JPH06340937A

JPH06340937A - 成形方法および装置

Info

Publication number: JPH06340937A
Application number: JP5206977A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Sasaki; 信義佐々木
Original assignee: KIYADEITSUKU TECHNOL SERVICE KK
Current assignee: KIYADEITSUKU TECHNOL SERVICE KK
Priority date: 1992-08-03
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1994-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】成形時の脱ガスを十分にし、かつ組織の均一
化、一方向凝固組織化などの結晶構造の調整も可能に
し、かつ、金属とセラミックスとの複合材料を用いる場
合に複雑な形状のものや大型のものを能率良く作ること
ができる成形方法を提供する。またこの方法の実施に直
接使用する装置を提供する。【構成】非誘導性の成形型内または絶縁層を介して金
属セグメントを積層した成形型内に、高周波誘導性の金
属あるいはセラミックス複合金属材からなる成形材を連
続的または間欠的に供給しながら、成形型の外側から高
周波加熱して溶融し、この成形型を高周波加熱コイルに
対して下降させて下から凝固させてゆく。ここに高周波
加熱による溶融を温度センサで監視し成形型の下降速度
や高周波加熱コイルの電力を制御したり、高周波加熱コ
イルの下方に冷却部を設け溶融後の冷却速度を制御して
もよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波誘導加熱を用い
た成形方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属成形の方法としては従来より鋳造、
鍛造、機械加工、粉末冶金等種々知られている。従来の
鋳造方法は、鋳込む材料に含まれたガスあるいは鋳造行
程で発生するガスや鋳型表面の不純物などが鋳造製品の
内部に残って内部欠陥を生じたり、製品の純度が下がっ
たり、また表面に残って鋳肌の悪化を招いたりし易くし
たりする。このため製品の歩留まりが低下するという問
題があった。また溶湯の鋳込み後における冷却条件の変
化により、材料の組織が不均一になったり、一方向凝固
組織、単結晶組織、微細組織などの結晶構造の調整も困
難になるという問題もあった。

【０００３】鍛造や機械加工は複雑な形状の成形が困難
で製造コストが高くなる。また粉末冶金はポーラスな材
質になり製品の密度が低くなるという問題がある。

【０００４】一方製品の特定の性質を改善するなどの目
的で、金属とセラミックスとの複合材料を用いることが
考えられている。従来この種の材料を焼結で作ることが
知られている。すなわち金属とセラミックスの粉末を混
ぜてプレス成形し、これを焼結するものである。しかし
この方法ではポーラスな材質になり密度が低くなるばか
りでなく、プレス成形の都合から複雑な形状のものや大
型のものを作ることができず、生産性も悪いという問題
があった。

【０００５】

【発明の目的】本発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、成形時の脱ガスを十分にし、かつ組織の均
一化、一方向凝固組織化などの結晶構造の調整も可能で
あり、複雑な形状の成形ができ、高密度で大型の製品を
低コストで製作できるようにする金属の成形方法を提供
することを目的とするものである。

【０００６】また同時に、金属とセラミックスとの複合
材料を用いる場合に複雑な形状のものや大型のものを能
率良く作ることができる複合材料の成形方法を提供する
ことを目的とする。また成形型の表面から不純物が混入
しにくく、製品の純度を向上させることができる成形方
法を提供することを目的とする。さらにこれらの方法の
実施に直接使用する装置を提供することを他の目的とす
る。

【０００７】

【発明の構成】本発明によれば前記目的は、成形型内
に、高周波誘導性の金属あるいはセラミックス複合金属
材からなる成形材を連続的または間欠的に供給しなが
ら、前記成形型の外側から高周波加熱して溶融し、この
成形型を高周波加熱コイルに対して下降させて下から凝
固させてゆくことを特徴とする成形方法、により達成さ
れる。

【０００８】また前記他の目的は、成形型を保持する鋳
型保持枠と、前記成形型の外側に設けた高周波加熱コイ
ルと、前記成形型内へ高周波誘導性の粒状の成形材を連
続的または間欠的に供給する成形材供給部と、前記成形
型保持枠を前記高周波加熱コイルに対し上下に相対移動
させる昇降駆動部とを備えることを特徴とする成形装置
により達成される。

