JP5583231B2 - アルミ系材料溶解装置 - Google Patents

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Description

本発明は、アルミニウムを主成分とするアルミ系材料を溶融状態に溶かすアルミ系材料溶解装置に関する。
鋳造は、例えば金属材料を融点より高い温度で熱して液体に溶解した後成型装置に流し込み、冷やして所定の形状に固めることによって金属製品をつくる加工方法の一つである。アルミ系材料を溶解する溶解炉としては、例えば連続稼働の下で溶融塩でアルミ系材料を溶解する回転炉が従来より知られている（例えば特許文献１参照）。この回転炉は、回転自在に装着された炉体と、炉体の内壁に取り付けられた複数のスコップ部材とを有し、スコップ部材が炉体の回転と共に回転しアルミ系材料の溶湯をくみ出す。また、汲み出された溶湯を貯留するための溜め部材が炉体に延伸されて設けられている。アルミ系材料の顆粒を溜める供給ホッパーは、回転炉に連結されており、アルミ系材料を継ぎ管を介して炉体に送るように炉体に延伸されて取り付けられている。
米国特許第３,０７０,４３７号公報
上記回転炉によれば、アルミ系材料の溶融は開放した空間の中で行われているため、溶融する熱は絶えず外部に放出する。そのため、溶融するための温度が一定にならず、また酸化反応をも引き起こすので、一定の温度に保つための消費電力が大幅に上がったり、金属製品に欠陥が生じて歩留まりが低下するなどの問題点がある。
本発明は、消費電力を節減することができると共に製品の歩留まりの向上を図ることができるアルミ系材料溶解装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明のアルミ系材料溶解装置は、アルミ系材料を溶かして溶融状態になったアルミ系融液を貯留する密閉状の溶解空間を形成した溶解炉と、前記溶解空間内に貯留する前記アルミ系融液よりも上にあるように前記溶解空間内に設けられた内側部と、前記内側部から続いて前記溶解炉の外部に延びる外側部とを有する融液導管と、前記溶解炉に設けられた駆動機構と、前記駆動機構に連結されるように前記溶解炉に設けられた伝達機構と、前記伝達機構を介して前記駆動機構によって駆動されるように前記溶解空間につるして取り付けられており、前記駆動機構によって、前記アルミ系融液を掬いだす掬い位置に対応する前記溶解空間内の下側位置と、掬い出された前記アルミ系融液を前記融液導管に出す吐出位置に対応する前記溶解空間内の上側位置とに定位されるように昇降可能であると共に、所定の第１の軸線を中心として前記溶解炉に対して前記掬い位置と前記吐出位置とに揺動するように駆動される掬い部材とを備えていることを特徴とする。
本発明に係るアルミ系材料溶解装置は、密閉した溶解空間の中でアルミ系材料を溶融するので、溶融温度を一定に保つことができ、消費電力を大幅に削減することができる。また、密閉した溶解空間内でアルミ系材料を溶融するので、酸化反応を大幅に抑えることができ、歩留まりの向上を図ることができる。また、駆動機構と伝達機構によって掬い部材のアルミ系融液のくみ出し量を調節することができる。
本発明に係るアルミ系材料溶融装置の斜視図である。 本発明に係るアルミ系材料溶融装置の断面側面図である。 駆動機構と伝達機構を示す斜視図である。 掬い部材と伝達機構とを説明する斜視図である。 掬い部材が吐出位置に定位された状態を示す断面側面図である。 プレヒートファンネルと伝達軸と導入管の一部とを示す底面斜視図である。 伝達軸と導入管と攪拌部材とを示す斜視図である。 重量制御バルブ機構によってアルミ系材料を供給することを説明する側面図である。 重量制御バルブ機構を示す斜視図である。
以下、本発明に係るアルミ系材料溶解装置の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明に係るアルミ系材料溶解装置は、例えば成型装置６に近づいたり遠ざかったりと往復動自在にベース台３７に装着されるものであり、図１〜図４に示されているように、溶解炉３と、融液吐出導管３８と、複数の加熱部材３１と、温度センサー３２と、融液高さセンサー３３と、駆動機構と、伝達機構と、掬い部材５２と、プレヒートファンネル４１と、導入管４３と、伝達軸４２と、吐出管４２２と、らせん状ねじが形成された外周面を有する送り軸４６１と、複数の有孔中空柱４４と、供給ホッパー４５と、導出管４５１と、攪拌部材４６と、重量制御バルブ機構４０とを備えている。
