(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
つぎの事項（11）〜（17）により特定される黒鉛坩堝。
（11）黒鉛を主成分とする耐火材の成形焼成物からなり、容器本体部と、台座部を備えること
（12）容器本体部は、上部が開口した椀状容器の形態をなすこと
（13）台座部は、中実円柱形であり、その中心軸が容器本体部の垂直な中心軸とほぼ同軸となる状態で容器本体部の底面外面に一体化されていること
（14）台座部の底面は、前記中心軸に対して直交する平面になっていること
（15）台座部には、水平方向に貫通する数個の横穴が形成されていること
（16）台座部の外径寸法は、容器本体部の最大外径寸法の３０％以上５０％以下の範囲にあること
（17）台座部の高さ寸法は、容器本体部の高さ寸法の１５％以上４０％以下の範囲にあること
【請求項２】
つぎの事項（21）〜（27）により特定される黒鉛坩堝。
（21）黒鉛を主成分とする耐火材の成形焼成物からなり、容器本体部と、台座部を備えること
（22）容器本体部は、上部が開口した椀状容器の形態をなすこと
（23）台座部は、中空円筒形であり、その中心軸が容器本体部の垂直な中心軸とほぼ同軸となる状態で容器本体部の底面外面に一体化されていること
（24）台座部の底面は、前記中心軸に対して直交する平面になっていること
（25）台座部には、その円筒面に内外を貫通する数個の横穴が形成されていること
（26）台座部の外径寸法は、容器本体部の最大外径寸法の３０％以上５０％以下の範囲にあること
（27）台座部の高さ寸法は、容器本体部の高さ寸法の１５％以上４０％以下の範囲にあること
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アルミニウムなどの金属を溶解する黒鉛坩堝に関し、とくに、その構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は黒鉛坩堝１がセットされた坩堝炉の側断面図である。耐火物からなる炉本体３の燃焼室７の中央床上９に坩台１１を配置し、その上に黒鉛坩堝１が載置されている。炉本体３の側壁部分１３の下部にはバーナー口１５がある。黒鉛坩堝１の加熱にあたっては、そこに設置されたバーナー１７から燃焼室７に向けて火炎１９を噴射する。黒鉛坩堝１に火炎の先端が直接あたるとその部分が局部的に加熱されて酸化が起こり、熱衝撃を受け、結果として坩堝の寿命を縮めることになるため、火炎は燃焼室７の坩台の側面方向に向けて噴射されるように調節されている。火炎にともなう燃焼ガスは黒鉛坩堝１の底面から側面部分を包み込むように上昇して煙道から排出され、これにより炉内温度がスムーズに上昇し、坩堝内の溶融物が均一に溶解するようになっている。
【０００３】
坩台１１には、高さ寸法が５０ｍｍ〜３５０ｍｍ、外径寸法が２００ｍｍ〜４００ｍｍの範囲の中実円柱形もしくは中空円筒形のものが用いられる。坩台上面の外径が坩堝底面の外径よりも小さいと、接触面に大きな圧力がかかり亀裂を生じて坩堝１および坩台１１の寿命を低下させる。反対に坩台上面の外径が坩堝底面の外径よりも大きいと、坩台１１の存在により火炎や燃焼ガスの流れが乱されて溶解が不均一になる。そのため、普通は坩堝底面の外径と坩堝底面の外径とを一致させている。
【０００４】
坩台１１および黒鉛坩堝１の炉内へ搬入は坩堝炉３上方の開口部から行い、炉内に坩台１１を配置してからその上に黒鉛坩堝１を載置する。小型軽量の坩堝１であればその口縁部を把持して吊り下げ、また、大型重量の坩堝１であれば坩堝鋏やトッグル等の荷下ろし機械を使って吊り下げる。
【０００５】
坩堝１の外側面と炉本体３の内壁との間のセパレーションＡが場所によって異なると、坩堝１への熱が均一に伝達されず、溶解が不均一になる。そのため、坩堝１を坩台１１に載せる際には、坩台１１表面の凹凸を確認して坩台１１表面が水平になるように坩台１１の位置を調節しつつ、セパレーションＡが均一になるように坩堝１の位置を調節している。また、坩堝１の中心軸と坩台１１の中心軸とがほぼ同軸でないと坩堝１に応力歪みを生じることがあるため、この点にも注意して坩堝１および坩台１１の位置をうまく調節する。
【０００６】
