(57)【要約】  本発明は、熔解したバッチを鋳型に導入するための導電性材料の環状要素を含む、鋳造体を製造するための浮揚熔解プロセス及び装置に関する。そのプロセスにおいて、環状要素は、熔解したバッチを流し込むために誘導コイル間の交番電磁場の領域に導入され、それによって、誘導磁場に影響を及ぼすことによって鋳型内への熔解物のターゲットフローを開始する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮揚熔解法によって導電性材料から鋳造体を製造するための方法であって、バッチ（１）の浮揚状態を生じさせるために交番電磁場が使用され、前記交番電磁場は強磁性材料（４）のコアを有する少なくとも一対の対向する誘導コイル（３）によって生成され、前記方法が
出発材料のバッチ（１）を少なくとも一つの交番電磁場の影響を受ける領域内に導入して、前記バッチ（１）が浮揚状態に保たれるようにし、
前記バッチ（１）を熔解し、
浮揚している前記バッチ（１）の下の充填領域に鋳型（２）を位置決めし、
前記誘導コイル（３）間の前記交番電磁場の前記領域に導電性材料の環状要素（７）を導入することによって、前記バッチ（１）全体を鋳型（２）に流し込み、
前記鋳型（２）から固化した鋳造体を取り出す、方法。
【請求項２】
前記環状要素（７）の導電性材料が、銀、銅、金、アルミニウム、ロジウム、タングステン、亜鉛、鉄、白金及び錫からなるグループから選択される一又はそれ以上の元素を含有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記環状要素（７）が、前記交番電磁場の前記領域に最初に導入される側で円錐状に先細になることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記環状要素（７）が、前記鋳型（２）の一部であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記交番電磁場が、少なくとも二対の誘導コイル（３）によって生成されることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記環状要素（７）が中空壁を有しており、この空洞が相変化材料で充填されていることを特徴とする、請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記環状要素（７）が、前記熔解の間、冷却された支持面上に載置されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記環状要素（７）が、前記誘導コイル（３）間の前記交番電磁場の前記領域に導入するための前記鋳型（２）によって持ち上げられることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
交番電磁場によってバッチ（１）の浮揚状態を生じさせるための強磁性材料（４）のコアを有する少なくとも一対の対向する誘導コイル（３）と、前記誘導コイル（３）の間の前記交番電磁場の領域に導入可能な導電性材料の環状要素（７）とを有する、導電性材料を浮揚熔解するための装置。
【請求項１０】
前記環状要素（７）の導電性材料が、銀、銅、金、アルミニウム、ロジウム、タングステン、亜鉛、鉄、白金及び錫からなるグループから選択される一又はそれ以上の元素を含有することを特徴とする、請求項９に記載の装置。       
【請求項１１】
前記環状要素（７）が、前記交番電磁場の前記領域に最初に導入される側で円錐状に先細になっていることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記交番電磁場が、少なくとも二対の誘導コイル（３）によって生成されることを特徴とする、請求項９乃至１１の何れか１項に記載の装置。       
【請求項１３】
前記環状要素（７）が中空壁を有しており、この空洞が相変化材料で充填されていることを特徴とする、請求項８乃至１２の何れか１項に記載の装置。       
【請求項１４】
前記環状要素（７）が、前記熔解の間、冷却された支持面上に載置されることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。      
【請求項１５】
バッチ（１）の浮揚状態を生じさせる交番電磁場を生成する誘導コイル（３）の間の領域に導入することにより、前記バッチ（１）を鋳型（２）に鋳造する浮揚熔解プロセスにおいて、前記鋳型（２）の一部を形成する、導電性材料からなる、環状要素（７）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型への熔解バッチの流し込みを開始させるための導電性材料の環状要素を備えた鋳造体の製造のための浮揚熔解法及び装置に関する。この方法では、熔解バッチを流し込むために、誘導コイル間の交番電磁場の領域に環状要素が導入され、従って誘導磁場に影響を及ぼすことにより鋳造鋳型内への熔解物のターゲットフローを開始する。
【背景技術】
【０００２】
