金型材表面の温度計測方法及び装置、並びに離型剤の評価方法及び装置
【課題】 従来、離型剤が塗布された金型表面の温度を測定する場合、実際に溶湯注入時の金型温度を計測するわけではなく、離型剤の熱伝達特性を考慮した温度測定を行うことができず、離型剤の適正な評価をすることができなかった。
【解決手段】 金型材２温度と該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を求め、金型材の一側面に、底面２ｄが平面となる超音波反射用穴２ｃを形成し、金型材の一側面２ａと対向する他側面２ｂから一側面へ向けて超音波を照射し、該超音波が金型材の一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出し、第１の反射波を検出した時刻から第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間ｔを計測し、該超音波伝播時間に基づいて超音波速度を求め、前記金型材温度と超音波速度との関係から、金型材の一側面部の温度を求める。
【解決手段】 金型材２温度と該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を求め、金型材の一側面に、底面２ｄが平面となる超音波反射用穴２ｃを形成し、金型材の一側面２ａと対向する他側面２ｂから一側面へ向けて超音波を照射し、該超音波が金型材の一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出し、第１の反射波を検出した時刻から第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間ｔを計測し、該超音波伝播時間に基づいて超音波速度を求め、前記金型材温度と超音波速度との関係から、金型材の一側面部の温度を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造や鍛造等の金型成形技術における、金型材表面の温度計測方法及び装置、並びに離型剤の評価方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造や鍛造等の金型成形技術においては、金型温度や被成形部材となる粗材温度の他に、金型のキャビティ面に塗布する離型剤の塗布量（塗布厚）をコントロールすることが重要であり、離型剤の塗布量（塗布厚）や、熱伝達率等で表わされる離型剤の熱伝達特性が、成形品の品質や金型の寿命に影響することが知られている。
また、例えばダイカストではキャビティ内に溶湯が注入されると溶湯から金型へ熱が伝達されるが、熱の伝達度合いは、溶湯と金型との間に介在する離型剤の熱伝達特性によっても異なる。
【０００３】
従って、溶湯が注入された直後の金型におけるキャビティ面部の温度を把握して、その金型の温度が最適となるように離型剤の膜厚等の塗布条件を決定することが、良好な品質の成形品を成形するためには好ましい。
しかし、従来は、溶湯がキャビティ内に注入されて金型に触れた直後の金型温度を適切に計測することができなかった。例えば、金型におけるキャビティ面部の温度の測定は、金型のキャビティ面近傍に形成した穴に挿入した熱電対により行うことが考えられるが、
熱電対での温度測定では、時間分解能が不足していて、溶湯注入時の金型の急激な温度変化に追従することができない。また、熱電対挿入用の穴をキャビティ面の近傍にまで形成することで穴形成部分の金型が肉薄となってしまい、温度計測時の現象と実際に成形を行うときの現象とが異なってしまうため、離型剤の適切な塗布条件を求めることができない。
【０００４】
前述のように、従来は、離型剤の適切な塗布条件が不明であり、必要な離型剤の塗布量が不明であったため、離型剤の塗布は、塗布量が不足しないように、大量に塗布するようにしていた。
しかし、キャビティ面に離型剤を大量に塗布すると、水残りによりガスが発生して鋳巣不良の原因となったり、過冷却による湯回り性の低下が生じたりする恐れがあり、必要以上の離型剤を無駄に消費してしまうこととなる。
【０００５】
このように、離型剤の大量の塗布により生ずる不具合を解消するために、予め決められたルートに従って噴霧直前の金型表面の温度を温度センサにより測定しておき、実測された金型表面の温度の中で金型表面温度が目標温度と比較して異なる箇所では、実測温度と目標温度との温度差に応じて離型剤の噴霧量を調整しながら目標温度となるように温度矯正を行うようにした離型剤の噴霧方法が考案されている。例えば、特許文献１に示す如くである。
【特許文献１】特開平６−３１５７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前述の特許文献１記載の技術では、金型表面の温度測定は離型剤を塗布する前に行われ、実際に溶湯が注入されたときの金型温度を計測するわけではないので、離型剤の熱伝達特性を考慮した温度測定を行うことができず、塗布量等といった、離型剤の適正な塗布条件を設定することは困難であった。また、複数種類の離型剤の熱伝達特性を比較、評価することができず、成形条件に合った適切な離型剤を選定することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する金型材表面の温度計測方法及び装置、並びに離型剤の評価方法及び装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、金型材表面の温度計測方法は、金型材温度と該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を予め求めておき、金型材の一側面に、底面が平面となる超音波反射用穴を形成し、前記金型材の一側面と対向する他側面から一側面へ向けて超音波を照射し、照射された超音波が金型材の一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が前記超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出して、第１の反射波を検出した時刻から、第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測し、計測した超音波伝播時間に基づいて超音波速度を求め、前記金型材温度と超音波速度との関係から、金型材の一側面部の温度を求める。
このように、高温物への接触時の超音波速度を算出することにより、急激に変化する、高温物に接触した直後の一側面部分の温度を正確に測定することができ、測定した温度に基づいて、離型剤を適切に評価することが可能となる。
【０００８】
また、請求項２記載の如く、離型剤の評価方法は、金型材温度と該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を予め求めておき、金型材の一側面に、底面が平面となる超音波反射用穴を形成し、金型材の一側面に離型剤を塗布し、金型材の一側面に高温物を接触させ、前記金型材の一側面と対向する他側面から一側面へ向けて超音波を照射し、照射された超音波が一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が前記超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出して、第１の反射波を検出した時刻から、第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測し、計測した超音波伝播時間に基づいて、金型材の一側面に高温物が接触した直後の超音波速度を求め、金型材の一側面に接触させた高温物の温度を計測し、前記金型材温度と超音波速度との関係から、金型材の一側面部の温度を求めて、求めた金型材の一側面部の温度と計測した高温物の温度との差から、金型材の一側面に塗布した離型剤の熱伝達特性を求め、求めた離型剤の熱伝達特性に基づいて該離型剤の評価を行う、
このようにして算出した離型剤の熱伝達特性は、キャビティ内に注入された溶湯から金型への熱の伝達度合いを評価するための指標とすることができ、金型の温度が最適となるような離型剤の膜厚等の塗布条件を決定するための評価材料とすることができる。
【０００９】
また、請求項３記載の如く、前記離型剤の評価方法において、金型材の一側面に塗布した離型剤の膜厚を測定し、複数の膜厚の離型剤について、金型材の一側面に高温物が接触した直後の金型材の一側面部の温度を求めて、金型材の一側面に高温物が接触した直後の金型材の一側面部の温度と塗布した離型剤の膜厚との関係を算出することにより離型剤の評価を行う。
このように、高温物が接触した直後の金型材の一側面部の温度、さらには、高温物に接触した直後の高温物と一側面部との温度差と、離型剤の膜厚との関係を求めることで、求めた離型剤の熱伝達率に基づいて、適正な必要塗布量の評価を行うことができる。
【００１０】
また、請求項４記載の如く、前記離型剤の評価を複数種類の離型剤について行う。
これにより、複数種類の離型剤について、金型材の温度と高温物の温度との温度差を算出して、算出した各離型剤の温度差の大きさを比較し、各離型剤間での熱伝達特性を相対的に評価することができる。
【００１１】
