説明

ダイカストマシンに金属溶湯を供給する供給装置及び金属溶湯の供給方法

【課題】保持炉を廃止する。
【解決手段】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、るつぼ20と、前記るつぼ20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50とを備える。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、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。

【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)

【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を備えることを特徴とする供給装置。
【請求項2】
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ことを特徴とする請求項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】
前記コック本体は、断面形状が中空形状であることを特徴とする請求項3に記載の供給装置。
【請求項5】
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4のいずれか一項に記載の供給装置。
【請求項6】
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5のいずれか一項に記載の供給装置。
【請求項7】
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ことを特徴とする金属溶湯の供給方法。
【請求項8】
前記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度照射することを特徴とする請求項7に記載の金属溶湯の供給方法。

【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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【図9】
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