(57)【要約】【課題】チタン合金鋳塊に関して、より均等な品質を高い次元で実現する。【解決手段】チタン合金鋳塊５２の製造方法は、チタン合金原料５０を供給する原料供給工程と、原料５０を溶解する溶解工程と、原料５０の溶融物を含む溶湯５１をハース７で精錬する精錬工程と、ハース７で精錬された溶湯５１を鋳型８で冷却凝固する鋳造工程と、除去工程と、を有する。除去工程では、鋳型８に供給された溶湯５１へスプラッシュ５３が侵入することを抑制するためにハース７と鋳型８との間に配置された遮蔽部材１１、に付着した付着物５４を除去する。付着物５４は、鋳型８における溶湯５１の蒸発によって生じる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン合金原料を供給する原料供給工程と、
供給された前記原料に電子ビームまたはプラズマを照射することにより前記原料を溶解する溶解工程と、
前記原料の溶融物を含む溶湯をハースで精錬する精錬工程と、
前記ハースで精錬された前記溶湯を鋳型で冷却凝固する鋳造工程と、
前記ハースにおいて生じた前記溶湯のスプラッシュが前記鋳型に供給された前記溶湯へ侵入することを抑制するために前記ハースと前記鋳型との間に配置された遮蔽部材、に付着した付着物であって、前記鋳型における前記溶湯の蒸発によって生じる付着物を除去するための除去工程と、
を有する、チタン合金鋳塊の製造方法。
【請求項２】
前記除去工程では、前記遮蔽部材に振動を与えることにより前記遮蔽部材から前記付着物を除去する、請求項１に記載のチタン合金鋳塊の製造方法。
【請求項３】
前記除去工程では、物体の変位運動を振動力に変換すること、および、電力を振動力に変換することで前記遮蔽部材に前記振動を与えることの少なくとも一方を行う、請求項２に記載のチタン合金鋳塊の製造方法。
【請求項４】
前記振動は、振幅をｙ（ｃｍ）とし、振動数をｘ（Ｈｚ）とする場合に、
ｙ≧０．２ｘ−０．５、ただし、０．００１≦ｘ≦１０００、０．０１≦ｙ≦６
を満足する、請求項２または請求項３に記載のチタン合金鋳塊の製造方法。
【請求項５】
前記付着物は、前記溶湯から蒸発したアルミニウム、および、スズの少なくとも一方を含み、
前記除去工程では、前記遮蔽部材から除去された前記付着物を前記鋳型のキャビティ内の前記溶湯へ落下させる、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のチタン合金鋳塊の製造方法。
【請求項６】
前記ハースは、
前記原料が投入される第１ハースと、
前記第１ハースから流入した前記溶湯の一部を冷却凝固させることでスカルを形成し、前記溶湯の残部を前記鋳型へ流す第２ハースと、
を含み、
前記遮蔽部材は、前記第１ハースと前記第２ハースに向かい合うように配置されている、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のチタン合金鋳塊の製造方法。
【請求項７】
前記原料供給工程では、前記原料を前記ハースの上方から前記ハースへ落下させる、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のチタン合金鋳塊の製造方法。
【請求項８】
チタン合金原料を供給する原料供給部と、
前記原料に電子ビームまたはプラズマを照射することにより前記原料を溶解する電子ビームまたはプラズマ照射部と、
前記原料の溶融物を含む溶湯を精錬するためのハースと、
前記ハースから供給された前記溶湯を冷却してチタン合金鋳塊とする鋳型と、
前記ハースにおいて生じた前記溶湯のスプラッシュが前記鋳型に供給された前記溶湯へ侵入することを抑制するために前記ハースと前記鋳型との間に配置された遮蔽部材と、
前記遮蔽部材に付着した付着物であって、前記鋳型における前記溶湯の蒸発によって生じる付着物を除去するための除去機構と、を備える、チタン合金鋳塊の製造装置。
【請求項９】
前記除去機構は、前記遮蔽部材に振動を与える加振機構を含む、請求項８に記載のチタン合金鋳塊の製造装置。
【請求項１０】
前記加振機構は、アクチュエータの出力部材の変位運動を振動力に変換する構成、および、電力を振動力に変換する振動子の少なくとも一方を含む、請求項９に記載のチタン合金鋳塊の製造装置。
【請求項１１】
前記振動は、振幅をｙ（ｃｍ）とし、振動数をｘ（Ｈｚ）とする場合に、
ｙ≧０．２ｘ−０．５、ただし、０．００１≦ｘ≦１０００、０．０１≦ｙ≦６
を満足する、請求項９または請求項１０に記載のチタン合金鋳塊の製造装置。
【請求項１２】
前記遮蔽部材は、前記付着物を前記鋳型のキャビティ内の前記溶湯へ落下させるように配置されている、請求項８〜請求項１１の何れか１項に記載のチタン合金鋳塊の製造装置。
【請求項１３】
前記ハースは、
前記原料が投入される第１ハースと、
前記第１ハースから流入した前記溶湯の一部を冷却凝固させることでスカルを形成し、前記溶湯の残部を前記鋳型へ流す第２ハースと、
を含み、
前記遮蔽部材は、前記第１ハースと前記第２ハースに向かい合うように配置されている、請求項８〜請求項１２の何れか１項に記載のチタン合金鋳塊の製造装置。
【請求項１４】
前記原料供給部は、前記原料を前記ハースの上方から前記ハースへ落下させる、請求項８〜請求項１３の何れか１項に記載のチタン合金鋳塊の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタン合金鋳塊（インゴット）の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタンは、その溶融温度では激しく空気酸化される活性な金属であるため、鉄鋼材料のように耐火物製るつぼを用いて大気雰囲気下で溶解することは難しい。このため、チタン合金鋳塊の製造時、水冷銅ハースを用いる。そして、チタン合金鋳塊の製造において実用化されている技術として、高電圧加速した電子線を被溶解材の表面に照射することにより得られる衝撃熱を利用する電子ビーム溶解(EBM:Electron Beam Melting)技術や、非消耗電極としてプラズマトーチを用いた溶解法であるプラズマ溶解(PAM:Plasma Arc Melting)技術を挙げることができる。
【０００３】
電子ビーム溶解技術によるチタンの溶解では、溶解が高真空雰囲気下で行われ、またチタン合金の融点が高いことから、溶解温度が高く、かつ溶解時間も長い。プラズマ溶解技術においても、チタン原料の溶解がＡｒ等の不活性ガス雰囲気下で行われる点以外は、電子ビーム溶解技術の場合と同様である。
【０００４】
このため、チタン合金の化学成分を構成する元素、例えば蒸気圧が低いアルミニウムが溶解中に激しく蒸発し、多量のアルミニウムが、ハースおよび鋳型を収容したチャンバーの内壁に蒸着する。非特許文献１には、アルミニウムの蒸気の大きさは１０００〜４０００オングストロームであることが開示されている。
【０００５】
このため、製造されるチタン合金鋳塊の化学組成が、あらかじめ用意された原料の化学組成とは異なるものとなり、所定の合金濃度範囲を逸脱する場合がある。この場合、所望の化学組成を有するチタン合金鋳塊を製造できない。
【０００６】
