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公開番号2025091419
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-18
出願番号2025029441,2022025059
出願日2025-02-26,2022-02-21
発明の名称センサおよび金型
出願人広島県
代理人弁理士法人 HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
主分類G01L 11/02 20060101AFI20250611BHJP(測定;試験)
要約【課題】熱伝達係数の推定に適用可能なセンサ等を実現する。
【解決手段】センサ(80)であって、液体と接触し、液体からの押圧力により撓む膜(82a)と、膜(82a)に光を投光し、膜(82a)から反射した光を受光して膜(82a)の撓み量を検知するレーザー変位計(82b)とを備える。
【選択図】図14
特許請求の範囲【請求項１】
流体と接触し、前記流体からの押圧力により撓む膜と、
前記膜に光を投光し、前記膜から反射した前記光を受光して前記膜の撓み量を検知するレーザー変位計とを備える、センサ。
続きを表示（約 670 文字）【請求項２】
前記流体は、金型に充填される溶融体であり、
前記金型の金属部分と、当該金属部分に取り囲まれた空間に充填された前記溶融体と、の界面に作用する圧力値を検出する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記膜は、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｗ（タングステン）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔａ（タンタル）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｃｒ（クロム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）および炭素繊維からなる群より選択される少なくとも１種により形成されている、請求項２に記載のセンサ。
【請求項４】
互いに異なる位置となる複数の温度測定部をさらに備える、請求項２または３に記載のセンサ。
【請求項５】
複数の前記温度測定部は、
前記膜よりも前記溶融体側に位置する第１温度測定部と、
前記膜よりも前記金型側に位置する第２温度測定部と、により構成される、請求項４に記載のセンサ。
【請求項６】
複数の前記温度測定部は、
前記膜よりも前記溶融体側に位置する第１温度測定部と、
前記膜よりも前記金型側に位置する複数の第２温度測定部と、により構成され、
前記第１温度測定部および複数の前記第２温度測定部は、同一の軸上に位置している、請求項４に記載のセンサ。
【請求項７】
請求項１から６の何れか１項に記載のセンサを複数備える、前記流体が注湯される中空部が形成された金型。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサおよび金型に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、金型成形時の溶融体の流動状態および凝固挙動をシミュレートする方法が盛んに研究されている。溶融体の流動状態および凝固挙動は金型の金属部分および溶融体の各温度に影響されることから、このシミュレーション方法では、金属部分および溶融体の各温度分布（以下、「温度分布」と略記）を精度高く推定することが重要になる。
【０００３】
温度分布の推定では、前提として、金属部分と溶融体との界面の熱伝達係数（Heat Transfer Coefficient：ＨＴＣ）を推定する必要がある。熱伝達係数は、界面における熱の伝わり易さを表す値であり、金属部分と溶融体との接触状態によって変化する。ここで、金属部分と溶融体との接触状態は経時的に変化し、かつ接触箇所によっても状態が異なることから、熱伝達係数を推定するのは困難であった。
【０００４】
この問題を解決すべく、様々な研究が進められている。例えは非特許文献１には、エアギャップの形成による熱伝達係数の低下が、鋳物の凝固解析において温度履歴、収縮巣予測パラメータ等に与える影響を調査した結果が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
大浦他、「熱収縮を考慮した凝固解析における熱伝達モデルと材料構成則の影響」、鋳造工学、日本鋳造工学会、２００９年７月２５日、第８１巻、第７号、ｐ．３２３－３３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１に開示された調査方法は、エアギャップ発生時のエアギャップ量に依存する熱伝達係数のモデルを解析することにより、熱伝達係数を推定する。したがって、この調査方法では、熱伝達係数を推定する前提としてエアギャップ量を測定する必要がある。しかしながら、エアギャップ量の測定は準備に手間が掛かるとともに、エアギャップ量の測定自体も困難である。そのため、非特許文献１に開示された調査方法を用いて熱伝達係数を推定するのは、必ずしも容易ではなかった。
