(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材内に基材とは組成の異なる粒子を分散させて粒子分散濃度が傾斜して分布するようにした傾斜機能材料の製造方法において、水平方向に細長形状をしかつその長手方向に直交する方向に電磁攪拌力を生じる誘導コイルを備えたるつぼ内で浮揚溶解した細長形状の基材の溶湯に、基材とは組成の異なる粒子を長手方向の一端から他端に渡って量が順次変化するように散布して、電磁攪拌力により前記粒子を基材の溶湯内に混入させて、前記るつぼ内で冷却して粒子濃度が長手方向で傾斜して分布するようにしたことを特徴とする傾斜機能材料の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の傾斜機能材料の製造方法において、前記るつぼは、内部に水冷孔を有する縦長の金属製のセグメントを周方向に絶縁物を介して積層して構成し、外周側に誘導コイルを巻回した細長い長円形の浮揚溶解装置の金属るつぼであることを特徴とする傾斜機能材料の製造方法。
【請求項３】
基材内に基材とは組成の異なる粒子を分散させて粒子分散濃度が傾斜して分布するようにした傾斜機能材料の製造方法において、内部に水冷孔を有する縦長の金属製のセグメントを周方向に絶縁物を介して積層して構成した底部中央に出湯口を有する金属るつぼ内で基材を浮揚溶解し、該金属るつぼの底部周辺に基材とは組成が異なる粒子を供給して、溶湯の浮揚力を下げて、底部周辺の前記粒子を混入させながら前記出湯口から出湯して下流の冷却装置で冷却して表面から中心に向かって粒子濃度が傾斜して分布するようにしたことを特徴とする傾斜機能材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、浮揚溶解装置を用いた傾斜機能材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の傾斜機能材料の製造方法の一例の模式図で（ａ）は基材粉末と基材とは組成の異なる粒子の粉末を配合比率を変えて収納したホッパから金型に供給して、金型内に基材とは組成の異なる粉末が傾斜して存在するようにした図、（ｂ）は（ａ）の金型内の粉末の混合物を圧縮した図、（ｃ）は（ｂ）の圧縮体を焼結した傾斜機能材料の製品の外観図、（ｄ）は（ｃ）のＸ−Ｘ断面図を示す。  この図４において、１は少量の基材の粉末Ｂと多量の基材と異なる組成の粉末Ａとの混合粉を収納したホッパ、２は基材の粉末Ｂと略同量の基材と異なる組成の粉末Ａとの混合粉を収納したホッパ、３は多量の基材の粉末Ｂと少量の基材と異なる組成の粉末Ａとの混合粉を収納したホッパ、４は金型、５はプレスのパンチ、６はプレスした混合粉の圧縮体を焼結した製品を示す。
【０００３】
この図４において、金型４の上方に位置して、その一端側にホッパ１を、中央にホッパ２を他端側にホッパ３を設置しておき、それぞれのホッパ１、２、３から金型４に混合粉を、基材と異なる組成の粉末Ａの濃度が傾斜して分布するように、それぞれその設置位置で投入して、プレスのパンチ５で成形してから焼結して製品６を製造する。
【０００４】
このようにしてできた製品の粒子濃度は図４（ｄ）に示すように一端から他端に向かって傾斜して分布する。
図５は傾斜機能材料の丸棒を製造する従来例の概略工程を示し、（ａ）は基材に一層目を生成する図、（ｂ）は（ａ）に二層目を生成する図，（ｃ）は（ｂ）に三層目を生成する図を示す。この図５において、基材の丸棒７は回転しており、該丸棒７の外表面にプラズマ溶射機８から基材と基材とは組成の異なる粒子とを混合し、プラズマ溶射して、溶射機８を上昇、下降させて一様に一層目９が生成できるようにしている。そして、次に一層目９とは基材と基材とは組成の異なる粒子との配合比率を変えて混合し、プラズマ溶射して、二層目１０を生成し、さらに、同様にして、基材と基材とは組成の異なる粒子との配合比率を変えて三層目１１を生成して、一層目から三層目に向かって基材とは組成の異なる粒子の配合比率を増加させることにより外側から中心に向かう傾斜機能材料の製品を製造している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来の製造方法では、基材および基材と異なる組成の材料を粉末にしたり、両者配合比が異なる、略均一に混合した混合粉を数種類用意したり、プレス、焼結するあるいは溶射するなど多くの工程と手間を要する。
