JP6379759B2 - 鋳造装置及び製品の良否判定方法 - Google Patents

Description

この発明は、金属材料を溶かした溶湯を金型内に充填して製品を製造する鋳造装置及び製品の良否判定方法に関する。

従来より、アルミホイールやエンジンブロック等の製品を鋳造により製造するための鋳造装置において、金型のキャビティ内のガスを抜くための金型用ガス抜き装置が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。この金型用ガス抜き装置は、スプール内の弁棒をエア圧及び溶湯慣性力により進退動可能に構成し、真空吸引力によってガス抜きを行うと共にスプールの開口端に対する弁体の弁開状態や弁閉状態をエア圧により保持可能としている。

特開昭６３−１１５６６２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来技術の金型用ガス抜き装置を備える鋳造装置では、鋳造サイクルにおいて金型用ガス抜き装置の弁棒が閉塞したタイミングを把握することはできないので、真空吸引力により弁棒が意図せず閉塞するいわゆる早閉まりが発生しても、鋳造が継続されてしまうこととなる。

この場合は、金型のキャビティ内のガスが抜け切れていないことが想定され、湯皺や巣などのガス巻き込みによる製品の不良が発生する確率が高くなる。また、外観上確認できないようなガスによる不具合が製品内に生じている可能性も高く、製品加工時にその不具合が発見されることも少なくない。

そして、結果的に製品加工費が無駄になったり、鋳造後に製品の不具合を更に加工する工程や製品の良否を判定する工程などが別途必要となったりするので、容易に正常な鋳造品と異常な鋳造品とを判別して鋳造コスト全体の削減を図ることが難しいという問題がある。

この発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、鋳造サイクル毎にガス抜きバルブユニットの弁体が弁座を閉塞したタイミングを検出することで、鋳造された製品の良否を判定することができる鋳造装置及び製品の良否判定方法を提供することを目的とする。

本発明に係る鋳造装置は、弁座を有するバルブ本体と、前記バルブ本体の弁座を開閉する弁体とを有し、金型のキャビティに連通するベントランナの上方に接続されて前記弁体と弁座とが開状態であるときに前記金型のキャビティ内のガスを真空吸引により排出する真空バルブ方式のガス抜きバルブユニットを備えた鋳造装置において、前記弁体が前記弁座を閉塞した閉塞タイミングを検出する検出手段と、前記検出手段からの検出信号に基づいて、前記金型のキャビティ内で鋳造された製品の良否を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、前記検出手段からの検出信号に基づいて、前記閉塞タイミングを示す情報を表示する表示手段を更に備える。

本発明の他の実施形態においては、前記ガス抜きバルブユニットは、筒状に形成されて壁面にガスの排出孔を有し、軸方向の下端に前記弁座を有する前記バルブ本体と、前記バルブ本体の内側を進退自在に設けられた弁棒と、前記弁棒の下端部に設けられて前記弁棒の進退動により前記弁座を開閉する前記弁体と、前記弁棒の上端部に設けられ前記バルブ本体の上端側の内孔と摺動自在に嵌合するバルブピストンとを有する。

本発明の更に他の実施形態においては、前記検出手段は、前記弁体が前記弁座を閉塞したときの振動波を検出する加速度計、振動計及び計測用マイクロフォン等の音響センサである。

本発明の更に他の実施形態においては、前記検出手段は、前記弁体に結合された部材の位置を検出する近接センサ及びレーザ変位計等の位置センサである。

本発明の更に他の実施形態においては、前記判定手段は、前記金型のキャビティ内に溶湯を射出充填する射出プランジャの射出ストローク、射出時間、射出速度、鋳造圧力及び真空度の少なくとも一つの鋳造情報と、前記閉塞タイミングとを比較して、前記鋳造された製品の良否を判定する。

本発明の更に他の実施形態においては、前記表示手段は、前記検出手段の検出信号と共に、前記金型のキャビティ内に溶湯を射出充填する射出プランジャの射出ストローク、射出時間、射出速度、鋳造圧力及び真空度の少なくとも一つの鋳造情報を表示する。

本発明に係る製品の良否判定方法は、弁座を有するバルブ本体と、前記バルブ本体の弁座を開閉する弁体とを有し、金型のキャビティに連通するベントランナの上方に接続されて前記弁体と弁座とが開状態であるときに前記金型のキャビティ内のガスを真空吸引により排出する真空バルブ方式のガス抜きバルブユニットを備えた鋳造装置における鋳造された製品の良否判定方法において、前記弁体が前記弁座を閉塞したタイミングを検出手段により検出する検出工程と、前記検出手段により検出された前記弁体が前記弁座を閉塞したタイミングを示す検出信号に基づいて、前記金型のキャビティ内で鋳造された製品の良否を判定手段によって判定する判定工程とを備えたことを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、前記検出手段により検出された前記弁体が前記弁座を閉塞したタイミングを表示手段により表示する表示工程を更に備える。

本発明の他の実施形態においては、前記判定工程は、前記金型のキャビティ内に溶湯を射出充填する射出プランジャの射出ストローク、射出時間、射出速度、鋳造圧力及び真空度の少なくとも一つの鋳造情報と、前記閉塞したタイミングとを比較して、前記鋳造された製品の良否を判定する。

本発明の更に他の実施形態においては、前記表示工程は、前記検出手段の検出信号と共に、前記金型のキャビティ内に溶湯を射出充填する射出プランジャの射出ストローク、射出時間、射出速度、鋳造圧力及び真空度の少なくとも一つの鋳造情報を表示する。

