(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を貯留する炉（１１）の内圧を高めることによって、前記炉（１１）に貯留された前記溶融金属（１）を給湯管（１２）の上端側開口部から流出させる給湯工程を含み、
前記給湯工程では、前記給湯管（１２）の内部における前記溶融金属（１）の液面の高さの変動量（ΔＨ）を、前記給湯管（１２）の長さ寸法（Ｌ）の１〜７５％にすることを特徴とする溶融金属供給方法。
【請求項２】
前記給湯工程では、前記変動量（ΔＨ）を前記給湯管（１２）の長さ寸法（Ｌ）の１〜５０％にすることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属供給方法。
【請求項３】
前記給湯工程では、前記変動量（ΔＨ）を前記給湯管（１２）の長さ寸法（Ｌ）の１〜２５％にすることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属供給方法。
【請求項４】
前記炉（１１）の内圧をプリレベル圧（Ｐ０）に保つプリレベル保持工程を含み、
前記給湯工程では、前記炉（１１）の内圧を前記プリレベル圧（Ｐ０）よりも上昇させて前記溶融金属（１）を前記上端側開口部から流出させ、次いで前記炉（１１）の内圧を前記プリレベル圧（Ｐ０）よりも低い湯切り圧（Ｐ２）まで低下させ、
前記湯切り圧（Ｐ２）および前記プリレベル圧（Ｐ０）をゲージ圧力で表したとき、前記湯切り圧（Ｐ２）を前記プリレベル圧（Ｐ０）の６０〜９０％にすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の溶融金属供給方法。
【請求項５】
前記湯切り圧（Ｐ２）を前記プリレベル圧（Ｐ０）の７０〜９０％にすることを特徴とする請求項４に記載の溶融金属供給方法。
【請求項６】
前記湯切り圧（Ｐ２）を前記プリレベル圧（Ｐ０）の８０〜９０％にすることを特徴とする請求項４に記載の溶融金属供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造機に溶融金属を供給する溶融金属供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、溶融金属（溶湯）を貯留する保持炉と、保持炉の内部から保持炉の外部に突出して保持炉の内部の溶融金属を鋳造機に向けて出湯する給湯管とを備え、保持炉の内部を加圧することによって給湯管の先端から出湯させる溶融金属供給装置が記載されている。
【０００３】
この種の溶融金属供給装置を用いて鋳造機に溶融金属を供給する溶融金属供給方法においては、給湯管で溶融金属が酸化しやすいので、溶湯品質の低下を招きやすいという問題がある。
【０００４】
そこで、従来、特許文献２には、給湯管近傍を不活性ガス濃厚雰囲気にすることにより、溶湯に酸素が触れることを抑制して溶湯の酸化を抑制する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２６８９５７号公報
【特許文献２】特開平６−２３５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２の従来技術では、高価な不活性ガスを用いる必要があり、また不活性ガスを供給するための複雑な装置も必要であるので、鋳造コストが高くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、給湯管内における溶融金属の酸化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明者は、給湯管内における溶融金属の酸化について検討した結果、給湯管内における溶融金属の液面の変動が溶融金属の酸化進行の支配要因であることを突き止めた。すなわち、給湯管内における溶融金属の液面の変動量が大きいほど溶融金属の酸化進行が促進されるという新たな知見を得た。
【０００９】
この知見に基づいて、請求項１に記載の発明では、溶融金属を貯留する炉（１１）の内圧を高めることによって、炉（１１）に貯留された溶融金属（１）を給湯管（１２）の上端側開口部から流出させる給湯工程を含み、
給湯工程では、給湯管（１２）の内部における溶融金属（１）の液面の高さの変動量（ΔＨ）を、給湯管（１２）の長さ寸法（Ｌ）の１〜７５％にすることを特徴とする。
