(57)【要約】【課題】重力鋳造法における鋳型の温度、特に注湯開始時点Ａの鋳型の温度を安定させ、鋳造品の品質を安定させることができる鋳型の温度制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】重力鋳造用の鋳型１の温度制御方法であって、次サイクルの注湯開始時Ａの前記鋳型１の温度が最適注湯開始温度Ｔ１まで強制的に冷却されるように、前記鋳型の型開き工程、製品取出し工程及び前記鋳型の型閉じ工程における鋳型の温度−時間目標特性３０を設定しておき、検出手段１０，１１によって前記鋳型１の温度を検出して前記温度−時間目標特性３０にあわせて前記鋳型１を流通する冷却媒体の制御を行う。【選択図】　　　　図２
2004090075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重力鋳造用の鋳型の温度制御方法であって、
前記鋳型の型開き開始時点から次サイクルの注湯開始時点までの複数点にて、前記鋳型の温度をそれぞれ検出する段階と、
検出された温度と、予め設定された温度−時間目標特性とに基いて、前記鋳型を流通する冷却媒体の制御を行う段階と、
を有し、
前記温度−時間目標特性は、前記鋳型の型開き開始時点の前記鋳型の温度から次サイクルの注湯開始時点の前記注湯開始温度に至る温度降下特性を示すことを特徴とする鋳型の温度制御方法。
【請求項２】
重力鋳造用の鋳型の温度制御方法であって、
前記鋳型への注湯開始時点から次サイクルの注湯開始時点までの複数点にて、前記鋳型の温度をそれぞれ検出する段階と、
検出された温度と、予め設定された温度−時間目標特性とに基づいて、前記鋳型を流通する冷却媒体の制御を行う段階と、
を有し、
前記温度−時間目標特性は、
重力鋳造工程中の前記鋳型の温度を予め実測した実測温度に基いて作成され、注湯開始から昇温し、最高温度到達後から所定温度に温度降下するまでの期間の第１の温度−時間目標特性と、
前記鋳型の冷却能力に基づいて作成され、前記所定温度から次サイクルの注湯開始までの強制冷却期間の第２の温度−時間目標特性と、
を含むことを特徴とする鋳型の温度制御方法。
【請求項３】
請求項２記載の重力鋳造用の鋳型の温度制御方法において、
前記第１の温度−時間目標特性は、前記注湯開始から前記最高温度到達時までの昇温期間は、前記最高温度に基づいて設定された目標温度一定領域とされ、前記最高温度到達時から前記所定温度までの温度降下期間は、その期間の実測温度に基づいて設定された目標温度変化領域とされていることを特徴とする鋳型の温度制御方法。
【請求項４】
請求項２記載の重力鋳造用の鋳型の温度制御方法において、
前記所定温度は、前記鋳型の押湯口内の溶湯が凝固完了した時点の温度であることを特徴とする鋳型の温度制御方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の重力鋳造用の鋳型の温度制御方法において、
前記冷却媒体の制御は、前記複数点にて検出した前記鋳型の検出温度と、前記温度−時間目標特性から前記複数点毎に求められた目標温度とを比較して、前記検出温度が前記目標温度より高い場合には、前記冷却媒体を前記鋳型内に流通させ、前記検出温度が前記目標温度より低い場合には、前記冷却媒体の前記鋳型内における流通を止めることを特徴とする鋳型の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重力鋳造法（グラビティ・ダイ・キャスティング）による鋳造方法に関し、特に重力鋳造法に用いる鋳型の温度制御方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、重力鋳造法に用いられる鋳型は、鋳型に配設された冷却流路にＯＮ−ＯＦＦバルブを介して冷却水を流通させることで鋳型を冷却する冷却手段と、鋳型に配設された熱電対等のセンサにより鋳型の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段によって検出された鋳型の温度にしたがって冷却手段を制御する制御手段によって鋳型の温度を制御していた。
