JP2014167487A - 冷却液管理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱処理用の冷却液を容易に管理することができる新たな冷却管理方法を提供する。
【解決手段】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、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、試験片を室温まで冷却した上でステップA乃至ステップCを繰り返し行って、冷却される時間の平均値を求め、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、求めた冷却される時間の平均値における濃度を求めて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。
【選択図】図9
【解決手段】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、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、試験片を室温まで冷却した上でステップA乃至ステップCを繰り返し行って、冷却される時間の平均値を求め、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、求めた冷却される時間の平均値における濃度を求めて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。
【選択図】図9
Description
本発明は、熱処理に供される冷却液の濃度を管理する冷却液管理方法に関する。
熱処理に供される冷却液は使用し続けることにより劣化する。よって、同じ冷却液を使用し続けると適正な硬さを得ることができず、焼き割れが生じるおそれがある。
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。
特許文献1に開示されている方法では、試験片の下部の一部のみを冷却液に浸漬するため、冷却液水面での冷却挙動が変動し、冷却液の効果を正確に評価することができないおそれがある。試験片と冷却液との接触面積が変化しえるからである。特に、従来のように、試験片を含む測温部を金属製にすると、冷却液から測温部分への熱移動が測定環境の影響を大きく受け、性能評価を安定的にかつ再現性よく行えない。性能評価は繰り返し行うことが評価信用度を高める常套手段となっているが、測定時間の間隔が短くなると測温部分に熱が蓄積し、評価性能の信憑性も低下するおそれがある。また、特許文献1や特許文献3に記載の技術のように冷却液を循環して流水状態で性能評価を測定すると、冷却液の量が多くなり、取り扱いが煩雑になりやすい。
そこで、本発明の目的は、熱処理用の冷却液を容易に管理することができる新たな冷却液評価方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は次の特徴的手段を採用する。
[1] 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、
上記試験片を室温まで冷却した上で上記ステップA乃至上記ステップCを繰り返し行って、冷却される時間の平均値を求め、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、求めた冷却される時間の平均値における濃度を求めて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。
[1] 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、
上記試験片を室温まで冷却した上で上記ステップA乃至上記ステップCを繰り返し行って、冷却される時間の平均値を求め、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、求めた冷却される時間の平均値における濃度を求めて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。
[2] 前記試験片が取付軸部に断熱して連結されている、上記[1]に記載の冷却液管理方法。
[3] 管理対象となる同一の冷却液について、前記ステップDで推定した濃度と計測日時とを記録しておき、濃度の変化に基いて冷却液の管理を行う、上記[1]又は[2]に記載の冷却液管理方法。
本発明によれば、加熱した試験片を静止状態の冷却液に漬浸し、冷却液の温度を測定する。その際、取付軸部は試験片と熱的に絶縁されており、かつ冷却液を循環していないため、試験片から所定量の冷却液に熱が伝達される。しかも、冷却液は攪拌等されないため、試験片から冷却液に伝達される熱流が測定毎に変化しにくい。よって、予め濃度が既知である冷却液を基準溶液として準備し、昇温した試験片をその基準溶液に浸漬し、試験片が所定の温度まで冷却される時間を測定しておき、管理対象となる冷却液について基準溶液の場合と同様、昇温した試験片を冷却液に浸漬し、試験片が所定の温度まで冷却される時間を計測して、基準溶液と冷却液との冷却時間を比較することで、冷却液の濃度を推定することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明するが、本発明は特許請求の範囲に記載した範囲において適宜変更して実施することができる。
〔冷却液管理装置及び測温素子〕
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。
