JPH11216557A - 鋳造用金型の型温制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】注湯開始時の金型の型温が低い場合であって
も、注湯を開始するのに有利な鋳造用金型の型温制御方
法を提供する。 【解決手段】金型に付設されたヒータへの電力供給量を
制御することで鋳造時における金型の温度を制御する型
温制御方法である。注湯開始時の金型の型温が第１の比
較温度よりも高い場合には、型温の測定信号を用いて金
型の型温制御を行なう。金型の型温が前記第１の比較温
度より低く、第１の比較温度より低い値に設定されてい
る第２の比較温度よりも高い場合には、ヒータに強制的
に通電して金型を強制的に加熱する。第２の比較温度よ
り低い値に設定されている警報温度よりも金型の型温が
低い場合には、注湯を行わない信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋳造用金型の型温制
御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、鋳造用金型に溶湯を注湯し凝
固させる金型鋳造においては、金型の型温制御が製品の
高品質化のためにきわめて重要である。特に注湯開始時
における金型の温度が重要であり、この温度が低いと、
溶湯の湯回り不良等の鋳造欠陥が生じるおそれがある。

【０００３】鋳造用金型の温度変動の特徴としては、注
湯開始から製品取出完了までを１サイクルとしたとき、
図８の特性線Ｓに示すように、１サイクルにおける金型
の温度の変動巾がかなり大きい。具体的には、溶湯の注
湯開始時には金型の温度が低くても、注湯直後には短時
間のうちに金型の温度が急激に上昇する。そして、注湯
完了直後に温度のピークを迎えた後、次回の注湯開始時
まで金温の温度は低下する。鋳造サイクルの短縮化のた
めに、金型を強制的に水冷している場合には、注湯完了
後において金型の温度の低下も激しくなり、１サイクル
における金型の温度の変動巾がかなり大きくなる。

【０００４】しかも金型の温度は金型の熱電対などの温
度センサにより検出されるものの、温度センサはキャビ
ティ面近傍の温度を測定しているため、注湯が実行され
ると、温度センサはみかけ上の型温の上昇を検知し易
い。そのため金型の全体の温度はあまり上昇していない
ものの、みかけ上の型温の上昇により制御回路はヒータ
をオフとする制御を行ってしまう。その結果、溶湯の湯
回り不良等の鋳造欠陥が生じるおそれがある。

【０００５】また、特開平１−２３７０７０号公報で
は、金型加熱用ヒータを、金型の温度が許容範囲内であ
る場合と、許容下限値より低い場合とに分けて、制御方
法を変えてコントロ−ルするとともに、冷却水の制御も
並行して行う方法を開示している。この方法により、注
湯開始時の金型の温度が許容下限値よりも低い場合に
は、速やかに許容下限値まで温度を昇温させ、鋳造不良
を防ぐと同時に、サイクルタイムが長くなるのを防いで
いる。

【０００６】また従来より、何らかの事情により鋳造の
操業を停止した場合には、金型の温度が大きく低下して
しまうのを防止するため、バックアップ用の電気ヒータ
を設け、バックアップとして電気ヒータに通電すること
もある。この場合における出力制御方法としては、電気
ヒータのＯＮーＯＦＦ制御、電気ヒータのＰＩＤ制御が
一般的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した公報技術（特
開平１−２３７０７０号公報）では、注湯が許容される
温度範囲はあまり広いものではなく、金型の型温が許容
下限値まで昇温するのを待つと、鋳造のサイクルタイム
は長くなる。鋳造のサイクルタイムが伸びるのを防ぐた
めに許容温度幅を広げると、許容温度範囲内の下限値付
近では、湯回り不良などの鋳造不良が起こるおそれが高
くなる。

【０００８】また電気ヒータをバックアップ用に使用す
る場合には、注湯開始時の型温の理想温度にヒータの設
定温度を設定したとしても、ＯＮーＯＦＦ制御の場合
は、設定温度に対するハンチングが大きくなる。ＰＩＤ
制御の場合には、ＯＮーＯＦＦ制御と比較すると、設定
温度に対してハンチングが少ないコントロ−ルが可能と
なる。しかしＰＩＤ制御の場合であっても、設定温度以
下で注湯を開始した場合には、電気ヒータは注湯開始時
には加熱出力状態に維持されているものの、注湯直後に
は温度が急激に上昇するため、温度センサはみかけ上の
型温の上昇を検知し、金型全体としての熱量は充分では
ないにもかかわらず、電気ヒータへの通電は極めて短時
間でカットされてしまう。従って、注湯開始時において
金型が設定温度よりもある範囲以上に低い温度で注湯し
た場合には、溶湯からの抜熱量が多く、湯廻り不良や、
堰詰まり不良等の鋳造不良が発生し易くなる。

