(57)【要約】【課題】  信頼性の高い渦電流式溶湯金属レベル検知器を提供する。【解決手段】  プローブ部８を保持する支持管１２を耐熱性、耐食性、耐酸化性、耐アルミニウム反応性を有する部材で構成し、かつプローブ部８をアルミナ繊維やシリカ繊維の単体、又は両素材を含む混合繊維や織布１５で被覆する構成として耐衝撃性を向上させる構成とした。また、プローブ部８をボビン９のフランジ部と支持管のフランジ部１２ｂを係止した状態で、支持管のネジ部１２ａに取り付けたナット１３で挟み込んで保持することにより、プローブ部８を構成する部品類が溶湯金属上に落下しない構成とした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯金属炉または鋳造機の鋳型内の溶湯金属の湯面からの高さを、渦電流を用いて検出する渦電流式溶湯金属レベル検知器において、
セラミックスから成るボビンと、
該ボビンの周囲にコイルが巻かれ、該コイルに電圧を印加することにより前記湯面に対し渦電流を発生させるプローブ部と、
該プローブ部を支持し、耐熱材料から成る支持管と、
前記プローブ部は前記支持管に支持された状態で、周囲を覆う繊維強化セラミックスを備えることを特徴とする渦電流式溶湯金属レベル検知器。
【請求項２】
請求項１に記載の渦電流式溶湯金属レベル検知器において、
前記支持管は端部にフランジを有し、該フランジにて前記ボビンを係止した状態で、前記支持管に対して前記プローブ部が位置決めされていることを特徴とする渦電流式溶湯金属レベル検知器。
【請求項３】
請求項２に記載の渦電流式溶湯金属レベル検知器において、
前記繊維強化セラミックス内の前記支持管と前記ボビンとの間にはナットが介在し、該ナットにより位置決めされていることを特徴とする渦電流式溶湯金属レベル検知器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶湯金属炉または鋳造機の鋳型内の溶湯金属表面位置を検知する溶湯金属レベル検知器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶融金属（例えば、アルミニウム）の溶湯金属炉または鋳造機の鋳型内の溶湯金属の表面位置を検知する渦電流式溶湯金属レベル検知器が、特許文献１、特許文献２にて知られている。
【０００３】
従来の渦電流式溶湯金属レベル検知器は、プローブ部内に埋設されたコイルには高周波電流が給電されコイルから交流磁界を発生し、プローブ部が溶湯金属表面に近付いた場合、導電性を有する溶湯金属の表面付近に渦電流が誘起されて交流磁界が発生する。すると、溶湯金属表面付近の交流磁界がコイルの交流磁界に干渉してコイルの交流磁界を減衰させる。この際、交流磁界の減衰量はプローブ部と溶湯金属表面間の距離に対し、強い相関を有する。そのため、コイルの交流磁界の減衰量を計測することによって、プローブ部からの溶湯金属表面位置を精度良く計測することが可能となる。
【０００４】
また、他に溶湯金属炉の溶湯金属表面位置を検知する方法として、特許文献３に示されるものが知られている。特許文献３に示されるものは、棒状の導通部を有するセンサが溶湯金属と接触し導通を検知し、溶湯金属表面位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１５８９５２号公報
【特許文献２】特開平０８−０８６６８３号公報
【特許文献３】特開２００５−１８９５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示される装置においては、プローブ部の測定コイルを溶湯金属の熱から保護するために、支持管の下端面に四フッ化エチレン樹脂キャップを取り付けている。測定時にキャップが万一外れた場合には、測定コイルが溶湯金属上に落下してしまうおそれがある。また、四フッ化エチレン樹脂は溶湯金属からの熱に対して長時間耐えることは難しい。更に、キャップ内の測定コイルを熱から保護するために、キャップ内に空気等の気体を送り込んで温度上昇を防いでいる。このため、空気源が別途必要となり、支持管には複数の空気通路を設ける必要があり、コストアップとなってしまう。コイル材料は高温と新鮮な空気によって酸化が促進されるため長時間の使用において減容が起こり、検出器としての精度や寿命に影響が発生してしまう。
【０００７】
