(57)【要約】【課題】  ＶＡＲ用モールドの内面を清浄にする研掃方法において、手作業を要することなく自動的に実施でき、かつ、研掃後のモールド内面が高度に清浄になる研掃方法と、その方法の実施に役立つ研掃装置を提供する。【解決手段】  インペラ型のショットブラスト装置をモールドの内部に挿入し、インペラ（１１）を昇降させながら回転させて、ラウンドタイプのグリットをモールド（４）内面に投射し、その衝撃でモールド内面の付着物を除去した後、なお残存する粉末状の異物を、モールド内面にモップ（２１）を押し付けながらモールドを回転させてワイピングすることにより仕上げる。研掃装置は、モールドをその上にのせて移動させるためのモールド台車（３）を共通な部分とし、ショットブラスト機構（Ｉ）とワイピング機構（ＩＩ）との組み合わせから構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＶＡＲ用モールドの使用後にその内面を研掃する方法であって、インペラ型のショットブラスト装置をモールドの内部に挿入し、インペラを昇降させながら回転させて、インペラからラウンドタイプのグリットをモールド内面に投射し、その衝撃でモールド内面の付着物を除去した後、モールド内面をモップでワイピングすることにより、なお残存する粉末状の異物を除去することからなる、ＶＡＲ用モールド内面の研掃方法。
【請求項２】
グリットとして、ステンレス鋼製のカットワイヤを空打ちしてラウンドタイプにしたものを使用する請求項１の研掃方法。
【請求項３】
ワイピングを、モールド内面にモップを押し付けながらモールドを回転させて実施する請求項１の研掃方法。
【請求項４】
請求項１に記載したＶＡＲ用モールドの使用後にその内面を研掃する方法を実施するための装置であって、モールドをその上にのせて移動させるためのモールド台車（３）を共通な部分とし、ショットブラスト機構（Ｉ）とワイピング機構（II）との組み合わせから構成されるモールド内面の研掃装置。
【請求項５】
モールド内部に挿入され、回転可能に吊り下げられたインペラ（１１）、インペラを回転させ昇降させるとともにグリットを供給する回転昇降供給管（１２）、回転昇降供給管の昇降を案内するガイドユニット（１３）、モールド台車（３）の下部において、投射されたグリットを回収する下部スクリューコンベア（１４）、粉塵を吸引除去するための集塵装置、回収されたグリットを上方へ運ぶバケットコンベア（１５）、上方へ運ばれたグリットから粉末および大型の異物を取り除いて、グリットを回転昇降供給管へ循環させて使用するための上部スクリューコンベア（１６）およびショットセパレータ（１７）、ならびに、回転昇降供給管を回転および昇降させる駆動源および各コンベアを駆動する駆動源からなる、請求項４の研掃装置を構成するショットブラスト機構（Ｉ）。
【請求項６】
ショットセパレータ（１７）が、グリットのサイズを超える一定の大きさの異物を選別して系外に運び出すフルイと、粉末を気流により分離して同じく系外に取り出す気流分級機とからなる請求項５のショットブラスト機構（Ｉ）。
【請求項７】
モールドの内部に挿入され、モールド内面に押し付けられるモップ（２１）、主柱（２２）とそれに沿ってモップを昇降させるためのモップ昇降軸（２３）、旋回アーム（２４）、モップとモップ昇降軸との間に介在して、モップのモールド内面への押し付け圧力を所定の値に保つ均圧手段、モールド台車（３）上に設けたモールドをその軸を中心に自転させるための駆動手段、およびモップ昇降軸を昇降させる駆動源からなる請求項４の研掃装置を構成するワイピング機構（II）。
【請求項８】
均圧手段が、モップ昇降軸のモールド内部における位置を変更させる手段と、ラバースプリングとの組み合わせからなる請求項７のワイピング機構（II）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の精錬手段であるＶＡＲ（真空アーク再溶解）に使用する、「モールド」とよばれているルツボの内面を、各チャージの後に清浄にするための研掃方法に関する。本発明はまた、その方法の実施に使用する研掃装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
