(57)【要約】【課題】鋳型の目的形状を忠実に再現するとともに、良質の鋳造品を作製することができる鋳造装置を実現する。【解決手段】上下に移動する円筒状のアーム２２の下部先端部に、円筒状のポンチ２１を固定する。ポンチ２１の中空部内に鋳型１１を装着する。鋳型１１の雌型１３内の空気を排出するための排気口１４を雌型１３の端部に連ねて設ける。排気口１４に真空排気装置の吸込みヘッダ３１を接続する。押圧力を受けて破裂可能なシール材１６により鋳型１１の鋳込口１２を閉塞する。ポンチ２１の下方に、溶解対象材料を収容して溶解するための炉床４１を配置する。炉床１１の上面中央部に、ポンチ２１の外周壁が摺接する大きさの径の溶湯溜部４２を設ける。炉床４１の上方に、アークを発生するための電極棒５１ａ，５１ｂを配設する。【選択図】　　　　図１
2004017046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力を受けて破裂可能なシール材（１６）により鋳込口（１２）がシールされるとともに、雌型（１３）に連通して前記雌型内の空気を排出するための排気口（１４）を有する鋳型（１１）と、
溶解手段（５１ａ，５１ｂ）により溶解対象材料を溶解して得られた溶湯（Ｍ）とのうちの一方が、
移動手段（２２）により移動させられて前記鋳型の前記鋳込口が前記溶湯の中に圧入する鋳造装置。
【請求項２】
前記溶湯が溜まる溶湯溜部（４２）が設けられた炉床（４１）が水平方向において振動可能なものである請求項１記載の鋳造装置。
【請求項３】
前記溶湯が溜まる溶湯溜部が設けられた炉床（４１Ｂ）が、相互に絶縁された複数の構成部分（４３，４５）からなり、それらのうちの前記溶湯が溜まる溶湯溜部の底壁を形成することになる構成部分をアースするものである請求項１記載の鋳造装置。
【請求項４】
前記溶湯が溜まる溶湯溜部の底壁を形成することになる構成部分が上下に移動可能なものである請求項３記載の鋳造装置。
【請求項５】
前記溶湯が溜まる溶湯溜部の底壁を形成することになる構成部分および前記炉床全体のうちの一方が、振動機構により水平方向において振動可能なものである請求項３記載の鋳造装置。
【請求項６】
所定方向に移動するポンチ（７１）と、
前記ポンチが移動する方向に配置され、前記ポンチの外壁が摺接する第１の孔（９２）が貫通して設けられた炉床（９１）と、
前記炉床に連設され、前記ポンチの外壁が摺接する第２の孔が前記第１の孔に連通して設けられるとともに、前記第２の孔に鋳込口（６２）が連通しかつ雌型（６３）に連通して前記雌型内の空気を排出するための排気口（６４）を有する鋳型（６１）が装着された鋳型装着部（１１１）と、
弾性体（８３）による付勢力が与えられ、前記第１および第２の孔に摺接するシール部材（８２ａ，８２ｂ）が外壁に固定された、前記ポンチが移動する方向に移動可能な可動ダイ（８１）とを
具備した鋳造装置。
【請求項７】
第１の割型（２１１）となる低融点合金を加熱して溶解し、雌型（２１３）内に溶湯を注入する湯道（２１４）を形成するための湯道形成部（２０２）が付設された原型（２０１）の半分を、前記湯道形成部が部分的に前記低融点合金に接しないようにして、溶解している前記低融点合金の中に押し込んだ後、前記溶解している前記低融点合金を固化させて前記第１の割型を作製し、
第２の割型（２１２）となる低融点合金を加熱して溶解し、
前記原型を反転させ、かつ、前記湯道形成部が部分的に前記低融点合金に接しないようにして、溶解している前記低融点合金の中に前記原型の残りの半分を押し込んだ後、前記溶解している前記低融点合金を固化させて前記第２の割型を作製する鋳型製造方法。
【請求項８】
真空かつ高圧付加のもとで鋳型（２３１）となる低融点合金を加熱して溶解し、
溶媒により溶解可能な素材からなり、雌型（２３２）内に溶湯を注入する湯道（２３３）を形成するための湯道形成部（２２２）が付設された原型（２２１）を、前記湯道形成部が前記低融点合金より部分的に露出するようにして、溶解している前記低融点合金の中に押し込んだ後、前記溶解している前記低融点合金を固化させ、
固化した前記低融点合金より前記溶媒を用いて前記原型を溶出させる鋳型製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋳造装置と鋳型製造方法に関する。具体的には、形状が精緻精細な精密部材を鋳造する場合において、鋳型が目的とする形状を忠実に再現し、かつ、良質の鋳造品を作製することができる鋳造装置を提供するとともに、鋳型の製造に要する時間と費用を節減することができる鋳型製造方法を提供せんとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