また、特許文献２に示される装置においては、プローブ部のコイルや高温遮断用外筒体をネジ類などで取り付けている。このため、ネジ類などが万一外れた場合、コイルや高温遮断用外筒体は溶湯金属上に落下してしまう。またセラミックス製の高温遮断用外筒体でコイルを囲んでいるため、衝突などによる衝撃力によって破損し易いという弱点を有する。さらに該高温遮断用外筒体内のコイルを熱から保護するために高温遮断用外筒体内へ空気を送り込んで温度上昇を防いでいるため、空気源が必要となり、支持アームには空気通路を設ける必要があり、冷却用空気ダクトなども必要となる。またコイル材料は高温と新鮮な空気によって酸化が促進されるため長時間の使用において減容が起こり検出器としての精度や寿命に影響が出てくる。
【０００８】
特許文献３に示される装置においては、棒状の導通部を有するセンサを直接溶湯金属に接触しているため、溶湯金属の凝固によるつららが発生し易くなる。これを防止するためセンサ本体に衝撃を与える衝撃付与部材を備える必要がある。しかし、この方法では溶湯金属の凝固によるつららが完全に取り除けないことと、センサへの衝撃により検出器としての精度や寿命に影響が発生する。
【０００９】
そこで、本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたものであり、従来に比べて、信頼性の高い渦電流式溶湯金属レベル検知器を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した技術的課題を解決するために講じた技術的手段は、溶湯金属炉または鋳造機の鋳型内の溶湯金属の湯面からの高さを、渦電流を用いて検出する渦電流式溶湯金属レベル検知器において、セラミックスから成るボビンと、該ボビンの周囲にコイルが巻かれ、該コイルに電圧を印加することにより前記湯面に対し渦電流を発生させるプローブ部と、該プローブ部を支持し、耐熱材料から成る支持管と、前記プローブ部は前記支持管に支持された状態で、周囲を覆う繊維強化セラミックスを備える構成とした。
【００１１】
この場合、セラミックスから成るボビンは溶湯金属に対して反応し難く、溶湯金属の温度よりも融点が高い材料、例えば、ジルコニア、シリカ、マグネシア、リン酸マグネシウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素の単体、又はこれらの中で２種類以上の成分を含むセラミックスとする。
【００１２】
また、支持管を構成する金属材料は、溶湯金属に対して反応に難く、溶湯金属温度よりも融点が高く、耐食性、耐酸化性のある材料、例えば、ニッケル、クロム、鉄を含む合金であったり、該合金を基材として該合金にモリブデン、アルミニウム、ニオブ、タンタルの内、少なくとも１種類以上を含む材質とする。
【００１３】
また、プローブ部の表面は溶湯金属に対して反応し難く、溶湯金属温度よりも融点が高い材料のセラミックスでコーティングされ、繊維強化セラミックスであると良い。前記繊維は、アルミナ繊維やシリカ繊維の単体、又は両素材を含む混合繊維の織布とすると良い。
【００１４】
上記構成において、前記支持管は端部にフランジを有し、該フランジにて前記ボビンを係止した状態で、前記支持管に対して前記プローブ部が位置決めされている構成とすると良い。
【００１５】
また、前記繊維強化セラミックス内の前記支持管と前記ボビンとの間にはナットが介在し、該ナットにより位置決めされていると良い。これにより、プローブ部をボビンのフランジ部と支持管のフランジ部を係止した状態で、支持管のネジ部に取り付けたナットで挟み込んで保持される構成とすると良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高温の溶湯金属の表面高さを渦電流を発生させるプローブ部およびプローブ部を支持する支持管に対し、周囲を繊維強化セラミックスにて覆うことにより、耐熱性、耐食性、耐酸化性を持たせることができる。これによって、プローブ部の変形も発生せず、機械的に長時間の使用に耐えることが可能となる。プローブ部の最外皮を繊維強化セラミックスにて補強することにより、耐衝撃性を向上させることが可能となる。また、プローブ部内のコイルをセラミックス材料でコーティングすることにより高温から保護することができる。更に、高温になった場合でも腐食性ガスや空気と接触しないのでコイル線材は短絡や減容を起こすことが無く初期の電気的特性を長時間維持することができ、溶湯金属の表面位置を高い精度で測定可能となる。更に、本発明によれば、プローブ部をボビンのフランジと支持管のフランジで係止された状態で、支持管のネジ部に取り付けたナットで挟み込んで保持することにより、万一ナットが緩んだ場合でも周囲が繊維強化セラミックスにて覆われているため、プローブ部を構成する部品類が溶湯金属上に落下することを防止し信頼性が向上する。
【００１７】
