JP2022126033A

JP2022126033A - ガス圧力制御装置

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Publication number: JP2022126033A
Application number: JP2021023868A
Authority: JP
Inventors: 博晃三吉; Hiroaki Mitsuyoshi
Original assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Current assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Priority date: 2021-02-18
Filing date: 2021-02-18
Publication date: 2022-08-30
Also published as: CN116507435A; US20240082908A1; WO2022176623A1

Abstract

【課題】溶湯の表面に加わる圧力を高い精度で制御できるガス圧力制御装置を提供すること。【解決手段】本発明のガス圧力制御装置１は、窒素ガスを生成するガス生成部１０と、ガス生成部１０で生成される窒素ガスの圧力を調整して低圧鋳造装置５０に向けて供給する圧力制御部２０と、を備える。圧力制御部２０は、タンク１７から供給される窒素ガスの流量を制御して低圧鋳造装置５０に向けて流すサーボバルブ２３と、低圧鋳造装置に供給される窒素ガスの測定圧力Ｐｍに基づいて、サーボバルブ２３の開度を調整する圧力コントローラ２９と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、溶湯を保持する保持炉の内部空間と鋳造金型のキャビティとの間に差圧を発生させて保持炉内の溶湯をキャビティに供給するのに好適なガス圧力制御装置に関する。

保持炉と鋳造金型のキャビティとの間の差圧を利用して鋳造を行う装置、例えば低圧鋳造装置においては、溶湯を保持炉に供給し、所定のショット数だけ鋳造を繰り返した後に、新たに保持炉に溶湯を供給して次の鋳造に備える。
低圧鋳造装置においては溶湯の供給がバッチ式であることから、鋳造のショット数が増えると、保持炉における溶湯の湯面が落ち込む。したがって、１ショット目においては溶湯をキャビティに充填できる圧力を有していても、ショット数が増えると圧力が低下する。したがって、例えば特許文献１に開示されるように、湯面が落ち込む量に対応して、溶湯に作用させる圧力を増やした補正圧力で後続の鋳造を行う必要がある。補正される圧力の精度は、鋳造品の品質に影響を与える。

溶湯の表面を加圧するガス圧力を制御するのに、特許文献２はサーボ弁を用いることを開示する。特許文献２は、このガス加圧制御サーボ弁により、鋳造金型のキャビティへの溶湯充填の各段階に合わせたガス圧力の昇圧を可能となることを述べている。

特開２０２０－１６３３９９号公報特開２０１８－５１５６６号公報

そこで本発明は、溶湯の表面に加わる圧力を高い精度で制御できるガス圧力制御装置を提供することを目的とする。

本発明のガス圧力制御装置は、窒素ガスを生成するガス生成部と、ガス生成部で生成される窒素ガスの圧力を調整して低圧鋳造装置に向けて供給する圧力制御部と、を備える。
ガス生成部は、取り込んだ空気から窒素ガスを分離して抽出する分離機と、分離機で抽出される窒素ガスを貯蔵するタンクと、を備える。
圧力制御部は、タンクから供給される窒素ガスの流量を制御して低圧鋳造装置に向けて流すサーボバルブと、低圧鋳造装置に供給される窒素ガスの測定圧力に基づいて、サーボバルブの開度を調整する圧力コントローラと、を備える。

圧力コントローラは、好ましくは、測定圧力と低圧鋳造装置における窒素ガスの目標圧力を比較し、測定圧力と目標圧力の差分に対応して、サーボバルブの開度を調整する。

圧力コントローラは、好ましくは、低圧鋳造装置に対して窒素ガスの供給を開始してから完了するまでの経過時間と、経過時間に対応する目標圧力と、が対応付けられた鋳造圧力パターンデータを保持し、測定圧力と鋳造圧力パターンデータを比較する。

圧力コントローラは、好ましくは、低圧鋳造装置に用いられる複数種類の金型のそれぞれに対応する鋳造圧力パターンデータを保持し、複数種類の金型が特定されると、当該金型に対応する鋳造圧力パターンデータを抽出し、測定圧力と比較する。

圧力制御部は、好ましくは、サーボバルブに供給される窒素ガスの圧力を下げてサーボバルブに向けて流す減圧器を備える。

ガス生成部と圧力制御部は、好ましくは、共通する筐体に収容される。
また、圧力制御部は、好ましくは、タンクから供給される窒素ガスの流量を制御して低圧鋳造装置以外の利用対象に向けて流す流路をさらに備える。

