JPH069728Y2 - 金型加熱装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、軽合金鋳造用の金型を予熱昇温させるための
金型加熱装置に関する。

［従来の技術］ 高周波または低周波の誘導加熱用コイルを用いて誘電体
を誘導加熱する方法は各種の産業分野において既に公知
である。また、加熱対象となる誘電体の温度制御は、特
公昭６０−４５５８３号公報あるいは特公昭６２−７６
７７号公報等に開示されるように、加熱対象の温度を検
出すべく配備された温度検出手段によって加熱対象の現
在温度を逐次検出し、誘導加熱用コイルに電力を供給す
るインバーター装置等の出力周波数を自動調整すること
により、加熱対象の現在温度と加熱目標温度との間の偏
差を補償するのが一般的である。

誘導コイルを内蔵したヒータプレートを金型背面に装着
して予熱昇温するようにした金型加熱装置は既に、実開
昭５９−１４３５６３号として提案されている。

［考案が解決すべき課題］ しかし、軽合金鋳造用の金型の予熱昇温等のように、加
熱対象となる誘電体を高温に加熱すると、誘導加熱用コ
イル自体が過熱して絶縁被覆等に損傷を生じる場合もあ
り、これを防止するため、誘導加熱用コイルを冷却する
ための強制冷却手段を配設する必要が生じる。そのため
複雑な小型のコイルの製作は困難で高価となり、誘導加
熱による加熱方法は鋳造用金型等の金型加熱装置として
は工業的に不適当であるとされていた。

また、温度検出装置が被加熱物の温度を計測するように
取り付けられているので、他の被加熱物を加熱する場合
に、加熱装置の保護のためには加熱装置の取り外し及び
装着に合わせて温度検出装置の設定値を変更する必要が
あって、その装脱が面倒であり、被加熱物を介して過熱
を感知するので、誘導加熱用コイルの過熱を直ちに、確
実に察知することがでないものである。

通常、鋳造用金型の予熱手段としてはガス燃焼あるいは
電熱線による加熱装置が用いられているが、鋳造品の歩
留りの低下，金型の寿命低下，作業の安全性等の点で問
題があり、不満足であった。

また、金型背面から予熱昇温するものは熱効率が悪く、
予熱時間が長くなるといった欠点を有する。

本考案の目的は、これら従来技術の欠点を解消し、誘導
加熱用コイルの温度を通接検出して、周囲の条件に左右
されることなく、誘導加熱用コイルの温度を正確に検出
して加熱を事前に確実に防ぎ、温度センサーと共に誘導
加熱用コイルを他の金型にも簡単に装着でき、誘導加熱
用コイルを強制冷却する必要がなく、小型で安価であっ
て、より望ましくは、予熱時の熱効率が良く、かつ、金
型の特性に応じた予熱作業が可能な金型加熱装置を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 誘導加熱用コイルの強制冷却を不要とするため、サイリ
スタインバーターに接続された誘導加熱用コイルと、該
誘導加熱用コイルの現在温度を検出すべく前記誘導加熱
用コイルに内蔵された温度センサーと、該温度センサー
とサイリスタインバーターとに連絡され、該温度センサ
ーにより検出される前記誘導加熱用コイルの現在温度を
安全使用温度範囲内に保持すべく前記サイリスタインバ
ータを駆動制御するマイクロコンピュータとを備える。

予熱時の熱効率を向上させるため、前記構成に加え、前
記誘導加熱用コイルまたは該誘導加熱用コイルを装着し
て金型と係合する誘電熱媒体の形状を金型嵌合面の凹凸
形状に倣って形成する。

金型の特性に応じた予熱作業を可能とし、電力の無駄を
なくすために、金型嵌合面各部の凹凸形状に係合する複
数の誘導加熱用コイルを設け、各誘導加熱用コイルと前
記サイリスタインバーターとの間に各誘導加熱用コイル
毎のタイマースイッチを介在させ、各タイマースイッチ
と前記誘導加熱コイルへの通電時間を制御する制御装置
とを連絡する。

また、周波数を任意に変更できるサイリスタインバータ
ーを用いることにより、金型の特性に応じた予熱作業を
可能とする。

誘導加熱用コイルは無機質絶縁被覆剤で被覆する。

［作用］ マイクロコンピュータは、温度センサによって検出され
た誘導加熱用コイルの現在温度を検知し、誘導加熱用コ
イルの現在温度を安全使用温度範囲内に保持すべくサイ
リスタインバータを駆動制御して、誘導加熱用コイルの
過熱による絶縁被覆等の損傷を防止する。

金型嵌合面の凹凸形状に倣って形成された誘導加熱用コ
イルや該誘導加熱用コイルを装着した誘電熱媒体は金型
嵌合面と直接係合し、製品面となる金型嵌合面の近傍を
誘導加熱により効率よく予熱する。

