JPH1015657A - 減圧吸引鋳造における湯面検知方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳型収納室内を弱く吸引減圧しながら湯口を
溶湯金属に接触させて鋳型収納室内の圧力変化を識別し
て湯面を検知するとき、鋳型収納室内の減圧度が予め決
めた値になるようにする。 【解決手段】 溶湯吸引用開口部と減圧用開口部を有す
る鋳型収納室に、湯道と前記湯道に連通するキャビテイ
を有する鋳型を、湯口が鋳型収納室の溶湯吸引用開口部
から突出するように配置し、減圧開口部から減圧して前
記湯口から溶湯をキャビテイに充填する減圧吸引鋳造に
おける湯面検知方法において、予め設定した吸引流量値
に対し、実際の流量値をフィードバックして流量調節手
段を制御し、鋳型収納室より所定流量を排出しながら鋳
型収納室を溶湯に接近させ、湯口が溶湯面に接した時に
生ずる圧力変化を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】鋳型のキャビテイ内の圧力を
大気圧以下に減圧し、溶湯をキャビテイ内に吸引して充
填することにより鋳物を鋳造する減圧吸引鋳造におい
て、溶湯面の検出を自動的に行う方法及び装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は以前減圧吸引鋳造方法におけ
る湯面検知方法を出願している。これは、溶湯吸引用開
口部を有する鋳型収納室に、湯口が鋳型収納室の溶湯吸
引用開口部から突出するように鋳型を配置し、鋳型収納
室内を大気圧以下に減圧することにより、前記湯口より
溶湯を湯道を経由してキャビテイに充填する減圧吸引鋳
造方法において、鋳型を鋳型収納室内に設置した後、鋳
型容器内を弱く吸引減圧しながら鋳型収納室を溶湯上に
下降し、湯口が溶湯表面と接触すると、それまで湯口か
ら吸引されていた空気流が遮断されて鋳型収納室内の圧
力は低下するその圧力変動を圧力センサで捉えて湯口先
端が湯面に到達したことを検知するものである。この信
号により鋳型収納室の下降を停止すると供に鋳型収納室
をさらに減圧して溶湯をキャビテイ内に吸引することに
より鋳造する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】鋳型収納室から突出し
た湯口の先端が溶湯に達したときには鋳型収納室内が密
閉状態となり鋳型収納室内の減圧度は高まるが、このと
きの減圧度は溶湯がキャビティまで到達せず、かつ制御
部が変化を識別できる程度の減圧度が適当である。この
ために、鋳型収納室の減圧に際しては予め決めた所定量
の流量を吸引する必要がある。しかし前記従来の湯面検
知方法では、制御部からの開度指令に対し流量調節弁を
オープンループで制御しているため、弁体部の摩擦や機
械的劣化により、弁開度は開度指令値に正確に対応しな
いことがある。このような場合、鋳型収納室内が密閉状
態となったときの鋳型収納室内の減圧度は変動する。例
えば、減圧度が高くなりすぎた場合には溶湯がキャビテ
ィまで到達してしまい、逆に減圧度が低く充分な圧力変
化が生じなかった場合には、鋳型収納室が下降停止せず
溶湯内に浸漬することとなる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、溶湯吸引用開
口部と減圧用開口部を有する鋳型収納室に、湯道と前記
湯道に連通するキャビテイを有する鋳型を湯口が鋳型収
納室の溶湯吸引用開口部から突出するように配置し、減
圧開口部から減圧して前記湯口から溶湯をキャビテイに
充填する減圧吸引鋳造における湯面検知方法において、
予め設定した吸引流量値に対し、実際の流量値をフィー
ドバックして流量調節手段を制御し、鋳型収納室より所
定流量を排出しながら鋳型収納室を溶湯に接近させ、湯
口が溶湯面に接した時に生ずる圧力変化を検出すること
を特徴としている。

