JP7400687B2 - 金型圧力測定装置及び金型圧力測定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、金型のキャビティ内のガス圧力を測定する金型圧力測定装置及び金型圧力測定方法に関する。
ダイカスト金型などの金型のキャビティ内のガス圧力を正確に測定することは、品質の安定性上重要となる。この場合、金型のキャビティへの溶湯を止めつつガスが通気する位置に圧力センサを設けることが望ましい。例えば、フィルタを介して圧力センサにより、キャビティ内の圧力を測定する金型圧力測定装置が知られている（特許文献１参照）。
しかしながら、フィルタを介して圧力センサによりキャビティ内の圧力を繰返し測定すると、フィルタに目詰まりが生じる可能性がある。目詰まりが発生すると、圧力センサによる測定値の精度が低下し、品質が低下する。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、金型のキャビティ内のガス圧力を高精度に測定でき、品質を向上させることができる金型圧力測定装置及び金型圧力測定方法を提供することを主たる目的とする。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
キャビティが内部に形成され、一端が該キャビティに開口する圧力測定用通路が形成された金型と、
前記キャビティ内に挿入され前記金型に取り付けられることで前記圧力測定用通路の開口を覆う金型挿入部材と、
前記圧力測定用通路の他端側に設けられ、前記キャビティ内に溶湯が流入したときの前記キャビティ内のガス圧力を、前記金型挿入部材と金型との隙間、及び、前記圧力測定用通路を介して測定する圧力センサと、
を備える、
金型圧力測定装置
である。
この一態様において、前記金型挿入部材は、前記金型の鋳包み又は中子であってもよい。
この一態様において、前記金型挿入部材の熱容量は、前記金型の熱容量よりも高くてもよい。
この一態様において、前記金型挿入部材は、スポンジ状のセラミックスで形成されていてもよい。
この一態様において、前記圧力センサは、前記金型内に設けられていてもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
キャビティが内部に形成され、一端が該キャビティに開口する圧力測定用通路が形成された金型の前記キャビティ内に金型挿入部材を挿入し、前記圧力測定用通路の開口を覆うように該金型挿入部材を前記金型に取り付けるステップと、
前記圧力測定用通路の他端側に設けられた圧力センサにより、前記キャビティ内に溶湯が流入したときの前記キャビティ内のガス圧力を、前記金型挿入部材と金型との隙間、及び、前記圧力測定用通路を介して測定するステップと、
を含む、金型圧力測定方法
であってもよい。
キャビティが内部に形成され、一端が該キャビティに開口する圧力測定用通路が形成された金型と、
前記キャビティ内に挿入され前記金型に取り付けられることで前記圧力測定用通路の開口を覆う金型挿入部材と、
前記圧力測定用通路の他端側に設けられ、前記キャビティ内に溶湯が流入したときの前記キャビティ内のガス圧力を、前記金型挿入部材と金型との隙間、及び、前記圧力測定用通路を介して測定する圧力センサと、
を備える、
金型圧力測定装置
である。
この一態様において、前記金型挿入部材は、前記金型の鋳包み又は中子であってもよい。
この一態様において、前記金型挿入部材の熱容量は、前記金型の熱容量よりも高くてもよい。
この一態様において、前記金型挿入部材は、スポンジ状のセラミックスで形成されていてもよい。
この一態様において、前記圧力センサは、前記金型内に設けられていてもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
キャビティが内部に形成され、一端が該キャビティに開口する圧力測定用通路が形成された金型の前記キャビティ内に金型挿入部材を挿入し、前記圧力測定用通路の開口を覆うように該金型挿入部材を前記金型に取り付けるステップと、
前記圧力測定用通路の他端側に設けられた圧力センサにより、前記キャビティ内に溶湯が流入したときの前記キャビティ内のガス圧力を、前記金型挿入部材と金型との隙間、及び、前記圧力測定用通路を介して測定するステップと、
を含む、金型圧力測定方法
であってもよい。
本発明によれば、金型のキャビティ内のガス圧力を高精度に測定でき、品質を向上させることができる金型圧力測定装置及び金型圧力測定方法を提供することができる。
実施形態１