【０００９】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、注湯開始時の金型の型温が、金型の温度の測定
信号を用いて鋳造用金型の型温制御を行なう温度よりも
低い場合であっても、注湯を開始するのに有利な鋳造用
金型の型温制御方法を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る鋳造用金型
の型温制御方法は、鋳造用金型に付設されたヒータへの
電力供給量を制御することで鋳造時における金型の温度
を制御する鋳造用金型の型温制御方法であって、注湯開
始時の金型の型温が第１の比較温度よりも高い場合に
は、型温の測定信号を用いて鋳造用金型の型温制御を行
い、金型の型温が前記第１の比較温度より低く、第１の
比較温度より低い値に設定されている第２の比較温度よ
りも高い場合には、ヒータに強制的に通電して金型を強
制的に加熱し、第２の比較温度より低い値に設定されて
いる警報温度よりも金型の型温が低い場合には、注湯を
行わない信号を出力する、ことを特徴とするものであ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係る型温制御方法におい
ては、第１の比較温度と警報温度との間を複数の温度範
囲に区切り、より低い温度範囲ほどヒータによる強制加
熱量を多くすることができる。これにより、金型の温度
が低いほど、ヒータへの強制出力による金型への強制加
熱量を増やす。そのため、金型のより細かい温度コント
ロ−ルに有利であり、鋳造不良が起こるおそれをより低
くすることができる。

【００１２】本発明に係る方法においては、鋳造用金型
としては、低圧鋳造用金型、ダイカスト用金型、高圧鋳
造用金型、重力鋳造用金型等の公知の金型を採用でき
る。本発明に係る金型に注湯される溶湯としては、アル
ミ合金などの軽合金系の溶湯を採用できるが、鉄系の溶
湯であっても良い。ヒータとは、金型の少なくとも一部
を加熱できるものを意味する。ヒータによる加熱形態と
しては、誘導加熱、発熱加熱を採用でき、場合によって
はバーナによる燃焼炎加熱を採用することもできる。

【００１３】従ってヒータとしては誘導コイル、発熱線
（カートリッジヒータ、巻き線ヒータ）等を採用でき
る。誘導コイルとしては一般的には高周波用コイルを用
いるが、中周波用コイル、低周波用コイルでも良い。ヒ
ータによる金型の加熱形態としては、金型の全体を加熱
する形態でも良いし、金型のうちの一部を加熱する形態
でも良い。金型の一部としては、後述する適用例のよう
に、鋳造キャビティに対する溶湯入口通路となる堰を形
成する堰型部分を採用できる。誘導加熱の場合には、金
型の一部を急速加熱するのに有利であり、燃焼式に比較
して燃焼ガスの抑止にも有利である。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。本実施例
はアルミ合金鋳物を低圧鋳造する低圧鋳造方法における
金型の型温制御に適用した場合である。本実施例の型温
制御方法は、基本的にはＰＩＤ制御による金型の加熱を
行いつつ、ＰＩＤ制御による金型の加熱では充分でない
ときに、つまり注湯開始時において金型の型温が低温の
ときには、ＰＩＤ制御を停止すると共に、金型の型温を
パラメータとする金型への強制加熱を行う制御技術であ
る。ＰＩＤ制御とは、比例動作と積分動作と微分動作と
を併有する制御形態を意味する。

【００１５】図１の左部は、上記した型温制御における
各しきい値を示す。図１の左部から理解できるように、
高温側から低温側に向かうにつれて、ヒータで加熱する
金型の設定温度、比較温度１、比較温度２、比較温度
３、比較温度４、警報温度の順に規定されている。ここ
で比較温度１は、本発明に係る第１の比較温度を意味す
る。比較温度２〜比較温度４は、本発明に係る第２の比
較温度を意味する。

【００１６】上記した設定温度は金型の型温の目標温度
を考慮して設定されるものであり、例えば４００〜７０
０℃において所定の温度に設定できる。但し必ずしもこ
の温度範囲に限定されるものではない。警報温度は金型
の温度が過剰に低温のときに警報を報知するための温度
であり、例えば、上記した設定温度よりも８０〜１５０
℃（１００℃）低い温度にできるが、必ずしもこれに限
定されるものではない。比較温度１、比較温度２、比較
温度３、比較温度４はそれぞれ、設定温度と警報温度と
の間において適宜選択できる。

【００１７】本実施例に係る基本的な制御としては、型
温が設定温度になるようにヒータへの電力供給に対して
ＰＩＤ制御を行う。従って注湯開始時において、金型の
型温が設定温度を越えるときには、ＰＩＤ制御による加
熱制御が行われる（実際にはＰＩＤの信号によりヒータ
はオフとなる）。さらに、設定温度よりも低い比較温度
１を金型の型温が高温側に越えるときにも、ヒータに対
してＰＩＤ制御による加熱制御が行われる。

