た鋳型と、をそれぞれ設けるようにしている。

また、本発明に係る鋳造材料の鋳込み方法では金属製
のるつぼ内に鋳造材料を収容して高周波誘導加熱コイル
に通電することにより、前記るつぼの円筒状側壁部に形
成された複数のスリットを通して前記鋳造材料を誘導加
熱して溶解し、しかる後に、前記るつぼの軸心に向かう
方向の電磁力が溶湯に作用している状態の下で、前記る
つぼの底壁部を前記円筒状側壁部から分離することによ
って前記溶湯を鉛直下方に瞬時に落下せしめて鋳型に注
入するようにしている。

以下、本発明の実施例に付き第１図〜第７図を参照し
て説明する。

第１図〜第５図は本発明に係る鋳造材料の鋳込み装置
の第１実施例を示すものであって、本例においてはコー
ルド・クルーシブルと称されている冷却式のるつぼ10が
用いられている。このるつぼ10は、チタンやチタン合金
等の如き高温活性の高い鋳造材料と反応しないように、
熱伝導率の高い銅を素材とするものであって、第１図及
び第３図に示すように、円筒状側壁部11と、この円筒状
側壁部11の下端に配置された底壁部12とから構成されて
いる。そして、上述の円筒状側壁部11と底壁部12とは互
いに分離可能に分割されており、円筒状側壁部11には半
径方向に沿って放射状に延びる複数のスリット13が等間
隔に形成されている。なお、これらのスリット13は円筒
状側壁部11の上端面から底壁部12の付近にまで互いに平
行状に形成され、これによって、るつぼ10の円筒状側壁
部11は、第１図及び第２図に示す如く、複数の扇形状の
セグメント14にて実質的に１つの円筒部が構成されてい
る。そして、るつぼ10の円筒状側壁部11の囲りには、そ
の外周に対して僅かな間隔を置いてこの側壁部11を取り
囲むように複数巻きの高周波誘導加熱コイル15が第２図
に示す如く同心状に対応配置されている。

また、るつぼ10の側壁部12には、第４図に示すよう
に、外周から中心まで延びる一本のスリット16が形成さ
れ、その中心部分には小径の開孔17が設けられている。
これにより、底壁部12には第４図において矢印ａで示す
方向に誘導電流が流れるように構成されている。

さらに、上述の円筒状側壁部11及び底壁部12の内部に
は冷却水通路（図示せず）がそれぞれ設けられており、
冷却水用のインレットパイプ18、アウトレットパイプ19
を順次通って流される冷却水により、るつぼ10が冷却さ
れるように構成されている。

また、本例の装置には、るつぼ10の底壁部12を回動す
る駆動機構20が設けられている。この駆動機構20は、第
４図に示すように、一対の支持基板21a,21bを備えてお
り、この支持部板21a,21b間には切欠き部22を有するス
ライド板23が配設されている。すなわち、第４図及び第
５図に示すように、一方の支持基板21aにはガイド板24
が溶接にて固着され、このガイド板24にスライド板23の
二股状先端部23aが摺動自在に挟着されると共に、スラ
イド板23は他方の支持基板21bに取付けられたアクチュ
エータ25の作動ロッド25aにて第４図で矢印ｂ方向にス
ライドされるように構成されている。

一方、るつぼ10の底壁部12に連結された銅製の冷却水
用のインレットパイプ18及びアウトレットパイプ19には
絶縁板28,29をそれぞれ介してステンレス製の冷却水パ
イプ30,31が接続され、これらの冷却水パイプ30,31の屈
曲部30a,31aが互いに逆向きに向けられて同一軸線上に
一直線に配置されている。そして、これらの屈曲部30a,
31aの先端部分は前記一対の支持基板21a,21bに貫通され
て軸受32,33にてその軸線を中心に回転自在に支持され
ている。さらにこれらの屈曲部30a,31aはロータリジョ
イント34,35を介して冷却水パイプ36,37にそれぞれ接続
されている。

さらに、前記冷却水パイプ30,31の屈曲部30a,31aの接
合部分には、溶接等にて１本の係合ピン38が固設されて
いる。なお、この係合ピン38は、スライド板23の切欠き
部22の移動軌跡上に配設されており、通常時（底壁部12
が円筒状側壁部11の底部として配置されている時）には
係合ピン38がスライド板23に係合して底壁部12の回動が
阻止された状態で保持されるように構成されている。

