(57)【要約】【課題】  良好な溶湯品質を確保可能な鋳造装置を提供する。【解決手段】  鋳造装置１０は、炉体１５およびホットプレート３０を備えている。炉体１５の溶解室１７は、ホットプレート３０が位置する第１空間５１と、炉体１５の第１通路２５に対し上方に位置する第２空間５２と、第１空間５１と第２空間５２とを接続する通孔５３とを含む。ホットプレート３０は、材料を載置可能な材料載置面３１を有しており、溶解室１７の第１空間５１内に投入された材料を加熱して溶解させる。材料載置面３１は凹凸を有している。材料載置面３１上で発生するドロス９４は、部分的に材料載置面３１の凹凸に引っかかった状態で溶湯９３を覆うように発生し、その多くが材料載置面３１上に残る。そのため、第１通路２５の保温溶湯にドロス９４が流れ込むことを抑制し、良好な溶湯品質を確保可能である。【選択図】図５
2014209054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を溶かして得た溶湯（９３）を金型（９５）に注入する鋳造装置（１０、６０、７０）であって、
溶解室（１７）、当該溶解室から下方へ延びている第１通路（２５）、および、前記第１通路のうち前記溶解室とは反対側の端部から上方へ延びている第２通路（２７）を有する炉体（１５、６３、７２）と、
前記第２通路と前記金型の注湯口（９６）とを接続する接続部材（３５）と、
前記溶解室に投入された材料を加熱して溶解させる加熱手段（３０）と、
前記溶解室に気体を供給して前記第１通路の溶湯の湯面（９１）を押し下げつつ前記第２通路の溶湯の湯面（９２）を押し上げ、前記金型内に溶湯を注入する加圧手段（４０）と、
を備え、
前記溶解室の床面には、材料を載置可能であって凹凸を有する材料載置面（３１）が含まれることを特徴とする鋳造装置。
【請求項２】
前記溶解室は、前記材料載置面が位置する第１空間（５１）と、前記第１通路に対し上方に位置する第２空間（５２）と、前記第１空間と前記第２空間とを接続している通孔（５３、６１）とを含み、
前記材料載置面は、前記通孔に向かって下るように傾斜しており、
前記通孔の底面（５４、６２）は、前記第２空間に向かって下るように傾斜しており、
前記材料載置面と前記通孔の前記底面との間には、水平面に対する傾斜角度が前記底面よりも小さい緩傾斜面が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鋳造装置。
【請求項３】
前記材料載置面（３１）の表面粗さは、前記通孔の前記底面の表面粗さよりも粗いことを特徴とする請求項２に記載の鋳造装置。
【請求項４】
前記炉体は、前記材料載置面の下り方向に位置するとともに前記通孔の前記底面の上り方向に位置する開閉可能な開口部（５５）を有することを特徴とする請求項２または３に記載の鋳造装置。
【請求項５】
前記炉体は、前記材料載置面との間に隙間（５９）を形成する隔壁（５８）を有していることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の鋳造装置。
【請求項６】
前記加圧手段は前記第２空間に気体を供給することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の鋳造装置。
【請求項７】
前記加熱手段は、前記材料載置面に相当する加熱面を有するホットプレートであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の鋳造装置。
【請求項８】
前記第１通路の溶湯の湯面よりも高い位置から前記炉体内に挿入されている保温部ヒータ（３６、７１）を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の鋳造装置。
【請求項９】
前記保温部ヒータ（７１）は、前記接続部材の真下まで延びていることを特徴とする請求項８に記載の鋳造装置（７０）。
【請求項１０】
前記第１通路の溶湯の湯面の面積は、前記第２通路の溶湯の湯面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の鋳造装置。
