JPH0442111B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガス透過性のシエル モールドを用
いる金属鋳造方法および装置に関する。

〔先行技術の説明〕

真空／不活性ガス雰囲気内で金属の鋳造を行う
ガス透過性シエル モールド鋳造は公知であり、
排気雰囲気または不活性ガス雰囲気内で鋳造しな
ければならない金属の精密鋳造を高い生産性ベー
スで行うのを可能にするために開発されたもので
ある。ガス透過性シエル モールド鋳造の開発前
においては排気雰囲気または不活性ガス雰囲気内
での金属の精密鋳造には多数の問題があつた。こ
れらの問題は、部分的に、特に比較的大きい溶融
および注入室に関連して所要の密封を達成し、鋳
造装置を排気するのに必要な時間に起因するもの
であつた。また、溶融金属の表面に存在するドロ
スその他の不純物が鋳造物品に巻込まれてしまう
ことにより生ずる問題もあつた。

ガス透過性シエル モールド鋳造は、真空雰囲
気または不活性ガス雰囲気内で金属を鋳造するこ
とに関連する問題の多くを解決したが、しかしな
がら、解決されない問題も依然として存在する。
その内最も重要な問題は、モールドに対し一定の
溶融金属レベルを維持することである。本発明に
到るまで、この問題は殆ど未解決のままに留まつ
ている。

〔発明の目的〕

従つて、本発明の目的は、簡易で、効率が良
く、しかも高い信頼性で、ガス透過性シエル モ
ールド鋳造においてモールドに対し一定の溶融金
属レベルを保証するための装置および方法を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、ガス透過性シエル モールド鋳造法
においてモールドに対し一定の溶融金属レベルを
付与する装置にある。この装置は、鋳造すべき金
属を溶融し保持するための炉手段と、充填すべき
モールドを炉手段内で溶融金属と鋳造関係に位置
付けるための手段と、溶融金属を炉手段からモー
ルド内に吸引するための手段とを備える。また、
溶融金属がモールド内に吸込まれる間、モールド
に対する炉手段内の溶融金属レベルにおける変化
を検知するためのセンサ手段が設けられる。さら
に、センサ手段に応答して、炉手段をモールドに
対し傾動し、それにより、モールドが充填されつ
つある間、溶融金属レベルをモールドに対し一定
に留まらせる手段が設けられる。

本発明は、また、ガス透過性シエル モールド
鋳造法においてモールドに対し一定の溶融金属レ
ベルを与える方法を提供し、本方法は、炉手段内
で鋳造すべき金属を溶融し保持し、充填すべきモ
ールドを炉手段内の溶融金属と鋳造関係に位置付
け、溶融金属を炉手段からモールド内に吸引せし
め、溶融金属がモールド内に吸引される間モール
ドに対する炉手段内の溶融金属レベルにおける変
化を検知し、モールドに対する溶融金属レベルの
変化に応答して炉手段をモールドに対し傾動さ
せ、それによりモールドが充填されつつある間溶
融金属レベルをモールドに対し一定に留める段階
を含む。

本発明を例示的に説明する目的で、図面には、
現在好ましいと考えられる実施態様が示してあ
る。しかしながら、本発明は、図示の構成および
装備そのものに限定されるものでないことは理解
されるべきである。

実施例 さて、図面を参照して説明する。なお、図面中
同じ参照数字は同じもしくは同様の要素を指すも
のとする。第１図には、本発明による装置を備え
た鋳造機械１０が示してある。この鋳造機械１０
は、被鋳造金属を溶融し保持するための炉１２を
備えている。当業者には理解されるように、炉１
２は、ハウジングもしくはシエル１４と、該シエ
ル１４内に配置されて耐熱セラミツクのような適
当な耐火材料から形成されているるつぼ１６を備
えている。炉１２には、るつぼ１６を取り巻くよ
うにして複数個の誘導コイル１８が設けられてお
り、このコイル１８には高周波電流が通されて、
被鋳造金属を誘導加熱で溶融する。誘導コイル１
８は公知の仕方で適当な電源（第１図には図示せ
ず）に接続されている。