また、金型嵌合面各部の凹凸形状に係合した各々の誘導
加熱用コイルは、誘導加熱用コイル毎のタイマースイッ
チにより通電時間を制御される。

サイリスタインバーターの周波数を金型の特性に応じて
適宜に設定する。

なお、周波数を変換する金型の特性とは、鋳造品の薄肉
にあたる面は周波数を低く、厚肉部は周波数を高くし、
また、コーナー，突端部等はスタート時に低く設定し、
途中から高く変換して過熱，折損を防止するようなこと
をいう。

［実施例］ 以下、図面を参照して本考案の一実施例を説明する。

第１図は一実施例の金型加熱装置の電気回路を示す要部
概略図である。

第１図において、１ａ，１ｂ，１ｃの各々はコイル温度
が６００℃まで上昇してもコイル間の絶縁不良を起さぬ
ように高温用無機質絶縁被膜剤（例：日産化学（株）
製、商品名ボンド・エックス９５）で銅線を被覆した誘
導加熱用コイル、２ａ，２ｂ，２ｃの各々はタイマース
イッチとしてのマグネットスイッチ（以下、単にマグネ
ットスイッチという）、３は出力周波数を任意に設定お
よび変更することのできるサイリスタインバーター、４
は誘導加熱用コイルの現在温度を検出すべく誘導加熱用
コイルに内蔵された温度センサー、５はマイクロコンピ
ュータを有する温度計である。

温度計５は、温度センサー４からの検出出力に接続され
たＡ／Ｄ変換器を備え、該Ａ／Ｄ変換器からの出力が誘
導加熱用コイルの現在温度として所定の微小周期毎に温
度計５のマイクロコンピュータ（以下、ＭＰＵと称す
る）の一時記憶手段に更新入力される。

複数の誘導加熱用コイル１ａ，１ｂ，１ｃを備えた場合
においては、各誘導加熱用コイル毎に温度センサー４と
Ａ／Ｄ変換器とを設け、温度センサー４毎にＡ／Ｄ変換
器の変換周期をずらせて設定し、各Ａ／Ｄ変換器からの
出力をＭＰＵの一時記憶手段に循環的に入力して温度セ
ンサー４毎の記憶領域に逐次更新記憶し、誘導加熱用コ
イル１ａ，１ｂ，１ｃの現在温度が一巡して更新記憶さ
れた段階で各記憶領域に記憶されている値の最大値を検
出して誘導加熱用コイルの現在温度と見做し、この値に
基いてサイリスタインバーター３の出力周波数を調整す
るか、または、温度センサー４毎の記憶領域に記憶され
ている値に基いてマグネットスイッチを個別にＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御して、誘導加熱用コイルの過熱を防止する。

また、サイリスタインバーター３は誘導電流の出力周波
数を４０〜１２０Hzの間で任意に選択できるように構成
され、誘導加熱用コイル１ａ，１ｂ，１ｃの加熱対象と
なる誘電体を所定の予熱温度に昇温するための出力周波
数を予め設定して定常的な出力を行うか、または、加熱
対象となる誘電体に配備された図示しない温度センサー
によって誘電体の現在温度を逐次検出し、加熱対象を所
定の予熱温度に昇温すべく温度計５のＭＰＵによって出
力周波数を制御するが、いずれの場合においても、温度
計５のＭＰＵによって誘導加熱用コイルの現在温度が安
全使用温度範囲の上限値を越えたと判別された場合に
は、該ＭＰＵからの指令により出力周波数を低く設定変
更され、または、駆動電源自体を切断されるようになっ
ている。即ち、温度計５のＭＰＵにより加熱対象となる
誘電体とサイリスタインバーター３との間でクローズド
ループ制御を実施するか否かは任意であるが、誘導加熱
用コイルとサイリスタインバーター３との間のクローズ
ドループ制御は必ず実施し、また、誘電体とサイリスタ
インバーター３との間でクローズドループ制御を実施す
る場合においては、誘導加熱用コイルとサイリスタイン
バーター３との間のクローズドループ制御を優先して行
う。なお、実施例においては誘導加熱用コイルの安全使
用温度範囲を２００〜４００℃に設定している。

誘導加熱用コイル１ａ，１ｂ，１ｃの各々は、加熱対象
となる誘電体から温度計５にフィードバックされた現在
温度に基き、温度計５のＭＰＵによってマグネットスイ
ッチの各々を個別にＯＮ／ＯＦＦ制御して、加熱対象と
なる夫々の誘電体の全てが設定温度に達するまで予熱す
るようにしてもよいが、加熱対象の設定予熱温度や加熱
対象の容積等が異なると予熱時間にばらつきが生じるの
で、全ての加熱対象が設定温度に到達するまでの間、予
熱開始後比較的早い時期に設定予熱温度に達した加熱対
象の冷却を防止するための通電が必要となり、無駄な電
力が消費される。

