JP6300455B2

JP6300455B2 - 軽合金溶湯の品質を推定する方法および装置

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Publication number: JP6300455B2
Application number: JP2013130969A
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Inventors: 佐藤　友美; 友美佐藤; 博行井内; 雄一古川
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Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2018-03-28
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Description

本発明は、アルミニウム合金などの軽合金溶湯の品質を推定する方法および装置に関するものである。

アルミニウム合金鋳物に使用される溶湯の品質を評価する方法として、Ｋ−モールド法が知られている。この方法によると、現場で比較的少量の溶湯サンプルを採取して、Ｋ−モールドに鋳込み、鋳物試料片の破面を測定者が観察し、酸化物、皮膜などの非金属介在物の個数を計測することで、迅速に品質を検査することができる。

特許文献１には、熟練者による測定値と高い相関性を確保して介在物数を自動計測する方法として、アルミニウム合金からなる鋳物試料片の矩形の破面をＣＣＤカメラなどの撮像手段で撮像して、前記撮像手段により撮像された画像をカラー濃淡処理し、所定の閾値によって２値化して、所定サイズの画素クラスターの数を計測する非金属介在物の測定方法であって、前記撮像前に前記破面の端部エッジを検出し、前記破面の両端部に該破面の１／４〜２／３の面積の測定領域を自動的に設定する非金属介在物数の測定方法が開示されている。

特開２００８−２２４２２０号公報

Ｋ−モールド法またはそれに代わる鋳物試料採取用鋳型を用いた測定方法により、アルミニウム溶湯中の介在物の量を、典型的にはＫ値として特定することができ、Ｋ値が所定ランク（たとえばＡランク）の清浄な溶湯を用いることにより安定した品質のダイカスト製品あるいは鋳造製品が製造できることが知られている。

しかしながら、Ｋ−モールド法またはそれに代わる鋳物試料採取用鋳型を用いた測定方法は、溶湯の一部を採取して鋳造された試料の断面を測定する。このため、溶湯の状態を、リアルタイムに、またはそれに近い状態で、連続して、またはそれに近い状態で、さらに、溶湯の全量またはそれに近い量を検査することは難しい。

本発明の態様の１つは、以下のステップを含む方法である。
１．軽合金の溶湯と界面を介して接するガス領域の特定のガスの量を、イオン移動度センサーを含むガスセンサーにより測定すること。
２．ガスセンサーの測定結果に基づき溶湯の品質を推定すること。

本願の発明者らは、軽合金の溶湯と界面を介して接するガス領域をガスセンサーの１つであるイオン移動度センサーにより測定したところ、溶湯処理経過によるＫ値の変化と高い相関を示すピークが表れることを見出した。イオン移動度センサーのピークは特定のガスの量を示すものである。したがって、ガスセンサーの測定結果によりＫ値とほぼ同程度の精度で溶湯の品質を推定または判断できる。さらに、ガス領域をイオン移動度センサーなどのリアルタイム測定が可能なガスセンサーにより測定することは、リアルタイムに、またはそれに近い状態で、連続して、またはそれに近い状態で、さらに、溶湯の全量またはそれに近い量に対して行うことができる。推定することは、予め得られたガスセンサーの測定結果と溶湯の品質との相関関係に基づき溶湯の品質を推定することを含むことが望ましい。

このため、軽合金の溶湯の状態を、リアルタイムに、またはそれに近い状態で、連続して、またはそれに近い状態で、さらに、溶湯の全量またはそれに近い量で、推定または判断できる。典型的な軽合金はアルミニウムを主として含む合金である。軽合金は、アルミニウムに加えて、マグネシウムおよび／またはチタンを主として含む合金であってもよい。これらの軽合金の溶湯においても、Ｋ値により評価される主な要因である介在物が品質に影響を与えることは共通する。また、測定される特定のガスの典型的なものは有機系ガスまたは水素ガスである。

上記の測定すること（第１の工程）は、溶湯処理中の溶湯と界面を介して接するガス領域を測定の対象とすること、鋳型または金型に搬送中または注入中の溶湯と界面を介して接するガス領域を測定の対象とすること、および、鋳型または金型に注入後の溶湯と界面を介して接するガス領域を測定の対象とすることの少なくともいずれかを含むことが望ましい。溶湯処理から鋳造またはダイカストに至る過程のほぼすべてにおいて、溶湯の状態を、リアルタイムに、またはそれに近い状態で、連続して、またはそれに近い状態で、さらに、溶湯の全量またはそれに近い量で、推定または判断できる。このため、さらに、安定した品質のダイカスト製品あるいは鋳造製品を製造できる。

