(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイカストマシンに金属溶湯を供給する供給装置であって、
容器と、
前記容器に投入された金属塊にプラズマアークを照射して金属溶湯に溶解するプラズマ溶解装置と、
前記容器の下部に形成され前記金属溶湯を出湯する出湯部と、
前記出湯部を開閉する開閉装置とを備え、
前記開閉装置は、断面形状が中空形状であることを特徴とする供給装置。
【請求項２】
前記容器を支持する支持台を備え、
前記出湯部と前記開閉装置は、前記支持台の内部に設けられている請求項１に記載の供給装置。
【請求項３】
前記開閉装置は、円筒型のコック本体を有する回転式のコックであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の供給装置。
【請求項４】
前記プラズマ溶解装置は、作動ガスにアルゴンを用いたアルゴンプラズマ溶解装置であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の供給装置。
【請求項５】
前記プラズマ溶解装置は、前記プラズマアークを発生させる電極として、タングステン電極を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属塊を溶湯してダイカストマシンに供給する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等輸送用機械産業では軽量化のためアルミニウム（以下、単にアルミ）を多く用いているが、一般に、ダイカスト工場内の集中溶解炉でアルミ塊を溶解し、溶解したアルミを保持炉にて保温したり、ダイカスト工場とは別の溶解工場に設けられた集中溶解炉（高熱量のバーナ方式）でアルミ塊を溶解し、溶解したアルミを保温車で溶解工場からダイカスト工場まで運んでダイカスト工場内の保持炉にて保温している。そして、ダイカストマシンの生産サイクルに合わせて、保持炉からアルミ溶湯を供給している（下記特許文献１など）。そのため、アルミ溶湯の供給が不要な時にも、溶湯の温度保持に加熱が必要でエネルギ―的に無駄が多い状況にあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３２０２４８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、必要な時に必要な分だけ安定的に金属溶湯をダイカストマシンに供給すると共に、保持炉を廃止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、金属塊を溶湯してダイカストマシンに供給する供給装置であって、容器と、前記容器に投入された金属塊にプラズマアークを照射して金属溶湯に溶解するプラズマ溶解装置とを備える。
【０００６】
本発明は、金属溶湯の供給方法であって、プラズマ溶解装置から金属塊にプラズマアークを照射することにより、金属塊を金属溶湯に溶解してダイカストマシンに供給する。
【０００７】
プラズマアークは、バーナに比べて高温であり、溶解速度が速い。そのため、例えば、生産サイクルに合わせて、金属塊を溶解しダイカストマシンに金属溶湯を供給できる。従って、保持炉を廃止することが可能となる。
【０００８】
上記発明の実施態様として以下の構成が好ましい。
・前記容器の下部に形成され前記金属溶湯を出湯する出湯部と、前記出湯部を開閉する開閉装置とを備える。金属溶湯の表面には酸化により酸化膜ができる。そのため、溶解した金属溶湯をダイカストマシン側へ移し替える時に、金属溶湯を柄杓などで上面側からすくうと、金属溶湯に酸化物が混入する。この点、容器の下部に出湯部を形成して、金属溶湯を容器の下側から抜くようにしたので、出湯する金属溶湯に対する酸化物の混入がない、又は少ない。尚、ここで言う、容器の下部とは金属溶湯の表面より少なくとも下側を意味する。
