JP2010168640A - 冷却液管理装置及び方法並びに測温素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】管理対象となる冷却液1を収容する容器11と、合金製の試験片21に温度検出素子22が接続され、試験片21及び温度検出素子22を取り付ける取付軸部24が熱的に絶縁されてなる測温手段20と、容器11の上方に配置されており加熱コイル13aを有する加熱手段13と、試験片21を加熱コイル13aに挿入し加熱手段13が試験片21を所定温度まで加熱すると試験片21を下降し容器11内の冷却液1に浸漬する上下動手段14と、を有する。
【選択図】図1
Description
特許文献1に開示されている冷却能試験方法では、冷却液を冷却槽に循環して導入し、試験片を昇温して冷却槽内の冷却液に試験片の下方を一部のみ浸漬し、時間経過に伴う試験片の温度変化を計測することで、冷却曲線を求め、この冷却曲線から冷却能を評価している。
特許文献2に開示されている冷却性能評価方法では、熱電対から出力される電圧をAD変換して演算制御回路に入力し、演算制御回路において熱電対の出力値と銀棒の温度とが一次関数、即ち比例関係となるよう補正をすることで、迅速かつ容易に冷却曲線を求めている。
特許文献3には、できるだけ工業的用途に近い条件で金属合金又は他の新材料と既知の焼入剤との関係などを再現性よく試験することができる研究用装置について開示され、焼入れ液を試験片に対して循環し攪拌することが重要であるとしている。
特に、測温手段は、上端に穴を有する試験片と、試験片の上端に接続された中空の連結部と、連結部の上端に接続され樹脂又は発泡セラミックスでなる中空の取付軸部と、先端部が試験片の穴に挿入され、かつ連結部及び取付軸部に挿通された温度検出素子と、を有することが好ましい。
さらに好ましくは、基準データを格納した基準データ蓄積部を備え、基準データは、試験片が冷却液により第1の温度から第2の温度まで冷却されるのに要する時間と冷却液の濃度との関係を示すデータ列である。
さらに好ましくは、温度検出素子が出力するデータを取り込んで処理するデータ処理部を備え、データ処理部が、管理対象となる冷却液中にある試験片が第1の温度から第2の温度に至るまで時間を求め、基準データ蓄積部に格納されている基準データと比較し、その冷却液の濃度を算出する。
特に、上下動手段は、鉛直方向に配設されたレールと、このレール上を走査するスライダーとを有することが好ましい。
特に、管理対象となる同一の冷却液について、好ましくは、ステップA乃至ステップDを繰り返し行い、ステップDで推定した濃度の変化に基いて冷却液の管理を行う。
図1乃至図3は本発明の実施形態に係る冷却液管理装置10を示し、図1は左側面図、図2は正面図、図3は右側面図である。冷却液管理装置10は、管理対象となる冷却液1や濃度が既知の基準溶液2を入れる容器11と、試験片21及び温度検出素子(温度測定素子ともいう。)22などで構成されている測温手段20と、試験片21を加熱する加熱手段13と、測温手段20を上下動する上下動手段14と、温度検出素子22から出力されたデータの処理並びに加熱手段13及び上下動手段14の制御を行う計測制御手段15と、を有する。なお、測温手段20は、本発明の実施形態に係る測温素子に対応するものである。
容器11は、例えば広口ビンなどであって、管理対象となる冷却液1や基準溶液2を収容できるよう上端が開口している。容器11は、冷却液1を収容した状態で台座11a上に載置され、上端の開口から試験片21が挿入される。