また、チャンバーの内壁に付着したアルミニウムは、鋳造時間の経過とともに厚くなり、内壁から脱落する。脱落したアルミニウムがハース内の溶湯に混入すると、溶湯のアルミニウムの濃度が局所的に高まり、製品としてのチタン合金鋳塊が成分規格範囲に収まらなくなることもある。
【０００７】
また、アルミニウムの大きな塊がハース内に落下した場合とは異なり、アルミニウムの大きな塊が鋳型内の溶湯に直接落下した場合、チタン合金鋳塊の化学組成が成分規格範囲に収まらなくなるばかりか、鋳型のキャビティ内の湯面近傍に存在する溶湯の量は少ないためにアルミニウムの濃度が局所的に著しく上昇してしまう。このため、完成したチタン合金鋳塊は、成分規格範囲を大きく外れてしまう。このため、アルミニウムの塊の落下に起因してチタン合金鋳塊が欠陥品となることを抑制する技術が不可欠である。
【０００８】
さらに、このアルミニウムの塊は、チャンバーの内壁で生成するだけではない。ハース内にはハースの上方から原料が供給されるため、スプラッシュが発生する場合がある。塊状のスプラッシュが鋳型のキャビティ内に落下することにより、鋳型で冷却されている溶湯の成分が所望の範囲を外れ、チタン合金鋳塊が欠陥品となる場合がある。また、複数のハースを用いた溶湯の精錬においても、隣接するハース間を溶湯が移動する際等に、スプラッシュが発生し、このスプラッシュが鋳型内の溶湯に入ることもある。
【０００９】
アルミニウムの塊の落下やスプラッシュに起因してチタン合金鋳塊が欠陥品となることを抑制するため、特許文献１の段落００６４に記載されるように、ハースと鋳型との間に遮蔽板を配置することが知られる。しかし、チャンバーの内壁と同様に、この遮蔽板にもアルミニウムが蒸着して成長する。このため、遮蔽板に付着したアルミニウムが塊となって、この塊が部分的に鋳型内の溶湯に落下する場合がある。この場合、チタン合金鋳塊のアルミニウム濃度が部分的に上昇する。
【００１０】
ただし、チャンバーの内壁に付着したアルミニウムの落下による悪影響と、遮蔽板に付着したアルミニウムの落下による悪影響とを対比すると、遮蔽板に付着したアルミニウムの落下による悪影響が圧倒的に大きい。チャンバーは、ハースと鋳型、さらにこれらに関わる付帯設備を全て収容しているため、容積が大きく、単位面積当たりに付着するアルミニウムの蒸着量は少ないからである。
【００１１】
これに対し、遮蔽板の大きさはチャンバーの大きさと比べて小さいことから、単位面積当たりのアルミニウムの付着量が多い。よって、遮蔽板において、アルミニウムが塊に成長する頻度が圧倒的に高い。このため、チタン合金鋳塊のアルミニウムの濃度の上昇を効率的に抑制するには、遮蔽板からのアルミニウムの塊の落下を抑制することが有効である。
【００１２】
アルミニウムの塊の落下に起因する欠陥品の発生を抑制するには、次の２つの方法が考えられる。
【００１３】
まず、第一の方法は、チタン合金の溶解過程および鋳造過程において、チャンバーの内壁や遮蔽板へのアルミニウムの蒸着を抑制して、アルミニウムの塊の生成を防ぐことである。これがチタン合金鋳塊の欠陥品を無くす根本的な解決策である。しかし、高真空雰囲気下または低圧の不活性ガス雰囲気下での操業では、蒸気圧が低いアルミニウムの蒸発を抑制することは不可能である。
【００１４】
第二の方法は、チャンバーの内壁および遮蔽板にアルミニウムを蒸着させないこと、あるいは、遮蔽板にアルミニウムが蒸着してもアルミニウムの塊の大きさを小さくして悪影響を軽減することである。その一つの考え方として、特許文献２には、蒸発し易いアルミニウムを操業中に添加することが開示されている。すなわち、チタン合金の電子ビーム溶解に際し、溶解すべき原料を、複数個のフィーダーにより供給速度をそれぞれ独立に調整してハースに供給しながらハース内で溶解してモールドに注入することにより、チタン合金の化学組成を調整する。
【００１５】
特許文献３には、チタン合金を電子ビーム溶解する際に、ハース内の溶融プールの中央部の表面温度を、チタン合金の融点よりも５０℃高い温度から２０００℃までの範囲とすることが開示されている。さらに、この特許文献３では、予め設定したハース内の溶融プールの中央部の表面温度と合金成分の蒸発率との関係に基づいてチタン合金鋳塊の化学成分を制御する発明が開示されている。
【００１６】
さらに、特許文献４には、溶製用金属原料と、溶解法で製造された添加材とから構成される電子ビーム溶解用原料が開示されている。添加材の純度は９９．９質量％以上であり、添加材の炭素、酸素、および窒素の合計濃度は１００ｐｐｍ以下であり、さらに、添加材の粒度は３〜２００ｍｍである。添加元素を原料貯蔵容器に収容し、フィーダーを用いてハースに供給する際に、フィーダー内で撹拌状態にある添加元素が自己崩壊して偏在するが、この電子ビーム溶解用原料によれば、自己崩壊を抑制することができ、化学成分が均一な溶湯を製造できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２０１３−１８４１７４号公報
【特許文献２】特開平０２−６６１２９号公報
【特許文献３】特開平０４−１２４２２９号公報
【特許文献４】特開２０１４−３１５５１号公報
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】N.Wada，Japan Journal of Applied Physics, vol.7, No.10, (1968), p.1287.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
特許文献２により開示された化学組成の原料および添加元素を含む原料をフィーダーでハースに供給してから電子ビームで溶解するためには、これらの原料を同時に一定の速度で溶解する必要がある。
【００２０】
しかし、各原料の形状やサイズ、さらには電子ビームの照射面積や照射角度等は一定ではないため、電子ビームから供給される熱量も一定ではない。このため、各原料の溶解速度が異なり、均一な化学組成を有する溶湯を製造することはできない。
【００２１】
特許文献３により開示された発明を実施して所望の化学組成を有するチタン合金鋳塊を製造するためには、溶湯の温度および各化学成分の蒸発率に加えて、溶湯のハースでの滞留時間を把握する必要がある。しかし、特許文献３により開示された発明は、溶湯のハースでの滞留時間を考慮しないため、チタン合金鋳塊の化学組成を所望の値に的中させることはできない。
【００２２】
さらに、特許文献４により開示された発明では、添加した金属粒の形状を有する元素の、鋳造時間に関する変化を考慮しておらず、単にハース内に添加すると記載されるだけでハース内の溶湯金属の流れを考慮しない。このため、均一な化学成分を有する溶湯を鋳型内に供給することはできない。
【００２３】
本発明は、従来の技術が有する上記課題に鑑みてなされたものであり、より均等な品質を高い次元で実現できる、チタン合金鋳塊の製造方法および製造装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上述のように、ハースを用いて電子ビーム溶解またはプラズマ溶解によりチタン合金鋳塊を製造する際には、溶解された原料がハース内に供給される際に、スプラッシュが発生する。そして、このスプラッシュが固まったままの状態で鋳型内の溶湯に入り、チタン合金鋳塊に取り込まれてアルミニウムの濃度が上昇し、成分規格範囲を超える場合がある。
