(57)【要約】【課題】本発明は、溶融金属に浸漬した状態においてガスの供給を停止した場合にも、軸部の小径孔部および貫通孔部に溶融金属が侵入することを回避可能な回転体を提供することを目的としている。【解決手段】軸芯と同軸に形成された両端が開口した中空孔部とを有し、軸芯回りに回転される、セラミックスを主体とし構成された軸部と、軸芯に沿う方向において軸部の一方端に固定された攪拌部とを有する、溶融金属を攪拌する回転体であって、中空孔部は、軸芯に沿う方向において一方端が小径孔部であり、さらに小径孔部から他方に向け延設された大径孔部を有し、大径孔部には、小径孔部と連通するよう配置された軸芯に沿う方向に延びる、ガスが流通する貫通孔部を有する筒体が挿入され固定されており、軸芯に直交する方向における貫通孔部の断面積は、小径孔部とほぼ同一またはそれ未満である溶融金属攪拌用回転体である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が開口した中空孔部を有する筒状の軸部と、前記軸部の一方端に固定された攪拌部とを有する、溶融金属を攪拌する回転体であって、前記中空孔部は、一方端が小径孔部であり、さらに前記小径孔部から他方に向け延設された大径孔部を有し、前記大径孔部には、前記小径孔部と連通するよう配置された、ガスが流通する貫通孔部を有する筒体が挿入され固定されており、前記貫通孔部の断面積は、前記小径孔部の断面積とほぼ同一またはそれ未満である溶融金属攪拌用回転体。
【請求項２】
前記筒体の貫通孔部の断面積は、前記小径孔部の断面積に対し０．５〜１．２倍の範囲である請求項１に記載の溶融金属攪拌用回転体。
【請求項３】
前記軸部は、その一方端の内面に固定された、貫通孔部を有する筒部を備え、前記筒部の貫通孔部が前記小径孔部となっている請求項１または２のいずれかに記載の溶融金属攪拌用回転体。
【請求項４】
前記小径孔部は、その他方側に、当該小径孔部と同軸に形成された他方に向け拡径する傾斜した内周面を有する挿着凹部を有し、前記筒体は、その一方端にテーパ軸状の挿着部を有し、前記挿着凹部の内周面に前記挿着部の外周面が密着した状態となるよう、前記筒体は、前記中空孔部の大径孔部に挿入され固定されている請求項１乃至３のいずれかに記載の溶融金属攪拌用回転体。
【請求項５】
前記筒体は、黒鉛を主体として構成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の溶融金属攪拌用回転体。
【請求項６】
前記筒体の貫通孔部は、少なくとも、その一方側の内面に形成された酸化防止部を有する請求項５に記載の溶融金属攪拌用回転体。
【請求項７】
前記酸化防止部は、窒化硼素を主成分としてなる請求項６に記載の溶融金属攪拌用回転体。
【請求項８】
前記酸化防止部の厚みが０．５ｍｍ以上である請求項７に記載の溶融金属攪拌用回転体。
【請求項９】
前記中空孔部を通じてフラックスが供給される請求項１乃至８のいずれかに記載の溶融金属攪拌用回転体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムやアルミニウム合金等が溶融してなる溶融金属に浸漬されて使用される溶融金属攪拌用回転体に係る発明である。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野に関連する先行技術の一例が、下記特許文献１および２に開示されている。すなわち、本願出願人の出願に係る特許文献１には、「気体供給用の中空部を有する垂直な回転軸と、この回転軸の下端部に固着したローターとからなる溶融金属攪拌用回転体において、回転軸およびローターを窒化物系、ほう化物系若しくは炭化物系のセラミックス材料によって形成すると共に、回転軸内に断熱材料により中空筒状に形成した気体供給用の吹込管を同軸的に挿通固着したことを特徴とする溶融金属攪拌用回転体」、が開示されている。かかる特許文献１に開示された溶融金属攪拌用回転体よれば、セラミックスで構成され、高温の溶融金属に浸漬される回転軸に、断熱材料で構成した気体供給用の吹込管を軸部に挿着し、溶融金属に供給される低温のガスを、当該吹込管を通じ溶湯金属に供給することにより、当該回転軸が、低温のガスに触れて急激に冷却され、熱衝撃により破損することを防止することができると記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、シャフトがセラミックス材料で構成されていることを前提とし、「シャフトの一方の端部に溶湯金属を攪拌するローターが、他方の端部に回転駆動機構に接続する連結具が取り付けられた溶湯金属攪拌用回転体であって、前記シャフトの内面に外面が接触した、処理ガスを前記溶湯金属に供給する金属製のガス供給管を備えており、該ガス供給管の外面に前記シャフトの内面との非接触部である凹部が設けられていることを特徴とする溶湯金属攪拌用回転体」、が開示されている。かかる特許文献２に開示された溶湯金属攪拌用回転体によれば、セラミックスで構成されたシャフトの内面に外面が接触するように金属製のガス供給管を挿入することにより、当該ガス供給管を通る処理ガスは、シャフトを通じて溶融金属で加熱されたガス供給管により加熱されるので、低温の処理ガスの供給により溶湯金属攪拌用回転体の周囲に存在する溶融金属の粘度が高くなることを防止できると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平４−４５２号公報
