(57)【要約】【課題】金型を焼入れする際の冷却時において、金型表面の最高温度部位を探し出して温度検知し、以て冷却制御を適正に行うことのできる熱処理設備を提供する。【解決手段】加熱室２４と、加熱された金型Ｗを冷却するガス冷室７０及び油冷槽４６を備え、金型Ｗを焼入れ処理する熱処理設備１０において、設備の動作制御を行う制御部２０を備えるとともに、ガス冷室７０の金型Ｗの表面の温度分布を検知する赤外線カメラ１１２を２台以上の複数設置して、金型Ｗ表面の最高温度部位を特定し、特定した最高温度部位の検知温度に基づいて金型Ｗに対する冷却条件を制御部において制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を焼入れ温度まで加熱する加熱室と、加熱された被処理物を冷却するガス冷室及び油冷槽を備え、被処理物を焼入れ処理する熱処理設備において、
設備の動作制御を行う制御部を備えるとともに、
前記ガス冷室の前記被処理物の表面の温度分布を検知する赤外線カメラを２台以上の複数設置して、被処理物表面の最高温度部位を特定し、該特定した最高温度部位の検知温度に基づいて前記被処理物に対する冷却条件を前記制御部において制御するようになしてあることを特徴とする熱処理設備。
【請求項２】
請求項１において、前記２台以上の複数の赤外線カメラを、被処理物表面の前記最高温度部位と最低温度部位とが、該複数の赤外線カメラのそれぞれの検知範囲を合わせた全体の検知範囲内に含まれるように、該複数の赤外線カメラの前記被処理物に対する検知範囲を互いに異ならせてあることを特徴とする熱処理設備。
【請求項３】
請求項１，２の何れかにおいて、前記赤外線カメラによる検知結果に基づいて、前記被処理物に対する冷却をガス冷却から油冷却に切り換えるものとしてあることを特徴とする熱処理設備。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記制御部は、前記赤外線カメラによる前記最高温度部位の検知温度の変化に基づいて前記被処理物の現在の冷却速度を算出し、ガス冷却時における該被処理物の冷却速度が、予め設定した適正冷却速度となるように熱伝達係数に基づいて冷却条件を制御することを特徴とする熱処理設備。
【請求項５】
被処理物を加熱室で焼入れ温度まで加熱し、その後被処理物を冷却して焼入れ処理する熱処理方法であって、
ガス冷室で被処理物の表面の二次元の面の温度分布を検知して、被処理物表面の最高温度部位を特定し、該特定した最高温度部位の検知温度の変化に基づいて該被処理物の現在の冷却速度を算出し、該算出した冷却速度と、予め設定してある適正な冷却速度との差に基づいて熱伝達係数を変更し、冷却速度を補正することを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は金型等の被処理物を焼入れ処理する熱処理設備および熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＪＩＳ  ＳＫＤ６１等の工具鋼を用いて熱間鍛造金型やダイカスト金型、熱間ダイス金型等の金型を製造する工程では、成形した金型を焼入れ処理することが行われる。金型はこの焼入れにより所要の硬度を発現する。
従来、焼入れ時の冷却手法の一つとして、加熱室で焼入れ温度まで加熱された金型を加熱室から出してそのまま油冷槽内に入れて焼入れする方法が知られている。
しかしながら、大型の金型において高温状態にある金型にこのような急速冷却を直接行うと、表面温度と内部温度とで大きな温度差が生じ、熱応力にて金型が大きく歪んだり割れたりしてしまう。
【０００３】
一方加熱室から出た高温状態の金型に対し、空気その他のガス雰囲気中での放冷や衝風冷却等のガス冷却による緩冷を最終の冷却温度まで行うと、高温時の冷却では歪みを少なくし割れ発生を防ぐことができるものの、低温時での冷却速度が不十分となって組織が粗大化してしまい、金型として必要な衝撃値が低くなって靭性が低下してしまう問題を生ずる。
【０００４】
そこで焼入れの際の冷却を、ガス冷却による緩冷の工程と、油冷による急速冷却の２つの工程に分け、金型が加熱室から出た直後の高温状態の下では先ずガス冷却を行い、そして金型温度が設定した切換温度まで低下したところで、冷却を油冷による急速冷却に切り換えるといったことが行われている。
【０００５】
ところで、これらガス冷却による緩冷と油冷による急速冷却との２種類の冷却を切り換えて行うには、ガス冷却中の金型の温度低下の推移を把握して適正なタイミング、即ち金型が予め定めた切換温度まで温度低下したことを確かめて、冷却を油冷へと切り換えることが必要となる。
この場合雰囲気温度をもって金型温度とする場合、大物，厚物の金型では雰囲気温度と実際の金型温度、即ち物温との間で温度差が大きいために、冷却の切り換えを適正に行うことができない。またガス冷却時における冷却制御も適正に行うことができない。
【０００６】
金型自体の温度即ち物温を測る方法として、金型に直接熱電対を当てて温度測定する方法がある。
