JP6459804B2

JP6459804B2 - 溶湯の液面検知装置

Info

Publication number: JP6459804B2
Application number: JP2015131914A
Authority: JP
Inventors: 亮菊池; 高嗣冨田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: JP2017015537A

Description

本発明は、溶湯の液面高さを検知するための、溶湯の液面検知装置に関する。

従来、ダイカスト鋳造装置においては、金型に設けた射出スリーブに定量の溶湯（溶融金属）を給湯し、その後油圧により駆動されるプランジャの先端に設けたプランジャチップで射出スリーブ内に充填した溶湯を金型のキャビティ内に送り込むことで、ダイカスト鋳造が行われている（特許文献１参照）。

このようなダイカスト鋳造装置では、例えば溶湯保持炉に貯溜された溶湯を電磁ポンプを用いて射出スリーブに充填し、溶湯を電磁ポンプを用いて射出スリーブに供給する際に、溶湯保持炉内の液面高さを検知して電磁ポンプの駆動力にフィードバックすることで、溶湯の供給量を一定に制御するように構成されたものがある。
この場合、溶湯の供給量を一定に制御するためには、溶湯の液面高さを正確に検知することが重要であり、溶湯保持炉内における溶湯の液面高さの検知は、例えば液面レベルセンサーを用いて行われている。

また、液面高さを検知する液面レベルセンサーとしては、例えば特許文献２に開示されるように、溶湯保持炉内に貯溜される溶湯の液面に浮かぶフロートと、前記フロートに連結され、前記溶湯保持炉の上面に形成される貫通孔を通じて前記溶湯保持炉の上方に延出するフロート軸（垂直棒）とを備え、前記フロート軸の上端の上下位置を計測することにより、溶湯の液面高さを検知するように構成されたものが知られている。

特開２０１２−２２３７７９号公報特開昭６４−７５１４２号公報

前述のように、溶湯の液面に浮かぶフロートを液面レベルセンサーとして用いた場合、溶湯の液面高さの変化に伴ってフロートおよびフロート軸が上下方向に移動し、フロート軸が溶湯保持炉上面の貫通孔内を摺動することとなるが、フロート軸が前記貫通孔内を摺動する際には、貫通孔の内周面に接触しながら摺動することがある。
このように、フロート軸が貫通孔の内周面に接触しながら摺動する場合、フロート軸と貫通孔の内周面との間の摺動抵抗によりフロート軸の上下動が妨げられて、フロートが液面高さの変化に良好に追従せずに、溶湯の液面高さを正確に検知できないおそれがある。

そこで、本発明においては、液面レベルセンサーとしてフロートを用いた場合であっても、フロートが溶湯の液面高さの変化に良好に追従して、溶湯の液面高さを正確に検知することができる溶湯の液面検知装置を提供するものである。

上記課題を解決する溶湯の液面検知装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、溶湯の液面検知装置は、溶湯の液面に浮かぶフロート、および前記フロートから上方へ延出するフロート軸を具備する検知子と、前記フロート軸が挿通されるガイド孔を有し、前記ガイド孔の内周面により前記フロート軸をガイドすることにより、前記検知子を起立姿勢に保持するガイド部材と、前記検知子の高さ位置を計測することにより前記溶湯の液面高さを検知する検知手段を備え、前記ガイド孔の内周面に、凹部が形成されているものである。

