JP7115619B2

JP7115619B2 - 予熱方法

Info

Publication number: JP7115619B2
Application number: JP2021177805A
Authority: JP
Inventors: 悠太永川; 雄一古川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2037-10-19
Also published as: JP2022009754A

Description

本発明は、予熱方法に関し、特に鋳造装置の供給経路を予熱する予熱方法に関する。

特許文献１には、低圧鋳造装置における中間ストークを予熱する予熱装置が開示されている。この低圧鋳造装置は、溶湯をキャビティへ導く金型内湯路と、固定具を用いて金型内湯路に配置されたスリーブとを備える。溶湯を、ストーク、中間ストーク、及び金型内湯路をこの順に通過させて、キャビティへ供給する。このような予熱装置は、バーナを用いて火炎を放射し、この火炎を当該スリーブを通過させて、中間ストークを予熱する。なお、固定具は、金型内湯路とキャビティとの間に配置される。ストーク、中間ストーク、及び金型内湯路は、溶湯をキャビティへ供給する供給経路である。

特開２０１１－０５６５６４号公報

このような予熱装置を用いて予熱する場合、固定具を用いるため、固定具の取外し等の作業を必要とすることがあり、作業効率に改善の余地があった。

一方、固定具を用いることなく中間ストークを予熱した場合、火炎放射又はこれに伴う熱風等によって、中間ストークに残存した金属片が、キャビティ側に進入することが多くなった。固定具を必要とすることなく、供給経路を予熱することが求められている。

本発明は、固定具の取外し作業を必要とすることなく、供給経路を予熱するものとする。

本発明に係る予熱装置は、
溶融金属を金型キャビティに導く供給経路を予熱し、前記供給経路を前記溶融金属の融点以上の温度に熱する予熱装置であって、
熱風を送るノズルと、
前記熱風が通過可能な形状を有し、かつ、前記溶融金属と同じ種類の金属又は合金からなるフィルタと、を備え、
前記供給経路は、堰と、湯口入子とを備え、
前記溶融金属は、前記湯口入子と、前記堰とをこの順に通過して、前記金型キャビティに導かれ、
前記フィルタは、前記堰における前記金型キャビティ側の開口部に配置され、
前記ノズルは、前記金型キャビティから前記堰へ指向するように配置したまま、前記熱風を前記湯口入子に送るとともに、前記熱風によって前記フィルタを溶解させる。
このような構成によれば、堰における金型キャビティ側の開口部に、フィルタを配置したまま、熱風を送る。そのため、湯口入子の内側に残存したバリなどの金属片が、フィルタによって遮られて、金型キャビティに進入することを抑制される。鋳造工程において、溶融金属を金型キャビティへ供給すると、フィルタが溶融金属によって溶解されて、当該溶融金属と一体化する。鋳造工程が完了した後、溶融金属の供給が停止されると、当該溶融金属は、湯口入子側へ移動する。次の鋳造工程を実施するために、フィルタを取り外す必要が無い。また、本構成は、固定具を必要としない。よって、固定具の取外し作業を必要とすることなく、供給経路を予熱することができる。

本発明は、固定具の取外し作業を必要とすることなく、供給経路を予熱することができる。

実施の形態１に係る予熱装置の全体断面図である。実施の形態１に係る予熱装置の一変形例の全体断面図である。実施の形態１に係る予熱装置の他の一変形例の全体断面図である。実施の形態１に係る予熱装置の要部の他の一変形例の側面図である。実施の形態１に係る予熱装置の要部の他の一変形例の一動作例を示す図である。実施の形態２に係る予熱装置の全体断面図である。実施の形態２に係る予熱装置の要部の斜視図である。実施の形態３に係る予熱装置の全体断面図である。実施の形態３に係る予熱装置の一動作例を示す図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。図１～図９では、三次元ｘｙｚ直交座標を規定した。

