(57)【要約】【課題】現在溶解されている溶解原料と現在溶解されている溶解原料の後に溶解する溶解原料とを、安定的に連続して溶解することが可能な溶解装置を提供する。【解決手段】この溶解装置１００は、溶解原料２００（第１溶解原料）が挿入される加熱コイル部１１と、溶解された溶解原料２００が流通して落下する貫通孔２２を含み、加熱コイル部１１の下端１１ｂよりも上方の位置において溶解原料２００の下端２００ａを下方から支持する支持部２０と、を備える。また、溶解装置１００は、溶解原料２００が溶解された後に溶解される溶解原料２０１（第２溶解原料）が溶解原料２００に接触するように積層された状態で、溶解原料２０１が加熱コイル部１１に挿入されるようにガイドするガイド部３０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１溶解原料が挿入される加熱コイル部と、
溶解された前記第１溶解原料が流通して落下する貫通孔を含み、前記加熱コイル部の下端よりも上方の位置において前記第１溶解原料の下端を下方から支持する支持部と、
前記第１溶解原料が溶解された後に溶解される第２溶解原料が前記第１溶解原料に接触するように積層された状態で、前記第２溶解原料が前記加熱コイル部に挿入されるようにガイドするガイド部と、を備える、溶解装置。
【請求項２】
前記加熱コイル部が巻回され、前記第１溶解原料が挿入されるとともに前記ガイド部が取り付けられる溶解炉をさらに備え、
前記溶解炉および前記支持部は、互いに別個に設けられている、請求項１に記載の溶解装置。
【請求項３】
前記支持部は、前記溶解炉の内周面に取り囲まれるように設けられている、請求項２に記載の溶解装置。
【請求項４】
前記支持部および前記ガイド部の各々は、非磁性体により構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶解装置。
【請求項５】
前記加熱コイル部に対して電力を供給する高周波電源をさらに備え、
前記高周波電源から前記加熱コイル部に供給される電力が略一定に設定された状態で、予め設定された前記第１溶解原料の溶解量と前記高周波電源からの電力の供給量との関係に基づいて、前記加熱コイル部による前記第１溶解原料の溶解時間を決定するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶解装置。
【請求項６】
前記支持部は、前記加熱コイル部の下端よりも上方の位置において前記第１溶解原料の下端を支持する原料支持面部を含み、
平面視において、前記原料支持面部は、前記第１溶解原料の下端の中央部を支持するように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の溶解装置。
【請求項７】
前記貫通孔は、複数設けられており、
前記原料支持面部は、前記支持部における前記複数の貫通孔の間の部分により構成されている、請求項６に記載の溶解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、溶解装置に関し、特に、溶解原料が挿入される加熱コイル部を備える溶解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶解原料が挿入される加熱コイル部を備える溶解装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、アルミニウムのインゴットが挿入されるとともに溶解される溶解炉を備える溶解装置が開示されている。具体的には、溶解炉は、耐火材料製で筒形状の炉体と、炉体の上方側に配置される冷材投入ガイドとを含む。炉体の外周側には、炉体に挿入されたアルミニウムのインゴットを加熱して溶解するための誘導コイルが設けられている。また、冷材投入ガイドは、アルミニウムのインゴットを溶解炉（炉体）の内部に案内するために設けられている。また、筒形状の溶解炉の底部には、溶解したアルミニウムを流出させる流出口が設けられている。
【０００４】
また、上記溶解装置では、炉体の内部のインゴットが溶解することにより、インゴットの上端部が、溶解炉に設けられる誘導コイルの中心軸線方向の中央の位置に到達した際に、現在溶解されているインゴットの後に溶解するアルミニウムのインゴット（以下、次回溶解するインゴット）を冷材投入ガイドを介して炉体内に挿入するように構成されている。すなわち、次回溶解するインゴットは、現在溶解されているインゴットが溶解して所定の大きさまで小さくなってから挿入される。これにより、次回溶解するアルミニウムのインゴットは、冷材投入ガイドを介して炉体内に挿入されてすぐに、最も溶解効率の高い位置（誘導コイルの中心軸線方向の中央の位置）まで挿入されるので、冷たい状態で冷材投入ガイド内に配置（保持）されることがない。その結果、流出口がつまって溶解したインゴットが流出口から流出されず、溶解したインゴットが炉体内で飛散した場合でも、次回溶解するインゴットは冷たくないので（加熱されているので）、次回溶解するインゴットに飛散したインゴットが付着しても、付着したインゴットはすぐに溶解される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開第２８１９７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載される溶解装置では、現在溶解されているインゴットが溶解して所定の大きさまで小さくなってから、次回溶解するインゴットが投入されるので、次回溶解するインゴットが投入された瞬間に、誘導コイルによる誘導加熱の負荷（加熱対象のインゴットの大きさ）が急激に大きくなるように変化するという不都合がある。