坩堝１を構成している材料には酸化を防ぐためにガラス分が含まれていることが多く、これが加熱によって表面から流れ出すと坩堝底と坩台１１との溶着を招く。そこで、坩堝１と坩台１１との間に耐火繊維シート２０を介在させることがある。この場合、耐火繊維シート２０は両者の接触面を安定させる機能を兼ねる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の坩台および黒鉛坩堝には次の（１）〜（５）に示すような問題があった。
【０００８】
（１）坩台の運搬時の問題
従来の坩台は表面が滑りやすい上、指の引っ掛かりもなく、狭い炉内への搬入や位置合わせの作業がしにくい。
【０００９】
（２）黒鉛坩堝と坩台との調節作業に係る問題
炉内における坩台と坩堝の位置関係は炉外からでは目視できず、また、坩堝は重量物であるため、坩台の表面を水平に保ったり、坩台と坩堝の中心軸を一致させるといった作業は非常に面倒である。
【００１０】
（３）坩堝の交換時の問題
黒鉛坩堝を交換する際に、坩堝に溶着した坩台が坩堝とともに吊り上げられてしまい、これが吊り上げ中に落下するおそれがある。
【００１１】
（４）坩堝および坩台の寿命判定における問題
一般に、坩台の耐用寿命は坩堝に比べて長く、坩堝の交換時期と坩台の交換時期とは必ずしも一致せず、坩堝が新しいものに交換されても坩台はそのまま継続して使い続けるということも少なくない。そのため、坩台の寿命を予測し損ない、坩台が使用中に破損してこの上に載置されている交換したばかりの新しい坩堝を破損してしまうおそれがある。
【００１２】
（５）熱遮蔽の問題
黒鉛坩堝底面は、坩台に接しているため火炎の熱が上手く伝わらず、他の部分に比べて昇温が遅れやすいが、前述したように両者の接触部に耐火繊維シートを介在させると坩堝底面の昇温はさらに遅くなってしまう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る黒鉛坩堝は、つぎの事項（11）〜（17）により特定されるものである。
（11）黒鉛を主成分とする耐火材の成形焼成物からなり、容器本体部と、台座部を備えること
（12）容器本体部は、上部が開口した椀状容器の形態をなすこと
（13）台座部は、中実円柱形であり、その中心軸が容器本体部の垂直な中心軸とほぼ同軸となる状態で容器本体部の底面外面に一体化されていること
（14）台座部の底面は、前記中心軸に対して直交する平面になっていること
（15）台座部には、水平方向に貫通する数個の横穴が形成されていること
（16）台座部の外径寸法は、容器本体部の最大外径寸法の３０％以上５０％以下の範囲にあること
（17）台座部の高さ寸法は、容器本体部の高さ寸法の１５％以上４０％以下の範囲にあること
【００１４】
第２発明に係る黒鉛坩堝は、つぎの事項（21）〜（22）により特定されるものである。
（21）黒鉛を主成分とする耐火材の成形焼成物からなり、容器本体部と、台座部を備えること
（22）容器本体部は、上部が開口した椀状容器の形態をなすこと
（23）台座部は、中空円筒形であり、その中心軸が容器本体部の垂直な中心軸とほぼ同軸となる状態で容器本体部の底面外面に一体化されていること
（24）台座部の底面は、前記中心軸に対して直交する平面になっていること
（25）台座部には、その円筒面に内外を貫通する数個の横穴が形成されていること
（26）台座部の外径寸法は、容器本体部の最大外径寸法の３０％以上５０％以下の範囲にあること
（27）台座部の高さ寸法は、容器本体部の高さ寸法の１５％以上４０％以下の範囲にあること
【００１６】
【発明の実施の形態】
図２と図３はこの発明の創作に到る前提的構成を備えたアルミニウム溶解用の黒鉛坩堝１を示し（便宜的にそれぞれ第１実施例、第２実施例とする）、図４はこの発明を適用した構成のアルミニウム溶解用の黒鉛坩堝１を示している（これを第３実施例とする）。
これらの黒鉛坩堝１は黒鉛を主成分とする耐火材からなる成形焼成物であり、上部が開口した椀状容器の形態をなす容器本体部２１と、この容器本体部２１の底部外面に一体化された台座部２３とからなる。容器本体部２１の垂直な中心軸と、台座部２３の垂直な中心軸とはほぼ同軸であり、台座部２３の底面はこの中心軸に対して直交する平面になっている。また、バーナーの火炎が坩堝１に直接あたらないように、また、火炎にともなう燃焼ガスは黒鉛坩堝１の底面から側面部分を包み込んで、坩堝１全体がスムーズかつ均一に昇温するように、台座部２３の外径寸法は容器本体部２１の最大外径寸法の３０％以上５０％以下、高さ寸法は容器本体部２１の高さ寸法の１５％以上４０％以下の範囲になるように設定している。
