金型熱量測定方法、温度制御方法、熱量測定装置および温度制御装置
【課題】
従来から、鋳造時における溶融金属の冷却状態の改善を行うために、キャビティ内へ充填された溶融金属に超音波を照射して、溶融金属が凝固する状況を測定し、金型の冷却状態を制御する技術があったが、金型全体の温度状況を検知することができないため、金型の冷却状態を精度良く制御することができず、鋳造欠陥のない製品を安定的に鋳造することは困難であった。
【解決手段】
金型１内に溶充填された溶融金属を凝固させて成形品を鋳造する際に、金型表面１１ａから超音波を照射し、照射した超音波が金型１の表面１１ａから金型内部を伝播してキャビティ面１１ｂに到達するまでの時間を計測し、計測した時間に基づいて金型１全体が保持する熱量を算出する金型熱量測定方法。
従来から、鋳造時における溶融金属の冷却状態の改善を行うために、キャビティ内へ充填された溶融金属に超音波を照射して、溶融金属が凝固する状況を測定し、金型の冷却状態を制御する技術があったが、金型全体の温度状況を検知することができないため、金型の冷却状態を精度良く制御することができず、鋳造欠陥のない製品を安定的に鋳造することは困難であった。
【解決手段】
金型１内に溶充填された溶融金属を凝固させて成形品を鋳造する際に、金型表面１１ａから超音波を照射し、照射した超音波が金型１の表面１１ａから金型内部を伝播してキャビティ面１１ｂに到達するまでの時間を計測し、計測した時間に基づいて金型１全体が保持する熱量を算出する金型熱量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型内に溶充填された溶融金属を凝固させて成形品を鋳造する際の、金型熱量測定方法、温度制御方法、熱量測定装置および温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカスト等の鋳造工程においては、溶融金属が金型のキャビティ内に溶充填された後に冷却されて凝固する際に、金型のキャビティ面近傍の溶融金属が急激に冷却されて先に凝固すると、出来上がった製品内部に残留応力が生じたり、巣が生じたりして、製品の品質低下を招く等の問題が発生する場合がある。
そこで、溶融金属の充填温度の安定化や冷却状態の改善を行うべく、キャビティ内へ充填された溶融金属に超音波を照射して、溶融金属が凝固する状況を測定し、金型の冷却状態を制御する技術が考案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−３２９６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
キャビティ内に充填された溶融金属の凝固状況や冷却状態は、熱容量が大きな金型の温度に大きく影響されるが、前述の特許文献１に記載される技術では、充填された溶融金属の凝固状況のみを測定していたので、金型全体の温度状況を検知することはできないため、金型の冷却状態を精度良く制御することができず、鋳造欠陥のない製品を安定的に鋳造することは困難であった。
そこで、本発明では、鋳造欠陥のない製品を安定的に鋳造することができる金型熱量測定方法、温度制御方法、熱量測定装置および温度制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決する金型熱量測定方法、温度制御方法、熱量測定装置および温度制御装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、金型内に溶充填された溶融金属を凝固させて成形品を鋳造する際に、金型表面または金型内部の適宜箇所から超音波を照射し、照射した超音波が金型の表面または金型内部の適宜箇所から金型内部を伝播してキャビティ面に到達するまでの時間を測定し、測定した時間に基づいて金型全体が保持する熱量を算出する。
これにより、算出した熱量に応じて金型の冷却度合いを調節することができ、溶湯の凝固に大きな影響を与える金型の温度を適切に制御することが可能となる。
【０００５】
また、請求項２記載の如く、前記金型表面とキャビティ面との間における超音波伝播経路に、超音波の一部を反射する反射部材を設置し、超音波が金型表面から反射部材へ到達するまでの時間、および金型表面からキャビティ面へ到達するまでの時間を測定して、測定した時間に基づいて、金型表面と反射部材との間の金型熱量、および反射部材とキャビティ面との間の金型熱量を算出し、算出した各金型熱量を用いて、金型全体の熱量分布を求める。
これにより、金型内における各部での必要冷却量を把握することができ、適切な温度制御をして指向性凝固を実現することが可能となる。
【０００６】
また、請求項３記載の如く、金型内に溶充填された溶融金属を凝固させて成形品を鋳造する際の金型温度制御方法であって、前記金型内に溶融金属を溶充填してから、溶充填した溶融金属が凝固するまでの間、金型表面または金型内部の適宜箇所から超音波を照射するステップと、照射された超音波が金型の表面または金型内部の適宜箇所から金型内部を伝播してキャビティ面へ到達するまでの時間をリアルタイムに計測するステップと、計測した時間に基づいて金型全体が保持する熱量をリアルタイムに算出するステップと、算出された熱量に応じて、金型近傍に設けられた冷却手段により、金型の温度を制御するステップとを含む。
これにより、溶湯充填後の金型の冷却状況をリアルタイムに把握して、金型の温度制御を適切に行うことが可能となって、溶湯の指向性凝固を実現することができ、鋳造欠陥のない製品を安定的に鋳造することが可能となる。
【０００７】
また、請求項４記載の如く、前記金型温度制御方法は、キャビティへ充填した溶湯が凝固するのに必要な金型の熱量変化を予め設定しておき、リアルタイムに算出される溶湯充填後の金型熱量の変化量が、設定した熱量変化に達すると、金型の型開きを行うステップを、さらに含む。
これにより、溶湯を充填してから凝固するまでに必要な溶湯冷却量を予め求めてけば、溶湯を充填した後の金型の熱量変化が凝固に必要な溶湯冷却量に達した時点で、金型の型開き手段制御して型開きを行うことが可能となる。
そして、溶湯の凝固が完了した直後に金型の型開きを行うことが可能になり、鋳造工程のサイクルタイムを短縮することができる。
【０００８】
また、請求項５記載の如く、前記金型温度制御方法は、前記超音波の伝播時間から金型の平均温度を算出し、金型表面または金型内部の適宜箇所に設置した温度測定手段により金型表面または金型内部の適宜箇所の金型温度を測定して、算出した金型の平均温度と測定した金型表面または金型内部の適宜箇所の金型温度とから、金型全体の温度分布を予測するステップを、さらに含む。
これにより、金型の温度分布を容易にリアルタイムで計測することが可能となる。そして、計測した温度分布を監視しておくことで、金型の局所的な過熱や温度低下が発生することを事前に防止することができる。
【０００９】
