JP4945013B2 - 金型内部情報計測センサー - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム合金、マグネシュウムなどの金属材料を加圧鋳造するダイカストマシンの金型内の溶湯や、樹脂成形用の金型内の溶湯の樹脂圧、ガス圧、または溶湯温度を検知して、鋳造・樹脂成形品の良否を判定するのに好適な金型内部情報計測センサーに関する。

ダイカスト製品の品質は、金属溶湯を金型内に充填する際の射出速度や射出圧力に影響されることが知られている。ダイカストマシンにおける金型に金属溶湯を充填する射出工程では、プランジャスリーブに金属溶湯を供給し、金属溶湯の空気の巻き込み等を避けるためにプランジャを低速の射出速度で駆動しプランジャスリーブと製品ライナー部が満杯になるまで前進する。次いで、金属溶湯の先端が金型の湯口に達する位置までプランジャが移動したら、プランジャを高速の射出速度に切り換えて駆動し、金属溶湯を金型のキャビティに急速に充填する。次いで、金型のキャビティに金属溶湯が充填されたらプランジャの圧力を上昇させて、金属溶湯を加圧する。

ダイカストマシンに使用される金型は、図８に示すように可動ダイス１ａと固定ダイス１ｂで構成されている。両ダイス１ａ、１ｂで形成されるキャビティ２には、射出シリンダーに続く、鋳込口３ａ、湯道３ｂ、湯口３ｃが設けられ、さらにキャビティ２内のガスを抜くガス抜き４、湯溜り５を設けている。

図９は、ダイカストマシンにおいて、金型のキャビティ２に溶湯金属を充填する状態を示す断面図である。同図において、プランジャスリーブ６の注湯口６ａを通じて所定量の金属溶湯ＭＬを、ラドルを使用して、供給する。この図では、所定量の金属溶湯ＭＬをプランジャスリーブ６内に供給した状態からプランジャ７を低速駆動させて射出している状態を示している。低速射出状態では、プランジャチップ７ａの前方には金属溶湯ＭＬとともにガスＧが存在しており、プランジャスリーブ６内の金属溶湯ＭＬをキャビティ２に導く湯道３ｂにもガスＧが存在している。また、図９に示す位置ＦＰは、プランジャ７を低速移動から高速移動に切り替えるポイントである。プランジャチップ７ａがこの位置ＦＰまで到達すると、プランジャスリーブ６内および湯道３ｂに金属溶湯ＭＬが充填され、金属溶湯ＭＬの先端部が湯口３ｃに達する位置、すなわち、キャビティ２への金属溶湯ＭＬの充填が開始される充填開始位置である

図１０は、射出鋳造時のプランジャ７の射出速度Ｊ、射出圧力Ｋ、メタル圧Ｌ、ガス圧Ｍ、メタル温度Ｔの変化波形を時間軸に沿って時系列的に表示した図である。この図で、射出圧力は、プランジャ７が高速の射出速度で移動している間は、略一定の値をとる。その後、充填圧力は昇圧によって急上昇し保持する。一方、プランジャ７が高速の射出速度で移動している間は、メタル圧力が殆ど上がらず、キャビティ２の金属溶湯ＭＬが充満するとほぼマシン圧力まで上昇するが、湯口３ｃの溶湯金属が凝固するとともに降下を開始する。

ところで、金属溶湯には酸化膜やプランジャスリーブへの充填時に凝固膜が生じる。金属溶湯ＭＬが湯口３ｃに達し、充填中、射出動作で砕かれた凝固膜や酸化膜などが入口のゲート部に引っかかると、湯の供給が断たれ、図１０に示すキャビティ２への溶湯金属のメタル圧が上がらず、途中で腰砕け状態の曲線Ｂ、曲線Ｃを描き、正規のメタル圧曲線Ａに達せず、成形した製品は加圧されないので、内部に気泡が多く残留した不良品となる。

ダイカスト製品の約９５％はアルミニュウム主体の材料で、コールドチャンバーダイカストマシンで生産されているが、日本工業規格（ＪＩＳ）ではこの機械的性質（引張強さ、伸び）が表示されていない。この主な原因は、コールドチャンバーに注がれた溶湯が、射出動作で砕かれた凝固膜や酸化膜などが入口のゲート部に引っかかると溶湯の供給が断たれて圧力が伝わらず、外観は良品と変わらなくても内部に多数の巣ができ、多孔質の製品ができる可能性が高く、品質の面で機械的性質の評価ができない問題があったからである。このような多孔質の製品は著しく機械的性質が悪くなる。

金型キャビティ内のガス抜きベントは複数個あるため、すべてのガス抜きベントにガス流量計を取付けてガス流量を測定しこの測定したガス流量で製品の品質を管理することは非常に困難であった。またガス抜きベントからガス圧力を検出する方法もあるが、ガスベントにバリが付着し安定検出ができず、また中子の合わせ面からのガスの排出もあり、検出が不可能であった。

真空ダイカスト法により鋳造することによって、ダイカスト製品へのガスの含有を抑制し、ダイカスト製品のガスの含有による品質のばらつきを低減する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。しかし、これも真空度の計測が難しかった。

特開平８−３３２５５８号公報

従来のダイカストの品質管理はダイカストマシン側からのデータを基に制御するものの、金型からの情報管理は、ほとんどなかった。金型キャビティ内のガスが抜けきらなければ金型キャビティ内圧は上昇するものの、鋳物製品中へのガス巻き込み等の影響を受けて不良率が高くなって品質の面で問題があった。
また、金型内に冷却水が残ったり、金型亀裂で浸み出したりした場合、水分に溶湯が触れた瞬間、金型内で爆発を発生させていたが、金型からの情報は取れなかった。