【請求項１１】
前記炉体（７２）は、前記通孔の最下部および前記接続部材の出湯口よりも低い位置で前記第１通路に接続されたオーバーフロー通路（７４）と、前記第１通路から前記オーバーフロー通路を通じて流出する溶湯を収容可能なオーバーフロー室（７５）とを含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の鋳造装置（７０）。
【請求項１２】
前記オーバーフロー室には、前記オーバーフロー通路を通じて流入する溶湯を受けるケース（７６）が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳物製造ラインに用いられる溶解炉として、特許文献１に開示されたものがある。この溶解炉の炉体は、加熱板が設けられている溶解室と、連通開口を介して溶解室と接続している溶湯処理部と、溶湯連通部を介して溶湯処理部と接続している溶湯保持部とを有する。溶解室に投入された材料は、加熱板により溶かされた後、連通開口の傾斜床を下って溶湯処理部に流入し、続いて溶湯連通部を通って溶湯保持部に流入する。溶湯処理部では、材料の溶解時に発生した金属酸化物等の不純物のうち溶湯表面にあるものを除去する作業が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７１２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の溶解炉には、材料の溶解時に発生した不純物を溶解室に留めておく手段が無い。そのため、不純物は溶湯に混入した状態で傾斜床を下って溶湯処理部に流入する。溶湯処理部では溶湯表面にある不純物は隔壁部により堰き止められるが、溶湯に混入した不純物はそのまま溶湯保持部に流入する。したがって、金型に供給される溶湯の品質を高めるには限界があるという問題があった。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、良好な溶湯品質を確保可能な鋳造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による鋳造装置は、炉体、接続部材、加熱手段および加圧手段を備えている。炉体は、溶解室、当該溶解室から下方へ延びる第１通路、および、第１通路のうち溶解室とは反対側の端部から上方へ延びる第２通路を有している。接続部材は、第２通路と金型の注湯口とを接続する。加熱手段は、溶解室内に投入された材料を加熱して溶解させる。加圧手段は、溶解室内に気体を供給して第１通路の溶湯の湯面を押し下げつつ第２通路の溶湯の湯面を押し上げ、溶湯を金型内に注入する。
【０００６】
特に本発明は、炉体の溶解室の床面に含まれる材料載置面が凹凸を有していることを特徴とする。
材料載置面上の材料は、溶解時に溶湯と不純物とに層状に分離する。不純物は、部分的に材料載置面に接触した状態で溶湯を覆うように発生する。粘度が比較的小さい溶湯は材料載置面を伝って第１通路に流れ込む一方で、粘度が比較的大きい不純物は材料載置面の凹凸に引っかかり当該材料載置面上に残る。そのため、第１通路の保温溶湯に不純物が流れ込むことを抑制し、良好な溶湯品質を確保可能である。
【０００７】
本明細書では、「上下」は、鋳造装置が水平面に設置された状態を基準として考えている。つまり「上下方向」は「鉛直方向」と同義である。
「上方」は、所定位置を通る水平面に対し上側であることを意味する。つまり、「所定位置から上方へ延びる」とは、当該所定位置から鉛直方向の上向きに延びることのみならず、所定位置から斜め上へ延びることも含む。
「下方」は、所定位置を通る水平面に対し下側であることを意味する。つまり、「所定位置から下方へ延びる」とは、当該所定位置から鉛直方向の下向きに延びることのみならず、所定位置から斜め下へ延びることも含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態による鋳造装置の概略構成を説明する図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図２の溶解室の第１空間に投入された材料が溶解する様子を示す図である。
