JP2016028826A - インゴット鋳造装置及び鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳型の構成を変えることによって、酸化物の巻き込みが少なく、形状が均一で破損の少ない複数のインゴットを低コストに生産でき、且つ安定な生産及び増産が可能なインゴット鋳造装置及び鋳造方法を提供する。
【解決手段】
酸素濃度が低く高純度、且つ、均一形状の複数のインゴットを鋳造するためのインゴット鋳造装置１は、金属原料１０Ａ，１０Ｂを加熱溶融した溶湯４０，４０を収容して複数のインゴット６０，６０を形成するための凹状のインゴット形成部２１を備えた鋳型本体２，３と、インゴット形成部２１を複数のインゴット鋳造室２０，２０に区分する着脱自在の仕切板３０，３０とを備える。仕切板３０，３０には、この仕切板３０，３０によって区分された各インゴット鋳造室２０，２０に収容される溶湯４０，４０の湯面レベルを均一に保持するために小さな貫通孔３１，３１が複数設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、低酸素化、形状の均一化、インゴットの取り出しの改善、鋳型の長寿命化、低コスト化及び量産性を向上させることが可能なインゴット鋳造装置及び鋳造方法置に関する。

ビスマステルル、インジウムアンチモン等の化合物半導体を量産レベルで大量に合成する場合、投入する金属原料を秤量する時間を短縮するために一定の形状に形成したインゴットを予め多数個作製しておくことが要求される。この一定形状のインゴットを作製するには鋳造等のプロセスを設ける必要があるが、かかるインゴットの作製工程において酸化物の巻き込みや形状のバラつき等が発生する場合がある。このようなインゴットの場合には秤量時間の短縮化を十分に達成することができなくなる。

また、金属原料を融解鋳造した複数個のインゴットを鋳型から取り出す際、以下のような問題が生じることがある。
（１）金属原料に付着した酸化物がインゴットに巻き込まれるために、インゴット中の酸素濃度が低くならない。一部に酸素濃化部が有る場合、後工程で除去する必要があるために時間と手間が必要になる。
（２）インゴットを鋳型から取り出す時にインゴットの一部が鋳型表面に固着し、脆い金属の場合にはインゴットを破損することがある。
（３）複数鋳造後のインゴットの形状にバラつきが出る。

不純物の低減については、例えば特許文献１に示される精製方法及び精製装置があるが、この発明では金属を鋳型中で真空加熱することにより不純物の低減を図ることとしている。

特開２００２−２１２６４７号公報

しかし、従来の精製方法や特許文献１の精製装置によると、不純物の低減は解消されるものの、上記したようなインゴットの形状のばらつきや破損の発生等の防止を解決できないという問題がある。この点、インゴットの形状のばらつきを低減するためにインゴットの表面を研磨して整形するようにした場合、発生した研磨粉を作業員が吸引してしまう虞があり、金属材料によっては有害な物質が体内に吸収されてしまう等の安全上の問題もある。また、鋳型からインゴットを取り出し易くする、生産量の更なる向上等についての改善が要望されている。具体的には、１回当たりの鋳造作業でより多くのインゴットを鋳造できればコスト面からも好ましい。

