JP2008049359A - マグネシウム給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定期的な清掃を不要とすることができるマグネシウム給湯装置を提供する。
【解決手段】容器２に収容されたマグネシウムの溶湯内に配置されるハウジング３と、ハウジング３内の溶湯を加圧する加圧手段４と、溶湯を鋳造装置に供給する給湯手段５と、加圧が解除されたときに容器２内の溶湯をハウジング３内に導入する導入手段６とを備える。給湯手段５は一端部５ａがハウジング内３に開放され、他端部５ｂが鋳造装置に臨む給湯導管であり、導入手段６は容器２とハウジング３とを連通し、一端部６ａが容器２内に開放され、他端部６ｂがハウジング３内に開放された貫通孔を備え、該貫通孔は容器２からハウジング３内に導入される溶湯の流量が、ハウジング３内から容器２に流出する流量よりも大となる形状を備える。前記貫通孔は、容器２側の開口部が容器２に向かって拡径する形状を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コールドチャンバーダイカストマシン等の鋳造装置にマグネシウムの溶湯を供給するマグネシウム給湯装置に関する。

マグネシウムは実用金属材料中で最も軽量であるので、その鋳造品がノートパソコン等の電子機器の筐体や、自動車部品に利用されている。尚、本明細書では、「マグネシウム」との用語は、純マグネシウムとマグネシウム合金との両方を意味し、純マグネシウムとマグネシウム合金とはいずれも不可避的な不純物を含んでいてもよい。

マグネシウムの鋳造品は、例えば、コールドチャンバーダイカストマシン等の鋳造装置により製造されている。前記コールドチャンバーダイカストマシンは、溶湯を金型に注入するためにプランジャーで加圧する部分が、湯溜りとは別に設けられており、鋳造毎に保持炉から溶湯を供給する方式の鋳造装置である。

従来、前記コールドチャンバーダイカストマシンにマグネシウムの溶湯を供給するマグネシウム給湯装置として、図１１に示す装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

図１１に示す給湯装置２０は、マグネシウムの溶湯Ｍを収容する容器２と、容器２に収容された溶湯Ｍ内に配置されるハウジング３と、ハウジング３内にアルゴンを導入してハウジング３内の溶湯Ｍを加圧する加圧装置４と、加圧装置４により加圧された溶湯Ｍを図示しない鋳造装置に供給する給湯パイプ５と、加圧装置４による加圧が解除されたときに容器２内の溶湯Ｍをハウジング３内に導入するために、容器２とハウジング３とを連通する貫通孔６とからなる。容器２は、精錬用るつぼであり、所定の組成のマグネシウム塊（インゴット）を投入して加熱することにより得られた溶湯Ｍを収容している。

給湯装置２０では、給湯パイプ５は一方の開口端部５ａがハウジング３内に配設されており、開口端部５ａには逆止弁２１が備えられている。また、貫通孔６のハウジング３側の開口端部にも逆止弁２２が備えられている。逆止弁２１，２２としては、ボール弁が用いられている。

給湯装置２０によれば、まず、ハウジング３内に所定量の溶湯が導入されている状態で、加圧装置４によりハウジング３内にアルゴンが導入されてハウジング３内の溶湯Ｍが加圧される。すると、逆止弁２２が押圧されて貫通孔６を閉塞する一方、給湯パイプ５内の逆止弁２１は上方に押し上げられ、ハウジング３内の溶湯Ｍが給湯パイプ５内に導入され、給湯パイプ５内の溶湯Ｍの液面が上昇する。この結果、給湯パイプ５がサイフォンとして作用し、ハウジング３内の溶湯Ｍが給湯パイプ５を介して前記鋳造装置に供給される。

加圧装置４はタイマにより所定時間後に停止し、アルゴンが排出されてハウジング３内の溶湯Ｍに対する加圧が解除される。前記加圧が解除されると、給湯パイプ５内では、給湯パイプ５内の溶湯Ｍの重量により逆止弁２１が開口端部５ａに押圧されて、開口端部５ａを閉塞し、これにより前記鋳造装置に対する溶湯Ｍの供給が終了する。一方、前記加圧が解除されると、容器２内の溶湯Ｍの圧により逆止弁２２が上方に押し上げられて、容器２内の溶湯Ｍが貫通孔６を介してハウジング３内に所定量導入され、次回の鋳造のための給湯が準備される。