本発明によれば、フロートが溶湯の液面高さの変化に良好に追従して、溶湯の液面高さを正確に検知することが可能となる。

溶湯の液面検知装置を備えたダイカスト鋳造装置を示す側面断面図である。溶湯の液面検知装置を示す側面断面図である。溶湯の液面検知装置におけるガイド部材の内周面を示す展開図である。ガイド部材の内周面の第二の実施例を示す展開図である。ガイド部材の内周面の第三の実施例を示す展開図である。フロート軸の軸心とガイド孔の軸心とが平行な状態で、フロート軸がガイド孔の内周面と接触した様子を示す側面断面図である。フロート軸のガイド孔に対する傾斜角度が最大になったときの、フロート軸とガイド孔の内周面との接触状態を示す側面断面図である。ガイド孔の内周面に凹部が形成されていないガイド部材を具備する溶湯の液面検査装置を示す側面断面図である。ガイド孔の内周面に凹部が形成されていないガイド部材を具備する溶湯の液面検査装置において、フロート軸の軸心とガイド孔の軸心とが平行な状態で、フロート軸がガイド孔の内周面と接触した様子を示す側面断面図である。ガイド孔の内周面に凹部が形成されていないガイド部材を具備する溶湯の液面検査装置における、フロート軸のガイド孔に対する傾斜角度が最大になったときの、フロート軸とガイド孔の内周面との接触状態を示す側面断面図である。炉蓋の傾斜角度による検知子の引き上げ力の変化を測定するための試験装置を示す側面断面図である。炉蓋の傾斜角度と検知子の引き上げ力との関係を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。

図１に示すダイカスト鋳造装置１は、本発明に係る溶湯の液面検知装置を備えた溶湯保持炉を具備するダイカスト鋳造装置の実施形態である。
ダイカスト鋳造装置１は、キャビティ１１が形成される金型１０と、金型１０に付設される略円筒形状の射出スリーブ２０と、射出スリーブ２０に摺動自在に挿通される射出チップ３０と、溶湯５を内部に貯溜する溶湯保持炉５０と、溶湯保持炉５０内の溶湯５を射出スリーブ２０に供給するための電磁ポンプ４０とを備えている。

溶湯保持炉５０は、貯溜する溶湯５の液面高さを検知するための液面検知装置６０を備えている。また、溶湯保持炉５０は上方の開口部を炉蓋５１により閉塞されており、溶湯５を大気から遮断した状態で貯溜している。
溶湯保持炉５０内に貯溜される溶湯５は、アルミニウム等の溶湯金属である。また、溶湯保持炉５０および炉蓋５１は耐火材にて構成されている。

電磁ポンプ４０は、その一端部が溶湯保持炉５０内の溶湯５に挿入されており、射出制御と連動して電磁力により溶湯５を汲み上げるものである。
電磁ポンプ４０の他端部には給湯管４１・４２が接続されており、電磁ポンプ４０により汲み上げた溶湯５を、給湯管４１・４２を介して射出スリーブ２の内部に供給するように構成している。
給湯管４１・４２は互いに接続されており、給湯管４１は給湯管４２の上方に配置されている。そして、給湯管４１の上端部が電磁ポンプ４０の他端部に接続され、給湯管４２の下端部が射出スリーブ２０の給湯口６へ臨むように配置されている。

給湯管４１・４２は、中継管４３を介して射出スリーブ２０に連結されている。具体的には、中継管４３は、振動吸収部である蛇腹構造のベローズ４３ａと、ベローズ４３ａの下方に接続される断熱部材４３ｂとを有しており、断熱部材４３ｂの下端部が射出スリーブ２０に接続され、ベローズ４３ａの上端部により上側給湯管４１と下側給湯管４２との接続部分を支持することにより、給湯管４１・４２と射出スリーブ２０とを連結している。
このように、給湯管４１・４２を、中継管４３を介して射出スリーブ２０と連結することで、給湯管４２の下端部を給湯口２１に接触させることなく給湯管４１・４２と射出スリーブ２０とを連結することができ、射出スリーブ２０の変位や振動をベローズ４３ａにより吸収して、当該変位や振動が給湯管４１・４２へ伝達されることを防止できる。

射出スリーブ２０には、電磁ポンプ４０により汲み上げられた溶湯５が、給湯管４２の下端部から給湯口２１を通じて供給される。
この場合、中継管４３の射出スリーブ２０との接続部および給湯管４１・４２との接続部はシールされており、給湯口２１は中継管４３により全体的に覆われているため、給湯管４１・４２から給湯口２１を通じて射出スリーブ２内に供給される溶湯５が大気に触れることがない。

射出スリーブ２０に挿通される射出チップ３０は、エアシリンダや油圧シリンダ等からなる図示せぬアクチュエータによって、射出スリーブ２０内を軸心方向へ進退するように制御されている。