供給ホッパー４５は、例えばアルミニウムやアルミ合金などの顆粒状のアルミ系材料（図示せず）が収納されている。なお、アルミ系材料の溶融温度は約６８０℃である。
溶解炉３は、アルミ系融液９０を貯留する溶解空間３０５を画成した炉本体３０と、溶解空間３０５を密閉するように炉本体３０の上部開口を覆う炉蓋３０２とを有する。炉蓋３０２には、その上部に溶解空間３０５が外部に連通する通孔３０３が設けられている。
融液導管３８は、アルミ系融液９０を排出する融液通路３８４が形成された中空状管体であり、溶解空間３０５内に貯留するアルミ系融液９０よりも上にあるように溶解空間３０５内に設けられた内側部３８１と、内側部３８１から続いて炉本体３０を貫通して外部に延びる外側部３８３とを有する。
加熱部材３１は、供給ホッパー４５から投入された溶解空間３０５に貯留したアルミ系材料を溶融温度６８０℃以上に加熱して溶かすものであり、その一部がアルミ系融液９０に浸し可能に溶解空間３０５内に延伸されるように炉蓋３０２の上側に取り付けられている。
温度センサー３２は、その一部がアルミ系融液９０に浸し可能に溶解空間３０５内に延伸されるように炉蓋３０２の上側に取り付けられている。
なお、一例として、温度センサー３２と加熱部材３１とに連結された温度制御器（図示せず）が設置されてもよい。温度制御器により、温度センサー３２によって生成された温度信号に基づいて加熱部材３２を作動させるか否かを制御するようにしてもよい。．
融液高さセンサー３３は、アルミ系融液９０の炉内高さを検出するように溶解炉３に取り付けられている。
掬い部材５２は、図２と図５に示されているように、溶解空間３０５につるすように取り付けられており、駆動機構によって、掬い出されたアルミ系融液９０を出す吐出位置に対応する溶解空間３０５内の上側位置と、アルミ系融液９０を掬いだす掬い位置に対応する溶解空間３０５内の下側位置とに定位されるように昇降可能であると共に、Ｘ軸線を中心として溶解炉３に対して吐出位置と掬い位置とでそれぞれ揺動可能に駆動されるように設けられている。掬い部材５２は、駆動機構によって動かされて、下側位置つまり掬い位置に移動定位され揺動されると、アルミ系融液９０をくみ出し（図２参照）、一方、上側位置つまり吐出位置に移動定位され揺動されると、掬い上げたアルミ系融液９０を内側部３８１に吐出する（図５参照）。このように、アルミ系融液９０を溶解空間３０５から吐出して成型装置６に流し込むことができる。
駆動機構と伝達機構とは、炉蓋３０２に設けられており、駆動機構は、第１の駆動モータ５１１と第２の駆動モータ５１２とを有し、伝達機構は、駆動機構に連結されており、第１のシャフト５１６と、第２のシャフト５１７と、ウォーム・ホイール５１４と、ウォーム５１５と、所定の第１の軸線であるＸ軸線沿いに延伸されたリンクシャフト５２３と、ラック５１３と、ピニオン５１９とを有する。
第１のシャフト５１６と第２のシャフト５１７は、互いにＸ軸線と垂直の第２の軸線であるＹ軸線に沿って同軸に炉蓋３０２を貫通して延伸されるように溶解炉３に可動的に取り付けられている。この例では、第２のシャフト５１７は、第１のシャフト５１６内で、軸受け手段（図示せず）を介して回転自在に第１のシャフト５１６と連結されるように設けられている。
第１の駆動モータ５１１は、出力軸５１８を有する。ラック５１３は第１のシャフト５１６に固定されている。ピニオン５１９は、出力軸５１８が同軸に嵌挿されて固定されており、第１の駆動モータ５１１が作動すると第１のシャフト５１６と第２のシャフト５１７がＹ軸沿いに共に移動、具体的には昇降するためにラック５１３と噛み合うように設けられている。
第２の駆動モータ５１２は、Ｙ軸を中心として第１のシャフト５１６に対して第２のシャフト５１７が回転するように第２のシャフト５１７を駆動する。
