JP5359718B2 - 予熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、金型内湯路を備えた金型と中間ストークを予熱する予熱装置及び予熱方法に関する。

鋳造に用いられる金型では、鋳造に先立って、金型を予熱しておきたいという要望がある。例えば特許文献１に、バーナを用いて金型を予熱する技術が開示されている。

特開２００５−２４６４０２号公報

通常、低圧鋳造装置では、溶湯はストーク及び中間ストークと呼ばれる溶湯供給管を通して溶湯容器から金型へ導かれる。金型には、その外側からキャビティへ貫通する複数の金型内湯路が設けられており、溶湯はストークと中間ストークと金型内湯路を通じてキャビティへ供給される。ここで「中間ストーク」とは、その一端がストークに接続される他端に比べて広く開口している溶湯供給管を意味しており、広く開口している大開口部が金型に形成された複数の金型内湯路の金型外側開口部を覆うように配置される。ストークは、一端が中間ストークに接続されるとともに、他端が容器に貯蔵されている溶湯に浸かっている。中間ストークは、１つのストークから供給された溶湯を複数の金型内湯路へ分配する。キャビティへ充填される際に溶湯の温度が低下すると鋳造品質が落ちる虞がある。そこで低圧鋳造装置では、鋳造に先立って、金型だけでなく、溶湯が通過する湯路全体を予熱しておくことが好ましい。しかし、特許文献１のように、金型をキャビティ側からバーナで予熱するだけでは、金型の温度に比べてストークや中間ストークの温度を十分に上昇させることができない。

本発明は、上記課題に鑑みて創作された。その目的は、中間ストークを含む湯路全体を効果的に予熱する技術を提供することにある。

本明細書で開示される新規な予熱装置は、溶湯をキャビティに導く金型内湯路を備えた金型と、金型内湯路の金型外側開口部に面しており溶湯を金型内湯路に導く中間ストークを予熱する予熱装置であり、スリーブとバーナを備えている。スリーブは筒型形状をしており、金型内湯路の内壁と隙間を隔てて金型内湯路を貫通しており、一端がキャビティ内に位置しており、他端が中間ストーク内に位置している。バーナは、キャビティ側からスリーブ内側へ向かって火炎を放射する。

この予熱装置は、スリーブが金型内湯路の内壁と隙間を隔てつつ、金型内湯路を貫通するように配置されることを特徴とする。つまり、金型内湯路に、バーナの熱風が通る流路として、スリーブ内側の第１流路とスリーブ外側の第２流路が形成される。そのため、バーナを用いてキャビティ側からスリーブ内側へ向かって火炎を放射すると、熱風は第１流路を通って中間ストークに送られ、第２流路を通ってキャビティ側へと戻る。つまり、第１流路と第２流路によって中間ストークへ流入する熱風の流れと中間ストークから流出する熱風の流れが明確に分けられ、キャビティから中間ストークへ流入し再びキャビティへと流出する熱風のスムースな循環路が形成される。これによって、中間ストークに送られる熱風の量が増加し、中間ストークの温度を十分に上昇させることができる。金型内湯路は、中間ストークを循環した後に第２流路を通過する熱風と、スリーブの輻射熱によって加熱される。第２流路を通過する熱風は中間ストークに熱を与えることによって温度が低下しているが、金型内湯路はスリーブの輻射熱でも加熱されるため温度が十分に上昇する。本明細書が開示する予熱装置によれば、中間ストークを含む湯路全体を効果的に予熱することができる。

本明細書で開示される新規な予熱装置は、バーナが発生する熱風の進路を中間ストーク内壁から遠ざける方向へ向ける第１風向制御板がスリーブの中間ストーク側端部に設けられていることが好ましい。複数の金型内湯路の金型外側開口部を同時に覆う大開口部を有する中間ストークでは、中間ストークの内壁の一部が金型内湯路に近接して配置されることがある。そのため、スリーブから出た熱風が中間ストークの内壁に局所的に当り、中間ストークの内壁の局所的な劣化を引き起こす虞がある。この予熱装置では、第１風向制御板を設けることで、中間ストークが局所的に加熱されることが抑制され、中間ストークの局所的劣化を抑制することができる。

