(57)【要約】【課題】鋳造及び熱処理を連続して行うことができる鋳造熱処理装置の提供。【解決手段】鋳造熱処理装置（１００、２００）は、保持炉（１）と、形状規定部材（２）と、導出部（３）と、加熱手段（６）とを備える。保持炉（１）は溶湯（Ｍ１）を保持する。導出部（３）は、溶湯（Ｍ１）の湯面から溶湯（Ｍ１、Ｍ２）を導出し、さらに引き続いて、溶湯（Ｍ２、Ｍ３）を経路（Ｒ１）に従って導出する。形状規定部材（２）と、湯面近傍に設置され、導出部（３）によって導出された凝固前の溶湯である保持溶湯（Ｍ２）に外力を印加することにより、鋳造する鋳物（Ｃ１）の断面形状を規定する。加熱手段（６）は、鋳物（Ｃ１）を加熱する。加熱手段（６）は、経路（Ｒ１）近傍に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯を保持する保持炉と、
前記溶湯の湯面から前記溶湯を導出し、さらに引き続いて、前記溶湯を経路に従って導出する導出部と、
前記湯面近傍に設置され、前記導出部によって導出された凝固前の前記溶湯である保持溶湯に外力を印加することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、
前記鋳物を加熱する加熱手段と、
を備え、
前記経路近傍には、前記加熱手段が設けられている鋳造熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、鋳型を要しない画期的な鋳造方法として自由鋳造方法が開示されている。このような鋳造装置では、導出部を溶湯の表面である湯面に浸漬した後、この導出部を湯面から引き上げると、溶湯の表面膜や表面張力を利用して溶湯が導出される。ここで、湯面近傍に設置された形状付与部材を介して、溶湯を導出することにより、連続的に変化した断面形状を有する鋳物を連続鋳造することができる。さらに、この連続鋳造した鋳物を切断し、別体の熱処理装置を用いて熱処理すると、希望する金属組織を有する鋳物が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０６１５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、鋳造工程と熱処理工程とを連続して行う製造方法が望まれる。上記した製造方法では、特許文献１で開示される自由鋳造装置を用いて鋳造工程を行い、さらに、別の熱処理装置を用いて熱処理工程を行う必要があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記した事情を背景としてなされたものであり、鋳造及び熱処理を連続して行うことのできる鋳造熱処理装置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】
【０００６】
本発明にかかる鋳造熱処理装置は、
溶湯を保持する保持炉と、
前記溶湯の湯面から前記溶湯を導出し、さらに引き続いて、前記溶湯を経路に従って導出する導出部と、
前記湯面近傍に設置され、前記導出部によって導出された凝固前の前記溶湯である保持溶湯に外力を印加することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、
前記鋳物を加熱する加熱手段と、
を備え、
前記経路近傍には、前記加熱手段が設けられている。
【０００７】
このような構成によれば、鋳造及び熱処理を連続して行うことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、鋳造及び熱処理を連続して行うことができる鋳造熱処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかる鋳造熱処理装置の模式図である。
【図２】実施の形態１にかかる製造方法のフローチャートである。
【図３】実施の形態２にかかる製造方法の模式図である。
【図４】実施の形態２にかかる製造方法の模式図である。
【図５】時間経過に対する粗材温度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、図１を参照して実施の形態１にかかる鋳造熱処理装置について説明する。図１は、実施の形態１にかかる鋳造熱処理装置の模式図である。
【００１１】
図１に示すように、鋳造熱処理装置１００は、保持炉１と、形状規定部材２と、スタータ３と、冷却ノズル４と、熱処理炉支持部５と、熱処理炉６と、冷却部７と、を含む。鋳造熱処理装置１００は、鋳造、熱処理等を行って、熱処理加工した鋳物を製造することのできる鋳造熱処理装置である。
【００１２】
保持炉１は溶湯Ｍ１を所定の温度に保持する。ここで、鋳造の進行とともに溶湯Ｍ１の表面、つまり湯面は低下する。他方、鋳造中に保持炉１へ溶湯を随時補充して、湯面を一定の高さに保持するような構成としてもよい。溶湯Ｍ１は、例えば、アルミニウム又は、アルミニウム合金である。なお、溶湯Ｍ１は、アルミニウム以外の金属又は合金であってもよい。
【００１３】
