(57)【要約】【課題】遠心鋳造装置において、金型の上方で誘導加熱を行って金属溶湯を形成する場合でも金型の加熱を抑制することができ、冷却速度の低下を低減することができるようにする。【解決手段】遠心鋳造装置１は、金属材料を電磁誘導加熱して溶湯１０を得るための誘導加熱コイル７と、溶湯１０を注入して鋳造成形を行うキャビティ４ｃとキャビティ４ｃに溶湯１０を注入するための溶湯注入口４ａとを有し、溶湯注入口４ａが誘導加熱コイル７下方に配置された金型４と、誘導加熱コイル７と金型４との間に設けられた電磁シールド５とを備え、電磁シールド５は、誘導加熱コイル７の中心軸Ｏ１に沿う方向から見て、少なくとも誘導加熱コイル７の金型４側の最小のコイル内周よりも径方向外側の領域に設けられた構成とする。【選択図】図２
2012040590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料を電磁誘導加熱して溶湯を得るための誘導加熱コイルと、
前記溶湯を注入して鋳造成形を行うキャビティと該キャビティに前記溶湯を注入するための溶湯注入口とを有し、該溶湯注入口が前記誘導加熱コイルの下方に配置された金型と、
前記誘導加熱コイルと前記金型との間に設けられた電磁シールドとを備え、
該電磁シールドは、前記誘導加熱コイルの中心軸に沿う方向から見て、少なくとも前記誘導加熱コイルの前記金型側の最小のコイル内周よりも径方向外側の領域に設けられた
ことを特徴とする遠心鋳造装置。
【請求項２】
前記誘導加熱コイルは、前記溶湯を誘導浮遊させる誘導浮遊加熱コイルであり、
前記電磁シールドは、前記誘導加熱コイルの中心軸に沿う方向から見て、前記コイル内周よりも径方向内側の領域にも設けられるとともに、前記溶湯を通過させる貫通口を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の遠心鋳造装置。
【請求項３】
前記電磁シールドの少なくとも一部の配置位置を前記金型に対して前記誘導浮遊コイルの径方向に移動するシールド移動機構を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の遠心鋳造装置。
【請求項４】
前記電磁シールドと前記金型との間に、前記電磁シールドに比べて比透磁率が低い低透磁率層を有する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の遠心鋳造装置。
【請求項５】
前記電磁シールドは、前記低透磁率層を介して、前記金型上に固定されている
ことを特徴とする請求項４に記載の遠心鋳造装置。
【請求項６】
前記低透磁率層は、前記電磁シールドからの伝熱を抑制する断熱層を有する
ことを特徴とする請求項４または５に記載の遠心鋳造装置。
【請求項７】
前記電磁シールドは、前記誘導加熱コイルと前記金型との間の中間よりも前記誘導加熱コイル側に配置された
ことを特徴とする請求項２に記載の遠心鋳造装置。
【請求項８】
前記電磁シールドの前記金型側に、前記電磁シールドに比べて比透磁率が低い低透磁率層が設けられた
ことを特徴とする請求項７に記載の遠心鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転する金型に金属溶湯を流し込んで鋳造を行う遠心鋳造装置が知られている。例えば、特許文献１には、このような遠心鋳造装置に用いる回転鋳型が記載されている。
また、金属溶湯を得る技術としては、誘導加熱コイルに高周波電流を流すことにより磁界を発生させて金属材料を加熱する電磁誘導加熱が知られている。電磁誘導加熱による金属溶湯を遠心鋳造装置に注入する方式としては、電磁誘導加熱を金型の上方で行い、金属溶湯が形成されたら誘導加熱を停止することによって、金属溶湯を金型の溶湯注入口に落下させて、金型に金属溶湯を注入する方式が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２６３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の誘導加熱を用いた遠心鋳造装置には、以下のような問題があった。
遠心鋳造装置に用いる金型は、回転中に金属溶湯が固化するように金属溶湯を急冷できる材質で構成する必要がある。このため、金型は、例えば、特許文献１に記載の技術のように金属材料で構成される。
また、誘導加熱を用いた遠心鋳造装置では、金属溶湯の落下中に金属溶湯が冷却されすぎると、金型内での流動性が悪化するため、誘導加熱コイルを金型の近くに配置する必要がある。
このため、従来の誘導加熱を用いた遠心鋳造装置では、誘導加熱コイルで発生する磁束の一部が金型に漏れるため、誘導加熱を行う間に金型が加熱されてしまう。この結果、金型に注入された金属溶湯の冷却速度が低下して固化に時間がかかってしまうという問題がある。
また、例えば、特許文献１に記載されたように非晶質合金を鋳造する場合には、一定速度以上の冷却速度で急冷する必要があるため、誘導加熱によって金型が加熱されると、金型内に冷却水を流すなどして金型を強制冷却しなければならず金型構成が複雑になるという問題もある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、金型の上方で誘導加熱を行って金属溶湯を形成する場合でも金型の加熱を抑制することができ、冷却速度の低下を低減することができる遠心鋳造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】
上記の課題を解決するために、本発明の遠心鋳造装置は、金属材料を電磁誘導加熱して溶湯を得るための誘導加熱コイルと、前記溶湯を注入して鋳造成形を行うキャビティと該キャビティに前記溶湯を注入するための溶湯注入口とを有し、該溶湯注入口が前記誘導加熱コイルの下方に配置された金型と、前記誘導加熱コイルと前記金型との間に設けられた電磁シールドとを備え、該電磁シールドは、前記誘導加熱コイルの中心軸に沿う方向から見て、少なくとも前記誘導加熱コイルの前記金型側の最小のコイル内周よりも径方向外側の領域に設けられた構成とする。
