(57)【要約】【課題】新規な方法により次ショットの酸素供給量の補正を行い、金型の特性（個体差）を考慮した最適な酸素供給量を決定する技術を提案する。【解決手段】金型キャビティ６内に酸素を供給する第一工程と、金型キャビティ６内へ鋳込みを行うとともに、ダイカストマシン１の外部容器としての真空タンク１２と前記金型キャビティ６とを連通し、金型キャビティ６内の気体を真空タンク１２に吸引する第二工程と、前記真空タンク１２内の酸素濃度を計測する第三工程と、前記第三工程により計測された酸素濃度に基づき、次ショットの前記第一工程における酸素の供給量を算出する第四工程を有するダイカスト鋳造法とするものである。【選択図】図１
2006110561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型キャビティ内に酸素を供給する第一工程と、
金型キャビティ内へ鋳込みを行うとともに、
ダイカストマシンの外部の容器と前記金型キャビティとを連通し、金型キャビティ内の気体を前記外部の容器に吸引する第二工程と、
前記外部の容器内の酸素濃度を計測する第三工程と、
前記第三工程により計測された酸素濃度に基づき、次ショットの前記第一工程における酸素の供給量を算出する第四工程、を有するダイカスト鋳造法。
【請求項２】
前記第三工程において、酸素濃度の値が安定する所定期間に酸素濃度の計測を行うことを特徴とする、請求項１に記載のダイカスト鋳造法。
【請求項３】
前記第三工程において、窒素濃度を計測するとともに、前記窒素濃度が規定値よりも高い場合には、装置の不具合の発生を認定することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のダイカスト鋳造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金型キャビティ内の空気等の気体を酸素ガスと置換し、その状態でもって金型キャビティ内に溶湯を供給する酸素雰囲気ダイカスト法（ＰＦ法）を実施するのに適したダイカスト鋳造法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、キャビティ内の空気等の気体を酸素ガスと置換し、その状態でもってキャビティ内に溶湯を供給する酸素雰囲気ダイカスト法（ＰＦ法）が知られている（例えば、特許文献１・２参照）。
そして、金型キャビティ内の酸素濃度を酸素濃度センサにて計測し、この計測結果に基づいて次ショットの際の必要酸素供給量を決定することにより、金型キャビティ内の酸素濃度が各ショットにおいて実際に要求される計画値に近づくように補正を行うこととしている。
また、前記酸素濃度を算出するタイミングは、射出スリーブ内における射出チップによるキャスティング動作の開始前、又は、キャスティング動作開始後における射出チップの低速移動期間において行われるものとしている。
【特許文献１】特開平１０−１１３７５７号公報
【特許文献２】特開平１０−０２９０５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記のような酸素濃度の計測のタイミングでは、金型固有のシール性能、キャビティ体積、キャビティ形状等の特性（金型の個体差）に応じた最適な必要酸素供給量の決定ができないものとなっている。
例えば、金型合わせ面のシール性能が悪い場合では、酸素供給後に酸素が漏れてしまうことになり、この場合、従来の方法では、キャビティ内の酸素濃度が低くなってしまうことになる。この金型合わせ面のシール性能については、連続鋳造による金型の熱変形や、発生したバリの噛み込みなどが原因となって経時変化が生じるものであり、この点を考慮しなければ、キャビティ内で必要となる酸素濃度が得られなくなる。つまり、酸素が不足することになる。
また、上記とは逆に、本来必要となる供給量よりも多くの酸素を供給してしまうことも考えられ、この場合では、無駄な酸素の供給を行ってしまうことになる。つまり、過剰な酸素供給を行ってしまうことになる。
また、特許文献１で開示される技術では、キャスティング動作の前段階でキャビティ内の吸引減圧を行うこととしているが、この吸引減圧により達成される減圧度も、シール性能やキャビティの形状が影響することになり、酸素置換率も変動してしまうことになる。
