(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された金型を冷却処理する冷却処理設備であって、
該金型の意匠面とは反対側の表面の温度分布を検知する温度検知手段と、
吐出口から冷却用ガスを吐出させて前記金型の意匠面とは反対側の表面を冷却する冷却手段と、
該冷却手段を位置移動可能に保持する移動手段と、
設備の動作制御を行う制御部と、を備え、
該制御部の制御により、前記金型の意匠面とは反対側の表面における最高温度部位の近傍に前記冷却手段を移動させて、該最高温度部位を局所冷却することを特徴とする冷却処理設備。
【請求項２】
請求項１において、前記移動手段は先端部が３次元方向に位置移動可能な可動アームを有し、前記冷却手段は該可動アームの該先端部に保持されていることを特徴とする冷却処理設備。
【請求項３】
請求項１，２の何れかにおいて、前記制御部は、前記吐出口が前記金型の表面から５００ｍｍ以内に位置する状態で、前記局所冷却が行われるように、設備の制御を行うことを特徴とする冷却処理設備。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記金型の表面温度が８００℃の時点で、熱伝達係数が８０Ｗ／ｍ2・Ｋ以上の冷却能力を備えていることを特徴とする冷却処理設備。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記制御部は、前記温度検知手段による前記最高温度部位での検知温度が、予定している適正な予定表面温度となるように、これら検知温度と予定表面温度との差分に基づいて冷却条件を制御することを特徴とする冷却処理設備。
【請求項６】
加熱された金型の意匠面とは反対側の背面を局所冷却する冷却処理方法であって、
前記金型を放冷するとともに、前記背面における表面の温度分布を検知して、前記背面における最高温度部位を特定し、該最高温度部位の近傍に冷却手段を移動させて、該冷却手段から吐出される冷却用ガスにより前記最高温度部位を局所冷却することを特徴とする冷却処理方法。
【請求項７】
請求項６において、前記金型の背面は、平坦であることを特徴とする冷却処理方法。
【請求項８】
加熱された被処理物を冷却処理する冷却処理設備であって、
該被処理物の表面の温度分布を検知する温度検知手段と、
吐出口から冷却用ガスを吐出させて該被処理物の表面を冷却する冷却手段と、
該冷却手段を位置移動可能に保持する移動手段と、
設備の動作制御を行う制御部と、を備え、
該制御部の制御により、前記被処理物の表面における最高温度部位の近傍に前記冷却手段を移動させて、前記吐出口が前記被処理物の表面から５００ｍｍ以内に位置する状態で、前記最高温度部位を局所冷却することを特徴とする冷却処理設備。
【請求項９】
加熱された被処理物を冷却処理する冷却処理設備であって、
該被処理物の表面の温度分布を検知する温度検知手段と、
吐出口から冷却用ガスを吐出させて該被処理物の表面を冷却する冷却手段と、
該冷却手段を位置移動可能に保持する移動手段と、
設備の動作制御を行う制御部と、を備え、
該制御部の制御により、前記被処理物の表面における最高温度部位の近傍に前記冷却手段を移動させて、該最高温度部位を局所冷却するとともに、
前記被処理物の表面温度が８００℃の時点で、熱伝達係数が８０Ｗ／ｍ2・Ｋ以上の冷却能力を備えていることを特徴とする冷却処理設備。
【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する際の冷却処理に用いる冷却処理設備及び冷却処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、各部位の間で、例えば金型の角部と中央部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】
これに対し加熱室から出た高温状態の金型に、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行うと、歪みを少なくし割れ発生を防ぐことができる。