高合金の特殊鋼やニッケル基合金、コバルト基合金など、高い耐熱性や耐食性を要求される金属は、一般に清浄度がきわめて高いことを要求される。異物が混入した状態で機械部品などを製造すると、信頼性の低いものができ、航空機エンジンのシャフトのような極度に高い信頼性を確保すべき用途に関しては、致命的な欠陥になるから、加工に先立つ素材製造の段階で、高い清浄度を実現しなければならない。そこで、精錬の過程で高度の脱ガスが必要になり、その手段として、ＶＡＲが行なわれる。
【０００３】
よく知られているように、ＶＡＲ作業は、銅製で、上部にフランジを有する円筒状のモールドを用いて、バッチ操業により実施される。精錬の結果生成したインゴットを抜いたのち、モールド内面にはアークにより生じたスパッタなどが付着しており、つぎの操業のためには、それを除去する研掃が必要である。
【０００４】
従来、ＶＡＲ用モールド内面の研掃は、ワイヤブラシを用いて手作業で実施していた。しかしワイヤブラシ研掃は、清浄化の手段としては完全とはいえず、また、まれにはワイヤブラシのワイヤ自体がモールドに付着することもあって、改善が必要であった。そこで、とくにモールド内面清浄化の要求が強い製品に関しては、ワイヤブラシ研掃後、やはり手作業のグラインダーで異物の除去を完全にすることが行なわれていたが、これは作業員の負荷が大きく、工数がかかってコストが嵩む上、作業の時間がたとえば８時間もかかるなど、まことに不利な仕事であるから、合理化が求められていた。
【０００５】
遠心鋳造機の鋳型のような、長尺の管状部材の内面を研掃するため、出願人は、フレキシブルロッドの先にブラシを取り付け、ロッドを回転させてブラシで管状部材の内面を研掃する装置を発明し、すでに提案した（特許文献１）。しかし、この種の装置で到達できる程度では、高清浄度を要する金属を溶解するモールド内面を研掃する手段としては、不十分である。
【０００６】
通常の鋳型に関して、研掃を能率よく実施する装置として、出願人は上記のほかに、軸に多数のチェーンを取り付けたものを鋳型内部に挿入し、軸を回転させてチェーンを遠心力により鋳型内面に打ち当てて研掃するものを開発し、これも開示した（特許文献２）。これは、軟らかい銅製のモールドを研掃する手段としては、使いにくい。
【０００７】
溶湯をインゴットに鋳造する鋳型内面に付着したスケールを除去する清掃に関しては、鋳型内に研掃ノズルを挿入し、これを上下動させながら、研掃用粒子を圧縮ガスとともに噴射する清掃方法が提案された（特許文献３）。研掃用粒子としては、鋳物の表面を清浄にするために使用されている、角のある「鋳造グリット」が好適であるとのことである。
【０００８】
発明者らは、インペラ型のショットブラストを使用してモールド内面を研掃する技術の採用を考えた。実験の結果、角のある鋳造グリットでは、モールド内面に付着した異物は除去できるものの、モールド内面を傷つけるため不都合であることを経験し、角のない「ラウンド」型のグリットを用いることにより、モールド内面が研掃されて、モールドの材質である銅の地肌色が回復することを知った。グリットとしては、たとえばステンレス鋼製のもののように、表面の酸化物がモールド内面に転写されにくいか、またはされてもあまり不都合のないものが好ましいこともわかった。
【０００９】
さらに実験を進めたところ、ラウンド型のグリットを用いた場合でも、研掃によって生じた粉末状のもの（剥離したモールド付着物、削られたモールド材料およびグリットの破砕片など）がモールド内面に残り、なお不満足であることがわかった。そこで、これにモップによるワイピング作業を付加することによって、モールド内面を高度に清浄にできることが確認できた。
【特許文献１】特開平７−８９３１
【特許文献２】特開平７−３２１３０
【特許文献３】特開平２−１７９３４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、上述の発明者らの経験を活用し、ＶＡＲにより清浄度のきわめて高いインゴットを得る前提として必要な、ＶＡＲ用モールドの内面を清浄にする研掃方法において、手作業を要することなく自動的に実施でき、かつ、研掃後のモールド内面が高度に清浄になる研掃方法を提供することにある。その方法の実施に役立つ研掃装置を提供することも、本発明の目的に含まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の研掃方法は、ＶＡＲ用モールドの使用後にその内面を研掃する方法であって、インペラ型のショットブラスト装置をモールドの内部に挿入し、インペラを昇降させながら回転させて、インペラからラウンドタイプのグリットをモールド内面に投射し、その衝撃でモールド内面の付着物を除去した後、モールド内面をモップでワイピングすることにより、なお残存する粉末状の異物を除去することからなる、ＶＡＲ用モールド内面の研掃方法である。
