成形型予熱装置及び成形型予熱方法
【課題】成形型をより均一に加熱することができる成形型予熱装置を提供する。
【解決手段】
本発明の成形型予熱装置１０は、キャビティ２３０と、キャビティ２３０に連通する連通孔２５４、２２４を備えた成形型２００を予熱する。この成形型予熱装置１０は、加熱した気体を前記連通孔２５４、２２４からキャビティ２３０内に導入する。これによって、キャビティ２３０の表面を加熱する。加熱した気体をキャビティ２３０内に送り込めば、火炎を用いる場合のようにキャビティ２３０の表面が局所的に高温となったりすることがない。したがって、キャビティ２３０の表面を均一に加熱することができる。
【解決手段】
本発明の成形型予熱装置１０は、キャビティ２３０と、キャビティ２３０に連通する連通孔２５４、２２４を備えた成形型２００を予熱する。この成形型予熱装置１０は、加熱した気体を前記連通孔２５４、２２４からキャビティ２３０内に導入する。これによって、キャビティ２３０の表面を加熱する。加熱した気体をキャビティ２３０内に送り込めば、火炎を用いる場合のようにキャビティ２３０の表面が局所的に高温となったりすることがない。したがって、キャビティ２３０の表面を均一に加熱することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形型を予熱する技術に関する。なお、本明細書において、成形型は、流動状態の成形材料を充填し、充填した成形材料を固化することによって成形品を製造するための型を意味する。成形型には、鋳造用成形型や樹脂成形用成形型等が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
成形型を用いて成形品を製造する際に、成形型を予熱する技術が知られている。成形型の予熱後に成形を行うことで、成形品を好適に製造することができる。
特許文献１には、鋳造用金型を予熱する金型予熱装置が開示されている。この金型予熱装置は、火炎を放射する放射口を複数個備えている。この金型予熱装置で鋳造用金型を予熱する際には、まず、鋳造用金型を開く。そして、開いた鋳造用金型のキャビティ内に金型予熱装置を挿入する。このとき、各放射口を鋳造用金型のキャビティの表面に向けてセットする。そして、各放射口からキャビティの表面に向けて火炎を放射する。これによって、鋳造用金型が加熱され、鋳造に適した温度まで昇温される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５２９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の金型予熱装置のように、キャビティの表面に向けて火炎を直接放射する成形型予熱装置では、キャビティの表面全体に均一に火炎を放射することが困難である。すなわち、比較的強く火炎が放射されている箇所では、火炎の放射が弱い箇所に比べて、キャビティの表面が高温となる。特許文献１の金型予熱装置では、キャビティの表面全体が均一に昇温するように放射口を配置しているが、それでも、キャビティの表面全体の温度を十分に均一化することは難しい。キャビティの表面の温度分布が不均一となると、予熱後の成形により製造される成形品の品質が不安定となったり、不均一な温度分布により生じる応力により成形型に歪みが生じたりする等、種々の問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、成形型をより均一に加熱することができる成形型予熱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】
本発明の成形型予熱装置は、キャビティと、キャビティに連通する連通孔を備えた成形型を予熱する。この成形型予熱装置は、加熱した気体を前記連通孔からキャビティ内に導入する。
なお、本明細書において、キャビティとは、流動状態の成形材料を受け入れる成形型内の空間をいう。キャビティ内には、成形材料が直接充填される場合と、砂型等の中子が設置される（すなわち、キャビティ内に設置された中子の内部に成形材料が充填される）場合とがある。
この成形型予熱装置は、連通孔を介してキャビティ内に加熱した気体を送り込む。これによって、キャビティの表面を加熱する。加熱した気体をキャビティ内に送り込めば、火炎を用いる場合のようにキャビティの表面が局所的に高温となったりすることがない。したがって、火炎により加熱する場合に比べて、キャビティの表面を均一に加熱することができる。
【０００７】
上述した成形型予熱装置は、成形型を閉じた状態で、加熱した気体をキャビティ内に導入することが好ましい。
このような構成によれば、閉じた成形型のキャビティ内に加熱された気体が導入される。キャビティ内に導入された気体は、成形型のパーティション部等から成形型外に流出する。また、成形型には、通常、ガス抜き用の連通孔が形成されているため、このガス抜き用の連通孔からキャビティ内の気体が成形型外に流出する場合もある。このように、成形型を閉じた状態でキャビティ内に加熱した気体を導入すると、キャビティ内に導入された気体がキャビティ内に滞留する。したがって、キャビティ内の気体の温度がより均一となり、キャビティの表面全体がより均一に加熱される。
【０００８】
上述した成形型予熱装置は、前記連通孔が、成形時に成形材料をキャビティ内に導入する成形材料導入路であることが好ましい。すなわち、成形型予熱装置は、成形時に成形材料をキャビティ内に導入する成形材料導入路を介してキャビティ内に加熱した気体を導入することが好ましい。
このような構成によれば、キャビティの表面と同時に成形材料導入路の表面を加熱することができる。成形材料導入路の表面を加熱することで、予熱後の成形をより好適に実施することが可能となる。
【０００９】
成形時には、キャビティ内の成形材料は冷却固化されるが、成形材料導入路内の成形材料は流動状態に保持される。成形材料導入路内の成形材料を流動状態に保持しておくことで、次の成形行程へスムーズに移行することが可能となるためである。すなわち、成形時には、成形材料導入路内の成形材料の温度はキャビティ内の成形材料よりも高温に保持される。したがって、予熱時においても、成形材料導入路の表面の温度を、キャビティの表面の温度に比べて高温にしておくことが好ましい。
一方で、成形材料導入路は、キャビティに比べて気体が流れる流路の断面積が小さいので、気体の流速が速くなる。気体の流速が速いと、気体と成形材料導入路の表面との間で熱交換する時間が短時間となり、成形材料導入路の表面の温度が上昇し難くなる。すなわち、成形材料導入路の表面は、キャビティの表面に比べて温度が上昇し難いという問題がある。
上記の問題を解決するために、成形型予熱装置が成形材料導入路に導入する気体の流量が、成形材料導入路の表面がキャビティの表面より高温となる流量に制限されていることが好ましい。
成形型予熱装置が成形材料導入路に導入する気体の流量は、成形材料導入路とキャビティの温度に影響を与える。すなわち、成形型予熱装置が導入する気体の流量が少ない場合には、成形材料導入路を流れる気体の流速が遅くなる。すると、気体と成形材料導入路の表面との間で熱交換が行われる時間が長くなり、成形材料導入路の表面の温度は上昇し易くなる。また、気体と成形材料導入路との熱交換が多くなるので、キャビティ内に導入される気体の温度は気体の流量が少ないほど低温となる。したがって、キャビティの表面の温度は上昇し難くなる。すなわち、導入される気体の流量が少ないほど、キャビティの表面よりも成形材料導入路の方が高温となり易い。
この成形型予熱装置は、成形材料導入路に導入する気体の流量が、成形材料導入路の表面がキャビティの表面より高温となる流量に制限されている。したがって、気体がゆっくりと成形材料導入路内を流れ、気体と成形材料導入路の表面との間で熱交換が行われる時間が長くなる。これによって、成形材料導入路の表面がキャビティの表面より高温に加熱される。
【００１０】
また、成形材料導入路からキャビティ内に気体を導入する成形型予熱装置は、成形材料導入路に挿入する蓄熱体をさらに備えていることが好ましい。
なお、蓄熱体とは、成形材料導入路の表面に比べて温度上昇し易い物体をいう。例えば、金属ウール（繊維状の金属材料が絡み合っている物体）を蓄熱体に用いることができる。
このような構成によれば、成形材料導入路を流れる気体によって、蓄熱体が加熱される。蓄熱体は、成形材料導入路よりも温度上昇し易いので、成形材料導入路よりも高温となる。すると、蓄熱体からの熱放射によって、成形材料導入路の表面が加熱される。これによって、成形材料導入路の表面を効率よく加熱することが可能となる。
【００１１】
また、成形型予熱装置は、成形型から排出されるキャビティ内を通過した後の気体の少なくとも一部を、再度、キャビティ内に導入することが好ましい。
