JP5659382B2 - 金型異常の検知システム - Google Patents

Description

本発明は、金型内部に設けた熱媒体流路に水等の熱媒体を循環させることで金型を冷却又は、逆に加熱することで温調制御する金型において金型に生じた亀裂等の異常を早期に検知できる金型異常の検知システムに関する。

例えば樹脂の射出成形に用いる金型にあっては、金型キャビティ内に溶融した樹脂を射出し、冷却固化させることで樹脂製品を繰り返し成型する。
また、アルミニウム合金やマグネシウム合金のダイカスト鋳造においては、金型キャビティ内に高速、高圧にて溶湯を射出し、急冷凝固させることで鋳造品を繰り返し成型する。
従って、これらの成型方法にあってはショット初めは型温が低く、ショット数の増加に伴い、型温が上昇することになるので、何らかの温度制御が必要になる。
また、キャビティ内に溶融樹脂や金属の溶湯が射出される際に、キャビティの部位により冷却速度が大きく異なると、製品表面にヒケ、湯じわ、湯境、肌荒れ等の不具合が発生しやすく、製品品質に問題が生じる。
そこで近年は、キャビティ内を均一に温度制御すべく成型品の形状に合せて熱媒体流路を形成することが検討されている。
金型温度を均一に制御することで製品の品質向上のみならず、成型サイクルタイムの短縮及び金型寿命の長寿命化も期待できる。

金型には熱媒体が流れる熱媒体流路の付近に熱ひずみが生じやすい。
例えば図４に示すように金型１０の熱媒体流路２０から亀裂１３が発生し、仮に図４（ｃ）に示すように金型１０の外側まで亀裂が進行してしまうと、熱媒体Ｗ_０がＷ_１のように漏れ出すことになる。
一方、亀裂がキャビティ内まで進行してしまうと、キャビティ内に熱媒体が漏れるだけでなく、例えばダイカスト鋳造において冷却水として用いた水がアルミニウム合金、マグネシウム合金等の高温である溶湯に接触すると水蒸気爆発を起こす危険性もある。
特に自由形状の流路を形成すべく、図４に示すように金型１０を複数の構成部材（１１，１２）に分割し、分割面に流路溝を形成し、その後でこの構成部材を接合することで接合面に熱媒体の流路を設けた場合にあっては、熱応力等によってこの接合部に沿って亀裂が進行する場合があることから、亀裂がキャビティあるいは外部と連通する前にその亀裂発生を検知する必要性が高くなる。

特許文献１，２には流体の金型への流入量と金型からの流出量との差に着目した金型の異常検出装置を開示するが、その差が検出された時点ではすでに、熱媒体が金型の外あるいはキャビティ内に漏出した後であり、熱媒体の漏出を未然に防止できるものではない。

特開平９−３２３１４７号公報 特開２００８−７３７２２号公報

本発明は、金型内部に形成した冷却又は加熱制御のための熱媒体流路から、この熱媒体がキャビティあるいは外部に漏れる前に金型の異常を検出できる金型異常の検知システムの提供を目的とする。

本発明に係る金型異常の検知システムは、金型内部に熱媒体を循環させるための熱媒体流路と、亀裂発生による金型異常を検知するための検知流体を注入する検知流路とを有し、前記検知流路に注入した検知流体の圧力が前記熱媒体の循環圧力よりも高く又は低くなるように設定する検知流体圧力設定手段と、検知流体の圧力変化又は／及び流量変化を検知する検知流体の変動検出手段とを有し、前記熱媒体流路と前記検知流路との間に連通した亀裂発生を検知するものであることを特徴とする。
このようにすると、熱媒体流路から亀裂が生じ、検知流路まで亀裂が進行すると検知流体の圧力と熱媒体流路の圧力とに差があることから検知流体の圧力が熱媒体流路の圧力よりも高い場合には、この亀裂を通じて熱媒体流路に流れ込むので検知流体の圧力又は流量が変化することになり、この変化を検知することで亀裂がキャビティや外部まで進行する前に金型の異常を発見することができ、また、熱媒体を熱媒体流路に押し戻す効果もある。
一方、検知流体の圧力が熱媒体の循環圧力よりも低い場合には、熱媒体がこの亀裂を通じて検知流路に流れ込むので検知流体の圧力又は流量が変化するので前記と同様に金型の異常を発見することができる。
なお、検知流体は圧力変化が大きいエアー等の気体が好ましい。
また、検知流路は密封された流路が好ましい。

