JP3625990B2 - 軽金属溶湯計量装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽金属溶湯計量装置であって、単純な構造で、しかも高い精度で軽金属溶湯の給湯量を計量できる軽金属溶湯の計量装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軽金属溶湯を計量する装置には、金属溶解炉に給湯のためのポンプを一体的に取付け、金属溶湯の給湯量はポンプによる加圧時間の増減で決定するものが知られている。
【０００３】
また、特開平８ー９０２００号公報に記載されているものも知られている。該公報に開示されているものは、同公報の図１のように、プリレベル保持とダイカストマシンからの給湯要求指令に基づく給湯が繰り返され、加圧式給湯炉１７内の溶湯１の保持量が適正量以下になると溶湯補給要求が加圧式給湯炉１７の制御盤から出されるか又は頃合を見計らって受湯ホッパー蓋２５を開放し受湯管２３、受湯ホッパー２４を介して加圧式給湯炉１７に溶湯１を補給し、ロードセル２２が補給された溶湯１相当の重量と加圧式給湯炉１７の保持量を加算した値が計測されて制御盤に伝送され、その値に基づいて給湯制御装置５によって演算設定されたプリレベル制御値にプリレベル制御が働き、所定の給湯が達成できるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記溶解炉とポンプとが一体化されている装置は大型であり、また、実際の給湯量の測定は、荷重センサーによって金属溶湯を含むポンプ重量の合計量を計量しているため、比重の小さい軽金属溶湯の如きものでは必然的に測定精度が悪いという欠点がある。例えば、ポンプ重量が１００Ｋｇ、荷重センサーの精度が１／１０００であるとき、給湯量５００ｇを計量する場合、センサーの精度は１００Ｋｇ×１／１０００＝１００ｇが最大分解能で、センサーの精度１００ｇが最小単位であるから±１００ｇの誤差、即ち±２０％の給湯誤差を生じ、正確な給湯量を計量できない。
【０００５】
また、特開平８ー９０２００号公報に開示されているものは、ロードセル２２によって給湯量を計測しているため、この場合の計測値は炉体重量プラス給湯量となり、軽金属溶湯の給湯量の計量では、前記ポンプ重量と金属溶湯との合計量を計量している前者よりもさらに誤差は大きくなる。もっとも、理論的には荷重センサーの精度を上げればよいが、荷重センサーの精度を上げると、荷重センサーが鋳造工場内の振動の影響を受け正確な計量は困難である。本発明は前述従来の装置の欠点を改善するため提案されたものであって、測定精度が高く、該精度を長時間持続でき、しかも装置が単純小型で、取付け、取外しが容易であり、メンテナンスが容易である軽金属計量装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、軽金属溶湯を計量する計量装置本体に、所定量の溶湯を貯溜できる加圧室と給湯口を有する上向きの傾斜パイプ部とを接続する通路が設けられており、該計量装置本体下側に、バランス用の揺動軸支点と、荷重センサーとが取付けられており、かつ、揺動軸支点両側の溶湯重量をバランスさせるバランスウェイトが取付けられてアンバランス時のバランス調整が可能とされている軽金属溶湯計量装置であって、給湯量を計測しながら給湯できる装置である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、加圧室内に、溶湯を吸引貯溜できる円筒体が装着されている軽金属溶湯計量装置であり、また、請求項３の発明は、請求項１の発明において、加圧室の通路入口に開閉弁が取付けられている軽金属溶湯計量装置である。
【０００８】
