(57)【要約】  まず、判定工程では、金型（４０）の水冷孔（４２）の表面における窒化層の有無が、渦電流センサ（４６）を用いて判定部（４８）にて判定される。次に、ショット工程では、判定工程の判定結果が窒化層無の場合には金型（４０）の母材に応じて設定されたショット条件で金型（４０）の水冷孔（４２）の表面にショットピーニング処理を施し、判定工程の判定結果が窒化層有の場合には窒化層有の状態を維持するショット条件で金型（４０）の水冷孔（４２）の表面にショットピーニング処理を施す。
2013175660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型の水冷孔の表面における窒化層の有無を判定する判定工程と、
前記判定工程の判定結果が窒化層無の場合には前記金型の母材に応じて設定されたショット条件で前記水冷孔の表面にショットピーニング処理を施し、前記判定工程の判定結果が窒化層有の場合には窒化層有の状態を維持するショット条件で前記水冷孔の表面にショットピーニング処理を施すショット工程と、
を有するショット処理方法。
【請求項２】
前記判定工程の判定結果が窒化層有の場合に、前記ショット工程では、前記水冷孔の表面に対して、窒化層有の状態を維持可能な限度と予測される状態までショットピーニング処理を施す場合の半分以下となる圧縮残留応力を付与し、前記判定工程と前記ショット工程とを交互にそれぞれ複数回行う、請求項１記載のショット処理方法。
【請求項３】
前記判定工程は、前記窒化層の一部で表面側を成す化合物層の有無、及び前記窒化層の一部で母材側を成す拡散層の有無をも判定し、
最初の前記判定工程の判定結果が化合物層有かつ拡散層有の場合には、少なくとも前記判定工程の判定結果が化合物層無かつ拡散層有となるまでは、前記判定工程と前記ショット工程とを交互に行う、請求項１又は請求項２に記載のショット処理方法。
【請求項４】
前記判定工程では、前記水冷孔の表面における窒化層の有無を、前記水冷孔に挿入させた渦電流センサを用いて判定する、請求項１又は請求項２に記載のショット処理方法。
【請求項５】
前記判定工程では、前記水冷孔の表面における窒化層の有無を、前記水冷孔に挿入させた渦電流センサを用いて判定する、請求項３記載のショット処理方法。
【請求項６】
前記判定工程は、前記窒化層の一部で表面側を成す化合物層の有無、及び前記窒化層の一部で母材側を成す拡散層の有無を、前記水冷孔に挿入させた渦電流センサを用いて判定する、請求項３記載のショット処理方法。
【請求項７】
前記ショット工程は、前記水冷孔に挿入させたショットピーニング用のノズルから圧縮空気と共に投射材を噴射させることで前記水冷孔の表面にショットピーニング処理を施す、請求項１又は請求項２に記載のショット処理方法。
【請求項８】
前記ショット工程は、前記水冷孔に挿入させたショットピーニング用のノズルから圧縮空気と共に投射材を噴射させることで前記水冷孔の表面にショットピーニング処理を施す、請求項３記載のショット処理方法。
【請求項９】
金型の水冷孔の表面におけるツールマークの有無を判定する判定工程と、
前記判定工程の判定結果がツールマーク有の場合に前記水冷孔の表面におけるツールマークを除去するショット条件で前記水冷孔の表面にショット処理を施すショット工程と、
を有するショット処理方法。
【請求項１０】
前記判定工程では、前記水冷孔の表面におけるツールマークの有無を、前記水冷孔に挿入させた渦電流センサを用いて判定する、請求項７記載のショット処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はショット処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金型の冷却水通路（水冷孔）の表面に圧縮残留応力を付与するために、冷却水通路の表面にショットピーニングを行なう場合がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２９０２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の方法は、水冷孔の表面に圧縮残留応力を効果的に付与する観点からは改善の余地がある。また、特許文献１記載の方法では、水冷孔の表面にツールマークが残る場合がある。ツールマーク部分には応力が集中する場合があるので、クラックの発生原因になる可能性がある。【０００５】
