(57)【要約】【課題】使用中に軸棒が緩むことを防止できると共に、ガスを流通する場合にガス漏れをも防止することができるストッパー構造体を提供すること。【解決手段】ストッパー耐火物２の装着孔２ａに装着される軸棒１の先端部分の周方向外面に、ストッパー軸方向下端側に向けて拡径する第１のテーパー面４ａを形成すると共に、ストッパー耐火物２の装着孔２ａの内面に、第１のテーパー面４ａと面合する第２のテーパー面４ｂを形成し、第１のテーパー面４ａと第２のテーパー面４ｂが面合して密着するように軸棒１をストッパー耐火物に対して締め付ける。そして、軸棒１の先端部分の形状が、軸棒１のストッパー耐火物上端面２Ｓ位置から第１のテーパー面４ａの起点位置までの長さをＡ、第１のテーパー面４ａの起点位置の外径をＤ、第１のテーパー面４ａのテーパー角度をθとする場合に、ｔａｎθ≦Ｄ／２Ａの関係を満たすようにする。【選択図】図１
2008188663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストッパー耐火物とこのストッパー耐火物を駆動装置と連結するための軸棒とを備え、前記軸棒の先端部分がストッパー耐火物の装着孔に装着されているストッパー構造体であって、
ストッパー耐火物の装着孔に装着されている前記軸棒の先端部分は、その周方向外面にストッパー軸方向下端側に向けて拡径する第１のテーパー面を有すると共に、ストッパー耐火物の装着孔は、その内面に前記第１のテーパー面と面合する第２のテーパー面を有し、前記軸棒は、前記第１のテーパー面と前記第２のテーパー面が面合して密着するように、ストッパー耐火物に対して締め付けることができるように可動となっており、
前記軸棒のストッパー耐火物上端面位置から前記第１のテーパー面の起点位置までの長さをＡ、前記第１のテーパー面の起点位置の外径をＤ、前記第１のテーパー面のテーパー角度をθとする場合に、Ａ、Ｄおよびθが次式（１）を満たすストッパー構造体。
ｔａｎθ≦Ｄ／２Ａ  …（１）
【請求項２】
前記軸棒が、ストッパー耐火物上端面位置より上方の外面にネジ部を有し、このネジ部に座板を螺合させストッパー耐火物上端面側に向けてネジ込むことによって、前記軸棒をストッパー耐火物に対して締め付けて固定することができるようにした請求項１に記載のストッパー構造体。
【請求項３】
前記軸棒が、ストッパー耐火物上端面位置より上方の外面にネジ部を有し、このネジ部に座板を螺合させストッパー耐火物上端面側に向けてネジ込むことによって、前記軸棒をストッパー耐火物に対して締め付けて固定することができるようにし、前記座板の下面とストッパー耐火物上端面との間にシール材を設置した請求項１に記載のストッパー構造体。
【請求項４】
前記軸棒が、ストッパー耐火物の装着孔に装着される先端部分を有する第１の軸棒部分と、この第１の軸棒部分のストッパー耐火物上端面位置より上方の外面に形成したネジ部に螺合する第２の軸棒部分とを有し、第２の軸棒部分を第１の軸棒部分のネジ部に螺合させストッパー耐火物上端面側に向けてネジ込むことによって、前記第１の軸棒部分をストッパー耐火物に対して締め付けて固定することができるようにした請求項１に記載のストッパー構造体。
【請求項５】
前記軸棒が、ストッパー耐火物の装着孔に装着される先端部分を有する第１の軸棒部分と、この第１の軸棒部分のストッパー耐火物上端面位置より上方の外面に形成したネジ部に螺合する第２の軸棒部分とを有し、第２の軸棒部分を第１の軸棒部分のネジ部に螺合させストッパー耐火物上端面側に向けてネジ込むことによって、前記第１の軸棒部分をストッパー耐火物に対して締め付けて固定することができるようにし、前記第２の軸棒部分の下端面とストッパー耐火物上端面との間にシール材を設置した請求項１に記載のストッパー構造体。
【請求項６】
前記軸棒が、ストッパー耐火物の装着孔に装着される先端部分を有する第１の軸棒部分と、この第１の軸棒部分に外挿され、ワンタッチ式接合具によって第１の軸棒部分に装着される第２の軸棒部分とを有し、前記ワンタッチ式接合具によって前記第２の軸棒部分を前記第１の軸棒部分に装着した際に、前記第２の軸棒部分がストッパー耐火物上端面側に押圧されて固定されると共に、前記第１の軸棒部分がストッパー耐火物に対して締め付けられて固定されるようにした請求項１に記載のストッパー構造体。
【請求項７】
前記軸棒が、ストッパー耐火物の装着孔に装着される先端部分を有する第１の軸棒部分と、この第１の軸棒部分に外挿され、ワンタッチ式接合具によって第１の軸棒部分に装着される第２の軸棒部分とを有し、前記ワンタッチ式接合具によって前記第２の軸棒部分を前記第１の軸棒部分に装着した際に、前記第２の軸棒部分がストッパー耐火物上端面側に押圧されて固定されると共に、前記第１の軸棒部分がストッパー耐火物に対して締め付けられて固定されるようにしており、前記第２の軸棒部分の下端面とストッパー耐火物上端面との間にシール材を設置した請求項１に記載のストッパー構造体。