成形型から排出されるキャビティ内を通過した後の気体は、成形型との熱交換により冷却されているとはいえ、高温の気体である。したがって、成形型から排出された気体を再度キャビティ内に導入することによって、高いエネルギー効率で成形型を加熱することができる。
【００１２】
また、成形型予熱装置は、成形型の周囲を覆うフードをさらに備えていることが好ましい。
このような構成によれば、成形型から排出される気体がフード内で滞留する。したがって、フード内の気体によって成形型が外側からも加熱される。したがって、均一に成形型を加熱することができる。
【００１３】
また、本発明は、成形型を予熱する新規な方法をも提供する。
この成形型予熱方法は、キャビティと成形型外とを連通する連通孔を備えた成形型において、加熱した気体を前記連通孔からキャビティ内に導入することによって成形型を予熱する。
この方法によれば、成形型を均一に加熱することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、成形型を均一に加熱することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
（特徴１）成形型予熱装置は、気体を加熱する加熱装置と、加熱装置によって加熱された気体を成形型の連通孔からキャビティ内に導入する気体導入装置を備えている。
（特徴２）気体導入装置は、加熱装置によって加熱された気体を成形型に導入する送気管と、成形型から排出された気体を加熱装置に供給する排気管を備えている。
（特徴３）成形型は、成形型本体と、成形型本体に取り付けられている成形材料導入部を備えている。成形型本体は、キャビティと、キャビティに連通する第１流路を備えている。成形材料導入部は、前記第１流路に繋がる第２流路を備えている。第１流路と第２流路によって、成形材料をキャビティ内に導入する成形材料導入路が形成されている。成形型予熱装置は、成形材料導入路（すなわち、第２流路と第１流路）を介して、キャビティ内に加熱した気体を導入する。
（特徴４）成形材料導入部は、成形型本体に比べて温度上昇し難い材質により構成されている。例えば、成形型本体は金属により構成されており、成形材料導入部はセラミックスにより構成されている。
（特徴５）成形型予熱装置は、成形型導入部が第１流路よりも高温となり、第１流路がキャビティよりも高温となる流量で気体を導入する。
（特徴６）蓄熱体は、成形材料導入路の表面を構成する材料に比べて、単位体積あたりの熱容量が小さい。
【実施例】
【００１６】
鋳造用金型を予熱する金型予熱装置に本発明を適用した実施例ついて、図面を参照しながら説明する。まず、本実施例の金型予熱装置について説明する前に、予熱の対象である金型について説明する。
【００１７】
図１は、鋳造用の金型２００を示している。金型２００は、金型本体２０２と、支持台２４０と、湯口入子２５０と、ストーク２６０を備えている。
金型本体２０２は、上金型２１０と、下金型２２０を備えている。下金型２２０は、支持台２４０に固定されている。下金型２２０には、下側キャビティ面２２２と、溶湯導入路２２４が形成されている。上金型２１０は、図示しない移動装置に接続されており、上下に移動可能とされている（すなわち、上金型２１０は下金型２２０に向かって進退動可能とされている）。なお、図１は、上金型２１０を下金型２２０に当接させた状態（すなわち、金型本体２０２を閉じた状態）を示している。上金型２１０には、上側キャビティ面２１２と、ガス抜き孔２１４が形成されている。図１に示すように、金型２００を閉じることで、上側キャビティ面２１２と下側キャビティ面２２２によってキャビティ２３０が形成される。
湯口入子２５０は、下金型２２０の下面に固定されている。湯口入子２５０は、セラミックスにより形成されており、金型本体２０２に比べて比熱が高い。湯口入子２５０には、溶湯導入路２５４が形成されている。溶湯導入路２５４は、上部が広く形成されており、下金型２２０の各溶湯導入路２２４に繋がっている。
ストーク２６０は筒状の部材であり、湯口入子２５０の溶湯導入路２５４に接続されている。ストーク２６０は、セラミックスにより形成されている。
【００１８】
金型２００は、図２に示すように、るつぼ２８０上に設置される。るつぼ２８０内には、溶湯が貯められている。金型２００は、ストーク２６０がるつぼ２８０内の溶湯に浸漬されるように設置される。図２に示すように、ストーク２６０と湯口入子２５０は、るつぼ２８０内に収容されるので、非常に高い温度にさらされる。したがって、ストーク２６０と湯口入子２５０は、耐熱性が高いセラミックスにより形成されている。図２に示すように、るつぼ２８０の上部は支持台２４０に塞がれている。したがって、るつぼ２８０は密閉されている。るつぼ２８０の一部には空気導入路２８２が形成されている。
【００１９】
鋳造時には、まず、金型本体２０２を開き、キャビティ２３０内（すなわち、上側キャビティ面２１２及び下側キャビティ面２２２）に塗型剤を塗布する。そして、図２に示すように、キャビティ２３０内に砂型２７０を設置する。砂型２７０は、鋳物を成形する成形空間２７２と、溶湯導入路２７４を備えている。図２に示すように、砂型２７０は、溶湯導入路２７４が下金型２２０の溶湯導入路２２４と繋がるように設置される。砂型２７０を設置したら、金型本体２０２を閉じる。
次に、空気導入路２８２からるつぼ２８０内に加圧した空気を導入する。るつぼ２８０内に空気が導入されると、空気の圧力により溶湯の液面が下方に押し下げられる。これによって、るつぼ２８０内の溶湯が、ストーク２６０、溶湯導入路２５４、溶湯導入路２２４、溶湯導入路２７４の順に流れて、砂型２７０の成形空間２７２内に導入される。これによって、成形空間２７２内に溶湯が充填される。
溶湯を砂型２７０内に充填したら、砂型２７０内の溶湯が冷却されるまで待機する。
溶湯が冷却されて固化したら、金型２００を開き、砂型２７０ごと鋳物を取り出す。鋳物を取り出すときには、砂型２７０内の鋳物は固化している必要がある一方で、溶湯導入路２２４及び２５４内の溶湯は溶融状態に維持されている必要がある。溶湯導入路２２４及び２５４内の溶湯が固化してしまうと、次の鋳造処理をスムーズに開始することができなくなるためである。したがって、鋳物の取り出しは、砂型２７０内の鋳物が固化しており、溶湯導入路２２４及び２５４内の溶湯が溶融状態にあるタイミングで行われる。
【００２０】
鋳物を取り出したら、再度、キャビティ２３０内に砂型２７０を設置し、次の鋳造処理を実行する。このように、砂型２７０の設置、溶湯の充填、冷却、及び、鋳物の取り出しからなる鋳造処理が繰り返し行われる。上述したように、鋳物の取り出しは、砂型２７０内の鋳物が固化しており、溶湯導入路２２４及び２５４内の溶湯が溶融状態にあるタイミングで行われる。したがって、繰り返しの鋳造処理中においては、金型２００内に、溶湯の経路（すなわち、ストーク２６０、溶湯導入路２５４、溶湯導入路２２４、溶湯導入路２７４、及び、成形空間２７２）の上流側（すなわち、ストーク２６０側）ほど高温となる温度分布が形成される。このような温度分布を維持しながら鋳造処理を行うことで、寸法ばらつきの少ない安定した品質の鋳物を製造することができる。
【００２１】
上述した金型２００を用いて最初の鋳造処理を行う場合には、金型２００を予熱する。すなわち、最初の鋳造処理の開始時においては、金型２００が冷えた状態にある。冷えた状態の金型２００を用いると、好適に鋳造処理を実行できない。したがって、金型２００を予熱した後に、最初の鋳造処理を行う。
【００２２】
以下に、金型２００を予熱する予熱装置について説明する。なお、比較のために、まず、バーナによって加熱する従来式の金型予熱装置３００について説明する。
【００２３】
図３は、金型予熱装置３００を説明する説明図である。金型予熱装置３００は、複数のバーナ３１０を備えている。
金型予熱装置３００により金型２００を予熱するときには、図３に示すように、金型本体２０２を開き、キャビティ２３０内に金型予熱装置３００を挿入する。そして、各バーナ３１０から上側キャビティ面２１２及び下側キャビティ面２２２に向けて火炎を放射する。これにより、金型２００が加熱される。
【００２４】
上述した従来の金型予熱装置３００は、以下の問題点を有している。
（１）バーナ３１０による加熱では、火炎の放射が強い箇所ではキャビティ２３０の表面の温度が高温となるが、火炎の放射が弱い箇所ではキャビティ２３０の表面の温度があまり上昇しない。すなわち、キャビティ２３０の表面が不均一に加熱される。キャビティ２３０の表面の温度が不均一となることにより、以下の問題が生じる。
（１−１）予熱後の最初の鋳造処理で製造される鋳物の品質（寸法等）が安定しない。
（１−２）金型本体２０２が歪み易い。
（２）金型２００を開いた状態でキャビティ２３０の表面を加熱するため、以下の問題が生じる。
