(57)【要約】    【課題】  一方向凝固鋳造装置に於いて、加熱領域と冷却領域との境界が明確であり、又加熱時、冷却時で半径方向の温度差を解消した一方向凝固鋳造装置を提供する。    【解決手段】  円筒状の外部加熱手段９の中心部に同心に内筒８を設け、該内筒と前記外部加熱手段との間に円筒状の空間１０を形成し、該空間に所要数の鋳型２３を収納可能とし、該鋳型はリング状の鋳型支持台２２に円周方向に配置され、前記内筒は前記外部加熱手段からの輻射熱が中心部を貫通することを遮断し、昇降装置により前記鋳型支持台を昇降させ、前記鋳型を前記空間に装脱可能であり、前記鋳型には上昇位置で注湯可能であり、前記昇降装置は注湯された前記鋳型を降下させ、溶湯を一方向に凝固可能とした。    【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の外部加熱手段の中心部に同心に内筒を設け、該内筒と前記外部加熱手段との間に円筒状の空間を形成し、該空間に所要数の鋳型を収納可能とし、該鋳型はリング状の鋳型支持台に円周方向に配置され、前記内筒は前記外部加熱手段からの輻射熱が中心部を貫通することを遮断し、昇降装置により前記鋳型支持台を昇降させ、前記鋳型を前記空間に装脱可能であり、前記鋳型には上昇位置で注湯可能であり、前記昇降装置は注湯された前記鋳型を降下させ、溶湯を一方向に凝固可能としたことを特徴とする一方向凝固鋳造装置。
【請求項２】
前記内筒の内部に発熱体を設け、内部加熱手段を構成した請求項１の一方向凝固鋳造装置。
【請求項３】
前記外部加熱手段から下方に向って外部冷却手段を設け、前記内筒から下方に向って下部内筒が設けられ、前記外部加熱手段の下端を境界として上方に加熱領域、下方に冷却領域が形成され、前記下部内筒は前記加熱領域からの輻射熱が前記冷却領域に到達することを遮断する様構成した請求項１の一方向凝固鋳造装置。
【請求項４】
前記下部内筒の内部に冷却媒体を流通させる内冷却コイルを設け、内部冷却手段を構成した請求項１の一方向凝固鋳造装置。
【請求項５】
前記鋳型の上端をリング状の湯道で連通し、該湯道の所要位置に湯口を設け、該湯口、前記湯道を介して複数の鋳型に注湯可能とした請求項１の一方向凝固鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方向凝固（柱状晶、単結晶）精密鋳造品を製作する為の一方向凝固鋳造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機や発電用タービンに用いられるブレード等は、精密部品であると共に高温下での強度が要求され、高強度、精密部品を製作する装置として一方向凝固鋳造装置がある。
【０００３】
一方向凝固鋳造装置は、鋳型にニッケル合金等の溶融金属（湯）を注入し、鋳型が真空容器内で加熱領域から冷却領域に徐々に移動され、移動方向に連続した単結晶を成長させつつ凝固させている。内部組織を単結晶とすることで、高温下でも高強度の鋳造品が得られる。
【０００４】
従来の一方向凝固鋳造装置としては、特許文献１に示されるものがある。
【０００５】
真空容器内に下方が開口する加熱室が設けられ、該加熱室は鋳型を収納可能となっており、該鋳型は昇降台を兼ねる冷却プレートに載置され、前記冷却プレート上に、同心円内に等間隔で所要数立設され、湯口より放射状に延出する湯道が前記鋳型に連通している。又、前記昇降台が昇降することで、鋳型が加熱室内に下側から装脱される様になっている。
【０００６】
前記加熱室内は加熱領域であり、前記開口の下側には冷却リングが設けられ、開口を加熱冷却境界として下方が冷却領域となっている。前記加熱領域では輻射熱によって鋳型を周囲より加熱し、冷却領域では冷却リングにより鋳型を周囲から冷却している。
【０００７】
前記加熱室内に収納された鋳型が、所定温度に加熱された状態で、湯口より湯が注入され、湯道を介して前記鋳型内に湯が充填される。
【０００８】
前記昇降台が、低速度で降下し、鋳型が加熱冷却境界より下方に引出されることで、冷却リングにより冷却され、引出された部分から単結晶を成長させつつ徐々に冷却される様になっている。
【０００９】
上記した様に、鋳型は加熱室で周囲から輻射熱によって加熱され、境界を越えた冷却領域では、外周から冷却される。徐冷し、柱状晶又は単結晶を成長させるには、加熱領域と冷却領域の境界が明確であり、又半径方向で温度分布差が生じないことが好ましい。
【００１０】