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る金型圧力測定装置の概略的な構成を示す断面図である。図２は、図１の金型を拡大した図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る金型圧力測定装置の概略的な構成を示す断面図である。図２は、図１の金型を拡大した図である。
本実施形態に係る金型圧力測定装置１は、金型２のキャビティ２１内のガス圧力を高精度に測定するものである。金型圧力測定装置１は、キャビティ２１が内部に形成された金型２と、金型２のキャビティ２１内に挿入される金型挿入部材３と、金型２のキャビティ２１内のガス圧力を測定する圧力センサ４と、を備えている。
金型２は、金属材料を加圧鋳造するためのダイカスト金型として構成されていてもよい。金型２は、設備に対して移動可能な可動ダイス２２と、設備に固定された固定ダイス２３と、で構成されていてもよい。金型２は、例えば、自動車のエンジンの部品である略円筒形状のシリンダブロックを成形する。
金型２には、キャビティ２１内のガスを抜くためのガス抜き用通路が形成されている。可動ダイス２２及び固定ダイス２３で形成されるキャビティ２１には、射出シリンダ５が接続されている。射出シリンダ５内には、プランジャ６が往復動可能に設けられている。射出シリンダ５には、溶湯が流入する鋳込口７が形成されている。溶湯は、鋳込口７から射出シリンダ５内に流入し、射出シリンダ５からプランジャ６によって押出されることで、キャビティ２１内に射出される。
溶湯は、例えば、６５０℃程度の溶融したアルミニウム合金や、マグネシュウムなどからなる。なお、金型２は、ダイカスト金型として構成されているが、これに限定されない。金型２は、ダイカスト金型以外の射出成形金型あるいは鋳造金型であってもよい。
金型２内には、キャビティ２１内のガス圧力を測定するための圧力測定用通路２４が形成されている。圧力測定用通路２４の一端は、キャビティ２１内に開口している。開口は、金型２の側面に形成されている。
圧力測定用通路２４の他端は、圧力センサ４が設けられている。圧力センサ４は、例えば、ロードセルあるいは圧電式のセンサである。圧力センサ４は、圧力測定用通路２４を介して、キャビティ２１内のガス圧力を測定する。
このように、圧力センサ４を金型２に内蔵することで、装置の小型化を図ることができる。また、測定対象のキャビティ２１とその測定を行う圧力センサ４との間の距離を短くすることができるため、圧力センサ４の測定精度を向上させることができる。
なお、圧力センサ４は、金型２の外側に設けられてもよい。この場合、例えば、圧力センサ４は、配管などを介して、圧力測定用通路２４の他端に接続されてもよい。
図３は、本実施形態に係る金型圧力測定装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。圧力センサ４は、例えば、ＰＣなどの監視装置８に接続されている。
監視装置８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのプロセッサ８１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの内部メモリ８２と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＤＤ（Solid State Drive）などのストレージデバイス８３と、周辺機器を接続するための入出力Ｉ／Ｆ８４と、装置外部の機器と通信を行う通信Ｉ／Ｆ８５と、を備えた通常のコンピュータのハードウェア構成を有する。
監視装置８は、例えば、プロセッサ８１が内部メモリ８２を利用しながら、ストレージデバイス８３や内部メモリ８２などに格納されたプログラムを実行することで各機能を実現することができる。
監視装置８には、圧力センサ４の圧力値を表示する、液晶ディスプレイや有機ＥＬなどの表示部８６を有している。ユーザは、監視装置８の表示部８６の圧力値を見ることで、金型２のキャビティ２１内の圧力を監視することができる。
金型挿入部材３は、金型のキャビティ２１内に挿入され、金型２に取り付けられる。金型挿入部材３は、鉄などの金属で形成されている。金型挿入部材３は、例えば、金型２に鋳包まれる鋳包みである。鋳包みは、金型２の形状に対応させて予め製作されている。
例えば、略円筒状のアルミニュウム製のシリンダブロックを成形するための金型２である場合、金型挿入部材３は、シリンダブロックの摩耗を防止すための略円筒状の鉄製のシリンダライナである。
この場合、金型２の円筒形状のボアピンの外側に、ロボットなどを用いて、シリンダライナが嵌め込まれる。その後、金型２が閉められ、鋳込み（溶湯の射出）が行われ、シリンダライナと一体でシリンダブロックが成形される。