したがって、本方法は、さらに以下のステップを含むことが有効である。
３．品質が推定された溶湯を用いて鋳型または金型により製品を成形すること。

また、測定すること（第１の工程）は、ガス領域からサンプリングしたサンプリングガスを直にまたはキャリアガスにより濃度調整した状態でイオン移動度センサーを含むガスセンサーに供給することを含む。Ｋ値との相関の高い測定値、たとえば、イオン移動度センサーであればピークをより観察しやすい状態を実現できる。

推定すること（第２の工程）は、ガスセンサーにより得られたガス領域のガス質パターン（ガス質を示す前記イオン移動度センサーから出力されたスペクトル）を評価することを含むことが望ましい。特定のピークのみならず、ガス質パターン（スペクトル）を参照することにより、Ｋ値との相関の高いピークを、より安定して評価できる。典型的には、溶湯の表面は空気に接しており、推定すること（第２の工程）では、ガスセンサーにより得られたガス領域の空気質パターン（空気質を示す前記イオン移動度センサーから出力されたスペクトル）を評価することが望ましい。典型的には、ガス質パターンまたは空気質パターンにおいて、清浄化処理の処理時間に連動してピーク高さが減少するピークの面積比と溶湯品質との相関関係を予め求めておき、その相関関係に基づき溶湯品質を推定することができる。

典型的なイオン移動度センサーは、交流型の差動電圧および直流型の補償電圧を変化させてガス質パターンを取得するイオン移動度センサーである。推定すること（第２の工程）は、予め定められた少なくとも１つの差動電圧におけるガス質パターンを評価することが有効である。Ｋ値との相関の高いピークを短時間に繰り返し測定できる可能性が高く、よりリアルタイムに近い状態で溶湯の品質を推定できる。

本発明の異なる態様の１つは、イオン移動度センサーを含むガスセンサーと、軽合金の溶湯と界面を介して接するガス領域のサンプルをガスセンサーに供給するサンプリングユニットと、ガスセンサーによる特定のガスの量の測定結果に基づき溶湯の品質に関連するコンテンツを出力するユニットとを有する装置である。コンテンツは、予め得られた前記ガスセンサーの測定結果と溶湯の品質との相関関係に基づき推定された溶湯の品質を含むことが望ましい。コンテンツは音声であっても、画像であっても、データストリームなどであってもよく、ピークの所定の値を示すものであってもよく、ピークの形状を示すものであってもよく、ガスセンサーにより得られたガス領域のガス質パターンや空気質パターンを含むものであってもよく、溶湯の品質の評価結果であってよい。

サンプリングユニットは、ガス領域のサンプルを直にガスセンサーに供給するものであってもよく、サンプルをキャリアガスにより濃度調整した状態でガスセンサーに供給するユニットを含んでいてもよい。ガスセンサーの一例はイオン移動度センサーである。

この装置は、溶湯処理ユニット、溶湯処理装置から鋳型または金型に搬送または注入するユニット、および鋳型または金型の少なくともいずれかをさらに有していてもよい。さらに、この装置のサンプリングユニットは、溶湯処理ユニットのガス領域、搬送または注入するユニットのガス領域、および鋳型または金型のガス領域の少なくともいずれかに接続されたガス抽出ユニットからサンプルを採取するライン、たとえばバルブステーションを含むことが望ましい。この装置により、溶湯処理ユニット、溶湯処理装置から鋳型または金型に搬送または注入するユニット、および鋳型または金型のいずれかに存在する溶湯の品質を監視したり、溶湯処理ユニットから鋳型または金型に至る溶湯の品質を連続して、リアルタイムに監視できる。このため、鋳型または金型により、高品質の製品を成形して提供できる。

アルミニウム合金製の製品を製造するシステムを示すブロック図。サンプルガスをＦＡＩＭＳで測定した出力例を示す図。測定されたピークを抽出して示す図。ピークとＫ値との相関を示す図。製品を製造する過程を示すフローチャート。

