JPH0875579A - 圧力計測装置および圧力計測装置を備えた鋳造用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金型キャビティ内の溶湯に作用する圧力変動
を正確容易に検知し，また，製作補修も容易にする。 【構成】 ブロックの表面の一部に形成した撓み板部の
裏面に先端が接している撓み量伝達棒を配し，ブロック
の後側において保持具で一部を支持した撓み量計測板を
撓み量伝達棒の後端面に押付けた状態で配し，撓み量計
測板の平面部に歪ゲージを貼付けて構成した圧力計測装
置，および，この圧力計測装置を備えた鋳造用金型とし
た。また，平板状の撓み量計測板の一端部を保持具に片
持梁状に固定し，撓み量伝達棒の後端面が撓み量計測板
に当接している位置よりも根本側で歪ゲージを撓み量計
測板に取付けた。また，撓み量伝達棒の後端面が撓み量
計測板に当接している位置よりも先端側で温度補償用歪
ゲージを撓み量計測板に取付けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，例えば，アルミニウム
合金やマグネシウム合金等の軽金属合金を金型を用いて
加圧鋳造する際に金型内の圧力を計測する圧力計測装置
および圧力計測装置を備えた鋳造用金型に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より，アルミニウム合金等の軽金属
合金を鋳造する際は，一般的に，引け巣を低減するた
め，溶湯を金型に鋳込んでから凝固が完了するまでの
間，高圧力を加圧し続ける方法が採られてきた。特に，
自動車部品等のように耐圧性，高強度等の高品質が要求
される場合，上記のような高圧で鋳造する方法が多く用
いられている。この場合，製品各部に充填している溶湯
に加わる圧力の大きさが，製品の品質に大きく影響を及
ぼす。このため，従来より，溶湯の圧力を計測して，そ
れを鋳造条件の管理に利用することがあったが，その場
合には，押出ピンの裏に歪ゲージをセットし，溶湯の圧
力を計測していた。

【０００３】このように，押出ピンの裏に歪ゲージをセ
ットした場合，押出ピンの金型等に対する摺動抵抗や摩
擦力のため，計測値が正確でないという問題があった。
この摺動抵抗は，鋳造を続けていくうちに，焼付き，か
じり等によって増加する。なお，特開平６−１９０５４
３号に記載したように加圧力をパルス的に加える場合，
特に，この問題が大きくクローズアップされる。すなわ
ち，押出ピンにかけられた圧力が減少から増加に転じた
場合，その増加分が静止摩擦力を越えるまでの間は，押
出ピンは静止してしまう。逆に，圧力が増加から減少に
転じた場合も，その減少分が静止摩擦力を越えるまでの
間は，押出ピンは静止する。そのため，圧力変動が静止
摩擦力より小さい場合は，押出ピンが全く動かず，圧力
を計測できないケースが出てくることがあった。

【０００４】そこで，本出願人会社では，このような欠
点を解消するために，金型内圧力計測装置を，金型のキ
ャビティに面した部分の一部が加圧力によって撓むよう
な構造にし，従来のように摺動抵抗を受けることなく，
正確に溶湯の圧力を計測できるようにした。そして，例
えば，特願平５−１１６０１４号や特願平５−２７９５
１１号明細書に記載したように，金型のキャビティ側の
表面の一部に撓み板部を設け，撓み板部の中央部裏側に
先端が接している撓み量伝達棒を配し，撓み量伝達棒の
後端面に例えば円板状の撓み量計測板を押付けた状態で
配し，金型に取付けた保持具で撓み量計測板の外周部を
支持し，撓み量計測板の平面部に歪ゲージを取付けた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし，これらの方
法，装置においては，撓み量計測板として円板状のもの
を用い，撓み量計測板の外周全部を単純支持で支持して
いたので，歪ゲージによる歪や撓み量の計測，および，
それに伴って演算して求める金型内の圧力を正確に求め
ることが比較的に難しかった。