従って、給湯装置２０によれば、前記鋳造装置に対する溶湯Ｍの供給時間をタイマにより設定しておくことにより、鋳造毎に前記鋳造装置に対して所定量の溶湯Ｍを精確に供給することができる。

しかしながら、給湯装置２０では、逆止弁２１，２２のような可動部が存在すると、マグネシウムの溶湯Ｍ中にＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系化合物が形成され、析出した該化合物が該可動部に付着し、該可動部の正常な稼働が妨げられるので、定期的に清掃する必要があるという不都合がある。
特許第２９５１８２８号公報

本発明は、かかる不都合を解消して、定期的な清掃を不要とすることができるマグネシウム給湯装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明のマグネシウム給湯装置は、マグネシウムの溶湯を鋳造装置に供給する給湯装置であって、容器に収容されたマグネシウムの溶湯内に配置されるハウジングと、該ハウジング内に不活性気体を導入して該ハウジング内の溶湯を加圧する加圧手段と、該加圧手段により加圧されたマグネシウムの溶湯を該鋳造装置に供給する給湯手段と、該加圧手段による加圧が解除されたときに該容器内のマグネシウムの溶湯を該ハウジング内に導入する導入手段とを備えるマグネシウム給湯装置において、該給湯手段は一端部が該ハウジング内に開放され、他端部が該鋳造装置に臨む給湯導管であり、該導入手段は該容器と該ハウジングとを連通し、一端部が該容器内に開放され、他端部が該ハウジング内に開放された貫通孔を備え、該貫通孔は該容器から該ハウジング内に導入されるマグネシウムの溶湯の流量が、該ハウジング内から該容器に流出する流量よりも大となる形状を備えることを特徴とする。

本発明のマグネシウム給湯装置では、前記給湯導管の一端部は前記ハウジング内に開放されており、開口部を開閉する弁等の可動部は全く備えていない。また、前記容器と前記ハウジングとを連通する貫通孔も、一端部が該容器内に開放されていると共に、他端部が該ハウジング内に開放されており、両端の開口部を開閉する弁等の可動部は全く備えていない。

従って、本発明のマグネシウム給湯装置によれば、前記マグネシウムの溶湯中に形成されたＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系化合物が前記弁等の可動部に析出することが無く、清掃の回数を著しく低減することができる。

ところで、前記容器と前記ハウジングとを連通する貫通孔が、両端の開口部を開閉する弁を備えていないときには、前記加圧手段により該ハウジング内の溶湯を加圧したときに、該ハウジング内の溶湯の一部が該貫通孔から該容器に流出することが避けられない。この結果、前記給湯導管によるサイフォンの形成自体が困難になったり、前記鋳造装置に供給される前記溶湯の給湯量が低減することが懸念される。

そこで、本発明のマグネシウム給湯装置では、前記貫通孔は前記容器から前記ハウジング内に導入されるマグネシウムの溶湯の流量が、該ハウジング内から該容器に流出する流量よりも大となる形状を備えるようにされている。前記貫通孔が前記形状を備えることにより、前記加圧手段により前記ハウジング内の溶湯を加圧したときに、該ハウジング内から該容器に流出する前記溶湯が低減される。従って、本発明のマグネシウム給湯装置によれば、前記給湯導管によりサイフォンを形成することができ、該給湯導管を介して前記鋳造装置に所要量の前記溶湯を確実に供給することができる。

前記貫通孔は、前記形状として、具体的には前記容器側の開口部が該容器に向かって拡径する形状を備えている。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態のマグネシウム給湯装置の構成を示す説明的断面図、図２，３は貫通孔の形状を示す説明的断面図、図４〜８は各種形状の貫通孔を備えるハウジングの説明的断面図であり、図９は図４〜８に示す貫通孔による給湯量及び給湯精度を示すグラフ、図１０は図４〜８に示す貫通孔による給湯効率を示すグラフである。