金型１のキャビティ１１は射出スリーブ２０と連通されており、射出スリーブ２０内に供給された溶湯５が射出チップ３０により押し出されると、押し出された溶湯５がキャビティ１１内に射出されることとなる。
金型１０には、キャビティ１１と連通し、キャビティ１１内の空気を吸引するための吸引口１２が設けられており、キャビティ１１と吸引口１２を結ぶ経路にはシャットバルブ１３が設けられている。吸引口１２は減圧手段に接続されており、減圧手段によりキャビティ１１内を減圧可能となっている。

このように構成されるダイカスト装置１においては、減圧手段によりキャビティ１１内を減圧した状態で、電磁ポンプ４０により溶湯保持炉５０から給湯管４１・４２を介して射出スリーブ２０の内部に供給した溶湯５を、射出チップ３０により金型１０側へ押し出してキャビティ１１内へ射出することにより、ダイカスト鋳造が行われる。

次に、溶湯保持炉５０に設けられる溶湯５の液面検知装置６０について説明する。
図１、図２に示すように、液面検知装置６０は、溶湯５の液面に浮かぶフロート６１ａ、フロート６１ａから上方へ延出するフロート軸６１ｂ、およびフロート軸６１ｂの上端部に形成される検知面６１ｃを具備する検知子６１と、フロート軸６１ｂが挿通されるガイド孔６３を有し、ガイド孔６３の内周面によりフロート軸６１ｂをガイドすることにより、検知子６１を起立姿勢に保持するガイド部材６２と、検知子６１における検知面６１ｃの高さ位置を計測することにより溶湯５の液面高さを検知する検知手段であるレーザ変位計６７とを備えている。

検知子６１のフロート６１ａは上下途中部に最大径部を有しており、前記最大径部より下部が最大径部から下方へいくに従って縮径する円錐台形状に形成され、前記最大径部より上部が最大径部から上方へいくに従って縮径する円錐台形状に形成されている。フロート６１ａの下部に位置する円錐台形状部分の上下寸法は、上部に位置する円錐台形状の上下寸法よりも大きく形成されている。
フロート６１ａは、例えばセラミック材にて構成されており、内部に重り部材６６が埋設されている。重り部材６６は、フロート６１ａの下部に位置する円錐台形状部分に埋設されており、フロート６１ａを構成するセラミック材よりも高い比重を有する部材にて構成されている。

検知子６１のフロート軸６１ｂは、例えばオーステナイト系のステンレス材にて構成された棒状部材であり、上下方向に沿って配置されている。フロート軸６１ｂの下端部はフロート６１ａに連結され、上端部は溶湯保持炉５０の上方外部へ延出している。
検知子６１の検知面６１ｃは、フロート軸６１ｂの上端に形成された、フロート軸６１ｂの軸径よりも大径の円板状部の上面である。検知面６１ｃが形成される前記円板状部も、例えばオーステナイト系のステンレス材にて構成されている。

ガイド部材６２は、軸心方向に貫通するガイド孔６３を有した略円筒状部材であり、例えばオーステナイト系のステンレス材にて構成されている。ガイド部材６２は、溶湯保持炉５０の炉蓋５１に形成される貫通孔５１ａに嵌装されている。
ガイド部材６２は、軸心を上下方向（炉蓋５１の板面と直交する方向）に向けた姿勢で貫通孔５１ａに嵌装されており、ガイド部材６２の軸心方向の長さ寸法Ｌは、炉蓋５１の厚み寸法Ｄよりも大きく形成されている。ガイド部材６２の上端は炉蓋５１の上面と面一となっており、ガイド部材６２の下端部は炉蓋５１の下面よりも下方に突出している。

ガイド部材６２のガイド孔６３の内径Φ２は、フロート軸６１ｂの外径Φ１よりも大きく形成されており、ガイド孔６３にはフロート軸６１ｂが摺動自在に挿通されている。
ガイド孔６３の内周面６３ａには凹部６４が形成されている。凹部６４は内周面６３ａの周方向に沿って円環状に形成されており、凹部６４の内径Φ３はガイド孔６３の内径Φ２よりも大きく形成されている。

