(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部組織に調節された固相のデンドライト組織を持つアルミビレットを誘導加熱するに際し、複数のコイルを直列かつ水平に配列し、該コイルの間には磁気干渉を抑制する間隙を形成し、前記個々のコイルないしは、複数個のコイルの組毎に供給する電力の周波数を調節する周波数調整装置を設け、前記コイルの内部には該コイルの横断方向と長手方向に水平にトレイを支持するようにレールを配置し、供給されるアルミビレットは、電磁力の影響を受けず、かつ耐火性を有する前記トレイ上に横向きで、転動しない状態で載置するようになっており、更に前記アルミビレットを支持したトレイを直列状態で移動させる移送装置が設けられているアルミビレットの誘導加熱装置であって、
前記複数のコイルは少なくとも前段と後段とに区分されると共に、前段のコイルに供給される１０００Ｈｚ以下の低周波電力Ｘと、後段のコイルに供給される１０００Ｈｚ超の高周波電力Ｙとは、ＹがＸの３〜４倍となる関係を満たすアルミビレット誘導加熱装置。
【請求項２】
前記誘導加熱するアルミビレットは、再加熱後チクソトロピックの特性を持っている請求項１記載のアルミビレットの誘導加熱装置。
【請求項３】
前記トレイは、けい酸カルシウム系耐熱材料、マイカ系セラミックス、アルミナ系磁器などの非磁性耐火物からなり、底面の長手方向にガイド部が形成され、上面中央にアルミビレットを横向きに支持する凹部が設けられ、更に側面にロボットのアームの把持部が設けてある請求項１記載のアルミビレットの誘導加熱装置。
【請求項４】
前段のアルミビレットの昇温速度は５〜１０℃／秒、後段の昇温速度は０．５〜１．０℃／秒にそれぞれ調節される請求項１記載のアルミビレットの誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミダイカスト鋳造工程等に供給するアルミビレットを誘導加熱する装置と、この誘導加熱装置に後続するダイカスト鋳造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種のダイカスト製品の内、特に自動車用部品は軽量化のために、精度と生産性が高いことからアルミダイカスト製品が多く使用されている。このダイカスト鋳造工程において溶融したアルミ合金をダイカストマシンに供給すると、金型内を移動する間に空気やガスを巻込んだり、また、溶融したアルミ自体から放出するガスによってピンホールを発生し、これが起因して製品の強度を低下させるという問題がある。そのためにこの鋳造工程においては如何にしてそのガスを抜くかということが課題であり、これには金型内を減圧状態にして抜く方法が一般に採用されている。
【０００３】
このように溶融アルミ合金を鋳造した場合は、ガスを吸引して製品の強度を低下させるという本質的な欠点がある。そこでこの欠点を防止するためにアルミビレットを半溶融状態でダイカストマシンに供給する半溶融成形方法が提案されている。
【０００４】
この半溶融成形方法は、特定の状態に調整したデンドライト組織を有するアルミビレットを、半溶融状態まで加熱してダイカストマシンに供給するもので、金型中に圧入されて流動する半溶融状態のアルミは層流状態で流れ、従って、この層間における流動が制限され、前記のようにアルミを溶融状態で金型内に圧入するダイカスト工程に比較してガスの巻込みを実質的に防止して製品の強度を高めることが可能である。
【０００５】
このアルミ半溶融成形方法に使用するために、主体部の外周にデイドライトを有する外周部を備えた鋳造材料を使用し、固相と液相とが共存する半溶融状態に加熱するにあたり、前記外周部を主体部よりも優先的に昇温させることによってデンドライトを球状固相に変換する方法、具体的には１次および２次誘導加熱工程を採用し、１次誘導加熱工程の周波数を２次誘導加熱工程の周波数より高める方法が特開平８−１５７９７５号公報で提案されている。
【０００６】
