(57)【要約】【課題】  簡単な構造で鋳型内に溶湯を効率的且つ定量的に供給することができる、溶湯供給装置を提供する。【解決手段】  溶湯供給装置は、溶湯を収容して所定の温度に保持する溶湯収容部１２と、底面から突出する注湯ノズル１４ｃを備えたシリンダ１４と、このシリンダ１４内で往復摺動可能なピストン１６とから構成され、シリンダ１４が溶湯収容部１２の底面を貫通するように配置され、ピストン１６の往復摺動により溶湯保持部１２からシリンダ１４に吸入された溶湯１０を注湯ノズル１４ｃから鋳型１８内に直接供給する。注湯ノズル１４ｃの先端部は、溶湯を供給する鋳型１８の注湯口１８ｃの内面に当接して挿入されるようにテーパ状に形成されている。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯を収容して所定の温度に保持する溶湯収容部と、底面から突出する注湯ノズルを備えたシリンダと、このシリンダ内で往復摺動可能なピストンとから構成され、前記シリンダが前記溶湯収容部の底面を貫通するように配置され、前記ピストンの往復摺動により前記溶湯保持部からシリンダに吸入された溶湯を前記注湯ノズルから供給することを特徴とする、溶湯供給装置。
【請求項２】
前記ピストンが上方に移動する際に前記溶湯収容部から前記シリンダ内に溶湯を吸入するための溶湯吸込口が前記シリンダの側面に形成され、前記ピストンが下方に移動する際に前記シリンダから溶湯を吐出するための溶湯吐出口が前記シリンダの底面に形成され、この溶湯吐出口から吐出された溶湯を、前記注湯ノズルの先端に形成された溶湯供給口から供給することを特徴とする、請求項１に記載の溶湯供給装置。
【請求項３】
前記注湯ノズルの先端部がテーパ状に形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の溶湯供給装置。
【請求項４】
前記注湯ノズルの先端部が、溶湯を供給する鋳型の注湯口の内面に当接する傾斜面を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の溶湯供給装置。
【請求項５】
前記鋳型が、金属板がセラミックス基板に直接接合した金属−セラミックス接合基板を製造するための鋳型であることを特徴とする、請求項４に記載の溶湯供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶湯供給装置に関し、特に、金属−セラミックス接合基板などを製造する際に鋳型内に溶湯を供給する溶湯供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックス基板を収容した鋳型を窒素雰囲気で加熱し、アルミニウム溶湯などの溶湯をセラミックス基板に接触するように鋳型内に流し込んだ後、鋳型を冷却して溶湯を凝固させることにより、金属板をセラミックス基板に直接接合して金属−セラミックス接合基板を製造することが行われている。
【０００３】
このようにして金属−セラミックス接合基板を製造する場合、溶湯が大気に晒されると酸化物を生成し易く、不純物により製品の品質を損なう虞があるため、溶湯を鋳型内に流し込む際に酸化被膜を取り除く必要がある。また、製造する金属−セラミックス接合基板に応じて鋳型が異なるので、特定の鋳型に応じて適切な量の溶湯を定量的に供給する必要もある。さらに、鋳型内に流し込む溶湯を一定の温度に保持する必要もある。
【０００４】
従来、鋳型内に溶融金属を定量的に供給する溶湯供給装置として、溶融金属を溶融状態に保温する保温炉に、溶融金属の１回当りの射出量を調整設定した射出装置を設け、この射出装置から射出される溶融金属を割鋳型内に注入するインゴットの製造装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、溶湯保持炉内の溶湯を吸入するシリンダ吸込口と、吸入した溶湯を吐出するシリンダ吐出口とを備えたシリンダ内に、ピストンを摺動自在に嵌合させ、シリンダ吐出口に連通する溶湯輸送管の他端に形成された溶湯供給口とシリンダ吐出口との間に逆止弁を設けた溶湯輸送装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５３−１４０２３２号公報（第２頁）
【特許文献２】特開平５−８０１７号公報（段落番号０００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１および２に開示された溶湯供給装置では、溶湯輸送管や逆止弁などを設ける必要があり、溶湯を定量的に供給するための構造が複雑になる。また、特許文献１および２に開示された溶湯供給装置では、溶湯の温度を保持する保温炉または溶湯保持炉から溶湯供給口までの距離が長いので、溶湯の温度の低下を防止するために保温炉または溶湯保持炉の温度を高めに設定する必要があり、エネルギーのロスになる。さらに、特許文献１および２に開示された溶湯供給装置では、溶湯が保温炉または溶湯保持炉の上方に汲み上げされた後に溶湯供給口から供給されるので、溶湯を定量的に供給するための負荷が大きくなる。
