JP2005189054A

JP2005189054A - 溶湯湯面検知センサ

Info

Publication number: JP2005189054A
Application number: JP2003429592A
Authority: JP
Inventors: Tetsunori Hayafuji; 哲典早藤
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: JP4496776B2

Abstract

【課題】溶湯の湯面が低下したことを、溶湯との接触の有無により検出する接触型の溶湯湯面検知センサにおいて、溶湯表面に溶湯凝固物が形成されやすい場合でも、溶湯湯面が低下したことを確実に検知することができる溶湯湯面検知センサを提供する。
【解決手段】センサ本体３と、当該センサ本体３を所定の時間間隔で上下動させるシリンダ１１を有する。センサ本体３の上昇端Ａ及び下降端Ｂには、それぞれ上昇端側金属板１０及び下降端側金属板９が配置されており、センサ本体３が上昇端Ａあるいは下降端Ｂに位置したときに、センサ本体３の一部がこれら金属板１０、９に衝突するようになっている。この衝撃がセンサ本体３を伝播し、センサ本体３の先端部３ａに付着される溶湯の凝固物が破壊される。これにより、センサ本体３への溶湯凝固物付着による検出誤判定を防止することができ、溶湯湯面が基準高さより低下したことを確実に検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶湯槽等に収容される溶湯の湯面位置を検出する溶湯湯面検知センサに関する。

溶湯槽中の溶湯を自動で外部へ供給し製品を製造する設備において、溶湯槽中の溶湯湯面レベルの均一保持は、設定した溶湯量を安定して供給する上で、ひいては安定した品質の製品を製造する上で非常に重要である。そこで、溶湯湯面レベルの均一保持のために、湯面位置を溶湯湯面検知センサにより検知して、溶湯の湯面が規定値以下に低下したときに、投入機により溶湯槽中に原材料を投入するようにしている。

溶湯湯面検知センサとしては、構造が単純で安価であるとともに、構成部品が少ないことで破損も少ないことから接触型の溶湯湯面検知センサが主に使用されている。接触型の溶湯湯面検知センサとしては、例えば、特開平６−２８１４９０号公報に開示されているものがある。上記公報に開示されている溶湯湯面検知センサは、円筒状の保護管の内部に導通体を配置し、この導通体と溶湯との接触の有無を検知することにより溶湯湯面の位置を検知するものである。具体的には、溶湯湯面検知センサを、溶湯湯面検知センサの下端が溶湯湯面の基準位置となるように溶湯槽内に配置して、溶湯の量が減少し溶湯湯面が低下して、溶湯と溶湯湯面検知センサの下端とが離間したときに、溶湯湯面が基準位置よりも低下したと判断するものである。
特開平６−２８１４９０号公報

ここで、鋳造を繰り返し行なっているうちに溶湯湯面検知センサの先端部に溶湯が凝固・付着しセンサを覆い、さらには、図３（ｃ）に示すように「つらら」状に溶湯凝固物が垂れ下がり、溶湯湯面と溶湯湯面検知センサの先端部とが離れなくなる。したがって、接触型の溶湯湯面検知センサの場合、溶湯湯面位置が低下しても、溶湯湯面検知センサの先端部に付着する溶湯凝固物のために、溶湯湯面の低下を検知することが出来ない場合がある。このように、従来の接触型の溶湯湯面検知センサでは、特に凝固潜熱の小さいアルミニウム及びその合金、マグネシウムおよびその合金等によりなる溶湯を用いる場合に、溶湯の凝固によるつららが発生しやすいために、溶湯湯面の低下を確実に検知することが出来ないという問題があった。

本発明は、以上のような問題を鑑みてなされたものであって、接触型の溶湯湯面検知センサにおいて、溶湯湯面に溶湯凝固物が形成されやすい場合でも、溶湯湯面の低下を確実に検知することができる溶湯湯面検知センサを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の溶湯湯面検知センサは、溶湯槽内における溶湯湯面の位置を検出する溶湯湯面検知センサであって、溶湯との接触により溶湯の有無を検知するセンサ本体と、該センサ本体を上下動させるセンサ移動機構と、前記センサ本体が上下動する際に、前記センサ本体に衝突して前記センサ本体に衝撃を与える衝撃付与部材とを有することを特徴とする。

