JP2003320446A - 金属溶解加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】必要量の金属材料を容器内で加熱、溶解して金
属溶湯とし、この金属溶湯を容器の開閉により鋳造装置
等に供給することができるとともに、容器の開閉箇所か
らの金属溶湯の漏出がない金属溶解加熱装置を提供す
る。 【解決手段】底部に開口３ｄを有し、金属材料を収容す
る収容容器３と、開口３ｄを閉塞する蓋２２と、収容容
器３内の金属材料に電流を誘導し、当該金属材料を加熱
し、かつ、収容容器３内の溶解金属が開口３ｄと蓋２２
との間から漏出するのを阻止する力を当該溶解金属に作
用させる磁界を発生する誘導加熱用コイル１０とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料を誘導加
熱により加熱、溶解する金属溶解加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイカストマシン等の鋳造装置の分野で
は、固体状態の金属を加熱溶解して溶解金属（金属溶
湯）とし、この金属溶湯を鋳造装置に供給する必要があ
る。金属を加熱溶解する方法として、誘導加熱を用いて
金属を溶解して金属溶湯とし、この金属溶湯を鋳造装置
に供給する技術が知られている。誘導加熱は、電磁誘導
により鋳造に用いる金属に電流を誘導して、そのオーム
損によって当該金属を加熱する加熱方法である。一方、
溶解された金属材料は、通常、周囲よりも非常に温度が
高く、鋳造装置に供給するときの取り扱いが難しい。た
とえば、溶解した金属材料をひしゃくでくみ出して鋳造
装置に供給する方法では、金属材料が凝固、酸化する可
能性がある。他の方法として、たとえば、特開２００１
−２３９３５４号公報は、射出装置のシリンダに対して
設けられた円筒状の容器において誘導加熱により金属を
溶解して金属溶湯とし、この金属溶湯をダイカストマシ
ンに供給する給湯装置を開示している。上記の給湯装置
は、当該円筒状容器の下部に形成された金属溶湯をシリ
ンダに排出するための開口と、この開口を開閉する蓋と
を備えている。蓋をスライドさせて開口を開くことによ
り、円筒状容器で溶解された金属溶湯は、重力によりシ
リンダ内に流入する。この給湯装置は、溶解した必要量
の金属溶湯を空気に接触させずに射出装置に供給するこ
とができ、金属溶湯の品質を維持することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の刊行
物に開示されたような給湯装置では、開口とこの開口を
閉鎖している蓋との間に形成される隙間から、容器内の
金属溶湯が漏れだす可能性がある。容器内の金属溶湯が
漏れだすと、蓋の開閉が困難となったり、ダイカストマ
シンに供給される金属溶湯の量がばらついたりするなど
の可能性がある。

【０００４】本発明は、上述した問題に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、必要量の金属材料を容器内
で加熱、溶解して金属溶湯とし、この金属溶湯を容器の
開閉により鋳造装置等に供給することができるととも
に、容器の開閉箇所からの金属溶湯の漏出がない金属溶
解加熱装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の金属溶解加熱装
置は、固体状態の金属材料を加熱、溶解し、あるいは、
溶解された金属材料を加熱する金属溶解加熱装置であっ
て、底部に開口を有し、金属材料を収容する収容容器
と、前記開口を閉塞する蓋と、前記蓋を前記収容容器に
対して移動させ、前記開口を開閉する駆動手段と、前記
収容容器内の金属材料への電流の誘導により当該金属材
料を加熱し、かつ前記収容容器内の溶解金属の前記開口
と前記蓋との間からの漏出を阻止する力を当該溶解金属
に作用させる磁界を発生する誘導加熱用コイルとを有す
る。

【０００６】本発明では、収容容器内の溶解金属に誘導
電流が流れると、この誘導電流と誘導加熱用コイルから
の磁界との電磁誘導作用によって電磁力が溶解金属に作
用する。収容容器の底部の開口は、蓋によって閉塞され
ているが、開口を単に蓋で閉塞するだけでは、開口と蓋
との間に隙間が形成され、溶解金属が自重により漏出す
る可能性がある。誘導加熱用コイルの発生する磁界は、
溶解金属を誘導加熱するとともに、収容容器内の溶解金
属に作用する電磁力が開口と蓋との間から漏出するのを
阻止する力を溶解金属に作用させる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。第１実施形態 図１は、本発明の一実施形態に係る金属溶解加熱装置の
断面図である。図１に示す金属溶解加熱装置１は、溶解
加熱部２と、材料供給機構部５１とを有する。

【０００８】材料供給機構部５１は、ホッパ５５と、シ
リンダ５２と、スクリュー５３とを有する。ホッパ５５
は、円錐状の外形を有し、内部に金属材料Ｍを収容可能
となっている。ホッパ５５は、下端部にシリンダ５２内
に連通する供給口５５ａを有している。ホッパ５５内に
供給された金属材料Ｍは、自重により供給口５５ａを通
じてシリンダ５２内に供給される。ホッパ５５に蓄積さ
れる金属材料Ｍは、たとえば、アルミニウム合金等の金
属を球状や細長い粒状としたものである。

【０００９】シリンダ５２は、円筒状の部材からなり、
外周の一部にホッパ５５の供給口５５ａに連通する連通
孔５２ａが形成されている。このシリンダ５２の先端部
側は、後述する収容容器３の上端部に連結されており、
シリンダ５２の内部と収容容器３の内部とは連通してい
る。

【００１０】スクリュー５３は、シリンダ５２の内部に
回転可能に設けられている。このスクリュー５３の一端
は、シリンダ５２の一端側に固定されたモータ５４の出
力軸５４ａが連結されている。モータ５４の回転によっ
てスクリュー５３を所定の方向に回転させるとホッパ５
５からシリンダ５２内に供給された金属材料Ｍは、図１
に示す矢印Ｊの向きに搬送され、シリンダ５２の先端部
から収容容器３内に落下する。金属材料Ｍの収容容器３
への搬送量（供給量）は、スクリュー５３の回転量に応
じて決定される。

【００１１】溶解加熱部２は、後述するダイカストマシ
ンのスリーブ７０の給湯口７０ｈの上方に配置された収
容容器３と、収容容器３の周囲に配置された誘導加熱用
コイル１０と、開閉機構２１とを有する。

