JPS62267059A - 金属鋳造において一定の溶融金属レベルを維持するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は、ガス透過性のシェル　モールドを用いる金属
鋳造方法および装置に関する。

［先行技術の説明］ 真空／不活性ガス雰囲気内で金属の鋳造を行うガス透過
性シェル　モールド鋳造は公知であり、排気雰囲気また
は不活性ガス雰囲気内で鋳造しなければならない金属の
精密鋳造を高い生産性ペースで行うのを可能にするため
に開発されたものである。ガス透過性シェル　モールド
鋳造の開発前においては排気雰囲気または不活性ガス雰
囲気内での金属の精密鋳造には多数の問題があった。こ
れらの問題は、部分的に、特に比較的大きい溶融および
注入室に関連して所要の密封を達成し、鋳造装置を排気
するのに必要な時間に起因するものであった。また、溶
融金属の表面に存在するドロスその他の不純物が鋳造物
品に巻込まれてしまうことにより生ずる問題もあった。

ガス透過性シェル　モールド鋳造は、真空雰囲気または
不活性ガス雰囲気内で金属を鋳造することに関連する問
題の多くを解決したが、しかじながら、解決されない問
題も依然として存在する。

その内置も重要な問題は、モールドに対し一定の溶融金
属レベルを維持することである。本発明に到るまで、こ
の問題は殆ど未解決のままに留まっている。

［発明の目的］ 従って、本発明の目的は、簡易で、効率が良く、しかも
高い信頼性で、ガス透過性シェルモールド鋳造において
モールドに対し一定の溶融金属レベルを保証するための
装置および方法を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明は、ガス透過性シェル　モールド鋳造法において
モールドに対し一定の溶融金属レベルを付与する装置に
ある。この装置は、鋳造すべき金属を溶融し保持するた
めの炉手段と、充填すべきモールドを炉手段内で溶融金
属と鋳造関係に位置付けるための手段と、溶融金属を炉
手段からモールド内に吸引するための手段とを備える。

また、溶融金属がモールド内に吸込まれる間、モールド
に対する炉手段内の溶融金属レベルにおける変化を検知
するためのセンサ手段が設けられる。

さらに、センサ手段に応答して、炉手段をモールドに対
し動かし、それにより、モールドが充填されつつある間
、溶融金属レベルをモールドに対し一定に留まらせる手
段が設けられる。

本発明は、また、ガス透過性シェル　モールド鋳造法に
おいてモールドに対し一定の溶融金属レベルを与える方
法を提供し、本方法は、炉手段内で鋳造すべき金属を溶
融し保持し、充填すべきモールドを炉手段内の溶融金属
と鋳造関係に位置付け、溶融金属を炉手段からモールド
内に吸引せしめ、溶融金属がモールド内に吸引される間
モールドに対する炉手段内の溶融金属レベルにおける変
化を検知し、モールドに対する溶融金属レベルの変化に
応答して炉手段をモールドに対し傾けて、それによりモ
ールドが充填されつつある間溶融金属レベルをモールド
に対し一定に留める段階を含む。

本発明を例示的に説明する目的で、図面には、現在好ま
しいと考えられる実施態様が示しである。しかしながら
、本発明は、図示の構成および装備そのものに限定され
るものでないことは理解されるべきである。

１里１ さて、図面を参照して説明する。なお、図面中同じ参照
数字は同じもしくは同様の要素を指すものとする。第１
図には、本発明による装置を備えた鋳造機械１０が示し
である。この鋳造機械ＩＯは、被鋳造金属を溶融し保持
するための炉１２を備えている。当業者には理解される
ように、炉１２は、ハウジングもしくはシェル１４と、
該シェル１４内に配置されて耐熱セラミックのような適
当な耐火材料から形成されているるつぼ１６を備えてい
る。炉１２には、るつぼ１６を取り巻くようにして複数
個の誘導コイル１８が設けられており、このコイル１８
には高周波電流が通されて、被鋳造金属を誘導加熱で溶
融する。誘導コイル１８は公知の仕方で適当な電源（第
１図には図示せず）に接続されている。