以上のようであるから、従来の技術では、金型の特性（個体差）を考慮した最適な酸素供給量の決定を行うことができず、次ショットのための酸素供給量の補正を行ったとしても、実際の酸素濃度は要求される計画値とならないものであった。
【０００４】
また、キャビティ形状は複雑であるため、従来技術におけるベント通路に設置される酸素濃度センサや、吸引経路に設置される酸素濃度センサでは、実際のキャビティ内の酸素濃度との間で誤差が生じているものと考えられ、また、吸引経路においては、圧力変動下にて濃度を計測することになるため、その計測結果の信頼性が低いものとなってしまう。
このことから、金型内に酸素濃度センサを設置することも検討されるが、耐熱性があり、検知速度の速い酸素濃度センサは、現時点では存在しないため、この案は採用できない。
以上のようであるから、従来の技術では、キャビティ内の実際の酸素濃度を正確に検知（監視）することはできないものであり、このような状況下で次ショットのための酸素供給量の補正を行ったとしても、実際の酸素濃度は要求される計画値とならないものであった。
【０００５】
本発明は、以上の点に鑑みたものであり、新規な方法により次ショットの酸素供給量の補正を行い、金型の特性（個体差）を考慮した最適な酸素供給量を決定する技術を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上のごとくであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１に記載のごとく、金型キャビティ内に酸素を供給する第一工程と、金型キャビティ内へ鋳込みを行うとともに、ダイカストマシンの外部の容器と前記金型キャビティとを連通し、金型キャビティ内の気体を前記外部の容器に吸引する第二工程と、前記前記外部の容器内の酸素濃度を計測する第三工程と、前記第三工程により計測された酸素濃度に基づき、次ショットの前記第一工程における酸素の供給量を算出する第四工程を有するダイカスト鋳造法とするものである。
【０００８】
また、請求項２に記載のごとく、前記第三工程において、酸素濃度の値が安定する所定期間に酸素濃度の計測を行うこととする。
【０００９】
また、請求項３に記載のごとく、前記第三工程において、窒素濃度を計測するとともに、前記窒素濃度が規定値よりも高い場合には、装置の不具合の発生を認定することとする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
即ち、請求項１に記載の発明では、各ショットにおいて実際に計測された酸素濃度に基づいて供給量の補正が行われる、つまりは、金型の特性（個体差）を考慮した最適な酸素供給量の決定を行うことができる。そして、これにより、金型キャビティ内の酸素不足や、過剰な酸素供給といった不具合を防止することができる。
また、外部の容器の酸素濃度を検知しているので、金型キャビティ内の酸素濃度を正確に検知することができることとなっており、信頼性の高いデータに基づく酸素供給量の制御を行うことができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明では、前記第四工程での酸素の供給量の計算においては、濃度が不安定な期間の酸素濃度が採用されず、濃度が安定した所定期間の酸素濃度のみが採用されるため、正確な酸素濃度に基づいた酸素の供給量の算出を行うことができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明では、金型の破損、合わせ面のシール性能の低下、真空減圧経路１１の圧漏れ等の不具合の発生を早期に発見することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明によるダイカスト鋳造法を実施するための装置構成の一つの実施の形態を示している。
ダイカストマシン１は、固定型２と可動型３を有しており、可動型３は図示せぬ型締め装置により図１において左右方向に移動される。尚、図１では、型締めを完了した状態を示している。
