JP3640704B2 - 加圧鋳造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、キャビティ内に充填された溶湯が凝固する段階において加圧ピンを前進させて溶湯を加圧する加圧鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイカスト法等の鋳造技術においては、溶湯の凝固収縮に伴って発生する引け，巣等の欠陥の発生を防止するために、キャビティ内に充填された溶湯が凝固する段階において溶湯を加圧する加圧鋳造が行われる。かかる加圧鋳造において効果的な加圧を行うためには、加圧ピン等の加圧手段を作動させるタイミングを適切に設定することが極めて重要である。
そこで、加圧ピンによる加圧のタイミングを適切に設定するための方法が開発されており、その一例が特開平４−１８２０５３号公報に開示されている。この公報に記載された技術においては、溶湯の充填後に加圧ピン駆動用油圧シリンダによって、まず加圧ピンを微速度で前進させる。そして、加圧ピンの受ける反発力が所定の圧力に達したときに溶湯が所定の凝固状態になったものと判定して、予め設定された高速度で加圧ピンを前進させて溶湯の加圧を行う。
このように、微速前進する加圧ピンの受ける反発力によって加圧のタイミングを検知して、加圧鋳造が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術においては、微速前進する加圧ピンの先端近傍にある溶湯の凝固状態のみを検出して加圧のタイミングを決定しており、加圧ピンが高速度で前進する時点で所定の凝固状態になっているのは加圧ピンの先端近傍の溶湯のみである。
このため、加圧ピンの先端に近い部分は適切な凝固状態のときに加圧されて十分な加圧効果が得られるが、それより前方のキャビティの中心部分においては加圧ピンが到達した時点では適切な凝固状態になっていないという事態が生ずる。すなわち、加圧ピンの前進速度に対して溶湯の冷却速度（凝固速度）が遅い場合には、加圧時点における凝固が不十分となって加圧効果が得られない。逆に加圧ピンの前進速度に対して溶湯の凝固速度が速い場合には、凝固が進行し過ぎて加圧ピンの加圧力が伝達されなくなる。
このように、従来の加圧鋳造装置においては、溶湯の一部分についての凝固状態検出結果に基づいて、予め決められた速度で加圧ピンの全ストロークを一度に加圧してしまうため、加圧しようとする溶湯の全体にわたって十分な加圧効果を得ることができないという問題点があった。
【０００４】
そこで、本出願の請求項１，請求項２及び請求項３に係る発明においては、溶湯の凝固状態に応じて加圧の際の加圧ピンの前進速度を変化させることによって、加圧しようとする溶湯全体にわたって十分な加圧効果を得ることができる加圧鋳造方法を提供することを目的とする。
また、請求項２に係る発明においては、加圧ピン状態量に応じて加圧ピンの前進速度を補正することによって、加圧しようとする溶湯全体にわたってより適切な加圧を行うことができる加圧鋳造方法を提供することを目的とする。
また、請求項３に係る発明においては、微速前進による凝固状態の測定に要した時間から加圧の際の加圧ピンの前進速度を決定することによって、容易かつ確実に溶湯全体にわたって十分な加圧効果が得られる加圧鋳造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明においては、キャビティ内に充填された溶湯が凝固する段階で加圧ピンを前記キャビティ方向へ前進させて前記溶湯を加圧する加圧鋳造方法において、前記加圧ピンが前進する際に前記溶湯から受ける反発力を測定して該測定された反発力に応じて前記加圧ピンの前進速度を変化させる制御を前記加圧ピンの全ストロークにわたって繰り返し行うことを特徴とする加圧鋳造方法を創出した。
ここで、加圧ピンを前進させる手段としては、エアシリンダ，油圧シリンダ等の流体シリンダ機構や油圧モータ等、あるいは電動モータ等の電気的な駆動機構等が含まれる。
また、加圧ピンの受ける反発力を測定する手段としては、上記のエアシリンダ，油圧シリンダやその配管系に取り付けられた圧力センサ，温度センサ，超音波センサ等や、上記の油圧モータ，電動モータ等の回転駆動機構に設けられたトルク計等、さらに電気回路に取り付けられた電力計，電流計等が含まれる。
さらに、加圧鋳造において溶湯をキャビティ内に充填する方式としては、重力鋳造，減圧鋳造，差圧鋳造，ダイカスト鋳造等の種々の鋳造法が含まれる。
【０００６】
また、請求項２に係る発明においては、キャビティ内に充填された溶湯が凝固する段階で加圧ピンを前記キャビティ方向へ前進させて前記溶湯を加圧する加圧鋳造方法において、前記加圧ピンが前進する際に前記溶湯から受ける反発力を測定して該測定された反発力を加圧ピン状態量で補正した値に応じて前記加圧ピンの前進速度を変化させる制御を前記加圧ピンの全ストロークにわたって繰り返し行うことを特徴とする加圧鋳造方法を創出した。