【００１２】
グリットとしては、ステンレス鋼製のカットワイヤを空打ちしてラウンドタイプにしたものが好適である。ワイピングは、モールド内面にモップを押し付けながらモールドを回転させて実施することが好都合である。
【００１３】
上記の方法を実施するための、本発明のＶＡＲ用モールド内面の研掃装置は、図１に全体の構成を示すように、ＶＡＲ用モールドの内面を使用後に研掃する装置であって、モールド（４）をその上にのせて移動させるためのモールド台車（３）を共通な部分とし、ショットブラスト機構（Ｉ）とワイピング機構（II）との組み合わせから構成される。
【００１４】
ショットブラスト機構（Ｉ）は、図１の（Ｉ）部分に全体の構成を、図２に要部の詳細を示すように、モールド（４）内部に挿入され、回転可能に吊り下げられたインペラ（１１）、インペラを回転させ昇降させるとともにグリット（５）を供給する回転昇降供給管（１２）、回転昇降供給管の昇降を案内するガイドユニット（１３）、モールド台車（３）の下部において、投射されたグリットを回収する下部スクリューコンベア（１４）、粉塵を吸引除去するための配管および集塵装置（図示してない）、回収されたグリットを上方へ運ぶバケットコンベア（１５）、上方へ運ばれたグリットから粉末および大型の異物を取り除いて、グリットを回転昇降供給管へ循環させて使用するための上部スクリューコンベア（１６）およびショットセパレータ（１７）、ならびに、回転昇降供給管を回転および昇降させる駆動源および各コンベアを駆動する駆動源（これらは図示してない）からなる。
【００１５】
ワイピング機構（II）は、図１に（II）部分に全体の構成を示すように、モールドの内部に挿入され、モールド内面に押し付けられるモップ（２１）、主柱（２２）とそれに沿ってモップを昇降させるためのモップ昇降軸（２３）、旋回アーム（２４）、モップとモップ昇降軸との間に介在して、モップのモールド内面への押し付け圧力を所定の値に保つ均圧手段、モールド台車（３）上に設けたモールドをその軸を中心に自転させるための駆動手段、およびモップ昇降軸を昇降させる駆動源（これも図示してない）からなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のＶＡＲ用モールド内面の研掃方法は、従来の［ワイヤブラシ掛け＋グラインダ作業］を［ショットブラスト＋ワイピング］に置き換えた結果、自動化が容易になり、作業員の付加が減少し、かつ、研掃に要する時間を著しく短縮することができた。研掃の効果は確実であって、モールド内面は異物が完全に除去された平滑になるから、つぎのＶＡＲ作業により得られるインゴットは、汚染のまったくない清浄なものになる。モールド内面の損耗はわずかであって、モールドは多数回の使用に耐える。
【００１７】
本発明のＶＡＲ用モールド内面の研掃装置は［ショットブラスト機構＋ワイピング機構］からなり、自動的に操業することが容易であって、コストダウンにも役立つ。投射したグリットの回収−循環再使用に当って吸塵を行なうことと、モップによるワイピングにより、ＶＡＲ作業に対する汚染が避けられ、高品質のインゴットを得ることを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図示した装置の操業を説明すれば、まず、ＶＡＲ装置で製造したインゴットを抜き取ったモールド（４）は、モールド台車（３）にのせて、ショットブラスト機構（Ｉ）に運び込む。そこでは、上方からインペラ型のショットブラスト装置がモールドの内部に降りてきて、回転昇降供給管（１２）がインペラを昇降させながら回転させ、この管を通って供給されたグリットを、インペラ（１１）からモールド内面に投射する。グリットは、インペラの高速回転により、図３に示すように、接線方向の周速ベクトル（Ｐ）と半径方向の遠心ベクトル（Ｃ）の合成された投射方向（Ｓ）に投射され、モールド内面に衝突する。衝突によりモールド内面の付着物が粉砕され、または剥離されて、研掃が行なわれる。投射は、少なくとも１回、より確実に研掃するために必要であれば、数回の走査を行なう。
【００１９】