図３に示すように、凹部６４はガイド孔６３の軸心方向に沿って断続的に複数形成されており、ガイド孔６３の内周面６３ａにおいては、凹部６４が形成されていない部分と凹部６４が形成されている部分とが、軸心方向に沿って交互に現れる。
本実施形態においては、内周面６３ａにおける凹部６４が形成されていない部分は、３箇所に存在している。

図３に示した内周面６３ａに形成される凹部６４は円環状に形成されているが、必ずしも円環状に形成する必要はなく、内周面６３ａにおける凹部６４が形成されていない部分が、内周面の周方向の全ての位相において、ガイド孔６３の軸心方向における複数箇所に断続的に出現するように形成されていればよい。
例えば、図４に示すように、内周面６３ａの展開図において、内周面６３ａにおける凹部６４が形成されていない部分が、矩形状に形成され、周方向および軸心方向へ千鳥状に配置されるように、凹部６４を形成することもできる。
また、図５に示すように、内周面６３ａの展開図において、内周面６３ａにおける凹部６４が形成されていない部分が、円形状に形成され、周方向および軸心方向へ千鳥状に配置されるように、凹部６４を形成することもできる。

内周面６３ａに形成される凹部６４の内径Φ３は、ガイド孔６３の内径Φ２よりも大きく形成されているため、ガイド孔６３に挿通されたフロート軸６１ｂは、内周面６３ａにおける凹部６４が形成されていない部分にのみ接触可能となっており、内周面６３ａにおける凹部６４が形成されている部分（即ち凹部６４の内周面６４ａ）には接触しない。
従って、凹部６４が形成されたガイド孔６３においては、ガイド孔６３に凹部６４を形成しない場合に比べて、ガイド孔６３内を摺動するフロート軸６１ｂが接触可能な内周面６３ａの面積が少なくなっている。

ガイド孔６３の内径Φ２はフロート軸６１ｂの外径Φ１よりも大きく形成されているため、ガイド孔６３の内周面６３ａとフロート軸６１ｂの外周面との間には所定のクリアランスが形成されることとなり、フロート軸６１ｂは、ガイド孔６３の軸心方向と直交する方向に、前記クリアランスの範囲内で移動することが可能である。また、フロート軸６１ｂは、フロート軸６１ｂの軸心が、前記クリアランスの範囲内でガイド孔６３の軸心方向に対して傾斜可能となっている。

そして、図６に示すように、フロート軸６１ｂの軸心とガイド孔６３の軸心とが平行な状態で、フロート軸６１ｂがガイド孔６３の内周面６３ａと接触すると、フロート軸６１ｂは、内周面６３ａにおける凹部６４が形成されていない部分に、軸心方向の上端側から下端側にかけて全体的に接触することとなる。
一方、図７に示すように、フロート軸６１ｂの軸心が、前記クリアランスの範囲内でガイド孔６３の軸心方向に対して最大に傾斜した場合、つまりガイド孔６３に挿通されたフロート軸６１ｂの、ガイド孔６３に対する傾斜角度θが最大になったときには、フロート軸６１ｂは、内周面６３ａにおける凹部６４が形成されていない部分のうち、最も上方に位置する部分と、最も下方に位置する部分とのみに接触することとなる。

フロート軸６１ｂがガイド孔６３に対して傾斜し、フロート軸６１ｂが内周面６３ａにおける凹部６４が形成されていない部分の最も上方に位置する部分と、最も下方に位置する部分とのみに接触した場合、ガイド孔６３とフロート軸６１ｂとのクリアランスが大きく、フロート軸６１ｂのガイド孔６３に対する傾斜角度θが大きくなりすぎると、フロート軸６１ｂとガイド孔６３との間にかじりが生じて、フロート軸６１ｂがガイド孔６３内を円滑に摺動できなくなるおそれがある。
従って、フロート軸６１ｂの外径Φ１およびガイド孔６３の内径Φ２、ならびに内周面６３ａの凹部６４が形成されていない部分のうち最も上端に位置する箇所から、内周面６３ａの凹部６４が形成されていない部分のうち最も下端に位置する箇所までの寸法Ｌｔを、フロート軸６１ｂのガイド孔６３に対する傾斜角度θが最大になったときに、フロート軸６１ｂとガイド孔６３との間にかじりが生じない程度の大きさとなるような寸法に設定することが好ましい。