【００１２】開閉機構２１は、蓋２２と、シリンダ装置
２３とを有する。蓋２２は、収容容器３の底部（下端
部）の開口３ｄに対向配置されることにより、この開口
３ｄを閉鎖可能な板状部材である。シリンダ装置２３
は、先端部が蓋２２に連結されたピストンロッド２４を
備えており、このピストンロッド２４を、たとえば、圧
縮空気や油圧の力によって矢印Ｄ１およびＤ２の方向に
伸縮させる。ピストンロッド２４のＤ１およびＤ２方向
へのスライドにより、収容容器３の下端部の開口３ｄが
蓋２２によって開閉される。

【００１３】図２は、鋳造装置としてのダイカストマシ
ンの一例の要部構成を示す断面図である。図２に示すよ
うに、ダイカストマシン６０は、固定金型９０と、固定
金型に対して開閉可能に設けられた移動金型８０と、固
定金型９０に設けられた円筒状部材からなるスリーブ７
０と、プランジャロッド７３の先端部に固定されスリー
ブ７０の内周に嵌合するプランジャチップ７２とを有す
る。スリーブ７０は、型締された固定金型９０と移動金
型８０との間に形成されるキャビティＣａと連通してい
る。

【００１４】固定金型９０と移動金型８０とが図示しな
い型締機構により型締された状態で、スリーブ７０に形
成された給湯口７０ｈを通じてスリーブ７０内に所定量
の金属溶湯（溶解金属）ＭＬが供給される。その後、ス
リーブ７０内の金属溶湯ＭＬはプランジャチップ７２の
駆動によって、固定金型９０と移動金型８０との間に形
成されたキャビティＣａに射出、充填される。キャビテ
ィＣａに充填された金属溶湯ＭＬが凝固したのち、移動
金型８０を開き、移動金型８０に設けられた押出ピン９
１によってキャビティＣａ内の鋳造品を押し出す。

【００１５】図３は収容容器３および誘導加熱用コイル
１０の構造を示す図であって、（ａ）は収容容器３の上
面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線方向の断面
図である。図３に示すように、収容容器３は、金属材料
Ｍを収容可能な収容空間３ａをもつ円筒状の部材からな
る。この収容容器３の形成材料は、たとえば、オーステ
ナイト系ステンレス鋼や、銅あるいは銅合金等の強磁性
体ではない金属や、電気絶縁性のセラミック等の絶縁体
の材料を用いる。なお、これらの材料を非強磁性体とす
る。このような非強磁性体の材料を用いる理由は、誘導
加熱の際に収容容器３に磁束が集中するのを防止し、ま
た、誘導加熱用コイル１０によって収容容器３に収容さ
れた金属材料Ｍにより大きな電磁力を作用させるためで
ある。

【００１６】収容容器３の下端部の開口３ｄは、図３に
示すように、蓋２２によって閉鎖される。このとき、収
容容器３の下端面３ｅに対向する蓋２２の当接面２２ｓ
は、下端面３ｅに接触するように配置されるが、下端面
３ｅと当接面２２ｓとの間には隙間が形成される可能性
がある。

【００１７】誘導加熱用コイル１０は、収容容器３の周
囲に当該収容容器３の中心軸Ｏと同心上に配置されてい
る。この誘導加熱用コイル１０の中心軸Ｏに沿った下端
側は、収容容器３の下端面３ｅと蓋２２の当接面２２ｓ
との接触位置近傍に位置している。また、誘導加熱用コ
イル１０の中心軸Ｏに沿った上端側の直径ｄ１は最大と
なっており、下端側の直径ｄ２は最小となっており、誘
導加熱用コイル１０の直径は上端側から下端側に向けて
直径が次第に縮小している。

【００１８】誘導加熱用コイル１０には、たとえば、数
十ｋＨｚ程度の高周波電流が供給される。誘導加熱用コ
イル１０に高周波電流が供給されると磁界が発生する。
この磁界が収容容器３内の金属材料Ｍに電流を誘導す
る。金属材料Ｍに電流が流れると、オーム損によって金
属材料Ｍが加熱され溶解する。これにより、金属材料Ｍ
は金属溶湯ＭＬとなる。金属材料Ｍが金属溶湯ＭＬにな
ったのち、金属溶湯ＭＬに流れる誘導電流と誘導加熱用
コイル１０の発生する磁界との電磁誘導作用によって、
金属溶湯ＭＬには電磁力が作用する。この電磁力は、主
に、収容容器３の中心に向かう力である。

【００１９】ここで、上記形状の誘導加熱用コイル１０
によって溶解された金属溶湯ＭＬに作用する力について
図４を参照して説明する。図４は、金属溶湯ＭＬに流れ
る誘導電流と誘導加熱用コイル１０の発生する磁界との
電磁誘導作用によって金属溶湯ＭＬに作用する電磁力Ｆ
と金属溶湯ＭＬの液圧Ｐとを示すグラフである。収容容
器３の下端面３ｅと蓋２２の当接面２２ｓとの接触位置
を基準高さｈ₀とすると、液体となった収容容器３の金
属溶湯ＭＬに作用する液圧は、基準高さｈ₀ で最大とな
り、収容容器３の上側に向かうにしたがって小さくな
る。

【００２０】一方、誘導加熱用コイル１０は上記の形状
を有しているため、誘導加熱用コイル１０の内周側に発
生する磁界の磁束密度は、誘導加熱用コイル１０の下端
側で最大となり、上端側に向かって磁束密度は低下す
る。このため、誘導加熱用コイル１０によって金属溶湯
ＭＬに対して収容容器３の中心軸方向に作用する電磁力
Ｆは、誘導加熱用コイル１０の形状により、基準高さｈ
₀ 付近で最大となり、収容容器３の上側に向かうにした
がって小さくなる。