鋳造ショット毎に、ダイカスト製品が十分な強度を有するものであるか否かを判定することができれば、不良品を後段の工程に流すことが防止され、結果として歩留まりを向上させることができる。したがって、ダイカストマシンを使用して、金型に形成されるキャビティに、溶融されたアルミニウム合金等の溶湯金属を射出し、鋳物製品を鋳造する場合、射出時における金型内の溶湯金属の圧力および溶湯金属の温度、前記キャビティ内のガスが溶湯金属の充填によって圧縮するガス圧を測定する必要性があり、キャビティ内のガスの放出を確実に行うことは、品質の安定生産上重要である。

このようなダイカストマシンにおけるメタル圧力や温度、ガス圧を検出する必要性は、金型による樹脂成形の場合も同様である。
本発明は、プランジャスリーブ内に定量給湯した金属・樹脂などの溶湯を、プランジャにより金型のキャビティ内に加圧充填し、製品を鋳造・成形する加圧鋳造品の良否判定を行うのに好適な金型内部情報計測センサーを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る金型内部情報計測センサーは、金型ダイスに穿設されキャビティに開口する装着孔に装着可能なロッド形ケーシングと、前記ロッド形ケーシングの先端に配置されて金型キャビティ面に先端面を一致可能であって溶湯からガスを分離可能な多孔質フィルターと、この多孔質フィルターの後方に設けられ当該多孔質フィルターを通じて導入されるキャビティガスの導入室と、前記ガス導入室の圧力を検出するガス圧センサーと、を有し、キャビティ内ガス圧を検出可能としてなる。

また、本発明は、金型ダイスに穿設されキャビティに開口する装着孔に装着可能なロッド形ケーシングと、前記ロッド形ケーシングの先端に配置されて金型キャビティ面に先端面を一致可能であって溶湯からガスを分離可能な多孔質フィルターと、この多孔質フィルターの後方に設けられ当該多孔質フィルターを通じて導入されるキャビティガスの導入室と、前記ガス導入室の圧力を検出するガス圧センサーと、を有するとともに、前記ロッド形ケーシングに内挿され、その軸芯方向に可動で金型キャビティ面に先端面を一致可能な圧力伝達ロッドと、前記圧力伝達ロッドの後端に対面して固定保持され、キャビティに注入された溶湯の圧力を検知可能な圧力センサーと、を有し、キャビティ内ガス圧およびキャビティ内溶湯圧を検出可能としてなることを特徴とする金型内部情報計測センサーである。

更に、金型ダイスに穿設されキャビティに開口する装着孔に装着可能なロッド形ケーシングと、前記ロッドケーシングの先端に配置されて金型キャビティ面に先端面を一致可能であって溶湯からガスを分離可能な多孔質フィルターと、この多孔質フィルターの後方に設けられ当該多孔質フィルターを通じて導入されるキャビティガスの導入室と、前記ガス導入室の圧力を検出するガス圧センサーと、を有するとともに、 前記ロッド形ケーシングに内挿され、その軸芯方向に可動で金型キャビティ面に先端面を一致可能なロッドと、前記ロッドの中心部に形成された細孔に装着され、前記細孔のロッド先端部側に検知端を有する熱電対からなる温度センサーと、を有し、キャビティ内ガス圧およびキャビティ内溶湯温度を検出可能としてなることを特徴とする金型内部情報計測センサーとすることもできる。

加えて、本発明は、金型ダイスに穿設されキャビティに開口する装着孔に装着可能なロッド形ケーシングと、前記ロッド形ケーシングの先端に配置されて金型キャビティ面に先端面を一致可能であって溶湯からガスを分離可能な多孔質フィルターと、この多孔質フィルターの後方に設けられ当該多孔質フィルターを通じて導入されるキャビティガスの導入室と、前記ガス導入室の圧力を検出するガス圧センサーと、を有するとともに、前記ロッド形ケーシングに内挿され、その軸芯方向に可動で金型キャビティ面に先端面を一致可能な圧力伝達ロッドと、前記圧力伝達ロッドの後端に対面して固定保持され、キャビティに注入された溶湯の圧力を検知可能な圧力センサーと、前記圧力伝達ロッドの中心部に形成された細孔に装着され、前記細孔のロッド先端部側に検知端を有する熱電対からなる温度センサーと、を有し、キャビティ内ガス圧、キャビティ内溶湯圧、およびキャビティ内溶湯温度を検出可能としてなることを特徴とする金型内部情報計測センサーとしてもよい。

上記構成に加えて、前記ロッド形ケーシングの外周に摺動自在に取り付けられる食込み継手と、前記装着孔への止めネジとからなる固定ユニットを有しており、金型ダイス厚に応じてロッド挿入長さを調整可能とすればよい。
また、前記ガス導入室に圧縮空気供給手段を接続し、前記多孔質フィルターにパージエアを供給可能な構成とすることができる。

本発明に係る金型内部情報計測センサーは、金型ダイスに穿設されキャビティに開口する装着孔に装着可能で、前記金型ダイス厚さより長尺なロッド形ケーシングと、 前記ロッド形ケーシングの基端部に設けられたセンサーブロックと、前記ロッド形ケーシングの先端に配置されて金型キャビティ面に先端面を一致可能であって溶湯からガスを分離可能な多孔質フィルターと、前記センサーブロックに形成され、前記多孔質フィルターを通じて導入されるキャビティガスの導入室と、前記センサーブロックに装備され前記ガス導入室の圧力を検出するガス圧センサーと、を有し、キャビティ内ガス圧を検出可能としてなることを特徴とする。

また、本発明に係る金型内部情報計測センサーは、金型ダイスに穿設されキャビティに開口する装着孔に装着可能で、前記金型ダイス厚さより長尺なロッド形ケーシングと、前記ロッド形ケーシングの基端部に設けられたセンサーブロックと、前記ロッド形ケーシングの先端に配置されて金型キャビティ面に先端面を一致可能であって溶湯からガスを分離可能な多孔質フィルターと、前記センサーブロックに形成され、前記多孔質フィルターを通じて導入されるキャビティガスの導入室と、前記センサーブロックに装備され前記ガス導入室の圧力を検出するガス圧センサーと、を有するとともに、前記ロッド形ケーシングに内挿され、その軸芯方向に可動で金型キャビティ面に先端面を一致可能な圧力伝達ロッドと、前記圧力伝達ロッドの後端に対面して前記センサーブロックとの間に保持され、キャビティに注入された溶湯の圧力を検知可能な圧力センサーと、を有し、キャビティ内ガス圧およびキャビティ内溶湯圧を検出可能としてなることを特徴とする。
前記多孔質フィルターをリング状としてその中心部に圧力伝達ロッドを挿通した構成とし、前記圧力伝達ロッドの中心部にはロッド先端部に達する細孔を形成して内部に熱電対を配置する構成とすればよい。

