(57)【要約】【課題】鋳造品の品質管理を高精度に行うことのできる管理方法を提供する。【解決手段】本発明に係る鋳造品の品質管理方法は、金型１３内に設けられた冷却水の通水路１７を通過した際の冷却水の温度上昇ΔＴ（ｔ）を取得する温度上昇取得工程（Ｓ１）と、温度取得工程（Ｓ１）で取得した温度上昇ΔＴ（ｔ）と、通水路１７を通過する冷却水の流量Ｑ（ｔ）とを用いて、１回の鋳造サイクルの間に金型１３内に射出された溶湯が金型１３を通じて冷却水に奪われた被奪熱量Ｈを算出する被奪熱量算出工程（Ｓ２）と、被奪熱量算出工程（Ｓ２）で算出した被奪熱量Ｈに基づいて鋳造品の品質管理を行う品質管理工程（Ｓ３）とを具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯を金型内に射出することで成形される鋳造品の品質を管理するための方法であって、
前記金型内に設けられた冷却水の通水路を通過した際の前記冷却水の温度上昇を取得すると共に、
前記温度上昇と、前記通水路を通過する前記冷却水の流量とを用いて、１回の鋳造サイクルの間に前記金型内に射出された前記溶湯が前記金型を通じて前記冷却水に奪われた被奪熱量を算出し、
前記算出した被被奪熱量に基づいて前記鋳造品の品質管理を行う鋳造品の品質管理方法。
【請求項２】
前記金型内に設けられた全ての前記通水路における前記温度上昇を取得し、該取得した温度上昇を用いて前記通水路ごとに１回の鋳造サイクル間の前記被奪熱量を算出し、かつ前記通水路ごとに算出した前記被奪熱量の総和に基づいて前記鋳造品の品質管理を行う請求項１に記載の鋳造品の品質管理方法。
【請求項３】
前記金型内に設けられた前記溶湯のキャビティを複数のセクションに仮想的に分割した際、該分割されたセクションごとに対応する前記通水路が設けられている請求項１に記載の鋳造品の品質管理方法。
【請求項４】
さらに、各セクションに対応する前記通水路を通過した前記冷却水の前記温度上昇が最高値を示した際の鋳造開始時からの経過時間を取得し、該経過時間に基づいて、前記鋳造品の指向性凝固の良否を判定する請求項３に記載の鋳造品の品質管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造品の品質管理方法に関し、特に金型鋳造における鋳造品の品質管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばエンジンのシリンダブロックの成形等に用いられるダイカスト鋳造法は金型を用いた鋳造の一種で、高速かつ高圧力で溶湯を金型内に射出し、高精度の鋳造品を短時間で量産できる製造方法である。この種の量産を行うに際しては、鋳造品の品質の安定化が必要とされており、当該品質に影響を与える因子として金型温度が挙げられる。鋳造は、溶湯に内在する熱エネルギーを金型が吸収することによる溶湯の凝固によりなされるものだからである。そこで、従来、金型温度を目標温度に制御することによる鋳造品の品質管理が行われている。
【０００３】
例えば下記特許文献１には、金型内に設けられた温度センサで金型の温度を測定し、測定した金型温度が目標温度と異なる場合に、所定の鋳造条件（離型剤吹付け量、エア吹付け時間、冷却水流量、射出速度、ダイタイムなど）を変更し、測定した金型温度が目標温度に達したら正規の鋳造条件下で鋳造を行う鋳造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２４６４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のようにして取得した金型温度は、例えば良品生産時の測定温度データやＣＡＥ等のシミュレーション結果と比較することで、品質管理に用いられているが、温度センサを用いて得られた金型温度は、当然に温度センサを設置した箇所の局所的な金型温度であり、金型全体の温度（あるいは温度分布）を正確に反映したものではない。この種の測定温度は、予めシミュレーション等により取得した金型温度との比較に際しては、品質管理のための一定の指標として有効ではあるものの、より高精度な品質管理を実施するにあたっては未だ不十分なデータであるといわざるを得ない。サーモグラフィ等の熱画像処理により金型の温度分布を取得する方法も考えられるが、この場合も金型の表面の温度分布が得られずに過ぎず、金型全体の正確な温度分布を取得、管理することは難しい。
【０００６】