また、筒状加熱室の外周にコイルを巻き、更にこの筒状加熱室の底面にスライドレールを敷設し、出口部に受取りトレーを前記スライドレールに延長させて駆動手段により接離可能に配設した装置が特開平８−８５８２６号公報によって提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
アルミ合金を半溶融状態でダイカスト成形する方法は、鋳造品内にピンホールの発生を防ぎながら鋳造することによって鋳造品の強度と品質とを向上するために有効な方法である。
【０００８】
しかし、特開平８−１５７９７５号公報に記載された鋳造材料の加熱方法は、通電時間を前段において３分間、後段において４分間と別個の加熱をしなければならないという問題がある。また、この方法を実用化するためにはアルミビレットのコイル内への挿入・排出機構が複雑となるという問題が解決されなければならない。
【０００９】
更に、特開平８−８５８２６号公報で提案された半溶融加工用ビレット誘導加熱装置は、単一コイルが使用されているために、僅かな温度変化によって微妙にアルミビレットの特性、特に固相と液層の状態が変化することから、アルミビレットに対して低温時と半溶融状態での加熱制御を分けることができないという本質的な問題がある。
【００１０】
また、特開平８−１２７１号公報によって提案された半溶融加工用ビレット誘導加熱装置は、１本のコイルを水平に配置し、その中を移動するビレットを回転させながら加熱するようにしている。このように加熱工程においてビレットを回転させると、再加熱時の溶融金属の内部構造、特にデンドライトの大きさ等に変化を生じて半溶融状態の金属組織を破壊する。また、前記のように１本のコイルを使用して電磁誘導加熱によって微妙な特性を持つアルミビレットの温度を正確に制御することは極めて困難なことである。
【００１１】
本発明者等の多数に実験によると、チクソトロピックの特性を持つアルミビレットの再加熱時において、アルミの溶融寸前で半溶融状態、例えば固相が２０〜６０％である場合には、アルミビレット内部での溶融金属が、外部力としての電磁力によって攪拌されると、内部組織の固相のデンドライトを破壊して結晶組織が変化してしまう。前記のようにダイカストマシンにおいては適切な層流の状態でアルミを金型内に注入することが必要であるが、この状態での鋳造時に適切な層流状態を得ることが困難となる。
【００１２】
一方、アルミビレットの誘導加熱においては、１０００Ｈｚ以下の低周波領域では、誘導電流の浸透深さが深くなるので均熱効果が大きい。しかし、この周波数領域では電磁攪拌力が強く発生し、そのためにアルミビレット中の結晶組織を破壊してビレットを半溶融状態に加熱することが困難となる。
【００１３】
そして高周波になるほど、この電磁攪拌力は小さくなるが、誘導電流の浸透深さが浅くなる。従って、ビレットが半溶融状態に加熱する前半の周波数よりも後半の周波数を高くすることによって、均熱性が良好でかつ結晶組織を破壊しない加熱が可能となる。急速加熱部位において数１００Ｈｚとし、それ以後のコイルは３〜４倍の周波数を採用することによってコイルの相互干渉がサイリスタインバータに及ぼす影響を最小限にすることができる。
【００１４】
例えば特開平８−１２７１では、コイルを水平に配置しているが、単一コイルを採用し、ワーク自身も回転するように構成している。しかし、この方法で特定のチクソトロピックのデンドライトを含むアルミビレットを再加熱することは、不安定な状態の溶融金属を層流状態で金型内に供給することができないという問題がある。
【００１５】
また、単一のコイル内に複数のアルミビレットをいれて加熱すると、加熱状態は、低温時と半溶融状態の時点では大きく変化することから、単一のコイルでアルミビレットを目的とする温度に正確に加熱することはできない。
【００１６】
そこで本発明者は、半溶融鋳造材料の含む固相のデンドライトを、なるべく破壊することなく、半溶融アルミ合金をダイカストマシンの金型内に供給するための前工程としての誘導加熱する装置と、この装置を前段に配置したダイカスト鋳造装置を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係るアルミビレットの誘導加熱装置は、次のように構成されている。
