(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯を保持する保持容器と、該保持容器の上方に配置され、鋳型が収納される収納容器と、前記保持容器と前記収納容器内の鋳型とを連通するストークとを備え、前記保持容器内の圧力が前記収納容器内の圧力よりも高くなるように差圧を生じさせ、前記保持容器に保持された溶湯を、前記ストークを通じて鋳型に充填する差圧鋳造装置において、
前記収納容器は、前記ストークの上端が貫通し、鋳型を装着可能に上部が開口する本体と、前記本体の開口を閉塞可能な蓋体と、を有し、
前記蓋体を、前記本体の上方から退避する退避位置と、前記本体の開口を閉塞する閉塞位置とに移動させる移動手段と、
前記移動手段と一体に移動する部材に設けられ、前記ストークを通じて非接触で溶湯面との距離を測定する距離センサと、
前記保持容器内と前記収納容器内との差圧を制御する制御手段と、を備え、
前記移動手段により前記蓋体を前記退避位置に移動して、次の鋳型を前記収納容器に収納する際、前記移動手段と一体に移動する前記距離センサにより前記保持容器内の溶湯面の距離を測定し、該測定結果に基づき、前記制御手段が次の鋳造に際しての前記差圧を設定してなる、
ことを特徴とする差圧鋳造装置。
【請求項２】
前記移動手段は、前記蓋体の上方に配置され、前記蓋体を前記本体に対して昇降自在に支持する昇降機構と、前記昇降機構を水平方向に移動自在に支持するリンク機構と、を有し、前記昇降機構により前記蓋体を持ち上げた状態で、前記昇降機構を水平方向に移動させることで、前記蓋体を前記退避位置に移動させ、
前記距離センサは、前記昇降機構に水平方向に突出して取り付けられ、前記蓋体の前記退避位置への移動の際に、前記昇降機構と一体に水平方向に移動することにより、前記ストークから延びる直線上の位置に移動する、
ことを特徴とする請求項１に記載の差圧鋳造装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記距離センサによる前記測定結果に基づいて、前記ストークの上端位置に溶湯が上昇するのに必要な第１の差圧、及び鋳型に溶湯を充填するのに必要な第２の差圧を演算し、鋳型に溶湯を充填するに先立って、前記差圧を、前記第１の差圧に設定し、前記ストークの上端位置に溶湯が達したと判断した場合、前記差圧を、前記第２の差圧に設定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の差圧鋳造装置。
【請求項４】
前記制御手段は、鋳型に溶湯を充填完了したと判断した場合、鋳型内の溶湯を凝固させる際に、前記差圧を、前記第２の差圧よりも大きい第３の差圧に設定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の差圧鋳造装置。
【請求項５】
前記収納容器に収納される鋳型は、砂型である、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の差圧鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保持容器内と収納容器内とに差圧を生じさせることにより鋳造する差圧鋳造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、保持容器上方に鋳型が収納される収納容器を設置して保持容器及び収納容器を気密状態とし、保持容器内及び収納容器内の圧力を大気圧よりも昇圧し、保持容器内の圧力を収納容器内の圧力よりも高めて、その圧力差により鋳型に溶湯を充填する差圧鋳造装置が研究されている。
【０００３】
従来、鋳型が収納される収納容器の下方に、溶湯を入れた保持容器を配置し、該保持容器内に圧縮気体を送風して、該保持容器内の溶湯をストークを通じて上方の鋳型に供給して鋳造する低圧鋳造法が知られている。
【０００４】
該低圧鋳造法では、鋳型として金型が多く用いられ、同一形状の製品を大量に生産する方法として適しており、鋳型を収納する収納容器は大気に開放されており、保持容器内の溶湯量に拘らず、該保持容器内の圧力を略一定に保持すればよい。
【０００５】
一方、上記差圧鋳造装置にあっては、保持容器内と収納容器内との差圧を高い精度で管理する必要があり、例えば、同一形状の鋳物を大量生産する場合、金型が用いられ、保持容器内の溶湯量は金型のキャビティの容積で予め溶湯の使用量がわかるため、適正な差圧を予測することができ、保持容器内の溶湯量を鋳造毎に測定しなくても適正な差圧制御が可能である。
【０００６】
しかし、鋳物を多種少量生産する場合、鋳型を頻繁に入れ換える必要があり、鋳型のキャビティの容積は、各鋳型によってまちまちであり、鋳型を入れ換える度に溶湯使用量が変わるため、溶湯使用量を予測するのは困難である。従って、鋳物を多種少量生産する場合は、次の鋳造の前に、保持容器内の正確な溶湯面の高さを測定しなければならない。