また、請求項６記載の如く、金型表面または金型内部の適宜箇所とキャビティ面との間における超音波伝播経路に、超音波の一部を反射する反射部材を設置し、超音波が金型表面または金型内部の適宜箇所から反射部材へ到達するまでの時間、および金型表面または金型内部の適宜箇所からキャビティ面へ到達するまでの時間を測定して、金型表面または金型内部の適宜箇所と反射部材との間の金型平均温度、および反射部材とキャビティ面との間の金型平均温度を算出し、算出した各金型平均温度と、前記温度測定手段により測定した金型表面およびキャビティ面の金型温度とを用いて、金型全体の温度分布を求める。
これにより、金型内部の複数箇所の温度の計測を行って、正確な温度分布を把握することができ、金型の局所的な過熱や温度低下の発生をより確かに防止することができる。
【００１０】
また、請求項７記載の如く、前記温度測定手段が熱電対である。
これにより、温度測定を容易かつ正確に行うことができる。
【００１１】
また、請求項８記載の如く、金型内に溶充填された溶融金属を凝固させて成形品を鋳造する際に、金型表面または金型内部の適宜箇所から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、金型の表面または金型内部の適宜箇所から金型内部を伝播してキャビティ面に到達するまでの時間を計測する時間計測手段と、計測した時間に基づいて金型全体が保持する熱量を算出する算出手段とを備える。
これにより、算出した熱量に応じて金型の冷却度合いを調節することができ、溶湯の凝固に大きな影響を与える金型の温度を適切に制御することが可能となる。
【００１２】
また、請求項９記載の如く、金型内に溶融金属を溶充填してから、溶充填した溶融金属が凝固するまでの間、金型表面または金型内部の適宜箇所から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、金型の表面または金型内部の適宜箇所から金型内部を伝播してキャビティ面に到達するまでの時間を、リアルタイムに計測する時間計測手段と、計測した時間に基づいて金型全体が保持する熱量を、リアルタイムに算出する算出手段と、算出された熱量に応じて、金型の温度を制御する冷却手段とを備える。
これにより、溶湯充填後の金型の冷却状況をリアルタイムに把握して、金型の温度制御を適切に行うことが可能となって、溶湯の指向性凝固を実現することができ、鋳造欠陥のない製品を安定的に鋳造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、算出した熱量に応じて金型の冷却度合いを調節することができ、溶湯の凝固に大きな影響を与える金型の温度を適切に制御することが可能となる。
また、溶湯充填後の金型の冷却状況をリアルタイムに把握して、金型の温度制御を適切に行うことが可能となって、溶湯の指向性凝固を実現することができ、鋳造欠陥のない製品を安定的に鋳造することが可能となる。
さらに、金型の局所的な過熱や温度低下が発生することを事前に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
図１示す金型１は、内型１１と外型１２とで構成されており、内型１１にはキャビティ１３が形成されている。キャビティ１３の流入口１３ａには、射出機２が接続されており、該射出機２のプランジャ２ａの移動によりキャビティ１３内へ溶湯８を充填するように構成している。
また、外型１２における内型１１との境界部近傍には、超音波照射手段である超音波センサ５、および冷却管６が埋設されている。
【００１５】
超音波センサ５は、内型１１の表面１１ａ（即ち超音波センサ５の設置面）からキャビティ１３側へ向けて超音波を照射するとともに、内型１１内を伝播してキャビティ面１１ｂで反射して戻ってきた超音波を受信するものであり、金型熱量計測装置３と接続されている。
なお、本例における内型１１の表面１１ａとは、外型１２と接する内型１１の外側面であり、キャビティ面１１ｂとは、キャビティ１３を構成する内型１１の内側面である。
冷却管６内には冷却水が循環しており、冷却管６内を流れる冷却水量を、冷却水量制御装置４により調節することで、溶湯８をキャビティ１３内に充填しての鋳造時における、金型１の冷却温度を制御している。該冷却管６および冷却水量制御装置４にて、金型１の冷却温度を制御する冷却手段を構成している。
【００１６】
金型熱量計測装置３は、時間計測手段として、超音波センサ５が超音波を照射した時刻と、キャビティ面１１ｂで反射して戻ってきた超音波を受信した時刻とから、超音波が内型１１の表面１１ａから内型１１内部を伝播してキャビティ面１１ｂへ到達するまでの時間を計測するとともに、金型１の熱量算出手段として、この計測した時間に基づいて金型１全体が保持する熱量を算出することが可能である。
この熱量の算出は、金型１内を伝播する超音波の速度が、金型１の温度に依存することを利用したものであり、予め求められた超音波の伝播時間と金型１全体の熱量との関係が金型熱量計測装置３の記憶装置に記憶されている。
【００１７】
以上のように構成される、金型熱量計測装置３、冷却水量制御装置４、超音波センサ５、および冷却管６等により、金型１の温度制御装置が構成されている。また、温度制御装置のうち、超音波センサ５、および金型熱量計測装置３は、金型熱量測定装置の機能をも備えている。
この金型１の温度制御装置による金型の温度制御方法を、図２に示すフローに従って、以下に説明する。
【００１８】
まず、鋳造を開始する前の事前準備として、前述のように、金型熱量計測装置３により超音波の金型１内の伝播時間と金型１全体の熱量との関係を求め、その関係式を導出して金型熱量計測装置３に記憶しておく（Ｓ０１）。
また、鋳造時における各時点での最適な金型１の温度を示す、最適冷却曲線を金型熱量計測装置３により導出する（Ｓ０２）。
【００１９】
鋳造作業の開始後は、溶湯８をキャビティ１３へ充填する前に、超音波が内型１１の表面１１ａから内型１１内部を伝播してキャビティ面１１ｂへ到達するまでの時間を、金型熱量計測装置３により計測し（Ｓ０３）、計測した時間に基づいて、溶湯充填前の金型１全体が保持する熱量を算出する（Ｓ０４）。
この金型１の熱量は、ステップＳ０３にて計測した超音波の到達時間を、ステップＳ０１にて導出した「超音波の伝播時間と金型１全体の熱量との関係式」に当て嵌めて算出する。
【００２０】
次に、キャビティ１３内に溶湯８を充填し、溶湯充填後に超音波センサ５から超音波を照射して、超音波が内型１１の表面１１ａからキャビティ面１１ｂへ到達するまでの時間を、金型熱量計測装置３により計測する（Ｓ０５）。
そして、計測した到達時間を前述の「超音波の伝播時間と金型１全体の熱量との関係式」に当て嵌めて、溶湯充填後の金型１の全体熱量を算出する（Ｓ０６）。
【００２１】
