(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空室内において、溶融金属を内部に保持する鋳型を、加熱室から、該加熱室と断熱仕切板によって仕切られて該加熱室の下方に設けられる冷却室に案内し、方向性凝固を行なう鋳造装置であって、
前記冷却室は、前記鋳型の外周面に接触し、少なくとも接触する面側が前記鋳型の温度よりも低い融点の金属材料よりなる固体金属と、
該固体金属を前記鋳型の外周面に供給する固体金属供給部とを備え、
前記固体金属は、ブロック状をなして複数が設けられ、
前記固体金属供給部は、前記鋳型の外周側で該鋳型を挟んで対向する位置に一対が配置され、前記鋳型が前記冷却室内へ案内されるに従って各々の前記固体金属を順次上方に積層しながら前記鋳型の外周面を覆うように供給することを特徴とする鋳造装置。
【請求項２】
前記固体金属は、前記鋳型に接触する面側が、該鋳型の外形に沿った形状となっていることを特徴とする請求項１に記載の鋳造装置。
【請求項３】
真空室内において、溶融金属を内部に保持する鋳型を、加熱室から、該加熱室と断熱仕切板によって仕切られて該加熱室の下方に設けられる冷却室に案内し、方向性凝固を行なう鋳造装置であって、
前記冷却室は、前記鋳型の外周面に接触し、少なくとも接触する面側が前記鋳型の温度よりも低い融点の金属材料よりなる固体金属と、
該固体金属を前記鋳型の外周面に供給する固体金属供給部とを備え、
前記固体金属は、前記鋳型に接触する面側が、該鋳型の外形に沿った形状となっていることを特徴とする鋳造装置。
【請求項４】
前記固体金属は、前記鋳型に接触する面側が前記鋳型の温度よりも低い融点の金属材料よりなる表層部と、前記表層部の前記鋳型に接触する面とは反対側に取り付けられ、内部に冷媒が流通可能となっている冷却部とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の鋳造装置。
【請求項５】
真空室内において、溶融金属を内部に保持する鋳型を、加熱室から、該加熱室と断熱仕切板によって仕切られて該加熱室の下方に設けられる冷却室に案内し、方向性凝固を行なう鋳造装置であって、
前記冷却室は、前記鋳型の外周面に接触し、少なくとも接触する面側が前記鋳型の温度よりも低い融点の金属材料よりなる固体金属と、
該固体金属を前記鋳型の外周面に供給する固体金属供給部とを備え、
前記固体金属は、前記鋳型に接触する面側が前記鋳型の温度よりも低い融点の金属材料よりなる表層部と、前記表層部の前記鋳型に接触する面とは反対側に取り付けられ、内部に冷媒が流通可能となっている冷却部とを有することを特徴とする鋳造装置。
【請求項６】
一対の前記固体金属供給部各々は、複数の前記固体金属を積層して準備するストック部と、
前記ストック部の上方に配置される載置板と、
前記ストック部から１つずつ前記固体金属を持ち上げて前記載置板上に載置するリフト部と、
前記鋳型の外周面へ向けて、前記載置板上の前記固体金属を１つずつ押し出して供給する押出部とを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の鋳造装置。
【請求項７】
一対の前記固体金属供給部各々は、上面が前記鋳型に向かって上方から下方に傾斜する傾斜面が形成された傾斜台と、
複数の前記固体金属を積層して準備し、前記傾斜台上に外周側から前記固体金属を供給するストック部と、
前記ストック部の複数の前記固体金属と前記鋳型との間に配置され、該固体金属を前記ストック部に保持するとともに、前記鋳型の前記冷却室内への移動に連動して開放し、前記固体金属を１つずつ、前記鋳型へ向けて前記傾斜台上を自重で移動可能とするストッパとを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の鋳造装置。
【請求項８】
真空室内において、溶融金属を内部に保持する鋳型を、加熱室から、該加熱室と断熱仕切板によって仕切られて該加熱室の下方に設けられる冷却室に案内し、方向性凝固を行なう鋳造装置であって、
前記冷却室は、前記鋳型の外周面に接触し、少なくとも接触する面側が前記鋳型の温度よりも低い融点の金属材料よりなる固体金属と、
該固体金属を前記鋳型の外周面に供給する固体金属供給部とを備え、
前記固体金属は、球状をなして複数が設けられ、
前記固体金属供給部は、前記鋳型の外周側で、該鋳型を挟んで対向する位置に一対が配置され、前記鋳型が前記冷却室内へ案内されるに従って前記固体金属を順次流入させて前記鋳型の外周面を覆うように供給し、
一対の前記固体金属供給部各々は、前記固体金属を前記鋳型の外周面へ向けて噴出して供給する噴出部を有することを特徴とする鋳造装置。
【請求項９】
真空室内において、溶融金属を内部に保持する鋳型を、加熱室から、該加熱室と断熱仕切板によって仕切られて該加熱室の下方に設けられる冷却室に案内し、方向性凝固を行なう鋳造装置であって、
前記冷却室は、前記鋳型の外周面に接触し、少なくとも接触する面側が前記鋳型の温度よりも低い融点の金属材料よりなる固体金属と、
該固体金属を前記鋳型の外周面に供給する固体金属供給部とを備え、
前記固体金属は、球状をなして複数が設けられ、
前記固体金属供給部は、前記鋳型の外周側で、該鋳型を挟んで対向する位置に一対が配置され、前記鋳型が前記冷却室内へ案内されるに従って前記固体金属を順次流入させて前記鋳型の外周面を覆うように供給し、
一対の前記固体金属供給部各々は、上面が前記鋳型に向かって上方から下方に傾斜する傾斜面が形成された傾斜台と、
複数の前記固体金属を準備し、前記傾斜台上に外周側から前記固体金属を供給するストック部と、
前記ストック部の複数の前記固体金属と前記鋳型との間に配置され、該固体金属を前記ストック部に保持するとともに、前記鋳型の前記冷却室内への移動に連動して開放し、前記固体金属を前記鋳型へ向けて前記傾斜台上を自重で移動可能とするストッパとを有することを特徴とする鋳造装置。