【特許文献２】特開２００９−２２６４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１および２に開示された溶融金属攪拌用回転体は、いずれも、上記した効果を奏することができるものの、以下説明するように別の問題があった。
【０００６】
従来の溶融金属攪拌用回転体９２（以下、単に回転体という場合がある。）が組み込まれた溶融金属攪拌装置９０の概略構成図である図５（ａ）に示す。図５に示すように、加熱しつつ溶融状態を保持する保持炉９４に収納された溶融金属９５に浸漬された回転体９２は、その上端に接続されたモーター９１で矢印Ｂ方向に回転しつつ溶融金属９５を攪拌する。なお、符号９３は、溶融金属９５の表層に存在する溶融金属９５から生じた不純物を含むスラグである。
【０００７】
ここで、溶融金属攪拌装置９０は、窒素やアルゴン等のガス（不活性ガス）を溶融金属９５中で気泡化し、当該気泡化したガスにより溶融金属９５に含まれる製品欠陥の起因となる水素ガスなどの不純物を浮遊させて除去し、溶融金属９５を清浄化する装置である。したがって、回転体９２は、その下端部分の正断面図である図６に示すように、不図示の窒素やアルゴン等のガス（不活性ガス）を所定の圧力および流量で供給する供給部から供給されたガスが下方に向かい流通する貫通孔部９２ｄを有しており、貫通孔部９２ｄを流通するガスは、攪拌部９２ａの中央に設けられた小径孔部９２ｅを通じて溶融金属９５中に放出される。なお、図６において、符号９２ｃは、上記貫通孔部９２を有する円筒形状の筒体であり、符号９２ｂは、筒体９２ｃが挿着され固定される中空孔部を有する円筒形状の軸部である。
【０００８】
図５（ａ）に示すように、上記のように攪拌部の小径孔部から放出されたガスは、当該攪拌部の回転に伴い気泡化され細かい気泡９６となり溶融金属９５中に分散された状態で供給される。そして、溶融金属９５中に分散した細かな気泡９６は、溶融金属９５の表面に達するまでに溶融金属中に含まれる水素を除去する。
【０００９】
図５（ｂ）に、溶融金属９５の清浄化が終了し、回転体９２の回転を停止した溶融金属攪拌装置９０の状態を示す。図５（ｂ）に示すように、回転体９２の回転を停止してもガスの供給を停止しない場合には、攪拌部が回転していないためガスが細かい気泡とならず、大きな気泡９７が溶融金属９５中に供給される。この大きな気泡９７が、溶融金属９５の表層部まで達し表層部で破裂すると、表層部に存在するスラグ９３が清浄化された溶融金属９５に巻き込まれる場合がある。この巻き込まれたスラグを含む例えば溶融アルミニウムを使用し、例えば低圧鋳造等でアルミホイールやシリンダーヘッド等を製造すると、スラグが欠陥の起因となるため、回転体の回転を停止すると同時にガスの供給を停止する制御が検討されている。
【００１０】
しかしながら、上記のように回転体９２の回転を停止すると同時に溶融金属９５に浸漬したままガスの供給を停止すると、図６に示すように、貫通孔部９２ｄの開口端まで溶融金属９８が侵入するという問題があった。この問題は、従来の回転体９２のガスを溶融金属中に放出する小径孔部９２ｅの直径ｄ４に対し、ガスが流通する貫通孔部９２ｄの直径ｄ３は大径であることに起因する。すなわち、回転体９２の小径孔部９２ｅには、当該小径孔部９２ｅの保持炉における配置高さに相当する水頭の溶融金属９５の圧力が作用している。回転体９２を溶融金属９５に浸漬したままガスの供給を停止すると、小径孔部９２ｅに作用している溶融金属９５の圧力により溶融金属９５が小径孔部９２ｅに押し込まれ、小径孔部９２ｅより拡径した貫通孔部９２ｄに侵入する。そして、貫通孔部９２ｄに溶融金属９８が存在したまま回転体９２を引き上げると、当該溶融金属９８が固化して小径孔部９２ｅおよび貫通孔部９２ｄが閉ざされる。このように小径孔部９２ｅおよび貫通孔部９２ｄの中で溶融金属９８が固化した場合、回転体９２を次に使用する前に、回転体９２を酸洗し、工具等を用いて固化した溶融金属９８を除去する補修作業が必要であり、その補修作業に多大な工数を要したり、補修作業中に回転体９２が破損し再使用できなくなるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記従来技術の回転体の問題を本発明者らが鋭意検討してなされたものであり、溶融金属に浸漬した状態においてガスの供給を停止した場合にも、軸部の貫通孔部にまで溶融金属が侵入することを抑制可能な回転体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成する本発明の一態様は、両端が開口した中空孔部を有する筒状の軸部と、前記軸部の一方端に固定された攪拌部とを有する、溶融金属を攪拌する回転体であって、前記中空孔部は、一方端が小径孔部であり、さらに前記小径孔部から他方に向け延設された大径孔部を有し、前記大径孔部には、前記小径孔部と連通するよう配置された、ガスが流通する貫通孔部を有する筒体が挿入され固定されており、前記貫通孔部の断面積は、前記小径孔部の断面積とほぼ同一またはそれ未満である軸溶融金属攪拌用回転体である。なお、前記筒体の貫通孔部の断面積は、前記小径孔部の断面積に対し０．５〜１．２倍の範囲であることが好ましい。
