特開 2022-182185 バルブ装置及びダイカスト装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022182185

(43)【公開日】2022-12-08

(54)【発明の名称】バルブ装置及びダイカスト装置

(51)【国際特許分類】

   B22D 17/22 20060101AFI20221201BHJP

   B22D 17/14 20060101ALI20221201BHJP

   B22D 18/02 20060101ALI20221201BHJP

   B22D 18/04 20060101ALI20221201BHJP

   B22D 18/06 20060101ALI20221201BHJP

   F16K 31/122 20060101ALI20221201BHJP

【ＦＩ】

B22D17/22 G

B22D17/14

B22D18/02 Q

B22D18/04 F

B22D18/04 R

B22D18/06 509B

F16K31/122

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021089585

(22)【出願日】2021-05-27

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】古山 一穂

【テーマコード（参考）】

3H056

【Ｆターム（参考）】

3H056AA01

3H056BB05

3H056CA01

3H056CB02

3H056CC07

3H056CD04

3H056DD03

3H056DD06

3H056DD07

3H056GG11

(57)【要約】

【課題】アルミ溶湯の真空回路への侵入を高速に遮断して、アルミ溶湯の真空回路への侵入防止性能を向上することが可能なバルブ装置を実現する。
【解決手段】バルブ装置は弁座2に離接して開閉する弁体1と、弁体1を空気圧で開閉方向に駆動するエアシリンダ6を備える。エアシリンダ6は弁体1に固定されたピストン4と、ピストン4が収容されるシリンダ室60を有するハウジング5を有し、ピストン4はシリンダ室60の内周面の第１摺動面8に対して摺動可能な第１シール部13と、第１摺動面8より内径小の第２摺動面9に対して摺動可能に設けられた第２シール部14を有する。シリンダ室60は第１シール部13より弁体1に近い第１空間16と、第１シール部13より弁体1から遠い側であり第２シール部14より弁体1に近い側の第２空間17とに区画され、第１空間16内の空気圧および第２空間17内の空気圧によって弁体1が駆動される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

弁座に離接することで開閉する弁体と、前記弁体を空気圧により開閉方向に駆動するエアシリンダと、を備えるバルブ装置であって、
前記エアシリンダは、前記弁体に固定されたピストンと、前記ピストンが収容されるシリンダ室を有するハウジングと、を有し、
前記ピストンは、前記シリンダ室の内周面における第１摺動面に対して摺動可能に設けられた第１シール部と、前記第１摺動面よりも内径が小さい第２摺動面に対して摺動可能に設けられた第２シール部と、を有し、
前記シリンダ室は、前記第１シール部よりも前記弁体に近い側の第１空間と、前記第１シール部よりも前記弁体から遠い側であって前記第２シール部よりも前記弁体に近い側の第２空間と、に区画され、
前記第１空間内の空気圧および前記第２空間内の空気圧によって前記弁体が駆動されるバルブ装置。

【請求項2】

請求項１に記載のバルブ装置であって、
前記ハウジングは、前記弁体を摺動可能に保持する第３シール部を有し、
前記第２シール部の径は、前記第３シール部の径よりも大きいバルブ装置。

【請求項3】

請求項１に記載のバルブ装置であって、
前記シリンダ室は、さらに、前記第２シール部よりも前記弁体から遠い側の第３空間を有し、
前記第３空間は、大気開放されているバルブ装置。

【請求項4】

請求項３に記載のバルブ装置であって、
前記弁体の開閉位置を検出する近接センサを、さらに備え、
前記近接センサは、前記第３空間を貫通して延びる前記弁体の端部側面と近接して対向する位置に配置されるバルブ装置。

【請求項5】

請求項１に記載のバルブ装置であって、
前記第１空間を加圧するか減圧するかを切り替えることができ、前記第２空間を加圧するか減圧するかを切り替えることができる方向制御弁と、
前記第２空間を遮断することが可能な高速排気弁と、
を、さらに備えるバルブ装置。

【請求項6】

請求項５に記載のバルブ装置であって、
前記方向制御弁が、前記第２空間を加圧から減圧へ切り替える動作中に、前記高速排気弁は前記第２空間を開放するバルブ装置。

【請求項7】

所定の形状のキャビティを有する金型と、
前記キャビティ内に金属溶湯を圧送する給湯部と、
前記キャビティ内の空気を排気する真空バルブ装置と、を備えたダイカスト装置であって、
前記真空バルブ装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載のバルブ装置であるダイカスト装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空バルブ装置及び真空バルブ装置を有するダイカスト装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ダイカスト装置に用いられる真空バルブ装置においては、金型内にアルミ溶湯を充填する過程で、真空バルブを介して金型に接続した真空タンクにより、金型内の空気を吸引する。しかし、金型内にアルミ溶湯が充填完了した際に真空バルブが開いていると、アルミ溶湯が真空回路内に侵入して、真空回路を破壊してしまうため、充填完了直前でバルブを遮断して真空回路を保護する必要がある。

