(57)【要約】【課題】鋳造時に実際に使用される溶湯金属を用いて、溶湯金属の流れの可視化を可能とする技術を提案するものであり、この技術により、溶湯金属の挙動の把握、溶湯金属の充填方法や、製品形状への影響等の検討を可能とし、鋳造製品の高品質化を図ることを可能とする。【解決手段】金型２１と、Ｘ線を出力するＸ線出力装置２２と、前記金型２１を挟んで前記Ｘ線出力装置２２の反対側に設置され、前記Ｘ線出力装置２２から出力されるＸ線を検出するＸ線検出装置２３と、前記Ｘ線検出装置２３にて検出されるＸ線を連続的に撮影するための撮影装置２４と、を具備し、前記金型２１内に供給される溶湯金属中のトレーサ粒子の挙動を、前記撮影装置２４にて撮影する構成とする。【選択図】図２
2007054873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造用の溶湯金属に混入される、溶湯金属の挙動可視化用のトレーサ粒子であって、
前記トレーサ粒子は、
溶湯金属の溶解温度よりも高い融点特性を有する、溶湯金属の挙動可視化用のトレーサ粒子。
【請求項２】
前記トレーサ粒子のＸ線透過特性は、
前記溶湯金属のＸ線透過特性と異なる、ことを特徴とする、
請求項１に記載の溶湯金属の挙動可視化用のトレーサ粒子。
【請求項３】
前記トレーサ粒子は、中空体に構成される、ことを特徴とする、
請求項１又は請求項２に記載の溶湯金属の挙動可視化用のトレーサ粒子。
【請求項４】
前記トレーサ粒子のカサ比重は、
前記トレーサ粒子が前記溶湯金属中で浮遊する値に設定される、
ことを特徴とする、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の溶湯金属の挙動可視化用のトレーサ粒子。
【請求項５】
鋳造用の溶湯金属に混入される、溶湯金属の挙動可視化用のトレーサ粒子の製造方法であって、
樹脂からなる球状粒子に、前記溶湯金属のＸ線透過特性と異なるＸ線透過特性を有する金属をメッキ処理し、メッキ膜で覆われた中間体を形成する第一工程と、
前記中間体を加熱し、前記メッキ膜の内側から前記樹脂を取り除く第二工程とを実施する、
溶湯金属の挙動可視化用のトレーサ粒子の製造方法。
【請求項６】
溶湯金属にトレーサ粒子を混入し、
Ｘ線にて前記溶湯金属と前記トレーサ粒子とを識別可能に表現する、
トレーサ粒子を用いた溶湯金属挙動の解析方法。
【請求項７】
金型と、
Ｘ線を出力するＸ線出力装置と、
前記金型を挟んで前記Ｘ線出力装置の反対側に設置され、前記Ｘ線出力装置から出力されるＸ線を検出するＸ線検出装置と、
前記Ｘ線検出装置にて検出されるＸ線を連続的に撮影するための撮影装置と、を具備し、
前記金型内に供給される溶湯金属中のトレーサ粒子の挙動を、前記撮影装置にて撮影する構成とする、溶湯金属の挙動解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＩＶ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ；粒子画像流速測定法）の技術に関するものであり、より詳しくは、鋳造における溶湯金属にトレーサ粒子を混入し、Ｘ線解析装置を用いて、溶湯金属の挙動可視化を図る技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、流動解析（挙動解析）の対象となる液体にトレーサ粒子を混入し、前記トレーサ粒子の挙動を画像解析によって評価する、粒子画像流速測定法は周知となっており、これに関連する技術を開示する文献も多く存在する（例えば、特許文献１・２参照。）。
特許文献１においては、フラッシュランプやパルスレーザーなどの光源を用いて流体流の可視化を行うためのトレーサ粒子について開示がされている。
また、特許文献２においては、鋳造用の湯流れ状態の可視化試験について開示がされており、この可視化試験においては、透明なプラスチックの金型を用い、トレーサ粒子を混入した試験液の流れの解析を行うこととしている。
【特許文献１】特開平５−１２６８３８号公報
