(57)【要約】【課題】冷却および加熱時間を短くしてコストの増大を抑制することができ、且つ引け巣の発生を抑制することができる、インジウムの鋳造装置およびその方法を提供する。【解決手段】インジウムの鋳造装置２０は、内面がＰＴＦＥでコーティングされた一般構造用圧延鋼材または高純度カーボン材からなり且つ上部の開口部が注湯口を有するＰＴＦＥまたは高純度カーボン材の断熱保護キャップ１６で閉じられた鋳型１０と、この鋳型１０が載置される鋳型供給部２２と、この鋳型供給部２２から供給された鋳型１０を１８０〜２００℃に加熱する鋳型予熱部２４と、この鋳型予熱部２４によって加熱された鋳型１０に溶解したインジウムを注湯する注湯部２６と、インジウムが注湯された鋳型１０の底面を冷却する冷却部２８と、この冷却部２８によって冷却された鋳型１０が載置される鋳型取出し部３０と、各部間で鋳型１０を搬送する鋳型搬送部３２とから構成されている。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウムを収容して鋳造するための鋳型と、この鋳型を所定の温度に加熱する鋳型予熱部と、この鋳型予熱部によって加熱された鋳型に溶解したインジウムを注湯する注湯部と、インジウムが注湯された鋳型の底面を冷却してインジウムを固化させる冷却部とからなることを特徴とする、インジウムの鋳造装置。
【請求項２】
前記所定の温度が、インジウムの注湯中にインジウムの湯温以上の温度を維持できる温度であることを特徴とする、請求項１に記載のインジウムの鍛造装置。
【請求項３】
前記所定の温度が、１８０〜２００℃であることを特徴とする、請求項１に記載のインジウムの鍛造装置。
【請求項４】
前記鋳型が金属からなり、内面がポリテトラフルオロエチレンで被覆されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のインジウムの鋳造装置。
【請求項５】
前記鋳型が高純度カーボン材からなることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のインジウムの鋳造装置。
【請求項６】
前記鋳型の上部の開口部が断熱キャップによって閉じられていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載のインジウムの鋳造装置。
【請求項７】
前記断熱キャップがポリテトラフルオロエチレンまたは高純度カーボン材からなることを特徴とする、請求項６に記載のインジウムの鋳造装置。
【請求項８】
前記冷却部が、内部に冷水が流れる冷却板からなることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載のインジウムの鋳造装置。
【請求項９】
鋳型を所定の温度に加熱し、この加熱された鋳型に溶解したインジウムを注湯した後、鋳型の底面を冷却してインジウムを固化させることを特徴とする、インジウムの鋳造方法。
【請求項１０】
前記所定の温度が、インジウムの注湯中にインジウムの湯温以上の温度を維持できる温度であることを特徴とする、請求項９に記載のインジウムの鍛造方法。
【請求項１１】
前記所定の温度が１８０〜２００℃であることを特徴とする、請求項９に記載のインジウムの鍛造方法。
【請求項１２】
前記鋳型に注湯されるインジウムの温度が１６０〜２００℃であることを特徴とする、請求項８乃至１１のいずれかに記載のインジウムの鍛造方法。
【請求項１３】
前記鋳型の底面を冷却する温度が、５〜１０℃であることを特徴とする、請求項８乃至１２のいずれかに記載のインジウムの鋳造方法。
【請求項１４】
前記鋳型の上部の開口部を断熱キャップによって閉じ、この断熱キャップに形成された注湯口から溶解したインジウムを注湯することを特徴とする、請求項８乃至１３のいずれかに記載のインジウムの鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インジウムの鋳造装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、インジウムは、せん亜鉛鉱中に微量含まれ、亜鉛製錬において煙灰として回収され、あるいは亜鉛電解などの中間工程で微量成分として回収されている。また、近年、化合物半導体廃棄物から精製インジウムとして回収されている。
【０００３】
このようにして回収されたインジウムは、オーブンにより６０℃に加熱されたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の鋳型に、（インジウムの融点１５６．２℃より高い）２００℃の溶解したインジウムを流し込み、鋳型を室温で自然冷却することによって鋳造されている。
