(57)【要約】【課題】電力消費を抑制し、被加熱物の温度を均一に維持し、成形用金属と水との接触による爆発現象を防止することができるダイカストマシン用高周波誘導加熱装置を提供すること。【解決手段】高周波交流電源４０に接続された誘導コイル１４ｂに高周波電流を印加することにより、ダイカストマシンにおけるグースネック、ノズル１０又は金型などの被加熱物を加熱するダイカストマシン用高周波誘導加熱装置において、誘導コイル１４ｂが、ニッケル線、ニッケル合金線及び鉄−クロム合金線のうちのいずれかの高融点金属線で構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波交流電源に接続された誘導コイルに高周波電流を印加することにより、ダイカストマシンにおける低融点金属を移送又は収容する被加熱物を加熱するダイカストマシン用高周波誘導加熱装置において、
前記誘導コイルが、ニッケル線、ニッケル合金線及び鉄−クロム合金線のうちのいずれかの高融点金属線により構成されていることを特徴とするダイカストマシン用高周波誘導加熱装置。
【請求項２】
前記ニッケル合金線が、ニッケル−クロム合金線、銅−ニッケル合金線及び鉄−ニッケル合金線のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のダイカストマシン用高周波誘導加熱装置。
【請求項３】
前記誘導コイルが、前記被加熱物の外周面から所定の距離を隔てて螺旋状に配設され、前記誘導コイルの周囲が断熱部材で覆われ、螺旋状に配設された前記誘導コイルの各巻線間に、各巻線と被加熱物との間及び隣接する巻線同士の間が所定の距離を隔てて維持されるように支持する、絶縁性材料のスペーサが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のダイカストマシン用高周波誘導加熱装置。
【請求項４】
前記スペーサが四角柱状であり、前記巻線との接触面に、誘導コイル支持用凹部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のダイカストマシン用高周波誘導加熱装置。
【請求項５】
前記スペーサの前記誘導コイル支持用凹部の外周側に、前記各スペーサの列を貫通して連結する連結バーを備えていることを特徴とする請求項４に記載のダイカストマシン用高周波誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波誘導加熱装置に係り、より詳しくは、マグネシウム、亜鉛、アルミニウムなどの低融点金属成形用ダイカストマシンのグースネック、ノズル又は金型を加熱するのに使用される高周波誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波誘導加熱は、被加熱物の周囲に配設された誘導コイルに、インバータなどによって発生させた高周波交流電流を流し、被加熱物に渦電流損失及びヒステリシス損失（磁性体の場合）を誘導することにより、被加熱物にジュール熱を発生させるようになっている。高周波誘導加熱に用いられる高周波誘導加熱装置は、インバータ及びコントローラで構成される高周波交流電源、被加熱物に応じて様々な形状に成形された銅管製の誘導コイル、及び誘導コイルが高温に加熱され、酸化、溶損等の損傷が発生することを防止するための冷却装置で構成されている。
【０００３】
このような高周波誘導加熱装置は、多くの産業分野で使用されており、例えば、金属の熱処理、ろう付け、ビレットの加熱、金属の平面加熱、鋳造用原料の溶解など、様々な用途がある。
【０００４】
高周波誘導加熱装置には、短時間に被加熱物の温度を上昇させることが可能なこと、加熱温度の制御が容易なことなどの長所があるため、マグネシウム、亜鉛、アルミニウムなどの低融点金属成形用のダイカストマシンにおけるグースネック、ノズル、金型など（以下、これらを「被加熱物」という）の予熱又は加熱装置としても広く使用されている。上記グースネックは、溶解炉で溶解した成形用の溶融金属を、溶解炉からノズルに供給する装置である。ダイカスト成形においては、グースネック、ノズル及び金型を常に一定の温度に保持し、成形の過程で溶融金属が温度降下、凝固などの変化を起こさないようにしなければならない。
【０００５】
しかし、低融点金属成形用ダイカストマシンのグースネック、ノズル、金型などの予熱又は加熱装置として、高周波誘導加熱装置を使用する場合には、次のような問題点があるため、いくつかの改善が要望されている。