さらに、金型熱量計測装置３により、ステップＳ０６にて算出した溶湯充填後の金型１の全体熱量と、ステップＳ０４で算出した溶湯充填前の金型１の全体熱量とを比較し、溶湯充填前後での熱量変化を算出する。この金型１の熱量変化を、充填された溶湯８から奪われた熱量である溶湯冷却量とする（ステップＳ０７）。
算出された溶湯冷却量とステップＳ０２にて導出された最適冷却曲線とを比較して、該溶湯冷却量と最適冷却曲線から判る最適冷却量との差を金型熱量計測装置３にて算出する（Ｓ０８）。
【００２２】
そして、算出された冷却量の差を冷却水量制御装置４にフィードバックして、該冷却水量制御装置４により、その差分を埋めるように、すなわちステップＳ０７で算出される溶湯冷却量が最適冷却量となるように、冷却管６を流れる冷却水量を制御して、金型１の温度の制御を行う（Ｓ０９）。
以降、充填した溶湯８が凝固するまでの間、ステップＳ０５からＳ０９までのフローを繰り返し、溶湯８が凝固した後は型開きして製品を取り出す。
【００２３】
このように、溶湯８をキャビティ１３へ充填する前および充填した後に、それぞれ金型１の内型１１の表面１１ａから超音波を照射し、照射した超音波が表面１１ａから内型１１内部を伝播してキャビティ１３の内面となるキャビティ面１１ｂに到達するまでの時間を計測し、計測した時間に基づいて金型１全体が保持する熱量を算出している。
これにより、算出した熱量に応じて冷却管６を流れる冷却水量を制御して金型１の冷却度合いを調節することができ、溶湯８の凝固に大きな影響を与える金型１の温度を適切に制御することが可能となる。
【００２４】
さらに、溶湯８をキャビティ１３へ充填した後、前述のＳ０５からＳ０９までのステップを繰り返し実行し、溶湯８を充填してから凝固するまでの間、内型１１の表面１１ａから超音波を照射して、超音波が表面１１ａからキャビティ面１１ｂへ到達するまでの時間をリアルタイムに計測するとともに、計測した時間に基づいて金型１全体が保持する熱量をリアルタイムに算出し、算出した熱量に応じて金型１の温度の制御を行うようにしている。
これにより、溶湯充填後の金型１の冷却状況をリアルタイムに把握して、金型１の温度制御を適切に行うことが可能となって、溶湯８の指向性凝固を実現することができ、鋳造欠陥のない製品を安定的に鋳造することが可能となる。
【００２５】
また、溶湯８をキャビティ１３へ充填してから、前述のＳ０５からＳ０９までのステップを繰り返し実行することで、溶湯充填後の金型１の熱量変化をリアルタイムで算出することができるため、溶湯８を充填してから凝固するまでに必要な溶湯冷却量を予め求めておき金型熱量計測装置３に記憶させておけば、溶湯８を充填した後の金型１の熱量変化が凝固に必要な溶湯冷却量に達した時点で、金型１の型開き手段制御して型開きを行うことが可能となる。
これにより、溶湯８の凝固が完了した直後に金型１の型開きを行うことが可能になり、鋳造工程のサイクルタイムを短縮することができる。
なお、本例では、超音波センサ５は内型１１の表面１１ａ部分に配置されているが、内型１１の表面１１ａからキャビティ面１１ｂ側へ向って形成した凹部内に設置する等、内型１１内部の適宜箇所に埋設することもできる。
【００２６】
次に、金型１の温度制御装置の第二実施形態について説明する。
図３に示す金型１においては、図１の場合と同様に、キャビティ１３の流入口１３ａに射出機２が接続されるとともに、外型１２における内型１１との境界部近傍に超音波センサ５および冷却管６が埋設されている。さらに、外型１２における内型１１との境界部近傍には、温度測定手段である熱電対９が埋設されている。該熱電対９および前記超音波センサ５は、金型温度分布計測装置７に接続されている。
【００２７】
また、内型１１においては、超音波センサ５から照射される超音波の伝播経路途中に、超音波の反射部材５１が設けられている。反射部材５１は、超音波センサ５から照射された超音波の一部を超音波側に反射するものであり、本例の場合、反射部材５１は、内型１１の表面１１ａ側に配置される第一反射部材５１ａとキャビティ面１１ｂ側へ配置される第二反射部材５１ｂとの２箇所に設けられている。
【００２８】
そして、超音波センサ５、および冷却管６、熱電対９、反射部材５１、および金型温度分布計測装置７等により、金型１の温度制御装置が構成されている。
この金型１の温度制御装置による金型温度制御の方法を、図４に示すフローに従って、以下に説明する。
【００２９】
まず、超音波センサ５からキャビティ１３側へ向けて超音波を照射し、超音波の金型１中における伝播時間を金型温度分布計測装置７にて計測する（Ｓ１１）。
この場合、超音波センサ５には、第一反射部材５１ａで反射された超音波、第二反射部材５１ｂで反射された超音波、およびキャビティ面１１ｂで反射された超音波が戻ってくるので、金型温度分布計測装置７では、内型１１の表面１１ａから第一反射部材５１ａまでの伝播時間、第一反射部材５１ａから第二反射部材５１ｂまでの伝播時間、および第二反射部材５１ｂからキャビティ面１１ｂまでの伝播時間が計測される。
【００３０】
ここで、前述のように金型１内を伝播する超音波の速度は金型１の温度に依存するため、計測した各超音波の伝播時間から、金型１における、内型１１の表面１１ａから第一反射部材５１ａまでの範囲の平均温度、第一反射部材５１ａから第二反射部材５１ｂまでの範囲の平均温度、および第二反射部材５１ｂからキャビティ面１１ｂまでの範囲の平均温度を、金型温度分布計測装置７により演算して算出する（Ｓ１２）。
さらに、金型１に埋設される熱電対９により、内型１１における表面１１ａの温度、およびキャビティ面１１ｂの温度をそれぞれ計測し、その計測結果が金型温度分布計測装置７に入力される（Ｓ１３）。
なお、内型１１の表面１１ａから第一反射部材５１ａまでの範囲、第一反射部材５１ａから第二反射部材５１ｂまでの範囲、および第二反射部材５１ｂからキャビティ面１１ｂまでの範囲の寸法は、各範囲内における温度勾配が線形近似できる程度となるような寸法に設定しておくことが望ましい。
【００３１】
次に、金型温度分布計測装置７では、前述のごとく算出および計測された、表面１１ａの温度、表面１１ａから第一反射部材５１ａまでの範囲Ｒ１の平均温度、第一反射部材５１ａから第二反射部材５１ｂまでの範囲Ｒ２の平均温度、第二反射部材５１ｂからキャビティ面１１ｂまでの範囲Ｒ３の平均温度、およびキャビティ面１１ｂの温度、といった超音波センサ５から照射される超音波の伝播経路上の各箇所における温度を用いて、金型１の温度分布を演算して求める（Ｓ１４）。
【００３２】
なお、本例では、反射部材５１を２箇所に設けて、表面１１ａ、範囲Ｒ１、範囲Ｒ２、範囲Ｒ３、およびキャビティ面１１ｂの温度を用いて温度分布を求めているが、反射部材５１を３箇所以上に設けて、さらに多くの計測点の温度を用いて温度分布を求めることも可能である。逆に、反射部材５１を設けずに、内型１１の表面１１ａからキャビティ面１１ｂまでの範囲の平均温度、表面１１ａの温度、およびキャビティ面１１ｂの温度を用いて温度分布を求めることもできる。