【００１０】
これによると、給湯管（１２）の内部における溶融金属（１）の液面の高さの変動量（ΔＨ）を７５％以下に抑えるので、給湯管（１２）内における溶融金属（１）の酸化を抑制することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の溶融金属供給方法において、給湯工程では、給湯管（１２）の内部における溶融金属（１）の液面の高さの変動量（ΔＨ）を、給湯管（１２）の長さ寸法（Ｌ）の１〜５０％にすることを特徴とする。
【００１２】
これにより、給湯管（１２）内における溶融金属（１）の酸化をより抑制することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の溶融金属供給方法において、給湯工程では、給湯管（１２）の内部における溶融金属（１）の液面の高さの変動量（ΔＨ）を、給湯管（１２）の長さ寸法（Ｌ）の１〜２５％にすることを特徴とする。
【００１４】
これにより、給湯管（１２）内における溶融金属（１）の酸化をより一層抑制することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の溶融金属供給方法において、炉（１１）の内圧をプリレベル圧（Ｐ０）に保つプリレベル保持工程を含み、
給湯工程では、炉（１１）の内圧をプリレベル圧（Ｐ０）よりも上昇させて溶融金属（１）を給湯管（１２）の上端側開口部から流出させ、次いで炉（１１）の内圧をプリレベル圧（Ｐ０）よりも低い湯切り圧（Ｐ２）まで低下させ、
湯切り圧（Ｐ２）およびプリレベル圧（Ｐ０）をゲージ圧力で表したとき、湯切り圧（Ｐ２）をプリレベル圧（Ｐ０）の６０〜９０％にすることを特徴とする。
【００１６】
これにより、サージ圧の発生による溶融金属（１）の飛び出しを抑制しつつ、液面変動量（ΔＨ）を小さく抑えることができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明のように、請求項４に記載の溶融金属供給方法において、湯切り圧（Ｐ２）をプリレベル圧（Ｐ０）の７０〜９０％にすれば、液面変動量（ΔＨ）をより小さく抑えることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明のように、請求項４に記載の溶融金属供給方法において、湯切り圧（Ｐ２）をプリレベル圧（Ｐ０）の８０〜９０％にすれば、液面変動量（ΔＨ）をより一層小さく抑えることができる。
【００１９】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態における溶湯供給装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１の溶湯供給装置の各作動状態を示す図である。
【図３】図１の溶湯供給装置における炉の内圧変化を示すタイムチャートである。
【図４】図１の溶湯供給装置における給湯管内の湯面変動を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本実施形態の溶湯供給装置の全体構成を示す図である。溶湯供給装置は、鋳造機に溶湯（溶融金属）を供給するための装置であり、本実施形態においてはダイカスト用の溶湯供給装置として構成されている。本実施形態の溶湯供給装置を溶融金属供給装置と表現することもできる。
【００２２】
図１に示すように、溶湯供給装置１０は、溶湯１を貯留する炉１１と、炉１１内の溶湯１を鋳造機に供給するための給湯管１２とを有している。炉１１は、例えばセラミック耐火物と断熱材とを用いて形成されている。図１中、上下の矢印は、炉１１の設置状態における上下方向（高さ方向）を示している。
【００２３】
溶湯１は、金属材料を溶解することで得られる溶融金属である。アルミダイカスト製品を製造する場合には、金属材料として、アルミニウム合金のインゴットが用いられる。それ以外にも、金属材料として、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム等を用いることもできる。
【００２４】
