JP2013124408A

JP2013124408A - 赤外線加熱装置

Info

Publication number: JP2013124408A
Application number: JP2011275128A
Authority: JP
Inventors: Keitaro Tooka; 慶太朗峠岡
Original assignee: Toyoda Iron Works Co Ltd
Current assignee: Toyoda Iron Works Co Ltd
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-06-24
Anticipated expiration: 2031-12-15
Also published as: EP2799559A1; CN104011228A; EP2799559A4; US20150016810A1; JP5746960B2; CN104011228B; WO2013088764A1

Abstract

【課題】遮蔽部材を被加熱部材から離して非接触で配置する場合に、島状の低温領域を設定できるなど加熱領域の形状設定の自由度が高いとともに、遮蔽部材の剛性を確保する必要がない赤外線加熱装置を提供する。
【解決手段】近赤外線ランプヒーター１２と被加熱部材１４との間に近赤外線Ｌを透過させる保持部材１６が配置され、その保持部材１６に遮蔽部材１８が保持されているため、遮蔽部材１８を被加熱部材１４から離して配置することが可能で、被加熱部材１４の加熱に伴う遮蔽部材１８の加熱が抑制されて早期劣化が防止される。また、島状の遮蔽部材１８ｂ、１８ｃを用いて島状の低温加熱領域Ｌｏを設けることができるなど、高温加熱領域Ｈｉおよび低温加熱領域Ｌｏの形状設定の自由度が高くなるとともに、遮蔽部材１８を片持ち状に支持する必要がないため、剛性を確保するために遮蔽部材１８の板厚を大きくする必要がなく、安価に構成できる。
【選択図】図１

Description

本発明は赤外線加熱装置に係り、特に、赤外線の透過を制限する遮蔽部材を用いて加熱領域を設定する赤外線加熱装置の改良に関するものである。

赤外線源から被加熱部材に赤外線を照射して加熱するとともに、赤外線の透過を制限する遮蔽部材を用いてその被加熱部材の加熱領域を設定する赤外線加熱装置が知られている。特許文献１に記載の装置はその一例で、例えばプレス成形と同時に焼入れを行う熱間プレス成形の際の鋼板の部分加熱に用いられる。すなわち、赤外線の照射部位は例えばＡｃ３点温度以上まで加熱され、プレスにより焼入れ硬化される一方、遮蔽部分はＡｃ３点温度未満の低温度で、焼入れ硬化されずに低強度に維持される。これにより、例えば低強度領域では熱間プレス成形後においても曲げや絞り、穴抜き等の加工を適切に行うことができる。また、車両構造物の場合、高強度領域と低強度領域とを適当に設定することにより、所定の衝突エネルギー吸収性能を確保したり、車両衝突時の変形態様（変形方向など）を調整したりすることができる。

特開２０１０−４４８７５号公報

しかしながら、遮蔽部材を被加熱部材の上に直接載置して赤外線を照射すると、被加熱部材からの直接の熱伝導により遮蔽部材も加熱されるため、遮蔽部材が早期に劣化し、短期間で交換する必要がある。遮蔽部材を被加熱部材から離して非接触で配置すれば熱伝導の加熱による早期劣化が防止されるが、その遮蔽部材を保持する保持具の存在で、例えば被加熱部材の中央部分のみを島状に低温領域とすることができないなど加熱領域の形状設定の自由度が損なわれるとともに、遮蔽部材を片持ち状に支持する場合、撓み変形を防止するために所定の剛性を確保する必要があり、遮蔽部材の板厚が大きくなってコストアップに繋がる。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、遮蔽部材の加熱を防止するために被加熱部材から離して非接触で配置する場合に、島状の低温領域を設定できるなど加熱領域の形状設定の自由度が高いとともに、遮蔽部材の剛性を確保する必要がない赤外線加熱装置を提供することにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、赤外線源から被加熱部材に赤外線を照射して加熱するとともに、赤外線の透過を制限する遮蔽部材を用いてその被加熱部材の加熱領域を設定する赤外線加熱装置において、前記赤外線源と前記被加熱部材との間に赤外線を透過させる保持部材を配置し、その保持部材に前記遮蔽部材を保持させるようにしたことを特徴とする。