【０００４】
しかし、この鋳造方法では、鋳型の温度（６０℃）がインジウムの湯温（２００℃）と比べて著しく低いため、インジウムが固化時に収縮する際に、鋳型の開放面に著しい引け巣が生じる。即ち、図４に示すように、６０℃に加熱された鋳型１００に２００℃のインジウム１０２を注湯した（図４（ａ））後、インジウムの固化中に図中矢印で示すように全面から放熱し（図４（ｂ））、固化終了時に鋳型の開放面に著しい引け巣１０２ａが生じる（図４（ｃ））。
【０００５】
一般に、このような引け巣をなくすために、専用のドライヤなどによってインジウムの上面を再溶解させている。この場合、鋳型の上面も加熱されて高温になるため、そのまま自然冷却しても、インジウムの方が先に冷えるので、引け巣が発生し難くなる。
【０００６】
また、従来、引け巣の発生を防止する方法として、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎのうちいずれかを主要成分とし、融点が１０００〜３０００℃の添加成分を含有する半田材料の鋳造方法において、半田材料をその組成の液相線温度より２００〜１３００℃高い温度で溶解し、次いで鋳型中に急冷することによって、インゴットの部位による成分のばらつきを小さくし、引け巣の発生を少なくする方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−６１５８５号公報（段落番号０００７−０００８）
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述したインジウムを再溶解させる方法では、インジウムを自然冷却させた後に、更に再溶解させて自然冷却させるので、インジウムの冷却に非常に時間がかかるという問題がある。
【０００９】
また、上述した特開２０００−６１５８５号公報に開示された方法では、材料の液相線温度よりかなり高い温度に加熱する必要があるので、加熱に時間がかかり、コストが増大するという問題がある。
【００１０】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、冷却および加熱時間を短くしてコストの増大を抑制することができ、且つ引け巣の発生を抑制することができる、インジウムの鋳造装置およびその方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、一般に金属に引け巣が発生するのは、鋳型の全面から金属の固化が進むからであり、引け巣の発生を防止するためには、一方向から集中的に金属を冷却することが望ましいことを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明によるインジウムの鋳造装置は、インジウムを収容して鋳造するための鋳型と、この鋳型を所定の温度に加熱する鋳型予熱部と、この鋳型予熱部によって加熱された鋳型に溶解したインジウムを注湯する注湯部と、インジウムが注湯された鋳型の底面を冷却してインジウムを固化させる冷却部とからなることを特徴とする。
【００１３】
このインジウムの鋳造装置において、鋳型を加熱する所定の温度が、インジウムの注湯中にインジウムの湯温以上の温度を維持できる温度、例えば１８０〜２００℃の温度であることが好ましい。また、鋳型が金属からなり、内面がポリテトラフルオロエチレンで被覆されていることが好ましい。あるいは、鋳型が高純度カーボン材からなることが好ましい。また、鋳型の上部の開口部がポリテトラフルオロエチレンまたは高純度カーボン材からなる断熱キャップによって閉じられていることが好ましい。さらに、冷却部が、内部に冷水が流れる冷却板からなることが好ましい。
【００１４】
また、本発明によるインジウムの鋳造方法は、鋳型を所定の温度に加熱し、この加熱された鋳型に溶解したインジウムを注湯した後、鋳型の底面を冷却してインジウムを固化させることを特徴とする。
【００１５】
このインジウムの鍛造方法において、鋳型を加熱する所定の温度が、インジウムの注湯中にインジウムの湯温以上の温度を維持できる温度、例えば１８０〜２００℃の温度であることが好ましい。また、鋳型に注湯されるインジウムの温度が１６０〜２００℃であることが好ましい。また、鋳型の底面を冷却する温度が、５〜１０℃であることが好ましい。さらに、鋳型の上部の開口部を断熱キャップによって閉じ、この断熱キャップに形成された注湯口から溶解したインジウムを注湯することが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明によるインジウムの鋳造装置の実施の形態は、インジウムを収容して鋳造するための鋳型と、この鋳型が載置される鋳型供給部と、この鋳型供給部から供給された鋳型を所定の温度に加熱する鋳型予熱部と、この鋳型予熱部によって加熱された鋳型に溶解したインジウムを注湯する注湯部と、インジウムが注湯された鋳型の底部を冷却する冷却部と、この冷却部によって冷却された鋳型が載置される鋳型取出し部と、各部間で鋳型を一本ずつ搬送する鋳型搬送部とから構成されている。
