(57)【要約】【課題】鋳造金型における冷却水路の詰り箇所をリアルタイムで検知可能な鋳造金型の冷却水路詰り検知装置を提供する。【解決手段】鋳造金型１に、冷却水路２１（３１）と金型表面（左側面４あるいは右側面５）とを連通する複数個の栓孔４１−４６および５１−５６と、各栓孔４１−４６および５１−５６に嵌合されて内側端（一端）が冷却水路２１（３１）に面するとともに外側端（他端）が金型表面（左側面４あるいは右側面５）に面する密栓６１と設けて、赤外線サーモグラフィによる密栓６１の温度計測結果に基づき、温度上昇の度合が大きい密栓６１を検知することにより、冷却水路２１（３１）の詰り箇所Ｃを特定することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造金型の冷却水路の詰まりを検知する装置であって、
冷却水路と金型表面とを連通する複数個の栓孔と、
対応する栓孔に設けられて一端が冷却水路に面するとともに他端が金型表面に面する複数個の密栓と、
複数個の密栓の他端の温度を計測する温度計測手段と、
を含み、
複数個の密栓は、金型材料よりも高い熱伝導率を有する材料によって構成されることを特徴とする鋳造金型の冷却水路詰り検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造金型における冷却水路の詰り箇所を検知する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鋳造金型は、型内部に冷却水を流通させて金型を冷却する冷却系を備える（例えば「特許文献１」参照）。例えば、冷却系は、冷却水供給口に連通される供給路と、冷却水排出口に連通される排出路と、供給路と排出路との間に並列に配置される複数系統の冷却水路と、を有するものが知られている。このような冷却系を備える鋳造金型においては、並列に配置された各冷却水路を流れる冷却水、すなわち、供給路を枝分かれさせて形成された各系統を流れる冷却水の流量を個別に測定することができないため、複数系統の冷却水路のうち一系統に詰りが発生した場合、詰りが発生した箇所をリアルタイムで検知することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２０２１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、冷却水路の詰り箇所をリアルタイムで検知可能な鋳造金型の冷却水路詰り検知装置を提供することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の鋳造金型の冷却水路詰り検知装置は、鋳造金型の冷却水路の詰まりを検知する装置であって、冷却水路と金型表面とを連通する複数個の栓孔と、対応する栓孔に設けられて一端が冷却水路に面するとともに他端が金型表面に面する複数個の密栓と、複数個の密栓の他端の温度を計測する温度計測手段と、を含み、複数個の密栓は、金型材料よりも高い熱伝導率を有する材料によって構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、鋳造金型における冷却水路の詰り箇所をリアルタイムで検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る冷却水路詰り検知装置が適用された鋳造金型の模式図である。
【図２】本実施形態の説明図であって、密栓の上流で冷却水路に詰りが発生していない状態を示す模式図である。
【図３】本実施形態の説明図であって、密栓の上流で冷却水路に詰りが発生した状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。
図１は、本発明に係る冷却水路詰り検知装置が適用された鋳造金型１の模式図（平面図）である。なお、便宜上、図１における左右方向を鋳造金型１における前後方向、図１における上下方向を鋳造金型１における左右方向、および図１における視線方向を鋳造金型１における上下方向と定義する。さらに、鋳造金型１の基本構造は、冷却系を備える既存の鋳造金型と同一である。したがって、明細書の記載を簡潔にするため、既存の鋳造金型と同一部分の詳細な説明を省略する。
