JP2015230152A - 熱間プレス用鋼板の遠赤外線式加熱炉 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間プレス用鋼板を収容する鋼板収容領域とヒータを有し、厚みのある耐火物製のシャッターを確実に開閉可能な遠赤外線式加熱炉の提供。【解決手段】ヒータ14-1は遠赤外線ヒータであり、鋼板収容領域13-1は水平面において略矩形の外形をなし、対向する二辺に略直方体形の断熱材からなる固定ブロック16a,16bを有し、残りの対向する二辺に略直方体形の断熱材からなる蓋ブロック16c,16dを有する。固定ブロックに接触する蓋ブロックを、固定ブロックの長手方向と平行な方向へ直線的に所定距離案内して固定ブロックから離した後に上方又は下方へ案内することにより鋼板収容領域13-1を外部と連通させると共に、蓋ブロックを下方または上方へ案内した後に固定ブロックの長手方向と平行な方向へ直線的に所定距離案内して固定ブロックに接触させて鋼板収容領域を外部から遮断する蓋ブロック開閉機構20-1を有する遠赤外線式加熱炉。【選択図】図６

Description

本発明は、熱間プレス用鋼板を例えばＡｃ_３点以上９５０℃以下に加熱する遠赤外線式加熱炉に関する。

自動車車体のいっそうの強度・剛性および衝突安全性の向上と、車体の軽量化による燃費性能の向上とを両立するため、自動車車体の構成部材の素材として高張力鋼板が広く用いられている。しかし、高張力化に伴って鋼板のプレス成形性は低下するため、鋼板を所望の形状に成形することが困難になる。

このため、プレス成形に供される熱間プレス用鋼板（ブランク）を、Ａｃ_３点以上の温度に加熱した後にプレス成形して金型により抜熱・急冷して焼入れることにより、所望の形状を有する高強度のプレス成形品を製造する熱間プレス法（ホットスタンプ法）が用いられる。熱間プレス法により高強度の熱間プレス成形品を量産するためには、熱間プレス用鋼板を加熱するための加熱炉を用いる必要がある。これまでにも、この加熱炉に関する発明が提案されている。

特許文献１には、水平に互いに上下方向に配置されるとともに少なくとも一枚の熱間プレス用鋼板を収容するための複数の炉平面を有し、この炉平面に、加熱中に熱間プレス用鋼板を移動する手段が設けられた多段型加熱炉が開示される。

特許文献２には、内部に加熱室が形成された箱状の装置本体と、加熱室の内部雰囲気を約９００℃に加熱する熱源とを備え、複数枚の熱間プレス用鋼板を同時加熱可能であるとともに加熱された熱間プレス用鋼板を個別に取出し可能な多段型加熱炉が開示される。

特許文献３には、熱源によって加熱される加熱室を内部に有する装置本体を備え、装置本体の前側壁に、上下に並んだ複数段の開口部が設けられ、各段の開口部毎に開閉扉が設けられた多段型加熱炉が開示される。

さらに、特許文献４には、合金化温度に熱間プレス用鋼板を加熱する第１工程と、第１工程で付与された熱エネルギを利用して熱間プレス用鋼板の第１領域をＡ_３変態点温度以上に保持するとともに、熱間プレス用鋼板の第２領域から熱エネルギを奪って第２領域をＡ_１変態点温度以下に強制冷却する第２工程とを有し、合金化の際に付与した熱エネルギを有効利用できるとともに熱処理時間を短縮できる熱処理方法が開示される。

特許文献１〜４に記載された加熱炉は、熱間プレス用鋼板を加熱する加熱源として、ガスバーナ、電気コイルヒータ、ラジアントチューブまたは電磁波加熱器等を用いる。熱間プレスを行う際には、熱間プレス用鋼板をＡｃ_３点以上、例えば８５０〜９５０℃の高温域に急速に、かつ部位に依らずに均一に加熱する必要がある。さらに、近年、量産性の向上や、設備設置面積の最小化のニーズがあり、熱間プレス用鋼板を均一に加熱すると同時に高さ方向への多段化によるコンパクト化が可能な、薄型平面状で両面からの加熱できる遠赤外線式ヒータが熱源として用いられ始めている。

例えば特許文献５には、加熱炉の熱源として、発熱導体（抵抗体）を収容する溝が形成された多数の碍子を並べて、これらの碍子の溝内に遠赤外線を放射する発熱導体を通すことにより、多数の碍子をフレキシブルな板状を呈するように編み上げた構造を有して全体がパネル状を呈するように構成された、遠赤外線を放射する電気ヒータ（パネルヒータ）を用いた多段型加熱炉が開示される。

特開２００７−２９８２７０号公報 特開２００８−２９１２８４号公報 特開２００８−２９６２３７号公報 特許第５１９７８５９号明細書 特開２０１４−３４６８９号公報

本発明者らの検討結果によれば、特許文献４や特許文献５により開示された、遠赤外線を放射する薄形の電気ヒータを熱源とする熱間プレス用鋼板の多段型加熱炉には、以下の課題がある。

稼働時に、多段型加熱炉の炉内温度は８５０〜９５０℃に達するため、熱間プレス用鋼板の搬入口と搬出口の開閉シャッターには充分な断熱が必要であり、これらの断熱が不足すると、搬入口と搬出口の開閉シャッターが内外の熱膨張差により反ったり、繰り返しの熱応力を生じ、塑性変形が蓄積して開閉シャッターの変形が進む恐れがある。