【請求項１０】
前記固体金属が前記鋳型の外周面を覆った範囲を、該固体金属の外周側から冷却する冷却手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品の精密鋳造を行なう鋳造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービン用の動翼、静翼等の部品は、方向性凝固を用いた精密鋳造によって製造されることで、これらの部品の結晶構造が柱状結晶又は単結晶となるようにして部品のクリープ変形の抑制、及び疲労強度の向上を図っていた。そして、このような部品を製造する鋳造装置においては、溶融合金を流入させた鋳造型を冷却室にゆっくりと案内し、鋳造型の一端部から順次冷却を行なう構造となっており、方向性凝固を可能としている。
【０００３】
このように方向性凝固を達成するため、鋳造型を冷却室へゆっくりと案内して、鋳造型内部の溶融合金の凝固界面における温度勾配が大きい状態を維持しながら鋳造を行なっている。しかし冷却室では、放射冷却のみによって溶融合金の凝固を行なっているため、凝固速度が小さくなってしまい、鋳造欠陥発生のおそれがあった。
【０００４】
ここで特許文献１には、方向性凝固を行なう鋳造装置の一例が開示されている。この鋳造装置は、上述のような従来の鋳造装置に加えて、冷却室では不活性の冷却ガスを鋳造型へ吹き付けて、温度勾配および凝固速度の向上を図り、方向性凝固時に発生する鋳造欠陥の発生を抑制していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１０９１９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、方向性凝固による精密鋳造を行なう鋳造装置では、鋳造物に表面に酸化皮膜が形成されないように装置全体が真空室内に配置されて略真空状態とされている。このため、特許文献１にあるように、冷却室内で不活性の冷却ガスを吹き込んで熱交換を行なう場合には、真空室から熱交換後の冷却ガスを抜き取り、濾過、再冷却、圧縮を行なってから、再度、真空室内へ冷却ガスを供給する必要があった。従って、真空室を略真空状態に維持したまま、このように冷却ガスの管理を行なう必要があるため、装置が複雑となってしまう。さらに、真空室内では冷却ガスのような気体の挙動を制御することは難しく、取り扱いは困難であるという問題もあった。また、冷却ガスに代えて液体金属を鋳造型へ接触させることで冷却速度の向上を図ったものもあるが、この場合もやはり装置の複雑化や、取り扱いの問題があった。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、簡易な構成で、鋳造欠陥の発生を抑制可能な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】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係る鋳造装置は、真空室内において、溶融金属を内部に保持する鋳型を、加熱室から、該加熱室と断熱仕切板によって仕切られて該加熱室の下方に設けられる冷却室に案内し、方向性凝固を行なう鋳造装置であって、前記冷却室は、前記鋳型の外周面に接触し、少なくとも接触する面側が前記鋳型の温度よりも低い融点の金属材料よりなる固体金属と、該固体金属を前記鋳型の外周面に供給する固体金属供給部とを備え、前記固体金属は、ブロック状をなして複数が設けられ、前記固体金属供給部は、前記鋳型の外周側で該鋳型を挟んで対向する位置に一対が配置され、前記鋳型が前記冷却室内へ案内されるに従って各々の前記固体金属を順次上方に積層しながら前記鋳型の外周面を覆うように供給することを特徴とする。
【０００９】
このような鋳造装置によると、冷却室内へ案内された鋳型の外周面に固体金属が接触することで、鋳型を介して鋳型内の溶融金属から熱伝導によって脱熱する。また、固体金属は鋳型の温度よりも低融点の金属材料であるため、鋳型に接触した際に融解して、この融解潜熱によっても脱熱が可能となる。従って、熱伝導と融解による相乗効果によって温度勾配および凝固速度の向上を達成でき、鋳造欠陥の抑制が可能となる。さらに固体金属は、固体であるがゆえに気体や液体とは異なって真空状態でも取り扱いが容易であり、また複雑な装置を用いなくとも確実に固体金属を鋳型の外周面に接触させて脱熱が可能である。
【００１１】
また、鋳型が案内される動作に合わせて固体金属が供給される。即ち、鋳型の外周面に、その案内方向となる下方とは逆方向となる上方に向かって固体金属が順次供給されることによって、鋳型の外周面に上方に向かって順次接触し、冷却していくことが可能となる。従って、固体金属によって温度勾配および凝固速度の向上を図りながら、鋳型内の溶融金属の方向性凝固を行ない、鋳造欠陥発生の抑制が可能となる。さらに、固体金属が鋳型に接触した際の固体金属の融解にともなって、固体金属が鋳型の外形に沿う形状に変形して鋳型の外周面を周方向にわたって覆うこととなる。この結果、接触面積を増大してさらに冷却速度を増大し、温度勾配および凝固速度のさらなる向上で、鋳造欠陥の発生を確実に抑制できる。
【００１２】
さらに、前記固体金属は、前記鋳型に接触する面側が、該鋳型の外形に沿った形状となっていてもよい。
【００１３】
このような鋳型形状に対応した固体金属によって、鋳型の外周面に固体金属が確実に接触し、より効果的に脱熱が可能となり、温度勾配および凝固速度のさらなる向上によって鋳造欠陥発生の抑制効果を向上できる。また、同一形状の鋳型に対してであれば再利用が可能となり、コスト抑制につながる。
【００１４】
