JP4879063B2 - 鋳造装置の溶湯漏れ検知機構 - Google Patents

Description

本発明は、鋳造時に起こり得る溶湯の漏れを検知する鋳造装置の溶湯漏れ検知機構に関する。

鋳造は、機械加工や塑性加工等に比べ成形可能な形状の自由度が高く、またコスト面でも優位であることから、自動車、船舶、工作機械をはじめ、種々の分野における金属製品の製造に用いられている。

このように、鋳造は非常に優れた成形技術であるが、一方で、鋳造作業時にはその安全性に留意する必要がある。

すなわち、鋳型の型合わせの初期不良などで、鋳型のパーティングライン部分から鋳型内に注入された溶湯が漏れ出す場合、この漏れ出した溶湯が鋳型の周辺に配設される配線や鋳型の上型を昇降させるラム等に接触すると、鋳造作業そのものに支障を来し、最悪の場合には、鋳造作業が不可能となる恐れがある。そのため、溶湯漏れを早期に検知することが必要となる。

この種の溶湯漏れを検知するための手段としては、鋳型を載置するダイベース上に点状のセンサーを設け、このセンサーに鋳型から漏れ出した溶湯が接触した際の物理的変化（例えば温度変化や電気的変化）等を検知するものが一般的である。しかしながら、この種のセンサーでは、どうしても検知できる範囲が限られるため、検知精度としては不十分であった。

例えば、鋳型にチャンバーを被せ、そのチャンバー内の空間を減圧することにより、鋳型内のキャビティを間接的に減圧して、溶湯をそのキャビティ内に吸引する吸引鋳造装置の湯漏れ検出装置が特開平６−５５２５４号公報（特許文献１）に開示されている。この検出装置は、鋳型を囲むように、チャンバーの内側面の下端に沿って配設された２本の絶縁被覆電極と、絶縁被覆電極の各々の電極部分が相互に電気的に接続されたことを検出する接続状態検出手段とを有するものであり、鋳型から漏れた溶湯が絶縁被覆を溶かすことで、当該溶湯が各々の電極部分と接触し、これにより形成された電極間の電気的接続状態を検出するものである。
特開平６−５５２５４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の溶湯漏れ検知装置は、吸引式の鋳造装置を対象としたものであり、鋳型を覆うチャンバーを有しない鋳造方法においては、同様の検知装置をそのまま使用することはできない。チャンバーの内側面に代えて鋳型を載置するダイベース上に上記２本の絶縁被覆電極を配設する構成も考えられるが、この場合には、２本の絶縁被覆電極の絶縁被覆を何れも溶かして内側の電極部分を露出させる必要があり、一方の絶縁被覆のみが溶けただけでは溶湯の漏れを検出できない欠点がある。そのため、少量の溶湯漏れの場合など、検出精度が十分とはいえない問題があった。

また、特許文献１記載の検出装置では、検出時に絶縁被覆を溶かして電極部分を露出させるので、露出した電極部分が直接チャンバーと接触する恐れがある。そのため、次回以降の鋳造には当該絶縁被覆電極を使用することができず、再利用性の点で問題があった。特に、この種の鋳造装置では、ダイベース等の基盤はそのままに鋳造品種の変更に伴い鋳型のみを交換する場合があり、かかる鋳型変更を効率よく実施する場合には、型合わせの初期不良も見込んでその度に溶湯漏れを確実に検知可能なように構成する必要がある。

以上の事情に鑑み、本発明では、溶湯漏れの検知精度を高めて、安全な鋳造作業を長期にわたり保障することのできる鋳造装置の溶湯漏れ検知機構を提供することを技術的課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、溶湯保持炉からストークを介して溶湯が注入される鋳型と、鋳型が載置される金属製の基盤とを備えた鋳造装置の溶湯漏れ検知機構であって、基盤上に配設され、鋳型を全周にわたって包囲する検知電極と、検知電極と基盤との間の電気的接続の有無を検知する検知器とを備え、検知電極は、耐熱性を有する絶縁部材で部分的に覆われ、検知電極の絶縁部材で覆われた部分が基盤と接触し、検知電極の絶縁部材で覆われていない部分が基盤から上方に離隔し、かつ、鋳型から漏れ出た溶湯が検知電極の絶縁部材で覆われていない部分と接触することで検知電極と基盤との間が電気的に接続される、鋳造装置の溶湯漏れ検知機構を提供する。