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、測温手段20、加熱手段13、上下動手段14及び計測制御手段15は、図示しない筐体内に配置され、筺体のベース部12aに支柱12bが鉛直方向に立設されている。ベース部12aには、容器11を載置する台座11aが螺子などで固定されている。台座11aは熱伝導性の低い断熱材、例えば樹脂又は発泡セラミックスで成形されている。加熱手段13の一部をなす加熱コイル13aが台座11aの上方に配置されるよう、この加熱コイル13aはアタッチメント13cによって支柱12bに固定されている。支柱12bに近接して上下動手段14が筐体のベース部12aに立設されている。測温手段20は、容器11の上方に、その長手方向が鉛直方向となるよう配置される。
冷却液管理装置10の各構成部品について説明する。
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。
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。
図4は測温手段20を示し、(A)はその全体側面図、(B)はB−B線に沿う断面図、(C)はC−C線に沿う断面図であり、図5は測温手段20の分解図である。図6は温度検出素子22の先端部22bの断面図である。測温手段20の構成は次の通りである。略円筒状試験片21の上端に中空の連結部23が接続され、その連結部23の上端に中空の取付軸部24が接続され、温度検出素子22が取付軸部24及び連結部23の中空に挿通され、温度検出素子22の先端部22bが試験片21に嵌め込まれている。
試験片21は、図4や図5に示すように、細長い略円筒形を有する。試験片21の上端部21aは、本体部21bより径が小さい中径部21cと、中径部21cよりさらに径の小さい小径部21dとで構成され、上端部21aが段差を有している。上端部21aの軸には穴21eが穿設されている。試験片21は加熱手段13で数百℃まで昇温するので耐熱性素材、例えばCoとFeとの合金であるインコネルなどで形成される。
連結部23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。連結部23は、例えばSUS304などのステンレス鋼で形成されている。
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。
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。
温度検出素子22は例えばシース熱電対であり、例えば図6に示すように熱電対素線22c,22cが金属保護管でなるシース22aの内に挿入され、シース22a内にMgOなどの無機絶縁物の粉末でなる充填剤22dが密封されている。図6に示す接地型の熱電対では、シース22aの先端部22bに素線22c,22cを直接溶接して構成されるので、応答速度が速く、高温下での温度測定にも適する。もちろん、絶縁型とも呼ばれる非接地型でも、露出型であっても構わない。一対の熱電対素線22c,22cの後端には中継スリーブ22eを介して補償導線22fが接続され、補償導線22fの後端にはコネクタ22gが接続されている。コネクタ22gは計測制御手段15に配線により接続されている。
ここで、図4(B)に示すように、温度検出素子22の先端部22bは、その先端が試験片21における上端部21aの穴底部21fに接触するよう、穴21eに嵌め込まれている。その際、温度検出素子22は穴21eの内壁にろう付けされている。試験片21における上端部21aのうち中径部21cに、連結部23における下端部23bが接続されている。試験片21の上端部21aと連結部23の下端部23bとの間にろう付けがなされ、冷却液1の測温手段20の内部中空への侵入が防止されている。連結部23の上端部23aは取付軸部24の挿入部24bに挿入され、取付軸部24における側部孔24eにビス26が螺合し、ビス26により連結部23が締め付けられている。図4(B)に示すように、温度検出素子22の先端側のみが試験片21に埋め込まれ、温度検出素子22は連結部23の内周壁には接触していない。
加熱手段13は、鉛直方向に加熱コイル13aと、加熱コイル13aに高周波電力を印加するための電源部13bと、を備えている。加熱コイル13aは、支柱12bにアタッチメント13cで取り付けられ、容器11の上方に配置されている。
上下動手段14は、図3に示すように、ベース部12a上に支柱12bに近接して立設されており、鉛直方向に配設されるレール14aと、レール14a上を鉛直上下方向に移動するスライダー14bと、を備えている。スライダー14bは制御部14cにより電気で駆動され、退避位置から所定の第1及び第2の位置まで下降する。第1及び第2の位置については後述する。スライダー14bの後端部には、近接スイッチ18が取り付けられている。この近接スイッチ18はベース部12aとの距離に関するデータを検出して制御部14cに出力し、制御部14cがスライダー14bを退避位置、第1の位置及び第2の位置に停止させる。
測温手段20は、上下動手段14に、水平部16aと鉛直部16bとでなるアタッチメント16により取り付けられている。水平部16aの一端がスライダー14bに取り付けられ、鉛直部16bの上端部16cに測温手段支持部17が取り付けられている。測温手段支持部17には水平方向に挟持部17aが延設されており、挟持部17aが取付軸部24を把持している。