更に、請求項４の発明は、請求項１〜３の発明において、計量装置本体の加圧室、通路及び傾斜パイプ部の壁部に加熱ヒーターが内蔵されているという構成のものであり、また、請求項５の発明は、請求項１〜４の発明において、給湯口に給湯センサーが取付けられているという構成のものである。
【０００９】
本発明で対象とする軽金属溶湯とは、アルミニウム、アルミニウム系合金、マグネシウム、マグネシウム系合金又はチタン、チタン系合金等の軽金属溶湯で、特に小型部品の鋳造に有利であり、また必要によっては、各種溶融塩の如きものを加熱下に計量して給湯することも可能である。また、本発明の計量装置の材質は各種セラミックスが用いられる。
【００１０】
即ち、本発明は加熱室と給湯口を有する傾斜パイプ部とを接続する通路からなる構造であり、しかも、計量装置本体がセラミックス製であるため保温性がよく、通路を長くしても溶湯の温度降下が少なく、従って、給湯口を鋳型にごく近いところまで近ずけることができ、また、空気に接触する部分が少なく、時間も短いから溶湯の酸化を大幅に減少させることができる。また、ほんはつめいは、通路下側に支点を設けることによって、加圧室、通路、傾斜パイプ中の溶湯、特に加圧室と傾斜パイプ中の溶湯とのバランスをとり、給湯によってバランスのずれから給湯と同時に給湯量を計量することができる。
【００１１】
【実施例】
図１は本発明の一実施例であるが、次に図面を参照して本発明を具体的に説明する。溶解炉Ｆ又は保持炉（以下溶解炉という）上部に計量装置本体１が設置されている。該計量装置本体１は加圧室２と該加圧室２に続く通路３と、該通路３に続く傾斜パイプ部４とから構成されている。傾斜パイプ４は、先端に給湯口５が設けられており、該給湯口５が通路３より若干上方に位置しており、また、加圧室２のほぼ中心部に溶解炉Ｆ内部と連通する溶湯吸い上げパイプ６が取付けられている。
【００１２】
前記加圧室２は、横断面が円筒形状に形成され、上面に加圧パイプ７が取付けられており、また該加圧室２内部に、同心円状に形成され、かつ下側が開放されている円筒体８が装着載置されていると共に、その上面に吸引パイプ９が取付けられ、該円筒体８内部のほぼ中心に、計量装置本体１を貫通している溶湯吸い上げパイプ６が挿入されており、該円筒体８はその軸にそって上部方向へ摺動可能とされている。
【００１３】
また、前記通路３の外側下部に、バランス用揺動軸支点Ｓ（以下単に支点という）が取付けられており、また、前記支点Ｓの近傍に歪ゲージ計又はロードセル等の荷重センサー１０が取付けられている。前記支点Ｓは、図３のように加圧室２内の溶湯重量Ｗ_１＋通路３の支点Ｓ左側部分内の溶湯重量Ｗ_３と、傾斜パイプ部４内の溶湯重量Ｗ_２＋通路３の支点Ｓ右側部分内の溶湯重量Ｗ_４とがバランスする位置に取付けられている。
【００１４】
更に、装置本体１の通路３外側上部にバランスウェイト１１が取付けられている。該バランスウェイト１１はバランスウェイト駆動用モーター１２の駆動によって回転するシャフト１３に装着され、シャフト１３の回転によって左右に移動可能とされている。尚、図１中、符号１４は出湯時の湯面を検知する給湯センサー、符号Ｖ_１、Ｖ_２はバルブ、１５は加圧室２、通路３及び傾斜パイプ部４を加熱するため装置本体１壁部に内蔵された加熱ヒーター、Ｘは鋳型、Ｈは計量装置本体１の加圧室２下側で溶解炉Ｆに向かって設けられた集熱板である。
【００１５】
また、図２は本発明の他の実施例であって（図２中、図１と同一符号は同一部材である）、通路３が加圧室２の底面に形成され、該通路３の通路入口１６に、開閉弁１７が取付けられている。該開閉弁１７は、加圧室２上面を貫通するロッド１８が取付けられており、該ロッド１８を上下に移動させて、通路入口１６を開閉でき、また、加圧室２の上面にパイプ１９が取付けられ、バルブＶ_１、Ｖ_２の調整で加圧室２内部を吸引又は加圧できるように構成されている。
