(57)【要約】【課題】加熱時におけるメッキ鋼板の放射率の変動による影響を抑制しつつメッキ鋼板の温度を計測することができる温度計測装置を提供する。【解決手段】温度計測装置４は、メッキ鋼板１の表面１ａに対向して配置され、メッキ鋼板から放射される光を反射する反射面６１と、反射面に形成された開口部６２とを有する反射部材６と、メッキ鋼板側から開口部に入射する光の光量に基づいてメッキ鋼板の温度を検出する検出手段７と、を備える。【選択図】図２
2016188827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メッキ鋼板の表面に対向して配置され、前記メッキ鋼板から放射される光を反射する反射面と、前記反射面に形成された開口部とを有する反射部材と、
前記メッキ鋼板側から前記開口部に入射する光の光量に基づいて前記メッキ鋼板の温度を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする温度計測装置。
【請求項２】
前記反射面の形状が凹形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の温度計測装置。
【請求項３】
前記メッキ鋼板の放射率が温度変化に応じてε１１以上ε１２以下の範囲で変動する場合において、前記メッキ鋼板の表面における前記反射面の正射影の面積Ｓ１、前記反射面の外縁と前記正射影の外縁とを接続する面の面積と前記開口部の面積との合計面積Ｓ３、前記反射面の面積Ｓ２、および前記反射面の反射率ｒ２が下記数式（I）および数式（II）を満たすことにより前記メッキ鋼板の見かけの放射率をε１＊以上かつε２＊以下として温度計測する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の温度計測装置。
【数１】
2016188827.tif 000013
【数２】
2016188827.tif 000014
【請求項４】
更に、前記反射部材を前記表面と平行な方向に前記メッキ鋼板に対して相対移動させる移動手段を備え、
前記移動手段によって前記反射部材を移動させながら前記メッキ鋼板の温度を検出する
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の温度計測装置。
【請求項５】
前記移動手段は、温度検出の許容誤差および前記メッキ鋼板の抜熱量から決まる下限速度以上の移動速度で前記反射部材を移動させる
請求項４に記載の温度計測装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項に記載の温度計測装置と、
前記メッキ鋼板を加熱する加熱装置と、
を備え、前記温度計測装置によって検出された温度に基づいて前記メッキ鋼板を所定温度まで加熱する
ことを特徴とするメッキ鋼板の加熱装置。
【請求項７】
温度検出の許容誤差および前記メッキ鋼板の抜熱量から決まる下限値以上の温度上昇率で前記加熱装置によって前記メッキ鋼板を加熱する
ことを特徴とする請求項６に記載のメッキ鋼板の加熱装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載のメッキ鋼板の加熱装置と、
前記メッキ鋼板の加熱装置によって前記所定温度まで加熱された前記メッキ鋼板をプレス加工するプレス加工手段と、
を備えることを特徴とするメッキ鋼板のプレス装置。
【請求項９】
メッキ鋼板から放射される光を反射し、かつ開口部を有する反射面を前記メッキ鋼板の表面と対向させて、前記メッキ鋼板側から前記開口部に入射する光の光量に基づいて前記メッキ鋼板の温度を検出する検出工程と、
前記検出工程において検出された温度に基づいて、前記メッキ鋼板を所定温度まで加熱する加熱工程と、
を含むことを特徴とするメッキ鋼板の加熱方法。
【請求項１０】
前記検出工程において、前記反射面を前記表面と平行な方向に前記メッキ鋼板に対して相対移動させながら温度を検出する
ことを特徴とする請求項９に記載のメッキ鋼板の加熱方法。
【請求項１１】
前記検出工程において、温度検出の許容誤差および前記反射面と対向する部分の前記メッキ鋼板の抜熱量から決まる下限速度以上の移動速度で前記反射面を移動させる
ことを特徴とする請求項１０に記載のメッキ鋼板の加熱方法。
【請求項１２】
前記加熱工程において、温度検出の許容誤差および前記反射面と対向する部分の前記メッキ鋼板の抜熱量から決まる下限値以上の温度上昇率で前記メッキ鋼板を加熱する
ことを特徴とする請求項９から１１の何れか１項に記載のメッキ鋼板の加熱方法。
【請求項１３】
請求項９から１２の何れか１項に記載のメッキ鋼板の加熱方法と、
前記検出工程で検出された温度が前記所定温度に達した後に前記メッキ鋼板をプレス加工するプレス工程と、を含むことを特徴とするメッキ鋼板のプレス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度計測装置、メッキ鋼板の加熱装置、メッキ鋼板のプレス装置、メッキ鋼板の加熱方法、およびメッキ鋼板のプレス方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の軽量化による燃費向上および安全性能の向上を目的とした薄板鋼板の高強度化に伴い、様々な鋼板加工技術が開発されている。その中の一つとして、高温加熱した鋼板を熱間でプレス加工し同時に焼入れを行うことで加工性に優れた高強度鋼板が得られるホットプレス技術が存在する。高温で成形するには、鋼板を適正温度まで加熱する必要があり、加熱方法として生産性の観点から素早く目標温度まで到達させることが可能である通電加熱方式がよく用いられている。また加熱制御方式として、鋼種・鋼板の大きさ等を限定して予め電流・電圧のパターンを決定し、そのパターンを用いて目標温度まで加熱する方法（特許文献１参照）や、加熱中に鋼板の温度を測定・制御する方法が存在する。後者では、生産性を考慮すると非接触の放射温度計で計測することが望ましい。
