(57)【要約】【課題】鋳物の生産性を向上させることが可能な引上式連続鋳造装置及び引上式連続鋳造方法を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る引上式連続鋳造装置は、溶湯Ｍ１を保持する溶湯保持炉１０１と、溶湯Ｍ１の湯面上に設置され、湯面から導出された保持溶湯Ｍ１が通過することにより、鋳造する鋳物Ｍ３の断面形状を規定する形状規定部材１０２と、光を放射する光源１０８と、鋳物Ｍ３を隔てて光源１０８と対向配置され、光を検知する光センサ１０９と、光センサ１０９によって検知された光の強度が基準強度以上の場合に鋳物Ｍ３に穴が開いていると判定するモニタ１１０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯を保持する保持炉と、
前記溶湯の湯面上に設置され、前記湯面から導出された前記溶湯が通過することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、を備えた引上式連続鋳造装置であって、
空間を伝搬可能である一方で前記鋳物によって伝搬が抑制される信号を放出する信号源と、
前記鋳物を隔てて前記信号源と対向配置され、前記信号を検知するセンサと、
前記センサによって検知された前記信号の強度が基準強度以上の場合にのみ、前記鋳物に穴が開いていると判定する判定手段と、を備えた引上式連続鋳造装置。
【請求項２】
前記信号は、光、電波及び音波の何れかである、請求項１に記載の引上式連続鋳造装置。
【請求項３】
前記鋳物は、中空鋳物であって、
前記信号源は、前記中空鋳物の外部及び内部の一方に配置され、
前記センサは、前記中空鋳物の外部及び内部の他方に配置されている、請求項１又は２に記載の引上式連続鋳造装置。
【請求項４】
前記鋳物は、内部に仕切壁を有する中空鋳物であって、
前記信号源及び前記センサは、前記中空鋳物の内部において前記仕切壁を隔てて対向配置されている、請求項１又は２に記載の引上式連続鋳造装置。
【請求項５】
保持炉に保持された溶湯の湯面から前記溶湯を導出して形状規定部材を通過させることにより、鋳物を鋳造する方法であって、
鋳造の進行中において、
空間を伝搬可能である一方で前記鋳物によって伝搬が抑制される信号を、前記鋳物を介して検知するステップと、
検知された前記信号の強度が基準強度以上の場合にのみ、前記鋳物に穴が開いていると判定するステップと、を備えた、引上式連続鋳造方法。
【請求項６】
前記信号は、光、電波及び音波の何れかである、請求項５に記載の引上式連続鋳造方法。
【請求項７】
前記信号を検知するステップでは、中空鋳物である前記鋳物の外部及び内部の一方から放出された前記信号を、前記鋳物の外部及び内部の他方にて検知する、請求項５又は６に記載の引上式連続鋳造方法。
【請求項８】
前記信号を検知するステップでは、内部に仕切壁を有する中空鋳物である前記鋳物の内部から放出された前記信号を、前記仕切壁を介して検知する、請求項５又は６に記載の引上式連続鋳造方法。
【請求項９】
前記鋳物に穴が開いていると判定した場合には、前記鋳物の鋳造を停止するステップをさらに備えた、請求項５〜８の何れか一項に記載の引上式連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は引上式連続鋳造装置及び引上式連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、鋳型を要しない画期的な引上式連続鋳造方法として、自由鋳造方法が提案されている。特許文献１に示したように、溶融金属（溶湯）の表面（すなわち湯面）にスタータを浸漬させた後、当該スタータを引き上げると、溶湯の表面膜や表面張力によりスタータに追従して溶湯も導出される。ここで、湯面近傍に設置された形状規定部材を介して、溶湯を導出し、冷却することにより、所望の断面形状を有する鋳物を連続鋳造することができる。
