JP2012046777A - ショット製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のショット製造装置では、ルツボの内部空間の容積がストッパの体積だけ制限されてしまう欠点があった。また、初期段階のルツボ６３の液面の高さが高いときには連続流れとなって、線状のショットを生じる不具合の問題があった。
【解決手段】溶融前の金属塊を受容可能な内部空間と、該内部空間と連通して該内部空間の下側に配置される吐出口とを備える上部ルツボと、上部ルツボを加熱し、金属塊を溶解させる加熱部材と、上部ルツボの下側に配置され、突起形状のストッパと、該ストッパの周囲に配置される吐出溜まりと、該吐出溜まりと連通する吐出口を該吐出溜まりの底部に備える下部ルツボとを備えるショット製造装置により解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋳造で使用する地金のショット（笹吹き）を製造するためのルツボを具備するショットメーカと呼ばれるショット製造装置に関する。

鋳造作業では、溶融した金属を中空型に流し込んで製造する。特に、アクセサリーなどのロストワックス鋳造など金属の純度の高い地金を用いる鋳造では、偏析のない不純物を含まない地金が理想である。実際に鋳造を行う場合には、作業の便宜のための軽量化や、地金分量の計量化などのため、地金をショット（笹吹き）と呼ばれる細かい粒状態にして保管する。

図６を参照して、従来のショット製作用ルツボと、ショット製造装置６０について説明する。図１は従来のショット製造装置６０の断面図である。ショット製造装置６０は外部と隔絶されている溶解チェンバ６１を有している。溶解チェンバ６１の上部には、上部から内部へのアクセス用の上蓋６８が、下部には、下部から内部へのアクセス用の下蓋７０が配置されている。また、内部を監視するための観察窓６９が上蓋６８に設けられている。ショット製造装置６０の溶解チェンバ６１内には、下蓋７０上に配置されるルツボ台７１上に、中空の保護筒６２が配置される。保護筒６２の内部にはルツボ６３が挿嵌可能な内部空間を有している。保護筒６２の外周部には加熱部材たる加熱コイル６４が巻きつけられていて、ルツボ６３は保護筒６２を介して加熱コイル６４により加熱される。ルツボ６３は、溶融前の金属塊を受容可能な臼状形状の内部空間６３ａを有していて、底部に吐出口６３ｂを有している。ルツボ６３内には、鉛直方向に延在する棒状のストッパ６５が配置される。ストッパ６５はストッパ駆動用ポート６７から挿入されるストッパ駆動装置（不図示）により鉛直方向に昇降可能であり、ストッパ６５が下降していた位置で、ストッパ６５が吐出口６３ｂを塞いでいる。吐出口６３ｂの鉛直方向下方には、ショット製造装置６１とは別に、流水槽（不図示）を配置して、これに直接落ちるようにする。

使用時には、ルツボ６３を保護筒６２内に挿嵌し、これらを下蓋７０から溶解チェンバ６１内の所定の位置にセットする。ルツボ６３が所定の位置に設置された後、上蓋６８を開けて、ルツボ６３内にショットの材料となる適量の金属を入れて閉じる。コイル接続軸６６から加熱コイル６４を通電して、ルツボ６３を加熱する。ルツボ６３内に入れられた金属は溶解して液体となる。ストッパ６５を上昇させると、溶解した地金が吐出口６３ｂから落下する。落下した地金は流水槽内に入って冷却され、ショット（笹吹き）と呼ばれる小さい粒状の地金になる。

しかし、従来のショット製造装置６０では、吐出口６３ｂを塞ぐためのストッパ６５が必要であるので、ルツボ６３内の内部空間６３ａの容積がストッパ６５の体積だけ制限されてしまう欠点や、ストッパ６５を上下動させるための機構のための空間が必要となるなどの問題があった。そこで、ストッパ６５がないルツボを有するショット製造装置が望まれていた。

また、従来の装置では、溶解した地金が吐出口６３ｂから落下する際に、ストッパ６５を上昇させて直ぐの初期段階のルツボ６３の液面の高さが高いときには連続流れとなる問題がある。このような場合には、落下した地金は流水槽内に入って冷却されると、できあがったショットは粒状ではなく、線状になってしまう不具合が生じる。