【０００７】
本発明の一態様は、前述の問題点に鑑みてなされたものであり、熱伝達係数の推定に適用可能なセンサ等を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係るセンサは、流体と接触し、前記流体からの押圧力により撓む膜と、前記膜に光を投光し、前記膜から反射した前記光を受光して前記膜の撓み量を検知するレーザー変位計とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、熱伝達係数の推定に適用可能なセンサ等を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の実施形態１～３に係るシミュレーション装置の要部の機能的構成を示すブロック図である。
符号２０１は、加圧鋳造に用いられる金型の外観および内部構造を示す概略図である。符号２０２は、前述の金型を当該金型の中心軸を含む平面で切断した場合の断面図である。
符号３０１は、本発明の実施形態１に係る第１センサの正面図および側面図である。符号３０２は、前述の第１センサにおける第１温度測定部の測定箇所を示す概略図である。
符号４０１は、本発明の実施形態１に係る第２センサの正面図および側面図である。符号４０２は、前述の第２センサにおける第２温度測定部の測定箇所を示す概略図である。
符号５０１は、図２に示す金型および溶湯の各温度の測定箇所を示す平面図である。符号５０２は、図２に示す金型および溶湯の各温度の測定箇所を示すＶ－Ｖ線矢視断面図である。符号５０３は、第１および第２センサにより温度測定される各測定箇所の第１金型表面からの位置を示す図である。
前述の第１および第２センサに関する、歪みと圧縮応力との関係を示すグラフである。
符号７０１は、第１熱伝達係数データの決定に用いる金型の３次元モデルを示す斜視図である。符号７０２は、前述の３次元モデルを側面視した図である。
本発明の実施形態１に係る熱伝達係数の決定方法の一例を示すフローチャートである。
前述の決定方法における、第１熱伝達係数データの変化方法の一例を示す図である。
前述の決定方法における、第１熱伝達係数データの変化方法の他の例を示す図である。
第１熱伝達係数データと接触圧力データとの相関関係を示すグラフである。
符号１２０１は、重力鋳造に用いられる金型の内部構造、ならびに当該金型および溶湯の各温度の測定箇所を示す平面図である。符号１２０２は、重力鋳造に用いられる金型の内部構造、ならびに当該金型および溶湯の各温度の測定箇所を示すＡ－Ａ線矢視断面図である。符号１２０３は、第３センサによって温度測定される各測定箇所の第２金型表面からの位置を示す図である。
図１２に示す金型における第３センサおよびリファレンス用センサの各配置を示す図である。
符号１４０１は、本発明の実施形態２に係る第３センサの外観を示す概略図である。符号１４０２は、図１２に示す金型および第１～第４穴に収容された第３センサ本体を、当該第３センサ本体の中心軸を含む平面で切断した場合の断面図である。
錫の溶湯を図１２に示す金型に注湯して重力鋳造した場合における膜の温度と膜の撓み量との関係を、複数の接触圧力毎に示すグラフである。
キャリブレーション用の金型に錫の溶湯を注湯した場合における、膜に作用する押圧力と溶湯の高さとの関係を示す図である。
本発明の一態様に係る溶湯を図１２に示す金型に注湯して重力鋳造した場合における、好適経過時間と接触圧力との関係を示すグラフである。
本発明の一態様に係る溶湯を図１２に示す金型に注湯して重力鋳造した場合における、好適経過時間と熱伝達係数との関係を示すグラフである。
本発明の一態様に係る溶湯を図１２に示す金型に注湯して重力鋳造した場合における、熱伝達係数と接触圧力との相関関係を示すグラフである。
図８に示す決定方法によって決定された第１熱伝達係数データおよび１次元非定常伝熱モデルを用いて決定された第１熱伝達係数データと、経過時間との関係を示すグラフである。
界面付近の伝熱を１次元非定常伝熱モデルで表した場合の等価回路である。
図８に示す決定方法によって決定された第１熱伝達係数データおよび１次元非定常伝熱モデルの適用によって算出された第１熱伝達係数データと、経過時間との関係を示すグラフである。
第１熱伝達係数データの決定精度の評価結果を示すグラフである。
離型剤の有無および離型剤の種類に応じた、第１熱伝達係数データと接触圧力データとの相関関係を示すグラフである。
接触圧力データ毎の、第１熱伝達係数データと溶湯表面温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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