【００２１】したがって、収容容器３の金属溶湯ＭＬ
は、たとえば、図３に示すような形状となる。図３に示
す金属溶湯ＭＬの形状は、下端から上端までの直径がほ
ぼ等しい円筒形に近い形になり、収容容器３の下端側で
当該収容容器３の内周面と金属溶湯ＭＬとが離隔した形
状となっている。すなわち、収容容器３内の金属溶湯Ｍ
Ｌには、高さを比較的低く抑えつつ収容容器３の下端面
３ｅと蓋２２の当接面２２ｓとの間からの漏出が阻止さ
れる力が作用した状態となっている。このため、蓋２２
で開口３ｄが閉鎖された状態の収容容器３から金属溶湯
ＭＬが自重によって漏出するのを防ぐことができる。

【００２２】ここで、図５は、誘導加熱用コイルの形状
を考慮せずに、収容容器３の外周に中心軸Ｏに沿った全
域に直径ｄが一定の誘導加熱用コイル３００を配置した
場合の収容容器３内の金属溶湯ＭＬの状態の一例を示す
断面図である。図５に示すように、誘導加熱用コイル３
００の直径ｄが一定であると、金属溶湯ＭＬに対して収
容容器３の中心軸方向に作用する電磁力Ｆは、たとえ
ば、図６に示すように、中心軸方向に沿って略一定の値
となる。一方、液体となった収容容器３の金属溶湯ＭＬ
に作用する液圧Ｐは、基準高さｈ₀ で最大となり、収容
容器３の上側に向かうにしたがって小さくなる。したが
って、電磁力Ｆと液圧Ｐとの関係により、金属溶湯ＭＬ
は、図５に示すように、高さが高く末広がりの形状とな
ってしまい、収容容器３の下端面３ｅと蓋２２の当接面
２２ｓとの間から金属溶湯ＭＬが漏出する可能性があ
り、これを阻止するためにはより強い電磁力を作用させ
る必要がある。

【００２３】上記のように、誘導加熱用コイル１０の形
状を適切な形状とすることにより、比較的小さな電磁力
で、蓋２２により開口３ｄが閉鎖された状態の収容容器
３から金属溶湯ＭＬが自重によって漏出するのを防ぐこ
とができる。また、誘導加熱用コイル１０の形状だけで
なく、誘導加熱用コイル１０の形状および誘導加熱用コ
イル１０の収容容器３に対する配置、あるいは、誘導加
熱用コイル１０の収容容器３に対する配置を適切に選択
することにより蓋２２で開口３ｄが閉鎖された状態の収
容容器３から金属溶湯ＭＬが自重によって漏出するのを
防ぐことができる。なお、誘導加熱用コイル１０の形状
や配置を決定するには、誘導加熱用コイル１０の発生す
る磁界の強さ、収容容器３内に供給される金属材料Ｍの
量、誘導加熱用コイル１０の中心軸Ｏに沿った高さＨ等
の間の相互関係を考慮する必要がある。

【００２４】ここで、収容容器３の下端面３ｅと蓋２２
の当接面２２ｓとの間からの金属溶湯ＭＬの漏出を防ぐ
ことが可能な誘導加熱用コイルの他の例を図７を参照し
て説明する。図７（ａ）に示す誘導加熱用コイル１０Ａ
は、上記した誘導加熱用コイル１０と同様に収容容器３
の外周に配置されている。また、誘導加熱用コイル１０
Ａは直径ｄが上端から下端まで全て等しく形成され、誘
導加熱用コイル１０Ａの下端部は、収容容器３の下端面
３ｅと蓋２２の当接面２２ｓとが当接する位置近傍に配
置されている。この誘導加熱用コイル１０Ａの中心軸Ｏ
に沿った方向の高さＨは、収容容器３内の金属溶湯ＭＬ
の下方にのみ電磁力が作用するように所定の値に制限さ
れている。すなわち、誘導加熱用コイル１０Ａは、収容
容器３内の金属溶湯ＭＬの量との関係で、収容容器３内
の金属溶湯ＭＬの下側領域にのみ中心軸Ｏに向かう電磁
力が集中して作用するように配置されている。これによ
り金属溶湯ＭＬの高さが抑えられ、下側領域の液圧が低
くなって比較的低い電磁力で釣り合う。このように、誘
導加熱用コイル１０Ａの高さＨを収容容器３内の金属溶
湯ＭＬの量との関係で制限することにより、図７（ａ）
に示すように、収容容器３の下端側で当該収容容器３の
内周面と金属溶湯ＭＬとが離隔した形状とすることがで
き、収容容器３の下端面３ｅと蓋２２の当接面２２ｓと
の間からの金属溶湯ＭＬの漏出を防ぐことが可能とな
る。

【００２５】図７（ｂ）に示す誘導加熱用コイル１０Ｂ
は、図７（ａ）に示した誘導加熱用コイル１０Ａと同様
の形状および配置を有しているが、誘導加熱用コイル１
０Ｂの下端部は、収容容器３の下端面３ｅよりもさらに
下方に配置されている。このように、誘導加熱用コイル
１０Ｂの下端部を収容容器３の下端面３ｅよりもさらに
下方に配置することにより、誘導加熱用コイル１０Ａと
比較して収容容器３の下端位置での中心軸Ｏに向かう電
磁力を高めることができる。この結果、誘導加熱用コイ
ル１０Ａと比較して、収容容器３の下端面３ｅと蓋２２
の当接面２２ｓとの間からの金属溶湯ＭＬの漏出を一層
確実に防ぐことが可能となる。

【００２６】図８は、上記した収容容器３の他の形態例
を示す図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は
（ａ）におけるＣ−Ｃ線方向の断面図である。収容容器
３が鉄のような強磁性材料で形成されている場合に、上
記した誘導加熱用コイル１０によって発生される磁界に
よって収容容器３の周方向に渦電流が発生し、収容容器
３が加熱される可能性が発生する。このため、図８に示
す収容容器３Ａは、一部に中心軸Ｏに沿って、一条の切
欠３ｋが形成されている。この切欠３ｋを形成すること
により、誘導加熱の際に発生する収容容器３Ａの周方向
の電流の経路が遮断され、収容容器３Ａが加熱するのを
防ぐことができる。また、切欠３ｋには、たとえば、セ
ラミック等の絶縁部材Ｉｓが埋め込まれている。これに
より、収容容器３Ａの内部に大気が侵入するのを防ぐこ
とができ、収容容器３Ａ内を非酸化雰囲気とすることが
できる。なお、収容容器３Ａの内部に大気が侵入しても
問題のない場合には、絶縁部材Ｉｓを設けない構成とす
ることも可能である。

