JP2020151751A - 鋳造装置における堰、及び湯口入子の予熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】予熱時間の短縮化を図る鋳造装置における堰、及び湯口入子の予熱方法の提供。【解決手段】堰１１ｃと、堰１１ｃに接続される湯口入子２１と、湯口入子２１に接続され、溶湯Ｍ１への加圧を制御することができる溶湯保持炉２２とを備える鋳造装置１００における堰、及び入子の予熱方法である。湯口入子２１は、溶湯保持炉２２内の溶湯Ｍ１内まで延びている。当該予熱方法は、溶湯Ｍ１の液面Ｍ１ａが溶湯保持炉２２内の湯口入子２１から堰１１ｃに移動するよう、溶湯Ｍ１を加圧して、堰１１ｃにおける溶湯Ｍ１が溶融状態を維持する所定の時間、溶湯Ｍ１を加圧し続けて、溶湯Ｍ１の液面Ｍ１ａが堰１１ｃから溶湯保持炉２２内の湯口入子２１に移動するよう溶湯Ｍ１への圧力を減圧する。【選択図】図２

Description

本発明は、鋳造装置における堰、及び湯口入子の予熱方法に関し、特に、溶湯加圧装置を備えた鋳造装置における堰、及び湯口入子の予熱方法に関する。

特許文献１に開示の鋳造機金型の予熱装置は、熱風導入パイプを備え、熱風導入パイプの先端ノズルは、堰に配置されている。予熱装置は、熱風を熱風導入パイプの先端ノズルから排出して、堰、及び湯口入子を加熱する。

特開２０１８−０３０１６１号公報

本願発明者等は、上記した予熱装置による予熱方法について、以下の課題を発見した。
鋳造装置における堰、及び湯口入子の予熱時間の短縮化が要求されている。上記した予熱装置が熱媒体として用いた熱風は、他の熱媒体と比較して熱容量が小さく、時間当たりの熱移動量が小さい傾向にある。そのため、予熱時間の短縮化の余地がある。

本発明は、予熱時間の短縮化を図るものとする。

本発明に係る鋳造装置における堰、及び湯口入子の予熱方法は、
堰と、
当該堰に接続される湯口入子と、
当該湯口入子に接続され、溶湯への加圧を制御することができる溶湯保持炉と、
を備え、
当該湯口入子は、前記溶湯保持炉内の前記溶湯内まで延びた、
鋳造装置における堰、及び入子の予熱方法であって、
前記溶湯の液面が前記溶湯保持炉内の前記湯口入子から前記堰に移動するよう、前記溶湯を加圧して、
前記堰における前記溶湯が溶融状態を維持する所定の時間、前記溶湯を加圧し続けて、
前記溶湯の液面が前記堰から前記溶湯保持炉内の前記湯口入子に移動するよう前記溶湯への圧力を減圧する。

このような構成によれば、溶湯が所定の時間、堰に位置するため、熱が溶湯から堰、及び湯口入子へ移動する。溶湯は、空気と比較して熱容量が高い。よって、堰、及び湯口入子への時間当たりの伝熱量を高めることができる。すなわち、予熱時間の短縮化を図ることができる。

本発明は、予熱時間の短縮化を図ることができる鋳造装置における堰、及び湯口入子の予熱方法を提供する。

実施の形態１に係る鋳造装置の一構成例を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る鋳造装置の一構成例の動作を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る鋳造装置における堰、及び湯口入子の予熱方法の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（実施の形態１）
図１〜図３を参照して実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１に係る鋳造装置の一構成例を示す概略断面図である。図２は、実施の形態１に係る鋳造装置の一構成例の動作を示す概略断面図である。図３は、実施の形態１に係る鋳造装置における堰、及び湯口入子の予熱方法の一例を示すフローチャートである。

なお、当然のことながら、図１及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。

＜鋳造装置＞
実施の形態１に係る鋳造装置における堰、及び湯口入子の予熱方法の一例では、図１及び図２に示す鋳造装置１００を利用することができる。鋳造装置１００は、金型１０と、湯口入子２１と、溶湯保持炉２２とを含む。図１に示す鋳造装置１００の一具体例は、低圧鋳造装置である。

