JP4698353B2 - 押湯加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属製品を鋳造する際に、押湯を加熱する押湯加熱装置に関する。

鉄や銅、アルミニウム等の金属製品を鋳造する過程では、鋳型内に充填した溶融金属が凝固する際に金属の体積収縮が生じて、鋳造された製品に引け巣と呼ばれる空隙が発生する。この引け巣の発生を防止するために、製品が鋳造される過程で、押湯を鋳型内に補給する必要がある。そのため、押湯は、鋳造過程において、金属が凝固しない温度に加熱、保温されていなければならない。

押湯を加熱、保温する方法としては、特許文献１に記載の押湯保温方法が知られている。この押湯保温方法は、図３に示すように、鋳型空隙部５２の上部に連設した押湯部５５の周囲に電気抵抗発熱体５８を配置し、その外周面に設けた金属製端子５９を経て発熱体５８に通電することにより、発生するジュール熱を用いて押湯を均一に加熱、保温する方法である。そして、押湯部５５で保温された押湯は、供給口５３を介して鋳型空隙部５２に補給することができる。
特開昭５６−７１５５６号公報

ところが、このような押湯保温方法によれば、押湯において特に加熱が必要な供給口５３の近傍を加熱するために、押湯部５５の全体を加熱していたため、過大な電力を要していた。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、押湯を効率良く加熱することができる押湯加熱装置の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、導電性を有するスリーブと、前記スリーブの一端側及び他端側にそれぞれ取り付けられた一対の電極とを備え、前記一対の電極間に電圧を印加して前記スリーブに通電することにより、前記スリーブ内に収容された押湯を加熱する押湯加熱装置により達成される。

この押湯加熱装置において、前記スリーブは、軸方向に沿って配置された高抵抗部及び低抵抗部を備え、前記高抵抗部は、前記低抵抗部よりも軸方向における単位長さあたりの電気抵抗が大きいことが好ましい。

また、前記高抵抗部は、前記低抵抗部よりも肉厚が薄いことが好ましい。

或いは、前記高抵抗部は、前記低抵抗部よりも電気比抵抗値が大きい材料により形成されていることが好ましい。

以上の各押湯加熱装置において、前記スリーブは、内周面全体がテーパ面とされていることが好ましい。

また、前記スリーブは、両端部の外周面から外方へ突出する一対の取付部を有しており、前記一対の電極は、導電性を有する断熱材を介してそれぞれ前記各取付部に取り付けられていることが好ましい。

本発明の押湯加熱装置によれば、押湯を効率良く加熱することができる。

以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る押湯加熱装置１の側面断面図、図２は、押湯加熱装置１の上面図である。

図１に示すように、この押湯加熱装置１は、スリーブ２と、スリーブ２の上部に取り付けられた上部電極２１及び下部に取り付けられた下部電極２２とを備えており、鋳型４０の上部に設置される。

スリーブ２は、通電すると発熱する導電性材料から形成されており、例えば、カーボン、黒鉛、炭化珪素等を含む耐火物や押湯金属に対して相対的に高融点の金属などを使用できる。また、スリーブ２は、軸方向に沿って配置された高抵抗部４及び低抵抗部５を備えている。スリーブ２の上端部及び下端部には、外周面から外方へ突出する上部取付部７及び下部取付部８がそれぞれ設けられている。また、スリーブ２は、外周面に断熱シート３１が巻かれており、内部には、溶融金属からなる押湯ａが収容される。

高抵抗部４は、肉厚が低抵抗部５より薄く、電気抵抗値が低抵抗部５より大きくなるように構成されている。ここで、電気抵抗値とは、スリーブ２の軸方向における単位長さあたりの電気抵抗である。肉厚は、同じ材料を用いた場合には、低抵抗部５が高抵抗部４の１．１〜５．０倍であることが好ましく、本実施形態では、低抵抗部５が２０ｍｍ、高抵抗部４が１０ｍｍにそれぞれ設定されている。

上部電極２１及び下部電極２２は、図２に示すように、リング状に形成されており、上部取付部７及び下部取付部８にそれぞれ取り付けられている。上部電極２１及び下部電極２２と、上部取付部７及び下部取付部８との間には導電性断熱材３２が介在されている。この導電性断熱材３２は、導電性、断熱性及び密着性に優れた材質のものが好ましく、本実施形態においては、膨張黒鉛シートを使用している。導電性断熱材３２としては、炭素繊維ペーパーや炭素繊維フェルトなどを用いてもよい。また、下部電極２２及びスリーブ２と、鋳型４０との間には、スペーサー４４が設置されている。このスペーサー４４は、絶縁体で形成されていることが好ましい。また、上部電極２１及び下部電極２２の周縁には、径方向外方へ張り出す張出部２１ｂ、２２ｂ及び複数のフレーム４６、４７が設けられており、張出部２１ｂ、２２ｂは、導電板２１ａ、２２ａに接続されている。