本発明によれば、プランジャスリーブ内に定量給湯した溶湯金属をプランジャにより、金型に溶湯金属を加圧充填し、製品を鋳造する加圧鋳造装置に使用され、前記金型のキャビティ内をモニタリングすることができる。特に、金型側のメタル圧力を計測する事でゲートに破断凝固片が引っかかった場合、圧力異常として検出し、また凝固収縮による圧力降下速度を監視する事で品質管理ができる。

また、キャビティ（製品部の型）のガス（空気と水蒸気などの混合気体）の圧力や真空ダイカスト法では真空度などを管理する事でゲートから入ってくる溶湯のガス巻込みを管理する事ができる。さらに、キャビティからは入ってきた溶湯は、瞬時に凝固するのでこの時の金型温度を計測し溶湯の温度を管理することができる。

ダイカストの生産現場は環境が劣悪であり、この３つのセンサーを一本のセンサーに包含しピンの先端を金型面（製品の裏面など）に簡単に取付け、取り外しすることができるので、作業効率が良い。また、キャビティ内圧力検出部に適宜、モニタリング装置を接続し、射出波形及びキャビティ内圧力波形を、時間軸を共通にして観察することも可能である。溶湯金属の圧力、前記キャビティ内のガスが溶湯金属の充填によって圧縮するガス圧を測定するために、複数の計測センサーを一体化することにより、金型に着脱する作業時間を削減し、取り付けるコストを削減することができる。

第１実施形態に係る金型内部情報計測センサーの縦断面図である。 第１実施形態に係る金型内部情報計測センサーを構成しているセンサーブロック本体の断面図である。 第１実施形態に係る金型内部情報計測センサーのセンサーブロックの部分断面平面図である。 第１実施形態に係る金型内部情報計測センサーの側面図である。 第１実施形態に係る金型内部情報計測センサーを先端に装着した計測ロッドを金型ダイスに取り付けた状態の模式断面図である。 第２実施形態に係る金型内部情報計測センサーの構造を模式的に示す断面図である。 第２実施形態に係る金型内部情報計測センサーを先端に装着した計測ロッドの全体構成を示す縦部分断面図である。 ダイカストマシンに使用される金型を一部切欠いた斜視図である。 本発明の金型のキャビティに金属溶湯を充填する状態を示す断面図である。 加圧鋳造時のメタル圧、ガス圧、金型温度を時系列として示す図である。

以下に本発明に係る金型内部情報計測センサーの実施形態につき、図面を参照して詳細に説明する。
図１〜図５は、第１実施形態に係る金型内部情報計測センサー１００を示しており、図１は金型内部情報計測センサー１００の縦断面図、図２はセンサーブロック本体の断面図、図３はセンサーブロックの部分断面平面図、図４は図１の右側面図、図５は金型への取り付け状態を示す模式断面図である。

この第１実施形態に係る金型内部情報計測センサー１００は、金型の可動ダイス１ａ（若しくは固定ダイス１ｂ）に装着できるようにしている。このため、可動ダイス１ａには、図５に示すように、その背面からキャビティ２に達する装着孔８が穿孔されている。そして、金型内部情報計測センサー１００は、前記装着孔８に挿入され、先端面をキャビティ２の表面に一致させるように取り付けられる計測ロッド１０２と、当該計測ロッド１０２の基端に設けられ可動ダイス１ａの外部に位置されるセンサーブロック１０４とを有している。

可動ダイス１ａの厚みに対応できるように、計測ロッド１０２の途中の外周部分には、食込み継手１０６と止めネジ１０８からなる固定ユニット１１０が摺動可能に取り付けられている。金型のキャビティ２の面に合わせて計測ロッド１０２の先端部位置を調整し、止めネジ１０８を可動ダイス１ａの装着孔１４に締め付け、食込み継手１０６を回して計測ロッド１０２の外周面に食込ませることによって、計測ロッド１０２が定位置に固定される。

図１に示しているように、計測ロッド１０２は、外筒ケーシング１１２と、その中心部に軸芯方向に沿って配置される圧力伝達ロッド１１４とを有している。前記圧力伝達ロッド１１４は、前記外筒ケーシング１１２の内径よりは小径の外径を持つ円柱体であり、外筒ケーシング１１２と圧力伝達ロッド１１４の間に通気路１１５を形成している。計測ロッド１０２の先端部にて、外筒ケーシング１１２の内径を少し拡径させるとともに、前記圧力伝達ロッド１１４の先端もロッド本体部分より小径断面に形成しており、この間にロッド先端側からリング状の多孔質フィルター１１６とガイドブッシュ１１８とを順に並んで装着させている。多孔質フィルター１１６は、第１実施形態と同様に、アルミナセラミックス、カーボンナノチューブ等のアルミなどの金属溶湯が浸入しない微細空孔を有する素材で構成される。また、ガイドブッシュ１１８は、熱伝導性の低い窒化ケイ素やジルコニアなどの硬質セラミックから形成されている。これは、滑り軸受として、前記圧力伝達ロッド１１４の先端部を軸方向に摺動可能に保持しつつ、外筒ケーシング１１２の中心部に位置保持する。これにより、計測ロッド１０２の先端面は、最外周に外筒ケーシング１１２の端面、中心部に圧力伝達ロッド１１４の端面、それらの間に多孔質フィルター１１６が同心円状に配列して、可動ダイス１ａに取り付けることによって金型キャビティ２の一部を構成可能となっている。また、ガイドブッシュ１１８には、前記通気路１１５と多孔質フィルター１１６側との間を連通する通気孔１１９が形成されている。これにより、キャビティ２内のガスがフィルター１１６で溶湯と分離されて通気路１１５に導入可能となっている。

