(57)【要約】溶融金属の供給精度の良好な電磁ポンプ式溶融金属供給装置を提供する。この装置は、溶融金属の搬送管路内に溶融金属の移動に伴って回転する回転羽根を備えており、この回転羽根の回転数を検出することにより、溶融金属の搬送量を計測できる。
2002040203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁ポンプ式溶融金属供給装置であって、
電磁ポンプを備える溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路内に設けられる、溶融金属の移動に伴って回転する回転羽根と、
この回転羽根の回転数を検出する検出器、
とを備える、溶融金属供給装置。
【請求項２】
前記回転羽根の回転軸は、前記搬送管路内において偏心して配置されている、前記１記載の溶融金属供給装置。
【請求項３】
前記回転羽根は、シャフトとこのシャフトに備えられる羽根とを有し、
前記シャフトは、
前記搬送管路に設けられるテーパ状の嵌合孔に嵌合される凸状部と、
この凸状部を貫通し、前記シャフトが嵌合可能な貫通孔、
とを有するキャップ部材を介して、前記搬送管路に装着される、１又は２記載の溶融金属供給装置。
【請求項４】
前記キャップ部材は、締着部材によって前記搬送管路に圧締めされている、３記載の溶融金属供給装置。
【請求項５】
前記締着部材に対して、当該締着部材の熱膨張を相殺可能な程度の張力が付加されている、４記載の溶融金属供給装置。
【請求項６】
前記搬送管路には、搬送管路内の溶融金属量の検出手段を備えている、１〜５記載の溶融金属供給装置。
【請求項７】
前記回転羽根はチタン酸アルミニウムを主材とする、１〜６記載の溶融金属供給装置。
【請求項８】
電磁ポンプを用いて溶融金属を供給して鋳物を製造する方法であって、
鋳造用のキャビティへ溶融金属を搬送する搬送管路に回転羽根を備え、
この回転羽根の回転数を検出し、
この回転数により溶融金属の供給量を制御する、方法。
【請求項９】
電磁ポンプ式溶融金属供給装置の計量装置であって、
溶融金属の搬送管路に備えられ、溶融金属の移動に伴って回転される回転羽根と、
この回転羽根の回転数を検出する検出器、
とを有する、装置。
【請求項１０】
前記搬送管路に備えられ、搬送管路内の溶融金属量の検出手段を備えている、９記載の計量装置。
【請求項１１】
１〜７のいずれかに記載の溶融金属供給装置を備える、鋳造装置。
【請求項１２】
チタン酸アルミニウムセラミックス製のアルミニウム合金溶湯接触部材であって、
少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＭｇＡｌ２Ｏ４からなる群から選択される１種あるいは２種以上の成分を含有し、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を備える部材。
【請求項１３】
チタン酸アルミニウムセラミックス製アルミニウム合金溶湯接触部材であって、
少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、前記チタン酸アルミニウムセラミックス基材よりもＳｉ含有量が少ないチタン酸アルミニウム層を備える部材。
【請求項１４】
１２又は１３に記載の合金溶湯接触部材を備えるアルミニウム合金鋳造装置。
【請求項１５】
チタン酸アルミニウムセラミックス製のアルミニウム合金溶湯接触部材の製造方法であって、
チタン酸アルミニウムセラミックス製部材の少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有し、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を形成する工程と、
Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよび／又はＡｌ２ＴｉＯ５を含有する層を備えるチタン酸アルミニウムセラミックス製部材にマグネシウムおよび／またはアルミニウムを作用させてＭｇＡｌ２Ｏ４を生成させる工程、
とを備える、方法。
【請求項１６】
アルミニウム合金溶湯接触部材の製造方法であって、
少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有し、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を備えるチタン酸アルミニウムセラミックス製のアルミニウム合金溶湯接触部材を、アルミニウム合金の鋳造工程の少なくとも一部において、Ｍｇを含有するアルミニウム合金溶湯に接触させて、前記Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよび／またはＡｌ２ＴｉＯ５を含有する層においてＭｇＡｌ２Ｏ４を生成させる工程、
とを備える、方法。
【請求項１７】
アルミニウム合金溶湯接触部材の製造方法であって、
チタン酸アルミニウムセラミックス製の２以上の部材が接合される部位であって、少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有し、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を備えるチタン酸アルミニウムセラミックス製のアルミニウム合金溶湯接触部材を、当該部位をアルミニウム合金の鋳造工程の少なくとも一部において、Ｍｇを含有するアルミニウム合金溶湯に接触させて、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよび／またはＡｌ２ＴｉＯ５の含有層においてＭｇＡｌ２Ｏ４を生成させる工程、
を備える方法。
【請求項１８】
アルミニウム合金鋳物の製造方法であって、
少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有し、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を備えるチタン酸アルミニウムセラミックス製のアルミニウム合金溶湯接触部材を、アルミニウム合金の鋳造工程の少なくとも一部において、Ｍｇを含有するアルミニウム合金溶湯に接触させて、前記Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよび／又はＡｌ２ＴｉＯ５の含有層においてＭｇＡｌ２Ｏ４を生成させる工程、
とを有する、方法。
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
この発明は、例えば、溶融金属アルミニウムや溶融金属ナトリウムを搬送・供給する溶融金属供給装置に関する。また、アルミニウム合金溶湯等の溶融金属に接触するセラミックス部材の非濡れ性を付与及び維持するための技術に関する。
〔背景技術〕
たとえば、高速増殖炉における溶融金属ナトリウムや鋳造施設における溶融金属アルミニウム等の溶融金属を搬送するのには、電磁誘導作用によって溶融金属に推力を付与するリニア誘導電磁ポンプが利用されている。
溶融金属の供給装置、特に鋳造施設における溶湯供給装置においては、鋳造用のキャビテイに一定量の溶湯を供給することが、鋳造精度を確保するのに重要である。
電磁ポンプを備える溶湯供給装置の場合、電磁ポンプに供給する電流の周波数、電流密度、及び電流供給時間等の各種電流制御によって、溶湯の移送速度や移送時間を調節することにより、鋳造キャビテイないしシリンダに溶湯を供給するようにしていた。
しかしながら、電磁ポンプでは、流体である溶湯に推力を付与するものであるため、電流制御によってその移送量を正確に制御するのは困難であった。
キャビテイへの供給に際して、吐出用のシリンダが設けられている場合であっても、最終的には電磁ポンプによる溶湯の供給精度が問題となる。また、キャビテイへの供給路にオリフィスや弁を設けたとしても、溶湯の供給量は溶湯の供給精度に依存する。
また、溶融金属供給装置の、特に溶融金属と接触する部材は、低熱膨張性でかつ耐熱衝撃性に優れるセラミックスで形成される必要がある。例えば、アルミニウム合金鋳造設備においては、アルミニウム合金溶湯を一定量、溶解保持炉から成形機に移すのに、チタン酸アルミニウムセラミックス製のラドルが計量装置として使用されていることが多い。かかるラドルは、低熱膨張性と耐熱衝撃性に優れるチタン酸アルミニウムセラミックスで形成されている。
ここで、チタン酸アルミニウムセラミックスは低熱膨張性を有し、耐熱衝撃性に優れることが知られている。しかしながら、チタン酸アルミニウムセラミックスにおける低熱膨張性は、結晶粒界に生じる亀裂による見かけ上のものである。したがって、この粒界亀裂により機械的強度が著しく弱いことが問題となっていた。