【０００７】
また、本発明の遠心鋳造装置では、前記誘導加熱コイルは、前記溶湯を誘導浮遊させる誘導浮遊加熱コイルであり、前記電磁シールドは、前記誘導加熱コイルの中心軸に沿う方向から見て、前記コイル内周よりも径方向内側の領域にも設けられるとともに、前記溶湯を通過させる貫通口を有することが好ましい。
【０００８】
また、本発明の遠心鋳造装置では、前記電磁シールドの少なくとも一部の配置位置を前記金型に対して前記誘導浮遊コイルの径方向に移動するシールド移動機構を備えることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の遠心鋳造装置では、前記電磁シールドと前記金型との間に、前記電磁シールドに比べて比透磁率が低い低透磁率層を有することが好ましい。
【００１０】
また、本発明の低透磁率層を有する遠心鋳造装置では、前記電磁シールドは、前記低透磁率層を介して、前記金型上に固定されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の低透磁率層を有する遠心鋳造装置では、前記低透磁率層は、前記電磁シールドからの伝熱を抑制する断熱層を有することが好ましい。
【００１２】
また、本発明の遠心鋳造装置では、前記電磁シールドは、前記誘導加熱コイルと前記金型との間の中間よりも前記誘導加熱コイル側に配置されたことが好ましい。
【００１３】
また、本発明の前記電磁シールドが前記誘導加熱コイルと前記金型との間の中間よりも前記誘導加熱コイル側に配置された遠心鋳造装置では、前記電磁シールドの前記金型側に、前記電磁シールドに比べて比透磁率が低い低透磁率層が設けられたことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の遠心鋳造装置によれば、誘導加熱コイルから金型側に漏れる磁束を電磁シールドによって遮蔽することができるため、金型の上方で誘導加熱を行って金属溶湯を形成する場合でも金型の温度上昇を抑制することができ、冷却速度の低下を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る遠心鋳造装置の構成を示す模式的な部分断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る遠心鋳造装置の構成を示す模式的な断面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】電磁シールドの作用を説明するための模式的な磁力線図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る遠心鋳造装置の構成を示す模式的な断面図である。
【図６】図５におけるＢ視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る遠心鋳造装置の構成を示す模式的な断面図である。
【図８】図７におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の第１変形例に係る遠心鋳造装置の主要部を示す模式的な断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の第２変形例に係る遠心鋳造装置の主要部を示す模式的な断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る遠心鋳造装置の構成を示す模式的な断面図である。
【図１２】図１１におけるＤ視図、および金型の回転時の図１１におけるＤ視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１７】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る遠心鋳造装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る遠心鋳造装置の構成を示す模式的な部分断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る遠心鋳造装置の構成を示す模式的な断面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。
なお、各図面は、模式図のため形状や寸法は誇張されている（以下の図面も同じ）。
【００１８】
本実施形態の遠心鋳造装置１の概略構成は、図１〜３に示すように、誘導加熱コイル７、金型４、電磁シールド５、および放射温度計９を備え、これらが、内部を真空状態または不活性ガスが注入された低圧雰囲気に調整可能なチャンバー２内に収容されたものである。
誘導加熱コイル７は、遠心鋳造を行うための金属材料を電磁誘導加熱して溶湯１０（図２参照）を得るためのもので、内部に、例えば水などの冷媒を通す冷媒流路７ｃが設けられた金属管を巻いてコイル巻線部が形成されている。また、コイル巻線部の上端および下端では、同様の金属管からなる上側配線部７ａおよび下側配線部７ｂが、コイル巻線部の側方に延出されている。
誘導加熱コイル７のコイル巻線部の中心軸Ｏ１（以下、単に、誘導加熱コイル７の中心軸Ｏ１と称する）は、本実施形態では鉛直軸に沿って配置されている。
上側配線部７ａ、下側配線部７ｂは、誘導加熱コイル７の側方においてチャンバー２の底面から鉛直方向に立設された支持部材である誘導加熱コイル支持部８に接続されている。
すなわち、図示は省略しているが、誘導加熱コイル支持部８の内部には、チャンバー２の外部に設けられ高周波電流を供給する電源部との電気的な接続をとるコネクタ部と、チャンバー２の外部に設けられ冷媒流路７ｃ内に冷媒を循環させる冷媒循環部に冷媒流路７ｃを接続する管路接続部とが設けられており、上側配線部７ａ、下側配線部７ｂは、コネクタ部に電気的に接続されるとともに、管路連結部に機械的に接続されている。