【００１３】
さらに、前記軸部は略筒形状をなしており、前記軸部の一方端の内面に固定された、前記軸芯に沿う方向に延びる貫通孔部を有する筒部を備え、前記筒部の貫通孔部が前記小径孔部となっていることが望ましい。
【００１４】
さらに加えて、前記軸芯に沿う方向において他方側に、前記小径孔部と同軸に形成された他方に向け拡径する傾斜した内周面を有する挿着凹部を有し、前記筒体は、その一方端にテーパ軸状の挿着部を有し、前記挿着凹部の内周面に前記挿着部の外周面が密着した状態となるよう、前記筒体は、前記中空孔部の大径孔部に挿入され固定されていることが望ましい。
【００１５】
さらに加えて、前記筒体は、黒鉛を主体として構成されている好ましい。この場合には、前記筒体の貫通孔部は、少なくとも、その一方側の内面に形成された酸化防止部を有することが望ましい。さらに、前記酸化防止部は、窒化硼素を主成分としてなることが望ましく、その厚みは０．５ｍｍ以上であれば好適である。
【００１６】
なお、前記中空孔部を通じてフラックスを供給することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、以下詳細に説明するように、その目的を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る第１実施形態の回転体の正断面図である。
【図２】図１の左側面図である。
【図３】図１のＤ部の拡大図である。
【図４】本発明に係る第２実施形態の回転体の先端部分の正断面図である。
【図５（ａ）】従来の回転体が組み込まれた溶融金属攪拌装置の概略構成図であり、回転体が回転している状態を示す図である。
【図５（ｂ）】図５（ａ）において回転体の回転が停止した状態を示す図である。
【図６】図５の溶融金属攪拌装置に組み込まれた従来の回転体の先端部分の正断面図である。
【図７】図１の回転体の変形例の部分断面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明について、その第１および第２実施形態に基づき図面を参照しつつ説明する。なお、第１および第２実施形態の各要素は、単独にまたは適宜組み合わせて利用することができ、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変形して利用することができる。
【００２０】
［第１実施形態］
本発明に係る第１実施形態の回転体について、図１〜３を参照して説明する。ここで、図１は、本発明に係る第１実施形態の回転体の正断面図、図２は、図１の左側面図、図３は、図１のＤ部の拡大図である。
【００２１】
図１に示すように、回転体１は、両端が開口した中空孔部１ｇを有する軸部１ｆを有している。また、回転体１は、回転中心となる軸部１ｆの軸芯Ｉに沿う方向（以下、軸芯方向と言う場合がある。）において、軸部１ｆの一方端に固定された攪拌部１ａを有している。軸部１ｆの中空孔部１ｇは、軸芯方向において一方端が小径孔部１ｉであり、さらに小径孔部１ｉから右方（他方）に向け延設された大径孔部１ｊを有している。その大径孔部１ｊには、小径孔部１ｉと連通するよう配置された軸芯方向に延びる、ガスが流通する貫通孔部２ａを有する筒体２が挿入され固定されている。そして、軸芯Ｉに直交する方向（以下、半径方向という場合がある。）における貫通孔部２ａの断面積は、小径孔部１ｉの断面積とほぼ同一またはそれ未満である。
【００２２】
かかる構成の回転体１によれば、溶融金属に浸漬されたときに当該溶融金属へのガス（不活性ガス）の放出口となる小径孔部１ｉに対し、貫通孔部２ａの断面積を小径孔部１ｉの断面積とほぼ同一またはそれ未満とすることで、回転体１を溶湯金属に浸漬した状態でガスの供給を停止した場合にも、小径孔部１ｉおよび小径孔部１ｉに連通する貫通孔部２ａへの溶融金属の侵入を抑制することができる。以下、回転体１の構成要素である軸部１ｆ、攪拌部１ａ、筒体２について詳細に説明する。
【００２３】
［軸部］
好ましい実施形態であるセラミックスからなる本態様の軸部１ｆは、図１に示すように、軸芯方向における肉厚がほぼ一定の略円筒形状をなしている。そして、軸部１ｆの左方端（一方端）の内面には、軸部の内面と外径がほぼ同一の略円筒形状の筒部１ｈが挿着され固定されている。好ましくは軸部１ｆと同一の熱膨張係数を有するセラミックス、より好ましくは軸部１ｆと同一のセラミックスで構成された筒部１ｈは、軸芯方向に延設された貫通孔部１ｉを備えている。すなわち、本態様の回転体１では、筒部１ｈの配置されない筒部１ｈよりも右方（他方）に延びる軸部１ｆの内面の余の部分が大径孔部１ｊとなる。そして、当該大径孔部１ｊに連接する筒部１ｈの貫通孔部１ｉがガスを溶融金属に放出する放出口である小径孔部１ｉとなり、大径孔部１ｊと小径孔部１ｉとで中空孔部１ｇが構成されている。
