(57)【要約】【課題】メンテナンス性に優れると共に、鋳造欠陥の発生を抑制することができ、また、溶融金属の冷却凝固機構への供給及び離型を連続的に効率よく行う。【解決手段】裏面側に冷却凝固機構２８が着脱可能に配置されるハース部材２５であって、金属材料を溶解し溶融金属Ｍを形成するための凹部２６を有し、該凹部は該金属材料が溶融状態であっても変形しない程度に冷却され、前記凹部の底部には、前記冷却凝固機構が装着された状態において該冷却凝固機構内の中空部Ｓ１と連通する貫通孔２６ａが形成され、前記貫通孔の径は、前記冷却凝固機構が装着されていない状態において前記溶融金属がその表面張力により流れ落ちない大きさに形成されている。【選択図】図１
2014039936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面側に冷却凝固機構が着脱可能に配置されるハース部材であって、
金属材料を溶解し溶融金属を形成するための凹部を有し、
該凹部は前記金属材料が溶融状態であっても変形しない程度に冷却され、
前記凹部の底部には、前記冷却凝固機構が装着された状態において該冷却凝固機構内の中空部と連通する貫通孔が形成され、
前記貫通孔の径は、前記冷却凝固機構が装着されていない状態において前記溶融金属がその表面張力により流れ落ちない大きさに形成されていることを特徴とするハース部材。
【請求項２】
前記請求項１に記載されたハース部材と、前記ハース部材の裏面側に着脱可能に配置された冷却凝固機構とを具備し、前記ハース部材において溶解した溶融金属を、前記貫通孔を介して前記冷却凝固機構に放出することにより固形化する冷却凝固金属作製装置であって、
前記冷却凝固機構を昇降移動させ、該冷却凝固機構を前記ハース部材の裏面側に対し着脱可能な着脱手段と、前記冷却凝固機構の中空部を吸引し、前記中空部を負圧とする吸引手段とを備え、
前記着脱手段により前記冷却凝固機構が前記ハース部材の裏面側に装着されると、前記吸引手段は前記冷却凝固機構の中空部を吸引し、該中空部を前記チャンバの気圧よりも負圧とし、前記溶融金属が前記貫通孔を介して前記冷却凝固機構に放出されることを特徴とする前記ハース部材を用いた冷却凝固金属作製装置。
【請求項３】
前記吸引手段は、前記ハース部材の凹部のガス圧力と前記冷却凝固機構の中空部のガス圧力との差圧を制御する手段を有することを特徴とする請求項２記載の冷却凝固金属作製装置。
【請求項４】
前記冷却凝固機構は鋳型であり、該鋳型により冷却凝固された金属は所定形状の固体であることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の冷却凝固金属作製装置。
【請求項５】
前記鋳型は、その中空部を形成する鋳型面から左右に分離可能な第１構成部材と第２構成部材とを有し、前記着脱手段は、前記鋳型を前記ハース部材の裏面側に装着する際には、２つに分離された前記第１構成部材と第２構成部材とを上昇させると共に合体させて前記鋳型を形成し、前記鋳型を前記ハース部材の裏面側から脱着した際には、前記第１構成部材と第２構成部材とを下降させると共に左右に分離することを特徴とする請求項４に記載された前記ハース部材を用いた冷却凝固金属作製装置。
【請求項６】
前記第１構成部材と第２構成部材において、その鋳型面から突出可能なイジェクトピンを有し、前記イジェクトピンは、前記着脱手段により前記鋳型が前記ハース部材から脱着され、前記第１構成部材と第２構成部材とが左右に分離されると、前記鋳型面が後退することにより該鋳型面から突出することを特徴とする請求項５に記載された前記ハース部材を用いた冷却凝固金属作製装置。
【請求項７】
前記鋳型の下方に立設された直立ピンを備え、前記着脱手段により前記第１構成部材と第２構成部材とが下降すると、前記直立ピンの上端に、前記第１構成部材と第２構成部材のいずれか一方の鋳型面から突出するイジェクトピンによって押し出された成形品の底部が当接し、前記イジェクトピンと前記成形品とが分離されることを特徴とする請求項６に記載された前記ハース部材を用いた冷却凝固金属作製装置。
【請求項８】
前記ハース部材の上方には、該ハース部材に供給された金属材料をアークの熱エネルギーにより溶解する第一のアーク溶解用電極を備えることを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれかに記載された前記ハース部材を用いた冷却凝固金属作製装置。
【請求項９】
円板上面の周縁部に沿って金属材料を収容するための複数の凹部が設けられ、円板中心を回転軸として左右両方向に間欠回転自在に設けられたハース板と、
前記複数の凹部のうち、所定位置の一つの凹部の直上に配置され、該凹部に収容された金属材料をアークの熱エネルギーにより溶解する第二のアーク溶解用電極と、
前記複数の凹部のうち、前記アーク溶解用電極が直上に配置される凹部とは異なる凹部の溶融固化した金属材料を保持し、前記ハース部材に搬送する材料搬送手段と、
前記複数の凹部のうち、前記アーク溶解用電極が直上に配置される凹部、及び前記材料搬送手段が溶融固化した金属材料を保持して搬送する凹部とは異なる凹部にある溶融固化した金属材料を反転させる材料反転手段とを備えることを特徴とする請求項２乃至請求項８のいずれかに記載された前記ハース部材を用いた冷却凝固金属作製装置。
【請求項１０】
円板上面の周縁部に沿って金属材料を収容するための複数の凹部が設けられ、円板中心を回転軸として左右両方向に間欠回転自在に設けられた、前記ハース部材を含むハース板と、
前記複数の凹部のうち、前記ハース部材の凹部の直上に配置され、該凹部に収容された金属材料をアークの熱エネルギーにより溶解する第一のアーク溶解用電極と、
