JP4030365B2

JP4030365B2 - 溶解金属供給装置、溶解金属供給方法およびダイカストマシン

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Publication number: JP4030365B2
Application number: JP2002190913A
Authority: JP
Inventors: 寛南都; 昭平原
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP2003245767A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、ダイカストマシン等の鋳造装置に適用される溶解金属供給装置およびその方法、ならびに、この溶解金属供給装置を備えるダイカストマシンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイカストマシンは、たとえば、一対の固定金型と移動金型、これら固定金型および移動金型をそれぞれ保持する固定ダイプレートおよび移動ダイプレート、タイバーを伸長させて固定金型と移動金型とを型締する型締装置、固定金型と移動金型との間に形成されるキャビティに金属溶湯を射出する射出装置、溶解金属を射出装置に供給する給湯装置等を備えている。このようなダイカストマシンでは、固定金型と移動金型とを型締装置によって型締した状態で、給湯装置によって溶解金属を射出装置のスリーブに供給し、スリーブに嵌合するプランジャを駆動することにより、金型キャビティ内に溶解金属を射出、充填することによってダイカスト製品を鋳造する。
射出装置のスリーブへの溶解金属の供給は、たとえば、溶解炉において予め溶解された十分量の金属材料をラドルを用いて鋳造に必要な量を汲み上げ、これを上記のスリーブの給湯口まで搬送することにより行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような方法で溶解金属の供給を行うと、溶解炉は大量の金属を溶解するため表面積が広く、このため、大気への熱の放出による熱効率の低下や常時溶湯状態で保温管理する必要性等の理由により、必要なコストが嵩むという不利益が存在した。
また、ラドルによる溶解金属の搬送中に溶解金属が飛散する可能性があり、ダイカスト製品を製造する現場の環境が低下しやすいという不利益も存在する。
さらに、溶解炉で溶解した金属を鋳造にすべて使用しない場合には、溶解に要する電力コスト等が無駄になるという不利益も存在する。
さらに、大気中において金属材料を溶解し、搬送すると、熱の放散により凝固しやすく、また、酸化しやすいため、ダイカスト製品の品質が低下しやすいという不利益も存在する。
【０００４】
一方、上記のような溶解炉において十分量の金属材料を溶解するのではなく、一回の鋳造に必要な量の金属材料を溶解してスリーブに供給する技術が特公昭５９−３８８６７号公報に開示されている。この特公昭５９−３８８６７号公報に開示された技術は、複数のるつぼ内に粉末あるい粒状の金属材料を供給し、これを誘導加熱により溶解し、ダイカストマシンの給湯口まで搬送して注入するものである。
しかしながら、上記の技術では、金属材料の溶解および搬送を大気中で行うため、大気に触れる時間が長く、溶解金属が凝固しやすく、酸化しやすい。このため、溶解金属の表面に膜が形成され、この膜がるつぼに残留し、ダイカストマシンへの溶解金属の供給量にばらつきが発生しやすい。
【０００５】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、その目的は、連続的に鋳造を行う鋳造装置において、鋳造毎に必要量の金属材料を溶解して供給できる溶解金属供給装置およびその方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の溶解金属供給装置が適用されたダイカストマシンを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の溶解金属供給装置は、鋳造装置に金属材料を鋳造毎に溶解して供給する溶解金属供給装置であって、前記鋳造装置に対して所定の位置に配置された容器と、前記容器に鋳造毎に金属材料を落下させて供給する材料供給手段と、前記容器内に収容された金属材料を加熱溶解して金属溶湯とする加熱手段と、前記加熱手段に電力を供給する電力供給手段と、前記電力供給手段から前記加熱手段に供給された電力量を検出する電力量検出手段と、前記電力量検出手段の検出した電力量に基づいて、前記電力供給手段の電力供給動作を制御し前記容器内の金属溶湯の温度を制御する温度制御手段と、前記容器内の金属溶湯を前記鋳造装置へ向けて流出させる金属溶湯供給手段と、を有し、前記加熱手段は、前記容器を包囲する誘導加熱用コイルと、前記材料供給手段の下方に設けられ、前記誘導加熱用コイルと接続され、共振回路を構成するためのコンデンサと、前記誘導加熱用コイルを構成する管材が表面にろう付けされ、前記コンデンサの接続端子に連結された銅板とを有し、前記電力供給手段は、供給された三相交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路からの直流電力を単相交流電力に変換するインバータとを有し、前記電力量検出手段は、前記整流回路から前記インバータへ供給される直流電力に基づいて、前記電力供給手段から前記加熱手段に供給された電力量を検出し、前記温度制御手段は、鋳造毎に前記電力量検出手段の検出した電力量の積算値が所定の値に到達したところで電力供給を遮断し、前記金属溶湯供給手段は、電力供給が遮断されたのち、前記容器内の金属溶湯を前記鋳造装置へ向けて流出させる。
【０００８】
好適には、前記電力量検出手段は、前記共振回路に供給される電流値に比例した電圧を検出する検出器と、当該検出器の検出した電圧の積分値を演算する演算増幅器を備える積分回路とを有し、前記温度制御手段は、前記電力供給手段による前記共振回路への電力供給を開始したのち、前記積分値が所定の値に到達したところで電力供給を遮断する。
【０００９】
本発明のダイカストマシンは、一対の金型を保持し、当該金型の開閉および型締を行う型締装置と、型締された前記金型の間に形成されたキャビティに溶解した金属材料を射出、充填する射出装置と、前記射出装置のスリーブの給湯口に溶解した金属を注入する溶解金属供給装置とを有するダイカストマシンであって、前記溶解金属供給装置は、前記スリーブの給湯口の直上に配置された容器と、前記容器に鋳造毎に金属材料を落下させて供給する材料供給手段と、前記容器内に収容された金属材料を加熱溶解して金属溶湯とする加熱手段と、前記加熱手段に電力を供給する電力供給手段と、前記電力供給手段から前記加熱手段に供給された電力量を検出する電力量検出手段と、前記電力量検出手段の検出した電力量に基づいて、前記電力供給手段の電力供給動作を制御し前記容器内の金属溶湯の温度を制御する温度制御手段と、前記容器内の金属溶湯を前記給湯へ向けて流出させる金属溶湯供給手段と、を有し、前記加熱手段は、前記容器を包囲する誘導加熱用コイルと、前記材料供給手段の下方に設けられ、前記誘導加熱用コイルと接続され、共振回路を構成するためのコンデンサと、前記誘導加熱用コイルを構成する管材が表面にろう付けされ、前記コンデンサの接続端子に連結された銅板とを有し、前記電力供給手段は、供給された三相交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路からの直流電力を単相交流電力に変換するインバータとを有し、前記電力量検出手段は、前記整流回路から前記インバータへ供給される直流電力に基づいて、前記電力供給手段から前記加熱手段に供給された電力量を検出し、前記温度制御手段は、鋳造毎に前記電力量検出手段の検出した電力量の積算値が所定の値に到達したところで電力供給を遮断し、前記金属溶湯供給手段は、電力供給が遮断されたのち、前記容器内の金属溶湯を前記鋳造装置へ向けて流出させる。
【００１０】
本発明の溶解金属供給方法は、鋳造装置に対して所定の位置に配置された容器に必要量の金属材料を鋳造毎に材料供給手段により落下させて供給し、電力供給手段から加熱手段に電力を供給し、前記容器内の金属材料を前記加熱手段により溶解して金属溶湯とし、前記容器内の金属溶湯を前記鋳造装置に注入する溶解金属供給方法であって、前記加熱手段に、前記容器を包囲する誘導加熱用コイルと、前記材料供給手段の下方に設けられ、前記誘導加熱用コイルと接続され、共振回路を構成するためのコンデンサと、前記誘導加熱用コイルを構成する管材が表面にろう付けされ、前記コンデンサの接続端子に連結された銅板とを設け、前記電力供給手段に、供給された三相交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路からの直流電力を単相交流電力に変換するインバータとを設け、前記整流回路から前記インバータへ供給される直流電力に基づいて、前記電力供給手段から前記加熱手段に供給された電力量を検出する電力量検出手段を設け、前記電力量検出手段により検出した前記電力量に基づいて、前記加熱手段の電力供給動作を制御することにより前記鋳造装置に供給する金属溶湯の温度を制御し、その制御では、鋳造毎に、検出した前記電力量の積算値が所定の値に到達したところで電力供給を遮断し、電力供給が遮断されたのち、前記容器内の金属溶湯を前記鋳造装置に注入する。