以上のことから、坩堝内の溶湯金属表面位置を高い精度で測定可能となるため鋳造時にラドルで汲み取る溶湯金属量がばらつくことなく正しく安定するので生産上の不良発生が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態１における渦電流式溶湯金属レベル検知器を金属の溶湯金属炉または保持炉に適用した場合の構成図である。
【図２】図１に示す渦電流式溶湯金属レベル検知器の構成を表した断面図である。
【図３】本発明の実施形態２における渦電流式溶湯金属レベル検知器を鋳造機の鋳型内に適用した場合の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明にかかる渦電流式溶湯金属レベル検知器（以下、レベル検知器と称する）の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
（実施形態１）
図１は金属の溶湯金属炉または保持炉にレベル検知器を適用した場合の構成図である。図１において、ダイカスト鋳造や重力鋳造等の炉は炉体外壁１と燃焼部３で囲まれた坩堝２を備え、溶湯を汲み上げるラドル６で溶湯金属（例えば、アルミニウム等）４を所定量汲み取る際にラドル６の汲み取り停止位置を決定するため、レベル検知器７が設けられている。レベル検知器７は、ロッド３１を介してラドル６と一緒にロボットアーム５の先端に取り付けられた支持部材３０により、ラドル６の近傍に対向して支持されている。このレベル検知器７によって坩堝２内の溶湯金属４の表面位置４ａをレベル検知器７により検知し、レベル検知器７から電気的につながった計測部１７にて検出される構成となっている。計測部１７はロボットアーム５を図１に示す上下方向に制御するとすると共にラドル６をロッド３１に対して自動で回動させる制御装置２０にケーブル２１を介して電気的に接続されている。制御装置２０は計測部１７からの情報を受けて、ケーブル２２を介してロボットアーム５に指示を出し、ロボットアーム５を上下方向に動かすと共に、ラドル６をロッド３１の接続点を中心に回動させることにより溶湯を組み上げたり、ラドル６内の溶湯を流し出すことが可能である。
【００２１】
レベル検知器７により溶湯金属４の表面位置４ａが所定値（例えば、２０〜４０ｃｍ）になった時、制御装置２０はロボットアーム５で支持されたラドル６で汲み取って図示しない金型へ運ばれるよう指示を出す構成となっている。
【００２２】
次に、本発明のレベル検知器７の構成について図２で説明する。
【００２３】
図２において、レベル検知器７において溶湯金属４の表面位置４aを検出するプローブ部８は円筒状を呈する。プローブ部８は、径方向の中央に穴が貫通して形成されたドーナツ形状のセラミックスから成るボビン９と、ボビン９の外周部の周面に螺旋状の凹部が形成され、この凹部にコイル線材（コイル）１０を埋設している。コイルを埋設したボビン９は熱や腐食性ガスおよび酸化を引き起こす外部環境から確実に保護するため円筒状の周面をセラミックスコーティング材１１でコーティング膜を作りコーティングしている。
【００２４】
プローブ部８と、先端が径方向にフランジを有するパイプ状の支持管１２は、ボビン９の内径方向に突出するフランジ９ａと支持管１２の外径方向に突出するフランジ１２ｂで軸方向が係止されている。パイプ状の支持管１２における外周の一部となる所定位置にはネジ部１２ａが形成されている。支持管１２のネジ部１２aに取り付けたナット１３でボビン９の支持管１２に対する位置が位置決めされ、ナット１３とフランジ１２ｂによりボビン９を所定位置にて挟み込んで保持している。ボビン９の内径側に形成されフランジ９aにより段状となった空間１４には、隙間を埋めるようにセラミックスモールド材が充填されている。プローブ部８の最外皮は、アルミナ繊維とシリカ繊維混合繊維で被覆した後、表面をセラミックスコーティングして繊維強化セラミックス１５にして、耐衝撃性を確保している。この構成において、コイル線材１０の両端は高周波ケーブル１６で信号を伝播する２本の線１０ａ,１０ｂ(例えば、信号線および接地線)にそれぞれ半田付けされ、電気的に接続されている。高周波ケーブル１６の支持管１２を通過する領域は耐熱性および絶縁性の良いセラミックス碍子１９で表面が被覆されている。支持管１２内の高周波ケーブル１６は空間１４内に充填されたセラミックスモールド材１８によって動かないように保持されていると良い。
【００２５】
コイル線材１０に電気的に接続された高周波ケーブル１６の他端は、内部に高周波発信器１７ａと信号を増幅するアンプ１７ｂと演算・表示ユニット１７ｃを備えた計測部１７に電気的に接続されている構成となっている。