そこで、見かけの低熱膨張性を維持しながら機械的強度を高めるために、一般に数ｗｔ％〜１０ｗｔ％のシリカが添加されている。これにより、チタン酸アルミニウムの焼結過程における粒成長が抑制され、その結果として、焼結させた後の冷却過程で発生する結晶粒界応力が低減され、亀裂の発生が抑制されるためセラミックスの機械的強度が向上する。
しかしながら、チタン酸アルミニウムセラミックス製のラドルは、溶湯汲み取り回数が１０００回程度の連続使用により非濡れ性が大きく低下し、ラドル内とその注ぎ口にアルミニウムが残留するようになる。その結果、成形機への定量供給が困難となり、鋳造部品重量の変動に起因する不良品発生率の増大をもたらすことにもなる。
さらに、ラドル注ぎ口に付着固化したアルミニウム合金塊が鋳造システム装置と接触し、ラドル自身の破壊あるいはラドルマシンの損傷に至る。
現状では、非濡れ性低下後に溶湯供給用ラドル装置を止めて、ラドルに付着したアルミニウム合金を機械的に剥ぎ取る等の方法が取られている。生産性の向上のためには、少なくとも汲み取り回数が１００００回での非濡れ性を維持していることが要求されている。
以上のことから、溶融金属の供給精度の良好な溶融金属供給装置が要望されていた。そして、特に、アルミニウム合金溶湯に対する非濡れ性及びその持続性の付与により溶湯の供給精度の良好な溶湯接触部材が要望されていた。
上記した課題を解決するための手段として、本発明者らは、以下の発明を創出した。
本発明者らは、供給精度のよい電磁ポンプ式溶融金属供給装置を開発した。
すなわち、本発明は、溶融金属供給装置であって、
電磁ポンプを備える溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路内に設けられる、溶融金属の移動に伴って回転する回転羽根と、
この回転羽根の回転数を検出する検出器、
とを備える、溶融金属供給装置を提供する。
この装置によれば、搬送管路内を電磁誘導により搬送される溶融金属の搬送量を、検出器により検出される回転羽根の回転数に基づいて計測することができる。あるいは回転数に基づいて搬送量を調節することもできる。このため、溶融金属の供給量を精度よく制御することができる。この装置においては、前記搬送管路には、搬送管路内の溶融金属量の検出手段を備えていることが好ましい態様である。かかる態様によれば、搬送管路内の溶湯量の変化により生じる搬送量の検出や制御における正確性や精度を補償できる。
また、本発明の一つの態様によれば、
電磁ポンプを用いて溶融金属を供給して鋳物を製造する方法であって、
鋳造用のキャビティへ溶融金属を搬送する搬送管路に回転羽根を備え、
溶融金属の搬送時における回転羽根の回転数を検出し、
この回転数により溶融金属の供給量を制御する、方法も提供される。
この方法によると、鋳造精度の高い鋳物を容易に得ることができる。
さらに、本発明の他の態様によれば、
電磁ポンプ式溶融金属供給装置の計量装置であって、
溶融金属の搬送管路に備えられ、溶融金属の移動に伴って回転される回転羽根と、
この回転羽根の回転数を検出する検出器、
とを有する、装置も提供される。この計量装置においては、さらに、搬送管路に備えられる、搬送管路内の溶融金属量の検出手段を備えていることが好ましい態様である。
この装置によれば、溶融金属の搬送量を精度良く計量することができる。
また、本発明者らが、チタン酸アルミニウムセラミックスのアルミニウム合金溶湯に対する非濡れ性の低下について検討したところ、チタン酸アルミニウムセラミックスに添加されるシリカがアルミニウム合金溶湯中のＡｌやＭｇによって還元されチタン酸アルミニウムセラミックスの表面にＳｉ粒子が生成され、このＳｉ粒子の存在によって非濡れ性の低下が生じることがわかった。また、シリカの還元に伴って、チタン酸アルミニウムセラミックスの表面では、ＭｇＯやＡｌ２Ｏ３が生成し、さらにこれらから、チタン酸アルミニウムセラミックスの表面にＭｇＡｌ２Ｏ４が生成していることもわかった。
すなわち、本発明者らは、非濡れ性低下を抑制あるいは回避し、非濡れ性を付与しあるいは持続させるには、アルミニウム合金溶湯と接触するチタン酸アルミニウムセラミックスの表面におけるＳｉの存在あるいは生成を回避することによって達成されることを見出した。
よって、本発明によれば、以上の知見により、以下の手段が提供される。
すなわち、チタン酸アルミニウムセラミックス製アルミニウム合金溶湯接触部材であって、
少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、およびＭｇＡｌ２Ｏ４からなる群から選択される１種あるいは２種以上の成分を含有し、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を備える部材が提供される。
また、チタン酸アルミニウムセラミックス製アルミニウム合金溶湯接触部材であって、
少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ないチタン酸アルミニウム層を備える部材が提供される。
また、これらの接触部材を備える溶湯供給装置も提供される。
チタン酸アルミニウムセラミックス製アルミニウム合金溶湯接触部材の製造方法であって、
チタン酸アルミニウムセラミックス製部材の少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有し、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を形成する工程と、
Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよび／又はＡｌ２ＴｉＯ５を含有する層にマグネシウムおよび／またはアルミニウムを作用させてＭｇＡｌ２Ｏ４を生成させる工程、
とを備える、方法が提供される。
また、アルミニウム合金溶湯接触部材の製造方法であって、
チタン酸アルミニウムセラミックス製の２以上の部材が接合される部位であって、少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有し、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を形成する工程と、
Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよび／又はＡｌ２ＴｉＯ５を含有する層にマグネシウムおよび／またはアルミニウムを作用させてＭｇＡｌ２Ｏ４を生成させる工程、を備える方法も提供される。
また、アルミニウム合金鋳物の製造方法であって、
少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有し、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を備えるチタン酸アルミニウムセラミックス製のアルミニウム合金溶湯接触部材を、鋳造工程の少なくとも一部において、Ｍｇを含有するアルミニウム合金溶湯に接触させて、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよび／又はＡｌ２ＴｉＯ５を含有する層においてＭｇＡｌ２Ｏ４を生成させる工程、
とを有する、方法も提供される。
さらに、本発明によれば、アルミニウム合金溶湯接触部材の製造方法であって、
少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有し、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を備えるチタン酸アルミニウムセラミックス製のアルミニウム合金溶湯接触部材を、鋳造工程の少なくとも一部において、Ｍｇを含有するアルミニウム合金溶湯に接触させて、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよび／又はＡｌ２ＴｉＯ５を含有する層においてＭｇＡｌ２Ｏ４を生成させる工程、
とを有する、方法が提供される。
（発明を実施するための最良の形態）
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明に係る電磁ポンプ式溶融金属供給装置は、少なくとも、電磁ポンプによって搬送される溶融金属の搬送管路内に、溶融金属の移動に伴って回転する回転羽根と、この回転羽根の回転数を検出する検出器、とを備えている。当該回転羽根と検出器とは、本願発明に係る計量装置を構成する。
また、本願発明に係る鋳物の製造方法は、本供給装置を用いることが好ましい態様である。
以下、本発明に係る溶融金属供給装置を例示して、本発明の実施形態について具体的に説明する。