また、前記固体金属は、前記鋳型に接触する面側が前記鋳型の温度よりも低い融点の金属材料よりなる表層部と、前記表層部の前記鋳型に接触する面とは反対側に取り付けられ、内部に冷媒が流通可能となっている冷却部とを有していてもよい。
【００１５】
このような固体金属によって、表層部が鋳型の外周面に接触して脱熱を行なうとともに、冷却部が表層部の冷却を行ない、さらなる温度勾配および凝固速度の向上が可能となる。また、固体金属の使用後には、表層部のみを交換することによって再利用を図ることができ、コスト抑制につながる。
【００１６】
さらに、一対の前記固体金属供給部各々は、複数の前記固体金属を積層して準備するストック部と、前記ストック部の上方に配置される載置板と、前記ストック部から１つずつ前記固体金属を持ち上げて前記載置板上に載置するリフト部と、前記鋳型の外周面へ向けて、前記載置板上の前記固体金属を１つずつ押し出して供給する押出部とを有していてもよい。
【００１７】
このような固体金属供給部によって、ストック部からリフト部によって載置板上に固体金属を準備した後に、押出部が固体金属を載置板上から押し出すことによって、鋳型の外周面に固体金属を順次供給して接触させ、脱熱することができる。従って、温度勾配および凝固速度の向上による鋳造欠陥の発生抑制につながる。
【００１８】
また、一対の前記固体金属供給部各々は、上面が前記鋳型に向かって上方から下方に傾斜する傾斜面とされた傾斜台と、複数の前記固体金属を積層して準備し、前記傾斜台上に外周側から前記固体金属を供給するストック部と、前記ストック部の複数の前記固体金属と前記鋳型との間に配置され、該固体金属を前記ストック部に保持するとともに、前記鋳型の前記冷却室内への移動に連動して開放し、前記固体金属を１つずつ、前記鋳型へ向けて前記傾斜台上を自重で移動可能とするストッパとを有していてもよい。
【００１９】
このような固体金属供給部においては、ストッパが開放された際には、特別な装置を設置しなくともストック部に積層して準備した複数の固体金属のうちから１つずつ固体金属がその自重で傾斜台上を滑走する。そして、鋳型の外周面に固体金属を順次供給して接触させ、脱熱することができ、温度勾配および凝固速度の向上による鋳造欠陥の発生抑制につながる。
【００２０】
さらに、本発明に係る鋳造装置は、真空室内において、溶融金属を内部に保持する鋳型を、加熱室から、該加熱室と断熱仕切板によって仕切られて該加熱室の下方に設けられる冷却室に案内し、方向性凝固を行なう鋳造装置であって、前記冷却室は、前記鋳型の外周面に接触し、少なくとも接触する面側が前記鋳型の温度よりも低い融点の金属材料よりなる固体金属と、該固体金属を前記鋳型の外周面に供給する固体金属供給部とを備え、前記固体金属は、球状をなして複数が設けられ、前記固体金属供給部は、前記鋳型の外周側で、該鋳型を挟んで対向する位置に一対が配置され、前記鋳型が前記冷却室内へ案内されるに従って前記固体金属を順次流入させて前記鋳型の外周面を覆うように供給し、一対の前記固体金属供給部各々は、前記固体金属を前記鋳型の外周面へ向けて噴出して供給する噴出部を有している。
【００２１】
このように、鋳型が案内される動作に合わせて球状の固体金属が供給される。即ち、鋳型の外周面に、その案内方向とは逆方向となる上方に向かって固体金属が順次供給されて鋳型の外周面に接触することで、固定金属が融解し、鋳型の外周面に上方に向かって付着しながら鋳型の外周面を周方向にわたって覆い、冷却していくことが可能となる。従って、固体金属によって温度勾配および凝固速度のさらなる向上を図って、鋳造欠陥発生の抑制が可能となる。
また、噴出部によって、固体金属を鋳型の外周面へ確実に供給可能となり、温度勾配および凝固速度のさらなる向上による鋳造欠陥発生の抑制が、より確実に可能となる。
【００２４】
さらに、本発明に係る鋳造装置は、真空室内において、溶融金属を内部に保持する鋳型を、加熱室から、該加熱室と断熱仕切板によって仕切られて該加熱室の下方に設けられる冷却室に案内し、方向性凝固を行なう鋳造装置であって、前記冷却室は、前記鋳型の外周面に接触し、少なくとも接触する面側が前記鋳型の温度よりも低い融点の金属材料よりなる固体金属と、該固体金属を前記鋳型の外周面に供給する固体金属供給部とを備え、前記固体金属は、球状をなして複数が設けられ、前記固体金属供給部は、前記鋳型の外周側で、該鋳型を挟んで対向する位置に一対が配置され、前記鋳型が前記冷却室内へ案内されるに従って前記固体金属を順次流入させて前記鋳型の外周面を覆うように供給し、一対の前記固体金属供給部各々は、上面が前記鋳型に向かって上方から下方に傾斜する傾斜面が形成された傾斜台と、複数の前記固体金属を準備し、前記傾斜台上に外周側から前記固体金属を供給するストック部と、前記ストック部の複数の前記固体金属と前記鋳型との間に配置され、該固体金属を前記ストック部に保持するとともに、前記鋳型の前記冷却室内への移動に連動して開放し、前記固体金属を前記鋳型へ向けて前記傾斜台上を自重で移動可能とするストッパとを有している。
【００２５】
このような固体金属供給部においては、ストッパが開放された際には、特別な装置を設置しなくとも、固体金属がその自重で傾斜台上を滑走、転動する。そして、鋳型の外周面に固体金属を順次付着させながら供給でき、温度勾配および凝固速度のさらなる向上による鋳造欠陥の発生抑制に確実につながる。
【００２６】
また、本発明に係る鋳造装置は、前記固体金属が前記鋳型の外周面を覆った範囲を、該固体金属の外周側から冷却する冷却手段をさらに備えていてもよい。
【００２７】
