JPS6045029B2 - 鋳造設備用制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はとりべが融解金属（金属湯）を傷口カップを各
々備えた連続鋳型内に注入する鋳造設備における、溶融
金属の流量遮断を制御する装置に関する。

閉塞してありかつ傷口カップを備えた個々の砂又は永久
鋳型の一連の充填を為す鋳造設備において、鋳型を充満
する時に鋳造とりベを遮断する為の制御は、それが消費
される金属の量と共に、鋳造製品の品質、作業の安全、
鋳造作業の正常工程を決定するので重要である。

事実鋳型内に原料の欠除による不良品を避けるために鋳
型を実際に充満する時にのみ鋳型への注入の停止をする
ことが決定的に重要である。他方、制御の実施の遅れと
、危険てあるとともに注入作業と恐らく注入を行つてい
る域の清掃などの別の作業を阻止することとなる鋳型の
湯口カップから金属湯流があふれるのを避けることが必
要である。最後に問題の経済的様相も考慮しなければな
らない。事実、注入の停止時にて湯口カップ内に収納さ
れた金属（湯流）は部品の金属の比較的大きな割合を示
す。鋳型から除した後に、金属の柱状部を除去しなけれ
ばならない。柱状部は再使用されるが再溶融の費用は再
使用される原料の重量に比例するので、注入停止のため
の制御の精密な調整の結果としてのその量の減少は部品
の製造原価の大きな低減とな−る。通常、鋳型を充満す
る時の注入停止は手作業てある。

職人は鋳型とりベから湯口カップ内に落ちて行く流れの
流量の関数として湯口カップ内の金属の表面の反応を観
察して鋳型が充満状態になる冫時に眼視監視している。
人間の反応時間の見地から、金属は完全な充填が検出さ
れた後の一定の時間にのみ鋳型内に流れ込むのを止める
ので、とりベの直立又は矯正の手動制御、又はとりベ停
止部材の閉塞の手動制御、又は圧力とりベの場合の放ｊ
出の停止の手動制御は常に各注入作業時に一定の金属の
損失を招く。充填の終了を検出し、かつ注入を自動的に
停止する装置を提供することは既に試みられてた。

しかしながら、現在迄前記装置は本技術分野に於るｊ調
合技術の一部であったし、鋳造技術の他の要求と余り調
和しないモールドの特別の形状を要求した。こうして、
鋳型内に適切な位置に孔を設けて鋳型の充満を示す前記
孔内の金属の外観を観察するイことも試みられた。

しかしながら上記目的に使用できる孔を設けることはし
ばしば困難である。孔は金属を余分に消費する原因とな
り、流体の動きの理由から部品の品質に望ましくない結
果をもたらすか、又は大した困難も無しに部品を製造す
ることの阻害となる。 湯口カップの頂部に、湯口カッ
プ内の金属湯高が最大値を越える時に金属にて充満され
る溢湯域ｉの一種を設けることも提案された。

しかしながら、注入の自動中断のためのこの周知の方
法にては、金属のはね上り又は鋳型の空洞部に向う湯口
カップからの流れにおける不規則性の結果として、鋳型
の前で溢湯域が充満される状フ況を検出することはでき
ない。

従つて、本発明の一目的はとりベから流れる金属湯流
と湯口カップの中身の形成したシステムの動態的変数を
監視分析して、該システムが鋳型の全体充填の条件に対
応し、かつ金属注入の中止、一例えは傾斜している鋳型
とりベの矯正、底部注入とりベの停止部の閉鎖、又は適
切な時に金属流を終止するように圧力とりベの放出弁を
閉成することなどをもたらす瞬間を検出することである
。