形状規定部材２は溶湯Ｍ１の湯面に浮かぶように配置される。図１の例では、形状規定部材２が湯面に接触するように配置されている。しかしながら、形状規定部材２は、それらの下側（湯面側）の主面が湯面に接触しないように設置されてもよい。形状規定部材２は、溶湯Ｍ１に外力を加えて、鋳物形状を規定する。形状規定部材２は、例えば、セラミックスやステンレス鋼からなる。形状規定部材２は、例えば、主面を貫く開口部を有する板状体である。溶湯Ｍ１をこの開口部の端部に接しながら引き上げるだけでも、外力を溶湯Ｍ１に加えることができる。また、形状規定部材２は、例えば、駆動部（図示略）に駆動力を与えられることにより、駆動することができる。形状規定部材２は、駆動することで、溶湯Ｍ１に外力を与えることができる。
【００１４】
再び図１を参照すると、スタータ３は、引き上げ駆動装置（図示略）に、溶湯Ｍ１の湯面に接触及び離間可能に保持されている。引き上げ駆動装置は、スタータ３を引上駆動し、スタータ３とともに溶湯Ｍ１の一部Ｍ２を引上方向に引き上げる。スタータ３は、湯面近傍から湯面上方の所定の高さまで往復移動することができる。溶湯Ｍ１の一部Ｍ２は冷却されつつ、スタータ３に引き上げられる。引き上げられた溶湯Ｍ２は、経路Ｒ１に沿って、移動する。さらに、溶湯Ｍ２の一部は凝固して、凝固部Ｍ３が形成される。より具体的には、凝固部Ｍ３がスタータ３近傍から下方に形成される。
【００１５】
冷却ノズル４は、冷却媒体供給部（図示略）につながれており、所定の方向に冷却媒体を吹き付ける。冷却媒体として、例えば、空気、窒素、不活性ガス、水などが挙げられる。冷却ノズル４は、凝固部Ｍ３に冷却媒体を吹き付けることができるように、形状規定部材２の上又は上方に配置される。
【００１６】
熱処理炉支持部５は、熱処理炉６を経路Ｒ１又はその近傍に位置させるように支持する。熱処理炉支持部５は、例えば、保持炉１と、形状規定部材２と、冷却ノズル４とを囲うことができるような大きさを有する筐体である。熱処理炉支持部５は、スタータ３が通過可能なように形成されたスタータ通過孔５１を上面に有する。熱処理炉支持部５は、保持炉１と、形状規定部材２と、冷却ノズル４とを覆うように、設置面Ｂ１に設置される。
【００１７】
熱処理炉６は、経路Ｒ１上にあるワークを加熱する熱処理炉であって、例えば、高周波加熱炉である。熱処理炉６は、断熱材料からなる断熱筒体６１と、断熱筒体６１の内壁に設置される筒状の加熱部６２を備える。断熱材料として、例えば、セラミックスが挙げられる。加熱部６２は、例えば、コイルである。熱処理炉６は、凝固部Ｍ３を加熱する加熱手段として機能する。なお、熱処理炉６は、高周波加熱炉以外の炉、例えば、電気炉、ガス炉、マイクロ波加熱炉であってもよい。
【００１８】
冷却部７は、熱処理炉６の上端の上方に配置される。冷却部７は、飛散防止用エアーノズル７１と、ミストノズル７２とを含む。飛散防止用エアーノズル７１は、熱処理炉６の上方、且つ、凝固部Ｍ３の周囲に配置される。ミストノズル７２は、飛散防止用エアーノズル７１の上側に配置される。ミストノズル７２は、ミスト供給部（図示略）につながれており、ミストを所定の方向に吹き付ける。ミストノズル７２は、凝固部Ｍ３にミストを吹き付けることができるように配置されている。飛散防止用エアーノズル７１は、エアーを上方に吹き付ける。これにより、ミストノズル７２によるミストは、熱処理炉６又は形状規定部材２等への落下することを抑制される。
【００１９】
製造方法．
次に、図１、２及び５を用いて、実施の形態１にかかる製造方法について説明する。図２は、実施の形態１にかかる製造方法のフローチャートである。図５は、時間経過に対する粗材温度を示すグラフである。
【００２０】
図１に示すように、鋳物を鋳造する（鋳造工程Ｓ１）。詳細には、まず、スタータ３が引き上げ駆動されて、溶湯Ｍ１の一部Ｍ２を保持して、引き上げる。形状規定部材２が溶湯Ｍ２に外力を与えて、鋳物形状を形成する。溶湯Ｍ２が冷却されて、凝固部Ｍ３がスタータ３から下方において形成される。続いて、必要に応じて、冷却ノズル４が冷却ガスを吹き付ける。凝固部Ｍ３が冷却される。熱が溶湯Ｍ１の一部のＭ２から凝固部Ｍ３へ移動し、凝固部Ｍ３がさらに形成されていく。この間、引き続き、スタータ３が引き上げ駆動されて、引き上げられた溶湯Ｍ２は経路Ｒ１に沿って移動し、凝固部Ｍ３の上面は上昇する。溶湯Ｍ１の一部Ｍ２と凝固部Ｍ３との界面の高さは、大きく変化することなく、ほぼ一定である。ここで、溶湯Ｍ１は、例えば、ＪＩＳ規格に定める２０００系Ａｌ合金を用いる。凝固部Ｍ３は、例えば、厚さ２ｍｍを有する線状体である。スタータ３は、例えば、引上げ速度１ｍｍ／ｓｅｃで引き上げられる。熱処理炉６は、例えば、長さ１８００ｍｍ、直径５００ｍｍの円筒体である。熱処理炉６の出力は、例えば、４６４ｋＷである。例えば、図５に示すように、溶湯Ｍ２（凝固部Ｍ３）の粗材温度は、２０ｍｉｎ経過すると、７２０℃から５３０℃まで低下する。つまり、溶湯Ｍ１の一部Ｍ２が、液体から固体に変化し、凝固するのである。
【００２１】
