(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
坩堝に収容された溶融状態の金属を、該坩堝を傾動させて流出させることにより取り出す溶融状態の金属の取出方法であって、
該坩堝は、開口端部の少なくとも一部を閉塞すると共に、該開口端部の縁部との間に間隙を存して設けられた第１の閉塞部材と、該開口端部の縁部と該第１の閉塞部材との間に形成された間隙からなる流出口部と、該流出口部の該第１の閉塞部材に対向する該坩堝の縁部に接すると共に、該第１の閉塞部材との間に間隙を存して設けられた第２の閉塞部材とを備え、
該坩堝に収容された溶融状態の金属を、該坩堝を傾動させて該流出口部から流出させることにより取り出すときに、
該第１の閉塞部材により、該溶融状態の金属の表面に浮遊する酸化皮膜の流出を阻止すると共に、該第２の閉塞部材により、該溶融状態の金属中に沈殿する沈殿物の流出を阻止することを特徴とする溶融状態の金属の取出方法。
【請求項２】
請求項１記載の溶融状態の金属の取出方法において、前記坩堝は前記溶融状態の金属と同系の金属箔からなり、前記流出口部を閉塞する第３の閉塞部材を備え、該溶融状態の金属を、該坩堝を傾動させて該流出口部から流出させることにより取り出すときに、該流出口部から流出する該溶融状態の金属により該第３の閉塞部材を溶融して除去することを特徴とする溶融状態の金属の取出方法。
【請求項３】
溶融状態の金属を収容する有底筒状体からなる坩堝であって、
該坩堝の開口端部の少なくとも一部を閉塞すると共に、該開口端部の縁部との間に間隙
を存して設けられ、該溶融状態の金属の表面に浮遊する酸化皮膜の流出を阻止する第１の
閉塞部材と、
該開口端部の縁部と該第１の閉塞部材との間に形成された間隙からなり、該溶融状態の
金属を流出させる流出口部と、
該流出口部の該第１の閉塞部材に対向する該坩堝の縁部に接すると共に、該第１の閉塞部材との間に間隙を存して設けられ、該溶融状態の金属中に沈殿する沈殿物の流出を阻止する第２の閉塞部材とを備えることを特徴とする坩堝。
【請求項４】
請求項３記載の坩堝において、前記溶融状態の金属と同系の金属箔からなり、前記流出口部を閉塞すると共に、該流出口部から流出する該溶融状態の金属により溶融されて除去される第３の閉塞部材を備えることを特徴とする坩堝。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融状態の金属の取出方法及びこれに用いる坩堝に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鋳造に用いられる金属を加熱溶融するために、例えば坩堝のような、前記金属を収容して加熱する容器が知られている。ところが、前記容器では、加熱溶融された金属が空気と接触することにより、その表面に酸化皮膜が形成される。前記酸化皮膜は、前記溶融状態の金属と共に鋳型に充填されると、得られた鋳物中に異物を形成し、該鋳物の引張強さや伸びを低下させるという問題がある。
【０００３】
前記問題を解決するために、従来、前記容器に収容されている溶融状態の金属に対し、該溶融状態の金属を鋳型に充填するための給湯管を挿入する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。前記従来の方法では、前記給湯管は、その先端が前記溶融状態の金属の液面下であって、前記の容器の底部との間に間隔を存する位置に挿入される。そして、前記容器を密閉状態として、前記溶融状態の金属の液面を不活性ガスにより加圧することにより、該溶融状態の金属が前記給湯管を介して前記鋳型に充填される。
【０００４】
このとき、前記給湯管の先端は、前記のように前記溶融状態の金属の液面下であって、前記の容器の底部との間に間隔を存する位置にある。したがって、前記従来の方法によれば、前記溶融状態の金属の液面に生成している酸化皮膜や、前記容器の底部に沈殿している比重の大きな介在物が前記鋳型に充填されることを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１１５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の方法では、前記溶融状態の金属を前記鋳型に充填するために、不活性ガスにより前記溶融金属の液面を加圧しなければならず、大掛かりで複雑な構成を備える装置を必要とするという不都合がある。