本発明によれば、溶湯の表面に加わる圧力を高い精度で制御できるガス圧力制御装置を提供できる。

実施形態に係るガス圧力制御装置の構成を示すブロック図である。図３の低圧鋳造装置におけるガス圧力の制御例を示し、（ａ）は鋳造の開始から終了までの経過時間と供給されるガスの圧力を示す表であり、（ｂ）は経過時間とガス圧力の関係を示すグラフである。図１のガス圧力制御装置で圧力が制御されたガスが供給される低圧鋳造装置の一例を示す概略断面図である。図３の要部拡大図である。図２の鋳造装置における溶湯の上昇の過程を示す図である。図５に続いて、図２の鋳造装置における溶湯の上昇の過程を示す図である。第１実施形態に係るガス圧力制御装置の構成を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
実施形態に係るガス圧力制御装置１は、供給源から供給される空気（以下、エアと称することがある）から分離される窒素ガスの圧力を制御し、供給先の一例として低圧鋳造装置５０に供給する。本実施形態に係るガス圧力制御装置１は、サーボバルブ２３をフィードバック制御することにより、窒素ガスの圧力を高精度で制御できる。
以下、ガス圧力制御装置１の構成、低圧鋳造装置５０の構成を説明した後に、ガス圧力が制御された窒素ガスによる低圧鋳造装置５０の鋳造の動作について説明する。

［ガス圧力制御装置１：図１］
ガス圧力制御装置１は、図１に示すように、エアから窒素ガスを分離して生成するガス生成部１０と、ガス生成部１０で生成された窒素ガスの圧力を制御する圧力制御部２０と、を備える。
ガス生成部１０は、供給源からのエアを受け入れる接続口１１と、接続口１１から供給されるエアから不純物を除去する不純物除去機１３と、不純物除去機１３で不純物が除去されたエアから窒素ガスを分離する分離機１５と、分離機１５で分離された窒素ガスを貯蔵するタンク１７と、を備える。なお、接続口１１と不純物除去機１３の間、不純物除去機１３と分離機１５の間などは、配管で接続されているが、図１などにおいて配管類は矢印で示されている。

エアの供給源は、ガス圧力制御装置１および低圧鋳造装置５０が設けられる工場内に設置される圧縮機を伴うエア供給源が好適に用いられる。このエア供給源は、例えば０．２～０．９ＭＰａの範囲に圧縮されたエアを供給する。

不純物除去機１３は、エアから水分、油分および塵の類を除去する。不純物除去機１３として、例えばレマン・ドライフィルタが適用される。このレマン・ドライフィルタは、例えば圧縮された上から水分、油分を分離する第１のエレメントと、第１のエレメントで水分、油分が分離されたエアからさらに水分、油分に加えて固形粒子を除去するフィルタを備える第２のエレメントと、を備える。

分離機１５としては、一例として分離膜方式、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption：圧力変動吸着）方式および深冷式の分離機を採用できる。
分離膜方式は、例えばポリイミド性の中空糸の束からなる分離膜を備える。この分離膜に圧縮されたエアを供給すると、中空糸の内部を通過する過程で、窒素ガスとその他のガスに分離される。
また、ＰＳＡ方式のガス分離機には、空気から酸素を取り出す酸素ＰＳＡと窒素を取り出す窒素ＰＳＡとがあり、本実施形態においては窒素ＰＳＡが採用される。窒素ＰＳＡは、活性炭の一種からなる吸着剤(Molecular Sieving Carbon）の酸素と窒素の吸着速度の違いを利用する。つまり、吸着剤が充填された吸着槽に加圧された空気を送り込み、酸素を優先的に吸着剤に吸着させることにより、エアより高純度の窒素を分離して吸着槽から取り出す。
深冷式の分離機１５は、空気を冷却し、窒素(沸点＝－１９５.８℃)、酸素(沸点＝－１８３℃)、アルゴン(沸点＝－１８５.７℃)を液化し、その沸点の違いから高純度のガスを抽出する。
分離機１５で酸素などから分離された窒素はタンク１７に貯蔵され、サーボバルブ２３の開閉動作に従って、低圧鋳造装置５０に供給される。タンク１７の内部に貯蔵される窒素ガスに含まれる酸素量を計測する酸素濃度計１９がタンク１７に設けられており、酸素濃度計１９の計測結果は分離機１５に送られる。