ここで、加圧ピン状態量とは、加圧ピンの前進に伴ってあるいは時間とともに変化する種々の物理量をいう。
【０００７】
また、請求項３に係る発明においては、キャビティ内に充填された溶湯が凝固する段階で加圧ピンを前記キャビティ方向へ微速で前進させて該微速前進に伴って前記加圧ピンの受ける反発力を測定する微速前進工程と、前記反発力が所定の値に達した時点で前記加圧ピンを前記キャビティ方向へ高速で前進させて前記溶湯の加圧を行う加圧工程とを有する加圧鋳造方法において、前記加圧ピンの微速前進開始から前記反発力が前記所定の値に達するまでの時間に応じて前記加圧工程における前記加圧ピンの前進速度を決定することを特徴とする加圧鋳造方法を創出した。
【０００８】
【作用】
さて、請求項１の発明に係る加圧鋳造方法は、キャビティ内に充填された溶湯が凝固する段階で加圧ピンをキャビティ方向へ前進させて溶湯を加圧する加圧鋳造方法である。
ここで、加圧ピンが溶湯の各部分を前進する際に受ける反発力を測定して、その反発力に応じて各部分における加圧ピンの前進速度が変化させられる。
すなわち、反発力が大きい部分においては溶湯の凝固が進行していることから、加圧ピンの前進速度が大きく調節されて大きな加圧力が加えられる。また、反発力が小さい部分においては溶湯の凝固が遅れていることから、加圧ピンの前進速度が小さく調節されて、溶湯が凝固するまで加圧力が加わらないように制御される。このようにして、速度が調節されながら加圧ピンが前進して、全ストロークの加圧が完了する。
これによって、溶湯の各部分の凝固状態に応じた前進速度で溶湯の各部分が加圧されるため、加圧ピンの加圧ストロークの各部分について確実に加圧効果が得られる。かかる制御が加圧ピンの全ストロークにわたって繰り返し行われるため、加圧しようとする溶湯全体について十分な加圧効果を得ることができる。
【０００９】
また、請求項２の発明に係る加圧鋳造方法においては、溶湯が凝固する段階で加圧ピンをキャビティ方向へ前進させて溶湯を加圧するに際して、加圧ピンが受ける反発力だけでなく、これを加圧ピン状態量で補正した値に応じて各部分における加圧ピンの前進速度が変化させられる。
ここで、加圧ピン状態量とは、加圧ピンの前進に伴ってあるいは時間とともに変化する物理量であり、加圧ピンによる溶湯の加圧に影響を及ぼす種々の物理量が含まれる。
かかる加圧ピン状態量で反発力を補正して加圧ピンの前進速度を決定することによって、より精密に前進速度が制御される。そして、溶湯の各部分の凝固状態により精密に応じた前進速度で溶湯の各部分が加圧されるため、加圧ピンの加圧ストロークの各部分についてより確実かつ適切な加圧効果が得られる。かかる制御が加圧ピンの全ストロークにわたって繰り返し行われるため、加圧しようとする溶湯全体についてより適切な加圧を行うことができる。
【００１０】
また、請求項３の発明に係る加圧鋳造方法は、微速前進工程と加圧工程とを有する加圧鋳造方法である。微速前進工程においては、キャビティ内に充填された溶湯が凝固する段階で加圧ピンがキャビティ方向へ微速で前進させられて、この微速前進に伴って加圧ピンの受ける反発力が測定される。これによって、加圧ピンの前方にある溶湯の凝固状態が検出される。また、加圧工程においては、測定された反発力が所定の値に達した時点で加圧ピンがキャビティ方向へ高速で前進させられて、溶湯の加圧が行われる。
ここで、加圧時の加圧ピンの前進速度は予め設定されておらず、微速前進工程における加圧ピンの微速前進開始から反発力が所定の値に達するまでの時間に応じて、加圧工程における加圧ピンの前進速度が決定される。
すなわち、当該時間が長い場合には溶湯の凝固速度が遅いのであるから、加圧ピンの前進速度を小さく設定して加圧ピンから離れた溶湯の領域が加圧効果のない状態のうちに加圧されないようにする。また、当該時間が短い場合には溶湯の凝固速度が速いのであるから、加圧ピンの前進速度を大きく設定して加圧ピンから離れた溶湯の領域が凝固してしまう前に加圧できるようにする。
これによって、加圧工程における加圧ピンの前進速度が溶湯の凝固速度に応じて適切に設定され、加圧しようとする溶湯全体について十分な加圧効果を得ることができる。また、本発明の方法においては加圧速度を決定する工程と加圧工程とを分けて、一様な速度で加圧を行う方式としているため、処理速度がそれほど速くなくても良く、簡単な制御系の構成によって実施することができる。
このようにして、容易かつ確実に溶湯全体にわたって十分な加圧効果が得られる加圧鋳造方法となる。
【００１１】
【実施例】
実施例１