【０００３】
通常の連続鋳造方法では、鋳型によって断面形状とともに長手方向の形状も規定される。とりわけ、連続鋳造方法では、鋳型内を凝固した金属（すなわち鋳物）が通り抜ける必要があるため、鋳造された鋳物は長手方向に直線状に延びた形状となる。
これに対し、自由鋳造方法における形状規定部材は、鋳物の断面形状のみを規定し、長手方向の形状は規定しない。そのため、スタータ（もしくは形状規定部材）を水平方向に移動させながらスタータを引き上げることにより、長手方向の形状が様々な鋳物が得られる。例えば、特許文献１には、長手方向に直線状でなく、ジグザグ状あるいは螺旋状に形成された中空鋳物（すなわちパイプ）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−６１５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者は以下の課題を見出した。
特許文献１に記載の自由鋳造方法では、スタータの引き上げ速度や鋳物の冷却条件等によっては、鋳造の進行中に鋳物に意図しない穴が開いてしまうことがある。しかしながら、特許文献１に記載の自由鋳造方法では、鋳物に開いた穴を自動で見つける手段がないため、鋳物に開いているか否かを目視で確認せざるを得ない。そのため、特許文献１に記載の自由鋳造方法では、穴の見落としにより鋳造時間や材料が無駄になることがあり、その結果、鋳物の生産性が低下してしまう、という問題があった。
【０００６】
本発明は、上記を鑑みなされたものであって、鋳物の生産性を向上させることが可能な引上式連続鋳造装置及び引上式連続鋳造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】
【０００７】
本発明の一態様に係る引上式連続鋳造装置は、溶湯を保持する保持炉と、前記溶湯の湯面上に設置され、前記湯面から導出された前記溶湯が通過することにより、鋳造する鋳物の断面形状を規定する形状規定部材と、を備えた引上式連続鋳造装置であって、空間を伝搬可能である一方で前記鋳物によって伝搬が抑制される信号を放出する信号源と、前記鋳物を隔てて前記信号源と対向配置され、前記信号を検知するセンサと、前記センサによって検知された前記信号の強度が基準強度以上の場合にのみ、前記鋳物に穴が開いていると判定する判定手段と、を備えるものである。それにより、鋳物に穴が開いているか否かを鋳造の進行中に自動で判定することができるため、鋳物の生産性を向上させることができる。
【０００８】
本発明の一態様に係る引上式連続鋳造方法は、保持炉に保持された溶湯の湯面から前記溶湯を導出して形状規定部材を通過させることにより、鋳物を鋳造する方法であって、鋳造の進行中において、空間を伝搬可能である一方で前記鋳物によって伝搬が抑制される信号を、前記鋳物を介して検知するステップと、検知された前記信号の強度が基準強度以上の場合にのみ、前記鋳物に穴が開いていると判定するステップと、を備えるものである。それにより、鋳物に穴が開いているか否かを鋳造の進行中に自動で判定することができるため、鋳物の生産性を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、鋳物の生産性を向上させることが可能な引上式連続鋳造装置及び引上式連続鋳造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る自由鋳造装置を模式的に示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る形状規定部材１０２の平面図である。
【図３】実施の形態１に係る自由鋳造装置の一部を模式的に示す斜視図である。
【図４】実施の形態１に係る自由鋳造装置の一部を模式的に示す平面図である。
