JP2006122992A - 半溶融鋳造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱により半溶融状態となる物性を有するビレットを用いて鋳造を行うときに、ビレットの均一な加熱と装置の簡素化および操作の容易性を同時に満足することのできる半溶融鋳造装置を提供する。
【解決手段】 成形型１０と、成形型に向けて半溶融状態のビレット１を送り出すビレット送り出し手段２０と、ビレットを加熱するための電磁誘導コイルＣとを備える。ビレット送り出し手段２０は、上下方向に進退可能なビレット台座２３と、ビレット台座２３を進退方向に直交する方向に回転させる回転手段（モータ）を備え、電磁誘導コイルＣはその中心軸をビレット台座２３の回転軸と一致させた状態で、後退位置にあるビレット台座２３と成形型１０との間に位置している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アルミニウム合金等のビレットを半溶融状態で成形型内に送り込んで鋳造する半溶融鋳造法に用いる鋳造装置に関する。

半溶融鋳造法とは、凝固時に電磁攪拌して特定のチクソトロピック状に結晶構造を分布させたビレットを、固相と液相とが共存する半溶融状態にまで加熱し、半溶融状態のビレットを成形型に送り込んで製品を鋳造する方法であり、良質の成形品が得られることから、広く用いられている。半溶融鋳造に使用するビレットを半溶融状態にまで加熱するための装置およびそれを用いる半溶融鋳造装置もすでに提案されている。

特許文献１にはビレットの加熱装置が記載されており、そこにおいて、横向きに置かれた回転する断熱筒を囲うようにして電磁誘導コイルが配置され、押し込み手段により断熱筒の中を入口から出口に向けて移動するビレットを、誘導加熱により加熱するようにしている。断熱筒の出口には受け取りトレイが配置されていて、そこに約５８０℃に加熱されて半溶融状態となったビレットが排出される。受け取りトレイ上の半溶融状態のビレットはマニュピレータで成形型に運ばれ、成形型内に送り込まれる。この加熱装置では、断熱筒が回転することによりビレット自体も回転しながら加熱されるので、ビレット全体が均一に加熱される利点がある。

特許文献２には半溶融鋳造装置が記載されている。この半溶融鋳造装置は、成形型と、成形型に向けて半溶融状態のビレットを送り出すビレット送り出し手段と、ビレットを加熱するための電磁誘導コイルとを備えており、ビレット送り出し手段は、セラミックスリーブ内を上下方向に進退可能なビレット台座を備え、電磁誘導コイルは、後退位置にあるビレット台座と成形型との間において、セラミックスリーブの外側を覆うようにしてかつ断熱壁を介して配置されている。セラミックスリーブは側面に開口を有しており、後退位置にあるビレット台座上に該開口からビレットが置かれ、ビレット台座が上昇する過程でビレットは誘導加熱により半溶融状態に加熱される。さらにビレット台座が上昇することにより、半溶融状態のビレットは成形型内に送り込まれる。

特開平８−１２７１号公報 実開平７−９５５２号公報

特許文献１に記載のビレットの加熱装置は、ビレットを回転させながら誘導加熱を行うことができるので、ビレットの均一加熱が可能となる。しかし、断熱壁の存在により加熱効率が低下すること、および横置きされた断熱筒内をビレットが移動する形態であることから、断熱壁の内面とビレットの焼き付き、かじり、さらには断熱壁内面の磨耗が生じるのを避けることができない。また、成形型と分離した加熱装置であり、別途、マニュピレータのような半溶融状態のビレットを搬送する手段を必要とする。

特許文献２に記載の鋳造装置は、半溶融状態のビレットを直接成形型内に送り出すことができ、装置の簡素化が図られる。しかし、セラミックスリーブの外側に断熱壁を介して電磁誘導コイルが配置されている構成であり、ビレット加熱効率が低下する。また、ビレット台座は上下方向に進退するのみであり、回転しないので、誘導加熱によりビレットが均一に加熱され難い。特に、セラミックスリーブの周壁に形成した開口からビレットを挿入してビレット台座に乗せる形態であり、十分注意を払わないと、電磁誘導コイルの中心軸とビレットの中心軸とを一致させるのができず、中心軸がずれてビレット台座上に置かれた場合に、ビレットの加熱は不均一となり、成形型のキャビティ内に半溶融状態の溶湯が均一に注湯されない恐れがある。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、加熱により半溶融状態（固液共存状態）となる物性を有するビレットを用いて鋳造を行うときに、ビレットの均一な加熱と装置の簡素化および操作の容易性を同時に満足することのできる半溶融鋳造装置を提供することを目的とする。