精密部材を鋳造する場合に鋳型の目的形状を忠実に再現するためには、溶解した材料である溶湯を、鋳型内部の細部にまで完全に鋳込むことが重要である。そこで、鋳型内部への溶湯の完全な充填を得るため溶湯自体に押圧力を加えて鋳型に鋳込む鋳造装置が従来より用いられており、その構成例を図１１（ａ）に示し説明する。
【０００３】
図１１（ａ）（部分断面図）において、ここに示した鋳造装置には、誘導コイル３０４に高周波電流を流して溶解対象材料を溶解する誘導溶解炉が用いられている。誘導コイル３０４は、円筒状のスリーブ３０３上部の周壁を囲むようにして配設されており、スリーブ３０３の内部には、昇降ロッド３０２に支持されて上下に移動可能な円柱状の可動部材３０１が配置されている。
【０００４】
他方、誘導溶解炉の上方には、鋳型を装着する鋳型装着部３２１が配置されており、ここに設けられた円槽状の凹部に、雌型３１２を有する鋳型３１１が嵌合するようにして装着されている。ここにおける円槽状の凹部の径は、面取りされたスリーブ３０３の上端部の径よりは僅かに大きい。なお、鋳型３１１は、例えば、製品形状の原型をワックス（ろう類）で形成し、その表面にセラミクスの粉末を分厚く塗布した後、ワックスを除去し焼結して鋳型を作製するロストワックス法により製造される。
【０００５】
以上の各構成要素は、図示されてはいない密閉されたチャンバー内に収容され、チャンバー内は、溶融金属の酸化・窒化を防ぐため、アルゴン・ガスなどの不活性ガスが充填された雰囲気となっている。
【０００６】
そこで、このような構成の装置により鋳造を行なう場合は、まず、可動部材３０１の上面と、スリーブ３０３の内壁とにより囲まれた空間内に、溶解対象である材料を収容する。ついで、誘導コイル３０４に高周波電流を流して材料を溶解する。
【０００７】
材料が溶解し溶湯が得られたならば、誘導溶解炉を鋳型装着部３２１に向けて上方に移動させる。そして、スリーブ３０３の上端部が、鋳型装着部３２１の円槽状の凹部の端縁に当接したならば、図１１（ｂ）に示すように、昇降ロッド３０２を上昇させて、可動部材３０１に支持された溶湯Ｍを、鋳型３１１の雌型３１２内に押し込むようにして鋳込む。その際、図示されてはいない真空排気装置を駆動させて、チャンバー内全体を一気に真空にする。
【０００８】
このように、この従来例では、可動部材３０１の上面と、スリーブ３０３の内壁とにより囲まれた空間内に溜まった溶湯Ｍを、鋳型３１１に向けて移動させた後、昇降ロッド３０２を上昇させることにより、溶湯Ｍに押圧力を加えて鋳型３１１の雌型３１２内に鋳込むようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１により説明した従来例によると、鋳型３１１の雌型３１２の内部に溶湯Ｍを注入する際に、真空排気装置を駆動させてチャンバー内全体を真空にするが、この方法では高真空の真空吸引は不可能である。そのため、鋳型３１１の雌型３１２内は高真空とはならず、したがって雌型３１２の内部に溶湯Ｍを完全には充填し難いという解決すべき課題があった。
【００１０】
また、可動部材３０１により支持された溶湯Ｍが、空間内を一定の距離だけ移動した後、昇降ロッド３０２が上昇することにより、鋳型３１１の雌型３１２内に押し込まれるため、溶湯Ｍが不活性ガスを巻き込んで雌型３１２内に鋳込まれてしまう。
【００１１】
溶湯Ｍが不活性ガスを巻き込めば、小さな気泡である巣の発生原因となり、鋳造品の機械的性質の劣化の要因となる。とくに、この従来例によると、肉厚の薄い部材を鋳造する場合は、鋳造品の表面に不活性ガスの巻込み痕が残り、鋳造品の品質の低下を招くという課題があった。
【００１２】
他方、製品形状の原型をワックスで形成し、その表面にセラミクスの粉末を塗布した後、ワックスを除去し焼結して鋳型を作製する従来のロストワックス法によると、その作製に長時間を要し、コスト高になるという解決すべき課題があった。
【００１３】
なお、精密部材の作製に利用することができる微細加工技術として、鍍金のように肉を盛るリソグラフィー技術がある。このリソグラフィー技術により、薄膜層を重ねて微細な立体形状を形成することは可能であり、加工精度も極めて高い。しかし、リソグラフィー技術を用いて精密部材を作製するとすれば、複雑かつ長時間の作業工程を要し高価格となってしまうという問題点がある。
【００１４】
また、リソグラフィー技術により作製された、精密部材の成形加工用の金型を、超塑性加工技術に用いて精密部材を成形するには、このような金型は脆弱であり、しかも、アスペクト比が大きな部材は超塑性加工が不可能である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そこで、従来の鋳造装置の欠点を是正し、また、リソグラフィー技術によった場合の問題点を解決するために、本発明はなされたものである。そのために、本発明では、圧力を受けて破裂可能なシール材により鋳込口がシールされ、かつ、雌型に連通して雌型内の空気を排出するための排気口を有する鋳型と、溶解対象材料を溶解して得られた溶湯とのうちの一方を、鋳型の鋳込口と溶湯とが近接する方向に移動させて、鋳型の鋳込口が溶湯の中に圧入するようにした。
