JPH08155629A - 誘導コイルを備えた鋳造装置及び誘導コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】誘導コイル３の高温酸化を回避することによ
り、誘導コイル３の耐久性の向上、長寿命化に有利な鋳
造装置を提供する。 【構成】製品を形成するキャビティを備えた金型１と、
溶湯を保持する溶湯容器と、溶湯を金型１のキャビティ
に供給するストーク２８と、誘導コイル配置室２０とを
具備する鋳造装置において、ストーク２８の回りを略同
軸的に巻回する誘導コイル３を設け、誘導コイル２とス
トーク２８との間に断熱スリーブ５を略同軸的に配置
し、誘導コイル配置室２０に外気を供給する貫通孔２
１、２２を設ける。誘導コイル３は、銅パイプ製のコイ
ル本体３０に金メッキ層、セラミックス層を順に積層し
て構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は誘導コイルを備えた鋳造
装置、及び、誘導コイルに関する。本発明は例えば低圧
鋳造装置、重力鋳造装置、高圧鋳造装置に適用できる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、鋳造装置においては金型等を
加熱する形態として、ガスバーナ方式や電気抵抗ヒータ
方式が採用されている。しかしながらガスバーナ方式で
は、燃焼ガスが燃焼した後の排気ガスにより作業環境を
悪化する問題がある。更に、不完全燃焼によってススや
一酸化炭素が発生する問題がある。更に安定したＨｉ−
Ｌｏ制御による温度調節は難しい。また電気抵抗ヒータ
方式によれば、電気を動力として用いるので、不必要な
排気ガスがでない、温度調整が容易等という利点があ
る。しかし鋳造装置に利用するには必ずしも充分ではな
い。

【０００３】更に誘導コイルにより誘導加熱する方式が
考えられる。しかし誘導コイルは雰囲気温度が高温であ
ると、高温酸化し易い問題がある。高温酸化した場合に
は誘導コイルの所要の性能を確保するのに不利となる。
更に、誘導コイルの表層が酸化した酸化層が使用期間が
長くなると次第に剥落してくる。この場合、剥落した酸
化層を介して誘導コイルにおける短絡の問題が生じる。
更に、剥落した酸化層を介して誘導コイルが鋳造装置の
マシンダイベースに接触して漏電するおそれも生じる。

【０００４】また従来より、冷却水で誘導コイルを冷却
する技術も開示されている（実開平６−３４８５８号公
報）。これによれば誘導コイルの高温化が抑えられる

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし誘導コイルの水
冷が不利な場合もある。例えば、図６は低圧鋳造装置に
誘導コイルを適用した例を示す。図６において、溶湯１
００を保持した炉等の保持容器１０２に給湯管としての
ストーク１０４が浸漬され、ストーク１０４の回りに誘
導コイル１０６がほぼ同軸的に配置されている。そし
て、加圧口１０２ａから空気を送給して保持容器１０２
の気圧を増加し、これによりストーク１０４内の溶湯を
押し上げ、その押し上げた溶湯を金型のキャビティに供
給することにしている。図６から理解できる様にかかる
低圧鋳造装置では、誘導コイル１０６の下に溶湯１００
が位置している。そのため誘導コイル１０６を冷却水で
水冷することは、水蒸気爆発を誘発する可能性があるた
め、好ましくない。

【０００６】この様な場合には、熱輻射や熱伝導等によ
り誘導コイル１０６は高温となり易い。従って使用に伴
い、誘導コイル１０６の高温酸化が発生し易い。本発明
は上記した実情に鑑みなされたものであり、各請求項の
共通課題は、誘導コイルの高温酸化を回避することによ
り、誘導コイルの耐久性の向上、長寿命化に有利な鋳造
装置、誘導コイルを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の誘導コイルを備
えた鋳造装置は、製品を形成するキャビティを備えた鋳
型と、溶湯状金属を保持する溶湯容器と、溶湯容器に保
持されている溶湯状金属を鋳型のキャビティに供給する
給湯通路を備えた給湯管と、給湯管を包囲する誘導コイ
ル配置室とを具備する鋳造装置において、誘導コイル配
置室に保持され給湯管の回りを巻回する誘導コイルと、
誘導コイルと給湯管との間に配置された断熱部材と、誘
導コイル配置室に冷却用気体を供給して誘導コイル配置
室の誘導コイルに冷却用気体を接触させる気体供給手段
と、を具備することを特徴とするものである。

