(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型装置を形成する材料として適するか否かを検査する金型材の特性検査装置であって、
前記金型材を初期設定温度に加熱する加熱手段と、
前記金型材にレーザビームを照射して初期設定温度以上の所定温度に加熱するレーザビーム発生手段と、
前記金型材が所定温度に到達した後、該金型材を冷却する冷却手段と、
前記加熱手段並びにレーザビーム発生手段による金型材に対する加熱作用、および冷却手段による冷却作用を制御する加熱・冷却制御手段と、
を備えることを特徴とする金型材の特性検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、鋳造等の金型装置に用いられる金型材の耐ヒートクラック等の特性を検査するための金型材の特性検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から鋳物を製造するために金型装置が使用されている。例えば、前記金型装置に画成されたキャビティに加熱された溶湯を流入し、前記金型装置を冷却した後、前記金型装置から鋳物が取り出される。このような製造工程を連続して繰り返すことにより、鋳物を大量に製造することができる。
【０００３】
ところで、前記金型装置は、加熱された溶湯がキャビティ内に流入されることによって所定温度に加熱され、その後、冷却水等の冷却手段を介して冷却される。前記のように鋳物を大量に製造する場合には、金型装置に対する加熱および冷却が連続して繰り返される。このため、鋳物の製造に使用される金型装置は、加熱作用および冷却作用の長期間の繰り返し使用に耐え得るような材料によって形成されている。
【０００４】
前記金型装置の熱疲労特性を検査する方法としては、図４に示されるように、金型装置に用いられる金型材２を所定の温度に加熱した後、前記金型材２を水４または油に浸漬して冷却するという工程を手作業により行う。さらに、前記加熱および冷却工程を所定サイクルにわたって順次繰り返した後、金型材にヒートクラック等が発生しているかどうかによって熱疲労特性を評価し、金型装置を形成する材料としての適否を判断している。
【０００５】
ここで、前記方法を使用した金型材２の温度と時間との関係を図５に示す。図中において、特性曲線Ａ〜Ｄは、金型材２に対する加熱方法として種々の異なる手段を採用した場合の温度特性であり、実線で示される特性曲線Ａは、溶融した金属若しくは塩中に金型材２を浸漬して加熱した場合、一点鎖線で示される特性曲線Ｂは、高周波または低周波等の電波によって誘導加熱した場合、破線で示される特性曲線Ｃは、金属粒子またはセラミック粒子の流動層中に金型材２を浸漬して加熱した場合、並びに二点鎖線で示される特性曲線Ｄは、高温に加熱した炉中に金型材２を投入して加熱した場合を夫々示している。
【０００６】
この場合、温度上昇率ΔＴは、温度変化量／時間によって求められ（特性曲線Ｄ参照）、各特性曲線における温度上昇率ΔＴは、特性曲線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順に小さくなっている。例えば、特性曲線Ａの温度上昇率ΔＴＡ  は１０００℃／ｓｅｃであり、特性曲線Ｂの温度上昇率ΔＴＢ  は３００℃／ｓｅｃ、特性曲線Ｃの温度上昇率ΔＴＣ  は２００℃／ｓｅｃ、並びに、特性曲線Ｄの温度上昇率ΔＴＤ  は１０℃／ｓｅｃである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の検査方法に用いた金型材２によって金型装置を製造し、この金型装置を用いて実際に鋳物を鋳造成形した場合の温度上昇率ΔＴは、特性曲線Ａに近似し、他の加熱手段による特性曲線Ｂ〜Ｄとは異なるものであった。
【０００８】
前述のようにして金型材２に対する熱疲労特性を検査する場合、その加熱手段によって得られる温度上昇率ΔＴの特性が夫々異なるとともに、金型材２から得られた温度特性と前記金型材２によって形成された金型装置を用いて実際に鋳造成形した場合の温度特性が異なる場合があるという不都合がある。
【０００９】
また、前記検査方法では、加熱および冷却作用を手作業によって行っているため、煩雑であるとともに、多くの労力と時間を費やさなければならないという不都合がある。
【００１０】
本発明は、前記不都合を克服するためになされたものであり、検査によって得られた温度特性と金型装置を形成して実際に鋳造成形した場合の温度特性が一致するとともに、迅速且つ簡便に金型材の適否を評価することが可能な金型材の特性検査装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、金型装置を形成する材料として適するか否かを検査する金型材の特性検査装置であって、
前記金型材を初期設定温度に加熱する加熱手段と、