前記複数の凹部のうち、前記アーク溶解用電極が直上に配置される凹部と異なる凹部にある溶融固化した金属材料を反転させる材料反転手段とを備えることを特徴とする請求項２乃至請求項８のいずれかに記載された前記ハース部材を用いた冷却凝固金属作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ハース部材、及び該ハース部材を用いた冷却凝固金属作製装置に関し、例えばアークの熱エネルギーにより溶解された金属材料を冷却凝固機構の中空部に放出することにより、所望の形態の金属固体が得られる、ハース部材及び該ハース部材を用いた冷却凝固金属作製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば棒状の金属バルク材を製造するものとして、特許文献１には、溶融状態の金属材料を水冷鋳型に瞬時に鋳込んで成形品を得る差圧鋳造式の金属ガラス製造装置が開示されている。図１１に特許文献１に開示された金属ガラス製造装置の構成を模式的に示す。
【０００３】
この金属ガラス製造装置５０は、金属材料を充填する凹部を有する水冷ハース５２と、この水冷ハース５２の下部に設けられた下部水冷銅製鋳型５３とを備える。
更に、水冷ハース５２上の金属材料をアーク溶解するための水冷電極５４を備え、この水冷電極５４及び前記水冷ハース５２には冷却水供給装置５８により冷水が循環供給されている。また、水冷電極５４及び水冷ハース５２は真空チャンバ５６に収容されている。
【０００４】
前記水冷ハース５２は、その底部５２ａが下部水冷銅製鋳型５３の筒状の鋳型面に沿って上下に摺動自在に設けられている。また、前記底部５２ａは、モータ６０によって昇降移動が制御され、下降することによって前記水冷ハース５２の上部のガス圧力と前記水冷銅製鋳型の内部のガス圧力に差圧が生じ、その差圧によって溶融金属を下降させて下部水冷銅製鋳型５３に鋳込むようになっている。
【０００５】
また、前記水冷電極５４は、アーク電源６２に接続されると共に、ステッピングモータ６４によってその位置の調整が可能となっている。ステッピングモータ６４には水冷ハース５２上の金属材料の位置を測定するためのセンサ６６が接続され、測定位置に基づき水冷電極５４の位置を調整できるようになされている。
【０００６】
また、前記真空チャンバ５６にはガス供給源６８より冷却ガス（例えばＡｒガス）が供給可能となっており、鋳込み後の急速冷却を加速するようになっている。さらに真空チャンバ５６内は真空ポンプ（図示せず）による真空引き後、ガス供給手段（図示せず）により供給される不活性ガスに置換が可能な構成となされている。
【０００７】
このように構成された金属ガラス製造装置５０においては、図１２（ａ）に示すように水冷ハース５２の底部５２ａがモータ６０によって初期位置（上昇位置）に配置される。また、チャンバ５６内は、高真空になされた後、不活性ガスに置換される。
そして、水冷ハース５２の窪み５２ｂに金属材料が供給され、アーク電源６２がオンされて、水冷電極５４の先端からアーク放電が生じる。これにより、ハース窪み５２ｂに置かれた金属材料が溶解され、溶融金属７０が形成される。
【０００８】
溶融金属７０が形成されると、モータ６０の駆動により水冷ハース５２の底部５２ａが鋳型面に沿って下方の所定位置まで急速に下降移動される。これにより水冷ハース５２の上部のガス圧力と前記水冷銅製鋳型の内部の圧力に差圧が生じ、溶融金属７０は下方に瞬時に下降して、図１２（ｂ）に示すように下部水冷銅製鋳型５３内に鋳込まれる。
下部水冷銅製鋳型５３に鋳込まれた溶融金属７０は、急速に冷却され、鋳型の所定形状に成形される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許２９３０８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１に開示された金属ガラス製造装置５０にあっては、ガスの差圧を形成するために水冷ハース５２の底部５２ａ（ピストンとして機能）と、下部水冷銅製鋳型５３の鋳型面（シリンダとして機能）との気密性が重要である。
しかしながら、前記底部５２ａは鋳型面に対し繰り返し摺動するものであるから損傷しやすく、底部５２ａと鋳型面との気密性が失われやすいという課題があった。さらに、鋳型面は筒状であるためメンテナンス性が悪く、損傷した場合には補修が困難であり、再利用できないという課題があった。
【００１１】
また、前記金属ガラス製造装置５０にあっては、水冷ハース５２で溶解された溶融金属を底部５２ａにより支持し、それを瞬時に下降移動させて鋳型５３に鋳込むため、鋳型内で溶融金属が大きく揺動し、気泡が混入するなどして鋳造欠陥が生じやすいという課題があった。
更に、前記のように気密性を維持して底部５２ａが上下動する構成であるため、鋳型形状は径方向の長さが変化しない直棒状のものに限定されるという課題があった。
【００１２】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、溶解された金属材料を冷却凝固機構の中空部に放出し、所定形態の金属固体に成形する冷却凝固金属作製装置において、メンテナンス性に優れると共に、欠陥の発生を抑制することができ、また、溶融金属の冷却凝固機構への供給及び離型を連続的に効率よく行うことのできるハース部材、及び該ハース部材を用いた冷却凝固金属作製装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するためになされた、本発明に係るハース部材は、裏面側に冷却凝固機構が着脱可能に配置されるハース部材であって、金属材料を溶解し溶融金属を形成するための凹部を有し、該凹部は前記金属材料が溶融状態であっても変形しない程度に冷却され、前記凹部の底部には、前記冷却凝固機構が装着された状態において該冷却凝固機構内の中空部と連通する貫通孔が形成され、前記貫通孔の径は、前記冷却凝固機構が装着されていない状態において前記溶融金属がその表面張力により流れ落ちない大きさに形成されていることに特徴を有する。