【０００９】ここに成形型はセラミックスなどの非誘導
性の材料で作ることができる。成形型は銅などの金属で
作ってもよく、この場合は磁界方向に長い複数のセグメ
ントに分割し、各セグメントを絶縁材を介して接合する
のが望ましい。各セグメントは電気的に互いに接続する
のが望ましいが、成形型内に入れる成形材自身を成形型
に直接接触させて各セグメント間を電気的に接続するよ
うにしてもよい。

【００１０】また高周波加熱による溶融を温度センサな
どで監視し成形型の下降速度や高周波加熱コイルの電力
を制御するように構成することができる。この場合成形
型を透明石英ガラスで作り、外側から内部の成形材の様
子を目視したり、外側から赤外線温度計等で温度を検出
し、形状の凝固解析などを行うようにしてもよい。高周
波加熱コイルの下方に冷却部を設け溶融した後で速やか
に凝固させ、冷却速度を制御するようにしてもよい。

【００１１】また成形材の材質に応じて酸化雰囲気、不
活性雰囲気、還元雰囲気、真空あるいは減圧雰囲気とす
るのが望ましい。さらに成形過程でＨＩＰ（熱間静水圧
加圧プロセス、Hot Isostatic Pressing）処理を施すこ
とも可能である。成形型は粉末成形により作ることも可
能であり、この場合１回ごとに崩壊させる消耗型や中子
に適する。

【００１２】成形型を加振装置によって振動させながら
成形材の溶融、凝固を行うことも可能である。この場合
成形型自身に加振装置を固定したり、この成形型を保持
する成形型保持枠などに加振装置を固定しておき、振動
だけを連絡棒などにより成形型に伝えるようにしてもよ
い。成形型を加振する振動の周波数は数１０〜数１００
Ｈｚとすることができるが、２０ＫＨｚ以上の超音波で
あってもよい。

【００１３】

【作用】成形型に供給された金属の成形材は成形型内の
下部で高周波加熱により溶融し、この間に脱ガスが行わ
れる。また成形型がコイルに対して相対的に下降してい
る間成形材は供給され続ける。従って新たに供給された
成形材が高周波加熱により溶融される。溶融部分には上
方から新しい成形材が順次供給されるから、成形材が溶
融前に固まってしまうこともない。一方一度溶融した後
コイルの下方に移動した部分は順に凝固してゆく。この
時金属の組織が同方向に揃う。コイルの移動の態様や冷
却速度を調整することにより、結晶組織の調整も可能に
なる。

【００１４】高周波加熱により溶融した部分（溶融バ
ス、溶融した材料のプール）には、交流磁界によるうず
電流が誘起され、この電流と磁界とにより中心に向う電
磁力（圧縮力）を生じ、溶湯が自動的に撹拌される。こ
の際溶湯には上方への浮揚力が同時に作用し、溶湯の周
囲には成形型の内壁面から離れる方向の力が作用する。
このため溶湯と成形型内壁との接触面積が少なくなり、
成形型内壁からの不純物の混入が防止される。特に成形
型を冷却液で強制冷却するものでは成形型内壁に接近あ
るいは接触する溶湯は速やかに凝固するから、不純物の
混入は一層少なくなる。

【００１５】なお金属製の成形型を用いる場合には、成
形型を磁界方向に長いセグメントに分割し、各セグメン
トを絶縁層を挟んで互いに接合するのが望ましい。この
場合成形型に誘起されるうず電流が弱められ、成形型内
の成形材を効率良く加熱することができる。各セグメン
トは互いに電気的に接続しておけば、各セグメント間の
電位が同じになり、各セグメント間にアークが発生する
おそれがない。従ってアーク発生により絶縁層が破れ成
形型の不純物が溶湯に溶出するおそれもない。

【００１６】セラミックス複合金属材料に対しては、高
周波加熱によりその一部の領域が加熱されると、金属粉
末が溶融して溶融金属中にセラミックス粉末が分散す
る。金属粉末とセラミック粉末とを均質に混合して連続
的または間欠的に供給することにより、セラミックス粉
末は片在することなく均質に溶融金属中に分散でき、こ
の状態の領域は狭いので溶融領域を順に移動させること
により製品全体中にセラミックスを均質に分散できる。