【０００７】
本発明は、上記不都合を解消するために、鋳造に用いられる金属を収容して加熱する容器から、酸化皮膜を混入させることなく溶融状態の金属を取り出すことができる溶融状態の金属の取出方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明の目的は、本発明の取出方法に用いる簡易な構成の坩堝を提供することにもある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の溶融状態の金属の取出方法は、坩堝に収容された溶融状態の金属を、該坩堝を傾動させて流出させることにより取り出す溶融状態の金属の取出方法であって、該坩堝は、開口端部の少なくとも一部を閉塞すると共に、該開口端部の縁部との間に間隙を存して設けられた第１の閉塞部材と、該開口端部の縁部と該第１の閉塞部材との間に形成された間隙からなる流出口部と、該流出口部の該第１の閉塞部材に対向する該坩堝の縁部に接すると共に、該第１の閉塞部材との間に間隙を存して設けられた第２の閉塞部材とを備え、該坩堝に収容された溶融状態の金属を、該坩堝を傾動させて該流出口部から流出させることにより取り出すときに、該第１の閉塞部材により、該溶融状態の金属の表面に浮遊する酸化皮膜の流出を阻止すると共に、該第２の閉塞部材により、該溶融状態の金属中に沈殿する沈殿物の流出を阻止することを特徴とする。
【００１０】
本発明の溶融状態の金属の取出方法では、第１の閉塞部材と流出口部を備える坩堝を傾動させることで、流出口部から溶融状態の金属を流出させる。このとき、溶融状態の金属の表面に浮遊する酸化皮膜は、第１の閉塞部材により阻止されるので、流出することが抑制される。したがって、前記流出口部から溶融状態の金属を容易に取り出すことができる。
【００１１】
一方、前記溶融状態の金属の底部には、該金属に含有されている介在物が沈殿物となって沈殿している。
【００１２】
本発明の溶融状態の金属の取出方法では、前記坩堝を傾動させることで、前記出口部から坩堝に収容された溶融状態の金属を流出させる。このとき、溶融状態の金属中に沈殿する沈殿物は第２の閉塞部材により阻止されるので流出することがない。
したがって、前記流出口部から前記酸化被膜及び前記沈殿物を流出させることなく、溶融状態の金属を容易に取り出すことができる。
【００１３】
さらに、本発明の溶融状態の金属の取出方法において、前記坩堝は前記溶融状態の金属と同系の金属箔からなり、前記流出口部を閉塞する第３の閉塞部材を備え、該溶融状態の金属を、該坩堝を傾動させて該流出口部から流出させることにより取り出すときに、該流出口部から流出する該溶融状態の金属により該第３の閉塞部材を溶融して除去することが好ましい。
【００１４】
第３の閉塞部材として溶融状態の金属と同系の金属箔を備える坩堝を用いる本発明の溶融状態の金属の取出方法では、該坩堝を傾動させて溶融状態の金属の熱で該金属箔を溶融させることにより、前記流出口部を開口する。この結果、前記流出口部から坩堝に収容された溶融状態の金属を流出させることができる。この金属箔は、溶融して流出口部が開口するまでに一定の時間を要するため、溶融状態の金属が流出口部から流出可能となるまでは、坩堝の傾動中にも酸化皮膜の流出を阻止することができる。したがって、溶融状態の金属を流出口部から流出させる際に、溶融状態の金属のみを確実に取り出すことができる。また、溶解された金属箔は溶融状態の金属と同系の金属からなるため、該金属箔が溶融状態の金属と一緒に流出しても、該金属箔が不純物となることはない。
【００１５】
本発明の溶融状態の金属の取出方法は、溶融状態の金属を収容する有底筒状体からなる坩堝であって、該坩堝の開口端部の少なくとも一部を閉塞すると共に、該開口端部の縁部との間に間隙を存して設けられ、該溶融状態の金属の表面に浮遊する酸化皮膜の流出を阻止する第１の閉塞部材と、該開口端部の縁部と該第１の閉塞部材との間に形成された間隙からなり、該溶融状態の金属を流出させる流出口部と、該流出口部の該第１の閉塞部材に対向する該坩堝の縁部に接すると共に、該第１の閉塞部材との間に間隙を存して設けられ、該溶融状態の金属中に沈殿する沈殿物の流出を阻止する第２の閉塞部材とを備える坩堝により実施することができる。