【０００８】本発明の誘導コイルは、導電材料で形成さ
れたコイル本体と、コイル本体の外面に積層された金メ
ッキ層と、金メッキ層の外面に積層されたセラミックス
層とで構成されていることを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明の鋳造装置によれば、溶湯容器に保持さ
れている溶湯状金属は、給湯管を経て鋳型のキャビティ
に供給される。キャビティに供給された溶湯状金属は、
固化して製品となる。誘導コイルに交番電流が通電され
ると、給湯管の溶湯状金属に誘導電流が流れたり、ある
いは、給湯管が導電性を有する場合には給湯管に誘導電
流が流れたりする。かかる誘導電流に伴なうジュール熱
で、給湯管を経てキャビティに供給される溶湯状金属の
温度は、維持される。

【００１０】高温の溶湯状金属からの熱輻射や熱伝導
は、断熱部材により抑えられ、誘導コイルの過熱は抑え
られる。気体供給手段から誘導コイル配置室に送られた
冷却用気体は、誘導コイルに接触するので、この意味で
も誘導コイルの過熱は抑えられる。本発明の誘導コイル
によれば、コイル本体に金メッキ層が積層されているの
で、コイル本体と空気との直接接触は抑えられる。更に
金メッキ層は熱伝導性が優れているため、コイル本体に
おける局部的な熱ムラは回避される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。この例で
は誘導コイルの水冷を止めて空冷することにしている。
本実施例に係る全体構成は、図６に示す形態と基本的に
は同様な形態である。図１は本実施例に係る鋳造装置の
要部を模式的に示す。鋳型としての金型１は、鋳造装置
の鋼製のマシンダイベース２に固定されている。金型１
は、製品を形成するキャビティを備えている。金型１の
下方には、図６に示す従来技術の溶湯容器１０２と同様
な溶湯容器が配置されている。金型１の下部に位置する
マシンダイベース２には、誘導コイル配置室２０が盤体
２０ｘで区画されて形成されている。誘導コイル配置室
２０を通過する様に、給湯管としてのストーク２８が縦
向きに配置されている。ストーク２８は鋼製であり、溶
湯容器のアルミ系の溶湯を金型１のキャビティに供給す
る給湯通路２８ｔをもつ。場合によってはストーク２８
は、耐火材料のみ或いは耐火材料を主体として構成され
ていても良い。

【００１２】誘導コイル配置室２０には、誘導コイル３
がストーク２８とほぼ同軸的に配置されている。誘導コ
イル３とストーク２８との間には、断熱部材としての断
熱スリーブ５がほぼ同軸的に配置されている。従ってス
トーク２８から誘導コイル３への熱輻射等の熱伝達は、
抑えられる。断熱スリーブ５は、アルミナ等のセラミッ
クス繊維の集合体をバインダで結合して構成されてい
る。

【００１３】前記した誘導コイル３は、導電材料（例え
ば銅、銅系合金）で形成されたパイプをコイル状に巻回
したコイル本体３０を用いて構成されている。ここで、
コイル本体３０を構成するパイプのパイプ直径Ｄ１は６
〜１０ｍｍ程度、コイル本体３０のコイル直径Ｄ２は１
５０〜２００ｍｍ程度、上下に隣設するコイル部分の間
隔Ｌ１は３〜１０ｍｍ程度に設定されている。但し、こ
れらの値は鋳造装置等の種類に応じて適宜変更されるも
のであり、上記した値に限定されるものではない。本実
施例では、誘導コイル３を構成するパイプのパイプ孔３
ｆに冷却水を流す水冷形態を廃止し、パイプ孔３ｆに圧
縮空気を図略の圧送手段（例えば工場エア源、コンプレ
ッサ、ポンプ等）から送り、これにより誘導コイル３を
強制空冷することにしている。