【００１６】
また、つぎのような手段を用いるようにもした。すなわち、炉床の例えば上面から底面に貫通する、上下動するポンチが通る孔を炉床に設ける。この炉床に設けられた孔と連通する、ポンチが通る孔が設けられるとともに、この孔に鋳込口が連通し、かつ、雌型内の空気を排出するための排気口を有する鋳型が装着された鋳型装着部を、炉床の下方に連設する。コイルばねのような弾性体により支えられ、炉床および鋳型装着部にそれぞれ設けられた各孔に摺接するシール部材が外壁に固定された、上下に移動可能な可動ダイを配置する。そして、炉床に設けられた孔の内壁と可動ダイの上面とにより囲まれた空間内に溜まっている溶湯を、下降するポンチにより押圧して鋳型の鋳込口まで移動させて、真空に維持されている鋳型の雌型内に注入するようにした。
【００１７】
他方、安価な鋳型製造方法を実現するために、以下のような手段を講じた。すなわち、鋳型を２つの割型により形成するようにし、一方の割型となる低融点合金を加熱して溶解する。雌型内に溶湯を注入する湯道を形成するための湯道形成部が付設された原型の半分を、湯道形成部が部分的に低融点合金に接しないようにして、溶解している融点合金の中に押し込んだ後、この低融点合金を固化させて一方の割型を作製する。さらに、もう一方の割型となる低融点合金を溶解させた後、原型を反転させて、原型の残りの半分を押し込んだ後、同様にしてもう一方の割型を作製するようにした。このようにして作製された２つの割型は、鋳造に際しては重ね合わせて使用する。
【００１８】
また、他の鋳型製造方法として、まず、真空かつ高圧付加のもとで鋳型となる低融点合金を加熱して溶解する。溶媒により溶解可能な素材からなり、雌型内に溶湯を注入する湯道を形成するための湯道形成部が付設された原型を、湯道形成部が低融点合金より部分的に露出するようにして、溶解している低融点合金の中に押し込んだ後、この低融点合金を固化させる。固化した低融点合金より溶媒を用いて原型を溶出させて雌型を得る。以上のようにして鋳型を作製するようにもした。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の１つの実施の形態（第１の実施の形態）を、図１に示し説明する。ここで、図１は、本実施の形態における鋳造装置の構成を示す部分断面図であり、溶解炉としてアーク溶解炉を用いた鋳造装置が示されている。
【００２０】
図１において、２２は、図示されてはいない上下動機構により上下に移動する円筒状のアーム２２である。このアーム２２の下部先端部には、テーパ状の中空部を有し下面中央に円孔の開口部が設けられた円筒状のポンチ２１が、チャック２３により固定されている。また、ポンチ２１の中空部内には、外形がテーパ状に形成された鋳型１１が、嵌合するようにして装着されている。
【００２１】
この鋳型１１の鋳込口１２は、ポンチ２１下面中央の開口部に連通している。また、鋳型１１の内部には、鋳込口１２に連なる雌型１３が設けられるとともに、雌型１３内の空気を排出して真空に維持するための小径の排気口１４が、雌型１３の端部に連なって設けられている。この排気口１４には、アーム２２の中空部内を挿通する、真空排気装置（図示せず）の吸込みヘッダ３１が接続されている。吸込みヘッダ３１は、各連結ピン３２ａ，３２ｂを介して鋳型１１に連結されている。
【００２２】
このように真空排気系と接続された鋳型１１の鋳込口１２は、雌型１３内部の気密性を確保するために、シール材によって閉塞されている。このシール材は、図２（ａ）（斜視図）に示すように、銅・アルミニウムなどを素材として薄い円板状に形成され、その表面には放射状に切溝１７が設けられている。したがって、その厚さ方向に押圧力が加えられた場合は、図２（ｂ）に示すように、シール材１６は、花弁状に裂けることになる。
【００２３】
このようなシール材１６は、図２（ｃ）（断面図）に示すように、Ｏリング１８を介して鋳型１１の鋳込口１２を閉塞するように鋳型１１の先端部に固着される。これにより、従来行なわれているような注湯と同時に真空排気装置を駆動させてチャンバー内全体を一気に真空にするのとは異なり、極めて高真空の真空吸引が可能となる。したがって、チャンバー内全体を真空吸引する必要がない。
【００２４】
図１において、鋳型１１が装着されたポンチ２１の下方には、所定の間隔をおいて溶解対象である材料を収容して溶解するための、方形体状の炉床４１が配置されている。この炉床４１の素材には、導体である銅が用いられてアースされているとともに、その内部には冷却用の水が流通するようになっている。
【００２５】