そこでこの方法を実施するため、図８の模式図に示しているように加熱室２００に装入し、焼入れ温度まで加熱した金型Ｗを加熱室２００から出して、クレーン２０６にてガス冷却ゾーン２０２へと搬送し（ガス冷却ゾーンは周辺空間に開放）、そこで金型Ｗに対するガス冷却を行いながら、作業者がタイミングを見計らって熱電対を手に持ってこれを金型Ｗに当てて金型温度を測定し、そして測定した金型温度が冷却の切換温度まで低下したところで、再びクレーン２０６にて金型Ｗを油冷槽２０４へと搬送してそこで油冷を行い、その後金型Ｗを油冷槽から取り出してクレーン２０６にて搬送するといったことが考えられる。
【０００７】
しかしながらこのように熱電対を金型Ｗに接触させて測温する方法は、金型のある部位をピンポイントで測定することしかできず、金型表面の最も温度の高い部位を正確に探し当てて、これを測定するといったことは困難である。
【０００８】
金型の温度測定部位としては、表面の最も温度の高い部位であることが望ましい（最も温度の高い部位であれば表面の他の部位は当然それよりも温度が低下している）が、金型の大きさや形状は様々であり、また金型の形状が異なれば、最も温度の高い部位も異なってくるため、熱電対を用いた上記の温度測定方法では、金型の最高温度部位を正確に探り当てて、その温度を測定するといったことは至難の技である。
従ってこの方法では金型の冷却の切換時期を正確に知ることは難しい。
冷却の切換時期が適正でなければ、焼入れ時の冷却を適正に行うことは難しい。
またこの方法の場合、作業が危険作業で、作業負荷が非常に高い問題があり、また人手作業に寄らざるを得ないため生産性が低く、製造コストも高くなる。
また冷却の管理を作業者による温度測定の下で行うために、冷却条件のばらつきが大きいといった問題が生ずる。
以上金型を例に取って説明したが、同様の問題は金型以外の被処理物を焼入れ処理する場合においても生じ得る。
【０００９】
尚、本発明に対する先行技術として、下記特許文献１には油冷室に処理対象物を搬入させ、その後加熱空冷室での加熱及び空冷，油槽内での冷却，ガス処理装置での不活性ガスによる冷却，更に油冷室からの処理対象物の搬出までを自動で行う熱処理設備が開示されている。
但しこの特許文献１には、処理対象物の具体的な温度測定手段については開示されていない。
【００１０】
また下記特許文献２には、熱処理炉において加熱した処理材を焼入れするに際して、予め決定された熱伝達係数に基づいて冷却条件を制御する点が開示されている。
但しこの特許文献２においても、被処理物の温度を直接的に測定する点については開示されていない。
【００１１】
下記特許文献３には、合金鋼の製造の際の焼入れにおいて、互いに異なった熱伝達係数で第１冷却工程と第２冷却工程と第３冷却工程とを行う点が開示されている。
しかしながらこの特許文献３においても、被処理物の温度の具体的な測定方法は開示されていない。
【００１２】
下記特許文献４には、鍛造材の冷却に際し、冷却室の入口側の温度センサと、出口側の温度センサとにより被処理物である非調質鋼鍛造材の表面温度を測定し、そのことによって冷却室内の温度勾配を算出する点、その温度センサとして赤外線温度計を利用できる点等が開示されている。
但しこの特許文献４においては、鍛造材の表面の２次元の温度分布を検知する点はもとより、鍛造材表面のどの部分の温度を測定するかについても記載されていない。
【００１３】
更に下記特許文献５には、鋼部材の熱処理方法として、異なる温度領域で被処理物に対する平均冷却速度を異ならせる点が開示されている。
この特許文献５においても、被処理物の表面の温度分布を検知する点について記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−２５６８３５号公報
【特許文献２】特開平７−１８８７３４号公報
【特許文献３】特開２００７−３０２９４６号公報
【特許文献４】特開平１０−２４５６３６号公報
【特許文献５】特開２００６−３４２３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は以上のような事情を背景とし、金型等の被処理物を焼入れする際の冷却時において、被処理物表面の最高温度部位を探し出し、その温度を正確に検知し得て冷却制御を適正に行うことのできる熱処理設備及び熱処理方法を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
而して請求項１のものは熱処理設備に関するもので、被処理物を焼入れ温度まで加熱する加熱室と、加熱された被処理物を冷却するガス冷室及び油冷槽を備え、被処理物を焼入れ処理する熱処理設備において、設備の動作制御を行う制御部を備えるとともに、前記ガス冷室の前記被処理物の表面の温度分布を検知する赤外線カメラを２台以上の複数設置して、被処理物表面の最高温度部位を特定し、該特定した最高温度部位の検知温度に基づいて前記被処理物に対する冷却条件を前記制御部において制御するようになしてあることを特徴とする。
【００１７】