ここで、酸素濃度計１９は以下の第１の目的および第２の目的のために設けられる。
第１の目的：分離機１５を交換の目安
分離した窒素ガスに含まれる酸素の濃度が所定数値以上に増えたとすれば、分離機１５の寿命が推測されるので、その場合には分離機１５を交換する。
第２の目的：分離機１５へのエアの供給量の調整
分離膜方式とＰＳＡ方式による分離機１５は、エアの供給量によって酸素濃度に変化が生じる。つまり、エアの供給量が多いと酸素濃度が高いが、これは分離吸着しきれない酸素分子が無理矢理に分離機１５を通過したことによる。一方、供給量が少ないと、酸素濃度は下がるが、この場合は窒素ガスの通過量も少なくなる。したがって、酸素濃度を計測することにより、酸素濃度が抑えられ、かつ必要な量の窒素ガスをタンク１７に供給することができる。

［圧力制御部２０：図１］
次に、圧力制御部２０は、図１に示すように、タンク１７から供給される窒素ガスを所望する圧力に下げる減圧器２１と、減圧器２１で減圧される窒素ガスの流量を調整して下流に向けて流すサーボバルブ２３と、を備える。圧力制御部２０は、サーボバルブ２３から流れる窒素ガスの圧力を検出する圧力計２５と、圧力計２５を通過する窒素ガスを低圧鋳造装置５０に向けて排出する排出口２７と、を備える。また、圧力制御部２０は、サーボバルブ２３の開度を調整してサーボバルブ２３から下流に向けて流れる窒素ガスの圧力を制御する圧力コントローラ２９と、圧力コントローラ２９で制御する窒素ガスの圧力を設定する設定器３１と、を備える。

減圧器２１は、タンク１７に貯蔵されている窒素ガスを一例として０．１～０．３ＭＰａに調整してサーボバルブ２３に向けて流す。この圧力は、低圧鋳造装置５０に必要とされる窒素ガスの圧力を調整するのに適する値である。減圧器２１はこの圧力の調整ができる限りその具体的な手段は問われない。

サーボバルブ２３は、後述する低圧鋳造装置５０の溶湯を蓄える加圧室７０の内部の窒素ガスの圧力の変化に応じて窒素ガスの圧力を調整して下流に向けて流す。
サーボバルブ２３は、窒素ガスの流量を調整することによりこの圧力の調整を高い精度でかつ多段階で制御できる。つまり、加圧室７０の内部における窒素ガスの圧力は、溶湯の上昇、溶湯の湯面の高さの変化、加圧室７０、ストーク８０の内部の温度などにより微妙に変化する。一方で、品質の高い鋳造品を低圧鋳造装置５０で得るためには、この圧力の変化を補正して、必要とされる理想的な圧力の変化に一致するかまたは近似する溶湯の流速を実現することが望まれる。そこで、ガス圧力制御装置１は、サーボバルブ２３を用いることで、低圧鋳造装置５０に供給される窒素ガスの圧力を調整することで、溶湯の流速を制御する。この溶湯の制御は、鋳造品の形状、寸法に応じて金型の内部において実行される。

圧力計２５は、サーボバルブ２３の下流に設けられ、サーボバルブ２３から流れる窒素ガスの圧力を測定する。測定される圧力Ｐｍは、圧力コントローラ２９に提供される。

圧力コントローラ２９は、圧力計２５で測定される窒素ガスの測定圧力Ｐｍに基づいて、サーボバルブ２３の開度を調整する。この調整は、測定圧力Ｐｍと、圧力コントローラ２９が有する低圧鋳造装置５０で鋳造される鋳造品について設定される鋳造圧力パターンとを比較することによるフィードバック制御により行われる。そのために、圧力コントローラ２９は鋳造圧力パターンデータを保持する。鋳造圧力パターンデータ（以下、単に鋳造圧力パターンと称する）は、当該鋳造品について、鋳造の開始から終了までの経過時間Ｔｃと設定される窒素ガスの目標圧力Ｐｔとが対応付けられたデータである。
鋳造圧力パターンは、異なる寸法、形状の鋳造品の種類に応じて設定される。鋳造品と金型とは一義的に対応する。したがって、圧力コントローラ２９は鋳造圧力パターンと複数種類の金型とを関連付けて記憶する。
なお、圧力コントローラ２９は、より上位の制御装置４０によりその動作が制御されることもある。上位の制御装置４０は、低圧鋳造装置５０の動作をも制御することもある。また、サーボバルブ２３の開度の調整を外部の圧力計、例えば低圧鋳造装置５０に設置された圧力計に基づいて行うこともできる。排出口２７と低圧鋳造装置５０を繋ぐ配管が長い場合には、応答遅れを回避するために必要な措置である。

