JP5277401B2 - 金型の加熱方法および装置 - Google Patents

Description

この発明は、アルミダイキャストの鋳造金型などを対象に、誘導加熱法を応用して金型を所要温度に予熱する金型の加熱方法，および加熱装置に関する。

周知のように、ダイキャスト鋳造法では金型に注入した溶湯の湯回り性を確保するために、溶湯の注入に先立って金型を予熱しておくことが行われている。この金型の加熱方法として、旧来は金型をバーナーで加熱する、あるいは金型に埋設した電熱ヒータに通電して所要温度まで加熱する方法などが用いられていたが、この加熱方法では金型全体を加熱する必要があり、そのため金型の予熱に要する時間が長くなることから、これに代わる方法として誘導加熱を応用した金型の加熱方法が提唱されている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。

この誘導加熱方式による金型の加熱方法は、二つ割り構造の固定型と可動型との間に型合わせ面に対向してトランスバース型の加熱コイル（コイル導体を螺旋状に巻回した平形のインダクター）を介挿配置し、この加熱コイルに高周波電源より高周波電流を給電することにより金型に渦電流を誘起させ、その渦電流により金型を加熱する方式であり、コイルに高周波電流を流すことにより誘導加熱の表皮効果で金型のキャビティ面域を短時間で予熱温度まで急速に加熱することが可能である。

特開２０００−２１８３５６号公報 特開２００８−９７９４８号公報

ところで、先記のようにダイキャスト鋳造法で溶湯の注入に先立って金型を所定の温度に予熱しておく際には、良質なダイキャストを鋳造するためにも、金型のキャビティ面全域を温度ムラなくできるだけ均一に加熱しておくことが重要である。

かかる点、先記のようにコイル導体を螺旋状に巻回した構造になるトランスバース型の誘導加熱コイルでは、コイル中央部の発熱が少ないことが判明しており、さらに金型とコイルとの間の距離を小さくするほど高い加熱効率が得られるものの、コイル導体の形状，巻回ピッチなどの影響で金型に誘起される誘導電流の分布は均一でなくなる。そのため、先記の特許文献１，２のように金型の間に介装したトランスバース型コイルを定位置に保持したまま給電すると、コイルの中心部分に対向する金型の面域には局所的に誘導電流が小さい部分が生じてしまい、その結果として金型のキャビティ面全域が均一に加熱されない問題が派生する。

そのほか、トランスバース型の誘導加熱コイルを金型の間の定位置に固定して介装して使用する場合は、適用する金型ごとにその金型サイズに合わせて作製した専用の誘導加熱コイルを用意する必要がある。

この発明の課題は、上記問題点を解決するために、トランスバース型の誘導加熱コイルを使用して金型を加熱する誘導加熱方式を基本として、金型のキャビティ面の全域を温度ムラなく均一に加熱することができるように改良した金型の加熱方法およびその加熱方法の実施に用いる加熱装置を提供することにある。

前記の課題を解決するために、この発明によれば、二つ割り構造になる金型の型合わせ面にトランスバース型の誘導加熱コイルを介装配置し、該コイルに高周波電流を通電して金型のキャビティ面を加熱するようにした金型の加熱方法において、
第１の解決手段では、前記誘導加熱コイルを通電中に、該コイルを金型のキャビティ面の全域にわたって移動しながら金型を誘導加熱するようにする（請求項１）。

また、第２の解決手段では、誘導加熱コイルの通電による誘導加熱と並行して、金型のキャビティ面に水蒸気を吹き付けて金型を加熱するものとし（請求項２）、その具体的な態様として、誘導加熱コイルのコイル導体をパイプ導体としてその周面に多数のノズル穴を分散穿孔し、このパイプ導体に外部から供給した水蒸気を前記ノズル穴を通じて金型のキャビティ面に吹き付けるようにする（請求項３）。

