(57)【要約】【課題】  金属ビレットの誘導加熱を均一且つ短時間に行って、加熱サイクル性の向上と成型後の素材の機械的性質の低下を防止する。【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、該ソレノイドコイルへの印加電流の周波数を加熱段階で変化さ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、該ソレノイドコイルへの印加電流の周波数を加熱段階で変化させることを特徴とする誘導加熱方法。
【請求項２】
前記ソレノイドコイルへの印加電流を、加熱初期段階は低周波数とし、該金属ビレットの中心部が所定温度に上昇後に高周波数に切り替えて該金属ビレットの外周部を目標温度まで加熱す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】
前記ソレノイドコイルへの印加電流が低周波数である第１加熱装置と、該ソレノイドコイルへの印加電流が高周波数である第２加熱装置とを直列に配置し、該第１加熱装置で金属ビレットの中心部を所定温度に上昇させた後に、該第２加熱装置で該金属ビレットの外周部を目標温度まで加熱することを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱方法。
【請求項４】
前記ソレノイドコイルへの印加電流を、低周波数と高周波数に随時切り替え、該金属ビレットの中心部と外周部を同時に目標温度まで加熱す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５】
前記低周波数が５００Ｈｚ以下であり、高周波数が１ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の誘導加熱方法。
【請求項６】
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５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・半凝固鋳造法に用いる金属ビレットを均一に誘導加熱する方法に関する。
【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・半凝固鋳造法では、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溶融金属ビレットを得た後、半溶融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】
ところで、誘導加熱器を構成するソレノイドコイル内に金属ビレットが配置された状態で、高周波交流電源を介してソレノイドコイルに電流を供給することにより、金属ビレットを加熱している。その際、金属ビレットを所望の固相率まで加熱するためには、相当な時間が必要となってしまい、サイクルタイムが長時間化するという問題がある。
【０００５】
そこで、誘導コイルに高電圧を付与することにより、金属ビレットの誘導加熱時間を短縮することが考えられている。しかしながら、金属ビレットを急速に加熱すると、加熱のバランスが崩れてしまい、金属ビレット全体を均一に加熱することが困難になる。
【０００６】
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。
【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】
【０００７】
特許文献１に記載の、加熱処理初期段階より後期段階の入力電圧を下げることにより、加熱後期に金属ビレット内温度を均一にする加熱方法では、金属ビレット中心部は外周部からの熱伝導による昇温しか期待できない。このため、入力電力を上げて加熱時間を短縮しようとした場合、金属ビレット外周部が中心部に比較して高温度となり、加熱後期で均一化するために時間を要する。又、入力電力を低くしても、金属ビレット外周部が最も加熱されるため、外周部の金属ビレットが溶け出し、共晶組成の溶出が起こり、金属ビレットの組織が不均一となり、成型後の素材の機械的性質を低下させる原因となる。
【０００８】
そこで、本発明は、金属ビレットの誘導加熱を均一且つ短時間に行って、加熱サイクル性の向上と成型後の素材の機械的性質の低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、金属ビレットを誘導加熱する渦電流の浸透深さは加熱電流の周波数で変化することを見出し、本発明に到達した。
【００１０】
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、該ソレノイドコイルへの印加電流の周波数を加熱段階で変化させることを特徴とする。
【００１１】
該ソレノイドコイルへの印加電流の周波数を加熱段階で変化させる具体的手法としては、
（１）該ソレノイドコイルへの印加電流を、加熱初期段階は低周波数とし、該金属ビレットの中心部が所定温度に上昇後に高周波数に切り替えて該金属ビレットの外周部を目標温度まで加熱するか、
（２）該ソレノイドコイルへの印加電流を、低周波数と高周波数に随時切り替え、該金属ビレットの中心部と外周部を同時に目標温度まで加熱する、
が挙げられる。ここで、前記低周波数としては５００Ｈｚ以下であり、高周波数としては１ｋＨｚ以上が目安となる。