【０００５】また、溶湯吸引用開口部と減圧用開口部を
有する鋳型収納室に、湯道と前記湯道に連通するキャビ
テイを有する鋳型を湯口が鋳型収納室の溶湯吸引用開口
部から突出するように配置し、減圧開口部から減圧して
前記湯口から溶湯をキャビテイに充填する減圧吸引鋳造
における湯面検知装置において、前記鋳型収納室の減圧
用開口部と真空排気装置を連通する配管に設けた流量調
節手段及び流量検出手段と、設定流量値と検出した流量
値の差分を流量調節手段に出力し、鋳型収納室内圧力値
を入力し圧力変化を識別する制御装置を有することも特
徴としている。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例を示す。鋳
型１は通気性材料からなり、内部に鋳造製品形状に対応
したキャビテイ１４と、キャビテイ１４と連通する湯道
１５を有する。鋳型収納室２は鋳型１を外気から密閉し
て収納可能な構造とし、底部には湯口吸引開口部１７を
有し、湯口部１６を密接的に取り付けて湯口１９と湯道
１５を連通する。上部には減圧開口部１８を有し、鋳型
収納室２を減圧吸引する管路１１を貫挿する。鋳型収納
室２は昇降装置（図示せず）により上下方向に昇降自在
である。前記管路１１の他端部には真空ポンプ７を設
け、かつ前記減圧用開口部１８に近接した箇所に流量計
測器４を設け、かつ前記流量計測器４と前記真空ポンプ
７の途中に制御部１０からの信号に対応して連続的に所
定の流体抵抗をつくることのできるアナログ流量調節弁
５を介装する。さらに、前記アナログ流量調節弁５と前
記流量計測器４間の管路１２途中には分岐管を設け、一
端を大気に開放したデジタルバルブ６（日立金属（株）
製商品名）を介装する。さらに圧力センサー９を前記管
路１２より鋳型１側の管路１１、又は鋳型収納室２の上
部に設ける。前記アナログ流量調節弁５及びデジタルバ
ルブ６は、制御部１０により開閉を制御される。制御部
１０は、圧力センサー９と流量計測器４からの出力を入
力し、アナログ流量調節弁５とデジタルバルブ６を調整
することができる。

【０００７】次に前記構成をもとに、その作用を図１、
図２、図３及び図４を基に説明する。減圧吸引鋳造装置
の起動開始とともに、真空ポンプ７を作動させるが、鋳
型収納室２は大気圧環境下にあるように、制御部１０は
アナログ流量調節弁５を閉止状態に、デジタルバルブ６
を開放状態にする。次に、鋳型１が鋳型収納室２に密閉
的に収納されると、その信号を受け、減圧吸引制御のサ
イクルが開始される。該減圧吸引制御は湯面検知モード
と実吸引モードからなる。

【０００８】湯面検知モードに入ると、湯口１９からの
予め設定された微少量のエアの流入を確保するように、
アナログ流量調節弁５を少し開くように、かつデジタル
バルブ６は開放状態を保持するか少し閉止するように制
御する。即ち、流量計測器４からの流量値を制御部１０
に読み込み、この値が設定された範囲内に入っていなけ
れば、後述する実吸引モード時と同様のＰＩＤ調節を行
い、アナログ流量調節弁５とデジタルバルブ６の開度を
調整する。

【０００９】流量値が設定された範囲よりも小さければ
アナログ流量調節弁５は少し開くと同時に、デジタルバ
ルブ６は少し閉止されるか開放状態を保持し、逆に設定
範囲よりも大きければアナログ流量調節弁５は少し閉止
すると同時に、デジタルバルブ６は少し開くか開放状態
を保持する。流量値が予め指定した範囲に入っていれば
そのときの開度を保持したまま、図２（ａ）に示すよう
に鋳型収納室２の下降を開始し、同時に圧力センサー９
の圧力値のモニタリングを開始する。この時の圧力セン
サー９の検出値は、図４のＡ部に表されるように、例え
ば、約−１０００Ｐａと微小である。なお、鋳型１の通
気度は品種が違えば多少異なり、この場合圧力センサー
９の検出値もそれに応じて変わる。

【００１０】図２（ｂ）に示すように湯口１９が溶湯面
に達すると、湯口１９及び鋳型１を介して鋳型収納室２
内に流入していた大気が遮断され、その流量分だけ鋳型
収納室２内の減圧度は高まる（例えば、約−３０００Ｐ
ａへ）。即ち、設定する流量は、鋳型収納室をそれに相
当する排気を行った時所定の減圧度になるような量に設
定しておく。圧力センサー９でこの圧力変化が検出され
ると（図４のＢ部）、制御部１０は湯口１９が溶湯面に
達したと判断し、さらに所定量例えば吸引相当分下降さ
せて湯面検知モードを完了する。その後実吸引モードを
開始する。図３に湯面検知モードから実吸引モードまで
のフローチャートを示す。

【００１１】実吸引モードでは、減圧度は実際の圧力セ
ンサ９で検出された圧力を基にＰＩＤ調節を行いアナロ
グ流量調節弁５とデジタルバルブ６両方に操作用信号を
出力し制御を行う。そのとき、アナログ流量調節弁５に
は、その開閉操作用信号に変換されたアナログ電圧又は
電流のかたちで出力される。減圧度を高めるには、アナ
ログ流量調節弁５を開いて、鋳型収納室２内の排気を強
めればよい。即ち、ＰＩＤ調節部からの０％から１００
％への出力値変化に対応して、弁を全閉から全開へ比例
的に開くように操作用信号を出力する。