【００２５】
また、複数のハースを用いた操業においても各ハース間を溶湯が移動する際等に、スプラッシュが発生し、このスプラッシュが鋳型に入る場合もある。このようなスプラッシュの侵入を防止するには、特許文献１に記載されるように、遮蔽板をハースと鋳型との間に設置することが有効である。
【００２６】
しかし、電子ビーム溶解とプラズマ溶解は、それぞれ、高真空雰囲気下または大気圧より低い不活性ガス雰囲気下で実施される。このため、例えば、チタン合金の構成元素である蒸気圧の低いアルミニウムまたはスズが激しく蒸発する。そして、添加材としてのアルミニウムまたはスズが遮蔽板に付着して成長することにより、添加材が、遮蔽板から部分的に剥がれ落ちて鋳型内に入る場合がある。この場合、チタン合金鋳塊における添加材濃度は部分的に上昇する。このような、添加材濃度の部分的な上昇を抑制するには、遮蔽板から落下する添加材の塊を無くせばよい。
【００２７】
非特許文献１に記載されているように、アルミニウムの蒸気の大きさは、１０００〜４０００オングストロームである。蒸気のアルミニウムは、浮遊中に凝集合するが、仮に１０００倍に大きくなったとしてもミクロンのオーダーである。この大きさであれば、鋳型内の溶湯中に存在する介在物よりも小さい。このため、鋳型内の溶湯にアルミニウムの凝集合体が落下したとしても、鋳塊のアルミニウムの濃度の上昇量は小さく、製品の規格を超えることはない。
【００２８】
本発明者らは、チャンバー内に配置された複数のハースを用いた電子ビーム溶解あるいはプラズマ溶解において、まず、ハースと鋳型との間に遮蔽部材を設けることを想到した。そして、この遮蔽部材にアルミニウム等の添加材の蒸気が付着しても、この添加材を成長して大きくなる前に遮蔽板から剥離させればよいことに思い到り、さらに検討を重ねて本発明を完成した。本発明は、以下に列記の通りである。
【００２９】
（１）チタン合金原料を供給する原料供給工程と、
供給された前記原料に電子ビームまたはプラズマを照射することにより前記原料を溶解する溶解工程と、
前記原料の溶融物を含む溶湯をハースで精錬する精錬工程と、
前記ハースで精錬された前記溶湯を鋳型で冷却凝固する鋳造工程と、
前記ハースにおいて生じた前記溶湯のスプラッシュが前記鋳型に供給された前記溶湯へ侵入することを抑制するために前記ハースと前記鋳型との間に配置された遮蔽部材、に付着した付着物であって、前記鋳型における前記溶湯の蒸発によって生じる付着物を除去するための除去工程と、
を有する、チタン合金鋳塊の製造方法。
【００３０】
（２）前記除去工程では、前記遮蔽部材に振動を与えることにより前記遮蔽部材から前記付着物を除去する、（１）に記載のチタン合金鋳塊の製造方法。
【００３１】
（３）前記除去工程では、物体の変位運動を振動力に変換すること、および、電力を振動力に変換することで前記遮蔽部材に前記振動を与えること、の少なくとも一方を行う、（２）に記載のチタン合金鋳塊の製造方法。
【００３２】
（４）前記振動は、振幅をｙ（ｃｍ）とし、振動数をｘ（Ｈｚ）とする場合に、
ｙ≧０．２ｘ−０．５、ただし、０．００１≦ｘ≦１０００、０．０１≦ｙ≦６
を満足する、（２）または（３）に記載のチタン合金鋳塊の製造方法。
【００３３】
（５）前記付着物は、前記溶湯から蒸発したアルミニウム、および、スズの少なくとも一方を含み、
前記除去工程では、前記遮蔽部材から除去された前記付着物を前記鋳型のキャビティ内の前記溶湯へ落下させる、（１）〜（４）の何れか１項に記載のチタン合金鋳塊の製造方法。
【００３４】
（６）前記ハースは、
前記原料が投入される第１ハースと、
前記第１ハースから流入した前記溶湯の一部を冷却凝固させることでスカルを形成し、前記溶湯の残部を前記鋳型へ流す第２ハースと、
を含み、
前記遮蔽部材は、前記第１ハースと前記第２ハースに向かい合うように配置されている、（１）〜（５）の何れか１項に記載のチタン合金鋳塊の製造方法。
【００３５】
（７）前記原料供給工程では、前記原料を前記ハースの上方から前記ハースへ落下させる、（１）〜（６）の何れか１項に記載のチタン合金鋳塊の製造方法。
【００３６】
（８）チタン合金原料を供給する原料供給部と、
前記原料に電子ビームまたはプラズマを照射することにより前記原料を溶解する電子ビームまたはプラズマ照射部と、
前記原料の溶融物を含む溶湯を精錬するためのハースと、
前記ハースから供給された前記溶湯を冷却してチタン合金鋳塊とする鋳型と、
前記ハースにおいて生じた前記溶湯のスプラッシュが前記鋳型に供給された前記溶湯へ侵入することを抑制するために前記ハースと前記鋳型との間に配置された遮蔽部材と、
前記遮蔽部材に付着した付着物であって、前記鋳型における前記溶湯の蒸発によって生じる付着物を除去するための除去機構と、を備える、チタン合金鋳塊の製造装置。
【００３７】
（９）前記除去機構は、前記遮蔽部材に振動を与える加振機構を含む、（８）に記載のチタン合金鋳塊の製造装置。
【００３８】
（１０）前記加振機構は、アクチュエータの出力部材の変位運動を振動力に変換する構成、および、電力を振動力に変換する振動子の少なくとも一方を含む、（９）に記載のチタン合金鋳塊の製造装置。
【００３９】
（１１）前記振動は、振幅をｙ（ｃｍ）とし、振動数をｘ（Ｈｚ）とする場合に、
ｙ≧０．２ｘ−０．５、ただし、０．００１≦ｘ≦１０００、０．０１≦ｙ≦６
を満足する、（９）または（１０）に記載のチタン合金鋳塊の製造装置。
【００４０】
（１２）前記遮蔽部材は、前記付着物を前記鋳型のキャビティ内の前記溶湯へ落下させるように配置されている、（８）〜（１１）の何れか１項に記載のチタン合金鋳塊の製造装置。
【００４１】
（１３）前記ハースは、
前記原料が投入される第１ハースと、
前記第１ハースから流入した前記溶湯の一部を冷却凝固させることでスカルを形成し、前記溶湯の残部を前記鋳型へ流す第２ハースと、
を含み、
前記遮蔽部材は、前記第１ハースと前記第２ハースに向かい合うように配置されている、（８）〜（１２）の何れか１項に記載のチタン合金鋳塊の製造装置。
【００４２】
（１４）前記原料供給部は、前記原料を前記ハースの上方から前記ハースへ落下させる、（８）〜（１３）の何れか１項に記載のチタン合金鋳塊の製造装置。
【００４３】
なお、前記（１）における除去工程および前記（８）における除去機構は、それぞれ、遮蔽部材に振動を与える工程、および、加振機構には限定されず、ブラシの回転運動またはスクレイパーの往復運動により、遮蔽部材に付着した付着物を掻き落として除去する構成であってもよい。また、前記除去工程および前記除去機構は、それぞれ、遮蔽部材に被せた耐熱性のカバーを定期的に交換することによって付着物を除去する構成であってもよい。
【発明の効果】
【００４４】
本発明により、チタン合金鋳塊に関して、より均等な品質を高い次元で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明に係るチタン合金鋳塊の製造装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２（Ａ）は、本実施形態の変形例の主要部を示す模式的な断面図である。図２（Ｂ）は、さらに別の変形例を示す主要部の図である。