前記固定型２には、射出スリーブ４が取り付けられている。該射出スリーブ４には、図示せぬ射出シリンダにより進退する溶湯射出用のチップ５が摺動自在に設けられており、射出スリーブ４の注湯口４ａより流し込まれた溶湯は、チップ５が図において左方向へ移動されることにより、湯道２ａを介して金型キャビティ６内へ押し込み充填される。
【００１５】
また、前記固定型２には、金型キャビティ６の内空間に通じる減圧バルブ７が設けられている。
該減圧バルブ７は、酸素供給経路８を介して酸素ボンベ等で構成される酸素供給源９と接続されている。
前記酸素供給経路８には、流量制御バルブ８ａが設けられている。この流量制御バルブ８ａは、コントローラ１０と接続されており、該コントローラ１０によって、流量制御バルブ８ａの開度の制御が行われるようになっている。
以上の構成により、コントローラ１０による流量制御バルブ８ａの開度の制御を行い、酸素供給源９内の酸素を、酸素供給経路８、減圧バルブ７を介して金型キャビティ６内へ供給するようにしている。
【００１６】
また、前記減圧バルブ７は、真空減圧経路１１を介して、ダイカストマシン１の外部の容器である真空タンク１２と接続されている。
前記真空減圧経路１１には、開閉制御バルブ１１ａが設けられている。この開閉制御バルブ１１ａは、前記コントローラ１０と接続されており、該コントローラ１０によって、開閉制御バルブ１１ａの開閉の制御が行われるようになっている。
また、前記真空タンク１２は、真空ポンプ１３によって真空タンク１２内の気体が吸引されて、真空状態が形成されるようになっている。また、真空タンク１２には、該真空ポンプ１３内の窒素濃度を検出するための窒素濃度センサ１４と、真空タンク１２内の酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ１５が設けられている。各センサ１４・１５は、それぞれ、前記コントローラ１０と接続されており、コントローラ１０が真空タンク１２内の窒素濃度、及び酸素濃度を計測できるようになっている。
また、前記真空ポンプ１３は、前記コントローラ１０と接続されており、該コントローラ１０によって、真空ポンプ１３の駆動の開始／停止の制御が行われるようになっている。
以上の構成により、コントローラ１０による真空ポンプ１３、及び開閉制御バルブ１１ａの制御を行い、金型キャビティ６内の気体を真空タンク１２内へ吸引させるとともに、吸引した気体の窒素濃度、及び酸素濃度を計測できるようにしている。
【００１７】
次に、以上の装置構成によるダイカスト鋳造法について説明する。
図２は、鋳造開始から終了までに行われる工程（１ショットの工程）ついて示すものである。左列には、可動型３及びチップ５の動作位置や酸素供給状態等が示されており、右列には、真空タンク１２内における酸素濃度２１、及び窒素濃度２２の時間変化が示されている。
また、図３は、鋳造開始から終了までのフローの詳細について示す図である。
以下、各段階を順を追って説明する。
【００１８】
図２の最初の段階Ｄ１に示すごとく、可動型３は固定型２から離されて待機状態とされており、前記減圧バルブ７は大気に開放されている。これにより、前記真空タンク１２内の酸素濃度２１と窒素濃度２２は、大気中の濃度と同じものとなる。
また、この場合、コントローラ１０は、前記流量制御バルブ８ａを閉じることとしている（図３に示すステップ３１）。
【００１９】
次に、図２の段階Ｄ２に示すごとく、可動型３が固定型２に対して型締めされる（ステップ３２）。この型締めされた状態において、コントローラ１０は、前記開閉制御バルブ１１ａを開く（ステップ３３）とともに、真空ポンプ１３を駆動して、金型キャビティ６内及び真空タンク１２内の気体の吸引を開始する（ステップ３４）。
そして、コントローラ１０は、真空状態を確認する、つまり、酸素濃度２１及び窒素濃度２２が０％であることを確認すると、前記開閉制御バルブ１１ａを閉じるとともに（ステップ３５）、真空ポンプ１３の駆動を停止させ、気体の吸引を完了させる（ステップ３６）。これにより、金型キャビティ６内及び真空タンク１２内が真空状態とされる。
次に、コントローラ１０は、前記流量制御バルブ８ａを開いて金型キャビティ６内への酸素供給を開始する（ステップ３７）。ここでの流量制御バルブ８ａの開度Ｃや、流量制御バルブ８ａを開状態とする時間Ｔ、つまり、供給量Ｆは、後述するようにコントローラ１０により算出される。