（実施の形態１）
図１～図５を参照して実施の形態１に係る予熱装置について説明する。

図１に示すように、予熱装置２０は、ヒータ２と、フィルタ３とを備える。ヒータ２は、熱風を発生するヒータ本体２ｂと、ヒータ本体２ｂから熱風を供給されて、所定の方向に送るノズル２ａとを備える。ヒータ２は、熱風をノズル２ａの先端からノズル２ａの軸方向（ここでは、Ｚ軸方向マイナス側）に送る。当該熱風は、フィルタ３を溶融させるような高い温度を有するとよい。

フィルタ３は、塊状であり、かつ、熱風が通過可能な形状を有する。フィルタ３は、ノズル２ａに挿し込まれることによって、ノズル２ａの形状に倣う凹部を備えるように変形してもよい。フィルタ３は、例えば、メッシュ形状やポーラス形状を有する素材を用いて形成されてもよい。このようなメッシュ形状を有する素材の例として、複数の金属棒線を織って形成した織網と、パンチングメタルを用いて形成したパンチングメッシュとが挙げられる。フィルタ３は、熱風が通過した後、拡散するような形状を有するとよい。フィルタ３は、鋳造する予定の溶融金属と同じ種類の金属材料からなる。このような金属材料として、例えば、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、又はこれらの合金が挙げられる。フィルタ３は、堰１における金型キャビティ側開口部１ｃに配置されている。

鋳造装置１０は、堰１と、湯口入子（図示略）と、金型（図示略）とを備える。堰１と、湯口入子（図示略）とは、溶融金属を金型キャビティＣ２に導く供給経路として機能する。鋳造装置１０は、例えば、低圧鋳造装置である。

堰１は、鋳造する予定の溶融金属が通過可能な貫通孔１ａを備え、貫通孔１ａは、金型キャビティ側空間Ｃ１に開口する金型キャビティ側開口部１ｃと、湯口入子側空間ＳＰ１に開口する湯口入子側開口部１ｄとを備える。絞部１ｂは、金型キャビティ側開口部１ｃと、湯口入子側開口部１ｄとの間に設けられている。絞部１ｂは、貫通孔１ａの他の部位と比較して最も断面積が小さいとよい。貫通孔１ａの断面積は、金型キャビティ側開口部１ｃから絞部１ｂに向かって連続的に減少するとよく、絞部１ｂから湯口入子側開口部１ｄに向かって連続的に増加するとよい。

金型（図示略）は、堰１の上側（ここでは、Ｚ軸方向プラス側）、言い換えると、金型キャビティ側空間Ｃ１側に配置されている。金型を型締めすると、金型キャビティＣ２が形成する。鋳造工程において溶融金属が金型キャビティＣ２に供給され、充填された後、凝固して、鋳物（図示略）が金型キャビティＣ２に形成される。

湯口入子（図示略）は、堰１の下側（ここでは、Ｚ軸方向マイナス側）、言い換えると、湯口入子側空間ＳＰ１に配置されている。この湯口入子と、堰１と、金型キャビティＣ２とは、溶融金属が通過可能に接続されている。この湯口入子は、保持炉等に接続さており、当該保持炉等から溶融金属を供給される。溶融金属は、湯口入子と、堰１とをこの順に通過し、金型キャビティＣ２に供給される。

（予熱方法）
次に、予熱装置２０を用いた予熱方法について説明する。

まず、フィルタ３を堰１の金型キャビティ側開口部１ｃに配置する（フィルタ配置ステップＳＴ１）。フィルタ３の底が絞部１ｂと同じ高さに位置する、又は絞部１ｂよりも少し湯口入子側開口部１ｄ側に位置するとよい。

続いて、ノズル２ａをフィルタ３に挿し込む（ノズル挿込ステップＳＴ２）。ここで、ノズル２ａの先端は、金型キャビティ側空間Ｃ１に位置するとよい。また、ノズル２ａは、金型キャビティ側空間Ｃ１から堰１へ指向するように配置されるとよい。