図２に基いて鋳造圧力パターンの一例を説明する。
この例は、鋳造の開始から終了までが、図２（ａ），（ｂ）に示すように、鋳造の開始時点の第０段階から鋳造の完了時点の第１０段階までの１１段階に区分される。そして、この１１段階のそれぞれについて、鋳造の開始からの経過時間と窒素ガスの圧力が対応付けられている。例えば、第１段階において、鋳造の開始からの経過時間が１ｓｅｃ.の時点で窒素ガスの目標圧力Ｐｔが９ｋＰａであることが対応付けられており、また、第５段階において、鋳造の開始からの経過時間が５ｓｅｃ.の時点で窒素ガスの目標圧力Ｐｔが１８ｋＰａであることが対応付けられている。また、第７段階において、鋳造の開始からの経過時間が５ｓｅｃ.の時点で窒素ガスの目標圧力Ｐｔが８０ｋＰａであることが対応付けられており、第９段階において、鋳造の開始からの経過時間が９ｓｅｃ.の時点で窒素ガスの目標圧力Ｐｔが０ｋＰａであることが対応付けられている。
なお、図２（ａ）の鋳造圧力パターンには、後述する低圧鋳造装置５０のストーク８０および金型９０のキャビティ９５における領域Ａ～領域Ｆが含まれており、溶湯Ｍが領域Ａ～領域Ｆを通過する経過を理解することができる。領域Ａ～領域Ｆについては、図４に示されている。

ここで、鋳造圧力パターンは、溶湯Ｍが通る流路の通過断面積の変化に応じて調整される。通過断面積は、以下説明するように、領域Ａ～領域Ｆで変動する。ここでいう溶湯Ｍが通る流路には、ストーク８０、湯道９８、湯口９７およびキャビティ９５が含まれる。
第１段階（領域Ａ）は、ストーク８０の内部が溶湯Ｍの通る流路であり、その通過断面積はＡ_Ａで一定である。また、この間の経過時間Ｔｃと窒素ガスの目標圧力Ｐｔとの関係は、図２（ａ），（ｂ）において、以下の式（１）で特定される。
Ｐｔ＝Ａ×Ｔｃ…式（１）
０≦Ｐｔ≦９（ｋＰａ），０＜Ｔｃ≦１（ｓｅｃ.）

第２段階（領域Ｂ）は、固定金型９１の内部の最も下端にある溶湯Ｍの湯道９８（図４参照）であって、領域Ａの上限位置と連なる。その通過断面積はＡ_Ｂであるが、その下限位置から上限位置に向けて減少する。また、この間の経過時間Ｔｃと目標圧力Ｐｔとの関係は、図２（ａ），（ｂ）において、以下の式（２）で特定される。
Ｐｔ＝Ｂ×Ｔｃ…式（２）
９＜Ｐｔ≦１１（ｋＰａ），１＜Ｔｃ≦２（ｓｅｃ.）
図２（ｂ）に示すように、第１段階から第２段階への圧力は経過時間に対して比例し直線状に上昇するが、これはあくまで一例である。例えば、当該区間の圧力が曲線状に上昇してもよいし、当該区間の圧力が階段状に段階的に上昇してもよい。

第３段階（領域Ｃ）は、固定金型９１の内部にある溶湯Ｍの湯口９７（図４参照）であって、領域Ｂの上限位置と連なる。その通過断面積はＡ_Ｃで一定である。また、この間の経過時間Ｔｃと目標圧力Ｐｔとの関係は、図２（ａ），（ｂ）において、以下の式（３）で特定される。
Ｐｔ＝Ｃ×Ｔｃ…式（３）
１１＜Ｐｔ≦１２（ｋＰａ），２＜Ｔｃ≦３（ｓｅｃ.）

