(57)【要約】【課題】半溶融ビレットの固相率が不均一となることを回避又は抑制する技術を提供する。【解決手段】円柱体１２の表面１４（特に円柱体の１２の側面１４ｓ）に円柱体１２の高さ方向Ａに非平行な複数のスリット１６を形成する。スリット１６の深さは表皮深さ以上とし、スリット１６の間隔は表皮深さに基づく距離とする。具体的には、スリット１６によって形成される凸部の一方側から侵入する電磁界と、他方側から侵入する電磁界との干渉を避けるためにスリット間隔を表皮深さの２倍程度とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱に供する金属ビレット（１０）を製造するビレット製造方法であって、
円柱体（１２）状に成形された金属塊において、前記円柱体の表面（１４）に前記円柱体の高さ方向（Ａ）に非平行な複数のスリット（１６）を形成する工程を備える、ビレット製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のビレット製造方法であって、
前記スリット（１６）を、前記円柱体（１２）の側面（１４ｓ）において、前記高さ方向（Ａ）と垂直な方向（Ｈ）に沿って形成する、ビレット製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のビレット製造方法であって、
前記スリット（１６）の前記高さ方向（Ａ）の間隔は、前記円柱体（１２）の前記高さ方向の中央近傍における値（ｄ１）よりも、前記円柱体の前記高さ方向の端近傍における値（ｄ２）の方が大きい、ビレット製造方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２記載のビレット製造方法であって、
前記スリット（１６）を、前記円柱体（１２）の前記高さ方向（Ａ）の略中央の位置に形成する、ビレット製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか記載のビレット製造方法であって、
一の前記スリット（１６）から、前記金属塊の表皮深さ（ｄｓ）に基づく距離を隔てて、他の前記スリットを形成する、ビレット製造方法。
【請求項６】
請求項５記載のビレット製造方法であって、
前記一の前記スリット（１６）から、前記表皮深さ（ｄｓ）の２倍の距離を隔てて、前記他の前記スリットを形成する、ビレット製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか記載のビレット製造方法であって、
前記表皮深さ（ｄｓ）以上の深さをもつ前記スリット（１６）を形成する、ビレット製造方法。
【請求項８】
誘導加熱に供する金属ビレット（１０）であって、
円柱体（１２）の表面（１４）に前記円柱体の高さ方向（Ａ）に非平行な複数のスリット（１６）を呈する、金属ビレット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円柱状の金属被加熱体（以下、「ビレット」と称する）をコイル内に収容して誘導加熱する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、アルミニウムやマグネシウム等、又はそれらの合金でビレットを形成し、当該ビレットを加熱して半溶融ビレットを得た後、ダイカスト装置の射出スリーブに供給する作業が行われている。このような技術は、例えば下掲の特許文献１に開示されている。
【０００３】
図９は半溶融ビレットを生成する誘導加熱装置９０の概略を示す図である。上記ダイカスト装置（図示省略）に供給する半溶融ビレットを生成するには、螺旋コイル９１の内部にビレット９２を移動させ、収容した状態で螺旋コイル９１に通電し、ビレット９２を誘導加熱する手法を採用している。
【０００４】
ビレット９２を誘導加熱すると、加熱温度の局所的な不均衡によって温度斑等が生じやすい。すなわち、半溶融ビレットの固相率は不均一になりやすい。固相率が不均一である場合、ダイカスト装置内で半溶融ビレットに偏析が生じたり湯流れ性が悪化したりする等の問題がある。
【０００５】