本発明によれば、鋳造サイクル毎にガス抜きバルブユニットの弁体が弁座を閉塞したタイミングを検出することで、鋳造された製品の良否を判定することができる。

本発明の第１の実施形態に係る鋳造装置のガス抜きバルブユニットの主要部分を示す断面図である。 同鋳造装置のガス抜きバルブユニットの主要部分を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る製品の良否判定方法に用いられる検出信号の信号波形を示す図である。 同良否判定方法に用いられる検出信号の信号波形を示す図である。 同良否判定方法に用いられる検出信号の信号波形を示す図である。 同良否判定方法における早閉まり判定条件を説明するための図である。 同良否判定方法を含む鋳造工程を示すフローチャートである。 同良否判定方法を含む鋳造工程を示すフローチャートである。 同良否判定方法を含む鋳造工程にて良否判定に用いる信号波形を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る鋳造装置のガス抜きバルブユニットの主要部分を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る製品の良否判定方法に用いられる検出信号の信号波形を示す図である。 同良否判定方法に用いられる検出信号の信号波形を示す図である。 同良否判定方法に用いられる検出信号の信号波形を示す図である。 同良否判定方法における早閉まり判定条件を説明するための図である。 同良否判定方法を含む鋳造工程の一部を示すフローチャートである。 同良否判定方法を含む鋳造工程にて良否判定に用いる信号波形を示す図である。

以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態に係る鋳造装置及び製品の良否判定方法を詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態に係る鋳造装置のガス抜きバルブユニットの主要部分を示す断面図であり、図１は正面から見た縦断面図、図２は側面から見た縦断面図と真空回路図である。図１及び図２に示すように、鋳造装置において、型締め（型閉め）状態の固定金型１と可動金型２の上方には、固定側入子３及び可動側入子４を介して金型用のガス抜きバルブユニット３０が設けられている。

固定金型１と可動金型２との接合面である分割面には、金型のキャビティ５が形成されている。キャビティ５内には、例えば図示しない射出スリーブからゲートを経てアルミニウム等の溶湯が射出充填される。キャビティ５の上方の固定金型１と可動金型２との分割面及び固定側入子３と可動側入子４との分割面には、キャビティ５から続くベントランナ６が形成されている。

ベントランナ６の上方には、固定側入子３及び可動側入子４により形成された弁体到達孔２９が形成され、この弁体到達孔２９の上方には、バルブユニット３０のバルブ本体であるバルブボディ９の先端が嵌合される孔部２８が形成されている。ベントランナ６と連通する弁体到達孔２９の側面から分岐されて迂回するバイパス７は、孔部２８の側面開口部に連通されている。

固定側入子３の上面に固定されたベースブロック１５には、間隔板１６を介してトッププレート１８が接続されている。トッププレート１８上には、ベントランナ６と同心状に油圧シリンダ１９が固定されている。油圧シリンダ１９の圧力により進退するピストンロッド１９ａの作用端であるフランジ１９ｂには、ガス抜きバルブユニット３０の上端側を固定するロッドエンド１７が取り付けられている。

ロッドエンド１７には、押え金２０とボルト２０ａとでガス抜きバルブユニット３０のバルブヘッドブロック１１が固定されている。ガス抜きバルブユニット３０は、油圧シリンダ１９のピストンロッド１９ａの進退動により、全体が昇降してバルブボディ９の下端側（開口端側）が固定側入子３及び可動側入子４の孔部２８に嵌合したり離間したりするように構成されている。

ガス抜きバルブユニット３０は、上下にバルブヘッドブロック１１とバルブボディ９とを有し、中央にバルブガイド１０を有する。バルブガイド１０は、バルブヘッドブロック１１の内孔１１ａに上端部側が嵌合され、フランジ部分が上下のバルブヘッドブロック１１及びバルブボディ９の間に挟持されている。バルブヘッドブロック１１、バルブガイド１０及びバルブボディ９は、この状態で一体化されている。

バルブガイド１０は、内孔１０ａにメインバルブ軸（弁棒）８を進退自在に保持する。メインバルブ軸８の上端には、バルブピストン１３が設けられている。バルブピストン１３は、中心ねじ孔にメインバルブ軸８のねじ部が螺合された上でスプリングピン１４が挿入されることによりメインバルブ軸８と結合されている。バルブピストン１３の下面は、フランジ状に形成され、バルブガイド１０の上端面及びＯリング１２と接触可能な構成となっている。

メインバルブ軸８の下端には、メインバルブ（弁体）８ａが一体形成されている。バルブボディ９の下部の開口端には、弁座９ａが形成されている。メインバルブ軸８のメインバルブ８ａとバルブボディ９の弁座９ａとは、図１及び図２に示す弁開状態から、キャビティ５を通ってベントランナ６内を上昇する溶湯がメインバルブ８ａを押すことにより上昇して弁閉状態となるように構成されている。

バルブボディ９の側部には、弁開状態でバイパス７を通ってバルブボディ９の弁室９ｂへ導かれるガスを外部へ排出すると共に、弁閉状態のエアブロー時に弁室９ｂ内にガスを導入するためのポート９ｃが形成されている。ポート９ｃは、真空ラインにおいては例えば吸引クリーナ２１と圧力計２４と真空切替弁２２とを備えた配管２２ａを介して真空タンク２３に接続されている。圧力計２４の設置は任意である。なお、配管２２ａの吸引クリーナ２１よりもポート９ｃ側には、図示しない切替弁及びエア源が接続されており、エアブロー時にはこのエア源からのガスが切替弁及び配管２２ａを通ってポート９ｃに導入される。

