JP2004138320A - リングヒータを用いた反射型加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】棒状物の周囲を均一且つ高速で加熱することができ、しかも装置全体をコンパクトに構成することができる、リングヒータを用いた反射型加熱装置の提供。
【解決手段】リング状の赤外線発光フィラメントとこのフィラメントを収容保持するリング状の透明収容管とからなるリングヒータ２と、このリングヒータに沿って該リングヒータを覆うように配置されるリング状の凹楕円鏡面体３であって内周面の周方向略全体に渡って凹楕円鏡面４が形成されその一方の焦点である外側焦点に前記発光フィラメントが位置され他方の焦点である内側焦点に加熱すべき棒状体５を配置可能な凹楕円鏡面体とからなり、前記リングヒータから出た赤外線を前記凹楕円鏡面で反射し、その反射光を前記棒状体に照射可能とされていることを特徴とする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リングヒータを用いた反射型加熱装置に関し、より詳しくは、棒状物の周囲を均一且つ高速で加熱することができ、しかも装置全体をコンパクトに構成することができる、リングヒータを用いた反射型加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属線材等の試料を加熱するための装置として、赤外線照射型の加熱装置が提案されており、その例として、内周面が回転楕円鏡面である３個以上の反射体をリング状に並べ、各反射体の一方の焦点にそれぞれ点光源を配置し、各反射体の他方の焦点を、試料が位置する共通の一致焦点とした、赤外線照射型の加熱装置がある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２５７３７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した赤外線照射型の加熱装置は、点光源を用いるものであるため、単位時間あたりの熱照射量が少なく、試料を加熱するのに時間がかかるという問題があった。点光源の数を増やせば熱照射量を増やすことができるが、この場合、鏡の数も増えるから装置全体が大型化してしまい、移動や持ち運びが難しくなるという問題があった。
また、試料の径が大きい場合、その周面を、周方向に連続ではなく不連続の点で加熱することになるから、試料を周方向に沿って満遍なく加熱することができず、加熱にムラができる可能性があった。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、棒状物の周囲を均一且つ高速で加熱することができ、しかも装置全体をコンパクトに構成することができる、リングヒータを用いた反射型加熱装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、リング状の赤外線発光フィラメントとこのフィラメントを収容保持するリング状の透明収容管とからなるリングヒータと、このリングヒータに沿って該リングヒータを覆うように配置されるリング状の凹楕円鏡面体であって内周面の周方向略全体に渡って凹楕円鏡面が形成されその一方の焦点である外側焦点に前記発光フィラメントが位置され他方の焦点である内側焦点に加熱すべき棒状体を配置可能な凹楕円鏡面体とからなり、前記リングヒータから出た赤外線を前記凹楕円鏡面で反射し、その反射光を前記棒状体に照射可能とされていることを特徴とするリングヒータを用いた反射型加熱装置である。
【０００７】
請求項２記載の発明は、リング状の赤外線発光フィラメントとこのフィラメントを収容保持するリング状の透明収容管とからなるリングヒータと、このリングヒータに沿って該リングヒータを覆うように配置されるリング状の凹放物鏡面体であって内周面の周方向略全体に渡って凹放物鏡面が形成されその焦点に前記発光フィラメントが位置されたリング状の凹放物鏡面体とからなり、前記リングヒータから出た赤外線を前記凹放物鏡面で反射し、その反射光を、前記凹放物鏡面体の中央孔の中心線上に配置された加熱すべき棒状体に照射可能とされていることを特徴とするリングヒータを用いた反射型加熱装置である。
【０００８】
請求項３記載の発明は、前記凹楕円鏡面体又は凹放物鏡面体は、一端が該鏡面体の内周部で開口する冷却媒体搬送路を有し、この搬送路の他端は冷却媒体供給装置に接続され、前記開口部から、前記棒状体に向けて冷却媒体を吹き付け可能とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリングヒータを用いた反射型加熱装置である。
請求項４記載の発明は、前記凹楕円鏡面体又は凹放物鏡面体は、前記リングヒータの全周を含む仮想平面を境に、２つに分割可能とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリングヒータを用いた反射型加熱装置である。