以上の事情に鑑み、本発明により解決すべき課題は、鋳造品の品質管理を高精度に行うことのできる管理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】
前記課題の解決は、本発明に係る鋳造品の品質管理方法によって達成される。すなわち、この品質管理方法は、溶湯を金型内に射出することで成形される鋳造品の品質を管理するための方法であって、金型内に設けられた冷却水の通水路を通過した際の冷却水の温度上昇を取得すると共に、温度上昇と、通水路を通過する冷却水の流量とを用いて、１回の鋳造サイクルの間に金型内に射出された溶湯が金型を通じて冷却水に奪われた被奪熱量を算出し、算出した被奪熱量に基づいて鋳造品の品質管理を行う点をもって特徴付けられる。
【０００８】
このように、本発明は、冷却水の通水路が金型内に設けられている点に着目し、金型内に射出された溶湯が金型を通じて冷却水に奪われた被奪熱量に基づいて鋳造品の品質管理を行うようにしたことを特徴とするものである。すなわち、金型鋳造は、金型内に射出した溶湯に内在する熱エネルギーを金型に吸収させることで溶湯の冷却を図り、これにより溶湯金属の凝固を促すものであるが、この際、金型に吸収された熱エネルギーは、さらに金型内に張り巡らされた通水路を流れる冷却水により吸収され、冷却水と共に外部に放出されるプロセスを経る。溶湯はその温度を管理された状態で金型内に供給されることから、成形条件が安定した状態において金型が溶湯から吸収する熱エネルギーは実質的に一定とみなすことができ、かつ金型に吸収された熱エネルギーは原則その全てが熱伝達により冷却水に吸収される。よって、金型に吸収された熱エネルギーを把握できれば、溶湯が鋳造時に奪われた熱エネルギー量（被奪熱量）を正確に把握できるものと考えられる。
【０００９】
本発明は以上の知見に基づき成されたもので、冷却水が吸収した熱エネルギーは、当該冷却水が通水路を通過した際の温度上昇でもって把握できる点を踏まえ、通水路を通過した際の冷却水の温度上昇を取得すると共に、取得した温度上昇と、通水路を通過する冷却水の流量とを用いて、１回の鋳造サイクルの間に金型内に射出された溶湯が金型を通じて冷却水に奪われた被奪熱量を算出し、算出した被奪熱量に基づいて鋳造品の品質管理を行うこととした。この方法によれば、金型全体に吸収された全ての熱エネルギー量、すなわち金型全体の温度分布を反映させたデータを得ることができる。そのため、従来のように、局所的な測定温度データに比べて、より信頼性及び確実性の高い温度情報を得ることができ、これにより、鋳造品の品質管理をより高精度に行うことが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る鋳造品の品質管理方法は、金型内に設けられた全ての通水路における温度上昇を取得し、取得した温度上昇を用いて通水路ごとに１回の鋳造サイクル間の被奪熱量を算出し、かつ通水路ごとに算出した被奪熱量の総和に基づいて鋳造品の品質管理を行うものであってもよい。
【００１１】
金型内には複数の通水路が設けられているのが通常であるから、上述のように、金型内に設けられた全ての通水路において金型からの奪熱が成されていると考えた場合、通水路ごとに１回の鋳造サイクル間の被奪熱量を算出し、これを足し合わせた値（総被奪熱量）に基づいて鋳造品の品質管理を行うことで、溶湯から金型に吸収された熱エネルギー量を一層漏れなく正確に評価することができる。よって、鋳造品の品質管理をさらに高精度に行うことが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る鋳造品の品質管理方法は、金型内に設けられた溶湯のキャビティを複数のセクションに仮想的に分割した際、分割されたセクションごとに対応する通水路が設けられているものであってもよい。
【００１３】
このように、キャビティを仮想的に分割して、分割された各セクションに対応する通水路を設けることで、各通水路ごとに算出した被奪熱量により、製品の各部位における凝固状態（鋳造品質）をより詳細に知ることができる。よって、鋳造欠陥が発生した際の原因を正確かつ詳細に把握することができ、的確な鋳造条件の変更を図ることが可能となる。
【００１４】
また、本発明に係る鋳造品の品質管理方法は、さらに、各セクションに対応する通水路を通過した冷却水の温度上昇が最高値を示した際の鋳造開始時からの経過時間を取得し、経過時間に基づいて、鋳造品の指向性凝固の良否を判定するものであってもよい。