１）内部組織に調節された固相のデンドライト組織を持つアルミビレットを誘導加熱するに際し、複数のコイルを直列かつ水平に配列し、該コイルの間には磁気干渉を抑制する間隙を形成し、前記個々のコイルないしは、複数個のコイルの組毎に供給する電力の周波数を調節する周波数調整装置を設け、前記コイルの内部には該コイルの横断方向と長手方向に水平にトレイを支持するようにレールを配置し、供給されるアルミビレットは、電磁力の影響を受けず、かつ耐火性を有する前記トレイ上に横向きで、転動しない状態で載置するようになっており、更に前記アルミビレットを支持したトレイを直列状態で移動させる移送装置が設けられているアルミビレットの誘導加熱装置であって、前記複数のコイルは少なくとも前段と後段とに区分されると共に、前段のコイルに供給される１０００Ｈｚ以下の低周波電力Ｘと、後段のコイルに供給される１０００Ｈｚ超の高周波電力Ｙとは、ＹがＸの３〜４倍となる関係を満たす。
【００１９】
２）前記誘導加熱するアルミビレットは、再加熱後チクソトロピックの特性を持っているものが鋳造材料として使用される。
３）アルミビレットを載置するトレイは、けい酸系耐熱材料、マイカセラミックス、アルミナ系磁器などの非磁性耐火物からなり、底面の長手方向に案内面を持つガイド部材が設けられ、上面中央にアルミビレットを横向きに支持する凹部が設けられ、更に側面にロボットのアームの把持部が設けてある。
４）前段のアルミビレットの昇温速度は、５〜１０℃／秒、後段の昇温速度は０．５〜１．０℃／秒にそれぞれ調節される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１はアルミビレットの誘導加熱装置１Ａの側面図であって、誘導加熱コイル部１の前部にアルミ棒を切断して前記誘導加熱コイル部１に供給するアルミビレット準備・供給部２が配置され、このアルミビレット準備・供給部２からトレイに載せて供給されるアルミビレットを、前記誘導加熱コイル部１の入口部１ａから出口部１ｂまで案内するガイドレール３が設けられている。
【００２３】
前記アルミビレット準備・供給部２は、フレーム２ａの下部にアルミ棒Ｂを案内する案内部２ｂと、これを所定の長さに切断する切断機２０と、切断されて得られたアルミビレットＷをトレイ４上に載置し、前記誘導加熱コイル部１内に供給する装置２ｄが設けられている。そして前記誘導加熱コイル部１の入口部１ａと出口部１ｂにストッパ１ｃ、１ｄがそれぞれ設けてある。なお、２ｅは操作盤である。
【００２４】
図２は誘導加熱コイル部１の主要部の側断面図、図３は同正断面図であって、第１コイルＣ1 ，第２コイルＣ2 ，第３コイルＣ3 ，第４コイルＣ4 ，第５コイルＣ5 及び第６コイルＣ6 が中心軸を合わせて直列で水平に設けられている。これらのコイルの間には隣接するコイルの電磁誘導の影響をさけるための間隙Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 ，Ｋ5 がそれぞれ設けられている。なお、コイルＣの内周は、耐熱板Ｃｂで保護されている。
【００２５】
そして入口部１ａと出口部１ｂとの間にトレイ４を案内する２本のガイドレール３が水平に前記コイルＣ1 〜Ｃ6 を貫通して延長されている。このガイドレール３はトレイ４の下面に平行して設けられたガイド部４ｐ，４ｑに係合するように構成している。
【００２６】
このガイド部４ｐは板状に形成されたセラミックス板をガイド面とし、前記ガイドレール３の頂面の円弧面と線状に接触する。そして他のガイド部４ｑはへの字形のセラミックス板を有し、ガイドレール３の頂面の円弧面の２箇所と線状に接触してトレイ４のガイドレール３に沿って案内するように構成されている。
【００２７】