【００１２】一方デジタルバルブ６にはＰＩＤ調節され
た操作用信号の０〜１００％出力値に対応したデジタル
バルブ６の複数の電磁弁各々へのＯＮ―ＯＦＦ信号が出
力される。減圧度を高めるには、デジタルバルブ６を閉
じて大気の流入量を減らすようにすればよい。即ち、Ｐ
ＩＤ調節された操作用信号の０％から１００％への出力
値に対応して、弁全体の開口度が全開から全閉へ段階的
ではあるが比例的に閉まるように計算、判断処理をし、
複数個の電磁弁に各々操作用信号を出力する。

【００１３】デジタルバルブ６は電磁弁で開口部を開閉
するため、開口面積調整が０．０１秒単位で極めて応答
性高く行うことができる。即ち、急激な減圧指示に対し
て大気の流入量の減少が瞬時に行われ、目標減圧カーブ
追従を可能にする。さらに、所定圧到達後のオーバシュ
ートに対して瞬時に流入量を増加することができ、行き
すぎ量をほとんどなくすことができる。一方、アナログ
流量調節弁５は応答性は劣るものの、なだらかな流量変
化をさせることができ、デジタルバルブ６のステップ的
流量変化をなめらかにする。従って、両者のバルブの相
乗効果により、減圧を急速に立ち上げることができると
ともに、目標値には大きなハンチングなく到達すること
ができ、以降も鋳型収納室２等から多少のリークがあっ
ても所定の減圧度を保持することができる。図４に、本
実施例における減圧開始から一定圧力になるまでの減圧
吸引圧力変化を示しているが、約０．０４Ｍｐａ／秒と
いう急激な減圧速度（Ｃ部）にかかわらず、行き過ぎな
く目標値に落ち着いていることがわかる。

【００１４】上述した減圧制御により、溶湯３は、鋳型
１のキャビティ１４内に鋳型との接触でも凝固すること
なく急速に充填され、かつ一定の吸引力を受けた状態で
凝固する。凝固完了した所定時間後にアナログ流量調節
弁５、デジタルバルブ６を各々初期状態の開閉位置に戻
し、鋳型収納室２内を大気圧にして減圧吸引制御サイク
ルが完了する。その後、鋳型収納室２を上昇させて、鋳
型収納室２から鋳型１を取り出して鋳造が完了する。

【００１５】

【発明の効果】本発明の減圧吸引鋳造における湯面検知
方法及び装置によれば、以上説明したような手段を用い
ており、次のような効果がある。 １）湯口が溶湯で閉止された時の鋳型収納室内の減圧度
は、予め設定したエアの流入量で決まるので、一定の減
圧度にすることができ、キャビティへの溶湯の流入や圧
力変化検出ミスがない。 ２）エアの流入量は、流量計測器での流量値をフィード
バックして流量調節手段を制御するので、所定の流入量
を得ることができる。 ３）溶湯レベル計などを使用せず、減圧制御機器を利用
して、湯面検知を行うことができ周辺設備が簡略にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の減圧吸引鋳造装置を説明する図

【図２】湯面検知原理の概念を説明する図

【図３】減圧吸引制御を説明するフローチャート図

【図４】減圧吸引圧力変化の例を示す図

【符号の説明】

１…鋳型 ２…鋳型収納室 ３…溶湯 ４…流量計測器 ５…アナログ流量調節弁 ６…デジタルバルブ ７…真空ポンプ ９…圧力センサー １０…制御部 １４…キャビティ １５…湯道 １６…湯口部 １９…湯口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶湯吸引用開口部と減圧用開口部を有す
   る鋳型収納室に、湯道と前記湯道に連通するキャビテイ
   を有する鋳型を、湯口が鋳型収納室の溶湯吸引用開口部
   から突出するように配置し、減圧開口部から減圧して前
   記湯口から溶湯をキャビテイに充填する減圧吸引鋳造に
   おける湯面検知方法において、 予め設定した吸引流量値に対し、実際の流量値をフィー
   ドバックして流量調節手段を制御し、鋳型収納室より所
   定流量を排出しながら鋳型収納室を溶湯に接近させ、湯
   口が溶湯面に接した時に生ずる圧力変化を検出すること
   を特徴とする減圧吸引鋳造における湯面検知方法。
2. 【請求項２】 溶湯吸引用開口部と減圧用開口部を有す
   る鋳型収納室に、湯道と前記湯道に連通するキャビテイ
   を有する鋳型を、湯口が鋳型収納室の溶湯吸引用開口部
   から突出するように配置し、減圧開口部から減圧して前
   記湯口から溶湯をキャビテイに充填する減圧吸引鋳造に
   おける湯面検知装置において、 前記鋳型収納室の減圧用開口部と真空排気装置を連通す
   る配管に設けた流量調節手段及び流量検出手段と、設定
   流量値と検出した流量値の差分を流量調節手段に出力
   し、鋳型収納室内圧力値を入力し圧力変化を識別する制
   御装置を有することを特徴とする減圧吸引鋳造における
   湯面検知装置。