【００１５】
指向性凝固とは、鋳造品となる溶湯金属を一定方向に順次凝固させることをいう。上述のように、溶湯が充填されるキャビティを仮想的に分割し、分割したセクションごとに対応する通水路を設けている場合、溶湯注入側から最も離れたセクションから順次凝固させる形態が一般的に望まれる。よって、上述のように通水路を設けた場合において、各セクションに対応する通水路を通過した冷却水の温度上昇が最高値を示した際の鋳造開始時からの経過時間を見ることで、溶湯金属が一定の指向性をもって凝固しているか、言い換えると、望ましい順序で凝固しているか否かを判定することができる。よって、既述の被奪熱量に基づく品質管理に加えて、指向性凝固の良否を判定することで、引け巣等の鋳造欠陥の有無及び程度を考慮した高精度な品質管理を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明に係る鋳造品の品質管理方法によれば、鋳造品の品質管理を高精度に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る鋳造装置の全体構成を示す概念図である。
【図２】１回の鋳造サイクル間の通水路による被奪熱量を視覚的に説明するためのグラフである。
【図３】キャビティを仮想的に複数のセクションに分割した際の、各セクションに対応する通水路を通過する冷却水の温度上昇の最高値とその経過時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態に係る鋳造品の品質管理方法を図１〜図３に基づき説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る鋳造装置１０の全体構成を示す概念図である。同図に示すように、この鋳造装置１０は、固定型１１と可動型１２とからなる金型１３と、型締め状態で金型１３の内部に形成されるキャビティ１４と、キャビティ１４と連通するプランジャスリーブ１５と、プランジャスリーブ１５内を移動可能に嵌合され、プランジャスリーブ１５内に供給された溶湯をキャビティ１４に向けて射出するためのプランジャ１６とを主に具備する。
【００２０】
また、金型１３内には、冷却水が流れる複数の通水路１７が設けられている。これら複数の通水路１７の一部又は全部には、当該通水路１７を流れる冷却水の温度を測定する温度測定部１８と、冷却水の流量を測定する流量測定部１９とがそれぞれ設けられる。このうち少なくとも温度測定部１８は、通水路１７の出口側（図示では金型１３の外部）に設けられる。
【００２１】
この実施形態では、通水路１７は、主にキャビティ１４の近傍に張り巡らされ、キャビティ１４に充填された溶湯の冷却を目的とする第一通水路１７ａと、主に金型１３の周囲に張り巡らされ、金型１３全体の冷却を目的とする第二通水路１７ｂとで構成されている。このうち、第一通水路１７ａは、キャビティ１４を仮想的に複数のセクションに分割した際、分割された各セクション（図１中、例えば１点鎖線で示すラインで区画された領域）に対応する位置に設けられている。この場合、全ての第一通水路１７ａの出口側に温度測定部１８と流量測定部１９とが設けられている。また、全ての第二通水路１７ｂの出口側にも温度測定部１８と流量測定部１９とが設けられている。
【００２２】
また、各セクションは、溶湯の射出側（プランジャスリーブ１５に近い側）から遠ざかるようにしてキャビティ１４を仮想的に分割している。よって、これら各セクションに対応する通水路１７は、キャビティ１４内に充填された溶湯の指向性凝固の向きに沿って配置されている。
【００２３】
なお、この実施形態では、冷却水はその上流側で所定の温度に管理された状態で各通水路１７に供給されるため、特に各通水路１７の入口側に温度測定部１８を設けてはいないが、もちろん必要に応じて入口側に温度測定部１８を設けてもよい。
【００２４】
次に、上記構成の鋳造装置１０を用いた鋳造品の品質管理方法の一例について説明する。この品質管理方法は、金型１３内に設けられた冷却水の通水路１７を通過した際の冷却水の温度上昇を取得する温度上昇取得工程（Ｓ１）と、温度取得工程（Ｓ１）で取得した温度上昇と、通水路１７を通過する冷却水の流量とを用いて、１回の鋳造サイクルの間に金型１３内に射出された溶湯が金型１３を通じて冷却水に奪われた被奪熱量を算出する被奪熱量算出工程（Ｓ２）と、被奪熱量算出工程（Ｓ２）で算出した被奪熱量に基づいて鋳造品の品質管理を行う品質管理工程（Ｓ３）とを具備する。
