JPH0518676A - 溶融材料の連続流出制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 るつぼ内の溶融材料の流出量を微量単位で制
御可能であり、成型、微粒化などの次の工程に供給でき
る溶融材料の連続流出制御方法を提供する。 【構成】 るつぼ１の底部に溶融材料６の流出口４を設
け、この流出口４の下方に金属製の磁気遮蔽板３を配置
する。この磁気遮蔽板３の位置を調整してるつぼ１内の
溶融材料６に対する電磁力を制御し、溶融材料１の保持
力を制御することによって流出口４からの溶融材料６の
流出流量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、るつぼを用いた金属・
半導体・セラミック等の材料の連続溶解、溶融材料の連
続流出制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、金属などの溶解は、耐火物製のる
つぼなどの容器を用いて行なわれている。このため、耐
火物などからの材料の汚染を避けることができず、高純
度な材料の製造は難しかった。

【０００３】近年、高純度を要求される材料の溶解方法
として低温るつぼ（コールドクルーシブル）を用いた誘
導溶解によって材料をるつぼ壁と非接触で溶解する技術
が広く報告されている。この低温るつぼ技術において
は、特に金属等の材料を高周波および中間周波数領域の
誘導溶解の場合について最適とされている。

【０００４】この低温るつぼは、るつぼ壁が複数に分割
されたセグメントが環状に連結されて構成されており、
各セグメントは内部に冷却水を通す中空を有する銅製の
ものである。このるつぼ内に被溶解物を入れ、るつぼの
外周には誘導コイルに高周波ないし中間周波数の電流が
流されるようになっている。したがって、コイルに高周
波電流を流すことによって、るつぼ内の材料には渦電流
が発生しその渦電流損によって発熱される。また、るつ
ぼ表面に発生する渦電流と溶解物表面に発生する渦電流
とによる電磁気力によってるつぼ内の溶解物とるつぼ壁
との非接触化を図ることができ、またるつぼ下方の壁を
絞ることによって内部の溶解物を浮上溶解させることが
できる。これによって、高純度の素材をるつぼから汚染
することなしに溶解することが可能となる。この低温る
つぼ技術を用いた溶融・晶出方法が、特開昭６０−２８
７６号公報において開示されている。また、この低温る
つぼ技術を用いたシリコンの連続鋳造方法が特開昭６４
−５３７３２号公報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年高純度な素材を得
る場合において、素材を任意な形状に鋳込んだり微粒化
する要請が高まってきており、この要請に応えるために
は、溶解した素材を溶融状態で取り出す必要があるが、
上記従来の方法では、るつぼ内の溶融材料を微量単位で
るつぼ外へ流出させることはできなかった。

【０００６】本発明は、るつぼ内の溶融材料の流出量を
微量単位で制御しながら成型、微粒化などの次の工程に
供給できるるつぼにおける溶融材料の連続流出制御方法
を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明は、
るつぼを用いて材料を誘導溶解し、るつぼ底部に設けた
流出口から溶融状態の材料を流出する方法において、る
つぼの底部の下方に設けた金属製磁気遮蔽板によってる
つぼ内の溶融材料にかかる電磁力を制御し、るつぼから
の溶融材料の流出を制御することを特徴とするるつぼに
おける溶融材料の流出制御方法である。

【０００８】第２の発明は、るつぼに溶融状態の材料を
供給し、このるつぼ内で温度調整して、るつぼ底部に設
けた流出口から溶融状態の材料を流出する方法におい
て、るつぼの外周に設置されるコイルによってるつぼ内
の溶融材料に誘導電流を流し、るつぼの底部の下方に設
けた金属製磁気遮蔽板によってるつぼ内の溶融材料にか
かる電磁力を制御し、るつぼからの溶融材料の流出を制
御することを特徴とするるつぼにおける溶融材料の連続
流出制御方法。

