(57)【要約】【課題】定量的に冷却ジャケットの目詰まりを管理する冷却ジャケットの管理方法を提供する。【解決手段】冷却ジャケット２００、４００の噴射孔の目詰まり率を冷却ジャケット２００、４００の内部空間２１０における冷却液圧力に基づいて判断する。冷却ジャケット２００、４００の噴射孔を意図的に目詰まりさせた状態で冷却液圧力を測定する予備試験にて得られる目詰まり率と冷却液圧力との相関を記録した目詰まり圧力相関テーブル５１０を用意する。焼入れ中は冷却液の圧力を測定する。許容できる目詰まり率に対応する冷却液の圧力が検出された場合、冷却ジャケット２００、４００の交換を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却液を内部空間に導入する導入路と前記内部空間に導入された冷却液を噴射する複数の噴射孔と有し、ワークの焼入れ時にワークに向けて前記噴射孔から冷却液を噴射する冷却ジャケットを管理する冷却ジャケット管理方法において、
前記冷却ジャケットの前記噴射孔の目詰まり率を前記冷却ジャケットの前記内部空間または前記導入路における冷却液圧力に基づいて判断する
ことを特徴とする冷却ジャケット管理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却ジャケット管理方法において、
前記冷却液圧力は、所定の立ち上がり時間後、所定の判定域時間における平均圧力とする
ことを特徴とする冷却ジャケット管理方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の冷却ジャケット管理方法において、
前記噴射孔を意図的に目詰まりさせた状態で前記冷却液圧力を測定する予備試験工程と、
前記予備試験工程における結果に基づいて、許容できる目詰まりに対応した前記冷却液圧力を圧力閾値として設定する圧力閾値設定工程と、
ワークの焼入れ作業中において前記冷却液圧力を測定して圧力変化を監視する圧力監視工程と、
前記圧力監視工程において前記冷却液圧力の測定値が前記圧力閾値設定工程にて設定された圧力閾値に達した際に異常発生を判断する異常判断工程と、を備える
ことを特徴とする冷却ジャケット管理方法。
【請求項４】
焼入れに使用される冷却ジャケットの管理を行う冷却ジャケットの管理装置であって、
冷却ジャケットの噴射孔を意図的に目詰まりさせた状態で冷却液圧力を測定する予備試験にて得られる目詰まり率と冷却液圧力との相関を記録した目詰まり圧力相関テーブルと、
前記目詰まり圧力相関テーブルを参照して、許容される冷却ジャケットの目詰まり率から圧力閾値を設定する圧力閾値設定部と、
焼入れ作業中において冷却ジャケットの内部空間または導入路に設置されている圧力測定器にて測定された冷却液の圧力データを取得する圧力測定値取得部と、
前記圧力測定値取得部にて取得された圧力データから所定時間範囲における平均圧力を算出する平均圧力算出部と、
前記平均圧力算出部にて算出される圧力平均値と前記圧力閾値設定部にて設定された圧力閾値とを比較するとともに平均圧力が圧力閾値に達した場合には異常信号を発信する比較部と、を備える
ことを特徴とする冷却ジャケットの管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却ジャケットの管理方法および冷却ジャケットの管理装置に関する。具体的には、焼入れに使用される冷却ジャケットの目詰まりを管理する冷却ジャケットの管理方法および冷却ジャケットの管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークの加工として焼入れが知られている。焼入れにおいては、ワークを例えば高周波電磁誘導によって加熱したのち、冷却液をワーク表面に向けて噴射して冷却を行う。
ここで、冷却液を噴射するための冷却ジャケットは、使用時間が長くなってくると噴射孔に冷却液や塵埃などが詰まってしまい目詰まりしてしまう。このように目詰まりした冷却ジャケットではワークの冷却が不均一となる。すると、冷却速度の違いからワークに歪みなどが発生し、正常な処理品と異なる残留応力が生じたり、焼き割れが生じてしまう場合もある。
【０００３】
そこで、冷却ジャケットの噴射孔の目詰まりを定期的に検査し、目詰まりが生じている場合には目詰まりを取り除く等の管理を行っている。たとえば特許文献１（実公平６−３０８４２号）では、目詰まりを除去しやすい冷却ジャケットが開示されている。