本技術分野では、水冷孔の表面に圧縮残留応力を効果的に付与することができるショット処理方法が望まれている。また、本技術分野では、水冷孔の表面にクラックが発生するのを防止又は抑制することができるショット処理方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係るショット処理方法は、金型の水冷孔の表面における窒化層の有無を判定する判定工程と、前記判定工程の判定結果が窒化層無の場合には前記金型の母材に応じて設定されたショット条件で前記水冷孔の表面にショットピーニング処理を施し、前記判定工程の判定結果が窒化層有の場合には窒化層有の状態を維持するショット条件で前記水冷孔の表面にショットピーニング処理を施すショット工程と、を有する。【０００７】
このショット処理方法では、まず、判定工程で、金型の水冷孔の表面における窒化層の有無を判定する。そして、ショット工程で、判定工程の判定結果が窒化層無の場合には金型の母材に応じて設定されたショット条件で金型の水冷孔の表面にショットピーニング処理を施し、判定工程の判定結果が窒化層有の場合には窒化層有の状態を維持するショット条件で金型の水冷孔の表面にショットピーニング処理を施す。このように、金型の水冷孔の表面に対して窒化層の有無に応じたショット条件でショットピーニング処理がなされるため、水冷孔の表面には圧縮残留応力を効果的に付与することができる。【０００８】
一実施形態においては、前記判定工程の判定結果が窒化層有の場合に、前記ショット工程では、前記水冷孔の表面に対して、窒化層有の状態を維持可能な限度と予測される状態までショットピーニング処理を施す場合の半分以下となる圧縮残留応力を付与し、前記判定工程と前記ショット工程とを交互にそれぞれ複数回行ってもよい。このように構成することで、過剰なショットピーニング処理で窒化層が除去されてしまう事態を防止することができる。【０００９】
一実施形態においては、前記判定工程は、前記窒化層の一部で表面側を成す化合物層の有無、及び前記窒化層の一部で母材側を成す拡散層の有無をも判定し、最初の前記判定工程の判定結果が化合物層有かつ拡散層有の場合には、少なくとも前記判定工程の判定結果が化合物層無かつ拡散層有となるまでは、前記判定工程と前記ショット工程とを交互に行ってもよい。このように構成することで、判定工程の判定結果が窒化層有の場合に、窒化層有の状態を維持しながら、効果的なショットピーニング処理を施すことができる。【００１０】
一実施形態においては、前記判定工程では、前記水冷孔の表面における窒化層の有無を、前記水冷孔に挿入させた渦電流センサを用いて判定してもよい。このように構成することで、簡便な判定が可能となる。【００１１】
一実施形態においては、前記判定工程は、前記窒化層の一部で表面側を成す化合物層の有無、及び前記窒化層の一部で母材側を成す拡散層の有無を、前記水冷孔に挿入させた渦電流センサを用いて判定してもよい。このように構成することで、簡便な判定が可能となる。【００１２】
一実施形態においては、前記ショット工程は、前記水冷孔に挿入させたショットピーニング用のノズルから圧縮空気と共に投射材を噴射させることで前記水冷孔の表面にショットピーニング処理を施してもよい。このように構成することで、仮に水冷孔が細径でかつ深いものであっても、高速の投射材を水冷孔の底部に当てることが可能である。よって、水冷孔の底部に圧縮残留応力を効果的に付与することができる。【００１３】
本発明の他の側面に係るショット処理方法は、金型の水冷孔の表面におけるツールマークの有無を判定する判定工程と、前記判定工程の判定結果がツールマーク有の場合に前記水冷孔の表面におけるツールマークを除去するショット条件で前記水冷孔の表面にショット処理を施すショット工程と、を有する。【００１４】
このショット処理方法では、まず、判定工程で、金型の水冷孔の表面におけるツールマークの有無を判定する。次に、ショット工程で、判定工程の判定結果がツールマーク有の場合に金型の水冷孔の表面におけるツールマークを除去するショット条件で金型の水冷孔の表面にショット処理を施す。このように、ツールマークの有無に応じてショット条件を変更し、金型の水冷孔の表面におけるツールマークを除去することができるので、ツールマーク部分での応力集中を回避することが可能となる。よって、クラックの発生を防止又は抑制することができる。【００１５】
一実施形態においては、前記判定工程では、前記水冷孔の表面におけるツールマークの有無を、前記水冷孔に挿入させた渦電流センサを用いて判定してもよい。このように構成することで、簡便な判定が可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明の一側面及び実施形態によれば、水冷孔の表面に圧縮残留応力を効果的に付与することができる。また、本発明の他の側面及び実施形態によれば、水冷孔の表面にクラックが発生するのを防止又は抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係るショット処理方法に適用されるショット処理装置を示す模式図である。