【０００３】
メッキ鋼板の放射率変動の影響を除外するため、多波長で計測しその関係性を用いることにより温度を計測する手法が存在する（特許文献２参照）。代表的なものとして放射光を２波長で計測し、その光量比を計算し理論曲線を用いて温度と対応させる手法が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−８２００６号公報
【特許文献２】特開平５−２３１９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、鋼種や鋼板の大きさによりその都度電流電圧パターンを実験的に導出せねばならず生産性が低いという問題がある。また、鋼板の形状や大きさのばらつきがそのまま温度誤差となるため、目標温度に対する精度が十分でない場合が多いといった問題もある。
【０００６】
特許文献２の技術では、特許文献１と異なり加熱中に測温・制御を行う。ところで、ホットプレス技術に用いられる鋼板には焼き入れ時の表面酸化防止や耐食性の改善を目的として表面処理が施されていることが多く、成形時に高温加熱する際に温度変化に伴う表面性状の変化により放射率変動が発生する。このため、実際に放射温度計で計測を試みると表面メッキの溶融などにより２波長間の放射率の比が変化することが多く、測定値に大きな誤差が生じる。加熱時にメッキ鋼板の放射率が変動したとしても、その放射率の変動による影響を抑制しつつメッキ鋼板の温度を精度よく計測できることが望ましい。
【０００７】
本発明の目的は、加熱時におけるメッキ鋼板の放射率の変動による影響を抑制しつつメッキ鋼板の温度を計測することができる温度計測装置、メッキ鋼板の加熱装置、メッキ鋼板のプレス装置、メッキ鋼板の加熱方法、およびメッキ鋼板のプレス方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の温度計測装置は、メッキ鋼板の表面に対向して配置され、前記メッキ鋼板から放射される光を反射する反射面と、前記反射面に形成された開口部とを有する反射部材と、前記メッキ鋼板側から前記開口部に入射する光の光量に基づいて前記メッキ鋼板の温度を検出する検出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記温度計測装置において、前記反射面の形状が凹形状であることが好ましい。
【００１０】
上記温度計測装置において、前記メッキ鋼板の放射率が温度変化に応じてε１１以上ε１２以下の範囲で変動する場合において、前記メッキ鋼板の表面における前記反射面の正射影の面積Ｓ１、前記反射面の外縁と前記正射影の外縁とを接続する面の面積と前記開口部の面積との合計面積Ｓ３、前記反射面の面積Ｓ２、および前記反射面の反射率ｒ２が［数１］および［数２］を満たすことにより前記メッキ鋼板の見かけの放射率をε１＊以上かつε２＊以下として温度計測することが好ましい。
【数１】
2016188827.tif 000003
【数２】
2016188827.tif 000004
【００１１】
上記温度計測装置において、更に、前記反射部材を前記表面と平行な方向に前記メッキ鋼板に対して相対移動させる移動手段を備え、前記移動手段によって前記反射部材を移動させながら前記メッキ鋼板の温度を検出することが好ましい。
【００１２】
上記温度計測装置において、前記移動手段は、温度検出の許容誤差および前記メッキ鋼板の抜熱量から決まる下限速度以上の移動速度で前記反射部材を移動させることが好ましい。
【００１３】
本発明のメッキ鋼板の加熱装置は、上記温度計測装置と、前記メッキ鋼板を加熱する加熱装置と、を備え、前記温度計測装置によって検出された温度に基づいて前記メッキ鋼板を所定温度まで加熱することを特徴とする。
【００１４】
上記メッキ鋼板の加熱装置において、温度検出の許容誤差および前記メッキ鋼板の抜熱量から決まる下限値以上の温度上昇率で前記加熱装置によって前記メッキ鋼板を加熱することが好ましい。
【００１５】
本発明のメッキ鋼板のプレス装置は、上記メッキ鋼板の加熱装置と、前記メッキ鋼板の加熱装置によって前記所定温度まで加熱された前記メッキ鋼板をプレス加工するプレス加工手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明のメッキ鋼板の加熱方法は、メッキ鋼板から放射される光を反射し、かつ開口部を有する反射面を前記メッキ鋼板の表面と対向させて、前記メッキ鋼板側から前記開口部に入射する光の光量に基づいて前記メッキ鋼板の温度を検出する検出工程と、前記検出工程において検出された温度に基づいて、前記メッキ鋼板を所定温度まで加熱する加熱工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明のメッキ鋼板の加熱方法において、前記検出工程において、前記反射面を前記表面と平行な方向に前記メッキ鋼板に対して相対移動させながら温度を検出することが好ましい。
【００１８】
本発明のメッキ鋼板の加熱方法において、前記検出工程において、温度検出の許容誤差および前記メッキ鋼板の抜熱量から決まる下限速度以上の移動速度で前記反射面を移動させることが好ましい。
【００１９】