特に金型等に用いられる工具鋼については焼入硬化能が著しく高いため、放冷や衝風冷却等の緩冷により焼入れする方法を適用することが可能である。
【０００４】
ただし被処理物が大物の金型等であった場合には、緩冷であっても被処理物の部位によって冷却速度にばらつきが生じ、最も冷却速度が遅い最高温度部位で十分な焼きが入らず所望の硬度が得られないといった問題が生じる場合がある。
【０００５】
尚、下記特許文献１では、赤外線カメラで金型表面の温度分布を検知して、金型表面の最高温度部位を特定し、最高温度部位での検知温度に基づいて金型の冷却条件を制御するようになした点が開示されている。
しかしながらこの特許文献１に記載のものは、最高温度部位での検知温度に基づいて金型全体が衝風冷却されるため、最高温度部位と同時にそれ以外の部位も強制冷却される。このため、最高温度部位での焼入れ不良が改善されても、金型全体として冷却速度が速くなるため、今度は歪みが大きくなる問題が生じ易くなる。即ち焼入れ処理工程における焼入れ不良と歪みの増大、この両方の問題を同時に解決するためには更なる改善が必要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２３７８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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速度のばらつきに起因する焼入れ不良及び歪みの増大の問題を良好に防止することが可能な冷却処理設備及び冷却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】
【０００８】
而して請求項１は冷却処理設備に関するのもので、加熱された金型を冷却処理する冷却処理設備であって、該金型の意匠面とは反対側の表面の温度分布を検知する温度検知手段と、吐出口から冷却用ガスを吐出させて前記金型の意匠面とは反対側の表面を冷却する冷却手段と、該冷却手段を位置移動可能に保持する移動手段と、設備の動作制御を行う制御部と、を備え、該制御部の制御により、前記金型の意匠面とは反対側の表面における最高温度部位の近傍に前記冷却手段を移動させて、該最高温度部位を局所冷却することを特徴とする。
【０００９】
請求項２のものは、請求項１において、前記移動手段は先端部が３次元方向に位置移動可能な可動アームを有し、前記冷却手段は該可動アームの該先端部に保持されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記制御部は、前記吐出口が前記金型の表面から５００ｍｍ以内に位置する状態で、前記局所冷却が行われるように、設備の制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記金型の表面温度が８００℃の時点で、熱伝達係数が８０Ｗ／ｍ2・Ｋ以上の冷却能力を備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５のものは、請求項１〜４の何れかにおいて、前記制御部は、前記温度検知手段による前記最高温度部位での検知温度が、予定している適正な予定表面温度となるように、これら検知温度と予定表面温度との差分に基づいて冷却条件を制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項６は、加熱された金型の意匠面とは反対側の背面を局所冷却する冷却処理方法であって、前記金型を放冷するとともに、前記背面における表面の温度分布を検知して、前記背面における最高温度部位を特定し、該最高温度部位の近傍に冷却手段を移動させて、該冷却手段から吐出される冷却用ガスにより前記最高温度部位を局所冷却することを特徴とする。
【００１４】
請求項７のものは、請求項６において、前記金型の背面は、平坦であることを特徴とする。