【図２】第１実施形態に係るショットピーニング処理方法のフローチャートである。
【図３】第１実施形態に係るショット処理方法を説明するための断面図である。図３の（Ａ）は判定工程を示す。図３の（Ｂ）はショット工程を示す。
【図４】最適なショットピーニング処理、過剰なショットピーニング処理、及びショットピーニング未処理の各場合における圧縮残留応力の分布を示すグラフである。
【図５】第２実施形態に係るショットピーニング処理方法のフローチャートである。
【図６】第２実施形態に係るショット処理方法を説明するための断面図である。図６の（Ａ）は判定工程を示す。図６の（Ｂ）はショット工程を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１実施形態］
第１実施形態に係るショット処理方法について図１〜図４を用いて説明する。
【００１９】
（ショット処理装置及び金型）
図１には、本実施形態に係るショット処理方法に適用されるショット処理装置１０が模式図にて示されている。最初に、このショット処理装置１０及びショット処理の対象となる金型４０について説明する。
【００２０】
図１に示されるように、ショット処理装置１０は、投射ユニット１２を備えている。投射ユニット１２は、被処理対象物（本実施形態では金型４０）に投射材１４を噴射（投射）するためのものであり、投射材１４を供給するためのタンク１６を備えている。なお、投射材１４（ショット又はショット材ともいう）は、本実施形態では金属球が適用されており、そのビッカース硬さは被処理対象と同程度又はそれ以上とされている。
【００２１】
タンク１６の上部には、エア流入口１６Ａが形成されており、このエア流入口１６Ａには、接続配管１８の一端部が接続されている。接続配管１８の他端部は、接続配管２０の流路中間部に接続されており、接続配管２０の流路上流側（図中右側）の一端部は、圧縮空気の供給用のコンプレッサ２２（圧縮空気供給装置）に接続されている。すなわち、タンク１６は、接続配管１８、２０を介してコンプレッサ２２に接続されている。また、接続配管１８の流路中間部にはエア流量制御弁２４（電空比例弁）が設けられており、このエア流量制御弁２４が開かれることで、コンプレッサ２２からの圧縮空気がタンク１６内に供給される。これにより、タンク１６内は加圧可能となっている。
【００２２】
また、タンク１６の下部には、カットゲート（図示省略）が設けられたショット流出口１６Ｂが形成されており、このショット流出口１６Ｂには、接続配管２６の一端部が接続されている。接続配管２６の他端部は、接続配管２０の流路中間部に接続されており、接続配管２６の流路中間部には、ショット流量制御弁２８が設けられている。ショット流量制御弁２８としては、例えば、マグナバルブやミキシングバルブ等が適用される。接続配管２０における接続配管２６との合流部は、ミキシング部２０Ａとされている。接続配管２０において、ミキシング部２０Ａよりも流路上流側（図中右側）で接続配管１８との接続部よりも流路下流側（図中左側）には、エア流量制御弁３０（電空比例弁）が設けられている。
【００２３】
すなわち、タンク１６内が加圧された状態で前記カットゲート及びショット流量制御弁２８が開かれかつエア流量制御弁３０が開かれた場合、タンク１６から供給された投射材１４と、コンプレッサ２２から供給された圧縮空気とが、ミキシング部２０Ａにて混合され、接続配管２０の流路下流側（図中左側）に流れるようになっている。
【００２４】
接続配管２０の流路下流側の端部には、噴射用（ショットピーニング用）のノズル３２が接続されている。これにより、ミキシング部２０Ａに流れた投射材１４は、圧縮空気と混合された状態でノズル３２の先端部より噴射されるようになっている。ノズル３２は、筒状に形成され、金型４０の水冷孔４２に挿入可能な径を有するものが適用されている。
【００２５】
なお、ショット処理装置１０は、ノズル３２を把持するロボットアーム（図示省略）を備えた構成としてもよく、前記ロボットアームがノズル３２を水冷孔４２に対して進退移動（往復移動）させるような構成としてもよい。
【００２６】