【特許文献１】実公平６−３０８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、冷却ジャケットに目詰まりが生じているかどうかを判断するにあたっては人が目視判断で行っている。しかし、冷却ジャケットには非常に小さい噴射孔が多数設けられているため、人が目視で判断することには無理がある。すなわち、基本的に一つ一つの孔が詰まっているかどうかは視認できないし、どの程度詰まった場合に製品の品質上問題が生じるかを定量的に判断することもできない。そして、焼入れ装置の構造上、目視できない部分もある。
【０００５】
焼入れを行うワークが例えば表面凹凸が少ないような単純な形状であれば、冷却不均一による歪みの発生等はそれほど問題とはならず、ある程度作業者の経験と勘に頼って冷却ジャケットの定期的な清掃あるいは交換によっても対応できた。
しかしながら、焼入れするワークが段差部を有するなど複雑な形状を備えてくると、冷却タイミングのずれが大きな残留応力を生じさせ、焼き割れを引き起こしやすくなってしまう。すると、製品の品質が低下したり、製造効率が悪くなるなどの問題が生じる。そのため、冷却ジャケットの目詰まりを目視に頼ることなく定量的に管理する手法が望まれていた。
また、目詰まりは、堆積等により徐々に生じる場合と、異物詰まりのように突発的に生じるとともに突然外れたりするような場合もある。
焼入れ装置の冷却ジャケット管理においては、処理品の全数を検査できるように常時リアルタイムで管理する手法が求められる。
【０００６】
本発明の目的は、定量的に冷却ジャケットの目詰まりを管理する冷却ジャケットの管理方法および冷却ジャケットの管理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の冷却ジャケット管理方法は、冷却液を内部空間に導入する導入路と前記内部空間に導入された冷却液を噴射する複数の噴射孔と有し、ワークの焼入れ時にワークに向けて前記噴射孔から冷却液を噴射する冷却ジャケットを管理する冷却ジャケット管理方法において、前記冷却ジャケットの前記噴射孔の目詰まり率を前記冷却ジャケットの前記内部空間または前記導入路における冷却液圧力に基づいて判断することを特徴とする。
【０００８】
このような構成において、冷却ジャケットの目詰まりの管理にあたり冷却ジャケットの内部空間または導入路における冷却液圧力を測定する。そして、測定された冷却液圧力に基づいて冷却ジャケットの目詰まりを判断する。すなわち、冷却液圧力が高くなってきた場合には目詰まりが生じていると判断し、冷却ジャケットの清掃あるいは交換を行う。このように冷却液圧力の測定値に基づいて目詰まりを判断することにより、定量的にかつ正確に冷却ジャケットの目詰まりを管理することができる。また、冷却ジャケットを常時リアルタイムで管理できるので、処理品の全数について品質管理することができ、突発的な目詰まりに対しても対応できる。
【０００９】
従来は、冷却ジャケットの目詰まり管理を人の目視に頼っていたため、判断に正確さを欠き、定量的な判断も不可能であった。この点、本発明によれば、圧力測定値に基づいて定量的に判断でき、正確かつ恣意のない異常判断が可能になる。よって、過剰に冷却ジャケットの掃除や交換をすることもなく、また、メンテナンスの遅れのために製品不良を出すこともない。その結果、製品の製造効率を高めるとともに製品の品質も高めることができる。
【００１０】
ここで、目詰まり率を定量的に判断するにあたっては、流量の測定値に基づくという考え方もありうる。目詰まりが増えてきた場合、冷却ジャケットから噴射できる冷却液の量が少なくなり、その結果として導入路を流れる冷却液の流量が少なくなるとも考えられるからである。しかしながら、本願発明者が鋭意研究し実験を重ねた結果、大方の予想に反し、目詰まりの割合と流量との間には相関がみられないことがわかった。
さらに、本件発明者の継続的な研究により、目詰まり率と冷却液圧力とには非常に良い相関があることがわかった。その相関は非常にきれいな一次の相関であらわせることもわかった。そこで、本願発明者は、目詰まり率と冷却液圧力とのきれいな相関を目詰まり率の管理に適用することにより、焼入れ作業の効率化および製品品質の向上に貢献できることに想到し、本発明を完成させた。
このように本発明によれば、冷却ジャケットの目詰まり管理を正確に定量的に行うことができ、製造効率および製品品質の向上に資することができる。
【００１１】
本発明では、前記冷却液圧力は、所定の立ち上がり時間後、所定の判定域時間における平均圧力とすることが好ましい。
【００１２】
このような構成において、所定の立ち上がり時間後から冷却液圧力の測定を開始する。そして、所定の時間幅をもった判定域時間内に取得した圧力測定値を平均して判定域時間における平均圧力を得る。このようにして取得した平均圧力に基づいて冷却ジャケットの目詰まり率を判断する。
【００１３】