【００１４】誘導コイル３に高周波電流が通電される
と、交番磁束が発生し、これによりストーク２８やスト
ーク２８内の溶湯に誘導電流が発生し、ストーク２８や
ストーク２８内の溶湯が誘導加熱される。なお誘導コイ
ル３と金型１との位置関係を所定に規定すれば、金型１
の誘導加熱も期待できる。マシンダイベース２には、誘
導コイル配置室２０と外気とを連通する貫通孔２１、２
２が形成されている。貫通孔２１は誘導コイル配置室２
０の上側に、貫通孔２２は誘導コイル配置室２０の下側
に位置している。貫通孔２１、２２を利用して上下方向
での熱対流性を確保し、誘導コイル配置室２０の熱気を
外方に放出するためである。貫通孔２１、２２は、外気
を誘導コイル配置室２０に供給する気体供給手段として
機能する。上側の貫通孔２１は、熱対流の関係で排気孔
として機能し易いので、複数個形成されている。貫通孔
２２も複数個形成しても良い。

【００１５】図２及び図３に示す様に、誘導コイル３を
構成するコイル本体３０の全域には金メッキ層３３が積
層されている。金メッキ層３３は電気メッキ処理で被覆
されている。金メッキ層３３の厚みは適宜選択できる
が、例えば０．５μｍ以上程度にできる。電気メッキ処
理のため、コイル本体３０のパイプ孔３ｆの内面にも金
メッキ層３３は被覆されている。但し、価格などを考慮
し、マスキング等によりパイプ孔３ｆの内面に金メッキ
層３３を被覆しない形態でも良い。

【００１６】通常の金メッキ処理によれば、前処理とし
て、ニッケルメッキ等の中間メッキ層を積層し、その後
に金メッキ処理して金メッキ層３３を積層し、金メッキ
層３３の強度アップを図るが、本実施例ではニッケル等
の中間メッキ層の高温酸化を避けるため、中間メッキ層
を積層することなく、金メッキ層３３をコイル本体３０
に直接積層した。

【００１７】金メッキ層３３の強度アップを図るため
に、金メッキ処理前にコイル本体３０の表出面に粗面化
処理としてのサンドブラスト処理を行い、金メッキ層３
３の密着性を向上させた。サンドブラスト処理に代え
て、ショットやグリッドによるブラスト処理を行っても
良い。金メッキ層３３よりコイル本体３０の高温酸化を
防止することができるが、金メッキ層３３はキズ付きや
すいという不具合がある。更にコイル本体３０を構成す
るパイプ同士の短絡、漏電を回避するため、金メッキ層
３３の外周面上に、熱伝導率が低く電気抵抗の大きいセ
ラミック層３５を積層している。

【００１８】この場合には次の様にして行った。即ち、
ケイ素系のバインダ（チラノポリマ−：宇部興産株式会
社製）を主要成分とする耐熱塗料（チラノコート：宇部
興産株式会社製）を用い、熱伝導率が低いセラミックス
粉末粒子とこの耐熱塗料とを混合した混合物を金メッキ
層３３に刷毛塗り方式で塗布し、これを乾燥処理、焼成
処理（３００°Ｃ程度において３０分間）することによ
りセラミックス層３５とした。なおコイル本体３０のパ
イプ孔３ｆの内面には、混合物は塗られていない。

【００１９】一般的に熱伝導率が低い材料は物性上電気
抵抗が大きいものであり、金属酸化物がこれに該当す
る。そのため上記セラミックス粉末粒子として、ＺｒＯ
₂ 、ＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＯ、ＣａＯ
の単品または、それらの複合酸化物を採用するのが良
い。なおチラノポリマーは、ポリカルボシラン骨格の主
鎖がチタン有機化合物によって架橋結合された網目状の
有機ケイ素ポリマーであるところで上記耐熱塗料（チラ
ノコート）を誘導コイル３に直接塗布して被膜を積層し
た場合には、その被膜は約３００℃から軟化し始めるた
め、単独で使用すると被膜が破れるおそれがある。また
チラノコート被膜は一般的に０．１〜０．３ｍｍと薄く
しか出来ないので、依然キズが付きやすく、また断熱性
もさほど大きくならない。しかし上記耐熱塗料（チラノ
コート）は、誘導コイル３への良好な密着性と粘着性を
有しているので、バインダーとして使用することを本発
明者は考えた。そこでキズ付き防止と断熱性の確保のた
め、本実施例ではｗｔ％でチラノコート１０〜３０％に
対して、上述のセラミック粉末粒子を７０〜９０％配合
し、セラミックス層３５となる混合物を形成した。