図１に、アルミニウム合金の溶湯を用意し、アルミニウム合金製の製品を製造するシステムの概要を示している。この鋳造システム（鋳造装置）１は、溶湯清浄化ユニット１０と、ダイカストマシン２０と、溶湯の品質を管理する品質管理ユニット５０とを含む。ダイカストマシン２０は、溶湯５を蓄える保持炉２１と、金型２２を用いて製品２３を成形する鋳造ユニット２５とを含む。溶湯清浄化ユニット１０は脱ガス処理装置とも呼ばれ、溶湯５の中に挿入される回転シャフト１１を含み、回転シャフト１１の先端から不活性ガス、典型的にはアルゴン１３を放出することにより溶湯５を清浄化する。典型的な溶湯清浄化ユニット１０は特開２００４−２９２９４１に記載されている。本明細書において溶湯清浄化とは、溶湯の中にアルゴンガス等の不活性ガスを吹き込むことにより、溶湯中の水素等を不活性ガスに拡散させ、除去することを含む処理を示す。

鋳造システム１は、さらに、品質管理ユニット５０により分析するガス（サンプル、サンプリングガス）９を抽出するガス抽出ユニット３０を含む。ガス抽出ユニット３０は、溶湯清浄化ユニット１０、溶湯清浄化ユニット１０から保持炉２１に溶湯５を供給する供給ライン１８、保持炉２１、および金型２２の注入口の各々に設けられている。ガス抽出ユニット３０は、設置された各々のユニットの溶湯５との間に界面６を介してガス領域（ヘッドスペース）７を形成する。ガス抽出ユニット３０の一例はチャンバーまたはバッファであり、内部に溶湯５を循環させて湯面（界面）６を形成することができる。ガス抽出ユニット３０はポーラスな部材、たとえば、ポーラスなセラミックチューブを含んでいてもよい。セラミックチューブの中を溶湯５が通過することにより、ポーラスな壁面が界面６となり、チューブの外側にガス領域７を形成できる。ガス抽出ユニット３０はユニット内部に配置してもよく、たとえば、溶湯清浄化ユニット１０の溶湯５の内部に泡だまりを作り、その泡だまりをガス領域７としてガス９を採取するようにしてもよい。

ガス抽出ユニット３０から採取されたガス９を分析する品質管理ユニット（溶湯品質推定装置）５０は、ガスセンサー６０と、採取されたガス９をガスセンサー６０に供給するサンプリングユニット７０と、制御ユニット８０とを含む。ガスセンサー６０の一例はイオン移動度センサーである。典型的なイオン移動度センサーは、フィールド非対称性イオン移動度分光計（ＦＡＩＭＳ、ＦｉｅｌｄＡｓｙｍｍｅｔｒｉｃｗａｖｅｆｏｒｍＩｏｎＭｏｂｉｌｉｔｙＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、フィールド非対称質量分析計、またはＤＩＭＳ、ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＩｏｎＭｏｂｉｌｉｔｙＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）装置である。ガスセンサー６０は、光イオン化センサー、ナノチューブ薄膜ガスセンサー、半導体ガスセンサーなどであってもよい。以下では、ガスセンサーとしてＦＡＩＭＳを用いた例を説明する。

ＦＡＩＭＳ技術では、測定対象となる化学物質をイオン化し、イオン移動度が化学物質毎にユニークである性質を利用する。測定においては、電界を形成する機能を含むイオン移動度センサー（ＦＡＩＭＳ）６０にサンプル（サンプリングガス）９を供給し、または、サンプルガス９とキャリア・ガス（バッファガス）とを供給し、電界を制御する差動電圧（ＤＦ、ＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＦｉｅｌｄ、Ｖｄ電圧、交流電圧、電界電圧Ｖｒｆ）と補償電圧（ＣＶ、ＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎＶｏｌｔａｇｅ、Ｖｃ電圧、補償電圧、直流電圧）を変化させて、高電界と低電界とを非対称に交互に切り替える。ＦＡＩＭＳにおいては、目標外の化学物質は飛行途中で、電界を生成させる電極（プレート）に衝突して＋イオン或いは−イオンを失い検出されない。検出目標のイオン化された化学物質は、差動電圧ＤＦと補償電圧ＣＶの条件が適切に制御されれば、検出器まで到達するのでイオン電流として検出される。