ところで、例えば、ダイカスト金型を用いたダイカストマシンによる鋳造法においては、射出時に金型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。しかし、潤滑油が気化したガスがガス抜き用通路から抜けない場合がある。金型キャビティ内のガスが抜けない場合、金型キャビティ内の圧力は上昇するものの、溶湯に作用させるべき圧力が残留ガスによって吸収されて加圧が不足し、あるいは、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り、品質が低下する。
これに対し、本実施形態において、上述の如く、金型２のキャビティ２１内に連通する圧力測定用通路２４を設け、この圧力測定用通路２４を介して、圧力センサ４により、キャビティ２１内の溶湯が射出され流入したときのキャビティ２１内のガス圧力を測定している。
ここで、キャビティ２１内には溶湯が流入しているため、圧力測定用通路２４内に溶湯が流れ込み、圧力測定用通路２４を塞ぐ虞がある。これに対し、本実施形態においては、金型挿入部材３をキャビティ２１内に挿入し金型２に取り付けることで圧力測定用通路２４の開口を覆う。これにより、圧力測定用通路２４内に溶湯が流れ込むのを防止できる。
一方で、金型挿入部材３により圧力測定用通路２４の開口を覆っているが、鋳包みなどの金型挿入部材３と金型２との接触部間には、通常、微小の隙間（例えば、０．５ｍｍ程度）が形成されている。この微小隙間は、気体を通すが溶湯を通さない程度の間隔となる。キャビティ２１内と圧力測定用通路２４とは、この隙間を介して、気体的にのみ連通している。
したがって、圧力センサ４は、キャビティ２１内に溶湯が流入したときのキャビティ２１内のガス圧力を、金型挿入部材３と金型２との隙間、及び、圧力測定用通路２４を介して測定することができる。すなわち、金型２のキャビティ２１内のガス圧力を高精度に測定でき、品質を向上させることができる。
なお、本実施形態において、金型挿入部材３が金型に取り付けられるとは、上述の如く、金型２に金型挿入部材３が嵌め込まれ両者が接触している場合だけでなく、金型２上に金型挿入部材３が置かれ、両者が接触している場合も含むものとする。
圧力測定用通路２４の一端に形成される開口は、上述した理由で、金型挿入部材３が接触する金型２の任意の側面に形成することができる。なお、圧力測定用通路２４が長いとその通行の過程でガスの温度が変化し易い。このため、圧力測定用通路２４をより短くし、圧力センサ４の測定精度をより向上させるために、圧力センサ４からより近い位置に形成するのが好ましい。
続いて、本実施形態に係る金型圧力測定方法について詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る金型圧力測定方法のフローを示すフローチャートである。
まず、金型２のキャビティ２１内に金型挿入部材３を挿入し、圧力測定用通路２４の開口を覆うように金型挿入部材３を金型２に取り付ける（ステップＳ１０１）。
金型２の可動ダイス２２を固定ダイス２３に接近させ、金型２を閉める（ステップＳ１０２）。射出シリンダ５から、金型２のキャビティ２１内に溶湯の射出する（ステップＳ１０３）。
圧力センサ４は、キャビティ２１内に溶湯が流入したときのキャビティ２１内のガス圧力を、金型挿入部材３と金型２との隙間、及び、圧力測定用通路２４を介して測定する（ステップＳ１０４）。
以上、本実施形態に係る金型圧力測定装置１は、一端がキャビティ２１内に開口する圧力測定用通路２４が形成された金型と、キャビティ２１内に挿入され金型２に取り付けられることで圧力測定用通路２４の開口を覆う金型挿入部材３と、圧力測定用通路２４の他端側に設けられ、キャビティ２１内に溶湯が流入したときのキャビティ２１内のガス圧力を、金型挿入部材３と金型２との隙間、及び、圧力測定用通路２４を介して測定する圧力センサ４と、を備える。これにより、金型２のキャビティ２１内のガス圧力を高精度に測定でき、品質を向上させることができる。
実施形態２
本実施形態において、金型挿入部材３の熱容量は、金型２の熱容量よりも高いのが好ましい。
本実施形態において、金型挿入部材３の熱容量は、金型２の熱容量よりも高いのが好ましい。
金型２には、例えば、常温の金型挿入部材３が取り付けられる。そして、キャビティ２１内に溶湯が射出され溶湯が金型挿入部材３に接触すると、熱容量の高い金型挿入部材３が溶湯の熱を奪い、溶湯が凝固する。これにより、仮に、溶湯が金型挿入部材３と金型２との隙間に少し入り込んだとしても、直ぐ溶湯は凝固するため、溶湯が圧力測定用通路２４の開口に到達することを防止できる。したがって、キャビティ２１内のガスが通る圧力測定用通路２４を確実に確保できる。
