ビレット加熱方法および加熱装置 - 特開２００５－１５８５５

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	【発明の名称】	ビレット加熱方法および加熱装置
	【発明者】	【氏名】柴田良平【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内【氏名】上野紀幸【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内【氏名】浅井伯紀【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内【氏名】藤田剛志【住所又は居所】愛知県名古屋市中区錦１－１９－２４日本軽金属株式会社名古屋支社内【氏名】太田昭男【住所又は居所】東京都江東区新砂１丁目６番３５号日本アジャックス・マグネサーミック株式会社内
	【課題】加熱中のビレットの温度を適切に制御してビレット形状の崩壊を防ぐ。また、ビレット内部の金属組織の均一性を保持する。【解決手段】円筒状加熱体３の内部でビレット２を誘導加熱する際に、最も温度が高くなるビレット２の表面から、円筒状支持棒４を介して冷却媒体５により熱を奪うことで、ビレット２の表面温度をビレット材料の固相線温度以下に調節する。また、駆動手段９によって円筒状支持棒４を回転駆動することで、加熱中のビレット２を回転させる。加熱中のビレット２を回転させることによって、ビレット２の全体を均等に円筒状支持棒４に接触させて、ビレット２の全体を均等に冷却すると共に、ビレット２内部の液層が重力の影響によって偏りを生じることを防ぎ、ビレット２の金属組織の均一性を確保する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状のビレットを、加熱コイルを内蔵し横置きに設置された円筒状加熱体の内部に装填して誘導加熱する方法であって、前記円筒状加熱体の内部に並行に配置された複数の支持棒で前記ビレットを横置きに支持し、かつ、当該支持棒のうち少なくとも一本にはその内部に冷却媒体を流通させ、前記支持棒を介してビレット表面の熱を除去することを特徴とするビレット加熱方法。
【請求項２】
円柱状のビレットを、加熱コイルを内蔵し横置きに設置された円筒状加熱体の内部に装填して誘導加熱する方法であって、前記円筒状加熱体の内部に並行に配置された複数の円筒状支持棒で前記ビレットを横置きに支持し、かつ、各支持棒を回転駆動し、前記ビレットを回転させることを特徴とするビレット加熱方法。
【請求項３】
円柱状のビレットを、加熱コイルを内蔵し横置きに設置された円筒状加熱体の内部に装填して誘導加熱する方法であって、前記円筒状加熱体の内部に並行に配置された複数の円筒状支持棒で前記ビレットを横置きに支持し、当該支持棒のうち少なくとも一本にはその内部に冷却媒体を流通させ、かつ、各支持棒を回転駆動して、前記ビレットを回転させつつ前記支持棒を介してビレット表面の熱を除去することを特徴とするビレット加熱方法。
【請求項４】
円柱状のビレットを誘導加熱する装置であって、加熱コイルを内蔵し横置きに設置された円筒状加熱体と、前記円筒状加熱体の内部に挿通された互いに平行な複数の支持棒と、当該支持棒のうち少なくとも一本に形成された冷却媒体通路と、当該冷却媒体通路および熱交換器の間で冷却媒体を循環させる循環手段とを備えることを特徴とするビレット加熱装置。
【請求項５】
円柱状のビレットを誘導加熱する装置であって、加熱コイルを内蔵し横置きに設置された円筒状加熱体と、当該円筒状加熱体の内部に挿通された互いに平行な複数の円筒状支持棒と、当該支持棒を回転駆動する駆動手段とを備えることを特徴とするビレット加熱装置。
【請求項６】
円柱状のビレットを誘導加熱する装置であって、加熱コイルを内蔵し横置きに設置された円筒状加熱体と、当該円筒状加熱体の内部に挿通された互いに並行な複数の円筒状支持棒と、当該支持棒のうち少なくとも一本に形成された冷却媒体通路と、当該冷却媒体通路および熱交換器の間で冷却媒体を循環させる循環手段と、当該支持棒を回転駆動する駆動手段とを備えることを特徴とするビレット加熱装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱によってビレットを加熱するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、鋳造時に電磁攪拌等を行い、結晶を略球状化させた成形用のビレットを半溶融状態まで加熱し、そのビレットを加圧成形する、半溶融体の溶融加工方法が用いられている。また、この半誘導体の溶融加工方法において、ビレットの加熱に加熱コイルを用いた誘導加熱方法を採用した例が多数存在する。そして、加熱コイルを用いた誘導加熱方法では、加熱コイルの内部にビレットを装填して、加熱コイルに電流を流すことにより発生する磁界にビレットを曝すことにより、ビレットにジュール熱を発生させ、必要な半溶融状態へとビレットを加熱する。