第１図および第２図に最も良く示してあるよう
に、炉１２は、炉の両側に一対の腕もしくはアー
ム２０および２２を備えており、これらアームに
より、炉１２は支持構造もしくはフレーム２４に
取り付けることができる。該フレーム２４は、水
平の支持部材３０および３２上に取り付けられて
いる一対の直立の支柱２６および２８を備えてい
る。炉１２に固定されている腕２０および２２
は、参照数字３４および３６で示す個所で支柱２
６および２８に枢動可能に取り付けられている。
枢着部３４および３６は、腕２０および２２と支
柱２６と２８との間に回動可能な接続を形成する
任意適当な構造を有するものであつて良い。追つ
て詳細に説明するように、炉１２が傾く中心とな
る枢軸線３８は、第２図に最も良く示してあるよ
うに、枢着部３４および３６を通る。枢着部３４
および３６と反対側の腕２０および２２の端部
は、それぞれ、シリンダ４０および４２に接続さ
れている。シリンダ４０および４２（図示なし、
４０とは反対側）は空気圧または油圧シリンダと
することができ、それぞれ、伸長／引つ込み可能
なシリンダロツド４４および４６を備えている。
ロツド４４および４６（図示なし）は、公知の態
様でシリンダ４０および４２により伸長可能であ
り且つ引つ込み可能であつて、それらの自由端
は、それぞれ枢着部４８および５０でアーム２０
および２２に回動可能に接続されている。シリン
ダ４０および４２の反対側の端部は、第１図に参
照数字５２で示す個所で基部３０に回動可能に接
続されている。シリンダ４０および４２は、公知
の仕方で、適当な弁および接続系を介して空気圧
もしくは油圧源に接続することができる。

水平の支持部材３０および３２には、車輪５４
が設けられており、これらは炉１２が第１図で見
て、鋳造機械１０に対し、左から右に移動するこ
とができるように、トラツク部材５６および５８
上に取り付けられている。炉１２の運動は、当業
者には理解されるように、シリンダ６０により達
成することができる。なお、炉１２の（第１図で
見て）左方向運動を制限し且つ鋳造機械１０に対
して炉１２を適切に位置付ける目的で鋳造機械１
０にストツパ部材６２を設けることができよう。

第１図に最も良く示してあるように、鋳造機械
はまた、ガス透過性のシエル モールド６６を配
設することができるヘツド６４をも備えている。
このガス透過性のシエル モールドは当該技術分
野で良く知られており、ここで詳細に説明する必
要はなかろう。ヘツド６４は、真空ポンプ（図示
せず）で真空管路（図示せず）に接続されてお
り、該真空ポンプによりモールド６６が排気され
て、それにより、周知の仕方で溶融金属がモール
ド内に吸込まれる。ヘツド６４およびモールド６
６は、シリンダ７０およびロツド７２によつて、
周知の仕方で、炉１２に対し接近および離間する
ように垂直方向に移動可能である。管状の案内７
８および８０には案内棒７４および７６が設けら
れており、それにより、ヘツド６４およびモール
ド６６は、上昇または下降される際に真直に上下
に移動し、曲がつたり斜行することはない。

ヘツド６４に隣接して、遠隔レベルセンサ１０
０が取り付けられている。このレベル（液位）セ
ンサ１００は、鋳造機械１０に対して固定されて
いる支柱１０２に取り付けることができる。レベ
ル センサ１００は、当該技術分野の専門家には
良く知られているレーザ レベル センサのよう
な任意適当な遠隔レベル センサとすることがで
きる。支柱１０２およびレベル センサ１００
は、炉を傾斜する際にヘツド６４あるいは炉の縁
により邪魔されることなく、炉内の溶融金属のレ
ベルに対し見通しの利く視線を有するように配設
されている。