ＦＡＩＭＳ６０は、目標化学物質（測定対象、オブジェクト）をイオン化するイオン化ユニット６１と、イオン化された測定対象に電場の影響を与えながら移動させるドリフトチャンバ６２と、ドリフトチャンバ６２を通過したイオン化された測定対象（測定対象の電荷）を検出する検出器６３とを含む。ドリフトチャンバ６２においては、ソフトウェア制御される差動電圧ＤＦおよび補償電圧ＣＶにより特定の周期でプラス・マイナスが変動する電界が形成される。その電界のフィルタリング効果により、検出目標の化学物質がフィルタリングされ、短期間、たとえば、ｍｓｅｃレベルで検出器６３に衝突し、電流として測定される。

ＦＡＩＭＳ６０の一例はオウルストーン（Ｏｗｌｓｔｏｎｅ）社製のセンサーであり、イオン化ユニット６１には、Ｎｉ６３（５５５ＭＢｑのβ線源、０．１μＳｖ／ｈｒ）が使用されている。イオン化ユニット６１は、ＵＶ（紫外線）を用いたもの、コロナ放電を用いたものなどであってもよい。

制御ユニット８０は、センサー６０を制御するドライバ８１を含む。センサー６０には、ドライバ８１から測定条件が送られる。測定条件には、差動電圧ＤＦと補償電圧ＣＶとが含まれる。ドライバ８１は、センサー６０からサンプリングガス９に関するデータ（測定データ、ＩＭＳデータ）８５を取得する。ＩＭＳデータ８５の一例は、特定の差動電圧ＤＦにおける補償電圧ＣＶの変動に対応して変化する電流（検出装置６３により検出される電流）Ｉにより表わされるスペクトル（ガス質パターン）である。ＩＭＳデータ８５は、上記のスペクトルの特徴点をサンプリング（抽出）したデータであってもよく、複数の差動電圧ＤＦのスペクトルを含む多次元スペクトルであってもよい。ドライバ８１は、さらに、センサー６０の測定環境の情報８５ｅを取得する。環境情報８５ｅには温度、湿度、圧力、流量などが含まれる。センサー６０は、これらの環境情報を取得するための環境センサー（温度センサー、湿度センサーなど）６９を含む。

サンプリングガス９をＦＡＩＭＳ６０に供給するサンプリングユニット７０は、サンプリングガス９の採取先を切り替えるバルブステーション７１と、吸引用のポンプ７２と、サンプリングガス９の吸引量を制御する排気ライン７３と、サンプリングガス９と混合することによりＦＡＩＭＳ６０に対し、測定に適した濃度および流量のガスを供給する混合器７４と、キャリアガス７９の供給ライン７５とを含む。ポンプ７２の上流および混合器７４のキャリアガス側の上流には異物を取り除くパーティクルフィルタ７６が設置されている。

典型的なキャリアガス７９は空気であり、供給ライン７５のガスソース７５ａは、エアードライア、レギュレータ、スクラバなどのガス浄化機能を含む。キャリアガス７９は、窒素、アルゴンなどの不活性ガスであってもよい。キャリアガス７９は、分析対象となるターゲット組成に対してピーク分離などに有効な成分を含むドーパントであってもよい。

排気ライン７３は、分岐用のティーコネクタ７３ａと、バッファ７３ｂと、流量制御用のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）７７とを含む。ＦＡＩＭＳ６０に供給されるサンプリングガス９の濃度は、排気ライン７３のＭＦＣ７７と、キャリアガスライン７５のＭＦＣ７７とにより、それぞれのガスの通過量を制御することにより決定される。

制御ユニット８０は、ＦＡＩＭＳ６０の制御を行うドライバ８１と、サンプリングユニット７０を通過するガス量を制御するフロー制御ユニット８２と、溶湯５の品質に関するコンテンツを出力する評価ユニット８４とを含む。フロー制御ユニット８２は、典型的にはＭＦＣ７７およびポンプ７２を制御してＦＡＩＭＳ６０に供給されるサンプリングガス９の濃度および流量を調整する。評価ユニット８４は、バルブステーション７１を制御してサンプリングガス（サンプル）９の採取先を制御する機能８６と、ドライバ８１を介してＩＭＳデータ８５を取得する機能８７と、ＩＭＳデータ８５を解析して溶湯５の品質に関するコンテンツ９１を生成および出力する機能８８とを含む。

評価ユニット８４を含む制御ユニット８０は、ＣＰＵなどの演算処理ユニットおよびメモリを含むハードウェア資源と、プログラムなどのソフトウェア資源とを用いて構成される。制御ユニット８０は、チップあるいはボードとして品質管理ユニット５０に組み込まれていてもよく、パーソナルコンピュータにより実現されてもよく、インターネットあるいはイントラネットなどを介して品質管理ユニット５０に接続されたサーバーなどの資源を用いて実現されてもよい。