第２発明は、第１発明の赤外線加熱装置において、(a) 前記保持部材は、前記赤外線の照射方向に対して交差する姿勢で複数の板状の耐熱ガラスを重ね合わせたもので、(b) 前記遮蔽部材は、前記複数の耐熱ガラスの間に保持された金属板、金属箔、または金属膜であることを特徴とする。

第３発明は、第２発明の赤外線加熱装置において、前記遮蔽部材は、前記複数の耐熱ガラスの中、最も前記被加熱部材側に位置する耐熱ガラスを除いた他の耐熱ガラスの何れかの、その被加熱部材側の面に蒸着された金属膜であることを特徴とする。

このような赤外線加熱装置においては、赤外線源と被加熱部材との間に赤外線を透過させる保持部材が配置され、その保持部材によって遮蔽部材が保持されているため、遮蔽部材を被加熱部材から離して非接触で配置することが可能で、被加熱部材の加熱に伴う遮蔽部材の加熱が抑制されて早期劣化が防止される。また、被加熱部材の中央部分のみを遮蔽して島状に低温領域とすることができるなど、加熱領域の形状設定の自由度が高くなるとともに、遮蔽部材を片持ち状に支持する必要がないため、剛性を確保するために遮蔽部材の板厚を大きくする必要がなく、安価に構成できる。

第２発明では、保持部材が複数の板状の耐熱ガラスを重ね合わせたもので、その複数の耐熱ガラスの間に保持された金属板、金属箔、または金属膜によって遮蔽部材が構成されているため、熱や蒸気等の影響を受けて遮蔽部材が汚れたり変形したりする恐れがなく、遮蔽部材の耐久性が向上するとともに、必要に応じて耐熱ガラスを洗浄するだけで良いためメンテナンスが容易である。また、遮蔽部材が尖っていたり細い形状であったりしても、熱や雰囲気の影響で変形する恐れが無いとともに、赤外線の透過を制限できる範囲で薄くできるため、遮蔽部材の使用量が節減されてコストダウンを図ることができる。

第３発明では、複数の耐熱ガラスの中、最も被加熱部材側に位置する耐熱ガラスを除いた他の耐熱ガラスの何れかの被加熱部材側の面に蒸着された金属膜によって遮蔽部材が構成されているため、加熱装置に対する被加熱部材の搬入、搬出時に被加熱部材側の耐熱ガラスに当たって疵が付いたとしても、その耐熱ガラスを交換するだけで良く、遮蔽部材はそのまま使用できるため、影響が最小限に抑えられる。また、蒸着により耐熱ガラスに直接設けられた金属膜が遮蔽部材として用いられるため、金属板や金属箔など別体に構成された遮蔽部材を耐熱ガラスに貼り付けたり挟み込んだりする場合に比較して、細かい形状や互いに離間した複数の遮蔽部分を簡単に高い精度で設定でき、加熱領域の形状設定の自由度が更に高くなる。

本発明の一実施例である赤外線加熱装置の概略構成を説明する正面図である。図１の赤外線加熱装置の石英ガラスに保持された遮蔽部材の一例を示す斜視図である。図２の遮蔽部材によって赤外線の影（低温加熱領域）が設けられた被加熱部材の一例を示す斜視図である。図３の被加熱部材が熱間プレス成形された後にトリミングおよび穴抜き加工が行われたプレス成形品の一例を示す斜視図である。図１の赤外線加熱装置において、遮蔽部材が一対の石英ガラスの間に挟まれて保持される場合を説明する図である。図１の赤外線加熱装置において、遮蔽部材が一対の石英ガラスの一方に蒸着によって設けられた金属膜である場合を説明する図である。