【請求項８】
前記軸棒が、その内部に前記ストッパー耐火物の装着孔若しくは前記ストッパー耐火物の先端まで貫通する孔に連通する、ガスを流通させるための空間を有する請求項１から請求項７のいずれかに記載のストッパー構造体。
【請求項９】
請求項１に記載のストッパー構造体の製造方法であって、軸棒の先端部分をストッパー耐火物の成形用のモールド内の所定の位置に設置し、モールド内の軸棒の先端部分の周囲に耐火物はい土を充填し、その後、モールド内の耐火物はい土を加圧して軸棒の先端部分と一体的に成形し、得られた成形体を焼成する工程を含むストッパー構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶融金属を容器からノズルを経由して排出する際の排出開始もしくは停止、または流量制御（以下、総称して「排出制御」という。）のために使用されるストッパー構造体に関し、とくにその本体部をなすストッパー耐火物に、これを駆動装置と連結するための軸棒を装着したストッパー構造体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属を容器からノズルを経由して排出する際の排出制御を行う方法として、その容器内部に設置したストッパー構造体を使用し、ノズル上端部との嵌合部空間を開閉する操作する方法がある。
【０００３】
このストッパー構造体は、一般的に、その溶融金属の浸漬部分を一体のストッパー耐火物で形成し、溶融金属に浸漬されないストッパー耐火物上部に金属製の軸棒を装着し、この軸棒を駆動装置に連結して使用される。また、金属製の軸棒の上端部（基端部）からストッパー耐火物の下端部（先端部）までの内部に貫通したガス流通路を設け、このガス流通路に不活性ガスを流通させてストッパー耐火物先端から溶融金属内に吹き出したり、金属製の軸棒を一定の温度以下に保つために空気等の冷却ガスを循環させたりすることも多く行われる。
【０００４】
一般にこのようなストッパー構造体は、鋳造の操業現場で、外周にネジ部を有する金属製の軸棒を、内部に軸棒のネジ部と螺合するネジ構造を有するストッパー耐火物の上端に設けられた穴の中に、両者間に接着機能およびシール機能を有するモルタル等の目地材等を介して、ストッパー耐火物の内部に螺合して固定し、目地材等を硬化させて一体化することによって製作されることが多い。またその軸棒は、上端部の外周にネジ部を有しており、そのネジ部と螺合するネジ構造を内部に有する金属製の円筒状軸棒またはアームによりストッパーの駆動装置に連結される。
【０００５】
しかし、このような内部に金属製の軸棒を組み込むストッパー構造体は、ストッパー耐火物の熱膨張性よりもかなり大きい熱膨張性を有する金属をストッパー耐火物の内部に密着させるので、金属の熱膨張により周囲のストッパー耐火物を破損する虞がある。
【０００６】
その破損を防止するためには両者間の目地材等に可縮能や変形能等の、金属製の軸棒の膨脹を緩和するのに十分な機能を持たせなければならないが、このような目地材等を使用する場合にはその目地材等の変形や破壊により金属製の軸棒とストッパー耐火物との間に緩み等が生じやすく、ストッパー耐火物の局部に応力の集中点が生じてストッパー耐火物が破損する虞があり、内部にガスを通過させる場合にはガス漏れや空気の巻き込み等の虞も高まる。
【０００７】
また、このようなストッパー構造体を製造する際は、ストッパー耐火物の中に金属製の軸棒を設置した状態で成形し、焼成することが製造工程の能率の点から望ましいが、金属製の軸棒の熱膨張により周囲の耐火物を破壊するので、直接ストッパー耐火物の中に金属製の軸棒を設置した状態で成形することはできない。その熱膨脹を緩和するために金属製の軸棒の周囲に空隙や緩衝材を設置することも可能ではあるが、そのような空隙や緩衝材を設置した場合には使用時に十分な固定と密着性を得られない。
【０００８】
ストッパー構造体は、比重約７の溶鋼に浸漬されるので強い浮力を受けるが、ストッパー耐火物の上端部付近の軸棒との接合部のみでこの浮力を含む外力を支えており、この支持部付近にはストッパー耐火物の僅かな傾きにより大きなモーメントがかかり、接合部の一部に応力が集中してストッパー耐火物等を破壊する虞が高くなる。とくに、ストッパー耐火物の先端付近からガスを吹き出す場合や、ストッパー下方の上部ノズル等から溶鋼中にガスを吹き込むようなストッパー耐火物周辺で溶鋼流の激しい変動が有る場合には、ストッパー耐火物に絶えず振動が加わってストッパー耐火物と軸棒との接合部にはさらに複雑な応力が絶えず変化しながら加わる。
【０００９】
このようにストッパー耐火物と軸棒の接合部付近は過酷な熱的、機械的な応力条件下にさらされている