この炉床１１の上面中央部には、円槽状の凹部である、溶湯が溜まる溶湯溜部４２が設けられている。ここにおける溶湯溜部４２の径は、ポンチ２１の外周壁が溶湯溜部４２の内壁に摺接する大きさとなっている。また、溶湯溜部４２を槽状に形成しているのは、溶湯を円柱状の形態に保持することにより、上方から圧力を加え易くするためである。
【００２６】
このような構成の溶湯溜部４２を有する炉床４１の上方には、アークを発生するための２つの電極棒５１ａ，５１ｂが、それぞれ溶湯溜部４２の中央部を指向するように傾斜して配設されている。
【００２７】
以上説明した各構成要素からなる本装置は、密閉されたチャンバー内に収容され、チャンバー内は不活性ガスが充填された雰囲気となっている。このことは、後述する他の実施の形態においても同じである。
【００２８】
つぎに、本装置を用いて精密部材を鋳造する場合の様子を、図３により説明する。まず、炉床４１の溶湯溜部４２内に材料を収容したうえで、各電極棒５１ａ，５１ｂによりアークを発生させて、その発熱により材料を溶解する。材料が溶解すると、図３（ａ）に示すように、炉床４１の溶湯溜部４２内には、溶湯Ｍが溜まる。このとき、真空排気装置を駆動させて、ポンチ２１に装着された鋳型１１の雌型１３内を高真空に維持しておく。
【００２９】
溶湯Ｍが得られたならば、図３（ｂ）に示すように、各電極棒５１ａ，５１ｂをアーム２２のカバー領域から外れるように移動させてから、アーム２２を下降させ、これに装着されたポンチ２１を炉床４１の溶湯溜部４２内に押し込んで溶湯Ｍを押圧する。同時に、真空排気装置の作動を停止させる。その瞬間、ポンチ２１に装着された鋳型１１の鋳込口１２（図１）を閉塞しているシール材１６（図２）が花弁状に裂ける。シール材１６が裂けると、高圧を受けた溶湯Ｍが、シール材１６の裂け目および鋳込口１２を介して、鋳型１１の雌型１３内に鋳込まれる。なお、アークを発生させてから溶湯Ｍへの鋳型１２の圧入の直前まで、振動機構により炉床４１を水平方向において小刻みに振動させるならば、ポンチ２１が摺接する溶湯溜部４２内壁への溶湯Ｍの固着を極力抑えることができる。
【００３０】
そして、図３（ｃ）に示すように、ポンチ２１の下面が、炉床４１の溶湯溜部４２の底壁に当接する位置まで下降すると、溶湯Ｍは、鋳型１１の雌型１３に完全に鋳込まれることになる。
【００３１】
このように、溶湯Ｍは、下降するポンチ２１の強い押圧力を受けて加圧される。しかも、鋳型１１の雌型１３は高真空に維持されている。したがって、溶湯Ｍは、鋳型１１の雌型１３の細部まで高圧で鋳込まれる。その結果、形状が精緻精細な精密部材を鋳造する場合であっても、鋳型１１の目的形状を忠実に再現することができることになる。従来では数μｍの寸法公差が要求される場合に研削仕上げをしていたような部材も、本装置により鋳造することが可能である。
【００３２】
また、強い押圧力を受けた溶湯Ｍが、鋳型１１の鋳込口１２を閉塞しているシール材１６を破って雌型１３内に鋳込まれることから、図１１により説明した従来例とは異なり、周囲の不活性ガスを巻込むことがない。したがって、鋳造品の機械的性質の劣化をもたらす巣が発生することもなく、良質の鋳造品が得られることになる。そのうえ、高圧で溶湯Ｍが鋳込まれるので、鋳造品に肌荒れがなく極めて美麗な鋳肌が得られ、鋳造品の外観上の美感も向上する。
【００３３】
以上においては、用いる溶解炉としてアーク溶解炉を例に挙げて説明した。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。その他にも、例えば、図１１により説明した従来例で用いられている誘導溶解炉を使用する場合にも、本発明は適用され得るものである。
【００３４】
また、図１では、鋳型１１を下降させて、これを溶湯Ｍの中に圧入する場合について説明した。しかし、図１１により説明した従来例のように、鋳型１１は所定位置に固定しておいて、下方から溶湯Ｍを押し上げて鋳型１１の内部に押し込む場合にも、本発明は適用し得るものである。鋳型１１の鋳込口１２がシール材１６により閉塞されていれば、鋳型１１の雌型１３内は高真空の真空吸引が可能であり、したがって溶湯Ｍが雌型１３内に完全に充填されるからである。
【００３５】
図４は、本発明の第２の実施の形態を示す部分断面図であり、図１における構成要素と同一の構成要素については、同じ符号を付して説明する。
【００３６】
図４において、図１に示した第１の実施の形態と異なるところは、炉床４１Ｂの構成である。本実施の形態では、アークによるエネルギーが、溶湯溜部４２の垂直の内壁から側方に逃げることなく、溶湯溜部４２の底部にまで到達するように、炉床４１Ｂを構成している。
【００３７】
