JP2014077567A - 多段式加熱炉システム - Google Patents

Abstract

【課題】工場内における設置面積を小さくするとともに、コンパクトな多段式加熱炉と、ワーク搬送機を備えた多段式加熱システムを提供する。
【解決手段】多段式加熱炉１００は、複数の加熱炉ユニット１００−１〜１００―１０を垂直方向に積み上げてなる。各加熱炉ユニットは、上部ヒーター１０２Ａ及び下部ヒーター１０１Ａと、上部ヒーター１０２Ａ上に水平方向に延びるように配置された支持パイプ１０４Ａ，１０４Ｂと、支持パイプ１０４Ａ，１０４Ｂ上に架け渡された複数のワーク支持棒１０６と、を備える。ワーク搬送機２００Ａは、水平方向に延びたワーク搬送棒２０１と、ワーク搬送棒２０１の端部を連結して、水平レール２０４上で移動させる水平移動機構２０５、水平レール２０４を含めたワーク搬送機本体を垂直レール２０６上で移動させる垂直移動機構２０７を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の加熱炉ユニットを垂直方向に積み上げてなる多段式加熱炉と、各加熱ユニットにワークを投入し、かつ各加熱ユニットからワークを排出するワーク搬送機と、を備えた多段式加熱システムに関する。

車両用部品においては、厚さを薄くしてなおかつ高強度を持つ部材を用いることにより、安全性と経済性の両立を図っている。このような目的のため、高温に加熱した鋼板を低温のプレス金型で冷却して焼入れを行う、いわゆる熱間プレスが知られている。この工法は、鋼板をオーステナイト化温度以上に加熱し、プレス金型で成形と同時に急速冷却して焼入れを行うものである。

熱間プレスに用いられる加熱炉としては、図１１に示すように、多数の下部ヒーター１と上部ヒーター２を水平方向に並設し、下部ヒーター１と上部ヒーター２との間で、鋼板Ｗを投入口から排出口まで搬送しながら加熱するものが知られている。鋼板Ｗは加熱炉の投入口から次々と投入され、排出口から排出されるまでの間、下部ヒーター１と上部ヒーター２によって加熱されるようになっている。

特開２０１０−４４８７５号公報

従来の加熱炉は、複数の鋼板Ｗを次々と加熱することができるが、多数の下部ヒーター１と上部ヒーター２を水平方向に並設しているため、工場内における加熱炉の設置面積が大きくなるという問題があった。また、多数の下部ヒーター１及び上部ヒーター２の中で、１つのヒーターが断線等により故障しても、加熱不足により加熱炉に投入された全ての鋼板Ｗが不良品になってしまうという問題もあった。

上述の課題に鑑み、本発明は、複数の加熱炉ユニットを垂直方向に積み上げてなる多段式加熱炉と、各加熱ユニットにワークを投入し、かつ各加熱ユニットからワークを排出するワーク搬送機と、を備えた多段式加熱システムにおいて、
各加熱炉ユニットは、垂直方向に断熱材を挟んで重ねられたプレート状の上部ヒーター及び下部ヒーターと、前記上部ヒーターの一方の端部上に水平方向に延びるように配置された第１の支持パイプと、前記上部ヒーターの他方の端部上に水平方向に延びるように配置された第２の支持パイプと、前記第１及び第２の支持パイプ上に架け渡された複数のワーク支持棒と、を備え、前記ワーク搬送機は、水平方向に延びた複数のワーク搬送棒と、前記複数のワーク搬送棒を水平方向に移動させる水平移動手段と、前記複数のワーク搬送棒を垂直方向に移動させる垂直移動手段と、を備え、前記水平移動手段により、前記複数のワーク搬送棒を前記加熱炉ユニットの前記複数のワーク支持棒の間に入り込むように水平移動させ、前記複数のワーク搬送棒の水平移動後に、前記垂直移動手段により、前記複数のワーク搬送棒を下動させることにより、前記複数のワーク搬送棒上に載せたワークを前記複数のワーク支持棒上に移すように構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、複数の加熱炉ユニットを垂直方向に積み上げてなる多段式加熱炉の構成を採用したので、加熱炉の設置面積を小さくすることができ、また各加熱炉ユニットが独立した加熱炉として機能するので、１つの加熱炉ユニットが故障したとしても他の加熱炉ユニットには影響しない。

