JP4326330B2 - ダイカスト装置における真空バルブの制御方法、真空ダイカスト装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に記載のダイカスト装置における真空バルブの制御方法に関する。また、本発明は、請求項３の前文に記載の真空ダイカスト装置に関する。

ＤＥ ２００１６ １６６ Ｕ１に開示された真空ダイカスト装置においては、鋳造用キャビティ（中空部）に射出された液状金属の充填レベル（充填液面）が金属接触センサによって検出される構成になっており、その金属接触センサが液状金属に接触することで信号を出力し、リニアモータによって駆動される真空バルブの閉鎖ピストンが前記信号に応答して移動することで、当該真空バルブは液状金属の充填に対応した時間で完全に閉止される。更に、前記公知の真空ダイカスト装置では、中程度の真空度（減圧度）、及びコンピューターに接続された複数の金属接触センサが配設されたベント用通路が利用されており、そのコンピューターが複数の金属接触センサからの信号に基づいて閉鎖ピストン駆動用のリニアモータを制御する。

単一の金属接触センサを用いると、鋳造物の製造中に溶融金属が射出される速度でのレベル変動に対処することができず、それゆえ、高い充填速度において真空バルブが適時に閉止されない場合には排気（真空処理）が早期に終了し、結果として鋳造物の品質に影響を及ぼし得る。複数の金属接触センサを使用すると、比較的構造が複雑化し高価になる。

本発明では、高品質の鋳造物を製造するのに有効な方法及び装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決する第１の手段は、請求項１に記載の方法である。

本発明におけるこの方法によれば、液状の鋳造金属を鋳型のキャビティへと圧縮あるいは射出するピストンのピストン位置が検出され、そのピストン位置に基づいて真空バルブが閉止されるため、結果として、鋳造材料、好ましくは液状金属が真空バルブに到達する直前に当該真空バルブを確実に閉止することが可能とされる。このようにして、鋳型あるいは鋳造用キャビティを真空源に極力長い時間接続することが可能とされ、それゆえ例えば潤滑油や分解物に起因するような汚れたガスが吸い出され、気孔や不純物が実質的に除去された鋳造物が製造される。

真空鋳造によって製造された真空鋳造物の品質は、請求項２に記載の特徴によって更に向上する。

請求項３は、本発明の目的を解決するための真空ダイカスト装置の基本構成を特徴づける。

請求項４〜請求項１０は、本発明におけるダイカスト装置の好適な具体例を示すものである。

請求項４において用いられる真空バルブは、バルブ閉止信号が極力遅れて出力されるように極力短い遅れ時間によって効果的に運転され、結果的として、バルブ閉止時間が極力遅くなり、当該バルブ閉止時間は鋳造装置の運転中に発生する変動とは実質的に無関係となる。

請求項５に記載の特徴により、バルブ閉止信号を供給するうえで簡素化された制御システムが可能とされる。

請求項６によれば、バルブ閉止信号が出力されるべき時間を、ピストンの作動速度からほぼリアルタイムで算出することが可能とされる。

請求項７〜請求項９は、制御装置に記録された特性曲線を有効に管理するものであり、同時にダイカスト装置における制御状態を請求項９に記載の特徴によって監視することが可能とされる。

請求項１０に記載の特徴を用いることで、ダイカスト装置のバルブ閉止信号の出力時における運転変動が考慮される。

本発明は、更に以下の実施例及び図面に関する記載によって詳細に説明される。

図１には、本発明における真空ダイカスト装置の概要図が示され、図２及び図３には、本発明における真空ダイカスト装置の運転モードを説明するための曲線が示される。

図１に示すように、真空ダイカスト装置（真空鋳造装置）は、既知の方式の駆動デバイスを用いた手段（図示省略）によって、互いに近接する方向及び離間する方向に動作可能な少なくとも２つの本体部２及び４を備えている。互いに接合される鋳型部６及び８は、各本体部に個別に固定されており、鋳型部が閉鎖されあるいは２つの本体部が互いに近接する方向に動作すると、鋳型部６及び８の互いに向かい合う表面によって鋳造用キャビティ１０が形成されるように配置されている。