次に、本発明を具現化した実施例１について図１及び図２を参照して説明する。本実施例は、主として請求項１の発明に対応するものである。
まず、本実施例の加圧鋳造方法に用いられる加圧鋳造装置の全体構成を、図１を参照して説明する。図１に示されるように、本実施例における加圧鋳造装置２は加圧ピン１０を有し、加圧ピン１０の先端は図示しないキャビティに臨んでいる。この加圧ピン１０の後端は加圧用油圧シリンダ４の油圧ピストン８に固定されており、油圧系の作動によって油圧ピストン８と一体に前後進する。
加圧鋳造装置２の油圧系は、油圧発生源２０，電磁方向弁３０，流量調整弁４０及びこれらを接続する油圧配管等から構成されている。
油圧発生源２０の圧力油は、油圧配管２２Ａ，電磁方向弁３０，油圧配管２２Ｂ，流量調整弁４０，油圧配管２２Ｄを介して、加圧用油圧シリンダ４の後室６Ａに導かれる。
【００１２】
流量調整弁４０に接続された油圧配管２２Ｂからは油圧配管２２Ｃが分岐しており、油圧配管２２Ｃの途中には逆流防止弁４４が設けられている。この油圧配管２２Ｃは、流量調整弁４０と油圧シリンダ４の後室６Ａとを結ぶ油圧配管２２Ｄに合流している。
一方、加圧用油圧シリンダ４の前室６Ｂには油圧配管２４が接続されており、前記電磁方向弁３０，油圧配管２６を介して、油タンク２８に戻る油圧経路が構成されている。
流量調整弁４０の開度と電磁方向弁３０の弁室位置は、それぞれ制御信号線５６及び制御信号線５８を通じて制御コンピュータ５０から送られる制御信号によって制御される。
【００１３】
電磁方向弁３０は三つの弁室３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃを有しており、電磁ソレノイド３２の非作動時には、スプリング３６の付勢力によって弁室３４Ｃが各配管に接続される。
すなわち配管２２Ａと配管２４、配管２２Ｂと配管２６が連通した状態となり、配管２２Ａ，２４を経て加圧用油圧シリンダ４の前室６Ｂに油圧が供給される。この結果、油圧ピストン８が後退し、後室６Ａ内の油は配管２２Ｄ，逆流防止弁４４，配管２２Ｃ，２２Ｂ，２６を経て油タンク２８に戻される。
一方、制御コンピュータ５０によって電磁ソレノイド３２が低い励磁力の状態に制御されると、各弁室がスプリング３６の付勢力に抗して移動し、中央の弁室３４Ｂが各配管に接続された図１の状態となる。すなわち、各配管２２Ａ，２２Ｂ，２４，２６はいずれも閉状態のポートに接続され、加圧用油圧シリンダ４が油圧発生源２０から遮断されるため、油圧ピストン８は停止する。
さらに、電磁ソレノイド３２が高い励磁力の状態に制御されると、弁室３４Ａが各配管に接続され、油圧配管２２Ａ，２２Ｂから流量調整弁４０を経て加圧用油圧シリンダ４の後室６Ａに油圧が供給される。これによって、油圧ピストン８が前進し、前室６Ｂ内の油は配管２４，２６を経て油タンク２８に戻される。
【００１４】
この際の油圧ピストン８（すなわち加圧ピン１０）の前進速度は、加圧用油圧シリンダ４の後室６Ａに供給される圧力油の流量によって決まる。圧力油の流量は、流量調整弁４０の開度によって調節される。
前述の如く、流量調整弁４０の開度は、制御信号線５６を通じて制御コンピュータ５０から電磁ソレノイド４２に送られる制御信号によって制御される。
さらに、油圧配管２２Ｄには圧力センサ４６が取り付けられており、この圧力センサ４６によって加圧用油圧シリンダ４の後室６Ａに加わる油圧の大きさ、すなわち加圧ピン１０の受ける圧力が測定される。圧力センサ４６による測定データは、測定信号線５４によって制御コンピュータ５０に入力される。
また、加圧用油圧シリンダ４には位置センサとしての差動トランス１２が設けられており、この差動トランス１２によって、油圧ピストン８の移動量すなわち加圧ピン１０の移動量が正確に測定される。この移動量の測定データも、測定信号線５２によって制御コンピュータ５０に入力される。
【００１５】
さて、以上のような構造を有する加圧鋳造装置２を用いた加圧鋳造の手順について、図１を参照しつつ図２のフローチャートに従って説明する。図２は、本実施例の加圧鋳造装置２における加圧鋳造の手順を示すフローチャートである。
加圧鋳造の開始時点においては、加圧用油圧シリンダ４の油圧ピストン８は後退位置にある。また、電磁方向弁３０は弁室３４Ｂが各配管に接続された全閉状態になっており（図１に示される状態）、流量調整弁４０の開度は、圧力油の流量が油圧ピストン８を微速度で前進させる流量になるように調節されている。
ステップＳ１０で制御が開始されると、加圧鋳造装置２の図示しない射出プランジャが前進して、鋳造金型の湯口，ランナ，ゲートを通じてキャビティ内に溶湯が充填される。（ステップＳ１２）。溶湯の充填完了から設定時間が経過した後に、溶湯の凝固状態の検出動作が開始される（ステップＳ１４）。すなわち、電磁方向弁３０が開かれ、流量調整弁４０を経て微少量の圧力油が加圧用油圧シリンダ４の後室６Ａに供給されて、加圧ピン１０が微速前進を開始する。