【０００６】
一般に、高周波誘導加熱装置では、成形用の素材が上述したマグネシウム、亜鉛、アルミニウムなどの金属である場合、被加熱物を少なくともこれらの金属の溶融温度以上、すなわち４００℃以上に加熱する必要がある。一方、従来、高周波誘導加熱装置の誘導コイルとしては、銅管が使われており、銅管が誘導コイルとして使用される理由は、銅の固有抵抗が非常に低いため電力損失が少なく、次に説明するような冷却の必要性があるためである。
【０００７】
銅は、４００℃前後で酸化するという根本的な問題点がある。銅管の代りに銅線を使用する場合にも同様である。このような問題点を解決するために、成形用金属の加熱温度が４００℃以上の場合には、銅管を誘導コイルとして使用し、銅管の内部に水又は空気を流すことにより、誘導コイルが酸化する温度又は溶融する温度以上に過熱されないように冷却されている。したがって、銅管を誘導コイルとして使用する高周波誘導加熱装置には、水冷式又は空冷式の冷却装置が必要である。
【０００８】
図１は、従来の技術に係るダイカストマシンのノズル用高周波誘導加熱装置の構成を示す断面図である。以下に、図１を参照して、従来のダイカストマシン用高周波誘導加熱装置が有する問題点を、さらに詳しく説明する。
【０００９】
マグネシウム及びアルミニウムの溶融温度は６５０℃前後、亜鉛の溶融温度は５００℃前後である。これらの低融点金属をダイカスト法によって成形する際には、マグネシウム及びアルミニウムの場合は６００℃前後、亜鉛の場合は４５０℃前後に、ノズルを加熱しなければならない。
【００１０】
上記のように、例えば、溶融したマグネシウムがノズル１０内を通過する間に、温度降下又は凝固することを防止するためには、被加熱物であるノズル１０を６００℃前後に加熱しなければならない。そのため、被加熱物であるノズル１０の周囲には、連結管１６を介して連結された銅管製の誘導コイル１４ａが配設され、誘導コイル１４ａには、高周波交流電源４０で発生した高周波電流が印加されるとともに、誘導コイル１４ａの過熱を防止するために、冷却装置３０から水が供給されるようになっている。
【００１１】
しかし、冷却装置３０から供給される水は、誘導コイル１４ａを冷却するだけではなく、被加熱物であるノズル１０の周辺の温度を降下させるため、その温度降下の補償に必要な電力をさらに供給しなければならない。したがって、そのための電気エネルギを必要とするという問題点がある。さらに、断熱部材１２は、誘導コイル１４ａの内部を流れる水によって冷却され、一方、ノズル１０は加熱により高温に維持されるので、ノズル１０は熱膨脹し、断熱部材１２は収縮するように作用する。そのために、ノズル１０又は断熱部材１２に、クラックや変形が発生しやすい。これらの現象は、ノズルの寿命を短くすることを意味する。
【００１２】
特に、マグネシウム成形用ダイカストマシンの場合、水を用いた誘導コイル１４ａによる冷却には、マグネシウムと水との反応による爆発の可能性があるという別の問題点がある。マグネシウムが水と接触すると、急激な酸化反応を起こして爆発する可能性がある。特に、加熱中に冷却水が円滑に供給されない場合、誘導コイル１４ａが酸化又は溶損して破損することがある。その場合には冷却水が飛散し、マグネシウムの爆発現象を引き起こしやすい。したがって、溶解炉と直結するグースネックには、高周波誘導加熱装置を適用することができないのが実情である。このような問題点を解決するために、冷却水の代りに、空気を管型の誘導コイルに供給する方法もあるが、水を用いる場合に比べて冷却効率が著しく低いため、ほとんど採用されていない。
【００１３】
なお、上記従来の技術に係るダイカストマシン用加熱装置としては、例えば、特許文献１に開示されている装置がある。特許文献１に開示されている装置は、鋳造用コンテナのマウスピース部及びノズルを加熱するのに用いられる誘導加熱装置であり、誘導コイルは空気で冷却され、誘導コイルには、例えば１０〜１５ｋＨｚの中波電流が供給されるようになっている。
【特許文献１】米国特許公報第５，９６０，８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記従来の技術の問題点を解決するためになされたもので、冷却装置が不要なダイカストマシン用高周波誘導加熱装置を提供することを目的としている。
【００１５】