【００１４】
このように構成することにより、ハース部材の窪みに貫通孔が形成されていても、金属材料の溶融時にハース部材に冷却凝固機構が装着されていない状態にあっては、窪み側の気圧と貫通孔側の気圧とが等しいため、溶融金属の表面張力により貫通孔からの流れ落ちを防止することができる。
そして、ハース部材に冷却凝固機構が装着され、冷却凝固機構の中空部を例えば吸引して減圧すると、溶融金属は貫通孔を通って、まっすぐ連続的かつ静かに冷却凝固機構に流し込まれ、鋳型底部から充填される。そのため、従来のようにピストンの瞬時移動により溶融金属を冷却凝固機構（鋳型）に移動させる場合に比べて、溶融金属の供給時における気泡の混入などを防ぐことができ、欠陥の発生を抑制することができる。
【００１５】
また、前記課題を解決するためになされた、本発明に係る前記ハース部材を用いた冷却凝固金属作製装置は、前記ハース部材と、前記ハース部材の裏面側に着脱可能に配置された冷却凝固機構とを具備し、前記ハース部材において溶解した溶融金属を、前記貫通孔を介して前記冷却凝固機構に放出することにより固形化する冷却凝固金属作製装置であって、前記冷却凝固機構を昇降移動させ、該冷却凝固機構を前記ハース部材の裏面側に対し着脱可能な着脱手段と、前記冷却凝固機構の中空部を吸引し、前記中空部を負圧とする吸引手段とを備え、前記着脱手段により前記冷却凝固機構が前記ハース部材の裏面側に装着されると、前記吸引手段は前記冷却凝固機構の中空部を吸引し、該中空部を前記チャンバの気圧よりも負圧とし、前記溶融金属が前記貫通孔を介して前記冷却凝固機構に放出されることに特徴を有する。
尚、前記吸引手段は、前記ハース部材の凹部のガス圧力と前記冷却凝固機構の中空部のガス圧力との差圧を制御する手段を有することが望ましい。さらに、前記冷却凝固機構が前記ハース部材の裏面側に装着された直後にチャンバーを加圧すると、より大きい差圧を生じる事ができるので、冷却凝固させる物体の要求によってはチャンバに加圧機構を設ける事もできる。
また、前記冷却凝固機構は鋳型であり、該鋳型により冷却凝固された金属は所定形状の固体であることが望ましい。
【００１６】
このような構成によれば、従来のようにピストンの瞬時移動によりガスの差圧を形成する構成とは異なるため、冷却凝固機構（鋳型）内の損傷を防止することができる。
また、従来のようにピストンの瞬時移動により溶融金属を冷却凝固機構（鋳型）に移動させるのではなく、溶融金属は貫通孔を通って、まっすぐ連続的かつ静かに冷却凝固機構（鋳型）に流し込まれるため、気泡の混入などを防ぐことができ、欠陥の発生を抑制することができる。
更に、従来のようにピストンの瞬時移動により溶融金属を冷却凝固機構（鋳型）に移動させるのでないため、冷却凝固機構（鋳型）の形状は径方向の長さが変化しない直棒状のものに限定されない。そのため、あらゆる形状の成形品を得ることができる。
【００１７】
また、前記冷却凝固機構が鋳型の場合、その中空部を形成する鋳型面から左右に分離可能な第１構成部材と第２構成部材とを有し、前記着脱手段は、前記鋳型を前記ハース部材の裏面側に装着する際には、２つに分離された前記第１構成部材と第２構成部材とを上昇させると共に合体させて前記鋳型を形成し、前記鋳型を前記ハース部材の裏面側から脱着した際には、前記第１構成部材と第２構成部材とを下降させると共に左右に分離することが望ましい。
このように構成することにより、鋳型のメンテナンス性に優れ、成形品を型から容易に離脱させることができる。
【００１８】
また、前記第１構成部材と第２構成部材において、その鋳型面から突出可能なイジェクトピンを有し、前記イジェクトピンは、前記着脱手段により前記鋳型が前記ハース部材から脱着され、前記第１構成部材と第２構成部材とが左右に分離されると、前記鋳型面が後退することにより該鋳型面から突出することが望ましい。
また、前記鋳型の下方に立設された直立ピンを備え、前記着脱手段により前記第１構成部材と第２構成部材とが下降すると、前記直立ピンの上端に、前記第１構成部材と第２構成部材のいずれか一方の鋳型面から突出するイジェクトピンによって押し出された成形品の底部が当接し、前記イジェクトピンと前記成形品とが分離されることが望ましい。
このように構成することにより、鋳型で成形された成形品をピンで押し出し、容易に取り出すことができる。
また、前記ハース部材の上方には、該ハース部材に供給された金属材料をアークの熱エネルギーにより溶解する第一のアーク溶解用電極を備えることが望ましい。
【００１９】
また、円板上面の周縁部に沿って金属材料を収容するための複数の凹部が設けられ、円板中心を回転軸として左右両方向に間欠回転自在に設けられたハース板と、前記複数の凹部のうち、所定位置の一つの凹部の直上に配置され、該凹部に収容された金属材料をアークの熱エネルギーにより溶解する第二のアーク溶解用電極と、前記複数の凹部のうち、前記アーク溶解用電極が直上に配置される凹部とは異なる凹部の溶融固化した金属材料を保持し、前記ハース部材に搬送する材料搬送手段と、前記複数の凹部のうち、前記アーク溶解用電極が直上に配置される凹部、及び前記材料搬送手段が溶融固化した金属材料を保持して搬送する凹部とは異なる凹部にある溶融固化した金属材料を反転させる材料反転手段とを備えることが望ましい。
このように構成することにより、冷却凝固機構（鋳型）に対し効率的かつ連続的に溶融金属を供給し、成形品を排出することができる。
【００２０】
また、円板上面の周縁部に沿って金属材料を収容するための複数の凹部が設けられ、円板中心を回転軸として左右両方向に間欠回転自在に設けられた、前記ハース部材を含むハース板と、前記複数の凹部のうち、前記ハース部材の凹部の直上に配置され、該凹部に収容された金属材料をアークの熱エネルギーにより溶解する第一のアーク溶解用電極と、前記複数の凹部のうち、前記アーク溶解用電極が直上に配置される凹部と異なる凹部にある溶融固化した金属材料を反転させる材料反転手段とを備えることが望ましい。