すなわち、炉床４１Ｂは、上面中央から底面中央に貫通する円孔４４が設けらた筒状部４３と、円孔４４の内部に配設された、円孔４４の径よりは若干小さい径の円柱状部４５とにより構成されている。そして、図示するように円柱状部４５のみがアースされている。また、筒状部４３および円柱状部４５の素材には、ここではそれぞれ導体である銅が用いられ、各々の内部には冷却用の水がそれぞれ流通するようになっている。その他の構成は、図１に示した第１の実施の形態と同じである。
【００３８】
このように炉床４１Ｂが構成されている結果、筒状部４３の円孔４４の内壁と円柱状部４５の上面とにより囲まれた空間が、溶湯が溜まる溶湯溜部４２を形成することになる。また、筒状部４３の円孔４４の内壁と、円柱状部４５の周壁との間には空隙部があるため、筒状部４３と円柱状部４５とは相互に絶縁されている。
【００３９】
したがって、図４において、アースは円柱状部４５の下面中央からとっているので、アーク炎から受けた電流は、溶湯を介して円柱状部４５に流れる。その結果、アークによるエネルギーは、溶湯溜部４２の内壁を介して側方に逃げることなく、溶湯溜部４２の底部にまで到達することになる。
【００４０】
ここで、アーク溶解においては、アークによる加熱と、内部に水が流通する炉床による冷却とを同時に行なっている。そのため、異種の金属を融合して合金を生成する場合は、溶融合金の均一な溶解が得難いという問題がある。すなわち、溶融した合金の内部で不均一な結晶核が発生し、溶融合金の内部に組成的な相違が生じる。この不均一な結晶核の多くは、アーク炎により溶解した金属がアーク炎から受けた電流を流すために生じた、溶解した金属が炉床に付着して凝結する部分（以下「コールド・スポット」という）の近傍で発生する。
【００４１】
その原因は、コールド・スポットにおいて溶湯が急激に冷やされることにより、コールド・スポットから溶湯内部に向かって樹枝状の結晶が急速に成長し、溶湯の対流によって枝の部分が溶断されて、幹の部分からつぎつぎと遊離した結晶核が形成されることにある（このようなコールド・スポットの形成は、電子ビーム溶解やプラズマ溶解においても考えられる）。この遊離結晶核は、金属材料の疲労特性および衝撃特性を低下させることが既に知られており、良質の鋳造品・鋳造材を得るうえでの障害要因となっている。
【００４２】
そこで、本実施の形態においては、溶湯溜部４２の底壁をなす円柱状部４５にアーク炎からの電流を流して、円柱状部４５の上面付近の部位にコールド・スポットを誘起するために、炉床４１Ｂを上述したような構成としている。
【００４３】
このように構成するならば、遊離結晶核の発生を全く解消することは不可能ではあるが、これを円柱状部４５の上面付近の部位に限局することは可能である。遊離結晶核の発生部位が、このように限局されれば、遊離結晶核は溶湯溜部４２の底部に発生することになり、その上方では遊離結晶核を含まない均一に溶解した溶湯が得られる。
【００４４】
そこで、溶湯が溜まっている溶湯溜部４２内に、ポンチ２１（図４）を押し込めば、ポンチ２１に装着された鋳型１１の鋳込口１２は、遊離結晶核を含まない溶湯上部の中央部の中に圧入されることになる。したがって、鋳型１１の雌型１２内には、遊離結晶核を含まない均一に溶解した溶湯のみが鋳込まれることになる。
【００４５】
なお、本実施の形態における鋳造装置を用いて鋳造する場合の様子は、図１に示した第１の実施の形態について図３により説明したところと同じである。ただし、溶湯Ｍの均質な溶解を得るため、また、炉床４１Ｂを構成する筒状部４３の円孔４４内壁への溶湯Ｍの固着を極力抑えるために、円柱状部４５を上下に移動可能な構成として、鋳造時に円柱状部４５を上下に移動させるとよい。
【００４６】
すなわち、図５（ａ）に示すように、各電極棒５１ａ，５１ｂによりアークを発生させ、その発熱によって材料が溶解して溶湯Ｍが得られたならば、図５（ｂ）に示すように、アークによる加熱を持続しながら、昇降ロッド（図示せず）に支持された円柱状部４５を上昇させ、溶湯Ｍを溶湯溜部４２から部分的に露出させる。このとき、表面張力によりキノコ状の形態となった溶湯Ｍは、アークによる熱によって均質に溶解する。その後、図６（ａ）に示すように、円柱状部４５を下降させる。このときもアークによる加熱を持続する。
【００４７】
このような動作を繰り返せば、溶湯Ｍは均質な溶解状態を維持する。そこで、図６（ｂ）に示すように、ポンチ２１に装着された鋳型１１（図４）を溶湯Ｍの中に圧入すれば、均質に溶解した溶湯Ｍを鋳型１１の内部に鋳込むことが可能となる。しかも、ポンチ２１が摺接する炉床４１Ｂの筒状部４３の円孔４４内壁への溶湯Ｍの固着を極力抑えることができる。このような効果は、アークを発生させてから溶湯Ｍへの鋳型１２の圧入の直前まで、振動機構により炉床４１Ｂの筒状部４３のみ、あるいは円柱状部４５を含む炉床４１Ｂ全体を水平方向において小刻みに振動させると、一層高めることができる。
【００４８】