図１に示すように、本実施形態のマグネシウム給湯装置１は、マグネシウムの溶湯Ｍを収容する容器２と、容器２に収容された溶湯Ｍ内に配置されるハウジング３と、ハウジング３内にアルゴン等の不活性気体を導入してハウジング３内の溶湯Ｍを加圧する加圧装置４と、加圧装置４により加圧された溶湯Ｍを図示しない鋳造装置に供給する給湯パイプ５と、加圧装置４による加圧が解除されたときに容器２内の溶湯Ｍをハウジング３内に導入するために、容器３とハウジング４とを連通する貫通孔６とを備える。

容器２は、精錬用るつぼであり、所定の組成のマグネシウム塊（インゴット）を投入して加熱することにより得られた溶湯Ｍを収容している。容器２は蓋体２ａにより密閉されており、溶湯Ｍの液面と蓋体２ａとの間の空間には六フッ化硫黄等の防燃ガスが充填されている。

加圧装置４は、容器２を貫通して設けられた導管７を介してアルゴン等の不活性気体をハウジング３内に導入する不活性気体供給源８と、導管７の途中に設けられた三方弁９と、図示しないタイマとからなる。三方弁９は、前記タイマにより設定される所定時間、不活性気体供給源８とハウジング３とを接続してハウジング３内の溶湯Ｍを加圧し、前記所定時間経過後は、大気開放により前記加圧を解除する。

給湯パイプ５は、上方から容器２及びハウジング３を貫通してハウジング３に垂直に挿入される垂直挿入部１０と、容器２の外部で該垂直挿入部１０に接続する水平部１１と、水平部１１から下方に向かい、鞍部１２を経て再び上方に折り返される第１の折り返し部１３と、折り返し部１３に接続し、稜部１４を経て再び下方に折り返される第２の折り返し部１５とを備えている。稜部１４は、容器２内の溶湯Ｍの液面よりも高い位置に設けられている。給湯パイプ５は、垂直挿入部１０側の端部がハウジング３に開放された開口端部５ａとなっており、第２の折り返し部１５側の端部５ｂは図示しない鋳造装置に臨んで設けられている。

貫通孔６は、ハウジング３の底部に設けられ、容器２内に開放された開口端部６ａと、ハウジング３内に開放された開口端部６ｂを備えている。ここで、貫通孔６は、容器２からハウジング３内に導入される溶湯Ｍの流量（開口端部６ａから開口端部６ｂに向かう流量）が、ハウジング３内から容器２に流出する溶湯Ｍの流量（開口端部６ｂから開口端部６ａに向かう流量）よりも大きくなる形状に形成されている。

貫通孔６の前記形状は、具体的には、図２に拡大して示すように、開口端部６ａが容器２に向かって拡径する形状である。貫通孔６は、開口端部６ａが容器２に向かって拡径する形状であれば、図３に示すように、開口端部６ａの小径側に、ハウジング３内に没入する口金部１６を備えていてもよい。口金部１６は長さ方向に沿って同一径を備えている。

次に、貫通孔６の溶湯Ｍの流通量について説明する。貫通孔６を流通する溶湯Ｍの量Ｑは、次式（１）で表すことができる。

Ｑ＝ｃａ（２ｇＨ）^１／２ ・・・（１）
式（１）のおいて、ａは貫通孔６の断面積、ｇは重力の加速度、Ｈは流通開始時における容器２内の溶湯Ｍの液面とハウジング３内の溶湯Ｍの液面との差であり、ｃは開口端部６ａ，６ｂの形状によって定まる流通係数である。ここで、ａ，ｇ，Ｈは定数であるので、溶湯Ｍの流通量の大小は、流通係数ｃにより比較することができる。