炉１１の上部には、溶湯１を所定温度に保つ保温手段として電気式ヒータ１３が設けられている。電気式ヒータ１３の代わりに直火式の保持バーナが設けられていてもよい。
【００２５】
炉１１内には、溶湯１の温度を検出する温度センサ（図示せず）が設けられている。この温度センサからの検出信号に基づいて、例えば電気式ヒータ１３の出力が制御され、溶湯１が所定温度に保たれる構成となっている。
【００２６】
給湯管１２は、水平方向に対して傾斜して配置され、下端部が炉１１内の溶湯１中に位置し、上端部が炉１１の外部に突出して鋳造機の射出スリーブ３１に接続されている。給湯管１２から溶湯１が出湯される際に溶湯１が冷えることを防止するために、給湯管１２には電気ヒータが内蔵されている。
【００２７】
炉１１にはエアー配管１４が接続されており、エアー配管１４には、プリレベル加圧弁１５、プリレベル排気弁１６、給湯加圧弁１７および給湯排気弁１８が並列に設けられている。
【００２８】
プリレベル加圧弁１５およびプリレベル排気弁１６は、炉１１の内圧をプリレベル圧に調整するプリレベル圧調整手段をなす。プリレベル加圧弁１５が開弁されると、図示しない圧縮空気供給装置からの圧縮空気が炉１１内に供給され、炉１１の内圧が上昇する。炉１１の内圧がプリレベル圧を越えて上昇した場合には、プリレベル排気弁１６を開弁することで、炉１１内の圧縮空気を大気中に排気して炉１１の内圧を低下させる。
【００２９】
給湯加圧弁１７および給湯排気弁１８は、給湯作動時に用いられる。給湯加圧弁１７が開弁されると、図示しない圧縮空気供給装置からの圧縮空気が炉１１内に供給される。このとき供給される圧縮空気の圧力はプリレベル圧よりも高くなっている。このため、炉１１の内圧がプリレベル圧からさらに上昇して給湯管１２内の溶湯１の液面が上昇する。その結果、給湯管１２の上端側開口部（溶湯流出口）から溶湯１が出湯されて給湯状態になる。
【００３０】
給湯を停止する際には、給湯排気弁１８を開く。これにより、炉１１内の圧縮空気が大気中に排気され、炉１１の内圧が低下するので、給湯管１２内の溶湯１の液面が下降して給湯管１２からの出湯が停止される。
【００３１】
プリレベル加圧弁１５、プリレベル排気弁１６、給湯加圧弁１７および給湯排気弁１８は電磁ソレノイドによって開閉されるようになっている。各弁１５〜１８を開閉する電磁ソレノイドは、制御装置（制御手段）１９によって制御されるようになっている。
【００３２】
制御装置１９は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、タイマ等を有するマイクロコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭ中のプログラムを実行することで、所望の処理を実行する。
【００３３】
制御装置１９の入力側には、圧力センサ２０および給湯センサ２１が接続されている。圧力センサ２０は、炉１１の内圧を検出する内圧検出手段をなす。給湯センサ２１は、給湯管１２の先端側に設けられ、給湯管１２の溶湯流出口からの溶湯の流出を検出する溶湯流出検出手段をなす。
【００３４】
さらに、制御装置１９には、操作盤２２に設けられた各種操作スイッチ、操作ボタンからの操作信号も入力されるようになっている。操作盤２２に設けられた各種操作スイッチ、操作ボタンとしては、例えば給湯準備ボタン２２ａ、給湯準備解除ボタン２２ｂおよび給湯開始ボタン２２ｃ等が設けられている。
【００３５】
また、制御装置１９には、鋳造機の制御盤３２からの給湯指令信号が入力されるようになっている。
【００３６】
次に、上記構成における作動を説明する。図２は、溶湯供給装置の各作動状態を示す図である。溶湯供給装置の各作動状態としては、図２（ａ）に示す定常状態、図２（ｂ）に示すプリレベル保持状態、および図２（ｃ）に示す給湯状態がある。
【００３７】
図２（ａ）に示す定常状態は、炉１１の内圧が大気圧と同じになっている状態である。したがって、定常状態では、給湯管１２内における溶湯１の液面が、炉１１内における溶湯１の液面と同じ高さになる。
【００３８】
図２（ｂ）に示すプリレベル保持状態は、炉１１の内圧が、大気圧よりも高いプリレベル圧に保持された状態である。このプリレベル保持状態では、給湯管１２内における溶湯１の液面が定常状態に比べて上昇する。
【００３９】
