JPS6347546B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、自動注湯装置、とくにストツパ付
加圧式自動注湯装置に関するものである。

第１図は従来のストツパ付加圧式自動注湯装置
を示す。第１図において、１は加圧式注湯炉、２
は溶融金属、３は加圧式注湯炉１内の溶融金属２
の表面に働く加圧ガス、４は加圧ガス３を導く管
路、５は樋状出湯口、６は樋状出湯口５に埋込ま
れたノズル、７はノズル６の開口を閉塞するスト
ツパ、８はストツパ７を上下に駆動するエヤシリ
ンダ、９は樋状出湯口内の溶融金属の高さｈを制
御するための圧力制御装置、１０は鋳型である。

次にこの従来例における動作を説明する。加圧
ガス３の圧力は、圧力制御装置９によつて樋状出
湯口６内の溶融金属の高さｈを常に規定の高さま
たは制御された高さに保つように制御されてい
る。今、鋳型１０が定位置にくると、エヤシリン
ダ８が作動し、ストツパ７が上方に引上げられ、
溶融金属２はノズル６を通つて下方へ流出し、鋳
型１０に入る。この溶融金属流出中も、溶融金属
高さｈは一定に保持される。鋳型１０が規定量満
たされると、エヤシリンダ８が作動し、ストツパ
７が瞬時に下降し、ノズル６を閉塞し、注湯は終
了する。次に鋳型１０が移動し、次の鋳型１０が
定位置にきて、同じことが繰返される。

この装置においては、ノズル６の口径と溶融金
属の高さｈによつて溶融金属の流出速度が決定さ
れるのみで、ストツパ７は単に開閉を急速に実施
し、注湯間隔を短縮し、生産性を上げるために設
けられている。従つて、流速は√だけに支配さ
れており、ｈを変化させることによつて注湯速度
の変化の要求に応えているが、ｈは極端に小さく
なるとノズル６付近に渦流ができるため、流速が
不安定になり、事実上可変巾は1.5倍以下である。
すなわち、５Kg／ｓを最小速度とすると、５Kg／
ｓ〜7.5Kg／ｓの間の注湯速度には応じられるが、
それ以上の広範囲の変動要求には応じられないと
いう欠点を有していた。ところが、実際の鋳造工
場では鋳型の種類が数多くあり、同一ラインの中
で流れてくる鋳型に要求される最適注湯速度範囲
が１〜1.5倍の間に入らないことが多い。さらに
具合の悪いことには、ノズル６の穴が使用につれ
て溶融金属に洗われて摩耗して広がつていくが、
このときｈを小さくして補償しなければならない
ため、ノズルが新品のときにおいてのみ１〜1.5
倍の全範囲をまかなうように計画することはでき
ず、同一ノズルを使うかぎり、１〜1.3倍程度の
せまい範囲の変化巾を甘受するか、ノズル６を短
時間ごとに取替えるかしなければならず、使用上
の制約が大きかつた。

また、鋳物製造技術上、第２図に示すように一
つの鋳型への注湯中に初期注湯速度を速くし、途
中から遅い注湯速度で注湯することが要求される
ことが多い（以下この注湯方式を二段注湯と呼
ぶ）。この場合、従来の装置では、注湯速度の変
化巾が小さいため、効果的な二段注湯を得ること
が困難であつた。

この発明は、このような欠点を解消するために
なされたもので、鋭角円錐頭のストツパによつて
ノズルとストツパ間に環状隙間を構成し、ストツ
パストロークの制御によつてこの環状隙間の面積
を変化させ、もつて注湯速度の変化を大巾に増加
させ、同一ラインにおけるほとんど総ての鋳型の
最適注湯速度を同一ノズルで満足させ、かつ効果
的二段注湯を可能ならしめ、かつノズル寿命を延
長させることを目的とするものである。