請求項２のものは、請求項１において、前記２台以上の複数の赤外線カメラを、被処理物表面の前記最高温度部位と最低温度部位とが、該複数の赤外線カメラのそれぞれの検知範囲を合わせた全体の検知範囲内に含まれるように、該複数の赤外線カメラの前記被処理物に対する検知範囲を互いに異ならせてあることを特徴とする。
【００１８】
請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記赤外線カメラによる検知結果に基づいて、前記被処理物に対する冷却をガス冷却から油冷却に切り換えるものとしてあることを特徴とする。
【００１９】
請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記制御部は、前記赤外線カメラによる前記最高温度部位の検知温度の変化に基づいて前記被処理物の現在の冷却速度を算出し、ガス冷却時における該被処理物の冷却速度が、予め設定した適正冷却速度となるように熱伝達係数に基づいて冷却条件を制御することを特徴とする。
【００２０】
請求項５は熱処理方法に関するもので、被処理物を加熱室で焼入れ温度まで加熱し、その後被処理物を冷却して焼入れ処理する熱処理方法であって、ガス冷室で被処理物の表面の二次元の面の温度分布を検知して、被処理物表面の最高温度部位を特定し、該特定した最高温度部位の検知温度の変化に基づいて該被処理物の現在の冷却速度を算出し、該算出した冷却速度と、予め設定してある適正な冷却速度との差に基づいて熱伝達係数を変更し、冷却速度を補正することを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００２１】
以上のように本発明の熱処理設備は、金型等の被処理物の温度検知手段として被処理物表面の、２次元の面の温度分布を検知可能な赤外線カメラ（サーモビュア）を用い、これを２台以上の複数設置して、それら赤外線カメラにて被処理物の表面温度を非接触で検知するようになしたものである。
【００２２】
この熱処理設備にあっては、赤外線カメラを２台以上の複数設置しているため、１つの被処理物の表面の温度分布を広範囲に亘って検知することが可能であり、そしてそのことによって被処理物表面の最高温度部位を探し出し、特定することが可能である。
【００２３】
即ち被処理物を冷却制御するに際して最も温度を知りたい部位を見つけ出して、その温度を検知することが可能である。
そしてこれにより、被処理物に対する冷却制御を適正に行うことが可能となり、ひいては金型等の被処理物の焼入れ品質を高めることができる。
【００２４】
本発明ではまた、赤外線カメラによる被処理物の表面温度の検知に基づいて、ガス冷却時の冷却条件を適正化することができるのに加えて、ガス冷却から油冷却への切換えを行う場合（請求項３）においても、その切換えを適正なタイミングで行うことができる。
前述したように大型，厚物の金型等の被処理物にあっては、高温時にはガス冷却による緩冷を、また低温時には油冷による急速冷却を行うことが望ましい。
高温時に急速な冷却を行うと、表面と中心部とで温度差が大となって大きな歪みを生じ、このことが金型等の割れにも繋がる問題を生ずる。
従って高温時にはガス冷却によって緩やかな冷却を行うことが望ましい。但し特定の高温領域では冷却の速度が遅過ぎると冷却曲線がパーライト変態曲線やフェライト変態曲線にかかってしまい、パーライトやフェライトが析出してしまうため、これを避けるようにある程度冷却の速度を速めることも必要となる。
【００２５】
一方低温時においては、特に特定の低温領域では被処理物に対する冷却速度が遅いと組織が粗大化するとともに粗大なベイナイトが析出して衝撃値が低下してしまう。そうなると金型等として必要な靭性が低下してしまう。
このような意味で、高温時の冷却速度，低温時の冷却速度は金型等被処理物の焼入れ品質を直接左右する。従って焼入れ時の冷却に際して高温時の緩冷から低温時の急速冷却への切換えを適正なタイミングで、即ち適正な温度で行うことが必須である。
この点本発明ではその切換えを適正に行うことが可能となる。
【００２６】
本発明によれば、被処理物の温度測定を作業者による手作業によらないで自動的に行うことが可能である。
従って図８の模式図に示したように、被処理物の温度測定のためにこれを炉外に取り出して温度測定するといったことを行わなくてもよく、被処理物を熱処理設備の炉内に位置させたまま温度測定することが可能で、熱処理設備を自動化することが可能となり、省力化，生産能率の向上を果たすことができる。
また作業者にとっての危険作業を無くすことが可能となり、また作業負担も軽減し若しくは無くすことが可能となる。
更に作業者の熟練や感に頼って温度管理する場合と異なり、作業者ごとの温度管理即ち冷却条件のばらつきの問題も解消することが可能である。
【００２７】
本発明の熱処理設備にあっては、被処理物表面の最高温度部位と最低温度部位とが、複数の赤外線カメラのそれぞれの検知範囲を合せた全体の検知範囲内に含まれるように、複数の赤外線カメラの被処理物に対する検知範囲を互いに異ならせておくことができる（請求項２）。
【００２８】