誘導加熱コイル７を構成する金属管の材料は特に限定されないが、本実施形態では一例として、銅管を用いている。
【００１９】
本実施形態では、誘導加熱コイル７は、金属材料を電磁誘導加熱して溶湯１０を得るとともに、溶湯１０を誘導加熱コイル７の内部に誘導浮遊させることができる誘導浮遊加熱コイルを用いている。
誘導加熱コイル７のコイル巻線部の構成は、上側配線部７ａの端部に接続され、上側から下側に向かって拡径する螺旋状に巻かれた上側コイル部７Ａと、上側コイル部７Ａの下方に配置され上側から下側に向かって縮径するとともに、上側コイル部７Ａとは反対方向の螺旋状に巻かれた下側コイル部７Ｂと、上側コイル部７Ａの下端部と下側コイル部７Ｂの上端部とを連結する巻き方向反転部７Ｃとからなる。また、下側コイル部７Ｂの下端部には、下側配線部７ｂが接続されている。
このような構成により、誘導加熱コイル７のコイル巻線部の巻き径は、図２に示すように、上側コイル部７Ａの下端または下側コイル部７Ｂの上端において、最大外径Ｄｍａｘを有し、上側コイル部７Ａの上端部のコイル内周の直径がＤＡ（ただし、ＤＡ＜Ｄｍａｘ）、下側コイル部７Ｂの下端部のコイル内周の直径がＤＢ（ただし、ＤＢ＜Ｄｍａｘ）とされている。また、本実施形態では、ＤＡ＞ＤＢである。
【００２０】
金型４は、図２に示すように、溶湯１０を注入して鋳造成形を行うキャビティ４ｃと、金型４に溶湯１０を注入するための溶湯注入口４ａとを内部に有する円板状の部材であり、誘導加熱コイル７の下方において金型上面４ｄが水平面に沿うように配置されている。
溶湯注入口４ａは、本実施形態では、金型４の金型上面４ｄの平面視の中心に直径Ｄ０の円開口を有する縦穴部からなる。溶湯注入口４ａの直径Ｄ０は、下側コイル部７Ｂの下端部のコイル内周の直径ＤＢよりも小径とされている。
また、キャビティ４ｃは、成形品の形状に応じた適宜形状に設けられ、溶湯注入口４ａの側方に配置されている。そして、キャビティ４ｃは、溶湯注入口４ａの中心から金型４の径方向に延ばされた管状の溶湯流路４ｂによって溶湯注入口４ａの内部と連通されている。
なお、図２は模式図のため、金型４を一部材で構成しているように描いているが、キャビティ４ｃ内で固化した成形品を脱型するため、複数の金型部材に分割できるようになっている。
【００２１】
金型４の材質としては、遠心鋳造に用いることができる適宜の金属を採用することができる。本実施形態では、一例として、銅（比透磁率：０．９９９９９１）を用いている。
【００２２】
また、金型４は、下面側の中心位置において、チャンバー２の外部に設けられた不図示のモータによって鉛直軸に沿う回転中心軸Ｏ２回りに回転される回転駆動部３と連結されている。回転駆動部３の回転中心軸Ｏ２は、誘導加熱コイル７の中心軸Ｏ１と整列されている。
このため、金型４は、回転駆動部３によって回転中心軸Ｏ２回りに回転されると、溶湯注入口４ａが誘導加熱コイル７の中心軸Ｏ１と同軸の状態で回転される。
回転駆動部３の回転数は、０ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍの範囲で可変できるようになっている。
【００２３】
電磁シールド５は、誘導加熱コイル７による誘導加熱時に発生する電磁界のうち、磁力線（磁束）を内部にトラップして、金型４を電磁シールドするための部材である。本実施形態では、図３に示すように、中心に円状の貫通口５ａが設けられた孔あき円板からなる。
電磁シールド５の外径Ｄ２は、誘導加熱コイル７の最大外径Ｄｍａｘ以上とされている。また、貫通口５ａの内径Ｄ１は、溶湯注入口４ａの内径Ｄ０よりも大径、かつ下側コイル部７Ｂの下端部のコイル内周の直径ＤＢよりも小径とされている。
【００２４】
また、電磁シールド５は、本実施形態では、一例として、比透磁率が３．９である電磁鋼板によって構成されている。ただし、電磁シールド５の材質は、金型４よりも比透磁率が高い適宜の材質を採用することができ、電磁鋼板には限定されない。
電磁シールド５として好適な材質の例としては、金型４の材質に応じて、ＳＵＳ３０４（比透磁率：１．００７〜１．８）、ＳＫＤ６１（比透磁率：２０００〜７０００）、パーマロイ（比透磁率：１４０００〜４５０００）、ニッケル（比透磁率：６００）、ＭｎＺｎフェライト（比透磁率：２０００）、純鉄（比透磁率：２０００００）、コバルト（比透磁率：２７０）などを挙げることができる。
なお、「電磁シールド」は、例えば、電波、光、Ｘ線などのエネルギー波をトラップするため、導電性を有する網や板などで構成される「電磁波シールド」と区別され、「磁界シールド」とも呼ばれる。
【００２５】
また、電磁シールド５は、誘導加熱コイル支持部８から側方に延出された棒状の電磁シールド支持部材６によって水平方向に支持され、誘導加熱コイル７と金型４との間において貫通口５ａの中心が、回転駆動部３の回転中心軸Ｏ２を通る位置に配置されている。
電磁シールド支持部材６の材質は、誘導加熱コイル７による磁界分布に大きな影響を与えないように、電磁シールド５に比べて比透磁率が低い材質を用いることが好ましい。
【００２６】
放射温度計９は、誘導加熱コイル７の内部に誘導浮遊される溶湯１０の温度を溶湯１０からの放射光強度に基づいて測定するものである。本実施形態では、溶湯１０の浮遊位置の側方におけるチャンバー２の内壁部に固定され、誘導加熱コイル７の巻線間の隙間を通過する放射光を受光できるようになっている。
このように、本実施形態では、電磁シールド５は、溶湯１０の浮遊位置における誘導加熱コイル７の側方を覆っていないため、放射温度計９によって誘導加熱コイル７の側方から溶湯１０の温度測定を行うことができる。
【００２７】
次に、遠心鋳造装置１の動作について、電磁シールド５の作用を中心に説明する。
図４は、電磁シールドの作用を説明するための模式的な磁力線図である。
【００２８】
