JP3987373B2

JP3987373B2 - 金属溶解加熱装置

Info

Publication number: JP3987373B2
Application number: JP2002127071A
Authority: JP
Inventors: 寛南都; 昭平原
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: EP1358959B1; US6910521B2; EP1358959B8; US20030201090A1; EP1358959A1; JP2003320446A; KR20030084750A; CN1268457C; CN1454736A; DE60324857D1

Description

【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、かつ前記収容容器の中心に向かう力であって当該力のうち前記収容容器の下端側における力が上端側における力よりも大きくな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５５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７０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９１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ｈ₀ 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ＭＬ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３００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１０Ａ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１０Ｂ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２２ｓ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２００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３０１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ＭＬ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１４において、開閉機構２１Ｃは、蓋２２Ｃと、この蓋２２Ｃ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２２Ｃｓは、収容容器３の下端面３ｅに当接する。
蓋２２Ｃ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２２Ｃｓ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２２Ｄｓ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２２Ｄ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２３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２２Ｅｓ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５００〜５０３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２２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６０３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６０１ｔ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６０２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 Ｎ₄ ）、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６０１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ＭＬ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６０２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６００に対して上述した収容容器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。
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ＭＬ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

Claims

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、かつ前記収容容器の中心に向かう力であって当該力のうち前記収容容器の下端側における力が上端側における力よりも大きくな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。
前記開口は、前記収容容器の下端において当該収容容器の内周面により形成され、
前記蓋体は、前記収容容器の下端面に当接し、
前記中心に向かう力は、前記蓋体上の溶解金属が前記収容容器の下端において当該収容容器の内周面と隔離されるように設定されている
請求項１に記載の金属溶解加熱装置。
前記誘導加熱用コイルは、前記収容容器の側面外周を囲み、上端側ほど巻き径が大きくなっている
請求項１又は２に記載の金属溶解加熱装置。
前記誘導加熱用コイルは、前記収容容器の側面外周のうち下端側の所定の範囲のみを囲み、当該誘導加熱用コイルの上端から下端まで巻き径が同一に形成されている
請求項１又は２に記載の金属溶解加熱装置。
前記誘導加熱用コイルの下端は、前記収容容器の下端よりもさらに下方に配置されている
請求項４に記載の金属溶解加熱装置。
前記収容容器の厚さは、前記誘導加熱手段により当該収容容器に発生する渦電流の浸透深さよりも薄い
請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属溶解加熱装置。
前記収容容器は、絶縁体で形成されている
請求項１〜６のいずれか１項に記載の金属溶解加熱装置。
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１項に記載の金属溶解加熱装置。
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１項に記載の金属溶解加熱装置。