そして、時間Ｔの経過後は、コントローラ１０は前記流量制御バルブ８ａを閉じ、酸素の供給を完了する（ステップ３８）。
【００２０】
次に、図２の段階Ｄ３に示すごとく、チップ５の移動による鋳込みが開始されるとともに（ステップ３９）、コントローラ１０によって開閉制御バルブ１１ａが開かれ（ステップ４０）、金型キャビティ６内の気体が真空タンク１２内へ吸引される（ステップ４１）。これにより、金型キャビティ６内の減圧が行われる。
ここでは、図２の段階Ｄ３のグラフに示すごとく、時間の経過とともに、真空タンク１２内の酸素濃度２１は上昇することになる。この酸素濃度２１の増加は、酸素供給源９より供給された酸素に基づくものである。また、この場合、窒素濃度２２も上昇することになる。この窒素濃度２２の増加は、ダイカストマシン１の外部から金型キャビティ６内に入り込んでしまった空気に基づくものであり、例えば、シール性能の低下が進行している場合は、この窒素濃度２２の増加量が大きくなる。
【００２１】
次に、図２の段階Ｄ４に示すごとく、チップ５の移動による鋳込みが完了するととともに（ステップ４２）、コントローラ１０によって開閉制御バルブ１１ａが閉じられ（ステップ４３）、真空タンク１２に気体が閉じ込められた状態となる。
この段階で、コントローラ１０は、真空タンク１２内の酸素濃度２１の計測値に基づき、次ショットにおける供給量Ｆの決定を行う（ステップ４４）。
例えば、酸素濃度２１の計測値が規定値Ｍ（図２の段階Ｄ４のグラフ参照）よりも低い場合には、次ショットにおける供給量Ｆを増加させる補正を行い、酸素濃度２１の計測値が規定値Ｍよりも高い場合には、次ショットにおける供給量Ｆを減少させる補正を行うこと等である。このようにして、実際の酸素濃度２１を次ショットにおける供給量Ｆにフィードバックさせるものである
【００２２】
尚、この規定値Ｍは、装置設計段階において決定される理論上の計画値であり、規定値Ｍとすることで、最適な酸素雰囲気が実現されるものである。
また、供給量Ｆの補正の量については、コントローラ１０に予め記憶された計算式に則って行われるものである。例えば、規定値Ｍと実際の酸素濃度２１の差分を求め、この差分に対応して増加又は減少すべき酸素量を求め、この酸素量を今回ショットの供給量に加算又は減算した値を次ショットの供給量Ｆとする等である。
また、その補正は、前記流量制御バルブ８ａの開度Ｃや、開状態の時間Ｔを変更することにより行われるものである。
【００２３】
さらに、金型キャビティ６内には、酸素と窒素のみがリッチな状態であり、窒素濃度２２から酸素濃度２１を算出することができる状況となっている。このため、次ショットにおける供給量Ｆの決定において、酸素濃度２１を基準とするに加え、窒素濃度２２をも基準とすることによれば、前記窒素濃度センサ１４・酸素濃度センサ１５の誤差を互いに補正し合うことができ、計測データの信頼性を高めることができる。
【００２４】
そして、以上の鋳込が完了した後は、可動型３が固定型２より外されて鋳造品が取り出されるとともに、前記コントローラ１０により開閉制御バルブ１１ａが開かれて真空タンク１２内の気体が外部に開放され、次ショットの待機状態とされる（ステップ４５）。
【００２５】
以上のようにして、ダイカスト鋳造が行われるものである。
即ち、以上の構成では、図４に示すごとく、金型キャビティ６内に酸素を供給する第一工程Ｓ１と、金型キャビティ６内へ鋳込みを行うとともに、ダイカストマシン１の外部の容器としての真空タンク１２と前記金型キャビティ６とを連通し、金型キャビティ６内の気体を真空タンク１２に吸引する第二工程Ｓ２と、前記真空タンク１２内の酸素濃度２１を計測する第三工程Ｓ３と、前記第三工程により計測された酸素濃度２１に基づき、次ショットの前記第一工程における酸素の供給量Ｆを算出する第四工程Ｓ４を有するダイカスト鋳造法とするものである。
【００２６】
そして、以上の方法によれば、各ショットにおいて実際に計測された酸素濃度２１に基づいて供給量Ｆの補正が行われる、つまりは、金型の特性（個体差）を考慮した最適な酸素供給量の決定を行うことができる。そして、これにより、金型キャビティ６内の酸素不足や、過剰な酸素供給といった不具合を防止することができる。
