(57)【要約】      （修正有）【課題】安定した鋳造工程によって良質の鋳造品を製造する事ができるダイカスト装置及びダイカスト装置の制御方法を提供する。【解決手段】溶湯を金型１０のキャビティに射出する射出シリンダ１６と、射出シリンダ１６による溶湯の射出圧力を制御する制御部２２と、を備え、金型１０のキャビティへの溶湯の供給部にあたるスリーブ１２の近傍に温度センサーが配設され、制御部２２は、溶湯が供給された際に温度センサーを用いてスリーブ温度を取得し、スリーブ温度に基づいて金型１０のオーバーフロー部の温度を推定し、この推定値に基づいて射出シリンダ１６の射出圧力を制御するダイカスト装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯を金型のキャビティに射出する射出シリンダと、
金型を用いてダイカストを行う際の条件を制御する制御部と、を備えたダイカスト装置であって、
金型のキャビティへ溶湯を供給するための供給路となるスリーブと、
前記スリーブに配設された温度センサーと、を備えることを特徴とするダイカスト装置。
【請求項２】
溶湯を金型のキャビティに射出する射出シリンダと、
金型を用いてダイカストを行う際の条件を制御する制御部と、を備えたダイカスト装置であって、
前記制御部は、金型のキャビティへの溶湯の供給部近傍に配設された第１の温度センサーから前記供給部の近傍に溶湯が供給された際に第１の温度を取得し、前記第１の温度に基づいて前記金型の最端部の温度の推定値を推定し、前記推定値に基づいて前記ダイカストを行う際の条件を制御することを特徴とするダイカスト装置。
【請求項３】
請求項２に記載のダイカスト装置において、
さらに、前記制御部は、前記最端部の近傍に配設された第２の温度センサーから金型のキャビティに溶湯が充填された際に第２の温度を取得し、前記推定値を前記第２の温度に基づいて補正することを特徴とするダイカスト装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のダイカスト装置であって、
前記射出シリンダは、溶湯を金型のキャビティに射出する際に溶湯の射出圧力を制御可能であり、
前記制御部は、前記推定値に基づいて前記射出シリンダの射出圧力を制御することを特徴とするダイカスト装置。
【請求項５】
請求項４に記載のダイカスト装置において、
前記制御部は、前記推定値に基づいて溶湯の粘度μを推定し、最適射出圧力Ｐ＝粘度μ×係数ａとして最適射出圧力Ｐを算出し、前記射出シリンダの射出圧力を最適射出圧力Ｐとすることを特徴とするダイカスト装置。
【請求項６】
溶湯を金型のキャビティに射出する射出シリンダと、
金型を用いてダイカストを行う際の条件を制御する制御部と、を備えたダイカスト装置の制御方法であって、
金型のキャビティへの溶湯の供給部近傍の温度を第１の温度として測定するステップと、
前記第１の温度に基づいて前記金型の最端部の温度の推定値を推定するステップと、を備え、
前記推定値に基づいて前記ダイカストを行う際の条件を制御することを特徴とするダイカスト装置の制御方法。
【請求項７】
請求項６に記載のダイカスト装置の制御方法において、
金型のキャビティに溶湯が充填された際に前記最端部近傍の温度を前記第２の温度として測定するステップと、
前記推定値を前記第２の温度に基づいて補正するステップと、
を備えることを特徴とするダイカスト装置の制御方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のダイカスト装置の制御方法において、
前記推定値に基づいて前記射出シリンダの射出圧力を制御することを特徴とするダイカスト装置の制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載のダイカスト装置の制御方法において、
前記推定値に基づいて溶湯の粘度μを推定するステップと、
最適射出圧力Ｐ＝粘度μ×係数ａとして最適射出圧力Ｐを算出するステップと、を備え、
前記射出シリンダの射出圧力を最適射出圧力Ｐとして制御することを特徴とするダイカスト装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイカスト装置及びダイカスト装置の制御方法に関する。より詳しくは、溶湯の温度に基づいて射出圧力の制御を行うダイカスト装置及びダイカスト装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカスト装置では、安定かつ安全に鋳造を実行するために、鋳造工程を自動化するための溶湯の射出制御が行われている。
