(57)【要約】【課題】  鋳造時に、溶湯が、ガス抜き通路に設けられた開閉バルブを通過してガス抜き通路外に排出されるのを確実に防止することができる手段を提供する。【解決手段】  キャビティと連通するガス抜き経路を溶湯圧で閉じるベントバルブ装置を備えた鋳造装置のガス抜き経路の評価方法においては、まず任意の形状のガス抜き経路を備えた鋳造装置について、ガス抜き経路内における溶湯の状態を時系列的に予測する鋳造シミュレーションにより溶湯の湯流れ解析を行う。次に、湯流れ解析により、溶湯がガス抜き経路を介してベントバルブ装置に到達したか否かを判定する。そして、溶湯がベントバルブ装置に到達した時点におけるガス抜き経路の基準領域内の平均化された１個当りの溶湯体積が、ベントバルブ装置を閉じさせることができる最小溶湯体積以上であるか否かを判定し、最小溶湯体積以上であれば、ガス抜き経路が良好であると評価する。【選択図】図４
2007061828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティを備えた金型と、該キャビティ内に溶湯を注入する射出装置と、キャビティと連通するガス抜き経路を溶湯圧で閉じるベントバルブ装置とを備えた鋳造装置のガス抜き経路の評価方法であって、
任意の形状のガス抜き経路を備えた鋳造装置について、ガス抜き経路内における溶湯の状態を時系列的に予測する鋳造シミュレーションにより溶湯の湯流れ解析を行い、
上記湯流れ解析により、溶湯がガス抜き経路を介してベントバルブ装置に到達したか否かを判定し、
溶湯がベントバルブ装置に到達した時点におけるガス抜き経路の基準領域内の平均化された１個当りの溶湯体積が、ベントバルブ装置を閉じさせることができる最小溶湯体積以上であるか否かを判定し、上記溶湯体積が上記最小溶湯体積以上であれば、ガス抜き経路が良好であると評価することを特徴とする鋳造装置のガス抜き経路の評価方法。
【請求項２】
上記溶湯体積が上記最小溶湯体積以上である場合、さらに、上記湯流れ解析により、溶湯がベントバルブ装置に到達するのに要する時間が、ガス抜き経路内の溶湯の流速に関連する基準時間以上であるか否かを判定し、上記時間が上記基準時間以上である場合にのみ、ガス抜き経路が良好であると評価することを特徴とする、請求項１に記載の鋳造装置のガス抜き経路の評価方法。
【請求項３】
上記鋳造装置が、ベントバルブ装置を介してガス抜き経路に真空圧を作用させる真空装置を備えていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋳造装置のガス抜き経路の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造シミュレーションにより鋳造装置のガス抜き経路内の溶湯の湯流れ解析を行い、この湯流れ解析に基づいてガス抜き経路の良否を評価するようにした鋳造装置のガス抜き経路の評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ダイカスト鋳造においては、キャビティ内のエアをガス抜き通路を介して真空装置で吸引しつつ、射出装置からキャビティ内に溶湯を注入するようにしている。そして、かかるダイカスト鋳造では、引け巣やガス欠陥などの品質不具合の原因となるエアの巻き込みをなくすため、高真空状態でエアを迅速に吸引することが求められる。また、ダイカスト鋳造では、一般の鋳造に比べて金型温度が低いので、溶湯温度が低く、湯廻り不良などの品質不具合が発生する危険性が高い。このため、溶湯速度を可及的に高めることが求められる。つまり、ダイカスト鋳造では、溶湯速度の高速化や、キャビティ内の高真空化により高品質な製品製造が可能となる。
【０００３】