【0003】

具体的に、バルブの遮断は、エアシリンダ内のピストンと直結したバルブシャフトを介して、エアシリンダの後退動作により、真空バルブ内のポペットバルブを遮断する構造である。

【0004】

特許文献１に記載の技術は、一つの方向制御弁で、ガス抜き方向（キャビティ開方向）にピストンを移動させる場合、一つの方向制御弁で第1空間（ロッド側）を開放して圧力を低下させ、第２空間（ヘッド側）にエアを供給させる。

【0005】

キャビティ閉方向にピストンを移動させる場合、一つの方向制御弁で第1空間（ロッド側）にエアを供給し、第２空間（ヘッド側）を開放して圧力を低下させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特公平３―５９０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ダイカスト鋳造では、金型内にアルミ溶湯の充填にかかる時間は３０～１００ｍｓ程度と非常に短いため、バルブ遮断の指令信号が送られてから１０ｍｓ以内に遮断を完了するため、高速な応答性が求められる。

【0008】

方向制御弁にバルブ遮断信号が入力して方向制御弁が動作し、動作制御状態に入り替わるまでには、タイムラグがある。このタイムラグを短縮し、真空バルブ装置をさらに高速に遮断して、アルミ溶湯の真空回路への侵入防止性能を向上する技術が望まれている。

【0009】

本発明の目的は、アルミ溶湯の真空回路への侵入を高速に遮断して、アルミ溶湯の真空回路への侵入防止性能を向上することが可能なバルブ装置及びダイカスト装置を実現することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。

【0011】

弁座に離接することで開閉する弁体と、前記弁体を空気圧により開閉方向に駆動するエアシリンダと、を備えるバルブ装置であって、前記エアシリンダは、前記弁体に固定されたピストンと、前記ピストンが収容されるシリンダ室を有するハウジングと、を有し、前記ピストンは、前記シリンダ室の内周面における第１摺動面に対して摺動可能に設けられた第１シール部と、前記第１摺動面よりも内径が小さい第２摺動面に対して摺動可能に設けられた第２シール部と、を有し、前記シリンダ室は、前記第１シール部よりも前記弁体に近い側の第１空間と、前記第１シール部よりも前記弁体から遠い側であって前記第２シール部よりも前記弁体に近い側の第２空間と、に区画され、前記第１空間内の空気圧および前記第２空間内の空気圧によって前記弁体が駆動される。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、アルミ溶湯の真空回路への侵入を高速に遮断して、アルミ溶湯の真空回路への侵入防止性能を向上することが可能なバルブ装置及びダイカスト装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施例１に係るバルブ装置の断面構成図である。

【図2】方向制御弁、高速排気弁及び表示部の動作を制御する制御部を示す図である。

【図3】実施例１のエアシリンダにおいて、方向制御弁と高速排気弁の動作によりピストンがどのように移動されるかの説明図である。

【図4】実施例１のエアシリンダにおいて、方向制御弁と高速排気弁の動作によりピストンがどのように移動されるかの説明図である。

【図5】実施例１のエアシリンダにおいて、方向制御弁と高速排気弁の動作によりピストンがどのように移動されるかの説明図である。

【図6】実施例１のエアシリンダにおいて、方向制御弁と高速排気弁の動作によりピストンがどのように移動されるかの説明図である。

【図7】本発明とは異なるエアシリンダの例であり、本発明の実施例１との比較のための例を示す図である。

【図8】本発明とは異なる図７に示した例におけるエアシリンダの動作説明図である。

【図9】本発明の実施例１における図３～図６に示したエアシリンダの動作説明図である。

【図10】図１に示した近接センサの説明図である。

【図11】図１に示した近接センサの説明図である。

【図12】本発明の実施例２の概略構成図であり、本発明が適用されたダイカスト装置の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

【実施例0015】

図１は、本発明の実施例１に係るバルブ装置の断面構成図である。

【0016】

図１において、弁体１（ロッド）は、弁座２に離接し、真空遮断用ポペットバルブ１９を形成する。真空遮断用ポペットバルブ１９が開閉することにより、空気の流れの形成及び遮断が行われ、アルミ溶湯の真空回路への侵入が防止される。