本発明の目的では、ストッパ６５がないルツボを有するショット製造装置を提案する。

本発明の別の目的では、適切な粒径のショットを安定的に製造するショット製造装置を提案する。

すなわち、本発明の目的では、溶融前の金属塊を受容可能な内部空間と、該内部空間と連通して該内部空間の下側に配置される吐出口とを備える上部ルツボと、該上部ルツボを加熱し、金属塊を溶解させる加熱部材と、該上部ルツボの下側に配置され、突起形状のストッパと、該ストッパの周囲に配置される吐出溜まりと、該吐出溜まりと連通する吐出口を該吐出溜まりの底部に備える下部ルツボとを備えることを特徴とするショット製造装置を提供することにある。

本発明の目的では、溶融前の金属塊を受容可能な内部空間と、該内部空間と連通して該内部空間の下側に配置される吐出口とを備える上部ルツボと、該上部ルツボを加熱し、金属塊を溶解させる加熱部材と、該上部ルツボと連結され、該ルツボの吐出口の下側に配置される吐出溜まりと、該吐出溜まりと連通する一以上の吐出口を該吐出溜まりの底部に備える下部ルツボと、該上部ルツボの内部空間内に鉛直方向に延在するように配置され、昇降可能なストッパとを備え、該ストッパが下降している際には該ストッパが該上部ルツボの吐出口を閉鎖し、該ストッパの上昇とともに該ストッパが該上部ルツボの吐出口と離れて開放され、該加熱部材により溶解した溶融金属が該吐出溜まりへ流れだすことを特徴とするショット製造装置であって、該下部ルツボの吐出口の断面積の総和は、該上部ルツボの吐出口の断面積よりも小さいことを特徴とするショット製造装置を提供することにある。

本発明により、ストッパが無い単純な構造のルツボでショットを製造することを可能とするとともに、適切な粒系のショットを製作可能となる。

本発明の実施例１であるショット製造装置の断面を示した図であって、ルツボの吐出口が閉鎖されている状態を示した図である。 本発明の実施例１であるショット製造装置の断面を示した図であって、ルツボの吐出口が開放されている状態を示した図である。 本発明の実施例２である金属溶解装置の断面を示した図である。 本発明の実施例２である金属溶解装置のルツボ部を示した図であって、ルツボの吐出口が閉鎖されている状態を示した図である。 本発明の実施例２である金属溶解装置のルツボ部を示した図であって、ルツボの吐出口が開放されている状態を示した図である。 従来のショット製造装置の断面を示した図である。

（実施例１）
図１および図２を参照して、本発明の実施例１であるショット製造装置１について説明する。本発明では、粘度の高い溶融金属が使用される。図１は、実施例１であるショット製造装置１の断面を示した図であって、上部ルツボの吐出口が閉鎖されている状態を示した図である。また、図２は、上部ルツボの吐出口が開放されている状態を示した図である。

本実施例のショット製造装置１は、従来装置と同様に、溶解チェンバ２１を具備していて、上部には上蓋２８を、下部には下蓋３４が配置されている。内部を監視するための観察窓２９が蓋２８に設けられている。ショット製造装置１の溶解チェンバ２１内には、中空の保護筒２２が配置される。保護筒２２の内部には上部ルツボ２３が挿嵌可能である。保護筒２２の外周部には加熱部材たる加熱コイル２４が巻きつけられていて、上部ルツボ２３は保護筒２２を介して加熱コイル２４により加熱される。上部ルツボ２３は、溶融前の金属塊を受容可能な臼状形状の内部空間２３ａと、内部空間２３ａと連通し、内部空間２３ａの下側の上部ルツボ２３の底部に吐出口２３ｂとを有している。これらの構成については、従来の装置と同様である。