また、バルブヘッドブロック１１内において内孔１１ｂとバルブピストン１３とで仕切られた上室１１ｃ及び下室１１ｄには、それぞれ図示しない開エアポート及び保持エアポートが開口されている。開エアポート及び保持エアポートは、それぞれ切替弁及び減圧弁を備えた配管を介してエア源に接続されている。バルブピストン１３の進退動は、開エア及び保持エアの各エア圧により制御される。

このように構成されたエア圧保持方式を採用するガス抜きバルブユニット３０では、例えば開エアポートから上室１１ｃ内に開エアを導入すると、開エア圧がバルブピストン１３の上面に負荷されるのでバルブピストン１３が下降して、メインバルブ８ａが弁開状態となる。

この弁開状態では、バルブピストン１３の下面がＯリング１２に密着しているので、保持エアポートから下室１１ｄ内に導入された保持エアの保持エア圧はバルブピストン１３のフランジ部分の上面側のみに負荷される。この状態においては、上室１１ｃにおけるバルブピストン１３への開エア圧を除去、すなわち開エアの導入を停止してもメインバルブ８ａの弁開状態を保持することができる。

こうしてメインバルブ８ａが弁座９ａから離れた弁開状態において、ベントランナ６を通って溶湯がメインバルブ８ａに接触すると、この溶湯の慣性力を受けたメインバルブ８ａが上方へ押し上げられる。これにより、バルブピストン１３の下面がＯリング１２から離れ、下室１１ｄ内においてバルブピストン１３のフランジ部分の上面側及び下面側のいずれにも保持エアの保持エア圧が負荷される。

この状態においては、メインバルブ軸８とバルブピストン１３との断面積差によって、バルブピストン１３を上方へ押し上げる力が働くので、メインバルブ８ａは弁座９ａに当接して弁室９ｂが閉じられた弁閉状態を保持する。このエア圧保持方式によれば、バルブ保持力を保持エア圧で制御することができるので保持力管理が容易となる。また、溶湯の慣性力によるＯリング１２の圧縮分程度の僅かなメインバルブ８ａの上昇によって、保持エアによる弁閉動作が開始されるので応答性が高い。

ここで、上記のように構成されたガス抜きバルブユニット３０の動作を説明する。
固定金型１及び可動金型２を型閉めした後、油圧シリンダ１９を作動させてガス抜きバルブユニット３０全体を下降させる。そして、バルブボディ９の開口端側を固定側入子３及び可動側入子４の孔部２８に嵌合する。

次に、バルブヘッドブロック１１の上室１１ｃ内に開エアポートから開エアを導入すると共に下室１１ｄに保持エアポートから保持エアを導入し、開エア圧をバルブピストン１３の上面に負荷させてバルブピストン１３を下降させ、バルブピストン１３の下面をＯリング１２に押し付ける。

この結果、メインバルブ軸８が下降してメインバルブ８ａが弁座９ａから離れて弁開状態となり、保持エアにより弁開状態が保持される。このとき、メインバルブ８ａのメインバルブ軸８側の部分が弁体到達孔２９の孔部２８側の開口端を閉じており、ベントランナ６とバルブボディ９の弁室９ｂとはバイパス７と弁開部分とで連通されている。

この状態で射出スリーブの注入口へ溶湯を注入し、射出プランジャを前進させると溶湯はゲートを経てキャビティ５内に射出充填される。射出充填中に、真空切替弁２２を真空タンク２３側に切り替えて真空ラインによる真空吸引を開始し、キャビティ５内のガスを、ベントランナ６、弁体到達孔２９、バイパス７、弁室９ｂを経てポート９ｃから真空吸引して排出する。

この真空吸引時には、ガス抜きバルブユニット３０においては、吸引されたガスがメインバルブ８ａに衝突してバルブボディ９の弁座９ａとの間の弁開部分を閉じないように、バルブヘッドブロック１１の下室１１ｄに供給される保持エアの設定圧やバルブピストン１３のフランジ部分の大きさなどが決定されている。

射出充填された溶湯は、キャビティ５内にほぼ充満された後にベントランナ６内を上昇してガスと共にメインバルブ８ａの下面に衝突し、バイパス７へ流れ込む。このとき、溶湯の質量がガスの質量よりも遥かに大きく、大きな慣性力がメインバルブ８ａの下面に作用するので、メインバルブ８ａを上方へ跳ね上げる。

こうして、メインバルブ８ａが僅かに上方へ移動して、バルブピストン１３のフランジ部分の下面がＯリング１２から離れると、上述したように下室１１ｄに導入されている保持エアがバルブピストン１３のフランジ部分の下面にも回り込む。これにより、バルブピストン１３を上方へ押し上げる力がバルブピストン１３のフランジ部分の下面に作用する。このとき、バルブピストン１３を下方に押し下げる力が作用する面積よりも、上方に押し上げる力が作用する面積の方が大きいので、バルブピストン１３が急速に上昇し、弁座９ａがメインバルブ８ａによって閉じられてメインバルブ軸８が閉塞し弁閉状態を保持する。これにより、溶湯は孔部２８のメインバルブ８ａの位置で移動を遮断される。

このようにしてメインバルブ８ａがベントランナ６、バイパス７及び弁体到達孔２９を閉鎖した状態で溶湯が所定時間加圧、冷却された後に、油圧シリンダ１９によってガス抜きバルブユニット３０全体を上昇させる。すると、キャビティ５、ベントランナ６、バイパス７及び弁体到達孔２９内で凝固した製品からメインバルブ８ａが離れ、保持エアの作用によりメインバルブ８ａと弁座９ａは弁開状態を保持する。キャビティ５内の製品は、冷却後に型開して図示しない製品押出装置等によって押し出され、金型から取り出される。

