JPH08257689A - 接種剤の添加方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 鋳型２に鋳込む直前の溶湯Ｙ１に接種剤を添
加し、この接種剤の入った溶湯を鋳型に注入する接種剤
の添加方法において、製品部３の湯面レベルをレベルセ
ンサ５１で検知し、このレベルセンサで検知された溶湯
の湯面レベルと所定の基準レベルＬ１とを比較し、この
比較結果に基づいて接種剤添加機構４０からの接種剤の
添加量を調節することを特徴とした接種剤の添加方法。 【効果】 接種剤の添加量を製品部の湯面レベルに応じ
て適量に調整できるので、接種剤の添加量を少なくで
き、鋳造コストを削減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋳型に鋳込む直前の溶湯
に接種剤を添加する添加方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、材料を改善して高級な鋳物を製
造するために、鋳型に鋳込む直前の溶湯に接種剤を添加
することが多い。例えば特開昭５５−７５８５５号公報
「接種剤の添加方法」の技術が開示されており、同技術
は上記公報の図１に示されるように、貯蔵ホッパー２に
ストックされた接種剤１を添加量調整装置３で供給し、
更に、供給された接種剤１を送風装置５の送風で圧送し
て、鋳型１１の注湯湯溜部８へ噴出することにより、注
湯取鍋１０から鋳型１１に落下中の溶湯９に添加するも
のである。注湯湯溜部８から流れ込んだ溶湯９は、方案
部を通り製品部に充填される。ここで、「製品部」はい
わゆるキャビティのことである。また、「方案部」は製
品部を除いた部分を言うものとし、湯口、湯道、せき等
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような接種剤は、
一般に鋳型への鋳込が終了した時点で添加を終了する。
接種剤は製品部に充填される溶湯にのみ添加されればよ
いものであるが、方案部内に充填された溶湯にも添加さ
れる。このため、接種剤の添加量が多くなるので、鋳造
コストが嵩む。本発明の目的は、接種剤の添加量を少な
くすることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは、
接種剤の添加方法に要求される特性を詳しく研究して、
注入した溶湯の湯面レベルが予め設定した製品部の部位
に達した時に、接種剤の添加量を調節する方法を創案す
ることに成功した。具体的には、鋳型に鋳込む直前の溶
湯に接種剤を添加し、この接種剤の入った溶湯を鋳型に
注入する接種剤の添加方法において、製品部の湯面レベ
ルをレベルセンサで検出し、このレベルセンサで検出さ
れた溶湯の湯面レベルと所定の基準レベルとを比較し、
この比較結果に基づいて前記接種剤の添加量を調節す
る。

【０００５】また、前記湯面レベルの検出は、製品部か
ら上方へ延び製品部を直接見ることのできる覗孔を介し
て非接触式レベルセンサにて計測する。

【０００６】

【実施例】本発明の実施例を添付図に基づいて以下に説
明する。図１は本発明に係る金型鋳造装置の構成図であ
り、金型鋳造装置１は鋳型としての金型２と、この金型
２にガス・エアを供給するガス・エア供給部２０と、金
型２に注湯する注湯機構３０と、ガス・エア供給部２０
並びに注湯機構３０を制御する制御機構５０とからな
る。金型２は図示しないが固定型と可動型とからなる分
離タイプである。この金型２には製品部３と、この製品
部３に連なる方案部４と、製品部３の上部から外方へ臨
む押湯部５と、ガス抜き孔６とが形成される。先に述べ
た通り、「製品部３」はいわゆるキャビティのことであ
る。また、「方案部４」は製品部を除いた部分を言うも
のとし、湯口、湯道、せき等である。方案部４の途中に
は、溶湯に含まれたスラグ等の不純物を濾過する多孔質
フィルタ７が介在し、この多孔質フィルタ７は、例えば
セラミックフィルタからなる。

