JP4600151B2 - 溶融塩中子の除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶融塩中子を用いて鋳造した鋳造部品から、その内部の溶融塩中子を除去する方法に関する。

中子を利用して内部に空間を持つ鋳造品を作ることが行われる。中子として、砂中子や中空シェル砂中子などと共に、特許文献１、特許文献２に記載のように、塩化ナトリウムあるいは硝酸塩などを基材として作られる溶融塩中子が用いられる。溶融塩中子は水あるいは同種の塩浴に溶解性であり、砂と較べて鋳造部品からの除去が容易なことから、アルミニウム合金鋳造部品やマグネシウム合金鋳造部品などを鋳造するときの中子として多く用いられている。
特公平４−４０１０４号公報 特開２００４−２９１０１７号公報

溶融塩中子を備えた鋳造部品を水の中に浸漬しておき、水の浸食作用による融解で溶融塩中子を除去することにより、残滓のない状態で容易かつ確実に、鋳造部品から溶融塩中子を除去することができる。しかし、融解作用のみによる除去は長時間を要しており、短時間での除去処理が望まれている。

加熱して溶融塩中子を崩壊させ除去することも行われる。この方法は短時間での処理が可能となるが、溶融塩中子の融点が鋳造部品の融点よりも高い場合には、鋳造部品本体も昇温してしまうために実施することができない。また、除去後の洗浄も必要となる。

いわゆる、ショットブラストやサンドブラスト法により溶融塩中子を崩壊させて、除去することが考えられるが、ショット粒を鋳造部品の内部の細部にまで到達させるのは容易でなく、鋳造部品の形状によっては、溶融塩中子の一部を崩壊除去できない場合が起こり得る。また、この方法でも、除去後の洗浄も必要となる。

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、従来の水による融解除去による場合よりも短い時間で、かつ中子の場所や形状にかかわりなく、鋳造部品から容易に溶融塩中子を除去できるようにした、より改良された溶融塩中子の除去方法を開示することを目的とする。

本発明による、溶融塩中子を備えた鋳造部品から溶融塩中子を除去する方法は、溶融塩中子を備えた鋳造部品を水の中に浸漬する工程、水中に浸漬した鋳造部品を加熱する工程、および加熱した鋳造部品を伝熱材として溶融塩中子を昇温させ溶融塩中子に部分的な軟化と融解を生じさせる工程とを少なくとも備えていて、溶融塩中子の軟化融解した部分に鋳造部品が浸漬している水の一部が接触することにより生じる水の気化爆発の力を利用して溶融塩中子に崩壊を生じさせて除去を促進することを特徴とする。

本発明において、溶融塩中子を備えた鋳造部品は、ダイカスト法など従来知られた鋳造方法で製造される溶融塩中子を備えた鋳造部品のすべてを含んでいる。鋳造部品を浸漬する水は、常温水であってもよく、鋳造部品に熱影響を与えない範囲での高温水であってもよい。純水であってもよく、中子を形成する塩と同種の塩を含んでいてもよい。

水浴（あるいは塩浴）中に、溶融塩中子を備えた鋳造部品を浸漬する。浸漬後に、鋳造部品を加熱する。加熱は、浴に配置した誘導加熱コイルによる誘導加熱によってもよく、浴から露出している鋳造部品の表層部をバーナー火炎などの加熱源で直接加熱するような方法でもよい。誘導加熱による場合は、２００Ｈｚ〜１ＫＨｚ程度の主に渦電流による誘導加熱によることが、浴中の水を鋳造部品に熱影響を与えるような高温に昇温させないこと、鋳造部品の均一な発熱が得られることの理由から好ましい。

加熱工程において、伝熱性である鋳造部品は、熱を周囲の水に放熱するので、鋳造部品自体はほとんど昇温しない。しかし、溶融塩中子は熱伝導率が低く、鋳造部品を伝熱材として溶融塩中子に伝わった熱は、水に向けて放熱されることはほとんどなく、溶融塩中子内に蓄積する。それにより、溶融塩中子は次第に昇温して、部分的に軟化と融解を開始するようになる。すなわち、鋳造部品に熱影響を与えることなく、溶融塩中子の軟化と融解が始まる。軟化と融解が開始する温度は、溶融塩中子の素材などによって相違するが、通常の場合、８００〜９００℃程度の範囲である。