また、本発明の別の目的は、断熱部材がノズルの保温層として機能するようにすることにより、電力消費を抑制し、ノズルの温度を均一に維持することができる高周波誘導加熱装置を提供することにある。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、マグネシウムのダイカスト成形において、マグネシウムと水との接触による爆発現象を防止することができる高周波誘導加熱装置を提供することにある。
【００１７】
本発明のさらに別の目的は、被加熱物の全領域に均一な渦電流を誘導することにより、被加熱物の各部分の温度を均一に維持することができるダイカストマシン用高周波誘導加熱装置を提供することにある。
【００１８】
本発明のさらに別の目的は、断熱部材の充填中に、誘導コイルと被加熱物との間、及び誘導コイルの隣接する巻線同士の間が所定の間隔に維持されるようにすることにより、短絡を防止することができるダイカストマシン用高周波誘導加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明に係るダイカストマシン用高周波誘導加熱装置は、高周波交流電源に接続された誘導コイルに高周波電流を印加することにより、ダイカストマシンにおけるグースネック、ノズル又は金型などのマグネシウム、亜鉛、アルミニウムなどの低融点金属を移送又は収容する被加熱物を加熱するダイカストマシン用高周波誘導加熱装置において、前記誘導コイルが、ニッケル線、ニッケル合金線及び鉄−クロム合金線のうちのいずれかの高融点金属線により構成されていることを特徴としている。
【００２０】
前記ニッケル合金線は、ニッケル−クロム合金線、銅−ニッケル合金線及び鉄−ニッケル合金線のうちのいずれかであることが望ましい。
【００２１】
前記誘導コイルは、グースネック、ノズル又は金型などの被加熱物の外周面から所定の距離を隔てて螺旋状に配設され、前記誘導コイルの周囲が断熱部材で覆われ、螺旋状に配設された前記誘導コイルの各巻線間に、各巻線と被加熱物との間及び隣接する巻線同士の間が所定の距離を隔てて維持されるように支持する、絶縁性材料のスペーサが設けられていることが望ましい。
【００２２】
前記スペーサは四角柱状であり、前記巻線との接触面に、誘導コイル支持用凹部が形成されていることが望ましい。
【００２３】
前記スペーサの前記誘導コイル支持用凹部の外周側に、前記スペーサの列を貫通して連結する連結バーを備え、前記連結バーの両端がナットで締結されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るダイカストマシン用高周波誘導加熱装置によれば、誘導コイルの冷却装置が不要なため、冷却による熱損失を著しく減らすことができる（熱損失は従来の約１／２）。また、断熱部材層が被加熱物の保温層として機能し、被加熱物全体の温度を均一に維持することができるだけでなく、特に、マグネシウムの成形では、水との接触による爆発現象の発生を防止することができるという効果がある。また、被加熱物を全領域で均一に加熱することができ、断熱部材を充填する際に、誘導コイルと被加熱物との間、及び誘導コイルの隣接する巻線同士の間を所定の間隔に維持することができるので、短絡を防止することができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付する図面に基づいて、本発明に係る好ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００２６】
図２は、本発明の一実施の形態に係るダイカストマシン用高周波誘導加熱装置（以下、単に「高周波誘導加熱装置」と略記することがある）の構成を概略的に示す断面図、図３は、本発明の別の実施の形態に係るダイカストマシン用高周波誘導加熱装置の構成を概略的に示す断面図、図４Ａは、図２に示したダイカストマシン用高周波誘導加熱装置における誘導コイルの配設状態を示す斜視図、図４Ｂは、図４Ａに示した誘導コイルの配設状態を示す側面図、図４Ｃは、図４Ｂに示したＩＶＣ−ＩＶＣ’切断線における断面図である。
【００２７】
図２〜図４Ｃにおいては、被加熱物がノズル１０の場合を例に挙げて説明する。しかし、以下の説明は、グースネック、金型などの他の被加熱物にも、そのまま適用可能である。
【００２８】