【図６】図３の溶解室の第１空間に投入された材料が溶解する様子を示す図である。
【図７】図４の溶解室の第１空間に投入された材料が溶解する様子を示す図である。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態による鋳造装置の断面図であって、第１実施形態の図３に対応する図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による鋳造装置の概略構成を説明する図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図である。
【図１２】図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による鋳造装置を図１〜図４に示す。先ず、鋳造装置１０の概略構成を説明する。鋳造装置１０は、炉体１５、ホットプレート３０、ストーク３５、保温部ヒータ３６、出湯部ヒータ３７および加圧手段４０を備えている。
【００１０】
炉体１５は、溶解部１６、保温部２４および出湯部２６を形成している。溶解部１６は溶解室１７を有する。溶解室１７を区画形成する天井面１８は、材料投入口１９を有する。材料投入口１９から上方へ延びている筒状の材料投入部２１の上端には、開閉バルブ２２が設けられている。保温部２４は、溶解室１７から下方へ延びる第１通路２５を有する。出湯部２６は、第１通路２５のうち溶解室１７とは反対側の端部から上方へ延びる第２通路２７を有する。
【００１１】
材料投入部２１の真下には、特許請求の範囲に記載の「加熱手段」に相当するホットプレート３０が設けられている。ホットプレート３０は、材料を載置可能な材料載置面３１を有しており、材料投入部２１から第１空間５１に投入され材料載置面３１に載置された材料を加熱して溶解させる。本実施形態では、ホットプレート３０のプレート部は窒化ケイ素から構成されている。
【００１２】
ストーク３５は、炉体１５の第２通路２７と金型９５の注湯口９６とを接続している筒状部材であり、特許請求の範囲に記載の「接続部材」に相当する。本実施形態では、ストーク３５は窒化ケイ素から構成されている。また、ストーク３５および第２通路２７の内径は、注湯口９６の直径とほぼ同じである。
【００１３】
保温部ヒータ３６は、炉体１５の外部から内部に挿入されている。第１通路２５および第２通路２７の溶湯９３は、保温部ヒータ３６により所定温度に保温される。
出湯部ヒータ３７は、ストーク３５に対し径方向外側に設けられており、ストーク３５内の溶湯９３の温度低下を抑制する。
【００１４】
加圧手段４０は、炉体１５の天井面１８に開いたエア供給口２３から上方へ延びる筒状のエア供給管４１と、エア供給管４１の途中に設けられている開閉バルブ４２と、エア供給管４１を通じて炉体１５の溶解室１７に圧縮空気を供給する図示しないエア供給源とを含む。エア供給源には例えばエアコンプレッサー等が用いられる。加圧手段４０は、第１通路２５の溶湯の第１湯面９１を加圧することによって、当該第１湯面９１を押し下げつつ第２通路２７の溶湯の第２湯面９２を押し上げ、金型９５内に溶湯を注入する。
【００１５】
次に、鋳造装置１０の特徴構成を図１〜図８に基づき説明する。
溶解室１７は、ホットプレート３０が位置する第１空間５１と、第１通路２５に対し上方に位置する第２空間５２と、第１空間５１と第２空間５２とを接続する通孔５３とを含む。通孔５３の底面５４は、第２空間５２に向かって下るように傾斜している。ホットプレート３０の材料載置面３１は、第１通路２５の第１湯面９１よりも高い位置にあり、通孔５３の入口に向かって下るように傾斜している。
【００１６】
ここで、図３に矢印Ａ１で示す、材料載置面３１の傾斜方向の下り向きを第１向きとする。また、図３に矢印Ａ２で示す、通孔５３の底面５４の傾斜方向の下り向きを第２向きとする。炉体１５を鉛直方向に見たとき第１向きＡ１と第２向きＡ２とは互いに交差している。本実施形態では、第１向きＡ１と第２向きＡ２との交差角度θ１は９０度である。言い換えれば、材料載置面３１の傾斜方向は、交差角度θ１が９０度となるように設定されている。