鋳造用キャビティ１０へ向けて開放され可動ピストン１４を収容するシリンダ１２は、鋳造材料、好ましくは液状金属を鋳造用キャビティ１０へと導く機能を果たし、ピストン１４は、当該ピストン１４を駆動するアクチュエーター１７にシャフト１６を介して連結されている。充填管１８は、液状の鋳造材料を鋳造用キャビティ１０へと導くシリンダ１２の壁部を貫通して形成されている。

充填レベルセンサ（液位センサ）２０は、鋳造用キャビティ１０に隣接して配置されており、鋳造用キャビティ１０内を上昇した鋳造材料２２に当該充填レベルセンサ２０が接触することで信号を出力する。真空開口２４は鋳造用キャビティ１０の上端領域に隣接しており、この真空開口２４は真空バルブ（減圧バルブ）２６を介して真空ポンプ（減圧ポンプ）２８に接続されている。真空バルブ２６は、バルブ閉止信号に応答して真空バルブ構成部材が当該真空バルブ２６のバルブ閉止位置へと最短の遅れによって移動するように構成されている。真空バルブ構成部材を駆動するには、例えばアクチュエーターのような手段、例えばソレノイド３０が用いられる。また、この駆動は、液圧機構や別の手段によって適宜行われてもよい。

ピストン１４やシャフト１６の位置は、ピストン１４のストローク（往復直線運動）に応じて動作センサ（位置センサ）３２により検出される。この動作センサ３２としては、ピストンの直線運動が所定の機構によって回転運動に変換されるときに用いられる、例えばリニアセンサ（変位センサ）やインクリメンタル形の回転動作センサがある。

動作センサ３２、充填レベルセンサ２０及び真空バルブ２６のソレノイドは、記憶装置が結合されたマイクロプロセッサや、例えば表示装置の形態の表示ユニット、また運転のための部材を有する制御装置３４に接続されている。

上記の構成要素の構造及び機能が理解される。これら構成要素による作用が以下に示される。

ピストン１４が、充填管１８の出口ポートよりも図１中の右側に移動されるとする。このとき、充填管１８を通じて空の（未充填の）鋳造用キャビティ１０に液状金属を導入することが可能とされ、ピストン１４よりも左方のシリンダ１２内空間に、例えば体積比で２０％から６０％までの間の液状鋳造金属が充填される。このピストン１４は、そのあと充填管１８の出口ポートよりも左側へと移動される。真空バルブ２６は開放される。真空ポンプ２８は、鋳造用キャビティ１０が真空状態（減圧状態）となるように運転されている。鋳造材料２２は、鋳造用キャビティ１０内で圧縮されて充填レベルセンサ２０に到達する。

鋳造材料２２が充填レベルセンサ２０に到達するとすぐに、その充填レベルセンサ２０はトリガー信号を制御装置３４に送信し、そのトリガー信号が送信されたときにピストン位置が動作センサ３２によって検出され、検出されたその（ピストン）位置が制御装置３４に記録される。効果的には、アクチュエーター１７、例えば液圧機構式のアクチュエーターが前記のトリガー信号によって高速状態に切り換えられ、鋳造材料が高速且つ高圧下で鋳造用キャビティの残りの空間に射出されることとなる。

図２にはこれらの関連が明示される。ピストン１４の速度が、当該ピストンが移動した距離ｓに対応して図示される。（図２から）明らかなように、ピストン動作は、鋳造材料２２が充填レベルセンサ２０に到達する位置である位置ｓ１まで低速で行われる。想定されたこの位置ｓ１が制御装置３４に記憶（蓄積）される。同時に、アクチュエーター１７がピストン１４を駆動するときの荷重ないし速度が高レベルに切り換えられる。ピストンの位置ｓ２が、鋳造材料が真空バルブ２６の真空開口２４に到達する位置、換言すれば鋳造材料によるダメージを避けるために真空バルブ２６が閉止されるべきピストン位置に一致する。更に、真空バルブ２６が閉止信号（バルブ閉止信号）に応答して閉止されるまでに要する所定の遅れ時間Δｔ内に、ピストンが距離Δｓだけ移動する。その結果、図２から容易に理解されるように、真空バルブ２６に対するバルブ閉止信号は、ピストンが位置ｓ３に位置したときに出力されなければならないこととなる。ピストンの位置ｓ１は制御装置３４に記録されるため、ピストンの距離（ｓ３−ｓ２）や位置ｓ３は動作センサ３２によって正確に検出され、そのときに真空バルブ２６に対するバルブ閉止信号を出力することが可能とされる。

図３には、時間経過に関するピストン位置の変化を示す特性曲線が記載される。図３は、真空バルブ２６の遅れ時間Δｔが追加されて示される。

図２に示す特性曲線は、図３に示す特性曲線の微分によって導出されることがわかる。動作センサ３２の特有の設計形式により、図２あるいは図３に示す特性曲線を直接的に記録することが可能とされ、図２に示す特性曲線の積分によって図３に示す特性曲線を導出するか、あるいは図３に示す特性曲線の微分によって図２に示す特性曲線を導出することが可能とされる。

真空バルブの構造、及びその真空バルブの鋳造用キャビティ内における配置態様によれば、ピストンが位置ｓ_２に到達したとき（鋳造材料が真空開口２４に到達したとき）に鋳造用キャビティを完全に満たすことが可能とされ、あるいは図中に示されるように、実質的に鋳造用キャビティは充填のみが可能とされ、ピストンは更に多少の追加距離を移動することとなる。また、このピストンは、当該ピストンが位置ｓ_２において減速されるような方法で制御されることがわかる。

図２に示す特性曲線は、鋳造装置の基準となる許容状態に対応する所望のあるいは参照用の特性曲線として記憶されるのが効果的である。その参照用の特性曲線は、真空バルブに対しバルブ閉止信号を出力するためのピストン位置ｓ_３をそのとき決定するのに有用とされる。

その参照用の特性曲線は、実際の特性曲線とともに例えば表示スクリーン上に連続的に表示され、ダイカスト装置における運転上の変化が直接的に視認可能とされ、また如何なる不具合も早期に認識可能とされる。更に、鋳造物の連続生産においては、位置ｓ_３を確定するのに用いる特性曲線を所定の処理、例えば、直前の鋳造運転における実際の特性曲線を、位置ｓ_３を確定するための特性曲線として用いる処理や、以前の複数の鋳造運転において得られた特性曲線を用いる処理によって、連続的に更新（アップデート）することが可能とされる。

全体として、本発明では、高品質の真空ダイカスト鋳造物を生産するように、鋳造運転中は鋳造用キャビティが真空（減圧）の影響を極力長い間受けるようにする。高いピストン荷重により付与される高鋳造圧力下で鋳造処理の最終段階が行われることによって、鋳造物中の気孔の除去処理が更に向上し、鋳造物に含まれているガスのために真空によっては吸い出されず鋳造物中に残留するいかなる気孔もその容量が減じられる。

本発明による装置は、種々の方法を用いて更なる進化及び変更が可能である。

例えば、ダイカスト装置に、鋳造用キャビティ１０から真空バルブへと延在する複数の連結通路、また複数の充填レベルセンサを設けることができ、この場合に本発明の方法を用いると、充填レベルセンサと真空バルブとの間の各々の連結通路における充填度合いの関係についての変化は生じないようにすることができる。また、図２に記載の特性曲線の視覚化を行うことは、明らかに、当該特性曲線の分析を良好に行うのに効果的であり、他の特性曲線を表示することも可能である。更に、ピストンが図２中の所定の位置（ｓ_３）に到達したことを条件にバルブ閉止信号を出力するのではなく、所定の速度におけるピストン動作などに基づいてバルブ閉止信号を出力することが可能である。