【0017】

弁体１はバルブシャフト３を有し、弁体１のバルブシャフト３にピストン４が固定され、シリンダハウジング５内にピストン４が配置され、エアシリンダ６が形成されている。エアシリンダ６は、弁体１を空気圧により開閉方向に駆動する。ピストン４と弁体１とは一体形成されており、ピストン４の移動に伴い、弁体１が移動する。

【0018】

ピストン４は、方向制御弁１０と高速排気弁１１の動作により移動される。空圧制御回路２０は、方向制御弁１０と、高速排気弁１１と、排気サイレンサ１２とを備える。エアシリンダ６は、弁体１に固定されたピストン４と、ピストン４が収容されるシリンダ室６０を有するハウジング（シリンダハウジング）５と、を有する。

【0019】

近接センサ７は、ピストン４の後端部（図１の右側端部）への接近を検知するセンサである。近接センサ7は、大気開放されている第３空間１８を貫通して延びる弁体１の端部側面と近接して対向する位置に配置され、弁体１の開閉位置を検出する。

【0020】

シリンダハウジング５内には、第１シール部１３、第２シール部１４、第３シール部１５が形成され、第１空間１６、第２空間１７、第３空間１８が形成されている。シリンダハウジング５は、弁体１を摺動可能に保持する第３シール部１５を有している。

【0021】

ピストン４は、第１摺動面８及び第２摺動面９により、シリンダハウジング５の内面と摺動しながら移動する。第２シール部の径は、第３シール部１５の径よりも大きい。

【0022】

ピストン４は、シリンダ室６０の内周面における第１摺動面８に対して摺動可能に設けられた第１シール部１３と、第１摺動面８よりも内径が小さい第２摺動面９に対して摺動可能に設けられた第２シール部１４と、を有する。

【0023】

第１シール部１３は、シリンダ室６０の内周面における第１摺動面８に対して摺動可能に設けられ、第２シール部１４は、第１摺動面８よりも内径が小さい第２摺動面９に対して摺動可能に設けられている。

【0024】

シリンダ室６０は、第１シール部１３よりも弁体１に近い側の第１空間１６と、第１シール部１３よりも弁体１から遠い側であって第２シール部１４よりも弁体１に近い側の第２空間１７と、第２シール部１４よりも弁体１から遠い側の第３空間１８を有している。

【0025】

第１空間１６内の空気圧および第２空間１７内の空気圧によって弁体１が駆動される。

【0026】

方向制御弁１０は、第１空間１６を加圧するか減圧するかを切り替えることができる。また、方向制御弁１０は、第２空間１７に対しても、加圧するか減圧するかを切り替えることができる。方向制御弁１０は、第２空間１７を加圧から減圧へ切り替える動作中に、前記高速排気弁は前記第２空間を減圧する。

【0027】

高速排気弁１１は、第２空間１７を遮断すること及び開放することを切り替えることができる。

【0028】

図２は、方向制御弁１０、高速排気弁１１及び表示部２３の動作を制御する制御部２２を示す図である。図１には、制御部２２及び表示部２３は省略してある。

【0029】

図２を用いて説明した方向制御弁１０及び高速排気弁１１の動作は、制御部２２によって制御される。

【0030】

図３～図６は、実施例１のエアシリンダ６において、方向制御弁１０と高速排気弁１１の動作によりピストン４がどのように移動されるかの説明図である。

【0031】

図３に示した状態においては、方向制御弁１０は右方向に移動しており、エア源２１からのエアが、方向切換弁１０を介して、第２空間１７に供給され、第１空間１６は、方向制御弁１０を介して排気サイレンサ１２に接続される。高速排気弁１１は、右方向に移動され、閉の状態となっている。

【0032】

これによって、ピストン４には、左方向への力が働き、弁体１が開の方向に移動する。

【0033】

第３空間１８は大気開放状態となっている。これによって、ピストン４は右方向に移動する。

【0034】

図３に示した状態においては、方向制御弁１０は左方向に移動しており、エア源２１からのエアが、方向制御弁１０を介して、第１空間１６に供給され、第２空間１７は、方向制御弁１０を介して排気サイレンサ１２に接続されると共に、高速排気弁１１を介して排気サイレンサ１２に接続される。

【0035】

第３空間１８は大気開放状態となっている。これによって、ピストン４は右方向に移動する。

【0036】

次に、図４において、方向制御弁１０及び高速排気弁１１は、左方向に移動する。高速排気弁１１は方向制御弁１０より動作時間が早いため、第２空間１７は高速排気弁１１を介して排気され、圧力Ｐ１は降下し始める。