計測制御手段15は、測温手段20における温度検出素子22と、加熱手段13における電源部13bと、上下動手段14における制御部14cと、に接続され、これら電源部13b及び制御部14cを制御する。図7は、計測制御手段15が測温手段20をどのように移動するかを模式的に示す図である。計測制御手段15は、測温手段20が図1に示す初期状態となる退避位置において操作者から開始ボタン(図示せず)の入力があると、制御部14cがスライダー14bを下降し第1の位置で停止させる。第1の位置とは、図7に示すように試験片21が加熱コイル13aに挿入される状態である。計測制御手段15は、スライダー14bが第1の位置に停止すると、電源部13bから加熱コイル13aに所定時間所定の高周波電圧が印加され、加熱コイル13aに高周波電流が流れる。所定時間とは、試験片21が室温から450〜600℃の範囲の一定温度、例えば520℃まで昇温する時間である。温度検出素子22から試験片21の温度に対応する電圧が出力されるため、計測制御手段15はその電圧の値を取り込む。計測制御手段15はその電圧値から試験片21が既定の温度まで上昇したことを確認すると、電源部13bから加熱コイル13aへの通電を停止し、制御部14cを駆動してスライダー14bをさらに下降させて試験片21が完全に冷却液1や基準溶液2に浸漬する位置まで下降し停止させる。計測制御手段15は温度検出素子22から随時出力される電圧値をデータ列として取り込む。その電圧値が所定の値になると、即ち試験片21が室温近くまで冷却されると、計測制御手段15は制御部14cによりスライダー14bを鉛直上方へ移動する。これにより、試験片21は、冷却液1や基準溶液2から引き上げられ、さらに加熱コイル13aからひき抜かれ、図1に示す退避位置まで鉛直上方へ移動する。
計測制御手段15は、さらに、基準データ蓄積部15aとデータ処理部15bと管理データ蓄積部15cとを有する。
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。
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。
〔冷却液管理方法〕
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。
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。
〔基準データの作成〕
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。
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。
先ず、焼き入れ剤と水との割合を変えて複数の冷却液を作製する。例えば0〜25%の範囲で5%おきに基準溶液2を作製する。この濃度範囲に濃度設定した理由は、12.5%以上の濃度を有する冷却液を用いると、焼き入れ硬化不良が生じる一方、7.5%以下の濃度を有する冷却液を用いると、焼き割れが生じるためである。基準溶液2として、例えば6種類の冷却液を用いる。焼き入れ剤0、30、60、90、120、150ミリリットルに対し、それぞれ水を入れ焼き入れ剤と水との全容量が600ミリリットルとなるように混合し、それぞれ冷却液の濃度が0、5、10、15、20、25%となるようにする。
次に、基準溶液2を所定温度として30℃に昇温する。その後、図1乃至図3に示す冷却液管理装置10における台座11a上に容器11を載せる。一方、図7に示すように、測温手段20が上下動手段14により下降し、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をさらに下降させ、試験片21を容器11内の基準溶液2に浸す。図7に示すように、測温手段20の連結部23の外周表面に設けられた基準線25を基準溶液2の水面に合わせる。試験片21が例えば基準溶液2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を鉛直上方へ移動する。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が図1に示す退避状態の位置に配置される。その後、試験片21が室温まで空冷される。
計測制御手段15は例えば自ら備えるモニターに温度検出素子22が出力したデータを図9に示すように表示する。加熱コイル13aは室温から試験片21を加熱して温度T0まで上昇し、その後、試験片21を基準溶液2に浸漬するので、試験片21が基準溶液2により冷却される。ここで、試験片21が温度T1から温度T2まで冷却されるまでの時間tを求め、基準溶液2の濃度と冷却時間tとの関係を求める。
以上の処理を濃度の異なる各基準溶液2について行い、濃度毎の基準溶液2と時間tとの関係を求める。これをグラフとして模式的に示したのが、図8である。図8から分かるように、冷却時間tと冷却液の濃度とは一対一に対応している。よって、焼き入れ現場において、誘導加熱により所定温度に加熱した試験片21を、管理対象となる冷却液1に浸漬し、試験片21が第1の温度T1から第2の温度T2までに冷却される時間を求めることで、冷却液1の濃度が推定される。
〔冷却液の管理方法〕
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。
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。
計測制御手段15には、試験片21の加熱前から冷却液1に浸漬して冷却されるまでの間、温度検出素子22から出力されるデータが入力される。計測制御手段15には、前述にように、基準データ蓄積部15aとデータ処理部15bと管理データ蓄積部15cとが備えられているので、各部が次のような演算処理を行う。
先ず、データ処理部15bは温度検出素子22から出力されたデータから、その冷却液1に関する冷却時間tを求める。即ち、計測制御手段15には温度検出素子22から出力データ列が経過時間と共に格納される。よって、図9に模式的に示すように、試験片21が温度T1から温度T2に至るまでの時間を算出する。この温度T1、T2の値は、基準データ作成時に用いた値と同じであり、例えば、450℃から150℃まで冷却される時間を冷却時間tとして算出する。これら、冷却液1のサンプル番号と、データ処理部15bが算出した冷却時間tと、試験片21を昇温して冷却液1に浸漬した日時とを、管理データ蓄積部15cに格納する。
そこで、作業者は、管理データ蓄積部15cに格納されているそのサンプル番号のデータとこのたび計測した値とを比較する。計測して求めた値が、規定範囲内であればその冷却液1を使用する一方、規定範囲外であれば新たな冷却液を作製して使用する。