また、ビレットを誘導加熱するための加熱装置は、加熱コイルおよびその内部に装填するビレットを横置きにしたもの（例えば、特許文献１参照。）、および、縦置きにしたもの（例えば、特許文献２参照。）が夫々存在している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７－２５６３３４号公報（〔０００５〕、図１）
【特許文献２】
特開平９－１１１３５１号公報（〔０００５〕、〔０００６〕）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図３、図４には、従来のビレット加熱装置の一例であって、加熱コイル１およびその内部に装填するビレット２を横置きにした加熱装置により、ビレット２を加熱した状態を模式的に示している。かかるビレット２の加熱状態においては、ビレット表面の磁束密度がビレット中心部の磁束密度よりも高いために、ビレットは表面の温度が最も高くなる。したがって、図３に示すように、ビレット１の表面が溶け出し、ビレット２の円形の断面形状が崩れてしまうといった問題が生ずることがある。そこで、上記特許文献２においては、冷却ガスを用いビレット２の冷却を行っている。しかしながら、冷却ガスを用いた冷却方法は、冷却効率が低く十分な冷却能力を確保することが困難であることから、ビレット２の若干の溶け出しを許容せざるを得ないものであった。
また、図４に示すように、加熱コイル１およびその内部に装填するビレット２を横置きにした加熱装置において、ビレット２が加熱されて半溶融体になると、ビレット２内部の液層が重力の影響を受けて図中矢印で示すように下方へと移動し、ビレット２の金属組織の均一性を損なう原因となっている。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加熱コイルおよびその内部に装填するビレットを横置きにしてビレットの加熱を行う際に、ビレットの温度を適切に制御してビレット形状の崩壊を防ぎ、さらに、ビレット内部の金属組織の均一性を保持することを可能とし、半溶融体の溶融加工方法によって得られる成形品の品質を向上させることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係るビレット加熱方法は、円柱状のビレットを、加熱コイルを内蔵し横置きに設置された円筒状加熱体の内部に装填して誘導加熱する方法であって、前記円筒状加熱体の内部に並行に配置された複数の支持棒で前記ビレットを横置きに支持し、かつ、当該支持棒のうち少なくとも一本にはその内部に冷却媒体を流通させ、前記支持棒を介してビレット表面の熱を除去することを特徴とするものである。
本発明によれば、前記円筒状加熱体の内部でビレットを誘導加熱する際に、最も温度が高くなるビレット表面から、前記支持棒を介して冷却媒体により熱を奪うことで、ビレット表面の温度をビレット材料の固相線温度以下に調節することができる。
【０００７】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項２に係るビレット加熱方法は、円柱状のビレットを、加熱コイルを内蔵し横置きに設置された円筒状加熱体の内部に装填して誘導加熱する方法であって、前記円筒状加熱体の内部に並行に配置された複数の円筒状支持棒で前記ビレットを横置きに支持し、かつ、各支持棒を回転駆動し、前記ビレットを回転させることを特徴とするものである。
本発明によれば、前記円筒状加熱体の内部でビレットを誘導加熱する際に、加熱中のビレットを回転させることによって、ビレット内部の液層が重力の影響によって偏りを生じることを防ぎ、ビレットの金属組織の均一性を確保することができる。
【０００８】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項３に係るビレット加熱方法は、円柱状のビレットを、加熱コイルを内蔵し横置きに設置された円筒状加熱体の内部に装填して誘導加熱する方法であって、前記円筒状加熱体の内部に並行に配置された複数の円筒状支持棒で前記ビレットを横置きに支持し、当該支持棒のうち少なくとも一本にはその内部に冷却媒体を流通させ、かつ、各支持棒を回転駆動して、前記ビレットを回転させつつ前記支持棒を介してビレット表面の熱を除去することを特徴とするものである。