また、本発明によれば、１つの加熱炉ユニットの垂直方向の寸法を小さくすることができるので、加熱炉の垂直方向の全体の寸法を小さくすることができる。

さらに、本発明によれば、ワーク搬送機を備えており、そのワーク搬送棒を用いてワークを多段式加熱炉の任意の加熱炉ユニットに投入することができる。ワーク搬送機は、ワーク搬送棒を用いることで加熱炉ユニットの狭い空間にワークを投入するのに適している。

熱間プレスにおける全体の設備を示す図である。 本発明の実施形態における多段式加熱炉の正面図である。 図２の多段式加熱炉の１つ加熱炉ユニットの平面図である。 図３の左側面図である。 ワーク搬送機の平面図である。 ワーク搬送機によるワーク搬送の様子を示す第１の平面図である。 ワーク搬送機によるワーク搬送の様子を示す第２の平面図である。 ワーク搬送機によるワーク搬送の様子を示す第３の平面図である。 ワーク搬送機によるワーク搬送の様子を示す側面図である。 支持パイプ、ワーク搬送棒の断面図である。 従来の加熱炉を示す図である。

図１は、熱間プレスにおける全体の設備を示す図である。図示のように、多段式加熱炉１００、２つのワーク搬送機２００Ａ，２００Ｂ、プレス金型を有するプレス機３００が配置されている。ワーク搬送機２００Ａは、多段式加熱炉１００に鋼板等のワークを投入するために多段式加熱炉１００の投入口側に配置され、ワーク搬送機２００Ｂは、多段式加熱炉１００からワークを排出するために多段式加熱炉１００の排出口側に配置されている。

本発明の実施形態における多段式加熱システムは、多段式加熱炉１００、ワーク搬送機２００Ａ，２００Ｂから構成される。

多段式加熱炉１００は、複数の加熱炉ユニットを垂直方向に積み上げてなるもので、この例では１０個の加熱炉ユニット１００−１〜１００−１０を積み上げて構成されている。

投入用のワーク搬送機２００Ａと排出用のワーク搬送機２００Ｂは、基本的には同じ構成を有しており、複数のワーク搬送棒２０１と、複数のワーク搬送棒２０１の端部を連結して、水平レール２０４上で移動させる水平移動機構２０５、水平レール２０４を垂直レール２０６上で移動させる垂直移動機構２０７を備えている。

これにより、ワークは複数のワーク搬送棒２０１上で支持された状態で水平方向及び垂直方向に移動可能であり、多段式加熱炉１００の任意の加熱炉ユニット１００−Ｘの中に、投入用のワーク搬送機２００Ａの複数のワーク搬送棒２０１と共に投入される。加熱炉ユニット１０−Ｘに投入されたワークはオーステナイト化温度以上に加熱される。

ワークの加熱が完了すると、排出用のワーク搬送機２００Ｂの複数のワーク搬送棒２０１が多段式加熱炉１００の任意の加熱炉ユニット１００−Ｘの中に挿入され、ワークは複数のワーク搬送棒２０１上で支持された状態で、多段式加熱炉１００から排出される。そして、多段式加熱炉１００から排出されたワークは、プレス機３００のプレス金型で成形と同時に急速冷却され焼入がされる。

以下、本発明の実施形態における多段式加熱システムにおける多段式加熱炉１００、ワーク搬送機２００Ａ，２００Ｂの構成を説明する。

＜多段式加熱炉１００の構成＞
図２は多段式加熱炉１００の正面図、図３は図２の多段式加熱炉の１つ加熱炉ユニットの平面図、図４は図３の左側面図である。図２においては、４段の加熱炉ユニット１００−１〜１００−４だけが図示されている。

加熱炉ユニット１００−１〜１００−１０は基本的には同じ構成を有している。
加熱炉ユニット１００−１の底部には、プレート状の２枚の下部ヒーター１０１Ａ，１０１Ｂが水平方向に隣接して設けられている。下部ヒーター１０１Ａ，１０１Ｂ上には、それぞれ上部ヒーター１０２Ａ，１０２Ｂが断熱材１０３Ａ，１０３Ｂを間に挟んで互いに対向するように重ねられている。下部ヒーター１０１Ａ，１０１Ｂにはそれぞれ電力供給用の一対の電極１０９Ａ，１０９Ｂが設けられ、上部ヒーター１０２Ａ，１０２Ｂにはそれぞれ電力供給用の一対の電極１１０Ａ，１１０Ｂが設けられている。下部ヒーター１０１Ａ，１０１Ｂ及び上部ヒーター１０２Ａ，１０２Ｂは遠赤外線を放射する遠赤外線ヒーターであることが好ましい。

