(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導コイル内に坩堝を内包した状態で一体的に保持する坩堝保持部と、この坩堝保持部に保持された坩堝に対向して配置される鋳型とが、その中心に回転軸が連結されたキャスティングアームに取り付けられ、前記坩堝内の金属を前記誘導コイルによって加熱溶融し、この溶融金属を前記キャスティングアームの回転による遠心力によって前記鋳型内に注入するようにした高周波遠心鋳造機において、
前記坩堝保持部を遠心方向の任意の位置に移動及び固定可能な遠心方向移動機構部と、
前記坩堝保持部を回転方向の任意の位置に移動及び固定可能な回転方向移動機構部とを備えたことを特徴とする高周波遠心鋳造機。
【請求項２】
前記回転軸に連結された回転子と前記誘導コイルとを電気的に接続する導電体を、前記遠心方向及び前記回転方向に対して変形可能に設けたことを特徴とする請求項１記載の高周波遠心鋳造機。
【請求項３】
前記導電体は、短冊状に形成された可撓性の薄板体が複数枚重ね合わせられるとともに、その全体がＵ字状に湾曲された状態で両端部分がそれぞれ結着され、一方の結着端部が前記回転子に連結され、他方の結着端部が前記誘導コイルに連結されたことを特徴とする請求項２記載の高周波遠心鋳造機。
【請求項４】
誘導コイル内に坩堝を内包した状態で一体的に保持する坩堝保持部と、この坩堝保持部に保持された坩堝の流出口に対向して鋳込口が配置される鋳型とが、その中心に回転軸が連結されたキャスティングアームに取り付けられ、前記坩堝内の金属を前記誘導コイルによって加熱溶融し、この溶融金属を前記キャスティングアームの回転による遠心力によって前記鋳型内に注入するようにした高周波遠心鋳造機において、
前記鋳型の鋳込口から型成形部までの導入路が、反回転方向に向かって遠心方向に延びる湾曲形状に形成されたものであることを特徴とする高周波遠心鋳造機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、誘導コイル内に坩堝を内包した状態で一体的に保持する坩堝保持部と、この坩堝保持部に保持された坩堝に対向して配置される鋳型とを、その中心に回転軸が連結されたキャスティングアームに取り付けるとともに、坩堝内の金属を誘導コイルによって加熱溶融し、この溶融金属をキャスティングアームの回転による遠心力によって鋳型内に注入するようにした高周波遠心鋳造機に関し、例えば歯科金属の鋳造、宝飾金属の鋳造、その他一般の精密鋳造に利用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高周波遠心鋳造機において、キャスティングアーム周辺の構造の一例を図８に示す。
【０００３】
同図において、誘導コイル８１と、この誘導コイル８１に内包される坩堝８２と、この坩堝８２の流出口８２ａに対向して鋳込口８３ａが配置される鋳型８３とが、キャスティングアーム８４上の一方の側に取り付けられており、このキャスティングアーム８４は、その中央部が回転軸８５に連結されて、回転可能に支持されている。また、キャスティングアーム８４上の他方の側には、回転時のバランスを維持するためのウエイト８６が、キャスティングアーム８４の長手方向Ｘに移動可能に設けられている。
【０００４】
また、誘導コイル８１は、キャスティングアーム８４の下部に取り付けられており、内包される坩堝８２を垂直に保持する構造となっている。
【０００５】
また、鋳型８３は、鋳込口８３ａから導入路８３ｂを介して型成形部８３ｃまでの経路が、ほぼ水平方向の一直線となるように形成されている。
【０００６】
そして、キャスティングアーム８４に対して垂直に保持された坩堝８２内の金属を誘導コイル８１によって加熱溶融し、この溶融金属をキャスティングアーム８４の回転による遠心力によって鋳型８３の型成形部８３ｃ内に注入することにより、鋳造を行うものである。このとき、溶融金属は坩堝８２の底部に溜まるが、このときの溶融金属は、磁界の影響で垂直方向に立った状態となる。そして、この垂直に立ったような状態から、キャスティングアーム８４の回転による遠心力によって内壁を駆け上り、流出口８２ａから吐出されて鋳込口８３ａから鋳型８３内の型成形部８３ｃ内に注入されることになる。
【０００７】