遠心鋳造装置１によって、鋳造成形を行うには、誘導加熱コイル７の内部に、成形に必要な金属材料を配置し、誘導加熱コイル７の冷媒流路７ｃに冷媒を流して誘導加熱コイル７を冷却しつつ、誘導加熱コイル７に高周波電流を通電する。このとき、金属材料の量は、溶融されたときの外径が溶湯注入口４ａの内径Ｄ０よりも小さくなる量に設定しておく。
これにより、誘導加熱コイル７の周囲に磁界が発生し、金属材料が誘導加熱され、溶湯１０が形成される。
誘導加熱コイル７は、上側コイル部７Ａと下側コイル部７Ｂとでコイル巻き方向が反対であるため、上側コイル部７Ａと下側コイル部７Ｂとでは、それぞれ反対方向の磁界が発生する。このため、溶湯１０は、これらの磁界から斥力を受けて、誘導加熱コイル７の中心軸Ｏ１上において上側コイル部７Ａと下側コイル部７Ｂとの境界の位置に誘導浮遊される。
【００２９】
一方、操作者は、溶湯１０が予め決められた成形開始温度に達する前に、予め決められた回転数となるように、回転駆動部３の回転を開始させておく。
次に操作者は、放射温度計９によって測定された溶湯１０の温度が成形開始温度に達した時点で、誘導加熱コイル７への高周波電流を遮断する。
これにより、誘導加熱コイル７による磁界が消失し、浮遊力を失った溶湯１０は自由落下する。
溶湯１０は、下側コイル部７Ｂの下端側のコイル内周を抜けて、電磁シールド５の貫通口５ａの内側を通過して、溶湯注入口４ａの内部に落下する。
溶湯注入口４ａに落下した溶湯１０は、遠心力によって径方向外側に付勢され、溶湯流路４ｂを通してキャビティ４ｃ内に充填される。この間、溶湯１０は、金型４と接触して冷却されていき、キャビティ４ｃ内でキャビティ４ｃの形状に沿って固化していく。
キャビティ４ｃ内のすべての溶湯１０が固化温度以下に冷却されたら、回転駆動部３を停止し、金型４を分解するなどして、成形品を脱型する。
以上で、遠心鋳造装置１による遠心鋳造成形が終了する。
【００３０】
次に、図４を参照して誘導加熱時における誘導加熱コイル７の周囲の磁力線について、電磁シールド５の有無による違いを説明する。
図４は、本実施形態の電磁シールド５の半分（図示右半分）を欠落させた場合に、中心軸Ｏ１を含む鉛直断面に発生する磁力線の分布を模式的に表している。
上側コイル部７Ａの周囲に発生する磁界分布は略左右対称であるが、下側コイル部７Ｂの周囲に発生する磁界分布は、電磁シールド５の有無によって異なる。
電磁シールド５が配置されている場合には、図示左半分に示すように、下側コイル部７Ｂの内周部から鉛直下方に延びる磁力線Ｍ１、Ｍ２は、貫通口５ａの内側面から比透磁率の大きな電磁シールド５の内部に侵入し、電磁シールド５の外周側の側面から抜け出して下側コイル部７Ｂの上端側に向かう。
これにより、下側コイル部７Ｂの内周側および外周側を周回する磁力線分布が形成される。
電磁シールド５は、金型４よりも比透磁率が高いため、電磁シールド５の近傍を通る磁力線は、ほとんど電磁シールド５に侵入し、電磁シールド５よりも下方の金型４にはほとんど到達しない。すなわち、金型４は、下側コイル部７Ｂで形成される磁界に対しては、電磁シールド５によって電磁シールドされている。
【００３１】
この結果、金型４は下側コイル部７Ｂの磁界によって誘導加熱を受けることはほとんどなく、溶湯１０の誘導加熱が続く間も、誘導加熱前の温度がほぼ維持されている。
したがって、誘導加熱終了後に、溶湯注入口４ａに落下した溶湯１０は、溶湯１０の温度と金型４の温度との間の温度差に応じた冷却速度（単位時間当たりの温度下降量）で急冷されることになる。このため、溶湯１０は迅速に固化していく。
【００３２】
本実施形態では、電磁シールド５の外径が、誘導加熱コイル７の最大外径Ｄｍａｘ（図３に円Ｃ２で示す）以上で、貫通口５ａの内径が下側コイル部７Ｂの下端部のコイル内周の直径ＤＢ（図３に円Ｃ１で示す）よりも小さい。このため、中心軸Ｏ１に沿う方向から見たときに、電磁シールド５が誘導加熱コイル７のコイル巻線部と重なる範囲に位置し、高い電磁シールドの効果が得られる。
また、電磁シールド５の配置は、誘導加熱コイル７と金型４との中間よりも誘導加熱コイル７側に配置すると、電磁シールド５が小サイズであっても良好な電磁シールドの効果を得ることができる。
【００３３】
これに対して、電磁シールド５が配置されていない場合には、図示右半分に示すように、下側コイル部７Ｂの内周部から鉛直下方に延びる磁力線Ｍ３、Ｍ４は、金型４の内部に侵入し、誘導加熱コイル７の磁束の一部が、金型４に漏れることになる。このため、金型４の内部には侵入した磁力線による渦電流が発生し、そのジュール熱によって金型４が加熱される。すなわち、金型４が誘導加熱を受けることになる。
【００３４】
この結果、溶湯１０の誘導加熱が続く間、金型４も徐々に誘導加熱される。これにより金型４の温度が上昇していく。
このため、溶湯注入口４ａに溶湯１０が落下した際には、本実施形態の遠心鋳造装置１に比べて金型４の温度が高温になっているため、溶湯１０と金型４との温度差が本実施形態に比べて小さくなり、冷却速度が低下してしまう。
冷却速度が低下すると、溶湯１０の固化に要する時間が長くなり、成形時間が長くなってしまう。また、例えば、非晶質合金を鋳造する場合のように、一定速度以上の冷却速度が必要となる場合には、非晶質性にバラツキが生じてしまうおそれがある。
【００３５】
このように、遠心鋳造装置１によれば、誘導加熱コイル７から金型４側に漏れる磁束を電磁シールド５によって遮蔽することができるため、金型４の上方で誘導加熱を行って溶湯１０を形成する場合でも金型４の温度上昇を抑制することができ、冷却速度の低下を低減することができる。
【００３６】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る遠心鋳造装置について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る遠心鋳造装置の構成を示す模式的な断面図である。図６は、図５におけるＢ視図である。
【００３７】