【００１７】
鋳型を加熱する所定の温度は、インジウムの注湯中にインジウムの湯温以上の温度を維持できる温度であり、好ましくは、１８０〜２００℃である。鋳型の材質は、内面をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（厚さ５０μｍ）でコーティングした鋼材（例えば一般構造用圧延鋼材ＳＳ４００）、または高純度カーボン材のいずれでもよいが、高純度カーボン材の方が純度の点で好ましい。また、鋳型の上部は、ＰＴＦＥまたは高純度カーボン材からなる断熱保護キャップで閉じられ、この断熱保護キャップの中央には、インジウムを注湯するための注湯口が形成されている。
【００１８】
本発明によるインジウムの鋳造方法の実施の形態では、誘導加熱（ＩＨ）ヒータにより鋳型を２００℃まで加熱した後、断熱保護キャップの注湯口から２００℃の溶解したインジウムを流し込み、その後、１０℃に保たれた冷却板上に鋳型を載せて鋳型を冷却する。インジウム１０００ｇを流し込んだ場合、約１０分でインジウムの固化が終了し、鋳型から固化したインジウムを抜き出す。
【００１９】
【実施例】
以下、添付図面を参照して本発明によるインジウムの鋳造装置およびその方法の実施例について詳細に説明する。
【００２０】
まず、図１を参照して、本発明によるインジウムの鋳造装置に使用する鋳型の実施例について説明する。図１は、インジウム１２が注湯された鋳型１０が冷却板１４上に載置された状態を概略的に示している。
【００２１】
鋳型１０は、高純度カーボン材または鋼材（例えば一般構造用圧延鋼材ＳＳ４００）からなる略円筒形の鋳型であり、上部に開口部を有する。鋼材からなる鋳型の場合には、内面がＰＴＦＥでコーティングされている。但し、鋳型１０の材質は、誘導加熱によって加熱することができ且つ不純物が混入しない材質であれば他の材質も使用することができる。
【００２２】
鋳型１０の開口部には、ＰＴＦＥ製の断熱保護キャップ１６が嵌め込まれ、インジウム１２から上方への放熱を抑制できるようになっている。この断熱保護キャップ１６は、鋳型１０の内径と略同一の外径を有し、鋳型１０内に嵌め込まれる嵌合部１６ａと、この嵌合部１６ａの上部に一体に形成され、鋳型１０の外径より大きい外径を有し、下面が鋳型１０の上面に当接して配置される環状のフランジ部１６ｂとからなる。この断熱保護キャップ１６の中央には、鋳型１０内にインジウムを注湯するための注湯口１６ｃが形成されている。また、この注湯口１６ｃからインジウムを注湯し易くするために、断熱保護キャップ１６の嵌合部１６ａの上面には、注湯口１６ｃと連通する略円錐形の凹部が形成されている。
【００２３】
なお、冷却板１４の内部には５〜１０℃の冷水が通水され、その上に載置された鋳型１０の底面を冷却してインジウム１２を底部から上方に向かって固化させるようになっている。
【００２４】
次に、図２を参照して、本発明によるインジウムの鋳造装置の実施例について説明する。図２は、本発明によるインジウムの鋳造装置の実施例を概略的に示す図である。
【００２５】
インジウムの鋳造装置２０は、上述した鋳型１０と、この鋳型１０が載置される鋳型供給部２２と、この鋳型供給部２２から供給された鋳型１０を加熱する鋳型予熱部２４と、この鋳型予熱部２４によって加熱された鋳型１０に溶解したインジウムを注湯する注湯部２６と、インジウムが注湯された鋳型１０の底面を冷却する冷却部２８と、この冷却部２８によって冷却された鋳型１０が載置される鋳型取出し部３０と、各部間で鋳型１０を一本ずつ搬送する鋳型搬送部３２とから構成されている。
【００２６】
鋳型供給部２２は、複数本、例えば５本の鋳型１０が載置され得る円盤状の鋳型供給テーブルからなる。この鋳型供給テーブル２２は、鋳型搬送部３２によって加熱部２４に供給する鋳型１０が鋳型搬送部３２に対向できるように、鉛直方向に延びる中心軸のまわりに回転可能になっている。
鋳型予熱部２４は、鋳型搬送部３２によって鋳型供給部２２から供給された鋳型１０を一本ずつ収容して、鋳型１０を側面から誘導加熱によって、インジウムの注湯中にインジウムの湯温以上の温度を維持できる温度、例えば１８０〜２００℃の温度に加熱することができるように構成されている。
【００２７】