【００２０】本実施例では混合物の積層は、１回の刷毛
塗りで行った。１回の刷毛塗りで一般的に０．３〜０．
８ｍｍの被膜が確保でき、重ね塗りによって１．５〜
２．０ｍｍと厚肉化でき、断熱性、耐久性のあるセラミ
ックス層３５を形成することができた。この厚みは、上
記値に限定されるものではない。なお必要に応じて、チ
ラノコートとセラミック粉末粒子との混合比、セラミッ
ク粉末粒子の粒度を選択することができる。セラミック
ス層３５となる混合物の積層手段は、刷毛塗りに限定さ
れず、スプレー方式、浸漬方式など適宜変更できるもの
である。

【００２１】誘導コイル３の取付構造を図４に示す。図
４に示す様に、パイプ孔をもつパイプを巻回した誘導コ
イル３の取付部３ｉを、電気絶縁材料（例えば窒化珪素
やアルミナ等の焼結体）からなるコイル支持具７０の保
持孔７０ａに嵌めると共に、そのコイル保持具７０を金
属製の取付盤７２の取付孔７２ｈに嵌め、その状態で鋼
製の圧着端子７４を取付盤７２に宛てがい、更に鋼製の
ボルト７６を螺着することにより、コイル保持具７０を
金属製の取付盤７２に取付け、これにより誘導コイル３
を取付盤７２に保持している。従って取付盤７２は、誘
導コイル保持手段として機能する。

【００２２】この状態では給電手段として機能する給電
線３９は、誘導コイル３に電気接続されており、給電装
置から誘導コイル３に給電可能とされている。なお本実
施例では、誘導コイル３と給電線３９との接続領域等に
おいても、上記混合物を塗布することにより、回路全体
の安全性を向上させている。ところで、従来より誘導コ
イル配置室２０の空間２０ｒの雰囲気温度は約５００°
Ｃ程度であり、前述の様に誘導コイル３は溶湯の熱輻
射、熱伝導等により高温となる。ストーク２８内の高温
の溶湯、高温のストーク２８自体からの熱輻射、熱伝導
等の影響を受けるためである。更に本実施例では誘導コ
イル３を水冷する水冷形態を廃止し、誘導コイル３を空
冷する空冷形態に切り替えているため、誘導コイル配置
室２０の空間２０ｒは一層高温化し易い。そのため本実
施例では誘導コイル３における熱負荷は厳しい条件とな
る。

【００２３】そこで本実施例では図１から理解できる様
に、前述の様にストーク２８と誘導コイル３の間に断熱
スリーブ５を配置しており、ストーク２８やストーク２
８の溶湯からの熱伝導や熱輻射の遮断性を高めている。
これにより、断熱スリーブ５の外側の空間２０ｒの雰囲
気温度は約３５０°Ｃまで低下した。さらに本実施例で
は、マシンダイベース２の上下に貫通穴２１、２２を設
けている。従って、熱を帯びた空気は熱対流現象により
上側の貫通孔２１から排気され易い。排気されると、温
度が低い新鮮な外気が下側の貫通孔２２から誘導コイル
配置室２０に進入するので、誘導コイル配置室２０の高
温化が抑えられると共に、温度が低い外気が誘導コイル
３に接触するので、誘導コイル３の高温化を抑えること
ができる。

