(57)【要約】【課題】キャビティ内の溶湯温度を直接測定することなく、キャビティ内の湯流れ状態の良否を正確に判定できる検査方法を提供する。【解決手段】初期温度の異なる複数の溶湯を用いて鋳造したときの金型温度を測定し、溶湯の初期温度に対する金型温度の変化率（近似直線の傾き）に基づいて、金型温度の低温領域Ａと高温領域Ｂとを設定する基準設定工程と、製品を鋳造したときの金型温度を取得し、この金型温度が低温領域Ａ及び高温領域Ｂの何れに属するかによって、キャビティ内の湯流れ状態の良否を判定する良否判定工程とを経て行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造金型のキャビティ内における湯流れ状態を検査するための方法であって、
初期温度の異なる複数の溶湯を用いて鋳造したときの金型温度を測定し、その測定結果から、前記溶湯の初期温度に対する前記金型温度の変化率を取得し、この変化率に基づいて金型温度の低温領域と高温領域を設定する基準設定工程と、実製品を鋳造したときの金型温度を取得し、この金型温度が前記低温領域又は前記高温領域の何れに属するかによって、キャビティ内の湯流れ状態の良否を判定する良否判定工程とを有する湯流れ状態検査方法。
【請求項２】
前記基準設定工程において、各溶湯を用いて鋳造したときの前記金型温度の時間変化を測定してそのときの最高値を取得し、前記溶湯の初期温度に対する前記最高値の変化率が相対的に大きい領域を前記低温領域、前記最高値の変化率が相対的に小さい領域を前記高温領域とする請求項１に記載の湯流れ状態検査方法。
【請求項３】
前記基準設定工程において、各溶湯を用いて鋳造したときの前記金型温度の時間変化を測定してそのときの最高値と最低値の温度差を取得し、前記溶湯の初期温度に対する前記温度差の変化率が相対的に大きい領域を前記低温領域、前記温度差の変化率が相対的に小さい領域を前記高温領域とする請求項１に記載の湯流れ状態検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造金型のキャビティ内における湯流れ状態を検査するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造を行うにあたり、キャビティ内における湯流れ性が悪いと、キャビティ内に溶湯が完全に充填されず、鋳造品の品質が低下する恐れがある。このため、鋳造を行いながらキャビティ内の湯流れ状態を検査し、鋳造品の品質管理を行うことが試みられている。例えば下記の特許文献１に示された湯流れ検知装置は、金型の複数箇所（湯流れ検知部分）に、特有の周波数を持つ電波を発信可能な発信器をキャビティに一部を露出させた状態で設け、この発信器からの電波を受信機で受信して、各電波の受信が途切れるまでに要する時間を計測することで、各湯流れ検知部分まで溶湯が到達したか否かを検知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２６９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、キャビティ内の各部に溶湯が到達した場合でも、キャビティ内に射出される溶湯が所定温度以下であると、溶湯の流動性が不足して「湯じわ」等の鋳造欠陥が生じる恐れがある。上記特許文献１に示されている湯流れ検知装置では、各湯流れ検知部分に溶湯が到達したことを検知することはできるが、各湯流れ検知部分に到達した溶湯の温度を測定することはできないため、湯流れ状態の良否を正確に判定できるとは言えない。
【０００５】
キャビティ内に充填される溶湯の温度を管理する方法として、例えばキャビティ内に熱電対を設けて溶湯温度を直接測定することが考えられる。しかし、この場合、金型に熱電対を設けるための挿通孔を設ける必要があるため、この挿通孔と熱電対の間の隙間を介してキャビティからの空気漏れや湯漏れが生じる恐れがある。また、熱電対をキャビティ内に大きく突出させると、キャビティ内の溶湯の流動性が阻害されると共に、製品の離型時に熱電対と干渉する恐れが生じる。従って、熱電対をキャビティに深く差し込むことはできず、キャビティ内で急激に変化する溶湯温度を正確に測定することは難しい。特に、キャビティに高圧で溶湯を射出するダイカスト工法では、上記の不具合が顕著であるため、溶湯温度の測定が極めて難しい。以上のように、鋳造（特にダイカスト工法）においてキャビティ内の溶湯温度を直接測定することは現実的には不可能であり、湯流れ状態を正確に検査する方法は確立されていないのが実情である。