本溶融金属供給装置２の全体構成を図１に示す。本発明における溶融金属供給装置（以下、本供給装置ともいう。）としては、鋳造用の溶融金属（溶湯）を供給する装置（鋳造装置）でも、また、高速増殖炉に溶融金属ナトリウムを供給する装置であってもよいが、好ましくは、鋳造用溶湯供給装置である。
本供給装置２は、鋳造用溶湯供給用の装置であり、搬送管路４とこの管路に沿って配置される電磁ポンプ１０と、計量装置２０とを備えている。
（搬送管路）
本供給装置２に備えられる溶融金属を搬送する搬送管路４の形状は、特に限定しないが、好ましくは扁平形状である。扁平形状の場合、その長辺側の側面に沿って、誘導子を配置することによって効率的に電磁ポンプが構成される。すなわち、管路内にコアを備えなくても溶融金属に対して十分な駆動トルクが得られる。搬送管路４としては、具体的には、扁平状の角筒あるいは楕円形状の円筒を用いることができる。
搬送管路４の材質は、磁束が通過される非磁性体であればよく、セラミックスを使用できる。好ましくは、低熱膨張性のセラミックスであり、熱膨張係数が１×１０−６／℃（室温〜１０００℃）以下である。熱膨張係数がこの数値を超えると、溶融金属の搬送時における熱衝撃で破壊するおそれが高くなる。かかる材料としては、チタン酸アルミニウムを挙げることができる。
搬送管路４内においては、溶融金属が冷却されて固化するのを防止する必要がある。このため、搬送管路４は、溶融温度が維持されるように保温されることが好ましい。特に、搬送管路４の表面に凹状溝を形成することにより、熱伝導性を向上させるとともに、管状ヒータを搬送管路４に巻き付けることが好ましい。
一方、搬送管路４の周囲に配置される電磁ポンプ１０は、その作動を維持するために、冷却されなければならない。このため加熱保温される搬送管路の外周には、断熱層が形成されることが好ましい。断熱層は、断熱材とガス（空気）層で構成することが好ましい。断熱材としては、セラミックス、ガラス等を使用できる。また、ガス層としては、通気路に空気を強制通過させるようにして形成することができる。なお、かかる断熱構造は、搬送管路４の全体において付与されることが好ましい。
（電磁ポンプ）
本供給装置２における、電磁ポンプ１０の構造としては、各種構造を採用することができる。外置型や浸漬型等のいずれでもよく、これらを改変したものであってもよい。
電磁ポンプ１０は、搬送管路４内の溶融金属に移動トルクが発生するように、誘導子１２が配置される。誘導子１２は、少なくとも、ステータコア１４と、コイル１６とを構成要素とする。
図２に搬送管路４と電磁ポンプ１０とを上方視した図を示す。
搬送管路４の形状によっては、ステータコア１４とコイル１６のみによって搬送管路内の溶融金属に十分な駆動トルクが生じるが、さらに、さらにこのステータコアに対向するようにコアを搬送管路４の内部に備えるようにすることもできる。
ステータコア１４とコイル１６のみを備える場合とは、搬送管路４の外側に搬送管路４を介して対向状に備えられるステータコア１４とコイル１６からなる誘導子１２が、搬送管路４の幅が十分に狭いために、別途搬送管路４の内部にコアを要しない場合である。
また、ステータコア１４とコイル１６からなる誘導子１２は、搬送管路４の内側に設けることもできる。例えば、搬送管路４を外管と内管との二重構造とし、この内管にステータコア１４とコイル１６とを備えるようにし、外管自体を磁性体で形成してコアとすることもできる。
なお、誘導子１２は、搬送管路４に対して各種形態で配置することができるが、図３に示すように配置することが好ましい。すなわち、搬送管路４の外側にステータコア１４とコイル１６とを備える場合、縦長の方形状の搬送管路４の両側に、搬送管路４をはさんで水平状態（同じ高さ位置）あるいは水平から１５度までの角度に傾斜した状態で配置されることが好ましい。１５度を超えると、搬送管路４からの溶融金属の漏出が発生した場合において、電磁ポンプ１０の構成部分を損なう恐れが高くなる。より好ましくは、水平あるいは水平から６度までの角度範囲で傾斜するようにする。なお、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、搬送管路４とその両側の誘導子１２は、搬送管路４の軸方向に垂直な断面からみて、搬送管路４の横中心線と両側の誘導子１２の横中心は、一致していることが好ましい。
本供給装置２は、溶融金属が溶融状態で維持される溶融保持炉１８を併せて備えていることもできる。この場合、溶融保持炉１８の底部付近から上方を指向して接続された搬送管路４を備えることが好ましい。さらに、鋳造装置の場合には、この搬送管路の先端は、鋳造用キャビテイ５に接続される。
（計量機構）
本供給装置２は、電磁ポンプ１０によって搬送される溶融金属の計量機構（装置）として、溶融金属の移動に伴って回転する回転羽根２２と、この回転羽根の回転数を検出する検出器３２とを備えている。図４に、計量装置２０の詳細な構造を示す。
（回転羽根）
回転羽根２２の一形態を図５に示す。回転羽根２２は、搬送管路４内を移動する溶融金属により回転可能な形状及び構造に形成されている。羽根の形態は、特に限定しないが、スクリュー型、羽根車等とすることができる。好ましくは、羽根車型である。
本装置２においては、回転羽根２２は、シャフト２４とシャフト２４に備えられる羽根２６によって構成される。溶融金属の移動により羽根２６に圧力がかかり、これにより、羽根２６とシャフト２４とが回転される。
回転羽根２２の構成材料は、本供給装置２に適用される溶融金属に対して、非濡れ性、耐触性、耐熱衝撃性等を備えていることが好ましい。特に、溶融金属アルミニウムに適用される場合、熱膨張係数が１×１０−６／℃（室温〜１０００℃）以下であることが好ましい。かかる熱膨張係数を超えると、回転羽根２２が破壊する恐れが顕著に増大するからである。かかる熱膨張係数等を備える非磁性の材料としては、セラミックスであり、特に、チタン酸アルミニウム（ＴｉＡｌ２Ｏ５）やサイアロンを主体とするセラミックスを挙げることができる。なお、サイアロンとは、Ｓｉ３Ｎ４の固溶体の一種であり、β’−サイアロンと、α−サイアロンとの２種類がある。β’−サイアロンとは、Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ６−ｚで表される化合物であり、ｚは０より大きく、最大４．２までの数値を取りうるものである。また、α−サイアロンとは、ＭＸ（Ｓｉ、Ａｌ）１２（Ｎ，Ｏ）１６で表される化合物であり、ｘは、０より大きく２．０以下である。Ｍは、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、及び希土類元素（Ｙ，Ｎｄ、Ｙｂ等を含む）からなる群から選択される１種以上である。
回転羽根２２は、溶融金属の移動方向に対して回転軸（シャフト）２４が直交するように搬送管路４内に配置されることが好ましい。さらに好ましくは、回転軸２４が垂直となる形態とする。特に、搬送管路４の両側部に誘導子１２が配置されている場合において好ましい。
図６に、搬送管路４内に配置された回転羽根２２の状態を示す。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、回転羽根２２の回転軸２４が、溶融金属の移動方向に対して直交しかつ垂直に配置される場合、図６（ｂ）に示すように、その回転軸２４が、搬送管路４の縦中心に対して偏心して配置されていることが好ましい。すなわち、回転羽根２２と搬送管路４の側壁との間に形成される溶融金属の流路の幅が均等にならないように配置されていることが好ましい。このように形成すると、溶融金属の移動により回転羽根２２に不均一な差圧がかかるため、回転羽根２２の回転がスムーズに開始され継続される。この場合、溶融金属の流路の幅が大きくなる側の羽根２６により大きな圧力が係り、当該側の羽根２６が下流方向に移動するように、回転羽根２２が回転されることになる。
また、回転羽根２２の配置部位においても、誘導子１２が配置されていることが好ましい。この場合、回転羽根２２の回転軸２４の両側を挟むように誘導子１２が配置されていることが好ましく、より好ましくは、回転羽根２２が対向される誘導子１２間において搬送管路４内で偏心されている。このように配置されると、誘導子１２によって溶融金属が駆動されることにより、効果的に回転羽根２２が回転される。
さらに、回転羽根２２の回転を容易にするために、外部モータ４０により直接駆動するようにすることもできる（図４参照）。これにより、回転羽根２２に十分な回転力を供給し、確実に回転羽根を回転させて溶融金属を搬送させることができるようになる。特に、外部モータ４０による駆動は、回転羽根２２の回転の開始のために好ましい。
（回転数検出器）
回転数検出器は、回転羽根２２のシャフト２４に伝達される回転を、直接あるいは間接的に検出するようになっている。検出機構としては、各種従来公知の方法を採用することができる。