溶湯保持炉２２は、鋳造に用いる溶湯Ｍ１を保持し、溶湯Ｍ１の温度を少なくとも維持することができる技術的な加熱手段を備える。また、溶湯保持炉２２は、溶湯への加圧を制御することができる。溶湯Ｍ１は、鋳造に利用される金属材料を溶解したものであればよい。このような金属材料として、例えば、純Ａｌ又はＡｌ合金が挙げられる。

図１に示す溶湯保持炉２２の一具体例は、加圧装置２２ａと、減圧装置２２ｂと、制御装置２２ｃと、圧力制御部２２ｄと、蓋２３とを備える。

加圧装置２２ａは、溶湯保持炉２２内に気体を供給して溶湯Ｍ１を加圧する。加圧装置２２ａは、例えば、加圧ポンプと、バルブとを備える。加圧装置２２ａは、加圧ポンプを用いて溶湯保持炉２２内に当該気体を供給し、バルブを開閉して当該気体の供給の開始や停止をする。

減圧装置２２ｂは、溶湯保持炉２２内に気体を排気して、溶湯Ｍ１への圧力を減圧する。減圧装置２２ｂは、例えば、排気バルブを備える。減圧装置２２ｂは、排気バルブを開き、溶湯保持炉２２の排気口を通じて、溶湯保持炉２２内の気体を排気する。

制御装置２２ｃは、図示しないインタフェースを介して、ユーザから様々な入力信号を取得する。また、制御装置２２ｃは、後述する溶湯検知センサ３２が溶湯Ｍ１を検知した検知信号を取得してもよい。制御装置２２ｃは、この入力信号やこの検知信号に基づいて、金型１０の予熱を開始する指令を示す予熱開始指令信号、金型１０の予熱を終了する指令を示す予熱終了指令信号、鋳造を開始する指令を示す鋳造開始指令信号、鋳造を終了する指令を示す鋳造開始指令信号等を生成する。制御装置２２ｃは、溶湯検知センサ３２が正常であると判定された場合、予熱開始指令信号を生成してもよい。また、制御装置２２ｃは、溶湯検知センサ３２が異常であると判定された場合、予熱開始指令信号の生成を停止するとしてもよい。

圧力制御部２２ｄは、制御装置２２ｃから各指令信号、例えば、予熱開始指令信号、予熱終了指令信号、鋳造開始指令信号、又は鋳造終了指令信号を取得する。また、圧力制御部２２ｄは、後述する溶湯検知センサ３２が溶湯Ｍ１を検知した検知信号を取得する。圧力制御部２２ｄは、制御部からの各指令信号、当該検知信号等に基づいて、加圧装置２２ａ及び減圧装置２２ｂによる溶湯Ｍ１への圧力の大きさを制御する制御信号を生成し、加圧装置２２ａ及び減圧装置２２ｂにそれぞれ送る。

制御装置２２ｃは、ハードウェア構成として、例えば、シーケンス制御装置、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する演算回路と、プログラムメモリやデータメモリその他のＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する記憶装置等を備えてもよい。当該演算回路が、当該記録装置に記録されたプログラムを読み出し、各動作を実行して、制御装置２２ｃは、例えば、圧力制御部２２ｄとして機能する。

蓋２３は、溶湯保持炉２２を覆う。溶湯保持炉２２は、溶湯Ｍ１を受け入れるための供給口を有するとよい。また、その他に、溶湯保持炉２２は、一般的な低圧鋳造装置の溶湯保持炉として機能を動作させるために必要な機能を有してもよい。

金型１０は、下型１１と、上型１２とを含む。金型１０は、図示しないベースに支持されている。

下型１１は、当該ベースに脱離可能に固定されている。下型１１は、第１の分割型１１ａと、第２の分割型１１ｂとを備える。

第１の分割型１１ａは、第２の分割型１１ｂに積み重なっている。第２の分割型１１ｂは、堰１１ｃを有し、堰１１ｃは、溶湯Ｍ１を通過させるための通過孔である。第１の分割型１１ａは、図示しない分割型移動保持部によって移動可能に保持されて、第２の分割型１１ｂに接近する、又は、離隔するように移動することができる。