【００１８】従って本実施例では、金型の型温が設定温
度以下であるものの、このまま鋳造を行っても鋳造不良
等の問題が基本的には発生しないと経験上判断されると
きには、つまり、金型の型温が比較温度１を越えておれ
ば、注湯を行う許容範囲の温度であるとみなし、ヒータ
に対してＰＩＤ制御による加熱制御を行う。換言すれ
ば、本実施例では許容範囲とは、設定温度以下であるも
のの、このまま鋳造を行っても鋳造不良等問題が基本的
には発生しない金型の温度を意味する。

【００１９】本実施例では、注湯開始時における金型の
型温が許容範囲以下の場合であれば、ヒータに対して、
予め設定された強制加熱処理のパターンに従い電力供給
量を強制的に出力し、金型を強制加熱する。これにより
サイクリックに鋳造を継続している時の金型の温度分布
に金型の型温を近似させ、鋳造不良を回避、低減させ
る。

【００２０】温度センサで測定した金型の型温とヒータ
による金型の設定温度とを比較し、図１に示すように、
測定した金型の型温が、設定温度＜金型の型温の関係で
あれば、金型の測定信号に基づいてＰＩＤ制御がヒータ
に対して実行される。なおＰＩＤ制御は加熱時間で制限
しない。また図１に示すように、比較温度１＜金型の型
温≦設定温度の関係であれば、同様に、型温の測定信号
に基づいてＰＩＤ制御がヒータに対して実行される。

【００２１】図１に示すように、測定した金型の型温
が、比較温度２＜金型の型温≦比較温度１の関係であれ
ば、ＰＩＤ制御よりも加熱量が大きい強制加熱処理Ｐ１
をヒータに対して実行する。強制加熱処理Ｐ１の実行回
数は、１回の注湯あたり１回を予定している。強制加熱
処理Ｐ１の加熱時間はＴ１とし、強制加熱処理Ｐ１を行
うまでの遅延時間をＤ１とする。

【００２２】また図１に示すように、測定した金型の型
温が、比較温度３＜金型の型温≦比較温度２の関係であ
れば、ヒータに対して強制加熱処理Ｐ２を実行する。強
制加熱処理Ｐ２の実行回数は、１回の注湯あたり１回を
予定している。強制加熱処理Ｐ２の加熱時間はＴ２と
し、強制加熱処理Ｐ２を行うまでの遅延時間をＤ２とす
る。

【００２３】測定した金型の型温が、比較温度４＜金型
の型温≦比較温度３の関係であれば、ヒータに対して強
制加熱処理Ｐ３を実行する。強制加熱処理Ｐ３の実行回
数は、１回の注湯あたり１回を予定している。強制加熱
処理Ｐ３の加熱時間はＴ３とし、強制加熱処理Ｐ３を行
うまでの遅延時間をＤ３とする。また図１に示すよう
に、測定した金型の型温が、警報温度＜金型の型温≦比
較温度４の関係であれば、ヒータに対して強制加熱処理
Ｐ４を実行する。強制加熱処理Ｐ４の実行回数は、１回
の注湯あたり１回を予定している。強制加熱処理Ｐ４の
加熱時間はＴ４とし、強制加熱処理Ｐ４を行うまでの遅
延時間をＤ４とする。

【００２４】また図１に示すように、測定した金型の型
温が、金型の型温≦警報温度の関係であれば、型温が過
剰に低温であるため鋳造に不適当であり、従ってヒータ
への出力をオフとするとともに、警報信号及び鋳造不可
信号を出力し、注湯を停止する。ここで強制加熱処理Ｐ
１の強制出力量つまり強制加熱量は、ＰＩＤ制御による
加熱量よりも大きい。

【００２５】また、強制加熱処理Ｐ１〜Ｐ４の強制出力
量、つまり強制加熱量を比較すると、図１（１）に示す
ように本実施例では、強制加熱処理Ｐ１≦強制加熱処理
Ｐ２≦強制加熱処理Ｐ３≦強制加熱処理Ｐ４とされてい
る。上記した強制加熱処理Ｐ１〜Ｐ４による強制加熱量
によって、金型は設定温度またはその設定温度付近に昇
温するようになっている。

【００２６】また本実施例では、強制加熱処理Ｐ１〜Ｐ
４による加熱時間Ｔ１〜Ｔ４を比較すると、図１（２）
に示すように加熱時間Ｔ１≦加熱時間Ｔ２≦加熱時間Ｔ
３≦加熱時間Ｔ４とされている。また本実施例では、所
定の基準時刻（例えば注湯開始時刻または温度判定時刻
など）から強制加熱処理Ｐ１〜Ｐ４を開始するまでの実
質的な遅延時間Ｄ１〜Ｄ４を比較すると、遅延時間Ｄ１
≧遅延時間Ｄ２≧遅延時間Ｄ３≧遅延時間Ｄ４とされて
いる。なお遅延時間Ｄ４は金型の種類、注湯する溶湯量
等の要因に応じて適宜選択するものの、例えばＤ４≧０
秒にできる。