【０００９】
・前記開閉装置は、円柱型のコック本体を有する回転操作式のコックである。このようにすれば、操作性がよく、また金属溶湯のきれがよい。
【００１０】
・前記コック本体は、断面形状が中空形状である。このようにすれば、断面形状を中実形状にした場合に比べて、コック本体の熱容量が小さくなるので、金属溶湯の温度が下がり難い。そのため、金属溶湯の再固化を防止することが可能となり、出湯不良を生じさせない。
【００１１】
・前記プラズマ溶解装置は、作動ガスにアルゴンを用いたアルゴンプラズマ溶解装置である。アルゴンプラズマであれば、酸素を含まないため、溶解した金属の酸化を抑制できる。また、アルゴンプラズマであれば、プラズマが安定し易く、乱流が発生し難いので、金属溶湯に対する酸化物の巻きこみが抑制される。
【００１２】
・前記プラズマ溶解装置は、前記プラズマアークを発生させる電極として、タングステン電極を有する。電極がカーボン製や銅製の場合には、電極の一部が溶けて金属溶湯に混入する恐れがあるが、タングステン電極であれば、融点が高く溶け難いので、混入の恐れがない又は少ない。
【００１３】
・プラズマアークを、容器内の金属に対して、金属塊の溶解時と出湯時の２度照射する。このようにすれば、金属溶湯が再固化しても、それが出湯時には再度溶解される。従って、出湯不良を生じさせない。尚、「容器内の金属」には、金属塊と、金属溶湯が含まれる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、生産サイクルに合わせて金属塊を溶解してダイカストマシンに直接供給する。そのため、保持炉を廃止することが可能となる。また、金属溶湯の再固化を防止することが可能であり、金属溶湯を安定供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１に係るアルミ溶湯供給装置のシステム構成を示すブロック図
【図２】アルミ溶湯の出湯構造を示す図（コック本体の閉止位置を示す）
【図３】コック本体の平面図
【図４】コック本体の断面図
【図５】アルミ溶湯の出湯構造を示す図（コック本体の開放位置を示す）
【図６】出湯サイクルを示すタイミングチャート図
【図７】実施形態２に係るアルミ溶湯供給装置のシステム構成を示すブロック図
【図８】アルミ溶湯の出湯構造を示す図（コック本体の閉止位置を示す）
【図９】出湯サイクルを示すタイミングチャート図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜実施形態１＞
【００１７】
本発明の実施形態１を図１ないし図６によって説明する。
１．アルミ溶湯供給装置Ｓの全体構造
アルミ溶湯供給装置Ｓは、アルミニウム金属塊Ｕを溶解してダイカストマシンに直接供給するものであり、台部１０と、カーボン製のるつぼ２０と、プラズマ溶解装置５０とを備える。以下、アルミニウムを単にアルミを呼ぶ。
【００１８】
図１、図２に示すように、るつぼ２０は上面が開口しており、周壁には断熱材２７が取り付けられている。このるつぼ２０は、ダイカストマシン（図略）に隣接して設置される。
【００１９】
台部１０は、るつぼ２０の支持台となるものであり、金属ブロックから構成されている。この台部１０の外周にも、るつぼ２０と同様に断熱材２７が取り付けられている。
尚、台部１０の材質はカーボンであり、断熱材２７は高純度シリカ系断熱材である。
【００２０】
また、るつぼ２０の底面壁２２には、取付孔２３が貫通形成されている。一方、台部１０の上面には凸状の嵌合部１２が形成されており、るつぼ２０の取付孔２３に対して下側から隙間なく、嵌め合わされている。
【００２１】
これにより、るつぼ２０を台部１０にて横ずれなく安定的に支えることが出来る。また、台部１０の中央には、出湯孔１５が形成されている。出湯孔１５は上下方向に延びており、出湯孔１５の上端側は嵌合部１２の上面を貫通していて、るつぼ２２の内部に連通している。