ショット処理装置１０は、操作ユニット３４を備えている。操作ユニット３４は、ショットピーニング処理を施す際の処理条件（例えば、コンプレッサ２２で供給する圧縮空気の圧力、噴射させる投射材１４の量を含むショット条件の一部）を入力可能に構成されており、入力操作に応じた信号を制御ユニット３６に出力する構成とされている。制御ユニット３６は、例えば、記憶装置や演算処理装置等を有して構成されており、操作ユニット３４から出力された信号に基づいて、コンプレッサ２２、エア流量制御弁２４、３０、ショット流量制御弁２８、及び、上述のカットゲート（図示省略）等を制御する構成とされている。すなわち、制御ユニット３６には、操作ユニット３４から出力された信号に応じたショット条件でショットピーニング処理を施すためのプログラムが予め記憶されている。
【００２７】
一方、金型４０は、合わせ面側を構成する意匠面４０Ａが成形用の形状に形成されている。これに対して、金型４０の背面４０Ｂ（意匠面４０Ａとは反対側の面）には、細径で有底の水冷孔４２が複数（図示省略）形成されている。
【００２８】
本実施形態の金型４０は、窒化処理後の合金（本実施形態では一例として、ＳＫＤ６１の軟窒化材）製のダイカスト用金型とされている。なお、ダイカストは、金型鋳造法の一つで、金型４０に溶融した金属を圧入することにより、高い寸法精度の鋳物を短時間に大量に生産可能な鋳造方式のことである。このような金型４０は、溶湯圧入時に高温にさらされると共に水冷孔４２を用いた水冷時に冷却される。そして、水冷孔４２の底部４２Ａと意匠面４０Ａとの距離ｄは、金型４０を速やかに冷却するために、短く設定されている。
【００２９】
また、金型４０に施されている窒化処理とは、例えば、Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ及びＶのいずれか一種以上を含有する合金鋼を、ＮＨ３ガス中で約５００℃付近の低温で加熱することで、その表面に極めて硬い窒化層を得る熱処理のことをいう。窒化層は、基本的には、母材の合金鋼側を成す拡散層と、表面側を成す化合物層と、を備えている。拡散層は、合金鋼中に窒素が拡散した層である。また、化合物層は、窒化物・炭化物・炭窒化等を主体とする層であり、非常に硬くて脆い特徴がある。なお、窒化層は、当初から拡散層のみの健全層として存在する場合もある。ここで、本実施形態における「健全層」とは、正常な層状態にあるものと認識し得る程度の厚みをもって形成されたものをいう。
【００３０】
これに対して、ショット処理装置１０は、窒化層の有無等を判定するための判定ユニット３８を備えている。なお、本実施形態では、判定ユニット３８は、ショット処理装置１０の一部として設置されているが、判定ユニット３８は、ショット処理装置１０と別個独立に設けられたものであってもよい。
【００３１】
判定ユニット３８は、渦電流センサ４６と、この渦電流センサ４６に接続された判定部４８と、を備えている。渦電流センサ４６は、金型４０の水冷孔４２の表面（内面）における窒化層の有無、化合物層の有無、及び拡散層の有無にそれぞれ応じた測定信号を判定部４８に出力する。判定部４８は、渦電流センサ４６からの測定信号に基づいて窒化層の有無、化合物層の有無、及び拡散層の有無を判定するものであり、例えば、ＣＰＵ等を有する電子回路により構成されている。
【００３２】
なお、判定部４８が制御ユニット３６と接続されて（図中の二点鎖線５０参照）判定部４８での判定結果を制御ユニット３６に出力するような装置構成とすることも可能である。また、判定部４８が上述したロボットアームを操作可能に構成され、判定部４８によって操作されたロボットアームにて渦電流センサ４６の設置を行ってもよい。
【００３３】
（ショット処理方法）
次に、ショット処理方法について説明しながら、その作用及び効果について説明する。図２は、第１実施形態に係るショット処理方法のフローチャートである。図３には、本実施形態に係るショット処理方法を説明するための断面図が示されている。
【００３４】
図２に示されるように、最初に、判定部４８がセンサ測定信号の判定工程を行う（Ｓ１０）。Ｓ１０の工程では、図３（Ａ）に示されるように、例えばロボットアームが、渦電流センサ４６を水冷孔４２に挿入する。次に、判定部４８が、金型４０の水冷孔４２の表面（内面）における窒化層の有無を（広義には電磁気学的手法を用いた非破壊検査で）判定する（判定工程）。また、本実施形態では、判定部４８が、窒化層の一部で表面側を成す化合物層の有無、及び窒化層の一部で母材側を成す拡散層の有無を、渦電流センサ４６を用いて判定する。
【００３５】