上型１２は、図示しない上型保持移動部によって移動可能に保持されて、下型１１に接近する、又は、離隔するように移動することができる。

下型１１と上型１２とが押し合わされると、図示しない金型キャビティが下型１１と上型１２との内側に形成される。

湯口入子２１は、金型１０と、溶湯保持炉２２とを接続する筒状体である。湯口入子２１は、溶湯Ｍ１を溶湯保持炉２２から金型１０へ導く。

湯口入子２１は、保持炉側筒状部２１ａと、堰側筒状部２１ｂとを備える。保持炉側筒状部２１ａと堰側筒状部２１ｂとが連なる。保持炉側筒状部２１ａは、略直線上に延びた円筒状体である。堰側筒状部２１ｂは、保持炉側筒状部２１ａから離れるにつれて径が大きくなる円筒状体である。

保持炉側筒状部２１ａは、溶湯Ｍ１に延びており、挿し込まれている。溶湯Ｍ１にかかる圧力が高まると、溶湯保持炉２２の内側、かつ、保持炉側筒状部２１ａの外側における溶湯Ｍ１の液面Ｍ１ｂが圧力を受ける。液面Ｍ１ｂが圧力を受けると、保持炉側筒状部２１ａの内側における溶湯Ｍ１の液面Ｍ１ａが、保持炉側筒状部２１ａ、堰側筒状部２１ｂ、堰１１ｃ、又は金型キャビティへ移動する。堰側筒状部２１ｂは、第１の分割型１１ａに接続されている。

＜予熱装置＞
鋳造装置１００には、予熱装置３０を適用することができる。予熱装置３０は、輻射式電熱装置３１と、溶湯検知センサ３２と、遮蔽板３３とを備える。

輻射式電熱装置３１は、上型１２及び下型１１を予熱する。輻射式電熱装置３１は、搬送可能な技術的な保持手段によって保持されていてもよい。輻射式電熱装置３１は、作業者、又は機械によって当該保持手段に保持させたり、当該保持手段から降ろしたりすることができる。

溶湯検知センサ３２は、輻射式電熱装置３１に設けられている。溶湯検知センサ３２は、溶湯Ｍ１が堰１１ｃを越えた場合、溶湯Ｍ１を検知する。溶湯検知センサ３２は、溶湯Ｍ１を検知した検知信号を生成し、制御装置２２ｃへ送る。溶湯検知センサ３２は、複数あるとよい。そのうち１つが故障してもその他が動作することができ、より確実に溶湯Ｍ１を検知することができる。

遮蔽板３３は、輻射式電熱装置３１の外側、かつ、下型１１と上型１２との間に配置されている。遮蔽板３３は、輻射式電熱装置３１からの輻射を遮蔽する。輻射式電熱装置３１からの輻射は、下型１１と上型１２との外側に漏れ難い。遮蔽板３３は、輻射式電熱装置３１からの輻射を反射してもよい。そのため、輻射式電熱装置３１からの輻射の多くを、下型１１と上型１２とに与え、下型１１と上型１２を効率良く加熱することができる。

＜一動作例＞
ここで、鋳造装置１００の一動作例について説明する。圧力制御部２２ｄが、制御装置２２ｃから予熱開始指令信号を取得する。また、圧力制御部２２ｄは、溶湯検知センサ３２が溶湯Ｍ１を検知した検知信号を取得する。圧力制御部２２ｄは、加圧装置２２ａ及び減圧装置２２ｂによる溶湯Ｍ１への圧力を所定の大きさに制御する制御信号を生成し、加圧装置２２ａ及び減圧装置２２ｂにそれぞれ送る。具体的には、加圧装置２２ａは、バルブを開いて、気体を所定の量、溶湯保持炉２２内に供給する。さらに、減圧装置２２ｂがバルブを閉めて排気口を閉じる。これらによって、図２に示すように、溶湯Ｍ１の液面Ｍ１ｂが圧力を受けて、液面Ｍ１ａが堰１１ｃに到達する。

＜予熱方法＞
次に、図１〜図３を参照して、実施の形態１に係る鋳造装置における堰、及び湯口入子の予熱方法の一例について説明する。

予熱装置３０を起動させる（型予熱起動ステップＳＴ１）。

続いて、溶湯検知センサ３２が正常か異常かを判定する（溶湯検知センサ正常確認ステップＳＴ２）。例えば、溶湯検知センサ３２と第１の分割型１１ａとを導電体を介して接続させて、溶湯検知センサ３２と第１の分割型１１ａとが導通した場合、溶湯検知センサ３２が正常と判定する。溶湯検知センサ３２と第１の分割型１１ａとが導通しない場合、溶湯検知センサ３２が異常と判定する。

