(57)【要約】      （修正有）【課題】振動伝達体の軸方向の振動の減衰を抑制しながら高い気密性を得ることができる超音波鋳造装置の提供。【解決手段】超音波振動を発生する振動発生器１３と、溶湯２を保持するとともに溶湯の上方空間５１に鋳型１１への注入用の加圧気体が供給される加圧室５を含むハウジング３と、振動発生器１３から溶湯２まで延びる振動伝達体６と、振動伝達体６に設けられたフランジと、ハウジング３とフランジの間に配置された、フランジの周囲に張り出す環状のシール部材と、ハウジング３に固定されるホルダであって、フランジの外周面との間に隙間を形成し、シール部材の外周縁部をハウジング３に押し付ける周壁、および周壁とフランジの外周面との間の隙間を覆うように周壁から内向きに突出し、フランジと全周に亘って接触してフランジをシール部材を介してハウジング３に押し付けるリング部、を含むホルダと、を備える超音波鋳造装置１。【選択図】図１
2016153130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動を発生する振動発生器と、
溶湯を保持するとともに前記溶湯の上方空間に鋳型への注入用の加圧気体が供給される加圧室を含むハウジングと、
前記振動発生器から前記ハウジングおよび前記溶湯の上方空間を通過して前記溶湯まで延びる振動伝達体と、
前記振動伝達体における超音波振動による伸縮波形の節となる位置に設けられた、前記ハウジングの外側で前記ハウジングと対向するフランジと、
前記ハウジングと前記フランジの間に配置された、前記フランジの周囲に張り出す環状のシール部材と、
前記ハウジングに固定されるホルダであって、前記フランジの外周面との間に隙間を形成し、前記シール部材の外周縁部を前記ハウジングに押し付ける周壁、および前記周壁と前記フランジの外周面との間の隙間を覆うように前記周壁から内向きに突出し、前記フランジと全周に亘って接触して前記フランジを前記シール部材を介して前記ハウジングに押し付けるリング部、を含むホルダと、
を備える、超音波鋳造装置。
【請求項２】
前記ホルダのリング部と前記フランジとの間に介在する環状のシール材をさらに備える、請求項１に記載の超音波鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型に注入される前の溶湯に超音波振動を付与する超音波鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鋳型に注入される前の溶湯に超音波振動を付与することによって、鋳造時に生成される結晶粒を微細化させることができることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。近年では、それを実現する超音波鋳造装置の開発が進められつつある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】朴鎮黙、外1名、「超音波鋳造」、生産研究、東京大学生産技術研究所、1965年8月1日、第17巻、第8号、p. 195-199,216
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、鋳型への溶湯の注入に加圧気体（例えば、空気）を用いる低圧鋳造法では、鋳型が取り付けられたハウジングを含む鋳造装置が用いられる。ハウジングには、溶湯を保持するとともに溶湯の上方空間に鋳型への注入用の加圧気体が供給される加圧室が形成される。このような鋳造装置において、例えば、以下のような構成を採用すれば、超音波鋳造装置を得ることができる。
【０００５】
まず、超音波振動を発生する振動発生器を設ける必要がある。振動発生器は、熱による影響を回避するために、ハウジングの外部に配置することが望ましい。このため、振動発生器からハウジングおよび溶湯の上方空間を通過して溶湯まで延びる振動伝達体が設けられる。そうすると、振動伝達体とハウジングとの間で気密性を確保する必要がある。
【０００６】
一般的に、超音波振動の伝達に用いられる振動伝達体には、超音波振動による伸縮波形の節となる位置にフランジが設けられることがある。そこで、このフランジを利用してハウジングと振動伝達体との間をシールすることが考えられる。例えば、フランジとハウジングの間にシール部材を介在させ、フランジをボルトなどでハウジングに固定することによってフランジによりシール部材をハウジングに押し付ける。