【００１６】
前記坩堝は、前記第１の閉塞部材を備えることにより、前記溶融状態の金属の表面に浮遊する酸化皮膜の流出を抑制し、前記流出口部から該溶融状態の金属を容易に取り出すことができる。
【００１８】
また、前記坩堝は、前記第２の閉塞部材を備えることにより、前記溶融状態の金属中に沈殿する沈殿物の流出を阻止し、前記流出口部から該溶融状態の金属を容易に取り出すことができる。
【００１９】
さらに、前記坩堝は、前記いずれかの構成に加えて、前記溶融状態の金属と同系の金属箔からなり、前記流出口部を閉塞すると共に、該流出口部から流出する該溶融状態の金属により溶融されて除去される第３の閉塞部材を備えることが好ましい。
【００２０】
前記坩堝は、前記いずれかの構成にさらに前記金属箔からなる前記第３の閉塞部材を備えることにより、坩堝の傾動中にも前記溶融状態の金属の表面に浮遊する酸化皮膜の流出を阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）は第１の閉塞部材を設けた坩堝に溶融状態の金属が収容されている状態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の坩堝を流出口部側から見た正面図、（ｃ）は（ｂ）に示す坩堝を傾動させて溶融状態の金属を流出している状態を示す断面図。
【図２】（ａ）は第１の閉塞部材と第２の閉塞部材を設けた坩堝に溶融状態の金属が収容されている状態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の坩堝を流出口部側から見た正面図、（ｃ）は（ｂ）に示す坩堝を傾動させて溶融状態の金属を流出している状態を示す断面図。
【図３】（ａ）は第１の閉塞部材と第２の閉塞部材と第３の閉塞部材を設けた坩堝に溶融状態の金属が収容されている状態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の坩堝を流出口部側から見た正面図、（ｃ）は（ａ）に示す坩堝を傾動させた状態を示す断面図、（ｄ）は（ｃ）の状態から第３の閉塞部材が溶融して溶融状態の金属を流出している状態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態について図１を用いて説明する。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態の坩堝１ａは、筒状部２と、この筒状部２の一方の端部を閉塞する底部３と、筒状部２の他方の端部を開口する開口端部４とからなる有底円筒状体に形成されている。
【００２３】
開口端部４には、その一部を閉塞する板状からなる第１の閉塞部材５が備えられている。より具体的には、第１の閉塞部材５は、開口端部４を形成する円周における一方の弦５ａと該一方の弦５ａよりも短い他方の弦５ｂと前記一方の弦５ａと前記他方の弦５ｂとに挟まれた円弧５ｃ、５ｄとにより囲まれた領域に備えられている。第１の閉塞部材５の弦５ｂと、弦５ｂに対向する筒状部２の端縁との間には間隙が形成されて、流出口部６ａとされている。坩堝１ａには溶融状態の金属７が収容されており、金属７の表面には、空気との接触により酸化皮膜８が形成されている。
【００２４】
坩堝１ａ及び第１の閉塞部材５は、アルミナ等の耐火物や、黒鉛や鉄等により形成されている。
【００２５】
次に、坩堝１ａを用いた溶融状態の金属７の取出方法について説明する。本実施形態では、図１（ｃ）に示すように、流出口部６ａを開口端部４の下方に位置させて坩堝１ａを傾動させることにより、流出口部６ａから溶融状態の金属７を流出させる。このとき、溶融状態の金属７の表面には酸化皮膜８が形成されているが、酸化皮膜８は、第１の閉塞部材５により流出口部６ａからの流出が阻止される。
【００２６】
したがって、本実施形態では、坩堝１ａから酸化皮膜８を流出させることなく、流出口部６ａから溶融状態の金属７を容易に取り出すことができる。