一方、前記した第１の加熱方法を実施するための加熱装置として、この発明によれば、金型の合わせ面に介装したトランスバース型の誘導加熱コイルを、金型のキャビティ面の全面にわたって移動させる駆動手段を備える（請求項４）。

また、前記した第２の加熱方法を実施するための加熱装置は、周面に多数のノズル穴を分散穿孔したパイプ導体で構成したトランスバース型の誘導加熱コイルに対し、かつ該コイルに水蒸気を供給する水蒸気発生装置を備える（請求項５）。

また、前記水蒸気は、１００℃以上の過熱蒸気を用いる（請求項６）。

上記した金型の加熱方法および加熱装置の採用により次記の効果を奏する。

まず、金型の間に介装したトランスバース型の誘導加熱コイルについて、誘導加熱コイルの通電中に該コイルを金型のキャビティ面の全面にわたって移動しながら金型を誘導加熱することにより、誘導加熱コイルを定位置に固定的に配置したままの状態でコイルに通電する従来の加熱方法で問題となっていた温度ムラの発生を抑えて、金型のキャビティ面全域を均一に加熱することができる。

また、誘導加熱コイルの通電による誘導加熱と並行して金型のキャビティ面に水蒸気を吹き付けると、金型の温度が１００℃以下ではキャビティ面に凝縮水が付着し、その際の潜熱がキャビティ面に与えられて１００℃まで昇温することができる。なお、キャビティ面に付着した凝縮水は、熱風もしくは金型が縦割り構造の場合には重力で落下して取り除くことができる。さらに、この誘導加熱コイルの通電による誘導加熱と並行して、誘導加熱コイルを構成するパイプ導体の周面に穿孔したノズル穴を通じて金型のキャビティ面に水蒸気を吹き付けることにより、パイプ状のコイル導体からノズル穴を通じて吹き出した水蒸気は瞬時に金型のキャビティ面の全域の隅々まで拡散して金型に伝熱する。これにより、誘導加熱コイルの誘導加熱による温度ムラの発生を抑えて、金型のキャビティ面全域を短時間で均一に加熱することができる。しかも、水蒸気発生装置で生成した水蒸気を誘導加熱コイルのパイプ導体を通して供給することにより、通電によりコイル自身に発生するジュール熱を利用して水蒸気を高温に加熱できる利点が得られる。なお、コイル導体は、誘導加熱コイルと水蒸気吹き出しとを兼ねた部材となるので、コンパクトな構造になる。
また、蒸気として温度が数百℃の過熱水蒸気を用いるのが有効である。この過熱水蒸気は熱風などと比べて保有熱量，熱伝達率が格段に高く、しかもノズル穴から吹き出した過熱水蒸気は瞬時に金型内面の隅々まで拡散し、ドレンの発生を伴わずにキャビティ面の全域に伝熱する。

この発明の第1実施例に適用する金型の誘導加熱装置の構成図であり、（ａ）は金型に介装したトランスバース型誘導加熱コイルの形状を表す模式斜視図、（ｂ）はトランスバース型誘導加熱コイルに加えた往復運動の移動範囲を表す模式平面図である。 この発明の第２実施例に適用する金型の誘導加熱装置の構成図であり、（ａ）はトランスバース型誘導加熱コイルの模式平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ部の拡大側面図である。

以下、この発明による実施の形態を図１，図２に示す実施例に基づいて説明する。

まず、この発明の請求項１，４に係わる第１実施例の構成，動作を図１（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。

すなわち、この実施例は、二つ割り構造になる金型の型合わせ面に介装したトランスバース型の誘導加熱コイルを、誘導加熱コイルの通電中に金型のキャビティ面の全面にわたって往復移動させながら金型を誘導加熱するようにしたものであり、１は固定型２と可動型３からなる二つ割り構造の金型、４は低抵抗で軽量化のために中空の銅パイプからなり、この２つの分割金型２，３の間に介挿配置されたトランスバース型誘導加熱コイルである。このトランスバース型誘導加熱コイルは、抵抗を低くし、かつ重量を軽量にするために、中空の銅バイプ導体で構成されている。５はコイル４を保持したコイルユニット（コイル組立体）、６は高周波電源、７はコイルユニット５に連結してトランスバース型誘導加熱コイル４を金型１のキャバイティ面の全幅にわたって往復移動させるコイル駆動装置である。８は絶縁された細線を束ねて構成した可撓性の接続線であり、トランスバース型誘導加熱コイル４と高周波電源６とを接続する。