前記衝撃付与部材は、前記センサ本体の上昇端あるいは下降端の少なくともいずれかに配置され、前記センサ本体が上昇端あるいは下降端の少なくともいずれかに位置したときに、前記センサ本体に衝突するものであるがよい。さらに、本発明の溶湯湯面検知センサは、前記センサ移動機構を所定の時間間隔で作動させるタイマー機構を有するのがよい。さらに、前記溶湯湯面検知センサは、前記センサ本体が上下動している際には、溶湯湯面との接触の有無を検知しないものであるのがよい。

上記のような本発明の構成によれば、センサ本体を上下動させ、溶湯湯面検知センサが上下動する際に、衝突付与部材に衝突することにより、センサ本体に衝撃を伝播させることができる。そして、このセンサ本体に機械的な衝撃が加わることで、センサ本体に付着する溶湯凝固物を除去することができる。そのため、溶湯湯面に溶湯凝固物が形成されやすく、センサ本体に溶湯凝固物が付着しやすい場合でも、溶湯湯面の低下を確実に検知することができる。したがって、本発明によれば、溶湯槽内の溶湯深さを設定範囲内で安定させることができ、溶湯槽外部に安定した供給量で溶湯を供給することができるので、結果として製品品質の安定化につながる。なお、湯面に溶湯凝固物が形成されやすい溶湯としては、アルミニウム合金（アルミニウムを含む）やマグネシウム合金（マグネシウムを含む）等の溶湯を例示することができる。

さらに、衝撃付与部材として、センサ本体が上昇端あるいは下降端の少なくともいずれかに位置したときに、センサ本体に衝突するものを採用することで、衝撃付与部材をセンサ本体の上昇端あるいは下降端の少なくともいずれかに配置される固定部材とすることができ、より簡便に本発明を実現することができる。

なお、センサ本体を上下動させると、センサ本体が溶湯湯面から一時的に離脱したり、衝撃付与部材からの衝撃により溶湯凝固物が除去されたりして、溶湯湯面が実際には基準位置よりも低下していなくても、誤って溶湯湯面が低下したと検知されること（検出誤判定）が考えられるが、センサ本体は、該溶湯湯面検知センサが上下動している際には、溶湯湯面との接触の有無を検知しないものとすることで、溶湯湯面低下の検出誤判定を回避することができる。具体的には、センサ本体として、溶湯（あるいは溶湯の凝固物）との離間が所定時間（以下、設定検出時間とする）以上となった場合に、はじめて当該センサ本体に溶湯（あるいは溶湯の凝固物）が接触していないと判断するものを採用するとともに、この設定検出時間を、センサ本体が上下動する一連のサイクル時間よりも長く設定するのがよい。また、センサ移動機構が作動する際には、センサ本体からの信号を受け付けないようにして、センサの機能を停止させることでも、上記検出誤判定を回避することができる。

本発明にかかる実施形態について、以下、図面を用いつつ説明する。図１は、本発明の溶湯湯面検知センサ１が溶湯槽２０に配置されている状態を示すものである。図１に示すように、溶湯湯面検知センサ１は、溶湯との接触の有無を検知する棒状のセンサ本体３と、該センサ本体３を上下動させるセンサ移動機構としてのシリンダ１１と、センサ本体３の上昇端Ａ側に配置され、センサ本体３が上昇端Ａに位置したときに、当該センサ本体３と衝突してセンサ本体３に衝撃を付与する上昇端側金属板１０と、センサ本体３の下降端Ｂ側に配置され、センサ本体３が下降端Ｂに位置したときに、当該センサ本体３と衝突して、センサ本体３に衝撃を付与する下降端側金属板９と、溶湯中の雰囲気を大気と遮断することを目的とした保護管１２からなる。上昇端側金属板１０、下降端側金属板９が、本発明における衝撃付与部材として機能する。また、保護管１２は、シリンダ１１及びセンサ本体３への外部からの衝撃を保護する機能も有する。

溶湯槽２０には例えば酸化防止のために炉蓋２が設けられており、炉蓋２の上部には下降端側金属板９が、炉蓋２に係合部材４により係合される形で配置されている。この炉蓋２により密閉されている溶湯槽２０内部は、防燃ガスが充満しており、溶湯槽２０内への大気ガスの流入が防止されている。炉蓋２と下降端側金属板９には、センサ本体３を挿通するために、開口部２ａ、開口部９ａが形成されている。センサ本体３の上部には、フランジ３ｂが形成されており、該フランジ３ｂが下降端側金属板９に支えられてセンサ本体３が下降端Ｂにおいて静止するようになっている。