【０００６】
以上のような事情から、本発明が解決すべき技術的課題は、鋳造金型のキャビティ内の湯流れ状態の領域を正確に判定できる検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、初期温度（キャビティに射出される前の溶湯温度、例えば保持炉内の溶湯温度）の異なる複数の溶湯を用いて鋳造を行い、各溶湯で鋳造したときの金型温度の時間変化を測定した（図１参照）。この測定結果から、各溶湯における金型の最高温度を取得し、各溶湯の初期温度に対する金型の最高温度をプロットしたところ、ある境界温度ＴPを境に近似直線の傾きが大きく変化していた（図２参照）。これは、溶湯の初期温度が境界温度ＴPを下回ると、キャビティに射出されてから凝固するまでに溶湯が放熱する放熱量が大きく変化するためと考えられる。
【０００８】
すなわち、キャビティに充填された溶湯が凝固するまでに放熱する総放熱量Ｑは、溶湯の温度降下による放熱量Ｑ１と、溶湯の全体積分の凝固潜熱による放熱量Ｑ２との合計となる（Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２）。例えば、溶湯の初期温度が所定以上であれば、キャビティに充填された直後の溶湯温度が液相線温度以上となり、この溶湯が液相のみで構成されるため、溶湯の全体積分の凝固潜熱による放熱量Ｑ２が放熱される。この場合、溶湯の初期温度をさらに高くすると、溶湯の温度降下による放熱量Ｑ１は上昇するが、溶湯の凝固潜熱による放熱量Ｑ２は変わらないため、放熱量Ｑ１の分だけ溶湯の総放熱量Ｑが上昇する。従って、溶湯の初期温度に対する金型温度の変化量は比較的小さくなる。一方、溶湯の初期温度が所定未満であれば、キャビティに充填された直後の溶湯温度が液相線温度未満となり、溶湯の一部が固相となるため、溶湯の液相部分のみの凝固潜熱による放熱量Ｑ２が放熱される。この場合、溶湯の初期温度を高くすると、キャビティに充填された直後の溶湯に含まれる固相の割合が低下するため、溶湯の凝固潜熱による放熱量Ｑ２が大幅に上昇し、さらに溶湯の温度低下による放熱量Ｑ１も上昇するため、溶湯の総放熱量Ｑは大幅に上昇する。従って、溶湯の初期温度に対する金型温度の変化量は、上記の場合と比べて大幅に大きくなる。
【０００９】
以上より、図２に現れた境界温度ＴPは、キャビティに充填された直後の溶湯が液相線温度以上であるか否か、すなわち、この溶湯に固相が生じているか否かに起因して現れたものと考えられる。このことから、予め、溶湯の初期温度に対する金型温度の変化率を取得し、この変化率が大きく変わる点を基準として金型温度の良否判定基準を設定すれば、キャビティに充填された直後の溶湯に固相が生じているか否かを正確に判定することができる。すなわち、本発明は、鋳造金型のキャビティ内における湯流れ状態を検査するための方法であって、初期温度の異なる複数の溶湯を用いて鋳造したときの金型温度を測定し、前記溶湯の初期温度に対する前記金型温度の変化率に基づいて、前記金型温度を低温領域と高温領域とに分ける基準設定工程と、実製品を鋳造したときの金型温度を取得し、この金型温度が前記低温領域又は前記高温領域の何れに属するかによって、キャビティ内の湯流れ状態の良否を判定する良否判定工程とを経て行う湯流れ状態検査方法として特徴づけることができる。
【００１０】
このように、本発明では、予め、溶湯の初期温度に対する金型温度の変化率に基づいて、金型温度の低温領域（溶湯に液相と固相が混在する温度）と高温領域（溶湯が液相のみである温度）とを設定する。そして、実製品を鋳造したときの金型温度が高温領域である場合は、キャビティ内の溶湯温度が液相線温度以上であると判定することができ、実製品を鋳造したときの金型温度が低温領域である場合は、キャビティ内の溶湯温度が液相線温度未満であると判定することができる。このように、金型温度に基づいて、キャビティ内の溶湯が液相線温度以上であるか否か、すなわち溶湯に固相が生じているか否かを判定することができるため、キャビティ内の溶湯温度を直接測定することなく、湯流れ状態を正確に検査することができる。