このとき、モールド内面の単位面積当りの投射密度ρ（kg/m2）は、ショットブラスト装置の昇降速度Ｖ（m/min.）、投射量（kg/min.）、モールド内径Ｄ（ｍ）、モールド長さＬ（ｍ）とすると、次式であらわされる。
ρ＝Ｌ／Ｖ・Ｍ／（１／πＤＬ）＝Ｍ／πＤＶ
すなわち、容量が定まったショットブラスト装置で一定の内径のモールドを対象にするとき、投射密度は昇降速度Ｖにより決定される。投射密度をはじめとするショットブラストの最適条件は、研掃の対象とするモールドの寸法に応じて、当業者が適宜に決定することがかのうであろう。
【００２０】
グリットは、前記のように、ラウンドタイプのものを使用する。角があるものは、モールド内面を傷つけ、場合により突き刺さってそこに残るから、本発明で意図する研掃にとっては不適切である。材質は、通常、ステンレス鋼が好ましい。表面が錆びるものは、投射によりその錆をモールド内面に転写することになり、不都合である。発明者らの経験によれば、ＳＵＳ３０４のワイヤを適宜の長さにカットし、前記のように、あらかじめ硬い対象物に向けて空打ちを行ない、角を丸くしたグリットが好適であった。
【００２１】
投射されたグリットは、下方に落ちて、モールド台車（３）を貫いて設けた孔をとおり、下部スクリューコンベア（１４）により回収され、運び出される。運び出されたグリットは、バケットコンベア（１５）により上方へ運ばれ、上部スクリューコンベア（１６）に移されて、ショットセパレータ（１７）に移動する。ショットセパレータでは、グリットより大きい異物を通さないフルイにより、たとえばモールド内面から剥離したままの付着物を分離して系外へ出す。粉塵は、下方で極力吸引除去するが、残ったものを気流分級機により除去する。このようにして清浄にされたグリットは、回転昇降供給管（１２）へ循環させて再使用する。
【００２２】
ショットブラストによる研掃を受けたモールドは、モールド台車（３）にのせたまま隣接するワイピング機構（II）に移して、その軸を中心とする自転をさせながら、内面にモップ（２１）を押し付けて、残留する粉末状のものを拭き取る。モールドの自転には、図４に示したようなモールド自転駆動装置を使用することが有利である。具体的には、モールド台車に上下二重リング状のベアリングを設けておき、ベアリングの下部板（３１）をモールド台車に固定し、ベアリングの上部板（３２）にモールドのフランジ部分をのせることにより回転可能に支持し、上部板を、その周囲に設けた歯車（３３）とモータ（３５）に結合した歯車（３４）でリムドライブ式に回転させる、という機構である。
【００２３】
いうまでもなくモップ（２１）は、一定の圧力でモールド（４）内面に押し付けることが好ましい。この目的に使用する均圧手段は、図５に示したように、モップ昇降軸（２３）のモールド内部における位置を旋回アーム（２４）で変更可能にしておき、たとえば、ラバースプリングを利用したトーションバー（２５）を介在させて構成することが推奨される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のＶＡＲ用モールド内面の研掃装置について、全体の構成を示す概念的な側面図。ショットブラスト機構（Ｉ）は正面から見たところであり、ワイピング機構（II）は、側方（９０度異なる方向）から見たところである。
【図２】本発明の研掃装置における、ショットブラスト機構の要部を示す縦断面図。
【図３】図２に示したショットブラスト機構の要部のうちで、インペラ部分を示した平面図。
【図４】ワイピングを実施するための、モールド自転駆動装置の構成を示す側面図。
【図５】図１に示したワイピング機構のうちで、均圧手段の部分を示した平面図。
【符号の説明】
【００２５】
Ｉ  ショットブラスト機構
１１  インペラ
１２  回転昇降供給管
１３  ガイドユニット
１４  下部スクリューコンベア
１５  バケットコンベア
１６  上部スクリューコンベア
１７  ショットセパレータ
II  ワイピング機構
２１  モップ
２２  主柱
２３  モップ昇降軸
２４  旋回アーム
２５  トーションバー
３  モールド台車
３１  ベアリングの下部板
３２  ベアリングの上部板
３３，３４  歯車
３５  モータ
４  モールド
５  グリット
【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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