【００２４】
上記軸部１ｆの内面に対する筒部１ｈの固定方法は特段限定されることはなく、例えば耐熱性の接着剤で軸部１ｆの内面に固定してもよい。さらに、セラミックスで筒部１ｈを構成する場合には、下記で詳細に説明するように焼き嵌めや冷し嵌めによる締り嵌めで軸部１ｆの内面に固定することが好ましい。そして軸部１ｆの内面に固定された筒部１ｈに対し、その小径孔部１ｉに貫通孔部２ａが連通するよう筒体２が配置される。筒部１ｈの詳細な構成は、筒体２と関連があるので筒部２の説明の項で詳述する。
【００２５】
下記第２実施形態で説明するように、本発明において、軸部１ｆを略円筒形状とし、その左方端の内面に筒部１ｈを配置する構成は必須ではない。例えば軸部１ｆおよび筒部１ｈの半径方向に沿う断面形状は略矩形枠形状としてもよい。しかしながら、軸部１ｆを肉厚がほぼ一定で角部の無い略円筒形状とすることで、溶融金属への浸漬時および溶融金属からの引き上げ時に、肉厚の急変部に生じる過大な熱応力による軸部１ｆの破損を抑制できる。また、小径孔部１ｉを備える筒部１ｈを軸部１ｆとは別部品として組み込むことにより、頻度は少ないが小径孔部１ｉに溶融金属が侵入した場合に、別部品である筒部１ｈのみを取り外し、新しい筒部１ｈを軸部１ｆに固定すれば足りるので、回転体１の補修作業が効率的になり、補修作業中に回転体１が破損することをより効果的に抑制できる。
【００２６】
図１において符号１ｋは、不図示のモーターと連結される継手部である。図示するように略椀形状をなす継手部１ｋは、その底面がＯリング１ｍを介し筒体２の右端面に当接するように配置され不図示の螺子で固定されており、半径方向において中央部に、配管１ｎを介してガス供給装置Ｐに接続されたガス供給用の孔部１Ｌが形成されている。
【００２７】
［攪拌部］
好ましく軸部１ｆと同一の熱膨張係数を有するセラミックス、より好ましくは軸部１ｆと同一のセラミックスで構成された、半径方向において中央部に貫通孔を有する大略円盤形状をなす攪拌部１ａは、図１および２に示すように、その貫通孔が軸部１ｄの左端に挿着され固定されている。そして、攪拌部１ａは、軸芯Ｉの周りに４５°の等角度で形成され、放射状に延びた８本の攪拌脚１ｄを有し、攪拌部１ａの回転に伴い攪拌脚１ｄは溶融金属を攪拌する。
【００２８】
本態様の攪拌脚１ｄの軸部１ｆと反対側の一面には、当該攪拌脚１ｄの延びる方向に沿い各々ガス分散溝１ｃが形成されている。各ガス分散溝１ｃは、攪拌部１ａの底部中央に形成された円状凹部１ｆを介しガス放出口である小径孔部１ｉと接続されている。もって、小径孔部１ｉから放出されたガスは、回転体１の回転に伴い各ガス分散溝１ｃで細かな気泡に分断され、溶融金属中に供給される。
【００２９】
上記攪拌部１ａと軸部１ｆとの固定方法は特段限定されず例えば上記した耐熱性の接着剤や機械的な螺子固定などで固定してもよい。しかしながら、特に上記したセラミックスで攪拌部１ａを構成した場合には、軸部１ｆと筒部１ｈとの固定と同様に焼き嵌めや冷し嵌めによる締り嵌めで軸部１ｆに攪拌部１ａを固定することが好ましい。締り嵌めで固定する場合、例えば軸部１ｆの内面の内径または攪拌部１ａの貫通孔の内径で締め代を除した値である嵌合率は０．０１／１０００〜０．５／１０００の範囲内であるのが好ましい。嵌合率が０．０１／１０００未満であると、締付け力が不十分であり攪拌部１ａまたは筒部１ｈが脱落するおそれがある。また、嵌合率が０．５／１０００を超えると、締付け力が大きくなりすぎ、攪拌部１ａまたは軸部１ｆが破損するおそれがある。より好ましい嵌合率は０．２／１０００〜０．３／１０００である。
【００３０】
［軸部等の材料構成］
軸部１ｆおよび好ましくは筒部１ｈおよび攪拌部１ａを構成するセラミックスとしては、溶融金属中における強度を満足すれば酸化物・窒化物・炭化物・硼化物その他各種のセラミックスを使用することができるが、優れた高温強度を有する窒化珪素質セラミックス（窒化珪素セラミックスまたはサイアロンセラミックス）を使用することが好ましい。
【００３１】
軸部１ｆ・攪拌部１ａ・筒部１ｈを窒化珪素セラミックスで構成する場合には、例えば次のようにして形成することができる。原料粉末として、窒化珪素粉末９３〜９９質量％と、Ｍｇを酸化物換算して１〜５質量％を含むＭｇ元素粉末、希土類元素を酸化物換算して１〜５質量％含む希土類元素粉末を、エチルアルコールを溶媒とし、窒化珪素質のボールを用いボールミル中で混合し、スラリーを形成する。得られたスラリーに有機バインダーを添加した後、スプレードライヤーで乾燥して、造粒粉を作製する。得られた造粒粉を篩いわけした後、冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）で造粒粉を成形し、成形体を得る。