本発明のメッキ鋼板の加熱方法において、前記加熱工程において、温度検出の許容誤差および前記メッキ鋼板の抜熱量から決まる下限値以上の温度上昇率で前記メッキ鋼板を加熱することが好ましい。
【００２０】
本発明のメッキ鋼板のプレス方法は、上記メッキ鋼板の加熱方法と、前記検出工程で検出された温度が前記所定温度に達した後に前記メッキ鋼板をプレス加工するプレス工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る温度計測装置は、メッキ鋼板の表面に対向して配置され、メッキ鋼板から放射される光を反射する反射面と、反射面に形成された開口部とを有する反射部材と、メッキ鋼板側から開口部に入射する光の光量に基づいてメッキ鋼板の温度を検出する検出手段と、を備える。メッキ鋼板の表面に対向して反射面が配置されることで、メッキ鋼板の表面と反射面との間で放射光の多重反射が生じて見かけの放射率が増加する。これにより、加熱時にメッキ鋼板の実際の放射率が変化した場合に、実際の放射率の変化度合いに対して、見かけの放射率の変化度合いが小さくなる。よって、本発明に係る温度計測装置によれば、加熱時におけるメッキ鋼板の放射率の変動による影響を抑制しつつメッキ鋼板の温度を計測できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、実施形態に係るメッキ鋼板のプレス装置の概略構成図である。
【図２】図２は、実施形態に係る温度計測装置を示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係る反射部材およびメッキ鋼板の斜視図である。
【図４】図４は、リフトオフ距離と見かけの放射率との関係を示す図である。
【図５】図５は、リフトオフ距離が０mmである場合の見かけの放射率を示す図である。
【図６】図６は、リフトオフ距離が１mmである場合の見かけの放射率を示す図である。
【図７】図７は、リフトオフ距離が２mmである場合の見かけの放射率を示す図である。
【図８】図８は、リフトオフ距離が３mmである場合の見かけの放射率を示す図である。
【図９】図９は、反射面の反射率が０．９９である場合の見かけの放射率を示す図である。
【図１０】図１０は、反射面の反射率が０．９８である場合の見かけの放射率を示す図である。
【図１１】図１１は、反射面の反射率が０．９５である場合の見かけの放射率を示す図である。
【図１２】図１２は、反射面の反射率が０．９０である場合の見かけの放射率を示す図である。
【図１３】図１３は、従来の放射温度計における検出値の変動を説明する図である。
【図１４】図１４は、本実施形態の温度計測装置における検出値の変動を説明する図である。
【図１５】図１５は、温度計測装置の配置の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、実施形態の変形例に係るメッキ鋼板の加熱装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施形態に係る温度計測装置、メッキ鋼板の加熱装置、メッキ鋼板のプレス装置、メッキ鋼板の加熱方法、およびメッキ鋼板のプレス方法につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２４】
［実施形態］
図１から図１５を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、温度計測装置、メッキ鋼板の加熱装置、メッキ鋼板のプレス装置、メッキ鋼板の加熱方法、およびメッキ鋼板のプレス方法に関する。図１は、本発明の実施形態に係るメッキ鋼板のプレス装置の概略構成図、図２は、実施形態に係る温度計測装置を示す図である。
【００２５】
図１に示す本実施形態に係るメッキ鋼板のプレス装置１００は、メッキ鋼板１をプレス加工する。加工対象のメッキ鋼板１は、例えば、亜鉛メッキ鋼板である。メッキ鋼板のプレス装置１００は、メッキ鋼板の加熱装置２と、メッキ鋼板１をプレス加工するプレス加工手段３とを有する。
【００２６】
メッキ鋼板の加熱装置２は、後述する温度計測装置４によって検出された温度に基づいてメッキ鋼板１を所定温度まで加熱する。プレス加工手段３は、メッキ鋼板の加熱装置２によって所定温度まで加熱されたメッキ鋼板１をプレス加工する。メッキ鋼板の加熱装置２によって加熱されたメッキ鋼板１は、ロボットアーム等の搬送手段によってプレス加工手段３に搬送される。本実施形態のプレス加工手段３は、パンチ３１とダイ３２とを有する。プレス加工手段３は、パンチ３１およびダイ３２によってメッキ鋼板１を押圧して所定の形状に成形する。
【００２７】
メッキ鋼板の加熱装置２は、温度計測装置４と、加熱装置５とを有する。図２に示すように、温度計測装置４は、反射部材６と、検出手段７とを有する。反射部材６は、メッキ鋼板１に対向して配置され、かつメッキ鋼板１から放射される光を反射する反射面６１と、反射面６１に形成された開口部６２とを有する。本実施形態の反射部材６の反射面６１は、形状が凹形状である。より具体的に説明すると、本実施形態の反射部材６は、中空円筒形状の円筒部６ａと、中空半球形状の球形部６ｂを有する。球形部６ｂは、円筒部６ａの一端を閉塞するように接続されている。反射面６１は、円筒部６ａの内面である第一反射面６１ａと、球形部６ｂの内面である第二反射面６１ｂを含んでいる。第二反射面６１ｂは、円筒部６ａから遠ざかるに従って断面半径ｒが小さくなる湾曲形状となっている。本実施形態では、反射部材６はメッキ鋼板１の上側に配置されている。これにより、加熱の際にメッキ鋼板１の表面のスケールが剥落したとしても、反射面６１に付着することが抑制される。ただし、反射部材６は、メッキ鋼板１の下側に配置されてもよい。