【０００７】
しかしながら、低圧鋳造法では、鋳型への溶湯の注入時に、引け巣や湯廻り不良といった鋳造欠陥を防止するために、加圧室の圧力を精密に制御する必要がある。そのためには、振動伝達体とハウジングとの間に非常に高い気密性が求められる。
【０００８】
上述したようなフランジによってシール部材をハウジングに押し付ける構成において高い気密性を得るには、シール部材のハウジングへの押付面積を大きく確保すればよい。そのためには、フランジを大型化しなければならない。
【０００９】
ところで、フランジでは、振動伝達体の超音波振動による部分的な伸縮により、フランジの外周面が振動伝達体の径方向に振動する。このフランジの外周面の振幅は、フランジが大型化すれば大きくなる。逆に言えば、上述したようにシール部材のハウジングへの押付面積を大きく確保するためにフランジを大型化すると、気密性は高くなるものの、フランジの外周面の大きな振幅がフランジのハウジングへの固定によって拘束されることになり、これにより振動伝達体に本来必要な軸方向の振動が減衰する。一方、フランジを小型化すれば、振動伝達体の軸方向の振動の減衰は抑制することはできるが、気密性が低下する。
【００１０】
そこで、本発明は、振動伝達体の軸方向の振動の減衰を抑制しながら高い気密性を得ることができる超音波鋳造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明の超音波鋳造装置は、超音波振動を発生する振動発生器と、溶湯を保持するとともに前記溶湯の上方空間に鋳型への注入用の加圧気体が供給される加圧室を含むハウジングと、前記振動発生器から前記ハウジングおよび前記溶湯の上方空間を通過して前記溶湯まで延びる振動伝達体と、前記振動伝達体における超音波振動による伸縮波形の節となる位置に設けられた、前記ハウジングの外側で前記ハウジングと対向するフランジと、前記ハウジングと前記フランジの間に配置された、前記フランジの周囲に張り出す環状のシール部材と、前記ハウジングに固定されるホルダであって、前記フランジの外周面との間に隙間を形成し、前記シール部材の外周縁部を前記ハウジングに押し付ける周壁、および前記周壁と前記フランジの外周面との間の隙間を覆うように前記周壁から内向きに突出し、前記フランジと全周に亘って接触して前記フランジを前記シール部材を介して前記ハウジングに押し付けるリング部、を含むホルダと、を備える、ことを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、シール部材はフランジとホルダの周壁とによってハウジングに押し付けられるため、シール部材のハウジングへの押付面積を大きく確保することができる。このため、フランジを小型化して振動伝達体の軸方向の振動の減衰を抑制することができ、このようにしても、シール部材とハウジングの間では高い気密性を得ることができる。さらに、ホルダの周壁とフランジの外周面との間の隙間によって振動伝達体の径方向におけるフランジの外周面の振動が許容されるため、振動伝達体の軸方向の振動の減衰をより効果的に抑制することができる。一方、フランジを小型化すると、フランジとシール部材の接触面積が減少するが、この接触面積の減少によるシール性の低下は、ホルダのリング部とフランジとの接触面積でカバーすることができる。従って、シール部材の両側で高い気密性を得ることができる。
【００１３】
上記の超音波鋳造装置は、前記ホルダのリング部と前記フランジとの間に介在する環状のシール材をさらに備えてもよい。この構成によれば、ホルダのリング部とフランジとの間に介在するシール材の弾性変形によってそれらのスムーズな相対移動が可能になる。従って、振動伝達体の軸方向の振動の減衰をいっそう抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、振動伝達体の軸方向の振動の減衰を抑制しながら高い気密性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波鋳造装置の概略構成図である。
【図２】振動伝達体がハウジングを貫通する部分の拡大図である。