【００１１】
本発明では、鋳造毎に容器に金属材料が供給され、鋳造毎に加熱溶解される。このため、鋳造装置に注入する作業のサイクルタイムを短縮するためには、容器内に供給された金属材料を短時間に溶解する必要があり、金属材料の温度は、短時間に激しく変化し、温度計を用いた金属溶湯の温度制御が難しい。鋳造装置に供給される金属溶湯の温度が鋳造毎にばらつくと、鋳造品の品質にばらつきが発生する原因となる。
本発明では、容器内の金属溶湯の温度を温度計等によって検出するのではなく、加熱手段に供給した電力量から検出し、この検出した電力量に基づいて加熱手段への電力供給を制御する。これにより、熱電対等の温度計とは比較にならない応答性が得られ、簡易にかつ正確な溶湯の温度制御が可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の一実施形態に係るダイカストマシンの構成を示す上面図である。
図１において、ダイカストマシン１は、型締装置１００と、射出装置２００と、溶解金属供給装置２とを備えている。
型締装置１００は、ベースフレームＢＦ上にそれぞれ設置された、固定ダイプレート１１０、移動ダイプレート１２０およびリンクハウジング１３０を備えている。
【００１３】
固定ダイプレート１１０は、ベースフレームＢＦ上に固定されており、この固定ダイプレート１１０には固定金型１０１が取り付けられている。この固定ダイプレート１１０の背面側には、後述する当接プレート１１１，１１２および１１３が設けられている。
【００１４】
移動ダイプレート１２０は、ベースフレームＢＦ上に固定ダイプレート１１０に対向して設けられており、矢印Ａ１およびＡ２で示す型開閉方向に移動可能となっている。この移動ダイプレート１２０には、固定金型１０１との間でキャビティＣを形成する移動金型１０２が取り付けられている。
【００１５】
リンクハウジング１３０は、ベースフレームＢＦ上に設置されており、このリンクハウジング１３０は４本のタイバー１５０によって固定ダイプレート１１０と連結されている。タイバー１５０は、固定ダイプレート１１０側の端部が固定ダイプレート１１０に固定され、移動ダイプレート１２０を貫通している。また、タイバー１５０のリンクハウジング１３０側の端部には、図示しないネジ部が形成され、このネジ部にリンクハウジング１３０に回転自在に保持された図示しないナット部材が螺合している。４つのナット部材を同期して回転させることにより、リンクハウジング１３０はタイバー１５０に沿って移動可能となっている。
【００１６】
リンクハウジング１３０の背面側には、上記の４つのナット部材を同期して回転させることにより、リンクハウジング１３０の位置調整を行う駆動機構１３１が設けられている。この駆動機構１３１は、リンクハウジング１３０の位置調整の他に、後述するトグル機構１４０を駆動する。
【００１７】
リンクハウジング１３０には、第１リンク１４１および第２リンク１４２を備えたトグル機構１４０が設けられている。
第１リンク１４１および第２リンク１４２は、図示しないが、上下に２組設けられているとともに、第１リンク１４１は直線状のリンクからなり、第２リンク１４２はアングル状のリンクからなる。
第１リンク１４１は、一端部が移動ダイプレート１２０に回転可能に連結され、他端部が第２リンク１４２に回転可能に連結されている。
第２リンク１４２は、第１リンク１４１に回転可能に連結されているとともに、リンクハウジング１３０および型開閉方向Ａ１およびＡ２に移動可能に設けられた図示しない移動部材に回転可能に連結されている。
【００１８】
この図示しない移動部材には、上記した駆動機構１３１の具備するサーボモータによって回転される図示しないネジ軸がねじ込まれている。
このトグル機構１４０は、駆動機構１３１によって図示しない移動部材を直動させることにより作動し、移動ダイプレート１２０を型開閉方向Ａ１またはＡ２に移動させる。また、第１リンク１４１と第２リンク１４２とが直線状に伸びきって自己ロックされた状態で、固定金型１０１と移動金型１０２との型締を行う。
【００１９】
射出装置２００は、型締された固定金型１０１および移動金型１０２の間に形成されるキャビティＣに溶解金属を射出、充填する。キャビティＣに射出、充填された溶解金属が凝固することにより、ダイカスト製品が得られる。
この射出装置２００は、固定ダイプレート１１０の背面側に設けられた円筒状のスリーブ２０６と、このスリーブ２０６の内周に嵌合するプランジャチップ２０５と、プランジャチップ２０５と一端が連結されたプランジャロッド２０４と、プランジャロッド２０４の他端部と連結されたピストンロッド２０２を伸縮させるシリンダ装置２０１とを備えている。
【００２０】
スリーブ２０６は、上記のキャビティＣに連通している。このスリーブ２０６は給湯口２０６ａを備えており、この給湯口２０６ａを通じて後述する溶解金属供給装置２から溶解金属が供給される。
シリンダ装置２０１は、ピストンを内蔵しており、このピストンに連結されたピストンロッド２０２とプランジャロッド２０４とがカップリング２０３によって連結されている。このシリンダ装置２０１は、油圧によって駆動される。
【００２１】
プランジャチップ２０５は、プランジャロッド２０４に連結されており、シリンダ装置２０１の駆動により、スリーブ２０６内を移動する。溶解金属が供給されたスリーブ２０６内をプランジャチップ２０５が固定金型１０１側に向けて移動することによりキャビティＣに溶解金属が射出、充填される。
【００２２】
溶解金属供給装置２は、鋳造毎に必要量の金属材料を供給する計量供給機構部５１と、計量供給機構部５１から鋳造毎に供給される金属材料を溶解し、溶解された金属材料をスリーブ２０６の給湯口２０６ａに注入する溶解機構部１１とを備えている。
溶解機構部１１と計量供給機構部５１とは連結されており、これらは可動プレート５上に設けられている。
この可動プレート５の上面には、２条の案内レール６が設置されている。案内レール６は、上記したスリーブ２０６の管軸に沿った向きに配置されている。
溶解金属供給装置２は、この案内レール６に沿って矢印Ｃ１およびＣ２の向きに移動可能となっている。
【００２３】
可動プレート５は、支持台３上に設置されている。支持台３のフレーム上には、上記したスリーブ２０６の管軸に直交する向きに沿って２条の案内レール４が設置されている。可動プレート５は、この案内レール４に沿って支持台３上を矢印Ｂ１およびＢ２の向きに移動可能となっている。したがって、溶解金属供給装置２は、矢印Ｃ１およびＣ２の向きおよび矢印Ｂ１およびＢ２の向きに移動可能となっている。
【００２４】
図２は、図１に示した溶解金属供給装置２を固定ダイプレート１１０の背面側に移動させた状態を示す図である。
ダイカストマシン１において鋳造を行う場合には、図１に示した溶解金属供給装置２の溶解機構部１１が固定ダイプレート１１０から離隔した状態から、溶解金属供給装置２を固定ダイプレート１１０に対して所定の位置に固定する。
【００２５】
具体的には、溶解金属供給装置２を矢印Ｂ１の向きに移動させ、溶解機構部１１が固定ダイプレート１１０の背面に設けられた当接プレート１１１，１１２、１１３に対向する位置に達したのち、溶解金属供給装置２を矢印Ｃ２の向きに移動させて当接プレート１１１，１１２、１１３に溶解機構部１１の各側面を押し当てる。
【００２６】
当接プレート１１２は、スリーブ２０６の管軸に対して直交する向きに配置されており、この当接プレート１１２に隣接する当接プレート１１１および１１３は、それぞれ当接プレート１１２に対して所定の角度で傾斜している。
当接プレート１１１，１１２、１１３に溶解機構部１１が押し付けされることにより、溶解金属供給装置２の固定ダイプレート１１０に対する位置決めが行われる。
【００２７】
溶解金属供給装置２の固定ダイプレート１１０への固定は、図２に示す押当棒３０によって行われる。
押当棒３０は、長さの調整が可能となっており、一端が溶解金属供給装置２のフレームに旋回可能に連結されている。
この押当棒３０をスリーブ２０６の管軸方向に沿った向きにし、押当棒３０の他端を射出装置２００側のフレームＦＬに対向させ、長さの調整を行って押当棒３０の他端部をフレームＦＬに押し当てる。これにより、溶解金属供給装置２の移動が規制され、溶解金属供給装置２は固定ダイプレート１１０の背面に固定される。