【００２８】
反射面６１には、開口部６２が形成されている。本実施形態の反射部材６では、第二反射面６１ｂに開口部６２が形成されている。開口部６２は、球形部６ｂの頂部に、かつ反射部材６の中心軸線と同軸上に形成されている。開口部６２は、メッキ鋼板１から放射された放射光が射出する射出孔であり、放射光を検出する検出孔でもある。
【００２９】
検出手段７は、メッキ鋼板１側（反射部材６の内部空間）から開口部６２に入射する光の光量に基づいてメッキ鋼板１の温度を検出する。検出手段７は、レンズ７１と、光ファイバー７２と、ディテクタ７３とを有する。レンズ７１は、開口部６２に配置されている。反射部材６の内部空間から開口部６２に入射する光は、レンズ７１によって光ファイバー７２に集光される。光ファイバー７２は、導光部材であり、レンズ７１側から入射する光を制御装置８のディテクタ７３に導く。ディテクタ７３は、光ファイバー７２によって伝送された光の強さ（光量）を検出する。
【００３０】
制御装置８は、制御部８１およびディテクタ７３を有しており、メッキ鋼板１の温度を検出する検出手段７としての機能を有する。また、制御装置８は、加熱装置５の加熱速度を調節する制御手段としての機能を有している。加熱装置５は、電極５１ａ，５１ｂと、電源５２と、制御部８１とを有する。加熱装置５は、電極５１ａ，５１ｂ間に電圧をかけ、メッキ鋼板１に大電流を流すことによりメッキ鋼板１の温度を上昇させる。図１に示すように、第一電極５１ａは、メッキ鋼板１の幅方向（または長手方向）の一端に配置され、第二電極５１ｂは、メッキ鋼板１の幅方向（または長手方向）の他端に配置される。第一電極５１ａおよび第二電極５１ｂは、メッキ鋼板１を厚さ方向の両側から挟み込む。電極５１ａ，５１ｂは、電源５２と接続されている。
【００３１】
電源５２は、第一電極５１ａと第二電極５１ｂとの間の電圧値を調節可能である。電源５２による印可電圧は、制御部８１によって制御される。制御部８１は、予め定められた加熱速度でメッキ鋼板１の温度を上昇させるように、電源５２の印可電圧を調節する。制御部８１は、温度計測装置４によって検出された温度に基づいて、検出温度の上昇率が目標とする温度上昇率となるように、印可電圧を調節する。また、制御部８１は、温度計測装置４によって検出された温度が所定温度となるまでメッキ鋼板１を加熱する。所定温度は、プレス加工手段３による加工内容に応じて予め定められている。本実施形態の加熱装置５は、例えば、メッキ鋼板１を９００［℃］まで加熱する。
【００３２】
温度計測装置４は、所謂放射温度計であり、メッキ鋼板１から放射される放射光に基づいてメッキ鋼板１の温度を検出する。本実施形態の温度計測装置４の構成および温度検出の方法について説明する。図２に示すように、反射部材６は、反射面６１をメッキ鋼板１の表面１ａと対向させた状態で配置される。反射部材６は、反射部材６の中心軸線がメッキ鋼板１の表面１ａと直交するようにして配置される。また、反射部材６は、円筒部６ａの先端６ｃをメッキ鋼板１の表面１ａから所定距離Ｌ１だけ離間させて配置される。本明細書では、この所定距離Ｌ１を「リフトオフ距離」と称する。
【００３３】
本実施形態の温度計測装置４は、メッキ鋼板１を加熱する際にメッキ鋼板１から放射される光をメッキ鋼板１の表面１ａと反射面６１との間で多重反射させる。多重反射によって、メッキ鋼板１の見かけの放射率が増加する。これにより、以下に説明するように、加熱によってメッキ鋼板１の表面性状が変化し、真の放射率が変化したとしても、真の放射率の変化度合いに対して見かけの放射率の変化度合いが小さくなる。よって、本実施形態の温度計測装置４は、加熱時のメッキ鋼板１の温度を精度よく検出することができる。
【００３４】
図３を参照して、見かけの放射率ε＊について説明する。図３には、温度計測時の反射部材６およびメッキ鋼板１の斜視図が示されている。放射光が多重反射する場合の反射光量は、面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３によって表すことができる。ここで、面積Ｓ１は、メッキ鋼板１の表面１ａにおける反射部材６の正射影１ｂの面積である。また、面積Ｓ２は、反射面６１の面積である。開口面積Ｓ３は、図３に示す反射部材６とメッキ鋼板１との隙間の面積Ｓ３１と、開口部６２の面積Ｓ３２との和である。隙間の面積Ｓ３１は、反射部材６の円筒部６ａをメッキ鋼板１に向けて延長した仮想壁部の内周面９の面積である。つまり、隙間の面積Ｓ３１は、反射面６１の外縁６１ｃと正射影１ｂの外縁１ｃとを接続する面（正射影１ｂが曲線である場合には曲面）の面積である。隙間の面積Ｓ３１は、反射面６１の外縁６１ｃの周長（正射影１ｂの周長）にリフトオフ距離Ｌ１を乗じた面積である。
【００３５】
反射モデルを簡素化するために、メッキ鋼板１の表面１ａにおいて反射される反射光のうち、Ｓ２／（Ｓ２＋Ｓ３）が反射部材６の反射面６１に向けて進み、残りのＳ３／（Ｓ２＋Ｓ３）が反射部材６の外部空間に向けて進むものとする。なお、開口部６２を通って外部空間に向かう光は、検出手段７によって検出される。また、反射面６１によって反射される反射光のうち、Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ３）が正射影１ｂに向けて進み、Ｓ３／（Ｓ１＋Ｓ３）が外部空間に向けて進むものとする。なお、反射面６１において反射した光の一部は反射面６１の別部分に向けて進むが、その量が無視できるほどわずかとなるように反射面６１の形状が決められている。また、一度外部空間に出た光が、正射影１ｂや反射面６１に戻ってくることはないものとする。