【０００６】すなわち，従来のものでは，図５に示すよ
うに，円板状の撓み量計測板３０の中央部裏側に歪ゲー
ジ３１がはり付けてあり，図５に図示していない金型の
キャビティに面した部分の加圧力によって撓むようにし
た部分の裏側に先端を当接させている撓み量伝達棒３２
の後端を撓み量計測板３０の表面の中央部に当接させて
いたので，撓み量計測板３０は，加圧力の大きさによっ
て，例えば，図５に実線で示したように湾曲したり，２
点鎖線で示したように湾曲する。

【０００７】この場合，撓み量はそれぞれδ₁ ，δ₂ と
なり，支持部材３３の角から撓み量計測板３０の端部ま
での距離は，それぞれａ，ｂとなり，撓むにしたがっ
て，この距離は短くなる。このように，撓み量の変化に
伴って支持点が移動するので，歪変化が直線的でなくな
る。

【０００８】また，撓み量計測板３０は円板であり，単
純支持であるため，その芯がずれる場合もあり，そのた
めに正しい計測値が得られない場合もある。一方，前記
従来の方法，装置では，金型の温度変化の歪ゲージへの
影響が考慮されていなかった。すなわち，温度の歪ゲー
ジ抵抗値への影響が考慮されていなかった。

【０００９】また，従来のものでは，撓み量伝達棒３２
の先端部の金型の撓み板部の裏面に当接している部分，
および，撓み量伝達棒３２の後端部の撓み量計測板３０
に当接している部分が所定の幅を有する平面になってい
たので，金型の撓み板部や撓み量計測板３０が撓んだと
きに，撓み量伝達棒３２の先端部や後端部との当接位置
が変化することがあった。

【００１０】また，例えば，図６に示したように，計測
部分である金型の撓み板部３４に作用する力Ｆの作用点
が，撓み量伝達棒３２の位置と違った場合は，撓み量伝
達棒３２の先端部の一方の角３２ａのみに撓み板部３４
が当るようになり，正確な計測がし難い。このような種
々の理由により，従来は正確な金型内圧力を求めるのが
できなかったか，あるいは，できたとしても，非常に難
しく，面倒であった。

【００１１】また，前記従来のものでは，撓み板部３４
自体を金型のキャビティに面した部分と完全に一体化し
た実施例となっていた。したがって，この場合，撓み板
部３４に不具合が生じたら，金型のキャビティ面自体を
補修しなければならず，不便であり，工数や費用も多く
必要であった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は，このような課
題を解決するために行ったものであり，圧力計測装置
を，ブロックの表面の一部に形成した撓み板部の裏面に
先端が接している撓み量伝達棒を配し，ブロックの後側
において保持具で一部を支持した撓み量計測板を撓み量
伝達棒の後端面に押付けた状態で配し，撓み量計測板の
平面部に歪ゲージを貼付けて構成した。また，ブロック
の中に設けた撓み量計測板を平板とし，この平板状の撓
み量計測板の一端部を保持具に片持梁状に固定し，撓み
量伝達棒の後端面が撓み量計測板に当接している位置よ
りも根本側で歪ゲージを撓み量計測板に取付けた。

【００１３】また，撓み量伝達棒の後端面が撓み量計測
板に当接している位置よりも先端側で温度補償用歪ゲー
ジを撓み量計測板に取付けた。また，撓み板部の中央部
裏面に接している撓み量伝達棒の先端中央部を先細形状
にした。また，撓み量計測板に当接している撓み量伝達
棒の後端中央部を先細形状にした。さらに，これらの圧
力計測装置を，金型のキャビティ側に設けた段状の穴部
に埋込んで，圧力計測装置のブロックの表面で金型のキ
ャビティの表面の一部を構成させた圧力計測装置を備え
た鋳造用金型とした。

【００１４】

【作用】圧力計測装置は，ブロックを用いて金型とは別
体に設けたので，別途製造して金型に組込むことができ
るし，また，圧力計測装置に不具合が生じた場合は，こ
の圧力計測装置を金型から取りはずして補修することが
でき，便利である。