このように、本発明は、（１）溶湯漏れを検知するための検知電極を鋳造装置の基盤上に配設し、基盤との間の電気的接続で溶湯漏れを検知する点、（２）鋳型を全周にわたって包囲するように検知電極を配設した点、（３）検知電極を部分的に絶縁部材で覆い、検知電極を基盤から上方に離隔して配置すると共に、絶縁部材で覆われていない部分と漏れ溶湯とが接触することで検知電極と基盤とが電気的に接続されるようにした点、および（４）基盤と接触する絶縁部材を耐熱性を兼ね備えたものとした点、の４点を技術的特徴とするものである。

すなわち、特徴（１）の如く、検知電極と基盤との間の電気的接続で溶湯の漏れを検知するようにしたので、従来のように複数電極の絶縁被膜を溶かす必要がない。そのため、一方の絶縁被覆のみが溶けた場合に溶湯漏れが検知できない事態を避けて、かかる溶湯漏れの検知精度を高めることができる。また、特徴（２）の如く、検知電極を鋳型を包囲するように配設したので、溶湯の漏れ出す方向によっては検知できないといった不具合を解消して、溶湯の漏れを確実に検知することができる。

また、併せて、特徴（３）の如く、検知電極を部分的に絶縁部材で覆うようにしたので、検知電極を基盤と非接触にすることができ、非溶湯漏れ時における誤検知を回避することができる。また、検知電極の絶縁部材で覆われていない部分を漏れ溶湯とが接触することで検知電極と基盤とが電気的に接続させるようにしたので、絶縁部材からの露出位置を溶湯の漏れ態様に応じて適宜調整することで、漏れ溶湯の全方位にわたる確実な検知が可能となる。

さらには、特徴（４）の如く、基盤と接触する絶縁部材を、耐熱性を兼ね備えたものとしたので、非溶湯漏れ時には、基盤と検知電極との間は常に絶縁状態となる。かつ、溶湯の漏れ時、溶湯が絶縁部材と接触しても溶けることはない。また、耐熱性を有する絶縁部材によって溶湯から実電極部分（導線など）が熱的に保護される。従って、鋳型の変更等が必要となる場合であっても、繰り返し溶湯漏れの検出に利用することができ、長期間にわたって溶湯漏れに対する検出精度を維持することができる。

上記構成の検知電極は、例えば鋳型からの漏れ溶湯に対する堰を構成することが可能である。上述のように、チャンバーのような密閉部材を必要としない方式の鋳造を実施する場合、溶湯の漏れを検知してから注湯作業を停止するまでの間、溶湯の装置外への流出を止めることができない。これに対して、検知電極で漏れ溶湯に対する堰を構成するようにすれば、たとえ上面がフラットな基盤で、漏れ出た溶湯を食い止める側壁部を有さない装置構造であったとしても、鋳型を全周にわたって包囲するよう配設した検知電極で構成される堰が、溶湯の検知と同時に溶湯の装置外への漏れ出しを阻止して、周辺部分の損傷を抑えることができる。

また、検知電極は、導線と、導線を内周に挿通した複数の絶縁部材と、導線を内周に挿通し絶縁部材より小径の複数の導電部材とで構成されるものであってもよい。このように構成された検知電極であれば、非溶湯漏れ時、基盤は絶縁部材とのみ接触し、かつ、溶湯漏れ時、基盤上を流れ出た溶湯が導電部材と接触することで、導電部材と接する導線が基盤と電気的に接続される。そのため、導線は溶湯と直接触れずに済み、熱による損傷を防ぐことができる。また、この検知電極を、複数の絶縁部材と導電部材とを導線の長手方向に交互に配設して、いわゆる数珠状に配列して構成するようにすれば、導線の変形にある程度倣って絶縁部材と導電部材との間でその向きを自由に変えることができる。従って、配設すべき基盤あるいは包囲すべき鋳型の形状によらず、その配置態様を自由に設定することができる。