この発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、製造工程と手間とが少なくなる、別の傾斜機能材料の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、基材内に基材とは組成の異なる粒子を分散させて粒子分散濃度が傾斜して分布するようにした傾斜機能材料の製造方法において、水平方向に細長形状をしかつその長手方向に直交する方向に電磁攪拌力を生じる誘導コイルを備えたるつぼ内で浮揚溶解した細長形状の基材の溶湯に、基材とは組成の異なる粒子を長手方向の一端から他端に渡って量が順次変化するように散布して、電磁攪拌力により前記粒子を基材の溶湯内に混入させて、前記るつぼ内で冷却して粒子濃度が長手方向で傾斜して分布するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２記載の発明のように、請求項１記載の傾斜機能材料の製造方法において、前記るつぼは、内部に水冷孔を有する縦長の金属製のセグメントを周方向に絶縁物を介して積層して構成し、外周側に誘導コイルを巻回した細長い長円形の浮揚溶解装置の金属るつぼを使用することができる。
上記製造方法により、電磁攪拌力によって、金属るつぼの外側に巻回された誘導コイルの高さ方向の略中間に相当する高さの溶湯が金属るつぼの中心に向かって押し出されて、押し出された後に上下から溶湯が供給され、さらに供給された溶湯も中心に向かって押し出されることが連続して行われる結果溶湯は前記高さのるつぼ近くの表面から中心に向かいそこで上下流に分かれて上表面と下表面とに向かいさらに反転してるつぼ側壁に向かい次に、元の位置に向かう渦流を起こす（図１（ｃ）参照）ので、溶湯に基材とは組成の異なる粒子を長手方向の一端から他端に渡って量が順次変化するように散布することにより、散布された位置の溶湯の、基材とは組成が異なる粒子濃度は散布量により決まり、傾斜機能材料を製造することが可能になる。また、浮揚溶解することにより基材に他の不純物が混入しないようにすることが可能になるとともに、金属るつぼ内で傾斜機能材料の溶湯を冷却して凝固させて取り出すことが可能になる。
【０００８】
また、請求項３記載の発明のように、基材内に基材とは組成の異なる粒子を分散させて粒子分散濃度が傾斜して分布するようにした傾斜機能材料の製造方法において、内部に水冷孔を有する縦長の金属製のセグメントを周方向に絶縁物を介して積層して構成した底部中央に出湯口を有する金属るつぼ内で基材を浮揚溶解し、該金属るつぼの底部周辺に基材とは組成が異なる粒子を供給して、溶湯の浮揚力を下げて、底部周辺の前記粒子を混入させながら前記出湯口から出湯して下流の冷却装置で冷却して表面から中心に向かって粒子濃度が傾斜して分布するようにすることができる。
【０００９】
なお、基材とは組成が異なる粒子は一種類に限らず多種であっても良い。
上記方法により基材の溶湯を出湯する際に出湯口周辺に供給された基材とは組成が異なる粒子を混入させながら流出して下流の冷却器で冷却されるので混入した基材とは組成が異なる粒子は表面側で濃度が高く、中心側で低い傾斜になる傾斜機能材料の棒材を製造することが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施例の主要部の構成を示し、（ａ）は金属るつぼを上から見た図，（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ断面図，（ｃ）は（ａ）のＺ−Ｚ断面図を示す。
この図１において、従来例と同一の符号を付けた部材はおおよそ同一の機能を有するのでその説明は省略する。この図１において、１４は基材の溶湯２０とは組成が異なる粒子２７を溶湯２０上に散布するホッパ、１５は内部に水冷孔を有する縦長の良導電金属製のセグメント１６を隣り合うセグメント１６間にスリット１７を設けて周方向に絶縁物を介して積層して形成した水平方向に細長い長円形の金属るつぼ、１８は溶湯２０に主に溶解電力を与える上誘導コイル、１９は溶湯２０に主に浮揚力を与える下誘導コイルを示す。この構成において、浮揚溶解装置は、金属るつぼ１５の外周側に巻かれた誘導コイル１８、１９によってるつぼ内の溶湯２０と、良導電金属製の金属るつぼ１５とに誘導電流を発生させ、溶湯２０と金属るつぼ１５との誘導電流が互いに逆向きであることから電磁反発力が発生するので、この反発力で溶湯を浮揚させて、金属るつぼ１５と溶湯２０とが非接触の状態で溶解する装置である。溶湯２０を浮揚させるためには、溶湯２０の重力以上の浮揚力（電磁反発力）を発生させることが必要でありこのために下誘導コイル１９には上誘導コイル１８より低い周波数の電力を供給することが行われる。
【００１１】
このようにして溶解された溶湯２０の上方のホッパ１４から溶湯２０の長手方向の一端から他端に向かって量が変わるように粒子２７を散布すると、溶湯２０内では図（ｃ）に矢印で示すように溶湯２０の長手方向と直交する湯運動があるので前記粒子２７を溶湯２０内に巻き込み、溶湯２０の長手方向と直交する断面では略均一に分布させる。そして、長手方向全長に渡っては前記粒子２７が傾斜して分布し、所定量の粒子２７を散布後、拡散する粒子の均一化が生じる前に、誘導コイル１８、１９への通電を停止して、金属るつぼ１５内でこのまま凝固させれば傾斜機能材料が製造される。
