JP3000028B2 - 浮揚溶解装置 - Google Patents
浮揚溶解装置Info
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Description
るるつぼの外径側に高周波電源で供給される電流が流さ
れるコイルが設けられ、金属などの被溶解物を入れてこ
れをるつぼから浮揚させ、その状態で溶解する浮揚溶解
装置に関する。
ーシブルと呼ばれる浮揚溶解装置の縦断面図である。こ
の図において、浮揚溶解装置はるつぼ1、コイル3A及
び図示しない高周波電源や冷却装置などからなってい
て、図示のようにるつぼ1は複数のセグメント10に分
割されている。セグメント10は銅などの良導電性の金
属からなっている。この図では手前のセグメント10を
取り除いてある。隣同士のセグメント10の間には間隙
があって図示しない絶縁物が挿入されて隣合うセグメン
ト10同士が接触しないようにしてある。セグメント1
0には後述するように50kHz 程度の高周波電流が流れ
て大きなジュール熱が発生して温度が上昇するので、後
述するように中に冷却孔が設けられていて出入口である
41,42を介して冷却水が流される。前述の名称の
「コールド」は冷却のためにるつぼ1の温度が低い状態
で使用されるからであり「クルーシブル」とは「るつ
ぼ」の英単語である。それぞれのセグメント10は下部
で絶縁架台5に止めピン51で固定されている。
一辺が10mmレベルの大きな断面積の長方形の導体30
Aが巻回されてなっていて、図では3ターンからなり、
るつぼ1の外形側形状に合わせてそれぞれのターンを構
成する導体30Aの半径が変えられている。るつぼ1は
図示のように下が半径の小さな管状部11とその上に向
かって広がる漏斗状部12とからなっている。コイル3
Aに高周波電流が流れると、セグメント10内に誘導電
圧が発生し水平断面内を巡回する渦電流が流れる。そし
て、コイル3Aに対向する側の外径面13ではコイル3
の電流とは逆の方向に流れ、これに伴って内径側にはコ
イル3Aと同じ方向の電流が流れる。このセグメント1
0の内径側に流れる電流によってるつぼ1内に高周波磁
界が発生するが、その分布は管状部11で絞られ漏斗状
部12で上に向かって拡散する分布となる。漏斗状部1
2内に金属があると、漏斗状部12内の磁界によって金
属内に渦電流が発生し、この渦電流と漏斗状部12内の
磁界との電磁作用によって上向きの電磁力が働き、この
電磁力が金属の自重を上回ると浮き上がる。と同時に、
渦電流によるジュール熱で金属は加熱され、浮揚した状
態では冷却効果が悪いことも手伝って、溶解温度を越え
て溶解しその状態で浮揚する。このような状態では浮揚
溶解している金属にるつぼ1の材料などの異種金属が混
入する恐れがないことから純度の高い溶解金属を生成す
ることができるので、これを図示しない別の装置を用い
て鋳型に流し込むことによって純度の高い良質な製品を
製造することができるという特長を持っている。このよ
うな浮揚溶解による鋳造が適用される金属には、チタニ
ウム、シリコンなどがある。
つぼ1のコイル3Aに100kw近い電力を供給して分
レベルの短時間に金属の浮揚状態で溶解させるものなの
で、導体3Aの電流密度は非常に大きな値に設定して寸
法が大きくならないようにしている。したがって、コイ
ル3Aが発生する熱は非常に大きいのでこれを冷却する
ためには冷却効率の最も優れた水冷が採用される、コイ
ル3Aに設けられた後述の冷却孔に冷却水が流されて冷
却される。
り、その中を下から上に貫通する冷却孔43が設けられ
ていて、前述の出入口41,42につながっていて冷却
水が流される。図5はコイル3Aを構成する導体30A
の中を流れる電流の分布を説明するための断面図であ
る。この図において、コイル3Aに流れる電流によって
生ずる磁束分布を磁束線100でその概略を示してあ
る。図示のように、導体30Aのるつぼ1側の表面近傍
に沿って磁束線100が通る傾向がある。導体30Aの
中を流れる電流はよく知られている表皮効果と呼ばれて
いる現象によって、電流が反対方向に流れる導体に近い
側に電流が偏った分布になる。図の電流集中部32Aは
るつぼ1に面する側に電流が集中して電流密度が大きく
なっている断面部を表し、その他の断面部である電流排
除部33Aでは電流が殆ど流れない断面部を表してい
る。実際には電流密度は連続的に変化しているので電流
集中部32Aと電流排除部33Aの境界がはっきりして
いる訳ではなく、この図はあくまでも模式的な表現であ
る。ちなみに、導体30Aに電気銅が使用された場合、
浸透深さは0.5mm程度であり、導体30Aの断面寸法
に比べてはるかに小さな値である。
30Aは1つの角部が対向して配置されているために、
この角部に電流が集中して電流集中部32Aの断面積が
小さい。したがって、同じ電流値に対してジュール損が
大きくなるという問題がある。ただ、導体30Aの内径
側は同一半径なので、断面が階段状で順次半径が変わる
巻枠を用いて巻回すれば、導体30Aをよじることなく
巻回することができるので、巻回作業が容易であるとと
もに、あらかじめ被覆絶縁を施した導体30Aを用いて
巻回することが可能である。
分布の説明図である。この図において、導体30Bは円