また、その変形により搬入口や搬出口の気密性が大きく損なわれ、熱間プレス用鋼板を均一に加熱することが難しくなる。また、開閉シャッターの保守費用も嵩む。

このため、本発明者らは、登録実用新案第３０５６５２２号明細書に開示されているフレキシブル面状赤外線ヒータ（以下、「フレキシブル遠赤外線ヒータ」という）を用いて、課題を検討した。

図１（ａ）は、フレキシブル遠赤外線ヒータ０に用いられる碍子本体１の平面図であり、図１（ｂ）は、碍子本体１の正面図であり、図１（ｃ）は、フレキシブル遠赤外線ヒータ０の平面図であり、図１（ｄ）は、配列した碍子に電熱線４を通してすだれ状に編み組みした状態を示す正面図であり、図１（ｅ）は、図１（ｃ）の側面図であり、図１（ｆ）は、碍子本体１を２分の１宛ずらせて並べた状態を示す図である。

図１（ａ）〜図１（ｆ）に示すように、このフレキシブル遠赤外線ヒータ０は、例えばＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２，ＴｉＯ_２，ＳｉＣ，ＣｏＯ，Ｓｉ_３Ｎ_４等の遠赤外線放射セラミックスを焼結した多数の碍子本体１それぞれに電熱線貫通孔２を形成し、交互に並べられた多数の碍子本体１に電熱線４を挿入編み込んですだれ状に構成したものである。

フレキシブル遠赤外線ヒータ０は、碍子本体１の内部に設けられた電熱線に電流を流すことにより碍子本体１の内部から加熱できるため、高い昇温速度を得られ、背面からの熱損失が少ないとともに、高密度の遠赤外線エネルギを放射するために高い加熱効率を有し、さらに、フレキシブルであることから割れや変形のおそれがなく、小型から大型までその寸法も容易に設定できる。さらに、フレキシブル遠赤外線ヒータ０は、薄型でしかもその両面で加熱可能であるから、多段型加熱炉の各段に配置するヒータとしては、加熱効率や炉内温度制御性の点で好適である。

しかし、熱間プレス用鋼板を加熱炉内に搬入するための搬入口と、熱間プレス用鋼板を加熱炉内から搬出するための搬出口には、炉内の断熱性を高めるために断熱材ブロックからなるある程度の厚みを有する装入扉を用いる必要がある。しかし、このように、厚みのある装入扉を確実に開閉することは容易ではない。特許文献５には、厚みのある装入扉を確実に開閉することができる手段は開示されていない。

本発明は、従来の技術が有するこのような課題を解決することができる熱間プレス用鋼板の遠赤外線式加熱炉を提供することである。

本発明は以下に記載の通りである。
（１）熱間プレス用鋼板を略水平に支持しながら収容する鋼板収容領域と、該鋼板収容領域の内部であって前記熱間プレス用鋼板の下方に配置されて該熱間プレス用鋼板を例えばＡｃ_３変態点以上９５０℃以下に加熱する遠赤外線ヒータとを有する遠赤外線式加熱炉であって、
前記鋼板収容領域は、水平面において略矩形の外形をなすこと、
前記矩形の外形の四辺に配置される略直方体形の断熱材からなる固定ブロックを有するとともに、前記四辺のうちの対向する二辺に配置される略直方体形の断熱材からなる蓋ブロックを有すること、および
前記固定ブロックに接触する前記蓋ブロックを、前記固定ブロックの長手方向と平行な方向へ直線的に所定距離移動させて前記固定ブロックから離した後に上方または下方へ移動させることにより前記鋼板収容領域を外部と連通させるとともに、前記固定ブロックから離れた前記蓋ブロックを、下方または上方へ移動させた後に前記固定ブロックの長手方向と平行な方向へ直線的に所定距離移動させて前記固定ブロックに接触させて前記鋼板収容領域を外部から遮断する蓋ブロック開閉機構を有すること
を特徴とする遠赤外線式加熱炉。
（２）前記遠赤外線ヒータは、例えばＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２，ＴｉＯ_２，ＳｉＣ，ＣｏＯ，Ｓｉ_３Ｎ_４等の遠赤外線放射セラミックスの焼結体である碍子本体が縦横に複数並んで面状に構成され、前記複数の碍子本体が、該複数の碍子本体それぞれに穿設された電熱線貫通孔に挿入された電熱線により互いに変位自在に連結されることにより可撓性を有する請求項１に記載された遠赤外線式加熱炉。
（３）前記蓋ブロック開閉機構は、前記固定ブロックとの接触時における前記蓋ブロックの姿勢を維持しながら前記蓋ブロックを支持するリンク機構と、前記蓋ブロックが前記固定ブロックに接触している場合には該リンク機構を前記固定ブロックの長手方向と平行な方向へ直線的に所定距離案内した後に上方または下方へ案内するとともに、前記蓋ブロックが前記固定ブロックから離れている場合には前記リンク機構を下方または上方へ案内した後に前記固定ブロックの長手方向と平行な方向へ直線的に所定距離案内するガイドと、前記リンク機構を前記ガイドに沿って移動させる駆動機構とを有する（１）項または（２）項に記載された遠赤外線式加熱炉。
（４）前記鋼板収容領域は、上下方向へ積層して複数段設けられ、それぞれの鋼板収容領域に前記蓋ブロック開閉機構が設けられる（１）項から（３）項までのいずれか１項に記載された遠赤外線式加熱炉。