本発明の熱処理設備は、赤外線カメラによる被処理物表面の最高温度部位の検知温度の変化に基づいて現在の冷却速度を算出し、そしてガス冷却時における被処理物の冷却速度が、予め定めた適正冷却速度となるように、熱伝達係数に基づいて冷却条件を制御するものとなしておくことができる。
【００２９】
このようにしておけば、被処理物に対する冷却速度を設定した適正冷却速度に合致させることが可能となり、ガス冷却時における被処理物の冷却をより一層適正に行うことが可能となる（請求項４）。
ここで熱伝達係数とは、単位面積当り、単位時間当り且つ被処理物表面とその周りの雰囲気との温度差１℃当りに被処理物から雰囲気中に流れる熱移動量で、この熱伝達係数は被処理物に対する冷却の強弱の程度を表す。
具体的には、ガス冷却時の冷却ファンの回転数，被処理物に向けて送る冷却ガスのガス量やガス圧力，雰囲気温度，被処理物の形状，ガス冷室の大きさその他被処理物に対する個々の冷却条件を総合したトータルの冷却の強弱の程度を表す。
【００３０】
この熱伝達係数は、同じ炉内（ガス冷却室内）に対象とする金型等の被処理物をセットし、加熱及び冷却時の被処理物表面とその近傍雰囲気の温度変化を測定し、被処理物からどれだけ熱量が移動したかを知ることによって、予め実験的に求めておくことができる。
例えばファン回転数や冷却ガスの送り量，ガス圧力その他の冷却条件を個々独立に変えて被処理物に対する冷却速度をコントロールしようとしても、個々の冷却条件の変更がトータルとしてどれだけ被処理物に対する冷却の強弱に影響を及ぼすか知れず、従ってどの条件をどれだけ変更すれば良いかを適正に判断することが難しい。
しかるに熱伝達係数は、それら個々の冷却条件を全て総合したトータルの冷却の強弱を表すものであるため、熱伝達係数を用いることで、被処理物に対する冷却速度がコントロールし易い。
【００３１】
従来、被処理物の温度及び温度変化を直接に且つ連続して測定することができなかったために、冷却による被処理物の冷却速度を正確に求め得なかったが、本発明によれば、被処理物の冷却速度を正確に知ることができ、そこで現在の被処理物の冷却速度を知ることによって被処理物に対する冷却速度を補正し、被処理物の冷却速度を設定した適正な冷却速度に調節することが可能となったのである。
【００３２】
次に請求項５は、被処理物を焼入れ処理する際の熱処理方法に関するもので、この熱処理方法ではガス冷室で被処理物表面の、２次元の面の温度分布を検知して被処理物表面の最高温度部位を特定し、そして特定した最高温度部位の検知温度の変化に基づいて被処理物の現在の冷却速度を算出し、そして算出した冷却速度と予め設定してある適正な冷却速度との差に基づいて熱伝達係数を変更し、冷却速度を補正する。
この請求項５の熱処理方法によれば、ガス冷室での被処理物の冷却を、予め設定してある冷却パターンに従って適正に冷却することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態の熱処理設備の全体構成を示した図である。
【図２】図１の熱処理設備の全体の平面図である。
【図３】図１の冷却設備の構成を示した図である。
【図４】図１のガス冷室を拡大して示した図である。
【図５】同実施形態の焼入れ熱処理の制御フローの一例を示した図である。
【図６】冷却時の金型の温度変化の一例を示した図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示した図である。
【図８】焼入れの熱処理方法の一例を比較例として示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１及び図２において、１０は本実施形態の熱処理設備で、炉１２を有している。
図１に示しているようにこの熱処理設備１０は、図中右側の加熱設備１４と、中間の冷却設備１６と、図中左側のトラバーサ１８とを有している。更に設備の動作制御を行う制御部２０を有している。
トラバーサ１８は支持台３８上に設けられている。このトラバーサ１８は、搬送ローラ４０と、これを駆動するローラ駆動装置４２（図２参照）とを有している。トラバーサ１８は、搬送ローラ４０によって被処理物としての金型Ｗを炉１２内に装入する。
【００３５】
図中右側の加熱設備１４は、支持台２２上に加熱室２４を有している。
この加熱室２４の内部には、加熱装置２６のヒータ２８が配設されている。またその下部には搬送ローラ３０が、更に上部には撹拌装置３２の撹拌羽根３４が下向きに配置されている。
図２に示しているように、加熱室２４には搬送ローラ３０を駆動するためのローラ駆動装置５８がその外部に設けられており、また図１において、加熱室２４の上側には撹拌装置３２のモータ３６が設けられている。
【００３６】
図１中中間の冷却設備１６は、下部に油冷装置４３を、上部にガス冷装置４４を有している。
下部の油冷装置４３は油冷槽４６を有しており、その内部に冷却油Ｌが収容されている。油冷槽４６には、図３に示しているように内部の冷却油Ｌを撹拌するための一対の撹拌装置５０が備え付けられている。
【００３７】
撹拌装置５０は、モータ５２と、油冷槽４６の内部に下向きに深く入り込んだ撹拌軸５４と、それら撹拌軸５４に設けられた撹拌羽根５６とを有している。