前述のように構成される検知子６１は、検知子６１を起立姿勢とし、フロート６１ａを溶湯５の液面に浮かべると、例えばフロート６１ａの下部に位置する円錐台形状部分が溶湯５内に沈み込み、フロート６１ａの上部に位置する円錐台形状部分が溶湯５の液面よりも上方に突出するように構成されている。
また、フロート６１ａが溶湯５の液面ガイド部材６２に浮かんだ起立姿勢の検知子６１は、重心位置が高くて完全には自立することができないため、液面検知装置６０においては、フロート軸６１ｂをガイド孔６３に挿通して、ガイド孔６３の内周面６３ａによりフロート軸６１ｂをガイドすることにより、検知子６１の起立姿勢を保持している。つまり、ガイド孔６３の内周面６３ａを有するガイド部材６２は、フロート軸６１ｂの外周部に配置されるガイド部材であり、ガイド部材６２の内周面６３ａがフロート軸６１ｂのガイド面となっている。

ここで、検知子６１の起立姿勢とは、フロート６１ａが検知子６１の下端部に位置するとともに、フロート軸６１ｂの軸心が上下方向に沿った状態となる姿勢である。但し、フロート軸６１ｂは必ずしも完全な垂直姿勢である必要はなく、ガイド孔６３ａに対して、ガイド孔６３ａとのクリアランスの範囲内で傾斜した姿勢である場合も含む。

レーザ変位計６７は、検知子６１の上方に配置されており、検知面６１ｃに向けてレーザ光を照射し、検知面６１ｃで反射した反射光を受光することで、検知面６１ｃの高さ位置を計測し、計測した検知面６１ｃの高さ位置に基づいて溶湯５の液面高さを検知するように構成されている。
また、ダイカスト鋳造装置１においては、レーザ変位計６７により検知した溶湯５の液面高さを電磁ポンプ４０にフィードバックして、電磁ポンプ４０による溶湯５の汲み上げ量を制御するようにしている。

レーザ変位計６７により溶湯５の液面高さを検知する場合、溶湯５の液面高さの変化に伴って検知子６１が上下動するが、検知子６１が上下動する際に、フロート軸６１ｂがガイド孔６３の内周面６３ａに接触した場合、たとえ軸心方向の上端側から下端側にかけて全体的に接触したとしても、内周面６３ａには凹部６４が形成されているため、フロート軸６１ｂが実際に接触する内周面６３ａにおける凹部６４が形成されていない部分の面積は小さくなり、フロート軸６１ｂとガイド孔６３との間に生じる摺動抵抗は小さいものとなる。
従って、フロート軸６１ｂの上下動が妨げられることがなく、検知子６１は溶湯５の液面高さの変化に良好に追従することができ、レーザ変位計６７による溶湯５の液面高さの検知を正確に行うことが可能となっている。

一方、フロート軸６１ｂをガイドするガイド部材が、図８に示すような、ガイド孔１６３の内周面１６３ａに凹部が形成されていないガイド部材１６２であった場合は、例えばフロート軸６１ｂの軸心とガイド孔１６３の軸心とが平行な状態で、フロート軸６１ｂがガイド孔１６３の内周面１６３ａと接触すると、図９に示すようにフロート軸６１ｂが内周面１６３ａの上端側から下端側にかけて全体的に接触する。この場合、フロート軸６１ｂは、内周面１６３ａの上端から下端までの全範囲において接触することとなり、フロート軸６１ｂと内周面１６３ａとの接触面積は、凹部６４を形成した内周面６３ａの場合に比べて大きくなる。従って、フロート軸６１ｂが内周面１６３ａに全体的に接触すると、フロート軸６１ｂとガイド孔１６３との間に生じる摺動抵抗が大きくなって、検知子１６１が溶湯５の液面高さの変化に良好に追従できなくなるおそれがある。
このようなことから、本実施形態においては、前述のように、ガイド孔６３の内周面６３ａに凹部６４を形成し、フロート軸６１ｂと内周面６３ａとの接触面積を減少させて、フロート軸６１ｂとガイド孔６３との間に生じる摺動抵抗を小さくすることにより、検知子６１を溶湯５の液面高さの変化に良好に追従できるようにしている。