【００２４】この様に本実施例では、貫通孔２１、２２
を利用した熱対流現象を積極的に行うことにより、断熱
スリーブ５の外側の空間２０ｒの雰囲気温度は、約３０
０°Ｃまで低下することができた。従って誘導コイル３
の高温酸化を抑え、長寿命化を図るのに有利である。更
に本実施例では、透磁率が低い断熱スリーブ５は誘導コ
イル３と略同軸的に配置されているので、断熱スリーブ
５と誘導コイル３とは略平行となる。従って、誘導コイ
ル３で発生した磁束を断熱スリーブ５が遮ることを抑制
でき、ストーク２８等の誘導加熱に有利である。

【００２５】加えて本実施例では次の効果も期待でき
る。過酷な条件にある低圧鋳造や重力鋳造に誘導加熱が
適用できるようになったことにより、鋳造装置及び金型
１の保温や加熱を必要とする部分で、安定した金型の温
度条件と金型の温度設定が調節できるようになった。こ
のことにより、品質の向上（不良率の低下、従来発生し
ていた特定不良がなくなった）が図られる。

【００２６】また誘導コイル３による誘導加熱により金
型１の加熱も達成できるので、鋳造工程開始前の金型予
熱工程において、誘導コイル３による誘導加熱と予熱バ
ーナとを併用することによって、金型１の予熱時間が約
６０％短縮された。さらに、金型１に被覆する塗型の塗
布作業時の予熱にも利用することにより、金型１の表面
の酸化も抑制でき、金型１のキャビティ型面に塗布した
塗型の寿命を約２倍に延長することができた。これらに
より稼働率の向上を図ることができた。

【００２７】（他の実施例）本実施例では誘導コイル３
の短絡、漏電対策として、銅パイプ製からなるコイル本
体３０に耐熱塗料（チラノコート）とセラミック粉末と
の混合物を塗布してセラミックス層３５を形成している
が、これに限定されるものではなく、コイル本体３０に
耐熱セメント層を積層する形態でも良い。場合によって
は耐熱樹脂層を積層する形態も考えられる。この場合で
も、金メッキ層３３は有効である。

【００２８】更に図５に示す他の実施例の様に、マシン
ダイベース２の誘導コイル配置室２０に冷却用気体を送
給する給気装置８１を装備すると共に、誘導コイル配置
室２０を排気する排気装置８２を装備しても良い。給気
装置８１や排気装置８２により誘導コイル配置室２０の
熱気の放出性を向上でき、誘導コイル３の高温酸化防止
に一層貢献できる。冷却用気体としては、空気、場合に
よっては窒素やアルゴンガス等の不活性ガスを採用でき
る。不活性ガスを用いれば、誘導コイル３の高温酸化防
止に一層貢献できる。給気装置８１及び排気装置８２
は、冷却用気体を誘導コイル配置室２０に供給する気体
供給手段としても機能する。給気装置８１及び排気装置
８２の少なくとも一方を装備すれば良い。

【００２９】さらに、誘導コイル３による加熱条件のほ
かに、貫通路２１、２２を介しての冷却用気体による冷
却条件を適宜組合わせれば、きめ細かい金型温度制御を
実施することが可能となる。上記した誘導コイル３は、
低圧鋳造に用いられる鋳造装置に限らず、重力鋳造装
置、高圧鋳造装置等にも適用できる。更に高周波焼入装
置の様な誘導加熱による熱処理装置、誘導加熱による溶
接装置や熱間鍛造装置などにも適用できるなど、誘導加
熱装置の誘導コイル一般に適用できるものである。

【００３０】その他、本発明は上記しかつ図面に示した
実施例のみに限定されるものではなく、例えば溶湯はア
ルミ系に限らず、鋳鉄、鋳鋼、マグネシウム系等にも適
用でき、鋳型は砂型でも良く、またコイル本体の材質は
銅系に限らず、鋼系などの様に他の導電材料でも良く、
更にコイル本体はパイプ状に限らず、パイプ孔をもたな
い中実状の形態でも良く、更にまた金メッキ層の密着性
向上のためにコイル本体に施す粗面化処理はエッチング
処理でも良い等、要旨を逸脱しない範囲内で必要に応じ
て適宜選択できるものである。