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、鋳型の構成を変えることによって、酸化物の巻き込みが少なく、形状が均一で破損の少ない複数のインゴットを低コストに生産でき、且つ安定な生産及び増産が可能なインゴット鋳造装置及び鋳造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の本発明は、金属原料を溶融して複数のインゴットを鋳造するためのインゴット鋳造装置であって、金属原料を加熱溶融した溶湯を収容して複数のインゴットを形成するための凹状のインゴット形成部を備えた鋳型本体と、インゴット形成部を複数の区画部に区分する着脱自在の仕切板とを備え、仕切板には、当該仕切板によって区分された各区画部に収容される溶湯の湯面レベルを均一に保持する貫通孔が複数設けられ、貫通孔は、当該貫通孔内で溶湯が冷却固化してインゴット形成部内のインゴットと連結状態となっている金属をインゴットから容易に切り離すことができる大きさに形成されたことを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のインゴット鋳造装置において、鋳型本体の隅部に支柱取付孔を設け、支柱取付孔に支柱を取り付けることにより鋳型本体の上に鋳型本体と同一形状の他の鋳型本体を複数段に重ねて配置することを可能としたことを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載のインゴット鋳造装置において、インゴット形成部の内壁面のうち、仕切板の配置方向と平行な内壁面及び／又は仕切板の配置方向と直交する内壁面を上方向に向かって次第に幅が広くなるテーパ状としたことを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載のインゴット鋳造装置において、鋳型本体のインゴット形成部の所定高さに排出部を設けると共に排出部からオーバーフローした溶湯を下段の鋳型本体のインゴット形成部に案内する導入路が設けられ、上段の鋳型本体からオーバーフローした溶湯を順次下段の鋳型本体へ導入するように形成し、最下段の鋳型本体には排出部からオーバーフローした溶湯を最下段の鋳型本体に設けられた排液部に貯留するようにしたことを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項５に記載の本発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載のインゴット鋳造装置において、仕切板の頂部を中央部分が低くなるように形成することにより、金属原料を仕切板の上に配置して加熱した際に、溶湯を中央部に集まりやすくしたことを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項６に記載の本発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載のインゴット鋳造装置において、鋳型本体を単体、或いは、複数段に重ねて配置した鋳型本体を収容可能な密閉式の加熱炉と、還元性ガス、又は、還元性ガスと不活性ガスとの混合ガスを加熱炉内に供給及び排気可能なガス供給排気手段とをさらに備えて構成されたことを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項７に記載の本発明は、金属原料を溶融して複数のインゴットを形成するためのインゴット鋳造方法であって、着脱自在の仕切板によって凹状のインゴット形成部内を各区画に区分された鋳型本体の仕切板の上にインゴットに鋳造するための金属原料を載置するか、又は、金属原料を各区画内に収容するステップと、金属原料を、還元性ガス雰囲気、又は、還元性ガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気中で当該金属原料の融点以上の温度に加熱して溶湯とするステップと、インゴット形成部内を仕切板によって区分した各区画部に加熱溶融した溶湯を注湯するステップと、仕切板に形成された複数の貫通孔であって、当該貫通孔内で溶湯が冷却固化してインゴット形成部内で形成されるインゴットと連結状態となった金属をインゴットから容易に切り離すことができる大きさに形成された貫通孔を介して各区画部に流入される溶湯の湯面レベルを均一にするステップと、各区画部に均一に注湯された溶湯を冷却して固化するステップとを含み構成されたことを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項８に記載の本発明は、請求項７に記載のインゴット鋳造方法において、インゴット形成部内で冷却固化した金属の全体を仕切板ごと鋳型本体から取り出すステップと、インゴット形成部の各区画部内で固化している金属および仕切板をそれぞれ分離することにより複数のインゴットを得るステップとをさらに含んで構成されたことを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項９に記載の本発明は、請求項７又は８に記載のインゴット鋳造方法において、鋳型本体を複数段に積み重ねてインゴットの鋳造を行うことを特徴とする。

本発明に係るインゴット鋳造装置によれば、インゴット形成部に流入した溶湯を各仕切板の所定高さ位置に設けられた貫通孔を介して各インゴット鋳造室相互間を移動させることができるので同一形状のインゴットを容易に形成することができるという効果がある。

また、貫通孔の大きさを、貫通孔内で溶湯が冷却固化してインゴット形成部内のインゴットと連結状態となっている金属をインゴットから容易に切り離すことができる大きさに形成したので、インゴットの取り出し及びインゴットを破損することなく容易に分離することができ、作業効率が向上するという効果がある。

また、インゴット鋳造装置を還元雰囲気又は還元性ガスまたは還元性ガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気中で金属原料の溶解鋳造を行うことによって酸化物の巻き込みが少ないインゴットを製造することができる。

さらに、鋳型本体を支柱によって多段に組み合わせる構造としたので１回の鋳造作業でより多くのインゴットを低コストに量産できるという効果がある。

また、インゴット形成部の内壁を上部側に向かって拡開したテーパ状に形成したのでインゴット鋳造室内で冷却固化したインゴットの全体を仕切板ごと鋳型本体から取り出すことができるという効果がある。

本発明に係るインゴット鋳造方法によれば、還元雰囲気又は還元性ガスまたは還元性ガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気中で金属原料の融点以上で加熱溶融することとしたので、還元反応により酸化物の巻き込みが少ないインゴットを製造することができる。

また、貫通孔を、当該貫通孔内で溶湯が冷却固化してインゴット形成部内で形成されるインゴットと連結状態となった金属をインゴットから容易に切り離すことができる大きさに形成することとしたのでインゴット形成部内で冷却固化した金属の全体を仕切板ごと鋳型本体から取り出したインゴットを容易に分離するこができ、インゴットが脆い金属の場合であってもインゴットを破損することなく得ることができるという効果がある。

また、鋳型本体を複数段に積み重ねて鋳造を行うこととしたので量産性が向上し、低コスト化を図ることができるという効果がある。

本発明に係るインゴット鋳造装置の一実施形態を示す正面断面図である。 本発明に係るインゴット鋳造装置の他の実施形態を示す正面断面図である。 図２のインゴット鋳造装置を側面方向から見た斜視図である。 （ａ）は図２に示す上部鋳型を示す斜視図、（ｂ）は仕切板を示す側面図である。 鋳型本体を収容してインゴットを形成する加熱炉の概要図である。 インゴット鋳造方法の工程を示すフローチャートである。