【００１７】また成形型に振動を加える場合には、溶湯
の高周波加熱に伴う電磁力による攪拌作用が円滑に行わ
れる。このため溶湯は成形型の内壁面から離れる方向に
円滑に流動し、成形型内壁との接触面積が一層少なくな
り、成形型との反応（モールドリアクション）が抑制さ
れる。この結果成形型内壁からの不純物の混入が減り、
製品の純度が向上し、鋳肌の性質も向上させることがで
きる。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の一実施例の側断面図、図２は
その成形型の下降動作中の状態を示す図である。これら
の図で符号１０は成形型であり、非誘導性の材料、例え
ばセラミックスで作られている。この材料としてはジル
コン、溶融シリカ、溶融アルミナ、焼成粘土、ムライト
などのスタッコ粒を、コロイダル・シリカ、エチル・シ
リケートなどのバインダを含むスラリにより消失模型に
付着させた後、消失模型を消失させ、さらに焼成したも
のを用いることができる。

【００１９】この成形型１０は成形型支持枠１２に載せ
られている。成形型支持枠１２は図示しないガイドレー
ルにより上下動可能であり、その高さは昇降駆動部１４
により調節可能である。この上昇駆動部１４は成形型支
持枠１２の外側面に固定したラック１６に噛合するピニ
オン１８を電動モータ２０により回転することによりラ
ック１６および成形型支持枠１２を上下動させるもので
ある。

【００２０】成形型１０は筒型に作られ、その中には上
方から成形材供給管２２が挿入されている。この供給管
２２は基台（図示せず）に固定されている。この供給管
２２の下部には後記溶融部Ａの温度を検出するためのセ
ンサ２４、例えば赤外線温度センサが取付けられてい
る。

【００２１】２６は高周波加熱コイル、２８はこのコイ
ルの下方に隣接して取付けられた断熱板、３０はこの断
熱板２８の下方に配設された冷却部である。冷却部３０
には冷却水が循環され、コイル２６で加熱され溶融した
成形材を冷却し凝固させる。これらコイル２６、断熱板
２８、冷却部３０は、前記供給管２２と同様に基台（図
示せず）に固定されている。

【００２２】３２は制御部であり、センサ２４の出力に
基づいて昇降駆動部１４による成形型支持枠１２の下降
速度あるいはコイル２６の電力を制御する。また３６は
加振装置であり、成形型保持枠１２の上部内壁面に固定
されている。この加振装置３６から、連結棒３８を介し
て成形型１０に振動が伝えられる。この加振装置３６
は、例えば商用電源と同一周波数あるいはその整数倍の
周波数（数１０〜数１００Ｈｚ程度）で加振するものが
使用できる。

【００２３】加振装置３６としては前記以外の周波数を
発生するものでもよく、約２０ＫＨｚ以上の超音波を発
生する超音波発振器を用いてもよい。用いる周波数は成
形型１０の寸法、成形材の種類・容積等により、最適な
周波数範囲を決めるべきである。

【００２４】加振装置３６の取付け位置は図１、２に示
す実施例に限られないのは勿論である。例えば成形型１
０の中央付記や下部、あるいはコイル２６の下方に設
け、成形型１０の中央付近、下部あるいはコイル２６付
近で加振してもよい、すなわち成形型１０を実質的に加
振する構成であればよい。

【００２５】この装置を使用する際には、まず成形型支
持枠１２を図１に示すように上昇させて成形型１０の底
がコイル２６付近に来るようにセットする。そして供給
管２２に成形材３４が連続的あるいは間欠的に供給され
る。

【００２６】ここに成形材３４としては、たとえば鉄、
鉄系基合金（Ｎｉ、Ｃｏ）、銅、銅合金、Ｃｒ合金、 S
US３０４、３１６等のステンレス鋼などの流動性を有す
る金属粉、特に粒径０．７〜１．０mmの焼結用粉末が適
する。例えば、 SUS３１６にTic を３３wt％分散させた
複合合金の粉末を用いることができる。

【００２７】セラミック複合金属材としては、例えば鉄
系基合金を母合金としてこれにセラミック（炭化けい
素、ホウ化けい素、酸化けい素、窒化けい素等）の粒子
を１０〜５０wt％分散させたものが使用できる。この場
合成形材３４に応じて真空あるいは減圧雰囲気、酸化雰
囲気、不活性雰囲気、還元雰囲気として溶融鋳造するの
が望ましい。特に真空（減圧）雰囲気下では脱ガスを促
進できる。

