JP3756040B2

JP3756040B2 - 金属溶湯定量吐出装置

Info

Publication number: JP3756040B2
Application number: JP2000148631A
Authority: JP
Inventors: 智之波多野; 澄吉川; 猛長坂; 倉央二望月; 誠稲葉
Original assignee: Denso Corp; TOUNETSU Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; TOUNETSU Co Ltd
Priority date: 2000-05-16
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2020-05-16
Also published as: JP2001321925A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属溶湯定量吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属の溶湯を定量して吐出する装置は、従来、特開平１１−１５６５１５号に記載されているように、金属溶湯に浸漬したスリーブ内に配置されたプランジャーの変位量を計測することによって吐出する量を定量したものがある。
【０００３】
この装置では、スリーブとプランジャーが、金属溶湯に浸漬しているため、両部材とも金属溶湯と反応しないセラミックス製であり、このため、これらセラミックス製の部材同士を摺動させることにより信頼性が低いという欠点がある。
【０００４】
また、金属溶湯を貯蔵する容器中の溶湯の液面高さを計測することによって、金属溶湯量を定量して吐出する装置には、特開平８−１０９３７号に記載されているように、金属の溶湯液面高さをレーザ変位計によって計測するものがある。
【０００５】
この装置では、実際には、金属溶湯が高温であるため、耐熱性の弱いレーザ変位計を金属溶湯液面から遠ざけざるを得ないという点と、金属溶湯表面が光沢を持つという点から、液面変位の検出誤差が生じ易いという問題がある。
【０００６】
また、同様に溶湯液面高さを計測する方法として、フロートを溶湯中に浮かべ、フロートの高さを検出する方法があり、この方法では、フロートに連結したシャフトの先端部分が光電管の特定位置に到達したか否かのみを検出する。
【０００７】
しかしながら、この方法では、特定位置にあるか否かしか判定できないため、フロートが停止すべき位置からずれていても検知できないという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、いずれの方法によっても金属溶湯を正確に定量して吐出することができないという問題がある。したがって、本発明は、上記のごとく状況を鑑みて、金属溶湯を正確に定量して吐出する装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された金属溶湯定量供給装置を提供する。
【００１０】
請求項１に記載された手段により、液面に浮かぶフロートに連結されたシャフトの高さを常に監視することにより、液面高さを常に検出することができる。その結果、溶湯の液面高さに対応する溶湯体積を正確に定量するのに役立つ。
【００１１】
請求項２に記載された手段により、液面高さに応じて、密閉容器内の圧力を制御することによって、溶湯吐出速度を制御する、あるいは、吸引時にも密閉容器内の溶湯液面変位に応じて、前記密閉容器内の圧力を調節して、前記溶湯貯蔵容器から内部へ吸引する吸引部から密閉容器内に吸引する速度を制御することにより吸引吐出精度に関わる溶湯停止直前の速度を遅くし精度向上する事ができる。
【００１２】
請求項３に記載された手段により、シャフトが万が一傾斜したとしてもコイル部とシャフト部は球面接触を続け、その一方で、コイル部は溶湯表面に対し鉛直方向に支持されて鉄心部と平行のままであるので正確に計測することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
最初に本発明の第一実施形態について説明する。図１は本発明の金属溶湯定量吐出装置を示す。１は密閉容器、２は溶湯貯蔵容器をそれぞれ示す。溶湯貯蔵容器２は、例えばアルミニウムやマグネシウム等の金属を加熱して溶融した状態で貯蔵している。また、密閉容器１は、溶湯貯蔵容器２から溶湯を容易に吸引できるように、溶湯貯蔵容器２に貯蔵されている溶湯１６に密閉容器１の下側が浸漬した状態で配置されている。