また、鋳造の操業現場での軸棒の組み込み作業は、その作業が繁雑であり、とくにガスを流通させる構造を持つストッパー構造体の場合にはガス漏れを防止するために高い組み込み精度を要求される等、使用する側の負担が大きい。しかも、このような負担の多い組み込み作業によっても、操業中に軸棒が膨張すること、振動等の変化する外力が加わり続ける等の原因で、軸棒とストッパー耐火物との間に緩みが生じるので、増し締め作業等で絶えずそれらの固定を矯正する必要がある。そして、慎重に精度を高めて組み込み作業を行い、また増し締め等の作業を断続的に行っても、ストッパー耐火物上端部付近での耐火物や目地材等の破壊、ガス漏れ等は依然として完全には回避できていない。
【００１０】
これらの対策として、例えば特許文献１には、ストッパー耐火物を製作する際に、耐火物の保護のために予めその上部にステンレス製の軸棒接合用部品（ブッシュインサート）を組み込むことが開示されている。
【００１１】
図６は、そのようなストッパー構造体の例を示す断面図である。ストッパー耐火物２の上部には内面にネジ部を有する円筒状で金属製の軸棒接合用部品１４が埋設されており、この軸棒接合用部品１４に金属製の軸棒１の先端部分が螺合され装着されている。また、軸棒１には座板３が螺合され、この座板３をストッパー耐火物上端面２Ｓ側に向けてネジ込むことによって、軸棒１がストッパー耐火物２に対して締め付けられている。なお、軸棒１とストッパー耐火物２の内部にはガス流通路７が貫通して設けられ、このガス流通路７に不活性ガスを流通させてストッパー耐火物２先端から溶融金属内に吹き出すようにしている。そして、軸棒１とストッパー耐火物２との間からのガス漏れを防止するため、座板３下面とストッパー耐火物上端面２Ｓとの間、および座板３内面と軸棒１外面のネジ部１ｃとの間にシール材５を設置している。
【００１２】
このような軸棒接合用部品１４は、接着機能と膨脹を緩衝する機能を備えたモルタル等を介して、予め製造したストッパー耐火物２の上部に設けた孔中に挿入し、乾燥等のモルタル等の硬化工程を経てストッパー耐火物２に組み込むことができる。また、ストッパー耐火物２を静圧成形する際に、予め成形用のラバーモールド内のはい土中に軸棒接合用部品１４を埋め込んでストッパー耐火物と同時に成形する方法が採られることもある。
【００１３】
しかしながら、このような円筒状の金属製の軸棒接合用部品をストッパー耐火物２内に組み込む構造体では、使用中に金属製の軸棒１の温度上昇に伴う膨張により、ストッパー耐火物２に埋設された金属製の軸棒接合用部品１４が周囲の耐火物を破壊する虞があると共に、軸棒１の上下方向長さの伸長によって軸棒１とストッパー耐火物２との間に緩み（隙間）が生じて、軸棒１のストッパー耐火物２に対する固定が不安定になり、またそれらの間のガスシール性を確保することができなくなってガス漏れを招来する。また、軸棒１とストッパー耐火物２との間で局部的に接触する部分が生じて、その部分を起点に耐火物の破損を招来する危険性も増大する。
【００１４】
このように金属製の軸棒接合用部品１４をストッパー耐火物２に組み込むと、その使用中の熱膨張により耐火物を押し割る危険があるので、熱膨張が金属より小さいセラミック製の軸棒接合用部品を組み込むストッパー構造体も提案されている。しかし、そのような膨張の小さい軸棒接合用部品を予め組み込んでも、そこに金属製の軸棒を接合すると、その熱膨張により軸棒接合用部品を押し割ることがあると共に、やはり軸棒の上下方向長さの伸長によって軸棒とストッパー耐火物との間に緩みが生じて、軸棒のストッパー耐火物に対する固定が不安定になり、またそれらの間のガスシール性を確保することができなくなってガス漏れを招来するという問題は改善されない。
【００１５】
軸棒の上下方向長さの伸長によって軸棒とストッパー耐火物との間に緩みが生じた場合には、操業中に絶え間なくネジを締めて緩みをなくすように、いわゆる増し締めを人手で行う必要があり、人手でしかも断続的に行うために完全に隙間や緩みをなくすことが難しく、操業上の問題の一つでもある。
【００１６】
このように依然、使用中に緩みが発生せずかつガス漏れも生じない構造、増し締めを不要とする構造を有するストッパー構造体は提供されていない。
【特許文献１】特開平２−１８２３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の課題は、溶融金属の排出制御に使用するストッパー耐火物に軸棒を装着したストッパー構造体において、使用中に軸棒が緩むことを防止できると共に、ガスを流通する場合にガス漏れをも防止することができるストッパー構造体を提供すること、および簡易な作業で駆動装置側に取り付け、取り外しができるストッパー構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、ストッパー耐火物とこのストッパー耐火物を駆動装置と連結するための軸棒とを備え、前記軸棒の先端部分がストッパー耐火物の装着孔に装着されているストッパー構造体であって、ストッパー耐火物の装着孔に装着されている前記軸棒の先端部分は、その円周方向外面にストッパー軸方向下端側に向けて拡径する第１のテーパー面を有すると共に、ストッパー耐火物の装着孔は、その内面に前記第１のテーパー面と面合する第２のテーパー面を有し、前記軸棒は、前記第１のテーパー面と前記第２のテーパー面が面合して密着するように、ストッパー耐火物に対して締め付けることができるように可動となっており、前記軸棒のストッパー耐火物上端面位置から前記第１のテーパー面の起点位置までの長さをＡ、前記第１のテーパー面の起点位置の外径をＤ、前記第１のテーパー面のテーパー角度をθとする場合に、Ａ、Ｄおよびθが次式（１）を満たすことを特徴とするものである。