【００１１】
例えば、前記基準設定工程において、各溶湯を用いて鋳造したときの前記金型温度の時間変化を測定してそのときの最高値を取得し、前記溶湯の初期温度に対する前記最高値の変化率が相対的に大きい領域を前記低温領域、前記最高値の変化率が相対的に小さい領域を前記高温領域とすることができる。あるいは、前記基準設定工程において、各溶湯を用いて鋳造したときの前記金型温度の時間変化を測定してそのときの最高値と最低値の温度差を取得し、前記溶湯の初期温度に対する前記温度差の変化率が相対的に大きい領域を前記低温領域、前記温度差の変化率が相対的に小さい領域を前記高温領域とすることができる。
【００１２】
キャビティのうち、溶湯が最後に流れ込むエリア（例えば、オーバーフロー部付近）は、そのエリアに到達するまでに溶湯の温度が低下して固相が生じやすいため、この付近における金型温度を取得して湯流れ状態を検査することが効果的である。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明の検査方法によれば、キャビティ内の溶湯温度を直接測定することなく、鋳造金型のキャビティ内の湯流れ状態の良否を正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】初期温度の異なる複数の溶湯で鋳造したときの金型温度の時間変化を示すグラフである。
【図２】図１の各溶湯の初期温度とそのときの金型温度の最高値（最高金型温度）をプロットした図である。
【図３】鋳造金型（ダイカスト金型）の断面図である。
【図４】図１の各溶湯の初期温度とそのときの金型温度の最高値と最低値との差（型温振幅）をプロットした図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図３に示す金型１は、エンジンのシリンダブロックをダイカスト工法で鋳造するものであり、スプルー２、ゲート３、及びキャビティ４を有する。キャビティ４には、シリンダブロックを成形する成形部４ａと、オーバーフロー４ｂとが設けられる。オーバーフロー４ｂは、エアベント５に接続され、外部に設けた吸引手段（図示省略）でキャビティ４内の空気を吸引可能とされる。スプルー２及びゲート３を介してキャビティ４内に溶湯を射出することで、キャビティ４に溶湯が満たされる。このとき、キャビティ４内の空気をエアベント５から吸引しながら溶湯を射出することで、キャビティ４のオーバーフロー４ｂ内に最後に溶湯が満たされる。溶湯が固化した後、成形部４ａで成形された製品部（シリンダブロック）と、ゲート３及びオーバーフロー４ｂ内で固化した方案部とが一体となって、金型１から排出される。
【００１７】
金型１には、金型１の温度を測定する温度測定手段６として、例えば熱電対が設けられる。温度測定手段６は、キャビティ４のうち、最後に溶湯が満たされるエリア付近に設けられ、本実施形態ではオーバーフロー４ｂ付近に設けられる。温度測定手段６の先端は、金型１で覆われており、キャビティ４には露出していない。
【００１８】
本実施形態に係る湯流れ状態検査方法は、予め金型温度の良否範囲を設定する基準設定工程と、実製品を鋳造したときの湯流れ状態の良否を判定する良否判定工程とを経て行われる。
【００１９】
基準設定工程では、まず、上記の金型１を用いて、初期温度の異なる複数種類の溶湯を用いて鋳造を行い、鋳造ごとの金型温度を取得する。具体的には、キャビティ４に溶湯を射出した直後から型開きするまでの間、金型温度の時間変化を温度測定手段６で連続的に測定する（図１参照）。各溶湯の初期温度は、キャビティ４の温度測定手段６付近（オーバーフロー４ｂ）に到達した溶湯が、おおよそ液相線温度となるような温度付近に設定するとよい。例えば、ＡＤＣ１２のアルミ材（ＪＩＳ  Ｈ５３０２：２００６、液相線温度：５８２℃）で鋳造を行う場合、キャビティ４のオーバーフロー４ｂに到達した溶湯がおおよそ５８２℃になると推定される初期温度（例えば６２０℃）を有する溶湯と、この温度周辺の初期温度を有する複数の溶湯を用いればよい。例えば図３のグラフは、下から順に、溶湯の初期温度が５８０℃、６００℃、６２０℃、６４０℃、６６０℃のものである。