前記金型材にレーザビームを照射して初期設定温度以上の所定温度に加熱するレーザビーム発生手段と、
前記金型材が所定温度に到達した後、該金型材を冷却する冷却手段と、
前記加熱手段並びにレーザビーム発生手段による金型材に対する加熱作用、および冷却手段による冷却作用を制御する加熱・冷却制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
上記の本発明に係る金型材の特性検査装置では、加熱・冷却制御手段による制御下に、加熱手段によって検査対象である金型材を初期設定温度に加熱した後、レーザビーム発生手段によって所定温度まで加熱する。
【００１３】
前記加熱された金型材が所定温度に到達した後、加熱・冷却制御手段による制御下に、冷却手段を介して金型材が初期設定温度まで冷却される。このようなレーザビーム発生手段および冷却手段による加熱・冷却作用を連続して所定回数繰り返した後、金型材にヒートクラックが発生しているか否かを検査し、該金型材が金型装置の材料として適するか否かの評価および材料選定を行う。
【００１４】
【実施例】
次に、本発明に係る金型材の特性検査装置について好適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施例に係る金型材の特性検査装置を示す概略構成図である。
【００１６】
この金型材の特性検査装置１０は、矢印ＸまたはＹ方向に変位して開口部１２を開閉するシャッタ１４を有し、箱状に形成されたカバー本体１６と、前記カバー本体１６内に収容された金型材１８とを含む。前記金型材１８の下部には、製造された金型装置（図示せず）によって鋳造成形する際に初期設定温度まで加熱するヒータ２０が設けられ、前記金型材１８の上方には、通路２２を介してエアー供給手段２４に接続される一対のノズル２６ａ、２６ｂが所定間隔離間して設けられている。前記ノズル２６ａ、２６ｂから金型材１８に向かってエアーを噴射することにより金型材１８に付着した水滴等を吹き飛ばし、該金型材１８を乾燥させることができる。前記カバー本体１６の底面部は通路２８を介して冷却水供給手段３０に接続され、前記通路２８は冷却水を排水するための機能をも営む。なお、前記通路２２、２８中には、該通路２２、２８を開閉するためのバルブ３２、３４が夫々介装されている。
【００１７】
前記カバー本体１６の開口部１２の上方にはレーザビームＬを照射する照射部３６を含むレーザ発振器３８が設けられ、前記照射部３６に近接して放射温度計４０が付設されている。前記レーザ発振器３８と放射温度計４０との間には、レーザビームＬの照射強度をフィードバック制御するフィードバック回路４２が接続されている。
【００１８】
前記カバー本体１６内に収容された金型材１８およびヒータ２０には熱電対４４を介して温度記録計４６が接続され、前記温度記録計４６の一方には放射温度計４０が接続され、他方には加熱・冷却制御手段４８（以下、単に制御手段４８という）が接続されている。この制御手段４８は、ヒータ２０およびレーザ発振器３８に夫々接続され、信号を導出することにより該ヒータ２０およびレーザ発振器３８を付勢・滅勢する。さらに、前記制御手段４８には、エアー供給手段２４および冷却水供給手段３０が夫々接続され、ノズル２６ａ、２６ｂから噴射されるエアーの供給量および冷却水の量を夫々制御する。
【００１９】
本発明の実施例に係る金型材の特性検査装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、図２に示されるフローチャートに基づいて動作並びに作用効果を説明する。
【００２０】
先ず、カバー本体１６内のヒータ２０上に検査対象となる金型材１８をセットする（ステップＳ１）。次に、制御手段４８から信号を導出してヒータ２０を付勢し、図３に示されるように、金型材１８を室温から初期設定温度Ｔ１  に到達するまで加熱する（ステップＳ２）。なお、前記初期設定温度Ｔ１  は、金型材１８によって形成された金型装置（図示せず）に対し、溶湯を注入する前の予熱温度を表している。前記加熱された金型材１８が初期設定温度Ｔ１  に到達したか否かは、熱電対４４を介して温度記録計４６から導出される検出信号に基づいて制御手段４８によって判断される（ステップＳ３）。金型材１８が初期設定温度Ｔ１  に到達していない場合には、ヒータ２０によって継続して加熱される。
【００２１】
金型材１８が初期設定温度Ｔ１  に到達した時、制御手段４８から信号を導出してレーザ発振器３８を駆動し、照射部３６からレーザビームＬを金型材１８に照射する（ステップＳ４）。その際、ヒータ２０は、制御手段４８から導出される信号によって滅勢される。なお、この場合、シャッタ１４は予め矢印Ｙ方向に移動してカバー本体１６の開口部１２が開成されているものとする。また、前記レーザビームＬによる温度上昇率ΔＴＬ  は、例えば、３０００℃／ｓｅｃとする。
【００２２】