ｔａｎθ≦Ｄ／２Ａ  …（１）
【００１９】
このように本発明では、ストッパー耐火物の装着孔に装着される軸棒の先端部分の形状が、前記式（１）を満たすようにすることで、使用中に軸棒が緩むことを防止できると共に、ガスを流通する場合にガス漏れも防止することができる。
【００２０】
その理由を図１を参照して説明する。金属製の軸棒１はストッパー耐火物２よりも熱膨張率が圧倒的に大きいことから、軸棒１の外面がその半径方向に膨張すると、軸棒１にはそのテーパー面４ａのテーパー角度θに応じて、その半径方向の膨張寸法の１／ｔａｎθの割合の膨張寸法分、すなわち軸棒１の半径方向の膨張寸法のＤ／（２×ｔａｎθ）分、ストッパー耐火物２に対し相対的に下方（軸棒１の先端側）に移動するような力が働く。ただし、軸棒１は上下方向（軸方向）にも膨張するので、軸棒１のストッパー耐火物上端面２Ｓ位置からテーパー面４ａ起点位置までの長さＡ部分の膨張寸法が、前記の半径方向の膨張寸法のＤ／（２×ｔａｎθ）分の膨張寸法を相殺する。したがって、前記の半径方向の膨張寸法のＤ／（２×ｔａｎθ）分の膨張寸法を前記Ａ部分の膨張寸法よりも大きくするようにテーパー面４ａのテーパー角度θと軸棒１の形状を設定する、すなわち前記式（１）において不等式が成り立つ場合（右辺が左辺より大きい場合）、軸棒１には使用中、常にストッパー耐火物２に対して相対的に下方に移動するような力が働く。それに伴い、軸棒１をストッパー耐火物２に対して固定している座板３をより一層締め付ける力が働き、その結果、軸棒１は緩むことなく、強固に固定された状態を維持することができる。また、ストッパー耐火物２をテーパー面４ａとストッパー耐火物上端面２Ｓとの間でさらに締め付けることになり、ストッパー構造体の各部の接続精度の矯正を行うことができると共に、ストッパー耐火物上端面２Ｓと座板３との間にシール材や緩衝材等を設置する場合にはそのシール材や緩衝材等の可縮性による緩みをも防止することができ、好ましい。
【００２１】
一方、前記式（１）が等式となる場合（右辺と左辺が等しい場合）は、軸棒１のＡ部分における軸方向の膨張寸法とテーパー面４ａ部分における軸棒１の軸方向の膨張寸法とが等しくなり、使用中の熱膨張により軸棒１が緩む方向の力が働くことはないので、緩みを防止できる。
【００２２】
このように本発明によれば、ガスの流通の有無に関わりなく、軸棒とストッパー耐火物との緩みに起因するストッパー耐火物の破損や動作不良等の問題を生じないで、ストッパー構造体の安定使用に寄与することができる。
【００２３】
また、本発明のストッパー構造体は、軸棒の先端部分がストッパー耐火物の装着孔に装着された状態の製品として納入される。このため、ストッパー構造体を使用する操業現場においてモルタル等を施工して軸棒の先端部分をストッパー耐火物に埋設するような、ストッパー耐火物の使用上の不安定要因ともなり得るそれら煩雑な作業のバラツキによるストッパー構造体の傾きや軸棒の緩み等の、完成精度のバラツキをも低減することができる。
【００２４】
具体的に軸棒をストッパー耐火物の装着孔に装着して固定（締め付ける）ための構成としては、第１に、軸棒のストッパー耐火物上端面位置より上方の外面にネジ部を設け、このネジ部に座板を螺合させストッパー耐火物上端面側に向けてネジ込むことによって、軸棒をストッパー耐火物に対して締め付けるようにすることができる。
【００２５】
第２に、軸棒を、ストッパー耐火物の装着孔に装着される先端部分を有する第１の軸棒部分と、この第１の軸棒部分のストッパー耐火物上端面位置より上方の外面に形成したネジ部に螺合する第２の軸棒部分とから構成し、第２の軸棒部分を第１の軸棒部分のネジ部に螺合させストッパー耐火物上端面側に向けてネジ込むことによって、前記第１の軸棒部分をストッパー耐火物に対して締め付けるようにすることができる。
【００２６】
第３に、軸棒を、ストッパー耐火物の装着孔に装着される先端部分を有する第１の軸棒部分と、この第１の軸棒部分に外挿され、ワンタッチ式接合具によって第１の軸棒部分に装着される第２の軸棒部分とから構成し、前記ワンタッチ式接合具によって前記第２の軸棒部分を前記第１の軸棒部分に装着した際に、前記第２の軸棒部分がストッパー耐火物上端面側に押圧されて固定されると共に、前記第１の軸棒部分がストッパー耐火物に対して締め付けられるようにすることができる。
【００２７】