これら一対の撹拌装置５０は、モータ５２により撹拌羽根５６を回転させることで、油冷槽４６内の冷却油Ｌを撹拌する。
【００３８】
油冷槽４６には、内部の冷却油Ｌの温度を検知する温度センサ６０と、冷却油Ｌを加熱し昇温させるヒータ６２（図２参照）とが設けられている。
油冷槽４６内の冷却油Ｌは、図２に示しているように循環配管６４を通じて外部循環させられるようになっている。その循環配管６４上には循環ポンプ６６と、循環する冷却油Ｌを冷却する熱交換器６８とが設けられている。
即ち油冷装置４３においては、これらヒータ６２による加熱昇温及び熱交換器６８による冷却によって、冷却油Ｌの温度を、ここでは１００〜２００℃の範囲で調節できるようになっている。
【００３９】
冷却設備１６は、下部の油冷槽４６内の位置と、上部のガス冷室７０内の位置との間で昇降可能なエレベータ７２を有しており、このエレベータ７２によって、金型Ｗがガス冷室７０内から油冷槽４６内に若しくはその逆に移動せしめられるようになっている。
【００４０】
図１中７４は、エレベータ７２を昇降駆動する昇降シリンダで、この昇降シリンダ７４から下向きに突き出した昇降ロッド７６がエレベータ７２に連結されている。
エレベータ７２の底部には搬送ローラ７８が設けられており、金型Ｗはこの搬送ローラ７８上に載置される。
【００４１】
而してエレベータ７２が油冷槽４６内に下降した位置において、金型Ｗが冷却油Ｌに浸漬され、またエレベータ７２の上昇位置で搬送ローラ７８が加熱室２４内の搬送ローラ３０及びトラバーサ１８の搬送ローラ４０と横一線となり、搬送ローラ７８上の金型Ｗがガス冷室７０内に露出状態となる。
尚、下降運動により油冷槽４６内に入ったエレベータ７２は、そこで支持部１１６にて下側から支持される。
【００４２】
図２において、８０はエレベータ７２の搬送ローラ７８を駆動するローラ駆動装置である。
搬送ローラ７８は、上昇位置で繋ぎローラ８２及びローラ駆動装置８０と連結状態となり、その上昇位置においてローラ駆動装置８０により搬送ローラ７８が回転駆動せしめられる。
尚、ガス冷室７０と上記の加熱室２４との間にも繋ぎローラ８２が配置されている。
【００４３】
上記のガス冷室７０には冷却ファン８４が設けられている。この冷却ファン８４はガス冷室７０内の回転羽根８６と、これを回転させる外部のモータ８８とを有している。
ガス冷室７０にはまた、冷却用のガス（ここではＮ２ガス）をガス冷室７０内部に供給するガス供給装置９０が設けられている。
またガス冷室７０には、その内部にガス冷却用の熱交換器９２が内部に設けられている。
９３は、その熱交換器９２に冷媒としての水を供給する給水装置である。
【００４４】
この実施形態において、ガス冷室７０及び加熱室２４には出入口９４，９６，９８が設けられており、それら出入口９４，９６，９８が扉１００，１０２，１０４にて開閉可能とされている。
図１において１０６，１０８，１１０は、それら扉を開閉する開閉シリンダである。
またガス冷室７０には、真空ポンプ１０５が吸引管１０７を介して接続されている。
この実施形態では、ガス冷室７０及び加熱室２４の内部が真空ポンプ１０５による真空吸引にて減圧可能となしてある。
【００４５】
ガス冷室７０の内部には、図１に示しているように金型Ｗ表面の、２次元の面の温度分布を検知する赤外線カメラ１１２が複数（ここでは２台）設置されている。
本実施形態では、これら複数の赤外線カメラ１１２が金型Ｗ表面の温度分布をそれぞれ検知することで、金型Ｗ表面の最高温度部位を特定し、且つ最高温度部位の温度を検知することができる。
【００４６】
この実施形態では、金型Ｗ表面の最高温度部位と最低温度部位とが、複数の赤外線カメラ１１２のそれぞれの検知範囲を合せた全体の検知範囲内に含まれるように、複数の赤外線カメラ１１２の金型Ｗに対する検知範囲を互いに異ならせてある。
この場合、金型Ｗの最高温度部位と最低温度部位とが金型Ｗの上面と全外周面の何れかの部位であることが予め分かっている場合には、それら上面と全外周面だけを複数の赤外線カメラ１１２にて検知するようになすことができる。
但し上面と外周面のみではなく、その下面をも検知しないと最高温度部位と最低温度部位とが分からない場合には、例えば図４に示しているように、その全外面を複数の赤外線カメラ１１２にて温度検知するようになすことができる。
【００４７】
この実施形態では、これら赤外線カメラ１１２による温度検知の結果が制御部２０へと送られる。制御部２０は、その検知結果に基づいて金型Ｗに対する冷却条件を制御する。
制御部２０はまた、冷却条件の制御のみならず、金型Ｗを炉１２内に装入してから再び炉１２外に取り出すまでの全期間を通じて設備の動作を制御する。即ちこの実施形態の熱処理設備１０は、金型Ｗの炉１２への装入から取り出しに至るまでの一連の熱処理を制御部２０による制御の下に自動的に行う。
【００４８】
以下にその動作を具体的に説明する。
この実施形態では、先ずエレベータ７２を上昇させ、また扉１００を開いた状態の下で、搬送ローラ４０により金型Ｗを炉１２内に装入し、ガス冷室７０内に位置させ、扉１００を閉鎖する。