その反面、エアを排出するガス抜き通路から溶湯が流出し、真空装置内に溶湯の固化物（例えば、アルミニウム）が堆積する。このため、真空装置の機能が損なわれ、高真空状態を維持できなくなり、引け巣やガス欠陥などの品質不具合が生じたり、生産性が低下したりするといった問題が発生している。そこで、従来のダイカスト鋳造では、通常、ガス抜き通路に、溶湯圧で溶湯の到達を感知する溶湯検出器と、該溶湯検出器が溶湯の到達を感知したときにガス抜き通路を閉止する開閉バルブとを設け、真空装置に溶湯が入り込むのを防止するようにしている（例えば、特許文献１参照）。なお、特許文献１に記載された減圧金型鋳造装置では、鋳造時に開閉バルブの開閉位置を検出して鋳造品質の良否判定を行うようにしている。
【特許文献１】特開２０００−２０５１４１号公報（段落[００１２]、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ダイカスト鋳造では、溶湯速度が速くかつ真空度が高いので、キャビティないしはガス抜き通路の形態によっては、溶湯が細かく分散し、細かな先湯（例えば、溶湯のカス）がキャビティ内及びガス抜き通路内を先走りすることがある。この場合、溶湯検出器が溶湯を感知したときには、先湯はすでに開閉バルブを通過してしまっており、真空装置に溶湯（先湯）が入り込むのを防止することができないといった問題がある。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、鋳造時に、溶湯（先湯）が、ガス抜き通路に設けられた開閉バルブを通過してガス抜き通路外に排出されるのを確実に防止することができる手段を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた本発明に係る鋳造装置のガス抜き経路の評価方法は、キャビティを備えた金型と、該キャビティ内に溶湯を注入する射出装置と、キャビティと連通するガス抜き経路を溶湯圧で閉じるベントバルブ装置とを備えた鋳造装置のガス抜き経路の良否をシミュレーションにより評価するものである。この鋳造装置のガス抜き経路の評価方法においては、まず、任意の形状のガス抜き経路を備えた鋳造装置について、ガス抜き経路内における溶湯の状態を時系列的に予測する鋳造シミュレーションにより溶湯の湯流れ解析を行う。次に、湯流れ解析により、（シミュレーション上で）溶湯がガス抜き経路を介してベントバルブ装置に到達したか否かを判定する。そして、溶湯がベントバルブ装置に到達した時点におけるガス抜き経路の基準領域内の平均化された１個当りの溶湯体積が、ベントバルブ装置を閉じさせることができる最小溶湯体積以上であるか否かを判定する。ここで、上記溶湯体積が最小溶湯体積以上であれば、ガス抜き経路が良好であると評価する。
【０００７】
本発明に係る鋳造装置のガス抜き経路の評価方法においては、上記溶湯体積が最小溶湯体積以上である場合、さらに、湯流れ解析により、溶湯がベントバルブ装置に到達するのに要する時間（以下「溶湯到達時間」という。）が、ガス抜き経路内の溶湯の流速に関連する基準時間以上であるか否かを判定し、溶湯到達時間が上記基準時間以上である場合にのみ、ガス抜き経路が良好であると評価するようになっているのが好ましい。なお、本発明に係る鋳造装置のガス抜き経路の評価方法は、鋳造装置が、ベントバルブ装置を介してガス抜き経路に真空圧を作用させる真空装置を備えている場合に、とくに有効である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る鋳造装置のガス抜き経路の評価方法によれば、溶湯の先湯が細かく分散してベントバルブ装置が閉作動不良となるガス抜き経路の設計を防止することができる。すなわち、溶湯の先湯が細かく分散するのを防止する形状のガス抜き経路を設計することが可能となる。したがって、鋳造時に、溶湯が、ガス抜き通路に設けられたベントバルブ装置の開閉バルブに入り込んだり、ベントバルブ装置を通過して真空装置に入り込んだりするのを確実に防止することができる鋳造装置ないしはその金型を製作することが可能となる。