第１図および第２図に最も良く示しであるように、炉１
２は、炉の両側に一対の腕もしくはアーム２０および２
２を備えており、これらアームにより、炉１２は支持構
造もしくはフレーム２４に取り付けることができる。該
フレーム２４は、水平の支持部材３０および３２上に取
り付けられている一対の直立の支柱２６および２８を備
えている。炉１２に固定されている腕２０および２２は
、参照数字３４および３Ｇで示す個所で支柱２６および
２８に枢動可能に取り付けられている。枢着部３４およ
び３６は、腕２ｏおよび２２と支柱２６と２８との間に
回動可能な接続を形成する任意適当な構造を有するもの
であって良い。追って詳細に説明するように、炉１２が
傾く中心となる枢軸線３８は、第４図に最も良く示しで
あるように、枢着部３４および３６を通る。

枢着部３４および３６と反対側の腕２０および２２の端
部は、それぞれ、シリンダ４ｏおよび４２に接続されて
いる。シリンダ４０および４２（図示なし、４０とは反
対側）は空気圧または油圧シリンダとすることができ、
それぞれ、伸長／引っ込み可能なシリンダロッド４４お
よび４６を備えている。ロッド４４および４６（図示な
し）は、公知の態様でシリンダ４０および４２により伸
長可能であり且つ引っ込み可能であらて、それらの自由
端は、それぞれ枢着部４８および５０でアーム２０およ
び２２に回動可能に接続されている。シリンダ４ｏおよ
び４２の反対側の端部は、第１図に参照数字５２で示す
個所で基部３０に回動可能に接続されている。シリンダ
４０および４２は、公知の仕方で、適当な弁および接続
系を介して空気圧もしくは油圧源に接続することができ
る。

水平の支持部材３０および３２には、車輪５４が設けら
れており、これらは炉１２が第１図で見て、鋳造機械ｌ
Ｏに対し、左から右に移動することができるように、ト
ラック部材５６および５８上に取り付けられている。炉
１２の運動は、当業者には理解されるように、シリンダ
６０により達成することができる。なお、炉１２の（第
１図で見て）左方向運動を制限し且つ鋳造機械１０に対
して炉１２を適切に位置付ける目的で鋳造機械１０にス
トッパ部材６２を設けることができよう。

第１図に最も良く示しであるように、鋳造機械はまた、
ガス透過性のシェル　モールド６６を配設することがで
きるヘッド６４をも備えている。

このガス透過性のシェル　モールドは当該技術分野で良
く知られており、ここで詳細に説明する必要はなかろう
。ヘッド６４は、真空ポンプ（図示せず）で真空管路（
図示せず）に接続されており、該真空ポンプによりモー
ルド６６が排気されて、それにより、周知の仕方で溶融
金属がモールド内に吸込まれる。ヘッド６４およびモー
ルド６６は、シリンダ７０およびロッド７２によって、
周知の仕方で、炉１２に対し接近および離間するように
垂直方向に移動可能である。管状の案内７８および８０
には案内棒７４および７６が設けられており、それによ
り、ヘッド６４およびモールド６６は、上昇または下降
される際に真直に上下に移動し、曲がったり斜行するこ
とはない。

ヘッド６４に隣接して、遠隔レベルセンサｌｏＯが取り
付けられている。このレベル（液位）センサｌｏＯは、
鋳造機械ｌＯに対して固定されている支柱１０２に取り
付けることができる。レベル　センサ１００は、当該技
術分野の専門家には良く知られているレーザ　レベル　
センサのような任意適当な遠隔レベル　センサとするこ
とができる。支柱１０２およびレベル　センサ１００は
、炉を傾斜する際にヘッド６４あるいは炉の縁により邪
魔されることなく、炉内の溶融金属のレベルに対し見通
しの利く視線を有するように配設されている。