ところで、計測ロッド１０２の基部はセンサーブロック１０４に取り付けられる。センサーブロック１０４は、図２に示すような矩形のブロック本体１２０を有している。このブロック本体１２０には、ガス導入室１２２が一面に開口形成され、隔壁１２４を挟んで、反対面に第１センサー室１２６が同一軸芯上に並んで開口形成されている。前記隔壁１２４にはガス導入室１２２と第１センサー室１２６とを連通する貫通孔１２８が形成されている。

このようなセンサーブロック１０４に対して前記計測ロッド１０２が取り付けられる。外筒ケーシング１１２の基端部が前記ガス導入室１２２の入口開口に拡開形成されたケーシング取付孔１２２ａに装着され、ケーシング外周とブロック本体１２０とのコーナ部分にて溶接により結合されている。

また、計測ロッド１０２における圧力伝達ロッド１１４の基端は外筒ケーシング１１２より長くなっており、この基端部は前記貫通孔１２８に挿通され、第１センサー室２６に延在している。前記貫通孔１２８は、Ｏリング１３０にて圧力伝達ロッド１１４との隙間を封止しつつ、圧力伝達ロッド１１４を軸受支持する。したがって、圧力伝達ロッド１１４は、外筒ケーシング１１２の先端部内周に設けられたガイドブッシュ１１８と、センサーブロック１０４の隔壁１２４に設けられた貫通孔１２８とにより２点支持されて、外筒ケーシング１１２の内部でその軸芯方向に移動可能となる。圧力伝達ロッド１１４の先端が圧力を受けることにより、当該ロッドが軸方向に押圧され、センサーブロック１０４の第１センサー室１２６の開口側に向けて移動される。

前記圧力伝達ロッド１１４の基端部端面には、ドーナツリング状に形成されている圧力センサー１３４がセンサー固定ボルト１３６によりプリロードが掛けられた状態で取り付けられている。一方、センサーブロック１０４には、前記圧力センサー１３４を圧力伝達ロッド１１４との間で挟着するように、圧力伝達ロッド１１４に基端面に対向して、第１センサー室１２６の開口を覆うブロック蓋１３２が取り付けられている。これにより、圧力伝達ロッド１１４の先端で受けた力が、ブロック蓋１３２の内面部を支持面として、圧力センサー１３４に伝わり、その荷重を検出することができる。この圧力センサー１３４は、実施形態の場合、セラミック圧電素子を用いた圧電型荷重検出センサーにより形成されている。これにより、キャビティ２内に充填された溶湯のメタル圧を計測することができる。

圧力伝達ロッド１１４は軸方向に可動となっているため、先端で圧力を受けた場合はブロック蓋１３２で押さえられるので、実質的に位置移動はないが、無圧状態では、圧力伝達ロッド１１４は勝手に前進するおそれがある。これを防止するために、図３、４に示しているように、センサーブロック１０４の外面から第１センサー室１２６内に延在するストッパボルト１３９が取り付けられている。このストッパボルト１３９は、位置決めされた圧力センサー１３４の前面部外縁にボルト先端を当接させるように取り付けられ、これにより、圧力センサー１３４をブロック蓋１３２との間で挟着するようにしている。

一方、計測ロッド１０２の外筒ケーシング１１２と圧力検出ロッド１１４との間に形成されている通気路１１５は、センサーブロック１０４の内部でガス導入室１２２に連通されている。センサーブロック１０４には、図１，２に示しているように、ガス導入室１２２に通じる第２センサー室１３８がブロック外周面に開口形成されている。この第２センサー室１３８の開口部には、ガス圧センサー１４０が開口部を密封するように配置され、そのセンサー外面を押さえブロック１４２により押さえ込んでいる。押さえブロック１４２はセンサーブロック１０４にボルト締めによって固定されている。前記ガス圧センサー１４０はドーナツリング状の形態のもので、上述した圧力センサー１３４と同様なセラミック圧電素子を用いた圧電型荷重検出センサーが使用され、センサー固定ボルト１４４でプリロードが掛けられた状態で押さえブロック１４２に固定されている。これにより、計測ロッド１０２の先端の多孔質ガス導入室１２２に導入されたガス圧は、第２センサー室１３８の開口部に面しているガス圧センサー１４０の全面に作用するものとなっている。したがって、計測ロッド１０２の先端側の多孔質フィルター１１６を通じて導入されたキャビティ２内のガスが、通気路１１５を経由してガス導入室１２２から第２センサー室１３８に導入され、ガス圧センサー１４０によってその圧力を計測できる。

ところで、前記ガス導入室１２２には、パージエア導入孔１４６が開口されている。このパージエア導入孔１４６には圧縮エア供給管１４８が接続され、系外の圧縮空気源（図示せず)から圧縮エアを供給できるようにしている。これにより、圧縮エアを、ガス導入室１２２を介して、前述した多孔質フィルター１１６側に流し、フィルター４４の目詰まりをチェックすることができる。鋳造サイクル中の製品が無い状態でパージエアを切って、一定時間後に残圧の有無をガス圧センサー１４０で検出して、残圧を確認し多孔質フィルター１１６が正常かどうかを、ショット毎にチェックをする。鋳造中は通気遮断を行なう必要があるため、パージエア導入孔１４６までの経路中には逆止弁（図示せず）を介装しておけばよい。