浮揚熔解プロセスは、従来技術から知られている。したがって、ＤＥ  ４２２  ００４  Ａは、既に、熔解される導電性材料が誘導電流によって加熱され、同時に電気力学的作用によって浮揚が維持される溶融方法を明らかにしている。そこでは、熔解した材料が型に押し込まれ、磁石で搬送される鋳造法（電気力学的な圧力鋳造法）についても述べられている。当該方法は真空中で実施され得る。
【０００３】
ＵＳ  ２，６８６，８６４  Ａは、また、例えば真空中で、一つ又はそれ以上のコイルの影響下で、坩堝を使用することなく、導電性熔解物を浮揚状態にする方法を記載している。一実施形態では、浮揚状態で材料を安定させるために２つの同軸コイルが使用される。熔解後、材料が型に落下させられるか又は型に入れられる。そこに記載されている方法では、６０ｇのアルミニウム分を浮揚状態に保持することができる。熔解金属は、熔解物が円錐状にテーパーされたコイルを通って下方に逃げるように、場強度を減少させることによって移動される。場強度が非常に急速に低下すると、金属は熔解状態で装置から落下する。そのようなコイル配置の「弱いスポット」はコイルの中心であって、そのためこの方法では、熔解される材料の量が限られていることは、既に知られている。
【０００４】
ＵＳ  ４，５７８，５５２  Ａは、また、浮揚熔解のための装置及び方法を開示している。熔解物の加熱と保持の両方のために同じコイルが使用され、ここで、印加される交番電流の周波数を変化させて、電流を一定に保ちながら加熱電力を制御する。
【０００５】
浮揚熔解の特別な利点は、他の方法の間に、坩堝材料による熔解物の汚染又は熔解物と接触する他の材料による熔解物の汚染を回避することである。反応性熔解物、例えばチタン合金と坩堝材料との反応も防止され、そうでなければ、セラミック坩堝から低温坩堝方法で操作される銅坩堝への切り替えを強制する。浮揚する熔解物は、例えば真空又は不活性ガスであり得る周囲の雰囲気とのみ接触する。坩堝材料との化学反応をおそれる必要がないので、熔解物を非常に高い温度に加熱することもできる。低温坩堝熔解とは対照的に、その有効性が非常に低いという問題もない。なぜなら、熔解物に導入されるエネルギーのほとんどすべてが冷却された坩堝壁に分流されるからである。これは、高いパワー入力を伴う温度の非常に遅い上昇につながる。浮揚熔解では、唯一の損失は放射と蒸発によるもので、低温坩堝内の熱伝導に比べてかなり低い。したがって、より低いパワー入力では、熔解のより大きな過熱が更に短い時間で達成される。
【０００６】
さらに、浮揚熔解中の汚染物質のスクラップは、特に低温坩堝内の熔解物と比較して、低減される。それにもかかわらず、浮揚熔解は実際には確立されていない。この理由は、浮揚熔解法では比較的少量の熔解材料しか浮揚状態に保持できないからである（ＤＥ  ６９６  １７  １０３  Ｔ２、第２ページ、第１パラグラフ参照）。
【０００７】
さらに、浮揚熔解法を行うためには、コイル磁場のローレンツ力がバッチを浮揚状態に保つためにバッチの重量力を補償しなければならない。それはバッチをコイル磁場から上方に押し出す。発生磁場の効率を高めるために、対向するフェライト極間の距離の減少を目指している。距離減少は、所定の熔解重量を保持するために必要とされるより低い電圧で同じ磁場を生成することを可能にする。このようにして、より大きなバッチを浮揚させるために、プラントの保持効率を改善することができる。さらに、誘導コイルの損失が減少することにつれて、加熱効率も増加する。
【０００８】
フェライト極間の距離が小さいほど、誘導磁場は大きくなる。しかしながら、鋳造のための場強度を低減しなければならないので、フェライト極と誘導コイルの熔解物による汚染の危険性は距離の減少と共に増加する。これにより、上下方向の保持力のみならず水平方向の保持力も低減する。これは、コイル場より僅かに上に浮揚熔解物の水平方向の膨張をもたらし、このことはフェライト極間の狭いギャップを通して、それに触れることなく下方に配置された鋳型内に落下させることを極めて困難にする。従って、フェライト極間の距離を小さくしてコイル場の搬送能力を大きくすることは、接触確率で決まる実用上の限界である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術から知られている方法の欠点は、以下のように要約することができる。完全浮揚熔解法は、少量の材料でしか実施することができず、そのため、工業的応用はまだ行われていない。さらに、鋳型における鋳造は困難である。このことは、渦電流の発生におけるコイル場の効率がフェライト極間の距離を減少させることによって増加されることになれば、特に当てはまる。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、浮揚熔解の経済的な使用を可能にする方法及び装置を提供することである。特に、その方法はコイル場の効率を改善することによってより大きなバッチの使用を可能にすべきであり、また、短縮されたサイクル時間によって高いスループットを可能にすべきである。一方、鋳造プロセスは、熔解物がコイル又はその極に接触することなく安全に起こることを保証すべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