本発明によれば、厚みのある耐火物製のシャッターを確実に開閉することが可能である。

図１（ａ）はフレキシブル遠赤外線ヒータに用いられる碍子本体の平面図であり、図１（ｂ）は碍子本体の正面図であり、図１（ｃ）はフレキシブル遠赤外線ヒータの平面図であり、図１（ｄ）は配列した碍子に電熱線を通してすだれ状に編み組みした状態を示す正面図であり、図１（ｅ）は図１（ｃ）の側面図であり、図１（ｆ）は碍子本体を２分の１宛ずらして並べた状態を示す図である。 図２は本発明に係る遠赤外線式多段型加熱炉の炉体構造を示す説明図である。 図３は本発明に係る遠赤外線式多段型加熱炉の説明図であり、図３（ａ）全体外観を示す説明図であり、図３（ｂ）は鋼板収容領域である単段ユニットを示す説明図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図３（ｄ）は蓋ブロックを外した状態の単段ユニットを示す説明図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）は遠赤外線式多段型加熱炉の説明図であり、２つの単段ユニットのみを示す。 図５（ａ）は遠赤外線式多段型加熱炉の正面図であり、図５（ｂ）および図５（ｃ）は遠赤外線式多段型加熱炉を二分割した状態を仮想的に示す説明図である。 図６は遠赤外線式多段型加熱炉の各単段ユニットに設けられた、蓋ブロックの開閉機構を示す説明図である。 図７（ａ）は単段ユニットの上面図、図７（ｂ）は開閉機構の側面図、図７（ｃ）は遠赤外線式多段型加熱炉の正面図、図７（ｄ）は遠赤外線式多段型加熱炉の側面図である。 図８（ａ）は単段ユニットにおけるヒータの支持部材を示す説明図であり、図８（ｂ）は支持されたヒータの上面図、図８（ｃ）はヒータと熱間プレス用鋼板の配置関係を示す説明図、図８（ｄ）は単段ユニットにおけるヒータの他の支持部材を示す説明図である。 図９（ａ）は鋼板支持部材の一例を示す説明図であり、図９（ｂ）はこの鋼板支持部材の断面図であり、図９（ｃ）〜図９（ｆ）はいずれも他の一例を示す説明図である。 図１０は遠赤外線式多段型加熱炉の各単段ユニットへの熱間プレス用鋼板の装入順を示すための説明図である。 図１１（ａ）は、本発明に係る遠赤外線式加熱炉の加熱室（単段ユニット）を模式的に示す説明図であり、図１１（ｂ）は、比較例の遠赤外線式加熱炉の加熱室を模式的に示す説明図である。 図１２（ａ）は、本発明に係る遠赤外線加熱炉による熱間プレス用鋼板の温度制御結果の一例を示すグラフであり、図１２（ｂ）は、比較例の遠赤外線式加熱炉による熱間プレス用鋼板の温度制御結果の一例を示すグラフである。 図１３は、幅４５０ｍｍ，長さ１４００ｍｍ，板厚１．６ｍｍの普通鋼製の熱間プレス用鋼板における５点の測定位置に熱電対を取り付け、この加熱制御（ゾーン制御）を行った場合について、各測定位置の温度を経時的に示すグラフである。

本発明を、添付図面を参照しながら説明する。

１．炉体フレーム１２の構造
図２は多段型加熱炉１０の炉体全体図であり、鉄皮１１ａ，１１ｂ，１１ｃや炉体フレーム１２を示す説明図である。

図３は本発明に係る遠赤外線式多段型加熱炉１０の説明図であり、図３（ａ）は全体外観を示す説明図であり、図３（ｂ）は鋼板収容領域である単段ユニット１３−１〜１３−６を示す説明図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図３（ｄ）は蓋ブロック１６ｃ、１６ｄを外した状態の単段ユニット１３−１〜１３−６を示す説明図である。

図４（ａ）および図４（ｂ）は遠赤外線式多段型加熱炉１０の説明図であり、単段ユニット１３−１，１３−２のみを示す。

図５（ａ）は遠赤外線式多段型加熱炉１０の正面図であり、図５（ｂ）および図５（ｃ）は遠赤外線式多段型加熱炉１０を二分割した状態を仮想的に示す説明図である。

図２〜５に示すように、遠赤外線式多段型加熱炉１０は、鋼板収容領域である単段ユニット１３−１〜１３−６と、遠赤外線ヒータ１４−１〜１４−６と、炉体フレーム１２とを有する。

鋼板収容領域である単段ユニット１３−１〜１３−６は、周囲を取り囲んで配置される断熱材１６ａ，１６ｂ，１６ｅ，１６ｆにより形成される。

単段ユニット１３−１〜１３−６は、その内部に熱間プレス用鋼板１５−１〜１５−６を略水平に支持しながら収容する。単段ユニット１３−１〜１３−６は、上下方向へ積層して複数段（図２〜５に示す遠赤外線式多段型加熱炉１０では６段）設けられる。

遠赤外線ヒータ１４−１〜１４−６は、鋼板収容領域である単段ユニット１３−１〜１３−６の内部であって、熱間プレス用鋼板１５−１〜１５−６の上方および下方に配置され、熱間プレス用鋼板１５−１〜１５−６をその上方および下方から例えばＡｃ_３変態点以上９５０℃以下に加熱する。