【００１６】
同時に、測定信号線５４を通じて入力される圧力センサ４６の測定値から、加圧ピン１０が溶湯から受ける反発力が制御コンピュータ５０において演算される。そして、この反発力に応じた加圧ピン１０の前進速度が制御コンピュータ５０の演算によって決定され、この前進速度になるように流量調整弁４０の開度が調節される。このようにして、溶湯の反発力に応じた速度で加圧ピン１０が前進する（ステップＳ１６）。
続いて、差動トランス１２で測定される加圧ピン１０の移動量が設定されたストロークＬ１に達したか否かが判定される（ステップＳ１８）。この設定ストロークＬ１は加圧ピンによる加圧ストロークの大きさであり、予め制御コンピュータ５０のメモリ装置に記憶されている。ステップＳ１８の判定がＮＯであれば、ステップＳ１６に戻り、同様の制御に従ってさらに加圧ピン１０が前進する。
ステップＳ１８の判定がＹＥＳになったら、電磁方向弁３０の弁室３４Ｂが各配管に接続されて加圧ピン１０が停止する。さらに一定時間経過後に弁室３４Ｃが各配管に接続された状態に切り替えられ、加圧ピン１０が後退して原位置に戻され（ステップＳ２０）、加圧制御が終了する（ステップＳ２２）。
溶湯が十分に冷却凝固した後に鋳造金型が開かれ、キャビティ内の鋳造品が取り出されて、一回の鋳造工程が完了する。
【００１７】
このように、本実施例の加圧鋳造装置２においては、加圧ピン１０が前進する際に溶湯から受ける反発力を測定して、測定された反発力に応じて加圧ピン１０の前進速度が変化させられる。こうして速度が適宜変化させられながら加圧ピン１０が前進して、全ストロークＬ１の加圧が完了する。
これによって、溶湯の各部分の凝固状態に応じた前進速度で加圧されるため、加圧ピン１０の加圧ストロークＬ１の各部分について常に十分な加圧効果が得られる。かかる操作が加圧ピン１０の全ストロークＬ１にわたって行われるため、加圧しようとする溶湯全体について十分な加圧効果を得ることができる。
このように、溶湯の凝固状態に応じて加圧の際の加圧ピン１０の前進速度を決定することによって、加圧しようとする溶湯全体にわたって十分な加圧効果を得ることができる加圧鋳造方法となる。
【００１８】
本実施例においては、加圧ピン１０の移動量を測定するための位置センサとして差動トランス１２を用いているが、加圧ピンの移動量を測定する手段としては、ポテンショメータ，リニアエンコーダ，レーザ計測機等の他の測定手段を用いることもできる。
また、加圧ピン１０の前進速度の制御は、予め求められた圧力油の流量と油圧ピストンの前進速度との関係を用いて行っているが、実際の加圧ピン１０の前進速度を測定して、この測定値に対してフィードバック制御を行う構成とすることもできる。これによって、加圧ピンの速度制御をさらに精密に行うことが可能になる。この際の速度測定方法としては、差動トランス１２による移動量と時間から制御コンピュータ５０によって前進速度を算出する方法を採ることもでき、また回転速度計等の直接速度を計る手段を付加しても良い。
【００１９】
実施例２
次に、本発明を具現化した実施例２について図３及び図４を参照して説明する。本実施例は、主として請求項２の発明に対応するものである。本実施例の加圧鋳造方法に用いられる加圧鋳造装置の全体構成は、実施例１と同様であるため、必要に応じて図１を参照することとして説明を省略する。
まず、本実施例の加圧鋳造方法における加圧鋳造の手順について、図３を参照して説明する。図３は、本実施例の加圧鋳造方法における加圧鋳造の手順を示すフローチャートである。
図３に示されるように、本実施例における加圧鋳造の手順は、実施例１とほぼ同様である。図２の実施例１と異なるのは、ステップＳ１４の加圧ピン１０の微速前進による加圧タイミングの測定を行う代わりに、溶湯の射出充填（ステップＳ５２）後、予め設定された時間Ｔ０が経過した後に直ちに加圧ピン１０を前進させて加圧を開始する（ステップＳ５４）点である。
【００２０】
また、実施例１と同様に、加圧ピン１０が前進する際の溶湯の反発力に応じて加圧ピン１０の前進速度を制御する（ステップＳ５６）が、この際に加圧ピン状態量に応じて加圧ピンの前進速度を補正する点でも異なっている。
ここで、加圧ピン状態量とは、加圧ピンの前進に伴ってあるいは時間とともに変化する種々の物理量をいう。具体的な加圧ピン状態量としては、加圧ピンの加速度，加圧ピンの前進速度，加圧ピンと金型との摺動抵抗，加圧ピンの先端の温度，さらには金型温度，油圧系の圧力油の温度，溶湯の射出温度，金型の冷却水の温度等が挙げられる。
【００２１】
すなわち、実施例１においては、溶湯の反発力をｘとすると、加圧ピン１０の前進速度を決定するための油圧系のバルブ（流量調整弁４０）の開度ｖは、次式（１）によって決定される。