【図５】実施の形態１に係る自由鋳造装置に設けられたモニタ１１０によるモニタリング結果（光センサ１０９によって検知された光の強度）を示すタイミングチャートである。
【図６】実施の形態１に係る自由鋳造装置の変形例を模式的に示す断面図である。
【図７】実施の形態１に係る自由鋳造装置の変形例の一部を模式的に示す斜視図である。
【図８】実施の形態２に係る自由鋳造装置を模式的に示す断面図である。
【図９】実施の形態２に係る形状規定部材１０２の平面図である。
【図１０】実施の形態２に係る自由鋳造装置の一部を模式的に示す平面図である。
【図１１】実施の形態２に係る自由鋳造装置に設けられた光源１０８ａ，１０８ｂによる光の発生、及び、光センサ１０９ａ，１０９ｂによって検知された光の強度を示すタイミングチャートである。
【図１２】実施の形態２に係る自由鋳造装置の第１変形例の一部を模式的に示す平面図である。
【図１３】実施の形態２に係る自由鋳造装置の第２変形例の一部を模式的に示す平面図である。
【図１４】実施の形態２に係る自由鋳造装置の第３変形例の一部を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１２】
＜実施の形態１＞
まず、図１を参照して、実施の形態１に係る自由鋳造装置（引上式連続鋳造装置）について説明する。図１は、実施の形態１に係る自由鋳造装置を模式的に示す断面図である。図１に示すように、実施の形態１に係る自由鋳造装置は、溶湯保持炉（保持炉）１０１、外部形状規定部材１０２ａ、内部形状規定部材１０２ｂ、支持ロッド１０３、１０４、アクチュエータ１０５、冷却ガスノズル（冷却部）１０６、引上機１０７、光源１０８、光センサ１０９、及び、モニタ（判定手段）１１０を備えている。
図１には、構成要素の位置関係を説明するために便宜的に右手系ｘｙｚ座標が示されている。図１におけるｘｙ平面は水平面を構成し、ｚ軸方向が鉛直方向である。より具体的には、ｚ軸のプラス方向が鉛直上向きとなる。
【００１３】
溶湯保持炉１０１は、例えばアルミニウムやその合金などの溶湯Ｍ１を収容し、溶湯Ｍ１が流動性を有する所定の温度（例えば７２０℃程度）に保持する。図１の例では、鋳造中に溶湯保持炉１０１へ溶湯を補充しないため、鋳造の進行とともに溶湯Ｍ１の表面（つまり湯面）は低下する。他方、鋳造中に溶湯保持炉１０１へ溶湯を随時補充し、湯面を一定に保持するような構成としてもよい。ここで、溶湯保持炉１０１の設定温度を上げると凝固界面ＳＩＦの位置を上げることができ、溶湯保持炉１０１の設定温度を下げると凝固界面ＳＩＦの位置を下げることができる。なお、当然のことながら、溶湯Ｍ１はアルミニウム以外の金属やその合金であってもよい。
【００１４】
外部形状規定部材１０２ａ及び内部形状規定部材１０２ｂは、例えばセラミックスやステンレスなどからなり、溶湯Ｍ１上に配置されている。外部形状規定部材１０２ａは、鋳造する鋳物Ｍ３の外部の断面形状を規定し、内部形状規定部材１０２ｂは、鋳造する鋳物Ｍ３の内部の断面形状を規定する。図１に示した鋳物Ｍ３は、水平方向の断面（以下、横断面と称す）の形状が管状の中空鋳物（つまりパイプ）である。換言すると、図１に示した鋳物Ｍ３は、上面から下面に向けて延在する一つの貫通孔を有する中空鋳物である。
【００１５】
図１の例では、外部形状規定部材１０２ａ及び内部形状規定部材１０２ｂは、それらの下側の主面（下面）が湯面に接触するように配置されている。それにより、溶湯Ｍ１の表面に形成される酸化膜や溶湯Ｍ１の表面に浮遊する異物の鋳物Ｍ３への混入が抑制される。一方、外部形状規定部材１０２ａ及び内部形状規定部材１０２ｂは、それらの下面が湯面に接触しないように設置されてもよい。具体的には、外部形状規定部材１０２ａ及び内部形状規定部材１０２ｂは、それらの下面が湯面から所定の距離（例えば０．５ｍｍ程度）だけ離間するように配置されてもよい。それにより、外部形状規定部材１０２ａ及び内部形状規定部材１０２ｂでは、熱変形や溶損が抑制されるため、耐久性が向上する。