また、前述した圧力伝達ロッド１１４の軸芯部に細孔１５０が穿設されている。この細孔１５０は圧力伝達ロッド１１４の先端に近傍に達するものとし、ロッドによるメタル圧検出が可能な少しの肉厚を残す深さに形成している。この細孔１５０の内部にはシース型熱電対１５２が装填されている。シース型熱電対１５２はシース管の内部に絶縁材を充填して素線を埋め込んだ一般的なものを利用することができる。このシース型熱電対１５２は、検出端を圧力伝達ロッド１１４の先端部側に向け、シース管の基端を前記センサー固定ボルト１３６の先端部で押付けるようにしている。押付け力を保持するために、センサー固定ボルト１３６のボルト先端とシース型熱電対１５２のシース管端部との間に押さえバネ１５４と、押さえ駒１５６が細孔１５０に収容されている。したがって、センサー固定ボルト１３６で圧力センサー１３４を固定すると同時に、押さえ駒１５６を押付け、押さえバネ１５４によってシース管を所定の力で押圧し、熱電対１５２の検出端が圧力伝達ロッド１１４の先端位置に保持される。シース型熱電対１５２のリード線１５８は、圧力伝達ロッド１１４の基端に形成した切り込み溝１６０を介してブロック外に導出される。

実施形態では、センサーブロック１０４に端子ボックス１６２を付帯させ、ここに圧力センサー１３４、ガス圧センサー１４０、シース型熱電対１５２の各種リード線を導いている。そして、端子ボックス１６２を介して各センサー類は計測器に接続され、所定の計測データを出力し、必要に応じて表示手段に表示させることができる。なお、圧力センサー１３４のリード線引出しのためにセンサーブロック１０４には第１センサー室１２６に至る引出し通路１６４を形成している。

このように構成された金型内部情報計測センサー１００は、実施形態の場合、型開した状態で、可動ダイス１ａに形成した装着孔１４に計測ロッド１０２を差し込み、その先端面がキャビティ３と同一面となるようにし、固定ユニット１１０により定位置に固定する。装着が終了した後、射出動作に入ると、キャビティ２内に溶湯が充填され、キャビティ２に臨んだ計測ロッド１０２の先端に溶湯のメタル圧が作用し、圧力伝達ロッド１１４が押され、この力が圧力センサー１３４により検出される。同時に、多孔質フィルター１１６を通じてキャビティ内部のガスが通気路１１５を経てガス導入室１２２に導入され、そのガス圧がガス圧センサー１４０により検出される。また、圧力伝達ロッド１１４の先端部に設けられているシース型熱電対１５２が溶湯温度を検出する。これらのデータは図示しない計測器により時系列的に計測され、図１０に示したようなメタル温度、金型内ガス圧、メタル温度が計測される。

ワンショットの射出成形が終了し、型開して製品を取り出した後、離型剤をキャビティ表面に塗布する際、圧縮エアをパージエアとして圧縮エア供給管１４８からガス導入室１２２、通気路１１５を介して多孔質フィルター１１６に通気させる。これにより、フィルター１１６に離型剤が付着することを防止すると共に、フィルター１１６の目詰まりを防止するようにしている。エアパージの際、ガス圧センサー１４０による検出圧が大気圧もしくは通気抵抗を含んだ圧力よりも上昇した場合、フィルター１１６が溶湯により目詰まりしたと判定し、フィルター１１６の交換作業に入ることができる。

ここで、多孔質フィルター１１６の交換する場合は、次のように行なわれる。まず、圧力センサー１３４のストッパボルト１３９（図３参照）を緩めて、センサーとの係合を外し、次いで、ブロック蓋１３２の外面から押しボルト１６６（図４右端の想像線）によりセンサー固定ボルト１４４を押付け、前進移動させる。これにより圧力伝達ロッド１１４が移動し、ガイドブッシュ１１８を押して多孔質フィルター１１６を先端から外に押出す。これを取り外し、フィルター交換を行なって、圧力伝達ロッド１１４とともに、新規の多孔質フィルター１１６を外筒ケーシング１１２に収容するように押付ける。圧力センサー１３４がブロック蓋１３２に当接するまで移動させたら、ストッパボルト１３９を回し込み、ボルト先端を圧力センサー１３４の前面外縁に係合させることにより、交換作業が終了する。

このような第１実施形態に係る金型内部情報計測センサー１００によれば、キャビティ２に充填されている溶湯の直接的な情報であるため、従来のように金型表面やマシンから間接的な情報しか得ることが出来なかった場合に比較し、ダイレクトな情報として鋳造品の良否判定に利用することができ、後続する工程に不良品を送り出すことが防止され、歩留まり向上に大幅に寄与することができる。

本実施形態では、金属溶湯の圧力を測定するセンサー、溶湯の温度を測定するセンサー、およびキャビティ内で溶湯充填によって圧縮するガス圧を測定するセンサーを複合一体化した金型内部情報計測センサー１００となっているため、金型面に簡単に取り付けたり、取り外したりすることができ、作業効率が良いものとなっている。更に、メタル圧・ガス圧・メタル温度の三位一体の金型内部情報計測センサー１００を使用して、キャビティ２内圧力計測部に、適宜、モニタリング装置を接続すれば、射出圧力波形及びキャビティ２内部のガス圧力波形を、メタル温度情報とともに時間軸を共通にして観察することも可能である。
メタル圧、ガス圧、メタル温度の検知は金型可動ダイス１ａのキャビティ２の面で行なうが、センサー類を備えるセンサーブロック１０４は、固定ユニット１１０の外側、すなわち金型から離れた位置に置かれるため、センサー類への熱的影響を回避することができる。計測ロッド１０２の長さを任意に調整しても、センシング作用に影響しない。

また、圧力センサー１３４やガス圧センサー１４０はセラミック圧電素子を利用した圧電型荷重検出センサーであるが、これらは密閉空間に配置されるのではなく、オープン状態で取り付けられて空冷されるので、この点でも熱的影響を回避できる。

メタル温度計測は圧力伝達ロッド１１４の先端で行なわれるが、圧力伝達ロッド１１４自体は、外筒ケーシング１１２と多孔質フィルター１１６、断熱性のあるガイドブッシュ１１８、並びに通気路１１５で熱的に遮断されており、金型ダイスとは直接的に接する構造とは成っていない。そのため、メタル温度を金型温度による影響を受けることなく計測することができる。これにより精度の高いメタル温度検出が可能となっている。