ところが、加熱室へは開口を介して装脱される為、開口からの熱輻射が有る。この為、鋳型の冷却領域に移動した部分の内側が、開口からの熱輻射によって加熱される状態となる。この為、加熱領域と冷却領域の境界が不明瞭となると共に半径方向で温度差を生じてしまい、柱状晶又は単結晶成長の阻害要因となっていた。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１４４０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は斯かる実情に鑑み、一方向凝固鋳造装置に於いて、加熱領域と冷却領域との境界が明確であり、又加熱時、冷却時で半径方向の温度差を解消した一方向凝固鋳造装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、円筒状の外部加熱手段の中心部に同心に内筒を設け、該内筒と前記外部加熱手段との間に円筒状の空間を形成し、該空間に所要数の鋳型を収納可能とし、該鋳型はリング状の鋳型支持台に円周方向に配置され、前記内筒は前記外部加熱手段からの輻射熱が中心部を貫通することを遮断し、昇降装置により前記鋳型支持台を昇降させ、前記鋳型を前記空間に装脱可能であり、前記鋳型には上昇位置で注湯可能であり、前記昇降装置は注湯された前記鋳型を降下させ、溶湯を一方向に凝固可能とした一方向凝固鋳造装置に係るものである。
【００１４】
又本発明は、前記内筒の内部に発熱体を設け、内部加熱手段を構成した一方向凝固鋳造装置に係るものである。
【００１５】
又本発明は、前記外部加熱手段から下方に向って外部冷却手段を設け、前記内筒から下方に向って下部内筒が設けられ、前記外部加熱手段の下端を境界として上方に加熱領域、下方に冷却領域が形成され、前記下部内筒は前記加熱領域からの輻射熱が前記冷却領域に到達することを遮断する様構成した一方向凝固鋳造装置に係るものである。
【００１６】
又本発明は、前記下部内筒の内部に冷却媒体を流通させる内冷却コイルを設け、内部冷却手段を構成した一方向凝固鋳造装置に係るものである。
【００１７】
更に又本発明は、前記鋳型の上端をリング状の湯道で連通し、該湯道の所要位置に湯口を設け、該湯口、前記湯道を介して複数の鋳型に注湯可能とした一方向凝固鋳造装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、円筒状の外部加熱手段の中心部に同心に内筒を設け、該内筒と前記外部加熱手段との間に円筒状の空間を形成し、該空間に所要数の鋳型を収納可能とし、該鋳型はリング状の鋳型支持台に円周方向に配置され、前記内筒は前記外部加熱手段からの輻射熱が中心部を貫通することを遮断し、昇降装置により前記鋳型支持台を昇降させ、前記鋳型を前記空間に装脱可能であり、前記鋳型には上昇位置で注湯可能であり、前記昇降装置は注湯された前記鋳型を降下させ、溶湯を一方向に凝固可能としたので、前記内筒が輻射熱遮断手段として機能する。又、鋳型を円筒状の空間に配設する構成であるので、円筒の大径化により、配設する鋳型の数を増大させることが容易であり、生産性の向上が図れる。
【００１９】
又本発明によれば、前記内筒の内部に発熱体を設け、内部加熱手段を構成したので、鋳型を内外から加熱可能となり、鋳型の加熱時間が短縮し、生産性が向上する。又、一方向凝固鋳造装置の大型化に対応可能となる。又、径方向の温度分布が解消される。
【００２０】
又本発明によれば、前記外部加熱手段から下方に向って外部冷却手段を設け、前記内筒から下方に向って下部内筒が設けられ、前記外部加熱手段の下端を境界として上方に加熱領域、下方に冷却領域が形成され、前記下部内筒は前記加熱領域からの輻射熱が前記冷却領域に到達することを遮断する様構成したので、加熱領域と冷却領域の境界が明確になり、又径方向の温度分布が解消されるので、一方向凝固の達成が容易となる。
【００２１】
又本発明によれば、前記下部内筒の内部に冷却媒体を流通させる内冷却コイルを設け、内部冷却手段を構成したので、冷却領域では鋳型の内外から冷却が行え、径方向の温度分布が解消されるので、一方向凝固の達成が容易となる。
【００２２】
更に又本発明によれば、前記鋳型の上端をリング状の湯道で連通し、該湯道の所要位置に湯口を設け、該湯口、前記湯道を介して複数の鋳型に注湯可能としたので、中央部に障害物が有った場合も注湯が可能となり、更に鋳型１個当りの湯道の長さは、鋳型を増やした場合も、変ることがなく、溶湯の消費量を少なくできると共に、一方向凝固鋳造装置の大型化に対応可能である等の優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
