(57)【要約】【課題】汎用性に優れると共に、きわめて容易かつ低コストに熱間金型の寿命予測を検知して長寿命化を図ることが可能な熱間金型の疲労度検出方法および装置を提供する。【解決手段】表面に窒化処理が施されている熱間金型（ダイカスト金型）３に対して電磁センサ１により交流磁場を与えたときに、その熱間金型（ダイカスト金型）３に所定サイクルごとに発生する反作用磁束の値を疲労判定値と相関する値として事前に決定しておく。また、所定サイクルごとに発生される反作用磁束の値と事前に決定された熱間金型（ダイカスト金型）３の疲労判定値との比較をコンパレータ８により行い、その比較された値から再窒化処理の必要の有無を判別するようにした。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間金型用合金工具鋼を母材とし、その表面に窒化処理が施されている熱間金型に対して電磁センサにより交流磁場を与え、その熱間金型より前記電磁センサが得られる所定サイクルごとの反作用磁束測定データ値を疲労判定値と相関する値として事前に決定しておくとともに、
所定サイクルごとに発生される前記反作用磁束測定データ値を検出し、その検出された反作用磁束測定データ値と事前に決定された前記熱間金型の疲労判定値との比較を行い、
その比較された値から疲労を判定して再窒化処理の必要の有無を判別することを特徴とする熱間金型の疲労度検出方法。
【請求項２】
前記熱間金型の表面に、窒化処理とショットピーニング加工が施されていることを特徴とする請求項１記載の熱間金型の疲労度検出方法。
【請求項３】
前記再窒化処理の必要が有ると判定されたときに、その結果を外部に報知することを特徴とする請求項１または２記載の熱間金型の疲労度検出方法。
【請求項４】
熱間金型用合金工具鋼を母材とし、その表面に窒化処理が施されている熱間金型に近づけるとその熱間金型に渦電流を発生させるとともに、その渦電流により発生される反作用磁束のデータ値を測定する電磁センサと、前記電磁センサからの信号を処理する信号処理及び検出回路部とにより構成され、
前記信号処理及び検出回路部は、
前記電磁センサからの反作用磁束測定データ値を信号処理して電圧データ値に変換する処理回路手段と、
事前に決定された熱間金型の疲労判定値である電圧データ値を記憶する判定レベル記憶手段と、
前記処理回路手段から出力された電圧データ値を保存するデータ保存手段と、前記処理回路手段から出力された電圧データ値を測定する電圧測定メータと、前記処理回路手段から出力された電圧データ値と前記判定レベル記憶手段から出力された疲労判定値とを比較し、検出された反作用磁束測定データ値が疲労判定値に近づいたか否かの比較信号を出力するコンパレータと、
を備えることを特徴とする熱間金型の疲労度検出装置。
【請求項５】
前記信号処理及び検出回路部に、前記コンパレータ出力により疲労判定値に近づいたと判定されたときに、それを外部に報知する報知手段を設けたことを特徴とする請求項４記載の熱間金型の疲労度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汎用性に優れると共に、きわめて容易かつ低コストにダイカスト金型などの熱間金型の寿命予測を検知して長寿命化を図ることが可能な熱間金型の疲労度検出方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、熱間金型用合金工具鋼を母材とする熱間金型には、圧縮と冷却が繰り返し加わることにより金型表面に格子状のクラックが発生し、熱間金型の寿命を低下させている。
【０００３】
このため、熱間金型の成形時に金型表面に窒化処理を施し、金型における圧縮残留応力を高める方法が知られている。窒化処理後の金型は、窒化処理を施さない場合に比して金型の長寿命化を図ることができるが、金型の使用頻度に応じて当然に疲労する。近年は、疲労した窒化処理金型に対して再窒化処理を施し、さらに金型の長寿命化を図る技術も提案されてきている。
【０００４】
このように、金型における疲労度を検出しタイミングよく再窒化処理を施すことにより、高価な金型の長寿命化利用ができることとなるが、従来は金型の疲労度（劣化度）を検知する場合には、ユーザーが経験的にこれを判断している。また、機械的に判断しようとする場合には、金型に対する非破壊検査を行なわなければならず、そのような非破壊検査方法としては、Ｘ線分析測定により金型の残留応力を測定し疲労度を判定する以外には好適な測定方法はなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｘ線分析測定は放射線を用いた測定方法であるため、装置が大がかりとなり高価であるなどの欠点があり、また、その取り扱いも手軽に一般者が行なえるものではなかった。
【０００６】
このため、学術的な意味で金型の疲労度を測定する場合には好適であっても、金型の使用者が常備し手軽に使用して金型の疲労度を測定するという類のものではなかった。すなわち、疲労した窒化処理金型に対して再窒化処理しさらに金型の長寿命化を図る技術が提案されても、各金型の使用者はタイミングよく手軽にその疲労度を測定することはできないのが現状である。
【０００７】
本発明者らは、金型における疲労度を検出し窒化処理により金型の長寿命化を図る技術の普及化に着目し、鋭意研究を行なった結果、従来法として確立されているＸ線分析測定に代え電気的に疲労度を検出し得る技術を知見し完成をみたものである。
【０００８】