その目的は、本発明による方法及び本発明による装置によって解決される。本発明によれば、浮揚熔解法によって導電性材料から鋳造体を製造する方法であって、バッチの浮揚状態を生じさせるために交番電磁場が使用され、前記交番電磁場は、強磁性材料のコアを有する少なくとも一対の対向する誘導コイルにより生成され、以下の工程を含む：
少なくとも１つの交番電磁場の影響を受ける領域内に出発材料のバッチを導入してバッチが浮揚状態に保たれるようにし、
バッチを溶融し、
鋳型を浮揚バッチの下の充填領域に位置決めし、
誘導コイル間の交番電磁場の領域内に導電性材料の環状要素を導入することによって、バッチ全体を鋳型内に流し込み、
鋳型から固化した鋳造体を取り出す。
【００１２】
熔解したバッチの体積は、鋳造体の製造に十分なレベル（「充填体積」）まで鋳型を充填するのに十分であることが好ましい。鋳型への充填後、材料が型内で固化するように、鋳型を冷却するかまたは冷却剤で冷却する。次に、鋳造体を鋳型から取り出すことができる。
【００１３】
バッチの「導電性材料」は、誘導加熱され浮揚状態で保持するのに適した導電性を有する材料であると理解される。
【００１４】
環状要素に関しては、「導電性材料」がその導電性が少なくとも非常に大きい材料であると理解されるため、周囲の磁場が環状要素に誘導される渦電流の影響を受けることが可能である。
【００１５】
本発明による「浮揚状態」は、処理されたバッチが坩堝又はプラットフォームなどと全く接触しないような完全な浮揚状態として定義される。
【００１６】
「フェライト極」という用語は、本願では、「強磁性体のコア」という用語と同義に使用される。同様に、「コイル」という用語と「誘導コイル」という用語を並べて同義に採用している。
【００１７】
誘導コイル対を互いに近づけることによって、生成される交番電磁場の効率を増加させることができる。これは、より重いバッチを浮揚させることをも可能にする。しかし、バッチを鋳造する場合、熔解バッチがコイル又はフェライト極に接触する危険性が、コイル間の自由断面の減少と共に増加する。しかしながら、そのような不純物は除去するのが困難で時間がかかり、したがってプラントの長期の休止時間をもたらすので、厳密に回避しなければならない。鋳造中に不純物のリスクを受け入れる必要がなく、誘導コイル対のより狭い距離の利点を可能な限り利用することができるようにするために、バッチの流し込みは、導電性材料の環状要素を浮揚バッチの下の磁場内にゆっくりと導入することによって開始される。磁場生成コイル中の電流強度は、鋳造プロセスが終了するまで変化しないままである。
【００１８】
環状要素では、外部磁場に影響する周囲の交番電磁場によって渦電流が誘起される。本発明による「環状」という用語は、円状や全面状の要素を指すのみでなく、以下の２つの条件を満たす多角形の物体も指す。
１．物体の表面が閉じた外形となっている。磁束はこの物体を流れることはできないが、その周りを流れなければならない。このようにして、熔解物の下に磁場最小を発生させることができる。
２．物体の中心に開口部を有している。該開口部により熔解物がそれを通って流れることを可能にする。
【００１９】
従って、本発明によるこのような全面環状要素の例は、円筒管の他に、多角形要素に基づく管状構造、例えば５つ又はそれ以上の角を有する多角形のような本質的に丸い構造を形成するものである。全表面を覆わない環状要素の例は立方体又は平行六面体であり、これらは、格子モデルのように、導電性材料によりそれらの縁部によってのみ形成される。
【００２０】
特に大きな磁場誘導は環状要素の端部で発生し、熔解物がコイル平面を通過する際に環状要素の上縁に接触するのを確実に防止する。周囲の磁場の減少が環状要素の中心部で同時に起こるので、ファネリング効果が熔解物に対して生じ、熔解物は目標の方法で、環状の下方に配置された鋳型内に飛び散ることなく、この磁気漏斗を通過することができる。残りの熔解物は、環状要素の上方を浮上し続け、一方、その中心でゆっくりと流出する。環状要素の直径は、鋳型のロート状の充填部の直径に対応するか又は若干小さい方が有利である。
【００２１】
公知の浮揚熔解プロセスとは対照的に、バッチの流し込みは、重量力を補償する磁場のローレンツ力を排除すること、コイル内の電流強度を減少させること、又は、コイルを完全に切りさえすることによって達成されるのではなく、環状要素で磁場の方向を意図的に操作することによってのみ達成される。
【００２２】
一実施形態では、環状要素の導電性材料が銀、銅、金、アルミニウム、ロジウム、タングステン、亜鉛、鉄、白金及び錫からなるグループから選択される１又はそれ以上の元素を含む。特に、これには黄銅や青銅などの合金が含まれる。グループは、特に好ましくは銀、銅、金及びアルミニウムからなる。環状要素の最も好ましい導電性材料は銅であり、それによって５重量％までの異物成分が存在し得る。
【００２３】
本発明の特に有利な実施形態では、環状要素が交番電磁場の領域に最初に導入される側で円錐状に先細になっている。これは熔解物が流出するのに利用可能な減少した直径をもたらす一方、環状要素の内側が熔解物に触れ、汚染される危険性を減少させる。斜めに配向されたシェル上に、より内向きに向けられ、より小さな直径によって補強される磁場誘導は、より小さな通路面積にもかかわらず、熔解物が接触せずに環状要素に入ることを確実にする。このように環状要素の中心に集中した熔解ジェットは、次いで拡径する環状壁までの最適距離を有する。