【０００３】
具体的には、図３のグラフに示す様に、全てのサイクルを通じて一定の設定温度Ｔ５を設定し、制御手段のメモリに設定温度Ｔ５を記憶させ、検出手段によって鋳型の温度と制御手段のメモリの設定温度Ｔ５を比較し、鋳型の温度が設定温度Ｔ５を超えたら、制御手段が冷却手段のバルブをＯＮさせて冷却水を流し、鋳型の温度が設定温度Ｔ５を下回ったらバルブをＯＦＦさせて冷却水を停止させていた。
【０００４】
この鋳型の温度制御方法の様に、鋳型の温度が設定温度Ｔ５を超えている間だけ冷却水を流すという制御では、鋳造品の品質のバラツキがあり、生産効率を低下させていた。
【０００５】
また、鋳型の注湯開始温度を安定させるため、鋳型をヒータ（加熱手段）によって一定温度に保たせる制御方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。これは、鋳型の型開き開始時点から次サイクルの注湯開始時点までは、熱源である溶湯もしくは凝固した製品が鋳型内になくなるため、鋳型を注湯開始時点で最適注湯温度にするために、ヒータを用いて最適注湯温度に保持するように制御するというものであった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１−２３７０７０号公報（特許請求の範囲、図２）
【特許文献２】
特開平９−２２５６１７号公報（第４頁、図２）
【０００７】
しかしながら、冷却水の制御に加えて加熱手段の制御もしなければならず、設定が煩雑で、制御システムも複雑な上、高価なものであった。
【０００８】
本発明者等は、従来の重力鋳造法における鋳型の温度、特に注湯開始時点Ａの鋳型の温度が、図３のＴ６、Ｔ７のようにバラツクことに着目した。
【０００９】
本発明は、全てのサイクルの注湯開始温度を安定させ、鋳造品の品質を安定させることができる鋳型の温度制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明はまた、制御システムを複雑化・高価格化せず、鋳造品の安定した品質が得られる鋳型の温度制御方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の一態様の鋳型の温度制御方法においては、前記鋳型の型開き開始時点から次サイクルの注湯開始時点までの複数点にて、前記鋳型の温度をそれぞれ検出する段階と、検出された温度と、予め設定された温度−時間目標特性とに基いて、前記鋳型を流通する冷却媒体の制御を行う段階と、を有し、前記温度−時間目標特性は、前記鋳型の型開き開始時点の前記鋳型の温度から次サイクルの注湯開始時点の前記注湯開始温度に至る温度降下特性を示すことを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様によれば、検出された温度と予め設定された温度−時間目標特性とに基いて、前記鋳型を流通する冷却媒体の制御を行うことで注湯開始時点における前記鋳型の温度が常に最適な注湯開始温度になるように制御することができる。
【００１３】
したがって、単に、温度−時間目標特性に従って冷却媒体を制御すればよく、従来の様にヒータによって、最適注湯開始温度に保持する必要はなく、制御のためのシステムも簡単で安定した鋳物製品を生産することができる。
【００１４】
また、本発明の一態様の鋳型の温度制御方法においては、前記鋳型への注湯開始時点から次サイクルの注湯開始時点までの複数点にて、前記鋳型の温度をそれぞれ検出する段階と、検出された温度と、予め設定された温度−時間目標特性とに基づいて、前記鋳型を流通する冷却媒体の制御を行う段階と、を有し、前記温度−時間目標特性は、重力鋳造工程中の前記鋳型の温度を予め実測した実測温度に基いて作成され、注湯開始から昇温し、最高温度到達後から所定温度に温度降下するまでの期間の第１の温度−時間目標特性と、前記鋳型の冷却能力に基づいて作成され、前記所定温度から次サイクルの注湯開始までの強制冷却期間の第２の温度−時間目標特性と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