この目的のために、本発明は可動唇型とりベ又は底部
注入又は圧力型とりベから湯口カップを備えた鋳造鋳型
内に溶融金属の注入を自動的に停止する方法を実現し、
該方法は少なくとも湯口カップ内の金属の自由面（湯高
）と注入流の流量を遠隔測定すること、金属の自由面が
鋳型の完全な充満の結果として湯口カップ内にて隆起す
る時の鋭い変動を表現する充填信号を前記測定から演螺
演算して得ること、充填信号が指示値に達する時に流量
遮断信号を発信するとい事実を特徴とする。 更に本発
明により構成した装置は、検出系、一？ 定又は可変
基準信号の発信回路、及び電子回路から成る。検出系は
電子回路に、少なくともそれらの一信号が湯口カップ内
の金属の湯高に対応する湯高信号であり、湯口カップ内
に落人する金属流量に対応する少なく共第二の流量信号
を連続的に？！ 又は十分に速い速度にて供給するため
に設計してちる。電子回路は、充填信号を基準信号と比
較一、充満信号が検出系より自動的又は非自動的に壱生
される基準信号の所与の指示値を越える時にモリベ制御
電動機上に直接又は間接的に働く流量′０，０、断信号
を発信するために、入力信号から充填信ノを発生させる
ように設計してある。 第１図は砂鋳型１を示し、レー
ル３上を移動す５台車２上に装備してある。

レール３上にはホイく卜４があり、そこから唇６と共に
とりベを懸架してあり、とりベの傾斜と直立矯正はモー
タ７とモータに持続した鎖８により実施する。第１図に
明示してあるように、鋳型１は湯口カップ９を有し、そ
の上端は略截頭円錐形であり鋳型１の上面を空洞１０と
縦方向に連絡して配置し、その形状は鋳造すべき部品と
同一である。

二個の感知器１１，１２は唇６から流れる金属の湯流と
、湯口カップ内に注入され、かつ自由面（湯高）１５を
有する金属１４の湯量の形成したシステムの動態的様相
を連続的に監視する。湯流１３の流量比と湯口カップ９
から空洞１０に向つて流れる金属の流量比間との差異に
よる湯高１５の変化を見ることができる。感知器１１は
、感知器１１を配設している所から見て、湯流１３の幅
、特に断面積に比例する湯流信号を供給するように鋳型
と、とりベから適切な距離（例えば２−５ｒｒＬ）の所
に配設してある。同様に感知器１１の隣接部に配するの
が望ましい感知器１２は、湯口カップ９内の湯高１５に
符号する信号を発信する。事実、該信号は金属１４の円
柱部（ＣＯｌｕｍｎ）の自由面域の関数である。

湯口カップは截頭円錐形であるので、金属１５の湯高と
該域間の二つの同義関係である。感知器１１，１２は融
解金属の可視若しくは熱放出に反応する感光検出器であ
る。

各惑知器は感知器と、該感知部の前面のスクリーン上に
測定される金属部分の実像を形成する光学系を有する。
こうして、もし惑知器１１の感知部前に形成された像が
湯流１３の所定の長さのものを示す場合には、該像の光
度は湯流の幅に比例するものである。従つて、感知器１
１の発信する信号は前記幅に比例する。同様に感知器１
２の出力信号は金属１４の円柱部の自由面域に比例する
。ここで使用される感知器は公知のものである。従つて
、その詳述は省略するが、例えばスイス特許第７７８５
８８０スイス特願３５４０／７６一日本特願５２−３０
４９８（特公開５２−１１４５３３）ｊ号に開示されて
いる。第２図は制御装置の全体図を示すものである。同
図は二個の感知器１１，１２、電動機７が駆飢するウイ
ンチ１６上に巻取る制御鎖８を備えた灯斜鋳造とりベ５
を示す。鋳型１は線図示してある。制御装置は説明を明
瞭にするために二つの卜路１７，１８に分けてある電子
回路から成る。言゛］述しない回路１７は鋳物上の湯流
１３の流量を牡久的に制御する自動制御回路である。該
回路の詳畑は特に前記スイス特許に開示してある。しか
しながら該回路は本発明を実施するのに不可欠ではない
し、本項は省略する。第２図に図示した第二ー の回
路１８は鋳型を充満した時に流量遮断信号を発生する。
該信号は回路１９上に発信され、とりベ５の直立矯正を
する方向に電動機７を急回転をさせる回路１７に送信す
る。前述のように、該流量遮断信号は入力２０，２１，
２２を経て回路に１ 到達する三つの入力信号から発
生される。前記信号の第一の信号は湯高信号Ｍｅ、第二
の信号は湯流信号及び（即ち湯流幅）、第三の信号は指
示信号２２である。 湯流信号２０は、湯流信号の時間
における導関数に比例する信号をその出力にて供給する
、微分回路２４とともに可変利得増幅器２３の一つに導
通される。