トレイ４は、けい酸カルシウム系耐熱材料、マイカ系セラミックス、アルミナ系セラミックス等の非磁性耐火物によって電磁的な影響を受けず、しかも耐熱性を有しでおり、図５，図６及び図７に示すように、上面にアルミビレットＷを支持する凹部４ｄと、この凹部４ｄの左右に形成された受け面４ｅ，４ｅと、皿状に盛り上がった周縁部４ｆを形成し、更に両側面にロボットのアームを係合させる凹部４ｇ，４ｇが形成されている。
【００２８】
アルミビレットＷは、内部組織に調節された固相のデンドライト組織を持った材料であり、具体的にはアルミニウムのα相を熱の受容が最も少ない球状化にすることにより、固相と液相とが共存した半溶融状態でもビレットの形状を保つことができるようにしたアルミニウム鋳造用円筒材料であり、詳細には米国特許３９３６２９８などの文献を参照されたい。
【００２９】
そして前記構造のトレイ４上に載置するアルミビレットＷの寸法は各種あるが、一例として直径が７６．２ｍｍ、長さが１５０〜２００ｍｍのものを採用している。このアルミビレットＷの寸法は、最終製品のサイズ及びダイカストマシンの能力から決定され、更に前記トレイ４の寸法とガイドレール３と耐熱板Ｃｂの関係からコイルＣの巻き径寸法が決定される。
【００３０】
要するに、トレイ４上にアルミビレットＷを載置した状態で加熱誘導コイル部１のコイルＣ内に進入させた時、このアルミビレットＷの中心線が前記コイルＣの中心線にほぼ一致するように、このトレイ４の各部の寸法を決定する。
【００３１】
図４は加熱誘導コイル部１の入口部１ａと出口部１ｂにそれぞれ設けたストッパ１ｃ，１ｄを示しており、アルミビレットＷを載置したトレイ４ｗを供給する際は、（Ａ）図のようにストッパ１ｃ，１ｄを回動下降させて未加熱のアルミビレットＷを載せたトレイ４ｗがレール３上を移動して供給できる状態とする。
【００３２】
また、４1 〜４ｎは、加熱誘導コイル部１内に収容されて加熱されつつあるアルミビレットＷを支持するトレイ４を示しており、また、４ｗは受取位置にあるアルミビレットＷを載置したトレイ４を示している。
【００３３】
前記（Ａ）図のように２つのストッパ１ｃ，１ｄをガイドレール３の上面より下降させたならば、内部のアルミビレットＷを載置したトレイ４ａ〜４ｎを１本分の距離だけプッシャー２２（図１）によって前進させ、新たなトレイ４ｗを最右部に供給すると共に、最前部のトレイ４ａを出口部１ｂから押出す。この場合、トレイ４ａは１個分より大きく前進してストッパ１ｄが運動する距離をあけておくように作動するのが良い。
【００３４】
前記のようにしてアルミビレットＷを搭載した最前部のトレイ４ａが送出されたならば、（Ｂ）図から（Ｃ）図のようにストッパ１ｃ、１ｄを回動させてトレイ４〜４ｎ，４ｗを加熱誘導コイル部１内の所定の位置、即ち、図２における第１ないし第６のコイルＣ1 〜Ｃ6 の長手方向の中間部に位置させる。この状態になるとトレイ４ｂ〜４ｗ上に載置されたアルミビレットＷは、コイルＣ1 〜Ｃ6 の直径方向の中心に位置すると共に、長手方向の中間位置に、水平状態で支持されることになる。
【００３５】
前記（Ｃ）図の状態となるとアルミビレットＷをほぼ均一に誘導加熱することができるために、このアルミビレットに所定の時間だけ、所定の周波数の数の誘導加熱を行なった後、図（Ａ）ように入口部１ａから新たに加熱されたアルミビレットＷを１個供給する。
図８はアルミビレット切断装置２０と、アルミビレット誘導加熱装置１Ａとダイカストマシン４０の一連の装置を示す斜視図であって、アルミビレット切断装置２０は架台２１上にアルミ棒Ｂを多数本載置し、これを１本づつ鋸歯式の切断機２０ａで前記所定の長さに切断して短尺のアルミビレットＷを形成する。
【００３６】
切断されたビレットＷは、リフター２ｃで切断レベルからコイル入口レベルへ上昇すると同時に９０度回転して、コイル入口方向とビレット長手方向とを合わせる。そしてビレット供給装置２ｄでアルミビレットＷをトレイ４上に載置すると共に、供給プッシャー２２の位置まで運搬してこれの上に移載する。この供給プッシャー２２の前方にはストッパ１ｃが位置しており、アルミビレット誘導加熱装置１Ａの誘導加熱コイル部１の入口部１ａで待機させる。