以下、この発明の実施例を図面について説明す
る。第３図はこの発明の一実施例を示す断面図
で、図中１〜６，９，１０は第１図と同じ、７は
第４図に詳細を示すとおり先端形状が従来の半球
状や鈍角円錐と異なり、鋭角円錐のストツパ、８
はエヤシリンダ、１１はストツパ７を一端に固定
吊下げ、他端をエヤシリンダ８に連結した軸１２
に着脱自在に固定されている支持腕、１２は上端
で支持腕１１を固定し、下端でエヤシリンダ８の
ピストンロツドと回転自在に連結される軸、１３
は軸１２が上下にスライドするときのガイドとな
る軸受で、エヤシリンダ８、支持腕１１、軸１
２、軸受１３はストツパ駆動手段を構成する。１
４は加圧式注湯炉１と一体となつている支持金
具、１５は支持金具に固定されて設けられている
ナツト、１６はナツト１５にはまり合い、回転に
よつて上下に変位可能なねじ棒、１７は軸１２に
着脱自在かつ上下方向には軸１２と滑りを生じな
いように固定されたドグである。ナツト１５、ね
じ棒１６、ドグ１７はストツパストローク制限手
段を構成する。なお、エヤシリンダ８は支持金具
１４にその下端をボルト締めされている。

第４図は第３図のノズル６、ストツパ７との組
合せ部の拡大説明図であり、実験によれば、円錐
角αの値によつてストツパのストロークｌと注湯
速度Ｑとの関係が異なつてくる。αが90゜より大
きい時あるいは半球状の時は、ΔQ／Δlが極端に
大きく、ほとんど注湯速度Ｑの制御は不可能であ
り、αが小さくなるほどΔQ／Δlは小さくなり、
微細制御ができるが、あまりΔQ／Δlが小さくな
ると、ストツパの移動距離および時間が長くなり
すぎ、また先端が細長くなりすぎて、溶融金属に
よる摩耗がはげしく、安定した注湯が困難にな
る。そのため、大体60゜付近が最も使いやすく、
その限界は30゜〜90゜と思われる。60゜としたとき
は、ストツパのストロークｌが２〜10mmで、最大
速度Qmaxと最小速度Qminの比Qmax／Qminは
約3.5という非常に大きな変化巾が得られた。

次に第３図の構成についてその作用を述べる。
鋳型１０が定位置にきて注湯を開５するのは従来
と同じであるが、図中に示すｌなるギヤツプが予
めねじ棒１６とドグ１７の間に設けられており、
注湯信号によりエヤシリンダ８が上方に軸１２、
支持腕１１、ストツパ７を移動させるべく作動
し、ギヤツプｌが０になつて止まる。こうする
と、ノズル６とストツパ７によつて構成される環
状隙間を通して、所要の注湯速度で溶融金属が鋳
型１０に注湯される。鋳型１０の種類によつて注
湯速度が異なるとき、およびノズルの穴の摩耗に
より注湯速度を補正するときは、ねじ棒１６を工
具を使用して上下させることと、圧力制御装置９
の設定値を変化させて樋状出湯口５内の溶融金属
のレベルｈを増減させることとにより、注湯速度
を変更し、所要値にセツトすることができる。注
湯停止時はエヤシリンダ８によつて急速にストツ
パ７が下降し閉止するのは、従来例と同一であ
る。

この発明により次のような実用上重大な効果が
生じる。すなわち、従来例では、溶融金属のレベ
ルｈを変えることによつてしか、注湯速度ＱKg／
ｓを変更できなかつた。そのため、前述のとお
り、Qmax／Qminは1.5止まりであつた。しかし
本発明によれば、特別なストツパの先端形状とス
トツパストローク制限手段とによつて、特定のレ
ベルｈに対して、Qmax／Qmin3.5の注湯速度
変化巾を生み出し、これとｈの変化分による
Qmax／Qmin1.5を乗ずれば、Qmax／Qmin
5.3という大巾な変速機能を有するすぐれた自動
注湯装置を提供することができる。このため、同
一ラインにおいてノズル６を交換するためにライ
ンを停止する損失時間、交換のための人工費損失
を伴わずに、要求されるすべての鋳型に注湯が可
能となり、しかもノズル穴径の摩耗増大に対する
補正範囲が広がり、ノズル寿命も大巾に延長され
るという効果を生み出した。