【００２５】
（Ｓ１）温度上昇取得工程
まず、金型１３内に設けられた通水路１７を通過した際の冷却水の温度上昇を取得する。具体的には、鋳造サイクルの開始時となる溶湯の射出開始時に合わせて第一通水路１７ａへの冷却水の通水を開始し、これと同時に第一通水路１７ａに設けた温度測定部１８で第一通水路１７ａの出口側における冷却水の温度測定を開始する。この際、温度測定と共に、流量測定部１９による冷却水の流量測定を開始してもよい。そして、キャビティ１４に射出された溶湯が冷却し、凝固し終えたら（凝固完了時に至ったら）通水を停止すると共に、温度測定部１８及び流量測定部１９による冷却水の温度及び流量の測定を終了する。この実施形態では、常時通水している第二通水路１７ｂについても、鋳造開始時から凝固完了時までの間、温度測定部１８及び流量測定部１９による冷却水の温度測定及び流量測定を行う。なお、凝固完了時を特定ないし検知できない場合は、凝固完了時に代えて離型時を測定終了時点としてもよい。
【００２６】
（Ｓ２）被奪熱量算出工程
こうして、鋳造作業期間（射出開始時から凝固完了時までの期間）中の各通水路１７を通過する冷却水の出口側温度が測定できたら、予め調整されている冷却水の入口側温度との差分をとる。これにより、鋳造開始時から時間ｔが経過した時点での冷却水の温度上昇ΔＴ（ｔ）が各通水路１７ごとに求められる。なお、通水路１７ごとの、鋳造開始時から時間ｔが経過した時点での冷却水の流量Ｑ（ｔ）は上述のように流量測定部１９で測定することにより即時取得可能である。
【００２７】
このようにして、各通水路１７ごとの温度上昇ΔＴ（ｔ）が求まったら、これら温度上昇ΔＴ（ｔ）とこれに対応する流量Ｑ（ｔ）を用いて、１回の鋳造サイクルの間に金型１３内に射出された溶湯が金型１３を通じて冷却水に奪われた被奪熱量を算出する（被奪熱量算出工程（Ｓ２））。具体的には、通水路１７ごとの被奪熱量Ｈは、温度上昇ΔＴ（ｔ）とこれに対応する流量Ｑ（ｔ）との積ΔＴ（ｔ）・Ｑ（ｔ）に比熱Ｃを乗算したものを経過時間ｔについて射出開始時ｔ１から凝固完了時ｔ２までの間で積分することにより得られる。この場合、被奪熱量Ｈは、下記の数式１で表される。なお、冷却水の比熱Ｃは実質的に１のため、省略しても構わない。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
また、被奪熱量Ｈは、グラフを用いて図２に示すように視覚的に表すことができる。図２中、ハッチングを付した部分の面積が被奪熱量Ｈに相当する。
【００３０】
（Ｓ３）品質管理工程
このようにして通水路１７ごとの被奪熱量Ｈが算出できたら、被奪熱量Ｈに基づいて鋳造品の品質管理を行う。具体的には、対比指標となる被奪熱量の基準値Ｈｓを予め求めておき、算出した被奪熱量Ｈとその基準値Ｈｓとを比較し、例えば被奪熱量Ｈの値が、基準値Ｈｓから許容値Ｒａの範囲に含まれている場合（Ｈｓ−Ｒａ≦Ｈ≦Ｈｓ＋Ｒａ）には、当該算出時の鋳造品は所要の鋳造品質を満たしているものと判定する。また、被奪熱量Ｈの値が上記範囲から外れている場合には、当該算出時の鋳造品は所要の鋳造品質を満たしていないものと判定する。この実施形態では、通水路１７ごとに算出した被奪熱量Ｈの総和ΣＨとその基準値ΣＨｓとを比較し、鋳造品質の良否判定を行う。なお、被奪熱量の基準値Ｈｓ（ΣＨｓ）は、良品生産時に実際に得られた被奪熱量Ｈの値や、ＣＡＥ等のシミュレーションにより得られたデータなどを基に設定することが可能である。
【００３１】
このように、本発明では、１回の鋳造サイクルの間に金型１３内に射出された溶湯が金型１３を通じて冷却水に奪われた被奪熱量Ｈを算出し、算出した被奪熱量Ｈに基づいて鋳造品の品質管理を行うようにしたので、金型１３全体に吸収された全ての熱エネルギー量、すなわち金型１３全体の温度分布を反映させたデータを被奪熱量Ｈとして得ることができる。そのため、従来のように、局所的な測定温度データに比べて、より信頼性及び確実性の高い温度情報を得ることができ、これにより、鋳造品の品質管理をより高精度に行うことが可能となる。
【００３２】
また、この実施形態のように、金型１３内に設けられた全ての通水路１７についてそれぞれ被奪熱量Ｈを算出し、これを足し合わせた値（総被奪熱量ΣＨ）に基づいて鋳造品の品質管理を行うことで、溶湯から金型１３に吸収された全ての熱エネルギー量を漏れなく確実に評価することができる。よって、鋳造品の品質管理をさらに高精度に行うことが可能となる。