【００２７】上記した強制加熱処理で金型に供給される
強制加熱量と、各比較温度との関係の一例を、図２の特
性線Ｘに示す。図２の特性線Ｘに示すように、金型の型
温が低温側に移行するにつれて、強制加熱処理Ｐ１〜Ｐ
４における強制加熱量を増大することが好ましい。図３
は本実施例に係る低圧鋳造工程における基本的な動作流
れを示す。この低圧鋳造機は１ショット起動タイプのも
のであり、作業者が起動スイッチを操作することにより
金型の型閉じ及び注湯が行われる。ステップＳ１では低
圧鋳造機の起動スイッチがＯＮか判定する。起動スイッ
チがＯＮであれば、ステップＳ３で金型の型閉じを行
い、ステップＳ５で溶湯貯留容器内のアルミ溶湯の液面
をガス加圧して注湯を開始する。これにより金型の鋳造
キャビティに溶湯が充填される。

【００２８】ステップＳ７で溶湯貯留容器の排気を行
い、これにより金型の鋳造キャビティ以外に装填されて
いる余剰の溶湯を溶湯貯留容器内に戻す。ステップＳ９
で金型の型開きを行い、ステップＳ１１で鋳造された製
品の取り出しを行い、その後ステップＳ１にリターンす
る。ステップＳ１において起動スイッチがＯＮであれ
ば、上記した操作を繰り返す。ＯＮでなければ、ステッ
プＳ１からステップＳ１３に進み、鋳造を停止するスト
ップ処理を行う。

【００２９】図４及び図５は、金型を加熱するヒータへ
の電力供給量を制御する制御回路のＣＰＵが実行する加
熱制御処理のフローチャートを示す。図４においてステ
ップＳ１０２でレジスタなどを初期設定する。ステップ
Ｓ１０４でＰＩＤ制御におけるヒータの設定温度、強制
加熱処理Ｐ１〜Ｐ４の諸条件を設定する。ステップＳ１
０６で金型を加熱するヒータを起動させるヒータ起動ス
イッチがＯＮか否か判定する。ステップＳ１０６におい
てＮＯであれば、ステップＳ１０８でヒータに対する出
力をオフとし、ステップＳ１１０でストップ処理を行
い、終了する。

【００３０】ステップＳ１０６においてＹＥＳであれ
ば、ステップＳ１１８に進み、金型の測温部分の型温を
検出する温度検出を行う。更にステップＳ１２０に進
み、型温の測定信号に基づいてヒータに対してＰＩＤ制
御を行う。これにより金型の温度が設定温度となるよう
にヒータへの電力供給量がＰＩＤ制御される。ステップ
Ｓ１２２で、注湯開始のためのトリガー信号ともなる金
型の型閉じ信号を受け付けたか否か判定する。

【００３１】受け付けておれば、ステップＳ１２４に進
み、設定温度と金型の型温とを比較して、（設定温度＜
金型の型温）の関係を満たすか否か判定する。ＹＥＳで
あれば、型温は適温領域またはそれに近い領域であるた
め、強制加熱処理を実行するまでもない。よってステッ
プＳ１０６にリターンし、ステップＳ１１８、ステップ
Ｓ１２０を経て、型温の測定信号に基づいてヒータに対
してＰＩＤ制御を続ける。

【００３２】ステップＳ１２４で比較した結果がＮＯで
あれば、型温は低温気味である。よってステップＳ１２
６に進み、比較温度１と金型の型温とを比較して、（比
較温度１＜金型の型温）の関係を満たすか否か判定す
る。ＹＥＳであれば、ステップＳ１０６にリターンし、
ステップＳ１１８、ステップＳ１２０を経て、型温の測
定信号に基づいてヒータに対してＰＩＤ制御を続ける。

【００３３】換言すれば、比較温度１は、ヒータに対し
てＰＩＤ制御による加熱を継続するか否かのしきい値と
なる。従って比較温度１は、ＰＩＤ制御による加熱を継
続して良い許容範囲の下限値となる。ステップＳ１２６
で比較した結果がＮＯであれば、ステップＳ１２６から
ステップＳ１３０に進み、比較温度１よりも低温の比較
温度２と金型の型温とを比較して、（比較温度２＜金型
の型温）の関係を満たすか否か判定する。ＹＥＳであれ
ば、ＰＩＤ制御で加熱するよりも加熱量が大きい強制加
熱処理Ｐ１をヒータに対して開始する。