【００１７】
材料載置面３１は、図８に示すように傾斜方向に平行な断面において凹凸を形成している。本実施形態では、材料載置面３１の凹凸は、複数の円錐状の突起３２と各突起３２間の谷間とで構成され、通孔５３の底面５４と比べて表面粗さが大きくなるように形成されている。
材料載置面３１と通孔５３の底面５４との間には緩傾斜面５７が設けられている。緩傾斜面５７の水平面に対する傾斜角度θ２は、材料載置面３１の水平面に対する傾斜角度θ３および底面５４の水平面に対する傾斜角度θ４よりも小さく設定されている。
【００１８】
炉体１５は、材料載置面３１の下り方向に位置する開口部５５を有している。開口部５５は、扉５６により開閉可能である。
材料９０は、材料載置面３１上で溶解するとき図４〜図８に示すように溶湯９３とドロス９４とに層状に分離する。ドロス９４は、金属酸化物等を含む不純物であり、部分的に材料載置面３１に接触した状態で溶湯９３を覆うように発生する。粘度が比較的小さい溶湯９３は材料載置面３１と緩傾斜面５７と通孔５３の底面５４とを伝って第１通路２５に流れ込む一方で、粘度が比較的大きいドロス９４は材料載置面３１の凹凸に引っかかり当該材料載置面３１上に残る。材料載置面３１上に残るドロス９４は、開口部５５から定期的に除去される。
【００１９】
炉体１５は、天井面１８から材料載置面３１に向かって延びる隔壁５８を有している。隔壁５８と材料載置面３１との隙間５９は、材料９０よりも小さく設定されている。隔壁５８は、材料９０が溶解前に材料載置面３１から緩傾斜面５７に落ちるのを防止するストッパである。なお、図３では隔壁５８の図示を省略している。
第１通路２５は、溶解室１７の第２空間５２から第２通路２７側に向けて斜め下方向へ延びている。保温部ヒータ３６は、第１湯面９１よりも高い位置にある挿入孔２８を通じて炉体１５内に斜めに挿入され、第１通路２５に沿うように延びている。なお、図３では保温部ヒータ３６の図示を省略している。
【００２０】
エア供給口２３は、溶解室１７のうち第２空間５２側に形成されている。加圧手段４０は、第２空間５２に圧縮空気を供給して第１通路２５の溶湯９３の第１湯面９１を加圧する。第１通路２５および第２通路２７は、第１湯面９１の面積が第２湯面９２の面積よりも小さくなるように形成されている。そのため、加圧手段４０が第１湯面９１を加圧するとき、第１湯面９１の上下変動は、第２湯面９２の上下変動と比べて小さくなる。
【００２１】
以上説明したように、第１実施形態では、ホットプレート３０の材料載置面３１は、傾斜方向に平行な断面において凹凸を形成している。材料載置面３１の凹凸は、通孔５３の底面５４と比べて表面粗さが大きくなるように形成されている。
したがって、材料載置面３１上で発生するドロス９４は、部分的に材料載置面３１の凹凸に引っかかった状態で溶湯９３を覆うように発生し、その多くが材料載置面３１上に残る。材料載置面３１上に残るドロス９４は、炉体１５の開口部５５から定期的に除去される。そのため、第１通路２５の保温溶湯にドロス９４が流れ込むことを抑制し、良好な溶湯品質を確保可能である。
【００２２】
ここで、溶解時に材料載置面３１から流れ出る溶湯９３には不純物が全く含まれないわけではない。不純物には、ドロス９４となって材料載置面３１上に残るものの他に、溶湯９３中に混入された状態で当該溶湯９３と共に材料載置面３１から流れ出るものもある。材料載置面３１から流れ出た不純物は、溶湯９３中に混入された状態で第１通路２５に流れ込むと、そのまま第１通路２５の保温溶湯内に沈下していく可能性がある。
【００２３】
これに対し、第１実施形態では、材料載置面３１と通孔５３の底面５４との間に緩傾斜面５７が設けられている。緩傾斜面５７の水平面に対する傾斜角度は、材料載置面３１および底面５４よりも小さく設定されている。