【００３３】
また、この実施形態のように、金型１３内に設けられた溶湯のキャビティ１４を複数のセクションに仮想的に分割したときに、分割されたセクションごとに対応する位置に通水路１７（第一通水路１７ａ）を設ける場合、上述した被奪熱量Ｈ（ΣＨ）に基づく鋳造品質の良否判定と併せて、各セクションに対応する第一通水路１７ａを通過した冷却水の温度上昇ΔＴ（ｔ）が最高値を示した際の鋳造開始時からの経過時間をそれぞれ取得し、これら経過時間に基づいて、鋳造品の指向性凝固の良否を判定するようにしてもよい。
【００３４】
また、この実施形態のように、鋳造装置１０が図１に示す構成を成す場合、複数（この図示例では４つ）に分割されたキャビティ１４の各セクションに対応する第一通水路１７ａごとの冷却水の温度上昇ΔＴ（ｔ）が最高値を示した際の鋳造開始時からの経過時間を取得し、経過時間に基づいて、鋳造品の指向性凝固の良否を判定するようにしてもよい。具体的には、例えば図３に示すように、分割されたキャビティ１４の各セクションに対応する通水路１７ａの出口側の測定温度Ｔoutの履歴を評価することで、鋳造品の指向性凝固の良否を判定することもできる。これは、入口側の冷却水温度が一定に管理されているため、出口側温度Ｔoutの履歴を見れば、温度上昇ΔＴ（ｔ）の履歴が分かるためである。ここで、実際に測定した各通水路１７ａの出口側温度Ｔoutの最高値、すなわち温度上昇ΔＴ（ｔ）の最高値を示した際の鋳造開始時からの経過時間を、注入開始側（プランジャスリーブ１５の側）から遠い側のセクションに対応した通水路１７ａの値から順にＴｐ１、Ｔｐ２、Ｔｐ３、Ｔｐ４とした場合、図３に示すように、Ｔｐ１＜Ｔｐ２＜Ｔｐ３＜Ｔｐ４の関係を示すことが望ましい。すなわち、経過時間Ｔｐ１〜Ｔｐ４が上記の関係を満たす場合、指向性凝固が良好に生じたものと判定することができる。あるいは、この判定基準に加えて、各経過時間の差（Ｔｐ２−Ｔｐ１、Ｔｐ３−Ｔｐ２…）や、出口側温度Ｔoutの最高値の差（すなわち温度上昇ΔＴ（ｔ）の最高値の差）などに基づいて、指向性凝固の良否判定を行うようにしてもよい。
【００３５】
以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明は、その意図を反映した構成を逸脱しない限りにおいて、上記以外の構成を採ることも可能である。
【００３６】
例えば、上記実施形態では、被奪熱量Ｈの算出に当たり、各通水路１７の温度上昇ΔＴ（ｔ）と流量Ｑ（ｔ）を取得し（測定し）、これらの積ΔＴ（ｔ）・Ｑ（ｔ）を経過時間で積分した場合を説明したが、例えば流量Ｑ（ｔ）が一定に制御されている場合には、実質的に温度上昇ΔＴ（ｔ）、ひいては出口側の測定温度Ｔoutの温度変化のみでもって被奪熱量Ｈの算出を行い、この被奪熱量Ｈに基づき鋳造品の品質管理（鋳造品質の良否判定）を行うことも可能である。
【００３７】
また、被奪熱量Ｈの算出対象となる通水路１７（１７ａ，１７ｂ）は限定されない。全ての通水路１７について被奪熱量Ｈの算出を行う必要は必ずしもなく、鋳造品の品質にほとんど影響を与えない通水路１７（例えば金型１３冷却用の第二通水路１７ｂなど）が判明すれば、その通水路１７を除く残りの通水路１７について被奪熱量Ｈを算出し、これに基づき鋳造品の品質管理を行うようにしてもよい。仮に、鋳造品質に対して最も影響の大きい１つの通水路１７が判明したのであれば、当該１つの通水路１７についてのみ被奪熱量Ｈを算出し、これに基づき鋳造品の品質管理を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１０   鋳造装置
１１   固定型
１２   可動型
１３   金型
１４   キャビティ
１５   プランジャスリーブ
１６   プランジャ
１７（１７ａ，１７ｂ）  通水路
１８   温度測定部
１９   流量測定部
Ｃ     比熱
ΔＴ（ｔ）  温度上昇
Ｑ（ｔ）  流量
Ｈ     被奪熱量
ｔ     経過時間
ｔ１   射出開始時
ｔ２   凝固完了時
Ｔout  出口側温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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