【００３４】このとき本実施例ではヒータに対してきめ
細かい制御を行うため、強制加熱処理Ｐ１をタイマ制御
する。すなわち、ステップＳ１３０からステップＳ１３
２に進み、低圧鋳造におけるガス加圧を行う加圧信号を
受け付けるまで待機する。つまり、金型への注湯が開始
される時刻まで待機する。ステップＳ１３２においてＹ
ＥＳであれば、ステップＳ１３４で遅延タイマのカウン
トを開始し、ステップＳ１３６で遅延タイマが時間Ｄ１
カウントアップしたか否か判定する。つまり注湯開始か
ら遅延時間Ｄ１ぶん、強制加熱処理Ｐ１を遅延させて開
始する。従ってステップＳ１３４、Ｓ１３６は、強制加
熱処理Ｐ１を時間Ｄ１遅延させて実行する強制加熱遅延
手段として機能する。

【００３５】遅延タイマがカウントアップすれば、ステ
ップＳ１３６からステップＳ１３８に進み、強制加熱処
理Ｐ１を開始する。そしてステップＳ１４０で終了用の
加熱タイマのカウントを開始する。ステップＳ１４２で
加熱タイマが時間Ｔ１カウントアップしたか否か判定す
る。時間Ｔ１カウントアップすれば、型温が適温領域に
到達したとみなし、ステップＳ１４４で強制加熱処理Ｐ
１を終了し、ステップＳ１０６にリターンする。

【００３６】ステップＳ１３０で比較した結果がＮＯで
あれば、型温がやや低温であるため、ステップＳ１３０
からステップＳ１６０に進み、比較温度２よりも低温の
比較温度３と金型の型温とを比較して、（比較温度３＜
金型の型温）の関係を満たすか否か判定する。ＹＥＳで
あれば、強制加熱処理Ｐ１よりも強制加熱量が大きい強
制加熱処理Ｐ２をヒータに対して開始する。本実施例で
はきめ細かい加熱制御を行うため、強制加熱処理Ｐ２を
前述同様にタイマ制御する。すなわち、ステップＳ１６
０からステップＳ１６２に進み、低圧鋳造におけるガス
加圧を行う加圧信号が受付けられるまで待機する。つま
り、注湯が開始される時刻まで待機する。次に、ステッ
プＳ１６４で遅延タイマのカウントを開始し、ステップ
Ｓ１６６で遅延タイマが時間Ｄ２カウントアップしたか
否か判定する。つまり遅延時間Ｄ２ぶん、強制加熱処理
Ｐ２を遅延させて開始する。

【００３７】遅延タイマが時間Ｄ２カウントアップすれ
ば、ステップＳ１６８に進み、強制加熱処理Ｐ２を開始
する。従ってステップＳ１６４、Ｓ１６６は、強制加熱
処理Ｐ２を時間Ｄ２遅延させて実行する強制加熱遅延手
段として機能する。次にステップＳ１７０で加熱タイマ
のカウントを開始する。ステップＳ１７０で加熱タイマ
が時間Ｔ２カウントアップしたか否か判定する。加熱タ
イマが時間Ｔ２カウントアップすれば、型温が適温領域
に到達したとみなし、ステップＳ１７４で強制加熱処理
Ｐ２を終了し、ステップＳ１０６にリターンする。

【００３８】ステップＳ１６０においてＮＯであれば、
型温は更に低温であるため、ステップＳ１６０からステ
ップＳ１８２に進み、比較温度３よりも低温の比較温度
４と金型の型温とを比較して、（比較温度４＜金型の型
温）の関係を満たすか否か判定する。ＹＥＳであれば、
強制加熱処理Ｐ２よりも強制加熱量が大きい強制加熱処
理Ｐ３をヒータに対して開始する。本実施例ではきめ細
かい加熱制御を行うため、強制加熱処理Ｐ３をタイマ制
御する。すなわち、ステップＳ１８０からステップＳ１
８２に進み、前述同様に、低圧鋳造におけるガス加圧を
行う加圧信号が出力されるまで待機する。つまり、注湯
が開始される時刻まで待機する。次にステップＳ１８６
で遅延タイマが時間Ｄ３カウントアップすれば、ステッ
プＳ１８６からステップＳ１８８に進み、強制加熱処理
Ｐ３を開始する。つまり注湯開始から遅延時間Ｄ３ぶ
ん、強制加熱処理Ｐ３を遅延させて開始する。従ってス
テップＳ１８４、Ｓ１８６は、強制加熱処理Ｐ３を時間
Ｄ３遅延させて実行する強制加熱遅延手段として機能す
る。次にステップＳ１９０で加熱タイマのカウントを開
始する。ステップＳ１９２で加熱タイマが時間Ｔ３カウ
ントアップしたか否か判定する。加熱タイマがカウント
アップすれば、型温が適温領域に到達したとみなし、ス
テップＳ１９４で強制加熱処理Ｐ３を終了し、ステップ
Ｓ１０６にリターンする。