なお、本実施形態における窒化層の有無とは、健全層を成す窒化層が存在しているか否かであり、健全層を成す窒化層が存在している場合は窒化層有、それ以外は窒化層無となる。また、本実施形態における化合物層の有無とは、健全層を成す化合物層が存在しているか否かであり、健全層を成す化合物層が存在している場合は化合物層有、それ以外は化合物層無となる。さらに、本実施形態における拡散層の有無とは、健全層を成す拡散層が存在しているか否かであり、健全層を成す拡散層が存在している場合は拡散層有、それ以外は拡散層無となる。
【００３６】
渦電流センサ４６には、公知の渦電流センサが適用される。渦電流センサ４６について簡単に説明すると、渦電流センサ４６は、センサヘッド内部にコイル（図示省略）を備えており、このコイルに高周波電流を流すことで高周波磁界を発生させる。そして、渦電流センサ４６が発生させた高周波磁界内に導体（金型４０）があると、磁界の変化に誘導されて導体（金型４０）に渦巻き状の渦電流が生じる。この渦電流に伴う磁束によって渦電流センサ４６のコイルのインピーダンスが変化する。一方、判定対象の導体（金型４０）の化学成分や結晶構造等によって、前記渦電流の通路及び前記磁束の通路も異なるものとなるので、渦電流センサ４６のコイルのインピーダンスも異なるものとなる。
【００３７】
渦電流センサ４６は、このような現象を利用しており、窒化層の有無、化合物層の有無、拡散層の有無にそれぞれ応じた測定信号を判定部４８に出力する。判定部４８は、渦電流センサ４６からの測定信号に基づいて、窒化層の有無（化合物層の有無及び拡散層の有無）を判定する。このように、渦電流センサ４６を用いることで、窒化層の有無（化合物層の有無及び拡散層の有無）を簡便に判定することができる。
【００３８】
次に、例えばロボットアームが、渦電流センサ４６を引き抜き、渦電流センサ４６を水冷孔４２の外へ退避させる。その後、例えばロボットアームが、図３（Ｂ）に示されるノズル３２を水冷孔４２へ挿入する。次いで、判定結果に基づいて、制御ユニット３６がノズル３２の先端から水冷孔４２の底部４２Ａ等に向けて圧縮空気と共に投射材を噴射させる（Ｓ１２，Ｓ１４）。ここで、Ｓ１０の判定工程の判定結果が窒化層無の場合には、制御ユニット３６は、金型４０の母材に応じて設定された第２ショット条件で金型４０の水冷孔４２の表面にショットピーニング処理を施す（Ｓ１４：第２ショット工程）。一方、Ｓ１０の判定工程の判定結果が窒化層有の場合には、制御ユニット３６は、窒化層有の状態を維持する第１ショット条件で金型４０の水冷孔４２の表面にショットピーニング処理を施す（Ｓ１２：第１ショット工程）。なお、金型４０の母材に応じて設定された第２ショット条件とは、母材の機械的性質を考慮した最適の加工条件（所要の圧縮残留応力を得るのに最適の条件）を意味している。
【００３９】
このように、窒化層の有無に応じたショット条件で金型４０の水冷孔４２の表面がショットピーニング処理されることで、水冷孔４２の表面には圧縮残留応力が効果的に付与される。
【００４０】
また、Ｓ１０の判定工程の判定結果が窒化層有の場合に、Ｓ１２の第１ショット工程では、制御ユニット３６は、金型４０の水冷孔４２の表面に対して、窒化層有の状態を維持可能な限度と予測される状態までショットピーニング処理をする場合の半分以下となる圧縮残留応力を一回のショットピーニング処理で付与する。これにより、過剰なショットピーニング処理で窒化層が除去されて（削られ過ぎて）しまう事態が防止される。
【００４１】
なお、Ｓ１２及びＳ１４のショット工程では、例えばロボットアームがノズル３２を水冷孔４２に沿って移動させることにより、水冷孔４２の底部４２Ａ以外の部位にもショットピーニング処理がなされる。Ｓ１２及びＳ１４のショット工程の後には、例えばロボットアームがノズル３２を引き抜き、ノズル３２を水冷孔４２の外へ退避させる。
【００４２】
ここで、最初の判定工程（Ｓ１０）の判定結果が化合物層有かつ拡散層有の場合には、判定部４８及び制御ユニット３６は、少なくとも次回以降の判定工程（Ｓ１６）の判定結果が化合物層無かつ拡散層有となるまでは、Ｓ１６の判定工程とＳ１２の第１ショット工程とを交互に行う。すなわち、この繰り返し処理の終了条件は、次回以降の判定工程の判定結果が化合物層無かつ拡散層有となる場合である。Ｓ１６の判定工程とＳ１２の第１ショット工程とは終了条件を満たすまでそれぞれ複数回行われる。これにより、Ｓ１０の判定工程の判定結果が窒化層有の場合に、窒化層有の状態を維持しながら、効果的なショットピーニング処理がなされる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態に係るショット処理方法によれば、水冷孔４２の表面に圧縮残留応力を効果的に付与することができる。その結果として、金型４０の水冷孔４２の付近での応力腐食割れ（ＳＣＣ）が防止又は効果的に抑制される。