下掲の特許文献１に開示された技術では、半溶融ビレットの固相率が不均一であることを前提として、ダイカスト装置のキャビティ入口で固相率を測定し、測定した固相率に基づいて半溶融金属の射出速度の制御、あるいは固相率を調整している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１６７７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、固相率が不均一であることを前提として、センサや制御機器を配設するのは、コストや製造工程数の増大を招来し、好ましくない。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑み、半溶融ビレットの固相率が不均一となることを回避又は抑制する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく、第１の発明は、誘導加熱に供する金属ビレット（１０）を製造するビレット製造方法であって、円柱体（１２）状に成形された金属塊において、前記円柱体の表面（１４）に前記円柱体の高さ方向（Ａ）に非平行な複数のスリット（１６）を形成する工程を備える。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明であって、前記スリット（１６）を、前記円柱体（１２）の側面（１４ｓ）において、前記高さ方向（Ａ）と垂直な方向（Ｈ）に沿って形成する。
【００１１】
第３の発明は、第１又は第２の発明であって、前記スリット（１６）の前記高さ方向（Ａ）の間隔は、前記円柱体（１２）の前記高さ方向の中央近傍における値（ｄ１）よりも、前記円柱体の前記高さ方向の端近傍における値（ｄ２）の方が大きい。
【００１２】
第４の発明は、第１又は第２の発明であって、前記スリット（１６）を、前記円柱体（１２）の前記高さ方向（Ａ）の略中央の位置に形成する。
【００１３】
第５の発明は、第１ないし第４のいずれかの発明であって、一の前記スリット（１６）から、前記金属塊の表皮深さ（ｄｓ）に基づく距離を隔てて、他の前記スリットを形成する。
【００１４】
第６の発明は、第５の発明であって、前記一の前記スリット（１６）から、前記表皮深さ（ｄｓ）の２倍の距離を隔てて、前記他の前記スリットを形成する。
【００１５】
第７の発明は、第１ないし第６のいずれかの発明であって、前記表皮深さ（ｄｓ）以上の深さをもつ前記スリット（１６）を形成する。
【００１６】
第８の発明は、誘導加熱に供する金属ビレット（１０）であって、円柱体（１２）の表面（１４）に前記円柱体の高さ方向（Ａ）に非平行な複数のスリット（１６）を呈する。
【発明の効果】
【００１７】
第１の発明によれば、加熱効率に優れた金属ビレットを製造できる。
【００１８】
第２の発明によれば、より加熱効率に優れた金属ビレットを製造できる。
【００１９】
第３の発明によれば、加熱効率に優れた金属ビレットを製造できる。
【００２０】
第４の発明によれば、より加熱効率に優れた金属ビレットを製造できる。
【００２１】
第５の発明によれば、従来よりも深く加熱可能な金属ビレットを製造できる。
【００２２】
第６の発明によれば、スリットの表面から入射した電磁界が干渉することなくビレットを誘導加熱するので、均熱状態にしやすい。
【００２３】
第７の発明によれば、被加熱領域を大きくできる。
【００２４】
第８の発明によれば、金属ビレットの加熱効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図１を初めとする以下の図には、本発明に関係する要素のみを示す。
【００２６】
図１は本発明の実施形態に係るビレットを例示する図であり、図１（ａ）に示した円柱体１２を加工することによって、図１（ｂ）に示したビレット１０を得る。具体的にはビレット１０は、円柱体１２の表面１４（特に円柱体１２の側面１４ｓ）に円柱体１２の高さ方向Ａに非平行な複数のスリット１６を呈する。
【００２７】
以下、このようなスリット１６を呈するビレット１０の製造方法について説明しながら、ビレット１０の形状について更に詳細に説明する。
【００２８】