第４段階（領域Ｄ）は、固定金型９１の内部にあるキャビティ９５のうちの下部キャビティ９５Ｌであって、領域Ｃの上限位置と連なる。その通過断面積はＡ_Ｄであるが、その下限位置から上限位置に向けて増加する。また、この間の経過時間Ｔｃと目標圧力Ｐｔとの関係は、図２（ａ），（ｂ）において、以下の式（４）で特定される。
Ｐｔ＝Ｄ×Ｔｃ…式（４）
１２＜Ｐｔ≦１６（ｋＰａ），３＜Ｔｃ≦４（ｓｅｃ.）

第５段階（領域Ｅ）は、固定金型９１の内部にあるキャビティ９５のうちの中央キャビティ９５Ｍであって、領域Ｄの上限位置と連なる。その通過断面積はＡ_Ｅであるが、その下限位置から上限位置に向けて増加する。また、この間の経過時間Ｔｃと目標圧力Ｐｔとの関係は、図２（ａ），（ｂ）において、以下の式（５）で特定される。
Ｐｔ＝Ｅ×Ｔｃ…式（５）
１６＜Ｐｔ≦１８（ｋＰａ），４＜Ｔｃ≦５（ｓｅｃ.）

第６段階（領域Ｆ）は、固定金型９１の内部と可動金型９３の両方に渡るキャビティ９５のうちの上部キャビティ９５Ｕであって、領域Ｅの上限位置と連なる。その通過断面積はＡ_Ｆであるが、その下限位置から上限位置に向けて増加する。また、この間の経過時間Ｔｃと目標圧力Ｐｔとの関係は、図２（ａ），（ｂ）において、以下の式（６）で特定される。なお、本実施形態において、第６段階で固定金型９１と可動金型９３の間に形成されるキャビティ９５に溶湯Ｍは充填される。
Ｐｔ＝Ｆ×Ｔｃ…式（６）
１８＜Ｐｔ≦２１（ｋＰａ），５＜Ｔｃ≦６（ｓｅｃ.）

第７段階および第８段階は、溶湯Ｍの充填後も窒素ガスによる高い圧力、一例として８０ＭＰａによる加圧を継続することで、溶湯Ｍの凝固収縮に対する押し湯効果を生じさせる第１の保圧工程である。これと同時に、図４に破線で示すように、センターピン９６を下降させて、湯口９７を閉鎖する。この間の経過時間Ｔｃと目標圧力Ｐｔとの関係は、図２（ａ），（ｂ）において、以下の式（７）および式（８）で特定される。
第７段階
Ｐｔ＝Ｇ×Ｔｃ…式（７）
２１＜Ｐｔ≦８０（ｋＰａ），６＜Ｔｃ≦６．１（ｓｅｃ.）
第８段階
Ｐｔ＝Ｇ…式（８）
Ｐｔ＝８０（ｋＰａ），６．１＜Ｔｃ≦９（ｓｅｃ.）

第９段階および第１０段階においては、センターピン９６の下降が完了した後に、目標圧力Ｐｔをゼロと下げる。これにより、ストーク８０内の溶湯Ｍの湯面を下げるとともに、金型９０に組み込まれた図示を省略する加圧機構を用いて、キャビティ９５内の溶湯Ｍを加圧する第２の保圧工程が行われる。第２の保圧工程は、ガスの圧力だけによる第１の保圧工程で不足するのを補完する。この間の経過時間Ｔｃと目標圧力Ｐｔとの関係は、図２（ａ），（ｂ）において、以下の式（９）および式（１０）で特定される。
第９段階
Ｐｔ＝０（ｋＰａ）…式（９）
Ｔｃ＝９（ｓｅｃ.）
第１０段階
Ｐｔ＝０（ｋＰａ）…式（１０）
９＜Ｔｃ≦１０（ｓｅｃ.）