（２−１）火炎からの熱の多くが外部に逃げてしまい、金型本体２０２に熱が伝わり難い。したがって、エネルギー効率が非常に悪い。また、予熱行程に長時間を要する。
（２−２）上金型２１０を吊り下げた状態（すなわち、吊り下げによる応力が上金型２１０に加わった状態）で加熱するので、上金型２１０が特に歪み易い。
（３）キャビティ２３０の表面だけが加熱され、金型本体２０２の他の箇所が加熱されない。このことによって、以下の問題が生じる。
（３−１）金型本体２０２が歪み易い。
（３−２）予熱終了後に短時間でキャビティ２３０の表面の温度が低下してしまう。したがって、キャビティ２３０の表面の温度が十分な温度に達していない状態で、予熱後の最初の鋳造処理が開始される。したがって、最初の鋳造処理で製造される鋳物の品質が安定しない。また、キャビティ２３０の表面の温度が十分な温度に達していない状態で鋳造処理を開始すると、その鋳造処理の最初にキャビティ２３０内に塗布する塗型剤が鋳造処理中に剥離してしまう。
（４）断面積が小さい溶湯導入路２２４の内部や、溶湯導入路２２４より上流側の溶湯導入路２５４の内部まで火炎が届かないため、溶湯導入路２２４と溶湯導入路２５４の表面を加熱できない。このため、予熱後の金型２００内の温度分布は、キャビティ２３０の表面の方が溶湯導入路２２４と溶湯導入路２５４の表面より高温な分布となる。この温度分布は、上述した鋳造処理（２回目以降の鋳造処理）の温度分布とは異なる。したがって、最初の鋳造処理により製造される鋳物の品質（寸法等）が、後の鋳造処理により製造される鋳物の品質と異なってしまう。
【００２５】
次に、本実施例の金型予熱装置１０について説明する。
図４は、金型予熱装置１０を金型２００に取り付けた状態を示している。図４に示すように、金型予熱装置１０は、燃焼装置１２と、送気管２０と、送気ブロワ２２と、フード３０と、排気管２４と、排気ブロワ２６と、蓄熱ユニット４０を備えている。
【００２６】
燃焼装置１２は、送気室１２ａと、燃焼室１２ｂと、バーナ１２ｃを備えている。
送気室１２ａと燃焼室１２ｂは隔壁１２ｄにより仕切られている。隔壁１２ｄには連通孔が形成されている。この連通孔によって、送気室１２ａと燃焼室１２ｂは連通している。送気室１２ａには、送気管２０が接続されている。
バーナ１２ｃは、燃焼室１２ｂ内に設置されている。バーナ１２ｃには、外部から燃焼ガス（可燃性ガスと空気の混合気体）が供給される。バーナ１２ｃは、燃焼ガスを燃焼室１２ｂ内で燃焼させる。
【００２７】
送気管２０は、上流側送気管２０ａと下流側送気管２０ｂを備えている。上流側送気管２０ａの上流端は、排気管２４に接続されている。上流側送気管２０ａの下流端は、送気室１２ａに接続されている。下流側送気管２０ｂの上流端は、送気室１２ａに接続されている。下流側送気管２０ｂの下流端は開放されている。予熱時には、図４に示すように、下流側送気管２０ｂが金型２００のストーク２６０内に挿入される。下流側送気管２０ｂは、その下流端が溶湯導入路２５４の上流端に達する位置まで挿入される。後に詳述するが、溶湯導入路２５４と溶湯導入路２２４は、キャビティ２３０内に燃焼ガスを導入する通路となる。
【００２８】
送気ブロワ２２は、上流側送気管２０ａに介装されている。送気ブロワ２２は、上流側送気管２０ａ内の気体（燃焼ガス）を送気室１２ａ側に送り出す。
【００２９】
フード３０は、下面部が開放された箱型の形状を備えている。予熱時には、フード３０は、図４に示すように金型２００の支持台２４０に取り付けられる。これによって、金型本体２０２の周囲がフード３０に覆われる。
【００３０】
排気管２４の上流端は、フード３０の上部に接続されている。排気管２４の下流端は、上流側送気管２０ａの上流端に接続されている。また、図４に示すように、排気管２４と上流側送気管２０ａとの接続部には、排出口２８が形成されている。
【００３１】
排気ブロワ２６は、排気管２４に介装されている。排気ブロワ２６は、排気管２４内の気体を下流側（上流側送気管２０ａ側）に送り出す。
【００３２】
蓄熱ユニット４０は、複数の蓄熱体４２を備えている。蓄熱体４２は、ステンレス製の金属ウールである。蓄熱体４２は、単位体積あたりの熱容量が非常に小さい。蓄熱ユニット４０は、下金型２２０に形成されている溶湯導入路２２４と同じ数の蓄熱体４２を備えている。各蓄熱体４２は、接続部材により互いに接続されている。予熱時には、図４に示すように、蓄熱ユニット４０がキャビティ２３０内に設置される。すなわち、各蓄熱体４２が、対応する溶湯導入路２２４内に挿入される。なお、蓄熱体４２の直径は溶湯導入路２２４の直径に比べて小さいので、蓄熱体４２を挿入しても溶湯導入路２２４は塞がれない。
【００３３】
次に、金型予熱装置１０によって金型２００を予熱する処理について説明する。
金型２００を予熱するときには、まず、金型本体２０２を開き、キャビティ２３０内に蓄熱ユニット４０を設置する。すなわち、各溶湯導入路２２４内に各蓄熱体４２を挿入する。蓄熱ユニット４０を設置したら、金型本体２０２を閉じる。そして、図４に示すようにフード３０を支持台２４０に取り付ける。また、下流側送気管２０ｂを、図４に示す位置までストーク２６０内に挿入する。このように金型予熱装置１０を接続することによって、上流側送気管２０ａから、送気室１２ａ、下流側送気管２０ｂ、金型２００内、金型２００外（すなわち、フード３０内）、及び、排気管２４を経て上流側送気管２０ａに戻る循環経路が形成される。
【００３４】
以上のように金型予熱装置１０を金型２００に接続したら、バーナ１２ｃを作動させるとともに、送気ブロワ２２と排気ブロワ２６を作動させる。
【００３５】
バーナ１２ｃを作動させると、燃焼室１２ｂ内で燃焼ガスが燃焼する。燃焼後の高温の燃焼ガスは、燃焼室１２ｂから送気室１２ａ内に流入する。また、送気室１２ａ内には、送気ブロワ２２によって上流側送気管２０ａから燃焼ガスが送り込まれる。後に詳述するが、送気ブロワ２２が送り出す燃焼ガスは、金型２００を通過した後の燃焼ガスである。送気室１２ａ内では、燃焼室１２ｂからの燃焼ガスと、上流側送気管２０ａからの燃焼ガスが混合される。送気室１２ａ内の燃焼ガスは、下流側送気管２０ｂ内に流入する。
【００３６】
下流側送気管２０ｂ内に流入した燃焼ガスは、溶湯導入路２５４、溶湯導入路２２４を経てキャビティ２３０内に流入する。キャビティ２３０内に流入した燃焼ガスは、ガス抜き孔２１４や金型本体２０２のパーティション面（すなわち、上金型２１０と下金型２２０との間のパーティション面）から金型２００外に流出する。燃焼ガスが金型２００内を流れる際には、金型２００と燃焼ガスとの間で熱交換が行われる。これによって、溶湯導入路２５４の表面と、溶湯導入路２２４の表面と、キャビティ２３０の表面が加熱される。
なお、溶湯導入路２２４は、その断面積がキャビティ２３０に比べて非常に小さい。したがって、溶湯導入路２２４を流れる燃焼ガスの流速は、キャビティ２３０内を流れる燃焼ガスの流速より速くなる。このため、溶湯導入路２２４と燃焼ガスとの間で熱交換が行われる時間が短時間となる。したがって、溶湯導入路２２４の表面は、キャビティ２３０の表面に比べて昇温し難い。しかしながら、溶湯導入路２２４には蓄熱体４２が挿入されている。蓄熱体４２は、熱容量が小さい金属ウールである。したがって、蓄熱体４２は、燃焼ガスにより急速に昇温される。すなわち、蓄熱体４２は、溶湯導入路２２４の表面よりも高温となる。すると、蓄熱体４２からの熱放射によって、溶湯導入路２２４の表面が加熱される。これによって、溶湯導入路２２４の表面が効率よく加熱される。溶湯導入路２２４の表面は、キャビティ２３０よりも高温に維持される。
また、湯口入子２５０は、金型本体２０２より比熱が高いセラミックスにより形成されている。したがって、溶湯導入路２５４の表面は、キャビティ２３０の表面より温度上昇し難い。しかしながら、送気ブロワ２２及び排気ブロワ２６の回転数は、溶湯導入路２５４の表面がキャビティ２３０の表面より高温となるように設定されている。すなわち、金型２００内を流れる燃焼ガスの流量が、溶湯導入路２５４の表面がキャビティ２３０の表面より高温となるように設定されている。つまり、燃焼ガスの流量が多い場合には、溶湯導入路２５４内を比較的速い流速で燃焼ガスが流れる。したがって、溶湯導入路２５４の表面と燃焼ガスとの間で熱交換が行われる時間が短時間となり、溶湯導入路２５４の表面の温度は比較的低温となる。この場合、キャビティ２３０には比較的温度が高い燃焼ガスが流入することになるので、キャビティ２３０の温度は比較的高温となる。すなわち、金型２００内を流れる燃焼ガスの流量が多いほど、溶湯導入路２５４に比べてキャビティ２３０が高温となる傾向にあり、金型２００内を流れる燃焼ガスの流量が少ないほど、キャビティ２３０に比べて溶湯導入路２５４が高温となる傾向にある。金型予熱装置１０では、十分に低い流量の燃焼ガスが流れるように送気ブロワ２２と排気ブロワ２６の回転数が設定されている。したがって、溶湯導入路２５４の表面の温度は、キャビティ２３０の表面の温度より高温となる。