【０００７】
レース用エンジンのシリンダヘッド等の精度の為に鋳物を少量生産するときに上記差圧鋳造装置を用いる場合、鋳型として砂型を用いるのが一般的であるが、この場合、鋳造のロット毎に消費される溶湯使用量が変化し、保持容器内の圧力と収納容器内の圧力との差圧を適正にするために、保持容器内及び収納容器内の圧力の制御が重要となる。
【０００８】
具体的に説明すると、保持容器内の圧力と収納容器内の圧力との差圧が低すぎると、砂型における湯回り不良が発生し、差圧が高すぎると、溶湯充填時の圧力によって砂型の崩壊や砂型表面への溶湯の差し込みが発生してしまい、鋳物の仕上がりが悪くなってしまうため、保持容器内の圧力と収納容器内の圧力との差圧を適正にする必要がある。
【０００９】
なお、保持容器における溶湯量は鋳造する度に減少し、また、溶湯を保持容器に追加すれば溶湯量は増加するものであるが、適正な差圧は、保持容器における溶湯量（溶湯面の高さ）に応じて異なるものである。
【００１０】
これに対し、保持容器内に例えば電極を有する接触式の溶湯面センサを設け、溶湯面を検知する差圧鋳造装置が知られている（特許文献１参照）。
【００１１】
また、保持容器に形成した開口に耐熱ガラス等を設けて保持容器の外側にレーザによる非接触式の距離センサを配置して、耐熱ガラスを通じて溶湯面との距離を測定する差圧鋳造装置や、距離センサを保持容器内に配置した差圧鋳造装置が知られている（特許文献２，３参照）。
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−１５６５２９号公報
【特許文献２】特開平７−１３６７５５号公報
【特許文献３】特開平８−３１８３６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、電極等の接触式の溶湯面センサを用いた差圧鋳造装置では、溶湯面センサが溶湯に接触する状態となるため、接触式の溶湯面センサによる高精度な測定を維持するには、頻繁にメンテナンスをしなければならず、メンテナンス性が低いものであった。また、高温の溶湯に溶湯面センサを接触させるので、溶湯面センサの寿命が短いものであった。
【００１４】
また、非接触式の距離センサにより耐熱ガラスを介して溶湯面との距離を測定する差圧鋳造装置では、耐熱ガラスが曇って測定感度が低下したり、距離センサによるレーザ光等が耐熱ガラスで反射や散乱したりするので、正確に溶湯面を測定することが困難であった。
【００１５】
また、保持容器内に非接触の距離センサを配置した差圧鋳造装置では、距離センサが常時溶湯の熱の輻射を直接受けるため、距離センサの寿命が著しく低下してしまうものであった。
【００１６】
このような観点から、センサを用いるよりも、作業者によりゲージを用いて保持容器内の溶湯面の高さを目測する方が確実であったため、作業者が測定作業を行わなければならなかった。
【００１７】
そこで本発明は、保持容器内における溶湯が輻射する熱の影響を受けにくく、溶湯面と距離センサとの距離を正確に測定することができ、この測定結果に基づいて差圧を制御し、仕上がりの良好な鋳物を得ることができる差圧鋳造装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は（例えば、図１〜図３参照）、溶湯を保持する保持容器（２０）と、該保持容器の上方に配置され、鋳型（Ｓ）が収納される収納容器（３０）と、前記保持容器（２０）と前記収納容器（３０）内の鋳型（Ｓ）とを連通するストーク（４０）とを備え、前記保持容器（２０）内の圧力が前記収納容器（３０）内の圧力よりも高くなるように差圧を生じさせ、前記保持容器（２０）に保持された溶湯を、前記ストーク（４０）を通じて鋳型（Ｓ）に充填する差圧鋳造装置において、
前記収納容器（３０）は、前記ストークの上端が貫通し、鋳型を装着可能に上部が開口する本体（３１）と、前記本体の開口を閉塞可能な蓋体（３２）と、を有し、
前記蓋体（３２）を、前記本体（３１）の上方から退避する退避位置と、前記本体の開口を閉塞する閉塞位置とに移動させる移動手段（５０）と、
前記移動手段と一体に移動する部材（５１ｃ）に設けられ、前記ストーク（４０）を通じて非接触で溶湯面（Ｍ）との距離（Ｌ）を測定する距離センサ（６０）と、
前記保持容器（２０）内と前記収納容器（３０）内との差圧を制御する制御手段（７０）と、を備え、
前記移動手段（５０）により前記蓋体（３２）を前記退避位置に移動して、次の鋳型（Ｓ）を前記収納容器（３０）に収納する際、前記移動手段（５０）と一体に移動する前記距離センサ（６０）により前記保持容器（２０）内の溶湯面（Ｍ）の距離（Ｌ）を測定し、該測定結果に基づき、前記制御手段（７０）が次の鋳造に際しての前記差圧を設定してなる、ことを特徴とする差圧鋳造装置にある。
【００１９】