【図３】図３は、本発明のさらに別の変形例を示す図である。
【図４】図４は、遮蔽部材の振動条件について説明するための両対数グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
添付図面を参照しながら、本発明を説明する。以降の説明では、化学組成に関する「％」は特に断りがない限り「質量％」を意味する。また、以降の説明では、本発明における除去機構が、チタン合金鋳塊の製造時に添加される添加材の蒸着物（付着物）を、遮蔽部材を振動させることで除去する加振機構である場合を例にとる。しかしながら、本発明は加振機構のみに限定されるものではなく、例えば、ブラシの回転運動やスクレイパーの往復運動により、遮蔽部材に付着した添加材を掻き落として除去する掻き落とし機構、あるいは、遮蔽部材に被せた耐熱性のカバーを定期的に交換することによって添加材を除去する除去機構にも同様に適用される。
【００４７】
１．本発明に係る製造装置
図１は、本発明に係るチタン合金鋳塊５２の製造装置１を模式的に示す斜視図である。製造装置１は、原料供給部２と、電子ビームまたはプラズマ照射部（以下、単に「照射部」という）３，９，１０と、第１ハース４、湯道５および第２ハース６を有するハース７と、鋳型８と、遮蔽部材１１と、遮蔽部材１１から付着物５４を除去するための除去機構１２と、を有している。
【００４８】
照射部３，９，１０が電子ビームを照射する構成の場合、製造装置１の各部２〜１２は、真空雰囲気下に置かれ、これらの照射部３，９，１０は、電子ビームガン等の公知の電子ビーム発生装置を有している。また、照射部３，９，１０がプラズマを照射する構成の場合、製造装置１の各部２〜１２は、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下に置かれ、これらの照射部３，９，１０は、公知のプラズマ発生装置を有している。
【００４９】
原料供給部２は、アルミニウムおよびスズの少なくとも一方を添加材として含有するチタン合金を製造するために、原料５０を供給する。原料５０は、チタン合金原料であり、チタンと、前述した添加材と、を含有している。原料５０はチタンブリケット（チタン合金ブリケットを含む。以下同じ。）であることが望ましい。原料５０は、チタンブリケットに限らず、必要に応じて板、棒、管等のスクラップをチタン合金原料に混在させてもよい。以降の説明では、原料５０がチタンブリケットである場合を例にとる。
【００５０】
なお、原料５０として、チタン合金製の原料、チタン製とアルミニウム製の混合原料、および、チタン製とチタン合金製の混合原料のいずれも用いることができる。
【００５１】
原料供給部２は、原料５０を第１ハース４の上方から供給する。原料供給部２は、原料５０が載せ置かれる台座２ａと、この台座２ａから原料５０を第１ハース４へ落下させる投入装置（図示せず）と、を有している。原料供給部２は、原料５０を、照射部３による原料５０の溶解速度に応じた供給速度で供給することが好ましい。また、原料供給部２は、原料５０を連続して供給することが好ましく、照射部３は原料５０を連続して溶解することが好ましい。
【００５２】
なお、原料５０は、供給する前に電子ビームあるいはプラズマで溶解して溶湯５１とし、第１ハース４の上方から溶湯５１を流下して供給してもよい。なぜならば、第１ハース４に供給する溶湯量を一定にすることができ、溶湯温度を安定に保持することができ、第２ハース６に供給される溶湯５１の温度も安定に保つことができるからである。
【００５３】
照射部３は、原料供給部２から供給された原料５０に電子ビームまたはプラズマを照射することにより原料５０を溶解する。これにより、原料５０の溶融物を含む溶湯５１が、第１ハース４に溜められる。照射部３に加えて、照射部９が設けられていることが好ましい。照射部９は、第１ハース４、および、第２ハース６を流れる溶湯５１に、溶湯５１の温度調整用の電子ビームまたはプラズマを走査しながら照射するために設けられる。
【００５４】
本実施形態では、第１ハース４に向けて電子ビームまたはプラズマを照射する照射部９が１基配置されている。また、第２ハース６に向けて電子ビームまたはプラズマを照射する照射部９が、２基配置されている。また、照射部３に加えて、照射部１０が設けられていることが好ましい。照射部１０は、鋳型８のキャビティ８ａに収容された溶湯５１に温度調整用の電子ビームまたはプラズマを走査しながら照射する。
【００５５】
溶湯５１が一定量以上第１ハース４に満たされると、溶湯５１は湯道５を介して第２ハース６に注がれる。第２ハース６は、第１ハース４から流入する溶湯５１の一部を冷却し、この第２ハース６にスカル（溶湯５１が急冷されて直ちに凝固した薄い凝固層）を形成しながら、残部の溶湯５１を鋳型８へ流す。
【００５６】
ハース７は、溶湯５１を精錬するために設けられている。ハース７は、本実施形態のように、原料５０が投入される第１ハース４と、第１ハース４から流入する一部の溶湯５１を冷却凝固し、底部にスカルを形成しながら、残部の溶湯５１を鋳型８へ流す第２ハース６と、を含むことが望ましい。本実施形態では、ハース７の上面７ｂは、平坦であり、同一平面上に延びている。
【００５７】
なお、ハース７は、一つのハースによって形成されていてもよい。ハース７が一つのハースで構成されている場合、遮蔽部材１１は、前記一つのハースと鋳型８との間において、ハースからのスプラッシュを受ける位置で、且つ、付着物５４をキャビティ８ａ内の溶湯５１へ落下させることが可能な位置に設置される。
【００５８】
第１ハース４は、平面視で細長い矩形状に形成されており、当該第１ハース４における溶湯５１の主流れ方向Ｄの一種である第１主流れ方向Ｄ１を長手方向として細長く延びている。第１ハース４は、原料５０が投入され原料５０を溶解する溶解ハースとして設けられている。第１ハース４は、原料５０に電子ビームあるいはプラズマを照射して溶解したチタン合金を溜める。
【００５９】
第１ハース４は、上流壁２１と、下流壁２２と、一対の第１側壁２３，２４と、を有している。
【００６０】
上流壁２１は、ハース７における溶湯５１の主流れ方向Ｄの上流側端部に配置された、鉛直方向に延びる壁である。下流壁２２は、上流壁２１と間隔をあけて平行に延び且つ鉛直方向に延びる壁であり、第１ハース４における第１主流れ方向Ｄ１の下流型端部に配置されている。
【００６１】
一対の第１側壁２３，２４は、第１主流れ方向Ｄ１に沿って互いに平行に延びており、且つ、鉛直方向に延びる壁である。第１側壁２４のうち、下流壁２２に隣接する箇所は、上端側の一部が切り欠かれた形状を有しており、この切り欠かれた部分が、湯道５を形成している。
【００６２】
湯道５は、溶湯５１を第１ハース４から第２ハース６へ送るために設けられている。本実施形態では、湯道５の入口および出口における溶湯５１の主流れ方向Ｄは、湯道５の形状に依存して決まる。この主流れ方向Ｄは、本願実施形態では、下流壁２２が延びる方向と平行な方向であり、主流れ方向Ｄの一種としての第２主流れ方向Ｄ２である。
【００６３】