また、請求項５記載の如く、金型材表面の温度計測装置は、一側面に底面が平面となる超音波反射用穴を形成した金型材と、金型材温度と、該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を表わす温度−速度テーブルと、前記金型材の一側面と対向する他側面から一側面へ向けて超音波を照射する超音波照射手段と、超音波照射手段から照射された超音波が、金型材の一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が前記超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出する超音波検出手段と、第１の反射波を検出した時刻から第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測する時間計測手段と、計測した超音波伝播時間に基づいて超音波速度を算出する超音波速度を算出手段と、前記温度−速度テーブルから、金型材の一側面部の温度を抽出する温度抽出手段と、を備える。
このように、高温物への接触時の超音波速度を算出することにより、急激に変化する、高温物に接触した直後の金型材の一側面部分の温度を正確に測定することができ、測定した温度に基づいて、離型剤を適切に評価することが可能となる。
【００１２】
また、請求項６記載の如く、離型剤の評価装置は、一側面に底面が平面となる超音波反射用穴を形成した金型材と、金型材温度と、該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を表わす温度−速度テーブルと、金型材の一側面に離型剤を塗布する塗布機と、金型材の一側面に接触させる高温物と、前記金型材の一側面と対向する他側面から一側面へ向けて超音波を照射する超音波照射手段と、超音波照射手段から照射された超音波が、金型材の一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が前記超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出する超音波検出手段と、第１の反射波を検出した時刻から第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測する時間計測手段と、計測した超音波伝播時間に基づいて超音波速度を算出する超音波速度算出手段と、金型材の一側面に接触させた高温物の温度を計測する高温物温度計測手段と、前記温度−速度テーブルから、金型材の一側面部の温度を抽出する温度抽出手段と、抽出した金型材の一側面部の温度と計測した高温物の温度との差から、金型材の一側面に塗布した離型剤の熱伝達特性を算出する熱伝達特性算出手段と、を備える
このようにして算出した離型剤の熱伝達特性は、キャビティ内に注入された溶湯から金型への熱の伝達度合いを評価するための指標とすることができ、金型の温度が最適となるような離型剤の膜厚等の塗布条件を決定するための評価材料とすることができる。
【００１３】
また、請求項７記載の如く、前記離型剤の評価装置は、さらに、金型材の一側面に塗布した離型剤の膜厚を測定する膜厚測定手段と、前記超音波速度算出手段により算出した、複数の膜厚の離型剤についての、高温物が接触した金型材の一側面部の温度と、塗布した離型剤の膜厚との関係を算出する温度−膜厚カーブ算出手段と、を備える。
このように、高温物が接触した直後の金型材の一側面部の温度、さらには、高温物に接触した直後の高温物と一側面部との温度差と、離型剤の膜厚との関係を求めることで、求めた離型剤の熱伝達率に基づいて、適正な必要塗布量の評価を行うことができる。
【００１４】
また、請求項８記載の如く、前記離型剤の評価装置は、離型剤の評価を複数種類の離型剤について行う。
これにより、複数種類の離型剤について、金型材の温度と高温物の温度との温度差を算出して、算出した各離型剤の温度差の大きさを比較し、各離型剤間での熱伝達特性を相対的に評価することができる。
【００１５】
また、請求項９記載の如く、前記超音波反射用穴には、金型材と同じ材質の部材が充填されている。
これにより、高温物から金型材への温度の伝達に生じる影響を抑えて、超音波速度を正確に算出することができ、測定される金型材の一側面部の温度の信頼性を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、急激に変化する、高温物に接触した直後の金型材の一側面部分の温度を正確に測定することができ、測定した温度に基づいて、離型剤を適切に評価することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
【００１８】
本発明にかかる離型剤評価装置は、鋳造や鍛造に用いられる金型を構成する金型材の、鋳造面または鍛造面となる金型材表面の、鋳造時または鍛造時における温度を計測する温度計測装置としての機能を有するとともに、計測した金型材表面温度を用いて、該金型材表面に塗布される離型剤の熱伝達特性の評価を行う、離型剤の評価装置としての機能を有している。
【００１９】
図１、図２には、例えば、鋳造に用いられる金型の金型材の、表面温度計測および離型剤の評価を行う、離型剤評価装置１を示している。
該離型剤評価装置１は、金型を構成する金型材２、金型材２の表面温度計測および離型剤の評価を行う計測・評価装置３、および金型材２の一側面２ａに設置される溶湯注入容器４を備えている。溶湯注入容器４は、金型材２の一側面２ａのある一定の範囲を壁面にて囲うように構成されており、該溶湯注入容器４の底面には一側面２ａが露出している（すなわち、溶湯注入容器４の底面は金型材２の一側面２ａとなっている）。また、溶湯注入容器４は、内部に注入される溶湯の外部雰囲気への放熱を抑えるために、例えばセラミックスにて構成されている。
【００２０】
金型材２の一側面２ａは、鋳造を行う金型の鋳造面（キャビティ面）に相当する表面であって、離型剤が塗布され、溶湯が注入される面である。
計測・評価装置３は、超音波送受信装置１１と、高速ＡＤ変換器１２と、時間計測部１３ａ、超音波速度算出部１３ｂ、温度抽出部１３ｃ、および熱伝達特性算出部１３ｄを備える演算装置１３と、金型材温度と超音波速度との関係を示す温度−速度テーブル１４ａを記憶した記憶部１４とを備えている。
この温度−速度テーブル１４ａは、予め実験により求めたものであり、金型材温度と超音波速度との相関関係を読み出し可能なデータ形式で構成されている。
【００２１】
また、前記超音波送受信装置１１は、超音波の送受信を行う超音波センサ１１ａを有しており、該超音波センサ１１ａは金型材２の他側面２ｂに装着されている。金型材２の他側面２ｂは、一側面２ａと対向しており、互いに略平行となっている。
金型材２の内部には、該金型材２の加熱・温調するヒータ２１が設けられている。ヒータ２１は、例えば、加熱用オイルが循環するパイプを金型材２内に埋設して構成される。
また、金型材２の超音波センサ１１ａ装着部近傍には、冷却器２２が設けられている。該冷却器２２は、金型材２の超音波センサ１１ａ装着部近傍の温度を、該超音波センサ１１ａの耐熱温度以下にまで冷却・温調するものであり、超音波センサ１１ａが熱により破損することを防止している。
【００２２】
さらに、金型材２の一側面２ａには、該一側面２ａから他側面２ｂへ向けて超音波反射用穴２ｃが形成されている。超音波反射用穴２ｃの底面２ｄは、金型材２の一側面２ａおよび他側面２ｂと略平行な平面となっており、該超音波反射用穴２ｃはフラットボトルホールに形成されている。
【００２３】
また、離型剤評価装置１は、溶湯注入容器４内へ溶湯を注入するための溶湯注入機５、溶湯注入容器４内における金型材２の一側面２ａに離型剤３１を塗布するための離型剤塗布用ノズル７、一側面２ａに塗布された離型剤３１にエアーを吹き付けるためのエアパージ用ノズル８、一側面２ａに塗布された離型剤３１の膜厚を測定する膜厚計６、および溶湯注入容器４内へ注入された溶湯の温度を測定する温度計９を、さらに備えている。
一側面２ａに塗布された離型剤３１に、前記エアパージ用ノズル８にてエアーを吹き付けることで、該離型剤３１の水分を飛ばして乾燥させ、離型剤３１を一側面２ａに密着させることができる。また、温度計９としては、例えば熱電対が用いられる。
【００２４】
図３に示すように、金型材２の他面側に装着される超音波センサ１１ａは、金型材２の一側面２ａ方向へ超音波を照射可能である。
金型材２の一側面２ａ方向へ照射された超音波は、金型材２の一側面２ａおよび前記超音波反射用穴２ｃの底面２ｄにて反射して、超音波センサ１１ａへ戻ってくる。
また、超音波センサ１１ａは、底面２ｄで反射して戻ってきた超音波（以降「第１の反射波」と記載する）、および一側面２ａで反射して戻ってきた超音波（以降「第２の反射波」と記載する）を受信可能に構成されている。
つまり、超音波送受信装置１１は、金型材２の他側面２ｂ側から一側面２ａ側へ向けて超音波を照射する超音波照射手段であるとともに、前記第１の反射波および第２の反射波を検出する超音波検出手段でもある。
【００２５】
なお、超音波センサ１１ａから照射される超音波は、金型材２に対する透過率および急激な熱変化に対する分解能とを考慮して、例えば１０ＭＨz程度の周波数のものが用いられている。