図１は、本発明における真空ダイカスト装置の概要図である。 図２は、本発明における真空ダイカスト装置の運転モードを説明するための曲線を示す図である。 図３は、本発明における真空ダイカスト装置の運転モードを説明するための曲線を示す図である。

符号の説明

２ 本体部
４ 本体部
６ 鋳型部
８ 鋳型部
１０ 鋳造用キャビティ
１２ シリンダ
１４ ピストン
１６ シャフト
１７ アクチュエーター
１８ 充填管
２０ 充填レベルセンサ
２２ 鋳造材料
２４ 真空開口
２６ 真空バルブ
２８ 真空ポンプ
３０ ソレノイド
３２ 動作センサ
３４ 制御装置

Claims (7)

1. 液状の鋳造材料（２２）がピストン（１４）により未充填の鋳造用キャビティ（１０）内へと射出され、
   前記鋳造用キャビティ内における鋳造材料の所定の充填レベルが検出され、
   真空バルブ（２６）が真空源（２８）と前記鋳造用キャビティ（１０）との間に配置され、鋳造材料が前記真空バルブの前記鋳造用キャビティとの結合部に到達したときに前記真空バルブが閉止される、
   真空ダイカスト装置における真空バルブの制御方法であって、
   前記ピストン（１４）の動作が連続的に検出され、
   鋳造材料が前記所定の充填レベルに到達したときの前記ピストンのピストン位置（ｓ_１）が記録され、
   前記真空バルブ（２６）は、記録された前記ピストン位置（ｓ_１）から前記ピストンが規定距離（ｓ_３−ｓ_１）にて更に移動したときに駆動されることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記規定距離（ｓ_３−ｓ_１）は、鋳造材料が前記真空バルブ（２６）の前記結合部に到達するまで前記ピストンが前記ピストン位置（ｓ_１）から更に移動する距離（ｓ_２−ｓ_１）と、前記真空バルブがバルブ閉止信号に応答して所定の遅れ時間でバルブ閉止位置へと切り換る間に前記ピストンが移動する距離（ｓ_２−ｓ_３）との差によって規定されることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   前記ピストン（１４）が移動する速度は、鋳造材料が予め設定された前記充填レベルに到達したときに増加されることを特徴とする方法。
4. 請求項１〜３のうちのいずれかに記載の方法であって、
   動作センサ（３２）によって検出される前記ピストン（１４）の位置が時間に関して微分され、また前記真空バルブ（２６）に対しバルブ閉止信号が出力される時期が、前記ピストンの速度及び当該ピストンの位置に基づいて確定されることを特徴とする方法。
5. 真空バルブ（２６）を介して真空状態を形成可能であり、またアクチュエーター（１７）により駆動されるピストン（１４）によって液状の鋳造材料が射出可能とされる鋳造用キャビティ（１０）と、
   前記鋳造用キャビティ内における鋳造材料の充填レベルを検出するための充填レベルセンサ（２０）と、
   動作センサ（３２）と、
   前記真空バルブを制御するために前記充填レベルセンサに接続された制御装置（３４）と、を有する真空ダイカスト装置であって、
   前記動作センサ（３２）は、前記ピストン（１４）の動作を連続的に検出するように構成され、
   前記制御装置（３４）は、前記充填レベルセンサ（２０）が鋳造材料を検出する位置（ｓ_１）に前記ピストンが到達したのちに規定距離（ｓ_３−ｓ_１）にて移動したとき、前記真空バルブ（２６）に対しバルブ閉止信号を出力するように構成されていることを特徴とする真空ダイカスト装置。
6. 請求項５に記載の真空ダイカスト装置であって、
   前記制御装置（３４）は、前記ピストンの時間に関する位置或いは位置に関する速度を示す特性曲線を記憶する装置を含むことを特徴とする真空ダイカスト装置。
7. 請求項５または６に記載の真空ダイカスト装置であって、
   記録された参照用の特性曲線と、記録された実際の特性曲線との間のずれを表示する装置を有することを特徴とする真空ダイカスト装置。

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