本実施形態の遠心鋳造装置１Ａは、図５、６に示すように、上記第１の実施形態の遠心鋳造装置１の電磁シールド５、電磁シールド支持部材６に代えて、電磁シールド１２、低透磁率層１１を備える。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００３８】
電磁シールド１２は、電磁シールド５と同様の材質からなり、金型４の同様な外径を有し、中心部に貫通口５ａと同様な内径Ｄ１を有する貫通口１２ａが設けられた孔あき円板状に形成された部材であり、金型４の金型上面４ｄ上に、低透磁率層１１を間に挟んで固定されている。
電磁シールド１２の金型４への固定方法としては、例えば、外周部においてのネジによる締結や、接着、ロウ付けなどを挙げることができる。
特に金型４にネジを使用して締結する場合には、電磁シールド５からネジを介して金型４に磁気が漏れるのを避けるために、比透磁率が低いアルミナセラミックネジなどが好適である。
低透磁率層１１は、電磁シールド１２から磁力線が金型４側に漏れないようにすることで、金型４上に固定された電磁シールド１２と金型４とを磁気的に分離するためのものであり、少なくとも、電磁シールド１２よりも比透磁率が低い材料で構成される。電磁シールド１２の比透磁率と低透磁率層１１の比透磁率との差は大きいほど好ましい。
また、低透磁率層１１の形状は、金型４の同様な外径を有し、中心部に溶湯注入口４ａと同様な内径Ｄ０を有する貫通口１１ａが設けられた孔あき円板状とされる。このため、本実施形態では、低透磁率層１１は、金型４の金型上面４ｄをすべて覆うように設けられている。
低透磁率層１１の材質としては、比透磁率が１．０５以下の材質が好適である。このような材質の例としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ボロン（ＢＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などを挙げることができる。また、低透磁率層１１は、空気層から構成されていてもよい。
【００３９】
また、低透磁率層１１は、電磁シールド１２の材質が渦電流損失の大きい材質である場合には、電磁シールド１２に比べて熱伝導率が低い材質を採用することが好ましい。
例えば、電磁シールド１２として、電磁鋼板を採用する場合、電磁鋼板に発生する渦電流によって電磁鋼板が発熱する。このため、低透磁率層１１としては、例えば、アルミナなどの熱伝導率が低い材質を採用することによって低透磁率層１１に断熱層としての機能を持たせ、これにより、電磁鋼板からの金型４への伝熱を抑制することが好ましい。
なお、電磁シールド１２として、例えば、フェライトのように、渦電流損失が小さいため加熱されにくい材質を採用する場合には、渦電流による発熱がほとんどないため、低透磁率層１１としては、比透磁率の大きさのみによって材質を選定すればよい。例えば、アルミニウムなどの熱伝導率が大きい材質を採用してもよい。
【００４０】
遠心鋳造装置１Ａによれば、上記第１の実施形態の遠心鋳造装置１と同様に、遠心鋳造を行うことができる。
誘導加熱を行う際に誘導加熱コイル７で発生する磁界は、金型４とともに回転する電磁シールド１２に侵入してトラップされる。また、電磁シールド１２と金型４とは、低透磁率層１１を間に介することによって、磁気的に分離されているため、電磁シールド１２から出た磁力線は、低透磁率層１１を透過して金型４に侵入することはない。
このため、上記第１の実施形態と同様に、金型４の温度上昇を抑制することができ、冷却速度の低下を低減することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、電磁シールド１２を、低透磁率層１１を介して金型４の金型上面４ｄ上に固定しているため、電磁シールド１２自体の剛性は低くてもよい。このため、金型上面４ｄの略全面が覆う大きさであっても板厚を薄くすることができ、厚さ方向の配置スペースを低減できるとともに、材料費を低減することができる。
このように、本実施形態では、薄肉の電磁シールド１２によって、金型上面４ｄの略全面を覆うことができるため、誘導加熱コイル７と金型４との距離を上記第１の実施形態に比べて近づけることができ、しかも金型４を良好に電磁シールドすることができる。
【００４２】
また、本実施形態では、誘導加熱コイル７と金型４との距離を上記第１の実施形態に比べて近づけることができるため、溶湯１０の落下距離を上記第１の実施形態に比べて低減することができる。
このため、溶湯１０の落下中の温度低下を低減することができ、誘導加熱コイル７内での溶湯１０の温度の低温化を図ることができる。この結果、より短時間に溶湯１０を得ることができる。
また、上記第１の実施形態に比べて、チャンバー２の高さをより低減することができるため、チャンバー２を小型化し、チャンバー２内の雰囲気調整に要する時間などを短縮することができる。
このように、本実施形態では、溶湯１０の形成時間を短縮したり、チャンバー２の雰囲気調整時間を短縮できたりするため、成形の効率を向上することができる。
【００４３】
また、電磁シールド１２が、金型４上に固定されるため、貫通口１２ａと溶湯注入口４ａとの位置関係が固定されており、金型４を回転駆動部３に連結する際の位置決めによって、貫通口１２ａと誘導加熱コイル７の中心軸Ｏ１との位置決めも同時に行われる。
【００４４】
また、溶湯１０の落下距離を短くできるため、溶湯１０を溶湯注入口４ａ内に確実に落下させることができる。また、溶湯１０の跳ね上がりを低減することができる。
また、貫通口１２ａは溶湯注入口４ａの近傍に形成できるため、貫通口１２ａの大きさも溶湯注入口４ａと同じ大きさにすることもできる（Ｄ１＝Ｄ０）。このため、電磁シールドの効率を高めることができる。
【００４５】
また、低透磁率層１１として、熱伝導率が低い材質を採用した場合には、低透磁率層１１が断熱層として機能するため、電磁シールド１２からの熱伝導による金型４の温度上昇も低減することができる。