得られた成形体を大気雰囲気中において脱脂し、次いで、常圧の窒素雰囲気中で１６００〜１９００℃の範囲で焼結して焼結体を形成し、必要な部位には適宜機械加工を焼結体に施すことにより軸部１ｆ・攪拌部１ａ・筒部１ｈを得ることができる。なお、上記窒化珪素粉末としては、α化率９０％以上、平均粒子径（Ｄ５０ ）：０.３〜０.８μｍ、酸素量：０．１〜２．０質量％、Ａｌ：０．０１質量％以下、Ｆｅ：０．０１％質量以下のものが好ましい。また、希土類元素としてはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの何れの元素でも好適に用いることができるが、これらの中でもＹ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、とりわけＹ、Ｅｒが特性およびコストの面で望ましい。また、焼結助剤である希土類元素およびＭｇは、いずれも平均粒径が１μｍ以下、純度９９％以上であることが好ましい。
【００３２】
軸部１ｆ・攪拌部１ａ・筒部１ｈをサイアロンセラミックスで構成する場合には、例えば次のようにして形成することができる。原料粉末として、窒化珪素粉末８４〜９０質量％と、ＡｌＮ固溶体粉末を１〜５質量％と、希土類元素を酸化物換算して５〜９質量％含む希土類元素粉末と、Ａｌを酸化物換算して１〜５質量％を含むＡｌ元素粉末を、エチルアルコールを溶媒とし、窒化珪素質のボールを用いボールミル中で混合し、スラリーを形成する。得られたスラリーに有機バインダーを添加した後、スプレードライヤーで乾燥して造粒粉を作製する。得られた造粒粉を篩いわけした後、冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）で造粒粉を成形し、成形体を得る。得られた成形体を大気雰囲気中で脱脂し、次いで、常圧の窒素雰囲気中で１６００〜１９００℃の範囲で焼結して焼結体を形成し、必要な部位には適宜機械加工を焼結体に施すことにより軸部１ｆ・攪拌部１ａ・筒部１ｈを得ることができる。
【００３３】
［筒体］
上記軸部１ｆの中空孔部１ｇの大径孔部１ｊに挿入される筒体２は、紙面において右端から左端に向けガスが流通する流通経路である貫通孔部２ａを有しており、貫通孔部２ａの直径ｄ２は、小径孔部１ｉの直径ｄ１とほぼ同じまたはそれ未満とされている。このように貫通孔部２ａの断面積を、小径孔部１ｉの断面積とほぼ同じまたはそれ未満とする、好ましくは（貫通孔部２ａの断面積／小径孔部１ｉの断面積）を０．５〜１．２の範囲とすることにより、回転体１を溶湯金属に浸漬した状態でガスの供給を停止した場合にも、小径孔部１ｉおよび貫通孔部２ａへの溶融金属の侵入を抑制することができる。
【００３４】
本態様の回転体１では、好ましい形態として、軸芯方向において筒部１ｈの右方側（他方側）には、小径孔部１ｉと同軸に形成され、右方に向け拡径する傾斜した内周面１ｏを有する挿着凹部１ｎが形成されている。そして、筒体２の左方端（一方端）にはテーパ軸状の挿着部２ｂが形成されており、当該挿着部２ｂの外周面が、筒部１ｈの挿着凹部１ｎ内周面１ｏに密着した状態となるよう、筒体２は、中空孔部１ｇの大径孔部１ｊに挿入され固定されている。
【００３５】
筒体２の軸芯方向における固定は、上記したようにＯリング１ｍを介して継手部１ｋにより行われている（図１参照）。これに対し半径方向においては、筒体２を軸部１ｆに挿入するため各々の内周面と外周面との間にクリアランスを形成する必要がある。この場合、回転体１が回転中に、小径孔部１ｉに対し貫通孔部２ａが上記クリアランスの大きさだけ位置ずれする可能性がある。一方で、上記のように筒体２および筒部１ｈを構成することにより、筒体２を軸部１ｆに挿入するため各々の内周面と外周面との間にクリアランスがある場合でも、筒体２ａと筒部１ｈとは各々の挿着凹部１ｎと挿着部２ｂによりテーパ合せされ、両者の軸芯が一致した状態で固定される。そのため、回転体１が回転している際においても、半径方向において小径孔部１ｉに対し貫通孔部２ａが位置ずれすることがない。その結果、貫通孔部２ａを通じ小径孔部１ｉへと流通するガスの流れが乱されることがなく、溶融金属に安定してガスを供給することが可能となる。
【００３６】
筒体２を構成する材料は特段の制限はないが、貫通孔部２ａを流通する低温のガスから軸部１ｆを断熱するため断熱材料で構成することが望ましい。さらに、工業生産上、安価に筒体２を構成するためには加工が容易な黒鉛を主体として構成することが望ましい。なお、このような黒鉛を主体とする筒体２は、石油コークス等のフィラーと、ピッチ等のバインダーとを混合し、これを筒状に成形して得た成型品を焼成後、溶融ピッチ等の含浸剤を含浸し、更に、熱処理を施して黒鉛化し、適宜加工を施した、市販の筒体を利用することができる。
【００３７】
上記のように黒鉛を主体として筒体２を構成する場合には、図３に示すように、少なくとも、軸芯方向において貫通孔部２ａの一方側の内面２ｄに被覆された酸化防止部２ｅを形成しておくことが望ましい。貫通孔部２ａの一方側の内面２ｄに酸化防止部２ｅを形成しておくことにより、ガス供給停止後において溶融金属からの高温酸化雰囲気に接触した貫通孔部２ａの内面２ｄの酸化による損耗が防止される。その結果、溶融金属の侵入防止に特に重要な部分である貫通孔部２ａの一方側の内面２ｄが、その損耗により拡径し、断面積が大きくなることが抑制される。