溶湯検知センサ３２が異常と判定された場合（溶湯検知センサ正常確認ステップＳＴ２：ＮＯ）、制御装置２２ｃのインタフェースを介して異常を表示する（異常表示ステップＳＴ２１）。なお、制御装置２２ｃは、予熱開始指令信号を生成しないので、圧力制御部２２ｄは、予熱を開始しない。

一方、溶湯検知センサ３２が正常と判定された場合（溶湯検知センサ正常確認ステップＳＴ２：ＹＥＳ）、図１に示すように、予熱装置３０を下型１１と上型１２の間に搬送する（予熱装置搬送ステップＳＴ３）。

続いて、輻射式電熱装置３１が輻射を開始し、下型１１と上型１２とを加熱する（輻射開始ステップＳＴ４）。下型１１と上型１２との予熱が完了するまで、輻射式電熱装置３１は輻射を続ける。

続いて、輻射開始ステップＳＴ４と同時並行して、溶湯Ｍ１による予熱（溶湯加熱開始ステップＳＴ５〜予熱終了指令ステップＳＴ１２）を行う。

まず、溶湯Ｍ１による堰１１ｃ、及び湯口入子２１を加熱する（溶湯加熱開始ステップＳＴ５）。具体的には、図２に示すように、溶湯Ｍ１への圧力を制御し、溶湯Ｍ１の液面Ｍ１ａが堰１１ｃに到達させる。液面Ｍ１ａが堰１１ｃに位置するから、溶湯Ｍ１が堰１１ｃ、及び湯口入子２１に直接接触している。熱が溶湯Ｍ１から堰１１ｃ、及び湯口入子２１に移動する。

続いて、溶湯Ｍ１の液面Ｍ１ａが堰１１ｃに到達させてから第１の設定時間が経過するまで（第１の設定時間経過確認ステップＳＴ６：ＮＯ）、溶湯Ｍ１の検知の有無を確認し続ける（溶湯検知ステップＳＴ９：ＮＯ）。

続いて、溶湯Ｍ１の液面Ｍ１ａが堰１１ｃに到達させてから第１の設定時間が経過すると（第１の設定時間経過確認ステップＳＴ６：ＹＥＳ）、溶湯Ｍ１への圧力を減圧する（溶湯減圧ステップＳＴ７）。第１の設定時間は、溶湯Ｍ１の液面Ｍ１ａが堰１１ｃに到達してから、溶湯Ｍ１が固まって堰１１ｃを閉塞する時間よりも短い所定の時間である。言い換えると、第１の設定時間は、液面Ｍ１ａが堰１１ｃに到達してから、溶湯Ｍ１が溶融状態を維持する時間である。

続いて、第２の設定時間が経過するまで、溶湯Ｍ１への圧力を減圧する（第２の設定時間経過確認ステップＳＴ８：ＮＯ）。第２の設定時間は、溶湯Ｍ１の減圧を開始してから、溶湯Ｍ１の液面Ｍ１ａが溶湯保持炉２２内に戻るまでに経過する時間である。言い換えると、第２の設定時間は、溶湯Ｍ１の減圧を開始してから、液面Ｍ１ａが液面Ｍ１ｂと殆ど同じ高さがになるまでに経過する時間である。

一方、溶湯検知ステップＳＴ９において、溶湯Ｍ１を検知すると（溶湯検知ステップＳＴ９：ＹＥＳ）、溶湯Ｍ１への圧力を減圧する（溶湯減圧ステップＳＴ１０）。

溶湯Ｍ１を検知しなくなるまで、溶湯Ｍ１の検知の有無を確認し続ける（溶湯検知停止確認ステップＳＴ１１：ＹＥＳ）。

第２の設定時間が経過する（第２の設定時間経過確認ステップＳＴ８：ＹＥＳ）、又は、溶湯Ｍ１を検知しなくなると（溶湯検知停止確認ステップＳＴ１１：ＮＯ）、予熱終了指令信号の取得の有無を確認する（予熱終了指令ステップＳＴ１２）。