【００４６】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る遠心鋳造装置について説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態に係る遠心鋳造装置の構成を示す模式的な断面図である。図８は、図７におけるＣ−Ｃ断面図である。
【００４７】
本実施形態の遠心鋳造装置１Ｂは、図７、８に示すように、上記第１の実施形態の遠心鋳造装置１の電磁シールド５に代えて、電磁シールド１３を備える。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４８】
電磁シールド１３は、電磁シールド５と同様の材質からなり、内径Ｄ３（ただし、ＤＢ＜Ｄ３＜Ｄｍａｘ）を有する上側開口部１３ａから、内径Ｄ１を有する下側開口部１３ｂ（貫通口）まで、円状の管内径が漸次縮径された管状に形成された部材である。本実施形態では、一例として、図７に示すように、管内径が一定の割合で縮径され、管内面が円錐面状とされた形状を採用している。
電磁シールド１３は、内周面の中心軸が誘導加熱コイル７の中心軸Ｏ１と整列されるとともに、下側コイル部７Ｂの下端側のコイル巻線を下方側から覆う位置に配置され、外側部において誘導加熱コイル支持部８から延出された電磁シールド支持部材６に支持されている。
本実施形態では、電磁シールド１３は、誘導加熱コイル７と金型４との間の中間よりも誘導加熱コイル７側に配置され、金型４よりも誘導加熱コイル７側に近接されている。
【００４９】
遠心鋳造装置１Ｂによれば、上記第１の実施形態と同様に、遠心鋳造を行うことができる。
誘導加熱を行う際に誘導加熱コイル７で発生する磁界は、電磁シールド１３に侵入してトラップされる。
このため、上記第１の実施形態と同様に、金型４の温度上昇を抑制することができ、冷却速度の低下を低減することができる。
【００５０】
また、遠心鋳造装置１Ｂによれば、電磁シールド１３が、下側コイル部７Ｂの下方を覆うとともに、側方も覆う形状を有しているため、誘導加熱コイル７の下方に水平に配置された上記第１の実施形態の電磁シールド５に比べて、下側コイル部７Ｂの外周側に発生する磁力線をより効率的に侵入させることができる。このため、下側コイル部７Ｂによって発生する磁界を下側コイル部７Ｂのより近傍に閉じ込めやすくなり、金型４に漏れる磁束をより低減することができる。
【００５１】
また、電磁シールド１３は、下側コイル部７Ｂの下端部および側方を覆っているため、溶湯注入口４ａに落下した溶湯１０が跳ね上がった場合に、跳ね上がった高温の溶湯１０が、下側コイル部７Ｂに付着することを防止する保護部材の機能を有している。
すなわち、下側コイル部７Ｂの表面に跳ね上がった溶湯１０が付着すると、付着した溶湯１０が誘導加熱を受けて再溶融して、下側コイル部７Ｂの表面に孔をあけてしまい、冷媒が漏れ出すおそれがある。本実施形態では、跳ね上がった溶湯１０は、電磁シールド１３によって阻止され、下側コイル部７Ｂに付着しないため、このような不具合を防止することができる。
【００５２】
［第１変形例］
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図９は、本発明の第３の実施形態の第１変形例に係る遠心鋳造装置の主要部を示す模式的な断面図である。
【００５３】
本変形例の遠心鋳造装置１Ｃは、図９に示すように、上記第３の実施形態の電磁シールド１３に代えて、電磁シールド１３Ａを備える。以下、上記第３の実施形態と異なる点を中心に説明する。
電磁シールド１３Ａは、上記第３の実施形態の電磁シールド１３の外周側面に、低透磁率層１３ｃを設けたものである。
低透磁率層１３ｃの材質は、上記第２の実施形態の低透磁率層１１と同様の材質を採用することができる。
【００５４】
本変形例によれば、電磁シールド１３Ａは、内周側に電磁シールド１３を備え、外周側に低透磁率層１３ｃを備えるため、上記第３の実施形態に比べて、電磁シールド１３と金型４との間の磁気的に分離することができる。このため、電磁シールド１３Ａおよび誘導加熱コイル７をより金型４側に近づけることができる。したがって、上記第２の実施形態に述べたのと同様の理由によって、上記第３の実施形態に比べて、チャンバー２を小型化したり、成形の効率を向上したりすることができる。
【００５５】
また、低透磁率層１３ｃとして、例えば、アルミナ、窒化アルミ、炭化珪素、窒化ボロン、窒化珪素などの耐熱性を有するセラミックスを採用することが好ましい。この場合、跳ね上がった高温の溶湯１０が低透磁率層１３ｃに付着しても、電磁シールド１３には熱が伝わりにくいため、電磁シールド１３が溶融することがなく、電磁シールド１３Ａの耐久性を向上することができる。
【００５６】
［第２変形例］
次に、本実施形態の第２変形例について説明する。
図１０は、本発明の第３の実施形態の第２変形例に係る遠心鋳造装置の主要部を示す模式的な断面図である。
【００５７】
本変形例の遠心鋳造装置１Ｄは、図１０に示すように、上記第３の実施形態の金型４上に、上記第２の実施形態と同様にして、低透磁率層１１および電磁シールド１２を固定したものである。以下、上記第３の実施形態と異なる点を中心に説明する。
本変形例によれば、上記第２の実施形態の遠心鋳造装置１Ｂにおいて、さらに電磁シールド１３を備えているため、金型４が、上記第２、第３の実施形態に比べて、より確実に電磁シールドされる。
かつ、電磁シールド１３を備えることにより、上記第３の実施形態と同様にして、溶湯１０が跳ね上がっても下側コイル部７Ｂに付着することを防止することができる。
【００５８】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態に係る遠心鋳造装置について説明する。