【００４４】
ここで、応力腐食割れについて補足説明する。金型４０は、溶湯圧入時に意匠面４０Ａが高温にさらされ、その後、水冷孔４２に冷却水を流入させる水冷時に冷却される。このサイクルが連続的に繰り返されると、ヒートチェックやヒートクラックが発生する可能性があり、金型破壊の原因となり得る。一方、近年では、ダイカスト製品を製造する際の１サイクル当たりの時間短縮を図る（ひいてはコスト軽減を図る）ために、あるいは、ダイカスト製品の大型化に対応するために、金型を早く冷却する必要がある。このため、金型４０に形成される水冷孔４２の数を増やしたり水冷孔４２と意匠面４０Ａを近付けたりする対応がなされている。しかしながら、水冷孔４２と意匠面４０Ａとの距離が近くなれば熱勾配（熱応力勾配）がきつくなるため、結果として、水冷孔４２の表面が受ける熱応力（引張り応力ｆ）が大きくなり、応力腐食割れの可能性も大きくなる。
【００４５】
この応力腐食割れの発生要因としては、一般的に材料要因、環境要因、引張り応力ｆの三つが挙げられており、この三条件が重畳した場合に応力腐食割れが発生する。これに対して、本実施形態では、ショットピーニングで圧縮の残留応力を付与することで、応力腐食割れの発生要因の一つである引張り応力ｆの影響を抑え、ひいては、応力腐食割れの発生を抑えている。
【００４６】
ところで、細径でかつ深い止まり穴の水冷孔４２（細深孔）に対してショットピーニング処理を行なう場合、ノズル３２から水冷孔４２の内部へ噴射された圧縮空気の抜けが悪い。そして、そのことが原因となって、圧縮空気と混合された投射材１４の速度が所要の速度まで達しないと、水冷孔４２の底部４２Ａ（末端部）でショットピーニング処理の効果が充分に得られない可能性も考えられる。これに対して、本実施形態では、水冷孔４２に挿入させたノズル３２から圧縮空気と共に投射材１４を噴射させることで水冷孔４２の表面にショットピーニング処理を施すので、止まり穴の水冷孔４２が細径でかつ深いものであっても、高速の投射材１４を水冷孔４２の底部４２Ａに当てることが可能である。よって、水冷孔４２の底部４２Ａに圧縮残留応力が効果的に付与される。
【００４７】
一方、水冷孔４２の内面における窒化層の有無によっては、圧縮の残留応力を効果的に付与できない可能性も考えられる。ここで、図４には、最適なショットピーニング処理、過剰なショットピーニング処理、及びショットピーニング未処理の各場合における圧縮残留応力の分布を測定した結果が示されている。横軸は水冷孔４２の表面からの距離（表面に対して金型４０の母材側かつ垂直な方向の深さ）を示す。ショットピーニング処理がなされる前に窒化層有の状態にあった部位に対して、過剰なショットピーニング処理がなされて窒化層無の状態になってしまうと、対象部位に圧縮残留応力を効果的に付与することができない。この点について、本実施形態では、図３に示される水冷孔４２の表面における窒化層の有無に応じた最適なショット条件（加工条件）で、金型４０の水冷孔４２の表面がショットピーニング処理されているので、水冷孔４２の表面には圧縮残留応力が効果的に付与される。
【００４８】
なお、本実施形態では、図３（Ａ）に示される判定工程の前に、金型４０の背面４０Ｂにおける窒化層の有無を判定する予行判定工程と、予行判定工程の後で判定工程の前に、金型４０の背面４０Ｂにショットピーニング処理を施す予行ショット工程と、を行ってもよい。そして、最初の予行判定工程の判定結果が窒化層有の場合には、予行判定工程の判定結果が窒化層無となるまで、予行判定工程と予行ショット工程とを交互に行い、その間のショット条件に基づいて、Ｓ１０の判定工程の判定結果が窒化層有の場合における第１ショット条件を設定している。すなわち、予行判定工程と予行ショット工程とを交互に行うことで、水冷孔４２にて窒化層有の状態を維持可能な限度となる第１ショット条件が予測される。
【００４９】
［第２の実施形態］
次に、第２実施形態に係るショット処理方法について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、第２実施形態に係るショット処理方法のフローチャートである。図６には、第２実施形態に係るショット処理方法を説明するための断面図が示されている。なお、このショット処理方法に適用されるショット処理装置の基本構成は、第１実施形態の構成と同様となっている。よって、第１実施形態と同様の構成部については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５０】