本発明による半溶融鋳造装置は、成形型と、成形型に向けて半溶融状態のビレットを送り出すビレット送り出し手段と、ビレットを加熱するための電磁誘導コイルとを少なくとも備える半溶融鋳造装置であって、ビレット送り出し手段は、上下方向に進退可能なビレット台座と、ビレット台座を進退方向に直交する方向に回転させる回転手段とを備えており、電磁誘導コイルはその中心軸をビレット台座の回転軸と一致させた状態で後退位置にあるビレット台座と成形型との間に配置されていることを特徴とする。

上記の半溶融鋳造装置は、ビレット送り出し手段に収容した半溶融状態となったビレットが、直接、成形型に送り込まれる形態であり、装置全体の簡素化と操作の容易性が確保される。また、ビレットと電磁誘導コイルとの間にスリーブや断熱壁を設けないので、高い加熱効率が得られる。

さらに、ビレット台座は回転するようになっており、かつその中心軸は電磁誘導コイルの中心軸と一致しているので、ビレット台座の中心軸とビレットの中心軸とが一致しない状態でビレットがビレット台座上に乗っている場合でも、ビレットの加熱は均一に進行する。そのために、ビレット台座上にビレットを置く作業に多くの注意を払う必要がなく、作業性は大きく向上する。また、ビレットが回転することで、融けた部分（液相部分）が遠心力で攪拌され、加熱時間を短縮することができる。さらに、ビレットの真円度が悪くても、ビレット表面と電磁誘導コイルとの距離が時間とともに平均化され、均一な加熱が進行するようになる。

好ましい態様において、ビレット送り出し手段は、半溶融状態のビレットを成形型に向けて送り出す第１の位置と、第１の位置から傾斜した姿勢であってビレットをビレット台座上に取り込むことのできる第２の位置とを選択的に取りうるようになっている。このようにすることにより、加熱前のビレットをビレット送り出し手段内に取り込むことが容易となり、操作性はさらに向上する。

好ましい態様において、成形型とビレット送り出し手段のビレット送り出し先端側との間には、ビレット先端を抑えることのできるビレット抑え手段が備えられ、さらに好ましくは、ビレット抑え手段のビレット先端との当接面にはボールベアリングが配される。ビレット抑え手段でビレットの先端を抑えておくことにより、ビレット台座が回転（例えば、６０〜２００ｒｐｍ程度）するときに、ビレット台座上でのビレットの姿勢を安定して保持しておくことができる。ボールベアリングを配する場合には、ビレット抑え手段とビレット表面との間の抵抗を小さくすることができ、ビレットの保持は一層安定する。ビレット保持手段をビレット先端を保持している第１の姿勢と保持から開放された第２の姿勢とを選択的に取りうるようにしておくことも可能であり、それにより、鋳造装置全体の操作性は向上するとともに、半溶融状態となったビレットをビレット台座を上昇させて成形型内に送り出す操作も円滑に行うことができる。

本発明によれば、加熱により半溶融状態となる物性を有するビレットを用いて鋳造を行うときに、ビレットの均一な加熱と装置の簡素化および操作の容易性を同時に満足することのできる半溶融鋳造装置が得られる。

以下、本発明による半溶融鋳造装置の一実施の形態を、図面を参照しながら、その操作手順とともに説明する。図１は半溶融鋳造装置にビレットを取り込むまでの状態を説明しており、図１ａはビレット取り込み前の状態を、図１ｂは取り込んだ後の状態を示している。図２はビレットを加熱してから成形型に送り出すまでの状態を説明しており、図２ａは加熱している状態を、図２ｂは成形型に送り出す状態を示している。図３はビレット台座を回転させる機構の一例を説明するための図であり、図４はビレット抑え手段を説明するための図である。

図示の例において、半溶融鋳造装置Ａは、成形型１０と、成形型１０に向けて半溶融状態のビレット１を送り出すビレット送り出し手段２０と、ビレット１を加熱するための電磁誘導コイルＣとを備える。成形型１０は、従来から半溶融鋳造において用いられている成形型であってよく、この例では、左右に分離する２つの型１１、１２からなり、図１ａに示す開いた状態と、図１ｂに示す閉じた状態とを選択的に取りうるようになっている。閉じることにより、成形型１０内にはキャビティ１３が形成される。さらに、キャビティ１３の溶湯導入側には、半溶融状態となったビレット１を案内するための案内領域１４が設けられるとともに、２つの型１１、１２の裏面側（ビレット送り出し手段２０側）には、後記するように誘導加熱時にビレット１の先端側を抑えて支持するためのビレット抑え手段５０が配置される。