【００３１】（付記）上記した実施例から次の技術的思
想も把握できる。 誘導コイルのコイル本体はパイプ孔をもち、パイプ孔
の内周面にも金メッキ層が積層されている請求項２に記
載の誘導コイル。これによればパイプ孔の内周面におけ
る高温酸化の防止性も向上する。よってパイプ孔の内周
面の損耗が軽減、回避される。そのため、パイプ孔に圧
縮空気等の気体を流して誘導コイルを冷却する場合にお
いて、気体の流過抵抗の低減に有利である。更に金メッ
キ層を構成する金は熱良導体であるため、パイプ孔を流
れる気体による誘導コイルの内面からの冷却性の確保に
も貢献できる。 パイプ孔の内周面に積層された金メッキ層にはセラミ
ックス層が積層されてない上記に記載の誘導コイル。

【００３２】これによれば、パイプ孔を流れる気体の流
過抵抗の低減、パイプ孔の流路断面積の確保に有利であ
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明の鋳造装置によれば、溶湯状金属
からの熱輻射や熱伝導による誘導コイルの過熱は、断熱
部材により抑えられる。更に気体供給手段からの冷却用
気体が誘導コイル配置室に送られ、誘導コイルに接触す
るので、誘導コイルの過熱は抑えられる。そのため誘導
コイルの高温酸化を軽減、回避でき、誘導コイルの耐久
性の向上、長寿命化に有利である。

【００３４】本発明の誘導コイルによれば、コイル本体
に積層されている金メッキ層は、コイル本体と高温空気
との直接接触を抑えることができ、誘導コイルの高温酸
化を軽減、回避できる。更に金メッキ層を構成する金は
熱良導体であり、熱伝導性が優れているので、コイル本
体の局部的な熱ムラを回避するのに有利であり、コイル
本体の局部的過熱を抑えるのに有利である。従ってコイ
ル本体における高温酸化を抑えるのに一層有利である。

【００３５】更に金メッキ層を構成する金は電気良導体
でもあるので、誘導コイルの導電性の確保、誘導コイル
による誘導加熱性の確保に有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳造装置の要部を模式的に示す拡大断面図であ
る。

【図２】誘導コイルの平面形態を示す図である。

【図３】誘導コイルの主要部の断面図である。

【図４】誘導コイルの取付構造を示す構成図である。

【図５】他の例に係る鋳造装置の要部を模式的に示す拡
大断面図である。

【図６】従来技術に係る鋳造装置を模式的に示す拡大断
面図である。

【符号の説明】

図中、１は金型（鋳型）、１０２は溶湯容器、２０は誘
導コイル配置室、２１、２２は貫通孔（気体供給手
段）、２８はストーク（給湯管）、３は誘導コイル、３
０はコイル本体、３３は金メッキ層、３５はセラミック
ス層、５は断熱スリーブ（断熱部材）を示す。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｂ 6/42 (72)発明者 向山 東洋治 静岡県浜松市本郷町254番地 アイシー電 気株式会社内 (72)発明者 安田 辻彦 愛知県名古屋市中村区沖田町230番地 中 部助川興業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】製品を形成するキャビティを備えた鋳型
   と、溶湯状金属を保持する溶湯容器と、該溶湯容器に保
   持されている溶湯状金属を該鋳型のキャビティに供給す
   る給湯通路を備えた給湯管と、該給湯管を包囲する誘導
   コイル配置室とを具備する鋳造装置において、 該誘導コイル配置室に保持され該給湯管の回りを巻回す
   る誘導コイルと、 該誘導コイルと該給湯管との間に配置された断熱部材
   と、 該誘導コイル配置室に冷却用気体を供給して該誘導コイ
   ル配置室の誘導コイルに冷却用気体を接触させる気体供
   給手段と、 を具備することを特徴とする誘導コイルを備えた鋳造装
   置。
2. 【請求項２】導電材料で形成されたコイル本体と、 該コイル本体の外面に積層された金メッキ層と、 該金メッキ層の外面に積層されたセラミックス層とで構
   成されている誘導コイル。