前記導関数信号は又可変利得増幅器２３の一つに導通さ
れ、湯流信号Ｍｅ２Ｏとその導関数信号Ｍｅ″両方は、
湯流幅用の感知器１１の信号値が供給する情報から創成
される信号の符号と反対の符号を有する信号を送信され
る加算回路２５に、送信される。 該流量値は入力２１
を経て到達し、湯流の断面、即ちとりベから流れる金属
流量Ｑ］に比例す・る信号を創成するために第二のパワ
ー迄入力信号を増大する回路２６に入る。

装置の他の実施例として、断面信号は互いに垂直に指向
する二個の検出器を使用して入手でき、前記回路２６は
従つてアナログ積算器として使用される。流量Ｑｊに比
フ例する信号は、一方て可変利得増幅器２３内に送信さ
れ、他方で微分回路２４内に送信され、その出力が第四
の可変利得増幅器２３に接続してある。 流量信号の要
素を構成する二つの信号、即ち湯５流Ｑｊ自体に比例す
る信号と、時間の導関数ＱＪ″に対応する信号と流量自
身に対応する信号は、加算インバータ２７に導通され、
その出カー（Ｑｊ＋Ｑｊ″）を前述のように、加算回路
２５の第三の入力に接続してある。

ＦＯこうして加算回路２５から来る信号は流量１３の流
椙Ｑｊと湯高Ｍｅｌ５の同時監視の説明により起因する
充填信号（Ｍｅ＋Ｍｅ″−Ｑｊ−Ｑｊ″）であると理解
される。

事実、安定条件がある限り、湯流１３の流量Ｑｊは円柱
１４の流量と同等、又は略同等てあり、湯高は一定であ
る。発信信号Ｍｅ″とＱｊ″はＯであり、加算インバー
タ回路２７内にて起る極性変換により、加算回路２５か
ら来る信号〔Ｍｅ＋（０）−Ｑｊ−（０）〕は鋳型が充
満条件になつた時に得られる信号と逆の符号になる。

前記正常条件は充填操作が停止する迄続き、システムの
充満条件は湯高１５が上るという事実により次いで検出
される。感知器１２の供給する信号Ｍｅの強度が高くな
るばかりでなく導関数信号（Ｍｅ″〉０）が出現するの
で、充填信号は急速に増大する。他方、とりベからの金
属流の流量Ｑｊは減少する。

事実として、ここで取り上げた例において、本装置は自
動制御回路１７を備えているので湯口カップ内の湯位の
上昇は湯量を減じさせ、とりベが自身がゆるやかに直立
し、従つて流量を減じる。感知器１１の発信する信号（
湯流幅）は減少し、更に流量が減少するので負である導
関数信号（Ｑｊ″〈Ｏ）が回路２６，２７間に接続した
微分回路２４内に出現し、逆加算回路２７内の符号の逆
，転により加算回路２５の第三の入力に丁度加算した信
号は非常に増大する。即ち〔Ｍｅ＋（〉Ｏ）−Ｑｊ−（
〈Ｏ）〕。しかしながらもし設備に何らの自動制御装置
を配設しない場合には、作業工程を監視している作業者
は視覚的に湯位の上昇を検２出し、手動制御によりとり
ベを直立させ又は停止部材を閉じる。勿論該制御は、と
りベの傾斜の小さな修正を課するが、鋳型の完全な充填
を検出すると直ぐに発生すべき金属流の急速な中断を起
すものではない精巧な制御である。さて該充填は加３算
回路２５の出力信号の出現により完全な同義的態様にて
実際に検出される。該信号は鋳型の実際の充填に対応す
る条件を満足すると直ぐに大きく増大する。回路（図示
せす）から来る電圧により供給される例えば電位差分割
回路の形成する規準３要素２８が所望値に調整されて、
比較回路２９が頭初に述べたように、湯流遮断を制御す
るとともに回路１９により導通される出力信号（遮断信
号）を所定時に創成することで十分である。湯流遮断信
号は電動機７の急速回転を起し、小さな角４度迄限定す
るのではなく、とりベが所定位置に直立矯正された時ま
で回転は続く。上述の電子回路の要素はシステムの全て
を調整し、全体として上述の組み合せが金属流／湯口カ
ップ系の動態的変化は肉眼よりもすつと速く検出し、従
つて湯口カップの高さを減じることにより金属のかなり
の量を貯めることができるように反応する。