【００２２】
アルゴンプラズマ溶解装置（以下、単にプラズマ溶解装置）５０は、図１に示すように、プラズマトーチ５１と、作動ガスであるアルゴンガスを供給するアルゴンボンベ６１と、クーリングタワー６３と、パイロット電源６５と、メイン電源６７とを備えた構成となっている。
【００２３】
プラズマトーチ５１は、図２に示すように、筒型をしたケース５３の内部に、タングステン電極（陰極）５５を内蔵した構造となっていて、トーチ先端のノズルを下に向けつつ、るつぼ２２内に臨ませている。プラズマトーチ５１の内部には、作動ガスであるアルゴンの流路５６が形成されている。そして、ノズル先端には銅電極５７が装着されていて、内蔵されたタングステン電極５５とノズル先端の銅電極５７の間に、パイロット電源６５を介して直流電圧を印加してアークを発生させることで、ノズル先端から高温のプラズマアーク（アルゴンプラズマアーク）を照射する。これにて、るつぼ２０内のアルミ金属塊Ｕにプラズマアークを照射できる。
【００２４】
プラズマ溶解装置５０は、プラズマアークの照射開始から一定時間が経過した以降は、電源をパイロット電源６５からメイン電源６７に自動で切り替わる構成となっている。図２に示すように、メイン電源６７は、るつぼ２０を支える台部１０の底面に取り付けられた電極７０と、ケース５３に内蔵されたタングステン電極５５との間に直流電圧を印加する構成となっていることから、切り替え後には、メイン電源６７を介して、タングステン電極５５とアルミ金属塊Ｕの間に直流電圧が印加されることとなり、プラズマアークが金属塊Ｕに向かって安定して照射される。これにより、プラズマアークによりアルミ金属塊Ｕを安定的に溶解することが出来る。尚、プラズマアークによるプラズマ電流は定電流特性であり、溶解速度によって変更が可能であり、概ね４００Ａ、プラズマ電圧はプラズマアークの長さによって決定されるものであり概ね７０Ｖである。従って、プラズマ電源の特性としては定電流特性で、負荷電圧が数百Ｖのものが最適である。
【００２５】
プラズマトーチ５１から出射されるプラズマアークの温度は数千Ｋ（ケルビン）であり、更にるつぼ２０に供給されるアルミ金属塊Ｕの重量は必要なダイカスト重量に決定されるが、１ｋｇ〜３ｋｇであり少量である。そのため、アルミ金属塊Ｕを極時間で溶解することが可能であり、本アルミ溶湯供給装置Ｓによれば、アルミ金属塊Ｕの供給からアルミ溶湯Ｕの出湯を約３０秒程度の短い時間で繰り返し行うことが可能である。尚、この台部１０及びるつぼ２０はダイカストマシン（図略）に隣接して配置される。
【００２６】
また、本実施形態では、プラザマトーチ５１を昇降させる昇降装置（図略）が設けられていて、図２の位置からプラズマトーチ５１を上方に持ち上げて、るつぼ２０の上面を開放させた状態で、るつぼ２０にアルミ金属塊Ｕを投入するようにしている。また、図２に示す符号９０は温度センサであり、台部１０とるつぼ２０の温度を検出する構成となっている。
【００２７】
２．アルミ溶湯の出湯構造
るつぼ２０を支える台部１０には、出湯管３０が収容されている。出湯管３０はカーボン製であって、図２に示すように軸線を水平に向けて横向きに配置されている。出湯管３０は台部１０の側面を貫通して外部に突出しており、管先端をダイカストマシン側の射出スリーブ８０の上側に臨ませている。また、出湯管３０の後端部の上面壁には開口３３が形成されていて、台部１０に形成された出湯孔１５の丁度真下に開口３３が位置するように位置決めされている。
【００２８】
これにより、るつぼ２０で溶解されたアルミ溶湯Ｕは、出湯孔１５、出湯管３０を順に通って、ダイカストマシンの射出スリーブ８０に出湯される。このように、本実施形態では、溶解したアルミ溶湯を、るつぼ２０の底面壁２２側から抜く（出湯）ようにしていることから、以下の効果を奏することが可能となる。
【００２９】
