(57)【要約】【課題】冷媒の総使用量を抑えつつ、好適な冷却速度で冷却対象物を効率良く冷却することが可能な冷却方法を提供する。【解決手段】本発明の冷却方法は、冷却対象物に対して冷媒を供給して冷却を行う冷却方法に関する。本発明では、冷却対象物の冷却対象面の濡れ状態を検出し、濡れ状態に基づいて、冷媒の流量を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象物に対して冷媒を供給して冷却を行う冷却方法であって、
前記冷却対象物の冷却対象面の濡れ状態を検出し、当該濡れ状態に基づいて、前記冷媒の流量を制御する、冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来一般的に冷媒を用いた冷却方法においては、冷却開始から冷却終了まで冷媒の流量（単位時間当たりの供給量）は一定値に固定される。冷媒の設定流量が少ない場合、冷却対象物を効果的に冷却することができず、冷却速度が低下する。この場合、冷媒の総使用量は少なくて済むが、冷却時間が長くなってしまう。冷媒の設定流量が多くなる程、冷却速度が増加するが、冷媒の総使用量が多くなる。特に、冷媒の供給量が蒸発量を超え、冷却対象物の表面全体が濡れた状態になると、これ以上冷媒を供給しても、この冷媒は冷却にはほとんど寄与せず、冷媒の供給は多くが無駄になり、冷媒の総使用量が増す。冷媒の総使用量を抑えつつ、好適な冷却速度で効率良く冷却を実施できることが好ましい。
【０００３】
特許文献１には、冷媒（具体的には冷却水）を用いて冷却対象物を冷却する際に、冷却対象物の温度を測定し、測定温度に基づいて冷媒供給弁の弁開度を制御する方法が開示されている（実用新案登録請求の範囲）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６３−２７４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の方法では、冷却対象物の濡れ状態を検出することができず、冷却対象物の表面全体が濡れた状態になった場合の冷媒の無駄な供給を低減することはできない。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、冷媒の総使用量を抑えつつ、好適な冷却速度で冷却対象物を効率良く冷却することが可能な冷却方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の冷却方法は、
冷却対象物に対して冷媒を供給して冷却を行う冷却方法であって、
前記冷却対象物の冷却対象面の濡れ状態を検出し、当該濡れ状態に基づいて、前記冷媒の流量を制御するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、冷媒の総使用量を抑えつつ、好適な冷却速度で冷却対象物を効率良く冷却することが可能な冷却方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の冷却方法の適用例を示す模式図である。
【図２】冷媒の流量制御のフローチャートの一例である。
【図３】本発明を適用した場合の、冷媒の流量の経時変化、ｆ（ｔ）値の経時変化、およびキャビティ面温度の経時変化のグラフの例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、冷媒を用いた冷却対象物の冷却方法に関する。
本発明では、冷却対象物の冷却対象面の濡れ状態を検出し、当該濡れ状態に基づいて、前記冷媒の流量を制御する。
冷媒としては特に制限されず、冷却水等が挙げられる。
【００１１】
一般的に、冷却速度は、下記式（１）で表される。
冷却速度＝−（ｄＴ／ｄｔ）＝Ｓ・ｐ・ｈｗ・（Ｔ−Ｔｗ）＋Ｓ・（１−ｐ）・ｈａ・（Ｔ−Ｔａ）・・・（１）
（式（１）中、各記号は以下の意味を示す。Ｓ：冷却対象面の総面積、ｐ：冷却対象面の濡れ面積率、ｈｗ：冷媒に対する熱伝達係数、ｈａ：対流熱伝達係数、Ｔ：冷却対象面の温度、Ｔｗ：冷媒温度、Ｔａ：雰囲気温度、ｔ：冷却開始からの経過時間。）
【００１２】
ｈｗに対してｈａは無視できる程度に小さい（ｈｗ＞＞ｈａ）ため、冷却速度は、下記式（２）で概算される。
冷却速度＝−（ｄＴ／ｄｔ）≒Ｓ・ｐ・ｈｗ・（Ｔ−Ｔｗ）・・・（２）
【００１３】
上記式（２）で概算されるように、冷却速度は冷却対象面の濡れ状態と相関があり、冷却対象面の濡れ面積率ｐに対してほぼ比例する。そこで、本発明では、冷却対象面の濡れ状態を検出し、冷却対象面の濡れ状態に基づいて、冷媒の流量（単位時間当たりの供給量）を制御する。
【００１４】
冷却対象物の冷却開始時の温度は、特に制限されない。本発明の冷却方法は、冷却開始時の温度が３００℃超等の高温である場合に好ましく適用することができる。
