JP2016065811A

JP2016065811A - 温度測定装置及び温度推定方法

Info

Publication number: JP2016065811A
Application number: JP2014195285A
Authority: JP
Inventors: 翔平今川; Shohei Imagawa
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2016-04-28

Abstract

【課題】従来、サーモカメラを用いた方法では、溶融材料冷却固化中における金型の内表面温度を正確に得ることができないという課題があった。
【解決手段】溶融材料を冷却固化して成形体を成形するための金型の温度を測定する温度測定装置であって、金型の溶融材料と接触する内表面１００（８ａ）から異なる距離Ａ１，Ａ２，Ａ３にある複数の内部箇所に測温接点９ａが配置される複数の熱電対９を備えるものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、溶融材料を冷却固化して成形体を成形するための金型の温度を測定する温度測定装置、及び前記金型の溶融材料と接触する内表面の温度を推定する温度推定方法に関する。

金型のキャビティ内に溶融材料を充填し、溶融材料を冷却固化して成形体を得る成形方法の１つであるダイカスト鋳造においては、鋳造条件を設定するにあたり、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）を利用した鋳造シミュレーションが幅広く行われている。斯かるシミュレーションにより、金型内での溶融材料の凝固の進行状況を確認し、製品内部に引け巣欠陥等が生じるか否かを予測することができるが、鋳造精度を向上させるには、鋳造中（溶融材料冷却固化中）における金型と溶融材料との間の正確な熱伝達係数を知ることが重要である。

一般的に、金型と溶融材料との間の熱伝達係数は、以下の式で表される。

α＝−ｈ×１／（Ｔｍ−Ｔｄ）×（δＴ／δｘ）・・・式
α：金型と溶融材料との間の熱伝達係数
ｈ：金型の熱伝導率
Ｔｍ：溶融材料の金型境界側の温度
Ｔｄ：金型の溶融材料境界側の温度
δＴ／δｘ：温度勾配ｘ＝０

ところで、上記式中の各種パラメータのうちの１つである、金型の溶融材料境界側の温度（Ｔｄ）、すなわち金型の溶融材料と接触する内表面の温度を得る方法として、例えば、サーモカメラを用いた方法がある（特許文献１参照）。

特開平８−１３０２号公報

しかしながら、サーモカメラを用いた方法では、金型を開いた状態でその内表面温度を測定しなければならない。このため、金型を閉じた状態である鋳造中の内表面温度を測定することができないといった課題がある。また、金型の表面特性（色、粗さ等）によって赤外線放射率が異なるため、サーモカメラによって正確な内表面温度の測定は困難である。従って、鋳造精度を向上させるには、サーモカメラによって得られる表面温度情報では不十分であった。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、溶融材料冷却固化中における金型の内表面温度を正確に得られるようにするための温度測定装置及び温度推定方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る温度測定装置は、溶融材料を冷却固化して成形体を成形するための金型の温度を測定する温度測定装置であって、前記金型の溶融材料と接触する内表面から異なる距離にある複数の内部箇所に測温接点が配置される複数の熱電対を備えるものである。

また、本発明に係る温度推定方法は、溶融材料を冷却固化して成形体を成形するための金型の前記溶融材料と接触する内表面の温度を推定する温度推定方法であって、前記溶融材料の冷却固化中に、前記金型の内表面から異なる距離にある複数の内部箇所の温度を測定し、前記測定した複数の内部箇所の温度から得られる温度勾配に基づいて前記金型の内表面の温度を推定する。

本発明に係る温度測定装置によれば、溶融材料冷却固化中であっても、金型の内表面から異なる距離にある複数の内部箇所の温度を測定することができる。しかも、サーモカメラを用いる場合とは異なり、金型の表面特性の影響を受けないので、正確な温度測定が可能である。

本発明に係る温度推定方法によれば、溶融材料冷却固化中における金型の内表面の温度を高精度に推定することができる。

本発明に係る温度測定装置の実施の一形態を適用したダイカスト金型の概略断面図である。挿入部の先端部を拡大して示す断面図である。温度測定結果の概念図である。

以下、図１及び図２に基づき、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の実施の形態を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