【００２７】収容容器３の加熱を防ぐ他の方法として
は、図３（ａ）に示す収容容器３の厚さＴｈを調整する
ことが考えられる。収容容器３に発生する渦電流の浸透
深さδは、収容容器３の抵抗ρ〔Ω・ｃｍ〕、収容容器
３の透磁率μ、誘導加熱用コイル１０に印加する電流の
周波数ｆ〔Ｈｚ〕から所定の関係式により求めることが
できる。収容容器３の厚さＴｈを渦電流の浸透深さδよ
りも薄くすることにより、収容容器３の加熱を防ぐこと
ができる。

【００２８】上記構成の金属溶解加熱装置１において、
収容容器３内で金属材料Ｍを加熱、溶解し、所定の温度
にしたのちに、図９に示すように、蓋２２をＤ１の向き
にスライドさせると、収容容器３ｄの開口３ｄから金属
溶湯ＭＬが自重により落下し、ダイカストマシンのスリ
ーブ７０に給湯口７０ｈを通じて供給される。

【００２９】以上のように、本実施形態によれば、収容
容器３内の金属材料Ｍを誘導加熱によって金属溶湯ＭＬ
としたとき、金属材料Ｍを誘導加熱するとともに、金属
溶湯ＭＬの収容容器３の下端面３ｅと蓋２２の当接面２
２ｓとの間からの漏出を阻止する力を当該金属溶湯ＭＬ
に作用させる磁界を発生可能に誘導加熱用コイル１０の
形状および／または配置を決定することにより、収容容
器３の開閉機構２１を何ら改変することなく、金属溶湯
ＭＬの漏出を防止することができる。

【００３０】なお、上述した実施形態では、誘導加熱用
コイル１０について複数の形態を挙げて説明したが、本
発明はこれらに限定されるものではなく、上述の複数の
形態を組み合わせた形態とすることもできるし、他の形
態を採用することも可能である。

【００３１】第２実施形態 図１０は、本発明の第２の実施形態に係る金属溶解加熱
装置の構成を示す図である。なお、図１０において、第
１の実施形態に係る金属溶解加熱装置１と同一の構成部
分については同一の符号を使用している。上述した第１
の実施形態では、本発明の金属材料供給手段として固体
状態の金属材料を供給する材料供給機構部５１を例に挙
げて説明したが、本実施形態に係る金属溶解加熱装置２
００では、収容容器３に固体状態の金属材料ではなく、
液体状態の金属材料である金属溶湯ＭＬが供給され、他
の構成部分については上述した第１の実施形態と全く同
様である。図１０において、溶解炉４０１は、たとえ
ば、アルミニウムを溶解した金属溶湯ＭＬを収容してい
る。通常、溶解炉４０１では、アルミニウムを７５０℃
程度までしか昇温することができない。しかしながら、
アルミニウムを、たとえば、８００℃程度の非常に高温
の状態でダイカストマシンに供給したい場合もある。

【００３２】このような場合に、図示しない搬送機構に
より保持されたラドル４００によって溶解炉４０１内の
アルミニウムの金属溶湯ＭＬを所定量汲み上げ、これを
搬送して収容容器３に供給する。収容容器３では、上述
した実施形態と同様に、アルミニウムの金属溶湯ＭＬの
溶湯を誘導加熱により加熱し、昇温する。このように、
本実施形態の構成とすることにより、たとえば、溶解炉
４０１では昇温不可能な温度まで金属溶湯ＭＬを昇温し
てダイカストマシン等の鋳造装置に供給することが可能
となる。

【００３３】なお、本実施形態に係る金属溶解加熱装置
２００は、上述した収容容器３、誘導加熱用コイル１０
の種々の変形例を適用可能である。

【００３４】第３実施形態 図１１は、本発明のさらに他の実施形態に係る金属溶解
加熱装置の構成を示す図である。なお、図１１におい
て、第１の実施形態に係る金属溶解加熱装置１と同一の
構成部分については同一の符号を使用している。第１お
よび第２の実施形態においては、収容容器３へ粒状の金
属材料や金属溶湯を供給する場合について説明したが、
本実施形態では収容容器３へインゴットやビレット等の
固体状態の金属を供給する場合について説明する。

【００３５】図１１に示す金属溶解加熱装置３０１は、
開閉機構２１Ｂを有しており、この開閉機構２１Ｂは、
蓋２２Ｂと、この蓋２２Ｂを矢印Ｅ１およびＥ２で示す
鉛直方向に昇降させる昇降用シリンダ２５とを有する。
蓋２２Ｂは、昇降用シリンダ２５のピストンロッド２６
と連結されているとともに、ピストンロッド２６に対し
て軸２７を中心に矢印Ｒ１およびＲ２の向きに旋回可能
となっている。

【００３６】図１２は、金属溶解加熱装置３０１におい
て収容容器３へインゴットＩＧを収容する前の状態を示
す図である。蓋２２Ｂを矢印Ｅ２の向きに下降させ、水
平状態に保たれた蓋２２Ｂ上にインゴットＩＧを載置す
る。この状態から、蓋２２Ｂを矢印Ｅ１の向きに上昇さ
せると、図１１に示したように、蓋２２Ｂは収容容器３
の下端面３ｅに当接し、収容容器３の開口３ｄは閉鎖さ
れる。

【００３７】図１１に示した状態において、誘導加熱に
よりインゴットＩＧを加熱、溶解し、その後、図１３に
示すように、蓋２２Ｂを矢印Ｒ１の向きに旋回させて、
収容容器３の開口３ｄを開放することにより、金属溶湯
ＭＬをスリーブ７０内に供給する。このように、本実施
形態の金属溶解加熱装置３０１では、開閉機構２１Ｂが
収容容器３の開口３ｄの開閉を行うとともに、インゴッ
トＩＧを収容容器３内に供給する金属材料供給手段の役
割を果たしている。本実施形態の金属溶解加熱装置３０
１によれば、大量の金属溶湯を保持しておく必要がない
ため、ダイカストマシンへの金属溶湯の供給を安全に行
うことができ、かつ、作業環境を向上させることができ
る。なお、本実施形態に係る金属溶解加熱装置３０１
は、上述した収容容器３、誘導加熱用コイル１０の種々
の変形例を適用可能である。