【００３６】
メッキ鋼板１から放射され、多重反射のｎ回目に表面１ａにおいて反射される光の反射光量をＩｎとする。ｎ回目の反射光量Ｉｎは、下記［数３］によって算出される。ここで、Ｔ：メッキ鋼板１の表面１ａの温度、Ｔｂ（Ｔ）：温度Ｔにおける黒体放射エネルギー、ε１：メッキ鋼板１の表面１ａの放射率、ｒ１：メッキ鋼板１の表面１ａの反射率、ｒ２：反射面６１の反射率である。なお、メッキ鋼板１の表面温度Ｔは、反射部材６の内部空間の温度よりも十分に高く、反射部材６から放射される光の量は無視できるものとする。
【数３】
2016188827.tif 000005
【００３７】
メッキ鋼板１側から開口部６２に入射し、検出手段７によって検出される光のエネルギーＥは、多重反射の無限級数和として、下記［数４］で表される。
【数４】
2016188827.tif 000006
【００３８】
また、キルヒホッフの法則から、下記式（１）が成立する。従って、光ファイバー７２から得られる光量における見かけの放射率ε＊は、下記［数５］で表される。
ｒ１  ＝  １−ε１…（１）
【数５】
2016188827.tif 000007
【００３９】
図４には、見かけの放射率ε＊のシミュレーション結果と実測値が示されている。図４において、横軸はリフトオフ距離Ｌ１、縦軸は見かけの放射率ε＊を示す。なお、反射面６１の反射率ｒ２＝０．８９、メッキ鋼板１の表面１ａの放射率ε１＝０．４である。反射部材６の球形部６ｂは内径が２５［ｍｍ］の半球形であり、開口部６２は半径４［ｍｍ］の円形であるとする。図４において、曲線は上記［数５］によって算出された見かけの放射率ε＊であり、点プロットは実測により求めた放射率である。実測値は、熱電対によって計測したメッキ鋼板１の表面温度と、反射部材６を設置した状態で放射温度計によって検出した光量から求めた見かけの放射率の値である。なお、放射温度計の検出対象の波長は９００［ｎｍ］である。図４に示すように、シミュレーションと実測値がよく一致している。
【００４０】
図４に示すように、本実施形態の温度計測装置４によれば、見かけの放射率ε＊の値がメッキ鋼板１の表面１ａの放射率ε１（＝０．４）よりも大きな値となる。また、見かけの放射率ε＊は、リフトオフ距離Ｌ１に応じて変化する。リフトオフ距離Ｌ１が大きくなるに従って、見かけの放射率ε＊が大きな値となる。
【００４１】
図５乃至図８を参照して説明するように、リフトオフ距離Ｌ１が小さくなるに従って放射率ε１が変化した場合の検出誤差を小さくすることができる。図５乃至図８において、横軸はメッキ鋼板１の表面１ａの放射率ε１を示し、縦軸は見かけの放射率ε＊を示す。図５から図８の順で、リフトオフ距離Ｌ１が大きくなる。具体的には、リフトオフ距離Ｌ１は、図５で０［ｍｍ］、図６で１［ｍｍ］、図７で２［ｍｍ］、図８で３［ｍｍ］である。なお、図５乃至図８に示すシミュレーションにおいて、反射面６１の反射率ｒ２は０．９９である。各図において、放射率ε１と見かけの放射率ε＊との関係を示す曲線は、上に凸（見かけの放射率ε＊＞実際の放射率ε１）となっている。また、リフトオフ距離Ｌ１が大きくなるに従って見かけの放射率ε＊の実際の放射率ε１に対する倍率（ε＊／ε１）が大きくなる。
【００４２】
図７に示すリフトオフ距離Ｌ１＝２［ｍｍ］の場合、メッキ鋼板１の放射率ε１が０．５である場合に、見かけの放射率ε＊が０．８１となる。従って、０．５以上の放射率ε１の範囲では、見かけの放射率ε＊の値が０．８１以上の範囲で推移する。仮に、メッキ鋼板１の温度上昇によってメッキ鋼板１の放射率ε１が１．０から０．５に半減したとする。この場合に、従来の放射温度計では、検出光量が半減することになる。これに対して、本実施形態の温度計測装置４では、見かけの放射率ε＊が１．０から０．８１に低下するだけであり、従来と比較して温度の計測誤差が低減する。また、図５に示すリフトオフ距離Ｌ１＝０の場合であれば、実際の放射率ε１が０．５である場合の見かけの放射率ε＊が０．９５である。このように、リフトオフ距離Ｌ１を小さくするに従って、実際の放射率ε１の変化が見かけの放射率ε＊に与える影響を小さくし、温度の計測誤差を低減することができる。
【００４３】
次に、反射面６１の反射率ｒ２と見かけの放射率ε＊との関係について説明する。図９乃至図１２において、横軸はメッキ鋼板１の表面１ａの放射率ε１を示し、縦軸は見かけの放射率ε＊を示す。図９から図１２の順で、反射面６１の反射率ｒ２が小さくなる。具体的には、反射面６１の反射率ｒ２は、図９で０．９９、図１０で０．９８、図１１で０．９５、図１２で０．９０である。なお、図９乃至図１２に示すシミュレーションにおいて、リフトオフ距離Ｌ１は１［ｍｍ］である。反射面６１の反射率ｒ２が大きくなるに従って、見かけの放射率ε＊の実際の放射率ε１に対する倍率（ε＊／ε１）が大きくなる。
【００４４】
図１１に示す反射率ｒ２＝０．９５の場合、実際の放射率ε１が０．５である場合に、見かけの放射率ε＊が０．８４である。また、図１２に示す反射率ｒ２＝０．９０の場合であっても、実際の放射率ε１が０．５以上であれば、見かけの放射率ε＊が０．８１以上となる。従って、メッキ鋼板１の温度上昇によって実際の放射率ε１が変化したとしても、見かけの放射率ε＊はほとんど影響されないといえる。
【００４５】
なお、温度変化に応じたメッキ鋼板１の放射率ε１の変動範囲は、見かけの放射率ε＊の変化が小さくなる範囲であることが好ましい。例えば、図１１では、放射率ε１が０．５以上の範囲において、見かけの放射率ε＊を示す曲線の傾き（放射率ε１の変動に対する見かけの放射率ε＊の変動割合）が小さい。温度変化に応じてメッキ鋼板１の放射率ε１が変動する範囲において、見かけの放射率ε＊を示す曲線の傾きが１未満であることが好ましい。