第２ハース６は、前述したように、第１ハース４から流入した溶湯５１の一部を冷却凝固させることで、溶湯５１の下方にスカルを形成し、溶湯５１の残部を溶湯出口７ａへ流す、精錬ハースとして設けられている。第２ハース６では、電子ビームあるいはプラズマの照射によって溶湯５１の温度を調節可能であることが好ましい。このため、第２ハース６を流れる溶湯５１の表面に、電子ビームまたはプラズマを走査しながら照射することにより、溶湯５１の温度を調整する照射部９が設けられることが望ましい。
【００６４】
第２ハース６は、平面視で細長い矩形状に形成されており、当該第２ハース６における溶湯５１の主流れ方向Ｄの一種である第３主流れ方向Ｄ３を長手方向として細長く延びている。本実施形態では、第１ハース４の長手方向（第１主流れ方向Ｄ１）と第２ハース６の長手方向（第３主流れ方向Ｄ３）とは、平行である。
【００６５】
第２ハース６は、上流壁３１と、下流壁３２と、一対の第２側壁３３，３４と、溶湯出口７ａと、を有している。
【００６６】
上流壁３１は、第２ハース６における溶湯５１の主流れ方向Ｄの上流側端部に配置されている。下流壁３２は、上流壁３１と間隔をあけて平行に延び且つ鉛直方向に延びる壁であり、第２ハース６における第３主流れ方向Ｄ３の下流型端部に配置されている。
【００６７】
一対の第２側壁３３，３４は、第３主流れ方向Ｄ３に沿って互いに平行に延びており、且つ、鉛直方向に延びる壁である。この一方の第２側壁３３のうち、主流れ方向Ｄの上流側端部は、下流壁２２の一部であるとともに他方の第１側壁２４の一部でもあり、湯道５に接続されている。また、一方の第２側壁３３のうち、第３主流れ方向Ｄ３の下流側端部に溶湯出口７ａが設けられている。
【００６８】
溶湯出口７ａは、本実施形態では、一方の第２側壁３３の上端部の一部を切り欠くようにして形成されている。溶湯５１は、本実施形態では、溶湯出口７ａから、第２方向Ｄ２とは平行で且つ第２方向Ｄ２とは反対の第４方向Ｄ４に向けて流れることで、鋳型８へ導入される。
【００６９】
なお、主流れ方向Ｄとは、溶湯５１が溶湯出口７ａへ向かうための流れ方向をいい、例えば、溶湯５１が局所的に渦を巻いているときのこの渦の流れ方向は含まないことを意味している。
【００７０】
本実施形態では、主流れ方向Ｄは、前述した第１主流れ方向Ｄ１と、第２主流れ方向Ｄ２と、第３主流れ方向Ｄ３と、第４主流れ方向Ｄ４と、を含んでいる。
【００７１】
第１主流れ方向Ｄ１は、第１ハース４において、溶湯５１が上流壁２１から下流壁２２へ流れるときの流れ方向をいう。第１主流れ方向Ｄ１は、一対の第１側壁２３，２４と平行な方向である。
【００７２】
第２主流れ方向Ｄ２は、湯道５における溶湯５１の流れ方向である。第２主流れ方向Ｄ２は、本実施形態では、第１ハース４の下流壁２２と平行であるとともに、第２ハース６の上流壁３１と平行である。溶湯５１は、第１ハース４の下流壁２２付近、および、第２ハース６の上流壁３１付近のそれぞれにおいて、第２主流れ方向Ｄ２に沿って流れる。
【００７３】
第３主流れ方向Ｄ３は、第２ハース６において、溶湯５１が上流壁３１から下流壁３２へ向かって流れるときの流れ方向をいう。第３主流れ方向Ｄ３は、一対の第２側壁３３，３４と平行な方向である。
【００７４】
第４主流れ方向Ｄ４は、溶湯出口７ａにおける溶湯５１の流れ方向である。第４主流れ方向Ｄ４は、本実施形態では、第２ハース６の下流壁３２と平行である。溶湯５１は、第２ハース６の下流壁３２付近、および、溶湯出口７ａのそれぞれにおいて、第４主流れ方向Ｄ４に沿って流れる。
【００７５】
鋳型８は、ハース４から供給される溶湯５１を冷却してチタン合金鋳塊（インゴット）５２とする。鋳型８は、筒状（本実施形態では、円筒状）に形成されており、鋳型８のキャビティ８ａは、鋳型８の上方および下方に露呈している。鋳型８のキャビティ８ａ内へは、第２ハース６から溶湯出口７ａを通じて溶湯５１が注入される。
【００７６】
鋳型８の下方には、支持台１３が配置されており、この支持台１３に形成されたダミーブロック（図示せず）に、チタン合金鋳塊５２の下端部が支持されている。支持台１３は、図示しない移動機構によって上下方向に移動するように構成されている。キャビティ８ａへの溶湯５１の注入量に応じて、支持台１３は、移動機構によって下方へ移動される。そして、鋳型８で溶湯５１が冷却凝固されることに伴い、チタン合金鋳塊５２が円柱状に成形され、このチタン合金鋳塊５２が、下方に延びていく。なお、鋳型８のキャビティ８ａ内においては、チタン合金鋳塊５２の上方に溶湯５１が存在しており、この溶湯５１の下方における、溶湯５１とチタン合金鋳塊５２との界面において、溶湯５１がチタン合金鋳塊５２となる。
【００７７】
鋳型８は、溶湯出口７ａの下方に配置されており、ハース７の上面７ｂの高さ位置よりも低い位置に配置されている。このため、ハース７内の溶湯５１（例えば、第１ハース４内の溶湯５１）で生じたスプラッシュ５３（溶湯５１が弾けること等により生じた飛沫）が鋳型８の上方から鋳型８のキャビティ８ａ内に侵入し易い。特に、ハース７を用いた溶湯５１の精錬が減圧雰囲気下で行われるため、スプラッシュ５３は、ハース７から鋳型８へ飛散し易い。そこで、本実施形態では、スプラッシュ５３が鋳型８のキャビティ８ａ内に侵入することを抑制するために、遮蔽部材１１を設けている。
【００７８】
本実施形態では、原料５０は、第１ハース４の上方に配置された原料供給部２の台座２ａから、第１ハース４内の溶湯５１へ落下される。このような構成であるため、原料５０は、固形のまま、または、照射部３によって溶解されながら第１ハース４へ落下する。その結果、台座２ａから落下した原料５０が第１ハース４の溶湯５１と衝突することで、スプラッシュ５３が発生することがある。台座２ａから第１ハース４への原料投入位置は、上流壁２１の近傍であって鋳型８から離隔した位置であるけれども、やはり、減圧雰囲気の下、スプラッシュ５３は、鋳型８へ向けて飛散してしまう。
【００７９】
遮蔽部材１１は、ハース７において生じたスプラッシュ５３について鋳型８に供給された溶湯５１へ侵入することを抑制するために、ハース７と鋳型８との間に配置されている。本実施形態では、遮蔽部材１１は、第１ハース４と向かい合うように配置されている。遮蔽部材１１は、本実施形態では、チタン材料で形成されている。遮蔽部材１１は、純チタン製であってもよいし、チタン合金鋳塊５２と同じ成分のチタン合金製であってもよい。遮蔽部材１１がチタンまたはチタン合金製であることにより、この遮蔽部材１１の耐熱温度（溶融温度）を極めて高くできる。
【００８０】
遮蔽部材１１は、本実施形態では、所定の厚みを有する矩形の平板状に形成されている。本実施形態では、遮蔽部材１１は、鉛直方向に延びて第１主流れ方向Ｄ１と直交しており、第２主流れ方向Ｄ２と平行に延びている。遮蔽部材１１の内部を冷却水等の冷媒が通過する構成の場合、遮蔽部材１１の厚みは、この冷媒通路を形成可能な厚みに形成されていることが好ましい。
【００８１】
遮蔽部材１１の幅（第２主流れ方向Ｄ２に沿う方向の長さ）は、第１ハース４の内幅（一対の第１側壁２３，２４間の間隔）以上に設定されていることが好ましい。遮蔽部材１１は、遮蔽部材１１の幅方向（第２主流れ方向Ｄ２に沿う方向）において、第１ハース４の全域を覆っていることが好ましい。また、遮蔽部材１１は、第２主流れ方向Ｄ２と平行な方向において、キャビティ８ａの全域に亘ってキャビティ８ａと向かい合っていることが好ましい。遮蔽部材１１は、鉛直方向において、鋳型８の上面８ｂに接する位置からハース７の上面７ｂの上方までの位置に亘って延びている。遮蔽部材１１の上端面の高さ位置は、第１ハース４から飛散するスプラッシュ５３の高さ位置を考慮して設定される。