【００１５】前記圧力計測装置をキャビティ面に取付け
た金型を用い，その金型のキャビティ内に溶湯等が射出
されてキャビティ内に圧力が発生すれば，撓み板部が撓
み，撓み量伝達棒が押され，片持支持されている平板状
の撓み量計測板が撓み，歪ゲージでその歪量を計測す
る。この歪量をコンピュータ等で演算し，金型内圧力を
求める。

【００１６】なお，圧力計測装置は１例として，撓み量
計測板は片持固定支持されており，歪ゲージは撓み量計
測板の根本側に取付けられているので，その場合は，支
点が移動しないし，歪変化が直線的にあらわれ，歪を容
易に計測することができ，また，温度補償用歪ゲージを
撓み量計測板の先端側の無変形部分に取付けているの
で，温度変化によって変化した撓み量計測板の伸びのみ
を正確に計測することができ，温度補償をすることがで
きる。

【００１７】また，撓み量伝達棒の先端部と後端部が先
細形状になっているものを用いれば，撓み板部や撓み量
計測板との接触点が変化したり，ずれたりすることがな
く，常に良好な計測が行える。

【００１８】

【実施例】図１，図２は本発明の１実施例を示すもの
で，図１は縦断面図，図２は底面図の一部で，図１のＡ
−Ａ線拡大図である。１は金型の一部，１ａは金型１内
の溶湯鋳込空間であるキャビティ，２は金型１のキャビ
ティ１ａ側の表面の一部にはめ込んだブロック，３はブ
ロック２のキャビティ１ａ側の表面の一部に設けた比較
的に薄い円形状の撓み板部であり，撓み板部３の後方に
は，比較的に深い穴４が後側から設けられている。

【００１９】撓み板部３の中央部の裏側には，丸棒状の
撓み量伝達棒５の先端を接しさせて配し，撓み量伝達棒
５の後端面に比較的に薄い平板状の撓み量計測板６の中
央部を押付けた状態または当接した状態で配した。な
お，撓み量伝達棒５の熱膨張により撓み量計測板６との
接触点や計測０点が微妙にシフトすること，例えばＢｅ
−Ｃｕ板製の撓み量計測板６が２００℃以上の高温にな
ると，この撓み量計測板６や後記する歪ゲージ１３，１
４が劣化する傾向があること等を考慮し，撓み量伝達棒
５は，熱膨張係数，温度伝導率がともに小さい材質，例
えばＳｉ₃ Ｎ₄ で製作した。

【００２０】穴４の中には，段付円筒状のブロック７を
装入し，ブロック７は，その先端面を撓み板部３の裏面
に接触させた状態で，ねじ８によって，ブロック２の後
側に取付けた。

【００２１】ブロック２に設けた撓み板部３は，中央部
に設けた円形状の比較的に薄い部分３ａと，その回りの
比較的に厚い円形状の部分３ｂによって構成した。そし
て，ブロック７の先端部に設けたリング状の突起７ａを
厚い部分３ｂの裏面に当接させた。このような形状にし
たのは，撓み板部３が振動しやすいようにし，キャビテ
ィ２内に鋳込んだ溶湯に振動を与え，凝固時の金属組織
がより良好になるようにしたためである。

【００２２】ブロック７の軸心中央部にはブッシュ１５
を取付け，撓み量伝達棒５を軸線方向に摺動自在にガイ
ドした。このようにしておくと，撓み量伝達棒５の位置
がずれることはなく，撓み量伝達棒５の先端部５ａは常
に薄い部分３ａの中心位置に当接していることになる。
撓み量伝達棒５の先端部５ａは球面状にし，撓み板部３
に力が偏心して加わっても，先端部５ａが常に一点にな
るようにした。一方，撓み量伝達棒５の後端部５ｂは円
錐状または球面状にし，同様に点接触を保つようにし
た。