そこで、本実施例においては、誘導加熱用コイル毎に起
動時差を設けて連続通電を開始することにより全ての誘
導加熱用コイルの通電終了時刻を一致させる加熱タイム
スケジュールを作成し、図示しない制御盤上に配設され
た誘導加熱用コイル毎のタイマースイッチを用い、加熱
タイムスケジュールに従ってタイマーを作動させ、所定
時間経過後に全ての加熱対象を設定温度に到達せしめ
る。

例えば、第２図に示す加熱タイムスケジュールの例によ
れば、誘導加熱用コイル１ｃはＴ３時間通電され、１ａ
はＴ３−Ｔ１時間、１ｂはＴ３−Ｔ１−Ｔ２時間通電さ
れ、最終的に、Ｔ３時間経過した時点で全ての加熱対象
が設定温度に達することとなる。ここで、Ｔ３，Ｔ２，
Ｔ１時間は加熱対象の寸法，形状等によって予め実験的
に測定された値である。

第３図(a)，第３図(b)はそれぞれ鋳造用金型の凸部と凹
部の模式図である。図中６ａ，６ｂは金型嵌合面の凸
部、６ａ′，６ｂ′は金型嵌合面の凹部を示す。第４図
の６ａ″，６ｂ″はそれぞれ金型嵌合面の凹部６ａ′，
６ｂ′に倣って形成された誘導熱媒体に誘導加熱用コイ
ルを装着したもので、誘導熱媒体６ａ″，６ｂ″をそれ
ぞれ金型凹部６ａ′，６ｂ′に挿入することによって凹
部６ａ′，６ｂ′が加熱される。勿論金型凸部８ａ，６
ｂには各々の形状に倣って別途に形成された誘導加熱用
コイルを嵌合して加熱する。金型嵌合面の凹凸形状に倣
って形成された誘導熱媒体６ａ″，６ｂ″や金型嵌合面
の凹凸形状に倣って形成された誘導加熱用コイルが金型
嵌合面と直接係合し、製品面となる金型嵌合面の近傍を
直接誘導加熱するので、抱き板側の金型背面に装着され
たヒータプレート等によって金型を加熱するものに比べ
て遥かに熱効率が良い。

このようにして、予熱操作が行われる間、温度センサー
４がコイル銅線の現在温度を逐次検出して温度計５に入
力し、温度計５のＭＰＵが誘導加熱用コイルの安全使用
温度範囲と該誘導加熱用コイルの現在温度とを比較して
サイリスタインバータ３に電圧制御信号を出力し、誘導
加熱用コイルの現在温度が安全使用温度範囲を越えない
ようにサイリスタインバータ３の出力周波数を適宜に設
定変更するか、または、サイリスタインバータ３自体の
駆動電源を一時的に切断するか、もしくは、ＭＰＵによ
ってマグネットスイッチを個別にＯＮ／ＯＦＦ制御して
誘導加熱用コイルの安全使用温度範囲を維持する。

上述のような構造の誘導加熱装置によって複数個の凹
部，凸部を有する鋳造用金型を簡単容易に予熱すること
ができる。

即ち、第１図の電気回路図を使用し、サイリスタインバ
ーター３として富士電機製６０Ａを用い、第６図(a)，
（斜視図）、第６図(b)，（正面図）に示す形状のスラ
イドピン７を２個と、第５図(a)，（斜視図）、第５図
(b)，（第５図(a)のＡＡ′−ＢＢ′断面）に示す異形中
子８を１個同時に加熱するためにスライドピン７用の加
熱用コイル２個（各７Ａmp）と異形中子８用の台形の加
熱用コイル１個（３０Ａmp）を装着した。第８図は金型
嵌合面から突出するスライドピン７に係合した誘導加熱
用コイル１０の構成を一部破断面で示す斜視図であり、
誘導加熱用コイル１０はスライドピン７の小径部外周と
離間し、該小径部外周を包囲するようにして係合する。
無機質絶縁被覆剤で被覆された誘導加熱用コイル１０の
内周面には温度センサー４が密着して内蔵され、スライ
ドピン７の温度に直接干渉されることなく、誘導加熱用
コイル１０の温度を検出できるようになっている。

加熱用コイルのタイムスケジュールは、３０Ａmpのコイ
ル３０分、７Ａmpコイル２０分に設定して加熱を行なっ
た。即ち、先ず異形中子用コイルに通電を行ない、１０
分後にスライドピン用コイルに通電を行ない、３０分後
にピン，中子の先端の温度を測定した所、ピンは３５０
℃、中子は３４５℃を得た。なお、この時の周波数は６
０Hz、コイル温度は３８０℃に制御した。