この状態で若しくは金型Ｗを更に扉１０２，１０４開状態の下で加熱室２４内に装入した状態の下で、真空ポンプ１０５にて炉１２内を真空吸引し、内部を排気して減圧状態とする。
その後、炉１２内にＮ２ガスを供給して炉１２内全体を窒素ガス雰囲気とする。
そして金型Ｗを加熱室２４内部に装入した状態で扉１０４を閉じて金型Ｗを加熱室２４内で加熱し、その温度を金型組織がオーステナイト組織となる焼入れ温度まで昇温させる。
尚このとき、撹拌装置３２を動作させて加熱室２４内部の窒素ガス雰囲気を撹拌する。
【００４９】
以上のようにして金型Ｗがオーステナイト組織となる焼入れ温度まで加熱されたところで、扉１０４，１０２が開かれて金型Ｗが加熱室２４からガス冷室７０へと移送され、その後扉１０４，１０２が閉じられる。
尚加熱室２４からガス冷室７０への金型Ｗの移送は、搬送ローラ３０，７８によって行われる。
このようにして金型Ｗがガス冷室７０に移送されたところで、金型Ｗに対する冷却が行われる。
その冷却は次のようにして行われる。
【００５０】
詳しくは、ガス冷室７０内に金型Ｗが搬送されると、複数の赤外線カメラ１１２が金型Ｗ表面の温度分布を検知する。そしてその温度分布の検知結果に基づいて金型Ｗ表面の最高温度部位が特定される。
ガス冷室７０においては、通常先ず金型Ｗは放冷（これもガス冷却である）または、冷却ガスの吹き付けによる衝風冷却が行われる。
具体的には、ガス冷室７０にＮ２ガスが供給されるとともに、そのＮ２ガスが熱交換器９２を通過することで冷却され、そしてその冷却されたＮ２ガスが金型Ｗに吹き付けられて金型Ｗが冷却される。
【００５１】
この放冷または衝風でのガス冷却は、金型Ｗがガス冷室７０に搬送された後、直ちに開始され、そして金型Ｗ表面の最高温度部位の検知温度がパーライトやフェライトが析出しなくなる温度以下、例えば４００℃まで継続される。このときの冷却速度は、金型Ｗの歪みの発生をできるだけ小さくできるような緩やかな冷却速度で、且つパーライトやフェライトの析出を回避できるような冷却速度、例えば１０〜１２℃／ｍｉｎの冷却速度である。
【００５２】
この間、赤外線カメラ１１２は金型Ｗ表面の最高温度部位の温度の推移を監視し続ける。図６は、その金型Ｗ表面の最高温度部位の温度の推移の一例を、同じく金型Ｗ表面の最低温度部位の温度の推移とともに示している。図中曲線Ｈが最高温度部位の温度の推移を、曲線Ｌが最低温度部位の温度の推移を示している。
上記の衝風冷却により若しくはその後冷却速度を変えての衝風冷却等により金型Ｗ表面の最高温度部位の検知温度が予め定めてある切換温度（図６中Ｔｓで示す温度）、例えば４００℃に達したところで、冷却設備１６のエレベータ７２がガス冷室７０から油冷槽４６内まで下降せしめられる。
この時点でエレベータ７２にて保持されていた金型Ｗが冷却油Ｌへと浸漬される。即ち赤外線カメラによる検知結果に基づいて金型Ｗに対する冷却がガス冷却から油冷却へと切り換えられる。
この間の動作は制御部２０による制御の下に自動的に行われる。
このときの油冷却の冷却速度は例えば５〜８℃／ｍｉｎの急速冷却となる。
【００５３】
その後、金型Ｗは油冷槽４６内で所定温度、例えば２００℃まで引き続き急速冷却される。このように低温領域で急速な冷却を行うことで組織を微細化することができるとともに、冷却途中に粗大なベイナイトが析出するのを防ぐことができる。そのことによって金型Ｗを衝撃値の大きな強靭な特性の良いものとすることができる。尚このときの油冷槽４６内での金型Ｗの温度は表面，内部を含めた平均温度である。
金型Ｗは油冷槽４６内で１６０℃程度の温度まで緩やかに冷却される。このときの冷却速度は例えば１℃／ｍｉｎ程度の冷却速度である。
また冷却油Ｌによる金型Ｗに対する冷却速度の変化は、ヒータ６２及び熱交換器６８による冷却油Ｌの温度コントロールによって調整することが可能である。
【００５４】
ここで例えば２００℃以下の温度で冷却速度をより緩やかな冷却速度とするのは、このような低温領域では冷却速度が遅くても組織は粗大化せず、一方で冷却による金型Ｗの歪みを小さく抑えられる利点、割れを抑制できる利点があることによる。
【００５５】
さて金型Ｗ温度１００℃以下となった後も冷却を続行し、最終的に金型Ｗを油冷槽４６から引き上げて油冷を停止する。その冷却の終止温度はマルテンサイト変態が終了する１００℃以下としておくことが望ましい。
尚、油冷槽４６内で金型Ｗを穏やかな遅い速度で冷却するのに変えて、エレベータ７２を上昇させ、金型Ｗをガス冷室７０に位置させた状態で最終の緩やかなガス冷却を行うようになすことも可能である。
【００５６】
以上のようにして金型Ｗに対する冷却を終えたら、扉１００を開いて金型Ｗを搬送ローラ７８及び４０にてガス冷室７０からトラバーサ１８上に移載する。そしてその後金型Ｗを下硫工程へと搬出する。
尚、加熱室２４で金型Ｗを真空中（減圧状態）で加熱するときには、加熱室２４内へのＮ２ガスの供給は行わない。
【００５７】