コンテンツ９１の一例はサンプルガス９のスペクトル（ガス質パターン）を含むＩＭＳデータ８５と評価結果とを含むものである。評価ユニット８４は、溶湯５の品質の判断に関するデータが格納されたライブラリ９５と、コンテンツ９１をサンプル先およびサンプリング時刻などの関連データを付して格納する履歴データベース９０とを含む。履歴データベース９０を参照することにより、製造された製品２３に使われた溶湯５の各段階における品質を確認することができる。ライブラリ９５は、予め得られたガスセンサーの測定結果（ＩＭＳデータ８５）と溶湯の品質との相関関係を示すデータが含まれていてもよく、コンテンツ９１は、予め得られたガスセンサーの測定結果と溶湯の品質との相関関係に基づき推定された溶湯の品質を含んでいてもよい。

図２に、溶湯清浄化ユニット１０において清浄化処理中の溶湯５を採取し、溶湯５の表面に接する空気層（ガス領域）から採取したサンプリングガス９を、サンプリングユニット７０を介してＦＡＩＭＳ６０に導いて得られたＩＭＳデータ（ガス質パターン、空気質パターン）８５を示している。溶湯５は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系の合金であるＡＤＣ１２の溶湯であり、溶湯清浄化ユニット１０では不活性気体１３としてアルゴンガスを用いた。また、キャリアガス７９としては乾燥空気を用いた。

図２（ａ）は清浄化処理（以降では処理）前の溶湯５に関するＩＭＳデータ８５ａである。溶湯５に接する空気層をＦＡＩＭＳ６０で測定したところ、キャリアガスである空気のＩＭＳデータに見られるピーク（ＲＩＰ、第１のピーク）Ｐ１に加え、空気のＩＭＳデータでは見られないピーク（第２のピーク）Ｐ２が含まれていることが分かった。そのため、第２のピークＰ２が比較的明瞭に観察される差動電圧ＤＦに固定（ＤＦ＝６０）し、補償電圧ＣＶを変えて、処理時間毎の溶湯５に関するＩＭＳデータ（空気質パターン）８５ｂ〜８５ｄを取得した。

図２（ｂ）は処理時間が１分の溶湯５に関するＩＭＳデータ８５ｂであり、図２（ｃ）は処理時間が５分の溶湯５に関するＩＭＳデータ８５ｃであり、図２（ｄ）は処理時間が１０分の溶湯５に関するＩＭＳデータ８５ｄである。それぞれのＩＭＳデータ８５ａ〜８５ｄには、空気質パターンに見られるピーク高さがほぼ一定の第１のピーク（ＲＩＰ）Ｐ１に加え、処理時間に連動してピーク高さが減少する第２のピークＰ２が含まれていることが分かる。第２のピークＰ２は、溶湯清浄化中に測定されたガスなので有機系ガスまたは水素ガスであると想定される。イオン移動度センサーでは、間接イオン化を採用したり、直接イオン化においてはイオン化エネルギーを十分に高くしたり、クラスター化することにより水素および有機系ガスが測定される。

図３に、図２に示したＩＭＳデータ８５ａ〜８５ｄのピークＰ２のイオン電流が０．３以上の形状を拡大して示している。また、図４に、図３に示した各ＩＭＳデータ８５ａ〜８５ｄのピークＰ２の面積比（実線）１０１を、処理時間に対し、処理前のＩＭＳデータ８５ａのピークＰ２の面積を１００として示している。また、図４には、処理時間に対するＫ−モールド試験により得られる平均的なＫ値の変化（一点鎖線）１０２を示している。Ｋ値は、Ｋ−モールド試験に用いられるＫモールドの破面で観察される全介在物数と観察試片数に対する割合を示し、ランクＢ（Ｋ値が０．１〜０．５）が鋳造可能、ランクＡ（Ｋ値が０．１以下）が鋳造に最も適した範囲と言われている。