このように形成することにより、二つのアーク溶解用電極を一つにすることができ、冷却凝固金属作製装置のコストを安価になすことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、溶解された金属材料を冷却凝固機構の中空部に放出し、所定形態の金属固体に成形する冷却凝固金属作製装置において、メンテナンス性に優れると共に、欠陥の発生を抑制することができ、また、溶融金属の冷却凝固機構への供給及び離型を連続的に効率よく行うことのできるハース部材、及び該ハース部材を用いた冷却凝固金属作製装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明に係る冷却凝固金属作製装置が適用される鋳造装置の第１の実施形態の構成を模式的に示した断面図である。
【図２】図２は、図１の鋳造装置における鋳造動作を説明するための断面図である。
【図３】図３は、本発明に係る冷却凝固金属作製装置が適用される鋳造装置の第２の実施形態の構成を模式的に示した斜視図である。
【図４】図４は、図３の鋳造装置が有するハース部材及び鋳型を拡大した断面図である。
【図５】図５は、鋳型の昇降機構を説明するための図であって、鋳込み前の鋳型が最も下降した状態を示す断面図である。
【図６】図６は、鋳型の昇降機構を説明するための図であって、鋳込み前の鋳型が最も上昇し、ハース部材に装着された状態を示す断面図である。
【図７】図７は、鋳型に溶融金属を鋳込んでから成形品を排出するまでの工程を説明するための図であって、鋳型がハース部材に装着され、溶融金属Ｍが鋳込まれた状態を示す断面図である。
【図８】図８は、鋳型に溶融金属を鋳込んでから成形品Ｎを排出するまでの工程を説明するための図であって、鋳型がハース部材から脱着され、第１構成部材と第２構成部材とが左右に分離開始した状態を示す断面図である。
【図９】図９は、鋳型に溶融金属を鋳込んでから成形品を排出するまでの工程を説明するための図であって、鋳型の第１構成部材と第２構成部材とが左右に分離し、成形品がイジェクトピンに押し出された状態を示す断面図である。
【図１０】図１０は、鋳型に溶融金属を鋳込んでから成形品を排出するまでの工程を説明するための図であって、鋳型の第１構成部材と第２構成部材とが最も下降し、成形品の下端に直立ピンが当接した状態を示す断面図である。
【図１１】図１１は、従来の金属ガラス製造装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図１２】図１２は、図１１の金属ガラス製造装置の動作を説明するための電極とハースの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係るハース部材、及び該ハース部材を用いた冷却凝固金属作製装置の実施形態を、図面を参照しながら説明する。尚、本発明に係るハース部材、及び該ハース部材を用いた冷却凝固金属作製装置は、該冷却凝固機構が鋳型であり、アークの熱エネルギーにより溶解された金属材料を、該鋳型に鋳込み、成形するために用いるハース部材、及び該ハース部材を用いた鋳造装置に好ましく適用することができる。ここでは、本発明に係るハース部材及び該ハース部材を用いた冷却凝固金属作製装置を鋳造装置に適用した場合を例にとって説明する。
図１は、本発明に係る第１の実施形態を示す図であって、本発明に係るハース部材及び該ハース部材を用いた冷却凝固金属作製装置を鋳造装置に適用し、その構成を模式的に示す断面図である。
【００２４】
図示する鋳造装置１（冷却凝固金属作製装置）は、所定の不活性ガス（アルゴンガスなど）が充填された所定圧のチャンバ（図示せず）内に配置され使用される。
この鋳造装置１は、金属材料を溶解するためのハース部材２５と、ハース部材２５で溶解された溶融金属から鋳造するための鋳型２８（冷却凝固機構）とを備えている。
前記ハース部材２５は、溶解された金属材料（溶融金属Ｍ）が配置される窪み２６（凹部）を有している。窪み２６の底部中央には、上下に貫通する貫通孔２６ａが形成されている。前記貫通孔２６ａの径は、窪み２６側の気圧と、貫通孔２６ａ側の気圧とが等しい場合に、溶融金属Ｍの表面張力により溶融金属Ｍが貫通孔２６ａから下方に流れ落ちない大きさに形成されている。
【００２５】
また、ハース部材２５の裏面側には、貫通孔２６ａを囲むようにＯリング２７が設けられ、ハース部材２５の裏面側は、昇降機構２９によりハース部材２５に対し昇降可能な鋳型２８の上面側と密着可能となされている。
前記鋳型２８には、その上面２８ａ側から例えば筒状に鋳型面３０が凹設されている。また、鋳型面３０が形成されている空間（中空部Ｓ１）は、例えば油回転型真空ポンプなどの吸引手段３１により吸引可能な構成となされている。
【００２６】
このように構成された鋳造装置１にあっては、図１に示すようにハース部材２５と鋳型２８とが分離された状態において、ハース部材２５の窪み２６に金属材料が配置され、例えばアーク溶解により金属材料が溶解されて溶融金属Ｍが形成される。
ここで、窪み２６の底部中央には貫通孔２６ａが形成されているが、窪み２６側の気圧と貫通孔２６ａ側の気圧は、例えアーク溶解時の熱により前期不活性ガスのガス圧力が変動しても、常に等しいため、溶融金属Ｍはその表面張力により貫通孔２６ａから下方に流れ落ちることはない。
【００２７】
ハース部材２５の窪み２６に溶融金属Ｍが十分な溶融状態に形成されると、昇降機構２９によりハース部材２５に対し鋳型２５が上昇され、図２に示すように、その上面側がハース部材２５の裏面側に密着される。
そして、鋳型２８内の中空部Ｓ１が、吸引手段３１により吸引されて減圧されると、中空部Ｓ１と窪み２６側との間で気圧差が生じ、溶融金属Ｍが貫通孔２６ａを介して鋳型内に流れ込み（注湯され）、成形品Ｎが形成される。