【００２８】コイル２６は成形型１０の長手方向にほぼ
直交する平面状で成形型１０を囲むように環状に作ら
れ、制御部３２に内蔵する高周波電源から高周波電流が
供給される。例えばステンレス鋼に対しては４５０KHZ
、４０KWの電力がコイル２６に加えられる。このため
このコイル２６内の底に位置する成形材３４が加熱さ
れ、溶融して溶融部Ａができる。この溶融部Ａは例えば
１７００℃に加熱される。

【００２９】成形型１０を図１で下方に向って移動させ
ながら新たな成形材３４を供給管２２から供給すれば、
新たに供給された成形材３４が溶融部Ａの上に山状に積
まれて非溶融部Ｂが形成される。このためこの非溶融部
Ｂがコイル２６により高周波加熱され、あるいは溶融部
Ａに混入して溶け、溶融部Ａに変化する。なお成形型１
０の底に予め少量の金属板の片や塊を入れておけば、最
初に溶融部Ａが容易に形成され、以後の処理が一層円滑
になる。

【００３０】この間に溶融部Ａはその下部から冷却部３
０内に入って冷却され凝固される。図２でＣはこの凝固
部を示す。以上のように成形材３４を新たに供給しなが
ら成形型１０を下降させつつ溶融させ、かつ溶融部Ａの
下部を同時に凝固させながら成形を進めることにより、
成形材３４の溶融部Ａへの供給を円滑にし、欠陥のない
高品質の成形製品を歩留まり良く得ることができる。

【００３１】ここに加振装置３６は成形型１０を加振し
ているから、溶融部Ａ内での溶湯の流動が円滑に行われ
る。すなわち振動が加えられた溶湯は円滑に流動し易く
なっているから、コイル２６の磁界による電磁力が溶融
部Ａ内に発生させる攪拌作用は、溶湯を容易に流動させ
ることができるようになるのである。

【００３２】このため溶湯は成形型内壁から離れて中心
側へ向うように円滑に流動し、溶湯が成形型内壁に接触
している時間が短くなり、成形型との反応が抑制され
る。この結果製品への不純物の混入が少なくなり、純度
が向上し、鋳肌の性質も向上する。

【００３３】図３は他の実施例の概念図である。この実
施例は高周波加熱と凝固とを行う際にＨＩＰ（熱間等方
圧加圧プロセス、Hot Isostatic Pressing）処理を施す
ものである。

【００３４】この図で符号５０は圧力容器本体、５２、
５４は下側ふた、上側ふたであり、これらはスチールで
作られている。この容器５０の中の支持台５６には成形
型５８が置かれ、その外側には高周波加熱コイル６０が
巻かれている。高周波加熱コイル６０は成形型５８の長
手方向に多数に分割され、各部分はそれぞれ独立して通
電可能となっている。

【００３５】６２はフィーダであり、このフィーダ６２
には成形材６４は予め収容され、電磁開閉弁６６により
容器本体５０の外から成形型５８内への成形材６４の供
給量を制御することができる。

【００３６】また容器本体５０の中はアルゴンなどの圧
力媒体となるガスが充填されている。なお６８はコイル
６０と容器本体５０との間に介在する断熱材である。

【００３７】容器の中は１００MPa （約１０００kgf/cm
² ）以上の圧力に加圧され、コイル６０は下端側から順
に通電され、これに伴って開閉弁６６が所定時間開閉さ
れて成形材６４がフィーダ６２から成形型５８内に供給
される。この結果成形材６４は成形型５８の底側から順
に溶融してから凝固し、前記図１、２で示したように成
形型１０を移動させるのと等価になる。

【００３８】この実施例によれば、高圧下でＨＩＰ処理
されるから、成形製品の密度を上げて、組織をち密化さ
せ、品質を向上させることができる。このＨＩＰ処理は
高周波誘導加熱中および凝固中に施すのが望ましいが、
高周波誘導加熱による処理後にＨＩＰ処理を行ってもよ
い。