このように、金型予熱装置１０では、送気ブロワ２２と排気ブロワ２６の回転数と、蓄熱体４２によって、溶湯導入路２５４の表面及び溶湯導入路２２４の表面がキャビティ２３０の表面より高温となるように構成されている。また、溶湯導入路２５４の表面が溶湯導入路２２４の表面より高温となるように、送気ブロワ２２と排気ブロワ２６の回転数が設定されている。
【００３７】
上述したように、キャビティ２３０内の燃料は、ガス抜き孔２１４やパーティション面を通って金型本体２０２外に流出する。金型本体２０２の周囲はフード３０に覆われている。したがって、金型本体２０２外に流出した燃焼ガスが、フード３０内に充満する。このため、金型本体２０２は、フード３０内の燃焼ガスによって外側からも加熱される。
【００３８】
フード３０内の燃焼ガスは、排気管２４へ流入する。排気管２４に流入した燃焼ガスは、排気ブロワ２６によって下流側へ送られる。排気管２４の下流端に到達した燃焼ガスの一部は、排出口２８から排出される。残りの燃焼ガスは、上流側送気管２０ａ内に流入し、送気ブロワ２２によって送気室１２ａ内に再度送り込まれる。送気室１２ａ内に送り込まれた燃焼ガスは、燃焼室１２ｂからの燃焼ガスと混合されて昇温され、再度、金型２００に送り込まれる。
【００３９】
以上に説明したように、金型予熱装置１０は、金型２００のキャビティ２３０内に、ガスバーナ１２ｃで燃焼させた後の燃焼ガスを送り込む。したがって、キャビティ２３０内に高温の燃焼ガスが充満した状態となる。キャビティ２３０内に充満する燃焼ガスは、局所的に温度が高くなったり、低くなったりすることがない。したがって、キャビティ２３０の表面を均一に加熱することができる。これによって、金型本体２０２が歪むことが抑制される。また、予熱後の最初の鋳造処理で製造される鋳物の品質を安定させることができる。
また、金型本体２０２を閉じた状態でキャビティ２３０内に燃焼ガスを送り込むので、燃焼ガスがキャビティ２３０内に留まる時間が長くなる。したがって、キャビティ２３０内をより均一に加熱することが可能となる。また、燃焼ガスが留まる時間が長くなるので、燃焼ガスと金型２００との間で十分に熱交換が行われる。したがって、効率よく金型２００を昇温させることができ、金型２００を短時間で目的の温度に昇温させることができる。また、上金型２１０に吊り下げによる応力が加わることがないため、上金型２１０の歪みを抑制することができる。
【００４０】
また、金型予熱装置１０は、溶湯導入路２５４及び２２４を介してキャビティ２３０内に燃焼ガスを送り込む。したがって、溶湯導入路２５４の表面及び溶湯導入路２２４の表面を燃焼ガスにより加熱することができる。特に、送気ブロワ２２と排気ブロワ２６の回転数により、溶湯導入路２５４の表面が溶湯導入路２２４の表面よりも高温とされる。さらに、蓄熱体４２からの放射熱により、溶湯導入路２２４の表面がキャビティ２３０の表面よりも高温とされる。すなわち、上流側の溶湯導入路ほど高温となる温度分布が形成される。この温度分布は、鋳造処理で砂型２７０を取り出したときの金型２００内の温度分布と同様の温度分布である。すなわち、金型予熱装置１０によれば、鋳造処理で砂型２７０を取り出したときと同様の温度分布を形成することができる。したがって、予熱後の最初の鋳造処理においても、繰り返し実施する鋳造処理と同様の品質で鋳物を製造することが可能となる。
【００４１】
また、金型予熱装置１０は、金型本体２０２の周囲を覆うフード３０を備えている。したがって、フード３０内（金型本体２０２外）に、金型本体２０２から排出された燃焼ガスが充満する。このため、フード３０内に充満している燃焼ガスにより、金型本体２０２が外側からも加熱される。したがって、金型本体２０２の全体を均一に加熱することができる。また、芯部（金型本体２０２の表面から遠い箇所）まで金型本体２０２が加熱されるようになるため、予熱後に金型本体２０２の温度が低下し難い。したがって、予熱後の最初の鋳造処理で製造される鋳物の品質を安定させることができる。また、鋳造処理中に塗型剤が剥離してしまうことも抑制できる。
【００４２】
また、金型予熱装置１０は、金型本体２０２から排出された燃焼ガス（すなわち、フード３０内の燃焼ガス）の一部を送気室１２ａに送り込み、送気室１２ａ内で燃焼ガスを再加熱して再度金型２００内に送り込む。金型本体２０２から排出される燃焼ガスは、金型２００との熱交換により温度低下した燃焼ガスであるが、それでもかなりの高温を維持している。このように、排出後の高温のガスを再度、金型２００内に送り込むことで、高いエネルギー効率で金型２００を加熱することができる。
【００４３】
なお、上述した金型予熱装置１０では、ストーク２６０が燃焼ガスに直接触れることがないため、ストーク２６０はそれほど加熱されない。しかしながら、図２に示すように、ストーク２６０はるつぼ２８０内の溶湯に浸漬されるため、浸漬後すぐに高温となる。したがって、ストーク２６０を予熱しなくても、鋳造処理に与える影響はほとんどない。
【００４４】
また、上述した金型予熱装置１０は、金型本体２０２を閉じた状態で予熱を行ったが、金型本体２０２を開いた状態で予熱を行ってもよい。例えば、金型本体２０２を一定量だけ開いて上金型２１０と下金型２２０の間に隙間を形成する。このような状態でキャビティ２３０内に燃焼ガスを送り込むと、形成した隙間（すなわち、パーティション面）にも燃焼ガスが流れるようになる。すると、その隙間からも上金型２１０と下金型２２０が加熱されるようになる。したがって、金型本体２０２をより均一に加熱することができるようになる。
【００４５】
なお、上述した金型本体２０２は、定期的にメンテナンスを実施する必要がある。従来は、湯口入子２５０の温度が低下してしまうのを防止するために、支持台２４０と湯口入子２５０とストーク２６０をるつぼ２８０に取り付けた状態のまま、金型本体２０２を支持台２４０及び湯口入子２５０から切り離してメンテナンスしていた。しかしながら、上述した金型予熱装置１０によれば、湯口入子２５０をも予熱することができる。したがって、湯口入子２５０の温度低下を考慮する必要がなくなり、メンテナンス時に金型２００全体をるつぼ２８０から取り外すことが可能となる。このため、金型本体２０２を支持台２４０から切り離す作業が不要となり、容易にメンテナンスを実施することが可能となる。
【００４６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】金型２００の概略断面図。
【図２】鋳造時の金型２００の概略断面図。
【図３】従来型の金型予熱装置３００を示す概略断面図。
【図４】実施例の金型予熱装置１０を示す概略断面図。
【符号の説明】
【００４８】
１０：金型予熱装置
１２：燃焼装置
１２ａ：送気室
１２ｂ：燃焼室
１２ｃ：バーナ
２０：送気管
２２：送気ブロワ
２４：排気管
２６：排気ブロワ
２８：排出口
３０：フード
４０：蓄熱ユニット
４２：蓄熱体
２００：金型
２０２：金型本体
２１０：上金型
２１２：上側キャビティ面
２１４：ガス抜き孔
２２０：下金型
２２２：下側キャビティ面
２２４：溶湯導入路
２３０：キャビティ
２４０：支持台
２５０：湯口入子
２５４：溶湯導入路
２６０：ストーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形型を予熱する技術に関する。なお、本明細書において、成形型は、流動状態の成形材料を充填し、充填した成形材料を固化することによって成形品を製造するための型を意味する。成形型には、鋳造用成形型や樹脂成形用成形型等が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
成形型を用いて成形品を製造する際に、成形型を予熱する技術が知られている。成形型の予熱後に成形を行うことで、成形品を好適に製造することができる。