【００１４】
密閉容器１の底部には、溶湯貯蔵容器２中の溶湯１６を密閉容器１内へ供給するための穴の形態の溶湯吸引部１１と、密閉容器内の溶湯１５を吐出するための穴の形態の溶湯吐出部１２とが形成されている。この溶湯吸引部１１及び溶湯吐出部１２は、弁体８ａ、８ｂそれぞれと適合する形状であり、弁体８ａ、８ｂそれぞれに連結されたシリンダ６ａ、６ｂそれぞれを上下動させることによって、溶湯吸引部１１、溶湯吐出部１２それぞれは開閉される。
【００１５】
吸引部１１は、溶湯１６を溶湯貯蔵容器２から密閉容器１内へ吸引する時以外は弁体８ａによって閉じられており、また、溶湯吐出部１２は、溶湯１５を密閉容器１外へ吐出する時以外は弁体８ｂによって閉じられている。溶湯吐出部１２は、出口管１４と連通しており、金属溶湯は吐出時には例えばダイカスト機（図示せず）と連通した出湯口１３から吐出される。
【００１６】
溶湯吐出部１２から吐出するべき溶湯量に対し、密閉容器１の内部の断面積を考慮して、吸引完了時の溶湯液面高さから、吐出完了時に停止すべき液面高さが特定される。したがって、溶湯量を定量するために溶湯液面高さを計測することとする。
【００１７】
密閉容器１内の溶湯液面に浮かべたフロート３から鉛直上方に延びているシャフト４の変位を測定することによって、密閉容器１内の溶湯１５の液面高さを計測する。シャフト４は、密閉容器１の蓋２３を通って上方に延びている。このシャフト４は、密閉容器１の蓋２３に形成された開口を通して、密閉容器１の密閉性を保ちつつ摺動可能に上下動できるようにされている。シャフト４は、密閉容器１の上面に配置される軸受２８によって、鉛直方向に支持されている。シャフト４のフロート３と反対の端部には、フロート３の高さ、すなわち溶湯１５の液面の高さを計測するための液面変位センサ５が取り付けられている。
【００１８】
液面変位センサ５について説明する。液面変位センサ５として、本実施形態では可変インダクタンス式センサを使用する。可変インダクタンス式センサは、密閉容器１に対して不動に固定されて鉛直方向に延びているコイル部９と、シャフト４の端部に連結されて鉛直方向に延びている鉄心（鉄管）部１０とからなる。鉄心部１０は、コイル部９を包囲した状態で互いに平行に延びており、フロート３、すなわち溶湯１５の液面高さが高くなるにつれて、鉄心部１０がコイル部９を包囲する部分の長さは長くなる。すなわち、溶湯１５の液面高さに応じて変化するコイル部９に発生するインダクタンスを検出することによって、溶湯１５の液面高さを検出することができる。
【００１９】
また、液面変位センサ５として、可変インダクタンス式センサに代えて、差動トランス式センサを使用してもよい。差動トランス式センサは、可変インダクタンス式センサと構成が全く同じであり、インダクタンスに代えて、液面の高さに応じて、変化する起電力を検出することによって溶湯高さを検出する。
【００２０】
本実施形態では、液面変位センサ５として、差動トランス式センサ又は可変インダクタンス式センサを使用する場合について説明する。シャフト４の上端部に鉄心部１０が接続されており、フロート３の上下動に連動して鉄心部１０が上下動するようになっている。鉄心部１０はガイドされて鉛直方向に延びている。鉄心部１０とシャフト４を一体として形成してもよいが、図２に示すように、シャフト４と鉄心部１０を別部材で形成し、部分的に球形状のシャフト４の上端部と、鉄心部１０の底面と点接触となる構成とするしてもよい。このような構成とすると、シャフト４が万が一鉛直に対してわずかに傾斜しても、鉄心部１０は、球形状の端部との接触を保って担持されつつ、側面がガイドされているので、鉄心部１０はシャフト４の傾斜によって高さを変動することなく、コイル部９と平行を保つことが可能となる。
【００２１】