【００２３】ブロック７の中央部に設けた円形穴の後端
部には，筒状の部材９をねじ取付けした。部材９には，
その内部を上下方向に貫通している断面凸状の穴１０を
設けた。また，突起状の穴１０ａのない側の部材９は，
その一部を一定幅で切削して高さを低く加工した。

【００２４】この加工した面に，平板状の撓み量計測板
６の一端側を，押え板１１とボルト１２で片持状に固定
した。撓み量計測板６の先端部は突起状の穴１０ａの中
まで伸びており，この先端部の側面は穴１０ａの内面に
接触しないようにして，自由に上下動し得るように設け
た。なお，ここで，ブロック７，部材９，ボルト１２等
は，撓み量計測板６の一端部を片持支持しておくための
金型１に取付けた保持具を構成している。

【００２５】撓み量計測板６の裏面の根本側には市販の
歪ゲージ１３がはり付けられており，歪ゲージ１０は，
図示していない歪量計測器本体に連結されている。この
装置においては，撓み板部３が撓み量伝達棒５を介して
撓み量計測板６に繋がっているので，撓み量計測板６の
歪量は，圧力の大きさに比例して撓む撓み板部３の歪量
と対応している。そして，撓み板部３の厚みやブロック
７と部材９の内径の大きさ，撓み量伝達棒５の後端部と
撓み量計測板６の当接位置から撓み量計測板６の根本部
までの距離，撓み量計測板の寸法等を考慮して，撓み量
計測板６の歪量から撓み板部３に作用した圧力を換算し
て常にすぐに正確に求めることができる。換算して得た
圧力は，数値として表示したり，グラフでモニタに表示
したりして，その圧力変動状態を知ることができる。

【００２６】撓み量計測板６の先端側の裏面には，温度
補償用の歪ゲージ１４をはり付けた。片持支持している
撓み量計測板６においては，撓み量伝達棒５が当接して
いる点よりも先端側は，撓み量伝達棒５で押されても変
形しない無変形部分となっているので，ここでの歪は，
温度変化によって撓み量計測板６が伸び縮みすることに
よる歪のみである。したがって，温度補償用の歪ゲージ
１４で計測した歪に基づいて，演算により温度変化を求
めたり，金型内圧力を演算で求める際に温度補償をし
て，金型内圧力をより正確に求めることができる。

【００２７】歪ゲージ１３または，歪ゲージ１３と温度
補償用歪ゲージ１４に発生した歪を求める場合は，公知
のホイートストンブリッジ回路を用い，電気抵抗の変化
としてとらえて行う。このホイートストンブリッジ回路
を用いれば，歪ゲージが複数個の場合でも応用できる。
歪ゲージ１３を例えば２個用いる場合は，撓み量計測板
６に並べてはったり，表裏の両面にはったりすることが
できる。

【００２８】温度補償用歪ゲージ１４の場合も，温度変
化によって生じた抵抗値の変化量を検知して行う。この
場合，この温度補償用歪ゲージ１４はダミーゲージとし
ての役割をし，加圧力による歪は拾わない。この場合
は，公知のアクティブ・ダミー法と呼ばれているブリッ
ジ回路を用いることができる。

【００２９】なお，前記実施例においては，歪ゲージ１
３，１４を撓み量計測板６の裏面にはりつけた例を示し
たが，これは撓み量計測板６の表面にはりつけておくこ
ともできる。

【００３０】図３は，本発明の他の実施例を示す縦断面
図である。図３において，図１と同じ部分は図１と同じ
符号を付して，その説明は省略する。図１においては，
ブロック２をキャビティ１ａ側から金型１にはめ込んだ
が，図３においては，ブロック２を金型１の裏側からは
め込んだ。

【００３１】図３において，表面側に撓み板部３を有す
るブロック２は，裏面側からブロック７を貫通して差込
んだボルト１６によってブロック７に固定した。その
際，ボルト１６によって，撓み量計測板６を取付けた筒
状の部材９もブロック７の裏面側に同時に一体に固定し
た。ブロック７は裏側から金型１にボルト１７で固定し
た。