【００１２】
図２はこの発明の別の実施例の構成図、図３は図２の構成での連続鋳造状態を示し、（ａ）は丸棒製品が連続鋳造されている状態の図、（ｂ）は連続鋳造された丸棒製品の断面図を示す。この図２、および図３において、２０は基材を溶解した溶湯、２１はセグメント２２をスリット２３を介して周方向に積層した金属るつぼ、２４は金属るつぼ２１の外周側に巻回して溶湯２０に主に溶解電力を供給する上誘導コイル、２５は金属るつぼ２１の外周側に巻回して溶湯２０に主に浮揚力を与える下誘導コイル、２７は金属るつぼ２１の炉底周辺に供給する基材とは組成の異なる粒子、２８は金属るつぼ２１の底の流出口から出湯した溶湯２０を冷却して凝固させる水冷ダイス、２９は溶湯２０を出湯する際に下から溶湯２０に接触して溶湯２０の出湯をガイドする種子棒、３０は前記水冷ダイス２８の支持台を示す。
【００１３】
この構成において、浮揚溶解装置は、金属るつぼ２１の外周側に巻かれた誘導コイル２４、２５によってるつぼ内の溶湯２０と、良導電金属製の金属るつぼ２１とに誘導電流を発生させ、溶湯２０と金属るつぼ２１との誘導電流が互いに逆向きであることから電磁反発力が発生するので、この反発力で溶湯２０を浮揚させて、金属るつぼ２１と溶湯２０とが非接触の状態で溶解する装置である。溶湯２０を浮揚させるためには、溶湯２０の重力以上の浮揚力（電磁反発力）を発生させることが必要でありこのために下誘導コイル２５には上誘導コイル２４より低い周波数の電力を供給することが行われる。
【００１４】
そして、溶解完了後、浮揚した溶湯２０と金属るつぼ２１との隙間に注ぎ込むようにして基材とは組成の異なる粒子２７を供給する。なお、この粒子の供給方法に代えて予め粒子２７を金属るつぼ２１の内壁に敷きつめておくようにしてもよい。次に種子棒２９を下から挿入して溶湯２０に接触させて下誘導コイル２５の電磁力を弱めながら種子棒２９を引き抜くと、図３（ａ）に示すように、溶湯２０は粒子２７を巻き込みながら引き抜かれた水冷ダイス２８で冷却されて凝固して丸棒製品３１に連続鋳造される。なお、水冷ダイス２８は支持台３０に支持されて金属るつぼ２１の下部に押し当てられており、図示していない黒鉛スリーブを介して溶湯２０を冷却している。このようにして鋳造された
丸棒製品３１の断面Ａ−Ａは図３（ｂ）に示すように粒子２７の濃度が外側で高く、内側で低い傾斜機能材料になる。
【００１５】
【発明の効果】
この発明によれば、基材の金属を浮揚溶解する金属るつぼを用いて、溶湯内の粒子分布を傾斜させるようにしたので、短時間、かつ容易に傾斜機能材料を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施例の主要部の構成を示し、（ａ）は金属るつぼを上から見た図，（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ断面図，（ｃ）は（ａ）のＺ−Ｚ断面図
【図２】        この発明の別の実施例の構成図
【図３】        図３は図２の構成での連続鋳造状態を示し、（ａ）は丸棒製品が連続鋳造されている状態の図、（ｂ）は連続鋳造された丸棒製品の断面図
【図４】        従来の傾斜機能材料の製造方法の一例の模式図で（ａ）は基材粉末と基材とは組成の異なる粒子の粉末を配合比率を変えて収納したホッパから金型に供給して、金型内に基材とは組成の異なる粉末が傾斜して存在するようにした図、（ｂ）は（ａ）の金型内の粉末の混合物を圧縮した図、（ｃ）は（ｂ）の圧縮体を焼結した傾斜機能材料の製品の外観図、（ｄ）は（ｃ）のＸ−Ｘ断面図
【図５】        傾斜機能材料の丸棒を製造する従来例の概略工程を示し、（ａ）は基材に一層目を生成する図、（ｂ）は（ａ）に二層目を生成する図，（ｃ）は（ｂ）に三層目を生成する図
【符号の説明】
１４            ホッパ
１５、２１      金属るつぼ
１６、２２      セグメント
１７、２３      スリット
１８、２４      上誘導コイル
１９、２５      下誘導コイル
２０            溶湯
２７            粒子
２８            水冷ダイス
２９            種子棒
３０            支持台
３１            丸棒製品
【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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