請求項８のものは、加熱された被処理物を冷却処理する冷却処理設備であって、該被処理物の表面の温度分布を検知する温度検知手段と、吐出口から冷却用ガスを吐出させて該被処理物の表面を冷却する冷却手段と、該冷却手段を位置移動可能に保持する移動手段と、設備の動作制御を行う制御部と、を備え、該制御部の制御により、前記被処理物の表面における最高温度部位の近傍に前記冷却手段を移動させて、前記吐出口が前記被処理物の表面から５００ｍｍ以内に位置する状態で、前記最高温度部位を局所冷却することを特徴とする。
請求項９のものは、加熱された被処理物を冷却処理する冷却処理設備であって、該被処理物の表面の温度分布を検知する温度検知手段と、吐出口から冷却用ガスを吐出させて該被処理物の表面を冷却する冷却手段と、該冷却手段を位置移動可能に保持する移動手段と、設備の動作制御を行う制御部と、を備え、該制御部の制御により、前記被処理物の表面における最高温度部位の近傍に前記冷却手段を移動させて、該最高温度部位を局所冷却するとともに、前記被処理物の表面温度が８００℃の時点で、熱伝達係数が８０Ｗ／ｍ2・Ｋ以上の冷却能力を備えていることを特徴とする。
【００１５】
以上のように本発明の冷却処理設備は、加熱された被処理物の表面の温度分布を検知する温度検知手段と、吐出口から冷却用ガスを吐出させて被処理物の表面を冷却する冷却手段と、冷却手段を位置移動可能に保持する移動手段と、設備の動作制御を行う制御部と、を備え、制御部の制御により、被処理物の表面における最高温度部位の近傍に冷却手段を移動させて、最高温度部位を局所冷却するようになしたものである。
かかる本発明によれば、温度検知手段により得られた被処理物の表面の温度分布に基づいて特定された最高温度部位、即ち冷却速度が最も遅く焼入れ不良が生じ易い部位に対して冷却用ガスを吐出させることで、かかる最高温度部位での冷却速度を速め、冷却速度が遅いことによる焼入れ不良の発生を良好に防止することができる。
また本発明では、冷却手段を移動手段により冷却対象の最高温度部位の近傍にまで移動させて冷却を行なうため、冷却エリアは最高温度部位若しくはその周辺部に限定される。このため最高温度部位以外の部位が、本発明の冷却手段により強制的に局所冷却されてしまうことを有効に防止することができる。即ち過度の冷却により、本来適正な冷却速度であった部位で冷却速度が速められて、歪み量が増大してしまうのを有効に防止することができる。
【００１６】
ここで最高温度部位を良好に局所冷却するためには、被処理物の表面から冷却用ガスが吐出される吐出口までの距離を５００ｍｍ以内とすることが望ましく、また冷却能力は、被処理物の表面温度が８００℃の時点で、熱伝達係数が８０Ｗ／ｍ2・Ｋ以上であることが望ましい。
【００１７】
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、被処理物に向けて送る冷却用ガスのガス量やガス圧力，雰囲気温度，被処理物の形状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。この熱伝達係数は、対象とする金型等の被処理物をセットし、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。
【００１８】
また本発明では、移動手段を、先端部が３次元方向に位置移動可能な可動アームを有するものとし、冷却手段をこの可動アームの先端部に保持させておくことができる。
上述のように本発明では冷却手段を被処理物の近傍にまで接近させる必要がある。しかしながら焼入れ温度まで加熱された被処理物は、１０００℃又はそれ以上の高温となる場合もある。そこで可動アームの先端部に冷却手段を保持された構成としておけば、極めて高温となる被処理物に接近する部位を、可動アームの先端部及びそこに取り付けられた冷却手段に限定することができ、十分な耐熱性を備えていない駆動機構等を被処理物から離した配置とすることができる。
【００１９】
また本発明では、温度検知手段により最高温度部位の温度を正確に知ることができるため、最高温度部位の検知温度が予定している適正な予定表面温度となるように、これら検知温度と予定表面温度との差分に基づいて冷却条件を制御することができる。
【００２０】