【００３２】撓み量伝達棒５は，全長にわたって同一断
面にせず，ブロック７内の両端に近い部分のみに大径部
５ｃを設け，他は小径部５ｄとし，この大径部５ｃのみ
をブロック７の穴の内面に摺動自在に設けて，摺動抵抗
が小さくなるようにした。なお，部材９の穴１０は，こ
こでは凸状とはせずに，普通の円状とした。

【００３３】なお，図３に示した実施例においては，ブ
ロック２の撓み板部３の外周の裏面全部が，ブロック７
のブロック２側の面に密着している。このようにした場
合は，予想を超えた圧力がブロック２に作用したとき
に，撓み板部３が破壊する可能性がある。

【００３４】その場合は，この部分を図１で示したよう
な構造，ないしは，図４に示したような構造にしておく
と良い。図４は，図３のものを一部改良したもので，撓
み板部３を，図１のものと同様に，中央部に設けた円形
状の比較的に薄い部分３ａと，その回りの比較的に厚い
円形状の部分３ｂによって構成し，厚い部分３ｂの裏面
外周側には，厚い部分３ｂの内径よりも大きな内径を有
する状態でブロック７の先端部に設けたリング状の比較
的に低い突起７ａを密着させた。

【００３５】このような構造にしておくと，厚い部分３
ｂの裏面内周縁がブロック７の突起７ａの内側の少し凹
んだ面に接触するまでと後とでは，圧力と歪量の関係が
変化するけれども，比較的に大きな力が作用しても，装
置が破損することはない。

【００３６】

【発明の効果】本発明においては，圧力計測装置を，ブ
ロックの表面の一部に形成した撓み板部の裏面に先端が
接している撓み量伝達棒を配し，ブロックの後側におい
て保持具で一部を支持した撓み量計測板を撓み量伝達棒
の後端面に押付けた状態で配し，撓み量計測板の平面部
に歪ゲージを貼付けて構成したので，金型とは別体に製
造することができるし，金型への取付け，取りはずしも
容易に行え，補修も容易に行える。

【００３７】また，ブロックの中に設けた撓み量計測板
を平板とし，この平板状の撓み量計測板の一端部を保持
具に片持梁状に固定し，撓み量伝達棒の後端面が撓み量
計測板に当接している位置よりも根本側で歪ゲージを撓
み量計測板に取付けたので，撓み量計測板は片持固定支
持した状態になっており，撓み量伝達棒で撓み量計測板
が押された場合に，その力の大きさの違いによって，支
点が移動することもなく，歪変化が直線的にあらわれ，
また，単純な梁の撓み歪のために，歪や撓み量，および
金型内圧力および圧力変動を確実容易に計測，演算する
ことができる。

【００３８】また，撓み量伝達棒の後端面が撓み量計測
板に当接している位置よりも先端側で温度補償用歪ゲー
ジを撓み量計測板に取付けたので，無変形部分に温度補
償用歪ゲージを取付けたことになり，温度変化によって
変化した撓み量計測板の伸びのみを正確に計測すること
ができ，温度補償をすることができる。なお，従来は，
全周を支持した円板状の撓み量計測板を用い，その中央
部に撓み量伝達棒を当接していたので，撓み量計測板の
全ての部分に歪が発生しており，温度補償用歪ゲージを
取付けることはできなかったが，本発明においては，温
度補償用歪ゲージを容易に取付けることができるように
なった。

【００３９】また，撓み量伝達棒の先端部と後端部が先
細形状になっているので，撓み板部や撓み量計測板との
接触点が変化したり，ずれたりすることがなく，常に良
好な計測が行える。そして，このような圧力計測装置を
金型のキャビティ面に取付けた金型を用いて鋳造すれ
ば，前記した種々の利点の総合的な結果として，金型内
圧力および圧力の変動を，常に確実容易にかつ正確に求
めることができる。そして，例えば，キャビティ内の溶
湯に，例えば，数１００ｋｇ／ｃｍ² の大きい圧力と小
さい圧力が交互に１０〜１００Ｈｚ程度でパルス状に作
用する場合であっても，特に抵抗が発生する部分もな
く，素早く応答するので，その圧力変動を確実容易に検
知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示す縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線から見た部分の一部拡大底面図
である。