電子回路１８と異なる第３図の電子回路により同結果
を実現する。

電子回路３０は又三個の入力３１，３２，３３と湯流遮
断信号用の出力３４とから成る。入力３１，３２は感知
器１２から来る湯高信号と感知器１１から来る流量信号
（湯流ｊ幅）を各々受信する。回路３５の第一の群にお
いて、流量及び湯高信号Ｍｅは夫々訂正されるので、該
回路３５から来る信号がＱｊにて示す注入流１３の流量
Ｑｊと湯口カップの底部と湯高１５間の湯口カップ内に
収容された金属量Ｍｅに比例する。微分回路３６におい
て、金属Ｍｅの量に対応する信号は微分され、インバー
タ回路３７においては金属量の導関数Ｍｅ″は極性変換
されるので、その出力にて、インバータ回路は信号Ｍ７
を供給する。電子回路３０は、一方で信号Ｍ♂を受信し
、他方で信号Ｑｊを受信する入力を有する加算回路３８
を含む。該加算回路は従つてその出力点にてＱｍと称さ
れ、かつ鋳型１０に向う湯口カップから流れる金属の流
量に対応する流量信号を供給する。該流量は下記の式に
て表わされる。 鋳型の空洞内に入る金属の流量に対応
する信号Ｑｍは微分されて微分回路３９内にてＱｍ″を
与え、次いで可変利得増幅器４０の一つにより増幅され
る。同時に信号Ｑｍ第二の可変利得増幅器４０に送信さ
れ、二つの信号Ｑｍ″とＱｍは加算一比交回路４１の二
つの入力に供給される。該加算一七較回路の第三の入力
は入力３３から来る指示値言号を受信する。充填完了時
に、ＱｍはＯに落ご ゜う、Ｑｍ″（＝Ｑｊ″−Ｍｅ″
）の符号は変化する。対乍的に流量注人中にＱｍはＯ値
以外に残り、ほん゛）僅かな変化があるだけであるので
Ｑｍ″は小さ）。従つて信号Ｑｍ＋Ｑｍ″＝〔Ｑｊ−Ｍ
ｅ″＋Ｑｊ″一１ｅ″″〕の和は充填が完了すると直ぐ
に符号を変化０７ながら急速に変化して高い精度にて当
該条件をミ出することができる。 勿論、他の変数も詳
述した電子回路用に発明さ５うる。

同様に感知器１１，１２は詳述したよう丁感光検出器で
なくても良い。こうして、例えば、とりベから湯口カッ
プ内に流れる瞬間的流量を検出するために、重量測定も
利用できた。この目的のために、適切な錘があり、その
詳細は既に公知である。例えば、とりベ５の重量は鎖８
と懸垂棒４３内の張力を経て測定できた。同様に、機械
的又は電気的感知器による湯位の検出は同様になすこと
ができた。例えば分析器を電子回路に追加することもで
きた。例えば鋳型の空洞がんの上部に非常に顕著な肩部
４２を有する場合には、制御回路１８又は３０の最後の
比較回路の入力にて、鋳型の充填が為される前に流れ遮
断信号の出現をおこす条件に同じような条件を見出する
ことができる。この場合に、第二の流れ遮断信号は、遮
断が第一の信号により行なわれない場合には短時間の後
に創成される。従つて、第一の流れ遮断信号の影響を排
除し、かつ第二の信号が流れ遮断装置に有効に働くよう
にする分析器を意図することができる。

詳述した回路と共に、例えばマイクロプロセッサーと、
湯高値２８又は４４と共に、詳述した増幅器の利得を自
動的に変化させることができる必要な接続部材（Ｉｎｔ
ｅｒｆａｃｅ）を組み込むこともできる。