本発明の赤外線加熱装置は、例えばプレス成形と同時に焼入れを行う熱間プレス成形の際の鋼板の部分加熱に用いられる。すなわち、赤外線の照射部は例えばＡｃ３点温度以上まで加熱され、プレスにより焼入れ硬化される一方、遮蔽部分はＡｃ３点温度未満の低温度で、焼入れ硬化されずに低強度に維持される。これにより、例えば低強度領域では熱間プレス成形後においても曲げや絞り、穴抜き等の加工やスポット溶接等を適切に行うことができる。また、車両構造物の場合、高強度領域と低強度領域とを適当に設定することにより、所定の衝突エネルギー吸収性能を確保したり、車両衝突時の変形態様（変形方向など）を調整したりすることができる。被加熱部材としては、熱間プレス用の鋼板が好適に用いられ、本発明の赤外線加熱装置による部分加熱後に熱間プレス成形されることにより、焼入れ硬化された高強度領域（高温加熱領域）と低強度領域（低温加熱領域）とが所定のパターンで形成される。

赤外線源は赤外線を照射する装置で、赤外線ランプヒーターが好適に用いられる。赤外線としては、波長が短い近赤外線を用いる方が効率良く加熱できる。遮蔽部材は、赤外線を反射したり吸収したりして赤外線の透過量を少なくするものであれば良いが、自身の加熱による劣化を抑制する上で反射率の高いものが望ましい。例えば酸化し難く赤外線反射率が高い金の薄板や金箔、金の蒸着膜が好適に用いられるが、被加熱部材よりも赤外線を反射する能力が高い銀やアルミニウムなどの金属、耐熱性に優れた無機材料に金等をメッキしたものなどを用いることもできる。

赤外線を透過させる保持部材としては、石英ガラスや硼珪酸ガラス等の耐熱ガラスが好適に用いられる。赤外線の透過率が高いもの（例えば近赤外線の透過率が８０％以上が望ましい）であれば良く、必ずしも赤外線を１００％透過させるものである必要はない。第２発明のように複数の板状の耐熱ガラスを重ね合わせ、その間に遮蔽部材を保持するものが望ましいが、単一の耐熱ガラス板の一方の面、例えば被加熱部材と反対側の面に、遮蔽部材を貼り付けたり蒸着したりするだけでも良い。保持部材に遮蔽部材を保持させる方法としては、挟んだり貼り付けたり蒸着したりする他、保持部材に所定形状の凹部を形成して液体金属を流し込み、冷却硬化と共に保持部材に一体的に固定して遮蔽部材として用いることもできる。

以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である赤外線加熱装置１０の概略構成を説明する正面図で、赤外線源として略水平に配置された複数の近赤外線ランプヒーター１２を備えている。この近赤外線ランプヒーター１２の真下には、図示しないローダ装置（コンベアなど）により被加熱部材１４が搬入される。被加熱部材１４は平坦な熱間プレス用鋼板で、略水平となる姿勢で支持され、近赤外線ランプヒータ１２から真下に出射された近赤外線（矢印Ｌ）が略垂直に照射されることによって加熱される。

上記近赤外線ランプヒーター１２と被加熱部材１４との間の中間位置には保持部材１６が配置され、近赤外線Ｌの透過を制限する所定形状の遮蔽部材１８が保持されている。保持部材１６は、近赤外線Ｌを透過させる一対の平坦な上部石英ガラス板２０および下部石英ガラス板２２を備えており、略水平となる姿勢、すなわち近赤外線ランプヒーター１２から出射される近赤外線Ｌに対して略垂直となる姿勢で互いに重ね合わされるように配置されているとともに、近赤外線Ｌの照射範囲外に位置する周縁部において複数のステー（支持具）２４により被加熱部材１４から上方へ離間した位置で支持されている。石英ガラス板２０、２２は耐熱ガラスに相当する。