【００２４】
図１、図２は、本発明が実施される一方向凝固鋳造装置の一例の概略を示している。
【００２５】
図中、１は真空容器であり、該真空容器１には図示しない真空排気装置が接続され、真空容器１内部を真空状態に排気できる様になっている。
【００２６】
前記真空容器１の所要高さには、中央に円形の開口２が穿設されたリング状の棚板３が設けられ、該リング状の棚板３に加熱手段と冷却手段を一体化した円筒状の加熱・冷却ユニット４が設置されている。以下に、該加熱・冷却ユニット４を説明する。
【００２７】
冷却板を兼ねる支持筒５が前記開口２と同心に設けられ、前記支持筒５の上端にリング形状の外遮蔽フランジ６が設けられ、該外遮蔽フランジ６を介在して前記支持筒５と同径の外筒７が前記支持筒５と同一中心線上に設けられる。前記外遮蔽フランジ６は、前記支持筒５の内径側、外径側の両方に張出している。ここで、前記支持筒５には、比較的熱伝導率の高いステンレス・スチール等の耐熱鋼が用いられ、前記外遮蔽フランジ６には輻射特性の高いカーボン等が用いられ、前記外筒７には輻射特性の高いカーボン等が使用される。
【００２８】
前記外筒７の内部に、該外筒７と同心に内筒８が配設され、前記外筒７、前記内筒８とは２重筒構造を形成し、前記外筒７と前記内筒８との間には空間１０が形成される。前記外筒７と前記内筒８の上端には天井板１１が設けられ、前記内筒８は前記天井板１１に支持され、前記空間１０は前記天井板１１によって上端が閉塞される。
【００２９】
該天井板１１の中心部には前記内筒８の内径と同径の中空孔１２が形成されている。前記内筒８の下側には内遮蔽フランジ１３を介して下部内筒１４が連設されている。前記内遮蔽フランジ１３は図示ではリング形状となっているが中実の円板であってもよい。又、前記下部内筒１４の下端は、閉塞されているが、開放されていてもよい。
【００３０】
尚、前記内筒８の材質は、前記外筒７と同様カーボンが用いられ、前記下部内筒１４には前記支持筒５と同様、ステンレス・スチール等が用いられ、前記天井板１１はステンレス・スチール等が用いられ、前記内遮蔽フランジ１３にはカーボン等が用いられる。
【００３１】
前記外筒７の外周側には発熱体である加熱コイル、例えば外部誘導加熱コイル１５が設けられ、前記内筒８の内周側には発熱体である加熱コイル、例えば内部誘導加熱コイル１６が設けられ、前記外部誘導加熱コイル１５、前記内部誘導加熱コイル１６はそれぞれ高周波電源（図示せず）に接続され、独立して高周波電力が供給可能となっている。前記外筒７、前記外部誘導加熱コイル１５は、外部加熱手段９を構成し、前記内筒８、前記内部誘導加熱コイル１６は内部加熱手段１９を構成する。
【００３２】
尚、前記外部誘導加熱コイル１５、前記内部誘導加熱コイル１６は抵抗発熱コイルであってもよい。
【００３３】
前記支持筒５の上端部の外周側に外冷却コイル１７が設けられ、前記下部内筒１４の内側には内冷却コイル１８が設けられている。前記外冷却コイル１７、前記内冷却コイル１８は、それぞれ中空管となっており、それぞれ冷却源（図示せず）に接続され、前記外冷却コイル１７、前記内冷却コイル１８には冷却源より冷媒、例えば水が流通される様になっている。前記支持筒５、前記外冷却コイル１７は、外部冷却手段２８を構成し、前記下部内筒１４、前記内冷却コイル１８は、内部冷却手段２９を構成する。
【００３４】
前記内筒８、前記下部内筒１４は、前記外部加熱手段９からの輻射熱が中心部を貫通することを遮断する、輻射熱遮蔽手段としても機能する。
【００３５】
図示しない昇降装置によって昇降される昇降ベース２１には複数本（図示では２本）の支柱２０を介してリング形状の鋳型支持台２２（銅製）が支持され、該鋳型支持台２２には所要数の鋳型２３が円周上に立設されており、前記鋳型２３の上端に掛渡ってリング状の湯道２４が設けられ、該湯道２４と前記鋳型２３の内部とは連通している。前記湯道２４の所要位置には湯口２５が設けられ、前記天井板１１の前記湯口２５に対応する位置に、湯注入窓２６が形成され、該湯注入窓２６は図示しない蓋によって開閉可能となっている。
【００３６】
前記鋳型支持台２２が図示しない昇降装置によって上昇された状態では、前記外遮蔽フランジ６の下面に、当接或は略当接する状態となる。
【００３７】
以下、本発明に係る一方向凝固鋳造装置の作用について説明する。
【００３８】
前記鋳型支持台２２が上昇された状態で、前記外部誘導加熱コイル１５、前記内部誘導加熱コイル１６に高周波電力が供給され、前記外筒７、前記内筒８が加熱され、前記外筒７、前記内筒８を介して前記鋳型２３が加熱される。該鋳型２３は、前記外部加熱手段９と前記内部加熱手段１９によって内外から加熱され、昇温速度が増大し、加熱時間の短縮化が図れる。又、内外の温度差、即ち径方向の温度分布が解消される。
