JPH0140798B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は空間部を有する非溶融体に金属溶融体
を含浸させる溶融体含浸方法およびその装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

セラミツクは珪素やアルミニウムチタニウムな
どを酸化させたり窒化させたりしたものを主体と
してこれにニツケルやクローム、ガラス、セメン
トなどの粘結剤を加えて焼結したもであつて、融
点が高く耐熱性に優れており、硬度および強度が
大きいところから、航空機の発動機部品や高速タ
ービンの羽根などに使用しているが、耐衝撃性等
の点において必ずしも満足すべきものでない。

また、焼結前の粉末状セラミツクを溶融したり
水で泥状にしたりしてこれをスプレーすることに
より金属表面を被覆することも行なわれており、
このセラミツク被覆金属は同じく高温における機
械的性質が従来の耐熱合金にまさるところから発
動機の燃焼室等に用いられているが、高温で酸化
し易いために用途が限られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このようにセラミツは優れた性質を有している
が、従来これを金属の強度向上のために用いるこ
とは試みられておらず、その利用開発が要請され
ていた。そこで本出願人は焼結前のセラミツクで
あるウイスカと呼ばれる繊維状のセラミツクやポ
ーラスと呼ばれる球状のセラミツクを密度の粗い
状態にしてこれに溶融金属を含浸させることに着
目し、鋭意研究を重ねてきた結果、その方法と装
置とを開発した。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するために、プラン
ジヤを摺動自在に設けた溶融体保持室の中に金属
溶融体を入れ、前記溶融体保持室に、ウイスカ等
の非溶融体を入れて内面を加熱されたコンテナを
配し、このコンテナの上面を上方から押え装置で
封じ、前記コンテナ内を真空に引いた後、前記プ
ランジヤを上昇させて金属溶融体をコンテナ内の
非溶融体の内部に加圧封入して含浸させようとし
たものである。

〔作 用〕

このように構成することにより、加圧ライン外
で非溶融体を装入した非溶融体保持室を移動させ
て溶融体装入剤の保持室に接合し、上方から押え
装置で押えたのち、両室を加熱して加圧シリンダ
または減圧装置単独またはこれらの協働で両室内
を相対的に加圧すると、非溶融体の空間部に溶融
体が含浸される。

〔実施例〕

第１図ないし第５図は本発明に係る溶融体含浸
方法を説明するために示す本発明に係る溶融体含
浸装置の実施例であつて、第１図は装置要部の縦
断面図、第２図は装置全体の正面図、第３図は同
じく側面図、第４図は押え装置の拡大縦断面図、
第５図は第４図のAA展開横断面図である。本実
施例は非溶融体の一例として示す窒化珪素の繊維
状（以下ウイスカと称す）に溶融体としてのアル
ミニウムを含浸させる方法およびその装置を例示
する。図において、床面の基礎１上には、リブ２
ａと角孔２ｂとを有する一対のスタンド２が立設
されており、その上端部には、平面視を亀甲状に
形成された下部プラテン３が複数個のボルトで水
平状に固定されている。４は平面視を小判状に形
成され下部プラテン３の上方に位置してこれとの
間を一対のコラム５で連結された上部プラテンで
あつて、上下のプラテン４，３はコラム５の上下
ねじ部に螺合されたナツト６によつて強固に固定
されている。