【０００７】製品部３には、袋小路状の部分、複雑な形
状の部分、空隙の薄い部分（鋳造品の薄肉部位を形成す
る部分）などのエアが残存し易い複数の箇所３ａ…（以
下、「ポケット部３ａ…」と称する。）が形成されてい
る。これらのポケット部３ａ…は鋳造品の形状に対応す
るものであり、例えば、自動車用ナックルアームを鋳造
品とした場合には、タイロッドアーム部分や車軸部など
に３〜４箇所設けられる。本実施例においては、上下４
個のポケット部３ａ…が設けられる。これらのポケット
部３ａ…は、互いに独立した通孔８…で金型２の外部に
連通される。すなわち、金型２に形成された複数の通孔
８…はガスが流通可能な大きさであり、製品部３とつな
がる内側開口が小径に絞られ、金型２の外部につながる
外側開口がガス・エア供給部２０に接続される。

【０００８】ガス・エア供給部２０は、金型２に不活性
ガスを供給するガスボンベ等のガス供給源２１と、金型
２に高圧のエアを供給するエアコンプレッサ等のエア源
２２と、切換弁としての四方弁２３とからなる。四方弁
２３は、第１ポートａがガス供給源２１に接続され、第
２ポートｂ…がエア源２２に接続され、第３ポートｃが
各通孔８…の外側開口に接続され、第４ポートｄが大気
に開放される。このため、四方弁２３は内蔵した弁体が
作動することにより、第１ポートａと第３ポートｃとが
連通すると「ガス供給経路」が開となり、第２ポートｂ
と第３ポートｃとが連通すると「エア供給経路」が開と
なり、第３ポートｃと第４ポートｄとが連通すると「大
気開放経路」が開となる。不活性ガスとしては、好まし
くはエアより比重が大きいアルゴンガスを使用する。

【０００９】注湯機構３０は溶湯Ｙ１を入れる注湯炉３
１と、この注湯炉３１の注湯口３１ａを開閉する弁体３
２と、この弁体３２を駆動するエアシリンダ等の駆動源
３３と、溶湯Ｙ１に接種剤を添加するための接種剤添加
機構４０とからなる。接種剤添加機構４０は溶湯に添加
するための接種剤を収納するホッパ４１と、このホッパ
４１の下部から所定量の接種剤を供給するフィーダ４２
と、このフィーダ４２から注湯口３１ａへ接種剤を自然
落下にて送る送給管４３とからなる。接種剤は安定した
黒鉛組織を得るためのものであり、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ
合金等からなる。

【００１０】制御機構５０は、製品部３の湯面レベルを
検出するレベルセンサ５１と、このレベルセンサ５１の
検出信号にて湯面レベルを表示又は記録する表示部５２
と、レベルセンサ５１の検出信号に基づいてガス・エア
供給部２０並びに注湯機構３０を制御する制御部５３と
からなる。レベルセンサ５１は、製品部３から上方へ延
び製品部３を直接見ることのできる覗孔（押湯部５が覗
孔の役割を果たす。）を介して湯面レベルを計測する非
接触式レベルセンサからなり、好ましくは、光学式レベ
ルセンサである。光学式レベルセンサは、例えば変調光
型赤外線、レーザ光を投射しその反射距離を計測するこ
とにより湯面レベルを計測する赤外線式やレーザ式レベ
ルセンサである。なお、表示部５２の有無は問わず、制
御部５３がレベルセンサ５１の検出信号を直接入力する
構成でもよい。

【００１１】制御部５３は、具体的には、レベルセンサ
５１で検出された溶湯の湯面レベルと所定の基準レベル
とを比較し、この比較結果に基づいて駆動源３３及び接
種剤添加機構４０のフィーダ４２を制御するものであ
る。すなわち、制御部５３は、注入した溶湯が予め設定
した製品部３の複数の部位Ｌ１，Ｌ２（以下、「第１・
第２基準レベル」と称する。）に達した時の湯面レベル
をレベルセンサ５１で検出し、駆動源３３及び接種剤添
加機構４０を制御する。また、制御部５３は、四方弁２
３の切換え制御をするものである。

【００１２】基準レベルＬ１，Ｌ２は、次のように設定
される。すなわち、第１基準レベルＬ１は接種剤が添加
された溶湯Ｙ２（以下、「接種剤含有溶湯Ｙ２」と称す
る。）を注入している状態から、接種剤が添加されてい
ない溶湯Ｙ１（以下、「接種剤なし溶湯Ｙ１」と称す
る。）を注入する状態に切換えるためのレベルに設定さ
れる。また、第２基準レベルＬ２は製品部３の最上端の
レベルに設定される。