また、上記差圧鋳造装置において、前記移動手段（５０）は、前記蓋体（３２）の上方に配置され、前記蓋体を前記本体（３１）に対して昇降自在に支持する昇降機構（５１）と、前記昇降機構（５１）を水平方向に移動自在に支持するリンク機構（５３）と、を有し、前記昇降機構（５１）により前記蓋体（３２）を持ち上げた状態で、前記昇降機構（５１）を水平方向に移動させることで、前記蓋体（３２）を前記退避位置に移動させ、
前記距離センサ（６０）は、前記昇降機構（５１）に水平方向に突出して取り付けられ、前記蓋体（３２）の前記退避位置への移動の際に、前記昇降機構（５１）と一体に水平方向に移動することにより、前記ストーク（４０）から延びる直線上の位置に移動する、ことを特徴とするものである。
【００２０】
また、上記差圧鋳造装置において（例えば、図５〜図８参照）、前記制御手段（７０）は、前記距離センサ（６０）による前記測定結果に基づいて、前記ストーク（４０）の上端位置に溶湯が上昇するのに必要な第１の差圧（ΔＰｘ）、及び鋳型（Ｓ）に溶湯を充填するのに必要な第２の差圧（ΔＰｙ）を演算し、鋳型（Ｓ）に溶湯を充填するに先立って、前記差圧を、前記第１の差圧（ΔＰｘ）に設定し、前記ストーク（４０）の上端位置に溶湯が達したと判断した場合、前記差圧を、前記第２の差圧（ΔＰｙ）に設定する、ことを特徴とするものである。
【００２１】
また、上記差圧鋳造装置において、前記制御手段（７０）は、鋳型（Ｓ）に溶湯を充填完了したと判断した場合、鋳型（Ｓ）内の溶湯を凝固させる際に、前記差圧を、前記第２の差圧（ΔＰｙ）よりも大きい第３の差圧（ΔＰｚ）に設定する、ことを特徴とするものである。
【００２２】
また、上記差圧鋳造装置において、前記収納容器（３０）に収納される鋳型は、砂型（Ｓ）である、ことを特徴とするものである。
【００２３】
尚、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１に係る本発明によると、鋳型を型開して鋳物を取り出すために蓋体を退避位置に移動させた際に、距離センサが移動手段と一体に溶湯面の距離を測定する位置に移動するので、次の鋳造に先立って溶湯面の距離を非接触で正確に測定することができ、作業者がゲージを用いて測定する必要がなくなり、距離測定を自動化することが可能となる。
【００２５】
また、移動手段により収納容器の蓋体を退避位置に移動させるので、距離センサをストークを通じて溶湯面に対向させる際に、収納容器の蓋体が測定の邪魔になることはない。そして、収納容器の蓋体を、本体の上方から退避する退避位置に移動させることによって、ストークを通じて上昇する溶湯の熱が拡散しやすくなり、距離センサをストークを通じて溶湯面に対向させた際には、距離センサは熱の影響を受けにくくなる。そして、距離センサは距離の測定が必要なときにストークを通じて溶湯面に対向することとなるので、常時溶湯の熱に晒されることはなく、熱の影響を受けにくいので、距離センサの寿命を延ばすことができる。また、耐熱ガラス等を介して溶湯面と距離センサとの距離を測定する場合に比べ、直接溶湯面との距離を測定することができるので、耐熱ガラス等による反射や散乱がなくなり、距離を正確に測定することができる。
【００２６】
また、制御手段では、距離センサにより測定した距離が正確であるので、保持容器内の圧力と収納容器内の圧力との差圧を正確に制御することができ、これによって、湯回り不良を抑制することができ、仕上がりの良好な鋳物を製作することができる。
【００２７】
請求項２に係る本発明によると、蓋体の上方に配置される昇降機構に距離センサを取り付けたことにより、距離センサがストーク上端から十分に離隔した位置に配置されることとなるので、溶湯の熱の影響を更に受けにくくなる。そして、距離センサを昇降機構に取り付けるだけで、距離センサを溶湯面に対向する位置に移動させることができ、簡単な構造で精度よく溶湯面の距離を測定することが可能となる。
【００２８】
請求項３に係る本発明によると、距離センサにより測定した距離が正確であるので、第１の差圧及び第２の差圧の演算結果の精度が向上する。また、鋳造の際に、まず第１の差圧となるように保持容器内の圧力と収納容器内の圧力との差圧が設定されるので、溶湯が鋳型の寸前で減速又は一旦停止し、溶湯が勢いよく鋳型に注入されることはない。そして、溶湯がストーク上端に到達した後、第２の差圧となるように、保持容器内の圧力及び収納容器内の圧力との差圧が制御されるので、安定して鋳型に溶湯を充填することができ、鋳型における湯回り不良を抑制することができ、仕上がりの良好な鋳物を製作することができる。
【００２９】
請求項４に係る本発明によると、鋳物を凝固させる際に、押し湯効果が高まり、鋳造欠陥を減少させることができ、仕上がりの良好な鋳物を製作することができる。
【００３０】
請求項５に係る本発明によると、鋳型が砂型であるので、差圧制御が安定することで砂型への溶湯の差し込みを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００３２】