また、本発明のストッパー構造体においては、軸棒が中実であって軸棒とストッパー耐火物とが単に連結されているもののほか、軸棒にストッパー耐火物の装着孔の中にガスを流通させるための空間（ガス流通路）を設けると共に、ストッパー耐火物にその装着孔付近またはその装着孔から先端まで貫通する空間（ガス流通路）を設け、軸棒等の空冷のための空間（ガス流通路）にガスを流通させるか、またはストッパー耐火物先端から溶融金属中にガスを吹き込むことができる。この場合、とくに軸棒とストッパー耐火物との間からのガス漏れを防止することが重要である。したがって、この場合、前述した座板の下面とストッパー耐火物上端面との間、あるいは第２の軸棒部分の下端面とストッパー耐火物上端面との間にシール材を設置し、ガスシール性を向上させることが好ましい。
【００２８】
本発明におけるストッパー耐火物の材質としては、溶融金属の中に浸漬してその排出制御を行うストッパー用として一般的に使用される、アルミナ、シリカ、スピネル、ジルコニア等の酸化物および炭素の単体、化合物等の１種または複数種の混合物等を主成分とする耐火物が使用でき、さらにこれらに加えて、酸化防止能向上や高強度化等を目的として、各種炭化物、各種窒化物、硼化物、金属等を含有させた耐火物も使用できる。
【００２９】
また、軸棒および座板の材質としては、軸棒や座板用に一般的に使用される炭素鋼、クロムモリブデン鋼、ステンレス鋼等の金属が使用できる。セラミックスも使用できるが、セラミックスの場合には使用中に破壊する危険性が高いので、ストッパー耐火物に装着される先端部分を有する第１の軸棒部分、座板等の大きなモーメントを集中的に受けにくい部分の一部等に限定して適用することが好ましい。
【００３０】
以上のような本発明のストッパー構造体は、一般的な長尺のストッパー耐火物と同様に、耐火物原料を結合材と共に混練したはい土をゴム等のフレキシブルなモールド内に充填し、アイソスタティック・プレスで成形することによって製造することができる。すなわち、この耐火物原料をモールド内に充填する際に、軸棒の先端部分を前記モールド内に装着して、その周囲に耐火物原料を充填して成形し、ストッパー耐火物に軸棒が装着された成形体を得る。次に、この成形体を必要に応じて乾燥工程を経て、約８００℃以上１２００℃以下程度の非酸化雰囲気中にて焼成し、ストッパー耐火物に軸棒が装着されたストッパー構造体を得る。
【００３１】
なお、ストッパー耐火物に装着される軸棒の前記第１のテーパー面（図１の４ａ）を除く円周方向の外面近傍（図１の１ａの外周面および１ｂの外周面）には、昇温時の軸棒の膨張を吸収するための空間を予め形成する必要がある。この空間になる部分は、軸棒の外面に高くとも８００℃程度以下の温度で消失するような、例えばパラフィン等の有機質の被膜を予め形成しておき、耐火物原料と共に成形し、乾燥〜焼成することで得られる。
【００３２】
本発明では、例えばストッパー耐火物内の軸方向中心付近に貫通孔を有するストッパー耐火物と、その中の上端付近に一部を埋設して装着する軸棒とを別々に製作して、製造工程の終盤または使用時にストッパー耐火物の下方先端から軸棒を挿入する等の方法で、ストッパー耐火物と軸棒とが一体となったストッパー構造体を得ることができるが、ストッパー耐火物と軸棒とを接着材で精密に調整して接合する等の作業をとくに必要としないので、前述のように，
（１）．軸棒の先端部分をストッパー耐火物の成形用のモールド内の所定の位置に設置し、
（２）．モールド内の軸棒の先端部分の周囲に耐火物はい土を充填し、
（３）．その後、モールド内の耐火物はい土を加圧して軸棒の先端部分と一体的に成形し、（４）．得られた成形体を焼成する
工程を含む同時一体的な製造方法を採ることが好ましい。
【００３３】
最終的には、出荷前に製造工場で、または鋳造操業の現場にてシール材や座板等を組み込んで一体的に組み立てることで本発明のストッパー構造体は完成する。
【００３４】
このように、軸棒とストッパー耐火物とを一体的に製造することで、操業時の使用現場での煩雑かつ不安定なモルタル施工作業等の軸棒装着作業が不要になるだけでなく、ストッパー耐火物と軸棒との間にはそれら接触部分以外にはストッパー耐火物の破壊やガス漏れに繋がるような目地や継ぎ目等のない、強いストッパー構造体を得ることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明は以下の効果を奏する。
【００３６】
１．ストッパー耐火物と軸棒との接合が使用中に緩むことを防止でき、ストッパー構造体の一部に集中的に曲げ等のモーメントがかかってストッパー構造体を破壊する危険性を減少させることができる。
【００３７】
２．ストッパー耐火物と軸棒との接合が使用中に緩まないので、ストッパー構造体中にガスを流通する場合のガス漏れをも防止することができる。
【００３８】
３．操業現場におけるストッパー耐火物と軸棒との間の接合用部品等をストッパー耐火物にモルタルで設置するような煩雑で接合精度の不安定な作業工程を省くことができ、作業能率の向上と共にストッパー耐火物と軸棒との間の接合の精度をも向上させることができる。