このため、誘導コイルによる誘導加熱の制御が不安定になり、インゴットを連続して安定的に溶解することが困難になるという問題点がある。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、現在溶解されている溶解原料と現在溶解されている溶解原料の後に溶解する溶解原料とを、安定的に連続して溶解することが可能な溶解装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による溶解装置は、第１溶解原料が挿入される加熱コイル部と、溶解された第１溶解原料が流通して落下する貫通孔を含み、加熱コイル部の下端よりも上方の位置において第１溶解原料の下端を下方から支持する支持部と、第１溶解原料が溶解された後に溶解される第２溶解原料が第１溶解原料に接触するように積層された状態で、第２溶解原料が加熱コイル部に挿入されるようにガイドするガイド部と、を備える。
【０００９】
この発明の一の局面による溶解装置では、上記のように、支持部は、加熱コイル部の下端よりも上方の位置において、第１溶解原料の下端を下方から支持する。これにより、第１溶解原料の下端が加熱コイル部の下端よりも上方の位置に配置されるので、第１溶解原料の下端および下端の近傍の部分に加熱コイル部からの磁束が十分に到達する。その結果、第１溶解原料の下端および下端の近傍の部分を迅速に溶解することができるので、第１溶解原料の下端の溶け残りによって貫通孔が詰まるのを抑制することができる。これにより、第１溶解原料を貫通孔からスムーズに流出させることができるとともに、第１溶解原料が飛散するのを抑制することができる。その結果、飛散した第１溶解原料が第２溶解原料に付着するのを抑制することができる。ここで、第２溶解原料が第１溶解原料に接触するように積層された状態で第２溶解原料を加熱コイル部に挿入した場合、第２溶解原料に加熱コイル部からの磁束が届かず、第２溶解原料が冷えた状態になっている場合がある。しかし、この場合でも、第１溶解原料の飛散が抑制されることにより、飛散した第１溶解原料が第２溶解原料に付着するのが抑制されるので、第２溶解原料の移動が飛散した第１溶解原料により妨げられるのを抑制することができる。これにより、第２溶解原料が挿入された時点で第２溶解原料を加熱された状態にするために、第１溶解原料が溶解して所定の大きさまで小さくなってから第２溶解原料を挿入するようにタイミングを制御する必要がない。すなわち、第１溶解原料が溶解されて所定の大きさまで小さくなる前に、ガイド部を用いて第２溶解原料を第１溶解原料に積層させるとともに加熱コイル部に挿入する場合でも、第２溶解原料をスムーズに加熱コイル部に挿入することができる。その結果、加熱コイル部によって加熱される加熱対象の大きさを略一定にすることができる。これにより、加熱コイル部にかかる負荷を略一定にすることができる。これらの結果、第１溶解原料と第２溶解原料とを、安定的に連続して溶解することができる。
【００１０】
上記一の局面による溶解装置において、好ましくは、加熱コイル部が巻回され、第１溶解原料が挿入されるとともにガイド部が取り付けられる溶解炉をさらに備え、溶解炉および支持部は、互いに別個に設けられている。このように構成すれば、溶解炉および支持部の各々を個別に交換することができるので、溶解炉および支持部の各々の交換作業を容易化することができる。また、支持部を交換することによって、支持部の大きさ（高さ）を変更することができるので、第１溶解原料の溶解の特性（溶解速度など）を容易に調整することができる。
【００１１】
この場合、好ましくは、支持部は、溶解炉の内周面に取り囲まれるように設けられている。このように構成すれば、溶解炉の内周面によって支持部の移動が規制されるので、支持部の位置がずれるのを抑制することができる。
【００１２】
上記一の局面による溶解装置において、好ましくは、支持部およびガイド部の各々は、非磁性体により構成されている。このように構成すれば、加熱コイル部からの磁束が、支持部およびガイド部により影響を受けるのを抑制することができるので、第１溶解原料を加熱コイル部により安定的に溶解することができる。
【００１３】
上記一の局面による溶解装置において、好ましくは、加熱コイル部に対して電力を供給する高周波電源をさらに備え、高周波電源から加熱コイル部に供給される電力が略一定に設定された状態で、予め設定された第１溶解原料の溶解量と高周波電源からの電力の供給量との関係に基づいて、加熱コイル部による第１溶解原料の溶解時間を決定するように構成されている。このように構成すれば、重量センサ等により溶解量を検出することなく、第１溶解原料を必要な量だけ溶解することができる。その結果、第１溶解原料を溶解するための部品点数を低減することができる。また、溶解量に基づいて高周波電源の電力を制御（フィードバック制御）する場合に比べて、第１溶解原料を溶解するための制御を簡易化することができる。
【００１４】
また、高周波電源からの電力の供給量が略一定であるので、電力の供給量が変動する場合に比べて、第１溶解原料の溶解時間を決定する制御の負荷を軽減することができる。また、ユーザが手動で溶解時間を算出（決定）する場合に比べて、正確かつ速やかに溶解時間を算出することができる。
【００１５】