また、本例では、熱電対９は内型１１の表面１１ａ部分に配置されているが、内型１１内部の適宜箇所に埋設してもよい。
【００３３】
このように、超音波の伝播時間を計測するステップＳ１１から温度分布を演算するステップＳ１５までのステップを、溶湯８を充填してから凝固するまでの間繰り返し実行することで、金型１の温度分布を容易にリアルタイムで計測することが可能となる。
そして、計測した温度分布を監視しておくことで、金型１の局所的な過熱や温度低下が発生することを事前に防止することができる。
特に、金型１内に反射部材５１を設けて、金型１内部の複数箇所の温度を計測することで、正確な温度分布を把握することができ、金型１の局所的な過熱や温度低下の発生をより確かに防止することができる。
また、内型１１の表面１１ａおよびキャビティ面１１ｂの温度測定手段として熱電対９を用いているので、温度測定を容易かつ正確に行うことができる。
【００３４】
なお、ステップＳ１１にて算出した、内型１１の表面１１ａから第一反射部材５１ａまでの伝播時間、第一反射部材５１ａから第二反射部材５１ｂまでの伝播時間、および第二反射部材５１ｂからキャビティ面１１ｂまでの伝播時間に基づいて、それぞれの範囲内での金型熱量を算出し、金型１全体での熱量分布を求めることもできる。
このように、金型１内での熱量分布を求めることで、金型１内における各部での必要冷却量を把握することができ、適切な温度制御をして指向性凝固を実現することが可能となる。
また、第一実施形態のように、反射部材５１を設けない場合でも、熱電対９を内型１１の表面１１ａ等に設置して、その熱電対９で測定した温度と、超音波センサ５から照射した超音波の伝播時間を用いて求めた金型１の平均温度とから、金型１内の温度分布を線形近似して求めることで、キャビティ面１１ｂの温度を予測することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明にかかる金型熱量測定装置および金型温度制御装置を示す模式図である。
【図２】金型の温度制御方法のフローを示す図である。
【図３】金型温度制御装置の第二の実施形態を示す模式図である。
【図４】第二の実施形態にかかる金型の温度制御方法のフローを示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ 金型
３ 金型熱量計測装置
４ 冷却水量制御装置
５ 超音波センサ
６ 冷却管
８ 溶湯
１１ 内型
１１ａ 表面
１１ｂ キャビティ面
１２ 外型
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型内に溶充填された溶融金属を凝固させて成形品を鋳造する際の、金型熱量測定方法、温度制御方法、熱量測定装置および温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカスト等の鋳造工程においては、溶融金属が金型のキャビティ内に溶充填された後に冷却されて凝固する際に、金型のキャビティ面近傍の溶融金属が急激に冷却されて先に凝固すると、出来上がった製品内部に残留応力が生じたり、巣が生じたりして、製品の品質低下を招く等の問題が発生する場合がある。
そこで、溶融金属の充填温度の安定化や冷却状態の改善を行うべく、キャビティ内へ充填された溶融金属に超音波を照射して、溶融金属が凝固する状況を測定し、金型の冷却状態を制御する技術が考案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−３２９６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
キャビティ内に充填された溶融金属の凝固状況や冷却状態は、熱容量が大きな金型の温度に大きく影響されるが、前述の特許文献１に記載される技術では、充填された溶融金属の凝固状況のみを測定していたので、金型全体の温度状況を検知することはできないため、金型の冷却状態を精度良く制御することができず、鋳造欠陥のない製品を安定的に鋳造することは困難であった。
そこで、本発明では、鋳造欠陥のない製品を安定的に鋳造することができる金型熱量測定方法、温度制御方法、熱量測定装置および温度制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決する金型熱量測定方法、温度制御方法、熱量測定装置および温度制御装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、金型内に溶充填された溶融金属を凝固させて成形品を鋳造する際に、金型表面または金型内部の適宜箇所から超音波を照射し、照射した超音波が金型の表面または金型内部の適宜箇所から金型内部を伝播してキャビティ面に到達するまでの時間を測定し、測定した時間に基づいて金型全体が保持する熱量を算出する。
これにより、算出した熱量に応じて金型の冷却度合いを調節することができ、溶湯の凝固に大きな影響を与える金型の温度を適切に制御することが可能となる。
【０００５】
また、請求項２記載の如く、前記金型表面とキャビティ面との間における超音波伝播経路に、超音波の一部を反射する反射部材を設置し、超音波が金型表面から反射部材へ到達するまでの時間、および金型表面からキャビティ面へ到達するまでの時間を測定して、測定した時間に基づいて、金型表面と反射部材との間の金型熱量、および反射部材とキャビティ面との間の金型熱量を算出し、算出した各金型熱量を用いて、金型全体の熱量分布を求める。
これにより、金型内における各部での必要冷却量を把握することができ、適切な温度制御をして指向性凝固を実現することが可能となる。
【０００６】
また、請求項３記載の如く、金型内に溶充填された溶融金属を凝固させて成形品を鋳造する際の金型温度制御方法であって、前記金型内に溶融金属を溶充填してから、溶充填した溶融金属が凝固するまでの間、金型表面または金型内部の適宜箇所から超音波を照射するステップと、照射された超音波が金型の表面または金型内部の適宜箇所から金型内部を伝播してキャビティ面へ到達するまでの時間をリアルタイムに計測するステップと、計測した時間に基づいて金型全体が保持する熱量をリアルタイムに算出するステップと、算出された熱量に応じて、金型近傍に設けられた冷却手段により、金型の温度を制御するステップとを含む。
これにより、溶湯充填後の金型の冷却状況をリアルタイムに把握して、金型の温度制御を適切に行うことが可能となって、溶湯の指向性凝固を実現することができ、鋳造欠陥のない製品を安定的に鋳造することが可能となる。
【０００７】
また、請求項４記載の如く、前記金型温度制御方法は、キャビティへ充填した溶湯が凝固するのに必要な金型の熱量変化を予め設定しておき、リアルタイムに算出される溶湯充填後の金型熱量の変化量が、設定した熱量変化に達すると、金型の型開きを行うステップを、さらに含む。