また、超音波センサ１１ａと金型材２の一側面２ａとの距離は、金型材２による熱拡散を評価可能なように、例えば３０ｍｍ以上の距離を確保している（超音波センサ１１ａと金型材２の一側面２ａとの距離が短過ぎると、実際の現象とは異なった状態にて検出してしまう）。
また、前記超音波反射用穴２ｃにおいては、例えば、その穴径を超音波センサ１１ａの径（例えば１０ｍｍ程度）の十分の一程度の寸法に形成し、穴深さを１〜２ｍｍ程度に形成している。
【００２６】
また、前記演算装置１３における時間計測部１３ａは、超音波センサ１１ａが超音波を照射してから、金型材２における超音波反射用穴２ｃの底面２ｄにて反射した超音波（第１の反射波）を受信して検出するまでの時間、超音波センサ１１ａが超音波を照射してから、金型材２の一側面２ａにて反射した超音波（第２の反射波）を受信して検出するまでの時間、および第１の反射波を検出した時刻から第２の反射波を検出した時刻までの時間等を計測可能に構成されている。
また、前記超音波速度算出部１３ｂは、前記時間計測部１３ａにて計測した第１の反射波を検出した時刻から第２の反射波を検出した時刻までの時間と、金型材２の一側面２ａから超音波反射用穴２ｃの底面２ｄまでの寸法等とから、金型材２内を伝播する超音波の速度を算出する。
【００２７】
さらに、前記温度抽出部１３ｃは、前記温度−速度テーブル１４ａから、超音波速度算出部１３ｂにて算出した超音波速度に対応する、金型材２の一側面２ａ部分の温度を抽出する。
また、前記熱伝達特性算出部１３ｄでは、溶湯注入容器４内へ注入した直後の溶湯の温度を、前記温度計９にて計測しておき、計測した溶湯の温度と、抽出された一側面２ａ部分の温度との温度差等から、一側面２ａに塗布した離型剤３１の熱伝達特性が算出される。
【００２８】
以上のように構成される離型剤評価装置１においては、前記金型材２の表面となる一側面２ａの温度計測、および一側面２ａに塗布された離型剤の熱伝達特性の評価が行われるが、次に、その温度計測および評価を行う手順について、図４のフローを用いて説明する。
【００２９】
まず、金型材２の温度を、前記ヒータ２１により、実際に金型にて鋳造を行う際の温度となるように設定する（Ｓ０１）。この場合、冷却器２２にて、超音波センサ１１ａが装着される金型材２の他側面２ｂ部分の温度を、超音波センサ１１ａが破損しない程度の温度まで冷却しておく。なお、金型にて鋳造を行う際の温度は、例えば１００℃〜３００℃程度である。
次に、前記離型剤塗布用ノズル７により、溶湯注入容器４内における金型材２の一側面２ａに離型剤３１を塗布する（Ｓ０２）。
【００３０】
その後、一側面２ａに塗布された離型剤３１に、エアパージ用ノズル８にてエアーを吹き付けて、該離型剤３１に含まれる水分を除去して乾燥させ、離型剤３１を一側面２ａに密着させる（Ｓ０３）。
さらに、一側面２ａに塗布され、乾燥させた状態の離型剤３１の膜厚を、前記膜厚計６にて測定する（Ｓ０４）。膜厚計６は、例えば渦流式の膜厚計に構成されており、一側面２ａにおける、超音波センサ１１ａの設置位置に相当する箇所の膜厚を測定する。
【００３１】
このように、金型材２の温度設定、ならびに離型剤３１の塗布および膜厚測定を終えた後、溶湯注入容器４内へ溶湯を注入する（Ｓ０５）。溶湯を溶湯注入容器４内へ注入することで、高温物である溶湯が金型材２の一側面２ａに接触する。
そして、注入した溶湯の温度を前記温度計９にて測定するとともに、少なくとも、注入した溶湯が金型材２の一側面２ａに接触してから一定時間が経過するまでの間、超音波センサ１１ａから一側面２ａ方向へ超音波を照射して、前記時間計測部１３ａおよび超音波速度算出部１３ｂにより、該一側面２ａ部分における超音波速度を算出する（Ｓ０６）。実際には、注入した溶湯が金型材２の一側面２ａに接触する少し前の時点から超音波速度の算出を開始し、溶湯が一側面２ａに接触してから一定時間が経過するまで超音波速度の算出を継続することが好ましい。
【００３２】
この場合、他側面２ｂ側から照射された超音波は、金型材２内を伝播して、一側面２ａおよび超音波反射用穴２ｃの底面２ｄにて反射して、超音波センサ１１ａにより受信される。
超音波送受信装置１１からは、超音波センサ１１ａにて受信された超音波の波形が高速ＡＤ変換器１２に出力され、高速ＡＤ変換器１２にてデジタルデータに変換された後、演算装置１３に入力される。
【００３３】
演算装置１３に入力された超音波センサ１１ａの受信信号から超音波速度を算出する場合は、次のように行う。
つまり、図３に示すように、前記超音波反射用穴２ｃは、深さ寸法ｄに形成されており、超音波センサ１１ａが装着される他側面２ｂから超音波反射用穴２ｃの底面２ｄまでの寸法はＸ１となり、該他側面２ｂから一側面２ａまでの寸法はＸ２となっている（Ｘ２＝Ｘ１＋ｄ）。
従って、超音波センサ１１ａから照射された超音波が一側面２ａで反射して超音波センサ１１ａまで戻ってくるまでの距離は（２・Ｘ２）となり、超音波センサ１１ａから照射された超音波が底面２ｄで反射して超音波センサ１１ａまで戻ってくるまでの距離は（２・Ｘ１）となり、両距離の差は（２・ｄ）となる。
【００３４】
そして、図５に示すような、超音波センサ１１ａが第１の反射波を検出した時刻から、第２の反射波を検出した時刻までの時間ｔを、溶湯注入時に時間計測部１３ａにて計測する。
この時間ｔは、溶湯注入時に速度ｖで伝播する超音波が距離（２・ｄ）を進行する時間であるので、ｔ＝（２・ｄ）／ｖと表わすことができる。
この関係を用いて、超音波速度算出部１３ｂにて、溶湯注入時に金型材２内を伝播する超音波の速度が算出される。
【００３５】
次に、前記温度抽出部１３ｃにより、前記温度−速度テーブル１４ａから、超音波速度算出部１３ｂにて算出した超音波速度に対応する、金型材２の一側面２ａ部分の温度を抽出する（Ｓ０７）。
このように、本離型剤評価装置１においては、溶湯注入時の超音波速度を算出することにより、急激に変化する溶湯注入直後の一側面２ａ部分の温度を正確に測定することができ、測定した温度に基づいて、離型剤３１を適切に評価することが可能となる。
【００３６】
なお、超音波反射用穴２ｃ内には、一側面２ａ部に該超音波反射用穴２ｃを形成したことによって、溶湯から金型材２への温度の伝達に影響が生じることがないように、金型材２と同じ材質の充填部材２３が充填されている（図２参照）。充填部材２３の充填は、例えば、充填部材２３を螺子に形成して、該充填部材２３を超音波反射用穴２ｃに螺装することで行われる。
このように、超音波反射用穴２ｃ内に充填部材２３を充填して、溶湯から金型材２への温度の伝達に生じる影響を抑えることで、超音波速度を正確に算出することができ、測定される一側面２ａ部の温度の信頼性を向上させることが可能となっている。
【００３７】
さらに、抽出した金型材２の一側面２ａの温度と、温度計９にて測定した溶湯の温度との差を、熱伝達特性算出部１３ｄにて算出する。
この場合、金型材２の温度は、少なくとも溶湯注入後から一定時間継続して抽出され、金型材２の温度と溶湯の温度との差も溶湯注入後から一定時間継続して算出される。
そして、熱伝達特性算出部１３ｄは、算出した金型材２の温度と溶湯の温度との温度差に基づいて、塗布された離型剤３１の熱伝達特性を算出する（Ｓ０８）。
【００３８】
このようにして算出した離型剤の熱伝達特性は、例えばキャビティ内に注入された溶湯から金型への熱の伝達度合いを評価する指標とすることができ、金型の温度が最適となるような離型剤の膜厚等の塗布条件を決定するための評価材料とすることができる。
なお、離型剤３１の熱伝達特性は、例えば熱伝達率で表わすことができる。
【００３９】
また、複数種類の離型剤３１について、金型材２の温度と溶湯の温度との温度差を算出して、算出した各離型剤３１の温度差の大きさを比較し、各離型剤３１間での熱伝達特性を相対的に評価することもできる。
【００４０】
例えば、次の表１に示すように、複数の離型剤Ａ・Ｂ・Ｃについて、金型材２の温度と溶湯の温度との温度差を算出し、離型剤Ａを塗布した場合の温度差がａ℃であり、離型剤Ｂを塗布した場合の温度差がｂ℃であり、離型剤Ｃを塗布した場合の温度差がｃ℃であった場合（ａ℃＞ｂ℃＞ｃ℃）、温度差が大きい離型剤Ａの熱伝達特性を相対的に「低い」と評価し、温度差が中間である離型剤Ｂの熱伝達特性を相対的に「中程度」と評価し、温度差が小さい離型剤Ｃの熱伝達特性を相対的に「高い」と評価することができる。
このように、各離型剤３１の熱伝達特性を、複数の段階に分けて評価することができる。
【表１】
【００４１】
また、ある離型剤３１について、複数の異なる膜厚に塗布した場合の、金型材２の温度と溶湯の温度との温度差をそれぞれ算出し、溶湯注入直後の温度差と離型剤３１の膜厚との関係を求めることで、該離型剤３１の熱伝達率に基づく、必要塗布量の評価を行うことができる。
溶湯注入直後の温度差と離型剤３１の膜厚との関係は、例えば図６のように示される。図６によれば、溶湯注入直後の温度差は、離型剤３１の膜厚が厚くなるにつれて大きくなっていき、ある膜厚Ｔｈを超えた辺りから略一定の温度差となる。
つまり、一側面２ａに塗布された離型剤３１の熱伝達特性は、膜厚が厚くなるにつれて小さくなっていき、膜厚Ｔｈを超えると略一定の熱伝達特性となる。
【００４２】