このような開閉動作を行うメインバルブ８ａ及びメインバルブ軸８を備えたガス抜きユニット３０には、更にメインバルブ８ａがバルブボディ９の開口端（弁座９ａ）を閉塞したときのメインバルブ軸８の閉塞タイミングを検出する検出手段が設けられている。検出手段としては、例えばメインバルブ８ａがバルブボディ９の開口端を閉塞したときの衝撃、振動、音等を検出する音響センサ（加速度計、振動計、計測用マイクロフォン等）を用いてもよいし、メインバルブ軸８、バルブピストン１３、メインバルブ８ａの位置を検出する位置センサ（近接センサ、レーザ変位計等）を用いてもよい。

本実施形態では、検出手段として、第１センサ部２５が設けられている。第１センサ部２５は、固定金型１や可動金型２或いはガス抜きバルブユニット３０の少なくとも一つに配設された加速度計、振動計又は計測用マイクロフォン等の音響センサからなる。

第１センサ部２５は、図１においてはトッププレート１８にボルト１８ａにより固定されたステー１８ｂに取り付けられている。また、第１センサ部２５は、図２においてはロッドエンド１７上に接着固定されると共に、押え金２０にボルト２０ａで取り付けられた取付座ステー２６上に取り付けられている。第１センサ部２５は、これらのうちの一つだけが設けられていればよい。

第１センサ部２５の固定方法は、上記ねじ固定や接着固定の他に、マグネット固定などを採用してもよい。第１センサ部２５は、例えば固定金型１、可動金型２、固定側入子３、可動側入子４、バルブボディ９、バルブガイド１０、バルブヘッドブロック１１、ベースブロック１５、間隔板１６、ロッドエンド１７、トッププレート１８、油圧シリンダ１９、及び押え金２０などの表面や内部に取り付けることができる。

そして、鋳造装置は、鋳造に関する各金型１，２やガス抜きバルブユニット３０、射出機構、真空ラインなどの各部の動作を統括的に制御すると共に、第１センサ部２５からのメインバルブ軸８の閉塞タイミングを示す検出信号に基づいて、金型のキャビティ５内で鋳造された製品の良否判定を行う良否判定機能を有する制御装置４０を備えている。

制御装置４０は、ＣＰＵ等の中央演算制御部の他に、オペレータの操作入力を受け付ける操作部４１と、各種情報を表示画面上に表示するモニタ４２と、上記検出信号に基づいて鋳造された製品の良否判定を行う判定部４３とを備えている。その他、制御装置４０は、スピーカなどの音声出力手段や、他の鋳造装置等とデータ通信を行う通信モジュールなどを備えている。

制御装置４０の良否判定機能は、具体的には、判定部４３によって、第１センサ部２５からの検出信号の信号波形に基づきメインバルブ軸８の閉塞タイミングを検知し、検知したメインバルブ軸８の閉塞タイミングと、ガス抜きバルブユニット３０による真空吸引が行われる鋳造装置における鋳造情報とを比較して、比較結果に基づき鋳造された製品の良否を判定することにより行われる。制御装置４０は、この判定結果に基づき、例えばロボットアーム等を制御して鋳造後の製品を不良品として取り除いたり、良品として加工ライン上に流したりすることで生産管理を行うようにしてもよい。

なお、鋳造情報は、例えば金型のキャビティ５内に溶湯を射出充填する射出機構の射出プランジャの射出ストローク、射出時間、射出速度や、例えば射出プランジャを駆動するシリンダ圧力に基づく鋳造圧力、真空ライン中の圧力センサにより得られる真空度などの少なくとも一つを含んでいる。また、制御装置４０のモニタ４２は、上記判定結果や検出信号の信号波形などを視認可能に表示し、例えば上記音声出力手段と共に報知手段を構成する。

ガス抜きバルブユニット３０が上述したように正常に動作しているときは、溶湯がメインバルブ８ａの下面に当たってメインバルブ軸８が閉塞する閉塞タイミングとなるが、真空吸引中の圧力バランスの崩れなどの何らかの原因により溶湯がメインバルブ８ａの下面に当たる前にメインバルブ軸８が閉塞してしまうと、いわゆる早閉まりという現象が発生してしまうこととなる。

この早閉まりが起こった場合は、そのとき鋳造された製品のほぼ全てに不具合が見受けられるため、制御装置４０の良否判定機能においては、判定部４３によって上記閉塞タイミングを判定することによって早閉まりの発生の有無を判断し、鋳造された製品の良否判定を行うようにしている。

図３〜図５は、本発明の第１の実施形態に係る製品の良否判定方法に用いられる検出信号の信号波形を示す図である。図３及び図４は、図２に示すようなロッドエンド１７上に配設された場合の加速度計からなる第１センサ部２５からの検出信号の信号波形を示し、図５は、油圧シリンダ１９の側面に配設された場合の加速度計からなる第１センサ部２５からの検出信号の信号波形を示している。

また、図３は、メインバルブ軸８の閉塞タイミングが正常状態のときの信号波形を示し、図４及び図５は、メインバルブ軸８の閉塞タイミングが早閉まり状態のときの信号波形を示している。

なお、図３〜図５において、波形Ｗ１は真空吸引力によってメインバルブ８ａが閉塞したタイミングを衝撃値として検出した第１センサ部２５による加速度値を示し、波形Ｗ２は射出プランジャの射出ストローク値を、波形Ｗ３は圧力計２４による真空度（圧力値）をそれぞれ示している。

