(57)【要約】【課題】鋳造したインゴットを型から取り出しやすく、形状が均一な複数の溶融鋳造インゴットを作業性良く製造することが可能なインゴット鋳造装置を提供する。【解決手段】  インゴット鋳造装置１０は金属原料２０を加熱溶融した溶湯２１を原料投入槽１１のノズル６，６から鋳型本体３に流し込んでインゴットを鋳造する。鋳型本体３は複数のインゴット鋳造室３２，３２を備え、各インゴット鋳造室３２，３２の少なくとも一つの角部にアールを設ける。また、インゴット鋳造室３２，３２を区分する仕切り部材３４，３４の底部に隣り合うインゴット鋳造室３２，３２と連通する流通溝４１を出入口が低く、内部が高くなるようにして形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高純度の金属インゴットを複数形成するためのインゴット鋳造装置であって、
金属原料を加熱溶融した溶湯を流し込んでインゴットに鋳造するための角柱状の凹部によって形成されたインゴット鋳造室が複数配置された鋳型本体を備え、
前記インゴット鋳造室の少なくとも一つの角部にアールを設けたことを特徴とするインゴット鋳造装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインゴット鋳造装置において、
前記アールは、Ｒ≧０．３ｍｍであることを特徴とするインゴット鋳造装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のインゴット鋳造装置において、
前記インゴット鋳造室は仕切り部材によって区分されると共に、前記仕切り部材の底部には隣接するインゴット鋳造室の底部同士を連通するようにして出入口を低く、内部を高くした流通溝が形成され、
さらに、前記鋳型本体の底部にカーボンシートを挟んで底板を密着させたことを特徴とするインゴット鋳造装置。
【請求項４】
請求項３に記載のインゴット鋳造装置において、
前記流通溝は、前記インゴット鋳造室への出入口の高さが０．５ｍｍ未満であり、前記仕切り部材の内部では高さ１．０ｍｍ以上、幅３．０ｍｍ未満としたことを特徴とするインゴット鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インゴット鋳造装置に関し、さらに詳しくは、鋳造したインゴットの型から容易に取り出しを行うことが可能なインゴット鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビスマステルル、インジウムアンチモン等の化合物半導体を量産レベルで大量に合成する場合、投入原料を秤量する時間を短縮するために一定の形状の金属原料（インゴット）を予め多数個作製しておくことが要求される。この一定形状の金属インゴットを作製するには鋳造等のプロセスを設ける必要があるが、その工程において酸化物の巻き込みや形状のばらつき等を発生することがある。このため、秤量時間の短縮化が十分に達成できないことがある。
【０００３】
また、金属原料を溶解鋳造した複数個のインゴットを鋳型から取り出す際、以下のような問題が生じる場合がある。
（１）原料に付着した酸化物が鋳造インゴットに巻き込まれるために、インゴット中の酸素濃度が低くならない。一部に酸素濃化部が有る場合、後工程で除去する必要があるために時間と手間が必要になる。
（２）複数個のインゴットの大きさを同じにするためには鋳型内に溶湯貫通孔を設ける必要があるが、貫通孔が大きいと鋳造インゴット凝固時に貫通孔部中の溶湯も凝固するため、インゴット鋳造後に貫通孔の固化部を切断する作業が必要になる。
（３）鋳造インゴットを鋳型から取り出す時にインゴットの一部が鋳型表面に固着し、脆い金属の場合にはインゴットが破損することがある。
【０００４】
尚、不純物の低減については、特許文献１に示されており、精製方法及び精製装置では金属を鋳型中で真空加熱することで解決を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１２６４７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、従来の精製方法や特許文献１の精製装置によると、不純物の低減は解消されるものの、上記したその他の諸問題は解決されないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、特に、型からの取り出しを容易に行うことができると共に、鋳造インゴット凝固時に貫通孔部分の溶湯が凝固した部分、いわゆる「バリ」を容易に除去することが可能なインゴット鋳造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】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の本発明は、高純度の金属インゴットを複数形成するためのインゴット鋳造装置であって、金属原料を加熱溶融した溶湯を流し込んでインゴットに鋳造するための角柱状の凹部によって形成されたインゴット鋳造室が複数配置された鋳型本体を備え、インゴット鋳造室の少なくとも一つの角部にアールを設けたことを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のインゴット鋳造装置において、アールは、Ｒ≧０．３ｍｍであることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載のインゴット鋳造装置において、インゴット鋳造室は仕切り部材によって区分されると共に、仕切り部材の底部には隣接するインゴット鋳造室の底部同士を連通するようにして出入口を低く、内部を高くした流通溝が形成され、さらに、鋳型本体の底部にカーボンシートを挟んで底板を密着させたことを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載のインゴット鋳造装置において、流通溝は、インゴット鋳造室への出入口の高さが０．５ｍｍ未満であり、仕切り部材の内部では高さ１．０ｍｍ以上、幅３．０ｍｍ未満としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るインゴット鋳造装置によれば、インゴット鋳造室の形状が一定であることから形状が均一な溶解鋳造インゴットの多数を低コストに安定して製造することができることに加えて、インゴット鋳造室の少なくとも一つの角部にアールを設けたので鋳型本体からのインゴットの取り出しが容易になるという効果がある。さらに、製造されたインゴットを用いて合金を合成する際の秤量時間を短縮することができる。尚、本発明において、インゴット鋳造室の角部の「アール」の表記は、日本工業規格ＪＩＳ  Ｚ８３１７−１による「製図−寸法及び公差の記入方法−第１部：一般原則」基づくものである。
【００１３】
また、インゴット鋳造室を形成する仕切り部材の底部に隣接するインゴット鋳造室の底部同士を連通するようにして出入口側を低く、内側を高くした流通溝を形成したので流通溝内で固化した金属を軽く押すだけで簡単に折ることができるので短時間で個々のインゴットを分離することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るインゴット鋳造装置の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すインゴット鋳造装置のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】仕切り部のアールを示す断面図である。
【図４】仕切り部材の縦断面図である。
【図５】図１に示すインゴット鋳造装置を利用したインゴット鋳造方法の各工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るインゴット鋳造装置について、好ましい一実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るインゴット鋳造装置の一実施形態を示す縦断面図、図２は図１に示すインゴット鋳造装置のＢ−Ｂ断面図である。
【００１６】
［インゴット鋳造装置の構成］
図示された実施形態に係るインゴット鋳造装置１０は、概略として、インゴットに鋳造するための金属原料２０を収容する原料投入槽１１と、金属原料２０を加熱溶融した溶湯２１が流し込まれる複数（本実施形態では４×４の計１６室）のインゴット鋳造室３２，３２が配置された鋳型本体３と、鋳型本体３の底面に配置されるカーボンシート１２と、カーボンシート１２を鋳型本体３に密着させる角板状の底板５を備えて構成されている。
【００１７】