【００３８】
なお、上記した貫通孔部２ａの内面２ｄ上に被覆された膜状または層状の酸化防止部２ｅのみならず、例えば、図７に示す筒体４のように、貫通孔部２ａの内面２ｄを含むよう内面２ｄ側の表層に酸化防止部４ｅを配置してもよい。このような態様の酸化防止部４ｅは、貫通孔部２ａの内面２ｄの損耗を抑制するため、当該内面２ｄを含むように形成されていれば足りるが、筒体２の一方端部全体に酸化防止部４ｅを形成していてもよい。
【００３９】
さらに、図３に示すように、貫通孔部２ａの内面２ｄのみならず、軸芯方向において筒体２の一方側の端面および外周面にも酸化防止部２ｅを形成しておくことが望ましい。本発明に係る回転体１は、上記のようにガス供給停止時の溶融金属の侵入を抑制するよう構成されているものの、僅かな頻度であるが溶融金属が貫通孔部２ａへ侵入する可能性がある。そこで、軸芯方向において筒体２の一方側の端面および外周面にも酸化防止部２ｅを形成しておく、つまり筒体２の一方端部を酸化防止部２ｅで覆うことにより、侵入した溶融金属に接触した場合でもその損耗を抑制することが可能となる。なお、酸化防止部２ｅは、筒体２の内外面の全面に形成しておいてもよい。
【００４０】
酸化防止部２ｅを構成する材質は特に限定されないが、好ましくは、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ジルコニア：ＺｒＯ２）その他の酸化物系セラミックス、炭化珪素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）その他の炭化物系セラミックス、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化チタン（ＴｉＮ）、サイアロンその他の窒化物系セラミックス、硼化チタン（ＴｉＢ２）、硼化ジルコニウム（ＺｒＢ２）その他の硼化物系セラミックスなど各種の耐酸化度の高いセラミックスで形成することができる。なお、酸化防止部２ｅは、黒鉛と同程度の熱膨張係数を有し、耐酸化性が高くかつ溶融金属との濡れ性が低い窒化硼素を主成分とすることが望ましい。なお、上記主成分とは、窒化硼素の組成が５０質量％を超えることを意味する。
【００４１】
上記酸化防止部２ｅの形成方法も特に限定されず、例えば成膜法の一種である化学気相成長法（ＣＶＤ）、化学気相含浸法（ＣＶＩ）または物理気相成長法（ＰＶＤ）等を利用して形成してもよく、例えば上記セラミックスの粉末を溶媒および必要によりバインダーと混合してスラリー化し、このスラリーを筒部２の所望の位置に塗布しまたは含浸し、所定の温度で加熱処理して酸化防止部２ｅを形成してもよい。
【００４２】
窒化硼素を主成分とする酸化防止部２ｅの厚みは、望ましくは０．５ｍｍ以上である。酸化防止部２ｅの厚みが０．５ｍｍ未満の場合には、加熱・冷却時の熱変形により酸化防止部２ｅが早期に破損し、筒体２から剥離するため、所望の効果を得ることができない。このように酸化防止部２ｅの厚みは薄いので、貫通孔部２ａの直径ｄ２は貫通孔部２ａの内面２ｄの直径として差し支えない。
【００４３】
さらに、上記形態の回転体１において、貫通孔部２ａおよび小径孔部１ｉを通じて溶融金属にガスを供給するのみならず、併せてフラックスを供給する構成とすれば、ガスとともにフラックスが確実に溶融金属に供給されるので望ましい。本態様の回転体１では、継手部１Ｌに連結するガス供給用の配管１ｎに接続されたフラックス供給装置Ｆにより、好ましくは粉末状のフラックスが供給される。
【００４４】
［第２実施形態］
本発明に係る第２実施形態の回転体３について、その先端部の正断面図である図４を参照して説明する。なお、図４において、上記第１態様の回転体１と同一の構成要素については同一符号を付しており、詳細な説明を省略する。
【００４５】
図４に示すように、第２態様の回転体３は、（１）軸部１ｆの内面に挿着され固定される筒部を有さない点、（２）筒部４の左端にテーパ軸状の挿着部を有さない点、第１態様の回転体１と相違している。
【００４６】
すなわち、第２態様の回転体３の軸部３ｆは、その左端側に形成された略円筒形状の厚肉部３ｈと、厚肉部３ｈから右方に延びる略円筒形状の薄肉部３ｍとを有している。そして、外径がほぼ同一である厚肉部３ｈと薄肉部３ｍとは同軸となるよう配置されており、厚肉部３ｈの貫通孔である小径孔部１ｉと、薄肉部２ｍの貫通孔であり小径孔部１ｉに連通する大径孔部１ｊとで中空孔部１ｊが構成されている。
【００４７】
上記貫通孔１ｊに挿着され固定される本態様の筒体４は、上記第１態様の回転体１と同様に、断面積が、小径孔部１ｉの断面積とほぼ同じまたはそれ未満である貫通孔部２ａを有している。そして、筒体４の左端面および軸部３ｆの厚肉部３ｍの右端面３ｎは各々平坦面であり、両面が接触するよう筒体４を配置することにより、筒体４は固定される。この第２態様の回転体２においても、上記のように小径孔部１ｉおよび貫通孔部２ａは構成されているので、回転体１を溶湯金属に浸漬した状態でガスの供給を停止した場合にも、小径孔部１ｉおよび貫通孔部２ａへの溶融金属の侵入を抑制するという本発明の目的を達成することができる。