また、金属溶湯からの輻射熱、溶湯の防燃ガスから保護するために、センサ本体３、シリンダ１１、炉蓋２、上昇端側金属板１０、下降端側金属板９は、耐熱性及び耐食性を有する材質、例えばステンレス鋼で構成するのがよい。

センサ本体３は通常は下降端Ｂに位置しており、センサ本体３が下降端Ｂに位置しているときに、センサ本体３の先端部３ａが位置する高さが、溶湯湯面の基準位置とされ、この基準位置よりも溶湯湯面が低下した場合には、溶湯槽２０内の溶湯の量が十分ではなく、投入機により溶湯槽２０内に溶湯の原材料を追加する必要がある。

センサ本体３としては、周知の接触型の湯面センサを使用することができる。具体的には、センサ本体３は、棒状の導通部を有するものであり、この導通部が溶湯と導通したかどうかで、当該導通部が溶湯に接触しているかどうかを検出するものである。そして、上記導通部に溶湯が接触していないと判断された場合に、溶湯槽２０に原材料を供給する旨の信号を送信するものである。

また、溶湯湯面検知センサ１はシリンダ１１によるセンサ本体３の上下動をタイマーにより行うタイマー機構を備えた制御装置３０をさらに有する。この制御装置３０は、所定の時間間隔をあけてシリンダ１１を上下動させるものである。シリンダ１１によるセンサ本体３の上下動が行われていない時間、つまりセンサ本体３が下降端Ｂに停止している時間間隔（以下、アイドル時間とする）は、溶湯が溶湯槽２０外部へ移動する際の溶湯量あるいは溶湯成分等により任意に変更することができ、センサ本体３の先端部３ａに溶湯の凝固物が付着しすぎない最適なアイドル時間を適宜設定することができる。

以下、本実施形態の溶湯湯面検知センサ１の作動について説明する。通常は図３（ａ）に示すように、溶湯がセンサ本体３と接触する高さであり、溶湯湯面検知センサ１は、溶湯槽２０内に溶湯が十分にあるとして、溶湯の追加を要求する電気信号を送信しない。ここで、溶湯としてはアルミニウム合金やマグネシウム合金等の溶湯槽２０内の雰囲気により酸化されやすい物質であり、溶湯の表面にこれらの物質の溶湯凝固物層５が形成されている。そして、図３（ｂ）に示すように、溶湯槽２０から溶湯を外部に供給すると、溶湯の量が減って溶湯湯面の高さが低下する。溶湯湯面の高さが低下するとき、溶湯の表面に形成されている溶湯凝固物層５がセンサ本体３の先端部３ａに付着する。さらに、図３（ｃ）に示すように、溶湯湯面が基準位置（センサ本体３の先端部３の位置）より低下しても、センサ本体３の先端部３ａに付着する溶湯凝固物がツララ状に垂れ下がってしまう。

このような状況で、制御装置３０のタイマー機構が働くと、シリンダ１１が作動してセンサ本体３が上昇する。図２に示すように、センサ本体３はシリンダ本体１１により上昇端Ａまで上昇するが、上昇端Ａには、上昇端側金属板１０が配置されているので、センサ本体３の上部が該上昇端側金属板１０に衝突することになる。このときの衝撃がセンサ本体３を伝播し、先端部３ａに伝えられて、先端部３ａに付着する溶湯凝固物が破壊される。そのため、センサ本体３の先端部３ａから溶湯凝固物が脱離することになる。

上昇端Ａまで上昇したセンサ本体３は、その後シリンダ１１により下降され、下降端Ｂに戻る。このとき、下降端Ｂには下降端側金属板９が配置されているので、センサ本体３のフランジ３ｂが下降端側金属板９の開口部９ａ近傍に衝突する。そのため、センサ本体３には、下降端側金属板９と衝突したときの衝撃が伝播し、この衝撃がセンサ本体３の先端部３ａに伝わることになる。このように、本実施形態の溶湯湯面検知センサ１においては、センサ本体３が上昇端Ａと下降端Ｂとで、衝撃付与部材としての金属板１０、９に衝突するようになっているので、一回のシリンダ１１の作動において、２回衝撃付与部材に衝突することになり、より確実にセンサ本体３の先端部３ａから溶湯凝固物を離脱させることができる。