【００３９】なお長手の製品の成形型に対しては、成形
型を傾斜して置き下方から上方へ向って成形材を供給し
つつ溶融させかつその下方を凝固させるようにしてもよ
い。しかし成形型はできるだけ垂直に立てるのが望まし
く、この場合溶融部位の移動に伴ってガスや不純物が上
昇し易くなり製品の純度を向上させる効果も得られる。

【００４０】供給する成形材は成形過程で変化させても
よい。この場合製品の材質を部分的に変化させたり連続
的に変化させることができる。複数のフィーダから異な
る成形材を供給すれば、例えば製品の表面と内部との材
質を変化させたり、材質が連続的に変化する傾斜機能材
料としての性質を持たせたりすることも可能になる。

【００４１】また本発明は一度凝固した後にコイルを相
対的に往復動させて複数回高周波加熱を繰り返せば、製
品の純度の向上および一方向性凝固組織を一層良好にす
ることができる。なお成形型１０、５８は図１、３のよ
うに直線の筒状のものに限られず、円弧状などに湾曲し
ているものや複雑な形状のものであってもよい。

【００４２】図４は成形型の他の実施例を示す斜視図、
図５は使用状態を示す断面図である。この成形型７０は
銅などの金属で作られている。すなわち下部が閉じ上部
が開いた筒型に作られ、その底部７２を除いて円筒部７
４にはその長手方向にスリットが入れられて上下に長い
セグメント７６が形成されている。各スリットには絶縁
層７８が装填されている。この結果各セグメント７６は
底部７２で電気的に接続される。

【００４３】各セグメント７６内には図５に示すように
冷却液通路８０が形成され、各冷却液通路８０内にはそ
れぞれパイプ８２が導かれている。このパイプ８２は底
部７２内で集合している。冷却液はこの集合部８４から
各パイプ８２に供給され、各パイプ８２の上端から噴出
する冷却液は冷却液通路８０内壁を冷却しつつ底部７２
に設けた排出口８６から排出される。

【００４４】この成形型７０は図５に示すように高周波
誘導コイル８８内を相対的に下降され、この際フィーダ
９０から電磁開閉弁９２を介して成形材９４が連続的あ
るいは間欠的に成形型７０内へ供給される。成形材９４
は高周波加熱により溶融する一方、その下方の凝固部Ｃ
は成形型７０に接触している。溶融部Ａあるいは非溶融
部Ｂにはコイル８８の磁界による電磁力が作用し、図５
に矢印で示すように撹拌される。なお非溶融部Ｂは溶融
金属に非溶融状態の成形材９４が混入した状態である。

【００４５】またこの溶融部Ａの周縁には、成形型７０
の内壁から離れる方向の力すなわち浮揚力が作用する。
このため溶融部Ａの周縁は成形型７０の内壁にほとんど
接触せず、万一接触してもこの接触した部分は直ちに凝
固する。従って成形型７０の不純物が溶湯にほとんど溶
出しない。

【００４６】特に成形型７０を加振装置（図示せず）で
加振すれば前記したように溶湯の流動は一層円滑にな
る。このため溶融部Ａの周縁は成形型７０内壁に一層接
触しにくくなり、製品への不純物の溶出は一層防止でき
ることになる。

【００４７】この実施例によれば成形型の不純物が溶湯
に溶出しにくいから、製品の純度を一層高めることがで
きる。例えばチタニウム、ジルコニウム、ハフニウム、
モリブデニウム、クロミウム、ニオビウムなどの金属や
これらの合金などを高純度に成形することができる。な
お成形型７０と凝固した製品との型離れを良くすると共
に不純物の溶出を一層確実に防止するために、成形型７
０の内壁に窒化ボロンなどをコーティングしておいても
よい。

【００４８】図６は成形型のさらに他の実施例を示す図
である。この成形型１００は、銅板１０２と絶縁材１０
４とを多数交互に積層したブロック１０６（図６
（Ａ））を準備しておき、このブロック１０６に機械加
工により凹部１０８を形成したものである。ここに用い
る絶縁材１０４としては、例えばグラスファイバに樹脂
を含浸させて銅板１０２間に接着し硬化させたものとす
ることができる。なおこの成形型１００には冷却液通路
などを加工しておいて冷却できるようにするのが望まし
いが、外側に冷却液を当てて冷却してもよい。