【００２４】
好ましい設計変形例では、環状要素は中空壁であり、この空洞は相変化材料（ＰＣＭ）で充填される。これにより、誘導コイルの交番磁場中で溶融物が流し込まれると加熱される環状要素の効果的な冷却が可能になる。
【００２５】
好ましくは、環状要素が熔解プロセス中に冷却された支持面上に載置されるように冷却される。これを集中的に冷却して、次の熔解プロセス中に相変化材料を再生し、次の鋳造プロセスのために再び交番電磁場に持ち上げられる前に環状要素を再び冷却することができる。
【００２６】
このための特に好ましい設計変形例は、誘導コイル間で持ち上げられる環状要素が鋳型から交番電磁場の領域に導入されるためのものである。環状要素は、鋳型が鋳造位置に持ち上げられたときに、鋳型の上部断面よりも小さい直径への上端でのカラー状の断面縮小、又は、鋳型上の適切に設計された受け部に係合することができるピンなど、環状要素が確実に一緒に運ばれるようにするのに適した手段を有する。円錐状に先細になった領域を有する環状要素では、これが巻き込み手段として機能することができる。鋳造後に鋳型を下降させると、冷却された支持面上に環状要素を戻し、鋳型を下方に取り外すことができる。これは、１つの熔解プラントにつき１つの環状要素のみが存在しなければならず、これが異なる鋳型によって一緒に使用されるという利点を有する。鋳型はリフティングを引き継ぐので、環状要素を持ち上げるための付加的なメカニズムを熔解プラントで分配することができ、これにより、その構造が簡素化され、コストが低減される。
【００２７】
別の非常に有利な実施形態は、環状要素が鋳型の一部であることを想定している。環状要素は、鋳型のほぼロート状の充填部の上縁部の周囲にカラー状に配置することができる。あるいは、充填部の上径の延長部を形成することもできる。環状要素のファネリング効果により、鋳型のロート状の充填部の直径を通常より小さくすることができるので、鋳型の上端をコイル間の領域に挿入できる程度に直径を小さくすることができる。
【００２８】
これは、鋳型を供給位置からコイル配置の下方の鋳造位置に持ち上げなければならないので、熔解プロセスをさらに単純化し、加速する。本発明に従って鋳造するためには、この持ち上げは僅かに高く行わなければならない。これにより、環状要素を別々に持ち上げる付加的な機構が不要になる。さらに、鋳型の流し込み位置への持ち上げは、鋳物自体と組み合わせることができる。特に消失したセラミック鋳型の場合、環状要素は鋳型が破損する前に取り外すことができ、新しい鋳型上で直ちに再利用できるように、取り外し可能なように設計することもできる。例えば、これは、鋳型の上部のプラットフォーム状延長部によって行うことができ、その上に環状要素がロート状の充填部の縁部の上に押されたときに配置することができる。
【００２９】
本発明に従ってバッチとして使用される導電性材料は、好ましい実施形態において、以下の群、すなわち、チタン、ジルコニウム、バナジウム、タンタル、タングステン、ハフニウム、ニオブ、レニウム、モリブデンの群からの少なくとも１つの高融点金属を有する。あるいは、ニッケル、鉄又はアルミニウムなどのより低融点の金属を使用することもできる。また、上記金属の一又はそれ以上との混合物又は合金を導電性材料として用いることもできる。好ましくは、金属が導電性材料の少なくとも５０重量％、特に少なくとも６０重量％又は少なくとも７０重量％の割合を有する。これらの金属は、本発明の利点から特に有益であることが示されている。特に好ましい実施形態では、導電性材料がチタン又はチタン合金、特にＴｉＡｌ又はＴｉＡｌＶである。
【００３０】
これらの金属又は合金は特に有利な方法で加工することができ、それらは、特に鋳型の材料に関して、温度に対する粘度の顕著な依存性を有し、また特に反応性であるからである。本発明による方法は、浮揚における非接触熔解を鋳型の極めて速い充填と組み合わせるので、このような金属に対して特別の利点を実現することができる。本発明による方法は、熔解物と鋳型の材料との反応から、特に薄い又は全く酸化物層を示さない鋳造物を製造するために使用することができる。そして、特に高融点金属の場合、誘導渦電流の利用の改善と熱接触による熱損失の大幅な低減がサイクルタイムに関して顕著である。更に、より重いバッチも浮揚状態に保つことができるように、発生した磁場の運搬能力を増加させることができる。
【００３１】
本発明の有利な実施形態では、導電性材料が熔解中に、材料の融点よりも少なくとも１０℃、少なくとも２０℃又は少なくとも３０℃高い温度まで過熱される。過熱は、熔解温度より低い温度の鋳型に接触すると材料が瞬時に固化するのを防ぐ。材料の粘度が高くなりすぎる前に、バッチが鋳型内に分散することができることが達成される。浮揚熔解の利点は、熔解物と接触する坩堝を使用する必要がないことである。これは、坩堝壁上での低温坩堝プロセスの高い材料損失並びに坩堝構成要素による熔解物の汚染を回避する。さらなる利点は、真空中又は保護ガス下での操作が可能であり、反応性材料との接触がないので、熔解物を比較的高い温度に加熱することができることである。それにもかかわらず、鋳型との激しい反応が懸念されるので、ほとんどの材料を任意に過熱することはできない。したがって、過熱は好ましくは導電性材料の融点を超える最大３００℃、特に最大２００℃、特に好ましくは最大１００℃に制限される。