これにより、溶湯を充填してから凝固するまでに必要な溶湯冷却量を予め求めてけば、溶湯を充填した後の金型の熱量変化が凝固に必要な溶湯冷却量に達した時点で、金型の型開き手段制御して型開きを行うことが可能となる。
そして、溶湯の凝固が完了した直後に金型の型開きを行うことが可能になり、鋳造工程のサイクルタイムを短縮することができる。
【０００８】
また、請求項５記載の如く、前記金型温度制御方法は、前記超音波の伝播時間から金型の平均温度を算出し、金型表面または金型内部の適宜箇所に設置した温度測定手段により金型表面または金型内部の適宜箇所の金型温度を測定して、算出した金型の平均温度と測定した金型表面または金型内部の適宜箇所の金型温度とから、金型全体の温度分布を予測するステップを、さらに含む。
これにより、金型の温度分布を容易にリアルタイムで計測することが可能となる。そして、計測した温度分布を監視しておくことで、金型の局所的な過熱や温度低下が発生することを事前に防止することができる。
【０００９】
また、請求項６記載の如く、金型表面または金型内部の適宜箇所とキャビティ面との間における超音波伝播経路に、超音波の一部を反射する反射部材を設置し、超音波が金型表面または金型内部の適宜箇所から反射部材へ到達するまでの時間、および金型表面または金型内部の適宜箇所からキャビティ面へ到達するまでの時間を測定して、金型表面または金型内部の適宜箇所と反射部材との間の金型平均温度、および反射部材とキャビティ面との間の金型平均温度を算出し、算出した各金型平均温度と、前記温度測定手段により測定した金型表面およびキャビティ面の金型温度とを用いて、金型全体の温度分布を求める。
これにより、金型内部の複数箇所の温度の計測を行って、正確な温度分布を把握することができ、金型の局所的な過熱や温度低下の発生をより確かに防止することができる。
【００１０】
また、請求項７記載の如く、前記温度測定手段が熱電対である。
これにより、温度測定を容易かつ正確に行うことができる。
【００１１】
また、請求項８記載の如く、金型内に溶充填された溶融金属を凝固させて成形品を鋳造する際に、金型表面または金型内部の適宜箇所から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、金型の表面または金型内部の適宜箇所から金型内部を伝播してキャビティ面に到達するまでの時間を計測する時間計測手段と、計測した時間に基づいて金型全体が保持する熱量を算出する算出手段とを備える。
これにより、算出した熱量に応じて金型の冷却度合いを調節することができ、溶湯の凝固に大きな影響を与える金型の温度を適切に制御することが可能となる。
【００１２】
また、請求項９記載の如く、金型内に溶融金属を溶充填してから、溶充填した溶融金属が凝固するまでの間、金型表面または金型内部の適宜箇所から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、金型の表面または金型内部の適宜箇所から金型内部を伝播してキャビティ面に到達するまでの時間を、リアルタイムに計測する時間計測手段と、計測した時間に基づいて金型全体が保持する熱量を、リアルタイムに算出する算出手段と、算出された熱量に応じて、金型の温度を制御する冷却手段とを備える。
これにより、溶湯充填後の金型の冷却状況をリアルタイムに把握して、金型の温度制御を適切に行うことが可能となって、溶湯の指向性凝固を実現することができ、鋳造欠陥のない製品を安定的に鋳造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、算出した熱量に応じて金型の冷却度合いを調節することができ、溶湯の凝固に大きな影響を与える金型の温度を適切に制御することが可能となる。
また、溶湯充填後の金型の冷却状況をリアルタイムに把握して、金型の温度制御を適切に行うことが可能となって、溶湯の指向性凝固を実現することができ、鋳造欠陥のない製品を安定的に鋳造することが可能となる。
さらに、金型の局所的な過熱や温度低下が発生することを事前に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
図１示す金型１は、内型１１と外型１２とで構成されており、内型１１にはキャビティ１３が形成されている。キャビティ１３の流入口１３ａには、射出機２が接続されており、該射出機２のプランジャ２ａの移動によりキャビティ１３内へ溶湯８を充填するように構成している。
また、外型１２における内型１１との境界部近傍には、超音波照射手段である超音波センサ５、および冷却管６が埋設されている。
【００１５】
超音波センサ５は、内型１１の表面１１ａ（即ち超音波センサ５の設置面）からキャビティ１３側へ向けて超音波を照射するとともに、内型１１内を伝播してキャビティ面１１ｂで反射して戻ってきた超音波を受信するものであり、金型熱量計測装置３と接続されている。
なお、本例における内型１１の表面１１ａとは、外型１２と接する内型１１の外側面であり、キャビティ面１１ｂとは、キャビティ１３を構成する内型１１の内側面である。
冷却管６内には冷却水が循環しており、冷却管６内を流れる冷却水量を、冷却水量制御装置４により調節することで、溶湯８をキャビティ１３内に充填しての鋳造時における、金型１の冷却温度を制御している。該冷却管６および冷却水量制御装置４にて、金型１の冷却温度を制御する冷却手段を構成している。
【００１６】
金型熱量計測装置３は、時間計測手段として、超音波センサ５が超音波を照射した時刻と、キャビティ面１１ｂで反射して戻ってきた超音波を受信した時刻とから、超音波が内型１１の表面１１ａから内型１１内部を伝播してキャビティ面１１ｂへ到達するまでの時間を計測するとともに、金型１の熱量算出手段として、この計測した時間に基づいて金型１全体が保持する熱量を算出することが可能である。
この熱量の算出は、金型１内を伝播する超音波の速度が、金型１の温度に依存することを利用したものであり、予め求められた超音波の伝播時間と金型１全体の熱量との関係が金型熱量計測装置３の記憶装置に記憶されている。
【００１７】
以上のように構成される、金型熱量計測装置３、冷却水量制御装置４、超音波センサ５、および冷却管６等により、金型１の温度制御装置が構成されている。また、温度制御装置のうち、超音波センサ５、および金型熱量計測装置３は、金型熱量測定装置の機能をも備えている。
この金型１の温度制御装置による金型の温度制御方法を、図２に示すフローに従って、以下に説明する。
【００１８】
まず、鋳造を開始する前の事前準備として、前述のように、金型熱量計測装置３により超音波の金型１内の伝播時間と金型１全体の熱量との関係を求め、その関係式を導出して金型熱量計測装置３に記憶しておく（Ｓ０１）。
また、鋳造時における各時点での最適な金型１の温度を示す、最適冷却曲線を金型熱量計測装置３により導出する（Ｓ０２）。