図２に示したように、実施の形態に係るノズル用高周波誘導加熱装置には、誘導コイル１４ｂとして１本の太い高融点金属線が使用されている。この装置の特徴は、誘導コイル１４ｂとして、ニッケル線、ニッケル合金線及び鉄−クロム合金線のうちのいずれかの高融点金属線が使用されていることにある。なお、誘導コイル１４ｂは、コネクタ１８を介して連結されている。このように、誘導コイル１４ｂとして高融点金属線を使用する場合、銅管が使用された従来の技術に係る図１に示した誘導加熱装置の場合とは異なり、誘導コイルの冷却装置が不要になる。したがって、ノズル１０で発生した熱が水によって冷却されることによる熱損失、及び水とマグネシウムなどの成形用金属との接触による爆発現象の発生を防止することができる。また、誘導コイル１４ｂで発生する一定量のジュール熱は断熱部材１２に蓄えられるので、断熱部材１２がノズル１０の保温層として機能する。そのために、ノズル１０と断熱部材１２との間の温度差が小さくなり、ノズル１０又は断熱部材１２におけるクラック及び変形の発生が防止される。
【００２９】
上記ニッケル線、ニッケル合金線、鉄−クロム合金線などの高融点金属線は、次のような特徴を有している。
【００３０】
まず、上記高融点金属線の溶融温度は、少なくとも、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛などの成形用金属の溶融温度よりも高い。例えば、ニッケル線の溶融温度は１４５３℃前後、ニッケル合金線の溶融温度は、合金の組成に応じて、９００〜１２００℃、鉄−クロム合金線の溶融温度は１３００℃前後である。したがって、成形用金属の溶融温度付近では、誘導コイル１４ｂの酸化や溶損が起らない。このように、ニッケル線、ニッケル合金線及び鉄−クロム合金線は、それらの酸化温度及び溶融温度の観点から、実施の形態に係るノズル用高周波誘導加熱装置に非常に適している。
【００３１】
また、上記高融点金属線の抵抗値は、線径５ｍｍの場合、表１に示した値となる。
【００３２】
【表１】
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ここで、表１に示した抵抗値の単位はΩ／ｍであり、それぞれ平均値を示している。なお、同じ線径の銅の抵抗値は、０．００１１Ω／ｍである。
【００３３】
したがって、本発明において、高融点金属線とは、溶融温度が９００℃以上であり、線径５ｍｍの抵抗値が０．１Ω／ｍ未満の金属線と定義することができる。
【００３４】
上記抵抗値を有する金属線は、高周波電流の伝導に支障がないだけではなく、抵抗値の上昇に応じて大きくなるジュール熱は、ノズル１０の加熱にそのまま利用される。
【００３５】
また、誘導コイル１４ｂの酸化温度及び溶融温度が、被加熱物であるノズル１０の加熱温度より大幅に高いので、ダイカスト成形中に誘導コイル１４ｂを冷却する必要がない。したがって、誘導コイル１４ｂには、高周波交流電源４０が接続されるだけであり、冷却装置は接続されない。そのために、水又は空気による冷却に伴う熱損失が防止され、被加熱物を均一に加熱することができるとともに、特に、マグネシウムの成形の際に、水との接触によって発生する可能性のある爆発現象を未然に防止することができるという長所がある。
【００３６】
図３は、図２に示した例のように、太い１本の高融点金属線を使用するのではなく、誘導コイル１４ｃとして、表面を電気絶縁性材料で被覆した複数本の細い線を集めて撚った高融点金属線を使用した場合を示している。このような細い線の撚線を使用する場合には、コイルの表面積が広くなり、表皮効果によって表面付近にしか流れない高周波電流が流れる有効面積を広くすることができるので、高融点金属線全体の抵抗値を低くすることができるという利点がある。
【００３７】
図４Ａ〜図４Ｃに示したように、誘導コイル１４ｂは、ノズル１０の外周面から所定の距離だけ隔てて螺旋状に巻かれて配設され、その両端が高周波交流電源４０に接続されている。また、誘導コイル１４ｂの周囲及び外側は、断熱部材１２で覆われており、誘導コイル１４ｂが断熱部材１２内に埋め込まれたように構成されている。図４Ａ〜図４Ｃには図示していないが、断熱部材１２の外側に、ステンレス鋼などの鉄系金属材料、アルミニウムなどの非鉄金属材料で形成されたケーシングをさらに設けることが望ましく、ケーシングにより、外部からの衝撃等による断熱部材１２の損傷が防止され、飛散した溶融金属が断熱部材１２の内部に浸透することによる断熱部材１２又は誘導コイル１４ｂの損傷が防止される。