【００３９】
４．ストッパー耐火物と軸棒とを固定する部分の操業中の高頻度の増し締め作業を省くことができ、省力化にも寄与することができる。
【００４０】
５．従来のストッパー構造体では、ストッパー耐火物と軸棒との接合が使用中に緩むので、ネジによる接合のような増し締めのできる固定構造しか採用できなかったが、本発明によれば、ストッパー耐火物と軸棒との接合が使用中に緩まないので、ワンタッチ式の接合具で接合する固定構造を採用することができる。これにより、軸棒相互を簡便に接合する一つの作業工程のみでストッパー耐火物も同時に固定することができるので、従来技術の複数の作業工程に比較してより一層の省力化や作業能率の向上を図ることができ、また固定作業や増し締め作業等での個人差をも小さくすることができ、ストッパーによる安定した鋳造操業を行うことができる。
【００４１】
６．ストッパー耐火物と軸棒とを簡易な同時一体的な成形方法により製造することができるので、製造工程の簡素化、短時間化、省力化等の合理化を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明の最良の形態を、実施例に基づき説明する。
【実施例１】
【００４３】
図１は、本発明のストッパー構造体の一実施例を示す断面図である。
【００４４】
図１に示すストッパー構造体１０において、金属製の軸棒１の先端部分はストッパー耐火物２の装着孔２ａ内に、軸棒１の先端部分の膨張吸収代となる空間６を介して装着されている。
【００４５】
この軸棒１の先端部分は、基端側に小径部１ａ、先端側に小径部より大きい大径部１ｂを有する段付き構造であって、かつ、小径部１ａと大径部１ｂとの間は第１のテーパー面４ａとなっている。一方、ストッパー耐火物２の装着孔２ａは、軸棒１の先端部分と類似の形状を有し、その内面に第１のテーパー面４ａと面合する第２のテーパー面４ｂを有する。
【００４６】
また、軸棒１には、ストッパー耐火物上端面２Ｓ位置より上方の外面にネジ部１ｃが設けられている。そして、このネジ部１ｃに座板３を螺合させストッパー耐火物上端面２Ｓ側に向けてネジ込むことによって、第１のテーパー面４ａと第２のテーパー面４ｂとが面合し密着した状態で、軸棒１とストッパー耐火物２とが締め付けられて固定される。すなわち、座板３を締め付けるにしたがい軸棒１が上昇し、ストッパー耐火物２との接触面である第１のテーパー面４ａと座板３とでストッパー耐火物２を挟み込んで締め付けるような状態で固定される。
【００４７】
なお、この実施例のストッパー耐火物２は、少なくとも軸棒１の先端部分を装着する領域では半径方向、円周方向、軸方向何れの方向にも目地や継ぎ目のない一体的な構造を有している。ストッパー耐火物２の軸棒１の装着領域よりも下方の部分については、一体でも途中で分割して繋いでも構わない。
【００４８】
以上の構成において、軸棒１の先端部分の形状は、軸棒１のストッパー耐火物上端面２Ｓ位置から第１のテーパー面４ａの起点位置までの長さをＡ、第１のテーパー面４ａの起点位置の外径をＤ、第１のテーパー面４ａのテーパー角度をθとする場合に、Ａ、Ｄおよびθが前記式（１）を満たすような形状とする。これによって、先に説明したとおり、使用中に軸棒１が膨張しても、第１のテーパー面４ａと座板３との間の締め付け力が緩むことはない。
【００４９】
なお、座板３とストッパー耐火物上端面２Ｓとの間の一部の接触点での局部的な応力の集中等を避ける目的、すなわちこれらの接触面積を広くする、あるいは点接触を避けて接触部分にかかる外力を分散する等の目的から、座板３とストッパー耐火物上端面２Ｓとの間にセラミック繊維から成る数ｍｍ程度以下の厚みのシート等の緩衝材を設置してもよい。 
【実施例２】
【００５０】
図２は、本発明のストッパー構造体の他の実施例を示す断面図である。この実施例は、ストッパー構造体１０の内部にガス流通路７を設けたものである。なお、軸棒１とストッパー耐火物２との取り合いや接続構造は実施例１と同様である。
【００５１】
この実施例においては、軸棒１内部にストッパー耐火物２の装着孔２ａの中にガスを流通させるためのガス流通路７を設けると共に、ストッパー耐火物２内部に装着孔２ａから先端まで貫通するガス流通路７を設け、ストッパー耐火物先端から溶融金属中にガスを吹き込むか、または軸棒１の空冷のためにガス流通路７にガスを流通させるようにしている。
【００５２】
このように、この実施例ではガスを流通させるためのガス流通路７が軸棒１およびストッパー耐火物２の内部に設けられていることから、ガスシール性を向上させるために、座板３下面とストッパー耐火物上端面２Ｓとの間、および座板３内面と軸棒１外面との間にはシール材５を設置している。
【００５３】