【００１３】次に、上記構成の金型鋳造装置１を用いた
接種剤の添加方法の代表的な使用例を図１〜図３に基づ
き説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る接種剤
の添加方法の使用例の前段を示す説明図、図３（ａ），
（ｂ）は本発明に係る接種剤の添加方法の使用例の後段
を示す説明図である。先ず、図２（ａ）に示すように、
金型２の固定型と可動型とを閉じ、制御部５３（図１参
照）を作動させる。これに伴い、レベルセンサ５１は製
品部３内の湯面レベルの検出を開始する。そして、図１
に示すように制御部５３は、四方弁２３に切換信号を送
り、「ガス供給経路」開に作動させる。従って、不活性
ガスはガス供給源２１→四方弁２３→通孔８…の経路で
製品部３（ポケット部３ａ…を含む）及び方案部４に流
れて充填される。

【００１４】次いで、図２（ｂ）に示すように製品部３
に方案部４を介して、接種剤含有溶湯Ｙ２の注入を開始
する。すなわち、図１に示す制御部５３は、駆動源３３
とフィーダ４２とに作動信号を送る。このため、弁体３
２は駆動源３３で引上げられて注湯口３１ａを開き、フ
ィーダ４２はホッパ４１内の接種剤の供給を開始する。
従って、フィーダ４２から供給された接種剤は注入途中
の溶湯Ｙ１に添加される。そして、溶湯Ｙ１は接種剤が
添加された接種剤含有溶湯Ｙ２となる。接種剤含有溶湯
Ｙ２は方案部４に注入される。なお、接種剤含有溶湯Ｙ
２の注入開始の直前に、制御部５３は四方弁２３に切換
信号を送り、「大気開放経路」開に作動させる。このた
め、ポケット部３ａ…に充填された不活性ガスは接種剤
含有溶湯Ｙ２に押されて大気に排出される。

【００１５】その後、図２（ｃ）に示すように、レベル
センサ５１で検出された接種剤含有溶湯Ｙ２の湯面レベ
ルＬ０が、第１基準レベルＬ１に達した時点で、制御部
５３はフィーダ４２に停止信号を送る。このため、フィ
ーダ４２は停止する。従って、接種剤の供給が停止する
ので、方案部４には接種剤なし溶湯Ｙ１が注入される。

【００１６】注入時間の経過に伴い、図３（ａ）に示す
ように方案部４の上部には接種剤なし溶湯Ｙ１が充填さ
れる。これにより、製品部３には接種剤含有溶湯Ｙ２が
次第に充填される。その後、制御部５３は湯面レベルＬ
０が第２設定レベルＬ２に達した時点で、図３（ｂ）に
示すように製品部３への溶湯の注入を停止させる。すな
わち、制御部５３は駆動源３３に停止信号を送る。この
ため、弁体３２は駆動源３３で引下げられて注湯口３１
ａを閉じ、接種剤なし溶湯Ｙ１の注入を終了する。

【００１７】ところで、方案部４の容量は、第１基準レ
ベルＬ１と第２基準レベルＬ２との間の製品部３の容量
よりも１．１〜１．２倍程度大きく設定されている。こ
のため、図２（ｃ）の状態から図３（ｂ）の状態へ移行
した場合に、接種剤含有溶湯Ｙ２の下端は方案部４内に
ある。従って、接種剤なし溶湯Ｙ１が製品部３に充填さ
れる心配はない。

【００１８】次に、製品部３内の鋳造品が半凝固状態
（表層に殻状の凝固層を形成し、内部が未凝固状態）に
なったら金型２を開き、鋳造品を取り出す（通称、「ク
イックキャスティング」と言う。）。最後に、制御部５
３は図１に示される四方弁２３を「エア供給経路」開に
作動させる。このため、エアはエア供給源２２→四方弁
２３の経路で各通孔８…に噴射する。従って、各通孔８
…はエアブローされ、内部に溜まっている凝固物等の異
物を除去される。以上で作業を終了する。