【００１９】
鋳造作業の開始後は、溶湯８をキャビティ１３へ充填する前に、超音波が内型１１の表面１１ａから内型１１内部を伝播してキャビティ面１１ｂへ到達するまでの時間を、金型熱量計測装置３により計測し（Ｓ０３）、計測した時間に基づいて、溶湯充填前の金型１全体が保持する熱量を算出する（Ｓ０４）。
この金型１の熱量は、ステップＳ０３にて計測した超音波の到達時間を、ステップＳ０１にて導出した「超音波の伝播時間と金型１全体の熱量との関係式」に当て嵌めて算出する。
【００２０】
次に、キャビティ１３内に溶湯８を充填し、溶湯充填後に超音波センサ５から超音波を照射して、超音波が内型１１の表面１１ａからキャビティ面１１ｂへ到達するまでの時間を、金型熱量計測装置３により計測する（Ｓ０５）。
そして、計測した到達時間を前述の「超音波の伝播時間と金型１全体の熱量との関係式」に当て嵌めて、溶湯充填後の金型１の全体熱量を算出する（Ｓ０６）。
【００２１】
さらに、金型熱量計測装置３により、ステップＳ０６にて算出した溶湯充填後の金型１の全体熱量と、ステップＳ０４で算出した溶湯充填前の金型１の全体熱量とを比較し、溶湯充填前後での熱量変化を算出する。この金型１の熱量変化を、充填された溶湯８から奪われた熱量である溶湯冷却量とする（ステップＳ０７）。
算出された溶湯冷却量とステップＳ０２にて導出された最適冷却曲線とを比較して、該溶湯冷却量と最適冷却曲線から判る最適冷却量との差を金型熱量計測装置３にて算出する（Ｓ０８）。
【００２２】
そして、算出された冷却量の差を冷却水量制御装置４にフィードバックして、該冷却水量制御装置４により、その差分を埋めるように、すなわちステップＳ０７で算出される溶湯冷却量が最適冷却量となるように、冷却管６を流れる冷却水量を制御して、金型１の温度の制御を行う（Ｓ０９）。
以降、充填した溶湯８が凝固するまでの間、ステップＳ０５からＳ０９までのフローを繰り返し、溶湯８が凝固した後は型開きして製品を取り出す。
【００２３】
このように、溶湯８をキャビティ１３へ充填する前および充填した後に、それぞれ金型１の内型１１の表面１１ａから超音波を照射し、照射した超音波が表面１１ａから内型１１内部を伝播してキャビティ１３の内面となるキャビティ面１１ｂに到達するまでの時間を計測し、計測した時間に基づいて金型１全体が保持する熱量を算出している。
これにより、算出した熱量に応じて冷却管６を流れる冷却水量を制御して金型１の冷却度合いを調節することができ、溶湯８の凝固に大きな影響を与える金型１の温度を適切に制御することが可能となる。
【００２４】
さらに、溶湯８をキャビティ１３へ充填した後、前述のＳ０５からＳ０９までのステップを繰り返し実行し、溶湯８を充填してから凝固するまでの間、内型１１の表面１１ａから超音波を照射して、超音波が表面１１ａからキャビティ面１１ｂへ到達するまでの時間をリアルタイムに計測するとともに、計測した時間に基づいて金型１全体が保持する熱量をリアルタイムに算出し、算出した熱量に応じて金型１の温度の制御を行うようにしている。
これにより、溶湯充填後の金型１の冷却状況をリアルタイムに把握して、金型１の温度制御を適切に行うことが可能となって、溶湯８の指向性凝固を実現することができ、鋳造欠陥のない製品を安定的に鋳造することが可能となる。
【００２５】
また、溶湯８をキャビティ１３へ充填してから、前述のＳ０５からＳ０９までのステップを繰り返し実行することで、溶湯充填後の金型１の熱量変化をリアルタイムで算出することができるため、溶湯８を充填してから凝固するまでに必要な溶湯冷却量を予め求めておき金型熱量計測装置３に記憶させておけば、溶湯８を充填した後の金型１の熱量変化が凝固に必要な溶湯冷却量に達した時点で、金型１の型開き手段制御して型開きを行うことが可能となる。
これにより、溶湯８の凝固が完了した直後に金型１の型開きを行うことが可能になり、鋳造工程のサイクルタイムを短縮することができる。
なお、本例では、超音波センサ５は内型１１の表面１１ａ部分に配置されているが、内型１１の表面１１ａからキャビティ面１１ｂ側へ向って形成した凹部内に設置する等、内型１１内部の適宜箇所に埋設することもできる。
【００２６】
次に、金型１の温度制御装置の第二実施形態について説明する。
図３に示す金型１においては、図１の場合と同様に、キャビティ１３の流入口１３ａに射出機２が接続されるとともに、外型１２における内型１１との境界部近傍に超音波センサ５および冷却管６が埋設されている。さらに、外型１２における内型１１との境界部近傍には、温度測定手段である熱電対９が埋設されている。該熱電対９および前記超音波センサ５は、金型温度分布計測装置７に接続されている。
【００２７】
また、内型１１においては、超音波センサ５から照射される超音波の伝播経路途中に、超音波の反射部材５１が設けられている。反射部材５１は、超音波センサ５から照射された超音波の一部を超音波側に反射するものであり、本例の場合、反射部材５１は、内型１１の表面１１ａ側に配置される第一反射部材５１ａとキャビティ面１１ｂ側へ配置される第二反射部材５１ｂとの２箇所に設けられている。
【００２８】
そして、超音波センサ５、および冷却管６、熱電対９、反射部材５１、および金型温度分布計測装置７等により、金型１の温度制御装置が構成されている。
この金型１の温度制御装置による金型温度制御の方法を、図４に示すフローに従って、以下に説明する。
【００２９】
まず、超音波センサ５からキャビティ１３側へ向けて超音波を照射し、超音波の金型１中における伝播時間を金型温度分布計測装置７にて計測する（Ｓ１１）。
この場合、超音波センサ５には、第一反射部材５１ａで反射された超音波、第二反射部材５１ｂで反射された超音波、およびキャビティ面１１ｂで反射された超音波が戻ってくるので、金型温度分布計測装置７では、内型１１の表面１１ａから第一反射部材５１ａまでの伝播時間、第一反射部材５１ａから第二反射部材５１ｂまでの伝播時間、および第二反射部材５１ｂからキャビティ面１１ｂまでの伝播時間が計測される。
【００３０】
ここで、前述のように金型１内を伝播する超音波の速度は金型１の温度に依存するため、計測した各超音波の伝播時間から、金型１における、内型１１の表面１１ａから第一反射部材５１ａまでの範囲の平均温度、第一反射部材５１ａから第二反射部材５１ｂまでの範囲の平均温度、および第二反射部材５１ｂからキャビティ面１１ｂまでの範囲の平均温度を、金型温度分布計測装置７により演算して算出する（Ｓ１２）。
さらに、金型１に埋設される熱電対９により、内型１１における表面１１ａの温度、およびキャビティ面１１ｂの温度をそれぞれ計測し、その計測結果が金型温度分布計測装置７に入力される（Ｓ１３）。
なお、内型１１の表面１１ａから第一反射部材５１ａまでの範囲、第一反射部材５１ａから第二反射部材５１ｂまでの範囲、および第二反射部材５１ｂからキャビティ面１１ｂまでの範囲の寸法は、各範囲内における温度勾配が線形近似できる程度となるような寸法に設定しておくことが望ましい。