特許文献１には、鋳造用金型を予熱する金型予熱装置が開示されている。この金型予熱装置は、火炎を放射する放射口を複数個備えている。この金型予熱装置で鋳造用金型を予熱する際には、まず、鋳造用金型を開く。そして、開いた鋳造用金型のキャビティ内に金型予熱装置を挿入する。このとき、各放射口を鋳造用金型のキャビティの表面に向けてセットする。そして、各放射口からキャビティの表面に向けて火炎を放射する。これによって、鋳造用金型が加熱され、鋳造に適した温度まで昇温される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５２９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の金型予熱装置のように、キャビティの表面に向けて火炎を直接放射する成形型予熱装置では、キャビティの表面全体に均一に火炎を放射することが困難である。すなわち、比較的強く火炎が放射されている箇所では、火炎の放射が弱い箇所に比べて、キャビティの表面が高温となる。特許文献１の金型予熱装置では、キャビティの表面全体が均一に昇温するように放射口を配置しているが、それでも、キャビティの表面全体の温度を十分に均一化することは難しい。キャビティの表面の温度分布が不均一となると、予熱後の成形により製造される成形品の品質が不安定となったり、不均一な温度分布により生じる応力により成形型に歪みが生じたりする等、種々の問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、成形型をより均一に加熱することができる成形型予熱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】
本発明の成形型予熱装置は、キャビティと、キャビティに連通する連通孔を備えた成形型を予熱する。この成形型予熱装置は、加熱した気体を前記連通孔からキャビティ内に導入する。
なお、本明細書において、キャビティとは、流動状態の成形材料を受け入れる成形型内の空間をいう。キャビティ内には、成形材料が直接充填される場合と、砂型等の中子が設置される（すなわち、キャビティ内に設置された中子の内部に成形材料が充填される）場合とがある。
この成形型予熱装置は、連通孔を介してキャビティ内に加熱した気体を送り込む。これによって、キャビティの表面を加熱する。加熱した気体をキャビティ内に送り込めば、火炎を用いる場合のようにキャビティの表面が局所的に高温となったりすることがない。したがって、火炎により加熱する場合に比べて、キャビティの表面を均一に加熱することができる。
【０００７】
上述した成形型予熱装置は、成形型を閉じた状態で、加熱した気体をキャビティ内に導入することが好ましい。
このような構成によれば、閉じた成形型のキャビティ内に加熱された気体が導入される。キャビティ内に導入された気体は、成形型のパーティション部等から成形型外に流出する。また、成形型には、通常、ガス抜き用の連通孔が形成されているため、このガス抜き用の連通孔からキャビティ内の気体が成形型外に流出する場合もある。このように、成形型を閉じた状態でキャビティ内に加熱した気体を導入すると、キャビティ内に導入された気体がキャビティ内に滞留する。したがって、キャビティ内の気体の温度がより均一となり、キャビティの表面全体がより均一に加熱される。
【０００８】
上述した成形型予熱装置は、前記連通孔が、成形時に成形材料をキャビティ内に導入する成形材料導入路であることが好ましい。すなわち、成形型予熱装置は、成形時に成形材料をキャビティ内に導入する成形材料導入路を介してキャビティ内に加熱した気体を導入することが好ましい。
このような構成によれば、キャビティの表面と同時に成形材料導入路の表面を加熱することができる。成形材料導入路の表面を加熱することで、予熱後の成形をより好適に実施することが可能となる。
【０００９】
成形時には、キャビティ内の成形材料は冷却固化されるが、成形材料導入路内の成形材料は流動状態に保持される。成形材料導入路内の成形材料を流動状態に保持しておくことで、次の成形行程へスムーズに移行することが可能となるためである。すなわち、成形時には、成形材料導入路内の成形材料の温度はキャビティ内の成形材料よりも高温に保持される。したがって、予熱時においても、成形材料導入路の表面の温度を、キャビティの表面の温度に比べて高温にしておくことが好ましい。
一方で、成形材料導入路は、キャビティに比べて気体が流れる流路の断面積が小さいので、気体の流速が速くなる。気体の流速が速いと、気体と成形材料導入路の表面との間で熱交換する時間が短時間となり、成形材料導入路の表面の温度が上昇し難くなる。すなわち、成形材料導入路の表面は、キャビティの表面に比べて温度が上昇し難いという問題がある。
上記の問題を解決するために、成形型予熱装置が成形材料導入路に導入する気体の流量が、成形材料導入路の表面がキャビティの表面より高温となる流量に制限されていることが好ましい。
成形型予熱装置が成形材料導入路に導入する気体の流量は、成形材料導入路とキャビティの温度に影響を与える。すなわち、成形型予熱装置が導入する気体の流量が少ない場合には、成形材料導入路を流れる気体の流速が遅くなる。すると、気体と成形材料導入路の表面との間で熱交換が行われる時間が長くなり、成形材料導入路の表面の温度は上昇し易くなる。また、気体と成形材料導入路との熱交換が多くなるので、キャビティ内に導入される気体の温度は気体の流量が少ないほど低温となる。したがって、キャビティの表面の温度は上昇し難くなる。すなわち、導入される気体の流量が少ないほど、キャビティの表面よりも成形材料導入路の方が高温となり易い。
この成形型予熱装置は、成形材料導入路に導入する気体の流量が、成形材料導入路の表面がキャビティの表面より高温となる流量に制限されている。したがって、気体がゆっくりと成形材料導入路内を流れ、気体と成形材料導入路の表面との間で熱交換が行われる時間が長くなる。これによって、成形材料導入路の表面がキャビティの表面より高温に加熱される。
【００１０】
また、成形材料導入路からキャビティ内に気体を導入する成形型予熱装置は、成形材料導入路に挿入する蓄熱体をさらに備えていることが好ましい。
なお、蓄熱体とは、成形材料導入路の表面に比べて温度上昇し易い物体をいう。例えば、金属ウール（繊維状の金属材料が絡み合っている物体）を蓄熱体に用いることができる。
このような構成によれば、成形材料導入路を流れる気体によって、蓄熱体が加熱される。蓄熱体は、成形材料導入路よりも温度上昇し易いので、成形材料導入路よりも高温となる。すると、蓄熱体からの熱放射によって、成形材料導入路の表面が加熱される。これによって、成形材料導入路の表面を効率よく加熱することが可能となる。
【００１１】
また、成形型予熱装置は、成形型から排出されるキャビティ内を通過した後の気体の少なくとも一部を、再度、キャビティ内に導入することが好ましい。
成形型から排出されるキャビティ内を通過した後の気体は、成形型との熱交換により冷却されているとはいえ、高温の気体である。したがって、成形型から排出された気体を再度キャビティ内に導入することによって、高いエネルギー効率で成形型を加熱することができる。
【００１２】
また、成形型予熱装置は、成形型の周囲を覆うフードをさらに備えていることが好ましい。
このような構成によれば、成形型から排出される気体がフード内で滞留する。したがって、フード内の気体によって成形型が外側からも加熱される。したがって、均一に成形型を加熱することができる。
【００１３】
また、本発明は、成形型を予熱する新規な方法をも提供する。
この成形型予熱方法は、キャビティと成形型外とを連通する連通孔を備えた成形型において、加熱した気体を前記連通孔からキャビティ内に導入することによって成形型を予熱する。
この方法によれば、成形型を均一に加熱することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、成形型を均一に加熱することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
（特徴１）成形型予熱装置は、気体を加熱する加熱装置と、加熱装置によって加熱された気体を成形型の連通孔からキャビティ内に導入する気体導入装置を備えている。
（特徴２）気体導入装置は、加熱装置によって加熱された気体を成形型に導入する送気管と、成形型から排出された気体を加熱装置に供給する排気管を備えている。
（特徴３）成形型は、成形型本体と、成形型本体に取り付けられている成形材料導入部を備えている。成形型本体は、キャビティと、キャビティに連通する第１流路を備えている。成形材料導入部は、前記第１流路に繋がる第２流路を備えている。第１流路と第２流路によって、成形材料をキャビティ内に導入する成形材料導入路が形成されている。成形型予熱装置は、成形材料導入路（すなわち、第２流路と第１流路）を介して、キャビティ内に加熱した気体を導入する。
（特徴４）成形材料導入部は、成形型本体に比べて温度上昇し難い材質により構成されている。例えば、成形型本体は金属により構成されており、成形材料導入部はセラミックスにより構成されている。
（特徴５）成形型予熱装置は、成形型導入部が第１流路よりも高温となり、第１流路がキャビティよりも高温となる流量で気体を導入する。
（特徴６）蓄熱体は、成形材料導入路の表面を構成する材料に比べて、単位体積あたりの熱容量が小さい。
【実施例】
【００１６】