溶融塩中子の軟化融解した部分に浴内の水が接触すると、水は急激に温度上昇して、気化爆発を起こす。気化爆発の力により、溶融塩中子の軟化融解した部分は吹き飛ばされて鋳造部品から除去されると共に、残存している溶融塩中子の一部の物理的な崩壊を誘発する。この水の気化爆発現象および物理的な崩壊が継続かつ反復して起こることにより、鋳造部品からの溶融塩中子の除去は迅速に進行し、短時間での除去が可能となる。

本発明において、浴中での鋳造部品の加熱は、全体を一様に行うようにしてもよく、前記のように局所的に行いかつ場所を変えて行うようにしてもよい。鋳造部品の大きさや、中子形状の多様性を考慮すると、後者がより好ましく、少ない加熱エネルギーで高い除去効率を上げることができる。加熱源側または鋳造部品側、あるいはその双方を適宜移動させることにより、連続的かつ選択的に加熱すべき「局所」を選択することができる。

除去作業の過程で、浴中にまたは鋳造部品に高周波（例えば、１〜３０ｋＨｚ程度）の振動を与えることは好ましい。加えられる振動により溶融塩中子の崩壊と除去が促進されることに加え、水の接触面積が増加することで、気化爆発による溶融塩中子の崩壊もさらに促進される。加熱を誘導加熱により行う場合には、鋳造部品は常に誘導周波数での振動をしており、特別の加振手段を設けることは必ずしも必要としないが、バーナーなどの熱源により加熱する場合には、超音波振動発信素子などからなる加振手段を別途配置することが望ましい。

本発明の方法において、溶融塩中子を備えた鋳造部品を加熱する熱は、浴中の水に伝熱して水温を上昇させるので、長時間にわたって鋳造部品の加熱を継続すると、水温が鋳造部品に熱影響を与える程度まで上昇することが起こり得る。それを防止するために、鋳造部品が浸漬している浴中の水の温度管理を行う工程をさらに行うことが望ましい。温度管理の一例としては、例えば、一定の温度範囲内に水温を維持できるように、昇温した浴中の水を常温水や冷水と入れ替える、または冷却装置を通して循環させるなどの手段が挙げられる。さらに、浴中の水量を一定に管理することも、鋳造部品に予期しない熱影響を与えないために望ましい工程である。

本発明において、溶融塩中子を構成する溶融塩に特に制限はなく、水に融解することを条件に、従来用いられている溶融塩をすべて用いることができる。好ましくは、塩化ナトリウムまたは硝酸塩である。

本発明の方法によれば、溶融塩中子を備えた鋳造部品から、短時間でかつ容易に溶融塩中子を除去することが可能となり、鋳造部品の生産効率を高めることができる。

以下、図面を参照しながら、実施の形態に基づき本発明を説明する。図１は鋳造部品の加熱を誘導加熱で行う場合の例であり、図２は鋳造部品の加熱をバーナー火炎などで直接行う場合の例である。

図１において、１は非磁性体材料（例えば、セラミック）で作られた浴であり、水２が充填されている。浴１の外側には誘導加熱コイル３が配置されており、この例では、図示しない制御機構により上下方向に位置調整自在となっている。誘導加熱コイル３には、発生する磁力線３ａによって、溶融塩中子１１の除去処理を行う鋳造部品１０に渦電流を生じさせるような周波数の交流電流が流される。誘導加熱コイル３の形状は、浴１を包囲する１つのリング状であってもよく、複数個に分割したものであってもよい。

浴１には温度センサ４が取り付けてあり、水温情報が制御装置５に送られる。また、浴１には、送水ポンプ６を備えた入水口７と、排水ポンプ８を備えた出水口９が取り付けてあり、送水ポンプ６と排水ポンプ８には、制御装置５から温度センサ４の水温情報に基づいた作動制御信号が送られる。

除去処理を行うに当たり、定法により例えばダイカスト鋳造された鋳造部品１０が、図示しない搬送手段により、浴１の水２内に浸漬される。鋳造部品１０は、内面側に例えば塩化ナトリウム製である溶融塩中子１１を備える。鋳造部品１０を水中に浸漬した後、誘導加熱コイル３を鋳造部品１０の上方開放端近傍に位置させ、その状態で、誘導加熱コイル３に電流を流す。