【図３】本発明の第２実施例を示す縦断面図である。

【図４】本発明の第３実施例を示す縦断面図である。

【図５】従来技術における作用を例示した説明図であ
る。

【図６】従来技術における作用の他の例を示した縦断面
図である。

【符号の説明】

１ 金型 １ａ キャビティ ２，７ ブロック ３，３４ 撓み板部 ５，３２ 撓み量伝達棒 ６，３０ 撓み量計測板 ９ 部材 １０ 穴 １３，３１ 歪ゲージ １４ 温度補償用歪ゲージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｂ 7/16 Ｇ０１Ｌ 19/04

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブロックの表面の一部に形成した撓み板
   部の裏面に先端が接している撓み量伝達棒を配し，ブロ
   ックの後側において保持具で一部を支持した撓み量計測
   板を撓み量伝達棒の後端面に押付けた状態で配し，撓み
   量計測板の平面部に歪ゲージを貼付けて構成した圧力計
   測装置。
2. 【請求項２】 ブロックの中に設けた撓み量計測板を平
   板とし，この平板状の撓み量計測板の一端部を保持具に
   片持梁状に固定し，撓み量伝達棒の後端面が撓み量計測
   板に当接している位置よりも根本側で歪ゲージを撓み量
   計測板に取付けた特許請求の範囲請求項１記載の圧力計
   測装置。
3. 【請求項３】 撓み量伝達棒の後端面が撓み量計測板に
   当接している位置よりも先端側で温度補償用歪ゲージを
   撓み量計測板に取付けた特許請求の範囲請求項２記載の
   圧力計測装置。
4. 【請求項４】 撓み板部の中央部裏面に接している撓み
   量伝達棒の先端中央部を先細形状にした特許請求の範囲
   請求項１ないし請求項３記載の圧力計測装置。
5. 【請求項５】 撓み量計測板に当接している撓み量伝達
   棒の後端中央部を先細形状にした特許請求の範囲請求項
   １ないし請求項４記載の圧力計測装置。
6. 【請求項６】 ブロックの表面の一部に形成した撓み板
   部の裏面に先端が接している撓み量伝達棒を配し，ブロ
   ックの後側において保持具で一部を支持した撓み量計測
   板を撓み量伝達棒の後端面に押付けた状態で配し，撓み
   量計測板の平面部に歪ゲージを貼付けて構成した圧力計
   測装置を，金型のキャビティ側に設けた段状の穴部に埋
   込んで，圧力計測装置のブロックの表面で金型のキャビ
   ティの表面の一部を構成させた圧力計測装置を備えた鋳
   造用金型。
7. 【請求項７】 圧力計測装置の中に設けた撓み量計測板
   を平板とし，この平板状の撓み量計測板の一端部を保持
   具に片持梁状に固定し，撓み量伝達棒の後端面が撓み量
   計測板に当接している位置よりも根本側で歪ゲージを撓
   み量計測板に取付けた特許請求の範囲請求項６記載の圧
   力計測装置を備えた鋳造用金型。
8. 【請求項８】 撓み量伝達棒の後端面が撓み量計測板に
   当接している位置よりも先端側で温度補償用歪ゲージを
   撓み量計測板に取付けた特許請求の範囲請求項７記載の
   圧力計測装置を備えた鋳造用金型。
9. 【請求項９】 撓み板部の中央部裏面に接している撓み
   量伝達棒の先端中央部を先細形状にした特許請求の範囲
   請求項６ないし請求項８記載の圧力計測装置を備えた鋳
   造用金型。
10. 【請求項１０】 撓み量計測板に当接している撓み量伝
    達棒の後端中央部を先細形状にした特許請求の範囲請求
    項６ないし請求項９記載の圧力計測装置を備えた鋳造用
    金型。