【００４６】
実施形態の温度計測装置４による温度検出評価について説明する。測定対象のメッキ鋼板１は、亜鉛メッキがなされており、亜鉛合金の融点は７００［℃］前後である。融点を超えて亜鉛合金が溶融することにより、メッキ鋼板１の表面の放射率ε１が０．８から０．５に変化するものとする。単色放射温度計の波長は９００［ｎｍ］であり、測温域を６００［℃］以上として、放射率を０．８に設定して計測を行うものとする。図１３にはメッキ鋼板１の放射率ε１が１．０、０．８、および０．５のそれぞれの場合における、メッキ鋼板１の温度Ｔと放射輝度の関係が示されている。放射光量は、一般的なプランクの式を用いて算出されている。分光放射エネルギーｕは、下記［数６］によって算出される。なお、ｈはプランク定数、ｃは光速、ｋはボルツマン定数、λは波長である。
【数６】
2016188827.tif 000008
【００４７】
放射温度計において放射率を０．８に設定したままで、温度上昇によりメッキ鋼板１の実際の放射率ε１が０．８から０．５に低下したとする。図１３からわかるように、メッキ鋼板１の温度Ｔが８００［℃］の場合で、放射温度計は真の温度に対して３３［℃］低い温度を示してしまう。また、メッキ鋼板１の温度Ｔが７００［℃］の場合で、放射温度計は真の温度に対して２７［℃］低い温度を示してしまう。
【００４８】
図１４には、本実施形態の温度計測装置４による計測例が示されている。反射部材６のリフトオフ距離Ｌ１を１［ｍｍ］、反射面６１の反射率ｒ２を０．９９とした場合、メッキ鋼板１の表面１ａの放射率ε１が０．５、０．８のときに、上記［数５］から、見かけの放射率ε＊はそれぞれ０．８７、０．９６と求まる。図１４には、放射率ε１が１．０、０．９６、０．８７の場合におけるメッキ鋼板１の温度Ｔと放射輝度の関係が示されている。メッキ鋼板１の放射率ε１が０．８から０．５に変化すると、見かけの放射率ε＊が０．９６から０．８７に変化する。従って、放射温度計において放射率εを０．９６に設定した場合、メッキ鋼板１の温度Ｔが８００［℃］であれば検出誤差が７［℃］となり、メッキ鋼板１の温度Ｔが７００［℃］であれば検出誤差が６［℃］となる。よって、反射部材６を有する本実施形態の温度計測装置４は、従来と比較して、温度Ｔの検出誤差を４分の１未満に低減することができる。
【００４９】
ここで、温度変化に応じたメッキ鋼板１の放射率ε１の値が予めわかっている場合には、見かけの放射率ε＊が所望の範囲で変化するように設計することが可能である。例えば、加熱装置５によって目標温度まで加熱される間に、メッキ鋼板１の放射率ε１がε１１以上かつε１２以下の範囲で変動するものとする。この場合に、見かけの放射率ε＊をε１＊以上としたい場合には、上記［数１］が成立するように面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３や反射率ｒ２を定めればよい。
【００５０】
また、見かけの放射率ε＊をε２＊以下としたい場合には、上記［数２］が成立するように面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３や反射率ｒ２を定めればよい。
【００５１】
なお、メッキ鋼板１からの放射光が反射部材６によってメッキ鋼板１に向けて反射されることで、反射部材６と対向する部分において、表面１ａからの輻射抜熱が抑制される。これにより反射部材６と対向する部分とそれ以外の部分に温度差が生じてしまうと、メッキ鋼板１の温度を正しく測温できない可能性がある。そこで、抜熱が抑制されることによる影響を受けないほど素早くメッキ鋼板１の温度を目標温度まで昇温させることが好ましい。言い換えると、昇温速度を抜熱速度と比較して十分大きくして目標温度まで昇温させることが好ましい。
【００５２】
反射部材６によるメッキ鋼板１の単位面積当りの抜熱阻害量を評価する。簡易化のため、温度上昇率を一定値（α）とし、常温Ｔｏから目標温度Ｔ１まで加熱することを考える。鋼板表面の放射率をεｏ、ステファンボルツマン定数をσ、加熱時間をｔｏとすると、単位面積当たりの抜熱Ｑは下記［数７］で表される。
【数７】
2016188827.tif 000009
【００５３】
上記［数７］を積分計算すると、下記［数８］となる。
【数８】
2016188827.tif 000010
【００５４】
したがって、加熱中における単位時間当たりの抜熱量は加熱時間ｔｏに比例するため、加熱時間ｔｏの短縮により抜熱阻害影響を低減可能となる。例えば、抜熱量Ｑに応じた加熱中の表面１ａの温度低下量の大きさが所定値以下となるように加熱時間ｔｏを決めればよい。所定値は、温度検出の許容誤差に基づいて定められる。例えば、反射部材６による抜熱阻害により、正射影１ｂとその周辺部との間に温度差Ｔdifが生じるとする。温度検出の許容誤差に基づいて、この温度差Ｔdifとして最大５［℃］まで許容できるとする。この場合、表面１ａのうち反射部材６と対向していない部分における抜熱量Ｑに応じた温度低下量が５［℃］以下となるように加熱時間ｔｏの上限を決めることが好ましい。このようにすれば、仮に反射部材６と対向した部分において抜熱が完全に阻害されたとしても、温度検出の誤差を許容誤差の範囲内に抑えることが可能である。これにより、温度検出の許容誤差および加熱中のメッキ鋼板１の抜熱量Ｑ（抜熱速度）から決まる下限値以上の温度上昇率αでメッキ鋼板１を加熱することができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態に係る温度計測装置４は、反射部材６と、検出手段７とを有する。反射部材６は、メッキ鋼板１の表面１ａに対向して配置され、メッキ鋼板１から放射される光を反射する反射面６１と、反射面６１に形成された開口部６２とを有する。検出手段７は、メッキ鋼板１側から開口部６２に入射する光の光量に基づいてメッキ鋼板１の温度を検出する。反射部材６の反射面６１がメッキ鋼板１に対向して配置されることで、多重反射により、メッキ鋼板１の見かけの放射率ε＊が増加する。これにより、加熱中にメッキ鋼板１の表面性状の変化により放射率が変化しても、検出手段７によって検出される光量の変化が抑制される。よって、本実施形態の温度計測装置４は、加熱されるメッキ鋼板１の温度を高精度で検出することができる。