以下、本発明に係るインゴット鋳造装置及び鋳造方法について、好ましい一実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るインゴット鋳造装置の一実施形態を示す断面図である。

［インゴット鋳造装置の構成］
本発明に係るインゴット鋳造装置１は、図１に示すように、概略として、金属原料１０Ａ，１０Ｂを加熱溶融した溶湯４０を収容して複数のインゴット６０，６０を形成するための凹状のインゴット形成部２１を備えた鋳型本体２，３と、インゴット形成部２１を複数のインゴット鋳造室２０，２０に区画する着脱自在の仕切板３０，３０とを備え、仕切板３０，３０には、仕切板３０，３０によって区分された各インゴット鋳造室２０，２０に収容される溶湯４０の湯面レベルを均一に保持するために小さな貫通孔３１，３１が複数設けられて構成されている。本実施形態においてインゴット鋳造装置１は、鋳型本体２，３を所定の間隔を有して上下に配置した二段構成とされているが、上下に配置する鋳型本体の数はこれに限定されるものではなく、三段以上としてもよい。また、鋳型本体２，３をそれぞれ単独で用いることももちろん可能である。

鋳型本体２と鋳型本体３とは、鋳型本体２の下側の隅部（本実施形態では四隅）と鋳型本体３の上側の隅部（本実施形態では四隅）との間に立設した支柱４，４を介して所定の間隔を有して上下に組み合わされて形成されている。すなわち、図１に示すように、平面略四角形状の鋳型本体２，３の四隅にはそれぞれ支柱４，４を取り付けるための支柱取付孔２３，２３が穿設されており、上下の支柱取付孔２３，２３間に支柱４，４が介在されている。尚、本実施形態において支柱取付孔２３は貫通孔としているが必ずしも貫通孔である必要はなく、支柱４の端部が嵌入される部分のみが開孔、つまり凹状に形成する構成であってもよい。

鋳型本体２，３のそれぞれのインゴット形成部２１，２１の対向する内壁面には、図４（ａ）に示すように、後述する仕切板３０，３０を位置決めしつつ立設するための複数の嵌入溝２２，２２が一定間隔に設けられている。この仕切板３０，３０によって鋳型本体２，３には複数（本実施形態では各々６つ）に区画されたインゴット鋳造室２０，２０が形成される。尚、インゴット鋳造室２０，２０は、その深さが比較的浅く設定されている。このような形状とすることにより、インゴット鋳造室２０，２０の開口面積が広くなるので各インゴット鋳造室２０，２０で鋳造されたそれぞれのインゴット６０を冷却する際の温度差が小さくなって固化を均一に進行させ、インゴット６０の形状を歪みのない安定化させたものとすることができる。例えば、仕切板３０，３０によって区切られることによって形成された各区画部であるインゴット鋳造室２０，２０の最も長い辺の長さが深さに対して４．０〜１０．０倍となるようになっている。尚、インゴット形成部２１は、その深さを深く設定した場合には、固化方向（深さ方向）に対して、温度差が大きくなり、インゴット６０の固化部では凝固による固体収縮が起こり、ボイド（空隙又は引巣）が発生し、形状異常や重量ばらつきの原因となる。

また、鋳型本体２，３のインゴット形成部２１，２１の各内壁面は、その底部側よりも上部側が外側に拡開するようなテーパ２６，２６が設けられている。インゴット形成部２１の壁面に上方側が拡開したテーパを設けることによりインゴット鋳造室２０，２０内で冷却固化したインゴット６０，６０の全体を仕切板３０，３０ごと鋳型本体２，３から容易に取り出すことができる。尚、テーパ２６，２６は仕切板３０，３０の配置方向と平行な内壁面と仕切板３０，３０の配置方向と直交する内壁面のいずれか又はその全てに設けることができる。また、仕切板３０，３０にも同様のテーパを設けてもよい。

仕切板３０，３０は鋳型本体２，３のインゴット形成部２１，２１内に着脱自在に配置される板状部材である。図４（ａ）に示すように、仕切板３０，３０を鋳型本体２，３のインゴット形成部２１，２１の内壁面に一定間隔で形成された嵌入溝２２，２２に着脱自在に嵌入することによりインゴット形成部２１，２１内を複数の区画に区分したインゴット鋳造室２０，２０が形成される。また、仕切板３０，３０には所定の高さ位置に水平方向に貫通する貫通孔３１，３１が穿設されている。この貫通孔３１，３１を介して隣り合うインゴット鋳造室２０，２０同士での溶湯４０の出入りを可能とすることで溶湯をインゴット鋳造室２０，２０に均等に注湯することができる。