このシール材５としては、予めシート状に成形されたもののほか、モルタルや接着材等の不定形の材料を使用することできるが、座板３下面とストッパー耐火物上端面２Ｓとの間には、その間を隙間なく十分に充填するために圧着後にも保形性をある程度有するシート状の成形体等を設置することが好ましい。また、この場合、全体を確実にシールできるように、その締め付け前の形状は内径が軸棒１の外径にほぼ等しく、外径が少なくとも座板３の外径以上、厚みは２ｍｍ以上１０ｍｍ以下程度、好ましくは３ｍｍ以上５ｍｍ以下程度であること、すなわち、座板３を締め付けてストッパー耐火物２に軸棒１を固定した後に、シール材５が各面に密着すると同時にシール材５がひび割れ等の破壊をし難い形状にすることが好ましい。
【００５４】
一方、座板３内面と軸棒１外面との間はネジ込み作業によってもシール性を保つことができるように、シール材５としてはモルタル状の不定形の接着材を設置することが好ましい。
【００５５】
これらのシール材５の材質としては、ガス漏れ防止のための密着性の向上を目的として一般的に使用されるカーボンシート、アルミナ、シリカ、ジルコニアその他の酸化物、窒化物、炭化物等の一般的な耐火物原料として使用される成分を含むそれらの単体、化合物、混合物やそれらにガラス成分や金属を含む耐火性の材料からなるシート、呼称にかかわらずそれらと同様の成分を含む不定形状態にした耐火性の材料等が使用できる。シート状の場合、その可塑性の程度に制限はないが、座板をトルク１００Ｎ・ｍ程度で締め付けた際に各面に隙間なく密着する程度の可塑性を有することが好ましい。不定形状のシール材を含み可塑性が前記の程度より大きい場合には、その可塑性が密着を超えてさらに変形して隙間を生じない程度に止めることが好ましく、具体的には薄膜状にしたシール材を用いるかまたは塗料様の液状の材料を塗布する等の方法が好ましい。
【００５６】
ここで、本発明のストッパー構造体においては、実施例１で説明したように、第１のテーパー面４ａと第２のテーパー面４ｂとが面合し密着していることで、軸棒１とストッパー耐火物２との間からのガス漏れはある程度防止される。とくに第１のテーパー面４ａの面精度を上仕上げ（ＪＩＳの仕上げ記号の逆三角形３つ）程度以上にしてストッパー耐火物２内に埋め込んで成形すると、第１のテーパー面４ａと第２のテーパー面４ｂとの相互の面精度を高めることができ、さらにその高い面精度を持つ第１のテーパー面４ａと第２のテーパー面４ｂとを相互に締め付けて強固に固定することでガス漏れの原因となり得る隙間が生じないようにすることができる。ただし、軸棒１とストッパー耐火物２との間からのガス漏れをさらに確実に防止するためには、図２の実施例のように、シール材５を設置することが好ましい。なお、第１のテーパー面４ａと第２のテーパー面４ｂとの間にも、カーボンシート等のシール材を設置しても構わないが、前述のように第１のテーパー面４ａの面精度を上仕上げ（ＪＩＳの仕上げ記号の逆三角形３つ）程度以上にすることで、ガスのシール性を確保することができるので、シール材は設置しなくてもよい。
【実施例３】
【００５７】
図３は、本発明のストッパー構造体のさらに他の実施例を示す断面図である。この実施例は、軸棒１を第１の軸棒部分１−１と第２の軸棒部分１−２とに分割した例である。
【００５８】
第１の軸棒部分１−１は、その先端部分がストッパー耐火物２の装着孔２ａに装着されており、この第１の軸棒部分１−１のストッパー耐火物上端面２Ｓ位置より上方の外面にはネジ部１−１ａが形成されている。そして、このネジ部１−１ａに第２の軸棒部分１−２が螺合され、これをストッパー耐火物上端面２Ｓ側に向けてネジ込むことによって、第２の軸棒部分１−２の下端面がストッパー耐火物上端面２Ｓと接し、第１の軸棒部分１−１Ａが上昇して第１のテーパー面４ａと第２のテーパー面４ｂが面合し密着することで、第１の軸棒部分１−１および第２の軸棒部分１−２がストッパー耐火物２に対して締め付け固定される。
【００５９】
この実施例においても、ストッパー構造体１０の内部にはガス流通路７が設けられており、ガス漏れ防止のために、第２の軸棒部分１−２下端面とストッパー耐火物上端面２Ｓとの間、およびネジ部１−１ａ部分には前記実施例２と同様のシール材５を設置している。なお、ガス流通路７を設けない場合には、これらシール材５の設置は必要ないが、第２の軸棒部分１−２下端面とストッパー耐火物上端面２Ｓの間の局部的な応力の集中等を避ける目的、すなわちこれらの接触面積を広くする、あるいは点接触を避けて接触部分にかかる外力を分散する等の目的から、前記実施例１のような座板３やセラミック繊維から成る数ｍｍ程度以下の厚みのシート等の緩衝材を補助的に設置してもよい。
【実施例４】
【００６０】
図４は、本発明のストッパー構造体のさらに他の実施例を示す断面図である。この実施例は、軸棒１を第１の軸棒部分１−１と第２の軸棒部分１−２とに分割し、さらにこれらをワンタッチ式接合具によって接合固定するようにした例である。
【００６１】