次に本発明の冷却処理方法では、被処理物である金型を放冷するとともに、金型の背面における表面の温度分布を検知して、背面における最高温度部位を特定し、最高温度部位の近傍に冷却手段を移動させて、冷却手段から吐出される冷却用ガスにより最高温度部位を局所冷却する。
この冷却処理方法によれば、金型全体を放冷することで冷却処理時に生じる歪みを抑制することができる一方、金型の背面における表面の最高温度部位については別途冷却用ガスを吹き付けることにより局所冷却されるので、冷却速度が遅いことによる焼入れ不良についても良好に防止することができる。
尚、本発明の冷却処理方法は、特に６００℃以上の高温時での冷却処理方法として有効である。このため最高温度部位が６００℃以下の所定温度となった時点で、油冷に切り換えて引き続き冷却処理を行うことも可能である。また本発明の冷却処理方法にて常温付近まで引き続き冷却処理を継続することも可能である。
【００２１】
一般に金型は、意匠面とは反対側の平坦な背面が、取付時や機械加工時の基準面となるため、特に背面における面内の歪み量を小さく抑えることが求められている。このため本発明の冷却処理方法を用いて金型の冷却処理を行なう場合には、金型の背面に対して局所冷却を行うことが好適である。
【発明の効果】
【００２２】
以上のような本発明によれば、金型等の被処理物を焼入れする際の、冷却速度のばらつきに起因する焼入れ不良及び歪みの増大の問題を良好に防止することが可能な冷却処理設備及び冷却処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態の冷却処理設備の全体構成を示した図である。
【図２】図１の可動アームの先端部を拡大して示した図である。
【図３】図２の可動アームの先端部を回転させた場合の前後の状態を示した図である。
【図４】歪み測定に用いるレーザ光の色と、測定精度との関係を示した図である。
【図５】同実施形態の冷却動作を説明するための図である。
【図６】冷却速度と、金型の焼入れ状態及び最大歪み量の関係を示した図である。
【図７】冷却処理途中に行う歪み量測定の結果の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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は、本実施形態の冷却処理設備１０の全体構成を示した図である。図１において、１２は被処理物としての金型で、図示を省略した加熱室にて焼入れ温度にまで加熱された後にクレーン等によってセット治具１４上に載置される。２０は後述する局所冷却用のノズル２２が取り付けられたロボット、２４は金型１２の前方に位置し、金型１２表面の温度分布を検知する温度検知手段としての赤外線カメラである。
またこの冷却処理設備１０では、図１（Ａ）中左側に圧縮エアを生成・貯留するための一連の装置であるコンプレッサ２６、ドライヤ２７、エアタンク２８を有している。更にこの冷却処理設備１０では、設備の動作制御を行う制御部３０を有している。
【００２５】
金型１２は、工具鋼（ＳＫＤ６１）から成り、幅６００ｍｍ×高さ６００ｍｍ×厚み１５０ｍｍで、凹凸を有する意匠面１２ａと、この意匠面１２ａとは反対側に位置する平坦な背面１２ｂを備えており、本例では背面１２ｂを前方（ロボット２０及び赤外線カメラ２４が配されている側）に向けた状態で、金型１２がセット治具１４上に載置されている。
尚、金型１２に用いられる鋼種は特に限定されるものではなく、焼入れ性に優れた特殊鋼を適宜採用することが可能である。また金型のサイズについても特に限定されるものではないが、焼入れ時の冷却過程で温度差（冷却速度のばらつき）が生じ易い重量１５０ｋｇ以上のものにおいて、本発明は特に有効である。
【００２６】
赤外線カメラ２４は、金型１２の背面１２ｂ全体が検知範囲に含まれるようにその位置が設定されており、金型１２の（詳しくは背面１２ｂの）表面の温度分布を検知するとともに、金型１２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。そして赤外線カメラ２４による温度検知の結果は制御部３０へと送られる。制御部３０は、その検知結果に基づいて金型１２に対する冷却条件を制御する。