符号７で示すものは上下に鍔７ａ，７ｂを有す
る円筒状に形成された溶融体保持室としての溶湯
コンテナであつて、その外周部には円筒状に形成
された複数個のヒータ８が嵌装されており、この
溶湯コンテナ７は、円筒状の断熱材９を介し下部
プラテン３の中心部に嵌着されて鍔７ａとロツク
リング７ｃとで上下への移動を規制されている。
なお、鍔７ａにも断熱材１０で外気と遮断された
ヒータ１１が嵌装されている。下部プラテン３か
らは４本のタイロツド１２が溶湯コンテナ７を囲
む４方に垂下されてナツトで下部プラテン３に固
定されており、このタイロツド１２には、全体を
符号１３で示す加圧シリンダが支持されている。
この加圧シリンダ１３は、タイロツド１２の下端
にナツト１４で固定された上記プラテン１５を備
えており、円筒状のシリンダ本体１６は、上部プ
ラテン１５と、これとの間を４個のコラム１７で
連結された下部プラテン１８とで挾持されて強固
に固定されいる。１９はシリンダ本体１６内へ導
かれる油圧によつて昇降するピストンロツドであ
つて、その作用端部には、半割状のカツプリング
２０が装着されており、このカツプリング２０に
よりスペーサ２１を介してピストンロツド１９と
連結されたプランジヤ２２は、溶湯コンテナ７を
同心状に上方へ延設されてピストンロツド１９と
ともに昇降するように構成されている。２０ａは
プランジヤ２２の回動を規制するキーである。プ
ランジヤ２２の上端部にアダプタ２３を介して装
着されたプランジヤチツプ２４は、溶湯コンテナ
７の内孔に摺動自在に嵌合されており、また、溶
湯コンテナ７の下端ねじ部には、エアベントリン
グ２５がシール部材２６，２７を介し螺合れてプ
ランジヤ２２を軸支している。プランジヤ２２の
軸心部を貫通する通水孔２２ａの中心部には、水
管２８が挿通されており、プランジヤ２２の下端
部に挿入されて給水ポンプと接続された一対のノ
ズル２９，３０は、通水孔２２ａと水管２８とに
それぞれ開口されている。そして、給水ポンプで
ノズル３０に給水すると、この水が水管２８内を
上昇し、プランジヤ２２上端の水冷室２２ｂおよ
び通水孔２２ａを経てノズル２９から給水ポンプ
へ戻ることにり循環してプランジヤ２２を冷却す
るように構成されている。またエヤベントリング
２５とプランジヤ２２との間に形成された環状の
エア通路３１、ならびにプランジヤ２２の上昇に
よつてこれと溶湯コンテナ７の内壁との間に形成
される空間は、図示しないエア源と接続されてお
り、この箇所を減圧して後述する上方の押え装置
４７部から減圧時におけるバランスをとるように
構成されている。

符号３２で示すものは、平面視を亀甲状に形成
されて前記コラム５に上下動自在に支持されたコ
ンテナプラテンであつて、その両端部に突設され
たプラケツト３３には、下部プラテン３の両端部
に固定した油圧シリンダ３４のピストンロツド３
５が作用端を固定されており、油圧シリンダ３４
に送油してピストンロツド３５を進退させるとに
よりコンテナプラテン３２が昇降するように構成
されている。このコンテナプラテン３２は、第３
図の左方へ開口する内周面が平面視コ字状のコン
テナ保持３２ａを備えており、このコンテナ保持
部３２ａには、外周が方形で円孔３６ａを有する
鍔付きのウイスカコンテナ３６が、外周面に嵌合
されたヒータ３７と断熱板３８とを介して開口部
から出し入れ自在に保持されている。そして、ウ
イスカコンテナ３６の内孔３６ａには、後述する
押え装置４７のテーパ面５０ｂおよび前記溶湯コ
ンテナ７のテーパ面７ｃとそれぞれ嵌合するテー
パ面３６ｂ，３６ｃが上下の開口端に形成されて
いる。なお、前記一対の油圧シリンダ３４は、ウ
イスカコンテナ３６をコンテナプラテン３２とと
もに上昇させてテーパ面３６ｃ，７ｃの係合を解
き、ウイスカコンテナ３６をコンテナ保持部３６
ａから出し入れ可能にするために設けられてい
る。一方、下部プラテン３に固定されたブラケツ
ト３９には、ウイスカコンテナ３６側へ開口する
箱状に形成されたコンテナボツクス４０が一体形
成されており、その側面には、コンテナ進退用の
油圧シリンダ４１が水平状に装着されている。油
圧シリンダ４１のピストンロツドはコンテナボツ
クス４０内を延びてその作用端をウイスカコンテ
ナ３６に連結されており、この連結部はウイスカ
コンテナ３６が昇降しても支障のないように摺動
自在に接合されている。コンテナボツクス４０の
底部には図示しない台車が設けられており、油圧
シリンダ４１のピストンロツドを圧油で進退させ
ることによりウイスカコンテナ３６が台車上を進
退してコンテナボツクス４０内のウイスカ装入な
らびに製品取り出し位置と、コンテナ保持部３６
ａ内の溶湯含浸位置との両位置を選択的に占める
ように構成されている。コンテナボツクス４０の
上端面には、ウイスカ装入口４２が開口されてい
るとともに、ノツクダウン用の油圧シリンダ４３
が直立して装着されており、そのピストンロツド
を油圧で下降させることにより、溶湯含浸後の製
品をウイスカコンテナ３６から下方へ突き落すよ
うに構成されている。