ウォーム５１５は、第２のシャフト５１７に固定されている。リンクシャフト５２３は、掬い部材５２の底部に固定されている。ウォーム・ホイール５１４は、ウォール５１５と噛み合っていると共にリンクシャフト５２３に固定されており、第２の駆動モータ５１２が作動するとリンクシャフト５２３を中心としてＸ軸線に沿って第１のシャフト５１６に対して掬い部材５２を揺動するように駆動する。
第２の駆動モータ５１２には、掬い部材５２の回動角度を制御して掬い部材５２によってくみ上げるアルミ系融液９０の量を調節するためのモータ制御手段（図示せず）が連結されている。
プレヒートファンネル４１は、供給ホッパー４５からアルミ系材料を供給されるように且つ供給されたアルミ系材料を収納するファンネルスペース４１０を画成するように炉蓋３０２の上に取り付けられており、供給ホッパー４５からファンネルスペース４１０に取り入れるためのアルミ系材料を通すインレットポート４１２が設けられている。
送り軸４６１は、ファンネルスペース４１０内でアルミ系材料が下側に動かされるように駆動するために回転自在にファンネルスペース４１０内に設けられている。
導入管４３は、溶解空間３０５とファンネルスペース４１０とに流体的に連通するようにプレヒートファンネル４１と溶解炉３との間に連結されており、環状の上側管部４３２と環状の下側管部４３３とを有するように長く形成されている。上側管部４３２は、アルミ系材料をファンネルスペース４１０から溶解空間３０５に送るように流体的に連通する中央通路４３０を画成する内壁面を有する。
伝達軸４２は、その中央軸線を中心として導入管４３に対して回転可能に駆動されるように第３の駆動モータ４２１が連結されており、図２、図６、図７に示されているように、導入管４３の上側管部４３２に直角に貫通して延伸されるように設けられている。伝達軸４２は、中央通路４３０に突き出るように放射状に形成された複数のブレード部材４２３が設けられ、複数の第３の駆動モータ４２１によって駆動回転されると、アルミ系材料を中央通路４３０を通して溶解空間３０５に送る。
上側管部４３２は、その開口側がプレヒートファンネル４１に連結されており、プレヒートファンネル４１と連結された側部には、図７に示すように、プレヒートファンネル４１側と反対側に且つ内側に向かってラッパ状に縮径する環状傾斜面４３２２が形成されている。傾斜面４３２２には、上側管部４３２の長手方向に沿って貫く複数の連通ホール４３１が互いに所定の角間隔をおいて設けられている。
複数の中空柱４４は、送り軸４６１の周りに互いに所定の角間隔をおいて対応する連通ホール４３１を通ってファンネルスペース４１０内に延伸されて設けられており、中空柱４４の周面にファンネルスペース４１０と空間的に連通する複数の連通孔４４１が形成され、溶解空間３０５から上がって連通ホール４３１を通ってきた高温ガスをファンネルスペース４１０に入らせることによって、ファンネルスペース４１０に貯留されているアルミ系材料を予熱すると共にその湿気を取ることができる。なお、ファンネルスペース４１０に置かれたアルミ系材料は、高温ガスや、アルミ系融液９０の放熱、加熱部材３１によって４５０℃〜５５０℃になるように予め加熱されることができる。
吐出管４２２は、アルミ系材料が通されて溶解空間３０５に収納されるために、送り軸４６１の中心軸線に沿う方向である軸方向に沿って、上側管部４３２の下側管部４３３側の下部４３２１から下側管部４３３側に向かって中央通路４３０と空間的に連通するように溶解空間３０５内に延伸されて設けられている。
攪拌部材４６は、ファンネルスペース４１０から溶解空間３０５にアルミ系材料を円滑に搬送するために、送り軸４６１の上にあるようにファンネルスペース４１０内に設けられており、アルミ系材料を攪拌するための複数のリング状のブレード４６２を有する。
導出管４５１は、図２、図８、図９に示されたように、供給ホッパー４５とインレットポート４１２との間に連結されており、供給ホッパー４５側の上側部４５１２とインレットポート４１２側の下側部４５１３とを有する。下側部４５１３は、上側部４５１２の中央軸線Ｌに沿う方向である軸方向に対して傾斜する底端開口４５１５が設けられている。
