JP5473271B2

JP5473271B2 - 通電加熱装置

Info

Publication number: JP5473271B2
Application number: JP2008198238A
Authority: JP
Inventors: 民雄岡田; 忠男佐々木; 俊文仁張; 真二折口
Original assignee: Nippon Crucible Co Ltd
Current assignee: Nippon Crucible Co Ltd
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2028-07-31
Also published as: JP2010038376A

Description

本発明は、通電加熱装置に関し、より詳しくは、アルミニウムなどの金属やセラミック等の材料を溶解し、保持することができる通電加熱装置に関する。

鋳造する金属材料を溶解・保持する装置として、バーナーを用いる燃焼加熱装置が知られている。ところが、燃焼加熱装置は、排ガスや騒音などにより作業環境の悪化を招くおそれがあり、また、溶湯を直接加熱すると、ガスの巻き込みや酸化などにより金属材料が汚染されるおそれがある。更に、局所的な加熱になり易いため、材料温度の均一化が難しいという問題がある。従来の加熱方式としては、上述した燃焼式以外に、電気ヒータを用いた間接加熱式や、誘導加熱式なども知られているが、前者は熱効率に問題があり、後者は撹拌現象によるガス巻き込みなどの問題がある。

このため、金属材料を保持する容器に通電することにより、容器内の材料を加熱する通電加熱装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示された通電加熱装置は、図５に示すように、上部電極１０１と下部電極１０２との間に黒鉛るつぼ１０３が挟持されて構成されている。この通電加熱装置によれば、上部電極１０１と下部電極１０２との間に電圧を印加することにより黒鉛るつぼ１０３に電流が流れ、黒鉛るつぼ１０３の全体が加熱されるので、収容した材料を均一に加熱することができる。
特開平７−１６７８４７号公報

しかしながら、上述したような通電加熱装置においては、電極と黒鉛ルツボとの間に接触抵抗が存在し、この接触抵抗により電極と黒鉛ルツボとの間で局部発熱が発生するという問題があった。このような問題が発生することにより、電極と黒鉛ルツボとの接触部における損耗が生じ、通電加熱装置の寿命が短縮されることとなる。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、耐久性を高めて長寿命化を図ることができる通電加熱装置を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、導電性を有する容器、前記容器の上部に接続される上部電極、及び、前記容器の下部に接続される下部電極を備え、前記上部電極及び前記下部電極間に電圧を印加して前記容器に通電することにより、前記容器に収容された材料を加熱する通電加熱装置であって、前記容器と下部電極との間に、通電により発熱した容器の熱によって溶解可能な導電性の金属部材が配置されている通電加熱装置により達成される。

また、この通電加熱装置において、前記容器と上部電極との間に、前記金属部材が更に配置されていることが好ましい。

また、前記下部電極は、前記容器の底面を支持する容器状に形成されており、容器状の前記下部電極に前記金属部材が収容されていることが好ましい。

また、前記容器は、上方に向けて開口する凹部を上部開口端に備えており、前記上部電極は、前記凹部に挿入可能な凸部を備えており、前記凹部に前記金属部材が収容されていることが好ましい。

また、前記金属部材の形態は、複数の金属粒の集合であることが好ましい。

また、前記金属部材は、錫、亜鉛及び鉛のうち、少なくとも１つを含む金属材料から形成されていることが好ましい。

本発明によれば、耐久性を高めて長寿命化を図ることができる通電加熱装置を提供することができる。

以下、本発明に係る通電加熱装置について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る通電加熱装置１の概略断面図であり、図２は、図１に示す通電加熱装置１の平面図である。また、図３は、図１に示す通電加熱装置１の要部拡大図である。図１及び図２に示すように、通電加熱装置１は、筐体状のケーシング２と、当該ケーシング２の内部に配置される容器３と、容器３の上部に接続される上部電極４と、容器３の下部に接続される下部電極５とを備えている。

ケーシング２は、外殻鉄皮２１と、その内側に設けられるセラミックプレートなどの断熱材層２２と、この断熱材層２２の内側に設けられる耐火煉瓦などの耐火材層２３とを備えている。

容器３は、アルミニウム等の非鉄金属を収容する容体である。この容器３は、上部に開口を有し、通電すると発熱する導電性材料により形成されており、るつぼ状に形成されている。容器３を形成する導電性材料としては、例えば、カーボンや、黒鉛、炭化珪素等を含む耐火物などを使用でき、電気比抵抗値が、例えば、５×１０^−３Ω・ｃｍから１００×１０^−３Ω・ｃｍとなるように設定している。また、容器３の厚みは、容器３の大きさによって変わってくるが、２０ｍｍ〜７０ｍｍ程度となるように容器３を形成している。

この容器３は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、黒鉛などの低電気抵抗素材とアルミナなどの高電気抵抗（絶縁）素材とを、所望の電気比抵抗になるように割合を調整した後、液状のピッチタールやレジン等で混練し、坏土を作る。次に、坏土を金型内に充填し、プレス成型を行った後、これを焼成して必要な強度を付与する。そして、必要に応じて旋盤などで加工し、所定の形状とすることで、容器３が得られる。

上部電極４は、容器３の上部開口端３１の全周に接触するリング状の電極であり、ケーシング２の側面から外方に突出する導電板６ａに接続している。この上部電極４は、鉄、銅、ステンレス等の金属材料や、黒鉛−ＳｉＣ質等の導電性セラミックス材等により形成されている。