【００２７】
ロボット２０は、架台３２上に固定された基部３４と、そこから延びる可動アーム３６を有している。可動アーム３６は回転又は屈曲する複数の関節部を有し、可動アーム３６の先端部３８は図１中２点鎖線で示す可動範囲内を上下、左右、及び前後方向に、即ち３次元方向に移動可能とされている。そしてその先端部３８には金型１２を局所冷却するためのノズル２２が取り付けられている。
尚、焼入れ温度にまで加熱された直後の金型１２は非常に高温となる。本例では金型１２からの放射熱の影響がロボット２０全体に及ぶのを防止するため、金型１２の正面からずれた位置にロボット２０が設置されている。
【００２８】
図２は可動アーム３６の先端部３８を拡大して示した図である。同図で示すように先端部３８は、関節軸Ｐを中心に可動アーム３６の根元側に対し回転可能に連結されている。
そして先端部３８の、関節軸Ｐとは反対側に位置する取付部材４０には、箱状の熱遮蔽体４２が取付ボルト４４により取付固定されている。
【００２９】
熱遮蔽体４２は、可動アーム３６側の取付部材４０に直接固定される被固定部４２ａと、この被固定部４２ａに直交する状態で固定されている平板状の基体４２ｂと、基体４２ｂ上の一方の面を覆うように基体４２ｂに固定された蓋体４２ｃと、を備え、全体として上下、左右、及び前後の各方向に熱遮蔽用の壁が形成された箱形状を成している。熱遮蔽体４２は、金型１２から可動アーム３６の先端部３８に向かって放射される熱を遮蔽して、内部に収納されているセンサ等を保護する。
【００３０】
４６は、金型１２の表面の歪みを測定するために用いるレーザ式の変位検出センサで、熱遮蔽体４２の内部に収納された状態で、断面Ｔ字状のブラケット４７を介して基体４２ｂの内面に固定されている。図２（Ａ）及び（Ｂ）で示すように、センサ４６は、関節軸Ｐから最も離間した（図中左側の）位置、即ち金型１２の表面に対して最も接近可能な位置にある熱遮蔽体４２の第１の壁面４８の近傍に配設されている。第１の壁面４８には開口５１が形成され、そこに耐熱ガラス５２が嵌め込まれており、センサ４６の発光部４６ａから発せらせた検出用のレーザ光は開口５１を通じて外部に向けて出射され、対象物である金型１２表面にて反射した後、同じく開口５１を通じて、受光部４６ｂにて受光される。受光された反射光は受光部４６ｂ内の光位置検出素子上で結像され、その結像位置に基づいて、金型１２表面までの高さ方向の変位量が計測される。
本例ではセンサ４６、熱遮蔽体４２及びこれらを移動可能に保持している可動アーム３６により非接触式の歪測定装置１１が構成されている。
【００３１】
本例では、センサ４６を用いて焼入れ温度まで加熱された高温状態の金型１２の表面の変位量（歪み量）を測定するため、センサ４６から出射されるレーザ光が赤色だと、金型１２自体の赤熱の影響を受け易い。従って本例のセンサ４６では、波長が３５０〜４５０ｎｍの青色レーザ光を用いている。
【００３２】
図４は、レーザ式変位センサ４６から出射されるレーザ光が赤色の場合（同図（Ｂ））及び青色（波長が３５０〜４５０ｎｍ）の場合（同図（Ｃ））での測定精度を示した図である。これら図４（Ｂ）及び（Ｃ）で示した測定結果は、図４（Ａ）で示す３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍのブロック１３の中心付近に１０ｍｍ×１０ｍｍ×高さ１ｍｍの段差を作成し、このブロック１３を８００℃に加熱した状態でその段差を測定した結果である。詳しくはこの１ｍｍの段差を１０回測定し、１０回の平均値及び平均値との差が一番大きい測定値を誤差棒としてプロットしたものである。測定はブロック１３とセンサ４６との測定距離を逐次変化させながら行っている。
【００３３】