続いて、ノズル２ａから熱風を送る（熱風ステップＳＴ３）。すると、熱風がフィルタ３を通過し、湯口入子側開口部１ｄ側へ流れる。また、熱風は、フィルタ３によって、湯口入子側開口部１ｄ側に向かって拡散するように流れる。ここで、湯口入子内に残存したバリ等の金属片があり得る。このような金属片が、熱風による衝撃によって、舞い上がって金型キャビティ側空間Ｃ１へ移動しようとすることがある。しかし、この金属片は、フィルタ３によって遮られて、金型キャビティ側空間Ｃ１に進入し難い。また、熱風によって、堰１及び湯口入子を含む供給経路が予熱される。供給経路は、溶湯を保持炉から金型キャビティＣ２まで供給する経路である。溶融金属の融点以上の温度に到達するまで、熱風の発生を続ける。

続いて、ノズル２ａからの熱風がフィルタ３を熱することによって、フィルタ３を溶解させ、溶融金属を形成する（フィルタ溶解ステップＳＴ４）。すると、当該溶融金属が脱落し、絞部１ｂ及び湯口入子側開口部１ｄを通過し、湯口入子に至る。当該溶融金属は、湯口入子内側にある溶融金属に取り込まれ、これと一体化する。

最後に、鋳造工程が完了した後、溶融金属の供給が停止されると、当該溶融金属は、湯口入子側空間ＳＰ１へ移動する。次の鋳造工程を実施するために、フィルタを取り外す必要が無い。また、予熱装置２０は、固定具を必要としない。よって、固定具を必要とすることなく、供給経路を予熱することができる。

次に、図２及び図３を参照して、予熱装置２０の他の例について説明する。この予熱装置２０の他の例は、フィルタの形状を除いて、予熱装置２０と同じ構成を備える。異なる構成についてのみ説明する。

図２に示す予熱装置２０の一例は、フィルタ４を備え、フィルタ４はポーラス形状を有する。このような場合、フィルタ４は、多数の空孔を有するため、メッシュ形状を有するフィルタ３の例（図１参照）と比較して、熱風をさらに拡散し得る。フィルタ４は、フィルタ３と同様に、鋳造する予定の溶融金属と同じ種類の金属材料からなる。このような金属材料として、例えば、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、又はこれらの合金が挙げられる。

図３に示す予熱装置２０の他の一例は、フィルタ５を備え、フィルタ５が織網である。当該織網は、ノズル２ａの軸方向（ここでは、Ｚ軸方向）に延びる縦棒線５ａと、フィルタ５の外周方向に延びる横棒線５ｂとを備える。縦棒線５ａは、横棒線５ｂと比較して、外側に配置されるとよい。上記予熱方法のフィルタ配置ステップＳＴ１において、フィルタ３の一例を堰１の金型キャビティ側開口部１ｃに配置した場合、縦棒線５ａが堰１の貫通孔１ａの内壁面に接触しつつ、横棒線５ｂが堰１の貫通孔１ａの内壁面に殆ど接触しないとよい。縦棒線５ａが堰１の貫通孔１ａの内壁面に接触しつつ、横棒線５ｂが堰１の貫通孔１ａの内壁面に殆ど接触しないとき、堰１の貫通孔１ａの内壁面との接触面に与える摩擦応力を抑制することができる。これによって、堰１の貫通孔１ａの内壁面に設けられた塗型への損傷を抑制することができる。

なお、図４に示すように、ノズル２ａは、係止片２ｃを備えてもよい。係止片２ｃは、ノズル２ａの先端近傍における外周面から径方向に延びる棒状体である。図５に示すように、フィルタ３をノズル２ａの先端に押し付けると、係止片２ｃが、フィルタ３を係り止める。係止片２ｃがフィルタ３を係り止めたまま、予熱装置２０を堰１（図１参照）へ移動させることによって、フィルタ３を堰１の金型キャビティ側開口部１ｃに配置しつつノズル２ａを挿し込むことができる。すなわち、この移動によって、上記した予熱方法において、フィルタ配置ステップＳＴ１、及びノズル挿込ステップＳＴ２を省略することができる。特に、フィルタ配置ステップＳＴ１では、使用者がフィルタ３を堰１の金型キャビティ側開口部１ｃに配置する作業を省略することができて好ましい。