【００１６】
図２は、外部形状規定部材１０２ａ及び内部形状規定部材１０２ｂの平面図である。ここで、図１の外部形状規定部材１０２ａ及び内部形状規定部材１０２ｂの断面図は、図２のＩ−Ｉ断面図に相当する。図２に示すように、外部形状規定部材１０２ａは、例えば矩形状の平面形状を有し、中央部に矩形状の開口部を有している。内部形状規定部材１０２ｂは、矩形状の平面形状を有し、外部形状規定部材１０２ａの開口部の中央部に配置されている。外部形状規定部材１０２ａと内部形状規定部材１０２ｂとの間の間隙が、溶湯が通過する溶湯通過部１０２ｃとなる。このように、外部形状規定部材１０２ａ、内部形状規定部材１０２ｂ、及び、溶湯通過部１０２ｃによって形状規定部材１０２が構成されている。なお、図２におけるｘｙｚ座標は、図１と一致している。
【００１７】
引上機１０７は、スタータ（導出部材）ＳＴを把持し、スタータＳＴを溶湯Ｍ１に浸漬させたり、溶湯Ｍ１に浸漬されたスタータＳＴを引き上げたりする。
【００１８】
図１に示すように、溶湯Ｍ１は、浸漬されたスタータＳＴと結合した後、その表面膜や表面張力により外形を維持したままスタータＳＴに追従して引き上げられ、溶湯通過部１０２ｃを通過する。溶湯Ｍ１が溶湯通過部１０２ｃを通過することにより、溶湯Ｍ１に対し形状規定部材１０２から外力が印加され、鋳物Ｍ２の断面形状が規定される。ここで、溶湯Ｍ１の表面膜や表面張力によってスタータＳＴ（又は、スタータＳＴに追従して引き上げられた溶湯Ｍ１が凝固して形成された鋳物Ｍ３）に追従して湯面から引き上げられた溶湯を保持溶湯Ｍ２と呼ぶ。また、鋳物Ｍ３と保持溶湯Ｍ２との境界が凝固界面ＳＩＦである。
【００１９】
スタータＳＴは、例えばセラミックスやステンレスなどからなる。なお、スタータＳＴの表面は塩結晶等の保護被膜で覆われていてもよい。それにより、スタータＳＴと溶湯Ｍ１との溶融結合が抑制されるため、スタータＳＴと鋳物Ｍ３との剥離性を向上させることができる。その結果、スタータＳＴの再利用が可能になる。また、スタータＳＴの表面を保護被膜で覆う場合には、スタータＳＴの表面は凹凸形状を有することが好ましい。それにより、スタータＳＴの表面に保護被膜を付着（析出）させやすくなるため、スタータＳＴと鋳物Ｍ３との剥離性をさらに向上させることができる。同時に、溶湯導出時のスタータＳＴと溶湯Ｍ１との引上げ方向の結合力を向上させることができる。
【００２０】
支持ロッド１０３は、外部形状規定部材１０２ａを支持し、支持ロッド１０４は、内部形状規定部材１０２ｂを支持する。ここで、支持ロッド１０４をパイプ構造とし、これに冷却ガスを流し、さらに内部形状規定部材１０２ｂに吹出孔を設ければ、内側からも鋳物Ｍ３を冷却することができる。
【００２１】
アクチュエータ１０５には、支持ロッド１０３，１０４がともに連結されている。アクチュエータ１０５は、支持ロッド１０３，１０４を介して、外部形状規定部材１０２ａ及び内部形状規定部材１０２ｂを上下方向（ｚ軸方向）に移動させることができる。それにより、鋳造の進行による湯面の低下とともに、形状規定部材１０２を下方向に移動させることができる。
【００２２】
冷却ガスノズル１０６は、スタータＳＴや鋳物Ｍ３に冷却ガス（空気、窒素、アルゴンなど）を吹き付け、冷却するためのものである。冷却ガスの流量を増やすと凝固界面ＳＩＦの位置を下げることができ、冷却ガスの流量を減らすと凝固界面ＳＩＦの位置を上げることができる。なお、冷却ガスノズル１０６も、上下方向（ｚ軸方向）及び水平方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）に移動可能となっている。そのため、例えば、鋳造の進行による湯面の低下とともに、形状規定部材１０２の下方向への移動に合わせて、冷却ガスノズル１０６を下方向に移動させることができる。あるいは、引上機１０７の水平方向の移動に合わせて、冷却ガスノズル１０６を水平方向に移動させることができる。