図４（Ｂ）で示すように赤色レーザの場合、ブロック１３の赤熱の影響を受け、１ｍｍの段差をまともに測定することができない。一方、青色レーザの場合は、図４（Ｃ）で示すように測定距離（ブロック１３とセンサ４６との距離）が近いほど正確に段差を測定できている。金型の歪み測定では、繰り返し精度０．２ｍｍ以内が必要とされるが、図４で示した結果によれば青色レーザであれば測定距離を５００ｍｍ以下とすることで、繰り返し精度０．２ｍｍ以内、即ち段差１ｍｍに対し、±０．１ｍｍの誤差範囲以内で測定することが可能であることが分かる。
【００３４】
但し金型１２は非常な高温であるため、測定距離（図３（Ａ）のＬ１）を５００ｍｍ以下とすると熱遮蔽体４２内部のセンサ４６の温度が動作保証範囲を超える場合がある。このため本例では、図２で示すように熱遮蔽体４２の被固定部４２ａに、熱遮蔽体４２の内部に冷却用の圧縮エアを導入するための導入口５４が設けられている。この導入口５４を通じて、図示を省略する流量調節バルブを介してエアタンク２８と連結された配管５５の先端が、熱遮蔽体４２の内部に挿入されており、本例では制御部３０の制御に基づいて導入口５４からエアタンク２８内の圧縮エアが熱遮蔽体４２の内部に供給される。尚、基体４２ｂには排気口５８が外部と連通する状態で形成されており、熱遮蔽体４２の内部に導入された圧縮エアは排気口５８を通じて外部に排出される。
このように本例では、圧縮エアが熱遮蔽体４２の内部を流通する構成とすることで、センサ４６が高温（具体的には５０℃以上）になるのを防止している。尚、歪み測定の際にセンサ４６と金型１２との間に位置して遮熱を行う第１の壁面４８に水冷機構部を設けることで、センサ４６が高温になるのを防止することも可能である。
【００３５】
一方、金型１２を局所冷却するためのノズル２２は、図２（Ａ）で示すように熱遮蔽体４２の被固定部４２ａの内側にブラケット６０を介して取付固定されており、その先端の吐出口２２ａは、熱遮蔽体４２内のセンサ４６が近接配置されている第１の壁面４８とは異なる第２の壁面４９から外方に向けて突出している。
このノズル２２は、図示を省略する流量調節バルブを介してエアタンク２８と連結されており、制御部３０の制御に基づいてノズル２２の吐出口２２ａからは、金型を局所冷却のための冷却用ガスとして、圧縮エアが吐出される。
【００３６】
以上のように本例では、熱遮蔽体４２の第１の壁面４８とは異なる第２の壁面４９から、冷却用ガスが吐出されるようにノズル２２の吐出口２２ａが設けられており、先端部３８を関節軸Ｐ周りに回転させることで、歪み測定と局所冷却との切替を行なう。即ち、金型１２の歪み測定を行う場合には図３（Ａ）で示すように、熱遮蔽体４２の第１の壁面４８を金型１２の表面に対向させる。また金型１２の局所冷却を行う場合には図３（Ｂ）で示すように熱遮蔽体４２の第２の壁面４９を金型１２の表面に対向させる。
【００３７】
以下に本実施形態の冷却処理設備１０を用いて冷却処理を行った場合の動作を具体的に説明する。尚、この例では、ＳＫＤ６１から成り、幅６００ｍｍ×高さ６００ｍｍ×厚み１５０ｍｍの金型１２における最高温度部位、即ち最遅冷却部位での冷却速度が１０℃／ｍｉｎとなるように冷却処理を行うものとする。
図１で示すように先ず、金型１２は図示を省略した加熱室にて焼入れ温度にまで加熱された後にクレーン等によってセット治具１４上に載置される。
そして金型１２は大気中で放冷される。これとともに赤外線カメラ２４が金型１２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１２表面の最高温度部位が特定される。制御部３０は最高温度部位の位置情報（Ｘ，Ｙ座標）をロボット２０に出力する。
【００３８】
ロボット２０は、図３（Ｂ）で示すように、可動アーム３６の先端部３８に取り付けられたノズル２２の吐出口２２ａを、特定された最高温度部位のポイントＧに位置移動させる。そして最高温度部位のポイントＧの上方Ｌ２の距離（ここでは３００ｍｍ）から冷却用の圧縮エアを最高温度部位に向けて吹き付け、最高温度部位（若しくは最高温度部位及びその周辺部）を局所的に冷却する。
【００３９】