【００８２】
遮蔽部材１１は、例えば当該遮蔽部材１１の下端部が鋳型８の上面８ｂに載せられているとともに、図示しないガイド部材によって、後述する加振機構１４によって生じる振動の振動方向Ｖ１（振幅方向）に移動可能に支持されている。これにより、遮蔽部材１１の全体が、加振機構１４の振動によって振動することができる。より具体的には、遮蔽部材１１の上端部が図示しないフックに引っ掛けられていることにより、遮蔽部材１１は、フックによって吊り下げられて支持されている。さらに、遮蔽部材１１の下端部と鋳型８の上面８ｂとの間に隙間が無いように、フックによる遮蔽部材１１の吊り下げ位置が設定されている。また、遮蔽部材１１の下端部には、平面視において鋳型８の内周面の位置よりも鋳型８の径方向内方の位置へ遮蔽部材１１が侵入しないように、鋳型８の上端部にストッパー（図示せず）が設けられている。このストッパーは、鋳型８の径方向外方へ向かう遮蔽部材１１の動きは拘束していない。
【００８３】
遮蔽部材１１は、本実施形態では、溶湯出口７ａに対して第１主流れ方向Ｄ１の上流側に配置されている。また、遮蔽部材１１は、キャビティ８ａの外周部に配置されている。遮蔽部材１１のうちキャビティ８ａ側を向く一側面１１ａの少なくとも一部（本実施形態では、遮蔽部材１１の中央部分を含む一部）は、鋳型８の内周面の真上に位置しており、これにより、遮蔽部材１１の一側面１１ａに付着した付着物５４を鋳型８のキャビティ８ａ内へ落下させることができる。遮蔽部材１１の一側面１１ａは、平面視において、例えばキャビティ８ａの内周面の接線上に配置される。
【００８４】
ここで、付着物５４とは、遮蔽部材１１の一側面１１ａに付着した、溶湯５１の一部の成分である。遮蔽部材１１の一側面１１ａに付着した付着物５４は、主に、鋳型８のキャビティ８ａ内において溶湯５１から蒸発した添加材が蒸着して形成されている。付着物５４は、アルミニウム、および、スズの少なくとも一方を含んでいる。
【００８５】
なお、遮蔽部材１１のうち第１ハース４と対向する他側面１１ｂには、第１ハース４から飛散したスプラッシュ５３が付着する。
【００８６】
遮蔽部材１１は、当該遮蔽部材１１の一側面１１ａがキャビティ８ａの外周縁部寄りに配置されている。これにより、遮蔽部材１１の付着物５４はキャビティ８ａ内へ落下することが可能であり、且つ、遮蔽部材１１に付着したスプラッシュ５３は、キャビティ８ａ内に落下することを抑制される。
【００８７】
遮蔽部材１１の付着物５４が大きな塊となって成長する前に、遮蔽部材１１に付着した付着物５４を除去するため、除去機構１２が設けられている。
【００８８】
除去機構１２は、遮蔽部材１１に振動を与える加振機構１４を有している。加振機構１４を連続的または間欠的に振動させることにより、チタン合金鋳塊５２の製造時に遮蔽部材１１に付着した付着物５４を脱落させる。
【００８９】
加振機構１４は、アクチュエータ４１と、遮蔽部材１１と、を含んでいる。すなわち、本実施形態では、遮蔽部材１１は、加振機構１４の一部を構成している。
【００９０】
アクチュエータ４１は、電動モータまたは油圧モータであるモータ４２と、このモータ４２の出力軸に一体回転可能に連結された物体としての出力部材４３と、を含んでいる。本実施形態では、加振機構１４は、アクチュエータ４１の出力部材４３の変位運動を振動力に変換する機構である。
【００９１】
モータ４２のケーシングは、図示しないステー等に固定されている。出力部材４３は、外周部に複数の歯４４が形成された部材であり、本実施形態では、出力部材４３の全周に亘って歯４４が形成されている。加振機構１４が遮蔽部材１１を連続的に加振する場合、出力部材４３は、モータ４２の出力軸４５と同軸に固定される。加振機構１４が遮蔽部材１１を間欠的に加振する場合、出力部材４３は、モータ４２の出力軸４５に偏心状態で固定される。出力部材４３の歯４４は、遮蔽部材１１の縁部に接触するように配置される。
【００９２】
上記の構成により、出力部材４３がモータ４２の出力軸４５と同軸に配置されている場合、モータ４２の出力軸４５が回転すると、出力部材４３の歯４４が遮蔽部材１１の縁部を連続的に打撃する。これにより、遮蔽部材１１は、例えば、遮蔽部材１１の厚み方向（第１主流れ方向Ｄ１と平行な方向）を振動方向Ｖ１として連続的に振動する。一方、出力部材４３がモータ４２の出力軸４５と偏心状態で配置されている場合、モータ４２の出力軸４５が回転すると、出力部材４３の歯４４が遮蔽部材１１の縁部を間欠的に打撃する。これにより、遮蔽部材１１は、振動方向Ｖ１に間欠的に振動する。
【００９３】
なお、加振機構１４に代えて、図２（Ａ）に示す加振機構１４Ａ（除去機構１２Ａ）が設けられてもよい。図２（Ａ）は、本実施形態の変形例の主要部を示す模式的な断面図である。加振機構１４Ａは、アクチュエータ４１Ａを含んでいる。
【００９４】
アクチュエータ４１Ａは、モータ４２と、このモータ４２の出力軸４５に偏心状態で一体回転可能に連結された円板状の出力部材４３Ａと、遮蔽部材１１に固定され振動方向Ｖ１に向かい合った一対の挟み部材４６と、を有している。
【００９５】
挟み部材４６は、出力部材４３Ａと滑り接触してこの出力部材４３Ａを挟み込んでいる。この構成により、モータ４２の出力軸４５の回転とともに出力部材４３Ａが回転すると、回転部材４３Ａの首振り運動により挟み部材４６が振動方向Ｖ１に振動する。この構成において遮蔽部材１１を間欠的に振動させる場合、モータ４２を間欠的に駆動すればよい。
【００９６】
図２（Ｂ）は、さらに別の変形例を示す主要部の図である。この変形例では、加振機構１４Ａは、電力を振動力に変換する振動子４７をさらに含んでいる。振動子４７は、例えば、遮蔽部材１１に埋設されており、電流を流されることにより振動することで、遮蔽部材１１を振動させる。すなわち、振動子４７は、電力を振動力に変換することで、遮蔽部材１１に振動を与える。振動子４７として、スピーカーのような電磁コイル式の振動子、および、圧電素子を例示できる。
【００９７】
なお、図２（Ｂ）では、加振機構１４Ａに振動子４７が付加されている形態を例に説明しているけれども、この通りでなくてもよい。アクチュエータ４１Ａに代えてアクチュエータ４１が設けられてもよいし、アクチュエータ４１およびアクチュエータ４１Ａの何れも設けずに、振動子４７を設けてもよい。アクチュエータ４１等を用いた機械式の加振機構であれば、大きな振幅を簡易な構成で得られる。一方、振動子４７を用いた電気式の加振機構であれば、高い周波数を簡易な構成で得られる。
【００９８】