【００１６】
図１の装置を用いて本発明の方法を説明すれば、図３のように、加圧室２内部に装着載置された円筒体８上面の吸引パイプ９で吸引して溶解炉Ｆ中の溶湯を、溶湯吸い上げパイプ６を介して円筒体８内部に吸い上げ、次いで前記吸い上げを終了した後、円筒体８を軸上部方向へ引き上げて該円筒体８内部の溶湯を下側から計量装置本体１の加圧室２内部、通路３内部及び傾斜パイプ部４内部に充填し、前記操作を繰り返して所定量とする。
【００１７】
次いで、図４のように、加圧室２に取付けた加圧パイプ７から加圧空気を供給し、加圧して給湯口５から溶湯を鋳型Ｘに給湯する。また、溶湯を吸引するに際し、予め円筒体８内部に窒素等の不活性ガスを充填しても良い。不活性ガスの使用は、溶解炉Ｆから溶湯を吸い上げる際に、溶湯が酸化するのを極力防止できるのに有効である。
【００１８】
また、図２に示す装置１は、円筒体８の装着に代えて、加圧室２の通路３の入口１６に開閉弁１７を取付けたもので、該開閉弁１７を閉じると同時に、バルブＶ_１を閉じ、バルブＶ_２を開き、パイプ１９を介して加圧室２内部を吸引して溶湯を加圧室２内部に供給し所定量に達した後、バルブＶ_１、Ｖ_２を開くと同時に開閉弁１７を開いて通路３及び傾斜パイプ４に溶湯を供給する。次いで、バルブＶ_２を閉じ、バルブＶ_１を開き、パイプ１９を介して加圧室２内部を加圧し、給湯口５から溶湯を鋳型Ｘへ給湯する。図２に示す装置は１本のパイプ１９で吸引、加圧ができ、開閉弁１７の操作で溶湯を通路３、傾斜パイプ４に供給できるため、構造がシンプルであるから給湯が簡単であり、給湯量の計量もより正確である。
【００１９】
更に、計量装置本体１は、溶解炉Ｆに向かって設けられた集熱板Ｈが、溶解炉Ｆの輻射熱を受けて加温されているため、計量装置本体１が保温されており、該計量装置本体１内の溶湯温度の低下を可及的に防止できる。しかし、計量装置本体１内の溶湯温度が低下するおそれがある場合には、加熱ヒーター１５によって該加圧室２、通路３及び傾斜パイプ部４を加熱して当該部分の溶湯温度降下を防止すればよい。
【００２０】
次に、本発明のバランス状態及び軽量方法を図５〜図７によって説明する。図３における給湯前のバランス状態は、図５に示すように、支点Ｓから加圧室内部の溶湯Ｗ_１の重心までの距離をｌ_１、支点Ｓから傾斜パイプ部４内部の溶湯Ｗ_２の重心までの距離をｌ_２、支点Ｓから通路３左側内部の溶湯Ｗ_３の重心までの距離をｌ_３、支点Ｓから通路３右側内部の溶湯Ｗ_４の重心までの距離をｌ_４及び支点Ｓから荷重センサー１０までの距離をｌ_Ｇとしたとき、
Ｗ_１ｌ_１＋Ｗ_３ｌ_３＝Ｗ_２ｌ_２＋Ｗ_４ｌ_４である。このとき、荷重センサー１０にかかる重量Ｇ＝０である。
【００２１】
加圧パイプ７から加圧空気が供給されて給湯が始まると、給湯センサー１４が溶湯を検知する。この時、図６のように計量装置本体１の溶湯が減少する。このときの加圧室２内の溶湯重量をＷ_１′、傾斜パイプ部４内部の溶湯重量をＷ_２′、支点Ｓ左側の通路３内の溶湯重量をＷ_３、支点Ｓ右側の通路３内の溶湯重量をＷ_４とし、このとき荷重センサー１０には重量変化によってＧ′の力がかかるため、バランス状態は
Ｗ_１′ｌ_１＋Ｗ_３ｌ_３＋Ｇ′ｌ_Ｇ＝Ｗ_２′ｌ_２＋Ｗ_４ｌ_４ （１）
である。
【００２２】
次いで、図７のように給湯が完了し、加圧を維持しているときのバランス状態は、加圧室２内の溶湯重量をＷ_１″、傾斜パイプ部４内部の溶湯重量はＷ_２′であり、このとき荷重センサー１０にかかる力をＧ″とすると、
Ｗ_１″ｌ_１＋Ｗ_３ｌ_３＋Ｇ″ｌ_Ｇ＝Ｗ_２′ｌ_２＋Ｗ_４ｌ_４ （２）
である。
【００２３】