【００３８】第４実施形態 図１４〜図１７は、本発明のさらに他の実施形態に係る
金属溶解加熱装置の構成を示す図である。上述した各実
施形態では、蓋２２と収容容器３の下端面３ｅとの間に
隙間が形成されたとしても、収容容器３内の金属溶湯Ｍ
Ｌがこの隙間から漏出するのを防ぐ技術について説明し
た。一方、収容容器３内において誘導加熱により金属材
料を溶解する際には、金属の酸化を抑制する観点からは
収容容器３内の雰囲気を不活性ガス雰囲気とすることが
好ましい。しかしながら、蓋２２と収容容器３の下端面
３ｅとの間に形成される隙間が大きいほど、雰囲気の置
換に長時間を要するとともに多くの不活性ガスを必要と
する。また、蓋２２と収容容器３の下端面３ｅとの間に
形成される隙間が大きいと、誘導加熱によって収容容器
３内の金属材料を溶解中に、停電等の原因により誘導加
熱が停止すると、蓋２２と収容容器３の下端面３ｅとの
間に形成される隙間から金属溶湯が漏出する可能性があ
る。このため、蓋２２と収容容器３の下端面３ｅとの間
に形成される隙間をできる限り小さくすることが好まし
い。本実施形態では、蓋２２と収容容器３の下端面３ｅ
との間に形成される隙間を縮小させることができる構成
について説明する。

【００３９】図１４に示す金属溶解加熱装置５００は、
開閉機構２１Ｃのみ上述した第１の実施形態に係る金属
溶解加熱装置１と異なり、他の構成は同一である。図１
４において、開閉機構２１Ｃは、蓋２２Ｃと、この蓋２
２Ｃを軸２７を中心に旋回させるアクチュエータ３０と
を有する。アクチュエータ３０は、たとえば、電動モー
タおよび伝達機構によって構成される。

【００４０】アクチュエータ３０を駆動して、蓋２２Ｃ
を矢印Ｒ２の向きに旋回させると、蓋２２Ｃの当接面２
２Ｃｓは、収容容器３の下端面３ｅに当接する。蓋２２
Ｃの当接面２２Ｃｓが収容容器３の下端面３ｅに当接し
た状態において、アクチュエータ３０の出力を一定に保
って、蓋２２Ｃの当接面２２Ｃｓを収容容器３の下端面
３ｅに所定の力ｆで押しつけることにより、当接面２２
Ｃｓと下端面３ｅとの間に形成される隙間を縮小させる
ことができる。

【００４１】図１５は、別の構成の開閉機構を備える金
属溶解加熱装置を示す図である。なお、図１５に示す金
属溶解加熱装置５０１は、図１４に示した金属溶解加熱
装置５００と開閉機構以外の構成は同一である。また、
図１４に示した金属溶解加熱装置５００と同一構成部分
については同一の符号を使用している。

【００４２】図１５に示す開閉機構２１Ｄは、蓋２２Ｄ
と、この蓋２２Ｄを軸２７を中心に旋回させるアクチュ
エータ３０と、くさび部材３２と、シリンダ装置２９
と、ガイド部材３１とを有する。

【００４３】蓋２２Ｄは、当接面２２Ｄｓとは反対側
に、当接面２２Ｄｓに対して所定の角度で傾斜した傾斜
面２２Ｄａを備えている。

【００４４】くさび部材３２は、ガイド部材３１によっ
て矢印Ｄ１およびＤ２で示す水平方向に移動可能に支持
されている。このくさび部材３２は、ガイド部材３１に
よって支持された面とは反対側の面に、蓋２２Ｄの傾斜
面２２Ｄａと相対し傾斜面２２Ｄａと同じ角度で傾斜す
る傾斜面３２ａを備えている。

【００４５】ガイド部材３１は、図示しないが、収容容
器３の下方の両側に平行に配置され、収容容器３の開口
３ｄから排出される金属溶湯ＭＬのスリーブ７０への供
給経路を妨げないようになっている。

【００４６】シリンダ装置２９は、矢印Ｄ１およびＤ２
の向きに伸縮するピストンロッド２８を備えており、こ
のピストンロッド２８の先端部はくさび部材３２と連結
されている。シリンダ装置２９は、ピストンロッド２８
を矢印Ｄ１およびＤ２の向きに伸縮することにより、く
さび部材３２を矢印Ｄ１およびＤ２の向きに移動させ
る。

【００４７】アクチュエータ３０を駆動して、蓋２２Ｄ
を矢印Ｒ２の向きに旋回させると、蓋２２Ｄの当接面２
２Ｄｓは、収容容器３の下端面３ｅに当接する。この状
態から、くさび部材３２を矢印Ｄ１の方向に移動させて
いくと、くさび部材３２の傾斜面３２ａと蓋２２Ｄの傾
斜面２２Ｄａとは当接する。さらに、くさび部材３２を
矢印Ｄ１の方向に前進させ、くさび部材３２を力ｆ２で
押圧する。くさび部材３２を押圧する力ｆ２は、蓋２２
Ｄを収容容器３の下端面３ｅに向けて押しつける力ｆ３
に変換される。このとき、力ｆ３は、くさび効果によっ
て力ｆ２よりも増幅されている。これにより、大きな力
で蓋２２Ｄを収容容器３の下端面３ｅに向けて押しつけ
ることができ、当接面２２Ｄｓと下端面３ｅとの間に形
成される隙間を縮小させることができる。すなわち、図
１４に示した開閉機構の構成では、アクチュエータ３０
に大きな力を発生させる必要があるが、本例では、シリ
ンダ装置２９の出力をくさび効果によって大きな力に変
換することができるため、アクチュエータ３０に大きな
力を発生させる必要がない。