ここで、トランスバース型誘導加熱コイル４は、金型１の形状（角形）に合わせてコイル導体を方形状に巻回した構成になり、そのコイルの始端，終端を接続線８を介して高周波電源６に接続して高周波電流を給電ようにしている。なお、図示例のコイルは、その上下方向の高さを金型１のキャビティ面の縦サイズに合わせ、左右方向の横幅を金型１の横サイズの略半分に設定してコイルユニット５に搭載している。

また、前記コイルユニット５にはコイル駆動装置７が連結されており、このコイル駆動装置７によりコイルユニット５に周期的な往復運動を加えて、トランスバース型誘導加熱コイル４を金型１のキャビティ面に沿って全幅にわった移動するようにしている。なお、この往復運動によるコイルの移動範囲は金型のキャビティ面の全域に合わせて設定しておく。

上記の構成で、溶湯の注入に先立って金型１を予熱する際には、図示のようにトランスバース型の誘導加熱コイル４を固定型２と可動型３との間の型合わせ面に対向して介挿配置した上で、前記コイル駆動装置７の操作によりコイルユニット５を矢印Ｐ方向に金型のキャビティ面の全幅にわたって周期的な往復移動させながら高周波電源６よりコイルに高周波電流を通電する。これにより、金型１のキャビティ面に誘導電流（渦電流）が誘起する領域がコイルの往復運動に伴って左右方向へ連続的に変位して金型１のキャビティ面の全域に広がる。その結果、従来のように誘導加熱コイルを定位置に固定的に配置したまま通電する加熱方法で問題になっていた温度ムラの発生を抑えて、金型１のキャビティ面の全域を均一に加熱することができる。

なお、前記のコイル駆動装置７を縦，横の二次元方向に駆動できるような構成にしておけば、適用する金型１の外形サイズよりも小さなトランスバース型誘導加熱コイル４を使用しても、これを金型のキャビティ面の全域にわたって移動しながら加熱することにより、金型のキャビティ面の全域を均一に加熱することか可能となり、これにより高い汎用性を確保できる。

そして、金型１のキャビティ面が予め定めた所定の予熱温度まで昇温すれば、コイルユニット５を金型１の合わせ面から退避させ、その後、固定型２と可動型３とを嵌合し、溶湯を注入して鋳造を行う。

次に、この発明の請求項２，４，５に係わる第２実施例の構成，動作を図２（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。この実施例においては、トランスバース型誘導加熱コイル４のコイル導体を低抵抗の銅材等からなる中空なパイプ導体としてその全長に亙って導体周面に多数のノズル穴４ａを分散穿孔するとともに、この誘導加熱コイル４に水蒸気発生装置８を連通接続して金型の加熱装置を構成している。

そして、金型１の予熱工程では、固定型２と可動型３の間の合わせ面にトランスバース型誘導加熱コイル４を介挿した上で、高周波電源６から誘導加熱コイル４に給電して金型１の誘導加熱を行う。金型１のキャビティ面の温度が１００℃以上になったら、前記水蒸気発生装置８から誘導加熱コイル４のパイプ導体に送り込んだ１００℃以上の過熱水蒸気（例えば、４００℃程度まで温度を高めた過熱水蒸気）を前記ノズル穴４ａを通じて金型１のキャビティに吹き付けて加熱を行う。これにより誘導加熱と過熱水蒸気加熱を併用した金型１の加熱が所定の温度まで行われる。