図１〜図３は、本実施の形態に係る差圧鋳造装置であって、一部断面とした概略構成を示す説明図である。
【００３３】
図１において、差圧鋳造装置１００は、基台１０と、基台１０に上端が支持され、溶湯を保持する保持容器２０と、保持容器２０の上方に配置され、砂型Ｓが収納される収納容器３０と、保持容器２０と収納容器３０内に収納した砂型Ｓとを連通する上下方向に延びるストーク４０とを備えている。溶湯は、例えばアルミニウム等の溶融金属である。
【００３４】
収納容器３０は、底部３１Ａ及び底部３１Ａから上方に立設する側壁部３１Ｂを有し、上部が開口する有底の本体３１と、天部３２Ａ及び天部３２Ａから下方に立設する側壁部３２Ｂを有し、本体３１の上部における開口を閉塞可能な蓋体３２とを備えている。そして、蓋体３２により本体３１上部を閉塞する際には、本体３１の側壁部３１Ｂの上端に蓋体３２の側壁部３２Ｂの下端が圧接載置される。
【００３５】
本体３１の底部３１Ａには、貫通孔３１ａが形成されており、その貫通孔３１ａにストーク４０の上端４０ａが貫通して固定されている。そして、本体３１は、その底部３１Ａにおけるストーク４０の上端４０ａに対応する位置に、砂型Ｓを装着可能としている。ストーク４０は、その下端４０ｂが保持容器２０内の溶湯に浸かるように、保持容器２０内に延びている。
【００３６】
また、差圧鋳造装置１００は、蓋体３２を、本体３１の上方から退避する退避位置と、本体３１の開口を閉塞する閉塞位置とに移動させる移動手段としての移動装置５０を備えている。蓋体３２が閉塞位置に移動して本体３１の開口を閉塞しているとき、保持容器２０内及び収納容器３０内は、密閉状態となり、蓋体３２が退避位置に移動しているとき、本体３１の上部が開口するので、砂型Ｓの取り外し及び設置が可能となる。
【００３７】
移動装置５０は、収納容器３０の蓋体３２の上方に配置され、蓋体３２を、本体３１に対して上下方向に昇降自在に支持する昇降機構５１と、基台１０に支持され、昇降機構５１を水平方向に移動自在に支持するリンク機構５３とを有している。
【００３８】
昇降機構５１は、各種駆動源を収納する箱体５１ａと、箱体５１ａの下方に配置され、上下方向に延びる４つ（複数）の油圧シリンダ５１ｂとを有し、油圧シリンダ５１ｂの一端が箱体５１ａの下面に固定され、他端が蓋体３２の天部３２Ａに固定されている。そして、油圧シリンダ５１ｂの伸縮動作により、蓋体３２を上下方向に昇降させることができる（図２参照）。
【００３９】
図１において、リンク機構５３は、収納容器３０及び昇降機構５１を挟んで両側に配置される一対のリンク部５４，５４を有している。リンク部５４は、第１のアーム５５、第２のアーム５６及びアーム５５，５６同士を連結する油圧シリンダ５７を有している。各アーム５５，５６は、一端部が基台１０に揺動可能に固定され、他端部が昇降機構５１の箱体５１ａに揺動可能に固定される基部５５ａ，５６ａを有しており、各アーム５５，５６の基部５５ａ，５６ａ同士が平行に配置されている。そして、第１のアーム５５は、昇降機構５１側の端部に、基部５５ａに対して垂直方向に第２のアーム５６側に張り出す張出部５５ｂを有しており、また、第２のアーム５６は、基台１０側の端部に、基部５６ａに対して垂直方向に第１のアーム５５側に張り出す張出部５６ｂを有している。そして、第１のアーム５５の張出部５５ｂに、油圧シリンダ５７の一端が固定され、第２のアーム５６の張出部５６ｂに、油圧シリンダ５７の他端が固定される。そして、油圧シリンダ５７を伸縮させることにより、第１のアーム５５及び第２のアーム５６が平行状態を保ったまま、一体となって揺動し、昇降機構５１を平行方向に移動させることができる（図３参照）。
【００４０】
本実施の形態における差圧鋳造装置１００は、レーザ光により対象物との距離を測定する非接触式の距離センサ６０を備えている。この距離センサ６０は、移動装置５０と一体に移動する部材としての昇降機構５１に突出して取り付けられている。具体的には、距離センサ６０は、昇降機構５１の箱体５１ａから突出する突出片５１ｃに固定されている。
【００４１】
また、差圧鋳造装置１００は、保持容器２０内の圧力と、収納容器３０内の圧力とを制御し、保持容器２０内と収納容器３０内との差圧を制御する制御手段としての制御装置７０を備えている。制御装置７０には、距離センサ６０が接続されており、制御装置７０は、距離センサ６０により測定された測定結果を取得可能に構成されている。また、本実施の形態における差圧鋳造装置１００は、移動装置５０を動作させる場合や鋳造を実行する場合に作業者が操作する操作部７１を備えており、該操作部７１が制御装置７０に接続されている。つまり、制御装置７０は、操作部７１の設定に従い、移動装置５０を含む差圧鋳造装置１００全体を制御する。
【００４２】
次に、差圧鋳造装置１００において、前回鋳造に使用した砂型Ｓを取り出して次の鋳造に使用する砂型Ｓを設置する場合について説明する。
【００４３】
図４は、差圧鋳造装置１００による一連の動作を示すフローチャートである。