鋳造部品１０には、主に渦電流のエネルギー損失に基づく発熱現象が生じて、加熱される。発生した熱の一部は鋳造部品１０と水２との接触面から水２側に放熱され、残りの熱は溶融塩中子１１側に伝わる。溶融塩中子１１は水と比較して熱伝導率が低く、溶融塩中子１１内に蓄積する。それにより、溶融塩中子１１は次第に８００〜９００℃程度まで昇温していき、図１ａに円で囲った箇所において、部分的な軟化と融解１２を開始する。

溶融塩中子１１の一部が軟化融解状態となると、その部分に接触した水２は、瞬時に気化爆発を起こす。この例において、加熱は誘導加熱であり、鋳造部品１０には高周波振動が常時与えられているので、広い水との接触面積が得られ、気化爆発の規模はより大きくなる。その気化爆発の力により、溶融塩中子１１の軟化融解した部分１２は吹き飛ばされて鋳造部品１０から除去され、さらに、その近傍に残存している溶融塩中子の部分１３に対して物理的な崩壊を誘発する。

誘導加熱コイル３の位置を少し降下させる。それにより、先に気化爆発が起こった場所よりも下の位置で、再び、溶融塩中子１１の軟化と融解が生じ、気化爆発が発生する。前回の気化爆発で、その近傍の溶融塩中子１１には部分的な崩壊が生じており、生じた気化爆発による溶融塩中子１１の除去は一層促進される。誘導加熱コイル３の移動を鋳造部品１０の全高さ方向にわたって行うことによって、すべての溶融塩中子１１の除去を迅速にかつ完全に行うことができる。

なお、図示しないが、誘導加熱コイル３を多段に配置し、通電する誘導加熱コイルを切り替えることによって、溶融塩中子１１が軟化融解する場所をかえるようにすることもできる。周方向に複数個の誘導加熱コイル３を配置して、通電する誘導加熱コイルを切り替えるようにしてもよい。また、誘導加熱コイルと溶融塩中子１１を備えた鋳造部品１０の寸法や形状との関係で、誘導加熱コイルを移動しなくても溶融塩中子１１の除去が可能な場合には、溶融塩中子１１の移動機構は不要となる。

気化爆発を繰り返し行う過程で、鋳造部品１０から水２への伝熱量が増大し、水温が鋳造部品１０に熱影響を与える程度にまで昇温することが起こり得る。それを回避するために、この例では、温度センサ４が水温を常時監視し、温度情報を制御装置５に送っている。制御装置５は、得られた温度情報に基づき、送水ポンプ６と排水ポンプ８の作動時間やタイミングを制御し、浴１内の水温を所定の温度範囲に維持するようにしている。また、水量も一定範囲に維持するようにしている。

なお、浴１内の水温は、鋳造部品１０に熱影響を与えない範囲で、高い温度に維持されることが望ましく、それにより、水の浸食作用による融解もより積極的に進行する。

上記した装置を用いて溶融塩中子の除去テストを行った。鋳造部品１０内に備えた溶融塩中子１１は、体積／接触面積の比が０．０７のものとした。誘導加熱コイル３には誘導周波数１ｋＨｚの電流を流した。水温は３０℃に維持するようにし、鋳造部品１０の加熱温度４００℃、溶融塩中子１１の温度８００〜９００℃となるように制御した。その結果、２０分ですべての溶融塩中子１１を鋳造部品１０から除去することができた。

比較するために、誘導加熱コイル３に通電せず、水温３０℃に維持した状態で、同じ溶融塩中子１１を備えた鋳造部品１０を放置した。溶融塩中子１１は水の浸食作用による融解のみによって除去されたが、完全に除去されるまでに要した時間は１８０分であった。

図２ａは、鋳造部品１０の加熱を、その一部を加熱源に直接接触させることにより行う場合を示している。ここでは、加熱源としてバーナー２０を用いており、その火炎２１を鋳造部品１０の表層部に当てている。また、振動を生じさせるために、超音波振動発信素子２２をホーン２３が鋳造部品１０に直接接するようにして取り付けた。なお、この実施形態では、浴１は任意の材料であってよい。