原料投入槽１１には、底部に金属原料２０を加熱溶融した溶湯２１を各インゴット鋳造室３２，３２へ注ぎ入れるために各インゴット鋳造室３２，３２と連通するようにしてノズル６，６が複数取り付けられている。そして、鋳型本体３の内部には複数のインゴット鋳造室３２，３２をそれぞれ井桁状に区分する衝立状の仕切り部材３４，３４が設けられており、さらに鋳型本体３の外周には排液部３３を形成する側壁部３５，３５が立設されている。
【００１８】
インゴット鋳造室３２，３２は、溶湯２１を流し込んでインゴットに鋳造するための角柱状の凹部によって形成されており、各インゴット鋳造室３２，３２は仕切り部材３４，３４によって区分けされている。そして、図２に示すように、インゴット鋳造室３２，３２の角部には曲面線状のアールが設けられている。インゴット鋳造室３２，３２の角部にアールを設けることで鋳造されたインゴットを型から容易に取り外すことが可能となる。このアールは少なくとも一つの角部にアールに設けられていれば良い。従って、図３に示すように、アールを四隅の全てに設ける（Ａ）、四隅うちの３箇所に設ける（Ｂ）、四隅のうちの２箇所に設ける（Ｃ）、四隅のうちの１箇所に設ける（Ｄ）ことができる。また、アールの曲率があまり小さいとその効果が十分に発揮され難いため、Ｒ≧０．３ｍｍとすることが好ましい。尚、本実施形態ではインゴット鋳造室３２，３２の平面形状は四角形とされているがこれに限らず、例えば、三角形や五角形のように他の多角形とすることも可能である。
【００１９】
インゴット鋳造室３２，３２を区分する仕切り部材３４，３４の底部には隣接するインゴット鋳造室３２，３２の底部同士を連通する流通溝４１が形成されている。そして、図４に最も良く示されているように、流通溝４１は、出入口（ａ）における開口高さが低く、内部側（ｂ）が出入口よりも高くなるようにして形成されている。流通溝４１をこのように形成したことにより、流通溝４１内で溶湯が凝固した部分、いわゆる「バリ」は鋳造されたインゴットとの連結部分が薄くなるので軽く押すだけで容易に折り取ることが可能となる。また、流通溝４１はカーボンシート１２側に設けることもできるが、仕切り部材３４，３４の底部に設けることでカーボンシート１２から凝固した金属を削り取るような作業が不要となり作業性が向上する。また、カーボンシート１２に流通溝４１を形成した場合、凝固した金属をカーボンシート１２から削り取る際にカーボンシート１２が一緒に削られて溶湯２１の浸み出しを発生させるおそれがあるが、これを回避することができる。
【００２０】
流通溝４１の形状としては、インゴット鋳造室３２，３２への出入口における高さが０．５ｍｍ未満であり、仕切り部材３４，３４の内部では高さ１．０ｍｍ以上、幅３．０ｍｍ未満とすることが好ましい。
【００２１】
鋳型本体３の上部側には、流通溝４１を介して各インゴット鋳造室３２，３２の底部へ流入させた溶湯２１の一部を排液部３３へオーバーフローさせる排出溝３６，３６が設けられている。また、溶湯２１を排液部３３にオーバーフローさせる排出溝３６，３６は、各インゴット鋳造室３２，３２で鋳造されるインゴットの大きさを均一にするために鋳型本体３の上部側に同じ高さ位置に設けられている。また、インゴット鋳造室３２，３２内に溜まった溶湯２１中に万一酸化物が含まれていた場合にも溶湯２１の上層部をオーバーフローさせることで酸化物が外部に排出されるので不純物の少ないインゴットを製造することができる。尚、最内側に位置する４つのインゴット鋳造室３２，３２と繋がる排出溝３６，３６は仕切り部材３４，３４の上部に形成されている。また、排液部３３は、鋳型本体３を取り巻くように配置されている。上記構成において、原料投入槽１１、鋳型本体３、カーボンシート１２、底板５のそれぞれは、インゴットの汚染防止を図るために高純度カーボンによって形成されている。
【００２２】
そして、インゴット鋳造室３２，３２は、鋳造後のインゴットをインゴット鋳造室３２，３２内からさらに容易に取り出せるようにするために底部側に向かって拡開したテーパが設けられている。尚、原料投入槽１１を取り外し可能に形成した場合にはインゴット鋳造室３２，３２の上部側に向かって拡開したテーパを設けることで上部側から取り出すように形成することもできる。鋳造するインゴットの大きさとしては、例えば、下端部が２４.８×２４.８、上端部が２５.０×２５.０のサイズで高さが１２５ｍｍのテーパ形状とすることができる。
【００２３】
カーボンシート１２は、高純度カーボンによって形成された板状部材であり、溶湯２１が鋳型外部に漏れ出さないように複数のボルト（カーボンボルト）７，７によって鋳型本体３の底面にしっかりと固定されている。
