(57)【要約】【課題】設備費を安価に抑えた誘導溶解装置を提供すること。【解決手段】誘導溶解装置１は、加熱溶解した金属材料６から金属材料６の凝固物２３を形成する炉本体７を収容する溶解室２と、溶解室２の下部に設置され、炉本体７内から引き抜かれた凝固物２３を収容する引抜チャンバー３と、引抜チャンバー３の下部に設置された引抜装置４と、溶解室２と引抜チャンバー３のそれぞれの空間を真空に保持するための真空ポンプ５とを備えている。【選択図】図１
2008049358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱溶解した金属材料から前記金属材料の凝固物を形成する炉本体を収容するための空間を有する溶解室と、
前記溶解室の空間と連通し且つ引抜装置により前記炉本体内から引き抜かれた凝固物を収容するための空間を有する引抜チャンバーと、
前記溶解室及び前記引抜チャンバーのそれぞれの空間を減圧雰囲気下またはガス雰囲気下に保持する保持手段とを備えていることを特徴とする誘導溶解装置。
【請求項２】
前記引抜チャンバーは、その内部の前記凝固物を冷却する冷却手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の誘導溶解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減圧雰囲気下またはガス雰囲気下において誘導加熱により金属を溶解して、鋳塊を鋳造する誘導溶解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導溶解装置には、円形に巻回された誘導コイルの内側に、電気的に絶縁された２つ以上のセグメントをスリットを介して誘導コイルの周方向に並べて構成した炉本体（水冷金属るつぼ）と、炉本体の下部で凝固した凝固物（インゴット）を下方に引き抜く引抜装置（引抜駆動装置）とを有しているものがある。上記の誘導溶解装置では、炉本体と引抜装置とは真空容器内に設置されている。そして、凝固物が大気中の酸素と反応し、酸化するのを防止するために、真空容器内が真空下に保たれる（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３０７３９０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、炉本体及び引抜装置の全体を内部に設置するためには、著しく大きな容積の真空容器が必要となる。
そして、その真空容器内を真空下に保持するためには、大型の真空ポンプが必要となり、設備費が増大してしまう。
【０００５】
本発明の主たる目的は、設備費を安価に抑えた誘導溶解装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明の誘導溶解装置は、誘導加熱溶解した金属材料から前記金属材料の凝固物を形成する炉本体を収容する空間を有する溶解室と、引抜装置により前記炉本体内から引き抜かれた凝固物を収容し、前記溶解室の空間と連通する空間を有する引抜チャンバーと、前記溶解室及び前記引抜チャンバーのそれぞれの空間を減圧雰囲気下またはガス雰囲気下に保持する保持手段とを備えている。
【０００７】
これによると、減圧雰囲気下またはガス雰囲気下に保持すべき空間は、溶解室及び引抜チャンバーのそれぞれの空間だけとなる。したがって、溶解室及び引抜装置の全体を収容する真空容器内の空間を減圧雰囲気下等に保持する場合と比較し、減圧雰囲気下等に保持する空間の容積を減少させることができる。そのため、大型の真空ポンプは不要となり、減圧雰囲気下またはガス雰囲気下に保持するための設備費を安価にすることができる。
【０００８】
また、このとき、本発明において、前記引抜チャンバーは、その内部の前記凝固物を冷却する冷却手段を備えていることが好ましい。これによると、凝固物からの輻射熱を防止するとともに、凝固物を冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る誘導溶解装置の構成図である。図１に示すように、誘導溶解装置１は、炉本体７を収容する溶解室２と、溶解室２の下部に設置された引抜チャンバー３と、引抜チャンバー３の下部に設置された引抜装置４と、溶解室２と引抜チャンバー３のそれぞれの空間を真空に保持するための真空ポンプ（保持手段）５とを備えている。
【００１１】