鋳造用金型を予熱する金型予熱装置に本発明を適用した実施例ついて、図面を参照しながら説明する。まず、本実施例の金型予熱装置について説明する前に、予熱の対象である金型について説明する。
【００１７】
図１は、鋳造用の金型２００を示している。金型２００は、金型本体２０２と、支持台２４０と、湯口入子２５０と、ストーク２６０を備えている。
金型本体２０２は、上金型２１０と、下金型２２０を備えている。下金型２２０は、支持台２４０に固定されている。下金型２２０には、下側キャビティ面２２２と、溶湯導入路２２４が形成されている。上金型２１０は、図示しない移動装置に接続されており、上下に移動可能とされている（すなわち、上金型２１０は下金型２２０に向かって進退動可能とされている）。なお、図１は、上金型２１０を下金型２２０に当接させた状態（すなわち、金型本体２０２を閉じた状態）を示している。上金型２１０には、上側キャビティ面２１２と、ガス抜き孔２１４が形成されている。図１に示すように、金型２００を閉じることで、上側キャビティ面２１２と下側キャビティ面２２２によってキャビティ２３０が形成される。
湯口入子２５０は、下金型２２０の下面に固定されている。湯口入子２５０は、セラミックスにより形成されており、金型本体２０２に比べて比熱が高い。湯口入子２５０には、溶湯導入路２５４が形成されている。溶湯導入路２５４は、上部が広く形成されており、下金型２２０の各溶湯導入路２２４に繋がっている。
ストーク２６０は筒状の部材であり、湯口入子２５０の溶湯導入路２５４に接続されている。ストーク２６０は、セラミックスにより形成されている。
【００１８】
金型２００は、図２に示すように、るつぼ２８０上に設置される。るつぼ２８０内には、溶湯が貯められている。金型２００は、ストーク２６０がるつぼ２８０内の溶湯に浸漬されるように設置される。図２に示すように、ストーク２６０と湯口入子２５０は、るつぼ２８０内に収容されるので、非常に高い温度にさらされる。したがって、ストーク２６０と湯口入子２５０は、耐熱性が高いセラミックスにより形成されている。図２に示すように、るつぼ２８０の上部は支持台２４０に塞がれている。したがって、るつぼ２８０は密閉されている。るつぼ２８０の一部には空気導入路２８２が形成されている。
【００１９】
鋳造時には、まず、金型本体２０２を開き、キャビティ２３０内（すなわち、上側キャビティ面２１２及び下側キャビティ面２２２）に塗型剤を塗布する。そして、図２に示すように、キャビティ２３０内に砂型２７０を設置する。砂型２７０は、鋳物を成形する成形空間２７２と、溶湯導入路２７４を備えている。図２に示すように、砂型２７０は、溶湯導入路２７４が下金型２２０の溶湯導入路２２４と繋がるように設置される。砂型２７０を設置したら、金型本体２０２を閉じる。
次に、空気導入路２８２からるつぼ２８０内に加圧した空気を導入する。るつぼ２８０内に空気が導入されると、空気の圧力により溶湯の液面が下方に押し下げられる。これによって、るつぼ２８０内の溶湯が、ストーク２６０、溶湯導入路２５４、溶湯導入路２２４、溶湯導入路２７４の順に流れて、砂型２７０の成形空間２７２内に導入される。これによって、成形空間２７２内に溶湯が充填される。
溶湯を砂型２７０内に充填したら、砂型２７０内の溶湯が冷却されるまで待機する。
溶湯が冷却されて固化したら、金型２００を開き、砂型２７０ごと鋳物を取り出す。鋳物を取り出すときには、砂型２７０内の鋳物は固化している必要がある一方で、溶湯導入路２２４及び２５４内の溶湯は溶融状態に維持されている必要がある。溶湯導入路２２４及び２５４内の溶湯が固化してしまうと、次の鋳造処理をスムーズに開始することができなくなるためである。したがって、鋳物の取り出しは、砂型２７０内の鋳物が固化しており、溶湯導入路２２４及び２５４内の溶湯が溶融状態にあるタイミングで行われる。
【００２０】
鋳物を取り出したら、再度、キャビティ２３０内に砂型２７０を設置し、次の鋳造処理を実行する。このように、砂型２７０の設置、溶湯の充填、冷却、及び、鋳物の取り出しからなる鋳造処理が繰り返し行われる。上述したように、鋳物の取り出しは、砂型２７０内の鋳物が固化しており、溶湯導入路２２４及び２５４内の溶湯が溶融状態にあるタイミングで行われる。したがって、繰り返しの鋳造処理中においては、金型２００内に、溶湯の経路（すなわち、ストーク２６０、溶湯導入路２５４、溶湯導入路２２４、溶湯導入路２７４、及び、成形空間２７２）の上流側（すなわち、ストーク２６０側）ほど高温となる温度分布が形成される。このような温度分布を維持しながら鋳造処理を行うことで、寸法ばらつきの少ない安定した品質の鋳物を製造することができる。
【００２１】
上述した金型２００を用いて最初の鋳造処理を行う場合には、金型２００を予熱する。すなわち、最初の鋳造処理の開始時においては、金型２００が冷えた状態にある。冷えた状態の金型２００を用いると、好適に鋳造処理を実行できない。したがって、金型２００を予熱した後に、最初の鋳造処理を行う。
【００２２】
以下に、金型２００を予熱する予熱装置について説明する。なお、比較のために、まず、バーナによって加熱する従来式の金型予熱装置３００について説明する。
【００２３】
図３は、金型予熱装置３００を説明する説明図である。金型予熱装置３００は、複数のバーナ３１０を備えている。
金型予熱装置３００により金型２００を予熱するときには、図３に示すように、金型本体２０２を開き、キャビティ２３０内に金型予熱装置３００を挿入する。そして、各バーナ３１０から上側キャビティ面２１２及び下側キャビティ面２２２に向けて火炎を放射する。これにより、金型２００が加熱される。
【００２４】
上述した従来の金型予熱装置３００は、以下の問題点を有している。
（１）バーナ３１０による加熱では、火炎の放射が強い箇所ではキャビティ２３０の表面の温度が高温となるが、火炎の放射が弱い箇所ではキャビティ２３０の表面の温度があまり上昇しない。すなわち、キャビティ２３０の表面が不均一に加熱される。キャビティ２３０の表面の温度が不均一となることにより、以下の問題が生じる。
（１−１）予熱後の最初の鋳造処理で製造される鋳物の品質（寸法等）が安定しない。
（１−２）金型本体２０２が歪み易い。
（２）金型２００を開いた状態でキャビティ２３０の表面を加熱するため、以下の問題が生じる。
（２−１）火炎からの熱の多くが外部に逃げてしまい、金型本体２０２に熱が伝わり難い。したがって、エネルギー効率が非常に悪い。また、予熱行程に長時間を要する。
（２−２）上金型２１０を吊り下げた状態（すなわち、吊り下げによる応力が上金型２１０に加わった状態）で加熱するので、上金型２１０が特に歪み易い。
（３）キャビティ２３０の表面だけが加熱され、金型本体２０２の他の箇所が加熱されない。このことによって、以下の問題が生じる。
（３−１）金型本体２０２が歪み易い。
（３−２）予熱終了後に短時間でキャビティ２３０の表面の温度が低下してしまう。したがって、キャビティ２３０の表面の温度が十分な温度に達していない状態で、予熱後の最初の鋳造処理が開始される。したがって、最初の鋳造処理で製造される鋳物の品質が安定しない。また、キャビティ２３０の表面の温度が十分な温度に達していない状態で鋳造処理を開始すると、その鋳造処理の最初にキャビティ２３０内に塗布する塗型剤が鋳造処理中に剥離してしまう。
（４）断面積が小さい溶湯導入路２２４の内部や、溶湯導入路２２４より上流側の溶湯導入路２５４の内部まで火炎が届かないため、溶湯導入路２２４と溶湯導入路２５４の表面を加熱できない。このため、予熱後の金型２００内の温度分布は、キャビティ２３０の表面の方が溶湯導入路２２４と溶湯導入路２５４の表面より高温な分布となる。この温度分布は、上述した鋳造処理（２回目以降の鋳造処理）の温度分布とは異なる。したがって、最初の鋳造処理により製造される鋳物の品質（寸法等）が、後の鋳造処理により製造される鋳物の品質と異なってしまう。
【００２５】
次に、本実施例の金型予熱装置１０について説明する。
図４は、金型予熱装置１０を金型２００に取り付けた状態を示している。図４に示すように、金型予熱装置１０は、燃焼装置１２と、送気管２０と、送気ブロワ２２と、フード３０と、排気管２４と、排気ブロワ２６と、蓄熱ユニット４０を備えている。
【００２６】
燃焼装置１２は、送気室１２ａと、燃焼室１２ｂと、バーナ１２ｃを備えている。
送気室１２ａと燃焼室１２ｂは隔壁１２ｄにより仕切られている。隔壁１２ｄには連通孔が形成されている。この連通孔によって、送気室１２ａと燃焼室１２ｂは連通している。送気室１２ａには、送気管２０が接続されている。
バーナ１２ｃは、燃焼室１２ｂ内に設置されている。バーナ１２ｃには、外部から燃焼ガス（可燃性ガスと空気の混合気体）が供給される。バーナ１２ｃは、燃焼ガスを燃焼室１２ｂ内で燃焼させる。
【００２７】