【００３９】ステップＳ１８０においてＮＯであれば、
型温はかなり低温であるため、ステップＳ１８０からス
テップＳ２００に進み、比較温度４よりも低温の警報温
度と金型の型温とを比較して、（警報温度＜金型の型
温）の関係を満たすか否か判定する。ＹＥＳであれば、
強制加熱処理Ｐ３よりも強制加熱量が大きい強制加熱処
理Ｐ４をヒータに対して実行する。本実施例ではきめ細
かい加熱制御を行うため、強制加熱処理Ｐ４をタイマ制
御する。すなわち、ステップＳ２００からステップＳ２
０２に進み、前述同様に、低圧鋳造におけるガス加圧を
行う加圧信号が出力されるまで待機する。つまり、注湯
が開始される時刻まで待機する。次に、ステップＳ２０
４で遅延タイマのカウントを開始し、ステップＳ２０６
で遅延タイマが時間Ｄ４カウントアップしたか否か判定
する。遅延タイマがカウントアップすれば、ステップＳ
２０６からステップＳ２０８に進み、強制加熱処理Ｐ４
を開始する。つまり遅延時間Ｄ４ぶん、強制加熱処理Ｐ
４を遅延させて開始する。従ってステップＳ２０４、Ｓ
２０６は、強制加熱処理Ｐ４を時間Ｄ３遅延させて実行
する強制加熱遅延手段として機能する。次にステップＳ
２１０で加熱タイマのカウントを開始する。ステップＳ
２１２で加熱タイマが時間Ｔ４カウントアップしたか否
か判定する。加熱タイマがカウントアップすれば、型温
が適温領域に到達したとみなし、ステップＳ２１４で強
制加熱処理Ｐ４を終了し、ステップＳ１０６にリターン
する。

【００４０】ステップＳ２００においてＮＯであれば、
鋳造するには金型の型温が低温過ぎるため、何らかの異
常が発生しているおそれがある。そのため、ステップＳ
２２０に進み警報信号を出力し、ステップＳ２２２で注
湯を行わない鋳造不可信号を低圧鋳造機に出力し、ステ
ップＳ２２４でヒータへの出力をオフとする。さらにス
テップＳ２２６に進み、異常が解消してリセット状態と
なるまで待機する。異常が解消すれば、ステップＳ２２
６からステップＳ１０６にリターンする。

【００４１】なお前記した遅延タイマ及び加熱タイマ
は、ソフトウェアタイマまたはタイマＩＣで構成でき
る。図６はヒータに対するＰＩＤ制御（ステップＳ１２
０）のサブルーチンのフローチャートを示す。ステップ
Ｓ３００では、温度センサで測定した型温の測定信号に
基づいて求められた現在の型温が所定温度（=ヒータの
設定温度）よりも低温か否か判定する。ＮＯであれば、
ヒータにより金型を加熱するまでもないため、ステップ
Ｓ３８０に進み、ヒータをオフとする。ＹＥＳであれ
ば、ヒータにより金型を加熱する必要があるため、ステ
ップＳ３１０に進み、現在の型温と設定温度との間の偏
差ε（偏差ε=設定温度−現在の型温）を求める。ステ
ップＳ３２０では、前回までの偏差累積値に今回の偏差
を加えることにより、偏差累積値（∫εdt）を求める。
ステップＳ３３０では、今回の偏差と前回の偏差との差
（dε/dt）を求める。ステップＳ３４０では、上記した
偏差などに基づいて、ヒータへの電力供給に対する操作
量を求める。ステップＳ３５０では、操作量をヒータ駆
動回路に出力する。これによりヒータにより金型は適温
領域に加熱される。

【００４２】ここで操作量は次式で求めた。 操作量=［Kp×ε］＋［Ki×（∫εdt）］＋［Kd×（dε
/dt）］ なおKpは比例動作の定数、Kiは積分動作の定数、Kdは微
分動作の定数をそれぞれ意味する。ＰＩＤ制御では、偏
差εが大きいほど、［Kp×ε］の量が大きくなり、比例
動作が大きくなる。積分動作により、残留偏差を解消し
易い。型温の急激な変動があったときには、（dε/dt）
の量が大きくなるため、微分動作量が大きくなる。

【００４３】（他の実施例）上記した実施例では遅延時
間Ｄ１〜Ｄ４を所定値に規定しているものの、鋳造の形
態、注湯量、製品の種類などによっては、遅延時間Ｄ１
〜Ｄ４は０秒とすることもできる。上記した実施例で
は、比較温度１〜比較温度４のように、設定温度以下の
温度領域を４水準に区切っているが、これに限らず、使
用条件などに応じて任意の数の水準（例えば５水準、６
水準、７水準あるいはそれ以上）に区切っても良い。