【０００３】
金型温度を測定し、金型温度が目標温度と異なる場合には鋳造条件のうち金型温度に影響を与える条件を変更し、かつ、鋳造品の品質に影響する条件を最適化するダイカスト装置の制御方法が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
また、ダイカスト装置の諸元、製品パラメータ、金型パラメータ、油圧のアキュムレータ充填圧力を固定条件とし、金型温度、作動油温度及び油圧等を変動条件として、溶湯の射出速度及び射出時間を補正して鋳造条件を設定するダイカスト装置の制御方法が開示されている（特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４６４５２号公報
【特許文献２】特公平８−１３４１０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術においては、金型温度を測定する温度センサーの取り付け位置が最適化されていなかったため、射出される溶湯の温度を必要とされる程度まで正確に測定することができなかった。溶湯はその温度によって粘度が変化するため、溶湯の温度を正確に把握することができないことによって、射出圧力が高すぎて金型の合わせ面から溶湯が噴き出したり、射出圧力が低すぎて湯廻りが不十分となり製品が不良となったりする問題が発生していた。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題を解決したダイカスト装置及びダイカスト装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、溶湯を金型のキャビティに射出する射出シリンダと、金型を用いてダイカストを行う際の条件を制御する制御部と、を備えたダイカスト装置であって、金型のキャビティへ溶湯を供給するための供給路となるスリーブと、前記スリーブに配設された温度センサーと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
より具体的には、本発明は、溶湯を金型のキャビティに射出する射出シリンダと、金型を用いてダイカストを行う際の条件を制御する制御部と、を備えたダイカスト装置であって、前記制御部は、金型のキャビティへの溶湯の供給部近傍に配設された第１の温度センサーから前記供給部の近傍に溶湯が供給された際に第１の温度を取得し、前記第１の温度に基づいて前記金型の最端部の温度の推定値を推定し、前記推定値に基づいて前記ダイカストを行う際の条件を制御することを特徴とする。
【００１０】
このダイカスト装置において、金型のキャビティへの溶湯の供給部近傍の温度を第１の温度として測定するステップと、前記第１の温度に基づいて前記金型の最端部の温度の推定値を推定するステップと、を実行し、前記推定値に基づいて前記ダイカストを行う際の条件を制御することができる。
【００１１】
鋳造において、溶湯の噴出しや湯廻り不足を回避するためには、金型のオーバーフロー部等の最端部への溶湯の供給状態を考慮することが特に重要である。本発明では、金型のキャビティへの溶湯の供給部近傍の温度を第１の温度として測定し、第１の温度を溶湯の温度を直接的に示す値として利用する。そして、溶湯の噴出しや湯廻り不足を直接的に示す金型の最端部の温度を第１の温度に基づいて推定し、推定温度から溶湯の粘度を求めて、粘度に応じたダイカストを行う際の条件を最適化する。したがって、金型の合わせ面から溶湯が噴き出したり、湯廻りが不十分となり製品が不良となったりする問題を回避することができる。
【００１２】
さらに、前記制御部は、前記最端部の近傍に配設された第２の温度センサーから金型のキャビティに溶湯が充填された際に第２の温度を取得し、前記推定値を前記第２の温度に基づいて補正することが好適である。これによって、金型のキャビティに溶湯が充填された際に前記最端部近傍の温度を前記第２の温度として測定するステップと、前記第１の温度に基づく前記推定値を前記第２の温度に基づいて補正するステップと、を実行することができる。
【００１３】
これによって、最端部の温度の推定値と最端部近傍の実測温度（第２の温度）とを比較し、推定値の妥当性を評価し、実測値（第２の温度）に基づいて推定値を補正することができる。補正された推定値を用いることによってダイカストを行う際の条件をより適切なものとすることができる。
【００１４】