溶湯注入容器４へ溶湯を注入した場合、注入した溶湯から金型材２への放熱が大きいと、溶湯の温度低下が大きくなり、湯回り性が低下する不具合があるため、溶湯から金型材２への放熱はできるだけ抑えることが好ましい。
従って、一側面２ａに塗布する離型剤３１の膜厚を厚くすることが好ましいが、膜厚Ｔｈを超える膜厚にまで離型剤３１を塗布したとしても、離型剤３１の熱伝達特性は殆ど増加せず、放熱防止効果は略一定となる。
【００４３】
これにより、放熱防止効果の観点からみると、離型剤３１は、膜厚Ｔｈだけの厚みがあればよく、それ以上の膜厚に離型剤３１を塗布したとしても、膜厚Ｔｈを超えて塗布した離型剤３１は無駄であると評価できる。また、離型剤３１の必要塗布量は膜厚がＴｈとなる塗布量であると評価できる。
このように、溶湯注入直後の温度差と離型剤３１の膜厚との関係を求めることで、該離型剤３１の熱伝達率に基づいて、適正な必要塗布量の評価を行うことができる。
【００４４】
また、前記離型剤評価装置１は、実際に鋳造を行う金型と同じ材質で形成された金型材２における超音波速度を計測するものであるが、実際に鋳造を行うダイカストマシーンの金型２’自体を離型剤評価装置として構成することもできる。
例えば、図７に示すように、金型２’の一側面となる、キャビティ２１’を形成するキャビティ面に超音波反射用穴２１ａ’を形成するとともに、金型２’の他側面となる外壁面における、超音波反射用穴２１ａ’の形成位置に対応する箇所に超音波センサ１１ａを装着して、前記キャビティ面に離型剤３１を塗布し、キャビティ２１’に溶湯を注入することで、前述の離型剤評価装置１と同様に、離型剤３１の熱伝達特性の評価等を行うことができる。
【００４５】
また、離型剤３１を塗布する金型が鍛造用の金型である場合は、図８に示すように、前記金型材２の一側面２ａに離型剤３１を塗布し、乾燥させた後に、該一側面２ａを被鍛造部材となる赤熱金属のブロック材５１に密着させた状態で、一側面２ａ部分の温度抽出および離型剤３１の熱伝達特性の評価を行うことができる。
この場合、赤熱金属のブロック材５１を密着させた一側面２ａ部分の温度抽出および離型剤３１の熱伝達特性の評価は、前述の一側面２ａに溶湯を注入した場合と同様に行う。
このように、金型材２の一側面２ａに接触させる高温物としては、鋳造に用いられる溶湯の他に、鍛造に用いられる赤熱金属を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明にかかる離型剤評価装置を示す斜視図である。
【図２】離型剤評価装置を示す側面断面図である。
【図３】離型剤評価装置の金型材部分を示す拡大側面断面図である。
【図４】離型剤評価方法のフローを示す図である。
【図５】超音波送受信装置により検出した第１の反射波および第２の反射波の波形を示す図である。
【図６】離型剤の膜厚と、溶湯注入直後における溶湯と金型材一側面部との温度差との関係を示す図である。
【図７】離型剤評価装置をダイカストマシーンに適用した例を示す側面断面図である。
【図８】高温物を赤熱金属とした場合の離型剤評価装置を示す側面断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 離型剤評価装置
２ 金型材
２ａ 一側面
２ｂ 他側面
２ｃ 超音波反射用穴
２ｄ 底面
５ 溶湯
１１ 超音波送受信装置
１１ａ 超音波センサ
１３ 演算装置
１４ 記憶部
１４ａ 温度−速度テーブル
２３ 充填部材
３１ 離型剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造や鍛造等の金型成形技術における、金型材表面の温度計測方法及び装置、並びに離型剤の評価方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造や鍛造等の金型成形技術においては、金型温度や被成形部材となる粗材温度の他に、金型のキャビティ面に塗布する離型剤の塗布量（塗布厚）をコントロールすることが重要であり、離型剤の塗布量（塗布厚）や、熱伝達率等で表わされる離型剤の熱伝達特性が、成形品の品質や金型の寿命に影響することが知られている。
また、例えばダイカストではキャビティ内に溶湯が注入されると溶湯から金型へ熱が伝達されるが、熱の伝達度合いは、溶湯と金型との間に介在する離型剤の熱伝達特性によっても異なる。
【０００３】
従って、溶湯が注入された直後の金型におけるキャビティ面部の温度を把握して、その金型の温度が最適となるように離型剤の膜厚等の塗布条件を決定することが、良好な品質の成形品を成形するためには好ましい。
しかし、従来は、溶湯がキャビティ内に注入されて金型に触れた直後の金型温度を適切に計測することができなかった。例えば、金型におけるキャビティ面部の温度の測定は、金型のキャビティ面近傍に形成した穴に挿入した熱電対により行うことが考えられるが、
熱電対での温度測定では、時間分解能が不足していて、溶湯注入時の金型の急激な温度変化に追従することができない。また、熱電対挿入用の穴をキャビティ面の近傍にまで形成することで穴形成部分の金型が肉薄となってしまい、温度計測時の現象と実際に成形を行うときの現象とが異なってしまうため、離型剤の適切な塗布条件を求めることができない。
【０００４】
前述のように、従来は、離型剤の適切な塗布条件が不明であり、必要な離型剤の塗布量が不明であったため、離型剤の塗布は、塗布量が不足しないように、大量に塗布するようにしていた。
しかし、キャビティ面に離型剤を大量に塗布すると、水残りによりガスが発生して鋳巣不良の原因となったり、過冷却による湯回り性の低下が生じたりする恐れがあり、必要以上の離型剤を無駄に消費してしまうこととなる。
【０００５】
このように、離型剤の大量の塗布により生ずる不具合を解消するために、予め決められたルートに従って噴霧直前の金型表面の温度を温度センサにより測定しておき、実測された金型表面の温度の中で金型表面温度が目標温度と比較して異なる箇所では、実測温度と目標温度との温度差に応じて離型剤の噴霧量を調整しながら目標温度となるように温度矯正を行うようにした離型剤の噴霧方法が考案されている。例えば、特許文献１に示す如くである。
【特許文献１】特開平６−３１５７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前述の特許文献１記載の技術では、金型表面の温度測定は離型剤を塗布する前に行われ、実際に溶湯が注入されたときの金型温度を計測するわけではないので、離型剤の熱伝達特性を考慮した温度測定を行うことができず、塗布量等といった、離型剤の適正な塗布条件を設定することは困難であった。また、複数種類の離型剤の熱伝達特性を比較、評価することができず、成形条件に合った適切な離型剤を選定することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する金型材表面の温度計測方法及び装置、並びに離型剤の評価方法及び装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、金型材表面の温度計測方法は、金型材温度と該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を予め求めておき、金型材の一側面に、底面が平面となる超音波反射用穴を形成し、前記金型材の一側面と対向する他側面から一側面へ向けて超音波を照射し、照射された超音波が金型材の一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が前記超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出して、第１の反射波を検出した時刻から、第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測し、計測した超音波伝播時間に基づいて超音波速度を求め、前記金型材温度と超音波速度との関係から、金型材の一側面部の温度を求める。
このように、高温物への接触時の超音波速度を算出することにより、急激に変化する、高温物に接触した直後の一側面部分の温度を正確に測定することができ、測定した温度に基づいて、離型剤を適切に評価することが可能となる。
【０００８】
また、請求項２記載の如く、離型剤の評価方法は、金型材温度と該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を予め求めておき、金型材の一側面に、底面が平面となる超音波反射用穴を形成し、金型材の一側面に離型剤を塗布し、金型材の一側面に高温物を接触させ、前記金型材の一側面と対向する他側面から一側面へ向けて超音波を照射し、照射された超音波が一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が前記超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出して、第１の反射波を検出した時刻から、第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測し、計測した超音波伝播時間に基づいて、金型材の一側面に高温物が接触した直後の超音波速度を求め、金型材の一側面に接触させた高温物の温度を計測し、前記金型材温度と超音波速度との関係から、金型材の一側面部の温度を求めて、求めた金型材の一側面部の温度と計測した高温物の温度との差から、金型材の一側面に塗布した離型剤の熱伝達特性を求め、求めた離型剤の熱伝達特性に基づいて該離型剤の評価を行う、