このような構成とすることで、予め実測した実測温度に基いて作成された第１の温度−時間目標特性と、前記鋳型の冷却能力に基づいて作成された強制冷却期間の第２の温度−時間目標特性から設定されているので、最適な注湯開始温度まで冷却する過程で制御しやすい温度−時間目標特性を設定することができる。したがって、無理なく毎サイクルの注湯開始時点で最適な注湯開始温度に戻すことができ、品質の安定した鋳物を生産することができる。
【００１６】
また、本発明においては、前記第１の温度−時間目標特性は、前記注湯開始から前記最高温度到達時までの昇温期間は、前記最高温度に基づいて設定された目標温度一定領域とされ、前記最高温度到達時から前記所定温度までの温度降下期間は、その期間の実測温度に基づいて設定された目標温度変化領域とすることできる。
【００１７】
このような構成とすることで、注湯開始から前記最高温度到達時までの急激に温度が上昇する期間を、最高温度に基づいて設定された目標温度一定領域とすることで、最高温度を超えたときにだけ制御を行うことができる。
【００１８】
さらに、本発明においては、前記所定温度は、前記鋳型の押湯口内の溶湯が凝固完了した時点の温度に設定することができる。
【００１９】
このような構成とすることで、早い段階から鋳型の温度を制御することができるので、さらに無理なく毎サイクルの注湯開始時点で鋳型の温度を最適な注湯開始温度とすることができ、品質の安定した鋳物製品を生産することができる。
【００２０】
また、本発明においては、前記冷却媒体の制御は、前記複数点にて検出した前記鋳型の検出温度と、前記温度−時間目標特性から前記複数点毎に求められた目標温度とを比較して、前記検出温度が前記目標温度より高い場合には、前記冷却媒体を前記鋳型内に流通させ、前記検出温度が前記目標温度より低い場合には、前記冷却媒体の前記鋳型内における流通を止めることができる。
【００２１】
このような構成とすることで、鋳造加工中は常に鋳型の温度を監視し、設定温度より高い場合にのみ冷却媒体を鋳型内に流通させて効率よく所望の最適注湯温度まで温度を下降制御することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る重力鋳造方法の鋳型の温度制御システム１００を説明する図である。
【００２４】
鋳型１は、例えばアルミニウム溶湯を用いて、重力鋳造法により例えば自動車用ナックルを製造するための鋳型１であり、図１の前後方向に開閉する割型で構成されている。注湯工程では、型閉じされた鋳型１の上方に設けられた湯口４から溶湯を注湯して鋳物製品２を規定するキャビティ３を満たし、さらに湯口４の横に設けられた押湯口５に到達するまで注湯を行う。溶湯が十分に凝固したら鋳型１を型開きして鋳物製品２を鋳型１から取り出し、再び鋳型１を型閉じして次サイクルの注湯が開始される。
【００２５】
鋳型１には、所望の箇所に複数、本実施の形態においては２つの冷却流路６、７が設けられ、冷却水供給系１２で所定温度に冷却された冷却媒体例えば冷却水が自動流量調節バルブ８，９を介して鋳型１に供給される。
【００２６】
冷却流路６，７は、鋳型１のキャビティ３の内、冷却が必要とされる所望冷却箇所、例えば鋳物製品２の厚肉部を規定するキャビティ面Ｘ、Ｙを十分に冷却できる様に配設されている。この厚肉部を規定するキャビティ面Ｘ、Ｙと冷却流路６，７の中心の最短距離を結ぶ線分上にあって、さらに線分上のできるだけキャビティ３に近い位置に、鋳型温度検出手段として各々熱電対１０，１１が配置されている。