【００２８】
図３は、上記の溶解金属供給装置２の具体的な構成を示す図であって、固定ダイプレート１１０の背面側から溶解金属供給装置２を見た一部に断面図を含む図である。
図３に示すように、型締装置１００のベースフレームＢＦは、ベースＢＳに設置された支持台５００上に設置されており、固定ダイプレート１１０はベースＢＳから所定の高さに配置されている。
【００２９】
一方、溶解金属供給装置２が設置された支持台３の上面は、ベースフレームＢＦの支持台５００の上面よりも高い位置にあり、上記したように、この支持台３に案内レール４が設置されている。
支持台３には、支持台３の上で溶解金属供給装置２に関する各種の作業を行うために、支持台３を昇り降りするための階段６００が設置されている。この階段６００には手摺り６０１が設けられている。
【００３０】
図３において、溶解金属供給装置２は、固定ダイプレート１１０の背面側であってスリーブ２０６の直上に配置された上記の溶解機構部１１と、この溶解機構部１１と連結された計量供給機構部５１に加えて、計量供給機構部５１の下方に設置されたコンデンサ収容部３００と、支持台３の下方に設置され溶解金属供給装置２の各種制御を行う制御装置４００とを有している。
【００３１】
計量供給機構部
図４は、計量供給機構部５１の具体的構成を示す断面図である。
計量供給機構部５１は、蓄積部６０と、計量部７０と、バッファ部８０と、導入部９０とを有する。
【００３２】
蓄積部６０は、スリーブ２０６に溶解して供給する前の金属材料を蓄積する。
この蓄積部６０は、ホッパ６１と、蓋６２とを備えている。
ホッパ６１は、円錐状の外形を有し、内部に金属材料Ｍを収容する空間を有している。このホッパ６１の上端側は円形の開口をもち、下端部に金属材料Ｍを送り出す供給口６１ａを有する。
また、ホッパ６１は、コンデンサ収容部３００のケース３００ｃの上面に固定された支持部材６９ｃに、ホッパ６１の下端部外周を固定する固定部材６９ａ，６９ｃによって固定されている。
【００３３】
ホッパ６１に蓄積される金属材料Ｍは、例えば、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の鋳造に用いる金属を細長い粒状としたものである。粒長は、たとえば、２〜７ｍｍ程度とするのが好ましい。粒状の金属材料Ｍを用いることにより、たとえば、インゴット状の金属材料を切断する場合等と比べて、比較的少量の金属材料を正確に計量することが容易となる。
また、鋳造に用いる金属材料が粒状である場合には、材料の表面は必ず酸化しているため、粒状の金属材料を用いる場合であっても、粒長を短くしすぎると酸化表面積が広くなり、粒長を大きくしすぎると正確な計量が難しくなる。このため、上記のような範囲の粒長とすることが好ましい。
【００３４】
蓋６２は、円形状の金属板の外周縁に周壁部６３を有し、この周壁部６３がホッパ６１の上端の外周に嵌合することによりホッパ６１の上端の開口を覆う。
この蓋６２の周壁部６３の内周には、ホッパ６１の上端の外周面と周壁部６３の内周面との間をシールするリング状のシール部材６２ａが設けられている。このシール部材６２ａにより、ホッパ６１の上端の開口は密封される。
【００３５】
蓋６２の略中心部には、レベル検出器６４と、ガス導入管６５とが設けられている。
レベル検出器６４は、センサアンプ６７に接続されており、たとえば、ホッパ６１内に収容された金属材料Ｍの上面とレベル検出器６４との距離Ｌを非接触で検出し、検出信号をセンサアンプ６７に出力する。レベル検出器６４として、たとえば、光、超音波等を用いた測長センサを用いることができる。
センサアンプ６７は、上記した制御装置４００に接続されており、レベル検出器６４の検出信号を増幅し、増幅された信号に基づいて距離Ｌを算出し、これを制御装置４００に出力する。
制御装置４００では、距離Ｌに基づいて、ホッパ６１内に収容された金属材料Ｍの残量を判断する。
制御装置４００は、ホッパ６１内が空と判断した場合には、たとえば、アラームを出力する。
【００３６】
ガス導入管６５は、ホッパ６１の外部に設けられたガス供給源６６から供給される窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスＧをホッパ６１内に導く。
不活性ガスＧは、ホッパ６１内に収容された金属材料Ｍの酸化を防止するためにホッパ６１内に供給される。
ホッパ６１内に供給された不活性ガスＧは、ホッパ６１の下部の供給口６１ａを通じて、計量部７０、バッファ部８０および導入部９０に導入される。
【００３７】
計量部７０は、ホッパ６１の供給口６１ａから自重により送り出される金属材料Ｍのうち必要量を計量してバッファ部８０へ送り出す。
この計量部７０は、支持部材６９ｃによって略水平に支持されたシリンダ７１と、このシリンダ７１に挿入されたスクリュー７２とを有する。
【００３８】
シリンダ７１は、ホッパ６１の供給口６１ａとシリンダ７１の内部とを連通させる開口部７１ａを有している。この開口部７１ａを通じてホッパ６１から金属材料Ｍがシリンダ７１内に供給される。
【００３９】
スクリュー７２は、断面が円形の回転軸７３と、この回転軸７３の外周に嵌合し固定されたコイルスプリング７４とから構成されている。
回転軸７３は、先端部がシリンダ７１から突き出しており、この先端部がバッファ部８０に設けられた軸受ＢＲによって回転自在に支持されている。また、回転軸７３の後端部は、支持部材６９ｃにフランジ部材７７を介して保持された軸受ＢＲによって回転自在に保持されているとともに、カップリングを介してサーボモータ７６の回転軸７６ａに連結されている。なお、フランジ部材７７およびこれに保持された軸受ＢＲによってシリンダ７１の端部は密閉されている。
【００４０】
コイルスプリング７４は、たとえば、鉄等の金属で形成された線材が略一定ピッチで螺旋状に成形されたものであり、回転軸７３の外径に嵌合する内径を有している。
このコイルスプリング７４は、両端部が、たとえば、溶接によって回転軸７３に固定されている。
【００４１】
スクリュー７２を上記のような構成とした理由は、棒材を切削加工してらせん溝を形成してスクリューを製造する場合と比較して、製造コストを大幅に削減することができるからである。
【００４２】
サーボモータ７６は、支持部材６９ｃに固定されており、サーボドライバ７９に接続されている。
サーボドライバ７９は、上記の制御装置４００から制御指令７９ｓを受けて、サーボモータ７６の回転制御を行う。
【００４３】
スクリュー７２を所定方向に回転させると、シリンダ７１内に供給された金属材料Ｍは図４に矢印Ｊで示す向きに搬送され、シリンダ７１の先端開口を通じてバッファ部８０に送出される。このスクリュー７２の搬送量は、スクリュー７２の回転量に応じて決定される。
【００４４】
したがって、計量部７０では、制御装置４００が鋳造に必要な量の金属材料Ｍを搬送するスクリュー７２の回転を指令する制御指令をサーボドライバ７９に対して出力することにより計量が行われる。
【００４５】
バッファ部８０は、計量部７０から送り出された金属材料を一時的に保持する。
このバッファ部８０は、連結部材７８によって支持部材６９ｃと連結された円筒部材８１と、円筒部材８１内に挿入されたピストンロッド８３を伸縮させるエアシリンダ８２と、ピストンロッド８３の先端部に連結された弁体８４とを有する。
【００４６】
円筒部材８１は、内部に計量部７０から送り出された金属材料Ｍを収容する収容空間８１ｓを備えており、上端側の開口は閉塞部材８５によって閉塞され、下端側の開口８１ａの内周に弁体８４の弁座面８１ｂを備えている。
【００４７】
エアシリンダ８２は閉塞部材８５に固定されており、エアシリンダ８２のピストンロッド８３が閉塞部材８５に形成された貫通孔８５ａを通じて、円筒部材８１内に挿入されている。
エアシリンダ８２は、制御バルブ８６を介してエア源８７に接続されている。
【００４８】
制御バルブ８６は、上記の制御装置４００からの制御指令を受けて、エア源８７から供給される圧縮空気のエアシリンダ８２への供給を制御し、ピストンロッド８３を矢印Ｋ１およびＫ２の向きに駆動させる。
【００４９】
弁体８４は、円錐状の部材からなり、弁座面８１ｂに合致するテーパ面８４ａを備えている。
弁体８４のテーパ面８４ａは、エアシリンダ８２の駆動によって、ピストンロッド８３が矢印Ｋ１の向きに上昇すると、弁座面８１ｂに着座する。これにより、円筒部材８１の下端側の開口８１ａが閉鎖される。円筒部材８１の下端側の開口８１ａが閉鎖された状態で、計量部７０から金属材料Ｍが供給されると、シリンダ７１の先端から金属材料Ｍが収容空間８１ｓ内に落下し、金属材料Ｍが収容空間８１ｓに保持される。
弁体８４のテーパ面８４ａは、ピストンロッド８３が矢印Ｋ２の向きに下降すると、弁座面８１ｂから離隔し、テーパ面８４ａと弁座面８１ｂとの間に隙間が形成される。金属材料Ｍが収容空間８１ｓに保持された状態では、この隙間を通じて金属材料Ｍは、円筒部材８１の下方に向けて自重により落下する。