予熱終了指令信号を取得していない場合（予熱終了指令ステップＳＴ１２：ＮＯ）、再び溶湯Ｍ１による堰１１ｃ、及び湯口入子２１を加熱する（溶湯加熱開始ステップＳＴ５）。

一方、予熱終了指令信号を取得した場合（予熱終了指令ステップＳＴ１２：ＹＥＳ）、輻射開始ステップＳＴ４、及び、溶湯加熱開始ステップＳＴ５〜予熱終了指令ステップＳＴ１２を終了する。

以上より、上記した予熱方法によれば、溶湯Ｍ１は、熱風、空気等の気体と比較して、熱容量が大きい傾向にある。よって、溶湯Ｍ１による加熱は、熱風による加熱と比較して、堰１１ｃ、及び湯口入子２１への時間当たりの熱の移動量が大きい。したがって、堰１１ｃ、及び湯口入子２１の予熱時間の短縮を図ることができる。また、溶湯Ｍ１は、鋳造方法において用いられる構成であるため、上記した予熱方法は、新たな熱源、熱媒体を必要としない。よって、上記した予熱方法は、省エネルギー性に優れ、装置コストが低い。

また、溶湯検知センサ３２が溶湯Ｍ１を検知すると、減圧することによって、溶湯Ｍ１が堰１１ｃを超えず、堰１１ｃ内に留まる。すなわち、溶湯Ｍ１が金型１０のキャビティへ浸入することを防止することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、本発明は、上記実施の形態やその一例を適宜組み合わせて実施してもよい。

また、制御装置２２ｃが備える記録装置に記録されたプログラムがある。このプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータ（情報通知装置を含むコンピュータ）に供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）を含む。さらに、この例は、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗを含む。さらに、この例は、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

さらに、上述した実施の形態１において、鋳造装置１００における処理の手順を説明したように、本開示は鋳造装置１００の制御方法としての形態も採り得る。上述のプログラムは、鋳造装置１００にこのような制御方法を実行させるためのプログラムであると言える。

１００ 鋳造装置
１０ 金型
１１ 下型
１１ａ 第１の分割型 １１ｂ 第２の分割型
１１ｃ 堰
１２ 上型
２１ 湯口入子
２１ａ 保持炉側筒状部 ２１ｂ 堰側筒状部
２２ 溶湯保持炉
２２ａ 加圧装置 ２２ｂ 減圧装置
２２ｃ 制御装置 ２２ｄ 圧力制御部
２３ 蓋
３０ 予熱装置
３１ 輻射式電熱装置 ３２ 溶湯検知センサ
３２ 溶湯検知センサ ３３ 遮蔽板
Ｍ１ 溶湯 Ｍ１ａ、Ｍ１ｂ 液面
ＳＴ１ 型予熱起動ステップ ＳＴ２ 溶湯検知センサ正常確認ステップ
ＳＴ２１ 異常表示ステップ ＳＴ３ 予熱装置搬送ステップ
ＳＴ４ 輻射開始ステップ ＳＴ５ 溶湯加熱開始ステップ
ＳＴ６ 第１の設定時間経過確認ステップ ＳＴ７、ＳＴ１０ 溶湯減圧ステップ
ＳＴ８ 第２の設定時間経過確認ステップ ＳＴ９ 溶湯検知ステップ
ＳＴ１１ 溶湯検知停止確認ステップ ＳＴ１２ 予熱終了指令ステップ

Claims (1)

1. 堰と、
   当該堰に接続される湯口入子と、
   当該湯口入子に接続され、溶湯への加圧を制御することができる溶湯保持炉と、
   を備え、
   当該湯口入子は、前記溶湯保持炉内の前記溶湯内まで延びた、
   鋳造装置における堰、及び入子の予熱方法であって、
   前記溶湯の液面が前記溶湯保持炉内の前記湯口入子から前記堰に移動するよう、前記溶湯を加圧して、
   前記堰における前記溶湯が溶融状態を維持する所定の時間、前記溶湯を加圧し続けて、
   前記溶湯の液面が前記堰から前記溶湯保持炉内の前記湯口入子に移動するよう前記溶湯への圧力を減圧する、
   鋳造装置における堰、及び湯口入子の予熱方法。

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