図２の左側の加熱炉ユニット１００−１の投入口付近には、上部ヒーター１０２Ａの一方の端部上に水平方向（Ｙ方向）に延びるように支持パイプ１０４Ａが設けられている。加熱炉ユニット１００−１の中央付近には、上部ヒーター１０２Ａ，１０２Ｂの端部上に水平方向（Ｙ方向）に延びるように支持パイプ１０４Ｂが設けられている。そして、図２の右側の加熱炉ユニット１００−１の排出口付近には、上部ヒーター１０２Ｂの一方の端部上に水平方向（Ｙ方向）に延びるように支持パイプ１０４Ｃが設けられている。

支持パイプ１０４Ａは所定の間隔を持って設けられた複数（例えば、５個）の基台１０５Ａに挿入されている。支持パイプ１０４Ｂ，１０４Ｃも同様に、それぞれ基台１０５Ｂ，１０５Ｃに挿入されている。

基台１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ上には、それぞれ支持台１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃが立設されている。支持台１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃの上面には凹部が形成されている。そして、３本の支持パイプ１０４Ａ〜１０４Ｃに複数本（例えば、５本）のワーク支持棒１０６が水平方向（Ｘ方向）に掛け渡されている。この場合、ワーク支持棒１０６は、支持台１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃの凹部に嵌合される。

ワーク搬送機２００Ａにより投入口から投入された２枚のワークＷ１，Ｗ２は、これらのワーク支持棒１０６上で支持される。ワークＷ１，Ｗ２は例えば車両用部品であり所定形状の鋼板によって形成されている。また、加熱炉ユニット１００−１の投入口、排出口にはそれぞれ開閉可能な投入扉１０７、排出扉１０８が取り付けられている。

加熱炉ユニット１００−１は、筐体に収納され、その上に、同じ構成の加熱炉ユニット１００−２が積み重ねられる。さらに、加熱炉ユニット１００−３〜１００−１０が順に積み上げられている。

この場合、加熱炉ユニット１００−１に投入されたワークＷ１の裏面は上部ヒーター１０２Ａに対向し、ワークＷ１の上面は上方に隣接する２段目の加熱ユニット１００−２の下部ヒーター１０１Ａに対向する。また、加熱炉ユニット１００−１に投入されたワークＷ２の裏面は上部ヒーター１０２Ｂに対向し、ワークＷ２の上面は上方に隣接する２段目の加熱炉ユニット１００−２の下部ヒーター１０１Ｂに対向する。

上述のように、多段式加熱炉１００によれば、加熱炉ユニット１００−１〜１００−１０を垂直方向に積み上げているので、その設置面積を小さくして、工場の省スペース化に寄与することができる。また、各加熱炉ユニットは独立した加熱炉として機能するので、１つの加熱炉ユニットが故障したとしても他の加熱炉ユニットには影響しない。加熱炉ユニットの個数は必要な生産要求数に応じて適宜増減することができる。

さらに、多段式加熱炉１００によれば、加熱炉ユニット１００−１〜１００−１０の底部に、下部ヒーター１０１Ａ，１０１Ｂと、上部ヒーター１０２Ａ，１０２Ｂとを断熱材１０３Ａ，１０３Ｂを間に挟んで重ねる形で設置しており、上部ヒーター１０２Ａ，１０２Ｂ上にワーク支持棒１０６を掛け渡すという構成を採用したので、加熱炉ユニット１００−１〜１００−１０の垂直方向の寸法を小さくすることができ、多段式加熱炉１００を全体としてコンパクトに構成することができる。

加熱炉ユニット１００−１〜１００−１０は２枚のワークＷ１，Ｗ２を投入するために、それぞれに対応させて、２つの下部ヒーター１０１Ａ，１０１Ｂと、２つの上部ヒーター１０２Ａ，１０２Ｂを設けているが、ワークの投入枚数に応じてヒーターの個数は増減でき、また、それに応じて、支持パイプ、ワーク支持棒の本数も増減することができる。

最下段の加熱炉ユニット１００−１の下部ヒーター１０１Ａ，１０１Ｂと、最上段の加熱炉ユニット１００−１０の上部ヒーター１０２Ａ，１０２Ｂは、加熱対象となるワークが無いので、電力を節約するために、使用しないダミーのヒーターとするか、取り外すことができる。