また、キャスティングアームに坩堝を取り付けるための坩堝保持部を、キャスティングアームに対して遠心方向に摺動可能に設けた遠心鋳造機（特開昭５４−４８９９８号公報参照）や、これとは逆に鋳型をキャスティングアームに対して遠心方向に摺動可能に設けた遠心鋳造機（特開平２−２５５２５８号公報参照）が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような精密鋳造を成功せるためには、溶融金属を素早くかつ直接に鋳込口８３ａへ導くこと、遠心方向と慣性方向とに留意した鋳型８３内の設計を行うことの２つの要件が重要となる。
【０００９】
そして、前者の溶融金属を素早くかつ直接に鋳込口８３ａへ導くことの要件を満たすためには、坩堝８２の流出口８２ａと鋳型８３の鋳込口８３ａとの距離及び位置を正確に合わせる必要がある。
【００１０】
しかしながら、図８に示す高周波遠心鋳造機では、坩堝８２がキャスティングアーム８４に対して固定的に取り付けられていることから、坩堝８２の流出口８２ａと鋳型８３の鋳込口８３ａとの距離や位置の微妙な調整が行えないといった問題があった。
【００１１】
また、上記各公報に掲載された遠心鋳造機は、共に遠心方向には移動できる構造となっているものの、慣性方向に対しては全く自由度がなく、この点で坩堝の流出口と鋳型の鋳込口との距離や位置の微妙な調整が十分には行えないといった問題があった。
【００１２】
また、図８に示す高周波遠心鋳造機では、鋳型８３は、鋳込口８３ａから導入路８３ｂを介して型成形部８３ｃまでの経路が、ほぼ水平方向の一直線となるように形成されており、上記第２の要件である遠心方向と慣性方向とに留意した鋳型内の設計とはなっていないといった問題があった。
【００１３】
本発明はこのような問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、坩堝の流出口と鋳型の鋳込口との距離や位置の微調整を可能とするとともに、遠心方向と慣性方向とに留意した鋳型構造とした高周波遠心鋳造機を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１記載の高周波遠心鋳造機は、誘導コイル内に坩堝を内包した状態で一体的に保持する坩堝保持部と、この坩堝保持部に保持された坩堝に対向して配置される鋳型とが、その中心に回転軸が連結されたキャスティングアームに取り付けられ、前記坩堝内の金属を前記誘導コイルによって加熱溶融し、この溶融金属を前記キャスティングアームの回転による遠心力によって前記鋳型内に注入するようにした高周波遠心鋳造機に適用し、前記坩堝保持部を遠心方向の任意の位置に移動及び固定可能な遠心方向移動機構部と、前記坩堝保持部を回転方向の任意の位置に移動及び固定可能な回転方向移動機構部とを備えた構成とする。
【００１５】
また、本発明の請求項２記載の高周波遠心鋳造機は、回転軸に連結された回転子と誘導コイルとを電気的に接続する導電体を、遠心方向及び回転方向に対して変形可能に設けた構成とする。
【００１６】
また、本発明の請求項３記載の高周波遠心鋳造機は、導電体を、短冊状に形成された可撓性の薄板体を複数枚重ね合わせるとともに、その全体をＵ字状に湾曲した状態で両端部分をそれぞれ結着し、一方の結着端部を回転子に連結し、他方の結着端部を誘導コイルに連結した構造とする。
【００１７】
また、本発明の請求項４記載の高周波遠心鋳造機は、誘導コイル内に坩堝を内包した状態で一体的に保持する坩堝保持部と、この坩堝保持部に保持された坩堝の流出口に対向して鋳込口が配置される鋳型とが、その中心に回転軸が連結されたキャスティングアームに取り付けられ、前記坩堝内の金属を前記誘導コイルによって加熱溶融し、この溶融金属を前記キャスティングアームの回転による遠心力によって前記鋳型内に注入するようにした高周波遠心鋳造機に適用し、前記鋳型の鋳込口から型成形部までの導入路が、前記キャスティングアームの回転による遠心力と慣性力との合成ベクトル方向に沿う方向となるように形成されものである。
【００１８】
【作用】
請求項１記載の高周波遠心鋳造機の作用について説明する。
【００１９】
坩堝保持部をキャスティングアームに対して遠心方向の任意の位置に移動及び固定可能な遠心方向移動機構部と、坩堝保持部をキャスティングアームに対して回転方向の任意の位置に移動及び固定可能な回転方向移動機構部とを設ける。
【００２０】
このように、坩堝保持部をキャスティングアームに対して遠心方向及び回転方向の任意の位置に移動及び固定可能な構成とすることにより、坩堝の大きさに対応することができる。つまり、坩堝の大きさが変わっても、坩堝の流出口と鋳型の鋳込口との距離及び位置を常に最適位置に保つことが可能となる。