【００５０】
導入部９０は、バッファ部８０から解放されて自重により落下する金属材料を溶解機構部１１内に導く導入管９１を有する。
この導入管９１は、円筒部材８１の下端部に、たとえば、溶接によって接続されており、円筒部材８１の下端部と導入管９１との接続部は密閉されている。
また、導入管９１は、鉛直斜め下方に向かって配置されており、バッファ部８０から落下する金属材料Ｍを後述する溶解機構部１１内の容器に直接導く。
【００５１】
なお、上記したように、計量供給機構部５１の蓄積部６０、計量部７０、バッファ部８０および導入部９０の金属材料Ｍの搬送経路は外部から密閉されているとともに、蓄積部６０から不活性ガスＧを供給することにより、金属材料Ｍの計量および搬送は不活性ガス雰囲気下で行われる。
【００５２】
溶解機構部
図５は溶解機構部１１を上方から見た図であり、図６は図５に示す溶解機構部１１のＥ−Ｅ線方向の断面図であり、図７は図５に示す溶解機構部１１の水平方向の断面図である。
図５に示すように、溶解機構部１１は、ベース板３２５上に設けられた密閉室３２０を備えている。
ベース板３２５は、フランジ部３２５ａが上記したコンデンサ収容部３００の所定の箇所にボルト等の締結手段によって連結されている。
【００５３】
密閉室３２０は、図６に示すように、ベース板３２５と、このベース板３２５に溶接によって固定された側板３２０ａと、この側板３２０ａの上端に溶接によって固定された上部板３２０ｂとによって基本的に構成され、ベース板３２５、側板３２０ａおよび上部板３２０ｂによって囲まれた実質的に密閉された閉空間３２２を有する。
この密閉室３２０は、図６に示すように、ダイカストマシン１の固定ダイプレート１１０の背面の所定の位置に配置された状態において、スリーブ２０６の給湯口２０６ａの直上に配置される。
【００５４】
ベース板３２５、側板３２０ａおよび上部板３２０ｂは、金属材料Ｍの融点よりも高い融点をもつ、高耐熱性の材料から形成されている。これらの材料として、たとえば、ステンレス鋼が挙げられる。また、ベース板３２５、側板３２０ａおよび上部板３２０ｂの表面は、溶融アルミニウムメッキによる表面処理が施されている。
【００５５】
側板３２０ａには、上記した導入管９１が溶接によって接続されており、導入管９１の内部と密閉室３２０の閉空間３２２とは連通している。導入管９１と側板３２０ａとの接続部は、密閉されている。
【００５６】
図６に示すように、密閉室３２０内には、容器３３０と、遮蔽蓋３６０と、シャッタ部材３７０とが設けられている。また、密閉室３２０の下部には溶解用コイル３５０が設けられている。さらに、密閉室３２０の上部板３２１上には、加熱装置３８０が設置されている。
【００５７】
容器３３０は、導入管９１に導かれて密閉室３２０内に落下する金属材料Ｍを収容可能な位置に配置されている。
容器３３０は、上端側が開口しており、金属材料Ｍを収容可能なカップ状の収容部３３０ａと、この収容部３３０ａに連続して側方に伸びる注湯部３３０ｂを有している。
【００５８】
容器３３０は、電気絶縁性でかつ高耐熱性の材料から形成されている。容器３３０の形成材料としては、たとえば、セラミックスが挙げられる。
容器３３０の内周面には、溶解した金属の付着を防ぐための塗料が塗布されている。付着防止剤は、たとえば、ボロンナイトライド、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等の材料を含有する塗料が挙げられる。この塗料は、容器３３０内での金属の溶解を繰り返すに従って剥がれ落ちるため、塗料の塗布は、定期的に行う必要がある。
【００５９】
容器３３０の収容部３３０ａの下側部分は、ベース板３２５に形成された開口３２４を通じて、ベース板３２５の下方に突き出している。
【００６０】
溶解用コイル３５０は、容器３３０のベース板３２５の下方に突き出した部分を包囲するように、ベース板３２５に取り付けられている。
溶解用コイル３５０は、銅合金製の管材３５１を螺旋状に成形したものである。管材３５１の内部には、冷却水ＣＷが供給される。この溶解用コイル３５０の周囲は、セラミックス等の電気絶縁部材３５３で被覆されている。電気絶縁部材３５３は密閉室３２０のベース板３２５に形成された開口部３２４を密閉可能な裁頭円錐形状に形成されている。この電気絶縁部材３５３の周囲を被覆し保持するカバー３５２がベース板３２５の下面にボルトで固定されている。このカバー３５２がベース板３２５の下面に固定されることにより、電気絶縁部材３５３によってベース板３２５の開口部３２４は密閉される。
【００６１】
溶解用コイル３５０には、容器３３０に収容された金属材料Ｍの溶解時に、たとえば、数十ｋＨｚ程度の高周波電流が供給され、金属材料Ｍに誘導電流が誘起される。この誘導電流のジュール熱により金属材料Ｍが加熱され溶解する。
なお、溶解用コイル３５０への高周波電流の供給により、ベース板３２５の開口部３２４の周囲に沿って誘導電流が誘起される可能性がある。このため、ベース板３２５の開口部３２４の周囲の一部は、誘導電流を遮断するように、セラミックス等の絶縁材料で形成されている。
【００６２】
容器３３０は、回転軸３９２によって支持されており、図６に示す配置から回転軸３９２の回転により矢印Ｋの向きに傾斜可能となっている。この回転軸３９２は、ステンレス鋼等の高耐熱性の金属で形成されている。
一方、ベース板３２５の容器３３０の注湯部３３０ｂの先端部の下側には、スリーブ２０６の給湯口２０６ａの直上に位置するよう開口部３２３が形成されている。
容器３３０内で溶解された金属材料Ｍは、回転軸３９２の回転によって容器３３０が傾斜することにより、開口部３２３および給湯口２０６ａを通じてスリーブ２０６内に注がれる。
【００６３】
容器３３０と回転軸３９２とは、図７に示すように、支持具３９０を介して連結されている。
支持具３９０は、容器３３０の注湯部３３０ｂ側を保持しており、この支持具３９０の端部に嵌合部材３９１が連結されている。嵌合部材３９１は、ステンレス鋼等の高耐熱性の金属で形成されている。
【００６４】
嵌合部材３９１は、たとえば、六角形等の多角形の嵌合孔を備えており、この嵌合孔に回転軸３９２の先端部３９２ａが嵌合している。先端部３９２ａの断面は、嵌合部材３９１の嵌合孔に合致した多角形である。嵌合部材３９１は、回転軸３９２に締結されておらず、回転軸３９２の先端から軸方向に移動することにより抜ける。
すなわち、容器３３０は回転軸３９２の軸方向に移動させることにより、回転軸３９２から取り外し可能となっている。
このような構成としたのは、容器３３０に上記した塗料を塗布する際や容器３３０の破損等による交換の際に、容器３３０の回転軸３９２からの取り外しを容易にするためである。
また、容器３３０と回転軸３９２とをボルト等の締結部材を用いて連結すると、熱の影響でボルトを解放できなくなるおそれがある。
【００６５】
容器３３０を回転軸３９２から取り外し、密閉室３２０の外部に取り出すために、密閉室３２０の側板３２０ａには、図７に示すように、開口部３２６が形成されている。
この開口部３２６の外側には、開口部３２６を開閉するための蓋板３２０ｃが取付られている。この蓋板３２０ｃは、側板３２０ａと同様の材料で形成されている。
この蓋板３２０ｃは、図８に示すように、上端部に２つの長孔３２０ｄが形成されている。これら長孔３２０ｄは密閉室３２０の側板３２０ａの表面から突出して設けられたピン３２０ｐに係止する。すなわち、蓋板３２０ｃは、側板３２０ａに締結されていない。このため、メインテナンス時に、密閉室３２０が高温となっていても蓋板３２０ｃの取り外しを安全にかつ容易に行うことができる。
【００６６】
一方、蓋板３２０ｃは、密閉室３２０が固定ダイプレート１１０の背面に設置された状態で、外側面が固定ダイプレート１１０の当接プレート１１３に押し付けられる。これにより、蓋板３２０ｃは開口部３２６に固定される。
【００６７】
また、蓋板３２０ｃと開口部３２６との間を密閉するために、蓋板３２０ｃの表面あるいは開口部３２６の周囲にシール部材が設けられる。
蓋板３２０ｃと開口部３２６の周囲との間にシール部材を設けることにより、蓋板３２０ｃが当接プレート１１３に押し付けられると、蓋板３２０ｃと開口部３２６との間が密閉される。
このシール部材としては、たとえば、ガラス繊維布等の耐熱性を有する部材が使用される。
【００６８】
容器３３０は、回転軸３９２の軸方向に固定されていないので、容器３３０の回転軸３９２の軸方向の移動を規制する必要がある。
このため、図７に示すように、容器３３０の近傍の側板３２０ａには、当接ピン３９９が回転軸３９２と同軸上にあって対向する方向に設けられている。