【０００９】
図１に示されるように、鋳造金型１は、型内部に設けられて冷却水が流通される冷却系１０を備える。冷却系１０は、鋳造金型１の前側面２に開口される冷却水供給口１１と、鋳造金型１の後側面３に開口される冷却水排出口１２と、を有する。また、冷却系１０は、前側端（上流端）が冷却水供給口１１に開口されて前後方向へ直線状に延びる供給路１３と、後側端（下流端）が冷却水排出口１２に開口されて前後方向へ直線状に延びる排出路１４と、を有する。なお、本実施形態における供給路１３と排出路１４とは、同一軸線上に配置されて軸直角平面による切断面が一定の円を形成する。換言すると、供給路１３と排出路１４とは、流路面積が同一に設定されている。
【００１０】
図１に示されるように、冷却系１０は、供給路１３を後側端（下流端）で左右に枝分かれさせることで形成されて供給路１３と排出路１４との間に並列に配置される２系統の冷却水路２１，３１を有する。以下、２系統の冷却水路２１，３１のうち、左側に配置される冷却水路２１を第１冷却水路２１と呼称し、右側に配置される冷却水路３１を第２冷却水路３１と呼称する。なお、第１冷却水路２１および第２冷却水路３１の流路面積は、供給路１３および排出路１４の流路面積よりも小さい一定の流路面積に設定される。また、２系統の冷却水路２１，３１は、排出路１４の前側端（上流端）で合流される。
【００１１】
図１に示されるように、冷却系１０は、上下方向へ延びて前後方向へ一定の間隔をあけて配置される２つの冷却水路１５，１６を有する。第１冷却水路２１は、冷却水路１５，１６を前後方向（水平方向）へ貫通することにより、３つのセクション２２，２３，２４に区分される。第１冷却水路２１の第１セクション２２は、供給路１３の後側端（分岐点）と冷却水路１５との間に設けられて鋳造金型１の左側面４側へ突出するクランク形に形成される。これにより、第１セクション２２には、鋳造金型１の左側面４近傍を該左側面４に沿って前後方向へ延びる第１直線部２５が形成される。
【００１２】
また、第１冷却水路２１の第２セクション２３は、冷却水路１５と冷却水路１６との間に設けられて鋳造金型１の左側面４側へ突出するクランク形に形成される。これにより、第２セクション２３には、鋳造金型１の左側面４近傍を該左側面４に沿って前後方向へ延びる第２直線部２６が形成される。さらに、第１冷却水路２１の第３セクション２４は、冷却水路１６と排出路１４の前側端（合流点）との間に設けられて鋳造金型１の左側面４側へ突出するクランク形に形成される。これにより、第３セクション２４には、鋳造金型１の左側面４近傍を該左側面４に沿って前後方向へ延びる第３直線部２７が形成される。なお、本実施形態において、第１直線部２５、第２直線部２６、および第３直線部２７は、同一軸線上に配置される。また、冷却水路１５，１６は、上下方向両端が閉塞される。
【００１３】
一方で、冷却系１０は、上下方向へ延びて前後方向へ一定の間隔をあけて配置される２つの冷却水路１７，１８を有する。第２冷却水路３１は、冷却水路１７，１８を前後方向（水平方向）へ貫通することにより、３つのセクション３２，３３，３４に区分される。第２冷却水路３１の第１セクション３２は、供給路１３の後側端（分岐点）と冷却水路１７との間に設けられて鋳造金型１の右側面５側へ突出するクランク形に形成される。これにより、第１セクション３２には、鋳造金型１の右側面５近傍を該右側面５に沿って前後方向へ延びる第１直線部３５が形成される。
【００１４】