以下、本実施例において、従来のショット製造装置と異なる部分について説明する。本実施例のショット製造装置１はルツボ２３内にストッパは配置されない。保護筒２２の内部には下部ルツボ３０が配置され、上部ルツボ２３を支えられている。上部ルツボ２３は、下部ルツボ３０に接触する位置が最も低い位置になるように設定して、そこから保護筒２２内を上方向に摺動可能なように昇降可能である。上部ルツボ２３の上下方向の移動は、駆動用ポート２７から挿入される上部ルツボ昇降用駆動装置（不図示）により行われる。保護筒２２と下部ルツボ３０は、保護ルツボ３１により支えられている。下蓋３４上には、ルツボ台３２が配置され、保護ルツボ３１を支えるとともに、下蓋３４への熱伝達を低減化する。

上部ルツボ２３は下側に傾斜面を有していて、上部ルツボ２３の最底部に構成される断面Ａ１の吐出口２３ｂにつながっている。

下部ルツボ３０は、断面が円形で、上部ルツボ２３を下側で受容して支持可能な形状である。下部ルツボ３０は、その中心部分を最高部として、そこから半径方向に高さが低くなるような傾斜構造の突起形状のストッパ３０aを有している。下部ルツボ３０が上部ルツボ２３を下側で受容して支持した際に、ストッパ３０ａが上部ルツボ３０の吐出口２３ｂを下方から塞ぐ。特に、吐出口２３ｂがストッパ３０ａの頂部を受容する形とすることもできる。ストッパ３０ａの周囲には、ストッパ３０ａからの傾斜を壁面として画定される吐出溜まり３０ｂが配置される。吐出溜まり３０ｂの底部には、吐出溜まり３０ｂと連通するオリフィス構造の吐出口３０ｃが配置される。たとえば、ストッパ３０の頂部を中心とする円周方向に複数個配置する。すべての吐出口３０ｃの断面積の総和はＡ２である。

複数個の吐出口３０ｃの各々に対応する位置の保護ルツボ３１には孔３１ａが、ルツボ台３２は切り欠きが、下蓋３４には孔３４ａが穿設されている。上部ルツボ３０の吐出口２３ｂから吐出された液は、孔３１ａ、ルツボ台３２の切り欠き、および下蓋３４の孔３４ａを通過して、孔３４ａの鉛直方向下方に配置される流水槽（不図示）に直接落ちるようになっている。

下部ルツボ３０と保護ルツボ３１には、下部ルツボ３０のストッパ３０ａ付近の温度を計測するための熱伝対挿入部３１が配置されている。

続いて、本実施例における、ショット製造装置１の使用時の説明をする。本装置の使用時には、ルツボ２３を保護筒２２内に挿嵌し、下蓋３４上にルツボ台３２を載置し、その上に、保護ルツボ３１を載置する。保護ルツボ３１上に、下部ルツボ３０を載置して、保護筒２２を下側ルツボ３０に挿嵌する。保護筒２２の内部であって、下側ルツボ３０上に上部ルツボ２３を挿嵌し、下蓋３４を溶解チャンバ１内にセットする。蓋２８を開けて、ルツボ２３内にショットの材料となる適量の金属を入れて閉じる。コイル接続軸２６から加熱コイル２４を通電して、ルツボ２３を加熱する。ルツボ２３内に入れられた金属を、所定の粘度になる迄で加熱させて溶解させる。たとえば、金の場合には約５メートルパスカル秒（ｍＰａ・s）であり、銀の場合には約４メートルパスカル秒（ｍＰａ・s）である。

金属が所定の粘度になるまで溶解させた後に、図１に示す状態から図２に示す状態になるまで、上部ルツボ２３を上昇させる。上部ルツボ２３の吐出口２３ｂが下部ルツボ３０のストッパ３０ａから離れると開放され、上部ルツボ２３内で溶解した金属は、吐出口２３ｂからストッパ３０ａの上部へと流れ落ちる。下部ルツボ３０に流れ落ちた溶融金属はそのストッパ３０ａの傾斜を下りながら半径方向に流れ出て、吐出溜まり３０ｂに流れ込む。吐出溜まり３０ｂに流れ込んだ溶融金属は、下部ルツボからオリフィス構造の吐出口３０ｃを通って、液滴として落ちる。吐出口２３ｂから吐出された溶融金属の液は、孔３１ａ、ルツボ台３２の切り欠きが、および下蓋３４の孔３４ａを通過して流水槽（不図示）に落ちて、冷却され、ショットを形成する。