重量制御バルブ機構４０は、てこの原理に基づいて供給ホッパー４５内のアルミ系材料の重量によって下側部４５１３の底端開口４５１５を開閉するように構成されており、図９に示されたように、底端開口４５１５をカバーするバルブプレート４５３と、バルブプレート４５３の底面４５３１に取り付けられたリンクバー４５８と、底面４５３１とリンクバー４５８とを連結して設けられたＬの字形になった支持片４５０と、リンクバー４５８に対して直角に取り付けられていると共にインレットポート４１２に枢支具を介して枢着されている可動棒４５７と、可動棒４５７と同軸に連結され、可動棒４５７に対して直角に曲がって形成されたリンク棒４５５と、リンク棒４５５に設けられたウェイトブロック４５６とを備えている。供給ホッパー４５内のアルミ系材料がウェイトブロック４５６よりも重い場合、図２に示されているように、バルブプレート４５３は供給ホッパー４５内のアルミ系材料によって下に押し付ける力を受けて可動棒４５７に対して枢転するように下側に下がると共に、ウェイトブロック４５６が上側に上がる。これによって底端開口４５１５が開いて、供給ホッパー４５内のアルミ系材料が導出管４５１を通ってプレヒートファンネル４１に入る。供給ホッパー４５内のアルミ系材料がウェイトブロック４５６よりも軽い場合、図９に示されているように、ウェイトブロック４５６は自身の重さによって下がると、バルブプレート４５３がウェイトブロック４５６の下に押し付ける力によって上がって底端開口４５１５を閉じる。
上記の構成を備えた本発明に係るアルミ系材料溶解装置は、駆動機構と伝達機構によって掬い部材５２のアルミ系融液９０の掬い出し量を調節することができる。また、密閉された溶解空間３０５の中でアルミ系材料を溶融するので、溶融温度を一定に保つことができ、消費電力を大幅に削減することができる。また導入管４３及び中空柱４４によって溶解炉３の高温ガスをファンネルスペース４１０に入らせることができる。これによってファンネルスペース４１０に収納されているアルミ系材料を予め加熱することができるので、溶解空間３０５内のアルミ系材料を溶解可能にするまでに加熱する時間をさらに短縮することができ、消費電力を削減する効果を十分に得ることができる。また、密閉した溶解空間３０５内でアルミ系材料を溶融するので、酸化反応を大幅に抑えることができ、歩留まりの向上を図ることができる。
上述のごとく、図面を参照してこの発明の一実施例を説明したが、本発明は、図示した実施例に限定されるものではない。本発明と同一の範囲内において、または均等の範囲内において、図示した実施形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
本発明に係るアルミ系材料溶解装置は、金属製品をつくる鋳造加工に有用である。
３ 溶解炉
３０ 炉本体
３０２ 炉蓋
３０３ 通孔
３０５ 溶解空間
３１ 加熱部材
３２ 温度センサー
３３ 融液高さセンサー
３７ ベース台
３８ 融液導管
３８１ 内側部
３８３ 外側部
３８４ 融液通路
４０ 重量制御バルブ機構
４１ プレヒートファンネル
４１０ ファンネルスペース
４１２ インレットポート
４２ 伝達軸
４２１ 第３の駆動モータ
４２２ 吐出管
４２３ ブレード部材
４３ 導入管
４３０ 中央通路
４３１ 連通ホール
４３２ 上側管部
４３２２ 傾斜面
４３３ 下側管部
４４ 中空柱
４４１ 連通孔
４５ 供給ホッパー
４５０ 支持片
４５１ 導出管
４５１５ 底端開口
４５３ バルブプレート
４５３１ 底面
４５５ リンク棒
４５６ ウェイトブロック
４５７ 可動棒
４５８ リンクバー
４６ 攪拌部材
４６１ 送り軸
４６２ ブレード
５１１ 第１の駆動モータ
５１２ 第２の駆動モータ
５１３ ラック
５１４ ウォーム・ホイール
５１５ ウォーム
５１６ 第１のシャフト
５１７ 第２のシャフト
５１８ 出力軸
５１９ ピニオン
５２ 掬い部材
５２３ リンクシャフト
９０ アルミ系融液
６ 成型装置
Ｌ 中央軸線

Claims (4)

  1. アルミ系材料を溶かして溶融状態になったアルミ系融液を貯留する密閉状の溶解空間を形成した溶解炉と、