まずは、溶解室２の構成について説明する。図２は、炉本体７の構成図である。図３は、炉本体７の上面図である。図１に示すように、溶解室２は、真空ポンプ５に接続された真空容器２１を有している。真空容器２１内には、加熱溶解される金属材料を収容する水冷銅製の炉本体７を収容している。炉本体７は、その底部を形成し、後述するスターティングブロック２４を取り付ける底面部８と、その外周を形成する円周方向に配列された側面壁となる導電性セグメント１０とを有している。なお、炉本体７の材質は、純銅や銅合金の他、電気抵抗率の低い金や銀または場合によってはステンレス等を用いることができる。
【００１２】
図２に示すように、底面部８は、上面に台形状の切り欠きを有しており、その切り欠きに合う形状に加工されたスターティングブロック２４が取り付けられている。スターティングブロック２４は、金属材料と同質材料である。
【００１３】
図３に示すように、側面壁となる縦割り状の複数の導電性セグメント１０は円周方向に相互に絶縁して配列することにより形成されている。なお、絶縁は、導電性セグメント１０・１０間に絶縁物を介装したり、導電性セグメント１０・１０間を隔離したりすることによって行われている。
【００１４】
側面壁を形成する導電性セグメント１０は、冷却水が流動する冷却水路１１を内部に有している。冷却水路１１は、導電性セグメント１０の上端部（側面壁の上端部）から下端部（側面壁の下端部）にかけて形成されている。また、冷却水路１１は、外水路１１ａ及び内水路１１ｂにより構成されており、外水路１１ａ及び内水路１１ｂは上端部で連通している。外水路１１ａの下端部はパイプ３３に接続され、図示しない冷却水供給装置に接続されている。また、内水路１１ｂの下端部はパイプ３４に接続され、冷却水供給装置に接続されている。したがって、冷却水供給装置から供給された冷却水はパイプ３３を介して、外水路１１ａの下端部から供給され、上端部へと流動した後、内水路１１ｂの上端部に流入し、下端部へと流動し、パイプ３４を介して、冷却水供給装置へと循環している。循環した冷却水は、冷却水供給装置内に戻って冷却されて、再び冷却水として使用される。このように、冷却水路１１内に冷却水を流動させることによって、導電性セグメント１０を含む炉本体７を所定の温度（金属材料との反応温度）以下に冷却している。
【００１５】
図２に示すように、導電性セグメント１０により形成された側面壁の外周には、誘導加熱コイル１２が設けられている。誘導加熱コイル１２には、任意の周波数の交流電力を出力可能な図示しない電源装置が接続されている。電源装置は、誘導加熱コイル１２に対して交流電力を供給して金属材料を誘導加熱する。
【００１６】
金属材料は塊状をしており、鉄及び非鉄とその合金をはじめ、チタンの他、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、ニオブ、タンタル、モリブデン、ウラン、希土類金属、トリウム、及びこれらの合金から選ばれる金属からなる反応性金属を用いることができる。
【００１７】
真空容器２１の空間と後述する引抜チャンバー３の空間とは、連通しており、真空容器２１とともに高真空から大気圧まで任意の圧力に減圧可能な真空ポンプ５により真空に保たれている。なお、真空容器２１及び引抜チャンバー３は、真空ポンプ５を用いて真空下に保たれるのではなく、ガス供給系などを用いてガス雰囲気下に保たれてもいてもよい。
【００１８】
次に、引抜チャンバー３について説明する。図１に示すように、引抜チャンバー３は、円筒形状の側面壁１３と、側面壁１３の底部を形成する円形状の底面壁１４とを備えている。側面壁１３の上端は、真空容器２１の下面に固定されている。すなわち、引抜チャンバー３の空間は、真空容器２１の下面、側面壁１３及び底面壁１４により形成されている。
【００１９】
底面壁１４は、面中央に孔部２２が形成されており、孔部２２には、後述する引抜き部材２８が嵌挿されている。そのため、孔部２２から引抜チャンバー３内へ外部の空気が侵入することはない。
【００２０】
側面壁１３は、冷却水が流動する冷却水路２５（冷却手段）を内部に有している。冷却水路２５の下端部は、パイプ３５に接続され、図示しない図冷却水供給装置に接続されている。また、冷却水路２５の上端部は、パイプ３６に接続され、冷却水供給装置に接続されている。したがって、冷却水供給装置から供給された冷却水はパイプ３５を介して、冷却水路２５の下端部から供給され、上端部へと流動した後、パイプ３６を介して、冷却水供給装置へと循環している。この冷却水を流動させた冷却水路２５は、引抜チャンバー３を冷却して、引き抜かれた後述する凝固物（スカル）２３を冷却することができる。また、凝固物２３から放射される熱を吸収し、凝固物２３からの輻射熱を防止することができる。
【００２１】