また、貫通孔３１内で固化した溶湯４０は、いわゆる射出成形におけるランナーのように隣り合うインゴット６０，６０と連結された状態となるため貫通孔３１の大きさは、鋳造されたインゴット６０，６０を取り出し、インゴット６０，６０同士を区分けする際に、インゴット６０の外形形状を損なうことなく且つ容易に切り離すことでき、さらに、鋳造中にはインゴット鋳造室２０，２０の相互間で溶湯４０を移動させることができる程度の大きさ及び形状であることが必要とされる。貫通孔３１のサイズとしては、例えば、横方向の長さが０．３〜１．０ｍｍ、縦方法の長さが１．０〜３．０ｍｍ程度、好ましい組み合わせとして、横０．５ｍｍ、縦２．０ｍｍ程度の四角形或いは楕円形とした場合にインゴット６０，６０の取り出しや分離が容易となり作業効率の向上を図ることができる。尚、貫通孔３１，３１の断面形状は四角形や楕円形の他、円形、三角形、多角形或いはＶ字形状等、容易に折り取ることができるような断面形状であればよい。

また、各仕切板３０，３０は、図４（ｂ）に示すように、その頂部の中央部が両端側に比べてその高さが高さｈだけ低くなるような曲線状に形成されている。このように形成したのは金属原料１０Ａ，１０Ｂをそれぞれ仕切板３０，３０の頂面上に配置して鋳型本体２，３を加熱した際、溶湯４０，４０を中央部に集まりやすくさせるためである。これにより、溶湯４０は中央部から周囲へ向かって流れるようになる。尚、インゴット６０，６０への汚染を防止するため、鋳型本体２，３及び仕切板３０，３０は高純度カーボンによって形成されている。

上述のようにして形成された鋳型本体２，３を還元雰囲気、還元性ガス、還元性ガスと不活性ガスとの混合ガス等の酸素が遮断された雰囲気中で金属原料１０Ａ，１０Ｂを溶解鋳造することで金属原料１０Ａ，１０Ｂが溶融した際に生じる酸化物の生成を抑制し、酸化物の少ないインゴット６０，６０を鋳造することが可能となる。ここで、他の実施形態として図２，３に示すインゴット鋳造装置１について説明する。このインゴット鋳造装置１は、上述した鋳型本体２，３と同様の構成を備えているが、上段側の鋳型本体３からオーバーフローさせた溶湯４０を下段側の鋳型本体２へ案内し、さらに鋳型本体２から溶湯４０の上部側をオーバーフローさせて系外へ排出する構造となっており、各鋳型本体２，３へ載置する金属原料１０Ａ，１０Ｂの重量を正確に計量する手間を省くことができる。また、金属原料１０Ａ，１０Ｂの重量が各鋳型２，３の所定容量を超えてしまうような場合でも金属原料１０Ａ，１０Ｂの載置場所を上段の方に優先的に載置することで、金属原料１０Ａ，１０Ｂの重量が変動した場合にも対応できる構造としている。

すなわち、上段側の鋳型本体３のインゴット形成部２１の所定の高さ位置の壁面にはインゴット形成部２１から溶湯４０をオーバーフローさせるための貫通孔又は樋形状の複数の排出部２４，２４を設けると共に、この排出部２４，２４の出口側にオーバーフローした溶湯４０を案内する筒状の排湯路２７，２７を取り付け、この排湯路２７，２７の下端側の開口が鋳型本体２のインゴット形成部２１内に至るようにして配置している。一方、最下段に位置する鋳型本体２のインゴット形成部２１の側面には樋形状（またはＵ字溝）に形成された排液部２５，２５が設けられており、鋳型本体２に設けられた排出部２４，２４からオーバーフローした溶湯４０を排液部２５，２５へ案内するように形成されている。

この構成により、上段の鋳型本体３のインゴット形成部２１からオーバーフローした溶湯４０は排出部２４，２４から排湯路２７を介して最下段の鋳型本体２のインゴット形成部２１へ流入される。そして、最下段の鋳型本体２のインゴット形成部２１からオーバーフローした溶湯４０は排出部２４，２４を介して排液部２５，２５へ流入されて貯留されるようになっている。これにより、余分な溶湯４０は最終的に最下段の鋳型本体２の排液部２５，２５へ排出することができるため、各鋳型本体２，３へ載置する金属原料１０Ａ，１０Ｂの重量を正確に計量する手間を省くことも可能となる。