当接ピン３９９は、側板３２０ａに形成された貫通孔に挿抜可能に挿入されており、蓋板３２０ｃを開口部３２６に取り付けることによって移動できない構造となっている。蓋板３２０ｃを開口部３２６に取り付けた状態で当接ピン３９９の先端部が容器３３０に当接することにより、容器３３０の回転軸３９２の軸方向の移動が規制される。
蓋板３２０ｃを取り外すことにより、当接ピン３９９を抜き取ることができる。当接ピン３９９を抜き取った後、容器３３０を回転軸３９２の軸方向に引き抜くと、開口部３２６を通じて容器３３０を密閉室３２０外に取り出すことができる。
【００６９】
回転軸３９２は、図７に示すように、後端部側が密閉室３２０の外部に突出しており、側板３２０ａの外側に固定された軸受３９３によって回転自在に支持されている。軸受３９３は、たとえば、アルミナあるいはセラミックス製の滑り軸受である。
回転軸３９２は、歯車列を介して密閉室３２０の外部に固定されたサーボモータ３９５と接続されている。
【００７０】
図９は、回転軸３９２とサーボモータ３９５との接続関係を示す図である。
図９に示すように、回転軸３９２とサーボモータ３９５とは、回転軸３９２の軸端に連結された歯車３９４ａとサーボモータ３９５の出力軸３９５ａに連結された歯車３９４ｂからなる歯車列３９４によって接続されている。歯車列３９４によって、回転軸３９２とサーボモータ３９５の出力軸３９５ａとを連結することにより、回転軸３９２からサーボモータ３９５への熱伝導を抑制することができる。すなわち、歯車３９４ａと歯車３９４ｂの歯面間の接触面積は充分小さく、回転軸３９２と出力軸３９５ａとの接触面積がカップリングで連結した場合よりも充分に小さい。このため、回転軸３９２から出力軸３９５ａへの熱伝導を抑制でき、サーボモータ３９５の熱による損傷を防ぐことができる。
また、チェーンおよびスプロケット等を用いた伝達機構では、温度上昇により機械的な伝達誤差が大きくなるが、歯車列３９４は温度が上昇しても伝達誤差がほとんど発生しない。このため、容器３３０を正確な位置に位置決めすることができる。
なお、歯車３９４ｂの歯数Ｚ２と歯車３９４ａの歯数Ｚ１との比Ｚ２／Ｚ１は、１以下に設定される。
【００７１】
サーボモータ３９５は、図５に示すように、サーボドライバ３９６と接続されている。サーボドライバ３９６は、上記の制御装置４００と接続されており、制御装置４００から制御指令を受けてサーボモータ３９５の回転速度および回転位置を制御する。すなわち、制御装置４００は、容器３３０の傾斜速度および傾斜姿勢を制御する。
【００７２】
加熱装置３８０は、密閉室３２０内の雰囲気、容器３３０および密閉室３２０自体を加熱し、容器３３０内での金属材料Ｍの誘導加熱による溶解を促進させ、容器３３０内で溶解した金属材料Ｍからの熱放出を抑制し、凝固することを防ぐために設けられている。加熱装置３８０による加熱温度は、金属材料Ｍの融点程度あるいはそれ以上である。
加熱装置３８０は、図６に示すように、密閉室３２０の上部板３２１に形成された開口部３２１を覆うように上部板３２１に固定されている。
この加熱装置３８０は、ケース３８１に保持された平板状の抵抗加熱体３８２と、この抵抗加熱体３８２の内部に埋設された電熱線３８３とを有する。
【００７３】
電熱線３８３は、接続端子３８５を介して、図５に示すように、交流電源３８６と接続されている。
この交流電源３８６は、制御装置４００と接続されており、制御装置からの指令に応じて交流電流を電熱線３８３に供給する。
なお、交流電源３８６に代えて直流電源を用いることも可能である。
【００７４】
抵抗加熱体３８２は、容器３３０の上方に配置され、抵抗加熱体３８２の下面は容器３３０の開口に略平行となっている。
この抵抗加熱体３８２は、電熱線３８３に電流が供給されることにより、発熱する。抵抗加熱体３８２が発熱すると、容器３３０、密閉室３２０内の雰囲気および密閉室３２０自体が加熱される。
【００７５】
図５および図６に示すように、加熱装置３８０には、ガス供給管３７６が設けられている。
ガス供給管３７６は、図６に示すように、抵抗加熱体３８２に形成された貫通孔３８２ｈに連通している。
このガス供給管３７６は、図５に示すように、ガス供給源３７７が接続されている。ガス供給源３７７は、たとえば、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスＧを供給する。
ガス供給源３７７から供給される不活性ガスＧは、ガス供給管３７６を通じて、密閉室３２０内に導入される。この不活性ガスＧは、容器３３０で溶解された金属材料Ｍの酸化を防ぐ。
また、不活性ガスＧは、密閉室３２０内に大気が流入するのを防ぐために、大気圧よりも高い圧力で供給される。
【００７６】
遮蔽蓋３６０は、図７に示すように、容器３３０の近傍に配置され、回転軸３６１に固定されており、回転軸３６１の回転によって、容器３３０の開口を開閉する。
容器３３０に粒状の金属材料Ｍを供給した状態で、溶解用コイル３５０に高周波電流を流すと、金属材料Ｍには誘導電流が流れる。一方、溶解用コイル３５０によって発生する磁界と金属材料Ｍに流れる誘導電流との間に発生する電磁力によって、粒状の金属材料Ｍが激しく運動し、容器３３０から噴出しようとする。
このため、容器３３０内で金属材料Ｍを誘導加熱する際に、遮蔽蓋３６０によって容器３３０を遮蔽し、金属材料Ｍが容器３３０から噴出するのを防ぐ。
なお、遮蔽蓋３６０の水平板３６０ａと容器３３０の収容部３３０ａとの間に空間が形成されるため、この空間内で粒状の金属材料Ｍが動くことが可能である。このため、遮蔽蓋３６０を収容部３３０ａ内に突出するような形状にして、水平板３６０ａと収容部３３０ａとの間の空間を可能な限り狭くし、容器３３０内で金属材料Ｍが動くのをできるだけ規制する構造とすることも可能である。
【００７７】
遮蔽蓋３６０は、図６に示すように、容器３３０の収容部３３０ａの上部を覆うため平板状の部材からなる水平板３６０ａと、この水平板３６０ａの一側端部に水平板３６０ａに垂直な向きに配置され、注湯部３３０ｂと収容部３３０ａとの間を遮断するための平板状の部材からなる垂直板３６０ｂとからなる。
遮蔽蓋３６０の水平板３６０ａおよび垂直板３６０ｂは、たとえば、セラミックス等の高耐熱性の材料で形成されている。
【００７８】
遮蔽蓋３６０を支持する回転軸３６１は、図７に示すように、側板３２０ａに固定された滑り軸受３６２によって回転可能に支持されている。滑り軸受３６２はアルミナあるいはセラミックス等の高耐熱性の材料で形成されている。また、回転軸３６１の密閉室３２０から突き出した側の端部には、歯車３４２が連結されている。歯車３４２は、ベース板３２５に固定されたロータリアクチュエータ３４０の出力軸３４０ａに連結された歯車３４１と噛合している。
ロータリアクチュエータ３４０は、図５に示すように、制御バルブ３３６を介して空圧源３３７に接続されている。制御バルブ３３６は、上記の制御装置４００からの制御指令を受けて、空圧源３３７からの空圧のロータリアクチュエータ３４０への供給を制御する。これによって、ロータリアクチュエータ３４０は回転制御される。
【００７９】
シャッタ部材３７０は、スリーブ２０６の給湯口２０６ａの直上に位置する開口部３２３を開閉する。すなわち、シャッタ部材３７０は容器３３０で金属材料Ｍを溶解する際に、開口部３２３を閉鎖して密閉室３２０への空気の流入を防ぐ。シャッタ部材３７０は、容器３３０で溶解した金属材料Ｍをスリーブ２０６の給湯口２０６ａに供給する際に、開口部３２３を開いて金属材料Ｍの流路を確保する。
【００８０】
このシャッタ部材３７０は、図７に示すように、連結ロッド３７１の先端部に支持されている。連結ロッド３７１は、滑り軸受３８７によってベース板３２５に平行な向きに移動可能に支持されている。連結ロッド３７１の後端部は、エアシリンダ３７２のピストンロッド３７２ａに連結されている。
エアシリンダ３７２は、図５に示すように、制御バルブ３７３を介してエア源３７４に接続されている。制御バルブ３７３は、上記の制御装置４００からの制御指令を受けて、エア源３７４からエアシリンダ３７２への圧縮空気の供給を制御する。これによって、エアシリンダ３７２のピストンロッド３７２ａが伸縮する。
【００８１】
ピストンロッド３７２ａが縮むことにより、シャッタ部材３７０は開口部３２３を開き、ピストンロッド３７２ａが伸びることによりシャッタ部材３７０は開口部３２３を閉じる。
シャッタ部材３７０が開口部３２３を閉じるときには、シャッタ部材３７０はシャッタ部材３７０に対向する位置に設けられた押付部材３８９に当接する。
この押付部材３８９のシャッタ部材３７０と当接する面は傾斜面となっており、この傾斜面は当接によりシャッタ部材３７０を開口部３２３側に向けて押し付ける。押付部材３８９によってシャッタ部材３７０を開口部３２３側に向けて押し付けることによって、開口部３２３が充分に密閉される。
【００８２】