上述した各実施形態では、複合型溶湯センサーとした構成例を示したが、キャビティ内ガス圧検出、メタル圧検出、メタル温度検出をそれぞれ単独で検出するように構成することも可能であり、また２種の検出機能を組み合わせた構成とすることも可能である。
更に、上記実施形態では、ダイカストマシンへの適用例を説明したが、樹脂射出成形装置の金型への適用も可能であり、この場合においても、射出時のキャビティガス圧、樹脂圧、樹脂温度の計測ができるのはいうまでもない。

次に、図６〜図７に第２実施形態に係る金型内部情報計測センサー２１０を示す。この実施形態は、センサー部を備えた金型内部情報計測センサー２１０を計測ロッドの先端に取り付けた構成として小型チップ化したものである。
図６〜図７は、本発明をダイカストマシンに適用した第２実施形態に係る金型内部情報計測センサー２１０と（図６）、これを装備した計測ロッド２１２（図７）を示している。この金型内部情報計測センサー２１０は、前記第１実施形態と同様に、キャビティ２内のメタル圧、ガス圧、温度の変化を計測するものである。

ロッドタイプの計測ロッド２１２は、可動ダイス１ａに取り付けるようにしている。図７に示しているように、可動ダイス１ａ（若しくは固定ダイス１ｂ）にはその背面からキャビティ２に達する装着孔８が穿孔され、計測ロッド２１２をダイス背面から差込み、ロッド先端がキャビティ面に一致するように取り付けるものとしている。可動ダイス１ａの厚みに対応できるように、計測ロッド２１２のロッド形ケーシング２１６の途中の外周部分に、食込み継手２１８と止めネジ２２０からなる固定ユニット２２２が摺動可能に取り付けられている。金型のキャビティ２の面に合わせてロッド先端部位置を調整し、止めネジ２２０をダイス１ａの装着孔８の入口部に形成した雌ネジ部に締め付け、食込み継手２１８を回してケーシング２１６に食込ませることによって、計測ロッド２１２が定位置に固定される。

計測ロッド２１２の先端には、実施形態に係る金型内部情報計測センサー２１０が装備されており、このセンサー２１０の詳細を図６の断面図に示す。この金型内部情報計測センサー２１０は、前記ロッド形ケーシング２１６と外径が同一で、同心的にロッド形ケーシング２１６の先端部に螺着される円筒ケース２２４を有し、その内部にメタル圧計測部と、ガス圧計測部、並びに溶湯温度計測部とを備えたものである。

メタル圧計測部は次のようになっている。前記円筒ケース２２４は、キャビティ２と同一面に沿うエンドプレート部２２６と、後方の仕切り板部２２８とを有し、これら両者の中間部に形成された空間部（ガス導入室）２３０を有している。円筒ケース２２４の中心部にはその軸芯方向に沿って、前記エンドプレート部２２６と仕切り板部２２８とに軸支された圧力伝達ロッド２３２が軸方向に摺動可動に取り付けられており、キャビティ２に充填された溶湯ＭＬから受けた圧力を後方に伝達可能としている。圧力伝達ロッド２３２の後端部にはフランジ２３２ａが設けられ、このフランジ２３２ａを前記仕切り板部２２８に形成した凹陥部に嵌着させている。また、仕切り板部２２８の背面（キャビティ２と反対側）には、その背面全体を覆うように、押さえ蓋２３４がボルト２３６で固定されている。押さえ蓋２３４には、前記圧力伝達ロッド２３２のフランジ２３２ａと対面する位置にロードセル２３８が取り付けられている。これにより、前記圧力伝達ロッド２３２が溶湯ＭＬから直接受けたメタル圧を計測できるようになっている。

前記ロードセル２３８の代わりに、圧電式の圧カセンサ（耐熱温度３００度、計測溶湯温度８５０度以下、最大計測圧力２００ＭＰａ）を用いることもできる。圧電効果を持つ材料は、構造的にもセンサーの検知部が溶湯により近い箇所に設置でき、間接測定に比べ誤差要因が小さいことが期待できる。このようなセンサーを用いることで充填時の溶湯の圧力伝達から、溶湯の状態変化を知ることが可能となり、圧カ保持時間などを評価することができる。
なお、圧力伝達ロッド２３２の途中には断熱系セラミック部材２４０を介在させ、溶湯ＭＬからの熱を断熱し、計測部側を断熱保護するようにしてもよい。

次に、ガス圧計測部の構成は次のようになっている。前記エンドプレート部２２６の先端面には、前記圧力伝達ロッド２３２の周囲を取り囲むように、環状凹部２４２が形成されている。この環状凹部２４２には、溶湯アルミなどの液相材料は通さないがガスを通すリング状の多孔質のフィルター２４４が装着されている。このフィルター２４４としては、例えば、アルミナセラミックス、カーボンナノチューブ等のアルミなどの金属溶湯が浸入しない微細空孔を有する素材で構成される。

また、前記フィルター２４４が装着された環状凹部２４２の底板部分には前記円筒ケース２２４の空間部２３０に通じる通気路２４６が形成されている。これにより、フィルター２４４を通じて導入されるキャビティ２からのガスが、空間部２３０に導入されるようにしている。空間部２３０には、ガス圧センサー２４８が取り付けられている。この実施形態では前記仕切り板部２２８の板面に固定されている。これにより、フィルター２４４で気液分離されたガスが空間部２３０に導入され、空間部２３０内の圧力をガス圧として検知することができる。

ところで、前記空間部２３０を形成している仕切り板部２２８と、これに接合されている押さえ蓋２３４には、ロッド形ケーシング２１６に通じるパージエア導入孔２５０が形成されている。このパージエア導入孔２５０は系外の圧縮空気源（図示せず)に接続され、フィルター２４４の目詰まりチェックとしてサイクル中の製品が無い状態で圧力と流量をコントロールされたエアを流し、ガス圧センサー２４８で圧力を確認しフィルター２４４が正常かどうか毎ショットチェックをする。鋳造中は通気遮断を行なう必要があるため、パージエア導入孔２５０には逆止弁２５２を介装しておく。