【０００９】
本発明に係る鋳造装置のガス抜き経路の評価方法において、溶湯到達時間が基準時間以上である場合にのみガス抜き経路が良好であると評価するようになっている場合は、ガス抜き経路内の溶湯流速に関連させてベントバルブ装置からの溶湯流出を防止することができるガス抜き経路を設定することができる。また、鋳造装置が真空装置を備えている場合は、溶湯の先湯が細かく分散する現象が生じ易いキャビティ内の高真空化に対しても適切な形状のガス抜き経路を設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態（実施の形態）を具体的に説明する。まず、図１及び図２を参照しつつ、本発明に係るガス抜き経路（通路）の評価方法の対象となる鋳造装置及びそのベントバルブ装置の構成及び動作を具体的に説明する。
【００１１】
図１に示すように、ダイカスト鋳造により鋳造品を製造する鋳造装置１は、固定金型２と、該固定金型２に対向して配置され固定金型２に対して接近する方向又は離反する方向に移動することができる可動金型３とを備えている。なお、図１は、可動金型３が固定金型２に当接している状態、すなわち両金型２、３が型締めされた状態を示している。そして、固定金型２と可動金型３との間には、鋳造品に対応する形状に形成されたキャビティ４が画成されている。キャビティ４は、固定金型２に取り付けられたスリーブ５内に形成された溶湯供給通路６と連通している。また、鋳造装置１には、射出装置７が設けられ、この射出装置７は、鋳造時にはプランジャチップ８から溶湯９を溶湯供給通路６内に射出してキャビティ４に注入するようになっている。
【００１２】
さらに、鋳造装置１には、キャビティ４と連通するガス抜き通路１０（ベントランナ）が設けられ、このガス抜き通路１０の先端部は真空装置１１に接続されている。真空装置１１は、ガス抜き通路１０を介して、キャビティ４に高真空を作用させるようになっている。また、ガス抜き通路１０には、溶湯圧が作用したときに該ガス抜き通路１０を閉じて、溶湯９が真空装置１１に入るのを防止するベントバルブ装置１２が介設されている。
【００１３】
図２に示すように、ベントバルブ装置１２には、バルブ収容シリンダ１３内でその軸線方向（図２中における位置関係では左右方向）に移動することができる開閉バルブ１４（真空開閉バルブ）が設けられている。ここで、バルブ収容シリンダ１３の側壁には、下流側ガス抜き通路１０ｃと連通する穴部１３ａが設けられている。さらに、ベントバルブ装置１２には、ピン収容シリンダ１５内でその軸線方向（図２中における位置関係では左右方向）に移動することができる受圧ピン１６（溶湯圧検知センサ）が設けられている。受圧ピン１６の左端面（受圧面）は、通路断面積が比較的大きい上流側ガス抜き通路１０ａに露出し、上流側ガス抜き通路１０ａ内の圧力（溶湯圧）を受けるようになっている。
【００１４】
受圧ピン１６の右端部は、回動レバー収容室２０内に配設された回動レバー１９に当接している。この回動レバー１９は、その下端部を回動中心として、時計回り方向及び反時計回り方向に若干回動することができるようになっている。そして、回動レバー１９の上端部は開閉バルブ１４に連結されている。また、ベントバルブ装置１２には、回動レバー１９の位置ないしは回動動作を安定させるための当接部材２１と、回動レバー１９を左向きに付勢する付勢ばね２２とが設けられている。
【００１５】
以下、ベントバルブ装置１２の動作を具体的に説明する。鋳造時において、上流側ガス抜き通路１０ａに溶湯が到達していないときには、開閉バルブ１４及び受圧ピン１６は、それぞれ、付勢ばね２２により左向きに付勢されている回動レバー１９によって左向きに押圧され、最も左側の部位に位置している（図２はこの状態を示している）。この場合、開閉バルブ１４のランド部１４ａとバルブ収容シリンダ１３の左端部とは離間し、中間ガス抜き通路１０ｂと下流側ガス抜き通路１０ｃとは連通している。このとき、キャビティ４ないしガス抜き通路１０は、真空装置１１によって真空吸引される。