本明細書で開示される新規な予熱装置は、スリーブ側面からキャビティ面に沿って伸びている第２風向制御板を備えていることが好ましい。この第２風向制御板によって、中間ストーク内からスリーブ外側を通ってキャビティへ戻った熱風をキャビティ面に沿って導くことができ、この熱風を利用して金型のキャビティ表面も同時に予熱することができる。

第２風向制御板は、中間ストーク内からスリーブ外側を通ってキャビティへ戻る熱風をバーナから遠ざける方向へ向けることが好ましい。これによって、キャビティへ戻った熱風がバーナに当たってバーナが加熱されることが抑制され、バーナの劣化を抑制することができる。

本発明はまた、溶湯をキャビティに導く金型内湯路を備えた金型と、金型内湯路の金型外側開口部に面しており溶湯を金型内湯路に導く中間ストークを予熱する予熱方法にも具現化される。この予熱方法は、以下の２つの工程を備えている。
（１）金型内湯路の内壁と隙間を隔てて金型内湯路を貫通しており、一端がキャビティ内に位置しており、他端が中間ストーク内に位置している筒型のスリーブを取り付ける工程。
（２）キャビティ側からスリーブ内側へ向かって火炎を放射する工程。
この方法によれば、前述した予熱装置と同様の効果が得られ、中間ストークを効率よく予熱することができる。

本発明は、中間ストークを含む湯路全体を効果的に予熱する技術を提供する。

図１は、低圧鋳造装置１０の模式的断面図を示す。 図２は、予熱装置３０の模式的断面図を示す。 図３は、予熱装置３０の予熱動作を説明する図である。

実施例の予熱装置を説明する前に、まず低圧鋳造装置１０を説明する。図１に示すように、低圧鋳造装置１０は、アルミニウムを鋳造する装置であり、溶湯容器１２とストーク１４と中間ストーク１６と金型１８を備えている。溶湯容器１２は、融解したアルミニウムの溶湯１３を蓄える容器である。ストーク１４は筒型形状をしており、高い高温耐熱性を備えている。中間ストーク１６は、略椀型形状をしており、その大径部には大開口部１６ａが形成され、その底部には小開口部１６ｂが形成されている。中間ストーク１６の大開口部１６ａは、金型１８に固定されている。中間ストーク１６の小開口部１６ｂは、ストーク１４の一端に固定されている。中間ストーク１６は、ストーク１４と連通する。中間ストーク１６の内壁には、ＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３などで構成される耐火断熱層１７が設けられている。金型１８は鉄製であり、上型１８ａと中間型１８ｂと下型１８ｃによって構成されている。金型１８には、生成する鋳造物と等しい形状の空洞であるキャビティ２０が形成されている。金型１８の下型１８ｃには、金型１８の外部とキャビティ２０を連通する複数の金型内湯路２２が形成されている。金型内湯路２２には、鉄製のカバー部材２４がはめ込まれている。中間ストーク１６の大開口部１６ａは、金型１８に形成された複数の金型内湯路２２の金型外側開口部を覆うように配置されている。そのため、キャビティ２０は、複数の金型内湯路２２を通してストーク１４及び中間ストーク１６と連通する。なお、図１では、２つの金型内湯路のうち右側の金型内湯路にのみ符号を付している。また、図１では２つの金型内湯路が中間ストーク１６の大開口部１６ａに覆われている様子が図示されているが、中間ストーク１６の大開口部１６ａが覆う金型内湯路の数はいくつでもよい。

低圧鋳造装置１０を用いて鋳造する際には、ストーク１４の他端を溶湯１３に挿入し、溶湯１３に圧力を印加する。これにより、溶湯１３がストーク１４と中間ストーク１６と金型内湯路２２の内側を通って上昇し、キャビティ２０内へと導かれる。以後、溶湯１３が通過するストーク１４と中間ストーク１６と金型内湯路２２を湯路２６と総称することがある。溶湯１３は、キャビティ２０に充填された後にキャビティ２０内で冷却されて固化し、鋳造物が生成される。しかし、溶湯１３と金型１８や湯路２６の温度差が大きいと、溶湯１３がキャビティ２０に充填されるまでに溶湯１３の温度が低下し過ぎてしまう虞がある。この場合、鋳造品の内部に大きな欠陥が生じたり、望ましい硬さが得られなかったりするなど、生成される鋳造品の品質を所定の基準にまで保つことができない可能性がある。そのため、低圧鋳造装置１０では、従来技術に示すように鋳造に先立って金型１８を予熱するだけではなく、中間ストーク１６を含む湯路２６全体を予熱することが好ましい。