また、メタル温度を計測するための構成は次のようになっている。前記圧力伝達ロッド２３２の軸芯部に細孔２５４が穿設されている。この細孔２５４は圧力伝達ロッド２３２の先端に近傍に達するものとし、ロッドによるメタル圧検出が可能な少しの肉厚を残す深さに形成している。この細孔２５４に熱電対２５６を取り付け、溶湯温度を検出させるようにしている。細孔２５４は熱電対２５６のリード線２５６ａの引出し通路として利用される。
なお、ロードセル２３８、ガス圧センサー２４８、熱電対２５６のリード線は仕切り板部２２８や押さえ蓋２３４に設けた通路、ロッド形ケーシング２１６を介して系外の計測器に接続される。

上述のように構成された金型内部情報計測センサー２１０は、実施形態の場合、型開した状態で、可動ダイス１ａに形成した装着孔８に計測ロッド２１２を差し込み、先端の金型内部情報計測センサー２１０の先端面がキャビティ２と同一面となるようにし、固定ユニット２２２により定位置に固定する。装着が終了した後、射出動作に入ると、キャビティ２内に溶湯が充填され、キャビティ２に臨んだ金型内部情報計測センサー２１０の先端に溶湯のメタル圧が作用し、圧力伝達ロッド２３２が押され、この力がロードセル２３８により検出される。同時に、フィルター２４４を通じてキャビティ内部のガスが空間部２３０に導入され、そのガス圧が検出される。また、圧力伝達ロッド２３２の先端部に設けられている熱電対２５６が溶湯温度を検出する。これらのデータは図示しない計測器により時系列的に計測され、図１０に示したようなメタル温度、金型内ガス圧、メタル温度が計測される。

ワンショットの射出成形が終了して型開して製品を取り出した後、離型剤をキャビティ表面に塗布する際、圧縮エアをパージエアとして空間部２３０を介してフィルター２４４に通気させ、フィルター２４４に離型剤が付着することを防止すると共に、フィルター２４４の目詰まりを防止するようにしている。エアパージの際、ガス圧センサー２４８による検出圧が大気圧もしくは通気抵抗を含んだ圧力よりも上昇した場合、フィルター４４が溶湯により目詰まりしたと判定し、フィルター２４４の交換作業に入ることができる。

このような第２実施形態に係る金型内部情報計測センサー２１０によれば、第１実施形態の場合と同様に、キャビティガス圧や、キャビティ２に充填されている溶湯のメタル圧やメタル温度を直接的に計測できるので、ダイレクトなキャビティ内部情報を得ることが出来、これを鋳造品の良否判定に利用することができ、後続する工程に不良品を送り出すことが防止され、歩留まり向上に大幅に寄与することができる。

また、金属溶湯の圧力を測定するセンサー、溶湯の温度を測定するセンサー、およびキャビティ内で溶湯充填によって圧縮するガス圧を測定するセンサーを複合一体化した金型内部情報計測センサー２１０となっているため、金型面に簡単に取り付けたり、取り外したりすることができ、作業効率が良いものとなっている。更に、メタル圧・ガス圧・メタル温度の三位一体の金型内部情報計測センサー２１０を使用して、キャビティ２内圧力計測部に、適宜、モニタリング装置を接続すれば、射出圧力波形及びキャビティ２内部のガス圧力波形を、メタル温度情報とともに時間軸を共通にして観察することも可能である。

特に、この第２実施形態では、計測ロッド２１２の先端に小型チップ化した金型内部情報計測センサー２１０としているので、取り扱いが簡易で、損傷時の交換も容易に行なうことができる。
第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、メタル圧・ガス圧・メタル温度の計測を、各々単体で計測するように構成することも、２種の組み合わせで計測するように構成することも可能である。

なお、良否判定基準はＪＩＳにより、下記の通り厳しい基準が定められている。
Ａ メタル圧力の判定
１ マシン圧力に対して最大値がＸ％以上であること
例）メタル換算で８０％以上に圧力が上がること
２ ｔ秒後Ｙ％以上であること
例）充填完了から０．１秒後に２０％以上に圧力があること
Ｂ ガス圧（大気圧ダイカストの場合）
１ ガス圧がＶＰａ以下であること
例）ガス圧の最大値が５０Ｐａ以下であること
２ ガス圧の積分値がＺｃｍ２以下である事
例）ガス圧の積分値＝ガス容積がキャビティ容積の８０％以下であること
Ｃ ガス圧（真空ダイカストの場合）
１ 真空圧がＷＰａ以上であること
例）真空の最大値がー３０Ｐａ以下であること
２ 真空圧の積分値がＶｃｍ２以上である事
Ｄ 金型温度
金型温度が温度振幅の上限と下限に以内に入っていること
したがって、本実施形態では、上記判定基準を溶湯から直接計測することができるので、信頼性の高い計測データを得ることが出来る。

本発明は、ダイカストマシンや樹脂射出装置の成形時における金型のキャビティ内をモニタリングしながら、製品の良否判定を行うことができるセンサーとして、品質の安定に多大な貢献を行うものである。