この発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、汎用性に優れると共に、きわめて容易かつ低コストに熱間金型の寿命予測を検知して長寿命化を図ることが可能な熱間金型の疲労度検出方法および装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る熱間金型の疲労度検出方法は、熱間金型用合金工具鋼を母材とし、その表面に窒化処理が施されている熱間金型に対して電磁センサにより交流磁場を与え、その熱間金型より前記電磁センサが得られる所定サイクルごとの反作用磁束測定データ値を疲労判定値と相関する値として事前に決定しておくとともに、所定サイクルごとに発生される前記反作用磁束測定データ値を検出し、その検出された反作用磁束測定データ値と事前に決定された前記熱間金型の疲労判定値との比較を行い、その比較された値から疲労を判定して再窒化処理の必要の有無を判別することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係る熱間金型の疲労度検出方法は、請求項１記載の熱間金型の疲労度検出方法において、前記熱間金型の表面に、窒化処理とショットピーニング加工が施されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項３に係る熱間金型の疲労度検出方法は、請求項１または２記載の熱間金型の疲労度検出方法において、前記再窒化処理の必要が有ると判定されたときに、その結果を外部に報知することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項４に係る熱間金型の疲労度検出装置は、熱間金型用合金工具鋼を母材とする表面に窒化処理が施されている熱間金型に近づけるとその熱間金型に渦電流を発生させるとともに、その渦電流により発生される反作用磁束のデータ値を測定する電磁センサと、前記電気センサからの信号を処理する信号処理及び検出回路部とにより構成され、前記信号処理及び検出回路部は、前記電磁センサからの反作用磁束測定データ値を信号処理して電圧データ値に変換する処理回路手段と、事前に決定された熱間金型の疲労判定値である電圧データ値を記憶する判定レベル記憶手段と、前記処理回路手段から出力された電圧データ値を保存するデータ保存手段と、前記処理回路手段から出力された電圧データ値を測定する電圧測定メータと、前記処理回路手段から出力された電圧データ値と前記判定レベル記憶手段から出力された疲労判定値とを比較し、検出された反作用磁束測定データ値が疲労判定値に近づいたか否かの比較信号を出力するコンパレータとを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項５に係る熱間金型の疲労度検出装置は、前記信号処理及び検出回路部に、前記コンパレータ出力により疲労判定値に近づいたと判定されたときに、それを外部に報知する報知手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、この発明に係る熱間金型としてのダイカスト金型の疲労度検出装置を示す概略構成図である。
【００１５】
図１に示すように、この疲労度検出装置は、電磁センサ１を使用したセンサ部（以下、「電磁センサ１」という）と信号処理及び検出回路部２とにより構成される。電磁センサ１は、それ自体は良く知られているもので、交流磁場を与えてダイカスト金型３に近づけると、そのダイカスト金型３に渦電流を発生させ、また渦電流により発生された反作用磁束を測定する機能を持つ。すなわち、コイルに交流電流を流し交流磁束を発生させ、この状態で金属等の導電物（この場合ではダイカスト金型３）に近づけると、金属（ダイカスト金型３）に渦電流が流れて反作用磁束が発生する。この反作用磁束は、導電率や透磁率など金属の状態の影響を受けることとなる。このように、金属（ダイカスト金型３）に渦電流を生じさせた場合には、金属の状態（疲労度）により生じる渦電流も異なり、また生じる反作用磁束も異なるため、反作用磁束を電磁センサ１で検出すると、検出時点での金属の状態（疲労度）を検知することができることとなる。
【００１６】
信号処理及び検出回路部２は、電磁センサ１により検出された発生反作用磁束をダイカスト金型３の疲労度として測定処理する。具体的には、信号処理及び検出回路部２は、電磁センサ１からの反作用磁束測定データ値を検出するとともに、これを信号処理して電圧データ値に変換する処理回路手段４と、予め定められたダイカスト金型３の疲労判定値を記憶する判定レベル記憶手段５と、処理回路手段４から出力された電圧データ値を保存するデータ保存手段６と、処理回路手段４から出力された電圧データ値を測定する電圧測定メータ７と、処理回路手段４から出力された電圧データ値と判定レベル記憶手段５から出力された疲労判定値とを比較し、検出された反作用磁束測定データ値が疲労判定値に近づいたか否かの比較信号を出力するコンパレータ８と、コンパレータ８から疲労判定信号が出力されるとオフからオンに切り替わるスイッチ手段としてのスイッチングトランジスタ９と、このスイッチングトランジスタ９がオンに切り替わると導通し発光する報知用の判定ＬＥＤ（発光ダイオード）１０を備えている。
【００１７】