鋳造機械１０にはまた、溶融すべき金属を炉１
２に添加するための適当な装入システムを設ける
ことができる。別法として、溶融金属を直接添加
することもできる。コンベヤ装置のような任意適
当な装入システムを用いることも可能である。炉
１２への装入は、シユート１０４を介して直接る
つぼ１６に行われる。シユート１０４は、部位１
０６で回動することができ、それによりシユート
１０４は、炉１２の傾斜を可能にするように回動
して炉１２の傾斜軌跡から外れて退避することが
できる。

本発明の装置の制御系は第３図に略示してあ
る。本発明の中央制御装置は本発明による動作を
実行するように適当にプログラミングされている
ミニコンピユータまたは専用マイクロプロセツサ
とすることができるコンピユータ１０８である。
コンピユータ１０８は、入力として、レベル検出
器１００からの出力信号並びに軸位置符号化器１
１０の出力を受ける。なお、符号化器１１０は第
１図および第４図には示されていないが、炉１２
が傾斜する傾き角を検知するように枢軸線３８に
沿い炉１２に取り付けることができる。なお、角
度位置を検知するためのこのような軸符号化器は
周知であり、ここで詳細に説明する必要はないで
あろう。

コンピユータ１００に対する他の入力は、炉内
の金属の温度を検知する温度センサからの信号で
ある。溶融金属の温度は、接触探子あるいは赤外
線パイロメータのような任意適当な手段により検
知することができよう。この測定は別個に行つ
て、その結果を慣用のキーボード（図示せず）に
よりコンピユータ１０８に入力するようにしても
良い。

入力に応答して、コンピユータ１０８は多数の
制御出力を発生する。１つの出力は、炉１２の誘
導コイル１８に供給される電力を制御するために
炉の電源１１２に対する制御信号である。コンピ
ユータ１０８は、炉内の溶融金属の予め定められ
た温度が維持され、しかも炉１２に冷材金属が装
入される際に該金属を溶融するべく炉１２に付加
的に電力が供給されるように電源１１２を制御す
る。このような機能に関し電源１１２を制御する
コンピユータ１０８のプログラムは当該技術分野
で良く知られているところであり、ここでは詳細
に述べる必要はないであろう。

コンピユータ１０８はまたレベルセンサ１００
および軸符号化器１１０からの信号をも処理して
シリンダ４０の動作を制御するのに用いられる傾
き制御出力を発生する。

次ぎに、本発明の動作態様について説明する。

炉１２に鋳造すべき金属が装入されて溶融され
た後あるいは炉１２に溶融金属が装入された後に
ヘツド６４およびモールド６６を炉１２内に下降
して、モールド６６が溶融金属１１４内に部分的
に漬かるようにする。次いで、モールド６６を排
気してモールド内に溶融金属を吸入せしめる。

レベル センサ１００は、連続的にモールド６
６に対する溶融金属１１４のレベル１１６を監視
する。溶融金属がモールド６６内に吸い上げられ
るに伴ない、レベル１１６は下降することは理解
されるであろう。レベル１１６のこの変化は、レ
ベル センサ１００により検知されて、レベル１
１６の変化を表す信号がコンピユータ１０８に送
られる。コンピユータ１０８は、この信号を処理
して、傾き制御信号を発生する。この傾き制御信
号は、適当な油圧または空気圧管路ならびに弁装
置を介してシリンダ４０により軸４４を伸長せし
める作用をなす。軸４４が伸長するに伴ない、炉
１２は枢軸線３８を中心に傾斜する。第４図を参
照されたい。このように炉１２を傾かせることに
より、結果的に、溶融金属１１４のレベル１１６
はモールド６６に対して上昇せしめられる。コン
ピユータ１０８は、溶融金属がモールド６６内に
吸い上げられる間連続的に炉１２を傾かせるよう
にプログラムしておくことができ、その場合には
溶融金属１１４のレベル１１６はモールド６６に
対して常に一定であると言う効果が得られる。