なお、図１０に示すように、ガイド孔１６３の内周面１６３ａに凹部が形成されていないガイド部材１６２の場合、フロート軸６１ｂとガイド孔１６３とのクリアランスの範囲内で、フロート軸６１ｂの軸心がガイド孔１６３の軸心方向に対して最大に傾斜した場合には、フロート軸６１ｂは、内周面１６３ａの最も上方に位置する部分と、最も下方に位置する部分とのみに接触することとなる。

また、ガイド孔６３の内周面６３ａにおいては、少なくとも凹部６４が形成されていない部分、即ちフロート軸６１ｂが接触する部分に窒化処理（ＳＰ処理）を施して、当該内周面６３ａの摩擦係数を低減させ、内周面６３ａにフロート軸６１ｂが接触した場合の、フロート軸６１ｂと内周面６３ａとの間の摺動抵抗を低減させている。
同様に、フロート軸６１ｂの外周面にも窒化処理（ＳＰ処理）を施して、当該外周面の摩擦係数を低減させ、内周面６３ａにフロート軸６１ｂが接触した場合の、フロート軸６１ｂと内周面６３ａとの間の摺動抵抗を低減させている。

また、検知子６１においては、フロート６１ａの下部に重り部材６６が埋設されているので、溶重り部材６６が埋設されていない場合に比べて、溶湯５の液面に浮かべた際の自立性が向上しており、フロート軸６１ｂが傾斜して内周面６３ａに接触した場合でも、フロート軸６１ｂの内周面６３ａに対する接触強度が大きくない、つまりフロート軸６１ｂは内周面６３ａに軽く接触する程度となるため、フロート軸６１ｂと内周面６３ａとの間の摺動抵抗を小さくすることが可能となっている。

また、ガイド部材６２およびフロート軸６１ｂは、オーステナイト系のステンレス材にて構成することにより、耐酸化性を向上させており、溶湯５の熱による酸化を低減している。これにより、フロート軸６１ｂと内周面６３ａとの間の摺動抵抗が、ダイカスト鋳造装置１の稼動時間の増加に伴って大きくなることを抑制することができる。
さらに、ガイド部材６２の内周面６３ａに形成される凹部６４の内周面６４ａには、断熱性を有する塗型剤を塗布しており、ガイド部材６２の耐熱性を向上させている。

また、本実施形態では、ガイド部材６２の内周面６３ａにおいて、凹部６４が形成されていない部分は３箇所形成されているが、２箇所に形成したり、３箇所よりも多くの箇所に形成したりすることも可能である。

また、液面検知装置６０においては、ガイド部材６２の下端部６２ａを炉蓋５１の下面よりも下方に突出させているため、炉蓋５１を構成する耐火材等の異物がガイド孔６３に下方から侵入することを防止できる。これにより、前記異物がガイド孔６３とフロート軸６１ｂとの隙間に入り込んで挟まり、フロート軸６１ｂと内周面６３ａとの間の摺動抵抗が大きくなることを防止できる。
ガイド部６２の長さ寸法Ｌは、ガイド部材６２の下端部を炉蓋５１の下面よりも下方に突出させるために、例えば炉蓋５１の厚み寸法Ｄが１０２ｍｍであった場合には、１１０ｍｍ以上の寸法に設定することができる。

このガイド部材６２の下端部を炉蓋５１の下面よりも下方に突出させる構成は、図８に示したガイド孔１６３の内周面１６３ａに凹部が形成されていないガイド部材１６２にも適用することができる。
つまり、内周面１６３ａに凹部が形成されていないガイド部材１６２においても、下端部１６２ａを炉蓋５１の下面よりも下方に突出させて、異物がガイド孔１６３とフロート軸６１ｂとの隙間に入り込んで挟まることを防止することができる。