このようにして算出した離型剤の熱伝達特性は、キャビティ内に注入された溶湯から金型への熱の伝達度合いを評価するための指標とすることができ、金型の温度が最適となるような離型剤の膜厚等の塗布条件を決定するための評価材料とすることができる。
【０００９】
また、請求項３記載の如く、前記離型剤の評価方法において、金型材の一側面に塗布した離型剤の膜厚を測定し、複数の膜厚の離型剤について、金型材の一側面に高温物が接触した直後の金型材の一側面部の温度を求めて、金型材の一側面に高温物が接触した直後の金型材の一側面部の温度と塗布した離型剤の膜厚との関係を算出することにより離型剤の評価を行う。
このように、高温物が接触した直後の金型材の一側面部の温度、さらには、高温物に接触した直後の高温物と一側面部との温度差と、離型剤の膜厚との関係を求めることで、求めた離型剤の熱伝達率に基づいて、適正な必要塗布量の評価を行うことができる。
【００１０】
また、請求項４記載の如く、前記離型剤の評価を複数種類の離型剤について行う。
これにより、複数種類の離型剤について、金型材の温度と高温物の温度との温度差を算出して、算出した各離型剤の温度差の大きさを比較し、各離型剤間での熱伝達特性を相対的に評価することができる。
【００１１】
また、請求項５記載の如く、金型材表面の温度計測装置は、一側面に底面が平面となる超音波反射用穴を形成した金型材と、金型材温度と、該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を表わす温度−速度テーブルと、前記金型材の一側面と対向する他側面から一側面へ向けて超音波を照射する超音波照射手段と、超音波照射手段から照射された超音波が、金型材の一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が前記超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出する超音波検出手段と、第１の反射波を検出した時刻から第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測する時間計測手段と、計測した超音波伝播時間に基づいて超音波速度を算出する超音波速度を算出手段と、前記温度−速度テーブルから、金型材の一側面部の温度を抽出する温度抽出手段と、を備える。
このように、高温物への接触時の超音波速度を算出することにより、急激に変化する、高温物に接触した直後の金型材の一側面部分の温度を正確に測定することができ、測定した温度に基づいて、離型剤を適切に評価することが可能となる。
【００１２】
また、請求項６記載の如く、離型剤の評価装置は、一側面に底面が平面となる超音波反射用穴を形成した金型材と、金型材温度と、該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を表わす温度−速度テーブルと、金型材の一側面に離型剤を塗布する塗布機と、金型材の一側面に接触させる高温物と、前記金型材の一側面と対向する他側面から一側面へ向けて超音波を照射する超音波照射手段と、超音波照射手段から照射された超音波が、金型材の一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が前記超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出する超音波検出手段と、第１の反射波を検出した時刻から第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測する時間計測手段と、計測した超音波伝播時間に基づいて超音波速度を算出する超音波速度算出手段と、金型材の一側面に接触させた高温物の温度を計測する高温物温度計測手段と、前記温度−速度テーブルから、金型材の一側面部の温度を抽出する温度抽出手段と、抽出した金型材の一側面部の温度と計測した高温物の温度との差から、金型材の一側面に塗布した離型剤の熱伝達特性を算出する熱伝達特性算出手段と、を備える
このようにして算出した離型剤の熱伝達特性は、キャビティ内に注入された溶湯から金型への熱の伝達度合いを評価するための指標とすることができ、金型の温度が最適となるような離型剤の膜厚等の塗布条件を決定するための評価材料とすることができる。
【００１３】
また、請求項７記載の如く、前記離型剤の評価装置は、さらに、金型材の一側面に塗布した離型剤の膜厚を測定する膜厚測定手段と、前記超音波速度算出手段により算出した、複数の膜厚の離型剤についての、高温物が接触した金型材の一側面部の温度と、塗布した離型剤の膜厚との関係を算出する温度−膜厚カーブ算出手段と、を備える。
このように、高温物が接触した直後の金型材の一側面部の温度、さらには、高温物に接触した直後の高温物と一側面部との温度差と、離型剤の膜厚との関係を求めることで、求めた離型剤の熱伝達率に基づいて、適正な必要塗布量の評価を行うことができる。
【００１４】
また、請求項８記載の如く、前記離型剤の評価装置は、離型剤の評価を複数種類の離型剤について行う。
これにより、複数種類の離型剤について、金型材の温度と高温物の温度との温度差を算出して、算出した各離型剤の温度差の大きさを比較し、各離型剤間での熱伝達特性を相対的に評価することができる。
【００１５】
また、請求項９記載の如く、前記超音波反射用穴には、金型材と同じ材質の部材が充填されている。
これにより、高温物から金型材への温度の伝達に生じる影響を抑えて、超音波速度を正確に算出することができ、測定される金型材の一側面部の温度の信頼性を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、急激に変化する、高温物に接触した直後の金型材の一側面部分の温度を正確に測定することができ、測定した温度に基づいて、離型剤を適切に評価することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
【００１８】
本発明にかかる離型剤評価装置は、鋳造や鍛造に用いられる金型を構成する金型材の、鋳造面または鍛造面となる金型材表面の、鋳造時または鍛造時における温度を計測する温度計測装置としての機能を有するとともに、計測した金型材表面温度を用いて、該金型材表面に塗布される離型剤の熱伝達特性の評価を行う、離型剤の評価装置としての機能を有している。
【００１９】
図１、図２には、例えば、鋳造に用いられる金型の金型材の、表面温度計測および離型剤の評価を行う、離型剤評価装置１を示している。
該離型剤評価装置１は、金型を構成する金型材２、金型材２の表面温度計測および離型剤の評価を行う計測・評価装置３、および金型材２の一側面２ａに設置される溶湯注入容器４を備えている。溶湯注入容器４は、金型材２の一側面２ａのある一定の範囲を壁面にて囲うように構成されており、該溶湯注入容器４の底面には一側面２ａが露出している（すなわち、溶湯注入容器４の底面は金型材２の一側面２ａとなっている）。また、溶湯注入容器４は、内部に注入される溶湯の外部雰囲気への放熱を抑えるために、例えばセラミックスにて構成されている。
【００２０】
金型材２の一側面２ａは、鋳造を行う金型の鋳造面（キャビティ面）に相当する表面であって、離型剤が塗布され、溶湯が注入される面である。
計測・評価装置３は、超音波送受信装置１１と、高速ＡＤ変換器１２と、時間計測部１３ａ、超音波速度算出部１３ｂ、温度抽出部１３ｃ、および熱伝達特性算出部１３ｄを備える演算装置１３と、金型材温度と超音波速度との関係を示す温度−速度テーブル１４ａを記憶した記憶部１４とを備えている。
この温度−速度テーブル１４ａは、予め実験により求めたものであり、金型材温度と超音波速度との相関関係を読み出し可能なデータ形式で構成されている。
【００２１】
また、前記超音波送受信装置１１は、超音波の送受信を行う超音波センサ１１ａを有しており、該超音波センサ１１ａは金型材２の他側面２ｂに装着されている。金型材２の他側面２ｂは、一側面２ａと対向しており、互いに略平行となっている。
金型材２の内部には、該金型材２の加熱・温調するヒータ２１が設けられている。ヒータ２１は、例えば、加熱用オイルが循環するパイプを金型材２内に埋設して構成される。
また、金型材２の超音波センサ１１ａ装着部近傍には、冷却器２２が設けられている。該冷却器２２は、金型材２の超音波センサ１１ａ装着部近傍の温度を、該超音波センサ１１ａの耐熱温度以下にまで冷却・温調するものであり、超音波センサ１１ａが熱により破損することを防止している。
【００２２】
さらに、金型材２の一側面２ａには、該一側面２ａから他側面２ｂへ向けて超音波反射用穴２ｃが形成されている。超音波反射用穴２ｃの底面２ｄは、金型材２の一側面２ａおよび他側面２ｂと略平行な平面となっており、該超音波反射用穴２ｃはフラットボトルホールに形成されている。
【００２３】