図３に示す貫通孔６では、容器２に向かって拡径する形状となっている開口端部６ａ側ではｃ≒０．９４〜０．９８であり、長さ方向に沿って同一径の口金部１６となっている開口端部６ａ側ではｃ≒０．５である。従って、図３に示すように、容器２に向かって拡径する形状となっている開口端部６ａを備える貫通孔６によれば、容器２からハウジング３内に導入される溶湯Ｍの流量（開口端部６ａから開口端部６ｂに向かう流量）が、ハウジング３内から容器２に流出する溶湯Ｍの流量（開口端部６ｂから開口端部６ａに向かう流量）よりも大きくなることが明らかである。

次に、本実施形態のマグネシウム給湯装置１の作動について説明する。

給湯装置１では、初期状態では、ハウジング３内に所定量の溶湯が導入されて、容器２の溶湯Ｍの液面とハウジング３の溶湯Ｍの液面とが一致している状態となっている。このとき、図１ではハウジング３の溶湯Ｍは一部が加圧装置の導管４内に侵入した状態となっている。

前記の状態で、まず、加圧装置４の三方弁９により不活性気体供給源８とハウジング３とが接続され、導管７を介してハウジング３内にアルゴン等の不活性気体が導入される。このようにして、ハウジング３内の溶湯Ｍが加圧されると、溶湯Ｍは給湯パイプ５に導入されるが、溶湯Ｍの一部は貫通孔６を介してハウジング３内から容器２に流出する。

このとき、給湯装置１では、貫通孔６の容器２側の開口端部６ａが容器２に向かって拡径する形状となっており、容器２からハウジング３内に導入される溶湯Ｍの流量の方が、ハウジング３内から容器２に流出する溶湯Ｍの流量よりも大きくなっている。この結果、ハウジング３内から容器２に流出する溶湯Ｍの流量が制限されるので、給湯パイプ５に導入された溶湯Ｍは容易に稜部１４を越えて、給湯パイプ５がサイフォンとして作用するようになり、端部５ｂから図示しない鋳造装置に溶湯Ｍが供給される。

給湯パイプ５がサイフォンとして作用するようになっても、加圧装置４による加圧は継続されている。しかし、前述のように、貫通孔６では容器２からハウジング３内に導入される溶湯Ｍの流量の方が、ハウジング３内から容器２に流出する溶湯Ｍの流量よりも大きいので、前記加圧が解除されるまで、給湯パイプ５を介して図示しない鋳造装置に溶湯Ｍが供給される。

次に、図示しないタイマがタイムアップすると、三方弁９が大気開放され、前記加圧装置４による加圧が解除される。前記加圧が解除されると、給湯パイプ５内では、溶湯Ｍが稜部１４の手前の位置にとどまり、図示しない鋳造装置に対する溶湯Ｍの供給が停止される。一方、ハウジング３内では、貫通孔６から溶湯Ｍが導入され、容器２の溶湯Ｍの液面とハウジング３の溶湯Ｍの液面とが一致する状態に復帰する。

次に、種々の形状の貫通孔６を備える図４〜８のハウジング３について、給湯量、給湯精度（給湯量のバラツキ）、給湯効率を測定した。前記給湯効率は次式（２）で示される量である。
給湯効率（％）＝｛（開放された貫通孔６を備えるハウジング３の単位時間当たりの給湯量）／（貫通孔６を閉塞した場合のハウジング３の単位時間当たりの給湯量）｝×１００
・・・（２）
尚、簡単のために図４〜８では、給湯装置１の構成のうち、ハウジング３の構成のみを示す。

前記測定は、マグネシウムの溶湯に代えて水温３０℃の水を用い、アルゴンに代えて空気を用いて行った。尚、水温３０℃の水動粘性係数は０．８×１０^−６（ｍ^２／ｓ）であり、マグネシウムの溶湯の動粘性係数０．７８６×１０^−６（ｍ^２／ｓ）とほぼ同等である。

図４に示す貫通孔６は、ハウジング３の底部に設けられ、容器２に向かって拡径する形状の開口端部６ａを備えており、口金部１６は備えていない。図５に示す貫通孔６は図４に対する比較例であり、ハウジング３の底部に設けられ、ハウジング３に向かって拡径する形状の開口端部６ｂを備えており、口金部１６は備えていない。