【０００９】また、第３の発明は上記第１の発明または
第２の発明において、るつぼが低温るつぼであることを
特徴としている。

【００１０】

【作用】本発明の方法を用いた溶融材料の連続流出制御
方法では、るつぼ中の溶融材料は誘導コイルによって誘
起される電磁力と表面張力とによって保持される。この
るつぼ中の溶融材料にるつぼ上部の開口部より原料を供
給することにより、るつぼ中の溶融材料がもつ熱量によ
って材料は加熱され、誘導コイルから誘起される誘導電
流によって速やかに溶解される。さらに材料を供給する
と、溶融材料を支える電磁力と表面張力とに対し重力が
打ち勝つことによってるつぼ下部に設けた流出口から溶
融材料が流出する。ここで、るつぼ下方に設けた金属製
磁気遮蔽板の位置を変えることによって、るつぼ内の溶
融材料に働く電磁力を制御することによって流出量を制
御することができる。

【００１１】金属製磁気遮蔽板は誘導電流による発熱を
抑えるため、銅のような良電気伝導体が望ましく、また
磁気遮蔽板を冷却水等で冷却することが望ましい。

【００１２】初期の材料の溶解は、誘導溶解可能な大き
さの材料を用意し誘導電流によって溶解してもよいし、
グラファイト等の発熱体を材料中に挿入して誘導電流に
よって発熱させて溶解してもよいし、別途溶解させた溶
融材料をるつぼ中に供給してもよい。

【００１３】るつぼに連続して供給する材料について
は、粉末状でもよいし、塊状であってもよくまた、予め
溶解した溶融材料を供給してもよい。

【００１４】通常この溶解に使用するるつぼは低温るつ
ぼであるが、この低温るつぼは熱伝導性と電気伝導性の
観点から銅製のものが用いられる。溶融材料とるつぼ壁
とは非接触化できるために溶融状態の材料の温度が銅の
融点以上になってもるつぼ壁は低温に保たれるため、銅
製のものでも充分に耐えられる。しかしながら、銅など
の金属元素を微量であっても不純物として製品の品質に
影響を与えるような材料の溶解においては、念のため石
英ガラス等でるつぼ壁をコーティングしたり、石英のる
つぼ内装としてもよい。

【００１５】低温るつぼの底部に設けられる流出口の口
径ｄは、浮上溶解に用いる低温るつぼに比べ大きくしな
ければならない。通常の低温るつぼの場合、電磁力がな
い状態でも底部に設けた流出口から溶融材料が流出しな
いように、表面張力によって材料の静圧を支えなければ
ならない。したがって、（１）式の条件を満たす流出口
の口径ｄに設計される。 ２σ／ｄ＞ρｇｈ＋ρｇｄ／２ （１） （材料の表面張力）（材料の静圧） 但し、σ；材料の表面張力 ［dy
n ／cm］ ρ；材料の密度 ［g ／cm³ ｈ；るつぼの中の材料のヘッド高さ ［cm］ ｇ；重力加速度 ｇ＝９８０cm／ s² 本発明で低温るつぼを用いる場合、このるつぼ底部の流
出口から溶融材料を流出させるため、（２）式の条件を
満たす流出口口径ｄに設計する。 ２σ／ｄ＜ρｇｈ＋ρｇｄ／２ （２） 低温るつぼにおいては溶融材料を支える力として表面張
力とコイルから発生する電磁力がある。したがって、本
発明の低温るつぼではコイルから発生する電磁力の保持
力を磁気遮蔽板で調整することによって、るつぼ内の溶
融材料の保持量を調整し、流量制御を行うことができ
る。

【００１６】

【実施例】図１において銅製の６つのセグメントに分割
された直径２５mmのるつぼ１の底には直径３mmの流出口
４が設けられている。各セグメントには冷却水が流れる
流路８が設けられており、るつぼを冷却するようになっ
ている。このるつぼ１の外周にはコイル２が設置され、
給電線５を介して高周波発振器（図示しない）に接続さ
れている。るつぼ１の下方には水冷された銅のリング状
の磁気遮蔽板３が設置されている。るつぼ１の中に溶融
状態の材料６がコイル２によって発生される電磁力によ
って保持されている。るつぼ１の開口部上部に固体材料
７を供給すると、るつぼ１の底部に設けられた流出口４
から溶融状態の材料６が流出するようになっている。磁
気遮蔽板３の位置を上下することによって溶融材料６に
かかる電磁力を調整し流量を制御することができ、溶融
状態の材料は制御されて流出する。