【００２６】
高周波ケーブル１６は、中心に第１導電体があり、第１導電体の外側に耐熱絶縁体を設け、耐熱絶縁体の外周に第２導電体、そして、最外皮にガラス繊維製絶縁体を備えたものを用いている。この場合、耐熱絶縁体の厚さを第１及び第２導電体が互いに短絡しないような厚さまで薄くすると良い。これにより、高周波ケーブル１６のコンダクタンスをできるだけ低く抑えることができるので、プローブ部８での検出能力を向上させることができる。
【００２７】
このような構成のレベル検知器７は計測部１７からの指示により高周波ケーブル１６を介してコイル線材１０に所定電圧が高周波で印加される。そして、高周波が印加されプローブ部８が溶湯金属４の表面に近づくと、導電性を有する溶湯金属４の表面付近に渦電流が誘起されて交流磁界が発生する。溶湯金属４の表面付近の交流磁界がコイルの交流磁界に干渉してコイルの交流磁界を減衰させることにより、コイルの交流磁界の減衰量を計測することにより、図１に示す溶湯４までの高さを精度良く検出することができる。ここでは、このように渦電流式の溶湯高さの検出方法については、上記した従来技術等で公知であるため、詳細な説明は省略する。
【００２８】
以上のような構成にすることにより、プローブ部８を支持する支持管７に対し、周囲を繊維強化セラミックスにて覆うことにより、耐熱性、耐食性、耐酸化性、耐アルミニウム反応性等を持たせることができる。これによって、プローブ部８の変形も無く機械的に長時間の使用に耐えることが可能となる。プローブ部８の最外皮を繊維強化セラミックスにて補強することにより、耐衝撃性を向上させることが可能となる。更に、高温になった場合でも腐食性ガスや空気と接触しないのでコイル線材１０は短絡や減容を起こすことが無く初期の電気的特性を長時間維持することができ、溶湯金属の表面位置を高い精度で測定可能となる。
【００２９】
上記構成により、プローブ部８をボビン９のフランジと支持管１２のフランジ１２ｂで係止された状態で、支持管１２のネジ部に取り付けたナット１３で挟み込んで保持することにより、プローブ部８を構成する部品類が溶湯金属４上に落下することが防止され、従来の構成に比べて信頼性が向上する。
【００３０】
（実施形態２）
図３は、レベル検知器７を鋳造機の鋳型内に適用した場合の断面図である。実施形態１と同様の構成要素については、同じ符番を付与している。ここでは詳細な説明を省略し、主に実施形態１と異なる構成を主として説明する。
【００３１】
上記した構成のレベル検知器７は、移動型や固定型（上型、下型）といった鋳型２５のキャビティー２７に充填される溶湯金属の溶面の高さを検出するために使用される構成とすることも可能である。この場合、レベル検知器７のプローブ部８は鋳型２５の一部に形成された設置孔２３を設け、設置孔２３の下方に設けられた台座２６に着座するように設置孔２３から挿設されるようにする。溶湯金属は例えば、設置孔２３と並設された供給口２４の上方から下方に流し込まれ、キャビティー２７に対して溶湯金属が充填される。レベル検知器７により溶湯金属の溶面レベルを検出し、所定の液面になるように溶湯金属の供給量を調整することが可能である。鋳型２５の加熱やキャビティー２７への溶湯金属の流入により鋳型２５は高温となって膨張する。その結果、プローブ部や設置孔に歪みが生じて応力がかかるが、プローブ部の最外皮がセラミックス繊維強化されているのでプローブ部が破損されることがない。
【符号の説明】
【００３２】
１        炉体外壁
２        坩堝
３        燃焼部
４        溶湯金属
５        ロボットアーム
６        ラドル
７        レベル検知器
８        プローブ部
９        ボビン
１０      コイル線材
１１      セラミックスコーティング材
１２      パイプ状支持管
１３      ナット
１４      空間
１５      繊維強化セラミックス
１６      高周波ケーブル
１７      電子計測部
１８      セラミックスモールド材
１９      セラミックス碍子
２０      制御装置
２１      ケーブル
２２      ケーブル
２３      設置孔
２４      供給口
２５      鋳型
２６      台座
２７      キャビティー
３０      支持部材
３１      ロッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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