上記一の局面による溶解装置において、好ましくは、支持部は、加熱コイル部の下端よりも上方の位置において第１溶解原料の下端を支持する原料支持面部を含み、平面視において、原料支持面部は、第１溶解原料の下端の中央部を支持するように構成されている。ここで、第１溶解原料を加熱コイル部の磁束によって加熱する場合、表皮効果によって第１溶解原料の表面が主に加熱される。その結果、第１溶解原料の外表面から溶解が始まり、溶解原料の中央部は、比較的遅い段階で溶解される。つまり、第１溶解原料の外表面から徐々に中心に向かって溶解が進む。さらに、第１溶解原料の下端（角部）に磁束が集中するので、下端側の溶解の進行の度合いが速い。その結果、第１溶解原料は下方に向かって先細る形状となる。そこで、原料支持面部を第１溶解原料の下端の中央部を支持するように構成することによって、第１溶解原料の先細った先端（下端）側を安定した状態で支持することができる。
【００１６】
この場合、好ましくは、貫通孔は、複数設けられており、原料支持面部は、支持部における複数の貫通孔の間の部分により構成されている。このように構成すれば、原料支持面部に隣り合うように複数の貫通孔が設けられる。そして、第１溶解原料から溶解した第１溶解原料は、先細った形状の第１溶解原料の先端側（原料支持面部に接触する部分）に向かって流れるので、溶解された第１溶解原料を、原料支持面部に隣り合う複数の貫通孔からよりスムーズに落下させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、上記のように、現在溶解されている溶解原料と現在溶解されている溶解原料の後に溶解する溶解原料とを、安定的に連続して溶解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態による溶解装置の全体構成を示した概略図である。
【図２】第１および第２実施形態による溶解装置の支持部の斜視図である。
【図３】第１および第２実施形態による溶解装置の支持部の上面図である。
【図４】第１および第２実施形態による溶解装置の支持部の側面図である。
【図５】シミュレーションにより求めた加熱コイル部の近傍の磁束密度の分布を示す図（加熱コイル部の下端と溶解原料の下端とが略面一の状態）である。
【図６】シミュレーションにより求めた加熱コイル部の近傍の磁束密度の分布を示す図（溶解原料の下端が加熱コイル部の下端よりも上方に配置されている状態）である。
【図７】シミュレーションにより求めた加熱コイル部の近傍のジュール熱密度の分布を示す図である。
【図８】溶解原料が溶解する状態を説明するための図である。
【図９】複数の溶解原料を連続的に溶解した場合の時間と電力との関係を説明するための図である。
【図１０】第２実施形態による溶解装置の全体構成を示した概略図である。
【図１１】第１および第２実施形態の第１変形例による溶解装置の全体構成を示した概略図である。
【図１２】第１および第２実施形態の第１変形例による溶解装置の支持部の斜視図である。
【図１３】第１および第２実施形態の第２変形例による溶解装置の支持部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
図１〜図９を参照して、第１実施形態による溶解装置１００の構成について説明する。
【００２１】
（溶解装置の構成）
図１に示すように、溶解装置１００は、高周波電源盤１を備えている。高周波電源盤１は、後述する加熱コイル部１１に、高周波（たとえば、１０ｋＨｚ）の交流電力を供給するように構成されている。なお、高周波電源盤１は、特許請求の範囲の「高周波電源」の一例である。また、図１は、概略図であり、説明に不要な部材は図示を省略している。
【００２２】
高周波電源盤１には、交流電源１０１から交流電力が供給されている。また、高周波電源盤１は、交流電源１０１からの交流電力を直流電力に変換する整流部１ａを含む。また、高周波電源盤１は、整流部１ａによって変換された直流電力を平滑する平滑部１ｂを含む。また、高周波電源盤１は、平滑部１ｂによって平滑された直流電力を交流電力に変換するインバータ部１ｃを含む。
【００２３】
また、溶解装置１００は、後述する加熱コイル部１１が設けられる加熱部１０が設けられている。加熱部１０は、高周波電源盤１に隣接するように設けられている。
【００２４】
溶解装置１００の加熱部１０には、溶解原料２００が挿入される加熱コイル部１１が設けられている。なお、溶解原料２００は、非磁性材料からなる。たとえば、溶解原料２００は、アルミニウム、亜鉛、銅などからなる。また、溶解原料２００は、インゴット（精製された金属が一塊にされたもの）として構成されている。また、溶解原料２００は、略角柱形状（略直方体形状）を有する。また、溶解原料２００は、溶解原料２００が延びる方向（Ｚ方向）から見て、略直方形状を有する。なお、溶解原料２００は、特許請求の範囲の「第１溶解原料」の一例である。
【００２５】
加熱コイル部１１は、誘導加熱式の加熱コイル部１１である。つまり、高周波電源盤１から供給される交流電力により、加熱コイル部１１から磁束（磁界）が発生する。そして、この磁束により、加熱コイル部１１の内部に挿入された溶解原料２００の表面近傍に高密度の渦電流が発生（表皮効果）する。そして、この渦電流のジュール熱によって、溶解原料２００の表面が加熱される。
【００２６】
また、溶解装置１００は、加熱部１０に設けられる溶解炉１１ａを備える。溶解炉１１ａには、加熱コイル部１１が巻回されているとともに、溶解原料２００が挿入されている。
【００２７】
また、後述する貫通孔２２を流通して落下した溶解された溶解原料２００は、保持炉１０２に保持される。高周波電源盤１をオンすることにより、溶解原料２００の溶解が開始されるとともに保持炉１０２に溶解された溶解原料２００が貯められる。そして、必要な量の溶解原料２００が得られた瞬間に高周波電源盤１をオフすることにより、溶解原料２００の溶解が停止される。