鋳造機械１０にはまた、溶融すべき金属を炉１２に添加
するための適当な挿入システムを設けることができる。

別法として、溶融金属を直接添加することもできる。コ
ンベヤ装置のような任意適当な装入システムを用いるこ
とも可能である。

炉１２への装入は、シュート１０４を介して直接るつぼ
１６に行われる。シュートｌ○４は、部位１０６で回動
することができ、それによりシュート１０４は、炉１２
の傾斜を可能にするように回動して炉１２の傾斜軌跡か
ら外れて退避することができる。

本発明の装置の制御系は第３図に略示しである。本発明
の中央制御装置は本発明による動作を実行するように適
当にプログラミングされているミニコンピユータまたは
専用マイクロプロセッサとすることができるコンピュー
タ１０８である。

コンピュータ１０８は、入力として、レベル検出器１０
０からの出力信号並びに軸位置符号化器１１０の出力を
受ける。なお、符号化器１１０は第１図および第４図に
は示されていないが、炉１２が傾斜する傾き角を検知す
るように枢軸線３８に沿い炉１２に取り付けることがで
きる。なお、角度位置を検知するためのこのような軸符
号化器は周知であり、ここで詳細に説明する必要はない
であろう。

コンピュータ１００に対する他の入力は、炉内の金属の
温度を検知する温度センサからの信号である、溶融金属
の温度は、接触探子あるいは赤外線パイロメータのよう
な任意適当な手段により検知することができよう。この
測定は別個に行って、その結果を慣用のキーボード（図
示せず）によりコンピュータ１０日に入力するようにし
ても良い。

入力に応答して、コンピュータ１０８は多数の制御出力
を発生する。１つの出力は、炉１２の誘導コイル１８に
供給される電力を制御するために炉の電源１１２に対す
る制御信号である。コンピュータ１０８は、炉内の溶融
金属の予め定められた温度が維持され、しかも炉１２に
塗材金属が装入される際に該金属を溶融するべく炉１２
に付加的に電力が供給されるように電源１１２を制御す
る。このような機能に関し電源１１２を制御するコンピ
ュータ１０８のプログラムは当該技術分野で良く知られ
ているところであり、ここでは詳細に述べる必要はない
であろう。

コンピュータ１０８はまたレベルセンサ１００および軸
符号化器１１０からの信号をも処理してシリンダ４０の
動作を制御するのに用いられる傾き制御出力を発生する
。

次ぎに、本発明の動作態様について説明する。

炉１２に鋳造すべき金属が装入されて溶融された後ある
いは炉１２に溶融金属が装入された後にヘッド６４およ
びモールド６６を類１２内に下降して、モールド６６が
溶融金属１１４内に部分的に漬かるようにする。次いで
、モールド６６を排気してモールド内に溶融金属を吸入
せしめる。

レベル　センサ１００は、連続的にモールド６６に対す
る溶融金属１１４のレベル１１６を監視する。溶融金属
がモールド６６内に吸い上げられるに伴ない、レベル１
１６は下降することは理解されるであろう。レベル１１
６のこの変化は、レベル　センサ１００により検知され
て、レベル１１６の変化を表す信号がコンピュータｌ○
８に送られる。コンピュータ１０８は、この信号を処理
して、傾き制御信号を発生する。この傾き制御信号は、
適当な油圧または空気圧管路ならびに弁装置を介してシ
リンダ４０により軸４４を伸長せしめる作用をなす、軸
４４が伸長するに伴ない、炉１２は枢軸線３８を中心に
傾斜する。第４図を参照されたい。このように炉１２を
傾かせることにより、結果的に、溶融金属１１４のレベ
ル１１６はモールド６６に対して上昇せしめられる。コ
ンピュータ１０８は、溶融金属がモールド６６内に吸い
上げられる間連続的に炉１２を傾かせるようにプログラ
ムしておくことができ、その場合には溶融金属１１４の
レベル１１６はモールド６６に対して常に一定であると
言う効果が得られる。