【００４４】
図４において、まず、操作部７１において、収納容器３０の蓋体３２が退避位置に移動するよう作業者により設定された場合、制御装置７０は、収納容器３０の蓋体３２を退避位置に移動するように移動装置５０を制御する（ステップＳ１）。具体的に説明すると、蓋体３２を、閉塞位置から退避位置に移動させる際、まず、図２に示すように、昇降機構５１により蓋体３２を持ち上げ、この状態で、図３に示すように、リンク機構５３により昇降機構５１を水平方向に移動させる。これにより、収納容器３０の蓋体３２は、本体３１の開口を閉塞する閉塞位置（図１）から、収納容器３０の本体３１の上方から退避する退避位置（図３）に移動する。このとき、距離センサ６０は、図３に示すように、移動装置５０の昇降機構５１と一体に水平方向に移動することで、ストーク４０から延びる直線上の位置（測定位置）に移動する。つまり、距離センサ６０は、移動装置５０により、ストーク４０から延びる直線上の位置に位置決めされる。更に、距離センサ６０は、昇降機構５１に取り付けられているので、蓋体３２を退避位置に移動させた際、ストーク４０の上端４０ａとの距離が所定距離となるように位置決めされる。
【００４５】
そして、蓋体３２を上方に移動させた状態で水平方向に移動させることにより、前回の鋳造に使用した砂型Ｓが本体３１上部から突出している場合には、リンク機構５３により蓋体３２を水平方向に移動させたときに、昇降機構５１により蓋体３２を上方に持ち上げた状態であるので、蓋体３２が砂型Ｓに接触するのを回避することができる。また、蓋体３２を水平方向へ移動させることにより、砂型Ｓの型開の際に砂型Ｓを取り出す作業、及び新たに砂型Ｓの設置作業が容易になる。なお、本実施の形態では、鋳型として砂型Ｓを使用しているので、１つの鋳物を製作する度に砂型Ｓを入れ換える必要がある。
【００４６】
ここで、前回の鋳造に使用した砂型Ｓが収納容器３０の本体３１に収納されている場合は、作業者によって砂型Ｓの型開が行われて、鋳物が取り出され、砂型Ｓが取り出される（図４中、ステップＳ２）。或いは、砂型Ｓが取り出された後、型開が行われて鋳物が取り出される。
【００４７】
このように、砂型Ｓを取り出した場合、図３に示すように、収納容器３０の本体３１内において、ストーク４０の上端４０ａが外部に露出することとなる。そして、昇降機構５１に取り付けられた距離センサ６０は、ステップＳ１の動作により、ストーク４０から延びる直線上の位置（測定位置）に移動しているので、砂型Ｓが取り外されたことでストーク４０を通じて溶湯面Ｍに対向することとなる。これによって、距離センサ６０は、該距離センサ６０と溶湯面Ｍとの距離Ｌを測定することができる。
【００４８】
そして、距離センサ６０が保持容器２０内の溶湯面Ｍに対向している状態で操作部７１において距離を測定するよう設定がなされた場合、距離センサ６０は、レーザ光を溶湯面Ｍに照射してその反射光を検知することにより、溶湯面Ｍとの距離Ｌを測定する（図４中、ステップＳ３）。
【００４９】
このように、砂型Ｓを型開して鋳物を取り出すために蓋体３２を退避位置に移動させた際に、距離センサ６０が移動装置５０と一体に測定位置に移動するので、次の鋳造に先立って溶湯面Ｍの距離Ｌを非接触で正確に測定することができ、作業者がゲージを用いて測定する必要がなくなり、距離測定を自動化することが可能となる。
【００５０】
また、移動装置５０により収納容器３０の蓋体３２を退避位置に移動させるので、距離センサ６０をストーク４０を通じて溶湯面Ｍに対向させる際に、収納容器３０の蓋体３２が測定の邪魔になることはない。そして、収納容器３０の蓋体３２を、本体３１の上方から退避する退避位置に移動させることによって、ストーク４０を通じて上昇する溶湯の熱が拡散しやすくなり、距離センサ６０をストーク４０を通じて溶湯面Ｍに対向させた際には、距離センサ６０は熱の影響を受けにくくなる。特に、距離センサ６０を、昇降機構５１の箱体５１ａに突出する突出片５１ｃに取り付けているので、距離センサ６０がストーク４０の上端４０ａから十分に離隔した位置となり、保持容器２０内の溶湯の熱の影響を更に受けにくくなる。
【００５１】
そして、距離センサ６０は距離の測定が必要なときにストーク４０を通じて溶湯面Ｍに対向することとなるので、常時溶湯の熱に晒されることはなく、熱の影響を受けにくいので、距離センサ６０の寿命を延ばすことができる。また、耐熱ガラス等を介さずに直接溶湯面Ｍとの距離Ｌを測定することができるので、耐熱ガラス等を介して溶湯面と距離センサとの距離を測定する場合に比べ、距離Ｌを正確に測定することができる。
【００５２】
そして、距離センサ６０を昇降機構５１に取り付けるだけで、距離センサ６０を溶湯面Ｍに対向する位置に移動させることができ、簡単な構造で精度よく溶湯面Ｍの距離Ｌを測定することが可能となる。
【００５３】
更に、距離センサ６０は、移動装置５０と一体に移動して定位置に位置決めされるので、測定結果のばらつきが少なくなり、溶湯面Ｍとの距離Ｌを正確に測定することが可能となる。