（実施の形態２）
次に、図６及び図７を参照して、実施の形態２に係る予熱装置について説明する。実施の形態２に係る予熱装置は、フィルタを除いて、予熱装置２０（図１参照）と同じ構成を備える。

図６に示すように、予熱装置２２０は、フィルタ６を備え、フィルタ６は、堰１の金型キャビティ側開口部１ｃに配置されている。フィルタ６は、フィルタ３（図１参照）と同様に、鋳造する予定の溶融金属と同じ種類の金属材料からなる。このような金属材料として、例えば、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、又はこれらの合金が挙げられる。

図６及び図７に示すように、フィルタ６は、熱風経路部６ａと、熱風経路部６ａに機械的に接続された支持部６ｂとを備える。熱風経路部６ａは、断面積が連続的に拡大する筒状部である。熱風経路部６ａは、断面積が小さい端部６ａａと、断面積が大きい端部６ａｂとを備える。支持部６ｂは、断面積が連続的に拡大する筒状部であり、この筒状部は、熱風経路部６ａの端部６ａｂから端部６ａａ側に反り返るように延びる。フィルタ６は、例えば、ラッパ状体である。支持部６ｂは、堰１の絞部１ｂから湯口入子側開口部１ｄ側までの内壁面に倣った形状を備え、支持部６ｂの外周は、絞部１ｂよりも大きい。そのため、支持部６ｂは、堰１の絞部１ｂから湯口入子側開口部１ｄ側までの内壁面に支持される。熱風経路部６ａの端部６ａａの内径は、ノズル２ａの外径と実質殆ど同じであるとよく、ノズル２ａの先端は熱風経路部６ａの端部６ａａに挿し込むことができるとよい。

（予熱方法）
予熱装置２２０を用いて、熱風ステップＳＴ３を除いて、上記した予熱方法と同様な予熱方法を実施することができる。熱風ステップＳＴ３では、熱風をノズル２ａから送り込むと、熱風は、堰１の貫通孔１ａを通過して、湯口入子側空間ＳＰ１に送り込まれる。ここで、ノズル２ａの先端直下には、特に構成が無いため、熱風の進行は妨げられないと考えられる。よって、熱風は、湯口入子側空間ＳＰ１にスムーズに送り込まれて、湯口入子７に当たり、熱量Ｑを湯口入子７に与える。これによって、湯口入子７、及び湯口入子７の周辺の部材を短時間で予熱することができる。すなわち、溶融金属を供給する供給経路を予熱することができる。また、湯口入子７内に残存した金属片は、熱風による衝撃によって、舞い上がって金型キャビティ側空間Ｃ１へ移動しようとすることがある。しかし、この金属片は、フィルタ６によって遮られて、金型キャビティ側空間Ｃ１に進入し難い。また、本構成は、固定具を必要としない。よって、固定具の取外し作業を必要とすることなく、供給経路を予熱することができる。

（実施の形態３）
次に、図８及び図９を参照して、実施の形態３に係る予熱装置について説明する。実施の形態３に係る予熱装置は、フィルタを除いて、予熱装置２０（図１参照）と同じ構成を備える。

図８に示すように、予熱装置３２０は、フィルタ８を備え、フィルタ８は、織網からなるシート状体である。フィルタ８は、フィルタ３（図１参照）と同様に、鋳造する予定の溶融金属と同じ種類の金属材料からなる。このような金属材料として、例えば、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、又はこれらの合金が挙げられる。