例えば、図４に示すように、回転数検出器は、搬送管路４内部のシャフト２４の回転が伝達されるとその回転を検出してパルスを発生するように備えられたパルス発生器３２とすることができる。なお、このパルス発生器３２で発生するパルスをさらに、パルスのカウンター機構を備える装置に伝達することにより、回転数を容易に検出することができる。
このように設けた回転羽根２２が１回転するときの溶融金属の搬送量は、計算により算出することができる。しかしながら、構造上の誤差や作動上の条件によって、当該搬送量は変動しうる。したがって、実測に基づいてかかる変動要因によるパラメータを設定し、実際の計量時にかかるパラメータに基づいて供給量を表示できるようになっていることが好ましい。
さらに、図４に示すように、外部モータ４０の駆動力をシャフト２４に伝達するようにして、回転羽根２２を外部から回転駆動可能に形成することができる。これにより、回転羽根に十分な回転力を付与することができる。
外部モータ４０等により回転羽根２２を回転駆動する場合には、搬送管路４の外部においてシャフト２４の回転に伴って回転する回転体３４（好ましくは、板状体）と、この回転体３４の回転を遠隔的に検出するセンサ３６、とを備えることもできる。この場合、回転体３４に回転検出孔を設けることにより、光電センサ３６により、その回転（数）を検出することができる。このような回転体３４とセンサ３６とを備えると、搬送管路４内の回転羽根２２と前記回転体３４とは一体的に構成されているため、回転羽根２２の回転に異常が発生すると、外部の回転体３４の回転にも異常が発生する。このとき、センサ３６による回転数とモータによって発生するべき回転数とを対比することにより、回転羽根２２の異常を検出できる。したがって、外部モータ等により回転羽根２２を駆動する場合には、回転体３４及びセンサ３６は、回転羽根２２及び／又は搬送管路４内の異常検出器として有効に機能する。
なお、外部モータ４０により回転羽根を駆動しない場合であっても、回転体３４やセンサ３６は、回転羽根２２の回転状態をチェックする機構として作用する。
回転体３４は、断熱材として兼用することができる。この場合、回転体３４を、断熱性の高い材料で、また、表面積を大きく形成することが好ましい。さらに、この回転体３４に対して、ガス供給源から供給されるエアー等の冷却手段の噴出口３８を指向させて、エアー等の冷却手段が吹き付けられるように形成することにより、より効果的に断熱することが可能である。
（搬送管路内における溶融金属の量の検出）
回転羽根２２の回転数から搬送管路４内で搬送される溶融金属量を計測する際、搬送管路４内の溶融金属の湯量によって、回転数あたりで搬送される溶融金属量は変化する。溶融金属の湯量に起因する搬送量の変動を補償するには、搬送管路４内の溶融金属の湯量を検出する手段を備えるようにする。当該手段は、特に限定しないが、好ましくは、搬送管路４内の溶融金属の液面位を検出することにより、溶融金属量を検出する手段である。例えば、溶融金属に対して浮力を備える浮子を搬送管路４内に備え、この浮子の変位量を外部から検出可能に備えることができる。浮子の変動量を外部から検出するには、浮子の変位に連動する検出部材を浮子に備えるようにすることができる。
好ましい構成を図７に例示する。図７には、浮子２８が、搬送管路４に対して装着部３０を介して取り付けられている状態が示されている。この例では、浮子２８は、装着部３０の上端縁に係止される係止部２８ａと、搬送管路４内の溶融金属に接触する接触部２８ｂとを有し、係止部２８ａには、浮子２８の変位を明示する指示部２９を有している。装着部３０は、その上端縁に浮子２８の係止部２８ａが係止されることにより、浮子２８を揺動可能に保持するようになっているとともに、浮子２８の揺動を妨げないで最大変位にまで対応可能な中空部３０ａを備えている。この例では、浮子２８自体が検出部材を兼ねた構成となっており、接触部位２８ｂに発生する変位は、そのまま、係止部２８ａ及び指示部２９に伝達され、外部から容易に把握される。なお、浮子の変位を別個の検出部材によって外部に伝達することも当然可能である。
外部に伝達された浮子の変位量は、従来公知の各種の検出手段、変換手段等により検知し、溶湯量として検知することができる。例えば、差動トランス、磁気センサー等にて検出することができる。さらに、得られた溶湯量により、回転羽根２２の回転数から把握される溶融金属の搬送量が補正されるようになっている。
浮子及び装着部、ならびに検出部材は、いずれも、非濡れ性、耐熱ショック性に優れ、熱膨張係数（室温〜１０００℃）が１×１０−６／℃以下であることが好ましい。具体的には、チタン酸アルミニウムを主体として構成されることが好ましい。
（回転羽根の固定構造）
回転羽根２２は、密閉性よく搬送管路４内に配置される必要があるとともに、そのメインテナンスや交換等のため容易に搬送管路４から取り外しできるように装着されていることが好ましい。また、熱膨張の影響をできるだけ回避できるように装着されていることが好ましい。
このため、図８及び図９に示すように、搬送管路４と、回転羽根２２との装着は、テーパ形状凹凸部による嵌合を主体とするように構成することが好ましい。具体的には、搬送管路４に、管路内部側に口径が小さくなるテーパ状の嵌合孔４２を設け、この嵌合孔４２に対応して嵌合されるテーパ状の凸状部４６を有するキャップ４４を用い、この凸状部４６内には、シャフト２４を装着可能な貫通孔４８を備えるようにする。これにより、前記嵌合孔４２と前記キャップ４４とのはめ合いにより、搬送管路４内に回転羽根２２を装着にできるとともに、管路４の密閉性が機械的嵌合により精度良く確保できる。
熱膨張を考慮すれば、搬送管路４及びキャップ４４は、１×１０−６／℃（室温〜１０００℃）以下の熱膨張係数の材料で構成されることが好ましく、具体的には、チタン酸アルミニウムを主体として構成されることが好ましい。また、回転羽根も１×１０−６／℃（室温〜１０００℃）以下の熱膨張係数の材料であることが好ましく、チタン酸アルミニウムセラミックスとすることが好ましい。
なお、このキャップ４４の搬送管路４への固定手段は特に限定しない。耐熱性材料、例えばステンレス等の締着部材（ステンレスバンド等）や螺子部材等により固定することができる。たとえば、図１０に示すような、無端ベルト状のステンレスバンド５０の一方のわ状部をキャップ４４の端縁にかけて、このバンド５０の他方のわ状部を、所定部位に固定したバンド係止部５２に係止することにより固定することができる。
締着部材は、熱膨張係数が２×１０−５／℃（室温〜８００℃）以下であることが好ましいが、締着部材の熱膨張によって固定状態が緩むのを回避するために、締着部材には、一定の張力が付加されていることが好ましい。例えば、前記バンド係止部５２において、この係止部５２に係止される締着部材５０が一定の圧締め状態を熱膨張にかかわらず維持できるように装着することができる。具体的には、バンド係止部５２を伸縮状態にある弾性体５４を介して所定部位に配置されるようにする。この場合、バンド係止部５２は、弾性体５４の復元力によって弾性体５４が復元しようとする方向に常時付勢されていることになる。ここで、バンド係止部５２が付勢される方向が締着部材５０による圧締め状態を強化できる方向に一致するようにする。かかるバンド係止部５２に締着部材５０を係止することにより、締着部材５０は、常時圧締め方向に付勢されることになる。この結果、締着部材５０が熱膨張しても、その影響が回避されて、安定した圧締め状態が確保される。
また、例えば、圧縮した弾性体を利用して、締着部材５０を圧締め方向に付勢することもできる。この場合、弾性体が伸縮しようとする復元力を締着部材の付勢に利用する。具体的には、わ状の締着部材の当該わの内側に弾性体を圧縮した状態で固定させて、この弾性体の復元力に抗して締着部材が装着されるようにする。このようにすると、締着部材が熱膨張しても、弾性体の復元力により圧締め状態の緩みは相殺されうる。なお、弾性体としては、各種形状のばねの他、エラストマーも使用できる。ただし、耐熱性及び低熱膨張性を有することが好ましい。
なお、このような固定構造は、シャフト２４を搬送管路４の上方から挿入する場合において特に好ましい。
なお、回転羽根２２の位置は、シャフト２４の管路４外部上方に備えられた高さ調整手段により調製可能とすることができる。例えば、かかる調整手段としては、ねじ機構であってもよいし、異なる高さのローラ軸受けを交換可能に形成した構造としてもよい。
さらに、回転羽根２２は、搬送管路４外において、回転羽根２２の熱を外方に伝達しないために、シャフト２４に断熱材を備えるようにすることが好ましい。
（逆流防止装置）