次に、鋳型本体２，３を還元性ガス、又は、還元性ガスと不活性ガスとの混合ガスの雰囲気下において金属原料１０Ａ，１０Ｂを加熱溶融させてインゴット６０を形成するための加熱炉について説明する。図５は加熱炉の概要図である。図示された加熱炉５０は、鋳型本体３を単体、或いは、複数段に重ねて配置した鋳型本体２，３を収容可能な空間を備えた加熱炉本体５１と、加熱炉本体５１を密閉可能に閉塞する蓋体５２を備えており、蓋体５２には還元性ガス、又は、還元性ガスと不活性ガスとの混合ガスを加熱炉本体５１内に供給するガス供給管５３と、加熱炉本体５１内にから還元性ガス又は混合ガスを排気するガス排気管５４が設けられている。尚、ガス供給管５３には還元性ガス又は混合ガスを供給するための図示しないボンベが接続されている。また、ガス供給管５３の途中にはバルブ５３ａが取り付けられ、ガス排気管５４の途中にはバルブ５４ａが取り付けられており、バルブ５３ａ、５４ａを開閉することにより、還元性ガス又は混合ガスの供給排気を行うことができるようになっている。また、蓋体５２には加熱炉本体５１内部の温度を測定するための温度計５５が設けられている。そして、蓋体５２は図示しない複数のボルトによって加熱炉本体５１へしっかりと取り付けられる。また、加熱炉本体５１には図示しない加熱手段が設けられており、加熱炉本体５１内を高温に保持することができるようになっている。加熱炉本体５１は高温となるため加熱炉本体５１の側面は保護カバー５６，５６によって覆われている。尚、加熱炉５０としては、例えば、抵抗加熱炉などがある。

［インゴットの鋳造方法］
次に、図１に示すインゴット鋳造装置１の作用と共に本発明に係るインゴットの鋳造方法について説明する。図６はインゴット鋳造方法の各工程を示すフローチャートである。本発明に係るインゴットの鋳造方法は、概略として、還元雰囲気、還元性ガス、還元性ガスと不活性ガスとの混合ガス等の酸素が遮断された雰囲気中で金属原料１０Ａ，１０Ｂを溶解鋳造するものである。

初めに、最下段の鋳型本体２のインゴット形成部２１に仕切板３０，３０を取り付けると共に、予めインゴット６０，６０を形成するための金属原料１０Ａを仕切板３０，３０の頂部の略中央部に配置する。尚、金属原料１０Ａは形成すべきインゴット６０，６０の総量に応じた量を予め計量して配置する。そして、図１に示すように、最下段の鋳型本体２の四隅に支柱４，４を配置してその上に上段側の鋳型本体３を配置する。そして、鋳型本体２の場合と同様に、予め計量した金属原料１０Ｂを仕切板３０，３０の頂部の略中央部に配置する。本実施形態では鋳型本体２，３を二段に配置しているが、鋳型本体３と同様に形成された図示しない鋳型本体をさらに鋳型本体３の上部に配置することにより三段以上の多段構造とすることもできる。尚、金属原料１０Ａ，１０Ｂはインゴット鋳造室２０，２０内に配置しておくこともできる（ステップＳ１）。

次いで、二段に組み合わされた鋳型本体２，３を加熱炉５０の加熱炉本体５１内に収容する。そして、ガス供給管５３を介して還元雰囲気又は還元性ガスまたは還元性ガスと不活性ガスとの混合ガスを加熱炉本体５１内へ導入し、加熱炉本体５１内の雰囲気を還元雰囲気又は混合ガス雰囲気（酸素を遮断した雰囲気）とした後、金属原料１０Ａ，１０Ｂの融点以上の温度になるまで加熱し、金属原料１０Ａ，１０Ｂを融解させる。こうして溶融した金属原料１０Ａ，１０Ｂは溶湯４０，４０となって鋳型本体２，３の各インゴット鋳造室２０，２０内に注湯される（ステップＳ２）。

各鋳型本体２，３に注湯された溶湯４０，４０はインゴット鋳造室２０，２０内に貯えられるが、仕切板３０，３０には貫通孔３１，３１が設けられているので、溶湯４０，４０は貫通孔３１，３１を介して、溶湯の湯面レベルの高いインゴット鋳造室２０から隣接の湯面レベルの低いインゴット鋳造室２０へと流入する。この結果、各インゴット鋳造室２０，２０における溶湯４０，４０の湯面レベルは各インゴット鋳造室２０，２０において均一化される（ステップＳ３）。

ここで、図２，３に示す他の実施形態のインゴット鋳造装置１の場合には、鋳型本体３のインゴット形成部２１からオーバーフローした溶湯４０が排出部２４，２４から排湯路２７，２７を介して下段の鋳型本体２のインゴット形成部２１へ流入する。さらに鋳型本体２のインゴット形成部２１からオーバーフローした溶湯４０は排出部２４，２４から排液部２５，２５へと流入されるので金属原料１０Ａ，１０Ｂの計量がラフであっても均一の形状のインゴット６０を形成することができる。