図６に示す貫通孔６は、ハウジング３の底部に設けられ、容器２に向かって拡径する形状の開口端部６ａを備え、さらにハウジング３内に没入する口金部１６を備えている。図７に示す貫通孔６は図６に対する比較例であり、ハウジング３の底部に設けられ、ハウジング３に向かって拡径する形状の開口端部６ｂを備え、さらに容器２側に突出する口金部１６を備えている。

図８に示す貫通孔６は、ハウジング３の側壁部に設けられ、容器２に向かって拡径する形状の開口端部６ａを備え、さらにハウジング３内に没入する口金部１６を備えている。

図４に示す貫通孔６については、加圧装置４による加圧の圧力を変量して給湯量、給湯精度（給湯量のバラツキ）、給湯効率を測定した。０．０５ＭＰａの場合を実施例１の１、０．０８ＭＰａの場合を実施例１の２、０．１０ＭＰａの場合を実施例１の３として、結果を図９，１０に示す。

図５〜８に示す貫通孔６については、加圧装置４による加圧の圧力を０．０５ＭＰａとして給湯量、給湯精度（給湯量のバラツキ）、給湯効率を測定した。図５に示す貫通孔６の場合を比較例１、図６に示す貫通孔６の場合を実施例２、図７に示す貫通孔６の場合を比較例２、図８に示す貫通孔６の場合を実施例３として、結果を図９，１０に示す。

図９，１０から、容器２に向かって拡径する形状の開口端部６ａを備える図４，６，８の貫通孔６（実施例１〜３）によれば、ハウジング３に向かって拡径する形状の開口端部６ａを備える図５，７（比較例１〜２）の貫通孔６に比較して、給湯量が多く、給湯効率も優れていることが明らかである。

さらに、図４の貫通孔６において、加圧装置４による加圧の圧力を０．０８ＭＰａとした場合（実施例１の２）には、給湯精度にも優れていることが明らかである。

本発明のマグネシウム給湯装置の一構成例を示す説明的断面図。 貫通孔の形状を示す説明的断面図。 貫通孔の形状を示す説明的断面図。 一形状の貫通孔を備えるハウジングの説明的断面図。 他の形状の貫通孔を備えるハウジングの説明的断面図。 他の形状の貫通孔を備えるハウジングの説明的断面図。 他の形状の貫通孔を備えるハウジングの説明的断面図。 他の形状の貫通孔を備えるハウジングの説明的断面図。 図４〜８に示す各形状の貫通孔による給湯量及び給湯精度を示すグラフ。 図４〜８に示す各形状の貫通孔による給湯効率を示すグラフ。 従来のマグネシウム給湯装置の構成例を示す説明的断面図。

符号の説明

１…マグネシウム給湯装置、 ２…容器、 ３…ハウジング、 ４…加圧手段、 ５…給湯手段、 ６…貫通孔、 ６ａ…容器側の開口部。

Claims (2)

1. マグネシウムの溶湯を鋳造装置に供給する給湯装置であって、
   容器に収容されたマグネシウムの溶湯内に配置されるハウジングと、該ハウジング内に不活性気体を導入して該ハウジング内の溶湯を加圧する加圧手段と、該加圧手段により加圧されたマグネシウムの溶湯を該鋳造装置に供給する給湯手段と、該加圧手段による加圧が解除されたときに該容器内のマグネシウムの溶湯を該ハウジング内に導入する導入手段とを備えるマグネシウム給湯装置において、
   該給湯手段は一端部が該ハウジング内に開放され、他端部が該鋳造装置に臨む給湯導管であり、該導入手段は該容器と該ハウジングとを連通し、一端部が該容器内に開放され、他端部が該ハウジング内に開放された貫通孔を備え、該貫通孔は該容器から該ハウジング内に導入されるマグネシウムの溶湯の流量が、該ハウジング内から該容器に流出する流量よりも大となる形状を備えることを特徴とするマグネシウム給湯装置。
2. 請求項１記載のマグネシウム給湯装置において、前記貫通孔は、前記容器側の開口部が該容器に向かって拡径する形状を備えることを特徴とするマグネシウム給湯装置。

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