また、管理データ蓄積部15cに格納されているそのサンプル番号に関するデータ列、つまり、冷却時日時毎の冷却時間を相互に比較することで、そのサンプル番号の冷却液が使用限界に達しようとしているか否かを判断することができる。
本発明の実施形態における主要な特徴点について以下に説明する。
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。
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。
第2に、測温手段20を、耐熱性の試験片21を熱的に断熱した取付軸部24に連結部23により取り付けて構成している。即ち、取付軸部24を試験片21や連結部23の素材と比べて熱伝導性が低い断熱材、例えばポリアセタール樹脂、フッ素樹脂その他の樹脂や発泡セラミックスで構成することにより、加熱手段13で試験片21を昇温しても試験片21の熱が取付軸部24に蓄熱され難い。実際、試験片21を加熱手段13で昇温しても連結部23と取付軸部24との接触部分の温度は200℃程度まで秒単位に昇温したが、加熱手段13による試験片21の加熱を停止すると直ちにその接触部分の温度は下降した。よって、試験片21の熱が冷却液1側に伝達され、取付軸部24側に伝達されない。このことから、測定を繰り返し行っても、試験片21を室温まで下げることで、測温手段20に熱が篭ることがなく、試験片21の温度をモニターすることで、試験片21から冷却液1に流れる熱量を相対的にかつ間接的に測定することができる。
第3に、データ処理部15bが冷却時間を求める際、昇温している試験片21が冷却液1に浸漬されても、試験片21の表面に形成される蒸気膜の影響を受けにくい範囲、例えば、第1の温度として例えば450℃、第2の温度として例えば150℃を設定するとよい。
第4に、計測制御手段15が管理対象となる冷却液の冷却時間を算出し、その冷却時間から求めた冷却液の濃度を記録しておくことにより、冷却液の使用可能性について客観的なデータを提示することができる。
本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態に変更して実施することができる。例えば次のように実施することができる。
測温手段20の試験片21や連結部23は目視によりその表面を観察して汚れなどが付着していないかを確認することで、正確な計測を行える。試験片21や連結部23に付着している冷却液1は例えば水で濡らしたウエス等により拭き取るとよい。その際、布表面に研磨材を接着剤によって固着した研磨布などの研磨工具、例えば住友3M社製のスコッチ・ブライト(登録商標)により試験片21や連結部23の全体をまんべんなく磨き、再び水で濡らしたウエス等により表面の汚れを拭き取り、乾いたウエス等で表面の水気を拭き取ることで、計測部位を正常に保つことができ、ひいては正確な濃度測定を行うことができる。
データ処理部15bは、同じ冷却液、基準溶液に対し一回の測定ではなく、同じタイミングで複数回繰り返し測定して冷却時間を求め、その平均値から図8に示す冷却時間と冷却液の濃度との関係に基いて冷却液の濃度を求め、基準データ蓄積部15aや管理データ蓄積部15cにデータとして蓄積してもよい。これにより、測定誤差を小さくすることができる。
冷却液1に試験片21を浸漬している間、断熱材でなるカバーで包囲しておくことにより、試験片21に対して外部から熱の出入りがなく、正確な計測を行うことができる。
1:冷却液
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
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 (3)
- 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、
上記試験片を室温まで冷却した上で上記ステップA乃至上記ステップCを繰り返し行って、冷却される時間の平均値を求め、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、求めた冷却される時間の平均値における濃度を求めて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。 - 前記試験片が取付軸部に断熱して連結されている、請求項1に記載の冷却液管理方法。
- 管理対象となる同一の冷却液について、前記ステップDで推定した濃度と計測日時とを記録しておき、濃度の変化に基いて冷却液の管理を行う、請求項1又は2に記載の冷却液管理方法。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017037019A (ja) * | 2015-08-11 | 2017-02-16 | 株式会社神戸製鋼所 | 劣化度判定方法及び金属加工部材の製造方法 |
JP2020104436A (ja) * | 2018-12-28 | 2020-07-09 | 株式会社神戸製鋼所 | 混練装置 |
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JPH04220552A (ja) * | 1990-12-20 | 1992-08-11 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 低温環境形成装置 |
JPH05264487A (ja) * | 1992-03-17 | 1993-10-12 | Dkk Corp | 熱処理油冷却試験器 |
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-
2014
- 2014-05-07 JP JP2014096321A patent/JP2014167487A/ja active Pending
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