また、第２冷却水路３１の第２セクション３３は、冷却水路１７と冷却水路１８との間に設けられて鋳造金型１の右側面５側へ突出するクランク形に形成される。これにより、第２セクション３３には、鋳造金型１の右側面５近傍を該右側面５に沿って前後方向へ延びる第２直線部３６が形成される。さらに、第２冷却水路３１の第３セクション３４は、冷却水路１８と排出路１４の前側端（合流点）との間に設けられて鋳造金型１の右側面５側へ突出するクランク形に形成される。これにより、第３セクション３４には、鋳造金型１の右側面５近傍を該右側面５に沿って前後方向へ延びる第３直線部３７が形成される。なお、本実施形態において、第１直線部３５、第２直線部３６、および第３直線部３７は、同一軸線上に配置される。また、冷却水路１７，１８は、上下方向両端が閉塞される。
【００１５】
本実施形態において、鋳造金型１には、前述した冷却水路詰り検知装置が適用される。冷却水路詰り検知装置は、鋳造金型１の左側面４と第１冷却水路２１とを連通する複数個（本実施形態では６個）の栓孔４１−４６を含む。図１に示されるように、栓孔４１は、鋳造金型１の左側面４と第１冷却水路２１の第１直線部２５の前側端（上流端）とを連通する。栓孔４２は、鋳造金型１の左側面４と第１直線部２５の後側端（下流端）とを連通する。栓孔４３は、鋳造金型１の左側面４と第２直線部２６の前側端とを連通する。栓孔４４は、鋳造金型１の左側面４と第２直線部２６の後側端とを連通する。栓孔４５は、鋳造金型１の左側面４と第３直線部２７の前側端とを連通する。栓孔４６は、鋳造金型１の左側面４と第３直線部２７の後側端とを連通する。
【００１６】
一方で、冷却水路詰り検知装置は、鋳造金型１の右側面５と第２冷却水路３１とを連通する複数個（本実施形態では６個）の栓孔５１−５６を含む。図１に示されるように、栓孔５１は、鋳造金型１の右側面５と第２冷却水路３１の第１直線部３５の前側端（上流端）とを連通する。栓孔５２は、鋳造金型１の右側面５と第１直線部３５の後側端（下流端）とを連通する。栓孔５３は、鋳造金型１の右側面５と第２直線部３６の前側端とを連通する。栓孔５４は、鋳造金型１の右側面５と第２直線部３６の後側端とを連通する。栓孔５５は、鋳造金型１の右側面５と第３直線部３７の前側端とを連通する。栓孔５６は、鋳造金型１の右側面５と第３直線部３７の後側端とを連通する。なお、本実施形態において、栓孔４１−４６および栓孔５１−５６の孔径および軸線方向（左右方向）の長さは同一であるが、適用される鋳造金型１に応じて適宜設定することができる。
【００１７】
冷却水路詰り検知装置は、栓孔４１−４６および栓孔５１−５６に嵌合される密栓６１を含む。密栓６１は、鋳造金型１の材料（例えば、ＳＫＤ６１）よりも高い熱伝導率を有する材料によって構成される。なお、密栓６１の材料として、例えば、アルミニウム、ジュラルミン（アルミニウム合金）、金、銀、銅、タングステン、モリブデン、コンスタンタン、ニッケル、マグネシウム、クロム等を用いることができる。また、密栓６１の軸直角平面による切断面は、栓孔４１−４６および栓孔５１−５６の軸直角平面による切断面に対応する円形である。すなわち、密栓６１は、円柱形の部材である。
【００１８】
図１に示されるように、栓孔４１に嵌合された密栓６１は、内側端（一端）が第１冷却水路２１の第１直線部２５の前側端（上流端）に面するとともに外側端（他端）が鋳造金型１の左側面４に面する。栓孔４２に嵌合された密栓６１は、内側端が第１直線部２５の後側端（下流端）に面するとともに外側端が鋳造金型１の左側面４に面する。栓孔４３に嵌合された密栓６１は、内側端が第２直線部２６の前側端に面するとともに外側端が鋳造金型１の左側面４に面する。栓孔４４に嵌合された密栓６１は、内側端が第２直線部２６の後側端に面するとともに外側端が鋳造金型１の左側面４に面する。栓孔４５に嵌合された密栓６１は、内側端が第３直線部２７の前側端に面するとともに外側端が鋳造金型１の左側面４に面する。栓孔４６に嵌合された密栓６１は、内側端が第３直線部２７の後側端に面するとともに外側端が鋳造金型１の左側面４に面する。
【００１９】