また、ガイド部材６２においては、内周面６３ａの凹部６４が形成されていない部分のうち最も下端に位置する箇所、即ち内周面６３ａにおけるフロート軸６１ｂが接触する部分の下端が、ガイド部材６２の下端よりも上方に位置するように構成されている。
このように、内周面６３ａにおけるフロート軸６１ｂが接触する部分の下端を、ガイド部材６２の下端よりも上方に位置させることで、溶湯５の液面から内周面６３ａにおけるフロート軸６１ｂが接触する部分の下端までの寸法を大きくしている。これにより、溶湯５がガイド孔６３とフロート軸６１ｂとの隙間に入り込むことが抑制され、フロート軸６１ｂと内周面６３ａとの間の摺動抵抗が大きくなることを防止できる。

次に、液面検知装置６０においてフロート軸６１ｂがガイド孔６３内を摺動する際の、フロート軸６１ｂとガイド孔６３の内周面６３ａとの間に生じる摺動抵抗と、炉蓋５１の傾斜角度θｃとの関係、つまり、フロート軸６１ｂと内周面６３ａとの間に生じる摺動抵抗の大きさが、炉蓋５１の傾斜角度θｃによってどのように変化するか、について試験を行ったので説明する。

図１１に示すように、本試験においては、フロート６１が溶湯５の液面に浮かんでいる状態の検知子６１を上方に向けて引き上げるときに必要となる引き上げ力を、検知子６１のフロート軸６１ｂとガイド孔６３の内周面６３ａとの間に生じる摺動抵抗として測定した。
また、検知子６１の引き上げ力の測定は、溶湯保持炉５０と炉蓋５１との間にスペーサ７０を介装することにより、炉蓋５１の水平方向に対する傾斜角度θｃを変化させて行った。この場合、炉蓋５１の傾斜角度θｃは、炉蓋５１の上面に設置した傾斜計７１により確認を行った。炉蓋５１の傾斜角度θｃは、０°〜１０°の範囲で変化させた。

検知子６１の引き上げ力は検知子６１に接続したロードセルにより測定した。計測時に用いた溶湯５はアルミニウム合金（ＡＤＣ１２）であり、計測時の溶湯５の温度は６８０℃であった。検知子６１の引き上げは、上下方向における所定範囲の引き上げストロークＳにおける下端から上端まで行った。
検知子６１の引き上げ力の測定は、液面検知装置６０にガイド部材６２（ガイド孔６３の内周面６３ａに凹部６４が形成されたガイド部）を用いた場合と、ガイド部材１６２（ガイド孔１６３の内周面１６３ａに凹部が形成されていないガイド部）を用いた場合とについて、それぞれ行った。
なお、ガイド部材６２におけるガイド孔６３の内径Φ２と、ガイド部材１６２におけるガイド孔１６３の内径Φ２とは同径に設定されており、フロート軸６１ｂとガイド孔６３とのクリアランス、およびフロート軸６１ｂとガイド孔１６３とのクリアランスは同じ寸法となっている。

図１２に検知子６１の引き上げ力の測定結果を示す。
ガイド孔１６３の内周面１６３ａに凹部が形成されていないガイド部材１６２を用いた場合は、炉蓋５１の傾斜角度θｃが０°から増加するに従って、検知子６１の引き上げ力が大きくなっている。

ここで、検知子６１が引き上げられる際には、溶湯５の液面に浮かんでいるフロート６１ａには溶湯５からの浮力が作用しており、ガイド孔１６３に挿通されるフロート軸６１ｂはガイド孔１６３内を水平方向に自由に移動できるため、ガイド孔１６３内におけるフロート軸６１ｂの水平方向位置やガイド孔１６３に対する傾斜角度が時々刻々と変化し、フロート軸６１ｂは、図９に示したようなガイド孔１６３の内周面１６３ａに全体的に接触した状態と、図１０に示したようなガイド孔１６３の内周面１６３ａの上端部および下端部のみに点接触した状態とが混在した状態となる。