本実施形態における溶湯Ｍの通過断面積が変化するところ、つまり、領域Ａから領域Ｂに移行し、領域Ｂから領域Ｃに移行し、領域Ｃから領域Ｄに移行し、領域Ｄから領域Ｅに移行し、領域Ｅから領域Ｆに移行する際に、窒素ガスの目標圧力Ｐｔを変更する。
このように、溶湯Ｍの流路の通過断面積が変化するところで窒素ガスの目標圧力Ｐｔを変更するのは、以下の第１の目的～第４の目的による。
第１の目的：通過断面積に応じて溶湯の流速を適切に制御し、例えば、空気巻込み等の溶湯の乱れに起因する鋳造不良を防止する。
第２の目的：金型９０のキャビティ９５内に残った空気が抵抗となって溶湯Ｍの流動性が悪くなるのに対応する。例えば、溶湯Ｍの流動進行に伴い、残った空気は徐々に圧縮され溶湯流動を阻害する。特に、金型９０の分割面を溶湯Ｍが通過後は、空気が抜ける箇所が減るために必要性が増す。また、例えば、金型９０について真空吸引を追加することにより空気抵抗を下げることが可能になる。
第３の目的：溶湯Ｍの温度低下に伴う溶湯Ｍの粘性を上げ、流動抵抗の増大に対抗するため。
第４の目的：溶湯Ｍの充填進行による上昇に伴い溶湯Ｍの重みが負荷されるのに対抗するため。これは、竪型鋳造の場合に該当する。

次に、圧力コントローラ２９によるサーボバルブ２３のフィードバック制御について説明する。
このフィードバック制御は、圧力計２５で得られる窒素ガスの測定圧力Ｐｍを鋳造圧力パターンと比較し、測定圧力Ｐｍが鋳造圧力パターンの目標圧力Ｐｔに一致するように、サーボバルブ２３の開度を調整する。
例えば、第１段階の間、つまり経過時間Ｔｃが０＜Ｔｃ≦１においては、測定圧力Ｐｍと式（１）による目標圧力Ｐｔとが比較される。この比較は圧力コントローラ２９により行われる。そして、測定圧力Ｐｍが目標圧力Ｐｔよりも大きければ、圧力コントローラ２９はその差分に応じた量だけサーボバルブ２３を閉じる。また、測定圧力Ｐｍが目標圧力Ｐｔよりも小さければ、圧力コントローラ２９はその差分に応じた量だけサーボバルブ２３を開く。さらに、測定圧力Ｐｍが目標圧力Ｐｔと一致していれば、圧力コントローラ２９はサーボバルブ２３の開度を維持する。

測定圧力Ｐｍと目標圧力Ｐｔの比較は、目標圧力Ｐｔにしきい値を設定して行うこともできる。例えば、第１段階の目標圧力Ｐｔ＝９ｋＰａに対してしきい値を±０．２ｋＰａを加えて、測定圧力Ｐｍと比較される目標圧力Ｐｔを、８．８ｋＰａ～９．２ｋＰａの範囲とすることができる。この場合、測定圧力Ｐｍが８．８ｋＰａ～９．２ｋＰａの範囲であれば、圧力コントローラ２９は測定圧力Ｐｍが目標圧力Ｐｔと一致するとみなす。また、測定圧力Ｐｍが８．８ｋＰａ未満であれば、圧力コントローラ２９は測定圧力Ｐｍが目標圧力Ｐｔより小さいために、サーボバルブ２３を開く。さらに、測定圧力Ｐｍが９．２ｋＰａを超えれば、圧力コントローラ２９は測定圧力Ｐｍが目標圧力Ｐｔより大きいために、サーボバルブ２３を閉じる。

第２段階以降についても、同様にして測定圧力Ｐｍと目標圧力Ｐｔの比較を行って、サーボバルブ２３の開度を調整することができる。

［低圧鋳造装置５０：図３，図４］
次に、低圧鋳造装置５０の一例について、図３および図４を参照して説明する。
低圧鋳造装置５０は、図３に示すように、溶湯Ｍを保持する保持炉６０と、この保持炉６０と第１連通路８１を介して連通されて保持炉６０から供給された溶湯Ｍを保持する加圧室７０と、この加圧室７０と第２連通路８３を介して連通されたストーク８０とを有する。
ストーク８０は、その上端が固定金型９１および可動金型９３からなる金型９０のキャビティ９５に連通する固定金型９１の開口に接続されており、溶湯Ｍをキャビティ９５に供給する。なお、保持炉６０、第１連通路８１および第２連通路８３には、各々溶湯Ｍを５００℃～７００℃程度の溶融状態を維持するのに必要な温度まで加熱する図示を省略するヒータが設けられる。

保持炉６０には、図３に示すように、溶湯Ｍの加圧室７０への供給を制御するストッパ６１が設けられている。ストッパ６１は、鋳造工程の始めの状態において、加圧室７０の内部に常に一定量の溶湯Ｍが収容されるように、保持炉６０の第１連通路８１への入口を開閉する。