一連の鋳造をする際に、自動フィードバックを導入する
こともできるし、一つの鋳型に注入する時に集めた情報
は次の注入の係数を最適にするために利用される。該後
者の可能性は勿論、前述の注入制御回路と共に共同に使
用される。特に、湯口カップ内の湯高を変化することが
できる。例えば湯高を注入の頭初に高く保ち、次いで注
入末期になるに従つて低くすることもできる。従来型の
電子回路は例えば、感知器１１とそれに連結され、かつ
予め計算した一定量を次の鋳型内に注入した時に、湯口
内の湯高値を切り換えかつ／又は他の係数のための指示
を与える回路により、測定した流れの流量の時間の積分
を形成し、第一のモールド内に流れ込んだ量を計算でき
る。交互に変化するパターンにより稼動する鋳造機械の
場合に、プロセッサーは適切に情報を記憶する。最後に
、特別の変数を鋳型の有するマーキング、パンチカード
、主制御ステーションから受信した情報、又は特別な場
合に適切な他の手段により鋳造すべき異なるパターンの
ために導入される。慨して、経験により湯口カップ内の
湯流の流量と該湯口カップ内の金属湯高を同時に検出し
て、精密に、かつ高い信頼性を以つて、総充填を実現す
ると直ぐにとりベの急速な反応を起し、従つて注入作業
の均一性を改善しつつ金属量を節約することができる流
れ遮断信号を創成することが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図は傾斜しているとりベから砂鋳型の一連ｌに充填
するための鋳造設備を示す部分断両立面図である。 第２図は設備を制御する電子回路を含む装置のブロック
線図である。第３図は制御装置の第二の実施例の電子回
路のブロック線図てある。１・・・・・・砂鋳型、２・
・・・・台車、３・・・・・ルール、４一・・・・・ホ
イスト装置、５・・・・・とりベ、６・・・・・・唇、
７・・・電動機、８・・・・・・鎖、９・・・・・・湯
口カップ、１０・・・・空洞、１１，１２・・・・・・
惑知器、１７・・・・・・自動制御回路、１８，３０・
・・・・・電子回路、２０，２１，２２，３１，３２，
３３・・・・・・入力、２３・・θ可変利得増幅器、２
４，３６，３９・・・・・・微分回路、２５・・・・・
加算回路、２７・・・・・・加算インバータ回路、３７
・・・・・・インバータ、４０・・・・・・可変利得増
幅器、４１・・・・・加算一比較回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空洞１０と該空洞１０の上にある湯口カップ９とを
   有する連続砂鋳型１の充填を自動的に制御する鋳造設備
   用制御装置であつて、上記砂鋳型は、金属湯を含みかつ
   後記とりべ５から落ちる金属湯流１３を前記砂鋳型１の
   湯口カップ内に送給する上記とりべ５により充填され、
   従つて上記湯口カップ内に金属流１４を蓄積して湯高１
   ５を形成し、他方前記蓄積した金属湯は上記湯口９から
   上記空洞１０に向かつて流れる、下記構成要素から成る
   ことを特徴とする上記鋳造設備制御装置。 （ア）上記湯高１５と金属湯流１３の上面の直径方向の
   幅とを夫々監視し、かつ上記湯口と幅とを夫々具現する
   第一と第二のアナログ信号を発信する感光検出器１１，
   １２、（イ）微分回路２４，３６，３９、集計回路（集
   計器２５、逆加算器２７、加算器）増幅器２３，４０と
   比較器２９，４１とを備えて（Ｍｅ＋Ｍｅ′−Ｑｊ−Ｑ
   ｊ′）又は（−Ｍｅ′＋Ｑｊ＋Ｑｊ′−Ｍｅ″）を続み
   取るアルゴリズムにより上記アナログ信号を処理し、電
   子回路１８，３０。 但し上記式中にてＭｅとＱｊは上記第一と第二のアナロ
   グ信号から夫々発信され、Ｍｅ′とＱｊ′はＭｅとＱｊ
   の導関数であり、アルゴリズムを具現する充填制御信号
   を形成し、指示信号２２，３３と上記充填制御信号とを
   比較し、かつ上記充填制御信号が上記指示値に達すると
   遮断し、上記電子回路は更に上記遮断信号に応答して金
   属湯流の急速遮断をする電動機７、プーリ１６、鎖８を
   備えているもの。