すなわち、本実施形態によれば、金型挿入部材３と金型２との微小の隙間だけでなく、熱容量の高い金型挿入部材３を用いて溶湯を効果的に凝固させる。これにより、溶湯が圧力測定用通路２４の開口に入り込むのを確実に防止し、金型２のキャビティ２１内のガス圧力をより安定的かつ高精度に測定できる。
なお、金型挿入部材３を鋳包みとした場合、射出成形を行う前に、鋳包みは、必ず金型２に取り付けられ、射出成形が終わると鋳造物と一体で金型２から取り外される。したがって、射出成形を行う前に、常温の新しい鋳包みが金型２に取り付けられる。このため、圧力測定用通路２４内に溶湯が流れ込むのを防止するために特別な構造などを設ける必要がなく、さらに、鋳包みを、上述の如く、溶湯を凝固させるために予め低温にするなどの工程も必要ない。また、射出成形が終わると金型２から取り外されるため、鋳包みと金型２との微小の隙間が詰まるなどの問題も生じ難い。
金型挿入部材３は、上述の如く、鉄で形成されているのが好ましく、熱伝達率の高い銅で形成されているのがより好ましい。これにより、金型挿入部材３と金型２との隙間に少し入り込んだ溶湯をより早く凝固させることができ、溶湯が圧力測定用通路２４の開口に入り込むのをより確実に防止できる。
上記実施形態において、金型挿入部材３は、ダイカスト鋳造で使用される鋳包みであるが、これに限定されず、例えば、低圧鋳造で使用される中子であってもよい。中子をキャビティ２１内に挿入し金型２に接触させることで圧力測定用通路２４の開口を覆う。これにより、上記同様に、圧力測定用通路２４内に溶湯が流れ込むのを確実に防止できるため、金型２のキャビティ２１内のガス圧力を高精度に測定でき、品質を向上させることができる。
上記実施形態において、金型挿入部材３は、金属以外の、例えば、スポンジ状のセラミックスで形成されていてもよい。これにより、上記同様に溶湯が金型挿入部材３と金型２との隙間に入り込むのを抑止できる効果が期待できる。
上記実施形態において、シリンダブロックを成形するための金型２に対し、金型挿入部材３としてシリンダライナを取付けて射出成形を行う場合について説明したが、これに限定されない。例えば、クランクシャフトを支持するクランクジャーナル用の金型２に対し、金型挿入部材３として、摺動摩耗を防止するための鉄製のライナを取り付けて、上記同様に射出成形をおこなってもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１ 金型圧力測定装置、２ 金型、３ 金型挿入部材、４ 圧力センサ、５ 射出シリンダ、６ プランジャ、７ 鋳込口、８ 監視装置、２１ キャビティ、２２ 可動ダイス、２３ 固定ダイス、２４ 圧力測定用通路、８１ プロセッサ、８２ 内部メモリ、８３ ストレージデバイス、８６ 表示部、８４ 入出力Ｉ／Ｆ、８５ 通信Ｉ／Ｆ
Claims (5)
- キャビティが内部に形成され、一端が該キャビティに開口する圧力測定用通路が形成された金型と、
前記キャビティ内に挿入され前記金型に取り付けられることで前記圧力測定用通路の開口を覆う金型挿入部材と、
前記圧力測定用通路の他端側に設けられ、前記キャビティ内に溶湯が流入したときの前記キャビティ内のガス圧力を、前記金型挿入部材と金型との隙間、及び、前記圧力測定用通路を介して測定する圧力センサと、
を備え、
前記金型挿入部材の熱容量は、前記金型の熱容量よりも高い、
金型圧力測定装置。 - 請求項１記載の金型圧力測定装置であって、
前記金型挿入部材は、前記金型の鋳包み又は中子である、金型圧力測定装置。 - 請求項１又は２記載の金型圧力測定装置であって、
前記金型挿入部材は、スポンジ状のセラミックスで形成されている、金型圧力測定装置。 - 請求項１乃至３のうちのいずれか１項記載の金型圧力測定装置であって、
前記圧力センサは、前記金型内に設けられている、金型圧力測定装置。 - キャビティが内部に形成され、一端が該キャビティに開口する圧力測定用通路が形成された金型の前記キャビティ内に金型挿入部材を挿入し、前記圧力測定用通路の開口を覆うように該金型挿入部材を前記金型に取り付けるステップと、
前記圧力測定用通路の他端側に設けられた圧力センサにより、前記キャビティ内に溶湯が流入したときの前記キャビティ内のガス圧力を、前記金型挿入部材と金型との隙間、及び、前記圧力測定用通路を介して測定するステップと、
を含み、
前記金型挿入部材の熱容量は、前記金型の熱容量よりも高い、金型圧力測定方法。
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