ビレット送り出し手段２０は、セラミックのような材料で作られる円筒部材２１とその下方に位置するアクチュエータ３０等を備える。円筒部材２１は所要長さの断面円形の中空部２２を有し、該中空部２２の上方領域には内壁面に沿うようにして電磁誘導コイルＣが取り付けられている。中空部２２の内部には、電磁誘導コイルＣの内部を通過できる大きさの円盤状のビレット台座２３が配置されており、ビレット台座２３の裏面には、中空部２２の中心軸Ｌと同じ中心軸を持つようにして支柱２４が固定されている。図３に示すように、支柱２４の下端にはベアリング２５を介して基台２６が取り付けてあり、基台２６の内部空間２７にはモータ２８が固定してある。そして、モータ２８の駆動軸２９が支柱２４に連接している。なお、基台２６の外形寸法は中空部２２の内径とほぼ同じであり、かつ、ビレット台座２３と基台２６との距離は、基台２６が中空部２２の底部に位置するときに、ビレット台座２３が電磁誘導コイルＣのやや下方に位置できるように、支柱２４の長さが設定されている。

円筒部材２１の下方には、同じ中心軸Ｌを持つようにして、プランジャ３１とシリンダ３２とからなる前記アクチュエータ３０が位置している。円筒部材２１とシリンダ３２とは複数本のねじ部材３３を介して接続されており、図示しない内臓モータによりねじ部材３３が回転することにより、円筒部材２１は、中心軸Ｌを維持した状態で、シリンダ３２との距離を変更できるようになっている。図３に示すように、プランジャ３１の周面には軸線方向にスプライン３４が形成されており、シリンダ３２の上端壁３５におけるプランジャ３１の通過口にはスプライン３４と係合する凹凸溝が形成されている。また、図３に示すように、プランジャ３１の上端は適宜の手段により前記した基台２６の裏面に固着されている。

アクチュエータ３０の下端は中心軸Ｌを通過する枢支点２により回動自在に支持されるとともに、シリンダ３２の上端側は、機枠３に枢支点４に回動自在に支持されたピストンシリンダ装置３６のピストン３７の先端と枢支点３８で接続している。従って、ピストンシリンダ装置３６を操作してピストン３７を出し入れすることにより、ビレット送り出し手段２０は、図１ｂに示す中心軸Ｌを成形型１０の中心線Ｌ１と一致させた位置（第１の位置）と、図１ａに示す中心軸Ｌが傾斜した位置（第２の位置）との２つの位置を選択的に取ることができる。後記するように、第１の位置は半溶融状態のビレット１を成形型１０に向けて送り出す位置であり、第２の位置はビレット１をビレット台座２３上に取り込むことのできる位置である。第２の位置においてビレット送り出し手段２０の傾斜角度をどの程度とするかは、上方に位置する成形型１０との関係で、成形型１０によりビレット１の取り込みが邪魔されない位置となるまでの傾斜角度とされる。

また、空圧あるいは油圧によりアクチュエータ３０を操作してプランジャ３１を上下動させると、ビレット台座２３は、基台２６および支柱２４を介して、円筒部材２１の中空部２２内を上下方向に移動する。さらに、基台２６に固定したモータ２８を駆動すると、ビレット台座２３の位置に関係なく、ビレット台座２３は、支柱２４を介して、中空部２２の中心軸Ｌと同じ中心軸を維持した状態で中空部２２内で回転する。

次に、図４も参照して、好ましくは配置されるビレット抑え手段５０を説明する。ビレット抑え手段５０は、成形型１０とビレット送り出し手段２０のビレット送り出し先端側との間に配置される。図４に示すように、この例において、ビレット抑え手段５０は図示しない適宜のアクチュエータにより開閉自在とされた対向する２つの部材５１、５１で構成され、対向するようにして、それぞれに切り欠き５２、５２が設けてある。閉じた状態で切り欠き５２、５２により形成される孔の大きさと形状は、ビレット送り出し手段２０で使用するビレット１の水平方向の断面の寸法および形状とほぼ同じとなるようにしてある。また、切り欠き５２、５２の側周面には適数のボールベアリング５３が取り付けてあり、接触抵抗を低減している。

鋳造を行うに当っては、成形型１０を開き、また、ビレット抑え手段５０も開いた状態としておく。ビレット送り出し手段２０に配置したねじ部材３３を操作して、円筒部材２１をシリンダ３２に近接した位置とするとともに、ピストンシリンダ装置３６を操作してビレット送り出し手段２０を、図１ａに示す傾斜した位置（第２の位置）とする。それにより、円筒部材２１の中空部２２は成形型１０から外れた位置となるので、作業者は、中空部２２の上方開口からビレット１を投入する。その際に、アクチュエータ３０を操作して、ビレット台座２３は最も下位の位置、すなわち電磁誘導コイルＣのやや下方の位置としておく。それにより、取り込まれたビレット１は、中空部２２の内壁面に沿うようにして取り付けた電磁誘導コイルＣ内に全体が位置するようになる。