【００２７】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態について図２を用いて説明する。本実施形態の坩堝１ｂの構造について、第１の実施の形態と同一の構造については、同一の番号を付してその説明を省略する。
【００２８】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の閉塞部材５に対向する筒状部２の端縁部には、開口端部４の一部を閉塞する板状からなる第２の閉塞部材９が該端縁部に接して備えられている。より具体的には、第２の閉塞部材９は、第１の閉塞部材５の弦５ｂよりも短い弦９ａと、前記弦９ａに対する円弧９ｂにより囲まれた領域に備えられている。また、第１の閉塞部材５と第２の閉塞部材９との間には間隙が形成され、流出口部６ｂとされている。
【００２９】
次に、坩堝１ｂを用いた溶融状態の金属７の取出方法について説明する。本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、流出口部６ｂを開口端部４の下方に位置させて坩堝１ｂを傾動させることにより、流出口部６ｂから溶融状態の金属７を流出させる。このとき、溶融状態の金属７の表面には酸化皮膜８が形成されているが、酸化皮膜８は、第１の閉塞部材５により流出口部６ｂからの流出が阻止される。また、溶融状態の金属７の底部には金属７に含有される介在物が沈殿物１０として沈殿しているが、沈殿物１０は第２の閉塞部材９により流出口部６ｂからの流出が阻止される。
【００３０】
したがって、本実施形態では、坩堝１ｂから酸化皮膜８及び沈殿物１０を流出させることなく、流出口部６ｂから溶融状態の金属７を容易に取り出すことができる。
【００３１】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態について図３を用いて説明する。本実施形態の坩堝１ｃの構造について、第１及び第２の実施の形態と同一の構造については、同一の番号を付してその説明を省略する。
【００３２】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の閉塞部材５と第２の閉塞部材９との間に設けられた流出口部６ｃには、流出口部６ｃを閉塞する第３の閉塞部材１１が設けられている。第３の閉塞部材１１は、溶融状態の金属７と同系の金属箔からなる。
【００３３】
次に、坩堝１ｃを用いた溶融状態の金属７の取出方法について説明する。図３（ｃ）に示すように、流出口部６ｃと第２の閉塞部材９とが開口端部４の下側となるように坩堝１ｃを傾動させると、酸化皮膜８が流出口部６ｃに沿って移動する。その際、流出口部６ｃは第３の閉塞部材１１により閉塞されており、第３の閉塞部材１１が溶融状態の金属７の熱により溶解されるまでに一定の時間を要する。したがって、坩堝１ｃがさらに傾動して酸化皮膜８の流出が第１の閉塞部材５により阻止される状態となるまで、坩堝１ｃの傾動中にも酸化皮膜８の流出を阻止することができる。
【００３４】
次に、坩堝１ｃをさらに傾動させると、第３の閉塞部材１１に溶融状態の金属７が接触する。このようにすると、第３の閉塞部材１１は前記金属箔からなるので、溶融状態の金属７の熱により溶融され、開口端部６ｃが開口される。この結果、図３（ｄ）に示すように、溶融状態の金属７が流出口部６ｃから流出する。このとき、第２の実施の形態と同様に、溶融状態の金属７の表面には酸化皮膜８が形成されているが、酸化皮膜８は、第１の閉塞部材５により、流出口部６ｃからの流出が阻止される。また、溶融状態の金属７の底部には金属７に含有される介在物が沈殿物１０として沈殿しているが、沈殿物１０は第２の閉塞部材９により流出口部６ｃからの流出が阻止される。
【００３５】
したがって、本実施形態では、坩堝１ｃから酸化皮膜８及び沈殿物１０をほとんど流出させることなく、流出口部６ｃから溶融状態の金属７のみを確実に取り出すことができる。
【００３６】
なお、第３の実施の形態では、第１の閉塞部材５と第２の閉塞部材９が備えられている坩堝１ｂに第３の閉塞部材１１を設けた坩堝１ｃについて説明したが、第１の閉塞部材５のみを備える坩堝１ａに第３の閉塞部材１１を設けた坩堝についても同様の効果を得ることができる。このとき、第３の閉塞部材１１は坩堝１ａの流出口部６ａを閉塞するように取り付けられている。
【００３７】