【図３】変形例の取付構造を示す図である。
【図４】別の変形例の取付構造を示す図である。
【図５】別の実施形態に係る超音波鋳造装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に、本発明の一実施形態に係る超音波鋳造装置１を示す。この超音波鋳造装置１は、鋳型１１が取り付けられたハウジング３と、超音波振動を発生する振動発生器１３と、振動発生器１３に接合された振動伝達体６を含む。
【００１７】
ハウジング３は、高温を維持可能な断熱構造を有する炉体である。ハウジング３には、鋳型１１の内部と注入路３２を介して連通する加圧室５と、加圧室５と供給路３１を介して連通する保持室４が形成されている。保持室４および加圧室５は、溶湯２を保持する。また、ハウジング３には、供給路３１を開閉するゲート装置１２が設けられており、ゲート装置１２による供給路３１の開閉によって保持室４から加圧室５への溶湯２の供給のオンオフが切り換えられる。
【００１８】
本実施形態では、鋳型１１の注入口が下方に向かって開口しており、溶湯２が鋳型１１内へ上向きに注入される。ただし、鋳型１１内への溶湯２の注入方向は上向きに限られるものではなく、例えば横向きや下向きなどであってもよい。鋳型１１は、特に限定されるものではなく、例えば、砂型であっても金型であってもよい。
【００１９】
溶湯２を構成する金属は、特に限定されるものではないが、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金などである。
【００２０】
加圧室５における溶湯２の上方空間５１には、鋳型１１への注入用の加圧気体が供給される。加圧気体は、空気であってもよいし、その他の気体（例えば、不活性ガス）であってもよい。本実施形態では、ハウジング３が加圧室５の天井を構成する蓋体５２を含み、この蓋体５２に加圧路５３が設けられている。そして、加圧路５３を通じて、溶湯２の上方空間５１に加圧気体が供給される。なお、加圧路５３は、必ずしも蓋体５２に設けられている必要はなく、ハウジング３における加圧室５の壁面を構成する胴部に設けられていてもよい。
【００２１】
上述した振動伝達体６は、振動発生器１３から蓋体５２および溶湯２の上方空間５１を通過して溶湯２まで延びている。ただし、振動伝達体６は、必ずしも蓋体５２を通過する必要はなく、ハウジング３における加圧室５の壁面を構成する胴部を通過してもよい。
【００２２】
図２に示すように、振動伝達体６にはフランジ６５が設けられている。フランジ６５は、振動伝達体６における超音波振動による伸縮波形の節となる位置に配置されている。また、フランジ６５は、ハウジング３の外側で蓋体５２と対向している。
【００２３】
本実施形態では、振動伝達体６が、振動発生器１３に連結されたブースタ６１と、ブースタ６１に連結されたホーン６４を含む。そして、ブースタ６１に、上述したフランジ６５が一体的に形成されている。
【００２４】
振動発生器１３は、振動子を内蔵しており、電圧変化を振動に変換する。ブースタ６１およびフランジ６５は、例えば、熱伝導率の低いチタン合金からなる。ブースタ６１は、フランジ６５から振動発生器１３側に位置する大径部６２と、フランジ６５からホーン６４側に位置する小径部６３を含む。ただし、ブースタ６１は、全長に亘って一定の径を有していてもよい。ホーン６４は、溶湯２に浸かったときに溶存しない材料（例えば、セラミックス）からなる。
【００２５】
フランジ６５の形状は、円形状であってもよいし、四角形以上の多角形状であってもよい。フランジ６５と蓋体５２の間には、振動伝達体６に挿通される中心穴を有する環状のシール部材８が配置されている。また、フランジ６５の周囲には、環状のホルダ７が配置されている。シール部材８およびホルダ７の環状は、フランジ６５の形状と一致する形状（円形状または多角形状）である。
【００２６】
より詳しくは、シール部材８は、フランジ６５の輪郭よりも大きな輪郭を有しており、フランジ６５の周囲に張り出している。シール部材８は、特に限定されるものではないが、例えば織布系ガスケットである。
【００２７】