遠赤外線ヒータ１４−１〜１４−６は、図１（ａ）〜図１（ｆ）に示すように、例えばＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２，ＴｉＯ_２，ＳｉＣ，ＣｏＯ，Ｓｉ_３Ｎ_４等の遠赤外線放射セラミックスの焼結体である碍子本体１が縦横に複数並んで面状に構成される。複数の碍子本体１は、複数の碍子本体１それぞれに穿設された電熱線貫通孔２に挿入された電熱線４により互いに変位自在に連結される。これにより、遠赤外線ヒータ１４−１〜１４−６は、可撓性を有するフレキシブル遠赤外線ヒータである。

遠赤外線ヒータ１４−１〜１４−６は、碍子本体１の内部に設けられる電熱線に電流を流すことにより碍子本体１の内部から加熱できるために、高い昇温速度を得られ、背面からの熱損失が少なく、しかも高密度の遠赤外線エネルギを放射するために高い加熱効率を有し、さらに、フレキシブルであるから割れや変形のおそれがなく、小型から大型までその寸法も容易に設定できる。遠赤外線ヒータ１４−１〜１４−６は、薄型でしかも両面加熱可能であるから、多段型加熱炉の各単段ユニット１３−１〜１３−６に配置するヒータとしては、加熱効率や炉内温度制御性の点で有効である。

炉体フレーム１２は、鋼板収容領域である単段ユニット１３−１〜１３−６を取り囲んで配置される金属製（例えば炭素鋼製）のフレームである。

図３（ｂ）に示すように、単段ユニット１３−１〜１３−６は、水平面において略矩形の外形をなす。単段ユニット１３−１〜１３−６は、水平面内でその周囲を包囲する断熱材１６ａ，１６ｂ，１６ｅ，１６ｆを有する。

単段ユニット１３−１〜１３−６は、矩形の外形のうちの対向する二辺に配置される略直方体形の断熱材からなる固定ブロック１６ａ，１６ｂと、残りの対向する二辺に配置される略直方体形の断熱材からなる固定ブロック１６ｅ，１６ｆと、固定ブロック１６ｅ，１６ｆに係合する蓋ブロック１６ｃ，１６ｄとにより構成される。

蓋ブロック１６ｃ，１６ｄは、後述する開閉機構２０−１〜２０−６により開閉し、閉じた状態で、固定ブロック１６ｅ，１６ｆの前面及び上面と、固定ブロック１６ａ，１６ｂの長手方向の端面とに当接することにより、単段ユニット１３−１〜１３−６の内部を外部から断熱する。

炉体フレーム１２には、各単段ユニット１３−１〜１３−６の配置高さと一致する高さに、鋼製のスペーサ１７−１〜１７−６が配置される。単段ユニット１３−１〜１６−６における断熱材１６を構成する固定ブロック１６ａ，１６ｂは、断熱材１６と炉体フレーム１２との間に介在するスぺーサ１７−１〜１７−６を介して炉体フレーム１２に接触する。

このため、稼働時に単段ユニット１３−１〜１３−６は８５０〜９５０℃の高温になっても、単段ユニット１３−１〜１３−６はスぺーサ１７−１〜１７−６を介して炉体フレーム１２に接触するために、単段ユニット１３−１〜１３−６の熱が炉体フレーム１２に直接伝導することが抑制される。このため、炉体フレーム１２の熱膨張が防止される。例えば、遠赤外線式多段型加熱炉１０の稼働時において、最上段の単段ユニット１３−６の高さ方向中央位置の高さにおける炉体フレーム１２の変位量は、０．４〜０．５ｍｍ程度であり、炉体フレーム１２の熱膨張による変形は実質的に解消される。

このため、炉体フレーム１２に熱応力が生じなくなり、炉体フレーム１２の熱膨張や熱収縮による変形、熱応力による繰り返し負荷、操業不安定、断熱材１６である耐火物の寿命低下、炉体フレーム１２の亀裂等の損傷を防止でき、遠赤外線式多段型加熱炉１０の保守費用の大幅な低減や遠赤外線式多段型加熱炉１０の稼働率の向上を図ることができる。

２．蓋ブロック１６ｃ，１６ｄの開閉機構２０−１〜２０〜６
図６は、遠赤外線式多段型加熱炉１０の各単段ユニット１３−１〜１３−６に設けられた、蓋ブロック１６ｃ，１６ｄの開閉機構２０−１〜２０〜６を示す説明図である。

開閉機構２０−１〜２０〜６は、各単段ユニット１３−１〜１３−６毎に設けられ、また、蓋ブロック１６ｃ，１６ｄのいずれにも独立して設けられる。さらに、開閉機構２０−１〜２０−６は、いずれも、同一の構成要素により構成される。このため、以降の説明では、単段ユニット１３−１の蓋ブロック１６ｃの開閉機構２０−１を例にとる。

図７（ａ）は、単段ユニット１３−１の上面図、図７（ｂ）は開閉機構２０−１の側面図、図７（ｃ）は遠赤外線式多段型加熱炉１０の正面図、図７（ｄ）は遠赤外線式多段型加熱炉１０の側面図である。

開閉機構２０−１は、リンク機構２１−１と、ガイド２２−１と、駆動機構２３−１とを有する。

リンク機構２１−１は、固定ブロック１６ａ，１６ｂ，１６ｅとの接触時における蓋ブロック１６ｃの姿勢を維持しながら、蓋ブロック１６ｃを支持する。リンク機構２１−１としてはこの種のリンク機構として周知慣用のものを用いればよい。