図２（ｃ）に示す給湯状態は、炉１１の内圧が、プリレベル圧よりも高い給湯圧に到達した状態である。この給湯状態では、給湯管１２内における溶湯１の液面がプリレベル保持状態からさらに上昇して、溶湯１が給湯管１２の溶湯流出口から出湯する。
【００４０】
定常状態、プリレベル保持状態および給湯状態の切替制御について説明する。定常状態において操作盤２２の給湯準備ボタン２２ａが押されるとプリレベル保持状態になる。具体的には、制御装置１９が圧力センサ２０の検出信号に基づいてプリレベル加圧弁１５およびプリレベル排気弁１６を制御することにより、炉１１の内圧をプリレベル圧に保つ。
【００４１】
プリレベル保持状態において給湯準備解除ボタン２２ｂが解除されると定常状態に戻る。具体的には、制御装置１９がプリレベル排気弁１６を開けることにより、炉１１内の圧縮空気が大気中に排気されて炉１１の内圧が大気圧と同じになる。
【００４２】
プリレベル保持状態において、操作盤２２の給湯開始ボタン２２ｃが押され、または鋳造機の制御盤３２から給湯指令信号を受けると給湯状態になる。具体的には、制御装置１９が給湯加圧弁１７を開弁することによって、炉１１の内圧がプリレベル圧からさらに上昇する。これにより、給湯管１２内における溶湯１の液面がプリレベル保持状態からさらに上昇して、溶湯１が給湯管１２の溶湯流出口から出湯する。溶湯１が給湯管１２の溶湯流出口から出湯すると、給湯センサ２１の検出信号が制御装置１９に入力される。
【００４３】
給湯状態において、制御装置１９は、圧力センサ２０の検出信号に基づいて、炉１１の内圧がプリレベル圧よりも高い給湯圧に到達したか否かを判断する。制御装置１９は、炉１１の内圧がプリレベル圧よりも高い給湯圧に到達したと判断すると給湯加圧弁１７を閉弁する。これにより、炉１１の内圧が給湯圧に保たれる。なお、制御装置１９は、給湯センサ２１の検出信号が入力されてからの経過時間に基づいて、炉１１の内圧がプリレベル圧よりも高い給湯圧に到達したか否かを判断してもよい。
【００４４】
制御装置１９は、給湯センサ２１の検出信号が入力されてから所定時間経過すると、溶湯１の出湯量が所定量に達したと判断して溶湯１の出湯を停止する。
【００４５】
具体的には、制御装置１９が給湯排気弁１８を開弁することによって、炉１１内の圧縮空気が大気中に排気されて炉１１の内圧が低下する。これにより、給湯管１２内における溶湯１の液面が給湯管１２の溶湯流出口よりも下降するので、溶湯１の出湯が停止される。すなわち、湯切りされる。このとき、制御装置１９は、圧力センサ２０の検出信号に基づいて、炉１１の内圧が、プリレベル圧よりも低い湯切り圧まで下降したか否かを判断する。制御装置１９は、炉１１の内圧が湯切り圧まで低下したと判断すると給湯加圧弁１７を閉弁する。なお、制御装置１９は、給湯排気弁１８を開弁してからの経過時間に基づいて、炉１１の内圧がプリレベル圧よりも高い給湯圧に到達したか否かを判断してもよい。
【００４６】
制御装置１９は、給湯加圧弁１７を閉弁すると、圧力センサ２０の検出信号に基づいてプリレベル加圧弁１５およびプリレベル排気弁１６を制御することにより、炉１１の内圧をプリレベル圧に保つ。これによりプリレベル保持状態に戻る。
【００４７】
図３は、プリレベル保持状態→給湯状態→プリレベル保持状態という一連の作動における炉１１の内圧変化を示すタイムチャートである。図３の実線は、本実施形態における炉１１の内圧変化を示し、図３の破線は、比較例における炉１１の内圧変化を示している。
【００４８】
本実施形態および比較例では、炉１１の内圧が１１ｋＰａ（ゲージ圧力）を越えると溶湯１が給湯管１２の溶湯流出口から出湯するようになっており（出湯領域＞１１ｋＰａ）、プリレベル圧Ｐ０が１０ｋＰａ（ゲージ圧力）、給湯圧Ｐ１が１７ｋＰａ（ゲージ圧力）に設定されている。
【００４９】
そして、比較例における湯切り圧Ｐ２ｃが４ｋＰａ（ゲージ圧力）に設定されているのに対し、本実施形態では湯切り圧Ｐ２が８ｋＰａ（ゲージ圧力）に設定されている。換言すると、比較例では、湯切り圧Ｐ２ｃがプリレベル圧Ｐ０の４０％（ゲージ圧力比）に設定されているのに対し、本実施形態では、湯切り圧Ｐ２がプリレベル圧Ｐ０の８０％（ゲージ圧力比）に設定されている。
【００５０】
次に、本実施形態の溶湯供給装置（溶融金属供給装置）を用いた溶湯供給方法（溶融金属供給方法）を説明する。