【００１９】この使用例によれば、製品部３に満充填す
るのに必要な量の溶湯が注入された時点（湯面Ｌ０が第
１基準レベルＬ１に達した時点）で接種剤の添加を停止
（接種剤の添加量を零に調整）するので、接種剤の添加
量は少なくてよい。実験によれば、接種剤含有溶湯を製
品部にのみ充填した本実施例の場合は、従来のように接
種剤含有溶湯を方案部及び製品部に充填した場合と比較
し、約２０％の接種剤を削減することができた。

【００２０】次に、接種剤の添加方法の変形例を図４に
基づいて説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る
接種剤の添加方法の変形例を示す説明図であり、製品部
３の部位によって接種剤の添加量を変えた例を示す。Ｙ
１１は接種剤が添加されていない溶湯、Ｙ１２は接種剤
の添加量が多い溶湯、Ｙ１３は接種剤の添加量が少ない
溶湯である。（ａ）に示す変形例、及び（ｂ）に示す変
形例は、製品部３のうち大径部分（肉厚の厚い部分）に
接種剤の添加量が少ない溶湯Ｙ１３を充填し、小径部分
（肉厚の薄い部分）に接種剤の添加量が多い溶湯Ｙ１２
を充填し、方案部４に接種剤が添加されていない溶湯Ｙ
１１を充填する。（ｃ）に示す変形例は、温度降下の早
い金型を使用して、自動車用カムシャフトのような長尺
材の鋳造品を製造する場合に、製品部３のうち上部に接
種剤の添加量が少ない溶湯Ｙ１３を充填し、下部に接種
剤の添加量が多い溶湯Ｙ１２を充填し、方案部４に接種
剤が添加されていない溶湯Ｙ１１を充填する。

【００２１】これらの変形例では、基準レベルＬ１１〜
Ｌ１３は次のように設定される。すなわち、第１基準レ
ベルＬ１１は接種剤の添加量が多い溶湯Ｙ１２の注入
と、接種剤の添加量が少ない溶湯Ｙ１３の注入とを切換
えるためのレベルに設定される。第２基準レベルＬ１２
は接種剤が添加された溶湯Ｙ１２，Ｙ１３の注入から、
接種剤が添加されない溶湯Ｙ１１の注入に切換えるため
のレベルに設定される。第３基準レベルＬ１３は溶湯Ｙ
１１の注入を停止するためのレベル（製品部３の最上端
のレベル）に設定される。

【００２２】レベルセンサ５１で検出された溶湯の湯面
レベルが、第１基準レベルＬ１１に達した時点で、制御
部５３はフィーダ４２に添加量変更信号を送る。このた
め、フィーダ４２は接種剤の添加量を増減する。湯面レ
ベルが第２基準レベルＬ１２に達した時点で、制御部５
３はフィーダ４２に停止信号を送り、停止させる。この
ため、方案部４には接種剤を添加しない溶湯Ｙ１１が注
入される。湯面レベルが第３設定レベルＬ１３に達した
時点で、制御部５３は駆動源３３に停止信号を送る。こ
のため、弁体３２は駆動源３３で引下げられて注湯口３
１ａを閉じ、溶湯Ｙ１１の注入を終了する。この変形例
によれば、製品部３の部位によって接種剤の添加量を変
えることができるので、鋳造品の材質を各部位ごとに、
より適切なものにできる。

【００２３】なお、上記実施例における接種剤の添加方
法は、製品部の湯面レベルをレベルセンサで検出し、こ
のレベルセンサで検出された溶湯の湯面レベルと所定の
基準レベルとを比較し、この比較結果に基づいて接種剤
の添加量を調節するものであり、上記実施例やその変形
例以外にすることは自由であって、製品部や方案部の形
状、寸法等を考慮して接種剤の添加量を零から所定量ま
で任意に設定可能である。