さらに、このQmax／Qmin5.3という従来に
ない変速比が、前述の二段注湯を実質的に可能に
した。従来のようにQmax／Qmin1.5ぐらいで
は、事実上、二段注湯の選択巾がせまく不良率の
少ない鋳造を行なうには不適当であつた。従つ
て、鋳造技術者の夢であつた絞り比の大きい二段
注湯が、この発明により初めて可能になつたとい
える。二段注湯のための構成の実施例は以下に追
つて記載、説明する。

一般に自動注湯装置を設置した現場は、無人ま
たは監視員が１人いる程度であり、ノズル６の交
換を通常操業途中にルーチン化して行なうように
はなつてなく、シフト間の休み時間に交換要員の
応援を得て実施し、操業中は連続して注湯するの
が普通である。そのため、ノズル６を交換しない
と注湯できない鋳型がラインにあるということ
は、操業度をおとすのを覚悟で操業中にノズルを
交換するか、それぞれの鋳型が１シフト分の仕事
量たまるのを待つてから注湯するかのいずれかに
なる。前者の場合は、操業率の低下、交換のため
の余分の人員の常時雇用、後者の場合は、納期的
要求へ応えられないなど経済的に大きな損失を覚
悟しなければならず、往々にして自動注湯装置の
採用を困難ならしめていた。従つてこの発明によ
れば、このような問題点が一掃され、経済的に大
きな効果が得られる。

また、上記例では、ねじ棒１６を工具によつて
回転したが、電動機構によつて遠隔操作によつて
ｌを設定、変化させるとさらに使いよい装置が得
られるし、エヤシリンダ８は注湯作業の持つ高速
要求性から選ばれているが、鋳造条件が許すな
ら、油圧シリンダ、水圧シリンダ、モータ、モー
タプラススプリングでもよい。また、ストツパス
トローク制限手段として、第３図の実施例では、
ねじ棒１６、ナツト１５、ドグ１７を用いたが、
エヤシリンダ８のピストンに磁石を埋込み、シリ
ンダ外周にリードスイツチを可動可能に取付けて
も同様に目的は達せられる。これらの変化例のう
ち、ストツパストローク制限装置として遠隔操作
可能のものは、注湯中といえども注湯速度を増大
側にのみではあるが変化させうる付加的効果を持
つている。また、遠拡操作可能なストツパストロ
ーク制限手段とモータまたはモータプラススプリ
ングのストツパ駆動手段の組合せの場合には、注
湯中に任意の注湯速度を時間的経過に伴つて選ん
で変えていくことができるため、特定の鋳型に適
した注湯パターンを選べる利点を持つている。

第５図は他の実施例を示す断面図で、１〜１
３，１５〜１７は第３図と同様のものであり、１
４は軸受１３、ナツト１５、エヤシリンダ８を固
定支持する支持金具、１８は加圧式注湯炉と一体
固定された支持台、１９は支持金具１４を上下に
駆動するスクリユナツト機構、２０はこのスクリ
ユナツト機構と連結され、支持台１８に固定され
ている減速電動機である。この電動機はステツピ
ングモータで、図示されていない制御装置で制御
される。３０は支持金具１４が上下移動するとき
のガイドの役目をするガイド機構であり、要所に
複数個設けられている。

このように構成された実施例では、第３図の実
施例と同様の作用のほか、注湯中に自由自在に第
４図のｌを変化させ得るため、特定の鋳型ごとに
第６図に示すような自在な注湯パターンをもつて
注湯でき、人間が注湯するのと同じ程度またはそ
れ以上の注湯条件で注湯でき、鋳物不良を大巾に
改善でき、手注ぎと同一鋳造方案を自動注湯装置
に適用できるという大きな効果をもたらす。