【特許文献２】特開昭６２−３６５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、鋳造時に実際に使用される溶湯金属を用いて、溶湯金属の流れの可視化を可能とすることを課題とするものである。
【０００４】
従来、アルミ等の高温の溶湯金属へ混入させ、溶湯金属中で浮遊させることを想定したトレーサ粒子は存在せず、前述の特許文献１・２を含め、これについて開示する文献も存在しない。
また、仮に、溶湯金属中で浮遊し得るトレーサ粒子が存在したとしても、溶湯金属とトレーサ粒子とを識別する必要があり、この点について、開示する文献も存在しない。
【０００５】
また、金型に観察窓を設け、金型外部より溶湯金属の挙動を観察することも可能ではあるが、この観察窓を透明な樹脂等で構成する必要があり、また、この観察窓の熱伝導率は、金型の金属の熱伝導率と完全に一致させることはできないため、金型の全てを金属製とした場合と比較して、溶湯金属の挙動に差が生じることがある。このことは、前記特許文献２でも同様であり、従来技術では、金属製の金型内で溶湯金属が流れる状況の可視化が不可能であった。
【０００６】
また、特許文献２のように、水等の液体を用いた溶湯金属の流れ（溶湯金属の挙動）の検討では、この液体は凝固を伴わないことから、凝固を伴う溶湯金属の流れ（溶湯金属の挙動）を検討することはできないものとなる。
【０００７】
以上のように、本発明は、鋳造時に実際に使用される溶湯金属を用いて、溶湯金属の流れの可視化を可能とする技術を提案するものであり、この技術により、溶湯金属の挙動の把握、溶湯金属の充填方法や、製品形状への影響等の検討を可能とし、鋳造製品の高品質化を図ることを可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上のごとくであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１に記載のごとく、
鋳造用の溶湯金属に混入される、溶湯金属の挙動可視化用のトレーサ粒子であって、
前記トレーサ粒子は、
溶湯金属の溶解温度よりも高い融点特性を有する、ものとする。
【００１０】
また、請求項２に記載のごとく、
前記トレーサ粒子のＸ線透過特性は、
前記溶湯金属のＸ線透過特性と異なる、ものとする。
【００１１】
また、請求項３に記載のごとく、
前記トレーサ粒子は、中空体に構成される、ものとする。
【００１２】
また、請求項４に記載のごとく、
前記トレーサ粒子のカサ比重は、
前記トレーサ粒子が前記溶湯金属中で浮遊する値に設定される、ものとする。
【００１３】
また、請求項５に記載のごとく、
鋳造用の溶湯金属に混入される、溶湯金属の挙動可視化用のトレーサ粒子の製造方法であって、
樹脂からなる球状粒子に、前記溶湯金属のＸ線透過特性と異なるＸ線透過特性を有する金属をメッキ処理し、メッキ膜で覆われた中間体を形成する第一工程と、
前記中間体を加熱し、前記メッキ膜の内側から前記樹脂を取り除く第二工程とを実施する、ものとする。
【００１４】
また、請求項６に記載のごとく、
溶湯金属にトレーサ粒子を混入し、
Ｘ線にて前記溶湯金属と前記トレーサ粒子とを識別可能に表現する、トレーサ粒子を用いた溶湯金属挙動の解析方法とする。
【００１５】
また、請求項７に記載のごとく、
金型と、
Ｘ線を出力するＸ線出力装置と、
前記金型を挟んで前記Ｘ線出力装置の反対側に設置され、前記Ｘ線出力装置から出力されるＸ線を検出するＸ線検出装置と、
前記Ｘ線検出装置にて検出されるＸ線を連続的に撮影するための撮影装置と、を具備し、