インゴット鋳造室２０，２０内に均等に溶湯４０，４０が貯えられたら、鋳型本体２，３の全体を冷却してインゴット鋳造室２０，２０内の溶湯４０を固化する（ステップＳ４）。そして、鋳型本体２，３を加熱炉５０から取り出し、専用の装置または人手によって鋳型本体２，３の各インゴット鋳造室２０，２０内に形成された各インゴット６０，６０を取り出す（ステップＳ５）。インゴット６０の取り出しは、鋳型本体２，３の端部に位置するインゴット鋳造室２０，２０の内側面にテーパ２６，２６が設けられているので仕切板３０，３０の貫通孔３１，３１の中で溶湯４０，４０が固化して形成された各インゴット６０，６０が連結された状態であっても、仕切板３０，３０と共に固化した金属原料１０Ａ，１０Ｂの全体をインゴット鋳造室２０，２０からインゴット６０，６０を破損することなく容易に取り出すことが可能となる。そして、貫通孔３１，３１の中で固化したインゴット６０，６０を折り取りながら仕切板３０，３０を取り外すことにより各インゴット６０，６０を破損させることなく容易に取り出すことができる。以上によりインゴット６０，６０の鋳造が終了する。取り出したインゴット６０，６０は所定の保管場所等で保管する。

次に、上述したインゴット鋳造装置１を用いてインゴット６０，６０を鋳造した実施例について説明する。本発明者らは図１に示す鋳型本体２，３を用い、５０×４５×３５ｍｍ形状の４Ｎ−Ｔｅ金属原料から１７（底面幅）×１７（高さ）×１１０（長さ）ｍｍのテーパ形状のＴｅインゴットの溶解鋳造を行った。

まず、１個あたり約５００ｇの４Ｎ−Ｔｅブロックを鋳型本体２，３内の仕切板３０，３０の上部の中央部にそれぞれ約２．５ブロックを配置し、加熱炉５０の加熱炉本体５１内の所定位置にセットした。そして、加熱炉本体５１内を真空排気した後、５Ｎの水素（Ｈ_２）ガスを１５分間流して、炉内雰囲気を水素に十分置換した後、６５０℃まで１０℃／分の昇温速度で温度を上昇させた。約６０分間、６５０℃で保持して、Ｔｅブロックを溶融した溶湯４０をインゴット鋳造室２０，２０に注湯した。

次に、加熱炉５０の図示しないヒーター電源をＯＦＦにして冷却を行い、炉内温度が１００℃以下まで下がったところで、炉内雰囲気をＨ_２ガスからＡｒガスに切り替えて、鋳型を大気中に取り出した。そして、インゴット鋳造室２０，２０内で固化したインゴット６０を仕切板３０，３０と一緒に鋳型本体２，３のそれぞれから取り外し、インゴット６０，６０を個別に取り出した。これにより、各鋳型本体２，３からインゴット６０，６０を破損させることなくそれぞれ６本ずつのインゴット６０，６０を容易に取出すことができた。得られた計１２本の各インゴット６０，６０は金属光沢が有り、引け巣の少ない良好な外観が得られた。また、各インゴット６０，６０の寸法、重量については、表１に示すようにばらつきが小さく、特に、今回の実施例１において、鋳造された１２本のＴｅインゴット６０，６０間での重量の相対変動係数（標準偏差／平均値）は０．２２４％であり、各インゴット６０，６０間での重量のばらつきが小さく、均等重量のインゴット６０，６０を同時に複数個単位で製造できることを確認した。また、酸素濃度については、各インゴット６０，６０の上部から５ｍｍ角の試料を切り出してＬＥＣＯ法でガス分析したところ、１２本のインゴットは、すべて１０〜２０ｗｔｐｐｍの範囲内にあり、極めて酸素濃度の低いＴｅインゴットが同時に複数個、製造できることを確認した（表１参照）。ここで、今回の実施例１においては、鋳造された１２本のＴｅインゴット６０，６０の重量の平均値は１９５．８ｇとなっており、鋳型２，３上部に配置されたＴｅ原料約２．５ブロック分を６等分された重量としては若干少ない重量となっている。この原因は、Ｔｅ原料を溶解中にＴｅ溶湯の一部が蒸発して加熱炉５０内の一部に凝着したためである。

次に、鋳造中の加熱炉本体５１内の雰囲気ガスを純度５ＮのＡｒガスと純度５ＮのＨ_２ガスによる混合ガスとし（混合モル比；Ａｒ：Ｈ_２＝９９％：１％）、それ以外の条件を実施例１と同様の条件で、Ｔｅの鋳造を行った。その結果、得られた１２本の各インゴット６０は、実施例１と同様に、金属光沢が有り、引け巣の少ない良好な外観が得られた。また、各インゴット６０，６０の寸法、重量についても、ばらつきは小さく、特に、実施例２において得られた１２本のＴｅインゴット６０，６０の重量の相対変動係数（標準偏差／平均値）は０．２１２％であった。また、１２本のＴｅインゴット中の酸素濃度は、６０〜７０ｗｔｐｐｍの範囲内であった。