一方で、栓孔５１に嵌合された密栓６１は、内側端（一端）が第２冷却水路３１の第１直線部３５の前側端（上流端）に面するとともに外側端（他端）が鋳造金型１の右側面５に面する。栓孔５２に嵌合された密栓６１は、内側端が第１直線部３５の後側端（下流端）に面するとともに外側端が鋳造金型１の右側面５に面する。栓孔５３に嵌合された密栓６１は、内側端が第２直線部３６の前側端に面するとともに外側端が鋳造金型１の右側面５に面する。栓孔５４に嵌合された密栓６１は、内側端が第２直線部３６の後側端に面するとともに外側端が鋳造金型１の右側面５に面する。栓孔５５に嵌合された密栓６１は、内側端が第３直線部３７の前側端に面するとともに外側端が鋳造金型１の右側面５に面する。栓孔５６に嵌合された密栓６１は、内側端が第３直線部３７の後側端に面するとともに外側端が鋳造金型１の右側面５に面する。
【００２０】
本実施形態において、密栓６１は、表面がＤＬＣ（Diamond-Like Carbon）膜によってコーティングされている。なお、ＤＬＣ膜は、密栓６１の両端面のうち、金型表面（左側面４あるいは右側面５）に面する側（他端側）の端面（以下「外側端面」という）に形成されていることが必須である。密栓６１の表面のうち外側端面を除く部分については、必要に応じてＤＬＣ膜を形成すればよい。
【００２１】
ところで、鋳造金型１が使用される鋳造設備では、鋳造時における金型表面の温度が赤外線サーモグラフィによって監視されている。そして、本実施形態における冷却水路詰り検知装置は、鋳造金型１の左側面４から放射される赤外線を検出する赤外線カメラ６２を含む赤外線サーモグラフィと、鋳造金型１の右側面５から放射される赤外線を検出する赤外線カメラ６３を含む赤外線サーモグラフィと、を密栓６１の外側端面の温度を計測する温度計測手段として併用する。
【００２２】
また、複数個（本実施形態では１２個）の密栓６１は、鋳造金型１の、鋳造時における金型表面（左側面４あるいは右側面５）の温度が相対的に低い部位に配置される。すなわち、栓孔４１−４６は、鋳造金型１の左側部分（左側面４に沿う部分）の、鋳造時における左側面４の温度が相対的に低い部位に配置される。換言すると、第１冷却水路２１の各直線部２５，２６，２７は、鋳造金型１の左側部分の、鋳造時における左側面４の温度が相対的に低い部位に配置される。また、栓孔５１−５６は、鋳造金型１の右側部分（右側面５に沿う部分）の、鋳造時における右側面５の温度が相対的に低い部位に配置される。換言すると、第２冷却水路３１の各直線部３５，３６，３７は、鋳造金型１の右側部分の、鋳造時における右側面５の温度が相対的に低い部位に配置される。なお、鋳造金型１の、鋳造時における金型表面（左側面４あるいは右側面５）の温度が相対的に低い部位は、前述した既設の赤外線サーモグラフィによって知ることが可能であが、ＦＥＭ解析によって予め知ることもできる。
【００２３】
次に、前述した鋳造金型１の冷却水路詰り検知装置の作用を説明する。
図２は、密栓６１の上流側（図２における左側）で冷却水路２１（３１）に詰りが発生していない状態を示す模式図である。また、図３は、密栓６１の上流側で冷却水路２１（３１）に詰りが発生している状態を示す模式図である。図２に示されるように、密栓６１の上流側で冷却水路２１（３１）に詰りが発生していない場合、予め定められた一定流量の冷却水が冷却水路２１（３１）を流通することにより、密栓６１を通過する冷却水の温度、延いては、内側端（一端）が冷却水路２１（３１）に面する密栓６１の温度は一定である。
【００２４】
一方で、図３に示されるように、密栓６１の上流側で冷却水路２１（３１）に詰りが発生した場合、詰り箇所の下流側の冷却水路２１（３１）を流通する冷却水の流量は、詰り箇所の上流側の冷却水路２１（３１）を流通する冷却水の流量に対して減少する。これにより、詰り箇所の下流側の冷却水路２１（３１）を流通する冷却水が昇温して、内側端（一端）が詰り箇所の直下流の冷却水路２１（３１）に面する密栓６１（以下、必要に応じて「詰り箇所直下流の密栓６１」という）も直ちに温度上昇する。当該密栓６１の温度上昇は、赤外線サーモグラフィ（温度計測手段）によってリアルタイムで検知される。
【００２５】