次に、ピストンシリンダ装置３６を操作して、ビレット送り出し手段２０を図１ｂに示す第１の位置に戻すとともに、２つの型１１、１２を閉じる。その状態で、図２ａに示すように、ねじ部材３３を操作して円筒部材２１を上昇させ、円筒部材２１の先端を成形型１０の底面に当接させるとともに、アクチュエータ３０を操作して取り込んだビレット１の上端を中空部２２からわずかに飛び出させる。そして、ビレット抑え手段５０を閉じた姿勢とする。それにより、ビレット１の先端はビレット抑え手段５０に形成した切り欠き部５２により抑えられた状態となる。

電磁誘導コイルＣに通電し、同時に、モータ２８を駆動してビレット台座２３を回転させビレット１に回転を与える。誘導加熱によりビレット１は次第に加熱されていく。加熱の過程でビレット１は回転しており、前記したように、ビレット台座２３の中心軸Ｌとビレット１の中心軸とが一致しない状態でビレット１がビレット台座２３上に乗っている場合でも、ビレット１の加熱は均一に進行する。また、ビレット１が回転することで、融けた部分（液相部分）が遠心力で攪拌され、加熱時間を短縮する。さらに、ビレット１の真円度が悪くても、ビレット１の表面と電磁誘導コイルＣとの距離が時間とともに平均化され、均一な加熱が進行する。加熱は、ビレット１が半溶融状態となるまで、すなわち例えばほぼ５８４℃となるまで継続して行う。この例では、ビレット１の上端側はビレット抑え手段５０により支持されており、ビレット１の回転は安定する。

所要にビレット１が加熱された時点でビレット抑え手段５０を開き、アクチュエータ３０を操作してビレット台座２３を上昇させる。それにより、図２ｂに示すように、半溶融状態となったビレット１は成形型１０の案内領域１４内に送り出され、そこから、キャビティ１３内に充填される。その過程でも、モータ２８は回転駆動しており、ビレット１は回転しながら、型内充填が進行する。１つのビレットの型内充填が終わった後、ビレット送り出し手段２０は、図１ａに示した状態に戻され、次のビレットの取り込みと加熱に備える。以下、それが反復される。

本発明による半溶融鋳造装置にビレットを取り込むまでの状態を説明しており、図１ａはビレット取り込み前の状態を、図１ｂは取り込んだ後の状態を示している。 図１の工程に続く図であり、ビレットを加熱してから成形型に送り出すまでの状態を説明している。図２ａはビレットを加熱している状態を、図２ｂは半溶融状態となったビレットを成形型に送り出す状態を示している。 ビレット台座を回転させるための機構の一例を説明するための図。 ビレット抑え手段を説明するための図。

符号の説明

Ａ…半溶融鋳造装置、Ｃ…電磁誘導コイル、Ｌ…中心軸、Ｌ１…成形型の中心線、１…ビレット、２…枢支点、３…機枠、４…枢支点、１０…成形型、１１、１２…２つの型、１３…キャビティ、１４…半溶融状態となったビレットを案内するための案内領域、２０…ビレット送り出し手段、２１…円筒部材、２２…中空部、２３…ビレット台座、２４…支柱、２５…ベアリング、２６…基台、２７…基台の内部空間、２８…モータ、２９…モータの駆動軸、３０…アクチュエータ、３１…プランジャ、３２…シリンダ、３３…ねじ部材、３４…プランジャ周面のスプライン、３６…ピストンシリンダ装置、３７…ピストン、３８…枢支点、５０…ビレット抑え手段、５２、５２…ビレット抑え手段に形成される切り欠き、５３…ボールベアリング

Claims (4)

1. 成形型と、成形型に向けて半溶融状態のビレットを送り出すビレット送り出し手段と、ビレットを加熱するための電磁誘導コイルとを少なくとも備える半溶融鋳造装置であって、ビレット送り出し手段は、上下方向に進退可能なビレット台座と、ビレット台座を進退方向に直交する方向に回転させる回転手段とを備えており、電磁誘導コイルはその中心軸をビレット台座の回転軸と一致させた状態で後退位置にあるビレット台座と成形型との間に配置されていることを特徴とする半溶融鋳造装置。
2. ビレット送り出し手段は、半溶融状態のビレットを成形型に向けて送り出す第１の位置と、第１の位置から傾斜した姿勢であってビレットをビレット台座上に取り込むことのできる第２の位置とを選択的に取りうるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の半溶融鋳造装置。
3. 成形型とビレット送り出し手段のビレット送り出し先端側との間には、ビレット先端を抑えることのできるビレット抑え手段が備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の半溶融鋳造装置。
4. ビレット抑え手段のビレット先端との当接面にはボールベアリングが配されていることを特徴とする請求項３に記載の半溶融鋳造装置。

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