送気管２０は、上流側送気管２０ａと下流側送気管２０ｂを備えている。上流側送気管２０ａの上流端は、排気管２４に接続されている。上流側送気管２０ａの下流端は、送気室１２ａに接続されている。下流側送気管２０ｂの上流端は、送気室１２ａに接続されている。下流側送気管２０ｂの下流端は開放されている。予熱時には、図４に示すように、下流側送気管２０ｂが金型２００のストーク２６０内に挿入される。下流側送気管２０ｂは、その下流端が溶湯導入路２５４の上流端に達する位置まで挿入される。後に詳述するが、溶湯導入路２５４と溶湯導入路２２４は、キャビティ２３０内に燃焼ガスを導入する通路となる。
【００２８】
送気ブロワ２２は、上流側送気管２０ａに介装されている。送気ブロワ２２は、上流側送気管２０ａ内の気体（燃焼ガス）を送気室１２ａ側に送り出す。
【００２９】
フード３０は、下面部が開放された箱型の形状を備えている。予熱時には、フード３０は、図４に示すように金型２００の支持台２４０に取り付けられる。これによって、金型本体２０２の周囲がフード３０に覆われる。
【００３０】
排気管２４の上流端は、フード３０の上部に接続されている。排気管２４の下流端は、上流側送気管２０ａの上流端に接続されている。また、図４に示すように、排気管２４と上流側送気管２０ａとの接続部には、排出口２８が形成されている。
【００３１】
排気ブロワ２６は、排気管２４に介装されている。排気ブロワ２６は、排気管２４内の気体を下流側（上流側送気管２０ａ側）に送り出す。
【００３２】
蓄熱ユニット４０は、複数の蓄熱体４２を備えている。蓄熱体４２は、ステンレス製の金属ウールである。蓄熱体４２は、単位体積あたりの熱容量が非常に小さい。蓄熱ユニット４０は、下金型２２０に形成されている溶湯導入路２２４と同じ数の蓄熱体４２を備えている。各蓄熱体４２は、接続部材により互いに接続されている。予熱時には、図４に示すように、蓄熱ユニット４０がキャビティ２３０内に設置される。すなわち、各蓄熱体４２が、対応する溶湯導入路２２４内に挿入される。なお、蓄熱体４２の直径は溶湯導入路２２４の直径に比べて小さいので、蓄熱体４２を挿入しても溶湯導入路２２４は塞がれない。
【００３３】
次に、金型予熱装置１０によって金型２００を予熱する処理について説明する。
金型２００を予熱するときには、まず、金型本体２０２を開き、キャビティ２３０内に蓄熱ユニット４０を設置する。すなわち、各溶湯導入路２２４内に各蓄熱体４２を挿入する。蓄熱ユニット４０を設置したら、金型本体２０２を閉じる。そして、図４に示すようにフード３０を支持台２４０に取り付ける。また、下流側送気管２０ｂを、図４に示す位置までストーク２６０内に挿入する。このように金型予熱装置１０を接続することによって、上流側送気管２０ａから、送気室１２ａ、下流側送気管２０ｂ、金型２００内、金型２００外（すなわち、フード３０内）、及び、排気管２４を経て上流側送気管２０ａに戻る循環経路が形成される。
【００３４】
以上のように金型予熱装置１０を金型２００に接続したら、バーナ１２ｃを作動させるとともに、送気ブロワ２２と排気ブロワ２６を作動させる。
【００３５】
バーナ１２ｃを作動させると、燃焼室１２ｂ内で燃焼ガスが燃焼する。燃焼後の高温の燃焼ガスは、燃焼室１２ｂから送気室１２ａ内に流入する。また、送気室１２ａ内には、送気ブロワ２２によって上流側送気管２０ａから燃焼ガスが送り込まれる。後に詳述するが、送気ブロワ２２が送り出す燃焼ガスは、金型２００を通過した後の燃焼ガスである。送気室１２ａ内では、燃焼室１２ｂからの燃焼ガスと、上流側送気管２０ａからの燃焼ガスが混合される。送気室１２ａ内の燃焼ガスは、下流側送気管２０ｂ内に流入する。
【００３６】
下流側送気管２０ｂ内に流入した燃焼ガスは、溶湯導入路２５４、溶湯導入路２２４を経てキャビティ２３０内に流入する。キャビティ２３０内に流入した燃焼ガスは、ガス抜き孔２１４や金型本体２０２のパーティション面（すなわち、上金型２１０と下金型２２０との間のパーティション面）から金型２００外に流出する。燃焼ガスが金型２００内を流れる際には、金型２００と燃焼ガスとの間で熱交換が行われる。これによって、溶湯導入路２５４の表面と、溶湯導入路２２４の表面と、キャビティ２３０の表面が加熱される。
なお、溶湯導入路２２４は、その断面積がキャビティ２３０に比べて非常に小さい。したがって、溶湯導入路２２４を流れる燃焼ガスの流速は、キャビティ２３０内を流れる燃焼ガスの流速より速くなる。このため、溶湯導入路２２４と燃焼ガスとの間で熱交換が行われる時間が短時間となる。したがって、溶湯導入路２２４の表面は、キャビティ２３０の表面に比べて昇温し難い。しかしながら、溶湯導入路２２４には蓄熱体４２が挿入されている。蓄熱体４２は、熱容量が小さい金属ウールである。したがって、蓄熱体４２は、燃焼ガスにより急速に昇温される。すなわち、蓄熱体４２は、溶湯導入路２２４の表面よりも高温となる。すると、蓄熱体４２からの熱放射によって、溶湯導入路２２４の表面が加熱される。これによって、溶湯導入路２２４の表面が効率よく加熱される。溶湯導入路２２４の表面は、キャビティ２３０よりも高温に維持される。
また、湯口入子２５０は、金型本体２０２より比熱が高いセラミックスにより形成されている。したがって、溶湯導入路２５４の表面は、キャビティ２３０の表面より温度上昇し難い。しかしながら、送気ブロワ２２及び排気ブロワ２６の回転数は、溶湯導入路２５４の表面がキャビティ２３０の表面より高温となるように設定されている。すなわち、金型２００内を流れる燃焼ガスの流量が、溶湯導入路２５４の表面がキャビティ２３０の表面より高温となるように設定されている。つまり、燃焼ガスの流量が多い場合には、溶湯導入路２５４内を比較的速い流速で燃焼ガスが流れる。したがって、溶湯導入路２５４の表面と燃焼ガスとの間で熱交換が行われる時間が短時間となり、溶湯導入路２５４の表面の温度は比較的低温となる。この場合、キャビティ２３０には比較的温度が高い燃焼ガスが流入することになるので、キャビティ２３０の温度は比較的高温となる。すなわち、金型２００内を流れる燃焼ガスの流量が多いほど、溶湯導入路２５４に比べてキャビティ２３０が高温となる傾向にあり、金型２００内を流れる燃焼ガスの流量が少ないほど、キャビティ２３０に比べて溶湯導入路２５４が高温となる傾向にある。金型予熱装置１０では、十分に低い流量の燃焼ガスが流れるように送気ブロワ２２と排気ブロワ２６の回転数が設定されている。したがって、溶湯導入路２５４の表面の温度は、キャビティ２３０の表面の温度より高温となる。
このように、金型予熱装置１０では、送気ブロワ２２と排気ブロワ２６の回転数と、蓄熱体４２によって、溶湯導入路２５４の表面及び溶湯導入路２２４の表面がキャビティ２３０の表面より高温となるように構成されている。また、溶湯導入路２５４の表面が溶湯導入路２２４の表面より高温となるように、送気ブロワ２２と排気ブロワ２６の回転数が設定されている。
【００３７】
上述したように、キャビティ２３０内の燃料は、ガス抜き孔２１４やパーティション面を通って金型本体２０２外に流出する。金型本体２０２の周囲はフード３０に覆われている。したがって、金型本体２０２外に流出した燃焼ガスが、フード３０内に充満する。このため、金型本体２０２は、フード３０内の燃焼ガスによって外側からも加熱される。
【００３８】
フード３０内の燃焼ガスは、排気管２４へ流入する。排気管２４に流入した燃焼ガスは、排気ブロワ２６によって下流側へ送られる。排気管２４の下流端に到達した燃焼ガスの一部は、排出口２８から排出される。残りの燃焼ガスは、上流側送気管２０ａ内に流入し、送気ブロワ２２によって送気室１２ａ内に再度送り込まれる。送気室１２ａ内に送り込まれた燃焼ガスは、燃焼室１２ｂからの燃焼ガスと混合されて昇温され、再度、金型２００に送り込まれる。
【００３９】
以上に説明したように、金型予熱装置１０は、金型２００のキャビティ２３０内に、ガスバーナ１２ｃで燃焼させた後の燃焼ガスを送り込む。したがって、キャビティ２３０内に高温の燃焼ガスが充満した状態となる。キャビティ２３０内に充満する燃焼ガスは、局所的に温度が高くなったり、低くなったりすることがない。したがって、キャビティ２３０の表面を均一に加熱することができる。これによって、金型本体２０２が歪むことが抑制される。また、予熱後の最初の鋳造処理で製造される鋳物の品質を安定させることができる。
また、金型本体２０２を閉じた状態でキャビティ２３０内に燃焼ガスを送り込むので、燃焼ガスがキャビティ２３０内に留まる時間が長くなる。したがって、キャビティ２３０内をより均一に加熱することが可能となる。また、燃焼ガスが留まる時間が長くなるので、燃焼ガスと金型２００との間で十分に熱交換が行われる。したがって、効率よく金型２００を昇温させることができ、金型２００を短時間で目的の温度に昇温させることができる。また、上金型２１０に吊り下げによる応力が加わることがないため、上金型２１０の歪みを抑制することができる。