前記金型内に供給される溶湯金属中のトレーサ粒子の挙動を、前記撮影装置にて撮影する構成とする、溶湯金属の挙動解析装置とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上の請求項１に記載の発明では、このトレーサ粒子を用いることで、いわゆるＰＩＶによる溶湯金属の挙動の解析が可能となる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明では、Ｘ線装置を用いた撮影画像において、トレーサ粒子と溶湯金属を識別可能とすることができる。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明では、トレーサ粒子に浮力が発生し、トレーサ粒子を溶湯金属中で浮遊させることが可能となる。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明では、トレーサ粒子の中空化と関連し、溶湯金属の特性（物性）に応じ、トレーサ粒子のカサ比重を、トレーサ粒子が溶湯金属中で浮遊する値に設定することで、トレーサ粒子に浮力が発生し、トレーサ粒子を溶湯金属中で浮遊させることが可能となる。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明では、トレーサ粒子の中空化に関連し、内部の樹脂を予め溶解させ気化させることで、高温の溶湯金属中での樹脂の気化を無くすことができる。
【００２１】
また、請求項６に記載の発明では、トレーサ粒子の実際の挙動を正確に把握することができるため、鋳造製品の高品質化を図る方法を、容易、かつ、確実に検討することができる。
【００２２】
また、請求項７に記載の発明では、トレーサ粒子の実際の挙動を正確に把握することができるため、鋳造製品の高品質化を図る方法を、容易、かつ、確実に検討することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、鋳造時に実際に使用される溶湯金属を用いて、溶湯金属の流れの可視化を可能とするものである。そして、この溶湯金属の流れの可視化は、Ｘ線装置を用いて金型内のトレーサ粒子の挙動を連続的に撮影することで行うものである。
【００２４】
まず、本発明にかかるトレーサ粒子の構成と、その製造方法について説明する。
本発明にかかるトレーサ粒子は、鋳造用の溶湯金属に混入させるトレーサ粒子である。
鋳造用の溶湯金属は、例えば、アルミ溶湯であれば、一般的に６５０℃〜７５０℃で溶解した状態となっている。
このため、本発明に係るトレーサ粒子は、規定の融点特性、即ち、溶湯金属の溶解温度よりも高い融点特性（溶湯金属に溶解しない融点特性）を有するものとする。
【００２５】
この融点特性に加え、前記トレーサ粒子は、規定のＸ線透過特性を有するものとしている。即ち、前記トレーサ粒子のＸ線透過特性（Ｘ線に対する透過特性）は、前記溶湯金属のＸ線透過特性と異なるものとされる。
このように、トレーサ粒子と溶湯金属のＸ線透過特性を異ならせることによって、Ｘ線装置を用いた撮影画像において、トレーサ粒子と溶湯金属を識別可能とするものである。
例えば、トレーサ粒子のＸ線透過特性につき、その透過性の高低を溶湯金属のものと異ならせ、撮影画像において、トレーサ粒子を「黒色」、溶湯金属を「灰色」とするようにコントラストをつけて表現し、これにより、視覚にてトレーサ粒子と溶湯金属を識別可能とするものである。
【００２６】
また、Ｘ線透過特性につき、前記トレーサ粒子は、溶湯金属がアルミ溶湯の場合、例えば、タングステン、タンタル等の、アルミ溶湯と異なるＸ線透過特性を有する金属にて被覆することとする。このようにして、該トレーサ粒子を、アルミ溶湯等の溶湯金属と識別することが可能となり、Ｘ線にて撮影可能とすることができる。
【００２７】
また、前記トレーサ粒子は、中空体に構成される。
このように中空体に構成することにより（中空化すること）、トレーサ粒子に浮力が発生し、トレーサ粒子を溶湯金属中で浮遊させることが可能となる。
そして、これにより、トレーサ粒子が溶湯金属中にて満遍なく混入される状態を形成することができ、Ｘ線装置を用いた撮影開始から終了までの間、溶湯金属の挙動（トレーサ粒子の挙動）を余すことなく把握することが可能となる。
【００２８】
また、前記トレーサ粒子のカサ比重は、規定の値に設定される。つまり、前記中空化と関連し、溶湯金属の特性（物性）に応じ、トレーサ粒子のカサ比重を、トレーサ粒子が溶湯金属中で浮遊する値に設定するものである。
尚、本発明における「カサ比重」とは、容器にトレーサ粒子を詰めたときにおけるトレーサ粒子の重量と、個々の粒子の間に存在する空間の重量を加味して求まる比重をいうものである。