本発明によれば、前記円筒状加熱体の内部でビレットを誘導加熱する際に、最も温度が高くなるビレット表面から、前記支持棒を介して冷却媒体により熱を奪うことで、ビレット表面の温度をビレット材料の固相線温度以下に調節することができる。しかも、加熱中のビレットを回転させることによって、ビレットの全体を均等に冷却すると共に、ビレット内部の液層が重力の影響によって偏りを生じることを防ぎ、ビレットの金属組織の均一性を確保することができる。
【０００９】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項４に係るビレット加熱装置は、円柱状のビレットを誘導加熱する装置であって、加熱コイルを内蔵し横置きされた円筒状加熱体と、前記円筒状加熱体の内部に挿通された互いに平行な複数の支持棒と、当該支持棒のうち少なくとも一本に形成された冷却媒体通路と、当該冷却媒体通路および熱交換器の間で冷却媒体を循環させる循環手段とを備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、前記円筒状加熱体の内部でビレットを誘導加熱する際に、最も温度が高くなるビレット表面から、前記支持棒を介して冷却媒体により熱を奪うことで、ビレット表面の温度をビレット材料の固相線温度以下に調節することができる。
【００１０】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項５に係るビレット加熱装置は、円柱状のビレットを誘導加熱する装置であって、加熱コイルを内蔵し横置きされた円筒状加熱体と、当該円筒状加熱体の内部に挿通された互いに平行な複数の円筒状支持棒と、当該支持棒を回転駆動する駆動手段とを備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、前記円筒状加熱体の内部でビレットを誘導加熱する際に、前記駆動手段によって前記円筒状支持棒を回転駆動することで、加熱中のビレットを回転させる。そして、ビレット内部の液層が重力の影響によって偏りを生じることを防ぎ、ビレットの金属組織の均一性を確保することができる。
【００１１】
また、上記課題を解決するための、本発明の請求項６に係るビレット加熱装置は、円柱状のビレットを誘導加熱する装置であって、加熱コイルを内蔵し横置きされた円筒状加熱体と、当該円筒状加熱体の内部に挿通された互いに並行な複数の円筒状支持棒と、当該支持棒のうち少なくとも一本に形成された冷却媒体通路と、当該冷却媒体通路および熱交換器の間で冷却媒体を循環させる循環手段と、当該支持棒を回転駆動する駆動手段とを備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、前記円筒状加熱体の内部でビレットを誘導加熱する際に、最も温度が高くなるビレット表面から、前記支持棒を介して冷却媒体により熱を奪うことで、ビレット表面の温度をビレット材料の固相線温度以下に調節することができる。また、前記駆動手段によって前記円筒状支持棒を回転駆動することで、加熱中のビレットを回転させる。このように、加熱中のビレットを回転させることによって、ビレットの全体を均等に前記円筒状支持棒に接触させて、ビレットの全体を均等に冷却すると共に、ビレット内部の液層が重力の影響によって偏りを生じることを防ぎ、ビレットの金属組織の均一性を確保することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
【００１３】
図１には、本発明の実施の形態に係るビレット加熱装置を模式的に断面で示している。また、図２には、図１に示すビレット加熱装置の側面図を模式的に示している。本発明の実施の形態に係るビレット加熱装置は、加熱コイル１を内蔵し横置きに設置された円筒状加熱体３の内部に、互いに並行な複数の円筒状支持棒４を挿通している。図１には、加熱コイル１を円筒状加熱体３の一部にのみ図示しているが、実際には、過熱コイル１は円筒状加熱体３の全長に渡って設けられている。
【００１４】
円筒状支持棒４は、図２に示すように、ビレット２を円筒状加熱体３の中心部に、安定支持することが可能な位置に配置されている。また、円筒状支持棒４は、ベアリング等によって支持されて、回転自在となっている。図示の例では、円筒状支持棒４は２本用いられているが、さらに多数の円筒状支持棒を用いることも可能である。また、円筒状支持棒４の内部は冷却媒体通路となっている。図示の例では円筒状支持棒４の何れも冷却媒体通路を備えているが、必要に応じて複数の円筒状支持棒の一部にのみ、冷却媒体通路を設けることとしても良い。