１ａ………可動ダイス、１ｂ………固定ダイス、２………キャビティ、３ａ………鋳込み口、３ｂ………湯道、３ｃ………湯口、４………ガス抜き、５………湯溜り、６………プランジャスリーブ、６ａ………注湯口、７………プランジャ、７ａ………プランジャチップ、
１００………金型内部情報計測センサー、１０２………計測ロッド、１０４………センサーブロック、１０６………食込み継手、１０８………止めネジ、１１０………固定ユニット、１１２………外筒ケーシング、１１４………圧力伝達ロッド、１１５………通気路、１１６………多孔質フィルター、１１８………ガイドブッシュ、１１９………通気孔、１２０………ブロック本体、１２２………ガス導入室、１２２ａ………ケーシング取付孔、１２４………隔壁、１２６………第１センサー室、１２８………貫通孔、１３０………Ｏリング、１３２………ブロック蓋、１３４………圧力センサー、１３６………センサー固定ボルト、１３８………第２センサー室、１３９………ストッパボルト、１４０………ガス圧センサー、１４２………押さえブロック、１４４………センサー固定ボルト、１４６………パージエア導入孔、１４８………圧縮エア供給管、１５０………細孔、１５２………シース型熱電対、１５４………押さえバネ、１５６………押さえ駒、１５８………リード線、１６０………切り込み溝、１６２………端子ボックス、１６４………引出し通路、１６６………押しボルト、
２１０………金型内部情報計測センサー、２１２………計測ロッド、２１４………装着孔、２１６………ロッド形ケーシング、２１８………食込み継手、２２０………止めネジ、２２２………固定ユニット、２２４………円筒ケース、２２６………エンドプレート部、２２８………仕切り板部、２３０………空間部、２３２………圧力伝達ロッド、２３２ａ………フランジ、２３４………押さえ蓋、２３６………ボルト、２３８………ロードセル、２４０………断熱系セラミックス部材、２４２………環状凹部、２４４………フィルター、２４６………通気路、２４８………ガス圧センサー、２５０………パージエア導入孔、２５２………逆止弁、２５４………細孔、２５６………熱電対。

Claims (7)

1. 金型ダイスに穿設されキャビティに開口する装着孔に装着可能なロッド形ケーシングと、
   前記ロッド形ケーシングの先端に配置されて金型キャビティ面に先端面を一致可能であって溶湯からガスを分離可能な多孔質フィルターと、
   この多孔質フィルターの後方に設けられ当該多孔質フィルターを通じて導入されるキャビティガスの導入室と、
   前記ガス導入室の圧力を検出するガス圧センサーと、
   を有するとともに、
   前記ロッド形ケーシングに内挿され、その軸芯方向に可動で金型キャビティ面に先端面を一致可能な圧力伝達ロッドと、
   前記圧力伝達ロッドの後端に対面して固定保持され、キャビティに注入された溶湯の圧力を検知可能な圧力センサーと、
   を有し、キャビティ内ガス圧およびキャビティ内溶湯圧を検出可能としてなる
   ことを特徴とする金型内部情報計測センサー。
2. 金型ダイスに穿設されキャビティに開口する装着孔に装着可能なロッド形ケーシングと、
   前記ロッド形ケーシングの先端に配置されて金型キャビティ面に先端面を一致可能であって溶湯からガスを分離可能な多孔質フィルターと、
   この多孔質フィルターの後方に設けられ当該多孔質フィルターを通じて導入されるキャビティガスの導入室と、
   前記ガス導入室の圧力を検出するガス圧センサーと、
   を有するとともに、
   前記ロッド形ケーシングに内挿され、その軸芯方向に可動で金型キャビティ面に先端面を一致可能なロッドと、
   前記ロッドの中心部に形成された細孔に装着され、前記細孔のロッド先端部側に検知端を有する熱電対からなる温度センサーと、
   を有し、キャビティ内ガス圧およびキャビティ内溶湯温度を検出可能としてなることを特徴とする金型内部情報計測センサー。
3. 金型ダイスに穿設されキャビティに開口する装着孔に装着可能なロッド形ケーシングと、
   前記ロッド形ケーシングの先端に配置されて金型キャビティ面に先端面を一致可能であって溶湯からガスを分離可能な多孔質フィルターと、
   この多孔質フィルターの後方に設けられ当該多孔質フィルターを通じて導入されるキャビティガスの導入室と、
   前記ガス導入室の圧力を検出するガス圧センサーと、
   を有するとともに、
   前記ロッド形ケーシングに内挿され、その軸芯方向に可動で金型キャビティ面に先端面を一致可能な圧力伝達ロッドと、
   前記圧力伝達ロッドの後端に対面して固定保持され、キャビティに注入された溶湯の圧力を検知可能な圧力センサーと、
   前記圧力伝達ロッドの中心部に形成された細孔に装着され、前記細孔のロッド先端部側に検知端を有する熱電対からなる温度センサーと、
   を有し、キャビティ内ガス圧、キャビティ内溶湯圧、およびキャビティ内溶湯温度を検出可能としてなることを特徴とする金型内部情報計測センサー。
4. 前記ロッド形ケーシングの外周に摺動自在に取り付けられる食込み継手と、前記装着孔への止めネジとからなる固定ユニットを有しており、金型ダイス厚に応じてロッド挿入長さを調整可能としていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１に記載された金型内部情報計測センサー。
5. 前記ガス導入室に圧縮空気供給手段を接続し、前記多孔質フィルターにパージエアを供給可能としていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１に記載された金型内部情報計測センサー。
6. 金型ダイスに穿設されキャビティに開口する装着孔に装着可能で、前記金型ダイス厚さより長尺なロッド形ケーシングと、
   前記ロッド形ケーシングの基端部に設けられたセンサーブロックと、
   前記ロッド形ケーシングの先端に配置されて金型キャビティ面に先端面を一致可能であって溶湯からガスを分離可能な多孔質フィルターと、
   前記センサーブロックに形成され、前記多孔質フィルターを通じて導入されるキャビティガスの導入室と、
   前記センサーブロックに装備され前記ガス導入室の圧力を検出するガス圧センサーと、
   を有するとともに、
   前記ロッド形ケーシングに内挿され、その軸芯方向に可動で金型キャビティ面に先端面を一致可能な圧力伝達ロッドと、
   前記圧力伝達ロッドの後端に対面して前記センサーブロックとの間に保持され、キャビティに注入された溶湯の圧力を検知可能な圧力センサーと、
   を有し、キャビティ内ガス圧およびキャビティ内溶湯圧を検出可能としてなることを特徴とする金型内部情報計測センサー。
7. 前記多孔質フィルターをリング状としてその中心部に圧力伝達ロッドを挿通した構成とし、前記圧力伝達ロッドの中心部にはロッド先端部に達する細孔を形成して内部に熱電対を配置してなることを特徴とする請求項８に記載の金型内部情報計測センサー。

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