次に密閉容器１に接続されている管について説明する。密閉容器１の蓋２３を通って密閉容器１の外に管２１が延びている。管２１は、管２１ａ、管２１ｂ、管２１ｃに分岐している。管２１ａには、密閉容器１側から電磁弁２４ａと、減圧用圧力調整弁２５と、減圧ポンプ１７とが配置されている。他の電磁弁２４ｂ、２４ｃが閉弁し、電磁弁２４ａが開弁すると、減圧ポンプ２により減圧用圧力調整弁２５によって調整された圧力で密閉容器１内の圧力を下げる。管２１ｂには、密閉容器１側から電磁弁２４ｂと、高圧用加圧圧力調整弁２６と、不活性ガスボンベ１８とが配置されている。他の電磁弁２４ａ、２４ｃが閉弁し、電磁弁２４ｂが開弁すると、高圧用圧力調整弁２６によって調整された圧力で密閉容器１内の圧力を高める。管２１ｃには、密閉容器１側から電磁弁２４ｃと、低圧用加圧圧力調整弁２７と、不活性ガスボンベ１８とが配置されている。他の電磁弁２４ａ、２４ｂが閉弁している時に、電磁弁２４ｃが開弁すると、低圧用圧力調整弁２７によって調整された圧力で密閉容器１内の圧力を高める。また、密閉容器１の蓋２３を通して密閉容器１の外に管２０が延びている。管２０にはリリーフ弁１９が設けられおり、密閉容器１内の気圧が設定圧力以上となった時に設定圧力に減圧することができる。管２０にリリーフ弁１９よりも密閉容器１側に電磁弁（図示せず）を設けて選択的にリリーフ弁１９を使用できるようにしてもよい。また、高圧用加圧圧力調整弁２６、低圧加圧用圧力調整弁２７、管２１ｂ、２１ｃ、電磁弁２４ｂ、２４ｃのように高圧回路と低圧回路を分離せずに溶湯を加圧吐出中に加圧圧力を自動可変できる加圧圧力調整弁（図示せず）を用いれば一つの加圧回路でも溶湯が密閉容器１内である一定高さになった時に加圧圧力を変化させることができる。また、この回路を用いれば密閉容器１内の圧力を測定できる圧力計を取り付けその圧力を自動可変できる加圧圧力調整弁に設定圧力になるようにフィードバックすればさらに精度向上ができる。
【００２２】
密閉容器１内へ溶湯を吸引する段階について説明する。最初に、液面変位センサ５によって密閉容器１内の金属溶湯１５の液面高さを計測し、吐出する溶湯量から、吸引完了後に到達すべき金属溶湯高さを予め決定する。次に、電磁弁の中で電磁弁２４ａのみを開弁して密閉容器１内の圧力を管２１を通して密閉容器１内の気圧を下げ、弁体８ａが上方に移動させられて吸引部１１を開放すると、密閉容器１内の気圧よりも溶湯貯蔵容器２付近の気圧が大きいことから、金属溶湯１６が密閉容器１内へ進入し、密閉容器１の金属溶湯１５の液面は上昇し、予め決定した液面高さに達したことをセンサの出力信号から認知した後に、密閉容器１内の気体の減圧を停止し、弁体８ａを閉じる。このようにして、密閉容器１内への溶湯の吸引を完了する。吸引行程で溶湯１６を密閉容器１内へ吸引する量は、吐出すべき量の溶湯１５を吐出した後にも依然としてフロート３が密閉容器１内で浮かんでいるほどの量であればよく、吸引行程に関しては必ずしも厳密に制御する必要はない。
【００２３】
次に、密閉容器１外へ溶湯を吐出する段階について説明する。溶湯吸引完了後、すなわち溶湯吐出前における密閉容器１内の溶湯１５の液面高さを計測し、吐出完了時に停止すべき溶湯１５の液面高さを決定する。
【００２４】
以下に吐出速度の制御方法について単なる例示として説明する。本実施形態では、溶湯吐出流量、すなわち吐出速度を制御するために、密閉容器１内の気圧を制御している。正確かつ高速に溶湯を定量吐出するためには、吐出行程前半に大きな流量で吐出し、吐出行程後半に小さな流量で吐出する方法が特に好ましいことから、吐出行程前半に密閉容器１の気圧を高め、吐出行程後半に密閉容器１の気圧を低くするように制御する。
【００２５】
電磁弁２４ｂのみを開弁して高圧用加圧圧力制御弁２６で調整されて密閉容器１内の気体が加圧される。この時、図２に示すように、コイル部１０の上面高さ、金属溶湯１５の液面高さはそれぞれ、位置Ａにある。また、弁体８ｂを上方に移動させて吐出部１２が開放すると、密閉容器１内の気圧が密閉容器１外の気圧よりも大きいことから、金属溶湯１５が出口管１４、出湯口１３を通って吐出される。密閉容器１の液面高さに関する溶湯吐出圧力及び溶湯吐出速度を実線、点線でそれぞれ示す図３に示されるように、吐出直後の吐出圧力、吐出速度は、それぞれ、Ａ点における実線、点線に示されているように最高である。
【００２６】
密閉容器１の溶湯１５の液面の下降による密閉容器１内の気体の膨張により、密閉容器１内の気圧、吐出圧が減少し、溶湯の吐出速度が低くなる。図２及び３に示される位置Ｂで、電磁弁２４ｂを閉弁した後にリリーフ弁１９の上流の電磁弁（図示せず）を開弁する。すると、密閉容器１内の気圧がさらにリリーフ弁の設定した圧力に下降する。それにより、吐出圧力、吐出速度は下降する。
【００２７】