【００２１】
請求項２及び３記載の高周波遠心鋳造機の作用について説明する。
【００２２】
回転軸に連結された回転子と誘導コイルとを電気的に接続する導電体を、遠心方向及び回転方向に対して変形可能に設ける。具体的には、導電体を、短冊状に形成された可撓性の薄板体を複数枚重ね合わせるとともに、その全体をＵ字状に湾曲した状態で両端部分をそれぞれ結着し、一方の結着端部を回転子に連結し、他方の結着端部を誘導コイルに連結した構造とする。
【００２３】
このように、導電体を複数枚の可撓性の薄板体で形成することにより、大電流に対応して表面積を大きく取ることができる。また、この導電体は、その全体がフレキシブルな構造であることから、誘導コイルをキャスティングアームに対して水平移動（具体的には、遠心方向及び回転方向に移動）させたときにも、この移動に追従して変形し、回転子と誘導コイルとの確実な連結状態を保つことができる。
【００２４】
請求項４記載の高周波遠心鋳造機の作用について説明する。
【００２５】
鋳型の鋳込口から型成形部までの導入路を、キャスティングアームの回転による遠心力と慣性力との合成ベクトル方向に沿う方向となるように形成する。
【００２６】
これにより、キャスティングアームの回転による遠心力によって坩堝の流出口から吐出され、鋳型の鋳込口から注入される溶融金属の注入方向と鋳型の導入路の方向とが一致することから、溶融金属はスムーズに導入路を通って型成形部に注入されることになる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は、本発明に係わる高周波遠心鋳造機全体の概略構造を示す縦断面図である。
【００２９】
同図において、上部が開閉可能な蓋体２となっている金属製のケース本体１の内部は、中仕切板９によって上下２室に仕切られている。そして、この中仕切板９の略中央部に回転軸３が取り付けられており、この回転軸３にキャスティングアーム４の中央部が連結されている。
【００３０】
キャスティングアーム４には、その一方の側に誘導コイル５と、この誘導コイル５に内包される形で保持される坩堝６と、この坩堝６の流出口６ａに対向して鋳込口７ａが配置された鋳型７とが取り付けられており、他方の側には、回転時のバランスを維持するためのウエイト８が、キャスティングアーム４の長手方向Ｘ（図１において左右方向）に移動可能に取り付けられている。また、坩堝６は坩堝保持部３１（図２参照）によって垂直方向に保持されており、誘導コイル５は、この坩堝保持部３１の下面側に取り付けられている。
【００３１】
また、回転軸３には、誘導コイル５に電力を供給するための回転子１１が連結されるとともに、中仕切板９には、この回転子１１に先端部１２ａが接触して高周波電力を供給するブラシ１２の基端部１２ｂが取り付けられている。また、回転子１１と誘導コイル５とは、導電体１０によって連結されている。
【００３２】
一方、中仕切板９の下部には、商用電源を全波整流することにより得られた脈流をスイッチングすることにより高周波電力を生成するスイッチング基板１５、スイッチング基板１５から出力される高周波電力のインピーダンスを変換するマッチングトランス１６、及び誘導コイル５に直列に接続された高周波コンデンサ１７が設けられている。
【００３３】
また、キャスティングアーム４を回転させるため、内部にギヤが内蔵された誘導コンデンサ起動型モータ１８が設けられるとともに、この誘導コンデンサ起動型モータ１８の出力軸の方向を、水平方向から垂直方向に変換して回転軸３に回転を伝達するギヤ部１９が設けられている。また、ケース本体１の上部に設けられた基板２１には、高周波遠心鋳造機としての主たる制御を行う回路ブロックが形成されており、ケース本体１の下部に設けられた基板２２には、スイッチング基板１５のスイッチングを制御するタイミング信号を生成する回路ブロックが形成されている。
【００３４】
上記構成において、スイッチング基板１５において生成され、マッチングトランス１６によってインピーダンスが変換された高周波電力は、高周波コンデンサ１７を介してブラシ１２に導かれている。そのため、ブラシ１２に導かれた高周波電力は、回転子１１、導電体１０を介して誘導コイル５に与えられ、誘導コイル５の内部に保持された坩堝６内の金属を溶融する。そして、坩堝６内の金属が溶融すると、誘導コンデンサ起動型モータ１８の回転が開始され、キャスティングアーム４が回転を始める。そのため、坩堝６内の溶融金属は、キャスティングアーム４の回転により発生する遠心力によって鋳型７内に注入され、鋳造が行われるものである。