図２に、実施例の予熱装置３０の模式図を示す。予熱装置３０は、湯路２６のうち、主として中間ストーク１６と金型内湯路２２を予熱する装置である。予熱装置３０は、バーナ３２と、スリーブ３４と、固定具３８から構成されている。バーナ３２は、火炎を放射する放射口３２ａを複数個備えている。スリーブ３４は、筒型形状をしている。スリーブ３４は、耐熱鋼やセラミック等で形成されており、下型１８ｃに形成された複数の金型内湯路２２に対応して複数個配置される。スリーブ３４は、必ずしも全ての金型内湯路２２に配置する必要はない。スリーブ３４の外径は、カバー部材２４の内径（金型内湯路２２の内径）よりも細い。スリーブ３４の一端（中間ストーク側の端部）には、スリーブ３４の軸方向に対して内側に傾斜している第１風向制御板３６が形成されている。また、スリーブ３４の他端（キャビティ側端部）には、スリーブ３４の他の部分よりも大径なリブ３５が形成されている。固定具３８は、スリーブ３４を金型内湯路２２に対して固定する鉄製又はセラミック製の治具であり、キャビティ２０側から下型１８ｃの金型内湯路２２に対して脱着可能に固定される。固定具３８の上部には、第２風向制御板４０が設けられている。第２風向制御板４０の金型内湯路２２に対向する部位には、スリーブ３４を貫通させるための貫通孔３８ａが形成されている。第２風向制御板４０は、固定具３８を金型１８の下型１８ｃに固定した際に対向配置されるキャビティ２０の内壁に沿うようもしくは任意に設定できるように伸びている。

図２に示すように、予熱装置３０を用いて中間ストーク１６と金型内湯路２２を予熱する際には、まず金型１８の上型１８ａと中間型１８ｂの間を分離し、キャビティ２０を開放する。次に、開放されたキャビティ２０側から、固定具３８を下型１８ｃの金型内湯路２２に対して固定する。これによって、固定具３８の第２風向制御板４０は、スリーブ３４の側面からキャビティ２０の面に沿って伸び、固定具３８の第２風向制御板４０とキャビティ２０の内壁（金型の内壁）の間に、キャビティ２０の内壁に沿って伸びるキャビティ内流路４２が形成される。次に、第１風向制御板３６が設けられているスリーブ３４の一端側から、スリーブ３４を固定具３８の貫通孔３８ａに挿入する。スリーブ３４は、金型内湯路２２を貫通し、その一端は中間ストーク１６の内部にまで達する。金型内湯路２２はスリーブを挿入することによって、筒状のスリーブ３４内側の第１流路４４と、スリーブ３４とカバー部材２４の間に挟まれた第２流路４６に区分される。第２流路４６は、上述したキャビティ内流路４２に連通する。スリーブ３４は、リブ３５が第２風向制御板４０と当接して固定具３８に固定される。その際にスリーブ３４は、図２に示すように、その一端に設けられた第１風向制御板３６が、中間ストーク１６の内壁側に位置する向きに固定される。

次に、バーナ３２をキャビティ２０内に設置する。図２に示すように、バーナ３２に形成された放射口３２ａの幾つかは、金型内湯路２２内に配置されたスリーブ３４に対向配置され、残りの放射口３２ａは、金型１８の内壁に対向配置される。バーナ３２は、中間ストーク１６と金型内湯路２２を予熱するバーナであり、金型１８を予熱するバーナでもある。