ガイド２２−１は、蓋ブロック１６ｃが固定ブロック１６ａ，１６ｂ，１６ｅに接触して単段ユニット１３−１内を断熱している場合には、リンク機構２１−１を固定ブロック１６ａ，１６ｂの長手方向と平行な方向へ直線的に所定距離案内した後に上方または下方へ案内するとともに、蓋ブロック１６ｃが固定ブロック１６ａ，１６ｂ，１６ｅから離れている場合にはリンク機構２１−１を下方または上方へ案内した後に固定ブロック１６ａ，１６ｂの長手方向と平行な方向へ直線的に所定距離案内する。ガイド２２−１としてはリンク機構２１−１を移動自在に搭載するガイドレールが例示される。

さらに、駆動機構２３−１は、リンク機構２１−１をガイド２２−１に沿って駆動する。駆動機構２３−１としてはエアシリンダが例示される。

このように、開閉機構２０−１は、固定ブロック１６ａ，１６ｂ，１６ｅ，１６ｆに接触する蓋ブロック１６ｃ，１６ｄを、固定ブロック１６ａ，１６ｂの長手方向と平行な方向へ直線的に所定距離移動させて固定ブロック１６ａ，１６ｂ，１６ｅ，１６ｆから離した後に上方または下方へ移動させることにより単段ユニット１３−１を外部と連通させるとともに、固定ブロック１６ａ，１６ｂ，１６ｅ，１６ｆから離れた蓋ブロック１６ｃ，１６ｄを、下方または上方へ移動させた後に固定ブロック１６ａ，１６ｂの長手方向と平行な方向へ直線的に所定距離移動させて固定ブロック１６ａ，１６ｂ，１６ｅ，１６ｆに接触させて単段ユニット１３−１を外部から遮断する蓋ブロック開閉機構を有する。

なお、図６，７に示す遠赤外線式多段型加熱炉１０では、一つの蓋ブロック１６ｃの左右に二つの開閉機構２０−１を設けたが、一つでもよい。

また、開閉機構としては、リンク機構２１−１を用いる開閉機構２０−１に限定されるものではなく、上述のように蓋ブロック１６ｃ，１６ｄを移動および回転させることができる機構（例えば、産業用ロボットで蓋ブロック１６ｃ，１６ｄを移動させること）であれば、如何なる機構でも用いることができる。

開閉機構２０−１によれば、厚みのある耐火物製の蓋ブロック１６ｃ，１６ｄを確実に開閉して、単段ユニット１３−１の断熱性を確保することが可能である。

３．遠赤外線ヒータ１４−１の支持部材２４−１，２４−２
図８（ａ）は、単段ユニット１３−１における遠赤外線ヒータ１４−１の支持部材２４−１を示す説明図であり、図８（ｂ）は、支持された遠赤外線ヒータ１４−１の上面図であり、図８（ｃ）は、遠赤外線ヒータ１４−１と熱間プレス用鋼板１５−１の配置関係を示す説明図であり、図８（ｄ）は、単段ユニット１３−１における遠赤外線ヒータ１４−１の他の支持部材２４−２を示す説明図である。

図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、遠赤外線ヒータ１４−１は、支持部材２４−１により水平に撓まないように支持される。支持部材２４−１は、一の方向へ向けて並んで設けられた複数本（図８（ａ）では４本）の第１の金属帯（例えばニッケル基超耐熱合金製）２６と、これら第１の金属帯２６を支持する支持材（例えばステンレス鋼製のフラットバー）２７とにより構成される。

遠赤外線ヒータ１４−１は、４本の第１の金属帯２６に搭載されて、略水平に配置される。遠赤外線ヒータ１４−１は、図８（ｂ）に示すように、水平面内で、固定ブロック１６ａ，１６ｂ，１６ｅ，１６ｆおよび蓋ブロック１６ｃ，１６ｄにより囲まれた領域の内部に、配置される。

４本の第１の金属帯２６は、いずれも、強軸方向が重力方向に略一致するように設けられる。これにより、第１の金属帯２６の撓みが抑制される。

第１の金属帯２６は、いずれも、支持材２７に形成されたスリット２７ａに隙間を有して嵌め込まれており、これにより、熱膨張または熱収縮により長手方向に伸縮自在に、支持材２７により支持される。このため、第１の金属帯２６には、温度変化に起因する熱応力が生じない。

なお、第１の金属帯２６は、断熱性および絶縁性を有するスペーサ（例えばＡｌ_２Ｏ_３製）を介して遠赤外線ヒータ１４−１を搭載するのが望ましい。

また、図８（ｄ）に示すように、第１の金属帯２６とともに、第１の金属帯２６が指向する一の方向と交差（図示例では直交）する他の一の方向へ向けて並んで設けられた複数本（図８（ｄ）では２本）の第２の金属帯２８（例えばステンレス鋼製）により、支持部材２４−２を構成してもよい。

この場合、第２の金属帯２８も、その強軸方向が重力方向に略一致するとともに、温度変化に起因する熱応力を生じないように、熱膨張または熱収縮により長手方向に伸縮自在に、第１の金属体２６により支持される。

また、図８（ｂ）に示すように、支持材２７は、断熱材１６ａ，１６ｂよりも鋼板収容領域１４−１の外側に配置される。すなわち、支持材２７は、断熱材１６ａ，１６ｂの外側で、複数本の第１の金属帯２６、および、複数本の第２の金属帯２８を支持する。さらに、支持材２７は、断熱材１６の外側に位置する適宜部材（例えば鉄皮１１ａ）に設置すればよい。