【００５４】
距離センサ６０により溶湯面Ｍとの距離Ｌが測定された後、次の鋳造に使用される砂型Ｓが収納容器３０の本体３１に設置され（ステップＳ４）、操作部７１において、収納容器３０の蓋体３２が閉塞位置に移動するよう設定された場合、制御装置７０は、収納容器３０の蓋体３２を閉塞位置に移動するように移動装置５０を制御する（ステップＳ５）。具体的に説明すると、蓋体３２を、退避位置から閉塞位置に移動させる際、まず、リンク機構５３により図３の状態から図２の状態に水平方向に昇降機構５１を移動させ、次に、昇降機構５１により図２の状態から図１の状態に蓋体３２を下降移動させる。このとき、距離センサ６０は、保持容器２０及び収納容器３０の直上から退避している。
【００５５】
次いで、操作部７１において、鋳造を実行する設定がなされた場合、制御装置７０は、測定した溶湯面Ｍとの距離Ｌ（つまり、溶湯面Ｍの高さ）に基づいて差圧を制御しながら鋳造処理を実行する（ステップＳ６）。
【００５６】
そして、鋳造処理を終えたら、再びステップＳ１の手順に戻り、砂型Ｓ（鋳物）を取り出して、次の鋳造に使用される砂型Ｓを設置するに先立って、距離センサ６０により溶湯面Ｍとの距離Ｌが測定される。このように、鋳物を製作する１ロットの度（砂型Ｓを入れ換える度）に溶湯面Ｍを測定することで、保持容器２０内の溶湯量を把握することができ、次の鋳造において、保持容器２０内の圧力と収納容器３０内の圧力との差圧を正確に制御することができ、これによって、湯回り不良や砂型Ｓへの差し込みを抑制することができ、仕上がりの良好な鋳物を製作することができる。
【００５７】
次に、ステップ６における鋳造処理について詳細に説明する。
【００５８】
図５は、本実施の形態に係る差圧鋳造装置１００の配管構成を示すブロック図であり、図６は、鋳造処理を示すフローチャートである。また、図７は、保持容器２０及び収納容器３０の圧力変化を示す図である。
【００５９】
図５において、差圧鋳造装置１００は、例えば空気、希ガス又は窒素ガス等の鋳造に適した高圧ガスを供給するガス供給装置８０を備え、ガス供給装置８０には、加圧弁（電磁弁）８１を介して、収納容器３０に接続される第１の給気管８２及び保持容器２０に接続される第２の給気管８３が接続されている。そして、第１の給気管８２には、第１の圧力調整手段としての第１の圧力調整弁８４と、第１の給気弁（電磁弁）８５とが配設され、第２給気管８３には、第２の圧力調整手段としての第２の圧力調整弁８６と、第２の給気弁（電磁弁）８７とが配設されている。
【００６０】
また、第１の給気管８２における第１の給気弁８５の二次側と、第２の給気管８３における第２の給気弁８７の二次側とが、連結管８８で連結されており、該連結管８８には、連結弁（電磁弁）８９が配設されている。また、第１の給気管８２における第１の給気弁８５の二次側には、終端に第１の大気開放弁（電磁弁）９０が接続された第１の大気開放管９１が接続されており、第２の給気管８３における第２の給気弁８７の二次側には、終端に第２の大気開放弁（電磁弁）９２が接続された第２の大気開放管９３が接続されている。
【００６１】
差圧鋳造装置１００は、収納容器３０内の圧力を検知する第１の圧力センサ９４及び保持容器２０内の圧力を検知する第２の圧力センサ９５を備えている。
【００６２】
この構成により、制御装置７０は、各弁８１，８４，８５，８６，８７，８９，９０，９２を制御することにより、収納容器３０内の圧力Ｐ１及び保持容器２０内の圧力Ｐ２を制御している。なお、図４中、ステップＳ１〜Ｓ５においては、加圧弁８１並びに第１及び第２の給気弁８５，８７を閉弁し、連結弁８９並びに第１及び第２の大気開放弁９０，９２を開弁している状態である。
【００６３】
図６において、まず制御装置７０は、測定した距離Ｌに基づき、収納容器３０内の圧力Ｐ１と保持容器２０内の圧力Ｐ２との差圧であって、ストーク４０の上端位置（溶湯面Ｍに対するストーク４０の上端４０ａの高さｈ１）に溶湯が上昇するのに必要な第１の差圧ΔＰｘ、砂型Ｓに溶湯を充填する（溶湯面Ｍに対する砂型ＳのキャビティＳｃ内の上端の高さｈ２に溶湯が上昇する）のに必要な第２の差圧ΔＰｙ、及び第２の差圧ΔＰｙよりも大きい第３の差圧ΔＰｚを演算する（ステップＳ１１）。
【００６４】
具体的に説明すると、まず、制御装置７０は、測定した距離Ｌに基づき、高さｈ１及び高さｈ２を演算する。
【００６５】
次に、必要な差圧ΔＰ（＝Ｐ２−Ｐ１）は、溶湯の密度をρ、溶湯面Ｍに対する高さをｈ、砂型Ｓにおけるキャビティの断面積をＳ、保持容器２０の断面積をＡ、重力加速度をｇとすると、
ΔＰ＝ρ×ｈ×（１＋Ｓ／Ａ）×ｇ・・・・・・式１
で表されるが、制御装置７０は、式１を用いて、演算した高さｈ１及び高さｈ２に基づいて、差圧ΔＰｘ及び差圧ΔＰｙを演算し、差圧ΔＰｙに基づいて差圧ΔＰｚを演算している。
【００６６】