回転羽根２２が回転することによる溶融金属の逆流を防止するために、逆流防止装置を設けることもできる。逆流防止装置は、回転羽根の下流側で、回転羽根の回転方向後方側、すなわち、図１１に示すように、回転羽根２２の下流側であって、羽根２６が溶融金属の流れに逆行して回転するおおよそ４分の１回転程度に対応する個所に、羽根２６の先端の回転軌跡におおよそ沿うような壁状体６０として設けることができる。かかる壁状体６０によれば、回転する羽根２６間に保持された溶融金属が、回転羽根２２の回転に伴ってそのまま逆行方向に移動するのが防止され、溶融金属本来の流れに沿って、下流側に移動される。
壁状体６０の形態は特に限定しないが、少なくとも羽根２６の先端の回転軌跡におおよそ沿って壁部を備えていればよい。
次に、このような溶融金属供給装置２を用いて溶融金属を鋳造用のキャビティ等に供給して、鋳物を製造する方法について説明する。
まず、溶解保持炉１８内の溶融金属を、電磁ポンプ１０を作動させることにより、鋳造用キャビティに溶融金属を供給する。溶融金属の搬送に伴って、搬送管路４内に設けられる回転羽根２２が回転し、その回転数が検出器３２により検出される。回転数と溶融金属の供給量とを関連付けられていれば、この回転数に基づいて、一定量の溶融金属がキャビティに供給されるように、電磁ポンプ１０の作動時間や供給電流を調整し、所望の回転羽根２２の回転時間及び／又は回転数等を得られるようにする。これにより、常時正確な量の溶融金属を鋳造用キャビティに供給することができ、精度の高い鋳物を製造することができる。
さらに、搬送管路４内を流れる溶融金属量（溶湯位）の検出手段を備えている場合には、検知された溶融金属量に基づいて、回転羽根２２の回転数から得られた溶融金属供給量における変動（溶融金属量（溶湯位）に起因する）を補償し、より正確性が高く、精度も良好な供給量制御が可能となる。
なお、電磁ポンプ１０の駆動開始時に、搬送管路４内の回転羽根２２がスムーズに回転するように、回転羽根２２に不均一な溶融金属の移動による圧力がかかるように電磁ポンプ１０の作動を制御することが好ましい。すなわち、回転羽根２２に備えられる羽根２６に溶融金属の移動によって同圧の推力がかからないようにすることが好ましい。具体的には、回転羽根２２のシャフト２４に対して対向状に配置される誘導子１２を、同時に作動させないようにする。特に、図１２に示すように、シャフト２４を搬送管路内に偏心させて配置する場合に、回転羽根２２と搬送管路４の内壁との隙間が大きい側の誘導子１２をまず作動させ、かかる誘導子１２の作動による回転羽根２２の回転を検出器３２にて確認する。ここで、安定した回転羽根２２の回転を確認後、例えば、１０回転（１０パルス）以上の回転を確認後、次いで、反対側の誘導子１２も作動させて、電磁ポンプ１０の正常な作動状態とする。かかる差動方式は、特に、電磁誘導による推力が小さい場合に有効である。
なお、上記した本発明の各構成要素は、それぞれ単独、あるいは組み合わされて、本願発明に係る溶融金属供給装置、計量装置、鋳物の製造方法及び鋳造装置に適用することができる。
以上、説明したことから、本発明は、以下の各態様を採ることができる。
（１）電磁ポンプ式溶融金属供給装置であって、
電磁ポンプを備える溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路内に設けられる、溶融金属の移動に伴って回転する回転羽根と、
この回転羽根の回転数を検出する検出器、
とを備え、
前記回転羽根の回転軸は、前記搬送管路内において偏心して配置されている、溶融金属供給装置。
（２）電磁ポンプ式溶融金属供給装置であって、
電磁ポンプを備える溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路内に設けられる、溶融金属の移動に伴って回転する回転羽根と、
この回転羽根の回転数を検出する検出器、
とを備え、
前記回転羽根は、シャフトとこのシャフトに供えられる羽根とを有し、
前記シャフトは、
前記搬送管路に設けられるテーパ状の嵌合孔に嵌合される凸状部と、
この凸状部を貫通し、前記シャフトが嵌合可能な貫通孔、
とを有するキャップ部材を介して、前記搬送管路に装着される、溶融金属供給装置。
なお、この装置において、シャフト、回転羽根、搬送管路、及びキャップ部材は、いずれもチタン酸アルミニウムを主体として構成されることが好ましい形態である。
（３）電磁ポンプ式溶融金属供給装置であって、
電磁ポンプを備える溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路内に設けられる、溶融金属の移動に伴って回転する回転羽根と、
この回転羽根の回転数を検出する検出器、
とを備え、
前記キャップ部材は、締着部材によって前記搬送管路に圧締めされている、溶融金属供給装置。
この形態において、前記締着部材は、ステンレス等の低熱膨張性金属であることが好ましい。
（４）電磁ポンプ式溶融金属供給装置であって、
電磁ポンプを備える溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路内に設けられる、溶融金属の移動に伴って回転する回転羽根と、
この回転羽根の回転数を検出する検出器、
とを備え、
前記キャップ部材は、締着部材によって前記搬送管路に圧締めされ、
前記締着部材に対して、当該締着部材の熱膨張を相殺可能な程度の張力が付加されている、溶融金属供給装置。この形態においては、張力が、ばね部材等の弾性体により付加されていることが好ましい。
（５）電磁ポンプ式溶融金属供給装置であって、
電磁ポンプを備える溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路内に設けられる、溶融金属の移動に伴って回転する回転羽根と、
この回転羽根の回転数を検出する検出器、
とを備え、
前記回転羽根はチタン酸アルミニウムやサイアロン等の低熱膨張性セラミックスを主材とする、溶融金属供給装置。
本発明によれば、電磁ポンプ式溶融金属供給装置において、溶融金属の供給精度の向上させることができる。また、溶融金属の供給精度の良好な鋳造装置を提供することができる。
また、本発明の装置によれば、精度の良好な鋳物を製造することができる。
（６）上記した（１）〜（５）のいずれかの装置であって、
搬送管路内の溶融金属量を検出する手段を備える、溶融金属供給装置。
この装置によれば、精度の高い溶融金属の供給制御が可能となる。
（アルミニウム合金溶湯接触部材）
次に、アルミニウム合金溶湯接触部材について説明する。
本発明におけるアルミニウム合金は、アルミニウムを主成分とする合金を意味する。具体的には、アルミニウムの他、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ等のアルミニウムと合金を構成可能な金属を少なくとも１種以上を含有していればよい。好ましくは、Ｍｇを含む。Ｍｇは好ましくは全体に対して２０ｗｔ％以下含有されている。
本発明において使用できるアルミニウム合金としては、例えば、表１（単位：ｗｔ％）に例示されるものがある。
【表１】
2002040203.tif 000003
本発明の合金溶湯接触部材は、合金溶湯に接触する可能性のある部位を備える溶湯用部材に適用することが好ましい。具体的には、ラドル、溶湯搬送管路、攪拌機等を挙げることができる。かかる部位のメインテナンスが容易となり、溶湯汲み取り精度が向上される。特にラドルに適用することが好ましい。
また、管路や成形型材等、チタン酸アルミニウムセラミックスの接合部位を備える部材においても好ましく適用できる。接合部位界面の非濡れ性が向上される結果、接合部位の隙間への毛細管力による溶湯の侵入を効果的に抑制できるからである。これにより、接合部位のメインテナンスが容易となる。
なお、本発明の合金溶湯接触部材は、電磁ポンプ式の金属溶湯供給装置に適用されることが好ましい。特に、本発明の溶融金属供給装置における回転羽根、羽根、シャフト、キャップ部材、浮子、浮子装着部に適用することが好ましい。
本発明の接触部材の基材となるチタン酸アルミニウムセラミックスは、チタン酸アルミニウム（Ａｌ２ＴｉＯ５）を主体とするセラミックスであり、Ｓｉを含有している。なお、Ｓｉは、典型的には、シリカ（ＳｉＯ２）の形態で含有されているが、この形態に限定されるものではない。金属元素でも、他の金属との複酸化物との形態もありうる。本チタン酸アルミニウムセラミックスにおけるシリカの含有量は、特に限定しないが、通常１〜１０ｗｔ％程度である。好ましくは、４〜８ｗｔ％である。なお、チタン酸アルミニウムセラミックスには、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｇＯ等を含んでいてもよい。
チタン酸アルミニウムセラミックス製の接触部材の、少なくとも合金溶湯と接触する部位には、Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ及びＭｇＡｌ２Ｏ４からなる群から選択される１種あるいは２種以上の成分を含有層を備える。かかる層を供えることにより、アルミニウム合金溶湯と接触する場合において、効果的に、チタン酸アルミニウムセラミックス中のＳｉの合金溶湯接触側への拡散を抑制できる。