図３に示すように、鋳造工程における閉塞タイミングが正常なときは、まず、溶湯の射出充填動作が開始されて、波形Ｗ２による射出ストローク値は低速で徐々に上昇する。その後、真空吸引が開始されると、真空吸引開始位置以降において波形Ｗ３による圧力値が急激に下降する。

そして、圧力値の下降が継続されながら射出ストローク値は低速区間を過ぎると高速速度開始位置において高速に切り替わり、溶湯の充填完了位置までの高速区間を一気に上昇する。この高速区間の終わり間近の充填完了位置の直前で、メインバルブ８ａが弁座９ａに当接してメインバルブ軸８が閉塞する。

これにより、メインバルブ８ａの当接時の衝撃の振動波の波形Ｗ１による加速度値が充填完了位置を含む前後の高速区間及び増圧工程の一部にかかる短い期間に検出される。

一方、図４及び図５に示すように、鋳造工程における閉塞タイミングが早閉まりのときは、充填完了位置辺りに波形Ｗ１による加速度値が検出されるが、これよりも前の真空吸引開始後の低速区間においても波形Ｗ１による加速度値が検出される。

図６は、良否判定方法における早閉まり判定条件を説明するための図である。早閉まり判定は、上述したように制御装置４０の判定部４３において検出信号の信号波形と鋳造情報とを比較することで行われる。図６における鋳造情報は、例えば射出プランジャの位置（射出ストローク）または射出時間、射出速度、鋳造圧力及び真空度である。なお、図６における波形Ｗ１は、早閉まりが発生したときの第１センサ部２５の検出信号の信号波形を示している。

図６に示すように、早閉まりの判定に際しては、制御装置４０の判定部４３は、まず、射出プランジャの位置（射出ストローク）または射出時間に関して、以下のｔ１〜ｔ６を検出する。
ｔ１：真空開始指令位置（設定値）または指令発生時間
ｔ２：真空度低下開始位置または低下開始時間
ｔ３：第１センサ部または第２センサ部のセンサ検知位置若しくは検知時間
ｔ４：高速開始位置（設定値または計測値）または開始時間
ｔ５：早閉まり検知設定位置または位置発生時間（早閉まり検知設定時間または時間発生位置）
ｔ６：充填完了位置または時間

なお、上記ｔ１及びｔ５は、例えば制御装置４０の操作部４１を用いて入力された設定値であり、ｔ４は、このように入力された設定値であっても、別途計測された計測値であってもよい。また、ｔ５については設定がある場合とない場合とがあり、ｔ５の設定がある場合にはその目的は、ｔ５を使用してメインバルブ８ａが誤動作により閉じてしまう位置（時間）を経験上予測し、早閉まりをより詳細に管理するためである。従って、ｔ５を設定する際の目安はメインバルブ８ａが閉じる位置（時間）の直後における任意の位置（時間）となる。

このようなｔ１〜ｔ６を用いて、以下のような判定条件を満たすか否かを判断し、製品の良否を判定する。
条件Ａ：Ｓ１（＝ｔ３−ｔ１）≦Ｓ２（＝ｔ４−ｔ１）
条件Ｂ：Ｓ１（＝ｔ３−ｔ１）≦Ｓ３（＝ｔ５−ｔ１）
条件Ｃ：Ｓ４（＝ｔ３−ｔ２）≦Ｓ５（＝ｔ４−ｔ２）
条件Ｄ：Ｓ４（＝ｔ３−ｔ２）≦Ｓ６（＝ｔ５−ｔ２）

ここで、条件Ａ及び条件Ｂは、真空開始指令位置（設定値）または指令発生時間のｔ１を基準とする場合の条件であり、条件Ａはｔ５を設定していない場合、条件Ｂはｔ５を設定している場合の条件である。また、条件Ｃ及び条件Ｄは、真空度を監視している場合であって、真空度低下開始位置又は低下開始時間のｔ２を基準とする場合の条件であり、条件Ｃはｔ５を設定していない場合、条件Ｄはｔ５を設定している場合の条件である。これら各条件Ａ〜Ｄのいずれかを満たす場合は、早閉まりが発生したと判断し、不良判定を行う。

次に、このような良否判定方法を含む鋳造工程について説明する。
図７及び図８は、良否判定方法を含む鋳造工程を示すフローチャートである。図９は、良否判定方法を含む鋳造工程にて良否判定に用いる信号波形を示す図である。

まず、第１センサ部２５を用いた場合は、図７に示すように、鋳造工程が開始されると、鋳造装置の油圧シリンダ１９を作動させてガス抜きバルブユニット３０（バルブボディ９の開口端）を固定側入子３及び可動側入子４の孔部２８にセットする（ステップＳ１００）。

次に、可動金型２を移動させて型閉めを行い（ステップＳ１０２）、バルブヘッドブロック１１の上室１１ｃ内に開エアを導入してバルブピストン１３及びメインバルブ軸８を下降させ、メインバルブ８ａを弁座９ａから離間させてメインバルブ８ａを開く（ステップＳ１０４）。

そして、射出スリーブに対して溶湯を注湯し（ステップＳ１０６）、射出プランジャの前進を開始してキャビティ５内への溶湯の射出を開始する（ステップＳ１０８）。また、射出の開始と同時に、図８に示すように、制御装置４０の判定部４３においては、第１センサ部２５の検出信号の信号波形の採取を開始し（ステップＳ１３０）、鋳造と同時並行的に製品の良否判定処理を実行する。この良否判定処理については後述する。