【００１６】
この後、溶湯９が上流側ガス抜き通路１０ａに露出している受圧ピン１６の左端面に到達したときに、受圧ピン１６は溶湯圧によって右向きに押圧される。その結果、回動レバー１９は、付勢ばね２２の左向きの付勢力に抗して、時計回り方向に回動させられ、回動レバー１９の上端部は右方向に移動する。これに伴って、回動レバー１９の上端部に連結されている開閉バルブ１４も右方向に移動し、ランド部１４ａは開閉バルブ収容シリンダ１３内に挿入される。このとき、中間ガス抜き通路１０ｂと下流側ガス抜き通路１０ｃとは開閉バルブ１４によって遮断される。このため、溶湯９はほぼ上流側ガス抜き通路１０ａ内で止まり、開閉バルブ１４内ないし真空装置１１に入り込むのが防止される。
【００１７】
しかしながら、前記のとおり、キャビティ４ないしはガス抜き通路１０の形態ないしは形状によっては、溶湯９の先頭部が細かく分散し、細かい先湯がガス抜き通路１０内を先走りし、開閉バルブ１４内ないし真空装置１１に入り込むことがある。そこで、本発明では、ガス抜き通路１０内における溶湯９の状態を時系列的に予測する鋳造シミュレーションにより溶湯９の湯流れ解析を行い、この湯流れ解析に基づいて、金型２、３を設計する段階で、予め、溶湯９が開閉バルブ１４ないしは真空装置１１内に入り込むおそれがあるか否かを判定し、このようなおそれのない金型２、３ないしはガス抜き通路１０を設計・製作することにより、このような不具合が生じるのを防止することを可能にする。このガス抜き通路の評価方法は、溶湯９の分散値を事前に予測ないしは検証することにより、ベントバルブ装置１２の受圧ピン１６が反応することができる溶湯圧が得られるか否かを判定する点に、とくに特徴がある。
【００１８】
次に、鋳造シミュレーションにより溶湯９の湯流れ解析を行い、この湯流れ解析に基づいて鋳造装置のガス抜き通路１０の良否を評価するための評価システムないしは評価方法を具体的に説明する。この評価システムないしは評価方法では、シミュレーション計算により下記の各状態量を把握し、これらの状態量に基づいて、先湯が開閉バルブ１４ないしは真空装置１１に入り込むか否かを判定するようにしている。
（１）溶湯速度
（２）溶湯温度
（３）溶湯の分散度（溶湯の散らばり具合）
（４）溶湯の移動距離
【００１９】
図３に示すように、このガス抜き通路評価システムは、金型２、３ないしはガス抜き通路１０の形状を設計するためのＣＡＤコンピュータ２５と、メッシュ作成を行うためのパーソナルコンピュータ２６と、湯流れ・凝固解析を行うためのパーソナルコンピュータ２７と、先湯が開閉バルブ１４ないしは真空装置１１に入り込むか否かを判定するためのパーソナルコンピュータ２８と、結果確認を行うためのパーソナルコンピュータ２９とで構成されている。なお、これらのコンピュータ２５〜２９は、ＬＡＮ３０により相互に接続されている。
【００２０】
以下、図４に示すフローチャートに従って、図２に示すガス抜き通路評価システムを用いたガス抜き通路評価方法における具体的な評価手順を説明する。図４に示すように、この評価方法では、まずステップＳ１で、ＣＡＤコンピュータ２５及びパーソナルコンピュータ２６を用いて、鋳造条件、キャビティ４の形状等に応じて、製作しようとしている鋳造装置１ないしは両金型２、３に対して最適な形状であると予測されるガス抜き通路１０の設計（ベントランナ設計（モデル・メッシュ作成））を３Ｄモデルで行う。
【００２１】