続いて、凝固部Ｍ３について溶体化処理を行う（溶体化処理工程Ｓ２）。詳細には、熱処理炉６は、高周波を発生させる。高周波により、凝固部Ｍ３は加熱されて、５３０℃を維持する。凝固部Ｍ３は、熱処理炉６を通過するまで、所定の温度を維持する。例えば、図５に示すように、凝固部Ｍ３の粗材温度は、５３０℃を３０ｍｉｎの間、一定となる。ここで、凝固部Ｍ３は、溶体化処理されて、溶体化した金属組織を有するのである。
【００２２】
さらに、凝固部Ｍ３が熱処理炉６を通過した後において、ミストノズル７２によりミストを凝固部Ｍ３に吹き付けて、急冷する（急冷工程Ｓ３）。また、飛散防止用エアーノズル７１がエアーを吹き付ける。ミストノズル７２によるミストの落下の影響を抑制することができる。ここで、例えば、図５に示すように、凝固部Ｍ３は、５３０℃から５０℃に、５ｍｉｎで冷却する。凝固部Ｍ３は、急冷されて、溶体化した金属組織を室温でも維持するのである。その後、凝固部Ｍ３を切断加工等して、鋳物Ｃ１が得られる。
【００２３】
以上、実施の形態１にかかる製造装置によれば、１つの装置で、鋳造工程と熱処理工程とを連続的に行うことができる。これにより、鋳造装置から熱処理装置までの搬送作業や、熱処理工程において、鋳造後一旦下がった鋳物の温度を熱処理温度まで再び昇温する昇温作業を省略する。つまり、輸送コスト、設備コスト、及び、鋳造工程から熱処理工程までの製造時間（サイクルタイム）を減じることができる。
【００２４】
実施の形態２．
次に、図３及び図４を用いて、実施の形態２にかかる鋳造熱処理装置について説明する。実施の形態２にかかる鋳造熱処理装置は、実施の形態１にかかる鋳造熱処理装置１００と異なり、冷却部の代わりに、搬送部と、切断機とを含む。ここでは、異なる構成について説明する。図３及び４は、実施の形態２にかかる製造方法の模式図である。
【００２５】
図３に示すように、鋳造熱処理装置２００は、ロボットアーム８１と、レーザ切断機８２とを有する。ロボットアーム８１は、制御装置（図示略）に接続されており、制御プログラムに従って動作する。ロボットアーム８１は、ワークを把持して、所定の箇所に搬送することができる。また、レーザ切断機８２は、レーザを出射して、ワークを切断することができる。
【００２６】
図４に示すように、水槽９１は、ロボットアーム８１に搬送可能な箇所に設置される。水槽９１は、管９２を介して、循環器９３に接続されている。循環器９３は、管９２を介して、所定の温度を保つように、水槽９１内の水を循環する。
【００２７】
製造方法．
次に、実施の形態２にかかる製造方法について説明する。
【００２８】
まず、実施の形態１と同様に、鋳造工程Ｓ１、溶体化処理工程Ｓ２を行う。実施の形態１の製造方法と同様に、凝固部Ｍ３は、溶体化処理されて、溶体化した金属組織を有するのである。
【００２９】
続いて、水槽９１に水没させて鋳物Ｃ１を冷却する（急冷工程Ｓ２３）。詳細には、図３に示すように、溶体化処理工程Ｓ２を経た後で、凝固部Ｍ３をロボットアーム８１により把持しつつ、レーザ切断機８２により切断し、鋳物Ｃ１を得る。続いて、図４に示すように、鋳物Ｃ１をロボットアーム８１により水槽９１まで搬送し、水槽９１に水没する。ここで、図５に示すように、鋳物Ｃ１の粗材温度は、５３０℃から５０℃に低下する。鋳物Ｃ１は、溶体化組織を維持したまま得られる。
【００３０】
以上、実施の形態２にかかる製造装置によれば、実施の形態１にかかる製造装置と同様に、鋳物Ｃ１を製造することができる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態１及び２にかかる製造方法では、熱処理として溶体化処理を行ったが、溶体化処理以外の熱処理、例えば、時効処理や圧延熱処理を行ってもよい。また、行う熱処理に応じて、熱処理炉の種類や大きさ、ミストノズルによるミストの流量などを変えるとよい。また、実施の形態１にかかる製造装置では、冷却部を有するが、必要に応じて冷却部を省略してもよい。また、実施の形態１及び２にかかる製造方法では、必要に応じて、急冷工程Ｓ２、Ｓ２３を省略してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１００、２００…鋳造熱処理装置
１…保持炉                              ２…形状規定部材
３…スタータ                            ４…冷却ノズル
５…熱処理炉支持部                      ６…熱処理炉
７…冷却部                              ９１…水槽
９２…管                                ９３…循環器
Ｃ１…鋳物                              Ｍ１、Ｍ２…溶湯
Ｍ３…凝固部                            Ｒ１…経路
Ｓ１…鋳造工程                          Ｓ２…溶体化処理工程
Ｓ３、Ｓ２３…急冷工程
【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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