以上では、筒状部４３および円柱状部４５の２つの構成部分に炉床４１Ｂを分割し、これら相互間を絶縁したうえで、溶湯溜部４２の底壁を形成することになる構成部分である円柱状部４５をアースする場合について説明した。しかし、さらに多くの構成部分に炉床４１Ｂを分割して相互間を絶縁し、アークによるエネルギーが溶湯溜部４２の内壁を介して側方に逃げないように、溶湯溜部４２の底壁を形成することになる特定の構成部分をアースする場合にも、本発明は適用され得るものである。
【００４９】
また、溶解炉はアーク溶解炉に限られないこと、および鋳型１１は所定位置に固定しておいて下方から溶湯Ｍを押し上げて鋳型１１内に押し込む構成としてもよいことは、図１に示した第１の実施の形態について説明したところと同じである。
【００５０】
図７は、本発明の第３の実施の形態を示す部分断面図である。本実施の形態においても、溶湯に押圧力を加えて鋳型内に鋳込むが、その構成は、図１および図４に示した各実施の形態とは異なっている。以下、図１および図４における構成要素と同一の構成要素については、同じ符号を付して説明する。
【００５１】
図７において、炉床９１は方形体状に形成されており、その中央部に、上部が大きくテーパ状に開口して断面形状がＹ字状に形成された円孔９２が、炉床９１の底面まで貫通して設けられている。この円孔９２の径は、炉床９１の上方に配置された円柱状のポンチ７１の周壁が、円孔９２の内壁に摺接する大きさとなっている。また、図１および図４に示した各実施の形態におけると同様に、炉床９１には銅が用いられてアースされているとともに、その内部には、冷却用の水が流通するようになっている。
【００５２】
このような炉床９１の下方には、同じく方形体状に形成された、鋳型６１を装着する鋳型装着部１１１が、扁平な環状のシール部材１０１を介して連設されている。この鋳型装着部１１１の中央部にも、炉床９１の円孔９２と同一径の円孔が、鋳型装着部１１１の上面から底面に貫通して設けられている。そして、この円孔に鋳込口６２が連通するようにして、鋳型６１が、鋳型装着部１１１に嵌合して装着されている。また、鋳型６１には、その雌型６３の端部に連なる排気口６４が穿設され、排気口６４には、真空排気装置の吸込みヘッダ（図示せず）が接続されている。
【００５３】
以上の重合するようにして連設された炉床９１および鋳型装着部１１１は、方形体状の基台１２１により支持され、基台１２１の中央部には、炉床９１および鋳型装着部１１１の円孔と同一径の円孔が、袋穴状に設けられている。したがって、炉床９１、鋳型装着部１１１および基台１２１にそれぞれ設けられた円孔は、連通して１つの深い円孔を形成している。
【００５４】
この連通してなる円孔の中には、弾性体である圧縮に作用するコイルばね８３に支えられて上下に移動可能な円柱状の可動ダイ８１が配置されている。この可動ダイ８１の直径は、円孔の径よりは僅かに小さく、円孔の内壁と摺接する２つのリング状のシール部材８２ａ，８２ｂが、所定の間隔をおいて可動ダイ８１の周壁に固定されている。各シール部材８２ａ，８２ｂは、鋳型６１の排気口６４に接続された真空排気系が駆動されたときに鋳型６１の雌型６３内を高真空に維持するためのものである。
【００５５】
このような可動ダイ８１は、上方からの押圧力が加わっていない場合には、その上端部は、図示するように、コイルばね８３の付勢力によって鋳型装着部１１１の上面よりは若干上方に位置している。その結果、炉床９１の円孔９２の内壁と、可動ダイ８１の上面とにより囲まれた空間が、溶湯が溜まる溶湯溜部を形成することになる。したがって、各電極棒５１ａ，５１ｂは、当該空間を指向するようにして配設されている。
【００５６】
つぎに、以上のように構成された本実施の形態における鋳造装置により精密部材を鋳造する場合の様子を、図８を用いて説明する。
【００５７】
上述のように、炉床９１の円孔９２の内壁と可動ダイ８１の上面とにより囲まれる空間は、溶湯溜部を形成する。そこで、まず、この空間内に溶解対象である材料を収容する。ついで、各電極棒５１ａ，５１ｂを用いてアークを発生させる。アークが発生すると、材料は溶解して、図８（ａ）に示すように、当該空間内に溶湯Ｍが溜まる。
【００５８】
溶湯Ｍが得られたならば、図８（ｂ）に示すように、ポンチ７１を下降させて、溶湯Ｍに押圧力を加える。この押圧力により、可動ダイ８１に支持された溶湯Ｍは、可動ダイ８１とともに下降する。このとき、ポンチ７１による押圧力は、可動ダイ８１を支えるコイルばね８３が圧縮することにより緩衝される。これにより、溶湯Ｍに加えられる押圧力は、溶湯Ｍが下方に移動するに伴い徐々に高くなる。また、下降するポンチ７１の先端部が溶湯Ｍに衝突した際の溶湯Ｍの飛散を、極力抑えることができる。
【００５９】