この場合に、トランスバース型誘導加熱コイル４のノズル穴４ａから吹き出した水蒸気は、瞬時に金型１のキャビティ面の隅々まで拡散して過熱水蒸気の保有熱を金型１に伝熱することができる。これにより、金型１のキャビティ面に凝縮水が付着することなく、先記実施例１と同様に従来の誘導加熱方法で問題となっていく温度ムラの発生を抑えて金型１のキャビティ面全域を均一に効率よく加熱することができる。

そして、金型１のキャビティ面が予め定めた所定の予熱温度まで昇温すれば、トランスバース型誘導加熱コイル４を金型１の合わせ面から退避させ、その後、固定型２と可動型３とを嵌合し、溶湯を注入して鋳造を行う。

なお、上記過熱水蒸気に代えて温度が１００℃の水蒸気を用いることもできる。この場合、誘導加熱コイル４の通電による誘導加熱と並行して誘導加熱コイル４のパイプ導体に送り込んだ水蒸気を金型１のキャビティ面吹き付けると、金型１の温度が１００℃以下ではキャビティ面に凝縮水が付着し、その際の潜熱がキャビティ面に与えられて１００℃まで昇温することができる。なお、キャビティ面に付着した凝縮水は、不図示の送風手段により熱風を吹き付けるか、もしくは金型が縦割り構造の場合には重力で落下して取り除くことができる。

そして、金型１のキャビティ面が１００℃まで昇温すれば、水蒸気の吹き付けを停止し、誘導加熱のみによる加熱により金型１のキャビティ面が予め定めた所定の予熱温度まで昇温させた後、誘導加熱コイル４を金型１の合わせ面から退避させ、固定型２と可動型３とを嵌合し、溶湯を注入して鋳造を行う。

また、先記の第１実施例で述べたコイル駆動装置７をこの実施例に適用することも可能であり、誘導加熱コイルの往復移動と、過熱水蒸気の吹き付けを併用することでより、金型の均一加熱を一層効果的に行うことができる。

１ 金型
２ 固定型
３ 可動型
４ トランスバース型誘導加熱コイル
４ａ ノズル穴
５ コイルユニット
６ 高周波電源
７ コイル駆動装置
８ 過熱水蒸気発生装置

Claims (6)

1. 二つ割り構造になる金型の型合わせ面にトランスバース型の誘導加熱コイルを介装配置し、該コイルに高周波電流を通電して金型のキャビティ面を加熱するようにした金型の加熱方法において、
   前記誘導加熱コイルを通電中に、該コイルを金型のキャビティ面の全域にわたって移動しながら金型を誘導加熱するようにすることを特徴とする金型の加熱方法。
2. 二つ割り構造になる金型の合わせ面にトランスバース型の誘導加熱コイルを介装配置し、該コイルに高周波電流を通電して金型のキャビティ面を加熱するようにした金型の加熱方法において、
   誘導加熱コイルの通電による誘導加熱と並行して、金型のキャビティ面に水蒸気を吹き付けて金型を加熱することを特徴とする金型の加熱方法。
3. 請求項２に記載の加熱方法において、誘導加熱コイルのコイル導体をパイプ導体としてその周面に多数のノズル穴を分散穿孔し、このパイプ導体に外部から供給した水蒸気を前記ノズル穴を通じて金型のキャビティ面に吹き付けるようにしたことを特徴とする金型の加熱方法。
4. 金型の合わせ面に介挿したトランスバース型の誘導加熱コイルを、金型のキャビティ面の全域にわたって移動する駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の加熱方法に用いる金型の加熱装置。
5. 金型の合わせ面に介挿したトランスバース型の誘導加熱コイルを、周面に多数のノズル穴を分散穿孔したパイプ導体を巻回して構成し、該コイルに水蒸気を供給する水蒸気発生装置を備えたことを特徴とする請求項２に記載の加熱方法に用いる金型の加熱装置。
6. 前記水蒸気は、１００℃以上の過熱蒸気を用いることを特徴とする請求項２または３に記載の金型の加熱方法。

Images