ビレット１０の製造方法としては、例えば円柱体１２の高さ方向Ａに垂直な方向、例えば円柱体１２の中心軸Ｑに対する周方向Ｈに沿って、側面１４ｓにスリット１６を形成する工程を備える。なお、スリット１６が延在する方向は必ずしも高さ方向Ａに垂直な方向に沿っている必要はなく、高さ方向Ａと非平行であれば良く、例えばネジ溝のように溝が螺旋を呈していても良い。
【００２９】
図２はビレット１０を、その中心軸Ｑを含んで径方向に沿って仮想的に切り出した扇柱形１０Ｓの斜視図及びスリット１６の部分拡大図であり、図２（ａ）が扇柱形１０Ｓを示し、図２（ｂ）が扇柱形１０Ｓで示した領域Ｐの拡大図を示している。ビレット１０には高周波電流による誘導加熱が施される。いま、図９で示したような誘導加熱装置９０を用いてビレット１０を加熱する場合、すなわち、螺旋コイル９１の内側にビレット１０を収容して誘導加熱する場合、螺旋コイル９１の螺旋軸方向と略円柱形のビレット１０の中心軸Ｑとを一致させることが望ましい。
【００３０】
そして、螺旋コイル９１の螺旋軸方向と、ビレット１０の中心軸Ｑとを一致させる場合には、スリット１６が高さ方向Ａと非平行に形成されることが望ましい。螺旋コイル９１はその螺旋軸方向に交番磁界を発生させるので、電磁誘導の法則によってビレット１０には周方向Ｈに渦電流が流れる。そしてスリット１６が高さ方向Ａと平行に形成されていると、スリット１６は当該渦電流の流れを阻止する。つまり側面１４ｓ近傍での渦電流発生が抑制される。換言すれば、スリット１６が高さ方向Ａと非平行を呈していれば、凸部１７の延在方向は周方向Ｈにその成分を有し、渦電流が凸部１７の内部を流れやすくなるので、高いジュール熱が発生する点で望ましい。
【００３１】
スリット１６の深さ１６ｄはビレット１０を構成する材料の表皮深さｄｓ以上に深くすることが望ましい。なお、図２では、深さ１６ｄが表皮深さｄｓと等しい態様を示している。表皮深さｄｓは、導体（ビレット１０の材料）の電気抵抗ρ及び絶対透磁率μ、電流周波数ωを用いて、表皮深さｄｓ＝√（２ρ／ωμ）で得られる長さである。
【００３２】
いま、ビレット１０を構成する材料としてアルミ合金Ａｌｐｅｒｍを採用し、電流周波数５０Ｈｚの電流で誘導加熱することを考えると、電気抵抗ρ、絶対透磁率μはそれぞれ、
ρ＝１４０×１０＾（−８）［Ω・ｍ］、
μ＝５９００［Ｈ／ｍ］
であるから、スリット１６は、表皮深さｄｓ＝３．１×１０＾（−６）［ｍ］＝３．１［μｍ］以上の深さ１６ｄを呈することが望ましい。
【００３３】
また、２つのスリット１６同士の間隔１６ｉは表皮深さｄｓに基づく距離とし、具体的には表皮深さｄｓの２倍以上とすることが望ましい。なお、図２では、間隔１６ｉが表皮深さｄｓの２倍に等しい態様を示している。より具体的には、上述の場合を例に採れば、表皮深さｄｓ＝３．１［μｍ］の場合には、２つのスリット１６同士の間隔１６ｉ＝２・ｄｓ＝６．２［μｍ］以上の長さを呈することが望ましい。２つのスリット１６同士の間隔１６ｉを表皮深さｄｓの２倍以上とすることによって２つのスリット１６によって形成される凸部１７の一方側から侵入した電磁界と、他方側から侵入した電磁界とが干渉することなく効率的に誘導加熱できる。
【００３４】
図３は仮想的に扇柱形に切り出したビレット９２，１０を誘導加熱したときの温度分布を示す図であり、図３（ａ）は（スリットがない）ビレット９２の温度分布を等温線ＴＬで示し、図３（ｂ）は（スリット１６を呈する）ビレット１０の温度分布を等温線ＴＬで示している。
【００３５】
ビレット９２を誘導加熱すると、表面近傍だけが高温に加熱され、その内側はほとんど加熱されていないことを示している。一方、ビレット１０を誘導加熱すると、ビレット９２が加熱される領域よりも深い領域まで加熱されることを示している。つまり、ビレット１０がスリット１６を呈することによって被加熱領域が拡大したことを示している。
【００３６】
このように被加熱領域が拡大する理由としては以下のようなことが考えられる。すなわち、スリット１６によって形成される凹凸がビレット１０の側面の高さ方向Ａにおける透磁率を実質的に低下させることによって、ビレット１０の表面において励磁される磁束量よりも、ビレット１０の内部において励磁される磁束量の方が多くなるからであると考えられる。したがって、被加熱領域を拡大させるためには、径の異なる２つの円柱を高さ方向Ａに連接しただけの態様ではなく、複数のスリット１６を呈することが必要であると考えられる。