例えば、図１における冷却系１０の箇所Ｃに詰りが発生した場合、詰り箇所Ｃの下流側の冷却水路２１を流通する冷却水の流量は、詰り箇所Ｃの上流側の冷却水路２１を流通する冷却水の流量に対して減少する。これにより、詰り箇所Ｃの下流側の冷却水路２１を流通する冷却水が昇温して、内側端（一端）が詰り箇所Ｃの直下流の第１冷却水路２１に面する密栓６１、すなわち、栓孔４４に嵌合された密栓６１の温度も直ちに上昇する。ここで、詰り箇所直下流の密栓６１の温度上昇は、赤外線サーモグラフィによってリアルタイムで検知される。
【００２６】
そして、当該赤外線サーモグラフィの検知結果から、詰り箇所直下流の密栓６１（栓孔４４に嵌合された密栓６１）と該密栓６１の直上流に配置された密栓６１（栓孔４３に嵌合された密栓６１）との間の第１冷却水路２１に詰りが発生した、すなわち、第１冷却水路２１の第２セクション２３の第２直線部２６に詰りが発生したことをリアルタイムで検知することができる。換言すると、赤外線サーモグラフィによる密栓６１の温度計測結果に基づき、詰り箇所Ｃをリアルタイムで特定することができる。
【００２７】
この実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態において、冷却水路詰り検知装置は、冷却水路２１（３１）と金型表面（左側面４あるいは右側面５）とを連通する複数個の栓孔４１−４６および５１−５６と、各栓孔４１−４６および５１−５６に嵌合されて内側端（一端）が冷却水路２１（３１）に面するとともに外側端（他端）が金型表面（左側面４あるいは右側面５）に面する密栓６１と、を備えて、赤外線サーモグラフィ（温度計測手段）による密栓６１の温度計測結果に基づき、温度上昇の度合が大きい密栓６１を検知することにより、冷却水路２１（３１）の詰り箇所Ｃが特定される。
【００２８】
本実施形態によれば、鋳造金型１の改造は、に複数個の栓孔４１−４６および５１−５６を穿設して、各栓孔４１−４６および５１−５６に密栓６１を嵌合させるだけで済む。加えて、赤外線サーモグラフィ（温度計測手段）は、既存の設備をそのまま使用することが可能である。したがって、本実施形態の冷却水路詰り検知装置を、既存の設備に低コストかつ容易に導入することができる。
また、鋳造金型１の、鋳造時における金型表面（左側面４あるいは右側面５）の温度が相対的に低い部位に密栓６１を配置して、加えて、密栓６１に、鋳造金型１の材料よりも高い熱伝導率を有する材料を適用したので、赤外線サーモグラフィによる密栓６１の温度上昇の検知感度を高めることができる。さらに、熱伝導率がより高い材料（例えば、銀）を密栓６の材料に適用することにより、冷却水の温度上昇に対して密栓６１を速やかに温度上昇させることができる。その結果、冷却水の温度上昇を即時に検知することが可能であり、冷却系１０における詰り箇所Ｃをリアルタイムで特定することができる。
これにより、冷却系１０に詰りが発生した場合であっても速やかに対処することが可能であり、安定した品質の鋳造品を得ることができる。
また、ＤＬＣ膜を、密栓６１の少なくとも外側端面に形成したことにより、周囲から放出される赤外線の反射の影響を抑止することが可能であり、赤外線サーモグラフィによる温度計測精度を高めることができる。
【００２９】
なお、実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成することができる。
密栓６１の温度を計測する温度計測手段は、赤外線サーモグラフィの他、接触あるいは非接触型の温度センサを適用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  鋳造金型、４  左側面（金型表面）、５  右側面（金型表面）、２１  第１冷却水路、３１  第２冷却水路、４１−４６，５１−５６  栓孔、６１  密栓、６２，６３  赤外線カメラ（温度計測手段）
【図１】
2016078053.tif 000003
【図２】
2016078053.tif 000004
【図３】
2016078053.tif 000005