【００１７】
図２に示す第１実施例の黒鉛坩堝１は容器本体部２１と前記台座部２３とが一体的に形成されて焼成されている。台座部２３は中実の円柱形であり、この部分が従来の坩台としての機能を担う。この実施例においては、台座部２３の熱が坩堝１底面に直接伝達されるため、坩堝１全体をスムーズかつ均一に昇温させることができる。また、肉厚な台座部２３により坩堝１底部の強度が増大し、坩堝１の耐久性が向上している。
【００１８】
図３に示す第２実施例の黒鉛坩堝１は、台座部２３を中空の円筒形としている。このようにすれば、円筒体部分の熱容量が減って台座部２３の昇温が速まり、それにともなって坩堝１の昇温が一層促進される。
【００１９】
図４に示す第３実施例の黒鉛坩堝１は、容器本体部２１と上部が閉塞した中空円筒形の台座部２３とをそれぞれ別体として形成しておき、これらを接着剤により接着して一体化したものである。接着にあたっては、微粉炭化珪素、微粉黒鉛、微粉亜鉛、微粉金属シリコン、微粉フリット、フェノール樹脂を混合した接着剤を黒鉛坩堝１本体底面と台座部２３上面に塗布して両者を接合し、その接合部を加熱して硬化させた。この実施例においては、台座部２３の形状は中空円筒形に限られず、例えば前述したような中実円柱形のものを用いてもよい。台座部２３の直径方向には中空部にまで貫通する２本の通気穴２７を形成してある。従って、加熱時には火炎や燃焼ガスはこの通気穴２７から中空部にまで入り込み、台座部２３を速やかに昇温させることができる。通気穴２７の本数は２本以上であってもよく、台座部２３の耐久性を損なわない程度までその数を増やすことができる。また、台座部２３が中実円柱形である場合には、数カ所に側面を水平に貫通する横穴を形成しておけば、中空円筒形の場合と同様の効果が得られる。
【００２０】
このように、以上に説明した実施例における黒鉛坩堝は、坩堝自体が従来の坩台としての機能を兼ね備える。従って、従来のように坩堝と坩台との位置関係を調節する必要はなく、坩堝炉の上部開口から目視しながら坩堝の外側面と坩堝炉の内側面との間のセパレーションを均一に保つようにして炉内へ搬入するだけで、坩堝を最適な位置に配置することができる。
【００２１】
また、台座部２３の形状として中実円柱形および中空円筒形である場合を例として説明したが、台座部２３がこれら以外の形状（例えば角柱等）であっても本発明を容易に適用することができることは明らかである。
【００２２】
【発明の効果】
本発明による黒鉛坩堝は、坩台部分が一体成形されているため、以下の効果を奏する。
【００２３】
（１）狭い炉内で坩台の表面を水平に保ったり、坩台と坩堝の中心軸を一致させるといった面倒な作業をすることなく、坩堝の外側面と坩堝炉の内壁との間のセパレーションが均一になるようにするだけで、坩堝を炉内の最適な位置に配置することができる。
【００２４】
（２）坩堝に溶着した坩台が坩堝とともに吊り上げられてしまい、これが吊り上げ中に落下するといったことがない。
【００２５】
（３）坩堝のみ、もしくは坩台のみを別々に交換するということはあり得ず、従来のように坩台の寿命を予測し損なって坩堝を破損してしまうことがない。
【００２６】
（４）台座部からの熱が効率よく坩堝底面に伝達され、さらに、台座部を貫通する横穴を形成しておけば台座部の昇温が早まって坩堝底面を速やかに昇温することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】代表的な坩堝炉の構成を示す側断面図である。
【図２】この発明の第１実施例による黒鉛坩堝の縦断面図である。
【図３】この発明の第２実施例による黒鉛坩堝の縦断面図である。
【図４】この発明の第３実施例による黒鉛坩堝の縦断面図である。
【符号の説明】
１  黒鉛坩堝
３  炉本体
７  燃焼室
１１  坩台
２０  耐火繊維シート
２１  容器本体部
２３  台座部
２７  通気穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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