この例では、最高温度部位が６００℃になるまでこの冷却動作を継続させる。図５の１点鎖線で示すように、制御部３０は、冷却動作を開始してからの予定表面温度の推移、即ち冷却速度（本例では１０℃／ｍｉｎ）が予め設定されており、赤外線カメラ２４の監視により随時特定される最高温度部位にノズル２２の吐出口２２ａを位置移動させながら、その検知温度と予定表面温度との差分に基づいて、冷却条件を制御する。
詳しくは、最高温度部位の検知温度が図５に示した予定表面温度を上回っている場合には局部冷却用の圧縮エアの量を増加させ、検知温度が予定表面温度を下回っている場合には局部冷却用の圧縮エアの量を減少させる。このようにすることで冷却処理の対象となった背面１２ｂにおける最高温度部位を、予定していた冷却速度若しくはこれに近似する冷却速度で冷却することができる。
尚、最高温度部位の検知温度が６００℃を下回った以降についても予め設定された予定表面温度の推移と一致するように引き続き冷却処理を行うことも可能である。また場合によっては最高温度部位の検知温度が６００℃以下の所定温度となった時点で、油冷に切り替えて引き続き冷却処理を行うことも可能である。
【００４０】
図６は金型模擬試験片のブロック（ＳＫＤ６１、幅６００ｍｍ×高さ６００ｍｍ×厚み１５０ｍｍ）を用いて、１０００℃〜５００℃の間、図５で示すように一定の冷却速度となるように最高温度部位の局所冷却を行い、冷却処理完了後に模擬試験片の焼入れ状態及び最大歪みについて評価した結果を示した図である。尚、冷却ガスは大気を使用し、ノズル吐出口の高さＬ２は金型表面から３００ｍｍとした。
【００４１】
ここで焼入れ状態については、冷却処理完了後に模擬試験片の表面の所定箇所における硬度を調査して所定硬度（ＨＲＣ４８以上）が得られているか否かで評価した。
最大歪みについては、冷却処理完了後に模擬試験片の表面の、周辺部２箇所及び中央部１箇所の所定位置について高さ方向の変位を測定し、周辺部両端を結んだ線を基準線とした場合の高さ方向の変位量を最大歪み量として評価した。
【００４２】
同図によれば、冷却速度が９℃／ｍｉｎ未満だと焼入れ不良が生じている。一方、冷却速度９℃／ｍｉｎ以上であれば正常な焼入れが行われているが、冷却速度が速くなると最大歪み量が大きくなっている。この結果から金型模擬試験片における好適な冷却速度、即ち焼入れ不良が生じることなく、且つ、最大歪み量０．０５ｍｍ以内となるような冷却速度は９〜１５℃／ｍｉｎであることが分かる。本例では、このようにして得られた好適な冷却速度を基に、予め制御部３０に予定表面温度の推移を設定して、最高温度部位の検知温度がかかる予定表面温度の推移と一致するように冷却条件の制御を行うことで、焼入れ不良及び歪みの発生を良好に防止することが可能である。
【００４３】
また本実施形態の冷却処理設備では、冷却処理中に局所冷却を行なっている面の歪み度合いを確認することが可能である。
本例では、熱遮蔽体４２の、変位検出用のレーザ光を出射させる第１の壁面４８とは９０°異なる第２の壁面４９から局所冷却用の圧縮エアが吐出されるように、ノズル２２の吐出口２２ａが設けられており、先端部３８を関節軸Ｐ周りに９０°回転させることで、局所冷却を行う状態と、歪み量を測定する状態と、を切替ることができる。
【００４４】
図３（Ａ）に示す熱遮蔽体４２の第１の壁面４８を、測定対象物である金型１２の表面に対して対向させた状態で、変位を測定したいポイント（Ｘ、Ｙ座標）まで順次センサ４６を移動させ、金型１２の表面上の指定された複数の測定ポイントについて変位を検出することで、表面の高さ方向の変位、即ち歪み量を測定することができる。図７は冷却処理途中の８００℃の時点で、センサ４６を金型１２の背面１２ｂに沿って水平方向に移動させ、直線上に位置する複数の測定ポイントについて変位を検出した結果を示した図である。
【００４５】
このように本例では、冷却処理中に、金型表面の温度分布情報に加えて、金型表面の歪みの状態を検出することができるため、歪みの状態に応じて冷却条件を変更することも可能である。尚、歪み量測定中は局所冷却が中断されることになるが、本例では局所冷却状態と歪み量測定状態とを短時間で切替ることができるので、冷却処理途中に歪み量測定を行うことで局所冷却が中断される時間帯を短くすることができる。