第７図は二段注湯を実施するための他の実施例
を示すもので、第３図の１〜４，９，１０は同一
であるため図示していない。５，６，７は第３図
と同一、１１は一端でストツパ７を着脱自在に取
付固定し、他端は軸１２に適合する穴を有し、し
かもその１カ所を切断し、ボルト２１で締付ける
ことにより、軸１２との相対的移動がないように
固定される支持腕、１２はこの支持腕と前述のと
おり結合され、その下端は支持金具１４の一部材
上に乗つかつている軸である。なお、この軸１２
が乗る部材は上下に位置調整可能になつている。
１３は軸１２の上下動をガイドする軸受、１４は
加圧式注湯炉と一体固定された支持金具、１５ａ
はポテンシヨメータ付減速電動機で、減速機の出
力側にはねじ棒１６とかみ合うナツト部を有す
る。１７はねじ棒１６の下端面と対向し、ストツ
パ７の第１ストロークl₁を規制するドグ、２３は
ドグ１７を上下するエヤシリンダで、軸１２に相
互変位のないように固定されている。２４はスト
ツパ７を駆動する第１のエヤシリンダ、２５は第
２のエヤシリンダ、２５は第２のエヤシリンダ２
５のピストンロツドの延長部に一端が固定され、
他端が軸１２にはまり込み、このはまり込んでい
る穴の１カ所が切断されており、ボルト２７によ
つて締付けることにより、軸１２上の任意の点に
固定できるようになつている連結桿、２８は第１
のエヤシリンダ２４のピストンロツドの延長部に
あるねじ棒、２９はねじ棒２８とかみ合うナツト
部を持つポテンシヨメータ付減速電動機である。
第１のエヤシリンダ２４と第２のエヤシリンダ２
５は、互いにフランジで固定されている。また、
減速電動機１５ａ，２９は支持金具１４に固定さ
れている。A₁，A₂，B₁，B₂は第１および第２エ
ヤシリンダのエヤ出入口である。

ところで、１１〜１３，２１，２４〜２７はス
トツパ駆動手段、１５ａ，１６，１７，２３はス
トツパストローク制限手段、２８，２９は第２段
ストローク設定手段を構成する。

次に動作を説明する。最初にストツパ７を交換
するところから始める。まず、図示していない圧
力制御装置によつて樋状出湯口５内の溶融金属を
図示していない加圧式注湯炉内へ戻す。次にボル
ト２１をゆるめてストツパ７、支持腕１１を共に
取外し、新しいストツパ７を支持腕に取付けたも
のを用意する。と同時に、第１のエヤシリンダの
A₂にエヤを導き、A₁を開放し、第２のエヤシリ
ンダのB₂を加圧し、B₁を開放する。そしてボル
ト２７をゆるめておく。このときにはシリンダ２
３のピストンロツドは引込めておく。次に新しい
ストツパ７を取付けた支持腕１１を軸１２にはめ
込み、ストツパ７の先端がノズル６の中心かつ上
面に乗つて密着するようにしてからボルト２１を
締付け、支持腕１１を軸１２に固定する。次いで
ボルト２７を締付け、連結桿２６と軸１２を固定
する。こうしておいて、第１のエヤシリンダの
A₁ポートを加圧し、A₂を開放する。こうしてス
トツパ７はノズル６に第１のエヤシリンダ２４の
A₁側面積とエヤ圧力で決定される力で押付けら
れ、溶融金属の洩れに対し安全なシール圧力を保
証する。次に減速電動機２９を作動させ、その付
属ポテンシヨメータにより表示されるストローク
を目視確認しつつ、二段注湯の低い方の注湯速度
に相当するストツパストロークl₂になるように、
ねじ棒２８をl₂だけ上昇させる。すると第１のエ
ヤシリンダ２４の下側のロツドエンドにl₂だけの
ギヤツプが作られ、この部分にはA₁ポートより
圧縮空気が依然として導入され、シール圧力を保
証している。次にシリンダ２３を作動させて、ド
グ１７を上限まで突出し、ねじ棒１６下端とのギ
ヤツプをl₁になるように減速電動機１５を作動さ
せ、ねじ棒１６を上下させる。ここにl₁は、二段
注湯の高い方の注湯速度に相当するストツパスト
ロークで、やはり、ポテンシヨメータを見つつl₁
の設定を行なうことができる。