前記金型材１８は、図３に示されるように、レーザビームＬによって急速に加熱され、前記加熱された金型材１８の温度は放射温度計４０によって測定される（ステップＳ５）。制御手段４８では、温度記録計４６を介して放射温度計４０から導出される検出信号に基づいて金型材１８の加熱温度が最高温度Ｔ２  に到達したか否かを判断し、金型材１８が最高温度Ｔ２  に到達していない場合には、レーザビームＬの強度を増大させて金型材１８の温度を上昇させる（ステップＳ６、Ｓ７）。
【００２３】
このようにして、金型材１８が最高温度Ｔ２  に到達した時、制御手段４８から信号を導出してレーザ発振器３８を滅勢し、金型材１８に対するレーザビームＬの照射を休止するとともに、図示しない変位手段を駆動させ、シャッタ１４を矢印Ｘ方向に移動させてカバー本体１６の開口部１２を閉塞する（ステップＳ８）。続いて、通路２２、２８中に介装されたバルブ３２、３４を夫々開成するとともに、制御手段４８から信号を導出して冷却水供給手段３０を付勢し、前記通路２８を通じてカバー本体１６内に冷却水を供給する（ステップＳ９、Ｓ１０）。
【００２４】
この結果、最高温度Ｔ２  に加熱された金型材１８は急速に冷却され、図３に示されるように、初期設定温度Ｔ１  まで温度が急激に下降する。この時、制御手段４８を介してエアー供給手段２４を付勢し、ノズル２６ａ、２６ｂから噴射されるエアーによって金型材１８が乾燥される。
【００２５】
以後、ヒータ２０によって初期設定温度Ｔ１  に保持された金型材１８をレーザビームＬによって最高温度Ｔ２  まで急速に加熱する工程と、最高温度Ｔ２  に到達した金型材１８を冷却水によって急速に初期設定温度Ｔ１  まで冷却する工程とを合わせて１サイクルとし、このサイクルを所定回数連続して繰り返す（図３参照）。
【００２６】
この結果、金型材１８にヒートクラック等が発生したか否かを検査する。金型材１８にヒートクラックが発生しない場合には、金型装置を形成するのに適していると評価し、ヒートクラックが発生した場合には、不適であると評価する。
【００２７】
この場合、本実施例に係る金型材の特性検査装置１０の特性検査によって得られた温度特性は、金型装置を形成して実際に鋳造成形した場合の温度特性と略一致している。また、本実施例に係る金型材の特性検査装置１０は、従来技術のように、手作業により金型材を加熱、冷却する必要がないため、迅速且つ簡便に金型装置の材料としての適否並びに選定を行うことができる。
【００２８】
さらに、本実施例では、レーザビームＬによって加熱される最高温度Ｔ２  を、金型装置が実際に使用される状態の最高温度よりも高めに制御することにより、該金型装置の実際の使用条件よりも苛酷な検査条件を設定して、より一層耐久性が向上した金型装置の材料選定を行うことが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係る金型材の特性検査装置によれば、以下の効果が得られる。
【００３０】
すなわち、従来技術のように、手作業により金型材を加熱、冷却する必要がないため、迅速且つ簡便に金型装置の材料としての適否並びに選定を行うことができる。
【００３１】
また、本発明に係る金型材の特性検査装置の特性検査によって得られた温度特性と、金型装置を形成して実際に鋳造成形した場合の温度特性とを略一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る金型材の特性検査装置を示す概略構成図である。
【図２】金型材の特性検査装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】図１の金型材の特性検査装置における加熱温度と時間との関係を示す説明図である。
【図４】従来技術における金型材の特性検査方法を示す説明図である。
【図５】図４の金型材の特性検査方法における温度特性を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…金型材の特性検査装置              １２…開口部
１４…シャッタ                          １６…カバー本体
１８…金型材                            ２０…ヒータ
２２、２８…通路                        ２４…エアー供給手段
２６ａ、２６ｂ…ノズル                  ３０…冷却水供給手段
３２、３４…バルブ                      ３８…レーザ発振器
４０…放射温度計                        ４４…熱電対
４６…温度記録計                        ４８…加熱・冷却制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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