上述の実施形態では、遮蔽部材１１が平板状である形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、図３の変形例に示すように、鋳型８の形状に沿った湾曲状の外形を有する遮蔽部材１１Ａが用いられてもよい。遮蔽部材１１Ａは、鋳型８の内周面の形状に沿う円弧状に形成された板部材である。遮蔽部材１１Ａの材質、遮蔽部材１１Ａの厚み、および、遮蔽部材１１Ａの高さ位置は、遮蔽部材１１と同様に設定される。一方で、遮蔽部材１１Ａは、第１ハース４の第１主流れ方向Ｄ１に向かい合うように配置されるとともに、第２ハース６の一方の側壁３３とは第４主流れ方向Ｄ４と平行な方向に向かい合うように配置される。また、遮蔽部材１１Ａは、湯道５と向かい合うように配置される。遮蔽部材１１Ａは、第２主流れ方向Ｄ２と平行な方向において、キャビティ８ａの全域に亘ってキャビティ８ａと向かい合っていることが好ましい。
【００９９】
上記の構成であれば、遮蔽部材１１Ａは、第１ハース４において生じたスプラッシュ５３に加えて、湯道５や第２ハース６で溶湯５１が弾けること等によって生じたスプラッシュ５３について、鋳型８のキャビティ８ａ内に侵入することをより確実に抑制できる。これにより、遮蔽部材１１Ａによる、スプラッシュ５３の遮蔽効率を高めることができる。遮蔽部材１１Ａに設けられる除去機構１２，１２Ａの構成は、遮蔽部材１１に設けられる除去機構と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【０１００】
なお、図１に示す遮蔽部材１１が用いられる場合、第２ハース６側にも遮蔽部材（図示せず）を増設してもよい。この場合、第２ハース６側の遮蔽部材は、例えば矩形の平板状に形成され、鋳型８の上面８ｂ上に設置される。この遮蔽部材は、平面視で第２ハース６の第２側壁３３と平行に配置されることが好ましい。また、上記第２ハース６側の遮蔽部材が設けられない場合、遮蔽部材１１を図１に示す位置から平面視で鋳型８の中心軸線回りに第２ハース６側に４５度回転した位置に設置してもよい。これにより遮蔽部材１１は、第１ハース４からのスプラッシュと第２ハース６からのスプラッシュの両方を遮蔽できる。
【０１０１】
図４は、遮蔽部材１１の振動条件について説明するための両対数グラフである。図４において、横軸は遮蔽部材１１に与えられる振動数ｘを示している。また、縦軸は、遮蔽部材１１の振幅ｙ（除去機構１２の出力部材４３と接触している箇所での振幅）を示している。
【０１０２】
図１および図４を参照して、遮蔽部材１１の振動条件は、図４に示す三角形の領域内であることが望ましい。すなわち、この振動は、振幅をｙ（ｃｍ）とし、振動数をｘ（Ｈｚ）とする場合に、
ｙ≧０．２ｘ−０．５、
ただし、
０．００１≦ｘ≦１０００、
０．０１≦ｙ≦６
を満足することが望ましい。
【０１０３】
振動数ｘが上記の下限に達しない場合、および、振幅ｙが上記の下限に達しない場合の少なくとも一方においては、遮蔽部材１１に付着したアルミニウム等の付着物５４（蒸着物）を遮蔽部材１１から確実に剥離することが困難である。また、振動数ｘが上記の上限を超える場合、および、振幅ｙが上記の上限を超える場合の少なくとも一方においては、遮蔽部材１１から付着物５４を剥離させる効果は高いものの、除去機構１２についての設備コストが上昇する。
【０１０４】
図４の三角形の領域における斜辺は、振動数ｘが好適な範囲の下限で且つ振幅ｙが好適な範囲の上限である点と、振動数ｘが好適な範囲の上限で且つ振幅ｙが好適な範囲の下限である点と、を結んだ線である。
【０１０５】
図４において、三角形の領域内において黒丸で示される点は、実験により、付着物５４を遮蔽部材１１から少ない設備コストで剥離させるのに効果があると判定された結果を示している。一方、三角形の領域外において白抜きの三角で示される点は、実験により、付着物５４を遮蔽部材１１から剥離させるのに効果が十分でないか、または、除去機構の設備コストが高すぎると判定された結果を示している。
【０１０６】
以上が製造装置１の概略構成である。
【０１０７】
２．本発明に係る製造方法
図１を参照して、本実施形態に係るチタン合金鋳塊５２の製造方法は、第１〜５の工程を有する。
【０１０８】
第１の工程は、原料供給工程である。この第１の工程では、原料供給部２が原料５０を第１ハース４の上方から第１ハース４へ落下させる。原料供給工程では、原料５０を、第２の工程での原料５０の溶解速度に応じた供給速度で、供給することが望ましい。
【０１０９】
第２の工程は、溶解工程である。この第２の工程では、第１ハース４へ供給された原料５０に照射部３が電子ビームまたはプラズマを照射することにより原料５０を溶解する。なお、原料供給工程で原料５０を連続して供給し、溶解工程で原料５０を連続して溶解することが望ましい。
【０１１０】
第３の工程は、ハース７において溶湯５１を精錬する精錬工程である。この第３の工程では、固形物のまま落下、または、照射部３によって溶解されて流下する溶湯５１を精錬する。この精錬工程では、ハース４を流れる溶湯５１に、照射部９から電子ビームまたはプラズマを照射することにより、溶湯５１の温度を調整することが望ましい。
【０１１１】
第４の工程は、鋳造工程である。この第４の工程では、ハース７で精錬された溶湯５１を鋳型８で冷却凝固することで、チタン合金鋳塊５２を成形する。この鋳造工程では、鋳型８への溶湯５１の流入に伴い支持台１３が下方へ移動する。これにより、チタン合金鋳塊５２が円柱状に成形されていく。この鋳造工程では、ハース７において生じたスプラッシュ５３は、遮蔽部材１１によって受けられることで、鋳型８のキャビティ８ａへの侵入を抑制される。
【０１１２】
第５の工程は、遮蔽部材１１に付着した付着物５４を除去するための除去工程である。この第５の工程は、チタン合金鋳塊５２の鋳造時に行われてもよいし、チタン合金鋳塊５２の鋳造時以外に行われてもよい。この除去工程では、除去機構１２または１２Ａが、遮蔽部材１１へ、連続的または間欠的に、機械的または電気的に振動を与える。この振動についての好ましい振動数ｘと振幅ｙの関係は、前述したとおりである。この除去工程では、大きく成長する前に遮蔽部材１１から除去された付着物５４の少なくとも一部を、キャビティ８ａ内の溶湯５１へ落下させる。
【０１１３】
以上説明したように、本実施形態によると、除去機構１２，１２Ａは、遮蔽部材１１に付着した付着物５４を遮蔽部材１１から除去することができる。これにより、鋳型８のキャビティ８ａ内の溶湯５１から蒸発した添加材が遮蔽部材１１に付着して付着物５４が形成された場合、この付着物５４を大きな塊となる前に、遮蔽部材１１から剥離できる。これにより、鋳型８のキャビティ８ａ内に落下する付着物５４のサイズを小さくできる。よって、鋳型８内の溶湯５１に局所的に大きな付着物５４の塊が混入することを抑制できる。その結果、溶湯５１が冷却凝固されることで成形されるチタン合金鋳塊５２において、成分の偏りが生じることを抑制できるので、均等な品質を実現できる。これにより、チタン合金鋳塊５２の製造に関して、より均等な品質を高い次元で実現できる。
【０１１４】
また、本実施形態によると、除去機構１２，１２Ａは、遮蔽部材１１に振動を与えることにより、遮蔽部材１１から付着物５４を除去する。これにより、遮蔽部材１１から付着物５４を容易に満遍なく除去できる。
【０１１５】
また、本実施形態によると、除去機構１２，１２Ａは、対応するアクチュエータ４１，４１Ａの出力部材４３，４３Ａの回転運動を振動力に変換する。この構成によると、簡易な構成で遮蔽部材１１に振動を与えることができる。また、振動子４７を用いて遮蔽部材１１に振動を与える場合も、簡易な構成で遮蔽部材１１に振動を与えることができる。