下部電極５は、容器３とケーシング２の底面２ａとの間に配置されており、ケーシング２の側面から外方に突出する導電板６ｂに接続している。この下部電極５も上部電極４と同様に、鉄、銅、ステンレス等の金属材料や、黒鉛−ＳｉＣ質等の導電性セラミックス材鉄により形成されている。下部電極５は、図３に示すように、容器３の底面３ａを支持する容器状に形成されている。容器状の下部電極５には、例えば、錫、亜鉛、鉛等の低融点の金属材料、あるいは、錫、亜鉛、鉛等を含む低融点の合金から形成される導電性の金属部材７が収容されている。この金属部材７は、後述のように、上部電極４及び下部電極５の間に電圧を印加し、容器３を通電加熱した場合の容器３の熱によって溶解する部材である。本実施形態においては、金属部材７は、最大径が０．０６ｍｍ〜０．６ｍｍ程度の金属粒の集合体として構成されている。なお、金属部材７の融点は、２００℃〜５００℃の範囲であることが好ましい。

以上の構成を備えた通電加熱装置１によれば、容器３にアルミニウムなどの材料を収容し、導電板６ａ及び６ｂをサイリスタ整流器などの電源（図示せず）に接続する。そして、上部電極４と下部電極５との間に電圧を印加することにより、容器３に通電する。これにより、収容された材料が加熱されて溶融し、この状態が保持される。

本実施形態においては、容器３と下部電極５との間に低融点の亜鉛や錫等の導電性材料から形成される金属部材７が収容されているため、上部電極４と下部電極５との間に電圧を印加し、容器３を通電加熱した場合の容器３の熱により、金属部材７が加熱されて溶解することになる。溶解し液状になった金属部材７は、容器３の底面部における外表面及び容器状の下部電極５の内面と均一に接触することになるので、金属部材７を介して下部電極５と容器３との間の密着性が高まり、接触抵抗を極めて小さくすることが可能となる。この結果、下部電極５と容器３との間における局部発熱の発生を防止することができるので、下部電極５と容器３との接触における損耗の発生を防止して耐久性を高め、通電加熱装置１の長寿命化を図ることが可能になる。

また、下部電極５が、容器３の底面３ａを支持する容器状に形成されており、この内部に金属部材７を収容するように構成しているため、通電加熱された容器３の熱により液状に溶解した金属部材７が流出することを確実に防止して、金属部材７を介した下部電極５と容器３との間の密着性の確保を確実なものとすることができる。

また、容器状の下部電極５に収容される金属部材７を複数の金属粒から形成しているので、上部電極４と下部電極５との間に電圧を印加した場合に発生する容器３の熱により、金属部材７を迅速に溶解させることができる。この結果、溶解した金属部材７が、容器３の底面部における外表面及び容器状の下部電極５の内面と均一に接触する状態を早期に得ることができる。更に、金属部材７を複数の金属粒から形成した場合、容器状の下部電極５内に載置された容器３の底部の周囲に低融点の導電性金属材料を均一に配置することができるので、通電加熱時の容器３の熱により、容器３の底部全周に亘って均一な状態で金属部材７の溶解を進行させることができ、容器３と金属部材７との間で局所的な発熱が発生することを抑制することが可能となる。

以上、本発明に係る通電加熱装置１の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な構成は上記実施形態に限定されない。例えば、図４に示すように、容器３が、その上部開口端３１に、上方に向けて開口する凹部３２を備えるように構成すると共に、上部電極４が、容器３の上部開口端３１に形成された凹部３２に挿入可能な凸部４１を備えるように構成し、凹部３２内に通電加熱された容器３の熱により溶解可能な導電性の金属部材７を収容させるようにしてもよい。このような構成を採用した場合、上部電極４においても、下部電極５において得られたのと同様の効果を得ることができ、上部電極４と容器３との間で発生する局部発熱を防止して、耐久性を向上させることができる。

また、上記実施形態においては、金属部材７を複数の金属粒の集合体として構成しているが、単一の或いは複数のブロック状の金属材料により金属部材７を形成してもよい。ブロック状に金属部材７を形成する場合、金属部材７を容器状の下部電極５の内部底面と容器３の底面３ａとの間に介在させるように配置することが好ましい。

本発明の一実施形態に係る通電加熱装置の概略断面図である。図１に示す通電加熱装置の平面図である。図１に示す通電加熱装置の要部拡大図である。図１に示す通電加熱装置の変形例を示す要部拡大断面図である。従来の通電加熱装置を示す断面図である。

符号の説明

１通電加熱装置
２ケーシング
３容器
３１容器の上部開口端
４上部電極
５下部電極
７金属部材

Claims

導電性を有する容器、前記容器の上部に接続される上部電極、及び、前記容器の下部に接続される下部電極を備え、前記上部電極及び前記下部電極間に電圧を印加して前記容器に通電することにより、前記容器に収容された材料を加熱する通電加熱装置であって、
前記容器と下部電極との間に、通電により発熱した容器の熱によって溶解可能な導電性の金属部材が配置されており、
前記容器は、上方に向けて開口する凹部を上部開口端に備えており、
前記上部電極は、前記凹部に挿入可能な凸部を備えており、
前記凹部に前記金属部材が収容されている通電加熱装置。
前記下部電極は、前記容器の底面を支持する容器状に形成されており、
容器状の前記下部電極に前記金属部材が収容されている請求項１に記載の通電加熱装置。
前記金属部材の形態は、複数の金属粒の集合である請求項１又は２に記載の通電加熱装置。
前記金属部材は、錫、亜鉛及び鉛のうち、少なくとも１つを含む金属材料から形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の通電加熱装置。