【００２０】
そして、各溶湯の金型温度の時間変化からその最高値を取得し、各溶湯の初期温度に対する金型温度の最高値（最高金型温度）をプロットする（図２参照）。そして、溶湯の初期温度に対する最高金型温度の変化率が大きく変化する点に基づいて、金型温度を低温領域と高温領域に分ける。具体的には、プロットから得られる近似直線（鎖線で示す）の傾きが比較的大きい低温領域Ａと、近似直線の傾きが比較的小さい高温領域Ｂとに分ける。図示例では、最高金型温度が１７５℃付近で近似直線の傾きが急激に変化しているため、例えば１７５℃未満を低温領域Ａ、１７５℃以上を高温領域Ｂとして設定する。尚、低温領域Ａと高温領域Ｂとの境界値は、必ずしも傾きが大きく変化する点の温度に一致させる必要はなく、例えばこの温度から所定量だけ低い温度あるいは高い温度を境界値としてもよい。
【００２１】
次に、良否判定工程では、上記の金型１により実製品を鋳造し、そのときの金型温度を測定する。例えば、上記と同様に、温度測定手段６により金型温度の時間変化を測定し、その最高値を取得する。この実製品の最高金型温度が、低温領域Ａ及び高温領域Ｂの何れに属するかによって、キャビティ４内の湯流れ状態の良否を判定する。具体的には、実製品の最高金型温度が１７５℃以上であれば、キャビティ４のオーバーフロー４ｂ付近に到達した直後の溶湯が液相線温度以上であり、固相は生じていないと推定され、湯流れ状態は良好であると判定できる。一方、実製品の最高金型温度が１７５℃未満であれば、キャビティ４のオーバーフロー４ｂ付近に到達した直後の溶湯に既に固相が混じっていると推定され、湯流れ状態はＮＧと判定される。
【００２２】
上記のように、溶湯の初期温度の変化に対する最高金型温度の変化率に基づいて良否判定基準を設定することで、キャビティ内の溶湯温度を直接測定することなく、溶湯に固相が混入しているか否かを推定し、キャビティ内における湯流れ状態の良否を正確に判定することができる。
【００２３】
また、上記の良否判定工程において、実製品を鋳造したときの金型温度を連続的に測定しながら、測定した金型温度が高温領域Ｂ（１７５℃以上）であるか否かを常時監視することもできる。
【００２４】
本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、基準設定工程において、各溶湯で鋳造したときの金型温度の時間変化を測定した後、各溶湯の金型温度の時間変化からその最高値と最低値との温度差（型温振幅）を取得し（図４参照）、溶湯の初期温度に対する型温振幅の変化率｛近似直線（鎖線）の傾き｝が相対的に大きい領域を低温領域Ａとし、型温振幅の変化率が相対的に小さい領域を高温領域Ｂとすることができる。図示例では、高温領域Ｂにおいて、型温振幅の変化率がほぼ０（すなわち型温振幅がほぼ一定）となっている。その後、良否判定工程において、実製品を鋳造したときの金型温度の時間変化を測定し、この測定結果から型温振幅を取得する。この実製品の型温振幅が、低温領域Ａ及び高温領域Ｂの何れに属するかによって、キャビティ内の湯流れ状態の良否を判定する。
【００２５】
また、上記の実施形態では、基準設定工程において、金型温度の時間変化を連続的に測定した場合を示したが、これに限られない。例えば、キャビティに射出した後、所定時間経過したときの金型温度のみを測定してもよい。あるいは、キャビティに射出した後、所定時間おきに金型温度を測定してもよい。
【００２６】
また、上記の実施形態では、温度測定手段６を一箇所に設けた場合を示したが、これを複数箇所に設けてもよい。
【００２７】
また、上記の実施形態では、ダイカスト鋳造を行う場合を示したが、これに限らず、例えば低圧鋳造を行う際に本発明の湯流れ検査方法を適用することもできる。
【符号の説明】
【００２８】
１     金型
２     スプルー
３     ゲート
４     キャビティ
５     エアベント
６     温度測定手段
Ａ     低温領域
Ｂ     高温領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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