遮蔽部材１８は、酸化し難く且つ近赤外線Ｌの反射率が高い金箔（厚さ約１μｍ）にて構成されており、図５に示すように一対の上部石英ガラス板２０と下部石英ガラス板２２との間に挟まれて保持されるようになっている。図１では、遮蔽部材１８を示すために石英ガラス板２０、２２の間に隙間があるが、遮蔽部材１８は１μｍ程度と極めて薄いため、実際には一対の石英ガラス板２０、２２は互いに略密着するように重ね合わされている。このような遮蔽部材１８が配置された部分では、近赤外線Ｌの透過が遮断されるため、被加熱部材１４には近赤外線Ｌの影が生じて加熱が制限され、近赤外線Ｌが照射される高温加熱領域Ｈｉおよび影の部分の低温加熱領域Ｌｏが、遮蔽部材１８の形状に対応する所定のパターンで形成される。

図２は、遮蔽部材１８の一例を具体的に示す斜視図で、島状の遮蔽部材１８ｂ、１８ｃを含めて計３つの遮蔽部材１８ａ〜１８ｃにて構成されている。図３は、図２の遮蔽部材１８によって被加熱部材１４に形成される高温加熱領域Ｈｉおよび低温加熱領域Ｌｏの一例である。高温加熱領域ＨｉはＡｃ３点温度以上まで加熱される一方、低温加熱領域ＬｏはＡｃ３点温度未満の低温度であり、このように赤外線加熱装置１０により部分加熱された被加熱部材１４は、続いて熱間プレス成形されることにより、高温加熱領域Ｈｉは焼入れ硬化されて高強度とされる一方、低温加熱領域Ｌｏは焼入れ硬化されることなく低強度に維持される。低強度の部位は、高強度の部位に比較して、容易に切断や穴抜き等の加工を行うことができるとともに、スポット溶接の条件も容易になる。図４は、被加熱部材１４が赤外線加熱装置１０により部分加熱されて熱間プレス成形された後に、低温加熱領域（低強度部位）Ｌｏに穴抜き３２およびトリミング３４が行われたプレス成形品３０の一例である。

このように、本実施例の赤外線加熱装置１０においては、近赤外線ランプヒーター１２と被加熱部材１４との間に近赤外線Ｌを透過させる保持部材１６が配置され、その保持部材１６によって遮蔽部材１８が保持されているため、遮蔽部材１８を被加熱部材１４から離して非接触で配置することが可能で、被加熱部材１４の加熱に伴う遮蔽部材１８の加熱が抑制されて早期劣化が防止される。

また、島状の遮蔽部材１８ｂ、１８ｃを用いて島状の低温加熱領域Ｌｏを設けることができるなど、高温加熱領域Ｈｉおよび低温加熱領域Ｌｏの形状設定の自由度が高くなるとともに、遮蔽部材１８を片持ち状に支持する必要がないため、剛性を確保するために遮蔽部材１８の板厚を大きくする必要がなく、安価に構成できる。

また、本実施例では、保持部材１６が一対の上部石英ガラス板２０および下部石英ガラス板２２を重ね合わせたもので、その一対の石英ガラス板２０および２２の間に挟まれて保持された金箔によって遮蔽部材１８が構成されているため、熱や蒸気等の影響を受けて遮蔽部材１８が汚れたり変形したりする恐れがなく、遮蔽部材１８の耐久性が向上するとともに、必要に応じて石英ガラス板２０、２２の表面を洗浄するだけで良いためメンテナンスが容易である。すなわち、遮蔽部材１８が汚れたり粉塵が付着したりすると、汚れが近赤外線Ｌを吸収して加熱され、早期に劣化する恐れがあるとともに、保持部材１６が汚れると被加熱部材１４の加熱効率が低下したりするが、遮蔽部材１８は一対の石英ガラス板２０、２２に挟まれて保持されているため汚れる恐れがなく、石英ガラス板２０、２２に付着した汚れは比較的簡単に除去することが可能で手入れが容易なのである。