ポンチ７１がさらに下降して、溶湯Ｍが鋳型６１の鋳込口６２（図７）の位置まで下降すると、溶湯Ｍは、鋳型６１の雌型６３内に高圧を受けて鋳込まれる。そして、図８（ｃ）に示すように、ポンチ７１の周壁が、鋳型６１の鋳込口６２を閉塞する位置まで下降すると、溶湯Ｍは、鋳型６１の雌型６３内に完全に鋳込まれることになる。
【００６０】
このように、本実施の形態における鋳造装置においても、溶湯Ｍには、ポンチ７１による強い押圧力が加えられるので、鋳型６１の雌型６３の細部まで高圧で溶湯Ｍが鋳込まれる。その結果、精密部材を鋳造する場合であっても、鋳型６１の転写性を充分に確保することが可能となる。しかも、溶湯Ｍが雰囲気ガス中を移動しないので、溶湯Ｍがガスを巻き込むことがない。したがって、良質の鋳造品が得られることになる。
【００６１】
以上においては、ポンチ７１が上下方向に移動し、鋳型６１が水平方向に装着される場合について説明した。しかし、本発明は、これに限られるものではなく、その他にも、例えば、ポンチ７１が水平方向に移動し、鋳型６１が垂直方向に装着される場合にも、本発明は適用し得るものである。
【００６２】
また、材料を溶解する方法としてアーク溶解を例に挙げて説明したが、その他の溶解方法を用いる場合にも、本発明は適用することができるものである。
【００６３】
以上、図１、図４および図７により説明した本発明による各鋳造装置は、形状が精緻精細な精密部材の鋳造に適したものである。しかし、精密部材に限らず、小型の部材の鋳造であれば、本発明は適用され得るものである。
【００６４】
図９および図１０は、図１、図４および図７に示した各実施の形態において用いることができる鋳型の製造方法を示すものである。ここに示した鋳型の製造方法は、例えば、製品形状の原型をワックスで作製し、その表面にセラミクスの粉末を分厚く塗布した後、ワックスを除去し焼結して鋳型を製造する従来の方法に比して、所要の作業時間を短縮し製造コストを低減することができる新規な方法を実現せんとするものである。
【００６５】
図９は、製品形状が簡単な場合に適した鋳型の製造方法を示している。図９（ａ）において、プラスチックあるいは真ちゅうなどを素材に用いた製品形状の原型２０１には、鋳型の雌型内に溶湯を注入する湯道を鋳型に形成するための、細い円柱状の湯道形成部２０２が付設されている。他方、鋳型は、横断面方向に２分されて２つの割型からなっており、これらの素材には、例えばガリウム、水銀、ウッド・メタルなどのような低融点合金が用いられている。
【００６６】
そこで、まず、一方の割型２１１となる低融点合金を、加熱手段により溶解する。ついで、湯道形成部２０２が部分的に低融点合金にまったく接しないようにして、溶解している低融点合金の中に、平行斜線で示す原型２０１の半分を押し込む。この状態で低融点合金を固化させる。これにより、原型２０１の半分の雌型が形成された割型２１１が作製される。
【００６７】
つぎに、図９（ｂ）に示すように、原型２０１を１８０度反転させて、上述したところと同様にして、原型２０１の残りの半分の雌型が形成された、もう一方の割型２１２を作製する。
【００６８】
このようにして、２つ割型２１１，２１２が作製されたならば、図９（ｃ）に示すように、２つの割型２１１，２１２を、それぞれに形成された凹部が対向するように重ね合わせる。２つの割型２１１，２１２を重ね合わせると、２つの凹部が合一して雌型２１３が形成されるとともに、湯道２１４が形成されて、所望とする鋳型が得られることになる。
【００６９】
以上のようにして作製された鋳型は、その素材が低融点合金であることから、鋳造装置において使用するに際しては、液体窒素温度程度に充分に冷却して用いるようにする。
【００７０】
図１０は、製品形状が複雑な場合に適した鋳型の製造方法を示している。図１０（ａ）において、製品形状の原型２２１には、作製された鋳型の雌型内に溶湯を注入する湯道を鋳型に形成するための、円柱状の湯道形成部２２２が、同じく付設されている。また、原型２２１の素材には、有機溶媒により容易に溶かすことができるパラフィンやプラスチックなどを用いている。
【００７１】
そこで、図１０（ｂ）に示すように、鋳型２３１となる、溶解している低融点合金の中に、湯道形成部２２２が低融点合金から部分的に露出するように、原型２２１を押し込む。この操作は、鋳型２３１における欠陥の発生を抑制するために、真空中で行い、かつ、低融点合金に高圧を加える。溶解している低融点合金の中に、原型２２１が押し込まれたならば、低融点合金を固化させる。
【００７２】
低融点合金が固化したならば、溶媒を用いて原型２２１を溶出し、生じた空洞部内を充分に洗浄する。これにより、図１０（ｃ）に示すように、雌型２３２および湯道２３３が形成された鋳型２３１が作製されることになる。
【００７３】