【００２３】
スタータＳＴに連結された引上機１０７により鋳物Ｍ３を引き上げつつ、冷却ガスによりスタータＳＴや鋳物Ｍ３を冷却することにより、凝固界面ＳＩＦ近傍の保持溶湯Ｍ２が上側（ｚ軸方向プラス側）から下側（ｚ軸方向マイナス側）へ順次凝固し、鋳物Ｍ３が形成されていく。引上機１０７による引上速度を速くすると凝固界面ＳＩＦの位置を上げることができ、引上速度を遅くすると凝固界面ＳＩＦの位置を下げることができる。また、引上機１０７を水平方向（ｘ軸方向やｙ軸方向）に移動させながら引き上げることにより、鋳物Ｍ３の長手方向の形状を自由に変化させることができる。なお、引上機１０７を水平方向に移動させる代わりに、形状規定部材１０２を水平方向に移動させることにより、鋳物Ｍ３の長手方向の形状を自由に変化させてもよい。
【００２４】
光源１０８は、光を放射する。光センサ１０９は、光を検知する。具体的には、光センサ１０９は、光源１０８からの光を鋳物Ｍ３を介して検知する。
【００２５】
図３及び図４は、本実施の形態に係る自由鋳造装置の一部を模式的に示す斜視図及び平面図である。図３には、形状規定部材１０２、光源１０８、光センサ１０９、モニタ１１０、スタータＳＴ、及び、鋳物Ｍ３のみが示されている。図４には、光源１０８、光センサ１０９、及び、鋳物Ｍ３のみが示されている。なお、図３及び図４におけるｘｙｚ座標は、図１と一致している。
【００２６】
図３及び図４に示すように、本実施の形態では、４つの光源１０８が、鋳物Ｍ３の外周を囲むように配置されている。換言すると、４つの光源１０８が、角筒形状の鋳物Ｍ３の４つの側壁に向けて外側から光を放射するように配置されている。また、本実施の形態では、１つの光センサ１０９が、角筒形状の鋳物Ｍ３の筒内に配置されている。換言すると、１つの光センサ１０９が、鋳物Ｍ３を隔てて４つの光源１０８と対向するように配置されている。
【００２７】
例えば、鋳物Ｍ３の側壁に穴が開いている場合、鋳物Ｍ３の外部から放射された光がその穴を通過して内部に伝搬するため、光センサ１０９は基準強度以上の強度の光を検知する。他方、鋳物Ｍ３の側壁に穴が開いていない場合、鋳物Ｍ３の外部から内部に光は伝搬しないため、光センサ１０９は基準強度以上の強度の光を検知しない。
【００２８】
モニタ（判定手段）１１０は、鋳造の進行中、光センサ１０９によって検知された光の強度をモニタリングする。そして、モニタ１１０は、モニタリング結果に基づいて鋳物Ｍ３に穴が開いているか否かを判定する。
【００２９】
図５は、モニタ１１０によるモニタリング結果（光センサ１０９によって検知された光の強度）を示すタイミングチャートである。例えば、モニタ１１０は、光センサ１０９によって検知された光の強度が基準強度以上である場合（時刻ｔ１〜ｔ２、及び、時刻ｔ３〜ｔ４）、鋳物Ｍ３に穴が開いていると判定し、基準強度未満である場合、鋳物Ｍ３に穴が開いていないと判定する。
【００３０】
また、モニタ１１０は、光センサ１０９によって検知された光の強度が基準強度以上である期間が長い場合、穴が縦方向（ｚ軸方向）に大きいと判定し、基準強度以上である期間が短い場合、穴が縦方向（ｚ軸方向）に小さいと判定する。さらに、モニタ１１０は、光センサ１０９によって検知された光の強度が基準強度以上である場合において、当該光の強度が大きい場合、穴が横方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）に大きいと判定し、当該光の強度が小さい場合、穴が横方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）に小さいと判定する。つまり、モニタ１１０は、鋳物Ｍ３の穴の有無だけでなく、鋳物Ｍ３の穴の大きさも判定することができる。