【００１２】
上記（１）の誘導加熱方法では、ソレノイドコイルへの印加電流が低周波数である第１加熱装置と、ソレノイドコイルへの印加電流が高周波数である第２加熱装置とを直列に配置し、第１加熱装置で金属ビレットの中心部を所定温度に上昇させた後に、第２加熱装置で該金属ビレットの外周部を目標温度まで加熱することが、金属ビレット加熱の生産性を向上させるので好ましい。
【００１３】
このように、本発明では、加熱段階で印加電流の周波数を変化させるため、金属ビレットの中心部を先行的に加熱し、最終段階で外周部を加熱しているため、金属ビレット全体がバランスよく加熱され、金属ビレット内の温度差を最適状態に維持することができる。これにより、金属ビレットの加熱時間を有効に短縮し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。
【００１４】
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・半凝固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】
【００１５】
金属ビレットの外周部が中心部に比較して温度が上がりすぎると、比熱が急減に変化するため、金属ビレットを構成するアルミニウム合金などが溶出し、金属ビレット全体の温度を均一化できなくなる。本発明では、印加電流の周波数を加熱段階で変化させることで、金属ビレット全体の温度を均一化するとともに、短時間で加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
誘導加熱の周波数が一定である場合、発生する渦電流の位置は一定でビレット最表面であり、ビレット表面から中心部へ向かって伝熱していく。このため、中心部に比較して外周部の温度は上がり、ビレット内温度分布は不均一になると共に、溶け出しやすくなる。
【００１７】
又、渦電流の浸透深さｔは、下記式で表現でき、加熱周波数ｆで変化する。ここで、ρは抵抗率であり、μは比等磁率であり、ともに被加熱物で決定される。
【００１８】
【数１】
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【００１９】
本発明では、上記式に着目し、印加電流の周波数を加熱段階で変化させることにより、金属ビレットの中心部と外周部の温度制御を達成するものである。
【００２０】
図１に、本発明の１実施態様である、ソレノイドコイルへの印加電流を、加熱初期段階は低周波数とし、金属ビレットの中心部が所定温度に上昇後に高周波数に切り替えて金属ビレットの外周部を目標温度まで加熱する場合の、金属ビレットの中心部と外周部の温度上昇を模式的に示す。低周波加熱段階ではビレット中心部の方が外周部より温度が高く、高周波加熱段階で両者の温度が近づく。
【００２１】
図２に、本発明の他の実施態様である、ソレノイドコイルへの印加電流を、低周波数と高周波数に随時切り替え、金属ビレットの中心部と外周部を同時に目標温度まで加熱する場合の、金属ビレットの温度上昇を模式的に示す。金属ビレットの中心部と外周部はほぼ同一の温度上昇をする。金属ビレットの大きさにもよるが、この場合の低周波数加熱時間は２０秒以下が好ましく、１０秒以下がより好ましく、高低周波数加熱時間は３０秒以上が好ましく、４０秒以上がより好ましい。
【００２２】
（実施例１）
径５０ｍｍ、長さ４００ｍｍの円筒状のアルミニウム合金（成分は、Ｓｉ：７％、ＦｅＯ：１％、Ｍｇ：０．５５％、残Ａｌ）をビレット温度目標を５８５℃として加熱した。加熱初期に、１００Ｈｚ、２００ｋＷ・秒で１０秒間誘導加熱し、その後、５ｋＨｚ、８００ｋＷ・秒で５０秒間誘導加熱した。合わせて６０秒間で目標温度：５８５±２℃に金属ビレット全体を均一に加熱することができた。一般に、半溶融鋳造法の成型サイクルは約６０秒であり、上記加熱時間６０秒は従来の加熱時間と比べて大幅に短時間であり、半溶融鋳造法の成型サイクルと合致する。この結果、半溶融鋳造法の生産性を向上させることができる。
【００２３】
（実施例２）
５ｋＨｚ、１００Ｈｚを２秒毎に切り替え、６０秒間誘導加熱した他は、実施例１と同様に金属ビレットを誘導加熱した。目標温度：５８５±２℃に金属ビレット全体を均一に加熱することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
印加電流の周波数を加熱段階で変化させることで、金属ビレットの加熱を短いサイクルで均一に行うことができる。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】
【００２５】
【図１】ソレノイドコイルへの印加電流を、加熱初期段階は低周波数とし、金属ビレットの中心部が所定温度に上昇後に高周波数に切り替えて金属ビレットの外周部を目標温度まで加熱する場合の、金属ビレットの中心部と外周部の温度上昇を模式的に示す図。
【図２】ソレノイドコイルへの印加電流を、低周波数と高周波数に随時切り替え、金属ビレットの中心部と外周部を同時に目標温度まで加熱する場合の、金属ビレットの温度上昇を模式的に示す図。
【図１】
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【図２】
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