ｖ＝ｆ（ｘ） …（１）
ここで、ｆ（ｘ）は反発力ｘの関数であり、ｘについての一次関数，二次関数を始めとして、鋳造加圧系の特性に応じて種々の関数が用いられる。
これに対して、本実施例のステップＳ５６においては、上述した種々の加圧ピン状態量を用いて、バルブの開度ｖを補正する点に特徴がある。一例としては、加圧ピン１０の加速度をｕ，加圧ピン１０の前進速度をｗ，加圧ピン１０と金型との摺動抵抗をｙ，加圧ピン１０の先端の温度をｚとすると、バルブ開度ｖは次式（２）によって決定される。
ｖ＝｛ｆ（ｘ），ｆ（ｕ），ｆ（ｗ），ｆ（ｙ），ｆ（ｚ）｝ …（２）
ｆ（ｕ），ｆ（ｗ），ｆ（ｙ），ｆ（ｚ）もそれぞれｕ，ｗ，ｙ，ｚの関数であり、ｕ，ｗ，ｙ，ｚについての一次関数，二次関数を始めとして、鋳造加圧系の特性に応じて種々の関数が用いられる。
ここに例示した式（２）の他にも、加圧鋳造系の特性に応じて、必要な加圧ピン状態量を組み合わせて補正を行い、最適なバルブ開度ｖを求められるようにする。これによって、加圧ピン１０の前進速度を最も適切な値に制御できる。
【００２２】
具体的には、溶湯が射出充填されて（ステップＳ５２）、設定時間Ｔ０が経過した後に加圧ピン１０が前進を開始するが（ステップＳ５４）、この時の前進速度はこの時点で加圧ピン１０が溶湯から受けている圧力（射出圧力）に応じて、ステップＳ５６と同様にして求められる。続いて、式（２）等の式に基づいて求められたバルブ開度ｖに流量調整弁４０が調整されて、適切な速度で加圧ピン１０が前進して加圧が実行される（ステップＳ５６）。この際、後で図４について説明するように、加圧ピン１０が前進を開始すると同時に溶湯から大きな反発力を受けるため、加圧ピン１０の前進速度は急激に上昇する。従って、実際には、加圧ピン１０は前進を開始すると同時に高速で前進して加圧が実行される。
このようなステップＳ５６の制御に続いて、加圧ピン１０の移動量が設定されたストロークＬ１に達したか否かが判定される（ステップＳ５８）。この判定がＮＯの場合にば、ステップＳ５６に戻って、同様の制御に従ってさらに加圧ピン１０が前進する。
ステップＳ５８の判定がＹＥＳになったら油圧系の作動によって加圧ピン１０が停止し、さらに一定時間経過後に加圧ピン１０が後退して原位置に戻され（ステップＳ６０）、加圧制御が終了する（ステップＳ６２）。
【００２３】
かかる加圧鋳造方法によって得られる結果について、図４を参照して説明する。図４（Ａ）は、本実施例の加圧鋳造方法における加圧の様子を示す断面図である。また、図４（Ｂ）は本実施例の加圧鋳造方法における加圧ピンのストロークの経時変化を示す図であり、図４（Ｃ）は加圧ピンが受ける圧力の経時変化を示す図である。
図４（Ａ）に示されるように、加圧ピン１０が実線で示される後退位置（原位置）に停止した状態でキャビティ１４内に溶湯が射出されると、キャビティ１４の壁面に接した部分から順次冷却固化していく。従って、図３のステップＳ５４で設定時間Ｔ０が経過した時点では、キャビティ１４及び加圧ピン１０の近傍の溶湯１６は凝固が進んだ状態にあり、一方キャビティ１４の内部の溶湯１８は未凝固状態となっている。
すなわち、加圧ピン１０のストロークのうちＡ１の範囲では溶湯の凝固が進んでおり、Ａ２の範囲では未凝固状態である。
【００２４】
従って、図４（Ｂ），（Ｃ）に示されるように、溶湯が射出されてから設定時間Ｔ０の経過後に加圧ピン１０が前進を開始すると、凝固が進んだ溶湯１６から大きな反発力を受けるため、加圧ピン１０は直ちに高速で前進してＡ１の範囲が加圧される。加圧ピン１０がさらに前進してＡ２の範囲に入ると、溶湯１８は未凝固状態であるため加圧ピン１０の受ける反発力は小さくなり、前進速度も小さく制御される。
低速度で加圧ピン１０がＡ３の範囲を前進する間に、内部の溶湯１８の凝固が進み、加圧ピン１０の受ける反発力も次第に大きくなっていく。これによって、加圧ピン１０は次第に速度を上げながらＡ４の範囲を前進して、想像線で示されるようにストローク端に達する。
このようにして、加圧ピン１０の受ける反発力を前述した加圧ピン状態量で補正した値に応じた速度で加圧ピン１０が前進して、全ストロークの加圧が完了する。このように、溶湯の凝固状態及び加圧ピン状態量に応じて加圧の際の加圧ピン１０の前進速度を決定することによって、加圧しようとする溶湯全体にわたってより適切な加圧を行うことができる。
【００２５】
実施例３
次に、本発明を具現化した実施例３について図５〜図７を参照して説明する。本実施例は、主として請求項３の発明に対応するものである。
まず、本実施例の加圧鋳造方法に用いられる加圧鋳造装置の全体構成を、図５を参照して説明する。図５に示されるように、本実施例における加圧鋳造装置７２の構成は、実施例１とほぼ同様である。