また、遮蔽部材１８の各部材１８ａ〜１８ｃが尖っていたり細い形状であったりしても、熱や雰囲気の影響で変形する恐れが無いとともに、近赤外線Ｌの透過を制限できる範囲で薄くできるため、遮蔽部材１８の使用量すなわち金箔の使用量が節減されてコストダウンを図ることができる。

また、遮蔽部材１８は一対の石英ガラス板２０、２２の間に挟まれて保持されているため、赤外線加熱装置１０に対する被加熱部材１４の搬入、搬出時に被加熱部材側すなわち下側の下部石英ガラス板２２に被加熱部材１４等が当たって疵が付いたとしても、その下部石英ガラス板２２を交換するだけで良く、遮蔽部材１８はそのまま使用できるため、影響が最小限に抑えられる。

なお、遮蔽部材１８を被加熱部材１４に接触させて配置した場合、その接触面は雰囲気（酸素を含む空気）に触れないため、加熱中に被加熱部材１４の表面が酸化されることはないが、加熱終了後に遮蔽部材１８を取り除く際に高温になった被加熱部材１４が雰囲気に触れることにより激しい酸化反応（燃焼）を起こし、被加熱部材１４に施された亜鉛やアルミなどのメッキ層が蒸発する恐れがある。本実施例では、遮蔽部材１８が保持部材１６に保持されて、被加熱部材１４から上方へ離間して非接触で配置されているため、このような急激な酸化反応で被加熱部材１４のメッキ層が蒸発する恐れもない。

一方、上記実施例では、遮蔽部材１８として金箔が用いられ、一対の石英ガラス板２０、２２の間に挟まれて保持されるようになっていたが、図６に示すように、被加熱部材１４と反対側に位置する上部石英ガラス板２０の下面、すなわち被加熱部材１４側の面に金を蒸着して蒸着膜を形成し、この蒸着膜を遮蔽部材１８として用いることもできる。図５および図６は、両者の違いを明らかにするために、一対の石英ガラス板２０、２２を互いに離間させて示したもので、実際に使用する際には互いに略密着するように重ね合わされて使用される。

図６のように蒸着により上部石英ガラス板２０に直接設けられた金の蒸着膜を遮蔽部材１８として用いる場合、前記実施例のように別体に構成された金箔を遮蔽部材１８として用いて一対の石英ガラス板２０、２２の間に挟み込む場合に比較して、細かい形状や互いに離間した複数の遮蔽部分を簡単に高い精度で設定でき、高温加熱領域Ｈｉおよび低温加熱領域Ｌｏの形状設定の自由度が更に高くなる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：赤外線加熱装置１２：近赤外線ランプヒーター（赤外線源）１４：被加熱部材１６：保持部材１８、１８ａ〜１８ｃ：遮蔽部材２０：上部石英ガラス板（耐熱ガラス）２２：下部石英ガラス板（耐熱ガラス）Ｈｉ：高温加熱領域Ｌｏ：低温加熱領域

Claims

赤外線源から被加熱部材に赤外線を照射して加熱するとともに、赤外線の透過を制限する遮蔽部材を用いて該被加熱部材の加熱領域を設定する赤外線加熱装置において、
前記赤外線源と前記被加熱部材との間に赤外線を透過させる保持部材を配置し、該保持部材に前記遮蔽部材を保持させるようにした
ことを特徴とする赤外線加熱装置。
前記保持部材は、前記赤外線の照射方向に対して交差する姿勢で複数の板状の耐熱ガラスを重ね合わせたもので、
前記遮蔽部材は、前記複数の耐熱ガラスの間に保持された金属板、金属箔、または金属膜である
ことを特徴とする請求項１に記載の赤外線加熱装置。
前記遮蔽部材は、前記複数の耐熱ガラスの中、最も前記被加熱部材側に位置する耐熱ガラスを除いた他の耐熱ガラスの何れかの、該被加熱部材側の面に蒸着された金属膜である
ことを特徴とする請求項２に記載の赤外線加熱装置。