ここで、本発明においては、中空部Ｓ１を吸引する吸引口は、鋳型面３０の上部に設けられるのが好ましい。すなわち、貫通孔２６ａから流れ出した溶融金属が、該吸引口に入らない位置に設けるのが良い。具体例は後述の図４で示す。
【００２８】
このように本発明に係る第１の実施形態によれば、従来のように溶融金属Ｍの全体が瞬時に鋳型に移動されるのではなく、溶融金属Ｍは貫通孔２６ａを通って、まっすぐ連続的かつ静かに鋳型２８に流し込まれる。そのため、鋳込み時における気泡の混入などを防ぐことができ、鋳造欠陥の発生を抑制することができる。
また、前記のようにハース部材２５の窪み２６に貫通孔２６ａが形成されていても、金属材料の溶融時にハース部材２５と鋳型２８とが分離され、不活性ガス温度の
変動などの原因による気圧の変動があっても、窪み２６側の気圧と貫通孔２６ａ側の気圧とが常に等しいため、溶融金属Ｍの表面張力により貫通孔２６ａからの流れ落ちを防止することができる。
更に、従来のようにピストンの瞬時移動により溶融金属を鋳型に移動させるのでないため、あらゆる形状の成形品を得ることができる。
尚、前記吸引手段３１は、その吸引圧を調整することで、ハース部材の凹部のガス圧力と鋳型２８の中空部Ｓ１のガス圧力との差圧を制御することができる。差圧を制御すれば、溶湯の流れる速度を制御でき、鋳型の底部より静かに連続的に溶湯を供給し、湯面が暴れることなく鋳型内部を充填する事もできる。これにより、鋳造欠陥の少ない鋳造部品を製造する事ができる。
【００２９】
続いて、本発明に係る第２の実施の形態について説明する。図３は、この第２の実施形態における鋳造装置１（冷却凝固金属作製装置）の全体構成を模式的に示した斜視図である。
鋳造装置１は、真空ポンプ（図示せず）により真空引きされ、所定の不活性ガスが充填されるチャンバ２を備える。チャンバ２内には、溶解部３２と鋳造部３３とが設けられている。尚、図３においては、説明のため、鋳造部３３を拡大して模式的に示している。
【００３０】
溶解部３２は、金属材料をアーク溶解などにより溶解して溶融金属を形成するために設けられ、複数の溶融金属を連続的に形成するための構成を有している。
この溶解部３２は、水冷機構（図示せず）により冷却された円板状の水冷金属板３と、水冷金属板３上に載置された円板状のハース板４とを備える。尚、水冷金属板３とハース板４とは一体に形成されている。
【００３１】
前記ハース板４の上面側には、図示するように周縁に沿って複数の円形の窪み３４（凹部）が周方向に並んで配置され、各窪み３４に金属材料が供給されるようになっている。また、前記水冷金属板３は、ステッピングモータ（図示せず）により円板中心部を回転軸として左右両方向に間欠回転可能に設けられている。このため、水冷金属板３上に載置されたハース板４も水冷金属板３に同期して回転し（一体的に回転し）、複数の窪み３４は周方向に移動可能となされている。
【００３２】
また、前記のように周方向に移動可能となされた複数の窪み３４のうち、所定位置に配置された窪み３４の上方には、水冷された棒状のアーク溶解用電極３５（第二のアーク溶解用電極）が、下方に先端（放電電極）を向けた状態で配置され、所定位置の窪み内の溶融金属との距離（放電距離）を調節し、かつ、万遍に加熱できるように、例えばステッピングモータを用いた移動機構（図示せず）により上下移動及び前後左右に首振り可能となされている。
【００３３】
また、窪み３４の上方であって、前記アーク溶解用電極３５の配置位置とは異なる位置には、窪み３４の中の溶融金属を鋳造部３３に搬送するための搬送アーム６（材料搬送手段）が設けられている。この搬送アーム６の先端には、吸着パッド６ａが設けられ、内蔵された真空引き機構（図示せず）により吸着パッド６の吸着をオン・オフするようになされている。即ち、窪み３４の中で溶解され、固化された溶融固化金属を吸着パッド６により吸着保持し、鋳造部３３まで搬送した後、吸着解除することにより溶融固化金属を鋳造部３３に置くようになっている。
【００３４】
また、窪み３４の上方であって、前記アーク溶解用電極３５及び搬送アーム６と異なる位置には、金属材料を効率的（均一に）に溶解するために窪み３４上の溶融固化した金属を反転させる反転アーム７（材料反転手段）が設けられている。この反転アーム７は、直棒の先端に所定径を有するリング７ａが設けられ、このリング７ａが直棒の軸周りに回転することにより窪み３４の中の金属材料（溶融固化した金属）をすくい上げて反転させるようになっている。
【００３５】
一方、鋳造部３３は、溶解部３２で形成された溶融金属を鋳造するために設けられている。この鋳造部３３は、図３に示すように円筒型のハース保持部材３６と、その内周面側に保持されたハース部材３７とを備える。前記ハース保持部材３６は水冷機構（図示せず）を有し、前記ハース部材３７の周面に密着することによりハース部材３７を効果的に冷却する構成となっている。
また、ハース部材３７の直上部には、前記アーク溶解用電極３５と同様の構成を有するアーク溶解用電極５（第一のアーク溶解用電極）が、下方に先端（放電電極）を向けた状態で配置され、上下移動及び前後左右に首振り可能となされている。
【００３６】
さらに、ハース部材３７の直下には、左右に分離可能な鋳型８（冷却凝固機構）が配置されている。この鋳型８は、対向配置された一対の第１構成部材８ａと第２構成部材８ｂとからなり、図示するように相互に対向する面側に鋳型面８ｃが形成され、前記両部材が合体することにより中空部Ｓ１が形成される。
この鋳型８は、鋳型面８ｃに流し込まれた溶融金属から成形品Ｎを形成する。尚、鋳型８を構成する第１構成部材８ａと第２構成部材８ｂとは、所定の金属材料（例えばクロム銅）により形成されている。
【００３７】
次に鋳造部３３のハース部材３７及び鋳型８の構成について、図４を用いてより詳しく説明する。図４は、ハース保持部材３６に保持されたハース部材３７及び鋳型８を拡大した断面図である。