下部ルツボ３０のオリフィス構造の吐出口３０ｃの各径は溶融金属の粘性に合わせて以下のように設定する。所定の粘度の金属がし、吐出口３０ｃから吐出された際に滴となるような径とする。このとき、本発明では、吐出溜まり３０ｂに溜まる液圧によって影響をうけてしまう。すなわち、上部ルツボ２３の吐出口２３ｂから多量の溶解金属が吐出溜まり３０ｂに流れ込むと、上部ルツボ２３の吐出口２３ｂからの流れの影響を受けてしまい、オリフィス構造の吐出口３０ｃから吐出される液の流量が多くなってしまう。そのため、溶融金属はオリフィス構造の吐出口３０ｃからは滴とならずに、連続流れを形成してしまう。連続流れが流水槽（不図示）に流れ込んだ結果、ショットが形成されず、細長い地金ができる不具合が生じる。そこで、上部ルツボ２３の吐出口２３ｂの断面積（Ａ１）よりもオリフィス構造の吐出口３０ｃの断面積の総和（Ａ２）が大きくなる、すなわちＡ２＞Ａ１となるように設定する。これにより、上部ルツボ２３の吐出口２３ｂからの溶融金属の流れによるオリフィス構造の吐出口３０ｃにかかる圧力を低減化することができる。なお、吐出口３０ｃは一個でもよいが、複数個の吐出口３０ｃを配置することにより、一個あたりの吐出口３０ｃの径を小さくした上で、かつすべての吐出口３０ｃの断面積の総和を大きくすることができる点で有利である。一個あたりの吐出口３０ｃの径を小さくすることにより粘度の高い溶融金属の連続流れを断って滴とすることが可能となる一方、上部ルツボ２３の吐出口２３ｂの断面積（Ａ１）よりもオリフィス構造の吐出口３０ｃの断面積の総和（Ａ２）を大きく設定することが可能となる。

その上で、オリフィス構造の吐出口３０ｃの各径を、吐出口３０ｃから吐出された際に滴となるような径として設定する。たとえば、１８Ｋ（７５％の準金の含有）の金において、上部ルツボ２３の吐出口２３ｂの直径を２ミリメートル、およびオリフィス構造の吐出口３０ｃの直径を１．２ミリメートルとして６個配置する。この場合、上部ルツボ２３の吐出口２３ｂの断面積（Ａ１）は３．１４平方ミリメートルとなり、オリフィス構造の吐出口３０ｃの断面積の総和（Ａ２）とは計６個分で６．７８平方ミリメートルとなり、Ａ１＜Ａ２を満たす。そして、オリフィス構造の吐出口３０ｃから適切な大きさの液滴が吐出される。

なお、上記説明においては、下部ルツボ３０と保護ルツボ３１とを分離して説明したが、一体化することもできる。また、上記説明において、断熱性を考慮してルツボ台３２を配置しているが、本願発明の効果は、ルツボ台３２が必ずしも必要ではない。

（実施例２）
図３から図５を参照して、本発明の実施例２として、鋳造機に付属する金属溶解装置２であって、ショット製作が可能なショット製造装置３を具備するものについて説明する。本実施例１では、ショットを製造するための専用装置であるが、実施例１では、鋳造用の金属溶解装置２の上部に本実施例１のショット製造装置１と同様の機能を有したショット製造装置３を具備した例である。ここで、図３は本発明の実施例２である金属溶解装置の断面を示した図である。

ショット製造装置３は、溶解チェンバ４１を具備している。溶解チェンバ４１内には、中空の保護筒２が配置される。中空の保護筒４２の内部には上部ルツボ４３が挿嵌可能であって、保護筒４２の内部の下側に配置されるフランジで上部ルツボ４３を支えている。保護筒２２の外周部には加熱コイル４４が巻きつけられるように配置されていて、上部ルツボ４３は保護筒４２を介して加熱コイル４４により加熱される。上部ルツボ４３は、溶融前の金属塊を受容可能な臼状形状の内部空間４３ａと、内部空間４３ａと連通し、内部空間４３ａの下側である上部ルツボ４３の底部に吐出口４３ｂを有している。これらの構成については、従来の装置と同様である。以下、本実施例において、実施例１のショット製造装置１と異なる部分について説明する。実施例２のショット製造装置２では、実施例１と異なり、従来装置と同様に、上部ルツボ４３内にストッパ４５が配置される。