【００２７】
熱電対１０，１１の出力は、ＣＰＵとメモリを有する制御手段１３に所定間隔ごと例えば０．１秒ごとに検出される。制御手段１３は、予め設定されてメモリに記憶させたプログラムに基づいて、各検出時点毎に自動流量調節バルブ８，９を制御、例えばオン／オフ制御して、鋳型１に流通する冷却水の流量を調節することができる。
【００２８】
次に、図２の温度−時間グラフを用いて、本発明の一実施の形態に係る鋳型の温度制御方法について説明する。なお、図２の縦軸の鋳型１の温度は、図１の熱電対１０によって検出された厚肉部を規定するキャビティ面Ｘの温度であり、この検出温度に基いて制御手段１３によって自動流量調節バルブ８を制御することで、冷却流路６を流通する冷却水の流量を調節して得られたものである。
【００２９】
ここでは、注湯開始時点Ａから次の注湯開始時点Ａまでの間を鋳造加工の１サイクルとしている。
【００３０】
まず、注湯開始時点Ａにおける最適注湯開始温度Ｔ１は、鋳物製品２を予め数回テスト鋳造することによって、その鋳物製品２の最も品質のよい状態の注湯開始温度として経験的に知得される。
【００３１】
さらに、予めテスト鋳造によって鋳型１内の熱電対１０の出力に基づいて実測した最高温度到達時点Ｂの温度Ｔ２、押湯口凝固時点Ｃの温度Ｔ３及びＴ１〜Ｔ３までの温度変化をグラフ化する。注湯開始時点Ａにおける最適注湯開始温度Ｔ１から厚肉部を規定するキャビティ面Ｘに対応する鋳型１の温度は急激に上昇し、最高温度到達時点Ｂの温度Ｔ２でピークを超えると、湯口凝固時点（湯口４及び押湯口５の溶湯が凝固完了した時点）Ｃの温度Ｔ３に向って緩やかな勾配で温度降下するというグラフが得られた。
【００３２】
そして、テスト鋳造によって得られた押湯口凝固時点Ｃの実測温度Ｔ３と、次サイクルの注湯開始時点Ａにおける最適注湯開始温度Ｔ１とを結ぶ直線を、温度−時間目標特性３０としてグラフ化する。また、テスト鋳造によって得られた最高温度到達時点Ｂの実測温度Ｔ２と押湯口凝固時点Ｃの実測温度Ｔ３を結ぶ直線を別の温度−時間目標特性３１としてグラフ化する。
【００３３】
上述した情報に基いて、一サイクル中の制御温度をグラフ化した制御グラフを作成する。この制御グラフは、注湯開始時点Ａから最高温度到達時点Ｂまでの間を一定値とする温度３２と、最高温度到達時点Ｂから押湯口凝固時点Ｃまでの温度−時間目標特性３１と、押湯口凝固時点Ｃから次サイクルの注湯開始時点Ａまでの温度−時間目標特性３０とで構成される。この制御グラフを、制御手段１３のメモリに記憶させる。
【００３４】
このメモリに記憶された制御グラフ上の各検出時間に対応する制御温度に対して、鋳造時の厚肉部を規定するキャビティ面Ｘの温度を検出する熱電対１０での検出温度２０が高ければ、自動流量調節バルブ８を開放して鋳型１に冷却水を流通させ、熱電対１０の検出温度２０が低ければ、自動流量調節バルブ８を閉鎖して鋳型１への冷却水の流通を止めるようにプログラムを作成する。このプログラムもまた、制御手段１３のメモリに記憶させる。
【００３５】
本実施の形態においては、注湯開始時点Ａから最高温度到達時点Ｂまでは、ピーク値である設定温度３２（温度Ｔ２）を監視し、最高温度到達時点Ｂから押湯口凝固時点Ｃまでの温度−時間目標特性３１にて定まる経過時間毎の温度は、テスト鋳造した実測値にほとんど適合している。このため、本実施の形態においては、注湯開始時点Ａから押湯口凝固時点Ｃまでの間は、正常動作をしている限りほとんど冷却水を通水させることなく、単に鋳型１の温度２０を監視しているだけでよい。したがって、本実施の形態におけるテスト鋳造によるＴ１〜Ｔ３までの温度変化のグラフは、図２のＴ１〜Ｔ３の曲線とほとんど同じである。
【００３６】
本実施の形態において重要なのは、押湯口凝固時点Ｃから次サイクルの注湯開始時点Ａまでの温度−時間目標特性３０に従って、鋳型１の温度を最適注湯開始温度Ｔ１まで強制的に冷却することにある。よって、設定した温度−時間目標特性３０が実際の制御によって再現性の高いものである必要がある。