中間ストーク１６と金型内湯路２２を予熱する際には、図３に示すように、放射口３２ａからスリーブ３４内側の第１流路４４に火炎を放射する。これによって、矢印５０に示されるように、第１流路４４を通して中間ストーク１６に熱風が送られ、中間ストーク１６が予熱される。この予熱装置３０では、金型内湯路２２が第１流路４４と第２流路４６に区分される。そのため、第１流路４４を通してキャビティ２０側から中間ストーク１６内に熱風を送ると、既に中間ストーク１６内に送り込まれていた熱風が第２流路４６を通じてキャビティ２０へ戻る。つまり、スリーブ３４によって、キャビティ２０と中間ストーク１６の間で熱風をスムースに循環させることができる。これにより、中間ストーク１６へ流れ込む熱風の量を増加させることができ、中間ストーク１６の温度を十分に上昇させることができる。

この予熱装置３０では、金型内湯路２２内にスリーブ３４を配置することで、下記の効果を得ることもできる。スリーブ３４なしで熱風を直接に金型内湯路２２へ当てると、熱風の熱量が金型内湯路２２へ伝導し、金型内湯路２２が予熱されると同時に熱風の温度が下がる。その場合、温度の低下した熱風が中間ストーク１６へ送られるので、金型内湯路２２の温度上昇と比較して中間ストークの温度上昇が緩やかとなる。その結果、金型内湯路２２の温度ほどに中間ストーク１６の温度を上げることができない。本実施例の予熱装置３０では、熱風をスリーブ３４へ当てる。スリーブ３４は明らかに金型１８よりも小さいので、スリーブ３４の熱容量は金型内湯路２２が形成されている金型１８の熱容量に比べて小さい。そのため、本実施例では、バーナの熱風はまずスリーブ３４を加熱するが、スリーブなしの場合と比較して熱風の温度低下は小さくなる。スリーブ３４が中間ストーク１６へ流れ込む熱風の温度降下を抑制することができ、その結果、本実施例の予熱装置３０は中間ストーク１６の温度を十分に上昇させることができる。

上述したように、この予熱装置３０では、熱風はスリーブ３４へ当てられ、金型内湯路２２へ直接に熱風が当てられることがない。そのため、金型内湯路２２が過度に加熱され、金型内湯路２２が変形したり劣化したりすることが防止される。その一方、スリーブ３４は熱風によって加熱される。この予熱装置３０では、加熱されたスリーブ３４を用いて金型内湯路２２を予熱する。この予熱装置３０は、加熱されたスリーブ３４から輻射される輻射熱を利用して金型内湯路２２を予熱することができる。

スリーブ３４の中間ストーク１６側の端部には、第１風向制御板３６が形成されている。そのため、第１流路４４を通って中間ストーク１６内へと流れ込んだ熱風は、矢印５２に示すように、第１風向制御板３６によって中間ストーク１６の内壁から遠ざかる方向へと進み、中間ストーク１６の内壁に局所的に当ることが防止される。これによって、中間ストーク１６の内壁が局所的に加熱されることが抑制され、中間ストークが局所的に劣化するのを抑制することができる。

中間ストーク１６内へと流れ込んだ熱風は、矢印５４に示すように、中間ストーク１６内を循環し、第２流路４６を通ってキャビティ２０内へと流れ込む。熱風は、中間ストーク１６内を循環する際に、中間ストーク１６の内壁の全域を加熱する。また、熱風は、第２流路４６を通過する際に、金型内湯路２２を加熱する。金型内湯路２２は、スリーブ３４から輻射される輻射熱と第２流路４６を通過する熱風によって、その温度が十分に上昇する。

第２流路４６はキャビティ内流路４２に連通しており、矢印５６に示すように、第２流路４６を通してキャビティ２０内へと流れ込んだ熱風は、キャビティ内流路４２を通ってキャビティ２０の内壁（金型の内壁）に沿って流れる。この熱風の流れによって、キャビティ２０の内壁が予熱される。また、キャビティ２０内へと流れ込む熱風は、第２風向制御板４０によってバーナ３２から遠ざかる方向へと進み、バーナ３２に直接吹き付けられない。これによって、キャビティ２０内へと流れ込む熱風によってバーナ３２が加熱されることが抑制される。即ち、予熱装置３０は第２風向制御板４０によってバーナ３２の劣化を抑制することができる。