また、合金溶湯中にＳｉが含まれる場合に、そのＳｉとチタン酸アルミニウムセラミックスとの接触を回避できる。
Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ及びＭｇＡｌ２Ｏ４からなる群から選択される１種あるいは２種以上の成分を含有する層は、これらの単独成分から実質的に構成される層、あるいはこれらの成分の組み合わせから実質的に構成される層とすることもできる。いずれにしても、これらの成分で実質的に構成されるかあるいはこれらの成分のみからなることが好ましい。より好ましくは、他のセラミックス成分を実質的に含まない一の種類のセラミックス成分の単相となっていることが好ましい。また、層は、複数の層を含む積層構造とすることもできる。
Ａｌ２Ｏ３は、好ましくは、α−Ａｌ２Ｏ３であることが好ましい。α−Ａｌ２Ｏ３層は、アルミナゾルのディップコーティング等によりアルミナ膜を形成した後、大気中で焼成（好ましくは１１００〜１５００℃）することにより得られる。
ＭｇＯ層は、マグネシウム塩を水に溶かし、ディップコーティングした後、大気中で焼成（好ましくは１１００〜１５００℃）することにより得ることができる。好ましくは、硝酸マグネシウム水溶液をディップコーティングした後、大気中で焼成（好ましくは１１００〜１５００℃）によって得るようにする。
ＭｇＡｌ２Ｏ４層は、Ａｌ２Ｏ３層および／またはＭｇＯ層を形成した後、この被膜にＭｇあるいはＭｇＯ、および／または、ＡｌあるいはＡｌ２Ｏ３を作用させることにより得られる。また、ＭｇＡｌ２Ｏ４を得られるように調製した原料の被膜を形成し、焼成によりスピネルを生成させることによっても得られる。好ましくは、α−Ａｌ２Ｏ３層あるいはＭｇＯ層を形成した後に、溶融マグネシウム、Ｍｇを含む溶湯（例えばアルミニウム合金溶湯）中に、当該部材を一定時間浸漬することによりその場生成させることができる。最も好ましくは、α−Ａｌ２Ｏ３層を形成後に、ＭｇＡｌ２Ｏ４層をその場生成させる。
Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ及びＭｇＡｌ２Ｏ４からなる群から選択される１種あるいは２種以上の成分を含有する層は、基材であるチタン酸セラミックスよりもＳｉ含有量が低くなっている。好ましくは、３ｗｔ％以下であり、より好ましくは１ｗｔ％以下である。さらに、実質的にＳｉを含有しないことが好ましい。ここでＳｉを実質的に含有しないとは、Ｓｉの含有量が０．１ｗｔ％以下であることを意味し、より好ましくは０．０１ｗｔ％以下である。
Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ及びＭｇＡｌ２Ｏ４含有層は、以下の（１）〜（３）の３種類のうちいずれか１種の拡散抑制機能を有していることが好ましい。
（１）Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ及びＭｇＡｌ２Ｏ４含有層は、チタン酸アルミニウムセラミックス中のＳｉ（Ｓｉの他、シリカ（ＳｉＯ２）が典型的である）の拡散を抑制できる。より具体的には、当該拡散抑制機能を発揮できる程度の緻密度および／または膜厚を備えるようにする。
なお、チタン酸アルミニウムセラミックス中のＳｉの拡散とは、Ｓｉのチタン酸アルミニウムセラミックスの外方向（溶湯側）への拡散を意味する。
（２）また、当該層は、アルミニウム合金溶湯中のＡｌ及びＭｇのチタン酸アルミニウムセラミックス側への拡散を抑制できる。より具体的には、当該拡散抑制機能を発揮できる程度の緻密度および／または膜厚を備えるようにする。
（３）アルミニウム合金溶湯中にＳｉを含む場合に、このＳｉのチタン酸セラミックス側への拡散を抑制できる。より具体的には、当該拡散抑制機能を発揮できる程度の緻密度および／または膜厚を備えるようにする。
以上のうち、より好ましくは、２種類以上を有している。特に、（１）及び（２）を有していることが好ましい。また、アルミニウム合金中にＳｉを含む場合には、（３）を備えていることが好ましい。最も好ましくは、いずれの拡散抑制機能も備える。
このような拡散抑制機能を発揮するには、膜厚が０．１μｍ〜１０００μｍであることが好ましい。０．１μｍ未満であると、合金溶湯との繰り返しの接触における溶湯流れにより被膜が早期に磨耗し、拡散阻止効果及び実質的に非濡れ性を実現できないからである。また、１０００μｍを超えると、チタン酸アルミニウムセラミックスと被膜との熱膨張係数の差により、コーティング焼付け後の冷却工程で被膜に亀裂や剥離が生じ、拡散阻止効果を発揮できないからである。より好ましくは、１μｍ〜５００μｍである。さらに、好ましくは、１０μｍ〜１００μｍである。
また、緻密度の観点からは、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ及びＭｇＡｌ２Ｏ４含有層は、いずれも、気孔率３０％以下であることが好ましい。気孔率が３０％を超えるとアルミニウム合金溶湯中のＡｌ、Ｍｇ、Ｓｉの拡散や、チタン酸アルミニウムセラミックス中のＳｉの拡散を抑制し難くなる。
保護層としては、基材のチタン酸セラミックスよりもＳｉの含有量が少ないチタン酸アルミニウム（Ａｌ２ＴｉＯ５）層であってもよい。当該層を形成することにより、当該層の表面において、合金溶湯と接触することにより、α−Ａｌ２Ｏ３やＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４が生成し非濡れ性を付与及び維持できる保護層がその場生成されるからである。好ましくは、Ｓｉの含有量は３ｗｔ％以下であり、より好ましくは１ｗｔ％以下であり、さらに好ましくは、Ｓｉを実質的に含有しない。
かかるチタン酸アルミニウム層においても、アルミニウム合金溶湯中のＡｌ、Ｍｇ，あるいはＳｉの拡散抑制、チタン酸アルミニウムセラミックス中のＳｉの拡散を抑制できる程度の緻密さおよび／または膜厚を備えるように形成されることが好ましい。すなわち、０．１〜１０００μｍの厚みであることが好ましく、より好ましくは、１〜５００μｍであり、気孔率は３０％以下であることが好ましく、チタン酸アルミニウム層においても、Ｓｉを実質的に含有しないとは、好ましくは、０．１ｗｔ％以下であり、より好ましくは、０．０１ｗｔ％以下である。なお、実質的にチタン酸アルミニウムの単相となっていることが好ましいが、Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ及びＭｇＡｌ２Ｏ４からなる群から選択される１種あるいは２種以上の成分を含有していてもよい。
本発明における、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４および／またはＡｌ２ＴｉＯ５を含有する表層部を備えることにより、いずれの被膜の場合でも、アルミニウム合金溶湯との接触によるＳｉのチタン酸アルミニウムセラミックス表面への拡散を抑制して、非濡れ性を確保でき、さらに、引き続いて、アルミニウム合金溶湯との接触等により最終的に得られるＭｇＡｌ２Ｏ４膜により、接触部位の非濡れ性を効率的に確保できる。よって長期にわたって非濡れ性を維持することができる。
また、最終的に得られるＭｇＡｌ２Ｏ４層も、Ｓｉの浸透拡散を抑制するため、安定して非濡れ性を維持できる。
したがって、これらのいずれかの層をアルミニウム合金溶湯との接触部位に供える部材を用いて、アルミニウム合金鋳物を製造すると、精度が高い鋳造を効率よく達成できる。
また、本発明に係るＭｇＡｌ２Ｏ４層を備えるチタン酸アルミニウムセラミックス部材は、所定部位にＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよび／またはＡｌ２ＴｉＯ５含有層を形成して、実際のアルミニウム合金の鋳造工程において使用して、これらの部位を、Ｍｇおよび／またはＭｇＯを含むアルミニウム合金溶湯に接触させることにより、ＭｇＡｌ２Ｏ４層を形成することによって得ることができる。これにより、特に、ＭｇＡｌ２Ｏ４層を形成することなく、Ａｌ２Ｏ３層等を形成するだけで、容易にＭｇＡｌ２Ｏ４層を得ることができる。
また、鋳造工程中において、当初は、Ａｌ２Ｏ３層等により非濡れ性が確保されるが、接触時間の増大に伴い、引き続き、ＭｇＡｌ２Ｏ４層がその場生成され、このＭｇＡｌ２Ｏ４層によって非濡れ性が確保されるため、チタン酸アルミニウムセラミックス製部材の非濡れ性寿命を効率よく延長することができる。
〔実施例〕
実施例１：チタン酸アルミニウムセラミックスの作製