また、離型剤評価装置１は、溶湯注入容器４内へ溶湯を注入するための溶湯注入機５、溶湯注入容器４内における金型材２の一側面２ａに離型剤３１を塗布するための離型剤塗布用ノズル７、一側面２ａに塗布された離型剤３１にエアーを吹き付けるためのエアパージ用ノズル８、一側面２ａに塗布された離型剤３１の膜厚を測定する膜厚計６、および溶湯注入容器４内へ注入された溶湯の温度を測定する温度計９を、さらに備えている。
一側面２ａに塗布された離型剤３１に、前記エアパージ用ノズル８にてエアーを吹き付けることで、該離型剤３１の水分を飛ばして乾燥させ、離型剤３１を一側面２ａに密着させることができる。また、温度計９としては、例えば熱電対が用いられる。
【００２４】
図３に示すように、金型材２の他面側に装着される超音波センサ１１ａは、金型材２の一側面２ａ方向へ超音波を照射可能である。
金型材２の一側面２ａ方向へ照射された超音波は、金型材２の一側面２ａおよび前記超音波反射用穴２ｃの底面２ｄにて反射して、超音波センサ１１ａへ戻ってくる。
また、超音波センサ１１ａは、底面２ｄで反射して戻ってきた超音波（以降「第１の反射波」と記載する）、および一側面２ａで反射して戻ってきた超音波（以降「第２の反射波」と記載する）を受信可能に構成されている。
つまり、超音波送受信装置１１は、金型材２の他側面２ｂ側から一側面２ａ側へ向けて超音波を照射する超音波照射手段であるとともに、前記第１の反射波および第２の反射波を検出する超音波検出手段でもある。
【００２５】
なお、超音波センサ１１ａから照射される超音波は、金型材２に対する透過率および急激な熱変化に対する分解能とを考慮して、例えば１０ＭＨz程度の周波数のものが用いられている。
また、超音波センサ１１ａと金型材２の一側面２ａとの距離は、金型材２による熱拡散を評価可能なように、例えば３０ｍｍ以上の距離を確保している（超音波センサ１１ａと金型材２の一側面２ａとの距離が短過ぎると、実際の現象とは異なった状態にて検出してしまう）。
また、前記超音波反射用穴２ｃにおいては、例えば、その穴径を超音波センサ１１ａの径（例えば１０ｍｍ程度）の十分の一程度の寸法に形成し、穴深さを１〜２ｍｍ程度に形成している。
【００２６】
また、前記演算装置１３における時間計測部１３ａは、超音波センサ１１ａが超音波を照射してから、金型材２における超音波反射用穴２ｃの底面２ｄにて反射した超音波（第１の反射波）を受信して検出するまでの時間、超音波センサ１１ａが超音波を照射してから、金型材２の一側面２ａにて反射した超音波（第２の反射波）を受信して検出するまでの時間、および第１の反射波を検出した時刻から第２の反射波を検出した時刻までの時間等を計測可能に構成されている。
また、前記超音波速度算出部１３ｂは、前記時間計測部１３ａにて計測した第１の反射波を検出した時刻から第２の反射波を検出した時刻までの時間と、金型材２の一側面２ａから超音波反射用穴２ｃの底面２ｄまでの寸法等とから、金型材２内を伝播する超音波の速度を算出する。
【００２７】
さらに、前記温度抽出部１３ｃは、前記温度−速度テーブル１４ａから、超音波速度算出部１３ｂにて算出した超音波速度に対応する、金型材２の一側面２ａ部分の温度を抽出する。
また、前記熱伝達特性算出部１３ｄでは、溶湯注入容器４内へ注入した直後の溶湯の温度を、前記温度計９にて計測しておき、計測した溶湯の温度と、抽出された一側面２ａ部分の温度との温度差等から、一側面２ａに塗布した離型剤３１の熱伝達特性が算出される。
【００２８】
以上のように構成される離型剤評価装置１においては、前記金型材２の表面となる一側面２ａの温度計測、および一側面２ａに塗布された離型剤の熱伝達特性の評価が行われるが、次に、その温度計測および評価を行う手順について、図４のフローを用いて説明する。
【００２９】
まず、金型材２の温度を、前記ヒータ２１により、実際に金型にて鋳造を行う際の温度となるように設定する（Ｓ０１）。この場合、冷却器２２にて、超音波センサ１１ａが装着される金型材２の他側面２ｂ部分の温度を、超音波センサ１１ａが破損しない程度の温度まで冷却しておく。なお、金型にて鋳造を行う際の温度は、例えば１００℃〜３００℃程度である。
次に、前記離型剤塗布用ノズル７により、溶湯注入容器４内における金型材２の一側面２ａに離型剤３１を塗布する（Ｓ０２）。
【００３０】
その後、一側面２ａに塗布された離型剤３１に、エアパージ用ノズル８にてエアーを吹き付けて、該離型剤３１に含まれる水分を除去して乾燥させ、離型剤３１を一側面２ａに密着させる（Ｓ０３）。
さらに、一側面２ａに塗布され、乾燥させた状態の離型剤３１の膜厚を、前記膜厚計６にて測定する（Ｓ０４）。膜厚計６は、例えば渦流式の膜厚計に構成されており、一側面２ａにおける、超音波センサ１１ａの設置位置に相当する箇所の膜厚を測定する。
【００３１】
このように、金型材２の温度設定、ならびに離型剤３１の塗布および膜厚測定を終えた後、溶湯注入容器４内へ溶湯を注入する（Ｓ０５）。溶湯を溶湯注入容器４内へ注入することで、高温物である溶湯が金型材２の一側面２ａに接触する。
そして、注入した溶湯の温度を前記温度計９にて測定するとともに、少なくとも、注入した溶湯が金型材２の一側面２ａに接触してから一定時間が経過するまでの間、超音波センサ１１ａから一側面２ａ方向へ超音波を照射して、前記時間計測部１３ａおよび超音波速度算出部１３ｂにより、該一側面２ａ部分における超音波速度を算出する（Ｓ０６）。実際には、注入した溶湯が金型材２の一側面２ａに接触する少し前の時点から超音波速度の算出を開始し、溶湯が一側面２ａに接触してから一定時間が経過するまで超音波速度の算出を継続することが好ましい。
【００３２】
この場合、他側面２ｂ側から照射された超音波は、金型材２内を伝播して、一側面２ａおよび超音波反射用穴２ｃの底面２ｄにて反射して、超音波センサ１１ａにより受信される。
超音波送受信装置１１からは、超音波センサ１１ａにて受信された超音波の波形が高速ＡＤ変換器１２に出力され、高速ＡＤ変換器１２にてデジタルデータに変換された後、演算装置１３に入力される。
【００３３】
演算装置１３に入力された超音波センサ１１ａの受信信号から超音波速度を算出する場合は、次のように行う。
つまり、図３に示すように、前記超音波反射用穴２ｃは、深さ寸法ｄに形成されており、超音波センサ１１ａが装着される他側面２ｂから超音波反射用穴２ｃの底面２ｄまでの寸法はＸ１となり、該他側面２ｂから一側面２ａまでの寸法はＸ２となっている（Ｘ２＝Ｘ１＋ｄ）。
従って、超音波センサ１１ａから照射された超音波が一側面２ａで反射して超音波センサ１１ａまで戻ってくるまでの距離は（２・Ｘ２）となり、超音波センサ１１ａから照射された超音波が底面２ｄで反射して超音波センサ１１ａまで戻ってくるまでの距離は（２・Ｘ１）となり、両距離の差は（２・ｄ）となる。
【００３４】
そして、図５に示すような、超音波センサ１１ａが第１の反射波を検出した時刻から、第２の反射波を検出した時刻までの時間ｔを、溶湯注入時に時間計測部１３ａにて計測する。
この時間ｔは、溶湯注入時に速度ｖで伝播する超音波が距離（２・ｄ）を進行する時間であるので、ｔ＝（２・ｄ）／ｖと表わすことができる。
この関係を用いて、超音波速度算出部１３ｂにて、溶湯注入時に金型材２内を伝播する超音波の速度が算出される。
【００３５】
次に、前記温度抽出部１３ｃにより、前記温度−速度テーブル１４ａから、超音波速度算出部１３ｂにて算出した超音波速度に対応する、金型材２の一側面２ａ部分の温度を抽出する（Ｓ０７）。
このように、本離型剤評価装置１においては、溶湯注入時の超音波速度を算出することにより、急激に変化する溶湯注入直後の一側面２ａ部分の温度を正確に測定することができ、測定した温度に基づいて、離型剤３１を適切に評価することが可能となる。
【００３６】
なお、超音波反射用穴２ｃ内には、一側面２ａ部に該超音波反射用穴２ｃを形成したことによって、溶湯から金型材２への温度の伝達に影響が生じることがないように、金型材２と同じ材質の充填部材２３が充填されている（図２参照）。充填部材２３の充填は、例えば、充填部材２３を螺子に形成して、該充填部材２３を超音波反射用穴２ｃに螺装することで行われる。
このように、超音波反射用穴２ｃ内に充填部材２３を充填して、溶湯から金型材２への温度の伝達に生じる影響を抑えることで、超音波速度を正確に算出することができ、測定される一側面２ａ部の温度の信頼性を向上させることが可能となっている。
【００３７】
さらに、抽出した金型材２の一側面２ａの温度と、温度計９にて測定した溶湯の温度との差を、熱伝達特性算出部１３ｄにて算出する。
この場合、金型材２の温度は、少なくとも溶湯注入後から一定時間継続して抽出され、金型材２の温度と溶湯の温度との差も溶湯注入後から一定時間継続して算出される。
そして、熱伝達特性算出部１３ｄは、算出した金型材２の温度と溶湯の温度との温度差に基づいて、塗布された離型剤３１の熱伝達特性を算出する（Ｓ０８）。
【００３８】
このようにして算出した離型剤の熱伝達特性は、例えばキャビティ内に注入された溶湯から金型への熱の伝達度合いを評価する指標とすることができ、金型の温度が最適となるような離型剤の膜厚等の塗布条件を決定するための評価材料とすることができる。
なお、離型剤３１の熱伝達特性は、例えば熱伝達率で表わすことができる。
【００３９】