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る遠心鋳造装置の構成を示す模式的な断面図である。図１２（ａ）は、図１１におけるＤ視図である。図１２（ｂ）は、金型の回転時の図１１におけるＤ視図である。
【００５９】
本実施形態の遠心鋳造装置１Ｅは、図１１、図１２（ａ）に示すように、上記第２の実施形態の遠心鋳造装置１Ａに、電磁シールド板１５（電磁シールド）と、シールド退避機構１６（シールド移動機構）とを追加したものである。以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６０】
電磁シールド板１５は、電磁シールド１２と同様の材質からなり、外径Ｄ４（ただし、Ｄ４＞Ｄ１）を有する円板部材であり、側部がシールド退避機構１６に接続されている。
シールド退避機構１６は、電磁シールド板１５の配置位置を、金型４に固定された電磁シールド１２上で、貫通口１２ａの全体を覆う位置（以下、第１の位置と称する）と、径方向外側に退避して貫通口１２ａの全体を開放する位置（以下、第２の位置と称する）との間で移動するものである。
【００６１】
本実施形態では、シールド退避機構１６の概略構成は、金型４に固定され電磁シールド１２から上側に突出された回動支軸１６ｃと、回動支軸１６ｃによって電磁シールド１２上で回動可能に支持されるとともに一端が電磁シールド板１５の側部に固定され他端が電磁シールド１２および金型４の径方向外側に配置されたＬ字アーム１６ａと、Ｌ字アーム１６ａの他端に固定された錘１６ｂと、錘１６ｂが金型４の側面に近接する方向に回動支軸１６ｃ回りのモーメントを加えるコイルバネ１６ｆとを備える。
また、回動支軸１６ｃと錘１６ｂとの間のＬ字アーム１６ａ上には、コイルバネ１６ｆの一端を係止するスタッド１６ｄが立設されている。
また、金型４上には、コイルバネ１６ｆの他端を係止するスタッド１６ｅと、コイルバネ１６ｆからモーメントを受けるＬ字アーム１６ａの回動方向の位置に規制するストッパ１６ｇとが、それぞれ金型４に固定され電磁シールド１２から上側に突出された状態に設けられている。
ストッパ１６ｇの設置位置は、図１２（ａ）に示すように、金型４の回転が停止されている時に、コイルバネ１６ｆからモーメントを受けて図示時計回りに回動しようとするＬ字アーム１６ａの位置を規制し、Ｌ字アーム１６ａに固定された電磁シールド板１５が第１の位置に位置するように設けられている。
【００６２】
遠心鋳造装置１Ｅによれば、回転駆動部３を停止し、金型４の回転が停止されている間は、図１２（ａ）に示すように、電磁シールド板１５が第１の位置に位置される。これにより、貫通口１２ａの全体が電磁シールド板１５に覆われる。したがって、金型４の金型上面４ｄは、溶湯注入口４ａの部分も含めて、電磁シールド１２および電磁シールド板１５のいずれかで覆われるため、金型４の上面側全体が電磁シールドされている。
【００６３】
一方、回転駆動部３を駆動し、金型４の回転を開始すると、図１２（ｂ）に示すように、錘１６ｂに遠心力Ｆが作用する。この遠心力Ｆは、回動支軸１６ｃに関して図示反時計回りのモーメントをＬ字アーム１６ａに作用させるため、コイルバネ１６ｆが引っ張られてコイルバネ１６ｆの弾性復元力による図示時計回りのモーメットとつり合う位置まで、Ｌ字アーム１６ａが回動する。ここで、コイルバネ１６ｆは、回転時に錘１６ｂに作用する遠心力に抗して錘１６ｂを径方向内側に向けて付勢する付勢手段を構成している。
したがって、コイルバネ１６ｆのバネ定数を適宜設定することにより、金型４が一定回転数に達したときに、電磁シールド板１５を第２の位置に移動させることができる。
したがって、貫通口１２ａを通して、溶湯１０を下方に通過させることができる。
また、回転駆動部３を停止して金型４の回転を停止すれば、コイルバネ１６ｆの弾性復元力によって、電磁シールド板１５が第１の位置に移動する。
【００６４】
遠心鋳造装置１Ｅによって、鋳造成形を行うには、まず、回転駆動部３を停止した状態で、金属材料の誘導加熱を行い、溶湯１０を形成する。
このとき、金型４の上面側は全体が電磁シールドされているため、溶湯注入口４ａを通して磁力線が金型４内に侵入することを確実に防止できる。この結果、誘導加熱による金型４の温度上昇を確実に防止することができる。
次に、溶湯１０が成形開始温度の近傍に達したときに、回転駆動部３の回転を開始し、金型４を回転させる。金型４が一定回転数に達すると、電磁シールド板１５が第２の位置に移動するため、貫通口１２ａの上方が開放される。
溶湯１０が成形開始温度に達し、かつ貫通口１２ａの上方が開放されたら、誘導加熱を停止し、溶湯１０を落下させる。
以下、上記第２の実施形態と同様に、溶湯１０が固化した後、成形品を脱型することができる。
【００６５】
遠心鋳造装置１Ｅによれば、第２の実施形態に比べて、誘導加熱時の磁束の漏れによる金型４の温度上昇をさらに抑制することができるため、冷却速度の低下をさらに低減することができる。
また、シールド退避機構１６は、金型４の回転に伴って錘１６ｂに作用する遠心力によって、電磁シールド板１５の移動を行うため、シールド退避機構１６に専用の動力源や制御手段を備える必要がない。このため装置構成が簡素となる。
また、遠心鋳造装置１Ｅでは、例えば、装置のトラブルによって金属材料の誘導浮遊に失敗し、金属材料や加熱途中の溶湯が落下してしまった場合でも、電磁シールド板１５によって、これらの金属材料や加熱途中の溶湯が溶湯注入口４ａ内に入り込むことがない。このため、金型４内を清掃したり、金型４をセットし直したりする必要がないため、成形のやり直しが容易となる。
【００６６】
なお、上記の第１の実施形態の説明では、電磁シールド５は、中心軸Ｏ１に沿う方向から見たときに、金型４側の最小のコイル内周よりも径方向外側の領域（図３における円Ｃ１よりも径方向外側）に設けられるとともに、金型４側の最小のコイル内周よりも径方向内側の領域にも電磁シールド５が設けられている場合の例で説明した。