【００２９】
また、図１に示すごとく、前記トレーサ粒子４は、ポリエチレン等の樹脂１ａからなる略直径０．５μ〜２ｍｍの球状粒子１に、前記溶湯金属のＸ線透過特性と異なるＸ線透過特性を有する金属をメッキ処理し、メッキ膜２で覆われた中間体３を形成する第一工程と、前記中間体３を加熱し、前記メッキ膜２の内側から前記樹脂１ａを取り除く第二工程とを実施し、中空のトレーサ粒子４とすることで製造されることとする。
【００３０】
このように、本発明においては、トレーサ粒子の製造につき、樹脂１ａの表面にメッキ膜２を形成した中間体３を形成し、その後、中間体３を、前記樹脂１ａの融点、さらには、沸点以上に加熱し、内部の樹脂１ａを融解、気化させ、外部へ除去することにより、中空のトレーサ粒子を形成するものである（中空空間５）。
ここで、前記メッキ膜２には、メッキ粒子間に微小の隙間が形成されるものであり、気化した樹脂が微小の隙間を通過して、外部へ放出されるものである。
尚、前記球状粒子１の直径や、メッキ膜２の厚さ等のトレーサ粒子の特性は、溶湯金属の組成等に応じ、適宜設定される。
【００３１】
また、予め樹脂１ａをメッキ膜２の内側から取り除くのは、仮に、内部の樹脂１ａを予め取り除かないこととすると、樹脂１ａが高温の溶湯金属中で溶解、気化し、溶湯金属の挙動に影響が及ぼされることになる。
そこで、トレーサ粒子を溶湯金属へ混入させる前段階において、樹脂を気化させ、中空のトレーサ粒子とするものである。これにより、高温の溶湯金属中での樹脂の気化を無くすことができる。
【００３２】
次に、以上のように構成したトレーサ粒子を用いた溶湯金属挙動の解析方法、及び、溶湯金属の挙動解析装置について説明する。
本発明に係る解析方法は、溶湯金属にトレーサ粒子を混入し、Ｘ線にて前記溶湯金属と前記トレーサ粒子とを識別可能に表現するものである。
また、図２に示すごとく、本発明に係る挙動解析装置２０は、金型２１と、Ｘ線を出力するＸ線出力装置２２と、前記金型２１を挟んで前記Ｘ線出力装置２２の反対側に設置され、前記Ｘ線出力装置２２から出力されるＸ線を検出するＸ線検出装置２３と、前記Ｘ線検出装置２３にて検出されるＸ線を連続的に撮影するための撮影装置２４と、を具備し、前記金型２１内に供給される溶湯金属中のトレーサ粒子の挙動を、前記撮影装置２４にて撮影する構成とするものである。
【００３３】
図２に示す例は、前記金型２１に、溶湯の射出装置２５を設けたダイキャスト装置を構成したものであり、前記金型２１のキャビティ内に連通するスリーブ２５ａ内で、モータ２５ｂの駆動によりプランジャを摺動させる構成とするものである。また、前記スリーブ２５ａには、湯口２５ｃが開口されており、この湯口２５ｃから溶湯金属が注湯されるようになっている。
【００３４】
また、前記金型２１は、検討対象となる鋳造製品の実寸が大きく、金型をＸ線検査室に設置できない場合には、例えば、実機の四分の一の大きさにサイズダウンされる。この場合、サイズダウンした状況でのトレーサ粒子の挙動の解析が行われ、実際の金型サイズでのトレーサ粒子の挙動を予測することになる。
【００３５】
また、前記Ｘ線出力装置２２は、金型２１の一側側面に対し、Ｘ線を出力するものである。このＸ線の照射範囲は、金型２１の全体とする他、金型の一部として、キャビティの特定の部位におけるトレーサ粒子の挙動の撮影を行うこととしてもよく、特に限定されるものではない。
【００３６】
また、前記Ｘ線検出装置２３は、前記Ｘ線出力装置２２にて出力され、金型２１を介して到達するＸ線を感受して検出するとともに、この検出結果を撮影装置２４にて撮影可能な状態に表示するものである。
例えば、前述したごとく、前記トレーサ粒子を「黒色」、溶湯金属を「灰色」とするようにコントラストをつけた形で表示し、これにより、前記撮影装置２４によるトレーサ粒子の挙動を撮影可能とするものである。
【００３７】
また、前記撮影装置２４は、前記Ｘ線検出装置２３を挟んで前記金型２１の反対側に設置され、Ｘ線検出装置２３にて表示された画像を連続的に撮影するものである。