【００３２】
この方法では、磁場を集中させ、バッチを安定化させるために、バッチが熔解される領域の周囲に、少なくとも一つの強磁性要素が水平に配置される。強磁性要素は、熔解領域の周囲に環状に配置されることができ、ここで、「環状」は、円形要素だけでなく、角度、特に正方形又は多角形の環状要素を意味する。また、強磁性素子は、熔解領域の方向に特に水平方向に突出する複数の棒状部を有していてもよい。強磁性要素は、好ましくはμa＞１０、より好ましくはμa＞５０、特に好ましくはμa＞１００の透磁率を有する強磁性材料からなる。振幅透磁率は、特に２５℃から１００℃までの温度範囲、及び、０〜５００ｍＴの磁束密度における透磁率を指す。振幅透磁率は、特に、軟磁性フェライト（例えば３Ｃ９２）の振幅透磁率の少なくとも１００分の１、特に少なくとも１００分の１０又は１００分の２５である。適切な材料は、当業者に知られている。
【００３３】
一実施形態では、電磁場は、コイルの導体がそれぞれ好ましくは水平に整列されたコイル本体に取り付けられるように、水平に整列された長手方向軸を有する少なくとも２組の誘導コイルによって生成される。コイルは、それぞれ、熔解範囲の方向に突出する強磁性要素の棒状部の周囲に配置することができる。コイルは、クーラント冷却された導体を有していてもよい。
【００３４】
本発明によれば、交番電磁場によってバッチの浮揚状態を生じさせるための強磁性材料の芯を有する少なくとも１対の対向する誘導コイルと、誘導コイル間の交番電磁場の領域に導入されることができる、導電性材料からなる環状要素とを備える、導電性材料を浮揚熔解するための装置もある。
【００３５】
さらに、本発明によれば、導電性材料からなり、バッチの浮揚状態を生じさせるための交番電磁場を生成する誘導コイル間の領域に導入することによってバッチを鋳型内に流し込む浮揚熔解プロセスにおいて鋳型の一部である環状要素の使用がある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、強磁性要素、コイル、環状要素及び導電材料のバッチを有する熔解領域の下の鋳型の横断面図である。
【図２】図２は、環状要素が鋳型の一部である図１の変形例の横断面図である。
【図３】図３ａ乃至図３ｃは、鋳造プロセスの過程において円錐形のテーパーを備えた環状要素を有する変形例の横断面図である。
【図４】図４ａ乃至図４ｄは、鋳造プロセスの過程において相変化材料を備えた環状要素を有する変形例の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図面は、好ましい実施形態を示す。これらは、単に例示目的のためのものである。
【００３８】
図１は、コイル３によって生成される交番電磁場（熔解領域）の影響を受ける領域にある導電性材料のバッチ１を示す。バッチ１の下には空の鋳型２があり、ホルダー５によって充填領域に保持される。鋳型２は、ロート状の充填部６を有する。ホルダー５は、描かれた矢印で示された供給位置から鋳造位置に鋳型２を持ち上げるのに適している。コイル３のコアには強磁性素子４が配置されている。一対のコイル３の軸が水平に整列され、ここで、各２つの対向するコイル３が一対を形成している。バッチ１と鋳型２のロート状の充填部６との間には、環状要素７が一対のコイル３の下方に配置されている。矢印で表されるように、それは垂直に移動可能である。      
【００３９】
バッチ１は、本発明による方法において浮揚しながら熔解され、熔解が起こった後に鋳型２に流し込まれる。鋳造の場合、環状要素７は、コイル３間の磁場の領域にゆっくりと持ち上げられる。その結果、熔解物は、コイル３若しくはそれらのコア及び環状要素７の内側を汚染することなく、又は、鋳型２のロート状充填部６の内側に噴霧することなく、環状要素７を鋳型２内にゆっくりと制御された方法で通過する。
【００４０】
図２は、環状要素７が鋳型２の一部で図１に類似した設計変形例を示す。図示の変形例では、環状要素７が鋳型２のロート状の充填部６の周りのカラーとして設計されている。図１の変形例におけるホルダー５は鋳造中に示された位置に留まり、環状要素７のみが図示されていない機構によって移動される。ここでは、ホルダー５を有する鋳型２全体が鋳造のために示された位置からさらに上方に移動される。これは、熔解物とロート状の充填部６との間の距離が同時に減少し、従って、熔解物の自由落下距離を最小化するという付加的な利点を有する。これは、噴霧が安全に排除され得ることを確実にする。
【００４１】
図３は、上側に円錐形のテーパーを備えた環状要素７を有する設計変形例を使用する段階的な鋳造工程を示す。図面には、環状要素７の下方に配置された鋳型２は示されていない。
【００４２】
図３ａは、熔解プロセスの終了時の段階を示す。環状要素７は、コイル３の磁場の下方に位置している。熔解物は、コイル３の上方の領域で浮揚する。引き出された磁力線は、コイル３の強磁性材料４の極間を自由に走行する。
【００４３】