次に、制御装置７０は、収納容器３０内の圧力Ｐ１及び保持容器２０内の圧力Ｐ２が大気圧よりも高い所定圧力（例えば、８００ｋＰａ）Ｐにする制御を行う（ステップＳ１２：図７中、昇圧期間Ｔ１）。
【００６７】
具体的に説明すると、第１及び第２の大気開放弁９０，９２は、開弁状態であるので、まず、制御装置７０は、第１及び第２の大気開放弁９０，９２を閉弁し、次いで、加圧弁８１並びに第１及び第２の給気弁８５，８７を開弁すると共に、第１及び第２の圧力調整弁８４，８６を、各容器３０，２０の圧力が所定圧力Ｐとなるように調整する。このとき、連結弁８９は、開弁状態であるので、両容器３０，２０は、同一の速度で所定圧力Ｐに昇圧する。このように、各容器３０，２０を所定圧力Ｐに昇圧することで、砂型Ｓにおける溶湯の凝固時に、水素ガス気泡の生成を防止し、水素ガス気泡に起因するピンホール等の鋳造欠陥を防止することができる。
【００６８】
制御装置７０は、第１及び第２の圧力センサ９４，９５により各容器３０，２０の圧力Ｐ１，Ｐ２を検知し、各圧力Ｐ１，Ｐ２が所定圧力Ｐに達した場合、収納容器３０内と保持容器２０内との差圧が、第１の差圧ΔＰｘとなるように、各圧力Ｐ１，Ｐ２を設定する（ステップＳ１３：図７中、溶湯押上期間Ｔ２）。具体的に説明すると、制御装置７０は、各圧力Ｐ１，Ｐ２が所定圧力Ｐに達した場合、連結弁８９を閉弁し、第１の差圧ΔＰｘとなるように、保持容器２０内の圧力Ｐ２を所定圧力Ｐよりも昇圧するよう、第２の圧力調整弁８６を設定する。そして、このように第２の圧力調整弁８６を設定することにより、保持容器２０内の圧力Ｐ２は、徐々に昇圧し、収納容器３０内と保持容器２０内との差圧が、第１の差圧ΔＰｘとなる。このように差圧を第１の差圧ΔＰｘに設定することで、溶湯が砂型Ｓの寸前で減速又は一旦停止し、溶湯が勢いよく砂型Ｓに注入されることはない。
【００６９】
次に、制御装置７０は、ストーク４０の上端４０ａに溶湯が達したか否かを判断する（ステップＳ１４）。具体的に説明すると、保持容器２０内の圧力Ｐ２は、徐々に昇圧するので、保持容器２０内の溶湯は、保持容器２０内の圧力Ｐ２の上昇と共にストーク４０を上昇する。そして、収納容器３０内と保持容器２０内との差圧が、第１の差圧ΔＰｘに達した場合は、ストーク４０の上端４０ａに溶湯が達する。そして、制御装置７０は、溶湯が安定するのに必要な時間だけ第１の差圧ΔＰｘを保持する。従って、本実施の形態では、制御装置７０は、ステップＳ１４において、収納容器３０内と保持容器２０内との差圧が第１の差圧ΔＰｘに達して、溶湯が安定するのに必要な時間が経過したか否かを判断する。
【００７０】
制御装置７０は、ストーク４０の上端４０ａに溶湯が達した場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、収納容器３０内と保持容器２０内との差圧が第２の差圧ΔＰｙとなるように設定し、砂型ＳのキャビティＳｃに溶湯を充填する（ステップＳ１５：図７中、溶湯充填期間Ｔ３）。
【００７１】
具体的に説明すると、制御装置７０は、差圧が第２の差圧ΔＰｙとなるように、収納容器３０内の圧力Ｐ１を所定圧力Ｐから減圧するよう、第１の圧力調整弁８４を設定する。そして、このように第１の圧力調整弁８４を設定することにより、収納容器３０内の圧力Ｐ１は、徐々に減圧し、収納容器３０内と保持容器２０内との差圧が、第２の差圧ΔＰｙとなる。
【００７２】
このように、直接第２の差圧ΔＰｙに設定するのではなく、予め第１の差圧ΔＰｘに設定してから、第２の差圧ΔＰｙに設定するようにしたので、砂型ＳのキャビティＳｃに溶湯が勢いよく噴き上がるのを抑制することができ、砂型Ｓが損傷するのを抑制することができ、仕上がりの良好な鋳物を製作することができる。
【００７３】
また、収納容器３０内の圧力Ｐ１を減圧するようにしたので、砂型Ｓに溶湯を充填する際に、溶湯を押し出す側の保持容器２０内の圧力Ｐ２が変動しないので、溶湯の流れがスムーズであり、仕上がりの良好な鋳物を製作することができる。
【００７４】
次に、制御装置７０は、砂型ＳのキャビティＳｃに溶湯を充填するのが完了したか否かを判断する（ステップＳ１６）。本実施の形態では、収納容器３０内と保持容器２０内との差圧が第２の差圧ΔＰｙとなってから充填に必要な時間が経過したか否かを判断する。
【００７５】
制御装置７０は、砂型ＳのキャビティＳｃに溶湯を充填するのが完了した場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、収納容器３０内と保持容器２０内との差圧が第３の差圧ΔＰｚとなるように設定する（ステップＳ１７：図７中、凝固期間Ｔ４）。具体的に説明すると、制御装置７０は、差圧が第３の差圧ΔＰｚとなるように、収納容器３０内の圧力Ｐ１を所定圧力Ｐに設定すると共に、保持容器２０内の圧力Ｐ２を昇圧するよう、各圧力調整弁８４，８６を設定する。このように保持容器２０内の圧力Ｐ２を昇圧して砂型Ｓに通じる溶湯に追い打ちの圧力をかけることにより、押し湯効果が高まり、鋳造欠陥が少なくなり、仕上がりの良好な鋳物を製作することができる。