【００４４】また本実施例では、比較温度の水準数を予
め４個に任意に設定し、各水準に対応する強制加熱処理
Ｐ１〜Ｐ４ごとに、ヒータに対する加熱出力値、加熱時
間Ｔ1〜Ｔ４、遅延時間Ｄ１〜Ｄ４等を固定値として割
り付けている。しかしこれに限らず、ヒータに対する加
熱出力値、加熱時間Ｔ1〜Ｔ４、遅延時間Ｄ１〜Ｄ４等
を、比較温度１〜警報温度間で金型の型温を変数とする
関数として定義することも可能である。即ち、強制加熱
処理Ｐ１の電力供給値＝関数ｆ１（型温）、遅延時間Ｔ
１＝関数ｆ２（型温）、加熱時間Ｔ２＝関数ｆ３（型
温）のようである。

【００４５】（適用例）図７は、上記した制御を実行し
得る代表的な鋳造方法である低圧鋳造工程に適用した例
を示す。図７に示すように、密閉室１０をもつ溶湯貯留
容器１１のアルミ系の溶湯Ｗには、縦方向に延設された
耐火物製の浸漬管１２の下部が浸漬されている。溶湯貯
留容器１１の上方のベース１１ｓには、低圧鋳造用の金
型１３が配置されている。

【００４６】金型１３は鋼系、耐熱鋼系の鉄系材料であ
り、鋳造キャビティ１３ｄを区画する上型１３ａ、中型
１３ｂ、下型１３ｃと、鋳造キャビティ１３ｄに連通す
る堰通路１３ｅを区画する筒形状をなす堰型１３ｆとで
構成されている。堰型１３ｆは、誘導加熱し得るように
所定の比透磁率をもつ鋼系、耐熱鋼系の鉄系材料で形成
されている。

【００４７】上記のような低圧鋳造では、溶湯入口とな
る堰型１３ｆの温度が製品の品質に大きな影響を与え
る。従って、堰型１３ｆ付近には、測温手段としての温
度センサ１９（例えば熱電対）が装備されており、温度
センサ１９で検出した堰型１３ｆ付近の温度の測定信号
を、信号線１９ｃ及びインターフェース２４を介して制
御回路２２に入力している。

【００４８】下型１３ｃには、複数個のリング状の冷却
水用通路１３ｈがほぼ同軸的に埋設されている。堰型１
３ｆの外側を包囲するように、堰型１３ｆに対してほぼ
同軸的に、ヒータとして機能する誘導コイル２０が配置
されている。誘導コイル２０には、コイル駆動回路２
１、コイル駆動回路２１を制御する制御回路２２が接続
されている。

【００４９】所定の周波数（例えば１０〜４０ｋＨｚ）
をもつ交流の電流が誘導コイル２０に通電されると、交
番磁界が生じる。よって、鋼系材料で形成された筒形状
の堰型１３ｆに渦電流が発生し、堰型１３ｆは誘導加熱
される。誘導加熱を利用すれば、鋳造キャビティ１３ｄ
への入口通路を形成する堰型１３ｆを集中的に急速加熱
でき、溶湯の湯回り不良、堰詰まりなどを抑えるのに有
利となる。

【００５０】本例では、誘導加熱される堰型１３ｆの型
温は、一般的には、堰型１３ｆを構成する鋼系材料の磁
気キュリー点を越えないように設定されている。磁気キ
ュリー点を越えると、堰型１３ｆを構成する鋼系材料の
比透磁率が大きく変化し、制御則の変化を招来するおそ
れがあるからである。加圧信号にも基づいてガス供給装
置３０が駆動する。よって、ガス供給装置３０から、エ
アやアルゴンガスなどのガスが通路３０ｐを経て密閉室
１０に送給される。すると、密閉室１０内が増圧するた
め、溶湯貯留容器１１の溶湯Ｗの液面Ｗ１が加圧され
る。従って、溶湯貯留容器１１の溶湯Ｗは浸漬管１２の
通路をゆっくりと低速度で上昇する。更に、溶湯Ｗは耐
火物製の中スリーブ１２ｘ、中スリーブ１２ｘの上方に
配置されている堰型１３ｆの堰通路１３ｅを上昇し、金
型１３の鋳造キャビティ１３ｄに注湯される。このよう
な低圧鋳造では１回の鋳込みあたりの注湯時間は、製品
の種類にもよるが、一般的には１０〜６０秒程度、１５
〜２５秒程度である。