次に、上述の鋳込み装置を用いて、鋳造材料（例え
ば、チタン合金等）を鋳込む方法につい述べる。

まず、るつぼ10を高周波誘導加熱コイル15で取囲まれ
た領域内に配置し、るつぼ10の底壁部12上に鋳造材料40
を載置する。しかる後置に、高周波誘導加熱コイル15に
高周波電流（Jo）を供給する。これに伴い、高周波電流
（Jo）が作る磁束（Ｂ）がるつぼ10の円筒状側壁部11の
スリット13を通って鋳造材料40に作用し、鋳造材料40に
誘導電流（Je）が流れる。これにより、鋳造材料20はジ
ュール加熱され、溶解されて溶湯（溶融金属）41とな
る。この際、溶湯41の表面に流れる誘導電流（Je）と磁
束（Ｂ）との相互作用により溶湯41に電磁力（Ｆ）が生
じ、この電磁力（Ｆ）の方向はフレミングの左手の法則
によりるつぼ10の軸心に向かう方向（第１図参照）とな
る。従って、この電磁力（Ｆ）は溶湯41をるつぼ10の内
面から離す力として作用することとなるため、溶湯41は
るつぼ10との間の接触が断たれる。そして、表面張力に
より、溶湯41は、第１図及び第３図に示すようにるつぼ
10の円筒状側壁部11内において上部側に球面状に盛り上
がった状態となる。

このような状態の下で、溶湯41が最適な鋳込み温度に
達した時に駆動機構のアクチュエータ25を作動させる。
これに伴い、スライド板23はアクチュエータ25の作動ロ
ッド25aにて第４図及び第５図で矢印ｂ方向にスライド
され、スライド板23の切欠き部22が係合ピン38に合致し
た時点でるつぼ10の底壁部12は冷却水パイプ30,31の屈
曲部30a,31aの軸線を中心に第３図で矢印ｃ方向に回動
される。この際、底壁部12上の溶湯41はひとかたまりに
なった状態で下方に向けて矢印ｃ方向に回動されながら
傾倒されるが、溶湯41に作用する電磁力（Ｆ）により溶
湯41は円筒状側壁部11に接触することなく傾倒される。
そして、底壁部12が或る程度傾くと、溶湯41は自重によ
って鉛直下方へ瞬時に落下され、直下の鋳型42内に注入
される。

本例の鋳込み装置を用いた鋳込み方法によれば、鋳造
材料40の溶湯41はるつぼ10内から速やかにしかも円筒状
側壁部11に接触することなく落下されるので、円筒状側
壁部11に溶融金属が付着して残存することが殆んどな
く、側壁部12に僅かな量の鋳造材料が残存するだめであ
る。従って、鋳造の歩溜りが非常に良い。

また、溶湯41は瞬時に鋳型42に鋳込まれることとなる
ので、鋳込み始めと終りとの間に温度差を生じることな
く確実に鋳込み操作を行なうことができるため、高品質
の鋳造製品を得ることができる。

このような作用効果を確認するために、以下の条件で
具体的に実験を行なったところ、次のような結果を得
た。

具体例（１）鋳造材料の材質：純チタン（２）鋳造材料の寸法（イ）外径:70mmφ （ロ）高さ:70mm （３）鋳造材料の重量 :1kg （４）冷却式るつぼの寸法（イ）内径:7.5mmφ （ロ）高さ:150mm （ハ）底壁部の外径:7.3mmφ （ニ）底壁部の厚さ:10mm （５）高周波加熱条件（イ）周波数 :10KHz （ロ）出力 :30KW （ハ）加熱時間:6分（６）実験結果（ａ）チタンの溶湯の大部分は瞬時に落下されて鋳型
内に鋳込まれた。

（ｂ）るつぼの内周面には純チタンは殆んど存在せ
ず、底壁部に少量の純チタンが残存した。

（ｃ）得られた鋳造製品は良質であった。

また、第６図及び第７図は本発明の第２実施例を示す
ものであって、本例はるつぼ10の底壁部12をスライド式
に構成したものである。

すなわち、本例は、第７図に明示するように、底壁部
12のスリット16の両側に配設された銅製のインレットパ
イプ18とアウトレットパイプ19を絶縁板28,29をそれぞ
れ介してステンレス製の冷却水パイプ30,31に連結する
と共に、これらの冷却水パイプ30,31にアクチュエータ2
5の作動ロッド25aを一体的に連結し、この作動ロッド32
を矢印ｄ方向に作動させることによって底壁部12を水平
方向（第６図において矢印ｄ方向）にスライドさせて円
筒状側壁部11から分離するように構成したものである。
なお、第６図において、43は冷却水パイプ30に冷却水を
供給するためのステンレス製フレキシブルホースであ
る。