【００３１】
モニタ１１０と光センサ１０９とは有線で接続されている。本実施の形態では、光センサ１０９が、引上機１０７付近から有線によって鋳物Ｍ３の筒内に吊るされるようにして配置されている。それにより、有線が鋳物Ｍ３に接触するのを防ぐことができる。
【００３２】
なお、光源１０８及び光センサ１０９は、できるだけ形状規定部材１０２付近の低い位置に設けられることが好ましい。それにより、鋳造の進行中、鋳物Ｍ３に穴が開いているか否かを早期に発見することができる。
【００３３】
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる自由鋳造方法について説明する。
まず、引上機１０７によりスタータＳＴを降下させ、外部形状規定部材１０２ａと内部形状規定部材１０２ｂとの間の溶湯通過部１０２ｃを通過させながら、スタータＳＴの先端部（下端部）を溶湯Ｍ１に浸漬させる。
【００３４】
次に、所定の速度でスタータＳＴの引き上げを開始する。ここで、スタータＳＴが湯面から離間しても、溶湯Ｍ１は、表面膜や表面張力によってスタータＳＴに追従して湯面から引き上げられ（導出され）保持溶湯Ｍ２を形成する。図１に示すように、保持溶湯Ｍ２は、溶湯通過部１０２ｃに形成される。つまり、形状規定部材１０２により、保持溶湯Ｍ２に形状が付与される。
【００３５】
次に、スタータＳＴ及び鋳物Ｍ３は、冷却ガスノズル１０６から吹き出される冷却ガスにより冷却される。それにより、保持溶湯Ｍ２が間接的に冷却されて上側から下側に向かって順に凝固し、鋳物Ｍ３が成長していく。このようにして、鋳物Ｍ３を連続鋳造することができる。
【００３６】
ここで、鋳物Ｍ３を隔てて光源１０８と対向配置された光センサ１０９は、鋳造中の鋳物Ｍ３の側壁に穴が開いている場合、その穴を通過した光源１０８からの光を基準強度以上の強度の光として検知する。モニタ１１０は、光センサ１０９によって検知された光の強度をモニタリングし、その光の強度が基準強度以上の場合、鋳物Ｍ３に穴が開いていると判定する。鋳物Ｍ３に穴が開いていると判定された場合、例えば、鋳物の鋳造を停止する。
【００３７】
このように、本実施の形態にかかる自由鋳造装置は、光源１０８からの光を鋳物Ｍ３を介して光センサ１０９にて検知することにより、鋳物Ｍ３に穴が開いたか否かを鋳造の進行中に自動で判定することができる。それにより、目視の場合に起こり得る穴の見落としが無くなるため、鋳造時間や材料が無駄にならなくなる。また、鋳造の進行中に穴を発見することにより、鋳造の完了前に鋳物の鋳造を停止することができるため、鋳造時間や材料が無駄にならなくなる。その結果、本実施の形態にかかる自由鋳造装置は、鋳物の生産性を向上させることができる。
【００３８】
本実施の形態では、光源１０８が鋳物Ｍ３の外部に設けられ、光センサ１０９が鋳物Ｍ３の内部に設けられた場合を例に説明したが、これに限られない。光源１０８が鋳物Ｍ３の内部に設けられ、光センサ１０９が鋳物Ｍ３の外部に設けられてもよい。
【００３９】
また、本実施の形態では、鋳物Ｍ３が中空鋳物である場合を例に説明したが、これに限られない。鋳物Ｍ３は、横断面の形状が円形状や矩形状の中実鋳物でも良い。この場合、中実鋳物を隔てて光源１０８及び光センサ１０９を対向配置させることで、中実鋳物に穴が開いているか否かを判定することが可能となる。
【００４０】
さらに、本実施の形態では、光センサ１０９とモニタ１１０とが有線で接続された場合を例に説明したが、これに限られない。光センサ１０９とモニタ１１０とは無線通信を行う構成であってもよい。以下、図６及び図７を用いて簡単に説明する。
【００４１】