ここで、圧力の測定値はある程度変動するため、一点だけの測定値では判断を誤る。特に、本件発明者の研究により、冷却液圧力は高周波数でフラクチュエート（変動）することがわかった。その一方、所定時間の平均値をみると安定した値が得られ、目詰まり率との非常に良い相関が得られることもわかった。そこで、所定の判定域時間を設けることにより、安定した測定の平均値を求めて、これに基づいた判断を行うこととした。これにより正確に目詰まり率を判断することができる。
【００１４】
ここで、所定の立ち上がり時間としては０．５秒から１秒の間で適宜選択することが例として挙げられる。
冷却液圧力の測定においては噴射開始から極めて短時間を立ち上がり時間としてとっておけば十分に良い測定値を得ることができる。
そのため本発明の適用のために余計な時間をとって製造効率に悪影響を与えることがない。
【００１５】
また、判定域時間としては１秒から１０秒の間で適宜選択することが例として挙げられ、好ましくは２秒から５秒の間で適宜選択することが例として挙げられる。
平均値を求める場合でも判定域の時間はそれほど長くとる必要はなく、製造効率に悪影響を与えることがない。
【００１６】
本発明では、前記噴射孔を意図的に目詰まりさせた状態で前記冷却液圧力を測定する予備試験工程と、前記予備試験工程における結果に基づいて、許容できる目詰まりに対応した前記冷却液圧力を圧力閾値として設定する圧力閾値設定工程と、ワークの焼入れ作業中において前記冷却液圧力を測定して圧力変化を監視する圧力監視工程と、前記圧力監視工程において前記冷却液圧力の測定値が前記圧力閾値設定工程にて設定された圧力閾値に達した際に異常発生を判断する異常判断工程と、を備えることが好ましい。
【００１７】
このような構成において、まず予備試験工程を行い、噴射孔を意図的に目詰まりさせた状態で冷却液圧力を測定する。すなわち、意図的に噴射孔に栓を詰めて目詰まりを生じさせる。このとき目詰まり率を０％、５％、１０％などとコントロールする。そして、各目詰まり率における冷却液圧力の測定値を得る。続いて、圧力閾値設定工程において、許容範囲の目詰まり率に対応する冷却液圧力を求め、圧力閾値とする。
このような準備を経て、実際の焼入れ作業中においては、冷却液の圧力を測定して常時モニターする（圧力監視工程）。そして、測定された冷却液圧力を圧力閾値と比較し、冷却液圧力が圧力閾値に達したときに異常を判断する（異常判断工程）。
このような構成によれば、冷却ジャケットの目詰まり管理を正確に定量的に常時リアルタイムで行うことができ、処理品の全数管理も行うことができる。
【００１８】
本発明の冷却ジャケットの管理装置は、焼入れに使用される冷却ジャケットの管理を行う冷却ジャケットの管理装置であって、冷却ジャケットの噴射孔を意図的に目詰まりさせた状態で冷却液圧力を測定する予備試験にて得られる目詰まり率と冷却液圧力との相関を記録した目詰まり圧力相関テーブルと、前記目詰まり圧力相関テーブルを参照して、許容される前記冷却ジャケットの目詰まり率から圧力閾値を設定する圧力閾値設定部と、焼入れ作業中において前記冷却ジャケットの内部空間または導入路に設置されている圧力測定器にて測定された冷却液の圧力データを取得する圧力測定値取得部と、前記圧力測定値取得部にて取得された圧力データから所定時間範囲における平均圧力を算出する平均圧力算出部と、前記平均圧力算出部にて算出される圧力平均値と前記圧力閾値設定部にて設定された圧力閾値とを比較するとともに平均圧力が圧力閾値に達した場合には異常信号を発信する比較部と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、上記発明と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、冷却ジャケットの目詰まり管理を正確に定量的に行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、冷却ジャケットの目詰まり管理を正確に定量的に行うことができ、製造効率および製品品質の向上に資することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図を参照して説明する。
本発明の第１実施形態について説明する。
焼入れ装置１００を図１に示す。
焼入れ装置１００は、ワークの軸方向に相対移動可能に設けられたコイル２００を有する。
コイル２００は、高周波加熱用のコイルであるとともに、焼入れ液をワークに噴射するジャケットとしての機能も備えており、本発明の管理対象である冷却ジャケットにも相当するものである。
コイル２００には内部空間２１０が設けられ、外部ポンプ（不図示）から内部空間２１０に向けて導入路２２０を介して冷却液が供給される。内部空間２１０に供給された冷却液は、コイル２００に多数設けられた噴射孔からワークＷに向けて噴射される。