冷却開始時の冷却対象物の温度が３００℃超等の高温である場合、冷却開始直後において、冷却対象物の表面の蒸気圧が非常に高く、冷却開始から冷却終了まで冷媒の流量を一定値に固定する従来一般的な方法の流量で冷媒を供給しても、冷媒が冷却対象物の表面に到達せず、冷却対象面の濡れはほとんどなく、濡れ面積率ｐはゼロまたはそれに近い値となる。このように濡れ面積率ｐが非常に小さい状態では、冷却対象物の表面の蒸気圧に打ち勝つよう、冷媒の流量を増加させることが好ましい。
冷却開始初期では、冷却対象物の温度が依然として高温（例えば３００℃以上）であり、濡れ状態にムラがあり、冷却対象面の濡れ面積率ｐが小さい。このように濡れ状態にムラがあり濡れ面積率ｐが小さい状態では、冷却速度を上げるために、冷媒の流量を増加させることが好ましい。
冷却開始からある程度の時間が経過した後に、冷却対象物の表面全体が濡れ、冷却対象面の濡れ面積率ｐが最大となる。この状態で、これ以上冷媒を供給しても、この冷媒は冷却にはほとんど寄与せず、冷却速度はほとんど増加しない。この状態では、冷媒の追加供給は多くが無駄になるため、冷媒の流量を低減させることが好ましい。この状態では、冷却対象面から蒸発で失われる分のみ、冷媒を最小限追加供給すればよい。
【００１５】
上記のように、濡れ状態（濡れ面積率ｐ）に応じて冷媒の流量を制御する本発明の冷却方法では、濡れ面積率ｐが小さい冷却開始直後および冷却初期においては、冷媒の流量を増加させて冷却速度を増加させ、濡れ面積率ｐが最大となった以降は、冷媒の流量を低減しても充分な冷却速度が得られるため、冷媒の流量を最小限に抑えることができる。そのため、本発明の冷却方法によれば、冷媒の総使用量を抑えつつ、好適な冷却速度で冷却対象物を効率良く冷却することが可能となる。
【００１６】
冷却対象面の濡れ状態の検出方法としては、カメラ等を用いて冷却対象面を観察または撮像する方法が考えられるが、冷却開始時の冷却対象物の温度が３００℃超等の高温である場合、冷却対象面上に蒸気が存在するため、検出は難しい。
その他、冷却対象面上に複数の濡れ検知センサを設置する方法が考えられるが、プロセスまたは構造上の制約が大きく、実用的ではない。
【００１７】
冷却対象面上に蒸気が存在していても検出可能で、プロセスまたは構造上の制約の少ない方法で、冷却対象面の濡れ状態を検出できることが好ましい。
【００１８】
上記式（２）から、下記式（３）が導かれる。
ｐ∝１／（Ｔ−Ｔｗ）・（−ｄＴ／ｄｔ）・・・（３）
上記式（３）の右辺の関数をｆ（ｔ）とする。ｆ（ｔ）は下記式（４）で表される。
ｆ（ｔ）＝１／（Ｔ−Ｔｗ）・（−ｄＴ／ｄｔ）・・・（４）
【００１９】
上記式（３）に示すようにｆ（ｔ）はｐに対してほぼ比例するため、冷却対象面の濡れ状態（濡れ面積率ｐ）の指標として、ｆ（ｔ）値を用いることができる。冷却対象面の温度Ｔを経時的に測定し、その温度推移（−ｄＴ／ｄｔ）からｆ（ｔ）値を求めることができる。冷却対象面の温度Ｔは、冷却対象物の表面またはその近傍に熱電対および光ファイバ温度センサ等の温度測定手段を接触させて、測定することができる。
【００２０】
上記のように、ｆ（ｔ）値の大小は濡れ面積率ｐの大小に対応するため、ｆ（ｔ）値に基づいて、冷媒の流量を制御することができる。具体的には、冷却開始からｆ（ｔ）＜基準値である間は、冷却対象面の濡れ状態が不充分である（濡れ面積率ｐが小さい）ので、冷媒の流量を増加するよう制御し、ｆ（ｔ）≧基準値となった以降は、冷却対象面の濡れ状態が充分である（濡れ面積率ｐが充分に大きい）ので、冷媒の流量を低減するよう制御することができる。
【００２１】
本発明の冷却方法は、ダイカスト鋳造法による金属成形で用いられるダイカスト金型の冷却等に好ましく適用することができる。
ダイカスト鋳造法では、固定型と可動型とからなるダイカスト金型を備えたダイカストマシンが用いられる。ダイカスト金型は、金属成形体の形状に設計された空間部（以下、「キャビティ」と言う。）を有する。ダイカストマシンは、公知のものを用いることができる。
ダイカスト鋳造法による鋳造は概略、以下のように行われる。
はじめに、固定型と可動型のキャビティ面にそれぞれ離型剤（潤滑剤ともいう）が塗布される。
次いで、固定型と可動型とが合わされ、型締めが行われる。
次いで、キャビティ内に溶融金属（溶湯ともいう）が注入される。溶融金属の温度は通常１０００℃以上、例えば１２００℃程度である。ダイカスト金型内を流れる冷媒等の冷却媒体によってキャビティ内の溶融金属が冷却され凝固した後、可動型が固定型から離間される。
以上のようにして、キャビティ内に所望形状の金属成形体が鋳造される。金属成形体は、ダイカストマシンに備えられたロボットハンドを用いて取り出される。
【００２２】