図６は、本実施の形態に係る自由鋳造装置の変形例を模式的に示す断面図である。図７は、本実施の形態に係る自由鋳造装置の一部の変形例を模式的に示す斜視図である。図６は、図１に対応するものであり、図７は、図３に対応するものである。なお、図６及び図７におけるｘｙｚ座標は、図１と一致している。
【００４２】
図６及び図７に示すように、光センサ１０９とモニタ１１０とは無線通信を行う。また、図６及び図７の例では、４つの光源１０８及び１つの光センサ１０９が形状規定部材１０２の上面に断熱材を介して配置されている。図６及び図７に示す自由鋳造装置のその他の構成及び動作については、図１及び図３に示す自由鋳造装置の場合と同様であるため、その説明を省略する。このような構成により、有線が鋳物Ｍ３に接触することがなくなるため、鋳造の自由度が高くなる。
【００４３】
＜実施の形態２＞
図８は、実施の形態２に係る自由鋳造装置を模式的に示す断面図である。図８に示す自由鋳造装置では、図１に示す自由鋳造装置と比較して、形状規定部材１０２の形状が異なるとともに、光源１０８及び光センサ１０９の配置位置が異なる。図８に示す自由鋳造装置のその他の構成については、図１に示す自由鋳造装置と同様であるため、その説明を省略する。
【００４４】
図９は、本実施の形態に係る形状規定部材１０２の平面図である。ここで、図８の形状規定部材１０２の断面図は、図９のＩＩ−ＩＩ断面図に相当する。図９に示すように、外部形状規定部材１０２ａは、例えば矩形状の平面形状を有し、中央部に矩形状の開口部を有している。内部形状規定部材１０２ｂは矩形状の平面形状を有する４つの部材からなり、これら４つの部材は、外部形状規定部材１０２ａの開口部に、マトリクス状に所定の間隔をあけて配置されている。外部形状規定部材１０２ａと内部形状規定部材１０２ｂとの間の間隙が、溶湯が通過する溶湯通過部１０２ｃとなる。このように、外部形状規定部材１０２ａ、内部形状規定部材１０２ｂ、及び、溶湯通過部１０２ｃによって形状規定部材１０２が構成されている。なお、図９におけるｘｙｚ座標は、図８と一致している。
【００４５】
本実施の形態に係る自由鋳造装置は、図９に示す形状規定部材１０２を用いて鋳造を行うことにより、水平方向の断面（横断面）の形状が複数の開口部を有する中空鋳物Ｍ３を鋳造する。つまり、本実施の形態に係る自由鋳造装置は、図９に示す形状規定部材１０２を用いて鋳造を行うことにより、内部に仕切壁（リブ）を有する中空鋳物Ｍ３を鋳造する。換言すると、本実施の形態に係る自由鋳造装置は、図９に示す形状規定部材１０２を用いて鋳造を行うことにより、上面から下面に向けて延在する複数（本例では４つ）の貫通孔を有する中空鋳物Ｍ３を鋳造する。
【００４６】
続いて、図１０を用いて、光源１０８及び光センサ１０９の位置関係について説明する。図１０は、本実施の形態に係る自由鋳造装置の一部を模式的に示す平面図である。図１０には、光源１０８、光センサ１０９、及び、鋳物Ｍ３のみが示されている。なお、図１０におけるｘｙｚ座標は、図８と一致している。
【００４７】
図１０に示すように、本実施の形態では、２つの光源１０８（以下、光源１０８ａ，１０８ｂと称す）と２つの光センサ１０９（以下、光センサ１０９ａ，１０９ｂと称す）が設けられている。光源１０８ａ及び光センサ１０９ａは、仕切壁Ｆ１を隔てて対向配置されている。光源１０８ａ及び光センサ１０９ｂは、仕切壁Ｆ２を隔てて対向配置されている。光源１０８ｂ及び光センサ１０９ａは、仕切壁Ｆ３を隔てて対向配置されている。光源１０８ｂ及び光センサ１０９ｂは、仕切壁Ｆ４を隔てて対向配置されている。
【００４８】
それにより、光源１０８ａ及び光センサ１０９ａを用いて鋳物Ｍ３の仕切壁Ｆ１に穴が開いているか否かの判定をすることができる。光源１０８ａ及び光センサ１０９ｂを用いて鋳物Ｍ３の仕切壁Ｆ２に穴が開いているか否かを判定することができる。光源１０８ｂ及び光センサ１０９ａを用いて鋳物Ｍ３の仕切壁Ｆ３に穴が開いているか否かを判定することができる。光源１０８ｂ及び光センサ１０９ｂを用いて鋳物Ｍ３の仕切壁Ｆ４に穴が開いているか否かを判定することができる。