次に、ステップＳ２で、設計されたガス抜き通路１０について、パーソナルコンピュータ２７を用いて、ガス抜き通路１０内における溶湯９の状態を時系列的に予測する鋳造シミュレーションにより、ガス抜き通路１０内での鋳造時における湯流れ・凝固解析を行う。鋳造時においては、溶湯９の先頭部は、互いに独立した複数の比較的小さい分散した溶湯９（以下「分散溶湯（溶湯小塊）」という。）となってガス抜き通路１０内をベントバルブ装置１２に向かって流れる。この鋳造シミュレーションないしは湯流れ・凝固解析では、溶湯９の本体部及び分散溶湯が、それぞれ、どのようにガス抜き通路１０内を進んで行くかを予測する。続いて、ステップＳ３で、溶湯の流速及び温度分布計算を行う。さらに、ステップＳ４で、溶湯（先湯）の到達距離の計算を行う。なお、これらの具体的な計算方法は、後で詳しく説明する。
【００２２】
そして、ステップＳ５で、溶湯９の先頭部がガス抜き通路１０を介して受圧ピン１６の左端面（ベントバルブ装置１２）に到達したか否かを判定する。溶湯９の先頭部が受圧ピン１６の左端面に到達していなければ（ＮＯ）、ステップＳ２〜ステップＳ５を再び実行する。なお、ステップＳ２〜Ｓ５は、溶湯９がベントバルブ装置１２に到達するまで繰り返し実行する。
【００２３】
他方、ステップＳ５で、溶湯９の先頭部が受圧ピン１６の左端面に到達していると判定した場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ６で溶湯の分散値を算出する。ここで、溶湯の分散値は、ベントバルブ装置１２の近傍の所定の基準領域内で、分散溶湯の数と、各分散溶湯の体積（溶湯体積）とを求め、これらに基づいて、次の式により算出する。
溶湯の分散値＝[(V1+V2+V3+‥‥+Vn)]／n｝／Vb
ｎ：基準領域内の分散溶湯の数
Ｖｎ：各分散溶湯の体積
Ｖｂ：基準領域の体積
なお、図５に、実験により求めた、溶湯の分散値と溶湯圧の関係の一例を示す。
【００２４】
ここで、基準領域は、ベントバルブ装置１２の仕様に応じて設定する。また、各分散溶湯の体積は、後で説明する混相流モデル（VOF : Volume of Fluid）を適用して、要素内の体積分率を計算することにより算出する。湯流れの計算は、非定常流解析により行い、流体の連続性、流体の各方向成分の運動量、乱流量を算出する。なお、温度変化に伴う溶湯９の運動量変化も考慮している。
【００２５】
次に、ステップＳ７で、パーソナルコンピュータ２８を用いて、溶湯９の先頭部がベントバルブ装置１２に到達した時点における溶湯の分散値、すなわちガス抜き通路１０の基準領域内の平均化された分散溶湯１個当りの溶湯体積（以下「平均溶湯体積」という。）が、ベントバルブ装置１２を閉じさせることができる最小溶湯体積（ベントバルブ反応体積）以上であるか否かを判定する。平均溶湯体積が最小溶湯体積未満であれば（ＮＯ）、ステップＳ１〜Ｓ７を再び実行する。
【００２６】
すなわち、この場合、受圧ピン１６の左端面に到達した分散溶湯は、受圧ピン１６を右向きに移動させることができないので、開閉バルブ１４は閉じない。その結果、この分散溶湯は開閉バルブ１４内に入り込み、さらには真空装置１２にも入り込むおそれがある。したがって、ステップＳ１で設計されたガス抜き通路１０の形態ないしは形状は、鋳造時に溶湯９が開閉バルブ１４ないしは真空装置１２に入り込むのを確実に防止することはできない不良な形状であるということになる。そこで、この場合は、ステップＳ１に戻って、再びガス抜き通路１０の設計（設計変更）を行った上で、ステップＳ２〜Ｓ７を実行し、この設計変更されたガス抜き通路１０が良好であるか否かを判定する。
【００２７】
他方、ステップＳ７で、平均溶湯体積が最小溶湯体積以上であると判定した場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ８で、このガス抜き通路１０についての計算を終了する。すなわち、この場合は、受圧ピン１６の左端面に到達した分散溶湯は、受圧ピン１６を右向きに移動させることができるので、開閉バルブ１４は閉じる。したがって、この分散溶湯は、上流側ガス抜き通路１０ａ内ないしは中間ガス抜き通路１０ｂ内にとどまり、開閉バルブ１４内に入り込むことはない。したがって、このガス抜き通路１０は、一応、良好であると評価することができるからである。