アルミ溶湯Ｕの表面Ｆには、酸化により酸化膜ができる。そのため、溶解したアルミ溶湯Ｕをダイカストマシン側の射出スリーブ８０へ移し替える時に、アルミ溶湯Ｕを柄杓などで上面側から汲むと、汲んだアルミ溶湯に酸化物が混入する。この点、るつぼ２０の底面壁２２に出湯孔１５を形成して、アルミ溶湯Ｕを容器下側から抜くようにしてあるので、出湯するアルミ溶湯Ｕに対する酸化物の混入がない、又は少ない。
【００３０】
また、アルミ溶湯Ｕの通路である出湯孔１５の途中には、出湯孔１５を開閉するコック４０が取り付けられている。具体的に説明すると、図２に示すように、出湯孔１５は上下２段の構成となっていて、るつぼ２０の連通する上段孔１５Ａに対して、出湯管３０に連する下段孔１５Ｂの孔径が大きくなっている。そして、上段孔１５Ａと下段孔１５Ｂの境には弧状の円弧面１５Ｃが形成されている。
【００３１】
コック４０はコック本体４１を備える。コック本体４１は、図３に示すように、中空円柱型をした胴部４２の先端に、中空半円弧型の弧状開閉部４３を設けた構成となっている。そして、出湯孔１５の円弧面１５Ｃの内側に弧状開閉部４３を嵌め合わせつつ、台部１０に対してコック本体４１が、回転操作可能に取り付けられている。
【００３２】
コック本体４１の胴部４２の先端部４２Ａは台部１０の外側に引き出されており、引き出された先端部４２Ａを操作することで、コック本体４１を軸線Ｌに沿って回転操作できる。この回転操作により、弧状開閉部４３を図３に示す閉止位置（出湯孔１５を閉じる位置）と、図５に示す開放位置（出湯孔１５を開放する位置）に変位操作できる。従って、弧状開閉部４３を図３に示す閉止位置から図５に示す開放位置に変位させることで、射出スリーブ８０へアルミ溶湯Ｕを出湯でき、また弧状開閉部４３を図５に示す開放位置から図３に示す閉止位置に戻すことで、出湯を止めることができる。
【００３３】
このように、出湯孔１５を開閉する開閉装置を回転操作式のコック４０にしているので操作性がよい。また、出湯孔１５を弧状開閉部４３で閉じた時に、出湯孔１５の円弧面１５Ｃと弧状開閉部４３との間に隙間が出来難く、アルミ溶湯Ｕのきれがよい。尚、この実施形態では、胴部先端の取り付け孔４１Ｂにハンドル（図略）を固定して、そのハンドルを操作することで、コック本体４１を回転操作するようになっている。
【００３４】
また、コック本体４１は、断面形状を中空形状にしていることから次の効果を奏することが可能である。断面形状を中空形状にしておけば、中実形状に比べて、コック本体４１の熱容量が小さくなり、アルミ溶湯Ｕの温度が下がり難い。そのため、アルミ溶湯Ｕの再固化を防止することが可能となり、出湯不良を生じさせない。
【００３５】
本実施形態では、図６に示すように、るつぼ２０に対するアルミ金属塊Ｕの投入、投入したアルミ金属塊Ｕに対するプラズマ照射、プラズマ照射により溶解したアルミ溶湯Ｕの出湯の３工程を１サイクル（一例として、約３０秒程度）とし、これをダイカストマシンの生産サイクルに合わせて実行する。そして、るつぼ２０に投入するアルミ金属塊Ｕの重量は、ダイカストマシンの１回の成形に使用される量（具体的には１ｋｇ〜３ｋｇ程度）である。すなわち、本実施形態では、アルミ金属を必要量だけ溶解することとしており、溶解後、アルミ金属は、ダイカストマシンへ供給され、成形に全て回される。そのため、従来、設けられていた保持炉を廃止することが出来る。
【００３６】
また、本実施形態では、作動ガスにアルゴンを用いたアルゴンプラズマ溶解装置５０を用いる。アルゴンプラズマであれば、酸素を含まないのでため、溶解したアルミニウムの酸化を抑制できる。また、アルゴンプラズマであれば、プラズマが安定し易く、乱流が発生し難いので、アルミ溶湯Ｕに対する酸化物の巻きこみが抑制される。
【００３７】
また、本実施形態では、プラズマアークを発生させる電極として、タングステン電極を用いる。電極がカーボン製や銅製の場合には、電極の一部が溶けてアルミ溶湯Ｕに混入する恐れがあるが、タングステン電極であれば、融点が高く溶け難いので、混入の恐れがない又は少ない。