モールド６６が一杯に充填されると、モールド
６６は、炉１２から後退され、鋳造機械１０はコ
ンピユータ１０８に対して鋳造動作が完了したこ
とを表す信号を送る。鋳造動作が完了すると、ヘ
ツド６４およびモールド６６は炉１２から離れて
昇高され、新しいモールドがヘツド６４内に配置
され、上に述べたプロセスが繰り返される。コン
ピユータ１０８はモールド６６内に吸い込まれる
金属を連続的に補填するように炉１２に追加の装
入が行われるよう装入系の動作を制御するべくプ
ログラミングすることができる。軸位置符号化器
の信号は、コンピユータ１０８により処理され
て、炉１２の傾き角が充分に大きく追加金属を添
加すべきかどうかを決定するのに用いられる。追
加金属を添加すべき場合には、コンピユータ１０
８は、装入系を起動して追加量の金属を炉内に装
入する。コンピユータ１０８は、炉の傾き角を減
少することにより、金属が炉内に装入される間レ
ベル１１６を一定に維持する。炉の傾き角の変化
は、連続的に軸位置符号化器１１０により検知さ
れる。軸位置符号化器が、炉１２がその元の水平
位置に戻つたことを検知すると、コンピユータ１
０８は装入もしくは充填動作を終らせる。コンピ
ユータ１０８は、傾き角を基に炉内に入れられた
全装入量を計算し、電源１１２に信号を送つて、
冷材金属を溶融しても温度安定性が維持されるよ
うに炉１２内に平均電力レベルを維持する。

コンピユータ１０８は、炉１２が予め選択され
た度数だけ傾斜した後に、該炉１２の傾きを停止
するようにプログラムすることができる。炉１２
が予め選択された度数だけ傾斜したならば（これ
は軸位置符号化器１１０により表示される）、コ
ンピユータ１０８は、炉１２の傾き運動を停止し
て、シリンダ４０に対する駆動を反転する。そこ
でシリンダ４０はロツド４４を引き戻し、炉１２
はその元の水平位置に回転し戻ることができる。

別法として、レベル センサ１００により検知
されるレベル１１６の変化を、レベル１１６の変
化を表す信号を発生するように処理することがで
きる。この信号は、コンピユータ１０８に送ら
れ、該コンピユータはこの信号を処理して、溶融
金属１１４のレベル１１６に対するモールド６６
の垂直位置を制御する昇高制御信号を発生する。
本発明のこの実施態様においては、炉１２は水平
位置に留まつて傾斜は行われない。即ち、金属が
モールド６６内に吸入されるに伴ないレベル１１
６が下降すると、モールドが下降されて、モール
ド６６に対するレベル１１６は一定に保持され
る。レベル１１６が予め定められた値より低くな
ると、レベル制御部１００はコンピユータ１０８
に信号を送り、それにより、固体または液体の金
属が炉に添加される。

炉１２は、モールド６６を収容するように非常
に大きい表面積を有する必要がある。しかしなが
ら、金属、例えば、特に延性のある鉄を得るため
には、鋳造場所に最小量の金属だけを鋳造可能な
状態に貯えて置くことが重要である。これは、最
終鋳造物の品質に影響を与える溶融金属の冶金学
的性質における変化が経時的に起こり得るからで
ある。炉１２内の溶融金属の「滞在時間」が長く
なればなるほど、冶金学的性質における変化も顕
著になる。この「滞在時間」を最小にするために
は、この鋳造方法において溶融金属の深さを非常
に小さくするのが有利である。