【００２８】
溶解装置１００は、加熱コイル部１１の下方側に配置され、溶解原料２００の下端２００ａを下方から支持する支持部２０を備えている。支持部２０は、加熱コイル部１１の下端１１ｂよりも上方の位置において、溶解原料２００の下端２００ａを下方から支持する。具体的には、支持部２０は、加熱コイル部１１の下端１１ｂよりも上方（Ｚ１方向側）の位置において、溶解原料２００の下端２００ａを支持する原料支持面部２１を含む。
【００２９】
詳細には、原料支持面部２１は、加熱コイル部１１の下端１１ｂから、鉛直方向における加熱コイル部１１の長さＬ１１の１８％以上の長さＬ１２分、上方に配置されている。より好ましくは、原料支持面部２１は、加熱コイル部１１の下端１１ｂから、加熱コイル部１１の長さＬ１１の２５％以上の長さＬ１２分、上方に配置されている。これにより、溶解原料２００の下端２００ａが原料支持面部２１により位置決めされるので、溶解原料２００の下端２００ａは、加熱コイル部１１の下端１１ｂから、距離Ｌ１２分、上方の位置に配置される。
【００３０】
ここで、第１実施形態では、溶解炉１１ａおよび支持部２０は、互いに別個に設けられている。具体的には、支持部２０は、溶解炉１１ａの内部に挿入されている。すなわち、支持部２０は、溶解炉１１ａの内周面１１ｃに取り囲まれるように設けられている。詳細には、支持部２０の全体は、溶解炉１１ａの下端部１１ｄの近傍の内周面１１ｃに取り囲まれている。
【００３１】
溶解装置１００は、ガイド部３０を備える。ガイド部３０は、溶解炉１１ａに取り付けられている。ガイド部３０は、溶解原料２００が溶解された後に溶解される溶解原料２０１が溶解原料２００に接触するように積層された状態で、溶解原料２０１が加熱コイル部１１（溶解炉１１ａ）に挿入されるようにガイドする。具体的には、ガイド部３０は、筒形状を有している。ガイド部３０に挿入された溶解原料２０１は、ガイド部３０の内周面３１によって、斜めに傾かないように動き（傾斜）が規制されている。そして、溶解原料２００の溶解が進むにつれて、ガイド部３０によって垂直に保持された溶解原料２０１は、垂直に保持されたまま、ガイド部３０によって溶解炉１１ａの内部に挿入されるようにガイドされる。なお、溶解原料２０１は、溶解原料２００の上端面２００ｂに載置されながら、ガイド部３０によって溶解炉１１ａの内部に挿入される。また、溶解原料２０１は、特許請求の範囲の「第２溶解原料」の一例である。
【００３２】
なお、溶解原料２０１を溶解原料２００の上端面２００ｂに載置するタイミングは、溶解原料２０１の載置にともなって加熱コイル部１１にかかる負荷が急激に変動しなければ、溶解原料２００の溶解が開始する前であっても、開始した後であってもよい。これにより、加熱コイル部１１にかかる負荷の変動を抑制しながら、溶解原料２００および溶解原料２０１を連続的に溶解することが可能である。また、複雑な制御によって、溶解原料２０１を投入するタイミングを調整する場合に比べて、制御負荷を軽減することが可能である。
【００３３】
また、支持部２０およびガイド部３０の各々は、非磁性体により構成されている。具体的には、支持部２０およびガイド部３０は、非磁性体で、かつ、加熱コイル部１１により誘導加熱されない材質により形成されている。たとえば、支持部２０およびガイド部３０は、耐火レンガ、耐熱樹脂、および、セラミックなどにより構成されている。なお、ガイド部３０は、溶解原料２００（２０１）に比べて、機械的強度が高く、耐熱性が高い素材により形成されていることが望ましい。
【００３４】
図２〜図４に示すように、支持部２０は、溶解原料２００の形状に沿った形状（略直方体形状）を有する。
【００３５】
また、第１実施形態では、図２に示すように、平面視において、原料支持面部２１は、溶解原料２００の下端２００ａの中央部Ｃ（図８参照）を支持するように構成されている。具体的には、支持部２０の原料支持面部２１の近傍には、溶解された溶解原料２００が流通して落下する貫通孔２２が設けられている。貫通孔２２は、鉛直方向（Ｚ方向）に延びている。また、貫通孔２２は、複数（第１実施形態では、２個）設けられている。そして、原料支持面部２１は、支持部２０における複数（２つ）の貫通孔２２の間の部分（貫通孔２２ａと貫通孔２２ｂとの間の部分）により構成されている。詳細には、溶解される前の溶解原料２００は、支持部２０の上面の貫通孔２２以外の部分に支持される。また、溶解原料２００の溶解が進むにつれて、溶解原料２００は下方に先細る形状（図８参照）になる。そして、この先細った状態の溶解原料２００の先端側が、複数（２つ）の貫通孔２２の間の部分により構成されている原料支持面部２１により支持される。
【００３６】
また、図３に示すように、平面視において、貫通孔２２は、略円形状を有している。そして、貫通孔２２の直径ｒは、複数の貫通孔２２が隣り合う方向（Ｘ方向）における原料支持面部２１の幅Ｗよりも大きい。なお、２つの貫通孔２２は、互いに同じ形状（同じ直径）を有する。そして、たとえば、直径ｒは、幅Ｗの２倍以上である。なお、貫通孔２２の直径ｒは、溶解した溶解原料２００が貫通孔２２を介してスムーズに下方に落下するように調整される。また、幅Ｗは、先細った状態の溶解原料２００（図７参照）が安定的に支持されるように調整される。
【００３７】