【００４９】この成形型１００によれば、ブロック１０
６を準備しておくことにより種々の形状が異なる製品の
製造に容易に対応でき、成形型１００の製作費用の低下
と製作期間の短縮が容易である。なおこの成形型１００
では各銅板１０２間の電気的接続は特に行っていない。
しかし凹部１０８内に成形材が供給されて溶融・凝固す
れば、この成形材自身を介して各銅板１０２間の電気的
接続が可能になる。

【００５０】以上説明した各実施例では、成形材３４、
６４、９４は粒状、粉状としたが、本発明はこれに限ら
れない。例えば成形材は線（ワイヤ）状、棒（ロッド）
状、板状、ブロック状など種々の形状のものとすること
が可能である。要するに成形型内へ連続的あるいは間欠
的に成形材を供給できる形状であればよい。なおワイヤ
や薄板などでは、長く連続形状の成形材であってもよ
い。

【００５１】この発明に使用する成形型は粉末成形によ
り作ることも可能である。すなわちこの発明によれば、
成形型に加わる重力と熱ショックが主として成形材の溶
融部位に加わり、他の部位では極めて小さいから、強度
の小さい粉末成形品を使用できるのである。ここに用い
る粉末はセラミック粉末などの非誘導性のものが好まし
い。

【００５２】この粉末成形による成形型としては、１回
ごとに崩壊させる型、例えば消耗型や中子に用いること
により大幅なコスト低減が図れる。ここに消耗型や中子
は金型などの型に粉末材料を供給し加熱・加圧すること
により固めることができる。この場合燒結は不要であ
り、粉末材料は分子間力（ファン・デル・ワールス力）
や、水分による毛管力、静電力などにより結合する。

【００５３】なおこの成形型はその強度をさらに増大さ
せるために各種のガス硬化法などを適用してもよい。例
えばけい酸ソーダをバインダとした鋳物砂を用いた場合
には炭酸ガスを吹込むことにより硬化を促進できる（Ｃ
Ｏ₂ プロセス）。エチルシリケート・バインダを用いた
場合にはアンモニアガスにより硬化を促進できる。

【００５４】なおこの粉末成形による成形型は通常の非
中空のものも勿論可能であるが、中空としたり中に芯を
入れたもの（芯型）とすることも可能である。中空の中
子とする場合には例えば分割式外型の中に弾性膜の袋を
保持し、この袋と外型との間に粉末材を入れてからこの
袋に高圧ガスを供給し、袋を膨張させてこの袋により粉
末剤を外型との間で加圧して成形することが可能であ
る。

【００５５】この方法は同一出願人による特願平２−１
４４３８１号（特開平４−３７４３７号）に詳しく説明
されているからここではこれ以上説明しないが、鋳造後
の中子の崩壊性をよくするためには肉厚をできるだけ薄
くするのが望ましい。

【００５６】粉末成形により芯を有する成形型（芯型）
を作る場合には、金型などと組み合わせることが可能で
ある。図７はそのような実施例の断面図である。この図
において１２０は成形型であり、主型１２２の内側には
中子の芯１２４が一体に形成されている。

【００５７】この主型１２２には高周波加熱の効率を向
上させるために、スリットを入れて絶縁材を挟んだり、
金属板と絶縁材とを交互に積層した構造とするのが望ま
しい。芯１２４の部分は必ずしも主型１２２の部分と同
一構造にする必要はないが、同一構造とするのが望まし
い。この成形型１２０の肉厚の中には、主型１２２と芯
１２４とに分岐する冷却液通路１２６、１２８が形成さ
れている。

【００５８】各冷却液通路１２６、１２８内にはパイプ
１３０、１３２が導かれている。これらパイプ１３０、
１３２は底部で集合し、この集合部１３４から冷却液は
各パイプ１３０、１３２に供給される。各パイプ１３
０、１３２の上端から噴出する冷却液は冷却液通路１２
６、１２８内壁を冷却しつつ底部に設けた排出口１３６
から排出される。