図２に示すように、金型１８（金型内湯路２２含む）と中間ストーク１６の複数個所には、温度計４８が設けられている。操作者は、温度計４８の温度を計測し、全ての温度計４８の温度が低圧鋳造に必要な基準温度を超えた場合に、火炎の放射を終了する。火炎の放射の終了後、操作者は、速やかにキャビティ２０内から予熱装置３０を取り出し、金型１８の上型１８ａと中間型１８ｂを閉じる。これによって中間ストーク１６と金型１８（金型内湯路２２を含む）の予熱を終了し、金型１８と湯路２６が予熱された状態で鋳造を開始する。

上記説明した実施例を、予熱装置３０を扱う作業者の観点で記述すると、次のように表現することができる。作業者は、まず、金型内湯路２２の内壁と隙間を隔てて金型内湯路２２を貫通する筒型のスリーブ３４を取り付ける。次に作業者は、キャビティ２０側からスリーブ３４内側へ向かってバーナ３２から火炎を放射する。上記の作業によって、中間ストーク１６を含む湯路２６全体が効果的に予熱される。

本実施例の予熱装置３０は、別の観点から見ると、次の効果を奏する。一般に低圧鋳造装置１０では、鋳造を行うに先立って、金型１８に中間ストーク１６が固定される。そのため、中間ストーク１６を予熱するには、金型１８に固定された状態の中間ストーク１６を加熱する必要がある。また、中間ストーク１６の内壁には、溶湯１３の温度を保持するための耐火断熱層１７が設けられている。そのため、例えば中間ストーク１６を外部から加熱しても、溶湯１３が実際に通過する中間ストーク１６の内壁を加熱することができない。この予熱装置３０は、バーナ３２が発生する熱風をキャビティ２０側から中間ストーク１６の内側へと送るので、中間ストーク１６の内壁を確実に加熱することができる。

金型内湯路２２にスリーブ３４が配置されていない場合、バーナ３２の火炎が金型内湯路の内壁に直接放射され、金型内湯路２２が劣化する虞がある。また、金型内湯路２２の劣化を避けるために、バーナ３２の火炎を絞ると、予熱に必要な時間が長期化する問題が生じる。本実施例の予熱装置３０では、金型内湯路２２にスリーブ３４を配置することによって、上記問題が発生することがない。なお、スリーブ３４は、バーナ３２の火炎が直接当って加熱される。金型内湯路２２は、スリーブ３４の輻射熱と、スリーブ３４の外側を通る熱風（中間ストーク１６からキャビティ２０戻る途中の熱風）によって加熱される。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：低圧鋳造装置
１２：溶湯容器
１４：ストーク
１６：中間ストーク
１７：耐火断熱層
１８：金型
２０：キャビティ
２２：金型内湯路
２６：湯路
３０：予熱装置
３２：バーナ
３４：スリーブ
３５：リブ
３６：第１風向制御板
３８：固定具
４０：第２風向制御板
４２：キャビティ内流路
４４：第１流路
４６：第２流路
４８：温度計

Claims (5)

1. 溶湯をキャビティに導く金型内湯路を備えた金型と、金型内湯路の金型外側開口部に面しており溶湯を金型内湯路に導く中間ストークを予熱する予熱装置であり、
   金型内湯路の内壁と隙間を隔てて金型内湯路を貫通しており、一端がキャビティ内に位置しており、他端が中間ストーク内に位置している筒型のスリーブと、キャビティ側からスリーブ内側へ向かって火炎を放射するバーナと、を備える予熱装置。
2. バーナが発生する熱風の進路を中間ストーク内壁から遠ざける方向へ向ける第１風向制御板がスリーブの中間ストーク側端部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の予熱装置。
3. スリーブ側面からキャビティ面に沿って伸びている第２風向制御板を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の予熱装置。
4. 第２風向制御板は、中間ストーク内からスリーブ外側を通ってキャビティへ戻る熱風をバーナから遠ざける方向へ向けることを特徴とする請求項３に記載の予熱装置。
5. 溶湯をキャビティに導く金型内湯路を備えた金型と、金型内湯路の金型外側開口部に面しており溶湯を金型内湯路に導く中間ストークを予熱する予熱方法であり、
   金型内湯路の内壁と隙間を隔てて金型内湯路を貫通しており、一端がキャビティ内に位置しており、他端が中間ストーク内に位置している筒型のスリーブを取り付ける工程と、
   キャビティ側からスリーブ内側へ向かって火炎を放射する工程と、
   を備える予熱方法。

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