【０１１６】
また、本実施形態によると、除去機構１２，１２Ａは、遮蔽部材１１から除去された付着物５４の少なくとも一部を、鋳型８のキャビティ８ａ内の溶湯５１へ落下させる。この構成によると、鋳型８のキャビティ８ａから蒸発した添加材をキャビティ８ａへ戻すことができる。しかも、遮蔽部材１１から落下する付着物５４の大きさは小さいので、鋳型８内の溶湯５１の組成が均等な状態を維持できる。よって、チタン合金鋳塊５２の製造に関して、より均等な品質を高い次元で実現できる。
【０１１７】
また、本実施形態によると、遮蔽部材１１は、第１ハース４および第２ハース６のうち、原料５０が投入されるハースである少なくとも第１ハース４と向かい合うように配置されている。この構成によると、原料供給部２から投下された原料５０によるスプラッシュ５３が鋳型８内の溶湯５１に侵入することをより確実に抑制できる。
【実施例】
【０１１８】
本発明の効果を確認するため、図１に示す製造装置１を用いて、以下に示す試験を実施してその結果を評価した。
（１）溶解および鋳造条件
溶湯成分：Ｔｉ−６．４％Ａｌ−４．２％Ｖ（添加材としてアルミニウム合金を使用）
溶湯温度：１８５０℃（ハース７内の溶湯温度）
【０１１９】
鋳型８の内径：７５０ｍｍ
溶解量：１００００ｋｇ
溶解速度：１０００ｋｇ／時間
【０１２０】
ハース７：第１ハース４、第２ハース６の２種類
第１ハース４の寸法：幅５００ｍｍ×長さ２０００ｍｍ×深さ１５０ｍｍ
第２ハース６の寸法：幅５００ｍｍ×長さ１５００ｍｍ×深さ１００ｍｍ
【０１２１】
原料５０：チタン合金の直径１００ｍｍ×長さ２００ｍｍのブリケット
原料５０の溶解方法：ブリケットを溶解速度に合わせて連続供給
電子ビームまたはプラズマ照射部３：原料溶解用１基
【０１２２】
電子ビームまたはプラズマ照射部９：第１ハース４用１基、第２ハース６用２基の合計３基
電子ビームまたはプラズマ照射部１０：鋳型８の用１基
【０１２３】
遮蔽部材１１：
・設置位置：第１ハース４および第２ハース６の双方に面するように、平面視で第１ハース４の下流壁２２に対して４５度の向きとなるように、鋳型８の上面８ｂに設置
・形状および寸法：幅６００ｍｍ、高さ１０００ｍｍ、厚み５ｍｍの平板状
・材質：純チタン
【０１２４】
除去機構１２の加振機構１４
・振動方法：モータによる機械式の加振を行った
・振動数：０．０００１〜１００００Ｈｚ
・振幅：０．００１〜１０ｃｍ
【０１２５】
（２）評価
表１に試験結果を示す。
【０１２６】
【表１】
2020204055.tif 000003
【０１２７】
表１における原料５０の供給方法欄の「連続添加」は、溶解速度に合わせて原料５０を第１ハース４の直上に一定速度で連続供給し、これに電子ビームあるいはプラズマを照射させて連続的に溶解したことを意味する。また、「一括添加」は、１０００ｋｇの原料５０を１０回に分けて、それぞれを第１ハース４に一括添加して、これに電子ビームあるいはプラズマを照射させて溶解したことを意味する。
【０１２８】
表１における「遮蔽部材１１の付着量比」は、試験終了後に遮蔽部材１１を取り出し、試験開始前の遮蔽部材１１の重量を基準とした時の比を意味する。表１における「チタン合金鋳塊のＡｌ濃度変動」は、アルミニウムの濃度の変動量であり、目標とするアルミニウム濃度を基準とした場合の比を意味する。
【０１２９】
さらに、表１における「スプラッシュの混入の有無」は、試験中の製造装置１内を目視で監視することにより、鋳型８のキャビティ８ａ内へのスプラッシュ５３の混入の有無を確認した。
【０１３０】
本発明の効果を、遮蔽部材１１に蒸着したアルミニウムの付着量と、チタン合金鋳塊５２のアルミニウム濃度に関して確認した。
【０１３１】
遮蔽部材１１への付着量比は、試験前の遮蔽部材１１の重量に対する試験後の遮蔽部材１１の重量の比であり、付着量比が大きいほどアルミニウムの付着量が多いことを示す。本発明例１〜１０のように、遮蔽部材１１を振動させることで、遮蔽部材１１に付着した付着物５４の脱落を促進することで付着物５４の付着量を減らすことができた。
【０１３２】
この結果、付着物が鋳型８内の溶湯５１に落下しても、この落下したアルミニウムの量が少ないので、チタン合金鋳塊５２のアルミニウム濃度の上昇が少なく、結果的にチタン合金鋳塊５２のアルミニウム濃度の変動が小さくなる。
【０１３３】
ここで、チタン合金鋳塊５２のアルミニウムの濃度については、チタン合金鋳塊５２の切粉を採取してこの切粉を測定対象とした。切粉は、約７０００ｍｍ長のチタン合金鋳塊５２の下端から上方へ１００ｍｍ間隔の各高さ位置で、チタン合金鋳塊５２の表面から３０ｍｍの深さ位置の部分を採取した。
【０１３４】
本発明例１〜１０によれば、遮蔽部材１１の付着量比は小さく、チタン合金鋳塊５２の濃度変動も小さくすることもできた。特に、本発明例１〜４，１０は、振幅ｙ（ｃｍ）および振動数ｘ（Ｈｚ）がｙ≧０．２ｘ−０．５、ただし、０．００１≦ｘ≦１０００、０．０１≦ｙ≦６を満足している。このため、遮蔽部材１１の付着量比およびチタン合金鋳塊５２の濃度変動がいずれも極めて小さくなった。
【０１３５】
また、本発明例５〜９は、振幅ｙ（ｃｍ）および振動数ｘ（Ｈｚ）がｙ≧０．２ｘ−０．５、ただし、０．００１≦ｘ≦１０００、０．０１≦ｙ≦６を満足しないため、遮蔽部材１１へのアルミニウムの付着量が本発明例１〜４，１０よりも若干増加した。このため、付着したアルミニウムの一部の塊が鋳型８内の溶湯５１に落下し、チタン合金鋳塊５２のアルミニウム濃度が、濃度の規格内ではあったものの、部分的に上昇した。
【０１３６】
一方、比較例１，２は、遮蔽部材１１が設けられていることにより、スプラッシュ混入は防止された。しかしながら、遮蔽部材１１に振動を生じさせなかった。このため、遮蔽部材１１において付着物５４（蒸着物）の塊が大きく成長し、付着量比が大きくなった。また、遮蔽部材１１において大きく成長した付着物５４の塊が、鋳型８内のチタン合金鋳塊５２に混入し、その結果、Ａｌ濃度変動が大きくなった。比較例３〜５では、遮蔽部材１１が無いため、スプラッシュ５３が鋳型８内の溶湯に混入し、チタン合金鋳塊５２のＡｌ濃度の変動が非常に大きくなった。
【０１３７】
以上の次第で、遮蔽部材１１を設けるとともに、この遮蔽部材１１を加振機構１４で振動させることで、付着物５４が成長する前にこの付着物５４を遮蔽部材１１から剥離することができ、その結果、チタン合金鋳塊５２の品質を極めて高くできることが実証された。
【符号の説明】
【０１３８】
１  製造装置
２  原料供給部
３，９，１０  照射部
４  第１ハース
６  第２ハース
７  ハース
８  鋳型
８ａ  キャビティ
１１，１１Ａ  遮蔽部材
１２，１２Ａ  除去機構
１４，１４Ａ  加振機構
４１，４１Ａ  アクチュエータ
４３，４３Ａ  出力部材（物体）
４７  振動子
５０  原料
５１  溶湯
５２  チタン合金鋳塊
５３  スプラッシュ
５４  付着物
【図１】
2020204055.tif 000004
【図２】
2020204055.tif 000005
【図３】
2020204055.tif 000006
【図４】
2020204055.tif 000007