この数値は本格鋳込作業を行なうのに充分満足すべき値
であった。

なお、第７図(a)は円筒形で中に四角の孔を有する金型
９の斜視図、第７図(b)はその正面図であり、このよう
な金型に対しても本考案は勿論適用し得る。

［考案の効果］ 本考案の金型加熱装置によれば、温度センサーにより誘
導加熱用コイルの温度を直接検出するため、雰囲気等の
周囲の条件に左右されることなく、誘導加熱コイルの温
度を確実に検出し、この検出温度に基いて、誘導加熱用
コイルの現在温度が常に安全使用温度範囲内に保持さ
れ、誘導加熱用コイルの過熱による絶縁被覆等の損傷が
事前に、確実に防止されるので、誘導加熱用コイルを冷
却するための強制冷却手段を設ける必要がなく、小型の
コイルの製作も容易となり、誘導加熱による金型加熱装
置を安価に提供することができる。

また、温度センサーが加熱対象物に装着されず、誘導加
熱用コイルに内蔵されているので、温度センサーと共に
誘導加熱用コイルを様々な金型に対して簡単に付け換え
ることができる。

また、金型嵌合面の凹凸形状に倣って形成された小型の
誘導加熱用コイルや該誘導加熱用コイルを装着した誘電
熱媒体が金型嵌合面と直接係合するので、抱き板側の金
型背面に装着したヒータプレートで金型を加熱するもの
に比べて遥かに効率よく金型を予熱することができる。

更に、誘導加熱用コイル毎のタイマースイッチによって
誘導加熱用コイル毎に通電時間を設定することができ、
しかも、電力を供給するサイリスタインバータの出力周
波数も自由に設定できるので、金型の特性に応じた予熱
作業を容易に実施することができる。

また、誘導加熱用コイル毎のタイマースイッチを用いる
ことにより金型嵌合面各部の予熱が同時に完了するよう
に通電時間を設定することができるので、誘導加熱用コ
イルへの通電を常時ＯＮ／ＯＦＦ制御して予熱部位毎の
設定温度を維持する従来方式に比べ、各誘導加熱用コイ
ルへの通電時間が短縮され、電力消費の軽減が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の金型加熱装置の電気回路図、第２図は
タイムスケジュールで、各加熱コイルに通電する時間を
示す図、第３図(a),(b)はそれぞれ鋳造用金型の凸部と
凹部の模式図、第４図は鋳造用金型の凹部形状に倣った
形状の誘電熱媒体を示す図、第５図(a)，第５図(b)はそ
れぞれ異形中子の斜視図とそのＡＡ′−ＢＢ′断面図、
第６図(a)，第６図(b)はそれぞれスライドピンの斜視図
と正面図、第７図(a)，第７図(b)はそれぞれ円筒形で中
に四角の穴を有する金型の斜視図と正面図、第８図は誘
導加熱用コイルの一部破断斜視図である。 １ａ，１ｂ，１ｃ…誘導加熱用コイル、 ２ａ，２ｂ，２ｃ…マグネットスイッチ、 ３…サイリスタインバーター、４…温度センサー、 ５…温度計、６ａ，６ｂ…金型凸部、 ６ａ′，６ｂ′…金型凹部、６ａ″，６ｂ″…誘電熱媒
体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭59−143563（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭60−4558（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭62−7677（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】サイリスタインバーターに接続された誘導
   加熱用コイルと、該誘導加熱用コイルの現在温度を検出
   すべく前記誘導加熱用コイルに内蔵された温度センサー
   と、該温度センサーとサイリスタインバーターとに連絡
   され、該温度センサーにより検出される前記誘導加熱用
   コイルの現在温度を安全使用温度範囲内に保持すべく前
   記サイリスタインバーターを駆動制御するマイクロコン
   ピュータとを備えたことを特徴とする金型加熱装置。
2. 【請求項２】前記誘導加熱用コイルまたは該誘導加熱用
   コイルを装着して金型と係合する誘電熱媒体の形状が金
   型嵌合面の凹凸形状に倣って形成されていることを特徴
   とした請求項（１）記載の金型加熱装置。
3. 【請求項３】金型嵌合面各部の凹凸形状に係合する複数
   の誘導加熱用コイルを設け、各誘導加熱用コイルと前記
   サイリスタインバーターとの間に各誘導加熱用コイル毎
   のタイマースイッチを介在させ、各タイマースイッチと
   前記誘導加熱用コイルへの通電時間を制御する制御装置
   とを連絡したことを特徴とする請求項（２）記載の金型
   加熱装置。
4. 【請求項４】前記サイリスタインバーターは周波数を任
   意に変更できるものであることを特徴とした請求項
   （１）乃至請求項（３）のいずれかに記載の金型加熱装
   置。
5. 【請求項５】誘導加熱用コイルが無機質絶縁被覆剤で被
   覆されていることを特徴とする請求項（１）乃至請求項
   （４）のいずれかに記載の金型加熱装置。