【００５９】ここで中央の芯１２４には粉末成形により
中子１３８が形成される。すなわちこの金型の芯１２４
を中子１３８の外型内にセットして、粉末成形すればよ
い。この成形型１２０を用いれば中子１３８も冷却でき
凝固管理も一層高精度に行うことが可能になる。なお図
３〜７の実施例においても、成形型を加振すれば前記し
たような効果が得られるのは勿論である。なお図３〜７
の実施例においても、成形型を加振しておけば前記した
ような効果が得られるのは勿論である。

【００６０】

【発明の効果】請求項１または２の発明は以上のよう
に、成形型内に、高周波誘導性の金属またはセラミック
ス複合金属材などの成形材を連続的または間欠的に供給
しつつ、成形型の外側から高周波加熱して溶融部位を下
から上方へ移動させつつ成形材を溶融し、その後凝固さ
せるものであるから、成形型またはコイルの移動と成形
材の供給量とを制御することにより、溶融部位を上方へ
移動させつつ円滑に成形できる。このため成形材は溶融
部の上方で固まったりせず常に円滑に供給される。

【００６１】また成形時の溶融・凝固の過程をコイルの
電流や成形型あるいはコイルの昇降速度により制御する
ことができ、脱ガスあるいは組織の制御、例えば一方向
性組織、単結晶組織、微細組織等の結晶組織の制御が可
能になる。このため鍛造や機械加工などに劣らない十分
な強度を持ち複雑な形状の製品を低コストで供給でき
る。

【００６２】ここに成形型はセラミックなどの非誘導性
の材料で作ってもよいが（請求項３）、純銅などの金属
で作ってもよい。金属で成形型を作る場合には、磁界方
向の分割面で複数のセグメントに分割するのが望ましい
（請求項４）。こうすれば成形型に発生するうず電流を
弱め、成形材を効率良く加熱できる。

【００６３】また各セグメントを電気的に接続しておけ
ば、各セグメント間にアーク放電が発生せず、アーク放
電によるセグメント間の絶縁破壊や、成形型表面の不純
物の溶出や、成形型自身の破壊を防止できる。各セグメ
ント間の電気的接続は、成形型に入れる成形材自身によ
り行うようにしてもよい。

【００６４】特に金属粉末とセラミックス粉末とを混ぜ
て連続的または間欠的に供給する場合には、成形材は少
量づつ順に溶融させてゆくので、溶融金属中にセラミッ
クス粉末が均質に混入する。このため望ましい性質をも
ったセラミックス複合金属材料による製品を能率良く作
ることができる。また粉末をプレス成形する必要もない
ので大型の製品の製作に適する（請求項２、６）。

【００６５】またここに成形材は金属の燒結用粉末、金
属とセラミック粉末の燒結用粉末材とすることができる
（請求項５、６）。成形材は粒状、粉状、線状、棒状、
板状、ブロック状など種々の形状のものとすることがで
きる（請求項７）。なお成形は酸性雰囲気、不活性雰囲
気、還元雰囲気、真空あるいは減圧雰囲気などのいずれ
かを、使用する成形材の種類に応じて使い分けることが
望ましい（請求項８）。

【００６６】さらに、高周波加熱を複数回繰り返すこと
により、製品の精度は一層向上できる。この高周波加熱
中および凝固中に、成形型および成形材にＨＩＰ処理を
施せば、製品の密度は一層上がり欠陥のない高品質な製
品を得ることができる。

【００６７】成形型には振動を加えておけば、溶融部内
における溶湯の流動は一層円滑になる。高周波コイルに
よる電磁力はこの溶融部の溶湯に流動を発生させるが、
この際に溶湯は加振により容易に流動する状態になって
いるから、溶湯の流動が円滑に行われる。

【００６８】このため成形材は溶けると直ちに成形型内
壁から中心部へ向って流動し、成形型内壁に接触したと
してもその時間が短くなる。この結果溶湯と成形型内壁
との反応が抑制され、不純物の製品への溶出が減少し、
製品純度が向上すると共に、鋳肌も向上させることがで
きる（請求項９）。

【００６９】また請求項１０〜１９の発明によれば、こ
の成形方法の実施に直接使用する金属成形装置が得られ
る。なお成形型は透明石英ガラスで作れば、外から内部
の状態を直接監視することができる（請求項１４）。例
えば赤外線温度計により溶融・凝固の過程を監視するこ
とができ、凝固過程の解析データを容易に得ることがで
きる。さらに成形型は粉末成形で作ってもよく、この場
合には消耗型や中子を低コストで能率よく作ることが可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の側断面図