【０００７】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、簡単な構造で鋳型内に溶湯を効率的且つ定量的に供給することができる、溶湯供給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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明による溶湯供給装置は、溶湯を収容して所定の温度に保持する溶湯収容部と、底面から突出する注湯ノズルを備えたシリンダと、このシリンダ内で往復摺動可能なピストンとから構成され、シリンダが溶湯収容部の底面を貫通するように配置され、ピストンの往復摺動により溶湯保持部からシリンダに吸入された溶湯を注湯ノズルから供給することを特徴とする。
【０００９】
この溶湯供給装置において、ピストンが上方に移動する際に溶湯収容部からシリンダ内に溶湯を吸入するための溶湯吸込口がシリンダの側面に形成され、ピストンが下方に移動する際にシリンダから溶湯を吐出するための溶湯吐出口がシリンダの底面に形成され、この溶湯吐出口から吐出された溶湯を、注湯ノズルの先端に形成された溶湯供給口から供給するのが好ましい。また、注湯ノズルの先端部が、テーパ状に形成されているのが好ましく、溶湯を供給する鋳型の注湯口の内面に当接する傾斜面を有するのが好ましい。また、鋳型が、金属板がセラミックス基板に直接接合した金属−セラミックス接合基板を製造するための鋳型であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡単な構造で鋳型内に溶湯を効率的且つ定量的に供給することができる、溶湯供給装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明による溶湯供給装置の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１に示すように、本発明による溶湯供給装置の実施の形態は、アルミニウム溶湯などの溶湯１０を収容してその温度を保持する溶湯収容部１２と、この溶湯収容部１２の底面を貫通するように配置され且つ鉛直方向に延びる円筒形のシリンダ１４と、このシリンダ１４内に往復摺動可能に嵌合するピストン１６とから構成されている。これらの溶湯収容部１２、シリンダ１４およびピストン１６は、カーボンやセラミックス材料などの実質的に金属と反応しない材料から形成されている。
【００１３】
シリンダ１４の下端部は、溶湯収容部１２の底面部に形成された開口部を貫通してその底面部から突出し、溶湯収容部１２の底面部に液密に固定されている。なお、このようにシリンダ１４と溶湯収容部１２を別々に形成して固定するのではなく、シリンダ１４と溶湯収容部１２を一体に形成してもよい。シリンダ１４の側面には、溶湯収容部１２内の溶湯の液面の高さより低くなる所定の高さの位置に、溶湯収容部１２からの溶湯を吸入するための複数の溶湯吸込口１４ａが形成され、シリンダ１４の底面の中央部には、シリンダ１４内の溶湯を吐出するための溶湯吐出口１４ｂが形成されている。また、シリンダ１４の底面の中央部から鉛直方向下方に延びる注湯ノズル１４ｃが突出している。この注湯ノズル１４ｃは、シリンダ１４と同一の材料から形成され、シリンダ１４の底面に固定されている。なお、このように注湯ノズル１４ｃとシリンダ１４を別々に形成して固定するのではなく、注湯ノズル１４ｃとシリンダ１４を一体に形成してもよい。この注湯ノズル１４ｃの内部には、溶湯吐出口１４ｂに連通する溶湯供給路１４ｄが形成されている。注湯ノズル１４ｃの先端部は、後述する鋳型の注湯口の形状に対応するようにテーパ状に形成され、その先端面には、溶湯供給路１４ｄを介して溶湯を供給するための溶湯供給口１４ｅが形成されている。
【００１４】
なお、本実施の形態の溶湯供給装置は、溶湯収容部１２内の溶湯の温度を保持するとともに溶湯の酸化物の生成を防止するために、所定の温度に加熱された窒素雰囲気などの不活性雰囲気の（図示しない）炉内に設置されているのが好ましい。
【００１５】