このように、本発明によれば、溶湯漏れの検知精度を高めて、安全な鋳造作業を長期にわたり保障することのできる鋳造装置の溶湯漏れ検知機構を提供することができる。

以下、本発明に係る鋳造装置の溶湯漏れ検出機構の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る溶湯漏れ検知機構およびこの検知機構を構成する基盤を備えた鋳造装置の断面図を示す。同図に示す鋳造装置１０は、低圧鋳造に使用されるもので、鋳型１１と、鋳型１１が載置されるダイベース１２と、ダイベース１２の下方に設置されるストーク１３と、ストーク１３の下端を収容し、内部に溶湯１４を保持可能な溶解炉１５とを主たる構成要素として備える。この鋳造装置１０において、溶解炉１５内にエア圧を付与して溶解炉１５内の溶湯液面１４ａを押し下げることで、ストーク１３を介して溶湯１４が鋳型１１内部に注入される。そして鋳型１１内に注入された溶湯１４が所定時間後凝固することで鋳造品が成形され、この鋳造品を型開きにより取出すことで鋳造作業が完了する。

鋳造装置１０の溶湯漏れ検知機構２０は、ダイベース１２上に載置配設され、同じくダイベース１２上に載置配設される鋳型１１を全周にわたって包囲する検知電極２１と、検知電極２１とダイベース１２とにそれぞれ電気的に接続され、検知電極２１とダイベース１２との電気的な接続状態の有無を検知する検知器２２とを主に備える。

ここで検知電極２１は、導線２３と、導線２３を内周に挿通可能な複数の鉄製ワッシャ２４と、導線２３を内部に挿通可能としかつ鉄製ワッシャ２４より大径の複数のセラミック製筒体２５とで構成される。

この実施形態では、検知電極２１は、共に導線２３の周囲を覆う複数の鉄製ワッシャ２４とセラミック製筒体２５とを、導線２３の長手方向に交互に配設することで構成される。隣接するセラミック製筒体２５と鉄製ワッシャ２４とは固定されていない。この場合、検知電極２１をダイベース１２上に載置した状態では、セラミック製筒体２５のみがダイベース１２と接触し、セラミック製筒体２５より小径の鉄製ワッシャ２４および鉄製ワッシャ２４内に挿通される導線２３はダイベース１２から上方に離隔した位置に配置される。ここで、鉄製ワッシャ２４とダイベース１２表面との隙間は例えば２ｍｍ程度であり、漏れ出た溶湯１４がこの隙間を通過して外部に流れ出ない（言い換えると、接触と共に冷却して凝固する）程度の大きさに設定される。

また、鉄製ワッシャ２４やセラミック製筒体２５の外径寸法は、後述するように、これらの筒体２４、２５が漏れ溶湯に対する堰として機能するため、ダイベース１２上を伝って流れてくる溶湯１４の高さを考慮に入れて設定するのがよい。

上述の如き構成をなす溶湯漏れ検知機構２０において、鋳型１１内に注入した溶湯１４が何らかの原因で鋳型１１の外に漏れ出た場合、漏れ出た溶湯１４は、ダイベース１２上を伝って鋳造装置１０外へと流出する。ここで、ダイベース１２上には、鋳型１１を全周にわたって包囲する検知電極２１が配設されているため、ダイベース１２上を伝って鋳造装置１０外へと流れる溶湯１４が検知電極２１を構成する鉄製ワッシャ２４およびセラミック製筒体２５と接触する。このうち、鉄製ワッシャ２４と接触した溶湯１４により、導線２３と、溶湯１４を介して鉄製ワッシャ２４と接触するダイベース１２との間で電気的接続状態が形成される。よって、この電気的接続状態が電気抵抗の低下（定圧下では電流量の増加）として検知器２２で検知され、例えば制御部に停止信号を伝達することで、鋳型１１への溶湯１４の注入作業を停止する。