モールド６６が杯にな充填されると、モールド６６は、
炉１２から後退され、鋳造機械ｌＯはコンピュータ１０
８に対して鋳造動作が完了したことを表す信号を送る。

鋳造動作が完了すると、ヘッド６４およびモールド６６
は炉１２から離れて昇高され、新しいモールドがヘッド
６４内に配置され、上に述べたプロセスが繰り返される
。　コンピュータ１０８はモールド６６内に吸い込まれ
る金属を連続的に補填するように炉１２に追加の装入が
行われるよう装入系の動作を制御するべくプログラミン
グすることができる。軸位置符号化器の信号は、コンピ
ュータ１０８により処理されて、炉１２の傾き角が充分
に大きく追加金属を添加すべきかどうかを決定するのに
用いられる。追加金属を添加すべき場合には、コンピュ
ータ１０８は、装入系を起動して追加量の金属を炉内に
装入　　す　　る　　。　　　コ　　ン　　ピ　　ュ　
　−　　タ　　１　０　８は、炉の傾き角を減少するこ
とにより、金属が炉内に装入される間レベル１１６を一
定に維持する。炉の傾き角の変化は、連続的に軸位置符
号化器１１０により検知される。軸位置符号化器が、炉
１２がその元の水平位置に戻ったことを検知すると、コ
ンピュータ１０８は装入もしくは充填動作を終らせる。

コンピュータ１０８は、傾き角を基に炉内に入れられた
全装入量を計算し、電源１１２に信号を送って、塗材金
属を溶融しても温度安定性が維持されるように類１２内
に平均電力レベルを維持する。

コンピュータ１０８は、炉１２が予め選択された度数だ
け傾斜した後に、該炉１２の傾きを停止するようにプロ
グラムすることができる。炉１２が予め選択された度数
だけ傾斜したならば（これは軸位置符号化器１１０によ
り表示される）、コンピュータ１０８は、炉１２の傾き
運動を停止して、シリンダ４０に対する駆動を反転する
。そこでシリンダ４ｏはロッド４４を引き戻し、炉１２
はその元の水平位置に回転し戻ることができる。

別法として、レベル　センサ１００により検知されるレ
ベル１１６の変化を、レベル１１６の変化を表す信号を
発生するように処理することができる。この信号は、コ
ンピュータ１０８に送られ、該コンピュータはこの信号
を処理して、溶融金属１１４のレベル１１６に対するモ
ールド６６の垂直位置を制御する昇高制御信号を発生す
る。

本発明のこの実施態様においては、炉１２は水平位置に
留まって傾斜は行われない。即ち、金属がモールド６６
内に吸入されるに伴ないレベル１１６が下降すると、モ
ールドが下降されて、モールド６６に対するレベル１１
６は一定に保持される。レベル１１６が予め定められた
値より低くなると、レベル制御部１００はコンピュータ
１０８に信号を送り、それにより、固体または液体の金
属が炉に添加される。

炉１２は、モールド６６を収容するように非常に大きい
表面積を有する必要がある。しかしながら、金属、例え
ば、特に延性のある鉄を得るためには、鋳造場所に最小
量の金属だけを鋳造可能な状態に貯えて置くことが重要
である。これは、最終鋳造物の品質に影響を与える溶融
金属の冶金学的性質における変化が経時的に起こり得る
からである。類１２内の溶融金属の「滞在時間」が長く
なればなるほど、冶金学的性質における変化も顕著にな
る。この「滞在時間」を最小にするためには、この鋳造
方法において溶融金属の深さを非常に小さくするのが有
利である。

第５図には、効率的な溶融および（または）金属の小さ
い深さの維持を可能にする炉の構造が示しである。なお
、第５図に示した炉の種々な部分と他の図面の部分との
相関を容易にするために、ダッシュの付いた参照数字が
用いである。第５図の炉１２′は、炉のシェル１４′を
備久、このシェル１４′内にはるつぼ１６′が存在する
。第５図に示すように、るつぼ１６′の内部は非常に浅
い。シェル１４′内でるつぼ１６′を取り巻いて誘導コ
イル１８′が設けられている。