注湯部２６は、鋳型予熱部２４によって加熱された鋳型１０の注湯口１６ｃから鋳型１０内に１６０℃以上のインジウムを注湯することができるように構成されている。この注湯部２６は、鋳型１０の重量を計量する天秤２６ａを有し、この天秤２６ａ上に鋳型１０を載せた状態でインジウムを注湯し、計量された重量をフィードバックさせながら所要重量のインジウムを注湯することができるようになっている。
【００２８】
冷却部２８は、前述した冷却板１４からなり、冷却板１４の内部には、５〜１０℃の冷水が通水され、その上に載置された鋳型１０の底面を冷却して、インジウム１２を底部から固化させるようになっている。
【００２９】
鋳型取出し部３０は、複数本、例えば５本の鋳型１０が載置され得る円盤状の鋳型取出しテーブルからなる。この鋳型取出しテーブル３０は、鋳型搬送部３２によって冷却部２８から搬送される鋳型１０を載置する位置が鋳型搬送部３２に対向できるように、鉛直方向に延びる中心軸のまわりに回転可能になっている。
【００３０】
鋳型搬送部３２は、鋳造装置２０の長手方向および鉛直方向に移動可能な搬送アーム３２ａを有する。この搬送アーム３２ａによって鋳型１０を保持して、鋳型１０を鋳型供給部２２→鋳型予熱部２４→注湯部２６→冷却部２８→鋳型取出し部３０の順に搬送することができるようになっている。
【００３１】
次に、図３を参照して、上述した構成のインジウムの鋳造装置を使用してインジウムを鋳造する方法の実施例について説明する。図３は、本発明によるインジウムの鋳造方法の実施例の工程を示すフローチャートである。
【００３２】
まず、鋳型供給テーブル２２上に、複数本、例えば５本の鋳型１０が載置された（Ｓ１）後、鋳型供給テーブル２２上の一本の鋳型１０を鋳型搬送部３２の搬送アーム３２ａによって鋳型予熱部２４内に収容し、鋳型１０を側面から誘導加熱によって１８０〜２００℃に加熱する（Ｓ２）。この加熱時間は２分以下でよい。また、この加熱後にインジウムを注湯する間に鋳型が自然冷却するので、鋳型１０の加熱温度は、インジウムの注湯中にインジウムの湯温以上の温度を維持できる温度であることが望ましい。
【００３３】
次に、鋳型搬送部３２の搬送アーム３２ａによって鋳型予熱部２４から注湯部２６の天秤２６ａ上に鋳型１０を搬送し、重量を計量しながら鋳型１０内に１６０℃以上の所要重量のインジウムを注湯する（Ｓ３）。この注湯は、一本ずつの鋳型１０について行われ、鋳型１０の加熱と連続動作として行われる。
【００３４】
次に、鋳型搬送部３２の搬送アーム３２ａによって注湯部２６から冷却板１４上に鋳型１０を搬送し、鋳型１０の底面を冷却して、インジウムを底部から固化させる（Ｓ４）。この冷却は、２本の鋳型１０について同時に行うことができる。全量の固化が終了するまでの冷却時間は、ＰＴＦＥでコーティングした鋼材（一般構造用圧延鋼材ＳＳ４００）の鋳型を使用して１０００ｇのインジウムを流し込んだ場合は約１０分間であり、高純度カーボン材の鋳型を使用して１０００ｇのインジウムを流し込んだ場合は約５分間である。
【００３５】
最後に、鋳型搬送部３２の搬送アーム３２ａによって冷却板１４から鋳型取出しテーブル３０上に鋳型１０を搬送した後、鋳型１０を搬出し（Ｓ５）、手動でインゴットの離型を行う（Ｓ６）。
【００３６】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、冷却および加熱時間を短くしてコストの増大を抑制することができ、且つ引け巣の発生を抑制することができる、インジウムの鋳造装置およびその方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインジウムの鋳造装置の鋳型にインジウムが注湯された後に鋳型が冷却板上に載置された状態を概略的に示す断面図。
【図２】本発明によるインジウムの鋳造装置の実施例を概略的に示す平面図。
【図３】本発明によるインジウムの鋳造方法の実施例の鋳造工程を示すフローチャート。
【図４】従来のインジウムの鋳造方法において引け巣が発生する状態を概略的に示す図。
【符号の説明】
１０　鋳型
１２　インジウム
１４　冷却板
１６　断熱保護キャップ
１６ａ　嵌合部
１６ｂ　フランジ部
１６ｃ　注湯口
２０　鋳造装置
２２　鋳型供給部（鋳型供給テーブル）
２４　鋳型予熱部
２６　注湯部
２６ａ　天秤
２８　冷却部
３０　鋳型取出し部（鋳型取出しテーブル）
３２　鋳型搬送部
３２ａ　搬送アーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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