【0037】

次に、図５において、方向制御弁１０及び高速排気弁１１は、図４の状態からさらに左方向に移動する。エア源２１からのエアが、方向制御弁１０を介して、第１空間１６に供給され、第２空間１７は、高速排気弁１１と排気サイレンサ１２に接続され、第２空間１７の圧力Ｐ１が低下していき、ピストン４が右方向（弁体１が開の方向）に移動していく。

【0038】

次に、図６において、ピストン４は、図５に示した状態から、さらに右方向に移動し、ピストン４の左側端面がシリンダ室６０の内壁に接して移動が停止される。

【0039】

図７は、本発明とは異なるエアシリンダ６Ａの例であり、本発明の実施例１との比較のための例を示す図である。

【0040】

図７に示した状態においては、方向制御弁１０は左方向に移動しており、エア源２１からのエアが、方向切換弁１０を介して、第１空間１６に供給され、第２空間１７は、方向制御弁１０を介して排気サイレンサ１２に接続される。これによって、ピストン４は右方向に移動する。

【0041】

次に、図７に示した状態からピストン４が右方向に移動され、その状態から左方向に移動される動作を説明する。

【0042】

方向制御弁１０は、図７の右方向に移動され、エア源２１から供給されるエアが、方向制御弁１０を介して第２空間１７に供給される。

【0043】

第１空間１６は、方向制御弁１０が右方向に移動されている状態であるので、排気サレンサ１２に向かって開放状態となっている。これによって、ピストン４は左方向に移動する。そして、図７に示した状態に戻る。

【0044】

図８は、本発明とは異なる図７に示した例におけるエアシリンダ６Ａの動作説明図であり、縦軸はエア圧力［ＭＰａ］を示し、横軸は時間［ｍｓ］を示す。

【0045】

また、図９は、本発明の実施例１における図３～図６に示したエアシリンダ６の動作説明図であり、縦軸はエア圧力［ＭＰａ］を示し、横軸は時間［ｍｓ］を示す。

【0046】

図８において、バルブ遮断信号が入力した瞬間を遮断信号入力時点Ｔ０、方向制御弁が後退動作制御に切り替わった瞬間を時点Ｔ１とする。図７に示したエアシリンダ６Ａの場合、時点Ｔ１より方向制御弁１０の空圧回路（図示せず）が切り替わり、第２空間１７の排気が開始され、第２空間１７内の圧力Ｐ２が低下していく。

【0047】

同時に、第１空間１６は加圧され、第１空間１６の圧力Ｐ１が上昇していき、ピストン４を後退方向（図４の左から右方向）へ押す力が発生する。

【0048】

この圧力Ｐ１が、圧力Ｐ２によってピストン４を前進方向（図４の右から左方向）へ押す力より上回ると、ピストン４が後退し始める（時点Ｔ２から上昇するの太い実線で示す）。

【0049】

ピストン４の後退動作中は、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２は平衡状態となる。ピストン４の後退限となる後退動作完了時点Ｔ３では、圧力Ｐ１は、エア源２１の供給圧力まで上昇して、保持される。また、圧力Ｐ２は大気圧となる。（時点Ｔ４～Ｔ５）。

【0050】

図７に示した例に対して、本発明の実施例１は、図９に示すように、時点Ｔ１より早い段階で、高速排気弁１１が開き、第２空間１７の排気を開始することで、方向制御弁１０を介しての第２空間１７の排気を補助する役割を持つ（時点Ｔ１’）。例えば、時点Ｔ１までが３ｍｓとすると、時点Ｔ１’は、１ｍｓ程度である。

【0051】

本発明の実施例１における第３空間１８（大気開放状態）によって第２空間１７の容積が減少しているため、第２空間１７の排気時間が図４に示した例に比較して短縮する（図９に示した時点Ｔ２は、図８に示した時点Ｔ２より短時間である）。

【0052】

さらに、第３シール部１５は、第２空間１７が圧力Ｐ２によって作用する力を受ける断面積が減少させるため、第３シール部１５が存在しない場合より少ない力でピストン４を後退動作へ移行することができる。

【0053】

そして、図９に示した本発明の実施例１の動作における後退動作完了時点Ｔ３は、図８に示した後退動作完了時点Ｔ３より短時間である。つまり、遮断信号入力時点Ｔ０から後退動作完了時点Ｔ３までの時間は、実施例１（図９）の方が比較例（図８）より短時間となっている。

【0054】

実施例１によれば、上述した動作及び作用によって、遮断信号入力時点Ｔ０から後退動作完了時点Ｔ３までの時間を短縮して真空遮断用ポペットバルブ１９の高速遮断を実現することができる。