なお、射出を開始したら、真空ラインによる真空吸引を開始し（ステップＳ１１０）、鋳造を行う。鋳造か完了したら、可動金型２を移動させて型開きを行い（ステップＳ１１２）、油圧シリンダ１９を作動させてガス抜きバルブユニット３０を孔部２８から引き抜く（ステップＳ１１４）。

引き抜きによりメインバルブ８ａが開き（ステップＳ１１６）、弁閉状態から弁開状態となったガス抜きバルブユニット３０では、ポート９ｃから弁室９ｂ内にエアが導入されてメインバルブ８ａと弁座９ａとの間から排出されるエアブローが行われ（ステップＳ１１８）、その後にメインバルブ８ａが閉じられる（ステップＳ１２０）。

こうして、１サイクル分の鋳造が終了し、次のサイクルを実行するか否かの判断が行われる（ステップＳ１２２）。次のサイクルを実行すると判断された場合（ステップＳ１２２のＹｅｓ）は、上記ステップＳ１００に移行して以降の処理を繰り返すと共に、次のサイクルを実行しないと判断された場合（ステップＳ１２２のＮｏ）は、本フローチャートによる鋳造工程を完全に終了する。

一方、上記のように信号波形の採取を開始したら、例えば得られた各種信号の波形を制御装置４０のモニタ４２の表示画面上に表示しつつ、まず、真空ラインにおける圧力計２４の設置の有無を判断する（ステップＳ１３２）。圧力計２４の設置がないと判断した場合（ステップＳ１３２のＮｏ）は、この場合における良否判定に必要なデータの採取を行う（ステップＳ１３４）。

ここで採取されるデータは、上述したように、例えば射出ストローク、射出時間、射出速度、鋳造圧力のデータと共に第１センサ部２５の検出信号の検出値のデータである。そして、データと設定値とを抽出し（ステップＳ１３６）、抽出した設定値にｔ５の設定があるか否かを判断する（ステップＳ１３８）。なお、ステップＳ１３６にて抽出されるデータと設定値は、上記ｔ１、ｔ３、ｔ４、ｔ５である。

ｔ５の設定がないと判断した場合（ステップＳ１３８のＮｏ）は、上記条件Ａを満たすか否かを判断する（ステップＳ１４０）。また、ｔ５の設定があると判断した場合（ステップＳ１３８のＹｅｓ）は、上記条件Ｂを満たすか否かを判断する（ステップＳ１４２）。

一方、圧力計２４の設置があると判断した場合（ステップＳ１３２のＹｅｓ）は、この場合における良否判定に必要な真空度を含めたデータの採取を行う（ステップＳ１４６）。ここで採取されるデータは、例えば射出ストローク、射出時間、射出速度、鋳造圧力、第１センサ部２５の検出信号の検出値のデータと共に真空度（圧力値）のデータである。

そして、上記ステップＳ１３６と同様にデータと設定値とを抽出し（ステップＳ１４８）、抽出した設定値にｔ５の設定があるか否かを判断する（ステップＳ１５０）。なお、ステップＳ１４８にて抽出されるデータと設定値は、上記ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５である。

ｔ５の設定がないと判断した場合（ステップＳ１５０のＮｏ）は、上記条件Ｃを満たすか否かを判断する（ステップＳ１５２）。また、ｔ５の設定があると判断した場合（ステップＳ１５０のＹｅｓ）は、上記条件Ｄを満たすか否かを判断する（ステップＳ１５４）。

そして、いずれのステップＳ１４０、Ｓ１４２、Ｓ１５２、Ｓ１５４においても、それぞれの条件Ａ〜Ｄを満たさないと判断した場合（ステップＳ１４０のＮｏ、Ｓ１４２のＮｏ、Ｓ１５２のＮｏ、Ｓ１５４のＮｏ）は、図９に示すような正常時の波形Ｗ１が得られてメインバルブ８ａの早閉まりが発生せず、鋳造された製品が良品であるとして、良判定が行われ（ステップＳ１４４）、上記ステップＳ１２２に移行する。

一方、いずれかのステップＳ１４０、Ｓ１４２、Ｓ１５２、Ｓ１５４において、それぞれの条件Ａ〜Ｄを満たすと判断した場合（ステップＳ１４０のＹｅｓ、Ｓ１４２のＹｅｓ、Ｓ１５２のＹｅｓ、Ｓ１５４のＹｅｓ）は、図９に示すような早閉まり時の波形Ｗ１が得られてメインバルブ８ａの早閉まりが発生したので、鋳造された製品は不良品であるとして、不良判定と共に報知処理が行われ（ステップＳ１５６）、更に連続鋳造を続行するかどうかの判定が行われる。連続鋳造の判断は、不良判定が連続で発生した等の判断条件を予め制御装置４０に設定することにより行われる。連続鋳造を続行すると判断した場合（ステップＳ１５８のＹｅｓ）は、上記ステップＳ１２２に移行し、連続鋳造を続行しないと判断した場合（ステップＳ１５８のＮｏ）は、本フローチャートによる鋳造工程を終了する。

報知処理は、例えば不良判定がなされた場合に、各種信号の波形を表示している制御装置４０のモニタ４２の表示画面上に、判定結果が不良である旨を文字、画像、図形、記号等を用いて視認可能に表示することにより行われる。その他、報知処理は、上述した音声出力手段を用いて不良である旨を聴覚により確認（聴認）可能に出力したり、他の鋳造装置や生産ライン中央制御装置等に不良である旨を報知可能にデータ出力したりすることにより行われる。