これらの発明を提供することにより、上記課題を悉く解決する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るリングヒータを用いた反射型加熱装置の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係る反射型加熱装置の内部を示す図であり、２つに分割した凹楕円鏡面体の一方をリングヒータと共に示す平面図である。図２は、本発明に係る反射型加熱装置の断面図である。尚、図１に示す例では冷却媒体導入部を左側に位置させているが、図２に示す例では右側に位置させている。図３は、本発明に係る反射型加熱装置の平面図である。図４は、本発明におけるリングヒータを示す平面図である。図５は、本発明に係る反射型加熱装置において、赤外光が進む様子を示す断面図である。
【００１０】
まず、反射体として凹楕円鏡面体（３）を用いる場合（第１実施形態）について説明する。
反射型加熱装置（１）は、リングヒータ（２）と、リング状の凹楕円鏡面体（３）とからなり、リングヒータ（２）から出た赤外光を凹楕円鏡面（４）で反射し、その反射光を棒状体（被加熱物）（５）に照射するものである。
【００１１】
尚、棒状体（５）の形態は特に限定されるものではなく、中空の棒状体すなわち管状体、或いは、中実の棒状体のいずれであってもよい。
また、棒状体（５）を加熱する目的は特に限定されるものではなく、例えば、金属管状体への棒の焼きばめ、金属棒状体の焼き入れ等の金属熱処理、或いは、金属棒状体の曲げ加工等の金属加工を目的とすることができるが、図示例では、マシニングセンタの切削工具（１５）（図６参照）を、工具保持筒（５）の保持孔に焼きばめする際に、その工具保持筒（５）を加熱するのに用いている。
以下、これら構成要素について詳説する。
【００１２】
リングヒータ（２）は、リング状の赤外線発光フィラメント（以下、フィラメントと称する）（６）（図４参照）と、このフィラメント（６）を収容保持するリング状の透明収容管（７）とからなるものである。フィラメント（６）は、例えばタングステン線のコイルをリング状に湾曲させたものであり、透明収容管（７）は、例えば透明な石英管をリング状に湾曲させたものである。フィラメント（６）は、複数のサポータ（図示せず）を介して透明収容管（７）内に固定されている。透明収容管（７）の一端部と他端部には、それぞれフィラメントの陽極と陰極が設けられており、これらの極は、電線を介して電源に接続されている。
【００１３】
リング状の凹楕円鏡面体（３）は、リングヒータ（２）に沿って該リングヒータ（２）を覆うように配置されるもので、内周面の周方向略全体に渡って凹楕円鏡面（４）が形成され、その一方の焦点である外側焦点（８）（図２，５参照）に発光フィラメント（６）が位置され、他方の焦点である内側焦点（９）（図５参照）に加熱すべき棒状体（５）を配置可能としたものである。内側焦点（９）は、凹楕円鏡面（４）で囲まれた空間の中央部に位置し、外側焦点（８）は、その空間の凹楕円鏡面（４）付近に位置し、同空間内においてこれらは相対的に内側と外側に位置する。
内側焦点（９）は、リング状の凹楕円鏡面（４）全周において、図５に示される如く、凹楕円鏡面体（３）の中心線（１８）上で一点に集中してもよいが、図８に示される如く、リング状の凹楕円鏡面（４）全周についての各焦点（９）の集合が、凹楕円鏡面体（３）の中心線（１８）近傍で該中心線（１８）を中心とする円を形成してもよい。尚、図８に示される各内側焦点（９）は、凹楕円鏡面体（３）の中心線（１８）を越えた位置にあるが、中心線（１８）の手前に位置してもよい。
凹楕円鏡面（４）には、複数のヒータ支持板（１０）が放射状に突設されており、これらヒータ支持板（１０）によって、リングヒータ（２）は、凹楕円鏡面体（３）内の所定の位置に固定される。
【００１４】
外側焦点（８）は、凹楕円鏡面（４）全体についての各焦点（８）の集合が円（以下、焦点円と称する）を形成し、発光フィラメント（６）は、その全体が焦点円に重合一致するように配置される。
発光フィラメント（６）から出た赤外光は凹楕円鏡面（４）で反射され、その反射光の全てが内側焦点（９）に向かい、該内側焦点（９）上もしくはその近傍にある棒状体（５）を、焦点（９）近傍において周方向全体に渡り均一に加熱する。
棒状体（５）は、任意の保持装置（図示せず）によって、凹楕円鏡面体（３）の中央孔（１１）に挿通配置することができる。
【００１５】
尚、本発明においては、凹楕円鏡面体（３）は、下流端が該鏡面体（３）の内周部で開口する冷却媒体搬送路（１３）を有し、この搬送路（１３）の上流端は冷却媒体供給装置（図示せず）に接続され、前記開口部（１４）から、棒状体（５）に向けて冷却媒体を吹き付け可能とされていることが好ましい。冷却媒体の種類は特に限定されるものではないが、例えば、水、空気を挙げることができる。