【００３５】
図２は、上記構成の高周波遠心鋳造機において、キャスティングアーム４の周辺構造を示す分解斜視図である。
【００３６】
坩堝保持部３１は、キャスティングアーム４の左右の両腕部４ａ，４ｂに取り付けられた摺動軸３２ａ，３２ｂに嵌挿された左右の保持金具３３ａ，３３ｂによって保持されている。また、保持金具３３ａ，３３ｂは、摺動軸３２ａ，３２ｂに沿ってキャスティングアーム４の長手方向Ｘ（すなわち、遠心方向）に移動可能に設けられており、その移動先端位置は、ストッパ３４によって決定される。
【００３７】
つまり、ストッパ３４の位置を遠心方向Ｘにずらせて調節することにより、両保持金具３３ａ，３３ｂの移動先端位置を調節することが可能となっている。
【００３８】
また、坩堝保持部３１を遠心方向Ｘに移動可能とする構成については、上記構成に限らず、例えば摺動軸３２ａ，３２ｂをキャスティングアーム４の両腕部４ａ，４ｂに対して回転可能に取り付けるとともに、摺動軸３２ａ，３２ｂの外周面に雄ネジ部を形成し、保持金具３３ａ，３３ｂには、その挿通穴に雌ネジ部を形成して、摺動軸３２ａ，３２ｂの雄ネジ部と螺合するように形成してもよい。これにより、各摺動軸３２ａ，３２ｂを回転させることによって、各保持金具３３ａ，３３ｂを遠心方向Ｘに移動させることができる。
【００３９】
また、坩堝保持部３１は、両保持金具３３ａ，３３ｂ間に張設された摺動杆３６に嵌挿されて、左右方向Ｙ（すなわち、回転方向）に移動可能に設けられている。すなわち、両保持金具３３ａ，３３ｂと坩堝保持部３１の左右両側面３１ａ，３１ｂとの間に十分な隙間３５ａ，３５ｂを形成するとともに、一方の側の保持金具３３ａの外側から坩堝保持部３１の内部にまで達する調節ネジ３７を取り付け、この調節ネジ３７を回転させることによって、坩堝保持部３１を回転方向Ｙに移動できるようになっている。
【００４０】
このように、キャスティングアーム４に対して坩堝保持部３１を遠心方向Ｘ及び回転方向Ｙに移動可能に設けることにより、坩堝６の大きさや鋳型７の形状（特に、鋳込口７ａの形成位置）に対応することができる。つまり、坩堝６の大きさが変わったり、鋳込口７ａの形成位置が中央部から縁寄りに変わった場合でも、坩堝６の流出口６ａと鋳型７の鋳込口７ａとの距離及び位置を常に一定距離及び対向する位置に保つことが可能となる。
【００４１】
図３は、坩堝保持部３１に取り付けられた誘導コイル５の構造を示している。
【００４２】
この誘導コイル５は、１枚の長尺状の薄板体を、その隣接する表面同士が対向するようにして、螺旋状に巻回したものである。この誘導コイル５の形状は、例えば巻数が７回転であって、その隣接する表面同士の間隔ｔ１が３mm、全体の長さｔ０が３５mm、内径ｒ１が４２mm、外径ｒ２が６２mmとなっている。
【００４３】
このように、１枚の長尺状の薄板体によって誘導コイル５を継ぎ目無く形成することにより、局所的に発熱が起きるといった問題が解消される。つまり、従来は必要であった放熱板が不要となることから、その分小型化が図れるとともに、信頼性も向上するものである。
【００４４】
また、図４（ａ），（ｂ）は、回転子１１と誘導コイル５とを電気的に接続する導電体１０の構造を示している。
【００４５】
すなわち、この導電体１０は、短冊状に形成された可撓性の薄板体１０ａ，１０ａ・・・を複数枚重ね合わせるとともに、その全体をＵ字状に湾曲した状態〔図４（ｂ）に示す状態〕で両端部分１０ｂ，１０ｃをそれぞれ結着し、一方の結着端部１０ｂを回転子１１に接合し、他方の結着端部１０ｃを誘導コイル５に接合した構造とする（図１及び図２参照）。
【００４６】
このように、導電体１０を複数枚の可撓性の薄板体１０ａ，１０ａ・・・で形成することにより、大電流に対応して表面積を大きく取ることができる。また、この導電体１０は、その全体がフレキシブルな構造であることから、誘導コイル５をキャスティングアーム４に対して遠心方向Ｘ及び回転方向Ｙに移動させたときにも、この移動に追従して変形し、回転子１１と誘導コイル５との連結を確実に保つことができる。
【００４７】
図５は、鋳型７の構造の一例を示す平面から見た横断面図である。
【００４８】