形なのでるつぼ1の辺13に対向する側は円形となるの
で、電流の集中が緩和され電流集中部32Bの面積が図
5の電流集中部32Aに比べて大きくなるので、ジュー
ル損が小さくなる。また、巻回作業においては図5のコ
イル3Aと同様によじることなく巻回することができし
たがってあらかじめ被覆絶縁を施しておくことも可能で
ある。
1の漏斗状部12の外径側に従来の巻回法で巻回したコ
イル3Aを配置するとき、コイル3Aを構成する導体の
角部がるつぼ1の斜めの外径面13に対向するので、表
皮効果によって導体の前述の角部近傍に電流が集中する
電流集中部32Aの断面積が小さく、結果的にコイル3
Aに流れる電流によるジュール損が大きくなってコイル
3を冷却するための冷却装置の容量が大きくなるばかり
でなく、ジュール損分はコイル3から投入する高周波電
力に加算されるものなので、投入電力が増大することに
よる高周波電源容量が大きくなるためにコストアップに
つながるという問題がある。図6に示すように、導体断
面形状を円形にし導体30Bを使用したコイル3Bの場
合は、図5の断面形状が長方形の導体30Aに比べて幾
分なりと改善されるが充分ではない。
し、コイル導体に生ずるジュール損を低減することので
きる浮揚溶解装置を提供することにある。
に、この発明によれば、上に開いた漏斗状部を有し良導
電性金属からなるるつぼと、このるつぼの外径面に沿っ
てその外径側に配置されて高周波電流が流されるコイル
とを備えた浮揚溶解装置において、コイルを構成する導
体のるつぼに対向する面が、るつぼの外径面に平行であ
るものとし、また、導体の断面形状が長方形であり、そ
の1つの面がるつぼの外径面に平行であるものとし、ま
た、導体の断面が長方形の一辺を円弧状にした形状であ
り、この円弧の辺に対向する直線の面がるつぼの外径面
に平行であるものとする。
ぼの外径面に対向する面をるつぼの外径面に平行にする
ことによって、電磁誘導作用によってコイル導体の電流
とは反対方向に電流が流れるるつぼの外径面対向する導
体の面に表皮効果によって電流が集中し電流集中部を形
成するが、この電流集中部の断面の表面に沿う長さが長
くなって電流集中部内の電流密度が低減されてジュール
損の発生量が低減する。
の1つの面をるつぼの外径面に平行にすることによって
前述と同じ作用が生ずる。また、るつぼに対向する直線
の面とは別の面の断面が円弧状の導体を使用してよい。
図1はこの発明の実施例を示す断面図であり、図3と同
じ部材には共通の符号を付けて詳しい説明を省く。この
図において、コイル3を構成する導体30は長方形断面
をしており、その断面の1つの辺である対向面34(図
2参照)をるつぼ1の断面の外形側の外径面13に平行
になるように導体30を配置してある。
の中を流れる電流の分布を説明するための断面図であ
り、前述の図5や図6と類似である。この図において、
導体30の断面の1つの辺となる対向面34がるつぼ1
の外径面13に平行になるようにそれぞれのターンを構
成する導体30が配置されているために、電流集中部3
2は対向面34に一様に分布する。磁束線100も導体
30とるつぼ1との間の空間を略一様にかつそれぞれの
辺13,34に平行に通る分布となる。その結果、電流
集中部32の断面積が大きくなるのでジュール損は図5
のコイル3Aは勿論図6のコイル3Bに比べても大幅に
低減する。
Aのように、単にターンごとに半径を変えて巻回するだ
けではなく、導体30を所定の角度だけ傾けた状態で巻
回する必要がある。これに使用する巻枠は円錐状のもの
が妥当であり、その表面に導体30の1つの面が密着す
るように巻回する。このとき導体30にはよじりの力を
加える必要がある。巻枠が円錐状なので各ターンの半径
寸法も変化する。導体30の断面寸法は10mm角程度な
ので、このように円錐形の巻枠に密着させるためによじ
る変形を与えながら巻回するのは常温では困難であり、
バーナーで加熱して柔らかくしながら巻回する必要があ
る。そして巻回後常温に戻ったときには図1に示すよう
な形に巻き癖が付いた状態になるので、これに絶縁被覆
を施し図示しない所定の固定具に取付けることでコイル
3として完成したことになる。
冷却孔31を設けた断面形状として図示してあるが、こ
れにこだわるものではない。るつぼ1に面する側の対向
面34が直線であれば他の辺の形状は本質的には任意で
ある。実際に大電流を流し冷却孔31を持つ導体とし
て、図示のような正方形を含む長方形のものが実用され
ており、また、電流集中部32とは反対側の2つの角を
落として丸みを持たせた形状のものも大容量の誘導炉用
コイルなどに使用されている。前述のように、電流集中
部32の厚みは1mm以下なので、その他の導体30の断
面部である電流排除部33は電流の通路としては必要で
はなく冷却孔34を設けるためにあると言ってもよく、
この電流排除部33の形状をこの発明によって制約され
ることはない。ただ、対向面34の長さをなるべく大き
くするためには対向面34の幅と導体30Aの最大幅と
を実質的に一致せるのが妥当である。
波電流が流れると、るつぼを構成するセグメントには電
磁誘導作用によってその表面に電流が流れ、コイル導体
と対向するるつぼの外径面にはコイルとは反対方向に電
流が流れる効果によって電流が集中し電流集中部を形成