図５に示されるように、最初に、判定部４８がセンサ測定信号の判定工程を行う（Ｓ２０）。Ｓ２０の工程では、図６（Ａ）に示されるように、例えばロボットアームが、渦電流センサ４６を水冷孔４２に挿入する。次に、判定部４８が、金型４０の水冷孔４２の表面（内面）におけるツールマーク４４の有無を、渦電流センサ４６を用いて（広義には電磁気学的手法を用いた非破壊検査で）判定する（判定工程）。
【００５１】
補足すると、渦電流センサ４６が発生させた高周波磁界により金型４０の水冷孔４２の表面に渦電流が生じるが、ツールマーク４４がある場合とない場合とでは、前記渦電流の通路が異なるものとなり、前記渦電流に伴う磁束の通路も異なるものとなる。その結果、渦電流センサ４６のコイルのインピーダンスも異なるものとなるので、渦電流センサ４６は、ツールマーク４４の有無に応じた測定信号を判定部４８に出力することになる。判定部４８は、渦電流センサ４６からの測定信号に基づいて、ツールマーク４４の有無を判定する。このように、渦電流センサ４６を用いることで、ツールマーク４４の有無を簡便に判定することができる。
【００５２】
なお、水冷孔４２の表面のツールマーク４４（凹凸）は、水冷孔４２をドリル加工や放電加工等で形成する際に形成されてしまった疵部分である。
【００５３】
次に、例えばロボットアームが、渦電流センサ４６を引き抜いて、水冷孔４２の外へ退避させる。Ｓ２０の判定工程の判定結果がツールマーク有の場合には、例えばロボットアームが、図３（Ｂ）に示されるノズル３２を水冷孔４２に挿入する。そして、制御ユニット３６は、ノズル３２の先端から金型４０の水冷孔４２の表面のツールマーク４４に向けて圧縮空気と共に投射材を噴射（ショット処理）させる。このショット処理は、金型４０の水冷孔４２の表面におけるツールマーク４４を除去する第３ショット条件で行われる（Ｓ２２、第３ショット工程）。
【００５４】
なお、ノズル３２の先端部には、投射材の噴射方向がノズル３２の軸方向に対して交差する方向になるように投射材を反射させる反射部材（図示しない治具）が取り付けられてもよい。このような反射部材が取り付けられることで、水冷孔４２の側面の加工が容易になる。
【００５５】
Ｓ２２の第３ショット工程とＳ２０の判定工程とは、Ｓ２０の判定工程の判定結果がツールマーク無となるまで交互に行われる。このように、ツールマーク無となるまで、ショット処理（ブラスト）がなされることで、ツールマーク４４が除去され、ツールマーク４４への応力集中が防止される。
【００５６】
補足説明すると、金型４０は、前述の通り、加熱と冷却が繰り返されるため、その際の温度勾配により熱応力（引張り応力ｆ）を繰り返し受けるので、ツールマーク４４が表面にある場合には、その部分が応力集中部となってしまう。しかし、本実施形態では、ツールマーク４４が除去されることで、そのような応力集中部をなくすことができる。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態に係るショット処理方法によれば、水冷孔４２の表面にクラック（亀裂）が発生するのを防止又は抑制することができる。
【００５８】
［実施形態の補足説明］
なお、上記実施形態では、判定工程とショット工程とが交互に行われているが、判定工程とショット工程とをそれぞれ一回ずつ行うショット処理方法とすることも可能である。
【００５９】
また、上記第１実施形態の変形例として、例えば、判定工程の判定結果が窒化層有の場合に、最初のショット工程では、水冷孔の表面に対して、窒化層有の状態を維持可能な限度と予測される状態までショットピーニング処理をする場合の半分以上となる圧縮残留応力を付与し、二回目以降のショット工程では、水冷孔の表面に対して、窒化層有の状態を維持可能な限度と予測される状態までショットピーニング処理をする場合の半分以下となる圧縮残留応力を付与するようなショット処理方法としてもよい。
【００６０】
また、上記第１実施形態の変形例として、最初の判定工程の判定結果が化合物層有かつ拡散層有の場合に、判定工程の判定結果が化合物層無かつ拡散層有となる予測段階の直前まで、判定工程とショット工程とを交互に行うことも可能である。
【００６１】
また、上記第１の実施形態では、図３（Ａ）に示される水冷孔４２の表面における窒化層の有無、化合物層の有無、及び拡散層の有無を、水冷孔４２に挿入させた渦電流センサ４６を用いて判定しているが、水冷孔４２の表面における窒化層の有無、化合物層の有無、及び拡散層の有無は、例えば、水冷孔に挿入させた超音波センサやレイリー波センサ等のような他のセンサを用いて判定してもよい。なお、水冷孔４２の表面における化合物層の有無、及び拡散層の有無について判定しないようなショット処理方法も可能である。