【００４８】
［実施例］
以下、本発明について、その実施例に基づき具体的に説明する。以下の各実施例・比較例では、図１〜３を参照して説明した第１態様の軸部１ｆ・筒部１ｈ・攪拌部・筒体２で構成した回転体１を使用した。軸部１ｆ・筒部１ｈ・攪拌部・筒体２の材質および寸法は下記の通りである。
【００４９】
形状が複雑でかつ小径孔部１ｉから放出される低温のガスの接触状態が変化するため耐熱衝撃性が求められる攪拌部１ａは、窒化珪素セラミックスで構成した。具体的には、平均粒径０．６μｍ、酸素量０．９％、α化率９５％の窒化珪素質粉末９５質量％と、平均粒径１μｍのＹ２Ｏ３粉末３質量％、平均粒径０．１μｍのＭｇＯ粉末２質量％を、溶媒としてエチルアルコールを用い窒化珪素質のボールを用いたボールミル中で混合した。得られたスラリーにバインダーとしてポリビニルブチラールを１％添加して混合を加えてスラリーとした後、スプレードライヤーで乾燥して、造粒粉を作成した。得られた造粒粉を平均粒径６０μｍになるように篩いわけした後、１０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）により成形体を形成した。得られた成形体を大気雰囲気中、５００℃、２０時間の条件で、大気中で脱脂し、窒素、常圧雰囲気中において１７５０℃で５時間の条件で焼結し、外径２４０ｍｍ、総厚み６０ｍｍ、攪拌脚１ｄの厚み３５ｍｍの図１・２で示す攪拌部１ａを得た。なお、攪拌部１ａにおけるガス分散溝１ｃの幅は１５ｍｍおよび深さは２０ｍｍとした。
【００５０】
断面形状の変化が少なくかつ溶融金属との接触状態がほぼ一定であるため要求される耐熱衝撃性のレベルの低い軸部１ｆおよび筒部１ｈは、サイアロンセラミックスで構成した。具体的には、原料粉末として、ＢＥＴ比表面積が７ｍ２／ｇ、α化率が９０％のＳｉ３Ｎ４粉末８７．０質量％と、平均粒径が２．５μｍのＡｌＮ固溶体粉末（組成６ＡｌＮ・ＳｉＯ２）を３．０質量％と、平均粒経が１．２μｍのＹ２Ｏ３粉末を７．０質量％と、平均粒経が０．６μｍのＡｌ２Ｏ３粉末を３．０質量％と、エチルアルコールを溶媒とし、窒化珪素質のボールを用いボールミル中で混合した。得られたスラリーにバインダーとしてポリビニルブチラールを１％添加した後、スプレードライヤーで乾燥して、造粒粉を作製した。得られた造粒粉を平均粒径６０μｍになるように篩いわけした後、１００ＭＰａの圧力で冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）により成形し、成形体を得た。ＣＩＰ法により得られた成形体を大気雰囲気中、５００℃、２０時間の条件で脱脂し、次いで、常圧の窒素雰囲気中で１７５０℃、５時間の条件で焼結し、軸部１ｆおよび筒部１ｈを形成した。なお、軸部１ｆの全長は１０００ｍｍ、外径は６０ｍｍ、内径は４０ｍｍとし、筒部１ｈの外径は４０ｍｍ、その小径孔部（貫通孔部）１ｉの内径は８ｍｍとした。そして、表１に示すように、筒体２に設けた貫通孔部２ａの内径を５．５〜９．０ｍｍの範囲で調整し、両者の断面積の比を変化させた。
【００５１】
筒体２は、全長が９９０ｍｍ、外径が３９ｍｍの筒体２（東海カーボン株式会社製、グレード：ＥＥ２００）を使用した。ここで、筒体２の挿着部２ｂおよび筒部１ｈの挿着凹部１ｎのテーパ角度は６０度とし、挿着凹部１ｎの右側の開口端の内径は３０ｍｍとした。
【００５２】
実施例１〜７および比較例では、筒体２に酸化防止部を形成しなかった。一方で、実施例８〜１２では、次のようにして筒体２に酸化防止部を形成した。実施例８の炭化珪素（ＳｉＣ）を主体とした厚みが０．５ｍｍの酸化防止部は、筒体２を、反応容器中で１４００℃に加熱し、ＳｉＣｌ４とＨ２の混合ガス（Ｈ２／ＳｉＣｌ４＝０．２５）を導入しながら常圧において６０分間保持した。次いで、筒体２の表面に、圧力６６０Ｐａ、原料ガスとしてＣＨ３ＳｉＣｌ３とＨ２の混合ガス（Ｈ２／ＣＨ３ＳｉＣｌ３＝１０）を導入しながら、温度１３５０℃の条件で熱ＣＶＤにより５時間処理し、ＳｉＣを沈積し、筒体２の表面に酸化防止部を被覆した。
【００５３】
実施例９〜１２の窒化硼素（ＢＮ）を主体とした各厚みの酸化防止部は、次のようにして形成した。筒体２を高圧容器に収納し、高圧容器内を真空雰囲気して筒体２を脱気処理した。そして、１００容量部の水に対し、リン酸ナトリウム２０〜５０容量部、平均粒径（ｄ５０）が１〜５μｍのＢＮ粉１０〜２０容量部、ポリビニルアルコール１〜２容量部を加えた溶液を上記高圧容器に導入し、溶液に２ＭＰａの圧力を付加し、カーボン製の筒体２の表面の気孔や空隙に溶液を含浸した。次いで、筒体２を室温にて乾燥した後、熱処理炉にて３５０℃で加熱処理し、ＢＮを主体とした酸化防止部を形成した。なお、酸化防止部の厚みは、上記溶液の組成を変更することにより調整した。