【００２２】
また、図１に示す焼入れ装置は、コイル２００に加えて、さらに冷却液を噴射するための冷却ジャケット４００が設けられている。この冷却ジャケット４００にも内部空間、導入路、噴射孔が設けられている。
【００２３】
さらに、コイル２００および冷却ジャケット４００のそれぞれの内部空間（２１０）には、冷却液の圧力を測定する圧力測定器（不図示）が設置されている。
【００２４】
ここで、コイル２００は、加熱用コイルと冷却ジャケットとを一体で兼ねているが、加熱コイルと冷却ジャケットとは別体であってもよいことはもちろんである。
【００２５】
さらに、焼入れ装置１００は、本発明にかかる冷却ジャケットの管理方法を実現する管理制御部（管理装置）５００を備える。
管理制御部５００は、目詰まり圧力相関テーブル５１０と、圧力閾値設定部５２０と、圧力データ取得部（圧力測定値取得部）５３０と、平均圧力算出部５４０と、比較部５５０と、を備えている。
【００２６】
目詰まり圧力相関テーブル５１０は、噴射孔を意図的に目詰まりさせた状態で冷却液圧力を測定する予備試験工程にて作成されたデータテーブルである。
【００２７】
予備試験工程における目詰まり圧力相関テーブル５１０の作成について説明する。
予備試験工程における目詰まり圧力相関テーブル５１０の作成にあたっては、まず、コイル２００およびジャケット４００の噴射孔のうち所定の割合を意図的に目詰まりさせる。たとえば、噴射孔に栓を詰めて、目詰まり率を０％、１２．５％、３７．５％、５０％とする。この状態で導入路２２０から内部空間２１０に冷却液を供給して噴射孔から冷却液を噴射させ、所定時間の間の圧力をサンプリングする。
【００２８】
図２は、このようにして取得した圧力のグラフである。
このグラフにて圧力値を詳しく示すことはしないが、非常に高周波でフラクチュエート（変動）していることがわかる。
【００２９】
次に、図３に示すように、図２のごとく変動が激しいデータに対し、所定の時間幅での平均値を算出する。このとき、スタートから数秒の立ち上がりは圧力データが目詰まり率を反映しないので、立ち上がり時間後、所定時間幅で平均値をとる。図３の例では、立ち上がりを約１秒とって、その後３秒間の平均圧力を算出している。
【００３０】
なお、図３中においては説明の都合上、高周波で変動するデータをローパスフィルタにかけたものを示している。図３中、ラインＬＡは目詰まり率０％の圧力データであり、ラインＬＢは目詰まり率１２．５％の圧力データであり、ラインＬＣは目詰まり率３７．５％の圧力データであり、ラインＬＤは目詰まり率５０％の圧力データである。
【００３１】
このようにして目詰まり率ごとに平均圧力値を算出し、目詰まり率と平均圧力値との関係を得る。
図４は、目詰まり率と平均圧力値との関係をグラフに表したものである。
図４に示されるように、目詰まり率と平均圧力値との関係は非常にきれいな一次関数で近似されることがわかる。そして、このように図４に示される目詰まり率と平均圧力との関係を目詰まり圧力相関テーブル５１０として記憶させる。
【００３２】
なお、本例では管理対象としてコイル２００と冷却ジャケット４００とがあるので、これらに対してそれぞれ目詰まり圧力相関テーブルを作成しておくことになる。
以下の説明においても特記しないが、コイル２００と冷却ジャケット４００に対しそれぞれに応じた処理を行う。
【００３３】
次に、圧力閾値設定部５２０について説明する。
圧力閾値設定部５２０は、製品の特性や品質に応じて許容されるコイル２００およびジャケット４００の目詰まり率から圧力閾値を設定する（圧力閾値設定工程）。すなわち、目詰まり率としてＸ％まで許されるとした場合、この目詰まり率Ｘ％に対応する平均圧力値Ｙを圧力閾値として設定し記憶する。
なお、このような設定にあたっては、外部入力手段にて許容できる目詰まり率を作業者が入力すると、自動的に目詰まり圧力相関テーブル５１０を参照してその目詰まり率に対応する圧力閾値が自動設定されるようになっていてもよい。
【００３４】
圧力データ取得部５３０は、焼入れ作業中において、コイル２００および冷却ジャケット４００の内部空間２１０に設置されている圧力測定器からの圧力データを取得する。平均圧力算出部５４０は、圧力データ取得部５３０にて取得された圧力データから平均圧力を算出する。すなわち、時々刻々と取得される圧力データを判定域時間ごとに平均値を算出する。
【００３５】
比較部５５０は、平均圧力算出部５４０にて算出される圧力平均値と圧力閾値設定部５２０にて設定された圧力閾値とを比較し、平均圧力が圧力閾値を超えていないかを監視する（圧力監視工程）。そして、平均圧力が圧力閾値に達した場合には、目詰まりが許容値を超えたと判断し、異常信号を発信する（異常判断工程）。このように発信された異常信号は、表示手段（不図示）等に表示され、作業者に対して目詰まりが許容値を超えたことを知らせる。