注湯開始信号によつてA₂，B₁に圧縮空気が導
かれ、A₁，B₂が解放されると、ストツパ７はl₁
だけ瞬時に引上げられ、ドグ１７がねじ棒１６に
接触して止まる。注湯が進んで第二段の注湯速度
に落す信号が入ると、B₁が開放され、と同時に
B₂に圧縮空気が導かれ、ストツパ７は（l₁−l₂）
だけ下降し、停止する。そして注湯を完了する信
号によつてA₂が解放され、同時にA₁に圧縮空気
が導かれ、ストツパ７はノズル６に瞬時に押付け
られて注湯を停止する。このようにして、鋳型一
つに対し、二段の異なつた注湯速度で注湯するこ
とを可能にしている。注湯速度の異なつた鋳型に
対しても、減速電動機１５ａ，２９をそれぞれ単
独に動かし、ポテンシヨメータに示されるストロ
ークを読みつつ任意のストロークを設定できるの
で、注湯を連続させつつ実施できる。前述の鋭角
ストツパによる変速範囲の拡大は、この二段注湯
において最大の偉力を発揮する。なお、絞りをき
かせないで溶融金属を多量に排出したいときは、
シリンダ２３を作動し、ドグ１７を下方へ引込ま
せておき、A₂，B₁に圧縮空気を導き、A₁，B₂を
解放し、ストツパ７を第１および第２のエヤシリ
ンダの合計ストロークだけ上昇させる。

なお、第７図の第１、第２エヤシリンダ２４，
２５のかわりに、１本のエヤシリンダ２５を使用
し、そのシリンダのピストンに磁石を埋込み、シ
リンダ外周にリードスイツチを３個以上可動式に
取付けて、リードスイツチを制御回路で取捨選択
しつつシリンダを動作させても、同様、二段注湯
の目的を達することができる。その場合には第７
図の１５，１６，１７，２３，２４，２８，２９
は不要になる。また、シリンダは油圧、水圧でも
かまわない。