【図２】その成形型の下降動作中の状態を示す図

【図３】他の実施例の概念図

【図４】鋳型の他の実施例を示す斜視図

【図５】この鋳型の使用状態を示す図

【図６】成形型の他の実施例を示す図

【図７】成形型の他の実施例を示す図

【符号の説明】

１０、５８、７０、１００、１２０成形型１２成形型保持枠１４昇降駆動部２２成形材供給部としての供給管２４センサ２６、６０、８８高周波誘導コイル３０冷却部３２制御部３４、６４、９４鋳造材３６加振装置６２、９０成形材供給部としてのフィーダＡ溶融部Ｂ非溶融部Ｃ凝固部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成形型内に、高周波誘導性の金属からな
る成形材を上方から連続的または間欠的に供給しなが
ら、この供給された成形材を前記成形型の外側に設けた
高周波加熱コイルによって高周波加熱して溶融し、この
成形型を高周波加熱コイルに対し相対的に下降させて下
から凝固させてゆくことを特徴とする成形方法。
【請求項２】成形内に、高周波誘導性のセラミックス
複合金属からなる成形材を上方から連続的または間欠的
に供給しながら、この供給された成形材を前記成形型の
外側に設けた高周波加熱コイルによって高周波加熱して
溶融し、この成形型を高周波加熱コイルに対し相対的に
下降させて下から凝固させてゆくことを特徴とする成形
方法。
【請求項３】前記成形型は非誘導性の材料で作られて
いる請求項１または２の成形方法。
【請求項４】前記成形型は絶縁層を介して互いに接合
された複数の金属製セグメントにより形成されている請
求項１または２の成形方法。
【請求項５】成形材は鉄、ステンレス鋼の焼結用粉末
材料である請求項１の成形方法。
【請求項６】成形材は、金属粉末にセラミック粉末を
混入した焼結用材料である請求項２の成形方法。
【請求項７】成形材は、粒状、粉状、線状、棒状、板
状、ブロック状のいずれかの形状である請求項１または
２の成形方法。
【請求項８】成形材は、酸性雰囲気、不活性雰囲気、
還元雰囲気、真空あるいは減圧雰囲気のいずれかの雰囲
気の下で成形型に供給する請求項１または２の成形方
法。
【請求項９】前記成形型を加振しながら高周波加熱す
る請求項１または２の成形方法。
【請求項１０】成形型を保持する成形型保持枠と、前
記成形型の外側に設けた高周波加熱コイルと、前記成形
型内へ高周波誘導性の成形材を連続的または間欠的に供
給する成形材供給部と、前記成形型保持枠を前記高周波
加熱コイルに対し上下に相対移動させる昇降駆動部とを
備えることを特徴とする成形装置。
【請求項１１】請求項１０において、前記成形型内の
成形材が溶融したことを検出するセンサと、このセンサ
の出力に基づいて前記昇降駆動部による成形型保持枠の
下降速度および高周波加熱コイルの励磁電力の少くとも
一方を制御する制御部とを備える成形装置。
【請求項１２】高周波加熱コイルの下方に成形型を冷
却するための冷却部を備える請求項９の成形装置。
【請求項１３】前記成形型は非誘導性の材料で作られ
ている請求項１０の成形装置。
【請求項１４】前記成形型は、透明石英ガラスで作ら
れ、成形型内の成形材の供給・溶解・凝固の状態を外側
から監視可能にされている請求項１３の成形装置。
【請求項１５】前記成形型は、粉末成形で作られてい
る請求項１０の成形装置。
【請求項１６】前記成形型は、前記高周波加熱コイル
が作る磁界方向に長い複数の金属製セグメントを絶縁層
を介して互いに接合して形成されている請求項１０の金
属成形装置。
【請求項１７】前記各セグメントには冷却液通路が形
成され、この冷却液通路には冷却液が循環されている請
求項１６の成形装置。
【請求項１８】前記成形型は、多数の金属板と絶縁材
とを積層したブロックを機械加工することにより作られ
ている請求項１０の成形装置。
【請求項１９】請求項１０に記載の成形装置におい
て、前記成形型を加振する加振装置を備える成形装置。