図１０は、コンデンサ収容部３００に収容されたコンデンサと溶解用コイル３５０との連結関係を示す図である。
図１０に示すように、コンデンサ収容部３００のケース３０１内にコンデンサ３０２が設置されている。
【００８３】
コンデンサ３０２は、上記の溶解用コイル３５０と並列に接続され、共振回路を構成するためのコンデンサである。
このコンデンサ３０２は、たとえば、１３μＦ程度の比較的大容量のコンデンサであり、溶解用コイル３５０と比べて大きな寸法を有する。
【００８４】
ケース３０１は、計量供給機構部５１の下部に設置されている。計量供給機構部５１では、溶解機構部１１の容器３３０への金属材料Ｍの供給を、金属材料Ｍの自重による落下によって行う。このため、計量供給機構部５１を溶解機構部１１よりも高い位置に設置する必要がある。この結果、計量供給機構部５１の下方にはスペースが形成される。このスペースにコンデンサ３０２が設置され、コンデンサ３０２は溶解用コイル３５０に隣接している。
【００８５】
コンデンサ３０２の接続端子３０３には、剛体からなる２枚の銅板３０４および３０５がそれぞれ連結され、銅板３０４および３０５とコンデンサ３０２とは電気的に接続されている。
銅板３０４および３０５は、平行となるように配置されているとともに、ケース３０１から溶解用コイル３５０に近接する位置まで伸びている。
銅板３０４および３０５の表面には、溶解用コイル３５０を構成する銅製または銅合金製の管材３５１がろう付けされている。これにより、溶解用コイル３５０と銅板３０４および３０５とは一体的に連結されている。また、銅板３０４および３０５によってコンデンサ３０２と溶解用コイル３５０とは電気的に結合されている。
【００８６】
銅板３０４および３０５にろう付けされた管材３５１の一端部からは、冷却水供給源３１０から冷却水ＣＷが供給され、この冷却水ＣＷは管材３５１を循環して他端部から流出する。冷却水ＣＷを管材３５１に供給するのは、溶解機構部１１の温度上昇によって管材３５１が溶解するのを防ぐためである。
【００８７】
図１１は、溶解用コイル３５０への高周波電力の供給系の構成の一例を示す機能ブロック図である。
図１１に示すように、溶解用コイル３５０への高周波電力の供給系は、三相交流電源３１７と、スイッチＳＷと、整流回路３１６と、インバータ３１４と、積算電力量計３１５とを有している。なお、溶解用コイル３５０はコンデンサ３０２と並列に接続されることにより、共振回路３１２を構成している。
【００８８】
三相交流電源３１７は、Ｒ，Ｓ，Ｔの三相からなる三相交流を整流回路３１６に供給する。
スイッチＳＷは、三相交流電源３１７と整流回路３１６との間に介在しており、制御装置４００から出力される制御指令４００ｓに応じて、三相交流電源３１７と整流回路３１６との間を電気的に開閉する。
【００８９】
整流回路３１６は、複数のサイリスタ３１６ａ〜３１６ｆから構成され、三相交流電源３１７から供給される三相交流をこれらのサイリスタ３１６ａ〜３１６ｆを適宜ターンオン、ターンオフすることにより所定の電圧Ｖ₁ 、電流Ｉ₁ の直流電力に変換し、インバータ３１４に供給する。なお、サイリスタ３１６ａ〜３１６ｆは、制御装置４００からの制御電圧がゲートに印加されることによって作動が制御される。
【００９０】
インバータ３１４は、複数のダイオード３１４ａ，３１４ｂ，３１４ｇ，３１４ｈと、複数のトランジスタ３１４ｃ，３１４ｄ，３１４ｅ，３１４ｆから構成されている。このインバータ３１４は、トランジスタ３１４ｃ，３１４ｄ，３１４ｅ，３１４ｆを適宜スイッチングすることにより、整流回路３１６から供給される直流電力を共振回路３１２の共振周波数の単相交流に変換する。なお、インバータ３１４のトランジスタ３１４ｃ，３１４ｄ，３１４ｅ，３１４ｆは、図示しないが、制御装置４００からの制御電圧がベースに印加されることによって作動が制御される。
【００９１】
共振回路３１２においては、容器３３０に供給された粒状の金属材料Ｍを安定的にかつ効率良く溶解させるために、発振される周波数は可能な限り一定値で安定していることが要求される。
共振回路３１２で発振される周波数は、溶解用コイル３５０とコンデンサ３０２との間のインダクタンスが変動すると敏感に変動する。
共振回路３１２で発振される周波数がばらつくと、金属材料Ｍに誘起される誘導電流の金属材料Ｍへの浸透深さが変動し、金属材料Ｍの温度が安定して上昇しなくなり、金属材料Ｍを溶解するのに必要な時間が鋳造毎にばらつく。
たとえば、溶解用コイル３５０とコンデンサ３０２との間をツイストペアケーブルで接続した場合には、ツイストペアケーブルの変形により溶解用コイル３５０とコンデンサ３０２との間のインダクタンスが変動しやすい。
【００９２】
本実施形態では、溶解用コイル３５０とコンデンサ３０２とを接近させ、溶解用コイル３５０とコンデンサ３０２を銅板３０４，３０５によって連結することにより、溶解用コイル３５０とコンデンサ３０２との間のインダクタンスの変動を防止でき、共振回路３１２で発振される周波数を安定化できる。
また、溶解用コイル３５０とコンデンサ３０２とが離隔している場合には、溶解用コイル３５０とコンデンサ３０２を銅板３０４，３０５によって連結することは現実には困難であるが、本実施形態は、溶解用コイル３５０とコンデンサ３０２との距離を最小化することができる構造を有しているため、銅板３０４，３０５によって連結することが可能となる。
【００９３】
積算電力計３１５は、整流回路３１６によって変換された直流電圧Ｖ₁ および直流電流Ｉ₁ が入力され、インバータ３１４に供給される積算電力量を検出し、検出した積算電力量３１５ｓを制御装置４００に出力する。
【００９４】
制御装置４００は、積算電力計３１５から入力される積算電力量３１５ｓに基づいて、スイッチＳＷの開閉動作を制御し、容器３３０内の金属溶湯の温度を制御する。
【００９５】
温度制御
ここで、上記の制御装置４００による温度制御についてさらに具体的に説明する。
容器３３０内に供給された金属材料を溶解するために三相交流電源３１７が消費する積算電力量は、金属材料を昇温するための熱量Ｗと損失分Ｌとの和で表される。この損失分Ｌとは、溶解用コイル３５０からの漏れ磁束が密閉室３２０を通過することにより発生する熱等が含まれる。この損失分Ｌは、鋳造毎に大きく変動することはなく略一定値を示す。このため、金属材料を昇温するための熱量Ｗは三相交流電源３１７から整流回路３１６を通じて供給された積算電力量から求めることができる。
この三相交流電源３１７から整流回路３１６を通じて供給された積算電力量が、上記した積算電力計３１５から入力される積算電力量３１５ｓである。
【００９６】
三相交流電源３１７から整流回路３１６を通じて供給された積算電力量３１５ｓは、上記の直流電圧Ｖ₁ と直流電流Ｉ₁ と加熱時間ｔとの積で表される。
【００９７】
一方、容器３３０内で加熱された金属材料の温度Ｔは、積算電力量３１５ｓに略比例する。
このことから、制御装置４００に積算電力量３１５ｓと金属材料の温度Ｔとの相関データを予め保持しておく。
制御装置４００に入力される積算電力量３１５ｓから換算される金属材料の温度Ｔが所定温度Ｔｓに到達したところで、制御装置４００からスイッチＳＷを開く制御指令を出力させ、溶解用コイル３５０への電力供給を遮断する。
これにより、容器３３０内で加熱された金属材料の温度Ｔを略所定温度Ｔｓに制御することが可能となる。
【００９８】
次に、上記構成の溶解金属供給装置２の動作の一例について図１２〜図１５を参照して説明する。なお、溶解金属供給装置２の動作は制御装置４００によって制御される。
まず、粒状の金属材料Ｍが供給されたホッパ６０にガス導入管６５から不活性ガスＧを供給し、金属材料Ｍを不活性ガスＧの雰囲気下に置く。
また、溶解機構部１１のガス供給管３７６から不活性ガスＧを供給し、密閉室３２０内を不活性ガスＧの雰囲気にする。
さらに、加熱装置３８０に電流を供給し、容器３３０、密閉室３２０および密閉室３２０内の雰囲気を金属材料Ｍの融点程度あるいはそれ以上に加熱する。
【００９９】
この状態から、計量供給機構部５１の計量部７０を動作させ、鋳造に必要な量の金属材料Ｍを計量し、バッファ部８０に送り出す。
【０１００】
次いで、バッファ部８０に計量された金属材料Ｍが保持された状態で、容器３３０に金属材料Ｍが供給可能な状態となった後に、弁体８４を下降させ、金属材料Ｍを落下させる。金属材料Ｍの落下が完了した後に、弁体８４を上昇させ、バッファ部８０の開口部８１ａを閉じることにより、密閉室３２０の導入管９１側が密閉される。
【０１０１】
バッファ部８０から落下した金属材料Ｍは、図１２に示すように、導入管９１に導かれ、容器３３０の収容部３３０ａに落下する。
【０１０２】
次いで、容器３３０への金属材料Ｍの供給が完了したのち、図１３に示すように、遮蔽蓋３６０を駆動し、容器３３０の開口を遮蔽する。