【００１５】
また、本発明の実施の形態に係るビレット加熱装置は、図中矢印５で示す冷却媒体を、円筒状支持棒４と熱交換器６との間で循環させるためのポンプ７および循環路８等からなる循環手段を備えている。さらに、当該ビレット加熱装置は、円筒状支持棒４を矢印Ａで示すように回転駆動するための、駆動手段９を備えている。駆動手段９は、回転可能に支持された円筒状支持棒４に対し、歯車等を介して電動モータ等の回転駆動力を伝達するものである。さらに、本発明の実施の形態に係るビレット加熱装置は、必要に応じ、円筒状加熱体３の内部に冷却用のエアＢを送風することとしても良い。
【００１６】
上記構成をなす本発明の実施の形態により得られる作用効果は、以下の通りである。まず、円筒状加熱体３の内部でビレット２を誘導加熱する際に、最も温度が高くなるビレット２の表面に円筒状支持棒４を接触させ、円筒状支持棒４を介して冷却媒体５により効果的に熱を奪うことで、ビレット２の表面温度をビレット材料の固相線温度以下に調節することができる。しかも、駆動手段９によって円筒状支持棒４を回転駆動することで、加熱中のビレット２を回転させることができる。このように、加熱中のビレット２を回転させることによって、ビレット２の全体を均等に円筒状支持棒４に接触させて、ビレット２の全体を均等に冷却すると共に、ビレット２内部の液層が重力の影響によって偏りを生じることを防ぎ、ビレット２の金属組織の均一性を確保することができる。したがって、ビレット２の回転速度は、上記効果を得るために必要な速度に調節されるものである。
【００１７】
なお、円筒状加熱体３の内部に送風する冷却用のエアＢのみによって、ビレット２に必要な冷却性を確保することができる場合には、円筒状支持棒４に冷却媒体５を流すための循環手段を省略することも可能である。
また、重力の影響によるビレット２内部の液層の偏りが大きな問題とならないような場合には、円筒状支持棒４を回転駆動する駆動手段９を省略することも可能である。この場合には、円筒状支持棒４の断面形状は必ずしも円形である必要はなく、ビレット２を安定支持することが可能な断面形状であれば良い。
【００１８】
【発明の効果】
本発明はこのように構成したので、加熱コイルおよびその内部に装填するビレットを横置きにしてビレットの加熱を行う際に、ビレットの温度を適切に制御してビレット形状の崩壊を防ぐことが可能となる。さらに、ビレット内部の金属組織の均一性を保持することが可能となる。よって、半溶融体の溶融加工方法によって得られる成形品の品質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るビレット加熱装置を断面で示す模式図である。
【図２】図１に示すビレット加熱装置の側面を示す模式図である。
【図３】従来のビレット加熱装置の一例であって、加熱コイルおよびその内部に装填するビレットを横置きにした加熱装置の問題点を示す模式図である。
【図４】従来のビレット加熱装置の一例であって、加熱コイルおよびその内部に装填するビレットを横置きにした加熱装置の、別の問題点を示す模式図である。
【符号の説明】
１加熱コイル
２ビレット
３円筒状加熱体
４円筒状支持棒
５冷却媒体
６熱交換器
９駆動手段

【出願人】	【識別番号】０００００３２０７【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地【識別番号】０００００４７４３【氏名又は名称】日本軽金属株式会社【住所又は居所】東京都品川区東品川二丁目２番２０号【識別番号】０００２２７８２５【氏名又は名称】日本アジャックス・マグネサーミック株式会社【住所又は居所】東京都江東区新砂１丁目６番３５号
【出願日】	平成１５年６月２６日（２００３．６．２６）
【代理人】	【識別番号】１０００６８６１８【弁理士】【氏名又は名称】萼経夫【識別番号】１０００９３１９３【弁理士】【氏名又は名称】中村壽夫【識別番号】１００１０４１４５【弁理士】【氏名又は名称】宮崎嘉夫【識別番号】１００１０９６９０【弁理士】【氏名又は名称】小野塚薫
【公開番号】	特開２００５－１５８５５（Ｐ２００５－１５８５５Ａ）
【公開日】	平成１７年１月２０日（２００５．１．２０）
【出願番号】	特願２００３－１８２７５６（Ｐ２００３－１８２７５６）