このようにして作製された鋳型２３１を、鋳造装置において使用するに際しては、図９を用いて説明した方法により製造された鋳型と同様に、液体窒素温度程度に充分に冷却して用いるようにする。なお、鋳型２３１からの鋳造品の取り出しは、鋳型２３１を形成する低融点合金を、高温のお湯や油で洗い流すことにより行なう。
【００７４】
以上においては、図１、図４および図７に示した本発明による鋳造装置に用いることができる鋳型の製造方法について説明した。しかし、当該方法により製造された鋳型が、本発明による鋳造装置以外の鋳造装置においても使用できることは明らかであろう。
【００７５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によるならば、溶湯自体に強い押圧力を加えるだけでなく、鋳型の鋳込口をシール材により閉塞して雌型内部の高真空の真空吸引を可能としたことから、雌型の細部まで溶湯が高圧で鋳込まれる。その結果、形状が精緻精細な精密部材を鋳造する場合であっても、鋳型が目的とする形状を忠実に再現することができることになる。しかも、鋳造品に肌荒れがなく、極めて美しい鋳肌が得られるという効果もある。これらの効果は、鋳型の雌型内のみの真空吸引を行なうだけで得ることができ、チャンバー内全体を真空吸引する必要がない。
【００７６】
また、鋳型の鋳込口を閉塞しているシール材に溶湯が当接して破ることにより溶湯が雌型の内部に鋳込まれるので、溶湯が雰囲気ガスを巻き込むことがない。したがって、鋳造品の機械的性質劣化の原因となる、ガスの巻き込みによる巣の発生を抑えることができ、鋳造品の品質を高めることが可能となる。
【００７７】
さらに、アーク炎からの電流が、炉床の溶湯溜部における底壁から流れ出るようにしたので、鋳造品の欠陥原因となる遊離結晶核が発生する部位を、溶湯溜部の底壁付近に限局することができる。その結果、遊離結晶核を含まない溶湯上部の中央部の中に鋳型を圧入することにより、遊離結晶核を含まない良質の鋳造品を実現することが可能となる。
【００７８】
また、溶解している低融点合金の中に製品形状の原型を押し込むことにより、所望とする鋳型を作製するようにした結果、ワックスで作製された製品形状の原型の表面に、セラミクスの粉末を分厚く塗布してから、ワックスを除去し焼結して鋳型を製造する従来の方法と比較して、作業時間とコストを著しく節減することができる。したがって、本発明がもたらす効果は、実用上極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す部分断面図図である。
【図２】図１に示した鋳型内部の気密性を確保するシール部材を説明するための説明図である。
【図３】図１に示した装置により精密部材を鋳造する場合の様子を説明するための説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す部分断面である。
【図５】図４に示した炉床を構成する円柱状部を上下に移動させて鋳造する方法を説明するための説明図である。
【図６】図５とともに図４に示した炉床を構成する円柱状部を上下に移動させて鋳造する方法を説明するための説明図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態を示す部分断面図である。
【図８】図７に示した装置により精密部材を鋳造する場合の様子を説明するための説明図である。
【図９】図１、図４および図７に示した各実施の形態において用いることができる鋳型の製造方法を説明するための説明図である。
【図１０】図１、図４および図７に示した各実施の形態において用いることができる鋳型の他の製造方法を説明するための説明図である。
【図１１】従来例を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１１　鋳型
１２　鋳込口
１３　雌型
１４　排気口
１６　シール材
１７　切溝
１８　Ｏリング
２１　ポンチ
２２　アーム
２３　チャック
３１　吸込みヘッダ
３２ａ，３２ｂ　連結ピン
４１，４１Ｂ　炉床
４２　溶湯溜部
４３　筒状部
４４　円孔
４５　円柱状部
５１ａ，５１ｂ　電極棒
６１　鋳型
６２　鋳込口
６３　雌型
６４　排気口
７１　ポンチ
８１　可動ダイ
８２ａ，８２ｂ　シール部材
８３　コイルばね
９１　炉床
９２　円孔
１０１　シール部材
１１１　鋳型装着部
１２１　基台
２０１　原型
２０２　湯道形成部
２１１，２１２　割型
２１３　雌型
２１４　湯道
２２１　原型
２２２　湯道形成部
２３１　鋳型
２３２　雌型
２３３　湯道
３０１　可動部材
３０２　昇降ロッド
３０３　スリーブ
３０４　誘導コイル
３１１　鋳型
３１２　雌型
３２１　鋳型装着部
Ｍ　溶湯
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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