【００２８】
次に、ステップＳ９で、パーソナルコンピュータ２９を用いて、湯流れ解析により、溶湯９が受圧ピン１６の左端面（ベントバルブ装置１２）に到達するのに要する時間（以下「溶湯到達時間」という。）が、ガス抜き通路１０内の溶湯９の流速に基づいて決定される基準到達時間以上であるか否かを判定する。溶湯到達時間が基準到達時間未満であれば（ＮＯ）、ステップＳ１〜Ｓ９を再び実行する。なお、溶湯到達時間を、溶湯９がガス抜き通路１０の出口部に到達するのに要する時間としてもよい。
【００２９】
すなわち、この場合、溶湯９の本体部はベントバルブ装置１２に到達していないのにもかかわらず、溶湯９の先頭部は激しく分散して高速でガス抜き通路１０内を流れ、分散溶湯が早期に受圧ピン１６の左端面に到達したものと考えられる。そして、溶湯９の先頭部が激しく分散することは好ましくないので、たとえステップＳ７で平均溶湯体積が最小溶湯体積以上でありガス抜き通路１０は一応良好であると評価されていても、最終的には良好ではないと評価するようにしている。
【００３０】
他方、ステップＳ９で、溶湯到達時間が基準到達時間以上であると判定した場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１０で、このガス抜き通路１０を確定的に良好であると評価する。したがって、ステップＳ１で設計されたガス抜き通路１０を備えた金型２、３を製作することになる。このガス抜き通路の評価方法によれば、金型修正等の手戻り作業が低減される。なお、この評価方法は、例えばエンジンのシリンダブロックの鋳造などに用いられる鋳造装置１ないしは金型２、３に利用される。
【００３１】
以下、上記のガス抜き通路の評価方法で用いられる具体的なシミュレーション手法を説明する。なお、ガス抜き通路１０の設計（ベントランナ設計）は、主として、ガス抜き通路自体の形状の設計と、ガス抜き通路１０とキャビティ４ないしはベントバルブ装置１２との位置関係の決定とを行うものである。そして、ＣＡＤを用いてこれらの部品の形状を作成し、それぞれメッシュ作成をする。
【００３２】
１．  鋳造時の湯流れ・凝固解析並びに溶湯の流速及び温度分布の計算方法
鋳造時の湯流れ・凝固解析並びに溶湯９の流速及び温度分布の計算は、以下のとおりの手順で実施する。この計算ないしは解析に必要なデータ及び条件は、次のとおりである。
（１）  金型・製品等のＣＡＤデータ（形状データ）に基づいて作成したメッシュ
（２）  金型材料及び溶湯材料の物性値
・材料組成
・熱伝導率
・密度
・エンタルピ
・溶湯の各温度に対する凝固率
・溶湯の液相/固相温度
・溶湯の各温度に対する動粘性係数
・金型と溶湯の熱伝達率
・金型と金型の熱伝達率
【００３３】
なお、エンタルピは、熱力学における示量性状態量のひとつであり、ある系（一定の状態を保ったもの）のエンタルピは、次の式により表される。
H = E + PV
H  ：  系のエンタルピ 
E  ：  系の内部エネルギ 
P  ：  系の圧力 
V  ：  系の体積
【００３４】
この計算ないしは解析に必要な条件は、次のとおりである。
・溶湯９と金型２、３の初期温度
・プランジャチップ８の動作条件
・真空条件
なお、プランジャチップ８の動作条件は、ピストン状のプランジャチップ８を動かし、溶湯９をキャビティ４に充填させる際の速度条件である。また、真空条件は、ガス抜き通路１０（ベントランナ）を介して真空引きする際の真空引きのタイミングや真空度の度合いである。
【００３５】
この計算ないしは解析で使用する演算式は、次のとおりである。なお、これらの演算式において、演算式（１）及び（２）は非圧縮性のナビエ・ストークス（Navier-Stokes）方程式であり、演算式（３）は連続の式であり、演算式（４）はエネルギ方程式（温度の移流拡散方程式）である。