チタン酸アルミニウム（Ａｌ２ＴｉＯ５）の原料粉末として、丸ス釉薬合資会社製のＴＡ−２（ＳｉＯ２添加量５ｗｔ％）を使用した。この原料粉末に、水とアルミナボールを、原料：アルミナボール：水（１：１：０．７）の重量比になるように調整して６３時間ボールミル混合した。その後、このＡｌ２ＴｉＯ５スラリーを篩い（２００メッシュ）に通した後、フィルタープレス機による脱水を行いＡｌ２ＴｉＯ５のプレスケーキを得た。
このプレスケーキに、水、解こう剤（中京油脂製、商品名：Ｄ−３０５）、バインダー（中京油脂製、商品名ＷＥ−５１８）を適当量添加し、スラリー比重が２．１〜２．３ｇ／ｃｍ３になるように調整した。
その後、このスラリーを石膏型に流し込み、鋳込み成形した後、室温にて乾燥させてグリーン成形体を得た。グリーン成形体は、図１３に示すラドル形状のものと図１４に示す接合部位を備える容器状の接合体セット（２部材）のものの２種とした。ラドル形状体１０２は、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、一つの湯口を備える半球状の容器であり、接合体セットは、図１４（ａ）に示すように、上下に２部材からなる容器１０６であり、図１４（ｂ）に示すように、下部部材１０８の開口部にはテーパ状の内周面部１１０を有し、上部部材１１２がこの内周面部１１０に嵌め合う外周面部１１４を備える略環状体に形成される。上下２部材１１２、１０８が嵌め合わされることにより一体の容器をなすようになっている。
さらに、このグリーン成形体を、１６００℃の大気中において１時間焼成することにより、Ａｌ２ＴｉＯ５セラミックス焼結体を得た。
実施例２：Ａｌ２Ｏ３層及びＭｇＡｌ２Ｏ４層の形成
得られたＡｌ２ＴｉＯ５セラミックス焼結体（計３種類）にアルミナゾル（日産化学株式会社製、商品名：アルミナゾル２００あるいはアルミナゾル５２０）をディップコーティングした後、室温にて乾燥した。その後、１１００℃の大気中で１時間焼成することにより、各Ａｌ２ＴｉＯ５セラミックス焼結体の表面全体に５μｍの厚みのα−Ａｌ２Ｏ３層を形成させた。
その後、微量のＭｇ（０．５ｗｔ％）を含むアルミニウム合金溶湯中（Ａ４Ｃ：組成は表１に示されている）、７００℃）に１時間浸漬させる。これにより、Ａｌ２ＴｉＯ５セラミックス表面のα−Ａｌ２Ｏ３層がＡ４Ｃ溶湯中のＭｇと反応して、単一相のＭｇＡｌ２Ｏ４層がＡｌ２ＴｉＯ５セラミックス表面にその場形成した。ＭｇＡｌ２Ｏ４層の厚さは、Ａ４Ｃ溶湯含浸前のα−Ａｌ２Ｏ３層と同様５μｍであった。
なお、Ａ４Ｃ溶湯浸漬前後のＡｌ２ＴｉＯ５セラミックス焼結体の表面を、Ｘ線回折分析することで、α−Ａｌ２Ｏ３（溶湯浸漬前）あるいはＭｇＡｌ２Ｏ４（溶湯浸漬後）の存在を確認した。また、各層の厚さは、エネルギー分散型Ｘ線回折分析により測定した。
実施例３：非濡れ性の評価
（１）濡れ角
アルミニウム合金溶湯（Ａ４Ｃ）に対するＡｌ２ＴｉＯ５セラミックス焼結体の非濡れ性評価として濡れ角の測定を行った。
使用したＡｌ２ＴｉＯ５セラミックス試験片としては以下の３種類である。すなわち、ｉ）実施例１で作製した焼結体の表面を２５ｍｍ×２５ｍｍ×６ｍｍに切断した後、＃８００のダイヤモンド砥石により２５ｍｍ×２５ｍｍ面を表面仕上げし（厚さ５ｍｍ）、表面粗さ（中心線平均粗さ）を約３μｍにしたもの、ｉｉ）この表面仕上げした焼結体を用いて実施例２により、その表面に５μｍの厚みのα−Ａｌ２Ｏ３層を形成させたもの、ｉｉｉ）さらにα−Ａｌ２Ｏ３層を形成させたＡｌ２ＴｉＯ５セラミックス焼結体をアルミニウム合金溶湯中（Ａ４Ｃ、７２０℃）に５０時間浸漬させて、表面のα−Ａｌ２Ｏ３層をＭｇＡｌ２Ｏ４層に変化させたものを使用した。
濡れ角の測定には、ユニオン光学（株）製のＭＨ型誘導連動観測機を使用した。本装置加熱部に上記の試験片を最終処理面（２５ｍｍ×２５ｍｍ面）を上にして設置した後、その面に直径１０ｍｍ、長さ１０ｍｍの円柱状のアルミニウム合金塊（Ａ４Ｃ）を載せる。その後、アルゴンガス雰囲気中（流量２５００ｃｃ／ｍｉｎ）において、室温から７００℃まで５℃／ｍｉｎで昇温した後、３０秒間保持する。その後、７００℃において、ランプ光線をアルミニウム合金と試験片にあてて生じた影をスクリーンに投影し、その画像から試験片表面とアルミニウム合金との接触角を測定した。
７００℃における濡れ角は以下の通りである。Ａｌ２ＴｉＯ５焼結体＝１２０°、α−Ａｌ２Ｏ３コーティングＡｌ２ＴｉＯ５焼結体＝１３５°、ＭｇＡｌ２Ｏ４コーティングＡｌ２ＴｉＯ５焼結体＝１２８°となり、α−Ａｌ２Ｏ３コーティングおよびＭｇＡｌ２Ｏ４コーティングによって、Ａｌ２ＴｉＯ５焼結体のアルミニウム合金に対する非濡れ性が向上することがわかった。
（２）非濡れ性寿命
ラドル形態のＡｌ２ＴｉＯ５セラミックス焼結体（α−Ａｌ２Ｏ３層を備えるもの）の内側に、７００℃のアルミニウム合金（Ａ４Ｃ）溶湯を２ｋｇ注入し、５０秒間保持した後、ラドル内の溶湯を排出する、という工程を、溶湯排出時に溶湯がラドル内壁に付着し残留するようになるまで繰り返した。その結果、実施例で作製したラドルによれば、この工程を１２０００回終了するまでは、溶湯の付着は全く認められなかった。このことから、当該ラドルは、良好な非濡れ性を保有しかつ維持できることがわかった。また、１２０００回終了の時点において、ラドル内壁には、ＭｇＡｌ２Ｏ４層の生成が確認された。
対照として、Ａｌ２Ｏ３層形成前のＡｌ２ＴｉＯ５セラミックス製ラドルにて同様の注入排出工程を実施したところ、２０００回程度で溶湯の付着が認められた。
（３）接合部位を備える接合体のシール性
α−Ａｌ２Ｏ３層を備えるＡｌ２ＴｉＯ５セラミックスの接合体セットの各部材を接合部位において嵌め合わせして接合体とし、接合部位の外周をアルミナ繊維シート（三井鉱山マテリアル（株）製、商品名：ＡＬＭＡＸ）を介して、ステンレス製のバンド（幅２０ｍｍ）で締め付けた。この接合体内部にアルミニウム合金塊（Ａ４Ｃ）を入れた後、アルゴン雰囲気中（流量１００ｃｃ／ｍｉｎ）にて７２０℃まで昇温（２０℃／ｍｉｎ）して溶解した。溶解後、１時間７２０℃保持した後、降温（２０℃／ｍｉｎ）する工程を５０回繰り返した。
この結果、この繰り返し工程中、接合部位から溶湯漏れは全く観察されなかった。また、接合体内壁の溶湯接触部位に、溶湯の付着は全く認められず、良好な非濡れ性を維持しているのを確認した。なお、接合体内部の溶湯接触部位には、表面にＭｇＡｌ２Ｏ４層が形成されていることが確認された。
本発明によれば、チタン酸アルミニウムセラミックスのアルミニウム合金溶湯に対する非濡れ性の付与及び維持が容易に達成される。
〔産業上の利用可能性〕
本発明は、溶融金属を搬送し計量する工程あるいは装置を製造し、あるいは溶融金属で鋳物を鋳造する産業分野において利用できる。
【図面の簡単な説明】
図１
本発明に係る溶融金属供給装置の全体構成を示す図である。
図２
搬送管路と電磁ポンプとを上方視した場合の図である。
図３
搬送管路に対する電磁ポンプの好ましい配置状態を示す断面図（ａ）及び（ｂ）である。
図４
溶融金属供給装置における計量装置の全体を示す断面図である。
図５
回転羽根の構造の一例を示す図である。
図６
図６（ａ）は、搬送管路における回転羽根の配置状態を、溶融金属の流路に添う方向における断面図で表した図である。図６（ｂ）は、搬送管路における回転羽根の配置状態を、流路を横断する方向における断面図で示した図である。図６（ｃ）は、搬送管路における回転羽根の配置状態を上方視で示した図である。
図７　搬送管路における溶融金属量を検出する手段を示す図である。
図８
回転羽根の搬送管路内への装着構造の一例を示す断面図である。
図９
回転羽根の搬送管路への装着のための嵌合孔とキャップの構造を示す斜視図である。
図１０
キャップの搬送管路に対する固定構造の一例を示す断面図である。
図１１
逆流防止装置の一例を示す図である。
図１２
溶融金属の搬送開始時の電磁ポンプの制御方法を示す図である。
図１３
実施例で作製したセラミックス製ラドルの形態を示す図１３（ａ）及び図１３（ｂ）である。図１３（ａ）は平面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
図１４
実施例で作製したセラミックス製接合体セットの形態を示す図（ａ）及び（ｂ）である。図１４（ａ）は、接合体セットを上下に分離した状態の縦断面図であり、図１４（ｂ）は、下部部材の平面図である。
【図１】
2002040203.tif 000004
【図２】
2002040203.tif 000005
【図３（ａ）】
2002040203.tif 000006
【図３（ｂ）】
2002040203.tif 000007
【図４】
2002040203.tif 000008
【図５】
2002040203.tif 000009
【図６（ａ）】
2002040203.tif 000010
【図６（ｂ）】
2002040203.tif 000011
【図６（ｃ）】