加圧室７０の上端開口部は、図３に示すように、蓋体７５によって閉塞され、加圧室７０内の溶湯Ｍの上面空間は密閉空間となる。この密閉空間にガス導入口７１を介してガス圧力制御装置１が接続されている。ガス圧力制御装置１は、ガス導入口７１を介して、窒素ガスを加圧室７０の内部内に供給する。また、蓋体７５には溶湯Ｍの液面に向けて湯面検知棒７３が設置されている。湯面検知棒７３は、保持炉６０から加圧室７０に溶湯Ｍが送られる際、加圧室７０内の溶湯Ｍの湯面レベルが所定レベルに達したか否かを検知する。

［低圧鋳造装置５０の鋳造動作：図２，図５，図６］
次に、図２、図５および図６を参照して低圧鋳造装置５０の鋳造動作を説明する。
図５（ａ）は鋳造の開始時点を示しており、これは図２（ａ），（ｂ）の第０段階の状態を示している。
鋳造が開始されてから経過時間が１ｓｅｃ.に達する時点で目標圧力Ｐｔが９ｋＰａになるように、サーボバルブ２３の開度が調整される。次に、経過時間が２ｓｅｃ.に達する時点で目標圧力Ｐｔが１１ｋＰａになるように、サーボバルブ２３の開度が制御される。次に、経過時間が３ｓｅｃ.に達する時点で目標圧力Ｐｔが１２ｋＰａになるように、サーボバルブ２３の開度が制御される。この時点では図５（ｂ）および図４に示すように、溶湯Ｍの表面は領域Ｄの下限に達する。

次に、経過時間が４ｓｅｃ.に達する時点で目標圧力Ｐｔが１６ｋＰａになるように、さらに経過時間が５ｓｅｃ.に達する時点で目標圧力Ｐｔが１８ｋＰａになるように、サーボバルブ２３の開度が制御される。この時点では図６（ａ）および図４に示すように、溶湯Ｍの表面は領域Ｆの下限に達する。さらに、経過時間が６ｓｅｃ.に達する時点で目標圧力Ｐｔが２１ｋＰａになるように、サーボバルブ２３の開度が制御され、この時点では図６（ｂ）および図４に示すように、溶湯Ｍの表面は領域Ｆの上限、つまりキャビティ９５が溶湯Ｍで埋まりその上限に達する。

溶湯Ｍの表面が領域Ｆの上限に達してから経過時間６．１ｓｅｃ.になるまでに、目標圧力Ｐｔが８０ｋＰａになるようにサーボバルブ２３の開度が調整され、８０ｋＰａの状態は経過時間が９ｓｅｃ.になるまで継続される。この工程は、前述した押し湯の効果を溶湯Ｍに与えるために行われる。

経過時間が９ｓｅｃ.になり、押し湯の工程を終えると、目標圧力Ｐｔがゼロになるようにサーボバルブ２３が閉められ、窒素ガスの供給を止める。

［効果］
次に、本実施形態に係るガス圧力制御装置１の効果を説明する。
ガス圧力制御装置１において、低圧鋳造装置５０における溶湯Ｍの充填、鋳造の際の窒素ガスの圧力の制御が、サーボバルブ２３によるフィードバック制御で行うことができる。したがって、ガス圧力制御装置１によれば、多段階に及ぶ窒素ガスの圧力の制御を高精度で行うことができる。この高精度の制御を通じて、低圧鋳造装置５０で得られる鋳造品の安定した品質が得られる。

また、ガス圧力制御装置１によれば、金型９０に供給される溶湯Ｍの流路の通過断面積の変化に応じて目標圧力Ｐｔを変化させる。これにより、鋳造品に適合した窒素ガスの圧力の制御を高精度で行うことができる。

また、ガス圧力制御装置１は、窒素ガスを生成するガス生成部１０と、生成された窒素ガスの圧力を制御する圧力制御部２０とを備えることにより、低圧鋳造装置５０に接続して使用できる。そして、ガス圧力制御装置１は、工場内で供給されるエアを窒素ガスの生成源として用いれば、例えば窒素ガスボンベのような他の構成を加えることなく窒素ガスの圧力制御ができる。つまり、ガス圧力制御装置１は完結型の装置構成をしており、また、ガス生成部１０と圧力制御部２０を単一の共通する筐体に組み込んで収容すれば、使用する位置まで移動して接続することにより、迅速にその使用を開始できる。