【００３７】
図４はビレット１０，９２の中心Ｏ（中心軸Ｑと、ビレット１０，９２の高さ方向Ａにおける端面との交点：図１参照）から外周Ｒへと向かう領域における加熱密度を示すグラフであり、曲線の面積が被加熱領域の大きさを示している。図４に示す如く、ビレット１０の曲線Ｃ１の面積の方が、ビレット９２の曲線Ｃ２の面積よりも大きいことが分かる。つまり、スリット１６を呈している方が固相率の均一化に資する。
【００３８】
図５はビレット１０，９２の端面Ｒから高さ方向Ａの中心Ｌ（図１参照）へと向かう領域における温度を示すグラフである。図５に示す如く、ビレット１０における高さ方向Ａの端面Ｒでの温度ＴＲ１と中心Ｌでの温度ＴＬ１との温度差ΔＴ１と、ビレット９２における端面Ｒでの温度ＴＲ２と中心での温度ＴＬ２との温度差ΔＴ２とを比較すると、ΔＴ１＜ΔＴ２という関係がある。すなわち、ビレット１０の方がビレット９２よりも高さ方向Ａにおいて均一に加熱することができる。
【００３９】
これら図４及び図５をまとめた加熱効率を次に示す。
【００４０】
図６はスリット１６の有無による加熱効率を示すグラフであり、ビレット９２の加熱効率（左側の棒グラフ）を基準としたときのビレット１０の加熱効率（右側の棒グラフ）を示している。図６に示す如く、ビレット１０の加熱効率の方がビレット９２の加熱効率よりも高いことを示している。
【００４１】
〈変形例〉
以上、本発明の好適な態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、スリット１６の間隔を高さ方向Ａで変化させても良い。
【００４２】
図７は変形例に係るビレット１０Ａを示す斜視図である。図５で示したように、高さ方向Ａでの端面Ｒと比較して中心Ｌでは温度が高くなる。したがって、スリット間隔１６ｉを異ならせることによって端面Ｒでの加熱効率を上げ、中心Ｌでの加熱効率を下げれば高さ方向Ａでの温度差を低減できる。
【００４３】
具体的には、円柱体１２（図１参照）に対して中心Ｌ又は一のスリット１６ａから距離ｄ１を隔てて他のスリット１６ａ形成し、端面Ｒ又は一のスリット１６ｂから距離ｄ１を隔てて他のスリット１６ｂを形成する。上述の通り、２つのスリット１６ａ，１６ｂによって形成される凸部の高さ方向Ａの長さが表皮深さｄｓよりも短い場合には誘導加熱の効率が低下するので、距離ｄ１，ｄ２を適宜に設定することによって、高さ方向Ａでの温度差を低減できる。
【００４４】
図８はスリット１６の変形例を示す図であり、図２で示した部分拡大図に相当する断面を示している。上記実施形態ではスリット１６が矩形を呈している態様について説明したが、図８（ａ）に示す如くノコギリ刃状のスリット１６Ａを呈していても良いし、図８（ｂ）に示す如くカマボコ状のスリット１６Ｂを呈していても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係るビレットを例示する図である。
【図２】ビレットを仮想的に切り出した扇柱形の斜視図及びスリットの部分拡大図である。
【図３】仮想的に扇柱形に切り出したビレットを誘導加熱したときの温度分布を示す図である。
【図４】ビレットの中心から外周へと向かう領域における加熱密度を示すグラフである。
【図５】ビレットの端面から高さ方向の中心へと向かう領域における温度を示すグラフである。
【図６】スリットの有無による加熱効率を示すグラフである。
【図７】変形例に係るビレットを示す斜視図である。
【図８】スリットの形状の変形例を示す図である。
【図９】半溶融ビレットを生成する誘導加熱装置の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  ビレット
１２  円柱体
１４  表面
１４ｓ  側面
１６  スリット
Ａ  高さ方向
Ｈ  水平方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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