そして、炉蓋５１の傾斜角度θｃが０°の場合は、フロート軸６１ｂがガイド孔１６３の内周面１６３ａに全体的に接触した状態となる頻度があまり多くなく、フロート軸６１ｂとガイド孔１６３との間の摺動抵抗はさほど大きくないため、検知子６１の引き上げ力はそれほど大きくなっていない。
この炉蓋５１の傾斜角度θｃが０°である状態から増加していくと、フロート軸６１ｂが内周面１６３ａに全体的に接触した状態となる頻度が増えていき、フロート軸６１ｂとガイド孔１６３との間の摺動抵抗が大きくなっていくため、検知子６１の引き上げ力も炉蓋５１の傾斜角度θｃの増加に伴って増大していくこととなっている。

一方、ガイド孔６３の内周面６３ａに凹部６４が形成されたガイド部材６２を用いた場合においても、炉蓋５１の傾斜角度θｃが０°から増加するに従って、検知子６１の引き上げ力が大きくなっているが、引き上げ力の大きさは、内周面１６３ａに凹部が形成されていないガイド部材１６２を用いた場合に比べて大幅に小さくなっている。

これは、内周面６３ａに凹部６４が形成されたガイド部材６２を用いた場合も、炉蓋５１の傾斜角度θｃが増加するにつれて、フロート軸６１ｂとガイド孔６３との間の摺動抵抗が大きくなってはいくが、ガイド孔６３の軸心とフロート軸６１ｂの軸心とが平行になった場合でも、内周面６３ａにおいてフロート軸６１ｂと接触する部分は凹部６４が形成されていない箇所のみであって、フロート軸６１ｂと内周面６３ａとの接触面積は小さくなり、フロート軸６１ｂとガイド孔１６３との間の摺動抵抗が大きくならないためである。

図１２に示すように、検知子６１の引き上げ力においては、検知子６１が常に溶湯５の液面高さの変化に良好に追従して動くことができる最大の安定可動引き上げ力Ｆが設定されており、この最大の安定可動引き上げ力Ｆ以下の範囲が、検知子６１の安定可動域となっている。
内周面６３ａに凹部６４が形成されたガイド部材６２を用いた場合においては、炉蓋５１の傾斜角度θｃが５°のときに、検知子６１の引き上げ力が、最大の可動引き上げ力Ｆとなっており、炉蓋５１の傾斜角度θｃが５°以下であれば、検知子６１が溶湯５の液面高さの変化に良好に追従して、安定的に摺動することが可能であることがわかる。
また、液面検知装置６０の現実の使用状況においては、炉蓋５１の水平方向に対する傾斜角度θｃは、５°以下であるので、内周面６３ａに凹部６４が形成されたガイド部材６２を用いることで、常に検知子６１を溶湯５の液面高さの変化に良好に追従させて、レーザ変位計６７による溶湯５の液面高さの検知を正確に行うことが可能となる。

１ダイカスト鋳造装置
１０金型
１１キャビティ
２０射出スリーブ
３０射出チップ
４０電磁ポンプ
５０溶湯保持炉
５１炉蓋
６０液面検知装置
６１検知子
６１ａフロート
６１ｂフロート軸
６１ｃ検知面
６２ガイド部材
６３ガイド孔
６３ａ内周面
６４凹部
６７レーザ変位計

Claims

溶湯保持炉内において溶湯の液面に浮かぶフロート、および前記フロートから上方へ延出するフロート軸を具備する検知子と、
前記フロート軸が挿通されるガイド孔を有し、前記ガイド孔の内周面により前記フロート軸をガイドすることにより、前記検知子を起立姿勢に保持するガイド部材と、
前記検知子の高さ位置を計測することにより前記溶湯の液面高さを検知する検知手段を備え、
前記ガイド部材が、前記溶湯保持炉の炉蓋に形成される貫通孔に嵌装され、
前記ガイド部材の下端部が、前記炉蓋の下面よりも下方に突出し、
前記ガイド孔の内周面に、凹部が形成されている、
ことを特徴とする溶湯の液面検知装置。