2007061828.tif 000003
Vf：流体体積占有率
Vs：1−Vf
Re：レイノルズ数
Pr：プラントル数
ρ：密度
C：比熱
λ：熱伝導率
【００３６】
ここで、演算式（１）及び演算式（２）、すなわちナビエ・ストークスの方程式は、流体にどのような力が加わると、どのような動きが生まれるかを表す式である。演算式（３）、すなわち連続の式は、物理学の根本原則である質量保存の法則を表す式である。換言すれば、連続の式は、ある領域について、［（時間変化の間の質量の増加分）＝（流れ込んだ質量）−（流れ出した質量）］という関係を表している。演算式（４）、すなわち温度の移流拡散方程式は、拡散方程式に温度移流項をつけたものである。なお、移流とは、拡散せずに移動する流れである。
【００３７】
これらの演算式（１）〜（４）を用いて溶湯９の速度・温度等を時系列的に予測する。具体的には、演算式（１）及び（２）すなわちナビエ・ストークスの方程式を解いて流体の速度場を時間発展させ、その速度場と整合性を持つように速度、圧力の同時調整を行い、速度、圧力の次ステップの値を求める。整合性の根拠は演算式（３）すなわち連続の式であり、調整方法はＳＯＲ法反復計算による。さらに、得られた速度場の値を用いて演算式（４）すなわち熱の移流拡散方程式を解き、温度場を時間発展させる。
【００３８】
２．  流体体積占有率の計算方法
流体体積占有率の計算は、以下のとおりの手順で行う。
図６に示すように、流体体積占有率Ｖｆは、次の式で定義される。
2007061828.tif 000004
そして、２次元の場合は、流体体積占有率Ｖｆを、次の式で示すように、４つの開口率Ａｗ、Ａｅ、Ａｎ、Ａｓを用いて近似する。
2007061828.tif 000005
【００３９】
各開口率Ａｗ、Ａｅ、Ａｎ、Ａｓは、それぞれ、次の式で定義される。なお、添字のｗ、ｅ、ｎ、ｓは、それぞれ、セルの左境界（west）、右境界（east）、上境界（north）、下境界（south）、を意味する。
2007061828.tif 000006
【００４０】
３．  溶湯の到達距離の計算方法
溶湯９の到達距離の計算は、以下のとおりの手順で行う。
（１）  例えば図７に示すようなガス抜き通路１０について、予め、いくつかのポイント（例えば、入口部、コーナ部、受圧ピンの作動位置、ベントバルブ装置ないしは開閉バルブの位置等）での座標をインプットする。なお、図７において、Ｆ１及びＦ２は、それぞれ、ガス抜き通路１０の入口部及び出口部を示し、Ｐは溶湯が到達したか否かを判定する判定部位を示している。
（２）  次に、上記演算式（１）〜（４）により得られた、Ｘ方向の速度成分ｕ及びＹ方向の速度成分ｖと、解析の時間変化Δｔとから移動距離を算出し、これを積算することにより、溶湯９の進んだ距離を算出する。
（３）  この後、溶湯９の現在位置、つまり座標を算定し、判定部位（例えば、受圧ピン１６の左端面）に到達しているか否かを判定する。
【００４１】
４．  溶湯がベントバルブ装置に到達した時の判定方法
溶湯９がベントバルブ装置作動位置（受圧ピンの位置）に到達したか否かを時系列的に繰り返し判定し、ベントバルブ装置作動位置に、溶湯９の先頭部すなわち先湯が到達した時を決定する。溶湯９がベントバルブ装置作動位置に到達したか否かの判定は、基準領域にある要素に溶湯９が存在するか否かで判定する。そして、要素内における流体体積占有率を、図８にその概念を示すようなＶＯＦ法により、前々項２．で説明した方法で計算する。
【００４２】
５．  溶湯の分散値について
前記のとおり、溶湯９の分散値は、次の式により算出する。
溶湯の分散値＝[(V1+V2+V3+‥‥+Vn)]／n｝／Vb
ｎ：基準領域内の分散溶湯の数
Ｖｎ：各分散溶湯の体積
Ｖｂ：基準領域の体積
【００４３】
６．  平均溶湯体積が最小溶湯体積以上であるか否かの判定方法