また、第３の閉塞部材１１を形成する金属箔は、厚みを変更したり、複数枚重ねることで、該金属箔の溶融する時間を調節することができる。これにより、坩堝１ｃの傾動後の酸化皮膜８の移動に必要な時間に前記金属箔の溶融時間を合わせることができる。
【実施例】
【００３８】
［第１の実施例：溶融金属がＮｉ超合金の場合］
第１の実施例では、第１乃至第３の閉塞部材５、９、１１を備える坩堝１ｃに、真空下で溶解させたＮｉ基超合金を収容して、このＮｉ基超合金を鋳型に充填したときの試料（鋳物）に混入する異物（酸化皮膜８）の数と異物の最大寸法を測定した。坩堝１ｃ及び第１、第２の閉塞部材５、９はアルミナからなり、第３の閉塞部材１１はＮｉ箔からなる。異物数とその最大寸法との測定は、鋳物を４つの規定断面で切断して、その切断面を顕微鏡で観察することにより行った。結果を表１に示す。
［第１の比較例］
第１の比較例では、第１乃至第３の閉塞部材を全く備えていない坩堝を用いた以外は、第１の実施例と全く同一にして、試料（鋳物）に混入する異物（酸化皮膜８）の数と異物の最大寸法を測定した。結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
0005484188.tif 000002
表１から、第１の実施例の坩堝１ｃを用いて鋳物を鋳造することにより、鋳物に混入する異物の数が少なくなり、異物の大きさも小さくなることが明らかである。
【００４０】
［第２の実施例：溶融金属がＭｇ合金の場合］
第２の実施例では、第１乃至第３の閉塞部材５、９、１１を備える坩堝１ｃに、Ａｒガスの下で溶解させたＭｇ合金を収容して、このＭｇ合金を鋳型に充填したときの試料（鋳物）に混入する異物（酸化皮膜８）の最大寸法と鋳物の伸びを測定した。前記最大寸法は、第１の実施例と全く同一にして測定した。また、前記伸びは、平行部径φ６．３５ｍｍ、標点間距離２５．４ｍｍのＡＳＴＭ−Ｅ８標準試験片を鋳物から削りだし、ひずみ速度を５×１０-4/ｓｅｃ．とし、室温での引張試験により測定した。坩堝１ｃは黒鉛からなり、第１、第２の閉塞部材５、９は鉄からなり、第３の閉塞部材１１はＭｇ箔からなる。結果を表２に示す。
［第２の比較例］
第２の比較例では、第１乃至第３の閉塞部材を全く備えていない坩堝を用いた以外は、第２の実施例と全く同一にして、試料（鋳物）に混入する異物（酸化皮膜８）の最大寸法と鋳物の伸びを測定した。結果を表２に示す。
【００４１】
【表２】
0005484188.tif 000003
表２から、第２の実施例の坩堝１ｃを用いて鋳物を鋳造することにより、鋳物に混入する異物の最大寸法が小さくなり、鋳物の伸びも大きくなることが明らかである。
【００４２】
［第３の実施例：Ｍｇ合金の溶融金属にＺｒを添加した場合］
第３の実施例では、第１乃至第３の閉塞部材５、９、１１を備える坩堝１ｃに、Ａｒガスの下で溶解させたＭｇ合金を収容して、このＭｇ合金を鋳型に充填したときの鋳物に混入する沈殿物１０の最大寸法を測定した。沈殿物１０の最大寸法の測定は、鋳物にＸ線を照射することで得られるＸ線透過写真を観察することにより行った。
【００４３】
坩堝１ｃは黒鉛からなり、第１、第２の閉塞部材５、９は鉄からなり、第３の閉塞部材１１はＭｇ箔からなる。溶解されたＭｇ合金には、沈殿物１０となる１．７原子％のＺｒが含有されている。
［第３の比較例］
第３の比較例では、第１乃至第３の閉塞部材を全く備えていない坩堝を用いた以外は、第３の実施例と全く同一にして、試料（鋳物）に混入する沈殿物の最大寸法を測定した。沈殿物の最大寸法の測定は、第３の実施例と全く同一にした。
【００４４】
その結果、第３の実施例の坩堝１ｃを用いて鋳物を鋳造したときは、第３の比較例の坩堝を用いて鋳物を鋳造したときと比較して、鋳物に混入されている沈殿物１０であるＺｒが小さいことが判明した。
【符号の説明】
【００４５】
１ａ、１ｂ、１ｃ…坩堝、４…開口端部、５…第１の閉塞部材、６ａ、６ｂ、６ｃ…流出口部、７…金属、８…酸化皮膜、９…第２の閉塞部材、１１…第３の閉塞部材。
【図１】
0005484188.tif 000004
【図２】
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【図３】
0005484188.tif 000006