図１は、本発明に係る温度測定装置の実施の一形態を適用したダイカスト金型の概略断面図である。
図１に示すように、ダイカスト金型１は、固定主型２と、可動主型３と、固定主型２に嵌合される固定側入子４と、可動主型３に嵌合される可動側入子５等で構成される。可動主型３は固定主型２に対して接近離間するように移動可能に構成されている。可動主型３が固定主型２に当接して閉じた状態となることで、各入子４，５の間にキャビティ６が形成される。このキャビティ６内にアルミ溶湯等の溶融材料を充填することにより、その後、溶融材料が冷却固化され所望の形状の成形体が形成される。なお、各入子４，５は、それぞれ主型２，３に対して着脱可能となっており、入子が摩耗した場合や異なる形状の成形体を成形する場合に新しい入子や別形状の入子に交換可能となっている。

温度測定装置７は、固定主型２及び固定側入子４のそれぞれに形成された挿入孔２ａ，４ａに挿入される円柱状の挿入部８と、挿入部８に保持される複数の熱電対９とを有する。

挿入部８は、その外周面が各挿入孔２ａ，４ａの内周面に接触するように挿入される。挿入部８が挿入された状態では、挿入部８の先端面８ａが固定側入子４の内側（キャビティ６側）に露出して成形面の一部を構成するようになっている。また、挿入部８が挿入された状態では、挿入部８の基端側に設けられたフランジ状の突起８ｂが、固定主型２の挿入孔２ａの縁に当接し、挿入部８の先端面８ａが挿入方向に位置決めされている。

さらに、挿入部８は、挿入された状態で、その基端側に配置される板状の押え部材１０によって挿入孔２ａ，４ａから抜け出ないように保持される。この押え部材１０は、ボルト１１によって固定主型２に固定されるようになっている。このため、ボルト１１を緩め、押え部材１０を取り外すことで、挿入部８を固定主型２の外側から挿入孔２ａ，４ａに対して容易に抜き差しすることが可能である。

なお、熱電対９を金型に直接埋設することも可能であるが、本実施形態のように、熱電対９を金型に対して抜き差しできる挿入部８によって一体的に保持することで、挿入部８と金型のいずれか一方の交換が必要になった場合でも他方の交換は行わなくて済み、経済的である。

上述のように、挿入部８が挿入された状態では、挿入部８の先端面８ａは成形面の一部を構成する。すなわち、挿入部８は金型の一部となるので、挿入部８は固定側入子４と同じ熱伝達となるように同じ材質で構成されている。具体的には、ダイカスト用金型の基材として汎用される熱間ダイス鋼（ＳＫＤ６１）等が用いられる。また、挿入部８の先端面８ａには、固定側入子４の溶融材料と接触する内表面と同じ表面処理が施されている。

図２は、挿入部８の先端部を拡大して示す断面図である。
図２に示すように、各熱電対９は、挿入部８に形成された孔部８ｃ内に挿入されている。孔部８ｃは、例えば放電加工などにより形成することが可能である。本実施形態では、熱電対９として、先端部にて素線を露出させたシース熱電対を用いている。素線が露出していないシース熱電対を用いることも可能であるが、素線を露出させている方が応答性に優れる。

また、熱電対９による温度測定を確実ならしめるため、熱電対９が孔部８ｃに挿入された状態で、素線の測温接点９ａ（先端）が孔部８ｃの端面に接触するようにしている。本実施形態では、熱電対９を孔部８ｃに挿入し、測温接点９ａが孔部８ｃの端面に接触した状態で、熱電対９を挿入部８に溶接して固定している。測温接点９ａが孔部８ｃの端面に接触しているか否かの確認は、例えば、導通テスターを用い、挿入部８と熱電対９の素線との間で導通がされているかどうかを検査することで行える。