取付軸部24は、図4及び図5に示すように、細長で中空円筒形を有する。取付軸部24の下端部24aは径の広い内径の挿入部24bを有し、挿入部24bに連結部23の上端部23aが挿入される。取付軸部24の上端部24cは上下で対をなす鍔24dを有しており、上端部24cは図1乃至図3に示す測温手段支持部17に把握され、測温手段支持部17はアタッチメント16によって上下動手段14に取り付けられている。取付軸部24は、蓄熱し難い断熱素材、例えばポリアセタール樹脂やフッ素樹脂その他の樹脂のほか発泡セラミックスで形成されていることが好ましい。ポリアセタール樹脂は結晶性のエンジニアリングプラスチックであり、その連続使用温度は95℃(UL認定温度)である。フッ素樹脂はポリアセタール樹脂よりも耐熱性の高いスーパーエンジニアリングプラスチックであり、その連続最高使用温度は260℃である。発泡セラミックとしては、例えば陶磁器質の粉末と発泡剤とを混合した原料粉末を加熱発泡することで得られるものであってもよい。このような断熱性を有する素材で取付軸部24を構成することにより、取付軸部24は熱遮断性が高く、後述するように試験片21を加熱手段13で昇温しても取付軸部24に熱が篭り難い。
基準データ蓄積部15aは、冷却液1の濃度と冷却時間との関係を示すデータ列を基準データとして格納している。ここで、冷却時間とは、試験片21を冷却液1中に浸漬したとき、試験片21が第1の温度から第2の温度になるまでに要する時間である。
データ処理部15bは、試験片21を冷却液1に浸漬しているとき温度検出素子22から出力されるデータを取り込み、試験片21が第1の温度から第2の温度になるまでに要する時間を求める。この求めた時間(以下、「冷却時間」と呼ぶ。)を基準データ蓄積部15aの基準データと参照し、管理対象となる冷却液1の濃度を求める。データ処理部15bは、管理対象となる冷却液1の場合と同様、濃度が既知の基準溶液の冷却時間も同様な手法により求める。
管理データ蓄積部15cは、管理対象となる冷却液1についてデータ処理部15bで求めた値を計測日時とサンプル番号と共に蓄積する。
次に、本発明の実施形態に係る冷却液管理方法について説明しながら、図1に示す冷却液管理装置10についてさらに詳細に説明する。冷却液1を管理する前提として、基準データ蓄積部15aに基準データを格納する作業を行った後に、冷却液1の管理作業を行うことができる。
基準データの格納作業について説明する。
図8は、基準データをグラフ化した図である。図8の横軸は冷却時間(秒)であり、縦軸は濃度(%)である。この基準データは次のようにして作成される。図9は温度検出素子22による出力をグラフ化したものである。図9の横軸は時間であり、縦軸は温度である。
次に、焼き入れなどで使用する冷却液1の管理方法について説明する。
管理対象となる冷却液1を容器11に入れ、所定温度として基準データ作成時と同様、30℃の一定の温度に冷却液を昇温した後、容器11を図1乃至図3に示す台座11a上に置く。その後、図7に示すように、上下動手段14が測温手段20を下降し試験片21を加熱コイル13a内に挿入する。加熱コイル13aに高周波電流を流して500℃前後例えば520℃まで試験片21を誘導加熱する。試験片21が所定の温度まで加熱されると加熱コイル13aへの通電を停止する。その後、上下動手段14が測温手段20をさらに下降し、試験片21を容器11内の冷却液1に浸す。その際、図7に示すように、基準線25を冷却液1の水面に合わせる。試験片21が例えば冷却液1と同程度の温度まで冷却されると、上下動手段14が測温手段20を鉛直上方に移動する。即ち、試験片21が基準溶液2及び加熱コイル13aから引き出され、測定手段20を図1に示す退避状態に戻す。その後、試験片21が室温まで空冷される。
第1に、静止状態の冷却液1中に試験片21を完全に浸漬して試験片21の温度を温度検出素子22で測定している。よって、試験片21周りの冷却液1の部分がほぼ同じであり、試験片21から冷却液に伝達される熱流が測定毎に変化しない。即ち、冷却液を循環していたり攪拌している場合とは異なり、本発明の実施形態では冷却液を強制的に流動しておらず、静置されている一定量の冷却液に対して試験片21の熱が伝わることになる。測定毎に同じ量、同じ温度の冷却液1に試験片21を浸漬するので、試験片21から冷却液1に伝わる熱量も変化せず、試験片21の温度が冷却液の性質、即ち濃度に直接影響する。よって、試験片21の温度をモニターすることで、冷却液の濃度をモニターすることができる。