【００３８】
本実施の形態に係る高周波誘導加熱装置の場合には、螺旋状に巻かれた誘導コイルの各巻線に対して、各巻線と被加熱物との間及び隣接する巻線同士の間が所定の間隔で維持されるように支持する絶縁性材料で構成されたスペーサ２０が挿入されている。このスペーサ２０には、様々な形状のものを用いることができるが、図４Ａに示したように、ほぼ四角柱状の形状で、誘導コイル１４ｂの巻線との接触面には、コイル支持用凹部２６が形成されていることが望ましい。このように構成にすることにより、断熱部材１２の充填中に、誘導コイル１４ｂと被加熱物であるノズル１０との間、及び誘導コイル１４ｂの隣接する巻線同士の間を所定の間隔に維持することが可能であり、巻線の短絡を防止することができる。また、ノズル１０全体にわたって均一に渦電流及び誘導熱を発生させることが可能なため、成形用金属を均一な溶融状態で流すことができるという利点がある。
【００３９】
また、各巻線間に挿入されるスペーサ２０の外周側には、各スペーサ２０の列を貫通して連結する連結バー２２が設置されていることが望ましい。この連結バー２２の両端には雄ねじを形成し、この雄ねじとナット２４を利用することにより、各スペーサ２０を締結して固定することが望ましい。
【００４０】
図４Ａ及び図４Ｂには、ノズル１０の外周面にスペーサ２０を３列配設した例を示したが、必要に応じて、１列、２列、４列〜１０列、又はそれ以上の列とすることができる。
【００４１】
図４Ｃに示したように、上記構成とすることによって、誘導コイル１４ｂの巻線同士の間及び各巻線とノズル１０の外周面との間が所定の間隔に維持されるので、ノズル１０の各位置における熱の発生が均一となり、その結果、ノズルを通過する成形用金属の溶融状態が均一に維持される。
【００４２】
以上、図面を参照し本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範囲内において、様々な変更又は改良に想到し得ることは明らかであり、それらについても本発明の技術的範囲に属するものである。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係るダイカストマシン用高周波誘導加熱装置は、低融点金属成形用ダイカストマシンのグースネック、ノズル、金型などを加熱するための高周波誘導加熱装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来の技術に係るダイカストマシンのノズル用高周波誘導加熱装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るダイカストマシン用高周波誘導加熱装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の別の実施の形態に係るダイカストマシン用高周波誘導加熱装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図４Ａ】図２に示したダイカストマシン用高周波誘導加熱装置における誘導コイルの配設状態を示す斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示した誘導コイル配設状態を示す側面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂに示したＩＶＣ−ＩＶＣ’切断線における断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０    ノズル
１２    断熱部材
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ    誘導コイル
１６    連結管
１８    コネクタ
２０    スペーサ
２２    連結バー
２４    ナット
２６    コイル支持用凹部
３０    冷却装置
４０    高周波交流電源
【図１】
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【図２】
2007253230.tif 000005
【図３】
2007253230.tif 000006
【図４Ａ】
2007253230.tif 000007
【図４Ｂ】
2007253230.tif 000008
【図４Ｃ】
2007253230.tif 000009