第５図には、効率的な溶融および（または）保
持を行ないそして金属の小さい深さの維持を可能
にする炉の構造が示してある。なお、第５図に示
した炉の種々な部分と他の図面の部分との相関を
容易にするために、ダツシユの付いた参照数字が
用いてある。第５図の炉１２′は、炉のシエル１
４′を備え、このシエル１４′内にはるつぼ１６′
が存在する。第５図に示すように、るつぼ１６′
の内部は非常に浅い。シエル１４′内でるつぼ１
６′を取り巻いて誘導コイル１８′が設けられてい
る。

通常、コアレス（無心）型の炉においては、負
荷の長さ（即ち金属深さ）およびコイルの長さは
相等しい。しかしながら、溶融金属の非常に小さ
い深さを維持する場合に要求されるように、負荷
およびコイルの直径と比較して負荷およびコイル
の長さが短い場合には、コアレス型の炉の効率が
悪くなることは良く知られている。従つて、本発
明による新規な炉においてはコイル長は負荷長さ
よりも相当長く選択されている。漂遊磁界でモー
ルドの包囲物が加熱されないようにするために最
低金属レベルは誘導コイルの頂部に保持される。
従つて、誘導コイル１８′は金属面より相当下方
まで延在する。コイル１８′の下端巻き線は磁気
的に溶融金属の底の部分に結合され、従つて、負
荷およびコイルが負荷の深さよりも非常に長くな
るかのような作用をする。このようにして、小さ
い負荷の深さは、誘導コイルにより示される非常
に大きい深さにあたかも等しいかのような作用を
なし、深さが非常に大き場合と類似の電気的特性
および効率が実現される。１対１またはそれ以上
の負荷対コイルの深さ比を達成することができ、
この比を高くすれば高くする程効率も高くなる。
予備的な計算の示すところによれば、負荷の深さ
の３倍のコイル１８′の幅で最適な効率が達成さ
れる。従つて、最適な結果は４対１の比で達成さ
れるものと考えられる。

このように第５図の炉では、非常に小さい深さ
で金属を溶融することが可能となり且つ（また
は）炉を非常に高い効率に保持することができ、
一方これにより、「滞在時間」並びに冶金学的性
質の変化は最小限に抑止される。