この撮影装置２４は、例えば、いわゆるハイスピードカメラと、その撮影画像の記録・再生装置から構成されるものであり、瞬間的に流動するトレーサ粒子の挙動、即ち、溶湯金属の挙動を、微小時間に区切り、スローモーションにて再生可能とするものである。
【００３８】
また、前記Ｘ線出力装置２２、Ｘ線検出装置２３、撮影装置２４は、図示せぬ制御装置にて連動して制御されるように構成される。
また、前記射出装置２５のモータ２５ｂも、前記制御装置に接続されており、このモータ２５ｂの駆動に前記各装置２２・２３・２４を連動させるようにして、撮影が自動的に開始されるように構成される。
また、前記各装置２２〜２５の動作条件の設定は、変更可能に構成される。
また、前記各装置２２〜２５は、周知の技術により構成されるものであり、詳細な構成については説明を省略する。
また、前記各装置２２〜２５は、特別な構成に限定されるものではない。
【００３９】
以上の構成とし、トレーサ粒子の挙動を撮影することにより、溶湯金属の挙動を解析するものである。
図２に示すごとく、まず、前記湯口２５ｃから溶湯金属を注湯し、その後、同じく湯口２５ｃからトレーサ粒子を投入する。
また、前記制御装置により、前記Ｘ線出力装置２２、Ｘ線検出装置２３、撮影装置２４を稼動させた状態とする。
そして、前記射出装置２５を稼動させることにより、溶湯金属とトレーサ粒子が混合した状態で、金型２１のキャビティ内へと射出される。
このキャビティ内でのトレーサ粒子の挙動は、撮影装置２４により撮影・記録される。
【００４０】
そして、以上のようにして、記憶されたトレーサ粒子の挙動の画像を、再生し、検討・解析するものである。
この検討・解析においては、例えば、前記モータ２５ｂの速度（射出速度）、トレーサ粒子の挙動、そして、鋳造品の品質の３つの要素の関係から、前記モータ２５ｂの最適な速度を検討し、実機における溶湯金属の射出方法の設定（調整・最適化）を行うものである。
また、実機では、モータ２５ｂの変わりに油圧アクチュエータの使用が考えられるので、このモータ２５ｂの設定を、油圧アクチュエータの設定に反映させる等の検討を行うことができる。
【００４１】
ここで、従来では、トレーサ粒子の挙動の把握ができなかったため、上記の三つの要素のうちの二つの要素（射出速度、品質）から、溶湯金属の射出方法の最適化を図ることができなかったが、本発明によれば、トレーサ粒子の実際の挙動を正確に把握することができるため、鋳造製品の高品質化を図る方法を、容易、かつ、確実に検討することができることとなる。
また、鋳造製品の高品質化を図る為、キャビティの設計変更や、製品形状の設計変更等の検討も、容易、かつ、確実に実施することができることとなる。
【００４２】
また、鋳造時に実際に使用される溶湯金属を用いるため、凝固を伴う溶湯金属の流れ（挙動）を検討することが可能となる。
【００４３】
また、前述の例の場合では、前記トレーサ粒子が「黒色」、溶湯金属が「灰色」で表現されることになるが、仮に、鋳巣が存在した場合には、この鋳巣部分を「白色」で表現することが可能となり、これにより、鋳巣の発生箇所の予測も可能となる。また、トレーサ粒子の挙動と、鋳巣の発生状況の関係から、鋳巣の発生を無くすための射出方法の最適化の検討も可能である。
【００４４】
また、以上の説明では、ダイカスト（射出成形）を例にあげて説明したが、本発明は、ダイカストに限らず、砂型鋳造、金型鋳造、低圧鋳造等、あらゆる鋳造法に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るトレーサ粒子の製造方法について説明する図。
【図２】本発明に係る挙動解析装置の構成例について示す図。
【符号の説明】
【００４６】
１      球状粒子
１ａ    樹脂
２      メッキ膜
３      中間体
４      トレーサ粒子
５      中空空間
２０    挙動解析装置
２１    金型
２２    線出力装置
２３    線検出装置
２４    撮影装置
２５    射出装置
２５ａ  スリーブ
２５ｂ  モータ
２５ｃ  湯口
【図１】
2007054873.tif 000003
【図２】
2007054873.tif 000004