    前記溶解空間内に貯留する前記アルミ系融液よりも上にあるように前記溶解空間内に設けられた内側部と、前記内側部から続いて前記溶解炉の外部に延びる外側部とを有する融液導管と、
    前記溶解炉に設けられた駆動機構と、
    前記駆動機構に連結されるように前記溶解炉に設けられた伝達機構と、
    前記伝達機構を介して前記駆動機構によって駆動されるように前記溶解空間につるして取り付けられており、前記駆動機構によって、前記アルミ系融液を掬い出す掬い位置に対応する前記溶解空間内の下側位置と、掬い出された前記アルミ系融液を前記融液導管に出す吐出位置に対応する前記溶解空間内の上側位置とに定位されるように昇降可能であると共に、所定の第１の軸線を中心として前記溶解炉に対して前記掬い位置と前記吐出位置とに揺動するように駆動される掬い部材とを備え、
    前記伝達機構は、前記溶解炉に可動に設けられた第１のシャフトと第２のシャフトとを有し、前記第２のシャフトが回転可能に前記第１のシャフトに連結されるように前記第１のシャフトと前記第２のシャフトとは前記第１の軸線に垂直な第２の軸線において同軸的に設けられ、
    前記駆動機構は、前記第１のシャフトと前記第２のシャフトを駆動して前記第１のシャフトと前記第２のシャフトが前記第２の軸線において共に動くように設けられた第１の駆動モータと、前記掬い部材が前記第１の軸線を中心として前記第１のシャフトに対して揺動するよう、前記第２のシャフトを駆動して前記第２のシャフトが前記第２の軸線を中心として前記第１のシャフトに対して回転するように設けられた第２の駆動モータとを有することを特徴とするアルミ系材料溶解装置。
  2. 前記伝達機構は更に、前記第２のシャフトに固定されたウォームと、前記掬い部材に固定されたリンクシャフトと、前記リンクシャフトに固定され、前記第２の駆動モータが駆動すると前記第１の軸線を中心として前記掬い部材を揺動するように前記ウォームと噛み合わされて設けられたウォームホイールとを有し、
    前記第１の駆動モータは、出力軸を有し、
    前記伝達機構は更に、前記第１のシャフトに固定されたラックと、前記第１の駆動モータによる駆動で前記第１のシャフトと前記第２のシャフトを昇降動させるように前記ラックに噛み合っていると共に前記出力軸が同軸に嵌設されたピニオンとを有することを特徴とする請求項１に記載のアルミ系材料溶解装置。
  3. 更に、
    アルミ系材料を収納するファンネルスペースを画成するように前記溶解炉の上に設けられたプレヒートファンネルと、
    前記ファンネルスペースと前記溶解空間とに流体的に連通する中央通路を画成するように前記プレヒートファンネルと前記溶解炉との間に連結されている導入管と、
    前記導入管に直角に貫通して延伸されるように設けられた伝達軸であって、その軸心を中心として前記導入管に対して回転可能に駆動されるように前記第３の駆動モータが連結されており、前記伝達軸が自身の軸線を中心として回転されているとき、前記アルミ系材料を前記中央通路から前記溶解空間に送るように前記中央通路に突き出るように放射状に形成された少なくとも１つのブレード部材を有する伝達軸と、
    を有することを特徴とする請求項１に記載のアルミ系材料溶解装置。
  4. 更に、少なくとも１つの有孔中空柱を有し、
    前記導入管は、前記溶解空間と流体的に連結されるように前記プレヒートファンネルから延伸されて設けられており、前記プレヒートファンネル側の環状の上側管部と、前記上側管部から続いて前記溶解空間側に延伸される環状の下側管部とを有し、
    前記上側管部には、前記溶解空間からの高温ガスを通らせて前記ファンネルスペースに入らせるよう前記下側管部と前記ファンネルスペースとに流体的に連通するように、前記上側管部の長手方向に沿って貫く複数の連通ホールが設けられ、
    前記中空柱は、前記連通ホールに流体的に連通するように貫通して前記ファンネルスペースに突き出るように設けられていることを特徴とする請求項３に記載のアルミ系材料溶解装置。
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