以上の例は、ガス冷室７０での金型Ｗの冷却を予め定めてある一定の冷却パターンに従って冷却した場合の例であるが、本発明では、ガス冷室７０での金型Ｗに対する冷却を、赤外線カメラ１１２による表面最高温度部位の検知温度の変化に基づいて金型Ｗの冷却速度を算出し、金型Ｗの冷却速度が予め設定してある適正冷却速度となるように、金型Ｗに対する冷却の強弱を変更するようになすことも可能である。
【００５８】
図５は、その際の制御部２０による制御の内容を示している。
以下その制御の内容を図５に基づいて説明する。
ここでは制御部２０による制御の下に搬送ローラ４０，７８のローラ駆動装置４２，８０を動作させ、また扉開閉シリンダ１０６等を開動作させることで、金型Ｗを炉１２内に装入する（ステップＳ１０）。
次いで同じくローラ駆動装置５８を動作させ、また扉１０２，１０４を開動作させて、金型Ｗを加熱室２４内に搬送する（ステップＳ１２）。
その後、加熱室２４内で金型Ｗを加熱処理し（ステップＳ１４）、そして加熱処理が済んだところで、ガス冷室７０に金型Ｗを移送する（ステップＳ１６）。
【００５９】
続いてガス冷却を開始するとともに（ステップＳ１８）、金型Ｗの表面最高温度部位の検知温度の推移に基づいて金型Ｗの冷却速度を算出し（ステップＳ２０）、冷却速度が適切か否かを判定する（ステップＳ２２）。
このとき冷却速度が適切でなかった場合には、予め設定してある適正な冷却条件となるように冷却条件を変更する。
具体的には、冷却ガスの供給ガス圧やファン回転数を変更することにより冷却条件を変更する（ステップＳ２４）。
【００６０】
このとき、ガス圧やファン回転数その他の個々の冷却条件によって定まる熱伝達係数を変更することで最適な冷却速度とすることができる。
その後再びステップＳ２０，Ｓ２２，Ｓ２４を繰り返し、その結果、冷却速度が適正な冷却速度となったときには、続いてステップＳ２６を実行し、金型Ｗ表面の最高温度部位の温度が予め定めてある切換温度に達したか否かを判定する（ステップＳ２６）。
【００６１】
その結果、金型Ｗ表面の最高温度部位の検知温度が予め定めてある切換温度に達していないときには上記のステップＳ２０，Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２６が繰り返され、一方切換温度に達したと判断されたときには、続いてステップＳ２８を実行し、金型Ｗを油冷槽４６内に浸漬して油冷を開始し、更に油冷続行して油冷を完了させる（ステップＳ３０）。
そして油冷が完了したところで、金型Ｗを油冷槽４６から取り出し、続いて炉１２外へと抽出する（ステップＳ３２）。
【００６２】
尚、この実施形態では金型Ｗを大気状態で加熱室２４にて加熱し、また冷却設備１６にて冷却することも可能で、その場合には加熱室２４内が大気圧状態とされ、また冷却設備１６においてＮ２ガスではなく空気を送り込んで金型Ｗを冷却するようになすことができる。
【００６３】
以上のように本実施形態の熱処理設備１０は、赤外線カメラ１１２によって金型Ｗの表面の温度分布を広範囲に亘って検知することが可能であり、そしてそのことによって金型Ｗ表面の最高温度部位を探し出し、特定することが可能である。
これにより、ガス冷却時において金型Ｗに対する冷却制御を適正に行うことができ、またこれに加えてガス冷却から油冷却への切換えを適正なタイミングで行うことができる。これにより金型Ｗの焼入れ品質を高めることができる。
【００６４】
また本実施形態によれば、金型Ｗの温度測定を作業者による手作業によらないで自動的に行うことが可能であり、従って金型Ｗの温度測定のためにこれを炉外に取り出して温度測定するといったことを行わなくてもよく、金型Ｗを熱処理設備１０の炉内に位置させたまま温度測定することが可能で、熱処理設備１０の自動化が可能となり、省力化，生産能率の向上を果たすことができる。
また作業者にとっての危険作業を無くすことが可能となり、また作業負担も軽減し若しくは無くすことが可能となる。
更に作業者の熟練や感に頼って温度管理する場合と異なり、作業者ごとの温度管理即ち冷却条件のばらつきの問題も解消することが可能である。
【００６５】
上記の例では、金型Ｗ表面の最高温度部位の検知温度が設定した切換温度に達したところで、ガス冷却から油冷却に切り換えるようにしているが、本実施形態では金型Ｗ表面の最高温度部位の検知温度に基づいて金型Ｗの中心部温度を算出し、その中心部温度が設定した切換温度に達したところで、ガス冷却から油冷却へと切り換えるようになすことも可能である。
その際の金型Ｗの中心部温度の算出は、例えば次のようにして行うことができる。
【００６６】
本実施形態では、金型Ｗ表面の最高温度部位と最低温度部位とを検知することが可能である。そこで金型における最高温度部位及び最低温度部位と中心部温度との関係を予め実験により求めておくことで、実際の炉中での金型Ｗの最高温度部位と最低温度部位との温度を検知することで、金型Ｗの中心部温度を知ることができる。
【００６７】
金型の中で最も温度が高いのは表面よりも中心部である。従って金型の中心部の温度を知って、その中心部温度が切換温度に来たところで冷却方法をガス冷却から油冷却への切換えを行うことで、金型に対しより適正な冷却を行えることが期待できる。
因みに図６中の曲線Ｃは、金型Ｗにおける中心部の温度変化を示している。