ショット製造装置３の下側には、噴出口５０から流水が供給されるショットチャンバー４を有している。ショットチャンバー４は、実施例１では装置と別に配置した流水槽を、同役割を担う金属溶解装置２の常設の構成品としたものである。以下、図４および図５を参照して、金属溶解装置２のショット製造装置３について説明する。図４および図５は、本発明の実施例２である金属溶解装置のルツボ部を示した図であって、特に図４は、ルツボの吐出口が閉鎖されている状態を示した図であり、図５はルツボの吐出口が開放されている状態を示した図である。

従来のルツボおよび実施例１のルツボと同様に、上部ルツボ４３は下側に傾斜面を有している。また、傾斜が上部ルツボ４３の最底部に構成される断面Ａ１の吐出口４３ｂにつながっている。

上部ルツボ４３の吐出口４３ｂ付近には、下部ルツボ４６が、たとえば、螺嵌される等により連結されている。下部ルツボ４６は、内部が中空で、底部にオリフィス構造の吐出口４６ａを複数個配置される。すべての吐出口４６ａの断面積の総和はＡ２である。下部ルツボ４６の内部と、上部ルツボ４３との間には、吐出溜まり４６ｂが形成される。すべての吐出口４６ａから落下した溶解金属は、ショットチャンバー４内に落下する。なお、本実施例では、製造上一般的な例として、便宜的に上部ルツボ４３と下部ルツボ４６と、部材の名称上２つの部材として説明しているが、２つの部材であることが必須となるものではない。両者は一体的に連結されているものはすべて含まれるとともに、３つ以上の部材となるものも含まれる。

上部ルツボ４３の内部空間４３ａには、従来の装置と同様に、鉛直方向に延在する棒状のストッパ４５が配置される。ストッパ４５はストッパ駆動用ポート５１から挿入されるストッパ駆動アーム４７をストッパ駆動装置４８により鉛直方向に昇降可能であり、ストッパ４５が下降した位置で、ストッパ４５が吐出口４３ｂを塞いでいる。

続いて、本実施例における、ショット製造装置２の使用時の説明をする。本装置の使用時には、ルツボ４３を保護筒４２内に挿嵌して溶解チャンバ４１内にセットする。蓋５２を開けて、ルツボ４３内にショットの材料となる適量の金属を入れて閉じる。コイル接続軸４６から加熱コイル４４を通電して、ルツボ４３を加熱する。実施例１の場合と同様に、ルツボ４３内に入れられた金属を、所定の粘度になる迄で加熱させて溶解させる。

金属が所定の粘度になるまで溶解させた後に、図４に示す状態から図５に示す状態になるまで、上部ルツボ４３内のストッパ４５を上方へ移動させる。これにしたがって、上部ルツボ４３の吐出口４３ｂが開放され、上部ルツボ４３内で溶解した金属は、吐出口４３ｂから下部ルツボ４６の吐出溜まり４６ｂへと流れ落ちる。流れ落ちた溶融金属は吐出溜まり４６ｂからオリフィス構造の吐出口４６ａを通って、液滴として落ちる。吐出口４６ａから吐出された溶融金属の液は、ショットチャンバー４９に落ちて、冷却され、ショットを形成する。