よって、検知流体と熱媒体の循環圧力差が大きい方が検知精度が高くなることから、前記検知流体の圧力を前記熱媒体の循環圧力よりも０．０２ＭＰａ以上高いか、又は、０．０２ＭＰａ以上低くなるように設定するのが好ましい。
また、検知流路を熱媒体流路の外側に配置した場合には金型の外部からの亀裂発生が熱媒体流路まで到達する前に異常を検知することが可能であり、その場合には前記検知流体の圧力は大気圧よりも０．０２ＭＰａ以上高いか、又は、０．０２ＭＰａ以上低くなるように設定するのが好ましい。

ここで、検知流路は熱媒体流路の外側あるいはキャビティ側の一方又は両方の近傍に配置してあり、熱媒体流路からの亀裂発生を検知するものが好ましい。
なお、ここで近傍とは金型の強度に影響を与えない範囲にて熱媒体流路に近いことをいう。
また金型が複数の構成部材を接合して製作してあり、熱媒体流路及び検知流路の少なくとも一部が接合面に沿って形成してある場合に適用するとより効果的である。

本発明の対象となる金型は金型内部に型温の制御を目的に流路を形成し、この流路に水やオイル等の熱媒体を循環されるものであれば金型の用途に限定はなく、樹脂成型用でも金属鋳造用でもよい。
また、熱媒体を流路に循環させるとは金型内部に設けた流路を循環させることをいい、金型に熱媒体の流入口と流出口を設けてあり、金型内の熱媒体流路を熱媒体としての流体が流れるものであれば、流出口から冷却水等が放流される放流方式であっても冷却水等を熱交換器等を介して、熱媒体が閉じた系として循環利用されている形態も含まれる。

金型の製作方法も金型鋼にドリル加工等にて熱媒体流路と検知流路を形成し、不要な部位を封止する従来の一般的な製作方法でもよく、近年開発されている金属粉をレーザー光等で焼結しながら積層する粉末積層法や粉末光造形法にて曲線的な自由形状の熱媒体流路と検知流路を形成した金型でもよい。

各種金型の製作方法にあって、特に複数の構成部材をパルス通電加圧焼結法（Pulse Current Pressure Sintering ：ＰＣＰＳ法）にて接合製作した金型に本発明を適用すると効果的である。
ＰＣＰＳ法は、約１０Ｐａの真空中にて接合材料を積み重ね、カーボンパンチ等で加圧しながらパルス電流を流すことにより、接合材料自体にジュール熱を発生させ急速加熱する工法であり、接合材料の接合面に沿って自由形状の流路（熱媒体流路及び検知流路）を溝形状に形成した後に相互に接合することで二次元的に自由形状の流路孔を形成することができる。
この場合に接合面に熱応力が集中し、この接合面に沿って亀裂が発生する場合が想定されるので接合面に沿って熱媒体流路の外側又は／及びキャビティ側に検知流路を設けることで本発明の適用が効果的に現れる。

本発明にあっては熱媒体流路からの亀裂が検知流路に達した時点で検知流体の圧力と熱媒体の循環圧力に差があることから、検知流体に圧力変化又は／及び流量変化が生じ、この変化を検出することで亀裂がキャビティあるいは外部と連通する前に金型の異常を発見できる。
また、検知流路の存在によりそれ以上亀裂が伝播及び進行するのを防止する効果も有する。

本発明に係る金型異常の検知システムを適用する場合の金型構造例を模式的に示す。 第一部材と第二部材との接合前を模式的に示す。 金型に生じた亀裂の進行とその検知を示す模式図である。 熱媒体が金型外に漏出する説明図を示す。

金型には製品を成型するためのキャビティ及び、溶融樹脂や金属の溶湯を射出するためのランナー等を有するがそれらを省略し、熱媒体流路と検知流路との関係のみを模式的に示したのが図１及び図２である。
本実施例は金型をＰＣＰＳ法にて製作する場合を示すが、金型の製作方法はこれに限定されない。