除去処理を行うに当たっては、浴１中の水２の中に、溶融塩中子１１を備えた鋳造部材１０を、その表層部が水面から出るようにして浸漬する。除去すべき溶融塩中子１１が部分的に存在する形態の鋳造部材１０の場合には、その溶融塩中子のある箇所の表層部を水面から露出させておく。図２ａに示すように、適宜の把持手段２４により水中の鋳造部品１０を把持しておき、適宜の移動機構２５により、該把持手段２４を上下方向移動、左右方向移動、および回動ができるように支持することが推奨される。さらに、バーナー２０も上下方向と左右方向に移動できるように図示しない移動機構により支持することが望ましい。

バーナー火炎２１により鋳造部品１０の表層部は部分的に加熱される。加熱後の鋳造部品１０に生じる熱移動の現象、溶融塩中子１１が昇温する現象は、上記誘導加熱による加熱の場合と同じであり、図２ｂに示すように、溶融塩中子１１の軟化融解した部分に水２が接することにより、気化爆発が発生して、溶融塩中子１１の除去が進行する。バーナー２０を移動し、また必要な場合には鋳造部品１０を移動しながら、加熱と気化爆発を繰り返すことにより、この装置でも、迅速かつ確実に溶融塩中子１１の除去を行うことができる。

図２に示した装置を用いて溶融塩中子の除去テストを行った。鋳造部品１０内に備えた溶融塩中子１１は、体積／接触面積の比が０．０７のものとした。水温は３０℃に維持するようにし、バーナー火炎２１により鋳造部品１０を加熱温度２８０℃に加熱した。溶融塩中子１１の温度は８００〜９００℃となった。また、超音波振動発信素子２２から周波数２０ｋＨｚの超音波を発信した。その結果、３０分ですべての溶融塩中子１１を鋳造部品１０から除去することができた。

比較するためにバーナーによる加熱を行わずに、水温３０℃に維持した状態で、溶融塩中子１１を備えた鋳造部品１０を放置した。溶融塩中子１１は水の浸食作用による融解のみによって除去されたが、完全に除去されるまでに要した時間は１８０分であった。

本発明による溶融塩中子の除去方法を実施するのに用いられる装置とその使用態様の一例を説明するための図であり、図１ａは概略断面を、図１ｂはその一部を拡大して示している。 本発明による溶融塩中子の除去方法を実施するのに用いられる装置とその使用態様の他の例を説明するための図であり、図２ａは概略断面を、図２ｂはその一部を拡大して示している。

符号の説明

１…浴、２…水、３…誘導加熱コイル、３ａ…磁力線、４…温度センサ、５…制御装置、６…送水ポンプ、７…入水口、８…排水ポンプ、９…出水口、１０…鋳造部品、１１…溶融塩中子、１２…溶融塩中子の軟化融解した部分、１３…その近傍に残存している溶融塩中子の崩壊した部分、２０…バーナー、２１…バーナーの火炎、２２…超音波振動発信素子、２３…ホーン、２４…把持手段、２５…把持手段の移動機構

Claims (8)

1. 溶融塩中子を備えた鋳造部品から溶融塩中子を除去する方法であって、
   溶融塩中子を備えた鋳造部品を水の中に浸漬する工程、
   水中に浸漬した鋳造部品を加熱する工程、および、
   加熱した鋳造部品を伝熱材として溶融塩中子を昇温させ溶融塩中子に部分的な軟化と融解を生じさせる工程、とを少なくとも備え
   溶融塩中子の軟化融解した部分に鋳造部品が浸漬している水の一部が接触することにより生じる水の気化爆発の力を利用して溶融塩中子に崩壊を生じさせて溶融塩中子の除去を促進することを特徴とする溶融塩中子の除去方法。
2. 鋳造部品の加熱を誘導加熱により行うことを特徴とする請求項１に記載の溶融塩中子の除去方法。
3. 鋳造部品の加熱を鋳造部品の一部を加熱源に直接接触させることにより行うことを特徴とする請求項１に記載の溶融塩中子の除去方法。
4. 鋳造部品の加熱を局所的に行いかつ場所を変えて行うことを特徴とする請求項１または２に記載の溶融塩中子の除去方法。
5. 溶融塩中子を備えた鋳造部品に振動を与える工程をさらに有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の溶融塩中子の除去方法。
6. 鋳造部品が浸漬している水の温度管理を行う工程をさらに有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の溶融塩中子の除去方法。
7. 溶融塩中子を構成する溶融塩が塩化ナトリウムであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の溶融塩中子の除去方法。
8. 溶融塩中子を構成する溶融塩が硝酸塩であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の溶融塩中子の除去方法。

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