【００４８】図１６は、さらに別の開閉機構を有する金
属溶解加熱装置を示す図である。なお、図１６に示す金
属溶解加熱装置５０２は、図１４に示した金属溶解加熱
装置５００と開閉機構以外の構成は同一である。図１６
に示す開閉機構２１Ｅは、蓋２２Ｅと、シリンダ装置２
３と、ガイド部材３５とを有する。

【００４９】蓋２２Ｅは、ガイド部材３５によって矢印
Ｄ１およびＤ２で示す水平方向に移動可能に支持されて
いる。蓋２２Ｅの当接面２２Ｅｓは、収容容器３の中心
軸Ｏに直交しておらず、中心軸Ｏに直交する平面に対し
て所定角度で傾斜している。

【００５０】一方、収容容器３の下端面３ｅは、収容容
器３の中心軸Ｏに直交しておらず、中心軸Ｏに直交する
平面に対して所定角度で傾斜している。

【００５１】シリンダ装置２３は、ピストンロッド２４
を矢印Ｄ１およびＤ２の向きに伸縮することにより、蓋
２２を矢印Ｄ１およびＤ２の向きに移動させる。

【００５２】ガイド部材３５は、図示しないが、収容容
器３の下方の両側に平行に配置され、収容容器３の開口
３ｄから排出される金属溶湯ＭＬのスリーブ７０への供
給経路を妨げないようになっている。

【００５３】シリンダ装置２３によって、蓋２２Ｅを矢
印Ｄ２の向きに移動させると、蓋２２Ｅの当接面２２Ｅ
ｓは収容容器３の下端面３ｅに当接し、収容容器３の開
口３ｄが蓋２２Ｅによって閉じられる。この状態からさ
らに、蓋２２Ｅを矢印Ｄ２の向きに力ｆ２で押圧する
と、下端面３ｅと当接面２２Ｅｓとのくさび効果によ
り、力ｆ２が蓋２２Ｅを収容容器３の下端面３ｅに向け
て押しつける力ｆ３に変換される。力ｆ３は力ｆ２より
も増幅されている。これにより、大きな力で蓋２２Ｅを
収容容器３の下端面３ｅに向けて押しつけることがで
き、当接面２２Ｅｓと下端面３ｅとの間に形成される隙
間を縮小させることができる。

【００５４】本例では、収容容器３の開口３ｄに対して
蓋２２Ｅを開閉するアクチュエータであるシリンダ装置
２３の駆動力を利用して、当接面２２Ｅｓと下端面３ｅ
との間に形成される隙間を縮小させるため、蓋２２Ｅを
収容容器３に向けて押圧するためのアクチュエータを別
に設ける必要がない。

【００５５】図１７は、さらに別の構成の開閉機構を有
する金属溶解加熱装置を示す図である。なお、図１７に
示す金属溶解加熱装置５０３は、図１４に示した金属溶
解加熱装置５００と開閉機構以外の構成は同一である。
図１７に示す開閉機構２１Ｆは、蓋２２Ｆと、シリンダ
装置３８とを有する。シリンダ装置３８は、矢印Ｇ１お
よびＧ２の向きに伸縮するピストンロッド３９を備えて
おり、このピストンロッド３９の先端部は蓋２２Ｆに固
定されている。ピストンロッド３９の伸縮方向Ｇ１およ
びＧ２は、収容容器３の下端面３ｅに平行となっておら
ず、下端面３ｅに対して所定角度θで傾斜している。

【００５６】蓋２２Ｆは、当接面２２Ｆｓが収容容器３
の下端面３ｅに平行となるように、ピストンロッド３９
に固定されている。

【００５７】ピストンロッド３９を伸ばして、蓋２２Ｆ
の当接面２２Ｆｓを収容容器３の下端面３ｅに当接さ
せ、さらに当接面２２Ｆｓを下端面３ｅに押しつける
と、くさび効果により、蓋２２Ｆはシリンダ装置３８の
出力よりも大きな力で収容容器３の下端面３ｅに押しつ
けられる。

【００５８】なお、図１４〜図１７に示した金属溶解加
熱装置５００〜５０３は、金属材料供給手段として材料
供給機構５１を備える場合について説明したが、金属溶
解加熱装置５００〜５０３に第２の実施形態において説
明した金属材料供給手段を適用することも可能である。
また、本実施形態に係る金属溶解加熱装置５００〜５０
３は、上述した収容容器３および誘導加熱用コイル１０
の種々の変形例を適用可能である。

【００５９】第５実施形態 図１８は、本発明のさらに他の実施形態に係る金属溶解
加熱装置の構成を示す断面図である。なお、図１８にお
いて、上述した実施形態と同一の構成部分については同
一の符号を使用している。また、収容容器３および誘導
加熱用コイル１０の構成については、上述した実施形態
と同様である。

【００６０】上述した各実施形態に係る金属溶解加熱装
置において、蓋２２には誘導加熱用コイル１０の発生す
る磁束が通過する。蓋２２の形成材料が、たとえば、鉄
等の強磁性材料の場合には、磁束の通過によって蓋２２
に渦電流が発生し、蓋２２が加熱される。すなわち、誘
導加熱に用いられるエネルギーの一部が蓋２２の加熱に
用いられるため、エネルギーロスとなる。また、蓋２２
の渦電流による加熱が継続すると、蓋２２の温度が上昇
しすぎて破損する可能性もある。本実施形態では、蓋２
２によるエネルギーロスを防ぎ、蓋２２の加熱を防ぐこ
とができる構成について説明する。

【００６１】図１８において、開閉機構２１Ｇは、接触
部材６０１と、弾性部材６０２と、フランジ部材６０３
と、筒状部材６０４と、アクチュエータ６１０とを有す
る。接触部材６０１、弾性部材６０２、フランジ部材６
０３および筒状部材６０４によって本発明の蓋が構成さ
れている。

【００６２】アクチュエータ６１０は、保持部材６０５
を矢印Ｒ１およびＲ２の向きに旋回させる。

【００６３】接触部材６０１は、収容容器３内の金属溶
湯ＭＬに直接触れる位置に配置される円板状の部材であ
る。この接触部材６０１の外周面は、所定角度で傾斜す
るテーパ面６０１ｔとなっている。