このような冷却手段によって固体金属の冷却を行なうことで、冷却効果を向上し、さらなる鋳造欠陥の発生抑制につながる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の鋳造装置によると、固体金属を鋳型の外周面に接触させて冷却を行なうため、簡易な構成で、温度勾配および凝固速度のさらなる向上が可能となり、鋳造欠陥発生の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第一実施形態に係る鋳造装置を示す全体側面図であって、（ａ）から（ｃ）は時系列に動作の様子を示している。
【図２】本発明の第一実施形態に係る鋳造装置における固体金属及び鋳型を示す上面図であって、（ａ）、（ｂ）は時系列に動作の様子を示している。
【図３】本発明の第二実施形態に係る鋳造装置における固体金属及び鋳型を示す上面図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係る鋳造装置における固体金属及び鋳型を示す上面図である。
【図５】本発明の第四実施形態に係る鋳造装置を示す全体側面図であって、（ａ）から（ｃ）は時系列に動作の様子を示している。
【図６】本発明の第五実施形態に係る鋳造装置を示す全体側面図である。
【図７】本発明の第六実施形態に係る鋳造装置を示す全体側面図であって、（ａ）から（ｃ）は時系列に動作の様子を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の第一実施形態に係る鋳造装置１Ａについて説明する。
鋳造装置１Ａは、機械的強度が要求される例えば、ガスタービン用の動翼、静翼等の部品を精密鋳造によって製造する製造装置である。
【００３１】
図１に示すように、鋳造装置１Ａは、内部空間が略真空状態に保持された真空室２と、真空室２の内部における上部に配置される加熱室３と、真空室２内部において加熱室３の下方に設けられる冷却室５と、加熱室３と冷却室５との間に配置された断熱仕切板４と、加熱室３と冷却室５とにわたって配置されて内部に合金Ｍを充填可能な鋳型６と、鋳型６を下方から支持する冷却板９及び駆動ロッド７を備えている。
【００３２】
真空室２は、内部が空間とされて略真空状態に保持された容器状の部材となっている。
【００３３】
加熱室３は、真空室２における上部に配置されて、内部が空間とされた容器状の部材である。また、加熱室３の内部の空間を、鋳型６の内部へ充填される合金Ｍの融点よりも高い温度に保持可能に、加熱室３の内周面３ａに沿ってヒーター８が設けられている。
【００３４】
断熱仕切板４は、加熱室３と冷却室５との間において、真空室２の内周面２ａから内周側に向かって水平方向に突出して設けられて、加熱室３と冷却室５との間での熱伝達を遮断するものである。また、この断熱仕切板４には、真空室２の内周側中央部に加熱室３と冷却室５とを上下方向に連通する開口部４ａが形成されており、この開口部４ａの径は鋳型６の外径よりも大きくなっている。
【００３５】
鋳型６は、耐火材料の例えばセラミック等よりなり、鋳造しようとする動翼又は静翼等の外形に対応した空間がロストワックス法等を用いて内部に形成され、上端及び下端に開口部６ａ、６ｂが設けられている。そして、上端の開口部６ａより不図示の融解炉で溶融された合金Ｍが鋳型６の内部へ充填可能とされている。また、下端の開口部６ｂは冷却板９によって下方から閉塞されるとともに、この冷却板９によって鋳型６が下方から支持されている。
【００３６】
さらに、この鋳型６は、真空室２の内周側中央部に配置されるものであり、断熱仕切板４の開口部４ａを通じて、加熱室３と冷却室５との間を上下方向に移動可能とされている。
【００３７】
次に冷却室５について説明する。
冷却室５は、加熱室３の下方に断熱仕切板４によって仕切られて設けられ、内部が空間とされた容器状の部材であり、この空間が鋳型６の内部へ充填される合金Ｍの融点よりも低い温度に保持されている。
【００３８】
また、この冷却室５は、内部の空間における外周側に、対向して設けられる一対の固体金属供給部１１と、この固体金属供給部１１各々から鋳型６の外周面６ｃに接触するように供給される固体金属Ｗ１とを備えている。
【００３９】
図２に示すように、固体金属Ｗ１は直方体のブロック状をなし、高熱伝達率で、かつ、鋳型６の温度よりも低い融点を持つ金属材料よりなっている。そして、鋳型６の外周面６ｃを周方向にわたって覆うことを可能に、奥行き方向（図1の紙面奥行き方向、又は図２の紙面上下方向）の寸法が、鋳型６の奥行き方向の寸法と同等か、又はやや大きく設定されている。
【００４０】
固体金属供給部１１は、冷却室５の内部の外周側で冷却室５の内部の内周面５ａに沿って、鋳型６を挟んで対向する位置に一対が設けられている。そして、各々の固体金属供給部１１は、固体金属Ｗ１を積層して準備するストック部１４と、ストック部１４の上方に設けられた載置板１５と、ストック部１４の固体金属Ｗ１を載置板１５上へ載置するリフト部１６と、載置板１５から固体金属Ｗ１を冷却室５の内周側へ向かって押し出す押出部１７とを有している。
【００４１】
ストック部１４は、冷却室５の内周面５ａに沿って、上下方向に延びて設けられ、内部に複数の固体金属Ｗ１を積層して準備するものである。
【００４２】
載置板１５は、ストック部１４の上方で、冷却室５の内周面５ａから内周側に向かって突出する板状部材であり、上面が水平方向に平行な面とされ、固体金属Ｗ１を１つずつ載置可能とするものである。
【００４３】
リフト部１６は、例えば不図示のサーボモータ等で構成されており、ストック部１４に積層された複数の固体金属Ｗ１を、鋳型６の下降に従って下方から間欠的に持ち上げ、固体金属Ｗ１を１つずつ載置板１５上へ供給するものである。
【００４４】
押出部１７は、リフト部１６によってストック部１４から載置板１５上に持ち上げられた固体金属Ｗ１を、載置板１５から鋳型６の外周面６ｃに向かって押し出して供給するものである。
【００４５】