また、シリンダ１４内に吸入された溶湯１０およびピストン１６の重さによって、溶湯が溶湯供給口１４ｅから漏れるのを防止するために、ヘッド圧を下げる（溶湯吐出口１４ｂとピストン１４の底面との間の距離を短くする）か、ピストン１６がその重さによって下がるのを防止する保持機構を設けるか、溶湯供給口１４ｅを小さくするなどの対策を採るのが好ましい。例えば、溶湯がアルミニウム溶湯の場合には、溶湯吐出口１４ｂとピストン１４の底面との間の距離を１５ｃｍ以下、好ましくは１０ｃｍ以下にし、ピストン１６を一定の高さに保持する保持機構を設け、溶湯供給口１４ｅの形状をスリット状にしてスリット幅を１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下にする。
【００１６】
上記の構成の溶湯供給装置によれば、ピストン１６をシリンダ１４内で上下に往復摺動させることにより、１ストローク毎に定量の溶湯を溶湯供給口１４ｅから供給することができる。すなわち、ピストン１６を上方に移動させるときに内部に生じる負圧によって、行程体積分の溶湯が溶湯吸込口１４ａからシリンダ１４内に吸入され、ピストン１６を下方に移動させるときに内部に生じる正圧によって定量の溶湯を注湯ノズル１４ｃの溶湯供給口１４ｅから鋳型に直接供給することができる。また、シリンダ１４の溶湯吸込口１４ａが溶湯１０内に浸漬したまま溶湯をシリンダ１４内に吸入し、シリンダ１４内に吸入された溶湯を大気に晒すことなく注湯ノズル１４ｃから鋳型内に直接供給することができるので、溶湯の酸化物の混入を防止することができる。さらに、注湯ノズル１４ｃがシリンダ１４の真下に配置しているので、ピストン１６に加える負荷を小さくすることができる。
【００１７】
上述した溶湯供給装置を使用して金属−セラミックス接合基板を製造するための鋳型の例を図２に示す。この図に示すように、鋳型１８は、上側鋳型部材１８ａと下側鋳型部材１８ｂとから構成されている。上側鋳型部材１８ａには、溶湯供給装置のシリンダ１４の注湯ノズル１４ｃのテーパ状の先端部を収容して鋳型１８内に溶湯１０を注湯するための注湯口１８ｃが形成されている。この注湯口１８ｃには、溶湯供給装置のシリンダ１４の注湯ノズル１４ｃのテーパ状の先端部に当接する傾斜面が形成されている。下側鋳型部材１８ｂの上面には、セラミックス基板に直接接合する金属板を形成するための金属板形成部１８ｄとしての凹部が形成され、この金属板形成部１８ｄの底面には、セラミックス基板を収容するセラミックス基板収容部１８ｅとしての凹部が形成されている。
【００１８】
次に、本発明による溶湯供給装置の実施の形態を使用して鋳型１８に溶湯を供給して金属−セラミックス接合基板を製造する方法について説明する。
【００１９】
まず、鋳型１８の下側鋳型部材１８ｂのセラミックス基板収容部１８ｅ内にセラミックス基板を収容した後、上側鋳型部材１８ａを下側鋳型部材１８ｂに被せて固定する。次いで、鋳型１８を所定の温度に加熱された窒素雰囲気の炉内に入れる。次いで、図３に示すように、溶湯供給装置のシリンダ１４の注湯ノズル１４ｃの先端部を上側鋳型部材１８ａの注湯口１８ｃに挿入し、ピストン１６を上昇させて溶湯をシリンダ１４内に吸入した後、ピストン１６を押し下げて定量の溶湯を鋳型１８内に供給する。その後、鋳型１８を注湯口１８ｃから離して炉から取り出した後、冷却して溶湯を凝固させ、さらに室温まで冷却することにより、金属板がセラミックス基板に直接接合した金属−セラミックス接合基板を製造する。
【００２０】
このように、本発明による溶湯供給装置を使用して金属−セラミックス接合基板を製造すれば、定量の溶湯を大気に晒すことなく鋳型内に直接供給することができるので、鋳型内への溶湯の酸化物の混入を防止することができ、また、溶湯の温度降下も小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の溶湯供給装置の実施の形態を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明による溶湯供給装置の実施の形態を使用して金属−セラミックス接合基板を製造するための鋳型の例を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明による溶湯供給装置の実施の形態を使用して金属−セラミックス接合基板を製造する方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  溶湯
１２  溶湯収容部
１４  シリンダ
１４ａ  溶湯吸込口
１４ｂ  溶湯吐出口
１４ｃ  注湯ノズル
１４ｄ  溶湯供給路
１４ｅ  溶湯供給口
１６  ピストン
１８  鋳型
１８ａ  上側鋳型部材
１８ｂ  下側鋳型部材
１８ｃ  注湯口
１８ｄ  金属板形成部
１８ｅ  セラミックス基板収容部
【図１】
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【図２】
2006102764.tif 000004
【図３】
2006102764.tif 000005