図４に示したピークＰ２の面積比１０１の変化と、Ｋ値１０２の変化との間には相関が見られる。たとえば、処理時間が１〜２分の間に、ピークＰ２の面積比１０１と、Ｋ値１０２とはともに急激に減少している。処理時間が２分以降においては、ピークＰ２の面積比１０１とＫ値１０２とはほぼ緩やかに減少している。特に、処理時間が２分以降においては、Ｋ値１０２はほぼ一定で、ランクＢからランクＡに緩やかに低下しているが変動幅は小さいのに対し、ピークＰ２の面積比１０１の変化は大きい。したがって、ピークＰ２の値（変化）は、Ｋ値１０２よりも、溶湯５における介在物の存在に対して、いっそう敏感であり、溶湯５に含まれる介在物の量を、より精度よく評価できる可能性がある。すなわち、溶湯清浄化処理によって、水素ガスが抜けるので、ガス領域の水素量を測定することにより、溶湯品質を推定できる可能性がある。

品質管理ユニット５０のライブラリ９５にはＦＡＩＭＳ６０により溶湯５を評価するために要する情報が格納される。ライブラリ９５に格納される情報としては、溶湯５の材料（合金）の組成に対応して表れるピークＰ２を測定するために適した差動電圧ＤＦ、ピークＰ２の位置（補償電圧ＣＶの値）、Ｋ値のランクＡまたはＢなどに対応して溶湯５の品質を評価するためのピークＰ２の特性（高さ、面積、半値幅など）、キャリアガス７９の特徴的なピークＰ１との相対的な関係（位置、高さ）などを挙げることができる。

評価ユニット８４は、ライブラリ９５に格納された情報を参照し、ＦＡＩＭＳ６０から得られるＩＭＳデータ８５からピークＰ２を分離し、その特徴から溶湯５の品質を評価してもよい。評価ユニット８４は、ＩＭＳデータ８５に含まれる他のピーク、たとえば、キャリアガス７９が空気であればＲＩＰのピークＰ１とのピークＰ２との相対的な評価により溶湯５の品質を評価してもよい。さらに、評価ユニット８４は、スペクトルデータであるＩＭＳデータ８５に、予定されているピーク、たとえばピークＰ１、ピークＰ２の他にピークが見られるか否かを合わせて、溶湯５の異常の有無を評価してもよい。また、評価ユニット８４は、定期的に差動電圧ＤＦを変化させて、所定の差動電圧ＤＦ以外の電圧で検出されるピークの有無から、溶湯５の状態や、鋳造システム１に含まれる各ユニットの運転状況、たとえば、何らかの異常の有無を評価してもよい。

図５に、鋳造システム１において、製品を成形する過程を、溶湯５の品質の評価を中心に示している。ステップ１２１において、品質管理ユニット５０は、バルブステーション７１を切り替えて、鋳造システム１の溶湯５から得られるサンプル（サンプリングガス）９の中から測定するガス９を選択する。ステップ１２２において、品質管理ユニット５０は、選択されたガス９をＦＡＩＭＳ６０に供給して測定し、ステップ１２３において、測定されたＩＭＳデータ８５に基づき溶湯５の品質を評価（推定）する。ステップ１２４において、品質管理ユニット５０は、取得されたＩＭＳデータ８５および評価結果を含むコンテンツ９１を履歴データベース９０に格納する。ステップ１２５において、鋳造システム１において処理され、ダイカストマシン２０に供給される溶湯５の品質が鋳造に適した品質であると判断されると、ステップ１２６において製品が成形（製造）される。製品に使用された溶湯５の、鋳造システム１の各段階における品質が履歴データベース９０に保持される。

図５に示した製品を成形する過程（鋳造方法）は、ステップ１２２およびステップ１２３を含む溶湯品質推定方法を含む。ステップ１２３は、予め得られたガスセンサーの測定結果（ＩＭＳデータ）と溶湯の品質との相関関係に基づき溶湯の品質を推定することを含んでいてもよい。

このように鋳造システム１においては、溶湯５と界面６を挟んで平衡状態にあるガス領域７のガス９をＦＡＩＭＳ６０により測定し、溶湯５の品質を評価する。したがって、鋳造システム１に存在する溶湯５の状態を、リアルタイムに、またはそれに近い状態で、連続して、またはそれに近い状態で、さらに、溶湯５の全量またはそれに近い量を検査することができる。品質管理ユニット５０における溶湯５の評価は、Ｋ−モールド試験を並列に行うことにより随時確認することが可能である。