ところで、給湯量Ｗは図６及び図７から明らかなように、前記式（１）と式（２）の差、つまり式（１）ー式（２）であるから、
Ｗ_１′ｌ_１＋Ｇ′ｌ_Ｇ＝Ｗ_１″ｌ_１＋Ｇ″ｌ_Ｇ これを整理すれば、
Ｗ_１′ーＷ_１″＝（Ｇ″ーＧ′）ｌ_Ｇ／ｌ_１ （３）
である。即ち、（３）式から給湯量は、加圧室２の重量Ｗ_１の変化として表すことができ、しかも、荷重センサー１０にかかる変化、（Ｇ″ーＧ′）は荷重センサーの計測値の差であり、ｌ_Ｇ／ｌ_１は支点Ｓから荷重センサー１０及び支点Ｓから加圧室２の重心迄の距離の比であるから、式（３）の右辺から給湯量を簡単に求めることができる。
【００２４】
即ち、従来の装置は溶湯と給湯機又は計量器との全体の重量を計測しているのに対して、本発明は、給湯と同時に給湯量そのものを計量しており、荷重センサー１０の精度が即給湯精度として表される。例えば給湯量 ５００ｇ、荷重センサーの精度 １／１０００とすると、５００ｇ×１／１０００＝０．５ｇの高い精度で計量することができる。従って、荷重センサーの精度を更に１／４０００等の高めに設定すれば、より精度の高い計量も可能である。尚、給湯完了後は前記図３及び図４に示した操作を繰返して計量装置本体１内部に所定量の溶湯を供給し、引続き給湯を続行することができ、連続的に鋳造を続行することができる。
【００２５】
本発明は、計量装置本体１がセラミックスであり、加圧室２、通路３及び傾斜パイプ部４が計量装置本体１の壁で大気と遮断され、かつ計量装置本体１が保温されているため、溶湯温度の低下は少なく、給湯温度が安定しており、また、空気に接触する部分が小さく、時間が短いため、溶湯の酸化ロスが少なく、通路３を長目にし、給湯口５を鋳型Ｘの鋳込み口にごく近いところまで近ずけることができると共に、溶解炉Ｆの温度を低めに設定することも可能である。尚、加圧室２、通路３及び傾斜パイプ部４の溶湯の温度低下が懸念されるときには加熱ヒーター１５の加熱によって温度低下を防止することができる。
【００２６】
図８は、コンピューターによる制御フローを示したもので、コンピューターＰに予め目標の数値が設定されており、荷重センサー１０（例えばロードセル）の値の信号が変換器Ｃを介してコンピューターＰに入力されて重量を演算しており、また給湯センサー１４の信号が入力されている。また、コンピューターＰは、本発明の吸引バルブＶ_１、加圧バルブＶ_２を可動、停止させるための信号及びバランスウェイト駆動用モーター１２を駆動、停止させるための信号並びに円筒体８を軸にそって上方又は下方へ移動させるための各種信号及び鋳型Ｘへの給湯開始、停止の信号を夫々出力している。従って、手動は勿論、図８のようにコンピューター制御によって自動的に各種操作を行い、給湯量を計量しつつ鋳造することが可能である。
【００２７】
また、本発明は、給湯によって装置全体のバランスがずれた場合に、バランスウェイト１１を移動させて計量装置本体１における溶湯充填時のバランス状態に戻して次の給湯を行うことができるが、バランス状態がずれた場合、バランスウェイト１１を移動させず、溶湯を注ぎたして満杯時のバランス状態を復元し、その後給湯信号により給湯しても良い。
【００２８】
更に、コンピューター制御では、荷重センサー１０のデジタル値（前回の給湯量）が記憶されているので、次の給湯信号が入力される前に記憶デジタル値を加算すれば、次の給湯目標値とすることができ、該目標値の信号によって給湯が達成でき、連続鋳造も可能である。従って、本発明の使用に当り、適宜前記の操作を選択して給湯操作を行うことができる。
【００２９】
更に、図５は、給湯開始時に溶湯の湯面を給湯センサー１４で検知しているが、本発明は、予め荷重センサー１０の重量から計量装置本体１の加圧前の湯面を求め、湯面と給湯口５の位置における溶湯重量を目標給湯量に加算しておけば、給湯量を制御することが可能であり、かかる場合には給湯センサー１４は必ずしも必要ではない。