なお、容器３３０への金属材料Ｍの供給が完了したのち、次回の鋳造のための計量が開始され、バッファ部８０に再び新たな金属材料Ｍが送りだされる。
【０１０３】
容器３３０の開口を遮蔽蓋３６０によって遮蔽したのち、溶解用コイル３５０に高周波電流を供給する。溶解用コイル３５０に供給する高周波電流は、たとえば、５０ｋＨｚ程度である。
【０１０４】
溶解用コイル３５０に高周波電流が供給されると、金属材料Ｍに誘導電流が誘起され、金属材料Ｍが加熱される。このとき、上記したように、電磁力によって金属材料Ｍが激しく移動し、容器３３０から噴出しようとするが、遮蔽蓋３６０によって金属材料Ｍが容器３３０から飛散することはない。
この状態で誘導加熱が継続されると、図１４に示すように、金属材料Ｍが溶解し、金属溶湯ＭＬとなる。
また、溶解用コイル３５０への高周波電流の供給により、積算電力計３１５の検出した積算電力量３１５ｓが制御装置４００に逐次入力される。
【０１０５】
次いで、金属材料Ｍが溶解し容器３３０から飛散しなくなったのち、制御装置４００が金属溶湯ＭＬが所定の温度に到達したと判断した時点で、制御装置４００からスイッチＳＷを開く制御指令４００ｓが出力され、溶解用コイル３５０への電流供給が遮断される。
【０１０６】
電流供給が遮断されたのち、図１４に示すように、遮蔽蓋３６０を開き、さらに、シャッタ部材３７０を移動して、開口部３２３を開く。
開口部３２３を開いた後、図１５に示すように、容器３３０を傾斜させる。
【０１０７】
容器３３０を傾斜させる際には、容器３３０の傾斜速度および傾斜姿勢の制御が行われる。
容器３３０内の金属溶湯ＭＬがスリーブ２０６へ全て確実に注入されるように傾斜速度および傾斜姿勢が制御される。
たとえば、容器３３０の傾斜開始時には、容器３３０内の金属溶湯ＭＬが飛散しないように、比較的低い速度で容器３３０を回転させ、ある程度容器３３０が傾斜した後は比較的高い速度で容器３３０を回転させ、図１５に示すような所定の傾斜姿勢に達する前に再び比較的低い速度で容器３３０を回転させる。
所定の傾斜姿勢に達する前に比較的低い速度でゆっくりと容器３３０を回転させることにより容器３３０内に残った金属溶湯ＭＬがスリーブ２０６へ注入される。
【０１０８】
金属溶湯ＭＬがスリーブ２０６へ注入されると、射出装置２００のプランジャチップ２０５が駆動され、キャビティＣに金属溶湯ＭＬが射出、充填される。
容器３３０が所定の傾斜姿勢に達し、スリーブ２０６への金属溶湯ＭＬの注入が完了したのちに、容器３３０を通常の姿勢に復帰させる。
容器３３０を通常の姿勢に復帰させたのち、容器３３０への金属材料Ｍの供給が可能な状態となったところで、バッファ部８０から金属材料Ｍを容器３３０に再び供給し、上記と同様の作業を行う。
【０１０９】
以上のように、本実施形態によれば、ダイカストマシン１において、上記のような動作によって金属溶湯ＭＬをスリーブ２０６に供給することにより、一定のサイクルでダイカスト製品を連続的に鋳造することができる。
また、本実施形態によれば、熱電対等の温度計を用いるのではなく、溶解用コイル３５０に供給された積算電力量に基づいて、容器３３０内で溶解された金属溶湯の温度を制御するため、メインテナンスが必要なく、故障も少ない装置となる。
また、本実施形態によれば、不活性ガス雰囲気中で金属材料の供給および溶解を行うため、金属材料が酸化しにくく、ダイカスト製品の品質を向上させることができる。
【０１１０】
また、本実施形態によれば、容器３３０を密閉室３２０で囲み、密閉室３２０内の雰囲気を加熱することにより、金属材料の溶解速度を向上でき、速い鋳造サイクルに対応可能である。
さらに、本実施形態によれば、容器３３０を密閉室３２０で囲み、密閉室３２０内の雰囲気を加熱することにより、溶解された金属材料の凝固を防ぐことができ、結果として、製品の品質を向上させることができる。
【０１１１】
また、本実施形態によれば、安定した周波数の電流を溶解用コイル３５０に安定供給できるため、誘導加熱による金属材料の溶解を効率的に行うことができ、溶解に要する時間を短縮でき、また、溶解に要する時間が鋳造毎にばらつくことを抑制することができる。
また、本実施形態によれば、容器３３０で溶解された金属溶湯ＭＬをスリーブ２０６に注入する際に、容器３３０の回転速度制御および回転位置制御を可能とする構成としているので、金属溶湯ＭＬをスリーブ２０６へ確実に注入できる。また、容器３３０の回転位置を正確に制御できるので、密閉室３２０の容積を可能な限り小さくしても容器３３０と密閉室３２０との衝突を確実に防ぐことができる。
【０１１２】
さらに、容器３３０の回転位置および回転速度を正確に制御できるので、容器３３０からスリーブ２０６に注入する金属溶湯ＭＬの量を調整することも可能となる。
たとえば、容器３３０の回転位置を制御して、常に金属溶湯ＭＬの一部を容器３３０内に残存させておくことにより、誘導加熱の開始時の粒状の金属材料の激しい運動の発生を抑制することができる。
【０１１３】
また、本実施形態によれば、溶解金属供給装置２の溶解機構部１１が固定ダイプレート１１０の背面に配置された状態から、溶解機構部１１を固定ダイプレート１１０から離隔した位置に移動可能となっている。このため、溶解機構部１１の密閉室３２０内の容器３３０等のメインテナンスが容易に可能である。
【０１１４】
第２実施形態
図１６は、上記した溶解用コイル３５０への高周波電力の供給系の構成の他の例を示す機能ブロック図である。なお、図１１において説明した高周波電力の供給系と同一構成部分については同一の符号を使用している。
図１６に示す本実施形態に係る高周波電力の供給系と図１１に示した高周波電力の供給系との異なる点は、本実施形態に係る高周波電力の供給系は、積算電力量計３１５の代わりに、積分回路６００と変成器６０１とを備えている。
【０１１５】
変成器６０１は、整流回路３１６によって整流され主回路に流れる直流電流Ｉ₁ に比例した比例電圧ｖｉを生成し、この比例電圧ｖｉを積分回路６００に出力する。
積分回路６００は、変成器６０１から入力される比例電圧ｖｉを積分し、この積分値ｖ₀ を制御装置４００に出力する回路である。
【０１１６】
図１７は、積分回路６００の具体的構成を示す回路図である。
積分回路６００は、抵抗Ｒ₁ と、コンデンサＣ₂ と、演算増幅器ＯＰとから構成され、比例電圧ｖｉを時間積分し、これを電圧信号からなる積分値ｖ₀ として制御装置４００に出力する。
【０１１７】
ここで、整流回路３１６の出力する直流電圧Ｖ₁ が一定と仮定すれば、直流電流Ｉ₁ に比例する比例電圧ｖｉを積分した積分値ｖ₀ に適当な比例定数をかければ、三相交流電源３１７の使用した積算電力量を検出することができる。
【０１１８】
このように本実施形態では、主回路に流れる直流電流Ｉ₁ を電圧に変換して検出する。直流電流Ｉ₁ を検出する方が、三相交流電源３１７から整流回路３１６を通じて供給される積算電力量を直接検出するよりも容易であり、演算増幅器ＯＰを用いれば積分も容易である。
【０１１９】
第３実施形態
図１８は、本発明のさらに他の実施形態に係る溶解金属供給装置の溶解機構部の断面図である。なお、本実施形態に係る溶解金属供給装置は、溶解機構部の構成以外は上述した第１の実施形態と同一の構成である。また、図１８において、第１の実施形態に係る溶解機構部１１と同一構成部分については同一の符号を使用している。
【０１２０】
図１８に示す溶解機構部５１１は、容器５２０と、容器５２０の周囲に配置された溶解用コイル３５０と、開閉機構５５０とを有する。
【０１２１】
容器５２０は、金属材料Ｍを収容可能な収容空間５２０ａをもつ円筒状の部材からなる。この容器５２０は、底部に開口５２０ｄを有しており、この開口５２０ｄはスリーブ２０６の給湯口２０６ａの上方に配置される。なお、スリーブ２０６の給湯口２０６ａの周囲には、金属溶湯の飛散を防止するためのホッパ５２５が設けられている。
【０１２２】
容器５２０の上端には、第１の実施形態において説明した材料供給機構部５１の導入管９１が接続されている。この導入管９１を通じて金属材料Ｍが容器５２０内に供給される。
【０１２３】
開閉機構５５０は、容器５２０の底部を開閉する蓋５５１と、この蓋５５１を駆動するアクチュエータ５５２とを有する。
蓋５５１は、容器５２０の開口５２０ｄに対向配置されることにより、この開口５２０ｄを閉鎖可能な板状部材からなる。
アクチュエータ５５２は、たとえば、シリンダ装置で構成され、先端部が蓋５５１に連結されたピストンロッド５５２ａを伸縮することにより、容器５２０の開口５２０ｄが蓋５５１によって開閉される。
【０１２４】
溶解用コイル３５０は、第１の実施形態と同様に、平行に配置された銅板３０４および３０５によってコンデンサ３０２と電気的に結合されている。
【０１２５】
上記構成の溶解機構部５１１では、まず、開口部５２０ｄが蓋５５１によって閉鎖された状態の容器５２０内に導入管９１を通じて金属材料Ｍが供給される。