【0055】

図１０及び図１１は、図１に示した近接センサ７の説明図である。

【0056】

図１０は、本発明のバルブ装置における近接センサ７が配置された近辺の拡大図であり、弁体１の前進限界位置（弁開）を示す図である。

【0057】

また、図１１は、本発明のバルブ装置における近接センサ７が配置された近辺の拡大図であり、弁体１の後退限界位置（弁閉）を示す図である。

【0058】

近接センサ７は、弁体１の前進限界位置（弁開）から後退限界位置（弁閉）までの弁体１との距離を検知し、検知信号を制御部２２に供給する。制御部２２は、近接センサ７から供給される検知信号に基づいて、弁体１の前進限界位置（弁開）から後退限界位置（弁閉）までの動作時間を計時する。

【0059】

そして、制御部２２は、計時した弁体１の前進限界位置（弁開）から後退限界位置（弁閉）までの動作時間である後退時間が規定時間内であるか否かを判断する（監視する）。

【0060】

弁体１の後退時間が規定時間内では無い場合は、バルブ装置に異常が発生したと判断し、アラームを表示部２３に出力する。

【0061】

これによって、バルブ装置に異常が発生したことを自動的に検知し、アラームを出力することで、異常の早期検出を行うことができる。

【0062】

以上のように、本発明の実施例１によれば、アルミ溶湯の真空回路への侵入を高速に遮断して、アルミ溶湯の真空回路への侵入防止性能を向上することが可能なバルブ装置を実現することができる。

【0063】

さらに、本発明の実施例１によれば、バルブ装置の異常発生を早期に検出することがきる。

【0064】

（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。

【0065】

図１２は、本発明の実施例２の概略構成図であり、本発明が適用されたダイカスト装置２４の説明図である。

【0066】

図１２において、ダイカスト装置２４は、所定形状のキャビティ２６を有する金型３３と、キャビティ２６内に金属溶湯を圧送する給湯部２７と、キャビティ２６内の空気を排気する真空バルブ装置２３と、を備える。

【0067】

また、給湯部２７は、射出スリーブ２９からアルミ溶湯（ＡＬ溶湯）３０をキャビティ２６内に射出する射出する射出スリーブ２９を備えている。

【0068】

真空タンク３１の内部は、真空ポンプ３２により、真空状態とされ、真空バルブ装置２５を介して、キャビティ２６内の空気を吸引し、アルミ溶湯３０をキャビティ２６内に充填させる。

【0069】

真空バルブ装置２５は、実施例１によるバルブ装置である。

【0070】

真空バルブ装置２５は、金型３３内にアルミ溶湯３０をキャビティ２６内に充填する過程で、真空バルブ装置２５を介して金型３３に接続した真空タンク３１により、金型３３内の空気を吸引する。

【0071】

しかし、金型３３内にアルミ溶湯３０が充填完了した際に、真空バルブ装置２５が開いていると、アルミ溶湯３０が、真空回路内に侵入して、真空回路を破壊してしまうため、充填完了直前で真空バルブ装置２５を遮断して真空回路を保護する必要がある。

【0072】

ダイカスト鋳造では、金型３３内にアルミ溶湯３０の充填にかかる時間は３０～１００ｍｓ程度と非常に短いため、真空バルブ装置２６の遮断指令信号が送られてから１０ｍｓ以内に遮断を完了する高速１１な応答性が求められる。

【0073】

本発明の実施例１によるバルブ装置が適用された真空バルブ装置２５は、アルミ溶湯３０の真空回路への侵入を高速に遮断して、アルミ溶湯３０の真空回路への侵入防止性能を向上することが可能なダイカスト装置２４を実現することができる。

【符号の説明】

【0074】

１・・・弁体、２・・・弁座、３・・・バルブシャフト、４・・・ピストン、５・・・シリンダハウジング、６・・・エアシリンダ、７・・・近接センサ、８・・第１摺動面、９・・・第２摺動面、１０・・・方向制御弁、１１・・・高速排気弁、１２・・・排気サイレンサ、１３・・・第１シール、１４・・・第２シール、１５・・・第３シール、１６・・・第１空間、１７・・・第２空間、１８・・・第３空間、１９・・・真空遮断用ポペットバルブ、２０・・・空圧制御回路、２１・・・エア源、２２・・・制御部、２３・・・表示部、２４・・・ダイカスト装置、２５・・・真空バルブ装置、２６・・・キャビティ、２７・・・給湯部、２８・・・射出プランジャ、２９・・・射出スリーブ、３０・・・アルミ溶湯、３１・・・真空タンク、３２・・・真空ポンプ、６０・・・シリンダ室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】