次に、引抜装置４について説明する。図１に示すように、引抜装置４は、上下方向に棒状に延びた２本のガイドバー１５と、上下方向に棒状に延びた２本のボールネジ１６と、昇降部材１７と、円筒形状の引抜き部材２８と、台車部１９とを有している。昇降部材１７の中央には、上方に延びた引抜き部材２８が固定されており、引抜き部材２８の上面は炉本体７の底面部８の下面に固定されている。また、昇降部材１７は左右両端の２本のガイドバー１５及び左右先端部よりも中央寄りの２本のボールネジ１６によって上下方向に移動可能に規制されている。２本のガイドバー１５及び２本のボールネジ１６の下端は、台車部１９の上面に固定されている。したがって、昇降部材１７が上下方向に昇降することにより、昇降部材１７に固定された引抜き部材２８も上下方向に昇降する。
【００２２】
引抜き部材２８の内部には、２本の冷却パイプ１８が備えられており、冷却水が流動している。冷却水が冷却パイプ１８内を流動することにより、炉本体７の底面部８を下面から冷却している。
【００２３】
上記の構成において、誘導溶解装置１の動作について説明する。まず、炉本体７の底面部８の上面に、スターティングブロック２４が取り付けられる。そして、炉本体７に金属材料が投入される。
【００２４】
冷却水供給装置により、冷却水路１１に冷却水を流すことにより側面壁となる導電性セグメント１０を冷却し、金属材料を溶解する準備を完了する。また、冷却水路２５に冷却水を流すことにより引抜チャンバー３を冷却し、冷却パイプ１８内に冷却水を流すことにより炉本体７の底面部８を下面から冷却する。
【００２５】
そして、通電することにより、高周波の交流電力を誘導加熱コイル１２に出力させる。誘導加熱コイル１２に交流電力が供給されると、炉本体７内の金属材料が誘導加熱されることにより溶解する。このとき、スターティングブロック２４の上部表面の一部も溶解する。スターティングブロック２４の下部は、スターティングブロック２４の取り付けられた底面部８が冷却水路２６により冷却されているため溶解しない。そして、溶解した金属材料６と溶解したスターティングブロック２４とが一体化される。また、炉本体７内の溶解した金属材料６の一部は導電性セグメント１０により形成された側面壁の壁面に接触すると、側面壁である導電性セグメント１０の冷却作用により金属材料６が再び凝固することによって、凝固物２３が側面壁に沿って容器状に形成される。
【００２６】
続いて、凝固物２３を引き抜くために、昇降部材１７が徐々に下降する。凝固物２３は形成されながら引き抜かれる。すなわち、昇降部材１７に固定された引抜き部材２８と、引抜き部材２８に固定された底面部８も下降する。そして、凝固物２３は溶解室２の下部に設けられた引抜チャンバー３内に引き出され、冷却水路２５により冷却された側面壁１３によって冷却される。
【００２７】
最後に、凝固物２３を取り出すために、真空容器２１の下部と固定された側面壁１３を分離させる。すなわち、引抜チャンバー３を溶解室２から分離させる。引抜チャンバー３を下降させ、台車部１９を移動することによって、引抜チャンバー３及び引抜装置４を移動させ、凝固物２３を上面から取り出す。
【００２８】
以上のように、本実施形態の誘導溶解装置１では、凝固物２３が大気中の酸素と反応し、酸化するのを防止するために、真空下に保持すべき空間は、溶解室２及び引抜チャンバー３のそれぞれの空間だけとなる。したがって、溶解室２及び引抜装置４の全体を収容する真空容器内の空間を真空に保持する場合と比較し、真空下に保持する空間の容積を減少させることができる。そのため、真空下に保持するための設備費を安価にすることができる。
【００２９】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、前述した実施形態では、引抜チャンバー３の側面壁１３は、冷却水路２５を内部に有しているが、冷却水路２５を有していなくてもよい。また、側面壁１３の冷却は冷却水を用いた水冷式であったが、クーリングフィンを設けて風をあてて冷却する空冷式でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る誘導溶解装置の構成図である。
【図２】炉本体の構成図である。
【図３】炉本体の上面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  誘導溶解装置
２  溶解室
３  引抜チャンバー
４  引抜装置
５  真空ポンプ
６  金属材料
７  炉本体
１３  側面壁
１４  底面壁
２１  真空容器
２３  凝固物
２５  冷却水路
【図１】
2008049358.tif 000003
【図２】
2008049358.tif 000004
【図３】
2008049358.tif 000005