このように、検知電極２１の鉄製ワッシャ２４との間の電気的接続で溶湯１４の漏れを検知するようにしたので、ダイベース１２上を流れる溶湯１４が鉄製ワッシャ２４に到達するのと同時に溶湯１４の漏れを検知できる。また、検知電極２１を鋳型１１を包囲するように配設したので、溶湯１４の漏れ出し方向によらず、その漏れを確実に検知することができる。

また、検知電極２１をなす導線２３を絶縁性のセラミック製筒体２５で覆うことで、検知電極２１をなす導線２３および鉄製ワッシャ２４をダイベース１２と非接触にすることができ、非溶湯漏れ時における誤検知を回避することができる。また、導線２３のうちセラミック製筒体２５から露出した部分の外周には、鉄製ワッシャ２４が配設されることで、鉄製ワッシャ２４のうち鋳型１１の側に向いた領域が鋳型１１から漏れ出た溶湯１４と接触する。従って、鉄製ワッシャ２４を介して導線２３とダイベース１２との間で電気的な接続状態が形成される。

また、ダイベース１２と接触する絶縁性の筒体２５を絶縁性および耐熱性を兼ね備えたセラミック製としたので、非溶湯漏れ時には、ダイベース１２と検知電極２１との間は常に絶縁状態となる。かつ、溶湯１４の漏れ時、溶湯１４がセラミック製筒体２５と接触しても溶けることはない。従って、鋳型１１の変更等が必要となる場合であっても、繰り返し溶湯漏れの検出に利用することができ、長期間にわたって鋳造時の安全性を確保することができる。

また、この実施形態では、鋳型１１を全周にわたって包囲する検知電極２１の外郭を構成するセラミック製筒体２５と鉄製ワッシャ２４とで漏れ溶湯に対する堰を構成するようにした。言い換えると、セラミック製筒体２５と鉄製ワッシャ２４の外径寸法を堰として機能し得る程度の大きさとした。そのため、図１に示すように、載置面がフラットなダイベース１２で、チャンバーの如き側壁部を有さない鋳造装置１０であっても、鋳型１１の周囲に配設したセラミック製筒体２５もしくは鉄製ワッシャ２４が漏れ溶湯の検知と同時に、この漏れ溶湯を検知電極２１の内側で食い止めて、周辺部への損傷を極力小さく抑えることができる。

なお、この実施形態では、検知電極２１を構成する鉄製ワッシャ２４が、図２に示すように、ダイベース１２との間に対向すき間を設けているが、この対向すき間は、上述の如く、漏れ出た溶湯１４がこの隙間を通過して外部に流れ出ない程度の大きさに設定されている。そのため、漏れ溶湯が鉄製ワッシャ２４とダイベース１２との対向すき間から、検知電極２１の外側に漏れ出る恐れはない。

また、この実施形態では、検知電極２１を、共に導線２３の周囲を覆う複数の鉄製ワッシャ２４とセラミック製筒体２５とを、導線２３の長手方向に交互に配設することで検知電極２１を構成した。そのため、導線２３の変形にある程度倣って、セラミック製筒体２５と鉄製ワッシャ２４との間でその向きを自由に変えることができる。従って、検知電極２１を配設すべきダイベース１２あるいは包囲すべき鋳型１１の形状によらず、その配置態様を自由に設定することができる。また、かかる構成であれば、各構成部品が単純な形態をなしそのアセンブリも容易であるから、低コストにこの検知電極２１を製作することができる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明に係る溶湯漏れ検出機構は、本発明の範囲内において種々の変更が可能である。