平均溶湯体積が最小溶湯体積以上であるか否かの判定における判定基準は、次のとおりである。なお、図９（ａ）に、平均溶湯体積が最小溶湯体積以上である場合、すなわち判定がＯＫである場合の基準領域Ｌ内における溶湯の状態を示す。また、図９（ｂ）に、平均溶湯体積が最小溶湯体積未満である場合、すなわち判定がＮＧである場合の基準領域Ｌ内における溶湯の状態を示す。
ベントバルブ稼動荷重≦溶湯の押し力
＝溶湯の質量×加速度
＝（分散溶湯平均体積×溶湯の比重）×（Vh−Vh')/t
Vh：判定時の速度
V0：最低速度（解析中で一番遅かった速度）
ｔ：最低速度時〜判定時の経過時間
【００４４】
７．  基準到達時間
前記のとおり、本発明に係るガス抜き通路の評価方法では、ガス抜き通路１０の入口部（キャビティ側）から、受圧ピン１６の左端面ないしはガス抜き通路１０の出口部（真空装置側）に先湯が到達するのに要する時間、すなわち溶湯到達時間が基準到達時間以上であると判定した場合に限り、設計されたガス抜き通路１０を確定的に良好であると評価するようにしているが、判定基準である基準到達時間は実験値を使用する。なお、図１０に、先湯吸い込み量と溶湯到達時間の関係を示す。
【００４５】
以上、本発明に係る鋳造装置のガス抜き経路の評価方法によれば、溶湯９の先湯が細かく分散するのを防止する形状のガス抜き経路１０を設計することが可能となる。したがって、鋳造時に、溶湯９が、ガス抜き通路１０に設けられたベントバルブ装置１２の開閉バルブ１４に入り込んだり、ベントバルブ装置１２を通過して真空装置１１に入り込んだりするのを確実に防止することができる鋳造装置１ないしはその金型２、３を製作することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係るガス抜き通路の評価方法を用いることができる鋳造装置の模式的な立面断面図である。
【図２】図１に示す鋳造装置の構成要素であるベントバルブ装置の模式的な立面断面図である。
【図３】本発明に係るガス抜き通路の評価システムの構成を示す模式図である。
【図４】本発明に係るガス抜き通路の評価方法を示すフローチャートである。
【図５】溶湯圧と溶湯の分散値の関係を示すグラフである。
【図６】固体流体境界を含むセル開口率と流体体積占有率の関係の一例を示す図である。
【図７】ガス抜き通路の形状の一例を示す図である。
【図８】ＶＯＦ法の概要を示す図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、判定がＯＫである場合及びＮＧである場合における、ガス抜き通路の基準領域内の溶湯（分散溶湯）の状態を示す図である。
【図１０】先湯吸い込み量と溶湯到達時間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１  鋳造装置、２  固定金型、３  可動金型、４  キャビティ、５  スリーブ、６  溶湯供給通路、７  射出装置、８  プランジャチップ、９  溶湯、１０  ガス抜き通路（ベントランナ）、１０ａ  上流側ガス抜き通路、１０ｂ  中間ガス抜き通路、１０ｃ  下流側ガス抜き通路、１１  真空装置、１２  ベントバルブ装置、１３  バルブ収容シリンダ、１３ａ  穴部、１４  開閉バルブ、１４ａ  ランド部、１５  受圧ピン収容シリンダ、１６  受圧ピン、１９  回動レバー、２０  回動レバー収納室、２１  当接部材、２２  付勢ばね、２５  ＣＡＤコンピュータ、２６  パーソナルコンピュータ、２７  パーソナルコンピュータ、２８  パーソナルコンピュータ、２９  パーソナルコンピュータ、３０  ＬＡＮ。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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