【００５６】
また、本実施形態の温度計測装置４では、反射面６１の形状が凹形状である。これにより、反射面６１とメッキ鋼板１の表面１ａとの間の多重反射を促進し、見かけの放射率ε＊を向上させることができる。なお、反射面６１の形状は、半球形に限定されるものではなく、例えば、パラボラアンテナのような放物曲面や、多数の平面を組み合わせて全体として凹形状の面としたものであってもよい。また、反射面６１は、平面であってもよい。
【００５７】
また、本実施形態の温度計測装置４は、メッキ鋼板１の放射率が温度変化に応じてε１１以上ε１２以下の範囲で変動する場合において、メッキ鋼板１の表面１ａにおける反射面６１の正射影１ｂの面積Ｓ１、反射面６１の外縁６１ｃと正射影１ｂの外縁１ｃとを接続する面の面積と開口部６２の面積との合計面積Ｓ３、反射面６１の面積Ｓ２、および反射面６１の反射率ｒ２が上記［数１］および［数２］を満たすことによりメッキ鋼板１の見かけの放射率をε１＊以上かつε２＊以下として温度計測する。よって、見かけの放射率ε＊を所望の範囲とすることができ、加熱されるメッキ鋼板１の温度を高精度で検出することが可能となる。
【００５８】
本実施形態のメッキ鋼板の加熱装置２は、温度計測装置４と、メッキ鋼板１を加熱する加熱装置５とを有する。メッキ鋼板の加熱装置２は、温度計測装置４によって検出された温度に基づいてメッキ鋼板１を所定温度まで加熱する。温度計測装置４の検出精度が高精度であることから、フィードバック制御により高精度でメッキ鋼板１の温度を所定温度に制御することができる。
【００５９】
本実施形態のメッキ鋼板のプレス装置１００は、メッキ鋼板の加熱装置２と、メッキ鋼板の加熱装置２によって所定温度まで加熱されたメッキ鋼板１をプレス加工するプレス加工手段３とを有している。メッキ鋼板の加熱装置２によってメッキ鋼板１の温度制御が高精度でなされることから、適正な温度で高品質にメッキ鋼板１のホットスタンプを行うことが可能である。
【００６０】
本実施形態のメッキ鋼板の加熱方法は、検出工程と、加熱工程とを含む。検出工程は、メッキ鋼板１から放射される光を反射し、かつ開口部６２を有する反射面６１をメッキ鋼板１の表面１ａと対向させて、メッキ鋼板１側から開口部６２に入射する光の光量に基づいてメッキ鋼板１の温度を検出する工程である。加熱工程は、検出工程において検出された温度に基づいて、メッキ鋼板１を所定温度まで加熱する工程である。検出工程において、反射面６１とメッキ鋼板１の表面１ａとの間で放射光を多重反射させることで、見かけの放射率ε＊を向上させ、温度検出の精度を向上させることができる。よって、本実施形態のメッキ鋼板の加熱方法は、高精度でメッキ鋼板１の温度を制御することができる。
【００６１】
また、本実施形態のメッキ鋼板の加熱方法は、加熱工程において、温度検出の許容誤差およびメッキ鋼板１の抜熱量から決まる（許容される）下限値以上の温度上昇率でメッキ鋼板１を加熱する。これにより、温度検出の誤差を許容誤差の範囲内に抑えることが可能となる。
【００６２】
本実施形態のメッキ鋼板のプレス方法は、上記のメッキ鋼板の加熱方法と、検出工程で検出された温度が所定温度に達した後にメッキ鋼板１をプレス加工するプレス工程とを含む。加熱工程においてメッキ鋼板１の温度制御が高精度でなされることから、高品質にメッキ鋼板１のホットスタンプを行うことが可能である。
【００６３】
なお、メッキ鋼板の加熱装置２において、図１５に示すように、メッキ鋼板１が水平面に対して垂直に固定されてもよい。このようにすれば、メッキ鋼板１が加熱されて表面１ａからスケールが剥離した場合に、剥離したスケールが反射面６１に付着しにくい。
【００６４】
放射光が反射部材６の外部空間に逃げることを抑制する観点からは、リフトオフ距離Ｌ１は０であることが望ましい。しかしながら、加熱装置５が電極５１ａ，５１ｂに通電しているときにメッキ鋼板１に反射部材６を接触させると、電流分布が変化してしまう。このため、メッキ鋼板１に接触しない範囲で反射部材６を可能な限り近づけることが必要となる。加熱中のメッキ鋼板１のばたつきを考慮すると、ある程度のリフトオフ距離Ｌ１が必要となる。そこで、例えば、同じリフトオフ距離Ｌ１で反射部材６を大型化することにより、隙間の面積Ｓ３１の影響を相対的に小さくするようにしてもよい。また、通電加熱中にメッキ鋼板１に大きな張力をかけて振動やばたつきを抑制し、メッキ鋼板１と反射部材６との衝突を避けることでリフトオフ距離Ｌ１を低減してもよい。
【００６５】
［実施形態の変形例］
実施形態の変形例について説明する。図１６は、実施形態の変形例に係るメッキ鋼板の加熱装置を示す図である。変形例に係るメッキ鋼板の加熱装置２において、上記実施形態のメッキ鋼板の加熱装置２と異なる点は、反射部材６を移動させる移動手段１０を有する点である。本変形例の温度計測装置４は、移動手段１０によって反射部材６を移動させながらメッキ鋼板１の温度を検出する。これにより、反射部材６による抜熱抑制の程度を低減させ、温度検出精度を向上させることができる。