すなわち、加圧鋳造装置７２の加圧ピン８０は、加圧用油圧シリンダ７４に供給される油圧によって油圧ピストン７８と一体に前後進し、油圧系は、油圧発生源９０，電磁方向弁１００，流量調整弁１１０及びこれらを接続する油圧配管等から構成されている。また流量調整弁１１０の開度と電磁方向弁１００の弁室位置は、それぞれ制御信号線１２６及び制御信号線１２８を通じて制御コンピュータ１２０から送られる制御信号によって制御される。
実施例１と異なるのは、制御コンピュータ１２０のメモリ装置１２２に設定圧力Ｐａ，設定時間Ｔ１，検知時間Ｔ２，設定速度Ｖ１，加圧速度Ｖ２の各データの記憶領域が設けられており、これらのデータに基づいて加圧ピン８０の前進速度（すなわち流量調整弁１１０の開度）が制御されることである。
また、本実施例の加圧用油圧シリンダ７４には、加圧ピンの移動量を測定するための差動トランスが設けられていない。
【００２６】
設定圧力Ｐａは、充填された溶湯の凝固状態が加圧開始に適した状態のときに加圧ピン８０の受ける反発力に相当する圧力である。この設定圧力Ｐａのデータと、信号線１２４から入力される圧力センサ１１６による測定圧力とが制御コンピュータ１２０で比較されて、設定圧力Ｐａに達したか否かが判定される。
設定時間Ｔ１は、溶湯の充填が完了してから加圧ピン８０が微速前進して凝固状態の検出を開始するまでの待機時間であり、この値Ｔ１は予め定められている。設定時間Ｔ１が経過したことの判定は、制御コンピュータ１２０内のカウンタによって行われる。
また、検知時間Ｔ２は、加圧ピン８０の微速前進による凝固状態検出（すなわち微速前進工程）を開始してから加圧ピン８０の受ける反発力が設定圧力Ｐａに達するまでの時間である。検知時間Ｔ２は加圧鋳造を実施する際に測定される値であり、この測定にも制御コンピュータ１２０内のカウンタが用いられる。
【００２７】
設定速度Ｖ１は溶湯の凝固状態を検出するための微速前進工程における加圧ピン８０の微速前進速度であり、この値Ｖ１は予め定められている。
さらに、加圧速度Ｖ２は加圧工程における加圧ピン８０の前進速度である。
本発明においては、この加圧速度Ｖ２を従来技術のように予め定められた値とせず、加圧鋳造を実施する度に溶湯の凝固状態を考慮して毎回決定する点に特徴がある。
具体的には加圧速度Ｖ２の値は、以下に述べるように、検知時間Ｔ２の大きさに応じて制御コンピュータ１２０における演算によって決定される。
【００２８】
さて、以上のような構造を有する加圧鋳造装置７２を用いた鋳造工程について、図５を参照しつつ図６のフローチャートに従って説明する。図６は、本実施例の加圧鋳造方法の手順を示すフローチャートである。
ステップＳ３０で制御が開始されると、加圧鋳造装置７２の射出プランジャが前進して、鋳造金型の湯口，ランナ，ゲートを通じてキャビティ内に溶湯が充填される。（ステップＳ３２）。溶湯の充填完了から設定時間Ｔ１が経過した後（ステップＳ３４）に、溶湯の凝固状態の検出動作が行われる（ステップＳ３６）。すなわち、加圧ピン８０が設定速度Ｖ１で微速前進を開始する。これと同時に、制御コンピュータ１２０内のカウンタが作動して、検知時間Ｔ２の測定が開始される（ステップＳ３８）。
続いて、加圧ピン８０の受ける圧力（圧力センサ１１６による測定値）が設定圧力Ｐａに達したか否かの判定が行われる（ステップＳ４０）。この判定がＹＥＳになるまで加圧ピン８０は微速前進を続け、設定圧力Ｐａに達した時点で溶湯の加圧が開始される（ステップＳ４２）。すなわち、加圧用油圧シリンダ４の後室６Ａに多量の圧力油が供給され、加圧ピン８０が設定速度Ｖ２で高速前進して溶湯の加圧が行われる。
【００２９】
ここで、加圧ピン８０の受ける圧力が設定圧力Ｐａに達した時点で検知時間Ｔ２の測定（ステップＳ３８）が終了し、測定された検知時間Ｔ２の値が制御コンピュータ１２０のメモリ装置１２２に格納される。制御コンピュータ１２０においては、この検知時間Ｔ２の値から、適切な加圧速度Ｖ２の値が演算によって決定される。
具体的には、検知時間Ｔ２が長い場合には、キャビティ形状，溶湯温度等の鋳造条件によって、キャビティ内部の溶湯の凝固速度が遅くなっていると考えられる。そこで、加圧ピン８０の前進速度Ｖ２を小さく設定して、加圧ピン８０から離れた溶湯の領域が加圧効果のない状態のうちに加圧されないようにする。
また、検知時間Ｔ２が短い場合には溶湯の凝固速度が速くなっていると考えられるから、加圧ピン８０の前進速度Ｖ２を大きく設定して、加圧ピン８０から離れた溶湯の領域が凝固してしまう前に加圧できるようにする。
【００３０】
このようにして設定された前進速度Ｖ２となるように制御コンピュータ１２０によって流量調整弁１１０の開度が制御されて、加圧ピン８０が高速で前進して加圧が開始される（ステップＳ４２）。