次に、実施例３として、本発明の他の実施形態として図２，３に示した鋳型本体２，３を用いた実施例について説明する。この図２、３によるインゴット鋳造装置１は、上述した図１による実施例１，２の鋳型本体２，３と同様の構成を備えているが、上段側の鋳型本体３からオーバーフローさせた溶湯４０を下段側の鋳型本体２へ案内し、さらに鋳型本体２から溶湯４０の上部側をオーバーフローさせて系外へ排出する構造となっており、各鋳型本体２，３へ載置する金属原料１０Ａ，１０Ｂの重量を正確に計量する手間を省くことができる構造となっている。実施例３では、５０×４５×３５ｍｍ形状の４Ｎ−Ｔｅ金属原料から１７（底面幅）×１７（高さ）×１１０（長さ）ｍｍのテーパ形状のＴｅインゴットの溶解鋳造を行った。

まず、１個あたり約５００ｇの４Ｎ−Ｔｅブロックを鋳型本体２，３内の仕切板３０，３０の上部の中央部にそれぞれ３ブロックを配置し、加熱炉５０の加熱炉本体５１内の所定位置にセットした。そして、加熱炉本体５１内を真空排気した後、５Ｎの水素（Ｈ_２）ガスを１５分間流して、炉内雰囲気を水素に十分置換した後、６５０℃まで１０℃／分の昇温速度で温度を上昇させた。約６０分間、６５０℃で保持して、Ｔｅブロックを溶融した溶湯４０をインゴット鋳造室２０，２０に注湯した。その際、注湯された溶湯４０の容量は、鋳造室２０，２０の容積より多いため、上段である鋳型本体３の溶湯は、その一部がオーバーフローして、仕切板３、３の貫通孔３１、３１や樋形状の排出部２４，２４を経由して排湯路２７，２７より下段の鋳型本体２のインゴット形成部２１に至る。下段の鋳型本体２では、上段の鋳型本体３の注湯工程と同様に、鋳型本体２の仕切板３０，３０の上部の中央に配置したＴｅ原料３ブロックが溶融し、そのＴｅ溶湯が鋳型本体２のインゴット鋳造室２０，２０よりオーバーフローし、さらに、上段の鋳型本体３からオーバーフローした溶湯と共に、排出部２４，２４を経由して排液部２５，２５に貯留される。

次に、加熱炉５０の図示しないヒーター電源をＯＦＦにして冷却を行い、炉内温度が１００℃以下まで下がったところで、炉内雰囲気をＨ_２ガスからＡｒガスに切り替えて、鋳型を大気中に取り出した。そして、インゴット鋳造室２０，２０内で固化したインゴット６０を仕切板３０，３０と一緒に鋳型本体２，３のそれぞれから取り外し、インゴット６０，６０を個別に取り出した。これにより、各鋳型本体２，３からインゴット６０，６０を破損させることなくそれぞれ６本ずつのインゴット６０，６０を容易に取出すことができた。得られた計１２本の各インゴット６０，６０は、実施例１、２と同様に、金属光沢が有り、引け巣の少ない良好な外観であり、鋳造された１２本のＴｅインゴット６０，６０間での重量の相対変動係数（標準偏差／平均値）は０．２６３％であり、均等重量のＴｅインゴット６０，６０を同時に複数個単位で製造できることを確認した。また、鋳造されたＴｅインゴット中の酸素濃度についても、１０〜２０ｗｔｐｐｍの範囲内にあり、極めて酸素濃度の低いＴｅインゴットが同時に複数個、製造できることを確認した。

さらに、製造数について考察した。本実施例１〜３に示した鋳型本体２，３の製造能力は最大２．３［ｋｇ／回］であった。上述したように本発明においては３段以上の多段構造にすることも可能であり、本発明者らは５段構造を試みた。その結果、最大５．７［ｋｇ／回］という製造能力を確認できた。

さらに、インゴット形成部２１のインゴット鋳造室２０，２０の数を１６本／鋳型に増やした大きなサイズの鋳型本体を作製することにより３．１ｋｇ／鋳型のインゴットを作製することができ、５段構造とすることにより最大１５．５［ｋｇ／回］の製造能力を確認できた。