以上のように、センサ本体３の上下動により、センサ本体３の先端部３ａに付着する溶湯凝固物は破壊される。そのため、センサ本体３の上下動後、再び下降端Ｂに位置するセンサ本体３の先端部３ａには、図４のように、溶湯や溶湯の凝固物が接触しておらず、溶湯湯面の低下を検知することが可能となる。このように、センサ本体３に付着する溶湯凝固物は、定期的に除去されるので、センサ本体３の上下動を行う時間間隔（アイドル時間）を適宜設定することで、溶湯湯面が、基準位置よりも過剰に低下することを防止することができる。

ここで、センサ本体３は、該センサ本体３の先端部３ａと溶湯（あるいは溶湯の凝固物）とが、所定時間（設定検出時間）以上離間している場合に、はじめてセンサ本体３と溶湯（あるいは溶湯の凝固物）とが接触していないと判断するものである。また、センサ本体３が下降端Ｂから上昇端Ａまで上昇し、上昇端Ａから下降端Ｂまで下降する一連のサイクルが行われる時間（以下、サイクル時間とする）は、前述の設定検出時間よりも短く設定されている。そのため、シリンダ１１が作動してセンサ本体３が上下動する間は、仮にセンサ本体３と溶湯（あるいは溶湯の凝固物）が接触していなくても、センサ本体３と溶湯（あるいは溶湯の凝固物）が接触していないと判断されることはない。これにより、実際には溶湯湯面が基準位置より低下していない場合に、シリンダ１１によりセンサ本体３が上昇した際、あるいはセンサ本体３が上昇端Ａまで上昇して上昇端側金属板１０からの衝撃により溶湯の凝固物が脱離された際に、溶湯湯面が低下したと判断されることがなく、検出誤判定を回避することができる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態の溶湯湯面検知センサによれば、センサ本体３を上下移動させ、その上昇端Ａ及び下降端Ｂで上昇端側金属板１０及び下降端側金属板９によりセンサ本体３に衝撃を付与し、この衝撃をセンサ本体３の先端部３ａに伝播させることで、センサ本体３の先端部３ａに付着する溶湯の凝固物を破壊することができる。そのため、溶湯槽２０から溶湯が外部に供給されて、溶湯槽２０の溶湯が減少し、溶湯湯面が基準位置より低下した際、溶湯湯面が低下したことを知らせる電気信号を確実に送信することができる。したがって、溶湯槽２０内の溶湯の量を常時設定範囲内に維持することができ、溶湯槽２０外部に常時安定した量の溶湯を供給することができるため、製品品質の向上につながる。

本発明の溶湯湯面検知センサの概略を示す図。本発明の溶湯湯面検知センサの概略を示す図。センサ本体に溶湯凝固物が付着する過程を示すとともに、本発明の作動を説明するための図。本発明の効果を説明するための図。

符号の説明

１溶湯湯面検知センサ
３センサ本体
３ａセンサ本体の先端部
３ｂセンサ本体のフランジ
９下降端側金属板（衝撃付与部材）
１０上昇端側金属板（衝撃付与部材）
１１シリンダ
１２保護管
３０制御装置（タイマー機構）
Ａ上昇端
Ｂ下降端

Claims

溶湯槽内における溶湯湯面の位置を検出する溶湯湯面検知センサであって、溶湯との接触により溶湯の有無を検知するセンサ本体と、該センサ本体を上下動させるセンサ移動機構と、前記センサ本体が上下動する際に、前記センサ本体に衝突して前記センサ本体に衝撃を与える衝撃付与部材とを有することを特徴とする溶湯湯面検知センサ。
前記衝撃付与部材は、前記センサ本体の上昇端あるいは下降端の少なくともいずれかに配置され、前記センサ本体が上昇端あるいは下降端の少なくともいずれかに位置したときに、前記センサ本体に衝突するものであることを特徴とする請求項１に記載の溶湯湯面検知センサ。
前記センサ移動機構を所定の時間間隔で作動させるタイマー機構を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶湯湯面検知センサ。
前記センサ本体は、該センサ本体が上下動している際には、溶湯湯面との接触の有無を検知しないものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の溶湯湯面検知センサ。