このような構成とすれば、加熱された棒状体（５）を急速冷却することができ、棒状体（５）の焼き入れ処理を良好に行い、また、焼きばめ後の棒状体（５）を速やかに冷却してはめあいを速やかに完了し、作業効率を高めることができる。
【００１６】
また、本発明においては、凹楕円鏡面体（３）は、リングヒータ（２）の全周を含む仮想平面（１２）を境に、２つに分割可能とされていることが好ましい。このような構成とすれば、リングヒータ（２）の交換時に凹楕円鏡面体（３）を分割し、リングヒータ（２）の取り出し、交換を容易かつ速やかに行うことができる。
【００１７】
次に、この反射型加熱装置（１）の使用方法について説明する。
ここでは、マシニングセンタの切削工具（１５）（図６参照）を工具保持筒（棒状体）（５）に焼きばめするための、工具保持筒（５）の加熱処理を例にとる。
まず、工具保持筒（５）の一端部を把持装置等を用いて固定し、工具保持筒（５）を、凹楕円鏡面体（３）の中央孔（１１）に挿通配置する。このとき、凹楕円鏡面体（３）の内側焦点（９）に、工具保持筒（５）の加熱すべき部分を位置させる。
【００１８】
電源をオンにし、リングヒータ（２）の発光を開始すると、図５に二点鎖線で示す如く、その光（赤外光）は、凹楕円鏡面（４）で反射され、反射された光は全て内側焦点（９）に向かう。内側焦点（９）は、凹楕円鏡面体（３）の中心線上にある。反射光は、工具保持筒（５）の加熱すべき部分を全周にわたって均一に加熱する。工具保持筒（５）は、赤外光放射量の大きいリングヒータ（２）によってその全周が加熱されるから高速加熱されるとともに全周が均一に加熱され、その温度は目標の温度まで速やかに上昇する。
【００１９】
加熱された工具保持筒（５）の保持孔には、ドリル等の切削工具（１５）（図６参照）の一端部が挿入される。所定深さまで切削工具（１５）を挿入したら、冷却媒体搬送路（１３）を通じてその一端開口部（１４）（図７参照）から、空気或いは冷却水を噴出させ、この冷却媒体によって工具保持筒（５）を直接に急速冷却する。冷却媒体の流れは、例えば図７中の矢印の向きとなる。
このように工具保持筒（５）を急速冷却すると、工具保持筒（５）と切削工具（１５）の焼きばめが速やかに終了する。
【００２０】
この発明によれば、棒状体（５）の周囲を均一且つ高速で加熱することができる。また、発光量の多いリングヒータ（２）から赤外線を放ち、その光をリング状の鏡面（４）で反射するから、高速加熱するにあたりヒータ及び反射鏡をいくつも設ける必要がなく、装置全体をコンパクトに構成することができる。
【００２１】
次に、本発明の第２実施形態について図９を参照しつつ説明する。
第２実施形態が上記第１実施形態と異なる点は、リング状の凹楕円鏡面体（３）に代えて、リング状の凹放物鏡面体（１６）が設けられている点である。
リング状の凹放物鏡面体（１６）は、リングヒータ（２）に沿って該リングヒータを覆うように配置されるものであり、内周面の周方向略全体に渡って凹放物鏡面（１７）が形成され、その焦点（１９）に発光フィラメント（６）が位置される。
リングヒータ（２）から出た赤外光は、凹放物鏡面（１７）で反射され、その反射光は、凹放物鏡面体（１６）の中央孔（１１）の中心線（１８）上に配置された棒状体（５）に照射される。
【００２２】
この実施形態においては、凹放物鏡面（１７）で反射された光は、図９に二点鎖線で示す如く、互いに平行な光となり、中央孔（１１）の中心線（１８）に向かって該中心線（１８）に対し直角に進む。従って、棒状体（５）において、凹放物鏡面（１７）の中心線（１８）方向の長さに相当する部分全体に満遍なく光が当たり、この部分が均等に加熱される。
【００２３】
この第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様に使用することができる。
また、凹放物鏡面体（１６）は、一端が該鏡面体（１６）の内周部で開口する冷却媒体搬送路（１３）を有し、この搬送路（１３）の他端は冷却媒体供給装置に接続され、前記開口部（１４）から、棒状体（５）に向けて冷却媒体を吹き付け可能とされていることが好ましい。
このような構成とすれば、加熱された棒状体（５）を急速冷却することができ、棒状体（５）の焼き入れ処理を良好に行い、また、焼きばめ後の棒状体（５）を速やかに冷却してはめあいを速やかに完了し、作業効率を高めることができる。
【００２４】
また、凹放物鏡面体（１６）は、リングヒータ（２）の全周を含む仮想平面（１２）を境に、２つに分割可能とされていることが好ましい。