したがって本実施形態によれば、緩傾斜面５７が設けられない形態と比べて、材料載置面３１から流出した溶湯９３が第１通路２５に流れ込むまでにかかる時間を長引かせることができる。そのため、不純物は、溶湯９３から分離してドロス９４となった状態で第１通路２５に流れ込み、第１通路２５の保温溶湯の表面に留まる。それゆえ、第１通路２５に流れ込んだ不純物が保温溶湯内に沈下することを抑制可能である。保温溶湯の表面に溜まったドロスは、炉体１５の上部に設けられている図示しない清掃窓より定期的に除去される。
【００２４】
また、第１実施形態では、炉体１５の開口部５５は、材料載置面３１の下り方向に位置している。そのため、材料載置面３１に堆積したドロス９４を炉体１５の開口部５５から定期的に除去することができる。
【００２５】
また、第１実施形態では、炉体１５は、天井面１８から材料載置面３１に向かって延びる隔壁５８を有している。隔壁５８と材料載置面３１との隙間５９は、材料９０よりも小さく設定されている。隔壁５８は、第１空間５１に投入された材料９０が溶解前に材料載置面３１から緩傾斜面５７に落ちることを防止可能である。
【００２６】
また、第１実施形態では、エア供給口２３は、溶解室１７のうち第２空間５２側に形成されている。加圧手段４０は、第２空間５２に圧縮空気を供給して第１通路２５の溶湯９３の第１湯面９１を加圧する。そのため、第１空間５１に圧縮空気を供給する場合に第１空間５１のドロス９４が圧縮空気に押されて通孔５３に流れ込み易いという問題を回避することができる。
【００２７】
また、第１実施形態では、保温部ヒータ３６は、第１湯面９１よりも高い位置にある挿入孔２８を通じて炉体１５内に挿入されている。そのため、例えば保温部ヒータ３６が割れたとき等に挿入孔２８を通じて溶湯９３が外部へ漏れることを防止することができる。
【００２８】
また、第１実施形態では、第１湯面９１の面積が第２湯面９２の面積よりも大きい。そのため、加圧手段４０が第１湯面９１を加圧するとき、第１湯面９１の上下変動は、第２湯面９２の上下変動と比べて小さくなる。したがって、炉体１５のうち第１湯面９１付近の内壁面に酸化物が堆積するのを抑制し、良好な溶湯品質を確保可能である。
【００２９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による鋳造装置を図９に基づき説明する。
図９には、通孔６１の底面６２の傾斜方向の下り向きである第２向きを矢印Ａ３で示す。鋳造装置６０では、炉体６３を鉛直方向に見たとき第１向きＡ１と第２向きＡ３とがなす交差角度θ５は１２０度である。炉体６３の開口部５５は、材料載置面３１の下り方向に位置するとともに通孔６１の底面６２の上り方向に位置している。
第２実施形態によれば、炉体６３の開口部５５から通孔６１内を掃除し易い。
【００３０】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による鋳造装置を図１０〜図１２に基づき説明する。
第３実施形態では、鋳造装置７０の保温部ヒータ７１は、鋳造装置７０の設置状態においてストーク３５の真下まで延びている。これにより、保温部ヒータ７１が炉体７２内全体に行き渡り、炉体７２内の溶湯の温度分布が不均一になることを抑制することができる。そのため、局所的に溶湯が高温になることに起因して酸化物生成が促進されることを抑制可能である。したがって、良好な溶湯品質を確保可能である。
【００３１】
また、第３実施形態では、炉体７２には、第１通路２５の溶湯の湯面９１の高さを検知する湯面高さセンサ７８が設けられている。電子制御装置７９は、湯面高さセンサ７８が検知した湯面９１の高さに基づき、保温部２４および出湯部２６に保持される溶湯の上限量までのバッファ量、すなわち、第１通路２５から後述のオーバーフロー部７３にオーバーフローするまでのバッファ量を演算する。そして、電子制御装置７９は、演算されたバッファ量に基づき、材料９０の溶解部１６への投入量を決定する。図示しない材料投入装置は、決定された投入量に応じた材料９０を溶解部１６へ投入する。したがって、電子制御装置７９は、材料９０の溶解部１６への投入量と出湯部２６からの出湯量とを管理して、オーバーフローを回避することができる。
【００３２】
