(57)【要約】【課題】  金属ビレットを誘導加熱する際に、特に短時間で誘導加熱を行う場合に、金属ビレットがその端部で破砕、飛散する現象を抑制し、金属ビレット全体を短時間に加熱して、加熱サイクル性を向上させる。【解決手段】  半溶融鋳造法に用いる金属ビレットをソレノイドコイルを用いて誘導加熱する際に、該金属ビレットの両端面の外周部に保護キャップを被せることを特徴とする誘導加熱方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半溶融鋳造法に用いる金属ビレットをソレノイドコイルを用いて誘導加熱する際に、該金属ビレットの両端面の外周部に保護キャップを被せることを特徴とする誘導加熱方法。
【請求項２】
前記金属ビレットが台座上に載置される場合は、前記保護キャップが該金属ビレットが台座で保護されない上部のみに被せられることを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱方法。
【請求項３】
前記保護キャップが耐熱セラミック製であることを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱方法。
【請求項４】
前記金属ビレットがアルミニウム合金又はマグネシウム合金からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の誘導加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半溶融鋳造法に用いる金属ビレットを誘導加熱する際に破損を防ぐ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造材料に加熱処理を施して、固相成分と液相成分とが共存する半溶融・半凝固鋳造材料を調製し、次いで、その半溶融・半凝固鋳造材料を攪拌しつつ容器のノズルを介して鋳型に鋳込んだり、鋳型のキャビティに加圧充填する半溶融・半凝固鋳造法が知られている。この鋳造法はチクソキャスティング法(Ｔｈｉｘｏｃａｓｔｉｎｇ)又はレオキャスト法(Ｒｈｅｏｃａｓｔｉｎｇ)とも言われている。半溶融・半凝固状態にある合金金属は、ある程度流動性があり、成形中にガスの巻き込みが少なく、結晶粒が均一となるため、鋳造品の機械的性質を向上させることができる。
【０００３】
半溶融鋳造法では、円柱状の金属ビレットをソレノイドコイル内に収容して金属ビレットを誘導加熱する。所定の温度に加熱して半凝固金属ビレットを得た後、半凝固金属ビレットをダイカスト装置の射出スリーブに供給して成形品を成形する。
【０００４】
半溶融鋳造ではビレットの加熱を高周波あるいは低周波による誘導加熱で行っているものが多いが、その加熱時間は数分から十数分であった。例えば、下記特許文献１には、金属ビレット全体を短時間で均一に加熱することを目的として、まず、加熱初期段階において、金属ビレットを第１高周波電圧により加熱し、金属ビレットが所定の加熱状態に至った後、金属ビレットを第１高周波電圧よりも低電圧の第２高周波電圧によって加熱することが開示されている。
【０００５】
加熱時間を短縮し、生産性を向上することは生産コストの低減に有効であるが、従来の誘導コイルの中に単にビレットを置いただけの状態で誘導加熱出力を増加させると、電磁誘導により被加熱物であるビレット内に発生する電流が大きくなり、それにともない誘導コイルとビレットとの間にはたらく力も大きくなる。
【０００６】
加熱されたビレットの一部が溶けかけた状態でこの力がかかると、溶けかけた結晶粒界で分断され加熱途中のビレットの一部が破砕し飛散する現象がおこる。従来のようにゆっくり加熱する場合はこの力も小さいため、このような現象はおこらない。またこの破砕、飛散現象は磁束が集まりやすく外力により破砕しやすいコーナー部分で発生しやすい。この現象を抑えることは、加熱時間短縮には不可欠である。
【０００７】
図２は、誘導加熱コイルを用いてビレットの加熱を行なう状態を説明するための概念図である。ビレット12は、誘導加熱コイル11の中に配置され、誘導加熱コイル11が生成する交番磁場13によって誘導加熱される。図２には、ビレット12の長さ方向(コイルの軸方向)における表面温度の分布状態も示されている。
【０００８】
図２の場合は、誘導加熱コイル11の長さがビレット12の長さに比較して長過ぎる場合である。この場合、ビレット12の端面の縁部分(円柱端部のエッジ部分)が、エッジ効果と呼ばれる現象により、過剰に加熱されてしまう。エッジ効果とは、表皮効果に起因するジュール加熱がビレットの外側表面(円柱の外側表面)と端面付近の両方において行なわれることに起因して、端面のエッジ部分における発熱量が他の部分に比較して多くなる現象である。
【０００９】
また、鋳造製品の品質を高める目的から、ビレットを構成する材料として高純度の材料が用いられるが、ビレットの構成材料の純度を高めた場合、ビレットの製造工程において、その円柱形状の表面近くに不純物が析出し、中央部の不純物濃度が小さくなる現象が表れる。この結果、ビレットを断面で見た場合に外側周辺部分の融点が、中央付近の融点よりやや低くなる。この現象と上述のエッジ効果の相乗作用により、ビレット端面の縁部分が先行して溶融し易い現象がより顕著になる。
【００１０】
このビレット12の端面縁部分の過剰な加熱は、その部分の溶融の進行による溶融金属の漏れ出し、ビレットの変形といった不都合を引き起こす。また、部分的な溶融は、鋳造製品の材質の不均一性の原因ともなる。
【００１１】