【００２４】また、金型２の覗孔は、製品部３から上方
へ延びて製品部３を直接見ることができ、レベルセンサ
５１にて湯面レベルＬ０を計測可能なものであり、例え
ば、図５に示す構成でもよい。図５（ａ），（ｂ）は本
発明に係る金型（主要部）の変形例図である。（ａ）は
製品部３と連通し製品部３に沿って上方へ延びる覗孔１
１を形成し、この覗孔１１を介して製品部３内の湯面レ
ベルＬ０を計測する。（ａ）の構成によれば、製品部３
が複雑な形状のために押湯部５で覗孔の役割を果たすこ
とができない場合でも、湯面レベルＬ０を自由に計測で
きる。（ｂ）は上記（ａ）の変形例であり、覗孔１１の
下部１１ａを方案部４に連通した構成である。下部１１
ａは、レベルセンサ５１にて図１及び図４に示す基準レ
ベルＬ１，Ｌ２，Ｌ１１〜Ｌ１３を計測可能な位置に形
成される。（ｂ）の構成によれば、（ａ）の構成よりも
覗孔１１の長さが短いので、覗孔１１内に溜まる余分な
溶湯が少なくてすむ。

【００２５】なお、請求項１に記載の「基準レベル」と
は、接種剤の添加量を調節するための基準となるレベル
である。「基準レベル」は、例えば、上記図１で示す実
施例の第１基準レベルＬ１、図４で示す変形例の第１基
準レベルＬ１１及び第２基準レベルＬ１２と対応してい
る。ここで、図１で示す実施例の「第１基準レベルＬ
１」は、接種剤含有溶湯Ｙ２を注入している状態から、
接種剤なし溶湯Ｙ１を注入する状態に切換えるためのレ
ベルである。また、図４で示す変形例の「第１基準レベ
ルＬ１１」は、接種剤の添加量が多い溶湯Ｙ１２の注入
と、接種剤の添加量が少ない溶湯Ｙ１３の注入とを切換
えるためのレベルである。図４で示す変形例の「第２基
準レベルＬ１２」は、接種剤が添加された溶湯Ｙ１２，
Ｙ１３の注入から、接種剤が添加されない溶湯Ｙ１１の
注入に切換えるためのレベルである。

【００２６】

【発明の効果】本発明の製造方法は、次に記載する効果
を奏する。請求項１の接種剤の添加方法は、製品部の湯
面レベルをレベルセンサで検出し、このレベルセンサで
検出された溶湯の湯面レベルと所定の基準レベルとを比
較し、この比較結果に基づいて接種剤の添加量を調節す
るようにしたことにより、接種剤の添加量を製品部の湯
面レベルに応じて適量に調整できるので、接種剤の添加
量を少なくでき、鋳造コストを削減できる。

【００２７】請求項２の接種剤の添加方法は、湯面レベ
ルの検出を、製品部から上方へ延び製品部を直接見るこ
とのできる覗孔を介して非接触式レベルセンサにて計測
することにより、湯面レベルを高精度で計測できるの
で、接種剤の添加量を湯面レベルに応じて調整する場合
に最適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金型鋳造装置の構成図

【図２】本発明に係る接種剤の添加方法の使用例の前段
を示す説明図

【図３】本発明に係る接種剤の添加方法の使用例の後段
を示す説明図

【図４】本発明に係る接種剤の添加方法の変形例を示す
説明図

【図５】本発明に係る金型（主要部）の変形例図

【符号の説明】

１…金型鋳造装置、２…金型、３…製品部、４…方案
部、５…覗孔（押湯部）、３０…注湯機構、４０…接種
剤添加機構、４１…ホッパ、４２…フィーダ、５０…制
御機構、５１…レベルセンサ、５３…制御部、Ｌ０…湯
面レベル、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１１〜Ｌ１３…基準レベル、
Ｙ１，Ｙ２，Ｙ１１〜Ｙ１３…溶湯。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型に鋳込む直前の溶湯に接種剤を添加
   し、この接種剤の入った溶湯を鋳型に注入する接種剤の
   添加方法において、製品部の湯面レベルをレベルセンサ
   で検出し、このレベルセンサで検出された溶湯の湯面レ
   ベルと所定の基準レベルとを比較し、この比較結果に基
   づいて前記接種剤の添加量を調節することを特徴とした
   接種剤の添加方法。
2. 【請求項２】 前記湯面レベルの検出は、製品部から上
   方へ延び製品部を直接見ることのできる覗孔を介して非
   接触式レベルセンサにて計測することを特徴とする請求
   項１記載の接種剤の添加方法。