【００３８】
＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図７ないし図９によって説明する。
実施形態２のアルミ溶湯供給装置Ｓは、実施形態１のアルミ溶湯供給装置Ｓに対してコックの構造を変更したものであり、それ以外の構成は実施形態１と同一である。従って、ここでは、相違点を中心に説明を行うものとし、それ以外の箇所は説明を省略する。
【００３９】
実施形態１ではコック本体４１を中空形状とした。実施形態２では、図７、図８に示すように、コック本体１４１の形状を中実形状としている。コック本体１４１は、中実円柱型をした胴部１４２の先端に、中実半円型の弧状開閉部１４３を設けた構成となっている。コック本体１４１は、コック本体４１と同じく回転操作により、出湯孔１５を開閉するので、実施形態１と同様に操作性に優れ、かつ湯切れがよい。
【００４０】
ただし、コック本体１４１を中実形状とした場合、中空形状に比べて、コック本体１４１の熱容量が大きくなり、アルミ溶湯Ｕの温度が下がり易い。そのため、アルミ溶湯Ｕの再固化による出湯管３０のつまりが懸念される。
【００４１】
このような出湯管３０のつまりを未然に防止するため、実施形態２では、図９に示すように、プラズマアークを、アルミ金属塊Ｕの溶解時Ｔ１と、出湯時Ｔ２の２度照射する。出湯時にプラズマアークを再照射すれば、再固化したアルミ溶湯Ｕを再溶解できるので、出湯管３０のつまりを防止できる。
【００４２】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４３】
（１）実施形態１、２では、溶解する金属の一例としてアルミニウムを例示したが、本発明の適用対象はアルミニウムに限定されるものではなく、銅や鉄、マグネシウム、亜鉛に適用することが可能である。
【００４４】
（２）実施形態１、２では、出湯孔１５を開閉する開閉装置の一例として回転操作式のコック４０を例示したが、開閉装置は、コック４０に限定されない。例えば、開閉板をスライドさせることにより、出湯孔１５を開閉するようにしてもよい。
【００４５】
（３）実施形態１、２では、アルミ溶湯の出湯構造として下抜き方式を示した。具体的には、るつぼ２０の底面壁２２からアルミ溶湯を出湯させる構造を示した。下抜き方式は、容器であるるつぼ２０の下部に出湯部を形成してアルミ溶湯を抜く構造であればよく、例えば、るつぼ２０の側面壁の下部に出湯孔を形成し、そこからアルミ溶湯を出湯してもよい。要は、アルミ溶湯の表面Ｆより少なくとも下側から出湯する構造であればよい。
【００４６】
（４）実施形態１、２では、プラズマ発生用の作動ガスにアルゴンを用いたが、作動ガスはアルゴンに限定されるものではなく、例えば、ヘリウムなどの不活性ガスを用いることが可能である。ただし、エアは溶解した金属が酸化するので使用できない。
【符号の説明】
【００４７】
１０…台部
１５…出湯孔（本発明の「出湯部」に相当）
２０…るつぼ（本発明の「容器」に相当）
３０…出湯管
４０…コック
４１…コック本体
４３…弧状開閉部
５０…アルゴンプラズマ溶解装置
５１…プラズマトーチ
８０…射出スリーブ
Ｓ…アルミ溶湯供給装置（本発明の「供給装置」に相当）
【図１】
0005764015.tif 000002
【図２】
0005764015.tif 000003
【図３】
0005764015.tif 000004
【図４】
0005764015.tif 000005
【図５】
0005764015.tif 000006
【図６】
0005764015.tif 000007
【図７】
0005764015.tif 000008
【図８】
0005764015.tif 000009
【図９】
0005764015.tif 000010