また、支持パイプ１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃには、ワークＷ１，Ｗ２と、ワーク支持棒１０６の荷重がかかっており、加熱炉ユニット１００−１〜１００−１０の加熱により熱変形が生じやすい。支持パイプ１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃに熱変形が生じると、ワークＷ１，Ｗ２の位置ずれや、落下のおそれがある。そこで、支持パイプ１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃの中に冷却水を流すことで熱変形を抑制することができる。

図１０（Ａ），（Ｂ）は、支持パイプ１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃの構造を示す断面図であり、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。図示のように、支持パイプ１０４Ａ〜１０４Ｃは、一方の端が栓部１１４によって閉じられ、他方の端が開口された外側パイプ１１２と、外側パイプ１１２の中に間隙を設けて挿入され、両端が開口された内側パイプ１１３と、を備えている。そして、水道蛇口等の冷却水注入手段により、内側パイプ１１３の開口から内側パイプ１１３の中に冷却水が注入される。内側パイプの中に注入された冷却水は、栓部１１４に当たり、間隙を通して逆方向に流れて回収されるようになっている。このように構成することで冷却水の経路が２倍になり高い冷却効果が得られ、また、冷却水の配管を節減することができる。

＜ワーク搬送機２００Ａ，２００Ｂの構成＞
前述のように、ワーク搬送機２００ＡはワークＷ１，Ｗ２を多段式加熱炉１００に投入するために用いられ、ワーク搬送機２００ＢはワークＷ１，Ｗ２を多段式加熱炉１００から取り出すために用いられるが、両機は同じ構成を有している。

図１は、ワーク搬送機２００Ａの正面図、図５はワーク搬送機２００Ａの平面図であり、図６乃至図８は、ワーク搬送機２００Ａによるワーク搬送の様子を示す平面図である。図９は、ワーク搬送機２００Ａによるワーク搬送の様子を示す側面図である。

ワーク搬送機２００Ａは、水平方向に延びた複数本（例えば、６本）のワーク搬送棒２０１と、これらのワーク搬送棒２０１の端部を連結して、水平レール２０４上で移動させる水平移動機構２０５、水平レール２０４を含めたワーク搬送機本体を垂直レール２０６上で移動させる垂直移動機構２０７（図１参照）を備えている。

水平移動機構２０５及び垂直移動機構２０７は、例えば、水平レール２０４、垂直レール２０６をそれぞれ走行する車輪と、車輪を回転駆動するモータで構成することができる。

ワークＷ１，Ｗ２は、６本のワーク搬送棒２０１上の所定位置に支持されるが、このままではワーク搬送棒２０１の移動中にワークＷ１，Ｗ２の位置ずれや、脱落が生じるおそれがある。そこで、各ワーク搬送棒２０１には、一対のガイド棒２０２が平行に取り付けられている。各ガイド棒２０２には、一対のリング状のワーク規制具２０３Ａ，２０３Ｂが取り付けられ、ワークＷ１，Ｗ２の平面形状に合わせてワーク規制具２０３Ａ，２０３Ｂが位置決めされることにより、ワークＷ１，Ｗ２を両側面から押さえてその動きを規制する。

ワーク搬送機２００Ａの動作を図６乃至９に基づいて説明する。先ず、図６に示すように、ワーク搬送棒２０１上にワークＷ１，Ｗ２を載せ、ワーク規制具２０３Ａ，２０３ＢによりワークＷ１，Ｗ２の動きを規制する。そして、垂直移動機構２０７により、ワークＷ１，Ｗ２を投入すべき加熱炉ユニットの高さまで、ワーク搬送機本体を垂直移動させる。

次に、図７、図９（Ａ）に示すように、水平移動機構２０５により、６本のワーク搬送棒２０１を加熱炉ユニットの５本のワーク支持棒１０６の間に入り込むようにＸ方向に水平移動させる。

その後、図９（Ｂ）に示すように、垂直移動機構２０７により、６本のワーク搬送棒２０１を下動させることにより、ワーク搬送棒２０１上に載せたワークＷ１，Ｗ２をワーク支持棒１０６上に移す。そして、図９（Ｃ）に示すように、垂直移動機構２０７によりワーク搬送棒２０１をさらに下動させることにより、ワーク搬送棒２０１はワークＷ１，Ｗ２から離れ、ワークＷ１，Ｗ２と、支持台１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃとで囲まれた空間に入る。その後、図８に示すように、水平移動機構２０５により、ワーク搬送棒２０１を加熱炉ユニットから抜き出す。