また、図４に示すように、支持部２０のうち、加熱コイル部１１の内部に配置される部分の長さＬ２１は、加熱コイル部１１の外部に配置される部分の長さＬ２２よりも大きい。なお、長さＬ２１は、原料支持面部２１を加熱コイル部１１の内部のいずれの位置に配置するかによって調整される。したがって、長さＬ２１が長さＬ２２よりも小さい場合もある。また、加熱コイル部１１の内部に配置される部分の長さＬ２１は、溶解原料２００の種類に応じて、最適な長さに調整される。
【００３８】
（磁束密度およびジュール熱密度の解析）
次に、加熱コイル部１１から発生する磁束密度およびジュール熱密度の解析（シミュレーション）について説明する。
【００３９】
まず、図５に示すように、溶解原料２００の下端２００ａの高さ位置と、加熱コイル部１１の下端１１ｂの高さ位置とを同じ（略面一）にした場合について説明する。この場合、溶解原料２００の下端２００ａ近傍における磁束密度（磁界）は比較的低く、溶解原料２００を十分に溶解することができないことが確認された。理由として、溶解原料２００の側面２００ｃによって磁気が遮断され、溶解原料２００の下端２００ａの角部２００ｄまで十分に磁束が到達しないと考えられる。すなわち、角部２００ｄにおいて、エッジ効果が生じないため、磁束が集中しない。このため、溶解原料２００が十分に溶解されずに固体として残存すると考えられる。
【００４０】
一方、図６に示すように、溶解原料２００の下端２００ａを、加熱コイル部１１の下端１１ｂから、加熱コイル部１１の長さの１８％〜２５％程度の長さ分、上方に配置した場合、溶解原料２００の下端２００ａにおける磁束密度が比較的高くなることが確認された。その結果、溶解原料２００の下端２００ａの角部２００ｄまで十分に磁束が到達するので、角部２００ｄにおいて、エッジ効果が生じる。その結果、角部２００ｄに磁束が集中するので、溶解原料２００の全てを溶解できることが確認された。
【００４１】
また、図７に示すように、角部２００ｄに磁束が集中するので、角部２００ｄにおけるジュール熱密度（温度）が比較的高くなることが確認された。なお、図７は、溶解原料２００が１／４に分割された状態で、かつ、溶解原料２００が先細る形状の場合のシミュレーションの結果が示されている。この図７から、溶解原料２００において、加熱コイル部１１との間の距離が小さい部分ほど、ジュール熱密度（温度）が高くなることが確認された。なお、先細る形状の溶解原料２００において、先端部（角部２００ｄ）は加熱コイル部１１との間の距離が大きい一方、エッジ効果によりジュール熱密度（温度）が高くなることが確認された。これにより、溶解原料２００の角部２００ｄから、溶解原料２００が溶解することが確認された。
【００４２】
（原料支持面部の配置位置についての実験）
次に、加熱コイル部１１の内部における原料支持面部２１の配置位置に対する、溶解原料２００の溶解の状態を確認するために行った実験について説明する。
【００４３】
原料支持面部２１を、鉛直方向における加熱コイル部１１の長さＬ１１（図１参照）の１８％未満（０％、５％、１０％、１５％など）の分、加熱コイル部１１の下端１１ｂよりも上方の位置に配置した場合、溶解原料２００を十分に溶解できずに、固体の溶解原料２００が残留することが確認された。一方、原料支持面部２１を、鉛直方向における加熱コイル部１１の長さＬ１１の１８％以上、加熱コイル部１１の下端１１ｂよりも上方の位置に配置した場合、溶解原料２００を十分に溶解できることが確認された。
【００４４】
（溶解原料の連続溶解についての実験）
図９に、７本の溶解原料２００を連続的に溶解した場合の電力の変動を確認するために行った実験について説明する。
【００４５】
図９に示すように、溶解する溶解原料２００が切り替わった際に、多少の電力変動がみられるが、その後は安定的に電力が制御されていることが確認された。特に、３本目以降の溶解原料２００において、より安定的に電力が制御されていることが確認された。理由として、３本目の溶解原料２００の溶解が開始される時間あたりから、溶解装置１００に含まれる電気素子等が熱的に安定し始めることが考えられる。
【００４６】
また、１本当たりの溶解原料２００の溶解に要する溶解時間が、７本の溶解原料２００の全てにおいて略同等であることが確認された。また、高周波電源盤１を運転してから比較的速やかに電力が上昇するとともに、１本目の溶解原料２００の溶解が比較的速やかに開始されているのが確認された。また、高周波電源盤１を停止してから比較的速やかに電力が下降するとともに、７本目の溶解原料２００の溶解が比較的速やかに終了しているのが確認された。
【００４７】
これらにより、任意のタイミングで高周波電源盤１を運転して溶解原料２００の溶解を開始するとともに、必要な量の溶解原料２００が取得された際に瞬時に高周波電源盤１を停止することにより、必要な時に必要な量だけ溶解原料２００を溶解するとともに溶解装置１００から取り出すことが容易になる。その結果、保持炉１０２において大量の溶解原料２００を保持および保温しておく必要がない。これにより、保持炉１０２の大きさを比較的小さくすることが可能である。また、保持炉１０２を設けず、直接的に溶解装置１００からダイカスト機（図示せず）に溶解された溶解原料２００を供給することが可能である。
【００４８】
（溶解装置の動作）
次に、溶解装置１００の動作について説明する。
【００４９】
まず、高周波電源盤１（図１参照）のブレーカ（図示せず）がオンされる。これにより、運転の準備が行われる。そして、高周波電源盤１に設けられる操作部（図示せず）を操作することにより、加熱コイル部１１による加熱が開始される。
【００５０】