【００３１】
次に、金型温度分布計測装置７では、前述のごとく算出および計測された、表面１１ａの温度、表面１１ａから第一反射部材５１ａまでの範囲Ｒ１の平均温度、第一反射部材５１ａから第二反射部材５１ｂまでの範囲Ｒ２の平均温度、第二反射部材５１ｂからキャビティ面１１ｂまでの範囲Ｒ３の平均温度、およびキャビティ面１１ｂの温度、といった超音波センサ５から照射される超音波の伝播経路上の各箇所における温度を用いて、金型１の温度分布を演算して求める（Ｓ１４）。
【００３２】
なお、本例では、反射部材５１を２箇所に設けて、表面１１ａ、範囲Ｒ１、範囲Ｒ２、範囲Ｒ３、およびキャビティ面１１ｂの温度を用いて温度分布を求めているが、反射部材５１を３箇所以上に設けて、さらに多くの計測点の温度を用いて温度分布を求めることも可能である。逆に、反射部材５１を設けずに、内型１１の表面１１ａからキャビティ面１１ｂまでの範囲の平均温度、表面１１ａの温度、およびキャビティ面１１ｂの温度を用いて温度分布を求めることもできる。
また、本例では、熱電対９は内型１１の表面１１ａ部分に配置されているが、内型１１内部の適宜箇所に埋設してもよい。
【００３３】
このように、超音波の伝播時間を計測するステップＳ１１から温度分布を演算するステップＳ１５までのステップを、溶湯８を充填してから凝固するまでの間繰り返し実行することで、金型１の温度分布を容易にリアルタイムで計測することが可能となる。
そして、計測した温度分布を監視しておくことで、金型１の局所的な過熱や温度低下が発生することを事前に防止することができる。
特に、金型１内に反射部材５１を設けて、金型１内部の複数箇所の温度を計測することで、正確な温度分布を把握することができ、金型１の局所的な過熱や温度低下の発生をより確かに防止することができる。
また、内型１１の表面１１ａおよびキャビティ面１１ｂの温度測定手段として熱電対９を用いているので、温度測定を容易かつ正確に行うことができる。
【００３４】
なお、ステップＳ１１にて算出した、内型１１の表面１１ａから第一反射部材５１ａまでの伝播時間、第一反射部材５１ａから第二反射部材５１ｂまでの伝播時間、および第二反射部材５１ｂからキャビティ面１１ｂまでの伝播時間に基づいて、それぞれの範囲内での金型熱量を算出し、金型１全体での熱量分布を求めることもできる。
このように、金型１内での熱量分布を求めることで、金型１内における各部での必要冷却量を把握することができ、適切な温度制御をして指向性凝固を実現することが可能となる。
また、第一実施形態のように、反射部材５１を設けない場合でも、熱電対９を内型１１の表面１１ａ等に設置して、その熱電対９で測定した温度と、超音波センサ５から照射した超音波の伝播時間を用いて求めた金型１の平均温度とから、金型１内の温度分布を線形近似して求めることで、キャビティ面１１ｂの温度を予測することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明にかかる金型熱量測定装置および金型温度制御装置を示す模式図である。
【図２】金型の温度制御方法のフローを示す図である。
【図３】金型温度制御装置の第二の実施形態を示す模式図である。
【図４】第二の実施形態にかかる金型の温度制御方法のフローを示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ 金型
３ 金型熱量計測装置
４ 冷却水量制御装置
５ 超音波センサ
６ 冷却管
８ 溶湯
１１ 内型
１１ａ 表面
１１ｂ キャビティ面
１２ 外型
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型内に溶充填された溶融金属を凝固させて成形品を鋳造する際に、
金型表面または金型内部の適宜箇所から超音波を照射し、
照射した超音波が金型の表面または金型内部の適宜箇所から金型内部を伝播してキャビティ面に到達するまでの時間を測定し、
測定した時間に基づいて金型全体が保持する熱量を算出する、
ことを特徴とする金型熱量測定方法。
【請求項２】
前記金型表面とキャビティ面との間における超音波伝播経路に、超音波の一部を反射する反射部材を設置し、
超音波が金型表面から反射部材へ到達するまでの時間、および金型表面からキャビティ面へ到達するまでの時間を測定して、
測定した時間に基づいて、金型表面と反射部材との間の金型熱量、および反射部材とキャビティ面との間の金型熱量を算出し、
算出した各金型熱量を用いて、金型全体の熱量分布を求めることを特徴とする請求項１に記載の金型熱量測定方法。
【請求項３】
金型内に溶充填された溶融金属を凝固させて成形品を鋳造する際の金型温度制御方法であって、
前記金型内に溶融金属を溶充填してから、溶充填した溶融金属が凝固するまでの間、金型表面または金型内部の適宜箇所から超音波を照射するステップと、
照射された超音波が金型の表面または金型内部の適宜箇所から金型内部を伝播してキャビティ面へ到達するまでの時間をリアルタイムに計測するステップと、
計測した時間に基づいて金型全体が保持する熱量をリアルタイムに算出するステップと、
算出された熱量に応じて、金型近傍に設けられた冷却手段により、金型の温度を制御するステップと、
を含むことを特徴とする金型温度制御方法。
【請求項４】
前記金型温度制御方法は、
キャビティへ充填した溶湯が凝固するのに必要な金型の熱量変化を予め設定しておき、
リアルタイムに算出される溶湯充填後の金型熱量の変化量が、設定した熱量変化に達すると、金型の型開きを行うステップを、
さらに含むことを特徴とする請求項３に記載の金型温度制御方法。
【請求項５】
前記金型温度制御方法は、
前記超音波の伝播時間から金型の平均温度を算出し、金型表面または金型内部の適宜箇所に設置した温度測定手段により金型表面または金型内部の適宜箇所の金型温度を測定して、算出した金型の平均温度と測定した金型表面または金型内部の適宜箇所の金型温度とから、金型全体の温度分布を予測するステップを、
さらに含むことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の金型温度制御方法。
【請求項６】
金型表面または金型内部の適宜箇所とキャビティ面との間における超音波伝播経路に、超音波の一部を反射する反射部材を設置し、
超音波が金型表面または金型内部の適宜箇所から反射部材へ到達するまでの時間、および金型表面または金型内部の適宜箇所からキャビティ面へ到達するまでの時間を測定して、
金型表面または金型内部の適宜箇所と反射部材との間の金型平均温度、および反射部材とキャビティ面との間の金型平均温度を算出し、
算出した各金型平均温度と、前記温度測定手段により測定した金型表面およびキャビティ面の金型温度とを用いて、金型全体の温度分布を求める、
ことを特徴とする請求項５に記載の金型温度制御方法。