上述のエッジ効果による好ましくないビレット端面の縁部分の過剰な加熱は、ビレットを数十秒というような短時間で加熱する場合に特に顕著になる。昇温速度が緩慢である場合は、基本的に熱平衡状態で全体が昇温してゆくので、ビレット端面の縁部分における過剰な加熱はあまり目立たず、それ程問題にはならない。
【００１２】
上述のビレット端面の縁部分の過剰な加熱を防止するには、ビレット12に対する誘導加熱コイル11の長さを適切な寸法に調整し、ビレット12端面付近における交番磁場の磁束密度を適切な値に調整する必要がある。ただし、誘導加熱コイルの長さがビレットに対して相対的に短く成り過ぎると、ビレット12の端面付近における交番磁束の密度が小さくなり過ぎ、逆にビレット12端面の縁部分における加熱が不十分になる恐れがある。
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−１４６４３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明は、金属ビレットを誘導加熱する際に、特に短時間で誘導加熱を行う場合に、金属ビレットがその端部で破砕、飛散する現象を抑制し、金属ビレット全体を短時間に加熱して、加熱サイクル性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、誘導加熱時に金属ビレットが破砕、飛散する現象はその端部で発生することにヒントを得、本発明に到達した。
【００１６】
即ち、本発明は、半溶融鋳造法に用いる金属ビレットをソレノイドコイルを用いて誘導加熱する方法の発明であり、該金属ビレットの両端面の外周部に保護キャップを被せることを特徴とする。
【００１７】
誘導加熱を金属ビレットが台座上に載置して行う場合には、前記保護キャップが該金属ビレットが台座で保護されない上部のみに被せられることが好ましい。
【００１８】
前記保護キャップの材料としては、非透磁性で耐熱性のある材料が用いられる。この中で、耐熱セラミックが好ましく例示される。セラミックスとしては、窒化物系セラミックス、酸化物系セラミックス、又は炭化物系セラミックスが例示される。窒化物系セラミックスとしては、窒化チタンＴｉＮ、窒化アルミニウムＡｌＮ、窒化クロムＣｒＮ、窒化ケイ素Ｓｉ３Ｎ４、窒化鉄ＦｅＮ、窒化ガリウムＧａＮ、窒化ジルコニウムＺｒＮ等が例示され、炭化物系セラミックスとしては、炭化ケイ素ＳｉＣ、炭化チタンＴｉＣ、炭化ジルコニウムＺｒＣ、炭化ホウ素Ｂ４Ｃ、炭化タングステンＷＣ等が例示される。その他、保護キャップの材料として、Ａｌ２０３、Ａｌ３Ｏ４、ＭｇＯ、ＴｉＯ、ＺｒＯ２、例えばイットリウム安定化ＺｒＯ２、またはガラス、または耐火セメント、または上記の材料を含有する混合物が挙げられる。更に、繊維強化セラミック材料かまたは繊維強化セラミック材料を含有するの材料も用いられる。繊維強化セラミック材料の繊維は、例えばＳｉＣ、Ａｌ２０３、ガラス、または炭素が好ましく例示される。
【００１９】
本発明の誘導加熱方法が適用される金属ビレットの材質は半溶融鋳造法に用いられる鋳造材料であれば特に限定されず、アルミニウムやその合金、又はマグネシウム合金，亜鉛合金，銅又はその合金，鉄系の合金，等の金属を例示することができる。これらの中で、アルミニウム合金又はマグネシウム合金が好ましく例示される。
【発明の効果】
【００２０】
このように、本発明では、金属ビレットの両端面の外周部に保護キャップを被せることにより、誘導加熱段階で金属ビレットの端部が破砕されたり、飛散することが防止され、金属ビレットの加熱サイクルタイムの短縮が確実に遂行されるとともに、金属ビレット全体を目標加熱状態に確実に加熱することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１（ａ）は、本発明の１実施態様である、金属ビレットと保護キャップの斜視図を示す。図１（ｂ）は、その断面図である。図１では、金属ビレットの両端部の全円周を保護しているが、金属ビレットの誘導加熱を各種形状の台座に載置して行う時には、該台座の部分は保護キャップがなくても良い。
【００２２】
（実施例）
径５０ｍｍ、長さ４００ｍｍの円筒状のアルミニウム合金（成分は、Ｓｉ：７％、Ｆｅ：０．１％、Ｍｇ：０．５５％、残Ａｌ）からなる金属ビレットの両端部に、耐熱性セラミックからなる外径７５ｍｍ、内径５０ｍｍ、深さ１０ｍｍの保護キャップを被せて、誘導加熱した。金属ビレットの加熱温度目標を５８５℃とした。加熱は、５ｋＨｚ、８００ｋＷで６０秒間誘導加熱した。６０秒間の短時間で目標温度：５８５±２℃に金属ビレット全体を加熱した。６０秒間という短時間の急速加熱にもかかわらず、金属ビレットの端部に破損や飛散は一切なかった。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
金属ビレットの両端部に保護キャップを被せることで、端部の破損や飛散を防止して加熱を短いサイクルで行うことができる。これにより、半溶融鋳造法のより実用化に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１（ａ）は、本発明の１実施態様である、金属ビレットと保護キャップの斜視図を示す。図１（ｂ）は、その断面図である。
【図２】誘導加熱コイルを用いてビレットの加熱を行なう状態を説明するための概念図である。
【符号の説明】
【００２５】
１１：誘導加熱コイル、１２：ビレット、１３：交番磁場。
【図１】
2006142326.tif 000003
【図２】
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