すなわち、図示しない坩堝６の流出口６ａと対向する面７ｄの一側縁７ｅ寄りに鋳込口７ａが形成され、この鋳込口７ａから型成形部７ｃまでをつなぐ導入路７ｂが、図中に示す反回転方向（慣性方向）−Ｙに向かって遠心方向Ｘに延びる湾曲形状に形成されたものである。
【００４９】
ここで、モータ駆動による始動特性は図６に示すようになっており、ｄω／ｄｔは定常回転に達するまでほぼ一定である。つまり、遠心力（ｍｒω2 ）と慣性力（ｍｒ・ｄω／ｄｔ）との変化は、これを鋳型７の回転軌跡で見た場合、図７に示すようになる。図中、符号Ａの位置が回転起動時の鋳型７の位置である。
【００５０】
つまり、回転初期においては、慣性力が比較的大きいので、遠心力と慣性力の合成力（合成ベクトル）としては斜め後方となる。
【００５１】
そのため、本発明の金型７では、図５に示すように、これらを考慮した導入路７ｂの形状としている。
【００５２】
これにより、キャスティングアーム４の回転による遠心力によって坩堝６の流出口６ａから吐出され、鋳型７の鋳込口７ａから注入される溶融金属の注入方向と、鋳型７の導入路７ｂの方向とが一致することから、溶融金属はスムーズに導入路７ｂを通って型成形部７ｃに注入されることになる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の高周波遠心鋳造機は、坩堝保持部をキャスティングアームに対して遠心方向の任意の位置に移動及び固定可能な遠心方向移動機構部と、坩堝保持部をキャスティングアームに対して回転方向の任意の位置に移動及び固定可能な回転方向移動機構部とを設けた構成としたので、坩堝の大きさが変わっても、また鋳型の鋳込口の形成位置が変わっても、坩堝の流出口と鋳型の鋳込口との距離及び位置を常に最適位置に保つことが可能となる。また、使用者にとって自由な鋳型の設計が可能となる。
【００５４】
また、本発明の請求項２及び３記載の高周波遠心鋳造機は、回転軸に連結された回転子と誘導コイルとを電気的に接続する導電体を、遠心方向及び回転方向に対して変形可能に設ける。つまり、導電体を、短冊状に形成された可撓性の薄板体を複数枚重ね合わせるとともに、その全体をＵ字状に湾曲した状態で両端部分をそれぞれ結着し、一方の結着端部を回転子に連結し、他方の結着端部を誘導コイルに連結した構造とする。このように、導電体を複数枚の可撓性の薄板体で形成することにより、大電流に対応して表面積を大きく取ることができる。また、この導電体は、その全体がフレキシブルな構造であることから、誘導コイルをキャスティングアームに対して水平移動（具体的には、遠心方向及び回転方向に移動）させたときにも、この移動に追従して変形し、回転子と誘導コイルとの確実な連結状態を保つことができる。
また、本発明の請求項４記載の高周波遠心鋳造機は、鋳型の鋳込口から型成形部までの導入路を、キャスティングアームの回転による遠心力と慣性力との合成ベクトル方向に沿う方向となるように形成したので、キャスティングアームの回転による遠心力によって坩堝の流出口から吐出され、鋳型の鋳込口から注入される溶融金属の注入方向と鋳型の導入路の方向とが一致することから、溶融金属はスムーズに導入路を通って型成形部に注入されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる高周波遠心鋳造機全体の概略構造を示す縦断面図である。
【図２】キャスティングアームの周辺構造を示す分解斜視図である。
【図３】坩堝保持部に取り付けられた誘導コイルの構造を示す斜視図である。
【図４】回転子と誘導コイルとを電気的に接続する導電体の構造を示す斜視図及び正面図である。
【図５】鋳型の構造の一例を示す平面から見た横断面図である。
【図６】モータ駆動による始動特性を示すグラフである。
【図７】キャスティングアーム回転時の遠心力と慣性力との変化を示す図である。
【図８】従来の高周波遠心鋳造機において、キャスティングアーム周辺の構造の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
４  キャスティングアーム
５  誘導コイル
６  坩堝
７  鋳型
１０  導電体
１０ａ  薄板体
１０ｂ，１０ｃ  結着端部
３１  坩堝保持部
３２ａ，３２ｂ  摺動軸
３３ａ，３３ｂ  保持金具
３４  ストッパ
３５  摺動杆
３７  調節ネジ
【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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