一方、上部プラテン４上には、型締シリンダ４
４がピストンロツド４５を下向けて固定されてお
り、ピストンロツド４５の作用端には、平面視が
小判型のムービングプラテン４６がコラム５に支
持されて上下動自在に固定されている。このムー
ビングプラテン４６の下面には、全体を符号４７
で示す押え装置が、環状の固定具４８によつて固
定されている。押え装置４７は第４図および第５
図に詳細を示すように、ボルト４８，４９で結合
された円板状のバルブボデイ５０と、環状の取付
ブロツク５１と、バルブボデイ５０の内孔５０ａ
に嵌着された円筒状のバルブガイド５２と、取付
ブロツク５１の内孔５１ａに嵌合された有底円筒
状のヘツドブロツク５３とで本体を形成されてお
り、バルブボデイ５０の下端部には、前記テーパ
面５０ｂが形成されている。５４はバルブガイド
５２に上下動自在に嵌合されたバルブであつて、
バルブガイド５２上方に装填したピストン５５の
ねじ孔に先端ねじ部を螺入されており、ビストン
５５とヘツドブロツク５３底面との間に介装され
た圧縮コイルばね５６により、下端に設けた弁座
５７を開く方向に付勢されている。弁座５７の上
方には、環状のエア通路５８がバルブガイド５２
に設けられており、このエア通路５８は、バルブ
ボデイ５０に設けたエア通路５９とポート６０と
を介して図示しないエア源に接続されている。そ
してエア源を作動させることにより、エア通路５
９，５８を介し、ウイスカコンテナ３６内部の反
溶融体側を減圧するように構成されている。６１
はボルトとばねで押されたボールを備え、バルブ
５４を弁開位置で係止するクリツク機構であつ
て、ポート６０からの減圧中にバルブ５４が閉じ
るのを規制するように構成されている。また、６
２は、取付ブロツク５１に挿入されてビストン５
５周囲のエア通路６３に開口されたノズルであつ
て、図示しないエア源と接続されており、エアに
よつてバルブ５７を開閉させるように構成されて
いる。なお、クリツク機構６１は第５図に示すよ
うに180゜位相を設けられており、ノズル６２は第
５図では展開により90゜位相をずらして示されて
いるが、実際には片方のクリツク機構６１と同位
相に設けられている。このように構成された押え
装置４７は、ムービングプラテン４６ととに第１
図に鎖線で示す位置に下降し、ウイスカコンテナ
３６のテーパ面３６ｂにテーパ面５０ｂを圧接さ
せてウイスカコンテナ３６の開口部を気密的に閉
塞するように構成されている。