図２に示すように金型１０を製作する構成部材を第一部材１１と第二部材１２とに分割し、分割面に冷却水等の熱媒体を流すための熱媒体流路２０と、エアー等の検知流体を注入するための検知流路３０を形成し、ＰＣＰＳ法にて第一部材１１と第二部材とを接合する。
なお、本実施例では、模式的に第一部材側に熱媒体の流入口２１と流出口２２を形成し、さらに検知流路にエアー等の検知流体の注入口３１を形成した例になっている。
検知流路３０は熱媒体流路２０の近傍に設けるのがよく、また、この検知流路３０を熱媒体流路２０に対してキャビティ側に設けると熱媒体流路からの亀裂がキャビティまで進行するのを防ぎ、逆にこの検知流路３０を熱媒体流路に対して金型の外側に設けると亀裂が金型の外部まで進行するのを防ぐとともに、その時点で金型の異常を検知できる。
また、この場合には金型の外部から亀裂が発生し検知流路に到達した場合の異常も検知できる。
図１には表示を省略したが、検知流路３０の注入口３１にエアー供給手段を接続し、エアーを検知流路３０内に密封するとともに熱媒体の圧力よりも０．０２ＭＰａ以上高い圧力になるように、又は逆に０．０２ＭＰａ以上低い圧力になるように検知流体圧力設定手段を有し、圧力計又は／及び流入計を備えている。
さらには、検知流体の圧力は大気圧よりも０．０２ＭＰａ以上高いか、逆に０．０２ＭＰａ以上低くなるように設定してもよい。
圧力計又は／及び流入計の変化は、変動検出手段により信号出力される。
例えば、シーケンス等にて電気信号として取り込み、警告音、警告表示等として出力する。
また、熱媒体流路２０には冷却水等が通水されている。

図３に模式的に示すように第一部材１１と第二部材１２との接合面Ｓに沿って亀裂１３が生じ、図３（ｃ）に示すように亀裂１３により熱媒体流路２０と検知流路３０とがつながってしまうと、相対的に高圧の検知流体、例えばエアーａ_０が例えば冷却水Ｗ_０中に流れ込み、気泡ａ_１となる。
これにより、エアー圧が減少するのでこの圧力変化を圧力計から検出する。
また、密封状態からのエアーの流れを検出してもよい。
これにより、亀裂１３がそれ以上進行する前に金型の異常を検知することができるとともに、検知流路３０の存在により亀裂伝播そのものを抑える働きもある。
また、この場合に金型の外部から亀裂が生じ、検知流路３０まで到達した場合にも、エアー圧が減少し検知できる。
なお、検知流体の圧力が冷却水Ｗ_０の循環圧力よりも低い場合には、冷却水が検知流路側に流れ込むので同様に圧力変化、又は流量変化を検知できる。

１０ 金型
１１ 第一部材
１２ 第二部材
２０ 熱媒体流路
３０ 検知流路

Claims (3)

1. 金型内部に熱媒体を循環させるための熱媒体流路と、亀裂発生による金型異常を検知するための検知流体を注入する検知流路とを有し、
   前記検知流路に注入した検知流体の圧力が前記熱媒体の循環圧力よりも高く又は低くなるように設定する検知流体圧力設定手段と、検知流体の圧力変化又は／及び流量変化を検知する検知流体の変動検出手段とを有し、前記熱媒体流路と前記検知流路との間に連通した亀裂発生を検知するものであることを特徴とする金型異常の検知システム。
2. 前記検知流体の圧力を前記熱媒体の循環圧力よりも０．０２ＭＰａ以上高いか、又は、０．０２ＭＰａ以上低くなるように設定したことを特徴とする請求項１記載の金型異常の検知システム。
3. 金型内部に熱媒体を循環させるための熱媒体流路と、亀裂発生による金型異常を検知するための検知流体を注入する検知流路を有し、前記検知流路は熱媒体流路の外側に配置してあり金型外部からの亀裂が前記検知流路に連通するとそれによる検知流体の圧力変化又は／及び流量変化を検知する検知流体の変動検出手段を有し、前記検知流体の圧力を大気圧よりも０．０２ＭＰａ以上高いか、又は、０．０２ＭＰａ以上低くなるように設定したことを特徴とする金型異常の検知システム。
   

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