例えば、前記制御部は、前記推定値に基づいて前記射出シリンダの射出圧力を制御することが好適である。前記射出シリンダの射出圧力は所定の演算式で算出することができる。具体的には、前記制御部は、前記推定値に基づいて溶湯の粘度μを推定するステップと、最適射出圧力Ｐ＝粘度μ×係数ａとして最適射出圧力Ｐを算出するステップと、を実行し、前記射出シリンダの射出圧力を最適射出圧力Ｐとして制御することが好適である。
【００１５】
このように、最適射出圧力を求めるにはハーゲン−ポアズイユ（Ｈａｇｅｎ−Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅ）の法則を用いて、最適射出圧力Ｐ＝粘度μ×係数ａとすることが好適である。溶湯の射出圧力は、金型への溶湯の供給状態に直接影響を及ぼす条件である。したがって、溶湯の射出圧力を制御することによって適切な溶湯の供給状態を実現することができる。すなわち、射出圧力が高過ぎて金型の合わせ面から溶湯が噴き出したり、射出圧力が低過ぎて湯廻りが不十分となり製品が不良となったりする問題を回避することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、安定した鋳造工程によって良質の鋳造品を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態におけるダイカスト装置は、図１に示すように、スリーブ１２、射出プランジャ１４、射出シリンダ１６、ロッド１８、油圧調整部２０、制御部２２及び記憶部２４を含んで構成される。ダイカスト装置には、金型１０が取り付けられて鋳造が行われる。
【００１８】
金型１０は、図２の断面図に示すように、複数の構成部材１０ａ，１０ｂによって構成される。構成部材１０ａ，１０ｂは型締装置（図示しない）によって互いに向かい合わせに接触させられる。構成部材１０ａ，１０ｂの境界面にはキャビティ１０ｃが形成される。キャビティ１０ｃは、形成しようとする鋳造製品の外形に沿った形状とされる。構成部材１０ｂにはキャビティ１０ｃに通ずる貫通孔が設けられ、その貫通孔に金属溶湯の供給路となるスリーブ１２が接続される。すなわち、スリーブ１２は、金属溶湯をキャビティ１０ｃに供給する際の供給口付近に取り付けられる。また、キャビティ１０ｃにおける金属溶湯の供給口から最も離れた最端部には、金属溶湯が過充填された場合に過剰な溶湯の溢れ出しを受けて緩衝させるためのオーバーフロー部１０ｄが設けられる。
【００１９】
スリーブ１２には、射出プランジャ１４が摺動可能に嵌め合わされる。射出プランジャ１４は、射出シリンダ１６とロッド１８によって接続される。射出シリンダ１６は、油圧調整部２０に接続される。射出シリンダ１６には油圧センサー（図示しない）が設けられている。油圧調整部２０は、制御部２２からの油圧制御信号を受けて、油圧センサーによる油圧の測定値に基づいて油圧制御信号に応じた油圧で射出シリンダ１６に加圧油を供給できるように構成されている。
【００２０】
スリーブ１２には、制御部２２からの制御に応じて金属溶湯が所定量だけ供給される。射出シリンダ１６は、油圧調整部２０から供給される加圧油の油圧によってロッド１８を介して射出プランジャ１６をスリーブ１２内で前後させ、スリーブ１２に供給された金属溶湯をキャビティ１０ｃ内に充填させる。
【００２１】
本実施の形態では、金型１０及びスリーブ１２に温度センサー３０，３２がそれぞれ設けられる。温度センサー３０は、最端部、例えばオーバーフロー部１０ｄ、の内面近傍に配設される。また、温度センサー３２は、金型１０とスリーブ１２の接合部の内面近傍に配設される。温度センサー３０，３２は、金型１０の最端部付近（オーバーフロー部１０ｄ）の温度（オーバーフロー温度Ｔａ）及び金型１０の溶湯供給部付近（スリーブ１２）の温度（スリーブ温度Ｔｂ）を電気信号に変換して制御部２２へ出力する。スリーブ１２は金型１０への溶湯の供給部近傍に位置するので、スリーブ温度Ｔｂは金型１０への供給直後の溶湯の温度を直接的に示しているといえる。また、一般的に、オーバーフロー部１０ｄは溶湯の供給部から最も離れた最端部に設けられるので、オーバーフロー温度Ｔａは金型のキャビティを通って冷やされて金型１０の最端部に到達した溶湯の温度を直接的に示しているといえる。
【００２２】
制御部２２はマイクロコンピュータである。制御部２２は、記憶部２４と情報伝達可能に接続される。記憶部２４には、制御部２２で実行される制御プログラム及び制御に必要なデータが格納及び保持されており、制御部２２により制御プログラム又は制御用のデータが適宜読み出されて使用される。