以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。

１ インゴット鋳造装置
２ 上部側鋳型本体
３ 下部側鋳型本体
４ 支柱
１０Ａ，１０Ｂ 金属原料
２０ インゴット鋳造室
２１ インゴット形成部
２２ 嵌入溝
２３ 支柱取付孔
２４ 排出部
２５ 排液部
２６ テーパ
２７ 排湯路
３０ 仕切板
３１ 貫通孔
４０ 溶湯
５０ 加熱炉
５１ 加熱炉本体
５２ 蓋体
６０ インゴット

Claims (9)

1. 金属原料を溶融して複数のインゴットを鋳造するためのインゴット鋳造装置であって、
   金属原料を加熱溶融した溶湯を収容して複数のインゴットを形成するための凹状のインゴット形成部を備えた鋳型本体と、
   前記インゴット形成部を複数の区画部に区分する着脱自在の仕切板と、
   を備え、
   前記仕切板には、当該仕切板によって区分された各区画部に収容される溶湯の湯面レベルを均一に保持する貫通孔が複数設けられ、前記貫通孔は、当該貫通孔内で溶湯が冷却固化して前記インゴット形成部内のインゴットと連結状態となっている金属を前記インゴットから容易に切り離すことができる大きさに形成されたことを特徴とするインゴット鋳造装置。
2. 請求項１に記載のインゴット鋳造装置において、
   前記鋳型本体の隅部に支柱取付孔を設け、前記支柱取付孔に支柱を取り付けることにより前記鋳型本体の上に前記鋳型本体と同一形状の他の鋳型本体を複数段に重ねて配置することを可能としたことを特徴とするインゴット鋳造装置。
3. 請求項１又は２に記載のインゴット鋳造装置において、
   前記インゴット形成部の内壁面のうち、前記仕切板の配置方向と平行な内壁面及び／又は前記仕切板の配置方向と直交する内壁面を上方向に向かって次第に幅が広くなるテーパ状としたことを特徴とするインゴット鋳造装置。
4. 請求項３に記載のインゴット鋳造装置において、
   前記鋳型本体のインゴット形成部の所定高さに排出部を設けると共に前記排出部からオーバーフローした溶湯を下段の鋳型本体のインゴット形成部に案内する導入路が設けられ、上段の鋳型本体からオーバーフローした溶湯を順次下段の鋳型本体へ導入するように形成し、最下段の鋳型本体には前記排出部からオーバーフローした溶湯を当該最下段の鋳型本体に設けられた排液部に貯留するようにしたことを特徴とするインゴット鋳造装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のインゴット鋳造装置において、
   前記仕切板の頂部を中央部分が低くなるように形成することにより、前記金属原料を仕切板の上に配置して加熱した際に、前記溶湯を中央部に集まりやすくしたことを特徴とするインゴット鋳造装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のインゴット鋳造装置において、
   前記鋳型本体を単体、或いは、複数段に重ねて配置した鋳型本体を収容可能な密閉式の加熱炉と、
   還元性ガス、又は、還元性ガスと不活性ガスとの混合ガスを当該加熱炉内に供給及び排気可能なガス供給排気手段と、
   をさらに備えて構成されたことを特徴とするインゴット鋳造装置。
7. 金属原料を溶融して複数のインゴットを形成するためのインゴット鋳造方法であって、
   着脱自在の仕切板によって凹状のインゴット形成部内を各区画に区分された鋳型本体の前記仕切板の上にインゴットに鋳造するための金属原料を載置するか、又は、前記金属原料を前記各区画内に収容するステップと、
   前記金属原料を、還元性ガス雰囲気、又は、還元性ガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気中で当該金属原料の融点以上の温度に加熱して溶湯とするステップと、
   前記インゴット形成部内を前記仕切板によって区分した各区画部に加熱溶融した前記溶湯を注湯するステップと、
   前記仕切板に形成された複数の貫通孔であって、当該貫通孔内で前記溶湯が冷却固化して前記インゴット形成部内で形成されるインゴットと連結状態となった金属を前記インゴットから容易に切り離すことができる大きさに形成された貫通孔を介して各区画部に流入される溶湯の湯面レベルを均一にするステップと、
   各区画部に均一に注湯された溶湯を冷却して固化するステップと、
   を含み構成されたことを特徴とするインゴット鋳造方法。
8. 請求項７に記載のインゴット鋳造方法において、
   前記インゴット形成部内で冷却固化した金属の全体を前記仕切板ごと前記鋳型本体から取り出すステップと、
   前記インゴット形成部の各区画部内で固化している金属および仕切板をそれぞれ分離することにより複数のインゴットを得るステップと、
   をさらに含んで構成されたことを特徴とするインゴット鋳造方法。
9. 請求項７又は８に記載のインゴット鋳造方法において、
   前記鋳型本体を複数段に積み重ねてインゴットの鋳造を行うことを特徴とするインゴット鋳造方法。

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