【００５４】
上記実施例・比較例の回転体１を溶融金属攪拌装置に組み込み、１０００ｋｇの容量を持つ保持炉に７５０℃で加熱保持された溶融アルミニウムの中に浸漬してアルゴンガスを供給しつつ６００ｒｐｍの回転数で１００時間、溶融アルミニウムを攪拌した。そして、攪拌作業が完了した後、溶融アルミニウムに浸漬した状態のままで攪拌部１ａの回転を停止するとともにガスの供給を停止し、その後回転体１を溶融アルミニウムから引き上げた。
【００５５】
各実施例・比較例における、溶融アルミニウムから引き上げた後に確認した小径孔部１ｉおよび貫通孔部２ａへの溶融金属の侵入状況、溶融アルミニウムの清浄化の程度を示す溶融アルミニウムの水素含有量および筒体の貫通孔部の損耗量を表１に示す。なお、表１に示す溶融アルミニウムの侵入状況の欄において、小径孔部１ｉに全く溶融アルミニウムが侵入していない場合には「○」と、小径孔部１ｉに溶融アルミニウムが侵入していた場合には「△」と、小径孔部１ｉとともに貫通孔部２ａにまで溶融アルミニウムが侵入していた場合には「×」と表示してある。
【００５６】
表１に示す溶融アルミニウム中の水素含有量は、アルゴンガスが十分に溶融アルミニウムに供給できていたかを意味する値であり、イニシャルバブル方式で溶融アルミニウムの水素含有量を測定するガス量分析装置（エイコーエンジニアリング株式会社製  型式：ＡＬＦＡＩＴＨ  Ｍ−ＤＰ  ＭＫ２）を使用し、溶融アルミニウムを１５０ｇ坩堝に採取し、この坩堝を減圧室に配置し、減圧室を１００ｍｍＨｇまで序々に減圧し、最初に気泡が目視される時点を入力し、その時の溶融アルミニウムの温度と圧力から、溶融アルミニウム中の水素含有量を求めた。なお、表１に示す溶融金属の侵入状況の欄において、残存水素量が０．１８ｃｃ／１００ｇ未満であった場合には「○」と、０．１８〜０．２ｃｃ／１００ｇであった場合には「△」と、０．２ｃｃ／１００ｇ超えた場合には「×」と表示してある。
【００５７】
表１に示す筒体の貫通孔部の損耗量は、上記条件にて溶融アルミニウムに浸漬して回転体１を使用した後、筒体２の貫通孔部２ａの開口端の直径をノギスで測定して得られた最大内径から表１に示す各実施例・比較例の初期の内径を減じて得られた値である損耗量が０．５ｍｍ以上であった場合を「×」、０．３ｍｍ以上で０．５ｍｍ未満の場合であった場合を「△」、０．１ｍｍ以上で０．３ｍｍ未満の場合であった場合を「○」、０．１ｍｍ未満であった場合を「◎」と表示してある。
【００５８】
【表１】
2013230499.tif 000003
【００５９】
表１に示すように、貫通孔部２ａの断面積が小径孔部１ｉとほぼ同一またはそれ未満である実施例の場合には、溶融アルミニウムが貫通孔部２ａまで侵入することはなかった。一方で、小径孔部１ｉに対し貫通孔部２ａの断面積が大きな比較例の場合、貫通孔部２ａにまで溶融アルミニウムが侵入した。その結果、筒体２の貫通孔部２ａの損耗も大きかった。
【００６０】
実施例１〜７の結果から、溶融アルミニウムの清浄度の観点では、（貫通孔部２ａの断面積／小径孔部１ｉの断面積）を０．５以上の場合には、アルゴンガスが十分に溶融アルミニウムに供給された結果、溶融アルミニウムの水素含有量もいずれも０．２ｃｃ／１００ｇ未満となっており、この溶融アルミニウムを用いて製作された製品において欠陥の生じない範囲であった。したがって、（貫通孔部２ａの断面積／小径孔部１ｉの断面積）の好ましい範囲は、０．５〜１．２である。なお、溶融アルミニウムの侵入およぶ溶融アルミニウムの水素含有量の観点から、（貫通孔部２ａの断面積／小径孔部１ｉの断面積）の、より好ましい範囲は０．６〜１．０の範囲であることが判った。
【００６１】
加えて、実施例７〜１２の結果から、筒体２の表面に酸化防止部を形成しておくことにより筒体２の貫通孔部２ａの損耗が抑制されることが判った。さらに加えて、実施例９と１１の結果から、ＢＮを主体とした酸化防止部が好ましいことが判った。さらに、実施例８〜１０の結果から、当該酸化防止部の厚みは０．５ｍｍ以上とすることが好ましく、より好ましい厚みは１．０ｍｍ以上であることが判った。
【符号の説明】
【００６２】
１（３）    溶融金属攪拌用回転体
１ａ      攪拌部
１ｃ      ガス分散溝
１ｄ      攪拌脚
１ｆ      軸部
１ｇ      中空孔部
１ｈ      筒部
１ｉ      小径孔部
１ｊ      大径孔部
１ｎ      挿着凹部
２（４）  筒体
２ａ      貫通孔部
２ｂ      挿着部
３ｈ      厚肉部
３ｍ      薄肉部
【図１】
2013230499.tif 000004
【図２】
2013230499.tif 000005
【図３】
2013230499.tif 000006
【図４】
2013230499.tif 000007
【図５（ａ）】
2013230499.tif 000008
【図５（ｂ）】
2013230499.tif 000009
【図６】
2013230499.tif 000010
【図７】
2013230499.tif 000011