なお、不良判定時には、制御装置４０の生産管理機能によって、例えば型開き後に取り出された製品は次工程の加工ラインなどに流さずにロボット等を用いて除外する。このように、第１センサ部２５を用いた場合には、図９に示すような波形に基づきメインバルブ８ａの閉塞に伴うメインバルブ軸８の閉塞タイミングを検知して、良否判定を行うことが可能となる。

［第２の実施形態］
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る鋳造装置のガス抜きバルブユニットの主要部分を示す断面図であり、側面から見た断面図と真空回路図である。なお、以降において、既に説明した部分と重複する箇所については同一の符号を附して説明を割愛する。本実施形態においては、図１０に示すように、検出手段として第２センサ部２７が設けられている。

第２センサ部２７は、バルブボディ９、バルブガイド１０又はバルブヘッドブロック１１内に配設された近接センサやレーザ変位計からなり、図１０においては、バルブヘッドブロック１１の上室１１ｃの上壁面に、バルブピストン１３の上面と対向するように配設されている。

なお、第２センサ部２７は、その他、例えば上室１１ｃの側壁面に配設されていてもよい。図１０に示した第２センサ部２７は非接触型であるが、接触型であってもよく、接触型である場合はバルブピストン１３やメインバルブ軸８の進退動作を阻害しない構造であればよい。

図１１〜図１３は、本発明の第２の実施形態に係る製品の良否判定方法に用いられる検出信号の信号波形を示す図であり、図１０に示すようなバルブヘッドブロック１１の上室１１ｃ内の上壁面に配設された場合の近接センサからなる第２センサ部２７からの検出信号の信号波形を示している。

また、図１１は、メインバルブ軸８の閉塞タイミングが正常状態のときの信号波形を示し、図１２は、メインバルブ軸８の閉塞タイミングが早閉まり状態のときの信号波形を示している。また、図１３は、メインバルブ軸８の閉塞タイミングが検出不能のときの信号波形を示している。なお、図１１〜図１３において、波形Ｗ４は近接センサ信号を示している。

図１１に示すように、閉塞タイミングが正常なときは、射出充填動作が開始されて波形Ｗ４による近接センサ信号はＯＦＦであるが波形Ｗ２による射出ストローク値は徐々に低速で上昇する。そして、真空吸引開始位置以降において波形Ｗ３による圧力値が急激に下降する。

その後は、上述したように充填完了位置の直前でメインバルブ８ａが弁座９ａに当接してメインバルブ軸８が閉塞し、バルブピストン１３の上面が第２センサ部２７に近付く。これにより、波形Ｗ４による近接センサ信号はＯＮとなる。

一方、図１２に示すように、閉塞タイミングが早閉まりのときは、充填完了位置よりも前の真空吸引開始後の低速区間において波形Ｗ４による近接センサ信号がＯＮとなる。なお、図１３に示すように、真空吸引開始位置以前から充填完了位置以降における期間において、波形Ｗ４による近接センサ信号がＯＦＦのままである場合がある。

この場合は、メインバルブ８ａと弁座９ａとの間から弁室９ｂ内に溶湯が浸入し、メインバルブ８ａが閉塞しない状態であるバルブ戻り不良が起こり、アルミ等の詰まりが発生したことを示している。第２センサ部２７を用いた場合は、このアルミ等の溶湯の詰まりの発生を、早閉まりとは別の不具合として判定することができる。

図１４は、良否判定方法における早閉まり判定条件を説明するための図であり、波形Ｗ４は、早閉まりが発生したときの第２センサ部２７の検出信号の信号波形を示している。図１４に示すｔ１〜ｔ６は、図６に示すｔ１〜ｔ６と同様であり、条件Ａ〜条件Ｄの判定条件も、上述した通りである。

図１５は、良否判定方法を含む鋳造工程の一部を示すフローチャートであり、図１６は、良否判定方法を含む鋳造工程にて良否判定の用いられる信号波形を示す図である。
ここで、第２センサ部２７を用いた場合の鋳造工程について説明する。なお、第２センサ部２７を用いた場合の鋳造工程は、上述した第１センサ部２５を用いた場合の鋳造工程とほぼ同様となるため、ここでは異なる部分について説明する。すなわち、上記ステップＳ１３４にて採取されるデータ及びステップＳ１４６にて採取されるデータのうち、検出値のデータは第２センサ部２７の検出信号によるものである。

そして、ステップＳ１３６及びＳ１４８にてそれぞれデータと設定値を抽出した後に、図１５に示すように、第２センサ部２７からの検出信号がＯＮになり検知があったか否かが判断される（ステップＳ１６０及びＳ１６２）。これらステップＳ１６０及びＳ１６２にて検知があったと判断した場合（ステップＳ１６０のＹｅｓ、Ｓ１６２のＹｅｓ）は、それぞれ上記ステップＳ１３８及びＳ１５０へ移行して以降の処理を実行する。

一方、ステップＳ１６０及びＳ１６２にて検知がなかったと判断した場合（ステップＳ１６０のＮｏ、Ｓ１６２のＮｏ）は、図１６に示すような詰まり発生時の波形Ｗ４が得られてメインバルブ８ａが弁閉状態とならない詰まりが発生したので、鋳造された製品は詰まりによる不良品であるとして詰まり発生判定と共に報知処理が行われ（ステップＳ１６４）、鋳造工程を完全に終了する。

なお、ここでの報知処理は、上記ステップＳ１５６における報知処理と同様に行われる。このように、第２センサ部２７を用いた鋳造工程においては、メインバルブ８ａの早閉まりの発生の判定のみならず、メインバルブ８ａと弁座９ａとの間や弁室９ｂ内への溶湯冷却後の凝固物などの詰まりの発生の判定を行うことが可能となる。