次に、図２及び３に示されている位置Ｃで、リリーフ弁１９を閉弁した後に電磁弁２４ｃを開弁する。低圧用加圧圧力制御弁２７は、リリーフ弁１９の設定圧よりも小さくかつ密閉容器１外の圧力よりもわずかに大きな大きさの圧力となるように設定されており、吐出完了位置Ｄに到達するまで遅い吐出速度で溶湯を吐出している。このようにして、液面変位センサ５が液面高さＤに到達すると、電磁弁２４ｃ及び弁体８ｂを閉弁し、溶湯の吐出を完了する。このため、吐出完了時には吐出速度が遅くなっているので、吐出すべき溶湯をより正確に定量できる。また、リリーフ弁１９を開弁したまま電磁弁２４ｃを開弁し圧力を２段で下降させることも可能である。
【００２８】
吐出行程時において、本実施形態の吐出行程においては、液面変位センサ５から知らされる液面高さを閾値として、複数の弁を切り替えているが、密閉容器１内の気圧を閾値としてこれらの弁を切り替えてもよい。密閉容器１内の気圧の閾値については密閉容器１内の圧力を測定できる圧力計を取り付けその圧力を自動可変できる加圧圧力調整弁に設定圧力になるようにフィードバックすることも可能である。また、本実施形態では、吐出行程において、吐出前に密閉容器内を加圧しているが、吐出後に密閉容器内を加圧してもよい。
【００２９】
また、本実施形態では、複数の不活性ガス供給経路を使用して密閉容器１内の圧力を制御しているが、一つの不活性ガス供給経路を使用して圧力制御弁を自動変更することによって圧力制御してよい。
【００３０】
吐出量のフィードバック制御として出湯口１３から吐出した金属溶湯量を自動重量測定、自動体積測定をしたデータを差動トランス式センサ又は可変インダクタンス式センサ等の液面変位センサの演算部にフィードバックし、吐出する溶湯量の補正を行い、より一層と定量の精度を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属溶湯定量吐出装置を示す。
【図２】密閉容器の液面に関するフロート及びコイル部の位置関係について示す。
【図３】密閉容器の液面高さに関する溶湯吐出圧力及び溶湯吐出速度を示す。
【符号の説明】
１…密閉容器
２…溶湯貯蔵容器
３…フロート
４…シャフト
５…液面変位センサ
１１…吸引部
１２…吐出部
１５…金属溶湯
１６…金属溶湯

Claims

金属溶湯を貯蔵している溶湯貯蔵容器と、
前記金属溶湯を前記溶湯貯蔵容器から内部へ吸引する吸引部と、前記吸引した溶湯を外部へ吐出する吐出部とを有する密閉容器と、
前記溶湯貯蔵容器から前記吸引部を通して前記密閉容器内へ溶湯を吸引するために前記密閉容器内の圧力を下げる手段と、
前記密閉容器から前記吐出部を通して溶湯を吐出するために前記密閉容器内の圧力を上げる手段と、を有する金属溶湯定量吐出装置において、
前記密閉容器内の溶湯液面に浮かべたフロートと連結した部材の高さを常時計測する手段を使用することにより、前記溶湯液面を任意の高さで計測できる液面変位センサを具備し、前記液面変位センサによって金属溶湯を密閉容器内部に吸引する時または密閉容器外部に吐出する時に前記密閉容器内の液面高さを計測し、予め設定した金属溶湯の吐出量から密閉容器内の溶湯停止高さを決める事を可能とし、予め設定した金属溶湯を定量吐出し、
前記液面変位センサによって得られる前記密閉容器内の溶湯液面変位に応じて、吐出時には前記密閉容器内の圧力を調節し、前記吐出部から前記溶湯を前記密閉容器外へ吐出する速度を制御し、かつ、吸引時にも密閉容器内の溶湯液面変位に応じて、前記密閉容器内の圧力を調節し、前記溶湯貯蔵容器から内部へ吸引する吸引部から密閉容器内に吸引する速度を制御し、
前記吐出時の圧力制御は、吐出工程前半において前記密閉容器内の圧力を高め、吐出工程後半において前記密閉容器内の圧力を低くするように制御することを特徴とする金属溶湯定量吐出装置。
前記液面変位センサは、コイル部と鉄心部を備えた可変インダクタンスセンサ式又は差動トランス式センサであり、コイル部または鉄心部が前記フロートと連結した部材に取り付けられ、コイル部がフロートと連結した部材に取り付けられている場合は鉄心部が密閉容器に溶湯表面に対し垂直となるように固定され、鉄心部がフロートと連結した部材に取り付けられている場合はコイル部が溶湯表面に対し垂直となるように密閉容器に固定され、コイル部または鉄心部とフロートと連結した部材が球面接触していることを特徴とする請求項１に記載の金属溶湯定量吐出装置。