そして、図８（ａ）に示すように、表皮効果によって、溶解原料２００の外表面から溶解が始まる。溶解された溶解原料２００は、支持部２０の貫通孔２２を介して下方（加熱コイル部１１の外部）に落下する。また、表皮効果のために、溶解原料２００の外表面よりも溶解原料２００の中央部Ｃの方が溶解されるのが遅い。これにより、溶解原料２００の溶解が進行すると、溶解原料２００は、溶解原料２００の下方側が先細る形状になる。そして、先細った溶解原料２００の先端部は、原料支持面部２１に支持された状態となる。
【００５１】
さらに溶解が進行すると、エッジ効果（図７参照）により、先細った溶解原料２００の先端部に磁束が集中する。これにより、溶解原料２００の先端部が溶解する。その結果、図８（ｂ）に示すように、溶解原料２００の自重によって、溶解原料２００が下方に降下する。なお、降下した溶解原料２００は、支持部２０の原料支持面部２１に支持されるので、溶解原料２００の降下は停止する。そして、加熱コイル部１１への高周波電流の供給が継続されることにより、図８（ａ）に示す状態と図８（ｂ）に示す状態とが交互に繰り返される。これにより、溶解原料２００が連続的に溶解する。
【００５２】
ここで、加熱コイル部１１への高周波電流の供給を停止すると、溶解原料２００の加熱は即座（数秒以内）に停止される。これにより、溶解された溶解原料２００の降下は瞬時に停止される。また、溶解原料２００が比較的高温の状態において、加熱コイル部１１への高周波電流の供給を再開すると、即座に溶解が始まり、溶解された溶解原料２００の落下が再開される。このように、加熱コイル部１１への高周波電流の供給時間をコントロールすることにより、溶解される溶解原料２００の量をコントロールすることが可能になる。
【００５３】
また、第１実施形態と異なり、溶解原料２００にバーナーの火炎を直接当てることにより溶解原料２００を溶解させた場合には、火炎内に含まれるガス（酸素、水素）によって、溶解原料２００が酸化してしまう（酸化ロス）場合がある。このため、溶解の歩留まりが悪くなる。さらに、溶解した溶解原料２００（溶湯）を液体の状態に保持するためのエネルギが別途必要になるとともに、溶湯の状態を監視するための人員も必要になる。そこで、第１実施形態では、高周波電流が供給された加熱コイル部１１により溶解原料２００を溶解させることによって、溶解原料２００が酸化することはないので、溶解の歩留まりを改善する（品質を保持する）ことが可能になる。また、溶湯を液体の状態に保持するためのエネルギを低減することが可能になる。
【００５４】
また、第１実施形態と異なり、溶解原料２００が収容されたルツボにバーナーの火炎を直接当てることにより溶解原料２００を溶解させた場合では、バーナーの火炎をルツボの表面に均一に加熱することが困難である。これにより、ルツボの温度分布に偏りが生じる。その結果、ルツボが部分的に摩耗するため、ルツボのメンテナンスが必要になる。また、溶解原料２００がルツボを介して間接的に加熱されるので、バーナーの火炎の原料となるガスや石油などの消費量が増えてしまう。そこで、第１実施形態では、高周波電流が供給された加熱コイル部１１により溶解原料２００を溶解させることによって、溶解原料２００を直接加熱することができるので、エネルギの消費量が増大するのを抑制することが可能になる。
【００５５】
［第１実施形態の効果］
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００５６】
第１実施形態では、上記のように、溶解された溶解原料２００が流通して落下する貫通孔２２を含み、加熱コイル部１１の下端１１ｂよりも上方の位置において溶解原料２００の下端２００ａを下方から支持する支持部２０と、溶解原料２０１が溶解原料２００に接触するように積層された状態で、溶解原料２０１が加熱コイル部１１に挿入されるようにガイドするガイド部３０と、を備えるように、溶解装置１００を構成する。これにより、溶解原料２００の下端２００ａが加熱コイル部１１の下端１１ｂよりも上方の位置に配置されるので、溶解原料２００の下端２００ａおよび下端２００ａの近傍の部分に加熱コイル部１１からの磁束が十分に到達する。その結果、溶解原料２００の下端２００ａおよび下端２００ａの近傍の部分を迅速に溶解することができるので、溶解原料２００の下端２００ａの溶け残りによって貫通孔２２が詰まるのを抑制することができる。これにより、溶解原料２００を貫通孔２２からスムーズに流出させることができるとともに、溶解原料２００が飛散するのを抑制することができる。その結果、飛散した溶解原料２００が溶解原料２０１に付着するのを抑制することができる。ここで、溶解原料２０１が溶解原料２００に接触するように積層された状態で溶解原料２０１を加熱コイル部１１に挿入した場合、溶解原料２０１に加熱コイル部１１からの磁束が届かず、溶解原料２０１が冷えた状態になっている場合がある。しかし、この場合でも、溶解原料２００の飛散が抑制されることにより、飛散した溶解原料２００が溶解原料２０１に付着するのが抑制されているので、溶解原料２０１の移動が飛散した溶解原料２００により妨げられるのを抑制することができる。これにより、溶解原料２０１が挿入された時点で溶解原料２０１を加熱された状態にするために、溶解原料２００が溶解して所定の大きさまで小さくなってから溶解原料２０１を挿入するようにタイミングを制御する必要がない。すなわち、溶解原料２００が溶解されて所定の大きさまで小さくなる前に、ガイド部３０を用いて溶解原料２０１を溶解原料２００に積層させるとともに加熱コイル部１１に挿入する場合でも、溶解原料２０１をスムーズに加熱コイル部１１に挿入することができる。その結果、加熱コイル部１１によって加熱される加熱対象の大きさを略一定にすることができる。これにより、加熱コイル部１１にかかる負荷を略一定にすることができる。これらの結果、溶解原料２００と溶解原料２０１とを、安定的に連続して溶解することができる。