電磁シールド５は、少なくとも、中心軸Ｏ１に沿う方向から見たときに、金型４側の最小のコイル内周よりも径方向外側の領域に位置していれば、下側コイル部７Ｂによる磁力線が電磁シールド５に侵入することが可能である。したがって、貫通口５ａの内径Ｄ１を金型４側の最小のコイル内周の内径ＤＢよりも大きくした構成としてもよい。
また、電磁シールド５は、中心軸Ｏ１に沿う方向から見たときに、誘導加熱コイル７の最大外径Ｄｍａｘを外径とし、金型４側の最小のコイル内周の内径ＤＢを内径とする輪帯状の領域と重なる範囲に設けることがより好ましい。
また、他の実施形態における貫通口１２ａの内径Ｄ１も同様である。
【００６７】
また、上記の第１の実施形態の説明では、電磁シールド５の形状が、円環状の場合の例で説明したが、電磁シールド５は、内周および外周が多角形状を有する孔あき板であってもよい。この場合、多角形形状は、中心軸に関して回転対称であればより好ましい。
【００６８】
また、上記第３の実施形態では、電磁シールド１３の管内径が一定の割合で縮径された場合の例で説明したが、縮径の割合は軸方向に変化していてもよい。
また、電磁シールド１３の管形状は、軸方向に下側に縮径される形状には限定されず、誘導加熱コイル７の下端部を下方側および側方を覆う適宜の断面形状を採用することができる。
また、電磁シールド１３は、下側に底面を有する有底管状部材とし、この底面の中心部に貫通孔を設けて下側開口部１３ｂとした形状を採用してもよい。
また、図７では、電磁シールド１３は、下側コイル部７Ｂの最下段のコイル巻線の側方を覆うように描かれているが、上側開口部１３ａはさらに上方に延ばされ、複数段のコイル巻線の側方を覆う形状としてもよい。放射温度計９による測定を妨げない限り、下側コイル部７Ｂの全体の側方を覆う形状に設けてもよい。
【００６９】
また、上記第３の実施形態の第２変形例の説明では、遠心鋳造装置１Ｄが、電磁シールド１３と電磁シールド１２とを備える場合の例で説明したが、電磁シールド１２のみで、必要な電磁シールド効果が得られる場合には、電磁シールド１３は、比透磁率が低い材質で形成された部材に置き換え、単に、溶湯１０の跳ね上がりから下側コイル部７Ｂを保護する保護部材としてもよい。
【００７０】
また、上記第４の実施形態の説明では、誘導加熱開始時には、金型４の回転を停止しておく場合の例で説明したが、錘１６ｂに作用するによって、電磁シールド板１５が貫通口１２ａを覆う位置からずれない程度の速度で金型４を回転させておき、誘導加熱を終了する直前に回転を加速して、電磁シールド板１５が第２の位置に移動するようにしてもよい。
また、第１の位置から第２の位置までの移動時間を、溶湯１０の落下時間よりも短くすることができる場合には、誘導加熱を終了すると同時に、回転を開始または加速するようにしてもよい。
【００７１】
また、上記第４の実施形態の説明では、錘１６ｂが、遠心力によって回転移動することによって、径方向外側および周方向に沿って移動する場合の例で説明したが、錘１６ｂおよびコイルバネ１６ｆを金型４上で径方向に沿って配置し、錘１６ｂ、電磁シールド板１５が径方向に沿ってスライド移動する構成としてもよい。
【００７２】
また、上記第４の実施形態の説明では、シールド退避機構１６が、電磁シールドの一部である電磁シールド板１５を金型４の溶湯注入口４ａ上から退避するように移動する場合の例で説明した。
ただし、シールド移動機構は、金型と誘導加熱コイルとの間に配置された電磁シールドの全部を、金型に対して誘導加熱コイルの径方向に移動して、金型上から退避させる構成としてもよい。
例えば、上記第１の実施形態において、電磁シールド５を、貫通口５ａが削除された円板状の電磁シールドに置き換え、電磁シールド支持部材６に代えて電磁シールドを誘導加熱コイル７の径方向に進退させるマニピュレータを設けてシールド移動機構とし、溶湯１０を落下させる直前に、このシールド移動機構によって電磁シールド全体を溶湯注入口４ａ上から退避させる構成としてもよい。また、電磁シールドの外径を金型４の外径と一致させておくと、上記第４の実施形態と同様に、金型４の全体を電磁シールドできるため、より好ましい。
【００７３】
また、上記の各実施形態の説明では、誘導加熱コイル７が誘導浮遊加熱コイルの場合の例で説明したが、溶湯を浮遊させない誘導加熱コイルを用いて、るつぼ内に溶湯を形成し、成形開始温度に達した溶湯をるつぼから落下させる構成としてもよい。
【００７４】
また、上記の各実施形態、変形例に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ  遠心鋳造装置
３  回転駆動部
４  金型
４ａ  溶湯注入口
４ｃ  キャビティ
４ｄ  金型上面
５、１２、１３、１３Ａ  電磁シールド
５ａ、１２ａ  貫通口
７  誘導加熱コイル
７Ａ  上側コイル部
７Ｂ  下側コイル部
１０  溶湯
１１、１３ｃ  低透磁率層
１１ａ  貫通口
１３ｂ  下側開口部（貫通口）
１５  電磁シールド板（電磁シールド）
１６  シールド退避機構（シールド移動機構）
１６ｂ  錘
１６ｆ  コイルバネ
Ｆ  遠心力
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４  磁力線
Ｏ１  中心軸
Ｏ２  回転中心軸
【図１】
2012040590.tif 000003
【図２】
2012040590.tif 000004
【図３】
2012040590.tif 000005
【図４】
2012040590.tif 000006
【図５】
2012040590.tif 000007
【図６】
2012040590.tif 000008
【図７】
2012040590.tif 000009
【図８】
2012040590.tif 000010
【図９】
2012040590.tif 000011
【図１０】
2012040590.tif 000012
【図１１】
2012040590.tif 000013
【図１２】
2012040590.tif 000014