図３ｂは、環状要素７のコイル３の磁場中への進入開始時の状況を示す。見て分かるように、磁力線は、特にコーンの領域において、ますます偏向され、環状要素７の周囲に導かれ、コーン及び円筒部分の内側の領域を貫通しないようになる。図中、環状要素７の後方を走る磁力線は破線で示されている。ローレンツ力の密度は、環状要素７の先端への傾斜に沿って、環状要素７の渦電流によって発生する磁場のために強く増加する。
【００４４】
図３ｃは最後に、鋳造の開始時の状況を示す。環状要素７の中央では、偏向磁力によって発生するファネリング効果が熔解噴流の始まりを形成している。バッチ１の熔解物の最初の大きな滴はすでにコーンの開口部内に突出しており、それによって、コーンの先端の磁場は浮揚バッチ１の下側での収縮と接触の防止の両方を確実にする。従って、コイル領域の熔解物の体積はすでにわずかに減少している。図中、環状要素７の後方を走る磁力線と熔解滴が再び点線で示されている。ここで、環状要素７は、バッチ１のメルト全体が鋳型２に流出するまで、連続的かつゆっくりと上方に押し上げられる。
【００４５】
図４は、キャビティ壁内の相変化材料及び冷却された支持表面を備えた環状要素７を有する設計変形例を用いた鋳造プロセスを段階的に示す。
【００４６】
図４ａは、熔解プロセスの終了時の状況を示す。完成した熔解物１は誘導コイル３の上方に、強磁性材料４のコアと共に浮揚する。ロート状の充填部６を有する鋳型２が下方に設けられる。鋳造の場合、鋳型２が矢印で示すように上方に移動される。この例では、中空壁に相変化材料８が充填された、円筒管形式の環状要素７によって鋳造が開始される。熔解フェーズの間、それは強く冷却された支持面１０上に載置される。鋳型２が持ち上げられると、充填部は冷却された支持面を通って環状要素７に入り、カラー９によって環状要素７を持ち上げる。環状要素７及びそれが載置される冷却された支持面１０は、その内径が充填部６の上部外径を僅かなクリアランスで取り囲むように、寸法設定されている。フランジ状のカラー９は、ロート状表面を覆わずに充填部６のエッジ上に位置するのにちょうど十分内側に突出する。       
【００４７】
図４ｂは、鋳造プロセスの開始時の状況を示す。環状要素７が掛けられた鋳型２は、浮揚している溶融物１の下方までコイル場内に持ち上げられている。鋳造を行うために、ここで熔解物１が鋳型２に流出するまで、さらに少し押し上げられる。環状要素７は、熔解物１の放射熱と交番磁場により加熱される。温度上昇は、環状要素７の内側の相変化材料８の相変化によって低減させたり又は遅延させたりすることができる。
【００４８】
図４ｃは、下降途中の矢印の方向に再度鋳造した後、熔解物１を充填した鋳型２を示している。再び冷却された支持面１０上に熱い環状要素７を置き、そこで相変化材料８の相変化を更新し、次の熔解バッチ用に冷却する。
【００４９】
鋳造プロセスの終了時のこの状態を図４ｄに示す。鋳型２は冷却された支持面１０を通して完全に下降し、新しい空の型と交換できるようになる。環状要素７は図４ａに示すように、冷却された支持面１０上に再び載置される。新しい鋳型２が位置決めされると、次のバッチ１を磁場中に導入することによって次の熔解プロセスを開始することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  バッチ
２  鋳型
３  誘導コイル
４  強磁性材料
５  ホルダー
６  充填部
７  環状要素
８  相変化材料
９  カラー
１０  冷却された支持面
【図１】
2021522666.tif 000003
【図２】
2021522666.tif 000004
【図３ａ】
2021522666.tif 000005
【図３ｂ】
2021522666.tif 000006
【図３ｃ】
2021522666.tif 000007
【図４ａ】
2021522666.tif 000008
【図４ｂ】
2021522666.tif 000009
【図４ｃ】
2021522666.tif 000010
【図４ｄ】
2021522666.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和2年12月28日(2020.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮揚熔解法によって導電性材料から鋳造体を製造するための方法であって、バッチ（１）の浮揚状態を生じさせるために交番電磁場が使用され、前記交番電磁場は強磁性材料（４）のコアを有する少なくとも一対の対向する誘導コイル（３）によって生成され、前記方法が
出発材料のバッチ（１）を少なくとも一つの交番電磁場の影響を受ける領域内に導入して、前記バッチ（１）が浮揚状態に保たれるようにし、
前記バッチ（１）を熔解し、
浮揚している前記バッチ（１）の下の充填領域に鋳型（２）を位置決めし、
前記バッチ（１）全体を鋳型（２）に流し込み、
前記鋳型（２）から固化した鋳造体を取り出す、方法において、
前記バッチ（１）全体を鋳型（２）に流し込むことが、