【００５７】
また、第１実施形態では、上記のように、溶解炉１１ａおよび支持部２０が、互いに別個に設けられるように、溶解装置１００を構成する。これにより、溶解炉１１ａおよび支持部２０の各々を個別に交換することができるので、溶解炉１１ａおよび支持部２０の各々のメンテナンスを容易化することができる。また、支持部２０を交換することによって、支持部２０の大きさ（高さ）を変更することができるので、溶解原料２００の溶解の特性（溶解速度など）を容易に調整することができる。
【００５８】
また、第１実施形態では、上記のように、支持部２０が、溶解炉１１ａの内周面１１ｃに取り囲まれて設けられるように、溶解装置１００を構成する。これにより、溶解炉１１ａの内周面１１ｃによって支持部２０の移動が規制されるので、支持部２０の位置がずれるのを抑制することができる。
【００５９】
また、第１実施形態では、上記のように、支持部２０およびガイド部３０の各々が、非磁性体で、かつ、加熱コイル部１１により誘導加熱されない材質により構成されるように、溶解装置１００を構成する。これにより、加熱コイル部１１からの磁束が、支持部２０およびガイド部３０により影響を受けるのを抑制することができるので、溶解原料２００を加熱コイル部１１により安定的に溶解することができる。
【００６０】
また、第１実施形態では、上記のように、平面視において、原料支持面部２１が、溶解原料２００の下端２００ａの中央部Ｃを支持するように、溶解装置１００を構成する。ここで、溶解原料２００を加熱コイル部１１の磁束によって加熱する場合、表皮効果によって溶解原料２００の表面が主に加熱される。その結果、溶解原料２００の外表面から溶解が始まり、溶解原料２００の中央部Ｃは、比較的遅い段階で溶解される。つまり、溶解原料２００の外表面から徐々に中心に向かって溶解が進む。さらに、溶解原料２００の下端２００ａ（角部２００ｄ）に磁束が集中するので、下端２００ａ側の溶解の進行の度合いが速い。その結果、溶解原料２００は下方に向かって先細る形状となる。そこで、原料支持面部２１を溶解原料２００の下端２００ａの中央部Ｃを支持するように構成することによって、溶解原料２００の先細った先端（下端２００ａ）側を安定した状態で支持することができる。
【００６１】
また、第１実施形態では、上記のように、原料支持面部２１が、支持部２０における複数の貫通孔２２の間の部分により構成されるように、溶解装置１００を構成する。これにより、原料支持面部２１に隣り合うように複数の貫通孔２２が設けられる。そして、溶解原料２００から溶解した溶解原料２００は、先細った形状の溶解原料２００の先端側（原料支持面部２１に接触する部分）に向かって流れるので、溶解された溶解原料２００を、原料支持面部２１に隣り合う複数の貫通孔２２からよりスムーズに落下させることができる。
【００６２】
［第２実施形態］
次に、図１０を参照して、第２実施形態による溶解装置３００の構成について説明する。第２実施形態の溶解装置３００は、手動で高周波電源盤１をオンオフする上記第１実施形態と異なり、高周波電源盤１のオンオフが自動化されている。なお、上記第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。
【００６３】
図１０に示すように、溶解装置３００は、高周波電源盤１の動作を制御する制御装置４０を備える。
【００６４】
（溶解原料の溶解時間の決定）
次に、溶解原料２００の溶解時間Ｔを決定する際の制御について説明する。
【００６５】
第２実施形態では、溶解装置１００（制御装置４０）は、高周波電源盤１から加熱コイル部１１に供給される電力が略一定に設定された状態で、予め設定された溶解原料２００の溶解量と高周波電源盤１からの電力の供給量との関係に基づいて、加熱コイル部１１による溶解原料２００の溶解時間Ｔを決定するように構成されている。
【００６６】
具体的には、溶解時間Ｔ（ｓ）は、予め設定された溶解原料２００の溶解量をＡ（ｋｇ）、高周波電源盤１からの電力の供給量によって決定される溶解速度をＢ（ｋｇ／ｓ）とした場合、下記の式（１）により算出される。
【数１】
2020020554.tif 000003
【００６７】
そして、算出された溶解時間Ｔだけ、溶解原料２００の溶解が自動的に実行（フィードフォワード制御）される。具体的には、溶解の開始時間ｔ１が予めプログラムされており、溶解の開始時間ｔ１から溶解時間Ｔ後の時間ｔ２（ｔ１＋Ｔ）において溶解が自動的に停止される。
【００６８】
なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００６９】
（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００７０】
第２実施形態では、上記のように、高周波電源盤１から加熱コイル部１１に供給される電力が略一定に設定された状態で、予め設定された溶解原料２００の溶解量と高周波電源盤１からの電力の供給量との関係に基づいて、加熱コイル部１１による溶解原料２００の溶解時間Ｔを決定するように、溶解装置１００を構成する。これにより、重量センサ等により溶解量を検出することなく、溶解原料２００を必要な量だけ溶解することができる。その結果、溶解原料２００を溶解するための部品点数を低減することができる。また、溶解量に基づいて高周波電源盤１の電力を制御（フィードバック制御）する場合に比べて、溶解原料２００を溶解するための制御を簡易化することができる。