2002040203.tif 000012
【図７】
2002040203.tif 000013
【図８】
2002040203.tif 000014
【図９】
2002040203.tif 000015
【図１０】
2002040203.tif 000016
【図１１】
2002040203.tif 000017
【図１２】
2002040203.tif 000018
【図１３（ａ）】
2002040203.tif 000019
【図１３（ｂ）】
2002040203.tif 000020
【図１４（ａ）】
2002040203.tif 000021
【図１４（ｂ）】
2002040203.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成14年7月15日(2002.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁ポンプ式のアルミニウム合金溶湯の供給装置であって、
電磁ポンプを備える合金溶湯の搬送管路を備え、
この搬送管路はチタン酸アルミニウムセラミックス製であって、少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を備える、装置。
【請求項２】
電磁ポンプ式アルミニウム合金溶湯の供給装置であって、
前記搬送管路内に設けられる、合金溶湯の移動に伴って回転する回転羽根と、
この回転羽根の回転数を検出する検出器、
とを備える、前記１記載の装置。
【請求項３】
前記回転羽根は、シャフトとこのシャフトに備えられる羽根とを有し、
前記シャフトは、
前記搬送管路に設けられるテーパ状の嵌合孔に嵌合される凸状部と、
この凸状部を貫通し、前記シャフトが嵌合可能な貫通孔、
とを有するキャップ部材を介して、前記搬送管路に装着される、１又は２記載の装置。
【請求項４】
前記キャップ部材は、締着部材によって前記搬送管路に圧締めされている、３記載の装置。
【請求項５】
前記締着部材に対して、当該締着部材の熱膨張を相殺可能な程度の張力が付加されている、４記載の装置。
【請求項６】
前記搬送管路には、搬送管路内の溶融金属量の検出手段を備えている、１〜６記載の装置。
【請求項７】
前記回転羽根はチタン酸アルミニウムセラミックス製であって、少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を備える、１〜６記載の溶融金属供給装置。
【請求項８】
電磁ポンプを用いてアルミニウム合金溶湯を供給して鋳物を製造する方法であって、
鋳造用のキャビティへ溶融金属を搬送する搬送管路に回転羽根を備えており、この搬送管路と回転羽根とは、チタン酸アルミニウムセラミックス製であって、少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を備えており、
この回転羽根の回転数を検出し、
この回転数により合金溶湯の供給量を制御する、方法。
【請求項９】
電磁ポンプ式のアルミニウム合金溶湯供給装置の計量装置であって、
溶融金属の搬送管路に備えられ、溶融金属の移動に伴って回転される回転羽根と、
この回転羽根の回転数を検出する検出器、
とを有し、
前記回転羽根は、チタン酸アルミニウムセラミックス製であって、少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を備えている、装置。
【請求項１０】
前記搬送管路に備えられ、搬送管路内の合金溶湯量の検出手段を備えている、４記載の計量装置。
【請求項１１】
１〜７のいずれかに記載の合金溶湯供給装置を備える、鋳造装置。
【請求項１２】
チタン酸アルミニウムセラミックス製のアルミニウム合金溶湯接触部材であって、
少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＭｇＡｌ２Ｏ４からなる群から選択される１種あるいは２種以上の成分を含有し、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を備える部材。
【請求項１３】
チタン酸アルミニウムセラミックス製アルミニウム合金溶湯接触部材であって、
少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、前記チタン酸アルミニウムセラミックス基材よりもＳｉ含有量が少ないチタン酸アルミニウム層を備える部材。
【請求項１４】
１２又は１３に記載の合金溶湯接触部材を備えるアルミニウム合金鋳造装置。
【請求項１５】
チタン酸アルミニウムセラミックス製のアルミニウム合金溶湯接触部材の製造方法であって、
チタン酸アルミニウムセラミックス製部材の少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有し、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を形成する工程と、
Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよび／又はＡｌ２ＴｉＯ５を含有する層を備えるチタン酸アルミニウムセラミックス製部材にマグネシウムおよび／またはアルミニウムを作用させてＭｇＡｌ２Ｏ４を生成させる工程、
とを備える、方法。
【請求項１６】
アルミニウム合金溶湯接触部材の製造方法であって、
少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有し、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を備えるチタン酸アルミニウムセラミックス製のアルミニウム合金溶湯接触部材を、アルミニウム合金の鋳造工程の少なくとも一部において、Ｍｇを含有するアルミニウム合金溶湯に接触させて、前記Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよび／またはＡｌ２ＴｉＯ５を含有する層においてＭｇＡｌ２Ｏ４を生成させる工程、
とを備える、方法。
【請求項１７】
アルミニウム合金溶湯接触部材の製造方法であって、
チタン酸アルミニウムセラミックス製の２以上の部材が接合される部位であって、少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有し、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を備えるチタン酸アルミニウムセラミックス製のアルミニウム合金溶湯接触部材を、当該部位をアルミニウム合金の鋳造工程の少なくとも一部において、Ｍｇを含有するアルミニウム合金溶湯に接触させて、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよび／またはＡｌ２ＴｉＯ５の含有層においてＭｇＡｌ２Ｏ４を生成させる工程、
を備える方法。
【請求項１８】
アルミニウム合金鋳物の製造方法であって、
少なくともアルミニウム合金溶湯と接触する部位に、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＡｌ２ＴｉＯ５からなる群から選択される１種あるいは２種以上を含有し、前記チタン酸アルミニウムセラミックス製基材よりもＳｉ含有量が少ない層を備えるチタン酸アルミニウムセラミックス製のアルミニウム合金溶湯接触部材を、アルミニウム合金の鋳造工程の少なくとも一部において、Ｍｇを含有するアルミニウム合金溶湯に接触させて、前記Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよび／又はＡｌ２ＴｉＯ５の含有層においてＭｇＡｌ２Ｏ４を生成させる工程、
とを有する、方法。
【請求項１９】
電磁ポンプ式溶融金属供給装置であって、
電磁ポンプを備える溶融金属の搬送管路と、
この搬送管路内に設けられる、溶融金属の移動に伴って回転する回転羽根と、
この回転羽根の回転数を検出する検出器、
とを備え、
前記回転羽根は、シャフトとこのシャフトに備えられる羽根とを有し、
前記シャフトは、
前記搬送管路に設けられるテーパ状の嵌合孔に嵌合される凸状部と、
この凸状部を貫通し、前記シャフトが嵌合可能な貫通孔、
とを有するキャップ部材を介して、前記搬送管路に装着される、記載の溶融金属供給装置。
【請求項２０】
前記キャップ部材は、締着部材によって前記搬送管路に圧締めされている、１９記載の溶融金属供給装置。
【請求項２１】
前記締着部材に対して、当該締着部材の熱膨張を相殺可能な程度の張力が付加されている、２０記載の溶融金属供給装置。
【国際調査報告】
2002040203.tif 000023
2002040203.tif 000024
2002040203.tif 000025
2002040203.tif 000026