なお、上記では、鋳造システム１の予め決められた場所に複数のガス抽出ユニット３０を設置し、品質管理ユニット５０がガス抽出ユニット３０から得られるサンプル９を選択して評価しているが、各ガス抽出ユニット３０と品質管理ユニット５０とを一体的に設けることも可能である。また、ガスサンプリング用の吸引口を含む携帯可能な品質管理ユニット５０により、鋳造システム１に含まれる溶湯５と平衡状態にあるガスを任意の位置で測定し、溶湯５の品質を評価してもよい。

また、上記では、金型を用いて製品を製造するダイカストマシンを含む鋳造システム１を例に説明しているが、鋳型を用いた製造システムであっても同様に溶湯の管理は可能である。さらに、管理または評価の対象となる溶湯は、上述したアルミニウム合金に限らず溶湯中のガス、介在物などが製品の品質・特性に影響を与える可能性があり、溶湯の清浄化処理が行われる他の軽金属合金の溶湯であってもよい。

１アルミニウム合金製の製品を製造するシステム
５０品質管理ユニット

Claims

軽合金の溶湯と界面を介して接するガス領域の特定のガスの量を、イオン移動度センサーを含むガスセンサーにより測定することと、
前記ガスセンサーの測定結果に基づき、前記溶湯の品質を推定することとを含む、方法。
請求項１において、
前記特定のガスは、有機系ガスまたは水素ガスを含む、方法。
請求項１または２において、
前記測定することは、溶湯処理中の前記溶湯と界面を介して接するガス領域を測定の対象とすること、
鋳型または金型に搬送中または注入中の前記溶湯と界面を介して接するガス領域を測定の対象とすること、および
鋳型または金型に注入後の前記溶湯と界面を介して接するガス領域を測定の対象とすることの少なくともいずれかを含む、方法。
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記測定することは、前記ガス領域からサンプリングしたサンプリングガスを直にまたはキャリアガスにより濃度調整した状態で前記ガスセンサーに供給することを含む、方法。
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記推定することは、予め得られた前記ガスセンサーの測定結果と溶湯の品質との相関関係に基づき溶湯の品質を推定することを含む、方法。
請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記推定することは、前記ガスセンサーにより得られた前記ガス領域のガス質を示す前記イオン移動度センサーから出力されたスペクトルを評価することを含む、方法。
請求項６において、
前記測定することは、前記溶湯の表面が空気に接することを含み、
前記推定することは、前記ガスセンサーにより得られた前記ガス領域の空気質を示す前記イオン移動度センサーから出力されたスペクトルを評価することを含む、方法。
請求項６または７において、
前記イオン移動度センサーは、交流型の差動電圧および直流型の補償電圧を変化させて前記ガス質パターンを取得するイオン移動度センサーであり、
前記推定することは、予め定められた少なくとも１つの差動電圧における前記ガス質を示す前記イオン移動度センサーから出力されたスペクトルを評価することを含む、方法。
請求項１ないし８のいずれかにおいて、
品質が推定された前記溶湯を用いて鋳型または金型により製品を成形することを含む、方法。
イオン移動度センサーを含むガスセンサーと、
軽合金の溶湯と界面を介して接するガス領域のガスサンプルを前記ガスセンサーに供給するサンプリングユニットと、
前記ガスセンサーによる特定のガスの量の測定結果に基づき前記溶湯の品質に関連するコンテンツを出力するユニットとを有する装置。
請求項１０において、
前記サンプリングユニットは、前記ガス領域のサンプルをキャリアガスにより濃度調整した状態で前記ガスセンサーに供給するユニットを含む、装置。
請求項１０または１１において、
前記コンテンツは、予め得られた前記ガスセンサーの測定結果と溶湯の品質との相関関係に基づき推定された溶湯の品質を含む、装置。
請求項１０または１１において、
前記コンテンツは、前記ガスセンサーにより得られた前記ガス領域のガス質を示す前記イオン移動度センサーから出力されたスペクトルを含む、装置。
請求項１３において、
前記コンテンツは、前記ガスセンサーにより得られた前記ガス領域の空気質を示す前記イオン移動度センサーから出力されたスペクトルを含む、装置。
請求項１０ないし１４のいずれかにおいて、
溶湯処理ユニット、前記溶湯処理装置から鋳型または金型に搬送または注入するユニット、および前記鋳型または前記金型の少なくともいずれかをさらに有し、
前記サンプリングユニットは、前記溶湯処理ユニットのガス領域、前記搬送または注入するユニットのガス領域、および前記鋳型または前記金型のガス領域の少なくともいずれかに接続されたガス抽出ユニットからサンプルを採取するラインを含む、装置。