前記誘導コイル（３）間の前記交番電磁場の前記領域に導電性材料の環状要素（７）を導入することによってなされることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記環状要素（７）の導電性材料が、銀、銅、金、アルミニウム、ロジウム、タングステン、亜鉛、鉄、白金及び錫からなるグループから選択される一又はそれ以上の元素を含有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記環状要素（７）が、前記交番電磁場の前記領域に最初に導入される側で円錐状に先細になることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記環状要素（７）が、前記鋳型（２）の一部であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記交番電磁場が、少なくとも二対の誘導コイル（３）によって生成されることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法。  
【請求項６】
前記環状要素（７）が中空壁を有しており、この空洞が相変化材料で充填されていることを特徴とする、請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記環状要素（７）が、前記熔解の間、冷却された支持面上に載置されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記環状要素（７）が、前記誘導コイル（３）間の前記交番電磁場の前記領域に導入するための前記鋳型（２）によって持ち上げられることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記環状要素（７）が、前記鋳型（２）の構成要素である、請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
交番電磁場によってバッチ（１）の浮揚状態を生じさせるための強磁性材料（４）のコアを有する少なくとも一対の対向する誘導コイル（３）を備えた導電性材料を浮揚熔解するための装置において、
前記誘導コイル（３）の間の前記交番電磁場の範囲に挿入可能な導電性材料の環状要素（７）を備えることを特徴とする、装置。
【請求項１１】
前記環状要素（７）の導電性材料が、銀、銅、金、アルミニウム、ロジウム、タングステン、亜鉛、鉄、白金及び錫からなるグループから選択される一又はそれ以上の元素を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の装置。       
【請求項１２】
前記環状要素（７）が、前記交番電磁場の前記領域に最初に導入される側で円錐状に先細になっていることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記交番電磁場が、少なくとも二対の誘導コイル（３）によって生成されることを特徴とする、請求項１０乃至１２の何れか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記環状要素（７）が中空壁を有しており、この空洞が相変化材料で充填されていることを特徴とする、請求項１０乃至１３の何れか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記環状要素（７）が、前記熔解の間、冷却された支持面上に載置されることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【手続補正書】
【提出日】令和3年6月22日(2021.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮揚熔解法によって導電性材料から鋳造体を製造するための方法であって、バッチ（１）の浮揚状態を生じさせるために交番電磁場が使用され、前記交番電磁場は強磁性材料（４）のコアを有する少なくとも一対の対向する誘導コイル（３）によって生成され、前記方法が、
出発材料のバッチ（１）を少なくとも一つの交番電磁場の影響を受ける領域内に導入して、前記バッチ（１）が浮揚状態に保たれるようにし、
前記バッチ（１）を熔解し、
浮揚している前記バッチ（１）の下の充填領域に鋳型（２）を位置決めし、
前記バッチ（１）全体を鋳型（２）に流し込み、
前記鋳型（２）から固化した鋳造体を取り出す、方法において、
前記バッチ（１）全体を鋳型（２）に流し込むことが、
前記誘導コイル（３）間の前記交番電磁場の前記領域に導電性材料の環状要素（７）を導入することによってなされることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記環状要素（７）の導電性材料が、銀、銅、金、アルミニウム、ロジウム、タングステン、亜鉛、鉄、白金及び錫からなるグループから選択される一又はそれ以上の元素を含有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記環状要素（７）が、前記交番電磁場の前記領域に最初に導入される側で円錐状に先細になることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記環状要素（７）が、前記鋳型（２）の一部であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記交番電磁場が、少なくとも二対の誘導コイル（３）によって生成されることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記環状要素（７）が中空壁を有しており、前記中空壁内の空洞が相変化材料で充填されていることを特徴とする、請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記環状要素（７）は、前記導電性材料が熔解している間、冷却された支持面上に載置されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記環状要素（７）が、前記誘導コイル（３）間の前記交番電磁場の前記領域に導入するための前記鋳型（２）によって持ち上げられることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記環状要素（７）が、前記鋳型（２）の構成要素である、請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
交番電磁場によってバッチ（１）の浮揚状態を生じさせるための強磁性材料（４）のコアを有する少なくとも一対の対向する誘導コイル（３）を備えた導電性材料を浮揚熔解するための装置において、
前記誘導コイル（３）の間の前記交番電磁場の範囲に挿入可能な導電性材料の環状要素（７）を備えることを特徴とする、装置。
【請求項１１】
前記環状要素（７）の導電性材料が、銀、銅、金、アルミニウム、ロジウム、タングステン、亜鉛、鉄、白金及び錫からなるグループから選択される一又はそれ以上の元素を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記環状要素（７）が、前記交番電磁場の前記領域に最初に導入される側で円錐状に先細になっていることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記交番電磁場が、少なくとも二対の誘導コイル（３）によって生成されることを特徴とする、請求項１０乃至１２の何れか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記環状要素（７）が中空壁を有しており、前記中空壁内の空洞が相変化材料で充填されていることを特徴とする、請求項１０乃至１３の何れか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記環状要素（７）は、前記導電性材料が熔解している間、冷却された支持面上に載置されることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
浮揚熔解プロセスは、従来技術から知られている。したがって、ＤＥ  ４２２  ００４  Ａは、既に、熔解される導電性材料が誘導電流によって加熱され、同時に電気力学的作用によって浮揚が維持される熔解方法を明らかにしている。そこでは、熔解した材料が型に押し込まれ、磁石で搬送される鋳造法（電気力学的な圧力鋳造法）についても述べられている。当該方法は真空中で実施され得る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
その目的は、本発明による方法及び本発明による装置によって解決される。本発明によれば、浮揚熔解法によって導電性材料から鋳造体を製造する方法であって、バッチの浮揚状態を生じさせるために交番電磁場が使用され、前記交番電磁場は、強磁性材料のコアを有する少なくとも一対の対向する誘導コイルにより生成され、以下の工程を含む：
少なくとも１つの交番電磁場の影響を受ける領域内に出発材料のバッチを導入してバッ
チが浮揚状態に保たれるようにし、
バッチを熔解し、
鋳型を浮揚バッチの下の充填領域に位置決めし、
誘導コイル間の交番電磁場の領域内に導電性材料の環状要素を導入することによって、バッチ全体を鋳型内に流し込み、
鋳型から固化した鋳造体を取り出す。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
好ましい設計変形例では、環状要素は中空壁であり、この空洞は相変化材料（ＰＣＭ）で充填される。これにより、誘導コイルの交番磁場中で熔解物が流し込まれると加熱される環状要素の効果的な冷却が可能になる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
図４ｂは、鋳造プロセスの開始時の状況を示す。環状要素７が掛けられた鋳型２は、浮揚している熔解物１の下方までコイル場内に持ち上げられている。鋳造を行うために、ここで熔解物１が鋳型２に流出するまで、さらに少し押し上げられる。環状要素７は、熔解物１の放射熱と交番磁場により加熱される。温度上昇は、環状要素７の内側の相変化材料８の相変化によって低減させたり又は遅延させたりすることができる。
【国際調査報告】
2021522666.tif 000012
2021522666.tif 000013
2021522666.tif 000014
2021522666.tif 000015