ハース保持部材３６は、上下に貫通する貫通孔３６ａが形成されることにより筒状となされ、前記貫通孔３６ａに前記ハース部材３７が嵌合している。尚、図示するように貫通孔３６ａには段差部３６ｂが設けられ、この段差部３６ｂにハース部材３７が係合することによりハース部材３７が下方に抜け落ちないようになっている。また、ハース部材３７が、前記貫通孔３６ａに嵌合することにより、ハース部材３７とハース保持部材３６とが密着し、一体に固定された構成となっている。
【００３８】
また、前記ハース部材３７は、例えばクロム銅により形成され、その上面側に窪み４１（凹部）が形成されている。また、ハース部材３７の下面側には、上方に凹む凹部３７ｂが形成されている。前記窪み４１の底部及び前記凹部３７ｂの頂部には、所定径の貫通孔３７ａが上下方向に貫通して設けられている。
また、前記凹部３７ｂには、図示するように鋳型８の上端部が収容可能となされている。具体的には、鋳型８の周りにフランジ８ｄが設けられ、鋳型８がハース部材３７に向けて上昇移動すると、フランジ８ｄがハース部材３７下端に係止し、鋳型８の上端部のみが凹部３７ｂに挿入されるようになっている（挿着状態となる）。
尚、ハース部材３７の下端にはＯリング２３が設けられ、前記鋳型８のフランジ８ｄが係止すると、凹部３７ｂ内は密閉される。
【００３９】
また、図４に示すようにハース部材３７下端に鋳型８のフランジ８ｄが係止した状態で、鋳型８の上部とハース部材３７の凹部３７ｂとの間には間隙Ｓ２が形成される。この間隙Ｓ２は、ハース部材３７の貫通孔３７ａと鋳型８の中空部Ｓ１とに連通する。また、図示するように鋳型８の第１構成部材８ａの内部には、ガス流路である吸引路１０が形成され、この吸引路１０は前記間隙Ｓ２に連通している。また、前記吸引路１０は、第１構成部材８ａの下部外周面側に設けられた吸引孔１０ａに連通している。
即ち、前記吸引孔１０ａから、吸引ポンプなどの吸引手段（図示せず）により吸引すると、吸引路１０及び間隙Ｓ２を介して鋳型８の中空部Ｓ１及びハース部材３７の貫通孔３７ａが減圧され、チャンバ２の気圧よりも負圧になるように構成されている。このように、鋳型８に吸引口を特別に設けるのでなく、鋳型８がハース部材３７に向けて上昇移動し、鋳型８の上端部が凹部３７ｂに挿入されると（挿着状態となると）自動的に吸引経路が形成される事が本発明の特徴の１つとなっている。
【００４０】
次に図５、図６を用いて、前記のように第１構成部材８ａと第２構成部材８ｂとからなる鋳型８の昇降機構（着脱手段）について説明する。図５は、鋳型の昇降機構を説明するための図であり、鋳型８を構成する第１構成部材８ａと第２構成部材８ｂとが最も下降した状態を示す断面図である。図６は、鋳型８を構成する第１構成部材８ａと第２構成部材８ｂとが最も上昇した状態を示す断面図である。
尚、図５、図６において第１構成部材８ａと第２構成部材８ｂとをそれぞれ昇降移動させるための機構は、同様の構成部材が左右対称に配置されているものであるため、同じ符号で示している。また、以下においては、第１構成部材８ａ側を例に説明するが、第２構成部材８ｂ側も同様の構成である。
【００４１】
第１構成部材８ａは、側方に設けられた水平スライド部材１６によって支持される。尚、図中、第１構成部材８ａを支持する、水平スライド部材１６の支持部は省略されている。
また、前記水平スライド部材１６は、昇降移動可能に設けられたガイド部材１５に支持され、また、このガイド部材１５から水平方向に延びる水平ガイド軸（図示せず）に沿って水平方向に摺動自在に設けられている。
このため、水平スライド部材１６に支持される第１構成部材８ａは、ガイド部材１５の昇降移動に同期して昇降移動し、また、水平スライド部材１６の水平移動に同期して水平方向に移動するようになされている。
【００４２】
前記ガイド部材１５は、その下方に配置されたシリンダ１３によって上下動可能なピストンロッド１４の上端に設けられている。このため、ピストンロッド１４が上下動するに伴い、ガイド部材１５は上下動し、それに支持される水平スライド部材１６及び第１構成部材８ａが上下動するように構成されている。
【００４３】
また、前記水平スライド部材１６は、前記ガイド部材１５の外側側方に設けられた垂直スライド部材１２に一体的に接続（連結）されている。前記垂直スライド部材１２は、ローラ１２ａを有し、このローラ１２ａによって、上下に延びる支柱１１に形成されたガイド溝１１ａに沿って上下動するように設けられている。
即ち、ガイド部材１５が上下動すると、水平スライド部材１６に接続された垂直スライド部材１２は、ガイド溝１１ａに沿って上下動するように構成されている。
【００４４】
また、図示するように左右対称に配置された一対のガイド溝１１ａは、上方に向かって、その間隔が狭くなるように形成されている。このため、ピストンロッド１４が上昇し、垂直スライド部材１２がガイド溝１１ａに沿って上昇すると、水平スライド部材１６は上昇しつつ内側に水平移動し、第１構成部材８ａを中央側に移動させるようになっている。
そして、垂直スライド部材１２が最も上昇した位置では、図６に示すように第１構成部材８ａと第２構成部材８ｂとが合体し、鋳型８を構成するようになっている。また、このとき鋳型８がハース部材４０の裏面側に装着状態となされる。
【００４５】
また、図示するように、第１構成部材８ａには、上下に平行配置された２本のイジェクトピン１９が水平方向に摺動自在に挿通されている。これらイジェクトピン１９は、成形品を鋳型面８ｃから分離する際に用いられるものである。
前記２本のイジェクトピン１９は、その外側端部が水平スライド部材１６と第１構成部材８ａとの間に直立配置されたピン支持板１７に固定されている。また、前記ピン支持板１７と第１構成部材８ａとの間には、コイルバネ１８が張架され、その伸長方向に付勢力を与えている。
【００４６】