また、複数種類の離型剤３１について、金型材２の温度と溶湯の温度との温度差を算出して、算出した各離型剤３１の温度差の大きさを比較し、各離型剤３１間での熱伝達特性を相対的に評価することもできる。
【００４０】
例えば、次の表１に示すように、複数の離型剤Ａ・Ｂ・Ｃについて、金型材２の温度と溶湯の温度との温度差を算出し、離型剤Ａを塗布した場合の温度差がａ℃であり、離型剤Ｂを塗布した場合の温度差がｂ℃であり、離型剤Ｃを塗布した場合の温度差がｃ℃であった場合（ａ℃＞ｂ℃＞ｃ℃）、温度差が大きい離型剤Ａの熱伝達特性を相対的に「低い」と評価し、温度差が中間である離型剤Ｂの熱伝達特性を相対的に「中程度」と評価し、温度差が小さい離型剤Ｃの熱伝達特性を相対的に「高い」と評価することができる。
このように、各離型剤３１の熱伝達特性を、複数の段階に分けて評価することができる。
【表１】
【００４１】
また、ある離型剤３１について、複数の異なる膜厚に塗布した場合の、金型材２の温度と溶湯の温度との温度差をそれぞれ算出し、溶湯注入直後の温度差と離型剤３１の膜厚との関係を求めることで、該離型剤３１の熱伝達率に基づく、必要塗布量の評価を行うことができる。
溶湯注入直後の温度差と離型剤３１の膜厚との関係は、例えば図６のように示される。図６によれば、溶湯注入直後の温度差は、離型剤３１の膜厚が厚くなるにつれて大きくなっていき、ある膜厚Ｔｈを超えた辺りから略一定の温度差となる。
つまり、一側面２ａに塗布された離型剤３１の熱伝達特性は、膜厚が厚くなるにつれて小さくなっていき、膜厚Ｔｈを超えると略一定の熱伝達特性となる。
【００４２】
溶湯注入容器４へ溶湯を注入した場合、注入した溶湯から金型材２への放熱が大きいと、溶湯の温度低下が大きくなり、湯回り性が低下する不具合があるため、溶湯から金型材２への放熱はできるだけ抑えることが好ましい。
従って、一側面２ａに塗布する離型剤３１の膜厚を厚くすることが好ましいが、膜厚Ｔｈを超える膜厚にまで離型剤３１を塗布したとしても、離型剤３１の熱伝達特性は殆ど増加せず、放熱防止効果は略一定となる。
【００４３】
これにより、放熱防止効果の観点からみると、離型剤３１は、膜厚Ｔｈだけの厚みがあればよく、それ以上の膜厚に離型剤３１を塗布したとしても、膜厚Ｔｈを超えて塗布した離型剤３１は無駄であると評価できる。また、離型剤３１の必要塗布量は膜厚がＴｈとなる塗布量であると評価できる。
このように、溶湯注入直後の温度差と離型剤３１の膜厚との関係を求めることで、該離型剤３１の熱伝達率に基づいて、適正な必要塗布量の評価を行うことができる。
【００４４】
また、前記離型剤評価装置１は、実際に鋳造を行う金型と同じ材質で形成された金型材２における超音波速度を計測するものであるが、実際に鋳造を行うダイカストマシーンの金型２’自体を離型剤評価装置として構成することもできる。
例えば、図７に示すように、金型２’の一側面となる、キャビティ２１’を形成するキャビティ面に超音波反射用穴２１ａ’を形成するとともに、金型２’の他側面となる外壁面における、超音波反射用穴２１ａ’の形成位置に対応する箇所に超音波センサ１１ａを装着して、前記キャビティ面に離型剤３１を塗布し、キャビティ２１’に溶湯を注入することで、前述の離型剤評価装置１と同様に、離型剤３１の熱伝達特性の評価等を行うことができる。
【００４５】
また、離型剤３１を塗布する金型が鍛造用の金型である場合は、図８に示すように、前記金型材２の一側面２ａに離型剤３１を塗布し、乾燥させた後に、該一側面２ａを被鍛造部材となる赤熱金属のブロック材５１に密着させた状態で、一側面２ａ部分の温度抽出および離型剤３１の熱伝達特性の評価を行うことができる。
この場合、赤熱金属のブロック材５１を密着させた一側面２ａ部分の温度抽出および離型剤３１の熱伝達特性の評価は、前述の一側面２ａに溶湯を注入した場合と同様に行う。
このように、金型材２の一側面２ａに接触させる高温物としては、鋳造に用いられる溶湯の他に、鍛造に用いられる赤熱金属を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明にかかる離型剤評価装置を示す斜視図である。
【図２】離型剤評価装置を示す側面断面図である。
【図３】離型剤評価装置の金型材部分を示す拡大側面断面図である。
【図４】離型剤評価方法のフローを示す図である。
【図５】超音波送受信装置により検出した第１の反射波および第２の反射波の波形を示す図である。
【図６】離型剤の膜厚と、溶湯注入直後における溶湯と金型材一側面部との温度差との関係を示す図である。
【図７】離型剤評価装置をダイカストマシーンに適用した例を示す側面断面図である。
【図８】高温物を赤熱金属とした場合の離型剤評価装置を示す側面断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 離型剤評価装置
２ 金型材
２ａ 一側面
２ｂ 他側面
２ｃ 超音波反射用穴
２ｄ 底面
５ 溶湯
１１ 超音波送受信装置
１１ａ 超音波センサ
１３ 演算装置
１４ 記憶部
１４ａ 温度−速度テーブル
２３ 充填部材
３１ 離型剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型材温度と該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を予め求めておき、
金型材の一側面に、底面が平面となる超音波反射用穴を形成し、
前記金型材の一側面と対向する他側面から一側面へ向けて超音波を照射し、
照射された超音波が金型材の一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が前記超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出して、
第１の反射波を検出した時刻から、第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測し、計測した超音波伝播時間に基づいて超音波速度を求め、
前記金型材温度と超音波速度との関係から、金型材の一側面部の温度を求める、
ことを特徴とする金型材表面の温度計測方法。
【請求項２】
金型材温度と該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を予め求めておき、
金型材の一側面に、底面が平面となる超音波反射用穴を形成し、
金型材の一側面に離型剤を塗布し、
金型材の一側面に高温物を接触させ、
前記金型材の一側面と対向する他側面から一側面へ向けて超音波を照射し、
照射された超音波が一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が前記超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出して、
第１の反射波を検出した時刻から、第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測し、計測した超音波伝播時間に基づいて、金型材の一側面に高温物が接触した直後の超音波速度を求め、
金型材の一側面に接触させた高温物の温度を計測し、
前記金型材温度と超音波速度との関係から、金型材の一側面部の温度を求めて、
求めた金型材の一側面部の温度と計測した高温物の温度との差から、金型材の一側面に塗布した離型剤の熱伝達特性を求め、
求めた離型剤の熱伝達特性に基づいて該離型剤の評価を行う、
ことを特徴とする離型剤の評価方法。
【請求項３】
前記離型剤の評価方法において、金型材の一側面に塗布した離型剤の膜厚を測定し、
複数の膜厚の離型剤について、金型材の一側面に高温物が接触した直後の金型材の一側面部の温度を求めて、
金型材の一側面に高温物が接触した直後の金型材の一側面部の温度と塗布した離型剤の膜厚との関係を算出することにより離型剤の評価を行う、
ことを特徴とする請求項２に記載の離型剤の評価方法。
【請求項４】
前記離型剤の評価を複数種類の離型剤について行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の離型剤の評価方法。
【請求項５】
一側面に底面が平面となる超音波反射用穴を形成した金型材と、
金型材温度と、該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を表わす温度−速度テーブルと、
前記金型材の一側面と対向する他側面から一側面へ向けて超音波を照射する超音波照射手段と、
超音波照射手段から照射された超音波が、金型材の一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が前記超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出する超音波検出手段と、
第１の反射波を検出した時刻から第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測する時間計測手段と、
計測した超音波伝播時間に基づいて超音波速度を算出する超音波速度を算出手段と、
前記温度−速度テーブルから、金型材の一側面部の温度を抽出する温度抽出手段と、
を備えることを特徴とする金型材表面の温度計測装置。