すなわち、断熱材１６ａ，１６ｂに貫通穴が形成されており、断熱材１６ａ，１６ｂの貫通穴を第１の金属帯２６が貫通して支持部材２７に設置される。また、断熱材１６を貫通した第１の金属帯２６の外側部分も高温になるため、断熱材またはカバーで囲う等の断熱を施すことが望ましい。

インコネルからなる第１の金属帯２６（全長２０００ｍｍ）について、遠赤外線式多段型加熱炉１０を１日８時間で２週間操業した後における長手方向中央位置での鉛直下方への撓み量は０．１ｍｍ未満であり、遠赤外線ヒータ１４−１を撓ませずに十分平坦に支持することができる。

これらの支持部材２４−１，２４−２を用いることにより、遠赤外線ヒータ１４−１を、８５０℃以上の加熱時にも第１の金属帯２６（または第１の金属帯２６および第２の金属帯２８）により撓まないように、しかも小さい平面投影面積で支持することができる。

このため、本発明によれば、可撓性を有するヒータ１４−１の保守頻度の低減による、保守費用の大幅な低減と遠赤外線式多段型加熱炉１０の稼働率の向上と、均熱性の維持向上と、多段化による加熱炉のコンパクト化とを図ることができる。

なお、図８（ｃ）では、熱間プレス用鋼板１５−１を、丸管による線接触で支持する場合を例にとっているが、これに限定されるものではなく、先端を面取りしたプレートにより線接触で支持するようにしてもよい。

４．熱間プレス用鋼板１５−１の鋼板支持部材３０〜３４
図９（ａ）は、鋼板支持部材の一例３０を示す説明図であり、図９（ｂ）はこの鋼板支持部材３０の断面図であり、図９（ｃ）〜図９（ｆ）はいずれも他の一例３１〜３４を示す説明図である。

遠赤外線式多段型加熱炉１０の単段ユニット１３−１には、例えばニッケル基超耐熱合金製の鋼板支持部材３０〜３４が配置される。鋼板支持部材３０〜３４は、熱間プレス用鋼板１５−１に点接触または線接触して熱間プレス用鋼板１５−２を支持する。本発明において「点接触」とは、接触面を外径６ｍｍ程度以内にしたピン等の端面、外径７ｍｍ程度以内の線径のリング等で接触することを意味し、「線接触」とは、面取り等により接触幅を３ｍｍ程度以内にしたプレート等の端面、外径６ｍｍ程度以内の棒鋼、外径２０ｍｍ程度以内の薄肉丸管等で接触することを意味する。

熱間プレス用鋼板１５−１に点接触する鋼板支持部材としては、表面にピンが立設された縦配置された角管３０（図９（ａ），図９（ｂ）参照）または角材３４（図９（ｆ）参照）、または、外周面に円形断面の線材を巻き付けられた丸管３２（図９（ｄ）参照）が例示される。

また、熱間プレス用鋼板１５−１に線接触する鋼板支持部材としては、正三角形断面の角管３１（図９（ｃ）参照）、または表面に鋭角部を形成されて縦配置されたプレート材３３（図９（ｅ）参照）が例示される。

鋼板支持部材３０〜３４は、上述の第１の金属帯２６および第２の金属帯２８と同様に、温度変化に起因する熱応力を生じないように、熱膨張または熱収縮により長手方向に伸縮自在に、支持材２７により支持されることが望ましい。すなわち、断熱材１６ｂに切り込みが形成されており、断熱材１６ｂの切り込み部を金属帯２６が貫通して適宜部材に設置されることが、例示される。

インコネルからなる図９（ｂ）に示す断面形状を有する角管３０（全長１６００ｍｍ）を鋼板支持部材として用い、遠赤外線式多段型加熱炉１０を１日８時間で２週間操業した後における長手方向中央位置での鉛直下方への撓み量は０．２ｍｍ未満であり、熱間プレス用鋼板１５−１を略一定の位置で支持することができている。

また、９００℃に熱された熱間プレス用鋼板１５−１各部における最高温度と最低温度との差は略７℃であり、熱間プレス用鋼板１５−１を十分均一に加熱することができる。

なお、図９（ａ）〜図９（ｆ）に示す鋼板支持部材３０〜３４以外の鋼板支持部材を用いることも可能である。鋼板支持部材として、例えば、上述のピンと、縦配置された角管３０，角材３４とが一体に構成された角管，角材を用いてもよいし、縦配置された角管３０の上面および下面の一部に切欠きを設けることにより上面および下面に凹凸が連続して形成された角管を用いてもよいし、縦配置された溝型断面の部材の上面の一部に切欠きを設けることにより上面に凹凸が連続して形成された部材を用いてもよいし、さらに、縦配置された角管３０の上面および下面に丸孔を設けることにより上面および下面に丸孔が連続して形成された角管を用いてもよい。

本発明により、鋼板支持部材３０〜３４の熱変形等を大幅に抑制できるので、遠赤外線式多段型加熱炉１０の保守費用の大幅な低減、稼働率および均熱性向上、さらには多段炉による加熱炉のコンパクト化を図ることが可能になる。

５．熱間プレス用鋼板１５−１の装入順
図１０は、遠赤外線式多段型加熱炉１０の各単段ユニット１３−１〜１３−６への熱間プレス用鋼板１５−１〜１５〜６の装入順を示すための説明図である。