このように本発明によれば、ストツパとノズル
による急速開閉、それに伴う高速タクト注湯の利
点を生かしつつ、加圧式注湯装置による樋状出湯
口内溶融金属レベルの一定制御と、鋭角ストツパ
による溶融金属絞り機能とによつて、大きな注湯
速度の変速比を持つ定速度注湯を利用できる。そ
して、これを利用して、効果的な二段注湯、同一
ノズルによる多種類の鋳型への多種類の注湯速度
の適用、自由自在な注湯パターンの設定など、簡
単かつ安価な装置によつて非常に技術的、経済的
効果の大きい自動注湯装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動注湯装置を示す断面図、第
２図は二段注湯における注湯速度の変化を示す
図、第３図はこの発明の一実施例を示す断面図、
第４図はそのノズル部の拡大断面図、第５図はこ
の発明の他の実施例を示す断面図、第６図は注湯
パターンの一例を示す図、第７図はこの考案の他
の実施例を示す断面図である。 図において、１は加圧式注湯炉、２は溶融金
属、３は加圧ガス、５は樋状出湯口、６はノズ
ル、７はストツパ、８はエヤシリンダ、９は圧力
制御装置、１１は支持腕、１２は軸、１３は軸
受、１４は支持金具、１５はナツト、１５ａ，２
９はポテンシヨメータ付減速電動機、１６はねじ
棒、１７はドグ、１８は支持台、１９はスクリユ
ナツト機構、２０は減速電動機、２１はボルト、
２３はエヤシリンダ、２４は第１のエヤシリン
ダ、２５は第２のエヤシリンダ、２６は連結桿、
２７はボルト、２８はねじ棒である。なお図中同
一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 樋状出湯口、この樋状出湯口内の溶融金属の
   レベルを設定値に保持制御するための湯面制御手
   段、前記樋状出湯口の先端底部に埋込まれたノズ
   ル、このノズルと組合わせて溶融金属の流出、閉
   塞を司どる先端円錐角が鋭角のストツパ、このス
   トツパを上下に駆動するストツパ駆動手段、この
   ストツパ駆動手段の上下駆動のストロークを制限
   するストツパストローク制限手段を備え、上記湯
   面制御手段により溶融金属のレベルを設定値に応
   じて可変にすること、及び上記ストツパストロー
   ク制限手段の制限するストロークを可変にするこ
   とにより、溶融金属の流出量を調整するようにし
   たことを特徴とする自動注湯装置。 ２ ストツパの先端円錐角が30度以上90度以下で
   ある特許請求の範囲第１項記載の自動注湯装置。 ３ ストツパストローク制限手段は、ねじ棒と挿
   ナツトとドグとから構成され、手動によりねじ棒
   またはナツトを移動させ、ストツパ駆動手段によ
   るストツパストロークを所定値に制限するもので
   ある特許請求の範囲第１項記載の自動注湯装置。 ４ ストツパストローク制限手段は、ねじ棒とナ
   ツトとドグとから構成され、電動によりねじ棒ま
   たはナツトを移動させ、ストツパ駆動手段による
   ストツパストロークを所定値に制限するものであ
   る特許請求の範囲第１項記載の自動注湯装置。 ５ ストツパストローク制限手段は、ストツパ駆
   動手段のシリンダに磁石付きピストンを使い、シ
   リンダチユーブの外周にリードスイツチを可動式
   に取付けたものである特許請求の範囲第１項記載
   の自動注湯装置。 ６ ストツパストローク制限手段は、ストツパ駆
   動手段全体を上下動させうる電動機構である特許
   請求の範囲第１項記載の自動注湯装置。 ７ 樋状出湯口、この樋状出湯口内の溶融金属の
   レベルを設定値に保持制御するための湯面制御手
   段、前記樋状出湯口の先端底部に埋込まれたノズ
   ル、このノズルと組合わせて溶融金属の流出、閉
   塞を司どる先端円錐角が鋭角のストツパ、このス
   トツパを上下に駆動するストツパ駆動手段、この
   ストツパ駆動手段の上下駆動のストロークを制限
   する第１のストツパストローク制限手段、このス
   トツパストローク制限手段によつて制限するスト
   ロークよりも小さい第二段ストロークにより上記
   ストツパ駆動手段の上下駆動手段の上下駆動のス
   トロークを制限する第２のストツパストローク制
   限手段を備え、上記湯面制御手段により溶融金属
   のレベルを設定値に応じて可変にすること、及び
   上記第１、第２のストツパストローク制限手段の
   制限するストロークを可変にすることにより、溶
   融金属の流出量を調整するようにしたことを特徴
   とする自動注湯装置。 ８ 第二のストツパストローク制限手段は、シリ
   ンダとこのシリンダのピストンロツドを移動させ
   るように結合されたねじ棒、ナツト付き減速電動
   機構である特許請求の範囲第７項記載の自動注湯
   装置。 ９ 第二のストツパストローク制限手段は、シリ
   ンダに磁石付きピストンを使い、シリンダチユー
   ブの外周にリードスイツチを可動式に複数個取付
   け、これらリードスイツチの信号を選択使用する
   ようにしたものである特許請求の範囲第７項記載
   の自動注湯装置。