通常、コアレス（無心）型の炉においては、負荷の長さ
く即ち金属深さ）およびコイルの長さは相等しい。しか
しながら、溶融金属の非常に小さい深さを維持する場合
に要求されるように、負荷およびコイルの直径と比較し
て負荷およびコイルの長さが短い場合には、コアレス型
の炉の効率が悪くなることは良く知られている。従って
、本発明による新規な炉においてはコイル長は負荷長さ
よりも相当長く選択されている。漂遊磁界でモールドの
包囲物が加熱されないようにす・るために最低金属レベ
ルは誘導コイルの頂部に保持される。

従って、誘導コイル１８′は金属面より相当下方まで延
在する。コイル１８′の下端巻き線は磁気的に溶融金属
の底の部分に結合され、従って、負荷およびコイルが負
荷の深さよりも非常に長くなるかのような作用をする。

このようにして、小さい負荷の深さは、誘導コイルによ
り示される非常に大きい深さにあたかも等しいかのよう
な作用をなし、深さが非常に太き場合と類似の電気的特
性および効率が実現される。１対１またはそれ以上の負
荷対コイルの深さ比を達成することができ、この比を高
くすれば高くする程効率も高くなる。

予備的な計算の示すところによれば、負荷の深さの３倍
のコイル１８′の幅で最適な効率が達成される。従って
、最適な結果は４対１の比で達成されるものと考えられ
る。

このように第５図の炉では、非常に小さい深さで金属を
溶融することが可能となり且つ（または）炉を非常に高
い効率に保持することができ、一方これによ２、「滞在
時間」並びに冶金学的性質の変化は最小限に抑止される
。

本発明は、その精神および本質的属性の範囲から逸脱す
ることなく他の特定の形態で具現することもでき、従っ
て、本発明の範囲から逸脱することなく種々な変形およ
び変更が可能であることを付記する。

４　図　の８車な言Ｂ 第１図は、本発明による装置の簡略立面図、第２図は第
１図の線１−１における装置の一部分の頂面図、第３図
は、本発明の装置の簡略ブロックダイヤグラム、第４図
はモールドに対する傾き位置で炉手段を示す第１図の装
置の部分断面図、そして第５図は、本発明と関連して特
に有用な新規な炉構造を示す部分断面図である。

１０・・・・鋳造機械、１２・・・・炉、１４・・・・
シェル、１６・・・・るつぼ、１８・・・・誘導コイル
、２０．２２・・・・アーム、２４・・・・フレーム、
２６．２８・・・・支柱、３０．３２・・・・支持部材
、３４．３６．４８．５０・・・・枢着部、３８・・・
・枢軸線、４０．４２．６０・・・・シリンダ、４４．
４６・・・・シリンダ　ウッド、５４・・・・車輪、５
６．５８・・・・トラック部材、６２・・・・ストッパ
部材、６４・・・・ヘッド、６６・・・・シェル　モー
ルド、７０・・・・シリンダ、７２・・・・ロッド、７
４．７６・・・・案内棒、７８．８０・・・・管状案内
、１００・・・・レベルセンサ、１０２・・・・支柱、
１０４・・・・シュート、１０８・・・・コンピュータ
、１１０・・・・軸位置符号化器、１１２・・・・電源
、１１４・・・・溶融金属、１１６　・・・・レベル。

図面の浄書（内容に変更なし） Ｆ／θ　／ ９＋　　　　　　　　　　　　　　　き”ｆ　　　　５
１）ＩＧ　２ 手続補正書（方式） 昭和６２年５月２９日 特許庁長官　黒　１）明　雄　殿 事件の表示　昭和６２年特　願第　６２７７６　　号補
正をする者