ある段の単段ユニットに熱間プレス用鋼板を装入すると、装入されたこの熱間プレス用鋼板の上方および下方に隣接して位置する二つの単段ユニットのヒータの温度が低下する。これら二つの単段ユニットのヒータの温度が低下すると、ヒータの出力を制御して元の温度に戻そうとしても、所定の温度に回復するまでのある程度の時間を不可避的に要するため、熱間プレス用鋼板に焼きむらが発生するおそれがある。

ここで、ある段の単段ユニットのヒータの上方に配置されたヒータは、その上の段の単段ユニットの下方に配置されたヒータであるから、ある段の単段ユニットから隣接する上の段の単段ユニットに順番に熱間プレス用鋼板を装入していくと、ヒータの温度が設定温度に復帰する前にさらに温度が低下してしまうことになり、安定して加熱することができない。

そこで、遠赤外線式多段型加熱炉１０では、熱間プレス用鋼板は、下記条件１および２にしたがって、複数段の単段ユニット１３−１〜１３−６に装入されることが望ましい。
（条件１）一の単段ユニット１３−１〜１３−６の扉が開いている時には、この一の単段ユニット１３−１〜１３−６以外の他の単段ユニット１３−１〜１３−６の扉を閉じておくこと、および
（条件２）一の単段ユニット１３−１〜１３−６の扉を開けて熱間プレス用鋼板を装入（又は搬出）してこの一の扉を閉じた後の次には、一の単段ユニット１３−１〜１３−６と上方向および下方向のいずれにも隣接しない単段ユニット１３−１〜１３−６の扉を開けて熱間プレス用鋼板を装入（または搬出）することを、繰り返すこと。

具体的には、熱間プレス用鋼板を、最上段に位置する単段ユニット１３−６から下方に位置する他の単段ユニット１３−１へ向けて、順番に一段飛ばしに装入（または搬出）することである。

すなわち、単段ユニット１３−６への装入（または搬出）⇒単段ユニット１３−４への装入（または搬出）⇒単段ユニット１３−２への装入（または搬出）⇒単段ユニット１３−５への装入（または搬出）⇒単段ユニット１３−３への装入（または搬出）⇒単段ユニット１３−１への装入（または搬出）⇒・・・・を以降繰り返すことが望ましい。

６．第１，２の鋼板収容領域を用いる加熱制御
フレキシブル遠赤外線ヒータを熱源として備える加熱炉を用いて熱間プレス用鋼板を加熱する際に、熱間プレス用鋼板を所定の温度に均一に加熱するためには、以下に説明する加熱制御（ゾーン制御）を用いることが望ましい。

図１１（ａ）は、本発明に係る遠赤外線式加熱炉１０の加熱室（単段ユニット）１３−１を模式的に示す説明図であり、図１１（ｂ）は、比較例の遠赤外線式加熱炉４０の加熱室４１を模式的に示す説明図である。

また、図１２（ａ）は、本発明に係る遠赤外線加熱炉１０による熱間プレス用鋼板１５−１の温度制御結果の一例を示すグラフであり、図１２（ｂ）は、比較例の遠赤外線式加熱炉４０による熱間プレス用鋼板１５−１の温度制御結果の一例を示すグラフである。

フレキシブル遠赤外線ヒータ０を熱源として備える加熱炉を用いて熱間プレス用鋼板を加熱する際には、図１１（ｂ）に示すように、加熱炉４０の単段ユニット１３−１が所定の温度（例えば９００℃）に達した後、加熱炉４０の装入扉（図示を省略する）を開き、単段ユニット１３−１内に熱間プレス用鋼板１５−１を装入して所定の位置に配置した後に装入扉を閉じて熱間プレス用鋼板１５−１を所定の温度に加熱し、その後に、搬出扉（図示を省略する）を開き、単段ユニット１３−１内の熱間プレス用鋼板１５−１を搬出して搬出扉を閉じる。

このように、低温（ほぼ常温）の熱間プレス用鋼板１５−１が高温の所定の温度に保たれている単段ユニット１３−１に装入されることに伴って、図１２（ｂ）に示すように、フレキシブル遠赤外線ヒータ０の温度が一時的かつ急激に低下し、熱間プレス用鋼板１５−１の昇温速度が一時的に低下してしまう。また、その昇温速度の低下の程度は、熱間プレス用鋼板１５−１の熱容量（板厚や大きさ等）により、変動する。

このため、図１１（ｂ）により示す通常の一連の作業を行うのでは、熱間プレス用鋼板１５−１を所定の温度に均一に加熱することは難しい。

これに対し、鋼板収容領域である単段ユニット１３−１は、図１１（ａ）に示すように、第１の鋼板収容領域１３−１−１と、第２の鋼板収容領域１３−１−２とを有する。

第１の鋼板収容領域１３−１−１は、装入扉（図示しない）を臨む側に形成される。また、第２の鋼板収容領域１３−１−２は、抽出扉（図示しない）を臨む側に第１の鋼板収容領域１３−１−２に並んで形成される。

また、フレキシブル遠赤外線ヒータ０は、第１のヒータ０−１および第２のヒータ０−２を有する。第１のヒータ０−１は、前記の遠赤外線ヒータからなるとともに第１の鋼板収容領域１３−１−１に配置される。第２のヒータ０−２は、前記の遠赤外線ヒータからなるとともに第２の鋼板収容領域１３−１−２に配置される。