【００３７】
例えば、温度−時間目標特性３０の傾斜を急な角度に設定しても、冷却水供給系の冷却能力がそれに合わなければ、次サイクルの注湯開始時点Ａで最適注湯開始温度Ｔ１まで冷却することができない。このような場合には、もっともサイクルが早く、かつ実際の鋳造時の温度の再現性が高くなるように、温度−時間目標特性をテスト鋳造によって導き出す。
【００３８】
このプログラムによって制御された鋳型１の温度２０は、図２に示すようになり、特に毎サイクルの注湯開始時点Ａにおける鋳型１の温度２０は、最適注湯開始温度Ｔ１となるように確実に制御されるので、鋳造製品２の品質が安定し、歩留まりが飛躍的に向上した。
【００３９】
鋳型１の別の厚肉部を規定するキャビティ面Ｙにおいても、予めテスト鋳造し、その厚肉部を規定するキャビティ面Ｙにおける実測値から同様の温度−時間目標特性を得て、プログラムを作成し、制御手段１３のメモリに記憶させて、同様に制御を行う。
【００４０】
また、特に最適注湯開始温度Ｔ１を得るためには、熱源である鋳造製品２を鋳型１から離型する鋳型１の離型開始時点Ｄから、次サイクルの注湯開始時点Ａまで、すなわち鋳型１の型開き工程、製品取出し工程及び鋳型１の型閉じ工程における鋳型１の温度−時間目標特性が重要である。本実施の形態では、これらの工程における鋳型１の温度−時間目標特性を押湯口凝固時点Ｃから次サイクルの注湯開始時点Ａまでを一つの温度−時間目標特性３０としたが、さらに好適な温度−時間目標特性を型開き時点Ｄにおける温度Ｔ４から次サイクルの注湯開始時点Ａにおける最適注湯開始温度Ｔ１まで別途設定してもよい。これらの工程における鋳型１の温度−時間目標特性に従った制御によって、次の注湯開始時点Ａにおける鋳型１の温度を最適注湯開始温度Ｔ１にすることで、鋳造製品２の品質が安定し、歩留まりを飛躍的に向上させることができる。
【００４１】
なお、本発明は、本実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。
【００４２】
例えば、前記実施の形態では、冷却媒体を冷却水としたが、鋳型の温度によっては、温調した油を用いてもよいし、効率よく鋳型を温調できるものであれば一般的に用いられる各種温調流体であってもよい。
【００４３】
また、前記実施の形態では、自動流量調節バルブを開放、閉鎖していわばＯＮ−ＯＦＦ制御によって冷却水を制御したが、自動流量調節バルブによって流量を複数あるいは無段階で調節することにより、メモリに記憶された温度−時間目標特性３０、３１に近似させる様に制御することも可能であるし、冷却水供給系１２の温調機能を利用して鋳型１に供給する冷却水の温度を変化させることで鋳型１の温度を制御してもよい。
【００４４】
さらに、前記実施の形態では、２つの冷却流路と２つの熱電対を用いた冷却回路であったが、その数は特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る鋳型の温度制御システムを示す説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る鋳型の温度制御方法を説明するグラフである。
【図３】従来の鋳型の温度制御方法を説明するグラフである。
【符号の説明】
１　鋳型
２　鋳物製品
３　キャビティ
４　湯口
５　押湯口
６、７　冷却流路
８，９　自動流量調節バルブ
１２　冷却水供給系
１０，１１　熱電対
１３　制御手段
Ａ　注湯開始時点
Ｔ１　最適注湯開始温度
Ｔ２　最高温度到達時点Ｂの温度
Ｔ３　押湯口凝固時点Ｃの温度
３０　実測温度Ｔ３と最適注湯開始温度Ｔ１を結ぶ温度−時間目標特性
１００　温度制御システム
【図１】
2004090075.tif 000003
【図２】
2004090075.tif 000004
【図３】
2004090075.tif 000005