以上のように構成された溶融体含浸装置による
熔融体含浸方法を説明する。コンテナボツクス４
０内に位置させたウイスカコンテナ３６内に装入
口４２から例えば窒化珪素からなるセラミツクの
ウイスカを密度が20〜30％となるように空間部を
残して装入する。このときのウイスカは、例えば
２〜３ミクロン径で長さが20〜30ミクロンのもの
や、10ミクロン径で長さが100ミクロンのものな
どきわめて細くて長さが直径の10倍程度ある繊維
状非溶融体である。なお、ウイスカをウイスカコ
ンテナ３６内に入れた状態で加熱してもよいし、
ウイスカを外部であらかじめ加熱したのち、ウイ
スカコンテナ３６内にれるようにしてもよい。ま
た、ヒータ３７は450゜程度に昇温しておく。一
方、プランジヤ２２が下降した状態での溶湯コン
テナ７のヒータ８，１１を、アルミニウムの融点
660℃より高い760℃程度に昇温したのちアルミニ
ウムの溶湯を溶湯コンテナ７内に入れる場合は、
溶湯を直接入れてもよいが、溶湯コンテナ７の内
周面とプランジヤチツプ２４の上端面に接した部
分に、石綿やその他の材料からなる比較的に薄い
コツプ状の保温材を装入し、この保温材の中に溶
湯を入れるようにして溶湯の温度低下と酸化とを
できるだけ防止し得るようにしてもよい。このと
き、油圧シリンダ３４のピストンロツド３５は前
進しているコンテナプラテン３２が上昇してお
り、コンテナ保持部３２ａがコンテナ受入高さに
位置している。そこで油圧シリンダ４１のピスト
ンロツドを前進させ、ウイスカコンテナ３６をコ
ンテナ保持部３２ａ内に進入させて保持させる。
保持後は油圧シリンダ３４のピストンロツド３５
を後退させてコンテナプラテン３２を下降させ、
ウイスカコンテナ３６のテーパ面３６ｃを溶湯コ
ンテナ７のテーパ面７ｃと嵌合させて圧接させ
る。次いで型締シリンダ４４のピストンロツド４
５を前進させてムービングプラテン４６を下降さ
せると、これと一体の押え装置が下降してウイス
カコンテナ３６の開口部を閉塞し、テーパ面５０
ｂがテーパ面３６ｂに嵌合し圧接される。こうす
ることにより、両コンテナ７，３６は上下の開口
部を押え装置４７とプランジヤ２２とで閉塞され
て気密状態となるので、加圧シリンダ１３のピス
トンロツド１９を前進させると、これとカツプリ
ング２０で連結されたプランジヤ２２が上昇し、
ウイスカコンテナ３６内のウイスカの溶湯側を加
圧する。この加圧によつて溶湯コンテナ７内のア
ルミニウム溶湯がウイスカコンテナ３６内へ移動
し、ウイスカの空間部内に浸入してウイスカには
アルミニウムの溶湯が含浸される。この加圧に際
してはノズル６２からエア通路６３内へエアが送
入されてピストン６５が圧縮コイルばね５６を圧
縮しており、バルブ５４により弁座５７が閉じて
いる。このようにしてウイスカに含浸されたアル
ミニウム溶湯は、ウイスカコンテナ３６内が融点
以下の450℃程度であることにより凝固するので、
型締めシリンダ４４のピストンロツド４５を後退
させて押え装置４７を上昇させ、また加圧シリン
ダ１３のプランジヤ２２を下降させる。そして、
油圧シリンダ３４のピストンロツド３５を前進さ
せてウイスカコンテナ３６をコンテナプラテン３
２とともに上昇させると、ウイスカコンテナ３６
が溶湯コンテナ７から離間するので、油圧シリン
ダ４１のピストンロツドを後退させると、ウイス
カコンテナ３６が台車上をコンテナボツクス４０
内へ移動する。そこで油圧シリンダ４３のピスト
ンロツドを前進させると、ウイスカコンテナ３６
内の製品が下方へ突き落される。

以上は含浸のための加圧を加圧シリンダ１３に
よる加圧で行なう方法について説明したが、ウイ
スカの反溶湯側を減圧したり、この減圧と上記加
圧とを同時に併用したり、減圧後加圧したりする
ことによつても可能である。ウイスカの反溶湯側
を減圧す場合、先ずノズル６２からのエアの送入
を止めると、圧縮コイルばね５６の弾発力でピス
トン５５が下降し、バルブ５４により弁座５７が
開く。そこで前述したような型締め状態にして押
え装置４７のポート６０から真空ポンプ等でエア
を吸引すると、エア通路５９，５８を介してウイ
スカの反溶湯側が減圧され、溶湯がウイスカに含
浸される。この場合、クリツク機構６１のボール
をバルブ５４の凹孔に係合させてボルトを締めて
おけば、バルブが閉じることがない。

さらに、この減圧を行ないながら加圧シリンダ
１３のプランジヤ２２を上昇させてウイスカの溶
湯側を加圧してもよい。なお、このときプランジ
ヤ２２の頭部に設けたエア通路から真空ポンプな
どでエアを吸引すれば含浸時におけるウイスカ両
側の圧力バランスを調節することができ、より効
果的である。すなわち、ボート６０からウイスカ
の反溶湯側のみを減圧すると溶湯が上方へ吸引さ
れ、チツプ２４の外周面と溶湯コンテナ７の内周
面との間のわずかなすき間から外部の空気が吸込
まれるために、溶湯が泡状や粒状になつてウイス
カ間の空間部に入つていく。またこの場合、吸引
の条件によつてはウイスカコンテナ３６内に吸上
げられた溶湯がウイスカ間の空間部を全部充分に
埋めつくさない前に固まつてしまうこともある。
そして、ボート６０から真空吸引してしかも下方
の環状エア通路３１部からも同時に真空吸引する
場合には、両方の真空状態のバランスがとれてい
れば溶湯は上昇しないが、上方の真空度が下方の
真空度よりも若干大きい場合には溶湯が多少上昇
する。なお、下方の真空吸引動作を開始したわず
かのちに上方の真空吸引動作を開始すれば、下の
真空度が上方の真空度よりも若干小さくても溶湯
が持ち上げられることがなく、プランジヤチツプ
２４と接している溶湯部分が比較的に厚くて強い
凝固層となるので、この部分で下からのきわめて
薄い空気の吸上げが防止され、溶湯が上方からの
真空吸引時に上昇することがない。このように、
溶湯を上昇しない状態に保ちながら上方から真空
吸引し、ウイスカコンテナ３６内を真空状態にし
ておいてバルブ５７を閉じたのち、プランジヤ２
２の上昇作用で溶湯をウイスカコンテナ内に押込
みかつ押圧すれば、溶湯がウイスカ内の空間を全
部充分に埋めつくし、より充分に含浸する。