そして、第１の鋼板収容領域１３−１−１は、装入扉を介して装入される熱間プレス用鋼板１５−１を所定時間収容するとともに、第２の鋼板収容領域１３−１−２は、第１の鋼板収容領域１３−１−１に配置された熱間プレス用鋼板１５−１を所定時間収容して抽出扉を介して抽出する。

第１の鋼板収容領域１３−１−１では、低温の熱間プレス用鋼板１５−１が装入されるため、図１２（ｂ）に示すように、第１のヒータ０−１の温度が一時的に急激に低下するため、熱間プレス用鋼板１５−１の昇温速度が低下する。

この際、第１のヒータ０−１の温度を迅速に所定温度に戻すためには、ヒータ応答出力が鋭敏になるように制御パラメータ（ＰＩＤなど）を設定したり、温度低下分を見込んで第１のヒータ０−１の設定温度をあらかじめ高く設定することが望ましい。

しかし、熱間プレス用鋼板１５−１は、第１の鋼板収容領域１３−１−１に所定時間収容された後に、第２の鋼板収容領域１３−１−２へ移載される。熱間プレス用鋼板１５−１は、第１の鋼板収容領域１３−１−１により相当程度高温に加熱されているため、第２の鋼板収容領域１３−１−２に装入されても、第２のヒータ０−２の温度は低下しにくく安定する。

この際、ヒータ出力応答が鈍くなるように、制御パラメータ（ＰＩＤなど）を設定してヒータ温度の安定化を図ることが望ましい。

図１３は、図１３中に模式的に示す、幅４５０ｍｍ，長さ１４００ｍｍ，板厚１．６ｍｍの普通鋼製の熱間プレス用鋼板１５−１における５点の測定位置１〜５ｃｈに熱電対を取り付け、この加熱制御（ゾーン制御）を行った場合について、測定位置１〜５ｃｈの温度を経時的に示すグラフである。なお、第１の鋼板収容領域１３−１−１から第２の鋼板収容領域１３−１−２への熱間プレス用鋼板１５−１の移送は、１５０（ｓｅｃ）経過時点とした。

図１３のグラフに示すように、第１の鋼板収容領域１３−１−１から第２の鋼板収容領域１３−１−２への移送開始時には、熱間プレス用鋼板１５−１の測定位置１〜５ｃｈの温度差が認められるものの、第２の鋼板収容領域１３−１−２へ移送後９０秒経過した時点（２４０ｓｅｃ経過時点）では、この温度差は実質的に０となっており、熱間プレス用鋼板１５−１を部位によらず均一に加熱できたことがわかる。

このようにして、本発明によれば、熱間プレス用鋼板を所定の温度に部位によらずに均一に加熱することができる。

１０ 遠赤外線式多段型加熱炉
１３−１〜１３−６ 鋼板収容領域
１４−１〜１４−６ ヒータ
１５−１〜１５−６ 熱間プレス用鋼板
２７ 支持材
３０〜３４ 鋼板支持部材

Claims (4)

1. 熱間プレス用鋼板を略水平に支持しながら収容する鋼板収容領域と、該鋼板収容領域の内部であって前記熱間プレス用鋼板の下方に配置されて該熱間プレス用鋼板を加熱する遠赤外線ヒータとを有する遠赤外線式加熱炉であって、
   前記鋼板収容領域は、水平面において略矩形の外形をなすこと、
   前記矩形の外形のうちの対向する二辺に配置される略直方体形の断熱材からなる固定ブロックを有するとともに、残りの対向する二辺に配置される略直方体形の断熱材からなる蓋ブロックを有すること、および
   前記固定ブロックに接触する前記蓋ブロックを、前記固定ブロックの長手方向と平行な方向へ直線的に所定距離案内して前記固定ブロックから離した後に上方または下方へ案内することにより前記鋼板収容領域を外部と連通させるとともに、前記固定ブロックから離れた前記蓋ブロックを、下方または上方へ案内した後に前記固定ブロックの長手方向と平行な方向へ直線的に所定距離案内して前記固定ブロックに接触させて前記鋼板収容領域を外部から遮断する蓋ブロック開閉機構を有すること
   を特徴とする遠赤外線式加熱炉。
2. 前記遠赤外線ヒータは、遠赤外線放射セラミックスの焼結体である碍子本体が縦横に複数並んで面状に構成され、前記複数の碍子本体が、該複数の碍子本体それぞれに穿設された電熱線貫通孔に挿入された電熱線により互いに変位自在に連結されることにより可撓性を有する請求項１に記載された遠赤外線式加熱炉。
3. 前記蓋ブロック開閉機構は、前記固定ブロックとの接触時における前記蓋ブロックの姿勢を維持しながら前記蓋ブロックを支持するリンク機構と、前記蓋ブロックが前記固定ブロックに接触している場合には該リンク機構を前記固定ブロックの長手方向と平行な方向へ直線的に所定距離案内した後に上方または下方へ案内するとともに、前記蓋ブロックが前記固定ブロックから離れている場合には前記リンク機構を下方または上方へ案内した後に前記固定ブロックの長手方向と平行な方向へ直線的に所定距離移動させるガイドと、前記リンク機構を前記ガイドに沿って移動させる駆動機構とを有する請求項１または請求項２に記載された遠赤外線式加熱炉。
4. 前記鋼板収容領域は、上下方向へ積層して複数段設けられ、それぞれの鋼板収容領域に前記蓋ブロック開閉機構が設けられる請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された遠赤外線式加熱炉。

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