【００６４】筒状部材６０４は、円筒状の部材からな
り、上端側の内周面が接触部材６０１のテーパ面６０１
ｔを支持するためのテーパ面６０４ｔとなっている。こ
の筒状部材６０４は、保持部材６０５に形成された円形
孔６０５ａに外周が嵌合している。

【００６５】フランジ部材６０３は、筒状部材６０４の
内周に挿入された突出部６０３ａを備え、外周部がボル
ト６０８によって保持部材６０５に締結されている。こ
のフランジ部材６０３の突出部６０３ａの上面は、弾性
部材６０２を介して接触部材６０１の下面側を支持する
支持面６０３ｂとなっている。

【００６６】弾性部材６０２は、円形状の部材からな
り、接触部材６０１の下面とフランジ部材６０３の支持
面６０３ｂとの間に挟み込まれている。この弾性部材６
０２は、接触部材６０１の下面とフランジ部材６０３の
支持面６０３ｂとによって圧縮する力が作用した場合に
は、弾性変形可能な材料で形成されている。具体的に
は、バルクファイバペーパ等で形成されている。

【００６７】保持部材６０５は、筒状部材６０４が嵌め
込まれた円形孔６０５ａの外周で誘導加熱用コイル１０
の発生する磁界によって生じる誘導電流の電流経路を遮
断するように図示しない切欠が形成されている。

【００６８】本実施形態では、誘導加熱の際の渦電流に
よる蓋の加熱を防ぐために、蓋の材料を鉄のような強磁
性体ではなく、オーステナイト系ステンレス鋼や銅等の
強磁性体ではない金属あるいはセラミックのような絶縁
体（これらを非強磁性体とする）の材料で形成する。具
体的には、保持部材６０５の形成材料を、たとえば、銅
とし、接触部材６０１、フランジ部材６０３および筒状
部材６０４の形成材料を、たとえば、セラミック材料と
する。

【００６９】また、接触部材６０１は、金属溶湯ＭＬに
直接触れるため、短時間で大きな熱量が伝達される。こ
のため、接触部材６０１を、特に、高温で安定、かつ、
熱衝撃に対して強靱な材料で形成する。具体的には、た
とえば、窒化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ ₄ ）、サイアロン（Ｓｉ₃
Ｎ₄ −Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、チタン酸ア
ルミニウム（ＴｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ ）等のセラミック材
料が挙げられる。

【００７０】さらに、接触部材６０１は、当該接触部材
６０１の内部で温度差が大きくなると熱応力によって破
損する可能性があるため、接触部材６０１の熱容量をで
きるだけ小さくすることが好ましい。このため、接触部
材６０１は板状とし、厚さを、当該接触部材６０１の形
成材料の熱伝導率と熱による内部応力に対する靱性を考
慮して決定する。具体的には、アルミニウムやマグネシ
ウム等の金属を溶解し、セラミック材料を接触部材６０
１の形成材料に用いた場合、アルミニウムやマグネシウ
ムの溶解温度は約７００℃であることを考慮すると、接
触部材６０１の厚さは約３〜８ｍｍ程度が好ましい。こ
れを超える厚さであると、接触部材６０１の金属溶湯Ｍ
Ｌと接触する側の面と、これと反対側の面との間で大き
な温度差が生じ、接触部材６０１の表面に沿った方向に
亀裂が発生して使用することができない。また、あまり
薄いと強度的に割れ易いため、上記のように３ｍｍ以上
であることが好ましい。

【００７１】上記構成の金属溶解加熱装置６００におい
て、収容容器３内で誘導加熱により金属材料を溶解する
と、接触部材６０１は金属溶湯ＭＬに直接触れるため非
常に高温となり、熱膨張する。接触部材６０１の半径方
向の熱膨張は、接触部材６０１が当該接触部材６０１の
テーパ面６０１ｔと筒状部材６０４のテーパ面６０４ｔ
との相互作用によって下方に移動し、弾性部材６０２を
押しつぶすことによって吸収される。接触部材６０１の
厚さ方向の熱膨張は、当該接触部材６０１が弾性部材６
０２をそのまま押しつぶすことによって吸収される。し
たがって、接触部材６０１が熱応力によって破損しにく
くなる。

【００７２】以上のように、本実施形態に係る金属溶解
加熱装置６００によれば、加熱の不要な蓋の材料を適切
に選択することにより、誘導加熱の際のエネルギーロス
を抑制することができるとともに、蓋の加熱を抑制で
き、蓋の寿命を延ばすことができる。また、蓋を複数の
部材で構成し、特に、金属溶湯ＭＬに直接触れる部分を
接触部材６０１で構成し、かつ、この接触部材６０１の
熱膨張を吸収可能な構造とすることにより、最も破損の
可能性の高い接触部材６０１の寿命を大幅に延ばすこと
が可能となる。

【００７３】なお、本実施形態では、収容容器３、接触
部材６０１、筒状部材６０４、フランジ部材６０３およ
び弾性部材６０２の水平方向の断面形状は円形とした
が、これらの部材の水平方向の断面形状を任意の形状
（たとえば、四角形）とし、接触部材６０１と筒状部材
６０４とが接触する面に勾配を付ける構成としてもよ
い。また、本実施形態では、接触部材６０１の熱膨張を
吸収するのに、弾性部材６０２を用いた。しかし、接触
部材６０１にセラミック材料を用いた場合、熱膨張率は
それほど大きくないため、弾性部材６０２を用いずに、
フランジ部材６０３の形成材料として用いるセラミック
材料に接触部材６０１の膨張を吸収可能な材料を選択し
てもよい。

【００７４】また、本実施形態に係る金属溶解加熱装置
６００は、金属材料を収容容器に供給する金属材料供給
手段を備えていないが、金属溶解加熱装置６００に、た
とえば、第１〜第３の実施形態で説明したような金属材
料供給手段を適用した金属溶解加熱装置とすることも可
能である。また、本実施形態に係る金属溶解加熱装置６
００に対して上述した収容容器３、誘導加熱用コイル１
０の種々の変形例を適用可能である。さらに、本実施形
態に係る金属溶解加熱装置６００の蓋を第４の実施形態
で説明した技術を適用して収容容器３の下端面に押しつ
ける構成とすることも可能である。