フレーム４６、４７は、固定タイロッド４５により固定されている。固定タイロッド４５は、下部がスペーサー４４に固定され、上部が固定ナット４９によりねじ止めされている。これによって、上部電極２１及び下部電極２２は、スリーブ２に固定される。固定タイロッド４５は、ねじ止めによってフレームや複数の部品を組み立てる公知のものを使用することができ、絶縁体で構成されていることが好ましい。固定ナット４９と、フレーム４６との間には絶縁板４８が介在されている。

導電板２１ａ、２２ａはサイリスタ整流器等の電源装置Ｅに接続されており、上部電極２１と下部電極２２との間に電圧を印加できる構成になっている。

鋳型４０は、例えば、砂型や金型等であり、内部には、鋳型空隙部４３が形成されており、この鋳型空隙部４３はスリーブ２の内部と連通している。また、鋳型４０には、溶融金属を注入する湯口４１及び、湯口４１と鋳型空隙部４３とを接続する湯道４２が形成されている。

次に、以上のように構成された押湯加熱装置１を用いて押湯ａを加熱する方法を説明する。

まず、押湯加熱装置１を鋳型４０の上部に立設して、鋳型空隙部４３とスリーブ２の内部とを連通させる。押湯加熱装置１を設置する位置は、鋳造製品の引け巣が発生しやすい部分を考慮して決定することが好ましい。

次に、電源装置Ｅをオンにして、上部電極２１と下部電極２２との間に電圧を印加する。これにより、スリーブ２は、軸方向に電流が流れて、発熱する。

その後、湯口４１から溶融金属を注入する。この際、溶融金属の量を鋳型空隙部４３の体積より多く設定する。注入された溶融金属は、湯口４１から湯道４２を通過し、鋳型空隙部４３に充填される。また、溶融金属の一部は、鋳型空隙部４３から溢れ出て、スリーブ２内に充填される。こうして、スリーブ２内に押湯ａが収容され、スリーブ２の発熱により加熱される。一方、鋳型空隙部４３内の溶融金属は、時間が経過すると、凝固して、金属製品が鋳造される。この過程において、押湯ａは、スリーブ２により加熱されているので、凝固せずに溶融状態を維持する。この時、スリーブ２の高抵抗部４は、低抵抗部５より電気抵抗値が大きいので、低抵抗部５より高温になっており、一方、低抵抗部５は、高抵抗部４に比べて発熱が抑制されている。このように、押湯ａが主に接触する高抵抗部４が高温になり、低抵抗部５の発熱が抑制されるので、押湯ａを効率良く加熱することができる。

溶融金属が凝固した後、電源装置Ｅをオフにして、スリーブ２への通電を止める。これにより、スリーブ２は発熱しなくなり、内部に収容された押湯ａが凝固する。その後、鋳造製品から鋳型４０を取り外し、押湯ａから押湯加熱装置１を取り外す。最後に、鋳造製品から押湯ａを切り離す。こうして、製品が完成する。

本実施形態では、上部電極２１及び下部電極２２と、上部取付部７及び下部取付部８との間に導電性断熱材３２を介在させたので、スリーブ２で発生した熱が上部電極２１及び下部電極２２を介して放熱するのを防ぐことができる。また、スリーブ２の外側に断熱シート３１を巻いたので、スリーブ２からの放熱を防ぐことができる。また、スペーサー４４を設置したので、押湯加熱装置１の設置面が平坦になり、安定的に設置することができる。また、スペーサー４４を絶縁体にした場合には、下部電極２２と鋳型４０と間の導電を断つことができる。また、電源装置Ｅの電圧を調節することにより、スリーブ２の温度を容易に制御することができる。更に、スリーブ２の電気抵抗値を測定することにより、異常を検出して、交換時期などを判別することができる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されない。例えば、スリーブ２の構成は、高抵抗部４の電気抵抗値が低抵抗部５の電気抵抗値より大きい構成であれば特に限定されず、高抵抗部４の材質が低抵抗部５の材質より電気比抵抗値が大きい構成であってもよい。この場合、高抵抗部４の電気比抵抗値は、発熱効率を高めるために、１０×１０^−３〜５００×１０^−３Ω・ｃｍであることが好ましく、５０×１０^−３〜２００×１０^−３Ω・ｃｍであることがより好ましい。また、低抵抗部５の電気比抵抗値の、高抵抗部４の電気比抵抗値に対する比は、０．００１〜０．８であることが好ましく、０．０１〜０．３であることがより好ましい。