【００７１】
また、高周波電源盤１からの電力の供給量が略一定であるので、電力の供給量が変動する場合に比べて、溶解原料２００の溶解時間Ｔを決定する制御の負荷を軽減することができる。また、ユーザが手動で溶解時間Ｔを算出（決定）する場合に比べて、正確かつ速やかに溶解時間Ｔを算出することができる。
【００７２】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７３】
[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００７４】
また、上記第１および第２実施形態では、支持部２０は、２つの貫通孔２２を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。支持部２０は、貫通孔２２が１つ、または、３つ以上設けられていてもよい。
【００７５】
たとえば、図１１および図１２に示すように、溶解装置４００は、１つの貫通孔１２２を有する支持部１２０を備えている。この場合、溶解原料２００は、貫通孔１２２の近傍の原料支持面部１２１（図１２参照）により支持される。
【００７６】
また、１つの貫通孔の中心近傍に柱状部が設けられていてもよい。具体的には、図１３に示すように、支持部２２０は、貫通孔２２２と、柱状部２２３とを含む。柱状部２２３は、貫通孔２２２の中心近傍に設けられている。柱状部２２３は、溶解原料２００の下端２００ａ（図１参照）を支持する原料支持面部２２１を有する。また、柱状部２２３は、一対の梁部２２４により貫通孔２２２の内周面２２２ａと接続されている。
【００７７】
また、上記第１および第２実施形態では、ガイド部３０が筒形状を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。溶解原料２０１（第２溶解原料）が溶解原料２００（第１溶解原料）に接触するように積層されていれば、ガイド部３０は筒形状以外の形状であってもよい。
【００７８】
また、上記第１および第２実施形態では、支持部２０が、耐火レンガにより構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、支持部２０が、セラミックスにより構成されていてもよい。
【００７９】
また、上記第２実施形態では、算出された溶解時間Ｔだけ、溶解原料２００（第１溶解原料）の溶解が自動的に実行（フィードフォワード制御）される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、溶解時間Ｔは、手動で設定可能に構成されていてもよい。
【００８０】
また、上記第１および第２実施形態では、本発明の溶解装置を、溶解原料２００（第１溶解原料）を溶解するために用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、高周波電流の供給量を比較的少なくすることにより、溶解原料２００（第１溶解原料）の表面に付着する水分や油分を除去する予備加熱装置やアルミニウム等原料の加熱装置として本発明の溶解装置を用いることが可能である。
【００８１】
また、上記第１および第２実施形態では、溶解原料２００（第１溶解原料）が略直方体形状（角柱形状）を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、溶解原料２００（第１溶解原料）が略円柱形状を有していてもよい。この場合、加熱コイル部１１および溶解原料２０１（第２溶解原料）も略円柱形状を有する溶解原料２００（第１溶解原料）に沿うように、平面視において、略円形状を有するように形成される。
【００８２】
また、上記第１および第２実施形態では、支持部２０に設けられる貫通孔２２が略円形状を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、支持部に設けられる貫通孔が四角形状を有していてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１  高周波電源盤（高周波電源）
１１  加熱コイル部
１１ａ  溶解炉
１１ｂ  下端
１１ｃ  内周面
２０  支持部
２１、２２１  原料支持面部
２２、１２２、２２２  貫通孔
３０  ガイド部
１００  溶解装置
２００  溶解原料（第１溶解原料）
２００ａ  下端
２０１  溶解原料（第２溶解原料）
Ｃ  中央部
Ｔ  溶解時間
【図１】
2020020554.tif 000004
【図２】
2020020554.tif 000005
【図３】
2020020554.tif 000006
【図４】
2020020554.tif 000007
【図５】
2020020554.tif 000008
【図６】
2020020554.tif 000009
【図７】
2020020554.tif 000010
【図８】
2020020554.tif 000011
【図９】
2020020554.tif 000012
【図１０】
2020020554.tif 000013
【図１１】
2020020554.tif 000014
【図１２】
2020020554.tif 000015
【図１３】
2020020554.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月20日(2018.8.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【特許文献１】特許第２８１９７１１号公報