するが、コイルの導体のるつぼに対向する面がるつぼの
外径面に平行になるように導体を配置することによっ
て、この電流集中部の断面長さが長くなって実質上の電
流が流れる電流集中部の断面積が大きくなって電流密度
が小さくなりジュール損の発生量が低減するという効果
が得られる。この損失が低減することによってコイルの
冷却装置が小さくてよくなるとともに、投入する電力も
減ることになり、その分高周波電源としてのインバータ
の容量が小さくすることができることによるコストダウ
ンが計られる。
の1つの面をるつぼの外径面に平行に配置すること、ま
た、るつぼに対向する直線の面とは別の面の断面が円弧
状の導体を使用することによっても前述と同じ効果を得
ることができる。
図
の断面図
めの断面図
布を説明するための断面図
Claims (3)
- 【請求項1】上に開いた漏斗状部を有し良導電性金属か
らなるるつぼと、このるつぼの外径面に沿ってその外径
側に配置されて高周波電流が流されるコイルとを備えた
浮揚溶解装置において、コイルを構成する導体のるつぼ
に対向する面が、るつぼの外径面に平行であることを特
徴とする浮揚溶解装置。 - 【請求項2】導体の断面形状が長方形であり、その1つ
の面がるつぼの外径面に平行であることを特徴とする請
求項1記載の浮揚溶解装置。 - 【請求項3】導体の断面が長方形の一辺を円弧状にした
形状であり、この円弧の辺に対向する直線の面がるつぼ
の外径面に平行であることを特徴とする請求項1記載の
浮揚溶解装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP5622493A JP3000028B2 (ja) | 1993-03-17 | 1993-03-17 | 浮揚溶解装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5622493A JP3000028B2 (ja) | 1993-03-17 | 1993-03-17 | 浮揚溶解装置 |
Publications (2)
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JPH06273058A JPH06273058A (ja) | 1994-09-30 |
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Family
ID=13021141
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5622493A Expired - Lifetime JP3000028B2 (ja) | 1993-03-17 | 1993-03-17 | 浮揚溶解装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3000028B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101340876B1 (ko) * | 2011-09-26 | 2013-12-13 | 한국수력원자력 주식회사 | 내측면이 곡면 형상인 금속 섹터를 포함하는 유도가열식 저온용융로 |
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KR101340877B1 (ko) * | 2012-02-14 | 2013-12-13 | 한국수력원자력 주식회사 | 외부냉각유로를 이용한 저온용융로 및 금속섹터 조립체 |
-
1993
- 1993-03-17 JP JP5622493A patent/JP3000028B2/ja not_active Expired - Lifetime
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US10155170B2 (en) | 2005-08-22 | 2018-12-18 | Nintendo Co., Ltd. | Game operating device with holding portion detachably holding an electronic device |
US8591333B2 (en) | 2006-05-09 | 2013-11-26 | Nintendo Co. Ltd. | Game controller with receptor duplicating control functions |
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US9176598B2 (en) | 2007-05-08 | 2015-11-03 | Thinkoptics, Inc. | Free-space multi-dimensional absolute pointer with improved performance |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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