冷却板９は、鋳型６の下部に配され、鋳型６の下端の開口部６ｂを閉塞する冷却室５内部と同等の温度に保持された板状部材である。また、固体金属供給部１１から鋳型６の外周面６ｃに供給された固体金属Ｗ１を下方から支持して、固体金属Ｗ１が鋳型６の外周面６ｃに接触した状態で保持するものである。
【００４６】
駆動ロッド７は、冷却室５の底部５ｂを通じて設けられ、冷却板９をさらに下方から支持しながら、例えば不図示のモーター等によって上下方向に移動可能な駆動装置である。
【００４７】
このような鋳造装置１Ａにおいては、図１（ａ）に示すように、駆動ロッド７が移動して、鋳型６を冷却板９を介して支持した状態で、鋳型６を加熱室３内に配置する。そして、不図示の融解炉で溶融された合金Ｍが鋳型６の上端の開口部６ａより鋳型６の内部へ充填される。
【００４８】
ここで、加熱室３内は、合金Ｍの融点よりも高い温度に保持されているため、鋳型６内部の溶融した合金Ｍが凝固してしまうことがない。
【００４９】
そして、鋳型６内部へ充填された合金Ｍの下端部は冷却板９に接することで凝固して、薄い凝固部分、即ち凝固界面が形成される。
【００５０】
その後、駆動ロッド７は断熱仕切板４の開口部４ａを通じて鋳型６を下降させ、鋳型６が冷却室５内へ案内される。そして冷却室５の内部においては、鋳型６は徐々に（１時間に数十センチ程度の速度で）下降させられる。
【００５１】
ここで冷却室５の内部は、鋳型６の内部の合金Ｍの融点よりも低い温度に保持されているため、鋳型６が冷却室５に案内されるに従って、上記凝固界面は徐々に上方へ移動していき、放射冷却によって凝固が上方に向かって進行していき、方向性凝固が達成される。
【００５２】
さらに、図１（ｂ）に示すように、駆動ロッド７の動作、即ち、鋳型６の下降に連動して、各々の固体金属供給部１１におけるリフト部１６が、ストック部１４から最初の固体金属Ｗ１を１つずつ載置板１５上に載置する。そして、押出部１７が、鋳型６の外周面６ｃを覆うように固体金属Ｗ１を押し出して供給する。最初に供給された固体金属Ｗ１は、鋳型６の外周面６ｃに接触した状態で冷却板９上に載置され、冷却室５の下方への落下が防止されて、鋳型６の外周面６ｃに接触した状態を保持される。
【００５３】
また、各々の固体金属供給部１１から供給された一対の固体金属Ｗ１は、熱伝導率の高い材料よりなるため、鋳型６の外周面６ｃに接触した際には、鋳型６内の溶融した合金Ｍから脱熱を行なう。さらにこれら一対の固体金属Ｗ１は、鋳型６の温度よりも低融点の材料よりなるため、鋳型６の外周面６ｃに接触した際に融解して融解潜熱を奪うことによっても、鋳型６内の溶融した合金Ｍから脱熱を行なうことができる。
【００５４】
このように、熱伝導及び融解による相乗効果によって、鋳型６内の溶融した合金Ｍから脱熱を行ない、合金Ｍの温度勾配および凝固速度の向上が可能となる。
【００５５】
さらに、固体金属Ｗ１の奥行き方向の寸法は、鋳型６の奥行き方向の寸法と同等か、又は鋳型６よりも大きく設定されている。このため、固体金属Ｗ１が鋳型６の外周面６ｃに接触して融解した際には、鋳型６の外周面６ｃを周方向にわたって覆う。そして、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、鋳型６の外形に沿う形状に変形して接触面積を増大することで熱伝導の効果を向上でき、温度勾配および凝固速度のさらなる向上が可能となる。
【００５６】
そして、図１（ｃ）に示すように、鋳型６の下降にともなって、押出部１７によって供給された一対の固体金属Ｗ１が、鋳型６の外周面６ｃに接触して脱熱した後には、さらなる鋳型６の下降にともなって次の一対の固体金属Ｗ１が供給される。即ち、鋳型６の移動方向とは反対側となる上方に向かって一対の固体金属Ｗ１が順次供給され、冷却を行ないながら、先に供給された固体金属Ｗ１の上部に積層されていく。従って、固体金属Ｗ１によって温度勾配および凝固速度を向上しながら、方向性凝固を行うことが可能となる。
【００５７】
ここで、冷却室５は真空室２の内部に配置され、略真空状態に保持されている。このため、仮に固体金属Ｗ１に代えて、気体や液体の冷媒によって冷却室５での冷却を行なう場合には、装置の複雑化や取り扱いが困難となってしまう。この点、本実施形態では固体金属Ｗ１を使用しているため、簡易な装置構成によって確実に冷却すべき場所に供給して脱熱が可能となる。
【００５８】
本実施形態の鋳造装置１Ａによると、冷却室５での鋳型６の下降にともなって、冷却室５での放射冷却に加えて固体金属Ｗ１を用いることによって、鋳型６の下部から上部に向かって脱熱が行なわれる。従って、簡易な構成で冷却速度を増大して温度勾配および凝固速度を向上しながら、方向性凝固を行なっていくことが可能となる。即ち、機械的強度を増大した動翼又は静翼を、鋳造欠陥を抑制しながら製造することが可能となる。
【００５９】
次に、本発明の第二実施形態に係る鋳造装置１Ｂについて説明する。
なお、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、固体金属Ｗ２が第一実施形態のものとは異なっている。
【００６０】
図３に示すように、固体金属Ｗ２は、予め鋳型６の外形に沿った形状となっているとともに、鋳型６の外周面６ｃに接触する面側に設けられた表層部Ｗ２ａと、この表層部Ｗ２ａの鋳型６とは反対側に取り付けられた、固体金属本体Ｗ２ｂとを有している。
【００６１】
表層部Ｗ２ａは、鋳型６の温度よりも低い温度の融点の材料、例えばアルミニウム等よりなっており、固体金属Ｗ２が供給された際には鋳型６に接触する部分である。
【００６２】
固体金属本体Ｗ２ｂは、鋳型６の温度よりも高い融点の材料、例えば銅等よりなっている。
【００６３】
即ち、固体金属Ｗ２は、銅等よりなる固体金属本体Ｗ２ｂとアルミニウム等よりなる表層部Ｗ２ａとによる二層構造となっている。