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガス透過シェルモールド鋳造においてモールドに溶
   融金属の一定のレベルを与えるための装置において、 鋳造すべき金属を溶融し保持するための炉手段と、 充填すべきモールドを前記炉手段内の溶融金属と鋳造関
   係に位置付ける手段と、 溶融金属を前記炉手段からモールド内に吸入せしめるた
   めの手段と、 溶融金属がモールド内に吸入される際にモールドに対す
   る炉手段内の溶融金属のレベルにおける変化を検知する
   ためのレベル検知手段と、 前記レベル検知手段に応答して前記炉手段およびモール
   ドを相対的に移動し、前記溶融金属のレベルが、モール
   ドの充填中モールドに対し一定に留まるようにするため
   の手段とを備えていることを特徴とする装置。 ２、炉手段が、鋳造すべき金属を誘導加熱により溶融す
   るための誘導加熱手段を備えている特許請求の範囲第１
   項記載の装置。 ３、レベル検知手段が、溶融金属のレベルの変化を光学
   的に検知するための光学手段を備えている特許請求の範
   囲第１項記載の装置。 ４、傾斜手段により炉手段に付与される傾きの大きさを
   検知するための傾き検知手段を備えている特許請求の範
   囲第１項記載の装置。 ５、傾き検知手段が、軸位置符号化器を含む特許請求の
   範囲第４項記載の装置。 ６、レベル検知手段および傾き検知手段に応答して鋳造
   すべき金属を炉手段に添加するための装入手段を更に備
   えている特許請求の範囲第４項記載の装置。 ７、レベル検知手段に応答する手段が、モールドに対し
   炉手段を傾斜するための手段を含む特許請求の範囲第１
   項記載の装置。 ８、レベル検知手段に応答する手段が、炉に対しモール
   ドを縦軸方向に移動するための手段を備えている特許請
   求の範囲第１項記載の装置。 ９、溶融金属を炉内に吸入せしめる手段が減圧手段を含
   む特許請求の範囲第１項記載の装置。 １０、傾斜手段により炉に与えられる傾き量を検知する
   ための傾き検知手段を更に備えている特許請求の範囲第
   ７項記載の装置。 １１、傾き検知手段が軸位置符号化手段を含む特許請求
   の範囲第１０項記載の装置。 １２、光学手段がレーザを含む特許請求の範囲第３項記
   載の装置。 １３、装入手段が、レベル検知手段からの信号に応答し
   て作動可能である搬送手段を含む特許請求の範囲第６項
   記載の装置。 １４、溶融金属の温度を検知して該温度を表す信号を発
   生するための温度検知手段と、 炉の温度信号に応答して、予め定められた炉温度を維持
   するために、炉手段に供給される電力を変えるための電
   力供給手段とを更に含む特許請求の範囲第１項記載の装
   置。 １５、シェルと、 シェル内に配置され、横方向寸法よりも相当に小さい深
   さの内部空洞を有するるつぼと、 前記るつぼを取り巻いて前記シェル内に配置され、少な
   くとも前記内部空洞の下側部分を囲繞する複数個の誘導
   コイルとを有することを特徴とする無心型誘導炉。 １６、コイルが、少なくとも、予め定められた距離に亙
   り内部空洞の下側部分を囲繞して内部空洞の下方に延び
   ている特許請求の範囲第１５項記載の心無し誘導炉。 １７、ガス透過性シェルモールド鋳造においてモールド
   に対し一定の溶融金属レベルを与えるための方法におい
   て、 炉手段内で鋳造すべき金属を溶融し且つ保持し、 充填すべきモールドを、炉手段内で溶融金属と鋳造関係
   に位置付け、 前記炉手段から溶融金属をモールド内に吸入せしめ、 溶融金属がモールド内に吸入されるに伴ない、前記モー
   ルドに対する前記炉手段内の溶融金属のレベルの変化を
   検知し、そして モールドに対する溶融金属のレベルの変化に応答し、モ
   ールドの充填中モールドに対し溶融金属のレベルを一定
   に留めるべく、前記モールドに対し炉手段を傾ける段階
   を含むことを特徴とする方法。 １８、炉手段内における溶融金属のレベルの検知された
   変化に応答して、炉手段に鋳造すべき金属を添加する段
   階を含む特許請求の範囲第１７項記載の方法。 １９、金属を添加する段階で固体金属が添加される特許
   請求の範囲第１８項記載の方法。 ２０、金属を添加する段階で溶融金属が添加される特許
   請求の範囲第１８項記載の方法。