【００４９】
図１１は、光源１０８ａ，１０８ｂによる光の発生、及び、光センサ１０９ａ，１０９ｂによって検知された光の強度を示すタイミングチャートである。図１１の例では、時刻ｔ０〜ｔ１、時刻ｔ４〜ｔ５、時刻ｔ８〜ｔ９に、光源１０８ａが光を放射している。時刻ｔ２〜ｔ３、時刻ｔ６〜ｔ７、時刻ｔ１０〜ｔ１１に、光源１０８ｂが光を放射している。光センサ１０９ａは、時刻ｔ０〜ｔ１２の期間中、基準強度以上の強度の光を検知していない。それに対し、光センサ１０９ｂは、時刻ｔ２〜ｔ３の期間に、基準強度以上の強度の光を検知している。この場合、時刻ｔ１〜ｔ３の期間に光を放射した光源１０８ｂと、その光を検知した光センサ１０９ｂと、の間の鋳物Ｍ３の仕切壁Ｆ４に穴が開いている判定される。
【００５０】
このように、本実施の形態にかかる自由鋳造装置は、実施の形態１にかかる自由鋳造装置と同等の効果を奏することができるとともに、内部に仕切壁を有する中空鋳物Ｍ３を鋳造する場合、光源１０８及び光センサ１０９を中空鋳物Ｍ３の内部に仕切壁を隔てて対向配置させることにより、外部から目視で確認できない鋳物Ｍ３の仕切壁に穴が開いているか否かを判定することができる。
【００５１】
なお、図１２〜図１４の平面図に示すように、光源１０８及び光センサ１０９の配置に関しては、鋳物Ｍ３の貫通孔の断面形状や数（平面視した場合の開口部の形状や数）に制限はない。
【００５２】
また、本実施の形態の場合も、実施の形態１の場合と同様に、光センサ１０９とモニタ１１０とは無線通信を行う構成であってもよい。それにより、有線が鋳物Ｍ３に接触することがなくなるため、鋳造の自由度が高くなる。
【００５３】
以上のように、上記実施の形態１，２にかかる自由鋳造装置は、光源１０８からの光を鋳物Ｍ３を介して光センサ１０９にて検知することにより、鋳物Ｍ３に穴が開いたか否かを鋳造の進行中に自動で判定することができる。それにより、目視の場合に起こり得る穴の見落としが無くなるため、鋳造時間や材料が無駄にならなくなる。また、鋳造の進行中に穴を発見することにより、鋳造の完了前に鋳物の鋳造を停止することができるため、鋳造時間や材料が無駄にならなくなる。その結果、上記実施の形態１，２にかかる自由鋳造装置は、鋳物の生産性を向上させることができる。さらに、実施の形態２にかかる自由鋳造装置は、外部から目視で確認できない鋳物Ｍ３の仕切壁に穴が開いているか否かを判定することもできる。
【００５４】
上記実施の形態１，２では、光源１０８及び光センサ１０９が設けられた場合を例に説明したが、これに限られない。空間を伝搬可能である一方で鋳物Ｍ３（障害物）によって伝搬が抑制される信号を放出する信号源と、当該信号を受信可能なセンサと、が設けられていればよい。例えば、光源１０８及び光センサ１０９に代えて、電波を放出する電波源及び電波を受信するセンサが設けられてもよいし、超音波などの音波を放出する音波源及び音波を受信するセンサが設けられてもよい。
【００５５】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０１  溶湯保持炉
１０２  形状規定部材
１０２ａ  外部形状規定部材
１０２ｂ  内部形状規定部材
１０２ｃ  溶湯通過部
１０３  支持ロッド
１０４  支持ロッド
１０５  アクチュエータ
１０６  冷却ガスノズル
１０７  引上機
１０８  光源
１０９  光センサ
１１０  モニタ
Ｆ１〜Ｆ４  仕切壁
Ｍ１  溶湯
Ｍ２  保持溶湯
Ｍ３  鋳物
ＳＩＦ  凝固界面
ＳＴ  スタータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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