【００４６】
以上のような本実施形態によれば、赤外線カメラ２４により得られた金型１２の背面１２ｂの温度分布に基づいて特定された最高温度部位、即ち冷却速度が最も遅く焼入れ不良が生じ易い部位に対して冷却用の圧縮エアを吐出させることで、かかる最高温度部位での冷却速度を速め、冷却速度が遅いことによる焼入れ不良の発生を良好に防止することができる。
また本実施形態では、金型１２を局所冷却するためのノズル２２を、可動アーム３６により冷却対象の最高温度部位の近傍にまで移動させて冷却を行なうため、冷却エリアは最高温度部位若しくはその周辺部に限定される。このため最高温度部位以外の部位が、本実施形態のノズル２２からの圧縮エアにより強制的に冷却されてしまうことを有効に防止することができる。即ち過度の冷却により、本来適正な冷却速度であった部位で冷却速度が速められ、歪み量が増大してしまうのを有効に防止することができる。
【００４７】
ここで最高温度部位を良好に局所冷却するためには、金型１２の表面から冷却用の圧縮エアが吐出される吐出口２２ａまでの距離Ｌ2を５００ｍｍ以内とすることが望ましく、また冷却能力は、金型１２の表面温度が８００℃の時点で、熱伝達係数が８０Ｗ／ｍ2・Ｋ以上であることが望ましい。
【００４８】
また本実施形態では、３次元方向に位置移動可能な可動アーム３６の先端部３８に局所冷却用のノズル２２を保持されておくことで、極めて高温となる金型１２に接近する部位を可動アーム３６の先端部３８及びそこに取り付けられたノズル２２に限定することができ、局所冷却のために必要とされる構成のうち十分な耐熱性を備えていない駆動機構等を極力は金型１２から離した配置とすることができる。
【００４９】
また本実施形態では、赤外線カメラ２４により最高温度部位の温度を正確に知ることができるため、最高温度部位の検知温度が予め予定している適正な予定表面温度となるように、これら検知温度と予定表面温度との差分に基づいて冷却条件を制御することができる。
【００５０】
また本実施形態の冷却処理方法、即ち大気雰囲気中で金型１２を放冷するとともに、金型１２の表面の温度分布を検知して、金型１２表面の最高温度部位を特定し、最高温度部位の近傍に局所冷却用のノズル２２を移動させて、ノズル２２から吐出される冷却用の圧縮エアにより最高温度部位を局所冷却する冷却処理方法によれば、金型１２全体を放冷することで冷却処理時に生じる歪みを抑制することができる一方、金型１２の表面の最高温度部位については別途圧縮エアを吹き付けることにより局所冷却されるので、冷却速度が遅いことによる焼入れ不良についても良好に防止することができる。
特に取付時や機械加工時の基準面となる金型１２の背面１２ｂに対して局所冷却を行うことが好適である。
【００５１】
以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示である。例えば被処理物としては金型以外のものを用いることも可能である。また赤外線カメラを被処理物の反対側にも設けて被処理物の両面において温度分布を検知可能な構成とすることも可能である。更には局所冷却用のノズルも被処理物の反対側に設けて、被処理物の両面において局所冷却可能な構成とすることも可能である等、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態様で実施可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  冷却処理設備
１２  金型（被処理物）
２０  ロボット
２２  ノズル（冷却手段）
２２ａ  吐出口
２４  赤外線カメラ(温度検知手段）
３０  制御部
３６  可動アーム（移動手段）
３８  先端部
４２  熱遮蔽体
４６  変位検出センサ
４８  第１の壁面
４９  第２の壁面
【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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