【００６４】
このような鋳造装置１Ｂにおいては、固体金属供給部１１によって供給された固体金属Ｗ２は、ちょうど鋳型６の外周面６ｃの形状に合致するように鋳型６の外周面６ｃに接触する。従って、鋳型６の外周面６ｃとの接触面積を増大することができ、より効果的に脱熱が可能となり、温度勾配および凝固速度を向上できる。
【００６５】
また、固体金属Ｗ２が鋳型６の外周面６ｃの形状に合致した形状となっているため、同一の鋳型６に対してであれば、繰り返して再利用が可能となる。
【００６６】
さらに、鋳型６の外周面６ｃに接触した表層部Ｗ２ａは融解してしまうが、固体金属本体Ｗ２ｂは融解しない。従って、鋳型６に接触して融解した表層部Ｗ２ａのみを取り替えることができる。
【００６７】
本実施形態の鋳造装置１Ｂによると、鋳型６の外周面６ｃとの接触面積を増大し温度勾配および凝固速度を向上しながら、方向性凝固を行なっていくことが可能となる。従って、機械的強度を増大した動翼又は静翼を、鋳造欠陥を抑制しながら製造することが可能となる。
【００６８】
そして、同一形状の鋳型６に対しては、再利用が可能であるとともに、固体金属Ｗ２を表層部Ｗ２ａと固体金属本体Ｗ２ｂとの二層構造とすることで、固体金属Ｗ２の再利用を容易化することができ、コストを抑えることもできる。
【００６９】
なお、本実施形態では、表層部Ｗ２ａと固体金属本体Ｗ２ｂとの二層構造としていたが、表層部Ｗ２ａと同一材料で、固体金属Ｗ２全体を形成してもよい。
【００７０】
次に、本発明の第三実施形態に係る鋳造装置１Ｃについて説明する。
なお、第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、固体金属Ｗ３が第一実施形態及び第二実施形態のものとは異なっている。
【００７１】
図４に示すように、固体金属Ｗ３は、予め鋳型６の外形に沿った形状となっているとともに、この固体金属Ｗ３の鋳型６の外周面６ｃに接触する面側に設けられた表層部Ｗ３ａと、この表層部Ｗ３ａにおける鋳型６とは反対側から、表層部Ｗ３ａに取り付けられた冷却部Ｗ３ｂとを有している。
【００７２】
表層部Ｗ３ａは、第一実施形態と同様に、鋳型６の温度よりも低い温度の融点の材料、例えばアルミニウム等よりなっており、固体金属Ｗ３が供給された際には鋳型６に接触する部分である。
【００７３】
冷却部Ｗ３ｂは、第二実施形態の固体金属本体Ｗ２ｂと同様に、鋳型６の温度よりも高い融点の材料、例えば銅等よりなっており、さらに、不図示の水等の冷却媒体が内部を流通可能となっている。
【００７４】
即ち、固体金属Ｗ３は、銅等よりなる冷却部Ｗ３ｂとアルミニウム等よりなる表層部Ｗ３ａとによる二層構造となっている。
【００７５】
このような鋳造装置１Ｃにおいては、固体金属供給部１１によって供給された固体金属Ｗ３は、ちょうど鋳型６の外周面６ｃの形状に合致するように鋳型６の外周面６ｃに接触して、脱熱を行なうとともに、冷却部Ｗ３ｂが冷却媒体によって冷却される。このため、表層部Ｗ３ａからの脱熱を促進して温度勾配および凝固速度を向上できる。
【００７６】
さらに、鋳型６の外周面６ｃに接触した表層部Ｗ３ａは融解してしまうが、冷却部Ｗ３ｂは融解しない。従って、鋳型６に接触して融解した表層部Ｗ３ａのみを取り替えることができる。
【００７７】
本実施形態の鋳造装置１Ｃによると、固体金属Ｗ３の冷却部Ｗ３ｂによって、温度勾配および凝固速度をさらに向上しながら、方向性凝固を行なっていくことが可能となる。即ち、機械的強度を増大した動翼又は静翼を、鋳造欠陥を抑制しながら製造することが可能となる。また、固体金属Ｗ３を表層部Ｗ３ａと冷却部Ｗ３ｂとの二層構造とすることで、固体金属Ｗ３の再利用が容易に可能となり、コストを抑えることもできる。
【００７８】
次に、本発明の第四実施形態に係る鋳造装置１Ｄについて説明する。
なお、第一実施形態から第三実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、固体金属供給部２１が第一実施形態から第三実施形態のものとは異なっている。
【００７９】
図５に示すように、固体金属供給部２１は、冷却室５の内周面５ａに沿って、鋳型６を挟んで対向する位置に一対が設けられている。
そして、各々の固体金属供給部２１は、内周面５ａから鋳型６向かって突出する傾斜台２６と、固体金属Ｗ１を積層して準備して傾斜台２６へ供給するストック部２４と、鋳型６の冷却室５内への移動に連動して開放し、開放時にストック部２４上の固体金属Ｗ１を内周側へ向かって供給可能とするストッパ２５とを有している。
【００８０】
傾斜台２６は、断熱仕切板４の下方で、冷却室５の内周面５ａから鋳型６に向かって突出し、上面が冷却室５の外周側から内周側へ向かって上方から下方に傾斜する傾斜面とされている部材である。
【００８１】
ストック部２４は、真空室２の外部に固体金属Ｗ１を積層して準備するものであり、また、真空室２の内外を連通する供給孔２７を通じて、傾斜台２６上に固体金属Ｗ１を供給可能としている。
【００８２】
ストッパ２５は、傾斜台２６の上方で、真空室２の内周面２ａから内周側に向かって突出する断熱仕切板４において、固体金属Ｗ１と前記鋳型６との間の位置で、この断熱仕切板４から下方に向かって突出して設けられた部材である。即ち、このストッパ２５は、固体金属Ｗ１が傾斜台２６上を滑り落ちることを防止するものである。
【００８３】
このような鋳造装置１Ｄにおいては、鋳型６の下降にともなって、ストッパ２５が連動して上方へ移動する。この際、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、断熱仕切板４と傾斜台２６との間にちょうど１つ分の固体金属Ｗ１が通り抜け可能な間隙が形成される。このため、ストック部２４に積層されて準備されている固体金属Ｗ１のうちで、最も下部に位置する固体金属Ｗ１がその自重で傾斜台２６上を滑って移動して、鋳型６の外周面６ｃに接触した状態で冷却板９上に載置され、次々に積層されていく。