【００１７】上記装置を用いてシリコンの連続溶解・連
続流出を行った。高周波発振器からコイル２に２００kH
z の電流を流し、溶融シリコンを５０g 保持することが
できた。平均粒径１mmの原料シリコンを毎分１００g で
供給したところ、るつぼ１の底の流出口４から安定に流
出させることができた。このときに磁気遮蔽板３の位置
を変化させたところ、磁気遮蔽板３の位置に応じて流量
を制御することができた。このときの溶融シリコンの温
度は１５００℃であった。この装置においてコイル２に
加えた電力は２０kWであった。

【００１８】図２は、本発明をステンレスの急冷薄膜製
造プロセスに適用した際の実施例を示している。このプ
ロセスでは、低温るつぼは２つ有り、上部のるつぼ９で
は、固体原料７の溶解を行い、下部に設けられた流出口
４から下部のるつぼ１０に溶融材料６を供給する。下部
のるつぼ１０の下方には高速で回転する水冷ロール１１
が設置されており、下部のるつぼ１０から流出した溶融
材料６を水冷ロール１１上に流下させステンレスの急冷
薄膜１２を製造し、巻き取る。上部のるつぼ９ではステ
ンレスを溶解することと同時に成分の調整を行う。下部
のるつぼ１０では、温度制御と流量の微調整を行う。

【００１９】図３は、本発明をチタンの精密鋳造に適用
した際の実施例を示している。るつぼ１下方に鋳型１３
を設けている。るつぼ１の底部の流出口から溶融したチ
タン６を鋳型１３内に注入し、鋳型１３内で材料を凝固
させることによって任意の形状のチタンの鋳造品を得る
ことができた。

【００２０】図４は、本発明をチタン合金の微粒化に適
用した際の実施例を示している。るつぼ１の底部の流出
口の出口からでた溶融状態のチタン合金６に不活性ガス
を吹き付けるノズル１４を設けている。るつぼ１から出
てくる溶融状態のチタン合金６の流れに不活性ガスを吹
き付けることによって、チタン合金を微粒化することが
でき、高純度のチタン合金の微粒子１５を得ることがで
きた。

【００２１】なお、以上の実施例ではシリコン、チタン
合金を対象としているが、本発明は他の金属、あるいは
半導体、セラミックも対象とするものである。

【００２２】

【発明の効果】本発明によるるつぼにおける溶融材料の
連続流出制御方法によれば、るつぼから汚染のない高純
度の材料を溶融状態で流出することができ、鋳込み成
型、微細化などの様々な工程と組み合わせることが可能
となり、その工業的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による連続溶解・連続流出装置を示す図
である。

【図２】本発明をステンレスの急冷薄膜製造プロセスに
適用した際の実施例を示す図である。

【図３】本発明をチタンの精密鋳造に適用した際の実施
例を示す図である。

【図４】本発明をチタン合金の微粒化に適用した際の実
施例を示す図である。

【符号の説明】

１ 銅るつぼ ２ コイル ３ 磁気遮蔽板 ４ 流出口 ５ 給電線 ６ 溶融状態の材料 ７ 固体原料 ８ 冷却水流路 ９ 上部のるつぼ １０ 下部のるつぼ １１ 水冷ロール １２ 急冷凝固薄膜 １３ 鋳型 １４ ノズル １５ 微粒子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 るつぼを用いて材料を誘導溶融し、るつ
   ぼ底部に設けた流出口から溶融状態の材料を流出する方
   法において、るつぼの底部の下方に設けた金属製磁気遮
   蔽板によってるつぼ内の溶融材料にかかる電磁力を制御
   し、るつぼからの溶融材料の流出を制御することを特徴
   とするるつぼにおける溶融材料の連続流出制御方法。
2. 【請求項２】 るつぼに溶融状態の材料を供給し、その
   温度を調整してるつぼ底部に設けた流出口から溶融状態
   の材料を流出する方法において、るつぼの外周に設置し
   たコイルによってるつぼ内の溶融材料に誘導電流を流
   し、るつぼの底部の下方に設けた金属製磁気遮蔽板によ
   ってるつぼ内の溶融材料にかかる電磁力を制御し、るつ
   ぼからの溶融材料の流出を制御することを特徴とするる
   つぼにおける溶融材料の連続流出制御方法。
3. 【請求項３】 前記るつぼが低温るつぼであることを特
   徴とする請求項１または２のるつぼにおける溶融材料の
   連続流出制御方法。