また、本実施例ではウイスカコンテナ３６と、
押え装置４７および溶湯コンテナ７との間のテー
パ面３６ｂ，５０ｂ，３６ｃ，７ｃを、ウイスカ
コンテナ３６側が凹状のテーパ面となるようにし
たので、凸状としたときのようにウイスカコンテ
ナ３６の高さを縮める必要がなく、ヒータ３７を
高くすることができて加熱条件が向上する。

なお、本実施例では非溶融体としてセラミツク
のウイスカを例示したが、ポーラスと呼ばれる球
状のセラミツクを粗い密度で装入するようにして
もよい。また、非溶融体の材質はセラミツクに限
定するものではなく、さらに溶融体の材質もアル
ミニウムに限定するものではない。また、溶融体
保持室の上部と非溶融体保持室の下部との間に、
溶融のみを通過させて溶湯上面部等に生じる酸化
被膜などを通過させない目の細かい網やこれに類
するこし板を設けておくこともできる。さらに押
え装置に取付けた真空吸引用のバルブを、溶湯の
慣性力や押圧で自然に締るバルブにしておくこと
もできる。

〔発明の効果〕

以上の説明により明らかなように、本発明によ
れば、互に連通する２室内に金属溶融体と空間を
有するセラミツク等の非溶融体をそれぞれ装入し
その間に相対的な圧力を加えて溶融体を非溶融体
内に含浸させるとともに、この方法を実施する装
置として、機体側の溶融体保持室の上下に横方向
へ移動自在な非溶融体保持室と、溶融体加圧用の
シリンダをそれぞれ配設し、非溶融体保持室の上
端開口部を強圧閉塞する押え装置と、両室の加熱
装置とを設けることにより、アルミニウム等の金
属とセラミツク等の高性能の非溶融体とをきわめ
て強固に一体化することができるので、金属の強
度や耐熱性等を向上させることができるととも
に、その装置は構成が簡単で高能率であり、強度
の均一な製品が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明に係る溶融体含浸
方法を説明するための本発明に係る溶融体含浸装
置の実施例を示し、第１図はその主要部の縦断面
図、第２図は装置全体の正面図、第３図は同じく
側面図、第４図は押え装置の拡大縦断面図、第５
図は第４図のAA展開横断面図である。 ３…コンテナプラテン、７…溶湯コンテナ、
８，１１，３７…ヒータ、１３…加圧シリンダ、
２２…プランジヤ、３１，５８…エア通路、３６
…ウイスカコンテナ、４０…コンテナボツクス、
４１…油圧シリンダ、４４…型締シリンダ、４７
…押え装置、５４…バルブ、６０…ポート。

【特許請求の範囲】

１ 基礎の上に本体を水平移動可能に設置し、本
体と基礎とをアクチユエータを介して連結し、こ
のアクチユエータを、基礎と本体との間の変位を
検出するための変位検出器ないしは本体の加速度
を検出するために本体に取り付けられた加速度検
出器からの出力信号によつて制御し、これによつ
て、本体に基礎を介して外部から振動が伝達され
た場合に、本体に加わる加速度を最低に抑制する
ようにすることを特徴とする単結晶引き上げ装
置。 ２ 本体と基礎とを、本体に対してアクチユエー
タと対向するように配置された復元及び減衰作用
部によつて相互に連結するようにした特許請求の
範囲第１項記載の単結晶引き上げ装置。 ３ アクチユエータが、電動機、油圧発生装置、
空気圧発生装置などである特許請求の範囲第１又
は２項記載の単結晶引き上げ装置。 ４ アクチユエータを、変位検出器又は加速度検
出器からの入力信号によつて作動される制御部か
らの出力信号を介して制御するようにした特許請
求の範囲第１，２又は３項記載の単結晶引き上げ
装置。