この場合にも、既述の実施例の場合と同様に、溶湯21
を瞬時に鋳型42に向けて落下させることができるので、
既述の実施例と同様の作用効果を得ることができる。

以上、本発明の一実施例に付き述べたが、本発明は既
述の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的
思想に基いて各種の変形及び変更が可能である。

例えば、既述の実施例では、るつぼ10の底壁部12を回
動式又はスライド式に構成したが、底壁部12の回動機構
又はスライド機構は必要に応じて各種の駆動構成に変更
可能である。また、回動式の構成を採用する場合には、
るつぼ10の底壁部12を円筒状側壁部11の内側に嵌合する
ように配置してもよい。

e. 発明の効果以上の如く、本発明に係る鋳造材料の鋳込み装置によ
れば、スリットを有する金属製の冷却式るつぼ（いわゆ
るコールドクルーシブル）を用いるようにしたので、る
つぼとの間に反応を生じることなく鋳造材料をるつぼ内
で高周波誘導加熱することができ、しかも、るつぼの底
壁部を円筒状側壁部から分離させて溶湯を鋳型に鋳込む
ようにしているので、鋳込み始めと終りとで鋳込み温度
に変化を生じることなく鋳込み操作を行なうことがで
き、ひいては良質の鋳造製品を製造することができる。

また、本発明に係る鋳造材料の鋳込み方法によれば、
高周波誘導加熱コイルにて溶解させた鋳造材料（溶湯）
にるつぼの軸心に向かう方向の電磁力を作用せしめるよ
うにしているので、この電磁力にて溶湯はるつぼの内周
面に接触することなく１つの団塊となり、これら両者間
に反応を生じるのを防止できる。さらに、るつぼの底壁
部を分割してこれを駆動することにより溶湯を鉛直下方
に落下せしめて鋳型に鋳込むようにしているので、この
際にも溶湯は電磁力の作用によりるつぼの円筒状側壁部
の内面に接触することなくしかも瞬時鋳込まれることと
なる。そのため、無反応状態でしかも理想的な鋳込み温
度で溶湯の鋳込みを行なうことができる。また、るつぼ
の円筒状側壁部には鋳造材料が接触しないので、この部
分に鋳造材料が凝固して残存することがなく、従って、
鋳込み後のるつぼ内の鋳造材料の残存量を大幅に少なく
することができ、歩溜りの改善を図ることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の第１実施例を示すものであっ
て、第１図は冷却式るつぼ（コールド・クルーシブル）
の斜視図、第２図は同上の平面図、第３図は鋳込み装置
の構成を示す概略図、第４図は底壁部の駆動機構の平面
図、第５図は第４図におけるＶ−Ｖ線拡大断面図、第６
図及び第７図は本発明の第２実施例を示すものであっ
て、第６図は鋳込み装置の構成を示す概略図、第７図は
底壁部の駆動機構の平面図、第８図は従来の鋳込み装置
に用いられるるつぼの断面図である。 10……水冷式のるつぼ（コールド・クルーシブル） 11……円筒状側壁部、12……底壁部、 13……スリット、14……セクメント、 15……高周波誘導加熱コイル、 18,19,30,31,36,37……冷却水パイプ、 20……駆動機構、22……切欠き部、 24……スライド板、25……アクチュエータ、 25a……作動ロッド、38……係合ピン、 40……鋳造材料、41……溶湯、 42……鋳型。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 41/14 B22D 39/02 B22D 21/02 F27B 14/06 F27B 14/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）半径方向に沿って放射状に延びる
複数のスリットが形成された円筒状側壁部と、鋳造材料
が載置される底壁部とを互いに分割して成る金属製のる
つぼと、（ｂ）前記るつぼの円筒状側壁部を取り囲むように配
置される高周波誘導加熱コイルと、（ｃ）前記るつぼの底壁部を前記円筒状側壁部から分
離するための駆動機構と、（ｄ）前記るつぼの底壁部の鉛直下方箇所に配置され
た鋳型と、をそれぞれ具備することを特徴とする鋳造材料の鋳込み
装置。
【請求項２】金属製のるつぼ内に鋳造材料を収容して高
周波誘導加熱コイルに通電することにより、前記るつぼ
の円筒状側壁部に形成された複数のスリットを通して前
記鋳造材料を誘導加熱して溶解し、しかる後に、前記る
つぼの軸心に向かう方向の電磁力が溶湯に作用している
状態の下で、前記るつぼの底壁部を前記円筒状側壁部か
ら分離することによって前記溶湯を鉛直下方に瞬時に落
下せしめて鋳型に注入するようにしたことを特徴とする
鋳造材料の鋳込み方法。