2:基準溶液
10:冷却液管理装置
11:容器
11a:台座
12a:ベース部
12b:支柱
13:加熱手段
13a:加熱コイル
13b:電源部
13c:アタッチメント
14:上下動手段
14a:レール
14b:スライダー
14c:制御部
15:計測制御手段
15a:基準データ蓄積部
15b:データ処理部
15c:管理データ蓄積部
16:アタッチメント
16a:水平部
16b:鉛直部
16c:上端部
17:測温手段支持部
17a:挟持部
18:近接スイッチ
20:測温手段(測温素子)
21:試験片
21a:上端部
21b:本体部
21c:中径部
21d:小径部
21e:穴
21f:穴底部
22:温度検出素子
22a:シース
22b:先端部
22c:素線
22d:充填剤
22e:中継スリーブ
22f:補償導線
22g:コネクタ
23:連結部
23a:上端部
23b:下端部
24:取付軸部
24a:下端部
24b:挿入部
24c:上端部
24d:鍔
24e:側部孔
25:基準線
26:ビス
Claims (8)
- 管理対象となる冷却液を収容する容器と、
合金製の試験片に温度検出素子が接続され、該試験片及び該温度検出素子を取り付ける取付軸部が熱的に絶縁されてなる測温手段と、
上記容器の上方に配置されており、加熱コイルを有する加熱手段と、
上記試験片を上記加熱コイルに挿入し、上記加熱手段が上記試験片を所定温度まで加熱すると上記試験片を下降して上記容器内の冷却液に浸漬する上下動手段と、
を有する、冷却液管理装置。 - 前記測温手段は、上端に穴を有する前記試験片と、該試験片の上端に接続された中空の連結部と、該連結部の上端に接続され樹脂又は発泡セラミックスでなる中空の取付軸部と、先端部が上記試験片の穴に挿入され、かつ上記連結部及び上記取付軸部に挿通された前記温度検出素子と、を有する、請求項1に記載の冷却液管理装置。
- さらに、基準データを格納した基準データ蓄積部を備え、
上記基準データは、前記試験片が冷却液により第1の温度から第2の温度まで冷却されるのに要する時間と冷却液の濃度との関係を示すデータ列である、請求項1又は2に記載の冷却液管理装置。 - さらに、前記温度検出素子は、出力するデータを取り込んで処理するデータ処理部を備え、
該データ処理部が、管理対象となる冷却液に前記試験片が漬浸されている状態で前記試験片が第1の温度から第2の温度に至るまでの時間を求め、前記基準データ蓄積部に格納されている基準データと比較し、その冷却液の濃度を算出する、請求項3に記載の冷却液管理装置。 - 前記上下動手段は、鉛直方向に配設されたレールと、このレール上を走査するスライダーとを有する、請求項1乃至4の何れかに記載の冷却液管理装置。
- 試験片を加熱するステップAと、
管理対象となる静止状態の冷却液に上記試験片を浸漬し該試験片の温度を測定するステップBと、
上記試験片が第1の温度から第2の温度まで冷却される時間を求めるステップCと、
予め基準データとして求めておいた冷却時間と冷却液の濃度との関係から管理対象となる冷却液の濃度を推定するステップDと、
を含む、冷却液管理方法。 - 管理対象となる同一の冷却液について、前記ステップA乃至前記ステップDを繰り返し行い、前記ステップDで推定した濃度の変化に基いて冷却液の管理を行う、請求項6に記載の冷却液管理方法。
- 上端に穴を有する合金製の試験片と、
上記試験片の上端に接続された中空の連結部と、
上記連結部の上端に接続され樹脂又は発泡セラミックスでなる中空の取付軸部と、
先端部が上記試験片の穴に挿入され、かつ上記連結部及び上記取付軸部に挿通された温度検出素子と、
を含む、測温素子。
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