フィルタ８は、堰１の絞部１ｂに配置される。フィルタ８は、堰１の絞部１ｂから湯口入子側開口部１ｄ側までの内壁面に倣い、フィルタ８の中央部８ａは、絞部１ｂ（ここでは、ＸＹ１平面）よりも下方（ここでは、Ｚ軸方向マイナス側）に位置し、下方に突き出することになる。フィルタ８は、略円錐の外周面に倣うことになる。

（予熱方法）
予熱装置２２０を用いて、ノズル挿込ステップＳＴ２及び熱風ステップＳＴ３を除いて、上記した予熱方法と同様な予熱方法を実施することができる。ノズル挿込ステップＳＴ２に相当するステップでは、ノズル２ａをフィルタ８の中央部８ａの上方（ここでは、Ｚ軸プラス側）に配置する。また、熱風ステップＳＴ３では、熱風をノズル２ａから送り込む。すると、熱風の多くは、フィルタ８を通過して、湯口入子側空間ＳＰ１に送り込まれつつ、熱風のわずか一部は、フィルタ８に妨げられる。一方、図９に示すように、湯口入子側空間ＳＰ１の内圧Ｐにより、フィルタ８は押し上げられる。これらによって、回転モーメントＭ１がフィルタ８の中央部８ａの金型キャビティ側空間Ｃ１側において、発生する。回転モーメントＭ１は、フィルタ８に堰１の貫通孔１ａから離れる方向に力を与える。しかし、上記したように、フィルタ８の中央部８ａが、絞部１ｂよりも下方に位置しつつ下方に突き出すとともに、フィルタ８が略円錐の外周面に倣う。そのため、回転モーメントＭ１に反する反力Ｆ１、Ｆ２が、貫通孔１ａの内壁面からフィルタ８に与えられるため、フィルタ８は堰１の貫通孔１ａに配置された状態を安定的に維持する。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、予熱装置は、熱風を直接発生させる熱風式装置を用いたが、火炎を放射することによって、熱風を発生させるバーナ式装置を用いてもよい。

２０、２２０、３２０予熱装置
１堰
１ａ貫通孔１ｂ絞部
１ｃ金型キャビティ側開口部１ｄ湯口入子側開口部
２ヒータ
２ａノズル
３、４、５、６、８フィルタ
７湯口入子
Ｃ１金型キャビティ側空間Ｃ２金型キャビティ
ＳＰ１湯口入子側空間

Claims

湯口入れ子内側にある溶融金属を金型キャビティに導く供給経路を予熱し、前記供給経路を前記溶融金属の融点以上の温度に熱する予熱方法であって、
熱風を送るノズルと、
前記熱風が通過可能なメッシュ形状又はポーラス形状を有し、かつ、前記溶融金属と同じ種類の金属又は合金からなるフィルタと、を用いて、
前記供給経路は、堰と、湯口入子とを備えており、
鋳造工程において、前記溶融金属を、前記湯口入子と、前記堰と、をこの順に通過させて、前記金型キャビティに導き、前記金型キャビティに充填した後、凝固させて、鋳物を形成し、
前記フィルタを、前記堰における前記金型キャビティ側の開口部に配置し、
前記鋳物のバリが、前記湯口入子の内側に残存した場合、前記ノズルを、前記金型キャビティから前記堰へ指向するように配置させたまま、前記熱風を前記湯口入子に送ると、前記バリが前記熱風による衝撃によって舞い上がって前記金型キャビティ側へ移動しようとし、
前記フィルタによって、前記金型キャビティ側へ移動しようとする前記バリを遮り、
前記フィルタによって前記バリを遮った後、前記熱風によって前記供給経路を前記溶融金属の融点以上の温度に熱して、前記フィルタ、及び前記フィルタに遮られた前記バリを熱して溶解させることによって別の溶融金属を形成し、前記別の溶融金属を脱落させ、前記湯口入れ子内側にある溶融金属と一体化させる、
予熱方法。