【請求項６】
一側面に底面が平面となる超音波反射用穴を形成した金型材と、
金型材温度と、該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を表わす温度−速度テーブルと、
金型材の一側面に離型剤を塗布する塗布機と、
金型材の一側面に接触させる高温物と、
前記金型材の一側面と対向する他側面から一側面へ向けて超音波を照射する超音波照射手段と、
超音波照射手段から照射された超音波が、金型材の一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が前記超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出する超音波検出手段と、
第１の反射波を検出した時刻から第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測する時間計測手段と、
計測した超音波伝播時間に基づいて超音波速度を算出する超音波速度算出手段と、
金型材の一側面に接触させた高温物の温度を計測する高温物温度計測手段と、
前記温度−速度テーブルから、金型材の一側面部の温度を抽出する温度抽出手段と、
抽出した金型材の一側面部の温度と計測した高温物の温度との差から、金型材の一側面に塗布した離型剤の熱伝達特性を算出する熱伝達特性算出手段と、
を備える離型剤の評価装置。
【請求項７】
前記離型剤の評価装置は、さらに、
金型材の一側面に塗布した離型剤の膜厚を測定する膜厚測定手段と、
前記超音波速度算出手段により算出した、複数の膜厚の離型剤についての、高温物が接触した金型材の一側面部の温度と、塗布した離型剤の膜厚との関係を算出する温度−膜厚カーブ算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項６に記載の離型剤の評価装置。
【請求項８】
前記離型剤の評価装置は、離型剤の評価を複数種類の離型剤について行うことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の離型剤の評価装置。
【請求項９】
前記超音波反射用穴には、金型材と同じ材質の部材が充填されていることを特徴とする請求項６〜請求項８の何れかに記載の離型剤の評価装置。
【請求項１】
金型材温度と該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を予め求めておき、
金型材の一側面に、底面が平面となる超音波反射用穴を形成し、
前記金型材の一側面と対向する他側面から一側面へ向けて超音波を照射し、
照射された超音波が金型材の一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が前記超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出して、
第１の反射波を検出した時刻から、第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測し、計測した超音波伝播時間に基づいて超音波速度を求め、
前記金型材温度と超音波速度との関係から、金型材の一側面部の温度を求める、
ことを特徴とする金型材表面の温度計測方法。
【請求項２】
金型材温度と該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を予め求めておき、
金型材の一側面に、底面が平面となる超音波反射用穴を形成し、
金型材の一側面に離型剤を塗布し、
金型材の一側面に高温物を接触させ、
前記金型材の一側面と対向する他側面から一側面へ向けて超音波を照射し、
照射された超音波が一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が前記超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出して、
第１の反射波を検出した時刻から、第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測し、計測した超音波伝播時間に基づいて、金型材の一側面に高温物が接触した直後の超音波速度を求め、
金型材の一側面に接触させた高温物の温度を計測し、
前記金型材温度と超音波速度との関係から、金型材の一側面部の温度を求めて、
求めた金型材の一側面部の温度と計測した高温物の温度との差から、金型材の一側面に塗布した離型剤の熱伝達特性を求め、
求めた離型剤の熱伝達特性に基づいて該離型剤の評価を行う、
ことを特徴とする離型剤の評価方法。
【請求項３】
前記離型剤の評価方法において、金型材の一側面に塗布した離型剤の膜厚を測定し、
複数の膜厚の離型剤について、金型材の一側面に高温物が接触した直後の金型材の一側面部の温度を求めて、
金型材の一側面に高温物が接触した直後の金型材の一側面部の温度と塗布した離型剤の膜厚との関係を算出することにより離型剤の評価を行う、
ことを特徴とする請求項２に記載の離型剤の評価方法。
【請求項４】
前記離型剤の評価を複数種類の離型剤について行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の離型剤の評価方法。
【請求項５】
一側面に底面が平面となる超音波反射用穴を形成した金型材と、
金型材温度と、該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を表わす温度−速度テーブルと、
前記金型材の一側面と対向する他側面から一側面へ向けて超音波を照射する超音波照射手段と、
超音波照射手段から照射された超音波が、金型材の一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が前記超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出する超音波検出手段と、
第１の反射波を検出した時刻から第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測する時間計測手段と、
計測した超音波伝播時間に基づいて超音波速度を算出する超音波速度を算出手段と、
前記温度−速度テーブルから、金型材の一側面部の温度を抽出する温度抽出手段と、
を備えることを特徴とする金型材表面の温度計測装置。
【請求項６】
一側面に底面が平面となる超音波反射用穴を形成した金型材と、
金型材温度と、該金型材内を伝播する超音波の速度との関係を表わす温度−速度テーブルと、
金型材の一側面に離型剤を塗布する塗布機と、
金型材の一側面に接触させる高温物と、
前記金型材の一側面と対向する他側面から一側面へ向けて超音波を照射する超音波照射手段と、
超音波照射手段から照射された超音波が、金型材の一側面で反射して照射位置まで戻ってきた第１の反射波、および照射された超音波が前記超音波反射用穴の底面で反射して照射位置まで戻ってきた第２の反射波を検出する超音波検出手段と、
第１の反射波を検出した時刻から第２の反射波を検出した時刻までの超音波伝播時間を計測する時間計測手段と、
計測した超音波伝播時間に基づいて超音波速度を算出する超音波速度算出手段と、
金型材の一側面に接触させた高温物の温度を計測する高温物温度計測手段と、
前記温度−速度テーブルから、金型材の一側面部の温度を抽出する温度抽出手段と、
抽出した金型材の一側面部の温度と計測した高温物の温度との差から、金型材の一側面に塗布した離型剤の熱伝達特性を算出する熱伝達特性算出手段と、
を備える離型剤の評価装置。
【請求項７】
前記離型剤の評価装置は、さらに、
金型材の一側面に塗布した離型剤の膜厚を測定する膜厚測定手段と、
前記超音波速度算出手段により算出した、複数の膜厚の離型剤についての、高温物が接触した金型材の一側面部の温度と、塗布した離型剤の膜厚との関係を算出する温度−膜厚カーブ算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項６に記載の離型剤の評価装置。
【請求項８】
前記離型剤の評価装置は、離型剤の評価を複数種類の離型剤について行うことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の離型剤の評価装置。
【請求項９】
前記超音波反射用穴には、金型材と同じ材質の部材が充填されていることを特徴とする請求項６〜請求項８の何れかに記載の離型剤の評価装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−３３０７７（Ｐ２００７−３３０７７Ａ）
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２１３１０７（Ｐ２００５−２１３１０７）
【出願日】平成１７年７月２２日（２００５．７．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２２日（２００５．７．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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