本発明は、その精神および本質的属性の範囲か
ら逸脱することなく他の特定の形態で具現するこ
ともでき、従つて、本発明の範囲から逸脱するこ
となく種々な変形および変更が可能であることを
付記する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置の簡略立面図、第
２図は第１図の線１−１における装置の一部分の
頂面図、第３図は、本発明の装置の簡略ブロツク
ダイヤグラム、第４図はモールドに対する傾き
位置で炉手段を示す第１図の装置の部分断面図、
そして第５図は、本発明と関連して特に有用な新
規な炉構造を示す部分断面図である。 １０……鋳造機械、１２……炉、１４……シエ
ル、１６……るつぼ、１８……誘導コイル、２
０，２２……アーム、２４……フレーム、２６，
２８……支柱、３０，３２……支持部材、３４，
３６，４８，５０……枢着部、３８……枢軸線３
８、４０，４２，６０……シリンダ、４４，４６
……シリンダ ロツド、５４……車輪、５６，５
８……トラツク部材、６２……ストツパ部材、６
４……ヘツド、６６……シエル モールド、７０
……シリンダ、７２……ロツド、７４，７６……
案内棒、７８，８０……管状案内、１００……レ
ベル センサ、１０２……支柱、１０４……シユ
ート、１０８……コンピユータ、１１０……軸位
置符号化器、１１２……電源、１１４……溶融金
属、１１６……レベル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空吸引によるガス透過性シエルモールド鋳
   造に於てモールド内の溶融金属を一定レベルにす
   るための装置であつて、 鋳造するべき金属を溶融し且つ保持するための
   炉と、 ガス透過性シエルモールドがその内部に位置付
   けされ且つそれ自体はシリンダ及びロツドによつ
   て前記炉に向けてまた炉から離間して縦方向に移
   動されるところのヘツドと、 該ヘツドに結合され溶融金属を前記炉からモー
   ルド内に吸入せしめるための真空源と、 モールドに関しての溶融金属のレベルの変化を
   検出するための光学的レベルセンサと、 前記炉を傾動させるための傾斜手段にして、前
   記炉の各側に固着されたアーム、支持部材上に取
   付けられ且つ前記アームの一端が廻動可能にそこ
   に取付けられて成る支持フレーム、一対のシリン
   ダ及びピストンにして該ピストンの各自由端部が
   前記アームの各他端に廻動可能に結合されまた前
   記シリンダの前記ピストンから離間した側の端部
   が前記支持部材に枢着されて成る前記一対のシリ
   ンダ及びピストン、を含む前記傾斜手段と、 前記光学的レベルセンサからのレベル信号を受
   けそして前記モールドに対する前記炉内の溶融金
   属のレベルに応答して前記炉を傾動させるべく前
   記シリンダ及びピストンを起動させるための出力
   信号を発生するコンピユータと によつて構成されそれにより、モールドが充填さ
   れるに従い溶融金属のレベルがモールドに対して
   一定に維持せしめられるようになつていることを
   特徴とする前記真空吸引によるガス透過性シエル
   モールド鋳造に於てモールド内の溶融金属を一定
   レベルにするための装置。 ２ 炉が、鋳造すべき金属を誘導加熱により溶融
   するための誘導加熱手段を備えている特許請求の
   範囲第１項記載の装置。 ３ 傾斜手段により傾動される炉の傾斜の大きさ
   を検知するための傾き検知手段を備えている特許
   請求の範囲第１項記載の装置。 ４ 傾き検知手段が、軸位置符号化器を含む特許
   請求の範囲第１項記載の装置。 ５ 光学的レベルセンサ及び傾き検知手段に応答
   して鋳造すべき金属を炉に添加するための装入手
   段を更に備えている特許請求の範囲第３項記載の
   装置。 ６ 真空源が減圧手段を含む特許請求の範囲第１
   項記載の装置。 ７ 光学的レベルセンサがレーザを含む特許請求
   の範囲第３項記載の装置。 ８ 装入手段が光学的レベルセンサからの信号に
   応答して作動可能である搬送手段を含む特許請求
   の範囲第５項記載の装置。 ９ 溶融金属の温度を検知して該温度を表す信号
   を発生するための温度検知手段と、 炉の温度信号に応答して、予め定められた炉温
   度を維持するために、炉に供給される電力を変え
   るための電力供給手段とを更に含む特許請求の範
   囲第１項記載の装置。 １０ ガス透過性シエルモールド鋳造においてモ
   ールドに対し一定の溶融金属レベルを与えるため
   の方法であつて、 炉内で鋳造すべき金属を溶融し且つ保持する段
   階と、 充填すべきモールドを炉内で溶融金属と鋳造関
   係に位置付ける段階と、 前記炉から溶融金属をモールド内に吸入せしめ
   る段階と、 溶融金属がモールド内に吸入されるに伴ない、
   前記モールドに対する前記炉内の溶融金属のレベ
   ルの変化を検知する段階と、そして モールドに対する溶融金属のレベルの変化に応
   答しモールドの充填中モールドに対し溶融金属の
   レベルを一定に留めるべく前記モールドに対し炉
   を傾動させる段階と を含むことを特徴とする前記ガス透過性シエルモ
   ールド鋳造においてモールドに対し一定の溶融金
   属レベルを与えるための方法。 １１ 炉内における溶融金属のレベルの検知され
   た変化に応答して、炉に鋳造すべき金属を添加す
   る段階を含む特許請求の範囲第１０項記載の方
   法。 １２ 金属を添加する段階で固体金属が添加され
   る特許請求の範囲第１１項記載の方法。 １３ 金属を添加する段階で溶融金属が添加され
   る特許請求の範囲第１１項記載の方法。