また、金型キャビティ６内と真空減圧経路１１を介して連通される真空タンク１２内の酸素濃度２１を検知しているので、金型キャビティ６内の酸素濃度２１を正確に検知することができることとなっており、信頼性の高いデータに基づく酸素供給量の制御を行うことができる。
【００２７】
また、前記第三工程において酸素濃度２１の計測が行われるものであるが、図５に示すごとく、真空タンク１２内の酸素濃度２１は、金型キャビティ６内の気体の吸引が行われる期間Ｔ１では上昇し、その後しばらくすると略一定の値を示して安定することになる。このことから、酸素濃度２１の計測は、酸素濃度２１が安定した期間Ｔ２において行うことが望ましい。
そこで、前記第三工程においては、酸素濃度２１の値が安定する所定期間Ｔ２に酸素濃度２１の計測を行うこととする。
以上によれば、前記第四工程での酸素の供給量Ｆの計算においては、濃度が不安定な期間Ｔ１の酸素濃度２１が採用されず、濃度が安定した所定期間Ｔ２の酸素濃度２１のみが採用されるため、正確な酸素濃度２１に基づいた供給量Ｆの算出を行うことができる。
【００２８】
尚、前記所定期間Ｔ２については、吸引が開始され、時間Ｔ３を経過した後の一定時間とするように、時間を基準とすることとする他、計測データのバラツキが少ない期間を抽出するといったように、計測データを基準とすること等が考えられる。
また、この場合においても、酸素濃度２１を基準とするに加え、窒素濃度２２をも基準とすることによれば、前記窒素濃度センサ１４・酸素濃度センサ１５の誤差を互いに補正し合うことができ、計測データの信頼性を高めることができる。
【００２９】
また、前記第三工程において、前記コントローラ１０は、窒素濃度２２を計測するとともに、窒素濃度２２が規定値Ｎよりも高い場合には、装置の不具合の発生を認定することとしている。
図６に示すごとく、可動型３と固定型２の合わせ面のシール性能の低下や、真空減圧経路１１の圧漏れなどの不具合が発生した場合には、窒素濃度２２が高くなるものであり、このことをもってして装置の不具合の発生を検知しようとするものである。そして、不具合の発生を検知した場合においては、図示せぬ報知手段により、不具合の発生を報知することとするものである。
尚、窒素濃度２２が規定値Ｎよりも低い場合、つまりは、管理幅Ｐ１内にある場合には、コントローラ１０は、上述したような装置の不具合の発生はないものとして、不具合の発生の報知を行わないものとする。
【００３０】
以上によれば、金型の破損、合わせ面のシール性能の低下、真空減圧経路１１の圧漏れ等の不具合の発生を早期に発見することができる。
また、この場合において、窒素濃度２２を基準とするのに加え、酸素濃度２１をも基準とすることによれば、前記窒素濃度センサ１４・酸素濃度センサ１５の誤差を互いに補正し合うことができ、計測データの信頼性を高めることができる。つまり、酸素濃度２１についても、管理幅Ｐ２を設け、該管理幅Ｐ２を外れた場合には、不具合とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のダイカスト鋳造法を実施するための装置構成例について示す図。
【図２】鋳造開始から終了までに行われる工程について示す図。
【図３】同じくフローチャートを示す図。
【図４】鋳造開始から終了までに行われる工程の概要を示す図。
【図５】真空タンク内の酸素・窒素濃度の遷移について示す図。
【図６】窒素濃度と装置不具合発生の関係について示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１    ダイカストマシン
２    固定型
３    可動型
５    チップ
６    金型キャビティ
８    酸素供給経路
８ａ  流量制御バルブ
９    酸素供給源
１０  コントローラ
１１  真空減圧経路
１２  真空タンク
１４  窒素濃度センサ
１５  酸素濃度センサ
２１  酸素濃度
２２  窒素濃度
【図１】
2006110561.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006110561.tif 000007
【図６】
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