【００３６】
このような構成を備える焼入れ装置の動作を説明する。
まず、準備段階として、目詰まり圧力相関テーブル５１０として目詰まり率と平均圧力との関係を記憶させておく。この目詰まり率と平均圧力との関係は、前記の予備試験工程にて得られるものである。
次に、製品の特性および品質からみて許容できる目詰まり率を入力し、圧力閾値設定部５２０にその目詰まり率に対応する平均圧力値を設定する（圧力閾値設定工程）。
これで準備段階は終了する。
【００３７】
実際の焼入れ作業における動作を説明する。
焼入れ作業においては、まず２００コイルにてワーク表面を高周波加熱し、その後すぐにジャケット機能付きコイル２００および冷却ジャケット４００から冷却液を噴射してワークＷを冷却する。冷却液は外部ポンプから導入路２２０を介して内部空間２１０に供給されて噴射孔から噴射されるところ、内部空間２１０に設けられた圧力測定器により冷却液の圧力が測定される。圧力測定器による測定値は圧力データ取得部５３０にて取得され、平均圧力算出部５４０に送られる。
平均圧力算出部５４０によって判定域時間（例えば３秒）ごとの圧力平均値を算出が算出され、算出された圧力平均値は比較部５５０に出力される。
【００３８】
比較部５５０において平均圧力値と圧力閾値とが比較され、コイル２００および冷却ジャケット４００の目詰まりが許容範囲内であるか否か監視される。平均圧力値が圧力閾値に達した場合、比較部５５０はコイル２００、ジャケット４００の目詰まりが許容範囲を超えたことを示す異常信号を発信する。作業者は、この異常信号を見て、コイル２００、ジャケット４００の清掃あるいは交換作業を行い、コイル２００、ジャケット４００のメンテナンスを行う。
【００３９】
このような構成を備える本実施形態によれば次の効果を奏することができる。
（１）冷却液圧力の測定値に基づいて目詰まりを判断することにより、定量的にかつ正確にコイル２００、ジャケット４００の目詰まりを管理することができる。
従来は、冷却ジャケットの目詰まり管理を人の目視に頼っていたため判断に正確さを欠き、定量的な判断も不可能であったが、本実施形態によれば圧力測定値に基づいて定量的に判断でき、正確かつ恣意のない異常判断が可能になる。さらに、常時リアルタイムで管理できることにより処理品の全数管理も行うことができ、例えば突発的な目詰まりにも対応できる。
よって、過剰にコイル２００およびジャケット４００の掃除や交換をすることもなく、また、メンテナンスの遅れのために製品不良を出すこともない。その結果、製品の製造効率を高めるとともに製品の品質も高めることができる。
【００４０】
（２）目詰まり率と冷却液圧力とには非常に良い相関があるため、定量的判断を極めて正確に行うことができる。
目詰まり率を定量的に判断するにあたっては、流量の測定値に基づくという考え方もありうるが、実際には目詰まりの割合と流量との間には相関がみられない。
ここで、図５に、目詰まり率と流量との関係を示す。この図５に見られるように、目詰まり率と流量との間には相関がなく、コイル２００およびジャケット４００の管理には使用できない。
この点、本実施形態では、目詰まり率と冷却液圧力とのきれいな相関を目詰まり率の判断に適用することにより、焼入れ作業の効率化および製品品質の向上に資する。
【００４１】
（３）平均圧力値として、所定の立ち上がり時間後、所定の判定域時間における平均圧力をとるので、安定した正確な判断を行うことができる。
このとき、平均圧力値を求める場合でも判定域の時間は長くとる必要はないので、製造効率に悪影響を与えることがない。
【００４２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】焼入れ装置を示す図。
【図２】各目詰まり率で測定した冷却液圧力の時間変化をプロットしたグラフを示す図。
【図３】冷却液の圧力値の時間平均をとる工程を説明するための図。
【図４】目詰まり率と平均圧力値との関係をグラフに表した図。
【図５】目詰まり率と流量との関係を示す図。
【符号の説明】
【００４４】
１００…焼入れ装置、２００…コイル、２１０…内部空間、２２０…導入路、４００…冷却ジャケット、５００…管理制御部、５１０…目詰まり圧力相関テーブル、５２０…圧力閾値設定部、５３０…圧力データ取得部、５４０…平均圧力算出部、５５０…比較部、Ｗ…ワーク。
【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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