【請求項７】
前記温度測定手段が熱電対であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の金型温度制御方法。
【請求項８】
金型内に溶充填された溶融金属を凝固させて成形品を鋳造する際に、金型表面または金型内部の適宜箇所から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、金型の表面または金型内部の適宜箇所から金型内部を伝播してキャビティ面に到達するまでの時間を計測する時間計測手段と、
計測した時間に基づいて金型全体が保持する熱量を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする金型熱量測定装置。
【請求項９】
金型内に溶融金属を溶充填してから、溶充填した溶融金属が凝固するまでの間、金型表面または金型内部の適宜箇所から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、金型の表面または金型内部の適宜箇所から金型内部を伝播してキャビティ面に到達するまでの時間を、リアルタイムに計測する時間計測手段と、
計測した時間に基づいて金型全体が保持する熱量を、リアルタイムに算出する算出手段と、
算出された熱量に応じて、金型の温度を制御する冷却手段と、
を備えることを特徴とする金型温度制御装置。
【請求項１】
金型内に溶充填された溶融金属を凝固させて成形品を鋳造する際に、
金型表面または金型内部の適宜箇所から超音波を照射し、
照射した超音波が金型の表面または金型内部の適宜箇所から金型内部を伝播してキャビティ面に到達するまでの時間を測定し、
測定した時間に基づいて金型全体が保持する熱量を算出する、
ことを特徴とする金型熱量測定方法。
【請求項２】
前記金型表面とキャビティ面との間における超音波伝播経路に、超音波の一部を反射する反射部材を設置し、
超音波が金型表面から反射部材へ到達するまでの時間、および金型表面からキャビティ面へ到達するまでの時間を測定して、
測定した時間に基づいて、金型表面と反射部材との間の金型熱量、および反射部材とキャビティ面との間の金型熱量を算出し、
算出した各金型熱量を用いて、金型全体の熱量分布を求めることを特徴とする請求項１に記載の金型熱量測定方法。
【請求項３】
金型内に溶充填された溶融金属を凝固させて成形品を鋳造する際の金型温度制御方法であって、
前記金型内に溶融金属を溶充填してから、溶充填した溶融金属が凝固するまでの間、金型表面または金型内部の適宜箇所から超音波を照射するステップと、
照射された超音波が金型の表面または金型内部の適宜箇所から金型内部を伝播してキャビティ面へ到達するまでの時間をリアルタイムに計測するステップと、
計測した時間に基づいて金型全体が保持する熱量をリアルタイムに算出するステップと、
算出された熱量に応じて、金型近傍に設けられた冷却手段により、金型の温度を制御するステップと、
を含むことを特徴とする金型温度制御方法。
【請求項４】
前記金型温度制御方法は、
キャビティへ充填した溶湯が凝固するのに必要な金型の熱量変化を予め設定しておき、
リアルタイムに算出される溶湯充填後の金型熱量の変化量が、設定した熱量変化に達すると、金型の型開きを行うステップを、
さらに含むことを特徴とする請求項３に記載の金型温度制御方法。
【請求項５】
前記金型温度制御方法は、
前記超音波の伝播時間から金型の平均温度を算出し、金型表面または金型内部の適宜箇所に設置した温度測定手段により金型表面または金型内部の適宜箇所の金型温度を測定して、算出した金型の平均温度と測定した金型表面または金型内部の適宜箇所の金型温度とから、金型全体の温度分布を予測するステップを、
さらに含むことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の金型温度制御方法。
【請求項６】
金型表面または金型内部の適宜箇所とキャビティ面との間における超音波伝播経路に、超音波の一部を反射する反射部材を設置し、
超音波が金型表面または金型内部の適宜箇所から反射部材へ到達するまでの時間、および金型表面または金型内部の適宜箇所からキャビティ面へ到達するまでの時間を測定して、
金型表面または金型内部の適宜箇所と反射部材との間の金型平均温度、および反射部材とキャビティ面との間の金型平均温度を算出し、
算出した各金型平均温度と、前記温度測定手段により測定した金型表面およびキャビティ面の金型温度とを用いて、金型全体の温度分布を求める、
ことを特徴とする請求項５に記載の金型温度制御方法。
【請求項７】
前記温度測定手段が熱電対であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の金型温度制御方法。
【請求項８】
金型内に溶充填された溶融金属を凝固させて成形品を鋳造する際に、金型表面または金型内部の適宜箇所から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、金型の表面または金型内部の適宜箇所から金型内部を伝播してキャビティ面に到達するまでの時間を計測する時間計測手段と、
計測した時間に基づいて金型全体が保持する熱量を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする金型熱量測定装置。
【請求項９】
金型内に溶融金属を溶充填してから、溶充填した溶融金属が凝固するまでの間、金型表面または金型内部の適宜箇所から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、金型の表面または金型内部の適宜箇所から金型内部を伝播してキャビティ面に到達するまでの時間を、リアルタイムに計測する時間計測手段と、
計測した時間に基づいて金型全体が保持する熱量を、リアルタイムに算出する算出手段と、
算出された熱量に応じて、金型の温度を制御する冷却手段と、
を備えることを特徴とする金型温度制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２６７１７（Ｐ２００６−２６７１７Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２１２０７７（Ｐ２００４−２１２０７７）
【出願日】平成１６年７月２０日（２００４．７．２０）
【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１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２０日（２００４．７．２０）
【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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