【００６６】
移動手段１０は、反射部材６をメッキ鋼板１の表面１ａと平行な方向にメッキ鋼板１に対して相対移動させる。移動手段１０は、例えば、モータ等の動力源が発生する力によって反射部材６を移動させる。移動手段１０は、メッキ鋼板１の幅方向および長手方向の両方向に反射部材６を移動させることができるものであることが好ましい。加熱装置５がメッキ鋼板１を加熱している際に、メッキ鋼板１に対して反射部材６を相対移動させながら温度計測を行うことで、表面１ａの抜熱が抑制される度合いが低減する。例えば、移動手段１０による移動方向における反射部材６の長さをＬ、移動速度をＶとした場合、表面１ａの各計測部分において、反射部材６と対向している時間はＬ／Ｖとなる。よって、加熱時間ｔｏをＶｔｏ／Ｌ分割することができる。
【００６７】
反射部材６の移動速度は、例えば、抜熱が抑制されることによる誤差影響に基づいて、以下のように定めることができる。加熱開始時のメッキ鋼板１の温度Ｔｏを３０［℃］、目標温度Ｔ１を９００［℃］、メッキ鋼板の厚さｄを２［ｍｍ］、比熱ｃを０．４３５［Ｊ／ｇ・Ｋ］、密度ρを６．８３［ｇ／ｃｍ３］、放射率εを０．８、ボルツマン定数σを５．６７×１０−８とする。メッキ鋼板１の温度が高いほど、輻射による抜熱量が大きくなることから、目標温度Ｔ１に到達する直前の抜熱量を算出する。目標温度Ｔ１付近の抜熱による単位時間当りの温度変化量ΔＴ［℃／ｓ］は、下記［数９］のように計算される。
【数９】
2016188827.tif 000011
【００６８】
ここで、目標誤差δを５［℃］以内、反射部材６の移動方向の長さＬを４０［ｍｍ］とする。目標温度付近において、反射部材６が表面１ａ上の任意の点と対向している時間Δｔ、および反射部材６の移動速度ｖ［ｍｍ／ｓ］は、下記［数１０］を満たさなくてはならない。つまり、この場合の反射部材６の下限速度は１４３．８７［ｍｍ／ｓ］となる。
【数１０】
2016188827.tif 000012
【００６９】
上記［数１０］から、例えば、１５０［ｍｍ／ｓ］以上の速度で反射部材６を移動させるようにすれば、温度の測定誤差を目標とする５［℃］以内とすることができる。なお、反射部材６を移動させることなく温度の測定後差を目標誤差δ以内とする場合には、初期温度から目標温度に到達するまでの抜熱による温度変化量ΔＴを積分して総温度変化量を求めればよい。総温度変化量が目標誤差δ以内となるように、加熱装置５による温度上昇率αの下限が定められる。
【００７０】
以上説明したように、本変形例の温度計測装置４は、反射部材６を表面１ａと平行な方向にメッキ鋼板１に対して相対移動させる移動手段１０を有しており、移動手段１０によって反射部材６を移動させながらメッキ鋼板１の温度を検出する。すなわち、温度計測装置４は、検出工程において、反射面６１を表面１ａと平行な方向にメッキ鋼板１に対して相対移動させながら温度を検出する。よって、本変形例の温度計測装置４は、表面１ａにおいて抜熱の偏り（表面温度の偏り）が発生することを抑制し、高精度にメッキ鋼板１の温度を検出することができる。
【００７１】
また、本変形例の温度計測装置４の移動手段１０は、温度検出の許容誤差およびメッキ鋼板１の抜熱量から決まる下限速度以上の移動速度で反射部材６を移動させる。つまり、温度計測装置４は、検出工程において、温度検出の許容誤差およびメッキ鋼板１の抜熱量から決まる下限速度以上の移動速度で反射面６１を移動させる。これにより、温度検出の誤差を許容誤差の範囲内に抑えることができる。
【００７２】
上記の実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１  メッキ鋼板
１ａ  表面
１ｂ  正射影
１ｃ  正射影の外縁
２  メッキ鋼板の加熱装置
３  プレス加工手段
３１  ハウジング
３２  ワークロール
３３  バックアップロール
４  温度計測装置
５  加熱装置
５１ａ  第一電極
５１ｂ  第二電極
５２  電源
６  反射部材
６ａ  円筒部
６ｂ  球形部
６１  反射面
６１ａ  第一反射面
６１ｂ  第二反射面
６１ｃ  反射面の外縁
６２  開口部
７  検出手段
７１  レンズ
７２  光ファイバー
７３  ディテクタ
８  制御装置
８１  制御部
９  仮想壁部
１０  移動手段
１００  メッキ鋼板のプレス装置
Ｌ１  リフトオフ距離
ｒ２  反射面の反射率
Ｓ１  反射面の正射影の面積
Ｓ２  反射面の面積
Ｓ３  開口面積
ε１  メッキ鋼板の表面の放射率
【図１】
2016188827.tif 000015
【図２】
2016188827.tif 000016
【図３】
2016188827.tif 000017
【図４】
2016188827.tif 000018
【図５】
2016188827.tif 000019
【図６】
2016188827.tif 000020
【図７】
2016188827.tif 000021
【図８】
2016188827.tif 000022
【図９】
2016188827.tif 000023
【図１０】
2016188827.tif 000024
【図１１】
2016188827.tif 000025
【図１２】
2016188827.tif 000026
【図１３】
2016188827.tif 000027
【図１４】
2016188827.tif 000028
【図１５】
2016188827.tif 000029
【図１６】
2016188827.tif 000030