【００６２】
また、上記実施形態の変形例として、例えば、太径で浅い水冷孔等にショットピーニング処理を施す場合等には、ノズルを水冷孔に挿入しない状態でショット工程を行ってもよい。
【００６３】
また、第２の実施形態の変形例として、判定工程では、図６に示される金型４０の水冷孔４２の表面におけるツールマーク４４の有無が、内視鏡を用いて判定されてもよい。
【００６４】
なお、上記実施形態及び上述の複数の変形例は、適宜組み合わされて実施可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１４…投射材、３２…ノズル、４０…金型、４２…水冷孔、４４…ツールマーク、４６…渦電流センサ。
【図１】
2013175660.tif 000003
【図２】
2013175660.tif 000004
【図３】
2013175660.tif 000005
【図４】
2013175660.tif 000006
【図５】
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【図６】
2013175660.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月2日(2014.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型の水冷孔の表面における窒化層の有無を判定する判定工程と、
前記判定工程の判定結果が窒化層無の場合には前記金型の母材に応じて設定されたショット条件で前記水冷孔の表面にショットピーニング処理を施し、前記判定工程の判定結果が窒化層有の場合には窒化層有の状態を維持するショット条件で前記水冷孔の表面にショットピーニング処理を施すショット工程と、
を有するショット処理方法。
【請求項２】
前記判定工程の判定結果が窒化層有の場合に、前記ショット工程では、前記水冷孔の表面に対して、窒化層有の状態を維持可能な限度と予測される状態までショットピーニング処理を施す場合の半分以下となる圧縮残留応力を付与し、前記判定工程と前記ショット工程とを交互にそれぞれ複数回行う、請求項１記載のショット処理方法。
【請求項３】
前記判定工程は、前記窒化層の一部で表面側を成す化合物層の有無、及び前記窒化層の一部で母材側を成す拡散層の有無をも判定し、
最初の前記判定工程の判定結果が化合物層有かつ拡散層有の場合には、少なくとも前記判定工程の判定結果が化合物層無かつ拡散層有となるまでは、前記判定工程と前記ショット工程とを交互に行う、請求項１又は請求項２に記載のショット処理方法。
【請求項４】
前記判定工程では、前記水冷孔の表面における窒化層の有無を、前記水冷孔に挿入させた渦電流センサを用いて判定する、請求項１又は請求項２に記載のショット処理方法。
【請求項５】
前記判定工程では、前記水冷孔の表面における窒化層の有無を、前記水冷孔に挿入させた渦電流センサを用いて判定する、請求項３記載のショット処理方法。
【請求項６】
前記判定工程は、前記窒化層の一部で表面側を成す化合物層の有無、及び前記窒化層の一部で母材側を成す拡散層の有無を、前記水冷孔に挿入させた渦電流センサを用いて判定する、請求項３記載のショット処理方法。
【請求項７】
前記ショット工程は、前記水冷孔に挿入させたショットピーニング用のノズルから圧縮空気と共に投射材を噴射させることで前記水冷孔の表面にショットピーニング処理を施す、請求項１又は請求項２に記載のショット処理方法。
【請求項８】
前記ショット工程は、前記水冷孔に挿入させたショットピーニング用のノズルから圧縮空気と共に投射材を噴射させることで前記水冷孔の表面にショットピーニング処理を施す、請求項３記載のショット処理方法。
【請求項９】
金型の水冷孔の表面におけるツールマークの有無を判定する判定工程と、
前記判定工程の判定結果がツールマーク有の場合に前記水冷孔の表面におけるツールマークを除去するショット条件で前記水冷孔の表面にショット処理を施すショット工程と、
を有するショット処理方法。
【請求項１０】
前記判定工程では、前記水冷孔の表面におけるツールマークの有無を、前記水冷孔に挿入させた渦電流センサを用いて判定する、請求項９記載のショット処理方法。
【国際調査報告】
2013175660.tif 000009
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