【００８４】
各々の固体金属供給部２１から供給された一対の固体金属Ｗ１は、高熱伝導率及び鋳型６の温度よりも低融点の材料よりなっている。このため、鋳型６の外周面６ｃに接触した際には、熱伝導及び融解による相乗効果によって、鋳型６内の溶融した合金Ｍから脱熱を行ない、合金Ｍの温度勾配および凝固速度のさらなる向上が可能となる。
【００８５】
ここで、図５（ｂ）に示すように、鋳型６の配置位置に応じた所定量の固体金属Ｗ１が積層されると、既に供給された固体金属Ｗ１によって遮られ、鋳型６の外周面６ｃに接触不可能な状態となる。しかし、図５（ｃ）に示すように、鋳型６がさらに下降すると、既に供給されて積層された固体金属Ｗ１も下降して、次の固体金属Ｗ１が鋳型６の外周面６ｃに接触して積層される。
【００８６】
このような動作を繰り返して、傾斜台２６を通じて供給された一対の固体金属Ｗ１が、鋳型６の外周面６ｃに接触して脱熱した後には、さらなる鋳型６の下降にともなって次の一対の固体金属Ｗ１が供給され、脱熱を行なう。即ち、鋳型６の移動方向とは反対側となる上方に向かって一対の固体金属Ｗ１が順次供給され、冷却を行ないながら、既に供給された固体金属Ｗ１の上部に積層されていくので、固体金属Ｗ１によって温度勾配および凝固速度をさらに向上しながら、方向性凝固を行うことができる。
【００８７】
本実施形態の鋳造装置１Ｄによると、冷却室５での鋳型６の下降にともなって、傾斜台２６によって鋳型６の下部から上部に固体金属Ｗ１を順次供給して脱熱を行なうことができる。従って、簡易な構成で温度勾配および凝固速度をさらに向上しながら、方向性凝固を行なっていくことが可能となり、この結果、機械的強度を増大した動翼又は静翼を、鋳造欠陥を抑制しながら製造することが可能となる。
【００８８】
なお、本実施形態の固体金属Ｗ１としては、第一実施形態から第三実施形態におけるいずれの固体金属Ｗ２、Ｗ３を用いてもよい。
【００８９】
次に、本発明の第五実施形態に係る鋳造装置１Ｅについて説明する。
なお、第一実施形態から第四実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、固体金属Ｗ５及び固体金属供給部５１が第一実施形態から第四実施形態のものとは異なっている。
また、本実施形態の鋳造装置１Ｅは、不活性のガスを噴出するガス冷却装置（冷却手段）５７をさらに備えている。
【００９０】
図６に示すように、固体金属Ｗ５は、球状をなし、第一実施形態における固体金属Ｗ１同様に、高熱伝達率で、かつ、鋳型６の温度よりも低い融点を持つ金属材料よりなっている。
【００９１】
固体金属供給部５１は、冷却室５の内部の内周面５ａに沿って、鋳型６を挟んで対向する位置に一対が設けられている。そして、各々の固体金属供給部５１は、固体金属Ｗ５を蓄積して準備するストック部５４と、ストック部５４の上方の断熱仕切板４の下方を向く面に支持されて、固体金属Ｗ５を鋳型６の外周面６ｃへ向けて噴出して供給する噴出部５６とを備えている。
【００９２】
ストック部５４は、冷却室５の内周面５ａに沿って、上下方向に延びて設けられ、内部に複数の固体金属Ｗ５を蓄積して準備するものである。
【００９３】
噴出部５６は、その噴出口５６ａを鋳型６に向けた状態で、断熱仕切板４の下方を向く面に固定されており、例えばポンプ等によって、鋳型６の下降に従ってストック部５４の固体金属Ｗ５を吸引して鋳型６に向けて噴出するものである。
【００９４】
ガス冷却装置５７は、その噴出口５７ａを鋳型６に向けた状態で、噴出部５６の下方に配置され、固体金属Ｗ５が鋳型６の外周面６ｃに付着して覆った範囲に対して、固体金属Ｗ５の外周側から不活性のガスを吹き付けるものである。
【００９５】
このような鋳造装置１Ｅにおいては、駆動ロッド７の動作、即ち、鋳型６の下降に連動して、球状の固体金属Ｗ５がストック部５４から吸引され、噴出部５６から噴出されて鋳型６の外周面６ｃへ供給される。即ち、鋳型６の外周面６ｃにその案内方向とは逆方向となる上方に向かって固体金属Ｗ５が順次供給されて鋳型６の外周面６ｃに接触することで、固定金属Ｗ５が融解していく。
【００９６】
そして、鋳型６の外周面６ｃで、上方に向かって付着しながら鋳型の外周面周方向にわたって順次覆い、冷却していくことが可能となる。従って、球状の固体金属Ｗ５によって温度勾配および凝固速度を向上しながら、鋳型６の内部の合金Ｍの方向性凝固を行なって、鋳造欠陥発生の抑制が可能となる。
【００９７】
さらに、ガス冷却装置５７によって、鋳型６の外周面６ｃに既に付着した固体金属Ｗ５を冷却できるため、温度勾配および凝固速度をより向上でき、鋳造欠陥発生の抑制効果を向上できる。
【００９８】
本実施形態の鋳造装置１Ｅによると、冷却室５での鋳型６の下降にともなって、固体金属Ｗ５を鋳型６の下部から上部に順次供給して脱熱を行なうことができる。また、ガス冷却装置５７によってさらなる冷却効果の向上が可能となり、簡易な構成で温度勾配および凝固速度を向上しながら、方向性凝固を行なっていくことができる。この結果、機械的強度を増大した動翼又は静翼を、鋳造欠陥を抑制しながら製造することが可能となる。
【００９９】
次に、本発明の第六実施形態に係る鋳造装置１Ｆについて説明する。
なお、第一実施形態から第五実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、第四実施形態の鋳造装置１Ｄを基本構成として、第四実施形態の固体金属Ｗ１に代えて、第五実施形態の固体金属Ｗ５となっている。
また、本実施形態の鋳造装置１Ｆは、第五実施形態と同様に、ガス冷却装置（冷却手段）６７をさらに備えている。