そして、一定時間が経過した後に、電磁方向弁１００の弁室１０４Ｂが各配管に接続されて加圧ピン８０が停止する。さらに一定時間経過後に、弁室１０４Ｃが各配管に接続された状態に切り替えられ、油圧ピストン７８とともに加圧ピン８０が後退して原位置に戻され（ステップＳ４４）、加圧制御が終了する（ステップＳ４６）。
溶湯が十分に冷却凝固した後に鋳造金型が開かれ、キャビティ内の鋳造品が取り出されて、一回の鋳造工程が完了する。
このように本実施例の加圧鋳造方法においては、微速前進による凝固状態測定に要した時間Ｔ２から加圧工程における加圧ピン８０の前進速度Ｖ２を決定することによって、加圧速度が溶湯の凝固速度に応じて適切に設定される。これによって、容易かつ確実に加圧しようとする溶湯全体にわたって十分な加圧効果を得ることができる加圧鋳造方法となる。
【００３１】
かかる加圧鋳造方法によって得られる結果について、図７を参照して説明する。図７（Ａ）は本実施例の加圧鋳造方法における加圧ピン８０のストロークの経時変化を示す図であり、図７（Ｂ）は加圧ピン８０が受ける圧力の経時変化を示す図である。図７（Ａ），（Ｂ）においては、鋳造条件が異なるために溶湯の凝固速度が異なる三種類のケースａ，ｂ，ｃ，について示している。
さて、溶湯の射出充填が完了してから設定時間Ｔ１が経過した後に、加圧ピン８０が微速Ｖ１で前進して、凝固状態の検知がスタートする。図７（Ａ）において、直線の傾斜は加圧ピン８０の前進速度に対応する。ケースａ，ｂ，ｃのいずれについても、図７（Ａ）におけるこの段階の直線の傾斜はＶ１である。
これに対して、図７（Ｂ）に示されるように、加圧ピン８０が受ける圧力の経時変化は、各ケースａ，ｂ，ｃによって異なった曲線となる。すなわち、溶湯の凝固速度が速いケースａの場合には、加圧ピン８０が受ける圧力が最も早く設定圧力Ｐａに到達する（検知時間Ｔ２＝Ｔａ）。一方、溶湯の凝固速度が遅いケースｃの場合には、加圧ピン８０が受ける圧力が設定圧力Ｐａに到達するのが最も遅く（検知時間Ｔ２＝Ｔｃ）、中間の凝固速度のケースｂの場合には、これらの中間の曲線を描く（検知時間Ｔ２＝Ｔｂ）。
【００３２】
設定圧力Ｐａに達したときに溶湯が所定の凝固状態になったものと判定して、加圧ピン８０が微速前進状態から高速前進状態に切り替えられ、加圧が行われる。上述の如く、制御コンピュータ１２０においては、それぞれの検知時間Ｔ２の値Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃに応じて、加圧速度Ｖ２が設定される。
すなわち、図７（Ａ）に示されるように、短い検知時間Ｔａの場合には大きい加圧速度Ｖ２＝Ｖａに設定され、中間の検知時間Ｔｂの場合には中間の加圧速度Ｖｂに、また長い検知時間Ｔｃの場合には小さい加圧速度Ｖｃに設定される。
【００３３】
先に述べた実施例１及び実施例２では、溶湯の各部分において反発力（凝固状態）の測定を行ってこれに応じて加圧ピンの前進速度を各部分ごとに変化させていた。これによって、加圧ピンのストロークの各部分についてきめ細かい速度制御が行われ、より優れた加圧効果をストローク全体にわたって得ることができるという長所がある。しかし、その一方、かかる制御は極めて迅速な処理が要求されるため、制御コンピュータの処理速度も高速でなければならず、また複雑な処理ソフトウェアが必要となるという短所をも有する。
これに対して、本実施例の加圧鋳造方法においては、従来の加圧鋳造方法と同様に、反発力を測定する微速前進工程と、加圧ピンを高速で前進させて溶湯の加圧を行う加圧工程とに分けて、微速前進工程の測定時間に応じて加圧工程における前進速度を決定する方式としている。従って、制御コンピュータの処理速度もそれほど高速でなくとも良く、従来技術とほぼ同様な構成で簡単かつ確実に、溶湯全体にわたって十分な加圧効果を得ることができるという利点がある。
【００３４】
上記の各実施例においては、加圧ピンの油圧駆動手段として加圧用油圧シリンダ及び油圧ピストンを使用しているが、エアシリンダ，油圧モータ，電動モータ等の他の油圧駆動手段を用いることも可能である。
また、加圧ピンの受ける圧力を測定する方法として油圧配管に圧力センサを取り付けているが、その他の圧力測定手段を用いたり、加圧用油圧シリンダに直接圧力測定手段を取り付ける等の方式を用いても構わない。
加圧鋳造方法のその他の工程の内容や、加圧鋳造装置のその他の部分の構成，形状，大きさ，材料，数，接続関係等についても、上記の各実施例に限定されるものではない。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１に係る発明においては、溶湯の凝固状態に応じて加圧の際の加圧ピンの前進速度を決定する加圧鋳造方法を創出したため、溶湯の各部分の凝固状態に応じた前進速度で加圧されることによって、加圧ピンの加圧ストロークの各部分について常に十分な加圧効果が得られる。