第１の軸棒部分１−１は、その先端部分がストッパー耐火物２の装着孔２ａに装着されており、この第１の軸棒部分１−１に第２の軸棒部分１−２が外挿されている。また、これら第１の軸棒部分１−１と第２の軸棒部分１−２との接合固定のためにワンタッチ式接合具としてカムロック機構１５が設けられている。
【００６２】
カムロック機構１５は、第２の軸棒部分１−２に回動自在に取り付けられたカムロック本体１５ａと、このカムロック本体１５ａと係合する、第１の軸棒部分１−１外面に形成された係合部１５ｂとからなり、カムロック本体１５ａをロック位置（図４の実線の位置）に回動させるとカムロック本体１５ａのカム部分先端部と係合部１５ｂとが係合し、第１の軸棒部分１−１と第２の軸棒部分１−２とが接合固定される。そして、係合部１５ｂの上下方向の位置を調整する、または第２の軸棒部分１−２下端部とストッパー耐火物上端面２Ｓの間の緩衝材若しくはシート材の厚みを調節することで、カムロック機構１５によって接合固定した際に、第２の軸棒部分１−２がストッパー耐火物上端面２Ｓ側に押圧されて固定されると共に、第１の軸棒部分１−１がストッパー耐火物２に対して締め付けられるようにすることでき、先の各実施例と同様に、第１のテーパー面４ａと第２のテーパー面４ｂとが面合して密着する。一方、カムロック本体１５ａをロック解除位置（図４の破線の位置）に回動させるとカムロック本体１５ａのカム部分先端部と係合部１５ｂとの係合が解除され、第２の軸棒部分１−２の取り外しが可能となる。
【００６３】
この実施例においても、ストッパー構造体１０の内部にはガス流通路７が設けられており、ガス漏れ防止のために、第２の軸棒部分１−２下端面とストッパー耐火物上端面２Ｓとの間には前記実施例２と同様のシール材５を設置している。また、第１の軸棒部分１−１と第２の軸棒部分１−２との間にはＯリング１６を設置している。なお、ガス流通路７を設けない場合には、これらのシール材５やＯリング１６の設置は必要ないが、第２の軸棒部分１−２下端面とストッパー耐火物上端面２Ｓの間の局部的な応力の集中等を避ける目的、すなわちこれらの接触面積を広くする、あるいは点接触を避けて接触部分にかかる外力を分散する等の目的から、前記実施例１のような座板３やセラミック繊維から成る数ｍｍ程度以下の厚みのシート等の緩衝材を補助的に設置してもよい。
【実施例５】
【００６４】
図５は、本発明のストッパー構造体の使用例を示す断面図である。同図に示すストッパー構造体１０は図２の例のものである。
【００６５】
ストッパー構造体１０の軸棒１の基端部は駆動装置８に連結されて、ストッパー構造体１０は上下動可能となっており、このストッパー構造体１０が、耐火物１３を内張りした溶融金属容器１２の底面に設けられた溶融金属排出用ノズル９の直上に設置されている。ストッパー構造体１０のストッパー耐火物２は、溶融金属容器１２内の溶融金属１１に浸漬されており、このストッパー構造体１０を駆動装置８によって上下動させることによって、溶融金属排出用ノズル９上端部との嵌合部空間を開閉、あるいはその開度を調節することによって溶融金属の排出制御を行うようにしている。
【００６６】
また、必要に応じて軸棒１の基端側からガス流通路７に不活性ガスを導入し、これをストッパー耐火物２の先端から溶融金属１１中にガスを吹き込むようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明のストッパー構造体の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明のストッパー構造体の他の実施例を示す断面図である。
【図３】本発明のストッパー構造体のさらに他の実施例を示す断面図である。
【図４】本発明のストッパー構造体のさらに他の実施例を示す断面図である。
【図５】本発明のストッパー構造体の使用例を示す断面図である。
【図６】従来のストッパー構造体を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  軸棒
１ａ  小径部
１ｂ  大径部
１ｃ  ネジ部
１−１  第１の軸棒部分
１−１ａ  ネジ部
１−２  第２の軸棒部分
２  ストッパー耐火物
２ａ  装着孔
２Ｓ  ストッパー耐火物上端面
３  座板
４ａ  第１のテーパー面
４ｂ  第２のテーパー面
５  シール材
６  空間
７  ガス流通路
８  駆動装置
９  溶融金属排出用ノズル
１０  ストッパー構造体
１１  溶融金属
１２  溶融金属容器
１３  耐火物
１４  軸棒接合用部品
１５  カムロック機構
１５ａ  カムロック本体
１５ｂ  係合部
１６  Ｏリング
【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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【図６】
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