【００２３】
制御部２２によるダイカスト装置の制御は図３のフローチャートに沿って実行される。制御部２２は、予めプログラミングされた制御プログラムを記憶部２４に格納及び保持し、その制御プログラムを実行することによってダイカスト装置の制御を実行する。制御部２２は、温度センサー３０，３２からの信号を受けて、オーバーフロー温度Ｔａ及びスリーブ温度Ｔｂの少なくとも１つに応じて金型１０を用いたダイカストの条件を制御する。ダイカストの条件としては、例えば、溶湯の射出圧力、溶湯の射出速度、金型１０の温度等が挙げられる。溶湯の粘度が低く、溶湯が噴き出すおそれがある場合には、溶湯の射出圧力を低下させる。一方、溶湯の粘度が高く、湯廻りが不足しそうな場合には、溶湯の射出圧力を増加させる。また、溶湯の粘度が低く、溶湯が噴き出すおそれがある場合には、溶湯の射出速度を低下させる。一方、溶湯の粘度が高く、湯廻りが不足しそうな場合には、溶湯の射出速度を増加させる。また、溶湯の粘度が低く、溶湯が噴き出すおそれがある場合には、金型１０を冷却して溶湯の粘度を高くさせる。一方、溶湯の粘度が高く、湯廻りが不足しそうな場合には、金型１０を加熱して溶湯の粘度を低くさせる。
【００２４】
本実施の形態では、油圧調整部２０から供給される加圧油の油圧を調整する場合を例に説明を行う。溶湯の射出圧力は、他のダイカストの条件よりも制御が容易であり、金型１０への溶湯の供給状態を直接的に制御することができる点で制御対象として優れている。以下、フローチャートに沿って制御方法を説明する。
【００２５】
ステップＳ１０では、制御部２２から給湯指示信号が給湯装置（図示しない）へ出力される。給湯装置は、給湯指示信号を受けて、所定量の金属溶湯をスリーブ１２内へ供給する。
【００２６】
ステップＳ１２では、制御部２２はスリーブ１２に設けられた温度センサー３２を用いてスリーブ温度Ｔｂを読み取る。本実施の形態では、温度センサー３２をスリーブ１２の内面近傍に配置することによって、スリーブ温度Ｔｂをスリーブ１２に供給された溶湯の温度と略等しいとすることができる。
【００２７】
ステップＳ１４では、測定されたスリーブ温度Ｔｂに基づいて溶湯がキャビティ１０ｃに充填された場合におけるオーバーフロー温度が推定される。以下、推定されたオーバーフロー温度を推定オーバーフロー温度Ｔｃと表す。推定オーバーフロー温度Ｔｃはスリーブ温度Ｔｂと略比例し、温度相関係数ｃを用いてＴｃ＝ｃＴｂと表すことかできる。温度相関係数ｃは、金属溶湯の材質、金型の形状、金型の配置位置等によって決定される。温度相関係数ｃは、連続して行われる鋳造工程中に適宜補正されることが好適である。
【００２８】
ステップＳ１６では、推定オーバーフロー温度Ｔｃに基づいて最適射出圧力Ｐが決定される。最適射出圧力Ｐは、ハーゲン−ポアズイユの法則に基づいて決定することができる。ハーゲン−ポアズイユの法則は数式（１）で表される。ここで、μは金属溶湯の粘度、ａは金型１０に特有の係数である。
【００２９】
（数１）
Ｐ＝μ×ａ      （１）
【００３０】
金属溶湯の粘度μは、図４に示すように、金属溶湯の材質毎に金属溶湯の温度の関数として決定することができる。金属溶湯の粘度μは、一般的な金属溶湯の温度が低下するにつれて高くなる傾向を示す。使用される金属溶湯に対する粘度μと温度との関係を予め測定し、粘度μと温度との相関テーブルや近似関数として記憶部２４に格納及び保持しておくことが好適である。
【００３１】
制御部２２は、推定オーバーフロー温度Ｔｃに基づいて、記憶部２４に保持されている相関テーブル又は相関関数を用いて溶湯の粘度μを求める。このとき、キャビティ１０ｃに溶湯を充填した場合に最も充填され難いと考えられるオーバーフロー部１０ｄの温度の推定値である推定オーバーフロー温度Ｔｃを用いて溶湯の粘度μを求めることが好適である。これによって、一般的にキャビティ１０ｃの最端部に位置するオーバーフロー部１０ｄまで溶湯が過不足なく行き亘るように最適射出圧力Ｐを適切に決定することができる。
【００３２】
なお、係数ａは、使用される金型に対して所定の圧力で所定の粘度の溶湯を供給した場合に、溶湯がちょうど噴き出す限界時の係数ａ１と、湯の廻りが不足してちょうど不良が発生する限界時の係数ａ２と、に基づいてａ＝（ａ１＋ａ２）／２として定義される。係数ａ１及び係数ａ２は、金型の材質、構造に特有のパラメータであり、ダイカストに用いられる金型について予め測定して制御部２２に記憶させる。