このような構成とすれば、リングヒータ（２）の交換時に凹放物鏡面体（１６）を分割し、リングヒータ（２）の取り出し、交換を容易かつ速やかに行うことができる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１、請求項２記載の発明によれば、棒状物の周囲を均一且つ高速で加熱することができる。また、発光量の多いリングヒータから赤外線を放ち、その光をリング状の鏡面で反射するから、高速加熱するにあたりヒータ及び反射鏡をいくつも設ける必要がなく、装置全体をコンパクトに構成することができる。
請求項３記載の発明によれば、加熱された棒状体を急速冷却することができ、棒状体の焼き入れ処理を良好に行い、また、焼きばめ後の棒状体を速やかに冷却してはめあいを速やかに完了し、作業効率を高めることができる。
請求項４記載の発明によれば、リングヒータの交換時に凹楕円鏡面体或いは凹放物鏡面体を分割し、リングヒータの取り出し、交換を容易かつ速やかに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリングヒータを用いた反射型加熱装置の内部を示す図であり、２つに分割した凹楕円鏡面体の一方をリングヒータと共に示す平面図である。この図では、凹楕円鏡面の全周についての各内側焦点の集合が１点に集中する場合を示している。
【図２】本発明に係るリングヒータを用いた反射型加熱装置の断面図である。
【図３】本発明に係るリングヒータを用いた反射型加熱装置の平面図である。
【図４】本発明におけるリングヒータを示す平面図である。
【図５】本発明に係るリングヒータを用いた反射型加熱装置において、赤外光が進む様子を示す断面図である。
【図６】本発明に係るリングヒータを用いた反射型加熱装置において、加熱後の工具保持筒に、切削工具を挿入する様子を示す断面図である。
【図７】本発明に係るリングヒータを用いた反射型加熱装置の内部において、切削工具を挿入した工具保持筒を急速冷却する様子を示す図である。
【図８】本発明に係るリングヒータを用いた反射型加熱装置の内部を示す図であり、２つに分割した凹放物鏡面体の一方をリングヒータと共に示す平面図である。この図では、凹楕円鏡面の全周についての各内側焦点の集合が円を形成する場合を示している。
【図９】本発明に係るリングヒータを用いた反射型加熱装置の内部を示す図であり、２つに分割した凹放物鏡面体の一方をリングヒータと共に示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・リングヒータを用いた反射型加熱装置
２・・・・・リングヒータ
３・・・・・凹楕円鏡面体
４・・・・・凹楕円鏡面
５・・・・・棒状体（工具保持筒）
６・・・・・フィラメント
７・・・・・透明収容管
８・・・・・凹楕円鏡面体の一方の焦点（外側焦点）
９・・・・・凹楕円鏡面体の他方の焦点（内側焦点）
１２・・・・仮想平面
１３・・・・冷却媒体搬送路
１４・・・・冷却媒体搬送路の開口部（冷却媒体噴出口）
１６・・・・凹放物鏡面体
１７・・・・凹放物鏡面

Claims (4)

1. リング状の赤外線発光フィラメントとこのフィラメントを収容保持するリング状の透明収容管とからなるリングヒータと、このリングヒータに沿って該リングヒータを覆うように配置されるリング状の凹楕円鏡面体であって内周面の周方向略全体に渡って凹楕円鏡面が形成されその一方の焦点である外側焦点に前記発光フィラメントが位置され他方の焦点である内側焦点に加熱すべき棒状体を配置可能な凹楕円鏡面体とからなり、前記リングヒータから出た赤外線を前記凹楕円鏡面で反射し、その反射光を前記棒状体に照射可能とされていることを特徴とするリングヒータを用いた反射型加熱装置。
2. リング状の赤外線発光フィラメントとこのフィラメントを収容保持するリング状の透明収容管とからなるリングヒータと、このリングヒータに沿って該リングヒータを覆うように配置されるリング状の凹放物鏡面体であって内周面の周方向略全体に渡って凹放物鏡面が形成されその焦点に前記発光フィラメントが位置されたリング状の凹放物鏡面体とからなり、前記リングヒータから出た赤外線を前記凹放物鏡面で反射し、その反射光を、前記凹放物鏡面体の中央孔の中心線上に配置された加熱すべき棒状体に照射可能とされていることを特徴とするリングヒータを用いた反射型加熱装置。
3. 前記凹楕円鏡面体又は凹放物鏡面体は、一端が該鏡面体の内周部で開口する冷却媒体搬送路を有し、この搬送路の他端は冷却媒体供給装置に接続され、前記開口部から、前記棒状体に向けて冷却媒体を吹き付け可能とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリングヒータを用いた反射型加熱装置。
4. 前記凹楕円鏡面体又は凹放物鏡面体は、前記リングヒータの全周を含む仮想平面を境に、２つに分割可能とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリングヒータを用いた反射型加熱装置。

Images