オリフィス構造の吐出口４６ａの各径は、実施例１と同様に、溶融金属の粘性に合わせて以下のように設定する。所定の粘度の金属がし、吐出口４６ａから吐出された際に滴となるような径とする。このとき、本発明では、吐出溜まり４６ｂに溜まる液圧によって影響をうけてしまう。すなわち、上部ルツボ４３の吐出口４３ｂから多量の溶解金属が下部ルツボ４６内の吐出溜まり４６ｂに流れ込むと、上部ルツボ４３の吐出口４３ｂからの流れの影響を受けてしまい、オリフィス構造の吐出口４６ａから吐出される液の流量が多くなってしまう。そのため、オリフィス構造の吐出口４６ａから吐出される溶融金属は滴とならずに、連続流れを形成する。連続流れが流水槽（不図示）に流れ込んだ結果、適切な大きさのショットが形成されず、細長い地金ができる不具合が生じる。そこで、上部ルツボ４３の吐出口４３ｂの断面積（Ａ１）よりもオリフィス構造の吐出口４６ａの断面積の総和（Ａ２）が大きくなる、すなわちＡ２＞Ａ１となるように設定する。これにより、上部ルツボ４３の吐出口４３ｂからの溶融金属の流れによるオリフィス構造の吐出口４６ａにかかる圧力を低減化することができる。なお、吐出口４６ａは一個でもよいが、複数個配置すると更に効果を奏する。複数個配置すること効果については、実施例１の場合と同じである。

その上で、オリフィス構造の吐出口４６ａの各径を、吐出口４６ａから吐出された際に滴となるような径として設定すればよい。たとえば、実施例１のように、１８Ｋの金において、上部ルツボ４３の吐出口４３ｂの直径を２ミリメートル、およびオリフィス構造の吐出口４６ａの直径を１．２ミリメートルとして６個配置する。この場合、上部ルツボ４３の吐出口４３ｂの断面積（Ａ１）は３．１４平方ミリメートルとなり、オリフィス構造の吐出口３０ｃの断面積の総和（Ａ２）とは計６個分で６．７８平方ミリメートルとなり、Ａ１＜Ａ２を満たす。そして、オリフィス構造の吐出口４６ａから適切な大きさの液滴が吐出される。

１，３ ショット製造装置
２２，４２，６２ 保護筒
２３，４３ 上部ルツボ
３０，４６ 下部ルツボ
３０ａ ストッパ
６３ ルツボ
４５，６５ ストッパ

Claims (4)

1. 溶融前の金属塊を受容可能な内部空間と、該内部空間と連通して該内部空間の下側に配置される吐出口とを備える上部ルツボと、
   該上部ルツボを加熱し、金属塊を溶解させる加熱部材と、
   該上部ルツボの下側に配置され、突起形状のストッパと、該ストッパの周囲に配置される吐出溜まりと、該吐出溜まりと連通する吐出口を該吐出溜まりの底部に備える下部ルツボと、
   該上部ルツボは、該下側ルツボに対して昇降可能であって、該上部ルツボが下降している際には該ストッパが該上部ルツボの吐出口を閉鎖し、該上部ルツボの上昇とともに該ストッパが該上部ルツボの吐出口と離れて開放され、該加熱部材により溶解した溶融金属が該上部ルツボの吐出口から該ストッパ上から該吐出溜まりに流れ出すことを特徴とするショット製造装置。
2. 請求項１に記載のショット製造装置であって、該下部ルツボの吐出口は、複数であることを特徴とするショット製造装置。
3. 請求項１または２に記載のショット製造装置であって、該下部ルツボの吐出口の断面積の総和は、該上部ルツボの吐出口の断面積よりも小さいことを特徴とするショット製造装置。
4. 溶融前の金属塊を受容可能な内部空間と、該内部空間と連通して該内部空間の下側に配置される吐出口とを備える上部ルツボと、
   該上部ルツボを加熱し、金属塊を溶解させる加熱部材と、
   該上部ルツボと連結され、該ルツボの吐出口の下側に配置される吐出溜まりと、該吐出溜まりと連通する一以上の吐出口を該吐出溜まりの底部に備える下部ルツボと、
   該上部ルツボの内部空間内に鉛直方向に延在するように配置され、昇降可能なストッパとを備え、
   該ストッパが下降している際には該ストッパが該上部ルツボの吐出口を閉鎖し、該ストッパの上昇とともに該ストッパが該上部ルツボの吐出口と離れて開放され、該加熱部材により溶解した溶融金属が該吐出溜まりへ流れだすことを特徴とするショット製造装置であって、
   該下部ルツボの吐出口の断面積の総和は、該上部ルツボの吐出口の断面積よりも小さいことを特徴とするショット製造装置。

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