尚、図５の状態（第１構成部材８ａが最も下降した位置）においては、ガイド部材１５に設けられた押しピン１５ａの先端がピン支持板１７に当接してイジェクトピン１９の水平位置を規制する一方、第１構成部材８ａが水平方向に後退するため、イジェクトピン１９の先端は、鋳型面８ｃ側に突出している。
また、図６の状態（第１構成部材８ａが最も上昇した位置）においては、第１構成部材８ａが水平方向に前進すると共に、コイルバネ１８によってピン支持板１７が第１構成部材８ａに対して後方に付勢されるため、イジェクトピン１９の先端位置は、鋳型面８ｃに一致するようになされている。
【００４７】
また、図示するように、第１構成部材８ａ側の下方と第２構成部材８ｂ側の下方には、それぞれ直立ピン２１が立設されている。これら直立ピン２１は、前記イジェクトピン１９と成形品とを完全に分離する際に用いられる。
【００４８】
続いて、図３乃至図６に加え、更に図７乃至図１０を用いて、この第２の実施形態における鋳型装置１の鋳造工程の一連の動作について説明する。尚、図７乃至図１０は、鋳型８に溶融金属を鋳込んでから成形品を排出するまでの状態遷移を示す断面図である。
先ず、溶解部３２において、ハース板４に設けられた複数の窪み３４にそれぞれ金属材料を設置する。該金属材料は単一の金属元素であってもよいが、本発明では合金を構成する数種の金属材料である場合において、より本発明の効果が発現される。尚、この作業は、ロボット（図示せず）により自動的に行ってもよいし、或いは手作業により行ってもよい。
【００４９】
次いで、チャンバ２を閉じ、真空ポンプ（図示せず）によりチャンバ２内を真空引きし、所定の不活性ガス（例えばアルゴンガス）を充填する。これによりチャンバ２内は、所定の気圧（例えば−２０ｋＰaＧ〜―５０ｋＰaＧ）となされる。なお、符号Ｇはゲージ圧、すなわち、大気圧を基準（ゼロ圧力）とした圧力である事を示している。
また、溶解部３２において、図１に示す水冷金属板３を冷却水の循環により冷却し、それによりハース板４を所定温度に冷却する。
【００５０】
次いで、溶解部３２においてアーク電源（図示せず）がオンされ、アーク溶解用電極３５の先端からアーク放電が生じ、窪み３４に置かれた金属材料が溶解され、溶融金属Ｍが形成される。尚、この溶融工程にあっては、金属材料の全体、特に表裏を効率よく溶解するために、図１に示すようにハース板４が左右に間欠回転され、反転アーム７により溶融固化した金属材料を反転した後、再び前記金属材料をアーク溶解用電極３５のアーク放電により溶解するという工程が所定回数繰り返される。
このように溶融と固化が繰り返すことにより、金属材料は均一化される。また、この溶融工程は、各窪み３４に設置された金属材料に対し、ハース板４の間欠回転制御を行うことにより順に実施される。
【００５１】
溶解部３２において、ハース板４の窪み３４に溶融固化した金属Ｍが形成されると、所定位置の窪み３４の上方にある搬送アーム６が下降し、その先端の吸着パッド６ａにより溶融固化した金属Ｍを吸着する。そして、搬送アーム６は鋳造部３３に移動し、ハース部材３７の上方で吸着解除することによりハース部材３７の窪み４１に溶融固化した金属Ｍを設置する。
【００５２】
鋳造部３３においてハース部材３７の窪み４１に溶融固化した金属Ｍが設置されると、ハース部材３７上方のアーク溶解用電極５の先端からアーク放電を生じさせ、搬送により温度が下降した溶融固化した金属Ｍを再度溶解する。
尚、ここでハース部材３７の窪み４１には貫通孔３７ａが形成されているが、ハース部材３７と鋳型８とが分離されているため、窪み４１側の気圧と貫通孔３７ａ側の気圧とが等しく、溶融金属Ｍは、その表面張力により貫通孔３７ａから下方に流れ落ちることがない。
【００５３】
ハース部材３７の窪み４１に充分に溶解された溶融金属Ｍが形成されると、図５の状態からシリンダ１３の駆動により（一対の）ピストンロッド１４が上昇される。
これにより垂直スライド部材１２がガイド溝１１ａに沿って上昇しつつ、水平スライド部材１６が内側に水平移動する。このため、第１構成部材８ａと第２構成部材８ｂとが接近して合体し、図６に示すように鋳型８を形成する。
【００５４】
また、鋳型８が上昇すると、図４に示すように鋳型８のフランジ８ｄがハース部材４０の下端に当接し、鋳型８の上端部が凹部４０ｂに収容された状態で密閉される（鋳型８がハース部材４０の裏面側に装着された状態となる）。
次いで、吸引ポンプなどの吸引手段（図示せず）により吸引孔１０ａから吸引し、ハース部材４０の貫通孔４０ａ及び鋳型面８ｃの空間をチャンバ２の気圧よりも負圧とする。これにより、窪み４１の溶融金属Ｍは、図７に示すように貫通孔４０ａから鋳型８内に鋳込まれ（注湯され）、鋳型８により成形品Ｎとされる。
尚、この溶融金属Ｍの鋳型８への鋳込みにおいては、径の小さな貫通孔３７ａを通って溶融金属Ｍが鋳型８内へまっすぐ連続的かつ静かに流し込まれるため（大容量で移動させないため）、気泡の混入などを防ぐことができ、鋳造欠陥の発生を抑制することができる。
【００５５】
鋳型８によって成形品Ｎが形成されると、図７に示す状態からシリンダ１３の駆動により一対のピストンロッド１４が下降される。
これにより図８に示すように垂直スライド部材１２がガイド溝１１ａに沿って下降しつつ、水平スライド部材１６が外側に水平移動する。そして、第１構成部材８ａと第２構成部材８ｂとが左右に分離する。
このとき、成形品Ｎが自重により落下して装置下方に排出されれば、それで成形品Ｎが得られることになるが、図示するように第１構成部材８ａと第２構成部材８ｂのいずれか一方に密着したままの場合もある（図８では第１構成部材８ａに密着している）。
【００５６】
さらにピストンロッド１４が下降して垂直スライド部材１２がガイド溝１１ａに沿って下降すると、図９に示すようにガイド部材１５の有する押しピン１５ａの先端がピン支持板１７に当接し、第１構成部材８ａが後退するため、イジェクトピン１９先端が鋳型面８ｃから突出する。これによりイジェクトピン１９先端が成形品Ｎの側面を押圧して、成形品Ｎを鋳型面８ｃから分離させる。