【００３０】
【発明の効果】
以上の如く、本発明は軽金属溶湯を給湯すると同時に該給湯量を計量することができる計量装置であって、次の如き各種の優れた効果を奏することができる。
１）計量装置本体が保温されているため、溶湯温度の低下が小さく、また必要ならば加熱ヒーターで加熱できるから、溶湯温度の低下が少なく、鋳込み口のごく近いところまで給湯口を近づけることができ、更に、溶解炉Ｆの温度を低めに設定することが可能である。
２）溶湯が空気（酸素）に接触する部分がきわめて少なく、また空気に接触している時間が短いため、酸化ロスが小さい。
３）荷重センサーが実際の給湯量に近いものを使用できるため、荷重センサーの精度がそのまま給湯量の精度であり、理論的に給湯重量の１／１０００〜１／４０００の精度が可能である。
４）荷重センサーが歪ゲージ計又はロードセルを使用しているため、給湯口が固定でき、上下動に起因する誤差の生じるおそれはない。
５）計量装置本体内に供給する際の吸い上げパイプが溶解炉の湯面より１００ｍｍ以上深い湯中から吸い上げているため、表面酸化及びその他の不純物の混入は皆無である。
６）給湯精度が長期間持続でき、また連続鋳造も可能である。
７）軽金属の小型製品の鋳造に有効であるが、その外、加熱する必要がない強酸又は強アルカリ溶液等の液状物、或は劇物、毒物等の液状物等の計量にも適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の断面図である。
【図２】本発明の他の実施例の断面図である。
【図３】図１の装置内部に溶湯を充填した状態の説明図である。
【図４】装置内部の溶湯を鋳型に給湯する状態の説明図である。
【図５】給湯前のバランス状態を示す模式的説明図である。
【図６】給湯直後の溶湯のバランス状態を示す模式的説明図である。
【図７】給湯終了時の溶湯のバランス状態を示す模式的説明図である。
【図８】コンピューターによる制御フローの一例である。
【符号の説明】
１：計量装置本体
２：加圧室
３：通路
４：傾斜パイプ部
５：給湯口
６：溶湯吸い上げパイプ
７：加圧パイプ
８：円筒体
９：吸引パイプ
１０：荷重センサー
１１：バランスウェイト
１２：バランスウェイト駆動用モーター
１３：シャフト
１４：給湯センサー
１５：加熱ヒーター
１６：通路入口
１７：開閉弁
１８：ロッド
１９：パイプ
Ｃ：変換器
Ｆ：溶解炉
Ｐ：コンピューター
Ｓ：支点
Ｖ_１、Ｖ_２：バルブ
Ｘ：鋳型

Claims (5)

1. 軽金属溶湯を計量する計量装置本体に、所定量の溶湯を貯溜できる加圧室と給湯口を有する上向きの傾斜パイプ部とを接続する通路が設けられており、該計量装置本体下側に、バランス用の揺動軸支点と、荷重センサーとが取付けられており、かつ、揺動軸支点両側の溶湯重量をバランスさせるバランスウェイトが取付けられてアンバランス時のバランス調整が可能とされていることを特徴とする軽金属溶湯計量装置。
2. 加圧室内に、溶湯を吸引貯溜できる円筒体が装着されていることを特徴とする請求項１記載の軽金属溶湯計量装置。
3. 加圧室の通路入口に開閉弁が取付けられていることを特徴とする請求項１記載の軽金属溶湯計量装置。
4. 計量装置本体の加圧室、通路及び傾斜パイプ部の壁部に加熱ヒーターが内蔵されていることを特徴とする請求項１〜請求項３記載の軽金属溶湯計量装置。
5. 給湯口に給湯センサーが取付けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４記載の軽金属溶湯計量装置。

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