こののち、溶解用コイル３５０に、高周波電流が供給され、容器５２０内の金属材料Ｍが溶解される。
金属材料Ｍが溶解され金属溶湯ＭＬとなると、蓋５５１が駆動され、容器５２０の開口部５２０ｄが開放される。これにより、容器５２０内の金属溶湯ＭＬは自重により落下し、給湯口２０６ａを通じてスリーブ２０６内に供給される。
【０１２６】
なお、上述した実施形態では、鋳造装置としていわゆるコールドチャンバダイカストマシンの場合について説明したが、本発明は他のタイプのダイカストマシンや、砂型鋳造装置、重力金型鋳造装置、低圧鋳造装置等にも適用可能である。
【０１２７】
【発明の効果】
本発明によれば、連続的に鋳造を行う鋳造装置に鋳造毎に必要量の金属材料を溶解して供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るダイカストマシンの構成を示す上面図である。
【図２】図１に示した溶解金属供給装置２を固定ダイプレート１００の背面側に移動させた状態を示す図である。
【図３】溶解金属供給装置２の具体的な構成を示す図であって、固定ダイプレート１１０の背面側から溶解金属供給装置２を見た一部に断面図を含む図である。
【図４】計量供給機構部５１の具体的構成を示す断面図である。
【図５】溶解機構部１１を上方から見た図である。
【図６】図５に示す溶解機構部１１のＥ−Ｅ線方向の断面図である。
【図７】図５に示す溶解機構部１１の水平方向の断面図である。
【図８】開口部３２６を開閉するための蓋板３２０ｃの構造を示す図である。
【図９】回転軸３９２とサーボモータ３９５との接続関係を示す図である。
【図１０】コンデンサ収容部３００に収容されたコンデンサと溶解用コイル３５０との連結関係を示す図である。
【図１１】溶解用コイル３５０への高周波電流の供給系の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図１２】溶解金属供給装置２の動作手順を説明するための図である。
【図１３】図１２に続く溶解金属供給装置２の動作手順を説明するための図である。
【図１４】図１３に続く溶解金属供給装置２の動作手順を説明するための図である。
【図１５】図１４に続く溶解金属供給装置２の動作手順を説明するための図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係る高周波電力の供給系の構成を示す機能ブロック図である。
【図１７】図１６に示す積分回路の具体的構成を示す回路図である。
【図１８】本発明のさらに他の実施形態に係る溶解機構部の断面図である。
【符号の説明】
１…ダイカストマシン
２…溶解金属供給装置
１１、５１１…溶解機構部
５１…計量供給部
６０…蓄積部
７０…計量部
８０…バッファ部
９０…導入部
９１…導入管
１００…型締装置
１１０…固定ダイプレート
１２０…移動ダイプレート
１３０…リンクハウジング
３００…コンデンサ収容部
３０２…コンデンサ
３１４…インバータ
３１５…積算電力量計
３１６…整流回路
３２０…密閉室
３３０…容器
３５０…溶解用コイル
３６０…遮蔽蓋
３７０…シャッタ部材
３７６…ガス供給管
３８０…加熱装置
４００…制御装置
４０１…供給量検出部
４０２…供給量設定部
４０３…計量誤差算出部
４０４…計量制御部
５２０…容器
５５０…開閉機構
５５１…蓋
５５２…アクチュエータ
６００…積分回路
ＯＰ…演算増幅器

Claims

鋳造装置に金属材料を鋳造毎に溶解して供給する溶解金属供給装置であって、
前記鋳造装置に対して所定の位置に配置された容器と、
前記容器に鋳造毎に金属材料を落下させて供給する材料供給手段と、
前記容器内に収容された金属材料を加熱溶解して金属溶湯とする加熱手段と、
前記加熱手段に電力を供給する電力供給手段と、
前記電力供給手段から前記加熱手段に供給された電力量を検出する電力量検出手段と、
前記電力量検出手段の検出した電力量に基づいて、前記電力供給手段の電力供給動作を制御し前記容器内の金属溶湯の温度を制御する温度制御手段と、
前記容器内の金属溶湯を前記鋳造装置へ向けて流出させる金属溶湯供給手段と、
を有し、
前記加熱手段は、
前記容器を包囲する誘導加熱用コイルと、
前記材料供給手段の下方に設けられ、前記誘導加熱用コイルと接続され、共振回路を構成するためのコンデンサと、
前記誘導加熱用コイルを構成する管材が表面にろう付けされ、前記コンデンサの接続端子に連結された銅板とを有し、
前記電力供給手段は、
供給された三相交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
前記整流回路からの直流電力を単相交流電力に変換するインバータとを有し、
前記電力量検出手段は、前記整流回路から前記インバータへ供給される直流電力に基づいて、前記電力供給手段から前記加熱手段に供給された電力量を検出し、
前記温度制御手段は、鋳造毎に前記電力量検出手段の検出した電力量の積算値が所定の値に到達したところで電力供給を遮断し、
前記金属溶湯供給手段は、電力供給が遮断されたのち、前記容器内の金属溶湯を前記鋳造装置へ向けて流出させる
溶解金属供給装置。
前記電力量検出手段は、
前記共振回路に供給される電流値に比例した電圧を検出する検出器と、
当該検出器の検出した電圧の積分値を演算する演算増幅器を備える積分回路とを有し、
前記温度制御手段は、前記電力供給手段による前記共振回路への電力供給を開始したのち、前記積分値が所定の値に到達したところで電力供給を遮断する
請求項１に記載の溶解金属供給装置。
一対の金型を保持し、当該金型の開閉および型締を行う型締装置と、型締された前記金型の間に形成されたキャビティに溶解した金属材料を射出、充填する射出装置と、前記射出装置のスリーブの給湯口に溶解した金属を注入する溶解金属供給装置とを有するダイカストマシンであって、
前記溶解金属供給装置は、前記スリーブの給湯口の直上に配置された容器と、
前記容器に鋳造毎に金属材料を落下させて供給する材料供給手段と、
前記容器内に収容された金属材料を加熱溶解して金属溶湯とする加熱手段と、
前記加熱手段に電力を供給する電力供給手段と、
前記電力供給手段から前記加熱手段に供給された電力量を検出する電力量検出手段と、
前記電力量検出手段の検出した電力量に基づいて、前記電力供給手段の電力供給動作を制御し前記容器内の金属溶湯の温度を制御する温度制御手段と、
前記容器内の金属溶湯を前記給湯口へ向けて流出させる金属溶湯供給手段と、
を有し、
前記加熱手段は、
前記容器を包囲する誘導加熱用コイルと、
前記材料供給手段の下方に設けられ、前記誘導加熱用コイルと接続され、共振回路を構成するためのコンデンサと、
前記誘導加熱用コイルを構成する管材が表面にろう付けされ、前記コンデンサの接続端子に連結された銅板とを有し、
前記電力供給手段は、
供給された三相交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
前記整流回路からの直流電力を単相交流電力に変換するインバータとを有し、
前記電力量検出手段は、前記整流回路から前記インバータへ供給される直流電力に基づいて、前記電力供給手段から前記加熱手段に供給された電力量を検出し、
前記温度制御手段は、鋳造毎に前記電力量検出手段の検出した電力量の積算値が所定の値に到達したところで電力供給を遮断し、
前記金属溶湯供給手段は、電力供給が遮断されたのち、前記容器内の金属溶湯を前記鋳造装置へ向けて流出させる
ダイカストマシン。
鋳造装置に対して所定の位置に配置された容器に必要量の金属材料を鋳造毎に材料供給手段により落下させて供給し、電力供給手段から加熱手段に電力を供給し、前記容器内の金属材料を前記加熱手段により溶解して金属溶湯とし、前記容器内の金属溶湯を前記鋳造装置に注入する溶解金属供給方法であって、
前記加熱手段に、前記容器を包囲する誘導加熱用コイルと、前記材料供給手段の下方に設けられ、前記誘導加熱用コイルと接続され、共振回路を構成するためのコンデンサと、前記誘導加熱用コイルを構成する管材が表面にろう付けされ、前記コンデンサの接続端子に連結された銅板とを設け、
前記電力供給手段に、供給された三相交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記整流回路からの直流電力を単相交流電力に変換するインバータとを設け、
前記整流回路から前記インバータへ供給される直流電力に基づいて、前記電力供給手段から前記加熱手段に供給された電力量を検出する電力量検出手段を設け、
前記電力量検出手段により検出した前記電力量に基づいて、前記加熱手段の電力供給動作を制御することにより前記鋳造装置に供給する金属溶湯の温度を制御し、
その制御では、鋳造毎に、検出した前記電力量の積算値が所定の値に到達したところで電力供給を遮断し、
電力供給が遮断されたのち、前記容器内の金属溶湯を前記鋳造装置に注入する
溶解金属供給方法。