以上述べたように、本実施形態においては、鋳造サイクル毎にガス抜きバルブユニット３０のメインバルブ８ａの早閉まりや詰まりによる鋳造不良を、第１及び第２センサ部２５，２７の少なくとも一つからの検出信号に基づいて、メインバルブ８ａが弁座９ａを閉塞したタイミングを検知することで確実に判定することができる。また、このように鋳造された製品の良否を確実に判定することができるので、この判定結果を用いて生産管理を行うことも可能となる。なお、検出手段としては、第１センサ部２５及び第２センサ部２７を併用するようにしてもよい。

１ 固定金型
２ 可動金型
３ 固定側入子
４ 可動側入子
５ キャビティ
６ ベントランナ
７ バイパス
８ メインバルブ軸
８ａ メインバルブ
９ バルブボディ
９ａ 弁座
９ｂ 弁室
９ｃ ポート
１０ バルブガイド
１０ａ 内孔
１１ バルブヘッドブロック
１１ａ，１１ｂ 内孔
１１ｃ 上室
１１ｄ 下室
１２ Ｏリング
１３ バルブピストン
１９ 油圧シリンダ
２４ 圧力計
２５ 第１センサ部
２７ 第２センサ部
３０ ガス抜きバルブユニット
４０ 制御装置
４１ 操作部
４２ モニタ
４３ 判定部

Claims (10)

1. 弁座を有するバルブ本体と、
   前記バルブ本体の弁座を開閉する弁体とを有し、
   金型のキャビティに連通するベントランナの上方に接続されて前記弁体と弁座とが開状態であるときに前記金型のキャビティ内のガスを真空吸引により排出する真空バルブ方式のガス抜きバルブユニットを備えた鋳造装置において、
   前記弁体が前記弁座を閉塞したときの前記弁体と前記弁座の当接により発生する振動波に基づいて前記弁体の閉塞タイミングを検出する検出手段と、
   前記検出手段からの検出信号に基づいて、前記閉塞タイミングが正常なタイミングよりも早い早閉まり現象の発生の有無を判断し、前記金型のキャビティ内で鋳造された製品の良否を判定する判定手段とを備えた
   ことを特徴とする鋳造装置。
2. 前記検出手段からの検出信号に基づいて、前記閉塞タイミングを示す情報を表示する表示手段を更に備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の鋳造装置。
3. 前記ガス抜きバルブユニットは、
   筒状に形成されて壁面にガスの排出孔を有し、軸方向の下端に前記弁座を有する前記バルブ本体と、
   前記バルブ本体の内側を進退自在に設けられた弁棒と、
   前記弁棒の下端部に設けられて前記弁棒の進退動により前記弁座を開閉する前記弁体と、
   前記弁棒の上端部に設けられ前記バルブ本体の上端側の内孔と摺動自在に嵌合するバルブピストンとを有する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の鋳造装置。
4. 前記検出手段は、前記振動波を検出する加速度計、振動計又は計測用マイクロフォンである
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の鋳造装置。
5. 前記判定手段は、前記金型のキャビティ内に溶湯を射出充填する射出プランジャの射出ストローク、射出時間、射出速度、鋳造圧力及び真空度の少なくとも一つの鋳造情報と、前記閉塞タイミングとを比較して、前記鋳造された製品の良否を判定することを特徴とする請求項１記載の鋳造装置。
6. 前記表示手段は、前記検出手段の検出信号と共に、前記金型のキャビティ内に溶湯を射出充填する射出プランジャの射出ストローク、射出時間、射出速度、鋳造圧力及び真空度の少なくとも一つの鋳造情報を表示する
   ことを特徴とする請求項２記載の鋳造装置。
7. 弁座を有するバルブ本体と、前記バルブ本体の弁座を開閉する弁体とを有し、金型のキャビティに連通するベントランナの上方に接続されて前記弁体と弁座とが開状態であるときに前記金型のキャビティ内のガスを真空吸引により排出する真空バルブ方式のガス抜きバルブユニットを備えた鋳造装置における鋳造された製品の良否判定方法において、
   前記弁体が前記弁座を閉塞したときの前記弁体と前記弁座の当接により発生する振動波に基づいて前記弁体が前記弁座を閉塞したタイミングを検出手段により検出する検出工程と、
   前記検出手段により検出された前記弁体が前記弁座を閉塞したタイミングを示す検出信号に基づいて、前記タイミングが正常なタイミングよりも早い早閉まり現象の発生の有無を判断し、前記金型のキャビティ内で鋳造された製品の良否を判定手段によって判定する判定工程とを備えた
   ことを特徴とする製品の良否判定方法。
8. 前記検出手段により検出された前記弁体が前記弁座を閉塞したタイミングを表示手段によって表示する表示工程を更に備えた
   ことを特徴とする請求項７記載の製品の良否判定方法。
9. 前記判定工程は、前記金型のキャビティ内に溶湯を射出充填する射出プランジャの射出ストローク、射出時間、射出速度、鋳造圧力及び真空度の少なくとも一つの鋳造情報と、前記閉塞したタイミングとを比較して、前記鋳造された製品の良否を判定する
   ことを特徴とする請求項７又は８記載の製品の良否判定方法。
10. 前記表示工程は、前記検出手段の検出信号と共に、前記金型のキャビティ内に溶湯を射出充填する射出プランジャの射出ストローク、射出時間、射出速度、鋳造圧力及び真空度の少なくとも一つの鋳造情報を表示する
    ことを特徴とする請求項８記載の製品の良否判定方法。

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