【００３９】
前記鋳型２３が所定温度、例えば湯の温度に達すると、所定時間維持され、更に前記湯注入窓２６が開放され、前記湯口２５より湯が注入される。湯は、前記湯道２４を通って、各鋳型２３に充填される。尚、前記外冷却コイル１７、前記内冷却コイル１８には冷却水が流通され、前記支持筒５の上部、前記下部内筒１４が冷却されており、前記外遮蔽フランジ６を境として、下側は冷却領域となっている。
【００４０】
注湯が完了すると、前記湯注入窓２６が蓋によって閉塞され、図示しない昇降装置により前記鋳型２３の降下（鋳型の引抜き）が開始される。降下の速度は、湯が凝固する際に一方向凝固させる降温速度となる様に設定される。
【００４１】
前記鋳型２３の降下により、該鋳型２３の下側から前記外遮蔽フランジ６を境とした冷却領域に移行し、徐冷される。
【００４２】
上記した様に、前記下部内筒１４が前記内冷却コイル１８より下方に突出しているので、前記鋳型２３の前記外遮蔽フランジ６、前記内遮蔽フランジ１３を境として上側の部分は、前記外部誘導加熱コイル１５、前記内部誘導加熱コイル１６により外周から、内周からの両方から加熱され、又前記鋳型２３の冷却領域に移行した部分は、前記外冷却コイル１７、前記内冷却コイル１８により外周から、内周からの両方から冷却される。
【００４３】
更に、冷却位置に突出した前記下部内筒１４は、中心部を通って前記鋳型２３に到達する前記外筒７からの輻射熱を遮断し、又前記外遮蔽フランジ６の内側部分は、前記外筒７による前記外冷却コイル１７部分への熱輻射を遮断する。更に、前記内筒８から前記鋳型２３への輻射熱は前記内遮蔽フランジ１３によって遮断される。
【００４４】
従って、前記外遮蔽フランジ６、前記内遮蔽フランジ１３を境として、下側は加熱領域の影響を受けない、或は影響の極めて少ない冷却領域が形成され、加熱領域と冷却領域の明確な境界が形成される。
【００４５】
又、冷却領域では、前記内冷却コイル１８により内側からも冷却されており、半径方向の温度分布も均一化される。
【００４６】
尚、前記内遮蔽フランジ１３、前記下部内筒１４による輻射熱の遮断効果は明確であり、前記内部誘導加熱コイル１６、前記内冷却コイル１８を省略することも可能である。
【００４７】
又、内筒８を形成し、該内筒８の周囲に鋳型２３を配設する構成であるので、内筒を大きくすることで大型化が可能であり、大型化した場合にも、前記鋳型２３は外側からと、内側から加熱、冷却されるので、加熱冷却の状態は変化がなく、又湯道２４が大径化したとしても、該湯道２４は前記鋳型２３によって支持され、支持される間隔は同一、同等とすることができる。又、鋳型１個当りの湯道の長さは、大型化した場合も同一とすることができ、使用する湯の量を節約できる。
【００４８】
従って、設置する鋳型２３の数を増大させることができ、生産性の向上が図れ、又鋳造品１個当りの製作コストの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略断面斜視図である。
【図２】該実施の形態に於ける加熱・冷却ユニットの拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１              真空容器
４              加熱・冷却ユニット
６              外遮蔽フランジ
７              外筒
８              内筒
９              外部加熱手段
１１            天井板
１３            内遮蔽フランジ
１４            下部内筒
１５            外部誘導加熱コイル
１６            内部誘導加熱コイル
１７            外冷却コイル
１８            内冷却コイル
１９            内部加熱手段
２２            鋳型支持台
２３            鋳型
２４            湯道
２５            湯口
２６            湯注入窓
２８            外部冷却手段
２９            内部冷却手段
【図１】
2009279628.tif 000003
【図２】
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