【００３３】
制御部２２は、溶湯の粘度μと係数ａとによって数式（１）に基づいて最適射出圧力Ｐを決定し、油圧調整部２０へ最適射出圧力Ｐを指示する油圧制御信号を出力する。
【００３４】
ステップＳ１８では、溶湯が最適射出圧力Ｐでキャビティ１０ｃに充填される。油圧調整部２０は、制御部２２から油圧制御信号を受けて、射出シリンダ１６へ最適射出圧力Ｐで加圧油を供給する。これによって、スリーブ１２内に供給された溶湯が金型１０のキャビティ１０ｃ内に充填される。なお、鋳造を開始した時点において溶湯が少なくともオーバーフロー部１０ｄに到達するように、初期状態の温度相関係数ｃを高めに設定しておくことが好適である。
【００３５】
ステップＳ２０では、制御部２２は温度センサー３０を用いてオーバーフロー部１０ｄのオーバーフロー温度Ｔａを読み取る。本実施の形態では、温度センサー３０をオーバーフロー部１０ｄの内面近傍に配置することによって、オーバーフロー温度Ｔａをオーバーフロー部１０ｄに供給された溶湯の温度と略等しいとすることができる。
【００３６】
ステップＳ２２では、金型１０から鋳造物が取り外される。制御部２２は、例えば、キャビティ１０ｃに溶湯が充填されてから所定時間の経過後に型締装置の締め付け圧力を低下させて構成部材１０ａ，１０ｂを分離させる。これによって、金型１０から鋳造物を取り外すことができる。
【００３７】
ステップＳ２４では、推定オーバーフロー温度Ｔｃとオーバーフロー温度Ｔａとが比較され、比較結果に応じて温度相関係数ｃの補正を行うか否かが判定される。制御部２２は、ステップＳ１４で推定された推定オーバーフロー温度ＴｃとステップＳ２０で実測されたオーバーフロー温度Ｔａとの差の絶対値が所定の閾値内にあるか否かを判定する。２つの温度の差の絶対値が所定の閾値内にあればステップＳ２８に処理を移行させ、所定の閾値内になければステップＳ２６に処理を移行させる。
【００３８】
ステップＳ２６では、温度相関係数ｃの補正が行われる。例えば、ステップＳ２０で実測されたオーバーフロー温度ＴａをステップＳ１２で実測されたスリーブ温度Ｔｂで除算した商を新たな温度相関係数ｃとすることが好適である。ただし、これに限定されるものではなく、推定オーバーフロー温度Ｔｃとオーバーフロー温度Ｔａとの差の大きさに応じて適当な重み付けをして温度相関係数ｃを補正する等の処理を行うことも好適である。
【００３９】
ステップＳ２８では、鋳造工程を終了するか否かが判定される。鋳造工程を続ける場合にはステップＳ１０に処理を戻す。
【００４０】
以上のように、スリーブ温度Ｔｂの測定、スリーブ温度Ｔｂと温度相関係数ｃとに基づく推定オーバーフロー温度Ｔｃの推定、推定オーバーフロー温度Ｔｃに基づくダイカストの条件の変更を行うことによってダイカストを適切におこなうことができる。特に、最適射出圧力Ｐを算出し、その最適射出圧力Ｐで溶湯を射出させることによって金型に溶湯を適切な状態で供給することができる。また、オーバーフロー温度Ｔａの実測、オーバーフロー温度Ｔａに基づく温度相関係数ｃの見直し、を行うことによって、鋳造工程を繰り返す度にダイカストの条件を最適化することができる。このようにして、溶湯の粘度の変化に伴う金型の合わせ面からの溶湯の噴き出しや、湯廻りの不足による不良製品の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態におけるダイカスト装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるダイカスト装置で使用される金型の構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるダイカスト装置の制御方法のフローチャートを示す図である。
【図４】金属溶湯の粘度μと金属溶湯の温度の相関関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  金型、１０ａ，１０ｂ  構成部材、１０ｃ  キャビティ、１０ｄ  オーバーフロー部、１２  スリーブ、１４  射出プランジャ、１６  射出シリンダ、１８  ロッド、２０  油圧調整部、２２  制御部、２４  記憶部、３０，３２  温度センサー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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