【００５７】
そして、図１０に示すように垂直スライド部材１２が最も下降すると、成形品Ｎの底部に立設ピン２１の上端が当接し、イジェクトピン１９と成形品Ｎとが分離される。これにより成形品Ｎはその自重により下方に落下して排出され、成形品Ｎが得られることになる。
【００５８】
以上のように本発明に係る第２の実施の形態によれば、前記鋳型８が前記ハース部材４０の裏面側に装着されると、前記鋳型８の中空部Ｓ１に連通する吸引孔１０ａから吸引して、前記中空部Ｓ１を前記チャンバ２内よりも負圧とし、それにより溶融金属Ｍが貫通孔４０ａを介して鋳型８に鋳込まれる。
即ち、従来のピストンの瞬時移動によりガスの差圧を形成する構成とは異なるため、鋳型内の損傷を防止することができる。また従来のようにピストンの瞬時移動により溶融金属を鋳型に移動させるのでないため、あらゆる形状の成形品を得ることができる。
また、従来のようにピストンの瞬時移動により溶融金属を鋳型に移動させるのではなく、溶融金属Ｍは貫通孔４０ａを通って、まっすぐ連続的かつ静かに鋳型８に流し込まれるため、鋳型８内で気泡の混入などを防ぐことができ、鋳造欠陥の発生を抑制することができる。
更に、溶解部３２において、複数の溶融金属を形成することができるため、連続的に鋳造部３３に供給することができ、鋳型への鋳込み及び離型を連続的に効率よく行うことができる。
【００５９】
また、この第２の実施の形態によれば、２つに分離された前記第１構成部材８ａと第２構成部材８ｂとを、前記ハース部材４０の裏面側に上昇させると共に合体させて鋳型８を形成し、前記ハース部材の裏面側に装着するようにしている。
反対に、ハース部材の裏面側に装着された前記鋳型８を下降させると、鋳型８は第１構成部材と第２構成部材８ｂとに分離され、鋳型面８ｃにより形成された成形品Ｎを容易に取り出すことが可能となっている。
したがって、鋳型のメンテナンス性に優れ、成形品を離型しやすい構成であるため、鋳型形状は径方向の長さが変化しない直棒状のものに限定されず、あらゆる形状の鋳型面を採用することができる。
【００６０】
尚、前記第２の実施の形態においては、チャンバ２の中に溶解部３２と鋳造部３３とが別個に設けられている構造とした。しかしながら、その構成に限定されることなく、溶解部３２と鋳造部３３とを一体的に構成してもよい。例えば、アーク溶解用電極３５の直下の窪み３４を、ハース部材３７の窪み４１のように形成し、この窪みの直下に鋳型８が配置される構成としてもよい。
このように形成することにより、二つのアーク溶解用電極５，３５のうち、一方のアーク溶解用電極５を省略することができる。
また、上記構成にした場合、窪み３４の中で溶解され、固化された溶融固化金属を吸着パッド６により吸着保持し、鋳造部３３まで搬送する搬送アーム６（材料搬送手段）は不要になるが、前記搬送アーム６（材料搬送手段）をハース部材（ハース板）への原料を搬送する搬送アーム（材料搬送手段）として用いても良い。
【００６１】
また、前記第１及び第２の実施の形態においては、鋳型が金属材料で形成されているものとして説明したが、鋳込みの実行までは鋳型８とハース部材４０とを分離しているため、金属材料以外の材料（例えば、カーボン、セラミックスなど）で鋳型８を形成してもよい。
【００６２】
また、前記第１及び第２の実施の形態においては、本発明に係る冷却凝固金属作製装置を鋳造装置に適用して説明したが、本発明に係る冷却凝固金属作製装置にあっては、鋳造装置に限定されるものではない。即ち、溶解された金属材料を鋳型に限定されない冷却凝固機構の中空部に放出して冷却凝固させ、所望の形態の金属固体を得る装置に適用可能である。
また本発明に係る冷却凝固機構とは、溶融金属を冷却凝固させる空間を有する機構部品であり、冷却凝固する金属の形状、形態はどのような物でもよい。例えば、所定形状の固体、粒子状などでもよく、さらに、該冷却凝固機構の内部に高速回転する冷却ロールを設置し、溶湯を冷却ロールに流し当てる事で作製される急冷アモルファス金属薄帯でも良い。
【符号の説明】
【００６３】
１      鋳造装置（冷却凝固金属作製装置）
２      チャンバ
３      水冷金属板
４      ハース板
５      （第一の）アーク溶解用電極
６      搬送アーム（材料搬送手段）
７      反転アーム（材料反転手段）
８      鋳型（冷却凝固機構）
８ａ    第１構成部材
８ｂ    第２構成部材
８ｃ    鋳型面
８ｄ    フランジ
１０    吸引路
１０ａ    吸引孔
１１    支柱
１１ａ  ガイド溝（着脱手段）
１２    垂直スライド部材（着脱手段）
１３    シリンダ（着脱手段）
１４    ピストンロッド（着脱手段）
１５    ガイド部材（着脱手段）
１５ａ  押しピン（着脱手段）
１６    水平スライド部材（着脱手段）
１７    ピン支持板
１８    コイルバネ
１９    イジェクトピン
２１    直立ピン
２５    ハース部材
２６    窪み（凹部）
２６ａ  貫通孔
２８    鋳型（冷却凝固機構）
２９    昇降機構
３０    鋳型面
３１    吸引手段
３５    （第二の）アーク溶解用電極
３６    ハース保持部材
３６ａ  貫通孔
３７    ハース部材
３７ａ  貫通孔
３７ｂ  凹部
４１    窪み（凹部）
Ｍ      溶融金属（溶融金属）
Ｎ      成形品
Ｓ１    中空部
Ｓ２    間隙
【図１】
2014039936.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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