【００５１】本例では一般的には、堰型１２ｆ及び浸漬
管１２を溶湯が通過している間、堰型１２ｆを強制的に
加熱する処理が実行される。本例では、ヒータとして機
能する誘導コイル２０に通電する高周波電流の周波数と
しては、強制加熱処理Ｐ１における周波数をｆ１、強制
加熱処理Ｐ２における周波数をｆ２、強制加熱処理Ｐ３
における周波数をｆ３、強制加熱処理Ｐ４における周波
数をｆ４とすれば、ｆ１≦ｆ２≦ｆ３≦ｆ４とされてい
る。

【００５２】金型１３の堰型１３ｆの型温が低温になる
ほど、誘導コイル２０に通電する高周波電流の周波数が
高くなれば、誘導加熱の際に、堰型１３ｆの堰通路１３
ｅを形成する表層を集中加熱する表皮効果性を高め得
る。よって、堰通路１３ｅを通過する溶湯に直接触れる
堰型１３ｆの表層を集中的に且つ急速に加熱するのに有
利となり、湯回り不良などの鋳造不良の低減に有利とな
る。

【００５３】上記した例では、ヒータとして機能する誘
導コイル２０への電力供給により堰型１３ｆを誘導加熱
するが、上型１３ａ、中型１３ｂ、下型１３ｃにはヒー
タが付設されていない。しかし必要に応じて、上型１３
ａ、中型１３ｂ、下型１３ｃの少なくとも一方にヒータ
を付設し、図１〜図６に示す上記した加熱制御と同様な
加熱制御を実行することもできる。

【００５４】またＰＩＤ制御に代えて、比例動作を行う
Ｐ制御、または、比例動作及び積分動作を行うＰＩ制御
にしても良い。 （付記） 上記した記載から次の技術的思想も把握できる。 ・金型を強制的に加熱する処理は、型温が第１の比較温
度よりも低いときにおいて、金型の型閉じごと（１回の
注湯ごとに）に、注湯している間において実行される請
求項１，２に記載の型温制御方法。 ・縦方向に延設された浸漬管の下部を溶湯に浸漬させた
状態で溶湯の液面を加圧することにより、溶湯が浸漬管
を上昇して金型の鋳造キャビティに低速度で注湯される
低圧鋳造において、浸漬管を溶湯が通過している間、金
型を強制的に加熱する処理を実行する請求項１，２に記
載の型温制御方法。 ・金型のうち強制加熱される部位は、溶湯が鋳造キャビ
ティに注入される溶湯入口通路を形成する型部分である
請求項１，２に記載の型温制御方法。

【００５５】

【発明の効果】請求項１に係る制御方法によれば、金型
の温度が低い場合には、ヒータに対して強制出力を行っ
て金型を強制加熱するため、金型の温度の測定信号に基
づいて金型の型温制御を行う下限値よりも金型の型温が
低い場合であっても、注湯を開始することができる。す
なわち、注湯可能な許容下限値が広がる。

【００５６】また、請求項２に係る制御方法によれば、
金型の温度が低いほど、ヒータに対する強制出力を増加
し、金型への強制加熱量を増加するため、より細かい温
度コントロ−ルが行え、鋳造不良が起こるおそれをより
低くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】しきい値と型温条件と加熱形態との関係を示す
表図である。

【図２】しきい値と強制加熱処理の加熱量との関係の一
例を示すグラフである。

【図３】低圧鋳造装置の動作フローチャートである。

【図４】ヒータの加熱制御のフローチャートである。

【図５】ヒータの加熱制御のフローチャートである。

【図６】ヒータのＰＩＤ制御のフローチャートである。

【図７】適用例に係り、低圧鋳造をする形態を模式的に
示す断面図である。

【図８】従来技術に係り、金型の型温の変動を模式的に
示すグラフである。

【符号の説明】

図中、１２は浸漬管、１３は金型、１３ｆは堰型、１９
は温度センサ、２０は誘導コイル（ヒータ）、２１はコ
イル駆動回路、２２は制御回路を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳造用金型に付設されたヒータへの電力供
   給量を制御することで鋳造時における金型の温度を制御
   する鋳造用金型の型温制御方法であって、 注湯開始時の金型の型温が第１の比較温度よりも高い場
   合には、型温の測定信号を用いて鋳造用金型の温度制御
   を行い、 金型の型温が前記第１の比較温度より低く、第１の比較
   温度より低い値に設定されている第２の比較温度よりも
   高い場合には、ヒータに強制的に通電して金型を強制的
   に加熱し、 前記第２の比較温度より低い値に設定されている警報温
   度よりも金型の型温が低い場合には、注湯を行わない信
   号を出力する、 ことを特徴とする鋳造用金型の型温制御方法。
2. 【請求項２】第１の比較温度と警報温度との間を複数の
   温度範囲に区切り、より低い温度範囲ほどヒータによる
   強制加熱量を多くすることを特徴とする請求項１に記載
   の鋳造用金型の型温制御方法。