例えば、検知電極２１に関し、上記実施形態では、検知電極２１の外郭を構成する鉄製ワッシャ２４とセラミック製筒体２５とを共に断面真円状とした場合を説明したが、これ以外の形状を採ることも可能である。例えば図示は省略するが、各筒体（セラミック製筒体２５、鉄製ワッシャ２４）の外郭断面形状を、多角形形状あるいは楕円形状とすることも可能である。この場合には、ダイベース１２との接地面積が増加するので、ダイベース１２上での載置安定性あるいは固定力を高めることができる。もちろん、フラットなダイベース１２の上面に、検知電極２１を保持するための溝などを設けることによっても検知電極２１を確実に所定位置に設置することができる。

あるいは、これら筒体を３重に重ね合わせた構造とすることも可能である。すなわち、図示は省略するが、導線２３の外周に鉄製ワッシャ２４を配設し、更にこの鉄製ワッシャ２４の外周にセラミック製筒体２５を配設すると共に、最外殻となるセラミック製筒体２５の一部を開口した形状とすることで、セラミック製筒体２５の内側に位置する鉄製ワッシャ２４が一部露出する。従い、この鉄製ワッシャ２４の露出部分を例えば鋳型１１の側に向けて配設し、一部露出した鉄製ワッシャ２４と漏れ溶湯とが接触することでダイベース１２と検知電極２１が電気的に接続された状態となり、溶湯の漏れが検知可能となる。

また、検知電極２１のセラミック製筒体２５（絶縁部材）を除く部分は、必ずしも導線２３と鉄製ワッシャ２４とで構成する必要はなく、セラミック製筒体２５などの絶縁部材で周囲を覆うことが可能な限りにおいて、種々の形態を採ることが可能である。

また、漏れ溶湯と検知電極２１の導電部分（ここでは導線２３）との間の絶縁状態を形成し、かつ、漏れ溶湯に対する耐熱性を有する材料である限りにおいて、絶縁部材をセラミック以外の材料で形成することも可能である。また、導電部材に関しても、導電性を有する材料であれば、例えば鉄以外の金属で形成することが可能である。もちろん、導電部材についても、漏れ溶湯に対する耐熱性を有する（溶湯１４を構成する金属よりも融点の高い）材料で構成するのが好ましい。

本発明の一実施形態に係る鋳造装置、およびこの鋳造装置に用いる漏れ溶湯検知機構の断面図である。 検知電極の周辺を部分的に拡大して示す斜視図である。

符号の説明

１０ 鋳造装置
１１ 鋳型
１２ ダイベース
１４ 溶湯
２０ 検知機構
２１ 検知電極
２２ 検知器
２３ 導線
２４ 鉄製ワッシャ
２５ セラミック製筒体

Claims (3)

1. 溶湯保持炉からストークを介して溶湯が注入される鋳型と、該鋳型が載置される金属製の基盤とを備えた鋳造装置の溶湯漏れ検知機構であって、
   前記基盤上に配設され、前記鋳型を全周にわたって包囲する検知電極と、
   前記検知電極と前記基盤との間の電気的接続の有無を検知する検知器とを備え、
   前記検知電極は、耐熱性を有する絶縁部材で部分的に覆われ、前記検知電極の前記絶縁部材で覆われた部分が前記基盤と接触し、前記検知電極の前記絶縁部材で覆われていない部分が前記基盤から上方に離隔し、かつ、
   前記鋳型から漏れ出た溶湯が前記検知電極の前記絶縁部材で覆われていない部分と接触することで前記検知電極と前記基盤との間が電気的に接続される、鋳造装置の溶湯漏れ検知機構。
2. 前記検知電極で前記漏れ溶湯に対する堰を構成する請求項１記載の溶湯漏れ検知機構。
3. 前記検知電極が、導線と、該導線を内周に挿通した複数の前記絶縁部材と、前記導線を内周に挿通し前記絶縁部材より小径の複数の導電部材とで構成され、複数の前記絶縁部材と前記導電部材とが前記導線の長手方向に交互に配設されている請求項１記載の溶湯漏れ検知機構。

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