【００６８】
図７は本発明の他の実施形態を示している。
図１に示す熱処理設備１０の場合、金型Ｗは図中左側のトラバーサ１８から中間の冷却設備１６を経由して右側の加熱設備１４へと到る。金型Ｗはその加熱室２４内で加熱された後、今度は図中左側に送られて冷却設備１６で冷却され、冷却後に炉１２から図中左向きに排出される。
その際、金型Ｗはガス冷室７０や油冷槽４６に長く留まって、長い時間をかけて冷却される。
そうすると金型Ｗに対する冷却中は、新たな金型Ｗを加熱室２４へと送り込み、加熱をすることができなくなる。この場合加熱室２４が長い時間遊んだ状態となってしまう。
【００６９】
そこでここでは、図７中の一方から他方に、詳しくは図中の右端から左端に金型Ｗを炉１２を通過して移動させ、その間に加熱室２４での加熱と、ガス冷室７０でのガス冷却、油冷槽４６での油冷とを行うようにしている。
尚ここでは、ガス冷室７０に対してその上部と下部とからＮ２ガス等のガスを管路１２０を通じて下向き及び上向きに送り出し、金型Ｗを冷却するようにしている。
【００７０】
そして管路１２０には、Ｎ２ガス等の冷却ガスを送り出すための冷却ファン８４が設けられている。
またガス冷室７０には複数の赤外線カメラ１１２が、金型Ｗを視野角に入れるように設置されている。尚図中１１８はガス冷室７０に配置された搬送ローラである。
また油冷槽４６の上方には油切り室１２２が設けられ、そこにモータ１２４と回転羽根１２６とを備えた油切りファン１２８が下向きに設けられている。
【００７１】
この実施形態では、油冷槽４６から出た金型Ｗに対して油切りファン１２８からのＮ２ガス等のガス流が当てられ、金型Ｗに付着した油が除去される。
尚油冷槽４６の底部には、Ｎ２ガス等の撹拌ガスを冷却油Ｌ中にバブリングして撹拌を行うバブリング手段１３０が設けられている。
この実施形態では、金型Ｗに対する冷却中も加熱室２４で金型Ｗを加熱することができるため、金型Ｗに対する冷却によって加熱室２４が遊んでしまうのを防ぐことができる。
【００７２】
＜実験例＞
焼入れの際の冷却時の冷却の強弱、具体的には熱伝達係数を変化させて冷却試験した結果を以下に説明する。
ＪＩＳ  ＳＫＤ６１を用いて表１に示すサイズ，重さの金型を成形し、各種熱伝達係数の下で冷却を行った後の衝撃値，歪みを測定した。
結果が表１に併せて示してある。
尚、表１の熱伝達係数の下の欄に表記してある温度は、金型表面の最高温度を示している。
【００７３】
【表１】
2014237886.tif 000003
【００７４】
ここで衝撃値は金型の中心部からＪＩＳ３号のシャルピー試験片を採取し、シャルピー衝撃試験を実施して求めた。値が３０Ｊ／ｃｍ２を超えるものを「○」，３０〜２０Ｊ／ｃｍ２を「△」，２０Ｊ／ｃｍ２未満を「×」として評価を行った。
尚歪みについては、金型の平滑な背面（基準面）の歪み（反り）を評価し、０．１５％以下を「○」，これを超えたものを「×」として評価した。
ここで歪み測定は、金型の基準面に対して定規を当て、金型の基準面と定規との間に生じた隙間の長さｌ及び隙間の高さｄを測定し、歪みεをε＝ｄ／ｌより求めることにより行った。
【００７５】
表１において、No.11，No.12については高温領域の６００〜４００℃，低温領域の４００〜２００℃の何れも衝風冷却であるので、歪みについては小さく抑えられているものの、低温領域での冷却速度が足りず衝撃値が低くなっている。
またNo.13，No.14については、高温の６００〜４００℃領域での冷却が空冷（放冷）で熱伝達係数が小さいために、冷却条件が不十分で衝撃値が低い。
更にNo.15については、高温の６００〜４００℃，低温の４００〜２００℃の領域での冷却が速いことによって衝撃値の値は良好であるものの、歪みの値が大きい。
これに対しNo.1〜No.10の、冷却が適正に行われているものは、衝撃値，歪みの何れの特性も良好である。
【００７６】
以上本発明の実施形態を詳述したがこれらはあくまで一例示である。
例えば上記の実施形態では被処理物として金型Ｗを搬送ローラにて搬送するようにしているが、他の搬送手段にてこれを行うようになすことも可能である。またガス冷室または油槽内で金型Ｗその他の被処理物を回転させる回転機構を設けておくといったことも可能である。
また、上記の実験例では熱伝達係数に基づいて冷却条件を制御している（熱伝達係数を変化させている）が、ファン回転数、冷却ガスの送り量、ガス圧を各単独で又はこれらを組み合せて制御してもよい。
その他本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態，態様で構成、実施可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１０  熱処理設備
２０  制御部
２４  加熱室
４６  油冷槽
７０  ガス冷室
１１２  赤外線カメラ
Ｗ  金型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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