成形終了時の固定型と可動型のキャビティ面は、例えば３００〜８００℃であり、８００℃を超えている場合もある。冷却水等の冷媒を用いてキャビティ面を２００℃以下に冷却することが好ましい。ただし、冷却終了後にキャビティ面に冷却水等の冷媒が付着していると、次の成形用の離型剤が良好に付着できず、付着したとしても離型剤が冷媒を含んで摩擦係数が増加してしまうため、好ましくない。
【００２３】
図１を参照して、本発明の適用例について説明する。図中、符号１１はダイカスト金型の固定型、符号１２はキャビティ、符号２１はロボットアーム、符号２２は冷媒噴射ノズル、符号２３は冷媒の配管、符号２４は開閉弁、符号３１は熱電対および光ファイバ温度センサ等の温度測定手段、符号３２は制御装置（コントローラ）である。
【００２４】
図１に示すように、ロボットアーム２１に冷却水等の冷媒を噴射する冷媒噴射ノズル２２を取り付ける。冷媒噴射ノズル２２には冷媒が流下する配管２３が接続されており、その流路には冷媒の流量を調整する開閉弁２４が設けられている。開閉弁２４には、その開閉を制御する制御装置（コントローラ）３３が接続されている。図１において、開閉弁２４は開状態であり、Ｗはノズルから噴射されている冷却水等の冷媒を示す。
固定型１１の内部には熱電対等の温度測定手段３１が挿入されており、固定型１１のキャビティ面近傍の温度が経時的に測定できるようになっている。
【００２５】
温度測定手段３１による測定温度データは制御装置（コントローラ）３２に入力される。制御装置（コントローラ）３２は、入力された測定温度データから温度推移（−ｄＴ／ｄｔ）を求め、ｆ（ｔ）値を求める。さらに、得られたｆ（ｔ）値と基準値とを比較し、ｆ（ｔ）値に応じて開閉弁２４の開閉を制御する。
【００２６】
制御装置（コントローラ）３２は例えば、単位時間当たりの開閉弁２４の開時間と閉時間との比を制御することで、冷媒の流量（単位時間当たりの噴射量）を制御することができる。具体的には、冷却開始からｆ（ｔ）＜基準値である間は、冷却対象面の濡れ状態が不充分である（濡れ面積率ｐが小さい）ので、単位時間当たりの開閉弁２４の開時間を長くして、冷媒の流量を増加するよう制御し、ｆ（ｔ）≧基準値となった以降は、冷却対象面の濡れ状態が充分である（濡れ面積率ｐが充分に大きい）ので、単位時間当たりの開閉弁２４の開時間を短くして、冷媒の流量を低減するよう制御することができる。
図２に冷媒の流量制御のフローチャートの一例を示しておく。
【００２７】
熱電対等の温度測定手段３１は単数でもよいが、図１に示すように、固定型１１のキャビティ面近傍の温度は、複数の温度測定手段３１を用いて、複数点で測定することが好ましい。図中、符号Ｐは温度測定点を模式的に示す。なお、複数の温度測定手段３１を用いる場合、これらの平均測定温度からｆ（ｔ）値を求め、上記制御を行うことができる。
【００２８】
本発明を適用した場合の、冷媒の流量の経時変化、ｆ（ｔ）値の経時変化、およびキャビティ面温度の経時変化のグラフの例を図３に示す。
なお、冷媒の流量の経時変化のグラフには、冷却開始から冷却終了まで冷媒の流量を一定値に固定する従来一般的な方法の設定流量の例を破線で示してある。この例では、冷却開始時のキャビティ面温度は４００℃であった。この例では、０．２秒ごとにｆ（ｔ）を求め、冷媒の流量を制御した。
冷却開始から冷却初期ではｆ（ｔ）＜基準値であったので、冷媒の流量を従来一般的な方法の設定流量よりも高く制御し、ｆ（ｔ）≧基準値となった以降は、冷媒の流量を従来一般的な方法の設定流量よりも低く制御した。この例では、従来と同等以下の時間で従来と同等レベルまで冷却することができた。具体的には、１．５秒以内の冷媒噴射で２００℃以下に冷却することができた。また、ｆ（ｔ）≧基準値となった以降の冷媒の供給量を従来よりも低減することができたので、冷却効率を低下させることなく、従来よりも冷媒の総使用量を低減することができた。また、冷却終了時におけるキャビティ面の冷媒付着を抑制することができたので、冷却終了後のキャビティ面に、次の成形用の離型剤を良好に塗布することができた。
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、冷媒の総使用量を抑えつつ、好適な冷却速度で冷却対象物を効率良く冷却することが可能な冷却方法を提供することができる。
【００３０】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、適宜設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１１  固定型
１２  キャビティ
２１  ロボットアーム
２２  冷媒噴射ノズル
２３  配管
２４  開閉弁
３１  温度測定手段
３２  制御装置（コントローラ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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