これによって、加圧しようとする溶湯全体について十分な加圧効果を得ることができ、溶湯の凝固収縮に伴う引け，巣等の欠陥のない高品質の鋳造品が安定して得られる実用的な加圧鋳造方法となる。
さらに本発明の波及的な効果として、鋳造条件の変化に応じて加圧速度を設定しており、金型温度や溶湯温度等の鋳造条件の変動を吸収できるため、鋳造品の不良率が低減され、捨て打ち数も少なくできる。また、温度管理が不要になるため、周辺設備を低コスト化できるという優れた利点を有する。
さらに、従来の予め加圧速度を設定する方式においては、キャビティ形状等を考慮して適切な加圧速度としなければならないためにかなりの工数を必要としたが、本発明においては加圧ピンのストロークの各部分において最適な加圧速度を設定しつつ前進させるため、かかる工数を全く必要としない。
【００３６】
また、請求項２に係る発明においては、加圧ピンが溶湯から受ける反発力を加圧ピン状態量で補正した値に応じて加圧の際の加圧ピンの前進速度を決定する加圧鋳造方法を創出したため、溶湯の各部分の凝固状態にさらに精密に応じたより適切な前進速度で加圧され、加圧ピンの加圧ストロークの各部分についてより適切な加圧を行うことができる。
これによって、加圧しようとする溶湯全体についてさらに適切な加圧を行うことができ、溶湯の凝固収縮に伴う引け，巣等の欠陥のない高品質の鋳造品がより安定して得られる実用的な加圧鋳造方法となる。
【００３７】
また、請求項３に係る発明においては、微速前進による凝固状態測定に要した時間から加圧の際の加圧ピンの前進速度を決定する加圧鋳造方法を創出したために、加圧時の加圧ピンの前進速度が溶湯の凝固状態に応じて適切に設定され、加圧しようとする溶湯全体について十分な加圧効果を得ることができる。
これによって、簡単な構成で確実に溶湯全体を十分に加圧でき、引け，巣等の欠陥のない高品質の鋳造品が安定してしかも効率よく得られる。
さらに本発明の波及的な効果として、請求項１に係る発明と同様に、金型温度や溶湯温度等の鋳造条件の変動を吸収できるため鋳造品の不良率が低減されて捨て打ち数も少なくなり、温度管理が不要になるため周辺設備を低コスト化できるという優れた利点を有し、極めて実用的な加圧鋳造方法となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る加圧鋳造方法の実施例１で用いられる加圧鋳造装置の全体構成を示す図である。
【図２】加圧鋳造方法の実施例１における加圧鋳造の手順を示すフローチャートである。
【図３】加圧鋳造方法の実施例２における加圧鋳造の手順を示すフローチャートである。
【図４】加圧鋳造方法の実施例２における加圧の様子を示す断面図及び加圧鋳造の結果を示す図である。
【図５】本発明に係る加圧鋳造方法の実施例３で用いられる加圧鋳造装置の全体構成を示す図である。
【図６】加圧鋳造方法の実施例３における加圧鋳造の手順を示すフローチャートである。
【図７】加圧鋳造方法の実施例３による加圧鋳造の結果を示す説明図である。
【符号の説明】
２，７２ 加圧鋳造装置
１０，８０ 加圧ピン
Ｐａ 所定の値
Ｓ３６，Ｓ４０ 微速前進工程
Ｓ４２，Ｓ４４ 加圧工程
Ｖ１ 微速
Ｖ２ 加圧ピンの前進速度

Claims (3)

1. キャビティ内に充填された溶湯が凝固する段階で加圧ピンを前記キャビティ方向へ前進させて前記溶湯を加圧する加圧鋳造方法において、
   前記加圧ピンが前進する際に前記溶湯から受ける反発力を測定して該測定された反発力に応じて前記加圧ピンの前進速度を変化させる制御を前記加圧ピンの全ストロークにわたって繰り返し行うことを特徴とする加圧鋳造方法。
2. キャビティ内に充填された溶湯が凝固する段階で加圧ピンを前記キャビティ方向へ前進させて前記溶湯を加圧する加圧鋳造方法において、
   前記加圧ピンが前進する際に前記溶湯から受ける反発力を測定して該測定された反発力を加圧ピン状態量で補正した値に応じて前記加圧ピンの前進速度を変化させる制御を前記加圧ピンの全ストロークにわたって繰り返し行うことを特徴とする加圧鋳造方法。
3. キャビティ内に充填された溶湯が凝固する段階で加圧ピンを前記キャビティ方向へ微速で前進させて該微速前進に伴って前記加圧ピンの受ける反発力を測定する微速前進工程と、前記反発力が所定の値に達した時点で前記加圧ピンを前記キャビティ方向へ高速で前進させて前記溶湯の加圧を行う加圧工程とを有する加圧鋳造方法において、
   前記加圧ピンの微速前進開始から前記反発力が前記所定の値に達するまでの時間に応じて前記加圧工程における前記加圧ピンの前進速度を決定することを特徴とする加圧鋳造方法。

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