【００７６】
次に、制御装置７０は、砂型Ｓ内の溶湯が凝固したか否かを判断する（ステップＳ１８）。具体的に説明すると、制御装置７０は、溶湯が凝固に必要な時間が経過したか否かを判断する。
【００７７】
制御装置７０は、砂型Ｓ内の溶湯が凝固したと判断した場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、まず、連結弁８９を開弁し、両容器３０，２０内の圧力が均衡してから、両容器３０，２０内の圧力を大気圧まで減圧する（ステップＳ１９：図７中、減圧期間Ｔ５）。具体的に説明すると、加圧弁８１並びに第１及び第２の給気弁８５，８７を閉弁し、その後、第１及び第２の大気開放弁９０，９２を開弁する。
【００７８】
以上、本実施の形態によれば、距離センサ６０により溶湯面Ｍとの距離Ｌを精度よく測定することができ、鋳造処理を実行する際に、測定結果に基づいて収納容器３０内と保持容器２０内との差圧を制御するようにしたので、制御動作が安定し、仕上がりの良好な鋳物を製作することができる。
【００７９】
なお、上記実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００８０】
本実施の形態では、図６中、ステップＳ１５において、収納容器３０内と保持容器２０内との差圧を第２の差圧ΔＰｙに設定する際に、収納容器３０内の圧力を減圧するようにしたが、これに限るものではなく、図８に示すように、保持容器２０内の圧力Ｐ２を昇圧して差圧を第２の差圧ΔＰｙに設定してもよい。
【００８１】
また、本実施の形態では、距離センサが取り付けられる部材（移動装置と一体に移動する部材）が、昇降機構５１の突出片５１ｃである場合について説明したが、これに限定するものではなく、収納容器の蓋体或いは蓋体に固定される部材であってもよいし、リンク機構或いはリンク機構に固定される部材であってもよい。また、これらとは別に、移動装置と連動して移動する移動部材を備え、該移動部材に距離センサを設けてもよい。
【００８２】
また、本実施の形態では、距離センサ６０として、レーザ式の場合について説明したが、距離センサとして電波式の場合であってもよい。
【００８３】
また、本実施の形態では、保持容器２０が密閉状態となる場合について説明したが、これに限定するものではなく、保持容器を密閉状態で覆うチャンバを備える場合であってもよい。
【００８４】
また、本実施の形態では、保持容器２０及び収納容器３０を大気圧よりも高い所定圧力Ｐに昇圧させる場合について説明したが、これに限定するものではなく、所定圧力Ｐに昇圧させることなく、鋳造処理を行う場合であってもよい。
【００８５】
また、本実施の形態では、鋳型として砂型を用いた場合について説明したが、これに限定するものではなく、鋳型として金型を用いて少量多種の鋳物を生産する場合であってもよい。この場合も、鋳物を生産する度に距離Ｌが測定されることとなり、正確な差圧制御が可能となる。
【００８６】
また、本実施の形態では、鋳型の取り外し及び設置を作業者が行う場合について説明したが、これに限定するものではなく、不図示のリフト装置で鋳型の取り外し及び設置を行って自動化を図ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本実施の形態に係る差圧鋳造装置であって、一部断面とした概略構成を示す説明図。
【図２】本実施の形態に係る差圧鋳造装置であって、一部断面とした概略構成を示す説明図。
【図３】本実施の形態に係る差圧鋳造装置であって、一部断面とした概略構成を示す説明図。
【図４】差圧鋳造装置による一連の動作を示すフローチャート。
【図５】本実施の形態に係る差圧鋳造装置の配管構成を示すブロック図。
【図６】鋳造処理を示すフローチャート。
【図７】保持容器及び収納容器の圧力変化を示す図。
【図８】保持容器及び収納容器の圧力変化の別の例を示す図。
【符号の説明】
【００８８】
２０  保持容器
３０  収納容器
３１  本体
３１Ａ  底部
３２  蓋体
４０  ストーク
４０ａ  上端
５０  移動装置（移動手段）
５１  昇降機構
５１ｃ  突出片
５３  リンク機構
６０  距離センサ
７０  制御装置（制御手段）
１００  差圧鋳造装置
【図１】
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【図２】
0004897734.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004897734.tif 000007
【図７】
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【図８】
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