【０１００】
図７に示すように、固体金属Ｗ５は、第五実施形態と同様に、球状をなし、高熱伝達率で、かつ、鋳型６の温度よりも低い融点を持つ金属材料よりなっている。
【０１０１】
ガス冷却装置（冷却手段）６７は、その噴出口６７ａを鋳型６に向けた状態で、傾斜台２６よりも下方に配置されて、固体金属Ｗ５が鋳型６の外周面６ｃに付着して覆った範囲に対して、固体金属Ｗ５の外周側から不活性のガスを吹き付けるものである。
【０１０２】
このような鋳造装置１Ｆにおいては、鋳型６の下降にともなって、ストッパ２５が連動して上方へ移動する。この際、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、ストッパ２５と傾斜台２６との間に球状の固体金属Ｗ５が通り抜け可能な間隙が形成される。このため、ストック部２４に準備されている固体金属Ｗ５が、下部に位置する固体金属Ｗ５から、その自重で傾斜台２６上を滑走、転動して、鋳型６の外周面６ｃに接触した状態で冷却板９上に積重されていく。
【０１０３】
そして固体金属Ｗ５は、高熱伝導率及び鋳型６の温度よりも低融点の材料よりなるため、鋳型６の外周面６ｃに接触した際には融解し、付着して外周面６ｃを覆っていく。即ち、この融解時の潜熱と、熱伝導との相乗効果によって、鋳型６内の溶融した合金Ｍから脱熱を行ない、合金Ｍの冷却速度を増大して温度勾配および凝固速度を向上することが可能となる。
【０１０４】
その後、図７（ｂ）に示すように、固体金属Ｗ５が傾斜台２６を次々に滑走、転動して供給されていくが、既に供給された固体金属Ｗ５によって遮られ、鋳型６の外周面６ｃに接触不可能な状態となる。ここで、図７（ｃ）に示すように、鋳型６がさらに下降すると、外周面６ｃに既に付着した固体金属Ｗ５も鋳型６とともに下降する。そして、外周面６ｃへの接触を遮られていた固体金属Ｗ５が、鋳型６の外周面６ｃに接触して付着し、既に供給された固体金属Ｗ５の上に積重される。
【０１０５】
このような動作を繰り返し、鋳型６の移動方向とは反対側となる上方に向かって固体金属Ｗ５が順次付着して、冷却を行ないながら、既に供給された固体金属Ｗ５の上部に積重されていくので、固体金属Ｗ５によって温度勾配および凝固速度を向上しながら、方向性凝固を行うことが可能となる。
【０１０６】
さらに、ガス冷却装置６７によって、鋳型６の外周面６ｃに既に付着した固体金属Ｗ５を冷却できるため、温度勾配および凝固速度をより向上でき、鋳造欠陥発生の抑制効果を向上できる。
【０１０７】
本実施形態の鋳造装置１Ｆによると、冷却室５での鋳型６の下降にともなって、傾斜台２６によって鋳型６の下部から上部に向かって固体金属Ｗ５を順次供給し、付着させて脱熱を行なうことができる。また、ガス冷却装置６７によってさらなる冷却効果の向上が可能となり、簡易な構成で温度勾配および凝固速度を向上しながら、方向性凝固を行なっていくことが可能となる。この結果、機械的強度を増大した動翼又は静翼を、鋳造欠陥を抑制しながら製造できる。
【０１０８】
以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば、ガス冷却装置５７、６７は、第五実施形態及び第六実施形態に限らず、第一実施形態から第四実施形態の鋳造装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄにも適用可能である。逆に、ガス冷却装置５７、６７は設置しなくともよい。
【０１０９】
また、本発明の鋳造装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆは、動翼や静翼の製造に用いる場合に限定されず、高い機械的強度が要求される他の部材の製造にも用いることができる。
【０１１０】
さらに、複数の固体金属Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３は、全て同じ形状、寸法でなくともよく、例えば、上下方向に固体金属Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の厚みを変化させて冷却効果を変化させることも可能である。
【０１１１】
また冷却板９上には、溶融した固体金属Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ５が付着する可能性もあるため、表面をコーティングして保護してもよい。
【符号の説明】
【０１１２】
１Ａ…鋳造装置  ２…真空室  ２ａ…内周面  ３…加熱室  ３ａ…内周面  ４…断熱仕切板  ４ａ…開口部  ５…冷却室  ５ａ…内周面  ５ｂ…底部  ６…鋳型  ６ａ…開口部  ６ｂ…開口部  ６ｃ…外周面  ７…駆動ロッド  ８…ヒーター  ９…冷却板  １１…固体金属供給部  １４…ストック部  １５…載置板  １６…リフト部  １７…押出部  Ｍ…合金  Ｗ１…固体金属  １Ｂ…鋳造装置  Ｗ２…固体金属  Ｗ２ａ…表層部  Ｗ２ｂ…固体金属本体  １Ｃ…鋳造装置  Ｗ３…固体金属  Ｗ３ａ…表層部  Ｗ３ｂ…冷却部  １Ｄ…鋳造装置  ２１…固体金属供給部  ２４…ストック部  ２５…ストッパ  ２６…傾斜台  ２７…供給孔  １Ｅ…鋳造装置  ５１…固体金属供給部  ５４…ストック部  ５６…噴出部  ５６ａ…噴出口  ５７…ガス冷却装置（冷却手段）  ５７ａ…噴出口  Ｗ５…固体金属  １Ｆ…鋳造装置  ６７…ガス冷却装置（冷却手段）  ６７ａ…噴出口
【図１】
0005758318.tif 000002
【図２】
0005758318.tif 000003
【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】
0005758318.tif 000008