このようにして、ワーク搬送棒２０１を用いてワークＷ１，Ｗ２を多段式加熱炉１００の任意の加熱炉ユニットに投入することができる。前述のように加熱炉ユニットは垂直方向の寸法が小さく構成されており、ワークＷ１，Ｗ２は、ワーク支持棒１０６と、上方の下部ヒーター１０１Ａ，１０１Ｂの間の狭い空間に収納される。ワーク搬送機２００Ａは、ワーク搬送棒２０１を用いることでそのような狭い空間にワークＷ１，Ｗ２を投入するのに適している。

ワーク搬送機２００Ｂについても、同様に、ワーク搬送棒２０１を用いて、多段式加熱炉１００の任意の加熱炉ユニットからワークＷ１，Ｗ２を排出することができる。

また、ワーク搬送棒２０１は高温の加熱炉ユニットに挿入されることから、熱変形を生じやすい。ワーク搬送棒２０１に熱変形が生じると、ワークＷ１，Ｗ２の位置ずれや、落下のおそれがある。そこで、前述の支持パイプ１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃと同様に、ワーク搬送棒２０１中に冷却水を流すことで熱変形を抑制することができる。

この場合でも、図１０に示すように、ワーク搬送棒２０１は一方の端が栓部１１４によって閉じられ、他方の端が開口された外側パイプ１１２と、外側パイプ１１２の中に間隙を設けて挿入され、両端が開口された内側パイプ１１３と、を備えている。そして、水道蛇口等の冷却水注入手段により、内側パイプ１１３の開口から内側パイプ１１３の中に冷却水が注入される。内側パイプ１１３の中に注入された冷却水は、栓部１１４に当たり、間隙を通して逆方向に流れて回収されるようになっている。このように構成することで冷却水の経路が２倍になり高い冷却効果が得られ、冷却水の配管を節減することができる。

なお、ワーク搬送棒２０１の本数は加熱炉ユニットのワーク支持棒１０６の本数に合わせて決定され、ワーク支持棒１０６の本数より１本多いことが好ましい。

１００ 多段式加熱炉
１００−１〜１００−１０ 加熱炉ユニット
１０１Ａ，１０１Ｂ 下部ヒーター
１０２Ａ，１０２Ｂ 上部ヒーター
１０３Ａ，１０３Ｂ 断熱材
１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ 支持パイプ
１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ 基台
１０６ ワーク支持棒
１０７ 投入扉
１０８ 排出扉
１０９Ａ，１０９Ｂ，１１０Ａ，１１０Ｂ 電極
１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ 支持台
１１２ 外側パイプ
１１３ 内側パイプ
１１４ 栓部
２００Ａ，２００Ｂ ワーク搬送機
２０１ ワーク搬送棒
２０２ ガイド棒
２０３Ａ，２０３Ｂ ワーク規制具
２０４ 水平レール
２０５ 水平移動機構
２０６ 垂直レール
２０７ 垂直移動機構

Claims (2)

1. 複数の加熱炉ユニットを垂直方向に積み上げてなる多段式加熱炉と、
   各加熱ユニットにワークを投入し、かつ各加熱ユニットからワークを排出するワーク搬送機と、を備えた多段式加熱システムにおいて、
   各加熱炉ユニットは、垂直方向に断熱材を挟んで重ねられたプレート状の上部ヒーター及び下部ヒーターと、前記上部ヒーターの一方の端部上に水平方向に延びるように配置された第１の支持パイプと、前記上部ヒーターの他方の端部上に水平方向に延びるように配置された第２の支持パイプと、前記第１及び第２の支持パイプ上に架け渡された複数のワーク支持棒と、を備え、
   前記ワーク搬送機は、水平方向に延びた複数のワーク搬送棒と、前記複数のワーク搬送棒を水平方向に移動させる水平移動手段と、前記複数のワーク搬送棒を垂直方向に移動させる垂直移動手段と、を備え、
   前記水平移動手段により、前記複数のワーク搬送棒を前記加熱炉ユニットの前記複数のワーク支持棒の間に入り込むように水平移動させ、前記複数のワーク搬送棒の水平移動後に、前記垂直移動手段により、前記複数のワーク搬送棒を下動させることにより、前記複数のワーク搬送棒上に載せたワークを前記複数のワーク支持棒上に移すように構成されたことを特徴とする多段式加熱システム。
2. 前記ワーク搬送棒に取り付けられたガイド棒と、
   前記ガイド棒に取り付けられ、前記ワークを両側面から固定するワーク固定具と、を備えること特徴とする請求項１に記載の多段式加熱システム。

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