以上、本実施形態を説明したが、以上以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
その一例について、図７に示されるガス圧力制御装置２を説明する。
ガス圧力制御装置２は、ガス圧力制御装置１の減圧器２１とサーボバルブ２３の間に分配器２２を備えることで、低圧鋳造装置５０の他の装置類への窒素ガスの利用を図る。
ガス圧力制御装置２は、分配器２２から分岐した流路にさらに分配器２２Ａを設け、分配器２２Ａによりさらに下流に向け二つに流路を分岐させる。そして、それぞれの流路に減圧器２１Ａ，２１Ｂを設け、さらに減圧器２１Ａ，２１Ｂのそれぞれの下流に流量制御弁２３Ａ，２３Ｂを設ける。流量制御弁２３Ａ，２３Ｂの下流には、接続口２７Ａ，２７Ｂを設け、それぞれから他の利用対象に向けて窒素ガスを供給できるようにする。他の用途の一例としては、低圧鋳造装置５０のストーク８０の内部の溶湯Ｍを降下させるための窒素ガスの利用、溶湯Ｍの脱ガス処理および酸化防止処理としての利用などが掲げられる。

図７に示すガス圧力制御装置２は、分配器２２Ａから下流に設けられるものがガス圧力制御装置１のサーボバルブ２３およびそれ以降の構成とは異なるが、本発明においては、複数のサーボバルブ２３およびそれ以降の構成を備えることもできる。

１ガス圧力制御装置
１０ガス生成部
１１接続口
１３不純物除去機
１５分離機
１７タンク
１９酸素濃度計
２０圧力制御部
２１減圧器
２２分配器
２３サーボバルブ
２５圧力計
２７排出口
２９圧力コントローラ
３１設定器
４０制御装置
５０低圧鋳造装置
６０保持炉
６１ストッパ
７０加圧室
７１ガス導入口
７３湯面検知棒
７５蓋体
８０ストーク
９０金型
９１固定金型
９３可動金型
９５キャビティ
９６センターピン
９７湯口
９８湯道
Ｍ溶湯

Claims

窒素ガスを生成するガス生成部と、
前記ガス生成部で生成される前記窒素ガスの圧力を調整して低圧鋳造装置に向けて供給する圧力制御部と、を備え、
前記ガス生成部は、
取り込んだ空気から前記窒素ガスを分離して抽出する分離機と、
前記分離機で抽出される前記窒素ガスを貯蔵するタンクと、を備え、
前記圧力制御部は、
前記タンクから供給される前記窒素ガスの流量を制御して前記低圧鋳造装置に向けて流すサーボバルブと、
前記低圧鋳造装置に供給される前記窒素ガスの測定圧力に基づいて、前記サーボバルブの開度を調整する圧力コントローラと、
を備えることを特徴とするガス圧力制御装置。
前記圧力コントローラは、
前記測定圧力と前記低圧鋳造装置における前記窒素ガスの目標圧力を比較し、
前記測定圧力と前記目標圧力の差分に対応して、前記サーボバルブの開度を調整する、
請求項１に記載のガス圧力制御装置。
前記圧力コントローラは、
前記低圧鋳造装置に対して前記窒素ガスの供給を開始してから完了するまでの経過時間と、前記経過時間に対応する前記目標圧力と、が対応付けられた鋳造圧力パターンデータを保持し、
前記測定圧力と前記鋳造圧力パターンデータを比較する、
請求項２に記載のガス圧力制御装置。
前記圧力コントローラは、
前記低圧鋳造装置に用いられる複数種類の金型のそれぞれに対応する前記鋳造圧力パターンデータを保持し、
複数種類の前記金型が特定されると、当該金型に対応する前記鋳造圧力パターンデータを抽出し、前記測定圧力と比較する、
請求項３に記載のガス圧力制御装置。
前記圧力制御部は、
前記サーボバルブに供給される前記窒素ガスの圧力を下げて前記サーボバルブに向けて流す減圧器を備える、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガス圧力制御装置。
前記ガス生成部と前記圧力制御部は、共通する筐体に収容される、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のガス圧力制御装置。
前記圧力制御部は、
前記タンクから供給される前記窒素ガスの流量を制御して前記低圧鋳造装置以外の利用対象に向けて流す流路をさらに備える、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のガス圧力制御装置。