ホルダ７は、例えば鋼からなり、ボルト９により蓋体５２に固定される。ただし、ホルダ７の蓋体５２への固定手段としては、ボルト９以外にも種々の手段（例えば、磁力）が採用可能である。ホルダ７は、フランジ６５を取り巻く周壁７１と、周壁７１の上端部から内向きに突出するリング部７２を含む。
【００２８】
周壁７１の内側面は、フランジ６５の外周面から離間しており、周壁７１とフランジ６５の外周面との間には隙間が形成される。例えば、フランジ６５およびホルダ７が円形状である場合、周壁７１は、フランジ６５の外径よりも大きな内径を有する。周壁７１は、ボルト９によるホルダ７の蓋体５２への固定により、シール部材８の外周縁部を蓋体５２に押し付ける。
【００２９】
リング部７２は、周壁７１とフランジ６５の外周面との間の隙間を覆うように周壁７１の上端部から内向きに突出している。また、リング部７２は、フランジ６５と全周に亘って接触する。換言すれば、ホルダ７は、周壁７１とフランジ６５の外周面との間の隙間を密閉するように構成されている。本実施形態では、リング部７２が一定の厚さを有しており、フランジ６５の外周縁部と接触する。リング部７２は、ボルト９によるホルダ７の蓋体５２への固定により、フランジ６５の外周縁部をシール部材８を介して蓋体５２に押し付ける。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態の超音波鋳造装置１では、シール部材８がフランジ６５とホルダ７の周壁７１とによって蓋体５２に押し付けられるため、シール部材８の蓋体５２への押付面積Ａを大きく確保することができる。このため、フランジ６５を小型化して振動伝達体６の軸方向の振動の減衰を抑制することができ、このようにしても、シール部材８と蓋体５２の間では高い気密性を得ることができる。さらに、ホルダ７の周壁７１とフランジ６５の外周面との間の隙間によって振動伝達体６の径方向におけるフランジ６５の外周面の振動が許容されるため（実際のフランジ６５の外周面の振動は、ホルダ７のリング部７２とフランジ６５の外周縁部との摺動に由来する）、振動伝達体６の軸方向の振動の減衰をより効果的に抑制することができる。一方、フランジ６５を小型化すると、フランジ６５とシール部材８の接触面積Ｂが減少するが、この接触面積Ｂの減少によるシール性の低下は、ホルダ７のリング部７２とフランジ６５との接触面積Ｃでカバーすることができる。従って、シール部材８の両側で高い気密性を得ることができる。
【００３１】
＜変形例＞
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００３２】
例えば、振動伝達体６は、必ずしもブースタ６１とホーン６４で構成されている必要はなく、全長に亘って一定の直径の棒状体であってもよい。
【００３３】
また、前記実施形態では、フランジ６５とホルダ７のリング部７２とがメタルタッチになっていたが、図３に示すように、ホルダ７のリング部７２とフランジ６５の外周縁部との間に環状のシール材８５が介在していてもよい。この構成によれば、シール材８５の弾性変形によってホルダ７のリング部７２とフランジ６５とのスムーズな相対移動が可能になる。従って、振動伝達体６の軸方向の振動の減衰をいっそう抑制することができる。
【００３４】
また、ホルダ７のリング部７２は、必ずしも一定の厚さを有している必要はなく、図４に示すように、リング部７２の内周縁部がフランジ６５に向かって突出していてもよい。すなわち、リング部７２は、フランジ６５の外周縁部ではなく中間部や内周縁部に接触してもよい。
【００３５】
また、図５に示すように、鋳型１１が加圧室５の天井を構成する蓋体５２に取り付けられていて、加圧室５内に、鋳型１１へ溶湯２を注入するための注入管１５が設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１    超音波鋳造装置
１１  鋳型
１３  振動発生器
２    溶湯
３    ハウジング
５    加圧室
５１  溶湯の上方空間
６    振動伝達体
６５  フランジ
７    ホルダ
７１  周壁
７２  リング部
８，８５  シール材
【図１】
2016153130.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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