【００４０】
また、金型予熱装置１０は、溶湯導入路２５４及び２２４を介してキャビティ２３０内に燃焼ガスを送り込む。したがって、溶湯導入路２５４の表面及び溶湯導入路２２４の表面を燃焼ガスにより加熱することができる。特に、送気ブロワ２２と排気ブロワ２６の回転数により、溶湯導入路２５４の表面が溶湯導入路２２４の表面よりも高温とされる。さらに、蓄熱体４２からの放射熱により、溶湯導入路２２４の表面がキャビティ２３０の表面よりも高温とされる。すなわち、上流側の溶湯導入路ほど高温となる温度分布が形成される。この温度分布は、鋳造処理で砂型２７０を取り出したときの金型２００内の温度分布と同様の温度分布である。すなわち、金型予熱装置１０によれば、鋳造処理で砂型２７０を取り出したときと同様の温度分布を形成することができる。したがって、予熱後の最初の鋳造処理においても、繰り返し実施する鋳造処理と同様の品質で鋳物を製造することが可能となる。
【００４１】
また、金型予熱装置１０は、金型本体２０２の周囲を覆うフード３０を備えている。したがって、フード３０内（金型本体２０２外）に、金型本体２０２から排出された燃焼ガスが充満する。このため、フード３０内に充満している燃焼ガスにより、金型本体２０２が外側からも加熱される。したがって、金型本体２０２の全体を均一に加熱することができる。また、芯部（金型本体２０２の表面から遠い箇所）まで金型本体２０２が加熱されるようになるため、予熱後に金型本体２０２の温度が低下し難い。したがって、予熱後の最初の鋳造処理で製造される鋳物の品質を安定させることができる。また、鋳造処理中に塗型剤が剥離してしまうことも抑制できる。
【００４２】
また、金型予熱装置１０は、金型本体２０２から排出された燃焼ガス（すなわち、フード３０内の燃焼ガス）の一部を送気室１２ａに送り込み、送気室１２ａ内で燃焼ガスを再加熱して再度金型２００内に送り込む。金型本体２０２から排出される燃焼ガスは、金型２００との熱交換により温度低下した燃焼ガスであるが、それでもかなりの高温を維持している。このように、排出後の高温のガスを再度、金型２００内に送り込むことで、高いエネルギー効率で金型２００を加熱することができる。
【００４３】
なお、上述した金型予熱装置１０では、ストーク２６０が燃焼ガスに直接触れることがないため、ストーク２６０はそれほど加熱されない。しかしながら、図２に示すように、ストーク２６０はるつぼ２８０内の溶湯に浸漬されるため、浸漬後すぐに高温となる。したがって、ストーク２６０を予熱しなくても、鋳造処理に与える影響はほとんどない。
【００４４】
また、上述した金型予熱装置１０は、金型本体２０２を閉じた状態で予熱を行ったが、金型本体２０２を開いた状態で予熱を行ってもよい。例えば、金型本体２０２を一定量だけ開いて上金型２１０と下金型２２０の間に隙間を形成する。このような状態でキャビティ２３０内に燃焼ガスを送り込むと、形成した隙間（すなわち、パーティション面）にも燃焼ガスが流れるようになる。すると、その隙間からも上金型２１０と下金型２２０が加熱されるようになる。したがって、金型本体２０２をより均一に加熱することができるようになる。
【００４５】
なお、上述した金型本体２０２は、定期的にメンテナンスを実施する必要がある。従来は、湯口入子２５０の温度が低下してしまうのを防止するために、支持台２４０と湯口入子２５０とストーク２６０をるつぼ２８０に取り付けた状態のまま、金型本体２０２を支持台２４０及び湯口入子２５０から切り離してメンテナンスしていた。しかしながら、上述した金型予熱装置１０によれば、湯口入子２５０をも予熱することができる。したがって、湯口入子２５０の温度低下を考慮する必要がなくなり、メンテナンス時に金型２００全体をるつぼ２８０から取り外すことが可能となる。このため、金型本体２０２を支持台２４０から切り離す作業が不要となり、容易にメンテナンスを実施することが可能となる。
【００４６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】金型２００の概略断面図。
【図２】鋳造時の金型２００の概略断面図。
【図３】従来型の金型予熱装置３００を示す概略断面図。
【図４】実施例の金型予熱装置１０を示す概略断面図。
【符号の説明】
【００４８】
１０：金型予熱装置
１２：燃焼装置
１２ａ：送気室
１２ｂ：燃焼室
１２ｃ：バーナ
２０：送気管
２２：送気ブロワ
２４：排気管
２６：排気ブロワ
２８：排出口
３０：フード
４０：蓄熱ユニット
４２：蓄熱体
２００：金型
２０２：金型本体
２１０：上金型
２１２：上側キャビティ面
２１４：ガス抜き孔
２２０：下金型
２２２：下側キャビティ面
２２４：溶湯導入路
２３０：キャビティ
２４０：支持台
２５０：湯口入子
２５４：溶湯導入路
２６０：ストーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティと、キャビティに連通する連通孔を備えた成形型を予熱する装置であって、
加熱した気体を前記連通孔からキャビティ内に導入することを特徴とする成形型予熱装置。
【請求項２】
成形型を閉じた状態で、加熱した気体をキャビティ内に導入することを特徴とする請求項１に記載の成形型予熱装置。
【請求項３】
前記連通孔が、成形時に成形材料をキャビティ内に導入する成形材料導入路であることを特徴とする請求項１または２に記載の成形予熱装置。
【請求項４】
成形材料導入路に導入する気体の流量が、成形材料導入路の表面がキャビティの表面より高温となる流量に制限されていることを特徴とする請求項３に記載の成形予熱装置。
【請求項５】
成形材料導入路に挿入する蓄熱体をさらに備えていることを特徴とする請求項３または４に記載の成形予熱装置。
【請求項６】
成形型から排出されるキャビティ内を通過した後の気体の少なくとも一部を、再度、キャビティ内に導入することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の成形型予熱装置。
【請求項７】
成形型の周囲を覆うフードをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の成形型予熱装置。
【請求項８】
キャビティと成形型外とを連通する連通孔を備えた成形型において、加熱した気体を前記連通孔からキャビティ内に導入することによって成形型を予熱する方法。
【請求項１】
キャビティと、キャビティに連通する連通孔を備えた成形型を予熱する装置であって、
加熱した気体を前記連通孔からキャビティ内に導入することを特徴とする成形型予熱装置。
【請求項２】
成形型を閉じた状態で、加熱した気体をキャビティ内に導入することを特徴とする請求項１に記載の成形型予熱装置。
【請求項３】
前記連通孔が、成形時に成形材料をキャビティ内に導入する成形材料導入路であることを特徴とする請求項１または２に記載の成形予熱装置。
【請求項４】
成形材料導入路に導入する気体の流量が、成形材料導入路の表面がキャビティの表面より高温となる流量に制限されていることを特徴とする請求項３に記載の成形予熱装置。
【請求項５】
成形材料導入路に挿入する蓄熱体をさらに備えていることを特徴とする請求項３または４に記載の成形予熱装置。
【請求項６】
成形型から排出されるキャビティ内を通過した後の気体の少なくとも一部を、再度、キャビティ内に導入することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の成形型予熱装置。
【請求項７】
成形型の周囲を覆うフードをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の成形型予熱装置。
【請求項８】
キャビティと成形型外とを連通する連通孔を備えた成形型において、加熱した気体を前記連通孔からキャビティ内に導入することによって成形型を予熱する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２４１１３７（Ｐ２００９−２４１１３７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９２５４０（Ｐ２００８−９２５４０）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（５０４２３３３５１）株式会社マルエム商会 (3)
【出願人】（５０８０９８６６０）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（５０４２３３３５１）株式会社マルエム商会 (3)
【出願人】（５０８０９８６６０）
【Ｆターム（参考）】
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