【００３７】
前記アルミビレット誘導加熱装置１Ａの側部には、ビレットハンドリングロボット３０がアーム３１を回転・上下させ、かつ本体も旋回させるように配置されており、加熱コイル部１の出口部１ｂより送出された、所定の温度に誘導加熱されたアルミビレットＷを、トレイ４の側部に設けた凹部４ｇ（図５）にアーム３１に取付けられているハンド３２により係合させて把持し、そしてダイカストマシン４０のプランジャスリーブ４１の供給口４２に半溶融状態に加熱されたアルミビレットＷを供給する。このようにしてダイカストマシン４０に供給されたアルミビレットＷは、プランジャスリーブ４１内を移動するプランジャで閉止されている金型４３内に圧入されてダイカスト鋳造される。
【００３８】
前記のようにダイカストマシン４０にアルミビレットＷを供給して空になったトレイ４はアーム３１によってトレイクリーニング装置５０に移載され、これで所定のクリーニングが行なわれ、前記ビレット切断機２０の切断されたビレットＷを受取る位置１ａまで戻される。
【００３９】
本発明に係る装置は、前記図２に示すように複数個のコイルが直列状態に配列された誘導加熱コイル部１の長手方向に中心部と、図３に示すコイルの中心に、アルミビレットＷの中心を合わせて支持された状態で供給し、この状態を保持しながら所定の時間、コイルに通電して誘導加熱する。
【００４０】
図２に示すように６本のコイルＣ1 〜Ｃ6 で構成された誘導加熱コイル部１の内、前段のコイルＣ1 〜Ｃ2 と後段のコイルＣ3 〜Ｃ6 からなる２つのグループに区画された状態で、それぞれ異なる周波数の電力がサイリスタインバータ３４，３５と制御盤３６を介して供給されるようになっている。
【００４１】
一つの例として、前段のコイルＣ1 〜Ｃ2 に５３０Ｈｚの周波数で磁界の強さ約２２００ＡＴ／ｃｍ（アンペアターン／ｃｍ）を、後段のコイルＣ3 〜Ｃ6 に２１５０Ｈｚの周波数で約７５０ＡＴ／ｃｍをそれぞれ供給するようになっている。
【００４２】
前記のように誘導加熱コイルＣ1 〜Ｃ6の中心に図３に示すようにアルミビレットＷの中心を合わせるとともに、図２に示すように前記誘導加熱コイルの長手方向の中間位置にアルミビレットＷを位置させた状態で、前記両コイルに通電することによってこのアルミビレットＷは２段階で均一にダイカスト鋳造に適した温度、例えば５７０℃近傍に加熱される。
【００４３】
この加熱工程において、アルミビレットＷは図３に示すようにトレイ４上で横に寝させた状態で転動しないように保持しているので、このアルミビレットＷは溶融の一歩手前までの温度に加熱されても変形することがなく、そして前記のようにビレットハンドリングロボット３０によってこのロボット３０の旋回操作範囲内にあるダイカストマシン４０に供給され、そして金属層内にガスや空気を巻き込まない状態で良好なダイカスト鋳造が行なわれる。
【００４４】
前記誘導加熱工程において、前段の誘導加熱コイルＣ1 〜Ｃ2 のアルミビレットＷの昇温速度は５〜１０℃／秒、後段の誘導加熱コイルＣ3 〜Ｃ6 の昇温速度は 0.5〜1.0℃／秒の範囲で制御することによって組織の安定した溶融直前のアルミビレットＷを加熱し、そしてダイカストマシン４０に供給できる。
なお、詳細は図示していないが、個々の誘導加熱コイルＣ1 〜Ｃ6 に、個々の周波数で、個々の電流からなる電力を供給することができるようにすることも可能である。
【００４５】
また、誘導加熱においては、加熱途中の均熱性が最終段階での温度分布に及ぼす影響が大きく、もし、初期の悪い均熱性を改善するためには、雰囲気温度を制御したガス炉や電気炉の均熱炉を特別に追加しなければならない。
【００４６】
ダイカストマシンへ加熱したビレットを供給する時点での温度を適正に、かつ均熱にすることは、最終製品の性状に大きく寄与するところであって、各加熱工程におけるコイルの長さと隣接コイルの間隔をビレット長さに適合させて設計することによって、本発明の誘導加熱装置では、均熱炉を追加する必要もなく、極めて優れた効果を奏することが確認されている。