【００５１】
プリレベル保持工程では、炉１１の内圧をプリレベル圧Ｐ０に保つ。次いで、給湯工程にて、炉１１の内圧を高めることによって、炉１１内の溶湯１を鋳造機に供給する。
【００５２】
給湯工程では、炉１１の内圧をプリレベル圧Ｐ０よりも高い給湯圧Ｐ１まで上昇させて溶湯１を給湯管１２の上端側開口部から流出させ、次いで炉１１の内圧をプリレベル圧Ｐ０よりも低い湯切り圧Ｐ２まで低下させて湯切りを行う。
【００５３】
上述のごとく、本実施形態では、比較例に比べてプリレベル圧Ｐ０と湯切り圧Ｐ２との差を小さくする。これにより、給湯管１２内の湯面変動（溶湯１の液面の変動）を抑制することができるので、給湯管１２内における溶湯１の酸化を抑制することができる。
【００５４】
このことを図４に基づいて説明する。出湯時（給湯時）における給湯管１２内の湯面レベル（液面高さ）は、比較例および本実施形態ともに、図４に示す最高湯面レベルＨ１に達する。最高湯面レベルＨ１は、給湯管１２の溶湯流出口の高さと同じである。
【００５５】
湯切り時（給湯ストップ時）における給湯管１２内の湯面レベルは、比較例では図４に示す湯面レベルＨ２ｃまで下降するのに対し、本実施形態では、湯切り圧が比較例に比べて高く設定されているので図４に示す湯面レベルＨ２までしか下降しない。
【００５６】
すなわち、比較例では、給湯圧Ｐ１と湯切り圧Ｐ２ｃとの差が大きいので、湯切り時の湯面レベルＨ１と出湯時の湯面レベルＨ２ｃとの差ΔＨｃが大きくなり、給湯管１２の内壁に膜状に残って酸化する溶湯の量が多くなってしまうのに対し、本実施形態では、給湯圧Ｐ１と湯切り圧Ｐ２との差が比較例に比べて小さいので、湯切り時の湯面レベルＨ１と出湯時の湯面レベルＨ２ｃとの差ΔＨを小さく抑えることができ、ひいては酸化する溶湯の量を少なくすることができる。
【００５７】
具体的には、湯切り時と出湯時とでの湯面変動量ΔＨを、給湯管１２の長さ寸法Ｌの１〜７５％にすることで、溶湯酸化を良好に抑制することができる。給湯管１２の長さ寸法Ｌとは、図４に示すように、給湯管１２単体の全長を測った寸法のことである。なお、図４の例では、給湯管１２の下端側にフィルタ２３が設けられている。
【００５８】
湯面変動量ΔＨを給湯管１２の長さ寸法Ｌの１〜５０％に抑えれば、溶湯酸化をより良好に抑制できる。湯面変動量ΔＨを給湯管１２の長さ寸法Ｌの１〜２５％に抑えれば、溶湯酸化を一層抑制できる。
【００５９】
より具体的には、本実施形態では、湯切り圧Ｐ２をプリレベル圧Ｐ０の６０〜９０％（ゲージ圧力比）にすることで、サージ圧の発生による溶湯１の飛び出しを防止できる。サージ圧とは、湯切り時において炉１１の内部に瞬間的に発生する圧力のことを言う。
【００６０】
湯切り圧Ｐ２をプリレベル圧Ｐ０の７０〜９０％（ゲージ圧力比）にすれば、サージ圧の発生による溶湯１の飛び出しを確実に防止できる。湯切り圧Ｐ２をプリレベル圧Ｐ０の８０〜９０％（ゲージ圧力比）にすれば、サージ圧の発生による溶湯１の飛び出しをより確実に防止できる。
【００６１】
このように、本実施形態は、給湯管１２の内部における溶湯１の液面の高さの変動量ΔＨが溶湯１の酸化進行の支配要因であることに着目することにより、当該変動量ΔＨを小さく抑えるといった簡易な手法でもって溶湯１の酸化を抑制するものである。
【００６２】
これによると、特許文献２のごとく不活性ガスを用いて溶湯の酸化を抑制する従来技術と比較して鋳造コストを著しく低減することができるので、実用上のメリットが極めて大きい。
【００６３】
（他の実施形態）
上記一実施形態では、炉１１の内圧を調整するために圧縮空気を用いたが、圧縮空気に限定されるものではなく種々の圧縮気体を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１    溶湯（溶融金属）
１１  炉
１２  給湯管
Ｌ    給湯管の長さ寸法
Ｐ０  プリレベル圧
Ｐ１  給湯圧
Ｐ２  湯切り圧
ΔＨ  湯面変動量（給湯管の内部における溶融金属の液面の高さの変動量）
【図１】
0005471993.tif 000002
【図２】
0005471993.tif 000003
【図３】
0005471993.tif 000004
【図４】
0005471993.tif 000005