【００２４】
［インゴットの鋳造方法］
次に、上述したインゴット鋳造装置１０を用いてインゴットを鋳造する方法について図５を参照しつつ説明する。図５は図１に示すインゴット鋳造装置を利用したインゴット鋳造方法の各工程を示すフローチャートである。
【００２５】
初めに、原料投入槽１１に金属原料２０を収納し、金属原料２０収納したインゴット鋳造装置１０を図示しない抵抗加熱炉内に収容する。図示しない抵抗加熱炉内の雰囲気を還元雰囲気もしくは不活性雰囲気とした後、インゴット鋳造装置１０を金属原料２０の融点以上の温度になるまで加熱して金属原料を溶融させる（ステップＳ１）。
【００２６】
原料投入槽１１の中で金属原料２０が溶融すると溶湯２１となり、酸化物は原料投入槽１１内において溶湯２１の上部に浮上し、酸化物の少ない清浄な下側の溶湯２１が各ノズル６，６を通して各インゴット鋳造室３２，３２に流入する（ステップＳ２）。そして、仕切り部材３４，３４の底部に形成された流通溝４１を介して溶湯２１が均一に各インゴット鋳造室３２，３２内に流入する。そして、各インゴット鋳造室３２，３２の上部に形成された排出溝３６，３６を介して余分な溶湯２１をオーバーフローさせる（ステップＳ３）。余分な溶湯２１が排液部３３，３３へ排出されるので各インゴット鋳造室３２，３２において形成されるインゴットの高さは一定となり、鋳造されるインゴットの大きさを均一にすることができる。また、排出溝３６，３６を介して溶湯２１の上層部をオーバーフローさせることで溶湯２１の上部に浮上した酸化物を有効に除去する。さらに、カーボンシート１２は鋳型本体３の下部から外部への溶湯２１の漏れを防止している。
【００２７】
尚、流通溝４１の出入口側のサイズ小さく、また、内部が狭いと各インゴット鋳造室３２，３２への流れ込みに時間がかかる場合がある。そこで、原料投入槽２から各インゴット鋳造室３２，３２に注入される溶湯２１と流通溝４１を介して互いに流入する溶湯２１とのバランスを図るために原料投入槽１１のノズル６，６の径サイズを適宜に変更するなどの調整を実施することが好ましい。
【００２８】
その後、インゴット鋳造室３２，３２に流入した溶湯を冷却することにより固化してインゴット（図示せず）を形成する（ステップＳ４）。そして、原料投入槽１１と鋳型本体３を分離した後、専用の装置または人手によって鋳型本体３及びインゴット鋳造室３２，３２内のインゴットを押し出し、鋳型本体３及びインゴット鋳造室３２，３２からインゴットを取り出し（ステップＳ５）、保管場所へ移動させる。このとき、インゴット鋳造室３２，３２の角部にはアールが設けられているのでインゴットを容易に取り出すことができる。また、インゴット鋳造室３２，３２にはテーパが設けられているので拡開方向へ向かって押し出すことによりさらに容易に取り出すことができる。以上によりインゴット鋳造は終了する。
【００２９】
このように、本発明に係るインゴット鋳造装置１０によれば、各インゴット鋳造室３２，３２の四隅の少なくとも１角部にアールを設けたので鋳造されたインゴットを型から容易に取り出すことが可能なる。また、仕切り部材３４，３４の底部に出入口を低く、内部を高く形成した流通溝４１を設けたので流通溝４１内で固まった金属を容易に折り取ることができる。また、仕切り部材３４に流通溝４１を形成したのでカーボンシート１２に流通溝４１を設けた場合のようにカーボンシート１２を傷つけることもない。さらに、従来と比較して酸化物の巻き込みが少なく、且つ形状が均一な溶解鋳造インゴットの多数を低コストに安定して作製することが可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
３      鋳型本体
５      底板
６      ノズル
７      ボルト
１０      インゴット鋳造装置
１１      原料投入槽
１２      カーボンシート
２０      金属原料
２１      溶湯
３１      貯留室
３２      インゴット鋳造室
３３      排液部
３４      仕切り部材
３５      側壁部
３６      排出溝
４１      流通溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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