また、本実施形態においては、高抵抗部４と低抵抗部５との接合部分は、段差形状であったが、肉厚が連続的に変化する形状であってもよい。

また、スリーブ２の内周面全体は、テーパ面としてもよい。これにより、製品の鋳造後に、スリーブ２を押湯ａから容易に取り外すことができる。

また、本実施形態においては、高抵抗部４をスリーブ２の軸方向の一方側に配置し、低抵抗部５を他方側に配置していたが、配置位置は適宜設定可能である。例えば、スリーブ２の中央部を高抵抗部４、上部及び下部を低抵抗部５にすることができる。これにより、上部電極２１及び下部電極２２を、発熱が抑制されている低抵抗部５に取り付けることができるので、上部電極２１及び下部電極２２が熱により損傷するのを防止することができる。

また、スリーブ２の内径は、鋳型空隙部４３付近の内径を他の部分の内径より小さくしてもよい。これにより、鋳造製品と押湯ａとの接続部分が狭小になるので、押湯ａを製品から容易に切り離すことができ、歩留を向上させることができる。

以下、実施例及び比較例を用いて、本発明を更に詳細に説明する。ただし、本発明が本実施例に限定されるものではない。

押湯加熱装置１に電圧を印加して、通電加熱を行った。実施例は、スリーブ２の肉厚が変化し、電気抵抗値が変化するものとした。また、従来技術として示した比較例は、スリーブ２の肉厚が一定であり、電気抵抗値が変化しないものとした。

スリーブ２の内径、長さ及び電気比抵抗値は、実施例及び比較例共に、それぞれ、１６０ｍｍ、５００ｍｍ及び１５×１０^−３Ω・ｃｍとした。スリーブ２における高抵抗部４及び低抵抗部５の肉厚を、それぞれ表１に示すように設定した。また、実施例における高抵抗部４の長さを２００ｍｍとした。実施例及び比較例において、スリーブ２に２０Ｖの電圧を５分間印加した。

その結果、表１から明らかなように、電気抵抗値を変化させない比較例においては、スリーブ２の温度が上昇しないので、押湯ａを加熱することができないが、電気抵抗値を変化させた実施例においては、スリーブ２の高抵抗部４を高温にすることができるので、押湯ａを加熱することができる。また、押湯ａが主に接触する高抵抗部４を高温にする一方、低抵抗部５の発熱を抑制するので、押湯ａを効率良く加熱することができる。

本発明の一実施形態に係る押湯加熱装置の側面断面図である。 押湯加熱装置の上面図である。 従来の押湯加熱装置の側面断面図である。

符号の説明

ａ 押湯
Ｅ 電源装置
１ 押湯加熱装置
２ スリーブ
４ 高抵抗部
５ 低抵抗部
７ 上部取付部
８ 下部取付部
２１ 上部電極
２２ 下部電極
３１ 断熱シート
３２ 導電性断熱材
４０ 鋳型
４３ 鋳型空隙部
４４ スペーサー
４５ 固定タイロッド

Claims (5)

1. 導電性を有するスリーブと、
   前記スリーブの一端側及び他端側にそれぞれ取り付けられた一対の電極とを備え、
   前記一対の電極間に電圧を印加して前記スリーブに通電することにより、前記スリーブ内に収容された押湯を加熱する押湯加熱装置であって、
   前記スリーブは、軸方向に沿って配置された高抵抗部及び低抵抗部を備え、
   前記高抵抗部は、前記低抵抗部よりも軸方向における単位長さあたりの電気抵抗が大きい押湯加熱装置。
2. 前記高抵抗部は、前記低抵抗部よりも肉厚が薄い請求項１に記載の押湯加熱装置。
3. 前記高抵抗部は、前記低抵抗部よりも電気比抵抗値が大きい材料により形成されている請求項１に記載の押湯加熱装置。
4. 前記スリーブは、内周面全体がテーパ面とされている請求項１から３のいずれかに記載の押湯加熱装置。
5. 前記スリーブは、両端部の外周面から外方へ突出する一対の取付部を有しており、
   前記一対の電極は、導電性を有する断熱材を介してそれぞれ前記各取付部に取り付けられている請求項１から４のいずれかに記載の押湯加熱装置。