また、第３実施形態では、炉体７２は、オーバーフロー部７３を形成している。オーバーフロー部７３は、通孔５３の最下部の高さＡおよびストーク３５の出湯口の高さＢよりも低い高さＣの位置で第１通路２５に接続されたオーバーフロー通路７４と、第１通路２５からオーバーフロー通路７４を通じて流出する溶湯を収容可能なオーバーフロー室７５とを有する。上記高さＡ、Ｂ、Ｃは、鋳造装置７０の設置面からの高さである。オーバーフロー室７５には、オーバーフロー通路７４を通じて流入する溶湯を受けるケース７６が設けられている。オーバーフロー通路７４とケース７６との間には、断熱部材から成る樋７７が設けられている。したがって、例えば電子制御装置７９の誤作動などによって材料９０の溶解部１６への投入量が多すぎた場合、過剰な溶湯は、オーバーフロー通路７４を経由してオーバーフロー室７５のケース７６に溜めることができる。そのため、ストーク３５の出湯口から溶湯が漏れることを防止することができる。また、ケース７６に溜まった溶湯は、当該ケース７６を空のケース７６に交換することによって、容易に除去することができる。
【００３３】
（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、材料載置面の凹凸は、円錐状の突起３２に限らず、例えば円柱状の突起または細長い突起などにより構成されてもよい。また、材料載置面の凹凸は不規則な凹凸であってもよい。
本発明の他の実施形態では、ホットプレートのプレート部は窒化ケイ素以外の材料から構成されてもよい。
本発明の他の実施形態では、ホットプレートに代えて他の加熱手段が設けられてもよい。例えば、プレート下に加熱ヒータまたは誘導加熱コイルを設けてもよい。
本発明の他の実施形態では、溶解室は、通孔を有する隔壁により隔てられた第１空間と第２空間とから構成されず、１つの空間から構成されてもよい。また、溶解室の床面には緩傾斜面が設けられず、材料載置面が第１通路に直接つながっていてもよい。
【００３４】
本発明の他の実施形態では、材料載置面は水平面に平行に設けられてもよい。つまり材料載置面は傾斜していなくてもよい。要するに、材料載置面は、第１通路の第１湯面よりも高い位置にあればよい。
本発明の他の実施形態では、炉体を鉛直方向に見たとき材料載置面の傾斜方向の下り向き（第１向き）と通孔の底面の傾斜方向の下り向き（第２向き）とがなす交差角度は、９０度または１２０度でなくてもよい。
本発明の他の実施形態では、溶解室にストッパとしての隔壁が設けられなくてもよい。
本発明の他の実施形態では、第１湯面の面積と第２湯面の面積とが同じであってもよい。
本発明の他の実施形態では、加圧手段は第１空間に圧縮空気を供給してもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１０、６０、７０・・・鋳造装置      １５、６３、７２・・・炉体
１７・・・溶解室                    ２５・・・第１通路
２７・・・第２通路                  ３０・・・ホットプレート（加熱手段）
３１・・・材料載置面                ３５・・・ストーク（接続部材）
４０・・・加圧手段                  ９１・・・第１湯面
９２・・・第２湯面                  ９３・・・溶湯
９５・・・金型                      ９６・・・注湯口
【図１】
2014209054.tif 000003
【図２】
2014209054.tif 000004
【図３】
2014209054.tif 000005
【図４】
2014209054.tif 000006
【図５】
2014209054.tif 000007
【図６】
2014209054.tif 000008
【図７】
2014209054.tif 000009
【図８】
2014209054.tif 000010
【図９】
2014209054.tif 000011
【図１０】
2014209054.tif 000012
【図１１】
2014209054.tif 000013
【図１２】
2014209054.tif 000014