疲労判定値は、次のようにして設定される。ダイカスト金型用テストサンプルにて熱疲労試験を行い、各サイクルによる処理出力値のデータ推移と、応力値及び表面のクラック状況を事前データとし、使用時には、上記事前データに基づきユーザーが独自に疲労判定レベルの判定値を定める。またはユーザーが独自に経験に基づいた経験値を疲労判定レベルの判定値に定める。すなわち、交流磁場を与えた際のダイカスト金型３に発生する所定サイクルごとの電圧データ値において、Ｘ線測定によるダイカスト金型３に対する所定サイクルごとの残留応力の測定値や経験測などにおける疲労判定値と相関する上記電圧データ値中の疲労判定値を事前に決定する。
【００１８】
ここで、１例としてＸ線分析測定と本発明に係る電磁センサ測定について説明する。金型鋼（ＳＫＤ６１）を用い、図２（ａ）（ｂ）に示すように、試験片１３を形成する。この試験片１３は、直径５８ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円盤状に機械加工し、中心部位に高さ１０ｍｍの円筒状の突起部（保持部）１３ａが設けられ、保持部１３と反対面には直角に交差する中心線１４ａ，１４ｂ上に４つの測定点（測定箇所）１５が設けられている。
【００１９】
そして、この試験片１３を焼入れ後、２回の焼戻処理を施し処理後の硬さを４８±１ＨＲＣとし、窒化処理とショットピーニング処理を施し試験片とした。熱疲労試験は、試験片端面を加熱（５７０℃まで１７０秒）−冷却（１００℃まで１５秒）を１サイクルとし、５個の試験片に対して、無負荷（０サイクル）、１００サイクル、１０００サイクル、２０００サイクル、５０００サイクルの熱疲労試験を行なった。
【００２０】
Ｘ線応力測定による残留応力測定には、（株）リガク製：ＭＳＦ−２Ｍを用い、平行ビームスリットを装着して並傾法で行なった。Ｘ線管球はＣｒを用いた。回析線は、通常の鉄鋼材料の応力測定に用いるαＦｅ２１１を利用した。測定位置は、図２に示す５ｍｍ×５ｍｍの範囲を測定した。
【００２１】
電磁センサ測定は、探傷径Φ１２ｍｍの電磁センサを用い、Ｘ線応力測定と同じ箇所を測定した。
【００２２】
実験の結果は、各サイクル試験片１３の測定箇所１〜４（測定点１５）の値を平均したＸ線応力測定の結果を図３に、電磁センサ測定の結果を図４に示す。これによると図３のＸ線応力測定結果から、熱疲労試験のサイクル数の増加に対して圧縮応力値の低下が見られ、図４の電磁センサ測定結果から、サイクル数の増加に対して電圧値の低下が見られた。
【００２３】
このような測定結果から、また、図３，図４の対比により、電磁センサにより５０００サイクルまでは、試験片１３の疲労状態に対して、電磁センサ測定の結果とＸ線応力測定結果とはほぼ相関したデータ値となることが判明し確認することができた。したがって、この電磁センサ測定は従来法として確立しているＸ線応力測定に置換し得る、新たな信頼性を有する疲労度測定法であることが確認されたものである。
【００２４】
この実施の形態によれば、次のような測定作用をなす。窒化処理が施され長寿命化が図られたダイカスト金型３に対し、電磁センサ１を近づけ、交流磁場を与えてダイカスト金型３に渦電流を発生させ、結果として生じる反作用磁束測定データ値を処理回路手段４により信号処理して得る。次いで、検出された反作用磁束測定データ値と判定レベル記憶手段５内に記憶されている事前に決定された金型母材の疲労判定値との比較をコンパレータ８で行う。コンパレータ８により疲労判定値に近づいたことが検出されると、スイッチングトランジスタ９がオフからオンに切り替わり、判定ＬＥＤ１０が導通点灯し、それを管理者などに報知することができる。これによりタイミングよく再窒化処理の必要時を判別することができる。
【００２５】
したがって、本実施の形態によれば、高価で利便性のないＸ線測定によらず、汎用性に優れると共に、きわめて容易かつ低コストにダイカスト金型３の寿命予測を検知し得るダイカスト金型の疲労度検出方法とその検出装置を提供することができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、ダイカスト金型３が疲労判定値に近づいたときに、判定ＬＥＤ１０を点灯させて報知するようにした構造を開示したが、これは音などで報知するようにしてもよいものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、従来のように高価で利便性のないＸ線測定によらず、汎用性に優れると共に、きわめて容易かつ低コストに熱間金型の寿命予測を検知し、金型に再窒化処理を施して熱間金型の長寿命を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における疲労度検出装置を示す概略構成図である。
【図２】試験片を示す説明図である。
【図３】Ｘ線応力測定の結果を示すグラフである。
【図４】電磁センサ測定の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１　電磁センサ（センサ部）
２　信号処理及び検出回路部
３　ダイカスト金型
４　処理回路手段
５　判定レベル記憶手段
６　データ保存手段
７　電圧測定メータ
８　コンパレータ
９　スイッチングトランジスタ
１０　判定ＬＥＤ（発光ダイオード）
１３　試験片
１３ａ　突起部（保持部）
１４ａ，１４ｂ　中心線
１５　測定点
【図１】
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【図２】
2004020513.tif 000004
【図３】
2004020513.tif 000005
【図４】
2004020513.tif 000006