【００７５】以上、種々の実施形態を挙げて本発明の金
属溶解加熱装置を説明したが、本発明は上述した実施形
態に限定されない。上述した実施形態では、本発明の金
属溶解加熱装置から金属溶湯の供給を受ける鋳造装置と
してダイカストマシンを例に挙げて説明したが、これに
限定されない。たとえば、砂型鋳造や重力金型鋳造等の
他の鋳造方法を用いる鋳造装置にも適用可能である。ま
た、上述した実施形態の金属溶解加熱装置が加熱、溶解
する金属材料は、主としてアルミニウムの場合について
説明したが、収容容器内を不活性ガス雰囲気とすること
により、マグネシウムや、チタンで代表される高融点金
属等の加熱、溶解も可能である。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、必要量の金属材料を容
器内で加熱、溶解して金属溶湯とし、この金属溶湯を容
器の開閉により鋳造装置等に供給することができるとと
もに、容器の開閉箇所からの金属溶湯の漏出がない金属
溶解加熱装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る金属溶解加熱装置の
断面図である。

【図２】鋳造装置としてのダイカストマシンの一例の要
部構成を示す断面図である。

【図３】収容容器３および誘導加熱用コイル１０の構造
を示す図である。

【図４】金属溶湯ＭＬに流れる誘導電流と誘導加熱用コ
イル１０の発生する磁界との電磁誘導作用によって金属
溶湯ＭＬに作用する電磁力Ｆと金属溶湯ＭＬの液圧Ｐと
を示すグラフである。

【図５】誘導加熱用コイルの形状を考慮せずに、収容容
器３の外周に中心軸Ｏに沿った全域に直径ｄが一定の誘
導加熱用コイル３００を配置した場合の収容容器３内の
金属溶湯ＭＬの状態の一例を示す断面図である。

【図６】図５に示す誘導加熱用コイルの場合の金属溶湯
ＭＬに作用する電磁力Ｆと金属溶湯ＭＬの液圧Ｐとを示
すグラフである。

【図７】本発明の一実施形態に係る誘導加熱用コイルの
他の例を示す断面図である。

【図８】本発明の一実施形態に係る収容容器３の他の形
態例を示す図である。

【図９】収容容器３ｄの開口３ｄから金属溶湯ＭＬを自
重により落下させてスリーブ７０に供給する様子を示す
断面図である。

【図１０】本発明の第２の実施形態に係る金属溶解加熱
装置の構成を示す図である。

【図１１】本発明の第３の実施形態に係る金属溶解加熱
装置の構成を示す図である。

【図１２】金属溶解加熱装置３０１において収容容器３
へインゴットＩＧを収容する前の状態を示す図である。

【図１３】金属溶解加熱装置３０１において金属溶湯Ｍ
Ｌをスリーブ７０内に供給する手順を説明するための図
である。

【図１４】本発明の第４の実施形態に係る金属溶解加熱
装置の構成を示す図である。

【図１５】別の開閉機構を有する金属溶解加熱装置を示
す図である。

【図１６】さらに別の開閉機構を有する金属溶解加熱装
置を示す図である。

【図１７】さらに別の開閉機構を有する金属溶解加熱装
置を示す図である。

【図１８】本発明の第５の実施形態に係る金属溶解加熱
装置の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１，２００，３０１，５００〜５０３，６００…金属溶
解加熱装置 ２…溶解加熱部 ３…収容容器 ３ａ…収容部 ３ｄ…開口 ３ｅ…下端面 １０…誘導加熱用コイル ２２…蓋 ２３…シリンダ装置 ５１…材料供給機構部 ６０…ダイカストマシン ７０…スリーブ Ｍ…金属材料 ＭＬ…金属溶湯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K059 AA08 AB16 AB27 AC76 AD10 AD34 4E014 AA01 4K001 AA02 AA27 AA38 BA23 FA14

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固体状態の金属材料を加熱、溶解し、ある
   いは、溶解された金属材料を加熱する金属溶解加熱装置
   であって、 底部に開口を有し、金属材料を収容する収容容器と、 前記開口を閉塞する蓋と、 前記蓋を前記収容容器に対して移動させ、前記開口を開
   閉する駆動手段と、 前記収容容器内の金属材料への電流の誘導により当該金
   属材料を加熱し、かつ前記収容容器内の溶解金属の前記
   開口と前記蓋との間からの漏出を阻止する力を当該溶解
   金属に作用させる磁界を発生する誘導加熱用コイルとを
   有する金属溶解加熱装置。
2. 【請求項２】前記収容容器は、筒状体で構成され、 前記蓋は、前記筒状体の下端面に当接する当接面を備え
   ており、 前記誘導加熱用コイルは、前記筒状体の周囲に当該筒状
   体の中心軸と同心上に配置され、かつ、前記筒状体の下
   端面と前記蓋の当接面との間からの前記溶解金属の漏出
   を阻止する力を前記溶解金属に作用させる磁界を発生す
   る配置および／または形状を有する請求項１に記載の金
   属溶解加熱装置。
3. 【請求項３】前記筒状体は、非強磁性体で形成されてい
   る請求項２に記載の金属溶解加熱装置。
4. 【請求項４】前記筒状体の厚さは、前記誘導加熱手段に
   より当該筒状体に発生する渦電流の浸透深さよりも薄い
   請求項２または３に記載の金属溶解加熱装置。
5. 【請求項５】前記筒状体は、前記誘導加熱手段により当
   該筒状体に発生する渦電流の経路を遮断するための切欠
   部を備える請求項２〜４のいずれかに記載の金属溶解加
   熱装置。
6. 【請求項６】前記切欠部に絶縁体が設けられている請求
   項５に記載の金属溶解加熱装置。
7. 【請求項７】前記筒状体は、絶縁体で形成されている請
   求項２または３に記載の金属溶解加熱装置。
8. 【請求項８】前記開口は、鋳造装置の給湯口に溶解金属
   を供給する位置に配置されている請求項１〜７のいずれ
   かに記載の金属溶解加熱装置。
9. 【請求項９】前記収容容器に金属材料を供給する金属材
   料供給手段をさらに有する請求項１〜８のいずれかに記
   載の金属溶解加熱装置。