【００４７】
さらには、コイルには適当な巻き線ピッチに端子（タップ）を設けることによって、ビレット長さの変更に応じて、コイル自体を変えることなく、実質コイル長さを変えることができ、加熱するビレットの長さに対応することができる。
また、ガイドレール３の誘導加熱コイルに対する上下の位置を変更できるように構成しておくことによってビレットの直径が変更されても、このビレットの中心とコイルの中心位置を正確に合わせて、精密な温度制御を行うことができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明に係るアルミビレットの誘導加熱装置は、内部組織に調節された固相のデンドライト組織を持つアルミビレットを誘導加熱するに際し、複数のコイルを直列かつ水平に配列し、該コイルの間には磁気干渉を抑制する間隙を形成し、前記個々のコイルないしは、複数個のコイルの組毎に供給する電力の周波数を調節する周波数調整装置を設け、前記コイルの内部には該コイルの横断方向と長手方向に水平にトレイを支持するようにレールを配置し、供給されるアルミビレットは、電磁力の影響を受けず、かつ耐火性を有する前記トレイ上に横向きで、転動しない状態で載置するようになっており、更に前記アルミビレットを支持したトレイを直列状態で移動させる移送装置が設けられているアルミビレットの誘導加熱装置であって、前記複数のコイルは少なくとも前段と後段とに区分されると共に、前段のコイルに供給される１０００Ｈｚ以下の低周波電力Ｘと、後段のコイルに供給される１０００Ｈｚ超の高周波電力Ｙとは、ＹがＸの３〜４倍となる関係を満たす。
【００４９】
従って、アルミビレットは径方向と、長手方向の微妙な温度制御も容易に行うことができ、正確な温度に昇温されたアルミビレットをダイカストマシンに供給することができる。
前記のように加熱されたダイカストマシンに供給されたアルミビレットは、金型内において層流で流れることになり、ガスや空気を巻込む量が少ないことから組織で均一で、強度の高いダイカスト製品を鋳造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る誘導加熱装置とアルミビレットの供給装置を示す側面図である。
【図２】誘導加熱コイルとトレーとアルミビレットとの関係を示す側断面図である。
【図３】  図２に示す誘導加熱コイルを横断してトレイ等との関係を示す断面図である。
【図４】誘導加熱コイル内に配列されたトレーとストッパーとの関係を示す説明図であって、図（Ａ）は加熱された１個のビレットを移動させる前の状態を示し、図（Ｂ）は移動終了直後の状態を、更に図（Ｃ）は誘導加熱コイル内に配列されたアルミビレットの両側をストッパーによって固定した状態の説明図である。
【図５】トレイの断面図である。
【図６】図５のトレイの平面図である。
【図７】図５のトレイの側断面図である。
【図８】図１に示した装置の全体の配置の示す斜視図である。
【符号の説明】
１Ａ  アルミビレット誘導加熱装置      １  誘導加熱コイル部
１ａ  入口部    １ｂ  出口部    １ｃ，１ｄ  ストッパー
２  アルミビレット準備・供給部    ２ａ  フレーム
２ｂ  案内部    ２ｃ  リフター    ２ｄ  供給装置    ２ｅ  操作盤
３  ガイドレール    ４  トレイ    ４ｄ  凹部    ４ｅ  受け面
４ｆ  周縁部    ４ｇ  凹部    ４ｐ，４ｑ  ガイド部
２０  アルミビレット切断装置    ２１  架台    ２２  供給プッシャー
３０  ダイカストマシン    ３１  ビレットハンドリングロボット
５０  トレイクリーニング装置      ３４，３５  サイリスタインバータ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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