各熱電対９の測温接点９ａの位置は、金型の厚み方向に異なっている。すなわち、各熱電対９の測温接点９ａは、挿入部８が金型に挿入された状態で、図２中の二点鎖線で示す金型の溶融材料と接触する内表面１００から異なる距離にある内部箇所に配置されている。本実施形態では、挿入部８が金型の一部を構成するので、挿入部８の先端面８ａが金型の内表面１００となる。従って、各測温接点９ａは、挿入部８の先端面８ａからそれぞれ異なる距離Ａ１，Ａ２，Ａ３だけ離れた位置に配置されている。これらの距離Ａ１，Ａ２，Ａ３の設定値としては、例えば、３ｍｍ、６ｍｍ、９ｍｍが挙げられるが、適宜変更することが可能である。なお、各測温接点９ａは、金型の内部箇所（断面内）に配置されるものであり、金型の外部には配置しない。

以下、金型内表面の温度推定方法について説明する。
まず、図１に示すように、挿入部８を固定主型２及び固定側入子４の各挿入孔２ａ，４ａに挿入し、押え部材１０にて挿入部８が脱落しないように固定する。次いで、可動主型３を固定主型２に当接させて閉じた状態にし、各入子４，５の間に形成されたキャビティ６内に溶融材料を充填する。そして、この状態、すなわち、充填された溶融材料の冷却固化中に、複数の熱電対９によって金型の内表面から異なる距離にある複数の内部箇所の温度を測定する。

図３は、温度測定結果の概念図である。
図３において、横軸は金型内表面から測定位置（測温接点９ａ）までの距離を示し、縦軸は各測定位置における金型（挿入部８）の温度を示している。また、同図において、曲線Ｔ（ｘ）は、各測定位置における温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に基づいて最小二乗法などにより得られた温度勾配を示す近似曲線である。この場合、温度勾配Ｔ（ｘ）は、二次曲線｛Ｔ（ｘ）＝Ａｘ²＋Ｂｘ＋Ｃ｝で表される。そして、この得られた二次曲線を用いて、ｘ＝０のときの値を算出することで、金型の内表面温度Ｔｄを推定することができる。

以上のように、本実施形態に係る温度推定方法によれば、温度測定装置を用いて溶融材料冷却固化中の金型における複数の内部箇所の温度を測定し、その測定結果から得られる温度勾配に基づいて金型内表面の温度を推定することができる。しかも、熱電対によって測定される温度は、サーモカメラを用いる場合とは異なり、金型の表面特性の影響を受けないので、鋳造中（溶融材料冷却固化中）の金型内表面の温度を高精度に推定することができる。これにより、鋳造中の金型と溶融材料との間の熱伝達係数を正確に得ることができるようになり、鋳造シミュレーションによる鍛造精度を向上させることができる。

なお、上述の実施形態では、金型内表面から異なる距離にある３点の温度を測定するようにしているが、測定点は２点あるいは４点以上であってもよい。また、複数の熱電対９を挿入部８にて保持した熱電対ユニットを、金型の複数箇所に設置してもよい。また、本発明に係る温度測定装置及び温度測定方法は、鍛造用金型以外の射出成形用金型等にも適用可能である。

１ダイカスト金型
２固定主型
３可動主型
４固定側入子
５可動側入子
６キャビティ
７温度測定装置
８挿入部
９熱電対
９ａ測温接点
１０押え部材
１１ボルト

Claims

溶融材料を冷却固化して成形体を成形するための金型の温度を測定する温度測定装置であって、
前記金型の溶融材料と接触する内表面から異なる距離にある複数の内部箇所に測温接点が配置される複数の熱電対を備えることを特徴とする温度測定装置。
溶融材料を冷却固化して成形体を成形するための金型の前記溶融材料と接触する内表面の温度を推定する温度推定方法であって、
前記溶融材料の冷却固化中に、前記金型の内表面から異なる距離にある複数の内部箇所の温度を測定し、
前記測定した複数の内部箇所の温度から得られる温度勾配に基づいて前記金型の内表面の温度を推定することを特徴とする温度推定方法。